赤外線検出器
【課題】広範囲の温度計測を行なうことが可能で、全ての検出温度範囲に対してノイズの影響を抑制した赤外線検出器を提供する。
【課題の解決手段】同一チップに、サーモパイル素子１、第１〜第６のＰチャンネル電界効果トランジスタを備えた低雑音増幅器２３を有する前置増幅回路部２、主増幅回路部３を備え、サーモパイル素子１の出力信号Ｖｏｕｔをスイッチング部２１又はスイッチング部２２でチョッピングした後に低雑音増幅器２３で増幅し、この増幅した出力信号を差動増幅器３１で増幅する。クロック信号ＳＣＫがクロック信号入力端子５又はクロック信号入力端子６に供給されることでスイッチング部２１，２２を選択的に動作させ、また、帰還抵抗部３２のスイッチ３７，３８をオン、オフ制御して差動増幅器３１の利得を可変させる。
【課題の解決手段】同一チップに、サーモパイル素子１、第１〜第６のＰチャンネル電界効果トランジスタを備えた低雑音増幅器２３を有する前置増幅回路部２、主増幅回路部３を備え、サーモパイル素子１の出力信号Ｖｏｕｔをスイッチング部２１又はスイッチング部２２でチョッピングした後に低雑音増幅器２３で増幅し、この増幅した出力信号を差動増幅器３１で増幅する。クロック信号ＳＣＫがクロック信号入力端子５又はクロック信号入力端子６に供給されることでスイッチング部２１，２２を選択的に動作させ、また、帰還抵抗部３２のスイッチ３７，３８をオン、オフ制御して差動増幅器３１の利得を可変させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、赤外線検出器に関し、特に、熱型赤外線検出素子を備えた赤外線検出器に関する。
【背景技術】
【０００２】
赤外線検出器は、例えば、火災検知のような高温の検出から、人体検知といった常温付近の温度の検出まで、幅広い温度範囲に対して利用されている。この広範囲の温度を測定する赤外線検出器としては、例えば、一定の基準電圧を発生させる基準電圧発生手段と、基準電圧が印加され、周囲温度を保証する信号を出力する周囲温度補償手段と、該周囲温度補償手段から出力された信号を増幅する第１の増幅手段と、該第１の増幅手段から出力される信号が印加されるとともに、赤外線放射エネルギーを電気信号に変換するサーモパイルを使用した赤外線検知手段と、該赤外線検知手段から出力される信号を増幅する第２の増幅手段と、を備えたものが知られている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−１４４７１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の赤外線検知手段としてサーモパイルを利用した赤外線検出器は、該赤外線検知手段の出力信号が増幅される第２の増幅手段において、ノイズに対する措置が講じられていないため、該赤外線検知手段の出力信号が微小であるときにノイズの影響を大きく受けてしまい、出力の精度がよくなかった。また、従来の赤外線検出器によって高温を検知するとき、赤外線検知手段の出力信号の大きさが前記増幅手段の出力に対する上限値を上回ってしまい、温度の測定が不可能になる場合があった。
【０００５】
本発明は、以上の問題点に鑑み広範囲の温度を計測することが可能であり、全ての検出温度範囲に対してノイズの影響を抑制した赤外線検出器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この目的を達成するため本発明に係る赤外線検出器は、赤外線検出素子と、一方の入力端と他方の入力端にそれぞれ前記赤外線検出素子の出力信号又は基準電圧信号が入力される低雑音増幅器を備え、前記赤外線検出素子の出力信号をチョッピングした後に前記低雑音増幅器で増幅し、パルス信号を生成する前置増幅回路部と、該前置増幅回路部による前記パルス信号を増幅する主増幅回路部と、を同一の半導体チップに有し、前記低雑音増幅器は、ソースが電源に接続され、ゲートにバイアス信号が入力される第１のＰチャンネル電界効果トランジスタと、ソースが相互に接続されるとともに前記第１のＰチャンネル電界効果トランジスタのドレインに接続される第２のＰチャンネル電界効果トランジスタ及び第３のＰチャンネル電界効果トランジスタと、前記第２のＰチャンネル電界効果トランジスタ及び前記第３のＰチャンネル電界効果トランジスタのそれぞれのドレインに一端が接続され、他端がともに接地される第１及び第２の負荷抵抗と、を有するものである。
【０００７】
前記低雑音増幅器は、上述の構成に加えて、ソースが電源に接続され、ゲートにバイアス信号が入力される第４のＰチャンネル電界効果トランジスタと、ソースが相互に接続されるとともに前記第４のＰチャンネル電界効果トランジスタのドレインに接続される第５のＰチャンネル電界効果トランジスタ及び第６のＰチャンネル電界効果トランジスタと、前記第５のＰチャンネル電界効果トランジスタ及び前記第６のＰチャンネル電界効果トランジスタのそれぞれのドレインに一端が接続され、他端がともに接地される第３及び第４の負荷抵抗と、をさらに有してもよく、前記第５のＰチャンネル電界効果トランジスタのゲートは前記第２のＰチャンネル電界効果トランジスタのドレインと前記第１の負荷抵抗の一端との接続点に接続され、前記第６のＰチャンネル電界効果トランジスタのゲートは前記第３のＰチャンネル電界効果トランジスタのドレインと前記第２の負荷抵抗の一端との接続点に接続されることを特徴とする。
【０００８】
前記前置増幅回路部は、前記低雑音増幅器に加え、クロック信号の信号レベルに基づいて前記赤外線検出素子の出力信号又は前記基準電圧信号を出力する第１の出力端と、前記クロック信号の信号レベルに基づいて前記基準電圧信号又は前記赤外線検出素子の出力信号を出力する第２の出力端とを備える第１のスイッチング部と、前記クロック信号の信号レベルに基づいて前記低雑音増幅器の一方の入力端又は他方の入力端に前記第１の出力端の信号又は前記第２の出力端の信号を選択的に入力させる第２のスイッチング部と、を有していることが好ましく、前記クロック信号を前記第１のスイッチング部又は前記第２のスイッチング部へと選択的に供給することによって、前記低雑音増幅器からパルス信号を生成することを特徴とする。
【０００９】
前記赤外線検出素子は、サーモパイルであってもよい。
【００１０】
前記負荷抵抗は、薄膜抵抗であることが好ましい。
【００１１】
前記主増幅回路部は、前記前置増幅回路部の前記パルス信号を増幅する差動増幅器と、該差動増幅器の利得を可変させる帰還抵抗部と、を有し、前記帰還抵抗部は、前記差動増幅器の入出力端子間に直列接続される複数の抵抗と、該複数の抵抗の各々にそれぞれ並列接続される抵抗選択スイッチと、を備えていてもよく、前記抵抗選択スイッチをオンオフすることによって前記差動増幅器の利得を選択的に切り替えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明に係る赤外線検出器によれば、広範囲の温度を計測することが可能であり、全ての検出温度範囲に対してノイズの影響を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明に係る赤外線検出器の構成を示す回路図。
