JP6380892B2 - 赤外線検知装置及び検知方法 - Google Patents

Description

本発明は、一般に赤外線検知装置及び検知方法に関し、より詳細には、検知対象が放射する赤外線に基づいて検知対象の存否を検知する赤外線検知装置及び検知方法に関する。

従来、人（検知対象）が放射する赤外線に基づいて人の存否を検知する赤外線検知装置が知られており、例えば特許文献１に開示されている。特許文献１に記載の従来の赤外線検知装置は、焦電素子と、電流電圧変換部と、Ａ／Ｄ（Analog to Digital）変換部と、ディジタル処理部と、制御部とを備えている。

焦電素子は、検知エリアから赤外線を受光し、受光した赤外線量の変化に応じて電流信号を出力する。電流電圧変換部は、焦電素子から入力される電流信号を電圧信号に変換する。Ａ／Ｄ変換部は、電流電圧変換部から入力される電圧値（アナログ値）をディジタル値に変換してディジタル処理部に出力する。そして、ディジタル処理部は、Ａ／Ｄ変換部の出力値と、予め定められている閾値とを比較することにより、検知エリア内の人の存否を判定する。

特開２０１２−０１３５７８号公報

しかしながら、上記従来例では、例えば夏場など、赤外線検知装置の周囲温度と検知対象の温度との温度差が小さい場合に、焦電素子の出力信号が小さくなり、検知エリア内における検知対象の存否を検知し難いという問題があった。

本発明は、上記の点に鑑みて為されており、周囲温度と検知対象の温度との温度差に依らず、検知エリア内における検知対象の存否を検知し易くすることのできる赤外線検知装置及び検知方法を提供することを目的とする。

本発明の赤外線検知装置は、検知エリアから放射される赤外線を受光する受光素子を含み、受光した赤外線量の微分値に応じた信号を出力する受光部と、前記受光部の出力信号に基づいて、前記検知エリア内における検知対象の存否を検知する検知処理を実行する判定部とを備え、前記判定部は、前記検知処理において、定常ノイズよりも大きい第１閾値と前記受光部の出力信号のレベルとを比較する比較処理と、前記レベルが前記第１閾値を上回ってから次に前記レベルが前記第１閾値を上回るまでの時間を判定時間として計時し、前記判定時間の計時が完了した時点で次の判定時間の計時を開始する計時処理と、２回以上からなる所定回数連続して前記判定時間が予め設定された設定時間以内であれば前記検知エリア内に前記検知対象が存在すると判定する判定処理とを実行することを特徴とする。
また、本発明の他の態様に係る赤外線検知装置は、検知エリアから放射される赤外線を受光する受光素子を含み、受光した赤外線量の微分値に応じた信号を出力する受光部と、前記受光部の出力信号に基づいて、前記検知エリア内における検知対象の存否を検知する検知処理を実行する判定部とを備え、前記判定部は、前記検知処理において、定常ノイズよりも大きい第１閾値と前記受光部の出力信号のレベルとを比較する比較処理と、前記レベルが前記第１閾値を上回ってから、次に前記レベルが前記第１閾値を上回るまでの時間を判定時間として計時する計時処理と、所定回数連続して前記判定時間が予め設定された設定時間以内であれば前記検知エリア内に前記検知対象が存在すると判定する判定処理とを実行し、前記判定部は、前記レベルが前記第１閾値を上回るとカウントを開始するカウンタを備え、前記カウンタは、前記設定時間に相当するカウント数に達する前に前記レベルが前記第１閾値を上回ると、カウント値をリセットしてからカウントを再開することを特徴とする。

また、本発明の検知方法は、検知エリアから放射される赤外線を受光する受光素子を含む受光部を備え、受光した赤外線量の微分値に応じた信号に基づいて、前記検知エリア内における検知対象の存否を検知する検知処理を実行する赤外線検知装置による検知方法であって、前記検知処理を実行するステップは、定常ノイズよりも大きい第１閾値と前記受光部の出力信号のレベルとを比較する比較処理を実行するステップと、前記レベルが前記第１閾値を上回ってから次に前記レベルが前記第１閾値を上回るまでの時間を判定時間として計時し、前記判定時間の計時が完了した時点で次の判定時間の計時を開始する計時処理を実行するステップと、２回以上からなる所定回数連続して前記判定時間が予め設定された設定時間以内であれば前記検知エリア内に前記検知対象が存在すると判定する判定処理を実行するステップとを含むことを特徴とする。

