KR100457639B1 - 초전 센서를 이용한 물체 검지 장치 - Google Patents

초전 센서를 이용한 물체 검지 장치 Download PDF

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마츠시다 덴코 가부시키가이샤
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Abstract

물체 검지 장치는 감지 전류를 출력하는 초전 센서, 감지 전류에 비례하는 증폭 전압을 출력하는 전압 증폭기, 그리고 증폭된 전압이 검지 임계값(threshold)을 초과할 때 검지 신호를 출력하는 레벨 모니터(level monitor)를 이용한다. 본 장치는 전압 증폭기가 제한 전원 전류를 받아들여 낮은 증폭 전압을 출력하는 대기 모드를 가지고 있고, 낮은 증폭 전압이 검지 임계값보다 낮은 예비 임계값을 초과하면 레벨 모니터는 웨이크업 신호(wake-up signal)를 출력한다. 웨이크업 신호에 응답하여 본 장치는 증폭기가 정격 전원 전류를 받아들여 검지 임계값과의 비교를 위한 높은 증폭 전압을 출력하는 동작 모드로 전환된다. 따라서 웨이크업 신호가 없을 때 증폭기는 낮은 소비 전력으로 유지되고 전력 수요를 줄일 수 있다.

Description

초전 센서를 이용한 물체 검지 장치 {OBJECT DETECTING DEVICE WITH A PYROELECTRIC SENSOR}
본 발명은 초전 적외선 방사 센서를 이용한 물체 검지 장치에 관한 것이다. 특히 본 발명은 방 또는 공간에 있는 사람의 존재를 검지하는 감시 장치에 관한 것이다.
일본 실용신안 공개 평2(1990)-9891과 특허 공개 평6(1994)-3366에 전형적인 물체 검지 장치가 기재되어 있다. 이 장치는 인체로부터의 적외선 방사를 받아들여 감지 전류를 발생시키는 초전 센서와 감지 전류를 전압으로 변환시키는 I/V 변환기를 이용한다. 이 장치는 I/V 변환기의 전압을 인체의 존재를 판별하는 임계값(threshold)과 비교하기에 충분한 수준의 전압으로 증폭시키는 전압 증폭기를 포함한다. 증폭된 전압이 임계값을 초과하면, 검지기는 검지 신호를 출력하고, 이 신호가 처리되어 경보 장치 등 외부 장치를 활성화하는 제어 출력이 발생한다. 이 장치는, 일단 장치에 전압이 인가되면 전압 증폭기와 검지기를 비롯한 모든 전자적 요소들이 전원으로부터 정격 전류가 공급되어 전적으로 작동하도록 설계된다. 따라서 이 장치는 검지 신호를 발생시키지 않는 수준의 적외선 방사가 없어도, 즉 인체가 없어도 전력을 소비할 것이다. 그러므로 이러한 종래 장치는 전력을 허비하고 장치의 전원인 배터리의 잦은 교환을 필요로 한다.
본 발명의 주요한 과제는 전력 소비를 줄이면서 신뢰할 만한 검지를 보장할 수 있는 물체 검지 장치를 제공하는 것이다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 물체 검지 장치의 회로를 나타내는 블록도이다.
도 2는 위 장치의 전류 조정기 및 이와 결합된 회로를 나타내는 회로도이다.
도 3은 위 장치에서 이용되는 전압 증폭기의 회로도이다.
도 4는 위 장치의 동작을 설명하는 파형도이다.
도 5는 모드 선택기의 동작을 설명하는 파형도이다.
도 6은 위 장치에서 이용되는 임계값 선택기의 회로도이다.
도 7은 위 장치에 적용할 수 있는 개조된 전류 조정기 및 이와 결합된 회로를 나타내는 회로도이다.
도 8은 개조된 전류 조정기와 연결하여 사용되는 전압 증폭기의 회로도이다.
