(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
集光レンズを多分割レンズにより構成し、人体から発せられた赤外線を、複数のエレメントを有する赤外線検出素子の受光面に集光して、人体を検知する人体検知センサにおいて、
上記多分割レンズの各レンズと上記複数のエレメントのそれぞれとにより形成される検知ビームの配置を、人体検知センサの検知エリアの中央部及び中間部とこれを取り囲んでいる周辺部とで異ならせ、
上記中央部及び中間部では、各検知ビームの大きさと、互いの間隔とが等しくなるように配置し、
上記周辺部では、各レンズによって構成される複数の検知ビームの中心が、上記検知エリアの中央をその中心とする同心円上に、等間隔に位置する様に、検知ビームを配置することを特徴とする人体検知センサ。
【請求項２】
請求項１に記載した本発明による人体検知センサにおいて、
上記集光レンズが、第一の多分割レンズと、この周辺を取り囲んで配置されている第二の多分割レンズとにより構成され、
上記第一の多分割レンズは、各検知ビームの大きさと、互いの間隔とが等しくとなる様に各レンズが配置され、
上記第二の多分割レンズは、各レンズによって構成される複数の検知ビームの中心が、検知エリアの中央をその中心とする同心円上に、等間隔に位置する様に各レンズが配置されていることを特徴とする人体検知センサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、人体検知センサに係り、人体から発せられる赤外線を赤外線検出素子により検出し、人間の移動、微動を検知して照明等の機器制御を行う赤外線式人体検知センサに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、人体から発せられた赤外線の変化量を検出する素子には、焦電素子と呼ばれるものが多くを占めている。この焦電素子を用いた人体検知センサは、防犯用侵入検知装置のほか、照明等の機器の自動制御用として急速に普及しつつある。
【０００３】
この様な赤外線式人体検知装置は、集光部により集光された赤外線を赤外線検出素子により検出し、この検出信号を増幅部により増幅し、更に帯域フィルタにより不要な周波数成分を除去した後に、比較回路において増幅された検出信号と予め定められた閾値と比較し、この閾値よりも大きい場合には出力回路から検知信号が出力される構成となっている。
【０００４】
集光部にはレンズ又はミラーが使用され、この様な１つの集光光学系により赤外線検出素子の受光面と同形状の検知視野、即ち、検知ビームが構成され、人体がこの検知ビームを移動することにより、赤外線検出素子へ入射する赤外線が急激に変化し、大きな出力が得られるため、人体を高感度で検出することができる。
【０００５】
また、この様な人体検知センサが、人体を検知可能な範囲、即ち、検知エリアを広い範囲とするためには、検知エリア内に複数の検知ビームを配置すればよい。このため、集光部には、複数のレンズで構成される多分割レンズ、若しくは、複数のミラーで構成される多分割ミラーが用いられる。
ここで、この種の人体検知センサの原理を図７及び図８を用いて説明する。人体検知センサは、人体が検知ビームを通過することにより、検知ビーム内における背景と人体の温度差により光学系に入射する赤外線パワーが変化する。この変化を検出することにより、人体を検知するものである。
【０００６】
図７は、人体が１つの検知ビームを通過した場合の検出波形の一例を示した図である。図中の（ａ）は、人体Ｍが単一の検知ビームＢＭ通過する様子を示した図であり、図中の（ｂ）〜（ｄ）は、それぞれ、低速、中速、高速で人体Ｍが検知ビームＢＭを通過した場合における比較回路１４への入力信号を示した図である。
【０００７】
これらの波形は、赤外線検出素子１１、増幅回路１２及び帯域フィルタ１３の周波数特性により異なるものであるが、一般に、人体Ｍの動作が大きいほど、信号の変化が大きくなっている。比較回路１４において、この信号波形を適切な閾値と比較することにより、人体の検出を行うことができる。
図８は、人体が２つの検知ビームを通過した場合の検出波形の一例を示した図である。図中の（ａ）は、人体Ｍが２つの検知ビームＢＭ通過する様子を示した図であり、図中の（ｂ）〜（ｄ）は、それぞれ、低速、中速、高速で人体Ｍが検知ビームＢＭを通過した場合における比較回路１４への入力信号を示した図である。図７に示した単一の検知ビームの場合に比べ、信号の振幅が、大きくなっており、人体Ｍの検知をより容易、かつ、確実に行うことができる。
【０００８】
