EP0817145A1 - Infrared sensor - Google Patents

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Publication number
EP0817145A1
EP0817145A1 EP97109911A EP97109911A EP0817145A1 EP 0817145 A1 EP0817145 A1 EP 0817145A1 EP 97109911 A EP97109911 A EP 97109911A EP 97109911 A EP97109911 A EP 97109911A EP 0817145 A1 EP0817145 A1 EP 0817145A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
motion detector
detector according
logic unit
pixel
sensor elements
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP97109911A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Rainer Dr. Rosch
Robert Zapp
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ABB Patent GmbH
Original Assignee
ABB Patent GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ABB Patent GmbH filed Critical ABB Patent GmbH
Publication of EP0817145A1 publication Critical patent/EP0817145A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G08—SIGNALLING
    • G08B—SIGNALLING OR CALLING SYSTEMS; ORDER TELEGRAPHS; ALARM SYSTEMS
    • G08B13/00—Burglar, theft or intruder alarms
    • G08B13/18—Actuation by interference with heat, light, or radiation of shorter wavelength; Actuation by intruding sources of heat, light, or radiation of shorter wavelength
    • G08B13/189—Actuation by interference with heat, light, or radiation of shorter wavelength; Actuation by intruding sources of heat, light, or radiation of shorter wavelength using passive radiation detection systems
    • G08B13/19—Actuation by interference with heat, light, or radiation of shorter wavelength; Actuation by intruding sources of heat, light, or radiation of shorter wavelength using passive radiation detection systems using infrared-radiation detection systems
    • G08B13/191—Actuation by interference with heat, light, or radiation of shorter wavelength; Actuation by intruding sources of heat, light, or radiation of shorter wavelength using passive radiation detection systems using infrared-radiation detection systems using pyroelectric sensor means

