特許 5712413 焦電型赤外線センサ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】5712413

(24)【登録日】2015年3月20日

(45)【発行日】2015年5月7日

(54)【発明の名称】焦電型赤外線センサ

(51)【国際特許分類】

   G01J 1/42 20060101AFI20150416BHJP

【ＦＩ】

   G01J1/42 B

【請求項の数】9

【全頁数】18

(21)【出願番号】特願2014-89113(P2014-89113)

(22)【出願日】2014年4月23日

【審査請求日】2014年9月16日

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】000163833

【氏名又は名称】金剛株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】309004518

【氏名又は名称】株式会社アルス・リサーチ・システム

(74)【代理人】

【識別番号】100088856

【弁理士】

【氏名又は名称】石橋 佳之夫

(72)【発明者】

【氏名】池永 一郎

(72)【発明者】

【氏名】山本 秀之

(72)【発明者】

【氏名】水谷 泰崇

【審査官】 喜々津 徳胤

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０２−１４４６８８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０１−２１６２９２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１１−０７２３８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０９−２９７０５６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６２−１２４４８７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特公昭６１−０１８２３６（ＪＰ，Ｂ２）

【文献】 特開昭６０−２３００８１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｊ１／００−１／６０

Ｇ０１Ｖ８／００−８／２６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

焦電センサと、
上記焦電センサの検出範囲の温度を測定する温度センサと、
上記温度センサによる温度検出信号から上記検出範囲の温度むらを検出する温度むら検出部と、
上記温度むら検出部で検出される上記温度むらが大きい場合は上記焦電センサの検出感度を下げる感度調整部と、を備え、
上記温度センサは、上記検出範囲の温度と上記温度センサの表面温度を測定し、
上記温度むら検出部は、上記検出範囲の温度と上記温度センサの表面温度との差を演算する演算部を有してなる焦電型赤外線センサ。

【請求項2】

上記感度調整部は、上記温度むらに応じて調整した上記焦電センサの感度を、上記温度センサで検出される上記検出範囲の温度に応じて補正する請求項１記載の焦電型赤外線センサ。

【請求項3】

焦電センサが単位時間内において検出対象物を検出する回数が閾値を超えることによって検出対象物が上記検出範囲に存在しているものと判断する情報処理部を有する請求項１または２記載の焦電型赤外線センサ。

【請求項4】

上記感度調整部は、上記閾値を増減することによって上記検出感度を調整する請求項３記載の焦電型赤外線センサ。

【請求項5】

検出対象を検出しなくなったとき、再検出に必要な作動を行うために、赤外線を遮断する遮断板とこの遮断板を移動させるアクチュエータを有してなるリセット機構を備えた請求項１乃至４のいずれかに記載の焦電型赤外線センサ。

【請求項6】

上記感度調整部は、上記リセット機構の作動後一定時間だけ動作する請求項５記載の焦電型赤外線センサ。

【請求項7】

上記感度調整部は、上記リセット機構の作動終了後一定時間後に一定時間だけ動作する請求項６記載の焦電型赤外線センサ。

【請求項8】

上記感度調整部は、上記リセット機構の作動後一定時間が経過すると上記焦電センサの感度を上げる請求項５または６記載の焦電型赤外線センサ。

【請求項9】

上記感度調整部は、上記リセット機構の動作後、リセット機構が次に動作するまでの間動作する請求項６乃至８のいずれかに記載の焦電型赤外線センサ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、焦電型赤外線センサに関するもので、特に、検出範囲の温度むらに起因する誤検出や非検出を低減するための新規な技術に関するものである。

【背景技術】

【0002】

焦電型赤外線センサは強誘電体の焦電効果を利用したものである。すなわち、強誘電体が赤外線を受けると、その熱エネルギーを吸収して自発分極に変化を起こし、その変化量に比例して表面に電荷が励起されるという性質を利用したものである。

【0003】

全ての温度を持った物質からは、人の目で見ることができない赤外線が放出されている。３６℃近辺の体温を持つ人体からは９〜１０μｍの波長をピークに持つ赤外線が放射されている。焦電型赤外線センサが受ける赤外線に変化があると、上記センサの表面に熱が生じ、熱によって電流が流れる。この電流によって人その他の熱を持った物体を検出することができる。つまり、焦電型赤外線センサは、受ける赤外線の変化を電流の変化に変換して出力する。

【0004】

焦電型赤外線センサは、検出対象に動きがないと温度が安定し、センサを構成する強誘電体の正電荷と負電荷が整列し、自発分極に変化が生じていないため、検出対象を検出することができない。すなわち、検出対象が存在するにもかかわらず検出対象を検出することができなくなる。これを焦電型赤外線センサにおける「ロスト」という場合がある。この点が焦電型赤外線センサの特徴であり、焦電型赤外線センサを使用するにあたっては、この点に留意して対策を講じる必要がある。

【0005】

上記の特徴を有する焦電型赤外線センサを実用に供するために、検出対象が動かなくても、検出を可能にした焦電型赤外線センサが各種提案されている。例えば、焦電型赤外線センサ自体を周期的に動かすことにより、センサ表面の赤外線を疑似的に変化させ、静止した人や動物などを検出することを可能にした発明がある（特許文献１参照）。

