(57)【要約】【課題】安価で、高性能且つ高信頼性の赤外線検知回路を提供する。【解決手段】直流電圧Ｅを発生する直流電源１１1と、この直流電圧Ｅと絶対値が等しく逆極性の直流電圧Ｅ’（Ｅ’＝−Ｅ）を発生する直流電源１１2と、感応抵抗体Ｒｔと基準抵抗Ｒrefとをそれぞれ入力抵抗とし固定抵抗Ｒ1を帰還抵抗とする加算反転増幅器１８と、加算反転増幅器１８からの入力電圧Ｖinを直流増幅する直流増幅器１６と、感応抵抗体Ｒｔに赤外線が輻射されてないときにおける直流増幅器１６の出力Ｖoutが０となるように、直流電源１１2の直流電圧Ｅ’を制御するフィードバック回路１７とを備えている。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
赤外線による輻射熱を受ける赤外線感応抵抗体と、この赤外線感応抵抗体と同一の抵抗値であり且つ同一の温度に対する抵抗値変化を示し赤外線による輻射熱を受けない基準抵抗と、直流電圧を出力する第１の直流電圧発生手段と、この第１の直流電圧発生手段と絶対値が同一で極性が逆の直流電圧を出力する第２の直流電圧発生手段と、上記赤外線感応抵抗体及び基準抵抗の一方と他方とをそれぞれ介して入力される第１の直流電圧発生手段の直流電圧と第２の直流電圧発生手段の直流電圧とを加算し反転増幅する加算反転増幅手段とを備え、上記赤外線感応抵抗体が赤外線による輻射熱を受けていないとき、上記加算手段の出力が生じないように加算手段の加算比率または第１及び第２の直流電圧発生手段のいずれかの直流電圧を調節する調節手段を設けて成ることを特徴とする赤外線検知回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、赤外線を検知する存在検知型の赤外線検知回路に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の赤外線検知回路を図５に示す。この赤外線検知回路は、直流電源１１の両端に基準抵抗Ｒrefを介して直列接続された赤外線感応抵抗体Ｒｔで赤外線を感知し、その感知出力と比較電圧１３との差分を直流差動増幅器１２で増幅した電圧を出力電圧Ｖoutとするものである。
【０００３】
赤外線感応抵抗体（以下、感応抵抗体と呼ぶ）Ｒｔは、温度変化に応じて抵抗値が変化する例えばサーミスタなどの抵抗体である。代表的なサーミスタの温度変化に対する抵抗値変化（いわゆる温度特性）を図６に示す。ここで、上記感応抵抗体Ｒｔとしては、熱容量が極力小さく、且つ熱抵抗が極力大きいものを用いることにより、わずかな輻射熱によっても、感応抵抗体Ｒｔ自体の温度が上昇し、抵抗値変化を起こすようにしてある。
【０００４】
基準抵抗Ｒrefは、上記感応抵抗体Ｒｔと全く同一の抵抗値のものであり、且つ感応抵抗体Ｒｔと全く同一の温度変化に対する抵抗変化率を有する抵抗体である。但し、外部からの輻射熱からは完全に遮断されている。つまりは、抵抗値や抵抗変化率に影響を与えない方法、あるいは空間的に絶縁する方法で、赤外線による輻射熱を遮断してある。従って、輻射熱が感応抵抗体Ｒｔに入射されない場合は、たとえ周囲温度が変化しても、感応抵抗体Ｒｔと基準抵抗Ｒrefによる分圧電圧は一定となるようにしてある。
【０００５】
比較電圧１３は、直流電源１１の電圧をＥとすると、Ｅ／２に設定してある。なお、比較電圧１３は、図９に示すように、直流電源１１の電圧Ｅを抵抗Ｒd1，Ｒｄ2で分圧して得るようにしてもよい。
【０００６】
