JP2677128B2 - 熱画像検出装置 - Google Patents

熱画像検出装置

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JP2677128B2
JP2677128B2 JP4247470A JP24747092A JP2677128B2 JP 2677128 B2 JP2677128 B2 JP 2677128B2 JP 4247470 A JP4247470 A JP 4247470A JP 24747092 A JP24747092 A JP 24747092A JP 2677128 B2 JP2677128 B2 JP 2677128B2
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    • G01J1/02—Details
    • G—PHYSICS
    • G08—SIGNALLING
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    • G08B13/00—Burglar, theft or intruder alarms
    • G08B13/18—Actuation by interference with heat, light, or radiation of shorter wavelength; Actuation by intruding sources of heat, light, or radiation of shorter wavelength
    • G08B13/189—Actuation by interference with heat, light, or radiation of shorter wavelength; Actuation by intruding sources of heat, light, or radiation of shorter wavelength using passive radiation detection systems
    • G08B13/19—Actuation by interference with heat, light, or radiation of shorter wavelength; Actuation by intruding sources of heat, light, or radiation of shorter wavelength using passive radiation detection systems using infrared-radiation detection systems
    • G08B13/191—Actuation by interference with heat, light, or radiation of shorter wavelength; Actuation by intruding sources of heat, light, or radiation of shorter wavelength using passive radiation detection systems using infrared-radiation detection systems using pyroelectric sensor means
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は家庭内の居室の温度分布
及び人体の挙動検出など熱画像による輻射温度検出及び
人体挙動検出に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、非接触で温度を測定する方式とし
ては量子形赤外線センサによるもの、熱形赤外線センサ
によるものがあった。量子形赤外線センサは感度は高
く、応答速度は速いが冷却が必要であり（−２００℃程
度）、民生用には不向きである。一方、熱形赤外線セン
サは比較的感度が低く、応答速度は遅いが冷却が不要な
ため民生市場では実用化されている。
【０００３】熱形赤外線センサの中で焦電効果を利用し
た焦電形赤外線センサがよく使われている。
【０００４】焦電形赤外線センサ１は微分変化出力特性
を持っており、入射温度が変化したときのみ出力を発生
する。この焦電形赤外線センサには通常複眼型のレンズ
が組み合わされており、焦電形赤外線センサユニットの
前を人体が横切ったとき、内部の焦電形赤外線素子には
人体の放射温度が出現、消滅、出現、消滅、・・・・と
いう時間変化入力として入力される。したがって焦電形
赤外線センサの出力はこの時間変化入力に同期して出力
される。
【０００５】また２次元熱画像を得るための手段として
は焦電形赤外線センサを２次元に配置する方式も考えら
れていた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】焦電形赤外線センサを
