WO2016047071A1 - 赤外線検出装置 - Google Patents
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- G01V8/10—Detecting, e.g. by using light barriers
- G01V8/12—Detecting, e.g. by using light barriers using one transmitter and one receiver
Definitions
- the present invention generally relates to an infrared detector, and more particularly to an infrared detector using a pyroelectric element.
- an infrared detection device using a pyroelectric element as an infrared detection unit.
- a general infrared detector uses a lens or the like to collect infrared rays from the detection area into the pyroelectric element, and the current signal output from the pyroelectric element changes according to the change in the amount of infrared light received by the pyroelectric element. To do.
- the first converter is configured to convert a current signal into a voltage signal using an operational amplifier to which an AC feedback capacitor is connected, and further includes a reset switch connected in parallel with the capacitor. is doing.
- the reset switch is controlled by a reset signal from the control unit.
- the reset switch When the reset switch is turned on, the reset switch functions as a discharge unit that forms a discharge path for discharging the charge accumulated in the capacitor.
- the control unit includes an oscillator that generates a clock signal at a predetermined period so as to remove a low frequency component equal to or lower than a predetermined frequency, and outputs a reset signal based on the clock signal.
- the infrared detection apparatus described in Document 1 includes a second conversion unit (AD conversion unit) that converts an output value of the first conversion unit into a digital value, and a signal in a predetermined frequency band among outputs of the second conversion unit. And a digital processing unit that passes the components.
- the infrared detection device described in Document 1 can suppress the influence of unnecessary low-frequency components that are not related to the detection target (human body). That is, the current signal output from the pyroelectric element may include an unnecessary low-frequency component that is not related to the detection target due to, for example, a change in ambient temperature.
- the apparatus can suppress the influence of such unnecessary low frequency components.
- the current signal includes:
- sudden noise such as popcorn noise generated in a pyroelectric element or noise caused by crystal defects at the time of manufacturing an IC (integrated circuit) constituting the first conversion unit
- the current signal includes:
- the present invention has been made in view of the above-described reasons, and an object thereof is to provide an infrared detection device capable of detecting the presence or absence of sudden noise without increasing the circuit scale.
- the infrared detection device of the present invention includes a pyroelectric element, a first converter that converts a current signal output from the pyroelectric element into a voltage signal, and each of a plurality of sampling timings set at predetermined time intervals.
- a second conversion unit that quantizes the output value of the first conversion unit and converts the output value to a digital value; and a digital circuit that receives the output value of the second conversion unit, and the digital circuit performs the plurality of times.
- a plurality of difference values calculated for the plurality of sampling timings by calculating a plurality of difference values by calculating a difference value of a digital value with respect to each previous sampling timing.
- a noise detection unit for detecting the presence or absence of sudden noise based on a plurality of comparison results with a predetermined threshold value.
- FIG. 1 is a block diagram illustrating a schematic configuration of an infrared detection device according to Embodiment 1.
- FIG. 1 is a circuit diagram illustrating a schematic configuration of an infrared detection device according to Embodiment 1.
- FIG. It is explanatory drawing of operation
- FIG. It is explanatory drawing of operation
- FIG. It is explanatory drawing of operation
- the infrared detection device 1 of the present embodiment includes a pyroelectric element 2, a first conversion unit 3, a second conversion unit 4, and a digital circuit 5.
- the first converter 3 converts the current signal output from the pyroelectric element 2 into a voltage signal.
- the second conversion unit 4 quantizes the output value of the first conversion unit 3 and converts it into a digital value at each of a plurality of sampling timings set at a predetermined time interval.
- the output value of the second conversion unit 4 is input to the digital circuit 5.
- the digital circuit 5 includes a calculation unit 51 and a noise detection unit 52.
- the calculation unit 51 calculates a plurality of difference values by calculating a difference value of the digital value with respect to each previous sampling timing for each of a plurality of sampling timings.
- the noise detection unit 52 detects the presence or absence of sudden noise based on a plurality of comparison results between a plurality of difference values obtained for a plurality of sampling timings and a predetermined threshold value.
- the infrared detecting device 1 can detect sudden noise by the arithmetic processing on the output value (digital value) of the second conversion unit 4. Therefore, the infrared detecting device 1 can add a function of detecting the presence or absence of sudden noise without adding a detection circuit for detecting the presence or absence of sudden noise. That is, the infrared detection device 1 has an advantage that it can detect the presence or absence of sudden noise without increasing the circuit scale. If the infrared detecting device 1 can detect the presence or absence of sudden noise, the false detection caused by the sudden noise is reduced by taking measures such as stopping the output of the first conversion unit 3 when the sudden noise occurs. it can.
- the sudden noise referred to here is noise that occurs suddenly, not constantly, out of noise generated at least one of the input of the first converter 3 and the output of the first converter 3. .
- the sudden noise is charged noise such as popcorn noise generated in the pyroelectric element 2 or noise due to crystal defects at the time of manufacturing an IC (integrated circuit) constituting the first converter 3.
- popcorn noise causes unnecessary stress due to concentration of mechanical stress on the pitching portion and microcrack portion caused by the difference in thermal expansion coefficient of the pyroelectric substrate and circuit board constituting the pyroelectric element 2.
- misalignment and error when the pyroelectric substrate is attached to the circuit board, manufacturing variations of the pyroelectric substrate itself, and the like are also considered as factors of popcorn noise.
- the sudden noise is assumed to be impulse noise of 1 kHz or more.
- the first conversion unit 3 has a high-pass filter that suppresses a low frequency component equal to or lower than a predetermined frequency.
- the calculation unit 51 calculates a difference value for each of three consecutive sampling timings, and the noise detection unit 52 is sudden when the comparison result between the difference value and the threshold satisfies the following condition (1). You may be comprised so that it may determine with noise. (1) For the first sampling timing, the difference value falls below the threshold value, for the second sampling timing, the difference value exceeds the threshold value, and for the third sampling timing, the difference value falls below the threshold value. .
- the digital circuit 5 may further include a correction unit 53.
- the correction unit 53 sets a correction value based on the magnitude of the difference value that exceeds the threshold, and the correction value is set to the second conversion unit. Subtract from the output value of 4.
- the correction unit 53 is configured to decrease the correction value with time.
- the digital circuit 5 may be configured to serially output a digital signal corresponding to the output value of the second conversion unit 4.
- the infrared detection device 1 of the present embodiment will be described in detail.
- the infrared detection apparatus 1 described below is merely an example of the present invention, and the present invention is not limited to the following embodiment, and the technical invention according to the present invention is not limited to this embodiment.
- Various modifications can be made according to the design or the like as long as they do not depart from the idea.
- the infrared detection device 1 is used for human body detection for detecting the presence or absence of a person in the detection area.
- the infrared detection device 1 is configured to determine the presence / absence of a person in the detection area based on a change in the amount of infrared light received by the pyroelectric element 2 and output the determination result to an external device (external circuit).
- an external device external circuit
- the infrared detection device 1 is not limited to human body detection, and may be used for other purposes such as gas detection.
- the infrared detection apparatus 1 of the present embodiment includes a control unit 6 in addition to the pyroelectric element 2, the first conversion unit 3, the second conversion unit 4, and the digital circuit 5 described above. .
- the control unit 6 controls the first conversion unit 3.
- the second conversion unit 4, the digital circuit 5, and the control unit 6 are realized by, for example, a microcomputer (microcomputer) having a memory and a processor as a main configuration, and the processor executing a program stored in the memory. Is done.
- a program that causes the microcomputer to function as the second conversion unit 4, the digital circuit 5, and the control unit 6 may be provided by being stored in a recording medium, for example.
- the pyroelectric element 2 receives infrared rays from the detection area and outputs a current signal according to the change in the amount of received infrared rays.
- the first converter 3 amplifies the voltage signal output from the current-voltage converter circuit (hereinafter referred to as “IV converter circuit”) 31 that converts the current signal into a voltage signal, as shown in FIG. And an amplifier circuit 32.
- IV converter circuit current-voltage converter circuit
- the IV conversion circuit 31 includes a first operational amplifier 311, a capacitor 312, and a switch 313.
- the first operational amplifier 311 has an inverting input terminal connected to the pyroelectric element 2.
- the non-inverting input terminal of the first operational amplifier 311 is connected to a reference power source 314 that generates a reference voltage.
- the capacitor 312 is connected between the output terminal and the inverting input terminal of the first operational amplifier 311 and functions as a capacitive element for AC feedback.
- the switch 313 is connected in parallel with the capacitor 312 between the output terminal and the inverting input terminal of the first operational amplifier 311.
- the capacitive IV conversion circuit 31 configured in this manner converts the current signal from the pyroelectric element 2 into a voltage signal using the impedance of the capacitor 312.
- the voltage output from the first operational amplifier 311 is a value obtained by subtracting the voltage across the capacitor 312 from the reference voltage generated by the reference power supply 314. Therefore, the output of the IV conversion circuit 31 is a voltage signal that changes from the operating point according to the change of the current signal caused by the pyroelectric element 2 receiving infrared rays, with the reference voltage as the operating point.
- This type of IV conversion circuit 31 has the advantage of a relatively high SN ratio.
- the output of the IV conversion circuit 31 at the operating point is assumed to be zero. That is, the output of the IV conversion circuit 31 means the amount of change from the operating point of the voltage output from the first operational amplifier 311.
- the IV conversion circuit 31 has a feedback circuit including a second operational amplifier 315, a capacitor 316, and resistors 317 and 318.
- the second operational amplifier 315 has an inverting input terminal connected to the reference power source 314 via the resistor 317, and a capacitor 316 is connected between the output terminal and the inverting input terminal to constitute an integrating circuit.
- the second operational amplifier 315 has a non-inverting input terminal connected to the output terminal of the first operational amplifier 311 and an output terminal connected to the inverting input terminal of the first operational amplifier 311 via the resistor 318.
- the IV conversion circuit 31 outputs a voltage signal in which unnecessary low frequency components (hereinafter referred to as “unnecessary components”) having a predetermined frequency or less are reduced by the feedback circuit.
- the first converter 3 has a high-pass filter.
- the unnecessary component is a low-frequency fluctuation component that occurs regardless of the detection target (human body) due to, for example, a change in ambient temperature with respect to the current signal output from the pyroelectric element 2.
