熱源検出装置
【課題】 小型で熱源と赤外線検出部との間の距離を正確に検出する赤外線物体検出器を提供すること。
【解決手段】 熱源が所定の検出領域に入ったとき、熱源の一部のみを視野に含むよう構成した第１の赤外線検出部と、熱源の全てを視野に含むよう構成した第２の赤外線検出部を備え、第１の赤外線検出部の出力と第２の赤外線検出部の出力により、熱源の接近を検出する熱源検出装置とする。
【解決手段】 熱源が所定の検出領域に入ったとき、熱源の一部のみを視野に含むよう構成した第１の赤外線検出部と、熱源の全てを視野に含むよう構成した第２の赤外線検出部を備え、第１の赤外線検出部の出力と第２の赤外線検出部の出力により、熱源の接近を検出する熱源検出装置とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、赤外線を発する熱源を検出する熱源検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、２つの赤外線検出部の視野を交差させ、対象物の位置を判別する赤外線物体検出器の構成が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−１４８５６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載の熱源検出装置は、２つの赤外線検出部の視野が交差する領域を設けるために、２つの赤外線検出部の互いの距離を離さざるを得ず、小型化が困難であるという課題があった。
【０００５】
また、赤外線検出部の出力は、熱源及び周囲の温度変化の影響を受けるため、熱源と赤外線検出部との間の距離を正確に検出できないという課題があった。
【０００６】
従って本発明の目的は、小型で熱源と赤外線検出部との間の距離を正確に検出する赤外線物体検出器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題は、熱源が所定の検出領域に入ったとき、熱源の一部のみを視野に含むよう構成した第１の赤外線検出部と、熱源の全てを視野に含むよう構成した第２の赤外線検出部と、第１の赤外線検出部の出力と第２の赤外線検出部の出力を演算する演算処理部を備えている熱源検出装置により解決することができる。
【０００８】
なお、演算処理部を、第１の赤外線検出部の出力と第２の赤外線検出部の出力を除算する演算処理を行うことにより、前記熱源との距離を検出するよう構成してもよい。
【０００９】
また、熱源は人体の顔部であってもよい。
【００１０】
また、第１の赤外線検出部の視野の中央部の高さは顔部の中央部の平均的な高さと一致し、第１の赤外線検出部の視野は人体の上下方向よりも左右方向に長くてもよい。
【００１１】
また、第１の赤外線検出部の出力と第２の赤外線検出部の出力より求めた熱源との距離情報と、周囲温度の情報を基に、第２の赤外線検出部の出力から熱源の温度を検出する熱源検出装置であってもよい。
【００１２】
また、第１の赤外線検出部と、第２の赤外線検出部を備え、熱源が所定の検出領域に入ったとき、第１の赤外線検出部の視野に入る熱源表面の面積が、第２の赤外線検出部の視野に入る熱源表面の面積と異なり、かつ、第１の赤外線検出部か、第２の赤外線検出部のいずれか一方の視野にのみ熱源表面の縁部が入り、第１の赤外線検出部の出力と第２の赤外線検出部の出力により、熱源の接近を検出する熱源検出装置であってもよい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明により、熱源検出装置を小型化することができる。また、熱源の接近を正確に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明における熱源検出装置の一例を示す正面図である。
【図２】本発明における熱源検出装置の一例を示す図１の断面図である。
【図３】本発明における熱源検出装置から見た熱源を表す図である。
【図４】本発明における熱源検出装置から見た熱源を示す図である。
【図５】本発明における熱源検出装置から見た熱源を表す図である。
【図６】本発明における熱源検出装置から見た人体の顔部を表す図である。
【図７】本発明における熱源検出装置から見た人体の顔部を表す図である。
【図８】本発明における熱源検出装置の一例を示す正面図である。
【図９】本発明における熱源検出装置から見た熱源を表す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
＜実施の形態１＞
本発明は、例えば、熱源が所定の検出領域に入ったとき、熱源の一部のみを視野に含むよう構成した第１の赤外線検出部と、熱源の全てを視野に含むよう構成した第２の赤外線検出部を備え、第１の赤外線検出部の出力と第２の赤外線検出部の出力により、熱源の接近を検出する熱源検出装置の実施形態を取り得る。
【００１６】
第１、第２の赤外線検出部の出力は、どちらも熱源より入射する赤外線量と、熱源と赤外線検出部の間の距離の双方に依存する。その一方で、第１の赤外線検出部の視野に熱源の一部のみが入り、第２の赤外線検出部の視野に熱源の全てが入るよう構成しておくことで、第１、第２の赤外線検出部間で熱源より入射する赤外線量を異ならせることができる。従って、第１の赤外線検出部の出力と第２の赤外線検出部の出力を基に、熱源から放射する赤外線量と、熱源と赤外線検出部の間の距離の情報を分離することが可能となり、熱源の接近を検出することができる。
【００１７】
なお、赤外線検出部の出力が周囲温度や周囲の赤外線量によって影響を受ける場合には、温度センサや、熱源を除く周囲の赤外線量を検出する赤外線検出部などの出力により補正することが望ましい。
