JPH02228584A - 移動物体検出方式および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、赤外線放射物体検出技術さらには焦電型赤外
線センサを用いた移動物体検出技術に関し、例えば防犯
用の人体検出装置に利用して最も効果のある技術に関す
る。

［従来の技術］ 人体等の赤外線放射移動物体を検出してビルの防犯警報
装置を差動させたり、自動ドアを開閉させる制御信号を
発生させるため移動物体検出装置として、焦電型赤外線
センサを用いたものがある。

この焦電型赤外線センサは波長依存性がなく。

安価でしかも保守および取扱いが簡単であるため人体の
検出装置に最適である。

一方、焦電型赤外線センサを用いた移動物体検出装置の
欠点としてノイズによる誤動作が多いという点がある。

焦電型赤外線センサのノイズ源としては、■ヒーターや
空調装置、太陽光等のラジエーシ目ンノイズと、■通信
用電波、１！！磁スパーク、雷等に起因する電磁ノイズ
、■震動やショックに起因する機械的ノイズ、■回路自
身の発熱や空気の揺らぎ等によって生じるセンサ自身の
温度変化に伴うノイズ等の外因性ノイズの他、■ＦＥＴ
のゲート上にある酸化膜（ＳｉＯ□）、またはＳｉ□Ｎ
４等のパッシベーション膜の欠陥にキャリアがトラップ
され、それがディスチャージする際に、スパイク状の電
流が時系列的にランダムに発生するポツプコーンノイズ
と呼ばれる内因性のノイズがある。

従来、上記外因性ノイズによる誤動作を防止するため、
一対の赤外線検知素子が互いに逆極性となるように接続
された差動型赤外線検出器を用いるようにしたものが提
案された（実開昭５８−１４５５２６）。

この装置では２つの素子に同時にノイズが入力すると、
２つの素子に逆極性の電圧が発生して。

それらが互いに打ち消しあうため検出出力が生じないと
いう利点がある。しかし、２つの検出素子間にばらつき
があるときは、完全に相殺させることができないという
不都合がある。そこで、差動型センサを少なくとも一対
設け、これらのセンサを検知すべき移動物体の移動方向
に沿って一列に並ぶように配置し、各素子にそれぞれ絶
対値回路を接続し、それぞれの素子に対応する絶対値出
力の差を演算する減算回路と、この減算回路の差信号を
検知レベルと比較するコンパレータとを設け、差動型セ
ンサによる相殺と、減算回路による相殺の２段階の相殺
を行なうことで素子間のばらつきに起因する誤動作を防
止するようにした発明が提案されている（特開昭６３−
４０８９５）。

一方、上記内因性ノイズに着目して差動型赤外線センサ
を２つ設け、それらの出力信号の論理積をとるゲート回
路を設けることによってポツプコーンノイズを除去でき
るようにした発明も提案されている（特開昭６３−１９
３８）。

この第２の先願発明は、複数の素子に同時に入る外因性
ノイズは差動型赤外線センサで除去できるとともに、い
ずれか一つの素子で発生する内因性ノイズは論理積回路
で除去することができる。

［発明が解決しようとする課Ｍ］ しかしながら、上記第１の先願発明にあっては、外因性
ノイズによる誤動作は防止できるものの、複数の焦電素
子のうちいずれか一つにおいて発生することが多い内因
性のポツプコーンノイズによる誤動作を防止することが
できないという問題点がある。

また、外因性ノイズは必ずしも各焦電素子に同時に入る
とは限らず、例えば空気の揺らぎによって空間的に温度
勾配が生じたり、震動の伝わり方によっては各素子間で
僅かな時間差をおいてノイズが発生することがある。

上記先願発明にあっては、いずれもこのような外因性ノ
イズに対しては有効ではなく、誤動作を生じるおそれが
あった。

本発明は上記のような問題点に着目してなされたもので
、どのような外因性ノイズや内因性ノイズが入ってきて
も誤動作を起こすことなく、人体等赤外線を放射する特
定の移動物体のみを正確に検出できるような移動物体検
出技術を提供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 人体検知器という立場から前記ノイズ源■〜■をみると
、人体検知は、人体の動きという空間的な変化を捉える
ことを信号源とするのに対し、ノイズ源■〜■は物体の
動きとは関係なく（空間的な差はなく）１時間的なもの
として捉えることができる。従って本質的には、信号が
このような空間的信号であるか時間的信号であるかを区
別すれば誤動作を防止できるはずである。

