JPH01116419A - 赤外線検知器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 【産業上の利用分野］ 本発明は、移動する人体などから放射される赤外線を検
知してその放射体の移動方向を検知する赤外線検知器に
関する。

〔従来技術及び発明が解決しようとする問題点〕焦電型
赤外線検知器を用いて侵入者を検知したり人の存在を検
知することは広く行われているが、そのほとんどの場合
、第９図に示した如く、分極方向の異なる焦電素子１．
２を分極方向を対向させて直列或は並列（第９図では直
列の場合を示す。

）に結合して成る検知器が使用されている。それは焦電
素子１．２に用いられている焦電体が通常圧電性を有す
るため、検知器に振動が加わった場合ピエゾ効果による
ノイズが発生するので、それらを相殺するためである。

また、その他に周囲温度が急変する場合にあって窓から
の赤外線の入射によらずに発生するノイズを相殺するた
めでもある。このような検知器において、焦電素子１．
２の受光電極は多くの場合長方形をなしている。実際の
使用においては、検知対象物体からの赤外光はレンズ、
ミラーなどの集光器によりその一つの電極にのみ集光さ
れるよう設計される。従って、検知対象物体が二つの電
極を横切るように移動する場合、集光されたビームは二
つの電極に交互に照射され、同時に照射されることはな
い、つまり、どちらか一方が必ず補償電極の役割を果た
している。尚、３は焦電素子１の一電極にゲートＧが接
続されたインピーダンス変換用のＦＥＴ、４はＦＥＴ３
のゲートＧと焦電素子２の一電極に接続されるアースと
の間に接続されていて過大入力があった場合ＦＥＴ３の
ゲートが飽和するのを防ぐリーク抵抗、５．６は出力端
子である。

ところで、従来の検知器の使用目的のほとんどは、赤外
放射体の侵入、或は存在を検知することであった。とこ
ろが、昨今、この種の検知器が普及してくると、更に高
度な使い方が要求されるようになって来た。それは、例
えば、侵入を検知するのみでなく、侵入の方向も知りた
いというニーズである。具体的には、来客の通過方向を
検知して最も適切なメツセージを音声合成装置でアナウ
ンスしたり、トイレの出入を検知して照明及び換気扇の
起動を行なうことなどである。

そこで、上記の目的に対して従来の赤外線検知器を用い
て移動方向を検知する方法としては二つ考えられた。

その一つは、前述の従来型赤外線検知器を二個使用する
ことである。第１０図に示すように、二個の検知器７．
８と、それらに個々に接続された信号処理系９．１０と
により得られた検知信号を判定回路１１で比較してどち
らの検知器の信号が早かったかを識別し、表示回路１２
を動作させる。

この時、光学的には二つの検知器７．８の間に赤外光を
遮る物体（通常板状物）が必要である。これは、侵入方
向に近い検知器に必ず先に侵入物からの赤外線が入射さ
れ、侵入方向から遠い検知器にはその後に時間的遅れを
もって入射されるようにするためのものである。この方
式のものは簡明であるため、はぼ確実に機能させること
ができる。

ところが、この場合検知器（検知用焦電素子と補償用焦
電素子を各−個含む）が二個必要であるため部品点数が
多くなり、装置全体の容積がかなり大きくなる即ち大型
になるという欠点がある。

もう一つの方法は、−個の検知器の出力信号の位相を識
別して通過方向を検知するものである。

その様子を第１１図で説明する。第９図に示す内部回路
を持つ検知器において、検知対象物体がＡ方向に移動し
つつ検知領域に侵入したとすると、出力端子６からは第
１１図（Ａ）に示した如き出力波形が得られる。一方、
検知対象物体がＢ方向に移動して検知領域に侵入すると
、出力波形は第１１図（Ｂ）に示したようになる。この
両者を比較すると、正負を反転した波形であることが判
る。

即ち、これは信号出力の位相を検出すれば移動方向が判
別できるという可能性を示している。もしこれが可能で
あれば、検知器と増幅器の一組と位相判別回路だけで方
向検知器が構成できるように思える。しかしながら、実
際にこれを試みたところ、大きな欠陥が存在することが
明らかになった。

