JP2013250026A - 空気調和機 - Google Patents

Abstract

【課題】熱画像の情報を有効に利用して障害物が脚短家具であるのか又は脚長家具であるのかを判別し、判別結果に応じて温風の気流を制御し、快適性及び省エネ性の向上を実現する空気調和機を提供する。
【解決手段】室内機本体４０に取り付けられ、部屋の一定範囲を走査して範囲の温度を検出する赤外線センサ３と、赤外線センサ３の出力から熱画像データを生成する赤外線画像取得部５２と、赤外線画像取得部５２で取得した熱画像データに基づいて、部屋内の床面上の障害物を検出すると共に、その障害物が脚短家具であるのか又は脚長家具であるのかを判別する障害物判別部３１と、障害物判別部３１の判別結果に基づいて温風の気流を制御する気流制御部３２とを備えた。
【選択図】図２３

Description

本発明は、空気調和機に関するものである。

従来より、室内機本体に可動式の赤外線センサを下向きに取り付け、赤外線センサで人の生活エリアを自動で認識、学習して、空調対象とするエリアを自動で判断し、そのエリアの温度ムラを解消するようにした空気調和機がある（例えば、特許文献１参照）。

この空気調和機では、赤外線センサにより部屋内の２次元的な熱画像を取得し、この熱画像に基づいて人を検知し、テーブルやソファー等の人が存在するエリアを生活エリアとして認識するようにしている。そして、その生活エリア内の床温を熱画像に基づいて検知し、検知した床温に応じて生活エリアの温度ムラを解消するように室内機本体からの気流を制御している。

また、部屋内に置かれた家具などの障害物を検知し、障害物の位置を考慮して最適な風量や風向きに制御するようにした空気調和機もある（例えば、特許文献２参照）。

特開２００９−９２２５２号公報（要約） 特開２００９−１３９０１０号公報（要約）

特許文献１の空気調和機では、生活エリア内の床温を検出するにあたり、生活エリア内に障害物（テーブルやソファーなどの家具）が配置されている点について配慮されておらず、床面温度を検出しているつもりが実際には障害物の表面温度を検出している場合がある。この場合、必要な気流制御とは異なる気流制御が行われ、快適性が損なわれたり、空調能力が過剰となって省エネに逆行する運転が行われたり等の問題があった。

暖房時は通常、足元に温風が送られるように風向を床面方向に設定している。このため、テーブル等、脚が長い脚長家具が配置されていた場合には、温風がテーブルの下を抜けるため、床面全体を暖めることができる。しかし、ソファー等、脚が無い又は短い脚短家具が配置されていた場合、温風がソファーにぶつかり、ソファーの奥側のエリアに温風が届かず、温度ムラが生じる。

特許文献２の空気調和機では、障害物を検知するようにしているものの、その障害物が脚短家具であるのか又は脚長家具であるのかといった点についてまでは検知していない。このため、家具の特徴を考慮した気流制御を行うことができず、快適性の向上に更なる改善の余地があった。

本発明はこのような点を鑑みなされたもので、熱画像の情報を有効に利用して障害物が脚短家具であるのか又は脚長家具であるのかを判別し、判別結果に応じて温風の気流を制御し、快適性及び省エネ性の向上を実現する空気調和機を提供することを目的とする。

本発明に係る空気調和機は、温風を部屋に吹き出して暖房する室内機本体と、室内機本体に取り付けられ、部屋の一定範囲を走査して範囲の温度を検出する赤外線センサと、赤外線センサの出力から熱画像データを生成する赤外線画像取得部と、赤外線画像取得部で生成された熱画像データに基づいて部屋内の床面上の障害物を検出すると共に、障害物が、その障害物と床面との間を温風が通り抜けない脚短家具であるのか又は温風が通り抜ける脚長家具であるのかを判別する障害物判別部と、障害物判別部の判別結果に基づいて温風の気流を制御する気流制御部とを備えたものである。

本発明によれば、部屋に設置された障害物が脚短家具であるのか又は脚長家具であるのかを判別し、その判別結果に応じて適切な気流制御を行うため、快適性や省エネ性の向上を図ることができる。

実施の形態１を示す図で、右側前方から見た空気調和機１００の斜視図。 実施の形態１を示す図で、右側下方から見た空気調和機１００の斜視図。 実施の形態１を示す図で、空気調和機１００の縦断面図。 実施の形態１を示す図で、赤外線センサ３と受光素子の各配光視野角を示す図。 実施の形態１を示す図で、赤外線センサ３を収納する筐体５を裏側から（空気調和機１００の内部から）見た斜視図。 実施の形態１を示す図で、赤外線センサ３付近の斜視図（（ａ）は赤外線センサ３が右端端部へ可動した状態、（ｂ）は赤外線センサ３が中央部へ可動した状態、（ｃ）は赤外線センサ３が左端端部へ可動した状態）。 実施の形態１を示す図で、赤外線センサ３の縦断面における縦配光視野角を示す図。 実施の形態１を示す図で、主婦１２が幼児１３を抱いている部屋の熱画像データを示す図。 実施の形態１を示す図で、空気調和機１００の能力帯により規定された冷房運転時の畳目安並びに広さ（面積）を示す図。 実施の形態１を示す図で、図９記載の能力毎の広さ（面積）の最大面積を用いることで、能力毎における床面の広さ（面積）を規定した図。 実施の形態１を示す図で、能力２．２ｋＷにおける縦横の部屋形状制限値を示す図。 実施の形態１を示す図で、空気調和機１００の能力帯から求まる縦横距離条件を示す図。 実施の形態１を示す図で、能力２．２ｋＷ時の中央据付時条件を示す図。 実施の形態１を示す図で、空気調和機１００の能力２．２ｋＷ時に、リモコンの据付位置ボタンが中央に設定された際の熱画像データ上の床面と壁面との位置関係を示す図。 実施の形態１を示す図で、人体検出位置履歴による部屋形状の算出フローを示す図。 実施の形態１を示す図で、直前の背景画像と人体の存在する熱画像との差分を行い、閾値Ａ並びに閾値Ｂをもって人体の検出を判断する結果を示す図。 実施の形態１を示す図で、熱画像データ差分から求めた人体検出位置を床面座標変換部５４にて座標変換を行った人体位置座標（Ｘ，Ｙ）点として、Ｘ軸、Ｙ軸毎にカウント積算した様子を示す図。 実施の形態１を示す図で、人体位置履歴による部屋形状の判定結果を示す図。 実施の形態１を示す図で、熱画像データ上にて左壁面２１、正面壁２２、右壁面２３及び床面２４を区切った状態を示す図。 実施の形態１の空気調和機における特徴的な処理機能を大まかに説明するための機能ブロック図。 実施の形態１を示す図で、床面を分割した分割エリアを示す図。 実施の形態１を示す図で、家具エリアの検出原理の説明図。 実施の形態１を示す図で、熱画像の取得から家具判別に至るまでの処理に関わる機能ブロック図。 実施の形態１を示す図で、活動量検出部５８で検出される活動量の説明図。 実施の形態１を示す図で、家具判別処理を説明するための熱画像を示す図。 実施の形態１を示す図で、暖房時の風向を示す図。 実施の形態１を示す図で、暖房時の風向と、赤外線センサ配光と、脚短家具を示した概略側面図。 実施の形態１を示す図で、図２７の概略上面図。 実施の形態１を示す図で、暖房時の風向と、赤外線センサ配光と、脚長家具を示した概略側面図。 実施の形態１を示す図で、図２９の概略上面図。 実施の形態１を示す図で、家具判別の際に家具エリア候補２０４に直接、温風を当てる場合の風向を示す図。 実施の形態１を示す図で、家具判別部６２にて行われる家具判別処理を示すフローチャート。 実施の形態１を示す図で、脚短家具２０２ａと判別された場合の風向を示した概略側面図。 実施の形態１を示す図で、図３３の概略上面図。 実施の形態１を示す図で、人体と家具の位置関係により検出される人体部分の出力の説明図（脚短家具の手前移動の場合）。 実施の形態１を示す図で、人体と家具の位置関係により検出される人体部分の出力の説明図（脚短家具の奥側移動の場合）。 実施の形態１を示す図で、人体と家具の位置関係により検出される人体部分の出力の説明図（脚長家具の奥側移動の場合）。 実施の形態１を示す図で、脚短家具２０２ａの近傍に人体が居る場合の暖房時の風向の説明図。 実施の形態１を示す図で、脚長家具２０２ｂの近傍に人体が居る場合の暖房時の風向の説明図。

