JPH078735U

JPH078735U - 赤外線センサ装置

Info

Publication number: JPH078735U
Application number: JP042921U
Authority: JP
Inventors: 憲治堀
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1993-07-09
Filing date: 1993-07-09
Publication date: 1995-02-07
Also published as: EP0633554A1; DE69412721T2; EP0633554B1; DE69412721D1; US5541414A

Abstract

(57)【要約】【目的】赤外線レンズの超精密加工が必要でなく、小
型で、組み立てが簡単、かつ、複数の情報を精密に検知
できる安価な赤外線センサ装置を提供する。【構成】二次元アレイ状に配置した赤外線アレイ素子
５の横方向のアレイ列に対応して赤外線検知領域ａ〜ｄ
からの赤外光が対応する赤外線アレイ素子５の画素に重
複なく結像するようにシリンドリカルレンズ６Ａ〜６Ｄ
を配置する。人が赤外線検知領域に入ったときに、赤外
光はシリンドリカルレンズで集光され、赤外線アレイ素
子５の対応する画素に結像し、赤外線アレイ素子５から
それぞれ個別の信号が出力される。この出力信号を解析
処理することで、人の位置や大きさや移動方向および移
動速度等の複数の情報を精密、かつ、正確に検知する。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、人体等の赤外線熱源を検知する赤外線センサ装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】

図５には、従来の赤外線センサ装置が示されている。この赤外線センサ装置は、１個の赤外線センサ１に対し、１個の赤外線レンズとしてのフレネルレンズ２がセンサ１の入射側に配置されており、このフレネルレンズ２によって、例えば、複数の赤外線検知エリアＡ〜Ｄが設けられている。

【０００３】ところが、この赤外線センサ装置では、例えば、人体等の赤外線熱源が赤外線検知エリアＡ〜Ｄに入ったときに、フレネルレンズ２で集光する赤外線は固定された１個の赤外線センサ１で複数のエリアを検知することになるので、赤外線熱源の存在の有無や移動したか否かを知る程度にとどまり、赤外線熱源の位置や移動方向や移動速度等の複数の情報を細かく検知することが困難である。

【０００４】そこで、赤外線熱源からの情報を細部に亘って検知する方法として、前記固定された赤外線センサ１とフレネルレンズを機械的に可動させて、複数の検知エリアＡ〜Ｄに分割する方法が考案されている。

【０００５】また、図６に示されるように、複数の赤外線センサ１Ａ〜１Ｄを配設し、これら各赤外線センサ１Ａ〜１Ｄに対応した位置にそれぞれフレネルレンズ２の集光部を配設して、各検知エリアＡ〜Ｄからの赤外線をそれぞれ個別に検知する方式の赤外線センサ装置も考案されている。

【０００６】

【考案が解決しようとする課題】

しかしながら、前記１個の赤外線センサ１を機械的に可動する方式では、可動装置および可動制御装置等が必要となり、装置の大型化や複雑化が問題となる。また、図６のように、複数の赤外線センサ１Ａ〜１Ｄを用いる場合には、赤外線検知エリアＡ〜Ｄ毎にフレネルレンズ２の集光部を対応させる必要があるが、このレンズが大型となるために超精密な加工が極めて困難であり、場所によっては焦点がぼける等の問題がある。また、装置が大型化し、高価になるという問題もあった。

【０００７】本考案は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、赤外線レンズの超精密加工が必要でなく、小型で、組み立てが簡単、かつ、複数の情報を精密に検知できる安価な赤外線センサ装置を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】

本考案は上記目的を達成するために、次のように構成されている。すなわち、本考案の赤外線センサ装置は、赤外線の検知部が二次元アレイ状に配置されている赤外線アレイ素子を有し、この赤外線アレイ素子の赤外線入射側には区分された検知領域から発せられる赤外線映像を対応する赤外線の検知部に重複なく結像する複数の赤外線レンズが配置されていることを特徴として構成されており、また、前記赤外線レンズはシリンドリカルレンズによって構成され、このシリンドリカルレンズは赤外線アレイ素子の縦又は横の各検知部のアレイ列に対して１個ずつ配置されていることおよび前記赤外線レンズはフレネルレンズによって構成され、このフレネルレンズは赤外線アレイ素子の縦横同数の検知部のアレイブロックに対して１個ずつ配置されていることも本考案の特徴としている。

