JP2002310788A - 熱線センサシステム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】物体がどの程度の距離の範囲内にあるかを正確
に識別して、人間に対して失報したり、小動物に対して
誤報したりすることを回避する。 【解決手段】第１の熱線センサは１つのツイン素子２０
を備えており、そのゾーンは近距離に形成され、物体を
検知すると距離信号Ｋ＝１を出力する。第２の熱線セン
サは３つのツイン素子を備え、その警戒ゾーンは縦方向
に形成される。信号処理部１１は、比較器７からの信号
Ｓ１、比較器８からの出力Ｓ２、比較器９からの出力Ｓ
３、比較器２２からの距離信号Ｋの何れか一つの信号が
「１」となったことを検知すると、そこから内部のタイ
マを起動し、このタイマがタイムアウトした時点でその
他の信号の値を認識し、Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、及び距離信
号Ｋの値に応じて真理値表に基づいて警報信号ＡＳを出
力するか否かを判断する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、焦電素子等の輻射
エネルギー検出素子を用いた熱線センサに係り、特に、
人間と小動物を識別することができる熱線センサシステ
ムに関する。

【０００２】

【従来の技術】本出願人は、特開平６−７５０５９号公
報において、小動物による誤報を回避できる熱線センサ
システムを提案した。以下、説明する。図５は前記特開
平６−７５０５９号公報で提案した熱線センサシステム
の構成を示す図であり、図中、１、２、３はツイン素
子、４、５、６は増幅器、７、８、９は比較器、１０は
周波数検出器、１１は信号処理部、１２は素子部を示
す。

【０００３】素子部１２は３つのツイン素子１、２、３
で構成されている。ツイン素子１は、図６に示すよう
に、二つの焦電素子１Ａ，１Ｂが横方向に配置され、直
列に接続されており、これら二つの焦電素子１Ａ、１Ｂ
の合成出力が増幅器４に入力される。ツイン素子２、３
についても同様である。そして、これらのツイン素子
１、２、３は、図６に示すように縦方向に配置されてい
る。なお、本明細書では、縦方向とは、当該熱線センサ
システムが天井に設置されているとしたとき、床面から
天井方向への高さ方向をいう。従って、横方向とは縦方
向と直交する方向をいう。

【０００４】また、図５には図示していないが、素子部
１２には反射鏡等からなる集光光学系が設けられてお
り、３つのツイン素子１、２、３はこの集光光学系の焦
点近傍に配置されている。そして、ツイン素子１、２、
３の像は、この集光光学系によって、素子部１２から定
格距離Ｌだけ離れた位置では図７に示すように結像され
るものとする。この像が警戒ゾーンである。そして、こ
の集光光学系は、物体が定格距離Ｌの位置において0.5m
／sec 〜1.5m／sec の速度で警戒ゾーンを通過したとき
に、当該警戒ゾーンを形成しているツイン素子からは
0.5Ｈｚ〜 1Ｈｚの周波数の信号が出力されるように設
計されているものとする。

【０００５】なお、図７においてＰは素子部１２が配置
される位置を示す。また、１Ａ′はツイン素子１の焦電
素子１Ａによって形成される警戒ゾーンを示す。その他
の警戒ゾーンについても同様である。

【０００６】さて、ツイン素子１、２、３からの出力信
号はそれぞれ増幅器４、５、６で増幅され、比較器７、
８、９に入力される。比較器７、８、９は入力されたア
ナログ信号を２値化するものであり、入力信号が所定の
閾値以上のときにハイレベルを出力する。

【０００７】増幅器５の出力は周波数検出器１０にも入
力される。周波数検出器１０は入力信号が所定の周波数
成分、ここでは 1Ｈｚ以上の周波数成分を含むか否かを
検出し、入力信号に当該周波数成分が含まれている場合
にはハイレベル「１」を出力し、そうでない場合にはロ
ーレベル「０」を出力する。