実施の形態１．
図１及び図２は、本発明の実施の形態１における空気調和機１００の斜視図である。図３は、本発明の実施の形態１における空気調和機１００の縦断面図である。

図１乃至図３により、空気調和機（室内機）１００の全体構成を説明する。図１、図２共に、室内機１００の外観斜視図であるが、見る角度が異なる点と、図１は上下フラップ４３（上下風向制御板、左右に２個）が閉じているのに対して、図２は上下フラップ４３が開き奥の左右フラップ４４（左右風向制御板、多数）が見えている点とが異なる。

図１に示すように、室内機１００は、略箱状の室内機本体４０の上面に部屋の空気を吸い込む吸込口４１が形成されている。

また、前面の下部に調和空気を吹き出す吹出口４２が形成されていて、吹出口４２には吹き出し風の風向を制御する上下フラップ４３と、左右フラップ４４とが設けられる。上下フラップ４３は吹き出し風の上下風向を制御し、左右フラップ４４は吹き出し風の左右風向を制御する。

室内機本体４０の前面の下部で、吹出口４２の上に、赤外線センサ３が設けられている。赤外線センサ３は、俯角約２４．５度の角度で下向きに取り付けられている。

俯角とは、赤外線センサ３の中心軸と水平線とがなす角度である。別の言い方をすると、赤外線センサ３は、水平線に対して約２４．５度の角度で下向きに取り付けられている。図１及び図２において赤外線センサ３は正面に位置するが、吹出口４２の左右や別に設けてもよい。

図３に示すように、室内機１００は、内部に送風機４５を備え、該送風機４５を囲むように熱交換器４６が配置されている。

熱交換器４６は、室外機（図示せず）に搭載された圧縮機等と接続されて冷凍サイクルを形成している。冷房運転時は蒸発器として、暖房運転時は凝縮器として動作する。

吸込口４１から送風機４５により室内空気が吸い込まれ、熱交換器４６で冷凍サイクルの冷媒と熱交換を行い、送風機４５を通過して吹出口４２から室内へ吹き出される。

吹出口４２では、上下フラップ４３と左右フラップ４４（図３では図示していない）とにより、上下方向及び左右方向の風向が制御される。図３は、上下フラップ４３が水平吹き出しの角度になっている。

次に、図４乃至図７により赤外線センサ３について説明する。図４に示すように、赤外線センサ３は、金属缶１内部に８個の受光素子（図示せず）を縦方向に一列に配列している。金属缶１の上面には、８個の受光素子に赤外線を通すためのレンズ製の窓（図示せず）が設けられている。各受光素子の配光視野角２は、縦方向７度、横方向８度である。なお、各受光素子の配光視野角２が、縦方向７度、横方向８度のものを示したが、縦方向７度、横方向８度に限定されるものではない。各受光素子の配光視野角２に応じて、受光素子の数は変化する。例えば、１個の受光素子の縦配光視野角と受光素子の数との積が一定になるようにすればよい。

図５は、赤外線センサ３を収納する筐体５を裏側から（室内機１００の内部から）見た斜視図である。図５に示すように、赤外線センサ３は、筐体５内に収納されている。そして、筐体５の上方に赤外線センサ３を駆動するステッピングモーター６が設けられる。筐体５と一体の取付部７が室内機１００の前面下部に固定されることにより、赤外線センサ３が室内機１００に取り付けられる。赤外線センサ３が室内機１００に取り付けられた状態では、ステッピングモーター６と筐体５は垂直である。そして、筐体５の内部で赤外線センサ３が、俯角約２４．５度の角度で下向きに取り付けられている。

赤外線センサ３は、ステッピングモーター６により左右方向に所定角度範囲を回転駆動する（このような回転駆動をここでは、可動する、と表現する）が、図６に示すように右端端部（ａ）から中央部（ｂ）を経由して左端端部（ｃ）まで可動し、左端端部（ｃ）に来ると逆方向に反転して可動する。この動作を繰り返す。赤外線センサ３は、部屋の温度検出対象範囲を左右に走査しながら温度検出対象の温度を検出する。

