JPH0315380B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は直流動作をするセンサ、たとえば感
熱センサに対して最適な自動復帰型のスイツチ用
直流増幅器に関し、特に自動ドアスイツチ等の如
くその絶対値を必要としない用途に使用できるも
のである。

ところで、自動開閉ドアの発振型近接スイツチ
では人体等が近づくと発振出力が低下することに
より、これを検出してドア開閉開始の信号を出力
するようにしている。しかして、かかる自動ドア
用スイツチはスイツチ持続の必要はなく、逆に荷
物を置くことによつてスイツチが働いてドアが開
くとき、荷物を置いたままになつているとドアが
開き放しとなる不都合が起る。この発明は、かか
る不都合を起さないようにするためのものであ
り、発振出力の低下が段階的に起る場合に、その
都度信号として取出すことができるように、つま
り入力の変化による出力の増幅変化がある一定の
時間を経て自然に復帰するようにした自動復帰型
のスイツチ用直流増幅器に関するものである。

たとえば、感熱素子として広く用いられている
サーモパイルは直流動作をするセンサであり、こ
のサーモパイルを使用してドア近辺を通過する人
体をその温度から検出することができ、これによ
つてドアを自動開閉することができる。第１図及
び第２図はこの様子を示すものであり、ドア１の
近辺上部の天井にサーモパイル２を取付けると共
に、このサーモパイル２によつてドア１の入出口
における所定領域３内の温度の変化、つまり人体
の通過を検出するようにしている。しかして、サ
ーモパイル２の検知信号は増幅器４で増幅された
後に加算増幅器５に入力され、温度補償用の基準
回路６からの基準信号と加算され、温度補償され
た検知信号が比較回路７内のコンパレータ７１及
び７２に入力され、それぞれ基準値VS１及びVS
２と比較される。そして、コンパレータ７１及び
７２の出力はアンド回路７３で論理積を取られ、
抵抗R₁を経てトランジスタQ₁に入力され、その
コレクタに接続されたリルーRY₁を駆動するよう
になつている。この場合、基準値VS１は温度が
たとえば34℃以上になつた時にコンパレータ７１
の出力を“１”とするようになつており、基準値
VS２は温度がたとえば38℃以下のときにコンパ
レータ７２の出力１を“１”とするように設定さ
れている。又、増幅回路４からの検知信号は可変
抵抗器VR₁で調整されて加算増幅器５に入力され
ると共に、基準回路６からの基準信号も可変抵抗
器VR₂で調整された後に加算増幅器５に入力さ
れ、演算増幅器５１で加算増幅されるようになつ
ているので、加算増幅器５の出力はサーモパイル
２で検知される温度変化に対してほぼ直線変化す
るようになつている。従つて、ドア１近辺の出入
口の領域３内に人体が入ると、この人体の温度
（36℃〜37℃位）がサーモパイル２によつて検知
され、コンパレータ７の出力が“１”になると共
に、コンパレータ７２の出力も“１”となるの
で、トランジスタQ₁がオン動作してリレーRY₁
が通電され、そのリレー接点信号によつてドア１
が開閉制御されるのである。

しかしながら、かかる装置では感知領域３が屋
外にある場合、日光等の照射により床面の温度が
人体の温度範囲、たとえば34℃〜38℃の範囲にま
で上昇した場合、トランジスタQ₁がオンしつぱ
なしとなり、リレーRY₁も通電したままとなる不
具合を生ずる。このため、従来はかかる不具合を
なくすため第３図に示すような回路構成とし、サ
ーモパイル２の感知温度が変化した時のみトラン
ジスタQ₁をオン動作するようにしている。すな
わち、サーモパイル２の検知回路１０の出力を微
分回路１１で微分した後に増幅器１２で増幅し、
その増幅出力を更に微分回路１３を経て増幅器１
４に入力し、その出力によつてトランジスタQ₁
をオンオフするようになつている。しかしなが
ら、この装置は人体が検知領域に入り、その場で
止つてしまうトランジスタQ₁がオフとなつてし
まう欠点がある。これは自動ドアスイツチに使用
した場合、危険を伴うことになるので理想的なス
イツチとはいえない。

