JPH0430557B2

JPH0430557B2 -

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Publication number: JPH0430557B2
Application number: JP58247971A
Authority: JP
Priority date: 1983-12-28
Filing date: 1983-12-28
Publication date: 1992-05-22
Also published as: JPS60140173A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は焦電形赤外線装置に関する。

最近、自動ドアや防犯用装置の感知部として焦
電形赤外センサが多用される機運にあり、またそ
の感知距離も徐々に伸びている。しかし、この種
センサでは感知距離が伸びるに従つて雑音の混入
も多くなり、従つて真の信号と雑音とを弁別し、
雑音による装置の誤動作を防止しなければならな
い。このため、従来は焦電形赤外センサの反射鏡
の構造や信号増幅回路に種々の工夫を加えて雑音
を処理するようにしているが、構造や回路が複雑
になるために高価になり、また装置が大形化する
等の欠点があつた。

本発明は上記欠点を除去するためになされたも
ので、帯域制限機能を有する増幅部を設け、該増
幅部に基準電圧を設定し、かつ該基準電圧に対し
て少なくとも２つのスレシホールド電圧を設定し
て増幅部の出力信号処理を行なうようにした焦電
形赤外線装置を提供するものである。

以下、本発明の一実施例について添付図面を参
照して詳細に説明する。

第１図は本発明の動作を説明するための出力波
形を示し、図中Ｖc.c.は入力電源電圧で、通常は
5V、10V、12Vの電圧値が用途、目的に応じて適
宜選択されて使用される。また、Vth₁，Vth₂は
それぞれ適宜決定されるスレシホールド電圧を示
す。

焦電形赤外センサから得られる人体感知信号は
例えば第１図に１０１で示すような信号波形を有
する。人体の移動を感知する焦電形赤外センサか
ら得られる0.1〜10Hz程度の低い周波数帯の信号
を処理する場合には、低周波固有のシエーデイン
グ効果による雑音成分が無信号時に浮き上がつて
くる。また、ポツプ雑音、暗電流雑音と呼ばれる
焦電形赤外センサ固有の雑音成分が発生し、さら
に外来雑音として風でゆらいだノレンに代表され
るようなアンバランス雑音成分や、屋外では雨滴
などもこのアンバランス雑音成分として混入す
る。これら雑音成分は第１図に波形１０２として
示すように、一種のランダム雑音に近い信号スペ
クトルを持つことが実験により確認された。

本発明は上記のような雑音成分を人体感知信号
から確実に弁別し、雑音成分による装置の誤作動
を防止するものである。

第２図は本発明の一実施例を示す回路接続図
で、図において１は焦電形赤外線センサＳを含む
赤外線感知部を示し、この感知部には赤外線セン
サＳの他に反射鏡や電界効果トランジスタ５等が
含まれている。反射鏡としては分割形等の種々の
形式のものが考案されているが、通常の人の動き
が秒速１mm以下で、鏡の開口部が40φ以下、分割
数を10個としても人体の移動にともなつて発生さ
れる信号の周波数は10Hz以下になる。従つて、帯
域制限フイルタの上限値を10Hzに設定しておけ
ば、この分割形反射鏡でも上限値には大した影響
を与えない。電界効果トランジスタ５の負荷回路
としてコンデンサ６と抵抗７の並列回路が設けら
れている。

赤外線感知部１からの出力信号は第１増幅部１
０の帯域通過形演算増幅器OP₁の反転端子（−）
にデカツプリングコンデサ２および固定抵抗器３
を介して供給される。こ演算増幅器OP₁の出力と
反転端子（−）間には抵抗器１３およびコンデン
サ１２の並列回路よりなる帯域制限フイードバツ
ク回路Rf₁が接続されている。また、演算増幅器
OP₁の非反転端子（＋）には入力電源電圧Ｖc.c.と
接地間に直列に接続された２個の抵抗器R₁およ
びR₂よりなるバイアス回路１１が抵抗器１４を
介して接続されており、本実施例ではこのバイア
ス回路１１によつて約1/2Ｖc.c.の基準電圧を演算
増幅器OP₁に与えている。なお、バイアス回路１
１の抵抗器R₂に並列に接続されたコンデンサC₁
は雑音防止用で、バイアス回路１１を交流的に接
地するためのものである。