即ち、この方式では、背景温度が例えば季節変化などに
より検知対象物体の表面温度を境に上下すると、移動方
向が一定でも出力波形が反転してしまうのである。その
結果、人体の移動方向を検知する場合、夏と冬では反対
の判定結果となるのである。又、その他の欠点として、
出力波形が正弦波のような規則的波形ではなく、第１１
図のような不規則波形であるため、位相の正確な判定が
困難であり、その結果信頼性が低く、実用性に乏しかっ
た。

本発明は、上記問題点に鑑み、検知対象物体の通過方向
を正確に検知し得ると共に、装置全体が小型になる赤外
線検知器を提供せんとするものである。

〔問題点を解決するための手段及び作用〕本発明による
赤外線検知器は、分極方向が対向するようにして直列に
接続された二つの受光素子と、酸二つの受光素子と極性
が逆で、振動及び温度変化の夫々による出力感度が酸二
つの受光素子の振動及び温度変化の夫々による出力感度
の和と等価である一つの補償素子とを内蔵していて、前
記二つの受光素子に夫々対応する二つの入射窓を設け且
つ酸二つの入射窓の間の部分に遮光壁を立設すると共に
、前記補償素子を入射光が照射されない位置に設置して
成ることにより、従来の二個の検知器の機能を一個の検
知器だけで発揮させ得るようにし、而も全体の構成素子
数が従来よりも少なくて済むようにしたものである。

【実施例〕

以下、図示した実施例に基づき本発明の詳細な説明する
。

第１図（Ａ）及び（Ｂ）は夫々本発明による赤外線検知
器の一実施例の分解斜視図及び第１図（Ａ）のＢ−Ｂ線
に沿う断面図、第２図は上記実施例の等価回路である。

１３．１４は分極方向が対向するようにして直列に接続
された二つの受光素子（焦電素子）、１５は二つの受光
素子１３．１４の受光電極面積の和に等しい受光電極面
積と受光素子１３．１４の厚さに等しい厚さとを有して
いて、二つの受光素子１３．１４と分極方向が対向する
ようにして二つの受光素子１３．１４の接続点に接続さ
れた一つの補償素子（焦電素子）、１６．１６は夫々受
光素子１３．１４にゲートＧが接続されたインピーダン
ス変換用の二つのＦＥＴ、１７．１７は夫々ＦＥ７１６
，１６の各ゲートＧと補償素子１５との間に接続された
ＦＥＴ１６．１６のゲート飽和防止用の二つのリーク用
超高抵抗、１８は二つのＦＥＴ１６．１６のドレインＤ
、Ｄに接続された電源入力端子、Ｌ９．２Ｑは二つのＦ
ＥＴＬ６゜１６のソースＳ、Ｓに夫々接続された信号出
力端子、２１は補償素子１５と二つのリーク用超高抵抗
１７．１７の接続点に接続された接地端子である。

２２は上記全素子を内蔵し光学的、電磁気的に遮蔽する
Ｔｏ−５パツケージなどの金属ケース、２３．２４は二
つの受光素子１３．１４に夫々対応するようにして金属
ケース２２に設けられた二つの入射窓、２５は金属ケー
ス２２の外面の二つの入射窓２３．２４の間の部分に立
設せしめられた遮光壁である。そして、補償素子１５は
入射光が照射されない位置に設置されている。

受光素子１３．１４及び補償素子１５は各々分離された
個別の素子であってもよいが、第１図（Ａ）及び（Ｂ）
に示すように、−枚の焦電素子板２６の上に電極を三組
設けることで形成してもよい、第１図（Ｂ）は、焦電素
子板２６の断面を模式的に示したものであるが、一定の
分極方向を持つ素子板２６に第１図（Ａ）のような電極
を形成すると、二つの受光素子１３．１４の分極方向と
補償素子１５の分極方向を相対向して結合できることが
わかる。補償素子１５の役割は、言うまでもな（、受光
素子１３．１４と共通する振動。

温度変化で発生するノイズを相殺することである。

そのためには、補償素子１５は、受光素子１３゜１４と
極性が逆で、振動及び温度変化の夫々による出力感度が
受光素子１３．１４の振動及び温度変化の夫々による出
力感度の和と等価なものでなくてはならない、このこと
を簡単に実現するためには受光素子１３．１４の静電容
量の和に等しい静電容量とを有するようにする例えば上
述の如く受光素子１３．１４の電極面積の和と等しい受
光面積と受光素子１３．１４の厚さと等しい厚さを有し
ていることが好ましい。

