JP3743832B2 - 受動型赤外線検知装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、設定された検知エリア内へ進入した人体などの物体を、そのエリア内から放射される赤外線エネルギの変動によって検知する受動型赤外線検知装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
受動型赤外線検知装置は、一般に光学系によって赤外線検出素子に入射する赤外線のエリア（検知エリア）を設定し、そのエリア内の物体から放射される赤外線を赤外線検出素子に集光するようにしておくとともに、その赤外線検出素子の出力に基づく検知エリア内からの赤外線エネルギの変動量が所定のレベルを超えたときに、検知エリア内への人体等の移動物体の進入を検知するように構成され、自動ドアの開閉や防犯警報装置の作動のための起動スイッチとして広く使用されている。
【０００３】
また、この種の受動型赤外線検知装置では、強い風が吹く等に起因する検知エリアの背景温度の変化、外来の電波ノイズまたは直射日光の照射などの外乱光等による赤外線エネルギの変化を誤検知しないように、２個一対の赤外線検出素子を備えた検出素子対が用いられている。この検出素子対は、一対の赤外線検出素子を互いに逆極性として並列または直列に接続して構成されている。また、両赤外線検出素子に対応する２つの検知エリアは、検出すべき移動物体が移動するであろうと想定した方向に沿って並べて設定される。それにより、人体などの移動物体が２つの検知エリアを或る時間差で横切って通過するのに対し、外乱光などによる背景雑音は各検知エリアに同時に発生することを利用して、背景雑音のみを二つのエリア間で互いに相殺して誤検知を防止するようにしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記一対の赤外線検出素子を備えた検出素子対は、物体が２つの検知エリアを順に横切るように移動した場合のみ物体の検知が可能な検知方向性を有しているから、物体が２つの検知エリアが並ぶ配置方向に対し直交方向に移動した場合、つまり、物体が２つのうちのいずれか一方の検知エリアに沿って移動するか、或いは両検知エリアの間の空間に沿って移動した場合には、検出素子対からの信号が検出レベルよりも低い信号レベルで出力されるか、或いは検出素子対から全く信号が出力されず、移動物体を検知することができない。例えば、防犯用カメラを受動型赤外線検知装置からの物体検知信号の出力により起動して検知エリア内の状況を撮像記録する防犯カメラシステムにおいては、一般に、防犯用カメラが建造物の出入口に視野を向けて設置されるとともに、受動型赤外線検知装置がカメラに一体に設けられ、光学系による多数の検知エリアのうち、一対の検知エリアは出入口に向かう方向に沿って設定されるが、この場合、カメラに向かって移動する物体は、受動型赤外線検知装置から物体検知信号が出力されないことから、撮影することができない。
【０００５】
また、上述の防犯カメラシステムでは、人体が横を向いた状態や物陰に隠れた状態で撮影されることもあるから、物体を特定できる鮮明な静止画像を確実に得ることを目的として、一般に所定領域内に進入した同一物体に対して物体の移動に伴って複数回の撮影が行われる。そのため、所定領域には、２つ一組とした複数組の検知エリアが放射状の配置で設定される。この場合、隣接する各二組の検知エリアを近接し過ぎた間隔で配設すると、隣接する二組の検知エリアのうちの互いに近接する２つの検知エリアからの放射赤外線は、互いに逆極性に接続された２つの赤外線検出素子に入射されて相殺されてしまうため、赤外線検出素子の信号レベルが低くなって物体の判別が難しくなる。逆に、隣接する検知エリアの間隔を大きく設定すると、この検知エリアの間が物体を検知することのできない検知不能領域となる。
