JPH10318834A - 焦電型赤外線検出装置 - Google Patents
焦電型赤外線検出装置Info
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- JPH10318834A JPH10318834A JP9126109A JP12610997A JPH10318834A JP H10318834 A JPH10318834 A JP H10318834A JP 9126109 A JP9126109 A JP 9126109A JP 12610997 A JP12610997 A JP 12610997A JP H10318834 A JPH10318834 A JP H10318834A
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Abstract
を、外付けコンデンサの数が少なくし、しかも静電容量
も小さくして小型化できる焦電型赤外線装置を提供す
る。 【解決手段】焦電素子から出力される焦電電流を電圧信
号に変換し、電圧増幅回路で所定の周波数帯域の電圧信
号を増幅処理して、検知信号を出力するようにした赤外
線検出装置において、バンドパスフィルタ機能を有した
電圧増幅回路を不完全積分回路に、積分回路と反転増幅
回路とを付加接続して構成している。
Description
る赤外線エネルギーを検出し、人体の存在や移動の検知
を行なう焦電型赤外線検出装置の改良に関するものであ
る。
素子が熱線の変化を感知したときに、出力する焦電電流
を、電流電圧変換回路によって電圧信号に変換し、所定
の周波数帯域(人体検知の移動検知を目的する場合は、
1Hzを中心とした帯域)の電圧信号のみを増幅し、こ
のようにして増幅された電圧信号を予め設定したしきい
値と比較判別して検知信号を出力する構成となってい
る。
段アンプの電圧増幅回路を、FETを用いた電流電圧変
換回路とともに示している。電流電圧変換回路101で
は、人体の移動時における熱線の変化を感知した焦電素
子Csから出力される微小の焦電電流(fAオーダー)
を、高抵抗Rg、素子容量Cs、FETの入力インピー
ダンスの合成インピーダンスで電圧に変換し、それをF
ETのゲートで受けて、インピーダンス変換を行い、F
ETのソースフォロア動作によりソース電圧を変化さ
せ、そのとき出力抵抗Ro’に生じる出力電圧を、演算
増幅器OP1’,OP2’を用いた2段アンプ(80d
B程度)により増幅するが、2段アンプを構成する演算
増幅器OP1’,OP2’に接続した抵抗RL,RH、
コンデンサCL,CHの値を選択することによって、人
体の移動に応じた周波帯域(1Hz付近)のバンドパス
フィルタを構成している。そして、、このような2段ア
ンプを構成する電圧増幅回路100では、回路条件を簡
易にするため、1段目と2段目のアンプゲインも殆ど同
一になるように設計されている。なお、電圧増幅回路1
02によって増幅された電圧信号は、上下のしきい値を
規定するため3つの抵抗R’によって生成される基準電
圧の加えられた2つの演算増幅器OP3’,OP3’を
組み合わせて構成されたウインドコンパレータに入力さ
れ、ここで上下のしきい値と比較判別された後、出力抵
抗Roを通じて検知信号が出力される構成になってい
る。
増幅回路では、バンドパスフィルタの低域側のカットオ
フ周波数は、演算増幅器OP1’,OP2’の反転入力
端子に直列に接続した抵抗RLとコンデンサCLの静電
容量の積で定まり、ゲインを構成する抵抗RH,RLに
も影響を与える。
デンサCH,CLとしては、静電容量が小さい程望まし
いが、抵抗RHやRLの抵抗値は、素子の安定性、回路
の安定性を考慮すると、余り大きい抵抗値のものは採用
し得ず、そのため、従来の2段構成の電圧増幅回路で
は、1段あたり40dBのゲインを確保するために抵抗
RHと抵抗RLとは、1MΩ前後と10KΩ前後の組合
わせが採用されている。したがって、かりに、抵抗RL
を10KΩ前後に設定すると、その条件下で低域のカッ
