JPH0619474B2 - 人体検知システム - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、焦電検出体からなる焦電型赤外線センサを用
い、小型かつ簡便に人体検知を行う人体検知システムに
関する。

〔従来の技術〕

焦電型赤外線センサは、センサに入射する赤外線エネル
ギの変化に応じて出力を発生するものであり、近年この
センサを用いて人体から発する赤外線を利用した人体検
知システムが、例えば侵入警報装置あるいは来客報知装
置等に多く見られる。しかし焦電型赤外線センサは、入
射赤外線エネルギが変化した瞬間にのみ出力を発するも
のであるため、上記検知システムは人体の監視領域内へ
の侵入あるいは領域内からの退出を検知し得るのみで人
体の移動方向すなわち侵入か退出かを判別することはで
きない。

しかし、移動方向の情報を得るために、２つの焦電型赤
外線センサを用い、どちらのセンサから先に信号が出た
かを判別すれば、移動方向を判別することもできる。し
かしながら、このような方法では光学系を２つ用意する
必要があり、システムとして大型化、複雑化をまねくと
共に経済的に著しく不利となるものであった。

そこで上記欠点を除くために、実公昭61-30180号公報に
開示されているような考案も知られている。

第15図及び第16図において、２個の焦電体21，22は上下
方向に配置され、各焦電体21，22に電極21b，22bが互い
に重ならないように構成され、焦電体21，22の電極21
b，22bが形成されない部分21a，22a には赤外線が透過
する。従って各電極21b,22bからの出力は独立して取り
出され、焦電体21，22の発生電圧を比較して移動方向を
検知するものである。ところがこのような構造であると
周囲温度の影響によって各焦電体21，22が敏感に反応
し、本来の検知信号以外の誤信号を多発するという問題
がある。

一般に上記誤信号を防止するためには、焦電検出体を２
個設け互いに逆極性となるように並列もしくは直列に接
続し（デュアルエレメント構造）、周囲温度の影響によ
って生じる誤信号を相殺することが行われる。従って上
記先行技術（実公昭61-30180号公報に記載の技術）にお
いて、焦電検出体をデュアルエレメント構造に構成すれ
ば誤信号の防止は可能であるが、１つの容器内に４個の
焦電検出体が間隔をあけて並ぶことになり、センサの大
型化と構造の複雑化が避けられず、経済的に不利である
等の課題が残される。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明は上記の課題、即ち焦電検出体からの誤信号の多
発、センサの大型化、複雑化といった点を解決し、人体
の移動方向を判別することができる人体検知システムを
提供するものである。

〔課題を解決するための手段〕 本発明による人体検知システムは、それぞれ１対の電極
を有する３個の焦電検出体が間隔をおいて略１列に配設
され、該３個の焦電検出体の内の隣り合う２個の焦電検
出体がそれぞれから発生する電荷が打消されるように電
気的に接続されており、前記３個の焦電検出体の内の中
央の焦電検出体とこれと隣り合う一方の焦電検出体との
２個を並列接続した接続点の出力に基づく第１信号、及
び他の１個の出力に基づく第２信号を出力する赤外線セ
ンサ、さらに好ましくは、前記３個の焦電検出体の内の
中央の焦電検出体とこれと隣り合う一方の焦電検出体と
の２個を直列接続した端点の出力に基づく第１信号、及
び前記中央の焦電検出体と他方の焦電検出体との２個を
直列接続した端点の出力に基づく第２信号を出力する赤
外線センサと、該赤外線センサから出力される前記第１
信号及び第２信号に基づいて、赤外線照射物体の第１の
方向への移動の有無を知らせる第１の方向信号、及び赤
外線照射物体のの第２の方向への移動の有無を知らせる
第２の方向信号を出力する信号処理回路とを備えたこと
を特徴とするものである。

〔作用〕

本発明の人体検知システムでは、略１列に配列された３
個の焦電検出体の内の少なくとも一方の隣り合う二つの
焦電検出体においては温度変化等に起因して発生される
電荷がそれぞれの焦電検出体において相互に打ち消し合
うので、誤信号が発生する可能性が極めて低くなる。