【0006】

焦電型赤外線センサの視野にシャッタを配置し、このシャッタを周期的に作動させることにより、センサ表面の赤外線を疑似的に変化させ、静止した人や動物などを検出することを可能にした発明も知られている（例えば、特許文献２、特許文献３参照）。

【0007】

センサ表面の赤外線を疑似的に変化させるにあたり、焦電素子の受光位置による感度のばらつきを補正し、安定して静止発熱体を検出できるようにしたものも知られている（特許文献４参照）。具体的には、焦電素子に焦点を合わせるレンズを回転体で保持し、回転体が１回転するごとにレンズを通して焦電素子に検出対象からの赤外線を導く構成になっている。そして、レンズの回転位置に応じ絞り機構を調整して焦電素子に至る赤外線量を調整し、焦電素子の受光位置による感度のばらつきを補正する構成になっている。

【0008】

焦電型赤外線センサに関する上記先行技術文献記載の発明は、何れも焦電型赤外線センサの特徴に着目して、センサ表面の赤外線を疑似的に変化させるというものである。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0009】

【特許文献1】特開２００４−１２５５４７号公報

【特許文献2】特開２００４−９３２３８号公報

【特許文献3】特開２００４−４５１３４号公報

【特許文献4】特開２０１１−２０９２７９号公報

【0010】

上記先行技術文献記載の発明によって、いわゆる「ロスト」の問題は解消することができる。しかし、焦電型赤外線センサを環境条件の異なる様々なケースで使用するうちに、以下のような問題があることが分かった。問題の一つは、検出範囲内に検出対象として例えば人がいないにもかかわらず、人がいるものとして検出する誤検出である。問題のもう一つは、検出範囲内に検出対象として例えば人がいる場合であっても、人がいないものとして検出してしまう非検出である。

【0011】

上記誤検出や非検出が生じる原因について追及した結果、焦電型赤外線センサの検出範囲の温度と、焦電型赤外線センサ自体の温度、例えば焦電型赤外線センサの表面温度との差が大きく影響していることがわかった。以下、本明細書において、焦電型赤外線センサの検出範囲の温度と、焦電型赤外線センサの表面温度との差を「温度むら」という。焦電型赤外線センサが例えばエアコンの空気吹き出し口付近に設置されていると、上記温度むらが大きくなりがちで、焦電型赤外線センサの誤検出、非検出が生じやすいことがわかった。そのほか、焦電型赤外線センサの誤検出、非検出について、以下の原因があることがわかった。

【0012】

前記特許文献１〜３に記載されている発明のように、センサ表面の赤外線を疑似的に変化させることによりリセットする焦電型赤外線センサにおいては、誤検出が発生しやすいタイミングがあることがわかった。その一つは、リセット機構が作動したときに生じる開閉誤検出である。もう一つは、焦電型赤外線センサを取り付けた装置などが動いたときに生じる可動誤検出である。上記開閉誤検出は、上記リセット機構が作動することにより、温度むらを人と誤検出することにより発生している。上記可動誤検出は、焦電センサ自体が動くことにより、温度むらを人と誤検出することが原因となっている。

【0013】

前記非検出は、検出範囲内の温度と検出対象の温度差が小さい場合に発生しやすいことがわかった。上記温度差が小さくなる場合の例として、夏場や冬場などの季節的な条件、エアコンなどによる空気対流の条件、窓際に近いとか地下室であるといった設置環境条件などがある。

【0014】

上記誤検出を防ぐには、焦電型赤外線センサの感度を下げることが考えられる。しかし、焦電型赤外線センサの感度を下げると、非検出が発生する頻度が増大する。上記非検出を防ぐには、焦電型赤外線センサの感度を上げることが考えられる。しかし、焦電型赤外線センサの感度を上げると、誤検出が発生する頻度が増大する。このように、単に焦電型赤外線センサの感度を下げまたは上げるだけでは、相反する要因に基づく誤検出と非検出の問題を解決することはできない。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0015】

本発明は、誤検出が生じる場合と非検出が生じる場合の要因に着目し、これらの要因に対応した動作をすることにより、誤検出および非検出の発生を軽減することができる焦電型赤外線センサを提供することを目的とする

【課題を解決するための手段】

【0016】

本発明に係る焦電型赤外線センサは、
焦電センサと、
上記焦電センサの検出範囲の温度を測定する温度センサと、
上記温度センサによる温度検出信号から上記検出範囲の温度むらを検出する温度むら検出部と、
上記温度むら検出部で検出される上記温度むらが大きい場合は上記焦電センサの検出感度を下げる感度調整部と、を備え、
上記温度センサは、上記検出範囲の温度と上記温度センサの表面温度を測定し、
上記温度むら検出部は、上記検出範囲の温度と上記温度センサの表面温度との差を演算する演算部を有していることを最も主要な特徴とする。

【発明の効果】

【0017】

検出範囲の温度むらが大きい場合、検出対象が存在していないのに存在していると判断する誤検出を生じやすいが、焦電センサの検出感度を下げることによって、誤検出を軽減することができる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】本発明に係る焦電型赤外線センサの実施例を示す機能ブロック図である。

