JPH06105236A

JPH06105236A - 熱画像検出装置

Info

Publication number: JPH06105236A
Application number: JP4247467A
Authority: JP
Inventors: Yasuto Mukai; 靖人向井; Morihiro Nakayama; 森博中山; Isamu Okuda; 勇奥田; Mitsuhide Azuma; 光英東
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1992-09-17
Filing date: 1992-09-17
Publication date: 1994-04-15
Anticipated expiration: 2014-11-02
Also published as: JP2970249B2

Abstract

(57)【要約】【目的】焦電型熱検出素子群により構成される赤外線
センサを用いた小型で比較的簡単な構成のシステムを提
供することを目的とする。【構成】直線軸上に１次元に配置された複数の焦電型
熱検出素子群とからなる赤外線センサ１と前記直線軸に
平行あるいは一定の角度だけ傾斜させた回転軸１５を有
し、水平回転部及び熱画像の原点を規定して、赤外線セ
ンサ１を回転させて、２次元の熱画像を検出する熱画像
検出装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、家庭内の居室の温度分
布及び人体の挙動検出など熱画像による輻射温度検出及
び人体挙動検出を行う熱画像検出装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、非接触で温度を測定する方式とし
ては量子型赤外線センサによるものと熱型赤外線センサ
があった。量子型赤外線センサは感度が高く、応答は速
いが、冷却が必要であり（−２００℃程度）、民生用に
は不向きである。一方、熱型赤外線センサは比較的感度
は低く、応答速度は低いが冷却が不要のため民生市場で
は実用化されている。

【０００３】熱型赤外線センサの中では焦電効果を利用
した焦電型赤外線センサがよく使われている。焦電型赤
外線センサは微分型変化出力特性を持っており、入射温
度が変化した時のみ出力を発生する。例えば、この焦電
型赤外線センサの前を人体が横切ったとき、焦電型赤外
線センサには人体の放射温度が出現，消滅，出現，消
滅，…という時間入力として入力される。従って、焦電
型赤外線センサにはこの時間変化に同期して出力され
る。また、セラミックの焦電型赤外線センサとチョッパ
を用いてポイント温度センサもあるが、これも感度が低
く、しかも応答速度が非常に遅いため、１〜２秒の間に
数十個の温度データを検出することが出来なかった。

【０００４】さらに、２次元熱画像を得る手段として
は、焦電型赤外線センサを２次元に配置する方式も考え
られていた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】焦電型赤外線センサを
２次元に配置するとシステムが複雑になってしまう。

【０００６】また、直線上に配置された焦電型熱検出素
子群を走査する方式によるシステムを構成する場合、光
学系が熱検出素子群の外部にあると光学系は走査範囲全
域をカバーしなければならないため、大きなものになら
ざるをえないし、たとえ走査範囲全域をカバーしても光
学軸がずれることにより視野全体の感度が一様にならな
いという問題がある。

【０００７】また、走査範囲をカバーしていても、走査
範囲に対する視野の原点となる位置が存在しないと、焦
電型赤外線センサにより検出された熱画像の再現性が乏
しいという問題がある。

【０００８】本発明は、焦電型熱検出素子群により構成
される赤外線センサを用いた小型で比較的簡単な構成の
システムを提供するものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明は、直線軸上に１次元に配置された複数の焦電
型熱検出素子群と、この焦電型熱検出素子群と一体とな
った赤外透過レンズと、赤外透過レンズを介し前記焦電
型熱検出素子群へ入射する赤外線の量を制御するチョッ
パと、直線軸に平行あるいは一定の角度だけ傾斜させた
回転軸を持ち、この回転軸を中心として焦電型熱検出素
子群及び赤外透過レンズを回転させて２次元熱画像を得
るものである。

【００１０】また、水平回転可動部分の回転を制限する
ストッパを設けて、水平駆動部及び熱画像の原点を規定
するものである。

【００１１】

【作用】本発明は、水平回転可動部分の回転を制限する
ストッパを設けて、機械的な衝突・停止により水平駆動
部及び熱画像の原点を規定している。

【００１２】また、本発明は、水平回転可動部を除く装
置の一部にフォトインタラプタまたはフォトセンサを設
け、機械的な原点の規定の代わりに電気的に水平駆動部
及び熱画像の原点の検出を行う。