【０００６】
そこで本発明は、外乱光などによる背景雑音による誤検知を防止する機能を備えながらも検知方向性をほぼ無くして、何れの方向に移動する物体をも確実に検知することのできる受動型赤外線検知装置を提供することを目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の受動型赤外線検知装置は、互いに逆の極性をもつ一対の赤外線検出素子をそれぞれに備えた第１および第２の検出素子対と、前記各赤外線検出素子に所定の検知エリアを割り当て、その検知エリアからの赤外線を前記赤外線検出素子に入射させる光学系とを備え、前記第１の検出素子対に割り当てられた一対の第１の検知エリアは、第１の方向に沿って並んでおり、前記第２の検出素子対に割り当てられた一対の第２の検知エリアは、前記第１の方向とほぼ直交する第２の方向に沿って並んでおり、さらに、前記第１の検出素子対からの検知信号と前記第２の検出素子対からの検知信号との論理和から物体を検知する検知回路を備えた構成になっている。
【０００８】
第１の方向に沿って移動する物体は、第１の検出素子対に割り当てられた一対の第１の検知エリアを或る時間差で順に通過するので、第１の検出素子対からは、その一対の赤外線検出素子にそれぞれ発生する極性が互いに逆の大きな信号レベルの検知信号が出力される。一方、上記の第１の方向とはほぼ直交する第２の方向に沿って移動する物体は、第２の検出素子対に割り当てられた一対の第２の検知エリアを或る時間差で順に通過するので、第２の検出素子対からは、その一対の赤外線検出素子にそれぞれ発生する極性が互いに逆の大きな信号レベルの検知信号が出力される。
【０００９】
上記の第１および第２の両検出素子対からそれぞれ出力する検知信号の論理和から物体を検知するので、物体がいずれの方向に移動した場合にも、この物体を第１の検出素子対または第２の検出素子対のいずれか一方の検知信号によりほぼ確実に検知することができ、物体検知の信頼性が格段に向上する。しかも、検知エリアの背景温度の変化や外乱光等による赤外線エネルギの変化は、第１および第２の検出素子対の各々の赤外線検出素子に同時に検出されるので、各検出素子対において一対の赤外線検出素子間で互いに相殺され、いずれの検出素子対からも検知信号が誤出力されることがない。
【００１０】
本発明において、前記第１の検知エリアは放射状に複数設定されており、前記第２の検知エリアが、隣接する第１の検知エリアの間に設定されている。
【００１１】
これにより、それぞれ２つ一組とする第１および第２の検知エリアの各々の配置方向は互いにほぼ直交していることと、第１の検出素子対からの検知信号と第２の検出素子対からの検知信号との論理和により物体を検知こととにより、放射状に複数組設定された第１の検知エリアにおける隣接する各間に、それぞれ第２の検知エリアを第１の検知エリアに対し近接した配置で設定しても、各検出素子対から出力される検知信号の信号レベルにより物体を確実に検知することができる。そのため、隣接する２つの検知エリアの間に物体の検知不能領域が生じない。しかも、物体が第１の方向に沿って移動した場合には、この物体が少なくとも２つ１組の第１の検知エリアを横切ることから、第１の検出素子対により検知できる。一方、物体が第２の方向に沿って移動した場合には、物体が２つ１組の第２の検知エリアを横切ることから、第２の検出素子対により検知できる。したがって、物体がいずれの方向に移動した場合にも、この物体を第１または第２のいずれか一方の検出素子対により確実に検知できる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施形態について図面を参照しながら詳述する。
