JP6372780B2

JP6372780B2 - 赤外線検出装置

Info

Publication number: JP6372780B2
Application number: JP2014186050A
Authority: JP
Inventors: 福井　卓; 卓福井
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2014-09-12
Filing date: 2014-09-12
Publication date: 2018-08-15
Anticipated expiration: 2034-09-12
Also published as: JP2016057255A

Description

本発明は、一般に赤外線検出装置に関し、より詳細には焦電素子を用いた赤外線検出装置に関する。

従来、焦電素子と、焦電素子からの電流信号を電圧信号に変換する（電流／電圧）変換回路と、変換回路により変換された電圧信号の所定周波数成分を選択的に増幅する（電圧）増幅回路とを備えた赤外線検出装置が知られている（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は、検出エリア内における動きのある人体が発する赤外線を検知することにより、その検出エリア内に人がいるかどうかを検出する人体検出装置を構成している。この赤外線検出装置は、増幅回路により増幅された電圧信号と所定のしきい電圧とを検知回路で比較し、この比較結果を基に人体検出信号を出力する。

特開２００５−１４７８５５号公報

ところで、上述したような構成の赤外線検出装置は、たとえば夏場などの気温が高い環境では、冬場などの気温が低い環境に比べて、人体と背景との温度差が小さくなるため、感度が低下する可能性がある。

本発明は上記事由に鑑みて為されており、気温が変化しても感度が低下しにくい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、前記焦電素子の出力に基づいて検知対象を検知する処理回路とを備え、前記処理回路は、当該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変換回路と、前記変換回路から出力される電圧信号を増幅する増幅回路とを含む集積回路を有しており、前記集積回路には、当該集積回路の周囲の温度を計測する温度計測部と、前記温度計測部の計測値に応じて前記処理回路の感度を変化させる制御部とが設けられており、前記温度計測部は、ノンドープポリシリコン抵抗を用いて構成されていることを特徴とする。

本発明は、気温が変化しても感度が低下しにくいという利点がある。

実施形態１に係る赤外線検出装置の概略構成を示すブロック図である。実施形態１に係る赤外線検出装置の概略構成を示す回路図である。実施形態１に係る赤外線検出装置に用いる計測用抵抗の温度特性図である。実施形態１に係る赤外線検出装置の動作の説明図である。実施形態２に係る赤外線検出装置の概略構成を示す回路図である。実施形態２に係る赤外線検出装置に用いる増幅回路の周波数特性図である。

（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、焦電素子２の出力に基づいて検知対象を検知する処理回路１０とを備えている。

処理回路１０は、変換回路３と、増幅回路４とを含む集積回路１００を有している。変換回路３は、焦電素子２から出力される電流信号を電圧信号に変換する。増幅回路４は、変換回路３から出力される電圧信号を増幅する。

ここで、集積回路１００には、温度計測部８と、制御部９とが設けられている。温度計測部８は、集積回路１００の周囲の温度を計測する。制御部９は、温度計測部８の計測値に応じて処理回路１０の感度を変化させるように構成されている。

この構成によれば、変換回路３および増幅回路４は、集積回路（ＩＣ：Integrated Circuit）１００に含まれているため、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る。しかも、集積回路１００には、集積回路１００の周囲の温度を計測する温度計測部８と、温度計測部８の計測値に応じて処理回路１０の感度を変化させる制御部９とが設けられている。したがって、赤外線検出装置１は、集積回路１００にとくに外付け部品を付加することなく、処理回路１０の感度を集積回路１００の温度に応じて変化させることができる。

その結果、赤外線検出装置１は、たとえば集積回路１００の温度が高くなるほど処理回路１０の感度を高めることにより、夏場など、気温が高く人体と背景との温度差が小さくなる環境においても、十分な感度で検知対象（人体）を検知することできる。よって、この赤外線検出装置１は、気温が変化しても感度が低下しにくい、という利点がある。

以下、本実施形態の赤外線検出装置１について詳しく説明する。ただし、以下に説明する赤外線検出装置１は、本発明の一例に過ぎず、本発明は、下記実施形態に限定されることはなく、この実施形態以外であっても、本発明に係る技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計等に応じて種々の変更が可能である。

