JP7309168B2

JP7309168B2 - センサ出力読出し回路

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Description

本発明は、センサから出力される正極性および負極性の成分を有する出力信号の正側および負側のレベルを判定するセンサ出力読出し回路に関する。

人体を検出するために焦電型赤外線センサが用いられている（例えば特許文献１および２参照）。デュアル焦電型赤外線センサは、急激な温度変化および低周波での温度ゆらぎに強い性質を有するため、種々の人体検出装置に用いられている（非特許文献１参照）。

特開２０１３－２３１６６７号公報特開平１０－１６０８５６号公報

谷腰欣司著「センサーのしくみ」株式会社電波新聞社第１版２０１０年４月１５日発行第７０頁～第７２頁

デュアル焦電型赤外線センサの出力信号は、微弱である。そのため、焦電型赤外線センサの出力信号を読み出すためには、増幅回路および比較器により構成されるセンサ出力読出し回路が必要となる。デュアル焦電型赤外線センサの出力信号は、正極性の成分および負極性の成分を有する。したがって、センサ出力読出し回路では、デュアル焦電型赤外線センサの出力信号が増幅回路により増幅された後、増幅された正極性の成分のレベルが正のしきい値以上であるか否かが判定されるとともに、増幅された負極性の成分のレベルが負のしきい値以下であるか否かが判定される。このように、出力信号の正極性の成分が正のしきい値以上であるかおよび負極性の成分が負のしきい値以下であるかを判定するレベル判定回路は、ウィンドウ比較器と呼ばれる。ウィンドウ比較器では、正極性の成分を正のしきい値と比較するために１つの電圧比較器が用いられ、負極性の成分のレベルを負のしきい値と比較するために他の１つの電圧比較器が用いられる。各電圧比較器は、演算増幅器（オペアンプ）により構成されるため、ウィンドウ比較器には少なくとも２つの演算増幅器が必要である。それにより、部品コストが高くなるとともに消費電力が大きくなる。

本発明の目的は、部品コストおよび消費電力を低減しつつセンサの出力信号の正極性および負極性の成分のレベルを判定することを可能とするセンサ出力読出し回路を提供することである。

（１）本発明に係るセンサ出力読出し回路は、センサから出力される正極性および負極性の成分を含む出力信号のレベルを判定するセンサ出力読出し回路であって、出力信号から正極性の成分を含む正極性信号および負極性の成分を含む負極性信号を分離して抽出するとともに、正極性信号の基準レベルが負極性信号の基準レベルよりも低くなるように正極性信号および負極性信号の少なくとも一方のレベルをシフトする信号処理部と、信号処理部から出力される正極性信号と負極性信号とを比較することにより、出力信号の正極性の成分が予め定められた第１のしきい値以上である状態または出力信号の負極性の成分が予め定められた第２のしきい値以下である状態と、それ以外の状態とで異なるレベルの信号を出力する比較部とを備え、信号処理部による正極性信号と負極性信号との間のシフト量は、第１のしきい値が出力信号の基準レベルから当該シフト量だけ上にあり、第２のしきい値が出力信号の基準レベルから当該シフト量だけ下にあるように定められる。

そのセンサ出力読出し回路においては、出力信号から正極性信号および負極性信号が抽出され、正極性信号の基準レベルが負極性信号の基準レベルよりも低くなるように正極性信号および負極性信号の少なくとも一方のレベルがシフトされる。さらに、正極性信号と負極性信号とが比較される。この場合、正極性信号の正極性の成分が負極性信号の基準レベルと比較されることにより、出力信号の正極性の成分が予め定められた第１のしきい値以上であるか否かが判定される。また、負極性信号の負極性の成分が正極性信号の基準レベルと比較されることにより、出力信号の負極性の成分が予め定められた第２のしきい値以下であるか否かが判定される。このような構成により、比較部を１つの電圧比較器により実現することができる。したがって、部品コストおよび消費電力を低減しつつセンサの出力信号の正極性および負極性の成分のレベルを判定することが可能となる。

（２）信号処理部は、出力信号から半波整流により正極性信号を得る第１のダイオードと、出力信号から半波整流により負極性信号を得る第２のダイオードと、第１のダイオードにより得られる正極性信号の基準レベルが負極性信号の基準レベルよりも低くなるように正極性信号および負極性信号の少なくとも一方のレベルをシフトする抵抗回路とを含んでもよい。

この場合、第１および第２のダイオードならびに抵抗回路により、出力信号から正極性信号および負極性信号を抽出するとともに、正極性信号の基準レベルを負極性信号の基準レベルよりも低くすることができる。したがって、信号処理部によるセンサ出力読出し回路のコストの上昇が抑制される。

（３）信号処理部は、出力信号から半波整流により正極性信号を得る第１のダイオードと、出力信号から半波整流により負極性信号を得る第２のダイオードと、第１のダイオードにより得られる正極性信号を受ける第１の制御端子を有し、エミッタフォロワ接続またはソースフォロワ接続される第１のトランジスタと、第２のダイオードにより得られる負極性信号を受ける第２の制御端子を有し、エミッタフォロワ接続またはソースフォロワ接続させる第２のトランジスタと、第１のトランジスタからの出力信号の基準レベルが第２のトランジスタからの出力信号の基準レベルよりも低くなるように第１のトランジスタからの出力信号および第２のトランジスタからの出力信号のレベルをシフトする抵抗回路とを含んでもよい。

