(57)【要約】【課題】  温度の変化による出力信号にバラツキが生じなく、精密な直流出力特性が得られる、デジタル制御式焦電型検出信号サンプリング回路を提供する。【解決手段】  トリガ信号生成ユニット１０とクリスタル発振器１１とを組み込み、必要とするトリガ信号ＴＲと第１のサンプリング信号Ｓ1 と第２のサンプリング信号Ｓ2 を生成する。第１のサンプリング信号Ｓ1 に制御されて第１のサンプリング・ホールド回路４１から出力する第１のサンプリング出力信号ＶＳ1 と、第２のサンプリング信号Ｓ2 に制御されて第２のサンプリング・ホールド回路４２から出力する第２のサンプリング出力信号ＶＳ2 とから減算回路５０で差分信号を求め、出力電流電圧信号Ｖout を出力する。クリスタル発振器１１の特性は温度変化による影響が顕著でないので、精密な結果が得られ、かつ、単一の回路で一部の高価な電子部品を代替でき、コストが大幅に下がる。【選択図】  図１
2004205494.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
デジタル制御式焦電型検出信号サンプリング回路において、少なくとも、
固定周波数のトリガ信号、第１のサンプリング信号、第２のサンプリング信号を生成するトリガ信号生成ユニットと、
前記トリガ信号生成ユニットから生成されたトリガ信号に制御され、交流変化のビームを発射する光源モジュールと、
前記光源モジュールから発射されたビームを検出でき、変化に対応したアナログである焦電型出力交流電圧信号を出力する焦電型検出モジュールと、
前記トリガ信号生成ユニットから生成された第１のサンプリング信号に制御され、前記焦電型検出モジュールから出力されたアナログである焦電型出力交流電圧信号にピークサンプリングと保持（sample and hold ）処理プロセスを行うことにより、第１のサンプリング出力信号を生成する第１のサンプリング・ホールド回路と、
前記トリガ信号生成ユニットから生成された第２のサンプリング信号に制御され、前記焦電型検出モジュールから出力されたアナログである焦電型出力交流電圧信号にボトムサンプリングと保持処理プロセスを行うことにより、第２のサンプリング出力信号を生成する第２のサンプリング・ホールド回路と、
前記第１のサンプリング・ホールド回路から出力された第１のサンプリング出力信号と第２のサンプリング・ホールド回路から出力された第２のサンプリング出力信号とのピークの減算により、差分信号を求める減算回路と、を備えており、
前記減算回路から出力された差分信号をデジタル制御式焦電型検出信号サンプリング回路の出力直流電圧信号とすることを特徴とするデジタル制御式焦電型検出信号サンプリング回路。
【請求項２】
前記トリガ信号生成ユニットは、
発振信号を生成するクリスタル発振器と、
前記クリスタル発振器から生成された発振信号を受信することにより、必要とするトリガ信号、第１のサンプリング信号、第２のサンプリング信号を生成するマイクロプロセッサと、
を備えることを特徴とする、請求項１に記載のデジタル制御式焦電型検出信号サンプリング回路。
【請求項３】
前記焦電型検出モジュールは更に、出力される出力交流電圧信号を増幅するゲイン制御機能を備えることを特徴とする、請求項１に記載のデジタル制御式焦電型検出信号サンプリング回路。
【請求項４】
前記光源モジュールは赤外線式光源モジュールであることを特徴とする、請求項１に記載のデジタル制御式焦電型検出信号サンプリング回路。
【請求項５】
デジタル制御式焦電型検出信号サンプリング回路において、少なくとも、
発振信号を生成するクリスタル発振器と、
前記クリスタル発振器から生成された発振信号を受信することにより、必要とするトリガ信号、第１のサンプリング信号、第２のサンプリング信号を生成するマイクロプロセッサと、
前記マイクロプロセッサから生成されたトリガ信号に制御され、交流変化のビームを発射する光源モジュールと、
前記光源モジュールから発射されたビームを検出でき、変化に対応したアナログである焦電型出力交流電圧信号を出力する焦電型検出モジュールと、