本実施形態においては、赤外線検出装置１が、検知エリア内の人（検知対象）の存否を検知する人体検知に用いられる場合を例とする。赤外線検出装置１は、焦電素子２が受光する赤外線量の変化に基づいて検知エリア内の人の存否を判定し、その判定結果を外部装置（外部回路）へ出力するように構成されている。ただし、赤外線検出装置１は、人体検知に限らず、たとえばガス検知等の他の用途で用いられてもよい。

本実施形態の赤外線検出装置１は、図１に示すように、上述した焦電素子２、変換回路３、増幅回路４、温度計測部８、および制御部９に加えて、ＡＤ変換回路５およびデジタル回路６をさらに備えている。ここで、ＡＤ変換回路５およびデジタル回路６は、たとえばメモリおよびプロセッサを有するマイコン（マイクロコンピュータ）を主構成とし、プロセッサがメモリに記憶されているプログラムを実行することにより実現される。マイコンをＡＤ変換回路５およびデジタル回路６として機能させるプログラムは、たとえば予めメモリに書き込まれていてもよいし、記録媒体に記憶されて、あるいは電気通信回線を介して提供されてもよい。

ＡＤ変換回路５およびデジタル回路６は、処理回路１０における集積回路１００に含まれている。つまり、本実施形態においては、処理回路１０は、変換回路３と、増幅回路４と、ＡＤ変換回路５と、デジタル回路６と、温度計測部８と、制御部９とを含む集積回路１００を備えている。この処理回路１０は、焦電素子２の出力に基づいて検知対象を検知する機能を有している。

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。焦電素子２から出力された電流信号は、電流電圧変換（Ｉ−Ｖ変換）を行う変換回路３に入力される。

変換回路３は、図２に示すように、（第１の）演算増幅器３１と、コンデンサ３２とを有している。

演算増幅器３１の反転入力端子（−入力端子）は、焦電素子２に電気的に接続されている。演算増幅器３１の非反転入力端子（＋入力端子）は、基準電圧を発生する基準電源３３に電気的に接続されている。コンデンサ３２は、演算増幅器３１の出力端子と反転入力端子との間に電気的に接続されており、交流帰還用の容量素子として機能する。

このように構成される容量型の変換回路３は、焦電素子２からの電流信号を、コンデンサ３２のインピーダンスを用いて電圧信号に変換し、演算増幅器３１の出力端子から出力する。演算増幅器３１の出力端子から出力される電圧は、基準電源３３が発生する基準電圧からコンデンサ３２の両端電圧を差し引いた値となる。そのため、変換回路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電圧信号となる。このように構成される変換回路３は、ＳＮ比が比較的高いという利点がある。

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）にあるときの変換回路３の出力をゼロとして説明する。つまり、変換回路３の出力は、演算増幅器３１の出力端子から出力される電圧の動作点からの変化量を意味する。

また、図２の例では、変換回路３は、（第２の）演算増幅器３４と、コンデンサ３５と、２個の抵抗３６，３７と、クランプ回路３８とからなるフィードバック回路をさらに有している。

演算増幅器３４は、反転入力端子（−入力端子）が抵抗３６を介して基準電源３３に電気的に接続され、且つ出力端子と反転入力端子との間にコンデンサ３５が電気的に接続されることにより、積分回路を構成する。さらに、演算増幅器３４の非反転入力端子（＋入力端子）は演算増幅器３１の出力端子に接続され、演算増幅器３４の出力端子は抵抗３７を介して演算増幅器３１の反転入力端子に接続されている。

また、クランプ回路３８は、演算増幅器３４の出力端子と演算増幅器３１の反転入力端子との間において、抵抗３７と電気的に並列に接続されている。クランプ回路３８は、ここでは互いに逆並列に接続された一対のダイオード３８１，３８２で構成されている。つまり、ダイオード３８１およびダイオード３８２は、抵抗３７の両端間において、互いに逆向きとなるように並列に接続されている。ここでは、ダイオード３８１のアノードは演算増幅器３４の出力端子に接続され、ダイオード３８２のアノードは演算増幅器３１の反転入力端子に接続されている。

これにより、変換回路３は、フィードバック回路により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）を低減させた電圧信号を出力することになる。言い換えれば、変換回路３はハイパスフィルタを有している。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、たとえば赤外線検出装置１の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。

さらに、変換回路３は、たとえば所定値を超える不要成分が入力されて、抵抗３７の両端電圧がダイオード３８１あるいはダイオード３８２の順方向電圧を超えた場合には、抵抗３７の両端間がクランプ回路３８により短絡される。そのため、変換回路３は、所定値を超える不要成分が入力された場合でも、不要成分を低減させた電圧信号を出力することが可能である。

