DE19628050A1 - Infrarotmeßvorrichtung und Verfahren der Erfassung eines menschlichen Körpers durch diese - Google Patents

Infrarotmeßvorrichtung und Verfahren der Erfassung eines menschlichen Körpers durch diese

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Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Infrarotmeßvorrichtung, welche nicht nur das Vorhandensein eines menschlichen Körpers und dessen Aktivität erfassen kann, sondern auch den Ort und die Bewegungsrichtung eines vorhandenen menschlichen Körpers, und betrifft weiterhin ein Verfahren zur Erfassung eines menschlichen Körpers durch ein derartiges Meß- oder Erfassungsgerät.
Bekanntlich werden Infrarotmeß- oder Erfassungsgeräte in pyroelektrische Infrarotmeßgeräte und quantenmechanische Meßgeräte unterteilt. Obwohl die pyroelektrischen Meßgeräte eine niedrigere Meßempfindlichkeit im Vergleich zu quantenmechanischen Geräten aufweisen, sind ihre Herstellungskosten niedrig, und sind sie einfach herzustellen, da sie kein Kühlsystem benötigen, und daher bei normalen Zimmertemperaturen betrieben werden können. Daher werden die pyroelektrischen Meßgeräte in weiterem Ausmaß bei Vorrichtungen zur Verbrechensbekämpfung und Schadensverhinderung sowie bei Klimaanlagen verwendet. Wenn eine pyroelektrische Substanz, die in einer derartigen Meßvorrichtung vorhanden ist, einen Infrarotstrahl empfängt, der von einer Wärmequelle wie beispielsweise einem menschlichen Körper ausgestrahlt wird, so ergibt sich eine Temperaturänderung der pyroelektrischen Substanz, was einen pyroelektrischen Elektrizitätsfluß entsprechend der zugehörigen Änderung der Polarisation der pyroelektrischen Substanz hervorruft, so daß auf diese Weise die Wärmequelle erfaßt wird. In den vergangenen Jahren wurden PbTiO₃, Bleizirkonattitanat, LiTaO₃, Polyvinylidenfluoridpolymer und dergleichen als pyroelektrische Materialien verwendet.
Nachstehend wird unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen eine konventionelle Infrarotmeßvorrichtung beschrieben.
Fig. 1 ist eine Schnittansicht des Aufbaus eines konventionellen Infrarotmeßgerätes, und Fig. 2 erläutert anhand eines Diagramms die Temperatur- Polarisationseigenschaften einer üblichen Infrarotmeßvorrichtung. Fig. 3 zeigt ein Äquivalenzschaltbild des konventionellen Infrarotmeßgerätes.
Das konventionelle Infrarotmeßgerät weist einen pyroelektrischen oder ferroelektrischen Chip 1 auf, ein auf einem oberen Teil 2 angebrachtes Infrarotdetektorelement, einen Gatewiderstand 4 und einen Feldeffekttransistor 5, die auf einem Schaltungssubstrat 3 unterhalb des pyroelektrischen Chips angebracht sind, ein über dem pyroelektrischen Chip 1 vorgesehenes Filter 6, und ein Metallgehäuse 7 zur Abdichtung.
Je stärker die Temperatur der ferroelektrischen Substanz des Infrarotmeßgeräts ansteigt, desto stärker nimmt die Polarisation des Infrarotmeßgerätes ab, wie in Fig. 2 gezeigt ist. Die Polarisation des pyroelektrischen Meßgerätes erreicht den Wert P₁ bei einer Temperatur T₁, und es werden proportional zur Polarisation die Pole erzeugt, die positive und negative Ladungen aufweisen. Wenn zu diesem Zeitpunkt die Temperatur auf einen Wert T₂ ansteigt, wird die Polarisation des pyroelektrischen Meßgerätes auf P₂ verringert, und die Anzahl an Dipolen durch P₂ verringert, wodurch negative und positive Ladungen entsprechend der Anzahl an Dipolen, P₁ - P₂ (ΔP: Dekrement (schrittweise Verringerung) der Polarisation) durch eine Metalleitung hindurchgehen. Diese negativen und positiven Ladungen erzeugen einen Fluß eines pyroelektrischen Stroms, und das Meßgerät erfaßt empfindlich Temperaturen durch die Änderung des pyroelektrischen Stromflusses.
Wie aus Fig. 3 hervorgeht, wird bei einem Temperaturanstieg von T₁ auf T₂ die Polarisation des pyroelektrischen ferroelektrischen Chips 1 von P₁ auf P₂ verringert, wodurch die Anzahl an Dipolen und die Erzeugung der positiven und negativen Ladungen durch die Verringerung der Dipole verringert wird.
Der pyroelektrische Strom wird in einen Impedanzwert durch den Gatewiderstand 4 umgewandelt, und dieser wird an ein Gate eines FET 5 angelegt, und der FET 5 reagiert empfindlich mit der Erzeugung eines Sensormeßsignals.
Ein derartiges konventionelles Infrarotmeßgerät kann das Vorhandensein eines menschlichen Körpers und das Ausmaß der Aktivität erfassen, kann jedoch nicht den Ort und die Richtung der Bewegung oder die Entfernung zwischen dem menschlichen Körper und dem Gerät feststellen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Infrarotmeßgerät vorgesehen, welches mit drei pyroelektrischen Infrarotsensorelementen versehen ist, und mit einer Führungseinheit, welche einen zu überwachenden Raum in Zonen großer Entfernung und Zonen in geringer Entfernung sowie in rechte, zentrale und linke Zonen unterteilt, um den Ort und die Bewegungsrichtung von jemandem zu erfassen, der dort ist, das Vorhandensein eines menschlichen Körpers und das Ausmaß der Aktivität, wobei darüber hinaus ein Verfahren zur Erfassung eines menschlichen Körpers durch ein derartiges Meßgerät zur Verfügung gestellt wird.
