JPH02272330A - 移動物体検出用赤外線センサ - 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、特に移動物体の検
出技術に関し、例えば防犯用の人体検出装置等に利用さ
れる赤外線センサに関する。

［従来の技術］ 人体等の赤外線放射移動物体の検出装置として、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、安価でしかも保守及び取り扱
いが簡単であるため人体の検出装置に最適である。

この焦電型赤外線センサには赤外線を受光する電極（検
知部）が１個のもの、さらに温度補償用の電極を配置し
たもの、一対の焦電素子３ａ、３ｂが互いに逆分極状態
に接続された差動型と呼ばれるもの（第６図）や、この
差動型センサを２系統持つものなどがある。

［発明が解決しようとする課題］ ところで、焦電型赤外線センサの欠点として、電極が１
個のものでは、■ヒータや空調装置等のラジエーション
ノイズ、■通信用電波や電磁スパーク等に起因する電磁
ノイズ、■回路自身の発熱等によ、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影響で、
人体等の移動物体検出装置に用いた場合、誤動作が多く
なるという点がある。温度補償用の電極を備えているセ
ンサや差動型のセンサについても、２個の電極間にばら
つきがあると上記■、■、■のノイズを完全に相殺させ
ることはできない。また、電極が２個の差動型のもので
あっても１系統であれば、インピーダンス変換用のＦＥ
Ｔ　（電界効果トランジスタ）で生じるポツプコーンノ
イズと呼ばれる内因性ノイズを除去できず、検出装置の
誤動作の原因となる。

さらに、移動物体検出装置に差動型赤外線センサを用い
た場合、移動物体がセンサと直交する方向に移動すると
第７図に示すように２つの電極２ａ、２ｂ上に投影され
た移動物体の像Ｐの横切る面積が等しくなり、２つの素
子が逆分極接続されているが故に検出信号が出す、セン
サに死角が生じるという欠点があった。そこで、移動物
体がいずれの方向から検知エリアに侵入しても常に二つ
の電極間に出力差が生じるようにしだ差動型赤外線セン
サも考案されている（実開昭５９−１２０７５）が、こ
の考案では温度勾配を伴うラジエーションノイズが生じ
たような場合、出力信号が移動物体を検知した場合と同
じような時間差をもつ信号となるため、ノイズを移動物
体と誤認するおそれがあった。

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
、２個以上の赤外線検知素子から時間的差異をもって信
号が出力されたときにのみ移動物体の検出信号を出力す
る移動物体検出装置において、外因性ノイズによる誤動
作および内因性ノイズによる誤動作を防止するとともに
検知エリアにおける死角をなくシ、いずれの方向から移
動物体が侵入しても速やかに検出できるような焦電型赤
外線センサを提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 全体が同一方向に分極処理された焦電材料の表面に複数
の赤外線吸収電極を形成し、上記焦電材料の裏面には共
通電極を形成して接地点に接続するとともに、上記各赤
外線吸収電極にはインピーダンス変換手段としてのＦＥ
Ｔをそれぞれ接続するようにした。

また、各赤外線吸収電極は、互いに直交する２軸がその
交点を両電極の中心に合わせたとき両方の電極と交差す
る形状とし、かつ検知エリアの境界に対して垂直に侵入
した移動物体の像の両電極表面への投影面積が互いに等
しくなるように電極の寸法を決定するようにした。

［作用］ 上記した手段によれば、最低２個の検知部と各々独立の
インピーダンス変換用ＦＥＴを持ち２系統以上の信号を
取り出すことができるため、ランダムに発生するＦＥＴ
のポツプコーンノイズによる出力信号を、移動物体の検
知信号と比較して除去することができる。また、検知エ
リアに対しいずれの方向から移動物体が侵入しても必ず
２つの検知エリアを通過するようになるため、センサの
死角がなくなる。

［実施例］ 第１図（Ａ）、（Ｂ）は本発明を適用したディスクリー
ト型の焦電型赤外線センサの電極形状の一例を示す。同
図は検知部が２つの場合の実施例を示す。

全体が同一方向に分極処理されたＰＺＴのような焦電材
料からなる基板１の表面には例えばＮｉＣｒ等の赤外線
吸収電極２ａ、２ｂが形成されている。電極２ａ、２ｂ
は互いに略相似形をなし、一方が他方の電極の内側に配
置されて２重枠を構成するように形成されている。電極
２ａ、２ｂの幅は、検知エリアの境界に対して直角に移
動物体が侵入した場合にその電極上への移動物体の像の
投影面積が等しくなるように決定されている。これによ
って、２つの検知部が同一の物体を検知したとき出力波
形が等しくなる。例えば、第１図（Ｂ）のように円形上
に電極２ａ、２ｂを形成した場合には、各々の電極の面
積が等しくなるように幅が決定される。電極２ａ、２ｂ
の形状が第１図（Ａ）のごとく四角形の枠の場合、幅は
同一としてよい。なお、表面に上記赤外線吸収電極２ａ
。

