JP4668058B2 - 検知装置及び照明制御装置 - Google Patents
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Description
熱源を検知する検知装置には、焦電素子をセンサとして用いるものがある。
焦電素子は、熱源が発する赤外線が当たることにより、電極に温度変化が生じ、電荷が発生することを利用して、熱源を検知するものである。
赤外線の変化を検知して、電圧信号を出力する検知回路と、
オフセット電圧を生成するオフセット電圧生成回路と、
上記オフセット電圧生成回路が生成するオフセット電圧の電圧値を制御するオフセット電圧制御部と、
上記検知回路が出力した電圧信号と上記オフセット電圧生成回路が生成したオフセット電圧とを加算し、アナログ出力電圧を出力するオフセット電圧加算回路と、
上記オフセット電圧加算回路が出力したアナログ出力電圧に基づいて、熱源を検知したか否かを判定し、検知信号を出力する検知判定部と、
を有することを特徴とする。
実施の形態1を、図1〜図4を用いて説明する。
照明制御装置200は、検知装置100、調光信号生成部211を有する。
検知装置100は、検知回路110、帯域通過フィルタ120、オフセット電圧生成回路130、検知判定部140、オフセット電圧制御部151、閾値電圧制御部152、入力部161を有する。
検知回路110は、焦電素子111を有する。
発生した電荷が抵抗を流れて、電圧に変換され、FETのゲート端子に入力される。FETのドレイン端子は、抵抗を介して直流電源Vccに接続し、FETのソース端子に接続された抵抗の両端に電圧信号Vdが発生する。
以下、帯域通過フィルタ120が出力する電圧を、アナログ出力電圧と呼ぶ。なお、アナログ出力電圧とは、通常のアナログ電圧に限らず、例えば、インパルス状の電圧でもよいし、ステップ状の電圧であってもよい。
帯域通過フィルタ120は、オフセット電圧加算回路の一例である。
オフセット電圧生成回路130は、例えば、直流電源Vccとグランドとの間に直列に接続した可変抵抗VR1,VR2を有し、可変抵抗VR1と可変抵抗VR2との接続点にオフセット電圧Voffsetを発生する。
オフセット電圧制御部151は、例えば、可変抵抗VR1,VR2の値を変化させることにより、オフセット電圧生成回路130が生成するオフセット電圧Voffsetを、0V(ボルト)〜直流電源Vccの間で変化させる。
検知信号600は、例えば、熱源を検知したか否かを示すデジタル信号である。
検知判定部140は、A/D(アナログデジタル)変換部141、比較部142を有する。
上限閾値電圧値Vthは、オフセット電圧生成回路130が生成するオフセット電圧Voffsetの電圧値以上、直流電源Vcc以下の電圧値に設定する。
下限閾値電圧値Vtlは、オフセット電圧生成回路130が生成するオフセット電圧Voffsetの電圧値以下、0V以上の電圧値に設定する。
入力部161は、例えば、設定すべきオフセット電圧Voffsetの電圧値、閾値電圧値580を入力する。
あるいは、記憶装置を用いて、あらかじめオフセット電圧Voffsetの電圧値及び閾値電圧値580の組を複数記憶しておき、入力部161は、どの電圧値を選択するかを入力してもよい。
あるいは、入力部161は、リモコンなどの遠隔操作により、使用者が設定した電圧を入力してもよい。リモコンなどの遠隔操作により入力する構成とするほうが、設置後の調整が容易となり、好ましい。
そこで、帯域通過フィルタ120は、人体の検出に最適な周波数成分(例えば、1Hz(ヘルツ)程度)を増幅し、それ以外の周波数成分を除去することにより、ノイズや気温の変化などの影響を除去する。
A/D変換部141は、例えば、0V〜直流電源Vcc(例えば、5V)の間の電圧しか変換できない(0V以下は、すべて0となる)。帯域通過フィルタ120がオフセット電圧Voffsetを加算することにより、アナログ出力電圧Voutは、オフセット電圧値(例えば、2.5V)を中心とした波形となり、デジタル出力電圧値550に変換したあとも、正しい波形を保つことができる。
横軸は時刻、縦軸は電圧を示す。
ここで、ピーク501,502は、熱源を検知した場合を示す。熱源を検知していない場合でも、ノイズの影響などにより、アナログ出力電圧Voutは、オフセット電圧Voffsetと等しくはならない。例えば、ピーク511,512のような大きなピークを生じる場合もある。