Um das voranstehend geschilderte Ziel zu erreichen stellt die vorliegende Erfindung ein Infrarotmeßgerät zur Verfügung, bei welchem vorgesehen sind: eine Kondensorlinse zum Sammeln von Infrarotstrahlen von einem menschlichen Körper; eine Führungseinheit zur Unterteilung eines zu überwachenden Raums in mehrere horizontale und vertikale Zonen, und zum Führen der Infrarotstrahlen zu einem Teil einer Infrarotsensoreinheit entsprechend der Richtung der Strahlen; ein Gehäuse zum Umschließen der Kondensorlinse und der Führungseinheit, um eine Streuung der einfallenden Infrarotstrahlen zu verhindern; eine Infrarotsensoreinheit zur Erfassung von Infrarotstrahlen aus einer bestimmten Zone oder Infrarotstrahlen aus mehreren Zonen, geführt durch die Führungseinheit und das Gehäuse; und eine Signalverarbeitungseinheit zum Verstärken eines Ausgangssignals der Infrarotsensoreinheit, und zum Umwandeln des angelegten Signals in ein Digitalsignal sowie zur Analyse des Digitalsignals.
Die Erfindung wird nachstehend anhand zeichnerisch dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert, aus welchen weitere Vorteile und Merkmale hervorgehen. Es zeigt:
Fig. 1 eine Schnittansicht des Aufbaus eines konventionellen Infrarotmeßgeräts;
Fig. 2 ein Diagramm der Temperatur- Polarisationseigenschaften eines üblichen Infrarotmeßgerätes;
Fig. 3 ein Äquivalenzschaltbild des konventionellen Infrarotmeßgerätes;
Fig. 4 eine Ansicht in Explosionsdarstellung eines Infrarotmeßgerätes gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 5 eine Ansicht in Explosionsdarstellung einer Infrarotsensoreinheit gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 6 den Aufbau einer Infrarotdetektoreinheit gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 7 eine horizontale Schnittansicht des Infrarotmeßgerätes gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 8 eine vertikale Schnittansicht des Infrarotmeßgerätes gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 9 eine Horizontalverteilung des Gesichtsfeldes des Infrarotmeßgerätes;
Fig. 10 eine vertikale Verteilung des Gesichtsfeldes des erfindungsgemäßen Infrarotmeßgerätes;
Fig. 11 ein Blockschaltbild des Infrarotmeßgerätes gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 12 ein Schaltbild des Infrarotmeßgerätes gemäß der vorliegenden Erfindung; und
Fig. 13A und 13B Flußdiagramme zur Verdeutlichung eines Verfahrens zur Erfassung eines menschlichen Körpers durch das Infrarotmeßgerät gemäß der vorliegenden Erfindung.
Die Fig. 4 und 5 sind Ansichten in Explosionsdarstellung eines Infrarotmeßgerätes und einer Infrarotsensoreinheit gemäß der vorliegenden Erfindung. Fig. 6 zeigt den Aufbau einer Infrarotdetektoreinheit gemäß der vorliegenden Erfindung, und die Fig. 7 und 8 zeigen horizontale und vertikale Schnittansichten des Infrarotmeßgerätes gemäß der vorliegenden Erfindung. Wie aus Fig. 4 hervorgeht, weist das Infrarotmeßgerät eine Fresnellinse 11 zum Sammeln von Wärme-Infrarotstrahlung auf, die von einem menschlichen Körper ausgesandt wird, eine Führungseinheit 12 mit horizontalen und vertikalen Führungen 12b und 12a zum Unterteilen eines zu überwachenden Raums in mehrere horizontale und vertikale Zonen, und zum Führen eines bestimmten Infrarotstrahls IR, der von einem Objekt ausgesandt wird, das in einer der Zonen vorhanden ist, sowie ein Führungsgehäuse 13 zum Umschließen der Führungseinheit 12, um eine Streuung des über die Fresnellinse 11 und die Führungseinheit 12 einfallenden Infrarotstrahls zu verhindern. Das erfindungsgemäße Infrarotmeßgerät weist weiterhin eine Infrarotsensoreinheit 14 zur Erfassung des durch die Führungseinheit 12 geführten Infrarotstrahls auf, sowie eine Signalverarbeitungseinheit 15 zur Verstärkung eines von der Infrarotsensoreinheit 14 erzeugten Signals, zum Umwandeln des angelegten Signals in ein Digitalsignal, und zur Analyse des Digitalsignals.
Wie aus Fig. 5 hervorgeht, weist die Infrarotsensoreinheit 14 ein Infrarotfilter 16 zum Filtern nur eines Infrarotstrahls auf, einen Infrarotdetektor 17 mit einem Impedanztransformator 20 zur Erfassung des von dem Infrarotfilter 16 empfangenen Infrarotstrahls und zur Erzeugung eines pyroelektrischen Stroms, einen Metallstempel 18, auf welchem der Infrarotdetektor 17 und der Impedanztransformator 20 angebracht sind, und ein Metallgehäuse 19, zur Aufnahme des Infrarotfilters 16, des Infrarotdetektors 17 und des Impedanztransformator 20, und zwar auf solche Weise, daß eine Abdichtung erzielt wird.
