JP5458052B2 - Infrared detection method and infrared sensor - Google Patents
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Description
本発明は、赤外線検知方法及び赤外線センサに関し、より詳細には、日射や空調などの影響により検知エリア内における背景温度が変動するような環境下においても、長時間静止している人体を安定して検知することが可能な検知アルゴリズム、及び当該検知アルゴリズムを利用した赤外線検知方法及び赤外線センサに関する。 The present invention relates to an infrared detection method and an infrared sensor. More specifically, the present invention stabilizes a human body that has been stationary for a long time even in an environment where the background temperature in the detection area fluctuates due to the influence of solar radiation or air conditioning. The present invention relates to a detection algorithm that can be detected by the detection method, an infrared detection method and an infrared sensor using the detection algorithm.
現在、照明灯やテレビ、パソコン画面の自動点灯・消灯などの様々な場面で人感センサが使用されている。これらの機器に人感機能を付加する目的は、人が不在なのに照明が点灯した状態が継続されたり、テレビがオンのまま放置されるのを防止することにより省エネを図ることにある。あるいはパソコン前から人が離席したのを検知してディスプレイにロックをかけることで第三者が不正にパソコンを操作したり情報を盗み見るのを防止するといったセキュリティ上の目的もある。 Currently, human sensors are used in various scenes such as lighting, television, and personal computer screens. The purpose of adding a human-sensing function to these devices is to save energy by preventing the lighting from being continued even when no one is present or the TV being left on. Another security purpose is to prevent a third party from operating the personal computer or stealing information by detecting that a person has left the desk and locking the display.
このような人感センサとしては、人体から発せられる赤外線を検知するものが知られており、その中でも特に焦電センサが広く用いられている。焦電センサはセンサに入射する赤外線エネルギーの変化量に応じた電気信号を出力するものである。例えば、人体が検知エリア内に侵入した場合、侵入前後で検知エリア内の赤外線エネルギー量は変化するので、それに応じた電気信号が出力され人を検知することが可能である。しかし、検知エリア内で人が継続して静止し続けた場合は、センサに入射する赤外線量はほとんど変化しないため、焦電センサから出力される電気信号はわずかな値となり人体検知が困難になるという欠点がある。 As such a human sensor, a sensor that detects infrared rays emitted from a human body is known, and among them, a pyroelectric sensor is widely used. The pyroelectric sensor outputs an electrical signal corresponding to the amount of change in infrared energy incident on the sensor. For example, when a human body enters the detection area, the amount of infrared energy in the detection area changes before and after the intrusion, so that an electrical signal corresponding to the amount of infrared energy can be output to detect a person. However, when a person continues to stand still in the detection area, the amount of infrared light incident on the sensor hardly changes, and the electrical signal output from the pyroelectric sensor becomes a small value, making it difficult to detect a human body. There is a drawback.
そのため焦電センサを人感用途に用いる場合、通常はタイマーと組み合わせて使用する方法が知られている。その一例として人感センサで照明灯の自動点灯・消灯することを考える。焦電センサが一旦人体を検知すると、タイマーで設定した時間内は照明灯の点灯を継続する。タイマー設定時間内に再度人体の動きを検知した場合はタイマーをリセットすることで点灯状態は継続される。もし人が検知エリア外に去った場合は、焦電センサからの出力は観測されなくなるためタイマー設定時間になると消灯する。 For this reason, when using a pyroelectric sensor for human detection, a method of using it in combination with a timer is generally known. As an example, let us consider turning on / off the illumination lamp automatically with a human sensor. Once the pyroelectric sensor detects a human body, the illumination lamp continues to be lit during the time set by the timer. When the movement of the human body is detected again within the timer setting time, the lighting state is continued by resetting the timer. If a person leaves the detection area, the output from the pyroelectric sensor will not be observed, and will turn off when the timer setting time is reached.
検知エリア内で人が椅子に座るなどしてほとんど動かない状態が継続し、焦電センサの出力信号が小さくなった場合でも、焦電センサとタイマーを組み合わせることにより、あらかじめ設定された時間までは照明灯は継続して点灯するので、しばらく動かない場合でも勝手に照明灯が消えてしまう確率を低減することができる。しかし、タイマーの設定時間よりも長い時間人体の静止状態が継続すると検知エリア内に人体が存在する場合でも不在と誤判定してしまうという欠点がある。この欠点を回避するためにタイマーの設定時間を長くすると、不在になったにもかかわらず長時間照明が点灯しつづけることになり、省エネ目的という人感センサを設置した本来の目的に反することとなる。 Even when a person sits on a chair in the detection area and the movement hardly continues and the output signal of the pyroelectric sensor becomes small, by combining the pyroelectric sensor and the timer, a preset time is reached. Since the illuminating lamp is continuously turned on, the probability that the illuminating lamp disappears without permission even if it does not move for a while can be reduced. However, if the human body remains stationary for a longer time than the set time of the timer, there is a drawback that it is erroneously determined that the human body is absent even if the human body is present in the detection area. If the set time of the timer is lengthened to avoid this drawback, the lighting will continue to light for a long time despite the absence of the timer, which is contrary to the original purpose of installing a human sensor for energy saving purposes. Become.
焦電センサ以外の赤外線センサとしては、量子型赤外線センサがある。量子型赤外線センサは対象物と自分自身の温度差に応じた赤外線の絶対値を検知することができる。そのため静止した物体の検知をタイマーと組み合わせることなく使用可能であるという特徴を有する。 An infrared sensor other than the pyroelectric sensor is a quantum infrared sensor. The quantum infrared sensor can detect the absolute value of infrared rays according to the temperature difference between the object and itself. Therefore, it has a feature that it can be used without detecting a stationary object in combination with a timer.
図11(a)乃至(c)は、従来の赤外線センサを用いた対象物の検知方法の動作を説明するための図で、図11(a)は、静止した対象物の検知が可能な赤外線センサによる検知の最も簡単なアルゴリズムを説明するための図、図11(b)は、背景温度と人体温度の関係を説明するための図、図11(c)は、背景温度がドリフトした場合を説明するための図である。 FIGS. 11A to 11C are diagrams for explaining the operation of an object detection method using a conventional infrared sensor, and FIG. 11A is an infrared ray that can detect a stationary object. FIG. 11B is a diagram for explaining the simplest algorithm for detection by the sensor, FIG. 11B is a diagram for explaining the relationship between the background temperature and the human body temperature, and FIG. 11C is a diagram when the background temperature drifts. It is a figure for demonstrating.
図11(a)の縦軸は、赤外線センサが出力する電気信号の値(以下、電圧,電流などの出力値という)を示し、横軸は時間を示している。人体が検知エリアに存在しない場合、量子型赤外線センサは、検知エリア内の壁、床などの背景からの赤外線輻射をうけており、このときの赤外線センサ出力値は、背景温度とセンサ自身の温度差に応じた値をとる。 In FIG. 11A, the vertical axis represents the value of an electrical signal output from the infrared sensor (hereinafter referred to as an output value such as voltage or current), and the horizontal axis represents time. When the human body is not in the detection area, the quantum infrared sensor receives infrared radiation from the background such as walls and floors in the detection area, and the output value of the infrared sensor at this time is the background temperature and the temperature of the sensor itself. Take a value according to the difference.