この場合、第１および第２のダイオード、第１および第２のトランジスタならびに抵抗回路により、出力信号から正極性信号および負極性信号を抽出するとともに、正極性信号の基準レベルを負極性信号の基準レベルよりも低くすることができる。したがって、信号処理部によるセンサ出力読出し回路のコストの上昇が抑制される。

本発明によれば、部品コストおよび消費電力を低減しつつセンサの出力信号の正極性の成分および負極性の成分のレベルを判定することが可能となる。

本発明の一実施の形態に係るセンサ出力読出し回路の構成を示すブロック図である。図１のセンサ出力読出し回路の動作を説明するための波形図である。本実施の形態に係るセンサ出力読出し回路の第１の構成例を示す回路図である。本実施の形態に係るセンサ出力読出し回路の第２の構成例を示す回路図である。本実施の形態に係るセンサ出力読出し回路の第３の構成例を示す回路図である。本実施の形態に係るセンサ出力読出し回路の第４の構成例を示す回路図である。本実施の形態に係るセンサ出力読出し回路の第５の構成例を示す回路図である。本実施の形態に係るセンサ出力読出し回路の第６の構成例を示す回路図である。本実施の形態に係るセンサ出力読出し回路の第７の構成例を示す回路図である。比較例に係るセンサ出力読出し回路の回路図である。図１０のセンサ出力読出し回路の動作を示す波形図である。

以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態に係るセンサ出力読出し回路について説明する。

（１）センサ出力読出し回路の構成および動作
図１は本発明の一実施の形態に係るセンサ出力読出し回路の構成を示すブロック図である。図２は図１のセンサ出力読出し回路の動作を説明するための波形図である。本実施の形態のセンサ出力読出し回路１００は、赤外線センサ１の出力を読み出す赤外線センサ出力読出し回路である。

図１のセンサ出力読出し回路１００は、増幅部２およびウィンドウ比較器３を備える。ウィンドウ比較器３は、正側半波整流部３１、負側半波整流部３２、レベルシフト回路４０および電圧比較器ＣＰを含む。本実施の形態では、正側半波整流部３１、負側半波整流部３２およびレベルシフト回路４０が信号処理部を構成する。また、電圧比較器ＣＰが比較部を構成する。

赤外線センサ１の出力信号Ｖｓｏｕｔは、図２に示すように、正極性および負極性の成分を有する両極性の信号である。増幅部２は、赤外線センサ１の出力信号Ｖｓｏｕｔを増幅し、増幅された出力信号Ｖ０を導出する。

図２に示すように、出力信号Ｖ０は、共通電圧ＶＣＯＭを中心として正極性の成分および負極性の成分を有する。正側半波整流部３１は、出力信号Ｖ０から正極性の成分を抽出するように出力信号Ｖ０を半波整流し、図２に示される正極性信号Ｖ１を出力する。正極性信号Ｖ１は、基準レベルＶｒ以上の電圧を有する。負側半波整流部３２は、出力信号Ｖ０から負極性の成分を抽出するように出力信号Ｖ０を半波整流し、図２に示される負極性信号Ｖ２を出力する。負極性信号Ｖ２は、基準レベルＶｒ以下の電圧を有する。

レベルシフト回路４０は、正極性信号Ｖ１および負極性信号Ｖ２の少なくとも一方のレベルをシフトし、正極性信号Ｖｏ１および負極性信号Ｖｏ２を生成する。この場合、レベルシフト回路４０は、正極性信号Ｖ１のレベルを低下させかつ負極性信号Ｖ２のレベルを上昇させてもよい。レベルシフト回路４０は、正極性信号Ｖ１のレベルを低下させかつ負極性信号Ｖ２のレベルを維持してもよい。レベルシフト回路４０は、正極性信号Ｖ１のレベルを維持しかつ負極性信号Ｖ２のレベルを上昇させてもよい。レベルシフト回路４０は、正極性信号Ｖ１のレベルを負極性信号Ｖ２のレベルに比べて相対的に低下させてもよい。レベルシフト回路４０は、負極性信号Ｖ２のレベルを正極性信号Ｖ１のレベルに比べて相対的に上昇させてもよい。これらのいずれかにより、図２に示すように、正極性信号Ｖｏ１の比較の対象となる基準レベルＶｒ２が負極性信号Ｖｏ２の比較の対象となる基準レベルＶｒ１よりも高くなる。