【０００９】

【作用】

赤外線の検知部を二次元状に配置した赤外線アレイ素子に複数の赤外線レンズを配置し、赤外線入射側に区分した赤外線の検知領域から発する赤外線映像を対応する赤外線アレイ素子の検知部に重複することなく結像する。これにより、人体等の赤外線熱源の位置や移動方向及び移動速度等を正確に検知する。

【００１０】

【実施例】

以下、本考案の実施例を図面に基づいて説明する。図１には、第１の実施例の赤外線センサ装置が示されている。この赤外線センサ装置は図２に示すような、例えば、焦電体電極よりなる赤外線の検知部（画素）３が二次元（縦方向、横方向に複数配列）アレイ状に配置された赤外線アレイ素子５と、赤外線レンズとして、例えば、高密度ポリエチレン等よりなる複数のシリンドリカルレンズ６Ａ〜６Ｄを有している。このシリンドリカルレンズ６Ａ〜６Ｄは赤外線入射側に区分された検知領域ａ，ｂ，ｃ，ｄから発生される赤外線映像を対応する赤外線アレイ素子５の赤外線の画素３に重複なく結像するように配置されている。また、このシリンドリカルレンズ６Ａ〜６Ｄは赤外線アレイ素子５の横方向の各画素３の各アレイ列に対して１個ずつ配置されている。

【００１１】前記、赤外線アレイ素子５は図２に示されるように、画素３が16分割されており、横方向の４個の各アレイ列は赤外線検知領域ａ，ｂ，ｃ，ｄに対応し、画素番号１，２，３，４の画素が赤外線検知領域ａのみの赤外線を検知し、画素番号５，６，７，８の画素が領域ｂの赤外線を検知し、同様に画素番号９，10，11， 12の画素が領域ｃを、画素番号13，14，15，16の画素が領域ｄの赤外線をそれぞれ検知する。上記のように、各画素によって検出された検出信号は個別に取り出され、アンプ（図示せず）によって増幅される。

【００１２】また、図１の（ｂ）に示されるように、人体等の赤外線熱源が進入する床４を説明の都合上、便宜的に縦方向、横方向ともに４分割して16の領域を設け、縦方向の領域をＷ，Ｘ，Ｙ，Ｚとし、横方向の領域をＩ，II，III ，IVとする。

【００１３】図３には、本実施例の赤外線センサの信号波形が示されている。縦軸に示した番号は赤外線アレイ素子５の分割された画素の画素番号であり、各画素番号ごとにその出力電圧波形が示されている。グラフの横軸は時間を示している。

【００１４】次に、第１の実施例の赤外線の検知例を図１〜図３に基づいて説明する。まず、大人の赤外線熱源が、前記床４のＷのIII の領域に進入したとすると、図１の（ａ）に示されるように、赤外線熱源からの赤外線の大部分は赤外線検知領域ｄに対応するレンズ６Ｄに集光されて、図３の（ａ）に示されるように、赤外線熱源の進入位置に対応する画素番号15で大きな波形の信号が出力される。また、頭の部分が赤外線検知領域ｃにかかるので、赤外線は赤外線検知領域ｃに対応するレンズ６Ｃに集光されて、図３の（ａ）に示すように、赤外線熱源位置に対応する画素番号11で中程度の大きさの波形の信号を出力し、また、頭の先端が領域ｂに僅かにかかるので、赤外線が領域ｂに対応するレンズ６Ｂに集光されて画素番号７で小さな波形の信号を出力する。同様に、大人が床４のＹ−IVの領域に位置した場合には、赤外線は赤外線検知領域ｃ，ｂ，ａに対応するレンズ６Ｃ，６Ｂ，６Ａに集光され、図３の（ｂ）のように画素番号12，８，４でそれぞれの大きさの信号波形を出力し、同様に、子供がＸ−Ｉ領域に位置する場合には、図３のｃのような信号波形を出力し、子供がＺ−II領域の場合には、図３のｄのような信号波形を出力する。このように得られた画素番号の出力電圧（出力波形）を解析処理し、赤外線熱源の位置や大きさや移動方向、移動速度等の複数の情報を得る。