本発明は、周囲温度と検知対象の温度との温度差に依らず、検知エリア内における検知対象の存否を検知し易くすることができる。

図１Ａは、実施形態に係る赤外線検知装置の概略図で、図１Ｂは、実施形態に係る赤外線検知装置及び検知方法の説明図である。 図２Ａは、検知エリアを検知対象が横切る場合を示す概略図で、図２Ｂは、検知エリアを人が横切る場合の受光部の出力信号の波形図である。 図３Ａは、従来の赤外線検知装置に向かって検知エリア内を検知対象が移動する場合を示す概略図で、図３Ｂは、従来の赤外線検知装置に向かって検知エリア内を検知対象が移動する場合の受光部の出力信号の波形図である。 実施形態に係る赤外線検知装置及び検知方法の検知処理のフローチャート図である。 図５Ａは、実施形態に係る赤外線検知装置において、受光部の出力信号のレベルが第２閾値を下回らない場合の説明図で、図５Ｂは、実施形態に係る赤外線検知装置において、受光部の出力信号のレベルが第２閾値を下回る場合の説明図である。 実施形態に係る赤外線検知装置において、第３閾値を用いた検知処理の説明図である。 図７Ａは、実施形態に係る赤外線検知装置において、デュアル型素子で構成される受光素子を示す図で、図７Ｂは、実施形態に係る赤外線検知装置において、クアッド型素子で構成される受光素子を示す図である。 図８Ａは、実施形態に係る赤外線検知装置における他の構成を示す図で、図８Ｂは、実施形態に係る赤外線検知装置における他の構成での出力信号の波形図である。

本発明の実施形態に係る赤外線検知装置１は、図１Ａに示すように、受光部３と、判定部６とを備えている。受光部３は、検知エリアＡ１（図２Ａ参照）から放射される赤外線を受光する受光素子３１を含み、受光した赤外線量の微分値に応じた信号を出力する。判定部６は、受光部３の出力信号に基づいて、検知エリアＡ１内における検知対象Ｂ１の存否を検知する検知処理を実行する。

判定部６は、検知処理において、比較処理と、計時処理と、判定処理とを実行する。比較処理は、図１Ｂに示すように、定常ノイズＮ１よりも大きい第１閾値ＴＨ１と受光部３の出力信号のレベルとを比較する処理である。計時処理は、受光部３の出力信号のレベルが第１閾値ＴＨ１を上回ってから、次に受光部３の出力信号のレベルが第１閾値ＴＨ１を上回るまでの時間を判定時間Ｐ１として計時する処理である。判定処理は、所定回数連続して判定時間Ｐ１が予め設定された設定時間Ｔ１以内であれば検知エリアＡ１内に検知対象Ｂ１が存在すると判定する処理である。

また、本発明の実施形態に係る検知方法は、検知エリアＡ１から放射される赤外線を受光する受光素子３１を含む受光部３を備える赤外線検知装置１による検知方法である。この検知方法は、受光した赤外線量の微分値に応じた信号に基づいて、検知エリアＡ１内における検知対象Ｂ１の存否を検知する検知処理を実行するステップを有している。

そして、検知処理を実行するステップは、上記の比較処理を実行するステップと、上記の計時処理を実行するステップと、上記の判定処理を実行するステップとを含む。

以下、本実施形態の赤外線検知装置１及び検知方法について詳細に説明する。但し、以下に説明する構成は、本発明の一例に過ぎず、本発明は下記の実施形態に限定されることはなく、この実施形態以外であっても、本発明に係る技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計等に応じて種々の変更が可能である。

本実施形態の赤外線検知装置１は、図１Ａに示すように、レンズ２と、受光部３と、フィルタ４と、信号処理部５と、判定部６とを備えている。

レンズ２は、例えばフレネルレンズであり、受光部３の受光素子３１に対向して配置される。レンズ２は、検知エリアＡ１（図２Ａ参照）から放射される赤外線を集光して受光素子３１に照射するように構成されている。なお、レンズ２の設計を適宜変更することにより、所望の検知エリアＡ１を設定することができる。

受光部３は、レンズ２を介して検知エリアＡ１から放射される赤外線を受光する受光素子３１を有している。受光素子３１は、焦電素子であり、受光した赤外線量の変化に応じて電流信号を出力する。つまり、受光部３は、検知エリアＡ１から放射される赤外線を受光する受光素子３１を含み、受光した赤外線量の微分値に応じた信号（電流信号）を出力するように構成されている。

本実施形態の赤外線検知装置１では、受光素子３１として、互いに逆極性（正極性と負極性）となる２つの電極対（つまり、４つのエレメント）を有する、いわゆるクアッド（Quad）型素子を採用している。その他、受光素子３１としては、互いに逆極性となる２つのエレメントを有する、いわゆるデュアル（Dual）型素子を採用してもよい。また、受光素子３１としては、正極性又は負極性となる１つのエレメントで構成される素子を採用してもよい。

なお、受光部３は、例えば抵抗（図示せず）やＦＥＴ（Field Effect Transistor）を用いることで、受光した赤外線量の微分値に応じた電圧信号を出力するように構成されていてもよい。この構成を採用する場合は、後述する変換回路５１は不要である。さらに、受光部３は、例えばオペアンプ（operational amplifier、図示せず）を用いることで、受光した赤外線量の微分値に応じた信号を増幅して出力するように構成されていてもよい。この構成を採用する場合は、後述する増幅回路５２は不要である。

フィルタ４は、バンドパスフィルタ（Band-Pass Filter：ＢＰＦ）で構成されている。フィルタ４は、検知対象Ｂ１の移動に伴って変化する受光部３の出力信号の周波数帯域を通過帯域とするように設計される。本実施形態の赤外線検知装置１では、検知対象Ｂ１が人であるので、フィルタ４は、人の移動に伴って変化する受光部３の出力信号の周波数帯域（例えば、０．１Ｈｚ〜１０Ｈｚ）を通過帯域とするように設計されている。勿論、検知対象Ｂ１に応じてフィルタ４の設計を変更してもよい。

