JP2009236751A - 赤外線センサ、赤外線センサを使った検知方法 - Google Patents

Abstract

【課題】環境に起因するバックグラウンドによらず、検知対象を正確に検知でき、しかも検知範囲内において静止している対象をも検知することが可能な赤外線センサを提供する。
【解決手段】量子型の赤外線検出素子２０１から出力される赤外線の検出信号を微分して微分値を得る微分回路２０３と、微分値と、基準値設定しきい値Ｖ0とを比較し、比較の結果、微分値が基準値設定しきい値Ｖ0より大きい場合、この微分値に対応する出力値の出力タイミングに基づいて選択された出力値を基準値に設定する第１判定回路２０４と、設定された基準値と、基準値に設定された出力値よりも後に入力された後続出力値との差分Ｖdiffを人体検知しきい値Ｖ1と比較し、比較の結果に基づいて人体の有無を判定する第２判定回路２０５と、によって赤外線センサを構成する。
【選択図】図２

Description

本発明は、赤外線センサ及び赤外線センサを使った検知方法に関し、特に、光子によって生じる電荷を利用して人体を検知する量子型の赤外線センサ及び赤外線センサを使った検知方法に関する。

現在、自動ドアや照明灯の自動点灯等、様々な場面で人体を検知する赤外線センサが使用されている。赤外線センサは、人体から放出されるわずかな赤外線を検知して人体の有無を検知することができるセンサである。
この種のセンサとして焦電素子を用いたものが知られている。焦電素子は、赤外線輻射量の変化分に対応した電気信号を出力するものであるから、検知領域内で人体が静止した場合は、赤外線の輻射量は変化せず検知が困難になるという欠点がある。また、焦電素子以外の赤外線検出素子としては、例えば、サーモパイルがある。サーモパイルは、焦電素子に比べ出力信号は小さいものの、静止した対象物を検知することができる。

図１２（ａ）は、静止した対象物の検知が可能な赤外線センサによる赤外線検知の最も簡単なアルゴリズムを説明するための図である。図中の縦軸は赤外線センサが出力する信号の値（電圧レベル等、以降出力値と記す）を示し、横軸は時間を示している。図示するように、出力値は、人体が赤外線センサの検知範囲に入った場合に大きくなり、検知範囲から外れた場合にバックグラウンドの赤外線と同程度の値になる。したがって、出力値とバックグラウンドとの差が所定のしきい値より大きい値を有する期間、人体が赤外線センサの検知範囲にあったと判定することができる。

ただし、赤外線センサの出力値は、赤外センサが置かれた時刻や季節といった環境の温度等によって影響を受けることでも知られている。また、図１２（ｂ）に示すように、環境の温度と人体の温度との大小関係によって出力値の極性が変化する。さらに、図１２（ｃ）のように、バックグラウンドとなる赤外線の量が検知の途中で変化した場合、出力値としきい値との比較が難しくなる。このため、赤外線センサに常に適正なしきい値を固定値として設定することは困難であり、赤外線のバックグラウンドによらず正確に人体の有無を検知することが要求されていた。

このような要求に応える従来の赤外線センサとして、赤外線センサの出力値そのものでなく、出力値を微分した微分値を使って人体を検知するものがある。図１３は、微分値を使う従来の赤外線センサを説明するための図であって、図１３（ａ）の縦軸は赤外線センサの出力値を微分した微分値、横軸は時間を示している。図１３（ｂ）の縦軸は赤外線センサの出力値、横軸は時間を示している。図１３（ａ）を用いれば、バックグラウンドの赤外線量によらず、赤外線量の変化によって人体の有無を検知することができるので、環境状態によらず正確に人体の有無を検知することができる赤外線センサを提供することができる。なお、このような赤外線センサの従来技術としては、例えば、特許文献１に記載された赤外線センサがある。
特開平１１−６７６４号公報

しかしながら、図１３（ａ）に例示した赤外線センサは、赤外線量の変化を検出しているので、赤外線センサの検知範囲に入った後に静止した人体を検知することができないという課題がある。すなわち、図１３（ａ）中に示した時刻ｔ１において人体が赤外線センサの検知範囲に入った後、時刻ｔ２において検知範囲から出た場合、時刻ｔ１〜時刻ｔ２の間に出力値の有意な変化がない。

このため、出力値の微分値を使う赤外線センサを例えば自動ドアに用いた場合、ドアを開放するタイミングを検出することはできるものの、検知範囲内で静止している人体を検知することができない。また、例えば警備システムに用いた場合、検知範囲に何者かが立入ったことは検知できるものの、その後検知範囲内にいるのか否かを検知することはできない。

また、図１３の時刻ｔ２における出力値を使って検知範囲から人体が出たことを検知することも考えられる。しかし、このような判定は、検知範囲内の人体を直接検知するものではない。このことから、検知範囲に入った者が全て検知範囲から出たのか（検知範囲内は無人になったのか）、依然として検知範囲で静止しているのかといった情報を得ることができない。

本発明は、上記した点に鑑みてなされたものであり、環境に起因するバックグラウンドによらず、検知対象を正確に検知でき、しかも検知範囲内において静止している対象をも検知することが可能な赤外線センサ及び赤外線センサを用いた検知方法を提供することを目的とする。

以上の課題を解決するため、本発明の請求項１の赤外線センサは、量子型の赤外線検出素子から順次出力される検出信号を微分する微分手段と、前記微分手段による微分値と、予め定められた第１しきい値とを比較する第１比較手段と、前記第１比較手段による比較の結果、前記微分値が前記第１しきい値より大きくなった場合、当該微分値に対応する検出信号の出力タイミングに基づいて、所定の検出信号を基準値に設定する基準値設定手段と、前記基準設定手段によって設定された前記基準値と、前記出力タイミング以降に入力された後続検出信号との差分を予め定められた第２しきい値と比較する第２比較手段と、前記第２比較手段による比較の結果に基づいて、検知対象の有無を判定する検知判定手段と、を備えることを特徴とする。