トオフ周波数を1Hz以下にするためには、コンデンサ
CLは数十μF程度の静電容量が必要とされ、そのた
め、コンデンサCLとしては小型のチップコンデンサが
使用できず、回路全体の小型化を図ることは困難とされ
ていた。
サの静電容量が数十μF程度になると、小型のチップコ
ンデンサは使用できず、大型のチップコンデンサや電解
型のコンデンサを使用しなければならない。また、後者
のような電解型コンデンサを使用する場合には、電解型
コンデンサに特有の特性、例えば漏れ電流が無視でき
ず、バラツキが多い上に温度変化に弱く、長期信頼性が
悪いなどの問題もあり、電圧増幅回路、それ自体の回路
特性のバラツキや信頼性の劣化にも大きく関係し、回路
の不動作や誤動作も誘発しやすいなどの問題があった。
いて電流電圧変換回路101を構成したものでは、高抵
抗Rgで発生する熱雑音が大きくなるため、S/N比の
向上にも一定の限度があり、現状の回路では、これ以上
感度を上げることもできなかった。図14は、図13に
示された従来の焦電型赤外線検出装置の全体的な構造を
示すもので、回路基板201には、FETによるインピ
ーダンス変換回路を組み込んだ焦電素子200に、コン
デンサ、抵抗などの外付け電子部品202〜204を実
装し、焦電素子200の上方にはマルチレンズ205を
装着した構造になっており、全体的に見れば、平面の回
路基板201の上に、多数の電子部品を実装した、縦、
横方向に広がった構造になっており、そのため形状も大
型化し、外来ノイズに弱い欠点があった。
される微弱な焦電電流を、平面の回路基板上で引き回し
増幅する構造であるため、空間的に飛来するノイズ、例
えば、アマチュア無線、携帯電話などの電波ノイズ、モ
ータ、照明等のオン、オフスイッチ等でのノイズに対し
て誤動作しやすい。そこで、そのような問題を解決する
ため、ノイズ対策用のコンデンサ、インダクタタコイル
を接続付加するなどの方法が採用されているが、これが
ますます形状を大きくして、小型化、部品削減によるロ
ーコスト化を程遠いものにしている。
赤外線検出装置がこのような問題を有している点に鑑み
て開発されたものであり、特に、バンドパスフィルタ機
能を備えた電圧増幅回路を、不完全積分回路と、積分回
路とを組み合わせて構成することによって、外付けコン
デンサの必要個数を少なくするとともに、静電容量を小
さくできる構成として、回路全体の小型化を図るもので
ある。
を1Hz付近に設定するためある程度容量の大きい外付
けコンデンサを使用しなければならなかった従来の電圧
増幅回路に代わる小型化の可能な電圧増幅回路を備えた
焦電型赤外線検出装置を提案することを目的としてい
る。本発明は、このような目的を達成するため提案さ
れ、請求項1において提案する焦電型赤外線検出装置
は、不完全積分回路に、積分回路と反転増幅回路とを接
続付加してバンドパスフィルタを構成している。
出装置は、請求項1に記載の電圧増幅回路において、不
完全積分回路は、第1の演算増幅器に、コンデンサ、抵
抗を接続して構成され、積分回路は、第2の演算増幅器
にコンデンサ、抵抗を接続して構成され、反転増幅回路
は、第3の演算増幅器に抵抗を付加接続して構成され、
バンドパスフィルタの低域側のカットオフ周波数、高域
側のカットオフ周波数は、第1、第2、第3の演算増幅
器に接続されているコンデンサ、抵抗の値を選択するこ
とによって規定する構成としている。
出装置は、請求項1,2のいずれかにおいて、電圧増幅
回路を構成する積分回路は、コンデンサとともに第2の
演算増幅器に接続付加される抵抗を高抵抗に構成するこ
とによって、その抵抗とともに低域側のカットオフ周波
数を規定するコンデンサの静電容量を小さく出来る構成
として、更に小型化を図っている。
外線検出装置は、請求項1〜3のいずれかにおいて、電
圧増幅回路を構成する積分回路は、コンデンサに代え
て、容量増幅回路を接続した構成として、実際に外付け
され、実装されるべきコンデンサの静電容量を一層小さ
いものにしている。また、請求項5において提案する焦
電型赤外線検出装置は、請求項3において、電圧増幅回