このように、下限閾値電圧値Vtlを大きくすることにより、ピーク502において、アナログ出力電圧Voutが下限閾値電圧値Vtlより小さくなるので、検知判定部140は、検知信号600を出力するようになる。
このように、オフセット電圧Voffsetを小さくすることにより、ピーク502において、アナログ出力電圧Voutの電圧値が下限閾値電圧値Vtlより小さくなるので、検知判定部140は、検知信号600を出力するようになる。
照明器具、制御回路、人感センサから構成され、照明器具を自動点滅、調光する制御システムにおいて、
人感センサの検知感度を決めるオフセット電圧、上限閾値電圧、下限閾値電圧を任意に調整することができることを特徴とする。
ワイヤレスリモコン等で、遠隔操作により、オフセット電圧、上限閾値電圧、下限閾値電圧を変えることができることを特徴とする。
なお、ワイヤレスリモコン等とは、電波を使う無線の設定器や、有線の設定器であってもよい。
実施の形態2を、図5〜図6を用いて説明する。
この実施の形態における検知装置100及び照明制御装置200の全体構成は、実施の形態1で説明した検知装置100及び照明制御装置200と同様なので、ここでは説明を省略する。
比較部142は、閾値電圧制御部152が設定した上限閾値電圧値Vthと、A/D変換部141が出力したデジタル出力電圧値とを比較して、デジタル出力電圧値のほうが上限閾値電圧値Vthよりも大きい場合に、検知信号600を出力する。
なお、図1に示した可変抵抗VR1,VR2でオフセット電圧を生成する構成の場合、負の電圧を生成することはできない。しかし、帯域通過フィルタ120において、オフセット電圧生成回路130が生成したオフセット電圧を減算する構成とすれば、オフセット電圧生成回路130が負の電圧を生成した場合と同様の効果となる。
焦電素子111が熱源を検知すると、検知回路110が出力する電圧信号Vdは、プラス方向のピークとマイナス方向のピークとが対になって現われる。したがって、プラス方向だけを検出することとしても、検出もれにはならない。
横軸は時刻、縦軸は電圧を示す。この例は、オフセット電圧Voffsetが0Vの場合である。
なお、実際には、オペアンプOP2の飽和によりアナログ出力電圧Voutの波形は、図のとおりにはならない。しかし、0V〜直流電源Vccの間では、ほぼ図示した通りの波形となる。
アナログ出力電圧Voutが0V〜直流電源Vccの間にある場合には、A/D変換部141が有意なデジタル出力電圧値550を出力するので、比較部142は、ピーク501を検出して検知信号600を出力することができる。
すなわち、A/D変換の量子化誤差により、比較部142が10mVの電圧差が識別できないとしても、増幅率を2倍とすれば20mVの電圧差となるので、比較部142が識別できるようになる。
この例は、オフセット電圧Voffsetが負の電圧である場合である。
人感センサの検知感度を決める下限閾値電圧を固定して、上限閾値電圧のみを可変させることを特徴とする。
実施の形態3を、図7〜図8を用いて説明する。
この実施の形態における検知装置100及び照明制御装置200の全体構成は、実施の形態1で説明した検知装置100及び照明制御装置200と同様なので、ここでは説明を省略する。
比較部142は、閾値電圧制御部152が設定した下限閾値電圧値Vtlと、A/D変換部141が出力したデジタル出力電圧値とを比較して、デジタル出力電圧値のほうが下限閾値電圧値Vtlよりも小さい場合に、検知信号600を出力する。
なお、図1に示した可変抵抗VR1,VR2でオフセット電圧を生成する構成の場合、直流電源Vccより高い電圧を生成することはできない。しかし、帯域通過フィルタ120において、オフセット電圧生成回路130が生成したオフセット電圧を増幅して加算する構成とすれば、オフセット電圧生成回路130が直流電源Vccより高い電圧を生成した場合と同様の効果となる。
横軸は時刻、縦軸は電圧を示す。この例は、オフセット電圧Voffsetが直流電源Vccと等しい場合である。
帯域通過フィルタ120の増幅率を上げれば、その分、A/D変換部141の分解能が高くなったのと同じ効果が得られるので、わずかな電圧差でも、検出することが可能となる。
この例は、オフセット電圧Voffsetが直流電源Vccより高い場合である。