前記マイクロプロセッサから生成された第１のサンプリング信号に制御され、前記焦電型検出モジュールから出力されたアナログである焦電型出力交流電圧信号にピークサンプリングと保持（sample and hold ）処理プロセスを行うことにより、第１のサンプリング出力信号を生成する第１のサンプリング・ホールド回路と、
前記マイクロプロセッサから生成された第２のサンプリング信号に制御され、前記焦電型検出モジュールから出力されたアナログである焦電型出力交流電圧信号にボトムサンプリングと保持処理プロセスを行うことにより、第２のサンプリング出力信号を生成する第２のサンプリング・ホールド回路と、
前記第１のサンプリング・ホールド回路から出力された第１のサンプリング出力信号と前記第２のサンプリング・ホールド回路から出力された第２のサンプリング出力信号とのピークの減算により、差分信号を求める減算回路と、を備えており、
前記減算回路から出力された差分信号をデジタル制御式焦電型検出信号サンプリング回路の出力直流電圧信号とすることを特徴とするデジタル制御式焦電型検出信号サンプリング回路。
【請求項６】
前記焦電型検出モジュールは更に、出力される出力交流電圧信号を増幅するゲイン制御機能を備えることを特徴とする、請求項５に記載のデジタル制御式焦電型検出信号サンプリング回路。
【請求項７】
前記光源モジュールは赤外線式光源モジュールであることを特徴とする、請求項５に記載のデジタル制御式焦電型検出信号サンプリング回路。
【請求項８】
デジタル制御式焦電型検出信号サンプリング回路において、少なくとも、
発振信号を生成するクリスタル発振器と、
前記クリスタル発振器から生成された発振信号を受信することにより、必要とするトリガ信号、第１のサンプリング信号、第２のサンプリング信号を生成するマイクロプロセッサと、
前記マイクロプロセッサから生成されたトリガ信号に制御され、交流変化の赤外線ビームを発射する赤外線式光源モジュールと、
前記赤外線式光源モジュールから発射された赤外線ビームを検出でき、変化に対応したアナログである焦電型出力交流電圧信号を出力する焦電型検出モジュールと、
前記マイクロプロセッサから生成された第１のサンプリング信号に制御され、前記焦電型検出モジュールから出力されたアナログである焦電型出力交流電圧信号にピークサンプリングと保持（sample and hold ）処理プロセスを行うことにより、第１のサンプリング出力信号を生成する第１のサンプリング・ホールド回路と、
前記マイクロプロセッサから生成された第２のサンプリング信号に制御され、前記焦電型検出モジュールから出力されたアナログである焦電型出力交流電圧信号にボトムサンプリングと保持処理プロセスを行うことにより、第２のサンプリング出力信号を生成する第２のサンプリング・ホールド回路と、
前記第１のサンプリング・ホールド回路から出力された第１のサンプリング出力信号と前記第２のサンプリング・ホールド回路から出力された第２のサンプリング出力信号とのピークの減算により、差分信号を求める減算回路と、を備えており、
前記減算回路から出力された差分信号をデジタル制御式焦電型検出信号サンプリング回路の出力直流電圧信号とすることを特徴とするデジタル制御式焦電型検出信号サンプリング回路。
【請求項９】
前記焦電型検出モジュールは更に、出力される出力交流電圧信号を増幅するゲイン制御機能を備えることを特徴とする、請求項８に記載のデジタル制御式焦電型検出信号サンプリング回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電子回路技術に関し、特にデジタル制御式焦電型（pyroelectric）検出信号サンプリング回路に関するものであって、焦電型センサの交流信号処理に、例えば赤外線焦電型赤外線センサ（pyroelectric infrared sensor）に適用されることにより、前記焦電型センサの交流出力電圧を直流電圧信号に変換することを特徴とする。
【背景技術】
【０００２】
焦電型赤外線センサは、赤外線熱源を検出できる電子デバイスであり、その操作特性は、周辺環境における物体の温度変化を検出でき、変化に対応したアナログ電圧信号を生成することにある。焦電型赤外線センサは、例えば温度センサ、非分散形赤外線（Non-Dispersive Infrared ；NDIR）ガス分析計、二酸化炭素／一酸化炭素濃度センサ等の分野に応用できる。