【図２】前置増幅回路部及び差動増幅器の動作を表すタイミングチャート。
【図３】前置増幅回路部における低雑音増幅器の構成例。
【図４】前置増幅回路部における低雑音増幅器の他の構成例。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の好適な実施例を添付図面に基づいて説明する。
図１は、本実施例に係る赤外線検出器の回路図である。赤外線検出器は、赤外線検出素子であるサーモパイル素子１、前置増幅回路部２、及び主増幅回路部３が同一チップ上に形成され、基準電圧信号入力端子４、クロック信号入力端子５，６、レジスタ７、及びシリアルインターフェイス８を有している。
【００１５】
サーモパイル素子１は前置増幅回路部２に接続され、前置増幅回路部２に出力信号Ｖｏｕｔを供給する。前置増幅回路部２は、第１のスイッチング部２１（以下スイッチング部２１という。）と、第２のスイッチング部２２（以下スイッチング部２２という。）と、低雑音増幅器２３と、抵抗２４，２５を備え、サーモパイル素子１の出力信号をチョッピングした後に増幅し、パルス信号を生成する。主増幅回路部３は、差動増幅器３１、帰還抵抗部３２、及び抵抗３３からなり、前置増幅部回路部２によって生成されるパルス信号を増幅する。
【００１６】
スイッチング部２１は、サーモパイル素子１の出力信号Ｖｏｕｔ又は基準電圧信号Ｖｒｅｆを出力する第１の出力端２１５（以下出力端２１５という。）と、基準電圧信号Ｖｒｅｆ又は前記サーモパイル素子１の出力信号Ｖｏｕｔを出力する第２の出力端２１６（以下出力端２１６という。）とを有する回路であり、入力信号がＨレベルの時にオンするＣＭＯＳスイッチ２１１〜２１４（以下スイッチ２１１〜２１４という。）を備える。スイッチ２１１の一端及びスイッチ２１２の一端にはサーモパイル素子１が接続され、スイッチ２１３の一端及びスイッチ２１４の一端には基準電圧入力端子４が接続される。スイッチ２１１のゲート及びスイッチ２１４のゲートには、クロック信号入力端子５からのクロック信号ＳＣＫが反転入力され、スイッチ２１２のゲート及びスイッチ２１３のゲートにはクロック信号入力端子５からのクロック信号ＳＣＫが入力される。出力端２１５には、スイッチ２１１の他端及びスイッチ２１３の他端が接続され、出力端２１６には、スイッチ２１２の他端及びスイッチ２１４の他端が接続される。
【００１７】
スイッチング部２２は、低雑音増幅器２３の非反転入力端子に入力されるサーモパイル素子１の出力信号Ｖｏｕｔ及び基準電圧信号Ｖｒｅｆを切り替える回路であり、入力信号がＬレベルの時にオンするＣＭＯＳスイッチ２２１（以下スイッチ２２１という。）と、入力信号がＨレベルの時にオンするＣＭＯＳスイッチ２２２（以下スイッチ２２２という。）と、からなる。スイッチ２２１の一端は出力端２１５に接続され、スイッチ２２２の一端は出力端２１６に接続される。スイッチ２２１の他端とスイッチ２２２の他端は互いに接続されて、低雑音増幅器２３の非反転入力端子に接続される。スイッチ２２１及びスイッチ２２２のゲートには、クロック信号入力端子６からクロック信号ＳＣＫが入力される。
【００１８】
低雑音増幅器２３は、スイッチング部２１及びスイッチング部２２の切り替え動作によって、二つの入力端に供給されるサーモパイル素子１の出力信号Ｖｏｕｔ又は基準電圧信号Ｖｒｅｆの差信号を増幅するものであり、非反転入力端子が、スイッチ２２１の他端とスイッチ２２２の他端との接続点に接続され、反転入力端子が抵抗２５を介して出力端２１６に接続される。
【００１９】
抵抗２４及び抵抗２５は低雑音増幅器２３の利得を決める素子であり、抵抗２４が低雑音増幅器２３の出力端と反転入力端子間に接続される。抵抗２５は、一端が低雑音増幅器２３の反転入力端子と抵抗２４の一端に接続され、他端が出力端２１６に接続される。
【００２０】
差動増幅器３１は、低雑音増幅器２３の反転入力端子に入力される信号と、低雑音増幅器２３によって増幅されたパルス信号との差信号を増幅するものであり、非反転入力端子が出力端２１６及び抵抗２５の他端に接続され、反転入力端子が抵抗３３を解して低雑音増幅器２３の出力端子に接続される。
【００２１】
帰還抵抗部３２は、抵抗３４，３５，３６と、複数の抵抗３５，３６にそれぞれ並列に接続されるスイッチ３７，３８からなり、差動増幅器３１の利得を可変させる。
【００２２】
抵抗３４は差動増幅器３１の反転入力端子と抵抗３３との接続点に一端が接続され、他端が抵抗３５の一端に接続される。抵抗３５の他端は抵抗３６の一端に接続され、抵抗３６の他端は差動増幅器３１の出力端子に接続される。スイッチ３７及びスイッチ３８は抵抗選択スイッチであり、入力信号がＬレベルの時にオンするＣＭＯＳスイッチからなる。スイッチ３７のゲート及びスイッチ３８のゲートはレジスタ７に接続され、レジスタ７に接続されるシリアルインターフェイス８によってオン、オフ制御される。スイッチ３７は、一端が抵抗３５の一端に接続され、他端が抵抗３５の他端に接続される。スイッチ３８は、一端が抵抗３６の一端に接続され、他端が抵抗３６の他端に接続される。
【００２３】
ここで、図２に基づいて、スイッチング部２１，２２、及び差動増幅器３１の動作を説明する。図２はクロック信号入力端子６の入力信号をＳ１、クロック信号入力端子５の入力信号をＳ２、低雑音増幅器２３の増幅率をＡ２３、差動増幅器３１の増幅率をＡ３１としたときの差動増幅器３１の出力信号Ｓ３を表すタイミングチャートである。
【００２４】
クロック信号入力端子５及びクロック信号入力端子６の信号がともにＬレベルであるとき、スイッチ２１１、スイッチ２１４、及びスイッチ２２１はオンし、スイッチ２１２、スイッチ２１３、及びスイッチ２２２はオフする。低雑音増幅器２３の非反転入力端子には、出力端２１５，スイッチ２２１を介してサーモパイル素子１の出力信号Ｖｏｕｔが入力され、低雑音増幅器２３の反転入力端子及び差動増幅器の３１の非反転入力端子には、出力端２１６を介して基準電圧信号Ｖｒｅｆが入力されることから、低雑音増幅器２３はサーモパイル素子１の出力信号Ｖｏｕｔと基準電圧信号Ｖｒｅｆの差信号を増幅率Ａ２３で増幅し、増幅された信号が差動増幅器３１の反転入力端子に入力される。
【００２５】
図２のＴ１において、クロック信号入力端子６にクロック信号ＳＣＫが入力されると、スイッチング部２２によるチョッピングが行なわれる。
