(57)【要約】【課題】１つの焦電素子で安定して静止発熱体を検知できる静止検知パッシブセンサを提供する。【解決手段】焦電素子２と、焦電素子の検知範囲内において焦電素子に対して焦点を合わせるレンズ３と、底部に回転軸５を有しレンズと共に回転する回転体４と、回転軸の一端に接続された回転板６と、回転板を駆動させるモータ７と、レンズの位置を検知するセンサ８と、レンズから焦電素子への入射光量をレンズの位置に応じて調整する絞り機構１４とを具備する。【選択図】図１
2011209279.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
焦電素子（２）と、
前記焦電素子の検知範囲内において前記焦電素子に対して焦点を合わせるレンズ（３）と、
底部に回転軸（５）を有し前記レンズと共に回転する回転体（４）と、
前記回転軸の一端に接続された回転板（６）と、
前記回転板を駆動させるモータ（７）と、
前記レンズの位置を検知するセンサ（８）と、
前記レンズから前記焦電素子への入射光量を前記レンズの位置に応じて調整する絞り機構（１４）とを
具備する静止検知パッシブセンサ。
【請求項２】
前記絞り機構は、前記レンズからの入射光を通過させる開口部（１４ａ）を有し、
前記開口部は、
前記回転軸と垂直方向の左右両端で前記回転軸と同じ方向の縦幅を最大とし、
前記回転軸と垂直方向の中央に向かって前記縦幅を減少させて
前記中央部で前記縦幅を最小とする上下端を有する
ことを特徴とする請求項１記載の静止検知パッシブセンサ。
【請求項３】
ＣＰＵ（１０）と前記焦電素子からの信号を増幅する増幅器（９）とをさらに備え、
前記絞り機構は、
前記ＣＰＵが、前記センサからの信号を基に、
前記レンズの位置に対応する前記入射光量の補正値を算出して
前記増幅回路に前記補正値を適応することである
ことを特徴とする請求項１記載の静止検知パッシブセンサ。
【請求項４】
前記レンズは、フレネルレンズであることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の静止検知パッシブセンサ。
【請求項５】
前記レンズは、複数であると共に、
前記回転軸を中心とする１つの回転軌道上で等間隔に配置されていることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の静止検知パッシブセンサ。
【請求項６】
前記レンズは、少なくとも１つの高さが異なることを特徴とする請求項５記載の静止検知パッシブセンサ。
【請求項７】
焦電素子（２）と、
前記焦電素子の検知範囲内において前記焦電素子に向けて反射する反射鏡（３ｄ）と、
前記反射鏡を駆動させるモータ（７ａ）と、
前記反射鏡の位置を検知するセンサ（８）と、
前記反射鏡から前記焦電素子への入射光量を前記反射鏡の位置に応じて調整する絞り機構（１４ａ）とを
具備する静止検知パッシブセンサ。
【請求項８】
前記反射鏡は、フレネル反射鏡であることを特徴とする請求項８記載の静止検知パッシブセンサ。
【請求項９】
前記モータ（７、７ａ）は、誘導モータであることを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれか１項に記載の静止検知パッシブセンサ。
【請求項１０】
前記焦電素子は中空の筐体（２ａ）を備え、
前記筐体は、
前記絞り機構からの入射光を内部に通過させる孔（２ｂ）と、
前記孔からの入射光を検知するための少なくとも２つのエレメント（１５、１６）とを備え、
前記絞り機構は、
全ての前記エレメントが検知可能な領域（Ｖｆ）からの入射光のみを通過させる
ことを特徴とする請求項１乃至請求項９のいずれか１項に記載の静止検知パッシブセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、静止している発熱体の位置を１つの焦電素子を用いて検知する静止検知パッシブセンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
焦電素子は、赤外線を検出する素子であり、人等の発熱体の検知に用いられる。具体的には、焦電素子の検知できる範囲（以下、「検知エリア」という。）を設定し、焦電素子からの信号に基づいてその検知エリア内の発熱体を認識する、いわゆる、「パッシブセンサ」として利用されている。
【０００３】
焦電素子は、焦電効果により発熱体から発する光の変化量を検知するため、たとえ焦電素子の検知エリア内に発熱体があるとしても、その発熱体が静止している場合には、その発熱体を検知できないという問題があった。
【０００４】
特許文献１は、焦電素子の前でフレネルレンズを往復回転運動させることにより、静止体を検知できることを開示している。特許文献２は、焦電素子の前で偏心レンズを回転させることにより、静止している人等を検知できることを開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平９−３３６６３号公報
