JPH0275916A - 赤外線検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、例えば、分割レンズや分割ミラー等の光学系
と組み合わすことにより、この光学系の視野角により設
定される所定の検知エリア内における人体の存在の有無
を非接触で検出して自動ドアーの開閉や防犯警報装置の
作動を制御する赤外線式移動人体検出装置を構成できる
赤外線検出装置に関するものである。

〈従来の技術〉 移動する人体の所定の検知エリアへの進入または検知エ
リアからの退出を検出して防犯警報装置や自動ドアーの
作動等を制御するための起動用スイッチに利用される移
動人体検出装置としては種々のものが実用化されている
。現在多用されている非接触型のものとしては、背景と
移動人体との温度差に基づく放射赤外線光束の変動を利
用する赤外線受動型のパッシブインフラレッド方式のも
のが主流をなしている。この移動人体検出装置は、光学
系の視野角により設定された所定の検知エリアからの放
射エネルギーを、ミラーまたはレンズの光学系により赤
外線検出器に集光し、赤外線検出器において、これの焦
電素子が光学フィルタを介して入射された赤外線光束の
変化を電気信号に変換し、この電気信号を増幅した後に
、この増幅信号が検出レベル以上であるか否かを判別し
、検出レベル以上である場合に人体検出信号を出力する
ようになっている。

そして、前述の移動人体検出装置に用いられる赤外線検
出器としては、極性の異なる２種の焦電素子を差動接続
したツインタイプセンサーまたはデュアルタイプセンサ
ーと称せられる差動型のものが一般に用いられている。

この差動型赤外線検出器は、外乱光等の外部要因による
雑音を一対の焦電素子でキャンセルし合って除去できる
ものである。即ち、移動する人体に対しては一対の焦電
素子による各検出信号が成る時間差をもって出力される
のに対し、太陽光の照射のように外部要因による物理的
変化は両焦電素子に同時に且つ同等に加わるので、これ
ら各焦電素子からはそれぞれ同時に信号出力され、しか
も差動接続しているので極性が互いに逆で且つ同じ大き
さの電圧が発生して互いに打ち消し合うことになり、検
出器としての出力は生じない。さらに、この焦電素子の
光入射面側の光入射窓には、６〜１４μｍの波長の光の
みを透過させる光学フィルタが配設されており、この光
学フィルタにより外乱光を除去して赤外線のみを透過さ
せるようになっている。

〈発明が解決しようとする課題〉 前記赤外線検出器は、一対の焦電素子によるキャンセル
効果と、赤外線のみを透過させて可視光を除去する光学
フィルタとにより、焦電素子自体が本質的にもっている
雑音の他の外部要因による雑音（例えば、放電灯や白熱
灯等の照明光或いは自動車のヘッドライトによる外乱光
によるもの）の影響を除去できる筈である。ところが、
現実には外部要因によって誤動作してしまう。例えば、
防犯警報装置においては巡回警備員の照明灯や走行車両
のヘッドライト等によって警報を発してしまう。このよ
うな欠点の解消を図ったものして、例えば、実開昭６３
−１４１３０号の赤外線検出器が提案されており、これ
は、逆直列に接続される一対の受光電極間の視野角のず
れを、５〜１０”の範囲に設定することにより、一対の
受光電極に対する外乱光の照射を均等化し、外乱光に対
するキャンセル効果の向上を図ったものである。然し乍
ら、このような視野角のずれを小さくした構成では、前
述の移動人体検出装置に適用した場合に所要の検知能力
を得ることができず、また、単一の焦電素子しか有しな
いタイプのものには適用できないものである。然も、こ
のような構成の赤外線検出器においても、光学系と組み
合わせた場合には、外乱光が直接照射されたような時に
誤出力してしまう。

