(57)【要約】【課題】複数のセンサを信号処理する場合において、外乱ノイズの影響が小さく、かつ消費電流も少ないセンサ信号処理回路及び赤外線センサモジュール並びにセンサ信号処理方法を提供すること。【解決手段】本実施形態１のセンサ信号処理回路は、複数の赤外線センサ３１ａ，３１ｂからの出力信号を選択する選択回路３５と、この選択回路３５で選択された出力信号をＡＤ変換するΔΣＡＤ変換回路４２を有する信号処理回路３２と、選択回路３５を時分割で制御する制御回路３７とを備え、前記ΔΣ型ＡＤ変換回路４２は、赤外線センサ３１ａ，３１ｂに対応する複数の積分容量と、この複数の積分容量からいずれかの積分容量を選択して切り替える第１の切替部ＳＷ１Ｃ，ＳＷ２Ｃとを備えている。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の赤外線センサからの出力信号を選択する選択回路と、
該選択回路で選択された出力信号をＡＤ変換するΔΣＡＤ変換回路を有する信号処理回路と、
前記選択回路を時分割で制御する制御回路とを備え、
前記ΔΣ型ＡＤ変換回路は、前記赤外線センサに対応する複数の積分容量と、
前記複数の積分容量からいずれかの積分容量を選択して切り替える第１の切替部と
を備えているセンサ信号処理回路。
【請求項２】
前記ΔΣＡＤ変換回路は、前記積分容量に合わせて複数の遅延素子と、該複数の遅延素子からいずれかの遅延素子を選択して切り替える第２の切替部とを備えている請求項１に記載のセンサ信号処理回路。
【請求項３】
前記第１の切替部及び前記第２の切替部は、
前記選択回路が複数の赤外線センサから第１の赤外線センサを選択するときは、複数の積分容量と遅延素子から第１の積分容量と第１の遅延素子とを選択して切り替え、
前記選択回路が複数の赤外線センサから第２の赤外線センサを選択するときは、複数の積分容量と遅延素子から第２の積分容量と第２の遅延素子とを選択して切り替える請求項２に記載のセンサ信号処理回路。
【請求項４】
前記ΔΣＡＤ変換回路は、時分割で前記積分容量を切り替えて、前記赤外線センサからの信号を蓄積してＡＤ変換する請求項１〜３のいずれか一項に記載のセンサ信号処理回路。
【請求項５】
前記制御回路は、前記選択回路に合わせて、前記第１の切替部を時分割で切り替えるように制御する請求項１〜４のいずれか一項に記載のセンサ信号処理回路。
【請求項６】
前記ΔΣＡＤ変換回路は、少なくとも前記赤外線センサの個数と同数以上の前記積分容量を有する請求項１〜５のいずれか一項に記載のセンサ信号処理回路。
【請求項７】
前記信号処理回路は、さらにフィルタ回路を有し、
前記フィルタ回路は、前記ΔΣＡＤ変換回路に合わせて、各赤外線センサからの信号を蓄積する複数のフィルタ容量と、各フィルタ容量からいずれかのフィルタ容量を選択して切り替える第３の切替部とを備えている請求項１〜６のいずれか一項に記載のセンサ信号処理回路。
【請求項８】
前記第３の切替部は、
前記選択回路が複数の赤外線センサから第１の赤外線センサを選択するときは、複数のフィルタ容量から第１のフィルタ容量を選択して切り替え、
前記選択回路が複数の赤外線センサから第２の赤外線センサを選択するときは、複数のフィルタ容量から第２のフィルタ容量を選択して切り替える請求項７に記載のセンサ信号処理回路。
【請求項９】
前記複数の赤外線センサに対応して、前記ΔΣ変換回路の出力信号が格納される複数のレジスタをさらに備え、
前記制御回路は、前記複数のレジスタに格納してデータを更新するタイミングを制御する請求項１〜８のいずれか一項に記載のセンサ信号処理回路。
【請求項１０】
複数の赤外線センサからの出力信号を選択する選択回路と、
該選択回路で選択された出力信号をＡＤ変換するΔΣＡＤ変換回路を有する信号処理回路と、
前記選択回路を時分割で制御する制御回路と、
前記複数の赤外線センサからの出力信号の極性を切り替えるチョッパ変調部とを備え、
前記ΔΣ型ＡＤ変換回路は、
前記複数の赤外線センサの正転出力信号に対応する複数の正転用積分容量と、
前記複数の赤外線センサの反転出力信号に対応する複数の反転用積分容量と、
前記複数の正転用積分容量及び前記複数の反転用積分容量からいずれかの積分容量を選択して切り替える第４の切替部と
を備えている請求項１〜９のいずれか一項に記載のセンサ信号処理回路。
【請求項１１】
前記ΔΣＡＤ変換回路は、前記複数の正転用積分容量に合わせて複数の正転用遅延素子と、前記複数の反転用積分容量に合わせて複数の反転用遅延素子と、前記複数の正転用遅延素子及び前記複数の反転用遅延素子からいずれかの遅延素子を選択して切り替える第５の切替部とを備えている請求項１０に記載のセンサ信号処理回路。
【請求項１２】
前記信号処理回路は、さらにフィルタ回路を備え、
前記フィルタ回路は、前記ΔΣＡＤ変換回路に合わせて、各赤外線センサからの正転信号を蓄積する複数の正転用フィルタ容量と、各赤外線センサからの反転信号を蓄積する複数の反転用フィルタ容量とを備え、各フィルタ容量からいずれかのフィルタ容量を選択して切り替える第６の切替部とを備えている請求項１０又は１１に記載のセンサ信号処理回路。
【請求項１３】
前記第４の切替部、前記第５の切替部及び前記第６の切替部は、
前記選択回路が複数の赤外線センサから第１の赤外線センサの信号を選択し、チョッパ変調部が正転信号とするときは、複数の積分容量と遅延素子とフィルタ容量から正転用第１の積分容量と正転用第１の遅延素子と正転用第１のフィルタ容量を選択して切り替え、
前記選択回路が複数の赤外線センサから第１の赤外線センサの信号を選択し、チョッパ変調部が反転信号とするときは、複数の積分容量と遅延素子とフィルタ容量から反転用第１の積分容量と反転用第１の遅延素子と反転用第１のフィルタ容量を選択して切り替え、
前記選択回路が複数の赤外線センサから第２の赤外線センサの信号を選択し、チョッパ変調部が正転信号とするときは、複数の積分容量と遅延素子とフィルタ容量から正転用第２の積分容量と正転用第２の遅延素子と正転用第２のフィルタ容量を選択して切り替え、
前記選択回路が複数の赤外線センサから第２の赤外線センサの信号を選択し、チョッパ変調部が反転信号とするときは、複数の積分容量と遅延素子とフィルタ容量から反転用第２の積分容量と反転用第２の遅延素子と反転用第２のフィルタ容量を選択して切り替える請求項１２に記載のセンサ信号処理回路。
【請求項１４】
さらに、ΔΣＡＤ変換回路の後段に、正転信号と反転信号との差分を演算するチョッパ復調部を備えている請求項１０〜１３のいずれか一項に記載のセンサ信号処理回路。
【請求項１５】
前記複数の赤外線センサに対応して、前記チョッパ復調部の出力が格納される複数のレジスタをさらに備えている請求項１４に記載のセンサ信号処理回路。
【請求項１６】
請求項１〜１５のいずれか一項に記載のセンサ信号処理回路と、複数の赤外線センサとを備えている赤外線センサモジュール。
【請求項１７】
前記赤外線センサの個数が４個である請求項１６に記載の赤外線センサモジュール。
【請求項１８】
複数の赤外線センサから第１の赤外線センサの第１の出力信号を選択し、前記第１の出力信号を信号処理して第１の検出信号として第１の容量素子に蓄積する第１のステップと、
複数の赤外線センサから第２の赤外線センサの第２の出力信号を選択し、前記第２の出力信号を信号処理して第２の検出信号として第２の容量素子に蓄積する第２のステップと、
少なくとも前記第１のステップと前記第２のステップとを複数回繰り返した後、蓄積された前記第１の検出信号と前記第２の検出信号とをサンプリングして第１のデータ及び第２のデータとして格納するステップと、
格納した前記第１のデータと前記第２のデータとの差を出力するステップと
を有しているセンサ信号処理方法。
【請求項１９】
複数の赤外線センサから第３の赤外線センサの第３の出力信号を選択し、前記第３の出力信号を信号処理して第３の検出信号として第３の容量素子に蓄積する第３のステップと、
複数の赤外線センサから第４の赤外線センサの第４の出力信号を選択し、前記第４の出力信号を信号処理して第４の検出信号として第４の容量素子に蓄積する第４のステップと、
