JPS6288966A - 焦電形センサアレイ - 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、移動物体の移動方向・移動速度・移動加速度
などの検出に用いられる焦電形センサアレイに関する。

（従来の技術） 本発明者は、昭和６０年９月３０日付けで［焦電形セン
サを用いた移動物体の移動方向検出装置」、Ｃ焦電形セ
ンサを用いた移動物体の移動方向検出装置」及び「焦電
形センサを用いた移動物体の移動加速度検出装置ｊを提
案している。

第８図は、前記諸装置における一対の焦電形セ、ンサ周
辺部分を取り出して示した回路図である。

焦電形センサｌａ、ｌｂの出力は、インピーダンス変換
回路２ａ、２ｂを介して差動増幅回路３に与えられてい
る。この差動増幅回路３の出方は、直流阻止コンデンサ
Ｃを介して取り出されて、図示しない極性判別回路など
に与えられて、移動物体の移動方向などが検出されろよ
うに玉っている。

このような回路構成の場合では、波形変化が急峻な差動
出力が得られる。

したがって、移動物体の移動速度が速くこのため焦電形
センサ１　ａ、　Ｉ　ｂの各検出信号の立ち上がりか緩
慢であったとしても、前記雨検出信号の差動出力のピー
ク部分の急峻な立ち上がりを利用することにより、焦電
形センサの応答性の改善が図られ、この点において従来
の検出装置と比較して優れた効果を奏している。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、前記提案した諸装置にも次のような改善
すべき点が指摘される。

即ち、これらの装置に使用される複数の焦電形センサは
、相互の離隔距離が固定になっているために、移動物体
の移動速度が遅くなっていくと、この遅れに比例して、
対になった焦電形センサの各出力が現れる時間差が大き
くなってゆく。そのため、コンデンサＣを介して取り出
される差動出力の波形は、第９図（ａ）〜（ｄ）に示す
ように、次第にパルス幅が広くなるとともに、負極性の
成分か大きくなって現れるようになる。この上うな差動
出力波形の状態は、後段で行なわれる極性判別や移動速
度・移動加速度を求めるために行なわれる信号処理にお
いて不都合になる。

一方、移動物体の移動速度が著しく速くなると、対にな
った焦電形センサの各出力が現れる時間差が短くなりす
ぎるために、第１Ｏ図（ａ）〜（ｄ）に示すように差動
出力波形のピーク値か次第に小さくなり、ついには移動
方向などの検出が困難になるという問題を生じろ。

従って、このような装置によって移動物体の移動方向な
どの検出を行う場合、対になった焦電形センサの出力は
、適当な時間差で取り出される必要があるが、前記提案
された諸装置では対になった焦電形センサの離隔距離が
固定であるために、必ずしも満足すべき状態で移動物体
の検出を行うことができなかった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされた乙のであっ
て、広い速度範囲にわたって、対になった焦電形センサ
の各出力を適当な時間差で取り出し、後段の信号処理を
容易に行えるようにした焦電形センサアレイを提供する
ことを目的としている。

（問題点を解決するための手段） 本発明は、このような目的を達成するために、次のよう
な特徴を備えている。

即ち、本発明に係る焦電形センサアレイは、センシング
領域内にある移動物体からの光に応答するとと乙に、そ
の移動物体の移動方向に沿って所定の間隔で一列に配置
される少なくとも３個以上の焦電形センサと、前記焦電
形センサのうちの一対のセンサ出力を任意に取り出すセ
ンナ切り換え手段とを具備したことを特徴としている。

（作用） 移動物体の移動速度が速い場合は、対になる焦電形セン
サの離隔距離が長くなるようにセンサ切換手段を適宜に
切り換える。一方、移動物体の移動速度が遅い場合には
、前記離隔距離が短くなるようにセンサ切り換え手段を
切り換える。このようにすることにより、移動物体の広
い速度範囲にわたって、対になった焦電形センサの各出
力の時間差を適当に設定することができる。

（ム・ス　下　す≧　白り （実施例） 以下、本発明を図面に示す実施例に基づいて詳細に説明
する。

実施例ｒ 第１図は、本発明の実施例Ｉに係る焦電形セン、サアレ
イを用いた移動物体の移動方向検出装置の構成の概略を
示したブロック図であり、第２図は、第１図ではその側
面が示されたセンナ素子の平面図である。

