JP2014145610A

JP2014145610A - 赤外線センサユニット

Info

Publication number: JP2014145610A
Application number: JP2013012956A
Authority: JP
Inventors: Takeaki Hiramatsu; 剛彰平松; Kenichiro Nosaka; 健一郎野坂
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2013-01-28
Filing date: 2013-01-28
Publication date: 2014-08-14

Abstract

【課題】効率的な検知領域を構築可能な赤外線センサユニットを提供する。
【解決手段】赤外線センサユニットは、基体１１と、それぞれ、矩形平面上に格子状に配列された複数の受光素子を有し、基体に保持される複数の赤外線センサ１３とを備える。複数の受光素子は、それぞれ、仮想の正多角錐の複数の側面上に位置し、それぞれ、正多角錐の外側方向を向く。複数の受光素子の格子線は、それぞれ、正多角錐の側面における底辺に対して傾斜する。
【選択図】図２

Description

本発明は、赤外線を検知する赤外線センサユニットに関する。

格子状に配列された受光素子が設けられたセンサチップと、赤外線をセンサチップに結像するレンズとを備える赤外線センサが知られている（特許文献１参照）。このような赤外線センサは、赤外線を受信して、温度分布や熱源の有無等を検知することにより、人感センサ等に用いられる。赤外線センサの検知領域は、センサチップとレンズとの相対位置関係等により決定され、検知領域の画素は、センサチップの受光素子の配列によって決定される。

特開２０１２−１９８０９６号公報

複数の赤外線センサを使用して、広い検知領域を有する赤外線センサユニットを構成する場合、単に赤外線センサを配列するだけでは、各赤外線センサの検知領域が非効率に形成されてしまい、効率的な検知領域を構築することができない。
本発明は、上記問題点を鑑み、効率的な検知領域を構築可能な赤外線センサユニット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、本発明の態様は、基体と、それぞれ、矩形平面上に格子状に配列された複数の受光素子を有し、前記基体に保持される複数の赤外線センサとを備える赤外線センサユニットであることを要旨とし、前記複数の受光素子が、それぞれ、仮想の正多角錐の複数の側面上に位置し、それぞれ、前記正多角錐の外側方向を向き、前記複数の受光素子の格子線が、それぞれ、前記正多角錐の側面における底辺に対して傾斜することを特徴とする。

また、本発明の態様に係る赤外線センサユニットにおいては、前記複数の赤外線センサは、それぞれ、前記複数の受光素子の格子線の２本の対角線のうち、１本の対角線を延長した直線が、前記正多角錐の中心軸と交差することができる。

また、本発明の態様に係る赤外線センサユニットにおいては、前記複数の赤外線センサは、それぞれ、前記複数の受光素子が、互いに前記中心軸を回転軸とした回転対称性を有することができる。

また、本発明の態様に係る赤外線センサユニットにおいては、前記回転対称性は、４回回転対称性であることができる。

本発明によれば、効率的な検知領域を構築可能な赤外線センサユニットを提供することができる。

（ａ）は、本発明の実施の形態に係る赤外線センサユニットの外観を説明する平面図である。（ｂ）は、（ａ）の側面図である。（ｃ）は、（ａ）の正面図である。本発明の実施の形態に係る赤外線センサユニットの構成を説明する分解斜視図である。本発明の実施の形態に係る赤外線センサユニットが備える赤外線センサを説明する上面図である。本発明の実施の形態に係る赤外線センサユニットの構成を説明する分解正面図である。本発明の実施の形態に係る赤外線センサユニットの基本的な構成を説明する模式的なブロック図である。（ａ）は、本発明の実施の形態に係る赤外線センサユニットの検知領域を図示した一例である。（ｂ）は、（ａ）の領域Ｅを拡大した図である。

次に、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。また、以下に示す実施の形態は、本発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、本発明の技術的思想は、構成部品の形状、構造、配置等を下記のものに特定するものでない。本発明の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された技術的範囲内において、種々の変更を加えることができる。

（赤外線センサユニット）
本発明の実施の形態に係る赤外線センサユニットは、図１に示すように、第１カバー１４と、第１カバーと嵌合する第２カバー１６と、第１カバー１４の外観を覆う化粧カバー１５とを備える。第１カバー１４及び第２カバー１６は、それぞれ、概略として片方のみを開口する円筒状である。第１カバー１４及び第２カバー１６は、互いに円筒の開口部が嵌合された状態で固定される。

