JP5685717B2 - 赤外線検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、焦電素子を用いた赤外線検出装置に関する。

近年、省エネルギ化を図るなどの目的で、人体の動きを検知して効率的な動作を行う様々な電気機器が提案されている。たとえば、このような電気機器には、赤外線の検知部として焦電素子を用いた赤外線検出装置が内蔵されている。一般的な赤外線検出装置は、レンズ等を用いて検知エリア内からの赤外線を焦電素子に集めており、焦電素子が受光する赤外線量の変化に応じて焦電素子から出力される電流信号が変化する。

この種の赤外線検出装置１として、たとえば図１０に示すように、焦電素子２と、焦電素子２の出力する電流信号を電圧信号に変換する電流電圧変換部３と、電流電圧変換部３の出力を増幅する電圧増幅部３００とを備えた装置が知られている。この赤外線検出装置１では、焦電素子２から出力された電流信号は、電流電圧変換部３にて電圧信号に変換された後、電圧増幅部３００で増幅され、図示しない後段の検知回路に入力される。なお、図１０の構成において、電圧増幅部３００は、人体検知時に発生する電流信号の周波数帯域（たとえば０．１Ｈｚ〜１０Ｈｚ程度）を通過帯域とするバンドパスフィルタとしての機能を有している。

ところで、焦電素子２から出力される電流信号には、たとえば周囲温度の変化などに起因して、検知対象（人体）とは関係のない不要な低周波成分が含まれることがある。そこで、赤外線検出装置１として、電流電圧変換部３の出力への不要な低周波成分の影響を抑制するために、電流電圧変換部３の出力端−入力端間に直流帰還回路２００が接続された構成の装置が提案されている（たとえば特許文献１参照）。

特許文献１に記載の赤外線検出装置１では、電流電圧変換部３は、反転入力端に焦電素子２が接続された第１の演算増幅器３１を有している。第１の演算増幅器３１の出力端−反転入力端間には、交流帰還用の容量素子としてのコンデンサＣ１が接続されている。第１の演算増幅器３１の非反転入力端には、基準電圧を発生する基準電源２０２が接続されている。

また、直流帰還回路２００は、演算増幅器２０１にコンデンサＣ２００と抵抗Ｒ２００とが付加された積分回路からなり、演算増幅器２０１の非反転入力端に第１の演算増幅器３１の出力端が接続されている。コンデンサＣ２００は演算増幅器２０１の出力端−反転入力端間に接続されている。演算増幅器２０１の反転入力端には、基準電圧を発生する基準電源２０２が抵抗Ｒ２００を介して接続されている。演算増幅器２０１の出力端は、入力抵抗Ｒ２０１を介して第１の演算増幅器３１の反転入力端に接続されている。

以上説明した構成の赤外線検出装置１は、演算増幅器２０１の出力に応じて不要な低周波成分については入力抵抗Ｒ２０１に流すことにより、電流電圧変換部３の出力する電圧信号への不要な低周波成分の影響を抑制することができる。

特許第３４７２９０６号公報（第００３７〜００４４段落、図９）

しかしながら、上述した構成の赤外線検出装置１は、電流電圧変換部３の入力端に入力抵抗Ｒ２０１が接続されているので、入力抵抗Ｒ２０１で発生するノイズ成分が電流電圧変換部３に入力されることになり、電流電圧変換部３のＳＮ比の低下につながる。特に、カットオフ周波数を低くしたり（たとえば０．１Ｈｚ未満）、入力抵抗Ｒ２０１の熱雑音を抑えたりするためには、入力抵抗Ｒ２０１は抵抗値がたとえばＴ（テラ）Ωオーダの高抵抗とする必要がある。

しかし、赤外線検出装置１の小型化の観点から入力抵抗Ｒ２０１は通常、ＩＣ（集積回路）に内蔵される抵抗素子にて構成され、このような抵抗素子で高抵抗を実現しようとすると、温度特性が大きく抵抗値のばらつきが大きくなる。入力抵抗Ｒ２０１の抵抗値がばらついて抵抗値が下がると、入力抵抗Ｒ２０１の熱雑音が増え、結果的にノイズ成分が増大して電流電圧変換部３のＳＮ比が低下する。

本発明は上記事由に鑑みて為されており、電流電圧変換部の出力への不要な低周波成分の影響を抑制しながらも、電流電圧変換部のＳＮ比を向上させることができる赤外線検出装置を提供することを目的とする。

本発明の赤外線検出装置は、焦電素子と、帰還用の容量素子が接続された演算増幅器を用いて、前記焦電素子から出力される電流信号を電圧信号に変換する電流電圧変換部とを備え、前記容量素子に蓄積された電荷を放電するための放電経路を形成する放電部を前記電流電圧変換部に有しており、前記放電部を制御することにより、前記電流電圧変換部の出力から所定周波数以下の低周波成分を除去するようなタイミングで前記容量素子をリセットする制御部が設けられており、前記制御部は、前記低周波成分を除去するように予め決められている周期でクロック信号を発生する発振器を有しており、前記クロック信号に基づいてリセット信号を生成し、前記リセット信号によって前記容量素子をリセットすることを特徴とする。

この赤外線検出装置において、前記電流電圧変換部の出力のうち所定の周波数帯域の信号成分を通過させるフィルタ部をさらに備え、前記制御部は、前記フィルタ部の出力がフィードバック信号として入力されており、前記クロック信号の発生後において前記フィードバック信号の最初のゼロクロス点で前記リセット信号を生成し前記容量素子をリセットすることがより望ましい。