クロック信号入力端子６の信号がＨレベルのとき、スイッチ２２１はオフし、スイッチ２２２はオンする。低雑音増幅器２３の非反転入力端子、低雑音増幅器２３の反転入力端子、及び差動増幅器３１の非反転入力端子には、いずれも出力端２１６を介して基準電圧信号Ｖｒｅｆが入力され、差動増幅器３１は基準電圧信号Ｖｒｅｆを増幅する。
【００２６】
クロック信号入力端子６の信号が再びＬレベルになると、低雑音増幅器２３はサーモパイル素子１の出力信号Ｖｏｕｔと基準電圧信号Ｖｒｅｆの差信号を増幅率Ａ２３で増幅し、増幅された信号が差動増幅器３１の反転入力端子に入力される。
【００２７】
このように、クロック信号入力端子６に供給されるクロック信号ＳＣＫに基づいて、スイッチ２２１及びスイッチ２２２が交互にオン、オフし、差動増幅器３１は、Ａ２３×Ａ３１×ＶｒｅｆとＡ２３×Ａ３１×（Ｖｒｅｆ−Ｖｏｕｔ）を振幅にもつパルス信号を出力する。
【００２８】
Ｔ２において、クロック信号ＳＣＫがクロック信号入力端子５に供給されるように切り替えると、スイッチング部２１によるチョッピングが行なわれる。
クロック信号入力端子５の信号がＨレベルのとき、スイッチ２１２とスイッチ２１３はオンし、スイッチ２１１とスイッチ２１４はオフする。低雑音増幅器２３の非反転入力端子には出力端２１５を介して基準電圧信号Ｖｒｅｆが入力され、反転入力端子には出力端２１６を介してサーモパイル素子１の出力信号Ｖｏｕｔが入力されることから、低雑音増幅器２３は基準電圧信号Ｖｒｅｆとサーモパイル素子１の出力信号Ｖｏｕｔとの差信号を増幅率Ａ２３で増幅する。
【００２９】
クロック信号入力端子５の信号が再びＬレベルになると、低雑音増幅器２３はサーモパイル素子１の出力信号Ｖｏｕｔと基準電圧信号Ｖｒｅｆの差信号を増幅率Ａ２３で増幅し、増幅された信号が差動増幅器３１の反転入力端子に入力される。
【００３０】
このように、クロック信号入力端子５に供給されるクロック信号ＳＣＫに基づいて、スイッチ２１１とスイッチ２１４，スイッチ２１２とスイッチ２１３が交互にオン、オフし、差動増幅器３１は、Ａ２３×Ａ３１×（Ｖｒｅｆ＋Ｖｏｕｔ）とＡ２３×Ａ３１×（Ｖｒｅｆ−Ｖｏｕｔ）を振幅にもつパルス信号を出力する。
【００３１】
スイッチング部２１及びスイッチング部２２によって、クロック信号ＳＣＫに基づいたチョッピングを行なうことにより、低雑音増幅器２３の入力信号の周波数に起因する１／ｆノイズが抑制され、オフセット電圧の影響に左右されなくなる。１／ｆノイズの大きさは、クロック信号ＳＣＫの周波数に基づくチョッピング周波数に反比例するため、クロック信号ＳＣＫの周波数が大きいほど、１／ｆノイズを抑制することができる。
【００３２】
スイッチング部２１によるチョッピング方式は、サーモパイル素子１の出力信号Ｖｏｕｔと基準電圧信号Ｖｒｅｆとの差信号の振幅を２倍の大きさにすることができ、スイッチング部２２によるチョッピング方式は、基準電圧信号Ｖｒｅｆに対してサーモパイル素子１の出力信号Ｖｏｕｔの大きさを比較することができる。
【００３３】
特に、スイッチング部２１によるチョッピング方式は、スイッチング部２２によるチョッピング方式に比較してＳ／Ｎ比が２倍になるため、サーモパイル素子１の出力信号Ｖｏｕｔが微小である場合も、ノイズの影響を抑制し、精度のよい温度計測を行なうことが可能である。
【００３４】
図３は低雑音増幅器２３の構成例を示すもので、低雑音増幅器２３は、第１のＰチャンネル電界効果トランジスタ２３１（以下トランジスタ２３１という。）と、第２のＰチャンネル電界効果トランジスタ２３２（以下トランジスタ２３２という。）と、第３のＰチャンネル電界効果トランジスタ２３３（以下トランジスタ２３３という。）と、第１の負荷抵抗２３４（以下負荷抵抗２３４という。）と、第２の負荷抵抗２３５（以下負荷抵抗２３５という。）とから構成される。
【００３５】
トランジスタ２３１は、ソースが電源に接続され、ゲートにバイアス信号Ｐｂｉａｓが入力されて、電流源を構成している。トランジスタ２３２及びトランジスタ２３３は差動入力段であり、トランジスタ２３２のソース及びトランジスタ２３３のソースは、トランジスタ２３１のドレインに接続される。トランジスタ２３２は、ゲートが非反転入力端子であり、ドレインが負荷抵抗２３４の一端に接続される。トランジスタ２３３は、ゲートが反転入力端子であり、ドレインが負荷抵抗２３５の一端に接続される。負荷抵抗２３４の他端及び負荷抵抗２３５の他端は接地される。
【００３６】
低雑音増幅回路２３は、Ｎチャンネル電界効果トランジスタを用いずに、Ｐチャンネル電界効果トランジスタと負荷抵抗のみの構成とすることで、さらに１／ｆノイズの低減を図ることができる。
【００３７】
また、低雑音増幅器２３は、図４に示すように、トランジスタ２３１〜２３３、負荷抵抗２３４，２３５に加え、第４のＰチャンネル電界効果トランジスタ２３６（以下トランジスタ２３６という。）と、第５のＰチャンネル電界効果トランジスタ２３７（以下トランジスタ２３７という。）と、第６のＰチャンネル電界効果トランジスタ２３８（以下トランジスタ２３８という。）と、第３の負荷抵抗２３９（以下負荷抵抗２３９という。）と、第４の負荷抵抗２３０（以下負荷抵抗２３４という。）とを備えてもよい。
【００３８】
トランジスタ２３６は、ソースが電源に接続され、ゲートにバイアス信号Ｐｂｉａｓが入力される。トランジスタ２３７及びトランジスタ２３８は差動入力段であり、トランジスタ２３７のソース及びトランジスタ２３８のソースは、トランジスタ２３６のドレインに接続される。トランジスタ２３７は、ゲートがトランジスタ２３２のドレインと負荷抵抗２３４の一端に接続され、ドレインが負荷抵抗２３９の一端に接続される。トランジスタ２３８は、ゲートがトランジスタ２３３のドレインと負荷抵抗２３５の一端に接続され、ドレインが負荷抵抗２３０の一端に接続される。負荷抵抗２３９の他端及び負荷抵抗２３０の他端は接地される。
【００３９】
このように、低雑音増幅器２３を２段に構成することで、利得の増加とともに、コモンモードノイズの低減を図ることができる。
【００４０】
なお、負荷抵抗２３４，２３５，２３９，２３０に高精度の薄膜抵抗を用いると、工程や温度による変動が非常に小さくなることから、オフセット変動を低減させることが可能である。
【００４１】
次に、帰還抵抗部３２の動作を説明する。スイッチ３７及びスイッチ３８がオフの時は、帰還抵抗部３２の合成抵抗値は、抵抗３４〜３６の抵抗値を加算した値になる。スイッチ３７がオンすると、差動増幅器３１の帰還電流は抵抗３６、スイッチ３７、抵抗３４を経て反転入力端子に流れる。そのため、帰還抵抗部３２の合成抵抗値は、抵抗３４，３６の抵抗値を加算した値になる。さらに、スイッチ３８がオンすると、差動増幅器３１の帰還電流はスイッチ３８、スイッチ３７、抵抗３４を経て反転入力端子に流れることから、帰還抵抗部３２の合成抵抗値は抵抗３４の抵抗値になる。スイッチ３７及びスイッチ３８がオン、オフ制御されることで、帰還抵抗部３２の合成抵抗値が切り替わり、差動増幅器３１の利得は可変する。
