JPH03134523A

JPH03134523A - 赤外線検出装置

Info

Publication number: JPH03134523A
Application number: JP1272843A
Authority: JP
Inventors: Michio Kimura; 教夫木村
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1989-10-19
Filing date: 1989-10-19
Publication date: 1991-06-07

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】産業上の利用分野この発明は、被検物体（例えば、人体、あるいは、人体
の一部）から放射される赤外線が検出できる赤外線検出
モジー−ルに関する。

従来の技術従来、赤外線検出装置として、１検出素子（エレメント
）型の焦電型赤外線検出センサにフレネルレンズを組み
合わせたものが知られている（センサ技術　１９８９年
３月号１８−２６頁）。以下、従来の赤外線検出装置に
ついて、第２図および第３図を参照しながら説明する。

この赤外線検出装置は、凸型レンズ複数個が集まったフ
レネルレンズ２１を１検出素子型焦電型赤外線センサ２
２の前方に配設した構成である。赤外線検出装置として
は、第２図にみるように、凸型レンズの個数の狭検知ゾ
ーンが集まった検知エリア（瞬時視野角）を有する。検
知エリアの大きさは、フレネルレンズ２１の焦点距離と
検出素子の検出エリア有効寸法により決まる。

焦電型赤外線センサ２２は、その特性上、被検物体（例
えば、人体）が検知ゾーンの中で動くか、ゾーン内外を
出入りするかして入射赤外エネルギーに変化が生じた場
合に始めて、被検物体の動きおよび放射エネルギーと背
景からの放射エネルギーとの差に対応する量の出力信号
が得られる。この出力信号はバンドパスフィルタを兼ね
た増幅器２３で増幅され、コンパレータ２４で予め設定
した信号量と比較されて、被検物体の有無検知信号とし
て、マイコン２５に送られる。マイコン２５では、有無
検知信号に基づいて、必要な各種の制御動作を行う。

発明が解決しようとする課題しかしながら、上記の赤外検出装置は、フレネルレンズ
という特殊な光学素子を必要とするので、製造やコスト
の面で不利である。

それに、検出素子が１個であるため、検出ゾーン（瞬時
視野角）が実質的にひとつである。したがって、被検物
体の位置に関する情報を得ることは不可能である。

また、被検物体の大きさ等に対応してひとつの狭検知ゾ
ーンの大きさを可変させることが好ましいが、上記従来
例の構成では固定されており可変できない。

また、被検物体の位置に関連した情報が直接得られるよ
うであると、より実用性が高（なる。

この発明は、上記事情に鑑み、フレネルレンズを必要と
せず、動きの無い被検物体に対しても検知機能を発揮し
、しかも、被検物体の位置検出が可能であり、さらに、
狭検出ゾーンの大きさが可変な赤外線検出装置を提供す
ることを第１の課題として、さらに、上に加えて、被検
物体の位置情報が直接得られる赤外線検出装置を提供す
ることを第２の課題とする。

課題を解決するだめの手段前記第１の課題を解決するため、請求項１〜３記載の赤
外線検出装置では、２次元マトリックス配列の複数の焦
電型赤外線検出エレメントを有するアレイセンサ手段と
、各検出エレメント毎の電気出力信号を生成する出力信
号生成手段と、前記アレイセンサ手段に入射赤外線を導
（凸型単レンズと、前記入射赤外線を断続させるチョッ
パーとを備えるとともに、前記マトリックスを構成する
多数の検出エレメントを複数の区画ゾーンにグループ分
けし各区画ゾーン内にある各検出エレメントの出力信号
を加算する出力信号加算手段を備え、この加算手段から
前記区画ゾーン毎の電気出力信号の加算出力が得られる
という構成をとるようにしている。

さらに、前記第２の課題を解決するため、請求項２．３
記載の赤外線検出モジュールでは、上に加えて、出力信
号加算手段の加算結果に基づいて全区画ゾーンのうちの
最大出力信号を発する区画ゾーンを選択する区画ゾーン
選択手段と、前記選択された区画ゾーンのうちから最大
出力信号を発するエレメントを特定するエレメント特定
手段とを備える構成をとるようにしている。

なお、入射赤外線は被検物体の温度状態と対応関係にあ
るため、各出力信号は被検物体の温度検出信号でもある
。

この発明の赤外線検出装置の焦電型赤外線検出エレメン
トは、例えば、請求項３記載の発明のように、チタン酸
鉛な用いて形成されたものが用いられるが、ＴＧＳ、Ｐ
ＶＦ、その他のものも使用でき、これに限らない。