【０００８】この周波数検出器１０の出力により物体が
定格距離Ｌの間のどの部分を横切ったかを識別すること
ができる。即ち、人間の歩行速度は、通常0.5m／sec 〜
1.5m／sec であるとされており、この速度で定格距離Ｌ
の位置で警戒ゾーン２Ａ′及び２Ｂ′を横切った場合に
は、ツイン素子２からは 0.5Ｈｚ〜 1Ｈｚの周波数の信
号が出力される。また、定格距離の半分の距離であるＬ
／２の位置でツイン素子２による警戒ゾーンを同じ速度
で横切った場合には、この距離においては警戒ゾーンの
大きさは定格距離における大きさの半分になるから、ツ
イン素子２の出力信号の周波数は２倍となり、 1〜 2Ｈ
ｚの周波数成分を含む電圧が出力されることになる。従
って、周波数検出器１０の出力がハイレベル「１」なら
物体は素子部１２からＬ／２の距離の範囲内を横切った
ことになり、ローレベル「０」なら物体はＬ／２〜Ｌの
範囲内を横切ったことが分かる。

【０００９】このような周波数検出器１０はハイパスフ
ィルタや比較器等で構成することができることは当業者
に明らかであろう。また、この周波数検出器１０が中央
に配置されるツイン素子２の信号系に設けられるのは、
物体が通過するときには、ツイン素子１による上段の警
戒ゾーンを通過したとしても、ツイン素子３による下段
の警戒ゾーンを通過したとしても、人間であればツイン
素子２による中段の警戒ゾーンは必ず通過するであろう
という考え方に基づくものであるが、要するに物体が横
切った位置が素子部１２からどの程度の距離の範囲であ
るかが識別できればよいから、どのツイン素子の信号系
に配置されてもよいものである。

【００１０】信号処理部１１は、比較器７からの出力Ｓ
１、比較器８からの出力Ｓ２、比較器９からの出力Ｓ
３、及び周波数検出回路１０からの出力Ｆを取り込み、
図８に示す真理値表に従って警報信号ＡＳの出力処理を
行うものであり、マイクロプロセッサあるいは論理回路
で構成される。

【００１１】図８において、番号１〜３はＦ＝１の場
合、即ち物体が素子部１２の位置ＰからＬ／２までの距
離の範囲内を横切った場合を示し、このときにはＳ１，
Ｓ２，Ｓ３の全てが「１」、即ち３つのツイン素子１、
２、３による全ての警戒ゾーンが横切られた場合にのみ
信号処理部１１は人間が侵入したとして、ハイレベル
「１」を出力する。これが警報信号ＡＳである。これは
逆にいえば、Ｓ１とＳ２のみが「１」である場合、及び
Ｓ２とＳ３のみが「１」である場合には小動物が通過し
たと判断するということであり、このとき小動物として
判断される物体の縦方向の大きさは、最大（ｂ＋ｃ）と
なる。

【００１２】また、図８において番号４〜９はＦ＝０の
場合、即ち物体が素子部１２の位置ＰからＬ／２〜Ｌの
間を横切った場合を示し、このときには信号処理部１１
は、Ｓ１のみが「１」の場合、Ｓ２のみが「１」の場
合、Ｓ３のみが「１」の場合の３つの場合は小動物とし
て警報信号ＡＳは出力しないが、その他の場合は人間が
侵入したとして警報信号ＡＳを出力する。従って、この
とき小動物として判断される物体の縦方向の大きさは、
最大（ｂ＋ｃ）である。なお、Ｓ１とＳ３のみが「１」
の場合は人間であるとは考えられないので図８に示す真
理値表には設定されていないものである。