- the switch 313 is controlled by a first control signal from the control unit 6.
- the switch 313 When the switch 313 is turned on, the switch 313 functions as a discharge unit that forms a discharge path for discharging the charge accumulated in the capacitor 312. That is, when the switch 313 is turned on, the voltage across the capacitor 312 is reset to zero, and the output value of the IV conversion circuit 31 is reset to zero (operating point).
- the amplifier circuit 32 includes a third operational amplifier 321, an input capacitor 322, a feedback capacitor 323, a resistor 324, and a switch 325.
- the third operational amplifier 321 has an inverting input terminal connected to the output terminal of the first operational amplifier 311 via the input capacitor 322, and a feedback capacitor 323 connected between the output terminal and the inverting input terminal. That is, the amplifier circuit 32 constitutes a capacitive voltage amplifier circuit, and the amplification factor is “C1 / C2” using the capacitance “C1” of the input capacitor 322 and the capacitance “C2” of the feedback capacitor 323. expressed.
- This type of amplifier circuit 32 has the advantage of low power consumption.
- the resistor 324 and the switch 325 are connected in parallel with the feedback capacitor 323 between the output terminal and the inverting input terminal of the third operational amplifier 321.
- a reference power source 314 is connected to the non-inverting input terminal of the third operational amplifier 321.
- the switch 325 is controlled by the second control signal from the control unit 6 and shorts between both ends of the feedback capacitor 323 when turned on. That is, the amplifier circuit 32 operates at an amplification factor “1” in a state where the switch 325 is turned on, and outputs the voltage signal input to the inverting input terminal of the third operational amplifier 321 as it is.
- the output terminal of the third operational amplifier 321 is connected to the second conversion unit 4.
- the second converter 4 is an AD converter that converts the analog value (voltage value) input from the first converter 3 into a digital value (AD conversion) and outputs the digital value to the digital circuit 5.
- a successive approximation AD converter is used for the second conversion unit 4.
- the 2nd conversion part 4 can implement
- the second conversion unit 4 is not limited to the successive approximation type, and other types of AD converters may be used. For example, if a ⁇ (delta sigma) AD converter is used in the second conversion unit 4, the second conversion unit 4 having a relatively small size and high accuracy can be realized.
- an input voltage range (input range) in which AD conversion is possible (that is, an AD conversion characteristic is guaranteed) is individually determined as a full scale. Therefore, the second conversion unit 4 can also convert only analog values within the full scale into digital values, and analog values exceeding the full scale upper limit value are converted into digital values corresponding to the upper limit value. . That is, the output of the second converter 4 is saturated when a signal having an amplitude outside the full scale is input.
- the second conversion unit 4 quantizes the output value of the first conversion unit 3 at a sampling timing set at a predetermined time interval (sampling period) and converts it into a digital value.
- the second conversion unit 4 performs AD conversion at a sampling timing set with a sampling period of 10 ms as an example.
- the sampling cycle is set to a cycle sufficiently shorter than 1 s (for example, 0.1 s or less).
- the digital circuit 5 determines the presence / absence of a human body in the detection area based on the digital signal input from the second conversion unit 4. In other words, the digital circuit 5 compares the output value of the second conversion unit 4 (digital value corresponding to the output of the first conversion unit 3) with a predetermined first threshold value in the detection area. It has the determination part (not shown) which determines the presence or absence of a human body. The determination unit determines that there is a person in the detection area and outputs an H level detection signal during the period when the absolute value of the output value of the second conversion unit 4 exceeds the first threshold, and is equal to or less than the threshold. If so, it is determined that there is no person in the detection area, and the detection signal is set to L level.
- the digital circuit 5 is a digital bandpass filter (hereinafter referred to as a bandpass filter) having a passband in the frequency band of the current signal generated by the pyroelectric element 2 during human body detection (here, assumed to be about 0.1 Hz to 10 Hz). Is called “BPF”).
- a bandpass filter having a passband in the frequency band of the current signal generated by the pyroelectric element 2 during human body detection (here, assumed to be about 0.1 Hz to 10 Hz). Is called “BPF”).
- the infrared detection device 1 of the present embodiment has an advantage that the circuit part can be made into one chip because an external component is not required by using the digital BPF as described above.
- the current signal output from the pyroelectric element 2 is converted into a voltage signal by the IV conversion circuit 31 of the first conversion unit 3, and then the amplification circuit 32 of the first conversion unit 3. And is input to the second converter 4. That is, the voltage signal input to the second conversion unit 4 is a signal obtained by converting the output (current signal) of the pyroelectric element 2 into a voltage signal by the IV conversion circuit 31 and further amplifying by the amplification circuit 32.
- the second converter 4 converts the input voltage signal into a digital value and inputs it to the digital circuit 5.
- the digital circuit 5 determines the presence or absence of a human body in the detection area based on the input digital value, and outputs the determination result to an external device (external circuit).
- the digital circuit 5 is configured to serially output a digital signal corresponding to the output value of the second conversion unit 4.
- the digital circuit 5 employs a signal format including a start bit, a main filter output, a detection signal state, an operation mode determination result, and a stop bit.
- the main filter output represents an instantaneous value of a signal obtained by removing at least unnecessary components from the output of the first conversion unit 3 by passing the digital BPF.
- the digital circuit 5 outputs, for example, a 16-bit digital signal by serial communication in synchronization with a transmission clock (for example, 20 kHz) by one communication.
- a transmission clock for example, 20 kHz
- the digital circuit 5 may serially output the output value of the second conversion unit 4 as it is as a digital signal. That is, the digital circuit 5 may serially output the digital signal output from the second conversion unit 4 without passing through the digital BPF.
- control unit 6 turns on the switch 313 of the IV conversion circuit 31 and resets the capacitor 312 to remove unnecessary components having a frequency equal to or lower than a predetermined frequency from the output of the IV conversion circuit 31.
- the control unit 6 outputs the first control signal at a timing such that unnecessary components are removed from the output of the IV conversion circuit 31, and turns on the switch 313. More specifically, the control unit 6 includes an oscillator (not shown) that generates a clock signal at a predetermined period so as to remove unnecessary components, and the first control signal is based on the clock signal. Is generated. For example, if the upper limit frequency of the unnecessary component is 0.1 Hz, a period of 10 seconds corresponding to this frequency is a cycle for generating the clock signal. The control unit 6 turns on the switch 313 and resets the capacitor 312 at a cycle determined in this way, thereby removing unnecessary components from the output of the IV conversion circuit 31.
- control unit 6 turns on the switch 325 of the amplifier circuit 32 according to the second control signal, invalidates the amplifier circuit 32, that is, sets the amplification factor of the amplifier circuit 32 to “1”.
- the control unit 6 is connected to the digital circuit 5 and outputs a second control signal when the input of the digital circuit 5 (the output of the second conversion unit 4) is saturated. Specifically, the control unit 6 determines whether or not the input of the second conversion unit 4 exceeds the full scale upper limit value and the output of the second conversion unit 4 is saturated (full scale determination). Function).
- the control unit 6 is configured to output the second control signal and turn on the switch 325 of the amplifier circuit 32 if the input of the digital circuit 5 is saturated.
- the infrared detection device 1 disables the amplification circuit 32 and the output of the first conversion unit 3 becomes small.
- the input of the conversion unit 4 falls within the full scale.
- the amplifier circuit 32 outputs an analog value that does not exceed the full scale to the second converter 4 even when an input signal having a relatively large amplitude may be input.
- the infrared detecting device 1 can be prevented from becoming insensitive.
- the control unit 6 also turns on at least one of the switch 313 of the IV conversion circuit 31 and the switch 325 of the amplification circuit 32 even when the noise detection unit 52 described later determines that there is sudden noise. It may be configured. Thereby, the 1st conversion part 3 can suppress the influence of sudden noise by reducing the gain of at least one of the IV conversion circuit 31 and the amplifier circuit 32 at the time of occurrence of sudden noise.
- the infrared detection device 1 may include a pair of diodes (not shown) connected in antiparallel in place of the switch 325 and the resistor 324 as a configuration that disables the amplifier circuit 32. In this case, the infrared detection apparatus 1 does not need to control the switch 325 by the control unit 6 and outputs an analog value with a size that does not exceed the full scale to the second conversion unit 4 with a simpler configuration. be able to.
- the first converter 3 output signal changes sharply as shown in FIG.
- the horizontal axis is a time axis
- the input current of the first converter 3 is shown in the upper stage
- the output voltage of the first converter 3 is shown in the lower stage.
- 3 represents the output value (digital value) of the second conversion unit 4 obtained at each sampling timing
- “ ⁇ V” represents the amplitude of sudden noise.
- the output of the first conversion unit 3 rises sharply. Furthermore, since the first conversion unit 3 is provided with a high-pass filter (feedback circuit) for reducing unnecessary components, the output that once rises is relatively slowly zero (operating point) due to the time constant of the high-pass filter. Will return.
- a high-pass filter feedback circuit
- the first conversion unit 3 suppresses the gain with respect to the low-frequency fluctuation component (unnecessary component) generated regardless of the human body to be detected due to, for example, a change in the ambient temperature, by the high-pass filter. Therefore, the first converter 3 has a relatively long time constant in the high-pass filter so as to have a gain with respect to the frequency band (about 0.1 Hz to 10 Hz) of the current signal generated by the pyroelectric element 2 during human body detection. Have.
- the output of the first converter 3 rises sharply due to the effect of sudden noise, and then returns to zero over a relatively long time (about several tens of seconds, for example, 40 seconds) (step signal). It becomes.
- the output of the first converter 3 fluctuates regardless of the output of the pyroelectric element 2 due to the influence of the sudden noise.
- the step signal has an intensity in a wide frequency band
- the output after passing through the BPF (digital circuit 5) at the subsequent stage also varies as the output of the first converter 3 varies.
- the pass band of the BPF is about 0.1 Hz to 10 Hz, the infrared detection device 1 generates an output fluctuation centered around about 0.1 Hz to 10 Hz, which may cause erroneous detection.
- the infrared detection device 1 of the present embodiment includes a calculation unit 51 and a noise detection unit 52 in the digital circuit 5 as a configuration for detecting the presence or absence of such sudden noise.