本発明者らはこのような誤動作発生の原因について探究
した結果、その原因が判明した。即ち、赤外線検出器の
メーカーでは、この赤外線検出器を光学系と組み合わせ
てその性能をテストするようなことがなく、このように
赤外線検出器に光学系を介することなく外乱光を直接照
射した場合には、赤外線検出器の光学フィルタが赤外線
以外の可視光等を散乱させて透過させないことにより誤
動作することがない。従って、前述の誤動作は、移動人
体検出装置等を構成するに際し赤外線検出器に光学系を
組み合わせることに起因して発生していることに着目し
た結果、以下のことが判明した。つまり、光学系により
赤外線光束を焦電素子に合焦するよう集光しているため
に、光学フィルタへの入射光のエネルギーは比較的高く
、この光学フィルタを透過せず且つ反射もしないで光学
フィルタに吸収される光の高いエネルギーによって光学
フィルタが発熱し、この光学フィルタの発熱部分から一
対の焦電素子に対して二次的熱放射が生じる。

ここで、光学フィルタの素材として用いられるシリコン
等の材料が高価であるために、光学フィルタの面積を可
及的に小さくし且つ視野角を広くするためと、検知器全
体をコンパクトに構成するためとの目的で、光学フィル
タを焦電素子にできるだけ近接させて配置しており、前
述の実開昭６３−１４１３０号に１．５鶴と図示されて
いるように、一般には０．５〜１．５鶴程度に設定され
ている。この距離によって、第５図の１点鎖線で示すよ
うに光学フィルタ１の発熱部１ａから各焦電素子２ａ、
２ｂへの拡がり角度θ′５．θ′２がかなり異なること
となり、両焦電素子２ａ、　　２ｂのそれぞれの受光量
に差が生じてキャンセル効果が作用せず、結果として人
体検出信号が誤出力されてしまう。単一の焦電素子しか
有しない赤外線検出器においても、光学フィルタの二次
的熱放射エネルギーに焦電素子が反応して誤動作してし
まう。

本発明は、このような従来の問題点に鑑みなされたもの
で、光学系と組み合わせた場合においても外乱光等の外
部要因による雑音に対し誤出力することのない赤外線検
出装置を提供することを技術的課題とするものである。

〈課題を解決するための手段〉 本発明は、上記した課題を達成するための技術的手段と
して、赤外線検出装置を以下のように構成した。即ち、
赤外線のみを透過させる光学フィルタと、この光学フィ
ルタを介して入射する赤外線光束をその変動量に応じた
電気信号に変換する赤外線検出素子とを備えてなる赤外
線検出装置において、前記光学フィルタのフィルタ面と
前記赤外線検出素子との距離を、該光学フィルタの任意
の１点から該赤外線検出素子を見る立体角が１／８πス
テラジアン以下となるようにしたことを特徴として構成
されている。

また、前記光学フィルタのフィルタ面と前記赤外線検出
素子との距離を、２鶴以上とすることもできる。

く作用〉 この赤外線検出装置は、光学フィルタのフィルタ面と赤
外線検出素子との距離が、光学フィルタの任意の１点か
ら赤外線検出素子を見る立体角が１／８πステラジアン
以下に設定されており、赤外線検出素子の大きさに対応
して光学フィルタに対する距離が可変される。現在にお
いて一般的に用いられている１×２ｍのサイズの赤外線
検出素子（焦電素子）で’ｌｔｍの距離となり、既存の
検出器の当該距離が１．５ｍであるのに対し十分に長い
。従って、光学系と組み合わせて赤外線式移動人体検出
装置を構成した場合、光学フィルタは、既存の赤外線検
出器よりも赤外線検出素子から離間し且つ光学系に近接
することとなり、光学フィルタのフィルタ面における光
学系からの外乱光の照射面積が、既存の赤外線検出器の
光学フィルタにおける外乱光の照射面積に比較して広く
、それに対応して光の集光度合が低いために、広い照射
面積全体が熱せられて部分的な高い発熱は生じない。然
も、この光学フィルタの発熱部から一対の赤外線検出素
子にそれぞれ熱放射される拡がり角度は、各赤外線検出
素子への距離が比較的長いことによって各赤外線検出素
子対しそれぞれ略同じとなり、各赤外線検出素子のそれ
ぞれの出力には殆んど差が生じないことによって互いに
打ち消され、検出装置からの検出信号として出力される
ことはない。

