JP2974609B2 - 赤外線物体検出装置 - Google Patents

赤外線物体検出装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は赤外線検出用の超電
素子を用いた物質検出装置に係り、特に物体の位置情報
を検出し得る赤外線物体検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】一般にドアの自動開閉のための制御装置
や侵入警報装置などでは赤外線検出装置が用いられてい
る。このような赤外線検出装置では特定されている検出
領域に被検出物体が入ることを感知するが、この際の検
出領域を設定する方法について調べると次の通りであ
る。
【０００３】図１に示したように、赤外線検出装置１を
ドアの設けられている入口の壁の上部または天井２に設
け、その検出装置１に対向するフロア３に対して検知可
能な領域を設定する。この方法によれば、図１に示した
ように斜線領域に入る人４などの被検出物体の検出が可
能になる。
【０００４】また、赤外線検出装置の感度を調節するこ
とにより被検出物体の検知可能な範囲を赤外線検出装置
から所定距離以内に制限し得る。すなわち、感度を高め
ることにより検出領域を遠距離領域まで拡張させ、逆に
感度を低めることにより検出領域を近距離領域に制限さ
せ得る。
【０００５】しかしながら、前記従来の技術では赤外線
検出装置の設置位置が限定されて凡用性が良くない短所
があり、特に天井のように高い位置に設けるときは特別
な設置工事が要求され安全性と保守性の側面から望まし
くない。そして、赤外線検出装置の感度を調節すること
により検出領域の範囲を調整する場合には、その調整自
体が容易でなく、季節及び冷暖房の状態などのような周
辺環境に応じて頻繁な調整が要求される問題点があっ
た。
【０００６】前記のような従来の問題点を改善するため
に図２及び図３に示した赤外線物体検出装置が提案され
た。該赤外線物体検出装置は設置が容易であり、特別な
感度調整が必要でないという長所がある。前記赤外線物
体検出装置の構成は、示したように、受光視野が検出領
域で交差するように配置されている一対の受光素子と、
該一対の受光素子の出力レベルをそれぞれ所定の基準レ
ベルと比べて被検出物体の検出信号をそれぞれ出力する
一対の比較手段と、検出信号の時間的な重畳の有無によ
り前記検出領域に被検出物体が存在するか否かを判別す
る判別手段とを含む。
【０００７】前記構造の従来の赤外線物体検出装置によ
れば、一対の受光素子の受光視野の交差する位置で検出
領域が設定され、ここに被検出物体が入るとき、両側の
受光素子の検出信号に時間的な重畳が発生する。したが
って、重畳の有無を調べることにより検出領域で被検出
物体の存在を確かめることができる。
【０００８】ここで、図２及び図３を参照すれば、赤外
線物体検出装置は感知部１０と信号処理部２０とから構
成されている。前記感知部１０の前面両端部にはそれぞ
れ受光窓１１ａ，１１ｂが備えられている。このような
構造で検出領域（Ｄ）は図２に示した受光窓１１ａの受
光視野と受光窓１１ｂの受光視野が交差して設定されて
いる。また、前記受光窓１１ａ，１１ｂの受光視野はフ
ード１２ａ，１２ｂにより限定され、フード１２ａ，１
２ｂの後方には赤外線光学系（図示せず）及び赤外線セ
ンサ１３ａ，１３ｂが備えられている。前記赤外線セン
サ１３ａ，１３ｂの出力はそれぞれ増幅器２１ａ，２１
ｂで増幅されてウィンドウ比較器２２ａ，２２ｂに送ら
れ、該ウィンドウ比較器２２ａ，２２ｂの出力はＡＮＤ
回路２３に送られることにより判定出力が得られる。
【０００９】また、前記赤外線センサ１３ａ，１３ｂは
図４Ａのような構成よりなり、パッケージ１４の内部に
超電素子１５が備えられ、該超電素子１５の出力は電界
効果トランジスタ１６（ＦＥＴ；Field Effect Transis
tor ）によりインピーダンス変換されて信号処理部２０
に送られる。そして、パッケージ１４の受光開口には透
明窓材１７が備えられ、その前方には光学レンズ１８が
設けられる。
【００１０】前記のような赤外線センサ１３ａ，１３ｂ
を用いる信号出力（Ｖout ）は図４Ｂのようになる。図
４Ａの時点Ｔ１において被検出物体が受光視野に入る
と、時点Ｔ２において被検出物体が見えなくなるときは
赤外線の入射光量が変わるので、赤外線センサ１３ａ，
