JP2008292435A - 物体検知装置 - Google Patents

Abstract

【課題】熱線センサを備えた物体検知装置において、検知エリア内の物体の存否と移動方向を検出できるようにする。
【解決手段】物体検知装置１は、赤外線を受光することに応じて検出信号ｓ１及び検出信号ｓ２を出力する検出部６ａ及び検出部６ｂと、検出信号ｓ１と検出信号ｓ２が閾値より大きいか否かの判断信号を出力する出力部４１と出力部４２と、判断信号に基づいて物体の存否と物体７の移動方向を判断する判断部５を備える。検出部６ａ及び検出部６ｂは、極性が異なり赤外線を検知する検出素子を２つずつ備える。検出部６ａと検出部６ｂは、互いに直交し十字形を構成するように配置され、いずれの検出素子が赤外線を検知したかに応じて正または負の検出信号ｓ１及び検出信号ｓ２を出力する。これにより、物体検知装置１は、判断部５が判断信号に基づいて判断した結果から物体７の存否と８方向について物体の移動方向を検出することができる。
【選択図】図３

Description

本発明は、熱線を検知する検出素子を用いて検知エリア内の物体の存否と移動方向を検出する物体検知装置に関する。

従来の物体検知装置は、ＰＩＲ（Ｐａｓｓｉｖｅ Ｉｎｆｒａｒｅｄ Ｒａｙ）センサ、超音波センサ、又はミリ波センサなどを備える。例えば、ＰＩＲセンサを備えた物体検知システムは、ＰＩＲセンサが検知エリア内の温度の変化を検知することによって、物体の存否を検出する。しかし、ＰＩＲセンサを備えた物体検知装置では、検知エリア内の状況によって物体を性格に検出できないことがあった。また、ＰＩＲセンサは、電気的な発熱によって発生するノイズによって正確に物体を検出できないことがあった。さらに、ＰＩＲセンサを備えた物体検知装置は、検知エリア内の物体の移動方向を正確に検出することができなかった。

そこで、例えば、物体検知装置は、極性を有しない複数の赤外線素子が互いに横方向にずらされ、かつ縦方向に平行に配置されることによって、物体の特定方向への移動方向と移動速度を検出する構成が知られている（例えば、特許文献１参照）。また、物体検知装置が、焦電フィルムに集熱用兼電極用の受光面電極が形成されている赤外線検知エレメントを複数備える構成が知られている（例えば、特許文献２参照）。ＰＩＲセンサが、焦電効果を有する材料基板と、この材料基板が接着固定される支持部との接着面積が小さくなるように形成された構成が知られている（例えば、特許文献３参照）。さらに、物体検知装置が、３つの検知エリアにおいて物体が存在するか否かを検出する構成が知られている（例えば、特許文献４参照）。

しかしながら、特許文献１に示される技術においては、各赤外線素子が平行に配置されているため、物体を検出できた場合であっても、物体の移動方向によっては、その移動方向を特定できないことがあった。また、特許文献２に示される技術においては、物体検知装置は、検知エリア内の状況に影響されることなく、正確に物体の存否を検出することはできるが、物体の移動方向を判断することはできなかった。また、特許文献３に示される技術においては、ＰＩＲセンサの感度を向上させるものであって、検知した物体の移動方向を判断するものではない。さらに、特許文献４に示される技術においては、物体検知装置が、３つの検知エリアにおける物体の存否に基づいて、検知エリア内の物体が人体であるか小動物であるかを区別することができるが、これらの物体の移動方向を判断することはできなかった。
特開平９−３１８４４２号公報 特開平６−３２３９１３号公報 特許第３８２９４５９号公報 特開平６−１１５７５号公報

本発明は、上記の問題を解決するためになされたものであり、検知エリア内の物体を検知するだけでなく、物体の移動方向を判断することができる物体検知装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために請求項１の発明は、物体が放射する熱線を検知して検出信号を出力する熱線センサと、検出信号に基づいて物体の存在を判断する判断部と、を備えた物体検知装置において、熱線センサは、物体の移動方向によって互いに異なる極性の信号を出力する２つの検出素子を備え、判断部は、検出素子が出力した検出信号の極性に応じて物体の移動方向を判断するようにしたものである。

