WO2013027768A1 - Detection circuit, and infrared detection device - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a detection circuit and an infrared detection device using a pyroelectric element.
- such an electric device incorporates an infrared detector using a pyroelectric element as an infrared detector.
- a general infrared detection device collects infrared rays from the detection area using a lens or the like into a pyroelectric element, and a current signal output from the pyroelectric element in response to a change in the amount of infrared light received by the pyroelectric element. Changes.
- an apparatus including a pyroelectric element and an infrared detection circuit that performs signal processing on a detection current signal of the pyroelectric element is known (for example, Reference 1 [Japan Published Patent Publication No. 2003). -227773]]).
- the infrared detection circuit includes a current-voltage conversion circuit that converts a current signal from a pyroelectric element into a voltage signal, a voltage amplification circuit, a bandpass filter circuit, and a bandpass filter circuit. And an output circuit connected to the output side.
- the current-voltage conversion circuit includes an operational amplifier having a pyroelectric element connected to the inverting input terminal, and a feedback capacitor connected between the output terminal and the inverting input terminal of the operational amplifier. Yes.
- This current-voltage conversion circuit converts a current signal having a frequency component that is important for detection of a human body, out of the current signal output from the pyroelectric element, into a voltage signal using a capacitor.
- the voltage amplification circuit amplifies the voltage signal output from the current-voltage conversion circuit.
- the band-pass filter circuit outputs a voltage signal in a frequency band that is important for detecting a human body with a predetermined gain.
- the output circuit is composed of, for example, a comparator, compares the voltage signal output from the bandpass filter circuit with a predetermined threshold level, and outputs a detection signal when the voltage signal is equal to or higher than the threshold level.
- the infrared detection circuit is caused by the fact that the physical distance between the input and output is shortened with the miniaturization of the entire infrared detection device, and the insulation performance between the input and output is lowered with the simplification of the structure. As a result, the capacitance of capacitive coupling generated between the input and output increases.
- an inverting amplifier circuit is formed by an operational amplifier and a conversion element (such as a resistor or a capacitor) of the current-voltage conversion circuit and capacitive coupling between the input and output as viewed from the output end.
- a conversion element such as a resistor or a capacitor
- the infrared detection circuit increases Cx / Cf times from the output terminal to the input of the voltage amplification circuit when the capacitance of capacitive coupling increases. Detection signal wraps around.
- Cx is a capacitance of capacitive coupling
- Cf is a capacitance of a capacitor (conversion element) in the current-voltage conversion circuit.
- (a) represents the voltage signal V0 input to the output circuit (that is, output from the bandpass filter circuit), and (b) represents the detection signal S1 output from the output circuit. Yes.
- the output circuit compares the voltage signal V0 with the threshold value using threshold values VH1 and VL1 with hysteresis instead of a fixed threshold value.
- the present invention has been made in view of the above reasons, and an object of the present invention is to provide a detection circuit and an infrared detection device capable of suppressing the influence of capacitive coupling generated between the input and output of a circuit portion that receives the output of a pyroelectric element.
- the detection circuit includes a conversion circuit and an output circuit.
- the conversion circuit is configured to receive a current signal from a sensing element through an input end and convert the received current signal into a voltage signal.
- the output circuit receives the voltage signal from the conversion circuit, compares the magnitude of the received voltage signal with a predetermined threshold, and passes through the output terminal when the magnitude of the voltage signal exceeds the predetermined threshold. It is comprised so that a detection signal may be output.
- the detection signal is a one-shot pulse.
- the conversion circuit in the first form, is configured to amplify the electric signal which is the current signal or the voltage signal.
- the conversion circuit has a gain equal to or higher than a predetermined value with respect to a component of the electric signal having a frequency included in a specific frequency band and has a frequency higher than an upper limit value of the specific frequency band. Is configured to have a gain less than a predetermined value.
- the pulse width of the one-shot pulse is a value corresponding to a frequency higher than the upper limit value.
- the conversion circuit is configured to determine whether the magnitude of the voltage signal output to the output circuit exceeds the predetermined threshold. During the holding period, a holding operation for holding the magnitude of the voltage signal output to the output circuit at a predetermined value is executed. The length of the holding period is not less than the pulse width of the one-shot pulse.
- the holding period is longer than the pulse width of the one-shot pulse.
- the predetermined value is obtained when the magnitude of the voltage signal output to the output circuit exceeds the predetermined threshold. The magnitude of the voltage signal.
- the conversion circuit is included in a specific frequency band of the electric signal that is the current signal or the voltage signal.
- a filter circuit that passes a component having a frequency is provided.
- the conversion circuit is configured to hold the magnitude of the voltage signal output to the output circuit at the predetermined value by stopping the operation of the filter circuit during the holding period.
- the conversion circuit includes an AD conversion unit that converts the electrical signal into a digital signal and outputs the digital signal.
- the filter circuit performs arithmetic processing on the digital signal to extract a component having a frequency included in the specific frequency band from a waveform indicated by the digital signal, and generates a digital signal indicating the waveform of the component. This is a digital filter to output.
- the AD conversion unit includes: an integrator that integrates the electrical signal; and a quantizer that quantizes the output of the integrator. It is a ⁇ type AD converter.
- the AD conversion unit is configured to convert the electric signal into a digital signal and output it at a predetermined cycle.
- the conversion circuit is configured to restart the operation of the filter circuit in accordance with a timing at which the AD conversion unit outputs a digital signal.
- the output circuit when the magnitude of the voltage signal received from the conversion circuit exceeds a predetermined threshold value, A differential value of the magnitude of the voltage signal is obtained, and the pulse width of the one-shot pulse is shortened as the differential value increases.
- the detection circuit of the eleventh aspect when the magnitude of the voltage signal received from the conversion circuit exceeds a predetermined threshold value in the output circuit, A differential value of the magnitude of the voltage signal is obtained, and it is configured to determine whether or not the differential value exceeds a specified value.
- the conversion circuit is configured to end the holding operation when the output circuit determines that the differential value exceeds the specified value.
- the conversion circuit includes a current-voltage conversion unit that converts the received current signal into a voltage signal.
- the current-voltage conversion unit includes an operational amplifier and a feedback capacitive element connected to the operational amplifier.
- the infrared detection device includes a detection circuit according to any one of the first to twelfth aspects and a detection element connected to the input terminal of the detection circuit.
- the detection element is a pyroelectric element.
- FIG. 1 is a schematic circuit diagram of an infrared detection device according to Embodiment 1.
- FIG. 1 is a schematic block diagram of an infrared detection device according to Embodiment 1.
- FIG. 2 is a schematic circuit diagram of a voltage amplification unit used in the infrared detection device according to Embodiment 1.
- FIG. 3 is a frequency characteristic diagram of a conversion circuit used in the infrared detection device according to Embodiment 1.
- FIG. FIG. 3 is an output waveform diagram of a conversion circuit in the infrared detection device according to the first embodiment. It is explanatory drawing of operation
- FIG. 3 is an output waveform diagram of a conversion circuit in the infrared detection device according to the first embodiment. It is a schematic circuit diagram which shows the 1st modification of the voltage amplification part used for the infrared rays detection apparatus which concerns on Embodiment 1.
- FIG. 6 is a schematic circuit diagram which shows the 2nd modification of the voltage amplification part used for the infrared rays detection apparatus which concerns on Embodiment 1.
- FIG. 6 is a schematic circuit diagram of an infrared detection device according to Embodiment 2.
- FIG. 6 is an explanatory diagram of an operation of an AD conversion unit used in an infrared detection device according to Embodiment 2.
- FIG. FIG. 5 is a schematic circuit diagram of an infrared detection device according to a third embodiment.
- FIG. 6 is a schematic circuit diagram of an infrared detection device according to a fourth embodiment. It is explanatory drawing of operation
- the infrared detection device 1 of the present embodiment includes a pyroelectric element 2 and a detection circuit 10 that performs signal processing on a detection current signal (current signal) of the pyroelectric element 2.
- the detection circuit 10 has a conversion circuit 3 that converts a current signal output from the detection element (in this embodiment, the pyroelectric element 2) into a voltage signal, and an output value (a magnitude of the voltage signal) of the conversion circuit 3 as a predetermined value. And an output circuit 4 including a comparator 41 for comparison with the threshold value. Note that the sensing element is not necessarily the pyroelectric element 2.
- the detection circuit 10 is integrated into an IC (integrated circuit) without using external components, and is made into one chip.
- an infrared detection device 1 used for a human body detection device that detects a human body in a detection area will be described as an example.
- the infrared detection device 1 is used for purposes other than human body detection such as gas detection. It is not the purpose to prevent.
- the pyroelectric element 2 receives infrared rays from the detection area and outputs a current signal according to the change in the amount of received infrared rays.
- the detection circuit 10 includes an input terminal T1 and an output terminal T2.
- the pyroelectric element 2 is connected to the input terminal T1, and an external circuit (not shown) mainly composed of a microcomputer is connected to the output terminal T2.
- the detection circuit 10 performs signal processing on the current signal from the pyroelectric element 2, and outputs a detection signal from the output terminal T2 to the external circuit when a human body is detected in the detection area. Thereby, the infrared detection apparatus 1 can output the result of the human body detection to the external circuit, and the external circuit can control the electric device according to the result of the human body detection.
- the conversion circuit 3 provided in the input stage of the detection circuit 10 includes a current-voltage conversion unit 5 connected to the pyroelectric element 2 and a voltage connected to the output of the current-voltage conversion unit 5. And an amplifying unit 6. Further, in the present embodiment, the conversion circuit 3 has an output holding unit 8 described later.
- the current-voltage converter 5 has an operational amplifier 51 whose inverting input terminal is connected to the input terminal T1 of the detection circuit 10. That is, the inverting input terminal of the operational amplifier 51 is connected to the pyroelectric element 2. A capacitor 52 as a capacitive element for AC feedback is connected between the output terminal and the inverting input terminal of the operational amplifier 51. A non-inverting input terminal of the operational amplifier 51 is connected to a reference power supply unit 53 that generates a reference voltage.
- the weak current signal output from the pyroelectric element 2 is converted into a voltage signal using the impedance of the capacitor 52 as the conversion element.
- the voltage output from the operational amplifier 51 is a value obtained by subtracting the voltage across the capacitor 52 from the reference voltage generated by the reference power supply unit 53.
- the output of the current-voltage conversion unit 5 changes from the operating point according to the change of the current signal caused by the pyroelectric element 2 receiving infrared rays with the reference voltage as the operating point.
- the output of the current-voltage conversion unit 5 at the above operating point is assumed to be zero. That is, hereinafter, the output of the current-voltage conversion unit 5 means the amount of change from the operating point of the voltage output from the operational amplifier 51.
- the voltage amplifying unit 6 includes a non-inverting amplifier circuit having a two-stage configuration as shown in FIG.
- the non-inverting amplifier circuit at the first stage has an operational amplifier 61 whose non-inverting input terminal is connected to the output of the current-voltage converter 5 (the output terminal of the operational amplifier 51) via the capacitor 62. is doing.
- a low pass filter composed of a parallel circuit of a resistor 63 and a capacitor 64 is connected between the output terminal and the inverting input terminal of the operational amplifier 61.
- a reference power supply unit 65 that generates a reference voltage is connected to a non-inverting input terminal via a resistor 66, and a reference power supply unit 67 that generates a reference voltage is connected to a resistor 68 at an inverting input terminal. Connected through.
- the non-inverting amplifier circuit in the first stage forms a band-pass filter with the high-pass filter composed of the capacitor 62 and the resistor 66 and the low-pass filter composed of the resistor 63 and the capacitor 64, and gain is obtained for a specific frequency band. To amplify the voltage signal.
- the pass band of the non-inverting amplifier circuit is set in accordance with the frequency band of the current signal generated by the pyroelectric element 2 when the presence of the human body is detected. Has been.
- the second-stage (output terminal T2 side) non-inverting amplifier circuit includes an operational amplifier 71, and capacitors 72, 74 and resistors 73, 76, 78 are connected to the operational amplifier 71.
- the same circuit as the non-inverting amplifier circuit is constructed.
- a switch 60 is inserted between the non-inverting input terminal of the first stage operational amplifier 61 and the capacitor 62 and the resistor 66, and the non-inverting input terminal of the second stage operational amplifier 71 and the capacitor 72.
- a switch 70 is inserted between the resistor 76 and the resistor 76.
- switches 60 and 70 will be described in detail later, but these switches 60 and 70 are on at least during the period when the voltage amplifying unit 6 functions.
- the conversion circuit 3 is configured to receive a current signal from the pyroelectric element 2 through the input terminal T1 and convert the received current signal into a voltage signal.
- the conversion circuit 3 is configured to amplify the voltage signal output from the current-voltage conversion unit 5.
- the conversion circuit 3 has a gain equal to or higher than a predetermined value with respect to a voltage signal component having a frequency included in a specific frequency band, and converts the voltage signal component having a frequency higher than the upper limit value of the specific frequency band. It is configured to have a gain less than a predetermined value.
- the conversion circuit 3 performs the conversion operation for converting the current signal received from the pyroelectric element 2 into a voltage signal and the amplification operation for amplifying the voltage signal output from the current-voltage conversion unit 5.
- the conversion operation of the conversion circuit 3 is realized by the current-voltage conversion unit 5, and the amplification operation of the conversion circuit 3 is realized by the voltage amplification unit 6.
- the pyroelectric element 2 is a dual-type pyroelectric element in which two elements are arranged side by side.
- the pyroelectric element 2 is connected to the detection circuit 10 so that the two elements have different polarities (positive and negative), and both elements are arranged side by side so that the detection areas of the elements are adjacent to each other. Has been.
- the current signal changes in the positive direction
- the current signal changes in the negative direction
- the conversion circuit 3 receives a current signal that alternately swings in the positive and negative directions with reference to zero. Is done.
- the frequency band of the current signal generated by the pyroelectric element 2 when the presence of the human body is detected depends on the distance from the person to be detected to the pyroelectric element 2 and the moving speed of the person to be detected. In this embodiment, it is assumed that the frequency is about 0.1 Hz to 1 Hz.
- the voltage amplifying unit 6 has a gain higher than a predetermined value in a specific frequency band (here, about 0.1 Hz to 1 Hz), and a signal in a specific frequency band among the voltage signals output from the current-voltage conversion unit 5. Is amplified and output.
- the conversion circuit 3 functions as a filter circuit that allows the voltage amplification unit 6 to pass a signal component in a specific frequency band, so that the conversion circuit 3 has a gain greater than a predetermined value in the specific frequency band as a whole.
- the output current signal is converted into a voltage signal and output.
- the two-stage non-inverting amplifier circuit shown in FIG. 3 is merely an example of the specific configuration of the voltage amplifier 6, and the voltage amplifier 6 has the circuit configuration shown in FIG. 3 (two-stage non-inverting amplifier circuit). Is not limited to.
- the output circuit 4 receives the voltage signal from the conversion circuit 3 (the voltage signal from the current-voltage conversion unit 5 amplified by the voltage amplification unit 6), and sets the magnitude (voltage value) of the received voltage signal as a predetermined threshold value. In comparison, the detection signal is output through the output terminal T2 when the magnitude of the voltage signal exceeds a predetermined threshold.
- the output circuit 4 includes a comparator (comparator) 41 that compares the output value of the conversion circuit 3 (the output value of the voltage amplification unit 6) with a predetermined threshold value, and an external circuit. And a pulse generator 42 for outputting a detection signal.
- the comparator 41 is connected to the output of the conversion circuit 3, and the output value of the conversion circuit 3 when the pyroelectric element 2 is not receiving infrared rays, that is, when the output of the current-voltage conversion unit 5 is zero. The amount of change from zero in this output value is compared with a threshold value as zero.
- the pyroelectric element 2 is a dual-type pyroelectric element as described above, when the conversion circuit 3 receives a current signal from one element, the output value changes in the positive direction. When a current signal is received from the other element, the output value changes in the negative direction.
- the conversion circuit 3 when a person crosses the detection area of one element and the detection area of the other element in order, the conversion circuit 3 generates an output that swings alternately in the positive direction and the negative direction with reference to zero.
- the comparator 41 sets threshold values on both the positive and negative sides with reference to zero so that the change amount from zero of the output value of the conversion circuit 3 can be compared with the threshold value in both the positive and negative directions.
- the comparator 41 sets a positive threshold value VH1 in the positive direction and a negative threshold value VL1 in the negative direction, and the output value of the conversion circuit 3 swings from zero to the positive direction and exceeds the positive threshold value VH1. Alternatively, it is determined that the output value has exceeded the threshold value when the negative value is exceeded and the negative threshold value VL1 is exceeded. In other words, the comparator 41 determines that the output value is equal to or less than the threshold value when the output value of the conversion circuit 3 is between the positive threshold value VH1 and the negative threshold value VL1, and the output value of the conversion circuit 3 is equal to the positive threshold value VH1. It is determined that the output value has exceeded the threshold when the value deviates from the negative threshold VL1. The absolute value is the same between the positive threshold value VH1 and the negative threshold value VL1.
