JPH05340807A - 赤外線検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 赤外線検出装置の特性を安定させると共に耐
ノイズ性を向上させ、より安価にする。 【構成】 焦電型赤外線検出素子４０におけるＦＥＴ１
４をソース接地とし、定電圧回路４４から抵抗４２を介
して電源電圧を供給する。ＦＥＴ１４の増幅作用によ
り、交流増幅回路４６における増幅度の低減が可能とな
り、帰還抵抗２８の抵抗を小さくでき、回路の安定性と
対ノイズ性が向上する。さらに、装置価格が低価格化す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、焦電型赤外線検出素子
を用いた赤外線検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】焦電型赤外線検出素子は微分型の赤外線
検出素子であり、赤外線入射量の変化を検出して電気信
号を出力する。焦電型赤外線検出素子は、高感度・安価
で常温動作が可能な赤外線検出素子であるため、防犯機
器・家電機器等の分野において人体検出装置として広く
用いられている。また、焦電型赤外線検出素子は微分型
であるため比較的簡単な回路構成により移動人体を検出
することができる。

【０００３】焦電型赤外線検出素子は、図５に示される
ように、赤外線検出用の焦電体１０を備えている。２個
の焦電体１０は直列接続されており、入射される赤外線
の強度変化に応じて電荷を発生させる。この電荷は、焦
電体１０と直列接続されている抵抗素子１２によって電
圧に変換される。抵抗素子１２の一端はＦＥＴ１４のゲ
ートに接続されており、このＦＥＴ１４は抵抗素子１２
の両端に発生した電圧信号をインピーダンス変換する。
これら焦電体１０、抵抗素子１２及びＦＥＴ１４により
焦電型赤外線検出素子１６が構成される。なお、図示し
ないが、焦電型赤外線検出素子１６は、焦電体１０、抵
抗素子１２、ＦＥＴ１４等を搭載するための基板を有し
ており、さらにこれらは赤外線を選択的に透過させるた
めの窓を有する筐体に収納される。

【０００４】焦電型赤外線検出素子１６は、交流増幅回
路１８に接続される。交流増幅回路１８は、図５に示さ
れるようにＯＰアンプ２０を有している。ＦＥＴ１４の
ドレインは電源に接続されており、交流増幅回路１８に
はＦＥＴ１４のソースが接続される。ＦＥＴ１４のソー
ス接地間には抵抗２２が接続され、ソースに現れる信号
はコンデンサ２４及び入力抵抗２６を介してＯＰアンプ
２０の反転入力端子に入力される。このように、ＦＥＴ
１４はソースフォロワで使用されているため、ソース電
位はゲート電位の変化に応じて変化する。なお、ソース
電位はドレイン電位によっては変化しない。ＯＰアンプ
２０の反転入力端子には、抵抗２２及びコンデンサ２４
から構成される微分回路が接続されているため、このソ
ース電位は微分回路により微分され、ＯＰアンプ２０に
より増幅される。なお、ＯＰアンプ２０の出力は、抵抗
２８及びコンデンサ３０により反転入力端子に帰還され
ており、この抵抗２８により増幅利得が設定される。

【０００５】図６には、この従来例の全体回路構成が示
されている。この図に示されるように、焦電型赤外線検
出素子１６は、筐体３２に設けられた窓３４を介して入
射される赤外線を受光し、赤外線入射量の変化に応じた
電圧を出力する。この電圧は、図５に示されるような構
成を有する交流増幅回路１８によって６０〜７０ｄＢ程
度増幅され、後段の比較回路３６によって所定の基準電
圧と比較される。交流増幅回路１８の出力が基準電圧よ
り高い場合、焦電型赤外線検出素子１６により移動人体
が検出されていると看做すことができるため、これに応
じてタイマ回路３８が起動され、一定時間幅の検出パル
スが出力される。

【０００６】このように、焦電型赤外線検出素子１６を
用いることにより、移動人体を好適に検出することがで
き、かつ当該検出装置を比較的容易に構成することがで
きる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、焦電型
赤外線検出素子の出力振幅が微小であるために、従来に
おいては、交流増幅回路の増幅率として６０〜７０ｄＢ
程度の高い値が必要であった。すなわち、素子出力段の
ＦＥＴは、電源電圧の変動による誤動作等を排除・防止
すべく、ソースフォロワで用いられ、出力電圧の変動が
生じないようドレインに電源電圧が印加されるようにし
ていた。反面、ソースフォロワの増幅率は１以下である
ため、出力振幅は小さくなり、後段の交流増幅回路の増
幅率を大きくしなければならなくなる。

