JP2018179694A

JP2018179694A - 赤外線検出装置

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Publication number: JP2018179694A
Application number: JP2017077974A
Authority: JP
Inventors: 勲服部; Isao Hattori; 浩山中; Hiroshi Yamanaka; 山中　　浩; 杉山　貴則; Takanori Sugiyama; 貴則杉山
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2017-04-11
Filing date: 2017-04-11
Publication date: 2018-11-15
Anticipated expiration: 2037-04-11
Also published as: CN108693565A; CN108693565B; JP6872685B2

Abstract

【課題】本発明は、熱源が複数個ある場合や、熱源が移動する場合でも十分に対応可能な赤外線検出装置を提供することを目的とする。【解決手段】この目的を達成するために本発明は、被測定対象の赤外線を検出する赤外線センサ３と、赤外線センサ３を一方向と一方向とは反対の他方向に回動走査する走査部４とを有し、赤外線センサ３は、一方向へ回動するときは第１の角度θ１回動するごとに赤外線の検出を行い、他方向へ回動するときは第２の角度θ２回動するごとに赤外線の検出を行い、第１の角度θ１よりも第２の角度θ２の方が大きい構成とした。【選択図】図１

Description

本発明は、人などの被測定対象の温度を非接触で検出する赤外線検出装置に関する。

従来の赤外線検出装置は、熱源が特定された位置へ赤外線検出装置を駆動させて人体か否かを判断していた。（特許文献１）

特許第５２４０２７１号公報

しかしながら、上記従来の赤外線検出装置では、熱源が複数個ある場合や、熱源が移動する場合には十分に対応できないという課題があった。

本発明は、上記課題を解決し、熱源が複数個ある場合や、熱源が移動する場合でも十分に対応可能な赤外線検出装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために本発明は、被測定対象の赤外線を検出する赤外線センサと、前記赤外線センサを一方向と一方向とは反対の他方向に回動走査する走査部とを有し、前記赤外線センサは、一方向へ回動するときは第１の角度回動するごとに赤外線の検出を行い、他方向へ回動するときは第２の角度回動するごとに赤外線の検出を行い、前記第１の角度よりも前記第２の角度の方が大きい構成とした。

本発明の空調制御装置は、熱源が複数個ある場合や熱源が移動する場合でも、効率良く赤外線検出装置によって被測定対象の赤外線を検出することができる。

実施の形態１の赤外線検出装置の構成を示すブロック図同赤外線検出装置の外観を示す図同赤外線センサの一方向への回動を示す図同赤外線センサの他方向への回動を示す図実施の形態２の赤外線検出装置の構成を示すブロック図実施の形態３の赤外線検出装置の構成を示すブロック図実施の形態４の赤外線検出装置の構成を示すブロック図同赤外線検出装置の一方向への回動を示す図同赤外線検出装置の他方向への回動を示す図同赤外線検出装置の他方向への回動を示す図

（実施の形態１）
以下に、実施の形態１における赤外線検出装置について図面を用いながら説明する。

図１は実施の形態１の赤外線検出装置の構成を示すブロック図、図２は同赤外線検出装
置の外観を示す図、図３は同赤外線検出装置の赤外線センサの一方向への回動を示す図、図４は同赤外線センサの他方向への回動を示す図である。

実施の形態１の赤外線検出装置１は、熱源となる人などの被測定体２から出る赤外線を検出する赤外線センサ３と、赤外線センサ３を回動走査する走査部４と、赤外線センサ３を処理する処理部５と、走査部４を制御する制御部６を有している。処理部５で処理された信号は、赤外線検出装置１を適用した電子機器７に出力される。

赤外線センサ３は、感温部が埋設された熱型赤外線検出器を有しており、感温部には被検出体から放射された赤外線による熱エネルギーを電気エネルギーに変換するサーモパイルにより構成される熱電変換部が用いられている。また、赤外線センサ３は、感温部および感温部の出力電圧を取り出すためのＭＯＳトランジスタを有したａ×ｂ個の画素部（非接触赤外線検知素子）が、半導体基板の一表面側においてａ行ｂ列の２次元アレイ状に配置されており、赤外線センサ３では画素部は８×８に構成されている。なお、画素部は８×８に限られず、例えば、１６×４のように構成しても良い。

走査部４は、ステッピングモータ等のモータにより構成されており、モータの回転により、赤外線センサ３を軸周りに一方向と一方向とは反対の他方向に回動させる。走査部４には赤外線センサ３の回動を止めるストッパ（図示せず）がついており、赤外線センサ３が回動できる最大の最大回動角度は１２０°となっている。この最大回動角度回動するごとに、反対方向への回動を開始する。この最大回動角度は１２０°に限定されるものではなく、赤外線センサ３の使用用途によって適宜変更しても良い。走査部４の回動角度は走査部４が赤外線センサ３を一方向に回動させるとき、第１の角度θ１回動させるごとに赤外線センサ３の回動を止めて、赤外線センサ３による赤外線の検出を行う。また、走査部４が赤外線センサ３を他方向に回動させるとき、第２の角度θ２回動させるごとに赤外線センサ３の回動を止めて、赤外線センサ３による赤外線の検出を行う。第１の角度θ１回動させたときも、第２の角度θ２回動させたときも複数回測定をしている。第１の角度θ１は第２の角度θ２よりも大きく、第１の角度θ１は５°、第２の角度θ２は６０°になっている。なお、第１の角度θ１、第２の角度θ２はこれに限定されるものではなく、赤外線検出装置１の用途に応じて適宜変更することができる。このように第１の角度θ１よりも第２の角度θ２の方が大きい構成とすることにより、一方向へ回動するときよりも、他方向へ回動するときの方が早く赤外線センサ３を最大回動角度だけ回動させることが出来る。