【００１３】更に、本発明では、水平回転可動部の駆動
源としてステッピングモータ，エンコーダ付きのＤＣモ
ータまたは超音波モータ等の使用が可能である。

【００１４】また、チョッパの開閉に対応して、上記各
種のモータの駆動制御を行っているので、水平回転機構
部の回転初期に生じるクリアランス及び逆方向回転時に
生じるクリアランスを水平駆動源に対応した制御により
補正することにより、熱画像の再現性を維持することが
出来る。

【００１５】更に、電気的原点検出方式と水平駆動源の
制御の方式により、水平回転機構部の故障の検出も可能
である。

【００１６】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参考に説明す
る。

【００１７】図１は、本発明による熱画像検出装置の一
実施例を示す構造であり、１は焦電型熱検出素子群で構
成された赤外線センサである。焦電型熱検出素子群は１
ａ〜１ｅの様に直線上に１次元配列されている（図
２）。２は、焦電型熱検出素子群１に結像する様に配置
された赤外透過レンズであり、光軸３は複数の焦電型熱
検出素子群の中心を通る。４はシャッタ羽根であり、シ
ャッタ羽根４は小型モータ５，カム６及びカム−シャッ
タ連結板７により可動され、チョッパ機構となる。シャ
ッタ羽根４は小型モータ５に入力される信号により開閉
され、赤外線センサへの赤外線入力が５０／５０となる
ように制御される。また、８は赤外線センサの信号を増
幅するための帯域増幅器であり、赤外線センサ１，赤外
透過レンズ，チョッパ機構及び水平回転軸１５とともに
水平回転可動部を構成する。１０は水平回転可動部の駆
動源となるステッピングモータであり、プーリ１１及び
タイミングベルト１６を介して回転力が水平可動部に伝
達される。また、１２はフレキシブルケーブルであり、
帯域増幅器８からの信号等を外部の処理回路に伝達す
る。

【００１８】図１の構造により、回転軸を中心に水平回
転可動部を回転させることによって、図３のような２次
元の熱画像を検出することができる。この場合、図３の
熱画像の原点は水平回転部の原点に対応している。２次
元熱画像を検出する際、この原点検出が熱画像検出の初
期設定及び熱画像取得シーケンスの一部となる。

【００１９】まず、上記原点検出の一手法であるストッ
パを設けて、水平回転を制限する方式を説明する。熱画
像検出装置に図４のようなストッパ１４を設け、水平回
転可動部と衝突・停止する構造とする。これにより、原
点方向に回転部が戻ってくると、原点であるストッパに
衝突し、機械的に停止する。回転部が原点に達している
かどうかは、電気的に確認できないため、熱画像検出の
水平走査時間に任意の時間を加えてから駆動源であるモ
ータの通電をカットする。水平走査時間は、水平視野
角，水平解像度および制御の観点より決定されている。
この機械的停止による原点検出は熱画像検出装置回転部
の初期設定及び熱画像検出の度に行われる。

【００２０】図５にストッパによる水平回転可動部停止
の制御フローの一実施例を示す。熱画像検出時間Ｔ（水
平走査時間）は予め設定（５０１）されており、水平回
転可動部はＴに対応する角度以上（水平視野角に対応し
てストッパが設けられている。）は動作しない。したが
って、熱画像検出装置初期設定時、水平回転可動部が任
意の位置にあっても原点方向に水平回転させた場合（５
０２）、Ｔ後には原点方向のストッパに衝突・停止して
いる（５０３）。さらに、任意のモータ過通電時間Ｔｍ
を設定して（５０１）おり、このＴｍ（５０４）後にモ
ータの通電停止（５０５）を行うので、水平回転可動部
は確実に原点に達している。熱画像検出操作（５０６）
が行われ、その後は再び、５０２のフローとなる。熱画
像の検出を水平回転の往復で行う場合には、熱画像検出
操作（５０６）の後、モータ過通電時間を設けて、もう
一方の原点（ストッパ）で確実に停止させ、熱画像検出
を行う。

【００２１】フォトセンサ，フォトインタラプタを用い
て電気的に原点を検出する方法は図５に対して、モータ
過通電時間Ｔｍが省略可動であり、５０９及び５１２で
原点検出の有無でモータの駆動を制御する図６のような
フローとなる。

【００２２】フォトセンサ及びフォトインタラプタはフ
ォトトランジスタ及びフォトダイオードで構成され、原
点はフォトトランジスタの出力で得られる。図４のスト
ッパの位置にフォトインタラプタ，フォトセンサが設置
され、フォトインタラプタを用いた場合には、水平回転
可動部の凸部を設け、フォトインタラプタの光学的結合
部を遮断する。また、フォトセンサを用いた場合には水
平回転可動部の反射テープ等によりフォトセンサの光学
的結合が可能となる。