請求項２の発明は、請求項１の物体検知装置において、２つの検出素子を備えた熱線センサを２組備え、２組の熱線センサは、物体を検知する検出エリアが異なり、それぞれの配置方向が９０°より小さい或る角度をもって配置され、検出エリア内に物体を検知すると検出信号を出力し、判断部は、熱線センサが出力した検出信号の極性に応じて物体の移動方向を判断するようにしたものである。

請求項３の発明は、請求項２の物体検知装置において、２組の熱線センサは、それぞれ物体を検知する検出エリアが異なり、互いに直交するように配置されているようにしたものである。

請求項１の発明によれば、熱線センサは、物体を検出した検出素子に応じて種類の異なった検出信号を出力する。判断部によって、検出信号の種類が、例えば、正の信号であるか負の信号であるか判断されることにより、物体の移動方向を検出することができる。

請求項２の発明によれば、２組の検出部から出力された検出信号は、判断部によって、その種類が判断される。これにより、４方向について物体の移動方向を検出することができる。

請求項３の発明によれば、検出部は、Ｔ字形または十字形となるように配置され、検出部が出力した検出信号は、判断部によって種類が判断される。これにより、複雑な構成とすることなく、判断部の判断内容に基づいて８方向について物体の移動を検出することができる。

以下、本発明の第１の実施形態に係る物体検知装置について、図面を参照して説明する。図１は、本実施形態に係る物体検知装置１の構成を示す。物体検知装置１は、人体や鳥などの物体が放射する赤外線を受光すること応じて正または負の検出信号ｓ１を出力する熱線センサ２と、熱線センサ２に接続され検出信号ｓ１を増幅する増幅回路３と、増幅回路３に接続され、増幅された検出信号ｓ１が予め定められた閾値より大きいか否かを判断し、判断した内容を判断信号として出力する出力部４と、出力部４から出力された判断信号に基づいて物体の存否と物体の移動方向を判断する判断部５とを備える。熱線センサ２は、赤外線を受光すると正または負の検出信号ｓ１を出力する検出部６を備える。検出部６は、極性の異なる２つの検出素子を備え、物体が放射する赤外線を検出すると検出信号ｓ１を出力するいわゆる２素子１出力構成となっている。ここで、熱線センサ２は、例えば、建造物や塀などの壁面に取り付けられ、人体や鳥などの物体を検出する。

出力部４は、正の検出信号ｓ１が出力されると、検出信号ｓ１が予め定められた正の閾値より大きいと判断して判断信号「Ｈｉｇｈ」を判断部５に出力する。一方、負の検出信号ｓ１が出力されると、検出信号ｓ１が予め定められた負の閾値より小さいと判断して判断信号「Ｌｏｗ」を、それ以外は「Ｍｉｄｄｌｅ」を判断部５に出力する。判断部５は、最初に検出される判断信号が「Ｈｉｇｈ」または「Ｌｏｗ」かに応じて物体の移動方向を判断する。

図２（ａ）乃至（ｃ）は、検出部６に対する物体の移動方向と、移動方向に応じて出力される検出信号ｓ１の関係を示す。図２（ａ）を参照して、検出部６は、正の極性を有する検出素子６１と負の極性を有する検出素子６２を備え、検出素子６１と検出素子６２は、水平方向に配置されている。ここで、物体７が、検出素子６１から検出素子６２へ向かう移動方向を右方向Ｒとし、検出素子６２から検出素子６１へ向かう移動方向を左方向Ｌとする。物体７が右方向Ｒに向かって移動すると、検出素子６１が先に赤外線を検出する。一方、物体７が左方向Ｌに向かって移動すると、検出素子６２が先に赤外線を検出する。検出部６は、検出素子６１が赤外線を検出すると正の検出信号ｓ１を出力し、検出素子６２が赤外線を検出すると負の検出信号ｓ１を出力する。ここで、検出信号ｓ１は、アナログ信号である。