【図2】本発明に係る焦電型赤外線センサの実施例を示す正面図である。

【図3】上記実施例の平面図である。

【図4】図３中の線Ａ−Ａに沿う断面図である。

【図5】図３中の線Ｂ−Ｂに沿う断面図である。

【図6】上記実施例の底面図である。

【図7】検出対象がいない状態での温度むらと誤検出の関係を示すグラフである。

【図8】リセット機構の作動と感度自動補正との関係の一例を示すタイミングチャートである。

【図9】エアコンによる設定温度変化に対する熱電対式温度センサの追従性と温度むらとを示すグラフである。

【図10】上記実施例における温度センサの測定値とこの測定値から演算した温度むらとを示すグラフである。

【図11】上記実施例における設定感度と、誤検出時間と温度むらの関係、および静止対象物限界検出回数を示すグラフである。

【図12】温度むらの大小の様子を示す模式図である。

【図13】温度むらによる感度調整に加えて周辺温度に応じて感度を補正する例を示すグラフである。

【図14】上記実施例の全体的な動作を示すフローチャートである。

【図15】上記動作のうち感度補正動作の一例を示すフローチャートである。

【図16】上記動作のうちリセット動作を示すフローチャートである。

【図17】上記動作のうち感度補正動作の別の例を示すフローチャートである。

【図18】リセット機構の作動と感度自動補正との関係の別の例を示すタイミングチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0019】

以下、本発明に係る焦電型赤外線センサの実施例について図面を参照しながら説明する。

【実施例】

【0020】

［焦電型赤外線センサの物理的な構成例］
まず、図２乃至図６を参照しながら、焦電型赤外線センサの物理的な構成例について説明する。図２乃至図６において、符号１は焦電型赤外線センサを示す。焦電型赤外線センサ１は、平面形状四角形のハウジング２と、底板３で、必要な部品の収納空間を形成している。ハウジング２は、図５に示すように前端の下部が切除されて庇形になっている。底板３は、上記切除部に倣うように折れ曲がって形成され、上記切除部を含むハウジング２の底面に被せられている。

【0021】

ハウジング２内には、上記切除部の上方に焦電センサ５が検出方向を下に向けて配置されている。焦電センサ５はハウジング２内に固定された焦電センサ支持板４の下面に取り付けられている。底板３は、焦電センサ５に対向する部分が解放されて、図６に示すように窓孔１４が形成されている。この窓孔１４を通して、焦電センサ５が下方の検出対象を検出することができるようになっている。焦電センサ５は、前述のとおり、強誘電体の焦電効果を利用して、赤外線を発する対象物を検出することができるものである。

【0022】

窓孔１４の左右両側には、調整板１０が配置されている。各調整板１０は左右方向の位置を調整可能であり、調整した位置に、ねじ、プッシュリベットなどで固定することができる。各調整板１０を位置調整することにより、焦電センサ５による検出範囲を調整することができる。

【0023】

既に説明したように、焦電センサ５は、検出対象に動きがないと温度が安定し、センサを構成する強誘電体の自発分極に変化が生じていないため、検出対象を検出することができない。いわゆる「ロスト」状態になる。この「ロスト」を解消するために、リセット機構９が設けられている。

【0024】

リセット機構９は、赤外線を遮断することができる板状の部材であり、リセットモータ８によって回転駆動される。リセットモータ８は回転出力軸を垂直方向に向けて基板４の上面に固定されている。基板４を突き抜けた上記回転出力軸にリセット機構９が取り付けられている。リセットモータ８の駆動によってリセット機構９が水平面内において回転すると、前記窓孔１４を遮蔽し、焦電センサ５に向かう赤外線を遮断する。リセット機構９が原位置に復帰すると、焦電センサ５は検出対象から放射される赤外線を検出することができる。

【0025】

図４、図５に示すように、焦電センサ５とほぼ同じ高さ位置に温度センサ７が取り付けられている。温度センサ７は温度センサ基板６に取り付けられている。温度センサ７は、焦電センサ５による検出範囲の温度を測定することができる。温度センサ７はまた、温度センサ７自身の表面温度を測定することができる。焦電センサ５によって検出される温度データは、後で説明する温度むらの検出に供される。

【0026】

焦電センサ５の上方において、ＬＥＤ１２が配置されている。ＬＥＤ１２は所定に基板に実装され、発光部がハウジング２の前面に開けられた孔に嵌められている。ＬＥＤ１２は焦電型赤外線センサ１の動作状態を、点灯、消灯、点滅などによって表示することができる。

【0027】

本発明に係る焦電型赤外線センサは、例えば移動棚装置に取り付けて、移動棚間の作業通路内に人がいるかどうかを検出するエリアセンサとして利用することができる。このように、本発明に係る焦電型赤外線センサを移動棚とリンクさせる場合、例えば、移動棚のロック装置の作動状態、非作動状態を、ＬＥＤ１２の点灯、消灯、点滅などによって表示することができる。また、本発明に係る焦電型赤外線センサを監視カメラと連動させた場合、監視カメラの作動状態を、ＬＥＤ１２の点灯、消灯、点滅などによって表示することができる。

【0028】

［焦電型赤外線センサの実施例の制御系］
次に、上記焦電型赤外線センサの実施例の制御系について、図１を参照しながら説明する。図１において、焦電センサ制御部２０は、入出力装置として、焦電センサ５、温度センサ７、リセット機構９を有している。焦電センサ制御部２０は、特定の機能を果たす部分として以下の機能部を備えている。

