(57)【要約】【課題】  センサ出力処理用の電子回路を動作させるための電力供給用の発電素子を配置する必要がなく、光源自体の有無と、検知すべき物体の有無とを判別することが可能な物体検知装置を提供する。【解決手段】  第１の発電装置及び前記第２の発電装置のいずれの発電装置で発電された電力が入力されても、入力された電力により処理装置が動作し、いずれの発電装置から電力が入力されているのかを識別する。発電装置の各々は、環境エネルギを収穫して発電を行うエネルギ変換装置と、蓄電素子とを含み、蓄電素子の端子間に加わっている電源電圧に基づいて電力を出力する。第１の発電装置のエネルギ変換装置は、検知すべき物体の有無によって環境エネルギからの収穫量が変動しない位置に配置され、第２の発電装置のエネルギ変換装置は、検知すべき物体の有無によって環境エネルギからの収穫量が変動する位置に配置されている。【選択図】  図１
2015169646.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
出力条件が満たされると電力を出力する第１の発電装置及び第２の発電装置と、
前記第１の発電装置及び前記第２の発電装置のいずれの発電装置で発電された前記電力が入力されても、入力された前記電力により動作し、いずれの発電装置から前記電力が入力されているのかを識別する処理装置と、
を有し、
前記第１の発電装置及び前記第２の発電装置の各々は、
環境エネルギを収穫して発電を行うエネルギ変換装置と、
前記エネルギ変換装置に接続され、前記エネルギ変換装置で発電された前記電力によって充電される蓄電素子と、
前記蓄電素子に接続され、前記蓄電素子を放電させて、前記処理装置に前記電力を出力する機能が作動している有効状態と、前記機能が停止している無効状態とが、電圧検出端子に印加されている電圧に基づいて切り替わる出力切替回路と、
前記蓄電素子の端子間に加わっている電源電圧に基づいて、前記電圧検出端子に電圧を印加する電圧発生回路と
を有し、
前記電圧発生回路は、前記電源電圧の上昇時に、前記電源電圧の上昇に追随して上昇する電圧を前記電圧検出端子に印加し、前記電源電圧の下降時には、前記電源電圧の下降に追随せず、前記電源電圧の下降よりも緩やかに低下する電圧を前記電圧検出端子に印加し、
前記第１の発電装置の前記エネルギ変換装置は、検知すべき物体の有無によって前記環境エネルギからの収穫量が変動しない位置に配置され、前記第２の発電装置の前記エネルギ変換装置は、検知すべき物体の有無によって前記環境エネルギからの収穫量が変動する位置に配置されている物体検知装置。
【請求項２】
前記電圧発生回路は、容量素子と整流素子との直列接続回路を含み、前記電源電圧によって前記容量素子に充電電流が流れる向きが、前記整流素子の順方向に相当し、前記容量素子の端子間電圧に応じた電圧が前記電圧検出端子に印加される請求項１に記載の物体検知装置。
【請求項３】
前記出力切替回路は、
イネーブル端子に入力される制御電圧に基づいて、前記出力切替回路の前記有効状態と前記無効状態とが切り替わり、前記有効状態のとき、出力端子に定格電圧を出力する降圧コンバータと、
前記出力切替回路が前記無効状態のときに、前記電圧検出端子に印加されている電圧が第１閾値を超えると、前記イネーブル端子に、前記出力切替回路を前記有効状態とする制御電圧を印加し、前記出力切替回路が前記有効状態のときに、前記電圧検出端子に印加されている電圧が前記第１閾値より低い第２閾値を下回ると、前記イネーブル端子に、前記出力切替回路を前記無効状態とする制御電圧を印加する電圧検出回路と
を有する請求項１または２に記載の物体検知装置。
【請求項４】
検出すべき物体が存在しないときに、前記第２の発電装置の前記エネルギ変換装置で前記環境エネルギが収穫されて、前記第２の発電装置の前記出力切替回路が前記有効状態と前記無効状態との間で切り替わる頻度が、前記第１の発電装置の前記エネルギ変換装置で前記環境エネルギが収穫されて、前記第１の発電装置の前記出力切替回路が前記有効状態と前記無効状態との間で切り替わる頻度よりも高い請求項１乃至３のいずれか１項に記載の物体検知装置。
【請求項５】
前記第２の発電装置の前記エネルギ変換装置が、相互に並列に接続された第１のエネル
ギ変換装置及び第２のエネルギ変換装置を含み、
前記第１のエネルギ変換装置は、検出すべき物体の有無によって、前記環境エネルギの収穫量が変動する位置に配置され、前記第２のエネルギ変換装置による前記環境エネルギの収穫量は、検知すべき物体の有無に依存せず、前記第１の発電装置の前記エネルギ変換装置による前記環境エネルギの収穫量と同じ変動を示す位置に、前記第２のエネルギ変換装置が配置されている請求項１乃至４のいずれか１項に記載の物体検知装置。
【請求項６】
前記処理装置は、前記第１の発電装置及び前記第２の発電装置のどちらの発電装置から前記電力が入力されているのかを識別可能な検知信号を無線送信する請求項１乃至５のいずれか１項に記載の物体検知装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、環境エネルギを利用した物体検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