この赤外線検出装置において、前記制御部は、前記クロック信号の発生後、所定の延長時間に亘って前記フィードバック信号の前記ゼロクロス点が生じなければ、前記クロック信号の発生から前記延長時間が経過した時点で前記リセット信号を生成し前記容量素子をリセットすることがより望ましい。

また、本発明の赤外線検出装置は、焦電素子と、帰還用の容量素子が接続された演算増幅器を用いて、前記焦電素子から出力される電流信号を電圧信号に変換する電流電圧変換部とを備え、前記容量素子に蓄積された電荷を放電するための放電経路を形成する放電部を前記電流電圧変換部に有しており、前記放電部を制御することにより、前記電流電圧変換部の出力から所定周波数以下の低周波成分を除去するようなタイミングで前記容量素子をリセットする制御部が設けられており、前記制御部は、予め定められている許容時間以上連続して前記電流電圧変換部の出力値の絶対値が所定の閾値を超えた場合に、前記容量素子をリセットする異常保護部を有することを特徴とする。

また、本発明の赤外線検出装置は、焦電素子と、帰還用の容量素子が接続された演算増幅器を用いて、前記焦電素子から出力される電流信号を電圧信号に変換する電流電圧変換部とを備え、前記容量素子に蓄積された電荷を放電するための放電経路を形成する放電部を前記電流電圧変換部に有しており、前記放電部を制御することにより、前記電流電圧変換部の出力から所定周波数以下の低周波成分を除去するようなタイミングで前記容量素子をリセットする制御部が設けられており、前記電流電圧変換部の出力値に相当する値の絶対値と所定の第１の閾値とを比較して、前記絶対値が前記第１の閾値を超えるか否かによって検知対象の有無を判定する判定部をさらに備え、前記制御部は、前記絶対値が前記第１の閾値よりも低い第２の閾値以内であるときには前記容量素子をリセット可能な第１の動作モードで動作し、前記絶対値が前記第２の閾値を超えているときには前記容量素子のリセットを行なわない第２の動作モードで動作することを特徴とする。

この赤外線検出装置において、前記電流電圧変換部の出力値をデジタル値に変換するＡＤ変換部と、前記ＡＤ変換部の出力のうち所定の周波数帯域の信号成分を通過させるデジタル処理部とをさらに備えることがより望ましい。

また、本発明の赤外線検出装置は、焦電素子と、帰還用の容量素子が接続された演算増幅器を用いて、前記焦電素子から出力される電流信号を電圧信号に変換する電流電圧変換部とを備え、前記容量素子に蓄積された電荷を放電するための放電経路を形成する放電部を前記電流電圧変換部に有しており、前記放電部を制御することにより、前記電流電圧変換部の出力から所定周波数以下の低周波成分を除去するようなタイミングで前記容量素子をリセットする制御部が設けられており、前記電流電圧変換部の出力値をデジタル値に変換するＡＤ変換部と、前記ＡＤ変換部の出力のうち所定の周波数帯域の信号成分を通過させるデジタル処理部とをさらに備え、前記制御部は、前記ＡＤ変換部の入力の絶対値が、当該ＡＤ変換部にてデジタル値に変換可能な対応範囲の上限値以下に設定されている第３の閾値を超えると、前記容量素子をリセットするＡＤ変換保護部を有することを特徴とする。

この赤外線検出装置において、前記ＡＤ変換部は、ΔΣ方式であることがより望ましい。

この赤外線検出装置において、前記デジタル処理部は、シリアル方式でデジタル値を出力することがより望ましい。

この赤外線検出装置において、前記デジタル処理部は、前記シリアル方式として、セルごとに出力が反転するＢＭＣエンコード方式を用いていることがより望ましい。

また、本発明の赤外線検出装置は、焦電素子と、帰還用の容量素子が接続された演算増幅器を用いて、前記焦電素子から出力される電流信号を電圧信号に変換する電流電圧変換部とを備え、前記容量素子に蓄積された電荷を放電するための放電経路を形成する放電部を前記電流電圧変換部に有しており、前記放電部を制御することにより、前記電流電圧変換部の出力から所定周波数以下の低周波成分を除去するようなタイミングで前記容量素子をリセットする制御部が設けられており、前記電流電圧変換部は、前記焦電素子の一端に接続される第１の演算増幅器と、前記焦電素子の他端に接続される第２の演算増幅器とを前記演算増幅器として有しており、前記第１の演算増幅器の出力電圧と前記第２の演算増幅器の出力電圧との差分に相当する信号を前記電圧信号として出力することを特徴とする。

この赤外線検出装置において、前記制御部は、前記第１の演算増幅器と前記第２の演算増幅器との少なくとも一方の出力電圧が所定の第４の閾値と所定の第５の閾値とで定められる正常範囲から外れた場合に、前記容量素子をリセットする異常電圧保護部を有することがより望ましい。

