JP7083592B2 - 赤外線源検出システム、赤外線源検出装置、および赤外線源検出方法 - Google Patents

赤外線源検出システム、赤外線源検出装置、および赤外線源検出方法 Download PDF

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Description

本発明は、監視空間において火炎や人体等の赤外線源から発せられる赤外線を非接触状態で検出するための赤外線源検出システム、赤外線源検出装置、および赤外線源検出方法に関するものである。
従来、監視空間において火炎や人体等の赤外線源から発せられる赤外線を非接触状態で検知するために赤外線センサが用いられている。赤外線センサは、そのセンシング面に赤外線が入射した場合に、その強度を検出できる。このような赤外線センサを監視空間に向けて設置することで、火炎や人等の赤外線源が監視空間に存在する場合に、その存在を検出することができる。
特開2001-23055号公報
しかしながら、1つの赤外線センサはそのセンシング面に入射した赤外線の強度を検出できるのみであり、監視空間のどこに赤外線源があるかを知ることはできない。
本発明は、1つの赤外線センサを用いて赤外線源の位置を検出することが可能な赤外線源検出システム、赤外線源検出装置、および赤外線源検出方法を提供することを目的とする。
本発明の一態様は、監視空間の赤外線源を検出する赤外線源検出システムであって、この赤外線源検出システムは、入射する赤外線を検出する赤外線センサと、前記監視空間からの赤外線を前記赤外線センサに入射させる検出状態と、前記監視空間からの赤外線を前記赤外線センサに入射させない非検出状態とを含む誘導状態を個別に切替可能な複数の素子が配置された赤外線誘導アレイと、前記複数の素子の各々について前記誘導状態を切り替える制御部とを備えた構成を有している。
この構成により、制御部が複数の素子の各々の誘導状態を個別に切り替えることで、監視空間中の所定の部分空間からの赤外線のみを赤外線センサに入射させることができるので、1つの赤外線センサを用いて監視空間中の部分空間ごとに赤外線源の有無を検出できる。
上記の赤外線源検出システムにおいて、前記制御部は、複数の制御状態の間で制御状態を切り替えてよく、前記制御状態は、前記複数の素子の一部を前記検出状態とし、他を前記非検出状態とする第1制御状態と、前記複数の素子の前記一部とは異なる一部を前記検出状態とし、他を前記非検出状態とする第2制御状態とを含んでよい。
この構成により、複数の素子のうち検出状態にする素子を切り替えることで、監視空間中の部分空間ごとに赤外線源の有無を検出できる。
上記の赤外線源検出システムにおいて、前記制御部は、前記赤外線センサの出力が所定の閾値以上となったときに、前記制御状態の切替えを行ってよい。
この構成により、まず監視空間中の赤外線源の有無を検出して、その後に部分空間ごとの赤外線源の有無を検出できる。
上記の赤外線源検出システムにおいて、前記素子は、角度を変更可能な反射板であってよく、前記検出状態は、前記反射板が前記監視空間からの赤外線を前記赤外線センサに向けて反射させる角度にされた状態であり、前記非検出状態は、前記反射板が前記監視空間からの赤外線を前記赤外線センサに向けて反射させない角度にされた状態であってよい。
この構成により、反射板アレイを用いて赤外線誘導アレイを構成できる。
上記の赤外線源検出システムにおいて、前記赤外線誘導アレイは、前記複数の素子が二次元状に配置された二次元アレイであってよい。
この構成により、監視空間において二次元状に配置された部分空間ごとに赤外線源の有無を検出できる。
上記の赤外線源検出システムは、前記複数の制御状態の各々における前記赤外線センサの出力に基づいて前記監視空間内における赤外線源の位置を判定する位置判定部を更に備えていてよい。
この構成により、監視空間における赤外線源の位置を判定できる。
本発明の他の態様は、監視空間の赤外線源を検出する赤外線源検出装置であって、この赤外線源検出装置は、入射する赤外線を検出する赤外線センサと、前記監視空間からの赤外線を前記赤外線センサに入射させる検出状態と、前記監視空間からの赤外線を前記赤外線センサに入射させない非検出状態とを含む誘導状態を個別に切替可能な複数の素子が配置された赤外線誘導アレイとを備えた構成を有している。
