JP2014508919A - 存在検出器及び照明システム - Google Patents

Abstract

生物１０の存在の検出のための検出器１は、前記生物１０の存在の検出、及び対応する検出信号６の生成のための少なくとも１つの焦電セル２Ａ、２Ｂを有する。前記検出信号６は、少なくとも１つの生物の生体信号を有する。前記検出器は、前記検出信号６及び前記生体信号に基づいて前記生物１０の存在を推断するためのプロセッサユニット８を有する。このような検出器は、前記生物の存在の検出時の相対的に高い確実性を特徴とする。本発明は、更に、上記の検出器を有する照明システムに関する。

Description

本発明は、生物の存在を検出するための検出器に関する。前記検出器は、前記生物の存在の検出、及び対応する検出信号の生成のための少なくとも１つの焦電セルを有する。前記検出器は、前記検出信号に基づいて前記生物の存在を推断するためのプロセッサユニットを有する。本発明は、更に、上述の検出器を有する照明システムに関する。

当業界では知られているように、受動型赤外線センサ（ＰＩＲセンサ）は、電子装置であって、前記電子装置の視界内の物体から放射する赤外（ＩＲ）光を測定する電子装置である。ＰＩＲセンサは、多くの場合、ＰＩＲをベースにした動作及び／又は存在検出器の構成において用いられる。動作は、人間などの或る温度を持つ赤外線源が、壁などの別の温度を持つ赤外線源の前を通過するときに検出される。全ての物体は、黒体放射として知られているものを発する。それは、通常、人間の目には見えないが、このような目的のために設計された電子装置によって検出されることができる赤外線である。この例において「受動型」という用語は、ＰＩＲ装置が、赤外線ビームを発さず、単に、入って来る赤外線を受動的に受け付けることを意味する。「Infra」は、それを視覚的に検出する我々の能力より下を意味し、「Red」は、この色が、我々の目が見えなくなる前に感知することができる最も低いエネルギレベルを表わすからである。従って、赤外線（infrared）は、赤色のエネルギレベルより下を意味し、多くの、目に見えないエネルギの供給源に当てはまる。（通常、受動型赤外線検出器に対してＰＩＤと呼ばれる）ＰＩＲをベースにした動作検出器においては、ＰＩＲセンサは、一般に、ＰＩＲセンサからの信号を解読するために必要とされる必要な電子回路を含むプリント回路基板上に取り付けられる。

既知のＰＩＲセンサの不利な点は、生物、とりわけ、人間又は動物の存在を検出する際の確実性が相対的に限られていることを特徴とすることである。このようなセンサは、生物の動作にしか反応しない。

本発明の目的は、生物の存在を検出するのに適した検出器を提供することである。生物は、人間又は動物であり得る。このような検出器は、生物の存在の検出時の相対的に高い確実性を特徴とする。

この目的は、請求項１において規定されているような本発明による検出器で達成される。生物の動作及び存在を検出するための検出器は、前記生物の存在の検出、及び対応する検出信号の生成のための少なくとも１つの焦電セルを有する。前記検出信号は、少なくとも１つの生物の生体信号（以下では生体信号と呼ぶ）、例えば、前記生物が人間である場合には前記人間の心拍数を有する。前記検出器は、前記検出信号及び前記生体信号に基づいて前記生物の存在を推断するためのプロセッサユニットを更に有する。

それは、本発明による検出器は、前記プロセッサに、前記検出信号と、前記検出信号に含まれる前記生体信号との両方を供給することを意味する。前記プロセッサユニットによる生物の存在検出は、両方の信号に基づいている。この理由のため、本発明による検出器は、生物の存在の検出時の相対的に高い確実性を特徴とし、従って、前記検出器は、既知のＰＩＲセンサの不利な点を解決する。

本発明による検出器の実施例は、前記検出器が、少なくとも２つの焦電セルを有するという特徴を持つ。このような検出器は、少なくとも２つの焦電セルを用いることから、前記存在検出の更なる改善を供給する。