本実施形態の赤外線検知装置１では、受光部３と信号処理部５との間にフィルタ４を設けているが、判定部６と受光部３との間に設けられていればよい。例えば、後述するＡ／Ｄ変換回路５３の前段にフィルタ４を設ける場合は、フィルタ４はアナログ回路で設計されていればよい。また、Ａ／Ｄ変換回路５３の後段にフィルタ４を設ける場合は、フィルタ４はディジタル回路で設計されていればよい。その他、本実施形態の赤外線検知装置１がＡ／Ｄ変換回路５３を備えない場合は、フィルタ４はアナログ回路で設計されていればよい。

信号処理部５は、変換回路５１と、増幅回路５２と、Ａ／Ｄ（Analog to Digital）変換回路５３とを備えている。変換回路５１は、受光部３の出力する電流信号を電圧信号に変換するように構成されている。ここで、変換回路５１は、基準電圧を発生する基準電源（図示せず）を有している。そして、変換回路５１の出力は、基準電圧を動作点として、受光部３の出力する電流信号の変化に応じて動作点から変化する。なお、以下では、動作点（基準電圧）にあるときの変換回路５１の出力を零として説明する。増幅回路５２は、変換回路５１の出力する電圧信号を増幅して出力するように構成されている。Ａ／Ｄ変換回路５３は、増幅回路５２の出力するアナログ電圧信号をディジタル電圧信号に変換して出力するように構成されている。

判定部６は、例えばマイコン（マイクロコンピュータ）を主構成としており、メモリ（図示せず）に記憶されているプログラムを実行することにより検知処理を実行する。検知処理とは、受光部３の出力信号に基づいて、検知エリアＡ１内における検知対象Ｂ１の存否を検知する処理である。また、判定部６は、後述する判定時間Ｐ１を計時するために用いられるカウンタ６１を備えている。カウンタ６１は、マイコンに内蔵のカウンタであってもよいし、外付けのカウンタＩＣ（Integrated Circuit）であってもよい。

判定部６は、検知処理において、検知エリアＡ１内に検知対象Ｂ１が存在すると判定すると、ハイレベルの検知信号を出力する。また、判定部６は、検知処理において、検知エリアＡ１内に検知対象Ｂ１が存在しないと判定している間は、検知信号をローレベルとする。この検知信号は、例えばテレビやエアコン、照明器具などの機器の制御に用いられる。例えば、照明器具に検知信号を用いる場合であれば、検知エリアＡ１内に検知対象Ｂ１がいない間は光源を消灯させ、検知エリアＡ１内に検知対象Ｂ１が存在すると光源を点灯させるといった制御が可能である。

なお、本実施形態の赤外線検知装置１における「受光部３の出力信号」は、受光部３からフィルタ４及び信号処理部５を介して判定部６に入力される信号である。また、本実施形態の赤外線検知装置１がフィルタ４や信号処理部５を備えていない場合は、「受光部３の出力信号」は、受光部３から判定部６に直接入力される信号である。

ここで、従来の赤外線検知装置１００の検知処理について図面を用いて簡単に説明する。但し、以下の説明では、従来の赤外線検知装置１００は、判定部６を除いて同様の構成を備えていると仮定する。また、以下の説明では、「受光部３の出力信号のレベル」は、絶対値を表している。

例えば、図２Ａに示すように、検知対象Ｂ１が検知エリアＡ１を横切る場合、検知対象Ｂ１が検知エリアＡ１内に入ると、検知対象Ｂ１の放射する赤外線により、受光部３が受光する赤外線量が急峻に変化する。このため、受光部３の出力信号は、図２Ｂに示すように、振幅の大きい波形となる。つまり、受光部３の出力信号のレベルが大きく変化する。そして、従来の赤外線検知装置１００は、受光部３の出力信号のレベルが、予め設定されている閾値ＴＨ０を上回ると、検知エリアＡ１内に検知対象Ｂ１が存在すると判定する。なお、「上回る」とは、例えば比較対象が閾値ＴＨ０であれば、受光部３の出力信号のレベルが、閾値ＴＨ０よりも小さいレベルから閾値ＴＨ０よりも大きいレベルに移行することである。

一方、図３Ａに示すように、従来の赤外線検知装置１００に向かって検知対象Ｂ１が検知エリアＡ１内を移動する場合（以下、単に「検知対象Ｂ１が近付く場合」と称する）、受光部３が受光する赤外線量は緩やかに変化する。このため、受光部３の出力信号は、図３Ｂに示すように、検知対象Ｂ１が検知エリアＡ１を横切る場合と比較して、振幅の小さい波形となる。つまり、受光部３の出力信号のレベルが小さく変化する。この場合、受光部３の出力信号のレベルが閾値ＴＨ０を上回らない可能性が高く、従来の赤外線検知装置１００は、検知エリアＡ１内に検知対象Ｂ１が存在すると判定し難い。