２次元に配置するとシステム構成が複雑なものとなって
しまう。
【０００７】本発明は比較的簡単なシステム構成で、よ
り精度の高い熱画像を検出するシステムを提供するもの
である。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明は、直線軸上に一次元に配置された複数の焦電
型熱検出素子群と前記焦電型熱検出素子群と一体となっ
た光学系と、前記直線軸に平行あるいは一定の角度だけ
傾斜させた回転軸を持ち、前記焦電型熱検出素子群によ
り温度を計測しながら前記回転軸を中心として回転させ
て２次元熱画像を得るものである。
【０００９】また本発明において、前記焦電型熱検出素
子群の各素子のサイズは少なくとも互いに異なる値を含
むこととしたものである。
【００１０】また本発明において、各素子のサイズは前
記一次元に配置された長さ方向に異なる値を含むもので
ある。
【００１１】また本発明は、各素子のサイズに前記一次
元に配置された幅方向に異なる値を含み、前記光学系の
光学収差を補正して前記光学系を通して前記焦電型熱検
出素子群の各素子の幅方向の画角を一定としたものであ
る。
【００１２】また本発明は、前記直線軸を垂直から一定
の角度だけ傾斜させた前記焦電型熱検出素子群及び前記
光学系においてより水平方向に対向した素子長は短く、
より垂直方向に対向した素子長は長くしたものである。
【００１３】また本発明は、前記各素子の間隔を一定と
したものである。また本発明は、前記各素子の間隔に異
なる値を含むものである。
【００１４】また本発明は、前記直線軸を垂直から一定
の角度だけ傾斜させた前記焦電型熱検出素子群及び前記
光学系においてより水平方向に対向した素子長は短く、
より垂直方向に対向した素子長は長くし、かつ前記各素
子の間隔を一定としたものである。
【００１５】また本発明は、前記回転軸を中心として前
記焦電型熱検出素子群を計測しながら回転させる速度
を、１計測毎に各素子が対向する水平画角よりも大きく
するごとく設定されたものである。
【００１６】また本発明は、前記回転速度を１計測毎に
前記各素子が対向する水平画角のほぼ２倍としたもので
ある。
【００１７】また本発明は、前記回転速度を２分の１と
し、１計測毎に前記各素子が対向する水平画角とほぼ同
じとしたものである。
【００１８】さらに本発明は、前記回転速度を１計測毎
に前記各素子が対向する水平画角のほぼ２倍の場合およ
びほぼ同じの場合の双方を具備したものである。
【００１９】
【作用】本発明は一次元に配置した焦電型熱検出素子群
と光学系を一体として回転させるシステムにおいて、よ
り高精度、高性能で比較的簡単な構成の２次元熱画像を
検出するシステムを提供するものである。
【００２０】
【実施例】以下実施例における２次元熱画像検出装置に
ついて図１〜８を用いて説明する。
【００２１】図１において、１は焦電型熱検出素子群で
あり、１ａ〜１ｈは焦電型熱検出素子である（以下素子
という）。
【００２２】３は焦電型熱検出素子群１とレンズ２を一
体とするための構造で焦電型熱検出素子群１はレンズ２
の光軸４上に配置されている。５は前記構造３を回転さ
せるときの回転軸である。また６は１〜５を含む熱画像
検出装置である。
【００２３】図２は焦電型熱検出素子群１の各素子のサ
イズを異なる値とした一例である。この場合は素子１ａ
より１ｈの方が１次元に配置された長さ方向に（以下長
さという）長くしている。各素子のサイズを変えること
はレンズ２と組み合わせることにより各素子に投影する
空間視野を変えることになる。以下にその説明をする。
【００２４】図３はレンズを通して格子模様を見たとき
の光学収差の説明図である。ここで（ａ）の格子模様を
広角のレンズを通して見ると投影画像（ｂ）のごとく周
辺が歪んだ画像となって見える。
【００２５】図４は幅方向の光学収差を補正するため各
素子の幅方向のサイズを変化させた事例である。この形
状の焦電型熱検出素子群１とレンズ２を組み合わせるこ
とにより、均一の視野角幅の画像が得られる。
【００２６】図５により直線軸上に並んだ焦電型熱検出
素子群１において前記直線軸を垂直から一定の角度θだ
け傾斜させた場合の垂直配光を示す。レンズ２と組み合
わせることにより水平方向から順にエリア１〜８が素子
１ａ〜１ｈとそれぞれ対応して配光を受け持つこととし
ている。図５では居住室内を観測しているが人体を観測
する場合、熱画像検出装置６に近い場合は人体は大きく
見える。
【００２７】また熱画像検出装置６から人体が遠い場合
は人体は小さく見える。このためエリア１〜８に均等に
垂直画角を割り当てている場合には遠くの人体にはエリ
アの大きさが大きくなり、すなわち人体が写り込むエリ
ア数は少なくなる。また逆に近くの人体は写り込みエリ
ア数は多くなり、相対的に遠くの人体には画像としての
分解能が悪くなり、近くの人体には分解能が良くなる結
果となる。このバランスを改善するためにエリア１の画
角をエリア８よりも小さくすることが有効である。これ