図２（ｂ）（ｃ）において、縦軸は、検出信号ｓ１の電圧を示し、横軸は時間を示す。物体７が右方向Ｒへ移動すると、検出部６は、図２（ｂ）に示すように、赤外線を検知していない水平な定常値から正の方向に振幅した正の検出信号ｓ１を先に出力する。一方、物体７が左方向Ｌへ移動すると、検出素子６は、図２（ｃ）に示すように、赤外線を検知していない水平な定常値から負の方向に振幅した負の検出信号ｓ１を先に出力する。出力部４は、正または負の検出信号ｓ１が出力されたことに応じて判断信号を出力し、判断部５は、最初の判断信号の内容に応じて物体の移動方向を判断する。

図３は、本発明の第２の実施形態に係る物体検知装置１の構成を示す。物体検知装置１は、人体や鳥などの物体７が放射する赤外線を受光すること応じて検出信号ｓ１及び検出信号ｓ２を出力する熱線センサ２と、熱線センサ２に接続され検出信号ｓ１を増幅する増幅回路３１と、熱線センサ２に接続され検出信号ｓ２を増幅する増幅回路３２と、増幅回路３１に接続され、増幅された検出信号ｓ１が予め定められた閾値より大きいか否かを判断した判断信号を出力する出力部４１と、増幅回路３２に接続され、増幅された検出信号ｓ２が予め定められた閾値より大きいか否かを判断した判断信号を出力する出力部４２と、出力部４１及び出力部４２に接続され、出力部４１及び出力部４２から入力された判断信号に基づいて物体７の存否と物体７の移動方向を判断する判断部５を備える。

熱線センサ２は、検出部６ａと検出部６ｂを備え、検出部６ａ及び検出部６ｂは、それぞれ極性の異なる２つの検出素子を備える。検出部６ａは、物体７が放射する赤外線を検出すると検出信号ｓ１を出力し、検出部６ｂは、物体７が放射する赤外線を検出すると検出信号ｓ２を出力するため、熱線センサ２は、いわゆる４素子２出力構成となっている。また、出力部４１と出力部４２は、検出信号ｓ１または検出信号ｓ２が予め定められた正の閾値より大きいとき判断信号「Ｈｉｇｈ」を出力し、負の閾値より小さいとき判断信号「Ｌｏｗ」を出力し、負の閾値以上正の閾値以下のとき判断信号「Ｍｉｄｄｌｅ」を出力する。

図４は、熱線センサ２の構成を示す。熱線センサ２は、赤外線を検出する検知エリアが異なる検出部６ａと検出部６ｂを備える。検出部６ａは、正の極性を有する検出素子６１ａと負の極性を有する検出素子６２ａとを備え、検出部６ｂは、正の極性を有する検出素子６１ｂと負の極性を有する検出素子６２ｂとを備える。検出部６ａは、検出素子６１ａが赤外線を検知すると正の検出信号ｓ１を出力し、検出素子６２ａが赤外線を検知すると負の検出信号ｓ１を出力する。また、検出素子６１ａ及び検出素子６２ａは、同時に赤外線を検知すると正と負が互いに打ち消し合うことにより、赤外線を検知していないときの定常値と同様の水平な検出信号ｓ１を出力する。

また、検出部６ｂは、検出部６ａと同様に、検出素子６１ｂが赤外線を検知すると正の検出信号ｓ２を出力し、検出素子６２ｂが赤外線を検知すると負の検出信号ｓ２を出力する。検出素子６１ｂ及び検出素子６２ｂは、同時に赤外線を検知すると、赤外線を検知していないときの定常値と同様の水平な検出信号ｓ２を出力する。検出部６ａと検出部６ｂは、それぞれの配置方向が９０°より小さい或る角度をもって配置される。これにより、物体検知装置１は、４方向について物体７の移動方向を判断することが可能となる。