- the computing unit 51 computes the difference value of the digital value from the previous sampling timing for each of a plurality of consecutive sampling timings. In other words, the calculation unit 51 obtains a difference value between digital values obtained at two consecutive sampling timings. In the present embodiment, the computing unit 51 computes a difference value for three consecutive sampling timings.
- the noise detection unit 52 detects the presence or absence of sudden noise included in the current signal based on a comparison result obtained by the calculation unit 51 for a plurality of (three times) sampling timings and a difference value with a predetermined threshold value.
- the noise detection unit 52 compares the difference value obtained by the calculation unit 51 for each sampling timing with the second threshold value. If the difference value is larger than the second threshold value, the comparison result is “large”, and the difference value is If it is less than or equal to the second threshold, the comparison result is “small”.
- the noise detection unit 52 performs such a size comparison for a plurality of sampling timings, and detects the presence or absence of sudden noise from the change pattern of the comparison result at that time.
- the noise detection unit 52 uses a plurality of comparison results obtained by arranging a plurality of comparison results of a plurality of difference values in the order of a plurality of sampling timings, using the magnitude relationship between each of the plurality of difference values and the threshold as a comparison result. Based on this change, the presence or absence of sudden noise is detected.
- the difference value compared with the second threshold value by the noise detection unit 52 is an absolute value, but the difference value compared with the second threshold value is not limited to the absolute value.
- the noise detection unit 52 determines that sudden noise is included when the comparison result between the difference value and the threshold satisfies the condition (1). In other words, the noise detection unit 52 generates a suddenness when a comparison result of “small” for the first sampling timing, “large” for the second sampling timing, and “small” for the third sampling timing is obtained. It is determined that there is noise. In short, when the comparison result for three consecutive sampling timings changes in the order of “small” ⁇ “large” ⁇ “small”, the noise detection unit 52 determines that there is sudden noise.
- the infrared detection device 1 includes the correction unit 53 that functions to suppress the influence of the sudden noise in the digital circuit 5 when it is determined that there is sudden noise.
- the correction unit 53 sets a correction value (digital value) based on the magnitude of the difference value that exceeds the threshold value, and subtracts this correction value from the output value (digital value) of the second conversion unit 4. Suppresses the effects of sexual noise. Specifically, when the noise detection unit 52 determines that there is sudden noise, the correction unit 53 determines a difference value determined to be greater than the second threshold value among the difference values used for the determination at that time. Is stored in a buffer (not shown) as a correction value. The correction unit 53 subtracts the correction value stored in the buffer from the output value of the second conversion unit 4, thereby outputting a corrected output value that suppresses the influence of sudden noise.
- the correction unit 53 is configured to gradually decrease the correction value in the buffer with a certain inclination as time passes, and the correction value eventually returns to zero.
- the inclination (decrease rate) of the correction value matches the inclination of the output value of the second conversion unit 4, that is, the inclination when the output value of the second conversion unit 4 that has risen due to sudden noise subsequently decreases. Is predetermined.
- the slope of the output of the second conversion unit 4 is determined by the time constant of the high-pass filter (feedback circuit) in the first conversion unit 3 as described above.
- the horizontal axis is the time axis
- the output voltage of the first conversion unit 3 the difference value obtained by the calculation unit 51, the correction value, and the output value after correction are shown in order from the top.
- “Ts1” to “ts12” represent sampling timings, respectively.
- FIG. 4 shows an example in which sudden noise occurs at a time between the sampling timing ts4 and the sampling timing ts5.
- the difference value obtained by the calculation unit 51 is all smaller than the second threshold until the sampling timing ts4 immediately before the occurrence of the sudden noise.
- the difference value with respect to the sampling timing ts4 is a difference between the output value of the second conversion unit 4 at the sampling timing ts4 and the output value of the second conversion unit 4 at the sampling timing ts3, and is based on the second threshold value. Get smaller.
- the difference value obtained by the calculation unit 51 is larger than the second threshold value. That is, the difference value for the sampling timing ts5 is the difference between the output value of the second conversion unit 4 at the sampling timing ts5 and the output value of the second conversion unit 4 at the sampling timing ts4, and the second threshold value. Become bigger.
- the difference value obtained by the calculation unit 51 is smaller than the second threshold value.
- the difference value for the sampling timing ts6 is the difference between the output value of the second conversion unit 4 at the sampling timing ts6 and the output value of the second conversion unit 4 at the sampling timing ts5, and is smaller than the second threshold value.
- the comparison result between the difference value and the second threshold value in the noise detection unit 52 is “small” at the sampling timings ts1 to ts4, becomes “large” at the sampling timing ts5, and is again “at” at the sampling timings ts6 to ts12. Small “.
- the comparison result in the noise detection unit 52 changes in the order of “small” ⁇ “large” ⁇ “small”. Yes.
- the first sampling timing is sampling timing ts4
- the second sampling timing is sampling timing ts5
- the third sampling timing is sampling timing ts6.
- the noise detection unit 52 determines that there is sudden noise based on the comparison result. However, since the noise detection unit 52 detects the presence or absence of sudden noise from the comparison results of three consecutive sampling timings ts4 to ts6, it is determined that there is sudden noise at the time of the third sampling timing ts6. become.
- the correction unit 53 sets the difference value at the sampling timing ts5 determined that the difference value exceeds the second threshold as a correction value as shown in FIG. 4, and stores the correction value in the buffer.
- the timing at which the correction unit 53 sets the correction value is the timing at which the noise detection unit 52 determines that there is sudden noise, and is the time point of the sampling timing ts6 in the example of FIG.
- the correction value gradually decreases with a certain inclination from the time of the correction timing ts6.
- the correction unit 53 does not subtract the correction value from the output value of the second conversion unit 4 at the same sampling timing as the correction value, but the second conversion unit 4 at the previous sampling timing. Output value. That is, the correction unit 53 subtracts the correction value at the time of the sampling timing ts6 from the output value of the second conversion unit 4 at the sampling timing ts5, for example. Similarly, the correction unit 53 subtracts the correction value at the time of the sampling timing ts7 from the output value of the second conversion unit 4 at the sampling timing ts6, for example.
- the corrected output value obtained by subtracting the correction value from the output value of the second conversion unit 4 is suppressed from the influence of the sudden noise as shown in FIG. 4 and is large before and after the occurrence of the sudden noise. It does not fluctuate.
- the corrected output value is based on the output value of the second conversion unit 4 at the immediately preceding sampling timing, it is delayed from the actual output of the second conversion unit 4 by a sampling period (for example, 10 ms). It will be.
- FIG. 5 is an explanatory diagram of processing of the digital circuit 5 in the infrared detection device 1 described above.
- the digital circuit 5 obtains a difference value from the output value of the second conversion unit 4 (S1), and detects the presence or absence of sudden noise from the comparison result between the difference value and the second threshold value (S2). If it is determined that there is sudden noise, the digital circuit 5 stores the difference value at that time in the buffer as a correction value (S3), and subtracts the correction value from the output value of the second conversion unit 4 (S4). Further, the digital circuit 5 gradually decreases the correction value stored in the buffer with a certain inclination (S5).
- the digital circuit 5 removes unnecessary components from the corrected output value using the BPF (S6), and performs human body detection using the corrected output value (S7). Further, the digital circuit 5 serially outputs the corrected output value from which unnecessary components have been removed by the BPF (S8). Further, the digital circuit 5 determines whether or not the output of the second conversion unit 4 is saturated by the full scale determination function (S9), and invalidates the amplifier circuit 32 according to the determination result.
- the infrared detection device 1 of the present embodiment described above the presence or absence of sudden noise can be detected by the arithmetic processing on the output value (digital value) of the second conversion unit 4. Therefore, the infrared detecting device 1 can add a function of detecting the presence or absence of sudden noise without adding a detection circuit for detecting the presence or absence of sudden noise. That is, the infrared detection device 1 has an advantage that it can detect the presence or absence of sudden noise without increasing the circuit scale.
- the 1st conversion part 3 has a high-pass filter which suppresses the low frequency component below a predetermined frequency, the low frequency fluctuation component which arises irrespective of a detection target (human body), for example due to the change of ambient temperature etc.
- the gain with respect to can be suppressed. Therefore, the infrared detection device 1 is less likely to cause erroneous detection due to low frequency unnecessary components.
- the noise detection unit 52 determines that the comparison result for three consecutive sampling timings is “small” ⁇ “large” ⁇ “small”. ”In the order of“ ”, it is determined that there is sudden noise. Therefore, the noise detection unit 52 can detect the sudden noise at the second sampling timing from the time when the sudden noise occurs, and can relatively shorten the time required to detect the sudden noise.
- the digital circuit 5 since the digital circuit 5 includes the correction unit 53, when it is determined that there is sudden noise, the sudden noise is obtained by subtracting the correction value from the output value of the second conversion unit 4. The influence of can be suppressed. Therefore, the infrared detection device 1 can reduce erroneous detection due to sudden noise.
- the second threshold value used in the noise detection unit 52 is not limited to a single value, and may have a certain width.
- the second threshold value has a width, for example, as shown in FIG. 6, an upper limit value “Vth2max” and a lower limit value “Vth2min” are determined for the second threshold value (Vth2max> Vth2min).
- the noise detection unit 52 sets the comparison result to “large” if the difference value is larger than the upper limit value of the second threshold, and sets the comparison result to “small” if the difference value is smaller than the lower limit value of the second threshold. If the difference value is within the range between the lower limit value and the upper limit value of the second threshold value, the comparison result is “medium”.
- the horizontal axis is a time axis, the output voltage of the first conversion unit 3 is shown in the upper stage, and the difference value obtained by the calculation unit 51 is shown in the lower stage.
- the noise detection unit 52 determines that the comparison result for three consecutive sampling timings is “small” ⁇ “large”. ⁇ If it changes in the order of “small”, it is determined that there is sudden noise.
- FIG. 6 shows an example in which sudden noise occurs at a time between the sampling timing ts10 and the sampling timing ts11. That is, as illustrated in FIG. 6, the difference value obtained by the calculation unit 51 is smaller than the lower limit value “Vth2min” of the second threshold until the sampling timing ts10 immediately before the occurrence of the sudden noise. On the other hand, at the sampling timing ts11 immediately after the occurrence of sudden noise, the difference value obtained by the calculation unit 51 is larger than the upper limit value “Vth2max” of the second threshold value. After the subsequent sampling timing ts12, the difference value obtained by the calculation unit 51 becomes smaller than the lower limit value “Vth2min” of the second threshold again.