この構成により、監視空間中の所定の部分空間からの赤外線のみを赤外線センサに入射させることができるので、監視空間中の部分空間ごとに赤外線源の有無を検出できる。
本発明のさらに他の態様は、赤外線センサを用いて監視空間からの赤外線を検出することで赤外線源を検出する赤外線源検出方法であって、この赤外線源検出方法は、前記監視空間中の第1部分空間からの赤外線を前記赤外線センサに入射させる第1工程と、前記監視空間中の前記第1部分空間とは異なる第2部分空間からの赤外線を前記赤外線センサに入射させる第2工程とを含む構成を有している。
この構成により、第1工程と第2工程とで異なる部分空間からの赤外線を赤外線センサに入射させることができるので、監視空間中の部分空間ごとに赤外線源の有無を検出できる。
上記の赤外線源検出方法は、前記監視空間の全体からの赤外線を前記赤外線センサに入射させる第3工程をさらに含んでいてよく、前記第3工程にて前記赤外線センサが所定の閾値以上の赤外線を検出したときに、前記第1工程及び前記第2工程を実行してよい。
この構成により、まず監視空間中の赤外線源の有無を検出して、その後に部分空間ごとの赤外線源の有無を検出できる。
本発明によれば、赤外線誘導アレイの複数の素子の各々の誘導状態が個別に切り替えられることで、監視空間中の所定の部分空間からの赤外線のみを赤外線センサに入射させることができ、監視空間中の部分空間ごとに赤外線源の有無を検出できる。
本発明の第1の実施の形態の火災検知システムの構成を示す模式図 本発明の第1の実施の形態の火災検知システムの動作(上段が検出状態にある状態)を説明する図 本発明の第1の実施の形態の火災検知システムの動作(中段が検出状態にある状態)を説明する図 本発明の第1の実施の形態の火災検知システムの動作(下段が検出状態にある状態)を説明する図 本発明の第1の実施の形態の火災検知システムの動作(下段が検出状態にある状態)を説明する図 本発明の第1の実施の形態の火災検知システムを用いた火災検知方法のフロー図 本発明の第2の実施の形態の火災検知システムの構成を示す模式図
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、本発明を実施する場合の一例を示すものであって、本発明を以下に説明する具体的構成に限定するものではない。本発明の実施にあたっては、実施の形態に応じた具体的構成が適宜採用されてよい。
(第1の実施の形態)
図1は、本発明の第1の実施の形態の赤外線源検出システムの構成を示す模式図である。本実施の形態の赤外線源検出システム10は、監視空間に向けて設置されて、赤外線源として火炎を検出する火災検知システムである。
火災検知システム10は、検出窓12を有する筐体11内に、赤外線センサとしての焦電素子13と、赤外線誘導アレイとしてのデジタルミラーデバイス(DMD)14と、制御部15と、プリント基板16とを備えている。検出窓12は、赤外線を透過させる素材で構成されており、筐体11は赤外線を遮断する素材で構成されている。よって、監視空間からの赤外線は検出窓12を介して筐体11内に入射する。
プリント基板16には、焦電素子13と制御部15が実装される。また、プリント基板16には、2本のリード線17-1,17-2が接続されており、これらのリード線17-1,17-2を介して外部の受信機(不図示)に接続されている。焦電素子13は、プリント基板16上のプリント配線及びリード線17-1,17-2を介して外部の受信機に接続されている。
DMD14は、複数の素子を二次元状に配置した二次元アレイである。DMD14は、また、複数の素子として角度を変更可能な複数の微小な反射板(マイクロミラー)を有する反射板アレイである。プリント基板16とDMD14とは配線18によって接続されている。制御部15はDMD14の各反射板の角度を変更するための制御信号をプリント基板16上のプリント配線及び配線18を介してDMD14に送出する。この制御信号は、DMD14の複数の反射板の各々について、その角度を指定する信号である。
