JP4640447B2 - Infrared detector - Google Patents
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Description
本発明は、人体から輻射される赤外線エネルギを検出し、検知エリア内における人体の存在や移動を検出する赤外線検出装置に関するものである。 The present invention relates to an infrared detector that detects infrared energy radiated from a human body and detects the presence and movement of a human body in a detection area.
図6に従来の赤外線検出装置のブロック図を示す。赤外線の検出には焦電素子1が広く利用されており、その焦電素子1からは赤外線の輻射の変化に応じた電流が出力され、その電流を電流電圧変換回路2で電圧に変換した後に増幅部25で増幅し、比較部26においてその出力を予め設定されたしきい値と比較してしきい値を超えたときに人体が存在又は移動したとして検知信号を出力するようになっている。
FIG. 6 shows a block diagram of a conventional infrared detector. The
なお、回路全体の利得に対する周波数特性は、人体の動きに近い周波数成分(例えば1Hzを中心とする成分)に合わせて、大凡1Hzを中心としたバンドパスフィルタを構成して人体に対する検出感度を上げると共に、他の信号に対する誤動作を抑えるようになっている。
ところが、焦電素子1からはポプコンノイズと呼ばれる単発性のノイズが生じることがあり、このポプコンノイズによって人体が誤検出される虞があった。ポプコンノイズは、焦電素子1や焦電素子1を支持する支持台、支持台を接着する接着剤や上記回路を構成する回路部品が実装された回路基板等の熱膨張率の違いにより、焦電素子材料に存在する欠陥やマイクロクラック部等に圧縮・引っ張りのストレスが集中し、不要な電荷が発生するために起こると考えられている。
However, the
そこで、従来はこのポプコンノイズに対して支持台や回路基板あるいは導電性接着剤等の材料の最適化を図ることや、焦電素子1の構造、形状を変えることでポプコンノイズの発生を低減しようとしていた。しかしながらこのような対処では完全にポプコンノイズの発生を抑えることはできず、ポプコンノイズに伴う誤動作が発生してしまうという問題を有していた。 Therefore, conventionally, optimizing materials such as a support base, a circuit board, or a conductive adhesive against the popcon noise, and reducing the generation of popcon noise by changing the structure and shape of the pyroelectric element 1 I was trying. However, such a countermeasure cannot completely suppress the generation of popcon noise, and has a problem that a malfunction due to popcon noise occurs.
また、衝撃や電気的なインパルスノイズに対しても誤動作が生じてしまうことがある。 In addition, malfunction may occur due to impact or electrical impulse noise.
本発明は上記問題に鑑みて為されたものであり、その目的とするところは、ポプコンノイズや外来の瞬時的な衝撃あるいは電気的インパルスノイズによる誤検出を防止した赤外線検出装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide an infrared detection device that prevents erroneous detection due to popcon noise, external instantaneous impact, or electrical impulse noise. is there.
請求項1の発明は、上記目的を達成するために、検知エリアに存在する人体から輻射される赤外線を受光する焦電素子と、焦電素子の出力電流を電圧信号に変換する電流電圧変換手段と、電流電圧変換手段から出力される電圧信号を周波数分析して検知エリア内の人体の存否や移動を検出する検出手段とを備え、検出手段は、1Hzを中心とし人体の動きに対応した第1の周波数帯域で電圧信号を増幅する第1の増幅回路と、第1の周波数帯域よりも高い数10Hz〜100Hz程度の第2の周波数帯域で電圧信号を増幅する第2の増幅回路と、第1の増幅回路で増幅された出力信号を所定のしきい値と比較する第1の比較回路と、第2の増幅回路で増幅された出力信号を所定のしきい値と比較する第2の比較回路と、第1の比較回路の比較結果に応じたパルス信号のパルス幅を識別する第1のパルス幅識別回路と、第2の比較回路の比較結果に応じたパルス信号のパルス幅を識別する第2のパルス幅識別回路と、第1及び第2のパルス幅識別部の識別結果に基づいて検知エリア内の人体の存否や移動を判断する判断部とを具備し、判断部は、第1のパルス幅識別回路で識別したパルス幅が所定値以下の場合にはポプコンノイズによるものと判断し、第1のパルス幅識別回路で識別したパルス幅が所定値以上の場合には人体の検出と判断するとともに、第1のパルス幅識別回路で識別したパルス幅が所定値以下の場合でも第2のパルス幅識別回路で識別したパルス幅がゼロのときには人体の検出と判断することを特徴とする。 