少なくとも前記第１のステップ、前記第２のステップ、前記第３のステップ、前記第４のステップを複数回繰り返した後、蓄積された第１の検出信号、第２の検出信号、第３の検出信号、第４の検出信号をサンプリングして第１のデータ、第２のデータ、第３のデータ、第４のデータとして格納するステップと、
格納した前記第３のデータと前記第４のデータとの差を出力するステップと、
をさらに有している請求項１８に記載のセンサ信号処理方法。
【請求項２０】
前記第１の赤外線センサと前記第２の赤外線センサとが対向して配置され、前記第３の赤外線センサと前記第４の赤外線センサとが対向して配置され、
格納した前記第１のデータと前記第２のデータとの差を出力する、又は、格納した前記第３のデータと前記第４のデータとの差を出力するステップをさらに有している請求項１８に記載のセンサ信号処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、センサ信号処理回路及び赤外線センサモジュール並びにセンサ信号処理方法に関し、より詳細には、複数の赤外線センサを備えたセンサ信号処理回路及び赤外線センサモジュール並びにセンサ信号処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、複数のセンサからの信号を処理する回路に関する技術として、例えば、特許文献１に記載の技術が知られている。この特許文献１に記載のものは、人体（ユーザの手）を検出可能である赤外線センサを用いた電子機器のポインティングデバイス及びその制御方法に関するもので、２個の赤外線センサからの出力を測定するセンサ出力測定部と、センサ出力比較・差分計算部と、センサ出力比較部と、センサ出力差分計算部と、ポインタ移動方向・移動量制御部とを備えたものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−１２９０２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
図１は、複数のセンサで同時に測定対象を観測する場合の信号処理回路の一例を示すブロック図である。この信号処理回路では、第１及び第２のセンサ１ａ，１ｂの個数に応じて、複数系統の信号処理を同時に行うため、複数の増幅回路２１ａ，２１ｂと、複数のＡＤ変換器２２ａ，２２ｂと、複数のレジスタ３ａ，３ｂと、デジタルインターフェース４とを備えている。各チャンネルで、センサ１ａ，１ｂから出力される微弱な信号を、増幅回路２１ａ，２１ｂで信号レベルを増幅し、ＡＤ変換器２２ａ，２２ｂで変換されたデジタルデータをそれぞれのレジスタ３ａ，３ｂに格納する。
このような、各センサ信号を処理する信号処理回路では、環境温度などの外乱ノイズがある場合、各チャンネルにおける出力は、下記の通りとなる。
第１のセンサ：（Ｓ１＋Ｎ）×α
第２のセンサ：（Ｓ２＋Ｎ）×α
ここで、Ｓ１とＳ２は各センサの出力信号を示し、Ｎは外乱ノイズを示し、αは増幅回路のゲインを示す。
【０００５】
このとき、第１及び第２のセンサ１ａ，１ｂの出力の差をとることで、外乱ノイズがキャンセルされ、信号成分の差のみを抽出することができる。
このような信号差を検出することを利用したアプリケーションの例としては、人感検知があげられる。１つのセンサで人が居る／居ないを検知し、もう１つのセンサでその場の環境をリファレンスとしてモニタする（例えば、室内では天井、壁など）。このように複数のセンサは、観測する向きが違うものとし、対象とする信号は、ほぼＤＣ（〜５０Ｈｚ）付近の低速信号である。なお、外乱ノイズはセンサ観測方向によらず複数のセンサに同じ影響を与えるものと想定される。
しかしながら、複数のセンサごとに、信号処理チャンネルを有する構成では、回路面積が大きく、また、消費電流も大きいという問題がある。
【０００６】
図２は、複数のセンサで同時に測定対象を観測する場合の信号処理回路の他の例を示すブロック図である。回路面積と消費電流を削減するために１系統の信号処理とする場合、図２のように、選択回路を用いて時分割で信号処理する信号処理回路も考えられる。
図２の信号処理回路では、複数のセンサ１ａ，１ｂに応じて、時分割で信号処理を行うため、増幅回路２１とＡＤ変換器２２と複数のレジスタ３ａ，３ｂと選択回路５と制御回路７とを備えている。なお、符号６は出力回路を示している。
第１のセンサ１ａの信号処理を行う場合、選択回路５を切り替えて、第１のセンサ１ａの出力信号が増幅回路２１で増幅され、ＡＤ変換器２２でＡＤ変換され、第１のレジスタ３ａに格納される。次に、第２のセンサ１ｂの信号処理を行う場合、選択回路５を切り替えて、第２のセンサ１ｂの出力信号が増幅回路２１で増幅され、ＡＤ変換器２２でＡＤ変換され、第２のレジスタ３ｂに格納される。
このように、選択回路５が制御回路７の制御信号に基づいて、第１のセンサの信号処理と、第２のセンサの信号処理とを時分割で切り替えることで、複数のセンサで測定対象を観測する。
【０００７】
図３は、図２の信号処理回路のタイミングチャートを示す図である。  
Ｔ１区間では、選択回路５であるＳＷ１で第１のセンサ１ａの出力信号が選択され、増幅回路２１の入力には、第１のセンサ１ａの出力信号が入力される（１ｃｈのセンサ信号）。増幅された第１のセンサ１ａの出力信号をＡＤ変換器２２で所定時間積算してＡＤ変換される。そして、Ｔ１区間の最後に、第１のレジスタ３ａに入力されるイネーブル信号（Ｅｎａｂｌｅ１）により、そのタイミングのＡＤ変換器２２の出力信号が、第１のセンサ１ａのｎ回目の測定データとして第１のレジスタ３ａに格納され、その後、保持される（ｎ回目のデータ）。
【０００８】
次に、Ｔ２区間では、選択回路５であるＳＷ２で第２のセンサ１ｂの出力信号が選択され、増幅回路２１の入力には、第２のセンサ１ｂの出力信号が入力される（２ｃｈのセンサ信号）。増幅された第２のセンサ１ｂの出力信号をＡＤ変換器２２で所定時間積算してＡＤ変換される。そして、Ｔ２区間の最後に、第２のレジスタ３ｂに入力されるイネーブル信号（Ｅｎａｂｌｅ２）により、第２のセンサ１ｂのｎ回目の測定データが第２のレジスタ３ｂに格納され、その後、保持される（ｎ回目のデータ）。
これを繰り返すことによって、複数センサを時分割で信号処理することができる。
しかしながら、図２の信号処理回路では、環境温度などの外乱ノイズがある場合、各チャンネルにおける出力は、下記の通りとなり、外乱をキャンセルすることができない。
第１のセンサ：（Ｓ１＋Ｎ（ｔ））×α
第２のセンサ：（Ｓ１＋Ｎ（ｔ’））×α
ここで、Ｓ１とＳ２は各センサの出力信号を示し、Ｎ（ｔ）は時刻ｔにおける外乱ノイズを示し、αは増幅回路のゲインを示す。
【０００９】
外乱ノイズは、周囲の温度などの環境変化により変化するため、第１のセンサ１ａと第２のセンサ１ｂからの出力データの差をとっても、ノイズ成分を除去することが困難である。特に、ｔ＝Ｔ５とｔ’＝Ｔ６である場合、外乱ノイズＮ（ｔ）とＮ（ｔ’）では、その大きさが大幅に異なるため、ノイズ成分の除去が困難である。
例えば、図３において、外乱ノイズが温度などにより増大する場合を想定すると、Ｔ５区間の第１のセンサ１ａからの出力データとＴ６区間の第２のセンサ１ｂからの出力データにおいて、外乱ノイズによる影響が大幅に異なる。したがって、第１のセンサ１ａからの出力データと第２のセンサ１ｂからの出力データの差をとっても、ノイズ成分を除去することが困難である。
【００１０】
また、選択回路５の切り替えタイミングは、信号処理回路の増幅回路やＡＤ変換回路の応答時間に依存し、この応答時間が外乱ノイズの変化に対して長い、つまり、信号処理が低速な場合、外乱ノイズの影響が非常に大きくなるという問題もある。さらに、応答時間を短くしようとすると、消費電流が非常に大きくなってしまうという問題もある。