【特許文献２】実開平５−２５７５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、レンズ等の光学系を運動させると、通常のレンズでは焦点が狂いやすく、しかも、光学系の運動に伴って焦電素子の感度が変化しやすいなど、そのままでは到底実用に耐えうるパッシブセンサは得られない。
【０００７】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、１つの焦電素子で高精度に静止発熱体を検知できる静止検知パッシブセンサを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る静止検知パッシブセンサは、焦電素子２と、焦電素子の検知範囲内において焦電素子に対して焦点を合わせるレンズ３と、底部に回転軸５を有しレンズと共に回転する回転体４と、回転軸の一端に接続された回転板６と、回転板を駆動させるモータ７と、レンズの位置を検知するセンサ８と、レンズから焦電素子への入射光量をレンズの位置に応じて調整する絞り機構１４とを具備する。
【０００９】
絞り機構１４は、レンズ３の回転による焦電素子２の感度の変化を軽減するため、安定して静止発熱体を検知することができる。
【００１０】
本発明に係る静止検知パッシブセンサにおいて、絞り機構１４は、レンズからの入射光を通過させる開口部１４ａを有し、開口部は、回転軸と垂直方向の左右の端で回転軸と同じ方向の縦幅を最大とし、回転軸と垂直方向の中央に向かって縦幅を減少させて中央部で縦幅を最小とする上下の端を有してもよい。このような絞り機構を用いると、レンズ３が、焦電素子２の最も感度の高い中央部に移動したときに焦電素子２の入射光量を最小にし、焦電素子２の最も感度の低い左右の端に移動したときに入射光量を最大にすることができるため、レンズ３の回転による焦電素子２の感度の変化を軽減することができる。
【００１１】
本発明に係る静止検知パッシブセンサにおいて、ＣＰＵ１０と焦電素子からの信号を増幅する増幅器９とをさらに備え、絞り機構は、ＣＰＵがセンサからの信号を基に、レンズの位置に対応する入射光量の補正値を算出して増幅回路に補正値を適応することであってもよい。このようにすると、絞りを柔軟に設定することができる。絞り機構１４は、全体の構成や光学系の運動に対応させて適宜最適なものに変更できる。
【００１２】
本発明に係る静止検知パッシブセンサのレンズ３は、フレネルレンズであることが好ましい。このようにすると、レンズ３が回転しても焦点が狂いにくく、焦電素子２の感度の大幅な低下を防ぐことができる。
【００１３】
本発明に係る静止検知パッシブセンサのレンズ３は、複数であると共に、回転軸を中心とする１つの回転軌道上で等間隔に配置されていてもよい。このようにすると、感度を向上させることができる。また、レンズの回転速度を下げることも可能となり、ノイズ等の影響を抑えたり、耐久性を向上させたりすることができる。
【００１４】
本発明に係る静止検知パッシブセンサのレンズ３は、少なくとも１つの高さが異なるように配置してもよい。このようにすると、静止発熱体の空間的な位置の特定をすることができる。特に、静止発熱体の高さの精度を向上させることができる。
【００１５】
本発明に係る静止検知パッシブセンサは、焦電素子２と、焦電素子の検知範囲内において焦電素子に向けて反射する反射鏡３ｄと、反射鏡を駆動させるモータ７ａと、反射鏡の位置を検知するセンサ８と、反射鏡から焦電素子への入射光量を反射鏡の位置に応じて調整する絞り機構１４ａとを具備する構成としてもよい。このようにすると、光学系の回転効率が向上し、さらに、光学系を回転運動させるエリアも小さくできるため、静止検知パッシブセンサは、省電力で、さらに、軽量小型化が可能となる。
【００１６】
本発明に係る静止検知パッシブセンサの反射鏡は、フレネル反射鏡であることが好ましい。このようにすると、反射鏡３ｄが回転しても焦点を狂いにくくすることができ、焦電素子２の感度の大幅な低下を防ぐことができる。
【００１７】
本発明に係る静止検知パッシブセンサのモータ７、７ａは、誘導モータであることが好ましい。このようにすると、静止検知パッシブセンサの耐久性を向上することができる。また、光学系とモータとの接触が少ないため、ノイズの影響も軽減できる。
【００１８】