下記の特許文献１に、複数の太陽電池を用いた照度検出センサが開示されている。複数の太陽電池から選択された１つの太陽電池の出力がＡ／Ｄ変換器に入力される。制御装置が、Ａ／Ｄ変換器からの出力によって照度を検出する。照度を検出していない期間は、太陽電池からの出力によって充電池が充電される。充電池に充電された電力によって、Ａ／Ｄ変換器や制御装置が駆動される。
【０００３】
下記の特許文献２に、太陽電池で発電された電力を無線通信に利用する光センサが開示されている。太陽電池で発電された電力によってコンデンサが充電される。発信部が、太陽電池の受光状態を表す検知信号を送信する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】実開平０５−６４７３９号公報
【特許文献２】特開２００８−１９１８８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
太陽電池や光センサに入射する光が物体によって遮られることにより、物体の有無を検知することができる。ところが、特許文献１に開示された照度検出センサは、センサ出力を処理するためのＡ／Ｄ変換器及び制御装置を動作させるための電力を確保するために、照度を検出する太陽電池の他に、電力供給用の太陽電池を配置しなければならない。特許文献２に開示された光センサにおいては、受光部に入射する光が物体によって遮られているのか、光源自体が無いのかを判別することができない。
【０００６】
本発明の目的は、センサ出力処理用の電子回路を動作させるための電力供給用の発電素子を配置する必要がなく、光源自体の有無と、検知すべき物体の有無とを判別することが可能な物体検知装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一観点によると、
出力条件が満たされると電力を出力する第１の発電装置及び第２の発電装置と、
前記第１の発電装置及び前記第２の発電装置のいずれの発電装置で発電された前記電力が入力されても、入力された前記電力により動作し、いずれの発電装置から前記電力が入力されているのかを識別する処理装置と、
を有し、
前記第１の発電装置及び前記第２の発電装置の各々は、
環境エネルギを収穫して発電を行うエネルギ変換装置と、
前記エネルギ変換装置に接続され、前記エネルギ変換装置で発電された前記電力によって充電される蓄電素子と、
前記蓄電素子に接続され、前記蓄電素子を放電させて、前記処理装置に前記電力を出力する機能が作動している有効状態と、前記機能が停止している無効状態とが、電圧検出端子に印加されている電圧に基づいて切り替わる出力切替回路と、
前記蓄電素子の端子間に加わっている電源電圧に基づいて、前記電圧検出端子に電圧を
印加する電圧発生回路と
を有し、
前記電圧発生回路は、前記電源電圧の上昇時に、前記電源電圧の上昇に追随して上昇する電圧を前記電圧検出端子に印加し、前記電源電圧の下降時には、前記電源電圧の下降に追随せず、前記電源電圧の下降よりも緩やかに低下する電圧を前記電圧検出端子に印加し、
前記第１の発電装置の前記エネルギ変換装置は、検知すべき物体の有無によって前記環境エネルギからの収穫量が変動しない位置に配置され、前記第２の発電装置の前記エネルギ変換装置は、検知すべき物体の有無によって前記環境エネルギからの収穫量が変動する位置に配置されている物体検知装置提供される。
【０００８】
第１の発電装置からの出力により、環境エネルギの有無を判定することができる。第２の発電装置からの出力により、物体の有無を検知することができる。また、第１の発電装置及び第２の発電装置のいずれの発電装置で発電された電力でも処理装置が動作するため、処理装置を動作させるための電力供給用の発電装置を別に準備しなくてもよい。
【０００９】
前記電圧発生回路が、容量素子と整流素子との直列接続回路を含む構成としてもよい。前記電源電圧によって前記容量素子に充電電流が流れる向きが、前記整流素子の順方向に相当し、前記容量素子の端子間電圧に応じた電圧が前記電圧検出端子に印加される。
【００１０】
電源電圧の上昇時には、電源電圧が整流素子を介して容量素子に印加される。このため、容量素子の端子間電圧が、電源電圧の上昇に追随して上昇する。電源電圧の下降時には、整流素子が逆方向にバイアスされるため、容量素子は整流素子を通して放電しない。容量素子は、出力切替回路の入力インピーダンスを介してゆっくり放電する。このため、容量素子の端子間電圧は、電源電圧の低下に追随せず、電源電圧の低下よりも緩やかに低下する。
【００１１】
本発明のさらに他の観点による物体検知装置においては、
前記出力切替回路は、
イネーブル端子に入力される制御電圧に基づいて、前記出力切替回路の前記有効状態と前記無効状態とが切り替わり、前記有効状態のとき、出力端子に定格電圧を出力する降圧コンバータと、
前記出力切替回路が前記無効状態のときに、前記電圧検出端子に印加されている電圧が第１閾値を超えると、前記イネーブル端子に、前記出力切替回路を前記有効状態とする制御電圧を印加し、前記出力切替回路が前記有効状態のときに、前記電圧検出端子に印加されている電圧が前記第１閾値より低い第２閾値を下回ると、前記イネーブル端子に、前記出力切替回路を前記無効状態とする制御電圧を印加する電圧検出回路と
を有する。
【００１２】
