JP3141730B2 - 赤外線検出装置 - Google Patents
赤外線検出装置Info
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- JP3141730B2 JP3141730B2 JP07166046A JP16604695A JP3141730B2 JP 3141730 B2 JP3141730 B2 JP 3141730B2 JP 07166046 A JP07166046 A JP 07166046A JP 16604695 A JP16604695 A JP 16604695A JP 3141730 B2 JP3141730 B2 JP 3141730B2
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Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、サーミスタで構成され
るホイートストンブリッジを備えた赤外線検出装置に関
するものである。
るホイートストンブリッジを備えた赤外線検出装置に関
するものである。
【0002】
【従来の技術】図10の回路図に基づいて従来の赤外線
検出回路の一例について説明する。図で、1,2はサー
ミスタ、3,4はそれぞれサーミスタ1,2に直列に接
続された抵抗である。サーミスタ1と抵抗3とで構成さ
れる直列回路は、サーミスタ2と抵抗4とで構成される
直列回路と並列に接続されホイートストンブリッジ5を
構成している。6はホイートストンブリッジ5の電源入
力端子a,bに接続された電源である。7は、サーミス
タ1と抵抗3の接続点と、サーミスタ2と抵抗4の接続
点間の電圧(以下、ホイートストンブリッジ5の出力電
圧とする)を増幅する差分増幅器、8は、サーミスタ1
と抵抗3の接続点と電源6の低電位側端子間の電圧(抵
抗3の両端電圧)を増幅する増幅器、9は差分増幅器7
の出力電圧及び増幅器8の出力電圧を入力して演算処理
を行い赤外線量を算出する信号処理回路である。
検出回路の一例について説明する。図で、1,2はサー
ミスタ、3,4はそれぞれサーミスタ1,2に直列に接
続された抵抗である。サーミスタ1と抵抗3とで構成さ
れる直列回路は、サーミスタ2と抵抗4とで構成される
直列回路と並列に接続されホイートストンブリッジ5を
構成している。6はホイートストンブリッジ5の電源入
力端子a,bに接続された電源である。7は、サーミス
タ1と抵抗3の接続点と、サーミスタ2と抵抗4の接続
点間の電圧(以下、ホイートストンブリッジ5の出力電
圧とする)を増幅する差分増幅器、8は、サーミスタ1
と抵抗3の接続点と電源6の低電位側端子間の電圧(抵
抗3の両端電圧)を増幅する増幅器、9は差分増幅器7
の出力電圧及び増幅器8の出力電圧を入力して演算処理
を行い赤外線量を算出する信号処理回路である。
【0003】図10に示す回路では、ホイートストンブ
リッジ5の2辺にサーミスタを1個ずつ入れ、一方のサ
ーミスタ(サーミスタ1)を温度補償用とし、他方のサ
ーミスタ(サーミスタ2)に赤外線を入射させて赤外線
を検出するように構成されている。つまり、サーミスタ
2に赤外線が入射すると、その赤外線量に応じてサーミ
スタ2の抵抗値が変化し、ホイートストンブリッジ5の
バランスが崩れ、入射した赤外線量に応じた出力電圧が
ホイートストンブリッジ5から出力されるので、その出
力電圧を捉えることによって赤外線を検出していた。こ
の場合、抵抗3の両端電圧を増幅する増幅器8の出力電
圧より、抵抗3の両端電圧及びサーミスタ1の両端電圧
を求め、さらにサーミスタ1の抵抗値、周囲温度を求め
ることによって、増幅器8の出力電圧を温度補正のため
に用いていた。
リッジ5の2辺にサーミスタを1個ずつ入れ、一方のサ
ーミスタ(サーミスタ1)を温度補償用とし、他方のサ
ーミスタ(サーミスタ2)に赤外線を入射させて赤外線
を検出するように構成されている。つまり、サーミスタ
2に赤外線が入射すると、その赤外線量に応じてサーミ
スタ2の抵抗値が変化し、ホイートストンブリッジ5の
バランスが崩れ、入射した赤外線量に応じた出力電圧が
ホイートストンブリッジ5から出力されるので、その出
力電圧を捉えることによって赤外線を検出していた。こ
の場合、抵抗3の両端電圧を増幅する増幅器8の出力電
圧より、抵抗3の両端電圧及びサーミスタ1の両端電圧
を求め、さらにサーミスタ1の抵抗値、周囲温度を求め
ることによって、増幅器8の出力電圧を温度補正のため
に用いていた。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】図10に示した従来の
回路では、サーミスタ1,2と抵抗3,4が別工程で形
成されるため、ホイートストンブリッジ5を構成する抵
抗素子の抵抗値が大きくばらつき、ホイートストンブリ
ッジ5の出力に大きなオフセット電圧が出力されるとい
う問題点があり、抵抗素子の抵抗値を調整してオフセッ
ト電圧を小さくする必要があった。また、図10に示す
回路では、ホイートストンブリッジ5には、常に、ある
程度の電流が流れることになり、必然的に消費電流が増
え、サーミスタの自己発熱による影響が大きくなり誤差
が無視できなくなるといった問題点があった。さらに、
赤外線検出感度を上げるためには、サーミスタの熱容量
を小さくする必要があるが、熱容量を小さくした場合に
もサーミスタに電流を流した場合の自己発熱の影響が無
視できなくなっていた。また、赤外線入射量は、測定環
境温度と温度測定対象物の絶対温度の4乗の差に比例す
るため、測定環境温度と温度測定対象物の温度差が大き
い場合と小さい場合とでは、出力の分解能が大きく異な
るという課題があった。
回路では、サーミスタ1,2と抵抗3,4が別工程で形
成されるため、ホイートストンブリッジ5を構成する抵
抗素子の抵抗値が大きくばらつき、ホイートストンブリ
ッジ5の出力に大きなオフセット電圧が出力されるとい
う問題点があり、抵抗素子の抵抗値を調整してオフセッ
ト電圧を小さくする必要があった。また、図10に示す
回路では、ホイートストンブリッジ5には、常に、ある
程度の電流が流れることになり、必然的に消費電流が増
え、サーミスタの自己発熱による影響が大きくなり誤差
が無視できなくなるといった問題点があった。さらに、
赤外線検出感度を上げるためには、サーミスタの熱容量
を小さくする必要があるが、熱容量を小さくした場合に
もサーミスタに電流を流した場合の自己発熱の影響が無
視できなくなっていた。また、赤外線入射量は、測定環
境温度と温度測定対象物の絶対温度の4乗の差に比例す
るため、測定環境温度と温度測定対象物の温度差が大き
い場合と小さい場合とでは、出力の分解能が大きく異な
るという課題があった。
【0005】本発明は、上記問題点に鑑みなされたもの
で、その目的とするところは、サーミスタを用いた赤外
線検出装置において、サーミスタの自己発熱の影響を受
けにくく、消費電力の小さい高精度の赤外線検出装置の
構造を提供することにある。
で、その目的とするところは、サーミスタを用いた赤外
線検出装置において、サーミスタの自己発熱の影響を受
けにくく、消費電力の小さい高精度の赤外線検出装置の
構造を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項1記載の赤外線検出装置は、ワンチップ上に
形成された4つのサーミスタで構成され一辺又は対向辺
のサーミスタに赤外線が入射するホイートストンブリッ
ジと、電源と、コンデンサと、そのコンデンサを前記電
源に接続するか、または、前記ホイートストンブリッジ
の電源入力端子に接続するかを切り換えるスイッチング
回路と、前記スイッチング回路により前記コンデンサを
前記電源に接続してそのコンデンサを充電した後、前記
スイッチング回路によりコンデンサを前記ホイートスト
ンブリッジの電源入力端子に接続して放電を開始したと
きから、そのホイートストンブリッジの電源入力端子の
電圧が所定電圧に低下するまでの時間を計測する時間計
測手段と、ホイートストンブリッジの出力電圧を増幅す
る差分増幅器と、差分増幅器の出力と時間計測手段の出
力に基づいて測定環境温度と赤外線が入射したサーミス
タの温度を算出する信号処理回路を備えたことを特徴と
するものである。
め、請求項1記載の赤外線検出装置は、ワンチップ上に
形成された4つのサーミスタで構成され一辺又は対向辺
のサーミスタに赤外線が入射するホイートストンブリッ