In order to achieve the above object, a first aspect of the present invention is a pyroelectric element that receives infrared rays radiated from a human body existing in a detection area, and a current-voltage converter that converts an output current of the pyroelectric element into a voltage signal. And a detecting means for detecting the presence or absence or movement of a human body in the detection area by performing frequency analysis on the voltage signal output from the current-voltage converting means, and the detecting means is a first corresponding to the movement of the human body centered on 1 Hz. A first amplifier circuit that amplifies the voltage signal in one frequency band, a second amplifier circuit that amplifies the voltage signal in a second frequency band of about several tens to 100 Hz higher than the first frequency band, A first comparison circuit that compares the output signal amplified by one amplification circuit with a predetermined threshold value, and a second comparison that compares the output signal amplified by the second amplification circuit with a predetermined threshold value Comparison between the circuit and the first comparison circuit The first pulse width discrimination circuit for identifying a pulse width of the pulse signal corresponding to the result, a second pulse width discrimination circuit for identifying a pulse width of the pulse signal according to the comparison result of the second comparison circuit, the And a determination unit that determines the presence or absence or movement of a human body in the detection area based on the identification results of the first and second pulse width identification units, and the determination unit recognizes the pulse width identified by the first pulse width identification circuit. Is less than a predetermined value, it is determined to be due to popcon noise, and if the pulse width identified by the first pulse width identification circuit is greater than or equal to the predetermined value, it is determined that a human body is detected, and the first pulse width identification Even when the pulse width identified by the circuit is equal to or smaller than a predetermined value, it is determined that the human body is detected when the pulse width identified by the second pulse width identification circuit is zero.
請求項1の発明によれば、電圧信号を周波数分析して電圧信号に含まれる人体の動きに対応した周波数成分によって人体の存否や移動を検出することにより、ポプコンノイズや外来の瞬時的な衝撃あるいは電気的インパルスノイズに対応した電圧信号の周波数成分による誤検出を防止することができ、人体の存否や移動を精度良く検出することが可能となる。 According to the first aspect of the present invention, the frequency of the voltage signal is analyzed, and the presence or movement of the human body is detected by the frequency component corresponding to the movement of the human body included in the voltage signal, so that popcon noise or instantaneous external shock is detected. Alternatively, it is possible to prevent erroneous detection due to the frequency component of the voltage signal corresponding to the electrical impulse noise, and it is possible to accurately detect the presence / absence and movement of the human body.
以下、本発明を実施形態により詳細に説明する。但し、本発明の実施形態の説明を行う前に本発明の基本的な概念について説明しておく。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail. However, the basic concept of the present invention will be described before the embodiments of the present invention are described.