Gemäß Fig. 6 weist der Infrarotdetektor 17 den Impedanztransformator 20 auf, bei welchem ein Feldeffekttransistor FET und ein Gatewiderstand auf demselben Schaltungssubstrat vorgesehen sind, zwei Detektorelemente 17a und 17b für Horizontalzonen in großer Entfernung, die auf dem oberen Abschnitt angebracht sind, um eine linke, zentrale oder rechte Zone und eine Zone in großer Entfernung eines zu überwachenden Raums zu erfassen, sowie ein Detektorelement 17c für eine Zone in kurzer Entfernung, wobei dieses Element unter den Detektorelementen 17a und 17b für die Horizontalzone und die Zone in großer Entfernung angebracht ist, und zur Erfassung einer Zone in kurzer Entfernung des Raums dient.
In Bezug auf die Position der Detektorelemente sind die Detektorelemente 17a und 17b für die horizontale Zone in großer Entfernung so angeordnet, daß sie in drei Teile unterteilt sind, ein linkes, rechtes und zentrales Teil, durch zwei vertikale Führungen 12a, wie in Fig. 7 gezeigt.
Wenn ein menschlichen Körper in der zentralen Zone vorhanden ist, erfaßt das zentrale Element der Detektorelemente 17a und 17b für die horizontale Zone in großer Entfernung, welches durch die vertikalen Führungen 12a gebildet wird, die Position des menschlichen Körpers, und erzeugen zwei Detektorelemente 17a und 17b für die horizontale Zone in großer Entfernung zusammen ein entsprechendes Reaktionsausgangssignal. Das Detektorelement 17c für die Zone in kurzer Entfernung zur Überwachung einer Zone in kurzer Entfernung eines Raums ist unter den Detektorelementen 17a und 17b für die Zone in Horizontalrichtung und großer Entfernung angeordnet.
Weiterhin ist eine horizontale Führung 12b zwischen den Detektorelementen 17a und 17b für die Zone in Horizontalrichtung und großer Entfernung und dem Detektorelement 17c für die Zone in kurzer Entfernung angeordnet, um eine gegenseitige Störung der Erfassung für die Zonen für große bzw. kleine Entfernung zu verhindern, wenn ein Infrarotstrahl auf den Infrarotdetektor 17 einfällt, wie in Fig. 8 gezeigt ist.
Nachstehend wird der Betriebsablauf des Infrarotmeßgeräts gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Ein Infrarotstrahl IR, der von dem menschlichen Körper ausgesandt wird, der sich in einer der Zonen befindet, die durch die Führungen 12a und 12b unterteilt werden, wie voranstehend erwähnt, wird von der Fresnellinse 11 gesammelt, und wird dann entweder auf die Elemente 17a und 17b für die Zone in Horizontalrichtung und in großer Entfernung oder auf das Element 17c für die Zone in kurzer Entfernung des Infrarotdetektors 17 fokussiert, entsprechend der Zone, in welcher der menschliche Körper vorhanden ist.
Der Infrarotstrahl IR, der durch jede Zone erfaßt wird, wird dem Impedanztransformator 20 des Infrarotdetektors 17 zugeführt, um ein Sensormeßsignal zu erzeugen.
Wenn ein menschlicher Körper in einer bestimmten Zone vorhanden ist, oder eine Bewegung einer in einer bestimmten Zone vorhandenen Person erfolgt, erzeugten daher die entsprechenden Infrarotdetektorelemente für die Zone ein Ausgangssignal zur Erfassung des Orts und der Bewegungsrichtung eines vorhanden menschlichen Körpers, des Ausmaßes der Aktivität, usw. Die aufeinanderfolgende Reaktion jedes Infrarotdetektorelements auf die Richtung und Bewegungsgeschwindigkeit des menschlichen Körpers ergibt Information über die Bewegungsrichtung für das Infrarotmeßgerät, und das Infrarotmeßgerät kann das Ausmaß der Aktivität aus der Häufigkeit der Reaktion jedes Infrarotdetektorelements in Reaktion auf die Häufigkeit der Bewegung erfassen.
Meßwinkel in Bezug auf die linke, zentrale und rechte Zone sind so wie in den Fig. 7 und 8 gezeigt festgelegt, und die Detektorelemente 17a und 17b für die Zone in Horizontalrichtung und großer Entfernung weisen linke, zentrale und rechte Teile infolge der vertikalen Führungen 12a auf.
Bei dem Einfallswinkel A fallen Infrarotstrahlen aus der jeweiligen linken, zentralen und rechten Zone auf die entsprechenden Teile der Detektorelemente 17a und 17b für die Zone in Horizontalrichtung und großer Entfernung ein. Der Einfallswinkel B zeigt das maximale Ausmaß einer Kurve eines Infrarotstrahls auf, der aus der zentralen, linken oder rechten Zone stammt und auf das zentrale Teil der Detektorelemente einfallen kann. Der Einfallswinkel C zeigt die Richtung eines Infrarotstrahls an, der auf ein Infrarotdetektorelement der Zone benachbart dem Infrarotdetektorelement der entsprechenden Zone einfällt.
Der Bereich des Meßwinkels wird durch einen einfallenden Infrarotstrahl festgelegt, und der zentrale Meßwinkel a1 wird durch die in der Zeichnung angegebenen Größen H₁, f₁, i₁, h₁, w₁ und g₁ festgelegt, und der linke Meßwinkel a₂ wird durch H₁, f₁, i₁, g₁, s₁ und l₁ bestimmt.