請求項２に記載の赤外線センサは、請求項１に記載の発明において、前記基準値設定手段が、前記出力タイミングの直前に入力された直前検出信号を基準値に設定し、前記検知判定手段は、前記基準値と前記後続検出信号との差分が前記第２しきい値より大きい場合、検知対象が検知されたと判定することを特徴とする。

請求項３記載の赤外線センサは、請求項１または２に記載の発明において、前記検知判定手段が、前記基準値と前記後続検出信号との差分が前記第２しきい値以下である場合、検知対象が検知されていないと判定することを特徴とする。

請求項４に記載の赤外線センサは、請求項１に記載の発明において、前記基準値設定手段が、前記出力タイミングの直後に入力された直後検出信号を基準値に設定し、前記検知判定手段は、前記基準値と前記後続検出信号との差分が第２しきい値より大きい場合、検知対象が検知されていないと判定することを特徴とする。

請求項５に記載の赤外線センサは、請求項１または２に記載の発明において、前記第２しきい値と第３しきい値とを切替えて設定するしきい値設定切り替え手段をさらに有し、前記しきい値設定切り替え手段は、前記検知判定手段によって検知対象が検知されていないと判定されている場合に前記第２しきい値を設定し、前記検知判定手段によって検知対象が検知されていると判定されている場合に前記第３しきい値を設定し、前記検知判定手段は、前記第２しきい値が設定されている場合、前記基準値と前記後続検出信号との差分が前記第２しきい値より大きい場合に検知対象が検知されたと判定し、前記第３しきい値が設定されている場合、前記基準値と前記後続検出信号との差分が前記第３しきい値より大きい場合に検知対象が検知されていないと判定することを特徴とする。

請求項６に記載の赤外線センサを使った検知方法は、量子型の赤外線検出素子から順次出力される検出信号を微分する微分ステップと、前記微分ステップによる微分値と、予め定められた第１しきい値とを比較する第１比較ステップと、前記第１比較ステップにおける比較の結果、前記微分値が前記第１しきい値より大きくなった場合、当該微分値に対応する検出信号の出力タイミングに基づいて所定の検出信号を基準値に設定する基準値設定ステップと、前記基準値設定ステップにおいて設定された前記基準値と、前記出力タイミングよりも後に入力された後続検出信号との差分を予め定められた第２しきい値と比較する第２比較ステップと、前記第２比較ステップにおける比較の結果に基づいて、検知対象の有無を判定する検知判定ステップと、を含むことを特徴とする。

請求項１の発明は、赤外線の検出信号を微分した微分値を使うことにより、バックグラウンドとなる赤外線の状態によらず赤外線の変化を検出することができる。また、この変化を基準にして基準値を設定することにより、検知範囲において人体が検知された等の変化が起こった時点を特定し、この時の赤外線センサの状態を正確に把握することができる。また、基準値に設定された検出信号よりも後に入力された後続検出信号との差分をとることにより、測定される赤外線からバックグラウンドとなる赤外線を除き、検知対象が放出する赤外線を正確に把握することができる。また、検知対象が放出した赤外線を第２しきい値と比較することにより、移動、静止の状態に関わらず、検知対象を検知することができる。したがって、環境に起因するバックグラウンドによらず、検知対象を正確に検知でき、しかも検知範囲内において静止している対象をも検知することが可能な赤外線センサを提供することができる。

請求項２の発明は、検知対象が検知される直前の赤外線の状態に基づいて基準値を設定することができる。このため、検出環境の状態（赤外線センサの取付位置、季節、時間帯等、外乱の状態）に即した基準値を設定することができる。
請求項３の発明は、対象が静止状態であるか、検知されていないのかを区別して判定することができる。

請求項４の発明は、検知対象が検知されるようになった直後の赤外線の状態に基づいて基準値を設定することができる。このため、検出環境の状態（赤外線センサの取付位置、季節、時間帯等、外乱の状態）に即した基準値を設定することができる。
請求項５の発明は、対象の検知開始に生じる赤外線の変化と検知がされなくなったことによって生じる赤外線の変化とを使って検知対象の有無を判定することができる。また、検知がされなくなった際にも基準値を設定するので、検知開始後に赤外線のバックグラウンドの状態が変化した場合にもバックグラウンドに影響されることなく検知対象が放出する赤外線の変化だけを検知することができる。

請求項６の発明は、環境に起因するバックグラウンドによらず、検知対象を正確に検知でき、しかも検知範囲内において静止している対象をも検知することが可能な赤外線センサを使った検知方法を提供することができる。

以下、図を参照して本発明に係る赤外線センサの実施形態１、実施形態２、実施形態３を説明する。なお、本明細書では、実施形態１〜３のいずれにおいても検知対象を人体として説明をする。また、赤外線センサに使用される赤外線検出素子は、いずれも光子がＰＮ接合（またはＰＩＮ接合）に入射した時に生じる電荷を検出する素子であり、赤外線が入射する受光面にはＩｎＡｓ_xＳｂ_(1-x)（０≦ｘ≦１）が使用されているものとする。このような赤外線検出素子としては、例えば、特開２００７−８１２２５号公報に記載されているように公知のものであるから、これ以上の説明を省く。特開２００７−８１２２５号公報に記載の赤外線検出素子は、高感度、低ノイズ、高速応答性といった特徴をもち、本発明に適用される赤外線検出素子として好ましい。

（実施形態１）
１．動作原理
図１は、本発明の実施形態１の動作原理を説明するための図である。図１（ａ）は、実施形態１の検知センサが人体を検知する際の基準値を決定するための処理を説明するための図である。図１（ａ）の縦軸は赤外線センサの出力値を微分した微分値を示し、横軸は時間を示している。また、図１（ｂ）は、図１（ａ）に示した処理によって決定した基準値を使って人体を検出する処理を説明するための図である。図１（ｂ）の縦軸は赤外線センサの出力値を示し、横軸は時間を示している。なお、図中に背景の温度変化等による出力値の揺らぎの範囲にＮの符号を付して示す。