Definitions

  • the invention relates to a motion detector according to the preamble of claim 1.
  • PIR motion detector For the detection of heat radiation emitting, moving objects, in particular of people, passive infrared motion detectors are usually used (PIR motion detector). These are preferred in the room to be monitored installed on a wall and equipped with infrared light-sensitive sensor elements, to which the emitted heat radiation is fed via a receiving optic is that movements of heat-emitting objects on the sensor elements produce electrical signals. With these you can then use an electrical circuit a switching signal is generated, which is used to switch a lighting device or a warning system.
  • the switching signal returns to its initial state after a delay back as soon as no movement is detected. Does the device serve z. B. in one Office for switching the lighting, the lighting device is then also switched off, when the movements of an employee sitting in his office chair are so small that they can no longer be detected by the motion detector. Switching off the lighting on this is not only for the overlooked Employees unpleasant, but cost more energy, because then often with larger delay times must be worked. There is therefore a clear one Requirement for presence detectors, which may then also be used for purposes other than light switching could be used.
  • thermo- and pyroelectric infrared measuring system as well as an optoelectronic measuring system in connection with a Fuzzi logic processor.
  • the Fuzzi logic concludes on the basis of three measurement results and enables presence detection, however, only at short distances to the detector.
  • DE 36 16 374 A1 also discloses a pyrodetector which is suitable for motion and direction-selective detection.This sensor works with a number of individual sensor elements arranged as an array, but the known systems are either relatively complex to implement or are insufficient sensitive to capture even the smallest movements.
  • the object of the invention is therefore a motion detector according to the preamble of claim 1 to create that even very slight movements still reliably detect can.
  • the sensitivity of the sensor is significantly increased by the fact that one element array each is arranged in a confined space so that there is a radiation reception forms a suitable pixel, which is followed by its own signal processing stage. This arrangement is multiplied by that provided by several such pixels Pixel array is formed, which covers a radiation-sensitive receiving area, which has a predetermined reception structure. Because the individual element arrays are compensated with respect to constant light, which e.g. through a series connection opposite polarity sensor elements can happen, each pixel works with high sensitivity, but without being susceptible to constant light, so that even the smallest movements of a radiation object can be detected.
  • the signal processing stages assigned to the individual pixels together with a logic unit enable the signal evaluation according to a predefined or selectable algorithm in the desired one Way can be done.
  • a suitable switching signal can be identified by a Control circuit can be generated.
  • the Reception optics is constructed as a multi-lens or mirror optics.
  • the reception structure the pixel array depends on the arrangement of the individual pixels to each other.
  • a first option is to look at the individual pixels of the pixel array to arrange a flat surface next to each other like a chain.
  • Another possibility results when the individual pixels of the pixel array coaxially on a lateral surface a multi-lens or a mirror arrangement. According to each The selected arrangement results in different detection areas, however can also be influenced by the receiving optics.
  • a selection effect of the receiving device with which a location can be determined and have the direction of movement determined can be achieved that each pixel with the part of the receiving optics assigned to it points to a specific is delimited compared to other room areas.
  • Another expedient development of the subject matter of the invention provides that in the signal processing stage or the logic unit an evaluation of each Pixel emitted signal is such that the size of the radiating Object and / or its speed and / or its direction of movement can be determined is.
  • the logic unit only then the control circuit activated to switch off a lighting device if none of the pixels emits a signal within a predetermined period of time that exceeds a predetermined Threshold lies.
  • the reliability of the activation can be increased by that the logic unit only then the control circuit for turning on a lighting device activated if at least two of the pixels within a given Output a time period that is above a predetermined threshold.
  • the logic unit it is advantageous to build the logic unit using a microprocessor and in In terms of miniaturization, it is also expedient to use the pyroelectric as a pixel array Sensor, the signal processing stage and the logic unit in one Integrated circuit.
  • the signal processing stage and the logic unit can then manufactured in CMOS technology and the individual pixels as pyroelectric thin-film elements be carried out.
  • an object to be detected in particular one person to be detected, a heat radiation 1 from, via a receiving optics 2 to a pyroelectric sensor 3 arrives.
  • the receiving optics 2 exist in the present Example from a lens system, which is usually constructed as a multi-lens.
  • a mirror optic could replace the lens system, the mirror segments then facing each other because of their reflective effect the sensor 3 would be arranged differently accordingly.
  • the detection area defined by the lenses of the receiving optics 2 is divided to a large number of individual pixels 4, each of these pixels 4 thereby Compensated against constant light radiation is that at least two opposite poles in series switched sensor elements 5, 6 form a pixel 4.
  • the construction of the Pixel 4 from several Sensor elements 5, 6 is shown in FIGS. 3 and 5. Like the associated ones recognize opposite-pole series connections of the sensor elements 5, 6 in FIGS. 4 and 6
  • the pixel 4 is made up of two or four sensor elements 5, 6 formed, but a larger number can also be selected if a higher number Resolution within a pixel 4 is desired.
  • each pixel 4 is followed by its own signal processing stage 7, such that a plurality of signal processing stages 7 at a common Logic unit 8 ends. So it is possible for each individual pixel via its sensor elements 5, 6 differentially generated signals and then using the Logic unit 8 to summarize or to order and assign according to predetermined criteria weight in order to finally give a switching command via a control circuit 9, the z. B. switches a light source on or off.
  • Fig. 1 There are a large number of possible variants for the arrangement of the pixels 4.
  • the pixel array 3 by several on one flat surface lying pixels 4 formed. It is more appropriate for other applications to place the individual pixels 4 in the focal point of a lens assigned to them, so that in the case of a half-ring-like lens arrangement, the pixels 4 also on an arc would come. Accordingly, optics with spherically arranged lenses would have a corresponding arrangement of the individual pixels 4 results. These are easily overlooked Connections that do not need to be illustrated.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Geophysics And Detection Of Objects (AREA)
  • Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)

Abstract

The array has infra-red radiation (1) incident on pyroelectric detectors (3) via Fresnel lenses (2) covering separate areas of a room. Movement of objects, e.g. persons, in the room produces electrical signals in the sensor elements (5,6) which are connected differentially in pairs or equal numbers so as to subtract the background radiation signal. Sensors form a linear array of pixels (4) which are connected to a signal processor (7) and logic unit (8) to process the sensor signals according to selectable algorithms. This allows the size of a radiating object, its speed and direction to be calculated. A control unit (9) activates an alarm or switches on lights if at least two pixel elements produce signals above a pre-set threshold within a set time interval.

Description

Die Erfindung betrifft einen Bewegungsmelder nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a motion detector according to the preamble of claim 1.

Zur Detektion von Wärmestrahlung abgebenden, sich bewegenden Objekten, insbesondere von Personen, verwendet man in der Regel Passiv-Infrarot-Bewegungsmelder (PIR-Bewegungsmelder). Diese werden in dem zu überwachenden Raum vorzugsweise an einer Wand installiert und sind mit infrarotlichtempfindlichen Sensorelementen ausgestattet, denen über eine Empfangsoptik die emittierte Wärmestrahlung so zugeführt wird, daß Bewegungen der Wärme abgebenden Objekte an den Sensorelementen elektrische Signale hervorrufen. Mit diesen kann dann über eine elektrische Schaltung ein Schaltsignal erzeugt werden, das sich zum Schalten einer Beleuchtungseinrichtung oder auch einer Warnanlage eignet.For the detection of heat radiation emitting, moving objects, in particular of people, passive infrared motion detectors are usually used (PIR motion detector). These are preferred in the room to be monitored installed on a wall and equipped with infrared light-sensitive sensor elements, to which the emitted heat radiation is fed via a receiving optic is that movements of heat-emitting objects on the sensor elements produce electrical signals. With these you can then use an electrical circuit a switching signal is generated, which is used to switch a lighting device or a warning system.