- the comparison result between the difference value and the second threshold value in the noise detection unit 52 is “small” at the sampling timings ts1 to ts10, becomes “large” at the sampling timing ts11, and is again “at” at the sampling timings ts12 to ts18. "Small”.
- the comparison result in the noise detection unit 52 changes in the order of “small” ⁇ “large” ⁇ “small”. Yes. Therefore, the noise detection unit 52 determines that there is sudden noise based on the comparison result.
- the noise detection unit 52 causes the comparison result to change in the order of “small” ⁇ “medium” ⁇ “small”, or “medium” ⁇ “large” ⁇ “small”. ”In the order of“ small ” ⁇ “ large ” ⁇ “ medium ”, it is determined that there is no sudden noise. That is, as long as the change amount of the output voltage of the first conversion unit 3 from the previous sampling timing at each sampling timing does not exceed the second threshold width (upper limit value ⁇ lower limit value), the noise detection unit 52 It is determined that there is no sudden noise. Therefore, if the width of the second threshold is set at a level that does not exceed the first threshold for detecting the presence or absence of a human body, the noise detection unit 52 only detects sudden noise that causes false detection. It can be detected and removed.
- the calculation unit 51 calculates a difference value for each of four consecutive sampling timings, and the noise detection unit 52 determines that the comparison result between the difference value and the threshold satisfies the following condition (2). It is configured to determine that sudden noise is included. (2) For the first sampling timing, the difference value falls below the threshold value, for the second and third sampling timings, the difference value exceeds the threshold value, and for the fourth sampling timing, the difference value is Below threshold.
- the noise detection unit 52 obtains a comparison result of “small” for the first sampling timing, “large” for the second and third sampling timings, and “small” for the fourth sampling timing. It is determined that there is sudden noise. In short, when the comparison result of the sampling timings for four consecutive times changes in the order of “small” ⁇ “large” ⁇ “large” ⁇ “small”, the noise detection unit 52 determines that there is sudden noise. To do.
- the noise detection unit 52 outputs the output of the first conversion unit 3 due to voltage-related external noise superimposed on the power supply voltage or the output voltage of the first conversion unit 3, instantaneous fluctuation of the power supply voltage, or the like. Sudden noise generated in the voltage is detected. When this kind of sudden noise occurs, the output voltage of the first converter 3 rises steeply and then falls sharply immediately thereafter.
- FIG. 7 shows an example in which sudden noise occurs so as to straddle before and after the sampling timing ts5.
- the difference value obtained by the calculation unit 51 is smaller than the second threshold until the sampling timing ts4 immediately before the sudden noise rise time.
- the difference value with respect to the sampling timing ts4 is a difference between the output value of the second conversion unit 4 at the sampling timing ts4 and the output value of the second conversion unit 4 at the sampling timing ts3, and is based on the second threshold value. Get smaller.
- the difference value obtained by the calculation unit 51 is larger than the second threshold value. That is, the difference value for the sampling timing ts5 is the difference between the output value of the second conversion unit 4 at the sampling timing ts5 and the output value of the second conversion unit 4 at the sampling timing ts4, and the second threshold value. Become bigger.
- the difference value obtained by the calculation unit 51 is larger than the second threshold value. That is, the difference value for the sampling timing ts6 is the difference between the output value of the second conversion unit 4 at the sampling timing ts6 and the output value of the second conversion unit 4 at the sampling timing ts5, and is the second threshold value. Become bigger.
- the difference value obtained by the calculation unit 51 is smaller than the second threshold value.
- the difference value for the sampling timing ts7 is the difference between the output value of the second conversion unit 4 at the sampling timing ts7 and the output value of the second conversion unit 4 at the sampling timing ts6, and is smaller than the second threshold value.
- the comparison result between the difference value and the second threshold value in the noise detection unit 52 is “small” at the sampling timings ts1 to ts4, becomes “large” at the sampling timings ts5 and ts6, and the sampling timings ts7 to ts12. It becomes “small” again.
- the comparison result in the noise detection unit 52 is in the order of “small” ⁇ “large” ⁇ “large” ⁇ “small”. Has changed.
- the noise detection unit 52 determines that there is sudden noise based on the comparison result. However, since the noise detection unit 52 detects the presence or absence of sudden noise from the comparison results of four consecutive sampling timings ts4 to ts7, it is determined that there is sudden noise at the time of the fourth sampling timing ts7. become.
- the correction unit 53 sets, as a correction value, the difference value at the sampling timing ts5 that is initially determined that the difference value exceeds the second threshold value, and stores this correction value in the buffer.
- the correction unit 53 suppresses the influence of sudden noise by subtracting the correction value stored in the buffer from the output value of the second conversion unit 4.
- the correction unit 53 suppresses the influence of the sudden noise by subtracting the correction value only for the output value of the second conversion unit 4 that has risen due to the sudden noise. That is, in the example of FIG. 7, the correction unit 53 subtracts the correction value from the output value of the second conversion unit 4 at the sampling timing ts5 that is first determined that the difference value exceeds the second threshold value. It is.
- the corrected output value obtained by subtracting the correction value from the output value of the second conversion unit 4 is suppressed from being affected by sudden noise as shown in FIG. 7, and is large before and after the occurrence of sudden noise. It does not fluctuate.
- the infrared detection device 1 of the present embodiment described above sudden noise generated in the output voltage of the first conversion unit 3 can be detected by the arithmetic processing on the output value (digital value) of the second conversion unit 4. Therefore, the infrared detecting device 1 can add a function of detecting the presence or absence of sudden noise without adding a detection circuit for detecting the presence or absence of sudden noise. That is, the infrared detection device 1 has an advantage that it can detect the presence or absence of sudden noise without increasing the circuit scale.
- the infrared detection device (1) includes the pyroelectric element (2), the first conversion unit (3), the second conversion unit (4), and the digital circuit (5).
- the first converter (3) converts the current signal output from the pyroelectric element (2) into a voltage signal.
- the second converter (4) quantizes the output value of the first converter (3) and converts it into a digital value at each of a plurality of sampling timings set at a predetermined time interval.
- the digital circuit (5) receives the output value of the second converter (4).
- the digital circuit (5) includes a calculation unit (51) and a noise detection unit (52).
- a calculating part (51) calculates
- the noise detector (52) detects the presence or absence of sudden noise based on a plurality of comparison results between a plurality of difference values obtained for a plurality of sampling timings and a predetermined threshold value.
- the noise detection unit (52) uses the magnitude relationship between each of the plurality of difference values and the threshold value as a comparison result.
- the noise detection unit (52) is configured to detect the presence or absence of sudden noise based on a change in a plurality of comparison results when a plurality of comparison results of a plurality of difference values are arranged in order of a plurality of sampling timings. Has been.
- the first conversion unit (3) has a high-pass filter that suppresses a low-frequency component equal to or lower than a predetermined frequency.
- the noise detection unit (52) relates to the sampling timing for three times out of a plurality of sampling timings when the following condition is satisfied: It is configured to determine that there is sudden noise.
- the condition here is that the difference value falls below the threshold for the first sampling timing, the difference value exceeds the threshold for the second sampling timing, and the difference value falls below the threshold for the third sampling timing. .
- the digital circuit (5) further includes a correction unit (53).
- the correction unit (53) sets a correction value based on a difference value exceeding a threshold value among the plurality of difference values, and sets the correction value to the second value. Subtract from the output value of the converter (4).
- the correction unit (53) is configured to decrease the correction value with time.
- the noise detection unit (52) relates to the sampling timing for four times out of a plurality of sampling timings, under the following conditions: When satisfying, it is determined that there is sudden noise.
- the condition here is that the difference value is below the threshold for the first sampling timing, the difference value is above the threshold for the second and third sampling timings, and the difference value is below the threshold for the fourth sampling timing. That is.
- the digital circuit (5) serially outputs a digital signal corresponding to the output value of the second conversion unit (4). Is configured to do.