図１は本発明の一実施形態に係る受動型赤外線検知装置を示す概略構成図である。赤外線検出器１には、一対の赤外線検出素子２ａ，２ｂ、３ａ，３ｂをそれぞれ備えた第１および第２の検出素子対２，３が設けられている。一対の赤外線検出素子２ａ，２ｂと３ａ，３ｂのそれぞれは、後述する回路構成のもとに互いに逆極性に接続されている。
【００１３】
上記各赤外線検出素子２ａ，２ｂ，３ａ，３ｂには、光学系４によって所定の検知エリア７ａ，７ｂ，８ａ，８ｂがそれぞれ複数割り当てられ、この各検知エリア７ａ，７ｂ，８ａ，８ｂから放射される赤外線エネルギが、光学系４により集光されて対応する各赤外線検出素子２ａ，２ｂ，３ａ，３ｂのそれぞれに入射される。７ａ，７ｂ，８ａ，８ｂの符号が付された長方形は、床面上の検知エリアを示す。各検出素子対２，３は一つのケース内に収納され、光学系４がそのケースの外壁の一部を形成している。
【００１４】
第１の検出素子対２における一対の赤外線検出素子２ａ，２ｂに割り当てられた第１の検知エリア７ａ，７ｂは、２つ一組として第１の方向Ｘに沿って並んで配置されており、この実施形態では、五組を光学系４を中心にして放射状に設定した場合を例示してある。一方、第２の検出素子対３における一対の赤外線検出素子３ａ，３ｂの検知エリア８ａ，８ｂは、同様に２つ一組として、第１の方向Ｘとほぼ直交する第２の方向Ｙに沿って並んだ配置で、各組の第１の検知エリア８ａ，８ｂにそれぞれ近接して設定されており、この実施形態では、５組の第２の検知エリア８ａ，８ｂを設定した場合を例示してある。
【００１５】
各赤外線検出素子２ａ，２ｂ，３ａ，３ｂにそれぞれ入射した赤外線光束により発生する信号は信号処理部９により信号処理され、信号処理部９からは、人体などの移動物体を検知したと判別したときに、例えば、自動ドアの開閉や防犯警報装置を起動させるための作動信号Ｓ１、または防犯用カメラ１０に対し起動信号Ｓ２を出力する。特に、この実施形態では、各赤外線検出素子２ａ，２ｂ，３ａ，３ｂにそれぞれ５つずつ割り当てられた検知エリア７ａ，７ｂ，８ａ，８ｂが放射状の配置で設定されているから、防犯カメラ１０により複数回の撮影を行うために同一の移動物体をその移動に伴って複数回検知する必要がある撮像記録システムの物体検知用に適している。
【００１６】
図２は、上記受動型赤外線検知装置における信号処理部９を含む電気系のブロック構成図である。第１の検出素子対２の一対の赤外線検出素子２ａ，２ｂおよび第２の検出素子対３の一対の赤外線検出素子３ａ，３ｂは、第１の信号処理回路１１および第２の信号処理回路１２のそれぞれにおいて互いに逆極性に直列接続されている。第１および第２の信号処理回路１１，１２は同一の回路構成になっており、各信号処理回路１１，１２において、一対の赤外線検出素子２ａ，２ｂまたは３ａ，３ｂにそれぞれ入射した赤外線光束により発生する電荷が、高抵抗値の入力抵抗Ｒ１を介して放電されるとともに、電界効果トランジスタＦによりインピーダンス変換され、ソースフォロワ構成のもとに、この電界効果トランジスタＦを介して直流電源＋Ｂに直列接続された２個の増幅用抵抗Ｒ２，Ｒ３を通じて、増幅された信号として取り出される。
【００１７】