検出すべき物体が存在しないときに、前記第２の発電装置の前記エネルギ変換装置で前記環境エネルギが収穫されて、前記第２の発電装置の前記出力切替回路が前記有効状態と前記無効状態との間で切り替わる頻度が、前記第１の発電装置の前記エネルギ変換装置で前記環境エネルギが収穫されて、前記第１の発電装置の前記出力切替回路が前記有効状態と前記無効状態との間で切り替わる頻度よりも高い構成としてもよい。これにより、迅速に物体の有無を検知することができる。
【００１３】
前記第２の発電装置の前記エネルギ変換装置が、相互に並列に接続された第１のエネルギ変換装置及び第２のエネルギ変換装置を含む構成としてもよい。前記第１のエネルギ変換装置は、検出すべき物体の有無によって、前記環境エネルギの収穫量が変動する位置に配置され、前記第２のエネルギ変換装置による前記環境エネルギの収穫量は、検知すべき
物体の有無に依存せず、前記第１の発電装置の前記エネルギ変換装置による前記環境エネルギの収穫量と同じ変動を示す位置に、前記第２のエネルギ変換装置が配置されている。
【００１４】
物体の有無に係わらず、第２の発電装置が発電を行うため、第１の発電装置が発電し、かつ第２の発電装置が発電していない状態を、第２の発電装置の故障と判定することができる。
【００１５】
前記処理装置が、前記第１の発電装置及び前記第２の発電装置のどちらの発電装置から前記電力が入力されているのかを識別可能な検知信号を無線送信する構成としてもよい。処理装置から送信された検知信号を、送信装置から離れた受信装置で受信することができる。送信装置が、商用電源等の外部電源に接続困難な場所に配置される場合でも、受信装置を商用電源等に接続可能な場所に配置することができる。これにより、受信装置に対する消費電力の制約が緩和される。
【発明の効果】
【００１６】
第１の発電装置からの出力により、環境エネルギの有無を判定することができる。第２の発電装置からの出力により、物体の有無を検知することができる。また、第１の発電装置及び第２の発電装置のいずれの発電装置で発電された電力でも処理装置が動作するため、処理装置を動作させるための電力供給用の発電装置を別に準備しなくてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は、実施例１による物体検出装置のブロック図である。
【図２】図２Ａは、実施例１による物体検出装置の電圧検出回路の等価回路図であり、図２Ｂは、電圧検出回路の電圧検出端子に印加されている電圧Ｖｉｎと、制御電圧Ｖｏｕｔとの関係を示すグラフである。
【図３】図３は、降圧コンバータに入力されている電源電圧Ｖｃｃと出力電圧Ｖｄｄとの関係を示すグラフである。
【図４】図４Ａは、電源電圧Ｖｃｃの時間変化を表すグラフであり、図４Ｂは、電圧検出端子の電圧Ｖｉｎの時間変化を表すグラフであり、図４Ｃは、出力切替回路の出力電圧Ｖｄｄの時間変化を表すグラフである。
【図５】図５は、電圧発生回路及び電圧検出回路の等価回路図である。
【図６】図６は、実施例１による物体検知装置の使用例を示す概略図である。
【図７】図７は、環境エネルギ源である光源の点灯状態、検知すべき物体の有無、第１の送信部から送信される検知信号、及び第２の送信部から送信される検知信号のタイミングチャートである。
【図８】図８は、実施例１による物体検知装置の他の使用例を示す概略図である。
【図９】図９は、実施例２による物体検知装置のブロック図である。
【図１０】図１０は、実施例３による物体検知装置のブロック図である。
【図１１】図１１は、実施例３による物体検知装置の使用例を示す概略図である。
【図１２】図１２は、環境エネルギ源である光源の点灯状態、検知すべき物体の有無、第１の送信部から送信される検知信号、及び第２の送信部から送信される検知信号のタイミングチャートである。
【図１３】図１３は、実施例４による物体検知装置の利用例を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
［実施例１］
図１に、実施例１による物体検出装置のブロック図を示す。実施例１による物体検出装置は、第１の発電装置１Ａ、第２の発電装置１Ｂ、処理装置４０、及び受信装置５０を含む。
【００１９】
次に、第１の発電装置１Ａについて説明する。第１の発電装置１Ａは、エネルギ変換装置１０、蓄電素子１１、電圧発生回路１２、及び出力切替回路１５を含む。第２の発電装置１Ｂは、第１の発電装置１Ａと同一の回路構成を有する。
【００２０】
エネルギ変換装置１０は、周囲の環境からエネルギを収穫して電気エネルギを生成する。エネルギ変換装置１０として、光エネルギを電気エネルギに変換する太陽電池を用いることができる。太陽電池の他に、電磁波のエネルギを電気エネルギに変換する受信回路を用いることも可能である。この受信回路は、例えば受信アンテナと整流回路とを含む。エネルギ変換装置１０の負極が接地されており、エネルギ変換装置１０の正極に電源線２０が接続されている。
【００２１】
蓄電素子１１がエネルギ変換装置１０に接続されており、エネルギ変換装置１０で発電された電力によって、蓄電素子１１が充電される。蓄電素子１１には、例えばキャパシタ、より具体的にはタンタルコンデンサ等を用いることができる。蓄電素子１１の一方の電極が電源線２０に接続され、他方の電極が接地されている。電源線２０に印加される電源電圧Ｖｃｃは、蓄電素子１１の端子間電圧と等しい。
【００２２】