次に、人体が検知エリア内に侵入した場合を考える。人体、特に顔など皮膚の露出した部分の温度は、およそ35℃程度であり、通常の室内温度(例えば、25℃)より高温である。したがって、人体が検知エリアに侵入した場合は、赤外線センサの出力値は上昇する。人体が検知エリアから外れると、赤外線センサの出力値は再び背景温度に応じたレベルに戻る。したがって、人体が検知エリア内に存在するか否かの判定基準となる閾値(固定)を図11(a)に示すように設定し、赤外線センサの出力値と閾値の大小関係を比較することで検知エリア内に人体が存在するかどうか判定することが可能となる。図11(a)においては、区間Aで示す間が人体ありと判定される部分である。 Next, consider a case where a human body has entered the detection area. The temperature of the exposed part of the human body, particularly the skin, such as the face, is approximately 35 ° C., which is higher than the normal room temperature (for example, 25 ° C.). Therefore, when the human body enters the detection area, the output value of the infrared sensor increases. When the human body moves out of the detection area, the output value of the infrared sensor returns again to a level corresponding to the background temperature. Accordingly, by setting a threshold value (fixed) as a criterion for determining whether or not a human body exists in the detection area as shown in FIG. 11A, the magnitude relationship between the output value of the infrared sensor and the threshold value is compared. It is possible to determine whether a human body exists in the detection area. In FIG. 11A, the interval indicated by section A is a portion where it is determined that there is a human body.
しかしながら、実際には壁や床などの背景物体の温度は一定というわけではなく、日照やエアコンなど空調機器の運転状況によって変化する。また、センサの温度自体も周辺環境の影響をうけて変化する。すなわち、タイマーを必要としない量子型赤外線センサであっても正確な検知が出来ない場合が発生する。 However, in practice, the temperature of background objects such as walls and floors is not constant, and varies depending on the operating conditions of air conditioning equipment such as sunlight and air conditioners. Also, the temperature of the sensor itself changes under the influence of the surrounding environment. That is, there are cases where accurate detection is not possible even with a quantum infrared sensor that does not require a timer.
例えば、図11(b)に示すように、背景温度と人体温度の大小関係によっては、人体検出時の出力値の極性が変化する場合、判定の閾値を図中に示した固定値に設定してしまうと、直射日光で壁が温められるなどして背景温度が人体温度より高温になった場合には検知不能になってしまう。 For example, as shown in FIG. 11B, depending on the magnitude relationship between the background temperature and the human body temperature, when the polarity of the output value at the time of human body detection changes, the determination threshold is set to the fixed value shown in the figure. If the background temperature becomes higher than the human body temperature, for example, the wall is heated by direct sunlight, the detection becomes impossible.
また、図11(c)に示すように、背景からの赤外線輻射が時間とともに変化する場合も正確な検知ができない場合が有り得る。具体的には空調設備により室内が冷房もしくは暖房されて周囲温度が徐々に変化する場合や、日射の影響で床や壁の温度が上昇する場合である。このような状況下で、赤外線センサの出力が図11(c)のように変化した場合、人体判定の閾値の設定が図中の閾値1であれば正しい判定が可能だが、閾値2に示す値であった場合は、人の侵入は正確に検知できるが人がいなくなったことを正しく検知できず、人が存在し続けていると誤判定してしまう。閾値3のような設定の場合は、実際に人がいてもいなくても常に人が存在すると誤判定することになる。
Further, as shown in FIG. 11 (c), there may be a case where accurate detection cannot be performed even when infrared radiation from the background changes with time. Specifically, the room is cooled or heated by the air conditioning equipment and the ambient temperature gradually changes, or the floor or wall temperature rises due to the effects of solar radiation. Under such circumstances, when the output of the infrared sensor changes as shown in FIG. 11C, the correct determination is possible if the threshold setting for human body determination is
以上のように、量子型赤外線センサ出力信号の絶対値とある固定された閾値との大小を単純に比較する従来の量子型赤外線センサでは、人体の有無を正確に判定することは困難な場合があった。 As described above, in the conventional quantum infrared sensor that simply compares the magnitude of the output signal of the quantum infrared sensor with a certain fixed threshold, it may be difficult to accurately determine the presence or absence of a human body. there were.
その他の方法としては、赤外線センサの出力信号の絶対値だけでなく、出力信号の微分値も同時に活用して人体検知する方法が提案されている(例えば、特許文献1参照)。この特許文献1には、人体が検知エリア内に侵入したかどうかを出力の微分信号をもとに判定し、侵入した瞬間における絶対値信号を基準に閾値を設定するという方法が開示されている。
As another method, a method of detecting a human body by using not only the absolute value of the output signal of the infrared sensor but also the differential value of the output signal has been proposed (for example, see Patent Document 1). This
このアルゴリズムは、短時間の静止人体検知には有効であると考えられる。しかし、長時間にわたる人体検知、例えば、パソコンで30分〜1時間程度、あるいはそれ以上の時間作業した後に離席したような場合において、パソコン作業中に空調機器の運転状況や日射の影響で検知エリア内の背景温度が大きく変化してしまうと、最初に設定した基準電圧が時間の経過とともに適切ではなくなってしまい、人がいるのにいなくなったと誤認識したり、人がいなくなったことを検知できない事例が発生する場合がある。 This algorithm is considered effective for short-time stationary human body detection. However, human body detection over a long period of time, for example, when you are away after working for 30 minutes to 1 hour or more on a personal computer, it is detected due to the operating status of the air conditioning equipment and the influence of solar radiation while working on the personal computer. If the background temperature in the area changes significantly, the reference voltage that was initially set will no longer be appropriate over time, and it may be mistakenly recognized that there are no people or that there are no people. Cases that cannot be done may occur.
本発明は、このような状況に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、日射や空調などの影響により検知エリア内における背景温度が変動するような環境下においても、長時間静止している人体を安定して検知することが可能な検知アルゴリズム、及び当該検知アルゴリズムを利用した赤外線検知方法及び赤外線センサを提供することにある。 The present invention has been made in view of such a situation, and its purpose is to remain stationary for a long time even in an environment where the background temperature in the detection area fluctuates due to the influence of solar radiation or air conditioning. An object of the present invention is to provide a detection algorithm capable of stably detecting a human body, an infrared detection method and an infrared sensor using the detection algorithm.
本発明は、このような目的を達成するためになされたもので、請求項1に記載の発明は、赤外線センサを用いて対象物を検出する赤外線検知方法において、赤外線検出素子から出力される検出信号を微分して微分値を得る微分ステップと、該微分ステップによる微分値に基づく信号と第1閾値とを比較して、前記微分値が正負の微分閾値の範囲内であるか範囲外であるかを判定する第1比較ステップと、1周期前の第2比較ステップにおける検知対象物の有無の判定結果と、前記第1比較ステップの判定結果とに基づいて、検知対象物の有無を判定するための判定基準値を書き換える基準値設定ステップと、前記検出信号と前記基準値設定ステップで設定された基準値の差分を、第2閾値と比較することで検知対象物の有無を判定する第2比較ステップとを有することを特徴とする。
The present invention has been made to achieve such an object, and the invention according to
また、請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の発明において、前記微分値が正負の微分閾値の範囲外であり、かつ、1周期前の微分値が正負の微分閾値の範囲内にあり、かつ、1周期前の第2比較ステップにおいて検知対象物が存在しないと判定していた場合、そのときの検出信号を第1基準信号として記憶し、前記微分値が正負の微分閾値の範囲内であり、かつ、1周期前の微分値が正負の微分閾値の範囲外にある場合、そのときの検出信号を第2基準信号として記憶し、前記基準値設定ステップが、(1)1周期前の第2比較ステップにおいて検知対象物が存在すると判定していた場合は、検出信号に前記第1基準信号を加算し、かつ、前記第2基準信号を減算した値を前記判定基準値として書き換え、(2)1周期前の第2比較ステップにおいて検知対象物が存在しないと判定していた場合であって、前記微分値が正負の微分閾値の範囲外であるときは、1周期前の判定基準値を保持し、(3)1周期前の第2比較ステップにおいて検知対象物が存在しないと判定していた場合であって、前記微分値が正負の微分閾値の範囲内であるときは、1周期前の検出信号を判定基準値として書き換えることを特徴とする。
The invention according to claim 2 is the invention according to
また、請求項3に記載の発明は、請求項1又は2に記載の発明において、前記赤外線検出素子が、量子型赤外線検出素子であることを特徴とする。
The invention according to claim 3 is the invention according to
また、請求項4に記載の発明は、赤外線センサを用いて対象物を検出する赤外線センサにおいて、赤外線検出素子から出力される検出信号を微分する微分手段と、該微分手段による微分値に基づく信号と第1閾値とを比較することで、前記微分値に基づく信号が正負の微分閾値の範囲内であるか範囲外であるかを判定する第1比較手段と、1周期前の第2比較手段におけるにおける検知対象物の有無の判定結果と、前記第1比較手段の判定結果とに基づいて、検知対象物の有無を判定するための判定基準値を書き換える基準値設定手段と、前記検出信号と前記基準値設定手段で設定された基準値の差分を第2閾値と比較する検知対象の有無を判定する第2比較手段とを備えていることを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, there is provided an infrared sensor for detecting an object using an infrared sensor, a differentiation means for differentiating a detection signal output from the infrared detection element, and a signal based on a differential value by the differentiation means. If by comparing the first threshold value, the first comparator means signal based on the differential value to determine whether the out of range or in the range of positive and negative differential threshold, one cycle prior to the second comparison means A reference value setting unit that rewrites a determination reference value for determining the presence or absence of the detection target based on the determination result of the presence or absence of the detection target in and the determination result of the first comparison unit ; and the detection signal And a second comparison means for determining the presence or absence of a detection target for comparing a difference between the reference values set by the reference value setting means with a second threshold value.