焦電素子２は中空の筐体２ａを備え、筐体は、絞り機構からの入射光を内部に通過させる孔２ｂと、孔からの入射光を検知するための少なくとも２つのエレメント１５、１６とを備え、絞り機構は、全てのエレメントが検知可能な領域Ｖｆからの入射光をのみ通過させることが好ましい。このようにすると、各エレメントの検知範囲の差異による焦電素子２からの出力信号の乱れを抑え、静止検知パッシブセンサは、より安定して静止発熱体を検知することができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明に係る静止検知パッシブセンサによれば、１つの焦電素子で静止発熱体を安定して検知することができる。また、簡単な構成であるため、軽量で小型にすることができ、コストも低く抑えられる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】静止検知パッシブセンサの構成の一例を概略的に示す図
【図２】図１の静止検知パッシブセンサにおいて、１つの焦電素子と１つのレンズとの相対的な回転運動を説明する図
【図３】図１の静止検知パッシブセンサにおいて、絞り機構を設けた一例を示す図  （ａ）焦電素子とレンズと絞りとの相対的な位置関係を示す図であって横から見た図  （ｂ）焦電素子側から見た図
【図４】静止検知パッシブセンサの他の例を示す図であり、１つの焦電素子と３つのレンズとの相対的な回転運動を説明する図
【図５】静止検知パッシブセンサの他の例を示す図であり、焦電素子２と高さの異なる３つのレンズとの配置関係を示す図  （ａ）焦電素子と同じ高さの上段に配置するレンズを示す図  （ｂ）上段のレンズよりも低い高さの中断に配置するレンズを示す図  （ｃ）は、中段のレンズよりも低い高さの下段に配置するレンズを示す図
【図６】静止検知パッシブセンサにおいて、静止発熱体を検知したときの波形データの一例を示す図
【図７】静止検知パッシブセンサにおいて、静止発熱体の検知後その静止発熱体を取り除いたときの波形データの一例を示す図
【図８】反射鏡を回転させる静止検知パッシブセンサの構成の一例を概略的に示す図
【図９】焦電素子の内部構成を示す模式図
【図１０】焦電素子のエレメントの検知範囲を説明する図
【図１１】第５の実施形態の静止検知パッシブセンサにおける絞り機構の一例を示す図
【図１２】第５の実施形態の静止検知パッシブセンサにおける絞り機構の他の例を示す図
【発明を実施するための形態】
【００２１】
発明者らは、１つの焦電素子であっても、１つ又は複数のレンズやミラー等の光学系を焦電素子に対して相対的に運動させ、その運動から得られる情報を演算処理することにより、静止している発熱体（以下、「静止発熱体」という。）の位置を検知できることを発見した。以下、その静止発熱体を検知するセンサ（以下、「静止検知パッシブセンサ」という。）について説明する。
【００２２】
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態の静止検知パッシブセンサの構成の一例を概略的に示す図である。図１では、構成をわかりやすくするために、一部を断面で表示している。なお、図１の各部を繋げる線は、信号や電気を送受信する配線を示す。静止検知パッシブセンサ１は、１つの焦電素子２と、１つのレンズ３と、回転体４と、モータ７と、センサ８と、増幅器９と、ＣＰＵ（中央演算処理装置）１０と、出力装置１１と、記憶装置１２と、電源１３と、絞り機構１４とを備える。
【００２３】
焦電素子２は、温度の変化に応じて分極を変化させる焦電効果により、光を検出する素子であり、ＴＧＳ(硫酸グリシン）、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）やＢａＴｉＯ３（チタン酸バリウム） 等の強誘電体を用いることができる。
【００２４】
回転体４は、略円筒状の中空の部材を用いることができ、その底部に回転軸５を有する。回転軸５は、一端に回転板６を有し、その回転板６をモータ７で駆動することにより、回転体４、回転軸５及び回転板６が、回転軸５の周りに一体的に回転する。回転体４では、内部に１つの焦電素子２を、回転軸５の上方に回転体４と独立させて一定方向に向けて保持し、外周部に１つのレンズ３を焦電素子２に向けて配置する。そして、回転体４が回転軸５の周りに回転すると、焦電素子２を一定方向に向けた状態で、レンズ３は焦電素子２の検知エリアを通過する。レンズ３の高さは、図１では焦電素子２と同じであるが、レンズ３が回転体４の回転中に焦電素子２の検知エリアを通過すればよく、適宜変更できる。
【００２５】
レンズ３は、フレネルレンズを用いることが好ましい。例えば、レンズ３は、回転軸５と同じ方向となる縦の部分に、焦電素子２に対して焦点を合わせるフレネル加工を施すことにより、レンズ３が回転しても焦点を狂いにくくすることができる。これにより、焦電素子２の感度の大幅な低下を防ぐことができる。
【００２６】
焦電素子２の検知エリア内に静止発熱体がある場合、焦電素子２とレンズ３とを相対的に運動させると、焦電素子２は、静止発熱体を、静止発熱体とその周囲との温度変化により検知することができる。なお、静止検知パッシブセンサ１では、レンズ３を配置した回転体４の外周部を固定し、焦電素子２を回転軸５の周りに回転させるようにしてもよい。