【００１３】以上のように、この熱線センサシステムで
は、物体が素子部１２の位置ＰからＬ／２までの距離の
範囲内を横切ったと判断される場合には、人間の縦方向
の大きさは図７のｈよりは大きいものと定められ、小動
物の縦方向の大きさはｈ未満と定められており、物体が
素子部１２の位置ＰからＬ／２〜Ｌの間を横切ったと判
断される場合には、人間の縦方向の大きさは図７のＨよ
りは大きなものと定められ、小動物の縦方向の大きさは
Ｈ未満と定められているのである。なお、図７中のｈと
Ｈは、素子部１２からの距離が倍違うので、ｈ＝Ｈ／２
の関係にあることは明らかであろう。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た熱線センサシステムでは、素子部１２からの物体の距
離を、ツイン素子の出力信号の周波数に基づいて識別し
ている、即ち物体の動きの速度に基づいて識別している
ので、物体の移動速度が設計値である0.5m／sec〜1.5m
／sec の範囲内でない場合には、小動物を人間と誤って
判断して警報信号ＡＳを出力してしまったり、あるいは
人間を小動物と誤って判断してしまって警報信号ＡＳを
出力しなかったりする場合がある。

【００１５】例えば、図５に示す構成の熱線センサシス
テムにおいて、縦方向の大きさが図７のＨより若干大き
い人間が、定格距離Ｌの位置で素早く動いているとし、
このとき周波数検出器１０の出力Ｆが「１」であるとす
ると、信号処理部１１は、当該物体は素子部１２からＬ
／２までの範囲内にあると識別してしまう。そしてこの
場合には、Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３の全てが「１」の場合にの
み当該物体は人間であると判断されるのであるが、この
ときにこの人間が定格距離Ｌの位置で実際に横切る警戒
ゾーンは、ツイン素子１とツイン素子２による警戒ゾー
ンか、あるいはツイン素子２とツイン素子３による警戒
ゾーンかの何れかであり、ツイン素子１、２、３の全て
のツイン素子による警戒ゾーンを横切ることはない。こ
のことは図７における定格距離Ｌの位置での警戒ゾーン
の大きさとＨの関係から明らかである。従って、この場
合には、信号処理部１１は、Ｆ＝１であり、しかもＳ
１、Ｓ２、Ｓ３の全てが「１」ではないので、警報信号
ＡＳは出力されないことになる。つまり、この場合には
人間であっても警報信号ＡＳが出力されないので失報と
なるのである。

【００１６】また、図５に示す構成の熱線センサシステ
ムにおいて、縦方向の大きさが図７のｈより若干小さい
小動物が、定格距離Ｌの半分の距離の位置でゆっくり動
いているとし、このとき周波数検出器１０の出力Ｆが
「０」であるとする。このとき、信号処理部１１は、当
該物体は素子部１２からＬ／２より遠くの位置にあると
識別してしまう。そしてこの場合には、少なくともＳ１
＝Ｓ２＝１またはＳ２＝Ｓ３＝１が成立すれば当該物体
は人間であると判断されることになる。そして、このと
きにこの小動物は、当該定格距離Ｌの半分の距離の位置
において、少なくとも、ツイン素子１とツイン素子２に
よる警戒ゾーン、またはツイン素子２とツイン素子３に
よる警戒ゾーンの何れかを実際に横切ることになる。こ
のことは図７における定格距離Ｌの半分の距離Ｌ／２の
位置での警戒ゾーンの大きさとｈの関係から明らかであ
る。従って、この場合には、信号処理部１１は、Ｆ＝０
であり、しかも、少なくとも、Ｓ１＝Ｓ２＝１、または
Ｓ２＝Ｓ３＝１の何れかが成立するので、警報信号ＡＳ
を出力することになる。つまり、この場合には小動物が
人間と判断されて警報信号ＡＳが出力されてしまうので
ある。これは誤報である。

【００１７】以上のように、図５に示す従来の熱線セン
サシステムでは、素子部１２からの物体の距離を、ツイ
ン素子の出力信号の周波数に基づいて識別しているの
で、小動物を人間と誤って判断してしまったり、あるい
は人間を小動物と誤って判断してしまう場合があるので
ある。

