JPH1068656A - 赤外線センサ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 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。 【解決手段】 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

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、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１
Ａ〜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】

【発明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】本発明は、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】本発明は上記目的を達成
するために、次のように構成されている。すなわち、本
発明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
れていることも本発明の特徴としている。

【０００９】本発明では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】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態例を図面
に基づいて説明する。図１には、第１の実施形態例の赤
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、本実施形態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の実施形態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６
Ｄ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６
Ｃ，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の実施形態例によれば、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。本実施形態例では、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の実施形態例の赤外線セン
サ装置が示されている。この赤外線センサ装置は第１の
実施形態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。本実施形態例では、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
（実施形態例では計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９，10，1
3，14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７
Ｄ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の実施形態例では、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の実施形態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、本発明は、上記各実施形態例に限定
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の実施形態例では、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の実施形態例では、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の実施形態例では、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
実施形態例では、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、上記実施形態例では、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】

【発明の効果】本発明は、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の実施形態例の赤外線センサ装置の説明図
である。

【図２】本実施形態例の赤外線アレイ素子の説明図であ
る。

【図３】第１の実施形態例の赤外線センサの出力信号の
説明図である。

【図４】第２の実施形態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 (3)

【特許請求の範囲】
1. 【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。
2. 【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。
3. 【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。