ここで、赤外線センサ３による部屋の壁や床の熱画像データの取得方法について述べる。なお、赤外線センサ３等の制御は、所定の動作がプログラムされたマイクロコンピュータによって行われる。所定の動作がプログラムされたマイクロコンピュータを制御部と定義する。以下の説明では、一々夫々の制御を制御部（所定の動作がプログラムされたマイクロコンピュータ）が行うという記載は省略する。

部屋の壁や床の熱画像データを取得する場合、赤外線センサ３をステッピングモーター６により左右方向に可動し、ステッピングモーター６の可動角度（赤外線センサ３の回転駆動角度）１．６度毎に各位置で赤外線センサ３を所定時間（０．１〜０．２秒）停止させる。

赤外線センサ３を停止した後、所定時間（０．１〜０．２秒より短い時間）待ち、赤外線センサ３の８個の受光素子の検出結果（熱画像データ）を取り込む。

赤外線センサ３の検出結果を取り込み終了後、再びステッピングモーター６を駆動（可動角度１．６度）した後停止し、同様の動作により赤外線センサ３の８個の受光素子の検出結果（熱画像データ）を取り込む。

上記の動作を繰り返し行い、左右方向に９４箇所の赤外線センサ３の検出結果をもとに部屋の検出エリア内の熱画像データを演算する。

ステッピングモーター６の可動角度１．６度毎に９４箇所で赤外線センサ３を停止させて熱画像データを取り込むので、赤外線センサ３の左右方向の可動範囲（左右方向に回転駆動する角度範囲）は、約１５０．４度である。

なお、赤外線センサ３をステッピングモーター６により左右方向に可動して部屋の壁や床の熱画像データを取得する場合、室内機１００の上下フラップ４３の向きは水平に固定する。そして、左右フラップ４４は、右側に最大に傾けた場合と、左側に最大に傾けた場合との二つのケースについて部屋の熱画像データを取得する。

図７は、室内機１００を部屋の床面から１８００ｍｍの高さに据付けた状態で、８個の受光素子が縦に一列に配列された赤外線センサ３の縦断面における縦配光視野角を示す。

図７に示す角度７°は、１個の受光素子の縦配光視野角である。

また、図７の角度３７．５°は、赤外線センサ３の縦視野領域に入らない領域の室内機１００が取り付けられた壁からの角度を示す。赤外線センサ３の俯角が０°であれば、この角度は、９０°−４（水平より下の受光素子の数）×７°（１個の受光素子の縦配光視野角）＝６２°になる。本実施の形態１の赤外線センサ３は、俯角が２４．５°であるから、６２°−２４．５°＝３７．５°になる。

図８は、８畳相当の部屋で主婦１２が幼児１３を抱いている一生活シーンを赤外線センサ３を左右方向に可動させながら得られた検出結果をもとに熱画像データとして演算した結果を示す。

図８は季節が冬で、且つ天候が曇りの日に取得した熱画像データである。従って、窓１４の温度は、１０〜１５℃と低い。主婦１２と幼児１３の温度が最も高い。特に、主婦１２と幼児１３の上半身の温度は、２６〜３０℃である。このように、赤外線センサ３を左右方向に可動させることにより、例えば、部屋の各部の温度情報を取得することができる。

本実施の形態１では、上記構成で取得する熱画像の室内機１００据付け側の壁面に直交する方向を、直交座標のｙ軸とする。また、熱画像の室内機１００据付け側の壁面に平行な方向を、直交座標のｘ軸とする。

なお、本実施の形態１の左右方向とは、室内機１００から見た場合の左右とする。

次に、空気調和機の能力帯と、人体検出位置の履歴とから総合判断して部屋形状を決定する部屋形状検出手段（空間認識検出）について述べる。

赤外線センサ３にて取得する熱画像データにより、空調している空調エリア内の床面広さを求め、熱画像上の空調エリア内における壁面位置を求める。

熱画像上で床面、壁面（壁面とは、室内機１００から見た正面壁、並びに左右の壁面）の領域が分かることから、個々の壁面平均温度を求めることが可能となる。

熱画像データ上で床面広さを求める手段は、下記に示す二つの情報を統合することで、精度のよい床面広さの検出並びに部屋形状を検出可能とする。
（１）室内機１００の能力帯並びにリモコンの据付位置ボタン設定から求める形状制限値及び初期設定値の部屋形状。
（２）人体検出位置履歴から求まる部屋形状。

室内機１００は、空調する部屋の広さを基準に対応する能力帯に分けられている。図９は室内機１００の能力帯により規定された冷房運転時の畳目安並びに広さ（面積）を示した図である。例えば、室内機１００の能力２．２ｋＷの場合は、冷房運転時における空調広さの畳目安は６〜９畳となる。６畳から９畳の広さ（面積）は、１０〜１５ｍ² である。

図１０は、図９記載の能力毎の広さ（面積）の最大面積を用いることで、能力毎における床面の広さ（面積）を規定した図である。能力２．２ｋＷの場合、図９の広さ（面積）の最大面積は１５ｍ² となる。１５ｍ² の平方根を求めることで縦横比率を１：１とした場合の縦横の距離は各３．９ｍとなる。最大面積１５ｍ² を固定し、縦横比率を１：２〜２：１の範囲で可変させた場合の縦横の距離で、縦横の最大距離と最小距離を設定する。

図１１に、能力２．２ｋＷにおける縦横の部屋形状制限値の図を示す。能力毎の最大面積１５ｍ² の平方根より縦横比率１：１の場合の縦横の各距離は３．９ｍとなる。最大面積１５ｍ² を固定し、縦横比率を１：２〜２：１の範囲で可変させた場合の縦横の距離で、縦横の最大距離を設定する。縦横比率１：２の場合は、縦２．７ｍ：横５．５ｍとなる。同様に縦横比率２：１の場合は、縦５．５ｍ：横２．７ｍとなる。

図１２に室内機１００の能力帯から求まる縦横距離条件を示す。図１２の初期値の値は、能力毎における対応面積の中間面積の平方根から求めている。例えば能力２．２ｋＷの適応面積は１０〜１５ｍ² となり、中間面積は１２ｍ² となる。１２ｍ² の平方根より初期値３．５ｍを求めている。以下能力帯毎における初期値の縦横距離の算出は同様な考え方から求めている。同時に最小値（ｍ）、最大値（ｍ）は図１０の算出の通りである。

