JPH0581670U - 赤外線式検知装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】最終段の増幅回路のＳ／Ｎ比の悪化を来すこと
なく電源投入時における安定状態に達するまでの時間を
短縮できる赤外線式検知装置を提供する。 【構成】最終段増幅回路の増幅器の負帰還抵抗に、複数
個のダイオードを同一方向に直列接続した２個１組の短
絡回路部を、各ダイオードの向きを互いに逆にしてそれ
ぞれ並列接続する。または、前記負帰還抵抗に、互いに
逆方向に直列接続した２個１組のツェナダイオードを所
要組だけ直列接続した短絡回路部を並列接続する。電源
投入時の大きな電圧印加により各ダイオードまたはツェ
ナダイオードが導通して短絡回路部により負帰還抵抗を
短絡する。従って、低域遮断周波数設定用コンデンサが
同用抵抗のみを通じて迅速に充電され、その充電時間を
大幅に短縮して短時間で安定状態となる。短絡回路部を
導通状態とする電圧を高く設定でき、且つ検知用閾値も
高く設定できるので、Ｓ／Ｎ比が悪くならない。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、例えば、自動ドアの開閉や防犯警報装置の作動の制御に際し入射赤 外線エネルギーの変化を検出して人体等を検知する赤外線式検知装置に関するも のである。

【０００２】

【従来の技術】

斯かる従来の赤外線式検知装置は、図４または図５に示すような構成になって いる。図４の検知装置について説明すると、先ず受光回路（１）は、光学系（図 示せず）により集光されて入射する赤外線光束をその変動量に応じた電気信号に 変換する焦電素子等からなる一対の赤外線検知素子（２ａ），（２ｂ）が、互い に差動接続されており、この一対の赤外線検知素子（２ａ），（２ｂ）において 入射赤外線光束により発生する電荷が、高抵抗値の入力抵抗（Ｒ１）を介して放 電され、且つ電界効果トランジスタ（Ｆ）によりインピーダンス変換され、電源 端子（Ｖｃｃ）に電界効果トランジスタ（Ｆ）を介し直列接続された２個の増幅 用抵抗（Ｒ２），（Ｒ３）を通じて増幅した信号を取り出すソース・フォロワ構 成になっている。

【０００３】 この増幅された微弱な信号が、多段増幅部のうちの前置増幅回路（Ａ１１）の 演算増幅器（ＯＰ１）の非反転入力端子（＋）に抵抗（Ｒ４）を介し入力されて 増幅される。この前置増幅回路（Ａ１１）において、演算増幅器（ＯＰ１）の出 力端子と反転入力端子（−）との間に互いに並列接続された負帰還抵抗（Ｒ５） とコンデンサ（Ｃ１）とにより遮断または減衰すべき高域周波数が設定されてい るとともに、反転入力端子（−）とアースとの間に直列接続された抵抗（Ｒ６） とコンデンサ（Ｃ２）とにより遮断または減衰すべき低域周波数が設定されてお り、所定の周波数帯域の信号のみを選択増幅する。また、両抵抗，（Ｒ５），（ Ｒ６）とコンデンサ（Ｃ２）とによる時定数が長いことにより電源投入時にコン デンサ（Ｃ２）の充電が完了して回路が安定状態になるまでに比較的長い時間を 要するために、２個のダイオード（Ｄ１），（Ｄ２）を演算増幅器（ＯＰ１）の 出力端子と反転入力端子（−）との間に逆並列接続されており、電源投入時に、 演算増幅器（ＯＰ１）の反転入力端子（−）と出力端子間の電圧が各ダイオード （Ｄ１），（Ｄ２）の順方向電圧以上に高くなることにより、各ダイオード（Ｄ １），（Ｄ２）が交互に導通状態となって負帰還抵抗（Ｒ５）およびコンデンサ （Ｃ１）を短絡し、抵抗（Ｒ６）のみを通じコンデンサ（Ｃ６）を充電するよう にして充電時間の短縮化を図っている。

