JPH02501008A - 運動検出装置 - 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】 運動検出装置 発明の背景 どのような物体もその物体の温度に依存するスペクトル特性を持つ放射を放出す る。物体の温度が周囲温度と異なると、物体と周囲の空間の間で放射エネルギー の移動が起る。そのエネルギーは適切なセンサにより検出できる。（人間のよう に）動いている暖かい物体は電磁エネルギーを放射するばかりでなく、検出装置 に対するその物体の位置を変える。人間により放射される主なパワーは約１０μ ｍの波長の周囲に集中している。いいかえると、動いている暖かい物体は、温度 、場所および動く速さの３つの要因によって周囲のものから怠別できる。

したがって、検出は、放射を集める過程と、その放射を電気信号に変換する過程 と、その信号を処理する過程とで椹成しなければならない。

何種類かの赤外線検出装置が知られている。モーテンソン（Ｍｏｒｔｅｎｓｏｎ 　）　（米国特許第４，０５２，７１６号）には、放物面鏡で放射を集める複数 のサーミスタを有する装置が開示されている。その装置は、低速で動いている物 体と高速で動いている物体を識別するために容量結合を用いる。熱電対センサを 用いる類似の検出装置がシニワルツ（Ｓｃｈｗａｌｔｚ）　（米国特許第３．７ ６０，３９９号および米国再発行特許第２９，０８２号）に開示されている。そ の発明においては、前置増幅器からの正へ向かう信号と負へ向かう信号を検出す るために２つの固定されたしきい値とオアゲートを用いる。従来の技術において は、動いている物体の場所と向きは前記米国特許およびケラ−（Ｋｅｌｌｅｒ） 　（米国特許第４，０５２，５１６号）とシニワルツ（Ｓｅｈｖａｌｔｚ）　（ 米国特許第３．９５８，１１８号）により決定されていた。それら従来の検出装 置はいずれも個々のセンサとしてサーミスタまたは熱電対を用いている。

従来の放射運動検出装置における集束装置は、個々のセンサに放射を集束させる ために、レンズと、放物面鏡と、反射鏡とで構成される。ある検出装置は多数の フレネルレンズ（ファセット）を用いる。それらのフレネルレンズは１個のパイ ロ電気センサまたは熱電対センサ（アールシーニー（ＲＣＡ）運動スイッチ（Ｍ ｏｔｌｏｎＳｗｉｔｃｈ）　Ｃ−２３（特許出願中）、ビシニック社（Ｖｌｓｏ ｎｉｃ　Ｌｔｄ　）運動センサ（Ｎｏｔｉｏｎ　５ｅｎｓｏｒ　）　Ｓ　Ｒ−２ ０００Ｅ、ケッサー・エレクトロニクス・インターナシラナル社（ｌｅｓｓｅｒ 　Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ　Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ、　Ｉｎｃ、）赤外線 センサ２００６型、および現在市販されている他のセンサ）上に放射を集束する 。小型の固体センサの代りにフッ化ポリビニリデン（ＰＶＤＦ）のようなポリマ ーのフィルムでパイロ電気検出装置を構成することができる。コーヘン（Ｃｏｈ ｅｎ）　（米国特許第３．８０９．９２０号）には、両面に電極を取付けたポリ マーのフィルムを含む放射検出装置が開示されている。静止している物体からの 熱の流れは、米国特許第３，８３９，６４０号明細書に開示されているような打 消し技術により、または同相分ノイズを除去できる差動増幅器を用いて（スミス （Ｓ匝１ｔｈ）他の米国特許第４．３７９．９７１号）分離できる。スミスの検 出装置は、一方の面に電極が交互に配置されたポリマーフィルムと、集束装置と しての放面鏡とを用いている。サラスゲ−ｈ　（Ｓｏｕｔｈｇａｔｅ　）　（米 国特許第３．８４２，２７６号）には周囲温度補償を行うために、フィルムの両 面に電極を交互に配置した検出装置を用いている。

発明の概要 本発明の好適な実施例においては、運動検出装置は両面に電極が配置されたパイ ロ電気ポリマーフィルムを含む遮へいハウジングで構成される。それらの電極は 、ポリマーフィルムの裏面では交互に（手を組んだように）配置し、表面では一 様に配置することが好ましい。放射は、赤外線を透過させるたわみ材料（たとえ ばポリエチレン）で製作されたフレネルレンズによって集められる。