第１増幅部１０からの出力信号は第２増幅部２
０の演算増幅器OP₂の反転端子（−）にデカツプ
リングコンデンサ４および固定抵抗器２１を介し
て供給される。この演算増幅器OP₂のの出力と反
転端子（−）との間には、抵抗器２６およびコン
デンサ２５の並列回路よりなる帯域制限フイード
バツク回路Rf₂と外来光遮断回路、すなわち明光
検知用センサ２３との並列回路よりなる帰還制御
部２２が接続されている。明光検知用センサ２３
は外来光遮断機能を遂行する。演算増幅器OP₂の
非反転端子（＋）には、片電源とした場合の入力
電源電圧Ｖc.c.と接地間に直列に接続された可変抵
抗器RV₁およびツエナーダイオードZDよりなる
バイアス回路２４が接続されており、本実施例で
はほぼ1/2Ｖc.c.（すなわち、1/2Ｖc.c.±α、但し1/
２Ｖc.c.＞α＞０）の所定の基準電位を演算増幅器
OP₂に与えている。なお、可変抵抗器RV₁の可動
端子２７と接地間に接続されたコンデンサC₂は
雑音防止用である。

第２増幅部２０からの出力信号は２分割され、
一方が第１比較回路３０コンパレータ３の正
（＋）端子に限流抵抗器３１を介して供給され、
また他方は第２比較回路４０コンパータ４２の負
（−）端子に限流抵抗器４１を介して供給される。
従つて、これら比較回路３０，４０の入力端には
第２の増幅部２０のバイアス回路２４によつて設
定された直流バイアス電圧にスレーブした直流信
号にスーパーポーズされた第１図に図示したよう
な信号波が導びかれることになる。第１比較回路
３０のコンパレータ３２の負（−）端子には入力
電源電圧Ｖc.c.と接地間に直列に接続された抵抗器
R₃およびR₄よりなる第１の基準バイアス設定回
路３５が接続され、スレツシホールド電圧Vth₁
を設定している。また雑音防止用コンデンサC₃
が抵抗器R₄と並列に接続され、さらフイードバ
ツク抵抗器Rfがコンパレータ３２の出力と負
（−）端子間に接続されている。一方、第２比較
回路４０のコンパレータ４２の正（＋）端子には
入力電源電圧Ｖc.c.と接地間に直列に接続された抵
抗器R₅およびR₆よりなる第２の基準バイアス設
定回路４５が接続され、スレツシホールド電圧
Vth₂を設定している。また雑音防止用コンデサ
C₄が抵抗器R₆と並列に接続され、さらにフイー
ドバツク抵抗器Rfがコンパレータ４２の出力と
正（＋）端子間に接続されている。このように、
第１の基準バイアス設定回路３５が第１比較回路
３０コンパレータ３２の負（−）端子に接続さ
れ、第２の基準バイアス設定回路４５が第２比較
回路４０のコンパレータ４２の正（＋）端子に接
続され、第１図にVth₁およびVth₂で示した所望
スレシホールド電圧を与えているので、これらコ
ンパレータ３２および４２の入力端の極性は相対
的関係を保ち、第１比較回路３０は第１のスレシ
ホールド電圧Vth₁より大きな信号波イに対して
オンとなり、また第２比較回路４０は第２のスレ
シホールド電圧Vthより小さな信号波ロに対して
オンとなる。これら比較回路３０および４０から
得られた出力信号は固定抵抗器３３と限流ダイオ
ード３４の直列回路および固定抵抗器４３と限流
ダイオード４４の直列回路をそれぞれ介して合成
され、時定数設定回路５０を経て電力増幅回路６
０に供給され、パワートランジスタ６３のコレク
タ回路に接続されたリレー回路６１を作動させ、
このリレー回６１の接点６２を介して接続された
電灯、ブザー、電力機器等の負荷Ｌを動作させ
る。すなわち、赤外線感知部１入間が近づくと、
接点６２が閉成し、電灯が点灯したり、ブザーが
鳴つて警報を発したり、あるいは所望の機器が動
作することになる。