【００１８】
図１は、本発明における熱源検出装置の一例を示す正面図である。図１における熱源検出装置は、熱源側から見た遮蔽板２の背面に第１の赤外線検出部１１と、第２の赤外線検出部１２を配置している。遮蔽板２には、孔部２１、２２が設けられ、第１の赤外線検出部１１と、第２の赤外線検出部１２の視野を制限している。
【００１９】
図２は、本発明における熱源検出装置の一例を示す図１の断面図である。すなわち、図２は、図１におけるＡＡ面の断面図となる。第１の赤外線検出部１１は遮蔽板２に設けた孔部２１により視野が視野限界線１１０Ｖ、１２０Ｖの間に制限され、第２の赤外線検出部１２は遮蔽板２に設けた孔部２２により視野が視野限界線２１０Ｖ、２２０Ｖの間に制限されている。
【００２０】
熱源３が所定の検出領域に入ると、第１の赤外線検出部１１側に対面し、視野限界線１１０Ｖ、１２０Ｖの間に入る熱源３表面より放射する赤外線が第１の赤外線検出部１１に入射する。一方、第２の赤外線検出部１２の視野限界線２１０Ｖ、２２０Ｖに熱源３が全て含まれるため、第２の赤外線検出部側に対面する熱源３表面より放射する赤外線が第２の赤外線検出部１２に入射する。
【００２１】
すなわち、第１の赤外線検出部１１の視野全体より熱源３からの赤外線が入射されることから、熱源３から放射される赤外線量は、第１の赤外線検出部１１の出力によって推定することができる。一方、第２の赤外線検出部１２の視野に熱源３の全体が入ることから、第２の赤外線検出部１２に入射する赤外線量は熱源３との間の距離と、熱源３より放射される赤外線量の双方に依存する。従って、第１の赤外線検出部の出力により第２の赤外線検出部１２の出力を補正することで、熱源３の接近を検出することが可能となる。
【００２２】
もし、熱源の温度分布がある場合は、第１の赤外線検出部出力と第２の赤外線検出部出力と、熱源との間の距離の関係について学習機能を取り入れてもよい。
【００２３】
また、第２の赤外線検出部の出力により第１の赤外線検出部の増幅率を制御してもよい。
【００２４】
赤外線検出部としては、ボロメータ、焦電センサ、サーモパイル、量子型赤外線検出部等を用いることが出来るが、本発明で使用できる赤外線検出部は、これに限られない。
【００２５】
なお、１つの赤外線検出部を、遮蔽板に設けた孔部により視野を制限し、さらにシャッターにより視野を切り替える構成とした場合でも、熱源との間の距離の検出が可能となる。すなわち、赤外線検出部の視野をシャッターで切り替えることにより、第１の赤外線検出部１１と孔部２１による構成と、第２の赤外線検出部１２と孔部２２による構成を一つの赤外線検出部で時間分割で実現してもよい。
【００２６】
＜実施の形態２＞
本発明は、実施の形態１に加え、例えば、第１の赤外線検出部の出力と第２の赤外線検出部の出力を除算した値により、熱源との距離を検出する実施形態も取り得る。
【００２７】
第１の赤外線検出部の出力と第２の赤外線検出部の出力は共に熱源より放射される赤外線量に比例する場合が多く、第１の赤外線検出部の出力と第２の赤外線検出部の出力を除算することにより、熱源より放射される赤外線量の情報を除くことができるため、熱源と赤外線検出部の間の距離を検出することが可能となる。
【００２８】
なお、第１、第２の赤外線検出部と熱源との間の距離が等しければ、第１、第２の赤外線検出部の出力に含まれる距離の情報が共通となるため、除算による距離の検出を行い易くなる。第１、第２の赤外線検出部と熱源との間の距離を等しくするためには、第１、第２の赤外線検出部を可能な限り近接させれば良い。また、第１、第２の赤外線検出部を近接させることで、熱源検出装置全体として小型化することにも繋がる。
【００２９】
図３は、本発明における熱源検出装置から見た熱源を表す図である。実施の形態１における図１、図２の配置の場合、熱源検出装置から見た熱源３のうち、第１の赤外線検出部には視野限界線１００Ｖの範囲内の熱源３の表面から放射される赤外線が入射する。また、第２の赤外線検出部の視野限界線２００Ｖの中に熱源３全体が入るため、熱源検出装置に対面する熱源３の表面全体から放射される赤外線が第２の赤外線検出部に入射する。
【００３０】
ここで、図２における第１の赤外線検出部１１の視野限界線１１０Ｖ、１２０Ｖにより定まる視野角の半分の角度をθｈとすると、２・θｈは図１における第１の赤外線検出部１１の視野のＸＺ平面、すなわち水平面における視野角となる。同様に、第１の赤外線検出部１１の視野のＹＺ平面、すなわち垂直面における視野角を２・θｖとする。
【００３１】
また、図３における熱源３のＸ軸方向の幅をｗ、Ｙ軸方向の幅をｈとする。第１、第２の赤外線検出部と熱源との間の距離をＬとすると、第１の赤外線検出部の視野限界線１００ＶのＸ軸方法の幅は２・Ｌ・ｔａｎθｈ、Ｙ軸方向の幅は２・Ｌ・ｔａｎθｖとなる。
【００３２】
一方、熱源の放射率をε、シュテファン・ボルツマン定数をσ、熱源３の温度をＴ、周囲温度をＴｏ、赤外線検出部と熱源との間の距離をＬ、視野内の熱源の面積をＡとした場合、赤外線検出部の出力Ｖは近似的に以下の数式で表される。
【００３３】
（数１）
Ｖ∝｛ε・Ａ・σ・（Ｔ４−Ｔｏ４）｝／Ｌ２
【００３４】
従って、第１の赤外線検出部の視野内の熱源の面積Ａは４・Ｌ２・ｔａｎθｈ・ｔａｎθｖとなり、第２の赤外線検出部の視野内の熱源の面積Ａはｗ・ｈとなるため、第１の赤外線検出部の出力Ｖ１、第２の赤外線検出部の出力Ｖ２は近似的に以下の数式で表される。 なお、以下の第１の赤外線検出部の出力Ｖ１を表す数式２は赤外線検出部と熱源との間の距離Ｌを含んでいないため、距離Ｌの影響を受けずに熱源より放射する赤外線量を検出することができる。