１３ｂの出力（Ｖout ）はそれぞれ示したように逆方向
に変わる。
【００１１】ここで、図５を参照すれば、符号ＳＡ及び
ＳＢは前記赤外線センサ１３ａ，１３ｂのインピーダン
ス変換後の出力を、ＷＡ及びＷＢはそのウィンドウ比較
器の出力を示す。そして、ＶTUはウィンドウ比較器２２
ａ，２２ｂの高レベル側の基準電位、ＶTLはウィンドウ
比較器２２ａ，２２ｂの低レベル側の基準電位を示す。
図５Ａ及び図５Ｃのように、被検出物体が遠距離や近距
離にあるときはウィンドウ比較器２２ａ，２２ｂの出力
に時間的な重畳が発生せず、検出領域に入るときのみ時
間的な重畳が発生している（図５Ｂの斜線部分）。
【００１２】したがって、検出領域における被検出物体
の存在有無はＡＮＤ回路２３の出力により決められる。
一方、前述したような赤外線物体検出装置を最近のルー
ムエアコンディショナ（ＲＡＣ）やパッケージエアコン
ディショナ（ＰＡＣ）のようなエアコンディショナなど
に取り付けて室内空間の人の位置情報を検出し、その情
報に応じてエアコンディショナを最適の状態で稼動させ
るための試みが活発に行われている。
【００１３】しかしながら、前述した従来の赤外線物体
装置は、検出領域が平面的な領域にのみ限定されるの
で、エアコンディショナに適用する場合、検出領域から
人の位置などの情報を検出するとき、遠距離、中距離、
近距離領域及び移動状態などの立体的な領域に対する情
報検出が行えなくてエアコンディショナの最適出力調整
には限界がある。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】したがって、本発明は
前記のような従来の赤外線物体検出装置の限界点に鑑み
てこれを改善するために案出されたものであり、本発明
の目的は検出領域で感知される感知対象物体の位置を判
別し得る赤外線物体検出装置を提供することである。
【００１５】そして、本発明の他の目的は位置を検出し
てその位置領域による情報によりエアコンディショナを
最適の出力状態で稼動し得るエアコンディショナ用の赤
外線物体検出装置を提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】前記第１の目的を達成す
るために本発明による赤外線物体検出装置は、印刷回路
基板の一面に備えられた少なくとも一対の受光レンズを
有し、前記受光レンズの受光視野が交差されて複数の検
出領域を有するように設けられている受光部と、前記印
刷回路基板の受光レンズと対応する位置に備えられた受
光素子と、該受光素子に電気的に連結された増幅器と、
該増幅器からの出力信号を基準信号と比べるためのウイ
ンドウ比較器と、前記増幅器からの出力信号を変換させ
るために前記増幅器に前記ウインドウ比較器と並列に連
結された信号変換器とを有する信号処理部と、前記ウイ
ンドウ比較器の比較結果に基づいて被検出物体が存在す
る検出領域の遠近を判別すると共に、前記信号変換器の
変換信号に基づいて被検出物体が存在する検出領域の遠
近を判別し、この２つの判別結果に基づいて前記検出領
域の遠近を最終的に判別する判別手段とを含むことを特
徴とする。
【００１７】前記本発明による赤外線物体検出装置にお
いて、特に前記受光レンズは相互並列に配置された一対
のフレネルレンズよりなり、前記フレネルレンズの間に
遮光手段を備えて各フレネルレンズの受光視野が交差さ
れて実質的に三つの検出領域が形成されることが望まし
い。そして、前記一対のフレネルレンズは半球形の光入
射面を有しており、前記遮光手段は遮光テープまたは前
記フレネルレンズの間に形成されたマスクであることが
望ましい。かつ、前記信号変換器はＡ／Ｄ変換器である
ことが望ましい。
【００１８】前記第２の目的を達成するために本発明に
よるエアコンディショナ用の赤外線物体検出装置は、印
刷回路基板の一面に備えられた一対のフレネルレンズの
間に遮光手段を備えて各フレネルレンズの受光視野が交
差されて三つの検出領域を有する受光部と、前記フレネ
ルレンズと対応する位置にそれぞれ備えられる一対の受
光素子と、該受光素子からの出力信号を増幅させるため
の増幅器と、該増幅器からの出力信号を基準信号と比べ
るためのウインドウ比較器と、前記増幅器からの出力信
号を変換させるために前記増幅器に前記ウインドウ比較
器と並列に連結されたＡ／Ｄ変換器とを有する信号処理