また、実験の結果より、赤外線検出素子のサイズに拘わ
らず、光学フィルタのフィルタ面と赤外線検出素子との
距Ｍ（間隔）が少な（とも２ｆ１以上あれば、光学系と
組み合わせた場合の光学系の焦点距離とは無関係に一対
の赤外線検出素子の出力に差が生じないことが判明した
。

〈実施例〉 以下、本発明の好ましい実施例について図面を参照しな
がら詳説する。

第１図は赤外線式移動人体検出装置に適用した場合の本
発明の一実施例の縦断面を示し、それぞれの視野角によ
って設定された検知エリアＥ１〜Ｅ５、ｅｌ−ｅ５から
の放射赤外線が分割レンズからなる光学系Ｃで集光され
、この光学系Ｃから入射する赤外線光束をその変動量に
応じた電気信号に変換する一対の焦電素子からなる赤外
線検出素子２ａ、２ｂが、それぞれ導電性接着剤３によ
り個別の導電性支持台４により取り付けられ、各赤外線
検出素子２ａ、２ｂの光入射面は表面電極５で被覆され
ている。両赤外線検出素子２ａ、２ｂは、第２図に示す
ように互いに差動接続されているとともに、電界効果ト
ランジスタ６に接続されている。これら各赤外線検出素
子２ａ、２ｂおよび電界効果トランジスタ６を被包する
外体ケース７の光入射面が開口され、この開口部７ａに
光学フィルタ８が配設されて光入射窓が形設されている
。また、光学フィルタ８は、シリコンからなる主体の一
面に無反射コーテイング面が形成され、且つ他面に多層
薄膜コーティングによる透過波長が６〜１４μｍのワイ
ドバンドのフィルタ面が形成されている。この構成自体
は既存の赤外線検出器と略同様であるが、異なる点は、
光学フィルタ８を、これのフィルタ面と一対の赤外線検
出素子２ａ、２ｂとの距離りが、光学フィルタ８の任意
の１点から赤外線検出素子２ａ、　　２ｂを見る立体角
が１／８πステラジアン以下、または２鶴以上になるよ
う位置させた構成にある。

第２図は第１図の電気回路図で、差動接続された一対の
赤外線検出素子２ａ、２ｂにおいて入射赤外線光束によ
り発生する電荷が、高抵抗値の入力抵抗Ｒ１を介して放
電され、且つ電界効果トランジスタ５によりインピーダ
ンス変換され、直流電源子Ｂに電界効果トランジスタ５
を介して直列接続された２個の増幅用抵抗Ｒ２，Ｒ３を
通じて増幅した信号を取り出すソース・フォロワ構成に
なっている。

次に、前記実施例の作用について、第３図乃至第６図を
参照しながら詳細に説明する。照明灯等の外乱光が光学
系Ｃにより集光されて光学フィルタ８に照射された場合
、光学フィルタ８が既存の赤外線検出器の光学フィルタ
１よりも光学系Ｃに近接していることにより、第３図に
比較のために１点鎖線で示すように、既存装置における
赤外線検出器の光学フィルタ１の外乱光による照射面積
Ｂに比しこの実施例による赤外線検出装置における光学
フィルタ８の照射面積Ａの方が蟲かに大きい、このこと
は、入射光の集光度合が小さいことと等価であり、広い
照射面積Ａ全体に均等に発熱が分散するために、光学フ
ィルタ８の単位当たりの熱量が少ないことから二次的熱
放射が少なくなることと、光学フィルタ８と赤外線検出
素子２ａ。

２ｂとの距離りが既存の赤外線検出器における光学フィ
ルタ１と赤外ｖＡ検出素子との距離ｌに比し十分に大き
いこととにより、二次的熱放射が赤外線検出素子２ａ、
２ｂに与える影響は格段に少なくなる。

然も、第５図に示すように、光学フィルタ８の赤外線検
出素子２ａ、２ｂに対する距離りは、既存の赤外線検出
器の光学フィルタ１と赤外線検出素子２ａ、２ｂとの間
隔ｌに比し十分に大きいから、既存の赤外線検出器の光
学フィルタ１においては二次的熱放射の際の各赤外線検
出素子２ａ。

