(57)【要約】【課題】本発明は、電源投入から安定動作が可能となるまでの時間を短縮することができる増幅回路及びそれを用いた熱検知装置を提供することを目的とする。【解決手段】センサから供給される信号を増幅する第１増幅器３１，Ｒ２１〜Ｒ２４，Ｃ２１，Ｃ２２と、第１増幅器からコンデンサＣ２３を介して供給される信号を増幅する第２増幅器３２，Ｒ２５，Ｒ２６，Ｃ２４とを有する増幅回路において、第２増幅器に供給される信号レベルを制限するレベル制限回路３５を有する。【選択図】図１
2008301216.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
センサから供給される信号を増幅する第１増幅器と、前記第１増幅器からコンデンサを介して供給される信号を増幅する第２増幅器とを有する増幅回路において、
前記第２増幅器に供給される信号レベルを制限するレベル制限回路を
有することを特徴とする増幅回路。
【請求項２】
請求項１記載の増幅回路において、
前記レベル制限回路は、前記第２増幅器に接続された前記コンデンサの一端と前記第２増幅器に基準電圧を供給する端子との間にダイオードを接続して構成された
ことを特徴とする増幅回路。
【請求項３】
請求項２記載の増幅回路において、
前記レベル制限回路は、前記コンデンサの一端から前記基準電圧を供給する端子に向けて逆方向となる第１のダイオードと、
前記コンデンサの一端から前記基準電圧を供給する端子に向けて順方向となる第２のダイオードと
を有することを特徴とする増幅回路。
【請求項４】
請求項３記載の増幅回路において、
前記コンデンサの一端と前記レベル制限回路との間にインピーダンス成分を設けた
ことを特徴とする増幅回路。
【請求項５】
請求項３又は４記載の増幅回路において、
前記第１及び第２のダイオードは、ショットキーダイオードである
ことを特徴とする増幅回路。
【請求項６】
焦電センサと、
前記焦電センサの出力信号を増幅する請求項３記載の増幅回路と、
前記増幅回路の出力信号を閾値と比較して熱検知信号を出力する比較回路と
を有することを特徴とする熱検知装置。
【請求項７】
焦電センサと、
前記焦電センサの出力信号を増幅する請求項４記載の増幅回路と、
前記増幅回路の出力信号を閾値と比較して熱検知信号を出力する比較回路と
を有することを特徴とする熱検知装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、増幅回路及びそれを用いた熱検知装置に関し、センサから供給される信号を第１増幅器で増幅し、コンデンサを介して第２増幅器に供給して更に増幅する増幅回路及びそれを用いた熱検知装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、焦電素子を用いて例えば人の侵入検知を行う熱検知装置が知られている。このような熱検知装置では焦電素子の出力信号を増幅するために図５に示す増幅回路が用いられている。
【０００３】
図５において、焦電素子の出力信号が供給される端子１０は抵抗Ｒ１を介して接地されると共に、抵抗Ｒ２を介して演算増幅器１１の非反転入力端子に接続されている。演算増幅器１１の反転入力端子は直列接続された抵抗Ｒ３とコンデンサＣ１を介して接地されると共に、並列接続された抵抗Ｒ４及びコンデンサＣ２を介して演算増幅器１１の出力端子に接続されて非反転増幅回路を構成している。
【０００４】
また、直列接続された抵抗Ｒ３とコンデンサＣ１は高域通過フィルタを構成し、並列接続された抵抗Ｒ４及びコンデンサＣ２は低域通過フィルタを構成している。
【０００５】