上記赤外線検知回路では、感応抵抗体Ｒｔの輻射熱による抵抗値変化がない場合には、感応抵抗体Ｒｔと基準抵抗Ｒrefとの抵抗値は等しく、感応抵抗体Ｒｔと基準抵抗Ｒrefとの分圧電圧（直流差動増幅器１２の入力電圧Ｖin）が比較電圧１３と一致するので、直流差動増幅器１２の出力電圧Ｖoutが０Ｖとなる。そして、感応抵抗体Ｒｔの輻射熱による抵抗値変化があると、感応抵抗体Ｒｔと基準抵抗Ｒrefとによる分圧電圧と比較電圧１３の電圧Ｅ／２との差に応じた出力電圧Ｖoutが直流差動増幅器１２から出力される。即ち、周囲温度の変化は相殺され、輻射熱量に応じた値のみが直流差動増幅器１２から出力される。
【０００７】
ここで、直流差動増幅器１２の利得をＡとした場合、直流差動増幅器１２の入力電圧Ｖinと出力電圧Ｖoutは次式で表される。
【０００８】
【数１】
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【０００９】
上記赤外線検知回路を人体検知装置に適用した場合を図７に示す。この人体検知装置では、レンズなどの適当な光学手段Ｌを用い、感応抵抗体Ｒｔに赤外線を照射するようにし、直流差動増幅器１２の出力電圧Ｖoutを適当な基準電圧６と比較する比較器５を設け、基準電圧６の設定により決まるある一定レベル以上の輻射熱に対してハイ，ロー２値の出力（いわゆるオン，オフ出力）が得られる。
【００１０】
赤外線輻射物体である人体Ｘが図７における（あ）→（い）→（う）というように移動した場合の上記人体検知装置の動作を図８に示す。ここで、人体Ｘが周囲温度よりΔＴ℃高い（ある場合は低い）エネルギを有するものとし、図７における（あ）→（い）→（う）というように検知視野（検知エリア）を通過したときの検知視野内における輻射エネルギの変化を図８（ａ）に示す。ここで、検知視野内に人体Ｘが存在しない場合は、検知視野内の温度と感応抵抗体Ｒｔ及び基準抵抗Ｒrefの温度とは等しいとする。
【００１１】
人体Ｘが上述のように移動した場合、図８（ａ）の検知視野内の輻射熱により同図（ｂ）に示すように感応抵抗体Ｒｔの抵抗値が変化する。この感応抵抗体Ｒｔの抵抗値の変化に伴い直流差動増幅器１２の入力電圧Ｖinが図８（ｃ）に示すように変化する。ここで、図８（ｃ）に示すように直流差動増幅器１２の入力電圧Ｖinが基準電圧Ｅ／２に対してΔＶinだけ高くなったとすると、直流差動増幅器１２から同図（ｄ）に示す出力電圧Ｖoutが得られる。いま、比較器５の基準電圧６を図８（ｄ）に示すように設定してある場合、比較器５の出力は同図（ｅ）に示すようになる。
【００１２】
このように、検知視野内に人体Ｘが存在することによって、感応抵抗体Ｒｔの抵抗値が変化し、その抵抗値の変化を電圧値変化として直流増幅することにより、人体Ｘの存在を検知することができる。
【特許文献１】特開平５−４５２２２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、上述した赤外線検知回路では次のような問題がある。即ち、上記赤外線検知回路では、直流電源１１の直流電圧を感応抵抗体Ｒｔと基準抵抗Ｒrefとの直列回路により分圧することにより直流差動増幅器１２の入力電圧Ｖinを得ているため、感応抵抗体Ｒｔの抵抗値変化と入力電圧Ｖinの変化とが比例せずに非線形となってしまう。具体的には、感応抵抗体Ｒｔの微小な抵抗値変化ΔＲｔに対する入力電圧Ｖinの変化分ΔＶinは次式で表される。
【００１４】
【数２】
2007003546.tif 000004
【００１５】
すなわち、上式（２）に示すごとく、感応抵抗体Ｒｔの抵抗値変化ΔＲｔと入力電圧Ｖinの変化分ΔＶinとは比例せず、感応抵抗体Ｒｔの抵抗値の変化幅によってΔＲｔに対する入力電圧変化率（ΔＶin）が大きく変化することになる。
【００１６】
例えば、周囲温度Ｔ1においては感応抵抗体Ｒｔの抵抗値と基準抵抗Ｒrefの抵抗値とは等しい（Ｒｔ＝Ｒref）が、そこに輻射熱が入射して感応抵抗体Ｒｔの抵抗値がΔＲｔだけ変化したとすると、この場合の入力電圧Ｖinの変化分ΔＶinは次式により表される。