위 문제를 고려하여 본 발명은 신뢰할 만한 물체 검지를 유지하면서도 전력 소비를 줄일 수 있는 개선된 물체 검지 장치를 제공한다. 본 발명에 따른 물체 검지 장치는 물체로부터 입사되는 적외선 방사량의 변화에 따라 감지 전류를 생성하는 초전 센서를 이용한다. I/V 변환기는 감지 전류를 대응하는 전압으로 변환하며 변환된 전압은 전압 증폭기가 증폭한다. 이 장치는 검지기를 포함하는데 검지기는 증폭된 전압을 검지 임계값과 비교하여 증폭된 전압이 미리 결정된 검지 임계값에 관한 검지 기준을 충족할 때 검지 신호를 출력하는 레벨 모니터(level monitor)를 포함한다. 검지 신호는 외부 장치를 동작시키는 제어 출력을 발생하도록 처리된다. 전압 증폭기는 전원으로부터 제한 전원 전류를 받으면 낮은 진폭의 제한 전압을 출력할 수 있고 제한 전원 전류보다 큰 정격 전원 전류를 전원으로부터 받으면 높은 진폭의 정격 전압을 출력할 수 있다. 검지기는 임계값 선택기를 포함하며 임계값 선택기는 검지 임계값 및 검지 임계값보다 낮은 예비 임계값을 가지고 있고 보통은 레벨 모니터에 예비 임계값을 제공하도록 설정된다. 레벨 모니터는 전압 증폭기로부터의 제한 전압 출력을 예비 임계값과 비교하여 제한 전압 출력이 예비 임계값에 관한 예비 기준을 충족할 때 웨이크업 신호(wake-up signal)를 출력한다. 웨이크업 신호에 응답하여 임계값 선택기는 예비 임계값을 검지 임계값으로 전환한다. 웨이크업 신호에 응답하여 전원으로부터의 정격 전원 전류를 전압 증폭기에 공급하는 동작 모드(operation mode)를 제공하여 레벨 모니터가 정격 전압을 검지 임계값과 비교하여 물체를 검지하게 하고, 그렇지 않으면 전원으로부터의 제한 전원 전류를 전압 증폭기에 공급하는 대기 모드(standby mode)를 제공하는 모드 선택기가 장치에 포함된다. 그러므로 초전 센서가 물체의 존재를 검지하는 데 결정적이지 않은 낮은 전류를 발생시키는 동안에 본 장치는 낮은 전력을 소비하는 대기 모드를 유지할 수 있고, 일단 초전 센서가 결정적인 출력을 발생하기만 하면 전압 증폭기가 신뢰할 만한 검지를 하기에 충분한 수준의 정격 전압을 출력하는 동작 모드로 전환될 수 있다.
모드 선택기는 검지 신호의 첫 번째 출현으로부터 미리 결정된 시간 프레임(time frame) 동안 계속해서 동작 모드를 유지하고 물체 검지 후 불필요한 전력 소비를 피하기 위하여 대기 모드로 강제로 전환하게 설계된다. 모드 선택기는 바람직하게는 시간 프레임 이내에 검지 신호에 뒤이어 다른 검지 신호가 일어날 때마다 시간 프레임을 리셋(reset)함으로써 계속적이고 신뢰할 만한 물체 검지를 위한 동작 모드가 연장된다.
모드 선택기는 외부 장치로부터 리셋 신호를 받아들이는 리셋 입력단을 포함할 수 있다. 리셋 입력단이 인에이블(enable)될 때, 모드 선택기는 동작 모드(operation mode)를 휴지 모드(rest mode)로 강제로 전환하게 동작하여 제한 전원 전류가 전압 증폭기에 공급되게 함과 동시에 검지 신호의 첫 번째 출현을 인식한 후에 레벨 모니터를 디스에이블(disable)시키며, 리셋 입력단에서 리셋 신호를 받아들이기까지 휴지 모드를 유지한다. 그러므로, 외부 장치가 제어 출력에 응답하여 조명 장치에 불을 켜는 것과 같은 기능을 하도록 작동하는 한편, 본 장치는 최소 수준으로 전력을 소비하도록 외부 장치와 연동되거나 밀접하게 결합될 수 있고 이렇게 하여 전력 소비를 줄일 수 있다.
신뢰할 만한 검지를 위하여 장치를 신속하게 시동하도록 모드 선택기는 바람직하게는 장치의 통전 직후 미리 결정된 초기화 기간 동안에만 전압 증폭기에 정격 전류보다 큰 초기화 전류를 공급한다. 게다가 모드 선택기는 바람직하게는 초기화 기간에 바로 뒤이은 미리 결정된 안정화 기간동안 레벨 모니터를 디스에이블하는 한편 제한 전원 전류를 증폭기에 공급하는 휴지 모드를 선택하고, 그 후 휴지 모드를 대기 모드로 전환한다. 그러므로 본질적으로 많은 초기화 전류를 필요로 하는 전압 증폭기는 신뢰할 만한 작동을 신속하게 준비할 수 있다. 안정화 기간후 안정화 기간동안의 전압 증폭기의 불안정한 출력 때문에 잘못된 검지를 이끄는 회로 오작동을 일으킬 가능성을 배제하는 한편 본 장치의 요소는 신뢰할 만한 검지를 준비하도록 안정화될 수 있다.