本発明は、電流電圧変換部の出力への不要な低周波成分の影響を抑制しながらも、電流電圧変換部のＳＮ比を向上させることができるという利点がある。

実施形態１の赤外線検出装置の構成を示す概略ブロック図である。 同上の動作を示すタイムチャートである。 同上の動作を示すタイムチャートである。 同上の他の動作を示すタイムチャートである。 同上の動作を示すタイムチャートである。 同上の動作を示すタイムチャートである。 同上の動作を示すタイムチャートである。 同上のデジタル処理部の出力形式を示す説明図である。 実施形態２の赤外線検出装置の構成を示す概略回路図である。 従来の赤外線検出装置の構成を示す概略回路図である。

（実施形態１）
本実施形態の赤外線検出装置１は、図１に示すように、焦電素子２と、電流電圧変換部３と、ＡＤ変換部４と、デジタル処理部５と、制御部６とを備えている。本実施形態では、一例として検知エリア内の人体検知に用いられる赤外線検出装置１について説明するが、赤外線検出装置１がたとえばガス検知等の人体検知以外の用途に用いられることを妨げる趣旨ではない。

焦電素子２は、検知エリアから赤外線を受光し、受光した赤外線量の変化に応じて電流信号を出力する。

電流電圧変換部３は、背景技術の欄で説明した図１０の電流電圧変換部３と基本的に同様の構成であって、反転入力端に焦電素子２が接続された第１の演算増幅器３１を有している。演算増幅器３１の出力端−反転入力端間には、交流帰還用の容量素子としてのコンデンサＣ１が接続されている。演算増幅器３１の非反転入力端には、基準電圧を発生する基準電源３２が接続されている。

このように構成される容量変換型の電流電圧変換部３によれば、焦電素子２からの電流信号は、コンデンサＣ１のインピーダンスを用いて電圧信号に変換される。したがって、演算増幅器３１から出力される電圧は、基準電源３２が発生する基準電圧からコンデンサＣ１の両端電圧を差し引いた値となる。要するに、電流電圧変換部３の出力は、基準電圧を動作点として、焦電素子２が赤外線を受光したことによる電流信号の変化に応じて動作点から変化する。

なお、以下では説明を簡単にするために、上記動作点（基準電圧）にあるときの電流電圧変換部３の出力をゼロとして説明する。つまり、電流電圧変換部３の出力は、演算増幅器３１から出力される電圧の動作点からの変化量を意味する。

ここで、演算増幅器３１の出力端−反転入力端間には、コンデンサＣ１と並列にリセットスイッチ３３が接続されている。リセットスイッチ３３は、制御部６からのリセット信号によってオンオフ制御され、オン時には、コンデンサＣ１に蓄積されている電荷を放電するための放電経路を形成する放電部として機能する。つまり、リセットスイッチ３３がオンすると、コンデンサＣ１の両端電圧がゼロにリセットされ、電流電圧変換部３の出力値はゼロ（動作点）にリセットされる。

ＡＤ変換部４は、電流電圧変換部３から入力される電圧値（アナログ値）をデジタル値に変換してデジタル処理部５に出力する。ＡＤ変換部４は、デジタル値に変換可能なアナログ値の範囲を表す対応範囲（ここでは−Ｖｔｈ０〜Ｖｔｈ０とする）が、外部から与えられるリファレンス電圧の大きさに応じて予め設定されている。ＡＤ変換部４は、この対応範囲外の振幅を持つアナログ信号が入力されると出力が飽和する。

デジタル処理部５は、ＡＤ変換部４から入力されるデジタル信号に基づいて、検知エリア内の人体の存否を判定する。つまり、デジタル処理部５は、ＡＤ変換部４の出力値（電流電圧変換部３の出力に相当する）と、予め定められている第１の閾値とを比較することにより検知エリア内の人体の存否を判定する判定部（図示せず）を有している。判定部は、ＡＤ変換部の出力値の絶対値が第１の閾値を超えている期間には、検知エリア内に人がいると判定してＨレベルの検知信号を出力し、閾値以内であれば検知エリア内に人はいないと判定して検知信号をＬレベルとする。

また、デジタル処理部５は、人体検知時に焦電素子２が発生する電流信号の周波数帯域（ここでは０．１Ｈｚ〜１０Ｈｚ程度とする）を通過帯域とするデジタルバンドパスフィルタ（以下、バンドパスフィルタを「ＢＰＦ」という）としての機能を有している。

ここで、背景技術の欄で説明した図１０の赤外線検出装置１のように、アナログＢＰＦを用いる場合で、０．１Ｈｚ〜１０Ｈｚ程度の信号を通過させるためには、回路定数の比較的大きなコンデンサ等の素子が必要になる。このような素子はＩＣ（集積回路）に外付けされることになるので、この構成では赤外線検出装置１の回路部分をワンチップ化することができない。これに対して、本実施形態の赤外線検出装置１は、上述のようにデジタルＢＰＦを用いたことにより、外付け部品が不要となり回路部分をワンチップ化することができるという利点がある。

以上説明した構成の赤外線検出装置１では、焦電素子２から出力された電流信号は、電流電圧変換部３にて電圧信号に変換された後、ＡＤ変換部４でデジタル値に変換され、デジタル処理部５に入力される。デジタル処理部５は、入力されたデジタル値に基づいて検知エリア内の人体の存否を判断し、判断結果を後段のマイコン（図示せず）等に出力する。

ところで、本実施形態の赤外線検出装置１は、制御部６が適宜リセットスイッチ３３をオンしてコンデンサＣ１をリセットすることにより、電流電圧変換部３の出力から所定周波数以下の不要な低周波成分（以下、「不要成分」という）を除去する。不要成分は、焦電素子２から出力される電流信号に対して、たとえば周囲温度の変化などに起因して検知対象（人体）とは無関係に生じる低周波の揺らぎ成分である。