この発明のアレイセンサとしては、具体的には、Ｎ３個
の検出エレメントがＮ（列）×Ｎ（行）のマトリックス
で配列されているものが例示される。

この場合、マトリックス区画・出力信号加算の方式とし
ては、例えば、２を最小とする任意の整数ｍと任意の整
数Ｍとして、Ｍ＝Ｎ／ｍとなるようにマトリックスをＭ
ＸＭ個の区画ゾーンに分ける一方、ＭＸＭ個の加算器（
増幅作用を有していてもよい）を設けておいて、客区画
ゾーン毎の出力信号をそれぞれ加算するという方式が挙
げられる。

この発明の赤外線検出装置においては、区画ゾーンを１
通りだけの区画数に固定された構成であってもよいし、
何通りかの区画数が適宜に選択できる可変構成が付加さ
れているようであってもよい。また、加算手段において
も、最大区画数に対応した数の加算器がある構成であっ
てもよいし、加算器を時分割的演算制御性わせるように
して最大区画数より少ない数の加算器で済ませる構成で
あってもよい。

作用この発明の赤外線検出装置では、凸型単一レンズと２次
元のアレイセンサの組み合わせにより、赤外光検出系を
構成しているため、特殊なフレネルレンズを必要としな
い。

また、複数の狭検知ゾーンからの独立した出力信号があ
るため、被検物体の位置検出が可能となる。

加算手段により得られる加算出力信号（加算結果）は、
区画ゾーン内の各エレメントの瞬時視野角を併せた瞬時
視野角をもつ１個のエレメントからの出力信号と等価な
信号であり、そのため、検出エレメントの加算演算のグ
ルーピングだけで狭検知ゾーンの大きさの設定が可能と
なり、狭検知ゾーンの変更に容易に対応できる。

瞬時視野角の点について具体的に述べる。上記ＮＸＮの
マトリックスにおいてＭＸＭに区画した場合（Ｍ＝Ｎ／
ｍ）には、Ｘ方向にｍ倍、Ｙ方向にｍ倍だけ瞬時視野角
が拡大している。狭検出ゾーンでいうとｍｘｍ倍に拡大
されるのである。

入射赤外線断続用のチョッパーがあるため、動きのない
被検物体の検出が可能となる。

区画ゾーン選択手段で選択された区画ゾーンのうちから
エレメント特定手段により最大出力信号を発するエレメ
ントが特定されるが、この特定されたエレメント位置は
被検物体の位置と正確に対応していて、位置情報が直に
得られるので、利用価値が高まる。

実施例以下、この発明にかかる赤外線検出装置を、その一実施
例をあられ丁図面を参照しながら詳しく説明する。

第１図は、請求項２の赤外線検出装置の一実施例の構成
を模式的にあられ丁（請求項１の赤外線検出装置の実施
例でもある）。

この赤外線検出装置では、凸型単一レンズ１により被検
物体（人体）からの入射赤外線が２次元アレイセンサ３
に導かれるとともに、レンズ１とアレイ３の間にはチョ
ッパー２が設けられていて、入射赤外線が断続されると
いう構成がとられている。

アレイセンサ３では、６４個の焦電型赤外線検出エレメ
ント０１〜６４が８　（Ｘ）Ｘ８　（Ｙ）マのトリノク
スで配列されている。

出力信号生成回路４は、各検出エレメント０１〜６４そ
れぞれが受光する赤外線に応じた量の電気出力信号を各
検出エレメント毎に生成する。これらの出力信号は、加
算回路５とエレメント特定回路７へそれぞれ送られる。

一方、マトリックスは下記の１６個に区画ゾーンにグル
ープ分けされている。（）内は検出エレメントの番号で
ある。

第０１区画（Ｏｆ、　０２．０９．１０）第０２区画（
０３，０４゜１１、１２）第０３区画（０５，０６，１
３，１４）第０４区画（ｏ７゜０８、１５．１６）第０
５区画（１７，１８，２５，２６）第０６区画（１９，
２０，２７，２８）第０７区画（２１，２２，２９，３
０）第０８区画（２３，２４，３１，３２）第０９区画
（３３，３４，４１，４２）第１０区画（３５，３６，
４３，４４）第１１区画（３７，３８，４５゜４６）第
１２区画（３９，４０，４７，４８）第１３区画（４９
，５０゜５７、５８）第１４区画（５１，５２，５９，
６０）第１５区画（５３゜５４、６１．６２）第１６区
画（５５，５６，６３，６４）そして、加算回路５では
、第０１区画の４つの検出エレメントの出力信号が加算
器ＤＯＩで加算され、第０２区画の４つ検出エレメント
の出力信号が加算器００２で加算され、以下同様に第１
６区画の４つ検出エレメントの出力信号が加算器０１６
で加算され出力される。これらの加算出力信号は、区画
ゾーン選択回路６に送られる。