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Abstract
本発明の課題は、回路規模を大きくすることなく、突発性ノイズの有無を検知できる赤外線検出装置を提供することである。デジタル回路(5)は、演算部(51)と、ノイズ検知部(52)とを有している。演算部(51)は、複数回のサンプリングタイミングの各々について1つ前のサンプリングタイミングとの間でデジタル値の差分値を演算することにより複数の差分値を求める。ノイズ検知部(52)は、複数回のサンプリングタイミングについて求めた複数の差分値と所定の閾値との複数の比較結果に基づいて突発性ノイズの有無を検知する。
Description
本発明は、一般に赤外線検出装置、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。
近年、省エネルギ化を図るなどの目的で、人体の動きを検知して効率的な動作を行う様々な電気機器が提供されている。このような電気機器の中には、たとえば赤外線の検知部として焦電素子を用いた赤外線検出装置を内蔵した機器がある。一般的な赤外線検出装置は、レンズ等を用いて検知エリア内からの赤外線を焦電素子に集め、焦電素子が受光する赤外線量の変化に応じて焦電素子から出力される電流信号が変化する。
この種の赤外線検出装置として、焦電素子と、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第1変換部(電流電圧変換部)とを備えた装置が提案されている(たとえば文献1:日本国特許出願公開番号2012-13578)。文献1においては、第1変換部は、交流帰還用のコンデンサが接続された演算増幅器を用いて電流信号を電圧信号に変換するように構成され、さらにコンデンサと並列に接続されたリセットスイッチを有している。
リセットスイッチは、制御部からのリセット信号によって制御される。リセットスイッチのオン時には、コンデンサに蓄積されている電荷を放電するための放電経路を形成する放電部としてリセットスイッチが機能する。制御部は、所定周波数以下の低周波成分を除去するように予め決められている周期でクロック信号を発生する発振器を有し、クロック信号に基づいてリセット信号を出力する。さらに、文献1に記載の赤外線検出装置は、第1変換部の出力値をデジタル値に変換する第2変換部(AD変換部)と、第2変換部の出力のうち所定の周波数帯域の信号成分を通過させるデジタル処理部とを備える。
これにより、文献1に記載の赤外線検出装置は、検知対象(人体)とは関係のない不要な低周波成分の影響を抑制することができる。すなわち、焦電素子から出力される電流信号に、たとえば周囲温度の変化などに起因して検知対象とは関係のない不要な低周波成分が含まれることがあるが、文献1に記載の赤外線検出装置は、このような不要な低周波成分の影響を抑制可能である。
上記赤外線検出装置は、焦電素子で生じるポップコーンノイズや、第1変換部を構成するIC(集積回路)製造時の結晶欠陥によるノイズのような突発性ノイズが電流信号に含まれていると、突発性ノイズに起因して赤外線の誤検出を生じる可能性がある。ただし、この種の突発性ノイズの有無を検知するための検知回路を付加した場合、赤外線検出装置は、回路規模が大きくなるという問題がある。
本発明は上記事由に鑑みて為されており、回路規模を大きくすることなく、突発性ノイズの有無を検知できる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、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第1変換部と、所定の時間間隔で設定される複数回のサンプリングタイミングの各々で前記第1変換部の出力値を量子化してデジタル値に変換する第2変換部と、前記第2変換部の出力値が入力されるデジタル回路とを備え、前記デジタル回路は、前記複数回のサンプリングタイミングの各々について1つ前のサンプリングタイミングとの間でデジタル値の差分値を演算することにより複数の差分値を求める演算部と、前記複数回のサンプリングタイミングについて求めた前記複数の差分値と所定の閾値との複数の比較結果に基づいて突発性ノイズの有無を検知するノイズ検知部とを有することを特徴とする。
図面は本教示に従って一または複数の実施例を示すが、限定するものではなく例に過ぎない。図面において、同様の符号は同じか類似の要素を指す。
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の動作の説明図である。
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動作の説明図である。
(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、第1変換部3と、第2変換部4と、デジタル回路5とを備えている。
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、第1変換部3と、第2変換部4と、デジタル回路5とを備えている。
第1変換部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。第2変換部4は、所定の時間間隔で設定される複数回のサンプリングタイミングの各々で第1変換部3の出力値を量子化してデジタル値に変換する。デジタル回路5には、第2変換部4の出力値が入力される。
デジタル回路5は、演算部51と、ノイズ検知部52とを有している。演算部51は、複数回のサンプリングタイミングの各々について1つ前のサンプリングタイミングとの間でデジタル値の差分値を演算することにより複数の差分値を求める。ノイズ検知部52は、複数回のサンプリングタイミングについて求めた複数の差分値と所定の閾値との複数の比較結果に基づいて突発性ノイズの有無を検知する。
この構成によれば、赤外線検出装置1は、第2変換部4の出力値(デジタル値)に対する演算処理によって、突発性ノイズを検知できる。したがって、赤外線検出装置1は、突発性ノイズの有無を検知するための検知回路を付加することなく、突発性ノイズの有無を検知する機能を付加することができる。すなわち、この赤外線検出装置1は、回路規模を大きくすることなく、突発性ノイズの有無を検知できるという利点がある。赤外線検出装置1は、突発性ノイズの有無を検知できれば、たとえば突発性ノイズの発生時には第1変換部3の出力を停止するなどの措置をとることにより、突発性ノイズに起因した誤検出を低減できる。
ここでいう突発性ノイズは、第1変換部3の入力と第1変換部3の出力との少なくとも一方に生じるノイズのうち、定常的に発生するのではなく、突発的に発生するノイズである。
本実施形態においては、突発性ノイズは、焦電素子2で生じるポップコーンノイズや、第1変換部3を構成するIC(集積回路)製造時の結晶欠陥によるノイズのように、電荷性のノイズである。なお、ポップコーンノイズは、焦電素子2を構成する焦電体基板や回路基板等の熱膨張率の相違により生じたピッチング部分やマイクロクラック部分に力学的ストレスが集中し、不要な電荷が生じることによって発生する。また、焦電体基板が回路基板に取り付けられるときの位置ずれや誤差、焦電体基板自体の製造ばらつきなども、ポップコーンノイズの要因と考えられる。以下では、突発性ノイズは1kHz以上のインパルス状のノイズであると仮定して説明する。
また、この赤外線検出装置1において、第1変換部3は、所定周波数以下の低周波成分を抑制するハイパスフィルタを有することが好ましい。
この場合、演算部51は、連続する3回分のサンプリングタイミングについてそれぞれ差分値を演算し、ノイズ検知部52は、差分値と閾値との比較結果が下記(1)の条件を満たす場合に突発性ノイズありと判定するように構成されていてもよい。
(1)1回目のサンプリングタイミングについては前記差分値が前記閾値を下回り、2回目のサンプリングタイミングについては前記差分値が前記閾値を上回り、3回目のサンプリングタイミングについては前記差分値が前記閾値を下回る。
(1)1回目のサンプリングタイミングについては前記差分値が前記閾値を下回り、2回目のサンプリングタイミングについては前記差分値が前記閾値を上回り、3回目のサンプリングタイミングについては前記差分値が前記閾値を下回る。
デジタル回路5は、補正部53をさらに有していてもよい。補正部53は、前記突発性ノイズありとノイズ検知部52で判定された場合に、前記閾値を上回った前記差分値の大きさに基づいて補正値を設定し、当該補正値を第2変換部4の出力値から減算する。補正部53は、前記補正値を時間経過に伴って減少させるように構成されている。
また、デジタル回路5は、第2変換部4の出力値に応じたデジタル信号をシリアル出力するように構成されていてもよい。
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、第1変換部3、第2変換部4、デジタル回路5に加えて、制御部6を備えている。制御部6は第1変換部3を制御する。ここで、第2変換部4とデジタル回路5と制御部6とは、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。マイコンを第2変換部4、デジタル回路5、制御部6として機能させるプログラムは、たとえば記録媒体に記憶されて提供されてもよい。
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。
第1変換部3は、図1に示すように電流信号を電圧信号に変換する電流電圧変換回路(以下、「IV変換回路」という)31と、IV変換回路31の出力する電圧信号を増幅する増幅回路32とを有している。
IV変換回路31は、図2に示すように、第1の演算増幅器311と、コンデンサ312と、スイッチ313とを有している。第1の演算増幅器311は、反転入力端子が焦電素子2に接続されている。第1の演算増幅器311の非反転入力端子は、基準電圧を発生する基準電源314に接続されている。
コンデンサ312は、第1の演算増幅器311の出力端子-反転入力端子間に接続されており、交流帰還用の容量素子として機能する。スイッチ313は、第1の演算増幅器311の出力端子-反転入力端子間において、コンデンサ312と並列に接続されている。
このように構成される容量型のIV変換回路31は、焦電素子2からの電流信号を、コンデンサ312のインピーダンスを用いて電圧信号に変換する。第1の演算増幅器311から出力される電圧は、基準電源314が発生する基準電圧からコンデンサ312の両端電圧を差し引いた値となる。そのため、IV変換回路31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。この種のIV変換回路31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IV変換回路31の出力をゼロとして説明する。つまり、IV変換回路31の出力は、第1の演算増幅器311から出力される電圧の動作点からの変化量を意味する。
さらに、IV変換回路31は、第2の演算増幅器315と、コンデンサ316と、抵抗317,318とからなるフィードバック回路を有している。
第2の演算増幅器315は、反転入力端子が抵抗317を介して基準電源314に接続され、出力端子-反転入力端子間にコンデンサ316が接続されることにより、積分回路を構成する。第2の演算増幅器315は、非反転入力端子が第1の演算増幅器311の出力端子に接続され、出力端子が抵抗318を介して第1の演算増幅器311の反転入力端子に接続されている。これにより、IV変換回路31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、第1変換部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。
スイッチ313は、制御部6からの第1制御信号によって制御される。スイッチ313のオン時には、コンデンサ312に蓄積されている電荷を放電するための放電経路を形成する放電部としてスイッチ313が機能する。つまり、スイッチ313がオンすると、コンデンサ312の両端電圧がゼロにリセットされ、IV変換回路31の出力値はゼロ(動作点)にリセットされる。