【００３５】
（数２）
Ｖ１∝４・ε・ｔａｎθｈ・ｔａｎθｖ・σ・（Ｔ４−Ｔｏ４）
【００３６】
（数３）
Ｖ２∝｛ε・ｗ・ｈ・σ・（Ｔ４−Ｔｏ４）｝／Ｌ２
【００３７】
第１の赤外線検出部の出力Ｖ１を、第２の赤外線検出部の出力Ｖ２で除算すると、以下の数式となり、熱源の温度や放射率、周辺温度に依存しない結果が得られる。
【００３８】
（数４）
Ｖ１／Ｖ２∝｛４・ｔａｎθｈ・ｔａｎθｖ・Ｌ２｝／（ｗ・ｈ）
【００３９】
従って、第１の赤外線検出部の視野角２・θｈ、２・θｖ、熱源の大きさｗ、ｈを予め把握しておけば、第１、第２の赤外線検出部と熱源との間の距離Ｌを求めることができる。
【００４０】
また、Ｖ１／Ｖ２の除算に除算回路を用いると、赤外線検出部２つと除算回路の簡単な構成によって熱源との間の距離検出が可能であるため、小型で、消費電力が少なく、誤動作の可能性を抑えた熱源検出装置とすることができる。
【００４１】
除算回路としてデジタル回路を用いても良いが、アナログ回路で構成する場合には、例えば、バイポーラトランジスタのコレクタ電流とエミッタ電流の関係が対数関数で表されることを利用し、バイポーラトランジスタ増幅回路により第１の赤外線検出部の出力Ｖ１と前記第２の赤外線検出部の出力Ｖ２をそれぞれ対数出力に変換し、各々の対数出力電圧を差動増幅することで除算した出力Ｌｏｇ（Ｖ１／Ｖ２）を得ることが出来る。さらに、バイポーラトランジスタ増幅回路により除算した出力Ｌｏｇ（Ｖ１／Ｖ２）をＶ１／Ｖ２に変換してもよい。
【００４２】
＜実施の形態３＞
図４は、本発明における熱源検出装置から見た熱源を示す図である。実施の形態２とは遮蔽板２に設けた孔部２１の形状が異なり、孔部２１はＹ軸方向に細長いスリット状となっている。
【００４３】
図５は、本発明における熱源検出装置から見た熱源を表す図である。図４における第１の赤外線検出部１１の視野は、実施の形態２と比較すると、熱源の縁部を越えてＹ軸方向に拡張されている。
【００４４】
本実施形態の場合、第１の赤外線検出部の視野内の熱源の面積Ａは４・Ｌ２・ｔａｎθｈ・ｔａｎθｖとなり、第２の赤外線検出部の視野内の熱源の面積Ａは２・Ｌ・ｗ・ｔａｎθｖとなるため、第１の赤外線検出部の出力Ｖ１、第２の赤外線検出部の出力Ｖ２は近似的に以下の数式で表される。
【００４５】
（数５）
Ｖ１∝｛２・ε・ｗ・ｔａｎθｖ・σ・（Ｔ４−Ｔｏ４）｝／Ｌ
【００４６】
（数６）
Ｖ２∝｛ε・ｗ・ｈ・σ・（Ｔ４−Ｔｏ４）｝／Ｌ２
【００４７】
第１の赤外線検出部の出力Ｖ１を、第２の赤外線検出部の出力Ｖ２で除算すると、以下の数式となり、熱源の温度や放射率、周辺温度に依存しない結果が得られる。
【００４８】
（数７）
Ｖ１／Ｖ２∝｛２・ｔａｎθｖ・Ｌ｝／ｈ
【００４９】
従って、実施の形態３の構成であっても、第１の赤外線検出部の視野角２・θｖ熱源の大きさｈを予め把握しておけば、第１、第２の赤外線検出部と熱源との間の距離Ｌを求めることができる。
【００５０】
なお、本実施形態の構成では、図５における熱源３のＸ軸方向の幅ｗが不明であっても、第１、第２の赤外線検出部と熱源との間の距離Ｌを求めることができる。
【００５１】
＜実施の形態４＞
本発明はさらに、熱源が人体の顔部であり、第１の赤外線検出部の視野の中央部の高さが顔部の中央部の平均的な高さと一致し、視野が人体の左右方向に細長い実施形態も取り得る。
【００５２】
人体は、着衣などによっても顔部は露出するため、熱源検出装置は表面温度の均一な顔部を熱源として検出することが望ましい。
【００５３】
また、人体の顔部を検出する熱源検出装置を構成する場合、顔部は人体の左右方向に動きやすいが、上下方向には動きにくい特性を持つ。特にこの特性は、人体が着席した場合に顕著となる。
【００５４】
図６は、本発明における熱源検出装置から見た人体の顔部を表す図である。図６のＸ軸方向が人体の上下方向、Ｙ軸が人体の左右方向に対応している。熱源検出装置から見た熱源となる人体の顔部３１のうち、第１の赤外線検出部には視野限界線１００Ｖの範囲内の顔部３１の表面から放射される赤外線が入射する。また、第２の赤外線検出部の視野限界線２００Ｖの中に顔部３１全体が入るため、熱源検出装置に対面する顔部３の表面全体から放射される赤外線が第２の赤外線検出部に入射する。
【００５５】
人体の顔部との距離は実施の形態３の数式７により求めることができるが、人体の顔部は方形ではない場合が多いことから、数式７における熱源の幅ｈは実際に人体の顔部を検出した第１、第２の赤外線検出部の出力を基に設定する。
【００５６】
図７は、本発明における熱源検出装置から見た人体の顔部を表す図である。実施の形態２の構成とする場合には、人体の顔部との距離は実施の形態２の数式４により求めることができるが、人体の顔部は方形ではない場合が多いことから、数式７における熱源の幅ｈ、ｗは実際に人体の顔部を検出した第１、第２の赤外線検出部の出力を基に設定する。
【００５７】
＜実施の形態５＞
本発明はさらに、第１の赤外線検出部の出力と第２の赤外線検出部の出力より求めた熱源との距離情報と、周囲温度の情報を基に、第２の赤外線検出部の出力から熱源の温度を検出する実施形態も取り得る。
【００５８】
実施の形態２の構成とする場合は、数式４により熱源との距離Ｌを特定し、温度センサ等により周囲温度Ｔｏを求めることで、数式２もしくは数式３により熱源の温度Ｔを求めることが可能である。
【００５９】
実施の形態３の構成とする場合にも、数式７により熱源との距離Ｌを特定し、温度センサ等により周囲温度Ｔｏを求めることで、数式５もしくは数式６により熱源の温度Ｔを求めることが可能である。
【００６０】