【0029】

情報処理部２２：温度センサ７からの温度情報に基づいて温度むらを演算する演算部でもある。情報処理部２２は、各部の動作を制御する中枢部であり、焦電センサ５の検出範囲の温度むらに基づいて焦電センサ５の感度を調整する感度調整処理部でもある。焦電センサ５の感度を調整するといっても、直接的に焦電センサ５の感度を補正するものではなく、焦電センサ５の感度が調整されたかのようにソフト的に調整するものである。この点は後で詳細に説明する。

【0030】

外部信号入出力部２４：外部からの命令信号を受け入れ、また、外部へ制御信号などの出力信号を出力する。入出力信号のインターフェースとしての機能を有する。
焦電センサ検出部２６：焦電センサ５の出力信号を監視し、焦電センサ５の出力信号の変化から焦電センサ５が検出対象を検出したか否かを判断する部分である。上記情報処理部２２に含まれる上記感度調整処理部からの指示によって、焦電センサ検出部２６による検出感度が調整される。

【0031】

温度センサ情報検出部３０：温度センサ７から出力される信号から温度を検出する部分である。温度センサ７から出力される信号には、焦電センサ５の検出範囲の温度すなわち周辺温度に関わる信号Ｔａと、温度センサ７の表面温度に関わる信号Ｔｓがある。温度センサ情報検出部３０は、信号ＴａとＴｓから、検出範囲の温度と温度センサ７の表面温度を検出する。

【0032】

リセット機構命令部３２：焦電センサ制御部２０の各部からの信号により、いわゆる「ロスト」状態が生じた場合に、あるいは「ロスト」状態が生じる前に、リセット機構９を作動させる部分である。リセット機構９の作動により、焦電センサ５は再検出可能になる。

【0033】

計時部３４：クロック信号を計数することにより時間の経過を計測する部分である。焦電センサ５が一定の時間間隔で検出動作するのに必要な部分である。また、時間的な要素でいずれかの部分の動作を制御する場合などに必要な部分である。
焦電センサ制御部２０の各部は相互に連携している。

【0034】

［感度調整の説明］
本発明に係る焦電型赤外線センサの実施例による感度調整の基本思想について説明する。焦電センサは、一定の時間間隔で検出動作をし、所定時間内における検出回数が所定回数以上であれば、検出範囲内に赤外線を放射する検出対象が存在しているものと判断する。例えば、単位時間を５０ｍｓとし、この時間内に１５回以上検出すると検出対象が存在しているものと判断する、というように設定することにより、焦電センサの感度を設定することができる。上記時間内に１回でも検出すると検出対象が存在しているものと判断するように設定すると、最大感度に設定されたことになる。

【0035】

焦電センサ自体の感度は一定とし、静止人物を検出対象として、誤検出と非検出が発生しない上記単位時間内の検出回数を、実験を繰り返すことによって模索した。その結果、静止した人物を検出することができる限界の検出回数は１５回程度であることがわかった。

【0036】

そこで、限界検出回数である１５回をもって焦電センサの感度を設定したとする。
その場合、焦電センサの検出範囲に温度むらがあるときなどに発生しやすい誤検出は生じにくくなる。しかし、焦電センサの検出範囲の温度が人の体温に近い場合に発生する非検出を解消することができない。要するに、焦電センサの感度を、一定の検出回数、例えば上記限界検出回数に設定しても、誤検出も非検出も軽減することができない。

【0037】

図７は、温度むらによる誤検出を実験によって確認した結果を示す。横軸は温度むら（℃）、左縦軸は一定時間である５０ｍｓでの焦電センサの検出回数、右縦軸は誤検出時間（ｍｓ）である。線Ａは上記のように限界検出回数としての１５回を示す線である。線Ｂは、温度むらに対応する誤検出時間を示している。誤検出時間とは、検出範囲が無人であるにもかかわらず、人がいるものと検出している時間のことである。

【0038】

図７からわかるように、温度むらが０から３（℃）程度までの範囲と、３から５（℃）程度までの範囲で生じる誤検出時間が明らかに異なっている。温度むらが０から３（℃）程度までの範囲では検出回数が０であるのに対し、温度むらが３から５（℃）程度までの範囲では誤検出時間が、約４００ｍｓ以上７５０ｍｓ未満になっている。したがって、温度むらが３から５（℃）程度までの範囲であれば、上記のように検出回数を１５回（７５０ｍｓ）程度に設定することにより、誤検出を防止することができる。

【0039】

このように、焦電センサの見かけ上の感度を所定時間内における検出回数で表すものとする。上記感度を１５回以下に設定すると、焦電センサの見かけ上の感度は高くなる。上記感度を１回に設定すると、最大感度に設定されることになる。しかし、感度を１５回以下に設定して感度を高くすると、誤検出が生じやすくなる。そこで、リセット機構が動作したときのように誤検出が生じやすい動作状況では設定感度を低く設定し、検出範囲内の検出対象の検出動作時には設定感度を高める、というように、動作状況に応じて感度を可変する仕組みにするとよい。

