JP6921591B2 - Sensor output processing device and sensor output processing method - Google Patents
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Description
本発明は、センサ出力処理装置およびセンサ出力処理方法に関する。 The present invention relates to a sensor output processing device and a sensor output processing method.
従来、赤外線検出器における積分時間を温度に応じて変化させることによって赤外線検出器のドリフトを調整する赤外線測定装置が知られている(例えば、特許文献1)。赤外線を利用した人感検知器において、温度に応じて増幅率および閾値を調整して検知感度を高める技術が知られている(例えば、特許文献2)。
[特許文献]
[特許文献1] 国際公開第2009/089897号
[特許文献2] 特開2009−244158号公報
Conventionally, there is known an infrared measuring device that adjusts the drift of an infrared detector by changing the integration time of the infrared detector according to the temperature (for example, Patent Document 1). In a human sensor using infrared rays, there is known a technique for increasing the detection sensitivity by adjusting the amplification factor and the threshold value according to the temperature (for example, Patent Document 2).
[Patent Document]
[Patent Document 1] International Publication No. 2009/089897 [Patent Document 2] Japanese Unexamined Patent Publication No. 2009-244158
赤外線を検出するセンサの出力を処理するセンサ出力処理装置においては、消費電流を削減することが望ましい。 In a sensor output processing device that processes the output of a sensor that detects infrared rays, it is desirable to reduce the current consumption.
本発明の第1の態様においては、赤外線を検出するセンサの出力を処理するセンサ出力処理装置であって、センサが検出した赤外線の強度に応じた信号を積分する積分部と、センサの場所における温度についての情報を取得して、場所の温度が低いほど積分部による単位時間あたりの積分時間を短くするように制御する積分時間制御部と、を備えるセンサ出力処理装置を提供する。 In the first aspect of the present invention, there is a sensor output processing device that processes the output of a sensor that detects infrared rays, in which an integrating unit that integrates a signal corresponding to the intensity of infrared rays detected by the sensor and a sensor location. Provided is a sensor output processing device including an integration time control unit that acquires information about the temperature and controls the integration time by the integration unit to be shorter as the temperature of the place is lower.
本発明の第2の態様においては、赤外線を検出するセンサの出力を処理するセンサ出力処理方法であって、センサが検出した赤外線の強度に応じた信号を積分する段階と、センサの場所における温度についての情報を取得して、場所の温度が低いほど、積分する段階における単位時間あたりの積分時間を短くするように制御する段階と、を備えるセンサ出力処理方法を提供する。 A second aspect of the present invention is a sensor output processing method for processing the output of a sensor that detects infrared rays, in which a step of integrating a signal corresponding to the intensity of infrared rays detected by the sensor and a temperature at the location of the sensor. Provided is a sensor output processing method comprising a step of acquiring information about the above and controlling the lower the temperature of the place to shorten the integration time per unit time in the integration stage.
なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。 The outline of the above invention does not list all the necessary features of the present invention. Sub-combinations of these feature groups can also be inventions.