増幅回路32は、第3の演算増幅器321と、入力コンデンサ322と、帰還コンデンサ323と、抵抗324と、スイッチ325とを有している。
第3の演算増幅器321は、反転入力端子が入力コンデンサ322を介して第1の演算増幅器311の出力端子に接続され、出力端子-反転入力端子間に帰還コンデンサ323が接続されている。つまり、増幅回路32は、容量型の電圧増幅回路を構成しており、その増幅率は、入力コンデンサ322の容量「C1」、帰還コンデンサ323の容量「C2」を用いて「C1/C2」で表される。この種の増幅回路32は、低消費電力であるという利点がある。
抵抗324およびスイッチ325は、第3の演算増幅器321の出力端子-反転入力端子間において、帰還コンデンサ323と並列に接続されている。第3の演算増幅器321の非反転入力端子には基準電源314が接続されている。
スイッチ325は、制御部6からの第2制御信号によって制御され、オン時には、帰還コンデンサ323の両端間を短絡する。つまり、増幅回路32は、スイッチ325がオンした状態では、増幅率「1」で動作し、第3の演算増幅器321の反転入力端子に入力される電圧信号をそのまま出力する。第3の演算増幅器321の出力端子は、第2変換部4に接続されている。
第2変換部4は、第1変換部3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5に出力するAD変換器である。本実施形態では、一例として第2変換部4には、逐次比較型のAD変換器が用いられている。これにより、第2変換部4は、簡単な回路構成で高い分解能を実現できる。ただし、第2変換部4は、逐次比較型に限らず、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変換器が第2変換部4に用いられていれば、比較的小型で且つ高精度の第2変換部4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、第2変換部4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、第2変換部4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。
この第2変換部4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第1変換部3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、第2変換部4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変換を行うと仮定する。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。
デジタル回路5は、第2変換部4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。つまり、デジタル回路5は、第2変換部4の出力値(第1変換部3の出力に相当するデジタル値)と、予め定められている第1の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(図示せず)を有している。判定部は、第2変換部4の出力値の絶対値が第1の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5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)としての機能を有している。
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BPF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から出力された電流信号は、第1変換部3のIV変換回路31にて電圧信号に変換された後、第1変換部3の増幅回路32で増幅され、第2変換部4に入力される。つまり、第2変換部4に入力される電圧信号は、焦電素子2の出力(電流信号)をIV変換回路31で電圧信号に変換後さらに増幅回路32で増幅した信号である。第2変換部4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5へ入力する。デジタル回路5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、判断結果を外部装置(外部回路)に出力する。
また、デジタル回路5は、第2変換部4の出力値に応じたデジタル信号をシリアル出力するように構成されている。具体的には、デジタル回路5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BPFを通すことにより第1変換部3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5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5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5は、第2変換部4の出力値を、そのままデジタル信号としてシリアル出力してもよい。つまり、デジタル回路5は、第2変換部4の出力するデジタル信号を、デジタルBPFを通すことなくシリアル出力してもよい。
また、制御部6は、IV変換回路31のスイッチ313をオンしてコンデンサ312をリセットすることにより、IV変換回路31の出力から所定周波数以下の不要成分を除去する。
すなわち、制御部6は、IV変換回路31の出力から不要成分を除去するようなタイミングで第1制御信号を出力し、スイッチ313をオンする。具体的に説明すると、制御部6は、不要成分を除去するように予め決められている周期でクロック信号を発生する発振器(図示せず)を有し、このクロック信号に基づいて第1制御信号を生成する。たとえば不要成分の上限の周波数が0.1Hzであれば、この周波数に対応する10秒という時間がクロック信号を発生する周期になる。制御部6が、このようにして決められている周期でスイッチ313をオンし、コンデンサ312をリセットすることにより、IV変換回路31の出力から不要成分を除去する。
また、制御部6は、第2制御信号によって増幅回路32のスイッチ325をオンし、増幅回路32を無効、つまり増幅回路32の増幅率を「1」とする。制御部6は、デジタル回路5に接続されており、デジタル回路5の入力(第2変換部4の出力)が飽和しているときに、第2制御信号を出力する。具体的には、制御部6は、第2変換部4の入力がフルスケールの上限値を超えており、第2変換部4の出力が飽和しているか否かを判定する機能(フルスケール判定機能)を有している。制御部6は、デジタル回路5の入力が飽和していれば第2制御信号を出力し、増幅回路32のスイッチ325をオンするように構成されている。
これにより、第2変換部4の入力がフルスケールの上限値を超える場合には、赤外線検出装置1は、増幅回路32が無効化され、第1変換部3の出力が小さくなるので、第2変換部4の入力がフルスケール内に収まるようになる。言い換えれば、増幅回路32は、比較的振幅の大きな入力信号が入力されることがあっても、第2変換部4に対してはフルスケールを超えない大きさのアナログ値を出力することになり、赤外線検出装置1が不感となることを防止できる。
また、制御部6は、後述するノイズ検知部52にて突発性ノイズありと判定された場合にも、IV変換回路31のスイッチ313と増幅回路32のスイッチ325との少なくとも一方をオンするように構成されていてもよい。これにより、第1変換部3は、突発性ノイズの発生時に、IV変換回路31と増幅回路32との少なくとも一方の利得を下げることにより、突発性ノイズの影響を抑制できる。
なお、赤外線検出装置1は、増幅回路32を無効にする構成として、スイッチ325および抵抗324に代えて、逆並列に接続された一対のダイオード(図示せず)を有していてもよい。この場合、赤外線検出装置1は、制御部6によるスイッチ325の制御が不要になり、より簡単な構成で、第2変換部4に対してはフルスケールを超えない大きさのアナログ値を出力することができる。
ところで、本実施形態に係る赤外線検出装置1は、たとえば第1変換部3の入力信号(電流信号)に図3に示すようなインパルス状の突発性ノイズが含まれていると、第1変換部3の出力信号(電圧信号)は図3に示すように急峻に変化する。図3では、横軸を時間軸として、上段に第1変換部3の入力電流を示し、下段に第1変換部3の出力電圧を示している。図3中の黒丸は各サンプリングタイミングで得られる第2変換部4の出力値(デジタル値)を表し、「ΔV」は突発性ノイズの振幅を表している。
すなわち、第1変換部3の入力にポップコーンノイズなどの電荷性のノイズが突発的に発生すると、第1変換部3の出力は急峻に立ち上がることになる。さらに、第1変換部3は、不要成分を低減させるためのハイパスフィルタ(フィードバック回路)が設けられているので、このハイパスフィルタの時定数により、一旦立ち上がった出力は比較的ゆっくりゼロ(動作点)に戻ることになる。
つまり、第1変換部3は、たとえば周囲温度の変化などに起因して検知対象である人体とは無関係に生じる低周波の揺らぎ成分(不要成分)に対する利得を、ハイパスフィルタにて抑えている。そのため、第1変換部3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(0.1Hz~10Hz程度)に対して利得を持つように、ハイパスフィルタに比較的長い時定数を持つ。
したがって、第1変換部3の出力は、突発性ノイズの影響で急峻に立ち上がった後、比較的長い時間(数十秒程度、たとえば40秒)をかけてゼロに復帰するステップ応答(ステップ信号)となる。その結果、赤外線検出装置1は、突発性ノイズが生じると、突発性ノイズの影響により、焦電素子2の出力にかかわらず第1変換部3の出力が変動することになる。ステップ信号は、広い周波数帯域に強度を持つので、第1変換部3の出力変動に伴い、後段のBPF(デジタル回路5)を通った後の出力にも変動を生じることになる。ここでは、BPFの通過帯域は0.1Hz~10Hz程度であるので、赤外線検出装置1は0.1Hz~10Hz程度を中心とする出力変動を生じ、誤検知の要因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、このような突発性ノイズの有無を検知するための構成として、演算部51とノイズ検知部52とをデジタル回路5に有している。
演算部51は、連続する複数回のサンプリングタイミングについてそれぞれ1つ前のサンプリングタイミングとの間でデジタル値の差分値を演算する。言い換えれば、演算部51は連続する2回分のサンプリングタイミングで得られたデジタル値の差分値を求める。本実施形態では、演算部51は、連続する3回分のサンプリングタイミングについて差分値を演算する。
ノイズ検知部52は、演算部51にて複数回(3回分)のサンプリングタイミングについて求められ差分値と所定の閾値との比較結果に基づいて電流信号に含まれる突発性ノイズの有無を検知する。ノイズ検知部52は、各サンプリングタイミングについて演算部51で求められた差分値を第2の閾値と大小比較し、差分値が第2の閾値より大きければ比較結果を「大」とし、差分値が第2の閾値以下であれば比較結果を「小」とする。ノイズ検知部52は、このような大小比較を複数回のサンプリングタイミングについて行い、その際の比較結果の変化パターンから、突発性ノイズの有無を検知する。つまり、ノイズ検知部52は、複数の差分値の各々と閾値との大小関係を比較結果として、複数の差分値の複数の比較結果を複数回のサンプリングタイミングの順に並べた場合の複数の比較結果の変化に基づいて、突発性ノイズの有無を検知する。ここでは、ノイズ検知部52が第2の閾値と比較する差分値は絶対値とするが、第2の閾値と比較される差分値は絶対値に限らない。
本実施形態においては、ノイズ検知部52は、差分値と閾値との比較結果が上記(1)の条件を満たす場合に、突発性ノイズが含まれていると判定する。つまり、ノイズ検知部52は、1回目のサンプリングタイミングについては「小」、2回目のサンプリングタイミングについては「大」、3回目のサンプリングタイミングについては「小」の比較結果が得られると、突発性ノイズありと判定する。要するに、連続する3回分のサンプリングタイミングについての比較結果が、「小」→「大」→「小」の順で変化した場合に、ノイズ検知部52は、突発性ノイズありと判定する。