増幅回路４は、（第３の）演算増幅器４１と、帰還用の容量素子（以下、「帰還コンデンサ」という）４２と、リミッタ回路４３と、抵抗４４と、入力コンデンサ４５とを有している。

演算増幅器４１の反転入力端子（−入力端子）は、入力コンデンサ４５を介して演算増幅器３１の出力端子に電気的に接続されている。帰還コンデンサ４２は、演算増幅器４１の出力端子と反転入力端子との間に電気的に接続されている。さらに演算増幅器４１の非反転入力端子（＋入力端子）は基準電源３３と電気的に接続されている。つまり、演算増幅器４１の非反転入力端子は、変換回路３における演算増幅器３１の非反転入力端子と共通の基準電源３３に接続される。

要するに、増幅回路４は、容量型の電圧増幅回路を構成しており、その電圧増幅率は、入力コンデンサ４５の容量値「Ｃ１」、および帰還コンデンサ４２の容量値「Ｃ２」を用いて「Ｃ１／Ｃ２」で表される。したがって、増幅回路４は、変換回路３から入力される電圧信号をＣ１／Ｃ２倍に増幅して演算増幅器４１の出力端子から出力する。このように構成される増幅回路４は、演算増幅器と抵抗とを組み合わせて構成される電圧増幅回路に比較して、低消費電力である。演算増幅器４１の出力端子は、ＡＤ変換回路５に電気的に接続されている。

抵抗４４は、演算増幅器４１の出力端子と反転入力端子との間において、帰還コンデンサ４２と電気的に並列に接続されている。つまり、増幅回路４は、演算増幅器４１の入力端（反転入力端子）と出力端（出力端子）との間において、帰還コンデンサ４２およびリミッタ回路４３と電気的に並列に接続される抵抗４４を有している。この抵抗４４は、増幅回路４の動作を安定化させるために設けられている。すなわち、容量型の増幅回路４は、低消費電力である反面、低周波成分に対しては帰還コンデンサ４２および入力コンデンサ４５が高インピーダンスとなるため、抵抗４４がなければ不安定な動作となる可能性がある。そこで、本実施形態の赤外線検出装置１は、抵抗４４を設けて増幅回路４に時定数を持たせることにより、増幅回路４の動作を安定化させている。

本実施形態においては、赤外線検出装置１は、変換回路３および増幅回路４を構成する素子を１個のＩＣ（集積回路）に集積化することにより、変換回路３および増幅回路４、さらにはＡＤ変換回路５およびデジタル回路６をワンチップ化している。そのため、増幅回路４の帰還コンデンサ４２および入力コンデンサ４５としては比較的小容量のコンデンサが用いられ、たとえば帰還コンデンサ４２の容量値が１ｐＦ程度、入力コンデンサ４５の容量値が１０ｐＦ程度に設定される。そこで、増幅回路４にある程度の時定数を持たせるために、比較的高抵抗（たとえば数十ＴΩ）の抵抗４４が用いられる。抵抗４４は、ここではノンドープポリシリコンを用いて構成されている。

ノンドープで高抵抗の抵抗４４は、一般的に温度係数（温度特性）が大きく、温度変化に対する抵抗値の変化が比較的大きい。したがって、抵抗４４が負の温度係数を持つ場合には、抵抗４４の周囲温度が低くなると、抵抗４４の抵抗値が高くなるため、増幅回路４は低周波成分に対する利得が上がることになる。そのため、リミッタ回路４３がなければ、赤外線検出装置１は、起動時や周囲温度の低下時などにおいて、増幅回路４の利得が過大になり、増幅回路４の後段回路（たとえばＡＤ変換回路５）が飽和状態となる可能性がある。

そこで、本実施形態の赤外線検出装置１は、演算増幅器４１の反転入力端子と出力端子との間において、帰還コンデンサ４２と電気的に並列に接続されたリミッタ回路４３を有している。本実施形態では、リミッタ回路４３は互いに逆並列に接続された一対のダイオード４３１，４３２で構成されている。つまり、（第１の）ダイオード４３１および（第２の）ダイオード４３２は、帰還コンデンサ４２の両端間において、互いに逆向きとなるように並列に接続されている。ここでは、ダイオード４３１のアノードは演算増幅器４１の反転入力端子に接続され、ダイオード４３２のアノードは演算増幅器４１の出力端子に接続されている。