ジと、電源と、コンデンサと、そのコンデンサを前記電
源に接続するか、または、前記ホイートストンブリッジ
の電源入力端子に接続するかを切り換えるスイッチング
回路と、前記スイッチング回路により前記コンデンサを
前記電源に接続してそのコンデンサを充電した後、前記
スイッチング回路によりコンデンサを前記ホイートスト
ンブリッジの電源入力端子に接続して放電を開始したと
きから、そのホイートストンブリッジの電源入力端子の
電圧が所定電圧に低下するまでの時間を計測する時間計
測手段と、ホイートストンブリッジの出力電圧を増幅す
る差分増幅器と、差分増幅器の出力と時間計測手段の出
力に基づいて測定環境温度と赤外線が入射したサーミス
タの温度を算出する信号処理回路を備えたことを特徴と
するものである。
【0007】請求項2記載の赤外線検出装置は、請求項
1記載の赤外線検出装置で、前記所定電圧に反比例した
増幅率で、前記ホイートストンブリッジの出力電圧を増
幅する差分増幅器を備えたことを特徴とするものであ
る。
1記載の赤外線検出装置で、前記所定電圧に反比例した
増幅率で、前記ホイートストンブリッジの出力電圧を増
幅する差分増幅器を備えたことを特徴とするものであ
る。
【0008】請求項3記載の赤外線検出装置は、請求項
1記載の赤外線検出装置で、前記時間計測手段が計測し
た時間に対応した信号を入力して、前記ホイートストン
ブリッジの出力電圧を増幅する増幅率を変化させる差分
増幅器を備えたことを特徴とするものである。
1記載の赤外線検出装置で、前記時間計測手段が計測し
た時間に対応した信号を入力して、前記ホイートストン
ブリッジの出力電圧を増幅する増幅率を変化させる差分
増幅器を備えたことを特徴とするものである。
【0009】請求項4記載の赤外線検出装置は、請求項
1記載の赤外線検出装置で、前記ホイートストンブリッ
ジの出力電圧に対応した信号を入力して、前記ホイート
ストンブリッジの出力電圧を増幅する増幅率を変化させ
る差分増幅器を備えたことを特徴とするものである。
1記載の赤外線検出装置で、前記ホイートストンブリッ
ジの出力電圧に対応した信号を入力して、前記ホイート
ストンブリッジの出力電圧を増幅する増幅率を変化させ
る差分増幅器を備えたことを特徴とするものである。
【0010】請求項5記載の赤外線検出装置は、請求項
1記載の赤外線検出装置で、測定環境温度に保たれたサ
ーミスタを備え、そのサーミスタの抵抗値により、前記
ホイートストンブリッジの出力電圧を増幅する増幅率を
変化させる差分増幅器を備えたことを特徴とするもので
ある。
1記載の赤外線検出装置で、測定環境温度に保たれたサ
ーミスタを備え、そのサーミスタの抵抗値により、前記
ホイートストンブリッジの出力電圧を増幅する増幅率を
変化させる差分増幅器を備えたことを特徴とするもので
ある。
【0011】
【作用】本発明の赤外線検出装置によれば、ワンチップ
上に形成した4つのサーミスタで、ホイートストンブリ
ッジを構成することにより、それらのサーミスタの抵抗
値のばらつきが非常に小さくなるので抵抗値調整を不要
にすることができる。また、サーミスタに与えるエネル
ギーをコンデンサに蓄積した電荷のエネルギーのみにし
て、常に一定のエネルギーをサーミスタに与えることに
より、サーミスタの自己発熱量を一定にすることができ
るので、自己発熱の影響を演算により取り除いて自己発
熱の影響を小さくすることができる。
上に形成した4つのサーミスタで、ホイートストンブリ
ッジを構成することにより、それらのサーミスタの抵抗
値のばらつきが非常に小さくなるので抵抗値調整を不要
にすることができる。また、サーミスタに与えるエネル
ギーをコンデンサに蓄積した電荷のエネルギーのみにし
て、常に一定のエネルギーをサーミスタに与えることに
より、サーミスタの自己発熱量を一定にすることができ
るので、自己発熱の影響を演算により取り除いて自己発
熱の影響を小さくすることができる。
【0012】請求項1記載の赤外線検出装置は、スイッ
チング回路によって、まず、コンデンサを電源に接続し
て充電した後、コンデンサをホイートストンブリッジの
電源入力端子に接続して放電させ、その電圧が基準電圧
等の所定電圧より小さくなるまでの時間を、カウンタ等
の時間測定手段により測定し、その時間により測定環境
温度を検出すると共に、ホイートストンブリッジの一辺
に配置されたサーミスタ、または、ホイートストンブリ
ッジの対角に位置する2つのサーミスタにのみ赤外線が
入射するようにし、ホイートストンブリッジの出力電圧
から赤外線量を検出する。
チング回路によって、まず、コンデンサを電源に接続し
て充電した後、コンデンサをホイートストンブリッジの
電源入力端子に接続して放電させ、その電圧が基準電圧
等の所定電圧より小さくなるまでの時間を、カウンタ等
の時間測定手段により測定し、その時間により測定環境
温度を検出すると共に、ホイートストンブリッジの一辺
に配置されたサーミスタ、または、ホイートストンブリ
ッジの対角に位置する2つのサーミスタにのみ赤外線が
入射するようにし、ホイートストンブリッジの出力電圧
から赤外線量を検出する。
【0013】請求項1記載の赤外線検出装置では、コン
デンサに充電された電荷がホイートストンブリッジを介
して放電する際、ホイートストンブリッジの電源入力端
子の電圧はホイートストンブリッジの合成抵抗値とコン
デンサの静電容量によって決まる時定数で低下してい
く。請求項2記載の赤外線検出装置は、請求項1記載の
赤外線検出装置に、所定電圧に反比例した増幅率でホイ
ートストンブリッジの出力電圧を増幅する差分増幅器を
備えたものである。このように構成することによって、
サーミスタへの電圧印加回数を増やすことなく、1回の
放電期間中に、増幅器を変えながらホイートストンブリ
ッジの出力電圧を繰り返し測定することができるので精
度の向上が図れる。
デンサに充電された電荷がホイートストンブリッジを介
して放電する際、ホイートストンブリッジの電源入力端
子の電圧はホイートストンブリッジの合成抵抗値とコン
デンサの静電容量によって決まる時定数で低下してい
く。請求項2記載の赤外線検出装置は、請求項1記載の
赤外線検出装置に、所定電圧に反比例した増幅率でホイ
ートストンブリッジの出力電圧を増幅する差分増幅器を
備えたものである。このように構成することによって、
サーミスタへの電圧印加回数を増やすことなく、1回の
放電期間中に、増幅器を変えながらホイートストンブリ
ッジの出力電圧を繰り返し測定することができるので精
度の向上が図れる。
【0014】請求項3記載の赤外線検出装置によれば、
時間計測手段が計測した時間より測定環境温度を算出
し、その測定環境温度に応じて、ホイートストンブリッ
ジの出力電圧を増幅する差分増幅器の増幅率を、分解能
低下を抑制することができる適切な値に変化させること
ができるので精度の向上が図れる。
時間計測手段が計測した時間より測定環境温度を算出
し、その測定環境温度に応じて、ホイートストンブリッ
ジの出力電圧を増幅する差分増幅器の増幅率を、分解能
低下を抑制することができる適切な値に変化させること
ができるので精度の向上が図れる。
【0015】請求項4記載の赤外線検出装置によれば、
検出したホイートストンブリッジの出力電圧に応じて、
ホイートストンブリッジの出力電圧を増幅する差分増幅
器の増幅率を、分解能低下を抑制することができる適切
な値に変化させることができるので精度の向上が図れ
る。
検出したホイートストンブリッジの出力電圧に応じて、
ホイートストンブリッジの出力電圧を増幅する差分増幅
器の増幅率を、分解能低下を抑制することができる適切
な値に変化させることができるので精度の向上が図れ
る。
【0016】つまり、コンデンサの放電時にホイートス
トンブリッジの出力電圧を測定し、その値により、差分
増幅器の増幅率を最適な値に設定して、コンデンサの2
回目の放電時にホイートストンブリッジの出力電圧を測
定することによって、測定環境温度による分解能低下を
抑えることができ、精度の向上が図れる。
トンブリッジの出力電圧を測定し、その値により、差分
増幅器の増幅率を最適な値に設定して、コンデンサの2
回目の放電時にホイートストンブリッジの出力電圧を測
定することによって、測定環境温度による分解能低下を
抑えることができ、精度の向上が図れる。
【0017】請求項5記載の赤外線検出装置は、測定環
境温度に保たれたサーミスタを備え、そのサーミスタの
抵抗値により、ホイートストンブリッジの出力電圧を増