本実施例■に係る装置には、８個の焦電形センサＩ　ａ
　−１ｈが用いられており、各センサは、それぞれ一定
の範囲内からの赤外線を検知するセンシング領域を有し
ている。これらの焦電形センサは、第２図に示す゛よう
に、センサ素子１ｏとして一体に形成されている。この
センサ素子１ｏは、焦電体基板ＩＩ上に８個の赤外線受
光部１２ａ−１２ｈが互いに一定の距離を隔てて、かつ
図示しない移動物体の移動方向に沿って（図面上、第１
図では上下方向、第２図では左右方向）はぼ平行に配置
された構造になっている。焦電体基板１１は、例えば、
ＰｂＺｒ０．−ＰｂＴｉＯ３（Ｐ　Ｚ　Ｔ　）系固溶体
磁器などの焦電体からなる。そして、各赤外線受光部１
２ａ〜４２ｈには、それぞれ引出電極１３ａ−１３ｈの
各一端が接続される。引出電極１３ａ−１３ｈの各他端
はそれぞれ、インピーダンス変換回路２０ａ〜２０ｈの
各入力部に接続される外部接続端子１４ａ−１４ｈで終
端している。

焦電形センサｌａは、電界効果トランジスタなどから構
成されたインピーダンス変換回路２０ａを介して、差動
増幅回路３０の負（−）の入力端子に直接接続されてい
る。他の焦電形センサｔｂ〜１ｈは、インピーダンス変
換回路２０ｂ〜２０ｈを介して、切り換えスイッチ（マ
ルチプレクサ）ＳＷの各切り換え接点■〜■にそれぞれ
接続されている。この切り換えスイッチＳＷの共通端子
■は、差動増幅回路３０の正（＋）の入力端子に接続さ
れている。

差動増幅回路３０の出力端子は直流阻止コンデンサＣを
介して、移動物体の移動方向を判別する方向判別回路４
０に接続されている。この方向判別回路４０は、図示し
ない極性判別部、移動方向表示器などを含む。また、差
動増幅回路３０の差動出力は、コンデンサＣを介してピ
ーク値比較回路５１に与えられる。ピーク値比較回路５
１の出力は、信号選択回路５２に与えられる。信号選択
回路５２の出力は、スイッチ切り換え回路５３に与えら
れる。

なお、第３図（ａ）に示すようにセンサ素子１０を遮光
ケース＋００内にセットする。この遮光ケース１００の
開口部！０１に結像用の凸レンズ１０２を取り付ける。

この凸レンズ１０２の後方焦点位置にセンサ素子ｌＯを
、その受光部１２ａ〜＋２ｈを凸レンズ１０２側に向け
て配置する。そして、このような構成により凸レンズ１
０２による光学像をそのセンサ素子ｌＯ上に結像させる
。

あるいは第３図（ｂ）に示すように凹面鏡１０３を遮光
ケースｌＯＯの奥内壁に固定する。この凹面鏡１０３の
前方焦点位置にセンサ素子！０を配置する。その凹面鏡
１０３の反射光をそのセンサ素子ＩＯ上に結像するなど
の方法により、センサかろ離れた位置にある物体の移動
方向を検知する購造にする。

次に、この実施例Ｉの作用について説明する・例えば、
移動物体が焦電形センサＩａのセンシング領域から隣り
に配置された焦電形センサｌｂのセンシング領域の方向
に向かって移動していると仮定する。このとき焦電形セ
ンサＩａは、それのセンシング領域に入った移動物体か
らの赤外線に応答して検出信号を出力する。この検出信
号は、インピーダンス変換回路２０ａを介して差動増幅
回路３０の一方の入力端子に与えられる。

続いて焦電形センサｔｂは、それのセンシング領域に入
った移動物体からの赤外線に応答して検出信号を出力す
る。このとき、切り換えスイッチＳＷは、接点■に接続
されているので、この検出信号は、インピーダンス変換
回路２０ｂ及び切り換えスイッチＳＷを介して差動増幅
回路３０の他方の入力端子に与えられる。

前記移動物体の移動速度が比較的に遅いために、このと
きの差動増幅回路３０の差動出力の波形が、例えば第９
図（ａ）に示すようなものになったと仮定する。この差
動出力は、ピーク値比較回路５１に与えられる。ピーク
値比較回路５１は、この人力信号を記憶する。第１番目
の差動出力が記憶されると、信号選択回路５２はスイッ
チ切り換え回路５３に制御信号を与える。スイ・ソチ切
り換え回路５３はこれに応答して、切り換えスイッチＳ
Ｗの共通端子■を接点■から接点■に切り換え接続さ、
仕る。