本発明による検出器の実施例は、前記検出器が、少なくとも１つの赤外線フィルタを有するという特徴を持つ。前記焦電セルのうちの１つが、前記生物の熱黒体放射の波長より下の波長範囲の熱放射スペクトル領域に敏感である前記赤外線フィルタを備えている。前記赤外線フィルタは、8ミクロン未満の、好ましくは5ミクロン未満の、より好ましくは2ミクロン未満の放射線に敏感であり得る。

本発明による検出器の実施例は、前記検出器が、少なくとも２つの赤外線フィルタを有するという特徴を持つ。前記焦電セルの各々が、前記赤外線フィルタのうちの１つを備えている。前記赤外線フィルタの各々は、異なる熱放射スペクトル領域であって、前記領域が互いに重なり合わない異なる熱放射スペクトル領域に敏感である。

本発明による検出器の実施例は、前記赤外線フィルタが、ポリメチルメタクリレートから作成されるという特徴を持つ。

本発明による検出器の上記の実施例は、２つ以上の生物の検出のために用いられることができる。検出される、対応する生体信号は、互いに異なる。例えば、前記生物が、２人の人間であり、前記生体信号が、前記２人の人間の心拍数である場合には、前記２人の人間の心拍数は、決して、全く同じではない。従って、前記検出信号は、２つ以上の異なる生体信号であって、前記生体信号の各々が、異なる生物に対応する生体信号を有するだろう。前記プロセッサユニットは、２つ以上の生物の存在を推断するだろう。前記プロセッサユニットは、存在が検出されている生物の数も推断することができる。

本発明は、更に、前の実施例において記載されているような検出器と、領域を照明するための光源とを有する照明システムに関する。前記検出器は、前記検出器による存在検出に基づいて前記光源を制御するよう構成される。

以下において、本発明及び他の態様を、一例として記載し、以下で図を用いて説明する。

当業界では知られているような焦電セルの等価回路を概略的に示す。 当業界では知られているような受動型赤外線（ＰＩＲ）センサによる動作検出の機構を概略的に示す。 当業界では知られているような受動型赤外線（ＰＩＲ）センサによる動作検出の対応する信号を概略的に示す。 本発明による検出器の第１例示的実施例を概略的に示す。 赤外線フィルタを備えている焦電セルを有する検出器を概略的に示す。 このようなフィルタの吸収スペクトルを概略的に示す。 図３に示されている検出器から生じる信号であって、検出器が赤外線フィルタを備えていない場合の信号を概略的に示す。 図３に示されている検出器から生じる信号であって、検出器が赤外線フィルタを備えている場合の信号を概略的に示す。 赤外線フィルタを備えている検出器からの信号を時間領域において概略的に示す。 赤外線フィルタを備えている検出器からの信号を周波数領域において概略的に示す。 赤外線フィルタを備えている検出器の概略図を概略的に示す。 赤外線フィルタのスペクトル特性を概略的に示す。

好ましい実施例の以下の記載においては、それらの一部を形成する添付図面に対する参照がなされる。以下の記載において、本発明が実施され得る特定の実施例が例示として示されている。本発明の範囲から逸脱せずに、他の実施例が利用されることができ、構造的変化がなされることができることも理解されたい。幾つかの実施例において、同じ参照符号は、同じ又は同様のパーツを示すために用いられるだろうことに注意されたい。

図１は、当業界では知られているような焦電セルの等価回路を概略的に示している。当業界では知られているような受動型赤外線（ＰＩＲ）センサは、２つ以上の焦電セルを有する。これらの焦電セルは、差動的なようにして接続され、それによって、前記焦電セルは、熱信号の直接的な成分を取り除き、全てのセル素子の出力の差を表わす出力信号を生成する。