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。 Hereinafter, the present invention will be described through embodiments of the invention, but the following embodiments do not limit the inventions that fall within the scope of the claims. Also, not all combinations of features described in the embodiments are essential to the means of solving the invention.
図1は、本発明の一実施形態の赤外線検出装置10の概要を示す。赤外線検出装置10は、赤外線を検出する。赤外線検出装置10は、人体から出る赤外線を検出して、検出領域内に人体が存在するか否かを判定するための人感センサであってよい。
FIG. 1 shows an outline of the
赤外線検出装置10は、赤外線センサ20および処理装置100を備える。赤外線センサ20は、赤外線を検出するセンサである。処理装置100は、赤外線センサ20の出力を処理するセンサ出力処理装置である。処理装置100は、1つの半導体チップ上に形成された集積回路であってよい。赤外線センサ20と処理装置100とは、一つのパッケージに内蔵されてよい。本例の赤外線検出装置10は、表面実装型のパッケージの形態を採用しており、複数の外部端子12aから12fを有する。但し、赤外線検出装置10の構成は、この場合に限られない。赤外線センサ20と、処理装置100とは、それぞれ別のパッケージに内蔵されてもよい。
The
図2は、赤外線検出装置10の構成の一例を示す。赤外線センサ20はセンサ素子22を備える。センサ素子22はフォトダイオードまたはフォトトランジスタであってよい。本例では、センサ素子22は、フォトダイオードである。センサ素子22は、InSb等の化合物半導体で形成されてよい。赤外線センサ20は、赤外線の強度に応じた信号を生成する。具体的には、センサ素子22は、赤外線の強度に応じて光電流Iを生成する。センサ素子22の等価回路は、定電流源と抵抗とが並列に接続された回路として表されてよい。赤外線センサ20は、背景の温度と対象物の温度の差に起因して電流を流すように構成されてよい。
FIG. 2 shows an example of the configuration of the
本例の処理装置100は、積分部110、サンプルホールド部120、ADC部130、論理演算部140、温度測定部150、積分時間制御部160、および閾値制御部170を備える。また、処理装置100は、比較部180を備えていてもよい。但し、処理装置100が比較部180を備えておらず、図2に示されるとおり、比較部180が処理装置100の外部に設けられていてもよい。また、処理装置100自体が、赤外線センサ20を備えてよい。
The
積分部110は、光電流Iを電圧に変換する電流電圧変換回路を有してよい。積分部110は、赤外線センサ20から出力される信号である光電流Iを積分する。積分部110は、データ更新期間内において、積分と積分値のリセットを複数回にわたって繰り返してよい。サンプルホールド部120は、積分部110によって得られた積分信号をサンプルホールドする。但し、サンプルホールド部120は、必須の構成要素ではなく、省略されてもよい。
The integrating
ADC部130は、アナログ信号をデジタル信号に変換するアナログデジタル変換器である。ADC部130は、サンプルホールド部120によってサンプルホールドされた積分信号をデジタル信号に変換してよい。サンプルホールド部120が省略される場合には、ADC部130は、積分部110によって得られた積分信号をアナログデジタル変換する。
The
ADC部130は、インクリメンタルΔΣ型ADコンバータであってよい。ΔΣ型ADコンバータは、アナログ信号を本来のサンプリング周波数より高い周波数で標本化する。ΔΣ型ADコンバータは、標本化された信号と、ADコンバータの出力信号をデジタルアナログ信号に変換した信号との間で差分をとり、差分を積分して、比較器により比較する。ADコンバータの出力信号は、デジタルフィルタにより処理される。
The
但し、ADC部130は、インクリメンタルΔΣ型ADコンバータに限られない。ADC部130は、逐次比較レジスタ(Successive Approximation Register)を備えるSAR型(逐次比較型)ADコンバータであってよい。あるいは、ADC部130は、フラッシュ型ADコンバータであってよい。論理演算部140は、信号処理論理回路であってよい。例えば、論理演算部140は上記のデジタルフィルタを含む。論理演算部140は、複数回にわたって取得された積分値をデジタル化したデータを用いて積分値の平均を算出する機能を有してよい。
However, the
温度測定部150は、赤外線センサ20の場所における温度を測定する。温度測定部150は、例えば、測温抵抗体、サーミスタ、熱電対、またはIC温度センサである。温度測定部150は、温度に関係する情報として物理量を測定するものであってよい。測温抵抗体およびサーミスタは、温度に関係して変化する抵抗値を測定する。熱電対は、温度に関係して変化する熱起電力を測定する。温度測定部150は、センサ素子22に隣接して配置されてよい。
The
本例では、処理装置100が温度測定部150を内蔵している。但し、温度測定部150は、処理装置100の外部に設けられてもよい。この場合には、処理装置100は、外部の温度測定部150から、赤外線センサ20の場所における温度についての情報を取得する。
In this example, the
積分時間制御部160は、赤外線センサ20の場所における温度についての情報を取得する。積分時間制御部160は、取得された温度についての情報に基づいて積分部110における積分時間を制御する。積分時間は、積分部110が積分処理を実行している動作時間であってよい。積分時間制御部160は、温度測定部150から温度についての情報を取得してよい。積分時間制御部160は、赤外線センサ20の場所の温度が低いほど積分部110による単位時間あたりの積分時間を短くするように積分部110を制御する。積分部110が単位時間あたり複数回にわたって信号の積分と積分値のリセットを繰り返す場合には、単位時間あたりの積分時間は、複数回の積分の区間を合計した時間を意味してよい。積分時間制御部160は、制御論理回路またはマイクロコンピュータ等により実現されてよい。
