JP2687499B2

JP2687499B2 - 熱体検出装置

Info

Publication number: JP2687499B2
Application number: JP63284294A
Authority: JP
Inventors: 善久増尾; 安史松本; 照也仁科
Original assignee: Omron Corp
Current assignee: Omron Corp
Priority date: 1988-11-10
Filing date: 1988-11-10
Publication date: 1997-12-08
Anticipated expiration: 2012-12-08
Also published as: JPH02129525A

Description

【発明の詳細な説明】（イ）産業上の利用分野この発明は、人体等の発熱物体より放射される赤外線
エネルギーを検出することにより、発熱物体の有無を検
出する熱体検出装置に関する。

（ロ）従来の技術従来、人体等を検出するのに、赤外線エネルギーを検
出するタイプの装置として、焦電型センサを用いたもの
がよく知られている。しかし、焦電型センサでは、移動
人体より放射される放射エネルギー変化を検出するもの
であり、放射エネルギー変化の得にくい静止人体は検出
できない。このため近年、サーモパイル、サーミスタ、
ボロメータ等の検出素子を用いて、静止人体の検出が試
みられている。この種の検出素子を用いた装置の検出原
理は、第９図に示すように、背景エネルギーに相当する
電圧を基準電圧部93より出力するとともに、赤外線検出
部91で検出される赤外線量を増幅部92で増幅し、基準電
圧と検出赤外線量を比較部94で比較し、静止人体の有無
を判別するものである。

（ハ）発明が解決しようとする課題しかしながら、上記従来の装置は、基準電圧が所定値
に設定されるものであるため、背景温度が変化したり、
人体が静止中に微動、例えば手、足、顔等が動き、放射
エネルギー量が変動すると、検出ミスを生じることがあ
り、信頼性の高い検出をなし得ないという問題があっ
た。

また、周囲温度が人体温度より高い領域と低い領域と
で検出素子の出力変化が相反するため、例えば車内シー
ト上の人体検知の様に−30℃〜80℃で動作する様な広い
動作範囲の装置を得ることができなかった。

この発明は、上記問題点に着目してなされたものであ
って、背景温度が変化しても、移動熱体のみならず、静
止熱体をも高い精度で検出し得る、しかも幅広い温度域
で検出し得る熱体検出装置を提供することを目的として
いる。

（ニ）課題を解決するための手段及び作用この発明の第１の請求項の熱体検出装置は、所定領域
内より放射される赤外線エネルギーに応じて電気信号を
発生する検出素子を含む赤外線検出手段（1,2）と、前
記所定領域内より放射される赤外線エネルギー量に応じ
たスレッショルドレベル信号を作成する手段を含み、前
記赤外線検出手段の出力と前記スレッショルドレベル信
号を比較し、熱体よりも高温域における熱体の有無を検
出する高温域熱体検出処理手段（３）と、前記所定領域
内により放射される赤外線エネルギー量に応じたスレッ
ショルドレベル信号を作成する手段を含み、前記赤外線
検出手段の出力と前記スレッショルドレベル信号を比較
し、熱体よりも低温域における熱体の有無を検出する低
温域熱体検出処理手段（4,5）と、前記赤外線検出手段
近傍の温度を検出する温度検出手段（６）と、検出され
た温度と基準温度とを比較し、検出された温度が低温域
であるか高温域であるかを判別する温度域判別手段と
（7,8,9）と、この温度域判別手段の判別出力に応答し
て前記高温域熱体検出処理手段あるいは低温域熱体検出
処理手段の出力のいずれかを選択導出する選択手段（1
1,12,）とから構成されている。

この熱体検出装置では、温度検出手段で周囲温度が検
出される。検出された周囲温度が例えば人体温度よりも
低いと、温度域判別手段でこれが判別され、選択手段に
より低温域熱体検出処理手段の出力が選択導出される。
今、この低温域下で、背景温度が変化した場合、赤外線
検出手段の出力レベルが変化する。そして、その赤外線
検出手段の背景状態変化による出力レベル変化に応答し
て、低温域検出処理手段のスレッショルドレベルも変化
する。人体等の熱体が監視領域内に入ると、赤外線検出
手段の出力レベルは、背景出力に、さらに上乗せされる
ことになり、低温域熱体検出処理手段では、常に正確に
熱体の有無を判別できる。

一方、周囲温度が人体温度よりも高いと、温度域判別
手段で、これが判別されて選択手段により、高温域熱体
検出処理手段の出力が選択される。この場合は、人体等
の熱体が監視領域内に入ると、赤外線検出手段の出力レ
ベルは、背景出力よりも下降することになる。