従って、室内機１００の能力毎により求まる部屋形状の初期値は、図１２の初期値（ｍ）を縦横の距離とする。但し、リモコンからの据付位置条件により室内機１００の設置位置の原点を可変することとする。

図１３に、能力２．２ｋＷ時の中央据付時条件を示す。図１３に示すように、初期値の横距離中間地点を室内機１００の原点とする。室内機１００の原点は、縦横３．５ｍの部屋の中央部（横から１．８ｍ）の位置関係となる。

従って、室内機１００の能力帯並びにリモコンの据付位置ボタン設定から求める形状制限値及び初期設定値の部屋形状は、上記記載の条件にて室内機１００の能力帯から設定された床面の広さに、リモコンの据付位置条件をもって室内機１００の据付位置を決めることで、赤外線センサ３から取得される熱画像データ上に床面と壁面との境界線を求めることを可能としている。

図１４に、室内機１００の能力２．２ｋＷ時に、リモコンの据付位置ボタンが中央に設定された際の熱画像データ上の床面と壁面との位置関係を示す。赤外線センサ３側から見て左壁面２１、正面壁２２、右壁面２３、そして床面２４が熱画像データ上に示されている様子がうかがえる。初期設定時における能力２．２ｋＷの床面形状寸法は図１３に示す通りである。以下、左壁面２１、正面壁２２、右壁面２３をまとめて壁面と呼ぶ。

（部屋形状の算出）
次に、人体検出位置履歴から求まる部屋形状の算出について説明する。図１５に人体検出位置履歴による部屋形状の算出に関わる機能ブロック図を示す。
人体検出部５３は、赤外線センサ３を駆動する赤外線センサ駆動部５１の出力から赤外線画像取得部５２にて熱画像データとして生成された縦８＊横９４の熱画像データを、直前の背景熱画像データとの差分を取ることで人体の位置を判断する。

人体の有無並びに人体の位置を検出する人体検出部５３は、熱画像データの差分を取る際に、人体の比較的表面温度の高い頭部付近を差分検出可能とする閾値Ａと、やや表面温度の低い足元部分の差分検出可能とする閾値Ｂを個々に持つ。

図１６は、直前の背景画像と人体の存在する熱画像との差分を取り、閾値Ａ並びに閾値Ｂをもって人体の検出を判断する結果を示す図である。閾値Ａを超える熱画像データの差分領域を人体頭部付近と判断し、閾値Ａにて求めた領域に隣接する閾値Ｂを超える熱画像差分領域を求める。その際、閾値Ｂにて求まる差分領域は、閾値Ａにて求められた差分領域に隣接していることを前提とする。つまり、閾値Ｂを超えただけの差分領域は人体とは判断しない。熱画像データ間の差分閾値の関係は、閾値Ａ＞閾値Ｂとなることを示す。

この手段により求めた人体の領域は、人体の頭部から足元までの領域を検出することを可能とし、人体の足元個所を示す差分領域最下端部の中央部分の熱画像座標Ｘ、Ｙを持って人体位置座標（Ｘ，Ｙ）とする。

熱画像データの差分により求められた人体の足元位置座標（Ｘ，Ｙ）を床面座標として変換する床面座標変換部５４を介して、人体位置履歴蓄積部５５は人体位置履歴を蓄積していく。

図１７は、熱画像データ差分から求めた人体検出位置を床面座標変換部５４にて座標変換を行った人体位置座標（Ｘ，Ｙ）点として、Ｘ軸、Ｙ軸毎にカウント積算した様子を示す。人体位置履歴蓄積部５５において、図１７に示すように、横方向Ｘ座標並びに奥行きＹ座標の最小分解は例えば０．３ｍ毎とする領域を確保し、軸毎に０．３ｍ間隔にて確保された領域に人位置検出毎に発生する人体位置座標（Ｘ，Ｙ）を、当てはめカウントしていくものとする。

この人体位置履歴蓄積部５５からの人体検出位置履歴情報により、部屋形状である床面２４、壁面（左壁面２１、右壁面２３、正面壁２２）を壁位置判断部５６にて求める。

図１８は、人体位置履歴による部屋形状の判定結果を示す。横方向Ｘ座標並びに奥行きＹ座標に蓄積された最大の蓄積数値に対して１０％以上の領域の範囲をもって床面領域と判断する。

以上により、熱画像データから左壁面２１、正面壁２２、右壁面２３及び床面２４を検出できる点が明らかになった。なお、上記の床壁境界検出方法は一例であって、任意の方法を採用できる。

図１９は、熱画像データ上にて左壁面２１、正面壁２２、右壁面２３及び床面２４を区切った状態を示す図である。

次に、本発明の本実施の形態１の特徴について説明する。

図２０は、実施の形態１の空気調和機における特徴的な処理機能を大まかに説明するための機能ブロック図である。
障害物判別部３１は、熱画像データから部屋内の障害物を検出すると共に、その障害物が脚短家具であるのか又は脚長家具であるのかを判別する。脚短家具とは、例えばソファー等のように脚が短い又は脚が無く、床面との間を気流が通り抜けない家具を指す。一方、脚長家具とは、例えばテーブルのように脚が長く、床面との間を気流が通り抜ける家具を指す。気流制御部３２は、障害物判別部の判別結果に基づいて暖房時に室内機本体４０から吹き出される温風の気流を制御する。なお、本明細書でいう温風の気流制御とは、風向、風速、吹き出し温度の少なくとも一つを制御することを指す。

以下、それぞれの処理部について順次説明する。

＜＜障害物判別部＞＞
障害物判別部３１では、大きく分けて３つの処理を行う。まず一つ目は、人体の位置の履歴に基づいて人が居ない領域を動線外エリアとして検出する処理である。二つ目は、動線外エリアの中から、家具が配置されている可能性のある家具エリア候補を決定する処理である。三つ目は、家具エリア候補に家具が配置されているか否かを検出すると共に、家具が配置されていれば、その家具エリア候補を家具エリアとして認識し、更に、家具エリアに設置された家具が脚短家具又は脚長家具のどちらであるかを判別する処理（以下、家具判別処理という）である。以下、順に説明する。