The integration
比較部180は、対象信号と閾値とを比較する。対象信号は、積分部110からの出力から得られる信号である。本例では、対象信号は、積分部110から出力される積分信号がサンプルホールド部120およびADC部130を経て変換されたデジタル信号である。また、積分部110が、予め定められたデータ更新期間内において、複数回にわたって、赤外線の強度に応じた信号に対する積分と積分値のリセットを繰り返す場合には、対象信号は、複数回の積分信号をデジタル化した信号の平均であってもよい。但し、対象信号は、これらの場合に限られない。対象信号は、積分部110による出力である積分信号から得られる信号であればよい。比較部180は、対象信号が閾値以上の場合に、検出領域内に人体が存在すると判定してよい。
The
閾値制御部170は、赤外線センサ20の場所における温度についての情報を取得して、取得された情報に基づいて比較部180に入力される閾値を制御する。閾値は、検出領域内に人体が存在するか否かを判定するための人感閾値であってよい。閾値制御部170は、温度測定部150から温度についての情報を取得してよい。閾値制御部170は、赤外線センサ20の場所の温度が低いほど閾値を高くするように制御してよい。温度に応じて制御された閾値の電圧は、比較部180の入力端に入力される。閾値制御部170は、制御論理回路またはマイクロコンピュータ等により実現されてよい。
The
図3は、積分部110およびサンプルホールド部120の構成の一例を示す。本例の積分部110は、オペアンプ112、コンデンサ113、コンデンサ114、および入力端子115を備える。オペアンプ112の入力端と出力端の間にはコンデンサ113およびコンデンサ114が電気的に接続されてよい。オペアンプ112の入力端には、赤外線センサ20のセンサ素子22の両端が電気的に接続されてよい。センサ素子22の両端とオペアンプ112の入力端には、さらに抵抗が接続されてもよい。本例のオペアンプ112およびコンデンサ113、114は、トランスインピーダンスアンプとして機能する。
FIG. 3 shows an example of the configuration of the integrating
オペアンプ112の入力端と出力端の間には、コンデンサ113(あるいはコンデンサ114)に並列して、積分のリセット用のスイッチが設けられてよい。積分のリセット用のスイッチは、積分時間制御部160の指令を受けると閉状態となり積分値をリセットする。具体的には、リセット用のスイッチは、コンデンサ113、114に蓄積された電荷を放電する。
A switch for resetting the integral may be provided between the input end and the output end of the
本例のサンプルホールド部120は、オペアンプ122、コンデンサ123、124、第1スイッチ125、接地用コンデンサ126、および第2スイッチ127を備える。オペアンプ122の入力端と出力端の間には、コンデンサ123およびコンデンサ124が電気的に接続されてよい。本例では、オペアンプ122の入力端には、第1スイッチ125および第2スイッチ127が直列に接続されている。第1スイッチ125と第2スイッチ127との接続点は、接地用コンデンサ126を介して接地されてよい。
The
サンプリング動作のときには、第1スイッチ125が閉状態となり、コンデンサ123、124に充電がされる。ホールド動作のときには、第1スイッチ125が開状態となる。これにより積分部110の積分信号の変動によらず、充電された電圧が維持される。ADC部130は、サンプルホールド部120によってサンプルホールドされた積分信号をデジタル信号に変換してよい。以上のように説明した積分部110およびサンプルホールド部120の構成は一例であって、他の構成が採用されもよい。
During the sampling operation, the
図4は、積分部110の出力電圧波形の一例を示す。縦軸は、電圧Vを示し、横軸は時間を示す。電圧が積分値に対応する。図4に示されるように、本例の処理装置100は、チョッパ動作を実行している。但し、処理装置100は、チョッパ動作を実行するものに限られない。積分部110は、積分時間制御部160からの指令による制御を受けて、積分区間での積分と、積分値のリセットとを複数回にわたって繰り返す。
FIG. 4 shows an example of the output voltage waveform of the integrating
積分区間では、積分信号31が時間の一次関数として変化する。そしてリセット動作によって電圧がリセットされる。積分信号31の頂点の電圧値32は、サンプルホールド部120によってサンプルホールドされてよい。サンプルホールド部120およびADC部130は、積分部110の出力である積分信号31が頂点付近にある時間において動作してよい。
In the integration interval, the
以上のように構成される本例のセンサ出力処理装置100は取得された温度についての情報に基づいて積分部110における積分時間を制御する。図5は、温度に基づく積分時間の制御の一例を示す。積分部110が積分動作を実行しているときには、ADC部130は、停止(パワーオフ)してよい。一方、ADC部130が積分信号31をAD変換するときには、積分部110はリセット中である。
The sensor
図5に示される例ではデータ更新期間が100m秒である。1回あたりの積分動作およびAD変換の動作の時間は、1m秒以下の時間に定められてよい。本例では、データ更新期間において、積分部110は、積分と積分値のリセットとを定められた回数にわたって繰り返す。積分時間制御部160は、赤外線センサ20の場所の温度が低いほど、データ更新期間あたりの積分と積分の値のリセットとを繰り返す回数が少なくなるように制御する。一回あたりの積分区間は同じ時間であるので、繰返し回数が少なくなると、単位時間(たとえばデータ更新期間)あたりの複数回の積分の区間を合計した積分時間が短くなる。
In the example shown in FIG. 5, the data update period is 100 msec. The time for each integration operation and AD conversion operation may be set to a time of 1 msec or less. In this example, during the data update period, the integrating