２ｂが形成された焦電材料基板１の裏面には全面に共通
電極としてＡｕ層が蒸着されている。

第２図は第１図のように分極方向が同一の検知部を２つ
有する焦電素子を用いた赤外線センサの回路例を示す。

基板表面の電極２ａ、２ｂを出力端子とする各焦電素子
３ａ、３ｂにはそれぞれインピーダンス変換用ＦＥＴ４
ａ、４ｂのゲート端子が接続されている。このＦＥＴ４
，４ｂのドレイン端子には各々正の＠ｇ電圧ＶＤ＋）が
印加され、各ソース端子からそれぞれ出力信号が取り出
されるようになっている。また、基板裏面の共通電極２
ｃは接地点ＧＮＤに接続され、電極２ａ、２ｂと接地点
ＧＮＤとの間にはそれぞれ同一の高抵抗値をもつ入力抵
抗Ｒ工、Ｒ２が接続されている。

上記ＦＥＴ４ａ、４ｂおよび入力抵抗Ｒ，，Ｒ２は焦電
素子と同様にディスクリート部品で構成されており、そ
れらの素子はアルミナのような絶縁基板上に固着され、
ボンディングワイヤまたはハンダ付けで相互に接続され
る。そして、検知部の前面には、検出対象に対応した波
長の赤外線のみを選択するフィルタを取付ける。人体検
出の場合は６μｍ以下の波長の赤外線を遮断するフィル
タを取り付ければよい。

赤外線を電極２ａ、２ｂ上に集光するための光学系は、
例えば全周囲を検知する場合は、２０〜３０枚のフレネ
ルレンズで構成し、広角で検知する場合は、１０〜１５
枚にする。また、非常に狭い範囲を検知する場合には、
レンズは１枚でも検知可能である。

第１図に示した電極構造を持つ電極構造を持つディスク
リート型焦電型赤外線センサを用いた移動物体検出装置
では、移動物体が、第１図に示したセンサの検知エリア
外から検知エリア内に入る場合に、必ず外側の検知エリ
アを通りさらに進むと内側の検知エリアに入ることとな
り、いずれの方向からの移動物体でも第３図に示すよう
に二つの検知部からの出力信号に時間差Δｔを生じるこ
ととなる。

第４図は、第１図（Ａ）の形状の電極を持つディスクリ
ート型焦電型赤外線センサに光学系として焦点距離２０
ｆｆＩ１１のレンズを用いた場合の１０ｍ先の検知エリ
アをセンサ側から見たものである。

なお、電極２ａの大きさは外形８Ｉ、幅０．５ｍｍであ
り、電極２ｂの大きさは外形４ｍ、幅０．５ｍで、電極
間は１．５ｎｗｎである。二つの検知領域Ｅ１．Ｅ２に
対して９ｍ／ｓ（人間が走った場合の平均的な速度）の
速度で垂直に移動物体Ｍが侵入した場合、二つの出力信
号には０．０６秒の時間差を生じることとなる。

このセンサに対して全周囲を検知対象としフレネルレン
ズ２０枚で光学系１０を構成し、センサ１１の前面に配
置して検出装置としたのが第５図である。同図において
、５ａ、５ｂは、ＦＥＴ４ａ、４ｂの出力信号から、人
体やその平均的移動速度（０，２ｍ／ｓ〜９ｍ／ｓ）に
対応した帯域の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。

６ａ、６ｂは、上記フィルタ５ａ、５ｂを通過した信号
と予め設定された基４Ｉ電圧とを比較して検知信号が所
定のレベル以上の場合のみ信号を出力するコンパレータ
であり１人体以外の赤外線放射物体を排除することがで
きる。このコンパレータ６ａ、６ｂの出力信号は判定手
段としてのマイクロコンピュータ７に供給され、マイク
ロコンピュータ７は二つの検知信号が所定の時間的差異
を有す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８に供給し５防犯警報装置等を作動させるよう
になっている。