また、例えば夏場など、周囲温度と検知対象Ｂ１の温度（検知対象Ｂ１が人であれば体温）との温度差が小さい場合（以下、単に「温度差が小さい場合」と称する）にも、受光部３の出力信号は、振幅の小さい波形となる。なお、周囲温度とは、従来の赤外線検知装置１００（または本実施形態の赤外線検知装置１）が置かれる環境の気温である。この場合は、検知対象Ｂ１が検知エリアＡ１を横切る場合でも、受光部３の出力信号のレベルが閾値ＴＨ０を上回らない可能性が高い。したがって、周囲温度と検知対象Ｂ１の温度との温度差が小さい場合では、従来の赤外線検知装置１００は、検知エリアＡ１内に検知対象Ｂ１が存在すると判定し難く、仮に判定できたとしても検知エリアＡ１が非常に狭くなるという課題があった。

ここで、受光部３の出力信号の振幅が小さい場合でも、受光部３の出力信号のレベルが閾値ＴＨ０を上回るように、閾値ＴＨ０を小さくすることが考えられる。しかしながら、この場合は、検知対象Ｂ１とは異なる熱源（例えば、エアコン等）からの赤外線の放射により、受光部３の出力信号のレベルが増大して閾値ＴＨ０を上回ると、検知エリア内Ａ１に検知対象Ｂ１が存在すると誤って判定する虞がある。このため、単に閾値ＴＨ０を小さくするという手法は採用することができない。

そこで、本実施形態の赤外線検知装置１では、判定部６は、検知対象Ｂ１（ここでは、人）の移動に伴って受光部３の出力信号が周期的に変化することに着目して、検知エリアＡ１内における検知対象Ｂ１の存否を検知する検知処理を実行している。

以下、本実施形態の赤外線検知装置１における判定部６の実行する検知処理（言い換えれば、本実施形態の検知方法）について図４を用いて説明する。但し、以下の説明では、検知対象Ｂ１が近付く場合、及び温度差が小さい場合の何れかにおいて、受光部３の出力信号が図１Ｂに示す波形であると仮定する。

先ず、判定部６は、受光部３の出力信号のレベルと、予め設定されている第１閾値ＴＨ１とを比較する比較処理を実行する（Ｓ１）。ここで、第１閾値ＴＨ１は、受光部３の出力信号に重畳する可能性のある定常ノイズＮ１（図１Ｂ参照）よりも大きく、閾値ＴＨ０よりも小さい値である。そして、受光部３の出力信号のレベルが第１閾値ＴＨ１を上回ると（Ｓ２：Ｙｅｓ）、判定部６は、カウンタ６１を起動してカウントを開始させる（Ｓ３）。ここでは、図１Ｂに示すように、時刻ｔ１に受光部３の出力信号のレベルが第１閾値ＴＨ１を上回っている。受光部３の出力信号のレベルが第１閾値ＴＨ１を上回らない間は（Ｓ２：Ｎｏ）、判定部６は、上記の比較処理を継続する。

その後、判定部６は、カウンタ６１のカウントを開始してから、予め設定している設定時間Ｔ１に相当するカウント数に達するまで、受光部３の出力信号のレベルと第１閾値ＴＨ１とを比較する比較処理を継続する（Ｓ４）。ここで、設定時間Ｔ１は、検知対象Ｂ１の移動に伴って変化する受光部３の出力信号の周期に基づいて設定される。例えば、検知対象Ｂ１が人であれば、人の移動に伴って変化する受光部３の出力信号の周波数は、およそ０．１Ｈｚ〜１０Ｈｚである。したがって、人の移動に伴って変化する受光部３の出力信号の周期は、およそ０．１秒〜１０秒であるので、設定時間Ｔ１は、例えばその周期の最大値の半分の値（つまり、５秒）に設定される。

カウンタ６１によるカウントを開始してから設定時間Ｔ１を経過する前に、受光部３の出力信号のレベルが第１閾値ＴＨ１を上回ると（Ｓ５：Ｙｅｓ）、判定部６は、カウンタ６１のカウントを終了させる（Ｓ６）。ここでは、図１Ｂに示すように、時刻ｔ２に受光部３の出力信号のレベルが第１閾値ＴＨ１を上回っている。このとき、カウンタ６１のカウント数から計算される時間が判定時間Ｐ１（図１Ｂ参照）となる。ここでは、判定時間Ｐ１は、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの時間である。

この場合、カウンタ６１によるカウントの開始から設定時間Ｔ１が経過する前に、受光部３の出力信号のレベルが第１閾値ＴＨ１を上回っているので、判定時間Ｐ１が設定時間Ｔ１以内である。したがって、判定部６は、検知エリアＡ１内に検知対象Ｂ１が存在すると判定し（Ｓ７）、ハイレベルの検知信号を出力する。

一方、受光部３の出力信号のレベルが第１閾値ＴＨ１を上回らなければ（Ｓ５：Ｎｏ）、カウンタ６１によるカウントの開始から設定時間Ｔ１が経過するまでの間は（Ｓ８：Ｎｏ）、上記の‘Ｓ４’，‘Ｓ５’のフローを繰り返す。そして、受光部３の出力信号のレベルが第１閾値ＴＨ１を上回ることなく設定時間Ｔ１が経過する（つまり、判定時間Ｐ１が設定時間Ｔ１よりも長い）場合（Ｓ８：Ｙｅｓ）、判定部６は、カウンタ６１のカウントを終了させる（Ｓ９）。そして、判定部６は、検知エリアＡ１内に検知対象Ｂ１が存在しないと判定し（Ｓ１０）、検知信号をローレベルとする。以下、判定部６は、上記の‘Ｓ１’〜‘Ｓ１０’のフローを繰り返す。

