JPH0436466Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案は人体から放射される赤外線を焦電素子
に入射し、該焦電素子の検出信号により人体の存
在を検出する人体検出装置に関する。

〔従来の技術〕

人体検出装置は例えば人間が室内に入つたとき
該装置が人体の存在を検出し、この検出信号によ
り室内に設置した照明装置や換気扇、空調器等を
自動的に駆動したり、人間が室外に出たときに焦
電素子により人体の非存在を検出して照明装置等
の駆動を自動的に停止するのに用いられている。

次に焦電素子による人体検出の動作原理につい
て説明する。

焦電素子１は第３図ａ，ｂの如く構成されてい
る。図において、１₁は焦電体、１₂は外部からの
赤外線を受ける熱吸収体である。焦電体１₁は定
常状態において自発分極と呼ばれる分極をしてお
り、＋電荷と−電荷が焦電体１₁の両側に発生して
いる。通常状態では第３図ａの如く大気の浮遊電
荷（荷電粒子）をとらえ、電気的に中性となつて
いる。従つて焦電素子１からは検出信号は発生し
ない。

一方、あらゆる物体はその物体の持つ温度に相
応した波長分布をもつた電磁波を外界に放射して
いる。この放射は物体の温度が約700℃以下では
赤外領域の熱放射となり、それ以上では可視領域
の光放射となる。例えば人体からは波長7μｍ近
辺の赤外線を放射している。

そこで焦電素子１の検出範囲内に人体が接近し
たとき、この人体から放射される赤外線を熱吸収
体１₂が受けることにより焦電体１₁の温度が上昇
する。その結果、第３図ｂの如く焦電体１₁の自
発分極の大きさに変化が生じる。ところが表面に
付着している電荷は自発分極の変化の速さに対応
して変化することができないため、焦電体１₁の
自発分極でとらえられていた空中の荷電粒子は赤
外線による自発分極の減少で開放され、短時間で
はあるが両者の差の電荷が焦電体１₁の両端に現
われる。従つて焦電素子１から所定時間検出信号
が出力され、人体の存在を検出することができ
る。

上記の如く焦電素子は非接触型の温度センサで
ある。

一旦人体からの赤外線放射により焦電体１₁の
荷電粒子が開放された後は残余の荷電粒子は自発
分極と一致するために検出電流は流れなくなる。
従つて人体が存在していても動きがないときには
焦電素子１からは検出信号が出力されないため
に、焦電素子の検出信号によつて照明装置や空調
器等を制御している場合、例えば読書中に照明が
自動的に消灯したり、昼寝中に空調器が自動的に
オフすることがある。

そこで第４図に示す如く焦電素子１の放射入力
側に窓１２を穿設した円盤１３と、該円盤１３を
回転するためのモータ１４とから成る機械式チヨ
ツパ２₃を設ける。モータ１４を駆動することに
より円盤１３が回転し、窓１２が所定の周期で焦
電素子１の熱吸収体１₂と対向する。従つて人体
から放射される赤外線は断続的に焦電素子１に入
射される。このとき窓１２が焦電素子１と対向す
ると、赤外線が焦電素子１の熱吸収体１₂に入射
され、第３図ｂの如く自発分極が減少して荷電粒
子が開放されることにより検出電流が流れる。ま
た焦電素子１が窓１２以外の円盤１３の部分に対
向すると赤外線の入射が遮断されるために焦電素
子１は第３図ａの如く自発分極と荷電粒子とが電
気的に中性となる。従つて人体が存在し、該人体
から赤外線が放射されていれば、機械式チヨツパ
２₃により焦電素子１に対する赤外線放射が遮断
されたときに、焦電素子１は一旦電気的に中性と
なり、その後焦電素子１が窓１２と対向して赤外
線が入射されると、自発分極が減少されるため検
出信号が継続して出力される。これによつて人体
が静止していても焦電素子から検出信号を得るこ
とができる。