- the comparator 41 of the present embodiment outputs a trigger signal to the subsequent pulse generation unit 42 when the output value of the conversion circuit 3 exceeds the threshold value (positive threshold value VH1, negative threshold value VL1).
- the comparator 41 is configured to continue outputting the trigger signal while the output value of the conversion circuit 3 exceeds the threshold value, but is not limited to this configuration.
- the output value of the conversion circuit 3 exceeds the threshold value.
- an impulse-like trigger signal may be output at the time point.
- the pulse generator 42 receives the trigger signal output from the comparator 41, and outputs a one-shot pulse having a predetermined pulse width as a detection signal to an external circuit. Specifically, the pulse generator 42 generates a one-shot pulse (single pulse) having a fixed time length (fixed pulse width) only once with the rising edge of the trigger signal as a trigger.
- the one-shot pulse is unipolar, and the pulse generator 42 has the same polarity and the same polarity when the threshold value is exceeded, regardless of whether the output value of the conversion circuit 3 moves in the positive direction or the negative direction.
- a one-shot pulse with a pulse width is output.
- the one-shot pulse output from the pulse generator 42 is outside a specific frequency band (about 0.1 Hz to 1 Hz) in which the conversion circuit 3 has a gain greater than a predetermined value, and is higher than this frequency band.
- the pulse width is set so as to be on the side (high frequency side). That is, since the conversion circuit 3 has a gain greater than or equal to a predetermined value in the specific frequency band fb1 as shown in FIG. 4, the pulse generator 42 uses the frequency band fb2 deviating from the specific frequency band fb1 to the high frequency side.
- the pulse width of the one-shot pulse is set so that
- the one-shot pulse has a pulse width corresponding to a frequency included in a frequency band in which the gain of the conversion circuit 3 is less than a predetermined value.
- the one-shot pulse is set in the frequency band fb2 where the conversion circuit 3 has little sensitivity.
- the infrared detection device 1 is affected even if a detection signal wraps around from the output terminal T2 to the input terminal T1 through the capacitive coupling 11 (see FIG. 1) generated between the input and output of the detection circuit 10. This prevents chattering and oscillation from occurring in the detection signal.
- chattering and the oscillation phenomenon in which the signal is repeatedly turned on and off are collectively referred to as “chattering or the like”.
- the detection circuit 10 is caused by the fact that the physical distance between the input and output is shortened with the miniaturization of the entire infrared detection device 1, and the insulation performance between the input and output is lowered with the simplification of the structure. As a result, the capacitance of the capacitive coupling 11 generated between the input and output increases.
- an inverting amplifier circuit is formed by the operational amplifier 51, the capacitor 52, and the capacitive coupling 11 when viewed from the output terminal T 2. Therefore, when the capacitance of the capacitive coupling 11 increases, the output terminal is multiplied by Cx / Cf.
- the detection signal may circulate from T2 to the input of the voltage amplification unit 6.
- Cx is the capacitance of the capacitive coupling 11
- Cf is the capacitance of the capacitor 52 in the current-voltage converter 5.
- the detection signal is a one-shot pulse that is higher than a specific frequency band in which the conversion circuit 3 has a gain greater than or equal to a predetermined value. Therefore, the detection signal wraps around from the output terminal T2 to the input terminal T1. Even in the case of occurrence of chattering, no chattering or the like occurs in the detection signal.
- the conversion circuit 3 has almost no sensitivity to the one-shot pulse (detection signal) that wraps around from the output terminal T2 to the input terminal T1, so chattering or the like occurs in the detection signal due to the one-shot pulse. Will not occur.
- the infrared detection device 1 of the present embodiment can reliably detect a human body even when the capacitance of the capacitive coupling 11 generated between the input and output of the detection circuit 10 increases.
- the amplitude (voltage value) of the one-shot pulse is ⁇ V0 and the gain of the conversion circuit 3 with respect to the frequency f of the one-shot pulse is G
- the capacitance Cx of the capacitive coupling 11 the capacitance Cf of the capacitor 52, the gain G, and the threshold so that the fluctuation range ⁇ V1 does not exceed the threshold.
- the upper limit value of the pulse width of the one-shot pulse is set.
- the upper limit value of the pulse width is smaller so that the one-shot pulse is set in the high frequency band where the gain G in the conversion circuit 3 is smaller.
- the one-shot pulse as a detection signal has a frequency component on the higher frequency side than a specific frequency band by determining the pulse width within a range below the upper limit set in this way.
- the pulse width of the one-shot pulse is determined so as to be within the above-described upper limit value and within a predetermined lower-limit value range.
- the lower limit here is set according to the internal clock of the microcomputer constituting the external circuit, and is set to, for example, twice the internal clock.
- the pulse width of the one-shot pulse is set to 100 ms.
- the infrared detection device 1 detects when the one-shot pulse amplitude ⁇ V0 is 6.0V and the capacitance Cf of the capacitor 52 is several pF, and the capacitance Cx of the capacitive coupling 11 is within several fF. Chattering does not occur in the signal.
- the infrared rays detection apparatus 1 of this embodiment is detected by the influence of the capacitive coupling 11 by employ
- FIG. It is possible to more reliably prevent chattering and the like from occurring in the signal.
- the comparator 41 of the output circuit 4 outputs the trigger signal not only to the pulse generator 42 but also to the output holding unit 8.
- the output holding unit 8 uses the trigger signal from the comparator 41 as a trigger to output and convert a control signal from the rising point of the one-shot pulse for at least a holding period having the same length as the pulse width of the one-shot pulse. A holding operation for holding the output value of the circuit 3 constant is performed.
- the output holding unit 8 has a function of controlling on / off of the switches 60 and 70 of the voltage amplifying unit 6 shown in FIG. 3.
- both the switches 60 and 70 over the holding period. 70 is turned off to stop the function of the voltage amplifier 6 as a filter circuit. That is, the output holding unit 8 turns off the switches 60 and 70 over the holding period by the control signal when the output value of the conversion circuit 3 exceeds the threshold, and turns on the switches 60 and 70 when the holding period ends.
- the conversion circuit 3 holds the output value at a value immediately before the start of the holding period (just before the switches 60 and 70 are turned off) by the input terminal capacitances of the operational amplifiers 61 and 71.
- the output holding unit 8 performs a holding operation so as to hold the output value of the conversion circuit 3 at a value immediately before the start of the holding period in the holding period.
- the conversion circuit 3 sets the magnitude of the voltage signal output to the output circuit 4 for a predetermined holding period to a predetermined value. It is comprised so that the holding
- the holding operation of the conversion circuit 3 is realized by the output holding unit 8.
- the conversion circuit 3 includes the output holding unit 8 that holds the output value constant over the holding period using the trigger signal from the comparator 41 of the output circuit 4 as a trigger, thereby affecting the influence of the capacitive coupling 11.
- chattering and the like can be reliably prevented from occurring in the detection signal.
- the conversion circuit 3 does not change the output value while keeping the output value constant by the holding operation at least during the period in which the pulse generator 42 outputs the one-shot pulse, the one-shot pulse is affected by the capacitive coupling 11 during this period. Even if wraparound occurs, the output value does not change.
- the output value of the conversion circuit 3 does not exceed the threshold value, and the one-shot pulse is generated by the pulse generation unit 42 and the output circuit 4 Chattering or the like does not occur in the output.
- the infrared detection device 1 of the present embodiment can reliably detect a human body no matter how much the capacitance Cx of the capacitive coupling 11 generated between the input and output of the detection circuit 10 increases.
- the pulse generator 42 of the output circuit 4 When the pulse generator 42 of the output circuit 4 outputs a one-shot pulse, the charge remains in the capacitance component (capacitor 52, etc.) due to the one-shot pulse, although it is a short time after the fall of the one-shot pulse. Due to this residual charge, a potential difference may occur in the output of the current-voltage converter 5 before and after the application of the one-shot pulse, resulting in output fluctuation.
- the time length of the holding period is set longer (larger) than the pulse width of the one-shot pulse.
- the time obtained by adding the time required until the influence of the residual charge from the time when the one-shot pulse falls to the pulse width of the one-shot pulse is the lower limit value of the length of the holding period.
- the conversion circuit 3 loses information on the original output (voltage signal) corresponding to the current signal from the pyroelectric element 2 during the holding period, the amount of information lost becomes longer as the holding period becomes longer. The number of holding operations on the output after the end of the holding period is increased.
- the conversion circuit 3 has a longer output holding performance after the holding operation in the output holding unit 8 ends as the holding period becomes longer. Deviation of waveform from output increases.
- the shorter the holding period the smaller the influence of the holding operation on the output after the end of the holding period in the conversion circuit 3, so it is desirable that an upper limit value be set for the length of the holding period.
- the horizontal axis is the time axis
- the original output of the conversion circuit 3 when the holding operation is not performed is “V0”
- the output of the conversion circuit 3 when the holding operation is performed while changing the holding time are represented as “V1”, “V2”, and “V3” (the retention time increases in the order of V1, V2, and V3).
- the conversion circuit 3 when information on the original output is lost over a half period of the current signal from the pyroelectric element 2, the conversion circuit 3 does not interfere with human body detection after the end of the holding period. A slight delay occurs in the output with respect to the current signal input from the electric element 2.
- the information of the output of the conversion circuit 3 is not lost over the half cycle of the current signal generated by the pyroelectric element 2 when the presence of the human body is detected.
- the upper limit of time length is set.
- the length of the holding period is set to 120 ms as an example with respect to a one-shot pulse width of 100 ms.
- the conversion circuit 3 can ensure the followability of the output after the holding operation in the output holding unit 8 is completed up to a current signal of about 2 Hz generated by the pyroelectric element 2.
- the output period of the output circuit 4 exceeds the threshold value and the first one-shot pulse is output after the output value of the conversion circuit 3 first exceeds the threshold value, the output value of the conversion circuit 3 reaches the threshold value. Every time it exceeds, the second and subsequent one-shot pulses can be output without delay.
- the infrared detecting device 1 generates a current signal in the vicinity of 1 Hz from the pyroelectric element 2 for the purpose of human body detection. For example, when the output followability is ensured up to a current signal of 3 Hz. In this case, it is desirable that the length of the holding period is 80 ms or less.
- the detection circuit 10 takes into consideration the frequency of the current signal to be detected and appropriately sets the pulse width of the one-shot pulse and the time length of the holding period, so that the one-shot after the second shot Pulses can be output without delay.
- FIG. 6 with the horizontal axis as the time axis, (a) represents the output (voltage signal) of the conversion circuit 3, (b) represents the detection signal S1 output from the output circuit 4 (pulse generator 42), c) represents the control signal S2 for determining the holding period.
- the output circuit 4 compares the voltage signal V0 with the threshold value using threshold values with hysteresis (positive threshold value VH1, negative threshold value VL1) instead of a fixed threshold value.
- the conversion circuit 3 converts the current signal received from the pyroelectric element 2 as shown in FIG.
- the voltage signal is converted into a voltage signal by the current-voltage converter 5 and the voltage signal is amplified by the voltage amplifier 6 and output as a voltage signal (amplified voltage signal) V0.
- the output circuit 4 compares the output value of the conversion circuit 3 with threshold values (positive threshold value VH1, negative threshold value VL1), and generates a trigger signal when the output value of the conversion circuit 3 exceeds the threshold value. .
- the pulse generator 42 outputs a one-shot pulse having a predetermined pulse width as the detection signal S1, as shown in FIG. 6B, with the trigger signal rising as a trigger (that is, when receiving the trigger signal from the comparator 41). .
- the output holding unit 8 uses the rising edge of the trigger signal as a trigger (that is, when the trigger signal is received from the comparator 41), and as shown in FIG. 6C, the output holding unit 8 extends over a holding period longer than the pulse width of the one-shot pulse.
- the control signal S2 is output to perform a holding operation for holding the output value of the conversion circuit 3 constant.
- the output circuit 4 outputs the one-shot pulse as the detection signal S1
- the output value of the conversion circuit 3 is held at the value immediately before the start of the holding period as shown in FIG. Will be.
- the infrared detection device 1 of the present embodiment described above includes a pyroelectric element 2, a conversion circuit 3 that converts a current signal output from the pyroelectric element 2 into a voltage signal, and an output value of the conversion circuit 3 as a predetermined threshold value. And an output circuit 4 including a comparator 41 for comparison.
- the output circuit 4 includes a pulse generation unit 42 that outputs a one-shot pulse having a predetermined pulse width, triggered by the output value of the conversion circuit 3 exceeding the threshold value.
- the detection circuit 10 in the present embodiment includes the conversion circuit 3 and the output circuit 4.
- the conversion circuit 3 is configured to receive a current signal from the sensing element (in this embodiment, the pyroelectric element 2) through the input terminal T1, and convert the received current signal into a voltage signal.
- the output circuit 4 receives the voltage signal from the conversion circuit 3, compares the magnitude of the received voltage signal with a predetermined threshold value, and outputs a detection signal through the output terminal T4 when the magnitude of the voltage signal exceeds the predetermined threshold value. Configured to output.
- the detection signal is a one-shot pulse.
- the infrared detection device 1 includes a detection circuit 10 and a detection element connected to the input terminal T1 of the detection circuit 10.
- the detection element is the pyroelectric element 2.
- the output circuit 4 is provided with the pulse generator 42 that outputs a one-shot pulse having a predetermined pulse width triggered by the output value of the conversion circuit 3 exceeding the threshold value.
- the influence of the capacitive coupling 11 generated between the input and output of the circuit 10 can be suppressed.
- the influence of capacitive coupling that occurs between the input and output (that is, between the input terminal T1 and the output terminal T2) of the circuit portion that receives the output of the pyroelectric element 2 (that is, the detection circuit 10) is suppressed.
- the detection circuit 10 the influence of capacitive coupling that occurs between the input and output (that is, between the input terminal T1 and the output terminal T2) of the circuit portion that receives the output of the pyroelectric element 2 (that is, the detection circuit 10) is suppressed.
- the detection signal is a one-shot pulse in the infrared detection device 1 of the present embodiment, even when the detection signal wraps around from the output terminal T2 to the input terminal T1 due to the influence of the capacitive coupling 11, It is possible to prevent chattering and the like and to reliably detect a human body.
- the detection circuit 10 uses a one-shot pulse with a fixed pulse length as a detection signal, the detection circuit 10 detects the detection signal as compared with a configuration in which the detection signal is continuously output while the output value of the conversion circuit 3 exceeds the threshold value.
- the power required for output can be kept small.
- the detection signal is a one-shot pulse having a fixed pulse width, it is easy to distinguish the detection signal from noise, and the processing of the detection signal is simple. become.
- hysteresis is not necessary for the threshold values (positive threshold value VH1 and negative threshold value VL1) used in the comparator 41. Therefore, the hysteresis circuit is omitted and the detection circuit can be downsized. You can also plan. That is, since the detection signal is a one-shot pulse having a fixed pulse length, the output value of the conversion circuit 3 falls below or exceeds the threshold value during the output of the one-shot pulse even if no hysteresis is given to the threshold value. Therefore, chattering or the like does not occur in the detection signal.
- the conversion circuit 3 has a gain greater than a predetermined value in a specific frequency band.
- the pulse generator 42 outputs a one-shot pulse having a pulse width that is higher than a specific frequency band.
- the conversion circuit 3 is configured to amplify the voltage signal.
- the conversion circuit 3 has a gain equal to or higher than a predetermined value with respect to a voltage signal component having a frequency included in a specific frequency band, and has a frequency higher than an upper limit value of the specific frequency band. Configured to have a gain less than a predetermined value.
- the pulse width of the one-shot pulse is a value corresponding to a frequency higher than the upper limit value.
- the pulse generator 42 outputs a one-shot pulse having a pulse width that is higher than a specific frequency band in which the conversion circuit 3 has a gain equal to or greater than a predetermined value.
- the conversion circuit 3 has little sensitivity to the wrapping one-shot pulse (detection signal). Chattering or the like does not occur in the detection signal due to this one-shot pulse. That is, since the pulse generator 42 increases the frequency component of the detection signal, the influence of the detection signal wraparound can be reduced by the attenuation characteristic of the conversion circuit 3.
- the conversion circuit 3 may be configured to amplify the current signal received from the pyroelectric element 2.
- the conversion circuit 3 has a gain equal to or higher than a predetermined value for a current signal component having a frequency included in a specific frequency band, and has a higher frequency than the upper limit value of the specific frequency band. Is configured to have a gain less than a predetermined value.
- the conversion circuit 3 may be configured to amplify an electric signal that is a current signal (current signal from the pyroelectric element 2) or a voltage signal (voltage signal from the current-voltage conversion unit 5).
- the conversion circuit 3 has a gain equal to or higher than a predetermined value with respect to the component of the electric signal having a frequency included in the specific frequency band, and the component of the electric signal having a frequency higher than the upper limit value of the specific frequency band. Is configured to have a gain less than a predetermined value.