演算増幅器１１の出力端子は直列接続されたコンデンサＣ３と抵抗Ｒ５を介して演算増幅器１２の反転入力端子に接続されている。演算増幅器１２の非反転入力端子には基準電圧Ｖｒｅｆが印加されている。
【０００６】
演算増幅器１２の反転入力端子は並列接続された抵抗Ｒ６及びコンデンサＣ４を介して演算増幅器１２の出力端子に接続されて反転増幅回路を構成している。また、直列接続されたコンデンサＣ３と抵抗Ｒ５は高域通過フィルタを構成し、並列接続された抵抗Ｒ６及びコンデンサＣ４は低域通過フィルタを構成している。演算増幅器１２の出力端子は信号を出力する端子１３に接続されている。
【０００７】
なお、特許文献１には、直流阻止コンデンサの両端をダイオードにて双方向にバイパスすることで、電源投入時に急速に安定状態に移行するＡＣ／ＤＣ分離型電力増幅回路が記載されている。
【特許文献１】特開平５−２１８７５１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
侵入検知を行う熱検知装置では、焦電素子が出力する信号の周波数は０．１〜１０Ｈｚ程度である。このため、フィルタを構成するコンデンサＣ１〜Ｃ４の容量が大きく、電源投入時の回路の安定に要する時間が長くなる。
【０００９】
図６に、電源投入時における図５の各部の信号波形図を示す。コンデンサＣ１と抵抗Ｒ３の接続点ａの電圧Ｖａは、図６（Ａ）に示すように、時刻ｔ０の電源投入から徐々に上昇し、電圧Ｖａが端子１０の電圧Ｖｘとなった時刻ｔ１で安定化する。
【００１０】
演算増幅器１１の出力端子である点ｂの電圧Ｖｂは、図６（Ｂ）に示すように、時刻ｔ０ではＶａ>>Ｖｘであるためダイナミックレンジの最大電圧（例えば電源電圧）となって飽和し、時刻ｔ１でＶａ＝Ｖｘとなると急激に降下する。
【００１１】
コンデンサＣ３と抵抗Ｒ５の接続点ｃの電圧Ｖｃは、図６（Ｃ）に示すように、時刻ｔ０で電圧Ｖｂと共に最大電圧まで上昇し、その後コンデンサＣ３の放電が開始するので徐々に降下し、時刻ｔ１で電圧Ｖｂと共にダイナミックレンジの最小電圧（例えば接地電圧）まで降下し、その後コンデンサＣ３の充電が開始するので徐々に上昇し、Ｖｃ＝Ｖｒｅｆとなった時刻ｔ２で安定する。
【００１２】
出力端子１３である点ｄの電圧Ｖｄは、図６（Ｄ）に示すように、時刻ｔ０で電圧Ｖｃ>>Ｖｒｅｆであるため最小電圧まで降下し、時刻ｔ１で電圧Ｖｃの降下でＶｃ<<Ｖｒｅｆとなるために最大電圧まで上昇し、Ｖｃ＝Ｖｒｅｆとなった時刻ｔ２からコンデンサＣ４の放電により徐々に降下して時刻ｔ３で安定する。
【００１３】
上記の電源投入の時刻ｔ０から出力端子１３の電圧Ｖｄが安定する時刻ｔ３までの時間は数十秒を要し、電源投入から安定動作が可能となるまでの時間が長いという問題があった。
【００１４】
また、この電源投入から安定動作が可能となるまでの時間を短縮するためにコンデンサＣ１〜Ｃ４の容量を小さくすることは、フィルタが通過させる信号の周波数が０．１〜１０Ｈｚであることから困難である。
【００１５】
本発明は、上記の点に鑑みなされたもので、電源投入から安定動作が可能となるまでの時間を短縮することができる増幅回路及びそれを用いた熱検知装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明の一実施態様による増幅回路は、センサから供給される信号を増幅する第１増幅器（３１，Ｒ２１〜Ｒ２４，Ｃ２１，Ｃ２２）と、前記第１増幅器（３１，Ｒ２１〜Ｒ２４，Ｃ２１，Ｃ２２）からコンデンサ（Ｃ２３）を介して供給される信号を増幅する第２増幅器（３２，Ｒ２５，Ｒ２６，Ｃ２４）とを有する増幅回路において、
