JP2007178301A - 赤外線センサシステム - Google Patents

Abstract

【課題】簡単なシステム構成、制御、信号処理により、家庭内の居室における人体の存在及び位置の検出や人体の挙動検出を行うことを目的とする。
【解決手段】本発明の赤外線センサシステムは、複数の焦電型赤外線検出器１ａ、１ｂ、１ｃと、前記複数の焦電型赤外線検出器から出力される信号に基づいて人体検出を行う赤外線検出器信号処理部３ａ、３ｂ、３ｃとを備え、前記複数の焦電型赤外線検出器を、検知エリアに対して一次元に略垂直方向に配列したものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、家庭内の居室における人体の存在や位置検出及び挙動検出などを行う赤外線センサシステムに関するものである。

従来、非接触で温度を測定する方法としては量子型赤外線センサによるものと熱型赤外線センサによるものがあった。量子型赤外線センサは、感度が高く応答は速いが、冷却が必要であり、民生用には不向きである。一方、熱型赤外線センサは、比較的感度は低く応答速度は低いが、冷却不要のため、民生市場で実用化されている（例えば、特許文献１参照）。

図１０は、特許文献１に記載された熱型赤外線センサの中で、比較的感度及び応答速度に優れた焦電型赤外線センサを用いた熱画像検出装置を示すものである。図１０において、熱画像検出装置は、直線軸上に１次元に配列された複数の焦電型熱検出素子群からなる赤外線センサ１０１と、赤外透過レンズ１０２と、赤外透過レンズ１０２を介し、前記焦電型熱検出素子群へ入射する赤外線量を制御するチョッパ機構や前記直線軸に一定角度だけ傾斜させた回転軸１０３と、回転軸１０３を中心として前記焦電型熱検出素子群を回転させて２次元の熱画像を得るものである。

前記従来の構成では、物体表面の温度検出を行うためには、焦電型熱検出素子群からなる赤外線センサへ入射する赤外線量を制御するチョッパ機構が不可欠である。また、検出熱画像の信頼性や精度を確保するためには、チョッパ開閉と焦電型熱検出素子群から出力される信号の取得及び水平駆動の同調や多数の熱画像データから人体の存在検出や人体の位置検出及び人体の挙動検出を行う必要があった。

また、検知エリア内の部分エリアからの赤外線の光量変化に基づき人体の存在を検出し、その部分エリアを検知エリア内の全体に亘って変化させるようにして、どの場所に人体が存在するかのかを検知するものがあった（例えば、特許文献２参照）。

図１１は、特許文献２に記載された混雑度検出装置の構成の一実施例を示したものである。図１１において、入射赤外線の変化に応動する検知素子２０１ａ、２０１ｂ、一定の周期で回転する走査鏡２０２ａ、２０２ｂ、前記走査鏡同期して前記検知素子の視野を設定する同期回路を備え、前記検知素子の出力信号波形の幅を人数に換算して前記視野内の人数の計数、あるいは、混雑度の判定を行うものである。

前記従来の構成では、視野内の人数の計数、あるいは、混雑度の判定を行うために、走査鏡の回転により検知素子の視野を設定する機構が必要であるとともに、広い視野角を確保するために、図１１のように走査鏡の回転方向に配列された検出素子群に対応した複数組の光学系が必要であった。
特開平６−１０５２３６号公報 実開昭６０−１２９６８６号公報

しかしながら、前記従来の技術では、物体表面の温度検出を行うために、焦電型熱検出素子群へ入射する赤外線量を制御するチョッパ機構が不可欠であり、熱画像検出装置の構造が複雑になってしまう。また、熱画像の取得には、チョッパ開閉と焦電型熱検出素子群
から出力される信号の処理と水平駆動の同調や多数の熱画像データの画像処理により人体の存在や位置の検出、さらに人体の挙動検出を行う必要があり、これらの処理のために高価で高性能のマイクロプロセッサを用いて、煩雑な制御や信号処理を実現・実行しなければならないという課題を有していた。