そうすると、今度は、焦電形センサｌｂの隣に配置され
ている焦電形センサｌｃの検出信号が切り換えスイッチ
ＳＷの接点■と共通端子■とを介して差動増幅回路３０
の他方の入力端子に与えられる。この場合に対になる焦
電形センサ１ａ及びＩｃの離隔距離は、前に対になった
焦電形センサ１ａ及び１ｂの離隔距離よりも長くなる。

このよう、にして離隔距離が長くなるときの差動出力の
波形は、例えば、第９図（ｂ）に示すようなものとなる
。

この第２番目の差動出力は、ピーク値比較回路５１に与
えられる。ピーク値比較回路５１は、記憶している第１
番目の差動出力と、新たに人力された差動出力それぞれ
の互いのピーク値を比較する。

その結果、第２番目の差動出力のピーク値が、第１番目
の差動出力のピーク値と殆ど同じであるとピーク値比較
回路５１で判断された場合、それを示す判断信号がこの
ピーク値比較回路５１から信号選択回路５２に与えられ
る。この判断信号により、信号選択回路５２は、切り換
えスイッチＳＷの共通端子■を接点■に接続させるため
の制御信号を、スイッチ切り換え回路５３に与える。

このように移動物体の移動速度が遅い場合には、焦電形
センサｌａからの離隔距離が最も短くなる焦電形センサ
からの検出信号が差動増幅回路３０の他方の入力端子に
与えられるように切り換えスイッチＳＷの共通端子■の
切り換えが制御される。

次に、移動物体の移動速度が速い場合を例に採って説明
しよう。

この場合に、第１番目に対になる焦電形センサｌａＸ　
Ｉｂそれぞれの各検出信号の差動出力の波形が、例えば
、第１Ｏ図（ｄ）に示すようになったとする。この第１
番目の差動出力は、前述したと同様に、ピーク値比較回
路５Ｉに記憶される。次に対になる焦電形センサｌａ、
ｌｃそれぞれの各検出信号の差動出力の波形が、例えば
、第１Ｏ図（ｃ）に示すようになったとする。ピーク値
比較回路５１は、この第２番目の差動出力と、第１番目
の差動出力それぞれの各ピーク値を比較する。その結果
、ピーク値比較回路５１は、第２番目の差動出力のピー
ク値の方が大きいことを示す判断信号を信号選択回路５
２に与える。これにより、信号選択回路５２は、切り換
えスイッチＳ　Ｗの共通端子■を接点■から接点■に切
り換え接続するように、スイッチ切り換え回路５３に制
御信号を与える。

次に対になる焦電形センサｌａ及びｌｄの各検出信号に
よる第３番目の差動出力のピーク値が、第２番目の差動
出力のそれよりも大きければ、切り換えスイッチＳＷの
共通端子■は接点■から接点■に切り換えられる。

そして、次に対になる焦電形センサｌａ及びｌｅの各検
出信号による第４番目の差動出力のピーク値か、第３番
目の差動出力のそれとほぼ同じ大きさになると、前述し
たように、信号選択回路５１はピーク値比較回路５１か
らの判断信号に基づき、切り換えスイッチＳＷの共通端
子■の切り換え位置を接点■から接点■に戻すように、
スイッチ切り換え回路５３を制御する。

このように移動物体の移動速度が速い場合には、対にな
る焦電形センサの離隔距離が、長くなるように切り換え
スイッチの接点がスキャンされ、差動出力が最適の状態
、即ち、ピーク値が高くて、かつ負極性の成分が少ない
状態になるような一対の焦電形センサが選択される。

このように移動物体の移動速度に応じた最適の離隔距離
を持った一対の焦電形センサが選択されると、方向判別
回路４０は、このときの差動出力の極性を判別すること
によって移動物体の移動方向を確実に検出する。

実施例■ 第４図は、実施例Ｈに係る焦電形センサアレイを使用し
た移動物体の移動速度検出装置のブロック図を示してい
る。同図において、第１図と同一部分は同一符号で示し
ている。

この実施例■では、一定の間隔で配列された１６個の焦
電形センサか用いられる。これらの焦電形センサは、実
施例１で説明したと同様に、センサ素子ｌＯ°に一体に
形成されている。第１番目の焦電形センサは、インピー
ダンス変換回路２０を介して、差動増幅回路３０ａの負
入力端子に接続されている。第２番目から第８番目の焦
電形センサは、インピーダンス変換回路２０を介して切
り換えスイッチＳＷＩの各接点■〜■にそれぞれ接続さ
れている。切り換えスイッチＳＷｌの共通端子■は、差
動増幅回路３０ａの正入力端子に接続されている。また
、第９番目の焦電形センサは、インピーダンス変換回路
２０を介して、もう１つの差動増幅回路３０ｂの負入力
端子に接続されている。第１Ｏ番目〜第１６番目の焦電
形センサは、インピーダンス変換回路２０を介して切り
換えスイッチＳ　Ｗ　２の各接点■〜■に接続されてい
る。