また、請求項5に記載の発明は、請求項4に記載の発明において、前記微分値が正負の第1閾値の範囲を超えたときの検出信号を第1基準信号として記憶し、前記微分値が正負の第1閾値の範囲内に入ったときの検出信号を第2基準信号として記憶することが可能な記憶手段を更に備えていることを特徴とする。 According to a fifth aspect of the present invention, in the fourth aspect of the present invention, a detection signal when the differential value exceeds a positive / negative first threshold range is stored as a first reference signal, and the differential value is stored. Is further provided with a storage means capable of storing the detection signal when the value falls within the range of the positive and negative first threshold as the second reference signal.
また、請求項6に記載の発明は、請求項5に記載の発明において、前記基準値設定手段が、(1)検出信号に前記第1基準信号を加算し、かつ、前記第2基準信号を減算した値を前記判定基準値として書き換える動作、(2)1周期前の判定基準値を保持する動作、(3)1周期前の検出信号を判定基準値として書き換える動作、が可能な手段であることを特徴とする。 According to a sixth aspect of the invention, in the fifth aspect of the invention, the reference value setting means (1) adds the first reference signal to a detection signal, and the second reference signal is added. It is a means capable of performing an operation of rewriting the subtracted value as the determination reference value, (2) an operation of holding the determination reference value of one cycle before, and (3) an operation of rewriting the detection signal of the previous cycle as the determination reference value. It is characterized by that.
また、請求項7に記載の発明は、請求項4乃至6のいずれかに記載の発明において、前記赤外線検出素子が、量子型赤外線検出素子であることを特徴とする。 The invention according to claim 7 is the invention according to any one of claims 4 to 6 , wherein the infrared detection element is a quantum infrared detection element.
本発明によれば、日射や空調などの影響により検知エリア内における背景温度が変動するような環境下においても、長時間静止している人体を安定して検知することが可能となる。 According to the present invention, the day even in an environment such as the background temperature variations in elevation and the detection area due to the effects of air conditioning, it is possible to detect stably the human body that is a long time at rest.
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
本実施形態において用いられる、赤外線検出素子は、いずれも光子がPN接合又はPIN接合に入射したときに生じる電荷を検出する量子型の赤外線検出素子である。以下の実施形態においては、赤外線が入射する受光部としてInAsxSb(1-x)(0≦x≦1)を用いた赤外線検出素子を用いたが、本発明は、これに限定されるものではない。赤外線が入射する受光部としてInAsxSb(1-x)(0≦x≦1)が用いられた赤外線検出素子は、高感度、低ノイズ、高速応答といった特徴を有し、本発明に適用される赤外線検出素子として好ましい。また、本実施形態においては、検出対象として人体を例にとって説明するが、本発明はこれに限られず、環境温度とは異なる温度を有するものであればよい。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
The infrared detection element used in this embodiment is a quantum type infrared detection element that detects charges generated when a photon enters a PN junction or a PIN junction. In the following embodiments, an infrared detecting element using InAs x Sb (1-x) (0 ≦ x ≦ 1) is used as a light receiving portion on which infrared rays are incident. However, the present invention is not limited to this. is not. An infrared detecting element using InAs x Sb (1-x) (0 ≦ x ≦ 1) as a light receiving portion on which infrared rays are incident has characteristics such as high sensitivity, low noise, and high-speed response, and is applied to the present invention. It is preferable as an infrared detecting element. In this embodiment, a human body is described as an example of a detection target. However, the present invention is not limited to this, and any object having a temperature different from the environmental temperature may be used.
<赤外線検知方法>
図1(a),(b)は、本発明に係る赤外線検知方法の実施形態1の動作原理を説明するための図で、図1(a)は本発明の赤外線センサを用いてエアコン運転中の室内で椅子に着席した人体を検知したときのセンサ出力波形の一例を示す図で、縦軸は赤外線センサの出力値、横軸は時間を示している。図1(b)の縦軸は赤外線センサ出力値を微分した微分値を示す図で、横軸は時間を示している。
<Infrared detection method>
1 (a) and 1 (b) are diagrams for explaining the operating principle of an infrared detection method according to
図1(a),(b)に示した例では図中にTで示した期間、検知エリア内に人が着席している。図1(a)において波形が全体的に小さく波打っているのはエアコンの風向がスイングしているために環境温度がゆらいでいる様子が検知されているためである。図1乃至図3に基づく本実施形態1の説明は、人体の温度が環境温度よりも高い場合を例に説明をしている。 In the example shown in FIGS. 1A and 1B, a person is seated in the detection area for the period indicated by T in the figure. In FIG. 1A, the waveform is undulating as a whole because it is detected that the ambient temperature fluctuates because the wind direction of the air conditioner swings. In the description of the first embodiment based on FIGS. 1 to 3, the case where the temperature of the human body is higher than the environmental temperature is described as an example.
本実施形態1の赤外線センサでは、赤外線検出素子が出力する検出信号に基づく値の値を一定の間隔(例えば、0.01秒〜1秒程度の間隔)で取り込む。 In the infrared sensor according to the first embodiment, a value based on the detection signal output from the infrared detection element is captured at a constant interval (for example, an interval of about 0.01 seconds to 1 second).
検出信号に基づく値としては、赤外線検出素子の出力電圧値又は出力電流を電流電圧変換した値(出力電流値)である。出力電流値の方が赤外線検出素子の抵抗値の温度依存性の影響をうけないので望ましい。 The value based on the detection signal is a value (output current value) obtained by current-voltage conversion of the output voltage value or output current of the infrared detection element. The output current value is preferable because it is not affected by the temperature dependence of the resistance value of the infrared detection element.
微分処理については、一定間隔で取り込んだ検出信号に基づく値をもとに演算で求めてもよいし、センサの検出信号に基づく値を直接微分回路に入力し、微分処理したものを取り込んでも構わない。 As for the differentiation processing, it may be obtained by calculation based on the value based on the detection signal taken at regular intervals, or the value based on the detection signal of the sensor may be directly input to the differentiation circuit and the differential processing may be taken in. Absent.
微分処理によって求まる微分値は、赤外線センサが人体を検知していない状態から検知した状態へ移行したとき(図1(b)中のAp)、又は検知している状態から検知していない状態に移行したとき(図1(b)中のBp)に特に大きく変化する。そのため赤外線センサの出力の微分値を用いれば、人体が検知エリアへの人の出入りを判断することができる。判定に用いられる第1閾値は、図中+Vth_diff及び−Vth_diffで示されている。 The differential value obtained by the differential processing is changed from the state where the infrared sensor is not detecting the human body to the detected state (Ap in FIG. 1B), or from the detected state to the undetected state. When the transition is made (Bp in FIG. 1B), the change is particularly significant. Therefore, if the differential value of the output of the infrared sensor is used, it is possible to determine whether the human body enters or exits the detection area. The first threshold value used for the determination is indicated by + Vth_diff and −Vth_diff in the drawing.