上記の第１および第２の信号処理回路１１、１２のそれぞれからは、一対の赤外線検出素子２ａ，２ｂ、３ａ，３ｂに発生した電荷が互いに逆極性のもとに合計された信号が出力される。各信号処理回路１１，１２の出力信号は、増幅回路１３，１４で増幅されたのちに、比較回路からなるレベル検出回路１７，１８に入力される。レベル検出回路１７，１８は、入力信号の信号強度、すなわち赤外線検出素子２ａ，２ｂ，３ａ，３ｂに入射した赤外線光束の変動量に対応した信号レベルを、検出レベル設定部１９，２０に設定された所定の検出レベルと常時比較しており、入力信号レベルが検出レベルを超えたときに、検知信号Ａ，Ｂを出力する。このレベル検出回路１７，１８のいずれか一方から検知信号ＡまたはＢが出力されたときに、論理和回路よりなる検知回路２１から物体検出信号Ｃが出力される。作動信号発生回路２２は、物体検出信号Ｃを受けて、防犯カメラ１０の起動用或いは防犯警報機器または自動開閉ドアの作動用の作動信号Ｄを出力する。
【００１８】
つぎに、上記受動型赤外線検知装置の動作について、図３のタイミングチャートを参照しながら説明する。いま、物体が図１の第１の方向Ｘに沿って移動して、二組の第１の検知エリア７ａ，７ｂを順次横切って通過した場合、この物体は計４つの第１の検知エリア７ａ，７ｂを或る時間差をもって通過するので、第１の信号処理回路１１からは、図３（ａ）に示すように、一対の赤外線検出素子２ａ，２ｂに入射した赤外線光束により発生した極性が交互に逆の電荷による大きなレベルの信号が出力され、この出力信号は、図３（ａ）に２点鎖線で示す正，負の検出レベルＬ１，Ｌ２をそれぞれ超えるので、レベル検出回路１７からは、図３（ｂ）に示すような検知信号Ａが出力される。
【００１９】
続いて、物体が図１の第２の方向Ｙに沿って移動して、二つの第１の検知エリア７ａ ，７ｂの間を通って二つの第２の検知エリア８ａ，８ｂを順次横切って通過した場合、この物体は２つの第２の検知エリア８ａ，８ｂを或る時間差をもって通過するので、第２の信号処理回路１２からは、図３（ｃ）に示すように、一対の赤外線検出素子３ａ，３ｂに入射した赤外線光束により発生した極性が交互に逆の電荷による大きなレベルの信号が出力され、この出力信号は、図３（ｃ）に２点鎖線で示す正，負の検出レベルＬ１，Ｌ２をそれぞれ超えるので、レベル検出回路１８からは、図３（ｄ）に示すような検知信号Ｂが出力される。
【００２０】
論理和回路２１は、両レベル検出回路１７，１８からそれぞれ出力する検知信号Ａ，Ｂの論理和をとって、図３（ｅ）に示すように、物体検出信号Ｃを出力し、作動信号発生回路２２からは、図３（ｆ）に示すように、物体検出信号Ｃの入力に基づいて作動信号Ｄを出力する。したがって、物体がいずれの方向に移動した場合にも、この物体は、第１の検知エリア７ａ，７ｂおよび第２の検知エリア８ａ，８ｂのうちの少なくとも一方の二つ一組を横切ることになり、各検出素子対２，３のいずれか一方に基づく検知信号ＡまたはＢにより物体を確実に検知することができる。
【００２１】
また、検知エリア７ａ，７ｂ、８ａ，８ｂの背景温度の変化や外乱光などによる赤外線エネルギの変化は、全ての検知エリア７ａ，７ｂ、８ａ，８ｂに同時に発生するので、この背景雑音などは各検出素子対７，８における一対の赤外線検出素子２ａ，２ｂ間および３ａ，３ｂ間でそれぞれ互いに相殺され、いずれの検出素子対２，３からも信号が出力されない。
【００２２】
図４（ａ）は赤外線検出素子の他の配置例を示す斜視図である。第１の検出素子対２３は縦長の一対の赤外線検出素子２３ａ，２３ｂを互いに平行に配置して構成されており、第２の検出素子対２４は、同じく縦長の一対の赤外線検出素子２４ａ，２４ｂを、前記赤外線検出素子２３ａ，２３ｂに対し直交して互いに平行に位置し、かつ各々の両端部分が赤外線検出素子２３ａ，２３ｂの両端部分に重なるように配置して構成されている。各赤外線検出素子２３ａ，２３ｂ，２４ａ，１４ｂは、いずれも焦電フィルムなどを主体として構成された光透過性の素子であって、赤外線入射方向に対し後方側の赤外線検出素子２３ａ、２３ｂにも支障なく赤外線が入射する。これらの素子は図２と同様の回路構成のもとに、第１および第２の検出素子対２３，２４の各々の一対の赤外線検出素子２３ａ，２３ｂ、２４ａ，２４ｂが互いに逆極性に接続される。この両検出素子対２３，２４がケースに収納されて赤外線検出器が構成される。