- the conversion circuit 3 receives the trigger from the output circuit 4 and outputs an output holding unit 8 that holds the output value constant over a holding period that is at least as long as the pulse width of the one-shot pulse.
- the conversion circuit 3 determines the magnitude of the voltage signal output to the output circuit 4 for a predetermined holding period. It is configured to perform a holding operation that holds the value.
- the length of the holding period is not less than the pulse width of the one-shot pulse.
- the infrared detection device 1 includes the output holding unit 8 that holds the output value of the conversion circuit 3 constant over a holding period that is at least as long as the one-shot pulse. 11 can reliably prevent chattering and the like from occurring in the detection signal. That is, since the conversion circuit 3 does not change the output value while holding the output value constant by the holding operation at least during the period in which the pulse generator 42 outputs the one-shot pulse, the one-shot pulse is affected by the capacitive coupling 11 during this period. Even if wraparound occurs, the output value does not change.
- the infrared detection device 1 of the present embodiment can reliably detect a human body no matter how large the capacitance Cx of the capacitive coupling 11 generated between the input and output of the detection circuit 10 is.
- the length of the holding period is longer than the pulse width of the one-shot pulse. In other words, the holding period is longer than the pulse width of the one-shot pulse.
- the output holding unit 8 holds the output value of the conversion circuit 3 constant over a holding period longer than the pulse width of the one-shot pulse. Can be reliably suppressed.
- the output holding unit 8 holds the output value of the conversion circuit 3 at a value immediately before the start of the holding period in the holding period.
- the predetermined value is the magnitude of the voltage signal when the magnitude of the voltage signal output to the output circuit 4 exceeds a predetermined threshold.
- the output holding unit 8 holds the output value of the conversion circuit 3 at the value immediately before the start of the holding period in the holding period, the holding operation to the output of the conversion circuit 3 after the holding period ends. The influence of can be suppressed small.
- the output followability after the holding operation in the output holding unit 8 is changed depending on what value the output value is held in the holding period. In some cases, the deviation of the waveform from the original output when the holding operation is not performed becomes large.
- the conversion circuit 3 holds the output value at the value immediately before the start of the holding period in the holding period, thereby reducing the influence of the holding operation on the output after the end of the holding period.
- the output holding unit 8 holds the output value of the conversion circuit 3 at a value immediately before the start of the holding period during the holding period, thereby making the output value of the conversion circuit 3 constant as compared with the case of holding at the reference voltage.
- the time required to become shorter can be shortened.
- the conversion circuit 3 includes a filter circuit that allows a signal component in a specific frequency band to pass therethrough.
- the output holding unit 8 stops the function of the filter circuit during the holding period.
- the conversion circuit 3 includes a filter circuit that passes a component having a frequency included in a specific frequency band in the voltage signal.
- the conversion circuit 3 is configured to hold the magnitude of the voltage signal output to the output circuit 4 at a predetermined value by stopping the operation of the filter circuit during the holding period.
- the output holding unit 8 turns off both the switches 60 and 70 of the voltage amplification unit 6 over the holding period to stop the function of the voltage amplification unit 6 as a filter circuit, thereby converting the conversion circuit
- the output value of 3 is held constant. That is, the output holding unit 8 also serves as a part of the voltage amplifying unit 6 as a filter circuit for the holding operation of holding the output value of the conversion circuit 3 constant. Can be simplified.
- the conversion circuit 3 may include a filter circuit that allows a component having a frequency included in a specific frequency band in the current signal from the pyroelectric element 2 to pass therethrough.
- the conversion circuit 3 is configured to hold the magnitude of the voltage signal output to the output circuit 4 at a predetermined value by stopping the operation of the filter circuit during the holding period.
- the conversion circuit 3 only needs to include a filter circuit that allows a component having a frequency included in a specific frequency band in the electric signal that is the current signal or the voltage signal to pass.
- the conversion circuit 3 is configured to hold the magnitude of the voltage signal output to the output circuit 4 at a predetermined value by stopping the operation of the filter circuit during the holding period.
- the conversion circuit 3 includes an operational amplifier 51 to which a feedback capacitive element (capacitor) 52 is connected, and the operational amplifier 51 converts a current signal into a voltage signal.
- the conversion circuit 3 includes a current-voltage conversion unit 5 that converts the current signal received from the pyroelectric element 2 into a voltage signal.
- the current-voltage conversion unit 5 includes an operational amplifier 51 and a feedback capacitive element (capacitor) 52 connected to the operational amplifier 51.
- the current-voltage conversion unit 5 constitutes a capacitance conversion type conversion unit that converts the current signal into a voltage signal using the impedance of the capacitor 52, so that it is possible to reduce the size and increase the accuracy by using an IC. There is.
- the current-voltage conversion unit when a current-voltage conversion unit having the same gain as that of the capacitance conversion type is realized using a resistor, a high resistance (for example, 100 G ⁇ ) is required. Therefore, the current-voltage conversion unit can be downsized with an external resistor. In the case of resistors built into ICs, variations in resistance values are large and accuracy is low.
- the capacitance conversion type current-voltage conversion unit 5 can use a capacitor 52 having a small capacity (for example, 2 pF), a small and highly accurate conversion unit is realized by incorporating the capacitor 52 in the IC. In addition, noise due to dielectric loss can be reduced.
- a capacitor 52 having a small capacity for example, 2 pF
- the current-voltage conversion unit 5 is not limited to the capacity conversion type, and may be configured using a resistance element instead of the capacitance element for AC feedback (capacitor 52).
- the configuration for the output holding unit 8 to hold the output value of the conversion circuit 3 is not limited to the configuration of FIG. 3 described above, and may be a configuration as shown in FIGS.
- FIG. 8 shows a first modification of the voltage amplification unit 6.
- the voltage amplifying unit 6 is between the reference power supply unit 67 and the resistor 68, between the resistor 63 and the operational amplifier 61 output terminal, between the reference power supply unit 77 and the resistor 78, and between the resistor 73 and the operational amplifier 71 output terminal.
- the switches 60A, 60B, 70A, 70B are inserted in the.
- the output holding unit 8 When receiving the trigger signal from the comparator 41, the output holding unit 8 turns off both the switches 60A, 60B, 70A, and 70B over the holding period and stops the function of the voltage amplification unit 6 as a filter circuit.
- FIG. 9 shows a second modification of the voltage amplification unit 6.
- a switch 60C is inserted between the first-stage non-inverting amplifier circuit and the current-voltage converting unit 5, and the first-stage non-inverting amplifier circuit and the second-stage non-inverting amplifier.
- a switch 70C is inserted between the amplifier circuit.
- the output holding unit 8 When receiving the trigger signal from the comparator 41, the output holding unit 8 turns off both the switches 60C and 70C over the holding period to stop the function of the voltage amplification unit 6 as a filter circuit.
- the voltage amplification unit 6 holds the non-inverting input terminals of the first and second operational amplifiers 61 and 71 at the reference voltage, The output value of the conversion circuit 3 is held at the reference voltage.
- the infrared detector 1 can suppress the influence of the capacitive coupling 11 generated between the input and output of the detection circuit 10 by the configuration in which the pulse generator 42 generates the one-shot pulse.
- the frequency band of the current signal generated by the pyroelectric element 2 when the presence of a human body is detected is assumed to be about 0.1 Hz to 1 Hz.
- the element 2 may output a current signal of about 0.1 Hz to 10 Hz, for example, when detecting a human body.
- the detection circuit 10 Even when the current signal is about 10 Hz, the detection circuit 10 generates at least one one-shot pulse when the output value of the conversion circuit 3 exceeds the threshold value. Therefore, the external circuit receives this one-shot pulse. It is possible to control electric devices according to the result of human body detection.
- the infrared detection device 1 according to the present embodiment is different from the infrared detection device 1 according to the first embodiment in that the conversion circuit 3 includes an AD conversion unit 91 that converts an analog value into a digital value as illustrated in FIG. To do.
- the same configurations as those of the first embodiment are denoted by the same reference numerals as those of the first embodiment, and description thereof will be omitted as appropriate.
- the voltage amplifying unit 6 subsequent to the current-voltage converting unit 5 includes an AD converting unit 91 and a digital processing unit 92 connected to the output of the AD converting unit 91.
- the AD conversion unit 91 converts the voltage value (analog value) input from the current / voltage conversion unit 5 into a digital value, and outputs the digital value to the digital processing unit 92 in a serial manner. That is, the AD conversion unit 91 converts the instantaneous value of the analog signal into a digital serial bit string and outputs it.
- a ⁇ (delta sigma) method ( ⁇ method) AD converter ( ⁇ AD converter) is used as the AD conversion unit 91.
- ⁇ method delta sigma method
- AD converter ⁇ AD converter
- Such an AD converter 91 includes an integrator (not shown) that integrates an input signal, a quantizer (not shown) that quantizes the output of the integrator, and an analog output of the quantizer. And a DA converter (not shown) for converting the value.
- the integrator performs integration of the input signal from the current-voltage conversion unit 5, and the quantizer converts the analog value into a digital value by comparing the output voltage of the integrator, that is, the integration value, with a predetermined threshold value. To do.
- the quantizer converts an analog value into a 1-bit digital value using one threshold value.
- the DA converter converts a delay value, which is a value obtained by delaying the digital value converted by the quantizer by one clock, into an analog value and feeds it back to the input of the integrator.
- a value obtained by integrating the change (differential value) of the input signal with the passage of time is output from the quantizer as a digital value.
- the digital processing unit 92 has a function as a digital filter (digital band pass filter) that passes a signal component in a predetermined frequency band out of the output of the AD conversion unit 91.
- the frequency band of the current signal generated by the pyroelectric element 2 when the presence of a human body is detected (here, about 0.1 Hz to 1 Hz) is set as the pass band of the digital processing unit 92.
- the conversion circuit 3 functions as a filter circuit that allows the voltage amplification unit 6 to pass a signal component in a specific frequency band, so that the conversion circuit 3 has a gain greater than a predetermined value in the specific frequency band as a whole.
- the output current signal is converted into a voltage signal and output.
- the output circuit 4 compares the output value of the conversion circuit 3 with threshold values (positive threshold value VH1, negative threshold value VL1) based on the digital signal input from the digital processing unit 92, and outputs a detection signal (one-shot pulse). To do.
- the output of the conversion circuit 3 is a digital signal
- the output circuit 4 is configured using a comparator 41 corresponding to the digital signal.
- the conversion circuit 3 has an AD conversion unit 91 that converts an analog value into a digital value and outputs it in a serial manner.
- the filter circuit of the conversion circuit 3 is a digital filter (digital processing unit 92) that passes a signal component in a predetermined frequency band out of the output of the AD conversion unit 91.
- the conversion circuit 3 includes an AD conversion unit 91 that converts an electrical signal into a digital signal and outputs the digital signal.
- the filter circuit performs arithmetic processing on the digital signal to extract a component having a frequency included in a specific frequency band from the waveform indicated by the digital signal, and generates and outputs a digital signal indicating the waveform of the extracted component.
- This is a digital filter (digital processing unit 92).
- the infrared detection device 1 of the present embodiment described above since the conversion circuit 3 includes the AD conversion unit 91, the output holding unit 8 simply outputs the output of the conversion circuit 3 when performing the holding operation. It is possible to hold it. Therefore, the infrared detection device 1 has an advantage that the circuit configurations of the conversion circuit 3 and the output holding unit 8 can be simplified.
- the infrared detection device 1 of the present embodiment uses the digital filter (digital processing unit 92) as described above, so that no external component is required, and the detection circuit 10 can be easily made into one chip. There are advantages.
- an element such as a capacitor having a relatively large circuit constant is required to pass a signal of about 0.1 Hz to 1 Hz. Since such an element is externally attached to an IC (integrated circuit), in this configuration, it is difficult for the infrared detection device 1 to make the detection circuit 10 into one chip.
- the AD converter 91 is a ⁇ type AD converter having an integrator that integrates an analog value and a quantizer that quantizes the output of the integrator.
- a ⁇ type AD converter that can be easily reduced in size is used as the AD conversion unit 91, so that the detection circuit 10 of the infrared detection device 1 is made into an IC, but with relatively high accuracy.
- the AD conversion unit 91 can be realized.
- the AD conversion unit includes an integrator that integrates an electric signal that is a current signal (current signal from the pyroelectric element 2) or a voltage signal (voltage signal from the current-voltage conversion unit 5), and an output of the integrator. It may be a ⁇ AD converter having a quantizer for quantizing.
- the AD converter 91 since the AD converter 91 is composed of a ⁇ AD converter, the output value is updated at a predetermined period (for example, 20 ms) as shown in FIG. In short, the AD conversion unit 91 outputs one data (digital value) every predetermined period.
- the horizontal value is the time axis, and the digital value D1 output from the AD conversion unit 91 is conceptually represented so as to have the same form as the analog signal A1 before AD conversion.
- the conversion circuit 3 may not be able to update the output data (digital value) or output fluctuation such as an abnormal value output may occur. .
- the output holding unit 8 matches the timing at which the operation of the filter circuit (digital processing unit 92) is resumed, that is, the timing at which the holding operation is completed, with the timing at which the AD conversion unit 91 updates the digital value D1.
- the AD conversion unit 41 updates the output value at a predetermined period.
- the output holding unit 8 matches the timing at which the operation of the filter circuit is resumed with the timing at which the AD conversion unit 41 updates the output value.
- the AD conversion unit 41 is configured to convert an electrical signal (in this embodiment, a voltage signal) into a digital signal and output it at a predetermined cycle.
- the conversion circuit 3 is configured to restart the operation of the filter circuit in accordance with the timing at which the AD conversion unit 41 outputs a digital signal.
- the electric signal may be a current signal (current signal from the pyroelectric element 2).
- the conversion circuit 3 can suppress the occurrence of output fluctuation at the end of the holding operation. it can.
- a ⁇ type AD converter is exemplified as the AD conversion unit 91, but the AD conversion unit 91 may be an AD converter other than the ⁇ type.
- the infrared detection apparatus 1 is an embodiment in which the output circuit 4 includes a pulse width variable unit 43 that changes the pulse width of the one-shot pulse generated by the pulse generator 42. 1 is different from the infrared detecting device 1 of FIG.
- the same configurations as those of the first embodiment are denoted by the same reference numerals as those of the first embodiment, and description thereof will be omitted as appropriate.
- the comparator 41 is configured to provide the trigger signal to the pulse width variable unit 43 as well.
- the pulse generator 42 is configured to determine the pulse width of the one-shot pulse according to the instruction value received from the pulse width variable unit 43. For example, the pulse generator 42 shortens the pulse width as the received instruction value is smaller, and lengthens the pulse width as the received instruction value is larger.
- the pulse width varying unit 43 is configured to obtain a differential value of the output value (the magnitude of the voltage signal V0) of the conversion circuit 3 when receiving the trigger signal from the comparator 41.
- the pulse width variable unit 43 is configured to select an instruction value corresponding to the obtained differential value and to supply the selected instruction value to the pulse generation unit 42.
- the pulse width variable unit 43 selects a smaller instruction value as the obtained differential value is larger, and selects a larger instruction value as the obtained differential value is smaller.
- the pulse width variable unit 43 is configured to control the pulse generating unit 42 so that the pulse width of the one-shot pulse becomes shorter as the differential value is larger.
- the pulse width varying unit 43 is configured to control the pulse generating unit 42 so that the pulse width of the one-shot pulse becomes longer as the differential value is smaller.
- the pulse width variable unit 43 obtains a differential value at the time when the output value of the conversion circuit 3 exceeds the threshold value, and sets the differential value so that the pulse width of the one-shot pulse becomes smaller as the differential value becomes larger. Accordingly, the pulse width of the one-shot pulse is changed.
- the pulse width variable unit 43 reduces the pulse width of the one-shot pulse so that the output circuit 4 causes the output value of the conversion circuit 3 to be steep. It is possible to respond to changes.
- the pulse width variable unit 43 changes the pulse width of the one-shot pulse within the range between the upper limit value and the lower limit value described in the first embodiment.
- the differential value of the output value of the conversion circuit 3 can be obtained using a known differential circuit.
- the pulse width varying unit 43 changes the pulse width of the one-shot pulse so that it is smaller (shorter) than the default, so that the output circuit 4 causes the output value of the conversion circuit 3 to exceed the threshold value.
- a one-shot pulse can be output reliably.
- the horizontal axis is the time axis, (a) shows the output (voltage signal V0) of the conversion circuit 3, (b) shows the detection signal S1 when the pulse width is the default, and (b) shows the pulse. The detection signal S1 when the width is reduced is shown.
- the output circuit 4 compares the voltage signal V0 with the threshold value using a fixed threshold value (positive threshold value VH1, negative threshold value VL1).
- the output circuit 4 obtains a differential value at the time when the output value of the conversion circuit 3 exceeds the threshold value, and the pulse width of the one-shot pulse becomes smaller as the differential value becomes larger.
- the pulse width variable unit 43 that changes the pulse width of the one-shot pulse according to the differential value is provided.