전압 증폭기는 전단 증폭부 및 후단 증폭부를 포함하는 이단 증폭기일 수 있다. 모드 선택기는 대기 모드에서 제한 전원 전류를 전단 및 후단 증폭부에 공급하도록 형성되며, 동작 모드에서 제한 전원 전류를 전단 증폭부에 공급하고 정격 전원 전류를 후단 증폭부에 공급하도록 형성된다. 이단 증폭기를 사용하고 후단 증폭부에 공급되는 전류의 수준을 변화시키는 것만으로 증폭기의 전체 전류가 제한 레벨에서 정격 레벨로 변화되는 경우와 비교한다면 전력 소비를 줄이는 것이 가능하다.
전압 증폭기는 바람직하게는 신뢰할 만한 검지를 유지하면서도 동작 모드에서 전력 소비를 최소화하기 위하여 검지 임계값 바로 위의 수준으로 포화되는 정격 전압을 출력한다.
바람직하게 임계값 선택기는 기준 전압원으로부터 예비 임계값을 제공하는 제1 분압기와 기준 전압원으로부터 검지 임계값을 제공하는 제2 분압기를 포함한다. 제1 분압기는 직렬 연결된 제1 저항으로 이루어지고, 제2 분압기는 직렬 연결된 제2 저항으로 이루어진다. 제1 저항은 제2 저항보다 높은 저항치를 가지도록 선택되는데, 제1 분압기가 높은 저항치를 가지는 제1 저항을 사용하여 예비 임계값을 제공하고 제2 분압기가 낮은 저항치를 가지는 제2 저항을 사용하여 정밀한 검지 임계값을 제공하여 전력 소비를 줄이는 유리한 효과를 실현하기 위함이다. 제1 및 제2 저항은 바람직하게 장치의 회로 소형화를 위하여 하나의 칩으로 집적될 수 있는 것으로 선택되기 때문에, 또한 이용 가능한 형태의 저항은 저항치가 낮을수록 그 값이 정밀하기 때문에, 제2 분압기는 낮은 저항치를 가지는 제2 저항을 사용함으로써 정밀한 검지 임계값을 제공하여 신뢰할 만한 물체 검지를 하도록 한다. 반면에 제1 분압기는 높은 저항치를 가지는 제1 저항을 사용함으로써 물체 검지에 결정적이지 않고 검지 임계값에 비하여 대강의 값을 가질 수 있는 예비 임계값을 제공하여 보다 낮은 전력을 소비할 수 있다. 예를 들면 제1 저항은 불순물을 도핑하지 않은 폴리실리콘 저항과 MOS(metal oxide semiconductor) 트랜지스터에서 선택될 수 있고 제2 저항은 불순물을 도핑한 폴리실리콘 저항에서 선택될 수 있다.
본 발명의 다른 특징 및 효과는 첨부하는 도면과 후술하는 실시예로부터 명백해질 것이다.
실시예
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 물체 검지 장치를 보여준다. 이 장치는 방 또는 이와 같은 공간을 감시하는 데 이용되고, 방안에 있는 인체를 검지하는 조명 장치, 알람과 같은 외부 장치와 연동되어 외부 장치를 활성화하기에 적합하다. 이 장치는 인체로부터 들어오는 적외선량의 변화에 비례하는 감지 전류를 발생시키는 초전 센서(10)를 이용한다. 이 감지 전류는 I/V 변환기(30)에 공급되어 대응하는 전압으로 변환된다. 그러고 이 전압은 전압 증폭기(30)에서 증폭되어 인체를 검지하는 검지기(40)에 출력 전압으로 공급된다. 이 증폭기(30)는 오프셋 전압(VOFF)을 포함하는데, 도 4에 보이는 것처럼 증폭기의 전압 출력(VOUT)이 초전 센서(10)로부터의 감지 전류량에 비례하여 오프셋 전압(offset voltage)(VOFF) 주위에서 변화한다.
검지기(40)는 레벨 모니터(50), 예비 임계값(TH1) 및 검지 임계값(TH2)을 레벨 모니터(50)에 제공하는 임계값 선택기(60), 그리고 제어 출력 발생기(70)를 포함한다. 증폭기(30)로부터의 전압 출력(VOUT)은 레벨 모니터(50)에서 TH1(-TH1) 및 TH2(-TH2)와 선택적으로 비교되는데, 전압 출력이 VOUT> TH1 또는 VOUT< -TH1인 관계를 충족할 때 웨이크업 신호를 발생시키고 전압 출력이 VOUT> TH2 또는 VOUT< -TH2인 관계를 충족할 때 검지 신호를 발생시킨다. 제어 출력 발생기(70)는 검지 신호에 응답하여 출력 단자(41)에서 외부 장치를 활성화하는 제어 출력을 낸다. 뒤에서 언급하겠지만 웨이크업 신호는 전력을 덜 소비하는 초기 모드인 대기 모드를 물체를 검지하는 동작 모드로 전환하는 데 이용된다. 대기 모드는 I/V 변환기(20), 전압 증폭기(30), 레벨 모니터(50) 및 제어 출력 발생기(70)에 제한 전원 전류를 공급하여 이들을 최소 실행 레벨로 활성화하는 것으로 정의된다. 반면에 동작 모드는, 신뢰할 수 있고 일관된 검지 결과를 얻을 수 있도록 앞서의 제한 전류보다 높은 정격 전원 전류를 이들에게 공급하여 이들을 전적으로 활성화하는 것으로 정의된다.