また、広い視野角を確保するために、走査鏡の回転方向に配列された検出素子群に対応した複数組の光学系を構成する必要があり、赤外線センサシステムとして構成する場合に、サイズが大きくなり、更に、入射赤外線の変化に応動する安価な検知素子、いわゆる焦電型赤外線センサは、圧電特性を有し、焦電型赤外線センサに振動が加わると人体検出信号と同等の出力を発生するという課題を有していた。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、一次元に配列された複数の焦電型赤外線検出器を用いて、安価に、また、コンパクトなサイズで、家庭内の居室における人体の存在や位置検出及び挙動検出などを行う赤外線センサシステムを構成することを目的とする。

また、簡単なシステム構成、制御、信号処理により、家庭内の居室における人体の存在及び位置の検出や人体の挙動検出を行うことを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明の赤外線センサシステムは、複数の焦電型赤外線検出器と、前記複数の焦電型赤外線検出器から出力される信号に基づいて人体検出を行う赤外線検出器信号処理部とを備え、前記複数の焦電型赤外線検出器を、検知エリアに対して一次元に略垂直方向に配列したことを特徴とするものである。

これによって、安価で、コンパクトなサイズでかつ、簡単な構成で、赤外線センサシステムを構築し、赤外線センサシステムの制御・信号処理により、家庭内の居室における人体の存在及び位置の検出や人体の挙動検出を行うことができる。

本発明の赤外線センサシステムは、従来と比べて簡単な構成、制御、信号処理により室内の人体の存在やその位置及び挙動の検出を行うことができる。

第１の発明は、複数の焦電型赤外線検出器と、前記複数の焦電型赤外線検出器から出力される信号に基づいて人体検出を行う赤外線検出器信号処理部とを備え、前記複数の焦電型赤外線検出器を、検知エリアに対して一次元に略垂直方向に配列したことにより、比較的簡単な方法で赤外線センサシステムに対して前後方向の人体位置の検出を行うことができる。

第２の発明は、特に第１の発明において、隣接した焦電型赤外線検出器の奥行方向の視野の一部が重なることにより、比較的簡単な方法で赤外線センサシステムに対して、焦電型赤外線検出器の数で決定される以上の人体位置検出エリアを設定することができる。

第３の発明は、特に第１または第２の発明において、複数の焦電型赤外線検出器の視野を左右に移動させる水平方向駆動手段を備え、前記水平方向駆動手段が停止期間中に、赤外線検出器信号処理部が人体検出を行うことにより、水平方向駆動手段により垂直方向に一次元に配列された複数の焦電型赤外線検出器を左右方向に回転駆動することで、比較的簡単な方法で室内におけるエリア別人体位置検出を行うことができ、水平方向駆動手段による焦電型赤外線検出器の左右駆動時の振動により発生する可能性のある人体誤検出信号
の検出抑制し、精度の良いエリア別人体位置検出結果を得ることができる。

第４の発明は、特に第３の発明において、水平方向駆動手段が停止時から所定時間後に、赤外線検出器信号処理部が人体検出を行うことにより、前記水平方向駆動手段が停止から任意の時間経過後に赤外線検出器信号処理部により人体検出エリア別に人体検出判定を行い、エリア別人体検出情報記憶部に人体が存在することにより、水平方向駆動手段による焦電型赤外線検出器の左右駆動時の振動により発生する可能性のある人体誤検出信号の検出を完全に取り除き、精度の良いエリア別人体位置検出結果を得ることができる。

第５の発明は、特に第１〜第４の発明において、複数の焦電型赤外線検出器の視野を左右に移動させる水平方向駆動手段を備え、移動する前の焦電型赤外線検出器の視野と、移動した後の前記焦電型赤外線検出器の視野とが、一部重なることにより、比較的簡単な方法で赤外線センサシステムに対して、焦電型赤外線検出器の数と左右方向における人体検出位置の数で決定される以上の人体位置検出エリアを設定することができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は、本発明の第１の実施の形態における赤外線センサシステムの構成図である。図１において、焦電型赤外線検出器１ａ、１ｂ、１ｃが垂直方向に配設されている。また、室内は９分割されており、図１に示すように、奥行方向、左右方向にそれぞれ３分割、つまりＡ１〜Ａ９までのエリアに分割されている。垂直方向に一次元に配列された焦電型赤外線検出器１ａ、１ｂ、１ｃは、赤外線光学系の視野角と仰角により室内の奥行き方向に規定されたエリアＡ１、Ａ６、Ａ７の人体の検出を行う。人の動きに応じて、焦電型赤外線検出器１ａ、１ｂ、１ｃに入射される赤外線の変化は、焦電型赤外線検出器１ａ、１ｂ、１ｃが出力する電気信号変化を発生させ、この電気信号を焦電型赤外線検出器信号処理部３ａ、３ｂ、３ｃにてフィルタリングすることにより、人体検出エリアＡ１、Ａ６、Ａ７内に存在する人体の検出が可能となる。また水平方向駆動手段６は、垂直方向に一次元に配設された複数の焦電型赤外線検出器１ａ、１ｂ、１ｃの視野４を左右方向に移動させている。