この様な従来の赤外線検出センサにおいて、広い検知エリアを形成して、このエリア内での人体の移動や、このエリアへの人体の侵入を検知し、かつ、検知エリアの中央部分においては人体のわずかな動きを検知する方法としては、平面の多分割レンズにより構成する方法と、ドーム状の多分割レンズにより構成する方法と、平面の多分割レンズ及びドーム状の多分割レンズを組み合わせて構成する方法があった。
【０００９】
図９は、集光レンズを平面の多分割レンズにより構成した従来の人体検知センサ１ａの様子を示した図である。この様に平面の多分割レンズｒ０により構成した場合は、大きさのほぼ等しい検知ビームＢＭが、ほぼ一定の間隔をおいて配置されることになる。
この場合、検知エリアの中央部においては人体のわずかな動きを検知可能であるが、検知エリアの周辺部においては検知ビームは入射角度がきつくなることによる収差、いわゆる「ぼけ」の影響が増大し、検知感度が低下してしまう。このため、平面の多分割レンズの場合には、検知エリア周辺部の検知感度を改善する必要があり、レンズが大きくなってしまうので実用的ではない。
【００１０】
図１０は、集光レンズをドーム状の多分割レンズｒ１により構成した従来の人体検知センサ１ｂの様子を示した図である。ドーム状の多分割レンズの場合、各レンズが検知ビームＢＭの光軸に対してほぼ垂直となる様に配置されるため、検知エリアの周辺部においても検知ビームの「ぼけ」がないので、人体の移動や侵入は検知可能である。
【００１１】
ところが、検知ビームは周辺ほど検知ビームの大きさが大きくなり、検知エリア内においける検知ビームの大きさを均一にすることができない。このため、検知エリアの中央部分は各検知ビームの間隔が密であり、人体のわずかな動きを検知可能であるが、周辺部及び中間部分の検知ビームは、中央部分より大きくなるので、人体の微動検知感度が低下してしまうという問題があった。
【００１２】
図１１は、集光レンズを平面の多分割レンズｒ２０及びドーム状の多分割レンズｒ２１を組み合わせて構成した従来の人体検知センサの様子を示した図であり、図１２は、この時の検知エリアの様子を示した図である。検知エリアの中央部は平面の多分割レンズｒ２０により、検知ビームＢＭの大きさ、間隔がほぼ一定に配置されており、また、検知エリアの周辺部はドーム状の多分割レンズｒ２１により、所望の検知エリアに適合する様に検知ビームＢＭを配置している。このため、中央部、中間部においては人体のわずかな動きや人体の移動を検知可能であり、かつ、周辺部においては人体の移動や侵入の検知が可能である。
【００１３】
しかしながら、周辺部においては、場所により検知ビームＢＭの大きさや検知感度が異なっており、人体の移動や侵入検知感度も場所により異なる。即ち、侵入検知においては、検知エリアへの侵入方向によって侵入検知感度が良い方向、悪い方向の差が大きく生じてしまうという問題があった。
この様な人体検知センサを、例えば、住宅の内玄関に取りつける場合は、どの方向からの人体の侵入に対しても検知感度ができるだけ等しいことが望ましく、侵入位置により検知角が異なることは好ましくない。
【００１４】
また、人体の侵入方向により検知感度が異なれば、センサを天井等に取りつける際には、検知ビームの配置を考慮しながら行わなければならず、取り付け作業が煩雑になるという問題点も生ずることになる。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、この点に鑑みてなされたものであり、広い検知エリアの全エリアにおいて、検知エリアの中央部は人体の移動或いは人体のわずかな動きに対しても検知可能であり、検知エリアの周辺部は人体の移動や侵入に対する検知が可能であって、侵入検知について無方向性の検知感度を有する赤外線式人体検知装置を提供することである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載した本発明による人体検知センサは、集光レンズを多分割レンズにより構成し、人体から発せられた赤外線を、複数のエレメントを有する赤外線検出素子の受光面に集光して、人体を検知する人体検知センサにおいて、上記多分割レンズの各レンズと上記複数のエレメントのそれぞれとにより形成される検知ビームの配置を、人体検知センサの検知エリアの中央部及び中間部とこれを取り囲んでいる周辺部とで異ならせ、上記中央部及び中間部では、各検知ビームの大きさと、互いの間隔とが等しくなるように配置し、上記周辺部では、各レンズによって構成される複数の検知ビームの中心が、上記検知エリアの中央をその中心とする同心円上に、等間隔に位置する様に、検知ビームを配置することを特徴とする構成とされる。
【００１７】