このような構成により、増幅回路４は、帰還コンデンサ４２の両端電圧がダイオード４３１あるいはダイオード４３２の順方向電圧を超えた場合、帰還コンデンサ４２の両端間がリミッタ回路４３により短絡される。つまり、リミッタ回路４３は、帰還コンデンサ４２の両端電圧が所定の閾値電圧を超えると、帰還コンデンサ４２の両端間を電気的に短絡するように機能する。ここでは、閾値電圧は、ダイオード４３１あるいはダイオード４３２の順方向電圧によって規定され、一例として０．５Ｖである。そして、増幅回路４は、リミッタ回路４３が作動した状態、つまり帰還コンデンサ４２の両端間が短絡された状態では、電圧増幅率が低くなり、その出力が低下する。

要するに、リミッタ回路４３は、増幅回路４の利得が大きくなって帰還コンデンサ４２の両端電圧（抵抗４４の両端電圧）が閾値電圧を超えると、帰還コンデンサ４２（抵抗４４）の両端間を電気的に短絡して増幅回路４の利得を下げる。これにより、本実施形態に係る赤外線検出装置１は、たとえば低温時にリミッタ回路４３が作動することにより、増幅回路４の利得が過大となることを防止でき、増幅回路４の後段回路（たとえばＡＤ変換回路５）が飽和しにくくなる。したがって、赤外線検出装置１は、消費電力を極力小さく抑えつつ、増幅回路４の出力が飽和しにくい、という利点がある。

ＡＤ変換回路５は、増幅回路４から入力されるアナログ値（電圧値）をデジタル値に変換（ＡＤ変換）してデジタル回路６に出力するＡＤ変換器である。本実施形態では、一例としてＡＤ変換回路５には、逐次比較方式のＡＤ変換器が用いられている。ここで、逐次比較方式のＡＤ変換器は、コンデンサを用いた電荷再分配型、ラダー抵抗を用いたラダー抵抗型、あるいはこれらの組み合わせであってもよい。これにより、ＡＤ変換回路５は、簡単な回路構成で高い分解能を実現できる。ただし、ＡＤ変換回路５は、逐次比較方式に限らず、その他の方式のＡＤ変換器が用いられてもよい。たとえばΔΣ（デルタシグマ）方式のＡＤ変換器がＡＤ変換回路５に用いられていれば、比較的小型で且つ高精度のＡＤ変換回路５を実現することができる。

一般的に、ＡＤ変換器は、ＡＤ変換可能な（つまりＡＤ変換特性が保証される）入力電圧範囲（入力レンジ）がフルスケールとして個々に決められている。そのため、ＡＤ変換回路５においても、フルスケール内のアナログ値についてのみデジタル値に変換可能であって、フルスケールの上限値を超えるアナログ値については当該上限値に相当するデジタル値に変換される。つまり、ＡＤ変換回路５は、このフルスケール外の振幅を持つ信号が入力されると、出力が飽和することになる。

このＡＤ変換回路５は、所定の時間間隔（サンプリング周期）で設定されるサンプリングタイミングで増幅回路４の出力値を量子化してデジタル値に変換する。本実施形態では、ＡＤ変換回路５は、一例として１０ｍｓのサンプリング周期で設定されるサンプリングタイミングでＡＤ変換を行うこととする。なお、人体検知においては検知対象は１Ｈｚ付近であるので、サンプリング周期は、１ｓよりも十分に短い周期（たとえば０．１ｓ以下）に設定されることが好ましい。

デジタル回路６は、ＡＤ変換回路５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。具体的には、デジタル回路６は、ＡＤ変換回路５の出力値（増幅回路４の出力に相当するデジタル値）と、予め定められている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６１を有している。判定部６１は、ＡＤ変換回路５の出力値の絶対値が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、閾値以下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、デジタル回路６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程度と仮定する）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）６２を有している。

ここで、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ＢＰＦ６２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。

上記構成の赤外線検出装置１では、焦電素子２からの出力は、変換回路３にて電圧信号に変換された後、増幅回路４で増幅され、ＡＤ変換回路５に入力される。つまり、ＡＤ変換回路５に入力される電圧信号は、焦電素子２の出力（電流信号）を変換回路３で電圧信号に変換後さらに増幅回路４で増幅した信号である。ＡＤ変換回路５は、入力された電圧信号をデジタル値に変換し、デジタル回路６へ出力する。デジタル回路６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、判断結果を第１の出力端子７１から外部装置（外部回路）に出力する。