すなわち、制御部６は、電流電圧変換部３の出力から不要成分を除去するようなタイミングでリセット信号を出力し、リセットスイッチ３３をオンしてコンデンサＣ１の両端電圧をリセットする。具体的に説明すると、制御部６は、不要成分を除去するように予め決められている周期でクロック信号を発生する発振器（図示せず）を有し、このクロック信号に基づいてリセット信号を生成する。

クロック信号を発生する周期は、不要成分の上限となる周波数によって決められている。ここでは一例として、人体検知時に焦電素子２が発生する電流信号の周波数帯域（０．１Ｈｚ〜１０Ｈｚ程度）との関係から、不要成分は０．１Ｈｚ以下の低周波成分であると仮定する。

つまり、不要成分の上限の周波数が０．１Ｈｚであれば、この周波数に対応する１０秒という時間がクロック信号を発生する周期になる。制御部６が、このようにして決められている周期でコンデンサＣ１をリセットすれば、電流電圧変換部３の出力から不要成分が除去されることになる。要するに、制御部６と電流電圧変換部３とは、不要成分の上限の周波数をカットオフ周波数とするハイパスフィルタを構成する。

また、本実施形態においては、制御部６には、デジタル処理部５の出力がフィードバック信号として入力されている。デジタル処理部５は、上述のように０．１Ｈｚ〜１０Ｈｚを通過帯域とするデジタルＢＰＦ（フィルタ部）としての機能を有するので、フィードバック信号は、電流電圧変換部３の出力から少なくとも不要成分が除かれた信号となる。

制御部６は、図２に示すように、１０秒周期で生じるクロック信号の発生後において、フィードバック信号の最初のゼロクロス点でリセット信号を出力し、リセットスイッチ３３をオンしてコンデンサＣ１をリセットする。ここでいうフィードバック信号のゼロクロス点は、デジタル処理部５の出力がゼロ（動作点）になる時点を意味している。図２では、（ａ）が電流電圧変換部３に入力される電流信号、（ｂ）が電流電圧変換部３から出力される電圧信号、（ｃ）がデジタル処理部５の出力（フィードバック信号）、（ｄ）がリセット信号を表している。なお、図２（ｃ）および以下で説明する図面においては、実際にはデジタル値であるデジタル処理部５の出力値をアナログ値として示す。

たとえば図２のように、電流電圧変換部３に０．１Ｈｚ以下の不要成分のみからなる電流信号が入力された場合、デジタル処理部５は、図２（ｃ）に示すように不要成分が除かれたフィードバック信号を制御部６に出力する。ここで、フィードバック信号はノイズ成分を含んでいるため、図２（ｃ）のような揺らぎを持つ。フィードバック信号に含まれるノイズ成分は主に、ＡＤ変換前に電流電圧変換部３で生じる回路ノイズや、ＡＤ変換後にデジタル処理部５で生じるノイズを含んでいる。制御部６は、１０秒周期で生じるクロック信号の発生後において、フィードバック信号のゼロクロス点（つまりノイズ成分がゼロになる点）でリセット信号を出力し、コンデンサＣ１をリセットする。

したがって、制御部６がコンデンサＣ１をリセットするのは、デジタル処理部５の出力がゼロになるときであって、リセット時の電位差によりデジタル処理部５の出力に生じ得る変動を抑制することができる。

また、制御部６は、図３に示すようにクロック信号の発生後、所定の延長時間に亘ってフィードバック信号のゼロクロス点が生じなければ、クロック信号の発生から延長時間が経過した時点で、リセットスイッチ３３をオンしてコンデンサＣ１をリセットする。図３では、（ａ）がデジタル処理部５の出力（フィードバック信号）、（ｂ）がリセット信号を表している。

ここで、延長時間は、少なくとも発振器がクロック信号を発生する周期よりも短い時間であって、周期が１０秒の場合、たとえば延長時間は３秒に設定される。なお、延長時間はクロック信号を発生する周期よりも長い時間（たとえば２０秒）に設定されていてもよい。

この構成によれば、赤外線検出装置１に何らかの異常が生じることによって、クロック信号の発生後、延長時間経過してもデジタル処理部５の出力がゼロにならない場合でも、コンデンサＣ１がリセットされ、不要成分が除去されることになる。

さらにまた、本実施形態の他の例として、制御部６は、図４に示すように発振器がクロック信号を出力するタイミングでリセット信号を出力し、コンデンサＣ１をリセットするように構成されていてもよい。図４では、（ａ）がデジタル処理部５の出力（フィードバック信号）、（ｂ）がリセット信号を表している。この場合、制御部６は、デジタル処理部５の出力に関係なくクロック信号を発生すればよいので、デジタル処理部５から制御部６へのフィードバック信号が不要になり、回路構成を簡略化することができる。

ところで、制御部６は、予め定められている許容時間以上連続して電流電圧変換部３の出力値の絶対値が第１の閾値を超えた場合に、リセット信号を出力してコンデンサＣ１をリセットする異常保護部（図示せず）を有している。