路の容量増幅回路の入力抵抗を高抵抗で構成するととも
に、積分回路の抵抗も高抵抗で構成することによって、
低域側のカットオフ周波数を規定するため積分回路に接
続付加されるコンデンサの静電容量を小さくして、コン
デンサの小型化を図っている。
出装置は、請求項3,5において使用される高抵抗を、
ICとして回路に一体化させて組み込み出来るノンドー
プポリシリ抵抗やトランジスタのオフ抵抗で構成するこ
とによって、回路全体を、よりIC化し、1チップ化し
やすい構造にしている。さらに、請求項7,8において
提案する焦電型赤外線検出装置は、焦電素子からの焦電
電流を電圧信号に変換出力する電流電圧変換回路の構成
に特徴を有したものであり、帰還容量を付加した演算増
幅器によるインピーダンス変換を利用することによって
S/N比を著しく向上させ、低ノイズで感度の高い焦電
型赤外線検出装置を提供している。なお、請求項8で
は、帰還容量に固有な低域におけるインピーダンス変換
動作の不安定性を改善するため、帰還容量を付加した演
算増幅器には更に直流帰還回路を付加して、低域での動
作の安定性を図っている。
外線検出装置は、電圧増幅回路の出力側、入力側のそれ
ぞれにハイパスフィルタを接続付加した構成として、バ
ンドパスフィルタで生じた低周波ノイズなどの影響も除
去でき、また、電圧増幅回路の電源投入時における立ち
上がり動作を迅速にする構成としている。更に請求項1
1,12,13において提案する焦電型赤外線検出装置
は、焦電素子を上面部に実装し、かつ、表立面と裏立面
には請求項1〜6の電圧増幅回路を含む電流電圧変換回
路、信号処理回路などの内部回路を構成する電子部品を
実装させた3次元回路ブロックを、上部に光学的フィル
タ窓を形成した筒状キャンに収容するとともに、筒状キ
ャンの上部には集光レンズを装着させた構造としてい
る。すなわち、電圧増幅回路を含む殆どの回路をIC化
して1チップ化を図り、更に1チップ化された内部回路
を他の外付け部品とともに3次元回路ブロックに実装す
ることによって、赤外線検出装置から平面の回路基板を
なくし、小型化でかつ軽量化を図った構造を実現してい
る。また、このような構造では、回路基板を用いずに、
1チップ化した内部回路を3次元回路ブロックに実装
し、3次元ブロックの全体を筒状キャンの内部に収容し
ているので、信号の引き回しが短く、しかも3次元回路
ブロックの全体を筒状キャンに収容しているので外部ノ
イズに対するシールド効果も高い。
成に加えて、内部回路に含まれる電圧増幅回路の出力
側、入力側にハイパスフィルタを接続付加した構成にす
ることによって、より一層、低周波数ノイズに強くて小
型化の可能な焦電型赤外線検出装置を提案している。
の一実施例を説明する。図1〜図3は、請求項1,2に
記載された本発明の要部をなす電圧増幅回路の一実施例
を示す内部回路のブロック図である。焦電型赤外線検出
装置の全体構成は、図1に見るように、熱線の変化を検
知した焦電素子Csから出力される焦電電流を電圧信号
に変換するため、I/V変換ブロックを電流電圧変換回
路Bとして設けており、この電流電圧変換回路Bから出
力された電圧信号を、更に電圧増幅回路Aに入力して、
人体の移動検知に必要な所定の周波数帯域の電圧信号を
増幅処理した後、出力回路Cから出力される検知信号を
用いて必要な制御がなされるようになっている。
P1に、コンデンサC1と抵抗R1、R2とを外付け接
続して構成された不完全積分回路1に、積分回路2と反
転増幅回路3とを付加接続した構成となっており、積分
回路2は非反転入力端子に基準電圧Vrefを印加させ
た演算増幅器OP2にコンデンサC2と抵抗R3とを接
続して構成され、反転増幅回路3は非反転入力端子に基
準電圧Vrefを印加させた演算増幅器OP3に抵抗R
4,R5を接続して構成されている。
Aでは、その電圧増幅度は、不完全積分回路1を構成す
る抵抗R1とR2の比で定まり、R2/R1となる。ま
た、このような電圧増幅回路Aは、バンドパスフィルタ
としての機能も有しており、高域側のカットオフ周波数