各反射板は、制御部15からの制御信号を受けて、その制御信号に従って個別に角度を変更可能である。具体的には、各反射板は、監視空間にて発せられて検出窓12を通過して筐体11内に入射した赤外線を焦電素子13のセンシング面131に入射するように反射させる角度(以下、「角度A」といい、角度Aにある反射板の状態を「検出状態」という。)と、監視空間にて発せられて検出窓12を通過して筐体11内に入射した赤外線を焦電素子13のセンシング面に入射しないように反射させる角度(以下、「角度B」といい、角度Bにある反射板の状態を「非検出状態」という。)との間で、その角度を変更する。
なお、非検出状態にある反射板の角度Bは、それらの反射板が監視空間のいずれの方向からの赤外線も焦電素子13のセンシング面131に入射しない角度に設定される。すなわち、角度Bとなって非検出状態となった反射板は、監視空間のいずれの方向からの赤外線も焦電素子13のセンシング面131には反射させない。
焦電素子13は、センシング面131に赤外線を入射されることで、焦電効果によって赤外線を検出し、その強度を出力する。焦電素子13は、検出窓12を通ってDMD14で反射した赤外線を検出するので、焦電素子13のセンシング面131は検出窓12とは平行でなく、所定の角度(図1の例では90度)をなしている。また、焦電素子13は、検出窓12から入射した赤外線が直接センシング面131に入射しないように、筐体12内に設置されている。
制御部15は、CPU、RAM(メモリ)、ROM、補助記憶メモリからなるコンピュータであり、ROMに記憶されたプログラムに従って動作する。制御部15は、焦電素子13の出力が所定の閾値を超えた場合に、監視空間に火炎があると判断する。制御部15が火炎があると判断した場合には、その情報がプリント基板16上のプリント配線及びリード線17-1又は17-2を介して受信機に送られる。また、制御部15は、後述する要領でDMD14の各反射板の角度を制御する。
なお、図1~図5では、説明の便宜上、模式図として、DMD14のすべての反射板が見えるような向きで描かれているが、実際には上述のように、各反射板が、角度Aとされたときに焦電素子13に赤外線を反射させ、角度Bとされたときに焦電素子に赤外線を反射しない向きになるように設置されている。なお、角度A又は角度Bのいずれかが、各反射板がDMD14における複数の反射板の分布面と平行になる角度であってよい。
次に、以上のように構成された火災検知システム10にて火炎の位置を判定する動作について説明する。図2~図4は、火災検知システム10の動作を説明するための図である。図2~図4において、ハッチングをしていない反射板は角度A、すなわち検出状態にある反射板であり、ハッチングをした反射板は角度B、すなわち非検出状態にある反射板である。
制御部15は、DMD14を複数の制御状態に制御する。複数の制御状態には、DMD14のすべての反射板が角度Aになる制御状態、一部の反射板のみが角度Aとなって他の反射板が角度Bとなる制御状態が含まれる。制御部15は、通常の監視時には、DMD14のすべての反射板を角度A、すなわち検出状態に設定する。これにより、監視空間内のいずれの方向からの赤外線もDMD14によって反射されて焦電素子13に入射する状態となり、火災検知システム10は、監視空間の全体について火炎の存在を検知できる状態になる。
監視空間のいずれかの場所で火炎が発生し、焦電素子13の出力が閾値を超えると、制御部15は火炎が発生したと判断して受信機にその旨の情報を通知する。その後、制御部15は、火炎の場所を特定するために、DMD14の反射板の角度を制御する。具体的には、制御部15は、DMD14の部分領域の反射板のみを角度Aにし、それ以外を角度Bとし、そのような部分領域を順次変更する。
図2~図5の例では、DMD14が9×6の反射板アレイで構成されており、部分領域として、上段の3×6の部分領域141、中段の3×6の部分領域142、及び下段の3×6の部分領域143が設定され、それらの部分領域の反射板のみが順に検出状態とされる。これにより、監視空間中の部分空間からの赤外線のみが焦電素子13に入射することとなり、そのような部分空間が上段、中段、下段の順に切り替わることで監視空間が走査される。