【００１８】そこで、本発明は、物体が素子部からどの
程度の距離の範囲内にあるかを従来より正確に識別し
て、人間に対して失報したり、小動物に対して誤報した
りすることを回避できる熱線センサシステムを提供する
ことを目的とするものである。

【００１９】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、請求項１記載の熱線センサシステムは、１つのツ
イン素子が配置され、物体が当該熱線センサシステムか
ら横方向にどの距離の範囲にあるかを識別するための第
１の熱線センサと、３つのツイン素子が配置され、それ
ら３つのツイン素子による警戒ゾーンが縦方向に形成さ
れるようになされた第２の熱線センサとを備えることを
特徴とする。請求項２記載の熱線センサシステムは、１
つのツイン素子が配置され、物体が当該熱線センサシス
テムから横方向にどの距離の範囲にあるかを識別するた
めの第１の熱線センサと、３つのツイン素子が配置さ
れ、それら３つのツイン素子による警戒ゾーンが縦方向
に形成されるようになされた第２の熱線センサと、前記
第１の熱線センサからの距離信号と、前記第２の熱線セ
ンサの３つのツイン素子の出力信号に所定の処理を施し
た信号に基づいて、検知した物体が人間か小動物かを判
断し、人間であると判断される場合にのみ警報信号を出
力する信号処理部とを備えることを特徴とする。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しつつ発明の実
施の形態について説明する。図１は本発明に係る熱線セ
ンサシステムの一実施形態の正面図を示す図である。こ
の熱線センサシステム３０は、第１の熱線センサ３１、
第２の熱線センサ３３の２つの熱線センサを備えてい
る。第１の熱線センサ３１は集光光学系としての反射ミ
ラー３２を備えており、その焦点近傍には１つのツイン
素子２０が配置されている。同様に、第２の熱線センサ
３４は集光光学系としての反射ミラー３４を備えてお
り、その焦点近傍には３つのツイン素子からなる素子部
１２が配置されている。なお、図１中３５はカバーを示
している。また、図１において、図５に示すものと同等
なものについては同一の符号を付している。

【００２１】第２の熱線センサ３３の反射ミラー３４は
角度調整可能となされている。後述するところから明ら
かなように、第２の熱線センサ３３の反射ミラー３４に
よって形成されるゾーンは移動物体を検知するための警
戒ゾーンとなるので、当該熱線センサシステム３０が設
置される場所の広さ等に応じて可変する必要があるから
である。しかし、第１の熱線センサ３１は、移動物体が
第２の熱線センサ３３の素子部１２から横方向にどの程
度の距離の範囲にあるかを識別するために用いるだけで
あるので、第１の熱線センサ３１の反射ミラー３２は固
定していてよいものである。

【００２２】図２は熱線センサシステム３０の電気的な
ブロック構成を示す図であり、図中、２０はツイン素
子、２１は増幅器、２２は比較器を示す。図２におい
て、図５に示すものと同等なものについては同一の符号
を付して重複する説明を最小限にとどめることにする。

【００２３】第１の熱線センサ３１のツイン素子２０は
上述した通りであり、増幅器２１、比較器２２は、それ
ぞれ、増幅器４、比較器７と同じである。従って、第１
の熱線センサ３１のツイン素子２０の出力信号は増幅器
２１で増幅され、比較器２２に入力され、比較器２２で
２値化される。そして、比較器２２は、入力信号が所定
の閾値以上のときにハイレベル「１」を出力し、入力信
号が所定の閾値未満の場合にはローレベル「０」を出力
する。この比較器２２の出力を距離信号Ｋと称すること
にする。

【００２４】いま、例えば、第１の熱線センサ３１の反
射ミラー３２によるゾーンが、図３の斜線部で示すよう
に、熱線センサシステム３０の直下から、横方向に、第
２の熱線センサ３３の定格距離Ｌの半分のＬ／２の距離
まで形成されているものとすると、物体が図３の斜線部
に侵入した場合には比較器２２の出力である距離信号Ｋ
の値は「１」となり、それ以外の場合には距離信号Ｋの
値は「０」となる。なお、以下の説明では、図３に記載
したように、第１の熱線センサ３１によって形成された
ゾーンの範囲内を近距離と称し、それより遠くの距離範
囲を遠距離と称す。