また、本実施形態の赤外線検出装置1は、突発性ノイズありと判定された場合に、当該突発性ノイズの影響を抑制するように機能する補正部53を、デジタル回路5に有している。
補正部53は、閾値を上回った差分値の大きさに基づいて補正値(デジタル値)を設定し、この補正値を第2変換部4の出力値(デジタル値)から減算することにより、突発性ノイズの影響を抑制する。具体的には、補正部53は、ノイズ検知部52で突発性ノイズありと判定されると、そのときの判定に用いられた差分値のうち、第2の閾値より大きいと判断された差分値を補正値としてバッファ(図示せず)に格納する。補正部53は、バッファに格納した補正値を、第2変換部4の出力値から減算することにより、突発性ノイズの影響を抑制した補正後の出力値を出力する。
さらに、補正部53は、バッファ内の補正値を時間経過に伴い一定の傾きで徐々に低下させるように構成されており、補正値はいずれゼロに戻る。補正値の傾き(低下率)は、第2変換部4の出力値の傾き、つまり、突発性ノイズに起因して立ち上がった第2変換部4の出力値が、その後低下する際の傾きに合わせて予め決められている。この第2変換部4の出力の傾きは、上述したように第1変換部3におけるハイパスフィルタ(フィードバック回路)の時定数によって決まっている。
なお、補正値の傾きと第2変換部4の出力値の傾きとが完全には一致しないために、補正値を第2変換部4の出力値から減算することで得られる補正後の出力値に、変動が生じることがある。ただし、補正後の出力値に生じる変動については、後段のBPF(デジタル回路5)が利得を持たない領域に設定され、この変動はBPF通過後の出力には影響しない。
以下に、突発性ノイズが発生した際の赤外線検出装置1の動作について、図4を参照して説明する。図4では、横軸を時間軸として、上から順に、第1変換部3の出力電圧、演算部51で求めた差分値、補正値、および補正後の出力値を示している。また「ts1」~「ts12」はそれぞれサンプリングタイミングを表している。図4では、サンプリングタイミングts4とサンプリングタイミングts5との間の時点で突発性ノイズが発生した例を示している。
すなわち、突発性ノイズが発生すると、第1変換部3の出力は、図4に示すように突発性ノイズが発生した時点において急峻に立ち上がり、その後、比較的長い時間をかけてゆっくりと低下する。そのため、図4に示すように、演算部51で求まる差分値は、突発性ノイズの発生時点の直前のサンプリングタイミングts4までは、いずれも第2の閾値よりも小さくなる。たとえばサンプリングタイミングts4についての差分値は、サンプリングタイミングts4での第2変換部4の出力値と、サンプリングタイミングts3での第2変換部4の出力値との差分であって、第2の閾値より小さくなる。
一方、突発性ノイズの発生時点の直後のサンプリングタイミングts5では、演算部51で求まる差分値は、第2の閾値より大きくなる。つまり、サンプリングタイミングts5についての差分値は、サンプリングタイミングts5での第2変換部4の出力値と、サンプリングタイミングts4での第2変換部4の出力値との差分であって、第2の閾値より大きくなる。
その後のサンプリングタイミングts6以降では、演算部51で求まる差分値は、第2の閾値より小さくなる。たとえばサンプリングタイミングts6についての差分値は、サンプリングタイミングts6での第2変換部4の出力値と、サンプリングタイミングts5での第2変換部4の出力値の差分であって、第2の閾値より小さくなる。
したがって、ノイズ検知部52での差分値と第2の閾値との比較結果は、サンプリングタイミングts1~ts4では「小」であり、サンプリングタイミングts5で「大」となり、サンプリングタイミングts6~ts12で再び「小」となる。要するに、サンプリングタイミングts1~ts12のうち、連続する3回分のサンプリングタイミングts4~ts6に着目すると、ノイズ検知部52での比較結果は「小」→「大」→「小」の順で変化している。この場合、1回目のサンプリングタイミングはサンプリングタイミングts4、2回目のサンプリングタイミングはサンプリングタイミングts5、3回目のサンプリングタイミングはサンプリングタイミングts6である。
そのため、ノイズ検知部52は、この比較結果に基づいて、突発性ノイズありと判定する。ただし、ノイズ検知部52は、連続する3回分のサンプリングタイミングts4~ts6についての比較結果から突発性ノイズの有無を検知するので、3回目のサンプリングタイミングts6の時点で突発性ノイズありと判定することになる。
補正部53は、差分値が第2の閾値を上回ると判断されたサンプリングタイミングts5での差分値を、図4に示すように補正値として設定し、この補正値をバッファに格納する。補正部53が補正値を設定するタイミングは、ノイズ検知部52が突発性ノイズありと判定したタイミングであって、図4の例ではサンプリングタイミングts6の時点である。補正値は、補正タイミングts6の時点から一定の傾きで徐々に低下する。
ここで、補正部53が補正値を減算する対象となるのは、当該補正値と同じサンプリングタイミングにおける第2変換部4の出力値ではなく、1つ手前のサンプリングタイミングにおける第2変換部4の出力値である。つまり、補正部53は、たとえばサンプリングタイミングts5における第2変換部4の出力値からは、サンプリングタイミングts6の時点での補正値を減算する。同様に、補正部53は、たとえばサンプリングタイミングts6における第2変換部4の出力値からは、サンプリングタイミングts7の時点での補正値を減算する。
その結果、第2変換部4の出力値から補正値を減算した補正後の出力値は、図4に示すように突発性ノイズの影響が抑制され、突発性ノイズの発生時点の前後においても大きく変動することはない。ただし、補正後の出力値は、1つ手前のサンプリングタイミングにおける第2変換部4の出力値に基づくので、実際の第2変換部4の出力からサンプリング周期(たとえば10ms)の分だけ、遅延することになる。
図5は、上述した赤外線検出装置1におけるデジタル回路5の処理の説明図である。
すなわち、デジタル回路5は、第2変換部4の出力値から差分値を求め(S1)、その差分値と第2の閾値との比較結果から突発性ノイズの有無を検知する(S2)。突発性ノイズありと判定すると、デジタル回路5は、そのときの差分値を補正値としてバッファに格納し(S3)、第2変換部4の出力値から補正値を減算する(S4)。また、デジタル回路5は、バッファに格納した補正値を一定の傾きで徐々に低下させる(S5)。
デジタル回路5は、補正後の出力値についてBPFにて不要成分を除去し(S6)、補正後の出力値を用いて人体検知を行う(S7)。さらに、デジタル回路5は、BPFにて不要成分を除去した補正後の出力値を、シリアル出力する(S8)。また、デジタル回路5は、フルスケール判定機能により第2変換部4の出力が飽和しているか否かを判定し(S9)、判定結果に応じて増幅回路32を無効にする。
以上説明した本実施形態の赤外線検出装置1によれば、第2変換部4の出力値(デジタル値)に対する演算処理によって、突発性ノイズの有無を検知できる。したがって、赤外線検出装置1は、突発性ノイズの有無を検知するための検知回路を付加することなく、突発性ノイズの有無を検知する機能を付加することができる。すなわち、この赤外線検出装置1は、回路規模を大きくすることなく、突発性ノイズの有無を検知できるという利点がある。
また、第1変換部3は、所定周波数以下の低周波成分を抑制するハイパスフィルタを有するので、たとえば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に対する利得を抑えることができる。したがって、赤外線検出装置1は、低周波の不要成分に起因した誤検出を生じにくくなる。
さらに、ノイズ検知部52は、差分値と閾値との比較結果が上記(1)の条件を満たす場合、つまり連続する3回分のサンプリングタイミングについての比較結果が「小」→「大」→「小」の順で変化した場合に、突発性ノイズありと判定する。したがって、ノイズ検知部52は、突発性ノイズが発生した時点から2回目のサンプリングタイミングで突発性ノイズを検知することができ、突発性ノイズを検知するまでに要する時間を比較的短くできる。
また、本実施形態では、デジタル回路5は補正部53を有するので、突発性ノイズありと判定された場合には、第2変換部4の出力値から補正値を減算することにより、突発性ノイズの影響を抑制することができる。したがって、この赤外線検出装置1は、突発性ノイズに起因した誤検出を低減できる。
ところで、ノイズ検知部52で用いられる第2の閾値は、単一の値に限らず、ある程度の幅を持っていてもよい。第2の閾値が幅を持つ場合、たとえば図6に示すように、第2の閾値について上限値「Vth2max」と下限値「Vth2min」とが定められる(Vth2max>Vth2min)。この場合、ノイズ検知部52は、差分値が第2の閾値の上限値よりも大きければ比較結果を「大」、差分値が第2の閾値の下限値よりも小さければ比較結果を「小」とし、差分値が第2の閾値の下限値以上且つ上限値以下の範囲内にあれば比較結果を「中」とする。なお、図6では、横軸を時間軸として、上段に第1変換部3の出力電圧を示し、下段に演算部51で求めた差分値を示している。
この場合においても、ノイズ検知部52は、差分値と閾値との比較結果が上記(1)の条件を満たす場合、つまり連続する3回分のサンプリングタイミングについての比較結果が「小」→「大」→「小」の順で変化した場合に、突発性ノイズありと判定する。
図6では、サンプリングタイミングts10とサンプリングタイミングts11との間の時点で突発性ノイズが発生した例を示している。すなわち、図6に示すように、演算部51で求まる差分値は、突発性ノイズの発生時点の直前のサンプリングタイミングts10までは、いずれも第2の閾値の下限値「Vth2min」よりも小さくなる。一方、突発性ノイズの発生時点の直後のサンプリングタイミングts11では、演算部51で求まる差分値は、第2の閾値の上限値「Vth2max」より大きくなる。その後のサンプリングタイミングts12以降では、演算部51で求まる差分値は、再び第2の閾値の下限値「Vth2min」より小さくなる。
したがって、ノイズ検知部52での差分値と第2の閾値との比較結果は、サンプリングタイミングts1~ts10では「小」であり、サンプリングタイミングts11で「大」となり、サンプリングタイミングts12~ts18で再び「小」となる。要するに、サンプリングタイミングts1~ts18のうち、連続する3回分のサンプリングタイミングts10~ts12に着目すると、ノイズ検知部52での比較結果は「小」→「大」→「小」の順で変化している。そのため、ノイズ検知部52は、この比較結果に基づいて、突発性ノイズありと判定する。
ただし、差分値に変動があっても、ノイズ検知部52は、比較結果がたとえば「小」→「中」→「小」の順で変化する場合や、「中」→「大」→「小」の順で変化する場合や、「小」→「大」→「中」の順で変化する場合には、突発性ノイズなしと判定する。つまり、各サンプリングタイミングにおける1つ前のサンプリングタイミングからの第1変換部3の出力電圧の変化量が、第2の閾値の幅(上限値-下限値)を超えない限り、ノイズ検知部52は突発性ノイズなしと判定する。そのため、第2の閾値の幅が、人体の存否を検知するための第1の閾値を超えないレベルで設定されていれば、ノイズ検知部52は、誤検出の原因となる突発性ノイズのみを検知して除去することが可能である。
(実施形態2)
本実施形態では、演算部51は、連続する4回分のサンプリングタイミングについてそれぞれ差分値を演算し、ノイズ検知部52は、差分値と閾値との比較結果が下記(2)の条件を満たす場合に突発性ノイズが含まれていると判定するように構成されている。
(2)1回目のサンプリングタイミングについては前記差分値が前記閾値を下回り、2回目および3回目のサンプリングタイミングについては前記差分値が前記閾値を上回り、4回目のサンプリングタイミングについては前記差分値が前記閾値を下回る。