人感センサの検知感度を決める上限閾値電圧を固定して、下限閾値電圧のみを可変させることを特徴とする。
実施の形態4を、図9〜図10を用いて説明する。
この実施の形態における検知装置100及び照明制御装置200の全体構成は、実施の形態1で説明した検知装置100及び照明制御装置200と同様なので、ここでは説明を省略する。
なお、これらの閾値電圧値は、オフセット電圧生成回路130が生成するオフセット電圧Voffsetに対して、Vth2>Vth1>Voffset>Vtl1>Vtl2となるように設定する。
デジタル出力電圧値550が、第二の下限閾値電圧値Vtl2未満である場合、比較部142は検知信号600「−2」を出力する。
デジタル出力電圧値550が、第二の下限閾値電圧値Vtl2以上、第一の下限閾値電圧値Vtl1未満である場合、比較部142は検知信号600「−1」を出力する。
デジタル出力電圧値550が、第一の下限閾値電圧値Vtl1以上、第一の上限閾値電圧値Vth1以下の場合、比較部142は検知信号600「0」を出力する。
デジタル出力電圧値550が、第一の上限閾値電圧値Vth1超、第二の上限閾値電圧値Vth2以下の場合、比較部142は検知信号600「1」を出力する。
デジタル出力電圧値550が、第二の上限閾値電圧値Vth2超の場合、比較部142は検知信号600「2」を出力する。
(a)に示すように、アナログ出力電圧Voutの振幅が小さい場合には、検知信号600は「0」となる。
アナログ出力電圧Voutの振幅がある程度大きい場合には、検知信号600は「1」または「−1」となる。
アナログ出力電圧Voutの振幅が更に大きい場合には、検知信号600は「2」または「−2」となる。
検知信号600が「1」または「−1」の場合、調光信号生成部211は、照明器具300を通常よりも暗く点灯させる調光信号700を生成する。
実施の形態5を、図11〜図16を用いて説明する。
なお、実施の形態1で説明した検知装置100及び照明制御装置200の構成と同様の部分については、同一の符号を付し、ここでは説明を省略する。
移動方向判断部171は、比較部142が出力した検知信号600に基づいて、検知した熱源の移動方向を特定する。
移動方向判断部171は、熱源の移動方向を特定した場合、その方向を示す移動方向信号650を出力する。出力した移動方向信号650は、例えば、調光信号生成部211が入力し、調光信号700の生成に利用する。
比較部142は、閾値電圧制御部152が設定した2つの閾値電圧値とA/D変換部141が出力したデジタル出力電圧値550とを比較して、検知信号600を出力する。
デジタル出力電圧値550が、下限閾値電圧値Vtl以上、上限閾値電圧値Vth以下である場合、比較部142は検知信号600「0」を出力する。
デジタル出力電圧値550が、上限閾値電圧値Vth超の場合、比較部142は検知信号600「1」を出力する。
焦電素子111には、プラス電極とマイナス電極とがあり、物理的な位置が異なるため、それぞれの電極に焦点が合う範囲(検知範囲)が異なる。
したがって、例えば、熱源が、プラス電極の検知範囲に先に侵入した場合、アナログ出力電圧Voutには、先にプラスのピーク521が現われ、その後、マイナスのピーク522が現われる。
この場合、図14の場合と異なり、マイナスのピーク522が先に現われ、プラスのピーク521があとから現われている。
S12において、移動方向判断部171は、S11で取得した検知信号600の値に基づいて、処理を分岐する。
検知信号600が「1」(上限検知信号)である場合には、S13へ進む。
検知信号600が「−1」(下限検知信号)である場合には、S14へ進む。
検知信号600が「0」(検知せず)である場合には、S11に戻る。
その後、S15へ進む。
その後、S15へ進む。
S16において、S15で取得した検知信号600が「0」である期間が所定の時間以上続いた場合には、S11に戻る。そうでない場合には、S15に戻る。
ある程度、熱源を検知しない期間が続いた後に検知した検知信号600は、また、新たな熱源の移動であるとして、移動方向の判定に用いる。
焦電素子111による熱源の検知は、熱源の移動を検知するものなので、熱源が移動しない(人間が動かない)場合には、検知できない可能性がある。したがって、比較部142が出力した検知信号600が「0」であっても、部屋の中に人がいる可能性があるからである。