図２１は、床面を分割した分割エリアを示す図である。ここでは、左右方向５分割、奥行き３分割としているが、熱画像の出力画素数以内であれば何分割しても良い。室内制御部にて床面２４を分割する閾値をそれぞれ能力帯により設定し分割する。また、部屋形状検出にて壁と認識されている箇所は除外する。具体的には、「奥左」、「奥左中央」、「奥正面」、「奥右中央」、「奥右」、「中央左」、「中央左中央」、「中央正面」、「中央右中央」、「中央右」、「手前左」、「手前左中央」、「手前正面」、「手前右中央」、「手前右」の１５個に分割している。

図２２は、家具エリアの検出原理の説明図である。図２２（ａ）は、部屋内に家具２０２が設置されており、部屋内で人が生活している様子を示している。そして、人体の動線２０１を点線で示している。また、図２２（ｂ）は、動線外エリア２０３を示しており、図２２（ｃ）は、動線外エリア２０３と家具エリア候補２０４を示しており、黒塗りの画素２０５は、後述の活動量が「小」の位置を示している。図２２（ｄ）は、家具エリア２０６を示している。

図２２（ａ）に示すように、家具２０２が置いてある部屋において、上述したように、人体位置履歴に基づいて人の生活動線となるエリアが分かるため、図２２（ｂ）に示すように、熱画像から生活動線外となる動線外エリア２０３が分かる。ここでは、足元の位置を検出しているため、家具２０２の配置箇所は動線外エリア２０３となる。そして、動線外エリア２０３の中から、実際に家具が配置されている家具エリアを判別するにあたり、人の動きに関する情報（後述の活動量）を用いる。

人は、例えばソファーやダイニングテーブルなどではリラックス状態となり動きが小さくなる。よって、動線外エリア２０３近傍で人の動きが小さくなった場合、その動線外エリア２０３に家具が配置されている可能性が高い。

よって、図２２（ｂ）及び図２２（ｃ）に示すように、人の動きが小さくなった画素２０５を含む分割エリアと重なる動線外エリア２０３を、家具エリア候補２０４として決定する。図２２の例では、「中央左中央」及び「中央左」のエリアと、このそれぞれのエリアと重なった２つの動線外エリア２０３を家具エリア候補２０４と決定する。なお、活動量小カウンタの前記所定数は適宜設定することができる。

そして、家具エリア候補２０４の中から図２２（ｄ）に示すように実際に家具が配置されている家具エリア２０６を決定して家具が脚短家具であるのか脚長家具であるのかの判別を行うわけであるが、この処理については改めて説明する。

図２３は、熱画像の取得から家具判別に至るまでの処理に関わる機能ブロック図である。人体検出部５３から家具判別部６２までがいわば障害物判別部３１に相当する。
床面座標変換部５４は、上述したように人体の足元の人体位置座標（Ｘ，Ｙ）を人体位置履歴蓄積部５５に順次蓄積している。動線外エリア検出部５７は、この人体位置履歴に基づいて人体が居ないエリアを把握し、そのエリアを動線外エリア２０３とする。

一方で床面座標変換部５４は、人体位置座標（Ｘ，Ｙ）を活動量検出部５８にも出力しており、活動量検出部５８は、人体検出部５３で検出された人体の活動量を検出する。活動量検出部５８は、人体検出部５３で検出された人体毎に活動量を検出して保持しており、活動量として「大」又は「小」の情報を保持している。なお、活動量の初期値は「大」とする。

図２４は、活動量検出部５８で検出される活動量の説明図である。
図２４（ａ）は無人状態を示しており、無人状態の部屋内に人が入室すると、図２４（ｂ）に示すように人体が検出され、人体位置座標（Ｘ１，Ｙ１）が算出される。赤外線センサ３を操作して一枚の熱画像データが取得されるのが例えば３０秒であるとすると、３０秒毎に人体位置座標（Ｘ１，Ｙ１）が算出されることになる。図２４（ｃ）は、図２４（ｂ）から３０秒後に取得された次の熱画像データによる人体検出結果を示しており、ここでは、人体位置座標が、（Ｘ１，Ｙ１）から（Ｘ２，Ｙ２）に変化している。この座標変化量が所定座標値以上、変化した場合、人体は動いているものと判断し、活動量を初期値のまま「大」とする。これに対し、図２４（ｄ）に示すように、人体位置座標の変化量が所定座標値未満の場合には、人体の動きが小さいと判断し、活動量を「大」から「小」に変更する。

活動量検出部５８は、活動量小の回数をカウントする活動量小カウンタを画素毎（座標毎）に保持しており、活動量小を検出する毎に、その検出した画素の活動量小カウンタを１ずつカウントアップする。

家具エリア候補検出部５９は、動線外エリア検出部５７で検出した動線外エリア２０３と活動量検出部５８で検出した活動量とに基づいて家具エリア候補２０４を検出する。すなわち、動線外エリア２０３のうち、活動量小カウンタが所定数以上となった画素２０５を含む分割エリア（活動量が所定値よりも小さいエリア）と重なった２つの動線外エリア２０３を家具エリア候補２０４と決定する。

（家具判別処理）
次に、家具判別処理について説明する。ここではまず、家具判別の原理について説明する。

図２５は、家具判別処理を説明するための熱画像を示す図で、（ａ）は、脚短家具が配置されていた場合の熱画像、図２５（ｂ）は、脚長家具が配置されていた場合の熱画像、図２５（ｃ）は家具が配置されていなかった場合の熱画像を示している。ここで色の濃淡は温度を示しており濃い色の方を温度が高いものとする。図２６は、暖房時の風向を示す図である。図２７は、暖房時の風向と、赤外線センサ配光と、脚短家具を示した概略側面図である。図２８は、図２７の概略上面図である。図２９は、暖房時の風向と、赤外線センサ配光と、脚長家具を示した概略側面図である。図３０は、図２９の概略上面図である。図２６〜図３０において符号１１０は赤外線センサ配光を示している。

（脚短家具の判別）
暖房時では、足元を暖める観点から、図２６に示すように風向を床面方向としており、室内機１００からの温風は矢印３００に示すように床面に向かって流れた後、矢印３００ａに示すように床面に沿って後方へと向かう流れとなる。このため、脚短家具２０２ａが置いてある場合、室内機１００から吹き出される温風は、図２７及び図２８に示すように脚短家具２０２ａに向かって流れ、脚短家具２０２ａにぶつかる。よって、脚短家具２０２ａは、温風が直接ぶつかることにより床面より暖まり、図２５（ａ）に示すように脚短家具２０２ａが設置されたエリア３１０は、周囲の床温よりも温度が高くなる。