【０００８】交流増幅回路の増幅率を上げるには、交流
増幅回路の帰還抵抗に高抵抗を用いざるを得ない。帰還
抵抗に高抵抗を用いた場合、この高抵抗と、この抵抗を
流れるＯＰアンプのバイアス電流とによって発生するオ
フセット電圧が大きくなり、交流増幅回路の安定性が低
下する原因となる。さらに、増幅率が高いために、交流
増幅回路が装置外部からの電池ノイズに敏感となってし
まい、誤動作の危険がある。誤動作の発生を防止するた
めには各種回路を付加する必要があり、このようなノイ
ズ対策により価格が上昇してしまう。

【０００９】本発明は、このような問題点を解決するこ
とを課題としてなされたものであり、焦電型赤外線検出
素子から出力される信号の振幅を増大させることにより
交流増幅回路の増幅率を低下させ、安定性が良く、外部
からの電磁ノイズにも強い赤外線検出装置を提供するこ
とを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために、本発明は、焦電型赤外線検出素子に電圧を印
加する電源が、当該印加電圧を定電圧化する手段を有
し、ＦＥＴのドレインを交流増幅回路に接続すると共
に、抵抗を介して、電源に接続したこを特徴とする。

【００１１】

【作用】本発明においては、焦電型赤外線検出素子に内
蔵されるＦＥＴと交流増幅回路の接続方法がソースフォ
ロワからソース接地に変更される。この結果、ＦＥＴの
増幅率が増大し、焦電型赤外線検出素子の出力信号の振
幅が増大する。これにより、交流増幅回路の帰還抵抗の
値を小さくし、回路の安定度を向上させると共にノイズ
対策が実現される。また、ＦＥＴの電源電圧は安定化さ
れており、ゲート電位の変化によるドレイン電位の変化
が生じても、抵抗があるためＦＥＴは安定的に動作す
る。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の好適な実施例について図面に
基づき説明する。なお、図５及び図６に示される従来例
と同様の構成には同一の符号を付し説明を省略する。

【００１３】図１及び図２には、本発明の一実施例に係
る赤外線検出素子の構成が示されている。特に、図１に
は本実施例における焦電型赤外線検出素子及び交流増幅
回路の構成が、図２には全体回路構成が、それぞれ示さ
れている。

【００１４】まず、図１に示されるように、本実施例の
焦電型赤外線検出素子４０は、２個の焦電体１０、抵抗
素子１２及びＦＥＴ１４から構成されている。この焦電
型赤外線検出素子４０が従来例における焦電型赤外線検
出素子１６と異なる点は、ソースフォロワではソース接
地で用いられている点である。すなわち、ＦＥＴ１４の
ソースは抵抗２２を介して接地されており、ドレインは
抵抗４２を介して定電圧回路４４に接続されている。

【００１５】さらに、この実施例における交流増幅回路
４６は、図５に示される従来例の交流増幅回路１８とほ
ぼ同様の構成を有しており、但し、ＯＰアンプ２０の非
反転入力端子への入力電圧をＦＥＴのドレインから得て
いる点と、抵抗２２及びコンデンサ２４の接続端を接地
している点が異なっている。

【００１６】図３及び図４には、この実施例の動作が示
されている。まず、図３（ａ）に示されるようなステッ
プ状の赤外線が焦電型赤外線検出素子の焦電体１０に入
射されると、焦電体１０は、図３（ｂ）に示されるよう
に、入射赤外線量の変化に応じた電荷を発生させる。抵
抗素子１２は、この電荷を電圧に変換し、ＦＥＴ１４は
これをインピーダンス変換する。具体的には、焦電体１
０において発生した電荷によってＦＥＴ１４のゲート電
圧が変化し（図３（ｃ））、この結果、ＦＥＴ１４のド
レイン電流が変化する。ドレイン電流が変化すると、ド
レインと抵抗４２の接続点の電位が変化する。この電位
は、交流増幅回路４６の入力となる。このように、ＦＥ
Ｔ１４をソース接地で用いているため、抵抗４２の値を
適当な値と設定することにより、ＦＥＴ１４により１０
〜１４ｄＢ程度信号を増幅することが可能となる。