【００２７】
モータ７は、レンズ３を低速で回転させると共に、長時間連続稼動させることとなるため、耐久性の観点から誘導モータが好ましい。また、モータ７は、直接回転板６を回転されるものはもちろん、回転板６に駆動力を伝えるためのローラやギア等を有する減速モータであってもよく、その場合、回転板６は、その駆動力を受けるためのローラ受け部やギアに噛み合う凹凸部等を有してもよい。
【００２８】
センサ８は、回転板６の回転中にその一部を通過させるように配置し、ＣＰＵ１０は、センサ８からレンズ３の位置、向きや回転速度の情報を取得する。
【００２９】
ＣＰＵ１０は、モータ７を制御することにより、所定の速度で回転体４を回転させる。この回転体４の回転の速度は、適宜変更してもよい。また、ＣＰＵ１０は、焦電素子２から増幅器９を介して得られる波形データと、センサ８により得られるレンズ３の向きとレンズ３の位置とを基に、静止発熱体の位置を算出する。さらに、ＣＰＵ１０は、レンズ３の回転に伴って増幅器９の感度調整等の制御を行ってもよい。
【００３０】
静止発熱体の位置は、予め波形データをパターン化して記憶装置１２に記憶し、ＣＰＵ１０によりその波形データと実際に取得される波形データとをマッチングすることで算出できる。また、静止発熱体の位置は、ＣＰＵ１０により、実際に取得される波形データに、予め記憶装置１２に記憶された解析プログラムを用いて算出してもよい。
【００３１】
出力装置１１は外部の機器に接続され、ＣＰＵ１０により算出された静止発熱体の位置の情報は、出力装置１１から外部の機器に送信される。電源１３は、主に、モータ７、ＣＰＵ１０及び記憶装置１２等の各部に応じた電気を供給する。
【００３２】
以上のような静止検知パッシブセンサ１は、簡単な構成であるため、軽量で小型にすることができ、焦電素子を用いているため、コストを低く抑えられ、さらに、大量生産等による低コスト化もできる。
【００３３】
図２は、図１の静止検知パッシブセンサ１において、１つの焦電素子２と１つのレンズ３との相対的な回転運動を説明する図である。図２は、静止検知パッシブセンサ１を上方から見た図であり、焦電素子２及びレンズ３を示し、それ以外の構成を省略している。なお、図２の点線は、レンズ３の回転軌道を示している。静止発熱体Ａ、Ｂ及びＣは焦電素子２と同じ高さに位置し、静止発熱体Ｂは焦電素子２の真正面に位置している。
【００３４】
回転体４が回転軸５の周りに回転すると、図２に示すように、レンズ３は、焦電素子２を中心として回転方向Ｒの向きに回転する。このとき、焦電素子２は、所定の一方向、図２では、右に向いた状態で保持される。
【００３５】
焦電素子２の検知エリアは、焦電素子２の形状や大きさ等によって異なる。図２では、焦電素子２の検知エリアは、焦電素子２の視野角Ｖａ内で、かつ、焦電素子２から所定の距離までの範囲となる。図２に示すように、静止発熱体Ａ、Ｂ及びＣがそれぞれ焦電素子２の検知エリア内に在り、レンズ３が回転方向Ｒのようにその検知エリアを通過すると、焦電素子２は、静止発熱体Ａ、Ｂ及びＣがそれぞれ回転方向Ｒと逆方向に回転運動しているように検知することができる。このとき、静止検知パッシブセンサ１は、レンズ３を通して焦電素子２から、静止発熱体Ａ、Ｂ及びＣのそれぞれに対応する波形データを取得できる。焦電素子２は、その検知エリア外や静止発熱体が存在しないエリアでは、一定の基準値を示す。静止検知パッシブセンサ１は、これらの波形データとその波形データに対応するレンズ３の方向とを用いて、静止発熱体Ａ、Ｂ及びＣのそれぞれの位置を算出する。
【００３６】
静止検知パッシブセンサ１は、レンズ３の回転の位置により焦電素子２の入射光を調整する絞り機構を設けることが好ましい。ここで、焦電素子２を中心として、焦電素子２と静止発熱体Ｂとを結ぶ線を基準軸Ｒａとし、焦電素子２とレンズ３とを結ぶ線と基準軸Ｒａとのなす角を回転角Ｔａとする。このとき、回転角Ｔａが大きくなると、余弦の法則により焦電素子２の感度は低下する。そのため、絞り機構（アパーチャー）によりレンズ３の回転の位置に応じて焦電素子２の入射光の量を調整することによって、焦電素子２の感度を一定にすることができる。このようにすると、レンズ３の回転による焦電素子２の感度変化を軽減できるため、安定して静止発熱体を検知することができる。
【００３７】