이러한 목적으로 본 장치에는 제어기(90), 전류 조정기(100) 및 타이머(120)를 포함하는 모드 선택기(80)가 구비되어 있다. 제어기(90)는 대기 모드를 동작 모드로 또는 그 역으로 전환하게 한다. 전류 조정기(100)는 제어기(51)가 지정한 서로 다른 레벨의 전원 전류가 흐르게 배치된다. 예를 들면 전원 전류는 약 0.03 ㎂에서 0.09 ㎂까지의 제한 전원 전류, 0.18 ㎂에서 0.6 ㎂까지의 정격 전원 전류, 그리고 정격 전류보다 높은 초기화 전류를 포함한다. 도 2에서 전류 조정기(100)는 정전류 전원(101), 복수의 FET(102~107) 및 스위치(111~113)를 포함한다. 정전류 전원(101)은 전원(Vdd)으로부터 FET(102)를 통하여 기준 전류(I101)를 공급한다. 반면에 FET(103)와 FET(104)의 직렬 조합은 전류 전원(101)과 FET(102)의 직렬 조합의 양단에 연결되어 미러 전류(I103)를 흘린다. FET(105~107) 각 하나와 스위치(111~113) 각 하나로 이루어진 세 쌍의 직렬 조합이 FET(104)의 양단에 연결되어 있다. 따라서 스위치(111~113)가 선택적으로 열리고 닫힘에 따라 미러 전류(I103)는 변화할 수 있다. 미러 전류(I103)가 변함에 따라 변화하는 대응 전압을 받아들이도록 연결된 I/V 변환기(20), 전압 증폭기(30), 레벨 모니터(50) 및 제어 출력 발생기(70)에는 제한 전원 전류, 정격 전원 전류 및 초기화 전원 전류 중 하나가 공급된다. 예를 들면 도면에 보이는 것처럼 전압 증폭기(30)는 두 개의 FET(33, 34)를 포함하며, 이들 FET(33, 34)의 게이트는 서로 연결되어 있고 미러 전류(I103)에 대응하는 전압을 인가받아 전원(Vdd)으로부터의 제한 전원 전류, 정격 전원 전류, 초기화 전원 전류 중 하나의 값으로 전류(I33, I34)가 흐르도록 한다. 이렇게 함으로써 전압 증폭기(30)는 선택적으로 I/V 변환기(20)로부터의 전압에 비례하는 제한 전압을 출력하거나, I/V 변환기(20)로부터의 전압에 비례하는 정격 전압을 출력하거나, 초기화을 완료할 수 있으며 이에 대해서는 뒤에서 논의한다.
도 3에 보이는 것처럼 전압 증폭기(30)는 전단 증폭부(31)와 후단 증폭부(32)를 포함하는 이단 증폭기이다. 전단 및 후단 증폭부(31, 32)는 전류 조정기(100)를 통하여 입력되는 미러 전류(I103)에 응답하여 전원(Vdd)으로부터의 전원 전류(I33, I34)를 전단 증폭부(31) 및 후단 증폭부(32)로 각각 흐르게 하는 전류 조정 FET(33, 34)를 포함한다. FET(33, 34)의 게이트는 서로 연결되어 전류 제어 입력(35)의 미러 전류(I103)에 대응하는 전압을 인가 받는다. 전단 증폭부(31)는 미리 결정된 기준 전압을 받아들이는 기준 전압 입력(36)과 I/V 변환기(20)로부터의 전압을 받아들이는 전압 입력(37)을 포함한다. 후단 증폭부(32)는 증폭된 출력을 레벨 모니터(50)에 제공하는 출력 단자(38)를 포함한다.
또한, I/V 변환기(20)는 전원(Vdd)과 접지 사이에 병렬로 연결된 두 개의 전류 조정 FET(23, 24)를 가지는 이단 구조이다. 이러한 FET(23, 24)의 게이트는 서로 연결되어 있고 전류(I103)에 대응하는 전압을 인가받아 제한 전원 전류, 정격 전원 전류 및 초기화 전원 전류 중 어느 하나의 값으로 전류(I23, I24)가 흐르도록 함으로써 대응하는 출력을 전압 증폭기(30)에 공급한다. 마찬가지로 레벨 모니터(50)와 출력 제어기(70)는 각각 전류 조정 FET(53, 73)을 포함하며 위 서로 다른 전원 전류 중 하나의 값을 가지는 개개의 전류(I53, I73)가 흐르도록 한다. 이러한 전원 전류(I33, I34, I23, I24, I53, I73)는 서로 다른 특성을 가지는 FET를 선택함으로써 각기 다른 값을 가질 수 있다.