そのフレネルレンズは所望の視野の角度までわん曲させる。パイロ電気フィルム 条もレンズのわん曲角度と同じ角度でわん曲させられ°て、レンズの焦点距離に ほぼ等しい距離の所に位置させられる。いいかえると、レンズとフィルムは円筒 面を形成し、その円筒面の両面にレンズと検出フィルムが存在する。

頂部と底部においては、円筒面により囲まれている空間は２枚の板によりふさが れる。それらの板の内面は反射性とすることが好ましい。そうすると垂直面内の 視野が広くなる。パイロ電気フィルムは焦点面（レンズがわん曲しているから焦 点面は円筒面である）内に配置されるから、離れている物体からの放射は１点に 集中させられる。その集中させられたエネルギーはフィルムの表面を加熱し、そ れにより発生された熱はフィルムの厚さ方向に伝わる。そうするとそのフィルム のパイロ電気性のために電荷が発生される。

パイロ電気フィルムは一定の温度には応答せず、電極の間のフィルム温度の変化 に応答する。したがって、フィルム表面上の安定な熱映像は出力信号を発生しな い。

暖かい（または冷たい）物体が動くとそのフィルム表面上の熱の点も動く。本発 明の検出装置の構成においては、パイロ電気フィルムはレンズの焦点面に配置さ れる。フィルムの前面には電極が一様に配置され、裏面には電極が格子状に配置 される。物体が検出装置の視野を横切って動くと、熱点が格子状配置の電極を横 切る。そうするとフィルムの電極に電荷が交互に発生させられる。それらの電荷 は電子回路により増幅され、処理される。

電子回路は前置増幅器と、増幅器と、フィルタと、しきい値回路とで構成される 。しきい値は一定または浮動のいずれにもできる。また、検出装置の実際の用途 に応じてそのしきい値は単極性または双極性にできる。

レンズとセンサの両方をわん曲させる本発明の方法は非常に広い視野、１８０度 の立体角まで、を有する運動検出装置に応用できる。この場合には、レンズとフ ィルムを、互いに向き会う２つの半球面状月形に形成しなければならない。円筒 面センサにおけるのと同様に、本発明の運動検出装置のセンサの半球面も交互に 検出面を設けなければならない。電子回路は円筒面センサの電子回路に類似する 。

ＰＶＤＦおよびその他のパイロ電気物質は圧電性も示す。したがって、それらの 物質を用いて構成したセンサは熱検出器となるばかりではなく、音響検出器およ び震動検出器としても用いられる。更に、（加熱器またはエアコンの運転により ）室温が比較的速く変化すると誤った積極的な検出（ｒａｌｓｅ−ｐｏｓｊｔｉ ｖｅ　ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ）が行われることがある。それらの妨害のほとんどは センサの表面に分布していると考えることができ、同相分ノイズとして除去でき る。手を組んだ形の対称的に配置された電極と差動増幅器により信号／ノイズ比 が劇的に改善されて誤った積極的な検出の起る率が低くなる。

図面の簡単な説明 第１図は本発明の運動検出装置の好適な実施例の全体的な構成を示す斜視図、第 ２図は円筒形検出装置のブロック図、第３図は手を組んだ形の後方電極を示す斜 視図、第４図は第３図の等価回路図、第５図はフィルムの両面に設けられた手を 組んだ形の電極を示し、第６図は第５図の等価回路図、第７図はタイミング図、 第８図は本発明の運動検出装置の断面図、第９図は円形フレネルを示す平面図、 第１０図は多数の部分を有する直線状（円筒形）フレネルレンズの平面図、第１ １図は円形多数部分フレネルレンズの平面図、第１２図は球面状検出装置を示し 、第１３図は球面状検出装置用の手を組んだ形の後方電極を示し、第１４図は球 面状検出装置用の多数の円形フレ泳ルレンズを示し、第１５図は多数のレンズを 有する円筒形検出装置または球面状検出装置の断面図である。