而して一般に焦電素子１よりの検出信号中には
ノイズ成分や出力変動（出力信号のふらつき）を
含んでいるため、人体検出の動作に誤動作を生じ
ることがある。そこで従来の人体検出装置にあつ
ては、焦電素子よりの検出信号を積分回路に入力
することにより上記ノイズ成分や出力のふらつき
を抑制し、人体の検出を確実に行なうように構成
されている。

〔考案が解決しようとする問題点〕

かかる従来の装置にあつては、ノイズ成分等に
よる誤動作を防止することはできるが、検出信号
が積分回路を通過することにより該積分回路の時
定数によつて検出信号の立上りに時間遅れを生じ
る。

従つて、人体が存在して焦電素子から検出信号
が発生しても、積分回路の時定数によ積分回路の
出力から得られる人体検出信号に時間遅れが生
じ、例えば人間が室内に入つたとき、所定時間経
過後に照明が点灯されることになる。

〔問題点を解決するための手段〕

本考案は叙上の如き従来の問題点に鑑み成され
たもので、人体から放射される赤外線を焦電素子
により検出し人体の存在を検出する人体検出装置
であつて、前記焦電素子に対する入射期間を所定
周期で断続するチヨツパ手段と、該チヨツパ手段
の出力と同期して前記焦電素子の検出信号を整流
する整流回路と、該整流回路よりの整流信号を積
分する積分回路と、該積分回路よりの積分信号レ
ベルと所定の基準レベルとを比較する第１の比較
回路と、前記整流回路よりの整流信号を微分する
微分回路と、該微分回路よりの微分信号レベルと
所定の基準レベルとを比較する第２の比較回路
と、該第２の比較回路の出力により動作し前記積
分回路の時定数より長い期間出力信号を発生する
タイマ回路と、前記第１の比較回路及びタイマ回
路よりの出力信号を入力とするオア回路とを備
え、前記オア回路の出力により人体の存在を検出
するようにしたものである。

〔作用〕

上記構成において、焦電素子はチヨツパ手段に
よつて所定の入射期間が断続的に与えられる。こ
のとき人体が存在すると、人体から放射される赤
外線が焦電素子に断続的に入射され、焦電素子か
ら矩形波状の検出信号が出力される。これを整流
回路によりチヨツパ手段の駆動周期と同期して整
流し積分回路と微分回路に各々入力する。積分回
路を通過した整流信号はノイズ成分や出力変動が
抑制され、その積分出力が第１の比較回路によつ
て所定レベルと比較される。焦電素子の人体検出
から所定時間経過後積分出力が所定レベルに達す
ると第１の比較回路から比較信号が出力される。
一方検出信号は微分回路により微分され、その微
分出力が所定レベルに達すると第２の比較回路か
ら比較信号が出力されタイマ回路を駆動し、積分
回路の時定数より長い期間出力信号が発生する。
このタイマ回路と第１の比較回路の各出力信号を
オア回路に入力することにより、該オア回路にお
ける出力発生のタイミングは微分回路と第２の比
較回路により焦電素子よりの検出信号発生時のタ
イミングと略一致し、時間遅れを生じることがな
い。一方焦電素子の検出信号中に含まれるノイズ
成分等は積分回路によつて抑制される。

〔考案の実施例〕

以下本考案の実施例を図面と共に説明する。

第１図において、焦電素子１の入射面（第３図
ａ，ｂにおける熱吸収体１₂の面）にはチヨツパ
手段２が設けられている。該チヨツパ手段２は複
数の並設された圧電素子による圧電チヨツパ２₁
及びチヨツパ駆動回路２₂の信号により所定周期
で駆動される。これによつて圧電素子２₁は変形
と元の形状の復帰を繰返し、焦電素子１に対する
赤外線入射と遮へいを断続的に行なう。焦電素子
１の検出信号はチヨツパ駆動回路２₂の駆動周期
に同期して整流動作を行なう同期整流回路３に入
力され、焦電素子１の入射期間中における焦電素
子１の検出信号を取込んで整流動作を行なう。該
整流回路３の整流信号は積分回路４及び微分回路
６に入力される。積分回路４よりの積分出力は第
１の比較回路５に入力され所定の基準レベルと比
較される。