제어기(90)는 보통 전류 조정기(100)가 제한 전원 전류가 흐르도록 응답하는 대기 모드로 설정되고 임계값 선택기(42)는 보통 예비 임계값(TH1)을 레벨 모니터(50)에 공급하도록 설정되므로, 레벨 모니터(50)는 전압 증폭기(30)로부터의 전압 출력(VOUT)을 제한 전압, 즉 낮은 증폭 전압으로서 취하고 그것을 예비 임계값(TH1)과 비교한다. 도 4에 보이는 것처럼 VOUT> TH1 또는 VOUT< -TH1인 경우 레벨 모니터(50)는 웨이크업 신호를 모드 선택기(80)의 제어기(90)뿐 아니라 임계값 선택기(60)에도 공급한다. 이러한 상황 하에서 임계값 레벨 선택기(60)는 검지 임계값(TH2)을 레벨 모니터(50)에 제공하고 동시에 제어기(90)는 동작 모드를 선택하여 증폭기(30)가 전압(VOUT)을 정격 전압, 즉 높은 증폭 전압으로서 출력하도록 한다. 따라서 레벨 모니터(50)는 전압 출력(VOUT)과 검지 임계값(TH2)을 비교할 수 있으며 VOUT> TH2 또는 VOUT< -TH2 인 경우 검지 신호를 발생시킨다. 검지 신호는 인체의 존재를 나타내며 외부 장치를 활성화하는 제어 신호로 변환된다.
검지 신호가 발생하면 제어기(90)는 이에 응답하여 타이머(120)를 활성화하여 시간을 카운트하고 타이머가 미리 결정된 시간 프레임(T)을 카운트한 후 동작 모드에서 대기 모드로 전환함으로써, 장치가 다음 웨이크업 신호를 체크할 준비를 하게 한다. 더하여 제어기(90)는 시간 프레임(T)안에서 뒤이은 검지 신호가 발생하는지를 지속적으로 체크하고, 시간 프레임(T)안에 뒤이은 검지 신호가 인식될 때마다 타이머(120)를 리셋하여 시간을 카운트한다. 그러므로 외부 장치에 그러한 사건을 알리는 검지 신호가 연속적으로 나타나는 한 시간 프레임(T)은 연장된다.
제어기(90)에는 외부 장치로부터 리셋 신호를 받아들이는 리셋 단자(91)가 선택적으로 구비되어 있다. 리셋 단자(91)를 외부 장치에 연결한 경우, 일단 검지 신호가 인식되면 제어기(90)는 휴지 모드를 선택하게 되고 외부 장치로부터 리셋 신호를 받아들이기 전까지 휴지 모드를 유지한다. 휴지 모드는 제한 전원 전류를 I/V 변환기(20), 증폭기(30), 레벨 모니터(50) 및 제어 출력 발생기(70)에 공급함과 동시에 레벨 모니터(50)를 디스에이블하는 즉 레벨 모니터(50)의 결과를 무시하는 것으로 정의된다. 그러므로 외부 장치가 응답하는 동안에 전력 소비를 최소화할 수 있으며 동작 모드를 유발하는 웨이크업 신호의 발생을 피할 수 있다. 이것은 외부 장치가 검지 신호의 첫 번째 출현에 응답하여 제한 시간 구간 동안에 활성화되도록 요구될 때 특히 유리하다.
증폭기(30)에서의 전력 소비를 줄이기 위하여, 검지 신호가 일단 발생하면 도 5에 보이는 것처럼 정격 전류가 공급될 때 전압 출력(VOUT)을 검지 임계값(TH2) 바로 위의 값 또는 -TH2 바로 아래 값으로 포화시키도록 증폭기(30)를 선택할 수 있다.