【０００３】
ただし、現状では、従来の焦電型赤外線センサは直流入力信号には無反応である。従って、入力信号が直流形式であれば、まず直流入力信号を交流方式に変換してこそ、焦電型センサが入力信号を検出でき、更に、焦電型センサから出力された交流信号を直流方式に変換してこそ、ユーザが前記直流入力信号の関連特性を検出できるのである。
【０００４】
前記問題を解決する従来の方法では、フィルタまたは整流器により、焦電型センサから出力された交流信号を直流方式に変換するが、この解決方法では出力された直流信号の波形が定常状態になるのに極めて長い時間を必要とする欠点があるため、出力端は入力端からの信号変化の具合を即時に得ることができない。この問題を解決する従来方法が特許文献１に掲載されている。特許文献１に記載されている技術は、焦電型センサから出力された交流信号のピークとボトムの減算によって、それを直流方式に変換することにより、出力端が入力端の信号変化の具合を即時に得ることができるものである。
【特許文献１】中華民国特許第１２７８５７号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載されている技術においては、  アナログ式の時間遅延回路とサンプリング回路によって、焦電型赤外線センサから出力された交流信号のピークとボトムとの減算を行う。よって、時間遅延回路とサンプリング回路の操作特性は温度の影響でずれやすく、出力結果が温度の変化や差異によって偏差がでる。従って、求められた直流入出力特性にバラツキを生じることとなる。
【０００６】
そこで、本発明は、前記課題に鑑み、温度の変化により出力信号にバラツキが生じることのない、デジタル制御式焦電型検出信号サンプリング回路を提供することを目的としている。
また、本発明は従来技術より精密な直流出力特性が得られる、デジタル制御式焦電型検出信号サンプリング回路を提供することを目的としている。
更に、本発明は、実際に応用される場合、従来技術よりコストが経済的になる、デジタル制御式焦電型検出信号サンプリング回路を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係るデジタル制御式焦電型検出信号サンプリング回路は、クリスタル発振器（Crystal Oscillator）とマイクロプロセッサを採用することにより、必要とするトリガ信号とサンプリング信号を生成することを特徴とする。
【０００８】
即ち、本発明は、デジタル制御式焦電型検出信号サンプリング回路において、少なくとも、固定周波数のトリガ信号、第１のサンプリング信号、第２のサンプリング信号を生成するトリガ信号生成ユニットと、前記トリガ信号生成ユニットから生成されたトリガ信号に制御され、交流変化のビームを発射する光源モジュールと、前記光源モジュールから発射されたビームを検出でき、変化に対応したアナログである焦電型出力交流電圧信号を出力する焦電型検出モジュールと、前記トリガ信号生成ユニットから生成された第１のサンプリング信号に制御され、前記焦電型検出モジュールから出力されたアナログである焦電型出力交流電圧信号にピークサンプリングと保持（sample and hold ）処理プロセスを行うことにより、第１のサンプリング出力信号を生成する第１のサンプリング・ホールド回路と、前記トリガ信号生成ユニットから生成された第２のサンプリング信号に制御され、前記焦電型検出モジュールから出力されたアナログである焦電型出力交流電圧信号にボトムサンプリングと保持処理プロセスを行うことにより、第２のサンプリング出力信号を生成する第２のサンプリング・ホールド回路と、前記第１のサンプリング・ホールド回路から出力された第１のサンプリング出力信号と第２のサンプリング・ホールド回路から出力された第２のサンプリング出力信号とのピークの減算により、差分信号を求める減算回路と、を備えており、前記減算回路から出力された差分信号をデジタル制御式焦電型検出信号サンプリング回路の出力直流電圧信号とすることを特徴とする。