電圧比較器ＣＰは、正極性信号Ｖｏ１と負極性信号Ｖｏ２とを比較し、比較結果を示す出力信号Ｖｏｕｔを出力する。この場合、図２に示すように、正極性信号Ｖｏ１の正極性の成分と負極性信号Ｖｏ２の基準レベルＶｒ２とが比較され、正極性信号Ｖｏ１の基準レベルＶｒ１と負極性信号Ｖｏ２の負極性の成分とが比較される。それにより、出力信号Ｖｏｕｔは、正極性信号Ｖｏ１の正極性の成分が基準レベルＶｒ２以上であるときおよび負極性信号Ｖｏ２の負極性の成分が基準レベルＶｒ１以下であるときにハイレベルとなり、それ以外の場合にローレベルとなる。したがって、出力信号Ｖ０の正極性の成分が正側の第１のしきい値Ｖｔｈ１以上のときおよび出力信号Ｖ０の負極性の成分が負側の第２のしきい値Ｖｔｈ２以下のときに、出力信号Ｖｏｕｔがハイレベルとなる。

なお、正側半波整流部３１、負側半波整流部３２およびレベルシフト回路４０が一体化されていてもよい。その場合、出力信号Ｖ０に対して正極性の半波整流、負極性の半波整流およびレベルシフトが同時に行われる。

（２）第１の構成例
図３は本実施の形態に係るセンサ出力読出し回路１００の第１の構成例を示す回路図である。

図３に示すように、赤外線センサ１は、逆極性に接続された２つの焦電素子Ｓ１，Ｓ２、Ｎチャネル電界効果トランジスタ（以下、ＦＥＴと略記する。）Ｑｓおよび抵抗Ｒ０を含む。焦電素子Ｓ１，Ｓ２の一端は接地電位ＧＮＤを受ける接地端子に接続され、他端はＦＥＴＱｓのゲートに接続されている。ＦＥＴＱｓのドレインは電源電圧ＶＤＤを受ける電源端子に接続され、ソースはノードＮｓに接続されている。ノードＮｓと接地電位ＧＮＤを受ける接地端子との間には抵抗Ｒ０が接続されている。

増幅部２ａは、演算増幅器ＯＰ２、キャパシタＣ３，Ｃ４および抵抗Ｒ３～Ｒ６を含む。ノードＮｓと演算増幅器ＯＰ２の反転入力端子との間に、キャパシタＣ３および抵抗Ｒ３が直列に接続されている。演算増幅器ＯＰ２の反転入力端子と出力端子との間にキャパシタＣ４および抵抗Ｒ４が並列に接続されている。抵抗Ｒ５，Ｒ６は、電源端子と接地端子との間に直列に接続され、抵抗Ｒ５，Ｒ６の接続点が演算増幅器ＯＰ２の非反転入力端子に接続されている。抵抗Ｒ５，Ｒ６の接続点の電圧は、電源電圧ＶＤＤと接地電位ＧＮＤとの間の共通電圧ＶＣＯＭである。演算増幅器ＯＰ２の出力端子はノードＮ０に接続されている。

ウィンドウ比較器３ａは、ダイオードＤ１，Ｄ２、抵抗Ｒ７～Ｒ１２および電圧比較器ＣＰを含む。電圧比較器ＣＰは、演算増幅器により構成される。ダイオードＤ１のアノードはノードＮ０に接続され、カソードはノードＮ１に接続されている。ダイオードＤ２のカソードはノードＮ０に接続され、アノードはノードＮ２に接続されている。電源端子とノードＮ１との間に抵抗Ｒ７，Ｒ８が直列に接続され、ノードＮ１と接地端子との間に抵抗Ｒ９が接続されている。電源端子とノードＮ２との間に抵抗Ｒ１０が接続され、ノードＮ２と接地端子との間に抵抗Ｒ１１，Ｒ１２が直列に接続されている。ノードＮ１は、電圧比較器ＣＰの非反転入力端子に接続され、ノードＮ２は、電圧比較器ＣＰの反転入力端子に接続されている。

赤外線センサ１の出力信号ＶｓｏｕｔはノードＮｓに導出される。増幅部２により出力信号Ｖｓｏｕｔが増幅され、増幅された出力信号Ｖ０がノードＮ０に導出される。出力信号Ｖ０は、正極性の成分が抽出されるようにダイオードＤ１により半波整流される。ノードＮ１の電圧レベルは、抵抗Ｒ７～Ｒ９によりシフトダウンされる。この場合、ダイオードＤ１による正極性の半波整流および抵抗Ｒ７～Ｒ９によるシフトダウンが同時に行われる。それにより、ノードＮ１に正極性信号Ｖｏ１が現れる。また、出力信号Ｖ０は、負極性の成分が抽出されるようにダイオードＤ２により半波整流される。ノードＮ２の電圧レベルは、抵抗Ｒ１０～Ｒ１２によりシフトアップされる。この場合、ダイオードＤ２による負極性の半波整流および抵抗Ｒ１０～Ｒ１２によるシフトアップが同時に行われる。それにより、ノードＮ２に負極性信号Ｖｏ２が現れる。電圧比較器ＣＰは、シフトダウンされた正極性信号Ｖｏ１とシフトアップされた負極性信号Ｖｏ２とを比較し、比較結果を示す出力信号Ｖｏｕｔを導出する。

本例のセンサ出力読出し回路１００のウィンドウ比較器３ａでは、ダイオードＤ１，Ｄ２および抵抗Ｒ７～Ｒ１２の他に１つの電圧比較器ＣＰのみが用いられる。したがって、部品コストおよび消費電力を低減しつつ出力信号Ｖｓｏｕｔの正極性および負極性の成分のレベルを判定することが可能となる。