電圧発生回路１２が、蓄電素子１１に並列に接続されている。電圧発生回路１２は、整流素子１３と容量素子１４との直列接続回路を含み、電源電圧Ｖｃｃに基づいて発生した電圧Ｖｉｎを、出力切替回路１５の電圧検出端子２２に印加する。整流素子１３には、例えばダイオードが用いられ、容量素子１４には、例えば積層セラミックコンデンサが用いられる。整流素子１３のアノードが電源線２０に接続され、容量素子１４が接地されている。電源電圧Ｖｃｃによって容量素子１４に充電電流が流れる向きが、整流素子１３の順方向に相当する。整流素子１３と容量素子１４との相互接続点、すなわち整流素子１３のカソードが、出力切替回路１５の電圧検出端子２２に接続されている。
【００２３】
電源線２０が、出力切替回路１５の入力端子２１に接続されており、電源電圧Ｖｃｃが出力切替回路１５の入力端子２１に印加される。出力切替回路１５の出力端子２３に、処理装置４０が接続されている。
【００２４】
出力切替回路１５は、電力を出力する機能が作動している有効状態（イネーブル状態）と、機能が停止している無効状態（ディセーブル状態）との２つの状態を有する。電圧検出端子２２に印加されている電圧Ｖｉｎに基づいて、有効状態と無効状態とが切り替わる。出力切替回路１５は、有効状態のとき、蓄電素子１１を放電させて、出力切替回路１５の出力端子２３から処理装置４０に電力を出力する。この電力により、処理装置４０が動作する。出力切替回路１５が無効状態のとき、出力切替回路１５は蓄電素子１１を放電させない。このとき、エネルギ変換装置１０で発電された電力によって、蓄電素子１１が充電される。
【００２５】
出力切替回路１５は、電圧検出回路１６及び降圧コンバータ１７を含む。電圧検出回路１６は、電圧検出端子２２に印加されている電圧Ｖｉｎに応じて、制御電圧Ｖｏｕｔを出力する。制御電圧Ｖｏｕｔが、降圧コンバータ１７のイネーブル端子ＥＮに入力される。出力切替回路１５の入力端子２１に印加された電源電圧Ｖｃｃが、降圧コンバータ１７に入力される。降圧コンバータ１７のイネーブル端子ＥＮに印加されている制御電圧Ｖｏｕｔのレベルに応じて、出力切替回路１５の有効状態と無効状態とが切り替わる。
【００２６】
図２Ａに、電圧検出回路１６の等価回路図を示す。電圧検出回路１６は、電圧分圧回路３０、基準電圧源３１、ヒステリシスコンパレータ３２、及び出力ドライブトランジスタ３３を含む。電圧検出端子２２に印加される電圧Ｖｉｎが、電圧分圧回路３０によって分圧され、ヒステリシスコンパレータ３２の反転入力端子に印加される。基準電圧源３１に
より生成された基準電圧が、ヒステリシスコンパレータ３２の非反転入力端子に印加される。
【００２７】
出力ドライブトランジスタ３３には、例えばＣＭＯＳ回路が用いられる。ヒステリシスコンパレータ３２の出力電圧が、出力ドライブトランジスタ３３の２つのトランジスタのゲート電極に印加される。２つのトランジスタの相互接続点が、制御電圧Ｖｏｕｔを出力する。
【００２８】
図２Ｂに、電圧検出端子２２に印加されている電圧Ｖｉｎと、制御電圧Ｖｏｕｔとの関係を示す。横軸及び縦軸は、それぞれ電圧Ｖｉｎ及び制御電圧Ｖｏｕｔを表す。電圧Ｖｉｎと制御電圧Ｖｏｕｔとの関係は、ヒステリシス特性を有している。電圧Ｖｉｎが上昇するときには、電圧Ｖｉｎが第１閾値Ｖ１以下の範囲で、制御電圧Ｖｏｕｔが０Ｖであり、電圧Ｖｉｎが第１閾値Ｖ１を超えると、制御電圧Ｖｏｕｔが電圧Ｖｉｎに一致する。電圧Ｖｉｎが下降するときには、電圧Ｖｉｎが第２閾値Ｖ２よりも高い範囲で、制御電圧Ｖｏｕｔが電圧Ｖｉｎに一致する。電圧Ｖｉｎが第２閾値Ｖ２を下回ると、制御電圧Ｖｏｕｔが０Ｖになる。第２閾値Ｖ２は、第１閾値Ｖ１より低い。
【００２９】
制御電圧Ｖｏｕｔのハイ（Ｈ）レベルとロー（Ｌ）レベルとの判定閾値Ｖｔｈが、第２閾値Ｖ２よりも低い値に設定されている。このため、電圧Ｖｉｎの上昇時には、電圧Ｖｉｎが第１閾値Ｖ１を超えた時点で、制御電圧ＶｏｕｔがＬレベルからＨレベルに切り替わり、電圧Ｖｉｎの下降時には、電圧Ｖｉｎが第２閾値Ｖ２を下回った時点で、制御電圧ＶｏｕｔがＨレベルからＬレベルに切り替わる。
【００３０】
図３に、降圧コンバータ１７に入力されている電源電圧Ｖｃｃと出力電圧Ｖｄｄとの関係を示す。横軸は電源電圧Ｖｃｃを表し、縦軸は出力電圧Ｖｄｄを表す。降圧コンバータ１７のイネーブル端子ＥＮに印加されている制御電圧ＶｏｕｔがＬレベルのとき、降圧コンバータ１７は、電源電圧Ｖｃｃに依らず、出力電圧Ｖｄｄを０Ｖとする。すなわち、出力切替回路１５は無効状態である。
【００３１】
降圧コンバータ１７のイネーブル端子ＥＮに印加されている制御電圧ＶｏｕｔがＨレベルのとき、降圧コンバータ１７が、電源電圧Ｖｃｃに基いて出力電圧Ｖｄｄを出力する。すなわち、出力切替回路１５は有効状態である。電源電圧Ｖｃｃが定格電圧Ｖｒ以下であれば、出力電圧Ｖｄｄは電源電圧Ｖｃｃとほぼ等しくなる。電源電圧Ｖｃｃが定格電圧Ｖｒ以上であれば、出力電圧Ｖｄｄは定格電圧Ｖｒにほぼ一致する。
【００３２】
図４Ａ〜図４Ｃを参照して、電源電圧Ｖｃｃ、電圧検出端子２２の電圧Ｖｉｎ、及び出力切替回路１５（降圧コンバータ１７）の出力電圧Ｖｄｄの時間変化の一例について説明する。図４Ａは、電源電圧Ｖｃｃの時間変化を表し、図４Ｂは、電圧検出端子２２の電圧Ｖｉｎの時間変化を表し、図４Ｃは、出力切替回路１５の出力電圧Ｖｄｄの時間変化を表す。初期状態では、電源電圧Ｖｃｃ、及び電圧検出端子２２の電圧Ｖｉｎが０Ｖである。このとき、制御電圧ＶｏｕｔはＬレベルである（図２Ｂ参照）。このため、出力切替回路１５は無効状態であり、その出力電圧Ｖｄｄは０Ｖである（図３参照）。