この発明の第２の請求項の熱体検出装置は、第１の請
求項の装置の温度検出手段に代えて、赤外線検出手段の
出力の変化が所定値以上であるか否かを判別する微動信
号検出手段（10）を備えている。

監視範囲で人体が微動すると監視領域内の温度が変動
し、赤外線検出手段の出力も変動し、微動信号検出手段
に出力が得られ、これに同期して選択手段は、低温域熱
体検出処理手段の出力あるいは高温域熱体検出処理手段
の出力を選択導出する。

（ホ）実施例以下実施例により、この発明をさらに詳細に説明す
る。

第１図は、この発明の一実施例を示す人体検出装置の
回路図、第２図は同装置の具体的な回路図である。

この人体検出装置は、赤外線検出素子1aを含み、監視
領域ME内の赤外線エネルギーを検出して電気信号に変換
する赤外線検出部１と、検出信号を増幅する増幅部２
と、この増幅部２の出力を受けて、監視領域における高
温域での人体検出処理を行う高温域人体検出処理部３
と、増幅部２の出力を反転する位相反転部４と、この位
相反転部４の出力を受けて監視領域における低温域での
人体検出処理を行う低温域人体検出処理部５と、赤外線
検出素子1aの近傍に配置される温度センサ6aを含む温度
検出部６と、この温度検出部６で検出される温度を電圧
信号に変換する温度／電圧変換部７と、基準電圧発生部
８と、この基準電圧発生部８より出力される基準電圧
と、温度／電圧変換部７の出力を比較する比較部９と、
増幅部２の出力を微分して、赤外線検出出力の微動分を
検出する微動信号検出部10と、この微動信号検出部10の
出力でトリガされるリトリガブルマルチバイブレータ10
aと、比較部９の出力状態、及び微動信号検出部10の出
力に応じて選択信号を出力する高温域／低温域出力選択
処理部11と、この選択信号に応答して、高温域人体検出
処理部３あるいは低温域人体検出処理部５の検出出力を
選択する切替部12と、出力制御部13とから構成されてい
る。

赤外線検出部１及び増幅部２は、第３図に示すよう
に、赤外線エネルギーを検出するためのサーモパイル素
子（サーミスタ、ボロメータ等を用いてもよい）1a、オ
ペアンプ2a等から構成され、オペアンプ2aの非反転入力
端（＋）には、サーモパイル素子1aとコンデンサC₁の並
列回路の＋端が接続され、オペアンプ2aの出力端と反転
入力端（−）間に、抵抗R_G3が接続され、さらにオペア
ンプ2aの反転入力端（−）とサーモパイル素子1aの他端
間に抵抗R_G1、R_G2の直列回路が接続されている。抵抗R
_G1、R_G3には、並列にコンデンサC₂、C₃が接続されてい
る。サーモパイル素子1aの一端が、グランドGND間に接
続されている。上記コンデンサC₁、…、C₃は、ノイズカ
ット用に設けられている。この赤外線検出部１及び増幅
部２のゲインＧは、で表わされる。

位相反転回路４は、反転用のオペアンプ3aを含み、増
幅部２の出力を位相反転して出力する。

低温域人体検出処理部５は、ボトムホールド回路51と
比較回路52とから構成されている。

ボトムホールド51は、赤外線検出出力の背景（ボト
ム）レベルを保持する回路であって、オペアンプ51aか
らなる反転回路と、抵抗R₀、コンデンサC₀及びオペアン
プ51bからなるピークホールド回路とから構成されてい
る。

この回路でホールドタイムτは、τ＝C₀R₀≒60秒程度
に選定している。

比較回路52は、オペアンプ52a、抵抗R_C1、R_C2、R_C3か
らら構成され、位相反転部４の出力が抵抗R_C3を介し
て、オペアンプ52aの反転入力端（−）に接続されてお
り、一方、ボトムホールド回路51のオペアンプ51bの出
力端が、抵抗R_C1を介して、オペアンプ52aの非反転入力
端（＋）に接続され、さらにオペアンプ52aの非反転入
力端（＋）と出力端間に抵抗R_C2が接続されている。こ
の抵抗R_C1、R_C2でスレッショルドレベルのヒステリシス
回路を構成しており、スレッショルド幅V_THは、で表わせる。

ただし、 V_OH:オペアンプの52aのハイ出力 V_OL:オペアンプ52aのロー出力なお、高温域人体検出処理部３は、位相反転部４を介
さず、増幅部２の出力を直接受ける点で、低温人体検出
処理部５と相違するが、内部回路の構成は、低温人体検
出処理部５と全く同様である。