幅する増幅率を変化させる差分増幅器を備えたことを特
徴とするものである。このように構成することによっ
て、測定環境温度による分解能低下を抑えて高精度の赤
外線検出装置を実現することができる。
境温度に保たれたサーミスタを備え、そのサーミスタの
抵抗値により、ホイートストンブリッジの出力電圧を増
幅する増幅率を変化させる差分増幅器を備えたことを特
徴とするものである。このように構成することによっ
て、測定環境温度による分解能低下を抑えて高精度の赤
外線検出装置を実現することができる。
【0018】
【実施例】図1の回路図に基づいて本発明の赤外線検出
装置の一実施例について説明する。10は、ワンチップ
上に形成されたサーミスタ10a〜10dによって構成
されたホイートストンブリッジ、11はホイートストン
ブリッジ10の電源入力端子a,b、または、電源12
に接続されるコンデンサ、13はコンデンサ11を、ホ
イートストンブリッジ10の電源入力端子a,bに接続
するか、電源12に接続するかを切り換えるスイッチン
グ回路である。
装置の一実施例について説明する。10は、ワンチップ
上に形成されたサーミスタ10a〜10dによって構成
されたホイートストンブリッジ、11はホイートストン
ブリッジ10の電源入力端子a,b、または、電源12
に接続されるコンデンサ、13はコンデンサ11を、ホ
イートストンブリッジ10の電源入力端子a,bに接続
するか、電源12に接続するかを切り換えるスイッチン
グ回路である。
【0019】また、14はホイートストンブリッジ10
の電源入力端子a,b間の電圧と、基準電源15の基準
電圧Vrを比較して、電源入力端子a,b間の電圧が基準
電圧Vrより小さくなった時にその出力を反転させる比較
器、16はコンデンサ11がホイートストンブリッジ1
0の電源入力端子a,bに接続された時から比較器14
の出力が反転するまでの時間をカウントするカウンタ、
17はサーミスタ10aとサーミスタ10bの接続点
と、サーミスタ10cとサーミスタ10dの接続点間の
電圧(ホイートストンブリッジ10の出力電圧)を増幅
する差分増幅器、18は差分増幅器17の出力信号をサ
ンプリングし保持するサンプルホールド、19は、サン
プルホールド18及びカウンタ16の出力信号を処理す
る信号処理回路、20は、スイッチング回路13、カウ
ンタ16、サンプルホールド18に制御信号を出力する
クロックである。
の電源入力端子a,b間の電圧と、基準電源15の基準
電圧Vrを比較して、電源入力端子a,b間の電圧が基準
電圧Vrより小さくなった時にその出力を反転させる比較
器、16はコンデンサ11がホイートストンブリッジ1
0の電源入力端子a,bに接続された時から比較器14
の出力が反転するまでの時間をカウントするカウンタ、
17はサーミスタ10aとサーミスタ10bの接続点
と、サーミスタ10cとサーミスタ10dの接続点間の
電圧(ホイートストンブリッジ10の出力電圧)を増幅
する差分増幅器、18は差分増幅器17の出力信号をサ
ンプリングし保持するサンプルホールド、19は、サン
プルホールド18及びカウンタ16の出力信号を処理す
る信号処理回路、20は、スイッチング回路13、カウ
ンタ16、サンプルホールド18に制御信号を出力する
クロックである。
【0020】図1に示す赤外線検出装置では、ホイート
ストンブリッジ10の一辺を構成するサーミスタ10a
にのみに赤外線が入射し、他のサーミスタ10b〜10
dには入射しないようにサーミスタ10b〜10dは遮
光されている。
ストンブリッジ10の一辺を構成するサーミスタ10a
にのみに赤外線が入射し、他のサーミスタ10b〜10
dには入射しないようにサーミスタ10b〜10dは遮
光されている。
【0021】次に、図2の波形図に基づいて回路動作を
説明する。図で、(a)はスイッチング回路13が入力
する電源側切り換え信号で、この信号がHIGH状態のとき
は、コンデンサ11が電源12に接続されていることを
示している。(b)はスイッチング回路13が入力する
ホイートストンブリッジ側切り換え信号で、この信号が
HIGH状態のときは、コンデンサ11がホイートストンブ
リッジ10の電源入力端子a,bに接続されていること
を示している。(c)はコンデンサ11の両端電圧(ホ
イートストンブリッジ10の電源入力端子a,b間の電
圧)、(d)はカウンタ16のカウント期間で、この信
号がHIGH状態の時、時間計測中であることを示してい
る。(e)はサンプルホールド18の動作状態を示す信
号で、この信号がHIGH状態のときに、サンプルホールド
18は入力信号をサンプリングし、この信号がLOW 状態
のときに、サンプルホールド18は入力信号を保持して
いることを示している。
説明する。図で、(a)はスイッチング回路13が入力
する電源側切り換え信号で、この信号がHIGH状態のとき
は、コンデンサ11が電源12に接続されていることを
示している。(b)はスイッチング回路13が入力する
ホイートストンブリッジ側切り換え信号で、この信号が
HIGH状態のときは、コンデンサ11がホイートストンブ
リッジ10の電源入力端子a,bに接続されていること
を示している。(c)はコンデンサ11の両端電圧(ホ
イートストンブリッジ10の電源入力端子a,b間の電
圧)、(d)はカウンタ16のカウント期間で、この信
号がHIGH状態の時、時間計測中であることを示してい
る。(e)はサンプルホールド18の動作状態を示す信
号で、この信号がHIGH状態のときに、サンプルホールド
18は入力信号をサンプリングし、この信号がLOW 状態
のときに、サンプルホールド18は入力信号を保持して
いることを示している。
【0022】測定を開始すると、まず、クロック20か
らスイッチング回路13に、(a)に示す電源側切り換
え信号が出力されるので、スイッチング回路13がコン
デンサ11を電源12に接続して、コンデンサ11を充
電する。充電が完了した後、クロック20からスイッチ
ング回路13に、(b)に示すホイートストンブリッジ
側切り換え信号が出力されるので、スイッチング回路1
3は、コンデンサ11をホイートストンブリッジ10の
電源入力端子a,bに接続するので、(c)に示すよう
に、コンデンサ11の放電が開始される。
らスイッチング回路13に、(a)に示す電源側切り換
え信号が出力されるので、スイッチング回路13がコン
デンサ11を電源12に接続して、コンデンサ11を充
電する。充電が完了した後、クロック20からスイッチ
ング回路13に、(b)に示すホイートストンブリッジ
側切り換え信号が出力されるので、スイッチング回路1
3は、コンデンサ11をホイートストンブリッジ10の
電源入力端子a,bに接続するので、(c)に示すよう
に、コンデンサ11の放電が開始される。
【0023】この時、(d)に示すように、コンデンサ
11の放電開始と同時に、カウンタ16による時間のカ
ウントが開始され、コンデンサ11の放電により、
(c)に示すコンデンサ11の両端電圧(ホイートスト
ンブリッジ10の電源入力端子a,b間の電圧)が、基
準電源15の基準電圧Vrより小さくなるまでカウントが
行われる。さらに、(e)に示すように、コンデンサ1
1の放電開始と同時に、ホイートストンブリッジ10の
出力電圧がサンプルホールド18に取り込まれ保持され
信号処理回路19に取り込まれる。
11の放電開始と同時に、カウンタ16による時間のカ
ウントが開始され、コンデンサ11の放電により、
(c)に示すコンデンサ11の両端電圧(ホイートスト
ンブリッジ10の電源入力端子a,b間の電圧)が、基
準電源15の基準電圧Vrより小さくなるまでカウントが
行われる。さらに、(e)に示すように、コンデンサ1
1の放電開始と同時に、ホイートストンブリッジ10の
出力電圧がサンプルホールド18に取り込まれ保持され
信号処理回路19に取り込まれる。
【0024】ホイートストンブリッジ10の出力電圧
は、サーミスタ10aが受けた熱の関数であるので、そ
の出力電圧から赤外線照射量を求めることができる。ホ
イートストンブリッジ10の出力電圧と熱の関係につい
て説明する。サーミスタの、ある温度T における抵抗値
R は、R=R0exp[B(1/T-1/T0)]で表される。ここで、T0は
ある基準温度(K) 、B はサーミスタ定数、R0はT0での抵
抗値 (Ω) である。
は、サーミスタ10aが受けた熱の関数であるので、そ
の出力電圧から赤外線照射量を求めることができる。ホ
イートストンブリッジ10の出力電圧と熱の関係につい