一方微分回路６よりの微分出力は第２の比較回
路７に入力され所定の基準レベルと比較される。
該第２の比較回路７よりの比較出力はタイマ回路
８のトリガ信号として入力され前記積分回路４の
時定数より長い所定の期間信号を出力する。第１
の比較回路５及びタイマ回路８の各出力信号はオ
ア回路９に入力され、両信号の論理和が出力され
る。この論理和信号を人体の存在を検出する検出
信号として用い、例えば実施例の如く駆動回路１
０に入力し、該駆動回路１０によつて制御される
照明装置や空調器等のスイツチ回路１１に供給す
る。

かかる構成において、その動作を第２図ａ乃至
ｈに示す各部波形図と共に説明する。同図ａ乃至
ｈは第１図に付記した符号部分の入出力波形に対
応する。

チヨツパ駆動回路２₂は第２図ａにおいて期間
T₁の周期で駆動され、このうちT₂の期間圧電チ
ヨツパ２₁を駆動して焦電素子１が入射可能とな
るように動作する。時刻t₁で人体が存在すると焦
電素子１はT₂の期間で人体から放射される赤外
線が入射され上記の如く荷電粒子の開放により
T₃の期間検出信号が出力される。圧電チヨツパ
２₁が入射を遮断する期間では焦電素子１は人体
が存在していても赤外線が入射されなくなり自発
分極状態となつて検出信号は出力されない。そし
て再びT₂の期間入射可能になると人体からの赤
外線放射により自発分極が減少し、荷電粒子の開
放によつて検出信号が出力される。これによつて
焦電素子１の検出信号は第２図ｂの如く矩形波信
号として出力される。このとき該矩形波信号には
ノイズ成分や出力変動が含まれている。焦電素子
１よりの検出信号は同期整流回路３に入力されチ
ヨツパ駆動回路２₂の駆動周期と同期して整流動
作を行ない、検出信号を整流して第２図ｃに示す
整流信号を出力する。この整流信号中においても
ノイズ成分や出力変動を含んでおり、該信号を積
分回路４に入力することにより時刻t₁において発
生した整流信号を積分する。このとき整流信号の
立上り時は積分回路４の時定数（例えば20秒程
度）によつて徐々に立上りノイズ成分や出力変動
が抑制される。そこで第１の比較回路５に積分信
号を入力し第２図ｄに示す基準レベルV_ref1と比
較する。積分信号が立上り時刻t₂において基準レ
ベルV_ref1に達すると第２図ｅに示す如く比較回
路５から比較信号が出力される。また整流信号は
例えば1μ秒程度の時定数の小さい微分回路６に
入力され、その立上り時に第２図ｆの如く時刻t₁
においてパルス信号を出力する。このパルス信号
を第２の比較回路７に入力し、基準レベルV_ref2
と比較して該基準レベル以上に達していれば比較
信号を出力する。該比較信号をトリガ信号として
タイマ回路８が動作し、第２図ｇの如くT₄の期
間タイマ信号が出力される。該期間T₄は第１図
ａに示すチヨツパ駆動回路２₂の焦電素子１に対
する入射期間T₂と同じかそれより短く設定され
る。オア回路９には第２図ｅの比較信号と第２図
ｇのタイマ信号が入力され、その出力の発生時刻
は第２図ｈに示す如く人体の存在を焦電素子１が
検出したときの検出信号の発生時刻t₁と略一致す
る。このオア回路９の出力により駆動回路１０が
駆動され、スイツチ回路１１がオンし、照明装置
や空調器等が動作する。

人体が存在している状態では焦電素子１からは
断続的に検出信号が出力されるので、整流回路３
から整流信号が継続して出力される。従つて積分
回路４よりの積分信号も継続して出力され、第１
の比較回路５の比較出力も第２図ｅの如く継続し
て出力される。よつてオア回路９からも継続して
信号が出力され、駆動回路１０及びスイツチ回路
１１を動作状態に継続する。