本発明は、このような問題を鑑みてなされたもので、その目的とするところは、複数のセンサを信号処理する場合において、外乱ノイズの影響が小さく、かつ消費電流も少ないセンサ信号処理回路及び赤外線センサモジュール並びにセンサ信号処理方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、このような目的を達成するためになされたもので、請求項１に記載の発明は、複数の赤外線センサからの出力信号を選択する選択回路と、該選択回路で選択された出力信号をＡＤ変換するΔΣＡＤ変換回路を有する信号処理回路と、前記選択回路を時分割で制御する制御回路とを備え、前記ΔΣ型ＡＤ変換回路は、前記赤外線センサに対応する複数の積分容量と、前記複数の積分容量からいずれかの積分容量を選択して切り替える第１の切替部とを備えていることを特徴としているセンサ信号処理回路である。
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記ΔΣＡＤ変換回路は、前記積分容量に合わせて複数の遅延素子と、該複数の遅延素子からいずれかの遅延素子を選択して切り替える第２の切替部とを備えていることを特徴としている。
【００１２】
また、請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、前記第１の切替部及び前記第２の切替部は、前記選択回路が複数の赤外線センサから第１の赤外線センサを選択するときは、複数の積分容量と遅延素子から第１の積分容量と第１の遅延素子とを選択して切り替え、前記選択回路が複数の赤外線センサから第２の赤外線センサを選択するときは、複数の積分容量と遅延素子から第２の積分容量と第２の遅延素子とを選択して切り替えることを特徴としている。
また、請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか一項に記載の発明において、前記ΔΣＡＤ変換回路は、時分割で前記積分容量を切り替えて、前記赤外線センサからの信号を蓄積してＡＤ変換することを特徴としている。
【００１３】
また、請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれか一項に記載の発明において、前記制御回路は、前記選択回路に合わせて、前記第１の切替部を時分割で切り替えるように制御することを特徴としている。
また、請求項６に記載の発明は、請求項１〜５のいずれか一項に記載の発明において、前記ΔΣＡＤ変換回路は、少なくとも前記赤外線センサの個数と同数以上の前記積分容量を有することを特徴としている。
また、請求項７に記載の発明は、請求項１〜６のいずれか一項に記載の発明において、前記信号処理回路は、さらにフィルタ回路を有し、前記フィルタ回路は、前記ΔΣＡＤ変換回路に合わせて、各赤外線センサからの信号を蓄積する複数のフィルタ容量と、各フィルタ容量からいずれかのフィルタ容量を選択して切り替える第３の切替部とを備えていることを特徴としている。
【００１４】
また、請求項８に記載の発明は、請求項７に記載の発明において、前記第３の切替部は、前記選択回路が複数の赤外線センサから第１の赤外線センサを選択するときは、複数のフィルタ容量から第１のフィルタ容量を選択して切り替え、前記選択回路が複数の赤外線センサから第２の赤外線センサを選択するときは、複数のフィルタ容量から第２のフィルタ容量を選択して切り替えることを特徴としている。
また、請求項９に記載の発明は、請求項１〜８のいずれか一項に記載の発明において、前記複数の赤外線センサに対応して、前記ΔΣ変換回路の出力信号が格納される複数のレジスタをさらに備え、前記制御回路は、前記複数のレジスタに格納してデータを更新するタイミングを制御することを特徴としている。
【００１５】
また、請求項１０に記載の発明は、請求項１〜９のいずれか一項に記載の発明において、複数の赤外線センサからの出力信号を選択する選択回路と、該選択回路で選択された出力信号をＡＤ変換するΔΣＡＤ変換回路を有する信号処理回路と、前記選択回路を時分割で制御する制御回路と、前記複数の赤外線センサからの出力信号の極性を切り替えるチョッパ変調部とを備え、前記ΔΣ型ＡＤ変換回路は、前記複数の赤外線センサの正転出力信号に対応する複数の正転用積分容量と、前記複数の赤外線センサの反転出力信号に対応する複数の反転用積分容量と、前記複数の正転用積分容量及び前記複数の反転用積分容量からいずれかの積分容量を選択して切り替える第４の切替部とを備えていることを特徴としている。
【００１６】
また、請求項１１に記載の発明は、請求項１０に記載の発明において、前記ΔΣＡＤ変換回路は、前記複数の正転用積分容量に合わせて複数の正転用遅延素子と、前記複数の反転用積分容量に合わせて複数の反転用遅延素子と、前記複数の正転用遅延素子及び前記複数の反転用遅延素子からいずれかの遅延素子を選択して切り替える第５の切替部とを備えていることを特徴としている。
また、請求項１２に記載の発明は、請求項１０又は１１に記載の発明において、前記信号処理回路は、さらにフィルタ回路を備え、前記フィルタ回路は、前記ΔΣＡＤ変換回路に合わせて、各赤外線センサからの正転信号を蓄積する複数の正転用フィルタ容量と、各赤外線センサからの反転信号を蓄積する複数の反転用フィルタ容量とを備え、各フィルタ容量からいずれかのフィルタ容量を選択して切り替える第６の切替部とを備えていることを特徴としている。
【００１７】
また、請求項１３に記載の発明は、請求項１２に記載の発明において、前記第４の切替部、前記第５の切替部及び前記第６の切替部は、前記選択回路が複数の赤外線センサから第１の赤外線センサの信号を選択し、チョッパ変調部が正転信号とするときは、複数の積分容量と遅延素子とフィルタ容量から正転用第１の積分容量と正転用第１の遅延素子と正転用第１のフィルタ容量を選択して切り替え、前記選択回路が複数の赤外線センサから第１の赤外線センサの信号を選択し、チョッパ変調部が反転信号とするときは、複数の積分容量と遅延素子とフィルタ容量から反転用第１の積分容量と反転用第１の遅延素子と反転用第１のフィルタ容量を選択して切り替え、前記選択回路が複数の赤外線センサから第２の赤外線センサの信号を選択し、チョッパ変調部が正転信号とするときは、複数の積分容量と遅延素子とフィルタ容量から正転用第２の積分容量と正転用第２の遅延素子と正転用第２のフィルタ容量を選択して切り替え、前記選択回路が複数の赤外線センサから第２の赤外線センサの信号を選択し、チョッパ変調部が反転信号とするときは、複数の積分容量と遅延素子とフィルタ容量から反転用第２の積分容量と反転用第２の遅延素子と反転用第２のフィルタ容量を選択して切り替えることを特徴としている。
【００１８】
また、請求項１４に記載の発明は、請求項１０〜１３のいずれか一項に記載の発明において、さらに、ΔΣＡＤ変換回路の後段に、正転信号と反転信号との差分を演算するチョッパ復調部を備えていることを特徴としている。
また、請求項１５に記載の発明は、請求項１４に記載の発明において、前記複数の赤外線センサに対応して、前記チョッパ復調部の出力が格納される複数のレジスタをさらに備えていることを特徴としている。
また、請求項１６に記載の発明は、請求項１〜１５のいずれか一項に記載のセンサ信号処理回路と、複数の赤外線センサとを備えていることを特徴としている赤外線センサモジュールである。
【００１９】
また、請求項１７に記載の発明は、請求項１６に記載の発明において、前記赤外線センサの個数が４個であることを特徴としている。
また、請求項１８に記載の発明は、複数の赤外線センサから第１の赤外線センサの第１の出力信号を選択し、前記第１の出力信号を信号処理して第１の検出信号として第１の容量素子に蓄積する第１のステップと、複数の赤外線センサから第２の赤外線センサの第２の出力信号を選択し、前記第２の出力信号を信号処理して第２の検出信号として第２の容量素子に蓄積する第２のステップと、少なくとも前記第１のステップと前記第２のステップとを複数回繰り返した後、蓄積された前記第１の検出信号と前記第２の検出信号とをサンプリングして第１のデータ及び第２のデータとして格納するステップと、格納した前記第１のデータと前記第２のデータとの差を出力するステップとを有していることを特徴としているセンサ信号処理方法である。
【００２０】