図2は、上段の部分領域141の複数の反射板のみが検出状態(角度A)とされ、中段の部分領域142及び下段の部分領域143の複数の反射板は非検出状態(角度B)とされた状態を示している。この場合には、監視空間のうちの上段の部分空間からの赤外線のみが上段の部分領域141の反射板で反射して焦電素子13のセンシング面131に入射する。火炎Fからの赤外線はいずれの反射板からも焦電素子13のセンシング面131に向けて反射せず、この部分領域141に入射してセンシング面131に向けて反射する方向には火炎はないので、この状態では火炎は検出されない。
図3は、中段の部分領域142の複数の反射板のみが検出状態(角度A)とされ、上段の部分領域141及び下段の部分領域143の複数の反射板は非検出状態(角度B)とされた状態を示している。この場合には、監視空間のうちの中段の部分空間からの赤外線のみが中段の部分領域142の反射板で反射して焦電素子13のセンシング面131に入射する。火炎Fからの赤外線は、部分領域142の反射板によって反射されて焦電素子13のセンシング面131に入射し、焦電素子13にて火炎Fが検出される。
図4は、下段の部分領域143の複数の反射板のみが検出状態(角度A)とされ、上段の部分領域141及び中段の部分領域142の複数の反射板は非検出状態(角度B)とされた状態を示している。この場合には、監視空間のうちの下段の部分空間からの赤外線のみが下段の部分領域143の反射板で反射して焦電素子13のセンシング面131に入射する。火炎Fからの赤外線はいずれの反射板からも焦電素子13のセンシング面131に向けて反射せず、この部分領域143に入射してセンシング面131に向けて反射する方向には火炎はないので、この状態では火炎は検出されない。
制御部15は、図2~図4の制御状態における火炎の検出結果から、火炎が監視空間の中段の位置にあると判定する。すなわち、制御部15は、DMD14の複数の反射板のうち検出状態にする領域を変更しながら(制御状態を変更しながら)いずれの領域を検出状態としたときに火炎を検出するかによって、監視空間内の火炎の位置を判定する。このように機能する制御部15は、本願発明の位置判定部に相当する。制御部15は、火炎の位置を判定すると、リード線17-1,17-2を介して火炎の位置の情報を受信機に伝達する。
なお、図5に示すように、火炎F´が監視空間の下の方にある場合には、下段の部分領域143が検出状態となったときに火炎F´からの赤外線が焦電素子13のセンシング面131に入射し、他の部分領域が検出状態となったときには火炎F´からの赤外線は焦電素子13のセンシング面131に向けて反射しない。この結果から、制御部15は、監視空間の下段に火炎F´があると判定する。
図6は、火災検知システム10を用いた火災検知方法のフロー図である。火災検知方法では、制御部15は、まずDMD14のすべての反射板を検出状態(角度A)にする(S61)。これによって、火災検知システム10は、監視空間の全体を監視できる。この状態で制御部15は、焦電素子13の出力に基づいて、火炎を検知したか否かを判断する(S62)。
制御部15が火炎を検知すると(S62にてYES)、制御部15は、DMD14の各反射板を制御して、まず、上段の部分領域141の反射板を検出状態(角度A)とし、中段の部分領域142及び下段の部分領域143の反射板を非検出状態(角度B)とする(S63)。この状態では、監視空間のうちの上段の部分空間からの赤外線のみが焦電素子13のセンシング面131に入射し得る。制御部15は、この状態での焦電素子13の出力をメモリに記憶する(S64)。
次に、制御部15は、中段の部分領域142の反射板を検出状態(角度A)とし、上段の部分領域141及び下段の部分領域143の反射板を非検出状態(角度B)とする(S65)。この状態では、監視空間のうちの中段の部分空間からの赤外線のみが焦電素子13のセンシング面131に入射し得る。制御部15は、この状態での焦電素子13の出力をメモリに記憶する(S66)。
