(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポップコーンノイズを出力する恐れのある焦電素子と、該焦電素子から出力された電流信号を電圧信号に変換するＩ／Ｖ変換回路と、該Ｉ／Ｖ変換回路からの電圧信号を増幅する第１の電圧増幅部と、該第１の電圧増幅部からの出力電圧が予め定められた所定値を超えると発報信号を出力する発報部と、前記第１の電圧増幅部より高い周波数を選択して前記Ｉ／Ｖ変換回路からの電圧信号を増幅する第２の電圧増幅部と、該第２の電圧増幅部からの電圧出力が予め定めた所定値を超えるとポップコーンノイズ検出信号を出力するポップコーンノイズ検知部と、前記ポップコーンノイズ検出信号を受信すると予め定められた時間のみ前記Ｉ／Ｖ変換回路２の出力を制御する出力制御回路と、を備える赤外線検出装置において、前記Ｉ／Ｖ変換回路と出力制御回路との間に出力制御回路からの制御信号を、所定の時定数をもって切り替える緩衝回路を設けたことを特徴とする赤外線検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、人体から輻射される赤外線エネルギーを検出し、人体の存在や移動の検知を行う赤外線検出装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図５は、従来の赤外線検出装置のブロック図である。赤外線の検出部としては、焦電素子１が広く利用されており、レンズ系等を用いて検知エリア内からの赤外線を焦電素子１に集め、焦電素子１からは集められた赤外線量の変化に応じた電流が出力される。焦電素子１から出力された電流は、Ｉ／Ｖ変換回路２において電圧に変換された後、更に電圧増幅部３で増幅される。発報部４は、第１の電圧増幅部３ａで増幅された図６（ｃ）に示すような出力が、予め定められた所定値Ｖｈ０又はＶｌ０を超えたときに、検知エリア内に人体が存在・移動するとして図６（ｄ）に示すような発報信号Ｑ０を出力する。
【０００３】
赤外線検出装置における周波数特性は、人体の動きに合わせて設定されており、第１の電圧増幅部３ａには、大凡１Ｈｚを中心とするバンドパスフィルタが付加されている。これにより、人体に対する感度を上げることが可能になるとともに、人体の移動に関係しないと思われる帯域の信号により誤動作が生じることを防止することができるようになっている。
【０００４】
ところが、焦電素子１からポップコーンノイズと呼ばれる単発性のノイズ出力が生じることがある。ポップコーンノイズは、焦電素子１を構成する焦電体基板や支持台、接着剤、回路基板等の熱膨張率の違いにより、焦電体基板や電極といった素子材料の欠陥部やダイシング等により生じるピッチング部、マイクロクラック部等に圧縮・引っ張りのストレスが集中し、不要な電荷が発生するために起こると考えられている。
【０００５】
そこで、従来は、このような単発性のノイズ出力であるポップコーンノイズに対して、第１の電圧増幅部３ａより高い周波数を選択して、Ｉ／Ｖ変換回路２の出力を増幅する第２の電圧増幅部３ｂを設けている。焦電素子１においては、人体等の移動による出力と比較してポップコーンノイズは、はるかに立ち上がりが早い。そこで、第２の電圧増幅部３ｂは、数十Ｈｚ以上の成分を通過させる高帯域通過フィルタの特性を有しており、これによりポップコーンノイズを人体の移動による出力と、区別できることになる。
【０００６】
一方、ポップコーンノイズ検知部５では、図７（ｂ）に示すような第２の電圧増幅部３ｂから出力された信号が予め定めた所定値Ｖｈ１を超えたところで、焦電素子１からポップコーンノイズが、出力されたとして出力制御回路６に対して図７（ｅ）に示すようなポップコーンノイズ検出信号Ｐ１を出力する。出力制御回路６は、ポップコーンノイズ検知部５からポップコーンノイズ検出信号が入力されると、数秒間Ｔ１にわたりスイッチ回路７を通してＩ／Ｖ変換回路２に対し、図７（ｆ）に示すような出力制御信号Ｑ１を出力する。