Das Schaltsignal kehrt nach einer Verzögerungszeit wieder in den Ausgangszustand zurück, sobald keine Bewegung mehr erkannt wird. Dient das Gerät also z. B. in einem Büro zum Schalten der Beleuchtung, so erfolgt auch dann ein Abschalten der Beleuchtungseinrichtung, wenn die Bewegungen eines auf seinem Bürostuhl sitzenden Mitarbeiters so gering sind, daß sie vom Bewegungsmelder nicht mehr erfaßt werden können. Das hierauf durchgeführte Abschalten der Beleuchtung ist nicht nur für den übersehenen Mitarbeiter unerfreulich, sondern kostet ein Mehr an Energie, weil dann oft mit größeren Verzögerungszeiten gearbeitet werden muß. Es besteht somit ein deutlicher Bedarf für Anwesenheitsmelder, die dann ggf. auch für andere Zwecke als zum Lichtschalten eingesetzt werden könnten.The switching signal returns to its initial state after a delay back as soon as no movement is detected. Does the device serve z. B. in one Office for switching the lighting, the lighting device is then also switched off, when the movements of an employee sitting in his office chair are so small that they can no longer be detected by the motion detector. Switching off the lighting on this is not only for the overlooked Employees unpleasant, but cost more energy, because then often with larger delay times must be worked. There is therefore a clear one Requirement for presence detectors, which may then also be used for purposes other than light switching could be used.

In

Figure 00020001
Wiss. Z. Techn. Univers. Dresden 43 (1994) H. 6, S. 66" wird ein intelligenter Sensorschalter beschrieben, der als Anwesenheitsmelder verwendbar ist. Durch den Einsatz von acht anstelle der üblichen zwei Sensorelemente, wird die Aufnahmeempfindlichkeit erhöht. Die Auswertung mit vier Analogkanälen liefert zudem wesentlich mehr Informationen, so daß ein Mikroprozessor diese Informationen mit Hilfe eines selbstlernenden Algorithmus für die Schaltentscheidung auswerten kann.In
Figure 00020001
Wiss. Z. Techn. Univers. Dresden 43 (1994) H. 6, p. 66 "describes an intelligent sensor switch that can be used as a presence detector. The use of eight instead of the usual two sensor elements increases the sensitivity of the recording. The evaluation with four analog channels also delivers much more Information so that a microprocessor can evaluate this information with the help of a self-learning algorithm for the switching decision.

Weiterhin wird in Elektronikpraxis, Nr. 24, 16. Dezember 1993, s. 22" die Kombination eines thermo- und pyroelektrischen Infrarot-Meßsystems sowie eines optoelektronischen Meßsystems in Verbindung mit einem Fuzzi-Logik-Prozessor beschrieben. Die Fuzzi-Logik schlußfolgert aufgrund dreier Meßergebnisse und ermöglicht eine Anwesenheitsmeldung allerdings nur bei geringen Entfernungen zum Melder. Aus der DE 36 16 374 A1 ist außerdem ein Pyrodetektor bekannt, der sich zum bewegungs- und richtungsselektiven Detektieren eignet. Dieser Sensor arbeitet mit einer Anzahl als Array bogenförmig angeordneter Einzel-Sensorelemente. Die bekannten Systeme sind jedoch entweder relativ aufwendig bezüglich ihrer Realisierung oder sie sind nicht ausreichend empfindlich, um auch kleinste Bewegungen zu erfassen. Furthermore, in Electronics Practice, No. 24, December 16, 1993, p. 22 "describes the combination of a thermo- and pyroelectric infrared measuring system as well as an optoelectronic measuring system in connection with a Fuzzi logic processor. The Fuzzi logic concludes on the basis of three measurement results and enables presence detection, however, only at short distances to the detector. From DE 36 16 374 A1 also discloses a pyrodetector which is suitable for motion and direction-selective detection.This sensor works with a number of individual sensor elements arranged as an array, but the known systems are either relatively complex to implement or are insufficient sensitive to capture even the smallest movements.

Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, einen Bewegungsmelder nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zu schaffen, der auch sehr geringfügige Bewegungen noch sicher erfassen kann.The object of the invention is therefore a motion detector according to the preamble of claim 1 to create that even very slight movements still reliably detect can.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst. Zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen des Erfindungsgegenstandes sind in den Unteransprüchen genannt.This object is achieved by the features characterized in claim 1. Appropriate refinements and developments of the subject matter of the invention are mentioned in the subclaims.

Die Empfindlichkeit des Sensors wird dadurch deutlich erhöht, daß jeweils ein Elementenarray auf engstem Raum so angeordnet ist, daß sich ein zum Strahlungsempfang geeignetes Pixel bildet, dem eine eigene Signalverarbeitungsstufe nachgeschaltet ist. Diese Anordnung wird vervielfacht, indem ein aus mehreren Pixeln dieser Art vorgesehenes Pixelarray gebildet wird, das eine strahlungsempfindliche Empfangsfläche abdeckt, die eine vorgegebene Empfangsstruktur aufweist. Da die einzelnen Elementenarrays in Bezug auf Gleichlicht kompensiert sind, was z.B. durch eine Reihenschaltung gegenpoliger Sensorelemente geschehen kann, arbeitet jedes Pixel mit hoher Empfindlichkeit, ohne aber gegen Gleichlicht anfällig zu sein, so daß auch kleinste Bewegungen eines Strahlungsobjektes erfaßt werden. Die den einzelnen Pixeln zugeordneten Signalverarbeitungsstufen ermöglichen zusammen mit einer Logikeinheit, daß die Signalauswertung nach einem fest vorgegebenen oder wählbaren Algorithmus in der gewünschten Weise erfolgen kann. Ein geeignetes Schaltsignal kann daraus durch eine Steuerschaltung erzeugt werden.The sensitivity of the sensor is significantly increased by the fact that one element array each is arranged in a confined space so that there is a radiation reception forms a suitable pixel, which is followed by its own signal processing stage. This arrangement is multiplied by that provided by several such pixels Pixel array is formed, which covers a radiation-sensitive receiving area, which has a predetermined reception structure. Because the individual element arrays are compensated with respect to constant light, which e.g. through a series connection opposite polarity sensor elements can happen, each pixel works with high sensitivity, but without being susceptible to constant light, so that even the smallest movements of a radiation object can be detected. The signal processing stages assigned to the individual pixels together with a logic unit enable the signal evaluation according to a predefined or selectable algorithm in the desired one Way can be done. A suitable switching signal can be identified by a Control circuit can be generated.

Eine zweckmäßige Weiterbildung des Erfindungsgegenstandes sieht vor, daß die Empfangsoptik als Multifresnellinsen- oder Spiegeloptik aufgebaut ist. Die Empfangsstruktur des Pixelarrays ist von der Anordnung der einzelnen Pixel zueinander abhängig. Eine erste Möglichkeit besteht darin, die einzelnen Pixel des Pixelarrays auf einer ebenen Fläche kettenartig nebeneinander anzuordnen. Eine andere Möglichkeit ergibt sich, wenn die einzelnen Pixel des Pixelarrays auf einer Mantelfläche koaxial zu einer Multifresnellinse oder einer Spiegelanordnung liegen. Entsprechend der jeweils gewählten Anordnung ergeben sich unterschiedliche Erfassungsbereiche, die allerdings auch noch durch die Empfangsoptik beeinflußt werden.An expedient development of the subject matter of the invention provides that the Reception optics is constructed as a multi-lens or mirror optics. The reception structure the pixel array depends on the arrangement of the individual pixels to each other. A first option is to look at the individual pixels of the pixel array to arrange a flat surface next to each other like a chain. Another possibility results when the individual pixels of the pixel array coaxially on a lateral surface a multi-lens or a mirror arrangement. According to each The selected arrangement results in different detection areas, however can also be influenced by the receiving optics.

Eine Selektionswirkung der Empfangseinrichtung, mit der sich eine Standortbestimmung und eine Ermittlung der Bewegungsrichtung durchführen lassen, ist dadurch erreichbar, daß jedes Pixel mit dem ihm zugeordneten Teil der Empfangsoptik auf einen bestimmten, gegenüber anderen Raumbereichen abgegrenzten Raumbereich ausgerichtet ist.A selection effect of the receiving device with which a location can be determined and have the direction of movement determined can be achieved that each pixel with the part of the receiving optics assigned to it points to a specific is delimited compared to other room areas.