前記第２増幅器（３２，Ｒ２５，Ｒ２６，Ｃ２４）に供給される信号レベルを制限するレベル制限回路（３５）を有することにより、電源投入から安定動作が可能となるまでの時間を短縮することができる。
【００１７】
前記増幅回路において、
前記レベル制限回路（３５）は、前記第２増幅器（３２，Ｒ２５，Ｒ２６，Ｃ２４）に接続された前記コンデンサ（Ｃ２３）の一端と前記第２増幅器（３２，Ｒ２５，Ｒ２６，Ｃ２４）に基準電圧を供給する端子（３３）との間にダイオードを接続して構成することができる。
【００１８】
前記増幅回路において、
前記レベル制限回路（３５）は、前記コンデンサ（Ｃ２３）の一端から前記基準電圧を供給する端子（３３）に向けて逆方向となる第１のダイオード（Ｄ１）と、
前記コンデンサ（Ｃ２３）の一端から前記基準電圧を供給する端子（３３）に向けて順方向となる第２のダイオード（Ｄ２）とを有する構成とすることができる。
【００１９】
前記増幅回路において、
前記コンデンサ（Ｃ２３）の一端と前記レベル制限回路（Ｄ１，Ｄ２）との間にインピーダンス成分（Ｒ３０）を設けた構成とすることができる。
【００２０】
前記増幅回路において、
前記第１及び第２のダイオード（Ｄ１，Ｄ２）は、ショットキーダイオードで構成することができる。
【００２１】
本発明の一実施態様による熱検知装置は、焦電センサ（２０）と、
前記焦電センサの出力信号を増幅する請求項３記載の増幅回路（４０）と、
前記増幅回路の出力信号を閾値と比較して熱検知信号を出力する比較回路（４１）とを有することにより、電源投入から安定動作が可能となるまでの時間を短縮することができる。
【００２２】
また、本発明の他の一実施態様による熱検知装置は、焦電センサ（２０）と、
前記焦電センサの出力信号を増幅する請求項４記載の増幅回路（４０）と、
前記増幅回路の出力信号を閾値と比較して熱検知信号を出力する比較回路（４１）とを有することにより、電源投入から安定動作が可能となるまでの時間を短縮することができる。
【００２３】
なお、上記括弧内の参照符号は、理解を容易にするために付したものであり、一例にすぎず、図示の態様に限定されるものではない。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、電源投入から安定動作が可能となるまでの時間を短縮することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
<増幅回路>
図１は、本発明の増幅回路と焦電センサの一実施形態の回路構成図を示す。同図中、焦電センサ２０は焦電素子２１とソースフォロア構成のＦＥＴ（電界効果トランジスタ）２２から構成されている。焦電素子２１は一端を接地されると共に他端をＦＥＴ２２のゲートに接続されている。ＦＥＴ２２のゲートは抵抗Ｒ１１を介して接地され、ＦＥＴ２２のドレインは電源Ｖｄｄに接続され、ＦＥＴ２２のソースは抵抗Ｒ１２を介して端子３０に接続されている。
【００２６】
端子３０は抵抗Ｒ２１を介して接地されると共に、抵抗Ｒ２２を介して演算増幅器３１の非反転入力端子に接続されている。演算増幅器３１の反転入力端子は直列接続された抵抗Ｒ２３とコンデンサＣ２１を介して接地されると共に、並列接続された抵抗Ｒ２４及びコンデンサＣ２２を介して演算増幅器３１の出力端子に接続されて非反転増幅回路を構成している。
【００２７】
また、直列接続された抵抗Ｒ２３とコンデンサＣ２１は高域通過フィルタを構成し、並列接続された抵抗Ｒ２４及びコンデンサＣ２２は低域通過フィルタを構成している。
【００２８】
演算増幅器３１の出力端子は直列接続されたコンデンサＣ２３と抵抗Ｒ２５を介して演算増幅器３２の反転入力端子に接続されている。
