(57)【要約】【課題】焦電素子を利用して生成される出力信号のノイズを低減する。【解決手段】検出装置１００は、第１増幅入力端ＮＡ１に接続された焦電素子１２と、第２増幅入力端ＮＡ２に接続される電源１１と、第１増幅入力端ＮＡ１と第２増幅入力端ＮＡ２との間の電圧に応じた増幅信号ＳＡを生成する増幅部２０と、増幅信号ＳＡと増幅信号ＳＡの二乗平均の差を取得する差分回路３１および、差分回路３１で得られる差分信号ＳＢと参照信号３２とを乗算する乗算回路３３からなる演算部３０と、フィルター部４０とを具備する増幅器である。【選択図】図３
2017187295.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
赤外線を検出する検出部と、
前記検出部の出力を増幅する増幅部と、
前記増幅部の出力に含まれる低周波ノイズを移動して高周波ノイズにする演算部と、
前記高周波ノイズを除去するフィルター部と、を備えることを特徴とする検出装置。
【請求項２】
前記検出部は、焦電素子及び基準電源を備え、
前記増幅部は、
前記焦電素子が接続された第１増幅入力端と、
前記基準電源が接続された第２増幅入力端と、
前記第１増幅入力端と前記第２増幅入力端との間の電圧に応じた増幅信号を生成する増
幅回路と、を備え、
前記増幅回路は、前記焦電素子から生じた電荷を増幅するための積分容量を備えた積分
回路であり、前記基準電源は前記積分回路の基準電圧として用いることを特徴とする請求
項１に記載の検出装置。
【請求項３】
前記演算部は、前記増幅部の出力と、前記増幅部の出力を二乗平均した値の差分を出力
する第１差分入力端と第２差分入力端と差分出力端とを備える差分回路と、
前記差分出力と±１Ｖの正弦波である参照信号を乗算する乗算回路とを備え、
前記参照信号は前記焦電素子に熱を断続的に照射するチョッパの駆動パルスとして用い
ることを特徴とする請求項２に記載の検出装置。
【請求項４】
前記フィルター部は、ローパスフィルターを含むことを特徴とする請求項１に記載の検
出装置。
【請求項５】
前記演算部は、第１メモリー回路及び前記第１メモリー回路に接続する第１差分回路と
、
第２メモリー回路及び前記第２メモリー回路に接続する第２差分回路と、
前記第１メモリー回路及び前記第２メモリー回路に接続され、前記増幅信号の出力先を
切り替える第１スイッチ回路と、
前記第１差分回路及び前記第２差分回路に接続され、前記乗算回路へ入力する信号を切
り替える第２スイッチ回路と、を備え、
前記第１スイッチ回路と前記第２スイッチ回路は、前記参照信号を用いることを特徴と
する請求項３に記載の検出装置。
【請求項６】
前記演算部は、メモリー回路および差分回路を２つ以上、並列に具備することを特徴と
する請求項５に記載の検出装置。
【請求項７】
請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の検出装置を備えることを特徴とする電子
機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、検出装置および電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
焦電素子等の容量性の検出素子による検出結果に応じた出力信号を生成するための各種
の技術が従来から提案されている。例えば、特許文献１には、焦電素子とソースフォロワ
ー回路と作動増幅回路とを利用した検出装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−１４８４８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、特許文献１の技術やオペアンプを用いた増幅回路では、検出回路を構成するト
ランジスター等の各要素の動作に起因した各種のノイズ（例えばジョンソンノイズやフリ