fc1は、ローパスフィルタを構成することになる不完
全積分回路1、つまり演算増幅器OP1の出力端子と反
転入力端子との間に並列に接続されたコンデンサC1の
静電容量と抵抗R2の抵抗値との積によって定まり、 fc1=1/(2・π・R2・C1) ・・・(1) で定められる。一方、低域側のカットオフ周波数fc2
は、フィードバック回路全体で計算すると、 VO=R2/R1(VB−Vi) ・・・(2) VB=R5/R4VA ・・・(3) VA=1/(R3・C2s)・Vo ・・・(4) これらの(2)〜(4)からゲイン(VO/Vi)を求め
ると、
低下する周波数であるので、
C1=0.1μF、C2=22μF、R1=100Ω、
R2=1MΩ、R3=10MΩ、R4=1MΩ、R5=
100KΩの値を選択すれば、 R2/R1=1M/100=10,000 fc1=1/(2π・1M・0.1μ) =1.59(Hz) fc2=(1M・100K)/(2π・100・10M
・1M・22μ)=0.723(Hz)となる。 したがって、以上のような回路設計をすれば、1段構成
で10,000倍の電圧増幅度が得られ、しかも人体の
移動検知に最適な1Hz付近の信号を増幅するバンドパ
スフィルタとして構成できることが分かる。
に示した従来の電圧増幅回路と比較すれば、4つのコン
デンサが必要であったものが2つに削減できるので、部
品点数を削減して低コスト化が図れる。また、一般に、
コンデンサの静電容量は0.1μFを越えると、現在の
技術では、小型のチップコンデンサで構成し難くいが、
抵抗R3に高抵抗を用いれば、積分回路2のコンデンサ
C2として数+μFオーダーのものを用いることなく、
小型のチップコデンサを用いて同じ周波数特性の回路が
構成できる(請求項3)。
すれば、C2=0.1μFのコンデンサを使用すればよ
く、この場合、低域側のカットオフ周波数fc2は、f
c2=(1M・100K)/(2π・100・2.2G
・1M・0.1μ)=0.723(Hz)となり、人体
検知に必要な範囲に決定できる。抵抗R3としては、拡
散抵抗やポリシリ抵抗ではなく、ノンドープポリシリ抵
抗、トランジスタのオフ抵抗などの高抵抗を用いれば、
IC化した回路に容易に組み込みできる(請求項6)。
また、この場合、コンデンサC2の値を0.1μF以下
に選択できるので、積分回路2のコンデンサの静電容量
も小さくでき、低域側のカットオフ周波数を同じにし
て、回路全体としての小型化、低コスト化が図れる。
圧変換回路B、出力回路Cの詳細な回路構成を組み込ん
だブロック図を示している。電流電圧変換回路Bは、焦
電素子Csから出力される微小な焦電電流(数fA程
度)を、非反転入力端子に基準電圧Vrefを入力さ
せ、帰還容量C3を付加した演算増幅器OP6に入力さ
せる構成としており、帰還容量C3のインピーダンス変
換によって、微小な焦電電流を電圧信号(数μV程度)
に変換している。この図2では、演算増幅器OP6に
は、別の演算増幅器OP7にコンデンサC4と抵抗R6
を付加した積分回路を、直流帰還回路として付加接続し
た構成にして、低周波の信号に対して動作が安定になる
コンデンサのインピーダンス特性を改善している(請求
項7,8)。
−91047号〜特願平9−91049号などにおい
て、本出願人によって提案したものであるが、FETバ
ッファを用いた従来の電流電圧変換回路において支配的
な要因とされた熱雑音の影響を少なくして、S/N比を
著しく改善し、低ノイズ化とともに感度を向上させるも
のである。その回路の詳細な構成、原理、利点について
は前述の先願発明を参照されたい。
って所定レベルまで増幅された電圧信号(アナログ信
号)を、2つの演算増幅器OP4,OP5を用いて構成
されたウインドコンパレータ4で波形成形して、検知信
号を出力させる構成となっており、電圧増幅回路Aから
出力される電圧信号は、ウインドコンパレータ4によっ
て上、下2つのしきい値と比較判別され、上、下いずれ
かのしきい値を越えたときには、その出力信号はゲート
回路41を介してレベルシフト回路42に入力され、P