により、人体が遠くの場合も近くの場合も画像の分解能
のバランスをとることが可能となる。焦電型熱検出素子
群１に一体となったレンズ２が組み合わされているので
図２のように各エリアの垂直画角を変化させることは各
素子の長さを変化させることにより実現できる。すなわ
ち画角の小さいエリア１には対応する素子１ａの長さを
短く、画角の大きいエリア８には対応する素子１ｈの長
さを長く設定する。
【００２８】図６は各素子の隣接間隔を均一に設定した
場合の垂直配光図（ａ）と焦電型熱検出素子群１の配列
（ｂ）である。ここで各素子に投影されない垂直画角、
すなわち垂直不感領域を極力小さくする場合は各素子の
間隔を製造可能な最低値でかつ一定にすることにより垂
直不感領域の影響を少なくする。また（ａ）において、
（ｂ）の各素子の隣接間隔に対応する垂直不感領域の大
きさは熱画像検出装置６からの距離に比例する。従って
各素子の間隔を一定にした場合は、垂直不感領域は熱画
像検出装置６に近い場合は小さく、遠い場合に大きくな
る。一方、熱画像検出装置６から遠い場所ではエリアの
大きさが大きくなるので、人体が写っている場合一つの
エリアに人体の他に背景が写る比率が大きくなる。人体
が近くの場所では人体が複数のエリアに写ることになる
のでどれかのエリアにはほとんど人体で占めるものがあ
ることになる。従って人体が遠くの場合は人体が背景で
薄まることになり検出性能が低下する。
【００２９】そこで各素子の間隔による垂直不感領域を
適切にとることにより人体を明確に検出できるようにす
る必要がある。図６では各素子の間隔を一定にしている
がこの場合エリア１よりエリア８を大きくする。すなわ
ち素子１ａより素子１ｈを大きくしているためエリア１
では水力不感領域が比率として大きくなる。このためエ
リア１では人体が中心に写った場合はより明確に検出で
きる。但し垂直不感領域に人体がある場合には人体がほ
とんど見えなくなる場合もあるが通常人体は動いている
ので継続して計測を行えば特に支障はない。またエリア
８では垂直不感領域の比率が低いのでより多くの面積が
計測され、計測の精度の向上が期待できる。さらに垂直
不感領域を極限まで小さくしたい場合は上記の機能を持
ったまま各素子の間隔を製造可能な下限値にすることに
より実現できる。
【００３０】図７は各エリアにおいて垂直不感領域を一
定の比率とした例である。（ａ）はこの場合の垂直配光
図、（ｂ）は焦電型熱検出素子群１の配列である。エリ
ア１〜８は図６と同様に大きさを変えてある。（ｂ）に
おいて各素子の間隔を適切に設定することにより各エリ
ア内の垂直不感領域と垂直検出領域の比率を一定として
いる。各エリアでの写り込み比率を一定としているた
め、エリア１では人体が中心に写った場合はより明確に
検出でき、エリア８では人体より小さな発熱物体、例え
ば猫などのペットがより明確に検出できることになる。
【００３１】図８に回転軸５により水平方向に焦電型熱
検出素子群１とレンズ２を一体で温度を計測しながら回
転軸５を中心として回転させて２次元の画像を得る場合
の順次焦電型熱検出素子群１により検出される画像デー
タの水平方向の配列について説明する。
【００３２】（ａ）は回転の速度を焦電型熱検出素子群
１の幅により決まる水平画角のほぼ２倍とした場合の画
像データの配列であり、（ｂ）は回転の速度を焦電型熱
検出素子群１の幅により決まる水平画角とほぼ同じとし
た場合の画像データの配列である。（ａ）によれば
（ｂ）と同じ時間で２倍の水平画角の領域の画像データ
が検出できる。また水平方向の不感領域が１／２とな
り、人体の検出にはほぼ適切な解像度が得られる。
【００３３】また焦電型熱検出素子群１の幅により決ま
る水平画角の倍率を適切に選ぶことにより総画像データ
数を同じとしながら熱画像検出装置の水平画角を任意に
設定できる。
【００３４】また（ｂ）によれば（ａ）より精密な画像
データが得られる。（ａ）および（ｂ）を併用すればま
ず（ａ）により人体のおよその場所を検出し、つぎに
（ｂ）により検出した人体の正確な温度、位置などの情
報を検出するといった使い分けができる。
【００３５】
【発明の効果】本発明によれば、垂直軸上に一次元に配
置された複数の焦電型熱検出素子群と前記焦電型熱検出
素子群と一体となった光学系と、前記直線軸に平行ある
いは一定の角度だけ傾斜させた回転軸を持ち、前記焦電
型熱検出素子群により温度を計測しながら前記回転軸を
中心として回転させて２次元画像を得る熱画像検出装置
において、各素子のサイズは少なくとも互いに異なる値
を含むことにより各素子に対応する画角を変えることが
できる。
【００３６】さらに各素子のサイズは前記一次元に配置
された長さ方向に異なる値を含むことにより、各素子に
対応する垂直画角を変えることができる。
【００３７】さらに各素子の幅方向のサイズを適切に変
えることにより、各素子の幅方向の画角を一定にするこ
とができる。
【００３８】さらに前記直線軸を垂直から一定の角度だ
け傾斜させた前記焦電型熱検出素子群及び前記光学系に