【０００７】
スイッチ回路７では、出力制御回路６から出力制御信号Ｑ１が出力されている間、Ｉ／Ｖ変換回路２の変換インピーダンスを下げて、出力を低下させる。これにより、図７（ｃ）に示すように第１の電圧増幅部３ａから出力される信号が発報部４に入力されたとしても、予め定めた所定値Ｖｈ０又はＶｌ０を超えないため、図７（ｄ）に示すように発報信号が外部に出力されることはなく、ポップコーンノイズによる誤作動を防止することが可能となる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、スイッチ回路７がオフするときにスイッチングノイズがＩ／Ｖ変換回路２の出力に発生することがある。このスイッチングノイズに関して、以下簡単に図５及び図９を用いて、その発生のメカニズムについて述べる。なお、図９は図５に示すＩ／Ｖ変換回路２及びスイッチ回路７の具体的なブロック図である。ここで、コンデンサ１２はＩ／Ｖ変換を行う容量であり、この容量をＣｆとするとインピーダンスＺ＝１／(ω・Ｃｆ)＝１／(２π・ｆ・Ｃｆ)でＩ／Ｖ変換が行なわれる。ちなみに、ここではｆ＝１Ｈｚ、Ｃｆ＝６ｐＦであるのでこのインピーダンスは、非常に高いものとなっている。従って、入力端子ＳＩＮも非常にインピーダンスの高い端子となる。
【０００９】
そこで、出力制御回路６からスイッチ回路７に対しての出力制御信号が切れる時，ＦＥＴ１０のゲート電圧は、ＨｉｇｈからＬｏｗになってΔＶ１ほど変化することになるが、ＦＥＴ１０のゲートとソース間には寄生容量１１が存在するので、この寄生容量１１の容量をＣｐａとすると、Ｑ＝Ｃｐａ・ΔＶ１の電荷が貯まることになる。また、前述のように入力端子ＳＩＮは非常にインピーダンスが高いので、この電荷はすぐには放電されない。よって、コンデンサ１２の容量をＣｆとすると、コンデンサ１２の両端にはΔＶ２＝Ｑ／Ｃｆ＝（Ｃｐａ・ΔＶ１）／Ｃｆの電圧が、生じることになる。ここで、入力端子ＳＩＮはオペアンプ９により基準電圧に仮想接地されており、このΔＶ２が出力端子ＯＵＴの電圧変化として、現れることになる。このΔＶ２が、所謂スイッチングノイズと呼ばれるものである。
【００１０】
このスイッチングノイズは高周波信号であるので、第１の電圧増幅部は低帯域通過フィルタの特性を有しているため大部分除去されて、発報部４に入力されたとしても、予め定めた所定値を超えないために検知信号が外部に出力されることはない。しかし、第２の電圧増幅部は高帯域通過フィルタの特性を有しているため、このスイッチングノイズ即ち図８（ａ）に示すＮｓが、第２の電圧増幅部３ｂによって、図８（ｂ）にＮｏｕｔとして示すように増幅されて出力され、ポップコーンノイズ検知部５からは図８（ｃ）に示すポップコーンノイズ検出信号Ｐ２として出力され、再び出力制御回路６がスイッチ回路７を通してＩ／Ｖ変換回路２へ、図８（ｄ）に示すような出力制御信号Ｑ２を出力することになる。従って、出力制御回路６は図８（ｄ）に示すようにオン・オフを繰り返す発振状態に陥ってしまい、Ｉ／Ｖ変換回路２の出力が低下した状態が継続することになり、赤外線検出感度が低下してしまうという問題点があった。
【００１１】