要するに、赤外線検出装置１が正常であれば、人体検知時に図５（ａ）に示すようにデジタル処理部５の出力値の絶対値が周期的に第１の閾値Ｖｔｈ１を超えるため、検知信号は図５（ｂ）に示すようにＨレベルとＬレベルとを繰り返す。一方、赤外線検出装置１に異常があれば、検知信号は図５（ｃ）に示すようにＨレベルを維持することがある。そこで、図５（ｃ）のように検知信号がＨレベルを維持したまま許容時間が経過すると、制御部６は図５（ｄ）に示すようにリセット信号を出力しコンデンサＣ１をリセットする。

この構成によれば、赤外線検出装置１の動作に、検知信号が許容時間以上に亘ってＨレベルとなるような異常が生じた場合に、制御部６は異常と判断してコンデンサＣ１をリセットするので、以降、人体検知を正常に行うことが可能となる。

また、制御部６は、ＡＤ変換部４の入力の絶対値が、ＡＤ変換部４にてデジタル値に変換可能な対応範囲の手前に設定されている第３の閾値を超えた場合に、リセット信号を出力してコンデンサＣ１をリセットするＡＤ変換保護部（図示せず）を有している。

つまり、図６に示すように、対応範囲の上限Ｖｔｈ０より少し低いところに上限となる第３の閾値Ｖｔｈ３が設定され、対応範囲の下限−Ｖｔｈ０より少し高いところに下限となる第３の閾値−Ｖｔｈ３が設定されている。図６では、（ａ）が電流電圧変換部３の出力値、（ｂ）がリセット信号を表している。制御部６は、電流電圧変換部３の出力値（ＡＤ変換部４の入力値）を監視し、この値が第３の閾値Ｖｔｈ３（あるいは−Ｖｔｈ３）に達すると、上記閾値Ｖｔｈ３，−Ｖｔｈ３を超えたと判断してリセット信号を出力し、コンデンサＣ１をリセットする。

この構成によれば、制御部６は、ＡＤ変換部４の入力が対応範囲から外れそうになると、コンデンサＣ１をリセットすることにより、ＡＤ変換部４の入力である電流電圧変換部３の出力値をゼロ（動作点）にリセットする。したがって、ＡＤ変換部４の入力が対応範囲から外れることはなく、赤外線検出装置１は、ＡＤ変換部４の出力が飽和することを回避して、常に人体検知可能な状態を維持できる。なお、第３の閾値Ｖｔｈ３，−Ｖｔｈ３は、対応範囲の上限Ｖｔｈ０、下限−Ｖｔｈ０と同値であってもよい。

また、制御部６は、電流電圧変換部３の出力値の絶対値が人体検知のための第１の閾値よりも低い第２の閾値以内であるときには第１の動作モードで動作し、第２の閾値を超えているときには第２の動作モードで動作する。制御部６は、第１の動作モードにおいてはリセット信号を出力可能であるのに対し、第２の動作モードにおいてはリセット信号を出力することはない。

具体的には、制御部６は、図７（ａ）に示すように電流電圧変換部３の出力値に相当するデジタル処理部５の出力（フィードバック信号）を第２の閾値−Ｖｔｈ２，Ｖｔｈ２と比較する。デジタル処理部５の出力が第２の閾値−Ｖｔｈ２，Ｖｔｈ２で規定された範囲（−Ｖｔｈ２〜Ｖｔｈ２）外に出ると、制御部６は図７（ｃ）に示すように第１の動作モードから第２の動作モードに切り替えるための第２モード切替信号を出力する。一方、デジタル処理部５の出力が第２の閾値−Ｖｔｈ２，Ｖｔｈ２で規定された範囲（−Ｖｔｈ２〜Ｖｔｈ２）内に戻ると、制御部６は図７（ｄ）に示すように第２の動作モードから第１の動作モードに切り替えるための第１モード切替信号を出力する。

なお、図７では、（ａ）がデジタル処理部５の出力（フィードバック信号）、（ｂ）がリセット信号、（ｃ）が第２モード切替信号、（ｄ）が第１モード切替信号、（ｅ）が検知信号を表している。

第１の動作モードにおいては、制御部６は、上述したように１０秒周期で生じるクロック信号の発生後において、フィードバック信号の最初のゼロクロス点でリセット信号を出力し、リセットスイッチ３３をオンしてコンデンサＣ１をリセットする。一方、第２の動作モードにおいては、制御部６は、クロック信号を停止して、コンデンサＣ１をリセットするための動作を停止する。また、第１モード切替信号により第２の動作モードから第１の動作モードに切り替わると、制御部６は、動作モードの切り替え後最初のフィードバック信号のゼロクロス点でリセット信号を出力し、リセットスイッチ３３をオンしてコンデンサＣ１をリセットする。

この構成によれば、赤外線検出装置１は、電流電圧変換部３の出力値の絶対値が第２の閾値を超えている場合にはコンデンサＣ１がリセットされないので、人体検知動作の途中で電流電圧変換部３の出力値がゼロ（動作点）にリセットされてしまうことがない。したがって、人体検知動作の途中で電流電圧変換部３の出力値がリセットされてしまうことによる検知信号の遅延や失報を防止でき、人体検知の感度が向上するという利点がある。