Da das Infrarotmeßgerät gemäß der vorliegenden Erfindung symmetrisch aufgebaut ist, wird der rechte Meßwinkel a₃ durch dasselbe Prinzip festgelegt wie der linke Meßwinkel.
Die Bezugszeichen haben folgende Bedeutung: H₁ bezeichnet die Höhe des oberen Endes jeder Vertikalführung 12a; f₁ die Brennweite der Fresnellinse 11; i₁ einen Winkel, in welchem die Vertikalführungen 12a angeordnet sind; h₁ die Höhe des unteren Endes jeder Vertikalführung 12a; w₁ die Breite der Detektorelemente 17a und 17b für die Zone in Horizontalrichtung und großer Entfernung; g₁ das Intervall zwischen zwei Vertikalführungen 12a; g₁ das Intervall zwischen zwei Vertikalführungen 12a; l₁ die Breite des Fensters des Infrarotfilters 16; s₁: 2g₁ - w₁.
Ein fehlerhafter Betrieb der Detektorelemente 17a und 17b für die Horizontalrichtung in großer Entfernung, der im allgemeinen durch einen einfallenden Strahl in einer anderen Zone hervorgerufen wird, tritt auch bei einem einfallenden Infrarotstrahl auf, der länger als die Brennweite f₁ der Fresnellinse 11 ist. Dieses Problem kann dadurch verhindert werden, daß ein Ausgangssignal der Detektorelemente 17a und 17b für die Horizontalrichtung in großer Entfernung mit einer Bezugsspannung durch die Signalverarbeitungseinheit 15 verglichen wird, und die Resultierende nicht berücksichtigt wird, da die Intensität der Infrarotstrahlung nicht hoch ist.
Die Horizontalführung 12b, die zwischen den Detektorelementen 17a und 17b für die Horizontalrichtung in großer Entfernung und dem Detektorelement 17c für die Zone in kurzer Entfernung angeordnet ist, kann Information in der Hinsicht zur Verfügung stellen, ob sich ein menschlicher Körper weit entfernt oder in der Nähe des Infrarotmeßgeräts befindet.
Der Meßwinkel b₁ für kurze Entfernung des unteren Teils wird durch f₁, j₁, g₁, c₁, d₁ und h₁ festgelegt, und der Meßwinkel b₂ für große Entfernung des unteren Teils wird durch f₁, j₁, p₁, c₁, d₁ und h₁ festgelegt.
Die Bezugszeichen haben folgende Bedeutung: j₁ bezeichnet den Winkel, in welchem die Horizontalführung 12b auf dem Infrarotmeßgerät angebracht ist; c₁ ein Intervall zwischen den Detektorelementen 17a und 17b für die Horizontalrichtung und große Entfernung und dem Detektorelement 17c für kurze Entfernung; d₁: 2 × w₁ (eine Breite der Detektorelemente für Horizontalrichtung und große Entfernung) - c₁; e₁ die Breite des Fensters des Infrarotfilters 16; p₁ die Breite in Längsrichtung des unteren Teils der Fresnellinse 11; und g₁ die Breite in Längsrichtung des oberen Teils der Fresnellinse 11.
Fig. 9 zeigt eine Horizontalverteilung des Gesichtsfeldes des Infrarotmeßgerätes, und Fig. 10 zeigt eine vertikale Verteilung des Gesichtsfeldes des erfindungsgemäßen Infrarotmeßgeräts. Fig. 11 ist ein Blockschaltbild des Infrarotmeßgerätes gemäß der vorliegenden Erfindung, und Fig. 12 ist ein Schaltbild des Infrarotmeßgerätes gemäß der vorliegenden Erfindung.
Wie aus Fig. 11 hervorgeht, weist das erfindungsgemäße Meßgerät die Infrarotsensoreinheit 14 auf, welche jeden Infrarotstrahl erfaßt, der aus mehreren der Zonen herkommt, und ein linkes Seitensignal, ein rechtes Seitensignal oder ein Signal für kurze Entfernung erzeugt, sowie eine Signalverarbeitungseinheit 15.
Die Signalverarbeitungseinheit 15 weist einen Linksseitensignal-Verstärkungsabschnitt 21 auf, der das Signal der linken Seite empfängt, welches von der Infrarotsensoreinheit 14 erzeugt wird, und die Amplitude des angelegten Signals erhöht; einen Rechtsseitensignal- Verstärkungsabschnitt 22, der das von der Infrarotsensoreinheit 14 erzeugte Signal der rechten Seite empfängt und die Amplitude des angelegten Signals erhöht; und einen Kurzentfernungssignal-Verstärkungsabschnitt 23, der das Signal für kurze Entfernung der Infrarotsensoreinheit 14 empfängt und die Amplitude des angelegten Signals erhöht. Die Signalverarbeitungseinheit 15 weist weiterhin einen ersten, zweiten und dritten A/D-Wandlerabschnitt 24, 25 bzw. 26 auf, die jeweils die entsprechenden Ausgangssignale empfangen, die von den Linksseitensignal-, Rechtsseitensignal- und Kurzentfernungssignal-Verstärkungsabschnitten 21, 22 und 23 erzeugt werden, und die angelegten Signale in Digitalsignale umwandeln; sowie einen Vergleichsabschnitt 27, der die Linksseiten- und Rechtsseitensignale von dem ersten und zweiten A/D-Wandlerabschnitt 24 und 25 empfängt, sie miteinander vergleicht, die angefegten Signale berechnet, und dann ein mittleres Signal erzeugt.