図2(a),(b)は、図1における点線A及びBで囲んだ部分をそれぞれ拡大した図であり、人が検知エリア内に侵入した瞬間の出力Vout及びその微分値の変化、及び人が検知エリアからいなくなった瞬間の出力Vout及びその微分値の変化を表す図である。 2 (a) and 2 (b) are enlarged views of portions surrounded by dotted lines A and B in FIG. 1, respectively. Changes in the output Vout and its differential value at the moment when a person enters the detection area, and It is a figure showing the change of the output Vout and its differential value at the moment when a person is no longer in the detection area.
図2(a)は、図1(a)の点線Aで囲んだ部分を拡大した図であり、人が検知エリア内に侵入した瞬間の出力Vout及びその微分値の変化を表している。図2(b)は、図1(a)の点線Bで囲んだ部分を拡大した図であり、人が検知エリア内から外に出て行った瞬間の出力Vout及びその微分値の変化をそれぞれ表している。 FIG. 2A is an enlarged view of a portion surrounded by a dotted line A in FIG. 1A, and shows a change in the output Vout and its differential value at the moment when a person enters the detection area. FIG. 2B is an enlarged view of a portion surrounded by a dotted line B in FIG. 1A, and shows changes in the output Vout and its differential value at the moment when a person goes out of the detection area. Represents.
ここで、人体が検知エリアに存在しない期間をP1、検知エリアに侵入して微分閾値Vth_diffより大きな微分出力が観測されている期間をP2,人体が検知エリア内に存在する期間をP3,検知エリアから外に出ようとして微分閾値−Vth_diffより大きな微分出力が観測されている期間をP4とする。本実施形態1における赤外線検知方法及び赤外線センサは、出力値Voutと判定基準値Vrefの差分(Vout−Vref)と、第2閾値である人体判定閾値Vthとの大小関係によって人体の有無を判定するが、判定基準値Vrefは区間P1,P2,P3,P4においてそれぞれ異なる値に設定するものである。以下にその方法について説明する。 Here, P1 is a period in which the human body does not exist in the detection area, P2 is a period in which the differential output larger than the differential threshold Vth_diff is observed after entering the detection area, and P3 is a period in which the human body exists in the detection area. Let P4 be a period during which a differential output larger than the differential threshold −Vth_diff is observed to go out of the range. The infrared detection method and infrared sensor according to the first embodiment determine the presence or absence of a human body based on the magnitude relationship between the difference (Vout−Vref) between the output value Vout and the determination reference value Vref and the human body determination threshold Vth that is the second threshold. However, the determination reference value Vref is set to a different value in each of the sections P1, P2, P3, and P4. The method will be described below.
<区間P1>
区間P1は、人体非検知状態で、かつ微分出力も正の微分閾値及び負の微分閾値の間、すなわち、−Vth_diff以上+Vth_diff以下の場合である。また、本実施形態1においては、所定の更新時間が設定されたサンプリング周期を有しており、各周期時点における信号(例えば、赤外線検出素子からの出力Vout等)を取得することが可能になっている。
<Section P1>
The section P1 is a case where the human body is not detected and the differential output is between the positive differential threshold and the negative differential threshold, that is, not less than −Vth_diff and not more than + Vth_diff. Further, the first embodiment has a sampling period in which a predetermined update time is set, and a signal at each time point (for example, an output Vout from the infrared detection element) can be acquired. ing.
区間P1における判定基準値Vrefは、所定の更新間隔が設定されたサンプリング周期の中、判定基準値Vrefを設定する時点より1つ前の周期の赤外線検出素子からの出力Vout(i−1)に設定される。一般の生活環境における空調や日射の影響による背景の温度(環境温度)変化は、非常にゆるやかであり、測定に影響を与える程度の背景温度の変化には、例えば、数十秒〜数分、あるいは、それ以上の時間を要する。したがって、基準値Vrefの更新間隔を空調や日射による温度変化の所要時間より十分短く、特に制限されないが、例えば、1秒以下に設定して、判定基準値Vrefを随時更新すれば、空調や日射の影響で赤外線センサの出力が変動しても、それを人の侵入と誤判定することはない。 The determination reference value Vref in the section P1 is the output Vout (i−1) from the infrared detection element of the cycle immediately before the time when the determination reference value Vref is set in the sampling cycle in which a predetermined update interval is set. Is set. Background temperature (environmental temperature) changes due to the effects of air conditioning and solar radiation in a general living environment are very gradual. For background temperature changes that affect measurement, for example, several tens of seconds to several minutes, Or more time is required. Therefore, the update interval of the reference value Vref is sufficiently shorter than the time required for temperature change due to air conditioning or solar radiation, and is not particularly limited. For example, if the determination reference value Vref is updated as needed by setting it to 1 second or less, the air conditioning and solar radiation are updated. Even if the output of the infrared sensor fluctuates due to the influence of the above, it is not erroneously determined as a human intrusion.
<区間P2>
区間P2は、人体非検知中に微分値が正の微分閾値+Vth_diffより大きな値が観測されている区間である。微分値が微分閾値+Vth_diffより大きくなった時刻をt1、再び微分閾値以下にもどった時刻をt2としたとき、区間P2、すなわち、時刻t1から時刻t2の間における判定基準値Vrefの値は、時刻t1における赤外線検出素子の出力Vout(t1)に固定される。すなわち、区間P2においてVref=Vout(t1)とされる。
<Section P2>
The section P2 is a section where a differential value greater than the positive differential threshold + Vth_diff is observed during human body non-detection. When the time when the differential value is greater than the differential threshold value + Vth_diff is t1, and the time when the differential value is again lower than the differential threshold value is t2, the value of the determination reference value Vref in the period P2, that is, between time t1 and time t2, It is fixed to the output Vout (t1) of the infrared detection element at t1. That is, Vref = Vout (t1) is set in the section P2.
また、区間P2においては、判定基準値Vrefの他に第1基準値Vref1及び第2基準値Vref2の値をそれぞれ、Vref1=Vout(t1)、Vref2=Vout(t2)という値に設定され、記憶される。これらの値は、次に説明する区間P3における判定基準値Vrefの設定に使用する。 Further, in the section P2, in addition to the determination reference value Vref, the values of the first reference value Vref1 and the second reference value Vref2 are set to values of Vref1 = Vout (t1) and Vref2 = Vout (t2), respectively, and stored. Is done. These values are used for setting a determination reference value Vref in a section P3 described next.
<区間P3>
区間P3は、人体が検知エリアに完全に侵入し、微分値が再度正の微分閾値及び負の微分閾値の間にもどっている区間である。区間P3での判定基準値Vrefは、上述した方法で設定された第1基準値Vref1及び第2基準値Vref2、及びそのときの赤外線検出素子からの出力値Vout(i)を用いてVref=Vref1−Vref2+Vout(i)に設定される。人体検知中の赤外線検出素子出力Voutの値を判定基準値Vrefの設定のパラメータに用いることで、最終的な信号処理結果から空調などの影響による出力の揺らぎを除去することができる。
<Section P3>
The section P3 is a section in which the human body has completely entered the detection area, and the differential value returns again between the positive differential threshold and the negative differential threshold. The determination reference value Vref in the section P3 is obtained by using the first reference value Vref1 and the second reference value Vref2 set by the method described above and the output value Vout (i) from the infrared detection element at that time, Vref = Vref1 -Vref2 + Vout (i). By using the value of the infrared detection element output Vout during human body detection as a parameter for setting the determination reference value Vref, output fluctuation due to the influence of air conditioning or the like can be removed from the final signal processing result.