【００２３】
図４（ｂ）は、各赤外線検出素子２３ａ，２３ｂ，２４ａ，２４ｂに対し単一の光学系により割り当てられた検知エリア２７ａ，２７ｂ、２８ａ，２８ｂを示し、第１の検出素子対２３の一対の赤外線検出素子素子２３ａ，２３ｂに割り当てられた第１検知エリア２７ａ，２７ｂは、第１の方向Ｘに沿って並んだ配置とされ、第２の検出素子対２４の一対の赤外線検出素子２４ａ，２４ｂに割り当てられた第２の検知エリア２８ａ，２８ｂは、第１の方向にほぼ直交する第２の方向Ｙに沿って並んだ配置とされている。なお、（ｂ）に示した一組の検知エリア２７ａ，２７ｂ、２８ａ，２８ｂは、単一の光学系によって、図１に示したと同様の放射状の配置で複数設定されている。また、信号処理するための電気系は図２と同様に構成される。
【００２４】
いま、（ｂ）に示す第１の方向Ｘに沿って物体が移動した場合、この物体が２つの第１の検知エリア２７ａ，２７ｂを或る時間差をもって横切るように通過するので、第１の検出素子対２３からは、図５（ａ）に示すように、２点鎖線で示す正負の検出レベルＬ１，Ｌ２をそれぞれ超える信号レベルの信号が出力される。このとき、近接する第２の検知エリア２８ａ，２８ｂから放射する赤外線光束は少ないうえに、この赤外線光束が赤外線検出素子２４ａ，２４ｂに入射して互いに相殺されるから、第２の検出素子対２４の出力信号は、図５（ｂ）に示すように、ほぼ０である。
【００２５】
つぎに、（ｂ）に矢印で示す第２の方向Ｙに沿って物体が移動した場合、この物体が２つの第１の検知エリア２７，２７ｂの間を通りながら２つの第２の検知エリア２８ａ，２８ｂを或る時間差をもって横切るように通過するので、第２の検出素子対２４からは、図５（ｂ）に示すように、２点鎖線で示す正負の検出レベルＬ１，Ｌ２をそれぞれ超える信号レベルの信号が出力される。このときも、第１の検知エリア２７ａ，２７ｂから放射する赤外線光束が極めて少ないとともに、この赤外線光束が赤外線検出素子２３ａ，２３ｂに入射して互いに相殺されるから、第１の検出素子対２３の出力信号は、図５（ａ）に示すように、ほぼ０である。
【００２６】
図６は、本発明の他の実施形態に係る受動型赤外線検知装置を示す概略構成図であり、図１と同一若しくは同等のものには同一の符号を付してその説明を省略する。各一対の赤外線検出素子２ａ，２ｂ、３ａ，３ｂは、図２と同様の回路構成のもとに互いに逆極性に接続されている。この実施形態では、光学系４によって、図１と同様に、２つの第１の検知エリア７ａ，７ｂが第１の方向Ｘに沿って並べて一組とされており、その５組が光学系４を中心とする放射状に配置されている。他方、光学系４によって、第２の検知エリア８ａ，８ｂが第２の方向Ｙに沿って並べて一組とされ、各組が隣接する２組の第１の検知エリア７ａ，７ｂの間に配置されて、計４組が設定されている。５組の第１の検知エリア７ａ，７ｂからの放射赤外線は、光学系４により集光されて第１の検出素子対２の一対の赤外線検出素子２ａ，２ｂにそれぞれ入射され、４組の第２の検知エリア８ａ，８ｂからの放射赤外線は、光学系４により集光されて第２の検出素子対３の一対の赤外線検出素子３ａ，３ｂにそれぞれ入射される。
【００２７】