て説明する。サーミスタの、ある温度T における抵抗値
R は、R=R0exp[B(1/T-1/T0)]で表される。ここで、T0は
ある基準温度(K) 、B はサーミスタ定数、R0はT0での抵
抗値 (Ω) である。
【0025】ここで、サーミスタ10b〜10dの温度
をTaとし、サーミスタ10aの温度は赤外線照射により
Tsとなっているとすると、出力電圧Vsは次式のようにな
る。
をTaとし、サーミスタ10aの温度は赤外線照射により
Tsとなっているとすると、出力電圧Vsは次式のようにな
る。
【0026】
【数1】
【0027】ここで、Vdd は電源12の電源電圧、G は
差分増幅器17の増幅率である。但し、コンデンサ11
の放電時間はサンプルホールド18のサンプリング時間
より十分長く、サンプリング中はホイートストンブリッ
ジ10の印加電圧は低下しないとする。
差分増幅器17の増幅率である。但し、コンデンサ11
の放電時間はサンプルホールド18のサンプリング時間
より十分長く、サンプリング中はホイートストンブリッ
ジ10の印加電圧は低下しないとする。
【0028】次に、赤外線を照射しないサーミスタ10
b〜10dの温度(測定環境温度)Taを求める。サーミ
スタの温度(測定環境温度)Taは、コンデンサ11の放
電時間(カウンタ16のカウント時間)を測定すること
により求められる。放電時間は時定数τで決まり次式の
ようになる。
b〜10dの温度(測定環境温度)Taを求める。サーミ
スタの温度(測定環境温度)Taは、コンデンサ11の放
電時間(カウンタ16のカウント時間)を測定すること
により求められる。放電時間は時定数τで決まり次式の
ようになる。
【0029】
【数2】
【0030】ここで、Cはコンデンサ11の静電容量で
ある。また、赤外線は微弱であり赤外線が照射されるサ
ーミスタ10aの温度上昇もわずかであるため、サーミ
スタ10aの抵抗値は他のサーミスタ10b〜10dの
抵抗値と同じとした。このように、(2)式により温度
Taを算出することができ、(1)式により、温度Tsを求
めることができるので、時定数τと出力電圧Vsから温度
Ta, Tsを算出することができる。
ある。また、赤外線は微弱であり赤外線が照射されるサ
ーミスタ10aの温度上昇もわずかであるため、サーミ
スタ10aの抵抗値は他のサーミスタ10b〜10dの
抵抗値と同じとした。このように、(2)式により温度
Taを算出することができ、(1)式により、温度Tsを求
めることができるので、時定数τと出力電圧Vsから温度
Ta, Tsを算出することができる。
【0031】熱容量の小さいサーミスタを用いた場合、
電圧印加による自己発熱の影響が大きいが、この方式を
用いれば、サーミスタに与えるエネルギーは小さく、常
に一定なので自己発熱量も一定になり演算によってその
影響を簡単に取り除くことができる。
電圧印加による自己発熱の影響が大きいが、この方式を
用いれば、サーミスタに与えるエネルギーは小さく、常
に一定なので自己発熱量も一定になり演算によってその
影響を簡単に取り除くことができる。
【0032】図3の回路図に基づいて本発明の赤外線検
出装置の異なる実施例について説明する。但し、図1に
示した構成と同等構成については同符号を付すこととす
る。10は、ワンチップ上に形成されたサーミスタ10
a〜10dによって構成されたホイートストンブリッ
ジ、11はホイートストンブリッジ10の電源入力端子
a,b、または、電源12に接続されるコンデンサ、1
3はコンデンサ11を、ホイートストンブリッジ10の
電源入力端子a,bに接続するか、電源12に接続する
かを切り換えるスイッチング回路である。
出装置の異なる実施例について説明する。但し、図1に
示した構成と同等構成については同符号を付すこととす
る。10は、ワンチップ上に形成されたサーミスタ10
a〜10dによって構成されたホイートストンブリッ
ジ、11はホイートストンブリッジ10の電源入力端子
a,b、または、電源12に接続されるコンデンサ、1
3はコンデンサ11を、ホイートストンブリッジ10の
電源入力端子a,bに接続するか、電源12に接続する
かを切り換えるスイッチング回路である。
【0033】また、21は基準電圧回路で、電源21a
と、電源21aの電圧を分圧する抵抗21bと、抵抗2
1bの分圧比を変化させて、出力である基準電圧を段階
的に変える基準電圧制御部21cとで構成されている。
14はホイートストンブリッジ10の電源入力端子a,
b間の電圧と、基準電圧回路21の基準電圧を比較し
て、電源入力端子a,b間の電圧が基準電圧より小さく
なった時にその出力を反転させる比較器、16はコンデ
ンサ11がホイートストンブリッジ10の電源入力端子
a,bに接続された時から比較器14の出力が反転する
までの時間をカウントするカウンタ、22はホイートス
トンブリッジ10の出力電圧を、基準電圧に反比例した
増幅率で増幅する差分増幅器、18は差分増幅器22の
出力信号をサンプリングし保持するサンプルホールド、
19はサンプルホールド18及びカウンタ16の出力信
号を処理する信号処理回路、20は制御信号を出力する
クロックである。図1に示した実施例と同様に、赤外線
はサーミスタ10aにのみ照射されるように構成されて
いる。
と、電源21aの電圧を分圧する抵抗21bと、抵抗2
1bの分圧比を変化させて、出力である基準電圧を段階
的に変える基準電圧制御部21cとで構成されている。
14はホイートストンブリッジ10の電源入力端子a,
b間の電圧と、基準電圧回路21の基準電圧を比較し
て、電源入力端子a,b間の電圧が基準電圧より小さく
なった時にその出力を反転させる比較器、16はコンデ
ンサ11がホイートストンブリッジ10の電源入力端子
a,bに接続された時から比較器14の出力が反転する
までの時間をカウントするカウンタ、22はホイートス
トンブリッジ10の出力電圧を、基準電圧に反比例した
増幅率で増幅する差分増幅器、18は差分増幅器22の
出力信号をサンプリングし保持するサンプルホールド、
19はサンプルホールド18及びカウンタ16の出力信
号を処理する信号処理回路、20は制御信号を出力する
クロックである。図1に示した実施例と同様に、赤外線
はサーミスタ10aにのみ照射されるように構成されて
いる。
【0034】図4の波形図に基づいて回路動作を説明す
る。図で、(a)はスイッチング回路13が入力する電
源側切り換え信号で、この信号がHIGH状態のときは、コ
ンデンサ11が電源12に接続されていることを示して
いる。(b)はスイッチング回路13が入力するホイー
トストンブリッジ側切り換え信号で、この信号がHIGH状
態のときは、コンデンサ11がホイートストンブリッジ
10の電源入力端子a,bに接続されていることを示し
ている。(c)はコンデンサ11の両端電圧(ホイート
ストンブリッジ10の電源入力端子a,b間の電圧)、
(d)はカウンタ16のカウント期間で、この信号がHI
GH状態の時、時間計測中であることを示している。
(e)はサンプルホールド18の動作状態を示す信号
で、この信号がHIGH状態のときに、サンプルホールド1
8は入力信号をサンプリングし、この信号がLOW 状態の
ときに、サンプルホールド18は入力信号を保持してい
ることを示している。(f)は基準電圧に反比例した増
幅率で増幅する差分増幅器22の増幅率(ゲイン)であ
る。
る。図で、(a)はスイッチング回路13が入力する電
源側切り換え信号で、この信号がHIGH状態のときは、コ
ンデンサ11が電源12に接続されていることを示して
いる。(b)はスイッチング回路13が入力するホイー
トストンブリッジ側切り換え信号で、この信号がHIGH状
態のときは、コンデンサ11がホイートストンブリッジ
10の電源入力端子a,bに接続されていることを示し
ている。(c)はコンデンサ11の両端電圧(ホイート
ストンブリッジ10の電源入力端子a,b間の電圧)、
(d)はカウンタ16のカウント期間で、この信号がHI
GH状態の時、時間計測中であることを示している。
(e)はサンプルホールド18の動作状態を示す信号
で、この信号がHIGH状態のときに、サンプルホールド1
8は入力信号をサンプリングし、この信号がLOW 状態の
ときに、サンプルホールド18は入力信号を保持してい
ることを示している。(f)は基準電圧に反比例した増
幅率で増幅する差分増幅器22の増幅率(ゲイン)であ
る。
【0035】測定を開始すると、まず、クロック20か