（３）第２の構成例
図４は本実施の形態に係るセンサ出力読出し回路１００の第２の構成例を示す回路図である。

図４のセンサ出力読出し回路１００が図３のセンサ出力読出し回路１００と異なるのは以下の点である。図４のセンサ出力読出し回路１００は、増幅部２ｂを含む。増幅部２ｂは、図３の増幅部２ａの構成に加えて演算増幅器ＯＰ１、キャパシタＣ１，Ｃ２および抵抗Ｒ１，Ｒ２をさらに含む。それにより、増幅部２ｂは２段の増幅回路を含む。ノードＮｓは、演算増幅器ＯＰ１の非反転入力端子に接続されている。キャパシタＣ１および抵抗Ｒ１は、演算増幅器ＯＰ１の反転入力端子と接地端子との間に直列に接続されている。キャパシタＣ２および抵抗Ｒ２は、演算増幅器ＯＰ１の反転入力端子と出力端子との間に並列に接続されている。演算増幅器ＯＰ１の出力端子は、キャパシタＣ３の一端に接続されている。

図４のセンサ出力読出し回路１００では、赤外線センサ１の出力信号Ｖｓｏｕｔが増幅部２ｂにより２段階に増幅される。図４のセンサ出力読出し回路１００の他の部分の構成および動作は、図３のセンサ出力読出し回路１００と同様である。

本例のセンサ出力読出し回路１００のウィンドウ比較器３ａにおいても、ダイオードＤ１，Ｄ２および抵抗Ｒ７～Ｒ１２の他に１つの電圧比較器ＣＰのみが用いられる。したがって、部品コストおよび消費電力を低減しつつ出力信号Ｖｓｏｕｔの正極性および負極性の成分のレベルを判定することが可能となる。

（４）第３の構成例
図５は本実施の形態に係るセンサ出力読出し回路１００の第３の構成例を示す回路図である。

図５のセンサ出力読出し回路１００が図３のセンサ出力読出し回路１００と異なるのは以下の点である。図５のセンサ出力読出し回路１００は、増幅部２ｃおよびウィンドウ比較器３ｂを含む。

増幅部２ｃは、演算増幅器ＯＰ２、キャパシタＣ３および抵抗Ｒ３，Ｒ５，Ｒ６，Ｒ１３，Ｒ１４を含む。ノードＮｓと演算増幅器ＯＰ２の反転入力端子との間に、キャパシタＣ３および抵抗Ｒ３が直列に接続されている。演算増幅器ＯＰ２の反転入力端子とノードＮ３との間に抵抗Ｒ１３が接続され、反転入力端子とノードＮ４との間に抵抗Ｒ１４が接続されている。

ウィンドウ比較器３ｂは、ダイオードＤ３，Ｄ４、ＮＰＮバイポーラトランジスタＱ１，Ｑ２（以下、バイポーラトランジスタＱ１，Ｑ２と略記する。）、抵抗Ｒ１５～Ｒ１７および電圧比較器ＣＰを含む。ダイオードＤ３のアノードはノードＮ３に接続され、カソードは演算増幅器ＯＰ２の出力端子に接続されている。ダイオードＤ４のアノードは演算増幅器ＯＰ２の出力端子に接続され、カソードはノードＮ４に接続されている。バイポーラトランジスタＱ１のベースはノードＮ３に接続され、コレクタは電源端子に接続され、エミッタはノードＮ５に接続されている。ノードＮ５と接地端子との間には、抵抗Ｒ１５が接続されている。バイポーラトランジスタＱ２のベースはノードＮ４に接続され、コレクタは電源端子に接続され、エミッタは抵抗Ｒ１６を介してノードＮ６に接続されている。ノードＮ６と接地端子との間に抵抗Ｒ１７が接続されている。ノードＮ５は、電圧比較器ＣＰの反転入力端子に接続され、ノードＮ６は、電圧比較器ＣＰの非反転入力端子に接続されている。

赤外線センサ１の出力信号Ｖｓｏｕｔは、増幅部２ｃにより増幅されるとともに、負極性の成分が抽出されるようにダイオードＤ３により半波整流され、かつ正極性の成分が抽出されるようにダイオードＤ４により半波整流される。それにより、ノードＮ３に負極性信号Ｖ２が現れ、ノードＮ４に正極性信号Ｖ１が現れる。ノードＮ５には、負極性信号Ｖ２からバイポーラトランジスタＱ１のベース・エミッタ間電圧だけ降下した負極性信号Ｖｏ２が出力される。ノードＮ６には、正極性信号Ｖ１からバイポーラトランジスタＱ２のベース・エミッタ間電圧および抵抗Ｒ１６による電圧降下分だけ降下した正極性信号Ｖｏ１が出力される。この場合、正極性信号Ｖｏ１の基準レベルＶｒ１は、負極性信号Ｖｏ２の基準レベルＶｒ２よりも低くなる。電圧比較器ＣＰは、正極性信号Ｖｏ１と負極性信号Ｖｏ２とを比較し、比較結果を示す出力信号Ｖｏｕｔを導出する。

