(57)【要約】      （修正有）【課題】人体の微小な移動動作に対して優れた検出性能を有し、コストアップする事の無い焦電型赤外線検出器を提供する。【解決手段】正と負の極性を持つ受光電極を有する焦電型赤外線検出器において、それぞれの受光電極を２分割し、分割された正負の受光電極２、３を異極性交互に、または同極性連続に千鳥状に２列配列して隣接する電極を直列接続する。前記受光電極を形成した焦電型赤外線検出器に光学系を具備した赤外線検出装置１は、投影エリアが千鳥状に配置されるため、人体の移動となる歩行動作や着座から起立状態動作等の左右及び上下方向の移動に対して、優れた検出性能を有する構造を実現する。【選択図】図１
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【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
人体が放射する赤外線を、光学系を介して受光し、その変化により信号出力を発する正と負の出力極性を有する焦電型赤外線検出器の受光電極において、受光電極を２分割し正負それぞれの受光電極を出力極性が交互となる千鳥状２列配置または同極性連続の千鳥状２列配置、もしくは異出力極性にクロス配置または同出力極性にクロス配置して、隣接する電極が直列接続される事を特徴とする焦電型赤外線検出器。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本考案は、侵入者警戒、照明制御、人体存在認識等の赤外線を放射する人体検出装置に用いられる焦電型赤外線検出器に関する。
【背景技術】
【０００２】
人体を検出する手段として、物体から放射される赤外線を検出し、その赤外線エネルギーの変化を電気信号の変化として出力する焦電型赤外線検出器が用いられる。一般的な赤外線検出装置は、図２１の様な極性の異なる２つの受光電極２，３を直列に接続したデュアルエレメント型の赤外線検出素子１を有する焦電型赤外線検出器と、複数個の光学素子を有するフレネルレンズ等の光学系を組み合わせ、ある距離における赤外線を効率良く集光させて、定義された投影エリア、大きさ、形状が作り出される構成を成している。
【０００３】
前記デュアルエレメント型の焦電型赤外線検出器を搭載した赤外線検出装置は、主に侵入者警戒、照明制御、人体存在認識機能向けに広く使用されている。前記赤外線検出装置の制御手法としては、図２１に示すデュアル型の受光電極をレンズを介して床面に対し垂直に配置された複数個のエリアに投影し、その検出エリア内の人体の移動、例えば歩行動作時の存在検出を行う事が、従来技術として知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】登録実用新案第３０８８５４６号公報
【考案の概要】
【考案が解決しようとする課題】
【０００５】
前述の通り、例えば図１４に示す、光学系を具備し正負の極性を持つ規定した投影エリアが直列に複数個配置された赤外線検出装置１３では、図１５（Ａ）及び（Ｂ）に示す様な人体の歩行動作である左右方向の移動時には、正極並びに負極のそれぞれの投影エリアに熱源となる人体が入り出る事から十分な信号出力が得られ、検出性能として優れるため、人体の歩行動作、横切り動作の検出制御として用いられる場合が多くある。
【０００６】
しかしながら、従来技術は、例えば人体の着座状態から起き上がる動作、もしくは起立状態から着座する動作の様な上下方向の移動検出において、図１６（Ａ）及び（Ｂ）に示される様な同一極性の電極エリア間の移動時では、人体移動による赤外線変化を十分に捉える事が出来なく、信号出力も小さくなり検出性能が劣ってしまう事がある。更に周知の事であるが、図１７（Ａ）及び（Ｂ）に示される赤外線検出領域の存在しない不感帯エリア部を移動する場合、赤外線検出装置は温度変化を検出しないので、信号出力が得られない。
【０００７】