この加算回路５により、狭検知ゾーンが４倍に拡大され
る。

区画ゾーン選択回路６では、加算器００１〜ε１６の加
算出力信号を比較して全区画ゾーン０１〜１６のうち最
大出力信号を発する区画ゾーンを選択する。そして、選
択された区画ゾーンを指定する信号が、エレメント特定
回路７に送られる。区画ゾーン指定信号を受けたエレメ
ント特定回路７は、指定された区画内のエレメント同士
の出力信号を比較して最大出力信号を発するエレメント
を特定しエレメント特定信号を出力する。

さらに、この実施例において、加算器００１で検出エレ
メント０１〜０４．０９〜１２．１７〜２０．２５〜２
８を、加算器００２で０５〜０８．１３〜１６．２１〜
２４．２９〜３２を、加算器００３で３３〜３６．４１
〜４４．４９〜５２．５７〜６０を、加算器００４で３
７〜４０．４５〜４８．５３〜５６．６１〜６４を加算
するようになっていれば、狭検出ゾーンが１６倍になる
。また、出力信号生成回路４と加算回路５の間にスイッ
チ切り換え回路があって、４倍の狭検出ゾーンと１６倍
の検出ゾーンが切り換え可能であれば、より有用である
。

区画ゾーン指定信号も、エレメント特定信号も被検物体
の位置を示す信号であり、後者がより正確な位置を示し
ている。

この赤外線検出モジュールを６〜８畳の部屋に設置され
たルームエヤコンに組み込んで、人体の位置を検出し、
冷風が常に人体に向かうような風向制御を行おうとする
場合、１個の検出エレメントの狭検出ゾーンを４ｍ離れ
た位置で人間の顔の半分に設定すると、狭検出ゾーンの
大きさは、約１．４°＝　ｔａｎ　−”　（１０／　４
００　）〜２．０°＝ｔａａ　　（１５／４００）とな
る。したがって、トータル検出ゾーンは、１２゜〜１６
°程度になる。もちろん、検出エレメントの数を増やせ
ば、トータル検出ゾーンの大きさは増加することはいう
までもない。

しかしながら、部屋に複数人が存在する場合により人数
がかたまっている位置を検出するには、狭検出ゾーンで
は困難である。この場合は加算回路５の出力を利用して
４つの検出エレメントを纒めた４倍検出ゾーンにして、
より適切な位置検出ができるよう簡単に対応できる。

この発明は上記実施例に限らない。例えば、アレイセン
サが、行と列が同じ数でなく違うマトリックス配列であ
ってもよい。また、エレメントがチタン酸鉛以外の材料
で形成されていてもよい。

発明の効果請求項１〜３の赤外線検出装置は、以上に述べたような
構成であるため、フレネルレンズを必要とせず、動きの
無い被検物体に対しても検知機能を発揮し、しかも、被
検物体の位置検出が可能であって、さらに、狭検出ゾー
ンの大きさの設定が容易であり、被検体に対する視野に
応じて自由に変更できる。

請求項２の赤外線検出モジュールは、上に加えて、被検
物体の位置情報が直に得られるため、より実用性が高い
。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明にかかる赤外線検出モジュールの１
実施例の構成を模式的にあられすブロック図、第２図は
、従来の赤外線検出モジュールの構成の模式図、第３図
は、第２図モジュールを信号処理系に接続した状態をあ
られ丁ブロック図である。１・・・凸型単レンズ、２・・・チョッパー３・・・ア
レイセンサ、４・・・出力信号生成回路（出力信号生成
手段）、訃・・加算回路（出力信号加算手段）、６・・
・区画ゾーン選択回路（区画ゾーン選択手段）、７・・
・エレメント特定回路（エレメント特定手段）、ｎｏ１
〜０１６・・・加算器。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）２次元マトリックス配列の複数の焦電型赤外線検
出エレメントを有するアレイセンサ手段と、各検出エレ
メント毎の電気出力信号を生成する出力信号生成手段と
、前記アレイセンサ手段に入射赤外線を導く凸型単レン
ズと、前記入射赤外線を断続させるチョッパーとを備え
るとともに、前記マトリックスを構成する多数の検出エ
レメントを複数の区画ゾーンにグループ分けし各区画ゾ
ーン内にある各検出エレメントの出力信号を加算する出
力信号加算手段を備え、この加算手段により、前記区画
ゾーン毎の電気出力信号の加算出力を得る赤外線検出装
置。
（２）出力信号加算手段の加算結果に基づいて全区画ゾ
ーンのうちの最大出力信号を発する区画ゾーンを選択す
る区画ゾーン選択手段と、前記選択された区画ゾーンの
うちから最大出力信号を発するエレメントを特定するエ
レメント特定手段とを備えている請求項１記載の赤外線
検出装置。
（３）焦電型赤外線検出エレメントがチタン酸鉛を用い
て形成されている請求項１または２記載の赤外線検出装
置。