図２Ａは、当業界では知られているようなＰＩＲセンサによる動作検出の機構を概略的に示している。図２Ａにおいて示されているように、ＰＩＲセンサは、付加的な増幅器３０、及び焦電セルが、センサの近くの人間などの温かい物体の移動によってもたらされるような熱放射分布における変化を測定するたびにデジタル信号３４を作成する比較器３２も、更に含み得る。このようなＰＩＲセンサの動作方法は図２Ｂに示されている。人間２０がＰＩＲセンサ２２を通過しているとき、入力信号２４によって表わされている、結果として生じる熱源移動が、図２Ｂに示されているような出力信号２６を生成するだろう。

既知のＰＩＲセンサの不利な点は、それらの差動検出技術が、人間からのあらゆる生体信号を取り除く、又は少なくとも実質的に減らす傾向にあることである。これは、両方の検出素子でかなり似た強度を持つ生体信号が検出され、従って、前記生体信号が、差動検出中の一方の信号の他方の信号からの減算によって事実上相殺されるからである。

本発明による生物１０の動作及び存在を検出するための検出器１は、図３に概略的に示されている。検出器は、生物１０の存在の検出のために少なくとも１つの焦電セル２Ａ、２Ｂを有する生物は、人間又は動物であり得る。図３は、２つの焦電セル２Ａ、２Ｂを持つ例を示している。焦電セル２Ａ、２Ｂは、対応する検出信号６を生成する。検出信号６は、少なくとも１つの生物の生体信号、例えば、人間の心拍数を有する。検出器は、検出信号６及び生体信号に基づいて生物１０の存在を推断するためのプロセッサユニット８を有する。このようにして得られる存在検出の精度は相対的に高い。なぜなら、前記存在検出は、検出信号と生体信号との両方に基づいているからである。

図３に示されているように、検出器１は、２つの焦電セル２Ａ、２Ｂと、２つの赤外線フィルタ４Ａ、４Ｂとを有することができる。焦電セル２Ａ、２Ｂの各々が、赤外線フィルタ４Ａ、４Ｂのうちの１つを備えている。赤外線フィルタ４Ａ、４Ｂの各々は、熱放射スペクトルの異なる領域であって、互いに重なり合っていない又は少なくとも実質的に重なり合っていない異なる領域に敏感である。

既に述べたように、生物は、人間又は動物であり得る。生物が人間である場合には、人間の生体信号は、心拍信号、心拍変動信号、呼吸数信号などであり得る。

当業界で知られているＰＩＲセンサとは異なり、本発明による検出器は、比較器を含まず、焦電セル２Ａ、２Ｂは、差動モードで動作しない。結果として、測定した信号の減算がなく、それ故、生体信号が減算によって取り除かれることがない。それ故、焦電セル２Ａ、２Ｂは、後に抽出されることができる、生物の生体信号、例えば、心拍信号を含むアナログ信号を生成する。

本発明による検出器は、一般的な照明源からの光がほとんどない赤外線（ＩＲ）領域において用いられることができることから環境の絶え間のない照明を必要としない。検出器は、生物によって放射されるような熱信号しか用いず、そのため、動作するのに環境の照明を必要としない。

本発明による焦電セル２Ａ、２Ｂを有する検出器は、皮膚から光を集めることによって遠くから人の心拍数を測定することができる。酸素化された血液は、700nm乃至1200nmの範囲において、高い光吸収を持ち、1200nm乃至2200nmの範囲において、かなりの吸収を持つ。血中酸素の吸収に起因する光強度の変動は検出されることができる。これは、フォトプレチスモグラフィのような技術において知られている。

赤外線フィルタ４Ａ、４Ｂは、光の熱放射領域内に適切な透過スペクトルを備える光学フィルタであり得る。赤外線フィルタは、焦電セル２Ａ、２Ｂの上に配置され得る。検出器は、デジタル及び／又はアナログのフィルタ及び増幅器から成る電子ユニット及び／又は検出結果を視覚化するための表示装置を更に含み得る。

赤外線フィルタ４Ａ、４Ｂは、好ましくは、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）で作成される。この材料は、可視領域においては透明であるが、赤外領域においては完全に吸収性である。波長が2.2ミクロンを上回る場合、ＰＭＭＡは光の100%を吸収する。図４（ａ）は、ＰＭＭＡ赤外線フィルタ４Ａを備えている焦電セル２Ａ、２Ｂの機構を概略的に示している。図４（ｂ）は、このようなフィルタの様々な光波長に対する透過率を概略的に示している。