化粧カバー１５は、概略として円盤状であり、片面から他面に赤外線を透過させる４つの入射窓１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄを有する。入射窓１０ａ〜１０ｄは、それぞれ、片面から他面に貫通する貫通孔であってもよく、赤外線に対して透明な材料から形成されてもよい。入射窓１０ａ〜１０ｄは、化粧カバー１５の中心を通る垂線（中心軸Ａ）を回転軸とした４回回転対称性を有するように形成されている。中心軸Ａは、第１カバー１４及び第２カバー１６の中心軸と一致する。本発明の実施の形態に係る赤外線センサユニットは、例えば、室内において、入射窓１０ａ〜１０ｄを床面側に向け、第２カバー１６の底面を天井に取り付けて使用される。

第１カバー１４は、図２に示すように、それぞれ、入射窓１０ａ〜１０ｄに対応する位置に形成された入射窓１４０ａ〜１４０ｄを有する。入射窓１４０ａ〜１４０ｄは、入射窓１０ａ〜１０ｄと同様に、それぞれ、片面から他面に貫通する貫通孔であってもよく、赤外線に対して透明な材料から形成されてもよい。入射窓１４０ａ〜１４０ｄは、中心軸Ａを回転軸とした４回回転対称性を有するように形成されている。

本発明の実施の形態に係る赤外線センサユニットは、第１カバー１４及び第２カバー１６の内側に、４つの赤外線センサ１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄと、４つの基板１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄと、基体１１とを備える。赤外線センサ１３ａ〜１３ｄは、中心軸Ａの周囲において、それぞれ中心軸Ａからの距離が等しく、それぞれ隣り合う赤外線センサ１３ａ〜１３ｄについて互いに等間隔に配置される。

基体１１は、概略として四角錐台（截頭四角錐）状であり、正四角柱状の幹部１１１と、幹部１１１の４つの側壁面からそれぞれ外側方向に傾斜する斜面を有する枝部１１２ａ，１１２ｂ，１１２ｃ，１１２ｄとを有する。枝部１１２ａ〜１１２ｄは、それぞれ、底面が直角三角形である三角柱状である。枝部１１２ａ〜１１２ｄは、それぞれ、直交する２つの側面のうち、一方が幹部１１１の側壁面と接合され、他方が幹部１１１の底面と同一の平面上に位置するように形成されている。枝部１１２ａ〜１１２ｄは、それぞれ、赤外線センサ１３ａ〜１３ｄ及び基板１２ａ〜１２ｄを設置する設置部１１３ａ〜１１３ｄが形成されている。基体１１は、幹部１１１の中心軸（中心軸Ａ）を回転軸とした４回回転対称性を有するように形成されている。

基板１２ａ〜１２ｄ（以下、総称する場合において単に「基板１２」という。）は、それぞれ、矩形平板状であり、表面に赤外線センサ１３ａ〜１３ｄ（以下、総称する場合において単に「赤外線センサ１３」という。）が搭載される。赤外線センサ１３は、矩形平板状の基板と、基板上に設置された直方体状のケースとを備え、ケースの内部に配置された複数の受光素子が受光した赤外線に応じた信号を温度データとして出力する。

赤外線センサ１３は、図３に示すように、赤外線を受光する受光部１３０を有する。受光部１３０は、例えば、矩形平面上に格子状に配列された複数の受光素子と、複数の受光素子の受光方向（検知方向）に対応するようにケースに形成された正方形状の貫通孔と、貫通孔から入射した赤外線を複数の受光素子に結像するレンズとを備える。受光部１３０の複数の受光素子は、例えば、平面に８×８の正方格子状に配列された６４素子のサーモパイルアレイである。受光部１３０の複数の受光素子は、赤外線センサ１３の受光面として、赤外線センサ１３の基板と平行に配置され、赤外線センサ１３のケースに覆われている。赤外線センサモジュールが天井に取り付けられる場合、赤外線センサ１３は、それぞれ、受光方向が床面側を向き、受光部１３０の貫通孔の４つの角のうち、中心軸Ａに最も近い１つの角が床面側に最も近くなるように、基板１２に搭載される。

基体１１は、赤外線センサ１３ａ〜１３ｄの複数の受光素子が、それぞれ、互いに中心軸Ａを回転軸とした４回転対称性を有するように、中心軸Ａの周囲において中心軸Ａに対して外側を向くように傾斜する状態で赤外線センサ１３ａ〜１３ｄを保持する。基体１１は、赤外線センサ１３ａ〜１３ｄの複数の受光素子がなす平面が、それぞれ、中心軸Ａと複数の受光素子の中心Ｐとを通る直線である中心線Ｂを含み、中心軸Ａと中心線Ｂとを含む平面と直交する状態で赤外線センサ１３ａ〜１３ｄを保持する。中心線Ｂは、赤外線センサ１３ａ〜１３ｄの複数の受光素子がなす平面上に位置する。