その後、比較部142が出力した検知信号600が「0」の期間が所定の時間を超えた場合には、部屋の中に人がいないと判断し、調光信号生成部211は、照明器具300を消灯させる調光信号700を生成する。
あるいは、部屋に人が入ってきたと判断した場合と比較して、短い期間だけ、照明器具300を点灯させる調光信号700を生成し続け、その後、照明器具300を消灯させる調光信号700を生成する。
実施の形態6を、図17〜図18を用いて説明する。
この実施の形態における検知装置100及び照明制御装置200の全体構成は、実施の形態5で説明した検知装置100及び照明制御装置200と同様なので、ここでは説明を省略する。
なお、これらの閾値電圧値は、オフセット電圧生成回路130が生成するオフセット電圧Voffsetに対して、Vth2>Vth1>Voffset>Vtl1>Vtl2となるように設定する。
検知信号600は、第一の上限検知信号、第二の上限検知信号、第一の下限検知信号、第二の下限検知信号の一例である。
また、ピーク541から始まる一連のピークは、ノイズなどの影響によるものであるとする。
その場合、比較部142は(b)に示す検知信号600を出力する。
しかし、実際には、この一連のピークはピーク532から始まっており、熱源の移動方向は逆である。したがって、移動方向判断部171が判断した熱源の移動方向は間違っている。
S22において、移動方向判断部171は、S21で取得した検知信号600の値に基づいて、処理を分岐する。
検知信号600が「1」(第一の上限検知信号)である場合には、S23へ進む。
検知信号600が「2」(第二の上限検知信号)である場合には、S25へ進む。
検知信号600が「−1」(第一の下限検知信号)である場合には、S26へ進む。
検知信号600が「−2」(第二の下限検知信号)である場合には、S28へ進む。
検知信号600が「0」(検知せず)である場合には、S21に戻る。
S24において、移動方向判断部171は、S23で取得した検知信号600の値に基づいて、処理を分岐する。
検知信号600が「2」(第二の上限検知信号)または「−2」(第二の下限検知信号)である場合には、S25へ進む。
検知信号600が、所定時間以上継続して「0」(検知せず)である場合には、S21に戻る。
それ以外の場合、すなわち、検知信号600が「1」または「−1」または、断続的に「0」である場合には、S23に戻る。
その後、S29へ進む。
S27において、移動方向判断部171は、S26で取得した検知信号600の値に基づいて、処理を分岐する。
検知信号600が「2」(第二の上限検知信号)または「−2」(第二の下限検知信号)である場合には、S28へ進む。
検知信号600が、所定時間以上継続して「0」(検知せず)である場合には、S21に戻る。
それ以外の場合、すなわち、検知信号600が「1」または「−1」または、断続的に「0」である場合には、S26に戻る。
その後、S29へ進む。
S30において、S29で取得した検知信号600が「0」である期間が所定の時間以上続いた場合には、S21に戻る。そうでない場合には、S29に戻る。
また、検知信号600が「1」または「−1」になったのちに、「2」または「−2」にならずに収束してしまった場合には、ノイズと判断し、移動方向を特定しない。
また、検知信号600がいきなり「2」または「−2」になった場合には、移動方向判断部171は、最初の検知信号600が「2」であるか「−2」であるかによって、熱源の移動方向を特定する。
人感センサの検知感度を決める上限閾値電圧、下限閾値電圧を2つ以上設け、人の進入方向を推測することができることを特徴とする。
Claims (5)
- 赤外線の変化を検知して、電圧信号を出力する検知回路と、
オフセット電圧を生成するオフセット電圧生成回路と、
上記オフセット電圧生成回路が生成するオフセット電圧の電圧値を制御するオフセット電圧制御部と、
上記検知回路が出力した電圧信号と上記オフセット電圧生成回路が生成したオフセット電圧とを加算し、アナログ出力電圧を出力するオフセット電圧加算回路と、
上記オフセット電圧の電圧値よりも大きい第一の上限閾値電圧値と、上記第一の上限閾値電圧値よりも大きい第二の上限閾値電圧値と、上記オフセット電圧の電圧値よりも小さい第一の下限閾値電圧値と、上記第一の下限閾値電圧値よりも小さい第二の下限閾値電圧値とを設定する閾値電圧制御部と、