図３は、図１の静止検知パッシブセンサにおいて、絞り機構を設けた一例を示す図である。図３（ａ）は、絞り機構を焦電素子側から見た図であり、図３（ｂ）は、焦電素子２とレンズ３と絞り機構１４との相対的な位置関係を示す図であってＶ−Ｖの矢印の方向から見た断面図である。図３（ａ）で示すように、絞り機構１４は、開口部１４ａを有している。開口部１４は、縦幅を焦電素子２の視野中心Ｖｃで最小にし左右の端で最大にする湾曲部を上端及び下端に有する。このような絞り機構１４を介してレンズ３を見ると、例えば、レンズ３の一部３ｐが右端から回転方向Ｒの向きに回転すると、開口部１４ａから見えるレンズ３ｐの面積は、右端（左端）付近で最大の面積Ｓ１となり、焦電素子２の視野中心Ｖｃ付近で最小の面積Ｓ２となる。そのため、このような絞り機構１４を用いると、焦電素子２の入射光の量を、左右の端で最大にし、視野中心Ｖｃに近づくにつれて減少させ、視野中心Ｖｃ付近で最小にすることができる。これにより、焦電素子２の感度を一定に保持することができる。図３（ｂ）で示すように、絞り機構１４は、焦電素子２とレンズ３との間に配置される。
【００３８】
絞り機構１４を設ける代わりに、ＣＰＵ１０がレンズ３の回転の位置に応じて増幅回路の制御や焦電素子２から入力される波形データの調整を行ってもよい。
【００３９】
第１の実施形態の静止検知パッシブセンサによると、１つの焦電素子と、その焦電素子と相対的に運動する１つのレンズとを用いて、静止発熱体の位置を正確に検知することができる。第１の実施形態の静止検知パッシブセンサは、フレネルレンズ及び絞り機構を備えるため、フレネルレンズを回転させても焦電素子の感度の低減及び変化を抑え安定して静止発熱体を検知することができる。また、第１の実施形態は、簡単な構成であるため、軽量で小型にすることができ、焦電素子を用いているため、コストを低く抑えられ、さらに、大量生産等による低コスト化もできる。
【００４０】
第１の実施形態では、レンズ３を、焦電素子２に対して相対的に回転運動をさせているが、この運動は、往復運動や螺旋運動等様々に適宜変更することができる。また、この運動は、所定の位置で適宜停止させて、従来の焦電素子２と同様に用いることもできる。また、速度を適宜変化させて、レンズ３の運動が静止発熱体の運動と一致させないようにすることもできる。
【００４１】
（第２の実施形態）
第２の実施形態は、第１の実施形態において、焦電素子の周りに、複数のレンズを同じ高さに設ける構成である。具体的には、第２の実施形態は、回転体４の外周部に３つのレンズ３ａ、３ｂ、３ｃを、全て同じ高さで、かつ、均等な間隔で焦電素子２に向けて配置する。第２の実施形態では、それ以外の構成は、第１の実施形態と同様である。
【００４２】
図４は、静止検知パッシブセンサの他の例を示す図であり、１つの焦電素子２と３つのレンズ３ａ、３ｂ、３ｃとの相対的な回転運動を説明する図である。図４は、第２の実施形態の静止検知パッシブセンサを上方から見た図であり、焦電素子２及び３つのレンズ３ａ、３ｂ、３ｃを示し、それ以外の構成を省略している。なお、図４の点線は、レンズ３ａ、３ｂ、３ｃの回転軌道を示している。
【００４３】
回転体４が回転軸５の周りに回転すると、図４に示すように、レンズ３ａ、３ｂ、３ｃは、焦電素子２を中心として回転方向Ｒの向きに回転する。このとき、焦電素子２は、所定の一方向、図４では、右に向いた状態で保持される。
【００４４】
図４では、焦電素子２の検知エリアは、焦電素子２の視野角Ｖａ内で、かつ、焦電素子２から所定の距離までの範囲となる。図４に示すように、静止発熱体Ａ、Ｂ及びＣがそれぞれ焦電素子２の検知エリアに在り、レンズ３ａ、３ｂ、３ｃが回転方向Ｒのようにその検知エリアを通過すると、焦電素子２は、静止発熱体Ａ、Ｂ及びＣがそれぞれ回転方向Ｒと逆方向に回転運動しているように、静止発熱体Ａ、Ｂ及びＣをそれぞれ検知することができる。このとき、静止検知パッシブセンサ１は、レンズ３ａを通して焦電素子２から、静止発熱体Ａ、Ｂ及びＣのそれぞれに対する波形データを取得できる。また、レンズ３ｂ及び３ｃについても同様である。したがって、レンズ３ａ、３ｂ、３ｃを１回転させるだけで、静止発熱体Ａ、Ｂ及びＣを３回ずつ検知できることとなる。そして、第２の実施形態でも第１の実施形態と同様に、これらの波形データとその波形データに対応するレンズの方向と位置とを用いて、静止発熱体Ａ、Ｂ及びＣのそれぞれの位置を算出する。
【００４５】
第２の実施形態では、第１の実施形態よりも焦電素子２の周りに回転させるレンズの数が多いため、１回転で静止発熱体を検知できる回数が多く、センサとしての感度を一層向上させることができる。また、第１の実施形態よりもレンズの回転速度を下げることで、ノイズ等の影響を抑えたり、耐久性を向上させたりすることができる。
【００４６】
（第３の実施形態）
第３の実施形態は、第１の実施形態において、焦電素子の周りに、複数のレンズをそれぞれ異なる高さに設ける構成である。具体的には、第３の実施形態は、回転体４の外周部に、レンズ３ａを焦電素子２と同じ高さで、レンズ３ｂをレンズ３ａよりも低い高さで、レンズ３ｃをレンズ３ｂよりも低い高さで、かつ、レンズ３ａ、３ｂ，３ｃを均等な間隔で焦電素子２に向けて配置する。第３の実施形態では、それ以外の構成は、第１の実施形態と同様である。