ッカーノイズ）が発生するため、Ｓ／Ｎ比が高い出力信号の生成は実際には容易ではない
。以上の事象を考慮して、本発明は、増幅回路で生成される出力信号のノイズを低減する
ことを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例
として実現することが可能である。
【０００６】
［適用例１］
本適用例の検出装置は、赤外線を検出する検出部と、前記検出部の出力を増幅する増幅
部と、前記増幅部の出力に含まれる低周波ノイズを移動して高周波ノイズにする演算部と
、前記高周波ノイズを除去するフィルター部と、を備えることを特徴とする。
【０００７】
本適用例によれば、検出部が赤外線を検出する。検出部の出力を増幅部が増幅する。増
幅回路で発生した低周波ノイズを演算部が高周波ノイズにする。そして、フィルター部が
高周波ノイズを除去する。従って、増幅回路で生成される出力信号のノイズを低減するこ
とができる。
【０００８】
［適用例２］
上記適用例にかかる検出装置において、前記検出部は、焦電素子及び基準電源を備え、
前記増幅部は、前記焦電素子が接続された第１増幅入力端と、前記基準電源が接続された
第２増幅入力端と、前記第１増幅入力端と前記第２増幅入力端との間の電圧に応じた増幅
信号を生成する増幅回路と、を備え、前記増幅回路は、前記焦電素子から生じた電荷を増
幅するための積分容量を備えた積分回路であり、前記基準電源は前記積分回路の基準電圧
として用いることが好ましい。
【０００９】
本適用例によれば、焦電素子は容量性の素子であるため、増幅回路には積分容量とオペ
アンプを備える積分回路を用いることで、素子の容量と積分容量の比から簡便にゲインを
設定することができる。さらに、オペアンプの基準電源を焦電素子の基準電圧に用いるこ
とで、焦電素子が接続された第１増幅入力端と基準電源が接続された第２増幅入力端との
間の電圧に応じた増幅信号を生成する構成において、第１増幅入力端と第２増幅入力端の
中心電圧は基準電源に従うため、電源ノイズの影響を低減した増幅信号を生成できる検出
装置を提供することができる。
【００１０】
［適用例３］
上記適用例にかかる検出装置において、前記演算部は、前記増幅部の出力と、前記増幅
部の出力を二乗平均した値の差分を出力する第１差分入力端と第２差分入力端と差分出力
端とを備える差分回路と、前記差分出力と±１Ｖの正弦波である参照信号を乗算する乗算
回路とを備え、前記参照信号は前記焦電素子に熱を断続的に照射するチョッパの駆動パル
スとして用いることが好ましい。
【００１１】
本適用例によれば、増幅回路から出力される増幅信号は基準電圧を中心として出力され
るが、増幅信号の二乗平均した値との差分を演算することで、０Ｖ中心の差分信号に変換
することができる。０Ｖ中心にすることで、差分信号と同周期の±１Ｖの正弦波である参
照信号と演算させると、２倍の周期をもつ出力信号を得ることができ、これによってオペ
アンプで発生するノイズを高周波帯に移動させることができる。
【００１２】
［適用例４］
上記適用例にかかる検出装置において、前記フィルター部は、ローパスフィルターを含
むことが好ましい。
【００１３】
本適用例によれば、演算部からの出力信号をローパスフィルターにかけることで、高周
波帯に移動したノイズを除去する。従って、本来得たい直流成分信号だけを抽出すること
ができる。
【００１４】
［適用例５］
上記適用例にかかる検出装置において、前記演算部は、第１メモリー回路及び前記第１
メモリー回路に接続する第１差分回路と、第２メモリー回路及び前記第２メモリー回路に
接続する第２差分回路と、前記第１メモリー回路及び前記第２メモリー回路に接続され、
前記増幅信号の出力先を切り替える第１スイッチ回路と、前記第１差分回路及び前記第２
差分回路に接続され、前記乗算回路へ入力する信号を切り替える第２スイッチ回路と、を
備え、前記第１スイッチ回路と前記第２スイッチ回路は、前記参照信号を用いることが好