部と、前記ウインドウ比較器の比較結果に基づいて被検
出物体が存在する遠近領域を判別すると共に、前記Ａ／
Ｄ変換器の変換信号に基づいて被検出物体が存在する遠
近領域を判別し、この２つの判別結果に基づいて前記検
出領域の遠近を最終的に判別し、該最終的な判別に応じ
てエアコンディショナの動作制御のための指令信号を出
力するマイクロコンピュータとを含めてなることを特徴
とする。
【００１９】前記本発明によるエアコンディショナ用の
赤外線物体検出装置において、前記信号処理部はＡＮＤ
回路で形成されて二つの信号処理回路から出力される各
信号検出領域に応じる信号波形に分類していずれの信号
検出領域で発生されたかを区分して出力することが望ま
しい。そして、前記マイクロコンピュータは前記信号処
理部から出力される検出領域の信号波形に応じてエアコ
ンディショナの作動を３段階に制御しうる指令信号を出
力して人数、移動活動量に応じて風量を制御することが
望ましい。
【００２０】
【発明の実施の形態】以下、添付した図面に基づき本発
明を詳細に説明する。図６及び図７を参照すれば、本発
明によるエアコンディショナ用の物体検出装置は、示し
たように受光部１００、信号処理回路部２００及びマイ
クロコンピュータ３００を含む構造よりなる。
【００２１】前記受光部１００は一定の光入射角を有す
るように半球形の光入射面を有する二つのフレネルレン
ズ１０１，１０１′を印刷回路基板１０２の上で互いに
一定な間隔を隔てて並列に配置する。前記フレネルレン
ズ１０１，１０１′の間に遮光手段として部分的なマス
キングや遮光テープ１０３を付けて所定の検出領域で受
光視野が交差するようになっている。したがって、実質
的に三つの検出領域、即ち、図６に示したように第１検
出領域（Ａ）、第２検出領域（Ｂ）及び第３検出領域
（Ｃ）に分けられた三つの検出領域を有すると共に検出
部からの検出直線距離を遠、中、近距離の３段階に分け
られる。そして、前記フレネルレンズ１０１，１０１′
にはそれぞれ超電検出素子１０４，１０４′を含むチッ
プが設けられている。
【００２２】前記信号処理回路部２００は、図７に示し
たように前記各超電検出素子１０４，１０４′に連結さ
れた増幅器２０１、該増幅器２０１に連結されたウィン
ドウ比較器２０２および前記増幅器２０１にウィンドウ
比較器２０２と並列に備えられたＡ／Ｄ変換器２０３を
含む。前記マイクロコンピュータ３００にはマイクロプ
ロセッサが内蔵されており、前記ウィンドウ比較器２０
２及びＡ／Ｄ変換器２０３と連結される。
【００２３】前記のような本発明によるエアコンディシ
ョナ用の赤外線物体検出装置の作用について調べると次
の通りである。例えば、図６に示したように第１検出領
域（Ａ）に人が位置している場合に超電検出素子１０４
がその領域の温度変化を感知して前記温度変化を示す電
気的な信号を増幅器２０１に出力する。この出力信号は
増幅器２０１を経て設定された周波数帯域を除く全ての
信号成分が取り除かれ、フィルタリングされた微小信号
は図８Ａに示したように増幅ゲインに当たるほど増幅さ
れたアナログ信号に変換されてウィンドウ比較器２０２
に入力される。そして、同時に信号が分岐されてＡ／Ｄ
変換器２０３に入力される。この際、人の位置する距離
に応じて３段階に分けられた距離領域に対応して図８Ｄ
のような電圧レベルを有する遠、中、近距離に当たる信
号レベルに対応する信号が発生される。この信号はＡ／
Ｄ変換器２０３でディジタル信号に変換されて２進数コ
ードでマイクロコンピュータ３００に入力される。マイ
クロコンピュータ３００では図９に示したような内蔵さ
れたプログラムにより各電圧レベルに対応する３種の１
０進数値を設定して検出領域の遠、中、近距離を判断す
る。
【００２４】そして、ウィンドウ比較器２０２に入力さ
れたアナログ信号は矩形波のディジタル信号に変換され
る。任意の一検出領域に人が出入すればサイン波形の信
号が検出されるので、ウィンドウ比較器２０２は高レベ
ルの基準電圧と低レベルの基準電圧に当たる二つの矩形
パルスを出力する。
【００２５】図１０は受光部１００から検出領域の距離
に応じるパルス幅を示したものであり、基準値を３段階
に分けてマイクロコンピュータ３００に貯蔵して発生さ
れる矩形波のパルス幅を読み出してディジタル処理する
ことにより、基準値に基づいて遠、中、近距離を判別し
得る。