また、脚短家具２０２ａにぶつかった温風は、図２８の矢印３０１に示すように脚短家具２０２ａの横を通り抜ける気流となる。このため、室内機１００から見て脚短家具２０２ａの奥側のエリア３０２には、温風が届かない。よって、図２５（ａ）に示すように、脚短家具２０２ａの奥側エリア３１１は周囲の床温より低くなる。

脚短家具２０２ａが設置されていた場合、以上のような特徴を有する床面温度分布となるため、家具エリア候補の床温が奥側を除く周囲の床温よりも高い場合、その家具エリア候補部分には家具が配置されていると認識できると同時に、その家具が脚短家具２０２ａであることを判別できる。

なお、上記では、暖房時の風向を床面方向として説明したが、家具エリア候補の床温とその周囲の床温との温度差が小さくて判別が難しい場合等では、図３１の矢印３０５に示すように家具エリア候補２０４に直接、温風を当てる風向としてもよい。この場合、家具エリア候補の温度とその周囲の床温との温度差が大きくなって判別し易くなる。

（脚長家具の判別）
一方、脚長家具２０２ｂが置いてある場合、室内機１００から温風は、矢印３００に示すように床面に向かって流れた後、図２９、図３０の矢印３０３に示すように脚長家具２０２ｂの下を抜けて床面に沿って後方へ向かって流れる。この場合、床面全体が略一様に暖められるため、床面の実際の温度分布は全体が略一様の温度分布となる。しかし、赤外線センサ３は、室内機１００の設置箇所から下向きの俯角を持って床温を検出しているため、脚長家具２０２ｂ部分については、温風によって暖められている床面ではなく脚長家具２０２ｂの表面の温度を検出している。よって、図２５（ｂ）に示すように、脚長家具２０２ｂが設置されたエリア３１２は、周囲の床面温度よりも低く検出される。

脚長家具２０２ｂが設置されていた場合、以上のような特徴を有する床面温度分布となる。このため、家具エリア候補の温度がその周囲の床温よりも低い場合、その家具エリア候補部分には家具が配置されていると認識できると同時に、その家具が脚長家具２０２ｂであると判別できる。

（家具無しの判別）
動線外エリアから家具エリア候補として判別されるのは、人体の活動量が小であるかどうかに寄るため、例えば動線外エリア内に、人体が長らく立ち止まる等した場合、活動量が小になり、家具エリア候補と判別される。つまり、家具エリア候補には、家具が配置されていないエリアも含まれる。よって、ここでは家具無しを判別する方法について説明する。

家具が配置されていない場合、家具エリア候補の床温は、他の床面と同じように暖まっていく。よって、図２５（ｃ）に示すように、家具エリア候補２０４の床温は、その周囲の床温と略同じとなる。

家具が配置されていない場合、以上のような特徴を有する床面温度分布となる。このため、熱画像から検出される家具エリア候補２０４の床温とその周囲の床温との差が小さければ、その家具エリア候補２０４には家具が無いと判別できる。

以上により家具判別原理が明らかになったところで、具体的な家具判別処理について説明する。

家具判別処理に関わる機能ブロック図は図２３を参照されたい。
赤外線センサ駆動部５１にて赤外線センサ３を駆動させ、赤外線画像取得部５２は熱画像を取得する。床温検出部６０は、赤外線画像取得部５２で取得された熱画像に基づいて家具エリア候補部分の床温を検出し、その検出床温を家具判別部６２に渡す。

基準床温推測部６１は、室内機１００から吹き出した温風の風量と風速と吹き出し温度とから、家具判別の基準となる床温（以下、基準床温という）を検出し、基準床温を家具判別部６２に渡す。この基準床温を、上述の家具判別原理の説明における、家具エリア候補の周囲の床温と見なしている。基準床温推測部６１における基準床温の検出は、例えば風速風向毎に吹き出し温度と床温の関係を特定した変換テーブルを予め保持しておき、変換テーブルに基づいて床温を求めるようにすればよい。

また、家具エリア候補検出部５９は、検出した家具エリア候補の情報を家具判別部６２に渡す。家具判別部６２は、家具エリア候補の検出床温と基準床温と家具エリア候補情報とに基づいて家具判別を行う。

図３２は、家具判別部６２にて行われる家具判別処理を示すフローチャートである。
家具判別部６２は、家具エリア候補の検出床温と基準床温との差分を計算し、差分が予め設定した第１所定温度α（例えば３℃）以上の場合（Ｓ１１）、その家具エリア候補には脚短家具２０２ａが配置されていると判別する（Ｓ１２）。差分が予め設定した第２所定温度β（例えば−３℃）以下の場合、その家具エリア候補には脚長家具２０２ｂが配置されていると判別する（Ｓ１３）。差分が上記以外の範囲の場合、つまり−３℃よりも高く３℃未満の場合、家具無しと判別する（Ｓ１４）。

以上のように、暖房時の温風の影響により変化する家具エリア候補の床温と基準床温とに基づいて、家具候補エリアに家具が配置されているのか、配置されている場合、その家具は脚短家具２０２ａであるのか又は脚長家具２０２ｂであるのかを判別できる。以上に説明した家具判別は、必要時に一旦、行って学習しておけばよく、それ以降は学習した結果を適宜読み出して気流制御に用いればよい。

＜＜気流制御＞＞
＜家具判別処理結果に基づく気流制御＞
次に、家具判別処理結果に基づいて行う、暖房の気流制御について説明する。
図３３は、脚短家具２０２ａと判別された場合の風向を示した概略側面図である。図３４は、図３３の概略上面図である。

（気流制御１）
気流制御部３２は、脚短家具２０２ａを避けるように風向を制御する。すなわち、熱画像データに基づいて脚短家具２０２ａの高さの高低を判断し、低いと判断した場合、図３３、図３４の矢印３０６に示すように脚短家具２０２ａよりも上に温風が通るように風向を制御する。これにより、脚短家具２０２ａの奥側のエリア３０２に温風を届けることができ、温度ムラを低減できる。また、脚短家具２０２ａの高さが高いと判断した場合には、脚短家具２０２ａの両脇を狙うように室内機１００の左右に２個設けた上下フラップ４３と左右フラップ４４を制御する。なお、脚短家具２０２ａの高低は、正面壁２２（図２１参照）の下端が俯角上、脚短家具２０２ａに隠れて見えなくなれば高いと判断し、見えれば低いと判断する。