また、請求項１９に記載の発明は、請求項１８に記載の発明において、複数の赤外線センサから第３の赤外線センサの第３の出力信号を選択し、前記第３の出力信号を信号処理して第３の検出信号として第３の容量素子に蓄積する第３のステップと、複数の赤外線センサから第４の赤外線センサの第４の出力信号を選択し、前記第４の出力信号を信号処理して第４の検出信号として第４の容量素子に蓄積する第４のステップと、少なくとも前記第１のステップ、前記第２のステップ、前記第３のステップ、前記第４のステップを複数回繰り返した後、蓄積された第１の検出信号、第２の検出信号、第３の検出信号、第４の検出信号をサンプリングして第１のデータ、第２のデータ、第３のデータ、第４のデータとして格納するステップと、格納した前記第３のデータと前記第４のデータとの差を出力するステップとをさらに有していることを特徴としている。
【００２１】
また、請求項２０に記載の発明は、請求項１８に記載の発明において、前記第１の赤外線センサと前記第２の赤外線センサとが対向して配置され、前記第３の赤外線センサと前記第４の赤外線センサとが対向して配置され、格納した前記第１のデータと前記第２のデータとの差を出力する、又は、格納した前記第３のデータと前記第４のデータとの差を出力するステップをさらに有していることを特徴としている。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、複数のセンサを信号処理する場合において、外乱ノイズの影響も小さく、かつ、消費電流も少ないセンサ信号処理回路及び赤外線センサモジュール並びにセンサ信号処理方法を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】複数のセンサで同時に測定対象を観測する場合の信号処理回路の一例を示すブロック図である。
【図２】複数のセンサで同時に測定対象を観測する場合の信号処理回路の他の例を示すブロック図である。
【図３】図２の信号処理回路のタイミングチャートを示す図である。
【図４】本実施形態１のセンサ信号処理回路を説明するためのブロック図である。
【図５】図４のセンサ信号処理回路のタイミングチャートを示す図である。
【図６】本実施形態２のセンサ信号処理回路を説明するためのブロック図である。
【図７】図６のセンサ信号処理回路のタイミングチャートを示す図である。
【図８】本実施形態３のセンサ信号処理回路を説明するためのブロック図である。
【図９】図８のセンサ信号処理回路のタイミングチャートを示す図である。
【図１０】本実施形態４のセンサ信号処理回路を説明するためのブロック図である。
【図１１】図１０のセンサ信号処理回路のタイミングチャートを示す図である。
【図１２】図１０におけるデジタルフィルタの演算を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。  
［実施形態］
本実施形態のセンサ信号処理回路は、複数の赤外線センサからの出力信号を選択する選択回路と、選択された出力信号をＡＤ変換するΔΣ型ＡＤ変換回路を有する信号処理回路と、選択回路を時分割で制御する制御回路とを備え、前記ΔΣ型ＡＤ変換回路は、前記赤外線センサに対応する複数の積分容量と、前記複数の積分容量からいずれかの積分容量を選択して切り替える第１切替部と、を有する。
本実施形態では、選択回路によって、時分割処理が可能なため、低消費電流を実現できる。さらに、ＡＤ変換回路の応答速度自体を上げる変わりに赤外線センサに対応する積分容量を切り替えてＡＤ変換する構成とすることで消費電流を抑えることができる。
【００２５】
ΔΣＡＤ変換回路は、各赤外線センサからの前記出力信号を蓄積する複数の積分容量と、各積分容量からいずれかの積分容量を選択して切り替える第１切替部とを有する。これにより、信号処理回路は、選択された赤外線センサに応じて、その信号を対応する積分容量で蓄積しながら信号処理を行うことができる。それによって、複数の赤外線センサーの並列な信号処理が可能となり、外乱ノイズによる影響を低減することができる。
例えば、所定のデータ更新区間に外乱ノイズ量が変動しても、その区間に積分容量で蓄積しながら細かく時分割動作を行ってから、データを確定させることもでき、外乱ノイズの影響を低減することができる。
【００２６】
また、ΔΣ変換回路は、前記積分容量に合わせて複数の遅延素子を有し、各遅延素子からいずれかの遅延素子を選択して切り替える第２切替部とを有する。
第１切替部及び第２切替部は、選択回路が複数の赤外線センサから第１の赤外線センサを選択するときは、複数の積分容量と遅延素子から第１の積分容量と第１の遅延素子とを選択して切り替え、選択回路が複数の赤外線センサから第２の赤外線センサを選択するときは、複数の積分容量と遅延素子から第２の積分容量と第２の遅延素子とを選択して切り替える構成等が挙げられる。
【００２７】
また、増幅回路は、ＡＤ変換回路に合わせて、各赤外線センサからの信号を蓄積する複数の積分容量と、各積分容量からいずれかの積分容量を選択して切り替える第３の切替部とを有する。これにより、増幅回路は、選択された赤外線センサに応じて、特に低帯域の信号を対応する積分容量で蓄積しながら信号処理を行うことができる。それによって、増幅回路においても、時分割動作の高速動作に合わせて信号処理することができ、外乱ノイズによる影響を低減することができる。
前述のセンサ信号処理回路と、複数の赤外線センサとを備える赤外線センサモジュールとした構成であってもよい。
また、制御回路は、赤外線センサの周囲の環境温度変動よりも早いタイミングで、複数の赤外線センサからの出力信号を選択するように前記選択回路を制御することにより、外乱ノイズによる影響を低減することができる。
【００２８】
本実施形態のセンサ信号処理方法は、複数の赤外線センサから第１の赤外線センサの第１の出力信号を選択し、前記第１の出力信号を信号処理して第１の検出信号として第１の容量素子に蓄積する第１のステップと、複数の赤外線センサから第２の赤外線センサの第２の出力信号を選択し、前記第２の出力信号を信号処理して第２の検出信号として第２の容量素子に蓄積する第２のステップと、少なくとも前記第１のステップと前記第２のステップとを複数回繰り返した後、蓄積された前記第１の検出信号と前記第２の検出信号とをサンプリングして第１のデータ及び第２のデータとして格納するステップと、を備える。
【００２９】
各検出信号をそれぞれの容量素子で蓄積しながら処理した後に、サンプリングするため、外乱ノイズの影響を低減することが可能となる。例えば、上記ステップを行うことで、第１のデータと第２のデータには、ほぼ同程度の外乱ノイズが影響していることとなり、記憶した第１のデータと第２のデータとの差を出力するステップを経るとで、外乱ノイズ成分をキャンセルすることができる。また、時分割で処理することが可能となり、消費電流も少なく、センサ信号処理を行うことができる。
【００３０】
以下、本実施形態について図面を参照しながら具体的に説明する。
＜本実施形態１＞
図４は、本実施形態１のセンサ信号処理回路を説明するためのブロック図である。図中符号３１ａ，３１ｂは第１及び第２の赤外線センサ、３２は信号処理回路、３３ａ，３３ｂは第１及び第２のレジスタ、３４はデジタルインターフェース部、３５は選択回路、３６は出力回路、３７は制御回路、４１は増幅回路、４２はΔΣＡＤＣ（デルタシグマＡＤ変換回路）、４２１は積分器、４２２は量子化器、４２３はＤＡＣ、４２４ａ，４２４ｂは遅延素子を示している。
【００３１】
本実施形態１のセンサ信号処理回路は、複数の赤外線センサ３１ａ，３１ｂからの出力信号を選択する選択回路３５と、この選択回路３５で選択された出力信号をＡＤ変換するΔΣＡＤ変換回路４２を有する信号処理回路３２と、選択回路３５を時分割で制御する制御回路３７とを備え、前記ΔΣ型ＡＤ変換回路４２は、赤外線センサ３１ａ，３１ｂに対応する複数の積分容量と、この複数の積分容量からいずれかの積分容量を選択して切り替える第１の切替部ＳＷ１Ｃ，ＳＷ２Ｃとを備えている。