【0040】

焦電センサが誤検出しやすい状況は、検出範囲内での温度むらがあること、すなわち場所によって温度差があることである。図１２は、検出範囲内での温度むらが小さい場合と大きい場合の例を模式的に示している。図１２の左側に示すように、焦電センサの検出範囲内にエアコンや窓あるいは扉がない場合は検出範囲内の温度は全体的にほぼ同じの温度で、温度むらは小さい。

【0041】

図１２の右側に示すように、焦電センサの検出範囲内にエアコンや窓あるいは扉があると、検出範囲内の温度は場所によって異なり、温度むらは大きい。特に、冬季においてエアコンが暖房モードで運転されていると、エアコンから吹き出される空気の温度と、窓や扉の傍の温度は大きく異なり、温度むらが大きい。加えて、エアコンから吹き出される温度の高い空気が検出範囲内を流れる。そのため、焦電センサは周辺温度よりも高い温度の空気の流れにより、検出範囲内を人が移動した場合と同様に検出動作し、検出範囲内に人がいないにも関わらず人がいるものと誤検出する。このように、検出範囲内の温度むらが大きい場合は誤検出が生じやすい。

【0042】

そこで、図１に示す例では、検出範囲内の温度むらの大小に応じて焦電センサの感度を調整し、誤検出や非検出の低減を図っている。図１において、温度センサ７は、焦電センサ５の検出範囲の温度に関する信号Ｔａと温度センサ７の表面温度に関する信号Ｔｓを検出する。温度センサ情報検出部３０は、上記信号Ｔａと信号Ｔｓから、焦電センサ５の検出範囲の温度と、温度センサ７の表面温度を求める。演算部を含む情報処理部２２で、上記検出範囲の温度と温度センサ７の表面温度の差の絶対値すなわち温度むらを演算により求める。

【0043】

しかしながら、上記温度むらを正確に測定するには工夫が必要である。図９は、エアコンによる設定温度変化に対する市販の熱電対式温度センサの追従性と温度むらとの関係を示す。横軸は時間（分）、左縦軸は温度むら（℃）、右縦軸は温度（℃）である。時間軸において、０〜８分をエアコンの設定温度３０℃、８〜１８分をエアコンの設定温度１５℃、１８分以降は再びエアコンの設定温度３０℃とした。グラフＤは実際の温度むら、グラフＥは熱電対式温度センサによる検出値の変化を示している。

【0044】

実際の温度むらを示すグラフＤは、ピンポイントで物体から放射される赤外線や可視光線の強度を測定するセンサである放射式温度センサを用いて測定したデータから得たものである。熱電対式温度センサの設置位置と同じ位置に放射式温度センサを設置し、それぞれの設置位置における温度と、焦電センサ５自体が測定したその表面温度との差を実際の温度むらとしている。

【0045】

図９に示すグラフＤおよびＥからわかるように、実際の温度むらはエアコンによる急激な温度変化に対応して変化している。これに対して市販の熱電対式温度センサによる検出信号は、実際の温度むらに対する追従性が悪く、熱電対式温度センサは温度むら検出用の温度センサとして不適であることがわかった。

【0046】

そこで、本発明に係る焦電型赤外線センサの温度センサとして、赤外線サーモパイルセンサを用いた。赤外線サーモパイルセンサは、対象物とは非接触で対象物の温度を測定することができるセンサである。赤外線サーモパイルセンサは、サーモパイルを使用し、対象物から放射される赤外線エネルギーを吸収し、それに対応したサーモパイル電圧の変化により対象物の温度を計測する。赤外線サーモパイルセンサは、それ自身の表面温度と周辺温度すなわち上記検出範囲の温度を同時に検出することができる。

【0047】

図１０は、前記温度センサ７として赤外線サーモパイルセンサを使用して性能を確認した結果を示している。赤外線サーモパイルセンサから出力されるそれ自身の表面温度および周辺温度信号から温度むらを演算した。温度センサを除けば、測定条件は図９の場合と同じである。グラフＤは、図９のグラフＤと同じで、実際の温度むらを示している。グラフＥ１は、温度センサとして赤外線サーモパイルセンサを使用して測定し演算して得た温度むらを示しており、図９のグラフＥに対応するものである。グラフＴｓは、赤外線サーモパイルセンサによって測定されたそれ自身の表面温度を示す。グラフＴａは、赤外線サーモパイルセンサによって測定された周辺温度を示す。温度むらを示すグラフＥ１は、上記表面温度Ｔｓと周辺温度Ｔａの差の絶対値である。

【0048】

図１０からわかるように、実際の温度むらを示すグラフＤと、赤外線サーモパイルセンサの出力信号に基づいて得られる温度むらを示すグラフＥ１はほぼ一致している。したがって、本発明に係る焦電型赤外線センサに、温度センサとして赤外線サーモパイルセンサを用いることは、温度の急激な変動に対する追従性がよく、温度むらの検出に有効である。そこで、本実施例においては温度センサとして赤外線サーモパイルセンサを用いた。以上のように、検出範囲内の温度むらをリアルタイムで計測することが可能になった。ただし、本発明に赤外線サーモパイルセンサを用いることは必須ではない。温度の急激な変動に対する追従性の良好な温度センサであれば、本発明に適用することができる。