また、デ７アルエレメント型の赤外線検出素子の受光電極が床面に対し水平になる様に配置された、図１８及び図１９，図２０に示す様な複数個の投影エリアを有する赤外線検出装置の場合、前記人体の着座状態から起立状態への上下方向の動作においては、十分な信号出力を得られる。しかし、赤外線検出装置の前を人体が横切る歩行動作である左右方向の動き検出では、受光電極が同時に赤外線を検出してしまい、異なる極性である受光電極同士が出力を相殺し、信号出力が小さくなり、人体検出性能が劣ってしまう。
【０００８】
この様に、正負の出力特性を有するデュアルエレメント型の焦電型赤外線検出器を搭載した人体検出装置では、生活空間における人体の歩行動作や着座から起立動作等、すなわち左右方向の動きと、上下方向の動き両方を満足する検出性能が達成されていなかった。
更に生活空間で起こり得る動作である、起立状態で体を傾ける動きや着座状態で体を揺らす動作、上下方向の背伸び等、人体の微小な左右方向もしくは上下方向の動作に対しても、両方向の動作に対する検出性能が十分に満たされていない事が判明した。
本考案は、前記人体の微小な移動動作に対して優れた検出性能を有し、コストアップする事の無い焦電型赤外線検出器を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の課題を解決するために、本考案は、人体検出装置として光学レンズを介して複数個の投影エリアを作り出す、正と負の出力極性を有する焦電型赤外線検出器の受光電極４において、受光電極を２分割し正負それぞれの受光電極を出力極性が交互となる千鳥状２列配置、または同極性連続に千鳥状２列配置、もしくは異出力極性にクロス配置または同出力極性にクロス配置をして、隣接する電極が直列配線、接続される事を特徴とする焦電型赤外線検出器である。
【考案の効果】
【００１０】
本考案は、正と負の出力極性を有する焦電型赤外線検出器の受光電極４において、受光電極を２分割し正負それぞれの受光電極を出力極性が交互となる千鳥状２列配置、または同極性連続に千鳥状２列配置、もしくは異出力極性にクロス配置または同出力極性にクロス配置して、隣接する電極を直列接続する事で、人体の着座から起立状態もしくは起立状態から着座動作や、緩やかな歩行、背伸び動作等の微小な移動検出、存在認識機能制御に対して、２つのデュアル性能を有する、左右並びに上下方向の移動検出性能に優れた焦電型赤外線検出器を提供出来る。また前記焦電型赤外線検出器は、従来の製造技術手法から特異する事無く実現出来るので、小型化且つコストアップを抑えた低価格な赤外線検出装置として容易に提供する事が可能な効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本考案の一実施例に係る赤外線検出素子への受光電極配置図である。
【図２】本考案の一実施例に係る焦電型赤外線検出器の分解外観図である。
【図３】（Ａ）は本考案の実施の形態に係る焦電型赤外線検出器の内部配線等価回路図であり、（Ｂ）は従来のデュアルエレメント型の焦電型赤外線検出器の内部配線等価回路図である。
【図４】本考案の実施例1に係る赤外線検出装置の赤外線投影検出領域を示した図である。
【図５】（Ａ）は本考案の実施例1に係る赤外線検出装置の図４に示す受光電極投影エリア１４ａと検知対象人物像１５aの位置関係図であり、（Ｂ）は、図５（Ａ）の検知対象像１５ａが移動した時の赤外線検出性能を示したデータである。
【図６】（Ａ）は本考案の実施例1に係る赤外線検出装置の図４に示す受光電極投影エリア１４ａと検知対象人物像１５ｂの位置関係図であり、（Ｂ）は、図６（Ａ）の検知対象像１５ｂが移動した時の赤外線検出性能を示したデータである。
【図７】本考案の他の一実施例に係る赤外線検出素子への受光電極配置図である。
【図８】本考案の他の一実施例に係る赤外線検出装置の赤外線投影検出領域を示した図である。