ここにおいて、上述各回路の長所のみを取入れ
て、自動ドア用スイツチとしての機能を損わない
ようにするための自動復帰型の直流増幅器が提案
されている（たとえば特公昭56−22170号）が、
サーモパイル等の直流動作をするセンサを使用す
る場合には、床面の温度が40℃で人間（36.5℃
位）が検知領域に入つたときには負変化するのに
対して、床面の温度が25℃のときに人間が検知領
域に入ると正方向の変化となる。従つて、このよ
うなスイツチ用直流増幅器の機能としては、急激
な変化に対しては正負いずれの方向に対しても動
作しなければならず、外界の変化等の緩やかな変
化に対しては動作しないことが必要である。ま
た、急激な変化でスイツチが動作した場合には、
危険がないようにするためにある時間だけその状
態を保持しなければならない必要がある。

よつて、この発明の目的は上述の如き欠点のな
いスイツチ用直流増幅器を提供することにあり、
かつ上記各要望にも充分答え得るようにしたもの
である。

以下にこの発明の説明する。

この発明は自動復帰型の直流増幅器に関し、第
４図Ａ，Ｂ及び第５図に示すように、感熱センサ
としてのサーモパイル２１の出力を積分時定数の
変えることのできる積分増幅器４０を介して演算
増幅器６１の反転入力端子及び演算増幅器６２の
非反転入力端子に入力すると共に、演算増幅器６
１の非反転入力端子に基準電圧RV₁を与え、演算
増幅器６２の反転入力端子に基準電圧RV₂を与
え、サーモパイル２１の検知信号を積分回路５０
で積分した積分信号によつて基準電圧RV₁及び
RV₂を変えるようにし、比較回路６０内の演算増
幅器６１及び６２の出力の論理席でスイツチ信号
SWSを得ると共に、積分増幅器４０の積分時定
数をリレーRY₁の接点RY１Ｋを介して変えるよ
うにしたものである。

すなわち、センサ２０は２枚の凹面上のミラー
２２及び２３を重畳するように配設すると共に、
ミラー２２及び２３を別途開閉して感知領域を可
変できるような機構となつており、ミラー２２及
び２３で反射された熱線がその焦点部に配設した
サーモパイル２１を照射するようになつている。
なお、ミラー２２及び２３のＸ方向及びＹ方向の
各曲率は同一となつており、検知領域からの熱線
がサーモパイル２１に丁度集熱されるようになつ
ている。また、サーモパイル２１の出力は増幅器
３０内の演算増幅器３１の非反転入力端子に入力
されて所定倍率で増幅され、その検知信号DSが
積分増幅器４０の演算増幅器４１の非反転入力端
子に入力されると共に、積分回路５０を経て基準
値RV₁及びRV₂を形成する可変抵抗器VR₅及び
VR₆の接続点CNに供給されるようになつてい
る。さらに、積分回路５０は抵抗R₃及びコンデ
ンサC₂で構成されており、演算増幅器４１の入
出力間にはフイードバツク抵抗R₄が接続される
と共に、この抵抗R₄に並列に抵抗R₅，R₆及び可
変抵抗器VR₄が接続され、抵抗R₆及び可変抵抗
VR₄の接続点CTはコンデンサC₁を介して接地
（又は正負固定電源に接続）されている。また、
抵抗R₅には並列にリレーRY₁の接点RY１Ｋが接
続されており、コンパレータ６１及び６２の出力
の論理積はナンド回路６３で得られるようになつ
ている。