第４図は、上述した回路部が収納されるケース体の外
観斜視図であり、第５図は、同断面図である。監視領域
からの赤外線エネルギーが、PEカバー40の窓41を経て、
３分割の凹面マルチミラー42によって反射され、サーモ
パイル素子1aに照射されるようになっている。サーモパ
イル素子1aは図示していないが、フレキシブル基板等
で、プリント回路基板43に接続されている。プリント回
路基板43には、測温素子の他、第２図の回路の大部分が
実装されている。

次に、上記実施例装置の動作について説明する。今、
実施例装置10が、第６図（Ａ）に示すように天井に設置
され、下方の監視領域MEに、人体ｍが移動して来て入
り、静止し、その後領域ME外に出た場合を想定する。な
お、監視領域MEの温度は人体ｍの体温よりも低いとす
る。

先ずサーモパイル素子1aの検出出力V_Sは、第６図
（Ｂ）に示すように、t₁までは、人体が存在せず、背景
温度もほとんど変化せず、一定である。しかし、時点t₁
で人体ｍが入ると、赤外線エネルギーが大きくなり、V_S
が大となるとともに、図では人体の微動でV_Sが変化する
場合を示している。時点t₂に至り、人体が外に出ると、
検出出力V_Sは、再び背景温度に応じたレベルとなるが、
図のt₂〜t₃では、雰囲気温度の影響等により、背景温度
が上昇している場合の例を示している。t₃以降は、背景
温度が一定の場合を例に示している。

増幅部２の出力は、第６図（Ｂ）の検出電圧V_Sと同相
の波形となり、したがって、位相反転部３の出力ａは、
第６図（Ｂ）に示すように、サーモパイル素子1aの検出
電圧V_Sが反転された形の波形となる。それゆえ、出力ａ
は、背景温度の時はレベルが高く、検出赤外線エネルギ
ーが大となる程、レベルが低くなる。この位相反転部４
の出力信号は、比較回路52に入力されるとともに、ボト
ムホールド回路51に入力される。ボトムホールド回路51
では、ａ点の波形がピークホールドされ、その出力は、
第６図（Ｂ）に示す通りとなる。この波形は、背景温度
の場合には、ほぼ位相反転部４の出力と同レベルであ
り、また背景温度に多少の変化があっても、その変化時
間τ_ａがτ_ａ＞τの間は、同レベルである。しかし、ａ
点の波形が、t₁〜t₂で示すように急に低くなると、τの
時定数で、ピークホールドされる。したがって、ボトム
ホールド回路51の出力ｂは、結局背景（ボトム）を保持
したものとなる。

比較回路52において、入力レベルをV_IN、ｂ点のレベ
ルをV_ref、オペアンプ52aの非反転入力端の電圧（スレ
ッショルド電圧）の高い方をV_refH、低い方をV_reflと
し、オペアンプ52aのハイ出力をV_OH、ロー出力をV_OLと
すると、各電圧のレベル関係は、第７図に示す特性とな
る。すなわち入力電圧V_INがレベル小では、スレッショ
ルドレベルV_refHと比較され、V_INがレベル増加し、スレ
ッショルドレベルV_refHを越えるまで（Ａ→Ｂ）は、比
較回路の出力はV_OHであり、入力電圧V_INが、スレッショ
ルドレベルV_refHを越えると、比較回路52の出力はV_OLと
なる（Ｂ→Ｃ）。逆に、今度は、入力電圧V_INがレベル
大では、スレッショルドレベルV_reflと比較され、V_INが
レベル減少し、スレッショルドレベルV_reflを越えて小
さくなるまで（Ｃ→Ｄ）は、比較回路52の出力はV_OLで
あり、入力電圧V_INが、スレッショルドレベルV_reflを越
えて小さくなると、比較回路52の出力は、V_OHとなる
（Ｄ→Ａ）。