請求項２に記載した本発明による人体検知センサは、請求項１に記載した本発明による人体検知センサであって、上記集光レンズが、第一の多分割レンズと、この周辺を取り囲んで配置されている第二の多分割レンズとにより構成され、上記第一の多分割レンズは、各検知ビームの大きさと、互いの及び間隔とが等しくなる様に各レンズが配置され、上記第二の多分割レンズは、各レンズによって構成される複数の検知ビームの中心が、検知エリアの中央をその中心とする同心円上に、等間隔に位置する様に各レンズが配置されて構成される。
【００１８】
なお、同心円には、同一円も含まれる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
図２は、本発明の適用される赤外線式人体検知センサの一構成例を示したブロック図である。この人体検知センサ１は、人体から発する赤外線を集光する多分割レンズ１０と、集光された赤外線を検出する赤外線検出素子１１と、赤外線検出素子１１の出力を増幅する信号増幅部１２と、不要な周波数成分を除去する帯域フィルタ回路１３、所定の閾値と検知信号とを比較して検知判断を行う比較回路１４と、出力信号を予め設定された時間（オフディレイ時間）だけ保存する遅延回路１５と、出力制御部１６とにより構成され、出力制御部１６の出力信号によって室内に取り付けられた照明器具をオン、オフするものである。
【００２０】
この人体検知センサ１が、赤外線の変化により人体を検知した場合には、照明器具はオン制御され、その後、予め設定されたオフディレイ時間が経過すればオフ制御される。ただし、照明器具がオフ制御される前に再び人体が検知されれば、この時点からオフディレイ時間が経過した後にオフ制御が行われる。従って、人体を検知している間、照明器具がオフ制御されることはない。
【００２１】
この様な人体検知センサ１を天井に配置した場合の様子の一例を図３に示す。人体検知センサ１が取り付けられた天井の高さは２．２ｍであり、床面における検知エリアはφ５．４ｍとなっている。
次に、図２に示した赤外線検出素子１１の一例を図４に、多分割レンズ１０の一例を図５に示す。
【００２２】
図４に示した赤外線検出素子１１は、隣り合った受光面１１ａの電気特性が正負逆特性となるよう構成した４エレメントタイプ赤外線検出素子であり、その出力は各エレメントの出力を合成した１出力となっている。１つの受光面１１ａの大きさは、一辺が１．３ｍｍの正方形であり、受光面１１ａ間ギャップも、縦方向、横方向ともに１．３ｍｍである。
【００２３】
図５の（ａ）は、多分割レンズ１０の断面図であり、図５の（ｂ）は、多分割レンズ１０を正面から見た様子を示した図である。これらの図に示した多分割レンズ１０は、２６分割の広角レンズであり、中央部に配置された第一の多分割レンズＲ１と、この周辺を取り囲んで配置された第二の多分割レンズＲ２とにより構成されている。第一の多分割レンズＲ１は、第１面が平面の１２分割のレンズとして構成され、第二の多分割レンズＲ２は、第１面がドーム状の１４分割のレンズとして構成されている。
【００２４】
第一の多分割レンズＲ１は、焦点距離が１３．５ｍｍであり、各レンズによる検知ビームが格子状で、その中心間隔がおよそ２０ｃｍとなる様に、各レンズ主点は格子状に５．２ｍｍ間隔で配置されている。
また、第二の多分割レンズＲ２は、焦点距離が１６ｍｍであり、各レンズにより形成される複数の検知ビームの中心が同心円上であって、検知エリアの中心とのなす角が等しくなる様に各レンズ主点を同心円上で約２６度の等角度に設定している。
【００２５】
図６は、図５に示した多分割レンズの各レンズの種類を示した図である。この図に示した様に、第一の多分割レンズＲ１は、さらに、レンズＲａ、Ｒｂの２種類のタイプの平面レンズを組み合わせて構成され、第二の多分割レンズＲ２は、Ｒｃ、Ｒｄ、Ｒｅ、Ｒｆの４種類のタイプのドーム状レンズを組み合わせて構成されている。この４種類のドーム状レンズＲｃ〜Ｒｆは、レンズ位置によって検知感度が多少異なるので種類を区別しているが、レンズ形状としては全て等しいレンズ形状である。
【００２６】
なお、第一の多分割レンズＲ１を構成する各レンズＲａ、Ｒｂは、球面又は非球面レンズとし、第二の多分割レンズＲ２を構成する各レンズＲｃ〜Ｒｆは、フレネルあるいは非球面フレネルレンズ形状とすることができる。
この様な多分割レンズ１０及び赤外線受光素子１１により形成される検知ビームの様子を図１に示す。第一の多分割レンズＲ１により形成される検知ビームＢＭ１のパターンＰｔ１は、検知ビームの大きさ及び検知ビーム間の間隔がほぼ一定であり、縦方向及び横方向に規則正しく配置されて形成される。
【００２７】
一方、第二の多分割レンズＲ２により形成される検知ビームＢＭ２のパターンＰｔ２は、赤外線検出素子１１の各エレメントに対応した複数の検知ビームに関する中心が、検知エリアＤＡの中心に対して同心円上で、かつ、等間隔となるように各検知ビームが配置されて形成される。このパターンＰｔ２は、パターンＰｔ１の周囲を取り囲んで配置されている。