このような構成において、人間が検知領域に入
るとその熱線による温度変化が、ミラー２２及び
２３を介してサーモパイル２１によつて検知され
る。この場合、検知領域はミラー２２及び２３の
重畳度を変えることによつて任意に変えることが
できる。そして、サーモパイル２１の出力は増幅
器３０によつて適度に増幅され、積分増幅器４０
の演算増幅器４１に入力される。しかして、定常
状態の時にはリレーRY₁は遮断されており、その
接点RY１Ｋはオンとなつているのでコンデンサ
C₁は抵抗R₆を通して充電されている。そして、
検知信号DSが０レベルで定常状態となる。今、
検知領域内に人間が入つてい正変化すると、その
変化がR₆・C₁で定まる時定数よりも早い変化の
時 Ａ＝A₀×R₄／VR₄ ……(1) の増幅率で出力IDSが正方向に変化する。なお、
上式(1)において、A₀は演算増幅器４１のオープ
ン増幅率を示している。これにより信号IDSは基
準値RV₁よりも大きくなり、コンパレータ６１の
出力CM₁が“０”となり、ナンド回路６３から
のスイツチ信号SWSは“１”となつて抵抗R₁を
介してトランジスタQ₁がオンとなることにより
リレーRY₁が通電される。かくして、リレーRY₁
が通電されるとその接点RY１Ｋがオフとなり、
コンデンサC₁は抵抗R₅及びR₆を通して放電する
が、 R₅〓R₆ ……(2) となつているので、時定数C₁・R₅は通行人が検
知領域内に立ち止まつたり、ゆつくりした速度で
検知領域を通り抜けても充分な保持時間が得られ
るようになつている。

しかして、かかる保持時間内に検知領域から通
り抜けると、信号IDSはコンパレータ６１の基準
値RV₁よりも小さくなり、この時点でコンパレー
タ６１の出力CM₁が“１”となり、トランジス
タQ₁がオフされるのでリレー接点RY１Ｋがオン
となり、時定数R₆・C₁の短い時定数で信号DS信
号IDSと等しくなるように積分増幅器４０のバイ
アスを自動的に設定する。上記動作はセンサ２０
が負方向に変化しても全く同様である。

一方、コンパレータ６１及び６２の基準値RV₁
及びRV₂は、信号DSから可変抵抗VR₅及びVR₆
によつて正方向及び負方向に分割して設定されて
おり、センサ出力が外部の雰囲気によつて異なつ
ても抵抗R₃を通して基準点CNが変わるので、信
号IDSに対するスレツシヨルドはほとんど変わら
ないことになる。ただし、 R₃〓VR₅、VR₆ ……(3) となつているものとする。また、外部の雰囲気に
よる緩やかな変化分、つまり時定数C₁・R₆より
も大きな変化では直ちに抵抗R₆を通してコンデ
ンサC₁が充放電され、スイツチの動作に対して
は何ら影響を与えることはない。さらに、検知領
域内に急激に必要以外の物体が入つた場合にもス
イツチは動作するが、時定数C₁・（R₆＋R₅）の後
にリレーRY₁がオフするので、R₆・C₁の時定数
で自動復帰する。しかして、そのまま検知領域内
に物体が入つたままでも、次に人間が検知領域内
に入つた場合、何ら影響を受けずにスイツチとし
ての動作をすることができる。

一方、第６図はこの発明の他の変形例を示すも
のであり、スイツチ信号SWSの後段経路に復帰
用のタイマー７０と、このタイマー出力によつて
トリガされる短い復帰時間用のタイマーを形成す
るモノマルチ８０とを設けると共に、スイツチ信
号SWSとタイマー７０の出力TSを入力するアン
ド回路８を設け、このアンド回路８の出力によつ
てトランジスタQ₁をオンオフし、モノマルチ８
０の出力が抵抗R₇を経てトランジスタQ₂をオン
オフするようにしている。また、トランジスタ
Q₂のコレクタにはリレーRY₂が接続され、この
リレーRY₂の接点RY２Ｋを抵抗R₁₀と共にリレ
ー接点RY１Ｋに並列接続している。なお、タイ
マー７０はダイオードD₁、インバータINV₁、抵
抗R₈及びコンデンサC₃で構成されており、モノ
マルチ８０はナンド回路８１、コンデンサC₄、
抵抗R₉及びインバータINV₂，INV₃で構成され
ている。そして、タイマー７０の動作時間は時定
数R₈・C₃とインバータINV₁のスレツシヨルドと
で設定され、モノマルチ８０の動作時間は時定数
C₄・R₉とインバータINV₂のスレツシヨルドとで
設定されるようになつている。