従って、一方のＦＥＴ４ａ、４ｂの出力のみ現われるポ
ツプコーンノイズはマイクロコンピュータ７においてカ
ットし、誤動作を防止することができる。

この検出装置では、２つの素子に外部からノイズが同時
に入ると、各素子から同期の出力信号が出力され、差動
型センサのように内部でキャンセルさせることはできな
いが、各素子ごとにＦＥＴ４ａ、４ｂが接続されている
ため、比較的レベルが小さなノイズはコンパレータ６．
６ｂで除去され、大きなレベルのノイズはマイクロコン
ビュータフで減算を行なうことでキャンセルすることが
できる。

また、２つの焦電素子３ａ、３ｂの出力信号に時間差を
生じさせるラジエーションノイズ等に関しては、予め人
体等の移動物体を検出したときの２つの素子の出力レベ
ルと時間差を調べてそれらの上限値や下限値を設定して
、マイクロコンピュータ７において検出信号との比較処
理を行なうことでノイズか移動物体かを識別し、誤動作
を防止することができる。

なお、上記実施例では電極すなわち検知部の数が２個の
ものについて説明したが、３個以上としてもよい。また
、実施例では電極２ａ、２ｂが各々連続した枠状に形成
されているが、互いに直交する２軸がその交点を両電極
の中心に合わせたとき両方の電極と交差する形状であれ
ばよい。好ましくは、検知エリアの境界に対して垂直に
侵入した移動物体の像の周電極表面への投影面積が互い
に等しくなるように電極の寸法が決定されているのがよ
い、このような場合、２つの電極の形状として相似形ま
たは点対称の形状を選択すると設計が容易となる。

さらに、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、この発明はそれに
限定されず、一定のエリアに人間が存在するか否かを検
出する場合、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。

［発明の効果コ 以上説明したようにこの発明は、全体が同一方向に分極
処理された焦電材料の表面に複数の赤外線吸収電極を形
成し、上記焦電材料の裏面には共通電極を形成して接地
点に接続するとともに、上記各赤外線吸収電極にはイン
ピーダンス変換手段をそれぞれ接続したので、最低２個
の検知部と各々独立のインピーダンス変換手段を持ち２
系統以上の信号を取り出すことができるため、ランダム
に発生するＦＥＴのポツプコーンノイズによる出力信号
を、移動物体の検知信号と比較して除去することができ
る。

また、各赤外線吸収電極は、互いに直交する２軸がその
交点を両電極の中心に合わせたとき両方の電極と交差す
る形状とし、かつ検知エリアの境界に対して垂直に侵入
した移動物体の像の周電極表面への投影面積が互いに等
しくなるように電極の寸法を決定したので、検知エリア
に対しいずれの方向から移動物体が侵入しても必ず２つ
の検知エリアを通過するようになるため、センサの死角
がなくなり、検知エリアに侵入した移動物体を確実に検
出することができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は（Ａ）、（Ｂ）は本発明に係る赤外線センサに
使用される焦電素子の電極の構成例を示す正面図、 第２図は本発明に係る赤外線センサの一実施例を示す回
路図、 第３図（Ａ）、（Ｂ）はそのセンサで移動物体を検出し
たときの出力信号を示す波形図、第４図は第１図（Ａ）
の電極を有するセンサの検知エリアの構成と作用を示す
説明図、第５図は本発明の赤外線センサを用いた移動物
体検出装置の一実施例を示すブロック図、第６図は従来
の差動型赤外線センサの一例を示す回路図、 第７図はその電極構造を示す正面図である。 １・・・・焦電材料基板、２ａ、２ｂ・・・・電極、３
ａ、３ｂ°°°°焦電素子、４ａ、４ｂ・・・・インピ
ーダンス変換用ＦＥＴ。 第１ （Ａ） 図 （Ｂ） 第２ 図 第　３７ 手続補正書 （方式） 事件の表示 平成１年特許願第９５０３７号 ２゜ 発明の名称 移動物体検出用赤外線センサ ３゜ 補正をする者 事件との関係

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）全体が同一方向に分極処理された焦電材料の表面
   に複数の赤外線吸収電極を形成し、上記焦電材料の裏面
   には共通電極を形成して接地点に接続するとともに、上
   記各赤外線吸収電極にはインピーダンス変換手段をそれ
   ぞれ接続したことを特徴とする移動物体検出用赤外線セ
   ンサ。
2. （２）上記各赤外線吸収電極は、互いに直交する２軸が
   その交点を両電極の中心に合わせたとき両方の電極と交
   差する形状とされ、かつ検知エリアの境界に対して垂直
   に侵入した移動物体の像の両電極表面への投影面積が互
   いに等しくなるように電極の寸法が決定されていること
   を特徴とする請求項１記載の移動物体検出用赤外線セン
   サ。