JPS60140173A - 焦電形赤外線装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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
伸びるに従って雑音の混入も多くなり、従って真の信号
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
った。

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νａ。

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図は本発明の詳細な説明するための出力波形を示し
、図中Ｖｃ、ｃは入力電源雷、圧で、通常は５■、１０
Ｖ、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、ｖｔｈ、。

ｖｔｈ、はそれぞれ適宜決定されるスレシホールド電圧
を示し、第１図では２値のスレシホールド電圧を示すが
、これに限定されるものではなく、６値、４値、・・の
スレシホールド電圧を設定してもよく、スレシホールド
電圧の設定数を多くすれば当然に性能が向上することに
なる。なお、以下の説明では簡明にするために２値のス
レシホールド電圧を設定した場合の動作原理、構成につ
いて説明する。

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０１〜１０
Ｈ２程度の低い周波数帯の信号を処理する場合には、低
周波固有のシェーディング効果による雑音成分が無信号
時に浮き上がってくる。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ルンに代表されるよ
うなアンバランス雑音成分や、屋外では雨滴などもこの
アンバランス如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４を含む赤夕１線感知部を
示し、この感知部には赤ＩＡ線七ンサ４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
ては分割形等の拙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１藺以下で、鏡の開口一部が４０
２９下、分割数を１０個としても人体の移動にともなっ
て発生される信号の周波数は１［］Ｈｚ以下になる。従
って、帯域制限フィルタの上限値を１０　Ｈｚに設定し
ておけば、この分割形反射鏡でも−１−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１０の帯域
通過形演算増幅器ＯＰ、の反転端子（−）にデカップリ
ングコンデンサ２および固定抵抗器６を介して供給され
る。この演算増幅器ＯＰ、の出力と反転端子（−）間に
は抵抗器１６およびコンデンサ１２の並列回路よりなる
帯域制限フィードバック回路几ｆ、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Ｖｃｃと接地間に直列に接続された２個の抵
抗器Ｒ，および几、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によって約％Ｖｃｃの基準電圧を演算増幅器
ＯＰＩ　に与えている。なお、バイアス回路１１の抵抗
器■６　に並列に接続されたコンデンサ（ハは雑音防止
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２０の演算
増幅器ＯＰ、の反転端子（−）にデカップリングコンデ
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ＯＰ！　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
帯域制限フィードバック回路几ｆ富　と外来−光遮断回
路、才なオつも明光検知用センサ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ＯＰ、
の非反転端子（＋）には、片電源とした場合の人力電源
電圧Ｖｃｃ　と接地間に直列に接続された可変抵抗器Ｒ
ｖ１　およびツェナーダイメートＺα〉０）の所定の基
準電位を演算増幅器ＯＰ変　に与えている。なお、可変
抵抗器ＲＶ、の可動端子２７と接地間に接続されたコン
デンサＣ８は卆１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のフンパレータ３２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のコンパレータ４２の負（−）端子に限流抵抗器
４１を介して供給される。従って、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２
４によっ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ボーズされた第１図に図示したよう
な信号波が導ひかれることになる。第１比較回路６０の
フンパレータ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Ｒ，およびＲ，よ
りなる第１の基準ノくイアス設定回路ろ５が接続され、
スレッシホールド電圧ｖ　ｔｈ、を設定している。また
雑音防止用コンデンサＣ１が抵抗器Ｒ４と並列に接続さ
れ、さらにフィードバック抵抗器［もｆがフンノぐレー
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のフンパレータ４２の正（＋）端子
には人力電源電圧■ＣＣと接地間に直列に接続された抵
抗器１１　および几６　よりなる第２の基準バイアス設
定回路４５が接続され、スレッシホールド電圧ｙｔｈ、
を設定している。また雑音防止用コンデンサＣ４が抵抗
器Ｒ１と並列に接続され、さらにフィードバック抵抗器
Ｉ（ｆがフンノぐレータ４２の出力と正（＋）端子筒に
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６５が第１比
較回路３０のコンパレータ３２の負（−）端子に接続さ
れ、第２の基準７くイアス設定回路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Ｖｔｈ＋およびｖｔｈ。

で示した所望の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６２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６０は第１のスレシホー
ルド電圧Ｖ　ｔｈ＋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′ＦＴＬ［Ｉ：Ｖｔｈ、より小さな信号波（ロ）に対
してメンとなる。これら比較回路３０および４０から得
られた出力（ｉＡ号は固定抵抗器３３と限流ダイオード
３４のＩＵ列回路および固定抵抗器４３と限流ダイオー
ド４４の１Ｕ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６０に供給され、）ぐ
ワードランジスタロ′５のコレクタ回路に接続されたリ
レー回路６１を作動させ、このリレー回路６１の接点６
２を介して接続された電灯、ブザー、電力機器等の負荷
りを動作させる。すなわち、赤外線感知部１に入間が近
づくと、接点６２が閉成し、電灯が点幻したり、ブザー
が鳴って動軸を発したり、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に図中り、と指示した５〜１０’ｍ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の人体の動きに対応した０、１〜１
０Ｈｚ　、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Ｃいない）を有し、真の信号波１０
１のみならず各種雑音信号波１０２を含む。赤外線感知
部１からの信号はデカップリングコンデンサ２と抵抗ろ
を介して第１増幅部１０に送られる。このデカップリン
グコンデンサ２と抵抗６は０．１　Ｈｚ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０．１　）１　ｚ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１０
において帯域制限フィードバック回路Ｒｉ　Ｉ　で高域
制限を受け、従って０１〜１０Ｈｚの帯域幅を持った信
号となっ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Ｖｃｃのほぼ外の電圧に
直流バイアスされているので、第１増幅都１０から得ら
れる出力信号はこの１自流バイアスにスレーブした％Ｖ
ｃｃを中心としたスーパーボーズ波になる。すなわち、
第１図に示ずような３／Ｉ　Ｖ　ｃ　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
、上述のように弗酸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２０においては帰還制
御部２２とバイアス回路２４とが結合されて沖合機能を
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１ｉ圧ＶｔｈいＶｔｂ、に対す
る基準電位％Ｖｃｃ±αを与えるものであり、入力ＴＩ
Ｌ源電圧電圧ｃの号の近傍の値に基準電位を設定ずれは
正負信号波に対して対称な信号処理ができ、そのダイナ
ミックレンジも広く取れることになる。この基準電位％
Ｖｃｃ±αを厳格に定めたい場合や微妙な信号処理を行
いたい場合には、図示したようにツェナーダイオードＺ
Ｄ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ェ
ナーダイオードＺｌ）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によって設定された基準電位
ＡＶｃｃ土αは増ｌ１ｌＩ１１部２０の出力電圧］をス
レーブさせ、増幅部２０の出力直流電（ｑを与え、従っ
て比較器６０．４０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％Ｖ
ｃｃ±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！１ｌＳ２０には帰還制御ｌｌ￥１ｓ２２
により外来光遮断機能と帯域制限機能が細布されている
。