【０００４】 続いて、後段の増幅回路（Ａ２１）により更に増幅される。この増幅回路（Ａ ２１）は、演算増幅器（ＯＰ２）の非反転入力端子（＋）に電源端子（Ｖｃｃ） の電源電圧を２個の抵抗（Ｒ７），（Ｒ８）で分圧して設定された電圧が印加さ れた片電源方式に構成され、前置増幅回路（Ａ１１）からの信号が低域遮断周波 数設定用の抵抗（Ｒ９）およびコンデンサ（Ｃ３）を通じ演算増幅器（ＯＰ２） の−転入力端子（−）に入力され、高域遮断周波数は、演算増幅器（ＯＰ２）の 出力端子と反転入力端子との間に並列接続された負帰還抵抗（Ｒ１０）とコンデ ンサ（Ｃ４）とにより設定されている。そして、この増幅回路（Ａ２１）で選択 増幅された信号のレベルがレベル検出回路（３）に予め設定された閾値以上にな った時に、レベル検出回路（３）から検知信号が出力される。

【０００５】 一方、図５には、多くの検知エリアを設定することを目的として赤外線検知素 子（図示せず）を多数個設ける場合の検知装置を例示してあり、前置増幅器（Ａ １２）が、赤外線検知素子数に相当する数の演算増幅器（ＯＰ３１）〜（ＯＰ３ ｎ）を並設した構成になっており、後段の増幅回路（Ａ２２）は、多数個の演算 増幅器（ＯＰ３１）〜（ＯＰ３ｎ）からの多重入力による加算型に構成されてい る。即ち、各演算増幅器（ＯＰ３１）〜（ＯＰ３ｎ）に対し個々に低域遮断周波 数設定用の抵抗（Ｒ１１）〜（Ｒ１ｎ）とコンデンサ（Ｃ５１）〜（Ｃ５ｎ）が 各々直列接続され、これらが共通接続されて信号が加算された後に演算増幅器（ ＯＰ２）の反転入力端子（−）に入力される。この増幅回路（Ａ２２）のその他 の構成は図４と同様である。

【０００６】

【考案が解決しようとする課題】

ところで、図４の検知装置において、後段の増幅回路（Ａ２１）の各抵抗（Ｒ ９），（Ｒ１０）の抵抗値をそれぞれｒ９，ｒ１０とすると、増幅回路（Ａ２１ ）の増幅率は、−ｒ１０／ｒ９により設定される。この増幅率を高く設定する場 合、抵抗（Ｒ９）は低域遮断周波数設定用であってその抵抗値を小さくするのに 限度があるため、一般には負帰還抵抗（Ｒ１０）として抵抗値の大きなものを用 いている。そのため、この抵抗（Ｒ１０），（Ｒ９）とコンデンサ（Ｃ３）との 時定数が長くなり、電源投入後からコンデンサ（Ｃ３）が充電されて回路が安定 状態となるまでの所謂ウォーミングアップ時間が長くなる。一方、図５の検知装 置においても、低域遮断周波数設定用抵抗（Ｒ１１）〜（Ｒ１ｎ）の数が多いた めに時定数が長くなる。因みに、３重入力加算型で２〜３分のウォーミング時間 を要する。

【０００７】 そこで、図４に示した前置増幅回路（Ａ１１）のように、ダイオードの逆並列 回路を負帰還抵抗（Ｒ１０）に並列接続してコンデンサ（Ｃ３）の充電時間の短 縮化を図ることが考えられるが、回路が安定化した後の定常動作時において、増 幅回路（Ａ２２）の出力電圧がダイオードの順方向電圧より上昇しないよう制限 されてしまうので、次段のレベル検出回路（３）の閾値電圧を前述の順方向電圧 以下の値に設定するよう制限されてしまう。そのため、Ｓ／Ｎ比が極めて悪くな り、大きなノイズにより検知信号を誤出力したり、目的とする物体を確実に検知 できない等の不都合が生じる。従って、この増幅回路（Ａ２１），（Ａ２２）に ダイオードの逆並列回路による負帰還抵抗（Ｒ１０）の短絡手段を採用すること ができない。尚、前置増幅回路（Ａ１１）では処理する信号自体が小さいことに より出力電圧がダイオード（Ｄ１），（Ｄ２）の順方向電圧以下に制限される点 についてはほぼ無視できる。