【００１７】
【数３】
2007003546.tif 000005
【００１８】
上記式（３）は、感応抵抗体Ｒｔの抵抗値変化ΔＲｔと入力電圧Ｖinの変化分Ｖinとが比例すなわち線形の関係にあることを示している。しかし、この式（３）はΔＲｔ1が微小な場合に限って成立するものであり、感応抵抗体Ｒｔの抵抗値が大きく変化した場合にはＲｔ＝Ｒrefという関係が崩れるため、上記式（３）が成立せず、それぞれの感応抵抗体Ｒｔの抵抗値において抵抗値変化ΔＲｔに対する入力電圧Ｖinの変化分Ｖinを計算しなければならない。
【００１９】
つまり、仮に輻射熱により感応抵抗体Ｒｔの抵抗値が、Ｒｔ＝０．５×Ｒrefとなるまで変化したとすると、この感応抵抗体Ｒｔの抵抗値におけるΔＲｔに対する入力電圧Ｖinの変化分ΔＶinは、Ｒｔ＝０．５×Ｒrefを式（２）に代入して次式のように表される。
【００２０】
【数４】
2007003546.tif 000006
【００２１】
ここで、感応抵抗体Ｒｔの入射輻射熱に対する変化率が一定であるとすると、同一の微小輻射熱の変化に対する感応抵抗体Ｒｔの抵抗値変化ΔＲｔは、ΔＲｔ2＝０．５×ΔＲｔ1であるから、この場合の入力電圧Ｖinの変化分Ｖinは次式にて表される。
【００２２】
【数５】
2007003546.tif 000007
【００２３】
つまり、上記式（４）と式（５）に示されたΔＶin2の差が非線形性を示している。したがって、従来回路においては、上記の非線形性を補正するための補正手段を設ける必要があり、そのためにコストアップになったり、あるいは充分な補正ができずに赤外線の輻射量に対する赤外線検知回路の出力（輻射温度計における温度計測値など）に誤差が生じてしまうという問題がある。
【００２４】
本発明は上述の点に鑑みて為されたものであり、その目的は、安価で、高性能且つ高信頼性の赤外線検知回路を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
本発明は、上記目的を達成するために、赤外線による輻射熱を受ける赤外線感応抵抗体と、この赤外線感応抵抗体と同一の抵抗値であり且つ同一の温度に対する抵抗値変化を示し赤外線による輻射熱を受けない基準抵抗と、直流電圧を出力する第１の直流電圧発生手段と、この第１の直流電圧発生手段と絶対値が同一で極性が逆の直流電圧を出力する第２の直流電圧発生手段と、上記赤外線感応抵抗体及び基準抵抗の一方と他方とをそれぞれ介して入力される第１の直流電圧発生手段の直流電圧と第２の直流電圧発生手段の直流電圧とを加算し反転増幅する加算反転増幅手段とを備え、上記赤外線感応抵抗体が赤外線による輻射熱を受けていないとき、上記加算手段の出力が生じないように加算手段の加算比率または第１及び第２の直流電圧発生手段のいずれかの直流電圧を調節する調節手段を設けて成ることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、第１の直流電圧発生手段の直流電圧と、第２の直流電圧発生手段の逆極性の直流電圧とを赤外線感応抵抗体及び基準抵抗のそれぞれ一方と他方とを介して加算し、反転増幅することにより、加算手段を構成する直流増幅器の直流的な誤差の影響を相殺して加算手段の出力に一切現れないようにするので、赤外線検知回路を安価に構成することができ、また、高性能且つ高信頼性を確保することができる。さらに、経年変化で赤外線感応抵抗体及び基準抵抗の抵抗値が変化することにより、赤外線感応抵抗体が赤外線による輻射熱を受けていないとき、加算手段の出力が生じることを、調節手段により回避でき、このため長期使用時の動作の安定性及び信頼性を確保することができる。また、赤外線感応抵抗体及び基準抵抗が反転増幅手段の入力抵抗となるため、赤外線感知回路の全体のインピーダンスを低下させることができ、外来ノイズの影響を受けにくくすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