実施の形態４の場合であれば、人体の顔部の温度を求めることができるため、風邪による発熱等を検出することも可能である。
【００６１】
なお、人体の顔部を熱源として検出する場合には、顔部の大きさに合わせるため、赤外線検出部の視野角２・θｈ、２・θｖは３０度以上、６０度以下の範囲にあることが望ましい。
【００６２】
＜実施の形態６＞
本発明はさらに、第１の赤外線検出部と、第２の赤外線検出部を備え、熱源が所定の検出領域に入ったとき、第１の赤外線検出部の視野に入る熱源表面の面積が、第２の赤外線検出部の視野に入る熱源表面の面積と異なり、かつ、第１の赤外線検出部か、第２の赤外線検出部のいずれか一方の視野にのみ熱源表面の縁部が入り、第１の赤外線検出部の出力と第２の赤外線検出部の出力により、熱源の接近を検出する熱源検出装置の実施形態も取り得る。
【００６３】
実施の形態１のように第２の赤外線検出部が熱源の全てを視野に含むよう構成しなくとも、第１の赤外線検出部か、第２の赤外線検出部のいずれか一方の視野にのみ熱源表面の縁部が入れば熱源の接近を検出することが可能である。
【００６４】
図８は、本発明における熱源検出装置の一例を示す正面図である。実施の形態１における図１とは、第２の赤外線検出部の視野を制限する孔部２２がＹ軸方向に細長いスリット状である点が異なる。第１の赤外線検出部１１の視野のＸＺ平面、すなわち水平面における視野角を２・θｈ１、第１の赤外線検出部１１の視野のＹＺ平面、すなわち垂直面における視野角を２・θｖ１、とする。また、第２の赤外線検出部１２の視野のＸＺ平面、すなわち水平面における視野角を２・θｈ２とする。
【００６５】
図９は、本発明における熱源検出装置から見た熱源を表す図である。熱源３のＸ軸方向の幅をｗ、Ｙ軸方向の幅をｈとする。第１、第２の赤外線検出部と熱源との間の距離をＬとすると、第１の赤外線検出部の視野限界線１００ＶのＸ軸方法の幅は２・Ｌ・ｔａｎθｈ１、Ｙ軸方向の幅は２・Ｌ・ｔａｎθｖ１、第１の赤外線検出部の視野限界線２００ＶのＸ軸方法の幅は２・Ｌ・ｔａｎθｈ２となる。
【００６６】
第１の赤外線検出部の視野内の熱源の面積Ａは４・Ｌ２・ｔａｎθｈ・ｔａｎθｖとなり、第２の赤外線検出部の視野内の熱源の面積Ａはｗ・ｈとなるため、第１の赤外線検出部の出力Ｖ１、第２の赤外線検出部の出力Ｖ２は近似的に以下の数式で表される。
【００６７】
（数８）
Ｖ１∝４・ε・ｔａｎθｈ１・ｔａｎθｖ１・σ・（Ｔ４−Ｔｏ４）
【００６８】
（数９）
Ｖ２∝｛２・ε・ｗ・ｔａｎθｖ２・σ・（Ｔ４−Ｔｏ４）｝／Ｌ
【００６９】
第１の赤外線検出部の出力Ｖ１を、第２の赤外線検出部の出力Ｖ２で除算すると、以下の数式となり、熱源の温度や放射率、周辺温度に依存しない結果が得られる。
【００７０】
（数１０）
Ｖ１／Ｖ２∝｛２・ｔａｎθｈ１・ｔａｎθｖ１・Ｌ｝／（ｗ・ｔａｎθｖ２）
【００７１】
従って、第１の赤外線検出部の視野角２・θｈ１、２・θｖ１、第２の赤外線検出部の視野角２・θｈ２、熱源の幅ｗを予め把握しておけば、第１、第２の赤外線検出部と熱源との間の距離Ｌを求めることができる。
【００７２】
なお、本実施形態の構成では、図９における熱源３のＹ軸方向の幅ｈが不明であっても、第１、第２の赤外線検出部と熱源との間の距離Ｌを求めることができる。
【産業上の利用可能性】
【００７３】
本発明は人の存在の有無によってＰＣ、ＴＶ、自動販売機、ＡＴＭ等を制御する用途に適用することもできる。
【符号の説明】
【００７４】
２ 遮蔽板
３ 熱源
１１ 第１の赤外線検出部
１２ 第２の赤外線検出部
２１、２２ 孔部
３１ 顔部
１００Ｖ、１１０Ｖ、１２０Ｖ、２００Ｖ、２１０Ｖ、２２０Ｖ 視野限界線
θｈ 視野角
ｈ、ｗ 幅
【技術分野】
【０００１】
本発明は、赤外線を発する熱源を検出する熱源検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、２つの赤外線検出部の視野を交差させ、対象物の位置を判別する赤外線物体検出器の構成が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−１４８５６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載の熱源検出装置は、２つの赤外線検出部の視野が交差する領域を設けるために、２つの赤外線検出部の互いの距離を離さざるを得ず、小型化が困難であるという課題があった。
【０００５】
また、赤外線検出部の出力は、熱源及び周囲の温度変化の影響を受けるため、熱源と赤外線検出部との間の距離を正確に検出できないという課題があった。
【０００６】
従って本発明の目的は、小型で熱源と赤外線検出部との間の距離を正確に検出する赤外線物体検出器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題は、熱源が所定の検出領域に入ったとき、熱源の一部のみを視野に含むよう構成した第１の赤外線検出部と、熱源の全てを視野に含むよう構成した第２の赤外線検出部と、第１の赤外線検出部の出力と第２の赤外線検出部の出力を演算する演算処理部を備えている熱源検出装置により解決することができる。
【０００８】
なお、演算処理部を、第１の赤外線検出部の出力と第２の赤外線検出部の出力を除算する演算処理を行うことにより、前記熱源との距離を検出するよう構成してもよい。
【０００９】
また、熱源は人体の顔部であってもよい。
【００１０】
また、第１の赤外線検出部の視野の中央部の高さは顔部の中央部の平均的な高さと一致し、第１の赤外線検出部の視野は人体の上下方向よりも左右方向に長くてもよい。
【００１１】