Im einzelnen weist, wie aus Fig. 12 hervorgeht, das Meßgerät gemäß der vorliegenden Erfindung die Infrarotsensoreinheit 14 auf, die eine Spannungsversorgung Vcc aufweist, Masse, Kondensatoren C₁₂ und C₁₃, die jeweils parallel zwischen Spannungsversorgung Vcc und Masse geschaltet sind, um Rauschen bei der Versorgungsspannung auszuschalten, und einen Infrarotdetektor 17, der durch die Spannungsversorgung Vcc getrieben wird, um ein Linksseiten-, Rechtsseiten- oder Kurzentfernungssignal zu erzeugen, wobei die Signalverarbeitungseinheit 15 aus den Linksseitensignal-, Rechtsseitensignal- und Kurzentfernungssignal- Verstärkungsabschnitten 21, 22 und 23 besteht, die jeweils nicht-invertierende und invertierende Verstärker aufweisen, die miteinander gekoppelt sind, und deren Amplitude durch jeden Widerstand und Kondensator festgelegt wird, die an die Verstärker angeschlossen sind, aus dem ersten, zweiten und dritten A/D-Wandlerabschnitt 24, 25 und 26, die jedes verstärkte Signal von den Verstärkungsabschnitten in ein Digitalsignal unter Verwendung von Komparatoren umwandelt, und aus dem Vergleichsabschnitt 27, der die Rechtsseiten- und Linksseitensignale miteinander unter Verwendung von Vergleichs-Gates vergleicht, und sie bearbeitet.
Nachstehend wird der Betriebsablauf des Infrarotmeßgerätes gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Wenn ein menschlicher Körper in einer linken Zone eines Raums vorhanden ist, welchen das Infrarotmeßgerät überwacht, fällt ein von dem menschlichen Körper ausgesandter Infrarotstrahl auf das linke der Detektorelemente 17a und 17b für die Zone in Horizontalrichtung und großer Entfernung des Infrarotdetektors 17 infolge der Vertikalführungen 12a ein, welche den Raum in eine linke, zentrale und rechte Zone unterteilen.
Ein Linksseitensignal wird von dem Infrarotstrahl erzeugt, der auf das linke der Detektorelemente 17a und 17b für die Zone in Horizontalrichtung und großer Entfernung einfällt, und die Amplitude dieses Signals wird durch den Linksseitensignal-Verstärkungsabschnitt 21 erhöht. Das verstärkte Signal wird in ein digitales Signal durch den ersten A/D-Wandlerabschnitt 24 umgewandelt, so daß ein Signal erzeugt wird, welches die Information mit sich bringt, daß der menschliche Körper sich in der linken Zone befindet.
Wenn die Sensoreinheit das Vorhandensein des menschlichen Körpers feststellt, geht ihr Ausgangssignal von einem hohen Pegel auf einen niedrigen Pegel, und der Zyklus dieses Signals auf niedrigem Pegel wird entsprechend der Intensität des Infrarotstrahls variiert, der auf das Detektorelement einfällt. Anders ausgedrückt ist, wenn sich der menschliche Körper nahe an dem Infrarotmeßgerät befindet, die Intensität des von dem menschlichen Körper ausgesandten Infrarotstrahls hoch, und wird der Signalzyklus auf niedrigem Pegel lang. Wenn im Gegensatz hierzu der menschliche Körper weit von dem Infrarotmeßgerät entfernt ist, so ist die Intensität des Infrarotstrahls niedrig, und wird die Signalperiode auf niedrigem Pegel kurz.
Die Vorgehensweise für Signale auf der rechten Seite und in kurzer Entfernung ist entsprechend wie bei dem Signal auf der linken Seite.
Ein aus der zentralen Zone stammender Infrarotstrahl wird durch die Vertikalführungen 12a geführt, und fällt auf das Zentrale der Detektorelemente 17a und 17b für Horizontalrichtung und großer Entfernung ein, welches elektrisch an linke und rechte Teile der Detektorelemente angeschlossen ist, so daß gleichzeitig Linksseitensignale und Rechtsseitensignale erzeugt werden. Diese Linksseiten- und Rechtsseitensignale werden über nicht-invertierende und invertierende Verstärker der Linksseiten- und Rechtsseitensignal-Verstärkungsabschnitte 21 und 22 verstärkt, und die verstärkten Signale werden in Digitalsignale umgewandelt, durch den ersten und zweiten A/D- Wandlerabschnitt 24 bzw. 25.
Die beiden Digitalsignale werden durch den Vergleichsabschnitt 27 mit einer Bezugsspannung verglichen, und wenn jedes der beiden Signale einen niedrigen Pegel annimmt, wird eine Signalinformation erzeugt, daß sich der menschliche Körper in der zentralen Zone befindet.
Nachstehend werden die Schritte der Erfassung eines menschlichen Körpers durch das Infrarotmeßgerät gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Wie in den Fig. 13A und 13B gezeigt ist, überprüft dann, wenn sich ein menschlicher Körper an der Vorderseite des Infrarotmeßgeräts befindet, das Infrarotmeßgerät das jeweilige Linksseitensignal, das mittlere Signal, das Rechtsseitensignal und das Signal für kurze Entfernung.