おいてより水平方向に対向した素子長は短く、より垂直
方向に対向した素子長は長くしたことにより、人体が遠
くの場合も近くの場合も画像の分解能のバランスをとる
ことが可能となる。
【００３９】また各素子の間隔を一定とすることによ
り、不感領域を極力小さく、影響を少なくすることがで
きる。
【００４０】また各素子の間隔に異なる値を含むことに
より、垂直方向の不感領域を適切にとることができ人体
およびペットなどの小さな発熱体を明確に検出できる。
【００４１】さらに、より水平方向に対向した素子長は
短く、より垂直方向に対向した素子長は長くし、かつ各
素子の間隔を一定にすることにより、水平に近いエリア
では人体が中心に写った場合はより明確に検出でき、垂
直に近いエリアでは計測の精度が向上する。
【００４２】さらに、前記回転軸を中心として前記焦電
型熱検出素子群を計測しながら回転させる速度を、１計
測毎に各素子が対向する水平画角よりも大きくするごと
く設定することにより、総画像データ数を同じとしなが
ら熱画像検出装置の水平画角を任意に設定できる。
【００４３】さらに、回転速度を、１計測毎に各素子が
対向する水平画角のほぼ２倍とすることにより、水平方
向の不感領域が１／２となり、人体の検出にはほぼ適切
な解像度が得られる。
【００４４】また回転速度を、１計測毎に各素子が対向
する水平画角とほぼ同じとすることにより、より精密な
画像データが得られる。
【００４５】また回転速度を１計測毎に前記各素子が対
向する水平画角のほぼ２倍の場合およびほぼ同じの場合
の双方を具備したことにより、２倍の場合に人体のおよ
その場所を検出し、つぎに同じとした場合により検出し
た人体の正確な温度、位置などの情報を検出するといっ
た使い分けができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】焦電型熱検出素子群とレンズを一体する構造の
概略構成図
【図２】焦電型熱検出素子群のサイズを示す構成図
【図３】広角レンズの光学収差の説明図
【図４】焦電型熱検出素子群の幅方向のサイズを変化さ
せた事例の構成図
【図５】焦電型熱検出素子群を傾斜させた場合の垂直配
光図
【図６】素子間隔を一定にした場合の垂直配光図及び素
子の配列図
【図７】不感領域の比率を一定にした場合の垂直配光図
及び素子の配列図
【図８】水平方向の画像データの配列図
【符号の説明】
１ 焦電型熱検出素子群 １ａ〜１ｈ 焦電型熱検出素子 ２ レンズ ３ 焦電型熱検出素子群とレンズを一体とするための構
造 ４ レンズの光軸 ５ 回転軸 ６ 熱画像検出装置
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｇ０１Ｊ 5/02 Ｇ０１Ｊ 5/02 Ｍ Ｈ０４Ｎ 5/33 Ｈ０４Ｎ 5/33

Claims (9)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】直線軸上に一次元に配置された複数の焦電
    型熱検出素子群と前記焦電型熱検出素子群と一体となっ
    た光学系と、前記直線軸に平行あるいは一定の角度だけ
    傾斜させた回転軸を持ち、前記焦電型熱検出素子群によ
    り温度を計測しながら前記回転軸を中心として回転させ
    て２次元画像を得る熱画像検出装置において、前記焦電
    型熱検出素子群の各素子のサイズが互いに異なる熱画像
    検出装置。
  2. 【請求項２】各素子のサイズは、少なくとも一次元に配
    置された長さ方向に異なる請求項１記載の熱画像検出装
    置。
  3. 【請求項３】各素子のサイズは少なくとも一次元に配置
    された幅方向に異なり、光学系の光学収差を補正して前
    記光学系を通して焦電型熱検出素子群の各素子の幅方向
    の画角を一定とした請求項１記載の熱画像検出装置。
  4. 【請求項４】直線軸を垂直から一定の角度だけ傾斜させ
    た焦電型熱検出素子群及び光学系においてより水平方向
    に対向した素子長は短く、より垂直方向に対向した素子
    長は長くした請求項２記載の熱画像検出装置。
  5. 【請求項５】各素子の間隔を一定とした請求項１記載の
    熱画像検出装置。
  6. 【請求項６】各素子の間隔に異ならせた請求項１記載の
    熱画像検出装置。
  7. 【請求項７】回転軸を中心として焦電型熱検出素子群を
    計測しながら回転させる速度を、１計測毎に各素子が対
    向する水平画角よりも大きくするごとく設定された請求
    項１記載の熱画像検出装置。
  8. 【請求項８】回転速度を１計測毎に前記各素子が対向す
    る水平画角のほぼ２倍とした請求項７記載の熱画像検出
    装置。
  9. 【請求項９】回転速度を２分の１とし、１計測毎に各素
    子が対向する水平画角とほぼ同じとした請求項１記載の
    熱画像検出装置。
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