また、本発明の人体検知システムでは、赤外線センサか
ら出力される２系統の信号に基づいて人体の移動方向に
関する２系統の信号を出力する信号処理回路を備えてい
るので、人体の移動方向を確実に検知することが可能と
なる。

〔発明の実施例〕

以下本発明を第１図〜第13図に従って説明する。

第１図は本発明の人体検知システムの第１の実施例に使
用される焦電型赤外線センサの斜視図、第２図は同じく
焦電型赤外線センサの内部構成を示す平面図、第３図は
同じく焦電型赤外線センサの電気的接続を示す回路図で
ある。

まず焦電型赤外線センサ20の構造について説明する。

1a，1bは入射赤外線変化量に応じて電荷を発生するタン
タル酸リチウム(LiTaO₃)結晶等で形成された厚さ約50μ
ｍの焦電検出体である。これらの焦電検出体1a，1bはそ
れぞれ表裏両面に電極を有しており、第３図に示すよう
に互いに逆極性に分極されている。焦電検出体1a，1bは
並列に接続されて第１信号を出力する素子１を構成し、
焦電検出体2aはこれ１個で第２信号を出力する素子２を
構成している。

3aは抵抗(10⁸〜10¹¹Ω）、3bはFET であり、両者により
素子１から出力を取り出すためのインピーダンス変換厚
膜回路(3)を構成している。また、4aは抵抗(10⁸〜10¹¹
Ω）、4bはFET であり、両者により素子２から出力を取
り出すためのインピーダンス変換厚膜回路４を構成す
る。

これらの素子１，２及びインピーダンス変換厚膜回路
３，４はヘツダー10上に配設されている。

インピーダンス変換厚膜回路３，４への電圧供給は端子
５，７より行ない、出力の取り出しは端子６，８より行
ない、これらの端子はヘツダー10に対し電気的に絶縁さ
れている。端子９はヘツダー10と電気的に接続された接
地端子である。ヘツダー10には赤外線透過性の窓11を有
し外径が10mmの円筒形のキヤン12が固着され、内部を気
密封止している。

キヤン12の内部には焦電検出体1a，1b及び2aが第２図に
示すように間隔(0.2〜1.0mm)をあけて略１列にヘツダー
10上に配設されている。焦電検出体1aと1bとは互いに逆
極性に分極され、焦電検出体1bと2aも互いに逆極性に分
極されている。つまり焦電検出体1aと2aは同極性、1bが
1a，2aと逆極性に分極されている。第３図に示すよう
に、焦電検出体1a，1bからなる素子１からの出力はイン
ピーダンス変換厚膜回路３を介して第１信号として端子
６から取り出される。また、焦電検出体2aからなる素子
２からの出力はインピーダンス変換厚膜回路４を介して
端子８から第２信号として取り出される。

第４図（イ）は、これら第１信号と第２信号を処理する
信号処理回路のブロック図である。13a,13bはアンプで
あり、50〜90dBのゲインを有する。14a，14b は帯域0.5
〜20Hzのバンドパスフィルタであり、人体の移動に基ず
く信号を選別する。

15a，15bはコンパレータであり、所定のしきい値（例え
ば1V）と入力信号とを比較し、しきい値以上の入力信号
があった場合にこれを出力する。

16a，16bはワンショットマルチバイブレータであり、そ
のパルス幅は適宜（例えば１秒）設定される。

17a，17bはアンドゲートであり、アンドゲート17a には
第１信号がワンショットマルチバイブレータ16a を介し
て加えられると共に、第２信号がコンパレータ15b を介
して加えられ、アンドゲート17b には第１信号がコンパ
レータ15a を介して加えられると共に、第２信号がワン
ショットマルチバイブレータ16b を介して加えられる。