【００３３】
出力切替回路１５が無効状態のとき、エネルギ変換装置１０で発電された電力によって蓄電素子１１が充電されるため、時間の経過とともに、電源電圧Ｖｃｃが上昇する（図４Ａ）。整流素子１３を介して容量素子１４も充電されるため、電源電圧Ｖｃｃの上昇に追随して、電圧検出端子２２の電圧Ｖｉｎも上昇する（図４Ｂ）。電圧検出端子２２の電圧Ｖｉｎは、電源電圧Ｖｃｃよりも、整流素子１３の順方向電圧降下分だけ低い。ダイオードの順方向の電圧降下は僅かであるため、図４Ａ及び図４Ｂでは、順方向の電圧降下をほぼ０Ｖと仮定している。すなわち、初期状態から時刻ｔ１までの期間は、電源電圧Ｖｃｃ
と電圧検出端子２２の電圧Ｖｉｎとは、ほぼ等しい。
【００３４】
時刻ｔ１において、電圧検出端子２２の電圧Ｖｉｎが第１閾値Ｖ１（図２Ａ）に達する。これにより、出力切替回路１５（図１）が有効状態に切り替わり、蓄電素子１１の放電が開始される。蓄電素子１１が放電することにより、電源電圧Ｖｃｃ（図４Ａ）が低下するとともに、出力切替回路１５の出力端子２３に、図２Ｂに示した特性に基づく出力電圧Ｖｄｄが出力される（図４Ｃ）。
【００３５】
電源電圧Ｖｃｃが低下し、電圧検出端子２２の電圧Ｖｉｎより低くなると、整流素子１３が逆方向にバイアスされる。このため、容量素子１４が整流素子１３を通して放電することはない。従って、容量素子１４の端子間電圧、すなわち電圧検出端子２２に印加されている電圧Ｖｉｎは、電源電圧Ｖｃｃの低下に追随しない。
【００３６】
図５に、電圧発生回路１２及び電圧検出回路１６の等価回路図を示す。容量素子１４は、電圧検出回路１６の入力インピーダンス１８を通して放電する。電圧Ｖｉｎは、容量素子１４の静電容量と、入力インピーダンス１８の抵抗値とで定まる時定数で低下する。時刻ｔ１以降に電源電圧Ｖｃｃが低下する時定数に比べて、電圧Ｖｉｎが低下する時定数の方が小さくなるように、容量素子１４の静電容量及び入力インピーダンス１８の抵抗値が設定されている。このため、図４Ａ及び図４Ｂに示したように、電圧検出端子２２に印加されている電圧Ｖｉｎは、電源電圧Ｖｃｃよりも緩やかに低下する。
【００３７】
図４Ｂに示すように、時刻ｔ２において、電圧検出端子２２の電圧Ｖｉｎが、第２閾値Ｖ２まで低下する。このとき、制御電圧ＶｏｕｔがＬレベルになり（図２Ｂ）、出力切替回路１５が無効状態に切り替わる。これにより、出力切替回路１５の出力電圧Ｖｄｄが０Ｖになる（図４Ｃ）。蓄電素子１１の放電が停止するため、蓄電素子１１の充電が再開し、電源電圧Ｖｃｃが上昇し始める（図４Ａ）。電圧検出端子２２の電圧Ｖｉｎは、時刻ｔ２以降も、緩やかに低下する（図４Ｂ）。
【００３８】
時刻ｔ３において、電圧検出端子２２の電圧Ｖｉｎと、電源電圧Ｖｃｃとが一致する。その後は、容量素子１４が整流素子１３を介して充電されるため、電圧検出端子２２の電圧Ｖｉｎが、電源電圧Ｖｃｃの上昇に追随して上昇する（図４Ｂ）。時刻ｔ４において、電圧Ｖｉｎが第１閾値Ｖ１に到達すると、時刻ｔ１以降の電圧変化と同様の電圧変化が繰り返される。
【００３９】
出力切替回路１５が有効状態になっている期間の長さ、すなわち時刻ｔ１からｔ２までの時間は、容量素子１４及び入力インピーダンス１８（図５）で定まる時定数、第１閾値Ｖ１、及び第２閾値Ｖ２に依存する。時刻ｔ２の時点で、電源電圧Ｖｃｃが定格電圧Ｖｒ（図３）まで低下しないように、有効状態の時間が設定されている。このような設定とすることにより、出力切替回路１５の出力電圧Ｖｄｄを、定格電圧Ｖｒに維持することができる（図４Ｃ）。
【００４０】
第２の発電装置１Ｂ（図１）の動作も、第１の発電装置１Ａの動作と同様である。第１の発電装置１Ａのエネルギ変換装置１０と、第２の発電装置１Ｂのエネルギ変換装置１０とでは、入射する光の強度が同一のときの発電量が同一である必要はない。発電量は、時刻ｔ２からｔ４までの充電時間に影響を及ぼす。発電量が多くなると、時刻ｔ２からｔ４までの充電時間が短くなる。
【００４１】
実施例１においては、２つのエネルギ変換装置１０に入射する光の条件が同一のときに、第２の発電装置１Ｂのエネルギ変換装置１０の発電量が、第１の発電装置１Ａのエネルギ変換装置１０の発電量よりも多い。例えば、第２の発電装置１Ｂのエネルギ変換装置１
０の受光面が、第１の発電装置１Ａのエネルギ変換装置１０の受光面より広い。このため、第２の発電装置１Ｂにおいて有効状態と無効状態とが切り替わる頻度が、第１の発電装置１Ａにおいて有効状態と無効状態とが切り替わる頻度より高い。
【００４２】
図１に戻って、処理装置４０の構成及び動作について説明する。処理装置４０は、第１の発電装置１Ａに対応する第１の送信部４１Ａ、及び第２の発電装置１Ｂに対応する第２の送信部４１Ｂを含む。第１の送信部４１Ａと第２の送信部４１Ｂとは、同一の構成を有する。
【００４３】
以下、第１の送信部４１Ａについて説明する。第１の送信部４１Ａは、中央処理ユニット（ＣＰＵ）４２、高周波回路４３、及びアンテナ４４を含む。第１の発電装置１Ａの出力端子２３から出力された電力が、ＣＰＵ４２及び高周波回路４３に供給される。電力の供給によりＣＰＵ４２が起動されると、ＣＰＵ４２は高周波回路４３を制御することにより、第１の発電装置１Ａから電力が出力されたことを通知するための検知信号を送信する。この検知信号は、アンテナ４４から放射される。このように、第１の送信部４１Ａは、図４Ｃに示した第１の発電装置１Ａからの出力電圧Ｖｄｄの立ち上がりに同期して、検知信号を送信する。