２ｂへのそれぞれの拡がり角度θ′１．θ′２が互いに
相当に異なるのに対し、前記実施例の光学フィルタ８の
発熱部８ａからの二次的熱放射の各赤外線検出素子２ａ
、　　２ｂへの拡がり角度θｌ。

θ２は殆んど差がなく、一対の赤外線検出素子２　ａ＋
２ｂによる信号のキャンセル効果が大きくなる。

例えば、Ｌを２．５ｗ、ｌを０．８鶴とした場合、（θ
１−θ２）２１ となる。

第４図は、光学フィルタ８のフィルタ面と前述の１ｆｌ
Ｘ２ｆｌの一般的なサイズの赤外線検出素子２ａ、２ｂ
との距離りと、外乱光による第２図の出力端子０の出力
電圧と、の関係の実測値を示したもので、距離りと外乱
光による出力電圧とは略反比例の関係にある。この特性
図から明らかなように、距離りを２鶴以上とすることに
より、前述の光学フィルタ８における外乱光の照射によ
る発熱の低下と、一対の赤外線検出素子２ａ、２ｂによ
るキャンセル効果とを得て出力電圧を低下させることが
出来、このような効果は、赤外線検出素子２ａ、２ｂの
サイズに拘わらず前記距離りを２日以上に設定すること
によって得られる。

一方、光学フィルタ８と赤外線検出素子２ａ。

２ｂとの距離りを前述の１／８πステラジアン以下とし
た根拠について説明すると、第４図で説明したように、
１龍×２鰭の一般的なサイズの赤外線検出素子２ａ、　
　２ｂを光学フィルタ８に対して２ｆ１以上の距離に位
置させればよいので、そのときの前述の立体角は、 ＩＸ２　　　　１　　　　　１ ４π２２　　２３π　　　　８π となる。即ち、距離りを２ｆｉ以上にすることは、立体
角を１／８πステラジアン以下にすることと等価である
。これにより、赤外線検出素子２ａ。

２ｂの光学フィルタ８に対する距ＭＬを、該赤外線検出
素子２ａ、２ｂのサイズがｌ１ｍ×２Ｍより大きくなる
に応じて立体角が１／８πステラジアン以下となるよう
に２Ｎより大きくし、且つ該サイズよりも小さくなるに
応じて立体角が１／８πステラジアン以下となるように
小さくすることにより、前述と同様の効果を得ることが
できる。

ところで、第４図に示した特性は、組み合わせる光学系
Ｃの焦点距離により若干異なる。即ち、第６図に示すよ
うに、大きい焦点距離ｆ２の光学系Ｃを用いる場合には
、小さい焦点距Ｍｆ１の光学系Ｃを用いる場合に比し光
学フィルタ８と赤外線検出素子２ａ、　　２ｂとの距離
りを大きくしないと、前述の発熱低下とキャンセル効果
とを十分に得ることができないが、焦点距離が例えば５
０鶴と大きい光学系Ｃにおいても、距離りを２ｕ以上あ
るいは立体角が１／８πステラジアン以下になるように
設定しさえすれば、十分な効果を得られることが、実測
の結果から判明した。

また、第７図に示すような構成とすることもできる。即
ち、同図において第１図と同−若しくは実質的に同一の
ものには同一の符号を付してその説明を省略する。第１
図で示したと同一構成部材により同様に構成され、且つ
光学フィルタ８と赤外線検出素子２３．２ｂとの距離１
が０，７鶴程度に設定されてなる既存の赤外線検出器と
同様の赤外線検出器９と、この赤外線検出器９と光学系
Ｃとの間に、外部光学フィルタ１０を配設した構成にな
っている。外部光学フィルタ１０は、赤外線検出器９の
光学フィルタ８と同様のものであって、赤外線検出器９
を内装した外部ケース１１の開口部１２に、赤外線検出
器９の光学フィルタ８と光学系Ｃとの間に位置して保持
されており、この外部光学フィルタ１０のフィルタ面と
一対の赤外線検出素子２ａ、　　２ｂとの距離りが、２
＋ｗ以上または立体角が１／８πステラジアン以下にな
るよう設定されている。従って、前述と全く同様の効果
を得られる他に、既存の赤外線検出器９をそのまま利用
して構成できる利点がある。また、外部光学フィルタ１
０を備えていることによって赤外線検出器９の光学フィ
ルタ８は特に必要としないので、この光学フィルタ８に
代えて封止部材で開口部７ａを封止するようにしてもよ
い。但しこの場合、封止部材としては、外部光学フィル
タ１０が赤外線のみを透過させるよう作用するので、フ
ィルタ機能は必要としないが、少なくとも可視光をも含
む光を透過させる性質を有する素材を用いる必要がある
。