次に、以上のように構成した本発明による焦電
形赤外線装置の動作について説明する。

まず、赤外線感知部１に人体が近づき、この赤
外線感知部１に図中h₁と指示した５〜10mmの赤外
線が入射すると、焦電形赤外線センサの熱ポテン
シヤルが変化し、0.1〜10Hzの人体の動き対応し
た0.1〜10Hz、１〜10mVの電気信号が赤外線感知
部１から得られる。この信号は第１図に示すよう
な波形（ただし直流バイアスされていない）を有
し、真の信号波１０１のみならず各種雑音信号波
１０２を含む。赤外線感知部１からの信号はデカ
ツプリングコンデンサ２と抵抗３を介して第１増
幅部１０に送られる。このデカツプリングコンデ
ンサ２と抵抗３は0.1Hz以下の直流成分に近い信
号を除去するようにその時定数が選定されてお
り、低域例えば0.1Hz以下の周波数を遮断する。
第１増幅部１０に送られた信号は、この増幅部１
０において帯域制限フイードバツク回路Rf₁で高
域制限を受け、従つて0.1〜10Hzの帯域幅を持つ
た信号となつて飽和しない程度で約40dB電圧増
幅される。なお、前記したように、この第１増幅
部１０はバイアス回路１１により入力電源電圧Ｖ
c.c.のほぼ1/2の電圧に直流バイアスされているの
で、第１増幅部１０から得られる出力信号はこの
直流バイアスにスレーブした1/2Ｖc.c.を中心とし
たスーパーポーズ波になる。すなわち、第１図に
示すような1/2Ｖc.c.±αに直流バイアスされた波
形となる。しかしながら、この出力信号は、上述
のように帯域制限を受けているが、依然として第
１図に１０１で示すような信号成分の他に帯域内
に落ち込む雑音成分１０２を含む。この出力信号
は第２増幅部２０に送られる。この第２増幅部２
０においては帰還制御部２２とバイアス回路２４
とが結合されて複合機能を遂行する。まず、バイ
アス回路２４は本発明の重要な要素であるスレシ
ホールド電圧Vth₁、Vthに対する基準電位1/2Ｖ
c.c.±αを与えるものであり、入力電源電圧Ｖc.c.の
１／２の近傍の値に基準電位を設定すれば正負信号
波に対して対称な信号処理ができ、そのダイナミ
ツクレンジも広く取れることになる。この基準電
位1/2Ｖc.c.±αを厳格に定めたい場合や微妙な信
号処理を行いたい場合は、図示したようにツエナ
ーダイオードZDを挿入した方が好ましい。なお、
第１増幅部１０のゲインが適格に保たれるような
回路構成では必ずしもツエナーダイオードZDを
使用する必要はなく、固定抵抗器を用いてその電
位を得てもよい。このように第２増幅部２０のバ
イアス回路２４によつて設定された基準電位1/2
Ｖc.c.±αは増幅部２０の出力電圧をスレーブさ
せ、増幅部２０の出力直流電位を与え、従つて比
較器３０，４０に対する基準電位を提供する。か
くして、この第２増幅部２０から出力される信号
波は1/2Ｖc.c.±αを中心とした信号波となり、比
較器３０，４０に送られることになる。