このような構成において、スイツチ信号SWS
が比較回路６０から出力されるとタイマー７０が
動作を開始し、抵抗R₈及びコンデンサC₃で定ま
る時定数とインバータINV₁のスレツシヨルドと
によつて定まる時間後にインバータINV₁の出力
TSが“０″となり、アンド回路８をカツトオフ
することによりトランジスタQ₁がオフとなり、
リレーRY₁が遮断される。これによつてリレー接
点RY１Ｋがオンとなり、短い時定数R₆・C₁によ
りナンド回路６３の出力SWSを“０”とするの
で、コンデンサC₃の電荷はダイオードD₁を通し
て短い時間に放電される。一方、インバータ
INV₁の出力TSが“０”となつた時にモノマルチ
８０がトリガされ、時定数C₄・R₉の間リレー
RY₂を通電する。これによつてリレー接点RY２
Ｋがオンとなり、これに直列接続された抵抗R₁₀
が付加され保持時間を短くする。このことは、次
のことを意味している。すなわち、たとえば人間
が感知領域内に入つてスイツチオンしてドアが開
き、その位置で立話し等で立止まると、時定数
R₈・C₃の時間だけスイツチはオンし、その後ド
アが閉じて来る（自動復帰）。すると人間は一般
的にその領域内から外へ出ようとし、領域外に出
ると再びスイツチがオンして領域内に人間がいな
いのにドアが開いてしまうという不具合が生ずる
ことになる。よつて、モノマルチのC₄・R₉で定
まる時間だけはC₁・（R₆＋R₁₀）＜C₁・（R₆＋R₅）
なる短い時定数（たとえば３〜４秒）でスイツチ
を復帰させれば、それほど不自然さを感じさせな
いと共に、実用上も都合が良いのである。なお、
モノマルチ８０のインバータINV₂の出力をアン
ド回路８に入力するようにしても良く。この場合
にはリレーRY₂の駆動系（INV₃，R₇，Q₂）は除
去してもよい。いずれにしてもこの目的は自動復
帰した直後、ある時間入力に変化が生じても時間
の長い保持時間を与えないようにして、自動ドア
における不自然さを取除くことにある。

さらに、この発明は第７図に示すように、セン
サからのサーモパイル２１の出力DSを入力する
積分時定数を変えることのできる積分増幅回路１
１０と、検知信号DSをインバータ回路１２０を
経て入力する積分時定数を変えることのできる積
分増幅回路１３０と、検知出力DSを積分回路１
４０と、インバータ回路１２０の出力を積分する
積分回路１５０と、積分回路１４０の出力を可変
抵抗器VR₁₂によつて基準値RS₁を入力して積分
増幅回路１１０の出力と比較する比較器１６０
と、積分回路１５０の出力から可変抵抗器VR₁₃
を介して基準値RS₂を形成すると共に、積分増幅
回路１３０の出力と比較する比較器１７０と、比
較器１６０内のコンパレータ１６１の出力CP₁及
び比較器１７０内のコンパレータ１７１の出力
CP₂の論理積でスイツチ信号SWKを得るスイツ
チ信号形成回路１８０と、コンパレータ１６１の
出力CP₁によつて積分増幅回路１３０の積分時定
数を変えるためのリレーRY₄と、コンパレータ１
７１の出力CP₂によつて積分増幅回路１１０の積
分時定数を変えるためのリレーRY₃とを具えた自
動復帰型の直流増幅器である。しかして、サーモ
パイル２１の出力は演算増幅器１０１及び抵抗
R₂₀，R₂₁で成る増幅回路１００で増幅され、イ
ンバータ回路１２０は演算増幅器１２１及び抵抗
R₂₂，R₂₃で増幅率−１となるように構成されて
ちる。また、積分回路１４０及び１５０はそれぞ
れ抵抗R₃₂，R₃₃及びコンデンサC₁₂，C₁₃で構成さ
れており、積分増幅回路１１０及び１３０は前述
第５図における積分増幅回路４０とほぼ同様の構
成であり、コンデンサC₁₀及びC₁₁にそれぞれ並列
に抵抗R₂₇及びR₃₁を接続すると共に、リレー接
点RY３Ｋ及びRY４Ｋにそれぞれ直列にダイオ
ードD₁₀及びD₁₁を接続している。そして、スイ
ツチ信号形成回路１８０は信号CP₁及びCP₂を入
力するオア回路１８１を有し、このオア回路１８
１の出力が抵抗R₃₄を経てトランジスタ１８２に
与えられ、このトランジスタ１８２のコレクタに
通電遮断されるリレーRY₅を接続し、このリレー
RY₅の接点信号をスイツチ信号SWKとしている。