（気流制御２）
脚長家具２０２ｂが配置されている場合、上述したように赤外線センサ３では、脚長家具２０２ｂの上面の温度を検出してしまい、実際には暖まっているはずの床面の温度を検出することができない。このため、必要以上に暖房運転が行なわれ、快適性を損ねるばかりか、省エネにも反していた。

しかし、本実施の形態１では、脚長家具２０２ｂが設置されていることを認識できるため、気流制御部３２は、熱画像から脚長家具２０２ｂ以外の部分の床温を検出し、その検出床温に基づいて風向、風速、吹き出し温度の少なくとも一つを制御する。すなわち脚長家具２０２ｂ以外の部分の床温が設定温度よりも高ければ、設定温度まで下がるように気流を制御し、脚長家具２０２ｂ以外の部分の床温が設定温度よりも低ければ、設定温度まで上がるように気流を制御する。これにより、必要以上に暖房運転が行われるといった事態を防止でき、快適性の向上及び省エネ性の向上を図ることができる。なお、吹き出し温度は、圧縮機の回転数を変更する等して制御できる。

上記では、家具判別処理結果のみから気流制御を行う例について説明したが、家具判別処理結果に加えて更に人体の位置も加味して気流制御を行うようにしてもよい。以下、具体的に説明する。

＜家具判別処理結果と人体の位置とに基づく気流制御＞
ここではまず、人体と家具との位置関係により検出される人体部分の出力の違いについて説明する。

図３５〜図３７は、人体と家具の位置関係により検出される人体部分の出力の説明図である。図３５（ａ）は、人体が脚短家具２０２ａの手前を白抜き矢印の方向に移動する様子を示す図、図３５（ｂ）は、図３５（ａ）の場合の人体部分の出力を示す図である。図３６（ａ）は、人体が脚短家具２０２ａの奥側を白抜き矢印の方向に移動する様子を示す図、図３６（ｂ）は、図３６（ａ）の場合の人体部分の出力を示す図である。図３７（ａ）は、人体が脚長家具２０２ｂの奥側を白抜き矢印の方向に移動する様子を示す図、図３７（ｂ）は、図３７（ａ）の場合の人体部分の出力を示す図である。

人体部分の出力は、赤外線画像取得部５２で取得した熱画像と背景画像と差分により検出するが、人体の位置と家具の位置により、それぞれ図３５（ｂ）、図３６（ｂ）、図３７（ｂ）のように検出できる。よって、この差分の熱画像により、人体が家具の手前に居るのか奥側に居るのかを把握することができる。すなわち、家具エリアに隣接して上方の人体については家具の奥側に居る人体と判断でき、家具エリアに隣接して下方の人体については家具の手前側に居る人体と判断できる。なお、人体が脚長家具２０２ｂの手前を移動する場合については図示省略するが、人体が脚短家具２０２ａの手前を移動する場合の図３５（ｂ）と同様である。

（脚短家具の場合の気流制御）
図３８は、脚短家具２０２ａの近傍に人体が居る場合の暖房時の風向の説明図である。図３８において２つの白抜き矢印は、室内機１００の左右に２個設けた上下フラップ４３と左右フラップ４４による、左右の独立した温風方向を示している。なお、上述したように暖房時は床面を暖めるため、上下風向は下吹きである点は図３８（ａ）、（ｂ）で共通である。

（気流制御３）
図３８（ａ）に示すように、脚短家具２０２ａの手前に人体が居る場合、人体の足元を狙って風向を制御する。

（気流制御４）
図３８（ｂ）に示すように、脚短家具２０２ａの奥側に人体が居る場合、脚短家具２０２ａの両脇を狙うように風向を制御することにより、輻射熱により快適性を維持することができる。

（脚長家具の場合の気流制御）
図３９は、脚長家具２０２ｂの近傍に人体が居る場合の暖房時の風向の説明図である。図３９において２つの白抜き矢印は、室内機１００の左右に２個設けた上下フラップ４３と左右フラップ４４による、左右の独立した温風方向を示している。なお、上述したように暖房時は床面を暖めるため、上下風向は下吹きである点は図３９（ａ）、（ｂ）で共通である。

（気流制御５）
図３９（ａ）に示すように、脚長家具２０２ｂの手前に人体が居る場合、脚長家具２０２ｂの足元を狙って風向を制御する。

（気流制御６）
図３９（ｂ）に示すように、脚長家具２０２ｂの奥側に人体が居る場合、脚長家具２０２ｂの下端を狙って風向を制御する。これにより、温風は脚長家具２０２ｂの下を通り抜けて人体の足元付近を暖めることができる。

以上のように、本実施の形態１によれば、家具を検出して脚短家具であるのか脚長家具２０２ｂであるのかを判別することができる。よって、その設置家具に応じたきめ細やかな気流制御を行うことができ、快適性や省エネ性の向上を図ることができる。

また、家具判別結果と人体の位置との両方を考慮して気流制御を行うようにした場合、更に快適性や省エネ性に優れた空気調和機を構成できる。

なお、上記の気流制御の内容は一例であり、適宜設定可能である。要は、脚短家具又は脚長家具のどちらであるのかを考慮して、省エネを考慮しつつ快適な空調を行うことを目的に気流制御を行えばよい。

なお、本実施の形態１では、活動量検出部５８が人体の動きから活動量を推測する方法について説明したが、人体の熱から判断する方法としてもよい。例えば、検出した人体の人体検出領域の温度を算出し、その温度を、次の熱画像にて検出した人体の人体検出領域の温度から減算する。その減算結果が所定値より大きい場合は活動量大と判断し、所定値以下の場合はソファー等でくつろいでいると見なして活動量小と判断する。