また、デジタル回路６は、ＡＤ変換回路５の出力値に応じたデジタル信号を、第２の出力端子７２からシリアル出力することもできるように構成されている。具体的には、デジタル回路６は、スタートビット、メインフィルタ出力、検知信号状態、動作モード判定結果、ストップビットからなる信号形式を採用する。メインフィルタ出力は、デジタルＢＰＦ６２を通すことにより増幅回路４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。デジタル回路６は、１回の通信でたとえば１６ビットのデジタル信号を、送信クロック（たとえば２０ｋＨｚ）に同期してシリアル通信にて出力する。これにより、デジタル回路６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。

なお、デジタル回路６は、ＡＤ変換回路５の出力値を、そのままデジタル信号としてシリアル出力する構成であってもよい。つまり、デジタル回路６は、ＡＤ変換回路５の出力するデジタル信号を、デジタルＢＰＦ６２を通すことなくシリアル出力してもよい。また、処理回路１０がＡＤ変換回路５およびデジタル回路６を備える構成は必須の構成ではなく、ＢＰＦや判定部はアナログ回路で構成されていてもよい。

ところで、処理回路１０の集積回路１００には、上述したように温度計測部８と制御部９とが設けられている。温度計測部８は、集積回路１００の周囲温度を計測するように構成され、制御部９は、温度計測部８の計測値に応じて処理回路１０の感度を変化させるように構成されている。つまり、温度計測部８および制御部９は、変換回路３および増幅回路４と共に集積化（ワンチップ化）されており、集積回路１００の温度に合わせて処理回路１０の感度を調節する機能を有している。

さらに詳しく説明すると、温度計測部８は、集積回路１００の周囲温度に応じて電気的特性値が変化することにより、集積回路１００の周囲温度に応じた電気信号（計測値）を出力するように構成されている。

本実施形態では、温度計測部８は、温度に応じて抵抗値が変化するような温度特性を持つ抵抗を用いることにより、集積回路１００の周囲温度に応じた電気信号を出力する。具体的には、温度計測部８は、図２に示すように、計測用抵抗８１と、定電流源８２と、計測部８３と、補償部８４とを有している。計測用抵抗８１は、定電流源８２と電気的に接続され、定電流源８２は、計測用抵抗８１に一定電流を流すように構成されている。なお、計測用抵抗８１に流れる電流は、赤外線検出装置１全体の消費電流に比べると無視できる程度の大きさの微小電流である。

計測部８３は、計測用抵抗８１の両端電圧を計測し、計測用抵抗８１の両端電圧に応じた大きさの電気信号（計測値）を制御部９へと出力する。計測用抵抗８１の抵抗値は、計測用抵抗８１の温度、つまり集積回路１００の周囲温度に応じて変化するので、一定電流が流れる状態での計測用抵抗８１の両端電圧は、集積回路１００の周囲温度に応じて変化することになる。したがって、計測部８３の出力する電気信号は、集積回路１００の温度に応じた大きさの信号となる。

ここで、本実施形態の赤外線検出装置１においては、温度計測部８は、たとえば温度変化に伴い抵抗値が大きく変化するノンドープポリシリコン抵抗を用いて構成されている。つまり、計測用抵抗８１は、集積回路１００に形成されたノンドープポリシリコン抵抗にて構成されている。ここでは、計測用抵抗８１の抵抗値は常温（２５度程度）で１００ＭΩを超えるような比較的高抵抗に設定されている。

図３は、横軸を温度、縦軸を抵抗値としてノンドープポリシリコン抵抗の温度特性を表している。ノンドープポリシリコン抵抗からなる計測用抵抗８１は、図３に示すように、温度が高くなるほど抵抗値が小さくなる負の温度特性を有している。なお、計測用抵抗８１が負の温度特性を有することは必須の構成ではなく、計測用抵抗８１は正の温度特性を有していてもよい。