図４において、Ａは上方向、Ｂは右方向、Ｃは下方向、Ｄは左方向とする。例えば、物体７が右方向Ｂに移動したとき、検出部６ａの検出素子６１ａと検出部６ｂの検出素子６１ｂが物体７からの赤外線を検知する。検出素子６１ａが赤外線を検出することによって、検出部６ａは、正の検出信号ｓ１を出力し、検出素子６１ｂが赤外線を検出することによって、検出部６ｂは、正の検出信号ｓ２を出力する。このとき、出力部４１は、増幅回路３１によって増幅された正の検出信号ｓ１が閾値より大きいと判断して、判断信号「Ｈｉｇｈ」を判断部５に出力する。一方、出力部４２は、増幅回路３２によって増幅された正の検出信号ｓ２が閾値より大きいと判断して、判断信号「Ｈｉｇｈ」を判断部５に出力する。判断部５は、出力部４１及び出力部４２からの判断信号がともに「Ｈｉｇｈ」であることから、物体７が右方向Ｂに向かって移動したと判断する。

図５（ａ）乃至（ｄ）は、検出部６ａ及び検出部６ｂに対する物体の移動方向と、移動方向に応じて出力される検出信号ｓ１及び検出信号ｓ２の関係を示す。ここで、縦軸は、検出信号ｓ１及び検出信号ｓ２の電圧を示し、横軸は時間を示す。図５（ａ）を参照して、物体７が方向Ａに向かって移動した場合の検出信号ｓ１及び検出信号ｓ２について説明する。物体７が上方向Ａに向かって移動すると、先に検出素子６２ｂが物体７の放射する赤外線を検出し、次に検出素子６１ａ及び検出素子６２ａが同時に赤外線を検出する。検出素子６２ｂが赤外線を検出すると、検出部６ｂは、検出信号ｓ２として、負の方向に振幅した負の検出信号ｓ２を出力する。続いて、検出素子６１ａ及び検出素子６２ａが同時に赤外線を検出すると、検出部６ａは、赤外線を検出していない定常値と同様の水平な検出信号ｓ１を出力する。

出力部４２は、増幅回路３２によって増幅された正の検出信号ｓ２が正の閾値より大きいと判断して、判断信号「Ｈｉｇｈ」を判断部５に出力する。一方、出力部４１は、増幅回路３１によって増幅された検出信号ｓ１が負の閾値以上正の閾値以下であると判断して、判断信号「Ｍｉｄｄｌｅ」を判断部５に出力する。判断部５は、出力部４１から判断信号「Ｍｉｄｄｌｅ」が入力され、出力部４２から判断信号「Ｈｉｇｈ」が入力されたことによって、物体７が検知エリア内を上方向Ａに向かって移動したと判断する。このように、物体検知装置１は、検出部６ａと検出部６ｂが、それぞれ９０°より小さい或る角度をもって配置され、判断部５が、出力部４１及び出力部４２から出力された判断信号の組み合わせを判断することにより、熱線センサ２の検知エリア内に物体７が存在するか否かを検知するだけでなく、上方向Ａ乃至左方向Ｄの４方向について物体７の移動方向を判断することが可能となる。

次に、本発明の第３の実施形態に係る物体検知装置１について説明する。本実施形態における物体検知装置１の構成及び動作は、第２の実施形態の構成及び動作とほぼ同じである。図６は、本実施形態に係る熱線センサ２の構成を示す。検出部６ｂは、水平に設置された検出部６ａに対して直交することによって、検出部６ａとＴ字形を構成するように配置される。これにより、物体検知装置１は、８方向について物体７の移動方向を判断することが可能となる。図６において、Ａを上方向Ａ、Ｂを右上方向、Ｃを右方向、Ｄを右下方向、Ｅを下方向、Ｆを左下方向、Ｇを左方向、Ｈを左上方向とする。