赤外線センサ１３の複数の受光素子は、それぞれ、配列パターンの直交する格子線のうち、一方の格子線Ｃが赤外線センサ１３の長手方向に沿う方向となるように配置されている。赤外線センサ１３は、複数の受光素子の格子線Ｃが、基板１２の長手方向に対して角度Ｄを有して傾斜するように、基板１２に搭載されている。角度Ｄは、４５°である。よって、基体１１は、赤外線センサ１３ａ〜１３ｄの複数の受光素子の格子線Ｃが、それぞれ、中心線Ｂに対して４５°傾いている状態で赤外線センサ１３ａ〜１３ｄを保持する。それぞれ、赤外線センサ１３ａ〜１３ｄの複数の受光素子の２本の対角線のうち、１本の対角線を延長した直線（中心線Ｂ）は、中心軸Ａと交差する。

すなわち、赤外線センサ１３ａ〜１３ｄの複数の受光素子は、それぞれ、それぞれ、仮想の正四角錐の４つの側面上に位置し、それぞれ、仮想の正四角錐の外側方向を向くように、４つの設置部１１３ａ〜１１３ｄに対して平行に配置される。赤外線センサ１３ａ〜１３ｄの複数の受光素子の格子線Ｃは、赤外線センサ１３ａ〜１３ｄの複数の受光素子がそれぞれなす平面により形成される仮想の正四角錐の各側面における底辺に対して傾斜する。

入射窓１０ａ〜１０ｄ及び入射窓１４０ａ〜１４０ｄは、それぞれ、赤外線センサ１３ａ〜１３ｄに対応し、赤外線センサ１３ａ〜１３ｄの複数の受光素子の受光方向に位置する。赤外線センサ１３ａ〜１３ｄの各受光部１３０ａ〜１３０ｄは、それぞれ、入射窓１０ａ〜１０ｄ及び入射窓１４０ａ〜１４０ｄを介して、赤外線を受光する。

基体１１は、図４に示すように、赤外線センサ１３ａ〜１３ｄが入射窓１４０ａ〜１４０ｄに対応するように、固定部１１０により第１カバー１４に固定される。その他、本発明の実施の形態に係る赤外線センサユニットは、第１カバー１４及び第２カバー１６の内側の、基体１１の底面側に、赤外線センサユニットの動作に必要な回路等が搭載された第１基板１７及び第２基板１８を備える。

本発明の実施の形態に係る赤外線センサユニットは、図５に示すように、赤外線センサユニットに必要な種々の演算を処理する処理部２と、外部機器に通信可能に接続する通信部３とを備える。赤外線センサ１３ａ〜１３ｄ、処理部２及び通信部３は、電源回路６２から供給された電力により駆動する。電源回路６２は、外部電源から電力を供給されればよい。図５に示す処理部２、通信部３等、赤外線センサ１３ａ〜１３ｄ以外の各部は、それぞれ、第１基板１７又は第２基板１８に搭載される。

赤外線センサ１３ａ〜１３ｄが出力する信号は、それぞれ、切替器２１により順に処理部２に入力される。処理部２は、クロック２３をクロック信号として入力し、切替器２１から順次入力する信号に基づいて、各赤外線センサ１３ａ〜１３ｄから得られる４つの熱画像をマッピングする。処理部２は、マッピングした４つの熱画像を合成し、１つの合成画像を生成する。

ここで、赤外線センサ１３ａ〜１３ｄの検知領域は、図６（ａ）に示すように、領域Ｅにおいて互いに重畳する。図６（ａ）において、領域Ｅ内の辺Ｑは、処理部２が生成する合成画像の１辺に相当し、辺Ｒは、例えば一つの赤外線センサ１３ａの検知領域の１辺に相当する。処理部２が生成する合成画像は、図６（ｂ）に示す領域Ｆに相当するものであり、例えば４×４の画素を有する。

本発明の実施の形態に係る赤外線センサユニットは、処理部２の処理により、領域Ｆを検知領域として有し、他の領域を無視することができる。なお、図６（ｂ）に示す領域Ｇは、例えば一つの赤外線センサ１３ａの検知領域に相当する。