一般的に、ノンドープポリシリコン抵抗は、個体間での抵抗値のばらつきが大きいが、温度特性については個体間でのばらつきが比較的小さい。そのため、ノンドープポリシリコン抵抗は、測定精度が要求されるセンサとしての利用には不向きであるが、本実施形態の赤外線検出装置１のように、感度の調節に用いられる程度の大雑把な温度の測定には使用可能である。要するに、本実施形態の赤外線検出装置１は、検知対象（人体）の存否を判断する際の感度を決定するために、温度計測部８の計測値を用いているだけであるから、計測用抵抗８１の個体間での抵抗値のばらつきについては、ある程度許容される。

補償部８４は、計測用抵抗８１の抵抗値のばらつきなどにかかわらず、集積回路１００の周囲温度と計測部８３の出力する電気信号（計測値）との相対的な関係が略一定となるように、温度計測部８の温度特性を補償する機能を有している。補償部８４は、たとえば赤外線検出装置１の工場出荷時、計測部８３にて計測用抵抗８１の両端電圧に掛けられる係数を調節することにより、温度計測部８の温度特性を補償する。

制御部９は、上述したように構成される温度計測部８の計測値（計測部８３の出力）に応じて、処理回路１０の感度を変化させるように構成されている。本実施形態では、処理回路１０は、上述したように増幅回路４で増幅後の電圧信号と、閾値とを比較することにより、検知エリア内の検知対象（人体）の存否を判定する判定部６１を備えている。そこで、制御部９は、判定部６１を含むデジタル回路６に電気的に接続され、温度計測部８の計測値に応じて、判定部６１で用いる閾値を変化させることにより、処理回路１０の感度を変化させるように構成されている。

本実施形態においては、制御部９は、集積回路１００の周囲温度が高くなるほど、処理回路１０の感度を上げるように構成されている。具体的には、制御部９は、計測用抵抗８１の両端電圧が低く（集積回路１００の周囲温度が高く）なると、判定部６１で用いる閾値を小さくするように構成されている。ここでは、制御部９は、予め設定された複数段階の閾値（第１の閾値、第２の閾値、…）の中から一つの閾値を選択して判定部６１に適用し、計測用抵抗８１の両端電圧が低くなるにつれて、小さな閾値へと切り替えるように構成されている。つまり、制御部９は、集積回路１００の周囲温度が高くなると、たとえば図４に示すように閾値を第１の閾値Ｖｔｈ１，−Ｖｔｈ１から第２の閾値Ｖｔｈ２，−Ｖｔｈ２に下げることにより、処理回路１０の感度を上げる。図４は、横軸を時間軸として、検知エリア内に検知対象（人体）が侵入したときに判定部６１に入力される電圧信号を表している。

すなわち、人体と背景との温度差が十分にある環境においては、判定部６１は、増幅回路４で増幅後の電圧信号Ｘ１を、第１の閾値Ｖｔｈ１，−Ｖｔｈ１と比較する。この状態で、電圧信号Ｘ１の絶対値が第１の閾値Ｖｔｈ１，−Ｖｔｈ１を超えると、判定部６１は、検知エリア内の検知対象（人体）が存在すると判定する。

一方、夏場など、気温が高く人体と背景との温度差が小さくなる環境においては、判定部６１は閾値を第２の閾値Ｖｔｈ２，−Ｖｔｈ２に下げ、増幅回路４で増幅後の電圧信号と比較する。この状態では、増幅回路４で増幅後の電圧信号Ｘ２の振幅は、上述の電圧信号Ｘ１の振幅より小さくなるため、第１の閾値Ｖｔｈ１，−Ｖｔｈ１のままでは電圧信号Ｘ２の絶対値が閾値を超えないことになる。閾値が第２の閾値Ｖｔｈ２，−Ｖｔｈ２になれば、電圧信号Ｘ２の絶対値は閾値を超えやすくなるため、処理回路１０の感度は向上することになる。

なお、図４の例では、判定部６１の閾値は、第１の閾値と第２の閾値との２段階で変化しているが、この例に限らず、制御部９は、判定部６１の閾値を３段階以上変化させてもよい。

また、本実施形態においては、処理回路１０は、変換回路３と、増幅回路４と、ＡＤ変換回路５と、デジタル回路６と、温度計測部８と、制御部９とを１個の集積回路１００に集積化することにより、処理回路１０をワンチップ化している。ただし、処理回路１０がワンチップであることは必須の構成ではなく、適宜、外付け部品が付加されていてもよい。