<区間P4>
区間P4は、人体検知中に微分値が負の微分閾値−Vth_diffを越えた場合である。この区間における判定基準値Vrefの値は、微分値が負の微分閾値−Vth_diffを越えた瞬間の時刻t3における赤外線検出素子の出力Vout(t3)に固定される。すなわち、Vref=Vout(t3)とされる。
<Section P4>
A section P4 is a case where the differential value exceeds the negative differential threshold −Vth_diff during human body detection. The value of the determination reference value Vref in this section is fixed to the output Vout (t3) of the infrared detection element at time t3 at the moment when the differential value exceeds the negative differential threshold −Vth_diff. That is, Vref = Vout (t3).
<判定>
そして本実施形態1の赤外線検知方法及び赤外線センサは、各区間に応じて判定基準値Vrefを以上のように設定し、各区間及び各時間周期における赤外線検出素子の出力Voutと判定基準値Vrefの差分(Vout−Vref)を計算し、あらかじめ設定された第2閾値である人体判定閾値Vthとの大小関係を比較することで人体の有無を判定する。
<Judgment>
The infrared detection method and the infrared sensor according to the first embodiment set the determination reference value Vref according to each section as described above, and the output Vout of the infrared detection element and the determination reference value Vref in each section and each time period. The difference (Vout−Vref) is calculated, and the presence / absence of a human body is determined by comparing the magnitude relationship with a human body determination threshold Vth that is a second threshold set in advance.
図1(a)に示す赤外線検出素子の出力に本発明の信号処理手法を適用して赤外線検出素子の出力Voutと判定基準値Vrefの差(Vout−Vref)を計算した結果を図3に示す。 FIG. 3 shows the result of calculating the difference (Vout−Vref) between the output Vout of the infrared detection element and the determination reference value Vref by applying the signal processing method of the present invention to the output of the infrared detection element shown in FIG. .
図3は、図1(a)に示す赤外線検出素子の出力に実施形態1の信号処理手法を適用して赤外線検出素子の出力Voutと判定基準値Vrefの差(Vout−Vref)を計算した結果を示す図である。図1(a)に示されるように、赤外線検出素子の出力それ自体は、空調機器の影響で揺らいでいるが、本発明の信号処理手法を適用することで、図3に示すように揺らぎのない安定した信号を得ることができ、図中に示した人体判定閾値Vthとの大小を比較することで正確な人体検知が可能となる。 FIG. 3 shows the result of calculating the difference (Vout−Vref) between the output Vout of the infrared detection element and the determination reference value Vref by applying the signal processing method of the first embodiment to the output of the infrared detection element shown in FIG. FIG. As shown in FIG. 1 (a), the output of the infrared detection element itself fluctuates due to the influence of the air conditioner. However, by applying the signal processing method of the present invention, the fluctuation of the infrared detection element as shown in FIG. A stable signal can be obtained, and accurate human body detection can be performed by comparing the magnitude with the human body determination threshold value Vth shown in the figure.
以上説明した例では、人体の温度が環境温度よりも高い場合、すなわち、人体を検知した場合に出力値が増加する方向に変化する例を示している。本発明の赤外線検知方法は、第1閾値としての微分閾値Vth_diff、第2閾値としての人体判定閾値Vthをいずれも絶対値とし、出力の微分値の絶対値や、出力Voutと判定基準値Vrefの差の絶対値(|Vout−Vref|)と比較することによって、人体の温度が環境温度よりも高い場合、すなわち、人体を検知した場合に出力値が増加する方向に変化する場合であっても、人体の温度が環境温度より低い場合、すなわち、人体を検知した場合に出力値が減少する方向に変化する場合であっても、同様の検出が可能であり、環境温度によらず人体を検知することが可能である。 In the example described above, an example in which the output value changes in the direction of increasing when the temperature of the human body is higher than the environmental temperature, that is, when the human body is detected is shown. In the infrared detection method of the present invention, the differential threshold value Vth_diff as the first threshold value and the human body determination threshold value Vth as the second threshold value are both absolute values, and the absolute value of the output differential value, the output Vout and the determination reference value Vref By comparing with the absolute value of the difference (| Vout−Vref |), even when the temperature of the human body is higher than the environmental temperature, that is, when the output value changes in the direction of increasing when the human body is detected. Even if the temperature of the human body is lower than the ambient temperature, that is, when the output value changes in the direction of decreasing when the human body is detected, the same detection is possible, and the human body is detected regardless of the ambient temperature. Is possible.
<赤外線センサ>
図4は、本発明に係る赤外線センサの実施形態1を説明するための構成図である。図中符号401は赤外線検出素子、402は微分回路(微分手段)、403は第1判定回路(第1比較手段)、404は記憶回路(記憶手段)、405は基準値設定回路(基準値設定手段)、406は第2判定回路(第2比較手段)、407は出力回路を示している。
<Infrared sensor>
FIG. 4 is a block diagram for explaining
本実施形態1は、赤外線センサを用いて対象物を検出する赤外線センサである。微分回路402は赤外線検出素子から出力される検出信号を微分する。第1判定回路403は微分回路402による微分値に基づく信号と第1閾値とを比較する。基準値設定回路405は第1判定回路403による比較の結果に基づいて、検知対象物の有無を判定するための判定基準値を書き換える。第2判定回路406は検出信号と基準値設定回路405で設定された基準値の差分を第2閾値と比較する検知対象の有無を判定する。この場合、赤外線検出素子は、量子型の赤外線検出素子であることが望ましい。
The first embodiment is an infrared sensor that detects an object using an infrared sensor. The
第1判定回路403は、微分回路402による微分値に基づく信号と第1閾値とを比較することで、微分値に基づく信号が正負の微分閾値の範囲内であるか範囲外であるかを判定する。基準値設定回路405は、1周期前の第2判定回路406における検知対象物の有無の判定結果と、第1判定回路403の判定結果に基づいて判定基準値を書き換える回路である。
The
また、微分値が正の第1閾値を超えたときの検出信号を第1基準信号として記憶し、微分値が正の第1閾値よりも小さくなったときの検出信号を第2基準信号として記憶することが可能な記憶回路404を更に備えている。
Further, the detection signal when the differential value exceeds the positive first threshold value is stored as the first reference signal, and the detection signal when the differential value becomes smaller than the positive first threshold value is stored as the second reference signal. A
また、基準値設定回路405は、(1)検出信号に第1基準信号を加算し、かつ、第2基準信号を減算した値を判定基準値として書き換える動作、(2)1周期前の判定基準値を保持する動作、(3)1周期前の検出信号を判定基準値として書き換える動作が可能な回路である。
The reference
以下、本発明に係る赤外線センサの各構成要素について説明する。本発明に係る赤外線センサの実施形態1において、量子型の赤外線検出素子401は検出信号を出力する。
Hereinafter, each component of the infrared sensor according to the present invention will be described. In
<微分手段>
実施形態1の赤外線センサは、量子型の赤外線検出素子から出力される検出信号を微分する微分手段として、赤外線検出素子の出力値を入力して微分値を得る微分回路402を備えている。
<Differential means>
The infrared sensor according to the first embodiment includes a differentiating
<第1比較手段>
本実施形態1の赤外線センサは、微分回路402による微分値に基づく信号と、あらかじめ定められた第1閾値とを比較する第1比較手段として、微分回路402によって得られた微分値を微分信号に基づく信号とし、微分閾値Vth_diffを前記第1閾値として両者を比較し、微分値の絶対値が微分閾値Vth_diffより大きい場合、この微分値に対応する出力値の出力タイミングに基づいた所定のタイミングの赤外線センサの検出信号を第1基準値Vref1及び第2基準値Vref2に設定する第1判定回路403とを備えている。
<First comparison means>
The infrared sensor according to the first embodiment uses the differential value obtained by the
また、実施形態1の赤外線センサは記憶回路404を備えており、第1判定回路で設定された第1基準値Vref1、第2基準値Vref2が記憶される。
The infrared sensor according to the first embodiment includes a
<基準値設定手段>