前記トリガ信号生成ユニットは、発振信号を生成するクリスタル発振器と、前記クリスタル発振器から生成された発振信号を受信することにより、必要とするトリガ信号、第１のサンプリング信号、第２のサンプリング信号を生成するマイクロプロセッサと、を備えることが好ましい。
前記焦電型検出モジュールは更に、出力される出力交流電圧信号を増幅するゲイン制御機能を備えることが好ましい。
前記光源モジュールは赤外線式光源モジュールであることが好ましい。
【０００９】
また、本発明は、デジタル制御式焦電型検出信号サンプリング回路において、少なくとも、発振信号を生成するクリスタル発振器と、前記クリスタル発振器から生成された発振信号を受信することにより、必要とするトリガ信号、第１のサンプリング信号、第２のサンプリング信号を生成するマイクロプロセッサと、前記マイクロプロセッサから生成されたトリガ信号に制御され、交流変化のビームを発射する光源モジュールと、前記光源モジュールから発射されたビームを検出でき、変化に対応したアナログである焦電型出力交流電圧信号を出力する焦電型検出モジュールと、前記マイクロプロセッサから生成された第１のサンプリング信号に制御され、前記焦電型検出モジュールから出力されたアナログである焦電型出力交流電圧信号にピークサンプリングと保持（sample and hold ）処理プロセスを行うことにより、第１のサンプリング出力信号を生成する第１のサンプリング・ホールド回路と、前記マイクロプロセッサから生成された第２のサンプリング信号に制御され、前記焦電型検出モジュールから出力されたアナログである焦電型出力交流電圧信号にボトムサンプリングと保持処理プロセスを行うことにより、第２のサンプリング出力信号を生成する第２のサンプリング・ホールド回路と、前記第１のサンプリング・ホールド回路から出力された第１のサンプリング出力信号と前記第２のサンプリング・ホールド回路から出力された第２のサンプリング出力信号とのピークの減算により、差分信号を求める減算回路と、を備えており、前記減算回路から出力された差分信号をデジタル制御式焦電型検出信号サンプリング回路の出力直流電圧信号とすることを特徴とする。
前記焦電型検出モジュールは更に、出力される出力交流電圧信号を増幅するゲイン制御機能を備えることが好ましい。
前記光源モジュールは赤外線式光源モジュールであることが好ましい。
【００１０】
また、本発明は、デジタル制御式焦電型検出信号サンプリング回路において、少なくとも、発振信号を生成するクリスタル発振器と、前記クリスタル発振器から生成された発振信号を受信することにより、必要とするトリガ信号、第１のサンプリング信号、第２のサンプリング信号を生成するマイクロプロセッサと、前記マイクロプロセッサから生成されたトリガ信号に制御され、交流変化の赤外線ビームを発射する赤外線式光源モジュールと、前記赤外線式光源モジュールから発射された赤外線ビームを検出でき、変化に対応したアナログである焦電型出力交流電圧信号を出力する焦電型検出モジュールと、前記マイクロプロセッサから生成された第１のサンプリング信号に制御され、前記焦電型検出モジュールから出力されたアナログである焦電型出力交流電圧信号にピークサンプリングと保持（sample and hold ）処理プロセスを行うことにより、第１のサンプリング出力信号を生成する第１のサンプリング・ホールド回路と、前記マイクロプロセッサから生成された第２のサンプリング信号に制御され、前記焦電型検出モジュールから出力されたアナログである焦電型出力交流電圧信号にボトムサンプリングと保持処理プロセスを行うことにより、第２のサンプリング出力信号を生成する第２のサンプリング・ホールド回路と、前記第１のサンプリング・ホールド回路から出力された第１のサンプリング出力信号と前記第２のサンプリング・ホールド回路から出力された第２のサンプリング出力信号とのピークの減算により、差分信号を求める減算回路と、を備えており、前記減算回路から出力された差分信号をデジタル制御式焦電型検出信号サンプリング回路の出力直流電圧信号とする。  前記焦電型検出モジュールは更に、出力される出力交流電圧信号を増幅するゲイン制御機能を備えることが好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