人体が存在しなくなると時刻t₃において焦電素
子１の検出信号が発生しなくなり、同期整流回路
３の整流信号も第２図ｃの如く同時刻t₃で出力さ
れなくなる。よつて積分回路４は整流信号の立下
り時に急峻に立下り、第１の比較回路５において
時刻t₃と略同時刻で基準レベルV_ref1以下に立下る
ため、第２図ｄの如くその比較出力も略時刻t₃で
発生しなくなる。一方微分回路６からは整流信号
の立下り時に負のパルス信号が発生するが、第２
の比較回路７からは比較信号が出力されず、よつ
てタイマ回路８はトリガされないため、第２図ｇ
の如くタイマ出力は発生しない。従つてオア回路
９の出力は第２図ｇの如く第１の比較回路５より
の立下り時刻t₃において出力が発生しなくなり、
駆動回路１０に対する駆動信号の供給が停止し、
スイツチ回路１１が不動作となり照明装置や空調
器等の動作が停止する。

以上の動作説明よりオア回路９からは第２図ｈ
の如く微分回路６乃至タイマ回路８の作用により
焦電素子１が人体の存在を検出する時刻t₁と略同
時刻で人体存在の検出信号が発生すると共に、焦
電素子１において人体が存在しなくなつたことを
検出する時刻t₃と略同時刻で出力信号の発生が停
止する。これによつて焦電素子１による人体の存
在検出時刻及び存在しなくなつたときの検出時刻
に対して時間遅れを生じることなくオア回路９か
ら対応する検出信号を得ることができる。

尚、上記実施例ではチヨツパ手段２として圧電
チヨツパ２₁を用いた構成を示したが、第４図の
如く機械式チヨツパ２₃を用いてもよい。

またチヨツパ駆動回路２₂における入射期間T₂
は焦電素子１の検出信号出力期間T₃より長く設
定しているが、T₃と同期間程度に設定してもよ
い。

〔考案の効果〕

以上の如く本考案によれば、積分回路により焦
電素子の検出信号に含まれるノイズ成分や出力変
動を抑制すると共に、人体の存在検出信号を焦電
素子よりの検出信号に対して時間遅れを生じるこ
となく得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案に係る人体検出装置の実施例を
示すブロツク図、第２図ａ乃至ｈは第１図におけ
る各部波形を示すタイミングチヤート、第３図
ａ，ｂは各々焦電素子の動作原理を示す図、第４
図は本考案に適用されるチヨツパの実施例を示す
図である。 １……焦電素子、１₁……焦電体、１₂……熱吸
収体、２……チヨツパ手段、２₁……圧電チヨツ
パ、２₂……チヨツパ駆動回路、２₃……機械式チ
ヨツパ、３……同期整流回路、４……積分回路、
５……第１の比較回路、６……微分回路、７……
第２の比較回路、８……タイマ回路、９……オア
回路、１０……駆動回路、１１……スイツチ回
路。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 人体から放射される赤外線を焦電素子により検
   出し人体の存在を検出する人体検出装置であつ
   て、 前記焦電素子に対する入射期間を所定周期で断
   続するチヨツパ手段と、 該チヨツパ手段の出力と同期して前記焦電素子
   の検出信号を整流する整流回路と、 該整流回路よりの整流信号を積分する積分回路
   と、 該積分回路よりの積分信号レベルと所定の基準
   レベルとを比較する第１の比較回路と、 前記整流回路よりの整流信号を微分する微分回
   路と、 該微分回路よりの微分信号レベルと所定の基準
   レベルとを比較する第２の比較回路と、 該第２の比較回路の出力により動作し前記積分
   回路の時定数より長い期間出力信号を発生するタ
   イマ回路と、 前記第１の比較回路及びタイマ回路よりの出力
   信号を入力とするオア回路とを備え、 前記オア回路の出力により人体の存在を検出す
   るようにしたことを特徴とする人体検出装置。