次に第３図により検知対象物の移動方向を検知する原理
について説明する。

第３図（Ａ）は上記実施例を壁に固定した状態の水平断
面図である。第一実施例である赤外線検知器は電極面が
床面Ｆに対して垂直に、また遮光壁２５は床面、電極面
の両者に対して垂直になるよう設置される。第３図（Ｂ
）は第３図（Ａ）のＢ−Ｂ線に沿う矢視図である。検知
器の中心を通り且つ床面Ｆに垂直な切断面をＸ−Ｘ、紙
面に向かって左の空間をＩ、右の空間を■とする。検知
対象物体２７は検知器の受光素子１３．１４の電極面に
対し平行に移動するものとする。ここで、検知対象物体
２７が存在する空間の時間的順序が判れば移動方向の検
知が可能になる。この赤外線検知器は、検知対象物体２
７が空間！にある場合には左側の受光素子１３で、空間
Ｈにある場合は右の受光素子１４でそれぞれ別個に放射
赤外線を検知するものである。その際空間■から来る光
は左側受光素子１３の上面にある窓２３を通して、空間
■から来る光は右側受光素子１４の上面にある窓２４を
通して夫々各電極面に照射される。即ち、検知対象物体
２７が存在する空間毎に検知素子を対応させて機能させ
ることが特長となっている、まｔｇ、裏返して言えば、
検知対象物体２７が空間Ｉにあるとき、その光は右の受
光素子１４に照射されてはならず、逆の場合もそうであ
る。そのため、遮光壁２５は対応する空間と受光素子（
例えば空間■と左の受光素子１３）の組合せを確実に実
現させるために設けられている。

次に本実施例の信号処理方法について述べる。

第４図において紙面の上から下に検知対象物体２７が移
動したとすると、先づ最初に受光素子１３に赤外光が入
射して微弱な検出信号が発生し、アンプフィルタ回路２
８で増幅された後、コンパレータ回路２９で有意の信号
かどうか判断され、有意と判定されればパルス信号を発
生する０次に少時間差（０，０１〜１０ｓｅｃ）をもっ
て受光素子１４にも赤外線が入射して同様の微弱な検出
信号が発生し、同様の処理を以って有意と判定されれば
、こちらでもパルス信号が発生する０判定回路３０は、
この二つのパルス信号の何れが早く発生したかを判定し
、その判定信号を方向表示回路３１に送る。

以上、本発明赤外線検知器による検知対象物体の移動方
向の検知原理について説明したが、本発明赤外線検知器
は一つのパッケージに組込まれた非常に小形のものであ
るにもかかわらず、検知器を二個使用した場合と全く同
様の正確な方向検知能力を持つ、しかも小形化された事
から二つの受光素子の中間に置かれる遮光壁の形状も小
さなものとすることができる。又、補償素子が一個で済
むので全体の構成素子数が減り、部品点数が減る。

従って、装置全体が一層小型化される。

尚、上記実施例における遮光壁２５の形状１寸法は検知
対象物体２７の大きさ、検知器からの距離、集光器の条
件により、変化し得るが、上記の役割を果たすものであ
れば、必ずしも板状物である必要はなく、種々の形態を
とることができる。

それは第１図（Ａ）に示すように金属ケース２２と一体
であってもよいし、第５図に示した如く分離された部材
であって、使用時に所定の位置に取付けて使用するもの
でもよい。

又、赤外光が入射する窓２３．２４は検知対象物体２７
が人体である場合は、６．５〜７μｍのカットオンフィ
ルターが蒸着されたシリコン又はゲルマニウムの板であ
る。移動物体が人体でなく例えば１００℃以上の熱物体
であれば、それに応じたフィルタを設けた窓となる。窓
部の形状は二つの窓２３．２４が第１図（Ａ）のように
個別に分かれていなくても、第６図のように一枚の窓材
の表面又は裏面に遮光部分３２を設けたものでも良い、
この遮光部分３２は金属または合成樹脂製の遮光テープ
を貼布したり、金属を真空蒸着したり或は金属ペースト
を厚膜印刷、焼成して形成することも出来る。