外来光遮断機能は明光検知用センサ２３によって提供さ
れるもので、このセンサ２３け第２増幅部２０の負帰還
回路を構成している。従って・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糸のホト
セルを使用した場合には、暗抵抗１ＭΩ、明抵抗１１（
Ω程度の値が得られるから、５０　（）　、１＜Ω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。これによって図
中り、で指示する可視光が入射刈るような昼間時には、
明光検知用センサ２３の抵抗値が犬１ｉｉ・１に低下す
るから、第２増幅郁２０の増’ｌ’ｆ１度０１２〜６ｄ
Ｂ程度に低下し、従って出力信壮は昼間時には１〜ｏ、
５ｖｐ−Ｉ）　となり、また夜間時には、Ｉ　Ｖ以上に
なる。この第２増幅部２０の増１１１１＋Ｉ　Ｊ（！は
ｔし述するスレシホールド電圧ｖｔｈ、、ｖｔｈ、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、スレグシホールド電圧を適切に付与しないと
第２増幅ｓ２０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１
３にΩのホトセルの場合、増＠部２０の周波数特性は、
「暗」は曲線ａ、［明」は曲線すのようになる。

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２６に用いたホトセルの抵抗
値が連続的に増加し増幅＄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ッカを
起すことになる。それ故、本発明では第１増幅部１０に
帯域制限機能托ｆ、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、］、、　−＊ ”中−一 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、−１−記したように
、昼間時１〜０．５Ｖ’ｐ−ｐ、夜間時４ｖ以トとなっ
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ｖｔｈ、
、ｖｔｈｔ　は％νＣＣ±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ｖｔｈ、ＪＪ上で
オンとなり、また第２比較回路４０はｖｔｈ、以下でオ
ンとなる。従って、第１図の信号１０１の部分（イ）は
′ｖｔｈ、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１ｏ１の部分（ロ）はＶｔＬ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って
第６図（ニ）に示すように波形整形される。これら第ろ
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Ｊ：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
Ｊｌｔ赤外センヤ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によって第２
増幅部２０の増幅度が低下した肉に発生する信号成分や
、外来光遮断回路２３自身が発生ずる雑音信号成分等、
は％Ｖｃｃ±αを中心トした±１，５■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、完全に除去される。

従って、比較回路３０．４’Ｏからは第６図（）＼）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夕）線装置の重要な機能は［二連
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散設設定回路５０をダイオード３４
．４４のカソードと接地間に付加しである。この回路５
０は、第４図に示すように、比較回路３０．４０の出力
波（第６図（ハ）、（ニ））を積分し、またパワートラ
ンジスタ６３にスレｌシホールド電圧ｖ　ｔｈ、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の抵抗値を変えるごとにより第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。従って、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、史には換気扇、冷暖房装置のような外部
負荷により異なった内容となる。これらの負荷は、リレ
ー回路６１を動作さセてリレー接点６２を１接」　「断
」することにより制御される。従って、時定数設定回路
５０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
リッカ−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。

なお、以上は焦電形赤外センサを使用した装置に本発明
を適用した場合について説明したが、サーモバイル等の
他のセンサを使用した装置にも本発明が適用できること
は勿論である。

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であるから、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。

（６）増幅部に外来光遮断回路をイ」加し、更に少くと
も２つのスレグシボ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％’ｌ、（６に赤外線が入
射しても負荷にフリッカ−現象は生じない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の詳細な説明するだめの出力波形図、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ｄ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′ＪＸｉｌ還制
御部、２３は明光検知用センサ、２４はバイアス回路、
３０は第１比較回路、６２はコンパレータ、４０は第２
比較回路、４２はフンパレータ、５０は時定数設定回路
、６０は電力増幅回路、６１はリレー回路、ｏｐ、、ｏ
ｐ、は演算増幅器、Ｖｔｈ＋ｖｔｈ、は基準バイアス設
定回路である。 特許出願人　電気音響株式会社 株式会ネ１　利口１製作所 第１　図 第３図 第４図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （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、前記増幅部からの出力で動作する少くとも２つの
   比較回路と、該回路に対し前記基準電圧より高いおよび
   低い少なくとも２つのスレシホールド電位を設定するス
   レシホールド電位設定回路とを具備することを特徴とす
   る赤外線装置。
2. （２）前記増幅部は、外来光遮断回路を備えることを特
   徴とする特許請求の範囲第１項記載の赤外線装置。゛