本例のセンサ出力読出し回路１００のウィンドウ比較器３ｂにおいては、ダイオードＤ３，Ｄ４、バイポーラトランジスタＱ１，Ｑ２および抵抗Ｒ１５～Ｒ１７の他に１つの電圧比較器ＣＰのみが用いられる。したがって、部品コストおよび消費電力を低減しつつ出力信号Ｖｓｏｕｔの正極性および負極性の成分のレベルを判定することが可能となる。

（５）第４の構成例
図６は本実施の形態に係るセンサ出力読出し回路１００の第４の構成例を示す回路図である。

図６のセンサ出力読出し回路１００が図５のセンサ出力読出し回路１００と異なるのは以下の点である。図６のセンサ出力読出し回路１００は、増幅部２ｄを含む。増幅部２ｄは、図５の増幅部２ｃの構成に加えて、演算増幅器ＯＰ１、キャパシタＣ１，Ｃ２および抵抗Ｒ１，Ｒ２をさらに含む。それにより、増幅部２ｄは２段の増幅回路を含む。演算増幅器ＯＰ１、キャパシタＣ１，Ｃ２および抵抗Ｒ１，Ｒ２の接続は、図４の増幅部２ｂにおける演算増幅器ＯＰ１、キャパシタＣ１，Ｃ２および抵抗Ｒ１，Ｒ２の接続と同様である。

図６のセンサ出力読出し回路１００では、赤外線センサ１の出力信号Ｖｓｏｕｔが増幅部２ｄにより２段階に増幅される。図６のセンサ出力読出し回路１００の他の部分の構成および動作は、図５のセンサ出力読出し回路１００と同様である。

（６）第５の構成例
図７は本実施の形態に係るセンサ出力読出し回路１００の第５の構成例を示す回路図である。

図７のセンサ出力読出し回路１００が図５のセンサ出力読出し回路１００と異なるのは以下の点である。図７のセンサ出力読出し回路１００は、増幅部２ｅおよびウィンドウ比較器３ｃを含む。

増幅部２ｅにおいては、演算増幅器ＯＰ２の非反転入力端子がノードＮｓに接続されている。キャパシタＣ３および抵抗Ｒ３は、演算増幅器ＯＰ２の反転入力端子と接地端子との間に直列に接続されている。増幅部２ｅの他の部分の構成は、図５の増幅部２ｃの構成と同様である。

ウィンドウ比較器３ｃは、ＮＰＮバイポーラトランジスタＱ３，Ｑ４（以下、バイポーラトランジスタＱ３，Ｑ４と略記する。）、抵抗Ｒ１８～Ｒ２０および電圧比較器ＣＰを含む。バイポーラトランジスタＱ３のベースはノードＮ３に接続され、エミッタは抵抗Ｒ１９を介してノードＮ７に接続されている。抵抗Ｒ１８は、電源端子とノードＮ７との間に接続されている。バイポーラトランジスタＱ３のコレクタは接地端子に接続されている。バイポーラトランジスタＱ４のベースはノードＮ４に接続され、エミッタは抵抗Ｒ２０を介して電源端子に接続されている。バイポーラトランジスタＱ４のコレクタは接地端子に接続されている。電圧比較器ＣＰの非反転入力端子はノードＮ７に接続され、反転入力端子はノードＮ８に接続されている。

赤外線センサ１の出力信号Ｖｓｏｕｔは、増幅部２ｅにより増幅されるとともに、負極性の成分が抽出されるようにダイオードＤ３により半波整流され、かつ正極性の成分が抽出されるようにダイオードＤ４により半波整流される。それにより、ノードＮ３に負極性信号Ｖ２が現れ、ノードＮ４に正極性信号Ｖ１が現れる。ノードＮ７には、負極性信号Ｖ２からバイポーラトランジスタＱ３のベース・エミッタ間電圧および抵抗Ｒ１９の電圧降下分だけ上昇した負極性信号Ｖｏ２が出力される。ノードＮ８には、正極性信号Ｖ１からバイポーラトランジスタＱ２のベース・エミッタ間電圧だけ上昇した正極性信号Ｖｏ１が出力される。この場合、正極性信号Ｖｏ１の基準レベルＶｒ１は、負極性信号Ｖｏ２の基準レベルＶｒ２よりも低くなる。電圧比較器ＣＰは、正極性信号Ｖｏ１と負極性信号Ｖｏ２とを比較し、比較結果を示す出力信号Ｖｏｕｔを導出する。

本例のセンサ出力読出し回路１００のウィンドウ比較器３ｂにおいては、ダイオードＤ３，Ｄ４、バイポーラトランジスタＱ３，Ｑ４および抵抗Ｒ１８～Ｒ２０の他に１つの電圧比較器ＣＰのみが用いられる。したがって、部品コストおよび消費電力を低減しつつ出力信号Ｖｓｏｕｔの正極性および負極性の成分のレベルを判定することが可能となる。