そして、切り換えスイッチＳ　Ｗ　２の共通端子■は、
差動増幅回路３０ｂの正入力端子に接続されている。

差動増幅回路３０ａ、３０ｂそれぞれの出力は、直流阻
止コンデンサＣＩ、Ｃ２を介して混合器４１に与えられ
るとともに、ここで合成される。この混合器４１の出力
は、速度検出回路４２に与えられる。一方、差動増幅回
路３０ａの出力は、コンデンサＣ１を介してピーク値比
較回路５１にも与えられるようになっている。また、ス
イッチ切換回路５３は、切り換えスイッチＳＷＩ及びＳ
Ｗ２の各接点■〜■を同一符号の接点に切り換えるよう
に構成されている。

次に、この実施例Ｈの作用について説明する。

第１番目の焦電形センサから順に、移動物体からの赤外
線が入射したとすると、前述した実施例Ｉと同様に、ピ
ーク値比較回路５１、信号選択回路５２及びスイッチ切
り換え回路５３が動作する。

その結果、移動物体の移動速度に応じた最適の離隔距離
となる１対の焦電形センサが切り換えスイッチＳＷＩに
よって選択される。さらに、らう一対の焦電形センサが
、切り換えスイッチＳＷ２によって選択される。これに
より、差動増幅回路３０ａ及び３０ｂから時間的にずれ
た二つの差動出力か得られる。これらの差動出力は、混
合器４１に与えられて合成される結果、第５図に示すよ
うな合成信号が出力される。そして、速度検出回路４２
は、二つの差動信号のピークの時間的なずれを検出する
。さらに、速度検出回路４２は、信号選択回路５２から
の信号に基づき、選択された２対の焦電形センサの離隔
距離を算出する。この離隔距離を前記ピーク値の時間差
で除することにより、移動物体の移動速度が算出される
。

実施例■ 第６図は、実施例■に係る焦電形センサアレイを使用し
た移動物体の移動加速度検出装置の構成の概略を示した
ブロック図である。同図において、第１図及び第４図と
同一部分は同一符号で示している。

この実施例■では、−列に等間隔に配列された２４個の
焦電形センサが用いられる。これらの焦電形センサは、
第２図において説明したと同様に、センサ素子ｔｏ”と
して一体に形成されている。

第１番目、第９番目及び第１７番目の焦電形センサは、
インピーダンス変換回路２０を介して、差動増幅回路３
０ａ、　３０ｂ、　３０ｃの負入力端子にそれぞれ個別
に接続されている。また、インピーダンス変換回路２０
をそれぞれ介して第２番目〜第８番目の焦電形センサは
切り換えスイッチＳＷｌの各接点■〜■に、第１０番目
〜第１６番目の焦電形センサは切り換えスイッチＳＷ２
の各接点■〜■に、第１８番目〜第２４番目の焦電形セ
ンサは切り換えスイッチＳＷ３の各接点■〜■にそれぞ
れ接続されている。そして、各切り換えスイッチＳＷｔ
、ＳＷ２、ＳＷ３の各共通端子■は、前記差動増幅回路
３０ａ、　３０ｂ、　３０ｃの各正入力端子にそれぞれ
個別に接続されている。

一方、各差動増幅回路３０ａ、３０ｂ、３０ｃの出力は
、直流阻止コンデンサＣ１，Ｃ２、Ｃ３を介して混合器
４１に与えられ、混合器４１の出力は加速度検出回路４
３に与えられるように構成されている。また、差動増幅
回路３０ａの出力はコンデンサＣＩを介してピーク値比
較回路５１に与えられ、スイッチ切り換え回路５３は前
記切り換えスイッチＳＷＩ、ＳＷ２、ＳＷ３を同一符号
の接点に切り換えるように構成されている。

次に、この実施例■の作用について説明する。

移動物体からの赤外線が入射すると、前述した実施例Ｉ
、実施例■と同様にピーク値比較回路５１、信号選択回
路５２、スイッチ切り換え回路５３が動作する。これに
より、本実施例では、移動物体の移動速度に応じた最適
の離隔距離となる３対の焦電形センサが切り換えスイッ
チＳＷＩ、ＳＷ２、ＳＷ３の切換によって選択される。

