(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
検知エリアに存在する人体から輻射される赤外線を受光する焦電素子と、人体から放射される赤外線を焦電素子に集光する多分割受光レンズと、焦電素子の出力電流を電圧信号に変換する電流電圧変換手段と、電流電圧変換手段から出力される電圧信号のうちで１Ｈｚ程度から数１００Ｈｚまでの周波数成分の電圧信号を増幅する増幅手段と、電流電圧変換手段から出力されて増幅手段で増幅された電圧信号を周波数分析して検知エリア内の人体の存否や移動を検出する検出手段とを備え、検出手段は、人体の動きに対応した周波数帯域における電圧信号レベルの時間的な変化に基づいて検知エリア内の人体の存否や移動を検出する赤外線検出装置であって、検出手段は、人体の動きに対応した１Ｈｚ近傍の周波数帯域の低周波成分が電圧信号に所定のレベル以上で含まれているか否かを判断し、含まれていない場合には電圧信号そのものが得られていないと判断するとともに、前記低周波成分が含まれている場合には、さらに数１０Ｈｚ以上の高周波成分が所定のレベル以上で電圧信号に含まれているか否かを判断し、含まれていない場合に人体を検出したと判断して検出信号を出力し、さらに、前記高周波成分が所定レベル以上で含まれている場合には当該電圧信号をノイズと判断して検出信号を出力しないことを特徴とする赤外線検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、人体から輻射される赤外線エネルギを検出し、検知エリア内における人体の存在や移動を検出する赤外線検出装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図８に従来の赤外線検出装置のブロック図を示す。赤外線の検出には焦電素子１が広く利用されており、その焦電素子１からは赤外線の輻射の変化に応じた電流が出力され、その電流を電流電圧変換回路２で電圧に変換した後に増幅部２５で増幅し、比較部２６においてその出力を予め設定されたしきい値と比較してしきい値を超えたときに人体が存在又は移動したとして検知信号を出力するようになっている。
【０００３】
なお、回路全体の利得に対する周波数特性は、人体の動きに近い周波数成分（例えば１Ｈｚを中心とする成分）に合わせて、大凡１Ｈｚを中心としたバンドパスフィルタを構成して人体に対する検出感度を上げると共に、他の信号に対する誤動作を抑えるようになっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、焦電素子１からはポプコンノイズと呼ばれる単発性のノイズが生じることがあり、このポプコンノイズによって人体が誤検出される虞があった。ポプコンノイズは、焦電素子１や焦電素子１を支持する支持台、支持台を接着する接着剤や上記回路を構成する回路部品が実装された回路基板等の熱膨張率の違いにより、焦電素子材料に存在する欠陥やマイクロクラック部等に圧縮・引っ張りのストレスが集中し、不要な電荷が発生するために起こると考えられている。
【０００５】
そこで、従来はこのポプコンノイズに対して支持台や回路基板あるいは導電性接着剤等の材料の最適化を図ることや、焦電素子１の構造、形状を変えることでポプコンノイズの発生を低減しようとしていた。しかしながらこのような対処では完全にポプコンノイズの発生を抑えることはできず、ポプコンノイズに伴う誤動作が発生してしまうという問題を有していた。
【０００６】
また、衝撃や電気的なインパルスノイズに対しても誤動作が生じてしまうことがある。
【０００７】
本発明は上記問題に鑑みて為されたものであり、その目的とするところは、ポプコンノイズや外来の瞬時的な衝撃あるいは電気的インパルスノイズによる誤検出を防止した赤外線検出装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１の発明は、検知エリアに存在する人体から輻射される赤外線を受光する焦電素子と、人体から放射される赤外線を焦電素子に集光する多分割受光レンズと、焦電素子の出力電流を電圧信号に変換する電流電圧変換手段と、電流電圧変換手段から出力される電圧信号のうちで１Ｈｚ程度から数１００Ｈｚまでの周波数成分の電圧信号を増幅する増幅手段と、電流電圧変換手段から出力されて増幅手段で増幅された電圧信号を周波数分析して検知エリア内の人体の存否や移動を検出する検出手段とを備え、検出手段は、人体の動きに対応した周波数帯域における電圧信号レベルの時間的な変化に基づいて検知エリア内の人体の存否や移動を検出する赤外線検出装置であって、検出手段は、人体の動きに対応した１Ｈｚ近傍の周波数帯域の低周波成分が電圧信号に所定のレベル以上で含まれているか否かを判断し、含まれていない場合には電圧信号そのものが得られていないと判断するとともに、前記低周波成分が含まれている場合には、さらに数１０Ｈｚ以上の高周波成分が所定のレベル以上で電圧信号に含まれているか否かを判断し、含まれていない場合に人体を検出したと判断して検出信号を出力し、さらに、前記高周波成分が所