（７）第６の構成例
図８は本実施の形態に係るセンサ出力読出し回路１００の第６の構成例を示す回路図である。

図８のセンサ出力読出し回路１００が図５のセンサ出力読出し回路１００と異なるのは以下の点である。図８のセンサ出力読出し回路１００は、ウィンドウ比較器３ｄを含む。図８のウィンドウ比較器３ｄは、図５のバイポーラトランジスタＱ１，Ｑ２の代わりにＮチャネルＭＯＳ電界効果トランジスタＱ５，Ｑ６（以下、ＭＯＳトランジスタＱ５，Ｑ６と略記する。）を含み、図５の抵抗Ｒ１５～Ｒ１７の代わりに抵抗Ｒ２１，Ｒ２２を含む。ＭＯＳトランジスタＱ５のゲートはノードＮ３に接続され、ドレインは電源端子に接続され、ソースはノードＮ９に接続されている。抵抗Ｒ２１は、ＭＯＳトランジスタＱ５のソースと接地端子との間に接続されている。ＭＯＳトランジスタＱ６のゲートはノードＮ４に接続され、ドレインは電源端子に接続され、ソースはノードＮ１０に接続されている。抵抗Ｒ２２は、ＭＯＳトランジスタＱ６のソースと接地端子との間に接続されている。電圧比較器ＣＰの反転入力端子はノードＮ９に接続され、電圧比較器ＣＰの非反転入力端子はノードＮ１０に接続されている。抵抗Ｒ２１の抵抗値は抵抗Ｒ２２の抵抗値よりも大きい。

赤外線センサ１の出力信号Ｖｓｏｕｔは、増幅部２ｃにより増幅されるとともに、負極性の成分が抽出されるようにダイオードＤ３により半波整流され、かつ正極性の成分が抽出されるようにダイオードＤ４により半波整流される。それにより、ノードＮ３に負極性信号Ｖ２が現れ、ノードＮ４に正極性信号Ｖ１が現れる。抵抗Ｒ２１による電圧降下は抵抗Ｒ２２による電圧降下より大きい。そのため、ノードＮ９の電位はノードＮ１０の電位よりも高い。それにより、ノードＮ１０に出力される正極性信号Ｖｏ１の基準レベルＶｒ１は、ノードＮ９に出力される負極性信号Ｖｏ２の基準レベルＶｒ２よりも低くなる。電圧比較器ＣＰは、正極性信号Ｖｏ１と負極性信号Ｖｏ２とを比較し、比較結果を示す出力信号Ｖｏｕｔを導出する。

本例のセンサ出力読出し回路１００のウィンドウ比較器３ｄにおいては、ダイオードＤ３，Ｄ４、ＭＯＳトランジスタＱ５，Ｑ６および抵抗Ｒ２１，Ｒ２２の他に１つの電圧比較器ＣＰのみが用いられる。したがって、部品コストおよび消費電力を低減しつつ出力信号Ｖｓｏｕｔの正極性および負極性の成分のレベルを判定することが可能となる。

（８）第７の構成例
図９は本実施の形態に係るセンサ出力読出し回路１００の第７の構成例を示す回路図である。

図９のセンサ出力読出し回路１００が図８のセンサ出力読出し回路１００と異なるのは以下の点である。図９のセンサ出力読出し回路１００は、増幅部２ｄを含む。増幅部２ｄは、図８の増幅部２ｃの構成に加えて、演算増幅器ＯＰ１、キャパシタＣ１，Ｃ２および抵抗Ｒ１，Ｒ２をさらに含む。それにより、増幅部２ｄは２段の増幅回路を含む。演算増幅器ＯＰ１、キャパシタＣ１，Ｃ２および抵抗Ｒ１，Ｒ２の接続は、図６の増幅部２ｄにおける演算増幅器ＯＰ１、キャパシタＣ１，Ｃ２および抵抗Ｒ１，Ｒ２の接続と同様である。

図９のセンサ出力読出し回路１００では、赤外線センサ１の出力信号Ｖｓｏｕｔが増幅部２ｄにより２段階に増幅される。図９のセンサ出力読出し回路１００の他の部分の構成および動作は、図８のセンサ出力読出し回路１００と同様である。

（９）本実施の形態の効果
以下、本実施の形態に係る図４のセンサ出力読出し回路１００と比較例に係るセンサ出力読出し回路２００とを比較することにより、実施の形態に係るセンサ出力読出し回路１００の効果について説明する。

図１０は比較例に係るセンサ出力読出し回路の回路図である。図１０のセンサ出力読出し回路２００は、図４のセンサ出力読出し回路１００と以下の点で異なる。

図１０に示すように、センサ出力読出し回路２００は、ウィンドウ比較器５を備える。センサ出力読出し回路２００の増幅部２ｂの構成は、図４の増幅部２ｂの構成と同様である。