【００４４】
第２の送信部４１Ｂは、第２の発電装置１Ｂからの出力電圧Ｖｄｄの立ち上がりに同期して、検知信号を送信する。処理装置４０から送信された検知信号が、受信装置５０で受信される。第１の送信部４１Ａから送信される検知信号、及び第２の送信部４１Ｂから送信される検知信号には、第１の送信部４１Ａ及び第２の送信部４１Ｂのどちらから送信された信号であるかを識別するための符号が含まれている。受信装置５０は、受信した信号を解読することにより、第１の送信部４１Ａ及び第２の送信部４１Ｂのどちらから送信された信号であるかを識別することができる。
【００４５】
図６に、実施例１による物体検知装置の使用例を示す。保持台６０の上面に、第２の発電装置１Ｂのエネルギ変換装置１０Ｂが配置されている。保持台６０の上方に光源６１が準備されており、エネルギ変換装置１０Ｂに、光源６１からの光が入射する。保持台６０の上に物体６２が載せられると、光源６１からの光が遮られるため、第２の発電装置１Ｂのエネルギ変換装置１０Ｂに光が入射しなくなる。第１の発電装置１Ａのエネルギ変換装置１０Ａは、保持台６０の近傍に配置されている。第１の発電装置１Ａのエネルギ変換装置１０Ａには、物体の有無に係わらず、光源６１からの光が入射する。光源６１から放射される光エネルギが、エネルギ変換装置１０Ａ、１０Ｂで変換すべき対象の環境エネルギに相当する。
【００４６】
このように、第２の発電装置１Ｂのエネルギ変換装置１０Ｂは、検知すべき物体の有無によって、環境エネルギからの収穫量が変動する位置に配置されている。第１の発電装置１Ａのエネルギ変換装置１０Ａは、検知すべき物体の有無によって環境エネルギからの収穫量が変動しない位置に配置されている。
【００４７】
図７に、図６の光源６１の点灯状態、検知すべき物体６２の有無、第１の送信部４１Ａから送信される検知信号、及び第２の送信部４１Ｂから送信される検知信号のタイミングチャートを示す。光源６１が点灯している期間、物体６２の有無に無関係に、第１の送信部４１Ａから、一定の周期で検知信号が送信される。
【００４８】
光源６１が点灯しており、物体６２が保持台６０に載せられていない期間は、第２の送信部４１Ｂから一定の周期で、検知信号が送信される。第２の発電装置１Ｂのエネルギ変換装置１０Ｂの発電量が、第１の発電装置１Ａのエネルギ変換装置１０Ａの発電量より多いため、第２の送信部４１Ｂから送信される検知信号の周期が、第１の送信部４１Ａから
送信される検知信号の周期より短い。
【００４９】
光源６１が点灯しており、物体６２が保持台６０に載せられている期間は、第２の発電装置１Ｂのエネルギ変換装置１０Ｂに光が入射しないため、第２の送信部４１Ｂからは検知信号が送信されない。第２の送信部４１Ｂから送信される検知信号の周期が、第１の送信部４１Ａから送信される検知信号の周期より短いため、物体の有無を、より迅速に検知することができる。
【００５０】
光源６１が消灯している期間は、第１の送信部４１Ａ及び第２の送信部４１Ｂのいずれからも、検知信号が送信されない。
【００５１】
受信装置５０（図１）が、第１の送信部４１Ａ及び第２の送信部４１Ｂから送信された検知信号を受信する。受信装置５０は、これらの検知信号の検出結果に基づいて、物体６２の有無を判定することができる。第１の送信部４１Ａ及び第２の送信部４１Ｂの両方からの検知信号を受信している期間は、物体６２が保持台６０に載せられていると判定される。第１の送信部４１Ａからの検知信号を受信しているが、第２の送信部４１Ｂからの検知信号は受信していない期間は、物体６２が保持台６０に載せられていないと判定される。第１の送信部４１Ａ及び第２の送信部４１Ｂのいずれからの検知信号も受信していない期間は、光源６１が消灯状態であると判定される。
【００５２】
実施例１による第１の発電装置１Ａ及び第２の発電装置１Ｂにおいては、出力切替回路１５が無効状態の期間に、エネルギ変換装置１０で発電された電力によって蓄電素子１１が充電される。出力切替回路１５が有効状態の期間に、蓄電素子１１が放電され、処理装置４０に電力が供給される。処理装置４０では、１周期分の検知信号を送信するために必要な電力量のみが消費される。１周期分の検知信号の送信に必要となる電力量は僅かであるため、周囲の環境から収穫されるエネルギが微小であっても、処理装置４０に、必要とされる電力を供給することが可能になる。
【００５３】
また、実施例１においては、第１の発電装置１Ａのエネルギ変換装置１０Ａ及び第２の発電装置１Ｂのエネルギ変換装置１０Ｂの一方が発電専用で、他方が照度センサ専用であるというような区別がない。第１の発電装置１Ａ及び第２の発電装置１Ｂの両方で発電された電力が、処理装置４０を動作させるために利用される。このため、微小な環境エネルギを有効に利用することができる。
【００５４】
出力切替回路１５が無効状態から有効状態に切り替わる時までに蓄電素子１１に蓄電される電力量を調整することにより、処理装置４０への電力供給可能時間を調整することができる。蓄電素子１１に蓄電される電力量は、蓄電素子１１の静電容量、及び電圧検出回路１６の第１閾値Ｖ１の値により調整することができる。
【００５５】