実施形態１の赤外線センサでは、赤外線検出素子が出力する信号の値（以下、実施形態１〜３では「出力値」と記す）と、出力値の微分値とを連続して入力している。微分値は、人体の移動によって赤外線センサが人体を検知していない状態から検知した状態に移行したとき、または検知している状態から検知しない状態に移行したとき特に大きく変化する。

実施形態１では、微分値が予め定められたしきい値（基準値設定しきい値Ｖ0）より大きい値に達したか否かを判定する。図１（ａ）では、図中に示したピークＰ１が基準値設定しきい値Ｖ0を上回ったものとする。このような場合、ピークＰ１は赤外線センサが人体を検知したと考えられる。したがって、ピークＰ１が発生した時刻ｔ１以前に検知されている赤外線はバックグラウンドであると判定できる。実施形態１は、この点に着目し、時刻ｔ１の直前に検出された出力値（直前検出信号）を基準値ｂ１に設定する。

基準値ｂ１を設定した後、実施形態１の赤外線センサは、図１（ｂ）に示す出力値のうち、ピークＰ１に対応する出力値の出力タイミング以降に順次出力される出力値（実施形態１〜３では「後続出力値」とも記す）を基準値ｂ１と比較する。そして、この出力値と基準値ｂ１との差分Ｖｄｉｆｆが人体検知しきい値Ｖ1より大きくなった場合、赤外線センサの検知範囲内に人体があると判定する。また、後続出力値と基準値ｂ１との差分Ｖdiffが人体検知しきい値Ｖ1以下になった場合、検知範囲に人体がないと判定する。

なお、図１に示した例では、人体を検知した場合に出力値が増加する方向に変化する例を示している。しかし、人体が環境温度より低温である場合、出力値は減少する方向に変化するので、マイナスの値が出力される。実施形態１では、基準値設定しきい値Ｖ0、人体検知しきい値Ｖ1をいずれも絶対値とし、出力値や微分値の絶対値と比較することによって環境温度によらず人体を検知することを可能にしている。

図２は、以上説明した実施形態１の赤外線センサの構成を説明するための図である。実施形態１の赤外線センサは、量子型の赤外線検出素子２０１が出力値を出力する。また、実施形態１の赤外線センサは、入力された出力値を微分して微分値を得る微分回路２０３と、微分回路２０３によって得られた微分値を基準値設定しきい値Ｖ0（第１しきい値）と比較し、微分値が基準値設定しきい値Ｖ0より大きい場合、この微分値に対応する出力値の出力タイミングに基づいて所定の出力値を基準値ｂ１に設定する第1判定回路２０４と、基準値ｂ１と、この出力タイミング以降に入力された後続出力値との差分である差分Ｖdiffと人体検知しきい値（第２しきい値）とを比較し、比較の結果に基づいて、検知対象の有無を判定する第２判定回路２０５と、を備えている。

また、実施形態１の赤外線センサは、第２判定回路２０５によって出力される判定結果を示す信号を入力し、判定結果を外部に知らせるための信号を出力する出力回路２０６を備えている。出力回路２０６によって出力される信号は、ブザー等の音声信号であってもよいし、テキストデータや画像データであってもよい。さらに、警備会社等に対して自動的に電話をかけるための制御信号であってもよい。

さらに、実施形態１の赤外線センサは、記憶回路２０２を備え、設定された基準値ｂ１は、記憶回路２０２に格納されている。
ここで、「微分値に対応する検出信号の出力タイミングに基づいて所定の出力値を基準値に設定する」の内容について具体的に説明する。実施形態１では、基準値設定しきい値Ｖ0よりも大きい微分値に対応する出力値の出力タイミングの直前に入力された出力値を基準値ｂ１に設定している。なお、説明の簡単のため、入力された出力値Ｏnと、出力値Ｏnの次に入力された出力値Ｏn+1との差分を微分値とする。この説明では、出力値を基準値ｂ１に設定するとは、記憶回路２０２に所定の出力値を格納することを指すものとする。出力値を記憶回路２０２に格納する具体的な方法としては、記憶回路２０２が周期的に出力値を順次入力し、先に入力されている出力値を後に入力された出力値によって更新するものがある。また、第１判定回路２０４が基準値となる出力値を記憶回路２０２に記憶させるものがある。

記憶回路２０２が周期的に順次出力値を入力する場合、記憶回路２０２に出力値が入力されるタイミングを、微分回路２０３が微分演算するタイミングより１周期遅らせて設定する。微分回路２０３は、出力値Ｏnと出力値Ｏn+1とを使って微分値を算出する。そして、第１判定回路２０４によって微分値が基準値設定しきい値Ｖ0より大きいと判定された場合、第１判定回路２０４が、現在入力されている出力値Ｏnを更新せずに保持させる（格納させる）ように記憶回路２０２を制御する。

また、第１判定回路２０４が記憶回路２０２に出力値を記憶させる場合、微分回路２０３にのみ出力値Ｏnと出力値Ｏn+1とが入力される。微分回路２０３は、出力値Ｏnと出力値Ｏn+1とを使って微分値を算出する。第１判定回路２０４は、微分値が基準値設定しきい値Ｖ0より大きいと判定した場合、演算に使われた出力値のうち先に入力された出力値Ｏnを記憶回路２０２に格納する。以上のように構成した場合、「微分値に対応する出力値とは、微分値の演算に使用された出力値を指す」。

また、実施形態１はこのような構成に限定されるものではない。例えば、基準値設定しきい値Ｖ0より大きい微分値の算出に使用された出力値Ｏn、あるいは出力値Ｏn+1よりも先に入力された所定の数の出力値を直前に入力された出力値として扱うものであってもよい。この例では、所定の数を３個、出力値Ｏnを基準にしたとすると、出力値Ｏn-1、出力値Ｏn-2、出力値Ｏn-3が直前に入力された出力値に該当する。該当する出力値が複数ある場合、それらの出力値の平均をとって基準値とするものであってもよい。また、出力値Ｏnあるいは出力値Ｏn+1の入力以前の所定の時間内に入力された出力値を直前に入力された出力値として扱うものであってもよい。