【００４７】
図５は、静止検知パッシブセンサの他の例を示す図であり、焦電素子２と高さの異なる３つのレンズ３ａ、３ｂ、３ｃとの配置関係を示す図である。図５（ａ）は、焦電素子２と同じ高さの上段に配置するレンズ３ａを示す図であり、図５（ｂ）は、上段のレンズ３ａよりも低い高さの中断に配置するレンズ３ｂを示す図であり、図５（ｃ）は、中段のレンズ３ｂよりも低い高さの下段に配置するレンズ３ｃを示す図である。図５では、第３の実施形態の静止検知パッシブセンサを側方から見た焦電素子２及びレンズ３ａ、３ｂ、３ｃをそれぞれ示し、それ以外の構成を省略している。なお、レンズ３ａ、３ｂ、３ｃは、焦電素子２の周りに、図５では手前から奥方向に向かって、それぞれ回転運動している。また、高さの基準を地面Ｅからとして、焦電素子２の高さＨは、レンズ３ａの高さＨ１と、静止発熱体Ａの高さＨＡと同じである。そして、レンズの高さは、レンズ３ａの高さＨ１、レンズ３ｂの高さＨ２、レンズ３ｃの高さＨ３の順に低くなり、静止発熱体の高さは、静止発熱体Ａの高さＨＡ、静止発熱体Ｂの高さＨＢ、静止発熱体Ｃの高さＨＣの順に低くなっている。
【００４８】
第３の実施形態では、図５（ａ）に示すように、静止発熱体Ａが焦電素子２の検知エリア内にあるとき、例えば、静止発熱体Ａが、焦電素子２から距離Ｄ、地面Ｅから高さＨ１に位置するとき、焦電素子２は、その静止発熱体Ａを、レンズ３ａを介して検知することができる。また、同様に、図５（ｂ）に示すように、静止発熱体Ｂが、焦電素子２から距離Ｄ、地面Ｅから高さＨ２に位置するとき、焦電素子２は、その静止発熱体Ｂを、レンズ３ｂを介して検知することができる。また、同様に、図５（ｃ）に示すように、静止発熱体Ｃが、焦電素子２から距離Ｄ、地面Ｅから高さＨ３に位置するとき、焦電素子２は、その静止発熱体Ｃを、レンズ３ｃを介して検知することができる。このように、静止発熱体の高さに対応させてレンズをそれぞれ配置し、どのレンズで静止発熱体を検知したのかを監視することにより、静止発熱体の空間的な位置の特定をすることができる。特に、第３の実施形態では、静止発熱体の高さの精度を向上させることができる。
【００４９】
図６は、静止検知パッシブセンサにおいて、静止発熱体を検知したときの波形データの一例を示す図である。静止検知パッシブセンサは、具体的には、第３の実施形態において、２つのフレネルレンズを回転体４の外周部に配置している。この２つのフレネルレンズは、高さを異にして配置されている。ただし、この静止検知パッシブセンサは、絞り機構を備えていない。そのため、実際はさらに感度がよい波形データを得ることができる。
【００５０】
図６では、焦電素子２の検知エリア内に静止発熱体として人を配置し、その人を静止検知パッシブセンサにより検知している。ここで、図６の矩形Ｔ１から矩形Ｔ２までは、フレネルレンズの１回転の周期をあらわす。図６に示すように、静止検知パッシブセンサは人を検知すると、波形Ｏ１及び波形Ｏ２を得ることができる。
【００５１】
静止検知パッシブセンサは、図６に示すような波形データを、回転速度、焦電素子２と静止発熱体との相対的な方向や焦電素子と静止発熱体との距離毎に予めパターン化して記憶装置に記録しておく。そして、ＣＰＵが、センサから取得されるレンズの情報を基に、その波形データと焦電素子から取得される波形データとをマッチングし、一番近い波形データから静止発熱体の位置を算出する。
【００５２】
図７は、静止検知パッシブセンサにおいて、静止発熱体の検知後その静止発熱体を取り除いたときの波形データの一例を示す図である。静止検知パッシブセンサは、具体的には、図６における構成と同様である。
【００５３】
図７では、静止発熱体として人の手を、焦電素子２の検知エリア内外に移動させて、それを静止検知パッシブセンサにより検知している。図７に示すように、焦電素子２の検知エリア内に手を置くと波形Ｏ３を得、焦電素子２の検知エリア外に手を移動させると波形Ｏ４を得る。このことから、静止検知パッシブセンサの応答性がよいことがわかる。
【００５４】
第３の実施形態では、レンズの数を、３つに限らず適宜複数に変更できる。また、レンズの配置は、焦電素子の上方に設けてもよく、各々均等に間隔を設けていなくてもよい。また、第３の実施形態では、複数のレンズを、同じ高さの位置や高さ方向に一列に並べて配置してもよい。さらに、複数の焦電素子を用いたり、第３の実施形態を複数組み合わせることで、静止発熱体の位置の特定精度を向上させることができる。
【００５５】
（第４の実施形態）
第４の実施形態は、第１の実施形態において、回転体４の代わりに反射鏡３ｄを有し、レンズ３を回転させる代わりに反射鏡３ｄをモータ７ａで回転させる構成である。ただし、反射鏡３ｄは、焦電素子２の周りに回転するのではなく、焦電素子２の検知エリア内で反射鏡３ｄ自身の周りに回転する。第４の実施形態では、それ以外の構成は、第１の実施形態と同様である。