ここで、第６図（Ｂ）に戻り、時点t₁までのレベル関
係を見ると、点ａのレベルよりも、V_reflが小さく、従
って、この場合オペアンプ52aの出力はV_OLである。しか
し、時点t₁に至ると、点ａの検出レベルが人体検知でロ
ー方向に変化し、V_reflを越えて低レベルとなる。その
ため、オペアンプ52aの出力はV_OHとなる。応じて、スレ
ッショルドレベルもV_refHとなる。従って、以後はａ点
の検出レベルがV_refHよりも小さい間、オペアンプ52aの
出力はV_OHを保持する。時点t₂に至り、ａ点のレベルが
上昇方向に転じ、やがて、V_refHを越えると、オペアン
プ52aの出力は、再度V_OLとなり、スレッショルドレベル
もV_reflとなる。このように、オペアンプ52aの出力は、
スレッショルドレベルがヒステリシスを持つために、ス
レッショルドレベル付近で、検出レベルが微小変動して
も安定に動作する。

t₂〜t₃の期間では、背景温度上昇の為、増幅部２の出
力は変化するが、その変化時間τ_ａはホールド時定数よ
り大きいため、スレッショルド電圧もこれに追随するの
で誤検出することはない。

監視領域MEの温度が人体ｍの体温よりも高いとする
と、つまり高温域における測定では、第６図（Ｂ）に示
す検出電圧V_Sとは逆特性の波形が得られ、したがって、
アンプ2aのつまり増幅部２の出力は、人体が接近した時
の温度は、背景温度よりもレベルの低い電圧が出力され
る。したがって、この場合には、位相反転部を持たない
高温域人体検出処理部３に入力される信号は、第６図
（Ｂ）のオペアンプ3aの出力波形と同様となり、低温域
人体検出処理部で示した動作例と全く同様の処理によ
り、高温域人体検出処理部における人体検出処理をなす
ことができる。

次に、第２図の回路全体の動作について説明する。

同図の回路において、温度センサ6aにより、サーモパ
イル素子1a近傍の温度、つまり周囲温度が検出され、こ
の検出温度が温度／電圧変換部７で電圧信号に変換さ
れ、この電圧信号に変換された温度が、比較部９で基準
温度発生部８の基準温度（人体温度に設定されている）
と比較され、比較部９からは、検出温度が人体の温度、
つまり36℃以上であれば、ハイ信号“H"を出力し、36℃
未満であれば、ロー信号“L"を出力する。高温域／低温
域出力選択処理部11は、比較部９より出力される信号の
論理状態により第８図に示すように入力信号が“L"の場
合には、低温域選択信号として、Q_L＝“H"の信号を出力
し、出力の切換部12は、低温域人体検出処理部５の信号
を出力する。したがって、この状態下では、位相反転部
４及び低温人体検出処理部５で処理検出がなされた検出
信号が出力され、出力制御部13より信号を出力すること
になる。これに対し、周囲温度が人体温度より大なる場
合、つまり高温域の場合には、比較部９より“L"信号が
出力されるため、高温域／低温域出力選択処理部11は、
Q_H＝“L"、Q_L＝“H"の信号を出力するため、切換部12
は、高温域人体検出処理部３の検出信号を出力し、出力
制御部13を駆動する。これにより、たとえ周囲温度が人
体よりも低い低温域であっても、また人体よりも高い高
温域であっても、高温域人体検出処理部３と低温域人体
検出処理部５のいずれか一方の出力を適性に選択するこ
とができるので、広範囲に人体検出処理を行うことがで
きる。

また、この実施例回路では、周囲温度の検出とは別
に、増幅部２より出力される赤外線の出力信号の変動に
より、これを微動信号検出部10で微分することにより変
化が得られると、リトリガブルマルチバイブレータ10a
をトリガする。このトリガ出力により、微動により監視
領域ME内に人体ｍが存在すると仮定し、高温域人体検出
処理部３部あるいは低温域人体検出処理部５の出力のい
ずれかを導出する。そのため、高温域／低温域出力選択
処理部11では、第８図の例２に示すように、微動信号が
“H"として入力された場合に、同じく高温域人体検出処
理部３、低温域人体検出処理部５のいずれか、及びその
両方が検出出力ありで、“H"の信号がそれぞれ入力端子
D_H、及びD_Lに入力されると、その論理状態により、つま
り高温域人体検出処理部３の検出出力が“H"で出力され
た場合には、信号Q_Hをハイにし、切換部12を高温域人体
検出処理部３側に切換え、逆に入力信号D_Hが“L"で、入
力信号D_Lが“H"であれば、出力Q_Hを“L"とし、出力Q_Lを
“H"とし、低温域人体検出処理部５の検出出力を切換部
12を介して導出する。微動信号を検出した時に、高温域
人体検出処理部３、低温域人体検出処理部５がいずれも
“H"の信号を出力する場合には、信号Q_H、Q_Lを“H"と
し、切換部12からは高温域人体検出処理部３あるいは低
温域人体検出処理部５のいずれの信号を出力してもよ
い。