【００２３】水平回転可動部は、ステッピングモータ，
エンコーダ付きＤＣモータ及び超音波モータ等位置制御
可能な駆動源により可動され、エンコーダ付きＤＣモー
タを用いた場合には、フォトインタラプタやフォトセン
サは省略可能となる。

【００２４】図１の実施例は、ステッピングモータを駆
動源として有し、プーリ及びタイミングベルトを伝達系
として水平回転部を可動させている。前記の各モータ
は、上記のように使用することもできるが、水平回転可
動部をダイレクトに可動させてもよい。

【００２５】また、前記各モータはチョッパの開閉に同
期して動作し、図７の様に移動（ＯＮ），停止（ＯＦ
Ｆ），移動，…，停止を繰り返し、停止時に各ポイント
の熱画像の検出を行なえば、各ポイントの代表的な熱画
像検出が可能となる。図８の様に水平視野角を一様の速
度で回転させて熱画像の検出を行うと、シャッタが開い
た瞬間ｔａの水平視野角はａであり、ｔｂではｂとなる
が、シャッタの動作ｂと同期して一定の速度で水平回転
可動部は水平回転しているため、１回のシャッタ開閉に
おいて、図７の場合の２倍の水平視野角を得ることがで
きる。この場合には、水平移動間の平均的な熱画像の検
出を行う。１８は熱画像検出装置、１９は熱画像検出装
置の水平回転時停止の場合の視野角、１７は熱画像検出
装置の計測範囲を示している。

【００２６】また、水平回転可動部を可動させる場合、
モータ及び駆動力伝達系において、ギヤやプーリのバッ
クラッシュやガタ等が存在し、モータに制御信号を入力
しても水平回転部が可動しない場合がある。この場合、
熱画像としては、同一ポイントの検出を行っており、熱
画像としては不適当である。モータや伝達系のガタ等は
予め予測、計測でき、このガタに相当する制御信号を入
力してから熱画像の検出を行えば、同一箇所での熱画像
の検出は行わなくて済む。

【００２７】更に、水平回転の往復で熱画像を検出する
場合には、往路，復路の始点・終点で上記ガタが存在
し、往復での熱画像測定ポイントにずれが生じる場合も
ある。この場合も、往路・復路でのガタを補正すること
により熱画像の測定ポイントズレを補正することができ
る。

【００２８】その上、電気的な原点検出の場合には、原
点検出信号及び水平駆動源の制御信号を利用し、原点検
出に要する時間の上限や下限（５１３，５１４）を設定
することにより、熱画像検出装置の水平回転駆動部の故
障やフォトセンサ，フォトインタラプタの故障等の故障
診断（５１５）も可能となる（図９）。

【００２９】

【発明の効果】本発明は、上記説明から明らかなよう
に、焦電型熱検出素子群により構成される赤外線センサ
を用いて、小型で比較的簡単な構成のシステムを提供す
ることができる。

【００３０】熱画像検出装置の原点を規定したことによ
り、２次元の熱画像の原点を規定でき、熱画像の再現性
が向上する。

【００３１】原点の検出を機械的に行うことにより、コ
スト及び工数の削減もできる。これに対し、原点の検出
を電気的に行った場合には、熱画像検出装置の制御が容
易になり、かつ水平回転駆動系の故障検出も可能とな
る。

【００３２】電気的な原点検出は、熱画像検出装置の構
想、構造により、フォトインタラプタやフォトセンサの
選択が可能である。

【００３３】水平駆動源についても、熱画像検出装置の
構成、構造により位置制御や速度制御が可能なモータに
ついて選択可能である。

【００３４】また、熱画像検出装置のチョッパと水平駆
動を同期させることにより、原点を規定したことに加え
て、更に熱画像検出の再現性が向上する。

【００３５】水平駆動系に関して、ギヤ等を用いた場
合、初期動作時には、水平駆動系のクリアランスにより
バックラッシュ等が生じるが、このクリアランスに応じ
て水平駆動源を制御することにより、同一位置での熱画
像の検出が避けられる。

【００３６】また、熱画像の検出を水平駆動の往復で検
出する場合にも、上記の原因において、熱画像のずれが
生じるが、逆転時についてもクリアランスを水平駆動源
の制御で補正することにより、熱画像のずれを抑制する
ことが出来る。