【図９】（Ａ）は本考案の他の一実施例に係る赤外線検出装置の図８に示す受光電極投影エリア１４ｂと検知対象人物像１５aの位置関係図であり、（Ｂ）は、図９（Ａ）の検知対象像１５ａが移動した時の赤外線検出性能を示したデータである。
【図１０】（Ａ）は本考案の他の一実施例に係る赤外線検出装置の図８に示す受光電極投影エリア１４ｂと検知対象人物像１５ｂの位置関係図であり、（Ｂ）は、図１０（Ａ）の検知対象像１５ｂが移動した時の赤外線検出性能を示したデータである。
【図１１】本考案の実施形態に係る赤外線検出素子への受光電極配置図の他の一例である。
【図１２】本考案の実施形態に係る赤外線検出素子への受光電極配置図の他の一例である。
【図１３】本考案の実施形態に係る赤外線検出素子への受光電極配置図の他の一例である。
【図１４】従来のデュアルエレメント型の赤外線検出装置の赤外線投影検出領域を示した図である。
【図１５】（Ａ）は従来のデュアルエレメント型の赤外線検出装置の図１４に示す受光電極投影エリア１４ｃと検知対象人物像１５aの位置関係図であり、（Ｂ）は、図１５（Ａ）の検知対象像１５ａが移動した時の赤外線検出性能を示したデータである。
【図１６】（Ａ）は従来のデュアルエレメント型の赤外線検出装置の図１４に示す受光電極投影エリア１４ｃと検知対象人物像１５ｂの位置関係図であり、（Ｂ）は、図１６（Ａ）の検知対象像１５ｂが移動した時の赤外線検出性能を示したデータである。
【図１７】（Ａ）は従来のデュアルエレメント型の赤外線検出装置の図１４に示す受光電極投影エリア１４ｃと検知対象人物像１５ｂの位置関係図であり、（Ｂ）は、図１７（Ａ）の検知対象像１５ｂが移動した時の赤外線検出性能を示したデータである。
【図１８】従来のデュアルエレメント型の赤外線検出装置の他の一例とした赤外線投影検出領域を示した図である。
【図１９】（Ａ）は従来のデュアルエレメント型の赤外線検出装置の他の一例とした図１８に示す受光電極投影エリア１４ｄと検知対象人物像１５ｂの位置関係図であり、（Ｂ）は、図１９（Ａ）の検知対象像１５ｂが移動した時の赤外線検出性能を示したデータである。
【図２０】（Ａ）は従来のデュアルエレメント型の赤外線検出装置の他の一例とした図１８に示す受光電極投影エリア１４ｄと検知対象人物像１５ａの位置関係図であり、（Ｂ）は、図２０（Ａ）の検知対象像１５ａが移動した時の赤外線検出性能を示したデータである。
【図２１】従来のデュアルエレメント型の赤外線検出素子への受光電極配置図である。
【考案を実施するための形態】
【００１２】
以下、本考案の実施の形態について、図を用いて詳細に説明する。
図１に、本考案の実地例1に係る焦電型赤外線検出器へ構成される受光電極、図２に前記受光電極４が形成された赤外線検出素子１を搭載した焦電型赤外線検出器の内部分解斜視構造図、図３（Ａ）に本考案の焦電型赤外線検出器の等価回路図を示す。
【実施例１】
【００１３】
本考案の実地例１に係る焦電型赤外線検出器は、図２に示すように、赤外線を受光し、赤外線入射量の変化により電荷を生じる赤外線検出素子１と、前記赤外線検出素子１により生じた電荷を電圧に変換するＦＥＴ７及び抵抗８が、赤外線透過材６を具備した金属ＣＡＮケース５と電気的接続を為すリード端子を具備したヘッダー１１によるシールドケースにハーメチックシールされた構造となっている。前記赤外線検出素子１、ＦＥＴ７及び抵抗８は内部配線された基板１０上に搭載されており、ヘッダー１１と前記基板１０は、前記ヘッダー１１のリード端子１２ａ、１２ｂ、１２ｃと前記基板１０に設けられた配線パターンを半田あるいは導電性接着剤により固定接続されている。
【００１４】
ここで、赤外線検出素子１上の受光電極４は、蒸着、スパッタリング等の成膜技術により、ニッケル等の金属材料にて形成される。更にここで、受光電極４は、図１に示す正負の極性を持つ受光電極２，３の1つ当たりの電極サイズが０．６５ｍｍ×０．９ｍｍで０．６５ｍｍ間隔で配置されており、前記正または負の電極がそれぞれ０．６５ｍｍ移動した位置に、出力極性が交互となる千鳥状に形成されている。更に前記受光電極４の構造を有する焦電型赤外線検出器は、図３（Ａ）に示される等価回路図の通りに配線構成されている。