次に、制御部15は、下段の部分領域143の反射板を検出状態(角度A)とし、上段の部分領域141及び中段の部分領域142の反射板を非検出状態(角度B)とする(S67)。この状態では、監視空間のうちの下段の部分空間からの赤外線のみが焦電素子13のセンシング面131に入射し得る。制御部15は、この状態での焦電素子13の出力をメモリに記憶する(S68)。そして、制御部15は、工程S64、工程S66、工程S68で記憶した焦電素子13の出力に基づいて、火炎の位置を判定する(S69)。なお、工程SS63~S69を複数回繰り返し行ってもよい。
(第2の実施の形態)
図7は、第2の実施の形態の火災検知システム10´の構成を示す模式図である。第1の実施の形態の火災検知システム10では、監視空間の各方向からの赤外線を選択的に焦電素子13に誘導する赤外線誘導アレイとして複数の反射板が二次元状に配置されたDMD14を用いたが、本実施の形態では、そのような赤外線誘導アレイとしてDMD14の代わりに液晶シャッタ14´を採用している。
液晶シャッタ14´は液晶素子が二次元状に配置された二次元アレイであり、各素子が赤外線を透過する検出状態と赤外線を遮断する(あるいは透過率を低下させる)非検出状態との間で個別に制御される。制御部15は、液晶シャッタ14´の各素子の誘導状態(透過/遮断)を制御する。本実施の形態では、このように赤外線誘導アレイが透過型の液晶シャッタ14´であるので、焦電素子13は、液晶シャッタ14´に対して検出窓12とは反対側に配置される。また、焦電素子13は、センシング面131が検出窓12と平行になるように配置される。
この火災検知システム10´において、液晶シャッタ14´のすべての素子を透過状態(検出状態)とすると、この液晶シャッタ14´がない従来の構成と同様の状態になり、液晶シャッタ14のすべての素子を遮断状態(非検出状態)とすると、焦電素子13には監視空間からの赤外線が一切入射しない状態になる。
この構成において、第1の実施の形態と同様に、液晶シャッタ14´の複数の素子のうちの部分領域のみを検出状態とすることで、監視空間の特定の方向からの赤外線のみを焦電素子13のセンシング面131に導くことができる。よって、図2~図4で説明したのと同様に検出状態とする領域を順次変更する(制御状態を変更する)ことで監視空間を走査して、火炎の位置を判定できる。
(変形例)
上記の第1の実施の形態では、火炎を検出していない状態では、DMD14の各反射板がすべて同一の角度Aとされて、監視空間の対応する方向からの赤外線を焦電素子13のセンシング面131に反射させる検出状態とされ、火炎が検出された後に図2~図4に示したように、部分領域ごとに検出状態とする制御を行ったが、火炎を検出していないときから図2~図4に示すように検出する部分領域を変更する制御を行ってもよい。
また、上記の第1の実施の形態では、火炎の位置を判定するためにDMD14の複数の反射板を上下方向に分割した部分領域ごとに検出状態としたが、これに加えて、又はこれに代えて、左右方向に分割した部分領域ごとに検出状態として、左右方向の位置を判定するようにしてもよい。例えば、部分領域を二次元状に区画してもよい。また、複数の部分領域は互いに一部が重複する領域であってもよい。さらに、部分領域を1つの反射板としてもよい。
制御部15は、複数の部分領域から強度の異なる赤外線が検出された場合に、それらの強度の情報を用いて火炎の位置を判定してよい。例えば、図2~図4の例において、上段の部分領域141のみを検出状態としたときに1の強度の赤外線を検出し、中段の部分領域142のみを検出状態としたときに2の強度の赤外線を検出した場合に、火炎の中心の高さ方向の位置を、部分領域141の中心と部分領域142の中心とを結ぶ直線を2:1に内分する高さとして推定してもよい。また、例えば部分領域を1つの反射板として監視空間を走査することで、最も赤外線の強度が強い位置を特定してもよい。
上記の変形例は、第2の実施の形態についても適用可能である。第1及び第2の実施の形態では、制御部15によって個別に誘導状態(検出状態/非検出状態)が制御される素子からなる赤外線誘導アレイが採用されるので、赤外線センサを複数の素子で構成する必要はなく、1つの赤外線センサのみで、上記の変形例も含めた様々な制御によって監視空間のうちの特定の部分空間(特定の方向)からの赤外線のみを選択的に検出することができ、監視空間における火炎の位置を判定できる。火炎の位置の情報が得られると、その情報を避難誘導や自動消火等に活用できる。