次に、焦電型赤外線センサ20を第５図に示すように配置
し、第４図（イ）の信号処理回路により人体の移動を検
知する場合についての本発明システムの動作を説明す
る。人体が第５図において第１の方向に移動した場合、
はじめ遠くにある人体からの赤外線は、焦電検出体1aに
のみ入射し、次に焦電検出体1bにも入射し、やがて焦電
検出体2aにも入射することによりすべての焦電検出体に
入射される。

従って、まず端子６から出力される第１信号はアンプ13
a 、バンドパスフィルタ14a およびコンパレータ15a を
介して、第４図（ロ）に示す信号を出力する(A点) 。こ
れによリワンショットマルチバイブレータ16a はＨレベ
ル出力を一定時間保持する(B点) 。

次に人体の移動に伴い焦電検出体2aに赤外線が入射し、
これにより端子８から出力される第２信号はアンプ13b,
バンドパスフィルタ14b 及びコンパレータ15b を介して
第４図（ロ）に示す信号を出力する(C点) 。これにより
ワンショットマルチバイブレータ16b はＨレベル出力を
一定時間保持する(D点) 。

このようにしてアンドゲート17a にはＢ点とＣ点の信号
が加えられるので、人体の第１の方向への移動を検知し
た第１の方向信号が得られる。一方、アンドゲート17b
にはＡ点とＤ点の信号が加えられるので、第２の方向信
号は出力されない。

人体が第５図において第２の方向に移動した場合は、最
初は遠くにある人体からの赤外線は、焦電検出体2aにの
み入射し、次に焦電検出体1bにも入射し、やがて焦電検
出体1aにも入射することによりすべての焦電検出体に入
射される。

従って、まず端子８から出力される第２信号はアンプ13
b,バンドパスフィルタ14b 及びコンパレータ15b を介し
て、第４図（ハ）に示す信号を出力する(C点) 。これに
よりワンショットマルチバイブレータ16b はＨレベル出
力を一定時間保持する(D点) 。

次に人体の移動に伴い焦電検出体1b及び1aに赤外線が入
射し、これにより端子６から出力される第１信号はアン
プ13a,バンドパスフィルタ14a 及びコンパレータ15a を
介して第４図（ハ）に示す信号を出力する(A点) 。これ
によりワンショットマルチバイブレータ16a はＨレベル
出力を一定時間保持する(B点) 。

このようにしてアンドゲート17b にはＡ点とＤ点の信号
が加えられるので、人体の第２の方向への移動を検知し
た第２の方向信号が得られる。一方、アンドゲート17a
にはＢ点とＣ点の信号が加えられるので、第１の方向信
号は出力されない。

このように人体が第１の方向に移動した場合には、まず
第１信号が発生し、次に第２信号が発生することによ
り、第１の方向信号が発生して第１の方向の移動が検知
される。また、人体が第２の方向に移動した場合には、
まず第２信号が発生し、次に第１信号が発生することに
より、第２の方向信号が発生して第２の方向の移動が検
知される。

第６図（イ）は信号処理回路の他の実施例を示すブロッ
ク図であり、第４図（イ）と同一部分には同一符号を付
して説明を省略する。18はインバータであり、第２信号
がワンショトマルチバイブレータ16b を介して加えら
れ、この出力はアンドゲート17a に加えられる。

第５図で第１の方向に人体が移動した場合、端子６から
出力される第１信号はアンプ13a,バンドパスフィルタ14
a 及びコンパレータ15a を介して、第６図（ロ）に示す
信号を出力する(A点) 。次に人体の移動に伴い、端子８
から出力される第２信号はアンプ13b,バンドパスフィル
タ14b 及びコンパレータ15b を介して、第６図（ロ）に
示す信号を出力する(C点) 。これによりワンショットマ
ルチバイブレータ16b はＨレベル出力を一定時間保持す
る(D点) 。更にインバータ18はこの出力を反転する(E
点) 。