つまり、本実施形態１のセンサ信号処理回路は、選択回路３５と信号処理回路３２と制御回路３７と第１及び第２のレジスタ３３ａ，３３ｂとデジタルインターフェース部３４とを備えている。
【００３２】
選択回路（ＳＷ１Ａ，ＳＷ２Ａ）３５は、第１及び第２の赤外線センサ３１ａ、３１ｂからの出力信号Ｓ１又はＳ２を選択する。
信号処理回路３２は、選択された出力信号Ｓ１又はＳ２を信号処理する。ΔΣＡＤ変換回路４２は、１次のΔΣ変換回路であり、積分器４２１と量子化器４２２とＤＡＣ４２３とを有し、赤外線センサ３１ａ，３１ｂに対応して第１及び第２の積分容量と、第１及び第２の遅延素子４２４ａ，４２４ｂと、積分容量を選択的に切り替える第１の切替部ＳＷ１Ｃ，ＳＷ２Ｃと、第１及び第２の遅延素子４２４ａ，４２４ｂを選択的に切り替える第２の切替部ＳＷ１Ｄ，ＳＷ２Ｄとを有している。
制御回路３７は、選択回路３５を時分割で制御する制御信号を生成する。また、第１及び第２のレジスタ３３ａ，３３ｂとへイネーブル信号（Ｅｎａｂｌｅ１、Ｅｎａｂｌｅ２）を出力する。
【００３３】
第１の切替部ＳＷ１Ｃ，ＳＷ２Ｃは、各積分容量からいずれかの積分容量を選択して切り替える。
第２の切替部ＳＷ１Ｄ，ＳＷ２Ｄは、各遅延素子４２４ａ，４２４ｂからいずれかの遅延素子を選択して切り替える。
第１及び第２のレジスタ３３ａ，３３ｂは、各赤外線センサ３１ａ，３１ｂに対応する信号処理回路の出力信号をそれぞれ格納及び保持する。
デジタルインターフェース部３４は、第１及び第２のレジスタ３３ａ，３３ｂの出力データを入力とし、デジタルデータとして出力する。
本実施形態１では、時分割で信号処理する際に、選択された第１及び第２の赤外線センサ３１ａ、３１ｂに応じて、第１及び第２の積分容量で信号処理された信号を蓄積する。蓄積しながら、信号処理できることにより、外乱ノイズの影響を低減することができる。
【００３４】
図５は、図４のセンサ信号処理回路のタイミングチャートを示す図である。  
ＳＷ１Ａ、１Ｃ、１Ｄは、同じタイミングでＯＮ・ＯＦＦを繰り返し、ＳＷ２Ａ、２Ｃ、２Ｄは同じタイミングでＯＮ・ＯＦＦを繰り返す。また、ＳＷ１Ａ、１Ｃ、１Ｄと、ＳＷ２Ａ、２Ｃ、２Ｄとは逆の動作をする。それにより、増幅回路（アンプ）の入力には、第１及び第２の赤外線センサ３１ａ，３１ｂの出力信号（Ｓ１、Ｓ２）が交互に入力される。
【００３５】
各レジスタ３３ａ，３３ｂにおいて、ｎ−１回目のデータからｎ回目のデータへ更新される区間（Ｔ１＋Ｔ２）において、信号処理回路３２は、第１及び第２の赤外線センサ３１ａ，３１ｂの出力信号を、例えば、データ更新周波数の８倍の周波数で時分割して信号を蓄積しながら信号処理する。データ更新タイミング（イネーブル信号１、２がそれぞれＨｉｇｈとなるタイミング）で、信号処理回路３２の出力である第１及び第２の赤外線センサ３１ａ，３１ｂに対応する信号が、各レジスタ３３ａ，３３ｂにそれぞれ格納され、保持される。
【００３６】
つまり、図３のタイミングチャートと比較すると、図５では赤外線センサを選択する時分割動作が高速となっている。また、図３では、第１及び第２のレジスタ３３ａ，３３ｂに格納するタイミングが、データ更新区間Ｔ１の最後で第１の赤外線センサ３１ａからの出力データが更新され、データ更新区間Ｔ２の最後で第２の赤外線センサ３１ｂからの出力データが更新されるのに対し、図５では、データ更新区間Ｔ１＋Ｔ２の最後に、第１及び第２の赤外線センサ３１ａ、３１ｂからの出力データが共に更新される。
【００３７】
ここで、外乱ノイズＮ（ｔ）がある場合を想定すると、第１の赤外線センサ３１ａに対応する出力と第２の赤外線センサ３１ｂに対応する出力は、下記の通りとなる。
第１のセンサ：（Ｓ１＋Ｎ（ｔ））×α
第２のセンサ：（Ｓ２＋Ｎ（ｔ’））×α
ここで、Ｓ１とＳ２は各センサの出力信号を示し、Ｎ（ｔ）は時刻ｔにおける外乱ノイズを示し、αは増幅回路のゲインを示す。本実施形態１では、外乱ノイズの変動に対して早く時分割動作を行うため、第１の赤外線センサ３１ａも第２の赤外線センサ３１ｂもほぼ等しく外乱ノイズの影響を受け続け、Ｎ（ｔ）≒Ｎ（ｔ’）となる。
【００３８】
よって、図３の場合と比較して、特に外乱ノイズの変動量が大きいＴ５＋Ｔ６区間において、従来のセンサ信号処理回路の場合に比べて、外乱ノイズの影響を大幅に低減できることがわかる。つまり、環境（例えば室温など）に対してロバスト性（ある系が応力や環境の変化といった外乱の影響によって変化することを阻止する内的な仕組み、または性質）のある人感検知を実現できる。
ＳＷ１Ａ、２Ａの切替タイミングの周期を、図２の回路において短くするだけでは、同時に内部信号処理回路の切替周期も短くなってしまい、信号処理時間が応答時間に対して足りなってしまう。本実施形態１では、応答時間の不足を回避するために、ΔΣ変換回路４２の各積分容量で信号処理中の信号を蓄積しながら信号処理することで短周期での切り替えを可能としている。また、増幅回路４１やＡＤＣ４２自体の応答速度を大幅に向上させる場合に比べて、消費電流が極めて小さい。
【００３９】
具体的には、従来の手法で内部回路の動作周波数を高くすると、Ｎ（ｔ）≒Ｎ（ｔ’）の結果をえることも可能であるが、クロックの動作周波数および内部回路の応答性を速くする必要があるため、発振回路や内部回路の消費電流が本実施形態より極めて大きくなるデメリットがある。
以上により、本実施形態１は、赤外線センサの時分割動作を高速に行うことによって外乱ノイズ耐性が向上し、かつ、低消費電流も実現することができる。
【００４０】
＜本実施形態２＞
図６は、本実施形態２のセンサ信号処理回路を説明するためのブロック図である。図中符号４１１はゲイン増幅器、４１２はアンチエイリアスフィルタ、４１３は増幅器を示している。なお、図４と同じ機能を有する構成要素には同一の符号を付してある。
本実施形態２のセンサ信号処理回路は、本実施形態１に加えて、増幅回路４１が、アンチエイリアスフィルタ４１２とゲイン増幅器４１１と第３の切替部ＳＷ１Ｅ，ＳＷ２Ｅとを備えている構成である。
【００４１】
増幅回路４１として、例えば、フィルタ回路などを用いる場合、フィルタ回路の容量を、各赤外線センサに対応して有し、第３の切替部ＳＷ１Ｅ，ＳＷ２Ｅにより時分割で切り替える構成としていることにより、切替よりも低帯域の信号が入力され場合も、フィルタ回路の容量で各信号を蓄積しながら、増幅器４１３で増幅して出力される構成であるため、時分割切替よりも低帯域の信号の並列なアナログフィルタ処理が可能となる。
本実施形態２では、ΔΣ型ＡＤ変換回路４２の積分容量及び遅延素子４２４ａ，４２４ｂに加えて、アンチエイリアスフィルタ４１２の容量も、赤外線センサに対応して備え、第３の切替部ＳＷ１Ｅ，ＳＷ２Ｅによって、時分割で切り替えられる構成である。なお、第３の切替部ＳＷ１Ｅ，ＳＷ２Ｅは、制御回路３７からの制御信号によって、時分割で切り替えられる。
【００４２】
図７は、図６のセンサ信号処理回路のタイミングチャートを示す図である。  
ＳＷ１Ａ、１Ｃ、１Ｄ、１Ｅは、同じタイミングでＯＮ・ＯＦＦを繰り返し、ＳＷ２Ａ、２Ｃ、２Ｄ、２Ｅは同じタイミングでＯＮ・ＯＦＦを繰り返し、ＳＷ１Ａ、１Ｃ、１Ｄ、１Ｅと、ＳＷ２Ａ、２Ｃ、２Ｄ、２Ｅとは逆の動作をする。
それにより、増幅回路（アンプ）４１の入力には、第１及び第２の赤外線センサ３１ａ，３１ｂの出力信号が交互に入力される。
アンチエイリアスフィルタ４１２では、選択回路３５で第１の赤外線センサ３１ａが選択されるときは（ＳＷ１ＡがＯＮ）、第１の容量を選択するように第３の切替部が切り替えられ（ＳＷ１ＥがＯＮ）、選択回路３５で第２の赤外線センサ３１ｂが選択されるときは（ＳＷ２ＡがＯＮ）、第２の容量を選択するように第３の切替部が切り替えられ（ＳＷ２ＥがＯＮ）、
【００４３】
選択回路３５で第３の赤外線センサ（図示せず）が選択されるときは（ＳＷ３ＡがＯＮ）、第３の容量を選択するように第３の切替部が切り替えられ（ＳＷ３ＥがＯＮ）。
また、選択回路３５で第４の赤外線センサ（図示せず）が選択されるときは（ＳＷ４ＡがＯＮ）、第４の容量を選択するように第３の切替部が切り替えられる（ＳＷ４ＥがＯＮ）。このとき、各容量には、各赤外線センサからの出力をそれぞれ蓄積され、蓄積された出力が、次段のΔΣＡＤ変換回路４２に出力される。