上述のように、本実施形態の赤外線検知装置１では、判定部６は、受光部３の出力信号に基づいて検知エリアＡ１内における検知対象Ｂ１の存否を検知する検知処理において、比較処理と、計時処理と、判定処理とを実行する。比較処理は、定常ノイズＮ１よりも大きい第１閾値ＴＨ１と、受光部３の出力信号のレベルとを比較する処理である。比較処理は、上記の‘Ｓ１’，‘Ｓ２’，‘Ｓ４’，‘Ｓ５’のフローに相当する。計時処理は、受光部３の出力信号のレベルが第１閾値ＴＨ１を上回ってから、次に受光部３の出力信号のレベルが第１閾値ＴＨ１を上回るまでの時間を判定時間Ｐ１として計時する処理である。計時処理は、上記の‘Ｓ３’〜‘Ｓ６’のフローに相当する。判定処理は、所定回数連続して判定時間Ｐ１が予め設定された設定時間Ｔ１以内であれば、検知エリアＡ１内に検知対象Ｂ１が存在すると判定する処理である。ここでは、所定回数は１回である。判定処理は、上記の‘Ｓ３’〜‘Ｓ１０’のフローに相当する。

言い換えれば、本実施形態の検知方法は、上記の検知処理を実行するステップにおいて、上記の比較処理を実行するステップと、上記の計時処理を実行するステップと、上記の判定処理を実行するステップとを有している。

つまり、本実施形態の赤外線検知装置１及び検知方法は、検知対象Ｂ１の移動に伴う受光部３の出力信号の周期的な変化に基づいて、検知エリアＡ１内における検知対象Ｂ１の存否を検知している。このため、本実施形態の赤外線検知装置１及び検知方法は、検知対象Ｂ１が近付く場合、及び温度差が小さい場合の何れにおいても、検知対象Ｂ１の存否を検知することができる。言い換えれば、本実施形態の赤外線検知装置１及び検知方法は、周囲温度と検知対象Ｂ１の温度との温度差に依らず、検知エリアＡ１内における検知対象Ｂ１の存否を検知し易くすることができる。

また、本実施形態の赤外線検知装置１及び検知方法は、受光部３の出力信号のレベルが単に第１閾値ＴＨ１を上回っただけでは、検知エリアＡ１内に検知対象Ｂ１が存在すると判定しない。したがって、本実施形態の赤外線検知装置１及び検知方法は、検知対象Ｂ１とは異なる熱源（例えば、エアコン等）からの赤外線の放射により、検知エリア内Ａ１に検知対象Ｂ１が存在すると誤って判定する可能性を極力排除することができる。

ところで、上記の所定回数は２回以上であってもよい。つまり、判定部６は、判定処理において、少なくとも２回以上連続して判定期間Ｐ１が設定時間Ｔ１以内であれば、検知エリアＡ１内に検知対象Ｂ１が存在すると判定してもよい。例えば、判定部６は、図１Ｂに示すように、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの判定時間Ｐ１と、時刻ｔ２から次に受光部３の出力信号のレベルが第１閾値ＴＨ１を上回る時刻ｔ３までの判定時間Ｐ２との両方について判定処理を実行する。そして、判定部６は、２つの判定時間Ｐ１，Ｐ２の何れもが設定時間Ｔ１以内であれば、検知エリアＡ１内に検知対象Ｂ１が存在すると判定する。この構成では、検知対象Ｂ１の移動に伴う受光部３の出力信号の周期的な変化をより精度良く判定することができる。

勿論、本実施形態の検知方法は、上記の判定処理を実行するステップを有していてもよい。すなわち、本実施形態の検知方法は、判定処理を実行するステップにおいて、少なくとも２回以上連続して判定時間Ｐ１が設定時間Ｔ１以内であれば、検知エリアＡ１内に検知対象Ｂ１が存在すると判定してもよい。

また、判定部６は、受光部３の出力信号のレベルが第１閾値ＴＨ１を上回るとカウントを開始するカウンタ６１を備えている。そして、カウンタ６１は、設定時間Ｔ１に相当するカウント数に達する前に受光部３の出力信号のレベルが第１閾値ＴＨ１を上回ると、カウント値をリセットしてからカウントを再開する。この構成では、判定部６は、連続して判定時間Ｐ１，Ｐ２，…を容易に計時することが可能である。なお、当該構成を採用するか否かは任意である。

ところで、例えば、図５Ａに示すように、時刻ｔ４において受光部３の出力信号のレベルが第１閾値ＴＨ１を上回り、その後、ノイズが重畳するなどして、時刻ｔ５において受光部３の出力信号のレベルが第１閾値ＴＨ１を上回ったとする。この場合、検知対象Ｂ１の存在に依らずノイズの影響により受光部３の出力信号が変化しているが、時刻ｔ４から時刻ｔ５までの時間を判定時間Ｐ１とすると、判定部６は、検知エリアＡ１内に検知対象Ｂ１が存在すると誤って判定する虞がある。