本発明は上記のような見地から相互に逆向室に分極処理
された２つの焦電素子を有する差動型赤外線センサを２
値以上並べて配置し、それらのセンサに対して各々異な
るエリア（一部重複する場合を含む）からの赤外線を収
束するように光学系を構成し、上記複数のセンサからの
信号が所定の時間的差異を有していることを検出し、か
つ上記複数のセンサからの信号をＡ／Ｄ変換し、それぞ
れの信号の波形を比較することによりそれぞれの信号の
波形的相関を判断して、移動物体の検出信号を出力させ
るようにした。

［作用］ 上記した手段によれば、複数の焦電素子に同時に入る外
因性ノイズは差動型赤外線センサで相殺されるとともに
、２つのセンサからの信号が所定の時間差を有し、かつ
それぞれの信号波形の相違が小さい場合にのみ検出信号
を出力するので、ポツプコーンノイズのみならず空間的
温度勾配等に起因する僅かな時間差をおいたノイズによ
る誤動作をも防止することが出来る。

以下、図面を用いて本発明の詳細な説明する。

［実施例］ 第１図は、本発明に係る移動物体検出装置の一実施例を
示す。

同図において、１はフレネルレンズあるいは反射鏡から
なる光学系、２ａ、２ｂは例えば第２図に示すように互
いに逆向きに分極処理された焦電素子ＰＬ、Ｐ２が直列
に接続されてなる差動型赤外線センサである。光学系１
は２つの赤外線センサ２ａ、２ｂに対して、各々異なる
エリアからの赤外線を収束できるように構成されている
。３ａ。

３ｂは、上記赤外線センサ２ａ、２ｂの検出信号から、
人体やその平均移動速度（０，２ｍ／ｓ〜９　ｍ　／　
ｓ　）に対応した帯域の検知信号のみを抽出する帯域通
過フィルタで、このフィルタは抽出された信号を増幅し
て出力するアンプを有している。

センサ２ａ、２ｂからの信号がこのフィルタ３ａ、３ｂ
を通過することにより、低域側では空気の揺らぎによる
温度勾配の影響を、また高域側では電源による雑音ノイ
ズの影響をそれぞれ除去することができる。また、第１
図において、４ａ。

４ｂは上記フィルタ３ａ、３ｂを通過した信号をデジタ
ル信号に変換するＡ／Ｄコンバータである。

上記Ａ　／　Ｄコンバータは、量子化ビット数が、少な
くとも８ビツト（２５６値）、理想的には１２ビツト（
４０９６値）以上ある方が望ましい。

上記Ａ／Ｄコンバータ４ａ、４ｂの出力信号は判定手段
としてのマイクロコンピュータ５に供給されるようにさ
れており、マイクロコンピュータ５は２つの検知信号が
所定の範囲内の時間的差異を有し、かつ２つの検知信号
間に波形的相関が認められる場合にのみ人体検出信号を
形成してリレー等の出力回路６に供給し、防犯警報装置
等を作動させる。これによって、例えば４つの焦電素子
のうちいずれかにおいて発生し、同時に発生することが
少ないポツプコーンノイズによる出力回路の誤動作や僅
かな時間差をおいて赤外線センサ２ａ、２ｂに入ってく
るノイズによる誤動作を防止することができる。

第３図および第４図には光学系１の構成例が示されてい
る。

このうち、第３図は光学系をフレネルレンズとした場合
の一実施例を示す。

赤外線を透過するポリエチレン等からなる透明板１１の
表面に同心円状に複数の溝を形成してフレネルレンズを
構成している。しかもこの実施例のフレネルレンズは、
同図（Ａ）のごとく２つの同心円状の溝１２ａ、１２ｂ
を並べて形成することにより、同図（Ｂ）のごとく、２
つの赤外線センサ２ａ、２ｂにそれぞれ異なるエリアか
らの赤外線を収束できるように構成されている。これに
よって、異なるエリアを同時に監視することができる。