このような構成において、今、定常状態におい
てはコンパレータ１７１及び１６１の出力CP₁及
びCP₂は共に“０”であり、リレーRY₄及びRY₃
はいずれも遮断されているのでそれら接点RY４
Ｋ及びRY３Ｋはいずれもオン状態にあり、前述
と同様な自動復帰動作を行なう。しかして、リレ
ー接点RY３Ｋ及びRY４ＫにはダイオードD₁₀、
抵抗R₂₆及びダイオードD₁₁、抵抗R₃₀がそれぞれ
直列に接続されており、サーモパイル２１の検知
が正方向に変化した場合、積分増幅回路１１０は
その出力VO₁よりリレー接点RY３Ｋ→ダイオー
ドD₁₀→抵抗R₂₆を通してコンデンサC₁₀を充電し
ようとするが、時定数C₁₀・R₂₆より信号VO₁の変
化が小さければコンデンサC₁₀に影響を与えない。
その間に積分増幅回路１３０は、 A₁＝A₀×VR₁₁／R₂₉ ……(4) の増幅率で信号VO₂が変化し、可変抵抗VR₁₃で
形成された基準値RS₂よりも下がると、コンパレ
ータ１７１が反転しその出力CP₂が“１”となる
ことによつてリレーRY₃が通電し、その接点RY
３Ｋがオフする。このように信号VO₁がコンデン
サC₁₀に流入しないので、コンデンサC₁₀の両端電
圧は変化前の電圧を保持している。また、コンパ
レータ１７１の出力CP₂が“１”になると、オア
回路１８１及び抵抗R₃₄を介してトランジスタ１
８２がオンされることによりリレーRY₅が通電さ
れ、その接点信号からスイツチ信号SWKが出力
される。

一方、サーモパイル２１の検知が負方向に変化
する場合は、積分増幅回路１１０及び１３０を入
れ替えた場合と同じ動作をし、積分増幅回路１１
０は A₂＝A₀×VR₁₀／R₂₅ ……(5) の増幅率で信号を増幅し、基準値RS₁以上になる
とコンパレータ１６１の出力CP₁が“１”とな
り、リレーRY₄が通電され、その接点RY４Ｋが
オフすることにより信号VO₂はコンデンサC₁₁を
充電しない。また、増幅回路１００の出力DSの
変化がC₁₁・R₃₀又はC₁₁・RL₁，C₁₀・R₂₆又は
C₁₀・RL₂の各時定数より遅い場合には、コンデ
ンサC₁₁へはVO₂→RY４Ｋ→R₃₀、コンデンサC₁₀
へはVO₁→RY３Ｋ→R₂₆を通して充電する。な
お、RL₁及びRL₂はいずれも回路部品のリーグ抵
抗を示している。そして、コンデンサC₁₀及びC₁₁
はそれぞれリーグ抵抗RL₂及びRL₁で放電され、
スイツチ動作には何ら影響を与えないようになつ
ている。

第８図はこの発明の他の変形例を示すものであ
り、検知信号DSは電圧ホロワ（バツフア）１０
２を経て積分増幅回路１１０Ａ，１３０Ａ及び積
分回路１５０Ａに与えられるようになつており、
積分回路１５０Ａの出力が比較器１６０Ａ及び１
７０Ａの基準値を与えるようになつている。そし
て、積分増幅回路１１０ＡのダイオードD₁₀を反
対方向に接続すると共に、そのアノード端子をコ
ンデンサ及び抵抗で正電源に接続するようにして
いる。これによつても同様の動作を行なうことが
できる。