【００１５】
本実地例１に係る焦電型赤外線検出器において、図２１及び図３（B）の従来の焦電型赤外線検出器と大きく異なるところは、従来のデュアルエレメント型では、正負の極性の異なる２つの受光電極２，３が直列接続されているのに対し、本考案では、正負の受光電極２，３をそれぞれ約３分の２から約２分の１の面積、サイズに分割し、それらの電気的接続においては、４つの電極が直列接続され、受光電極が千鳥状に２列配置を持つ事である。
【００１６】
次に本実地例１に係る焦電型赤外線検出器を搭載した赤外線検出装置について、以下図４から図６を基に具体的に説明する。
図４は検知対象距離５ｍ地点に投影される図３の本実地例１に係る焦電型赤外線検出器を搭載した赤外線検出装置１３の赤外線検出領域の概要図である。図５（Ａ）並びに図６（Ａ）は、図４の実施例１に係る赤外線検出装置の投影エリアを示す側断面図と人体との位置関係を表している。
【００１７】
図５（Ｂ）は、図５（Ａ）に示す本実施例１に係る赤外線検出装置の投影エリアに対して、熱源の左右方向の移動、すなわち人体の微小な歩行動作として、０．５ｍ／秒の移動速度で０．５ｍ分移動した場合の信号出力モニターの結果を示している。また図６（Ｂ）は、図６（Ａ）に示す本実施例１に係る赤外線検出装置の投影エリアに対して、熱源の上下方向の移動、すなわち人体の着座から起立状態動作として、０．５ｍ／秒の移動速度で０．５ｍ分移動した場合の信号出力モニターの結果を示している。
【００１８】
ここで、測定条件としては、光学系は、焦点距離７．８ｍｍ，２ゾーンのタイプを使用し、壁取付高さ２ｍ，投影エリアが床面に対し垂直に配置する構造を備え、且つ検知距離５ｍ地点の人体起立状態サイズに相当するエリアが得られる赤外線検出装置を使用した。この条件下で人体起立状態（１５００×３００ｍｍ）相当の熱源を左右方向に移動させた場合と、人体着座状態（７００×３００ｍｍ）相当の熱源を上下方向に移動させた場合の２方向の検出信号出力のモニタリングを行った。
またここで性能比較のため、本実地例１に係る受光電極４が形成された赤外線検出素子１を備えた焦電型赤外線検出器と、従来の技術による図１８に示す受光電極４を有した一般的なデュアルエレメント型の焦電型赤外線検出器とを、同一の焦電素材にて、受光電極サイズ・形状のみ変更する手法にて作製し、同一の信号増幅回路及び同一の光学系を具備した前記赤外線検出装置１３に組込み、検出性能検証を実施した。
【００１９】
図１５（Ｂ）並びに図１６（Ｂ）、図１７（Ｂ）は、従来のデュアルエレメント型の焦電型赤外線検出器を搭載した、前記赤外線検出装置１３にて、前述の測定条件及び同一設置とした時の信号出力モニター結果である。図５（Ｂ）と図１５（Ｂ），並びに図６（Ｂ）と図１５（Ｂ）、図１６（Ｂ）の結果を見ると、本実地例１に係る焦電型赤外線検出器を搭載した赤外線検出装置は、図５（Ａ）及び（Ｂ）に示される熱源の左右方向の微小移動時と、図６（Ａ）及び（Ｂ）に示される熱源の上下方向の微小移動時共に、検出信号出力を発生している。すなわち、受光電極の千鳥状２列配置の結果により、投影された同極性電極間内の移動、もしくは不感帯エリア内の移動、更に異なる２つの極性電極間の同時移動を回避し、複数の方向に対する人体の微小な移動動作（熱変化）における検出性能が向上されたものと云える。
【実施例２】
【００２０】
前記実地例１に係る赤外線検出装置に、図７に示す異極性電極を隣接クロス配置した受光電極が形成された赤外線検出素子を有する焦電型赤外線検出器を搭載し、実施例1と同様の光学系、測定条件による検出信号出力モニタリングを行った。ここで、本実施例２に係る図７に示す受光電極４は、正及び負の電極サイズを０．９ｍｍ×０．９ｍｍ、前記正の電極が１．３ｍｍ間隔で配置され、負の電極は０．９ｍｍ間隔にて極性電極が交互にクロス状に形成されている。図８は、図７の本実地例２に係る焦電型赤外線検出器を搭載した赤外線検出装置１３の検知対象距離５ｍ地点に投影される赤外線検出領域図である。