この第２増幅部２０には帰還制御部２２により
外来光遮断機能と帯域制限機能が付与されてい
る。外来光遮断機能は明光検知用センサ２３によ
つて提供されるもので、このセンサ２３は第２増
幅部２０の負帰還回路を構成している。従つて、
この回路のインピーダンスが高い場合には第２増
幅部２０の増幅度は大きく、逆にインピーダンス
が低くなると増幅度が小さくなる。今、例えば、
明光検知用センサ２３としてCdS系のホトセルを
使用した場合には、暗抵抗1MΩ、明抵抗1KΩ程
度の値が得られるから、500KΩ程度の暗抵抗で
40dB程度の電圧増幅率が得られるように第２増
幅部２０の各回路定数を定める。これによつて図
中h₂で指示する可視光が入射するような昼間時に
は、明光検知用センサ２３の抵抗値が大幅に低下
するから、第２増幅部２０の増幅度は２〜6dB程
度に低下し、従つて出力信号は昼間時には１〜
0.5V_p-pとなり、また夜間時には4V以上になる。
この第２増幅部２０の増幅度は後述するスレシホ
ールド電圧Vth，Vth₂と密接な関係を持ち、これ
ら電圧レベルが適格に保持されないと雑音成分と
して機能し、所望の動作が得られない。すなわ
ち、スレシホールド電圧を適切に付与しないと第
２増幅部２０のゲインが零でも第２増幅部２０か
ら比較回路３０，４０に信号が送出され、昼間時
でも負荷は作動することになる。上記例とは別
に、Cds系ホトセルを使用した場合の計算値特性
を第５図に示す。暗抵抗100MΩ、明抵抗13KΩの
ホトセルの場合、増幅部２０の周波数特性は、
「暗」は曲線ａ、「明」は曲線ｂのようになる。

一方、昼光から夜光に変わる場合には、外来光
遮断機能を呈する明光検知用センサ２３に用いた
ホトセルの抵抗値が連続的に増加した増幅部２０
の利得をしだいに高くするので外来光を遮断する
機能がしだいになくなる。

また、ホトセルを使用した場合には、自動車等
のランプによる雑音成分が発生し、この影響で負
荷がフリツカを起すことになる。それ故、本発明
では第１増幅部１０に帯域制限回路Rf₁を設けて
0.1〜10Hz程度に帯域を制限し、さらに第２増幅
部２０に帰還制御部２２を設けて外来光遮断機能
と帯域制限機能を付与してこの第２増幅部２０に
複合動作をさせ、次段の比較回路３０，４０と協
働して雑音レベルとして処理するものである。

第２増幅部２０からの出力信号は、上記したよ
うに、昼間時１〜0.5V_p-p、夜間時4V以上となつ
て比較回路３０，４０に分割して供給される。本
実施例では比較回路３０，４０のスレシホールド
電圧Vth₁，Vth₂は1/2Ｖc.c.±αを中心として±
1.5Vに設定されており、第１比較回路３０は
Vth₁以上でオンとなり、また第２比較回路４０
はVth₂以下でオンとなる。従つて、第１図の信
号１０１の部分イはVth₁以上であるので第１比
較回路３０が動作し、第３図ハのように波形整形
される。また、第１図の信号１０１の部分ロは
Vth₂以下であるので第２比較回路４０が動作し、
比較動作と反転増幅動作によつて第３図ニに示す
ように波形整形される。これら第３図ハおよびニ
に示す出力波は逆流防止用ダイオード３４および
４４を通じて合される。

上述の信号成分１０１以外の雑音信号成分、例
えば焦電形赤外センサや回路要素から発生される
第１図の雑音信号成分１０２や、外来光遮断回路
２３によつて第２増幅部２０の増幅度が低下した
際に発生する信号成分や、外来光遮断回路２３自
身が発生する雑音信号成分等、は1/2Ｖ計±αを
中心とした±1.5Vのスレシホールド電圧の範囲
内に入るので、各比較回路３０，４０からはこれ
ら雑音成分は出力されず、完全除去される。従つ
て、比較回路３０，４０からは第３図ハおよびニ
の信号波だけが得られることになる。