また、第９図はこの発明に用いることのできる
センサの他の構造例を示すものであり、２枚の凹
状の開閉板２００及び３００の内側一面上に複数
個の同一のミラーを同一間隔に取付け、各ミラー
の反射位置をその焦点部に配設した感熱センサ２
１０に与えるように照射するようになつている。
この場合には検知領域がミラー２０１，……，３
０１，……に対応して格子状に検知されることに
なるが、人体の通過の検知には何ら支障がない。
また、この場合には検知信号が必らずパルス状と
なるので、第３図の如き検知回路に適用すれば有
効である。なお、検知範囲の調整は、開閉板２０
０及び３００の開閉止（重畳度）を制御すること
によつて行なわれる。

以上のようにこの発明の自動復帰型の直流増幅
器によれば、センサに対する正方向の変化及び負
方向の変化に対しても同様の動作を行なうことが
できるので、自動ドアのスイツチ装置として非常
に便利なものである。

なお、上述ではスイツチ信号の形成手段として
リレーを上げたが、アナログスイツチ等の電子ス
イツチを用いるようにしてもよく、センサはサー
モパイルに限られず、赤外線センサや光を用いる
センサ（例えばホトダイオード、ホトトランジス
タ）等をも用いることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は自動ドアスイツチの検知の様子を概略
的に示す図、第２図及び第３図はそれぞれ従来の
スイツチ回路の構成例を示す回路図、第４図Ａ及
びＢはこの発明に用いるセンサの構造例を示す機
構図、第５図はこの発明の一実施例を示す回路構
成図、第６図はその他の実施例を示す図、第７図
はこの発明の他の例を示す回路構成図、第８図は
その他の実施例を示す回路図、第９図はこの発明
に用いることができるセンサの他の構造例を示す
図である。 １……ドア、２，２１……サーモパイル、３…
…検知領域、４，１２，１４……増幅器、５……
加算増幅器、６……基準回路、７……比較回路、
１０……検知回路、１１，１３……微分回路、２
０……センサ、２２，２３……ミラー、３０，１
００……増幅器、４０，１１０，１３０……積分
増幅器、５０，１４０，１５０……積分回路、６
０，１６０，１７０……比較回路、RY₁〜RY₅…
…リレー。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ センサ出力を積分する積分回路と、切換手段
   のオンオフによつて積分時定数を可変できると共
   に、前記センサ出力を積分増幅して出力する積分
   増幅器と、前記積分増幅器の出力を反転入力端子
   に入力すると共に、前記積分回路の出力によつて
   得られる第１の基準電圧を非反転入力端子に入力
   する第１の演算増幅器と、前記積分増幅器の出力
   を非反転入力端子に入力すると共に、前記積分回
   路の出力によつて得られる第２の基準電圧を反転
   入力端子に入力する第２の演算増幅器と、前記第
   １及び第２の演算増幅器の各出力に基づいて前記
   切換手段をオンオフする論理回路とを備えたこと
   を特徴とする自動復帰型の直流増幅器。 ２ センサ出力を入力する第１の積分時定数を変
   えることのできる第１の積分増幅回路と、前記セ
   ンサ出力をインバータ回路を経て入力する第２の
   積分時定数を変えることのできる第２の積分増幅
   回路と、前記センサ出力を積分する第１の積分回
   路と、前記インバータ回路の出力を積分する第２
   の積分回路と、前記第１の積分回路の出力を基準
   値として前記第１の積分増幅回路の出力を比較す
   る第１の比較器と、前記第２の積分回路の出力を
   基準値として前記第２の積分増幅回路の出力を比
   較する第２の比較器と、前記第１及び第２の比較
   器の論理積でスイツチ信号を得るスイツチ信号形
   成回路と、前記第１及び第２の比較器の出力によ
   つてそれぞれ前記第１及び第２の積分増幅回路の
   積分時定数を変える第１及び第２の切替手段とを
   備えたことを特徴とする自動復帰型の直流増幅
   器。