さらに、例えば、上記したように、２つの出力値を使って微分値を算出する構成に限定されるものではなく、所定の時定数をもつアナログ微分回路の出力信号を用いてもよいし、さらに多くの出力値を使って算出するものであってもよい。このような場合、基準値ｂ１は、複数の出力値の平均をとる等の方法により加工された値であってもよい。さらに、基準値設定しきい値Ｖ0よりも大きい微分値の算出に用いられた検出信号の入力直前に入力された出力値を基準値ｂ１に設定する構成であればどのようなものであってもよい。

また、記憶回路２０２は、所謂１チップマイコン等と呼ばれる小型のコンピュータのメモリを利用するものであってもよい。また、コンデンサ等の電子部品であってもよい。コンデンサを使って記憶回路２０２を構成すれば、赤外線センサの構成をより小型、簡易化し、製造コストをも低減することができる。

２．動作
図３は、実施形態１の赤外線センサの動作を説明するためのフローチャートである。実施形態１の赤外線センサは、赤外線検出素子２０１が出力した出力値を入力している（取込んでいる）。出力値の入力は、連続的に行ってもよいし、０．１秒程度の周期で行ってもよい。入力された出力値は、微分回路２０３において微分される（ステップＳ３０２）。

微分処理によって得られた微分値は、第１判定回路２０４によって基準値設定しきい値Ｖ0と比較される（ステップＳ３０３）。微分値が基準値設定しきい値Ｖ0に満たない場合（ステップＳ３０３：Ｎｏ）、人体が検知範囲にないと判定し（ステップＳ３０４）、次の出力値を入力する。
ステップＳ３０３において、微分値が基準値設定しきい値Ｖ0よりも大きくなったと判定された場合（ステップＳ３０３：Ｙｅｓ）、第１判定回路２０４は、基準値設定しきい値Ｖ0よりも大きい微分値の算出に用いられた出力値のうち先に入力された出力値を記憶回路２０２に格納する（ステップＳ３０５）。この動作により、格納された出力値が基準値に設定される。

基準値は、第２判定回路２０５に送られる。第２判定回路２０５は、順次入力される後続出力値と基準値との差分Ｖdiffを算出する。そして、差分Ｖdiffが人体検知しきい値Ｖ1より大きい値になったか否か判定する（ステップＳ３０７）。差分Ｖdiffが人体検知しきい値Ｖ1以下の場合（ステップＳ３０７：Ｎｏ）、人体が検知範囲にないと判定し（ステップＳ３０４）、次の後続出力値を入力する。

一方、ステップＳ３０７において、差分Ｖdiffが人体検知しきい値Ｖ1よりも大きくなったと判定された場合（ステップＳ３０７：Ｙｅｓ）、第２判定回路２０５は、人体を検知したと判定する（ステップＳ３０８）。そして、人体を検知したことを示す信号を出力回路２０６に出力し、人体の検知を外部に通知する。
このような実施形態１の赤外線センサによれば、人体が赤外線の検知範囲に入る直前に測定されたバックグラウンドを基準値に設定することができる。このため、検知時の季節や気候、赤外線センサの取り付け環境（日照状態や周辺機器）によらず、バックグラウンドとなる赤外線やノイズを正確に検出することができる。したがって、検知時の季節や気候、周辺環境（日照状態や周辺機器の有無）によらずしきい値を変更する必要がない。そして、正確なバックグラウンドやノイズを考慮して後続出力値をしきい値と比較することができるので、静止状態の人体を正確に検知することができる。

また、実施形態１では、赤外線センサによって人体を検出する例を挙げて説明したが、実施形態１の赤外線センサは、人体を検知することに限定されるものではない。例えば、動物や工場内で生産されるワークや部材等、赤外線を放出するものであればどのようなものも検知対象にすることができる。
なお、実施形態１においては、赤外線検出素子２０１が量子型の赤外線検出素子、微分回路２０３が微分手段、第１判定回路２０４が第１比較手段及び基準値設定手段、第２判定回路が第２比較手段及び検知判定手段として機能する。 ３．変形例
また、実施形態１の赤外線センサは、図２に示した構成に限定されるものではない。すなわち、例えば、積分回路によって出力値を積分することにより、人体の検出の信頼性をいっそう高めることができる。すなわち、積分回路の時定数を０．１秒〜１０秒程度の人体動作の速度に設定することにより、人体が動作している場合、静止している場合、ゆっくり動いている場合であっても、他の外乱要因から人体の動作検知信号を際立たせることができる。

図４、図５は、積分回路を備えた実施形態１の赤外線センサを説明するための図である。なお、図４、図５に示した構成のうち、図２に示した構成と同様の構成については同様の符号を付して説明を一部略すものとする。図４に示した赤外線センサは、記憶回路２０２の直前に積分回路４０１を設けるものである。このような構成によれば、基準値に設定される赤外線検出素子２０１の出力値を積分し、正確な人体動作の出力値を得ることができる。このため、適正な基準値を設定し、以降に行われる人体検知の信頼性を高めることができる。

図５に示した赤外線センサは、記憶回路２０２及び微分回路２０３の直前に積分回路４０１を設けるものである。このような構成によれば、積分回路による正確な人体動作の出力に前記微分処理を行うため、正確な人体検出信号を得ることができる．このため、基準値設定のタイミングや基準値の値を適正に設定することができ、以降に行われる人体検知の信頼性をいっそう高めることができる。

なお、積分回路は所定の時定数を持ったアナログ積分回路であっても良い。
以上述べた実施形態１は、微分値を使って人体が検知されたことによる赤外線の変化を検出することができるので、赤外線のバックグラウンドによらず検知開始のタイミングを検出することができる。特に特開２００７−８１２２５号公報に記載の赤外線検出素子は、高速応答という特徴をもつので、短い時定数での微分値を計算することが可能である。そのため出力値のわずかな変化を検出することが可能であり、より確実に人体検出することができるので、本発明における検出素子として好適である。
また、検知開始の直前に入力された出力値を基準値に設定することにより、検知の環境等によらず適正な基準値を設定することができる。また、以降順次入力される出力値と基準値との差分を算出することにより、人体が放射する赤外線だけを検知することができる。さらに、この値をしきい値と比較し、しきい値以上の値を得る場合に人体が検知されていると判定するから、人体が静止していても赤外線を放射している限り存在を検知することができる。