１ 金属缶、２ 配光視野角、３ 赤外線センサ、５ 筐体、６ ステッピングモーター、７ 取付部、１２ 主婦、１３ 幼児、１４ 窓、２１ 左壁面、２２ 正面壁、２３ 右壁面、２４ 床面、３１ 障害物判別部、３２ 気流制御部、４０ 室内機本体、４１ 吸込口、４２ 吹出口、４３ 上下フラップ、４４ 左右フラップ、４５ 送風機、４６ 熱交換器、５１ 赤外線センサ駆動部、５２ 赤外線画像取得部、５３ 人体検出部、５４ 床面座標変換部、５５ 人体位置履歴蓄積部、５６ 壁位置判断部、５７ 動線外エリア検出部、５８ 活動量検出部、５９ 家具エリア候補検出部、６０ 床温検出部、６１ 基準床温推測部、６２ 家具判別部、１００ 室内機（空気調和機）、２０１ 動線、２０２ 家具、２０２ａ 脚短家具、２０２ｂ 脚長家具、２０３ 動線外エリア、２０４ 家具エリア候補、２０５ 画素、２０６ 家具エリア、３０２ エリア、３１０ エリア、３１１ 奥側エリア、３１２ エリア。

Claims (14)

1. 温風を部屋に吹き出して暖房する室内機本体と、
   前記室内機本体に取り付けられ、前記部屋の一定範囲を走査して当該範囲の温度を検出する赤外線センサと、
   前記赤外線センサの出力から熱画像データを生成する赤外線画像取得部と、
   前記赤外線画像取得部で生成された熱画像データに基づいて前記部屋内の床面上の障害物を検出すると共に、前記障害物が、その障害物と前記床面との間を前記温風が通り抜けない脚短家具であるのか又は前記温風が通り抜ける脚長家具であるのかを判別する障害物判別部と、
   前記障害物判別部の判別結果に基づいて前記温風の気流を制御する気流制御部と
   を備えたことを特徴とする空気調和機。
2. 前記障害物判別部は、
   前記赤外線画像取得部で生成された前記熱画像データから、前記部屋に居る人体を検出する人体検出部と、
   前記人体検出部で検出された前記人体の活動量を検出する活動量検出部と、
   前記温風の風向、風速及び吹き出し温度に基づいて前記部屋の床温を推測する基準床温推測部と、
   前記人体の位置の履歴に基づいて人が居ないエリアを動線外エリアとして検出する動線外エリア検出部と、
   前記活動量検出部により検出された活動量が所定値よりも小さいエリアと重なる前記動線外エリアを、家具エリア候補と決定する家具エリア候補検出部と、
   前記家具エリア候補の床温を前記熱画像データから検出する床温検出部と、
   前記基準床温推測部で推測された基準床温と前記床温検出部で検出された検出床温とに基づいて、前記家具エリア候補に前記障害物として家具が配置されているか否かを検出すると共に、家具が配置されていることを検出した場合、その家具が脚短家具又は脚長家具のどちらであるかを判別する家具判別部と
   を備えたことを特徴とする請求項１記載の空気調和機。
3. 前記室内機本体は、前記温風の風向を床面方向としており、
   前記家具判別部は、前記家具エリア候補の床温が前記基準床温よりも第１所定温度以上、高い場合、前記家具エリア候補に配置された家具を脚短家具であると判別し、前記家具エリア候補の床温が前記基準床温よりも第２所定温度以上、低い場合、前記家具エリア候補に配置された家具が脚短家具であると判別する
   ことを特徴とする請求項２記載の空気調和機。
4. 前記室内機本体は、前記家具判別部における前記家具エリア候補の家具判別の際、前記温風の風向を、前記家具エリア候補に向かう方向としたことを特徴とする請求項３記載の空気調和機。
5. 前記気流制御部は、前記温風の気流の制御として、風向、風速及び吹き出し温度のうち少なくとも一つを制御することを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか一項に記載の空気調和機。
6. 前記気流制御部は、前記障害物判別部で前記障害物が脚短家具と判別された場合、前記脚短家具を避けるように風向を制御することを特徴とする請求項１乃至請求項５の何れか一項に記載の空気調和機。
7. 前記気流制御部は、前記障害物判別部で前記障害物が脚短家具と判別された場合、前記熱画像データに基づいて前記脚短家具の高さの高低を判断し、前記脚短家具の高さが低いと判断した場合、前記脚短家具よりも上に温風が通るように風向を制御することを特徴とする請求項１乃至請求項６の何れか一項に記載の空気調和機。
8. 前記室内機本体は、左右で独立して風向制御が可能な２つの風向変更装置を備え、
   前記気流制御部は、前記障害物判別部で前記障害物が脚短家具と判別された場合、前記熱画像データに基づいて前記脚短家具の高さの高低を判断し、前記脚短家具の高さが高いと判断した場合、前記脚短家具の両脇を狙うように前記２つの風向変更装置をそれぞれ独立に風向を制御することを特徴とする請求項１乃至請求項６の何れか一項に記載の空気調和機。
9. 前記気流制御部は、前記障害物判別部で前記障害物が脚長家具と判別された場合、前記赤外線画像取得部で生成された熱画像データに基づき前記脚長家具部分以外の床温を検出し、検出床温が設定温度となるように前記温風の気流を制御することを特徴とする請求項１乃至請求項８の何れか一項に記載の空気調和機。
10. 前記気流制御部は、前記障害物判別部の判別結果と前記人体検出部の検出結果とに基づいて前記温風の気流を制御することを特徴とする請求項１乃至請求項５の何れか一項に記載の空気調和機。
11. 前記気流制御部は、前記障害物判別部の判別結果と前記人体検出部の検出結果とに基づいて、前記室内機本体から見て前記脚短家具の手前側に前記人体が居ると判断した場合、前記人体の足元を狙うように風向を制御することを特徴とする請求項１０記載の空気調和機。
12. 前記室内機本体は、左右で独立して風向制御が可能な２つの風向変更装置を備え、前記気流制御部は、前記障害物判別部の判別結果と前記人体検出部の検出結果とに基づいて、前記室内機本体から見て前記脚短家具の奥側に前記人体が居ると判断した場合、前記脚短家具の両脇を狙うように前記２つの風向変更装置をそれぞれ独立に風向を制御することを特徴とする請求項１０記載の空気調和機。
13. 前記気流制御部は、前記障害物判別部の判別結果と前記人体検出部の検出結果とに基づいて、前記室内機本体から見て前記脚長家具の手前側に前記人体が居ると判断した場合、前記人体の足元を狙うように風向を制御することを特徴とする請求項１０記載の空気調和機。
14. 前記気流制御部は、前記障害物判別部の判別結果と前記人体検出部の検出結果とに基づいて、前記室内機本体から見て前記脚長家具の奥側に前記人体が居る場合、前記脚長家具の下端を狙うように風向を制御することを特徴とする請求項１０記載の空気調和機。

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