【００２６】図１１を参照すれば、マイクロコンピュー
タ３００に内蔵されたプログラムにより決められた前述
した検出領域の距離を示す入力信号はＡＮＤ回路により
処理されて遠、中、近距離中の一つに物体の位置を決め
る。そして、その結果に応じてエアコンディショナのフ
ァン回転数を３段階に設定して人数や位置、移動状態に
よりエアコンディショナが適切な条件で作動されるよう
に制御信号を出力することにより、室内条件に応じて最
適の状態で稼動される。
【００２７】
【発明の効果】以上説明したように、従来の技術による
赤外線物体検出装置の検出領域は一定に制限された平面
的な領域にとどまる反面、本発明による赤外線物体検出
装置は検出対象物体が遠、中、近距離のいずれの領域に
属するかを判別し得る立体的な検出領域を有する。した
がって、本発明による赤外線物体検出装置をエアコンデ
ィショナに適用する場合、エアコンディショナから人の
位置する遠近距離を判別してその判別結果によりエアコ
ンディショナの風量などを調節することにより節電効果
などを得ると共に最適稼動を可能にする。かつ、本発明
による赤外線物体検出装置はカムコーダやカメラなどに
適用することにより検出対象物体である被写体などに対
する距離をより正確に判断し得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の技術による赤外線物体検出装置を説明す
るために示した概略図てある。
【図２】従来の技術による他の赤外線物体検出装置を示
す概略的な斜視図である。
【図３】図２に示した赤外線物体検出装置の平面的な回
路構成図である。
【図４】（Ａ）及び（Ｂ）は図３の赤外線センサ構成及
び作用を説明するための説明図である。
【図５】（Ａ），（Ｂ）及び（Ｃ）は図２及び図３に示
した赤外線物体検出装置の作用を説明するための信号波
形図である。
【図６】本発明によるエアコンディショナ用の赤外線物
体検出装置及びその検出領域を説明するために示した概
略図である。
【図７】図６に示した本発明のエアコンディショナ用の
赤外線物体検出装置の構成を概略的に示したブロック図
である。
【図８】（Ａ）は本発明によるエアコンディショナ用の
赤外線物体検出装置の増幅器の出力波形図であり、
（Ｂ）は本発明によるエアコンディショナ用の赤外線物
体検出装置のＡ／Ｄ変換関数のグラフであり、（Ｃ）は
本発明によるエアコンディショナ用の赤外線物体検出装
置で検出領域による基準値設定範囲を示したものであ
り、（Ｄ）は本発明によるエアコンディショナ用の赤外
線物体検出装置で検出領域による電圧レベルを示したも
のである。
【図９】本発明によるエアコンディショナ用の赤外線物
体検出装置により検出された物体の位置を判別する方法
を説明するためのフローチャートである。
【図１０】本発明によるエアコンディショナ用の赤外線
物体検出装置の検出領域による出力パルス幅を示したも
のである。
【図１１】本発明によるエアコンディショナ用の赤外線
物体検出装置により検出された信号に応じてエアコンデ
ィショナのファン作動のための指令を行う過程を説明す
るためのフローチャートである。
【符号の説明】
Ａ，Ｂ，Ｃ 検出領域 １００ 受光部 １０１，１０１’ フレネルレンズ（受光レンズ） １０２ 印刷回路基板 １０３ 遮光テープ（遮光手段） １０４，１０４’超電検出素子（受光素子） ２００ 信号処理回路部（信号処理部） ２０１ 増幅器 ２０２ ウィンドウ比較器 ２０３ Ａ／Ｄ変換器（信号変換器） ３００ マイクロコンピュータ（判別手段）
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平５−187682（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−116419（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−324392（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G01S 7/48 - 7/51 G01S 17/00 - 17/95 G01J 1/02 G01V 8/00 - 8/26 F24F 11/00 - 11/08

Claims (11)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 印刷回路基板の一面に備えられた少なく