これにより、差動増幅回路３　Ｑａ１３０ｂ、　３０ｃ
から時間差のある３個の差動出力５ｌ−Ｓ３が得られる
。

これらの差動出力５ｌ−Ｓ３は、混合器４１で合成され
る結果、第７図に示したような合成信号が、次段の加速
度検出回路４３に与えられる。加速度検出回路４３は、
前記実施例■と同様にして、差動出力Ｓｌ、Ｓ２から移
動物体の移動速度Ｖ１を算出する。また、差動出力Ｓ２
、Ｓ３から移動物体の変化した移動速度■２が算出され
る。これらの移動速度Ｖｌ、Ｖ２の変化分を、所要時間
で除算することにより移動加速度が求められる。

なお、各実施例■、■、■では、電子回路により自動的
に最適受光面間隔が選択されるようになっているが、こ
の選択をマニュアル操作的に行ってもよい。マニュアル
操作を行う場合には、実施例で示した自動選択に優先し
て、各対の組み合わせが決定できるようにすればよい。

それによって、単一人力の場合、予め予想される物体速
度に適した組み合わせにセットしておくことが可能とな
る。

さらに、マニュアル操作のみで切り換えるようにしても
よい。

なお、各実施例では、入射赤外線に対して、同極性の電
圧が発生する焦電形センサを用いており、そのために、
各焦電形センサの検出信号の差動信号を得る手段として
、差動増幅回路を設けている。

しかし、二つの焦電形センサが入射赤外線に対して、そ
れぞれ逆極性の電圧を発生ずるものである場合には、差
動増幅回路の代イっりに加算回路を設けて、これらの差
動信号を得ろようにするとよい。

また、各実施例では、切り換えスイッチによって７個の
焦電形センサのうちから１個の焦電形センサを選択する
ようにしているが、これらは２個以上の任意個数の焦電
形センサがら選択するものであってもよいことは勿論で
ある。

さらに、各実施例では、各焦電形センサを等間隔で一列
に配列したが、これらは異なる間隔で配列されるもので
あってもよい。

また、本発明に係る焦電形センサは、通常、赤外線セン
サとして用いられるが、可視光線に対しても感度をもつ
ので、例えば、移動物体に可視光を照射して、その反射
光を検出するようにしてもよい。

（効果） 以上のように、本発明に係る焦電形センサアレイは、−
列に配列された３個以上の焦電形センサと、これらの焦
電形センサ内から任意の一対の焦電形センサを選択する
切換手段とを備えるものであるから、移動物体の移動速
度に応じて適当な離隔距離を備えた対になる焦電形セン
サを選択使用できる。したがって、本発明に係る焦電形
センサアレイを使用すれば、広範囲にわたる移動物体の
移動方向・移動速度・移動加速度などを容易かつ確実に
検出できるようになる。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例Ｉに係る移動物体の移動方向検出装置の
概略を示したブロック図、第２図は第１図に示した装置
に使用されるセンサ素子の平面図、第３図（ａ）　（ｂ
）は焦電形センサの受光部の前面に凸レンズあるいは凹
面鏡を設けた実施例の説明図、第４図は実施例■に係る
移動物体の移動速度検出装置の概略を示したブロック図
、第５図は第３図に示した装置の動作説明図、第６図は
実施例■に係る移動物体の移動加速度検出装置の概略を
示したブロック図、第７図は第５図に示した装置の動作
説明図ギ、第８図は先に提案されている装置の要部を示
した回路図、第９図及び第１Ｏ図は移動物体の移動速度
か変化したときの差動増幅回路の出力波形の変化を示し
た説明図である。 ｌ　ａ　−１ｈ・・・焦電形センサ、 １０．１０°、ｌＯｏｏ・・・センサ素子本体ＳＷＩ、
ＳＷ２、ＳＷ３・・・切り換えスイッチ２０ａ〜２０ｈ
・・・インピーダンス変換回路３０・・・差動増幅回路
。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）センシング領域内にある移動物体からの光に応答
   するとともに、その移動物体の移動方向に沿って所定の
   間隔で一列に配置される少なくとも３個の焦電形センサ
   と、 前記焦電形センサのうちの、少なくとも一対のセンサ出
   力を任意に取り出すセンサ切り換え手段とを具備したこ
   とを特徴とする焦電形センサアレイ。