２つの監視エリアは、互いに接する程度にしておくのが
望ましく、場合によってはエリアの一部が互いに重なっ
たり、一方のエリアが他方のエリア内に完全に含まれて
しまうようにしてもよい。

第３図のフレネルレンズはエリアの一部が重なるように
したものである。

第４図には光学系１を反射鏡１３を用いて構成した場合
であり、反射鏡１３は焦点を２つ持つように反射凹部が
２個形成されている。

この場合、２つの監視エリアは互いに接している。なお
、上記実施例ではいずれも監視エリアを２つとしたが、
フレネルレンズの数を増やしたり反射鏡を多分割多面ミ
ラー左することにより、２つの赤外線センサ２ａ、２ｂ
で、３つ以上のエリアを監視できるように構成すること
も可能である。

即ち、第５図（Ａ）〜（Ｃ）のように、赤外線センサ２
ａでエリアＡ１．　Ａ２を、また赤外線センサ２ｂでは
エリアロ工、Ｂ２を監視するように光学系を構成するこ
とができる。

なお、第５図（Ａ）は監視エリアが互いに接する場合、
同図（Ｂ）はセンサ２ａと２ｂの監視エリアが互いに一
部重複する場合、同図（Ｃ）はセンサ２ｂの監視エリア
Ｂが、センサ２ａの監視エリアＡに完全に含まれる場合
である。

光学系１が上記のように構成されていると、監視エリア
Ａ、Ｂを赤外線放射物体が横切ったとき必ず時間差をお
いて赤外線センサ２ａ、２ｂから検知信号が出力される
。このときの時間差Ｔｒの大きさは、物体の移動の速度
や方向、監視エリアの設定の仕方等によって変化するが
、検知対象を人体に限定すればＴｒがどの範囲にあれば
人体と判定するかその範囲を決定してやるのは容易であ
る。

第１図の実施例では、上記時間差Ｔｒの上限値Ｔ　ｗａ
ｘと下限値Ｔ　ｍｉｎを予め実験により決定しておいて
、マイクロコンピュータ５により、リアルタイムで入っ
てくる赤外線センサ２ａ、２ｂの検知信号の相互相関関
数を求め、それぞれの検知信号の相関関数が時間差がＴ
＠ａｘとＴ　ｗｉｎとの間においてピークを有するか否
かを判定し、ＴｍａｘとＴ　ｗｉｎとの間で相関関数の
ピーク値があるレベルを越えているときにのみ人体検知
信号を形成して出力回路６に供給するようになっている
。

次に人体検出信号を形成する上記マイクロコンピュータ
５の処理概要を゛、第６図のブロック図を用いて説明す
る。

第６図において、信号Ｓ１および信号Ｓ２は、それぞれ
第１図のＡ／Ｄコンバータ４ａ、４ｂによって赤外線セ
ンサ２ａと２ｂの出力がデジタル化された信号であるに
れらの信号ＳＬ、３２は、次のデジタルフィルターＤ、
Ｆ１およびＤＦ２によって所定の周波数帯域のみの信号
となる。これによって１人体の働きに対応した周波数以
外の信号成分、例えば空気の揺らぎによる温度勾配の影
響や、電磁ノイズなどの外来ノイズ成分の強度は著しく
低下する。相互相関判定手段ｃｃｐは、所定の相互相関
式を用いて上記デジタルフィルターＤＦｌ、ＤＦ２を通
過した信号の相互相関値を計算し、相互相関値が上記時
間差Ｔｒの上限Ｔｍａｘと、下限Ｔ　＋ｓｉｎとの間で
ある一定値Ｌｔｈ以上の値のピークを持つか否かを判定
する。計算した相互相関値が、上記時間差Ｔｒの上限Ｔ
　ｔａａｘと、下限Ｔ　ｗｉｎとの間である一定値Ｌｔ
ｈ以上の値のピークを持つ場合には、検知信号を出力タ
イマＴＭＲに伝達し。