【００３７】これらの熱画像検出のフロー（水平駆動制
御）は、比較的簡単であり、容易に実現できる。

【００３８】さらに、制御用の信号を利用することによ
り、故障診断も比較的簡単に行える。

【図面の簡単な説明】

【図１】熱画像検出装置の構造図

【図２】１次元に配列された焦電型熱検出素子群の説明
図

【図３】熱画像検出装置で得られた２次元熱画像を示す
図

【図４】熱画像検出装置のストッパの位置を示す概略図

【図５】機械的衝突・停止を利用した際の水平回転可動
部の駆動方式の流れ図

【図６】電気的原点検出を利用した際の水平回転部の駆
動方式の流れ図

【図７】熱画像検出時の水平駆動源の制御（間欠動作）
の説明図

【図８】熱画像検出時の水平駆動源の制御（連続動作）
の説明図

【図９】熱画像検出装置の水平回転駆動の故障を診断す
る流れ図

【符号の説明】

１赤外線センサ１ａ焦電型熱検出素子１０ステッピングモータ１４ストッパ１５水平回転軸１９熱画像検出装置視野角

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｇ０１Ｊ 5/02 Ｍ 7204−2Ｇ 5/48 Ｂ 7204−2Ｇ (72)発明者東光英大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】直線軸上に１次元に配置された複数の焦電
型熱検出素子群と、前記焦電型熱検出素子群と一体とな
った赤外透過レンズと、前記赤外透過レンズを介し前記
焦電型熱検出素子群へ入射する赤外線の量を制御するチ
ョッパと、前記直線軸に平行あるいは一定の角度だけ傾
斜させた回転軸とを有し、前記回転軸を中心として前記
焦電型熱検出素子群を回転させて２次元熱画像を得る熱
画像検出装置において、水平回転可動部分の回転を制限
するストッパを設けて、機械的な衝突・停止により水平
回転部及び熱画像の原点を規定したことを特徴とする熱
画像検出装置。
【請求項２】水平回転可動部の原点を検出する原点検出
部を備えたことを特徴とする請求項１記載の熱画像検出
装置。
【請求項３】水平回転可動部を除く装置の一部にフォト
インタラプタを設け、水平駆動部の一部にフォトインタ
ラプタの光検出部分を遮断する構造を有し、電気的に水
平回転可動部及び熱画像の原点を検出することを特徴と
した請求項２記載の原点検出装置を有する熱画像検出装
置。
【請求項４】水平回転可動部を除く装置の一部にフォト
センサを設け、水平回転可動部の一部にフォトセンサに
対応した部分に反射テープ等を設け、電気的に水平回転
可動部及び熱画像の原点を検出することを特徴とした請
求項２記載の原点検出装置を有する熱画像検出装置。
【請求項５】水平回転可動部の駆動源としてステッピン
グモータを用いたことを特徴とした請求項１記載の熱画
像検出装置。
【請求項６】水平回転可動部の駆動源にエンコーダ付き
のＤＣモータを用いたことを特徴とする請求項５記載の
熱画像検出装置。
【請求項７】水平回転可動部の駆動源に超音波モータを
用いたことを特徴とする請求項５記載の熱画像検出装
置。
【請求項８】チョッパの開閉に対応して、上記各種のモ
ータを制御したことを特徴とする請求項１記載の熱画像
検出装置。
【請求項９】水平回転可動駆動をチョッパの開閉に対応
して、水平駆動源であるモータを移動，停止，移動，停
止と繰り返す制御を行うことを特徴とする請求項８記載
の熱画像検出装置の水平駆動源の駆動制御。
【請求項１０】水平駆動をチョッパの開閉に対応して、
一定速度で水平駆動源であるモータを駆動させたことを
特徴とする請求項８記載の熱画像検出装置の水平駆動源
の駆動制御。
【請求項１１】水平回転機構部の回転初期に生じるクリ
アランスを水平駆動源に対応した制御により補正するこ
とを特徴とした水平回転機構部のクリアランス補正方式
を有する請求項１記載の熱画像検出装置。
【請求項１２】熱画像を往復して検出する場合、一方向
に対して逆方向回転で生じるクリアランスを水平駆動源
に対応した制御により補正することを特徴とした水平回
転機構部のクリアランス補正を有する請求項１１記載の
熱画像検出装置。
【請求項１３】前記電気的原点検出方式と水平駆動源の
制御の方式により、水平回転機構部の故障を検出するこ
とを特徴とする請求項１記載の熱画像検出装置。