図5に示される例では、赤外線センサ20の場所の温度が30℃以上の高温である場合には、積分と積分値のリセットとの繰返し回数がN回である。積分時間制御部160は、赤外線センサ20の場所の温度が低くなるにつれて、繰返し回数を少なくする。この結果、赤外線センサ20の場所の温度が低くなるにつれて、積分部110が動作を休止する時間を長くすることができる。したがって、積分時間制御部160は、積分部110における消費電流を軽減することができる。
In the example shown in FIG. 5, when the temperature at the location of the
図5では、データ更新期間の最後の期間において、休止時間をまとめて表示している。但し、積分時間制御部160による制御は、この場合に限られず、積分と積分値のリセットを繰り返す各回において休止時間を設けてもよい。
In FIG. 5, the rest time is collectively displayed in the final period of the data update period. However, the control by the integration
図6は、温度に基づく積分時間の制御の他例を示す。本例では、赤外線センサ20の場所の温度が低いほど、一回あたりの積分区間の時間が短くなる。データ更新期間あたりの積分と積分の値のリセットとを繰り返す回数は変化しない。但し、積分区間の時間が短くなるので、積分信号31の頂点の電圧値32が小さくなる。したがって、比較部180において用いられる閾値を、積分区間の時間の短縮に連動して小さくする必要がある。積分区間の時間と閾値との関係は、ルックアップテーブルまたは換算式として記憶部に予め記憶してよい。閾値制御部170はルックアップテーブル等を参照して、積分区間の時間の短縮に連動して閾値が小さくなるように閾値を決定してよい。あるいは、積分区間の時間の短縮に連動して閾値が小さくなるように閾値を決定する代わりに、最終出力ゲインが一定になるように論理演算部140において、積分区間の時間の短縮に連動して信号を増幅してもよい。
FIG. 6 shows another example of controlling the integration time based on temperature. In this example, the lower the temperature at the location of the
図6に示される制御によっても、温度が低くなるにつれて単位時間(たとえばデータ更新期間)あたりの複数回の積分の区間を合計した積分時間を短縮することができる。積分時間が短縮されると、積分部110が動作を休止する時間を長くすることができる。したがって、積分部110における消費電流を軽減することができる。
The control shown in FIG. 6 can also shorten the integration time, which is the sum of the intervals of a plurality of integrations per unit time (for example, a data update period) as the temperature decreases. When the integration time is shortened, the time during which the
図7は、積分時間、ノイズ、および消費電流の関係を示す。図7の横軸は、単位時間あたりの複数回の積分の区間を合計した積分時間を示す。本例におけるノイズは、周波数依存のないノイズである。ノイズは、サーマルノイズ(熱雑音)等であってよい。ノイズは、積分時間の正の平方根に反比例する。消費電流は、積分時間に比例する。積分時間が長くなるにしたがって、ノイズが小さくなる一方、消費電流は大きくなる。積分時間が短くなるにしたがって、ノイズは大きくなる一方、消費電流は小さくなる。したがって、消費電流とノイズとはトレードオフの関係になる。 FIG. 7 shows the relationship between integration time, noise, and current consumption. The horizontal axis of FIG. 7 indicates the integration time, which is the sum of the intervals of a plurality of integrations per unit time. The noise in this example is frequency-independent noise. The noise may be thermal noise (thermal noise) or the like. Noise is inversely proportional to the positive square root of the integration time. The current consumption is proportional to the integration time. As the integration time increases, the noise decreases while the current consumption increases. As the integration time becomes shorter, the noise increases while the current consumption decreases. Therefore, there is a trade-off between current consumption and noise.
赤外線センサ20の出力信号がノイズに埋もれると、赤外線検出装置10は、検出領域内における人体を検出することができない。すなわち、信号雑音比(S/N比:信号(S)/ノイズ(N))が小さくなると、赤外線検出装置10は、検出領域内における人体を検出することができない。したがって、処理装置100は、ノイズを、赤外線センサ20の出力と区別可能なレベルに抑える必要がある。具体的には、本例の処理装置100は、積分時間を長くしてノイズを小さくする。赤外線センサ20の出力信号が大きくなると、必ずしも積分時間を長くしなくても所望の信号雑音比の条件を満足する。
When the output signal of the