ましい。
【００１５】
本適用例によれば、演算部は、第１メモリー回路及び第１メモリー回路に接続する第１
差分回路を備えている。さらに、第２メモリー回路及び第２メモリー回路に接続する第２
差分回路を備えている。そして、第１スイッチ回路及び第２スイッチ回路が２つのメモリ
ー回路及び差分回路を切り替える。一方のメモリー回路に１サイクルの信号を保存してい
る間に、他方のメモリー回路を用いて二乗平均の値と、実効値との差分をより正確に取得
できる。従って、ノイズの除去効果を高める役割を果たすことができる。
【００１６】
［適用例６］
上記適用例にかかる検出装置において、前記演算部は、メモリー回路および差分回路を
２つ以上、並列に具備することが好ましい。
【００１７】
本適用例によれば、増幅部の信号を所定の間隔毎に順次処理をさせることで、遅延なく
信号を出力することができる。
【００１８】
［適用例７］
本適用例にかかる電子機器は、上記適用例の検出装置を備えることを特徴とする。
【００１９】
本適用例によれば、電子機器は、上記適用例の検出装置を備えている。上記適用例の検
出装置は増幅回路で生成される出力信号のノイズを低減することができる。従って、電子
機器は増幅回路で生成される出力信号のノイズが低減された検出装置を備えた機器とする
ことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】焦電素子を用いる検出装置の検出信号の周波数帯を説明するための図。
【図２】焦電素子で検出した信号をトランジスターで増幅したときの課題を説明するための図。
【図３】第１実施形態に係る検出装置の構成を示す回路図。
【図４】演算部の動作を説明するための図。
【図５】第２実施形態に係る検出装置の構成を示す回路図。
【図６】変形例に係る検出装置の構成を示す回路図。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。なお、以下の各図はその
状態を認識可能な程度の大きさにするため、尺度を実際とは異ならせしめている。
【００２２】
＜第１実施形態＞
図１は、焦電素子を用いる検出装置の検出信号の周波数帯を説明するための図である。
焦電素子を用いるセンサーは物の動きをとらえた時のみに反応を示す検出装置である。そ
のため、センサーの手前にはチョッパを具備し、意図的に光の照射非照射のタイミングを
作り出す必要がある。図１に示すように、検出装置の検出信号の周期は焦電素子の焦電係
数に依存するが、５Ｈｚ〜１０Ｈｚと非常に低速である。
【００２３】
検出信号を増幅するためのオペアンプはトランジスターで構成される。このため、低周
波ノイズ（フリッカノイズ、ジョンソンノイズ）が発生し、検出信号とともに増幅される
。図２は、焦電素子で検出した信号をトランジスターで増幅したときの課題を説明するた
めの図である。図２は、焦電素子を用いたセンサーの増幅信号と、トランジスターで発生
するノイズを重畳したものである。増幅信号ＳＡがノイズに埋もれて検出できなくなり、
センサーの感度を損ねてしまう課題が生じる。
【００２４】
図３は、係る課題を解決するための、本発明の第１実施形態に係る検出装置の構成を示
す回路図である。第１実施形態の検出装置１００は、赤外線を検出するとともに検出結果
に応じた出力信号ＳＣを生成する電子回路であり、検出部１０と演算部３０と増幅部２０
とフィルター部４０とを備える。
【００２５】
検出部１０は、赤外線を検出するための要素であり、焦電素子１２と基準電圧を出力す
る基準電源としての電源１１と第１検出端Ｄ１と第２検出端Ｄ２とを具備する。第１検出
端Ｄ１と電源１１との間に焦電素子１２が設置され、第２検出端Ｄ２は電源１１と接続さ
れる。焦電素子１２は、焦電体（図示略）の焦電効果により電荷を発生する容量性の検出
素子である。すなわち、赤外線の照射に起因する温度変化に起因する温度変化に応じた自