- the output circuit 4 obtains a differential value of the magnitude of the voltage signal V0 when the magnitude of the voltage signal V0 received from the conversion circuit 3 exceeds a predetermined threshold value. It is configured to shorten the pulse width.
- the pulse width variable unit 43 reduces the pulse width of the one-shot pulse, thereby reducing the one-shot pulse. It is possible to accurately control the number of pulses and to detect human bodies more reliably.
- the infrared detection device 1 outputs the output value of the conversion circuit 3 even when a current signal having a relatively high frequency may be generated in the pyroelectric element 2 when, for example, a person crosses near the pyroelectric element 2.
- One-shot pulse can be reliably output every time exceeds the threshold.
- the detection circuit 10 of the infrared detection device 1 can cope with an input (current signal) in a wider frequency range.
- the infrared detection device 1 of the present embodiment has the holding invalid unit 44 that invalidates the function (holding operation) of the output holding unit 8. This is different from the detection device 1.
- the same configurations as those of the first embodiment are denoted by the same reference numerals as those of the first embodiment, and description thereof will be omitted as appropriate.
- the comparator 41 is configured to give a trigger signal to the holding unit invalid unit 44 as well.
- the holding invalid unit 44 is configured to obtain a differential value of the output value (the magnitude of the voltage signal V0) of the conversion circuit 3 when receiving the trigger signal from the comparator 41.
- the holding invalid unit 44 is configured to determine whether or not the obtained differential value is larger than a specified value.
- the holding invalid unit 44 is configured to output an invalid signal to the output holding unit 8 when it is determined that the differential value is larger than the predetermined value.
- the output holding unit 8 is configured to end the holding operation when receiving the invalid signal from the holding invalid unit 44. For example, when the output holding unit 8 receives the trigger signal from the comparator 41, the output holding unit 8 performs a holding operation of turning off the switches 60 and 70 and holding the voltage signal constant. Thereafter, when receiving an invalid signal from the holding invalid unit 44, the output holding unit 8 turns on the switches 60 and 70, thereby ending the holding operation.
- the holding invalidation unit 44 obtains a differential value at the time when the output value of the conversion circuit 3 exceeds the threshold value, and invalidates the holding operation of the output holding unit 8 if the differential value is larger than the specified value. That is, the output holding unit 8 does not hold the output value (voltage signal V0) of the conversion circuit 3 constant when the rate of change of the output value of the conversion circuit 3 is large, and the voltage amplification unit 6 is also continuously used as a filter circuit. To function.
- the output circuit 4 can cope with a steep change in the output value of the conversion circuit 3.
- the differential value of the output value of the conversion circuit 3 can be obtained using a known differential circuit.
- the conversion circuit 3 has little sensitivity to the output value that changes sharply in the first place.
- the influence of the capacitive coupling 11 generated between the input and output of the detection circuit 10 can be suppressed.
- the output circuit 4 obtains a differential value at the time when the output value of the conversion circuit 3 exceeds the threshold value, and if the differential value is larger than the specified value, the output holding unit 8.
- the output circuit 4 obtains a differential value of the magnitude of the voltage signal V0 when the magnitude of the voltage signal V0 received from the conversion circuit 3 exceeds a predetermined threshold, and whether or not the differential value exceeds a specified value. Configured to determine whether or not.
- the conversion circuit 3 is configured to end the holding operation when the output circuit 4 determines that the differential value exceeds the specified value.
- the holding invalidation unit 44 invalidates the holding operation of the output holding unit 8.
- the original output (voltage signal) information corresponding to the current signal from the pyroelectric element 2 is not lost.
- the infrared detection device 1 outputs the output value of the conversion circuit 3.
- One-shot pulse can be reliably output every time exceeds the threshold.
- the detection circuit 10 of the infrared detection device 1 can cope with an input (current signal) in a wider frequency range.
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Abstract
Description
本発明は、検知回路、および、焦電素子を用いた赤外線検出装置に関する。 The present invention relates to a detection circuit and an infrared detection device using a pyroelectric element.
近年、省エネルギ化を図るなどの目的で、人体の動きを検知して効率的な動作を行う様々な電気機器が提案されている。 In recent years, various electrical devices that detect the movement of the human body and perform an efficient operation have been proposed for the purpose of saving energy.
たとえば、このような電気機器には、赤外線の検知部として焦電素子を用いた赤外線検出装置が内蔵されている。一般的な赤外線検出装置は、レンズ等を用いて検知エリア内からの赤外線を焦電素子に集めており、焦電素子が受光する赤外線量の変化に応じて焦電素子から出力される電流信号が変化する。 For example, such an electric device incorporates an infrared detector using a pyroelectric element as an infrared detector. A general infrared detection device collects infrared rays from the detection area using a lens or the like into a pyroelectric element, and a current signal output from the pyroelectric element in response to a change in the amount of infrared light received by the pyroelectric element. Changes.
この種の赤外線検出装置として、焦電素子と、焦電素子の検出電流信号に対する信号処理を行う赤外線検出回路とを備えた装置が知られている(たとえば文献1[日本国公開特許公報第2003-227753号]参照)。 As this type of infrared detection apparatus, an apparatus including a pyroelectric element and an infrared detection circuit that performs signal processing on a detection current signal of the pyroelectric element is known (for example, Reference 1 [Japan Published Patent Publication No. 2003). -227773]]).
文献1に記載の赤外線検出装置では、赤外線検出回路は、焦電素子からの電流信号を電圧信号に変換する電流電圧変換回路と、電圧増幅回路と、バンドパスフィルタ回路と、バンドパスフィルタ回路の出力側に接続された出力回路とから構成されている。
In the infrared detection device described in
文献1においては、電流電圧変換回路は、反転入力端子に焦電素子が接続される演算増幅器と、演算増幅器の出力端子と反転入力端子との間に接続された帰還用のコンデンサとを備えている。この電流電圧変換回路は、焦電素子から出力された電流信号のうち、人体の検出に重要となる周波数成分の電流信号をコンデンサによって電圧信号に変換する。
In
電圧増幅回路は、電流電圧変換回路から出力される電圧信号を増幅する。 The voltage amplification circuit amplifies the voltage signal output from the current-voltage conversion circuit.
バンドパスフィルタ回路は、人体を検出するうえで重要となる周波数帯域の電圧信号に所定の利得を持たせて出力する。 The band-pass filter circuit outputs a voltage signal in a frequency band that is important for detecting a human body with a predetermined gain.
出力回路は、たとえばコンパレータから構成されており、バンドパスフィルタ回路から出力される電圧信号を所定の閾値レベルと比較し、電圧信号が閾値レベル以上のときに検出信号を出力する。 The output circuit is composed of, for example, a comparator, compares the voltage signal output from the bandpass filter circuit with a predetermined threshold level, and outputs a detection signal when the voltage signal is equal to or higher than the threshold level.
ところで、赤外線検出装置については、より一層の小型化や構造の簡略化が望まれており、その弊害として、赤外線検出回路の入出力間に生じる容量結合の影響が問題になることがある。すなわち、赤外線検出回路は、赤外線検出装置全体の小型化に伴い入出力間の物理的な距離が短くなったり、構造の簡略化に伴い入出力間の絶縁性能が低くなったりすることに起因して、入出力間に生じる容量結合の静電容量が大きくなる。 Incidentally, there is a demand for further downsizing and simplification of the structure of the infrared detection device, and the adverse effect is that the influence of capacitive coupling generated between the input and output of the infrared detection circuit may be a problem. In other words, the infrared detection circuit is caused by the fact that the physical distance between the input and output is shortened with the miniaturization of the entire infrared detection device, and the insulation performance between the input and output is lowered with the simplification of the structure. As a result, the capacitance of capacitive coupling generated between the input and output increases.
ここで、赤外線検出回路は、出力端から見て、電流電圧変換回路の演算増幅器および変換素子(抵抗またはコンデンサ等)と入出力間の容量結合とによって反転増幅回路が形成される。たとえば帰還用のコンデンサを変換素子に用いて電流電圧変換回路が構成されている場合、赤外線検出回路は、容量結合の静電容量が大きくなるとCx/Cf倍で出力端から電圧増幅回路の入力へ検出信号が回り込む。なお、ここでいうCxは容量結合の静電容量、Cfは電流電圧変換回路におけるコンデンサ(変換素子)の静電容量である。 Here, in the infrared detection circuit, an inverting amplifier circuit is formed by an operational amplifier and a conversion element (such as a resistor or a capacitor) of the current-voltage conversion circuit and capacitive coupling between the input and output as viewed from the output end. For example, when a current-voltage conversion circuit is configured by using a feedback capacitor as a conversion element, the infrared detection circuit increases Cx / Cf times from the output terminal to the input of the voltage amplification circuit when the capacitance of capacitive coupling increases. Detection signal wraps around. Here, Cx is a capacitance of capacitive coupling, and Cf is a capacitance of a capacitor (conversion element) in the current-voltage conversion circuit.
このように、赤外線検出装置は、赤外線検出回路の入出力間の容量結合の影響を無視できなくなると、赤外線検出回路の出力端から入力端へ信号の回り込みが生じるため、図16に例示するように、検出信号にチャタリングまたは発振現象が発生する可能性がある。 As described above, when the influence of the capacitive coupling between the input and output of the infrared detection circuit cannot be ignored in the infrared detection device, a signal wraps around from the output end to the input end of the infrared detection circuit. In addition, chattering or oscillation may occur in the detection signal.
なお、図16では、(a)が出力回路に入力される(つまり、バンドパスフィルタ回路から出力される)電圧信号V0を表し、(b)が出力回路から出力される検出信号S1を表している。図16の例では、出力回路は、一定の閾値ではなくヒステリシス付の閾値VH1,VL1を用いて電圧信号V0を閾値と比較している。 In FIG. 16, (a) represents the voltage signal V0 input to the output circuit (that is, output from the bandpass filter circuit), and (b) represents the detection signal S1 output from the output circuit. Yes. In the example of FIG. 16, the output circuit compares the voltage signal V0 with the threshold value using threshold values VH1 and VL1 with hysteresis instead of a fixed threshold value.
本発明は上記事由に鑑みて為されており、焦電素子の出力を受ける回路部分の入出力間に生じる容量結合の影響を抑制することができる検知回路および赤外線検出装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above reasons, and an object of the present invention is to provide a detection circuit and an infrared detection device capable of suppressing the influence of capacitive coupling generated between the input and output of a circuit portion that receives the output of a pyroelectric element. And
本発明に係る第1の形態の検知回路は、変換回路と、出力回路と、を備える。前記変換回路は、入力端を通じて検知素子から電流信号を受け取り、受け取った前記電流信号を電圧信号に変換するように構成される。前記出力回路は、前記変換回路から前記電圧信号を受け取り、受け取った前記電圧信号の大きさを所定の閾値と比較し、前記電圧信号の大きさが前記所定の閾値を越えたときに出力端を通じて検出信号を出力するように構成される。前記検出信号は、ワンショットパルスである。 The detection circuit according to the first aspect of the present invention includes a conversion circuit and an output circuit. The conversion circuit is configured to receive a current signal from a sensing element through an input end and convert the received current signal into a voltage signal. The output circuit receives the voltage signal from the conversion circuit, compares the magnitude of the received voltage signal with a predetermined threshold, and passes through the output terminal when the magnitude of the voltage signal exceeds the predetermined threshold. It is comprised so that a detection signal may be output. The detection signal is a one-shot pulse.
本発明に係る第2の形態の検知回路では、第1の形態において、前記変換回路は、前記電流信号または前記電圧信号である電気信号を増幅するように構成される。前記変換回路は、特定の周波数帯域に含まれる周波数を有する前記電気信号の成分に対して既定値以上の利得を有し、前記特定の周波数帯域の上限値より高い周波数を有する前記電気信号の成分に対して既定値未満の利得を有するように構成される。前記ワンショットパルスのパルス幅は、前記上限値より高い周波数に対応する値である。 In the detection circuit of the second form according to the present invention, in the first form, the conversion circuit is configured to amplify the electric signal which is the current signal or the voltage signal. The conversion circuit has a gain equal to or higher than a predetermined value with respect to a component of the electric signal having a frequency included in a specific frequency band and has a frequency higher than an upper limit value of the specific frequency band. Is configured to have a gain less than a predetermined value. The pulse width of the one-shot pulse is a value corresponding to a frequency higher than the upper limit value.
本発明に係る第3の形態の検知回路では、第1または第2の形態において、前記変換回路は、前記出力回路に出力される前記電圧信号の大きさが前記所定の閾値を越えると、所定の保持期間の間、前記出力回路に出力される前記電圧信号の大きさを所定値に保持する保持動作を実行するように構成される。前記保持期間の長さは、前記ワンショットパルスのパルス幅以上である。 In the detection circuit according to a third aspect of the present invention, in the first or second aspect, the conversion circuit is configured to determine whether the magnitude of the voltage signal output to the output circuit exceeds the predetermined threshold. During the holding period, a holding operation for holding the magnitude of the voltage signal output to the output circuit at a predetermined value is executed. The length of the holding period is not less than the pulse width of the one-shot pulse.
本発明に係る第4の形態の検知回路では、第3の形態において、前記保持期間は、前記ワンショットパルスのパルス幅よりも長い。 In the detection circuit of the fourth form according to the present invention, in the third form, the holding period is longer than the pulse width of the one-shot pulse.
本発明に係る第5の形態の検知回路では、第3または第4の形態において、前記所定値は、前記出力回路に出力される前記電圧信号の大きさが前記所定の閾値を越えたときの前記電圧信号の大きさである。 In the detection circuit according to a fifth aspect of the present invention, in the third or fourth aspect, the predetermined value is obtained when the magnitude of the voltage signal output to the output circuit exceeds the predetermined threshold. The magnitude of the voltage signal.
本発明に係る第6の形態の検知回路では、第3~第5のいずれかの形態において、前記変換回路は、前記電流信号または前記電圧信号である電気信号のうち特定の周波数帯域に含まれる周波数を有する成分を通過させるフィルタ回路を備える。前記変換回路は、前記保持期間の間は前記フィルタ回路の動作を停止させることで、前記出力回路に出力される前記電圧信号の大きさを前記所定値に保持するように構成される。 In the detection circuit according to a sixth aspect of the present invention, in any one of the third to fifth aspects, the conversion circuit is included in a specific frequency band of the electric signal that is the current signal or the voltage signal. A filter circuit that passes a component having a frequency is provided. The conversion circuit is configured to hold the magnitude of the voltage signal output to the output circuit at the predetermined value by stopping the operation of the filter circuit during the holding period.
本発明に係る第7の形態の検知回路では、第6の形態において、前記変換回路は、前記電気信号をデジタル信号に変換して出力するAD変換部を備える。前記フィルタ回路は、前記デジタル信号を演算処理することで、前記デジタル信号が示す波形から前記特定の周波数帯域に含まれる周波数を有する成分を抽出し、前記成分の波形を示すデジタル信号を生成して出力するデジタルフィルタである。 In a detection circuit according to a seventh aspect of the present invention, in the sixth aspect, the conversion circuit includes an AD conversion unit that converts the electrical signal into a digital signal and outputs the digital signal. The filter circuit performs arithmetic processing on the digital signal to extract a component having a frequency included in the specific frequency band from a waveform indicated by the digital signal, and generates a digital signal indicating the waveform of the component. This is a digital filter to output.
本発明に係る第8の形態の検知回路では、第7の形態において、前記AD変換部は、前記電気信号の積分を行う積分器と、前記積分器の出力を量子化する量子化器とを有するΔΣ方式のAD変換器である。 In the detection circuit according to an eighth aspect of the present invention, in the seventh aspect, the AD conversion unit includes: an integrator that integrates the electrical signal; and a quantizer that quantizes the output of the integrator. It is a ΔΣ type AD converter.
本発明に係る第9の形態の検知回路では、第8の形態において、前記AD変換部は、所定周期で前記電気信号をデジタル信号に変換して出力するように構成される。前記変換回路は、前記AD変換部がデジタル信号を出力するタイミングに合わせて前記フィルタ回路の動作を再開させるように構成される。 In the detection circuit of the ninth form according to the present invention, in the eighth form, the AD conversion unit is configured to convert the electric signal into a digital signal and output it at a predetermined cycle. The conversion circuit is configured to restart the operation of the filter circuit in accordance with a timing at which the AD conversion unit outputs a digital signal.
本発明に係る第10の形態の検知回路では、第1~第9のいずれかの形態において、前記出力回路は、前記変換回路から受け取った前記電圧信号の大きさが所定の閾値を越えると、前記電圧信号の大きさの微分値を求め、前記微分値が大きいほど前記ワンショットパルスのパルス幅を短くするように構成される。 In the detection circuit of the tenth aspect according to the present invention, in any one of the first to ninth aspects, the output circuit, when the magnitude of the voltage signal received from the conversion circuit exceeds a predetermined threshold value, A differential value of the magnitude of the voltage signal is obtained, and the pulse width of the one-shot pulse is shortened as the differential value increases.