尚、′本発明は前記説明並びに図示例にのみ限定される
ものではなく、請求の範囲を逸脱しない限り種々の変形
例をも包含し得る。例えば、赤外線検出素子として焦電
素子を用いた場合について説明したが、入射する赤外線
光束をその変動量に応じた電気信号に変換するものであ
ればよく、熱起電力を利用するサーモバイル型（熱電対
型）のものを用いることもできる。また、組み合わせる
光学系としては、分割レンズに限らず、分割ミラーまた
は複数個のレンズやミラーを組み合わせたものを用いた
場合においても同様の効果を得られるのは勿論である。

さらに、単一の赤外線検出素子しか有しないタンプのも
のにおいても同様の効果を得られるのは言うまでもない
。

〈発明の効果〉 本発明は以上のように構成し、且つ作用するので、以下
のような効果を奏する。即ち、光学フィルタを、これの
フィルタ面と赤外線検出素子との距離が、該光学フィル
タの任意の１点から該赤外線検出素子を見る立体角が１
／８πステラジアン以下になるように、或いは２ｆｉ以
上になるようにしたので、光学系と組み合わせた場合に
、外乱光を吸収する光学フィルタは、光学系に対し比較
的近接していることによって外乱光による照射の集光度
合が低いので、部分的な発熱が少なく、且つ赤外線検出
素子への距離が比較的大きいことによって二次的熱放射
による赤外線検出素子への影響が少ない。従って、単一
の赤外線検出素子しか有しないタイプのものにおいても
外乱光による誤動作を確実に防止することができる。

また、一対の赤外線検出素子を並設したツインタイプの
ものにおいては、光学フィルタから赤外線検出素子への
距離が長いことによって、光学フィルタからの二次的熱
放射の際の各赤外線検出素子へのそれぞれの拡がり角度
が略同じとなり、両赤外線検出素子によるキャンセル効
果が大きくなり、外乱光による誤動作をより確実に防止
することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は赤外線式移動人体検出装置に適用した場合の本
発明の一実施例の概略縦断面図、第２図は第１図の電気
回路図、 第３図は第１図の光学フィルタと従来検出器の光学フィ
ルタとの外乱光による照射面積の比較を示す説明図、 第４図は第１図の光学フィルタのフィルタ面き赤外線検
出素子との距離と出力電圧との関係を示す検出感度特性
図、 第５図は第１図の装置と従来検出器との二次的熱放射に
おける各赤外線検出素子への拡がり角度の比較を示す説
明図、 第６図は組み合わすべき光学系の焦点距離に対する光学
フィルタと赤外線検出素子との適切な距離の関係を示す
説明図、 第７図は本発明の他の実施例の概略縦断面図である。 ２ａ、２ｂ・−赤外線検出素子 ８．１０−・−光学フィルタ 特許出願人　　オブテックス株式会社 代理人　弁理士　　西　　１）　新 −１１１，ｉ− ＬＭ　　　　（％Ｊ 第６図 第７図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）赤外線のみを透過させる光学フィルタと、この光
   学フィルタを介して入射する赤外線光束をその変動量に
   応じた電気信号に変換する赤外線検出素子とを備えてな
   る赤外線検出装置において、前記光学フィルタのフィル
   タ面と前記赤外線検出素子との距離を、該光学フィルタ
   の任意の１点から該赤外線検出素子を見る立体角が１／
   ８πステラジアン以下になるようにしたことを特徴とす
   る赤外線検出装置。
2. （２）前記光学フィルタのフィルタ面と前記赤外線検出
   素子との距離を、２ｍｍ以上としたことを特徴とする赤
   外線検出装置。