このようにしてアンドゲート17a にはＡ点とＥ点の信号
が加えられるので、人体の第１の方向の移動を検知した
第１の方向信号が得られる。一方、アンドゲート17b に
はＡ点とＤ点の信号が加えられるので、第２の方向信号
は出力されない。

第５図上で第２の方向に人体が移動した場合は、端子８
から出力される第２信号はアンプ13b,バンドパスフィル
タ14b 及びコンパレータ15b を介して、第６図（ハ）に
示す信号を出力する(C点) 。これによりワンショットマ
ルチバイブレータ16b はＨレベル出力を一定時間保持す
る(D点) 。更にインバータ18はこの出力を反転する(E
点) 。次に人体の移動に伴い、端子６から出力される第
１信号はアンプ13a,バンドパスフィルタ14a 及びコンパ
レータ15a を介して、第６図（ハ）に示す信号を出力す
る(A点) 。

このようにしてアンドゲート17a にはＡ点とＥ点の信号
が加えられるので、第１の方向信号は出力されない。一
方、アンドゲート17b にはＡ点とＤ点の信号が加えられ
るので、人体の第１の方向の移動を検知した第１の方向
信号が得られる。

このように第６図（イ）の信号処理回路の場合にも、人
体が第１の方向に移動したときには、まず第１信号が発
生し、次に第２信号が発生することにより、第１の方向
信号が発生して第１の方向の移動が検知される。また人
体が第２の方向に移動したときには、まず第２信号が発
生し、次に第１信号が発生することにより、第２の方向
信号が発生して第２の方向の移動が検知される。即ち、
第１信号と第２信号の発生順により人体の移動方向をも
検知することが可能である。

ところで、上述の人体検知システムに使用されている焦
電型赤外線センサ20では、互いに逆極性の二つの焦電検
出体1a，1bを並列接続して構成されいる第１信号を出力
する素子１に比して、一つの焦電検出体2aのみにて構成
されている第２信号を出力する素子２は雰囲気温度の変
化等の外乱を受け易く不安定であることはやむを得な
い。特に、雰囲気温度の急変に際しては焦電検出体2aか
らの第２信号の出力が停止して検知不可能になる可能性
も無いとは言えない。

この原因は、外乱により焦電検出体に発生する電荷は、
第１信号を出力する素子１では二つの焦電検出体1a，1b
を互いに逆極性に構成することにより生じる内部補償機
能にて相殺されるが、第２信号を出力する素子２は一つ
の焦電検出体2aのみにて構成されるために内部補償機能
が無いのでそのまま出力信号として外部へ出力されるた
めである。

そこでこのような問題を解消するための第２の実施例に
ついて以下に説明する。

第７図は本発明の人体検知システムの第２の実施例の焦
電型赤外線センサの一構成例を示す斜視図、第８図はそ
の電気的接続を示す回路図である。なお、前述の第１の
発明と同一または相当部分には同一の参照符号を付与し
てある。

第７図及び第８図において、101,102,103 はそれぞれ前
述同様の焦電検出体であり、ここでは第１の焦電検出体
101 と第２の焦電検出体102 とで第１信号を出力する素
子１を、また第３の焦電検出体103 と第２の焦電検出体
102 とで第２信号を出力する素子２をそれぞれ構成す
る。

なお、各焦電検出体101,102,103 の表面積は、第１の焦
電検出体101 と第３の焦電検出体103 とはほぼ同等であ
り、第２の焦電検出体102 は第１の焦電検出体101 及び
第３の焦電検出体103 の１乃至２倍である。

第１の焦電検出体101 と第２の焦電検出体102 は逆極性
で直列に接続され、抵抗3a及び FET3bにて構成されるイ
ンピーダンス変換回路３及び接地端子９に接続されてい
る。また第３の焦電検出体103 と第２の焦電検出体102
も逆極性で直列に接続され、抵抗4a及び FET4bにて構成
されるインピーダンス変換回路４及び接地端子９に接続
されている。