クリスタル発振器の動作特性は温度変化による影響が顕著ではないため、本発明のデジタル制御式焦電型検出信号サンプリング回路により、先行技術と比べて精密な直流出力特性が得られ、かつこの単一の回路によって一部の高価な電子部品を代替でき、コストが大幅に下がることとなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図を参照しながら、本発明に係るデジタル制御式焦電型検出信号サンプリング回路の実施例を以下のように説明する。
図１は本発明に係るデジタル制御式焦電型検出信号サンプリング回路の基本回路構造を示しており、少なくとも（ａ）トリガ信号生成ユニット１０、（ｂ）光源モジュール２０、（ｃ）焦電型検出モジュール３０、（ｄ）第１のサンプリング・ホールド回路４１、（ｅ）第２のサンプリング・ホールド回路４２と、（ｆ）減算回路５０を含む。
【００１３】
トリガ信号生成ユニット１０は、例えばマイクロプロセッサであって、クリスタル発振器１１から生成された発振信号によって交流方式のトリガ信号ＴＲ、第１のサンプリング信号Ｓ1 と、第２のサンプリング信号Ｓ2 を生成する。なお、トリガ信号生成ユニット１０にクリスタル発振器１１を組み込んで、トリガ信号生成ユニットをマイクロプロセッサとクリスタル発振器とで構成してもよい。本発明の特徴として、採用されたクリスタル発振器１１の動作特性は、温度変化による影響が顕著ではなく、即ち、環境温度に変化があった場合でも、初期に設定した固定周波数の発振信号をほぼ安定的に生成することができるため、トリガ信号ＴＲ、第１のサンプリング信号Ｓ1 と、第２のサンプリング信号Ｓ2 が環境温度の変化時においても、ほぼ変わらないように安定的に維持できることにある。また、トリガ信号生成ユニット１０から生成されたトリガ信号ＴＲは光源モジュール２０に出力される。
【００１４】
光源モジュール２０は、例えば赤外線の光源モジュールであって、前記のトリガ信号生成ユニット１０から生成されたトリガ信号ＴＲに制御され、交流変化の赤外線ビームＩＲを発射することができる。焦電型検出モジュール３０は前記光源モジュール２０から発射された赤外線ビームＩＲを検出でき、変化に対応したアナログである焦電型出力交流電圧信号Ｖpyroを出力する。また、前記焦電型検出モジュール３０は更に、ゲイン制御機能を含み、所定のレベルに増幅した後に、焦電型出力交流電圧信号Ｖpyroを第１のサンプリング・ホールド回路４１と第２のサンプリング・ホールド回路４２に出力する。
【００１５】
第１のサンプリング・ホールド回路４１と第２のサンプリング・ホールド回路４２は、それぞれトリガ信号生成ユニット１０から生成された第１のサンプリング信号Ｓ1 と、第２のサンプリング信号Ｓ2 に制御され、焦電型検出モジュール３０から出力されたアナログである焦電型出力交流電圧信号Ｖpyroにサンプリングと保持（sample and hold ）処理プロセスをそれぞれ並行して行うことにより、第１のサンプリング出力信号ＶＳ1 と、第２のサンプリング出力信号ＶＳ2 をそれぞれ生成する。
【００１６】
図２（Ａ）の信号図は、第１のサンプリング信号Ｓ1 と、焦電型検出モジュール３０の焦電型出力交流電圧信号Ｖpyroとのタイミング関係を示す。図に示すように、第１のサンプリング信号Ｓ1 は、Ｖpyroの波形がピークに達する毎にサンプリングパルスを生成する（図２（Ａ）において、Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３で示したパルス）。図２（Ｂ）の信号図は、第１のサンプリング信号Ｓ1 の焦電型検出モジュール３０の焦電型出力交流電圧信号Ｖpyroへのサンプリング結果（即ち第１のサンプリング出力信号ＶＳ1 の波形）を示す。