MOSトランジスタ43を駆動することよって、出力抵
抗Roから所定レベルの検知信号を出力する構成として
いる。なお、Dは赤外線検出装置の電源回路である。
基本構成を示した図である。太線Eで囲んだ部分が、内
部回路であり、焦電素子Cs、外付けコンデンサ以外の
電子部品は1チップとしてIC化され、後述する3次元
回路ブロックに実装される。Aは前述の電圧増幅回路
部、Bは演算増幅に付加接続したコンデンサC3のイン
ピーダンス特性を利用して、焦電素子Csより出力され
た焦電電流を電圧信号に変換出力するI/V変換ブロッ
クを構成する電流電圧回路、Cは出力回路、Dは電源回
路を示している。なお、C1,C2は前述した電圧増幅
回路の一部を構成するため、外付けされるコンデンサ、
C4は電流電圧変換回路Bの一部を構成するため外付け
されるコンデンサ、C5,C6は外部電源、及び内部電
源に付設された外付けコンデンサであり、これらは比較
的、静電容量が大きくなるために、1チップ化された内
部回路Eに外付け部品として付加接続されている。
焦電素子Cs、外付けコンデンサC1,C2・・・など
の一部の電子部品を除いて、その殆どがIC化され、1
チップE内に実装出来るため、焦電型赤外線装置が一層
小型化でき、低コスト化も実現できた。なお、内部回路
EをIC化して1チップとして構成する際、この図で
は、電流電圧変換回路Bは、演算増幅に付加したコンデ
ンサのインピーダンス特性を利用して電圧信号に変換出
力するものを採用しているが、FETバッファを用いた
従来の電流電圧変換回路を用いてもよい。電圧増幅回路
Aを図1や図2に示した構成にする限り、内部回路Eを
1チップ化したり、IC化する際の妨げにはならない。
ている。この図では、不完全積分回路1に付加される積
分回路2は、コンデンサに代えて、容量増幅回路5を用
いており、これによって、必要なコンデンサの静電容量
を更に小さくして、一層の小型化を図っている。容量増
幅回路5は、例えば図5に示すように、演算増幅器OP
8に抵抗R6,R7、コンデンサC3を用いて構成で
き、この回路では、演算増幅器OP8はバッファを構成
しているため、反転入力端子の電位と出力端子の電位は
同電位となる。
演算増幅器OP1の出力から抵抗R3を介して流れ込む
電流Iは、抵抗R6と抵抗R7の比で分割され、抵抗R
7に流れる電流I2は、I2=(R6/(R6+R
7))・Iとなり、この電流I2で演算増幅器OP2’
の出力端子に接続したコンデンサC3が充電されること
になる。
た等価容量Caとすると、 C・V=I・tより、 Ca=(I・t)/V =((R6+R7)/R6)・I2)/V =((R6+R7)/R6)・C3となり、 更に、R6<<R7の条件では、 Ca=(R7/R6)・C3となる。
C3は、見かけ上、R7/R6倍となるので、必要な静
電容量も小さくでき、電圧増幅回路を一層、小型、IC
化することが出来る。また、このような方法では、後述
するように高抵抗を使用して時定数を決定しなくても、
コンデンサの静電容量を小さくできるため、高抵抗を用
いたときに生じがちなバラツキや温度特性の変化も受け
にくい安定した電圧増幅回路が実現する。また、このよ
うな容量増幅回路5を用いたものでは、回路の設計条件
も簡略化できる利点がある(請求項4)。
る場合、積分回路2の抵抗R3と、容量増幅回路5の抵
抗6に高抵抗を用いてもよく、このようにすれば高抵抗
による温度特性変化やバラツキを打ち消すことができる
ため、バンドパスフィルタとして温度特性変化の小さい
電圧増幅回路が構成できる(請求項5)。この場合の回
路設計条件を考察して見ると、C1=0.1μF、C3
=0.1μF、R1=100Ω、R2=1MΩ、R3=
1TΩ、R4=1MΩ、R5=100KΩ、R6=1G
Ω、R7=2.2MΩの値を選択すれば、容量増幅回路
5における等価容量Caは、 Ca=(2.2M/1G)・0.1μ =220(pF)となる。
は、fc2=(1M・100K)/(2π・100・1
T・1M・220p)=0.723(Hz)となり、高
抵抗による温度特性変化やバラツキを打ち消すことがで