（実施形態２）
１．動作原理
次に、本発明の実施形態２を説明する。実施形態２の赤外線センサは、人体の検知開始後に入力された出力値を基準値に設定する。そして、設定された基準値と以降に入力された後続出力値の差分が所定のしきい値以下である場合に人体を検知したと判定する。また、差分が所定のしきい値より大きい場合に人体を検知していない判定する。

このような実施形態２は、例えば自動ドアに赤外線センサを取り付けた場合、自動ドアの開閉によって検知範囲の温度が変動するためにバックグラウンドとなる赤外線の状態が変化することを考慮したものである。
図６は、実施形態２の赤外線センサの動作原理を説明するための図である。図６（ａ）は、実施形態２の検知センサが人体を検知する際の基準値を決定するための処理を説明するための図である。図６（ａ）の縦軸は赤外線センサの出力値を微分した微分値を示し、横軸は時間を示している。また、図６（ｂ）は、図６（ａ）に示した処理によって決定した基準値を使って人体を検出する処理を説明するための図である。図６（ｂ）の縦軸は赤外線センサの出力値を示し、横軸は時間を示している。

実施形態２では、実施形態１と同様に、図６（ａ）に示すピークＰ１が基準値設定しきい値Ｖ0を上回ったか否か判定する。ピークＰ１が基準値設定しきい値Ｖ0を上回った場合、ピークＰ１を示す微分値の算出に使用された検出信号の直前に入力された検出信号を基準値ｂ１に設定する。そして、順次入力される後続出力値を基準値ｂ１と比較し、両者の差分Ｖdiffが人体検知しきい値Ｖ1以上である間は人体が検知されていると判断する。

ただし、実施形態２は、人体が検知されなくなったことを、ピークＰ１に対応する出力値の出力タイミング直後に入力された出力値（直後検出信号）を基準値ｂ２に設定して判断する点で実施形態１と相違する。つまり、ピークＰ１の発生直後に入力される出力値（基準値ｂ２）は、人体が検知範囲内にある場合の赤外線を示している。実施形態２では、基準値ｂ２と後続出力値との差分Ｖdiffが人体検知しきい値Ｖ2より大きくなったことにより、人体が検知範囲から出たために赤外線の状態が大きく変ったものと推定し、人体が検知されないと判定する。

なお、実施形態２でいう基準値設定しきい値Ｖ0より大きい微分値（ピークＰ１で示す）に対応する出力値の出力タイミング直後に出力される出力値とは、例えば、微分回路２０３が出力値Ｏnと出力値Ｏn+1とを使って算出した微分値が基準値設定しきい値Ｖ0より大きいと判定された場合の出力値Ｏn+1の次に入力された出力値Ｏn+2をいう。記憶回路２０２ｂに出力値が順次入力される場合、第１判定回路２０４は、次に入力される出力値Ｏn+2を後の出力値Ｏn+3により更新せずに保持させるよう記憶回路２０２を制御する。

また、第１判定回路２０４が記憶回路２０２に出力値を記憶させる場合、微分回路２０３にのみ出力値Ｏnと出力値Ｏn+1とが入力される。微分回路２０３は、出力値Ｏnと出力値Ｏn+1とを使って微分値を算出する。第１判定回路２０４は、微分値が基準値設定しきい値Ｖ0より大きいと判定した場合、次に入力された出力値Ｏn+2を記憶回路２０２ｂに格納する。

また、実施形態２はこのような構成に限定されるものではない。例えば、基準値設定しきい値Ｖ0より大きい微分値の算出に使用された出力値Ｏn+1よりも後に入力された所定の数の出力値を直後に入力された出力値として扱うものであってもよい。この例では、所定の数を３個とすると、出力値Ｏn+2、出力値Ｏn+3、出力値Ｏn+4が直後に入力された出力値に該当する。該当する出力値が複数ある場合、複数の出力値の平均をとって基準値とするものであってもよい。また、出力値Ｏnあるいは出力値Ｏn+1の入力後から所定の時間内に入力された出力値を直後に入力された出力値として扱うものであってもよい。このように構成した場合、微分値に対応する出力値とは、微分値の算出に用いられる出力値を指す。

さらに、例えば、上記したように、２つの出力値を使って微分値を算出する構成に限定されるものではなく、所定の時定数をもつアナログ微分回路の出力信号を用いてもよいし、さらに多くの出力値を使って算出するものであってもよい。このような場合、基準値は、これらの出力値の平均をとる等の方法により加工された値であってもよい。さらに、第１しきい値よりも大きい微分値の算出に用いられた検出信号の入力直後に入力された出力値を基準値に設定する構成であればどのようなものであってもよい。

２．構成
図７は、実施形態２の赤外線センサの構成を説明するためのブロック図である。図７においても、図２で示した構成と同様の構成については同様の符号を付し、説明を一部略すものとする。
実施形態２の赤外線センサは、実施形態１の赤外線センサと同様に、赤外線検出素子２０１、微分回路２０３、第１判定回路２０４、第２判定回路２０５、出力回路２０６を備えている。さらに、実施形態２の赤外線センサは、基準値ｂ１、ｂ２をそれぞれ記憶する記憶回路２０２ａ、記憶回路２０２ｂ、後続出力値と基準値ｂ１、基準値ｂ２のいずれかとの差分Ｖdiffと比較される人体検知しきい値Ｖ1、Ｖ2のいずれかを選択して設定するしきい値設定回路７０１を備えている。