実施例１では、処理装置４０と受信装置５０との間の通信方式として、無線通信方式が採用されている。このため、受信装置５０を、処理装置４０から離れた場所に配置することができる。処理装置４０の動作に必要な電力は、第１の発電装置１Ａ及び第２の発電装置１Ｂからの電力で賄われる。このため、処理装置４０は、商用電源等の外部電源に接続することが困難な場所への設置に適している。
【００５６】
これに対し、受信装置５０は、処理装置４０から離して、商用電源等の外部電源に接続容易な場所に設置することが可能である。このため、受信装置５０として、環境エネルギによる微小な電力のみでは動作しないような消費電力の大きな装置を採用することが可能になる。従って、受信装置５０で物体の有無を判定するための複雑なアルゴリズムを実行することや、物体の有無の判定結果の履歴を残しておくことが可能になる。
【００５７】
図８に、実施例１による物体検知装置の他の使用例を示す。美術館の展示室の壁面に絵画６５が展示されている。絵画６５の上方に、第１の発電装置１Ａのエネルギ変換装置１０Ａが取り付けられており、下方に、第２の発電装置１Ｂのエネルギ変換装置１０Ｂが取り付けられている。絵画６５を鑑賞している人物６６の後方に、光源６７が配置されている。
【００５８】
絵画６５の鑑賞者の有無に係わらず、光源６７から放射された光が第１の発電装置１Ａのエネルギ変換装置１０Ａに入射する。人物６６が絵画６５の前に立って絵画６５を鑑賞しているときは、光源６７から第２の発電装置１Ｂのエネルギ変換装置１０Ｂに向かう光が人物６６によって遮られる。このため、図６に示した物体６２の有無の判定と同様に、絵画６５の前に人物６６が立っているか否かを判定することができる。
【００５９】
絵画６５の前に人物６６が立っている時間の長さは、その絵画６５の人気度を測るための１つの指標として利用することができる。複数の絵画に対応させて物体検出装置のエネルギ変換装置１０Ａ、１０Ｂを配置しておくことにより、絵画ごとに、人気度の指標を収集することができる。
【００６０】
［実施例２］
図９に、実施例２による物体検知装置のブロック図を示す。以下、図１に示した実施例１による物体検知装置との相違点について説明し、同一の構成については説明を省略する。
【００６１】
図１に示した実施例１では、第１の発電装置１Ａ及び第２の発電装置１Ｂに、それぞれ第１の送信部４１Ａ及び第２の送信部４１Ｂが対応していた。図９に示した実施例２では、第１の発電装置１Ａ及び第２の発電装置１Ｂに、１つの送信部４１が対応している。送信部４１は、ＣＰＵ４２、高周波回路４３、及びアンテナ４４を含む。処理装置４０が、１つの送信部４１と判定回路４５とを含む。
【００６２】
第１の発電装置１Ａの出力端子２３及び第２の発電装置１Ｂの出力端子２３が、共に、ＣＰＵ４２、高周波回路４３、及び判定回路４５に接続されている。判定回路４５は、第１の発電装置１Ａ及び第２の発電装置１Ｂのどちらから出力電圧Ｖｄｄが出力されているかを判定する。判定回路４５による判定結果がＣＰＵ４２に入力される。
【００６３】
ＣＰＵ４２は、第１の発電装置１Ａ及び第２の発電装置１Ｂのいずれかから電力が供給されることにより、起動される。ＣＰＵ４２は、判定回路４５による判定結果に基づき、高周波回路４３を制御することにより、検知信号を送信する。第１の発電装置１Ａから出力電圧Ｖｄｄが出されている場合には、第１の発電装置１Ａが有効状態になっていることを示す検知信号が送信される。第２の発電装置１Ｂから出力電圧Ｖｄｄが出されている場合には、第２の発電装置１Ｂが有効状態になっていることを示す検知信号が送信される。第１の発電装置１Ａ及び第２の発電装置１Ｂの両方から出力電圧Ｖｄｄが出力されている場合には、出力電圧Ｖｄｄの立ち上がりの早い方が優先される。
【００６４】
実施例２では、１つの送信部４１が、第１の発電装置１Ａ及び第２の発電装置１Ｂで共用されるため、処理装置４０の部品点数を削減することができる。
【００６５】
［実施例３］
次に、図１０〜図１２を参照して、実施例３による物体検知装置について説明する。以下、図１〜図８を参照して説明した実施例１との相違点について説明し、同一の構成については説明を省略する。
【００６６】
図１０に、実施例３による物体検知装置のブロック図を示す。実施例３においては、第２の発電装置１Ｂが２つのエネルギ変換装置１０Ｂａ、１０Ｂｂを含む。２つのエネルギ変換装置１０Ｂａと１０Ｂｂとは、相互に並列に接続されている。第１の発電装置１Ａは、１つのエネルギ変換装置１０Ａを含む。
【００６７】
図１１に、実施例３による物体検知装置の使用例を示す。以下、図６に示した使用例との相違点について説明する。保持台６０の上面に、第２の発電装置１Ｂの一方のエネルギ変換装置１０Ｂａが配置されている。他方のエネルギ変換装置１０Ｂｂは、第１の発電装置１Ａのエネルギ変換装置１０Ａの近傍に配置されている。一方のエネルギ変換装置１０Ｂａは、検出すべき物体６２の有無によって、環境エネルギの収穫量が変動する位置に配置されている。他方のエネルギ変換装置１０Ｂｂは、第１の発電装置１Ａのエネルギ変換装置１０Ａの近傍に配置されているため、エネルギ変換装置１０Ｂｂによる環境エネルギの収穫量は、検知すべき物体の有無に依存せず、第１の発電装置１Ａのエネルギ変換装置１０Ａによる環境エネルギの収穫量と同じ変動を示す。
【００６８】
図１２に、図１１の光源６１の点灯状態、検知すべき物体６２の有無、第１の送信部４１Ａから送信される検知信号、及び第２の送信部４１Ｂから送信される検知信号のタイミングチャートを示す。光源６１が点灯している期間、物体６２の有無に無関係に、第１の送信部４１Ａから、一定の周期で検知信号が送信される。