赤外線センサ20の出力信号が大きくなるほど、許容されるノイズのスペック(ノイズ仕様)を大きくすることができる。許容されるノイズ仕様をNspecとし、予め定められた積分区間(積分時間)を1回実行した場合のノイズをN1とすると、フリッカノイズが無視できる場合またはチョッパ動作等により、フリッカノイズの周波数依存性を無視できる場合、ノイズ仕様Nspecを満たすために必要最低限の積分回数numは、以下の式で与えられる。本例では、N1は温度によらずに一定であると仮定する。
As the output signal of the
図8は、温度とセンサ出力信号の関係を示す。横軸は、赤外線センサ20の場所の温度を示す。縦軸は、赤外線センサ20の出力信号を示す。図8は、人体からの赤外線を検出する場合を示している。赤外線センサ20は、赤外線センサ20自体の温度と検出対象物の温度差が大きいほど、出力信号が大きくなる。対象物が人体などの恒温動物である場合には、対象物の温度は、場所の温度への依存が他の対象物に比べて小さい。
FIG. 8 shows the relationship between the temperature and the sensor output signal. The horizontal axis indicates the temperature at the location of the
一方、赤外線センサ20の温度は、赤外線センサ20の場所の温度と同じ温度となる。したがって、気温が高くなり人体の温度に近づくほど赤外線センサ20からの出力信号(S)が小さくなる。人感センサとして使用する場合における赤外線センサ20の使用想定温度(推奨温度)は、0℃以上35℃以下であってよい。
On the other hand, the temperature of the
赤外線センサ20の場所の温度が低くなるにしたがって、赤外線センサ20の出力信号(S)が大きくなるため、許容されるノイズ仕様Nspecを大きくすることができる。温度とノイズ仕様Nspecは、比例関係を有してよい。上記の数1において、ノイズ仕様Nspecが大きくなるにつれて、ノイズ仕様Nspecを満たすために必要最低限の積分回数num、すなわち、データ更新期間あたりの積分と積分値のリセットとの繰返し回数を少なくすることができる。したがって、積分時間制御部160は、赤外線センサ20の場所の温度が低いほど、積分部110による単位時間(たとえばデータ更新期間)あたりの複数回の積分の区間を合計した積分時間を短くするように制御する。図7において説明したとおり、積分時間が短くなるにつれて、積分部110の消費電流を小さくすることができる。
As the temperature at the location of the
本例によれば、赤外線センサ20の場所の温度が低くなるにしたがって、ノイズが大きくなることを許容する。ノイズが大きくなることを許容することで消費電流の削減が図られる。赤外線センサ20の場所の温度が低くなった場合に、ノイズが大きくなっても、赤外線センサ20の出力信号(S)も大きくなることから、S/N比を予め定められた範囲に維持することができる。
According to this example, it is allowed that the noise increases as the temperature at the location of the
図9は、ノイズと対象信号の関係を示す。対象信号は、積分部110からの出力から得られる信号である。図9は、検出領域に人体が存在しない非検知状態から人体が存在する検知状態に変化するときの対象信号を示している。上述したとおり、赤外線センサ20の場所の温度が低くなるにつれて、本例の赤外線センサ20の特性に起因して赤外線センサ20の出力信号(S)が大きくなり、対象信号も大きくなる。さらに、本例では、積分時間制御部160が、赤外線センサ20の場所の温度が低くなるにしたがって、積分時間が短くなるように制御する。したがって、本例の処理装置100は、温度が低くなるにしたがって、ノイズが大きくなることを許容する。
FIG. 9 shows the relationship between noise and the target signal. The target signal is a signal obtained from the output from the integrating
本例の処理装置100は、温度が低くなるにしたがって、ノイズが大きくなることを許容することに起因する誤検知の発生を未然に防止する。検出領域内に人体が存在しないのにもかかわらず、対象信号が閾値を超える場合に誤検知が生じ得る。この点、本例の閾値制御部170は、誤検知を防ぐために、赤外線センサ20の場所における温度が低いほど閾値を高くするように制御する。
The
図10は、温度に基づく閾値の制御の一例を示す。赤外線センサ20の場所の温度によらず一定の閾値が用いられると、温度が低くなった場合に、検出領域内に人体が存在しないのにもかかわらず、対象信号が閾値を超える可能性がある。一方、本例の処理装置100において、閾値制御部170は、赤外線センサ20の場所の温度が低いほど閾値を高くするように制御する。これにより、温度が低くなるにしたがってノイズが大きくなることに起因する影響を軽減することができる。また、温度が低くなるにしたがって、対象信号も大きくなるので、閾値を高くしても十分に人体の検知が可能である。
FIG. 10 shows an example of temperature-based threshold control. If a constant threshold is used regardless of the temperature at the location of the
図11は、本発明の一実施形態の処理装置100におけるノイズ(N)、出力(S)、S/N比、および消費電流の一例を示す。本例では、図11の左上欄に示されるとおり、赤外線センサ20の場所の温度が低くなるにしたがって、赤外線センサ20の出力信号(S)が大きくなる。図11の右上欄に示されるとおり、赤外線センサ20の場所の温度が低くなるにしたがって、赤外線センサ20の出力信号(S)が大きくなるため、積分時間制御部160は、ノイズが大きくなることを許容する。本発明の一実施形態の処理装置100では、必ずしも最終出力ゲインを変える必要はない。
FIG. 11 shows an example of noise (N), output (S), S / N ratio, and current consumption in the