本実施形態1の赤外線センサは、第1判定回路403による比較の結果に基づいて、検知対象の有無を判定するための判定基準値を書き換える基準値設定手段として、第1判定回路403及び第2判定回路406の判定結果と、赤外線検出素子401の出力及び記憶回路404に記憶されている第1基準値Vref1及び第2基準値Vref2に基づいて、基準値Vrefを設定する基準値設定回路405を備えている。
<Reference value setting means>
The infrared sensor according to the first exemplary embodiment includes a
<第2比較手段>
本実施形態1の赤外線センサは、検出信号と基準値設定回路405で設定された基準値の差分をあらかじめ定められた第2閾値と比較する検知対象の有無を判定する第2比較手段として、赤外線検出素子401の出力(Vout)と、基準値設定回路405において設定された判定基準値(Vref)との差分信号の絶対値(|Vout−Vref|)を計算し、人体判定用の第2閾値と比較し、その結果に基づいて検知対象の有無を判定する第2判定回路406とを備えている。
<Second comparison means>
The infrared sensor according to the first embodiment uses an infrared ray as a second comparison unit that determines the presence or absence of a detection target that compares the difference between the detection signal and the reference value set by the reference
<出力回路>
また、本実施形態1の赤外線センサは、第2判定回路406によって出力される判定結果を示す信号を入力し、判定結果を外部に知らせるための出力する出力回路407を備えている。出力回路407によって出力される信号は、ブザー等の音声信号であってもよいし、テキストや画像データであっても良い。更に照明器具やパソコン画面を消灯させるための制御信号であっても良い。
<Output circuit>
The infrared sensor according to the first embodiment includes an
<各要素の具体的な動作説明>
本発明に係る赤外線検知方法は、赤外線センサを用いて対象物を検出する赤外線検知方法である。まず、赤外線検出素子から出力される検出信号を微分して微分値を得る微分ステップと、この微分ステップによる微分値に基づく信号と第1閾値とを比較する第1比較ステップと、この第1比較ステップによる比較の結果に基づいて、検知対象物の有無を判定するための判定基準値を書き換える基準値設定ステップと、検出信号と基準値設定ステップで設定された基準値の差分を、第2閾値と比較することで検知対象物の有無を判定する第2比較ステップとを有している。この場合、赤外線検出素子は、量子型の赤外線検出素子であることが望ましい。
<Specific operation description of each element>
The infrared detection method according to the present invention is an infrared detection method for detecting an object using an infrared sensor. First, a differentiation step for differentiating a detection signal output from the infrared detection element to obtain a differential value, a first comparison step for comparing a signal based on the differential value obtained by the differentiation step with a first threshold value, and the first comparison A reference value setting step for rewriting a determination reference value for determining the presence / absence of a detection target based on the result of the comparison by the step, and a difference between the reference value set in the detection signal and the reference value setting step is set as a second threshold value. And a second comparison step for determining the presence / absence of the detection target object by comparing with. In this case, the infrared detection element is preferably a quantum infrared detection element.
また、第1比較ステップは、微分値に基づく信号と第1閾値とを比較して、微分値が正負の微分閾値の範囲内であるか範囲外であるかを判定するステップであり、基準値設定ステップは、1周期前の第2比較ステップにおける検知対象物の有無の判定結果と、第1比較ステップの判定結果に基づいて判定基準値を書き換えるステップである。 The first comparison step is a step of comparing the signal based on the differential value and the first threshold value to determine whether the differential value is within or outside the range of the positive / negative differential threshold value. The setting step is a step of rewriting the determination reference value based on the determination result of the presence or absence of the detection target in the second comparison step one cycle before and the determination result of the first comparison step.
また、微分値が正負の微分閾値の範囲外であり、かつ、1周期前の微分値が正負の微分閾値の範囲内にある場合、または、1周期前の第2比較ステップにおいて検知対象物が存在しないと判定していた場合、そのときの検出信号を第1基準信号として記憶し、微分値が正負の微分閾値の範囲内であり、かつ、1周期前の微分値が正負の微分閾値の範囲外にある場合、そのときの検出信号を第2基準信号として記憶し、基準値設定ステップは、(1)1周期前の第2比較ステップにおいて検知対象物が存在すると判定していた場合は、検出信号に第1基準信号を加算し、かつ第2基準信号を減算した値を判定基準値として書き換え、(2)1周期前の第2比較ステップにおいて検知対象物が存在しないと判定していた場合であって、微分値が正負の微分閾値の範囲外であるときは、1周期前の判定基準値を保持し、(3)1周期前の第2比較ステップにおいて検知対象物が存在しないと判定していた場合であって、微分値が正負の微分閾値の範囲内であるときは、1周期前の検出信号を判定基準値として書き換える。 In addition, when the differential value is outside the range of the positive / negative differential threshold and the differential value one cycle before is within the range of the positive / negative differential threshold, or in the second comparison step one cycle before, If it is determined that it does not exist, the detection signal at that time is stored as the first reference signal, the differential value is within the range of the positive / negative differential threshold value, and the differential value one cycle before is the positive / negative differential threshold value. If it is outside the range, the detection signal at that time is stored as the second reference signal, and the reference value setting step is (1) when it is determined that the detection target exists in the second comparison step one cycle before The value obtained by adding the first reference signal to the detection signal and subtracting the second reference signal is rewritten as the determination reference value, and (2) it is determined that the detection target does not exist in the second comparison step one cycle before. The differential value is positive. When the value is outside the range of the differential threshold, the determination reference value one cycle before is held, and (3) it is determined that the detection target does not exist in the second comparison step one cycle before, When the differential value is within the range of the positive / negative differential threshold, the detection signal of the previous cycle is rewritten as the determination reference value.
図5は、図4に示した実施形態1に係る赤外線センサの動作を説明するためのフローチャートを示す図である。図5に示した赤外線センサは、赤外線検出素子401が出力した検出信号を入力している(取り込んでいる)(ステップS501)。赤外線検出素子の出力電圧をそのまま取り込んでも良いし、出力電流を電流電圧変換回路を経由して取り込んでも構わない。また、オペアンプなどの増幅回路で増幅した後に取り込んでもよい。なお、赤外線検出素子の出力値の入力は連続的に行っても良いし0.1秒程度の周期で行っても良い。 FIG. 5 is a flowchart for explaining the operation of the infrared sensor according to the first embodiment shown in FIG. The infrared sensor shown in FIG. 5 inputs (captures) the detection signal output from the infrared detection element 401 (step S501). The output voltage of the infrared detection element may be taken in as it is, or the output current may be taken in via a current-voltage conversion circuit. Alternatively, it may be taken in after being amplified by an amplifier circuit such as an operational amplifier. Note that the input of the output value of the infrared detection element may be continuously performed or may be performed with a period of about 0.1 seconds.
赤外線検出素子から出力される検出信号を微分する微分ステップとして、ステップS501で取り込まれた検出信号は、微分回路402において微分処理される(ステップS502)。 As a differentiation step for differentiating the detection signal output from the infrared detection element, the detection signal captured in step S501 is subjected to differentiation processing in the differentiation circuit 402 (step S502).