焦電素子１３．１４から発生した電気信号は第２図に示
すようにＦＥ７１６からなるソースフォロワ回路でイン
ピーダンス変換され、出力端子２３．２４より出される
のが普通である。しかし、インピーダンス変換の方式は
これに限定されるものではなく、第７図に示した如く電
源端子３３゜３４から出力する方式でもよい、この時Ｆ
ＥＴｌ６に例えば保護用ダイオード３５を内蔵したちの
を使用すると、これがリーク用超高抵抗１７の代用物と
なり、内部回路が簡単になる。この方式の利点は入出力
端子が三本の端子で済むので、内部回路の組立が非常に
簡単になることと、電源端子３３．３４に直列に挿入さ
れた抵抗３６．３６の値を適当に選ぶことで増幅された
出力が得られることである。

以上の例では特に集光器を用いない場合について述べた
が、集光器を用いると更に効果的な移動方向の検知が可
能である。第８図は集光器としてポリエチレン製フレネ
ルレンズを用いた例を示している。−枚のポリエチレン
仮に二枚のレンズ部３７．３８が形成されたレンズ３９
を検知器の前に置（、この時、レンズ３７．３８の焦点
距離はレンズ面と受光素子面との間の距離となる！！　
ｇｌ整される。このような光学系では空間Ｉの光はほぼ
確実に受光素子１３に、空間■の光は受光素子１４に夫
々入射する。従って、遮光壁２５はなくても或は高さが
低くても実用上問題がない場合もあり、使用条件が緩和
される。また当然検知可能距離も飛躍的に長くなる。

以上、本発明の概念を焦電型赤外線検知器を例に説明し
たが、他の熱型赤外線検知器（サーモパイル、サーミス
タボロメータ）などについて適用しても全く同じ効果が
期待できる。

〔発明の効果〕

上述の如く、本発明による赤外線検知器は、検知対象物
体の通過方向を正確に検知し得ると共に、装置全体が小
型になるという実用上極めて重要な利点を有している。

【図面の簡単な説明】

、第１図（Ａ）及び（Ｂ）は夫々本発明による赤外線検
知器の一実施例の分解斜視図及び第１図（Ａ）のＢ−Ｂ
線に沿う断面図、第２図は上記実施例の等価回路、第３
図（Ａ）及び（Ｂ）は夫々上記実施例を壁に固定した状
態の水平断面図及び第３図（Ａ）のＢ−Ｂ線に沿う矢視
図、第４図は上記実施例の信号処理回路のブロック図、
第５図は遮光壁の他の例を示す分解斜視図、第６図は入
射窓の他の例を示す断面図、第７図は等価回路の他の例
を示す図、第８図（Ａ）及び（Ｂ）は夫々集光器を用い
た場合の水平断面図及び第８図（Ａ）のＢ−Ｂ線に沿う
矢視図、第９図は従来の赤外線検知器の等価回路を示す
図、第１０図は従来の赤外線検知器を用いた移動方向検
知回路のブロック図、第１１図（Ａ）及びＣＢ）は従来
の赤外線検知器における通過方向の違いに対応する応答
波形図である。 １３．１４・・・・受光素子、１５・・・・補償素子、
１６・・・・ＦＥＴ５１７・・・・リーク用超高抵抗、
１８・・・・電源入力端子、１９．２０・・・・信号出
力端子、２１・・・・接地端子、２２・・・・金属ケー
ス、２３．２４・・・・入射窓、２５・・・・遮光壁、
２６・・・・焦電素子板、２７・・・・検知対象物体、
２８・・・・アンプフィルタ回路、２９・・・・コンパ
レータ回路、３０・・・・判定回路、３１・・・・方向
表示回路・３２・・・・遮光部分、３３．３４・・・・
電源端子、３５・・・・保護用ダイオード、３６・・・
・抵抗、３７．３８第１図 ｂ ＩＰ２図 ′４−３図 （Ａ） １−４図 第５図 １−６図 １８図 （Ａ） １９図 第１０図 時間　−１ ＢＡ陥　−１

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 分極方向が対向するようにして直列に接続された二つの
   受光素子と、該二つの受光素子と極性が逆で、振動及び
   温度変化の夫々による出力感度が該二つの受光素子の振
   動及び温度変化の夫々による出力感度の和と等価である
   一つの補償素子とを内蔵していて、前記二つの受光素子
   に夫々対応する二つの入射窓を設け且つ該二つの入射窓
   の間の部分に遮光壁を立設すると共に、前記補償素子を
   入射光が照射されない位置に設置して成る赤外線検知器
   。