【００１７】このように、ＦＥＴ１４により既に１０〜
１４ｄＢ程度増幅されている結果、交流増幅回路４６の
増幅度は従来より低くてよくなる。すなわち、約６０〜
７０ｄＢ程度の合計の増幅度を確保しようとする場合、
交流増幅回路４６は最大でも６０ｄＢ程度の増幅度を有
していれば良い。

【００１８】発明者の実験結果では、抵抗４２の抵抗値
を５６ｋΩ、定電圧回路４４の出力電圧を３．０Ｖとし
た場合、ＦＥＴ１４における増幅度は１３．９ｄＢ、交
流増幅回路４６の増幅度は４９．５ｄＢとなった。従っ
て、この実施例によれば、交流増幅回路４６の増幅度は
従来例に比較して約１４〜２０ｄＢ程度低下する。すな
わち、図４（ｂ）と（ｃ）の比較で示されるように、Ｆ
ＥＴ１４のゲート電圧が同一でも、より大きな出力信号
が得られる。この結果、交流増幅回路４６における帰還
抵抗２８の抵抗値を従来に比べ１／５〜１／１０に設定
することが可能になり、ＯＰアンプ２０におけるオフセ
ットを低減し、かつ回路の安定性を向上させることがで
きる。

【００１９】また、この実施例においては、ＦＥＴ１４
等に電源電圧を供給するため定電圧回路４４が用いられ
ている。この定電圧回路４４は、近年では、ＩＣとして
安価に入手可能となっている。従って、この実施例の装
置を安価に製造することは比較的容易である。

【００２０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
定電圧化された電源電圧を焦電型赤外線検出素子に印加
すると共に、焦電型赤外線検出素子に内蔵されるＦＥＴ
をソース接地で用いることとしたため、焦電型赤外線検
出素子に内蔵されるＦＥＴの増幅動作により交流増幅回
路の増幅度の低減が可能となり、回路の安定性と対ノイ
ズ性が向上する。さらに、交流増幅回路の帰還抵抗の値
を低減することができるため、従来よりも特性は低いが
安価なＯＰアンプを用いて交流増幅回路を構成すること
が可能になり、安価な赤外線検出装置が実現される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る赤外線検出装置におけ
る焦電型赤外線検出素子及び交流増幅回路の構成を示す
回路図である。

【図２】この実施例の全体回路構成を示すブロック図で
ある。

【図３】この実施例における焦電型赤外線検出素子の動
作を示す図であり、図３（ａ）は入射赤外線を、図３
（ｂ）は発生電荷を、図３（ｃ）はゲート電圧を、それ
ぞれ示す波形図である。

【図４】この実施例の効果を示す図であり、図４（ａ）
はゲート電圧を、図４（ｂ）は本実施例における出力信
号を、図４（ｃ）は図５の従来例における出力信号を、
それぞれ示す波形図である。

【図５】一従来例に係る赤外線検出装置、特にその焦電
型赤外線検出素子及び交流増幅回路の構成を示す回路図
である。

【図６】この従来例の全体回路構成を示すブロック図で
ある。

【符号の説明】 １０ 焦電体 １２ 抵抗素子 １４ ＦＥＴ ２０ ＯＰアンプ ２８ 帰還抵抗 ４２ 抵抗 ４４ 定電圧回路 ４６ 交流増幅回路

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 赤外線入射量の変化を検出する焦電型赤
   外線検出素子と、焦電型赤外線検出素子に電圧を印加す
   る電源と、ゲートに焦電型赤外線検出素子が接続され当
   該焦電型赤外線検出素子の出力をインピーダンス変換す
   るＦＥＴと、ＦＥＴの出力を増幅する交流増幅回路と、
   を備える赤外線検出装置において、 電源が、焦電型赤外線検出素子に印加する電圧を定電圧
   化する手段を有し、 ＦＥＴのドレインを交流増幅回路に接続すると共に、抵
   抗を介して電源に接続したことを特徴とする赤外線検出
   装置。