【００２９】
演算増幅器３２の非反転入力端子には端子３３から基準電圧Ｖｒｅｆが印加されている。演算増幅器３２の反転入力端子は並列接続された抵抗Ｒ２６及びコンデンサＣ２４を介して演算増幅器３２の出力端子に接続されて反転増幅回路を構成している。
【００３０】
また、直列接続されたコンデンサＣ２３と抵抗Ｒ２５は高域通過フィルタを構成し、並列接続された抵抗Ｒ２６及びコンデンサＣ２４は低域通過フィルタを構成している。演算増幅器３２の出力端子は信号を出力する端子３４に接続されている。
【００３１】
コンデンサＣ２３と抵抗Ｒ２５の接続点ｃにはレベル制限回路３５を構成するダイオードＤ１のカソード及びダイオードＤ２のアノードが接続されている。ダイオードＤ１のアノード及びダイオードＤ２のカソードは端子３３に接続されて基準電圧Ｖｒｅｆが印加されている。
【００３２】
ここで、ダイオードＤ１，Ｄ２の順方向降下電圧をＶｆとすると、接続点ｃの電圧Ｖｃは、（１）式に示すように制限される。
【００３３】
Ｖｒｅｆ−Ｖｆ<Ｖｃ<Ｖｒｅｆ＋Ｖｆ            …（１）
つまり、電源投入時に、図６（Ｃ）に示す電圧Ｖｃは、時刻ｔ０でＶｒｅｆ＋Ｖｆに制限され、時刻ｔ１でＶｒｅｆ−Ｖｆに制限される。これによって、電圧Ｖｃは図６（Ｃ）に破線で示すように変化し、また、電圧Ｖｄは図６（Ｄ）に破線で示すように変化し、このため、電源投入（時刻ｔ０に相当）から安定動作が可能となる（時刻ｔ３に相当）までの時間を従来の数分の一まで短縮することができる。
【００３４】
ところで、安定動作を開始した後であっても、大きな温度変化により焦電センサ２０の出力信号レベルが大きくなった場合には、電源投入時と同様に電圧Ｖｃが最大電圧まで上昇、又は、最小電圧まで降下する場合がある。このような場合にも、電圧Ｖｃが（１）式で表される範囲に制限されるため、安定動作に戻るまでの時間を従来の数分の一まで短縮することができる。
【００３５】
なお、ダイオードＤ１，Ｄ２としてｐｎ接合ダイオードを用いた場合の順方向降下電圧Ｖｆは０．７Ｖ程度であるが、ショットキーダイオードを用いた場合には順方向降下電圧Ｖｆを０．３Ｖ程度にすることができ、更に電源投入から安定動作が可能となるまでの時間を短縮することができる。
【００３６】
ところで、ダイオードＤ１，Ｄ２のいずれか一方を使用した場合にも電源投入から安定動作が可能となるまでの時間を上記実施形態ほどではないものの多少短縮することができるので、ダイオードＤ１，Ｄ２のいずれか一方だけを使用しても良い。
【００３７】
<増幅回路の変形例>
図２は、本発明の増幅回路と焦電センサの一実施形態の変形例の回路構成図を示す。同図中、図１と同一部分には同一符号を付す。
【００３８】
図２において、焦電センサ２０は焦電素子２１とソースフォロア構成のＦＥＴ（電界効果トランジスタ）２２から構成されている。焦電素子２１は一端を接地されると共に他端をＦＥＴ２２のゲートに接続されている。ＦＥＴ２２のゲートは抵抗Ｒ１１を介して接地され、ＦＥＴ２２のドレインは電源Ｖｄｄに接続され、ＦＥＴ２２のソースは抵抗Ｒ１２を介して端子３０に接続されている。
【００３９】
端子３０は抵抗Ｒ２１を介して接地されると共に、抵抗Ｒ２２を介して演算増幅器３１の非反転入力端子に接続されている。演算増幅器３１の反転入力端子は直列接続された抵抗Ｒ２３とコンデンサＣ２１を介して接地されると共に、並列接続された抵抗Ｒ２４及びコンデンサＣ２２を介して演算増幅器３１の出力端子に接続されて非反転増幅回路を構成している。
【００４０】