積分時間制御部160は、赤外線センサ20の場所の温度が低いほど、積分時間が短くなるように制御する。積分時間が短くなるとノイズが大きくなる。積分時間制御部160は、S/N比が予め定められた範囲内に収まるようにノイズを抑えてよい。例えば、積分時間制御部160は、S/N比が一定となるように積分時間を制御する。積分時間制御部160が、赤外線センサ20の場所の温度が低くなるほど積分時間を短くするように制御するので、積分部110での消費電流が少なくなる。
The integration
図12は、比較例における赤外線検出装置11の構成の一例を示す。赤外線検出装置11は、赤外線センサ20および処理装置200を備える。処理装置200は、赤外線センサ20の出力を処理するセンサ出力処理装置である。処理装置200は、積分部210、サンプルホールド部220、ADC部230、論理演算部240、積分時間制御部260、および閾値制御部270を備えてよい。処理装置200においては、赤外線センサ20の場所の温度に応じて積分部210の積分時間が変化しない。また、赤外線センサ20の場所の温度に応じて閾値が変化しない。以上の点を除いて、比較例の処理装置200は、上記の実施形態の処理装置100と同様である。したがって、繰り返しの説明を省略する。
FIG. 12 shows an example of the configuration of the
図13は、比較例の処理装置200におけるノイズ(N)、出力(S)、S/N比、および消費電流の一例を示す。図13の左上欄に示されるとおり、赤外線センサ20の場所の温度が低くなるにしたがって、赤外線センサ20の出力信号(S)が大きくなる。しかしながら、比較例において積分時間制御部260は、赤外線センサ20の場所の温度に応じて積分時間を変化させない。積分時間が変化しないため、温度が低くなってもノイズは大きくならない。すなわち、積分時間制御部260は、赤外線センサ20の場所の温度が低くなるにしたがって、ノイズが大きくなることを許容しない。
FIG. 13 shows an example of noise (N), output (S), S / N ratio, and current consumption in the
比較例の処理装置200においては、上記の式1において、許容されるノイズのスペック(ノイズ仕様)Nspecが、特定の温度のときの赤外線センサ20の出力信号(S)から決定されている。例えば、30℃のときに人体を検知した場合の赤外線センサ20の出力信号によって一律にノイズ仕様Nspecが決定されている。比較例の処理装置200は、温度に応じてノイズ仕様Nspecを変化させない。処理装置200は、温度が低くなって、赤外線センサ20の出力である信号(S)が大きくなっても、積分時間を短くせずにノイズを一定に保つ。したがって、温度が低くなるにつれて、S/N比が高くなる。しかしながら、温度が低くなっても、積分時間を短くしないため、消費電流は軽減されない。
In the
本発明の一実施形態の処理装置100は、比較例の処理装置200と異なり、赤外線センサ20が検出した赤外線の強度に応じた信号を積分する積分時間を温度に応じて変動させる。したがって、比較例の処理装置200のように、温度30℃における赤外線センサ20の出力である信号に基づいて積分時間を決定した上で温度に応じて積分時間を変動させない構成に比べて、赤外線センサ20の場所の温度が低くなるにつれて消費電流の軽減効果が得られる。特に、赤外線検出装置10の使用される頻度が高い温度領域において、消費電流が軽減される。
Unlike the
本発明の一実施形態の処理装置100によれば、S/N比は、予め定められた範囲に維持される。また、人感センサに応用した場合であっても、閾値制御部170が、赤外線センサ20の場所の温度が低いほど閾値を高くするように制御するので、誤検知の頻度を減らすことができる。
According to the
図14は、本発明の一実施形態の赤外線検出装置10による処理内容の一例を示す。図14は、赤外線を検出するセンサの出力を処理するセンサ出力処理方法を説明する。赤外線センサ20が、赤外線を検出する。赤外線の強度に応じて光電流Iを生成する(ステップS101)。赤外線センサ20は、背景の温度と対象物の温度の差に起因して電流を流すように構成されてよい。
FIG. 14 shows an example of processing contents by the
積分時間制御部160は、積分部110における繰返し回数の初期値を取得する(ステップS102)。繰返し回数は、データ更新期間において積分と積分値のリセットとを繰り返す数である。繰返し回数の初期値は、メモリ等の記憶部に予め記憶されていてもよい。また、積分時間制御部160は、赤外線センサ20の場所の温度についての情報に基づいて、繰返し回数の初期値について決定してもよい。
The integration
閾値制御部170は、比較部180に入力される閾値の初期値を取得する(ステップS103)。閾値の初期値は、メモリ等の記憶部に予め記憶されていてもよい。また、閾値制御部170は、赤外線センサ20の場所の温度の情報に基づいて閾値の初期値を決定してよい。ステップS102とステップS103の順序は、この場合に限定されない。ステップS102とステップS103の処理は、並行して実行されてもよい。
The
積分部110は、赤外線センサ20から出力される信号である光電流Iを積分する(ステップS104)。ステップS104は、赤外線センサ20が検出した赤外線の強度に応じた信号を積分する積分段階に相当する。積分部110は、入力された光電流Iを電圧に変換して積分信号31を出力する。サンプルホールド部120は、積分信号31の頂点の電圧値32をサンプリングする(ステップS105)。ADC部130は、サンプルホールド部120によってサンプルホールドされた積分信号31をデジタル信号に変換してよい(ステップS106)。但し、ステップS105の処理は、省略されてもよい。
The integrating
積分部110は、積分時間制御部160によって決定された繰返し回数にわたって、データ更新期間において積分と積分値のリセットとを繰り返す。具体的には、積分と積分値のリセットを実行した回数が繰返し回数まで達していない場合は(ステップS107:NO)、処理がステップS104に戻る。積分部110が、積分と積分値のリセットを繰返し回数にわたって実行すると(ステップS107:YES)、論理演算部140は、繰返し回数にわたって実行した積分値の平均を算出してよい(ステップS108)。本例の処理装置100は、算出された平均を対象信号として用いる。但し、対象信号は、算出された平均に限定されない。対象信号は、積分部110による出力である積分信号31から得られる信号であってよい。
The