また、第１の赤外線検出部の出力と第２の赤外線検出部の出力より求めた熱源との距離情報と、周囲温度の情報を基に、第２の赤外線検出部の出力から熱源の温度を検出する熱源検出装置であってもよい。
【００１２】
また、第１の赤外線検出部と、第２の赤外線検出部を備え、熱源が所定の検出領域に入ったとき、第１の赤外線検出部の視野に入る熱源表面の面積が、第２の赤外線検出部の視野に入る熱源表面の面積と異なり、かつ、第１の赤外線検出部か、第２の赤外線検出部のいずれか一方の視野にのみ熱源表面の縁部が入り、第１の赤外線検出部の出力と第２の赤外線検出部の出力により、熱源の接近を検出する熱源検出装置であってもよい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明により、熱源検出装置を小型化することができる。また、熱源の接近を正確に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明における熱源検出装置の一例を示す正面図である。
【図２】本発明における熱源検出装置の一例を示す図１の断面図である。
【図３】本発明における熱源検出装置から見た熱源を表す図である。
【図４】本発明における熱源検出装置から見た熱源を示す図である。
【図５】本発明における熱源検出装置から見た熱源を表す図である。
【図６】本発明における熱源検出装置から見た人体の顔部を表す図である。
【図７】本発明における熱源検出装置から見た人体の顔部を表す図である。
【図８】本発明における熱源検出装置の一例を示す正面図である。
【図９】本発明における熱源検出装置から見た熱源を表す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
＜実施の形態１＞
本発明は、例えば、熱源が所定の検出領域に入ったとき、熱源の一部のみを視野に含むよう構成した第１の赤外線検出部と、熱源の全てを視野に含むよう構成した第２の赤外線検出部を備え、第１の赤外線検出部の出力と第２の赤外線検出部の出力により、熱源の接近を検出する熱源検出装置の実施形態を取り得る。
【００１６】
第１、第２の赤外線検出部の出力は、どちらも熱源より入射する赤外線量と、熱源と赤外線検出部の間の距離の双方に依存する。その一方で、第１の赤外線検出部の視野に熱源の一部のみが入り、第２の赤外線検出部の視野に熱源の全てが入るよう構成しておくことで、第１、第２の赤外線検出部間で熱源より入射する赤外線量を異ならせることができる。従って、第１の赤外線検出部の出力と第２の赤外線検出部の出力を基に、熱源から放射する赤外線量と、熱源と赤外線検出部の間の距離の情報を分離することが可能となり、熱源の接近を検出することができる。
【００１７】
なお、赤外線検出部の出力が周囲温度や周囲の赤外線量によって影響を受ける場合には、温度センサや、熱源を除く周囲の赤外線量を検出する赤外線検出部などの出力により補正することが望ましい。
【００１８】
図１は、本発明における熱源検出装置の一例を示す正面図である。図１における熱源検出装置は、熱源側から見た遮蔽板２の背面に第１の赤外線検出部１１と、第２の赤外線検出部１２を配置している。遮蔽板２には、孔部２１、２２が設けられ、第１の赤外線検出部１１と、第２の赤外線検出部１２の視野を制限している。
【００１９】
図２は、本発明における熱源検出装置の一例を示す図１の断面図である。すなわち、図２は、図１におけるＡＡ面の断面図となる。第１の赤外線検出部１１は遮蔽板２に設けた孔部２１により視野が視野限界線１１０Ｖ、１２０Ｖの間に制限され、第２の赤外線検出部１２は遮蔽板２に設けた孔部２２により視野が視野限界線２１０Ｖ、２２０Ｖの間に制限されている。
【００２０】
熱源３が所定の検出領域に入ると、第１の赤外線検出部１１側に対面し、視野限界線１１０Ｖ、１２０Ｖの間に入る熱源３表面より放射する赤外線が第１の赤外線検出部１１に入射する。一方、第２の赤外線検出部１２の視野限界線２１０Ｖ、２２０Ｖに熱源３が全て含まれるため、第２の赤外線検出部側に対面する熱源３表面より放射する赤外線が第２の赤外線検出部１２に入射する。
【００２１】
すなわち、第１の赤外線検出部１１の視野全体より熱源３からの赤外線が入射されることから、熱源３から放射される赤外線量は、第１の赤外線検出部１１の出力によって推定することができる。一方、第２の赤外線検出部１２の視野に熱源３の全体が入ることから、第２の赤外線検出部１２に入射する赤外線量は熱源３との間の距離と、熱源３より放射される赤外線量の双方に依存する。従って、第１の赤外線検出部の出力により第２の赤外線検出部１２の出力を補正することで、熱源３の接近を検出することが可能となる。
【００２２】
もし、熱源の温度分布がある場合は、第１の赤外線検出部出力と第２の赤外線検出部出力と、熱源との間の距離の関係について学習機能を取り入れてもよい。
【００２３】
また、第２の赤外線検出部の出力により第１の赤外線検出部の増幅率を制御してもよい。
【００２４】
赤外線検出部としては、ボロメータ、焦電センサ、サーモパイル、量子型赤外線検出部等を用いることが出来るが、本発明で使用できる赤外線検出部は、これに限られない。
【００２５】
なお、１つの赤外線検出部を、遮蔽板に設けた孔部により視野を制限し、さらにシャッターにより視野を切り替える構成とした場合でも、熱源との間の距離の検出が可能となる。すなわち、赤外線検出部の視野をシャッターで切り替えることにより、第１の赤外線検出部１１と孔部２１による構成と、第２の赤外線検出部１２と孔部２２による構成を一つの赤外線検出部で時間分割で実現してもよい。
【００２６】
＜実施の形態２＞
本発明は、実施の形態１に加え、例えば、第１の赤外線検出部の出力と第２の赤外線検出部の出力を除算した値により、熱源との距離を検出する実施形態も取り得る。