タイマＴＭＲによって検知出力が一定時間出力される。

第７図に信号Ｓ１と信号Ｓ２の例を示す。同図（Ａ）は
、それぞれ似通った信号が時間差Ｔｓを持っている場合
で１人体が監視エリアを横切った場合である。同図（Ｂ
）は、それぞれ同じ信号が同時に入った場合で、外来の
電磁波ノイズなどが入った場合である。また、同図（Ｃ
）は、一方のセンサのみにパルス状の信号が入った場合
で、ポツプコーンノイズがこれにあたる。

第８図に、２つの信号の相互相関の例を示す。

相互相関式は、２つの信号５Ｌ（ｔ）と８２（ｔ）との
間で次のように定義される。

従って、信号Ｓ１と８２とが時間差Ｔｓを持つ同一の波
形であれば相関値Ｒ（Ｔｒ）は、Ｔｒ＝ＴＳのときに最
大となる。

第８図において、相関曲線Ｒｃは、第７図（Ｃ）の信号
ＳＬ、８２の相互相関である。このように信号ＳＬ、８
２の間に明確な相関が認められない場合、相互相関関数
はＴｒがどのような値でも低い値となる。

第８図の相関曲線Ｒｂは、信号Ｓｔ、Ｓ２の間に時間差
がない場合で、第７図ＣＢ）に示す外来電磁波ノイズな
どがこれにあたる。この場合、ｔ＝Ｏで相互相関値は最
大となる。

また、第８図の相関曲線Ｒａは、第７図（Ａ）の信号Ｓ
Ｌ、８２の相互相関で、信号８１．８２の間に時間差Ｔ
ｓがあり、しかもＴｗｉｎ（Ｔｓ＜Ｔ　ｗａｘの条件が
満たされている場合で、人体を検知していることを示し
ている。

なお、上記実施例では、第１図に示すように赤外線セン
サ２ａ、２ｂの信号をフィルタ回路３ａ。

３ｂを通してからＡ／Ｄコンバータ４ａ、４ｂに人力し
ているが、第９図に示すように赤外線センサ２ａ、２ｂ
の信号を直接Ａ／Ｄコンバータ４ａ。

４ｂに入力してもよい。

また、第１０図に示すようにＡ／Ｄコンバータを共通に
して、赤外線センサ２ａ、２ｂの信号をスイッチング手
段ＳＷによって切り換えて、交互にＡ／Ｄコンバータに
入力し、時系列的に分割してマイクロコンピュータに入
力してもよい。このような構成であれば、高価なＡ／Ｄ
コンバータを１個で済ますことができる。

また、上記実施例では、外因性ノイズをより効果的に除
去できるようにするため赤外線センサ２ａ、２ｂとして
差動型センサを用いているが、各センサに同時に入る外
因性ノイズは上記実施例によって排除できるので必ずし
も差動型を用いる必要はなくシングル型を用いることも
可能であるし、焦電型センサである必要もなく、サーモ
パイル、サーミスタボロメータなどを使用してもよい。

また、差動型赤外線センサは、逆分極処理された２つの
焦電素子を直列接続されたもののにみならず、並列接続
されたものであってもよい。

［発明の効果］ 以上説明したようにこの発明は、移動する被検出体から
放射される赤外線を検知する赤外線検知装置において、
複数の赤外線検知器に対し被検出体からの赤外線が果め
られるようにした光学系を設け、上記光学系は移動する
被検出体からの赤外線が上記複数の赤外線検知器に時間
的差異を持って入射するようにし、これらの赤外線検知
器からの信号が所定範囲内の時間的差異を持ち、かつそ
れぞれの信号波形間に相関が認められるときにのみ検出
信号を出力させるようにしたので、複数の赤外線検出器
に同時に入る外因性ノイズのはもちろんいずれかの検知
素子で発生するポツプコーンノイズおよび空間的温度勾
配等に起因する僅かな時間差をおいたノイズによる誤動
作を防止することができ、外因性および内因性を問わず
誤動作の原因となるすべてのノイズを除去し、高い信頼
性をもって、人体等の移動する赤外線放射物体を検知す
ることができるという効果がある。