도 6에 보이는 것처럼 임계값 선택기(60)는 레벨 모니터(50)에 예비 임계값(TH1)을 공급하는 제1 분압기(voltage divider)와 검지 임계값(TH2)을 공급하는 제2 분압기를 포함한다. 제1 분압기는 전원(Vdd)과 접지 사이의 스위치(63)에 직렬로 연결된 제1 저항(61)의 직렬 조합이고, 제2 분압기는 전원과 접지 사이의 스위치(64)에 직렬로 연결된 제2 저항(62)의 직렬 조합이다. 제1 저항(61) 사이의 접점은 스위치(65)를 통하여 레벨 모니터(50)에 연결되고, 제2 저항(62) 사이의 접점은 스위치(66)를 통하여 레벨 모니터에 연결된다. 통상 스위치(63, 65)는 닫힌 상태이어서 레벨 모니터(50)에 예비 임계값(TH1)을 공급한다. 레벨 모니터(50)로부터 웨이크업 신호를 받으면 스위치(64, 66)는 닫혀져 레벨 모니터(50)에 검지 임계값(TH2)을 공급한다. 검지 임계값은 신뢰할 만한 검지를 위하여 정밀한 값을 가져야 하나 예비 임계값은 인체 검지에 결정적이지 않기 때문에 대강의 값도 무방하다는 관점과 장치의 다른 전자 요소들과 함께 반도체 칩에 집적될 수 있는 이용 가능한 저항 요소의 저항값은 그 값이 낮을수록 더 정밀하게 된다는 관점에서, 본 발명에서는 제1 저항(61)은 높은 저항치를 가지고 제2 저항(62)은 낮은 저항치를 가지도록 한다. 그렇게 함으로써 정밀하게 결정된 검지 임계값으로 신뢰할 만한 인체 검지가 가능하고, 높은 저항치의 제1 저항을 사용한 예비 임계값으로 전력 소비를 감소시킬 수 있다. 예를 들면 제1 저항(61)은 불순물을 도핑하지 않은 폴리실리콘 저항 또는 MOS(metal oxide semiconductor) 트랜지스터로 선택하고, 제2 저항(62)은 불순물을 도핑한 폴리실리콘 저항으로 선택한다.
장치는 즉각적이고도 신뢰할 만한 물체 검지를 위하여 전압이 가해진 상태에서 빨리 안정되도록 설계된다. 이러한 목적으로 제어기(90)는 초기화 기간을 제공하는 본 장치의 전원 스위치(130)의 스로우인에 반응하는데 초기화 기간 동안 정격 전류보다 높은 초기화 전류가 I/V 변환기(20)와 전압 증폭기(30)에 흘러 이러한 높은 소비 전류 회로가 동작하게 된다. 그런 후 제한 전류가 낮은 소비 전류 회로인 레벨 모니터(50)와 제어 출력 발생기(60)에 흐르게 된다. 그 직후 제어기(90)는 미리 결정된 안정화 기간동안 레벨 모니터(50)의 출력을 디스에이블하는 휴지 모드를 선택한다. 위 안정화 기간동안 제한 전원 전류가 공급되어 개개의 회로, 특히 I/V 변환기(20)와 전압 증폭기(30)의 불안정한 출력에 기인한 오동작이 없이 전체 회로가 신뢰할 만한 검지를 할 수 있도록 안정화시킨다. 그 후 제어기(90)는 휴지 모드에서 대기 모드로 전환하여 레벨 모니터(50)의 출력을 인에이블함으로써 인체 검지라는 원래의 동작을 수행한다.
도 7과 8은 개조된 전류 조정기(100A) 및 이와 결합된 회로를 나타내는데, 제한 전원 전류가 I/V 변환기(20)의 전단 증폭기, 전압 증폭기(30)의 전단 증폭기, 레벨 모니터(50) 및 제어 출력 발생기(70)에 계속 흐르게 하지만, I/V 변환기(20)의 후단 증폭기와 전압 증폭기(30)의 후단 증폭기에 공급되는 전류를 절환시키는 구조를 제외하고 위의 실시예에서 이용된 것과 유사하다. 이것에 관하여 도 8에 보이는 것처럼 전단 증폭부(31)의 FET(33) 및 후단 증폭부(32)의 FET(34)의 게이트가 각각 전류 제어 입력(35A, 35B)을 통하여 전류 조정기(100A)로부터 서로 다른 레벨의 전류(I103A, I103B)를 받아들이도록 증폭기(30)가 배치된다. 도 7에 보이는 것처럼 전류 조정기(100A)는 전원(Vdd)을 가로질러 연결된 정전류 전원(101A) 및 FET(102A)의 직렬 조합에 더하여, FET(103A, 104A, 105A) 및 스위치(111A)로 이루어지고 전단 미러 전류(I103A)를 공급하는 전단 전류 발생기(121)와 FET(103B, 104B, 105B) 및 스위치(111B, 112B, 113B)로 이루어져 후단 미러 전류(I103B)를 공급하는 후단 전류 발생기(122)를 포함한다. 전단 미러 전류(I103A)는 대응하는 전압으로 I/V 변환기(20)의 전단 증폭부(21)의 전류 조정 FET(23)의 게이트, 증폭기(30)의 전단 증폭부(31)의 전류 조정 FET(33)의 게이트, 레벨 모니터(50)의 전류 조정 FET(53)의 게이트 및 제어 출력 발생기(70)의 전류 조정 FET(73)의 게이트에 공급되어 제한 전원 전류(I23, I33, I53, I73)가 전원(Vdd)으로부터 개개의 회로(20, 30, 50, 70)에 흐르도록 한다. 마찬가지로 후단 미러 전류(I103B)는 대응하는 전압으로 I/V 변환기(20)의 후단 증폭부(22)의 전류 조정 FET(24)의 게이트 및 증폭기(30)의 후단 증폭부(32)의 전류 조정 FET(34)의 게이트에 공급되어 스위치(111B, 112B, 113B)의 선택적 활성화로 제한 전원 전류, 정격 전원 전류 및 초기화 전류 중 어느 하나의 값으로 전류(I24, I34)가 전원(Vdd)으로부터 후단 증폭부로 흐르도록 한다.