らスイッチング回路13に、(a)に示す電源側切り替
え信号が出力されるので、スイッチング回路13がコン
デンサ11を電源12に接続して、コンデンサ11を充
電する。充電が完了した後、クロック20からスイッチ
ング回路13に、(b)に示すホイートストンブリッジ
側切り替え信号が出力されるので、スイッチング回路1
3は、コンデンサ11をホイートストンブリッジ10の
電源入力端子a,bに接続するので、(c)に示すよう
に、コンデンサ11の放電が開始される。
らスイッチング回路13に、(a)に示す電源側切り替
え信号が出力されるので、スイッチング回路13がコン
デンサ11を電源12に接続して、コンデンサ11を充
電する。充電が完了した後、クロック20からスイッチ
ング回路13に、(b)に示すホイートストンブリッジ
側切り替え信号が出力されるので、スイッチング回路1
3は、コンデンサ11をホイートストンブリッジ10の
電源入力端子a,bに接続するので、(c)に示すよう
に、コンデンサ11の放電が開始される。
【0036】この時、コンデンサ11の放電開始と同時
に、カウンタ16による時間のカウントが開始され、
(d)に示すように、コンデンサ11の放電が終了する
までカウントされる。さらに、コンデンサ11の放電開
始と同時に、ホイートストンブリッジ10の出力電圧
を、増幅率G で差分増幅器22により増幅した信号をサ
ンプルホールド18に取り込み信号処理回路19に取り
込む。
に、カウンタ16による時間のカウントが開始され、
(d)に示すように、コンデンサ11の放電が終了する
までカウントされる。さらに、コンデンサ11の放電開
始と同時に、ホイートストンブリッジ10の出力電圧
を、増幅率G で差分増幅器22により増幅した信号をサ
ンプルホールド18に取り込み信号処理回路19に取り
込む。
【0037】次に、ホイートストンブリッジ10の電源
入力端子a,b間の電圧が、ある基準電圧V1に低下した
時、ホイートストンブリッジ10の出力電圧を、増幅率
G ×(電源電圧/基準電圧V1)を新たな増幅率として差
分増幅器22で増幅し、サンプルホールド18で保持す
る。(f)に示すように、基準電圧を変えて、2回、3
回とホイートストンブリッジ10の出力電圧を保持す
る。本実施例の場合、2回目にホイートストンブリッジ
10の出力電圧を保持する場合の基準電圧V1を電源電圧
の2/3 に設定している。従って、2回目のホイートスト
ンブリッジ10の出力電圧取り込み時の増幅率は1.5Gと
なる。さらに3回目のホイートストンブリッジ10の出
力電圧取り込み時の基準電圧V2を電源電圧の1/3 に設定
し、3回目の測定時の増幅率を3Gとしている。このよう
に一度の放電で数回測定することにより精度良く赤外線
を検出することができる。
入力端子a,b間の電圧が、ある基準電圧V1に低下した
時、ホイートストンブリッジ10の出力電圧を、増幅率
G ×(電源電圧/基準電圧V1)を新たな増幅率として差
分増幅器22で増幅し、サンプルホールド18で保持す
る。(f)に示すように、基準電圧を変えて、2回、3
回とホイートストンブリッジ10の出力電圧を保持す
る。本実施例の場合、2回目にホイートストンブリッジ
10の出力電圧を保持する場合の基準電圧V1を電源電圧
の2/3 に設定している。従って、2回目のホイートスト
ンブリッジ10の出力電圧取り込み時の増幅率は1.5Gと
なる。さらに3回目のホイートストンブリッジ10の出
力電圧取り込み時の基準電圧V2を電源電圧の1/3 に設定
し、3回目の測定時の増幅率を3Gとしている。このよう
に一度の放電で数回測定することにより精度良く赤外線
を検出することができる。
【0038】図5の回路図に基づいて本発明の赤外線検
出装置のさらに異なる実施例について説明する。但し、
図1に示した構成と同等構成については同符号を付すこ
ととする。10は、ワンチップ上に形成されたサーミス
タ10a〜10dによって構成されたホイートストンブ
リッジ、11はホイートストンブリッジ10の電源入力
端子a,b、または、電源12に接続されるコンデン
サ、13はコンデンサ11を、ホイートストンブリッジ
10の電源入力端子a,bに接続するか、電源12に接
続するかを切り換えるスイッチング回路である。
出装置のさらに異なる実施例について説明する。但し、
図1に示した構成と同等構成については同符号を付すこ
ととする。10は、ワンチップ上に形成されたサーミス
タ10a〜10dによって構成されたホイートストンブ
リッジ、11はホイートストンブリッジ10の電源入力
端子a,b、または、電源12に接続されるコンデン
サ、13はコンデンサ11を、ホイートストンブリッジ
10の電源入力端子a,bに接続するか、電源12に接
続するかを切り換えるスイッチング回路である。
【0039】また、14はホイートストンブリッジ10
の電源入力端子a,b間の電圧と、基準電源15の基準
電圧を比較して、電源入力端子a,b間の電圧が基準電
圧より小さくなった時にその出力を反転させる比較器、
24はコンデンサ11がホイートストンブリッジ10の
電源入力端子a,bに接続された時から比較器14の出
力が反転するまでの時間をカウントするカウンタ、23
はホイートストンブリッジ10の出力電圧を、カウンタ
24のカウント数(計測した時間)により増幅率を変え
て増幅する差分増幅器、18は差分増幅器23の出力信
号をサンプリングし保持するサンプルホールド、19
は、サンプルホールド18及びカウンタ24の出力信号
を処理する信号処理回路、20は、スイッチング回路1
3、カウンタ24、サンプルホールド18に制御信号を
出力するクロックである。図1に示した実施例と同様
に、赤外線はサーミスタ10aにのみ照射されるように
構成されている。
の電源入力端子a,b間の電圧と、基準電源15の基準
電圧を比較して、電源入力端子a,b間の電圧が基準電
圧より小さくなった時にその出力を反転させる比較器、
24はコンデンサ11がホイートストンブリッジ10の
電源入力端子a,bに接続された時から比較器14の出
力が反転するまでの時間をカウントするカウンタ、23
はホイートストンブリッジ10の出力電圧を、カウンタ
24のカウント数(計測した時間)により増幅率を変え
て増幅する差分増幅器、18は差分増幅器23の出力信
号をサンプリングし保持するサンプルホールド、19
は、サンプルホールド18及びカウンタ24の出力信号
を処理する信号処理回路、20は、スイッチング回路1
3、カウンタ24、サンプルホールド18に制御信号を
出力するクロックである。図1に示した実施例と同様
に、赤外線はサーミスタ10aにのみ照射されるように
構成されている。
【0040】図6の波形図に基づいて回路動作を説明す
る。図で、(a)はスイッチング回路13が入力する電
源側切り換え信号で、この信号がHIGH状態のときは、コ
ンデンサ11が電源12に接続されていることを示して
いる。(b)はスイッチング回路13が入力するホイー
トストンブリッジ側切り換え信号で、この信号がHIGH状
態のときは、コンデンサ11がホイートストンブリッジ
10に接続されていることを示している。(c)はコン
デンサ11の両端電圧(ホイートストンブリッジ10の
電源入力端子a,b間の電圧)、(d)はカウンタ24
のカウント期間で、この信号がHIGH状態の時、時間計測
中であることを示している。(e)はサンプルホールド
18の動作状態を示す信号で、この信号がHIGH状態のと
きに、サンプルホールド18は入力信号をサンプリング
し、この信号がLOW 状態のときに、サンプルホールド1
8は入力信号を保持していることを示している。(f)
はカウンタ24のカウント値(計測した時間)に応じた
増幅率で増幅する差分増幅器22の増幅率(ゲイン)で
ある。
る。図で、(a)はスイッチング回路13が入力する電
源側切り換え信号で、この信号がHIGH状態のときは、コ
ンデンサ11が電源12に接続されていることを示して
いる。(b)はスイッチング回路13が入力するホイー
トストンブリッジ側切り換え信号で、この信号がHIGH状
態のときは、コンデンサ11がホイートストンブリッジ
10に接続されていることを示している。(c)はコン
デンサ11の両端電圧(ホイートストンブリッジ10の
電源入力端子a,b間の電圧)、(d)はカウンタ24
のカウント期間で、この信号がHIGH状態の時、時間計測
中であることを示している。(e)はサンプルホールド
18の動作状態を示す信号で、この信号がHIGH状態のと