    とも一対の受光レンズを有し、前記受光レンズの受光視
    野が交差されて複数の検出領域を有するように設けられ
    ている受光部と、 前記印刷回路基板の受光レンズと対応する位置に備えら
    れた受光素子と、該受光素子に電気的に連結された増幅
    器と、該増幅器からの出力信号を基準信号と比べるため
    のウインドウ比較器と、前記増幅器からの出力信号を変
    換させるために前記増幅器に前記ウインドウ比較器と並
    列に連結された信号変換器とを有する信号処理部と、前記ウインドウ比較器の比較結果に基づいて被検出物体
    が存在する検出領域の遠近を判別すると共に、前記信号
    変換器の変換信号に基づいて被検出物体が存在する検出
    領域の遠近を判別し、この２つの判別結果に基づいて前
    記検出領域の遠近を最終的に判別する 判別手段とを含む
    ことを特徴とする赤外線物体検出装置。
  2. 【請求項２】 前記信号変換器はＡ／Ｄ変換器であるこ
    とを特徴とする請求項１に記載の赤外線物体検出装置。
  3. 【請求項３】 前記受光レンズは相互並列に配置された
    一対のフレネルレンズよりなり、前記フレネルレンズの
    間に遮光手段を備えて各フレネルレンズの受光視野が交
    差されて実質的に三つの検出領域が形成されることを特
    徴とする請求項１に記載の赤外線物体検出装置。
  4. 【請求項４】 前記一対のフレネルレンズは半球形の光
    入射面を有することを特徴とする請求項３に記載の赤外
    線物体検出装置。
  5. 【請求項５】 前記遮光手段は遮光テ−プであることを
    特徴とする請求項３に記載の赤外線物体検出装置。
  6. 【請求項６】 前記遮光手段は前記フレネルレンズの間
    に形成されたマスクであることを特徴とする請求項３に
    記載の赤外線物体検出装置。
  7. 【請求項７】 印刷回路基板の一面に備えられた一対の
    フレネルレンズの間に遮光手段を備えて各フレネルレン
    ズの受光視野が交差されて三つの検出領域を有する受光
    部と、 前記フレネルレンズと対応する位置にそれぞれ備えられ
    る一対の受光素子と、 該受光素子からの出力信号を増幅させるための増幅器
    と、該増幅器からの出力信号を基準信号と比べるための
    ウインドウ比較器と、前記増幅器からの出力信号を変換
    させるために前記増幅器に前記ウインドウ比較器と並列
    に連結されたＡ／Ｄ変換器とを有する信号処理部と、前記ウインドウ比較器の比較結果に基づいて被検出物体
    が存在する遠近領域を判別すると共に、前記Ａ／Ｄ変換
    器の変換信号に基づいて被検出物体が存在する遠近領域
    を判別し、この２つの判別結果に基づいて前記検出領域
    の遠近を最終的に判別し、該最終的な 判別に応じてエア
    コンディショナの動作制御のための指令信号を出力する
    マイクロコンピュータとを含めてなることを特徴とする
    エアコンディショナ用の赤外線物体検出装置。
  8. 【請求項８】 前記フレネルレンズは半球形の光入射面
    を有することを特徴とする請求項７に記載のエアコンデ
    ィショナ用の赤外線物体検出装置。
  9. 【請求項９】 前記遮光手段は遮光テ−プやマスクのう
    ちいずれか一つで形成されることを特徴とする請求項７
    に記載のエアコンディショナ用の赤外線物体検出装置。
  10. 【請求項１０】 前記マイクロコンピュータは前記信号
    処理部から出力される検出領域の信号波形に応じてエア
    コンディショナの作動を制御しうる指令信号を出力する
    ことを特徴とする請求項７に記載のエアコンディショナ
    用の赤外線物体検出装置。
  11. 【請求項１１】 前記マイクロコンピュータは前記信号
    処理部から出力される検出領域の信号波形に応じてエア
    コンディショナのファン回転数を３段階に制御する指令
    信号を出力して人数、移動活動量に応じて風量を制御す
    ることを特徴とする請求項７に記載のエアコンディショ
    ナ用の赤外線物体検出装置。
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