説　明 第１図は、円筒形状の運動検出装置の好適な実施例を全体的に示す斜視図である 。レンズがフィルムの両面に設けられるようにして円筒面を形成するために集束 レンズ３とパイロ電気フィルム８が位置させられる。円筒の上部板１と下部板４ が不透明な材料で製作される。それらの板は側面ブラケット５により連結される 。そのブラケットはレンズ３をフィルム８から分離する。円筒の直径はレンズの 焦点距離にほぼ等しい。それはそれの前面側を形成する。フィルム８の外面には 手を組んだ（交互に配置された）形の電極が配置される。第１図ではフィルムの 厚さく通常は９〜３０μｍの範囲）を誇張して描いである。第１図と第２図にお いては、電極６と７は黒と白で塗り分けられ、互いに分離されている。第２図に 示されているネットワーク１１と１２により示されているように、全ての白の電 極と、全ての黒の電極がそれぞれ接続される。ネットワーク１０は差動増幅器１ ４の正入力端子１２へ接続され、ネットワーク１１は負入力端子１３へ接続され る。フィルム８の内部（前面）電極３３が接地される。差動増幅器１４の出力端 子がろ波および増幅回路１６へ接続され、そのろ波および増幅回路１６はしきい 値回路２２へ接続される。ここで説明している実施例においては、しきい値回路 ２２は２つの電圧比較器１７．１８で構成される。それらの電圧比較器の出力端 子はオアゲート２０の入力端子へ接続される。しきい値制御器１９が一定または 浮動するしきい値電圧２７．２８を発生する。浮動しきい値電圧はろ波および増 幅回路１６からの出力信号により制御できる。しきい値回路２２は通常のもので あるからそれについての説明は省略する。

次にこの運動検出装置の動作を説明する。暖かい物体（たとえば侵入者）がこの 検出装置の視野内（第２図）を動くと、その物体の熱エネルギーの小さい部分９ がレンズ３により集められてフィルム８の表面上に集束されて暖かい点２２を生 ずる。フィルム８はレンズ３の焦点面の全てに設けられているから、物体からの エネルギーは、視野のどこに物体があっても、その物体から放射されたエネルギ ーは小さい点に常に集束させられる。物体が動くと、暖かい点２２もフィルムに 沿って動いてフィルム面に設けられている電極と交差する。隣接する電極の「指 」は差動増幅器１４の２つの入力端子へ接続されているから、その差動増幅器の 出力電圧が変化する。それらの変化はろ波および増幅回路１６によりろ波される 。

そのろ波および増幅回路１６は一般に、遮断周波数が約０．２〜５Ｈｚである帯 域→イルタである。ろ波および増幅回路１６により更に増幅されてから、信号２ ６はしきい値ネットワーク２２へ供給され、そこで正しきい値２７および負しき い値２８（第７図）と比較される。それら２種類のしきい値を用いることにより 信号の２つの極性を検出すること、および検出装置の分解能を２倍にすることが できる。しきい値ネットワークからの出力電圧は平方パルスであり、オアゲート ２０において組合わされる。そのオアゲートの出力パルス２１（第７図）は運動 検出装置の出力信号である。

はとんどの可能な妨害はパイロ電気フィルムの表面に対して同相信号と考えるこ とができる。したがって、フィルム８の検出面はほぼ等しい２つの領域に分けら れ、それらの領域は差動増幅器１（第４図）の正入力端子と負入力端子へ接続さ れる。そうすると雑音、震動、周囲温度の変化、照明条件の変化等のような同相 妨害が打消されることになる。一様な電極３３が設けられているフィルム８の他 の面は接地すべきである。

別の実施例では、第５図および第６図の等価回路に示すように、フィルム８の両 面は手を組んだ形に配置された電極で覆われる。前方の電極３４が後方電極６へ 接続されて接地され、前方電極３５が後方電極７へ接続され、かつ非対称的な増 幅器３６へ接続される。この場合には、同相分除去は交互に配置されている電極 対により行われる。その同相分除去はより簡単な単極増幅器を用いて行うことも できる。

以上の説明から、円筒形検出装置は水平面内に非常に広い視野を有することがわ かる。しかし、垂直面内の角度は非常に狭い。垂直面内の角度を大きくするため に、上部板１と下部板４のそれぞれの内面２３．２４を非常に高い反射率としな ければならない（第８図）。この場合には、より広い角度から来た放射ビームは 反射面２４から反射されてフィルム８に入射する。広い角度が望ましくない場合 には、内面２３と２４は反射性でなくてはならず、または熱吸収被覆（たとえば 、平らで黒い塗料）で覆わなければならない。

円筒形検出装置に使用できる各種のフレネルレンズがの部分Ａ、Ｂ、Ｃに分割さ れた円形レンズを示す。この分割は、わん曲しているフレネルレンズの性能を高 くするために望ましい。第１１図に示すように、多数の部分Ａ、Ｂ、Ｃに使用す ることができる。

水平面内と垂直面内の視野角度を大きくする別の方法が第１２図に示されている 。レンズ３０と検出フィルム２９は互いに向き合う半球面月形に形成される。球 面センサの機能は前記円筒形センサの機能と全体として同じである。球面センサ は、はぼ１８０度の立体角内の任意の方向３１または３２からの信号を受けるこ とができる。