きに、サンプルホールド18は入力信号をサンプリング
し、この信号がLOW 状態のときに、サンプルホールド1
8は入力信号を保持していることを示している。(f)
はカウンタ24のカウント値(計測した時間)に応じた
増幅率で増幅する差分増幅器22の増幅率(ゲイン)で
ある。
【0041】測定を開始すると、まず、クロック20か
らスイッチング回路13に、(a)に示す電源側切り替
え信号が出力されるので、スイッチング回路13がコン
デンサ11を電源12に接続して、コンデンサ11を充
電する。充電が完了した後、クロック20からスイッチ
ング回路13に、(b)に示すホイートストンブリッジ
側切り替え信号が出力されるので、スイッチング回路1
3は、コンデンサ11をホイートストンブリッジ10の
電源入力端子a,bに接続するので、(c)に示すよう
に、コンデンサ11の放電が開始される。
らスイッチング回路13に、(a)に示す電源側切り替
え信号が出力されるので、スイッチング回路13がコン
デンサ11を電源12に接続して、コンデンサ11を充
電する。充電が完了した後、クロック20からスイッチ
ング回路13に、(b)に示すホイートストンブリッジ
側切り替え信号が出力されるので、スイッチング回路1
3は、コンデンサ11をホイートストンブリッジ10の
電源入力端子a,bに接続するので、(c)に示すよう
に、コンデンサ11の放電が開始される。
【0042】この時、(d)に示すように、コンデンサ
11の放電開始と同時に、カウンタ24による時間のカ
ウントが開始され、コンデンサ11の放電により、
(c)に示すコンデンサ11の両端電圧(ホイートスト
ンブリッジ10の電源入力端子a,b間の電圧)が、基
準電源15の基準電圧Vrより小さくなるまでカウントが
行われる。
11の放電開始と同時に、カウンタ24による時間のカ
ウントが開始され、コンデンサ11の放電により、
(c)に示すコンデンサ11の両端電圧(ホイートスト
ンブリッジ10の電源入力端子a,b間の電圧)が、基
準電源15の基準電圧Vrより小さくなるまでカウントが
行われる。
【0043】このカウント数により適切な増幅率を設定
して、再び、コンデンサ11を電源12に接続して充電
した後、コンデンサ11をホイートストンブリッジ10
の電源入力端子a,bに接続して放電を開始させる。そ
れと同時にホイートストンブリッジ10の出力電圧を、
1回目のコンデンサ放電時に設定した増幅率で差分増幅
器23によって増幅しサンプルホールド18で保持して
信号処理回路19に取り込む。このように構成すること
により分解能の低下を抑制できるので、ホイートストン
ブリッジ10の出力電圧を精度良く測定できる。
して、再び、コンデンサ11を電源12に接続して充電
した後、コンデンサ11をホイートストンブリッジ10
の電源入力端子a,bに接続して放電を開始させる。そ
れと同時にホイートストンブリッジ10の出力電圧を、
1回目のコンデンサ放電時に設定した増幅率で差分増幅
器23によって増幅しサンプルホールド18で保持して
信号処理回路19に取り込む。このように構成すること
により分解能の低下を抑制できるので、ホイートストン
ブリッジ10の出力電圧を精度良く測定できる。
【0044】図7の回路図に基づいて本発明の赤外線検
出装置のさらに異なる実施例について説明する。但し、
図1に示した構成と同等構成については同符号を付すこ
ととする。10は、ワンチップ上に形成されたサーミス
タ10a〜10dによって構成されたホイートストンブ
リッジ、11はホイートストンブリッジ10の電源入力
端子a,b、または、電源12に接続されるコンデン
サ、13はコンデンサ11を、ホイートストンブリッジ
10の電源入力端子a,bに接続するか、電源12に接
続するかを切り換えるスイッチング回路である。
出装置のさらに異なる実施例について説明する。但し、
図1に示した構成と同等構成については同符号を付すこ
ととする。10は、ワンチップ上に形成されたサーミス
タ10a〜10dによって構成されたホイートストンブ
リッジ、11はホイートストンブリッジ10の電源入力
端子a,b、または、電源12に接続されるコンデン
サ、13はコンデンサ11を、ホイートストンブリッジ
10の電源入力端子a,bに接続するか、電源12に接
続するかを切り換えるスイッチング回路である。
【0045】また、14はホイートストンブリッジ10
の電源入力端子a,b間の電圧と、基準電源15の基準
電圧を比較して、電源入力端子a,b間の電圧が基準電
圧より小さくなった時にその出力を反転させる比較器、
16はコンデンサ11がホイートストンブリッジ10の
電源入力端子a,bに接続された時から比較器10の出
力が反転するまでの時間をカウントするカウンタ、25
はホイートストンブリッジ10の出力電圧を増幅する差
分増幅器で、サンプルホールド18の出力信号によって
その増幅率が変化するように構成されている。
の電源入力端子a,b間の電圧と、基準電源15の基準
電圧を比較して、電源入力端子a,b間の電圧が基準電
圧より小さくなった時にその出力を反転させる比較器、
16はコンデンサ11がホイートストンブリッジ10の
電源入力端子a,bに接続された時から比較器10の出
力が反転するまでの時間をカウントするカウンタ、25
はホイートストンブリッジ10の出力電圧を増幅する差
分増幅器で、サンプルホールド18の出力信号によって
その増幅率が変化するように構成されている。
【0046】さらに、18は差分増幅器25の出力信号
をサンプリングし保持するサンプルホールド、19は、
サンプルホールド18及びカウンタ16の出力信号を処
理する信号処理回路、20は、スイッチング回路13、
カウンタ16、サンプルホールド18に制御信号を出力
するクロックである。図1に示した実施例と同様に、赤
外線はサーミスタ10aにのみ照射されるように構成さ
れている。
をサンプリングし保持するサンプルホールド、19は、
サンプルホールド18及びカウンタ16の出力信号を処
理する信号処理回路、20は、スイッチング回路13、
カウンタ16、サンプルホールド18に制御信号を出力
するクロックである。図1に示した実施例と同様に、赤
外線はサーミスタ10aにのみ照射されるように構成さ
れている。
【0047】図8の波形図に基づいて回路動作を説明す
る。図で、(a)はスイッチング回路13が入力する電
源側切り換え信号で、この信号がHIGH状態のときは、コ
ンデンサ11が電源12に接続されていることを示して
いる。(b)はスイッチング回路13が入力するホイー
トストンブリッジ側切り換え信号で、この信号がHIGH状
態のときは、コンデンサ11がホイートストンブリッジ
10に接続されていることを示している。(c)はコン
デンサ11の両端電圧(ホイートストンブリッジ10の
電源入力端子a,b間の電圧)、(d)はカウンタ16
のカウント期間で、この信号がHIGH状態の時、時間計測
中であることを示している。(e)はサンプルホールド
18の動作状態を示す信号で、この信号がHIGH状態のと
きに、サンプルホールド18は入力信号をサンプリング
し、この信号がLOW 状態のときに、サンプルホールド1
8は入力信号を保持していることを示している。(f)
はサンプルホールド18の出力信号によって変化する差
分増幅器22の増幅率(ゲイン)である。
る。図で、(a)はスイッチング回路13が入力する電
源側切り換え信号で、この信号がHIGH状態のときは、コ
ンデンサ11が電源12に接続されていることを示して
いる。(b)はスイッチング回路13が入力するホイー
トストンブリッジ側切り換え信号で、この信号がHIGH状
態のときは、コンデンサ11がホイートストンブリッジ
10に接続されていることを示している。(c)はコン
デンサ11の両端電圧(ホイートストンブリッジ10の
電源入力端子a,b間の電圧)、(d)はカウンタ16
のカウント期間で、この信号がHIGH状態の時、時間計測
中であることを示している。(e)はサンプルホールド
18の動作状態を示す信号で、この信号がHIGH状態のと
きに、サンプルホールド18は入力信号をサンプリング
し、この信号がLOW 状態のときに、サンプルホールド1
8は入力信号を保持していることを示している。(f)
はサンプルホールド18の出力信号によって変化する差
分増幅器22の増幅率(ゲイン)である。
【0048】測定を開始すると、まず、クロック20か
らスイッチング回路13に、(a)に示す電源側切り替
え信号が出力されるので、スイッチング回路13がコン