【００２８】
図１に示した検知エリアＤＡの中央部及び中間部、即ち、第一の多分割レンズＲ１により形成される部分は、検知ビームの大きさ及び間隔がおよそ２１ｃｍであり、密に配置されているので、床面における人体のわずかな動きや移動をも検知することができる。
一方、検知エリアＤＡの周辺部、即ち、第二の多分割レンズＲ２により形成される部分は、検知ビームの大きさはおよそ２６ｃｍであり、検知ビーム間の間隔は２６ｃｍ以下である。人体の横幅は、大人で約４０ｃｍ程度と考えられるため、人体の侵入や移動はこの周辺部でも十分に検知可能である。
【００２９】
また、この検知エリアＤＡの周辺部は、各検知ビームの大きさ、感度がほぼ等しく同心円上に配置しているので、いずれの方向から侵入した場合であっても感度にばらつきが生ずることはない。即ち、侵入検知感度がどの方向からもほぼ等しく、無方向性の検知感度を有する人体検知センサを実現することができる。
【００３０】
【発明の効果】
請求項１に記載した本発明による人体検知センサは、検知エリアの中央部及び中間部における検知ビームを、その大きさ及び間隔が一定となるように配置し、検知エリア内の周辺部における検知ビームを、検知エリアの中央をその中心とする同心円上に配置する。
【００３１】
従って、中央部及び中間部においては、人体のわずかな動きや移動をも検知することができる一方、検知エリアの周辺部においては、いずれの方向から人体が侵入した場合であっても感度が等しくなる。
従って、中央部及び中間部の検知感度を維持しつつ、侵入検知感度がどの方向からもほぼ等しく、無方向性の検知感度を有する人体検知センサを提供することができる。また、これにより人体検知センサの取り付け方向を考慮する必要がなくなり施工性が向上する。
【００３２】
請求項２に記載した本発明による人体検知センサは、多分割レンズが、第一の多分割レンズと第二の多分割レンズにより構成され、第一多分割レンズが、検知エリアの中央部及び中間部に検知ビームを形成する一方、第二の多分割レンズが、検知エリアの周辺部に検知ビームを形成する。
従って、検知ビームの配置を中央部及び中間部と、周辺部とで異ならせ、中央部及び中間部の検知感度を維持しつつ、侵入検知感度がどの方向からもほぼ等しく、無方向性の検知感度を有する人体検知センサを提供することができる。また、周辺部の検知ビームを配置するドーム状の各レンズはシンプルな１種類の形状で実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図５に示した多分割レンズ及び図４に示した赤外線受光素子により形成される検知ビームを示した図である。
【図２】本発明の適用される赤外線式人体検知センサの一構成例を示したブロック図である。
【図３】図２に示した人体検知センサを天井に配置する場合の様子の一例を示した図である。
【図４】図２に示した赤外線検出素子の一構成例を示した図である。
【図５】図２に示した多分割レンズの一構成例を示した図である。
【図６】図５に示した多分割レンズの各レンズの種類を示した図である。
【図７】人体が１つの検知ビームを通過した場合の検出波形の一例を示した図である。
【図８】人体が２つの検知ビームを通過した場合の検出波形の一例を示した図である。
【図９】集光レンズを平面の多分割レンズにより構成した従来の人体検知センサの様子を示した図である。
【図１０】集光レンズをドーム状の多分割レンズにより構成した従来の人体検知センサの様子を示した図である。
【図１１】集光レンズを平面の多分割レンズ及びドーム状の多分割レンズを組み合わせて構成した従来の人体検知センサの様子を示した図である。
【図１２】図１１に示した人体検知センサの検知エリアの様子を示した図である。
【符号の説明】
１０・・・集光レンズ
Ｒ１・・・第一の多分割レンズ
Ｒ２・・・第二の多分割レンズ
ＤＡ・・・検知エリア
ＢＭ・・・検知ビーム
【図１】
0003669454.tif 000002
【図２】
0003669454.tif 000003
【図３】
0003669454.tif 000004
【図４】
0003669454.tif 000005
【図５】
0003669454.tif 000006
【図６】
0003669454.tif 000007
【図７】
0003669454.tif 000008
【図８】
0003669454.tif 000009
【図９】
0003669454.tif 000010
【図１０】
0003669454.tif 000011
【図１１】
0003669454.tif 000012
【図１２】
0003669454.tif 000013