上記閾値電圧制御部が設定した上記第一の上限閾値電圧値及び第二の上限閾値電圧値及び第一の下限閾値電圧値及び第二の下限閾値電圧値それぞれと上記オフセット電圧加算回路が出力したアナログ出力電圧とを比較して、熱源を検知したことを表わす検知信号として、上記アナログ出力電圧の電圧値が上記第一の上限閾値電圧値よりも大きい場合に第一の上限検知信号を出力し、上記アナログ出力電圧の電圧値が上記第二の上限閾値電圧値よりも大きい場合に第二の上限検知信号を出力し、上記アナログ出力電圧の電圧値が上記第一の下限閾値電圧値よりも小さい場合に第一の下限検知信号を出力し、上記アナログ出力電圧の電圧値が上記第二の下限閾値電圧値よりも小さい場合に第二の下限検知信号を出力する検知判定部と、
上記検知判定部が第二の上限検知信号または第二の下限検知信号を出力し、かつ、上記検知判定部が出力した一連の検知信号のうち最初の検知信号が第一の上限検知信号または第二の上限検知信号である場合に、熱源が所定の方向に移動したと判断し、上記検知判定部が第二の上限検知信号または第二の下限検知信号を出力し、かつ、上記検知判定部が出力した一連の検知信号のうち最初の検知信号が第一の下限検知信号または第二の下限検知信号である場合に、熱源が上記所定の方向と異なる所定の方向に移動したと判断する移動方向判断部とを有することを特徴とする検知装置。 - 上記移動方向判断部は、上記検知判定部が所定の時間以上検知信号を出力しない期間が継続したのち、上記検知判定部が第一の上限検知信号を出力し、その後、上記検知判定部が所定の時間以上検知信号を出力しない期間が継続することなく、上記検知判定部が第二の上限検知信号または第二の下限検知信号を出力した場合、及び、上記検知判定部が所定の時間以上検知信号を出力しない期間が継続したのち、上記検知判定部が第二の上限検知信号を出力した場合に、上記熱源が上記所定の方向に移動したと判断し、上記検知判定部が所定の時間以上検知信号を出力しない期間が継続したのち、上記検知判定部が第一の下限検知信号を出力し、その後、上記検知判定部が所定の時間以上検知信号を出力しない期間が継続することなく、上記検知判定部が第二の上限検知信号または第二の下限検知信号を出力した場合、及び、上記検知判定部が所定の時間以上検知信号を出力しない期間が継続したのち、上記検知判定部が第二の下限検知信号を出力した場合に、上記熱源が上記所定の方向と異なる所定の方向に移動したと判断することを特徴とする請求項1に記載の検知装置。
- 請求項1または請求項2に記載の検知装置と、
上記検知装置の検知判定部が出力した検知信号と上記検知装置の移動方向判断部が判断した熱源の移動方向とに基づいて、照明器具の明るさを制御する調光信号を生成する調光信号生成部と、
を有することを特徴とする照明制御装置。 - 上記検知装置は、上記照明器具が設置された部屋の入口に設置され、上記部屋を出入りする熱源を検知し、上記移動方向判断部が判断した熱源の移動方向に基づいて、上記熱源が上記部屋を出たのか上記部屋に入ったのかを判定し、
上記調光信号生成部は、上記検知装置が熱源を検知した場合に上記照明装置を点灯する調光信号を生成し、上記熱源が上記部屋に入ったと上記検知装置が判定したのち上記検知装置が熱源を検知しない期間が所定の時間を超えた場合に上記照明装置を消灯する調光信号を生成し、上記熱源が上記部屋から出たと上記検知装置が判定したのち上記検知装置が熱源を検知しない場合に上記照明装置を消灯する調光信号を生成することを特徴とする請求項2に記載の照明制御装置。 - 上記検知装置は、上記照明器具が設置された部屋の入口に設置され、上記部屋を出入りする熱源を検知し、上記移動方向判断部が判断した熱源の移動方向に基づいて、上記熱源が上記部屋を出たのか上記部屋に入ったのかを判定し、
上記調光信号生成部は、上記検知装置が熱源を検知した場合に上記照明装置を点灯する調光信号を生成し、上記熱源が上記部屋に入ったと上記検知装置が判定したのち上記検知装置が熱源を検知しない期間が所定の時間を超えた場合に上記照明装置を消灯する調光信号を生成し、上記熱源が上記部屋から出たと上記検知装置が判定したのち上記検知装置が熱源を検知しない期間が上記所定の時間よりも短い所定の時間を超えた場合に上記照明装置を消灯する調光信号を生成することを特徴とする請求項2に記載の照明制御装置。
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