複数の焦電型赤外線検出器１ａ、１ｂ、１ｃは、水平駆動制御部７からの命令によって、移動および停止を繰り返している。この水平方向駆動手段６によって、（Ａ１、Ａ６、Ａ７）→（Ａ２、Ａ５、Ａ８）→（Ａ３、Ａ４、Ａ９）と順にエリア内の人体を検出する。それぞれのエリア内の人体検出情報は、エリア別センサ情報記憶部８に格納し、室内における人体の存在および人体の位置の判断を行う。

以上のように本実施の形態における赤外線センサシステム１３は、焦電型赤外線検出器１ａ、１ｂ、１ｃ、水平方向駆動手段６、焦電型赤外線検出器信号処理部３ａ、３ｂ、３ｃ、水平駆動制御部７、エリア別センサ情報記憶部８で構成されており、このような構成にすることで、従来に比べて、安価かつ簡単な構成で、室内における人体の存在および人体位置の検出を行う赤外線センサシステムを提供することができる。また焦電型赤外線検出器１ａ、１ｂ、１ｃそれぞれ単体で室内における人体の存在及び位置の検出を行うのに比べて、室内の奥行き方向に分割したエリアに対応した焦電型赤外線検出器１ａ、１ｂ、１ｃを同時に使用するため、短時間に室内における人体の存在および位置検出を行うことができる。なお、本実施の形態では、室内を奥行方向、左右方向にそれぞれ３分割ずつし、奥行方向に対応する３つの焦電型赤外線検出器を使用したが、これに限定することはなく、４分割、５分割してもそれに対応する焦電型赤外線センサを使用することで同様な効果を奏することは言うまでもない。

（実施の形態２）
図２は、本発明の第２の実施の形態における赤外線センサシステムの構成図である。図２において、実施の形態１の構成と同じ部位については、同様の記号を付して、その説明を省略する。本実施の形態では、垂直方向に一次元に配設された焦電型赤外線検出器１ａ、１ｂ、１ｃの視野を光学的に奥行き方向に重複させることにより人体を検出している。例えば、本実施の形態では、焦電型赤外線検出器１ａ、１ｂ、１ｃに対応して、奥行き方向にＡ１、Ａ６、Ａ７と分割されているが、Ａ１を検出する焦電型赤外線検出器１ａの視野と、Ａ６を検出する焦電型赤外線検出器１ｂの視野とに重なりを持たせている。つまり、Ａ１とＡ６双方のエリアで人体が検出された場合、Ａ１とＡ６の重複エリア（本実施の形態では、図２における太線枠で囲まれたエリア）に人体が存在すると推定することができる。Ａ１とＡ６の論理和で新たなエリアを形成することができ、Ａ１のエリア、Ａ６のエリア、Ａ１とＡ６の論理和のエリアの３つのエリアの人体位置の推定が可能となる。同様に、Ａ６−Ａ７、Ａ２−Ａ５、Ａ５−Ａ８、Ａ３−Ａ４、Ａ４−Ａ９のエリアでも論理和のエリアを設けることができる。

図３は、本実施の形態の赤外線センサシステムの垂直配光図である。図３において、赤外線センサシステム１３は、室内の人体を検出するために、室内の高所に設置される。赤外線センサシステム１３の視野は、垂直方向に配設された焦電型赤外線検出器１ａ、１ｂ、１ｃの視野を合わせたものであり、垂直方向に一定の視野角を有している。例えば、それぞれの焦電型赤外線検出器１ａ、１ｂ、１ｃに対応して、床面にＡ２、Ａ５、Ａ８のエリアが規定される。そして、人間の体位が、座位１３、椅座１５、立位１６によって、人間の高さが異なり、姿勢によっては、検出するエリアが異なる。