【０００８】 このように電源投入時から回路が安定状態になるまでのウォーミング時間が長 いことにより、以下のような支障を来している。即ち、自動ドアの開閉制御用の 起動スイッチとして用いた場合、商店等において毎日の開店前に電源を投入した 時に、ウォーミング時間中は後段の増幅回路（Ａ２１），（Ａ２２）の非反転入 力端子（＋）および反転入力端子（−）の各入力電圧が不平衡であるために、レ ベル検出回路（３）に閾値電圧以上の電圧が入力されて検知信号が出力されてお り、自動ドアが開状態となっているが、店内が冷暖房されている場合にはエネル ギーの無駄となる。一方、防犯警報装置の作動用センサとして用いた場合、例え ば、ビルディング等の警備を目的とする場合には当該装置の設置場所が相当数に なり、これらの場所に当該装置を同時に設置するのが一般的であり、この各装置 の設置時に、当該装置にとって非常に重要な検知エリアの調整を個々に行う必要 があるが、その時に電源投入時から単に待機しているだけのウォーミングアップ 時間の合計が極めて長くなって設置効率が極めて悪くなる。

【０００９】 そこで本考案は、増幅回路における周波数特性や増幅率等の本来の特性を損な うことなく且つＳ／Ｎ比の悪化を来すことなく電源投入時における安定状態に達 するまでの時間を短縮できる赤外線式検知装置を提供することを技術的課題とす るものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】

本考案は、上記した課題を達成するための技術的手段として、赤外線式検知装 置を次のように構成した。即ち、入射する赤外線の変化を電気信号に変換して出 力する赤外線検知素子等からなる受光回路と、この受光回路の出力信号を増幅す る多段増幅部と、この多段増幅部の増幅信号の信号レベルが予め設定された閾値 以上になった時に検知信号を出力するレベル検出回路とを備えた赤外線式検知装 置において、前記多段増幅部のうちの前記レベル検出回路の前段に接続される最 終段増幅回路を、増幅器の反転入力端子に低域遮断周波数設定用のコンデンサと 抵抗とを直列接続し、該増幅器の出力端子と反転入力端子との間に負帰還抵抗を 接続し、複数個のダイオードを同一方向に直列接続してなる短絡回路部を２個１ 組設けるとともに、前記負帰還抵抗に、前記両短絡回路部を各々のダイオードの 向きを互いに逆方向にしてそれぞれ並列接続した構成としたことを特徴としてい る。

【００１１】 また、前述の赤外線式検知装置における２個の短絡回路部の逆並列回路に代え て、互いに逆方向に直列接続した２個１組のツエナダイオードを所要組だけ直列 接続した短絡回路部を、前記負帰還抵抗に並列接続する構成としてもよい。

【００１２】

【作用】

各短絡回路部毎の全てのダイオードの各順方向電圧の和の電圧を、いま仮にス ライス電圧と呼称すると、このスライス電圧が最終段の増幅回路に入力された時 に、各短絡回路部毎に交互にそれらの全てのダイオードが導通して各短絡回路部 が負帰還抵抗を短絡する。従って、電源投入時には前記スライス電圧以上の電圧 が最終段の増幅回路から出力されるので、各短絡回路部が負帰還抵抗を短絡し、 低域遮断周波数設定用コンデンサが低域遮断周波数設定用抵抗のみを通じて充電 されるので、その充電時間が大幅に短縮されて迅速に安定状態に達する。

【００１３】 前述のスライス電圧は、各短絡回路部におけるダイオードの直列接続数と各々 が有する順方向電圧を適当に選定することにより任意の値に設定することができ るので、当該増幅回路のダイナミックレンジよりも小さい範囲内で可及的に高く 設定すれば、レベル検出回路の閾値も特に制限を受けることなく高い値に設定す ることができ、Ｓ／Ｎ比を悪くすることがなく、増幅回路における周波数特性や 増幅率等の本来の特性を損なうこともない。

【００１４】 また、所要数のダイオードの直列接続による２個１組の短絡回路部の逆並列回 路に代えて、互いに逆方向に直列接続した２個１組のツエナダイオードを所要組 だけ直列接続した短絡回路部を、負帰還抵抗に並列接続する構成とした場合も、 前述のスライス電圧は、電流の流れる方向に対し順方向のツェナダイオードの順 方向電圧と逆方向のツェナダイオードのツェナ電圧との和の電圧となり、直列接 続する２個１組のツェナダイオードの組数や適当なツェナ電圧を選定することに より任意の値に設定でき、前述と同様の効果を得られる他に、回路構成を簡素化 できる利点がある。