【0049】

焦電センサは、対象物の温度と周辺温度の差が４℃以下になると、対象物が存在していてもそれを検出し難くなる。特に夏季に多く見られる現象である。温度センサとして上記赤外線サーモパイルセンサを用いると、赤外線サーモパイルセンサは、周辺部すなわち焦電センサの検出範囲に人などの検出対象がいると、検出対象の温度も含めて検出範囲の温度を測定する。また、赤外線サーモパイルセンサはそれ自身の表面温度も測定する。したがって、上記検出対象も含めた上記周辺温度と上記表面温度との差の絶対値として温度むらを検出することができ、誤検出が少なく、対象物を高い精度で検出することができる。

【0050】

［感度調整の具体的手段］
図１１は、上に述べたように、対象物を高い精度で検出することができる赤外線サーモパイルセンサを温度センサとして用いながら、温度むらの大小により焦電センサの感度を調整することによる効果を示す。感度補正の具体的手段は、前述のように、焦電センサが一定の時間間隔で検出動作をし、所定時間内における検出回数が所定回数以上であれば、検出対象が存在しているものと判断するものである。

【0051】

図１１は、図７のグラフに、設定感度を示すグラフＣを付加したものである。グラフＣは、温度むらに応じて、所定時間内における検出回数が何回であれば検出対象が存在するものと判断するかという、いわば閾値を示している。グラフＣの左端は温度むらがほとんどない、すなわち周辺温度と赤外線サーモパイルセンサの表面温度との差がほとんどないない場合であって、上記検出回数は「１」である。したがって、上記所定時間内に１回でも検出すると対象物が存在しているものと判断する。焦電センサの感度が見かけ上最大の感度に設定されている。温度むらが大きくなるにつれてグラフＣで示す検出回数は増える。検出回数が増えるにしたがって焦電センサの見かけ上の感度は低下する。

【0052】

図７に関して説明したように、温度むらが０から３．２（℃）程度までの範囲では、誤検出はほとんどない反面、非検出が生じやすい。しかし、図１１のグラフＣに示すように、温度むらが０から３．２（℃）程度までの範囲では、所定時間内での検出回数の閾値を、基準の検出回数である１５回よりも下げている。これは設定感度を上げていることを意味する。加えて、温度むらの程度によって上記閾値すなわち設定感度を変えている。こうすることにより温度むらが小さい場合であっても、前記非検出という不具合を低減できる。

【0053】

温度むらが３から５（℃）程度までといった大きな範囲では、前述のように誤検出が生じやすい。図１１にグラフＣで示す例では、温度むらが３から５（℃）程度までの範囲では、上記閾値を、基準の検出回数である１５回よりも上げている。これは設定感度を下げていることを意味する。加えて、温度むらの程度によって上記閾値すなわち設定感度を変えている。こうすることにより、温度むらが大きい場合に生じやすい誤検出を低減できる。

【0054】

［リセット動作と感度調整の関係］
焦電型赤外センサは、検出対象が存在していても、検出対象が一定時間静止していれば非検出すなわち前記「ロスト」状態になる不具合を生ずる。図２乃至図６に示す例では、ロスト状態を解消するリセット機構９を備えている。リセット機構９はリセットモータ８に駆動されて回転し、前記窓孔１４を開閉して焦電センサ５が検出動作可能な状態にリセットする。このリセット動作後の焦電センサ５は動作が不安定で、誤検出が生じやすい。この誤検出は、リセット機構９が作動した後の検出範囲内の温度むらを温度センサ７が検出することにより発生ものと考えられる。

【0055】

図８は、上側に上記リセット機構９の動作状態を、下側に焦電センサ５の感度状態を、タイミングを合わせて示している。いずれも、通常の動作状態から、リセット機構９の動作、焦電センサ５の感度調整を経て、通常の動作状態に戻る一連の動作を示している。通常の動作では、焦電センサ５の感度は最大感度に設定されている。具体的には、５０ｍｓの時間内に１回でも検出対象が検出されれば検出対象が存在しているものと判断するようにして、非検出を回避するように設定されている。

【0056】

図８に示す例では、通常の動作からリセット機構９の動作が始まると、リセット機構９の開から閉への動作時間、リセット機構９による遮蔽中の時間、リセット機構９の閉から開への動作時間を要する。したがって、リセット機構９の一連の動作にある程度の時間を要し、このリセット動作に要する時間は、焦電センサ５による検出は無視される。

【0057】

リセット機構９の動作後所定時間、焦電センサ５の感度を温度むらに応じて調整あるいは補正し、その後通常の動作に戻る。焦電センサ５の感度調整は、上に述べたとおりで、例えば、５０ｍｓの時間内において、焦電センサ５が検出対象を検出する回数の閾値を、温度むらに応じて変えることによって行う。感度調整後の通常の動作では、焦電センサ５の感度は最大感度に設定される。

【0058】

温度むらに対応した焦電センサ５の感度設定は、検出範囲の温度と温度センサの表面温度との関係に基づいて焦電センサ５の感度を予め数値で設定したテーブルを利用した計算式を利用するとよい。上記数値は、焦電センサ５が検出対象を検出する回数の閾値に該当する。