そこで、判定部６は、計時処理において、受光部３の出力信号のレベルが第２閾値ＴＨ２を下回らなければ、判定時間Ｐ１の計時を終了しないように構成されているのが好ましい。第２閾値ＴＨ２は、図５Ａに示すように、第１閾値ＴＨ１よりも小さい値である。また、「下回る」とは、例えば比較対象が第２閾値ＴＨ２であれば、受光部３の出力信号のレベルが、第２閾値ＴＨ２よりも大きいレベルから第２閾値ＴＨ２よりも小さいレベルに移行することである。

図５Ａに示す例では、時刻ｔ４から時刻ｔ５の間では、受光部３の出力信号のレベルが第２閾値ＴＨ２を下回っていないので、判定部６は、時刻ｔ５の時点で判定時間Ｐ１の計時を終了しない（図５Ａの破線で囲まれた範囲を参照）。その後、受光部３の出力信号のレベルが第２閾値ＴＨ２を下回り、時刻ｔ６において第１閾値ＴＨ１を上回ると、判定部６は、時刻ｔ６の時点で判定時間Ｐ１の計時を終了する。そして、判定部６は、時刻ｔ４から時刻ｔ６までの時間を判定時間Ｐ１とする。

この構成では、ヒステリシスを設けることにより、ノイズの影響により受光部３の出力信号のレベルが変化したとしても、検知エリアＡ１内に検知対象Ｂ１が存在すると誤って判定するのを防止することができる。

なお、図５Ｂに示す例では、受光部３の出力信号のレベルが第１閾値ＴＨ１を上回る時刻ｔ７から、次に受光部３の出力信号のレベルが第１閾値ＴＨ１を上回る時刻ｔ９までの間において、受光部３の出力信号のレベルが正極性のみで変化している。この場合でも、時刻ｔ８において、受光部３の出力信号のレベルが第２閾値ＴＨ２を下回っているので、判定部６は、時刻ｔ７から時刻ｔ９までの時間を判定時間Ｐ１とする。

勿論、本実施形態の検知方法は、上記の計時処理を実行するステップを有していてもよい。すなわち、本実施形態の検知方法は、計時処理を実行するステップにおいて、受光部３の出力信号のレベルが第２閾値ＴＨ２を下回らなければ、判定時間Ｐ１の計時を終了しなくてもよい。

また、判定部６は、検知処理において、受光部３の出力信号のレベルが第３閾値ＴＨ３を上回ると、検知エリアＡ１内に検知対象Ｂ１が存在すると判定してもよい。第３閾値ＴＨ３は、図６に示すように、第１閾値ＴＨ１よりも大きい値である。ここでは、第３閾値ＴＨ３は、閾値ＴＨ０と同値であってもよい。例えば、図６に示すように、時刻ｔ１０において受光部３の出力信号のレベルが第３閾値ＴＨ３を上回ると仮定する。この場合、判定部６は、判定処理を実行することなく、検知エリアＡ１内に検知対象Ｂ１が存在すると判定する。この構成では、従来の赤外線検知装置１００と同様に、検知対象Ｂ１が検知エリアＡ１を横切る場合に、検知エリアＡ１内に検知対象Ｂ１が存在すると直ぐに判定することができる。なお、当該構成を採用するか否かは任意である。

勿論、本実施形態の検知方法は、上記の検知処理を実行するステップを有していてもよい。すなわち、本実施形態の検知方法は、検知処理において、受光部３の出力信号のレベルが第３閾値ＴＨ３を上回ると、検知エリアＡ１内に検知対象Ｂ１が存在すると判定してもよい。

また、本実施形態の赤外線検知装置１は、判定部６と受光部３との間に設けられ、検知対象Ｂ１の移動に伴って変化する受光部３の出力信号の周波数帯域を通過帯域とするフィルタ４を備えている。このため、本実施形態の赤外線検知装置１は、定常ノイズＮ１や、例えば周囲温度の変化などに起因して検知対象Ｂ１とは無関係に生じる外乱を、受光部３の出力信号から予め除去することができる。なお、フィルタ４を備えるか否かは任意である。

また、本実施形態の赤外線検知装置１では、受光素子３１として焦電素子を用いているが、他の素子であってもよい。例えば、受光素子３１は、熱起電力効果を利用するサーモパイル（thermopile）素子であってもよい。また、受光素子３１は、例えばフォトダイオード等の量子型素子であってもよい。つまり、受光素子３１は、受光した赤外線量の変化を検知するのではなく、受光した赤外線量の総量を検知する素子であってもよい。この構成では、受光素子３１の出力信号は、赤外線量の変化に応じた信号ではなく、赤外線量の総量に応じた信号となる。したがって、この構成では、受光部３は、受光素子３１の出力信号を微分演算する回路を別途備えるのが好ましい。

つまり、本実施形態の赤外線検知装置１において、受光素子３１は、受光した赤外線量の総量に応じた信号を出力する素子であってもよい。そして、受光部３は、受光素子３１の出力信号の微分値を演算して出力するように構成されていてもよい。この構成では、焦電素子以外の素子を受光素子３１として用いることが可能である。また、この構成では、受光部３の出力信号は、受光した赤外線量の微分値に応じた信号となるので、受光素子３１が焦電素子である場合と同様に、判定部６で受光部３の出力信号を処理することが可能である。