当業界では知られているような、ＰＭＭＡフィルタのない、ＰＩＲセンサからの一般的な信号は、図５（ａ）に示されている。デジタルタイプの信号を観察することが可能であり、これは、２つの焦電セルからの信号の減算によって作成される。

本発明に従ってＰＭＭＡフィルタを用いると、アナログタイプの信号を観察することが可能である。このような信号は図５（ｂ）に示されている。この信号は、生物の生態信号の測定、例えば、心拍数の測定に適している。

図６（ａ）は、ＰＭＭＡフィルタ４Ａ、４Ｂを備えている焦電セル２Ａ、２Ｂによって生成される取得信号の２０秒間を示している。２０秒間の期間にわたって人間の顔から放射線が集められている。図６（ｂ）は、既知の技術、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）によって変換された、図６（ａ）に示されている信号の周波数スペクトルを示している。図６（ｂ）に示されている信号は、１ヘルツ（Hz）においてピークを持つ。このピークは、人間の心拍数を表わし、ここで、前記人間は、６０拍／分の心拍数を持つ。

焦電セル２Ａ、２Ｂの各々は、適切な波長範囲から熱放射線を受け取る。以下の式は、当業界では知られているような、黒体放射体の温度の関数としての波長の変位のウィーンの法則から生じる。

ここで、Tは、ケルビン単位での温度であり、λは、波長であり、a=>2.8978×10-3(mK)である。一般的な人間の体温は、約37℃であり、9.5μmの一般的な波長に対応する。本発明による検出器は、図７（ａ）に示されているように、異なる焦電セル、第１焦電セル２Ａ及び第２焦電セル２Ｂのための、異なる赤外線フィルタ、第１赤外線フィル４Ａ及び第２赤外線フィルタ４Ｂを開示している。図７（ｂ）に示されているように、第１赤外線フィルタ４Ａは、Ｔ２より下の温度に対応する５Ａ放射線を透過し、第２赤外線フィルタ４Ｂは、Ｔ３より上の温度に対応する５Ｂ放射線を透過する。温度の適切な選択が実現され得るように赤外線フィルタを調整することは可能である。とりわけ、人間の心拍数の検出のためには、一方のフィルタ、この例においては、第２赤外線フィルタ４Ｂは、9.5マイクロメートル（μm）の近くの或る範囲内で透過性であるべきである。この範囲は、例えば、8μmから12μmまでであり得る。他方のフィルタ、この例においては、第１赤外線フィルタ４Ａは、この範囲からの放射線をブロックし、例えば、図４に示されているようなＰＭＭＡフィルタである。上記のように、このフィルタは、生体信号の測定に適している。従って、このような検出器は、動作と、心拍数などの人間の生体信号との両方を検出することを可能にする。

当業者は、適切な重複が実現され得るようにフィルタを調整することができることに注意することは重要である。図７（ｂ）に示されているような温度点Ｔ２及びＴ３は、同じである、又はそれどころか、わずかに重なり合っていることもあり得る。人間の温度はＴ４によって表わされている。

検出器が、２つより多くの、例えば、３つ、４つ又はそれ以上の焦電セルを有する場合には、同数の赤外線フィルタが用いられるだろう。このような場合には、赤外線フィルタの構成は、２つ以上の熱スペクトル領域に合わせて選ばれ得る。

本発明によって主張されているような検出器は、照明制御システム、動作検出システム、存在検出システム、心拍数の非侵襲的測定などにおいて用いられ得る。例えば、照明システムは、前の実施例において記載されているような検出器と、領域を照明するための光源とを有する。検出器は、存在検出に基づいて光源を制御するよう構成され得る。

本発明を、図面において図示し、上記の説明において詳細に説明しているが、このような図及び説明は、説明的なもの又は例示的なものとみなされるべきであって、限定するものとみなされるべきではない。本発明は、開示されている実施例に限定されない。