記憶回路２０２ａは、ピークＰ１の発生直前に入力された出力値を基準値ｂ１として格納する。また、記憶回路２０２ｂは、ピークＰ１の発生直後に入力された出力値を基準値ｂ２として格納する。記憶回路２０２ａ、２０２ｂにそれぞれ設定されている基準値ｂ１、ｂ２は、交互に第２判定回路２０５に送られる。
また、しきい値設定回路７０１には人体検知しきい値Ｖ1、Ｖ2が格納されていて、人体検知しきい値Ｖ1は基準値ｂ１に対応するタイミングで第２判定回路２０５に出力される。人体検知しきい値Ｖ2は基準値ｂ２に対応するタイミングで第２判定回路２０５に出力される。第２判定回路２０５は、基準値ｂ１が入力された場合、後続出力値と基準値ｂ１との差分Ｖdiffを算出し、差分Ｖdiffを人体検知しきい値Ｖ1と比較する。また、基準値ｂ２が入力された場合、後続出力値と基準値ｂ２との差分Ｖdiffを算出し、差分Ｖdiffを人体検知しきい値Ｖ2と比較する。そして、差分Ｖdiffを人体検知しきい値Ｖ1または人体検知しきい値Ｖ2との大小関係に応じて人体が検知された、あるいは検知されていないと判断する。

３．動作
図８は、実施形態２の赤外線センサの動作を説明するためのフローチャートである。実施形態２の赤外線センサは、赤外線検出素子２０１が出力した出力値を入力している（ステップＳ８０１）。入力された出力値は、微分回路２０３において微分される（ステップＳ８０２）。微分処理によって得られた微分値は、第１判定回路７０４によって基準値設定しきい値Ｖ0と比較される（ステップＳ８０３）。微分値が基準値設定しきい値Ｖ0に満たない場合（ステップＳ８０３：Ｎｏ）、人体が検知範囲にないと判定し（ステップＳ８０４）、次の出力値を入力する。

ステップＳ８０３において、微分値が基準値設定しきい値Ｖ0よりも大きくなったと判定された場合（ステップＳ８０３：Ｙｅｓ）、第１判定回路７０４は、基準値設定しきい値Ｖ0よりも大きい微分値の算出に用いられた出力値のうち先に入力された出力値を記憶回路２０２ａに格納する（ステップＳ８０５）。
また、実施形態２では、第１判定回路７０４が、後に入力された出力値のうち（ステップＳ８０６）、微分値の算出に用いられた出力値の直後に入力された出力値を記憶回路２０２ｂに格納する（ステップＳ８０７）。この動作により、格納された出力値がそれぞれ記憶回路２０２ａ、２０２ｂに基準値として設定される。

第２判定回路２０５は、後続出力値を順次入力し（ステップＳ８０８）、人体が検知されたか否かの判定（判定２）を行う（ステップＳ８０９）。判定２は、後続出力値と基準値ｂ１との差分Ｖdiffを算出し、差分Ｖdiffが人体検知しきい値Ｖ1より大きい値になったか否かによって行われる。差分Ｖdiffが人体検知しきい値Ｖ1以下の場合（ステップＳ８０９：Ｎｏ）、第２判定回路２０５が、同じ後続出力値を使って人体が検知されないか否かの判定（判定３）を行う（ステップＳ８１０）。

判定３は、後続出力値と基準値ｂ２との差分Ｖdiffとの差分を算出し、差分Ｖdiffが人体検知しきい値Ｖ2より大きい値になったか否かによって行われる。差分Ｖdiffが人体検知しきい値Ｖ2以下の場合（ステップＳ８１０：Ｎｏ）、人体が検知範囲に依然としてあると判定される（ステップＳ８１１）。差分Ｖdiffが人体検知しきい値Ｖ2より大きい場合（ステップＳ８１０：Ｙｅｓ）、人体が検知範囲になくなったと判定される（ステップＳ８０４）。

また、ステップＳ８０９において、差分Ｖdiffが人体検知しきい値Ｖ1より大きいと判断された場合（ステップＳ８０９：Ｙｅｓ）、判定３は行われず、直ちに人体が検知されていると判断される。
以上述べた実施形態２によれば、基準値設定しきい値Ｖ0以上の微分値に対応する出力値が出力されたタイミングの直後にも基準値を設定することができる。このため、例えば人体がドアを開けた等によるバックグラウンドの変化が人体検知開始後に生じても、変化後のバックグラウンドを表す基準値を設定することができる。このため、環境に起因するバックグラウンドによらず、検知対象を正確に検知できる。

また、特開２００７−８１２２５号公報に記載の赤外線検出素子は、高速応答という特徴をもつので、短い時定数での微分値を計算することが可能である。そのため、出力値のわずかな変化を検出することが可能であり、より確実に人体検出することができるので、本発明における検出素子として好適である。
また、基準値と後続出力値との差分Ｖdiffとを人体検知しきい値Ｖ1、Ｖ2とを比較して人体の有無を判定しているから、検知範囲内において静止している対象をも検知することができる。

（実施形態３）
次に、本発明の実施形態３について説明する。実施形態３は、入力信号の微分値が予め定められているしきい値以上の値になったか否かにより、人体の検知あり、無しの両方を判定するものである。このため、人体を検知したと判定するための人体検知しきい値Ｖ1に加え、人体を検知した状態から検知していない状態になったと判定するための人体検知しきい値Ｖ3を設定する。そして、人体を検知していない状態で差分Ｖdiffが人体検知しきい値Ｖ1以上になった場合には人体が検知されたと判定する。そして、既に人体が検知されている状態において差分Ｖdiffが人体検知しきい値Ｖ3以上になった場合には人体が検知されなくなったと判定する。

なお、実施形態３では、出力値及び差分Ｖdiffを全て絶対値として扱うものとし、出力値の絶対値と基準値設定しきい値Ｖ0とを比較する。また、差分Ｖdiffの絶対値と人体検知しきい値Ｖ1、Ｖ3とを比較するものとする。

１．動作原理
図９は、実施形態３の赤外線センサの動作原理を説明するための図である。図９（ａ）は、実施形態３の検知センサが人体を検知する際の基準値を決定するための処理を説明するための図である。図９（ａ）の縦軸は赤外線センサの出力値を微分した微分値を示し、横軸は時間を示している。また、図９（ｂ）は、図９（ａ）に示した処理によって決定した基準値を使って人体を検出する処理を説明するための図である。図９（ａ）の縦軸は赤外線センサの出力値を示し、横軸は時間を示している。