【００２１】
図９（Ｂ）は図９（Ａ）に示す本実施例２に係る赤外線検出装置の投影エリアに対して、熱源の左右方向に、右から左へ０．５ｍ／秒の移動速度で０．５ｍ分移動した場合の信号出力モニターの結果である。正極並びに負極のそれぞれの投影エリアに熱源が入り出る事から十分な信号出力が得られている。また図１０（Ｂ）は、図１０（Ａ）に示す本実施例２に係る赤外線検出装置の投影エリアに対して、熱源の上下方向に下から上への移動を０．５ｍ／秒の移動速度で０．５ｍ分移動した場合の信号出力モニターの結果である。この場合、負極エリアから不感帯エリア、負極エリア内への熱源が移動する事により、赤外線変化が発生し検出信号を生じている。この結果により、熱源の移動方向に依存されず、且つ微小な温度変化を捉える壁掛け用赤外線検出装置が、容易に構成される事を確認出来た。
【００２２】
尚、本実施例１及び実施例２に係る赤外線検出装置では、図1に示す様な正負の極性が交互に千鳥状に２列配置された受光電極と、図７に示す正負の電極が異極性にクロス配置された受光電極４を有する焦電型赤外線検出器を用いて構成しているが、例えば、図１１に示す同出力極性が連続に千鳥状２列配置された電極パターン、図１２に示す形状サイズがアレンジされた出力極性が交互となる千鳥状２列配置された電極パターン、図１３に示す同出力極性を交互にクロス配置された電極パターンの様に各種形成する事や、より細分化されたエリアを有する光学系との組み合わせ構成を行う事によって、更に微小な人体の移動動作に対して検出制御が可能な焦電型赤外線検出器を構成する事も容易に可能である。これらは、従来の製造技術及び、組立工程から特異する事なく構成されるものである。
【産業上の利用可能性】
【００２３】
本考案の実施の形態に係る焦電型赤外線検出器は、人体の一般的な歩行動作の検出制御を主としていた従来型の赤外線検出装置の付加機能として、生活空間における人体の微小な移動動作（上下・左右方向移動）の検出制御を可能とする一助となる事が云える。更に、高性能な侵入者警戒、人体存在認識機能等の赤外線検出装置が、コストアップを抑え、容易に実現出来る事にも繋がる。この様な観点からも、本考案の実施の形態に係る焦電型赤外線検出器は、その効果が発揮されると云え、産業的に利用価値がある。
【符号の説明】
【００２４】
１      赤外線検出素子
２      出力極性が正である受光電極
３      出力極性が負である受光電極
４      受光電極
５      金属ＣＡＮケース
６      赤外線透過フィルタ材
７      ＦＥＴ
８      負荷抵抗
９ａ、９ｂ    支持台
１０      内部配線基板
１１      ヘッダー
１２ａ、１２ｂ、１２ｃ    ヘッダーリード端子
１３      赤外線検出装置
１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ    受光電極の投影エリア像
１５ａ    検出対象像（人体起立）
１５ｂ    検出対象像（人体着座）
１６ａ、１６ｂ，１６ｃ，１６ｄ，１６ｅ，１６ｆ，１６ｇ、１６ｈ、１６ｉ    受光電極の投影エリア像１４に対する検出対象像１５の移動時における赤外線検出時信号出力の波形
【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】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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