Zur Gleichlichtkompensation ist vorgesehen, daß eine gleiche Zahl gegenpoliger Sensorelemente in Reihe geschaltet ist, wobei aber keineswegs immer zwei hintereinanderliegende gegenpolige Sensorelemente miteinander verbunden werden müssen, sondern vordringlich ist, daß die Zahl der sich jeweils kompensierenden gegenpoligen Sensorelemente gleich ist. Alternativ zur Reihenschaltung kann die Gleichlichtkompensation auch dadurch erfolgen, daß in der Signalverarbeitungsstufe eine Differenzbildung der Signale von mindestens zwei gleichen Sensorelementen erfolgt.For constant light compensation it is provided that an equal number of opposite-pole sensor elements is connected in series, but by no means always two in a row opposite pole sensor elements must be connected to each other, but It is urgent that the number of counterpolar sensor elements compensating each other is equal to. As an alternative to the series connection, constant light compensation can be used also take place in that a difference formation of the Signals from at least two identical sensor elements.

Eine andere zweckmäßige Weiterbildung des Erfindungsgegenstandes sieht vor, daß in der Signalverarbeitungsstufe oder der Logikeinheit eine Auswertung des von jedem einzelnen Pixel abgegebenen Signals derart erfolgt, daß daraus die Größe des strahlenden Objektes und/oder seine Geschwindigkeit und/oder seine Bewegungsrichtung feststellbar ist.Another expedient development of the subject matter of the invention provides that in the signal processing stage or the logic unit an evaluation of each Pixel emitted signal is such that the size of the radiating Object and / or its speed and / or its direction of movement can be determined is.

Üblicher Weise wird man dafür sorgen, daß die Logikeinheit nur dann die Steuerschaltung zum Abschalten einer Beleuchtungseinrichtung aktiviert, wenn keines der Pixel innerhalb einer vorgegebenen Zeitspanne ein Signal abgibt, das über einem vorgegebenen Schwellwert liegt. Die Zuverlässigkeit der Einschaltung läßt sich dadurch erhöhen, daß die Logikeinheit nur dann die Steuerschaltung zum Einschalten einer Beleuchtungseinrichtung aktiviert, wenn mindestens zwei der Pixel innerhalb einer vorgegebenen Zeitspanne ein Signal abgeben, das über einem vorgegebenen Schwellwert liegt.Usually you will ensure that the logic unit only then the control circuit activated to switch off a lighting device if none of the pixels emits a signal within a predetermined period of time that exceeds a predetermined Threshold lies. The reliability of the activation can be increased by that the logic unit only then the control circuit for turning on a lighting device activated if at least two of the pixels within a given Output a time period that is above a predetermined threshold.

Es ist vorteilhaft die Logikeinheit mit Hilfe eines Mikroprozessors aufzubauen und im Sinne einer Miniaturisierung weiterhin zweckmäßig, den als Pixelarray aufgebauten pyroelektrischen Sensor, die Signalverarbeitungsstufe und die Logikeinheit in einem Schaltkreis zu integrieren. Die Signalverarbeitungsstufe und die Logikeinheit können dann in CMOS-Technik gefertigt und die einzelnen Pixel als pyroelektrische Dünnschichtelemente ausgeführt werden.It is advantageous to build the logic unit using a microprocessor and in In terms of miniaturization, it is also expedient to use the pyroelectric as a pixel array Sensor, the signal processing stage and the logic unit in one Integrated circuit. The signal processing stage and the logic unit can then manufactured in CMOS technology and the individual pixels as pyroelectric thin-film elements be carried out.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1
den prinzipiellen Aufbau eines Wärmestrahlung aufnehmenden Empfangsteils,
Fig. 2
das Blockschaltbild von einem als Anwesenheitsmelder geeigneten Bewegungsmelder,
Fig. 3
ein zu einem Pixel angeordnetes Elementenarray,
Fig. 4
die gegenpolige Reihenschaltung der beiden Sensorelemente des Pixels nach Fig. 3,
Fig. 5
ein aus vier Sensorelementen gebildetes Elementenarray,
Fig. 6
die gegenpolige Reihenschaltung der vier Sensorelemente des Pixels nach Fig. 5.
Embodiments of the invention are shown in the drawings and are described in more detail below. Show it:
Fig. 1
the basic structure of a receiving part which absorbs heat radiation,
Fig. 2
the block diagram of a motion detector suitable as a presence detector,
Fig. 3
an array of elements arranged in a pixel,
Fig. 4
the opposite-pole series connection of the two sensor elements of the pixel according to FIG. 3,
Fig. 5
an element array formed from four sensor elements,
Fig. 6
the opposite pole series connection of the four sensor elements of the pixel according to FIG. 5.