本発明による焦電形赤外装置の重要な機能は上
述の構成および動作を主体とするが、この種装置
ではランプ点灯時間等を任意に設定したい場合も
生じる。このような場合のためコンデンサ５１と
可変抵抗５２を並列接続して構成した時定数設設
定回路５０をダイオード３４，４４のカソードと
接地間に付加してある。この回路５０は、第４図
に示すように、比較回路３０，４０の出力波第３
図ハ，ニを積分し、またパワートランジスタ６３
にスレシホールド電圧Vth₃を設定する。これに
より電力増幅回路６０に遅延動作を行なわせ、ま
た可変抵抗５２の抵抗値を変えることにより第４
図に示す積分波形ａの立下りの傾斜を変え、これ
により遅延動作時間ｔを変えるものである。従つ
て、負荷の種類により電力増幅回路６０の動作を
選択でき、例えば白熱灯や螢光灯、更には換気
扇、冷暖房装置のような外部負荷により異なつた
内容となる。これらの負荷は、リレー回路６１を
動作させてリレー接点６２を「接」「断」するこ
とにより制御される。従つて、時定数設定回路５
０の時定数を適切に設定しない場合には、例えば
白熱灯では点灯の立上り立下りが早いため連動動
作のときフリツカーを生じ、また、螢光灯では点
灯の立上りが遅いため点灯しない場合があるが、
このようなときは可変抵抗５２により時定数が調
整される。

本発明による赤外線装置は、上述のように構成
したので、次のような効果を有する。

(1) 増幅部における帯域制限および増幅部の基準
電圧に対しそれより高いおよび低い少くとも２
つのスレシホールド電圧を利用して信号処理す
るから、外来雑音の極めて小さい赤外線装置が
得られる。

(2) 増幅部に外来光遮断回路を付加してあるか
ら、外来光の量に応じて増幅部の利得を自動的
に調整でき、例えば昼間の照明を自動的に制御
して、無駄な電力を省略することができる。

(3) 増幅部に外来光遮断回路を付加し、更に少く
とも２つスレシホールド電圧を用いて比較回路
を動作するから、赤外線感知部に間歇的に赤外
線が入射しても負荷にフリツカー現象は生じな
い。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の動作を説明するための出力波
形図、第２図は本発明による焦電形赤外線装置の
一実施例を示す回路接続図、第３図は本発明装置
の出力波形図、第４図は本発明の他の実施例の出
力波形図、第５図は本発明装置の周波数特性を１
つの計算値例として示すものである。図中の１は赤外線感知部、１０は第１増幅部、
１１はバイアス回路、２０は第２増幅部、２２は
帰還制御部、２３は明光検知用センサ、２４はバ
イア回路、３０は第１比較回路、３２はコンパレ
ータ、４０は第２比較回路、４２はコンパレー
タ、５０は時定数設定回路、６０は電力増幅回
路、６１はリレー回路、OP₁，OP₂は演算増幅
器、Vth₁，Vth₂は基準バイアス設定回路である。

Claims

【特許請求の範囲】

１人体より発する赤外線を感知し、電気的信号
に変換する赤外線感知部と、該感知部から得られ
る電気的信号を増幅するとともに、帯域制限機能
を有する増幅部と、該増幅部に対して基準電圧を
設定する基準電圧設定回路と、前記基準電圧より
も高い第１のスレシホールド電位を設定する第１
のスレシホールド電位設定回路と、前記基準電圧
よりも低い第２のスレシホールド電位を設定する
第２のスレシホールド電位設定回路と、前記電気
的信号が前記第１のスレシホールド電位よりも大
きい場合にオンする第１の比較回路と、前記電気
的信号が前記第２のスレシホールド電位よりも小
さい場合オンする第２の比較回路とを具備するこ
とを特徴とする焦電型赤外線装置。