本発明は、上記の問題点を解決するために成されたものであり、その目的とするところは、焦電素子からのポップコーンノイズを以って検出対象を検出したとして、発報信号を出力してしまう所謂誤報をなくすとともに、検出感度を不必要に長期間低下させてしまうことにより、本来の人体の存在や移動の検知ができなくなる所謂失報を防ぐ、優れた赤外線検出装置を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、ポップコーンノイズを出力する恐れのある焦電素子と、該焦電素子から出力された電流信号を電圧信号に変換するＩ／Ｖ変換回路と、該Ｉ／Ｖ変換回路からの電圧信号を増幅する第１の電圧増幅部と、該第１の電圧増幅部からの出力電圧が予め定められた所定値を超えると発報信号を出力する発報部と、前記第１の電圧増幅部より高い周波数を選択して前記Ｉ／Ｖ変換回路からの電圧信号を増幅する第２の電圧増幅部と、該第２の電圧増幅部からの電圧出力が予め定めた所定値を超えるとポップコーンノイズ検出信号を出力するポップコーンノイズ検知部と、前記ポップコーンノイズ検出信号を受信すると予め定められた時間のみ前記Ｉ／Ｖ変換回路２の出力を制御する出力制御回路と、を備える赤外線検出装置において、前記Ｉ／Ｖ変換回路と出力制御回路との間に出力制御回路からの制御信号を、所定の時定数をもって切り替える緩衝回路を設けたことを特徴とするものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る赤外線検出装置の一実施の形態を図１、図２、図３及び図４に基づいて詳細に説明する。
【００１４】
図１は赤外線検出装置のブロック図である。また、図２は上記赤外線検出装置の動作を説明するタイミングチャートであり、図３及び図４は、上記赤外線検出装置の緩衝回路の周波数特性及びその一実施例である。
【００１５】
本実施の形態の赤外線検出装置は、図１に示すように焦電素子１と、Ｉ／Ｖ変換回路２と、第１の電圧増幅部３ａと、第２の電圧増幅部３ｂと、発報部４と、ポップコーンノイズ検知部５と、制御回路６、緩衝回路７及びスイッチ回路８とから構成される。
【００１６】
焦電素子１は、検知エリア内から輻射される赤外線量の変化に応じた電流を出力する。
【００１７】
Ｉ／Ｖ変換回路２は、焦電素子１から出力された検出電流を電圧に変換するものである。電圧に変換された信号は分岐され、一方は第１の電圧増幅部３ａに入力され、他方は第２の電圧増幅部３ｂに入力される。
【００１８】
第１の電圧増幅部３ａは、Ｉ／Ｖ変換回路２から入力された信号を増幅して発報部４に入力する。なお、第１の電圧増幅部３ａは、人体の移動のスピードに応じた１Ｈｚ付近の成分を通過させる帯域通過フィルタの特性を有している。
【００１９】
発報部４は、第１の電圧増幅部３ａから出力された信号と予め設定された所定値とをコンパレータにて比較し、第１の電圧増幅部３ａから入力された信号が所定値以上の振幅を有している場合、発報信号を出力する。
【００２０】
第２の電圧増幅部３ｂは、第１の電圧増幅部３ａより高い周波数を選択してＩ／Ｖ変換回路２の出力を増幅する。焦電素子１において人体等の移動による出力と比較してポップコーンノイズは、はるかに立ち上がりが早い。そこで、第２の電圧増幅部３ｂは、数十Ｈｚ以上の成分を通過させる高帯域通過フィルタの特性を有している。これによりポップコーンノイズを人体の移動による出力と区別できる。ただし、必要以上に高い周波数を有する信号を通過させると、Ｓ／Ｎ比が悪化し、ポップコーンノイズが雑音に埋もれることになる。そこで、本実施の形態では、数十Ｈｚから数百Ｈｚの成分を通過させる帯域通過フィルタの特性を第２の電圧増幅部３ｂに与えている。
【００２１】
ポップコーンノイズ検知部５は、図２(ｂ)に示す第２の電圧増幅部３ｂの出力が予め定めた所定値Ｖｈ１，Ｖｌ１以上の振幅を有している場合、出力制御回路６に対して図２(ｄ)に示すポップコーンノイズ検出信号Ｐ1を出力する。
【００２２】
出力制御回路６は、ポップコーンノイズ検出信号が入力されると、予め定めた時間Ｔ１にわたって緩衝回路７に対して出力制御信号Ｑ１を出力する。