【0059】

上記計算式は、図１における情報処理部２２に保存されていて、情報処理部２２は、演算された温度むらに基づいて上記計算式で計算された設定感度を読み出す。読み出された設定感度は、焦電センサ検出部２６に供される。焦電センサ検出部２６は、焦電センサ５による検出回数の閾値を上記設定感度に対応して設定する。

【0060】

［焦電センサの感度自動補正］
温度むらによる焦電センサの感度調整に関しては以上述べた通りで、感度を調整することにより、温度むらが大きい場合の誤検出、温度むらが小さい場合の非検出を低減できる。焦電センサの誤検出、非検出をさらに低減するために、上記感度調整に加えて、周辺温度の高低に応じて焦電センサの感度を補正するとなおよい。夏季のように周辺温度が高い時期には人体などの検出対象の温度と周辺温度との差が小さいため、未検出が生じやすくなる。冬季は逆である。そこで、周辺温度が高い場合は焦電センサの感度を高めに補正し、周辺温度が低い場合は焦電センサの感度を低めに補正するとよい。

【0061】

図１３は、焦電センサの感度調整に加えて、上記周辺温度に応じて感度補正を行う場合の例を示す。本実施例では、前述のように、所定時間内において、焦電センサが検出対象を検出する回数の閾値によって焦電センサの感度を調整している。図１３の縦軸の「焦電センサ検知感度付与値」とは、上記閾値のことであって、前述の例に合わせて、所定の時間である５０ｍｓ内に焦電センサが検出する回数を示している。横軸は温度むらすなわち温度センサの表面温度と環境温度の差の絶対値を示している。グラフＦは基準温度１０℃での感度補正曲線、グラフＧは基準温度２０℃での感度補正曲線、グラフＨは基準温度３０℃での感度補正曲線である。上記グラフは、実際には環境温度によって無数に存在し、随時環境温度に応じた最適な感度補正曲線を描くようになっている。

【0062】

図１３から明らかなように、基準温度が高い場合は、基準温度が低い場合よりも感度付与値が全体的に小さくなっている。基準温度が高い場合とは、夏季のように周辺温度が高い場合であって、検出対象である人体の体温との差が小さく非検出になりやすい。この例のように、基準温度が高い場合に焦電センサの感度を高めると、非検出を低減することができる。これらのことから、周辺温度と温度むらの状況に対応したものを上記計算式に反映させ、環境温度と温度むらに最適な感度になるように随時調整するとよい。

【0063】

［実施例の動作］
ここまで説明してきた実施例の動作について、図１４乃至図１７に示すフローチャートを参照しながら説明する。動作ステップをＳ１，Ｓ２，・・・のように表している。

【0064】

図１４は、本実施例全体の動作を概略的に示している。図１４においてステップＳ１は、焦電センサが通常の検出状態にあることを示している。ステップＳ２では、リセット動作信号が入ったかどうかを判断する。この判断ステップＳ２は、図１に示すリセット機構命令部３２が情報処理部２２からの演算結果に基づいて実行される。リセット動作信号が入るとリセット機構命令部３２がリセット機構９にリセット動作命令を送りリセット動作を行う（Ｓ３）。リセット動作については、後でより詳細に説明する。

【0065】

リセット動作（Ｓ３）の後、感度調整動作を行う（Ｓ４）。感度調整動作についても、後でより詳細に説明する。感度調整動作（Ｓ４）の後、一定時間の経過を待ち（Ｓ５）、焦電センサを通常の検出状態に復帰させて（Ｓ６）、一連の動作を終わる。上記一定時間の経過とは、図８について説明した感度調整動作後において、一定時間が経過することである。

【0066】

上記感度調整動作の詳細を図１５に示す。感度調整動作では、まず図１に示す温度センサ７によりその表面温度と環境温度を計測する（Ｓ１１）。環境温度とは、周辺温度のことでありまた焦電センサの検出範囲の温度である。上記表面温度と環境温度の情報は図１に示す温度センサ情報検出部３０で検出され、情報処理部２２で表面温度と環境温度の差の絶対値が演算される（Ｓ１２）。表面温度と環境温度の差の絶対値は温度むらであり、この温度むら情報と環境温度情報が感度調整処理ステップ（Ｓ１３）に供される。

【0067】

感度調整処理ステップ（Ｓ１３）では、前述のテーブルを用いて、上記表面温度と環境温度の差の絶対値から焦電センサの感度調整値を求め、さらに環境温度に応じて、図１３について説明したように感度補正値を演算する。この演算結果を焦電センサ５の感度として設定し、設定した感度で焦電センサ５を動作させる。前記情報処理部２２は、焦電センサ５の感度が正しく補正されているかどうかを監視し（Ｓ１４）、正しく補正されていなければステップＳ１１に戻る。正しく補正されていれば、その感度で焦電センサ５を動作させる（Ｓ１５）。

【0068】

図１６は、図１４に示すリセット動作（Ｓ３）の具体例を示す。リセット動作では、まずリセット機構命令部３２からリセット機構９に向けてリセット動作指令信号が出力されるのを待つ（Ｓ２１）。リセット動作指令信号が出力されると、リセット動作を行うため、焦電センサ５の検出動作を無視する（Ｓ２２）。この状態でリセット機構９を作動させてリセット動作を開始し（Ｓ２３）、リセット機構９が所定のリセット動作を完了することによってリセットを完了する。上記焦電センサ５の検出動作無視は、図８に示すように、リセット動作区間内において行われ、リセット動作終了とともに上記検出動作無視も終了する。