Wie Fig. 1 erkennen läßt, geht von einem zu detektierenden Objekt, insbesondere einer zu erfassenden Person, eine Wärmestrahlung 1 aus, die über eine Empfangsoptik 2 zu einem pyroelektrischen Sensor 3 gelangt. Die Empfangsoptik 2 besteht im vorliegenden Beispiel aus einem Linsensystem, das in der Regel als Multifresnellinse aufgebaut ist. Selbstverständlich könnte an die Stelle des Linsensystems auch eine Spiegeloptik treten, wobei die Spiegelsegmente dann allerdings wegen ihrer Reflektionswirkung gegenüber dem Sensor 3 entsprechend anders anzuordnen wären.As can be seen in FIG. 1, an object to be detected, in particular one person to be detected, a heat radiation 1 from, via a receiving optics 2 to a pyroelectric sensor 3 arrives. The receiving optics 2 exist in the present Example from a lens system, which is usually constructed as a multi-lens. Of course, a mirror optic could replace the lens system, the mirror segments then facing each other because of their reflective effect the sensor 3 would be arranged differently accordingly.

In einem überwachten Raum muß man mit Wärmequellen rechnen, die sich als Gleichlichtstrahler betätigen. Die von den Sensorelementen erfaßte Gleichlichtstrahlung läßt sich aber nur kompensieren, wenn alle in die Kompensation einbezogenen Sensorelemente gleich stark mit der konstanten Wärmestrahlung beaufschlagt werden. Demgemäß erfolgt eine Aufteilung des durch die Linsen der Empfangsoptik 2 definierten Erfassungsbereiches auf eine Vielzahl einzelner Pixel 4, wobei jedes dieser Pixel 4 dadurch gegen Gleichlichtstrahlung kompensiert ist, daß mindestens je zwei gegenpolig in Reihe geschaltete Sensorelemente 5, 6 ein Pixel 4 bilden. Der Aufbau der Pixel 4 aus mehreren Sensorelementen 5, 6 ist in den Fig. 3 und 5 dargestellt. Wie auch die zugehörigen gegenpoligen Reihenschaltungen der Sensorelemente 5, 6 in den Fig. 4 und 6 erkennen lassen, wird in diesem Beispiel das Pixel 4 aus zwei oder vier Sensorelementen 5, 6 gebildet, wobei aber auch eine größere Zahl gewählt werden kann, falls eine höhere Auflösung innerhalb eines Pixel 4 gewünscht wird.In a monitored room, one must count on heat sources that act as constant light radiators actuate. The constant light radiation detected by the sensor elements leaves but only compensate each other if all sensor elements included in the compensation be exposed to the same amount of constant heat radiation. Accordingly the detection area defined by the lenses of the receiving optics 2 is divided to a large number of individual pixels 4, each of these pixels 4 thereby Compensated against constant light radiation is that at least two opposite poles in series switched sensor elements 5, 6 form a pixel 4. The construction of the Pixel 4 from several Sensor elements 5, 6 is shown in FIGS. 3 and 5. Like the associated ones recognize opposite-pole series connections of the sensor elements 5, 6 in FIGS. 4 and 6 In this example, the pixel 4 is made up of two or four sensor elements 5, 6 formed, but a larger number can also be selected if a higher number Resolution within a pixel 4 is desired.

Wie Fig. 2 zeigt, ist jedem Pixel 4 eine eigene Signalverarbeitungsstufe 7 nachgeschaltet, derart daß eine Vielzahl von Signalverarbeitungsstufen 7 an einer gemeinsamen Logikeinheit 8 endet. So ist es möglich die von jedem einzelnen Pixel über dessen Sensorelemente 5, 6 erzeugten Signale differenziert auszuwerten und dann mit Hilfe der Logikeinheit 8 zusammenzufassen bzw. nach vorgegebenen Kriterien zu ordnen und zu gewichten, um schließlich über eine Steuerschaltung 9 einen Schaltbefehl zu geben, der z. B. eine Lichtquelle ein- oder ausschaltet. As shown in FIG. 2, each pixel 4 is followed by its own signal processing stage 7, such that a plurality of signal processing stages 7 at a common Logic unit 8 ends. So it is possible for each individual pixel via its sensor elements 5, 6 differentially generated signals and then using the Logic unit 8 to summarize or to order and assign according to predetermined criteria weight in order to finally give a switching command via a control circuit 9, the z. B. switches a light source on or off.