【００６９】
光源６１が点灯しており、物体６２が保持台６０に載せられていない期間は、第２の発電装置１Ｂの２つのエネルギ変換装置１０Ｂａ、１０Ｂｂの両方で発電が行われる。このため、第２の送信部４１Ｂから、一定の周期で検知信号が送信される。第２の発電装置１Ｂのエネルギ変換装置１０Ｂの発電量が、第１の発電装置１Ａのエネルギ変換装置１０Ａの発電量より多いため、第２の送信部４１Ｂから送信される検知信号の周期が、第１の送信部４１Ａから送信される検知信号の周期より短い。
【００７０】
光源６１が点灯しており、物体６２が保持台６０に載せられている期間は、第２の発電装置１Ｂの一方のエネルギ変換装置１０Ｂａに光が入射しない。このため、他方のエネルギ変換装置１０Ｂｂのみで発電が行われる。第２の発電装置１Ｂでの発電量が少なくなるため、第２の送信部４１Ｂから送信される検知信号の周期が長くなる。
【００７１】
光源６１が消灯している期間は、第１の送信部４１Ａ及び第２の送信部４１Ｂのいずれからも、検知信号が送信されない。
【００７２】
第２の送信部４１Ｂからの検知信号の送信周期に基づいて、物体６２が保持台６０に載せられているか否かを判定することができる。実施例１では、図７に示したように、物体６２が保持台６０に載せられているとき、第２の送信部４１Ｂからの検知信号が送信されない。このため、第２の発電装置１Ｂや第２の送信部４１Ｂが故障して検知信号を送信できないとき、物体６２が保持台６０に載せられていない場合でも、物体が保持台６０に載せられていると誤判定される可能性がある。実施例３では、物体６２が保持台６０に載せられているときにも、第２の送信部４１Ｂから検知信号が送信されるため、このような誤判定の発生を防止することができる。
【００７３】
物体６２が保持台６０に載せられているときに、第１の送信部４１Ａからの検知信号と、第２の送信部４１Ｂからの検知信号とが、時間軸上で重ならないようにするために、両者の送信周期を異ならせることが好ましい。例えば、第１の発電装置１Ａのエネルギ変換装置１０Ａの発電量と、その近傍に配置される第２の発電装置１Ｂのエネルギ変換装置１０Ｂｂの発電量とを異ならせることが好ましい。
【００７４】
［実施例４］
図１３に、実施例４による物体検知装置の利用例を示す。以下、実施例１との相違点について説明し、同一の構成については説明を省略する。実施例１では、環境エネルギとして光源６１（図６）からの光エネルギを利用したが、実施例４では、光源６１に代えて無線送信器６４から放射される電磁波のエネルギが利用される。第１の発電装置１Ａのエネルギ変換装置１０Ａ及び第２の発電装置１Ｂのエネルギ変換装置１０Ｂとして、太陽電池に代えて受信アンテナと整流回路が用いられる。無線送信器６４から放射された電磁波を受信アンテナで受信し、整流回路で整流することにより、電磁波のエネルギを電気エネルギに変換することができる。
【００７５】
電磁波を遮蔽する材料、例えば金属を含む物体６２が保持台６０に載せられると、第２の発電装置１Ｂのエネルギ変換装置１０Ｂに向かう電磁波が物体６２で遮蔽される。これにより、実施例１の場合と同様に、物体６２の有無を検知することができる。
【００７６】
以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。
【符号の説明】
【００７７】
１Ａ  第１の発電装置
１Ｂ  第２の発電装置
１０、１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｂａ、１０Ｂｂ  エネルギ変換装置
１１  蓄電素子
１２  電圧発生回路
１３  整流素子
１４  容量素子
１５  出力切替回路
１６  電圧検出回路
１７  降圧コンバータ
１８  入力インピーダンス
２０  電源線
２１  入力端子
２２  電圧検出端子
２３  出力端子
３０  電圧分圧回路
３１  基準電圧源
３２  ヒステリシスコンパレータ
３３  出力ドライブトランジスタ
４０  処理装置
４１  送信部
４１Ａ  第１の送信部
４１Ｂ  第２の送信部
４２  中央処理ユニット（ＣＰＵ）
４３  高周波回路
４４  アンテナ
４５  判定回路
５０  受信装置
６０  保持台
６１  光源
６２  物体
６４  無線送信器
６５  絵画
６６  人物
６７  光源
ＥＮ  イネーブル端子
Ｖ１  第１閾値
Ｖ２  第２閾値
Ｖｃｃ  電源電圧
Ｖｄｄ  出力電圧
Ｖｉｎ  電圧
Ｖｏｕｔ  制御電圧
Ｖｒ  定格電圧
Ｖｔｈ  判定閾値
【図１】
2015169646.tif 000003
【図２】
2015169646.tif 000004
【図３】
2015169646.tif 000005
【図４】
2015169646.tif 000006
【図５】
2015169646.tif 000007
【図６】
2015169646.tif 000008
【図７】
2015169646.tif 000009
【図８】
2015169646.tif 000010
【図９】
2015169646.tif 000011
【図１０】
2015169646.tif 000012
【図１１】
2015169646.tif 000013
【図１２】
2015169646.tif 000014
【図１３】
2015169646.tif 000015