【0069】

図１７は、感度調整動作の別の例を示す。この感度調整動作では、まず温度センサ７によりその表面温度と環境温度すなわち周辺温度を計測する（Ｓ３１）。上記表面温度と環境温度の情報は温度センサ情報検出部３０で検出され、情報処理部２２で表面温度と環境温度の差の絶対値が演算される（Ｓ３２）。表面温度と環境温度の差すなわち温度むらの情報と、温度計測ステップ（Ｓ３１）で得られた環境温度情報が感度調整処理ステップ（Ｓ３３）に供される。

【0070】

ここまでは図１５に示す動作のフローのステップＳ１３までと同じで、感度調整処理ステップ（Ｓ３３）では焦電センサの感度調整値を求め、さらに感度補正値を演算する。この演算結果を適用して焦電センサ５の感度を設定する。図１７に示す感度調整動作の例が図１５に示す感度調整動作の例と異なるのは、図１５におけるステップＳ１５に相当する動作ステップがない点である。したがって、図１７に示す動作フローでは、感度補正処理ステップ（Ｓ３３）で求めた感度調整値を焦電センサの制御（Ｓ３４）に直ちに適用する。

【0071】

リセット機構９によるリセット動作中は焦電センサによる検出動作が不安定であることから、図８に示すように、リセット機構９によるリセット動作中は焦電センサ５の検出動作を無視する。しかし、焦電センサ５を設置している環境の赤外線放射率の違いによって、リセット動作後も環境温度を適正に計測することができず、誤検出、非検出の発生確率が上昇した。ちなみに、各種素材による赤外線放射率は以下のとおりである。
布系：０．７５ 紙：０．９２ 人体：０．９７
コンクリート：０．９２〜０．９５ 鉄：０．８５

【0072】

図１８に示す動作例では、リセット機構９によるリセット動作終了後も一定時間だけ待機時間をおき、この待機時間中も上記リセット動作区間として扱い、焦電センサ５の感度調整動作も行わない。そして、上記一定の待機時間が終了することによって焦電センサ５による検出無視を解除し、その後一定時間だけ焦電センサ５の感度調整部が動作するようになっている。この感度調整部によって調整された感度により焦電センサ５が検出動作する。このように、リセット動作終了後も一定時間だけ待機時間をおくことにより、環境の赤外線放射率の違いによる、リセット動作後の誤検出、非検出の発生を低減することができる。

【0073】

以上説明した本発明に係る焦電型赤外線センサの実施例によれば、検出範囲の温度むらの大小によって焦電センサの検出感度を調整するようにしたため、温度むらが小さい場合は検出感度を上げて非検出を低減できる。温度むらが大きい場合は検出感度を下げて誤検出を低減できる。

【0074】

また、検出範囲の温度の大小に応じて上記検出感度を補正することにより、非検出、誤検出をさらに低減することができる。

【0075】

いわゆるロスト状態をリセットするリセット機構を備えている場合、リセット機構の動作中は焦電センサの検知動作を無視することにより、リセット機構の動作による非検出、誤検出を解消できる。

【0076】

焦電センサの感度調整は、リセット機構の動作後限られた時間内においてのみ行い、リセット機構が動作しない通常時は焦電センサの感度を最大にするとよい。こうすれば、非検出がさらに低減される利点がある。

【産業上の利用可能性】

【0077】

本発明に係る焦電型赤外線センサが適用される設備、機器ないしは装置は特に限定されるものではない。本発明に係る焦電型赤外線センサを適用するのに適した装置の例として移動棚がある。移動棚は、これを複数台、収束および離散可能に配置し、必要な移動棚間にのみ作業通路を形成することにより、空間を有効利用できるものである。上記作業通路に人が入っている場合、作業通路に面する移動棚は移動できないようにロックされていることが望ましい。そこで、移動棚に焦電型赤外線センサを取り付け、上記作業通路空間を焦電型赤外線センサの検出範囲とし、検出範囲内に人がいるとこれを上記センサが検出し、上記作業通路に面する移動棚を自動的にロックする構成にするとよい。

【符号の説明】

【0078】

１ 焦電型赤外線センサ
２ ハウジング
４ 基板
５ 焦電センサ
６ 温度センサ基板
７ 温度センサ
８ リセットモータ
９ リセット機構
１０ 調整板
１２ ＬＥＤ

【要約】

【課題】誤検出および非検出の発生を軽減することができる焦電型赤外線センサを得る。
【解決手段】焦電センサ５と、焦電センサ５の検出範囲の温度を測定する温度センサ７と、温度センサ７による温度検出信号から検出範囲の温度むらを検出する温度むら検出部と、温度むら検出部で検出される温度むらが大きい場合は焦電センサ７の検出感度を下げる感度調整部と、を備えている。温度センサ７は、上記検出範囲の温度と温度センサ７の表面温度を測定する。温度むら検出部は、上記検出範囲の温度と温度センサ７の表面温度との差を演算する演算部からなる。
【選択図】図１

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図11】

【図12】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図1】

【図10】

【図13】