それにより、赤外線センサから低帯域の信号が時分割でアンチエイリアスフィルタ４１２に入力される場合であっても、各赤外線センサに対応した容量があるため切替周波数よりも低帯域の信号を処理することができる。
【００４４】
＜本実施形態３＞
図８は、本実施形態３のセンサ信号処理回路を説明するためのブロック図である。図中符号３１ａ〜３１ｄは第１〜第４の赤外線センサ、３３ａ〜３３ｄは第１〜第４のレジスタ、３８はデジタルフィルタ回路、３８ａ〜３８ｄは第１〜第４のデジタルフィルタ、４２４ａ〜４２４ｄは第１〜第４の遅延素子を示している。なお、図６と同じ機能を有する構成要素には同一の符号を付してある。
本実施形態３は、赤外線センサからの出力信号が４個である場合の形態である。
増幅回路４１は、ＧＡＩＮ回路（増幅器）４１１とアンチエイリアスフィルタ４１２とを有している。
ΔΣＡＤ変換回路４２は、１次のΔΣ変換回路である。ΔΣ変換回路は、積分器４２１と量子化器４２２とＤＡＣ４２３とを有し、赤外線センサに対応して記憶素子である第１〜第４の積分容量と、同様に記憶素子である第１〜第４の遅延素子４２４ａ〜４２４ｄとを有している。また、積分容量を選択的に切り替える第１の切替部ＳＷ１ＣからＳＷ４Ｃと、第１〜第４の遅延素子４２４ａ〜４２４ｄを選択的に切り替える第２の切替部ＳＷ１Ｄ〜ＳＷ４Ｄとを有している。
【００４５】
また、本実施形態３では、信号処理回路３２は、さらに、複数の赤外線センサに対応して第１〜第４のデジタルフィルタ３８ａ〜３８ｄを備えている。各デジタルフィルタ３８ａ〜３８ｄは、各レジスタ３３ａ〜３３ｄとΔΣＡＤ変換回路４２との間に接続されている。
また、各デジタルフィルタ３８ａ〜３８ｄの出力データを、格納する第１〜第４のレジスタ３３ａ〜３３ｄを備えている。各デジタルフィルタ３８ａ〜３８ｄには、制御回路３７から制御信号が入力され、各赤外線センサに対応して入力された信号の平均化を行う。なお、本実施形態３では、各赤外線センサに対応してデジタルフィルタを備える構成であるが、１つのデジタルフィルタにより各赤外線センサに対応して時分割で平均化を行う形態であってもよい。その場合、デジタルフィルタは、各赤外線ンセンサの信号を平均化した出力を保持し、保持した結果と次にΔΣ変換回路からのデジタル信号とを合わせて平均化を行う。そして、制御回路のイネーブル信号に応じて、所定のタイミングでそれぞれのレジスタ３３ａ〜３３ｄに格納される形態などが挙げられる。
【００４６】
第１の赤外線センサ３１ａに対応して、制御回路３７は、アンチエイリアスフィルタ４１２の容量である第１の容量を選択し、ΔΣＡＤ変換回路４２の第１の積分容量と第１の遅延素子４２４ａを選択する。また、制御回路３７は、第１のデジタルフィルタ３８ａにΔΣ変換回路の出力を平均化して保持する制御信号を生成する。
第２の赤外線センサ３１ｂに対応して、制御回路３７は、アンチエイリアスフィルタ４１２の容量である第２の容量を選択し、ΔΣＡＤ変換回路４２の第２の積分容量と第２の遅延素子４２４ｂを選択する。また、制御回路３７は、第２のデジタルフィルタ３８ｂにΔΣ変換回路の出力を平均化して保持する制御信号を生成する。
【００４７】
第３の赤外線センサ３１ｃに対応して、制御回路３７は、アンチエイリアスフィルタ４１２の容量である第３の容量を選択し、ΔΣＡＤ変換回路４２の第３の積分容量と第３の遅延素子４２４ｃを選択する。また、制御回路３７は、第３のデジタルフィルタ３８ｃにΔΣ変換回路の出力を平均化して保持する制御信号を生成する。
第４の赤外線センサ３１ｄに対応して、制御回路３７は、アンチエイリアスフィルタ４１２の容量である第４の容量を選択し、ΔΣＡＤ変換回路４２の第４の積分容量と第４の遅延素子４２４ｄを選択する。また、制御回路３７は、第４のデジタルフィルタ３８ｄにΔΣ変換回路の出力を平均化して保持する制御信号を生成する。
また、４個の赤外線センサ３１ａ〜３１ｄを有する構成とすることによって、より高精度又は多様な人感センサを実現することができる。
【００４８】
図９は、図８のセンサ信号処理回路のタイミングチャートを示す図である。  
ＳＷ１Ａ〜４Ａで選択された赤外線センサの出力信号（Ｓ１〜Ｓ４）が、アンプの入力となる。このとき、１Ｃ〜４Ｃ、１Ｄ〜４Ｄ、１Ｅ〜４Ｅは、ＳＷ１Ａ〜４Ａと同じチャンネル（赤外線センサの出力信号の選択）に該当するものがＯＮする。
図９のタイミングチャートでは、４個の赤外線センサからの出力データが更新される区間において、時分割動作を４回行っている。各レジスタにおいてｎ−１回目のデータからｎ回目のデータへ更新される区間において、信号処理回路３２は、第１〜第４の赤外線センサ３１ａ〜３１ｄの出力信号を、例えば、データ更新周波数の４倍の周波数で時分割して信号を蓄積しながら信号処理する。
【００４９】
まず、ＳＷ１ＡがＯＮし、第１の赤外線センサ３１ａの出力がＧＡＩＮ回路（図８のアンプ）４１１に入力される。このとき、ＳＷ１Ｃ、ＳＷ１Ｄ、及びＳＷ１Ｅが選択され、アンチエイリアスフィルタ４１２を経由して、ΔΣ変換回路でＡＤ変換される。そして、第１のデジタルフィルタ３８ａにＡＤ変換された結果が入力され、平均化処理が行われる。所定期間経過後、上記スイッチがＯＦＦとなり、第１のデジタルフィルタ３８ａに平均化された結果が保持される。
次に、ＳＷ２ＡがＯＮし、第２の赤外線センサ３１ｂの出力がＧＡＩＮ回路（図８のアンプ）４１１に入力される。このとき、ＳＷ２Ｃ、ＳＷ２Ｄ、及びＳＷ２Ｅが選択され、アンチエイリアスフィルタ４１２を経由して、ΔΣ変換回路でＡＤ変換される。そして、第２のデジタルフィルタ３８ｂにＡＤ変換された結果が入力され、平均化処理が行われる。所定期間経過後、上記スイッチがＯＦＦとなり、第２のデジタルフィルタ３８ｂに平均化された結果が保持される。
【００５０】
次に、ＳＷ３ＡがＯＮし、第３の赤外線センサ３１ｃの出力がＧＡＩＮ回路（図８のアンプ）４１１に入力される。このとき、ＳＷ３Ｃ、ＳＷ３Ｄ、及びＳＷ３Ｅが選択され、アンチエイリアスフィルタ４１２を経由して、ΔΣ変換回路でＡＤ変換される。そして、第３のデジタルフィルタ３８ｃにＡＤ変換された結果が入力され、平均化処理が行われる。所定期間経過後、上記スイッチがＯＦＦとなり、第３のデジタルフィルタ３８ｃに平均化された結果が保持される。
次に、ＳＷ４ＡがＯＮし、第４の赤外線センサ３１ｄの出力がＧＡＩＮ回路（図８のアンプ）４１１に入力される。このとき、ＳＷ４Ｃ、ＳＷ４Ｄ、及びＳＷ４Ｅが選択され、アンチエイリアスフィルタ４１２を経由して、ΔΣ変換回路でＡＤ変換される。そして、第４のデジタルフィルタ３８ｄにＡＤ変換された結果が入力され、平均化処理が行われる。所定期間経過後、上記スイッチがＯＦＦとなり、第４のデジタルフィルタ３８ｄに平均化された結果が保持される。
【００５１】
次に、再度、ＳＷ１ＡがＯＮし、第１の赤外線センサ３１ａの出力がＧＡＩＮ回路（図８のアンプ）４１１に入力される。このとき、ＳＷ１Ｃ、ＳＷ１Ｄ、及びＳＷ１Ｅが選択され、アンチエイリアスフィルタ４１２を経由して、ΔΣ変換回路でＡＤ変換される。そして、第１のデジタルフィルタ３８ａにＡＤ変換された結果が入力され、前回保持していた結果と合わせて平均化処理が行われる。所定期間経過後、上記スイッチがＯＦＦとなり、第１のデジタルフィルタ３８ａに平均化された結果が保持される。
この動作を複数回繰り返して行う。図９のタイミングチャートでは、４回繰り返しており、４回目をデータ更新タイミングとしている。
データ更新タイミングでは、第１〜第４のイネーブル信号がそれぞれＨｉｇｈとなり、第１〜第４の赤外線センサ３１ａ〜３１ｄに対応する信号が、各レジスタにそれぞれ格納されて保持される。
【００５２】
４回目では、ＳＷ１ＡがＯＮし、第１の赤外線センサ３１ａの出力がＧＡＩＮ回路（図８のアンプ）４１１に入力される。このとき、ＳＷ１Ｃ、ＳＷ１Ｄ、及びＳＷ１Ｅが選択され、アンチエイリアスフィルタ４１２を経由して、ΔΣ変換回路でＡＤ変換される。そして、第１のデジタルフィルタ３８ａにＡＤ変換された結果が入力され、前回保持していた結果と合わせて平均化処理が行われる。所定期間経過後、上記スイッチがＯＦＦとなり、また、第１のイネーブル信号により第１のデジタルフィルタ３８ａに平均化された結果が、第１のレジスタ３３ａに格納される。