なお、受光素子３１を２つのエレメントで構成する場合には、各エレメントの出力の差分信号を受光部３の出力信号としてもよい。つまり、各エレメントは、空間的に互いに配置が異なるので、各エレメントの出力の時間的変化も異なっている。このため、各エレメントの出力の差分信号を、受光した赤外線量の微分値に応じた信号と見做すことが可能である。この場合、受光素子３１の出力信号を微分演算する回路は不要である。

また、本実施形態の赤外線検知装置１では、受光素子３１は、既に述べたように、複数のエレメントで構成されていてもよい。例えば、受光素子３１は、図７Ａに示すように、第１エレメント３１１及び第２エレメント３１２から構成されるデュアル型素子であってもよい。そして、第１エレメント３１１と第２エレメント３１２とは、互いに異なる極性であるのが望ましい。図７Ａに示す例では、第１エレメント３１１が正極性（図７Ａに示す‘＋’）、第２エレメント３１２が負極性（図７Ａに示す‘−’）である。

その他、受光素子３１は、図７Ｂに示すように、第１エレメント３１１、第２エレメント３１２、第３エレメント３１３、第４エレメント３１４から構成されるクアッド型素子であってもよい。そして、各エレメント３１１〜３１４のうち、少なくとも２つのエレメントは、互いに異なる極性であるのが望ましい。図７Ｂに示す例では、第１エレメント３１１及び第３エレメント３１３が正極性（図７Ｂに示す‘＋’）、第２エレメント３１２及び第４エレメント３１４が負極性（図７Ｂに示す‘−’）である。

つまり、受光素子３１は、複数のエレメントで構成され、複数のエレメントのうち少なくとも２つのエレメントは、互いに異なる極性であるのが好ましい。この構成では、検知エリアＡ１内を検知対象Ｂ１が移動する場合に、検知対象Ｂ１の移動に伴って受光部３の出力信号が正極性と負極性とで交互に変化する波形となり、周期的に変化する信号を得やすいという利点がある。

また、本実施形態の赤外線検知装置１では、上記のように受光素子３１が複数のエレメントで構成されている場合は、複数のエレメントの各々に対応する検知エリアが以下のように設定されているのが好ましい。つまり、互いに異なる極性の複数のエレメントの各々に対応する検知エリアは、検知対象Ｂ１が検知エリアＡ１内を移動する一方向に沿って、交互に並ぶように設定されているのが好ましい。

例えば、受光素子３１が図７Ｂに示す各エレメント３１１〜３１４で構成されている場合における検知エリアＡ１を図８Ａに示す。図８Ａに示すように、検知エリアＡ１は、正極性の第１検知エリアＡ１１と、負極性の第２検知エリアＡ１２（または第４検知エリアＡ１４）と、正極性の第３検知エリアＡ１３とで構成される。第１検知エリアＡ１１は、第１エレメント３１１に対応する検知エリアであり、第２検知エリアＡ１２は、第２エレメント３１２に対応する検知エリアである。また、第３検知エリアＡ１３は、第３エレメント３１３に対応する検知エリアであり、第４検知エリアＡ１４は、第４エレメント３１４に対応する検知エリアである。そして、各検知エリアＡ１１〜Ａ１４は、検知対象Ｂ１が検知エリアＡ１内を移動する一方向（図８Ａにおける左右方向）に沿って、交互に並ぶように設定されている。なお、各検知エリアＡ１１〜Ａ１４は、受光素子３１の各エレメント３１１〜３１４の配置や、レンズ２の設計を適宜変更することで設定可能である。

以下、図８Ａ，図８Ｂを参照しながら、検知対象Ｂ１が近付く場合における、受光部３の出力信号の変化について説明する。先ず、正極性の第１検知エリアＡ１１内を検知対象Ｂ１が移動する。このとき、第１検知エリアＡ１１での赤外線量に変化が生じるため、受光部３の出力信号は正極性に振れる。次に、検知対象Ｂ１が負極性の第２検知エリアＡ１２（または第４検知エリアＡ１４）内に進入する。このとき、第１検知エリアＡ１１での赤外線量の変化が落ち着き、第２検知エリアＡ１２（または第４検知エリアＡ１４）での赤外線量に変化が生じるため、受光部３の出力信号は負極性に振れる。その後、検知対象Ｂ１が正極性の第３検知エリアＡ１３内に進入する。このとき、第１検知エリアＡ１１及び第２検知エリアＡ１２（または第４検知エリアＡ１４）での赤外線量の変化が落ち着き、第３検知エリアＡ１３での赤外線量に変化が生じるため、受光部３の出力信号は正極性に振れる。この場合、判定部６は、時刻ｔ１１から時刻ｔ１２までの時間を判定時間Ｐ１、時刻ｔ１２から時刻ｔ１３までの時間を判定時間Ｐ２とする。

上述のように、この構成では、検知対象Ｂ１が近付く場合に、受光部３の出力信号が正極性と負極性とで交互に周期的に変化し易い。このため、この構成では、検知対象Ｂ１の移動に伴う受光部３の出力信号の周期的な変化を捉え易く、検知エリアＡ１内における検知対象Ｂ１の存在を速やかに判定し易いという利点がある。