図７（ａ）乃至（ｈ）は、検出部６ａ及び検出部６ｂに対する物体の移動方向と、移動方向に応じて出力される検出信号ｓ１及び検出信号ｓ２の関係を示す。ここで、縦軸は、検出信号ｓ１及び検出信号ｓ２の電圧を示し、横軸は時間を示す。図７（ｂ）を参照して、物体７が右上方向Ｂに向かって移動した場合の検出信号ｓ１及び検出信号ｓ２について説明する。物体７が右上方向Ｂに向かって移動すると、検出部６ａにおいては、先に検出素子６１ａが物体７の放射する赤外線を検出し、検出部６ｂにおいては、先に検出素子６２ａが物体７の放射する赤外線を検出する。検出素子６１ａが赤外線を検出すると、検出部６ａは、正の方向に振幅した検出信号ｓ１を出力する。一方、検出素子６１ｂが赤外線を検出すると、検出部６ｂは、負の方向に振幅した負の検出信号ｓ２を出力する。

出力部４１は、増幅回路３１によって増幅された正の検出信号ｓ１が正の閾値より大きいと判断して、判断信号「Ｈｉｇｈ」を判断部５に出力する。一方、出力部４２は、増幅回路３２によって増幅された負の検出信号ｓ２が負の閾値より小さいと判断して、判断信号「Ｌｏｗ」を判断部５に出力する。判断部５は、出力部４１から判断信号の最初の「Ｈｉｇｈ」が入力され、出力部４２から判断信号「Ｌｏｗ」が入力されたことによって、物体７が検知エリア内を右上方向Ｂに向かって移動したと判断する。このように、物体検知装置１は、検出部６ａと検出部６ｂとが、Ｔ字形に配置され、判断部５が、出力部４１及び出力部４２から出力された最初の判断信号の組み合わせを判断することにより、熱線センサ２の検知エリア内に物体７が存在するか否かを検知するだけでなく、上方向Ａ乃至左上方向Ｈの８方向について物体７の移動方向を判断することが可能となる。

次に、本発明の第４の実施形態に係る物体検知装置１について説明する。図８は、本実施形態に係る熱線センサ２の構成を示す。本実施形態における物体検知装置１の構成及び動作は、第２の実施形態及び第３の実施形態の構成及び動作とほぼ同じである。検出部６ｂは、水平に設置された検出部６ａに対して直交することによって、検出部６ａと十字形を構成するように配置される。これにより、物体検知装置１は、８方向について物体７の移動方向を判断することが可能となる。図８において、Ａを上方向Ａ、Ｂを右上方向、Ｃを右方向、Ｄを右下方向、Ｅを下方向、Ｆを左下方向、Ｇを左方向、Ｈを左上方向とする。

ここで、物体７の移動方向と検出信号ｓ１及び検出信号ｓ２との関係は、図７と同じ関係となる。図７（ｃ）を参照して、物体７が右方向Ｃに向かって移動する場合の検出信号ｓ１及び検出信号ｓ２について説明する。物体７が右方向Ｃに向かって移動すると、先に検出素子６１ａが物体７の放射する赤外線を検出し、続いて、検出素子６１ｂ及び検出素子６２ｂが同時に物体７の放射する赤外線を検出する。検出素子６１ａが赤外線を検出すると、検出部６ａは、検出信号ｓ１として正の方向に振幅した正の検出信号ｓ１を先に出力する。続いて、検出素子６１ｂ及び検出素子６２ｂが同時に赤外線を検出すると、検出部６ｂは、赤外線を検出していない定常値と同様の水平な検出信号ｓ２を出力する。

出力部４１は、増幅回路３１によって増幅された正の検出信号ｓ１が正の閾値より大きいと判断して、判断信号「Ｈｉｇｈ」を判断部５に出力する。一方、出力部４２は、増幅回路３２によって増幅された検出信号ｓ２が負の閾値以上正の閾値以下であると判断して、判断信号「Ｍｉｄｄｌｅ」を判断部５に出力する。判断部５は、出力部４１から判断信号「Ｈｉｇｈ」が先に入力され、出力部４２から判断信号「Ｍｉｄｄｌｅ」が入力されたことによって、物体７が検知エリア内を右方向Ｃに向かって移動したと判断する。このように、物体検知装置１は、検出部６ａと検出部６ｂとが、十字形に配置され、判断部５が、出力部４１及び出力部４２から出力された判断信号の組み合わせを判断することにより、熱線センサ２の検知エリア内に物体７が存在するか否かを検知するだけでなく、上方向Ａ乃至左上方向Ｈの８方向について物体７の移動方向を判断することが可能となる。また、物体検知装置１は、検出部６ａと検出部６ｂが点対称である十字形に配置されることにより、検出部６ａと検出部６ｂがＴ字形に配置される場合に比べて、物体７の移動方向に関わらず、安定して移動方向を判断することができる。