同様に、第２〜第４の赤外線センサ３１ｂ〜３１ｄについてもそれぞれ第２〜第４のレジスタ３３ｂ〜３３ｄに格納される。これによって、データ更新タイミングにおいて、ｎ−１回目のデータが順次、ｎ回目のデータに更新される。
【００５３】
＜本実施形態４＞
図１０は、本実施形態４のセンサ信号処理回路を説明するためのブロック図である。図中符号３８ａ１＿Ｐ，３８ａ１＿Ｎ〜３８ｄ１＿Ｐ，３８ｄ１＿Ｎはデジタルフィルタ、３９ａ〜３９ｄ，４３はチョッパ復調部を示している。なお、図８と同じ機能を有する構成要素には同一の符号を付してある。
本実施形態４のセンサ信号処理回路の具体例であり、本実施形態３にチョッパ変調・復調動作を加えた形態である。
信号処理にチョッパ変調を加えることで、内部回路自身（つまり、信号処理回路内）のオフセットをキャンセルすることができる。
【００５４】
図１０のセンサ信号処理回路は、選択回路３５と、ゲイン増幅器４１１とアンリエイリアスフィルタ４１２とΔΣ型ＡＤ変換回路４２とを有する信号処理回路３２と、デジタルフィルタ３８ａ１＿Ｐ，３８ａ１＿Ｎ〜３８ｄ４＿Ｐ，３８ｄ４＿Ｎと、第１〜第４のレジスタ３３ａ〜３３ｄと、デジタルインターフェース部３４とを備えている。また、選択回路３５とゲイン増幅器４１１との間に、チョッパ変調部４３を有している。また、デジタルフィルタ３８ａ１＿Ｐ、３８ａ１＿Ｎと第１のレジスタ３３ａとの間、デジタルフィルタ３８ｂ２＿Ｐ、３８ｂ２＿Ｎと第２のレジスタ３３ｂとの間、デジタルフィルタ３８ｃ３＿Ｐ、３８ｃ３＿Ｎと第１のレジスタ３３ｃとの間、デジタルフィルタ３８ｄ４＿Ｐ、３８ｄ４＿Ｎと第４のレジスタ３３ｄとの間にチョッパ復調部３９ａ〜３９ｄを有する。
【００５５】
チョッパ変調部４３によって、各赤外線センサの出力信号の極性が切り替えられ、ΔΣＡＤ変換回路４２に入力される信号は、その極性が正転と反転を繰り替えした信号となる。一方、信号処理回路以降、デジタルフィルタまでの回路内部のオフセットはＤＣ成分であるため、赤外性ンセンサからの信号と、オフセットとを周波数帯域として分離することができる。
また、本実施形態４のように、チョッパ変調するチョッパ周波数として、回路の応答速度よりも速い周波数で変調をかける場合、ΔΣ型ＡＤ変換回路の積分容量も、各赤外線センサに対応するのに加えて、チョッパ正転用、反転用の２つ用意する。また、ΔΣ型ＡＤ変換回路の遅延素子も、各赤外線センサに対応するのに加えて、チョッパ正転用、反転用の２つ用意する。
【００５６】
加えて、アンチエイリアスフィルタ４１２の容量に対して、各赤外線センサに対応するのに加えて、それぞれ正転用、反転用の２つを用意する。
つまり、赤外線センサの個数×２（正転用、反転用）個の積分容量、遅延素子、容量を有する。
また、デジタルフィルタも同様に、赤外線センサの個数×２（正転用、反転用）を有する。
チョッパ復調部では、チョッパ正転信号とチョッパ反転信号との差分をとる。これによって、内部回路のオフセット成分がキャンセルされ、赤外線センサ信号を精度良く検出することが可能となる。
【００５７】
図１２は、図１０におけるデジタルフィルタの演算を説明するための図である。
具体的には、図１２に示すように、デジタルフィルタ３８ａ１＿Ｐとデジタルフィルタ３８ａ１＿Ｎで保持されている結果の差分を論理回路等によって演算する。デジタルフィルタ３８ｂ１＿Ｐとデジタルフィルタ３８ｂ１＿Ｎ，デジタルフィルタ３８ｃ１＿Ｐとデジタルフィルタ３８ｃ１＿Ｎ，デジタルフィルタ３８ｄ１＿Ｐとデジタルフィルタ３８ｄ１＿Ｎについても同様である。
なお、正転信号と反転信号の差分を演算することができる形態であれば、どのような形態であってもよく、反転信号に−１をかける演算を行って、正転信号と加算する形態でもよい。また、本実施形態４では、ＡＤ変換されたデジタル信号に対してチョッパ復調を行う形態を指名しているが、ＡＤ変換前に（例えば、アンチエイリアスフィルタ回路の出力後に）チョッパ復調をアナログ回路で実現する形態であってもよい。
【００５８】
図１１は、図１０のセンサ信号処理回路のタイミングチャートを示す図である。  
図１１のタイミングチャートでは、４個の赤外線センサからの出力データが更新される区間において、時分割動作を４回行っている。そして、さらに、時分割動作に加えて出力信号の極性を切り替えるチョッパ変調も行っている。
ＳＷ１Ａ〜４Ａで選択された赤外線センサの出力信号（Ｓ１〜Ｓ４）が、チョッパ変調部４３でそれぞれ出力の極性が切り替えられてゲインアンプ４１１に入力される。図１１では、赤外線センサ１の正転信号Ｓ１Ｐ、反転信号Ｓ１Ｎ、赤外線センサ２の正転信号Ｓ２Ｐ、反転信号Ｓ２Ｎ、赤外線センサ３の正転信号Ｓ３Ｐ、反転信号Ｓ３Ｎ、赤外線センサ４の正転信号Ｓ４Ｐ、反転信号Ｓ４Ｎの順に、アンプに入力される。
【００５９】
チョッパ変調部４３で信号を正転で出力している場合は、ＳＷ１Ｃ〜４Ｃ＿Ｐ、ＳＷ１Ｄ〜４Ｄ＿Ｐ、ＳＷ１Ｅ〜４Ｅ＿Ｐで、ＳＷ１Ａ〜４Ａと同じチャンネル（赤外線センサの出力信号の選択）に該当するものがＯＮする。
一方、チョッパ変調部４３で信号を反転で出力している場合は、ＳＷ１Ｃ〜４Ｃ＿Ｎ、ＳＷ１Ｄ〜４Ｄ＿Ｎ、ＳＷ１Ｅ〜４Ｅ＿Ｎで、ＳＷ１Ａ〜４Ａと同じチャンネル（赤外線センサの出力信号の選択）に該当するものがＯＮする。
【００６０】
そのため、各赤外線センサの各極性における信号を蓄積しながらＡＤ変換を行っていることとなる。具体的には、下記の通りである。
１）第１の外線センサが選択
ＳＷ１ＡがＯＮし、第１の赤外線センサの出力がＧＡＩＮ回路（図１０のアンプ）４１１に入力される。まず、ＳＷ１Ｃ＿Ｐ、ＳＷ１Ｄ＿Ｐ、及び、ＳＷ１Ｅ＿Ｐが選択され、アンチエイリアスフィルタ４１２を経由して、ΔΣ変換回路でＡＤ変換される。そして、デジタルフィルタ１＿Ｐに、ＡＤ変換された結果が入力され、平均化処理が行われる。所定期間経過後、ＳＷ１Ｃ＿Ｐ、ＳＷ１Ｄ＿Ｐ、及び、ＳＷ１Ｅ＿ＰがＯＦＦとなり、デジタルフィルタ１＿Ｐに平均化された結果が保持される。次に、ＳＷ１Ｃ＿Ｎ、ＳＷ１Ｄ＿Ｎ、及び、ＳＷ１Ｅ＿Ｎが選択され、アンチエイリアスフィルタ４１２を経由して、ΔΣ変換回路でＡＤ変換される。そして、デジタルフィルタ１＿Ｎに、ＡＤ変換された結果が入力され、平均化処理が行われる。所定期間経過後、ＳＷ１Ｃ＿Ｎ、ＳＷ１Ｄ＿Ｎ、及び、ＳＷ１Ｅ＿ＮがＯＦＦとなり、デジタルフィルタ１＿Ｎに平均化された結果が保持される。これにより、デジタルフィルタ１＿Ｐには、第１の赤外線センサ３１ａの正転信号が保持され、デジタルフィルタ１＿Ｎには、第１の赤外線センサ３１ａの反転信号が保持される。そして、図１２に示す回路などによって、両者の差分が演算される。
【００６１】
２）第２の赤外線センサが選択
ＳＷ２ＡがＯＮし、第２の赤外線センサ３１ｂの出力がＧＡＩＮ回路（図１０のアンプ）４１１に入力される。まず、ＳＷ２Ｃ＿Ｐ、ＳＷ２Ｄ＿Ｐ、及び、ＳＷ２Ｅ＿Ｐが選択され、アンチエイリアスフィルタ４１２を経由して、ΔΣ変換回路でＡＤ変換される。そして、デジタルフィルタ２＿Ｐに、ＡＤ変換された結果が入力され、平均化処理が行われる。所定期間経過後、ＳＷ２Ｃ＿Ｐ、ＳＷ２Ｄ＿Ｐ、及び、ＳＷ２Ｅ＿ＰがＯＦＦとなり、デジタルフィルタ２＿Ｐに平均化された結果が保持される。次に、ＳＷ２Ｃ＿Ｎ、ＳＷ２Ｄ＿Ｎ、及び、ＳＷ２Ｅ＿Ｎが選択され、アンチエイリアスフィルタ４１２を経由して、ΔΣ変換回路でＡＤ変換される。そして、デジタルフィルタ２＿Ｎに、ＡＤ変換された結果が入力され、平均化処理が行われる。所定期間経過後、ＳＷ２Ｃ＿Ｎ、ＳＷ２Ｄ＿Ｎ、及び、ＳＷ２Ｅ＿ＮがＯＦＦとなり、デジタルフィルタ２＿Ｎに平均化された結果が保持される。これにより、デジタルフィルタ２＿Ｐには、第２の赤外線センサ３１ｂの正転信号が保持され、デジタルフィルタ２＿Ｎには、第２の赤外線センサ３１ｂの反転信号が保持される。そして、図１２に示す回路などによって、両者の差分が演算される。