【００４２】
サーモパイル素子１の出力信号Ｖｏｕｔが微小であるときは、スイッチ３７及びスイッチ３８をオフして差動増幅器３１の利得を大きくする。サーモパイル素子１の出力信号Ｖｏｕｔは前置増幅回路部２によってノイズが十分に抑制されているため、差動増幅器３１によって高利得で増幅された信号Ｓ３のノイズの影響は無視できるため、正確な温度換算が可能となる。このとき、クロック信号ＳＣＫをクロック信号入力端子５に入力すると、Ｓ／Ｎ比を２倍にすることができるため、さらにノイズが抑制された正確な温度換算が可能となる。
【００４３】
また、高温を測定するとき、すなわちサーモパイル素子１の出力信号Ｖｏｕｔが大きいときは、スイッチ３７及びスイッチ３８をオンして差動増幅器３１の利得を小さくする。差動増幅器３１は、前置増幅回路部２から非常に大きな信号が入力されても、増幅器の出力上限値を超えることを防止できる。
【００４４】
このように、検出温度に合わせてスイッチ３７及びスイッチ３８をオン、オフして差動増幅器３１の利得を可変させることで、広範囲の温度を測定することができる。
【００４５】
サーモパイル素子１、前置増幅回路部２、及び主増幅回路部３は同一チップに設けられることで、外来ノイズの影響を受けにくくなり、サーモパイル素子１の出力信号を効果的に増幅することができる。
【００４６】
なお、本実施例では、帰還抵抗部３２は、差動増幅器３１の入出力端子間に直列接続された３個の抵抗のうち、２個の抵抗にそれぞれ抵抗選択スイッチが並列接続されたが、入出力端子間に直列接続される抵抗の数を追加し、追加された抵抗にそれぞれ抵抗選択スイッチを並列接続してもよい。並列に接続された抵抗選択スイッチと抵抗が増えると、差動増幅器３１の利得をより多段階に設定することができる。
【００４７】
また、本実施例では、スイッチ２１１〜２１４、スイッチ２２１，２２２、及びスイッチ３７，３８にＣＭＯＳスイッチを用いたが、これらのスイッチは本実施例の形態に限られるものではなく、例えば、スイッチ２１１〜２１４とスイッチ２２２を各々Ｎチャンネル電界効果トランジスタに、スイッチ２２１とスイッチ３７，３８を各々Ｐチャンネル電界効果トランジスタに変更してもよい。
【符号の説明】
【００４８】
１ サーモパイル素子
２ 前置増幅回路部
３ 主増幅回路部
４ 基準電圧入力端子
５，６
クロック信号入力端子
７ レジスタ
８ シリアルインターフェイス
２１ 第１のスイッチング部
２２ 第２のスイッチング部
２３ 低雑音増幅器
２４，２５，３３〜３６ 抵抗
３１ 差動増幅器
３７，３８，２１１〜２１４，２２１，２２２ スイッチ
２３１〜２３３，２３６〜２３８ トランジスタ
２３４，２３５，２３９，２３０ 負荷抵抗
【技術分野】
【０００１】
本発明は、赤外線検出器に関し、特に、熱型赤外線検出素子を備えた赤外線検出器に関する。
【背景技術】
【０００２】
赤外線検出器は、例えば、火災検知のような高温の検出から、人体検知といった常温付近の温度の検出まで、幅広い温度範囲に対して利用されている。この広範囲の温度を測定する赤外線検出器としては、例えば、一定の基準電圧を発生させる基準電圧発生手段と、基準電圧が印加され、周囲温度を保証する信号を出力する周囲温度補償手段と、該周囲温度補償手段から出力された信号を増幅する第１の増幅手段と、該第１の増幅手段から出力される信号が印加されるとともに、赤外線放射エネルギーを電気信号に変換するサーモパイルを使用した赤外線検知手段と、該赤外線検知手段から出力される信号を増幅する第２の増幅手段と、を備えたものが知られている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−１４４７１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の赤外線検知手段としてサーモパイルを利用した赤外線検出器は、該赤外線検知手段の出力信号が増幅される第２の増幅手段において、ノイズに対する措置が講じられていないため、該赤外線検知手段の出力信号が微小であるときにノイズの影響を大きく受けてしまい、出力の精度がよくなかった。また、従来の赤外線検出器によって高温を検知するとき、赤外線検知手段の出力信号の大きさが前記増幅手段の出力に対する上限値を上回ってしまい、温度の測定が不可能になる場合があった。
【０００５】
本発明は、以上の問題点に鑑み広範囲の温度を計測することが可能であり、全ての検出温度範囲に対してノイズの影響を抑制した赤外線検出器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この目的を達成するため本発明に係る赤外線検出器は、赤外線検出素子と、一方の入力端と他方の入力端にそれぞれ前記赤外線検出素子の出力信号又は基準電圧信号が入力される低雑音増幅器を備え、前記赤外線検出素子の出力信号をチョッピングした後に前記低雑音増幅器で増幅し、パルス信号を生成する前置増幅回路部と、該前置増幅回路部による前記パルス信号を増幅する主増幅回路部と、を同一の半導体チップに有し、前記低雑音増幅器は、ソースが電源に接続され、ゲートにバイアス信号が入力される第１のＰチャンネル電界効果トランジスタと、ソースが相互に接続されるとともに前記第１のＰチャンネル電界効果トランジスタのドレインに接続される第２のＰチャンネル電界効果トランジスタ及び第３のＰチャンネル電界効果トランジスタと、前記第２のＰチャンネル電界効果トランジスタ及び前記第３のＰチャンネル電界効果トランジスタのそれぞれのドレインに一端が接続され、他端がともに接地される第１及び第２の負荷抵抗と、を有するものである。
【０００７】
前記低雑音増幅器は、上述の構成に加えて、ソースが電源に接続され、ゲートにバイアス信号が入力される第４のＰチャンネル電界効果トランジスタと、ソースが相互に接続されるとともに前記第４のＰチャンネル電界効果トランジスタのドレインに接続される第５のＰチャンネル電界効果トランジスタ及び第６のＰチャンネル電界効果トランジスタと、前記第５のＰチャンネル電界効果トランジスタ及び前記第６のＰチャンネル電界効果トランジスタのそれぞれのドレインに一端が接続され、他端がともに接地される第３及び第４の負荷抵抗と、をさらに有してもよく、前記第５のＰチャンネル電界効果トランジスタのゲートは前記第２のＰチャンネル電界効果トランジスタのドレインと前記第１の負荷抵抗の一端との接続点に接続され、前記第６のＰチャンネル電界効果トランジスタのゲートは前記第３のＰチャンネル電界効果トランジスタのドレインと前記第２の負荷抵抗の一端との接続点に接続されることを特徴とする。