なお、上記の実施の形態では、制御部15が焦電素子13が配置されるプリント基板16上に実装されていたが、制御部15の一部又は全部の機能が筐体11の外部に設けられて、そのように外部に設けられた制御部と、残りの構成要素からなる赤外線源検出装置とによって赤外線源検出システムが構成されてもよい。例えば、DMD14や液晶シャッタ14´を制御する制御部が、筐体11を含む赤外線源検出装置とは別に設けられて、赤外線源検出装置と接続されてもよい。
また、上記の実施の形態では赤外線センサとして焦電素子を用いたが、これに代えて、サーモパイル等の他の熱型のセンサを用いてもよいし、量子型のセンサを用いてもよい。また、上記の実施の形態では、赤外線誘導アレイとして検出状態と非検出状態とを切り替え可能な複数の素子が二次元状に配置された例を示したが、赤外線誘導アレイは、そのような素子が一次元状に配置されたものであってもよい。
また、上記の実施の形態及び変形例では、本願発明の赤外線源検出システムが監視空間内の火炎を検出する火災検知システムとして応用される例を説明したが、本願発明の赤外線源検出システムは、これに限らず赤外線源として人体を検出するための人体検出システムとしても応用可能である。人体検出システムは、セキュリティ用途にも自動スイッチ用途にも応用される。
10,10´ 火災検知システム(赤外線源検出システム)
11 筐体
12 検出窓
13 焦電素子(赤外線センサ)
14 DMD(赤外線誘導アレイ)
14´ 液晶シャッタ(赤外線誘導アレイ)
141 上段の部分領域
142 中段の部分領域
143 下段の部分領域
15 制御部
16 プリント基板
17-1,17-2 リード線
18 配線
F,F´ 火炎

Claims (5)

  1. 監視空間の赤外線源を検出する赤外線源検出システムであって、
    入射する赤外線を検出する赤外線センサと、
    前記監視空間からの赤外線を前記赤外線センサに入射させる検出状態と、前記監視空間からの赤外線を前記赤外線センサに入射させない非検出状態とを含む誘導状態を個別に切替可能な複数の素子と、
    前記監視空間の複数の方向にそれぞれ対応する複数の部分空間の各々に対応して、前記複数の素子から、前記複数の素子の一部であって複数の前記素子からなる各部分領域を設定し、当該各部分領域の複数の前記素子の前記誘導状態を切り替え可能である制御部と、
    を備え、
    前記制御部は、前記複数の部分空間のうちから順次選択した1の前記部分空間に対応する前記部分領域の複数の前記素子が前記検出状態となるように前記誘導状態を切り替えた第1制御状態に制御し、前記赤外線センサで赤外線が検出されたときに選択された前記1の部分空間を、当該赤外線を放射した赤外線源の場所と特定する、
    赤外線源検出システム。
  2. 前記制御部は、前記複数の部分空間の全てに対応する複数の前記素子の前記誘導状態を前記検出状態とした第2制御状態における前記赤外線センサの出力に基づいて、前記1の部分空間の順次選択を開始する、
    請求項1に記載の赤外線源検出システム。
  3. 前記素子は、角度を変更可能な反射板であり、
    前記検出状態は、前記反射板が前記監視空間からの赤外線を前記赤外線センサに向けて反射させる角度にされた状態であり、
    前記非検出状態は、前記反射板が前記監視空間からの赤外線を前記赤外線センサに向けて反射させない角度にされた状態である、
    請求項1または2に記載の赤外線源検出システム。
  4. 前記複数の素子を二次元状に配置して二次元アレイとした、
    請求項1ないし3のいずれかに記載の赤外線源検出システム。
  5. 複数の前記1の部分空間が、相互に一部重複している、
    請求項1ないし4のいずれかに記載の赤外線源検出システム。
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