各焦電検出体101,102,103 は電気的絶縁体99を介してヘ
ッダ10上に配設されている。第９図はこの各焦電検出体
101,102,103 及び電気的絶縁体99を側面から見た模式図
である。即ち、ヘッダ10上に形成された電気的絶縁体99
にはヘッダ10の逆側に電極99E が形成されており、電極
99E 上に各焦電検出体101,102,103 が独立して形成され
ている。各焦電検出体101,102,103 は共に一方の電極E1
1,E21,E31 が電気的絶縁体99の電極99E と接触してお
り、相互間の電気的な接続が図られている。また第１の
焦電検出体101 の他方の電極E12 はインピーダンス変換
回路３の FET3bのゲートに、第２の焦電検出体102 の他
方の電極E22 は接地端子９に、第３の焦電検出体103 の
他方の電極E32 はインピーダンス変換回路４の FET4bの
ゲートにそれぞれ接続されている。これにより第８図に
示す如き回路が実現されている。なお第９図において矢
符は分極方向を示している。

第10図は電気的絶縁体99及び焦電検出体101,102,103 の
他の構成例を示す側面図である。

この第10図に示す例では、電気的絶縁体99は電極を有す
ることなく、各焦電検出体101,102,103 が一体化された
焦電検出体 100にて形成されている。即ち、焦電検出体
100 の一方の面の電極100Eを電気的絶縁体99に接触さ
せ、他方の面の電極のみをE1,E2,E3に３分割することに
より、それぞれの電極E1,E2,E3を３個の焦電検出体101,
102,103 に対応させている。このような第10図の構成で
は、３個の焦電検出体101,102,103 をフォトリソグラフ
技術等を用いて同時に形成することにより、３個の焦電
検出体101,102,103 の特性の均質化あるいは製造工程数
の削減等が図れる。

以上に述べた以外の焦電型赤外線センサ20の構成は前述
の第１の発明の焦電型赤外線センサ20と同様である。ま
た、この焦電型赤外線センサ20から取出される第１信号
及び第２信号を処理するための信号処理回路の構成及び
動作は第４図及び第６図に示した前述の第１の発明と同
様である。

次に上述の第２の発明の焦電型赤外線センサ20の雰囲気
温度の変化に伴う信号変化の観測結果について説明す
る。

第７図及び第８図に示した構成の焦電型赤外線センサ20
を第11図に示す如く結線し、焦電型赤外線センサ20の雰
囲気温度を変化させた場合の両FET3b,FET4bのソース電
圧Vs1,Vs2(Rsの両端電圧) の観測結果は第12図に示す如
くであった。また、その変動幅を本発明の第１の実施例
と本発明の人体検知システムの第２の実施例の焦電型赤
外線センサ20とで比較した結果が第13図に示す表であ
る。

第13図の表からは、第１信号及び第２信号の雰囲気温度
の変化による変動がほぼ同等であり、また第２信号に関
しては本発明の第１の実施例に比して1/2乃至1/3に改善
されていることが明らかである。

更に第14図は、第１信号と第２信号の出力電圧の本発明
の第１の実施例との比較を示す表である。なお、この表
では本発明の第１の実施例の第１信号の出力電圧を１．
０とした場合の比率で表してある。

焦電型赤外線センサの出力電圧Ｖはおおよそ Ｖ∞1/Ｃ 但し、Ｖ：出力電圧 Ｃ：焦電検出体の電気容量 の関係があるが、上述の焦電型赤外線センサ20では第１
信号を出力する素子と第２信号を出力する素子２との両
方がそれぞれ二つの第１の焦電検出体101,102と103,102
とを互いに逆極性に構成しているためＣ、即ち焦電検出
体の電気容量が小さいので、第14図の表に示す如く出力
電圧が高くなっている。