以上説明した構成の赤外線検出装置１によれば、制御部６が、放電部となるリセットスイッチ３３を制御してコンデンサＣ１の両端電圧をリセットすることによって、電流電圧変換部３の出力から不要成分を除去することができる。すなわち、焦電素子２から出力される出力電流には、たとえば周囲温度の変化などに起因して、検知対象（たとえば人体）とは関係のない不要な低周波成分が含まれることがある。これに対し、上記構成の赤外線検出装置１では、このような不要な低周波成分を不要成分として除去することができるので、不要成分が原因で誤検知等が生じることを回避できるという利点がある。

しかも、この赤外線検出装置１は、電流電圧変換部３の入力端に焦電素子２のみが接続されているので、背景技術の欄で説明したように入力抵抗が電流電圧変換部３の入力端に接続される構成に比べて、電流電圧変換部３のＳＮ比が向上する。すなわち、電流電圧変換部３の入力端に入力抵抗が接続されている構成では、入力抵抗で発生するノイズ成分が電流電圧変換部３に入力されることになり、電流電圧変換部３のＳＮ比が低下する。特に、赤外線検出装置１の小型化の観点から入力抵抗は通常、ＩＣ（集積回路）に内蔵される抵抗素子にて構成され、このような抵抗素子で高抵抗を実現しようとすると、温度特性が大きく抵抗値のばらつきが大きくなる。入力抵抗の抵抗値がばらついて抵抗値が下がると、入力抵抗の熱雑音が増え、電流電圧変換部３のＳＮ比は低下する。

これに対して、上記構成の赤外線検出装置１は、電流電圧変換部３のコンデンサＣ１がリセットされるタイミングを制御部６が制御することにより不要成分を除去しているので、入力抵抗を含む直流帰還回路を省略できる。したがって、入力抵抗を含む直流帰還回路に起因したノイズの影響をなくして、電流電圧変換部３のＳＮ比を改善することができる。

なお、本実施形態の赤外線検出装置１は、背景技術の欄で説明したように電流電圧変換部３の出力端−入力端間に直流帰還回路が付加されている構成に比べ、直流帰還回路が不要になる分だけ回路規模が小さくなるとう利点もある。

ところで、本実施形態においては、ＡＤ変換部４としてΔΣ（デルタシグマ）方式のＡＤ変換器が用いられている。これにより、比較的小型で且つ高精度のＡＤ変換部４を実現することができる。

また、デジタル処理部５は、シリアル方式でデジタル信号を出力する。具体的には、デジタル処理部５は、図８（ａ）に示すようにスタートビット１０１、メインフィルタ出力１０２、検知信号状態１０３、動作モード判定結果１０４、ストップビット１０５からなる信号形式を採用する。メインフィルタ出力１０２は、フィードバック信号と同様に、デジタルＢＰＦを通すことにより電流電圧変換部３の出力から少なくとも不要成分が除かれた信号の瞬時値を表す。また、検知信号状態１０３は、検知信号の状態（ＨレベルかＬレベルか）を表し、動作モード判定結果１０４は、動作モードを表している。

デジタル処理部５は、１回の通信で１６ビット（メインフィルタ出力１０２が１０ビット、ストップビット１０５が３ビット、他が各１ビットずつ）のデジタル信号を、図８（ｃ）に示す送信クロック（たとえば１ＭＨｚ）に同期してシリアル通信にて出力する。これにより、デジタル処理部５は、クロックと各種のデータとを重畳させて１本の信号線で伝送可能となるので、端子数を少なくでき赤外線検出装置１の小型化につながるという利点がある。

さらに、本実施形態では、デジタル処理部５は、セルごとに出力が反転するＢＭＣ（Ｂｉｐｈａｓｅ Ｍａｒｋ Ｃｏｄｅ）エンコード方式を用いて出力を変換している。すなわち、デジタル処理部５は、図８（ｂ）に示すように「１」というデータをＢＭＣにより「０１」あるいは「１０」にエンコードし、「０」というデータをＢＭＣにより「００」あるいは「１１」にエンコードし、セルごとに出力を反転させる。なお、ここでいうセルは、エンコード前の１ビット分のデータを出力するためのタイムスロットを意味している。

このように、デジタル処理部５は、ＢＭＣエンコード方式を採用することによりセルごとに必ず出力が反転するので、信号に低周波成分が含まれず、電流電圧変換部３の入力への回り込みの影響が小さいという利点がある。したがって、赤外線検出装置１の小型化に当たり、電流電圧変換部３の入力とデジタル処理部５の出力との間の電位差に起因して生じ得るチャタリング現象を抑制することができる。

（実施形態２）
本実施形態の赤外線検出装置１は、電流電圧変換部３が差動回路方式を採用している点が実施形態１の赤外線検出装置１と相違する。

すなわち、本実施形態では図９に示すように、電流電圧変換部３は、焦電素子２の一端に接続される第１の演算増幅器３１１と、焦電素子２の他端に接続される第２の演算増幅器３１２とを有している。第１の演算増幅器３１１の出力端−反転入力端間には交流帰還用の容量素子としての第１のコンデンサＣ１１が接続され、第２の演算増幅器３１２の出力端−反転入力端間には交流帰還用の容量素子としての第２のコンデンサＣ１２が接続されている。両演算増幅器３１１，３１２の非反転入力端には、基準電圧を発生する基準電源３２が接続されている。