図１に本発明の実施形態を示す。本実施形態では、直流電圧Ｅを発生する直流電源１１1と、この直流電圧Ｅと絶対値が等しく逆極性の直流電圧Ｅ’（Ｅ’＝−Ｅ）を発生する直流電源１１2と、感応抵抗体Ｒｔと基準抵抗Ｒrefとをそれぞれ入力抵抗とし固定抵抗Ｒ1を帰還抵抗とする加算反転増幅器１８と、加算反転増幅器１８からの入力電圧Ｖinを直流増幅する直流増幅器１６と、感応抵抗体Ｒｔに赤外線が輻射されてないときにおける直流増幅器１６の出力Ｖoutが０となるように、直流電源１１2の直流電圧Ｅ’を制御するフィードバック回路１７とを備えている。
【００２８】
上記加算反転増幅器１８は、直流電源１１1の直流電圧Ｅと直流電源１１2の直流電圧Ｅ’とをそれぞれ感応抵抗体Ｒｔ及び基準抵抗Ｒrefを介して加算するとともに反転増幅している。したがって、この加算反転増幅器１８では、赤外線による輻射熱が感応抵抗体Ｒｔに加わっていないときは、感応抵抗体Ｒｔ及び基準抵抗Ｒrefの接続点においてそれぞれの直流電源１１1，１１2の出力電圧Ｅ，Ｅ’が打ち消され、赤外線による輻射熱で感応抵抗体Ｒｔの抵抗値が変化して、感応抵抗体Ｒｔと基準抵抗Ｒrefとの抵抗値のバランスが崩れたときに、そのアンバランス状態に応じた直流出力電圧が感応抵抗体Ｒｔと基準抵抗Ｒrefの接続点の電位変化として得られ、感応抵抗体Ｒｔ及び基準抵抗Ｒrefの接続点における加算出力を増幅するようにしてある。
【００２９】
図２に本実施形態の赤外線検知回路を用いた人体検知装置を示し、その動作を図３に示す。なお、図２に示した人体検知装置では、直流電源１１2の代わりにもう一方の直流電源１１1の電圧をフィードバック回路１７の出力によって制御するようにしてある。また、図４に示すように、直流電源１１2に接続された基準抵抗Ｒrefを電圧制御型抵抗とし、フィードバック回路１７で直流電源１１1，１１2の電圧を制御することに代え、この基準抵抗Ｒrefの抵抗値をフィードバック回路１７の出力で調節するようにしてもよい。あるいは加算反転増幅器１８の帰還抵抗Ｒ1を電圧制御型抵抗とし、この抵抗Ｒ1をフィードバック回路１７の出力で調整するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の実施形態の回路図である。
【図２】同上を人体検知装置に用いた場合の回路図である。
【図３】同上の人体検知装置の動作説明図である。
【図４】同上の人体検知装置の一部構成を異ならせた場合の回路図である。
【図５】従来例の回路図である。
【図６】赤外線感応抵抗体としてのサーミスタの温度特性図である。
【図７】従来例を人体検知装置に用いた場合の回路図である。
【図８】同上の人体検知装置の動作説明図である。
【図９】従来例の一部構成を異ならせた場合の回路図である。
【符号の説明】
【００３１】
１１1，１１2  直流電源
１６  直流増幅器
１７  フィードバック回路
１８  加算反転増幅器
【図１】
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【図２】
2007003546.tif 000009
【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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