Anders ausgedrückt bestimmt das Meßgerät (S101), ob das mittlere Signal einen niedrigen Pegel annimmt. Nimmt das mittlere Signal einen niedrigen Pegel an, so inkrementiert (setzt schrittweise herauf) das Meßgerät einen Wert der Variablen des mittleren Signals (S102), und wenn das mittlere Signal einen hohen Pegel annimmt, so bestimmt das Meßgerät (S103), ob das Rechtsseitensignal neben dem mittleren Signal einen niedrigen Pegel annimmt. Nimmt das Rechtsseitensignal einen niedrigen Pegel an, so inkrementiert das Meßgerät einen Wert der Variablen des Rechtsseitensignals (S104), und wenn das Rechtsseitensignal einen hohen Pegel annimmt, so bestimmt das Meßgerät (S105), ob das nächste Linksseitensignal einen niedrigen Pegel annimmt. Nimmt das Linksseitensignal einen niedrigen Pegel an, so inkrementiert das Meßgerät einen Wert der Variablen des Linksseitensignals (S106), und wenn das Linksseitensignal einen hohen Pegel annimmt, bestimmt das Meßgerät (S107), ob das nächste Signal, das Signal für kurze Entfernungen, einen niedrigen Pegel annimmt. Wenn das Signal für kurze Entfernungen einen niedrigen Pegel annimmt, inkrementiert das Meßgerät einen Wert der Variablen des Signals für kurze Entfernung (S108), und wenn das Signal für kurze Entfernungen einen hohen Pegel annimmt, geht das Meßgerät zum nächsten Schritt über.
Wenn nach den voranstehenden Schritten eine der linken, mittleren und rechten Variablen einen ersten eingestellten Wert X₁ überschreitet, so bedeutet dies, daß das Ausmaß der Aktivität des menschlichen Körpers groß ist, und dann geht das Meßgerät zum nächsten Schritt (S109) über. Wenn sämtliche linken, mittleren und rechten Variablen nicht den ersten eingestellten Wert X₁ überschreiten, so stellt das Meßgerät fest, ob ein vorbestimmter Zeitraum T1 abgelaufen ist. Wenn der vorbestimmte Zeitraum T1 abgelaufen ist, beginnt das Meßgerät mit dem nächsten Schritt, und falls nicht, kehrt das Meßgerät (S110) zum Anfangsschritt (S101) zurück.
Daraufhin bestimmt das Meßgerät (S111), ob die Variable für die kurze Entfernung kleiner als ein zweiter eingestellter Wert C₁ ist. Ist die Variable für die kurze Entfernung kleiner als der zweite eingestellte Wert C₁, so zeigt dies an, daß sich der menschliche Körper weit entfernt von dem Infrarotmeßgerät befindet, und dann bestimmt das Meßgerät (S112) den Ort des menschlichen Körpers als Ort in großer Entfernung.
Wenn die Variable für kurze Entfernung den zweiten eingestellten Wert C₁ überschreitet, so stellt das Meßgerät fest (S113), ob die Variable für kurze Entfernung einen dritten eingestellten Wert C₂ überschreitet. Der menschliche Körper befindet sich nahe an dem Infrarotmeßgerät, wenn die Variable für kurze Entfernung den dritten eingestellten Wert C₂ überschreitet, und dann stellt das Meßgerät fest (S114), daß sich der Ort des menschlichen Körpers in kurzer Entfernung befindet. Wenn die Variable für kurze Entfernung größer als der zweite eingestellte Wert C1 und kleiner als der dritte eingestellte Wert C2 ist, so stellt das Meßgerät fest, daß sich der Ort des menschlichen Körpers bei ungefähr der halben Entfernung befindet, und geht zum nächsten Schritt (S115) über.
Wenn nach dem voranstehend geschilderten Schritt sämtliche linken, mittleren und rechten Variablen kleiner als ein vierter eingestellter Wert X₃ sind (S116), so gibt das Meßgerät die Ortsbestimmung auf, und geht (S117) zum Anfangsschritt (S131) zurück.
Wenn eine der linken, mittleren und rechten Variablen den vierten eingestellten Wert X₃ überschreitet, so bestimmt das Meßgerät (S118), ob die mittlere Variable einen fünften eingestellten Wert C₄ überschreitet. Überschreitet die mittlere Variable einen fünften eingestellten Wert C₄, so bestimmt das Meßgerät (S119), ob die rechte Variable gleich der linken Variablen ist. Ist die rechte Variable gleich der linken Variablen, so wird das mittlere Signal festgelegt, und das Meßgerät geht (S120) zum Anfangsschritt über (S131).
Ist die rechte Variable nicht gleich der linken Variablen, so bestimmt das Meßgerät (S121), ob die rechte Variable gleich der mittleren Variablen ist. Ist die rechte Variable gleich der mittleren Variablen, dann werden das Signal für die linke Seite und das mittlere Signal bestimmt, und das Meßgerät (S122) geht zum Anfangsschritt (S131) über. Ist die rechte Variable nicht gleich der mittleren Variablen, so bestimmt das Meßgerät (S123), ob die linke Variable gleich der mittleren Variablen ist. Ist die linke Variable gleich der mittleren Variablen, so werden das Signal für die rechte Seite und das mittlere Signal bestimmt, und das Meßgerät (S124) geht zum Anfangsschritt (S131) über. Ist die linke Variable nicht gleich der mittleren Variablen, so wird ein Signal in Vorwärtsrichtung bestimmt, und das Meßgerät (S125) geht zum Anfangsschritt (S131) über.