き、バンドパスフィルタとして温度特性変化の小さい電
圧増幅回路が実現する。
スフィルタFを接続付加した内部回路の基本構成を示し
たブロック図を示している(請求項9)。図7,図8
は、電圧増幅回路の温度変化時における周波数特性のシ
ュミレーション結果を示すグラフである。図7は高抵抗
を用いた場合、図8はハイパスフィルタを設けた場合の
周波数特性のシュミレーション結果を示すグラフであ
る。
0.1μF、Rh=2.2Mを選択すると、この場合、
低域側のカットオフ周波数fc3は、 fc3=1/(2π・Ch・Rh) =1/(2π・0.1μ・2.2M) =0.723(Hz)となる。 図7と図8のグラフの比較で分かるように、高抵抗を用
いた電圧増幅回路では、温度変化が生じる(温度が低く
なる)と、そのピーク値が低域側に延びているが、ハイ
パスフィルタFを設けた電圧増幅回路では、温度変化
(温度が低くなる)が生じても、ピーク値がそれほど低
域側に延びずに安定しており、電流電圧変換回路Bと電
圧増幅回路Aで発生する低周波ノイズを除去して、より
ノイズ特性が改善されていることが分かる。
にハイパスフィルタFを挿入しているので、高抵抗を用
いた場合にも、温度特性変化を小さくできるばかりでな
く、電圧増幅回路Aで発生した低周波ノイズも除去でき
る。図9は、電圧増幅回路Aの入力側にハイパスフィル
タFを接続付加した内部回路の基本構成を示したブロッ
ク図を示している(請求項10)。このような構成で
は、電流電圧変換回路Bと電圧増幅回路Aはハイパスフ
ィルタFによって直流的に分離されることになる。した
がって、電圧増幅回路Aの起動時は、電流電圧変換回路
Bの動作が安定しなくても、電源回路Dから供給される
基準電圧によって立上がらせることができるので、立ち
上がり時間を速く出来る。また、このような構成のもの
では、電流電圧変換回路Bに高抵抗を用いた構成であっ
ても、その高抵抗によって発生する熱雑音の影響も少な
くでき、やはり温度特性変化を小さくできる。
型赤外線検出装置の一実施例について説明する。この焦
電型赤外線検出装置は、図10に示したように、3次元
回路ブロック40を実装し、3本のリードを突設したベ
ース45に、光学的フィルタ窓47aを上部に形成した
導電素材で形成された筒状のキャン47が被せられ、更
にその上方より赤外線を集光させるためのマルチレンズ
48が装着される縦長筒体構造をなしている。
0の詳細構造を示すブロックの表立面と裏立面を示して
おり、ブロック40の本体部は、ワンショットあるいは
二色成形されたMID基板として構成されており、その
表立面に形成された導電パターン42には、前述した電
圧増幅回路A、電流電圧回路B、出力回路CなどのIC
化された回路部が実装された内部回路Eが1チップの回
路部品として実装され、ブロック40の上部には焦電素
子43が橋渡しされるように実装されている。一方の裏
立面には、前述した電圧増幅回路A、電流電圧回路B、
出力回路C、電源回路Dなどに外付けされるコンデンサ
などの外付部品が44が実装されている。このような構
造によれば、外付けとなる電子部品以外の回路は、1チ
ップ化された内部回路Eに実装されているので、平面の
回路基板に、焦電素子や電子部品を実装していた従来構
造のものに比べて著しく小型化ができる。また、このよ
うな構造では、焦電素子から出力される微弱な焦電電流
を引き回し、増幅するための回路上の距離も従来構造に
比べて著しく短くなり、しかも内部回路を実装した3次
元回路ブロックも筒状キャンの内部に収容されるので外
来ノイズに対するシールド効果も高い。そのため、ノイ
ズ対策のためのコンデンサやインダクタコイルも不要と
なるので、一層小型でかつ耐ノイズ特性が良好で、低コ
スト化の図れる焦電型赤外線検出装置が提供できる。ま
た、筒体キャンに収容された電子部品として取り扱うこ
とも出来るので、他の装置、機器に実装する際の取扱も
容易になるなど、種々の利点がある。
ような効果がある。請求項1,2において提案した赤外
線検出装置によれば、電圧増幅回路を、不完全積分回