【０００８】
前記前置増幅回路部は、前記低雑音増幅器に加え、クロック信号の信号レベルに基づいて前記赤外線検出素子の出力信号又は前記基準電圧信号を出力する第１の出力端と、前記クロック信号の信号レベルに基づいて前記基準電圧信号又は前記赤外線検出素子の出力信号を出力する第２の出力端とを備える第１のスイッチング部と、前記クロック信号の信号レベルに基づいて前記低雑音増幅器の一方の入力端又は他方の入力端に前記第１の出力端の信号又は前記第２の出力端の信号を選択的に入力させる第２のスイッチング部と、を有していることが好ましく、前記クロック信号を前記第１のスイッチング部又は前記第２のスイッチング部へと選択的に供給することによって、前記低雑音増幅器からパルス信号を生成することを特徴とする。
【０００９】
前記赤外線検出素子は、サーモパイルであってもよい。
【００１０】
前記負荷抵抗は、薄膜抵抗であることが好ましい。
【００１１】
前記主増幅回路部は、前記前置増幅回路部の前記パルス信号を増幅する差動増幅器と、該差動増幅器の利得を可変させる帰還抵抗部と、を有し、前記帰還抵抗部は、前記差動増幅器の入出力端子間に直列接続される複数の抵抗と、該複数の抵抗の各々にそれぞれ並列接続される抵抗選択スイッチと、を備えていてもよく、前記抵抗選択スイッチをオンオフすることによって前記差動増幅器の利得を選択的に切り替えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明に係る赤外線検出器によれば、広範囲の温度を計測することが可能であり、全ての検出温度範囲に対してノイズの影響を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明に係る赤外線検出器の構成を示す回路図。
【図２】前置増幅回路部及び差動増幅器の動作を表すタイミングチャート。
【図３】前置増幅回路部における低雑音増幅器の構成例。
【図４】前置増幅回路部における低雑音増幅器の他の構成例。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の好適な実施例を添付図面に基づいて説明する。
図１は、本実施例に係る赤外線検出器の回路図である。赤外線検出器は、赤外線検出素子であるサーモパイル素子１、前置増幅回路部２、及び主増幅回路部３が同一チップ上に形成され、基準電圧信号入力端子４、クロック信号入力端子５，６、レジスタ７、及びシリアルインターフェイス８を有している。
【００１５】
サーモパイル素子１は前置増幅回路部２に接続され、前置増幅回路部２に出力信号Ｖｏｕｔを供給する。前置増幅回路部２は、第１のスイッチング部２１（以下スイッチング部２１という。）と、第２のスイッチング部２２（以下スイッチング部２２という。）と、低雑音増幅器２３と、抵抗２４，２５を備え、サーモパイル素子１の出力信号をチョッピングした後に増幅し、パルス信号を生成する。主増幅回路部３は、差動増幅器３１、帰還抵抗部３２、及び抵抗３３からなり、前置増幅部回路部２によって生成されるパルス信号を増幅する。
【００１６】
スイッチング部２１は、サーモパイル素子１の出力信号Ｖｏｕｔ又は基準電圧信号Ｖｒｅｆを出力する第１の出力端２１５（以下出力端２１５という。）と、基準電圧信号Ｖｒｅｆ又は前記サーモパイル素子１の出力信号Ｖｏｕｔを出力する第２の出力端２１６（以下出力端２１６という。）とを有する回路であり、入力信号がＨレベルの時にオンするＣＭＯＳスイッチ２１１〜２１４（以下スイッチ２１１〜２１４という。）を備える。スイッチ２１１の一端及びスイッチ２１２の一端にはサーモパイル素子１が接続され、スイッチ２１３の一端及びスイッチ２１４の一端には基準電圧入力端子４が接続される。スイッチ２１１のゲート及びスイッチ２１４のゲートには、クロック信号入力端子５からのクロック信号ＳＣＫが反転入力され、スイッチ２１２のゲート及びスイッチ２１３のゲートにはクロック信号入力端子５からのクロック信号ＳＣＫが入力される。出力端２１５には、スイッチ２１１の他端及びスイッチ２１３の他端が接続され、出力端２１６には、スイッチ２１２の他端及びスイッチ２１４の他端が接続される。
【００１７】
スイッチング部２２は、低雑音増幅器２３の非反転入力端子に入力されるサーモパイル素子１の出力信号Ｖｏｕｔ及び基準電圧信号Ｖｒｅｆを切り替える回路であり、入力信号がＬレベルの時にオンするＣＭＯＳスイッチ２２１（以下スイッチ２２１という。）と、入力信号がＨレベルの時にオンするＣＭＯＳスイッチ２２２（以下スイッチ２２２という。）と、からなる。スイッチ２２１の一端は出力端２１５に接続され、スイッチ２２２の一端は出力端２１６に接続される。スイッチ２２１の他端とスイッチ２２２の他端は互いに接続されて、低雑音増幅器２３の非反転入力端子に接続される。スイッチ２２１及びスイッチ２２２のゲートには、クロック信号入力端子６からクロック信号ＳＣＫが入力される。
【００１８】
低雑音増幅器２３は、スイッチング部２１及びスイッチング部２２の切り替え動作によって、二つの入力端に供給されるサーモパイル素子１の出力信号Ｖｏｕｔ又は基準電圧信号Ｖｒｅｆの差信号を増幅するものであり、非反転入力端子が、スイッチ２２１の他端とスイッチ２２２の他端との接続点に接続され、反転入力端子が抵抗２５を介して出力端２１６に接続される。
【００１９】
抵抗２４及び抵抗２５は低雑音増幅器２３の利得を決める素子であり、抵抗２４が低雑音増幅器２３の出力端と反転入力端子間に接続される。抵抗２５は、一端が低雑音増幅器２３の反転入力端子と抵抗２４の一端に接続され、他端が出力端２１６に接続される。
【００２０】
差動増幅器３１は、低雑音増幅器２３の反転入力端子に入力される信号と、低雑音増幅器２３によって増幅されたパルス信号との差信号を増幅するものであり、非反転入力端子が出力端２１６及び抵抗２５の他端に接続され、反転入力端子が抵抗３３を解して低雑音増幅器２３の出力端子に接続される。
【００２１】
帰還抵抗部３２は、抵抗３４，３５，３６と、複数の抵抗３５，３６にそれぞれ並列に接続されるスイッチ３７，３８からなり、差動増幅器３１の利得を可変させる。
【００２２】
抵抗３４は差動増幅器３１の反転入力端子と抵抗３３との接続点に一端が接続され、他端が抵抗３５の一端に接続される。抵抗３５の他端は抵抗３６の一端に接続され、抵抗３６の他端は差動増幅器３１の出力端子に接続される。スイッチ３７及びスイッチ３８は抵抗選択スイッチであり、入力信号がＬレベルの時にオンするＣＭＯＳスイッチからなる。スイッチ３７のゲート及びスイッチ３８のゲートはレジスタ７に接続され、レジスタ７に接続されるシリアルインターフェイス８によってオン、オフ制御される。スイッチ３７は、一端が抵抗３５の一端に接続され、他端が抵抗３５の他端に接続される。スイッチ３８は、一端が抵抗３６の一端に接続され、他端が抵抗３６の他端に接続される。