なお上記実施例では、防犯警報用の赤外線検出装置に適
用した場合について説明したが、この発明はそれら限定
されず、一定のエリアに人間が存在するか否か検知する
場合、あるいは人体以外の赤外線放射物体を検出する場
合にも適用することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を適用した移動物体検出装置の一実施例
を示すブロック図、 第２図は実施例で使用される赤外線センサの構成例を示
す回路図、 第３図（Ａ）、（Ｂ）は光学・系の一例としてのフレネ
ルレンズの正面図とその集光作用を示す図。 第４図は光学系としての反射鏡の一例を示す図、第５図
（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は光学系による監視エリアの設
定の仕方の例を示す図、第６図はマイクロコンピュータ
を判定処理手段とした場合の要部の一例を示すブロック
図、第７図は、赤外線センサから出力される信号波形の
例を示す波形図、 第８図は、相互相関曲線の例を示す図、第９図は、セン
サに直接Ａ／Ｄコンバータを接続した例を示すブロック
図、 第１０図は、スイッチング手段を用いて時系列的に複数
の赤外線センサ出力を分割しＡ／Ｄコンバータを１個と
した場合の例を示すブロック図である。 １・・・・光学系、２ａ、２ｂ・・・・赤外線センサ、
５・・・・マイクロコンピュータ、１１・・・・フレネ
ルレンズ、１３・・・・反射鏡、ＰＬ、Ｐ２・・・・焦
電素子。 第１図 第３図 （Ａ） ＋８） ／ ＠２図 第４図 第 図 （Ｂ） （Ｃ）

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. （１）移動する被検出体から放射される赤外線を検知す
   る赤外線検知装置において、複数の赤外線検知器に対し
   被検出体からの赤外線を集めるようにした光学系を設け
   、上記光学系は移動する被検出体からの赤外線が上記複
   数の赤外線検知器に時間的差異を持って入射するように
   し、これらの赤外線検知器からの信号があらかじめ設定
   された範囲内の時間的差異を持ち、かつそれぞれの信号
   間において波形的相関が認められたときにのみ検出信号
   を出力させるようにしたことを特徴とする移動物体検出
   方式。
2. （２）少なくとも２個の赤外線検出手段を有し、これら
   の赤外線検出手段に対して各々異なるエリアからの赤外
   線をそれぞれ収束するように構成された光学系と、上記
   ２以上の赤外線検出手段からの信号があらかじめ設定さ
   れた時間差を持ち、かつそれぞれの信号間において波形
   的相関が認められたときに移動物体の検出信号を発生す
   る信号処理手段とを有する移動物体検出装置。
3. （３）上記信号処理手段は、上記２以上の赤外線検出手
   段からの信号を２値以上のデジタル信号に変換するＡ／
   Ｄ変換手段を備えたことを特徴とする特許請求の範囲第
   ２項記載の移動物体検出装置。
4. （４）上記信号処理手段は、上記赤外線検出手段からの
   信号を増幅する増幅手段と、所定の周波数成分を有する
   信号を通過させるフィルタリング手段と、上記Ａ／Ｄ変
   換手段からのデジタル信号に基づいて判定を行なう判定
   手段とを備えたことを特徴とする特許請求の範囲第３項
   記載の移動物体検出装置。
5. （５）上記信号処理手段は、上記赤外線検出手段毎に独
   立に増幅手段と、フィルタリング手段と、Ａ／Ｄ変換手
   段とを備えてなることを特徴とする特許請求の範囲第４
   項記載の移動物体検出装置。
6. （６）上記信号処理手段は、マイクロコンピュータによ
   って構成されることを特徴とする特許請求の範囲第２項
   、第３項、第４項および第５項記載の移動物体検出装置
   。
7. （７）上記Ａ／Ｄ変換手段の前段に、入力信号を切り換
   えるスイッチング手段を持ち、上記各赤外線検出手段か
   らの信号をぞれぞれ切り換えてＡ／Ｄ変換することを特
   徴とする特許請求の範囲第３項および第４項記載の移動
   物体検出装置。
8. （８）上記赤外線検出手段は、一対の赤外線検出素子が
   たがいに逆極性となるように接続されていることを特徴
   とする特許請求の範囲第２項、第３項、第４項、第５項
   、第６項および第７項記載の移動物体検出装置。
9. （９）上記赤外線検出手段は、焦電型検出素子からなる
   ことを特徴とする特許請求の範囲第８項記載の移動物体
   検出装置。