請求項に記載の発明を実施する当業者は、図面、明細及び添付の請求項の研究から、開示されている実施例に対する他の変形を、理解し、達成し得る。例えば、上記の実施例は、本発明によるセンサによる単一の生物だけの検出を考慮しているが、他の実施例においては、単一のセンサで２つ以上の生物を検出することが可能であるだろう。これは本発明によって可能になる。なぜなら、本発明は、生体信号の決定のための方法を開示しているからである。異なる生物の生体信号は同じではなく、例えば、異なる人間の心拍数及び心拍変動は異なることが知られている。単一の検出器を用いて２人以上の人間の生体信号を測定し、結果として生じるコンポジット信号を図６に記載されているＦＦＴ法を用いて分析することによって、結果として生じる、図６ｂに示されているタイプの周波数スペクトルは、一般に、異なる周波数において別個のピークを示すだろう。周波数の各々が、例えば、個々の生物の心拍数に対応するだろう。例えば、生体信号が、第１の人間からの60Hzの心拍数に対応する、図６ｂに示されているような1Hzにおいて測定されたピークと、0.66Hzにおける別のピークとを示す場合には、この第２のピークは、90Hzの心拍数に対応するだろう。このことは、明白に、第２の人間が存在するとみなされ得る。同様に、より多くの、異なる周波数のピークは、センサの近くにより多くの生物が存在するとみなされ得る。

請求項において、「有する」という用語は、他の要素又はステップを除外せず、単数形表記は、複数の存在を除外しない。特定の手段が、相互に異なる従属請求項において引用されているという単なる事実は、これらの手段の組み合わせが有利になるように使用されることができないと示すものではない。請求項におけるいかなる参照符号も、範囲を限定するものとして解釈されてはならない。

１ 検出器
２Ａ、２Ｂ 焦電セル
４Ａ、４Ｂ 赤外線フィルタ
５Ａ、５Ｂ 放射線
６ 検出信号
８ プロセッサユニット
１０、２０ 生物
２２ ＰＩＲセンサ
２４ 熱源移動
２６ 出力信号
３０ 増幅器
３２ 比較器
３４ デジタル出力

Claims (8)

1. 生物の存在の検出のための検出器であって、
   前記生物の存在の検出、及び対応する検出信号であって、前記検出信号が、少なくとも１つの生物の生体信号を有する検出信号の生成のための少なくとも１つの焦電セルと、
   前記検出信号及び前記生体信号に基づいて前記生物の存在を推断するためのプロセッサユニットとを有する検出器。
2. 前記検出器が、少なくとも２つの焦電セルを有する請求項１に記載の検出器。
3. 前記検出器が、少なくとも１つの赤外線フィルタを有し、前記焦電セルのうちの１つが、前記生物の熱黒体放射の波長より下の波長範囲の熱放射スペクトル領域に敏感である前記赤外線フィルタを備えている請求項２に記載の検出器。
4. 前記赤外線フィルタが、8ミクロン未満の、好ましくは5ミクロン未満の、より好ましくは2ミクロン未満の放射線に敏感である請求項３に記載の検出器。
5. 前記検出器が、少なくとも２つの赤外線フィルタを有し、前記焦電セルの各々が、前記赤外線フィルタのうちの１つを備えており、前記赤外線フィルタの各々が、異なる熱放射スペクトル領域であって、前記領域が互いに重なり合わない異なる熱放射スペクトル領域に敏感である請求項２に記載の検出器。
6. 前記生物が人間であり、前記人間の生体信号が心拍数である請求項１乃至５のいずれか一項に記載の検出器。
7. 前記赤外線フィルタが、ポリメチルメタクリレートから作成される請求項３、４、５又は６に記載の検出器。
8. 請求項１乃至７のいずれか一項に記載の検出器と、領域を照明するための光源とを有する照明システムであって、前記システムが、前記検出器の存在検出に基づいて前記光源を制御するよう構成される照明システム。

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