〔発明の効果〕

以上に詳述したように本発明の人体検知システムによれ
ば、３個の焦電検出体の内の２個をそれぞれが発生する
電荷を打消し合うように接続しているので、周囲温度の
急変等の外乱に起因する誤信号の発生が抑制され、確実
で安定した人体検知システムをセンサの大型化，複雑化
を回避しつつ実現することが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の人体検知システムの焦電型赤外線セン
サの第１の実施例の構成例を示す斜視図、第２図はその
内部構成を示す平面図、第３図は同じくその電気的接続
を示す回路図、第４図（イ）は本発明の人体検知システ
ムの信号処理回路の構成を示すブロック図、同図（ロ）
はその人体が第１の方向に移動した場合の波形図、同図
（ハ）は同じくその人体が第２の方向に移動した場合の
波形図、第５図は検知対象である人体の移動方向と赤外
線の入射状況を示す模式図、第６図（イ）は信号処理回
路の他の構成を示すブロック図、同図（ロ）はその人体
が第１の方向に移動した場合の波形図、同図（ハ）は同
じくその人体が第２の方向に移動した場合の波形図、第
７図は本発明の人体検知システムの焦電型センサの第２
の実施例の構成例を示す斜視図、第８図はその電気的接
続を示す回路図、第９図は同じくその焦電検出体の一構
成例を示す側面図、第10図はその他の構成例を示す側面
図、第11図は出力電圧測定のための結線状態を示す回路
図、第12図は第11図の結線による出力電圧と雰囲気温度
との関係を示すグラフ、第13図は同じく本発明の第１の
実施例と第２の実施例との焦電型赤外線センサとの雰囲
気温度変化に伴うソース電圧の変動幅の実測結果を示す
表、第14図は本発明の第１の実施例と第２の実施例との
焦電型赤外線センサとの出力電圧の実測値を示す表、第
15図は従来の焦電型赤外線センサの構成を示す模式図、
第16図はその電気的接続を示す回路図である。 １……第１信号を出力する素子、1a,1b……焦電検出
体、２……第２信号を出力する素子、2a,2b……焦電検
出体、20……焦電型赤外線センサ E11,E12,E21,E22,E31,E32……電極

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 玉野 晃正 大阪府守口市京阪本通２丁目18番地 三洋 電機株式会社内 (56)参考文献 特開 昭61−175583（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−14028（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−271429（ＪＰ，Ａ)

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】それぞれ１対の電極を有する３個の焦電検
   出体が間隔をおいて略１列に配設され、該３個の焦電検
   出体の内の隣り合う２個の焦電検出体がそれぞれから発
   生する電荷が打消されるように電気的に接続されてお
   り、前記３個の焦電検出体の内の中央の焦電検出体とこ
   れと隣り合う一方の焦電検出体との２個を並列接続した
   接続点の出力に基づく第１信号、及び他の１個の出力に
   基づく第２信号を出力する赤外線センサと、 該赤外線センサから出力される前記第１信号及び第２信
   号に基づいて、赤外線照射物体の第１の方向への移動の
   有無を知らせる第１の方向信号、及び赤外線照射物体の
   第２の方向への移動の有無を知らせる第２の方向信号を
   出力する信号処理回路とを備えたことを特徴とする人体
   検知システム。
2. 【請求項２】それぞれ１対の電極を有する３個の焦電検
   出体が間隔をおいて略１列に配設され、該３個の焦電検
   出体の内の隣り合う２個の焦電検出体がそれぞれから発
   生する電荷が打消されるように電気的に接続されてお
   り、前記３個の焦電検出体の内の中央の焦電検出体とこ
   れと隣り合う一方の焦電検出体との２個を直列接続した
   端点の出力に基づく第１信号、及び前記中央の焦電検出
   体と他方の焦電検出体との２個を直列接続した端点の出
   力に基づく第２信号を出力する赤外線センサと、 該赤外線センサから出力される前記第１信号及び第２信
   号に基づいて、赤外線照射物体の第１の方向への移動の
   有無を知らせる第１の方向信号、及び赤外線照射物体の
   第２の方向への移動の有無を知らせる第２の方向信号を
   出力する信号処理回路とを備えたことを特徴とする人体
   検知システム。