【００１５】

【実施例】

以下、本考案の好適な実施例について図面を参照しながら詳細に説明する。図 １は本考案の一実施例を示し、同図において図４および図５と同一若しくは同等 のものには同一の符号を付してあり、相違する点は、最終段増幅回路（Ａ２３） において、各２個のダイオード（Ｄ３），（Ｄ４）および（Ｄ５），（Ｄ６）を それぞれ同一方向に直列接続してなる短絡回路部を２個１組設けるとともに、こ の両短絡回路部を各々のダイオード（Ｄ３），（Ｄ４）および（Ｄ５），（Ｄ６ ）の向きを互いに逆にしてそれぞれ負帰還抵抗（Ｒ１０）に並列接続した構成の みである。

【００１６】 前記実施例の基本的な各作用は図４のものと略同様であるのでその説明を省略 し、相違する作用についてのみ図３を参照しながら説明する。図３（ａ）は後段 の増幅回路（Ａ２３）の出力電圧の波形を示し、この出力電圧は、若し仮にダイ オード（Ｄ３）〜（Ｄ６）が接続されていない場合には１点鎖線を含むほぼ正弦 波形になるものとする。そして、各短絡回路部における各２個のダイオード（Ｄ ３），（Ｄ４）および（Ｄ５），（Ｄ６）の各々の順方向電圧の和の電圧を、い ま仮に図３（ａ）に示すスライス電圧（Ｖｆ）と呼称する。このスライス電圧（ Ｖｆ）に相当する電圧が演算増幅器（ＯＰ２）に入力された時に各ダイオード（ Ｄ３）〜（Ｄ６）が導通し、各短絡回路部が交互に負帰還抵抗（Ｒ１０）を短絡 する。従って、電源投入時には、増幅回路（Ａ２３）演算増幅器（ＯＰ２）の非 反転入力端子（＋）および反転入力端子（−）の各入力電圧が不平衡となるため にスライス電圧（Ｖｆ）以上の電圧が演算増幅器（ＯＰ２）に入力されるので、 導通状態となる各ダイオード（Ｄ３）〜（Ｄ６）により負帰還抵抗（Ｒ１０）が 短絡され、コンデンサ（Ｃ３）が抵抗（Ｒ９）のみを通じて充電され、その充電 時間が大幅に短縮されて迅速に安定状態に達する。

【００１７】 前述のスライス電圧（Ｖｆ）は、前置増幅回路（Ａ１１）のように各１個のダ イオード（Ｄ１），（Ｄ２）を逆並列接続する場合に比較して各ダイオード（Ｄ １）〜（Ｄ６）の特性を同一とした時に２倍となる。このスライス電圧（Ｖｆ） は、ダイオードの直列接続数または適当な順方向電圧のものを選定することによ り任意に設定することができるので、増幅回路（Ａ２３）のダイナミックレンジ よりも小さい範囲内で可及的に高く設定することにより、レベル検出回路（３） の図３（ａ）に示す閾値電圧（Ｖｓ）も特に制限を受けることなく高い値に設定 でき、Ｓ／Ｎ比が悪くなることがなく、しかも、増幅回路（Ａ２３）における周 波数特性や増幅率等の本来の特性を損なうこともない。尚、図３（ｂ）はレベル 検出回路（３）の出力電圧の波形を示し、増幅回路（Ａ２３）の出力電圧が閾値 電圧（Ｖｓ）に達した時にハイレベルの検知信号が出力される。

【００１８】 図２は本考案の他の実施例を示し、同図において図１と同一若しくは同等のも のには同一の符号を付してあり、相違する点は、図１の２個づつのダイオード（ Ｄ３）〜（Ｄ６）による２個の短絡回路部の逆並列回路に代えて、２個のツエナ ダイオード（Ｚ１），（Ｚ２）を互いに逆方向に直列接続した短絡回路部を負帰 還抵抗（Ｒ１０）に並列接続した構成のみである。

【００１９】 従って、前述のスライス電圧（Ｖｓ）は、例えば一方のツェナダイオード（Ｚ １）から他方のツェナダイオード（Ｚ２）の方向に電流が流れる場合には、一方 のツェナダイオード（Ｚ１）の順方向電圧と他方のツェナダイオード（Ｚ２）の ツェナ電圧との和となり、前述とは逆方向に電流が流れる場合には、他方のツェ ナダイオード（Ｚ２）の順方向電圧と一方のツェナダイオード（Ｚ１）のツェナ 電圧との和となり、２個１組として直列接続する数や適当なツェナ電圧のものを 選定することにより任意に設定でき、図１と同様の効果を得られる他に、回路構 成を簡素化できる利点がある。