【００５６】
図８は、反射鏡を回転させる静止検知パッシブセンサの構成の一例を概略的に示す図である。静止検知パッシブセンサ２１は、１つの焦電素子２と、１つの反射鏡３ｄと、モータ７ａと、絞り機構１４ａとを備え、図面では省略しているが、センサ８と、増幅器９と、ＣＰＵ１０と、出力装置１１と、記憶装置１２と、電源１３とを備える。焦電素子２は所定の位置で一方向に固定され、反射鏡３ｄは焦電素子２の検知エリア内で回転方向Ｒの向きに回転する。
【００５７】
反射鏡３ｄは、回転軸と同じ方向となる縦の部分に、焦電素子２に対して焦点を合わせるように配置したフレネル反射鏡を設けることが好ましい。また、回転する反射鏡３ｄは、焦電素子２の検知エリア内で複数設けてもよい。センサ８は、反射鏡３ｄの向きや回転速度の情報を取得し、その他の各部は第１の実施形態と同様である。
【００５８】
第４の実施形態では、反射鏡自身を回転させることによって、回転効率が向上し、さらに、光学系を回転運動させるエリアも小さくできるため、省電力で、さらに、軽量小型化が可能となる。
【００５９】
（第５の実施形態）
第５の実施形態は、上記第１乃至４の実施形態において、静止検知パッシブセンサの検知性能を安定させるために、絞り機構１４により焦電素子２の検知エリアを限定する構成である。したがって、第５の実施形態の静止検知パッシブセンサは、主に絞り機構１４以外の構成が上記第１乃至４の実施形態と同一である。まず、焦電素子２について説明する。
【００６０】
図９は、焦電素子の内部構成を示す模式図である。なお、図９は、主に焦電素子の断面を示し、エレメントの配置をわかりやすくするために、焦電素子の構成を一部省略している。また、破線は入射光の光軸を示し、矢印は一例として入射光の方向を示している。焦電素子２は、主に、中空の筐体２ａと、筐体２ａの内部に熱エネルギーを電気信号に変換する２つのエレメント１５、１６及びシリコン等のフィルター材１７とを有する。なお、焦電素子２は、エレメントを１つ以上有するものであればよく、図９では説明の便宜上２つのエレメントを示している。筐体２ａは絞り機構１４からの入射光を通過させる孔２ｂを有し、フィルター材１７は孔２ｂを内側から塞ぐように配置され、２つのエレメント１５、１６は筐体２ａの内部であってフィルター材１７の近傍に相互に所定の間隔を開けて並べて配置されている。
【００６１】
各部品の仕様等によって数値や形状等は異なるが、一例をあげると、孔２ｂは横が４〜５[ｍｍ]、縦が３〜４[ｍｍ]の略四角形である。また、エレメント１５、１６は、入射方向から見ていずれも幅Wが１[ｍｍ]、縦が２[ｍｍ]程度の同じ略四角形である。そして、エレメント１５、１６は、筐体２ａの孔２ｂを有する面の外側から光軸に沿って距離Ｄ、かつ、孔２ｂの一端から光軸と垂直な方向に沿って距離Ｃの位置であって、入射方向から見て孔２ｂの略四角形内に収まるように、相互に間隔Ｔを開けて配置される。なお、距離Ｄは１．２［ｍｍ］であり、距離Ｃは０．５〜１［ｍｍ］であり、間隔Ｔは１［ｍｍ］である。フィルター材１７の各寸法は、孔２ｂより若干大きな形状で筐体２ａに接着出来る大きさとすることが好ましい。筐体２ａとフィルター材の厚みは０．１ｍｍ〜０．５ｍｍの非常に薄い材質が用いられる。筐体の表面とフィルター材の表面が同一面となるような加工が、フィルター材に施され接着されているタイプも存在する。
【００６２】
エレメント１５は端子２１に、エレメント１６はインピーダンス変換用ＦＥＴ１８を介して端子１９、２０にそれぞれ電気的に接続されている。そして、エレメント１５、１６は、相互に極性を逆にして直列接続されている。これは、焦電素子２が配置されている周囲温度の変化や焦電素子２の検知対象自体の温度変化に対する信号を出力しないようにするためである。焦電素子２は、エレメント１５、１６により孔２ｂに配置されたフィルター材１７を透過する入射光の熱エネルギー変化を検知する。図９に示すように、エレメント１５、１６は、配置箇所等が異なっているため、検知範囲がそれぞれ異なっている。次に、エレメント１５、１６の検知範囲について説明する。ただし、以下の説明では、便宜上フィルター材１７の屈折率等は考慮せず、入射光はフィルター材１７をそのまま直進して透過すると仮定している。
【００６３】
図１０は、焦電素子のエレメントの検知範囲を説明する図である。なお、図中の３ｄ、３ｅ、３ｆ、３ｇはレンズを、Ｒｂ、Ｒｃ、Ｒｄ、Ｒｅ、Ｒｆ、Ｒｇはエレメント１５、１６の各端点からレンズ３ｄ、３ｅ、３ｆ、３ｇの各端点を結ぶ破線を、矢印は一例として入射光の方向をそれぞれ示す。図１０に示すように、エレメント１５は検知範囲が破線Ｒｂから破線Ｒｆまでの領域Ｖ１５であり、エレメント１６は検知範囲が破線Ｒｃから破線Ｒｇまでの領域Ｖ１６である。そのため、エレメント１５は、破線Ｒｆから破線Ｒｇまでの領域Ｖｄが検知できない。また、エレメント１６は、破線Ｒｂから破線Ｒｃまでの領域Ｖｅが検知できない。