【００２３】
ここで、図２に基づいて、スイッチング部２１，２２、及び差動増幅器３１の動作を説明する。図２はクロック信号入力端子６の入力信号をＳ１、クロック信号入力端子５の入力信号をＳ２、低雑音増幅器２３の増幅率をＡ２３、差動増幅器３１の増幅率をＡ３１としたときの差動増幅器３１の出力信号Ｓ３を表すタイミングチャートである。
【００２４】
クロック信号入力端子５及びクロック信号入力端子６の信号がともにＬレベルであるとき、スイッチ２１１、スイッチ２１４、及びスイッチ２２１はオンし、スイッチ２１２、スイッチ２１３、及びスイッチ２２２はオフする。低雑音増幅器２３の非反転入力端子には、出力端２１５，スイッチ２２１を介してサーモパイル素子１の出力信号Ｖｏｕｔが入力され、低雑音増幅器２３の反転入力端子及び差動増幅器の３１の非反転入力端子には、出力端２１６を介して基準電圧信号Ｖｒｅｆが入力されることから、低雑音増幅器２３はサーモパイル素子１の出力信号Ｖｏｕｔと基準電圧信号Ｖｒｅｆの差信号を増幅率Ａ２３で増幅し、増幅された信号が差動増幅器３１の反転入力端子に入力される。
【００２５】
図２のＴ１において、クロック信号入力端子６にクロック信号ＳＣＫが入力されると、スイッチング部２２によるチョッピングが行なわれる。
クロック信号入力端子６の信号がＨレベルのとき、スイッチ２２１はオフし、スイッチ２２２はオンする。低雑音増幅器２３の非反転入力端子、低雑音増幅器２３の反転入力端子、及び差動増幅器３１の非反転入力端子には、いずれも出力端２１６を介して基準電圧信号Ｖｒｅｆが入力され、差動増幅器３１は基準電圧信号Ｖｒｅｆを増幅する。
【００２６】
クロック信号入力端子６の信号が再びＬレベルになると、低雑音増幅器２３はサーモパイル素子１の出力信号Ｖｏｕｔと基準電圧信号Ｖｒｅｆの差信号を増幅率Ａ２３で増幅し、増幅された信号が差動増幅器３１の反転入力端子に入力される。
【００２７】
このように、クロック信号入力端子６に供給されるクロック信号ＳＣＫに基づいて、スイッチ２２１及びスイッチ２２２が交互にオン、オフし、差動増幅器３１は、Ａ２３×Ａ３１×ＶｒｅｆとＡ２３×Ａ３１×（Ｖｒｅｆ−Ｖｏｕｔ）を振幅にもつパルス信号を出力する。
【００２８】
Ｔ２において、クロック信号ＳＣＫがクロック信号入力端子５に供給されるように切り替えると、スイッチング部２１によるチョッピングが行なわれる。
クロック信号入力端子５の信号がＨレベルのとき、スイッチ２１２とスイッチ２１３はオンし、スイッチ２１１とスイッチ２１４はオフする。低雑音増幅器２３の非反転入力端子には出力端２１５を介して基準電圧信号Ｖｒｅｆが入力され、反転入力端子には出力端２１６を介してサーモパイル素子１の出力信号Ｖｏｕｔが入力されることから、低雑音増幅器２３は基準電圧信号Ｖｒｅｆとサーモパイル素子１の出力信号Ｖｏｕｔとの差信号を増幅率Ａ２３で増幅する。
【００２９】
クロック信号入力端子５の信号が再びＬレベルになると、低雑音増幅器２３はサーモパイル素子１の出力信号Ｖｏｕｔと基準電圧信号Ｖｒｅｆの差信号を増幅率Ａ２３で増幅し、増幅された信号が差動増幅器３１の反転入力端子に入力される。
【００３０】
このように、クロック信号入力端子５に供給されるクロック信号ＳＣＫに基づいて、スイッチ２１１とスイッチ２１４，スイッチ２１２とスイッチ２１３が交互にオン、オフし、差動増幅器３１は、Ａ２３×Ａ３１×（Ｖｒｅｆ＋Ｖｏｕｔ）とＡ２３×Ａ３１×（Ｖｒｅｆ−Ｖｏｕｔ）を振幅にもつパルス信号を出力する。
【００３１】
スイッチング部２１及びスイッチング部２２によって、クロック信号ＳＣＫに基づいたチョッピングを行なうことにより、低雑音増幅器２３の入力信号の周波数に起因する１／ｆノイズが抑制され、オフセット電圧の影響に左右されなくなる。１／ｆノイズの大きさは、クロック信号ＳＣＫの周波数に基づくチョッピング周波数に反比例するため、クロック信号ＳＣＫの周波数が大きいほど、１／ｆノイズを抑制することができる。
【００３２】
スイッチング部２１によるチョッピング方式は、サーモパイル素子１の出力信号Ｖｏｕｔと基準電圧信号Ｖｒｅｆとの差信号の振幅を２倍の大きさにすることができ、スイッチング部２２によるチョッピング方式は、基準電圧信号Ｖｒｅｆに対してサーモパイル素子１の出力信号Ｖｏｕｔの大きさを比較することができる。
【００３３】
特に、スイッチング部２１によるチョッピング方式は、スイッチング部２２によるチョッピング方式に比較してＳ／Ｎ比が２倍になるため、サーモパイル素子１の出力信号Ｖｏｕｔが微小である場合も、ノイズの影響を抑制し、精度のよい温度計測を行なうことが可能である。
【００３４】
図３は低雑音増幅器２３の構成例を示すもので、低雑音増幅器２３は、第１のＰチャンネル電界効果トランジスタ２３１（以下トランジスタ２３１という。）と、第２のＰチャンネル電界効果トランジスタ２３２（以下トランジスタ２３２という。）と、第３のＰチャンネル電界効果トランジスタ２３３（以下トランジスタ２３３という。）と、第１の負荷抵抗２３４（以下負荷抵抗２３４という。）と、第２の負荷抵抗２３５（以下負荷抵抗２３５という。）とから構成される。
【００３５】
トランジスタ２３１は、ソースが電源に接続され、ゲートにバイアス信号Ｐｂｉａｓが入力されて、電流源を構成している。トランジスタ２３２及びトランジスタ２３３は差動入力段であり、トランジスタ２３２のソース及びトランジスタ２３３のソースは、トランジスタ２３１のドレインに接続される。トランジスタ２３２は、ゲートが非反転入力端子であり、ドレインが負荷抵抗２３４の一端に接続される。トランジスタ２３３は、ゲートが反転入力端子であり、ドレインが負荷抵抗２３５の一端に接続される。負荷抵抗２３４の他端及び負荷抵抗２３５の他端は接地される。
【００３６】
低雑音増幅回路２３は、Ｎチャンネル電界効果トランジスタを用いずに、Ｐチャンネル電界効果トランジスタと負荷抵抗のみの構成とすることで、さらに１／ｆノイズの低減を図ることができる。
【００３７】
また、低雑音増幅器２３は、図４に示すように、トランジスタ２３１〜２３３、負荷抵抗２３４，２３５に加え、第４のＰチャンネル電界効果トランジスタ２３６（以下トランジスタ２３６という。）と、第５のＰチャンネル電界効果トランジスタ２３７（以下トランジスタ２３７という。）と、第６のＰチャンネル電界効果トランジスタ２３８（以下トランジスタ２３８という。）と、第３の負荷抵抗２３９（以下負荷抵抗２３９という。）と、第４の負荷抵抗２３０（以下負荷抵抗２３４という。）とを備えてもよい。
【００３８】