センサの裏面２９は別の電極も持たなければならない。

第１２図に示されているようなチェス盤のパターンに似た多くの形状の電極が可 能である。交互に配置された電極は第６図と第７図に白と黒で条件付きで示され ている。

半球面レンズを、第１４図に示すように、多部分構造で構成できる。多数の部分 Ａ、Ｂ、Ｃはパイロフィルム８の個々の部分として機能する（第１５図）。たと えば、レンズ３の部分Ｃはフィルム８の部分Ｃに映像を生ずる。

各部分は比較的小さい角度でわん曲しているから、それの球面収差はフィルム表 面上の暖かい点をほとんど歪ませない。その結果として分解能が高くなり、運動 検出装置の動作距離が伸びる。

Ｆｉｇ、１１ 国際調査報告 ＩＲ業ｆｉａｌｌａＲａｌＡｏｓｌｉａ−電Ｉ口内Ｎ−，ＰＣτ／υ５８７１０ ３０３フ

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. １．表面温度の変化に応じて電荷を発生するパイロ電気物質のわん曲した表面に 形成されたたわみ可能な薄板と、 少くとも１つの第１の電極を形成し、前記パイロ電気物質の１つの表面を覆う導 電層の少くとも１つの領域と、前記第１の電極から前記パイロ電気物質の反対側 に配置された少くとも１つの第２の電極を形成する少くとも１つの導電層の領域 と、 わん曲して形成され、パイロ電気物質の前記薄板から反対側に位置させられる集 束レンズと、前記電極へ接続される導電体と、 それらの導電体を介して受けた電気信号を増幅し、処理する電子回路と、 を備えることを特徴とする動いている物体から熱放射されたエネルギーを検出で きる受動放射運動検出装置。
2. ２．請求項１記載の受動放射連動検出装置において、前記第２の電極は２つのほ ぼ等しい導電性物質の領域で形成され、それらの導電性物質の領域からの同相分 信号を除去できる補償手段へ前記導電性物質の領域は接続されることを特徴とす る受動放射運動検出装置。
3. ３．請求項２記載の受動放射運動検出装置において、前記導電性物質の領域はよ り小さい相互に接続された部分に分けられ、それぞれの領域の部分は前記パイロ 電気物質の表面に交互に配置されることを特徴とする受動放射運動検出装置。
4. ４．請求項１記載の受動放射運動検出装置において、熱を吸収する物質の薄い層 が前記電極の一方の少くとも一部に付着されることを特徴とする受動放射運動検 出装置。
5. ５．請求項１記載の受動放射運動検出装置において、静電遮へいを行うために前 記第１の電極は接地されることを特徴とする受動放射運動検出装置。
6. ６．請求項１記載の受動放射運動検出装置において、前記第１の電極は２つのほ ぼ等しい導電性物質の領域に分けられ、それらの領域の一方は前記電子回路へ電 気的に接続され、他方の領域は接地されることを特徴とする受動放射運動検出装 置。
7. ７．請求項１記載の受動放射運動検出装置において、前記パイロ電気物質のたわ み可能な薄板はフッ化ポリビニリデンで製作されることを特徴とする受動放射運 動検出装置。
8. ８．請求項１記載の受動放射連動検出装置において、前記集束レンズはフレネル レンズであることを特徴とする受動放射運動検出装置。
9. ９．請求項１記載の受動放射運動検出装置において、前記集束レンズは円筒面を 形成するためにわん曲させられることを特徴とする受動放射運動検出装置。
10. １０．請求項１記載の受動放射運動検出装置において、前記レンズはそれの焦点 距離にほぼ等しい半径にわん曲されることを特徴とする受動放射運動検出装置。
11. １１．請求項１記載の受動放射運動検出装置において、前記レンズはポリエチレ ンで製作されるニとを特徴とする受動放射連動検出装置。
12. １２．請求項１記載の受動放射運動検出装置において、前記レンズは部分に分け られ、各部分は個々のフレネルレンズで形成されることを特徴とする受動放射運 動検出装置。
13. １３．請求項１記載の受動放射運動検出装置において、前記レンズは球面の一部 に形成されることを特徴とする受動放射運動検出装置。
14. １４．請求項１記載の受動放射運動検出装置において、前記パイロ電気物質は球 面の一部に形成されることを特徴とする受動放射運動検出装置。