発分極が焦電体に発生すること（焦電効果）で、赤外線の強度に応じた電荷（当該電荷に
応じた電圧）が焦電素子１２の両電極間に発生する。
【００２６】
増幅部２０は検出部１０の出力を増幅する。つまり、増幅部２０は、焦電素子１２に発
生する電荷に応じた電圧信号（以下「増幅信号ＳＡ」という）を生成する。増幅部２０は
、第１増幅入力端ＮＡ１と第２増幅入力端ＮＡ２と出力端ＮＢとを具備する。第１増幅入
力端ＮＡ１は検出部１０の第１検出端Ｄ１（焦電素子１２）と電気的に接続され、第２増
幅入力端ＮＡ２は検出部１０の第２検出端Ｄ２（電源１１）と電気的に接続される。増幅
部２０は、増幅回路としての演算増幅器２１と積分容量としての容量Ｃ１とを具備する。
演算増幅器２１にはオペアンプが用いられている。演算増幅器２１は検出部１０から第１
増幅入力端ＮＡ１に供給される電荷に応じた増幅信号ＳＡ（電源１１の電圧中心の信号）
を生成する増幅器であり、演算増幅器２１は差動型の増幅器である。容量Ｃ１は第１増幅
入力端ＮＡ１と出力端ＮＢとの間に配置される。演算増幅器２１は、焦電素子１２から生
じた電荷を増幅するための容量Ｃ１を備えた積分回路である。そして、電源１１が出力す
る基準電圧は積分回路が基準電圧として用いている。
【００２７】
演算部３０は、増幅部２０から出力される増幅信号ＳＡと、増幅信号ＳＡを二乗平均し
た値との差分である差分信号ＳＢを取得する差分回路３１と、差分信号ＳＢと参照信号３
２とを乗算する乗算回路３３を具備する。差分回路３１はＲＭＳ（ｒｏｏｔ  ｍｅａｎ  
ｓｑｕａｒｅ  ｖａｌｕｅ）回路を含みＲＭＳ回路は増幅信号ＳＡを二乗平均する回路で
ある。差分回路３１は基準電圧中心の増幅信号ＳＡを０Ｖに変換した差分信号ＳＢを得る
ために用い、乗算回路３３および参照信号３２は、差分信号ＳＢに含まれる低周波ノイズ
を高周波に移動するために用いられる。そして、演算部３０は増幅部２０の出力に含まれ
る低周波ノイズを移動して高周波ノイズにする。検出装置１００は焦電素子１２に熱を断
続的に照射するチョッパ５０を備えている。参照信号３２は±１Ｖの正弦波であり、焦電
素子１２に光を断続的に照射するチョッパ５０の駆動パルスにも用いる。
【００２８】
フィルター部４０はローパスフィルターを備え、乗算回路３３で得られた出力信号ＳＣ
の直流成分信号ＳＤを取り出す。そのため、フィルター部４０のカットオフ周波数は、参
照信号３２の少なくとも１／１０以下に設定される。
【００２９】
図４は演算部の動作を説明するための図である。図４に示すように、差分信号ＳＢの周
波数である差分周波数ｆｓより低周波ノイズが存在する。演算部３０は参照信号３２を用
いて低周波ノイズの周波数を移動させて高周波ノイズにする。詳しくは、演算部３０は検
出信号の直流成分を起点として低周波ノイズを高周波側に折り返す。そして、ノイズはロ
ーパスフィルターにより除去される。検出装置１００はこれによって増幅部２０で生成さ
れる出力信号のノイズを低減することができる。
【００３０】
上述したように、本実施形態によれば、以下の効果を有する。
（１）本実施形態によれば、検出部１０が赤外線を検出する。検出部１０の出力を増幅
部２０が増幅する。演算増幅器２１で発生した低周波ノイズを演算部３０が高周波ノイズ
にする。そして、フィルター部４０が高周波ノイズを除去する。従って、演算増幅器２１
で生成される出力信号のノイズを低減することができる。
【００３１】
（２）本実施形態によれば、焦電素子１２は容量性の素子である。このため、増幅部２
０に容量Ｃ１とオペアンプを備える演算増幅器２１を用いることで、焦電素子１２の容量
と容量Ｃ１の比から簡便にゲインを設定することができる。さらに、オペアンプにかかる
基準電圧を焦電素子１２の基準電圧と同じにすることで、焦電素子１２が接続された第１
増幅入力端ＮＡ１と基準電源が接続された第２増幅入力端ＮＡ２との間の電圧に応じた増