레벨 모니터(50)로부터 웨이크업 신호가 없을 경우 모드 선택기(80)의 제어기(90)는 후단 전류 발생기(122)의 스위치(111B, 112B, 113B)를 설정하여 후단 미러 전류(I103B)가 전단 미러 전류(I103A)와 거의 같게 되도록 한다. 그렇게 하여 I/V 변환기(20) 및 증폭기(30)의 후단 증폭부에 제한 전원 전류(I24, I34)가 흐르고 이는 전단 미러 전류(I103A)로 인한 전류(I23, I33, I53, I73)와 거의 같다. 웨이크업 신호가 인식되면 제어기(90)는 절환되어 전단 미러 전류(I103A)보다 큰 후단 미러 전류(I103B)를 공급한다. 그렇게 하여 I/V 변환기(20) 및 증폭기(30)의 후단 증폭부에 정격 전원 전류(I24, I34)가 흐르게 되고 이는 전단 미러 전류(I103A)로 인한 전류(I23, I33, I53, I73)보다 크다. 따라서 본 장치가 동작 모드로 전환되면 높은 수준의 정격 전류가 I/V 변환기(20) 및 증폭기의 후단 증폭부에만 공급될 수 있고 이에 따라 전단 증폭부에서 생기는 불필요한 높은 전류 소비를 피할 수 있다. 본 장치를 활성화하는 시작 단계에 필요한 높은 초기화 전류는 I/V 변환기(20) 및 증폭기(30)의 후단 증폭부에만 공급될 수 있고 레벨 모니터(50), 제어 출력 발생기(70), 그리고 I/V 변환기(20) 및 증폭기(30)의 전단 증폭부에는 제한 전원 전류가 공급된다. 이러한 의미에서 전류 조정기(100A)는 스위치(111B, 112B, 113B)를 선택적으로 활성화함으로써 정격 전원 전류보다 높은 초기화 전류를 공급하도록 배치된다.
본 발명의 물체 검지 장치는 신뢰할 만한 물체의 검지를 보장할 수 있으면서도 전력 소비를 줄일 수 있다.

Claims (12)

  1. 물체로부터 입사되는 적외선 방사량의 변화에 따라 감지 전류를 생성하는 초전 센서,
    상기 초전 센서로부터의 상기 감지 전류를 대응하는 전압으로 변환하는 I/V 변환기,
    상기 I/V 변환기로부터의 상기 전압을 증폭 전압으로 증폭하는 전압 증폭기, 그리고
    상기 증폭 전압을 미리 결정된 임계값(threshold)(TH2)과 비교하여 상기 증폭 전압이 상기 임계값에 관한 검지 기준을 충족할 때 검지 신호를 출력하는 레벨 모니터(level monitor)를 포함하며, 상기 검지 신호에 응답하여 물체의 검지를 나타내고 외부 장치를 동작시키는 데 사용되는 제어 출력을 발생하는 검지기
    를 포함하는 물체 검지 장치로서,
    상기 전압 증폭기는 제한 전원 전류를 받으면 낮은 진폭의 제한 전압을 출력하고 상기 제한 전원 전류보다 큰 정격 전원 전류를 받으면 높은 진폭의 정격 전압을 출력하며,
    상기 검지기는 상기 검지 임계값(TH2) 및 상기 검지 임계값보다 낮은 예비 임계값(TH1)을 가지며, 정상상태에서 상기 레벨 모니터에 상기 예비 임계값을 공급하도록 설정되는 임계값 선택기를 포함하며,
    상기 레벨 모니터는 상기 전압 증폭기로부터의 상기 제한 전압 출력을 상기 예비 임계값과 비교하여 상기 제한 전압 출력이 상기 예비 임계값에 관한 예비 기준을 충족하면 웨이크업 신호(wake-up signal)를 출력하며,
    상기 임계값 선택기는 상기 웨이크업 신호에 응답하여 상기 예비 임계값을 상기 검지 임계값으로 전환하며,
    상기 물체 감지 장치는 상기 웨이크업 신호에 응답하여 전원으로부터의 상기 정격 전원 전류를 상기 전압 증폭기에 공급하는 동작 모드를 제공하여 상기 레벨 모니터가 상기 정격 전압 출력을 상기 검지 임계값과 비교하여 물체를 검지하게 하고, 그렇지 않으면 상기 전원으로부터의 상기 제한 전원 전류를 상기 전압 증폭기에 공급하는 대기 모드를 제공하는 모드 선택기를 더 포함하는
    물체 검지 장치.