トランジスタ２３６は、ソースが電源に接続され、ゲートにバイアス信号Ｐｂｉａｓが入力される。トランジスタ２３７及びトランジスタ２３８は差動入力段であり、トランジスタ２３７のソース及びトランジスタ２３８のソースは、トランジスタ２３６のドレインに接続される。トランジスタ２３７は、ゲートがトランジスタ２３２のドレインと負荷抵抗２３４の一端に接続され、ドレインが負荷抵抗２３９の一端に接続される。トランジスタ２３８は、ゲートがトランジスタ２３３のドレインと負荷抵抗２３５の一端に接続され、ドレインが負荷抵抗２３０の一端に接続される。負荷抵抗２３９の他端及び負荷抵抗２３０の他端は接地される。
【００３９】
このように、低雑音増幅器２３を２段に構成することで、利得の増加とともに、コモンモードノイズの低減を図ることができる。
【００４０】
なお、負荷抵抗２３４，２３５，２３９，２３０に高精度の薄膜抵抗を用いると、工程や温度による変動が非常に小さくなることから、オフセット変動を低減させることが可能である。
【００４１】
次に、帰還抵抗部３２の動作を説明する。スイッチ３７及びスイッチ３８がオフの時は、帰還抵抗部３２の合成抵抗値は、抵抗３４〜３６の抵抗値を加算した値になる。スイッチ３７がオンすると、差動増幅器３１の帰還電流は抵抗３６、スイッチ３７、抵抗３４を経て反転入力端子に流れる。そのため、帰還抵抗部３２の合成抵抗値は、抵抗３４，３６の抵抗値を加算した値になる。さらに、スイッチ３８がオンすると、差動増幅器３１の帰還電流はスイッチ３８、スイッチ３７、抵抗３４を経て反転入力端子に流れることから、帰還抵抗部３２の合成抵抗値は抵抗３４の抵抗値になる。スイッチ３７及びスイッチ３８がオン、オフ制御されることで、帰還抵抗部３２の合成抵抗値が切り替わり、差動増幅器３１の利得は可変する。
【００４２】
サーモパイル素子１の出力信号Ｖｏｕｔが微小であるときは、スイッチ３７及びスイッチ３８をオフして差動増幅器３１の利得を大きくする。サーモパイル素子１の出力信号Ｖｏｕｔは前置増幅回路部２によってノイズが十分に抑制されているため、差動増幅器３１によって高利得で増幅された信号Ｓ３のノイズの影響は無視できるため、正確な温度換算が可能となる。このとき、クロック信号ＳＣＫをクロック信号入力端子５に入力すると、Ｓ／Ｎ比を２倍にすることができるため、さらにノイズが抑制された正確な温度換算が可能となる。
【００４３】
また、高温を測定するとき、すなわちサーモパイル素子１の出力信号Ｖｏｕｔが大きいときは、スイッチ３７及びスイッチ３８をオンして差動増幅器３１の利得を小さくする。差動増幅器３１は、前置増幅回路部２から非常に大きな信号が入力されても、増幅器の出力上限値を超えることを防止できる。
【００４４】
このように、検出温度に合わせてスイッチ３７及びスイッチ３８をオン、オフして差動増幅器３１の利得を可変させることで、広範囲の温度を測定することができる。
【００４５】
サーモパイル素子１、前置増幅回路部２、及び主増幅回路部３は同一チップに設けられることで、外来ノイズの影響を受けにくくなり、サーモパイル素子１の出力信号を効果的に増幅することができる。
【００４６】
なお、本実施例では、帰還抵抗部３２は、差動増幅器３１の入出力端子間に直列接続された３個の抵抗のうち、２個の抵抗にそれぞれ抵抗選択スイッチが並列接続されたが、入出力端子間に直列接続される抵抗の数を追加し、追加された抵抗にそれぞれ抵抗選択スイッチを並列接続してもよい。並列に接続された抵抗選択スイッチと抵抗が増えると、差動増幅器３１の利得をより多段階に設定することができる。
【００４７】
また、本実施例では、スイッチ２１１〜２１４、スイッチ２２１，２２２、及びスイッチ３７，３８にＣＭＯＳスイッチを用いたが、これらのスイッチは本実施例の形態に限られるものではなく、例えば、スイッチ２１１〜２１４とスイッチ２２２を各々Ｎチャンネル電界効果トランジスタに、スイッチ２２１とスイッチ３７，３８を各々Ｐチャンネル電界効果トランジスタに変更してもよい。
【符号の説明】
【００４８】
１ サーモパイル素子
２ 前置増幅回路部
３ 主増幅回路部
４ 基準電圧入力端子
５，６
クロック信号入力端子
７ レジスタ
８ シリアルインターフェイス
２１ 第１のスイッチング部
２２ 第２のスイッチング部
２３ 低雑音増幅器
２４，２５，３３〜３６ 抵抗
３１ 差動増幅器
３７，３８，２１１〜２１４，２２１，２２２ スイッチ
２３１〜２３３，２３６〜２３８ トランジスタ
２３４，２３５，２３９，２３０ 負荷抵抗
【特許請求の範囲】
【請求項１】
赤外線検出素子と、
一方の入力端と他方の入力端にそれぞれ前記赤外線検出素子の出力信号又は基準電圧信号が入力される低雑音増幅器を備え、前記赤外線検出素子の出力信号をチョッピングした後に前記低雑音増幅器で増幅し、パルス信号を生成する前置増幅回路部と、
該前置増幅回路部による前記パルス信号を増幅する主増幅回路部と、
を同一の半導体チップに有し、
前記低雑音増幅器は、
ソースが電源に接続され、ゲートにバイアス信号が入力される第１のＰチャンネル電界効果トランジスタと、
ソースが相互に接続されるとともに前記第１のＰチャンネル電界効果トランジスタのドレインに接続される第２のＰチャンネル電界効果トランジスタ及び第３のＰチャンネル電界効果トランジスタと、
前記第２のＰチャンネル電界効果トランジスタ及び前記第３のＰチャンネル電界効果トランジスタのそれぞれのドレインに一端が接続され、他端がともに接地される第１及び第２の負荷抵抗と、
を有する
ことを特徴とする赤外線検出器。
【請求項２】
前記低雑音増幅器は、
ソースが電源に接続され、ゲートにバイアス信号が入力される第４のＰチャンネル電界効果トランジスタと、
ソースが相互に接続されるとともに前記第４のＰチャンネル電界効果トランジスタのドレインに接続される第５のＰチャンネル電界効果トランジスタ及び第６のＰチャンネル電界効果トランジスタと、
前記第５のＰチャンネル電界効果トランジスタ及び前記第６のＰチャンネル電界効果トランジスタのそれぞれのドレインに一端が接続され、他端がともに接地される第３及び第４の負荷抵抗と、
をさらに有し、
前記第５のＰチャンネル電界効果トランジスタのゲートは前記第２のＰチャンネル電界効果トランジスタのドレインと前記第１の負荷抵抗の一端との接続点に接続され、前記第６のＰチャンネル電界効果トランジスタのゲートは前記第３のＰチャンネル電界効果トランジスタのドレインと前記第２の負荷抵抗の一端との接続点に接続される
ことを特徴とする請求項１記載の赤外線検出器。
【請求項３】
前記前置増幅回路部は、
クロック信号の信号レベルに基づいて前記赤外線検出素子の出力信号又は前記基準電圧信号を出力する第１の出力端と、前記クロック信号の信号レベルに基づいて前記基準電圧信号又は前記赤外線検出素子の出力信号を出力する第２の出力端とを備える第１のスイッチング部と、