【００２３】
スイッチ回路８は、緩衝回路７を通して出力制御信号Ｑ１が入力される間、Ｉ／Ｖ変換回路２の変換インピーダンスを下げ第１の電圧増幅部３ａに入力されるポップコーンノイズにより生じた信号の信号レベルを下げている。これにより図２（ｃ）に示すように第１の電圧増幅部ａの出力が、発報部４において予め定められた所定値Ｖｈ０，Ｖｌ０を超えないためポップコーンノイズが，発報信号として 出力されることはない。
【００２４】
ここで、緩衝回路７は、図４に示すようにＣ，Ｒ等で構成された回路であり、出力制御回路６からの出力制御信号Ｑ１の立ち下がり時間を、調整してスイッチ回路８へ伝える。なお、緩衝回路７の時定数はＣ，Ｒで決まるがこれを、図３に示すように第１の電圧増幅部ａの利得がおよそ最大になる１ＨＺ付近から、第２の電圧増幅部３ｂの利得がおよそ最大になる１００ＨＺ付近の間で最適周波数Ｆ０に設定する。つまり図２（ａ）にＮｓ１として示すスイッチングノイズが、第１の電圧増幅部３ａで増幅され図２（ｃ）にＮｏｕｔ２として示すように、予め定められた所定値Ｖｈ０，Ｖｌ０を超えず、発報部４から発報信号として出力されないように、また第２の電圧増幅部３ｂで増幅され図２（ｂ）にＮｏｕｔ１として示すように、予め定められた所定値Ｖｈ１，Ｖｌ１を超えずポップコーンノイズ検知部５からポップコーンノイズ検知信号として、出力されない程度の利得になるように設定する。なお実験的には、最適周波数Ｆ０を１０Ｈｚ程度になるように設定すれば、安定した出力を得ることが出きた。
【００２５】
以上のことにより、Ｒ，Ｃ等の小規模な回路にて、スイッチ回路８がオフするときに生じるスイッチングノイズにより焦電素子からのポップコーンノイズを以って検出対象を検出したとして、発報信号を出力してしまう所謂誤報をなくすことが、可能となる。
【００２６】
【発明の効果】
以上の説明のように、本発明による赤外線検出装置においては、焦電素子からのポップコーンノイズを以って検出対象を検出したとして、発報信号を出力してしまう所謂誤報をなくすとともに、検出感度を不必要に長期間低下させてしまうことにより、本来の人体の存在や移動の検知ができなくなる所謂失報を防ぐ、優れた赤外線検出装置を提供するという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係る赤外線検出装置を示すブロック図である。
【図２】上記赤外線検出装置の動作を説明するタイミングチャートである。
【図３】上記赤外線検出装置の緩衝回路の周波数特性を説明する図である
【図４】上記赤外線検出装置の緩衝回路の要部回路図である
【図５】従来の赤外線検出装置のブロック図である。
【図６】上記赤外線検出装置の正常な発報時における動作を説明するタイミングチャートである。
【図７】上記赤外線検出装置のポップコーンノイズ検出時における動作を説明するタイミングチャートである。
【図８】上記赤外線検出装置の動作を説明するタイミングチャートである。
【図９】上記赤外線検出装置のＩ／Ｖ変換回路及びスイッチ回路を示す回路図である。
【符号の説明】
１    焦電素子
２    Ｉ／Ｖ変換回路
３ａ  第１の電圧増幅部
３ｂ  第２の電圧増幅部
４    発報部
５    ポップコーンノイズ検知部
６    出力制御回路
７    緩衝回路
８    スイッチ回路
【図１】
0003829483.tif 000002
【図２】
0003829483.tif 000003
【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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