図2は検知エリア内に存在する人体からの赤外線に対する焦電素子1の電流出力の周波数スペクトルを示し、図3は焦電素子1の電流出力に含まれるポプコンノイズの周波数スペクトルを示している。図2から明らかなように、人体からの赤外線に対する電流出力の周波数スペクトルは人体の動きに対応した周波数(略1Hz)近傍の低域側に集中し、しかも検知エリア内での人体の動き(あるいは移動)によって比較的に長い時間連続している。それに対してポプコンノイズの周波数スペクトルは、図3に示すように上記1Hz程度から数100Hz以上の高域まで含んでおり、しかも短時間だけ出力される。なお、図示はしていないが、ポプコンノイズ以外の衝撃や電気的なインパルスノイズ等の外来ノイズも低域から高域までの周波数成分を含み、短時間だけ出力される。
FIG. 2 shows a frequency spectrum of the current output of the
従って、焦電素子1の電流出力を周波数分析し、人体の動きに対応した周波数成分のみに着目して適当な信号処理を行えば、ポプコンノイズ等に影響されることなく人体を精度良く検出することができる。よって、このような基本的概念に基づいて人体を検出する構成を実施形態により説明する。
Therefore, if the current output of the
本実施形態においては、ドーム型に形成されるとともにその球面状の表面が例えば多分割されて複数個のフレネルレンズが連設された所謂フレネルレンズアレーから成る多分割受光レンズによって赤外線を焦電素子1に集光している。これにより、図4に示すように検知エリアを複数の検知エリアM…に分割し、人体Hの動きによる焦電素子1の電流出力変化が顕著に現れるようにしてある。
In the present embodiment, the pyroelectric element is formed by a multi-divided light receiving lens formed of a so-called Fresnel lens array, which is formed in a dome shape and whose spherical surface is divided into, for example, a plurality of Fresnel lenses. 1 is condensed. Thereby, as shown in FIG. 4, the detection area is divided into a plurality of detection areas M... So that the current output change of the
図1は本実施形態のブロック図を示しており、焦電素子1からの出力電流を電流電圧変換部2にて電圧信号に変換し、この電圧信号を増幅部5で増幅して比較部14に入力している。増幅部5は、1Hzを中心とする第1の周波数帯域で電圧信号を増幅する第1の増幅回路5aと、第1の周波数帯域よりも高く数10Hz〜100Hz程度の第2の周波数帯域で電圧信号を増幅する第2の増幅回路5bとで構成される。
FIG. 1 shows a block diagram of the present embodiment, in which an output current from the
比較部14は、増幅部5の第1の増幅回路5aから出力される電圧信号を所定のしきい値Vr3と比較する第1の比較回路14aと、第2の増幅回路5bから出力される電圧信号を所定のしきい値Vr4と比較する第2の比較回路14bとを具備する。また、比較部14の後段にはパルス幅識別部19が設けられている。このパルス幅識別部19は、第1の比較回路14aの出力信号のパルス幅を識別する第1のパルス幅識別回路19aと、第2の比較回路14bの出力信号のパルス幅を識別する第2のパルス幅識別回路19bとを具備する。そして、判断部20ではパルス幅識別部19の2つの出力信号に基づいて人体の検出か否かを判断している。
The
図5は増幅部5及び比較部14の各回路の出力波形を示している。すなわち、人体に対応した電圧信号の周波数成分は数10Hz以下の低周波域にあるから、同図(a)に示すように第1の増幅回路5aからは大きなレベルの電圧信号が出力されるが、同図(b)に示すように第2の増幅回路5bからは非常に小さなレベルの電圧信号しか出力されない。また、ポプコンノイズ等に対応した電圧信号の周波数成分は数100Hzといった高い周波数域まで含まれるため、同図(e)及び(f)に示すように第1及び第2の増幅回路5a、5bの両方ともから大きいレベルの電圧信号が出力される。
FIG. 5 shows output waveforms of the circuits of the
ここで、第1及び第2の比較回路14a,14bからは、ポプコンノイズ等に対応する電圧信号に対しては比較的幅の狭いパルス信号が単発で出力されるのに対し、人体に対応する電圧信号に対しては、背景と人体との温度差が大きい場合には焦電素子1の電流出力が大きくなって上記パルス信号のパルス幅は広くなるが、上記温度差が小さい場合には焦電素子1の電流出力が小さくなって上記パルス信号のパルス幅が狭くなる。この場合、1Hzを中心とする第1の周波数帯域の電圧信号のみでは、ポプコンノイズ等に対応する電圧信号と人体に対応する電圧信号との判別が難しくなってしまう。
Here, the first and
これに対して本実施形態では、第2の比較回路14bの出力信号がポプコンノイズ等に対応した電圧信号に対しては確実に出力されるのに対して、人体に対応した電圧信号に対しては第2の増幅回路5bの出力電圧が非常に小さくなるために第2の比較回路14bから出力されなくなる。
On the other hand, in the present embodiment, the output signal of the
従って、判断部20においては、第1のパルス幅識別回路19aで識別したパルス幅が所定値以下の場合にはポプコンノイズ等によるものと判断し、上記パルス幅が所定値以上の場合には人体の検出と判断するとともに、パルス幅が所定値以下の場合でも第2のパルス幅識別回路19bで識別したパルス幅がゼロ、すなわち第2の比較回路14bからの出力がないときには人体の検出と判断するようにしている。これにより、1Hzを中心とする第1の周波数帯域の電圧信号のみで判断する場合と比較して更に精度良く人体を検出することができる。
Therefore, the
1 焦電素子
2 電流電圧変換部
5 増幅部
5a 第1の増幅回路
5b 第2の増幅回路
14 比較部
14a 第1の比較回路
14b 第2の比較回路
19 パルス幅識別回路
19a 第1のパルス幅識別回路
19b 第2のパルス幅識別回路
20 判断部
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