比較部180は、対象信号を閾値と比較する。対象信号が閾値以上である場合には(ステップS109:YES)、比較部180は、検出領域内に人体が存在すると判定してよい(ステップS110)。対象信号が閾値未満である場合には(ステップS109:NO)、検出領域内に人体が存在すると判定しない。
The
温度測定部150は、赤外線センサ20の場所における温度を測定する(ステップS111)。積分時間制御部160は、温度測定部150によって測定された温度についての情報に基づいて、次のデータ更新期間内において積分部110によって積分と積分の値のリセットとを繰り返す新たな回数を決定する(ステップS112)。積分時間制御部160は、赤外線センサ20の場所における温度が低いほど、繰返し回数を少なくしてよい。繰返し回数が少なくなると、単位時間(たとえばデータ更新期間)あたりの複数回の積分区間を合計した積分時間が短くなる。ステップS112の処理は、赤外線センサ20の場所における温度についての情報を取得して、温度が低いほど積分段階(ステップS104)における単位時間あたりの積分時間を短くするように制御する段階に対応する。
The
閾値制御部170は、温度測定部150によって測定された温度についての情報に基づいて、次のデータ更新期間内において比較部が用いる新たな閾値を決定する(ステップS113)。ステップS113の処理は、赤外線センサ20の場所における温度についての情報を取得して、温度が低いほど閾値を高くするように制御する段階に対応する。温度測定の段階(ステップS111)、繰返し回数の決定段階(ステップS112)および閾値の決定段階(ステップS113)は、積分と積分値のリセットとを繰り返す段階(ステップS104からステップS106)よりも前に実行されてもよく、並行して実行されてもよい。
The
処理は、ステップS104に戻り、次のデータ更新期間が始まる。処理装置100は、温度測定部150によって測定された温度についての情報に基づいて積分時間制御部160および閾値制御部170によって決定された繰返し回数および閾値を用いて、ステップS104以下の処理を実行する。ステップS104において積分部110による積分時間は、赤外線センサ20の場所における温度が低いほど短くなる。ステップS109において比較部180が対象信号と比較する閾値は、赤外線センサ20の場所における温度が低いほど高くなる。
The process returns to step S104, and the next data update period begins. The
したがって、本例によれば、赤外線センサ20の場所の温度が低いほど積分段階における積分時間を短くする。したがって、消費電流の削減が図られる。赤外線センサ20の場所の温度が低くなった場合に、ノイズが大きくなっても、赤外線センサ20の出力信号(S)も大きくなることから、S/N比を予め定められた範囲に維持することができる。
Therefore, according to this example, the lower the temperature at the location of the
以上の説明では、閾値制御部170が比較部180に入力される閾値を制御する場合を説明したが、処理装置100は、この場合に限られない。ノイズと閾値との関係によっては、閾値制御部170による閾値に対する制御が不要な場合もある。この場合には、閾値制御部170は省略される。
In the above description, the case where the threshold
処理装置100は、赤外線センサ20が検出した赤外線の強度に応じた信号を積分する積分部110と、赤外線センサ20の場所の温度が低いほど積分部110による単位時間あたりの積分時間を短くするように制御する積分時間制御部160を有する限り、上述した構成に限定されず、種々の回路構成の追加および省略が可能である。また、積分部110は、赤外線センサ20からの信号を積分処理するものである限り、回路構成が限定されない。
The
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更又は改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。 Although the present invention has been described above using the embodiments, the technical scope of the present invention is not limited to the scope described in the above embodiments. It will be apparent to those skilled in the art that various changes or improvements can be made to the above embodiments. It is clear from the description of the claims that such modified or improved forms may also be included in the technical scope of the present invention.
特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順序で実施することが必須であることを意味するものではない。 The order of execution of each process such as operation, procedure, step, and step in the device, system, program, and method shown in the claims, specification, and drawings is particularly "before" and "prior to". It should be noted that it can be realized in any order unless the output of the previous process is used in the subsequent process. Even if the scope of claims, the specification, and the operation flow in the drawings are explained using "first", "next", etc. for convenience, it means that it is essential to carry out in this order. It's not a thing.