定レベル以上で含まれている場合には当該電圧信号をノイズと判断して検出信号を出力しないことを特徴とし、人体の動きに対応した１Ｈｚ近傍の周波数帯域の低周波成分が電圧信号に所定のレベル以上で含まれているか否かを判断し、含まれていない場合には電圧信号そのものが得られていないと判断するとともに、前記低周波成分が含まれている場合には、さらに数１０Ｈｚ以上の高周波成分が所定のレベル以上で電圧信号に含まれているか否かを判断し、含まれていない場合に人体を検出したと判断して検出信号を出力し、さらに、前記高周波成分が所定レベル以上で含まれている場合には当該電圧信号をノイズと判断して検出信号を出力しないことにより、ポプコンノイズや外来の瞬時的な衝撃あるいは電気的インパルスノイズに対応した電圧信号の周波数成分による誤検出を防止することができ、人体の存否や移動を精度良く検出することが可能となる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を実施形態により詳細に説明する。但し、各実施形態の説明を行う前に本発明の基本的な概念について説明しておく。
【００１１】
図２は検知エリア内に存在する人体からの赤外線に対する焦電素子１の電流出力の周波数スペクトルを示し、図３は焦電素子１の電流出力に含まれるポプコンノイズの周波数スペクトルを示している。図２から明らかなように、人体からの赤外線に対する電流出力の周波数スペクトルは人体の動きに対応した周波数（略１Ｈｚ）近傍の低域側に集中し、しかも検知エリア内での人体の動き（あるいは移動）によって比較的に長い時間連続している。それに対してポプコンノイズの周波数スペクトルは、図３に示すように上記１Ｈｚ程度から数１００Ｈｚ以上の高域まで含んでおり、しかも短時間だけ出力される。なお、図示はしていないが、ポプコンノイズ以外の衝撃や電気的なインパルスノイズ等の外来ノイズも低域から高域までの周波数成分を含み、短時間だけ出力される。
【００１２】
従って、焦電素子１の電流出力を周波数分析し、人体の動きに対応した周波数成分のみに着目して適当な信号処理を行えば、ポプコンノイズ等に影響されることなく人体を精度良く検出することができる。よって、このような基本的概念に基づいて人体を検出する構成を各実施形態により説明する。
【００１３】
本実施形態においては、ドーム型に形成されるとともにその球面状の表面が例えば多分割されて複数個のフレネルレンズが連設された所謂フレネルレンズアレーから成る多分割受光レンズによって赤外線を焦電素子１に集光している。これにより、図４に示すように検知エリアを複数の検知エリアＭ…に分割し、人体Ｈの動きによる焦電素子１の電流出力変化が顕著に現れるようにしてある。
【００１４】
図１は本実施形態のブロック図を示しており、焦電素子１からの出力電流を電流電圧変換部２にて電圧信号に変換し、この電圧信号を広帯域の増幅部３で増幅して周波数分析部４に入力している。ここで、増幅部３の周波数特性は、図２及び図３に示した焦電素子１の電流出力の周波数スペクトル分布を保ったままで増幅可能な周波数特性としている。尚、本実施形態では増幅部３と周波数分析部４とで検出手段が構成されている。
【００１５】
周波数分析部４は、図示しない所定のサンプリング周期で増幅部３の出力信号をデジタル値に変換するＡＤコンバータ、デジタル化された出力データを保存するメモリ、ＡＤコンバータでＡＤ変換されたデータ並びにメモリに保存されたデータから演算を行うマイクロコンピュータ（以下、「マイコン」と略す）等で構成される。尚、周波数分析部４においては、ＡＤコンバータからのデジタル化されたデータが出力される毎にメモリの内容が更新される。マイコンは予め与えられたプログラムに従って動作し、順次更新されていくこれらのデータから電圧信号の周波数成分を分析し、周波数スペクトルの時間的な変化から人体の検出を判断する。
【００１６】
図２に示すように人体に対応する電流出力は比較的長い時間殆ど周波数成分の変化が現れないが、図３に示すようにポプコンノイズ等による電流出力では短い時間で出力が無くなってしまう。従って、人体の動きに対応した低周波帯域の周波数成分が所定時間連続して存在した場合にポプコンノイズ等によるものではなく人体に対応した電圧信号であると判断できる。
【００１７】
次に図５のフローチャートを参照して本実施形態の動作説明、詳しくは周波数分析部４の動作について説明する。周波数分析部４では焦電素子１の電流出力に応じた電圧信号を増幅部３から取り込み、取り込んだ電圧信号に対して上述したような周波数成分の解析を行って電圧信号の周波数分布を計算する。この周波数成分の解析を行った結果、人体の動きに対応した周波数帯域の低周波成分が電圧信号に所定のレベル以上で含まれているか否かを判断し、含まれていない場合には時間のカウントを初期化する（ｔ＝０）。また、上記低周波成分が含まれている場合には時間のカウントをインクリメントし（ｔ＝ｔ＋１）、そのカウント値ｔが所定値Ｔｎを越えているか否かを判断する。そして、カウント値ｔが所定値Ｔｎを越えていない場合（ｔ＜Ｔｎ）にはポプコンノイズ等による電圧信号であると判断して検出信号を出力せずにカウントを初期化する。逆にカウント値ｔが所定値Ｔｎを越えた場合（ｔ≧Ｔｎ）には人体を検出したと判断して検出信号を出力するのである。