  2. 제1항에서,
    상기 모드 선택기는 최초로 상기 검지 신호가 출현한 때로부터 미리 결정된 시간 프레임(time frame) 동안 계속해서 상기 동작 모드를 유지하고, 그 후 상기 대기 모드로 강제로 전환하는 물체 검지 장치.
  3. 제2항에서,
    상기 모드 선택기는 상기 시간 프레임 이내에 상기 검지 신호에 뒤이어 다른 검지 신호가 출현할 때마다 상기 시간 프레임을 다시 시작하도록 리셋(reset)하는 물체 검지 장치.
  4. 제1항에서,
    상기 모드 선택기는
    상기 외부 장치로부터 리셋 신호를 받아들이는 리셋 입력단을 포함하며,
    최초로 상기 검지 신호가 출현한 시점에서 상기 전원으로부터의 상기 제한 전원 전류를 상기 전압 증폭기에 계속 공급하도록 상기 동작 모드를 휴지 모드로 강제 전환함과 동시에 상기 레벨 모니터를 디스에이블(disable)시키며,
    상기 리셋 입력단에서 상기 리셋 신호를 받아들이기까지 상기 휴지 모드를 유지하는 물체 검지 장치.
  5. 제1항에서,
    상기 모드 선택기는 상기 물체 검지 장치가 통전된 직후에 미리 결정된 초기화 기간 동안에만 상기 전압 증폭기에 상기 정격 전류보다 큰 초기화 전류를 공급하는 물체 검지 장치.
  6. 제5항에서,
    상기 모드 선택기는 상기 초기화 기간에 바로 뒤이은 미리 결정된 안정화 기간동안 상기 제한 전원 전류를 상기 증폭기에 공급하는 휴지 모드를 선택하는 한편 상기 레벨 모니터를 디스에이블하고, 그 후 상기 휴지 모드를 상기 대기 모드로 전환하는 물체 검지 장치.
  7. 제1항에서,
    상기 전압 증폭기는 전단 증폭부 및 후단 증폭부를 구비하는 이단 증폭기이고, 상기 모드 선택기는 상기 대기 모드일 때 상기 제한 전원 전류를 상기 전단 및 후단 증폭부에 공급하며, 상기 동작 모드일 때 상기 제한 전원 전류를 상기 전단 증폭부에 공급하고 상기 정격 전원 전류를 상기 후단 증폭부에 공급하는 물체 검지 장치.
  8. 제1항에서,
    상기 전압 증폭기는 상기 검지 임계값 바로 위의 수준으로 포화되는 상기 정격 전압 출력을 제공하는 물체 검지 장치.
  9. 제1항에서,
    상기 모드 선택기는 상기 대기 모드일 때 상기 제한 전원 전류를 상기 I/V 변환기에 공급하고, 상기 동작 모드일 때 상기 정격 전원 전류를 상기 I/V 변환기에 공급하는 물체 검지 장치.
  10. 제1항에서,
    상기 임계값 선택기는 기준 전압으로부터 상기 예비 임계값(TH1)을 제공하며 직렬 연결된 제1 저항으로 이루어진 제1 분압기 및 상기 기준 전압으로부터 상기 검지 임계값(TH2)을 제공하며 직렬 연결된 제2 저항으로 이루어진 제2 분압기를 포함하고, 상기 제1 저항은 상기 제2 저항보다 저항치가 높은 물체 검지 장치.
  11. 제10항에서,
    상기 제1 저항은 불순물을 도핑하지 않은 폴리실리콘 저항에서 선택되고, 상기 제2 저항은 불순물을 도핑한 폴리실리콘 저항에서 선택되는 물체 검지 장치.
  12. 제10항에서,
    상기 제1 저항은 MOS 트랜지스터에서 선택되고, 상기 제2 저항은 불순물을 도핑한 폴리실리콘 저항에서 선택되는 물체 검지 장치.
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