上述した微分ステップによる微分値に基づく信号と、あらかじめ定められた第1閾値とを比較する第1比較ステップとして、微分処理によって得られた微分値に基づく信号は、第1判定回路403によって第1閾値である微分閾値Vth_diffと比較され、正負の微分閾値の範囲(−Vth_diff〜+Vth_diff)内であるか、範囲外であるかの判定が行われる(ステップS503)。
As a first comparison step for comparing the signal based on the differential value obtained by the above-described differentiation step with a predetermined first threshold value, the signal based on the differential value obtained by the differentiation process is first processed by the
上述した第1比較ステップによる比較の結果に基づいて検知対象の有無を判定するための判定基準値を書き換える基準値設定ステップとして、第1判定回路403での判定結果と1周期前の第2判定回路の結果に基づいて、基準値設定回路406が判定基準値Vrefを設定する(ステップS504)。基準値設定回路406で設定された判定基準値Vrefは第2判定回路406に送られる。
As a reference value setting step for rewriting the determination reference value for determining the presence / absence of the detection target based on the result of the comparison in the first comparison step described above, the determination result in the
上述した検出信号と上述した基準値設定ステップで設定された基準値の差分を、あらかじめ定められた第2閾値と比較することで検知対象の有無を判定する第2比較ステップとして、第2判定回路406においては、赤外線検出素子401の出力Voutと基準値設定回路405で設定された判定基準値Vrefとの差分の絶対値(|Vout−Vref|)が、あらかじめ設定されている人体判定用の第2閾値Vthより大きい場合は、検知エリア内に人体ありと判定(ステップS506)し、人体を検知したことを示す信号を出力回路407に出力し、人体の検知を外部に通知する。もし、|Vout−Vref|が人体判定用の第2閾値Vthより小さい場合は、検知エリア内に人体なしと判定し(ステップS507)、次の時間周期における赤外線検出素子の出力値を取り込む。
As a second comparison step for determining the presence or absence of a detection target by comparing the difference between the detection signal described above and the reference value set in the reference value setting step described above with a predetermined second threshold, a second determination circuit In 406, the absolute value (| Vout−Vref |) of the difference between the output Vout of the
<基準値設定回路の動作説明>
図6は、図4に示した基準値設定回路の動作を説明するためのフローチャートを示す図である。基準値設定回路406において、1周期前の人体判定結果が「人体あり」だった場合、判定基準値Vrefの値は、記憶回路に格納されている第1基準値Vref1、第2基準値Vref2及びそのときの赤外線検出素子からの出力値Vout(i)を用いてVref=Vref1−Vref2+Vout(i)で計算される値に書き換えられる(ステップS601)。
<Description of operation of reference value setting circuit>
FIG. 6 is a flowchart for explaining the operation of the reference value setting circuit shown in FIG. In the reference
1周期前の人体判定結果S508が「人体なし」だった場合、ステップS602において、微分回路402で得られた微分値が正負の微分閾値の範囲(−Vth_diff〜+Vth_diff)の範囲外にあると判定された場合(ステップS602:True)、判定基準値Vrefの値は前の周期における値のまま保持される(ステップS603)。
If the human body determination result S508 one cycle before is “no human body”, it is determined in step S602 that the differential value obtained by the differentiating
ステップS602において、微分回路402で得られた微分値が正負の微分閾値の範囲(−Vth_diff〜+Vth_diff)の範囲内と判断された場合(ステップS602:False)、判定基準値Vrefは更新され、その値は1つ前の周期で入力された赤外線検出素子の出力に書き換えられる(ステップS604)。
In step S602, when the differential value obtained by the
<第1基準値及び第2基準値の設定方法>
図7(a),(b)は、図6に示した第1基準値Vref1及び第2基準値Vref2の設定方法について説明するためのフローチャートを示す図である。まず、第1基準値Vref1の設定について図7(a)を用いて説明する。
<Setting method of first reference value and second reference value>
FIGS. 7A and 7B are flowcharts for explaining a method of setting the first reference value Vref1 and the second reference value Vref2 shown in FIG. First, the setting of the first reference value Vref1 will be described with reference to FIG.
ある時間周期iにおける微分回路402で計算された微分値が正負の微分閾値の範囲(−Vth_diff〜+Vth_diff)の範囲外にあり、かつ1つ前の時間周期i−1における微分値が正負の微分閾値の範囲(−Vth_diff〜+Vth_diff)の範囲内にある場合(ステップS701:True)で、なおかつ周期i−1における人体判定結果が人体なし判定(ステップS508:False)である場合は、第1基準値Vref1の値は1つ前の周期i−1における赤外線検出素子401の出力Vo(i−1)に書き換えられる。それ以外の場合、すなわち、ステップS701の判定結果がFalseであった場合、もしくはステップS508の判定結果がTrueであった場合は、第1閾値Vref1は更新されない。
The differential value calculated by the
次に、第2基準値Vref2の設定について図7(b)を用いて説明する。
ある時間周期iにおいて微分回路402で計算された微分値が正負の微分閾値の範囲(−Vth_diff〜+Vth_diff)の範囲内にあり、それより1つ前の時間周期i−1における微分値が正負の微分閾値の範囲(−Vth_diff〜+Vth_diff)の範囲外にある場合(ステップS704:True)、第2閾値Vref2は1つ前の時間周期における赤外線検出素子401の出力Vo(i−1)に書き換えられ、そうでない場合(ステップS704:False)は、第2基準値Vref2の値はそのまま保持される(ステップS706)。
Next, setting of the second reference value Vref2 will be described with reference to FIG.
The differential value calculated by the differentiating
<平均化回路を備えた赤外線センサ>
図8は、本発明に係る赤外線センサの実施形態2を説明するための構成図で、上述した実施形態1の赤外線センサに平均化回路を更に備えた赤外線センサの構成図である。図中符号801は平均化回路を示している。なお、図4と同じ機能を有する構成要素には同一の符号を付してある。
<Infrared sensor with averaging circuit>
FIG. 8 is a block diagram for explaining the infrared sensor according to the second embodiment of the present invention. The infrared sensor further includes an averaging circuit in the infrared sensor according to the first embodiment.
図8に示した赤外線センサは、赤外線検出素子401の直後に平均化回路801を設けるものである。このような構成によれば、赤外線検出素子の出力を平均化することで電気回路中のノイズの影響を低減して、人体検知の信頼性を高めることができる。
The infrared sensor shown in FIG. 8 is provided with an averaging
<温度検出素子と温度補正回路を備えた赤外線センサ>
図9は、本発明に係る赤外線センサの実施形態3を説明するための構成図で、上述した実施形態1の赤外線センサに温度検出素子と温度補正回路を更に備えた赤外線センサの構成図である。図中符号901は温度検出素子、902は温度補正回路を示している。なお、図4と同じ機能を有する構成要素には同一の符号を付してある。
<Infrared sensor with temperature detection element and temperature correction circuit>
FIG. 9 is a block diagram for explaining Embodiment 3 of the infrared sensor according to the present invention, and is a block diagram of the infrared sensor further including a temperature detection element and a temperature correction circuit in the infrared sensor of
図9に示した赤外線センサは、温度検出素子901と赤外線検出素子401の直後に温度補正回路902を設けるものである。温度検出素子901は、赤外線検出素子の温度を検出するために設置されるものであり、可能な限り赤外線検出素子の近くに設置するのが望ましい。
The infrared sensor shown in FIG. 9 is provided with a
温度検出素子901と温度補正回路902を加えることにより、赤外線検出素子の温度が変動した時の赤外線検出素子の出力の変動を抑制することが可能となり、より正確な判定を行うことができる。
By adding the
図10(a)乃至(c)は、検知エリア内の背景温度が変動する環境下において実施形態1に示した本発明に係る赤外線センサ及び従来の赤外線センサを用いた実施例・比較例を示す図である。 FIGS. 10A to 10C show examples and comparative examples using the infrared sensor according to the present invention and the conventional infrared sensor shown in the first embodiment in an environment where the background temperature in the detection area varies. FIG.
図10(a)に示すような天井にエアコンが設置された部屋において、エアコンのルーバーを稼動させた状態で、エアコンの真下に配置した机の上に実施形態1に示した赤外線センサを配置し、センサから距離60cmの位置で着席、離席を行って人体あり、なしの判定を実施した。 In a room where an air conditioner is installed on the ceiling as shown in FIG. 10 (a), the infrared sensor shown in the first embodiment is placed on a desk placed just below the air conditioner with the air conditioner louver operating. Then, seating and leaving were performed at a distance of 60 cm from the sensor to determine whether there was a human body.