本発明に係る第11の形態の検知回路では、第3~第9のいずれかの形態において、前記出力回路は、前記変換回路から受け取った前記電圧信号の大きさが所定の閾値を越えると、前記電圧信号の大きさの微分値を求め、前記微分値が規定値を越えるか否かを判定するように構成される。前記変換回路は、前記微分値が前記規定値を越えたと前記出力回路が判定すると、前記保持動作を終了するように構成される。 In the detection circuit of the eleventh aspect according to the present invention, in any of the third to ninth aspects, when the magnitude of the voltage signal received from the conversion circuit exceeds a predetermined threshold value in the output circuit, A differential value of the magnitude of the voltage signal is obtained, and it is configured to determine whether or not the differential value exceeds a specified value. The conversion circuit is configured to end the holding operation when the output circuit determines that the differential value exceeds the specified value.
本発明に係る第12の形態の検知回路では、第1~第11のいずれかの形態において、前記変換回路は、受け取った前記電流信号を電圧信号に変換する電流電圧変換部を備える。前記電流電圧変換部は、演算増幅器と、前記演算増幅器に接続された帰還用の容量素子とで構成される。 In the detection circuit according to a twelfth aspect of the present invention, in any one of the first to eleventh aspects, the conversion circuit includes a current-voltage conversion unit that converts the received current signal into a voltage signal. The current-voltage conversion unit includes an operational amplifier and a feedback capacitive element connected to the operational amplifier.
本発明に係る赤外線検出装置は、第1~第12のいずれかの形態の検知回路と、前記検知回路の前記入力端に接続される検知素子と、を備える。前記検知素子は、焦電素子である。 The infrared detection device according to the present invention includes a detection circuit according to any one of the first to twelfth aspects and a detection element connected to the input terminal of the detection circuit. The detection element is a pyroelectric element.
(実施形態1)
本実施形態の赤外線検出装置1は、図2に示すように、焦電素子2と、焦電素子2の検出電流信号(電流信号)に対する信号処理を行う検知回路10とを備えている。
(Embodiment 1)
As shown in FIG. 2, the
検知回路10は、検知素子(本実施形態では、焦電素子2)から出力される電流信号を電圧信号に変換する変換回路3と、変換回路3の出力値(電圧信号の大きさ)を所定の閾値と比較する比較器41を含む出力回路4とを有している。なお、検知素子は、必ずしも焦電素子2である必要はない。
The
ここでは、検知回路10は、外付け部品を用いずにIC(集積回路)化されることによりワンチップ化されている。
Here, the
本実施形態では、一例として検知エリア内の人体検知を行う人体検知装置に用いられる赤外線検出装置1について説明するが、赤外線検出装置1がたとえばガス検知等の人体検知以外の用途に用いられることを妨げる趣旨ではない。
In this embodiment, an
焦電素子2は、検知エリアから赤外線を受光し、受光した赤外線量の変化に応じて電流信号を出力する。
The
検知回路10は、入力端T1と、出力端T2と、を備える。入力端T1には焦電素子2が接続され、出力端T2にはマイコン(マイクロコンピュータ)を主構成とする外部回路(図示せず)が接続される。
The
検知回路10は、焦電素子2からの電流信号に対する信号処理を行うことにより、検知エリア内で人体を検知したときに出力端T2から外部回路に検出信号を出力する。これにより、赤外線検出装置1は、外部回路に対して人体検知の結果を出力することができ、外部回路では、人体検知の結果に応じた電気機器の制御などが可能になる。
The
検知回路10の入力段に設けられている変換回路3は、図1に示すように、焦電素子2に接続された電流電圧変換部5と、電流電圧変換部5の出力に接続された電圧増幅部6とを具備している。さらに、本実施形態では、変換回路3は後述の出力保持部8を有している。
As shown in FIG. 1, the
電流電圧変換部5は、反転入力端子が検知回路10の入力端T1に接続された演算増幅器51を有している。つまり、演算増幅器51の反転入力端子は焦電素子2に接続される。演算増幅器51の出力端子-反転入力端子間には、交流帰還用の容量素子としてのコンデンサ52が接続されている。演算増幅器51の非反転入力端子は、基準電圧を発生する基準電源部53に接続されている。
The current-
このように構成される電流電圧変換部5によれば、焦電素子2から出力された微弱な電流信号は、変換素子としてのコンデンサ52のインピーダンスを用いて電圧信号に変換される。
According to the current-
したがって、演算増幅器51から出力される電圧は、基準電源部53が発生する基準電圧からコンデンサ52の両端電圧を差し引いた値となる。要するに、電流電圧変換部5の出力は、基準電圧を動作点として、焦電素子2が赤外線を受光したことによる電流信号の変化に応じて動作点から変化する。
Therefore, the voltage output from the
なお、以下では説明を簡単にするために、上記動作点(基準電圧)にあるときの電流電圧変換部5の出力をゼロとして説明する。つまり、以下では、電流電圧変換部5の出力は、演算増幅器51から出力される電圧の動作点からの変化量を意味する。
In the following, in order to simplify the description, the output of the current-
電圧増幅部6は、図3に示すように2段構成の非反転増幅回路からなる。
The
1段目(入力端T1側)の非反転増幅回路は、非反転入力端子がコンデンサ62を介して電流電圧変換部5の出力(演算増幅器51の出力端子)に接続された演算増幅器61を有している。演算増幅器61の出力端子-反転入力端子間には、抵抗63とコンデンサ64との並列回路からなるローパスフィルタが接続されている。さらに、演算増幅器61は、非反転入力端子には、基準電圧を発生する基準電源部65が抵抗66を介して接続され、反転入力端子には、基準電圧を発生する基準電源部67が抵抗68を介して接続されている。
The non-inverting amplifier circuit at the first stage (input terminal T1 side) has an
これにより、1段目の非反転増幅回路は、コンデンサ62および抵抗66からなるハイパスフィルタと、抵抗63およびコンデンサ64からなるローパスフィルタとでバンドパスフィルタを構成し、ある特定の周波数帯域について利得を持って電圧信号を増幅する。
As a result, the non-inverting amplifier circuit in the first stage forms a band-pass filter with the high-pass filter composed of the
本実施形態では、赤外線検出装置1は人体検知に用いられるので、人体の存在を検知した際に焦電素子2が発生する電流信号の周波数帯域に合わせて、非反転増幅回路の通過帯域が設定されている。
In this embodiment, since the
また、2段目(出力端T2側)の非反転増幅回路は、演算増幅器71を有しており、演算増幅器71にコンデンサ72,74、抵抗73,76,78が接続されて、1段目の非反転増幅回路と同様の回路を構成する。
The second-stage (output terminal T2 side) non-inverting amplifier circuit includes an
なお、図3では、1段目の演算増幅器61の非反転入力端子とコンデンサ62および抵抗66との間にはスイッチ60が挿入され、2段目の演算増幅器71の非反転入力端子とコンデンサ72および抵抗76との間にはスイッチ70が挿入されている。
In FIG. 3, a
これらのスイッチ60,70については後に詳しく説明するが、少なくとも電圧増幅部6が機能する期間はこれらのスイッチ60,70はオンしている。
These
このように、変換回路3は、入力端T1を通じて焦電素子2から電流信号を受け取り、受け取った電流信号を電圧信号に変換するように構成される。
Thus, the
また、変換回路3は、電流電圧変換部5から出力される電圧信号を増幅するように構成される。特に、変換回路3は、特定の周波数帯域に含まれる周波数を有する電圧信号の成分に対して既定値以上の利得を有し、特定の周波数帯域の上限値より高い周波数を有する電圧信号の成分に対して既定値未満の利得を有するように構成される。
The
以上述べたように、変換回路3は、焦電素子2から受け取った電流信号を電圧信号に変換する変換動作と、電流電圧変換部5から出力される電圧信号を増幅する増幅動作とを実行するように構成される。本実施形態では、変換回路3の変換動作は電流電圧変換部5によって実現され、変換回路3の増幅動作は電圧増幅部6によって実現される。
As described above, the
ここにおいて、本実施形態では、焦電素子2は、2個のエレメントが並べて配置されたデュアル方式の焦電素子であると仮定する。この焦電素子2は、2個のエレメントが互いに異極性(正・負)となるように検知回路10に接続されており、各エレメントの検知エリアが互いに隣接するように両エレメントが並んで配置されている。
Here, in this embodiment, it is assumed that the
これにより、焦電素子2は、一方のエレメントで赤外線量の変化を検知すると電流信号が正方向に変化し、他方のエレメントで赤外線量の変化を検知すると電流信号が負方向に変化する。
Thus, when the
たとえば、人が一方のエレメントの検知エリアと、他方のエレメントの検知エリアとを順に横切った場合、変換回路3には、ゼロを基準にして正方向と負方向とに交互に振れる電流信号が入力される。
For example, when a person crosses the detection area of one element and the detection area of the other element in order, the
そのため、人体の存在を検知した際に焦電素子2が発生する電流信号の周波数帯域は、検知対象となる人から焦電素子2までの距離と、検知対象となる人の移動速度とによって、決まることになり、本実施形態では、0.1Hz~1Hz程度と仮定する。
Therefore, the frequency band of the current signal generated by the
したがって、電圧増幅部6は、特定の周波数帯域(ここでは0.1Hz~1Hz程度)に既定値以上の利得を持ち、電流電圧変換部5から出力される電圧信号のうち特定の周波数帯域の信号を増幅して出力する。要するに、変換回路3は、電圧増幅部6が特定の周波数帯域の信号成分を通過させるフィルタ回路として機能することにより、全体として特定の周波数帯域に既定値以上の利得を持ち、焦電素子2から出力される電流信号を電圧信号に変換して出力する。なお、図3に示す2段構成の非反転増幅回路は電圧増幅部6の具体構成の一例に過ぎず、電圧増幅部6は、図3のような回路構成(2段構成の非反転増幅回路)に限らない。
Therefore, the
出力回路4は、変換回路3から電圧信号(電圧増幅部6で増幅された、電流電圧変換部5からの電圧信号)を受け取り、受け取った電圧信号の大きさ(電圧値)を所定の閾値と比較し、電圧信号の大きさが所定の閾値を越えたときに出力端T2を通じて検出信号を出力するように構成される。
The
本実施形態では、出力回路4は、図1に示すように、変換回路3の出力値(電圧増幅部6の出力値)を所定の閾値と比較する比較器(コンパレータ)41と、外部回路に検出信号を出力するパルス発生部42とを有している。
In the present embodiment, as shown in FIG. 1, the
比較器41は、変換回路3の出力に接続されており、焦電素子2が赤外線を受光していない状態、つまり電流電圧変換部5の出力がゼロであるときの変換回路3の出力値をゼロとして、この出力値のゼロからの変化量を閾値と比較する。
The
ここで、本実施形態では、焦電素子2は上述したようにデュアル方式の焦電素子であるから、変換回路3は、一方のエレメントから電流信号を受けると出力値が正方向に変化し、他方のエレメントから電流信号を受けると出力値が負方向に変化する。
Here, in this embodiment, since the
たとえば、人が一方のエレメントの検知エリアと、他方のエレメントの検知エリアとを順に横切った場合、変換回路3は、ゼロを基準にして正方向と負方向とに交互に振れる出力を生じる。
For example, when a person crosses the detection area of one element and the detection area of the other element in order, the
そこで、比較器41は、正・負両方向について、変換回路3の出力値のゼロからの変化量を閾値と比較できるように、ゼロを基準として正・負両側に閾値を設定している。
Therefore, the
具体的には、比較器41は、正方向には正閾値VH1、負方向には負閾値VL1を設定し、変換回路3の出力値がゼロから正方向に振れて正閾値VH1を超えるか、あるいは負方向に振れて負閾値VL1を超えた場合に、出力値が閾値を超えたと判断する。言い換えれば、比較器41は、変換回路3の出力値が正閾値VH1と負閾値VL1との間にあるときには出力値が閾値以下であると判断し、変換回路3の出力値が正閾値VH1と負閾値VL1との間から外れたときに出力値が閾値を超えたと判断する。なお、正閾値VH1と負閾値VL1とでは絶対値は同一である。
Specifically, the
本実施形態の比較器41は、変換回路3の出力値が閾値(正閾値VH1、負閾値VL1)を超えると、後段のパルス発生部42に対してトリガ信号を出力する。
The
ここでは、比較器41は、変換回路3の出力値が閾値を超えている間はトリガ信号を出力し続ける構成とするが、この構成に限らず、たとえば変換回路3の出力値が閾値を超えた時点でインパルス状のトリガ信号を出力する構成であってもよい。
Here, the
パルス発生部42は、比較器41から出力されるトリガ信号を受けて、所定のパルス幅のワンショットパルスを検出信号として外部回路に出力する。具体的には、パルス発生部42は、トリガ信号の立ち上がりをトリガとして、固定時間長(固定パルス幅)のワンショットパルス(シングルパルス)を1度だけ発生する。
The
ここで、ワンショットパルスは単極性であって、パルス発生部42は、変換回路3の出力値が正方向、負方向のいずれに振れたかに関わらず、閾値を超えたときには同一極性で且つ同一パルス幅のワンショットパルスを出力する。
Here, the one-shot pulse is unipolar, and the
ここにおいて、パルス発生部42が出力するワンショットパルスは、変換回路3が既定値以上の利得を持つ特定の周波数帯域(0.1Hz~1Hz程度)外であって、この周波数帯域よりも高域側(高周波側)となるように、そのパルス幅が設定されている。つまり、変換回路3は、図4に示すように特定の周波数帯域fb1に既定値以上の利得を持つので、パルス発生部42では、この特定の周波数帯域fb1から高域側に外れた周波数帯域fb2となるように、ワンショットパルスのパルス幅が設定されている。
Here, the one-shot pulse output from the
すなわち、ワンショットパルスは、変換回路3の利得が既定値未満となる周波数帯域に含まれる周波数に対応するパルス幅を有している。言い換えれば、ワンショットパルスは、変換回路3が殆ど感度を有さない周波数帯域fb2に設定されている。
That is, the one-shot pulse has a pulse width corresponding to a frequency included in a frequency band in which the gain of the
そのため、本実施形態の赤外線検出装置1は、検知回路10の入出力間に生じる容量結合11(図1参照)を通して出力端T2から入力端T1へ検出信号が回り込むことがあっても、その影響で検出信号にチャタリングや発振現象を生じることがない。なお、以下では、チャタリングと、信号がオンオフを繰り返し続ける発振現象とをまとめて「チャタリング等」という。
Therefore, the
すなわち、検知回路10は、赤外線検出装置1全体の小型化に伴い入出力間の物理的な距離が短くなったり、構造の簡略化に伴い入出力間の絶縁性能が低くなったりすることに起因して、入出力間に生じる容量結合11の静電容量が大きくなる。検知回路10は、出力端T2から見て、演算増幅器51およびコンデンサ52と容量結合11とによって反転増幅回路が形成されるので、容量結合11の静電容量が大きくなるとCx/Cf倍で出力端T2から電圧増幅部6の入力へ検出信号が回り込むことがある。なお、ここでいうCxは容量結合11の静電容量、Cfは電流電圧変換部5におけるコンデンサ52の静電容量である。
That is, the
本実施形態では、検出信号は変換回路3が既定値以上の利得を持つ特定の周波数帯域よりも高域側となるワンショットパルスであるから、出力端T2から入力端T1への検出信号の回り込みが生じた場合でも、検出信号にチャタリング等は生じない。
In the present embodiment, the detection signal is a one-shot pulse that is higher than a specific frequency band in which the
つまり、変換回路3は、出力端T2から入力端T1へ回り込んだワンショットパルス(検出信号)に対しては殆ど感度を有さないので、このワンショットパルスに起因して検出信号にチャタリング等が生じることはない。
That is, the
したがって、本実施形態の赤外線検出装置1は、検知回路10の入出力間に生じる容量結合11の静電容量が大きくなっても、確実な人体検知が可能である。
Therefore, the
次に、パルス発生部42が出力する検出信号としてのワンショットパルスのパルス幅の決め方について、具体例を挙げて説明する。
Next, how to determine the pulse width of the one-shot pulse as the detection signal output from the
まず、ワンショットパルスの振幅(電圧値)をΔV0とし、ワンショットパルスの周波数fについての変換回路3の利得をGとすれば、検出信号の回り込みによる変換回路3の出力値の変動幅ΔV1は、ΔV1=ΔV0×(Cx/Cf)×Gで表される。
First, if the amplitude (voltage value) of the one-shot pulse is ΔV0 and the gain of the
このように表される変動幅ΔV1が比較器41での比較対象となる閾値を超えると、そのことをトリガとしてパルス発生部42でワンショットパルスが発生するので、出力回路4の出力にチャタリング等が生じる。
When the fluctuation range ΔV1 expressed in this way exceeds a threshold value to be compared in the
そこで、本実施形態では、上述の変動幅ΔV1が閾値を超えないように、ワンショットパルスの振幅ΔV0、容量結合11の静電容量Cx、コンデンサ52の静電容量Cf、利得G、閾値に応じて、ワンショットパルスのパルス幅の上限値が設定されている。
Therefore, in the present embodiment, according to the amplitude ΔV0 of the one-shot pulse, the capacitance Cx of the
つまり、容量結合11の静電容量Cxが大きいほど、変換回路3での利得Gの小さい高周波帯域にワンショットパルスが設定されるように、パルス幅の上限値は小さくなる。
That is, as the capacitance Cx of the
検出信号としてのワンショットパルスは、このようにして設定された上限値以下の範囲でパルス幅が決められることにより、特定の周波数帯域よりも高域側の周波数成分を持つ。 The one-shot pulse as a detection signal has a frequency component on the higher frequency side than a specific frequency band by determining the pulse width within a range below the upper limit set in this way.