路、積分回路、反転増幅器を組み合わせて構成している
ので、従来の2段増幅回路に比べて、必要なコンデンサ
の個数が軽減されるとともに、コンデンサの静電容量も
小さくできる。このため、焦電素子と数個のコンデンサ
以外は、全てワンチップのIC内に集積でき、小型化、
低コスト化を図ることができる。また、小型化を図るた
め従来より多用されていた電解型コンデンサを用いる必
要がなく、小型のセラミックコンデンサなどを用いて構
成できるため、電解型コンンデサの持つバラツキや、漏
れ電流などの悪影響を受けずに、信頼性の優れた焦電型
赤外線検出装置が実現する。
によれば、コンデンサとともに高域側のカットオフ周波
数を規定する電圧増幅回路の積分回路の抵抗を高抵抗で
構成しているので、積分回路のコンデンサの静電容量が
小さく出来、小型化できる。請求項4において提案した
赤外線検出装置によれば、電圧増幅回路を構成する積分
回路にはコンデンサを接続せずに、容量増幅回路を接続
した構成としているので、請求項1の効果に加えて、必
要な外付けコンデンサの静電容量を一層小さくして小型
化が出来る。また、このような容量増幅回路を用いたも
のでは、温度特性が悪く、バラツキの大きい高抵抗を積
分回路に付加接続することなく、抵抗も小さくできるの
で、温度変化によるフィルタの特性に悪影響を与えるこ
ともない。
によれば、容量増幅回路と積分回路に接続された抵抗
を、高抵抗で構成しているので、高抵抗を使用する場合
も、高抵抗同士による温度特性とバラツキを打ち消すこ
とができるため、温度特性変化の小さいバンドパスフィ
ルタを構成できる。請求項6において提案した赤外線検
出装置によれば、高抵抗をIC回路に組み込んで形成で
きるので、内部回路のIC化、1チップ化がより容易に
出来る焦電型赤外線検出装置が得られ、回路実装時にお
ける作業性も向上する。
線検出装置によれば、電流電圧変換回路を、帰還容量を
付加した演算増幅器によるインピーダンス変換を利用す
る構成としているので、S/N比が著しく向上でき、低
ノイズで感度の高い焦電型赤外線検出装置が実現する。
特に、請求項8では、帰還容量を付加した演算増幅器に
は更に直流帰還回路を接続付加しているので、帰還容量
に固有な低域におけるインピーダンス変換動作の不安定
性も改善される。
出装置によれば、電圧増幅回路の出力、入力側にハイパ
スフィルタを設けているので、回路部品に高抵抗を用い
た場合も高抵抗により発生する温度特性変化を小さくす
ることができる。また、電圧増幅回路の出力側にハイパ
スフィルタを設けたものでは、電圧増幅回路で発生する
低周波ノイズもカットでき、よりノイズ特性の良い回路
となる。一方、電圧増幅回路の入力側にハイパスフィル
タを設けたものでは、電流電圧変換回路の動作が安定し
なくても、電圧増幅回路を迅速に立ち上がらせることが
出来るので、動作が迅速になる。
検出装置によれば、平面の回路基板を用いずに、電圧増
幅回路を含む回路部をIC化し、1チップ化した部品を
3次元回路ブロックに実装し、フィルタ窓を形成した筒
状キャン内に収容させ、上から集光レンズを装着させた
構造としているので、より一層小型化で、取扱も容易と
なる。また、このような構造のものでは、焦電素子から
出力される焦電電流の回路上での引き回し距離が短くな
る上に、内部回路を1チップ化して実装した3次元回路
ブロックの全体を筒状キャンに収容して、シールドして
いるため、外来ノイズに対して、一層強い焦電型赤外線
検出装置が実現する。
赤外線検出装置によれば、より一層小型化で、取扱が容
易で、しかも外来ノイズや内部で発生する低周波数ノイ
ズに対して強い焦電型赤外線検出装置が提供できる。
型赤外線検出装置のブロック図。
成を示したブロック図。
外線検出装置の構成を示すブロック図。
他例を示した本発明の焦電素子型赤外線検出装置のブロ
ック図
焦電素子型赤外線検出装置のブロック図。
けた本発明の焦電素子型赤外線検出装置のブロック図。
した結果を示すグラフ。
した結果を示すグラフ。
けた本発明の焦電素子型赤外線検出装置のブロック図。