また、直列接続された抵抗Ｒ２３とコンデンサＣ２１は高域通過フィルタを構成し、並列接続された抵抗Ｒ２４及びコンデンサＣ２２は低域通過フィルタを構成している。
【００４１】
演算増幅器３１の出力端子は直列接続されたコンデンサＣ２３と抵抗Ｒ２５を介して演算増幅器３２の反転入力端子に接続されている。
【００４２】
演算増幅器３２の非反転入力端子には端子３３から基準電圧Ｖｒｅｆが印加されている。演算増幅器３２の反転入力端子は並列接続された抵抗Ｒ２６及びコンデンサＣ２４を介して演算増幅器３２の出力端子に接続されて反転増幅回路を構成している。
【００４３】
また、直列接続されたコンデンサＣ２３と抵抗Ｒ２５は高域通過フィルタを構成し、並列接続された抵抗Ｒ２６及びコンデンサＣ２４は低域通過フィルタを構成している。演算増幅器３２の出力端子は信号を出力する端子３４に接続されている。
【００４４】
コンデンサＣ２３と抵抗Ｒ２５の接続点ｃにはレベル制限回路３５を構成するインピーダンス成分Ｒ３０の一端が接続され、インピーダンス成分Ｒ３０の他端にダイオードＤ１のカソード及びダイオードＤ２のアノードが接続されている。ダイオードＤ１のアノード及びダイオードＤ２のカソードは端子３３に接続されて基準電圧Ｖｒｅｆが印加されている。
【００４５】
演算増幅器３２の入力インピーダンスは、演算増幅器３２がバイポーラトランジスタ構成の場合には低く、演算増幅器３２がＣＭＯＳ構成の場合には高くなる。演算増幅器３２の入力インピーダンスがダイオードＤ１，Ｄ２のインピーダンスより高い場合、信号成分がダイオードＤ１，Ｄ２を通して基準電圧Ｖｒｅｆ側に流れ出してロスするおそれがあるが、インピーダンス成分Ｒ３０を設けることで上記のおそれを回避することができる。
【００４６】
<増幅回路を用いた熱検知装置>
図３は、本発明の増幅回路を用いた熱検知装置の一実施形態のブロック図を示す。同図中、焦電センサ２０と増幅回路４０は、図１又は図２に示すものである。焦電センサ２０は例えば侵入した人や動物が移動することによる熱変化を検知して出力信号のレベルを変化させる。この焦電センサ２０の出力信号は増幅回路４０で増幅されて比較回路４１に供給される。
【００４７】
比較回路４１はウインドコンパレータであり、増幅回路４０の出力する図４（Ａ）に示すような信号を第１閾値及び第２閾値と比較して、信号レベルが第１閾値を超えたとき、及び信号レベルが第２閾値未満のときローレベルとなる図４（Ｂ）に示すような矩形波に整形し、侵入検知信号（熱検知信号）として端子４１から出力する。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の増幅回路と焦電センサの一実施形態の回路構成図である。
【図２】本発明の増幅回路と焦電センサの一実施形態の変形例の回路構成図である。
【図３】本発明の増幅回路を用いた熱検知装置の一実施形態のブロック図である。
【図４】熱検知装置の動作を説明するための波形図である。
【図５】従来の増幅回路の一例の回路構成図である。
【図６】図５の各部の信号波形図である。
【符号の説明】
【００４９】
２０  焦電センサ
２１  焦電素子
２２  ＦＥＴ
３０，３３，３４  端子
３１，３２  演算増幅器
３５  レベル制限回路
４０  増幅回路
４１  比較回路
Ｃ２１〜Ｃ２４  コンデンサ
Ｄ１，Ｄ２  ダイオード
Ｒ１１〜Ｒ３０  抵抗
【図１】
2008301216.tif 000003
【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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