さらに、第１の演算増幅器３１１の出力端−反転入力端間にはコンデンサＣ１１と並列に第１のリセットスイッチ３３１が接続され、第２の演算増幅器３１２の出力端−反転入力端間にはコンデンサＣ１２と並列に第２のリセットスイッチ３３２が接続されている。第１および第２のリセットスイッチ３３１，３３２は、制御部６からのリセット信号によってオンオフ制御される。

また、電流電圧変換部３は、第３の演算増幅器３４を用いた差動増幅回路を備えている。この差動増幅回路は、第１の演算増幅器３１１の出力電圧と第２の演算増幅器３１２の出力電圧との差分に相当する信号を電圧信号として出力する。具体的には、第１の演算増幅器３１１の出力端は抵抗Ｒ１１を介して演算増幅器３４の反転入力端に接続され、第２の演算増幅器３１２の出力端は抵抗Ｒ１２を介して演算増幅器３４の非反転入力端に接続されている。第３の演算増幅器３４の出力端−反転入力端間には抵抗Ｒ１３が接続され、第３の演算増幅器３４の非反転入力端は抵抗Ｒ１４を介して基準電圧を発生する基準電源に接続されている。

なお、図９では、ＡＤ変換部４とデジタル処理部６とをまとめて図示し、その後段に、デジタル処理部６の出力をシリアル出力するためのシリアルインタフェース７を図示している。また、図９において、電流電圧変換部３とＡＤ変換部４とデジタル処理部５と制御部とシリアルインタフェース７とは、ＩＣ（集積回路）８によりワンチップ化され、ケース９内に収納されている。

この構成によれば、電流電圧変換部３は、第１および第２の演算増幅器３１１，３１２の出力電圧の差分に相当する電圧信号を出力するので、焦電素子２の端子から基板へのリークや外乱ノイズによって生じる同相成分を相殺することができる。さらに、上記構成によれば電流電圧変換部３の入力とデジタル処理部５の出力との間の電位差に起因して生じ得るチャタリング現象を抑制することができる。

また、本実施形態では、電流電圧変換部３は、第１の演算増幅器３１１と第２の演算増幅器３１２との少なくとも一方の出力電圧の異常値を検知する異常検知部３５を有している。異常検知部３５は、演算増幅器３１１と演算増幅器３１２との少なくとも一方の出力電圧と所定の第４の閾値および所定の第５の閾値（＞第４の閾値）とを比較する。異常検知部３５は、演算増幅器３１１，３１２の出力電圧が第４および第５の閾値で定められる正常範囲から外れた場合に、演算増幅器３１１，３１２の出力電圧が異常値であると判断し、異常信号を制御部６に出力する。

制御部６は、異常検知部３５から異常信号を受けると、リセット信号を出力し、第１および第２のリセットスイッチ３３１，３３２をオンして両コンデンサＣ１１，Ｃ１２をリセットする異常電圧保護部（図示せず）を有している。つまり、異常電圧保護部は、第１の演算増幅器３１１と第２の演算増幅器３１２との少なくとも一方の出力電圧が第４および第５の閾値で定められる正常範囲から外れた場合に、コンデンサＣ１１，Ｃ１２をリセットする。

なお、本実施形態では異常検知部３５は、抵抗Ｒ１２と抵抗Ｒ１４との接続点の電位を監視することにより、第２の演算増幅部３１２の出力電圧を第４および第５の閾値と比較している。

この構成によれば、赤外線検出装置１は、焦電素子２の端子から基板へのリークや外乱ノイズの影響で、演算増幅器３１１，３１２の出力電圧が異常昇圧あるいは異常降圧した場合、この異常を回路の初段（電流電圧変換部３）で即座に検知することができる。赤外線検出装置１は、演算増幅器３１１，３１２の出力電圧の異常昇圧あるいは異常降圧が検知されれば、異常電圧保護部によりコンデンサＣ１１，Ｃ１２をリセットする。したがって、同相成分の影響で電流電圧変換部３の出力が飽和することを回避できるという利点がある。

その他の構成および機能は実施形態１と同様である。

１ 赤外線検出装置
２ 焦電素子
３ 電流電圧変換部
４ ＡＤ変換部
５ デジタル処理部（フィルタ部）
６ 制御部
３１ 演算増幅器
３３ リセットスイッチ（放電部）
３１１ 第１の演算増幅器
３１２ 第２の演算増幅器
Ｃ１ コンデンサ（容量素子）
Ｃ１１ 第１のコンデンサ（容量素子）
Ｃ１２ 第２のコンデンサ（容量素子）
Ｖｔｈ１，−Ｖｔｈ１ 第１の閾値
Ｖｔｈ２，−Ｖｔｈ２ 第２の閾値
Ｖｔｈ３，−Ｖｔｈ３ 第３の閾値

Claims (12)