幅信号を生成する構成において、第１増幅入力端ＮＡ１と第２増幅入力端ＮＡ１の中心電
圧は電源１１に従う。このため、電源ノイズの影響を低減した増幅信号を生成できる検出
装置を提供することができる。
【００３２】
（３）本実施形態によれば、増幅部２０からの増幅出力ＳＡは基準電圧を中心として出
力される。そして、演算部３０が増幅出力ＳＡの二乗平均した値との差分を演算すること
で、０Ｖ中心の差分信号ＳＢに変換することができる。０Ｖ中心にすることで、差分信号
ＳＢと同周期の±１Ｖの正弦波である参照信号３２とを演算させると、２倍の周期をもつ
出力信号ＳＣを得ることができる。これによってオペアンプで発生するノイズを高周波帯
に移動させることができる。
【００３３】
（４）本実施形態によれば、フィルター部４０は、ローパスフィルターを含んでいる。
演算部３０からの出力信号ＳＣをローパスフィルターにかけることで、高周波帯に移動し
たノイズを除去している。従って、本来得たい直流成分信号ＳＤだけを抽出することがで
きる。
【００３４】
＜第２実施形態＞
本発明の第２実施形態について図５を用いて説明する。本実施形態が第１実施形態と異
なるところは、メモリー回路及び差分回路を複数備える点にある。以下に例示する各形態
において作用や機能が第１実施形態と同様である要素については、第１実施形態の説明で
使用した符号を流用して各々の詳細な説明を適宜に省略する。
【００３５】
図５は第２実施形態における検出装置の構成を示す回路図である。図５に示すように、
検出装置２００は演算部６０を備えている。演算部６０は、第１メモリー回路６１と第２
メモリー回路６２と第１差分回路６３と第２差分回路６４と第１スイッチ回路７１と第２
スイッチ回路７２を含んで構成され、メモリー回路および差分回路は同数で２つ以上が並
列に接続される。本実施形態ではメモリー回路および差分回路は同数で２つが並列に接続
される形態であるが、２つ以上が並列に接続されていても良い。
【００３６】
第１メモリー回路６１は第１差分回路６３に接続する。第２メモリー回路６２は第２差
分回路６４に接続する。第１スイッチ回路７１は第１メモリー回路６１及び第２メモリー
回路６２に接続され、増幅信号ＳＡの出力先を切り替える。第２スイッチ回路７２は第１
差分回路６３及び第２差分回路６４に接続され、乗算回路３３へ入力する信号を切り替え
る。そして、第１スイッチ回路７１と第２スイッチ回路７２は、参照信号３２を用いてい
る。
【００３７】
第１スイッチ回路７１および、第２スイッチ回路７２は分岐スイッチである。第１スイ
ッチ回路７１が第１メモリー回路６１に接続されるタイミングで、第１メモリー回路６１
は増幅信号ＳＡを１周期分記憶する。第１スイッチ回路７１が第２メモリー回路６２に接
続されるタイミングで第２スイッチ回路７２は第１差分回路６３に接続され、第１メモリ
ー回路６１の読み出しを開始する。その間、増幅信号ＳＡは第２メモリー回路６２に記録
される。係る動作にて、位相調整等の補正が１周期のデータでできる補正回路を追加する
ことができ、より安定した差分信号ＳＢを抽出することができる。そして、第１スイッチ
回路７１と第２スイッチ回路７２は、参照信号３２を用いてスイッチを切り換える。
【００３８】
上述したように、本実施形態によれば、以下の効果を有する。
（１）本実施形態によれば、演算部６０は、第１メモリー回路６１及び第１メモリー回
路６１に接続する第１差分回路６３を備えている。さらに、第２メモリー回路６２及び第
２メモリー回路６２に接続する第２差分回路６４を備えている。そして、第１スイッチ回
路７１及び第２スイッチ回路７２が２つのメモリー回路及び差分回路を切り替える。一方
のメモリー回路に１サイクルの信号を保存している間に、他方のメモリー回路を用いて二
乗平均の値と、実効値との差分をより正確に取得できる。従って、ノイズの除去効果を高
める役割を果たすことができる。