【００６４】
このように、エレメント１５、１６は、検知範囲に差異が存在し、領域Ｖｄはエレメント１５だけが検知し、領域Ｖｅはエレメント１６だけが検知することになる。そのため、領域Ｖｄで検知する入射光の熱エネルギーと領域Ｖｅで検知する入射光の熱エネルギーとの差が大きいと、それに伴って焦電素子２からの出力信号は大きく乱れ、静止検知パッシブセンサの検知精度を低下させる大きな要因となる。第５の実施形態の静止検知パッシブセンサは、絞り機構１４によりこのエレメント１５、１６の検知範囲の差異の影響を低減する。次に、その絞り機構１４について説明する。
【００６５】
図１１は、第５の実施形態の静止検知パッシブセンサにおける絞り機構の一例を示す図である。なお、図中のＲｃ、Ｒｆは図１０と同様の破線を、矢印は一例として入射光の方向をそれぞれ示す。図１１に示すように、絞り機構１４は、入射光を通過させる開口部１４ａの一方の端をエレメント１５が検知できる範囲の境界（破線Ｒｆ）に、もう一方の端をエレメント１６の検知できる境界（破線Ｒｃ）に合わせて構成されている。このように構成すると、焦電素子２のエレメント１５、１６は、絞り機構１４によりエレメント１５及びエレメント１６の少なくとも一方が検知できない領域からの入射光を遮断してエレメント１５及びエレメント１６がいずれも検知できる領域、具体的に、エレメント１５が検知できる範囲の境界（破線Ｒｆ）からエレメント１６の検知できる境界（破線Ｒｃ）までの領域Ｖｆのみを検知範囲とすることができる。したがって、焦電素子２は、主に回転体４に取り付けられたレンズ３が領域Ｖｆに位置するときだけ、そのレンズ３で静止発熱体を検知することができ、第５の実施形態の静止検知パッシブセンサは、検知精度を向上させることができる。なお、絞り機構１４は、回転体４の材質と同じあるいは類似することが好ましい。このように、焦電素子２が回転体４と絞り機構１４とを同程度に検知することで、第５の実施形態の静止検知パッシブセンサは、検知精度の低減を抑えることができる。
【００６６】
第５の実施形態の静止検知パッシブセンサは、さらに、センサ８によりレンズ３の位置情報を解析し、そのレンズ３の位置情報から増幅器９の増幅率や感度を調整して焦電素子２の出力信号を制御することで、より安定して静止発熱体を検知することができる。
【００６７】
図１２は、第５の実施形態の静止検知パッシブセンサにおける絞り機構の他の例を示す図である。なお、図中のＲｅ、Ｒｄは図１０と同様の破線を、矢印は一例として入射光の方向をそれぞれ示す。図１２に示すように、絞り機構１４は、入射光を通過させる開口部１４ａの一方の端を入射光に対向するエレメント１５の面１５ａ全体が検知できる範囲の境界（破線Ｒｅ）に、もう一方の端を入射光に対向するエレメント１６の面１６ａ全体が検知できる境界（破線Ｒｄ）に合わせて構成することが好ましい。このように構成すると、焦電素子２のエレメント１５、１６は、絞り機構１４により入射光に対向する面１５ａ、１６ａ全体が検知できる領域Ｖｇのみを検知範囲とすることができ、第５の実施形態の静止検知パッシブセンサは、検知精度をさらに向上させることができる。
【産業上の利用可能性】
【００６８】
本発明に係る静止検知パッシブセンサは、絞り機構とフレネルレンズとを備えるため、光学系を回転させても感度の低下を軽減でき、安定して静止発熱体を検知することができる。したがって、静止検知パッシブセンサは、正確に静止発熱体の位置を特定することができる監視システムや防犯システム等に用いることができる。そのため、利用分野の拡大を期待でき、産業上の利用可能性は極めて大きい。
【符号の説明】
【００６９】
１、２１  静止検知パッシブセンサ
２  焦電素子
３、３ａ、３ｂ、３ｃ  レンズ
３ｄ  反射鏡
４  回転体
５  回転軸
６  駆動板
７  モータ
８  センサ
９  増幅器
１０  ＣＰＵ
１１  出力装置
１２  記憶装置
１３  電源
１４、１４ａ  絞り機構（アパーチャー）
Ａ、Ｂ、Ｃ  静止発熱体
Ｄ  焦電素子と静止発熱体との距離
Ｅ  地面
Ｈ、Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３、ＨＡ、ＨＢ、ＨＣ  高さ
Ｒ  回転方向
Ｒａ  基準軸
Ｔａ  回転角
Ｖａ  視野角
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
2011209279.tif 000011
【図１０】
2011209279.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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