【００１５】第１の実施例によれば、赤外線アレイ素子の各画素のアレイ列に赤外線映像が重複せず結像するようにシリンドリカルレンズ６Ａ〜６Ｄを配置したので、赤外線は赤外線検知領域に対応するシリンドリカルレンズに集光されて、それに対応する画素に結像し、赤外線熱源の位置や大きさや移動方向および移動速度等の複数の情報を精密、かつ、正確に検知することができる。

【００１６】また、周知のように、シリンドリカルレンズは、入射される赤外線をぼけなく、ばらつきなく結像する。本実施例では、赤外線レンズとしてシリンドリカルレンズ６Ａ〜６Ｄを、赤外線アレイ素子５の各画素のアレイ列に対して１個ずつ配置したので、赤外線の集光にばらつきがなく、各画素ごとに映像がぼけることがない。

【００１７】さらに、赤外線センサとして１個の赤外線アレイ素子５を用い、赤外線レンズとして各アレイ列数に対応するシリンドリカルレンズ６Ａ〜６Ｄを用いるだけのため、従来のような赤外線センサの駆動装置や駆動制御装置等が不要となり、組み立ても簡単であり、小型で安価に赤外線センサ装置を作製することができる。

【００１８】図４には、第２の実施例の赤外線センサ装置が示されている。この赤外線センサ装置は第１の実施例と同様に赤外線センサとして二次元の赤外線アレイ素子５を用いている。本実施例では、赤外線レンズとして複数のフレネルレンズを用い、このフレネルレンズは赤外線アレイ素子５の縦横同数の２×２＝４の画素、すなわち、画素番号１，２，５，６、画素番号３，４，７，８および画素番号９， 10，13，14、画素番号11，12，15，16の各アレイブロックに対して１個ずつ（実施例では計４個７Ａ〜７Ｄ）配置したものである。

【００１９】また、人体等の赤外線熱源が進入する床４は、便宜上、縦方向、横方向ともに４分割して16の領域を設け、この分割した床の領域１，２，５，６の赤外光をフレネルレンズ７Ａによって画素番号１，２，５，６の画素に結像する構成とし、床領域９，10，13，14の赤外光はフレネルレンズ７Ｂによって画素番号９，10， 13，14の画素に、床領域３，４，７，８の赤外光はフレネルレンズ７Ｃによって画素番号３，４，７，８の画素に、床領域11，12，15，16の赤外光はフレネルレンズ７Ｄによって画素番号11，12，15，16の画素にそれぞれ結像する構成となっており、床領域１の赤外線は同番号の画素番号１の画素にのみ結像し、床領域２の赤外線は画素番号２の画素にのみ結像し、床領域５の赤外線は画素番号５の画素のみに結像し、床領域６の赤外線は画素番号６の画素のみに結像する如く、それぞれ床領域から発せられる赤外線映像は対応する画素に個別に重複なく結像されるようフレネルレンズが構成されている。

【００２０】第２の実施例では、赤外線アレイ素子５を４個のブロックに区分し、この各ブロックに対して１個のフレネルレンズを配置したので、赤外線検知領域からの赤外線は、検知領域に対応するフレネルレンズに集光されて、そのレンズに対応する画素のブロックに結像し、複数の情報を精密に検知することができる。

【００２１】また、赤外線センサとして１個の赤外線アレイ素子５を用い、赤外線レンズとして、各画素のブロック数に対応するフレネルレンズ７Ａ〜７Ｄを用いるので、第１の実施例と同様に組み立てが簡単で、小型で、かつ、安価な赤外線センサ装置を作製することができる。

【００２２】なお、本考案は、上記各実施例に限定されることはなく、様々な実施の態様を採り得る。例えば、シリンドリカルレンズとして高密度ポリエチレン材を用いたが、赤外線透過材ならばその材料を限定しない。

【００２３】また、赤外線アレイ素子を４×４＝16の画素に分割したが、例えば、５×５＝ 25の画素に分割してもよく、赤外線センサ装置の作製に支障のない範囲の数ならば、その数は限定しない。

【００２４】さらに、第１の実施例では、各赤外線レンズの焦点が赤外線アレイ素子の画素のアレイ列間で像の重複が生じないように赤外線レンズの位置を設計配置したが、各赤外線レンズ間に、例えば、プラスチック等の仕切板を設けて各アレイ列間の重複結像を防止してもよい。