実施形態３では、実施形態１、実施形態２と同様に、図９（ａ）に示すピークＰ１に対応する出力値の出力タイミングの直前に入力された出力値を基準値ｂ１に設定する。そして、後続出力値と基準値ｂ１との差分Ｖdiffを算出し、差分Ｖdiffを人体検知しきい値Ｖ1と比較する。差分Ｖdiffが人体検知しきい値Ｖ1より大きい場合、人体が検知されていると判断する。

また、実施形態３では、人体が検知されているとき、図９（ａ）に示したピークＰ２が発生すると、ピークＰ２の発生の直前に入力された出力値を基準値ｂ３に設定する。そして、入力された後続出力値と基準値ｂ３との差分Ｖdiffがしきい値Ｖ3以上になった場合、人体が検知されなくなったと判定する。なお、実施形態３では、ピークＰ１、ピークＰ２を、いずれも基準値設定しきい値Ｖ0より大きい微分値としている。ただし、実施形態３はこのような構成に限定されるものではない。ピークＰ１、ピークＰ２を互いに異なる基準値設定しきい値に基づいて決定することも可能である。

このような実施形態３は、バックグラウンドとなる赤外線が人体検知開始から検知終了までの間に大きく変化する場合を考慮したものである。このようにすれば、人体が検知範囲から出る（検知終了）直前のバックグラウンドを基準値に設定することができる。このため、人体が検知範囲に入った後にバックグラウンドが大きく変化した場合にも、適正な基準値を設定して人体が検知されていないことを正確に判断することができる。

２．構成
図１０は、実施形態３の赤外線センサの構成を説明するためのブロック図である。図１０においても、図２で示した構成と同様の構成については同様の符号を付し、説明を一部略すものとする。
実施形態３の赤外線センサは、実施形態１の赤外線センサと同様に、赤外線検出素子２０１、記憶回路２０２、微分回路２０３、第１判定回路２０４、第２判定回路２０５、出力回路２０６、を備えている。さらに、実施形態３の赤外線センサは、人体検知しきい値Ｖ1（第２しきい値）と人体検知しきい値Ｖ3（第３しきい値）とを切替えて第２判定回路２０５に設定するしきい値設定回路１００１を備えている。

赤外線検出素子２０１は、第２判定回路２０５、微分回路２０３に出力値を出力する。微分回路２０３は、入力された出力値を微分し、微分値を第１判定回路２０４に出力する。第１判定回路２０４は、微分値が基準値設定しきい値Ｖ0より大きいか否か判断する。そして、微分値が基準値設定しきい値Ｖ0より大きいと判断するごとに、この微分値の算出に使用された出力値の直前に入力された出力値を、基準値ｂ１として記憶回路２０２に格納させる。

このため、実施形態３では、記憶回路２０２に設定される基準値ｂ１が、ピークＰ１、またはピークＰ２の発生によって更新されることになる。更新された基準値ｂ１は、第２判定回路２０５に入力されて、人体検知判定のための演算に使用される。
しきい値設定回路１００１は、出力回路２０６から人体の有無を示す信号を入力し、現在人体が検知されている状態であるか否か判断することができる。そして、しきい値設定回路１００１が、人体が検知されていない場合には人体検知しきい値Ｖ1を設定し、人体が検知されている場合に人体検知しきい値Ｖ3を設定する。

第２判定回路２０５は、人体検知しきい値Ｖ1が設定されている場合、後続出力値と基準値ｂ１との差分Ｖdiffを算出する。算出された差分Ｖdiffは、人体検知しきい値Ｖ1と比較される。そして、差分Ｖdiffが人体検知しきい値Ｖ1より大きい場合、人体が検知されていると判定する。また、第２判定回路２０５は、人体検知しきい値Ｖ3が設定されている場合、後続出力値と基準値ｂ１との差分Ｖdiffを算出する。算出された差分Ｖdiffは、人体検知しきい値Ｖ3と比較される。そして、差分Ｖdiffが人体検知しきい値Ｖ3より大きい場合、人体が検知されていないと判定する。第２判定回路２０５による人体検知の判定の結果は、しきい値設定回路１００１に入力される。

このような実施形態３によれば、しきい値設定回路１００１が直前に判定された人体の有無に基づいて人体検知しきい値Ｖ1または人体検知しきい値Ｖ3を設定する。そして、基準値設定しきい値Ｖ0以上の微分値が得られるごと、つまり検知範囲における赤外線に比較的大きい変化が生じるごとに、変化の直前に測定された赤外線をバックグラウンドに設定することができる。さらに、既に人体が検知されているか否かによって赤外線の変化が人体が検知されていることを示す、または人体が検知されていないことを示すと判断することができる。

特開２００７−８１２２５号公報に記載の赤外線検出素子は、高速応答という特徴をもつので、短い時定数での微分値を計算することが可能である。そのため、出力値のわずかな変化を検出することが可能であり、より確実に人体検出することができるので、本発明における検出素子として好適である。

３．動作
図１１は、実施形態３の赤外線センサの動作を説明するためのフローチャートである。実施形態３の赤外線センサでは、先ず、図１１に示すように、赤外線検出素子２０１の出力値を入力する（ステップＳ１１０１）。微分回路２０３は、出力値を微分して微分値を生成する（ステップＳ１１０２）。第１判定回路２０４は、生成された微分値を入力し、微分値と基準値設定しきい値Ｖ0とを比較する（ステップＳ１１０３）。微分値が基準値設定しきい値Ｖ0以下である場合（ステップＳ１１０３：Ｎｏ）、次に入力される出力値を処理する。

また、ステップＳ１１０３において、微分値が基準値設定しきい値Ｖ0より大きいと判断された場合（ステップＳ１１０３：Ｙｅｓ）、第１判定回路２０４は、基準値設定しきい値Ｖ0より大きい微分値の算出に用いられた出力値の直前に入力された出力値を基準値ｂ１として記憶回路２０２に格納する（ステップＳ１１０４）。そして、しきい値設定回路１００１が、第２判定回路２０５に対してしきい値を設定する（ステップＳ１１０５）。しきい値の設定は、出力回路２０６から入力される判定結果が人体検知ありの場合には人体検知しきい値Ｖ3を、判定結果が人体検知なしである場合には人体検知しきい値Ｖ1を設定するように行われる。