この光学的構成を備えた受動型赤外線検知装置は、図１および図２の一実施形態の装置と同様に、第１の方向Ｘへ移動して第１の検知エリア７ａ，７ｂを横切る物体を第１の検出素子対２で検知するとともに、第２の方向Ｙへ移動して第２の検知エリア８ａ，８ｂを横切る物体を第２の検出素子対３で検知し、いずれの方向へ移動する物体をも確実に検知できる。それに加えて、それぞれ２つ一組とする第１の検知エリア７ａ，７ｂと第２の検知エリア８ａ，８ｂの各々の配置方向が互いにほぼ直交しているとともに、第１の検出素子対２の検知信号と第２の検出素子対８の検知信号との論理和により物体を検知するため、第２の検知エリア８ａ，８ｂを第１の検知エリア７ａ，７ｂに対し近接した配置で設定しても、第１の検知エリア７ａ，７ｂ同士または第２の検知エリア８ａ，８ｂ同士を近接させる場合とは異なり、物体検知信号の相殺が生じないので、両検出素子対２，３から出力される検知信号の信号レベルにより物体を確実に検知することができる。そのため、隣接する２種の検知エリア７ａ，７ｂと８ａ，８ｂの間に物体の検知不能領域が生じない利点がある。
【００２８】
【発明の効果】
以上のように本発明の受動型赤外線検知装置によれば、第１の方向に沿って移動する物体を第１の検出素子対における一対の赤外線検出素子により検知でき、第１の方向とはほぼ直交する第２の方向に沿って移動する物体は、第２の検出素子対における一対の赤外線検出素子により検知でき、この第１および第２の両検出素子対からそれぞれ出力する検知信号の論理和から物体を検知するので、物体がいずれの方向に移動した場合にも、この物体を第１の検出素子対または第２の検出素子対のいずれか一方によりほぼ確実に検知することができ、物体検知の信頼性が格段に向上する。しかも、背景雑音などは、第１および第２の検出素子対における各一対の赤外線検出素子間でそれぞれ相殺でき、検知信号の誤出力を確実に防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る受動型赤外線検知装置を示す概略構成図である。
【図２】同上装置の電気回路のブロック構成図である。
【図３】同上装置の信号波形図である。
【図４】（ａ）は同上装置における赤外線検出素子の他の配置例を示す斜視図、（ｂ）は（ａ）の赤外線検出素子に割り当てられた検知エリアの配置を示す説明図である。
【図５】同上の赤外線検出素子を備えた受動型赤外線検知装置の信号波形図である。
【図６】本発明の他の実施形態に係る受動型赤外線検知装置を示す概略構成図である。
【符号の説明】
２，２３…第１の検出素子対、２ａ，２ｂ，２３ａ，２３ｂ…第１の検出素子対の赤外線検出素子、３ａ，３ｂ，２４ａ，２４ｂ…第２の検出素子対の赤外線検出素子、４…光学系、７ａ，７ｂ，２７ａ，２７ｂ…第１の検知エリア、８ａ，８ｂ，２８ａ，２８ｂ…第２の検知エリア、２１…論理和回路（検知回路）、Ｘ…第１の方向、Ｙ…第２の方向。

Claims (1)

1. 互いに逆の極性をもつ一対の赤外線検出素子をそれぞれに備えた第１および第２の検出素子対と、
   前記各赤外線検出素子に所定の検知エリアを割り当て、その検知エリアからの赤外線を前記赤外線検出素子に入射させる光学系とを備え、
   前記第１の検出素子対に割り当てられた一対の第１の検知エリアは、第１の方向に沿って並んでいるとともに、放射状に複数設定されており、
   前記第２の検出素子対に割り当てられた一対の第２の検知エリアは、前記第１の方向とほぼ直交する第２の方向に沿って並んでいるとともに、隣接する第１の検知エリアの間に設定されており、
   さらに、前記第１の検出素子対からの検知信号と前記第２の検出素子対からの検知信号との論理和から物体を検知する検知回路を備えた受動型赤外線検知装置。

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