【００２５】さらにまた、第１の実施例では、シリンドリカルレンズ６Ａ〜６Ｄを赤外線アレイ素子５の横方向の各画素３の各アレイ列に対して１個ずつ配置したが、赤外線アレイ素子５の縦方向の各画素３の各アレイ列に対してシリンドリカルレンズ６Ａ〜６Ｄを１個ずつ配置してもよい。

【００２６】さらにまた、第１の実施例では、赤外線アレイ素子５の画素３の各アレイ列に対して１個のシリンドリカルレンズを配置したが、１個の画素に１個のシリンドリカルレンズを配置してもよい。また、第２の実施例では、赤外線アレイ素子の画素２×２計４個を１つのブロックにまとめたが、例えば、赤外線アレイ素子を６×６計36個に分割し、画素３×３計９個を１つのブロックにまとめてもよく、９個をまとめた１つのブロックに１個のフレネルレンズを配置してもよく、１つのブロックにまとめる画素数は特に限定されることはない。場合によっては１個の画素に１個のフレネルレンズを配置してもよい。

【００２７】さらにまた、上記実施例では、赤外線センサの画素として焦電体電極を用いたが、この焦電体電極に替えて、例えば、赤外線量に応じて抵抗値が可変する抵抗体としてもよく、あるいは熱電対素子でもよく赤外線を電気信号として取り出せる材料ならばその材料（素子）の種類は問わない。

【００２８】

【考案の効果】

本考案は、赤外線二次元アレイ素子の検出部に対応して赤外線レンズを配設し、赤外線検知領域からの赤外線映像を対応する赤外線の検知部に重複なく結像する構成としたので、人体等の赤外線熱源から入射する赤外線は赤外線検知領域に対応する赤外線レンズに集光されて、それに対応する各検出部に結像し、赤外線の各検知部はそれぞれ個別の信号を出力する。この出力信号を解析処理することにより、赤外線熱源の位置や大きさや移動方向および移動速度等の複数の情報を精密、かつ、正確に検知することができる。

【００２９】また、赤外線センサとして１個の二次元状赤外線アレイ素子を用い、複数個の赤外線レンズを用いるだけのため、赤外線センサの駆動装置や駆動制御装置等が不要となり、組み立てが簡単で、小型、かつ、安価な赤外線センサ装置を作製することができる。

【００３０】さらに、周知のように、シリンドリカルレンズは入射される赤外線をぼけなく、ばらつきなく結像する。赤外線レンズとしてこのシリンドリカルレンズを用いた構成にあっては、赤外線の集光にばらつきがなく映像がぼけなく結像するので、高精度に情報を検知することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施例の赤外線センサ装置の説明図であ
る。

【図２】本実施例の赤外線アレイ素子の説明図である。

【図３】第１の実施例の赤外線センサの出力信号の説明
図である。

【図４】第２の実施例の赤外線センサ装置の説明図であ
る。

【図５】従来の赤外線センサ装置の説明図である。

【図６】従来の他構成の赤外線センサ装置の説明図であ
る。

【符号の説明】

３赤外線の検知部（画素）５赤外線アレイ素子６シリンドリカルレンズ７フレネルレンズａ，ｂ，ｃ，ｄ赤外線検知領域

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

【請求項１】赤外線の検知部が二次元アレイ状に配置
されている赤外線アレイ素子を有し、この赤外線アレイ
素子の赤外線入射側には区分された検知領域から発せら
れる赤外線映像を対応する赤外線の検知部に重複なく結
像する複数の赤外線レンズが配置されている赤外線セン
サ装置。
【請求項２】赤外線レンズはシリンドリカルレンズに
よって構成され、このシリンドリカルレンズは赤外線ア
レイ素子の縦又は横の各検知部のアレイ列に対して１個
ずつ配置されている請求項１記載の赤外線センサ装置。
【請求項３】赤外線レンズはフレネルレンズによって
構成され、このフレネルレンズは赤外線アレイ素子の縦
横同数の検知部のアレイブロックに対して１個ずつ配置
されている請求項１記載の赤外線センサ装置。