【００２７】
第１の赤外線検出部の出力と第２の赤外線検出部の出力は共に熱源より放射される赤外線量に比例する場合が多く、第１の赤外線検出部の出力と第２の赤外線検出部の出力を除算することにより、熱源より放射される赤外線量の情報を除くことができるため、熱源と赤外線検出部の間の距離を検出することが可能となる。
【００２８】
なお、第１、第２の赤外線検出部と熱源との間の距離が等しければ、第１、第２の赤外線検出部の出力に含まれる距離の情報が共通となるため、除算による距離の検出を行い易くなる。第１、第２の赤外線検出部と熱源との間の距離を等しくするためには、第１、第２の赤外線検出部を可能な限り近接させれば良い。また、第１、第２の赤外線検出部を近接させることで、熱源検出装置全体として小型化することにも繋がる。
【００２９】
図３は、本発明における熱源検出装置から見た熱源を表す図である。実施の形態１における図１、図２の配置の場合、熱源検出装置から見た熱源３のうち、第１の赤外線検出部には視野限界線１００Ｖの範囲内の熱源３の表面から放射される赤外線が入射する。また、第２の赤外線検出部の視野限界線２００Ｖの中に熱源３全体が入るため、熱源検出装置に対面する熱源３の表面全体から放射される赤外線が第２の赤外線検出部に入射する。
【００３０】
ここで、図２における第１の赤外線検出部１１の視野限界線１１０Ｖ、１２０Ｖにより定まる視野角の半分の角度をθｈとすると、２・θｈは図１における第１の赤外線検出部１１の視野のＸＺ平面、すなわち水平面における視野角となる。同様に、第１の赤外線検出部１１の視野のＹＺ平面、すなわち垂直面における視野角を２・θｖとする。
【００３１】
また、図３における熱源３のＸ軸方向の幅をｗ、Ｙ軸方向の幅をｈとする。第１、第２の赤外線検出部と熱源との間の距離をＬとすると、第１の赤外線検出部の視野限界線１００ＶのＸ軸方法の幅は２・Ｌ・ｔａｎθｈ、Ｙ軸方向の幅は２・Ｌ・ｔａｎθｖとなる。
【００３２】
一方、熱源の放射率をε、シュテファン・ボルツマン定数をσ、熱源３の温度をＴ、周囲温度をＴｏ、赤外線検出部と熱源との間の距離をＬ、視野内の熱源の面積をＡとした場合、赤外線検出部の出力Ｖは近似的に以下の数式で表される。
【００３３】
（数１）
Ｖ∝｛ε・Ａ・σ・（Ｔ４−Ｔｏ４）｝／Ｌ２
【００３４】
従って、第１の赤外線検出部の視野内の熱源の面積Ａは４・Ｌ２・ｔａｎθｈ・ｔａｎθｖとなり、第２の赤外線検出部の視野内の熱源の面積Ａはｗ・ｈとなるため、第１の赤外線検出部の出力Ｖ１、第２の赤外線検出部の出力Ｖ２は近似的に以下の数式で表される。 なお、以下の第１の赤外線検出部の出力Ｖ１を表す数式２は赤外線検出部と熱源との間の距離Ｌを含んでいないため、距離Ｌの影響を受けずに熱源より放射する赤外線量を検出することができる。
【００３５】
（数２）
Ｖ１∝４・ε・ｔａｎθｈ・ｔａｎθｖ・σ・（Ｔ４−Ｔｏ４）
【００３６】
（数３）
Ｖ２∝｛ε・ｗ・ｈ・σ・（Ｔ４−Ｔｏ４）｝／Ｌ２
【００３７】
第１の赤外線検出部の出力Ｖ１を、第２の赤外線検出部の出力Ｖ２で除算すると、以下の数式となり、熱源の温度や放射率、周辺温度に依存しない結果が得られる。
【００３８】
（数４）
Ｖ１／Ｖ２∝｛４・ｔａｎθｈ・ｔａｎθｖ・Ｌ２｝／（ｗ・ｈ）
【００３９】
従って、第１の赤外線検出部の視野角２・θｈ、２・θｖ、熱源の大きさｗ、ｈを予め把握しておけば、第１、第２の赤外線検出部と熱源との間の距離Ｌを求めることができる。
【００４０】
また、Ｖ１／Ｖ２の除算に除算回路を用いると、赤外線検出部２つと除算回路の簡単な構成によって熱源との間の距離検出が可能であるため、小型で、消費電力が少なく、誤動作の可能性を抑えた熱源検出装置とすることができる。
【００４１】
除算回路としてデジタル回路を用いても良いが、アナログ回路で構成する場合には、例えば、バイポーラトランジスタのコレクタ電流とエミッタ電流の関係が対数関数で表されることを利用し、バイポーラトランジスタ増幅回路により第１の赤外線検出部の出力Ｖ１と前記第２の赤外線検出部の出力Ｖ２をそれぞれ対数出力に変換し、各々の対数出力電圧を差動増幅することで除算した出力Ｌｏｇ（Ｖ１／Ｖ２）を得ることが出来る。さらに、バイポーラトランジスタ増幅回路により除算した出力Ｌｏｇ（Ｖ１／Ｖ２）をＶ１／Ｖ２に変換してもよい。
【００４２】
＜実施の形態３＞
図４は、本発明における熱源検出装置から見た熱源を示す図である。実施の形態２とは遮蔽板２に設けた孔部２１の形状が異なり、孔部２１はＹ軸方向に細長いスリット状となっている。
【００４３】
図５は、本発明における熱源検出装置から見た熱源を表す図である。図４における第１の赤外線検出部１１の視野は、実施の形態２と比較すると、熱源の縁部を越えてＹ軸方向に拡張されている。
【００４４】
本実施形態の場合、第１の赤外線検出部の視野内の熱源の面積Ａは４・Ｌ２・ｔａｎθｈ・ｔａｎθｖとなり、第２の赤外線検出部の視野内の熱源の面積Ａは２・Ｌ・ｗ・ｔａｎθｖとなるため、第１の赤外線検出部の出力Ｖ１、第２の赤外線検出部の出力Ｖ２は近似的に以下の数式で表される。
【００４５】
（数５）
Ｖ１∝｛２・ε・ｗ・ｔａｎθｖ・σ・（Ｔ４−Ｔｏ４）｝／Ｌ
【００４６】
（数６）
Ｖ２∝｛ε・ｗ・ｈ・σ・（Ｔ４−Ｔｏ４）｝／Ｌ２
【００４７】
第１の赤外線検出部の出力Ｖ１を、第２の赤外線検出部の出力Ｖ２で除算すると、以下の数式となり、熱源の温度や放射率、周辺温度に依存しない結果が得られる。
【００４８】
（数７）
Ｖ１／Ｖ２∝｛２・ｔａｎθｖ・Ｌ｝／ｈ
【００４９】