Für die Anordnung der Pixel 4 ergibt sich eine große Zahl möglicher Varianten. Im einfachsten durch Fig. 1 repräsentierten Fall ist das Pixelarray 3 durch mehrere auf einer ebenen Fläche liegende Pixel 4 gebildet. Für andere Anwendungen zweckmäßiger ist es, die einzelnen Pixel 4 in den Brennpunkt einer ihnen zugeordneten Linse zu legen, so daß bei einer halbringartigen Linsenanordnung auch die Pixel 4 auf einem Bogen zu liegen kämen. Dementsprechend hätte eine Optik mit sphärisch angeordneten Linsen eine entsprechende Anordnung der einzelnen Pixel 4 zur Folge. Dies sind leicht übersehbare Zusammenhänge, die keiner bildlichen Darstellung bedürfen. There are a large number of possible variants for the arrangement of the pixels 4. In the simplest represented by Fig. 1, the pixel array 3 by several on one flat surface lying pixels 4 formed. It is more appropriate for other applications to place the individual pixels 4 in the focal point of a lens assigned to them, so that in the case of a half-ring-like lens arrangement, the pixels 4 also on an arc would come. Accordingly, optics with spherically arranged lenses would have a corresponding arrangement of the individual pixels 4 results. These are easily overlooked Connections that do not need to be illustrated.

BezugszeichenlisteReference list

  • Wärmestrahlung (1)Heat radiation (1)
  • Empfangsoptik (2)Reception optics (2)
  • Pixelarray (3)Pixel array (3)
  • Pixel (Elementenarray) (4)Pixel (Element Array) (4)
  • positives Sensorelement (5)positive sensor element (5)
  • negatives Sensorelement (6)negative sensor element (6)
  • Signalverarbeitungsstufe (7)Signal processing stage (7)
  • Logikeinheit (8)Logic unit (8)
  • Steuerschaltung (9)Control circuit (9)

    • Claims (13)