図４は、本実施の形態の赤外線センサシステムの視野角と在室者の姿勢との関係を示した図である。図４において、人の動きに対応した焦電型赤外線検出器１ａ、１ｂ、１ｃの人体検出信号は、時間的な差がなく、同時に出力されるため、人体の位置と姿勢の推定が可能となる。

例えば、エリア１７は、エリアＡ２に相当する視野角の範囲のみで人体が検出される範囲の限界を示したもので、赤外線センサシステム１３の極近傍かつ、姿勢は座位であると推定できる。

エリア１８は、エリアＡ２とＡ５に相当する視野角の範囲で人体が検出される範囲の限界を示したものであり、姿勢は問わず、赤外線センサシステム１３の比較的近くに、人間が存在することが推定できる。

エリア１９は、エリアＡ２とＡ５とＡ８に相当する視野角の範囲で人体が検出される範囲の限界を示したものであり、姿勢は問わず、赤外線センサシステム１３の少し離れたところに、人間が存在することが推定できる。

エリア２０は、エリアＡ５とＡ８に相当する視野角の範囲で人体が検出される範囲の限界を示したものであり、姿勢は問わず、赤外線センサシステム１３から比較的離れたところに、人間が存在することが推定できる。

エリア２１は、エリアＡ８に相当する視野角の範囲で人体が検出される範囲の限界を示したものであり、姿勢は問わず、赤外線センサシステム１３から遠く離れたところに、人間が存在することが推定できる。

当然のことながら、赤外線センサシステム１３からの人体までの距離は、焦電型赤外線
検出器１ａ、１ｂ、１ｃそれぞれの視野角および仰角に依存することは言うまでもない。

図５は、本実施の形態における赤外線センサシステムによる人体検出のタイミングチャートを示す図である。水平方向駆動手段６により左右方向に焦電型赤外線検出器１ａ、１ｂ、１ｃの視野角が移動する。一般的に人の動き検知など、入射赤外線の変化に応動する安価な検知素子いわゆる焦電型赤外線検知器は、圧電特性を有し、焦電型赤外線検知器に振動が加わると圧電効果により人体検出時と同等の出力を発生する。図６は、焦電型赤外線検出器１ａ、１ｂ、１ｃへの入射光を完全にさえぎり、水平方向駆動手段により焦電型赤外線検出器信号処理部３ａ、３ｂ、３ｃからの出力信号３０と水平方向駆動手段６であるＳＴＭに印加される１相分の駆動信号３１を示したものである。赤外線検出器信号処理部３ａ、３ｂ、３ｃの出力信号３０のＨｉ出力は、人体検出を意味し、Ｌｏ出力は、人体非検出を意味する。前述の通り、焦電型赤外線検出器１ａ、１ｂ、１ｃを用いているため、水平駆動に伴う振動により焦電型赤外線検出器１ａ、１ｂ、１ｃ自体の圧電特性により誤人体検出信号を発生する。

また、人体検出を行う多くの焦電型赤外線検出器１ａ、１ｂ、１ｃの光学系には、焦電型赤外線検出器の視野を細かく分割するフレネルレンズが用いられ、フレネルレンズを固定して、焦電型赤外線検出器を移動させたり、フレネルレンズと焦電型赤外線検出器を同時に移動中の焦電型赤外線検出器に入射される赤外線変化により誤人体検出信号を発生する可能性も高い。

したがって、誤人体検出信号を発生する可能性の高い水平方向駆動手段６の動作中には人体検出判定を禁止し、停止期間中に人体検出判定を許可する。

これにより、従来と比べて、安価で、簡単な構成、制御、信号処理により、誤人体検出信号の影響を抑制し、人体位置検出制度のより赤外線センサシステムを提供することができる。

（実施の形態３）
本実施の形態において、実施の形態１および実施の形態２の構成と同じ部位については、同様の記号を付して、その説明を省略する。

図７は、本発明の第３の実施の形態における赤外線センサシステムによる人体検出タイミングチャートを示すものである。赤外線センサシステムに用いられる焦電型赤外線検出器は、人の動きに対応した０．５Ｈｚ〜１Ｈｚの赤外線変化に感度が高く、焦電型赤外線検出器信号処理部３ａ、３ｂ、３ｃには、ｆｃ＝１〜２Ｈｚのローパスフィルターを有する。このローパスフィルターの群遅延特性により水平方向駆動手段が停止しても０．５〜２秒の間は、水平方向駆動手段の振動による誤人体検出信号や焦電型赤外線検出器に入射される赤外線変化による誤人体検出信号が継続される可能性がある。