従って、実施の形態３の構成であっても、第１の赤外線検出部の視野角２・θｖ熱源の大きさｈを予め把握しておけば、第１、第２の赤外線検出部と熱源との間の距離Ｌを求めることができる。
【００５０】
なお、本実施形態の構成では、図５における熱源３のＸ軸方向の幅ｗが不明であっても、第１、第２の赤外線検出部と熱源との間の距離Ｌを求めることができる。
【００５１】
＜実施の形態４＞
本発明はさらに、熱源が人体の顔部であり、第１の赤外線検出部の視野の中央部の高さが顔部の中央部の平均的な高さと一致し、視野が人体の左右方向に細長い実施形態も取り得る。
【００５２】
人体は、着衣などによっても顔部は露出するため、熱源検出装置は表面温度の均一な顔部を熱源として検出することが望ましい。
【００５３】
また、人体の顔部を検出する熱源検出装置を構成する場合、顔部は人体の左右方向に動きやすいが、上下方向には動きにくい特性を持つ。特にこの特性は、人体が着席した場合に顕著となる。
【００５４】
図６は、本発明における熱源検出装置から見た人体の顔部を表す図である。図６のＸ軸方向が人体の上下方向、Ｙ軸が人体の左右方向に対応している。熱源検出装置から見た熱源となる人体の顔部３１のうち、第１の赤外線検出部には視野限界線１００Ｖの範囲内の顔部３１の表面から放射される赤外線が入射する。また、第２の赤外線検出部の視野限界線２００Ｖの中に顔部３１全体が入るため、熱源検出装置に対面する顔部３の表面全体から放射される赤外線が第２の赤外線検出部に入射する。
【００５５】
人体の顔部との距離は実施の形態３の数式７により求めることができるが、人体の顔部は方形ではない場合が多いことから、数式７における熱源の幅ｈは実際に人体の顔部を検出した第１、第２の赤外線検出部の出力を基に設定する。
【００５６】
図７は、本発明における熱源検出装置から見た人体の顔部を表す図である。実施の形態２の構成とする場合には、人体の顔部との距離は実施の形態２の数式４により求めることができるが、人体の顔部は方形ではない場合が多いことから、数式７における熱源の幅ｈ、ｗは実際に人体の顔部を検出した第１、第２の赤外線検出部の出力を基に設定する。
【００５７】
＜実施の形態５＞
本発明はさらに、第１の赤外線検出部の出力と第２の赤外線検出部の出力より求めた熱源との距離情報と、周囲温度の情報を基に、第２の赤外線検出部の出力から熱源の温度を検出する実施形態も取り得る。
【００５８】
実施の形態２の構成とする場合は、数式４により熱源との距離Ｌを特定し、温度センサ等により周囲温度Ｔｏを求めることで、数式２もしくは数式３により熱源の温度Ｔを求めることが可能である。
【００５９】
実施の形態３の構成とする場合にも、数式７により熱源との距離Ｌを特定し、温度センサ等により周囲温度Ｔｏを求めることで、数式５もしくは数式６により熱源の温度Ｔを求めることが可能である。
【００６０】
実施の形態４の場合であれば、人体の顔部の温度を求めることができるため、風邪による発熱等を検出することも可能である。
【００６１】
なお、人体の顔部を熱源として検出する場合には、顔部の大きさに合わせるため、赤外線検出部の視野角２・θｈ、２・θｖは３０度以上、６０度以下の範囲にあることが望ましい。
【００６２】
＜実施の形態６＞
本発明はさらに、第１の赤外線検出部と、第２の赤外線検出部を備え、熱源が所定の検出領域に入ったとき、第１の赤外線検出部の視野に入る熱源表面の面積が、第２の赤外線検出部の視野に入る熱源表面の面積と異なり、かつ、第１の赤外線検出部か、第２の赤外線検出部のいずれか一方の視野にのみ熱源表面の縁部が入り、第１の赤外線検出部の出力と第２の赤外線検出部の出力により、熱源の接近を検出する熱源検出装置の実施形態も取り得る。
【００６３】
実施の形態１のように第２の赤外線検出部が熱源の全てを視野に含むよう構成しなくとも、第１の赤外線検出部か、第２の赤外線検出部のいずれか一方の視野にのみ熱源表面の縁部が入れば熱源の接近を検出することが可能である。
【００６４】
図８は、本発明における熱源検出装置の一例を示す正面図である。実施の形態１における図１とは、第２の赤外線検出部の視野を制限する孔部２２がＹ軸方向に細長いスリット状である点が異なる。第１の赤外線検出部１１の視野のＸＺ平面、すなわち水平面における視野角を２・θｈ１、第１の赤外線検出部１１の視野のＹＺ平面、すなわち垂直面における視野角を２・θｖ１、とする。また、第２の赤外線検出部１２の視野のＸＺ平面、すなわち水平面における視野角を２・θｈ２とする。
【００６５】
図９は、本発明における熱源検出装置から見た熱源を表す図である。熱源３のＸ軸方向の幅をｗ、Ｙ軸方向の幅をｈとする。第１、第２の赤外線検出部と熱源との間の距離をＬとすると、第１の赤外線検出部の視野限界線１００ＶのＸ軸方法の幅は２・Ｌ・ｔａｎθｈ１、Ｙ軸方向の幅は２・Ｌ・ｔａｎθｖ１、第１の赤外線検出部の視野限界線２００ＶのＸ軸方法の幅は２・Ｌ・ｔａｎθｈ２となる。
【００６６】
第１の赤外線検出部の視野内の熱源の面積Ａは４・Ｌ２・ｔａｎθｈ・ｔａｎθｖとなり、第２の赤外線検出部の視野内の熱源の面積Ａはｗ・ｈとなるため、第１の赤外線検出部の出力Ｖ１、第２の赤外線検出部の出力Ｖ２は近似的に以下の数式で表される。
【００６７】
（数８）
Ｖ１∝４・ε・ｔａｎθｈ１・ｔａｎθｖ１・σ・（Ｔ４−Ｔｏ４）
【００６８】
（数９）
Ｖ２∝｛２・ε・ｗ・ｔａｎθｖ２・σ・（Ｔ４−Ｔｏ４）｝／Ｌ
【００６９】
第１の赤外線検出部の出力Ｖ１を、第２の赤外線検出部の出力Ｖ２で除算すると、以下の数式となり、熱源の温度や放射率、周辺温度に依存しない結果が得られる。
【００７０】
（数１０）
Ｖ１／Ｖ２∝｛２・ｔａｎθｈ１・ｔａｎθｖ１・Ｌ｝／（ｗ・ｔａｎθｖ２）