なお、本実施形態の赤外線検知装置１及び検知方法は、人を検知対象Ｂ１としているが、検知対象Ｂ１を人に限定する趣旨ではない。つまり、本実施形態の赤外線検知装置１及び検知方法は、人以外の熱を発する（赤外線を放射する）移動体を検知対象Ｂ１とすることも可能である。

また、本実施形態の赤外線検知装置１では、判定部６は、ディジタル信号である受光部３の出力信号を処理する構成であるが、アナログ信号を処理する構成であってもよい。この場合、判定部６は、例えば第１閾値ＴＨ１などの閾値電圧を生成する回路や、生成した閾値電圧と受光部３の出力信号の電圧とを比較する回路などを備えていればよい。また、この場合、Ａ／Ｄ変換回路５３は不要である。

１ 赤外線検知装置
３ 受光部
３１ 受光素子
３１１〜３１４ 第１〜第４エレメント
４ フィルタ
６ 判定部
６１ カウンタ
Ｂ１ 検知対象
Ｎ１ 定常ノイズ
Ｐ１ 判定時間
Ｔ１ 設定時間
ＴＨ１ 第１閾値
ＴＨ２ 第２閾値
ＴＨ３ 第３閾値

Claims (9)

1. 検知エリアから放射される赤外線を受光する受光素子を含み、受光した赤外線量の微分値に応じた信号を出力する受光部と、
   前記受光部の出力信号に基づいて、前記検知エリア内における検知対象の存否を検知する検知処理を実行する判定部とを備え、
   前記判定部は、前記検知処理において、定常ノイズよりも大きい第１閾値と前記受光部の出力信号のレベルとを比較する比較処理と、前記レベルが前記第１閾値を上回ってから次に前記レベルが前記第１閾値を上回るまでの時間を判定時間として計時し、前記判定時間の計時が完了した時点で次の判定時間の計時を開始する計時処理と、２回以上からなる所定回数連続して前記判定時間が予め設定された設定時間以内であれば前記検知エリア内に前記検知対象が存在すると判定する判定処理とを実行することを特徴とする赤外線検知装置。
2. 検知エリアから放射される赤外線を受光する受光素子を含み、受光した赤外線量の微分値に応じた信号を出力する受光部と、
   前記受光部の出力信号に基づいて、前記検知エリア内における検知対象の存否を検知する検知処理を実行する判定部とを備え、
   前記判定部は、前記検知処理において、定常ノイズよりも大きい第１閾値と前記受光部の出力信号のレベルとを比較する比較処理と、前記レベルが前記第１閾値を上回ってから、次に前記レベルが前記第１閾値を上回るまでの時間を判定時間として計時する計時処理と、所定回数連続して前記判定時間が予め設定された設定時間以内であれば前記検知エリア内に前記検知対象が存在すると判定する判定処理とを実行し、
   前記判定部は、前記レベルが前記第１閾値を上回るとカウントを開始するカウンタを備え、
   前記カウンタは、前記設定時間に相当するカウント数に達する前に前記レベルが前記第１閾値を上回ると、カウント値をリセットしてからカウントを再開することを特徴とする赤外線検知装置。
3. 前記判定部は、前記計時処理において、前記レベルが前記第１閾値よりも小さい第２閾値を下回らなければ、前記判定時間の計時を終了しないことを特徴とする請求項１又は２に記載の赤外線検知装置。
4. 前記判定部は、前記検知処理において、前記レベルが前記第１閾値よりも大きい第３閾値を上回ると、前記検知エリア内に前記検知対象が存在すると判定することを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の赤外線検知装置。
5. 前記判定部と前記受光部との間に設けられ、前記検知対象の移動に伴って変化する前記受光部の出力信号の周波数帯域を通過帯域とするフィルタを備えることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の赤外線検知装置。
6. 前記受光素子は、受光した赤外線量の総量に応じた信号を出力する素子であり、
   前記受光部は、前記受光素子の出力信号の微分値を演算して出力するように構成されることを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載の赤外線検知装置。
7. 前記受光素子は、複数のエレメントで構成され、
   前記複数のエレメントのうち少なくとも２つのエレメントは、互いに異なる極性であることを特徴とする請求項１乃至６の何れか１項に記載の赤外線検知装置。
8. 互いに異なる極性である複数のエレメントの各々に対応する検知エリアは、前記検知対象が前記検知エリア内を移動する一方向に沿って、交互に並ぶように設定されることを特徴とする請求項７記載の赤外線検知装置。
9. 検知エリアから放射される赤外線を受光する受光素子を含む受光部を備え、受光した赤外線量の微分値に応じた信号に基づいて、前記検知エリア内における検知対象の存否を検知する検知処理を実行する赤外線検知装置による検知方法であって、
   前記検知処理を実行するステップは、
   定常ノイズよりも大きい第１閾値と前記受光部の出力信号のレベルとを比較する比較処理を実行するステップと、前記レベルが前記第１閾値を上回ってから次に前記レベルが前記第１閾値を上回るまでの時間を判定時間として計時し、前記判定時間の計時が完了した時点で次の判定時間の計時を開始する計時処理を実行するステップと、２回以上からなる所定回数連続して前記判定時間が予め設定された設定時間以内であれば前記検知エリア内に前記検知対象が存在すると判定する判定処理を実行するステップとを含むことを特徴とする検知方法。

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