デンサ11を電源12に接続して、コンデンサ11を充
電する。充電が完了した後、クロック20からスイッチ
ング回路13に、(b)に示すホイートストンブリッジ
側切り替え信号が出力されるので、スイッチング回路1
3は、コンデンサ11をホイートストンブリッジ10の
電源入力端子a,bに接続するので、(c)に示すよう
に、コンデンサ11の放電が開始される。
らスイッチング回路13に、(a)に示す電源側切り替
え信号が出力されるので、スイッチング回路13がコン
デンサ11を電源12に接続して、コンデンサ11を充
電する。充電が完了した後、クロック20からスイッチ
ング回路13に、(b)に示すホイートストンブリッジ
側切り替え信号が出力されるので、スイッチング回路1
3は、コンデンサ11をホイートストンブリッジ10の
電源入力端子a,bに接続するので、(c)に示すよう
に、コンデンサ11の放電が開始される。
【0049】この時、(d)に示すように、コンデンサ
11の放電開始と同時に、カウンタ16による時間のカ
ウントが開始され、コンデンサ11の放電により、
(c)に示すコンデンサ11の両端電圧(ホイートスト
ンブリッジ10の電源入力端子a,b間の電圧)が、基
準電源15の基準電圧Vrより小さくなるまでカウントが
行われる。また、コンデンサ11の放電開始と同時に、
ホイートストンブリッジ10の出力電圧をサンプルホー
ルド18で保持し、その出力信号によって差分信号増幅
器22の増幅率を最適な値に設定する。
11の放電開始と同時に、カウンタ16による時間のカ
ウントが開始され、コンデンサ11の放電により、
(c)に示すコンデンサ11の両端電圧(ホイートスト
ンブリッジ10の電源入力端子a,b間の電圧)が、基
準電源15の基準電圧Vrより小さくなるまでカウントが
行われる。また、コンデンサ11の放電開始と同時に、
ホイートストンブリッジ10の出力電圧をサンプルホー
ルド18で保持し、その出力信号によって差分信号増幅
器22の増幅率を最適な値に設定する。
【0050】次に、再び、コンデンサ11を電源12側
に接続してコンデンサ11を充電する。充電が完了すれ
ばスイッチング回路13を切り替え、コンデンサ11と
ホイートストンブリッジ10の電源入力端子a,bを接
続し、コンデンサ11の放電を開始し、それと同時にホ
イートストンブリッジ10の出力電圧を、設定した増幅
率で増幅しサンプルホールド18で保持して信号処理回
路19に取り込む。このように構成することにより分解
能の低下を抑制できるので、ホイートストンブリッジ1
0の出力電圧を精度良く測定できる。
に接続してコンデンサ11を充電する。充電が完了すれ
ばスイッチング回路13を切り替え、コンデンサ11と
ホイートストンブリッジ10の電源入力端子a,bを接
続し、コンデンサ11の放電を開始し、それと同時にホ
イートストンブリッジ10の出力電圧を、設定した増幅
率で増幅しサンプルホールド18で保持して信号処理回
路19に取り込む。このように構成することにより分解
能の低下を抑制できるので、ホイートストンブリッジ1
0の出力電圧を精度良く測定できる。
【0051】図9の回路図に基づいて本発明の赤外線検
出装置のさらに異なる実施例について説明する。但し、
図1に示した構成と同等構成については同符号を付すこ
ととする。10は、ワンチップ上に形成されたサーミス
タ10a〜10dによって構成されたホイートストンブ
リッジ、11はホイートストンブリッジ10の電源入力
端子a,b、または、電源12に接続されるコンデン
サ、13はコンデンサ11を、ホイートストンブリッジ
10の電源入力端子a,bに接続するか、電源12に接
続するかを切り換えるスイッチング回路である。
出装置のさらに異なる実施例について説明する。但し、
図1に示した構成と同等構成については同符号を付すこ
ととする。10は、ワンチップ上に形成されたサーミス
タ10a〜10dによって構成されたホイートストンブ
リッジ、11はホイートストンブリッジ10の電源入力
端子a,b、または、電源12に接続されるコンデン
サ、13はコンデンサ11を、ホイートストンブリッジ
10の電源入力端子a,bに接続するか、電源12に接
続するかを切り換えるスイッチング回路である。
【0052】また、14はホイートストンブリッジ10
の電源入力端子a,b間の電圧と、基準電源15の基準
電圧を比較して、電源入力端子a,b間の電圧が基準電
圧より小さくなった時にその出力を反転させる比較器、
16はコンデンサ11がホイートストンブリッジ10の
電源入力端子a,bに接続された時から比較器14の出
力が反転するまでの時間をカウントするカウンタであ
る。
の電源入力端子a,b間の電圧と、基準電源15の基準
電圧を比較して、電源入力端子a,b間の電圧が基準電
圧より小さくなった時にその出力を反転させる比較器、
16はコンデンサ11がホイートストンブリッジ10の
電源入力端子a,bに接続された時から比較器14の出
力が反転するまでの時間をカウントするカウンタであ
る。
【0053】また、26は、その温度が測定環境温度に
保たれたサーミスタ26aを用いた演算増幅器26bを
備えた回路で、そのサーミスタ26aの抵抗値により、
ホイートストンブリッジ10の出力電圧を増幅する増幅
率を変化させる差分増幅器である。
保たれたサーミスタ26aを用いた演算増幅器26bを
備えた回路で、そのサーミスタ26aの抵抗値により、
ホイートストンブリッジ10の出力電圧を増幅する増幅
率を変化させる差分増幅器である。
【0054】さらに、18は差分増幅器26の出力信号
をサンプリングし保持するサンプルホールド、19は、
サンプルホールド18及びカウンタ16の出力信号を処
理する信号処理回路、20は、スイッチング回路13、
カウンタ16、サンプルホールド18に制御信号を出力
するクロックである。図1に示した実施例と同様に、赤
外線はサーミスタ10aにのみ照射されるように構成さ
れている。
をサンプリングし保持するサンプルホールド、19は、
サンプルホールド18及びカウンタ16の出力信号を処
理する信号処理回路、20は、スイッチング回路13、
カウンタ16、サンプルホールド18に制御信号を出力
するクロックである。図1に示した実施例と同様に、赤
外線はサーミスタ10aにのみ照射されるように構成さ
れている。
【0055】図2の波形図に基づいて図9に示す回路の
動作を説明する。測定を開始すると、まず、クロック2
0からスイッチング回路13に、(a)に示す電源側切
り替え信号が出力されるので、スイッチング回路13が
コンデンサ11を電源12に接続して、コンデンサ11
を充電する。充電が完了した後、クロック20からスイ
ッチング回路13に、(b)に示すホイートストンブリ
ッジ側切り替え信号が出力されるので、スイッチング回
路13は、コンデンサ11をホイートストンブリッジ1
0の電源入力端子a,bに接続するので、(c)に示す
ように、コンデンサ11の放電が開始される。
動作を説明する。測定を開始すると、まず、クロック2
0からスイッチング回路13に、(a)に示す電源側切
り替え信号が出力されるので、スイッチング回路13が
コンデンサ11を電源12に接続して、コンデンサ11
を充電する。充電が完了した後、クロック20からスイ
ッチング回路13に、(b)に示すホイートストンブリ
ッジ側切り替え信号が出力されるので、スイッチング回
路13は、コンデンサ11をホイートストンブリッジ1
0の電源入力端子a,bに接続するので、(c)に示す
ように、コンデンサ11の放電が開始される。
【0056】この時、(d)に示すように、コンデンサ
11の放電開始と同時に、カウンタ16による時間のカ
ウントが開始され、コンデンサ11の放電により、
(c)に示すコンデンサ11の両端電圧(ホイートスト
ンブリッジ10の電源入力端子a,b間の電圧)が、基
準電源15の基準電圧Vrより小さくなるまでカウントが
行われる。さらに、コンデンサ11の放電開始と同時
に、ホイートストンブリッジ10の出力電圧がサンプル
ホールド18に保持され信号処理回路19に取り込まれ
る。
11の放電開始と同時に、カウンタ16による時間のカ
ウントが開始され、コンデンサ11の放電により、
(c)に示すコンデンサ11の両端電圧(ホイートスト
ンブリッジ10の電源入力端子a,b間の電圧)が、基
準電源15の基準電圧Vrより小さくなるまでカウントが
行われる。さらに、コンデンサ11の放電開始と同時
に、ホイートストンブリッジ10の出力電圧がサンプル