そして、赤外線センサは、次の後続出力値を入力し（ステップＳ１１０６）、入力された後続出力値と記憶回路２０２に設定されている基準値との差分Ｖdiffを算出する。算出された差分Ｖdiffは、ステップＳ１１０５において設定されたしきい値（人体検知しきい値Ｖ1または人体検知しきい値Ｖ3）と比較される（ステップＳ１１０７）。そして、差分Ｖdiffが人体検知しきい値以上の値になったとき（ステップＳ１１０７：Ｙｅｓ）、人体の有無を示す判定結果が変更される（ステップＳ１１０８）。また、差分Ｖdiffが人体検知しきい値以下であれば（ステップＳ１１０７：Ｎｏ）、判定結果はそのまま保持される（ステップＳ１１０９）。

以上述べた実施形態３によれば、基準値設定しきい値Ｖ0以上の微分値が得られる度に直前の出力値を基準値に設定することができる。このため、人体検知開始から検知終了までの間に赤外線のバックグラウンドが大きく変化した場合にも、バックグラウンドを適正に表す基準値を設定することができる。このため、環境に起因するバックグラウンドによらず、人体検知しきい値Ｖ１、Ｖ３の値を変更することなしに、検知対象を正確に検知できる。また、基準値と後続出力値との差分Ｖdiffとを人体検知しきい値Ｖ1、Ｖ3とを比較して人体の有無を判定しているから、検知範囲内において静止している対象をも検知することができる。

本発明の実施形態１の動作原理を説明するための図である。 本発明の実施形態１の赤外線センサの構成を説明するための図である。 本発明の実施形態１の赤外線センサの動作を説明するためのフローチャートである。 積分回路を備えた実施形態１の赤外線センサを説明するための図である。 積分回路を備えた実施形態１の赤外線センサを説明するための他の図である。 本発明の実施形態２の赤外線センサの動作原理を説明するための図である。 本発明の実施形態２の赤外線センサの構成を説明するためのブロック図である。 本発明の実施形態２の赤外線センサの動作を説明するためのフローチャートである。 本発明の実施形態３の赤外線センサの動作原理を説明するための図である。 本発明の実施形態３の赤外線センサの構成を説明するためのブロック図である。 本発明の実施形態３の赤外線センサの動作を説明するためのフローチャートである。 従来の赤外線センサのアルゴリズムと問題点を説明するための図である。 他の従来の赤外線センサの問題点を説明するための図である。

符号の説明

２０１ 赤外線検出素子
２０２、２０２ａ、２０２ｂ 記憶回路
２０３ 微分回路
２０４ 第１判定回路
２０５ 第２判定回路
２０６ 出力回路
４０１ 積分回路
７０１、１００１ しきい値設定回路
７０４ 第１判定回路

Claims (6)

1. 量子型の赤外線検出素子から順次出力される検出信号を微分する微分手段と、
   前記微分手段による微分値と、予め定められた第１しきい値とを比較する第１比較手段と、
   前記第１比較手段による比較の結果、前記微分値が前記第１しきい値より大きくなった場合、当該微分値に対応する検出信号の出力タイミングに基づいて、所定の検出信号を基準値に設定する基準値設定手段と、
   前記基準設定手段によって設定された前記基準値と、前記出力タイミング以降に入力された後続検出信号との差分を予め定められた第２しきい値と比較する第２比較手段と、
   前記第２比較手段による比較の結果に基づいて、検知対象の有無を判定する検知判定手段と、
   を備えることを特徴とする赤外線センサ。
2. 前記基準値設定手段は、
   前記出力タイミングの直前に入力された直前検出信号を基準値に設定し、
   前記検知判定手段は、
   前記基準値と前記後続検出信号との差分が前記第２しきい値より大きい場合、検知対象が検知されたと判定することを特徴とする請求項１に記載の赤外線センサ。
3. 前記検知判定手段は、
   前記基準値と前記後続検出信号との差分が前記第２しきい値以下である場合、検知対象が検知されていないと判定することを特徴とする請求項１または２に記載の赤外線センサ。
4. 前記基準値設定手段は、
   前記出力タイミングの直後に入力された直後検出信号を基準値に設定し、
   前記検知判定手段は、
   前記基準値と前記後続検出信号との差分が第２しきい値より大きい場合、検知対象が検知されていないと判定することを特徴とする請求項１に記載の赤外線センサ。
5. 前記第２しきい値と第３しきい値とを切替えて設定するしきい値設定切り替え手段をさらに有し、
   前記しきい値設定切り替え手段は、前記検知判定手段によって検知対象が検知されていないと判定されている場合に前記第２しきい値を設定し、前記検知判定手段によって検知対象が検知されていると判定されている場合に前記第３しきい値を設定し、
   前記検知判定手段は、
   前記第２しきい値が設定されている場合、前記基準値と前記後続検出信号との差分が前記第２しきい値より大きい場合に検知対象が検知されたと判定し、前記第３しきい値が設定されている場合、前記基準値と前記後続検出信号との差分が前記第３しきい値より大きい場合に検知対象が検知されていないと判定することを特徴とする請求項１または２に記載の赤外線センサ。
6. 量子型の赤外線検出素子から順次出力される検出信号を微分する微分ステップと、
   前記微分ステップによる微分値と、予め定められた第１しきい値とを比較する第１比較ステップと、
   前記第１比較ステップにおける比較の結果、前記微分値が前記第１しきい値より大きくなった場合、当該微分値に対応する検出信号の出力タイミングに基づいて所定の検出信号を基準値に設定する基準値設定ステップと、
   前記基準値設定ステップにおいて設定された前記基準値と、前記出力タイミングよりも後に入力された後続検出信号との差分を予め定められた第２しきい値と比較する第２比較ステップと、
   前記第２比較ステップにおける比較の結果に基づいて、検知対象の有無を判定する検知判定ステップと、
   を含むことを特徴とする赤外線センサを使った検知方法。

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