クに実装して構成した焦電素子型赤外線検出装置の構造
を示す分解斜視図。
素子型赤外線検出装置の基本回路の構成を示すブロック
図。
実装して構成される従来の焦電素子型赤外線検出装置の
構造を示す図。
Claims (13)
- 【請求項1】焦電素子から出力される焦電電流を電圧信
号に変換し、電圧増幅回路で所定の周波数帯域の電圧信
号を増幅処理して、検知信号を出力するようにした赤外
線検出装置において、 上記電圧増幅回路は、不完全積分回路に、積分回路と反
転増幅回路とを接続付加したバンドパスフィルタを構成
していることを特徴としている焦電型赤外線検出装置。 - 【請求項2】請求項1において、 上記不完全積分回路は、第1の演算増幅器に、コンデン
サ、抵抗を接続して構成され、 上記積分回路は、第2の演算増幅器にコンデンサ、抵抗
を接続して構成され、 上記反転増幅回路は、第3の演算増幅器に抵抗を接続し
て構成されており、 低域側のカットオフ周波数、高域側のカットオフ周波数
を、上記第1、第2、第3の演算増幅器に接続されてい
るコンデンサの静電容量、抵抗の抵抗値を選択すること
によって規定される構成としている焦電型赤外線検出装
置。 - 【請求項3】請求項1,2のいずれかにおいて、 上記電圧増幅回路を構成する積分回路は、高抵抗を接続
して構成していることを特徴とする焦電型赤外線検出装
置。 - 【請求項4】請求項1〜3のいずれかにおいて、 上記電圧増幅回路を構成する積分回路は、コンデンサに
代えて、容量増幅回路で構成されていることを特徴とす
る焦電型赤外線検出装置。 - 【請求項5】請求項3において、 上記容量増幅回路の入力抵抗を更に高抵抗で構成し、か
つ上記積分回路に高抵抗を接続していることを特徴とす
る焦電型赤外線検出装置。 - 【請求項6】請求項3,5のいずれかにおいて、 上記高抵抗が、ノンドープポリシリ抵抗あるいはトラン
ジスタのオフ抵抗で構成されていることを特徴とする焦
電型赤外線検出装置。 - 【請求項7】請求項1〜6のいずれかにおいて、 焦電素子からの焦電電流を電圧信号に変換出力する電流
電圧変換回路を、帰還容量を付加した演算増幅器で構成
としていることを特徴とする焦電型赤外線検出装置。 - 【請求項8】請求項7において、 上記電流電圧変換回路の演算増幅器は、直流帰還回路を
更に付加した構成としている焦電型赤外線検出装置。 - 【請求項9】請求項1〜8のいずれかにおいて、 上記電圧増幅回路の出力側にハイパスフィルタを接続付
加していることを特徴とする焦電型赤外線検出装置。 - 【請求項10】請求項1〜8のいずれかにおいて、 上記電圧増幅回路の入力側にハイパスフィルタを接続付
加していることを特徴とする焦電型赤外線検出装置。 - 【請求項11】上部には焦電素子を実装し、かつ、表立
面と裏立面には、請求項1〜6の電圧増幅回路を含む内
部回路を構成するための電子部品を実装させた3次元回
路ブロックを、上部に光学的フィルタ窓を形成した筒状
キャンに収容するとともに、該筒状キャンの光学的フィ
ルタ窓には集光レンズを装着させた構造とした焦電型赤
外線検出装置。 - 【請求項12】請求項11において、 上記3次元回路ブロックに実装される内部回路には、請
求項1〜8に記載された電圧増幅回路と、その出力側に
接続付加されるハイパスフィルタとを含んだ構造として
いることを特徴とする焦電型赤外線検出装置。 - 【請求項13】請求項11において、 上記3次元回路ブロックに実装される内部回路には、請
求項1〜8に記載された電圧増幅回路と、その入力側に
接続付加されるハイパスフィルタとを含んだ構造として
いることを特徴とする焦電型赤外線検出装置。
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-
1997
- 1997-05-15 JP JP12610997A patent/JP3472908B2/ja not_active Expired - Fee Related
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