【００６２】
３）第３の赤外線センサが選択
ＳＷ３ＡがＯＮし、第３の赤外線センサ３１ｃの出力がＧＡＩＮ回路（図１０のアンプ）４１１に入力される。まず、ＳＷ３Ｃ＿Ｐ、ＳＷ３Ｄ＿Ｐ、及び、ＳＷ３Ｅ＿Ｐが選択され、アンチエイリアスフィルタ４１２を経由して、ΔΣ変換回路でＡＤ変換される。そして、デジタルフィルタ２＿Ｐに、ＡＤ変換された結果が入力され、平均化処理が行われる。所定期間経過後、ＳＷ３Ｃ＿Ｐ、ＳＷ３Ｄ＿Ｐ、及び、ＳＷ３Ｅ＿ＰがＯＦＦとなり、デジタルフィルタ３＿Ｐに平均化された結果が保持される。次に、ＳＷ３Ｃ＿Ｎ、ＳＷ３Ｄ＿Ｎ、及び、ＳＷ３Ｅ＿Ｎが選択され、アンチエイリアスフィルタ４１２を経由して、ΔΣ変換回路でＡＤ変換される。そして、デジタルフィルタ３＿Ｎに、ＡＤ変換された結果が入力され、平均化処理が行われる。所定期間経過後、ＳＷ３Ｃ＿Ｎ、ＳＷ３Ｄ＿Ｎ、及び、ＳＷ３Ｅ＿ＮがＯＦＦとなり、デジタルフィルタ３＿Ｎに平均化された結果が保持される。これにより、デジタルフィルタ３＿Ｐには、第３の赤外線センサ３１ｃの正転信号が保持され、デジタルフィルタ３＿Ｎには、第３の赤外線センサ３１ｃの反転信号が保持される。そして、図１２に示す回路などによって、保持された結果に基づいて、両者の差分が演算される。
【００６３】
４）第４の赤外線センサが選択
ＳＷ４ＡがＯＮし、赤外線センサ４の出力がＧＡＩＮ回路（図１０のアンプ）４１１に入力される。まず、ＳＷ４Ｃ＿Ｐ、ＳＷ４Ｄ＿Ｐ、及び、ＳＷ４Ｅ＿Ｐが選択され、アンチエイリアスフィルタ４１２を経由して、ΔΣ変換回路でＡＤ変換される。そして、デジタルフィルタ４＿Ｐに、ＡＤ変換された結果が入力され、平均化処理が行われる。所定期間経過後、ＳＷ４Ｃ＿Ｐ、ＳＷ４Ｄ＿Ｐ、及び、ＳＷ４Ｅ＿ＰがＯＦＦとなり、デジタルフィルタ４＿Ｐに平均化された結果が保持される。次に、ＳＷ４Ｃ＿Ｎ、ＳＷ４Ｄ＿Ｎ、及び、ＳＷ４Ｅ＿Ｎが選択され、アンチエイリアスフィルタ４１２を経由して、ΔΣ変換回路でＡＤ変換される。そして、デジタルフィルタ４＿Ｎに、ＡＤ変換された結果が入力され、平均化処理が行われる。所定期間経過後、ＳＷ４Ｃ＿Ｎ、ＳＷ４Ｄ＿Ｎ、及び、ＳＷ４Ｅ＿ＮがＯＦＦとなり、デジタルフィルタ４＿Ｎに平均化された結果が保持される。これにより、デジタルフィルタ４＿Ｐには、第４の赤外線センサ３１ｄの正転信号が保持され、デジタルフィルタ４＿Ｎには、第４の赤外線センサ３１ｄの反転信号が保持される。そして、図１２に示す回路などによって、両者の差分が演算される。
【００６４】
次に、再度、ＳＷ１ＡがＯＮし、デジタルフィルタ１＿Ｐに、ＡＤ変換された結果が入力され、前回保持していた結果と合わせて平均化処理が行われる。所定期間経過後、デジタルフィルタ１＿Ｐに平均化された結果が保持される。同様に、デジタルフィルタ１＿Ｎに、ＡＤ変換された結果が入力され、前回保持していた結果と合わせて平均化処理が行われる。所定期間経過後、デジタルフィルタ１＿Ｎに平均化された結果が保持される。そして、保持された結果に基づいて、両者の差分が演算される。
この動作を複数回繰り返して行う。図１１のタイミングチャートでは、４回繰り返しており、４回目をデータ更新タイミングとしている。
そして、データ更新タイミングでは、第１〜第４のイネーブル信号がそれぞれＨｉｇｈとなり、チョッパ復調部の第１〜第４赤外線センサ３１ａ〜３１ｄの正転信号と反転信号の差分が、各レジスタにそれぞれ格納され、保持される。具体的には、下記の通りである。
【００６５】
４回目では、上述の１）の通り、まず、正転信号がΔΣ変換回路でＡＤ変換される。そして、デジタルフィルタ１＿Ｐに、ＡＤ変換された結果が入力され、前回保持していた結果と合わせて平均化処理が行われ、デジタルフィルタ１＿Ｐで保持される。同様に、デジタルフィルタ１＿Ｎも、ＡＤ変換された結果が入力され、前回保持していた結果と合わせて平均化処理が行われて保持される。そして、チョッパ復調部で、両者の保持された結果の差分が演算される。第１のイネーブル信号により演算された結果が、第１のレジスタ３３ａに格納される。図１１では、第１のイネーブル信号の立下りで第１のレジスタ３３ａに格納されて、ｎ−１回目のデータがｎ回目のデータへと更新される。
同様に、第２〜第４の赤外線センサ３１ｂ〜３１ｄについてもそれぞれ第２〜第４のレジスタ３３ｂ〜３３ｄに格納される。これによって、データ更新タイミングにおいて、ｎ−１回目のデータが順次、ｎ回目のデータに更新される。
【００６６】
以上の通り、複数のセンサの時分割信号処理において、各センサ信号間の外乱ノイズの見え方を同等にするが可能となる。回路自体は遅い応答性であっても、センサ信号間の外乱ノイズの時間依存による差を小さくしている。
また、一例として挙げた人感検知よりも、センサからの信号が高速なモーション検知の分野において応用できる。
また、上述したセンサ信号処理回路と、複数の赤外線センサとを備える赤外線センサモジュールを実現することもできる。また、赤外線センサの個数が４個である赤外線センサモジュールを実現することもできる。
【００６７】
次に、センサ信号処理方法について説明する。  
複数の赤外線センサから第１の赤外線センサの第１の出力信号を選択し、第１の出力信号を信号処理して第１の検出信号として第１の容量素子に蓄積する第１のステップと、複数の赤外線センサから第２の赤外線センサの第２の出力信号を選択し、第２の出力信号を信号処理して第２の検出信号として第２の容量素子に蓄積する第２のステップと、少なくとも第１のステップと第２のステップとを複数回繰り返した後、蓄積された第１の検出信号と第２の検出信号とをサンプリングして第１のデータ及び第２のデータとして格納するステップと、格納した第１のデータと第２のデータとの差を出力するステップとを有している。
【００６８】
また、複数の赤外線センサから第３の赤外線センサの第３の出力信号を選択し、第３の出力信号を信号処理して第３の検出信号として第３の容量素子に蓄積する第３のステップと、複数の赤外線センサから第４の赤外線センサの第４の出力信号を選択し、第４の出力信号を信号処理して第４の検出信号として第４の容量素子に蓄積する第４のステップと、少なくとも第１のステップ、第２のステップ、第３のステップ、第４のステップを複数回繰り返した後、蓄積された第１の検出信号、第２の検出信号、第３の検出信号、第４の検出信号をサンプリングして第１のデータ、第２のデータ、第３のデータ、第４のデータとして格納するステップと、格納した第３のデータと第４のデータとの差を出力するステップとをさらに有している。
また、第１の赤外線センサと第２の赤外線センサとが対向して配置され、第３の赤外線センサと第４の赤外線センサとが対向して配置され、格納した第１のデータと第２のデータとの差を出力する、又は、格納した第３のデータと第４のデータとの差を出力するステップをさらに有している。
【符号の説明】
【００６９】
１ａ，１ｂ  第１及び第２のセンサ
２  信号処理回路
３ａ，３ｂ  レジスタ
４  デジタルインターフェース
７  制御回路
２１ａ，２１ｂ  増幅回路
２２ａ，２２ｂ  ＡＤ変換器
３１ａ〜３１ｄ  第１〜第４の赤外線センサ
３２  信号処理回路
３３ａ〜３３ｄ  第１〜第４のレジスタ
３４  デジタルインターフェース部
３５  選択回路
３６  出力回路
３７  制御回路
３８  デジタルフィルタ回路
３８ａ〜３８ｄ  第１〜第４のデジタルフィルタ
３８ａ１＿Ｐ，３８ａ１＿Ｎ〜３８ｄ１＿Ｐ，３８ｄ１＿Ｎ  デジタルフルタ
３９ａ〜３９ｄ，４３  チョッパ復調部
４１  増幅回路
４２  ΔΣＡＤＣ（デルタシグマＡＤ変換回路）
４１１  ゲイン増幅器
４１２  アンチエイリアスフィルタ
４１３  増幅器
４２１  積分器
４２２  量子化器
４２３  ＤＡＣ
４２４ａ〜４２４ｄ  第１〜第４の遅延素子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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