このように、第１の実施形態においては、物体検知装置１は、極性の異なる検出素子６１と検出素子６２が水平に並べて配置されることにより、検出部６の検知エリア内に人体や鳥などの物体７が存在していることを検知することができ、さらに、物体７の左右への移動方向を判断することができる。また、第２乃至第４の実施形態においては、物体検知装置１は、４素子２出力構成の熱線センサ２を備えることにより、熱線センサ２の検知エリア内に人体や鳥などの物体７が存在していることを検知することができ、さらに、４方向または８方向について物体７の移動方向を判断することが可能となる。

なお、本発明は、上記実施形態の構成に限られず、種々の変形が可能であり、第１の実施形態において、例えば、検出素子６１及び検出素子６２は、水平に並べて配置される構成ではなく、縦に並べて配置される構成であっても構わない。また、第２乃至第４の実施形態において、例えば、物体検知装置１は、出力部４１と出力部４２とを備える構成ではなく、出力部４１と出力部４２の機能を備える出力部を１つだけ備える構成であっても構わない。さらに、第２乃至第４の実施形態において、例えば、検出部６ａまたは検出部６ｂが、赤外線を検出していない定常値と同様の水平な検出信号ｓ１または検出信号ｓ２を出力したとき、出力力部４１または出力部４２が判定信号「Ｍｉｄｄｌｅ」を判断部５に出力する構成ではなく、判定信号を出力しない構成であっても構わない。

本発明の第１の実施形態に係る物体検知装置の構成図。 （ａ）〜（ｃ）は本実施形態に係る物体の移動方向に応じて出力される検出信号の関係を示す図。 本発明の第２の実施形態に係る物体検知装置の構成図。 本実施形態に係る熱線センサの構成図。 （ａ）〜（ｄ）は本実施形態に係る物体の移動方向に応じて出力される検出信号の関係を示す図。 本発明の第３の実施形態に係る熱線センサの構成図。 （ａ）〜（ｈ）は本実施形態に係る物体の移動方向に応じて出力される検出信号の関係を示す図。 本発明の第４の実施形態に係る熱線センサの構成図。

符号の説明

１ 物体検知装置
２ 熱線センサ
５ 判断部
６ 検出部
６１ 検出素子
６２ 検出素子
６ａ 検出部
６ｂ 検出部
６１ａ 検出素子
６２ａ 検出素子
６１ｂ 検出素子
６２ｂ 検出素子
７ 物体
ｓ１ 検出信号
ｓ２ 検出信号

Claims (3)

1. 物体が放射する熱線を検知して検出信号を出力する熱線センサと、前記検出信号に基づいて物体の存在を判断する判断部と、を備えた物体検知装置において、
   前記熱線センサは、物体の移動方向によって互いに異なる極性の信号を出力する２つの検出素子を備え、
   前記判断部は、前記検出素子が出力した検出信号の極性に応じて物体の移動方向を判断することを特徴とする物体検知装置。
2. 前記２つの検出素子を備えた熱線センサを２組備え、
   前記２組の熱線センサは、物体を検知する検出エリアが異なり、それぞれの配置方向が９０°より小さい或る角度をもって配置され、該検出エリア内に物体を検知すると検出信号を出力し、
   前記判断部は、前記熱線センサが出力した検出信号の極性に応じて物体の移動方向を判断することを特徴とする請求項１に記載の物体検知装置。
3. 前記２組の熱線センサは、それぞれ物体を検知する検出エリアが異なり、互いに直交するように配置されていることを特徴とする請求項２に記載の物体検知装置。

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