図３（Ａ）の信号図は、第２のサンプリング信号Ｓ2 と、焦電型検出モジュール３０の焦電型出力交流電圧信号Ｖpyroとのタイミング関係を示す。図に示すように、第２のサンプリング信号Ｓ2 は、Ｖpyroの波形がボトムに達する毎にサンプリングパルスを生成する（図３（Ａ）において、Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３で示したパルス）。図３（Ｂ）の信号図は、第２のサンプリング信号Ｓ2 の焦電型検出モジュール３０の焦電型出力交流電圧信号Ｖpyroへのサンプリング結果（即ち第２のサンプリング出力信号ＶＳ2 の波形）を示す。
第１のサンプリング・ホールド回路４１から出力された第１のサンプリング出力信号ＶＳ1 と第２のサンプリング・ホールド回路４２から出力された第２のサンプリング出力信号ＶＳ2 は、同時に減算回路５０に伝送され、更なる処理が行われる。
【００１７】
減算回路５０は、第１のサンプリング・ホールド回路４１から出力された第１のサンプリング出力信号ＶＳ1 と第２のサンプリング・ホールド回路４２から出力された第２のサンプリング出力信号ＶＳ2 との減算により、即ち図２（Ｂ）に示す第１のサンプリング出力信号ＶＳ1 のピークと、図３（Ｂ）に示す第２のサンプリング出力信号ＶＳ2 のピークとの減算により、差分信号を求め、この差分信号を本発明に係るデジタル制御式焦電型検出信号サンプリング回路の出力直流電圧信号Ｖout とする。
【００１８】
前記のように、本発明は新規のデジタル制御式焦電型検出信号サンプリング回路を提供しており、採用されたクリスタル発振器の操作特性は、温度変化による影響が顕著ではないため、トリガ信号、サンプリング信号の時間と周波数が温度変化によるオフセットが生じず、本発明に係るデジタル制御式焦電型検出信号サンプリング回路に変換された直流出力は、先行技術より精密な結果が得られることとなる。また、本発明は先行技術のようなアナログ式遅延回路ではなく、デジタル式のマイクロプロセッサを使用しているため、ハード回路のデザインを簡素化でき、ハードの製造コストも節約できる。故に、本発明は、先行技術より優れた進歩性と実用性を備えている。
【００１９】
前記のような、これらの実施の形態は、本発明を例示する目的で示すものであり、本発明は、これらによって何ら限定されるものではない。本発明に係る実質的な技術内容は、広汎に特許請求の範囲内に定義される。他人に完成された如何なる技術や方法も、特許請求の範囲に定義されたものとまったく同然であり、または同一であり、同等の効果の変更であれば、特許請求の範囲に含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明にかかるデジタル制御式焦電型検出信号サンプリング回路の基本回路構造図である。
【図２（Ａ）】第１のサンプリング信号と、焦電型検出モジュールの焦電型出力交流電圧信号とのタイミング関係を示す信号図である。
【図２（Ｂ）】第１のサンプリング信号の焦電型検出モジュールの焦電型出力交流電圧信号へのサンプリング結果（即ち第１のサンプリング出力信号の波形）を示す信号図である。
【図３（Ａ）】第２のサンプリング信号と、焦電型検出モジュールの焦電型出力交流電圧信号とのタイミング関係を示す信号図である。
【図３（Ｂ）】第２のサンプリング信号の焦電型検出モジュールの焦電型出力交流電圧信号へのサンプリング結果（即ち第２のサンプリング出力信号の波形）を示す信号図である。
【符号の説明】
【００２１】
１０    トリガ信号生成ユニット
１１    クリスタル発振器（Crystal Oscillator）
２０    光源モジュール
３０    焦電型（pyroelectric）検出モジュール
４１    第１のサンプリング・ホールド回路
４２    第２のサンプリング・ホールド回路
５０    減算回路
ＴＲ    トリガ信号
Ｖpyro  焦電型出力交流電圧信号
Ｓ1     第１のサンプリング信号
Ｓ2     第２のサンプリング信号
ＶＳ1   第１のサンプリング出力信号
ＶＳ2   第２のサンプリング出力信号
Ｖout   出力直流電圧信号
【図１】
2004205494.tif 000003
【図２（Ａ）】
2004205494.tif 000004
【図２（Ｂ）】
2004205494.tif 000005
【図３（Ａ）】
2004205494.tif 000006
【図３（Ｂ）】
2004205494.tif 000007