10・・赤外線検出装置、11・・赤外線検出装置、12・・外部端子、20・・赤外線センサ、22・・センサ素子、31・・積分信号、32・・電圧値、100・・処理装置、110・・積分部、112・・オペアンプ、113・・コンデンサ、114・・コンデンサ、115・・入力端子、120・・サンプルホールド部、122・・オペアンプ、123・・コンデンサ、124・・コンデンサ、125・・第1スイッチ、126・・接地用コンデンサ、127・・第2スイッチ、130・・ADC部、140・・論理演算部、150・・温度測定部、160・・積分時間制御部、170・・閾値制御部、180・・比較部、200・・処理装置、210・・積分部、220・・サンプルホールド部、230・・ADC部、240・・論理演算部、260・・積分時間制御部、270・・閾値制御部
10 ... Infrared detector, 11 ... Infrared detector, 12 ... External terminal, 20 ... Infrared sensor, 22 ... Sensor element, 31 ... Integrated signal, 32 ... Voltage value, 100 ... Processing device, 110 ... Integrator, 112 ... Op amp, 113 ... Capacitor, 114 ... Capacitor, 115 ... Input terminal, 120 ... Sample hold, 122 ... Op amp, 123 ... Capacitor, 124 ... Capacitor, 125・ ・ 1st switch, 126 ・ ・ Capacitor for grounding 127 ・ ・ 2nd switch, 130 ・ ・ ADC unit, 140 ・ ・ Logic calculation unit, 150 ・ ・ Temperature measurement unit, 160 ・ ・ Integration time control unit, 170 ・ ・・ Threshold control unit, 180 ・ ・ Comparison unit, 200 ・ ・ Processing device, 210 ・ ・ Integration unit, 220 ・ ・ Sample hold unit, 230 ・ ・ ADC unit, 240 ・ ・ Logic calculation unit, 260 ・ ・ Integration
Claims (7)
前記センサが検出した前記赤外線の強度に応じた信号を積分する積分部と、
前記センサの場所における温度についての情報を取得して、前記場所の前記温度が低いほど前記積分部による単位時間あたりの積分時間を短くするように制御する積分時間制御部と、
を備えるセンサ出力処理装置。 A sensor output processing device that processes the output of a sensor that detects infrared rays.
An integrating unit that integrates a signal according to the intensity of the infrared rays detected by the sensor, and an integrating unit.
An integration time control unit that acquires information about the temperature at the location of the sensor and controls so that the lower the temperature at the location, the shorter the integration time per unit time by the integration unit.
A sensor output processing device comprising.
前記場所における温度が低いほど前記閾値を高くするように制御する閾値制御部と、を更に有する
請求項1に記載のセンサ出力処理装置。 A comparison unit that compares the target signal obtained from the output signal from the integration unit with the threshold value, and
The sensor output processing device according to claim 1, further comprising a threshold control unit that controls the threshold value to be raised as the temperature at the location is lower.
請求項2に記載のセンサ出力処理装置。 A temperature measuring unit for measuring the temperature of the place is further provided.
The sensor output processing device according to claim 2.
請求項2または3に記載のセンサ出力処理装置。 The sensor output processing device according to claim 2 or 3, wherein the comparison unit determines that a human body exists in the detection region when the target signal is equal to or higher than the threshold value.
前記積分部は、複数回にわたって、前記赤外線の強度に応じた前記信号の積分と前記積分の値のリセットとを繰り返し、前記対象信号は、前記複数回にわたる前記信号の前記積分から得られ、
前記比較部は、前記対象信号を前記閾値と比較し、
前記温度測定部は、前記場所の前記温度を測定し、
前記積分時間制御部は、前記温度測定部によって測定された前記場所の前記温度についての前記情報に基づいて、次のデータ更新期間内において前記積分部によって前記積分と前記積分の値のリセットとを繰り返す新たな回数を決定し、
前記閾値制御部は、前記温度測定部によって測定された前記場所の前記温度についての前記情報に基づいて、次のデータ更新期間内において前記比較部が用いる新たな閾値を決定する
請求項3に記載のセンサ出力処理装置。 Within a predetermined data update period
The integrating unit repeatedly integrates the signal according to the intensity of the infrared rays and resets the value of the integration, and the target signal is obtained from the integration of the signal over the plurality of times.
The comparison unit compares the target signal with the threshold value and compares the target signal with the threshold value.
The temperature measuring unit measures the temperature at the place and
The integration time control unit resets the integration and the value of the integration by the integration unit within the next data update period based on the information about the temperature at the location measured by the temperature measurement unit. Determine a new number of times to repeat,
The third aspect of claim 3, wherein the threshold control unit determines a new threshold value to be used by the comparison unit within the next data update period based on the information about the temperature of the place measured by the temperature measurement unit. Sensor output processing device.
請求項1から5の何れか1項に記載のセンサ出力処理装置。 The sensor output processing device according to any one of claims 1 to 5, further comprising the sensor for detecting infrared rays.
前記センサが検出した前記赤外線の強度に応じた信号を積分する段階と、
前記センサの場所における温度についての情報を取得して、前記場所の前記温度が低いほど、前記積分する段階における単位時間あたりの積分時間を短くするように制御する段階と、
を備えるセンサ出力処理方法。 It is a sensor output processing method that processes the output of a sensor that detects infrared rays.
The step of integrating the signal according to the intensity of the infrared ray detected by the sensor, and
A step of acquiring information about the temperature at the location of the sensor and controlling so that the lower the temperature at the location, the shorter the integration time per unit time in the integration step.
A sensor output processing method comprising.
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