本実施形態では、演算部51は、連続する4回分のサンプリングタイミングについてそれぞれ差分値を演算し、ノイズ検知部52は、差分値と閾値との比較結果が下記(2)の条件を満たす場合に突発性ノイズが含まれていると判定するように構成されている。
(2)1回目のサンプリングタイミングについては前記差分値が前記閾値を下回り、2回目および3回目のサンプリングタイミングについては前記差分値が前記閾値を上回り、4回目のサンプリングタイミングについては前記差分値が前記閾値を下回る。
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。
本実施形態では、ノイズ検知部52は、1回目のサンプリングタイミングについて「小」、2回目および3回目のサンプリングタイミングについて「大」、4回目のサンプリングタイミングについて「小」の比較結果が得られると、突発性ノイズありと判定する。要するに、連続する4回分のサンプリングタイミングについての比較結果が、「小」→「大」→「大」→「小」の順で変化した場合に、ノイズ検知部52は、突発性ノイズありと判定する。
本実施形態においては、ノイズ検知部52は、電源電圧や第1変換部3の出力電圧に重畳する電圧性の外来ノイズや電源電圧の瞬時変動などに起因して、第1変換部3の出力電圧に生じる突発性ノイズを検知対象としている。この種の突発性ノイズが生じた場合、第1変換部3の出力電圧は急峻に立ち上がり、その後すぐに急峻に立ち下がることになる。
以下に、突発性ノイズが発生した際の赤外線検出装置1の動作について、図7を参照して説明する。図7では、横軸を時間軸として、上段に第1変換部3の出力電圧を示し、中断に演算部51で求めた差分値を示し、下段に補正後の出力値を示している。また「ts1」~「ts12」はそれぞれサンプリングタイミングを表している。図7では、サンプリングタイミングts5の前後に跨るようにして突発性ノイズが発生した例を示している。
すなわち、突発性ノイズが発生すると、第1変換部3の出力は、図7に示すように突発性ノイズが発生した時点において急峻に立ち上がり、その後、急峻に立ち下がる。そのため、図7に示すように、演算部51で求まる差分値は、突発性ノイズの立ち上がり時点の直前のサンプリングタイミングts4までは、いずれも第2の閾値よりも小さくなる。たとえばサンプリングタイミングts4についての差分値は、サンプリングタイミングts4での第2変換部4の出力値と、サンプリングタイミングts3での第2変換部4の出力値との差分であって、第2の閾値より小さくなる。
一方、突発性ノイズの立ち上がり時点の直後のサンプリングタイミングts5では、演算部51で求まる差分値は、第2の閾値より大きくなる。つまり、サンプリングタイミングts5についての差分値は、サンプリングタイミングts5での第2変換部4の出力値と、サンプリングタイミングts4での第2変換部4の出力値との差分であって、第2の閾値より大きくなる。
さらに、突発性ノイズの立ち下がり時点の直後のサンプリングタイミングts6でも、演算部51で求まる差分値は、第2の閾値より大きくなる。つまり、サンプリングタイミングts6についての差分値は、サンプリングタイミングts6での第2変換部4の出力値と、サンプリングタイミングts5での第2変換部4の出力値との差分であって、第2の閾値より大きくなる。
その後のサンプリングタイミングts7以降では、演算部51で求まる差分値は、第2の閾値より小さくなる。たとえばサンプリングタイミングts7についての差分値は、サンプリングタイミングts7での第2変換部4の出力値と、サンプリングタイミングts6での第2変換部4の出力値の差分であって、第2の閾値より小さくなる。
したがって、ノイズ検知部52での差分値と第2の閾値との比較結果は、サンプリングタイミングts1~ts4では「小」であり、サンプリングタイミングts5,ts6で共に「大」となり、サンプリングタイミングts7~ts12で再び「小」となる。要するに、サンプリングタイミングts1~ts12のうち、連続する4回分のサンプリングタイミングts4~ts7に着目すると、ノイズ検知部52での比較結果は「小」→「大」→「大」→「小」の順で変化している。
そのため、ノイズ検知部52は、この比較結果に基づいて、突発性ノイズありと判定する。ただし、ノイズ検知部52は、連続する4回分のサンプリングタイミングts4~ts7についての比較結果から突発性ノイズの有無を検知するので、4回目のサンプリングタイミングts7の時点で突発性ノイズありと判定することになる。
補正部53は、最初に差分値が第2の閾値を上回ると判断されたサンプリングタイミングts5での差分値を、補正値として設定し、この補正値をバッファに格納する。補正部53は、バッファに格納した補正値を、第2変換部4の出力値から減算することにより、突発性ノイズの影響を抑制する。本実施形態では、補正部53は、突発性ノイズによって立ち上がった第2変換部4の出力値についてのみ、補正値を減算することにより、突発性ノイズの影響を抑制する。つまり、図7の例では、補正部53が補正値を減算する対象となるのは、最初に差分値が第2の閾値を上回ると判断されたサンプリングタイミングts5における第2変換部4の出力値である。
その結果、第2変換部4の出力値から補正値を減算した補正後の出力値は、図7に示すように突発性ノイズの影響が抑制され、突発性ノイズの発生時点の前後においても大きく変動することはない。
以上説明した本実施形態の赤外線検出装置1によれば、第2変換部4の出力値(デジタル値)に対する演算処理によって、第1変換部3の出力電圧に生じる突発性ノイズを検知できる。したがって、赤外線検出装置1は、突発性ノイズの有無を検知するための検知回路を付加することなく、突発性ノイズの有無を検知する機能を付加することができる。すなわち、この赤外線検出装置1は、回路規模を大きくすることなく、突発性ノイズの有無を検知でき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。
以上説明したように、第1の形態に係る赤外線検出装置(1)は、焦電素子(2)と、第1変換部(3)と、第2変換部(4)と、デジタル回路(5)とを備えている。第1変換部(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。第2変換部(4)は、所定の時間間隔で設定される複数回のサンプリングタイミングの各々で第1変換部(3)の出力値を量子化してデジタル値に変換する。デジタル回路(5)は、第2変換部(4)の出力値が入力される。デジタル回路(5)は、演算部(51)と、ノイズ検知部(52)とを有している。演算部(51)は、複数回のサンプリングタイミングの各々について1つ前のサンプリングタイミングとの間でデジタル値の差分値を演算することにより複数の差分値を求める。ノイズ検知部(52)は、複数回のサンプリングタイミングについて求めた複数の差分値と所定の閾値との複数の比較結果に基づいて突発性ノイズの有無を検知する。
第2の形態に係る赤外線検出装置(1)は、第1の形態において、ノイズ検知部(52)は、複数の差分値の各々と閾値との大小関係を比較結果とする。ノイズ検知部(52)は、複数の差分値の複数の比較結果を複数回のサンプリングタイミングの順に並べた場合の複数の比較結果の変化に基づいて、突発性ノイズの有無を検知するように構成されている。
第3の形態に係る赤外線検出装置(1)は、第1または2の形態において、第1変換部(3)は、所定周波数以下の低周波成分を抑制するハイパスフィルタを有する。
第4の形態に係る赤外線検出装置(1)は、第3の形態において、ノイズ検知部(52)は、複数回のサンプリングタイミングのうち3回分のサンプリングタイミングに関し、次の条件を満たす場合に、突発性ノイズありと判定するように構成されている。ここでいう条件は、1回目のサンプリングタイミングについては差分値が閾値を下回り、2回目のサンプリングタイミングについては差分値が閾値を上回り、3回目のサンプリングタイミングについては差分値が閾値を下回ることである。
第5の形態に係る赤外線検出装置(1)は、第3または4の形態において、デジタル回路(5)は、補正部(53)をさらに有している。補正部(53)は、突発性ノイズありとノイズ検知部(52)で判定された場合に、複数の差分値のうち閾値を上回る差分値に基づいて補正値を設定し、補正値を第2変換部(4)の出力値から減算する。補正部(53)は、時間経過に伴って補正値を減少させるように構成されている。
第6の形態に係る赤外線検出装置(1)は、第1~3のいずれかの形態において、ノイズ検知部(52)は、複数回のサンプリングタイミングのうち4回分のサンプリングタイミングに関し、次の条件を満たす場合に、突発性ノイズありと判定する。ここでいう条件は、1回目のサンプリングタイミングについては差分値が閾値を下回り、2回目および3回目のサンプリングタイミングについては差分値が閾値を上回り、4回目のサンプリングタイミングについては差分値が閾値を下回ることである。
第7の形態に係る赤外線検出装置(1)は、第1~6のいずれかの形態において、デジタル回路(5)は、第2変換部(4)の出力値に応じたデジタル信号をシリアル出力するように構成されている。
Claims (7)
- 焦電素子と、
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第1変換部と、
所定の時間間隔で設定される複数回のサンプリングタイミングの各々で前記第1変換部の出力値を量子化してデジタル値に変換する第2変換部と、
前記第2変換部の出力値が入力されるデジタル回路とを備え、
前記デジタル回路は、
前記複数回のサンプリングタイミングの各々について1つ前のサンプリングタイミングとの間でデジタル値の差分値を演算することにより複数の差分値を求める演算部と、
前記複数回のサンプリングタイミングについて求めた前記複数の差分値と所定の閾値との複数の比較結果に基づいて突発性ノイズの有無を検知するノイズ検知部とを有する
ことを特徴とする赤外線検出装置。 - 前記ノイズ検知部は、前記複数の差分値の各々と前記閾値との大小関係を前記比較結果として、前記複数の差分値の前記複数の比較結果を前記複数回のサンプリングタイミングの順に並べた場合の前記複数の比較結果の変化に基づいて、突発性ノイズの有無を検知す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。 - 前記第1変換部は、所定周波数以下の低周波成分を抑制するハイパスフィルタを有する
ことを特徴とする請求項1または2に記載の赤外線検出装置。 - 前記ノイズ検知部は、前記複数回のサンプリングタイミングのうち3回分のサンプリングタイミングに関し、1回目のサンプリングタイミングについては前記差分値が前記閾値を下回り、2回目のサンプリングタイミングについては前記差分値が前記閾値を上回り、3回目のサンプリングタイミングについては前記差分値が前記閾値を下回る場合に、前記突発性ノイズありと判定するように構成されている
ことを特徴とする請求項3に記載の赤外線検出装置。 - 前記デジタル回路は、前記突発性ノイズありと前記ノイズ検知部で判定された場合に、前記複数の差分値のうち前記閾値を上回る差分値に基づいて補正値を設定し、当該補正値を前記第2変換部の出力値から減算する補正部をさらに有し、
前記補正部は、時間経過に伴って前記補正値を減少させるように構成されている
ことを特徴とする請求項3または4に記載の赤外線検出装置。 - 前記ノイズ検知部は、前記複数回のサンプリングタイミングのうち4回分のサンプリングタイミングに関し、1回目のサンプリングタイミングについては前記差分値が前記閾値を下回り、2回目および3回目のサンプリングタイミングについては前記差分値が前記閾値を上回り、4回目のサンプリングタイミングについては前記差分値が前記閾値を下回る場合に、前記突発性ノイズありと判定す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。 - 前記デジタル回路は、前記第2変換部の出力値に応じたデジタル信号をシリアル出力するように構成されている
ことを特徴とする請求項1~6のいずれか1項に記載の赤外線検出装置。
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