ただし、検出信号としてのワンショットパルスのパルス幅が小さ過ぎると、検知回路10の出力端T2に接続される外部回路において、出力回路4から出力される検出信号をノイズと区別しにくくなる。
However, if the pulse width of the one-shot pulse as the detection signal is too small, it is difficult to distinguish the detection signal output from the
そこで、ワンショットパルスは、上述した上限値以下で、且つ所定の下限値以上の範囲となるように、パルス幅が決められている。ここでいう下限値は、外部回路を構成するマイコンの内部クロックに応じて設定され、たとえば内部クロックの2倍に設定される。 Therefore, the pulse width of the one-shot pulse is determined so as to be within the above-described upper limit value and within a predetermined lower-limit value range. The lower limit here is set according to the internal clock of the microcomputer constituting the external circuit, and is set to, for example, twice the internal clock.
本実施形態においては、一例として、ワンショットパルスのパルス幅は100msに設定される。これにより、赤外線検出装置1は、ワンショットパルスの振幅ΔV0が6.0Vでコンデンサ52の静電容量Cfが数pFの場合、容量結合11の静電容量Cxが数fF以内であれば、検出信号にチャタリング等が生じない。
In the present embodiment, as an example, the pulse width of the one-shot pulse is set to 100 ms. Thus, the
ところで、本実施形態の赤外線検出装置1は、上述したワンショットパルスを出力する構成に加えて、変換回路3に出力保持部8を設けた構成を採用することによって、容量結合11の影響で検出信号にチャタリング等が生じることを一層確実に防止する。
By the way, in addition to the structure which outputs the one-shot pulse mentioned above, the infrared
出力回路4の比較器41は、トリガ信号をパルス発生部42だけでなく、出力保持部8に対しても出力する。
The
出力保持部8は、比較器41からのトリガ信号をトリガとして、ワンショットパルスの立ち上がり時点から、少なくともワンショットパルスのパルス幅と同じ時間長さの保持期間に亘って、制御信号を出力し変換回路3の出力値を一定に保持する保持動作を行う。
The
出力保持部8は、図3に示す電圧増幅部6のスイッチ60,70をオンオフ制御する機能を有しており、比較器41からのトリガ信号を受けると、保持期間に亘って両スイッチ60,70をオフにして電圧増幅部6のフィルタ回路としての機能を停止させる。つまり、出力保持部8は、変換回路3の出力値が閾値を超えると、制御信号により保持期間に亘ってスイッチ60,70をオフとし、保持期間が終了するとスイッチ60,70をオンする。
The
電圧増幅部6は、保持期間においては、スイッチ60,70がオフ状態にあるため、1段目、2段目の各演算増幅器61,71の非反転入力端子が開放され、フィルタ回路の機能を停止する。
In the
このとき、変換回路3は、演算増幅器61,71の入力端子容量により、保持期間の開始直前(スイッチ60,70がオフする直前)の値に出力値を保持する。言い換えれば、出力保持部8は、保持期間においては変換回路3の出力値を保持期間の開始直前の値に保持するように保持動作を行う。
At this time, the
すなわち、変換回路3は、出力回路4に出力される電圧信号の大きさが所定の閾値を越えると、所定の保持期間の間、出力回路4に出力される前記電圧信号の大きさを所定値に保持する保持動作を実行するように構成される。本実施形態では、変換回路3の保持動作は出力保持部8によって実現される。
That is, when the magnitude of the voltage signal output to the
このように、変換回路3は、出力回路4の比較器41からのトリガ信号をトリガとして、保持期間に亘って出力値を一定に保持する出力保持部8を有することにより、容量結合11の影響で検出信号にチャタリング等が生じることを確実に防止できる。
As described above, the
要するに、変換回路3は、少なくともパルス発生部42がワンショットパルスを出力する期間は、保持動作により出力値を一定に保持したまま変化させないので、この期間中に容量結合11の影響でワンショットパルスの回り込みが生じても出力値は変化しない。
In short, since the
したがって、たとえ出力端T2から入力端T1への検出信号の回り込みが生じても、変換回路3の出力値が閾値を超えることはなく、パルス発生部42でワンショットパルスが発生して出力回路4の出力にチャタリング等が生じることはない。
Therefore, even if the detection signal wraps around from the output terminal T2 to the input terminal T1, the output value of the
その結果、本実施形態の赤外線検出装置1は、検知回路10の入出力間に生じる容量結合11の静電容量Cxがどれだけ大きくなっても、確実な人体検知が可能である。
As a result, the
次に、保持期間の時間長さの決め方について、具体例を挙げて説明する。 Next, how to determine the length of the retention period will be described with a specific example.
出力回路4のパルス発生部42がワンショットパルスを出力すると、ワンショットパルスの立ち下がりから僅かな時間であるものの、容量成分(コンデンサ52等)にワンショットパルスにより電荷が残留する。この残留電荷によって電流電圧変換部5の出力にはワンショットパルスの印加前後で電位差が発生し、出力変動を生じることがある。
When the
本実施形態では、このワンショットパルスによる残留電荷の影響を抑制するため、保持期間の時間長さは、ワンショットパルスのパルス幅よりも長く(大きく)設定されている。具体的には、ワンショットパルスのパルス幅に、ワンショットパルスの立ち下がり時点から残留電荷の影響がなくなるまでに要する時間を加えた時間が、保持期間の時間長さの下限値となる。 In this embodiment, in order to suppress the influence of the residual charge due to the one-shot pulse, the time length of the holding period is set longer (larger) than the pulse width of the one-shot pulse. Specifically, the time obtained by adding the time required until the influence of the residual charge from the time when the one-shot pulse falls to the pulse width of the one-shot pulse is the lower limit value of the length of the holding period.
ただし、変換回路3は、保持期間においては焦電素子2からの電流信号に対応する本来の出力(電圧信号)の情報が欠落することになるので、保持期間が長くなるほど、欠落する情報量が多くなり、保持期間の終了後における出力への保持動作の影響も大きくなる。
However, since the
つまり、図5に示すように、変換回路3は、保持期間が長くなるほど、出力保持部8での保持動作の終了後における出力の追随性が悪くなり、保持動作を行わなかった場合の本来の出力からの波形のずれが大きくなる。
That is, as shown in FIG. 5, the
このように変換回路3は保持期間が短いほど保持期間の終了後における出力への保持動作の影響が小さくなるので、保持期間の時間長さには上限値が設定されることが望ましい。
As described above, the shorter the holding period, the smaller the influence of the holding operation on the output after the end of the holding period in the
なお、図5では、横軸を時間軸とし、保持動作を行わなかった場合の変換回路3の本来の出力を「V0」、保持時間を変えて保持動作を行った場合の変換回路3の出力を「V1」、「V2」、「V3」(V1,V2,V3の順に保持時間が長くなる)として表している。
In FIG. 5, the horizontal axis is the time axis, the original output of the
たとえば、焦電素子2からの電流信号の半周期以上に亘り本来の出力の情報が欠落した場合、変換回路3は、保持期間の終了後において、人体検知に支障がない程度ではあるものの、焦電素子2から入力される電流信号に対し出力に若干の遅延が生じる。
For example, when information on the original output is lost over a half period of the current signal from the
そこで、本実施形態では、人体の存在を検知した際に焦電素子2が発生する電流信号の半周期以上に亘って変換回路3の出力の情報が欠落することがないように、保持期間の時間長さの上限値が設定されている。
Therefore, in the present embodiment, the information of the output of the
具体的には、出力保持部8は、電流信号の1周期の間に、変換回路3の出力値が正閾値VH1と負閾値VL1との各々を超えた際の2度に亘って保持動作を行うので、保持期間の時間長さの上限値は電流信号の波長の1/4(=1/2×1/2)に設定される。
Specifically, the
本実施形態においては、ワンショットパルスのパルス幅100msに対し、保持期間の時間長さは一例として120msに設定される。 In this embodiment, the length of the holding period is set to 120 ms as an example with respect to a one-shot pulse width of 100 ms.
この場合、変換回路3は、焦電素子2が発生する2Hz程度の電流信号までは、出力保持部8での保持動作の終了後における出力の追随性を確保できる。つまり、この場合、出力回路4は変換回路3の出力値が最初に閾値を超えて1発目のワンショットパルスを出力した後、保持期間が終了すれば、変換回路3の出力値が閾値を超える度に2発目以降のワンショットパルスを遅れずに出力することができる。
In this case, the
なお、赤外線検出装置1は、人体検知の目的では焦電素子2が1Hz付近の電流信号を発生することが一般的であるが、たとえば3Hzの電流信号にまで出力の追随性を確保する場合には、保持期間の時間長さを80ms以下にすることが望ましい。
In general, the infrared detecting
このように、検知回路10は、検知対象とする電流信号の周波数を考慮してワンショットパルスのパルス幅や保持期間の時間長さが適切に設定されることにより、2発目以降のワンショットパルスも遅れることなく出力可能となる。
As described above, the
以下、本実施形態の赤外線検出装置1の動作について、図6を参照して簡単に説明する。図6では、横軸を時間軸として、(a)が変換回路3の出力(電圧信号)を表し、(b)が出力回路4(パルス発生部42)の出力する検出信号S1を表し、(c)が保持期間を決める制御信号S2を表している。なお、図6(a)の例では、出力回路4は、一定の閾値ではなくヒステリシス付の閾値(正閾値VH1、負閾値VL1)を用いて電圧信号V0を閾値と比較している。
Hereinafter, the operation of the
すなわち、焦電素子2が人体の存在を検知して変換回路3に電流信号が入力されると、変換回路3は、図6(a)のように、焦電素子2から受け取った電流信号を電流電圧変換部5によって電圧信号に変換し、且つこの電圧信号を電圧増幅部6によって増幅して電圧信号(増幅された電圧信号)V0として出力する。
That is, when the
出力回路4は、比較器41において、変換回路3の出力値と閾値(正閾値VH1、負閾値VL1)とを比較し、変換回路3の出力値が閾値を超えたときにトリガ信号を発生する。
In the
パルス発生部42は、トリガ信号の立ち上がりをトリガとして(すなわち、比較器41からトリガ信号を受け取ると)、図6(b)のように所定のパルス幅のワンショットパルスを検出信号S1として出力する。
The
また、出力保持部8は、トリガ信号の立ち上がりをトリガとして(すなわち、比較器41からトリガ信号を受け取ると)、図6(c)のようにワンショットパルスのパルス幅よりも長い保持期間に亘って、制御信号S2を出力し変換回路3の出力値を一定に保持する保持動作を行う。
Further, the
これにより、少なくとも出力回路4がワンショットパルスを検出信号S1として出力している間においては、図6(a)のように変換回路3の出力値は、保持期間の開始直前の値に保持されることになる。
Thereby, at least while the
以上述べた本実施形態の赤外線検出装置1は、焦電素子2と、焦電素子2から出力される電流信号を電圧信号に変換する変換回路3と、変換回路3の出力値を所定の閾値と比較する比較器41を含む出力回路4とを備える。出力回路4は、変換回路3の出力値が前記閾値を超えることをトリガとして、所定のパルス幅のワンショットパルスを出力するパルス発生部42を有する。
The
換言すれば、本実施形態における検知回路10は、変換回路3と、出力回路4と、を備える。変換回路3は、入力端T1を通じて検知素子(本実施形態では、焦電素子2)から電流信号を受け取り、受け取った電流信号を電圧信号に変換するように構成される。出力回路4は、変換回路3から電圧信号を受け取り、受け取った電圧信号の大きさを所定の閾値と比較し、電圧信号の大きさが所定の閾値を越えたときに出力端T4を通じて検出信号を出力するように構成される。検出信号は、ワンショットパルスである。
In other words, the
そして、本実施形態の赤外線検出装置1は、検知回路10と、検知回路10の入力端T1に接続される検知素子と、を備える。検知素子は、焦電素子2である。
The
以上説明した構成によれば、変換回路3の出力値が閾値を超えることをトリガとして、所定のパルス幅のワンショットパルスを出力するパルス発生部42が出力回路4に設けられているので、検知回路10の入出力間に生じる容量結合11の影響を抑制できる。
According to the configuration described above, the
したがって、本実施形態によれば、焦電素子2の出力を受ける回路部分(すなわち検知回路10)の入出力間(すなわち入力端T1と出力端T2との間)に生じる容量結合の影響を抑制することができるという利点がある。 Therefore, according to the present embodiment, the influence of capacitive coupling that occurs between the input and output (that is, between the input terminal T1 and the output terminal T2) of the circuit portion that receives the output of the pyroelectric element 2 (that is, the detection circuit 10) is suppressed. There is an advantage that you can.
すなわち、本実施形態の赤外線検出装置1は、検出信号がワンショットパルスであるから、容量結合11の影響で出力端T2から入力端T1への検出信号の回り込みが生じた場合でも、検出信号にチャタリング等が生じることを防止でき、確実な人体検知が可能である。
That is, since the detection signal is a one-shot pulse in the
しかも、検知回路10は、検出信号を固定パルス長のワンショットパルスとしたことにより、変換回路3の出力値が閾値を超えている間に検出信号を出力し続ける構成に比べて、検出信号の出力に要する電力を小さく抑えることができる。
In addition, since the
さらに、検知回路10の出力端T2に接続される外部回路においては、検出信号が固定パルス幅のワンショットパルスであるから、検出信号とノイズとの判別が容易になって検出信号の処理が簡単になる。
Further, in the external circuit connected to the output terminal T2 of the
しかも、上記構成の赤外線検出装置1によれば、比較器41にて用いられる閾値(正閾値VH1、負閾値VL1)にヒステリシスが不要になるので、ヒステリシス回路を省略して検知回路の小型化を図ることもできる。すなわち、検出信号は固定パルス長のワンショットパルスであるので、閾値にヒステリシスが付与されていなくても、ワンショットパルスの出力中に変換回路3の出力値が閾値を下回ったり超えたりすることに起因し検出信号にチャタリング等が発生することはない。
In addition, according to the
また、本実施形態では、変換回路3は、特定の周波数帯域に既定値以上の利得を持つ。パルス発生部42は、特定の周波数帯域よりも高域側となるパルス幅のワンショットパルスを出力する。
In the present embodiment, the
換言すれば、変換回路3は、電圧信号を増幅するように構成される。変換回路3は、特定の周波数帯域に含まれる周波数を有する電圧信号の成分に対して既定値以上の利得を有し、特定の周波数帯域の上限値より高い周波数を有する電圧信号の成分に対して既定値未満の利得を有するように構成される。ワンショットパルスのパルス幅は、上限値より高い周波数に対応する値である。
In other words, the
このように、本実施形態においては、パルス発生部42は、変換回路3が既定値以上の利得を持つ特定の周波数帯域よりも高域側となるパルス幅のワンショットパルスを出力している。
As described above, in this embodiment, the
そのため、容量結合11の影響で出力端T2から入力端T1へ検出信号の回り込みが生じても、変換回路3は、回り込んだワンショットパルス(検出信号)に対して殆ど感度を有さず、このワンショットパルスに起因し検出信号にチャタリング等が生じることはない。つまり、パルス発生部42は、検出信号の周波数成分を高くしているので、変換回路3の減衰特性によって検出信号の回り込みの影響を軽減することができる。
Therefore, even if the detection signal wraps around from the output terminal T2 to the input terminal T1 due to the influence of the
なお、変換回路3は、焦電素子2から受け取った電流信号を増幅するように構成されていてもよい。この場合、変換回路3は、特定の周波数帯域に含まれる周波数を有する電流信号の成分に対して既定値以上の利得を有し、特定の周波数帯域の上限値より高い周波数を有する電流信号の成分に対して既定値未満の利得を有するように構成される。
Note that the
つまり、変換回路3は、電流信号(焦電素子2からの電流信号)または電圧信号(電流電圧変換部5からの電圧信号)である電気信号を増幅するように構成されていればよい。この場合、変換回路3は、特定の周波数帯域に含まれる周波数を有する電気信号の成分に対して既定値以上の利得を有し、特定の周波数帯域の上限値より高い周波数を有する電気信号の成分に対して既定値未満の利得を有するように構成される。
That is, the
また、本実施形態では、変換回路3は、出力回路4からトリガを受けて少なくともワンショットパルスのパルス幅と同じ時間長さの保持期間に亘って、出力値を一定に保持する出力保持部8を有する。
Further, in the present embodiment, the
換言すれば、変換回路3は、出力回路4に出力される電圧信号の大きさが所定の閾値を越えると、所定の保持期間の間、出力回路4に出力される電圧信号の大きさを所定値に保持する保持動作を実行するように構成される。保持期間の長さは、ワンショットパルスのパルス幅以上である。
In other words, when the magnitude of the voltage signal output to the
このように、本実施形態の赤外線検出装置1は、少なくともワンショットパルスと同じ時間長さの保持期間に亘って変換回路3の出力値を一定に保持する出力保持部8を有するので、容量結合11の影響で検出信号にチャタリング等が生じることを確実に防止できる。つまり、変換回路3は、少なくともパルス発生部42がワンショットパルスを出力する期間は、保持動作により出力値を一定に保持したまま変化させないので、この期間中に容量結合11の影響でワンショットパルスの回り込みが生じても出力値は変化しない。
As described above, the
したがって、本実施形態の赤外線検出装置1は、検知回路10の入出力間に生じる容量結合11の静電容量Cxがどれだけ大きくなっても、確実な人体検知が可能である。
Therefore, the
また、本実施形態では、保持期間の時間長さは、ワンショットパルスのパルス幅よりも長い。換言すれば、保持期間は、前記ワンショットパルスのパルス幅よりも長い。 In this embodiment, the length of the holding period is longer than the pulse width of the one-shot pulse. In other words, the holding period is longer than the pulse width of the one-shot pulse.