Wenn das Meßgerät feststellt (S118), ob die mittlere Variable den fünften eingestellten Wert C₄ überschreitet, und wenn die mittlere Variable nicht den fünften eingestellten Wert C₄ überschreitet, bestimmt das Meßgerät (S126), ob die rechte Variable kleiner als ein sechster eingestellter Wert C₅ ist. Ist die rechte Variable kleiner als der sechste eingestellte Wert C₅, so wird das Signal für die linke Seite bestimmt, und das Meßgerät (S127) geht zum Anfangsschritt (S131) über.
Ist die rechte Variable größer als der sechste eingestellte Wert C₅, so bestimmt das Meßgerät (S128), ob die linke Variable kleiner als der sechste eingestellte Wert C₅ ist. Ist die linke Variable kleiner als der sechste eingestellte Wert C₅, so wird das Signal für die rechte Seite bestimmt, und das Meßgerät (S129) geht zum Anfangsschritt (S131) über. Überschreitet die linke Variable den sechsten eingestellten Wert C₅, so werden das Signal für die linke Seite und die rechte Seite bestimmt, und das Meßgerät (S130) geht zum Anfangsschritt (S131) über.
Nach den voranstehend geschilderten Schritten werden sämtliche Variable im Schritt S131 auf Anfangswerte gesetzt, und das Meßgerät erzeugt ein Ausgangssignal als eingestellten Wert, und kehrt (S132) zum Anfangsschritt zurück.
Wenn das Verfahren der Erfassung eines Signals für kurze Entfernung (die Schritte der Bestimmung eines Orts in kleiner oder großer Entfernung in dem Kurzentfernungssignal- Verstärkungsabschnitt 23 und dem dritten A/D-Wandlerabschnitt 26 der Fig. 11 und 12 und die Schritte S111 bis S115 von Fig. 13) bei dem erfindungsgemäßen Meßverfahren weggelassen werden, kann das Infrarotmeßgerät den Ort einer vorhandenen Person in kurzer oder großer Entfernung nur auf Grundlage der Intensität jedes linken, zentralen und rechten Infrarotstrahls feststellen, der auf die Detektorelemente 17a und 17b für die Horizontalrichtung und großer Entfernung einfällt. Mit anderen Worten wird, wenn ein menschlicher Körper weit von dem Meßgerät entfernt ist, die Intensität der auf die Detektorelemente einfallenden Infrarotstrahlen niedrig, und wird die Periode des angelegten Signals auf niedrigem Pegel verringert, so daß der jeweilige Zählwert der linken, mittleren und rechten Variablen auf das Signal mit niedrigem Pegel verringert wird. Wenn sich im Gegensatz ein menschlicher Körper nahe an dem Meßgerät befindet, so wird jeder Zählwert dieser Variablen erhöht.
Daher kann der folgende Algorithmus eingesetzt werden: wenn die jeweiligen Zählwerte der Linksseiten-, mittleren und Rechtsseitensignale die große Zahl X₂ überschreiten, stellt das Infrarotmeßgerät fest, daß sich der Ort des menschlichen Körpers in kurzer Entfernung befindet, und wenn sie kleiner als die kleine Zahl X₃ sind, so stellt das Gerät fest, daß sich der Ort in großer Entfernung befindet. Sind sie darüber hinaus größer als die kleine Zahl X, so stellt das Gerät fest, daß sich der Ort in halber Entfernung befindet.
Bei dem erfindungsgemäßen Infrarotmeßgerät und dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Erfassung eines menschlichen Körpers durch ein derartiges Gerät können das Vorhandensein eines menschlichen Körpers, dessen Ort und Bewegungsrichtung festgestellt werden. Wird die vorliegende Erfindung bei einem Klimaanlagensystem eingesetzt, so erzeugt das Klimaanlagensystem einen Fluß kalter Luft zu der Zone, in welcher ein menschlicher Körper vorhanden ist, um eine automatische Luftumlaufsteuerung durchzuführen. Die vorliegende Erfindung weist darüber hinaus die Vorteile auf, daß ein niedriger Stromverbrauch erzielt wird, eine einfache Herstellung, ein geringes Gewicht und kleine Abmessungen, und niedrige Herstellungskosten, da die erfindungsgemäße Sensoreinheit nur eine Fresnellinse, Führungen und Infrarotdetektorelemente aufweist, die auf fortgeschrittener optischer Technik beruhen.
Fachleuten auf diesem Gebiet wird deutlich werden, daß sich verschiedene Abänderungen und Modifikationen bei dem Infrarotmeßgerät und dem Meßverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung vornehmen lassen, ohne vom Wesen oder Umfang der Erfindung abzuweichen. Das Wesen und Umfang der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der Gesamtheit der vorliegenden Anmeldeunterlagen und sollen von den beigefügten Patentansprüchen umfaßt sein.

Claims (12)

1. Infrarotmeßgerät mit:
einer Kondensorvorrichtung zum Sammeln von Infrarotstrahlen von einem menschlichen Körper;
einer Führungseinrichtung zum Unterteilen eines zu überwachenden Raums in mehrere horizontale und vertikale Zonen, und zum Führen der Infrarot strahlen zu einem Teil einer Infrarotsensorvorrichtung entsprechend der Richtung der Strahlen;
einer Gehäusevorrichtung zum Umschließen der Kondensorvorrichtung und der Führungsvorrichtung zur Vermeidung einer Streuung der einfallenden Infrarotstrahlen;
wobei die Infrarotsensorvorrichtung zur Erfassung von Infrarotstrahlen aus einer bestimmten Zone oder von Infrarotstrahlen aus mehreren Zonen ausgebildet ist, welche durch die Führungsvorrichtung und die Gehäusevorrichtung geführt werden; und
einer Signalverarbeitungsvorrichtung zum Verstärken eines Ausgangssignals der Infrarotsensorvorrichtung, zum Umwandeln des angelegten Signals in ein Digitalsignal, und zur Analyse des Digitalsignals.
2. Infrarotmeßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsvorrichtung so angeordnet ist, daß sie fächerförmig ausgebildet ist.
3. Infrarotmeßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsvorrichtung aufweist:
Vertikalführungen zum Unterteilen eines zu überwachenden Raums in eine linke, rechte und eine zentrale Zone; und
eine Horizontalführung zum Unterteilen eines Raums in eine Zone in großer Entfernung und eine Zone in kurzer Entfernung.
4. Infrarotmeßgerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die vertikalen und horizontalen Führungen so angeordnet sind, daß sie einander schneiden.
5. Infrarotmeßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Infrarotsensorvorrichtung aufweist:
ein Infrarotfilter zum Filtern nur eines Infrarotstrahls;
einen Infrarotdetektor zur Messung oder Erfassung des Infrarotstrahls, der durch das Infrarotfilter hindurchgegangen ist, und zur Erzeugung eines pyroelektrischen Stromflusses;
einen metallischen Stempel zum Haltern des Infrarotdetektors; und
ein Metallgehäuse zum Schützen des Infrarotfilters, des Infrarotdetektors und des metallischen Stempels gegen Stöße von außen.
6. Infrarotmeßgerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Infrarotdetektor mehrere Infrarotdetektorelemente aufweist, die auf einer Impedanztransformatorvorrichtung angeordnet sind, und in mehrere Teile entsprechend den mehreren Zonen unterteilt sind, welche durch die Führungsvorrichtung ausgebildet werden.
7. Infrarotmeßgerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Infrarotdetektor aufweist:
ein Paar oberer Infrarotdetektorelemente, die vorbestimmte Abmessungen und zwischen sich einen vorbestimmten Abstand aufweisen, und einen Infrarotstrahl erfassen, der von einem menschlichen Körper ausgesandt wird, der sich in einer linken, rechten oder zentralen Zone und in einer Zone in großer Entfernung befindet; und
ein unteres Infrarotdetektorelement, welches unter den oberen Infrarotdetektorelementen angeordnet ist, und einen Infrarotstrahl erfaßt, der aus einer Zone in kurzer Entfernung ausgesandt wird.
8. Infrarotmeßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalverarbeitungsvorrichtung aufweist:
Linksseitensignal-, Rechtsseitensignal- und Kurzentfernungssignal-Verstärkungsabschnitte, die jeweils ein Ausgangssignal der Infrarotsensorvorrichtung verstärken;
einen ersten, zweiten und dritten A/D-Wandlerabschnitt, die jeweils ein von jedem Verstärkungsabschnitt erzeugtes Signal empfangen, und jeweils das angelegte Signal in ein Digitalsignal umwandeln; und
einen Vergleichsabschnitt, welcher die digitalen Signale vergleicht, die von dem ersten und zweiten A/D- Wandlerabschnitt erzeugt werden, mit einer Bezugsspannung, und ein mittleres Signal erzeugt.
9. Verfahren zur Erfassung eines Infrarotstrahls, der von einem menschlichen Körper ausgesandet wird, der sich in einem Innenraum befindet, mit Hilfe eines Infrarotmeßgeräts, mit folgenden Schritten:
Erfassung eines einfallenden Infrarotstrahls aus einer linken, rechten oder zentralen Zone und einer Zone in kurzer Entfernung eines Raums, der in mehrere horizontale und vertikale Überwachungszonen unterteilt ist, und Inkrementieren jedes Wertes von Variablen von Ausgangssignalen;
Bestimmung des Ausmaßes der Aktivität des menschlichen Körpers entsprechend dem jeweiligen hohen oder niedrigen Zählwert mehrerer Richtungsvariablen, die in dem ersten Schritt ermittelt wurden;
Bestimmen, ob sich der menschliche Körper nahe an oder weit entfernt von dem Infrarotmeßgerät befindet, entsprechend einem hohen oder niedrigen Wert der Variablen für kurze Entfernung, der in dem genannten Schritt ermittelt wurde;
Bestimmen, in welcher der Zonen der menschliche Körper sich befindet, entsprechend dem jeweiligen hohen oder niedrigen Zählwert mehrerer Richtungsvariabler; und
Initialisieren sämtlicher Richtungsvariabler und der Variable für kurze Entfernung, Bestimmen eines Einstellwertes für jede Variable, und Rückkehr zum ersten Schritt.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt zur Bestimmung, ob sich der menschliche Körper nahe an oder weit entfernt von dem Infrarotmeßgerät befindet, weiterhin entsprechend der Intensität der linken, zentralen und rechten Infrarotstrahlen durchgeführt wird.
11. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Zählwerte die Periode eines Signals auf niedrigem Pegel darstellen, welche lang oder kurz ausgebildet wird, in Reaktion auf die hohe oder niedrige Intensität des Infrarotstrahls, als Zeitzähler auf einem Mikrocomputer.
12. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt zur Zählung jedes der Ausgangssignale weiterhin einen Schritt zur Bestimmung des Vorhandenseins eines menschlichen Körpers entsprechend dem jeweiligen hohen oder niedrigen Zählwert mehrerer Richtungsvariabler umfaßt.
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