1. 焦電素子と、帰還用の容量素子が接続された演算増幅器を用いて、前記焦電素子から出力される電流信号を電圧信号に変換する電流電圧変換部とを備え、前記容量素子に蓄積された電荷を放電するための放電経路を形成する放電部を前記電流電圧変換部に有しており、前記放電部を制御することにより、前記電流電圧変換部の出力から所定周波数以下の低周波成分を除去するようなタイミングで前記容量素子をリセットする制御部が設けられており、前記制御部は、前記低周波成分を除去するように予め決められている周期でクロック信号を発生する発振器を有しており、前記クロック信号に基づいてリセット信号を生成し、前記リセット信号によって前記容量素子をリセットすることを特徴とする赤外線検出装置。
2. 前記電流電圧変換部の出力のうち所定の周波数帯域の信号成分を通過させるフィルタ部をさらに備え、前記制御部は、前記フィルタ部の出力がフィードバック信号として入力されており、前記クロック信号の発生後において前記フィードバック信号の最初のゼロクロス点で前記リセット信号を生成し前記容量素子をリセットすることを特徴とする請求項１記載の赤外線検出装置。
3. 前記制御部は、前記クロック信号の発生後、所定の延長時間に亘って前記フィードバック信号の前記ゼロクロス点が生じなければ、前記クロック信号の発生から前記延長時間が経過した時点で前記リセット信号を生成し前記容量素子をリセットすることを特徴とする請求項２記載の赤外線検出装置。
4. 焦電素子と、帰還用の容量素子が接続された演算増幅器を用いて、前記焦電素子から出力される電流信号を電圧信号に変換する電流電圧変換部とを備え、前記容量素子に蓄積された電荷を放電するための放電経路を形成する放電部を前記電流電圧変換部に有しており、前記放電部を制御することにより、前記電流電圧変換部の出力から所定周波数以下の低周波成分を除去するようなタイミングで前記容量素子をリセットする制御部が設けられており、前記制御部は、予め定められている許容時間以上連続して前記電流電圧変換部の出力値の絶対値が所定の閾値を超えた場合に、前記容量素子をリセットする異常保護部を有することを特徴とする赤外線検出装置。
5. 焦電素子と、帰還用の容量素子が接続された演算増幅器を用いて、前記焦電素子から出力される電流信号を電圧信号に変換する電流電圧変換部とを備え、前記容量素子に蓄積された電荷を放電するための放電経路を形成する放電部を前記電流電圧変換部に有しており、前記放電部を制御することにより、前記電流電圧変換部の出力から所定周波数以下の低周波成分を除去するようなタイミングで前記容量素子をリセットする制御部が設けられており、前記電流電圧変換部の出力値に相当する値の絶対値と所定の第１の閾値とを比較して、前記絶対値が前記第１の閾値を超えるか否かによって検知対象の有無を判定する判定部をさらに備え、前記制御部は、前記絶対値が前記第１の閾値よりも低い第２の閾値以内であるときには前記容量素子をリセット可能な第１の動作モードで動作し、前記絶対値が前記第２の閾値を超えているときには前記容量素子のリセットを行なわない第２の動作モードで動作することを特徴とする赤外線検出装置。
6. 前記電流電圧変換部の出力値をデジタル値に変換するＡＤ変換部と、前記ＡＤ変換部の出力のうち所定の周波数帯域の信号成分を通過させるデジタル処理部とをさらに備えることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の赤外線検出装置。
7. 焦電素子と、帰還用の容量素子が接続された演算増幅器を用いて、前記焦電素子から出力される電流信号を電圧信号に変換する電流電圧変換部とを備え、前記容量素子に蓄積された電荷を放電するための放電経路を形成する放電部を前記電流電圧変換部に有しており、前記放電部を制御することにより、前記電流電圧変換部の出力から所定周波数以下の低周波成分を除去するようなタイミングで前記容量素子をリセットする制御部が設けられており、前記電流電圧変換部の出力値をデジタル値に変換するＡＤ変換部と、前記ＡＤ変換部の出力のうち所定の周波数帯域の信号成分を通過させるデジタル処理部とをさらに備え、前記制御部は、前記ＡＤ変換部の入力の絶対値が、当該ＡＤ変換部にてデジタル値に変換可能な対応範囲の上限値以下に設定されている第３の閾値を超えると、前記容量素子をリセットするＡＤ変換保護部を有することを特徴とする赤外線検出装置。
8. 前記ＡＤ変換部は、ΔΣ方式であることを特徴とする請求項６または請求項７に記載の赤外線検出装置。
9. 前記デジタル処理部は、シリアル方式でデジタル値を出力することを特徴とする請求項６ないし請求項８のいずれか１項に記載の赤外線検出装置。
10. 前記デジタル処理部は、前記シリアル方式として、セルごとに出力が反転するＢＭＣエンコード方式を用いていることを特徴とする請求項９記載の赤外線検出装置。
11. 焦電素子と、帰還用の容量素子が接続された演算増幅器を用いて、前記焦電素子から出力される電流信号を電圧信号に変換する電流電圧変換部とを備え、前記容量素子に蓄積された電荷を放電するための放電経路を形成する放電部を前記電流電圧変換部に有しており、前記放電部を制御することにより、前記電流電圧変換部の出力から所定周波数以下の低周波成分を除去するようなタイミングで前記容量素子をリセットする制御部が設けられており、前記電流電圧変換部は、前記焦電素子の一端に接続される第１の演算増幅器と、前記焦電素子の他端に接続される第２の演算増幅器とを前記演算増幅器として有しており、前記第１の演算増幅器の出力電圧と前記第２の演算増幅器の出力電圧との差分に相当する信号を前記電圧信号として出力することを特徴とする赤外線検出装置。
12. 前記制御部は、前記第１の演算増幅器と前記第２の演算増幅器との少なくとも一方の出力電圧が所定の第４の閾値と所定の第５の閾値とで定められる正常範囲から外れた場合に、前記容量素子をリセットする異常電圧保護部を有することを特徴とする請求項１１記載の赤外線検出装置。

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