このように、本実施形態では、出力保持部8は、ワンショットパルスのパルス幅よりも長い保持期間に亘って変換回路3の出力値を一定に保持するので、ワンショットパルスによる残留電荷の影響を確実に抑制することができる。
As described above, in this embodiment, the
また、本実施形態では、出力保持部8は、保持期間においては変換回路3の出力値を保持期間の開始直前の値に保持する。換言すれば、所定値は、出力回路4に出力される電圧信号の大きさが所定の閾値を越えたときの電圧信号の大きさである。
In this embodiment, the
このように、出力保持部8は、保持期間においては変換回路3の出力値を保持期間の開始直前の値に保持しているので、保持期間の終了後における変換回路3の出力への保持動作の影響を小さく抑えることができる。
Thus, since the
要するに、図7に示すように、変換回路3は、保持期間に出力値がどのような値に保持されるかによって、出力保持部8での保持動作の終了後における出力の追随性が変化し、保持動作を行わなかった場合の本来の出力からの波形のずれが大きくなる場合がある。
In short, as shown in FIG. 7, in the
図7では、横軸を時間軸として、保持動作を行わなかった場合の変換回路3の本来の出力を「V0」、出力値を保持期間の開始直前の値に保持した場合の出力を「V1」、出力値を基準電圧に保持した場合の出力を「V2」として表している。
In FIG. 7, with the horizontal axis as the time axis, the original output of the
このように、変換回路3は、保持期間に出力値が保持期間の開始直前の値に保持されることにより、保持期間の終了後における出力への保持動作の影響が小さくなる。
Thus, the
なお、出力保持部8は、保持期間に変換回路3の出力値を保持期間の開始直前の値に保持することにより、基準電圧に保持する場合に比べて、変換回路3の出力値が一定になるまでに要する時間を短くできるという利点もある。
Note that the
また、本実施形態では、変換回路3は、特定の周波数帯域の信号成分を通過させるフィルタ回路を有している。出力保持部8は、保持期間にはフィルタ回路の機能を停止させる。
In this embodiment, the
換言すれば、変換回路3は、電圧信号のうち特定の周波数帯域に含まれる周波数を有する成分を通過させるフィルタ回路を備える。変換回路3は、保持期間の間はフィルタ回路の動作を停止させることで、出力回路4に出力される電圧信号の大きさを所定値に保持するように構成される。
In other words, the
さらに、本実施形態では、出力保持部8は、保持期間に亘って電圧増幅部6の両スイッチ60,70をオフにして電圧増幅部6のフィルタ回路としての機能を停止させることにより、変換回路3の出力値を一定に保持している。つまり、出力保持部8は、変換回路3の出力値を一定に保持する保持動作のために、フィルタ回路としての電圧増幅部6の一部を兼用しているので、保持動作のための回路構成を簡略化することができる。
Furthermore, in this embodiment, the
なお、変換回路3は、焦電素子2からの電流信号のうち特定の周波数帯域に含まれる周波数を有する成分を通過させるフィルタ回路を備えていてもよい。この場合、変換回路3は、保持期間の間はフィルタ回路の動作を停止させることで、出力回路4に出力される電圧信号の大きさを所定値に保持するように構成される。
The
すなわち、変換回路3は、電流信号または前記電圧信号である電気信号のうち特定の周波数帯域に含まれる周波数を有する成分を通過させるフィルタ回路を備えていればよい。この場合、変換回路3は、保持期間の間はフィルタ回路の動作を停止させることで、出力回路4に出力される電圧信号の大きさを所定値に保持するように構成される。
That is, the
また、本実施形態では、変換回路3は、帰還用の容量素子(コンデンサ)52が接続された演算増幅器51を有し、当該演算増幅器51にて電流信号を電圧信号に変換する。換言すれば、変換回路3は、焦電素子2から受け取った電流信号を電圧信号に変換する電流電圧変換部5を備える。電流電圧変換部5は、演算増幅器51と、演算増幅器51に接続された帰還用の容量素子(コンデンサ)52とで構成される。
In this embodiment, the
このように、電流電圧変換部5は、コンデンサ52のインピーダンスを用いて電流信号を電圧信号に変換する容量変換型の変換部を構成するので、IC化による小型化並びに高精度化が可能という利点がある。
In this way, the current-
すなわち、抵抗を用いて容量変換型と同じ利得の電流電圧変換部を実現する場合には、高抵抗(たとえば100GΩ)が必要になるため、ICに外付けの抵抗では電流電圧変換部の小型化が難しく、ICに内蔵の抵抗では抵抗値のばらつきが大きく精度が低くなる。 That is, when a current-voltage conversion unit having the same gain as that of the capacitance conversion type is realized using a resistor, a high resistance (for example, 100 GΩ) is required. Therefore, the current-voltage conversion unit can be downsized with an external resistor. In the case of resistors built into ICs, variations in resistance values are large and accuracy is low.
これに対して、容量変換型の電流電圧変換部5は、小容量(たとえば2pF)のコンデンサ52を用いることができるため、コンデンサ52をICに内蔵することにより小型で高精度な変換部を実現でき、さらに誘電損失による雑音も小さくできる。
On the other hand, since the capacitance conversion type current-
なお、電流電圧変換部5は、容量変換型に限らず、交流帰還用の容量素子(コンデンサ52)の代わりに抵抗素子を用いた構成であってもよい。
The current-
ところで、出力保持部8が変換回路3の出力値を保持するための構成は、上述した図3の構成に限らず、たとえば図8,図9に示すような構成であってもよい。
By the way, the configuration for the
図8は、電圧増幅部6の第1変形例を示す。図8においては、電圧増幅部6は、基準電源部67-抵抗68間、抵抗63-演算増幅器61出力端子間、基準電源部77-抵抗78間、抵抗73-演算増幅器71出力端子との間にスイッチ60A,60B,70A,70Bが挿入されている。
FIG. 8 shows a first modification of the
出力保持部8は、比較器41からのトリガ信号を受けると、保持期間に亘って両スイッチ60A,60B,70A,70Bをオフにして電圧増幅部6のフィルタ回路としての機能を停止させる。
When receiving the trigger signal from the
これにより、電圧増幅部6は、保持期間においてはスイッチ60A,60B,70A,70Bがオフ状態にあるため、コンデンサ64,74の放電の系が遮断され、変換回路3の出力値が保持期間の開始直前の値に保持される。
Thereby, in the
図9は、電圧増幅部6の第2変形例を示す。図9においては、電圧増幅部6は、1段目の非反転増幅回路と電流電圧変換部5との間にスイッチ60Cが挿入され、1段目の非反転増幅回路と2段目の非反転増幅回路との間にスイッチ70Cが挿入されている。
FIG. 9 shows a second modification of the
出力保持部8は、比較器41からのトリガ信号を受けると、保持期間に亘って両スイッチ60C,70Cをオフにして電圧増幅部6のフィルタ回路としての機能を停止させる。
When receiving the trigger signal from the
これにより、電圧増幅部6は、保持期間においてはスイッチ60C,70Cがオフ状態にあるため、1段目、2段目の各演算増幅器61,71の非反転入力端子が基準電圧に保持され、変換回路3の出力値が基準電圧に保持される。
Thereby, since the
なお、本実施形態の赤外線検出装置1においては、変換回路3が出力保持部8を有することは必須ではなく、出力保持部8は省略されていてもよい。この場合でも、パルス発生部42がワンショットパルスを発生する構成により、赤外線検出装置1は、検知回路10の入出力間に生じる容量結合11の影響を抑制することができる。
In the
また、上記実施形態では、人体の存在を検知した際に焦電素子2が発生する電流信号の周波数帯域を0.1Hz~1Hz程度と仮定して説明したが、この例に限らず、焦電素子2は人体検知時にたとえば0.1Hz~10Hz程度の電流信号を出力してもよい。
In the above embodiment, the frequency band of the current signal generated by the
電流信号が10Hz程度の場合でも、検知回路10は、変換回路3の出力値が閾値を超えたときに少なくとも1発はワンショットパルスを発生するので、外部回路では、このワンショットパルスを受けて人体検知の結果に応じた電気機器の制御などが可能になる。
Even when the current signal is about 10 Hz, the
(実施形態2)
本実施形態の赤外線検出装置1は、図10に示すように変換回路3がアナログ値をデジタル値に変換するAD変換部91を有している点で、実施形態1の赤外線検出装置1と相違する。以下、実施形態1と同様の構成については実施形態1と共通の符号を付して適宜説明を省略する。
(Embodiment 2)
The
本実施形態では、電流電圧変換部5の後段の電圧増幅部6は、AD変換部91と、AD変換部91の出力に接続されたデジタル処理部92とで構成されている。
In the present embodiment, the
AD変換部91は、電流電圧変換部5から入力される電圧値(アナログ値)をデジタル値に変換して、シリアル方式でデジタル処理部92に出力する。つまり、AD変換部91は、アナログ信号の瞬時値をデジタルのシリアルビット列に変換して出力する。
The
本実施形態では、AD変換部91としてΔΣ(デルタシグマ)方式(ΣΔ方式)のAD変換器(ΔΣAD変換器)が用いられている。これにより、比較的小型で且つ高精度のAD変換部91を実現することができる。
In the present embodiment, a ΔΣ (delta sigma) method (ΣΔ method) AD converter (ΔΣ AD converter) is used as the
このような、AD変換部91は、入力信号の積分を行う積分器(図示せず)と、積分器の出力を量子化する量子化器(図示せず)と、量子化器の出力をアナログ値に変換するDA変換器(図示せず)とを有している。
Such an
積分器は、電流電圧変換部5からの入力信号の積分を行い、量子化器は、積分器の出力電圧つまり積分値と、所定の閾値とを比較することによって、アナログ値をデジタル値に変換する。
The integrator performs integration of the input signal from the current-
ここでは、量子化器は1つの閾値を用いてアナログ値を1ビット(bit)のデジタル値に変換すると仮定する。 Here, it is assumed that the quantizer converts an analog value into a 1-bit digital value using one threshold value.
DA変換器は、量子化器で変換されたデジタル値を1クロック分だけ遅延させた値である遅延値を、アナログ値に変換して積分器の入力に帰還する。これにより、AD変換部91においては、時間経過に伴う入力信号の変化分(微分値)を積分した値が、デジタル値として量子化器から出力されることになる。
The DA converter converts a delay value, which is a value obtained by delaying the digital value converted by the quantizer by one clock, into an analog value and feeds it back to the input of the integrator. As a result, in the
デジタル処理部92は、AD変換部91の出力のうち予め決められた周波数帯域の信号成分を通過させるデジタルフィルタ(デジタルバンドパスフィルタ)としての機能を有している。本実施形態では、人体の存在を検知した際に焦電素子2が発生する電流信号の周波数帯域(ここでは0.1Hz~1Hz程度)をデジタル処理部92の通過帯域とする。
The
したがって、変換回路3は、電圧増幅部6が特定の周波数帯域の信号成分を通過させるフィルタ回路として機能することにより、全体として特定の周波数帯域に既定値以上の利得を持ち、焦電素子2から出力される電流信号を電圧信号に変換して出力する。
Therefore, the
出力回路4は、デジタル処理部92から入力されるデジタル信号に基づいて、変換回路3の出力値と閾値(正閾値VH1、負閾値VL1)とを比較し、検出信号(ワンショットパルス)を出力する。なお、本実施形態では、変換回路3の出力はデジタル信号であるから、出力回路4はデジタル信号に対応した比較器41を用いて構成されている。
The
以上述べた本実施形態の赤外線検出装置1では、変換回路3は、アナログ値をデジタル値に変換しシリアル方式で出力するAD変換部91を有している。変換回路3のフィルタ回路は、AD変換部91の出力のうち予め決められた周波数帯域の信号成分を通過させるデジタルフィルタ(デジタル処理部92)である。
In the
換言すれば、変換回路3は、電気信号をデジタル信号に変換して出力するAD変換部91を備える。フィルタ回路は、デジタル信号を演算処理することで、デジタル信号が示す波形から特定の周波数帯域に含まれる周波数を有する成分を抽出し、抽出された成分の波形を示すデジタル信号を生成して出力するデジタルフィルタ(デジタル処理部92)である。
In other words, the
このように、以上説明した本実施形態の赤外線検出装置1によれば、変換回路3がAD変換部91を有するので、出力保持部8は、保持動作を行う際、変換回路3の出力を簡単に保持することが可能である。したがって、この赤外線検出装置1は、変換回路3および出力保持部8の回路構成を簡略化できるという利点がある。
As described above, according to the
また、本実施形態の赤外線検出装置1は、上述のようにデジタルフィルタ(デジタル処理部92)を用いたことにより、外付け部品が不要となり検知回路10を容易にワンチップ化することができるという利点がある。
Further, the
これに対して、アナログバンドパスフィルタが用いられている場合、0.1Hz~1Hz程度の信号を通過させるためには、回路定数の比較的大きなコンデンサ等の素子が必要になる。このような素子はIC(集積回路)に外付けされることになるので、この構成では赤外線検出装置1は検知回路10をワンチップ化することが難しい。
On the other hand, when an analog bandpass filter is used, an element such as a capacitor having a relatively large circuit constant is required to pass a signal of about 0.1 Hz to 1 Hz. Since such an element is externally attached to an IC (integrated circuit), in this configuration, it is difficult for the
また、本実施形態では、AD変換部91は、アナログ値の積分を行う積分器と、積分器の出力を量子化する量子化器とを有するΔΣ方式のAD変換器である。
In the present embodiment, the
このように、本実施形態ではAD変換部91として、小型化が容易なΔΣ方式のAD変換器が用いられているので、赤外線検出装置1の検知回路10をIC化しながらも、比較的高精度のAD変換部91を実現することができる。
Thus, in the present embodiment, a ΔΣ type AD converter that can be easily reduced in size is used as the
なお、AD変換部は、電流信号(焦電素子2からの電流信号)または電圧信号(電流電圧変換部5からの電圧信号)である電気信号の積分を行う積分器と、前記積分器の出力を量子化する量子化器とを有するΔΣ方式のAD変換器であってもよい。 The AD conversion unit includes an integrator that integrates an electric signal that is a current signal (current signal from the pyroelectric element 2) or a voltage signal (voltage signal from the current-voltage conversion unit 5), and an output of the integrator. It may be a ΔΣ AD converter having a quantizer for quantizing.
ところで、AD変換部91は、ΔΣ方式のAD変換器からなるので、図11に示すように出力値を所定周期(たとえば20ms)で更新している。要するに、AD変換部91は、所定周期ごとに1つのデータ(デジタル値)を出力することになる。図11では、横軸を時間軸として、AD変換部91の出力するデジタル値D1を、AD変換前のアナログ信号A1と同様の形となるように概念的に表している。
Incidentally, since the
ここで、変換回路3は、保持動作の終了タイミングがデジタル値D1の更新タイミングからずれていると、出力データ(デジタル値)の更新ができない、もしくは異常値出力など出力変動が発生することがある。
Here, if the end timing of the holding operation deviates from the update timing of the digital value D1, the
そこで、出力保持部8は、フィルタ回路(デジタル処理部92)の動作を再開させるタイミング、つまり保持動作を終了するタイミングを、AD変換部91がデジタル値D1を更新するタイミングに合わせている。
Therefore, the
このように、本実施形態では、AD変換部41は、出力値を所定周期で更新している。出力保持部8は、フィルタ回路の動作を再開させるタイミングをAD変換部41が出力値を更新するタイミングに合わせる。
Thus, in this embodiment, the
換言すれば、AD変換部41は、所定周期で電気信号(本実施形態では電圧信号)をデジタル信号に変換して出力するように構成される。変換回路3は、AD変換部41がデジタル信号を出力するタイミングに合わせてフィルタ回路の動作を再開させるように構成される。なお、電気信号は、電流信号(焦電素子2からの電流信号)であってもよい。
In other words, the
これにより、変換回路3は、出力保持部8が保持動作を終了したタイミングで、出力データ(デジタル値)が更新されることになるので、保持動作終了時の出力変動の発生を抑制することができる。
Thereby, since the output data (digital value) is updated at the timing when the
なお、本実施形態では、AD変換部91としてΔΣ方式のAD変換器を例示したが、AD変換部91はΔΣ方式以外のAD変換器であってもよい。
In the present embodiment, a ΔΣ type AD converter is exemplified as the
その他の構成および機能は実施形態1と同様である。 Other configurations and functions are the same as those in the first embodiment.