【００１８】
尚、マイコンによる処理は本実施形態に限定されるものではなく、例えば所定時間内において電圧信号が所定値を超えている時間を計測して判断するとか、あるいは周波数成分の変化に基づいて人体の検出かノイズかを判断することも可能である。
【００１９】
上述のように周波数分析部４が焦電素子１の電流出力を周波数分析し、人体の動きに対応した周波数成分が含まれるとともポプコンノイズ等に対応した高周波成分が含まれていない場合に検出信号を出力するようにしているから、ポプコンノイズ等に影響されることなく人体を精度良く検出して誤検出を防止することができる。
【００２０】
図６に本発明の参考例のブロック図を示す。増幅回路１６は従来例と同様に人体の動きに対応して１Ｈｚを中心とする周波数帯域の電圧信号のみを増幅するバンドパスフィルタの特性を有するものである。そして、増幅回路１６から出力された電圧信号は比較回路１７において所定のしきい値電圧と比較され、上記電圧信号がしきい値を越えている間だけＨレベルの信号が比較回路１７から出力される。
【００２１】
図７は増幅部１６及び比較回路１７の出力波形を示している。すなわち、人体に対応した電圧信号の場合には、同図（ａ）及び（ｂ）に示すように比較的パルス幅の広い信号が比較回路１７から出力されるが、ポプコンノイズ等に対応した電圧信号の場合には、同図（ｃ）及び（ｄ）に示すようにパルス幅の狭い信号が比較回路１７から出力されることになる。よって、パルス幅識別回路１８において比較回路１７の出力信号のパルス幅が所定値以上か否かを識別することで人体の検出かノイズかを判断して検出信号を出力するようにしている。
【００２２】
尚、本参考例では比較回路１７から出力される単発の信号から人体の検出か否かを判断しているが、所定時間内に入力される１乃至複数の信号のパルス幅に基づいて人体の検出か否かを判断するようにしても良い。
【００２３】
【発明の効果】
請求項１の発明は、検知エリアに存在する人体から輻射される赤外線を受光する焦電素子と、人体から放射される赤外線を焦電素子に集光する多分割受光レンズと、焦電素子の出力電流を電圧信号に変換する電流電圧変換手段と、電流電圧変換手段から出力される電圧信号のうちで１Ｈｚ程度から数１００Ｈｚまでの周波数成分の電圧信号を増幅する増幅手段と、電流電圧変換手段から出力されて増幅手段で増幅された電圧信号を周波数分析して検知エリア内の人体の存否や移動を検出する検出手段とを備え、検出手段は、人体の動きに対応した周波数帯域における電圧信号レベルの時間的な変化に基づいて検知エリア内の人体の存否や移動を検出する赤外線検出装置であって、検出手段は、人体の動きに対応した１Ｈｚ近傍の周波数帯域の低周波成分が電圧信号に所定のレベル以上で含まれているか否かを判断し、含まれていない場合には電圧信号そのものが得られていないと判断するとともに、前記低周波成分が含まれている場合には、さらに数１０Ｈｚ以上の高周波成分が所定のレベル以上で電圧信号に含まれているか否かを判断し、含まれていない場合に人体を検出したと判断して検出信号を出力し、さらに、前記高周波成分が所定レベル以上で含まれている場合には当該電圧信号をノイズと判断して検出信号を出力しないので、人体の動きに対応した１Ｈｚ近傍の周波数帯域の低周波成分が電圧信号に所定のレベル以上で含まれているか否かを判断し、含まれていない場合には電圧信号そのものが得られていないと判断するとともに、前記低周波成分が含まれている場合には、さらに数１０Ｈｚ以上の高周波成分が所定のレベル以上で電圧信号に含まれているか否かを判断し、含まれていない場合に人体を検出したと判断して検出信号を出力し、さらに、前記高周波成分が所定レベル以上で含まれている場合には当該電圧信号をノイズと判断して検出信号を出力しないことにより、ポプコンノイズや外来の瞬時的な衝撃あるいは電気的インパルスノイズに対応した電圧信号の周波数成分による誤検出を防止することができ、人体の存否や移動を精度良く検出することが可能となるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態のブロック図である。
【図２】焦電素子の人体に対応した電流出力の周波数スペクトルを示す図である。
【図３】焦電素子のポプコンノイズに対応した電流出力の周波数スペクトルを示す図である。
【図４】同上における検知エリアの説明図である。
【図５】同上の動作説明用のフローチャートである。
【図６】本発明の参考例のブロック図である。
【図７】同上の動作説明用の波形図である。
【図８】従来例のブロック図である。
【符号の説明】
１ 焦電素子
２ 電流電圧変換部
３ 増幅部
４ 周波数分析部
【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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