処理部２は、生成した合成画像の熱分布及び熱分布の時間変化に基づいて、検知領域における人の有無、人数、移動方向等を検出情報として検出する。ＬＥＤ４は、表示灯であり、処理部２が検出した人の有無に応じて、点灯又は消灯する。リレー５は、例えばフォトＭＯＳリレーからなり、処理部２が検出した人の有無に応じて、接点信号を外部機器に出力する。

処理部２は、その他、リセット回路２２が出力するリセット信号、エリア設定部２４が出力するエリア設定信号を入力する。処理部２は、リセット信号を入力することにより初期状態に戻る。処理部２は、エリア設定信号に応じて、例えば、所定の領域における合成画像の生成、合成画像の任意の領域における検出情報の検出等を無効化する。

通信部３の通信処理部３１は、クロック３４をクロック信号として入力し、処理部２が検出した検出情報等を、トランシーバ３３を介して外部機器に送信する。アドレス設定部３２は、通信用のアドレス等を設定する。

本発明の実施の形態に係る赤外線センサユニットによれば、赤外線センサ１３ａ〜１３ｄが格子線について傾きを有して配置されることにより、効率的な検知領域を構築することができる。また、検知領域が効率的に構築されることにより、本発明の実施の形態に係る赤外線センサユニットは、検知精度を向上することができる。

また、本発明の実施の形態に係る赤外線センサユニットによれば、サーモパイル型の赤外線センサ１３ａ〜１３ｄを採用することにより、検知対象が静止する人の場合であっても、温度分布から人を検知することができる。

（その他の実施の形態）
上記のように、本発明を実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面は本発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。

例えば、既に述べた本発明の実施の形態おいて、サーモパイル型の赤外線センサ１３を説明したが、赤外線センサは、サーモパイル型に限るものでなく、焦電型赤外線センサ、量子型赤外線センサ等を採用することができる。

また、既に述べた実施の形態において、赤外線センサユニットは、赤外線センサ１３の数を４とし、トポロジーを４回回転対称として説明したが、例示であり、これ以外のトポロジーを採用可能である。例えば、赤外線センサユニットは、ｎ個の赤外線センサ１３を備え、ｎ回回転対称性を有することができる（ｎは３以上の整数）。なお、赤外線センサ１３の配置は、厳密に回転対称性を有する必要はなく、各視野が効率よく形成されるように、実質的に回転対称性を有するように配置されればよい。赤外線センサ１３の複数の受光素子の配置の説明においても同様であり、赤外線センサ１３の複数の受光素子がそれぞれなす仮想平面は、略正多角形の側面上に位置すればよい。

また、既に述べた実施の形態において、四角錐台状の基体１１を説明したが、基体１１は、赤外線センサ１３の複数の受光素子が仮想の多角錐の側面上にそれぞれ位置するように、赤外線センサ１３を保持できれば、どのような形状であってもよい。よって、基体１１は、ドーム状、円錐台（截頭円錐）状、多角錐状、円錐状等の形状を採用できる。その他、基体１１は、例えば、平板状の基板と、基板上に形成され、基板に対して傾斜する面を赤外線センサ１３の設置面として有する複数の設置部とを備える構成としてもよい。

また、既に述べた実施の形態において、赤外線センサ１３が搭載される基板の傾き（中心軸Ａに対する中心線Ｂの傾き）は、赤外線センサ１３の視野角に応じて適宜調節されてよい。

この様に、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。

１１基体
１３ａ〜１３ｄ赤外線センサ

Claims

基体と、
それぞれ、矩形平面上に格子状に配列された複数の受光素子を有し、前記基体に保持される複数の赤外線センサと
を備え、
前記複数の受光素子が、それぞれ、仮想の正多角錐の複数の側面上に位置し、それぞれ、前記正多角錐の外側方向を向き、
前記複数の受光素子の格子線が、それぞれ、前記正多角錐の側面における底辺に対して傾斜することを特徴とする赤外線センサユニット。
前記複数の赤外線センサは、それぞれ、前記複数の受光素子の格子線の２本の対角線のうち、１本の対角線を延長した直線が、前記正多角錐の中心軸と交差することを特徴とする請求項１に記載の赤外線センサユニット。
前記複数の赤外線センサは、それぞれ、前記複数の受光素子が、互いに前記中心軸を回転軸とした回転対称性を有することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の赤外線センサユニット。
前記回転対称性は、４回回転対称性であることを特徴とする請求項３に記載の赤外線センサユニット。