したがって、誤人体検出信号を発生する可能性の高い水平方向駆動手段が動作中および水平方向駆動手段停止から任意の時間３２は、焦電型赤外線検出器信号処理部３ａ、３ｂ、３ｃにより人体検出エリア別に人体検出判定を禁止する。

これにより、従来と比べて、安価で簡単な構成、制御、信号処理により、誤人体検出信号の影響を抑制し、人体位置検出制度のよい赤外線センサシステムを提供することができる。

（実施の形態４）
本実施の形態において、実施の形態１、実施の形態２、実施の形態３の構成と同じ部位
については、同様の記号を付して、その説明を省略する。図８は、本発明の第４の実施の形態における赤外線センサシステムの構成図である。本発明において、前記赤外線センサシステムは、水平方向駆動手段により左右方向の焦電型赤外線検出器の視野角を重複する動作を行うことにより、左右方向には、図９の２２のような人体検出エリアの重複エリアを設けることができる。

これにより、人体検出エリアＡ１・・Ａ９において、垂直方向に一次元に配列された各焦電型赤外線検出器の視野を光学的に上下方向に重複させたエリア２３、左右方向に人体検出を順次行い、人体検出結果の論理和を隣接の人体検出エリアＡ１・・Ａ９の隣接間に重複させたエリア２２で算出することにより、人体検出エリアを最大２５分割まで細分化することができる。

以上のように、本発明にかかる赤外線センサシステムは、従来と比べて安価かつ簡単な構成で、室内における人体の挙動，位置，在室状況を検出することが可能であり、空気調和機や換気扇や空気清浄器などの用途に適用できる。

特に、冷凍サイクルの制御が３０〜６０秒間隔であるエアコンなどの室内空間の空調快適制御に適している。

本発明の実施の形態１における赤外線センサシステムの構成図 本発明の実施の形態２における赤外線センサシステムの構成図 本発明の実施の形態２における赤外線センサ視野角の垂直配光図 赤外線センサ視野角と在室者の姿勢との関係図 本発明の実施の形態２における赤外線センサシステムによる人体検出タイミングチャート 水平方向駆動手段動作時に発生する誤人体検出信号図 本発明の実施の形態３における赤外線センサシステムによる人体検出タイミングチャート 本発明の実施の形態４における赤外線センサシステムの構成図 本発明の実施の形態４における赤外線センサシステムの人体位置検出エリアの床面分布図 従来の熱画像検出装置の断面図 従来の赤外線の光量変化に基づき人体の存在を検出する混雑度検出装置の構成図

符号の説明

１ａ、１ｂ、１ｃ 焦電型赤外線検出器
３ａ、３ｂ、３ｃ 焦電型赤外線検出器信号処理部
６ 水平方向駆動手段
７ 水平駆動制御部
８ エリア別センサ情報記憶部
１３ 赤外線センサシステム

Claims (5)

1. 複数の焦電型赤外線検出器と、前記複数の焦電型赤外線検出器から出力される信号に基づいて人体検出を行う赤外線検出器信号処理部とを備え、前記複数の焦電型赤外線検出器を、検知エリアに対して一次元に略垂直方向に配列したことを特徴とする赤外線センサシステム。
2. 隣接した焦電型赤外線検出器の奥行方向の視野の一部が重なることを特徴とする請求項１に記載の赤外線センサシステム。
3. 複数の焦電型赤外線検出器の視野を左右に移動させる水平方向駆動手段を備え、前記水平方向駆動手段が停止期間中に、赤外線検出器信号処理部が人体検出を行うことを特徴とする請求項１または２に記載の赤外線センサシステム。
4. 水平方向駆動手段が停止時から所定時間後に、赤外線検出器信号処理部が人体検出を行うことを特徴とする請求項３記載の赤外線センサシステム。
5. 複数の焦電型赤外線検出器の視野を左右に移動させる水平方向駆動手段を備え、移動する前の焦電型赤外線検出器の視野と、移動した後の前記焦電型赤外線検出器の視野とが、一部重なることを特徴する請求項１〜４のいずれか１項に記載の赤外線センサシステム。

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