(実施形態3)
本実施形態の赤外線検出装置1は、図12に示すように、出力回路4が、パルス発生部42の発生するワンショットパルスのパルス幅を変化させるパルス幅可変部43を有する点で、実施形態1の赤外線検出装置1と相違する。以下、実施形態1と同様の構成については実施形態1と共通の符号を付して適宜説明を省略する。
(Embodiment 3)
As shown in FIG. 12, the
本実施形態において、比較器41は、トリガ信号をパルス幅可変部43にも与えるように構成される。
In the present embodiment, the
本実施形態において、パルス発生部42は、パルス幅可変部43から受け取った指示値に応じて、ワンショットパルスのパルス幅を決定するように構成される。たとえば、パルス発生部42は、受け取った指示値が小さいほどパルス幅を短くし、受け取った指示値が大きいほどパルス幅を長くする。
In the present embodiment, the
パルス幅可変部43は、比較器41からトリガ信号を受け取ると、変換回路3の出力値(電圧信号V0の大きさ)の微分値を求めるように構成される。パルス幅可変部43は、求められた微分値に応じた指示値を選択し、選択された指示値をパルス発生部42に与えるように構成される。
The pulse width varying unit 43 is configured to obtain a differential value of the output value (the magnitude of the voltage signal V0) of the
たとえば、パルス幅可変部43は、求められた微分値が大きいほど小さい指示値を選択し、求められた微分値が小さいほど大きい指示値を選択する。 For example, the pulse width variable unit 43 selects a smaller instruction value as the obtained differential value is larger, and selects a larger instruction value as the obtained differential value is smaller.
すなわち、パルス幅可変部43は、微分値が大きいほどワンショットパルスのパルス幅が短くなるように、パルス発生部42を制御するように構成される。換言すれば、パルス幅可変部43は、微分値が小さいほどワンショットパルスのパルス幅が長くなるように、パルス発生部42を制御するように構成される。
That is, the pulse width variable unit 43 is configured to control the
このように、パルス幅可変部43は、変換回路3の出力値について閾値を超えた時点における微分値を求め、この微分値が大きいほどワンショットパルスのパルス幅が小さくなるように、微分値に応じてワンショットパルスのパルス幅を変化させる。
In this way, the pulse width variable unit 43 obtains a differential value at the time when the output value of the
すなわち、パルス幅可変部43は、変換回路3の出力値の変化率が大きい場合には、ワンショットパルスのパルス幅を小さくすることにより、出力回路4は、変換回路3の出力値の急峻な変化にも対応可能となる。
In other words, when the rate of change of the output value of the
ここで、パルス幅可変部43は、ワンショットパルスのパルス幅を、実施形態1で説明した上限値と下限値との間の範囲内で変化させる。なお、変換回路3の出力値の微分値は、周知の微分回路を用いて求めることができる。
Here, the pulse width variable unit 43 changes the pulse width of the one-shot pulse within the range between the upper limit value and the lower limit value described in the first embodiment. The differential value of the output value of the
たとえば、焦電素子2が出力する電流信号の周波数が比較的低く、図13に示すように、変換回路3の出力値の変化率が比較的小さい場合、パルス幅可変部は、ワンショットパルスのパルス幅をデフォルトに設定する。
For example, when the frequency of the current signal output from the
図13では、横軸を時間軸として、(a)に変換回路3の出力(電圧信号V0)を示し、(b)に検出信号S1を示している。この場合、変換回路3の出力値が閾値(正閾値VH1、負閾値VL1)を超える時間間隔は比較的長い(大きい)ため、出力回路4は、変換回路3の出力値が閾値を超える度に、確実にワンショットパルスを出力している。
In FIG. 13, with the horizontal axis as the time axis, (a) shows the output (voltage signal V0) of the
一方、焦電素子2が出力する電流信号の周波数が比較的高く、図14に示すように、変換回路3の出力値の変化率が比較的大きい場合、パルス幅がデフォルトのままでは、出力回路4は変換回路3の出力値が閾値を超えてもワンショットパルスを出力できない。
On the other hand, when the frequency of the current signal output from the
そこで、この場合にはパルス幅可変部43がワンショットパルスのパルス幅をデフォルトよりも小さく(短く)なるように変化させることにより、出力回路4は、変換回路3の出力値が閾値を超える度に、確実にワンショットパルスを出力可能となる。
Therefore, in this case, the pulse width varying unit 43 changes the pulse width of the one-shot pulse so that it is smaller (shorter) than the default, so that the
図14では、横軸を時間軸として、(a)に変換回路3の出力(電圧信号V0)を示し、(b)にパルス幅がデフォルトの場合の検出信号S1を示し、(b)にパルス幅を小さくした場合の検出信号S1を示している。
In FIG. 14, the horizontal axis is the time axis, (a) shows the output (voltage signal V0) of the
なお、図13,14の例では、出力回路4は、一定の閾値(正閾値VH1、負閾値VL1)を用いて電圧信号V0を閾値と比較している。
In the examples of FIGS. 13 and 14, the
以上述べた本実施形態の赤外線検出装置1では、出力回路4は、変換回路3の出力値について閾値を超えた時点における微分値を求め、当該微分値が大きいほどワンショットパルスのパルス幅が小さくなるように、当該微分値に応じてワンショットパルスのパルス幅を変化させるパルス幅可変部43を有する。
In the
換言すれば、出力回路4は、変換回路3から受け取った電圧信号V0の大きさが所定の閾値を越えると、電圧信号V0の大きさの微分値を求め、微分値が大きいほどワンショットパルスのパルス幅を短くするように構成される。
In other words, the
以上説明した本実施形態の赤外線検出装置1によれば、変換回路3の出力値の変化率が大きい場合でも、パルス幅可変部43がワンショットパルスのパルス幅を小さくすることで、ワンショットパルスのパルス数を正確に管理でき、より確実な人体検知が可能になる。
According to the
要するに、たとえば人が焦電素子2の近くを横切った場合などで、周波数が比較的高い電流信号が焦電素子2で発生することがあっても、赤外線検出装置1は変換回路3の出力値が閾値を超える度に確実にワンショットパルスを出力することができる。言い換えれば、赤外線検出装置1の検知回路10は、より広い周波数範囲の入力(電流信号)に対応可能となる。
In short, the
なお、本実施形態の構成は、実施形態2の構成と組み合わせて適用することも可能である。その他の構成および機能は実施形態1と同様である。 Note that the configuration of the present embodiment can be applied in combination with the configuration of the second embodiment. Other configurations and functions are the same as those of the first embodiment.
(実施形態4)
本実施形態の赤外線検出装置1は、図15に示すように、出力回路4が、出力保持部8の機能(保持動作)を無効にする保持無効部44を有する点で、実施形態1の赤外線検出装置1と相違する。以下、実施形態1と同様の構成については実施形態1と共通の符号を付して適宜説明を省略する。
(Embodiment 4)
As shown in FIG. 15, the
本実施形態において、比較器41は、トリガ信号を保持部無効部44にも与えるように構成される。
In the present embodiment, the
保持無効部44は、比較器41からトリガ信号を受け取ると、変換回路3の出力値(電圧信号V0の大きさ)の微分値を求めるように構成される。保持無効部44は、求められた微分値が規定値より大きいか否かを判定するように構成される。保持無効部44は、微分値が既定値より大きいと判定すると、無効信号を出力保持部8に出力するように構成される。
The holding
本実施形態において、出力保持部8は、保持無効部44から無効信号を受け取ると、保持動作を終了するように構成される。たとえば、出力保持部8は、比較器41からトリガ信号を受け取ると、スイッチ60,70をオフにして電圧信号を一定に保持する保持動作を実行する。この後に、保持無効部44から無効信号を受け取ると、出力保持部8は、スイッチ60,70をオンにし、これによって保持動作を終了する。
In the present embodiment, the
このように、保持無効部44は、変換回路3の出力値について閾値を超えた時点における微分値を求め、この微分値が規定値よりも大きければ出力保持部8の保持動作を無効にする。すなわち、出力保持部8は、変換回路3の出力値の変化率が大きい場合には変換回路3の出力値(電圧信号V0)を一定に保持せず、電圧増幅部6もフィルタ回路として継続的に機能させる。
As described above, the holding
これにより、出力回路4は変換回路3の出力値の急峻な変化にも対応可能となる。なお、変換回路3の出力値の微分値は、周知の微分回路を用いて求めることができる。
Thereby, the
このように保持無効部44が出力保持部8の機能を無効にしたとしても、そもそも、急峻に変化する出力値に対して変換回路3が殆ど感度を有さないので、赤外線検出装置1は、検知回路10の入出力間に生じる容量結合11の影響を抑制することができる。
Even if the
以上述べた本実施形態の赤外線検出装置1では、出力回路4は、変換回路3の出力値について閾値を超えた時点における微分値を求め、当該微分値が規定値よりも大きければ出力保持部8の機能を無効にする保持無効部44を有する。
In the
換言すれば、出力回路4は、変換回路3から受け取った電圧信号V0の大きさが所定の閾値を越えると、電圧信号V0の大きさの微分値を求め、微分値が規定値を越えるか否かを判定するように構成される。変換回路3は、微分値が規定値を越えたと出力回路4が判定すると、保持動作を終了するように構成される。
In other words, the
以上説明した本実施形態の赤外線検出装置1によれば、変換回路3の出力値の変化率が大きい場合、保持無効部44が出力保持部8の保持動作を無効にするので、変換回路3で焦電素子2からの電流信号に対応する本来の出力(電圧信号)の情報が欠落することはない。
According to the
したがって、たとえば人が焦電素子2の近くを横切った場合などで、周波数が比較的高い電流信号が焦電素子2で発生することがあっても、赤外線検出装置1は変換回路3の出力値が閾値を超える度に確実にワンショットパルスを出力することができる。言い換えれば、赤外線検出装置1の検知回路10は、より広い周波数範囲の入力(電流信号)に対応可能となる。
Therefore, even when a current signal having a relatively high frequency may be generated in the
なお、本実施形態の構成は、実施形態2の構成と組み合わせて適用することも可能である。その他の構成および機能は実施形態1と同様である。 Note that the configuration of the present embodiment can be applied in combination with the configuration of the second embodiment. Other configurations and functions are the same as those of the first embodiment.
Claims (13)
前記変換回路から前記電圧信号を受け取り、受け取った前記電圧信号の大きさを所定の閾値と比較し、前記電圧信号の大きさが前記所定の閾値を越えたときに出力端を通じて検出信号を出力する出力回路と、
を備え、
前記検出信号は、ワンショットパルスである
ことを特徴とする検知回路。 A conversion circuit that receives a current signal from the sensing element through an input terminal and converts the received current signal into a voltage signal;
The voltage signal is received from the conversion circuit, the magnitude of the received voltage signal is compared with a predetermined threshold, and a detection signal is output through an output terminal when the magnitude of the voltage signal exceeds the predetermined threshold. An output circuit;
With
The detection signal is a one-shot pulse.
前記変換回路は、特定の周波数帯域に含まれる周波数を有する前記電気信号の成分に対して既定値以上の利得を有し、前記特定の周波数帯域の上限値より高い周波数を有する前記電気信号の成分に対して既定値未満の利得を有するように構成され、
前記ワンショットパルスのパルス幅は、前記上限値より高い周波数に対応する値である
ことを特徴とする請求項1記載の検知回路。 The conversion circuit is configured to amplify the electric signal that is the current signal or the voltage signal,
The conversion circuit has a gain equal to or higher than a predetermined value with respect to a component of the electric signal having a frequency included in a specific frequency band and has a frequency higher than an upper limit value of the specific frequency band. Is configured to have a gain less than the default value for
The detection circuit according to claim 1, wherein a pulse width of the one-shot pulse is a value corresponding to a frequency higher than the upper limit value.
前記保持期間の長さは、前記ワンショットパルスのパルス幅以上である
ことを特徴とする請求項1記載の検知回路。 When the magnitude of the voltage signal output to the output circuit exceeds the predetermined threshold, the conversion circuit sets the magnitude of the voltage signal output to the output circuit during a predetermined holding period to a predetermined value. Configured to perform a holding action
The detection circuit according to claim 1, wherein a length of the holding period is equal to or greater than a pulse width of the one-shot pulse.
ことを特徴とする請求項3記載の検知回路。 The detection circuit according to claim 3, wherein the holding period is longer than a pulse width of the one-shot pulse.
ことを特徴とする請求項3記載の検知回路。 The detection circuit according to claim 3, wherein the predetermined value is the magnitude of the voltage signal when the magnitude of the voltage signal output to the output circuit exceeds the predetermined threshold.
前記変換回路は、前記保持期間の間は前記フィルタ回路の動作を停止させることで、前記出力回路に出力される前記電圧信号の大きさを前記所定値に保持するように構成される
ことを特徴とする請求項3記載の検知回路。 The conversion circuit includes a filter circuit that passes a component having a frequency included in a specific frequency band of the electric signal that is the current signal or the voltage signal,
The conversion circuit is configured to hold the magnitude of the voltage signal output to the output circuit at the predetermined value by stopping the operation of the filter circuit during the holding period. The detection circuit according to claim 3.
前記フィルタ回路は、前記デジタル信号を演算処理することで、前記デジタル信号が示す波形から前記特定の周波数帯域に含まれる周波数を有する成分を抽出し、前記成分の波形を示すデジタル信号を生成して出力するデジタルフィルタである
ことを特徴とする請求項6記載の検知回路。 The conversion circuit includes an AD conversion unit that converts the electrical signal into a digital signal and outputs the digital signal.
The filter circuit performs arithmetic processing on the digital signal to extract a component having a frequency included in the specific frequency band from a waveform indicated by the digital signal, and generates a digital signal indicating the waveform of the component. The detection circuit according to claim 6, wherein the detection circuit is an output digital filter.
ことを特徴とする請求項7に記載の検知回路。 The AD converter is a ΔΣ AD converter having an integrator that integrates the electric signal and a quantizer that quantizes the output of the integrator. Detection circuit.
前記変換回路は、前記AD変換部がデジタル信号を出力するタイミングに合わせて前記フィルタ回路の動作を再開させるように構成される
ことを特徴とする請求項8記載の検知回路。 The AD converter is configured to convert the electrical signal into a digital signal at a predetermined cycle and output the digital signal,
The detection circuit according to claim 8, wherein the conversion circuit is configured to restart the operation of the filter circuit in accordance with a timing at which the AD conversion unit outputs a digital signal.
ことを特徴とする請求項1記載の検知回路。 The output circuit obtains a differential value of the magnitude of the voltage signal when the magnitude of the voltage signal received from the conversion circuit exceeds a predetermined threshold, and the pulse width of the one-shot pulse increases as the differential value increases. The detection circuit according to claim 1, wherein the detection circuit is configured to shorten the length of the detection circuit.
前記変換回路は、前記微分値が前記規定値を越えたと前記出力回路が判定すると、前記保持動作を終了するように構成される
ことを特徴とする請求項3記載の検知回路。 The output circuit obtains a differential value of the magnitude of the voltage signal when the magnitude of the voltage signal received from the conversion circuit exceeds a predetermined threshold, and determines whether or not the differential value exceeds a specified value. Configured to
The detection circuit according to claim 3, wherein the conversion circuit is configured to end the holding operation when the output circuit determines that the differential value exceeds the specified value.
前記電流電圧変換部は、演算増幅器と、前記演算増幅器に接続された帰還用の容量素子とで構成される
ことを特徴とする請求項1記載の検知回路。 The conversion circuit includes a current-voltage conversion unit that converts the received current signal into a voltage signal,
The detection circuit according to claim 1, wherein the current-voltage conversion unit includes an operational amplifier and a feedback capacitive element connected to the operational amplifier.
前記検知回路の前記入力端に接続される検知素子と、
を備え、
前記検知素子は、焦電素子である
ことを特徴とする赤外線検出装置。 A detection circuit according to claim 1;
A sensing element connected to the input end of the sensing circuit;
With
The infrared detection device, wherein the detection element is a pyroelectric element.
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