【００２５】第２の熱線センサ３３の電気的ブロック構
成は、図５の構成から周波数検出器１０を除いた構成で
ある。従って、第２の熱線センサ３３の素子部１２を構
成する３つのツイン素子１、２、３は図６に示すと同じ
く縦方向に配置されている。そして、ツイン素子１、
２、３の像は、反射ミラー３４によって、図７に示すよ
うに結像される。これが警戒ゾーンとなる。そして、こ
の第２の熱線センサ３３による警戒ゾーンは、近距離か
ら遠距離まで形成されている。

【００２６】信号処理部１１は、比較器７からの信号Ｓ
１、比較器８からの出力Ｓ２、比較器９からの出力Ｓ
３、比較器２２からの距離信号Ｋの何れか一つの信号が
「１」となったことを検知すると、そこから内部のタイ
マ（図２には図示せず）を起動し、このタイマがタイム
アウトした時点でその他の信号の値を認識し、Ｓ１、Ｓ
２、Ｓ３、及び距離信号Ｋの値に応じて図４に示す真理
値表に基づいて警報信号ＡＳを出力するか否かを判断す
る。なお、図４に示す真理値表は、第１の熱線センサ３
１によるゾーンが図３の斜線部で示すように形成されて
いる場合に対応するものであり、図８に示す真理値表の
ＦをＫに置き換えたものである。また、タイマのタイム
アウト時間Ｔは任意に設定することができるが、あまり
長くすると物体が第２の熱線センサ３３の定格距離Ｌの
範囲内から外れてしまうことも考えられるので、長くて
も数秒程度とすればよい。

【００２７】例えば、いま、Ｓ３が「１」になったとす
ると、信号処理部１１はＳ３が「１」になったことを認
識すると共に、タイマを起動させ、タイマがタイムアウ
トした時点で、その他のＳ１、Ｓ２、Ｋの各信号の値を
認識する。このとき、Ｓ１＝Ｓ２＝Ｓ３＝Ｋ＝１であっ
たとすると、真理値表ではＡＳ＝１であるから、信号処
理部１１は警報信号を出力する。つまり、この場合に
は、当該物体は近距離にあり、しかも第２の熱線センサ
３３の３つのツイン素子による警戒ゾーンを横切ってい
るので、人間と判断される。

【００２８】しかし、タイマがタイムアウトした時点
で、Ｓ１＝０、Ｓ２＝Ｓ３＝Ｋ＝１であったとすると、
真理値表ではＡＳ＝０であるから、信号処理部１１は警
報信号を出力しない。即ち、この場合には、当該物体は
近距離にあり、しかも第２の熱線センサ３３のツイン素
子２とツイン素子３による警戒ゾーンしか横切っていな
いので、人間とは判断されず、小動物と判断される。

【００２９】このように、この熱線センサシステムで
は、物体が近距離にあるか、遠距離にあるかの識別を、
従来のように物体の移動速度に基づいて行うのではな
く、距離信号Ｋの値によって、即ち第１の熱線センサ３
１が物体を検知したか否かによって行っているので、物
体が近距離にあるのか、遠距離にあるのかを正確に識別
することができ、従来のように人間に対して失報した
り、小動物に対して誤報したりすることを回避すること
ができる。

【００３０】例えば、この熱線センサシステム３０にお
いて、縦方向の大きさが図７のＨより若干大きい人間
が、定格距離Ｌの位置で素早く動いているとする。この
とき当該人間は第１の熱線センサ３１には検知されない
からＫ＝０である。そしてこの場合には、この人間は定
格距離Ｌの位置において、第２の熱線センサ３３のツイ
ン素子１とツイン素子２による警戒ゾーンか、あるいは
ツイン素子２とツイン素子３による警戒ゾーンかの何れ
かを横切るので、Ｓ１＝Ｓ２＝１またはＳ２＝Ｓ３＝１
を満足することになる。従って、この場合には真理値表
によりＡＳ＝１であり、信号処理部１１は警報信号を出
力するので、従来のように失報することはない。