このときの赤外線検出素子の出力波形を図10(b)に示す。縦軸が出力を示し、横軸が時間を示している。図10(b)中に示す時刻t1において着席し、約10分経過後の時刻t2において離席している。図10(b)を見れば着席中においてもエアコンの影響で壁や床といった周囲温度や赤外線検出素子の温度が常に変動しているため、赤外線検出素子の絶対値は大きく変化している。 The output waveform of the infrared detection element at this time is shown in FIG. The vertical axis indicates output, and the horizontal axis indicates time. The user is seated at time t1 shown in FIG. 10B, and is away at time t2 after about 10 minutes have elapsed. As shown in FIG. 10B, the ambient temperature of the wall and floor and the temperature of the infrared detection element constantly fluctuate even when seated due to the influence of the air conditioner, so that the absolute value of the infrared detection element changes greatly.
<比較例>
従来技術である特許文献1に開示されている赤外線検知方法では、赤外線検出素子の出力の微分値の変化をもとに、着席の瞬間(図10(b)中の時刻t1における赤外線検出素子の出力Vout(t1)を基準値Vrefと設定するため、時刻t1からt3の間は正確に人体の存在を検知することができるが、時刻t3以降の時間においては赤外線検出素子の出力Voutが基準値より小さくなってしまうため、離席したと誤検知してしまう。
<Comparative example>
In the infrared detection method disclosed in
<実施例>
一方、実施形態1に示した赤外線検知方法を適用した例を図10(c)に示す。図10(c)は、赤外線検出素子の出力Voutと先に説明した実施形態1の信号処理方法に基づいて設定した判定基準値Vrefの差分Vout−Vrefの値を示したものである。図中に示した人体検知閾値との大小関係を比較することで、検知エリア内における背景温度が変動する環境下において長時間静止している人体を安定して検知することが可能となることが理解される。
<Example>
On the other hand, the example which applied the infrared rays detection method shown in
このように、本発明によれば、日射や空調などの影響により検知エリア内における背景温度が変動するような環境下においても、長時間静止している人体を安定して検知することが可能となる。 Thus, according to the present invention, it is possible to stably detect a human body that has been stationary for a long time even in an environment where the background temperature in the detection area fluctuates due to the influence of solar radiation or air conditioning. Become.
本発明は、赤外線検知方法及び赤外線センサに関し、日射や空調などの影響により検知エリア内における背景温度が変動するような環境下においても、長時間静止している人体を安定して検知することが可能な検知アルゴリズム、及び当該検知アルゴリズムを利用した赤外線検知方法及び赤外線センサを提供することができる。 The present invention relates to an infrared detection method and an infrared sensor, and can stably detect a human body that has been stationary for a long time even in an environment where the background temperature in the detection area varies due to the influence of solar radiation or air conditioning. A possible detection algorithm, an infrared detection method and an infrared sensor using the detection algorithm can be provided.
401 赤外線検出素子
402 微分回路
403 第1判定回路
404 記憶回路
405 基準値設定回路
406 第2判定回路
407 出力回路
901 温度検出素子
902 温度補正回路
401
Claims (7)
赤外線検出素子から出力される検出信号を微分して微分値を得る微分ステップと、
該微分ステップによる微分値に基づく信号と第1閾値とを比較して、前記微分値が正負の微分閾値の範囲内であるか範囲外であるかを判定する第1比較ステップと、
1周期前の第2比較ステップにおける検知対象物の有無の判定結果と、前記第1比較ステップの判定結果とに基づいて、検知対象物の有無を判定するための判定基準値を書き換える基準値設定ステップと、
前記検出信号と前記基準値設定ステップで設定された基準値の差分を、第2閾値と比較することで検知対象物の有無を判定する第2比較ステップと
を有することを特徴とする赤外線検知方法。 In an infrared detection method for detecting an object using an infrared sensor,
A differentiation step for differentiating a detection signal output from the infrared detection element to obtain a differential value;
Signal based on the differential value by fine fraction step and is compared with the first threshold value, a first comparison step of the differential value to determine whether the out of range or in the range of positive and negative differential threshold,
A reference value setting for rewriting a determination reference value for determining the presence or absence of a detection object based on the determination result of the presence or absence of a detection object in the second comparison step one cycle before and the determination result of the first comparison step Steps,
An infrared detection method comprising: a second comparison step for determining the presence or absence of a detection object by comparing a difference between the detection signal and the reference value set in the reference value setting step with a second threshold value. .
前記微分値が正負の微分閾値の範囲内であり、かつ、1周期前の微分値が正負の微分閾値の範囲外にある場合、そのときの検出信号を第2基準信号として記憶し、
前記基準値設定ステップが、
(1)1周期前の第2比較ステップにおいて検知対象物が存在すると判定していた場合は、検出信号に前記第1基準信号を加算し、かつ、前記第2基準信号を減算した値を前記判定基準値として書き換え、
(2)1周期前の第2比較ステップにおいて検知対象物が存在しないと判定していた場合であって、前記微分値が正負の微分閾値の範囲外であるときは、1周期前の判定基準値を保持し、
(3)1周期前の第2比較ステップにおいて検知対象物が存在しないと判定していた場合であって、前記微分値が正負の微分閾値の範囲内であるときは、1周期前の検出信号を判定基準値として書き換える
ことを特徴とする請求項1に記載の赤外線検知方法。 The differential value is outside the range of the positive / negative differential threshold value, the differential value before one cycle is within the range of the positive / negative differential threshold value, and there is no detection target in the second comparison step one cycle before. If it is determined that, the detection signal at that time is stored as the first reference signal,
When the differential value is within the range of the positive / negative differential threshold value and the differential value of one cycle before is outside the range of the positive / negative differential threshold value, the detection signal at that time is stored as a second reference signal,
The reference value setting step includes:
(1) If it is determined in the second comparison step one cycle before that the detection target exists, the value obtained by adding the first reference signal to the detection signal and subtracting the second reference signal is Rewrite as judgment standard value,
(2) If it is determined that there is no object to be detected in the second comparison step one cycle before, and the differential value is outside the range of the positive / negative differential threshold, the determination criterion one cycle before Hold the value,
(3) When it is determined in the second comparison step one cycle before that the detection target does not exist and the differential value is within the range of the positive / negative differential threshold, the detection signal one cycle before The infrared detection method according to claim 1 , wherein: is rewritten as a determination reference value.
赤外線検出素子から出力される検出信号を微分する微分手段と、
該微分手段による微分値に基づく信号と第1閾値とを比較することで、前記微分値に基づく信号が正負の微分閾値の範囲内であるか範囲外であるかを判定する第1比較手段と、
1周期前の第2比較手段におけるにおける検知対象物の有無の判定結果と、前記第1比較手段の判定結果とに基づいて、検知対象物の有無を判定するための判定基準値を書き換える基準値設定手段と、
前記検出信号と前記基準値設定手段で設定された基準値の差分を第2閾値と比較する検知対象の有無を判定する第2比較手段と
を備えていることを特徴とする赤外線センサ。 In an infrared sensor that detects an object using an infrared sensor,
Differentiating means for differentiating the detection signal output from the infrared detection element;
By comparing the signal with a first threshold value based on the differential value by fine fraction means, the first comparing means signal based on the differential value to determine whether the out of range or in the range of positive and negative differential threshold ,
A reference value for rewriting a determination reference value for determining the presence or absence of a detection object based on the determination result of the presence or absence of a detection object in the second comparison means one cycle before and the determination result of the first comparison means Setting means;
An infrared sensor comprising: second comparison means for determining the presence or absence of a detection target for comparing a difference between the detection signal and the reference value set by the reference value setting means with a second threshold value.
(1)検出信号に前記第1基準信号を加算し、かつ、前記第2基準信号を減算した値を前記判定基準値として書き換える動作、
(2)1周期前の判定基準値を保持する動作、
(3)1周期前の検出信号を判定基準値として書き換える動作、
が可能な手段であることを特徴とする請求項5に記載の赤外線センサ。 The reference value setting means is
(1) An operation of rewriting a value obtained by adding the first reference signal to a detection signal and subtracting the second reference signal as the determination reference value;
(2) An operation for holding a determination reference value one cycle before,
(3) An operation of rewriting the detection signal one cycle before as a determination reference value,
The infrared sensor according to claim 5 , wherein the infrared sensor is capable of performing the following.
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