【００７１】
従って、第１の赤外線検出部の視野角２・θｈ１、２・θｖ１、第２の赤外線検出部の視野角２・θｈ２、熱源の幅ｗを予め把握しておけば、第１、第２の赤外線検出部と熱源との間の距離Ｌを求めることができる。
【００７２】
なお、本実施形態の構成では、図９における熱源３のＹ軸方向の幅ｈが不明であっても、第１、第２の赤外線検出部と熱源との間の距離Ｌを求めることができる。
【産業上の利用可能性】
【００７３】
本発明は人の存在の有無によってＰＣ、ＴＶ、自動販売機、ＡＴＭ等を制御する用途に適用することもできる。
【符号の説明】
【００７４】
２ 遮蔽板
３ 熱源
１１ 第１の赤外線検出部
１２ 第２の赤外線検出部
２１、２２ 孔部
３１ 顔部
１００Ｖ、１１０Ｖ、１２０Ｖ、２００Ｖ、２１０Ｖ、２２０Ｖ 視野限界線
θｈ 視野角
ｈ、ｗ 幅
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱源が所定の検出領域に入ったとき、
前記熱源の一部のみを視野に含むよう構成した第１の赤外線検出部と、
前記熱源の全てを視野に含むよう構成した第２の赤外線検出部と、
前記第１の赤外線検出部の出力と前記第２の赤外線検出部の出力を演算する演算処理部を備えていることを特徴とする熱源検出装置。
【請求項２】
前記演算処理部は、前記第１の赤外線検出部の出力と前記第２の赤外線検出部の出力を除算する演算処理を行うことにより、
前記熱源との距離を検出することを特徴とする請求項１記載の熱源検出装置。
【請求項３】
前記熱源は人体の顔部であることを特徴とする請求項１、請求項２のいずれかに記載の熱源検出装置。
【請求項４】
前記第１の赤外線検出部の視野の中央部の高さは前記顔部の中央部の平均的な高さと一致し、前記第１の赤外線検出部の視野は前記人体の上下方向よりも左右方向に長いことを特徴とする請求項３記載の赤外線検出装置。
【請求項５】
前記第１の赤外線検出部の出力と前記第２の赤外線検出部の出力より求めた熱源との距離情報と、周囲温度の情報を基に、前記第２の赤外線検出部の出力から前記熱源の温度を検出することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の熱源検出装置。
【請求項６】
第１の赤外線検出部と、
第２の赤外線検出部を備え、
熱源が所定の検出領域に入ったとき、
前記第１の赤外線検出部の視野に入る前記熱源表面の面積が、前記第２の赤外線検出部の視野に入る前記熱源表面の面積と異なり、
かつ、前記第１の赤外線検出部か、前記第２の赤外線検出部のいずれか一方の視野にのみ前記熱源表面の縁部が入り、
前記第１の赤外線検出部の出力と前記第２の赤外線検出部の出力により、
前記熱源の接近を検出することを特徴とする熱源検出装置。
【請求項１】
熱源が所定の検出領域に入ったとき、
前記熱源の一部のみを視野に含むよう構成した第１の赤外線検出部と、
前記熱源の全てを視野に含むよう構成した第２の赤外線検出部と、
前記第１の赤外線検出部の出力と前記第２の赤外線検出部の出力を演算する演算処理部を備えていることを特徴とする熱源検出装置。
【請求項２】
前記演算処理部は、前記第１の赤外線検出部の出力と前記第２の赤外線検出部の出力を除算する演算処理を行うことにより、
前記熱源との距離を検出することを特徴とする請求項１記載の熱源検出装置。
【請求項３】
前記熱源は人体の顔部であることを特徴とする請求項１、請求項２のいずれかに記載の熱源検出装置。
【請求項４】
前記第１の赤外線検出部の視野の中央部の高さは前記顔部の中央部の平均的な高さと一致し、前記第１の赤外線検出部の視野は前記人体の上下方向よりも左右方向に長いことを特徴とする請求項３記載の赤外線検出装置。
【請求項５】
前記第１の赤外線検出部の出力と前記第２の赤外線検出部の出力より求めた熱源との距離情報と、周囲温度の情報を基に、前記第２の赤外線検出部の出力から前記熱源の温度を検出することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の熱源検出装置。
【請求項６】
第１の赤外線検出部と、
第２の赤外線検出部を備え、
熱源が所定の検出領域に入ったとき、
前記第１の赤外線検出部の視野に入る前記熱源表面の面積が、前記第２の赤外線検出部の視野に入る前記熱源表面の面積と異なり、
かつ、前記第１の赤外線検出部か、前記第２の赤外線検出部のいずれか一方の視野にのみ前記熱源表面の縁部が入り、
前記第１の赤外線検出部の出力と前記第２の赤外線検出部の出力により、
前記熱源の接近を検出することを特徴とする熱源検出装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１３−８８１４２（Ｐ２０１３−８８１４２Ａ）
【公開日】平成２５年５月１３日（２０１３．５．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２２６０５６（Ｐ２０１１−２２６０５６）
【出願日】平成２３年１０月１３日（２０１１．１０．１３）
【出願人】（０００１３４２５７）ＮＥＣトーキン株式会社 (1,832)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月１３日（２０１３．５．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１０月１３日（２０１１．１０．１３）
【出願人】（０００１３４２５７）ＮＥＣトーキン株式会社 (1,832)
【Ｆターム（参考）】
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