図１０のウィンドウ比較器５は、電圧比較器ＣＰ１，ＣＰ２、抵抗Ｒ３１～Ｒ３５およびダイオードＤ５，Ｄ６を含む。抵抗Ｒ３１～Ｒ３４は、電源端子と接地端子との間に直列に接続されている。電圧比較器ＣＰ１の反転入力端子には、抵抗Ｒ３１，Ｒ３２の接続点の電圧が基準電圧Ｖｒｅｆ１として与えられる。電圧比較器ＣＰ２の非反転入力端子には、抵抗Ｒ３３，Ｒ３４の接続点の電圧が基準電圧Ｖｒｅｆ２として与えられる。電圧比較器ＣＰ１の非反転入力端子および電圧比較器ＣＰ２の反転入力端子には、ノードＮ０の出力信号Ｖ０が与えられる。電圧比較器ＣＰ１の出力端子はダイオードＤ５を通してノードＮｏｕｔに接続されている。電圧比較器ＣＰ２の出力端子はダイオードＤ６を通してノードＮｏｕｔに接続されている。ノードＮｏｕｔと接地端子との間に、抵抗Ｒ３５が接続されている。

図１１は図１０のセンサ出力読出し回路２００の動作を示す波形図である。電圧比較器ＣＰ１は、出力信号Ｖ０を基準電圧Ｖｒｅｆ１と比較する。出力信号Ｖ０が基準電圧Ｖｒｅｆ１以上であるときには、電圧比較器ＣＰ１の出力信号がハイレベルとなり、出力信号Ｖ０が基準電圧Ｖｒｅｆ１よりも低いときには、電圧比較器ＣＰ１の出力信号がローレベルとなる。電圧比較器ＣＰ２は、出力信号Ｖ０を基準電圧Ｖｒｅｆ２と比較する。出力信号Ｖ０が基準電圧Ｖｒｅｆ２以下であるときには、電圧比較器ＣＰ２の出力信号がハイレベルとなり、出力信号Ｖ０が基準電圧Ｖｒｅｆ２よりも高いときには、電圧比較器ＣＰ２の出力信号がローレベルとなる。それにより、ノードＮｏｕｔの出力信号Ｖｏｕｔは、出力信号Ｖ０が基準電圧Ｖｒｅｆ１以上であるときおよび出力信号Ｖ０が基準電圧Ｖｒｅｆ２以下であるときにハイレベルとなり、出力信号Ｖ０が基準電圧Ｖｒｅｆ１よりも低くかつ基準電圧Ｖｒｅｆ２よりも高いときにローレベルとなる。

図４のセンサ出力読出し回路１００と図１０のセンサ出力読出し回路２００とを比較すると、図４のセンサ出力読出し回路１００のウィンドウ比較器３ａは１つの電圧比較器ＣＰを含むのに対して、図１０のセンサ出力読出し回路２００のウィンドウ比較器５は２つの電圧比較器ＣＰ１，ＣＰ２を含む。このように、本実施の形態に係るセンサ出力読出し回路１００では、電圧比較器ＣＰの数が少ない。したがって、本実施の形態に係るセンサ出力読出し回路１００では、比較例のセンサ出力読出し回路２００に比べて部品コストおよび消費電力が低減される。

（１０）他の実施の形態
上記実施の形態では、センサ出力読出し回路１００が赤外線センサ１に適用されているが、本発明に係るセンサ出力読出し回路は、赤外線センサ１に限らず、両極性の出力信号を導出する他のセンサに適用されてもよい。

赤外線センサ１等のセンサの出力信号Ｖｓｏｕｔが比較的大きい場合には、増幅部２が設けられなくてもよい。
（１１）参考形態
（１１－１）本参考形態に係るセンサ出力読出し回路は、センサから出力される正極性および負極性の成分を含む出力信号のレベルを判定するセンサ出力読出し回路であって、出力信号から正極性の成分を含む正極性信号および負極性の成分を含む負極性信号を抽出するとともに、正極性信号の基準レベルが負極性信号の基準レベルよりも低くなるように正極性信号および負極性信号の少なくとも一方のレベルをシフトする信号処理部と、信号処理部から出力される正極性信号と負極性信号とを比較することにより出力信号の正極性の成分が予め定められた第１のしきい値以上であるか否かおよび出力信号の負極性の成分が予め定められた第２のしきい値以下であるか否かを判定する比較部とを備える。
そのセンサ出力読出し回路においては、出力信号から正極性信号および負極性信号が抽出され、正極性信号の基準レベルが負極性信号の基準レベルよりも低くなるように正極性信号および負極性信号の少なくとも一方のレベルがシフトされる。さらに、正極性信号と負極性信号とが比較される。この場合、正極性信号の正極性の成分が負極性信号の基準レベルと比較されることにより、出力信号の正極性の成分が予め定められた第１のしきい値以上であるか否かが判定される。また、負極性信号の負極性の成分が正極性信号の基準レベルと比較されることにより、出力信号の負極性の成分が予め定められた第２のしきい値以下であるか否かが判定される。このような構成により、比較部を１つの電圧比較器により実現することができる。したがって、部品コストおよび消費電力を低減しつつセンサの出力信号の正極性および負極性の成分のレベルを判定することが可能となる。
（１１－２）信号処理部は、出力信号から半波整流により正極性信号を得る第１のダイオードと、出力信号から半波整流により負極性信号を得る第２のダイオードと、第１のダイオードにより得られる正極性信号の基準レベルが負極性信号の基準レベルよりも低くなるように正極性信号および負極性信号の少なくとも一方のレベルをシフトする抵抗回路とを含んでもよい。
この場合、第１および第２のダイオードならびに抵抗回路により、出力信号から正極性信号および負極性信号を抽出するとともに、正極性信号の基準レベルを負極性信号の基準レベルよりも低くすることができる。したがって、信号処理部によるセンサ出力読出し回路のコストの上昇が抑制される。
（１１－３）信号処理部は、出力信号から半波整流により正極性信号を得る第１のダイオードと、出力信号から半波整流により負極性信号を得る第２のダイオードと、第１のダイオードにより得られる正極性信号を受ける第１の制御端子を有し、エミッタフォロワ接続またはソースフォロワ接続される第１のトランジスタと、第２のダイオードにより得られる負極性信号を受ける第２の制御端子を有し、エミッタフォロワ接続またはソースフォロワ接続させる第２のトランジスタと、第１のトランジスタからの出力信号の基準レベルが第２のトランジスタからの出力信号の基準レベルよりも低くなるように第１のトランジスタからの出力信号および第２のトランジスタからの出力信号のレベルをシフトする抵抗回路とを含んでもよい。
この場合、第１および第２のダイオード、第１および第２のトランジスタならびに抵抗回路により、出力信号から正極性信号および負極性信号を抽出するとともに、正極性信号の基準レベルを負極性信号の基準レベルよりも低くすることができる。したがって、信号処理部によるセンサ出力読出し回路のコストの上昇が抑制される。