ホールド18に保持され信号処理回路19に取り込まれ
る。
【0057】図9に示す回路の場合、差分増幅器26の
増幅率は、差分増幅器26に設けられたサーミスタ26
aの抵抗値により決定される。このサーミスタ26aを
測定環境温度に保つようにすれば、測定環境温度に応じ
て、分解能が低下しないように、増幅率を適切な値に設
定することができるので、測定環境温度による感度の低
下を抑えることができる。
増幅率は、差分増幅器26に設けられたサーミスタ26
aの抵抗値により決定される。このサーミスタ26aを
測定環境温度に保つようにすれば、測定環境温度に応じ
て、分解能が低下しないように、増幅率を適切な値に設
定することができるので、測定環境温度による感度の低
下を抑えることができる。
【0058】
【発明の効果】請求項1乃至請求項5記載の赤外線検出
装置によれば、ホイートストンブリッジ出力のオフセッ
ト調節が不要で、自己発熱の影響が少ないため、赤外線
検出精度の向上が図れる。
装置によれば、ホイートストンブリッジ出力のオフセッ
ト調節が不要で、自己発熱の影響が少ないため、赤外線
検出精度の向上が図れる。
【0059】請求項2記載の赤外線検出装置によれば、
ホイートストンブリッジへの電圧印加回数を増やすこと
なく、ホイートストンブリッジの出力電圧を繰り返し測
定することができるので赤外線検出精度の向上が図れ
る。
ホイートストンブリッジへの電圧印加回数を増やすこと
なく、ホイートストンブリッジの出力電圧を繰り返し測
定することができるので赤外線検出精度の向上が図れ
る。
【0060】請求項3乃至請求項5記載の赤外線検出装
置によれば、分解能が低下しないように、ホイートスト
ンブリッジ出力電圧を増幅する差分増幅器の増幅率を変
化させることができるので、測定環境温度の影響が少な
くなり、より赤外線検出精度の向上が図れる。
置によれば、分解能が低下しないように、ホイートスト
ンブリッジ出力電圧を増幅する差分増幅器の増幅率を変
化させることができるので、測定環境温度の影響が少な
くなり、より赤外線検出精度の向上が図れる。
【図1】本発明の赤外線検出装置の一実施例を示す回路
図である。
図である。
【図2】図1に示す赤外線検出装置の動作を説明するた
めの波形図である。
めの波形図である。
【図3】本発明の赤外線検出装置の異なる実施例を示す
回路図である。
回路図である。
【図4】図3に示す赤外線検出装置の動作を説明するた
めの波形図である。
めの波形図である。
【図5】本発明の赤外線検出装置のさらに異なる実施例
を示す回路図である。
を示す回路図である。
【図6】図5に示す赤外線検出装置の動作を説明するた
めの波形図である。
めの波形図である。
【図7】本発明の赤外線検出装置のさらに異なる実施例
を示す回路図である。
を示す回路図である。
【図8】図7に示す赤外線検出装置の動作を説明するた
めの波形図である。
めの波形図である。
【図9】本発明の赤外線検出装置のさらに異なる実施例
を示す回路図である。
を示す回路図である。
【図10】従来の赤外線検出装置の一例を示す回路図で
ある。
ある。
10 ホイートストンブリ
ッジ 10a〜10d,26a サーミスタ 11 コンデンサ 12 電源 13 スイッチング回路 16,24 カウンタ(時間計測
手段) 22,23,25,26 差分増幅器
ッジ 10a〜10d,26a サーミスタ 11 コンデンサ 12 電源 13 スイッチング回路 16,24 カウンタ(時間計測
手段) 22,23,25,26 差分増幅器
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平6−160185(JP,A) 特開 平8−68700(JP,A) 実開 平4−55528(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01J 1/02 G01J 1/42 G01J 5/02 G01J 5/20 - 5/24 G01K 7/24 H01L 27/14
Claims (5)
- 【請求項1】 ワンチップ上に形成された4つのサーミ
スタで構成され一辺又は対向辺のサーミスタに赤外線が
入射するホイートストンブリッジと、電源と、コンデン
サと、そのコンデンサを前記電源に接続するか、また
は、前記ホイートストンブリッジの電源入力端子に接続
するかを切り換えるスイッチング回路と、前記スイッチ
ング回路により前記コンデンサを前記電源に接続してそ
のコンデンサを充電した後、前記スイッチング回路によ
りコンデンサを前記ホイートストンブリッジの電源入力
端子に接続して放電を開始したときから、そのホイート
ストンブリッジの電源入力端子の電圧が所定電圧に低下
するまでの時間を計測する時間計測手段と、ホイートス
トンブリッジの出力電圧を増幅する差分増幅器と、差分
増幅器の出力と時間計測手段の出力に基づいて測定環境
温度と赤外線が入射したサーミスタの温度を算出する信
号処理回路を備えたことを特徴とする赤外線検出装置。 - 【請求項2】 前記所定電圧に反比例した増幅率で、前
記ホイートストンブリッジの出力電圧を増幅する差分増
幅器を備えたことを特徴とする請求項1記載の赤外線検
出装置。 - 【請求項3】 前記時間計測手段が計測した時間に対応
した信号を入力して、前記ホイートストンブリッジの出
力電圧を増幅する増幅率を変化させる差分増幅器を備え
たことを特徴とする請求項1記載の赤外線検出装置。 - 【請求項4】 前記ホイートストンブリッジの出力電圧
に対応した信号を入力して、前記ホイートストンブリッ
ジの出力電圧を増幅する増幅率を変化させる差分増幅器
を備えたことを特徴とする請求項1記載の赤外線検出装
置。 - 【請求項5】 測定環境温度に保たれたサーミスタを備
え、そのサーミスタの抵抗値により、前記ホイートスト
ンブリッジの出力電圧を増幅する増幅率を変化させる差
分増幅器を備えたことを特徴とする請求項1記載の赤外
線検出装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP07166046A JP3141730B2 (ja) | 1995-06-30 | 1995-06-30 | 赤外線検出装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP07166046A JP3141730B2 (ja) | 1995-06-30 | 1995-06-30 | 赤外線検出装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0915043A JPH0915043A (ja) | 1997-01-17 |
JP3141730B2 true JP3141730B2 (ja) | 2001-03-05 |
Family
ID=15823960
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP07166046A Expired - Fee Related JP3141730B2 (ja) | 1995-06-30 | 1995-06-30 | 赤外線検出装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3141730B2 (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US8391783B2 (en) | 2008-07-24 | 2013-03-05 | Sony Corporation | Communication apparatus |
-
1995
- 1995-06-30 JP JP07166046A patent/JP3141730B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US8391783B2 (en) | 2008-07-24 | 2013-03-05 | Sony Corporation | Communication apparatus |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH0915043A (ja) | 1997-01-17 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
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