以上説明した本実施形態の赤外線検出装置１によれば、処理回路１０は、変換回路３および増幅回路４が集積回路１００にて実現されており、且つ集積回路１００には、温度計測部８と制御部９とが設けられている。温度計測部８は、集積回路１００の周囲温度を計測し、制御部９は、温度計測部８の計測値に応じて処理回路１０の感度を変化させる。

すなわち、変換回路３および増幅回路４は集積回路１００に含まれているため、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る。しかも、集積回路１００には温度計測部８と制御部９とが設けられているから、赤外線検出装置１は、集積回路１００にとくに外付け部品を付加することなく、処理回路１０の感度を集積回路１００の温度に応じて変化させることができる。

したがって、赤外線検出装置１は、たとえば集積回路１００の温度が高くなるほど処理回路１０の感度を高めることにより、夏場など、気温が高く人体と背景との温度差が小さくなる環境においても、十分な感度で検知対象（人体）を検知することできる。よって、この赤外線検出装置１は、気温が変化しても感度が低下しにくい、という利点がある。

また、温度計測部８は、本実施形態のように、ノンドープポリシリコン抵抗を用いて構成されていることが好ましい。この構成によれば、赤外線検出装置１は、外付け部品を用いることなく集積回路１００のみで、集積回路１００の周囲温度を計測する機能を実現できるので、全体としての小型化を図ることができる。なお、温度計測部８は、ノンドープポリシリコン抵抗を用いて構成されていることは必須ではなく、適宜の構成を採用可能である。

また、本実施形態のように、処理回路１０は、増幅回路４で増幅後の電圧信号と閾値とを比較することにより、検知エリア内の検知対象の存否を判定する判定部６１を有し、制御部９は、温度計測部８の計測値に応じて閾値を変化させる構成であることが好ましい。この構成によれば、制御部９は、温度計測部８の計測値に応じて、判定部６１で用いる閾値を変化させることにより、処理回路１０の感度を変化させることができる。したがって、赤外線検出装置１は、比較的簡単な構成で、集積回路１００の温度に応じて処理回路１０の感度を変化させることができる。

（実施形態２）
本実施形態の赤外線検出装置１は、図５に示すように、制御部９は、温度計測部８の計測値に応じて処理回路１０の利得を変化させるように構成されている点で、実施形態１の赤外線検出装置１と相違する。以下、実施形態１と同様の構成については、共通の符号を付して適宜説明を省略する。

すなわち、実施形態１では、制御部９は、判定部６１で用いる閾値を変化させることにより処理回路１０の感度を変化させる構成であったのに対し、本実施形態では、制御部９は、変換回路３等の利得を変化させることにより処理回路１０の感度を変化させる。制御部９は、処理回路（図５の例では増幅回路４）１０に電気的に接続され、温度計測部８の計測値に応じて、利得を変化させることにより、処理回路１０の感度を変化させるように構成されている。

本実施形態においては、制御部９は、集積回路１００の周囲温度が高くなるほど、処理回路１０の感度を上げるように構成されている。具体的には、制御部９は、計測用抵抗８１の両端電圧が低く（集積回路１００の周囲温度が高く）なると、増幅回路４の利得を大きくするように構成されている。ここでは、制御部９は、予め設定された複数段階の利得の中から一つの利得を選択して増幅回路４に適用し、計測用抵抗８１の両端電圧が低くなるにつれて、大きな利得へと切り替えるように構成されている。つまり、増幅回路４は、たとえば図６に示すように、周波数帯域ごとに決まった利得を持つような周波数特性を有しており、制御部９は、集積回路１００の周囲温度が高くなると、この周波数特性を切り替えるように動作する。図６は横軸を周波数、縦軸を利得（変換インピーダンス）として、増幅回路４の周波数特性の一例を表している。

すなわち、夏場など、気温が高く人体と背景との温度差が小さくなる環境においては、制御部９は、たとえば全周波数帯域に亘って利得を上げることにより、判定部６１にて閾値と比較される電圧信号を、閾値に対して相対的に大きくする。これにより、電圧信号の絶対値は閾値を超えやすくなるため、処理回路１０の感度は向上することになる。あるいは、制御部９は、夏場など、気温が高く人体と背景との温度差が小さくなる環境において、検知対象（人体）とは無関係に生じる低周波の揺らぎ成分を抑えるために、低周波成分に対する利得を下げる構成であってもよい。