    Bewegungsmelder zur Detektion von Wärmestrahlung (1) abgebenden, beweglichen Objekten, insbesondere von Personen, in einem zu überwachenden Raum mit infrarotlichtempfindlichen Sensorelementen (5, 6), denen über eine Empfangsoptik (2) die emittierte Wärmestrahlung (1) so zugeführt ist, daß Bewegungen dieser Objekte an den Sensorelementen (5, 6) elektrische Signale hervorrufen, die über eine elektrische Schaltung auswertbar sind, und hierbei mehrere infrarotlichtempfindliche Sensorelemente (5, 6) als Elementenarray angeordnet und so geschaltet sind, daß eine Gleichlichtkompensation entsteht, dadurch gekennzeichnet, daß das Elementenarray als ein zum Strahlungsempfang geeignetes Pixel (4) ausgebildet und diesem eine eigene Signalverarbeitungsstufe (7) nachgeschaltet ist und daß mehrere Pixel (4) dieser Art vorgesehen sind, die wiederum zusammen ein Pixelarray (3) bilden, das eine strahlungsempfindliche Empfangsfläche abdeckt, die eine vorgegebene Empfangsstruktur aufweist und daß die den einzelnen Pixeln (4) zugeordneten Signalverarbeitungsstufen (7) mit einer Logikeinheit (8) verbunden sind, die nach einem fest vorgegebenen oder wählbaren Algorithmus die empfangenen Signale auswertet und an eine Steuerschaltung (9) weitergibt.Motion detector for the detection of heat radiation (1) emitting, moving objects, in particular people, in a room to be monitored with infrared light-sensitive sensor elements (5, 6), to which the emitted heat radiation (1) is fed via a receiving lens system (2) so that movements of these objects on the sensor elements (5, 6) cause electrical signals which can be evaluated via an electrical circuit, and in this case a plurality of infrared light-sensitive sensor elements (5, 6) are arranged as an element array and are switched in such a way that constant light compensation occurs, characterized in that the Element array as a suitable for radiation reception pixel (4) and this is followed by its own signal processing stage (7) and that several pixels (4) of this type are provided, which in turn form a pixel array (3), which covers a radiation-sensitive receiving surface, which has a predetermined reception structure and that the signal processing stages (7) assigned to the individual pixels (4) are connected to a logic unit (8) which evaluates the received signals according to a fixed or selectable algorithm and forwards them to a control circuit (9). Bewegungsmelder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Empfangsoptik (2) als Multifresnellinsen- oder Spiegeloptik aufgebaut ist. Motion detector according to claim 1, characterized in that the Receiver optics (2) is constructed as a multi-lens or mirror optics. Bewegungsmelder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Pixel (4) des Pixelarrays (3) auf einer ebenen Fläche kettenartig nebeneinander angeordnet sind.Motion detector according to one of the preceding claims, characterized in that the individual pixels (4) of the pixel array (3) on a flat surface are arranged side by side like a chain. Bewegungsmelder nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Pixel (4) des Pixelarrays (3) auf einer Mantelfläche koaxial zu einer Multifresnellinse oder einer Spiegelanordnung liegen.Motion detector according to one of the preceding claims 1 to 2, characterized characterized in that the individual pixels (4) of the pixel array (3) on a lateral surface are coaxial to a multi-lens or a mirror arrangement. Bewegungsmelder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Pixel (4) mit einem ihm zugeordneten Teil der Empfangsoptik (2) auf einen bestimmten, gegenüber anderen Raumbereichen abgegrenzten Raumbereich ausgerichtet ist.Motion detector according to one of the preceding claims, characterized in that each pixel (4) with a part of the receiving optics assigned to it (2) to a specific area that is delimited from other areas is aligned. Bewegungsmelder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Gleichlichtkompensation eine gleiche Zahl gegenpoliger Sensorelemente in Reihe geschaltet sind.Motion detector according to one of the preceding claims, characterized in that for equal light compensation an equal number of opposite-pole sensor elements are connected in series. Bewegungsmelder nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Gleichlichtkompensation in der Signalverarbeitungsstufe (7) eine Differenzbildung der Signale von mindestens zwei gleichen Sensorelementen erfolgt.Motion detector according to one of the preceding claims 1 to 5, characterized characterized in that for constant light compensation in the signal processing stage (7) a difference between the signals from at least two identical sensor elements he follows. Bewegungsmelder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in der Signalverarbeitungsstufe (7) oder der Logikeinheit (8) eine Auswertung des von jedem einzelnen Pixel (4) abgegebenen Signals derart erfolgt, daß daraus die Größe des strahlenden Objektes und/oder seine Geschwindigkeit und/oder seine Bewegungsrichtung feststellbar ist. Motion detector according to one of the preceding claims, characterized in that in the signal processing stage (7) or the logic unit (8) one The signal emitted by each individual pixel (4) is evaluated in such a way that the size of the radiating object and / or its speed and / or its direction of movement can be determined. Bewegungsmelder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Logikeinheit (8) nur dann die Steuerschaltung (9) zum Abschalten einer Beleuchtungseinrichtung aktiviert, wenn keines der Pixel (4) innerhalb einer vorgegebenen Zeitspanne ein Signal abgibt, das über einem vorgegebenen Schwellwert liegt.Motion detector according to one of the preceding claims, characterized in that the logic unit (8) only then the control circuit (9) for switching off a lighting device activated if none of the pixels (4) within a predefined time period emits a signal that is above a predetermined threshold lies. Bewegungsmelder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Logikeinheit (8) nur dann die Steuerschaltung (9) zum Einschalten einer Beleuchtungseinrichtung aktiviert, wenn mindestens zwei der Pixel (4) innerhalb einer vorgegebenen Zeitspanne ein Signal abgeben, das über einem vorgegebenen Schwellwert liegt.Motion detector according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the logic unit (8) only then the control circuit (9) for switching on of a lighting device is activated when at least two of the pixels (4) emit a signal within a predetermined period of time that is above a predetermined Threshold lies. Bewegungsmelder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Logikeinheit (8) mit Hilfe eines Mikroprozessors aufgebaut ist.Motion detector according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the logic unit (8) is constructed with the aid of a microprocessor. Bewegungsmelder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der als Pixelarray (3) aufgebaute pyroelektrische Sensor, die Signalverarbeitungsstufe (7) und die Logikeinheit (8) in einem Schaltkreis integriert sind.Motion detector according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the pyroelectric sensor constructed as a pixel array (3), the signal processing stage (7) and the logic unit (8) are integrated in a circuit. Bewegungsmelder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der als Pixelarray (3) aufgebaute pyroelektrische Sensor, die Signalverarbeitungsstufe (7) und die Logikeinheit (8) in CMOS-Technik gefertigt sind und die einzelnen Pixel (4) als pyroelektrische Dünnschichtelemente ausgeführt sind.Motion detector according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the pyroelectric sensor constructed as a pixel array (3), the signal processing stage (7) and the logic unit (8) are manufactured in CMOS technology and the individual pixels (4) are designed as pyroelectric thin-film elements.
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