【００３９】
（２）本実施形態によれば、演算部は、メモリー回路および差分回路を２つ以上、並列
に具備している。これにより、増幅部２０の信号を所定の間隔毎に順次処理をさせること
で、遅延なく信号を出力することができる。
【００４０】
尚、以上に例示した各形態は多様に変形され得る。本実施形態は上述した実施形態に限
定されるものではなく、本発明の技術的思想内で当分野において通常の知識を有する者に
より種々の変更や改良を加えることも可能である。具体的な変形の態様を以下に例示する
。以下の例示から任意に選択された２以上の態様は、相互に矛盾しない範囲で適宜に併合
され得る。
【００４１】
（変形例１）増幅部２０による増幅動作の具体的な内容は適宜に変更され得る。例えば
、オペアンプの種類は全差動型アンプでもよい。この時、焦電素子のジョンソンノイズを
除去するために、図６に例示する通り、第１増幅入力端ＮＡ１と第２増幅入力端ＮＡ２に
はそれぞれ焦電素子１２と焦電素子１３を接続する。焦電素子１３は、周囲の温度に応じ
た熱雑音（ジョンソンノイズ）を検出するための参照用の検出素子として利用される。焦
電素子１３と直列且つ演算増幅器２１と平行に容量Ｃ２が設置される。遮光体１４は、例
えばクロム等の遮光性または光反射性の材料で形成された薄膜（遮光層）である。また、
全差動型アンプを用いる場合、演算部は２つ必要となり、その構成は差分回路３１、乗算
回路３３と同じ回路であり、参照信号３２は共通である。
【００４２】
（変形例２）オペアンプの変わりにソースフォロワー回路を用いてもよい。この時、ソ
ースフォロワー回路もトランジスターで生成されるため、同様にフリッカーノイズが発生
する。ただし、本発明の効果によりノイズの少ない増幅回路を提供することができる。
【００４３】
＜電子機器＞
以上の各形態に係る検出装置１００および検出装置２００は各種の電子機器に利用され
る。例えば、赤外線を利用して人間の存在を感知する人感センサーに前述の各形態の検出
装置１００および検出装置２００を利用することが可能である。表示装置（テレビ，モニ
ター，電子ペーパー，カーナビゲーション装置）や撮像装置（ビデオカメラやスチルカメ
ラ），情報端末（携帯電話機，スマートフォン，ゲーム機）等の任意の電子機器において
、例えば利用者の有無を判定するために前述の実施形態の検出装置１００または検出装置
２００を備えている。
【００４４】
上述したように、本実施形態によれば、以下の効果を有する。
（１）本実施形態によれば、電子機器は上記実施形態の検出装置１００または検出装置
２００を備えている。検出装置１００及び検出装置２００は増幅部２０で生成される出力
信号のノイズを低減することができる。従って、電子機器は増幅部２０で生成される出力
信号のノイズが低減された検出装置を備えた機器とすることができる。
【符号の説明】
【００４５】
１０…検出部、１２，１３…焦電素子、１１…基準電源としての電源、１４…遮光体、
２０…増幅部、２１…増幅回路としての演算増幅器、３０，６０…演算部、３１…差分回
路、３２…参照信号、３３…乗算回路、６１…第１メモリー回路、６２…第２メモリー回
路、６３…第１差分回路、６４…第２差分回路、７１…第１スイッチ回路、７２…第２ス
イッチ回路、４０…フィルター部、５０…チョッパ、１００，２００…検出装置、Ｄ１…
第１検出端、Ｄ２…第２検出端、ＮＡ１…第１増幅入力端、ＮＡ２……第２増幅入力端、
ＮＢ…第１出力端、Ｃ１，Ｃ２…容量。
【図１】
2017187295.tif 000003
【図２】
2017187295.tif 000004
【図３】
2017187295.tif 000005
【図４】
2017187295.tif 000006
【図５】
2017187295.tif 000007
【図６】
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