【００３１】また、縦方向の大きさが図７のｈより若干
小さい小動物が、定格距離Ｌの半分の距離の位置でゆっ
くり動いているとすると、このとき当該小動物は第１の
熱線センサ３１に検知されるからＫ＝１である。そして
この場合には、この小動物は定格距離Ｌの半分の距離の
位置において第２の熱線センサ３３のツイン素子１とツ
イン素子２による警戒ゾーンか、あるいはツイン素子２
とツイン素子３による警戒ゾーンかの何れかを横切るの
で、Ｓ１＝Ｓ２＝１またはＳ２＝Ｓ３＝１を満足するこ
とになる。従って、この場合には真理値表によりＡＳ＝
０であり、信号処理部１１は警報信号を出力しないの
で、従来のように誤報となることはない。

【００３２】以上本発明の一実施形態について説明した
が、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく種
々の変形が可能である。例えば、上記の説明では第１の
熱線センサ３１によるゾーンは近距離に形成するものと
したが、遠距離に形成するようにしてもよい。ただし、
その場合の真理値表は図４のＫの「１」と「０」とを入
れ換えたものとなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る熱線センサシステムの一実施形態
の正面図を示す図である。

【図２】本発明に係る熱線センサシステム３０の電気的
なブロック構成を示す図である。

【図３】第１の熱線センサ３１の反射ミラー３２によっ
て形成するゾーンの例を示す図である。

【図４】図２の信号処理部１１が行う処理の真理値表の
例を示す図である。

【図５】本出願人が特開平６−７５０５９号公報におい
て提案した熱線センサシステムの構成を示す図である。

【図６】図５の素子部１２の３つのツイン素子の配置を
示す図である。

【図７】図５の構成で形成される警戒ゾーンの例を示す
図である。

【図８】図５の信号処理部１１が行う処理の真理値表の
例を示す図である。

【符号の説明】

１、２、３、２０…ツイン素子 ４、５、６、２１…増幅器 ７、８、９、２２…比較器 １０…周波数検出器 １１…信号処理部 １２…素子部 ３０…熱線センサシステム ３１…第１の熱線センサ ３２…第１の熱線センサ３１の反射ミラー ３３…第２の熱線センサ ３４…第２の熱線センサ３３の反射ミラー ３５…カバー

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2G065 AA04 AB02 BC05 BD06 DA20 5C084 AA02 AA07 AA14 BB05 CC17 DD43 DD44 DD47 DD62 DD89 EE01 GG21 GG54 GG57 GG68

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】１つのツイン素子が配置され、物体が当該
   熱線センサシステムから横方向にどの距離の範囲にある
   かを識別するための第１の熱線センサと、 ３つのツイン素子が配置され、それら３つのツイン素子
   による警戒ゾーンが縦方向に形成されるようになされた
   第２の熱線センサとを備えることを特徴とする熱線セン
   サシステム。
2. 【請求項２】１つのツイン素子が配置され、物体が当該
   熱線センサシステムから横方向にどの距離の範囲にある
   かを識別するための第１の熱線センサと、 ３つのツイン素子が配置され、それら３つのツイン素子
   による警戒ゾーンが縦方向に形成されるようになされた
   第２の熱線センサと、 前記第１の熱線センサからの距離信号と、前記第２の熱
   線センサの３つのツイン素子の出力信号に所定の処理を
   施した信号に基づいて、検知した物体が人間か小動物か
   を判断し、人間であると判断される場合にのみ警報信号
   を出力する信号処理部とを備えることを特徴とする熱線
   センサシステム。