前記クロック信号の信号レベルに基づいて前記低雑音増幅器の一方の入力端又は他方の入力端に前記第１の出力端の信号又は前記第２の出力端の信号を選択的に入力させる第２のスイッチング部と、
をさらに有し、
前記クロック信号を前記第１のスイッチング部又は前記第２のスイッチング部へと選択的に供給することによって、前記低雑音増幅器からパルス信号を生成する
ことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の赤外線検出器。
【請求項４】
前記赤外線検出素子は、サーモパイルであることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか一項記載の赤外線検出器。
【請求項５】
前記負荷抵抗は、薄膜抵抗であることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか一項記載の赤外線検出器。
【請求項６】
前記主増幅回路部は、
前記前置増幅回路部の前記パルス信号を増幅する差動増幅器と、
該差動増幅器の利得を可変させる帰還抵抗部と、
を有し、
前記帰還抵抗部は、
前記差動増幅器の入出力端子間に直列接続される複数の抵抗と、
該複数の抵抗の各々にそれぞれ並列接続される抵抗選択スイッチと、
を備え、
前記抵抗選択スイッチをオンオフすることによって前記差動増幅器の利得を選択的に切り替える
ことを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか一項記載の赤外線検出器。
【請求項１】
赤外線検出素子と、
一方の入力端と他方の入力端にそれぞれ前記赤外線検出素子の出力信号又は基準電圧信号が入力される低雑音増幅器を備え、前記赤外線検出素子の出力信号をチョッピングした後に前記低雑音増幅器で増幅し、パルス信号を生成する前置増幅回路部と、
該前置増幅回路部による前記パルス信号を増幅する主増幅回路部と、
を同一の半導体チップに有し、
前記低雑音増幅器は、
ソースが電源に接続され、ゲートにバイアス信号が入力される第１のＰチャンネル電界効果トランジスタと、
ソースが相互に接続されるとともに前記第１のＰチャンネル電界効果トランジスタのドレインに接続される第２のＰチャンネル電界効果トランジスタ及び第３のＰチャンネル電界効果トランジスタと、
前記第２のＰチャンネル電界効果トランジスタ及び前記第３のＰチャンネル電界効果トランジスタのそれぞれのドレインに一端が接続され、他端がともに接地される第１及び第２の負荷抵抗と、
を有する
ことを特徴とする赤外線検出器。
【請求項２】
前記低雑音増幅器は、
ソースが電源に接続され、ゲートにバイアス信号が入力される第４のＰチャンネル電界効果トランジスタと、
ソースが相互に接続されるとともに前記第４のＰチャンネル電界効果トランジスタのドレインに接続される第５のＰチャンネル電界効果トランジスタ及び第６のＰチャンネル電界効果トランジスタと、
前記第５のＰチャンネル電界効果トランジスタ及び前記第６のＰチャンネル電界効果トランジスタのそれぞれのドレインに一端が接続され、他端がともに接地される第３及び第４の負荷抵抗と、
をさらに有し、
前記第５のＰチャンネル電界効果トランジスタのゲートは前記第２のＰチャンネル電界効果トランジスタのドレインと前記第１の負荷抵抗の一端との接続点に接続され、前記第６のＰチャンネル電界効果トランジスタのゲートは前記第３のＰチャンネル電界効果トランジスタのドレインと前記第２の負荷抵抗の一端との接続点に接続される
ことを特徴とする請求項１記載の赤外線検出器。
【請求項３】
前記前置増幅回路部は、
クロック信号の信号レベルに基づいて前記赤外線検出素子の出力信号又は前記基準電圧信号を出力する第１の出力端と、前記クロック信号の信号レベルに基づいて前記基準電圧信号又は前記赤外線検出素子の出力信号を出力する第２の出力端とを備える第１のスイッチング部と、
前記クロック信号の信号レベルに基づいて前記低雑音増幅器の一方の入力端又は他方の入力端に前記第１の出力端の信号又は前記第２の出力端の信号を選択的に入力させる第２のスイッチング部と、
をさらに有し、
前記クロック信号を前記第１のスイッチング部又は前記第２のスイッチング部へと選択的に供給することによって、前記低雑音増幅器からパルス信号を生成する
ことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の赤外線検出器。
【請求項４】
前記赤外線検出素子は、サーモパイルであることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか一項記載の赤外線検出器。
【請求項５】
前記負荷抵抗は、薄膜抵抗であることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか一項記載の赤外線検出器。
【請求項６】
前記主増幅回路部は、
前記前置増幅回路部の前記パルス信号を増幅する差動増幅器と、
該差動増幅器の利得を可変させる帰還抵抗部と、
を有し、
前記帰還抵抗部は、
前記差動増幅器の入出力端子間に直列接続される複数の抵抗と、
該複数の抵抗の各々にそれぞれ並列接続される抵抗選択スイッチと、
を備え、
前記抵抗選択スイッチをオンオフすることによって前記差動増幅器の利得を選択的に切り替える
ことを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか一項記載の赤外線検出器。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１２−６８２６５（Ｐ２０１２−６８２６５Ａ）
【公開日】平成２４年４月５日（２０１２．４．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２８０２０６（Ｐ２０１１−２８０２０６）
【出願日】平成２３年１２月２１日（２０１１．１２．２１）
【分割の表示】特願２００７−５３０９０（Ｐ２００７−５３０９０）の分割
【原出願日】平成１９年３月２日（２００７．３．２）
【出願人】（３９０００９６６７）セイコーＮＰＣ株式会社 (161)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年４月５日（２０１２．４．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１２月２１日（２０１１．１２．２１）
【分割の表示】特願２００７−５３０９０（Ｐ２００７−５３０９０）の分割
【原出願日】平成１９年３月２日（２００７．３．２）
【出願人】（３９０００９６６７）セイコーＮＰＣ株式会社 (161)
【Ｆターム（参考）】
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