１…赤外線センサ，２，２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，２ｅ…増幅部，３，３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ，５…ウィンドウ比較器，３１…正側半波整流部，３２…負側半波整流部，４０…レベルシフト回路，１００，２００…センサ出力読出し回路，Ｃ１～Ｃ４…キャパシタ，ＣＰ，ＣＰ１，ＣＰ２…電圧比較器，Ｄ１～Ｄ６…ダイオード，ＧＮＤ…接地電位，Ｎ０～Ｎ１０，Ｎｏｕｔ，Ｎｓ…ノード，ＯＰ１，ＯＰ２…演算増幅器，Ｑ１～Ｑ４…バイポーラトランジスタ，Ｑ５，Ｑ６…ＭＯＳトランジスタ，Ｑｓ…ＦＥＴ，Ｒ０，Ｒ１～Ｒ２２，Ｒ３１～Ｒ３５…抵抗，Ｓ１，Ｓ２…焦電素子，Ｖ０，Ｖｏｕｔ，Ｖｓｏｕｔ…出力信号，Ｖ１，Ｖｏ１…正極性信号，Ｖ２，Ｖｏ２…負極性信号，ＶＣＯＭ…共通電圧，ＶＤＤ…電源電圧，Ｖｒ，Ｖｒ１，Ｖｒ２…基準レベル，Ｖｔｈ１，Ｖｔｈ２…しきい値

Claims

センサから出力される正極性および負極性の成分を含む出力信号のレベルを判定するセンサ出力読出し回路であって、
前記出力信号から正極性の成分を含む正極性信号および負極性の成分を含む負極性信号を分離して抽出するとともに、前記正極性信号の基準レベルが前記負極性信号の基準レベルよりも低くなるように前記正極性信号および前記負極性信号の少なくとも一方のレベルをシフトする信号処理部と、
前記信号処理部から出力される前記正極性信号と前記負極性信号とを比較することにより、前記出力信号の正極性の成分が予め定められた第１のしきい値以上である状態または前記出力信号の負極性の成分が予め定められた第２のしきい値以下である状態と、それ以外の状態とで異なるレベルの信号を出力する比較部とを備え、
前記信号処理部による前記正極性信号と前記負極性信号との間のシフト量は、前記第１のしきい値が前記出力信号の基準レベルから当該シフト量だけ上にあり、前記第２のしきい値が前記出力信号の基準レベルから当該シフト量だけ下にあるように定められた、センサ出力読出し回路。
前記信号処理部は、
前記出力信号から半波整流により前記正極性信号を得る第１のダイオードと、
前記出力信号から半波整流により前記負極性信号を得る第２のダイオードと、
前記第１のダイオードにより得られる前記正極性信号の基準レベルが前記負極性信号の基準レベルよりも低くなるように前記正極性信号および前記負極性信号の少なくとも一方のレベルをシフトする抵抗回路とを含む、請求項１記載のセンサ出力読出し回路。
前記信号処理部は、
前記出力信号から半波整流により前記正極性信号を得る第１のダイオードと、
前記出力信号から半波整流により前記負極性信号を得る第２のダイオードと、
前記第１のダイオードにより得られる前記正極性信号を受ける第１の制御端子を有し、エミッタフォロワ接続またはソースフォロワ接続される第１のトランジスタと、
前記第２のダイオードにより得られる前記負極性信号を受ける第２の制御端子を有し、エミッタフォロワ接続またはソースフォロワ接続させる第２のトランジスタと、
前記第１のトランジスタからの出力信号の基準レベルが前記第２のトランジスタからの出力信号の基準レベルよりも低くなるように前記第１のトランジスタからの出力信号および前記第２のトランジスタからの出力信号のレベルをシフトする抵抗回路とを含む、請求項１記載のセンサ出力読出し回路。