（ヘ）発明の効果この発明によれば、第１の請求項の熱体検出装置で
は、高温域熱体検出処理手段と、低温域熱体検出処理手
段をそれぞれ個別に備えるとともに、赤外線検出手段近
傍の温度を検出する温度検出手段を備え、検出された温
度と基準温度とを比較し、検出された温度が低温域であ
るか高温域であるかを判別し、その判別結果により、対
応する高温域熱体検出処理手段あるいは低温域熱体検出
処理手段の出力を選択導出するものであるから、検出す
べき周囲温度が高温域であろうと、低温域であろうと、
適性に進入してきた熱体あるいは退出する熱体を正しく
検出することができ、広範囲の熱体検出が可能である。

また、第２の請求項の熱体検出装置によれば、同じく
高温域熱体検出処理手段と低温域熱体検出処理手段を備
えるとともに、赤外線エネルギーの出力の微動を検出す
る手段を備え、微動を検出した時点で一応所定領域内に
熱帯が存在し、変動したこととし、これに同期して、高
温域熱体検出処理手段あるいは低温域熱体検出処理手段
のいずれか一方の検出出力を出力するものであるから、
精度のよい、広範囲での温度検出を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の一実施例を示す熱体検出装置の回
路ブロック図、第２図は、同熱体検出装置の具体例を示
す回路図、第３図は、同実施例熱体検出装置の低温域人
体検出処理部の具体回路を示す回路図、第４図は、同実
施例人体検出装置のケース外観斜視図、第５図は、同断
面図、第６図（Ａ）は、同人体検出装置の動作を説明す
るために供する図、第６図（Ｂ）は、同人体検出装置の
動作を説明するための信号波形タイムチャート、第７図
は、同実施例人体検出装置の比較回路のヒステリシスを
説明する図、第８図は、同実施例人体検出装置の高温域
及び低温域選択処理部の論理状態を示す図、第９図は、
従来の人体検出装置の原理を説明するブロック図であ
る。 1:赤外線検出部、3:高温域人体検出処理部、 5:低温域人体検出処理部、6:温度検出部、 8:基準電圧発生部、9:比較部、 10:微動信号検出部、 11:高温域／低温域出力選択処理部、 12:切換部。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者仁科照也京都府京都市右京区花園中御門町３番地株式会社立石ライフサイエンス研究所内 (56)参考文献特許2600739（ＪＰ，Ｂ２)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】所定領域内より放射される赤外線エネルギ
ーに応じて電気信号を発生する検出素子を含む赤外線検
出手段と、前記所定領域内より放射される赤外線エネルギー量に応
じたスレッショルドレベル信号を作成する手段を含み、
前記赤外線検出手段の出力と前記スレッショルドレベル
信号を比較し、熱体よりも高温域における熱体の有無を
検出する高温域熱体検出処理手段と、前記所定領域内より放射される赤外線エネルギー量に応
じたスレッショルドレベル信号を作成する手段を含み、
前記赤外線検出手段の出力と前記スレッショルドレベル
信号を比較し、熱体よりも低温域における熱体の有無を
検出する低温域熱体検出処理手段と、前記赤外線検出手段近傍の温度を検出する温度検出手段
と、検出された温度と基準温度とを比較し、検出された温度
が低温域であるか高温域であるかを判別する温度域判別
手段と、この温度域判別手段の判別出力に応答して前記高温域熱
体検出処理手段あるいは低温域熱体検出処理手段の出力
のいずれかを選択導出する選択手段と、を備えたことを特徴とする熱体検出装置。
【請求項２】所定領域内より放射される赤外線エネルギ
ーに応じて電気信号を発生する検出素子を含む赤外線検
出手段と、前記所定領域内より放射される赤外線エネルギー量に応
じたスレッショルドレベル信号を作成する手段を含み、
前記赤外線検出手段の出力と前記スレッショルドレベル
信号を比較し、熱体よりも高温域における熱体の有無を
検出する高温域熱体検出処理手段と、前記所定領域内により放射される赤外線エネルギー量に
応じたスレッショルドレベル信号を作成する手段を含
み、前記赤外線検出手段の出力と前記スレッショルドレ
ベル信号を比較し、熱体よりも低温域における熱体の有
無を検出する低温域熱体検出処理手段と、前記赤外線検出手段の出力の変化が所定値以上であるか
否かを判別する微動信号検出手段と、この微動信号検出手段の判別出力に応答して、前記高温
域熱体検出処理手段あるいは低温域熱体検出処理手段の
出力の少なくともいずれかを選択導出する選択手段と、を備えたことを特徴とする熱体検出装置。