【００２０】

【考案の効果】

以上のように本考案の赤外線式検知装置によると、多段増幅部のうちの最終段 増幅回路の増幅器に接続された負帰還抵抗に、複数個のダイオードを同一方向に 直列接続してなる２個１組の短絡回路部を、各々のダイオードの向きを互いに逆 にしてそれぞれ並列接続した構成としたので、電源投入時に、各短絡回路部毎の 全てのダイオードの各順方向電圧の和の電圧が最終段の増幅回路から出力される と、各短絡回路部がそれらの全てのダイオードが導通することにより負帰還抵抗 を短絡し、低域遮断周波数設定用コンデンサが低域遮断周波数設定用抵抗のみを 通じて充電されるので、その充電時間を大幅に短縮して回路を短時間で安定状態 にすることかできる。

【００２１】 しかも、各短絡回路部における各ダイオードが導通する電圧を、ダイオード の直列接続数や順方向電圧の値を適当に選定することにより増幅回路のダイナミ ックレンジよりも小さい範囲内で可及的に高く設定でき、レベル検出回路の閾値 も特に制限を受けることなく高い値に設定することができ、Ｓ／Ｎ比を悪くする ことがなく、増幅回路における周波数特性や増幅率等の本来の特性を損なうこと もない。

【００２２】 また、所要数のダイオードの直列接続による２個１組の短絡回路部の逆並列回 路に代えて、互いに逆方向に直列接続した２個１組のツエナダイオードを所要組 だけ直列接続した短絡回路部を、負帰還抵抗に並列接続する構成とした場合も、 電流の流れる方向に対し順方向のツェナダイオードの順方向電圧と逆方向のツェ ナダイオードのツェナ電圧との和の電圧が入力された時に短絡回路部が導通状態 となる。従って、前述と同様の効果を得られる他に、回路構成を簡素化できる利 点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の一実施例の電気回路図である。

【図２】本考案の他の実施例の電気回路図である。

【図３】（ａ），（ｂ）は図１の最終段の増幅回路の出
力電圧およびレベル検出回路の出力電圧のそれぞれの波
形図である。

【図４】従来の赤外線式検知装置の電気回路図である。

【図５】従来の他の赤外線式検知装置の一部の電気回路
図である。

【符号の説明】

１ 受光回路 ２ａ，２ｂ 赤外線検知素子 ３ レベル検出回路 Ａ２３，Ａ２４ 最終段の増幅回路 ＯＰ２ 演算増幅器 Ｒ９ 低域遮断周波数設定用抵抗 Ｃ２ 低域遮断周波数設定用コンデンサ Ｒ１０ 負帰還抵抗 Ｄ３〜Ｄ６ ダイオード Ｚ１，Ｚ２ ツェナダイオード

Claims (2)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 入射する赤外線の変化を電気信号に変換
   して出力する赤外線検知素子等からなる受光回路と、こ
   の受光回路の出力信号を増幅する多段増幅部と、この多
   段増幅部の増幅信号の信号レベルが予め設定された閾値
   以上になった時に検知信号を出力するレベル検出回路と
   を備えた赤外線式検知装置において、前記多段増幅部の
   うちの前記レベル検出回路の前段に接続される最終段増
   幅回路を、増幅器の反転入力端子に低域遮断周波数設定
   用のコンデンサと抵抗とを直列接続し、該増幅器の出力
   端子と反転入力端子との間に負帰還抵抗を接続し、複数
   個のダイオードを同一方向に直列接続してなる短絡回路
   部を２個１組設けるとともに、前記負帰還抵抗に、前記
   両短絡回路部を各々のダイオードの向きを互いに逆方向
   にしてそれぞれ並列接続した構成としたことを特徴とす
   る赤外線式検知装置。
2. 【請求項２】 「請求項１」の赤外線式検知装置におけ
   る２個の短絡回路部の逆並列回路に代えて、互いに逆方
   向に直列接続した２個１組のツエナダイオードを所要組
   だけ直列接続した短絡回路部を、前記負帰還抵抗に並列
   接続したことを特徴とする赤外線式検知装置。