一方、冬場など、気温が低く人体と背景との温度差が大きくなる環境においては、制御部９は、たとえば全周波数帯域に亘って利得を下げることにより、判定部６１にて閾値と比較される電圧信号を、閾値に対して相対的に小さくする。

以上説明した本実施形態の構成によれば、制御部９は、温度計測部８の計測値に応じて、処理回路１０の利得を変化させることにより、処理回路１０の感度を変化させることができる。したがって、赤外線検出装置１は、比較的簡単な構成で、集積回路１００の温度に応じて処理回路１０の感度を変化させることができる。しかも、制御部９は、本実施形態のように、処理回路１０の周波数特性を変化させることによって、きめ細かな感度調節が可能となる、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。

（実施形態３）
本実施形態の赤外線検出装置１は、制御部９が、処理回路１０が稼働モードにある場合にのみ、処理回路１０の感度を変化させるように構成されている点で、実施形態１の赤外線検出装置１と相違する。以下、実施形態１と同様の構成については、共通の符号を付して適宜説明を省略する。

本実施形態においては、処理回路１０は、検知対象の検知を行う稼働モードと、検知対象の検知を行わない休止モードとが、焦電素子２の出力に基づいて切り替わるように構成されている。つまり、制御部９は、処理回路１０が休止モードにある場合には、処理回路１０の感度を変化させず、処理回路１０が稼働モードにある場合にのみ、処理回路１０の感度を変化させる。

ここでは、処理回路１０は、判定部６１において人体の存否を判定するために用いられる閾値とは別に、該閾値よりも小さな起動閾値が予め設定され、増幅回路４の出力する電圧信号が起動閾値を超えてから一定時間に亘って、稼働モードで動作する。要するに、処理回路１０は、休止モードでは、増幅回路４の出力する電圧信号と起動閾値とを比較し、電圧信号の絶対値が起動閾値を超えた時点から一定時間に亘っては、稼働モードで動作することになる。

そして、制御部９は、増幅回路４の出力する電圧信号が起動閾値を超えてから一定時間、つまり処理回路１０が稼働モードで動作する期間にのみ、温度計測部８の計測値に応じて処理回路１０の感度を変化させるように構成されている。

以上説明した本実施形態の赤外線検出装置１によれば、制御部９による処理回路１０の感度の調節は、処理回路１０が実際に検知対象の検知を行う稼働モードでのみ行われるので、休止モードでは、処理回路１０の感度を調節する制御部９の機能は無効になる。したがって、赤外線検出装置１は、制御部９および温度計測部８による消費電力を極力抑えることができる。

その他の構成および機能は実施形態１と同様である。また、本実施形態の構成は、実施形態２で説明した構成（制御部９が、温度計測部８の計測値に応じて処理回路１０の利得を変化させる構成）と組み合わせて適用することも可能である。

１赤外線検出装置
１０処理回路
１００集積回路
２焦電素子
３変換回路
４増幅回路
６１判定部
８温度計測部
８１計測用抵抗（ノンドープポリシリコン抵抗）
９制御部

Claims

焦電素子と、
前記焦電素子の出力に基づいて検知対象を検知する処理回路とを備え、
前記処理回路は、
当該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変換回路と、
前記変換回路から出力される電圧信号を増幅する増幅回路とを含む集積回路を有しており、
前記集積回路には、当該集積回路の周囲の温度を計測する温度計測部と、前記温度計測部の計測値に応じて前記処理回路の感度を変化させる制御部とが設けられており、
前記温度計測部は、ノンドープポリシリコン抵抗を用いて構成されている
ことを特徴とする赤外線検出装置。
前記処理回路は、前記増幅回路で増幅後の電圧信号と、閾値とを比較することにより、検知エリア内の前記検知対象の存否を判定する判定部をさらに有し、
前記制御部は、前記温度計測部の計測値に応じて前記閾値を変化させるように構成されている
ことを特徴とする請求項１に記載の赤外線検出装置。
前記制御部は、前記温度計測部の計測値に応じて前記処理回路の利得を変化させるように構成されている
ことを特徴とする請求項１に記載の赤外線検出装置。
前記処理回路は、前記検知対象の検知を行う稼働モードと、前記検知対象の検知を行わない休止モードとが、前記焦電素子の出力に基づいて切り替わるように構成されており、
前記制御部は、前記処理回路が前記稼働モードにある場合にのみ、前記処理回路の感度を変化させるように構成されている
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の赤外線検出装置。