赤外線センサ３は、一方向へ回動するときは、最大回動角度だけ回動し終えると、途中で取得した熱画像を全て足し合わせる。これにより、高解像度の熱画像を検出することができ、被測定体２の温度の検出精度が向上する。

一方で、他方向へ赤外線センサ３を回動させたときは、第２の角度θ２回動するごとに、熱画像の検出を行う。他方向への回動時には一方向への回動時の様に熱画像の足し合わせは行わず、赤外線センサ３で熱画像を取得する度に赤外線センサ３の出力を処理部５で処理する。これにより、他方向への回動時には被測定体２の活動量を検出することができる。

このように、一方向への回動時には高解像度の熱画像を取得して被測定体２の温度を高精度に検出し、他方向への回動時には一方向への回動時よりも粗い熱画像を用いた被測定体２の活動量の検出を行っている。他方向への回動時には高解像度の熱画像は必要にならないため、第２の角度θ２を第１の角度θ１よりも小さくすることで他方向への回動時間を短くすることが出来る。これにより、短時間で被測定体２の高精度な温度検出と活動量の検出の両方を行うことが出来る。

赤外線検出装置１は、被測定体２の高精度な温度の検出と活動量の検出の両方を行うことが出来るため、熱源である被測定体２が複数いる場合や、被測定体２が移動した場合でも、追従して被測定体２の温度を検出することができる。

（実施の形態２）
以下に、実施の形態２の赤外線検出装置について説明する。

図５は実施の形態２の赤外線検出装置のブロック図である。

実施の形態２の赤外線検出装置１１は、人などの被測定対象から出る赤外線を検出する赤外線センサ３と、赤外線センサ３を回動走査する走査部４と、赤外線センサ３を処理する処理部５と、走査部４を制御する制御部６と、赤外線センサ３の環境温度を検出する温度センサ１２を有している。走査部４は、赤外線センサ３を一方向へ回動させるときには第１の角度θ１で回動させ、他方向へ赤外線センサ３を回動させるときには第１の角度θ１よりも大きい第２の角度θ２で回動させる。

温度センサ１２にはサーミスタが用いられている。なお、温度センサ１２は赤外線センサ３の環境温度を検出することができれば、他のものを用いても良い。

走査部４は温度センサ１２の出力により、赤外線センサ３を一方向へ回動させる第１の角度θ１を変更する。実施の形態２の赤外線センサ３においては、環境温度が２０°のとき第１の角度θ１は５°である。赤外線センサ３の環境温度が１°上昇するごとに走査部４は第１の角度θ１を０．５°ずつ小さくする。環境温度が高くなればなるほど被測定体２と背景の温度が近くなり、温度の検出精度が低下する。しかし、環境温度の上昇に応じて第１の角度θ１を小さくすることにより、一方向へ回動したときに得られる熱画像がより高解像度になっていく。これにより、一方向へ赤外線センサ３を回動させるのにかかる時間は長くなるが、被測定体２の温度の検出精度は実施の形態１に比べて向上する。このため、赤外線センサ３の検出精度が向上する。また、環境温度が２８°になると第１の角度θ１が１°になるが、これ以上環境温度が上昇しても第１の角度θ１は１°から変更しない。このように、第１の角度θ１の限界値を設定しておくことにより、第１の角度θ１が小さくなりすぎて一方向への回動時間が極端に長くなりすぎることを防止できる。

なお、環境温度が変化したときの第１の角度θ１は赤外線検出装置１１の用途に応じて適宜変更することが出来る。

また、実施の形態２では、温度センサ１２を別途設けて赤外線センサ３の環境温度を検出しているが、一方向への回動時に得られた熱画像の背景温度から赤外線センサ３の環境温度を検出しても良い。このように、赤外線センサ３の出力から環境温度を検出することで、温度センサ１２を設ける必要がなくなり、赤外線検出装置を小型化することが出来る。

（実施の形態３）
以下に、実施の形態３の赤外線検出装置について図面を用いながら説明する。

図６は実施の形態３の赤外線検出装置のブロック図である。

実施の形態３の赤外線検出装置２１は、人などの被測定対象から出る赤外線を検出する赤外線センサ３と、赤外線センサ３を回動走査する走査部４と、赤外線センサ３を処理する処理部５と、走査部４を制御する制御部６と、赤外線センサ３の環境温度を検出する温
度センサ１２を有している。走査部４は、赤外線センサ３を一方向へ回動させるときには第１の角度θ１で回動させ、他方向へ赤外線センサ３を回動させるときには第１の角度θ１よりも大きい第２の角度θ２で回動させる。

赤外線検出装置２１は、走査部４が学習機能を備えている。赤外線センサ３は、赤外線センサ３の検出した結果から被測定体２がいる可能性が高い場所を学習する。被測定体２がいるかどうかで、他方向へ赤外線センサ３を回動時の第２の角度θ２回動させて赤外線センサ３で測定する回数を変更する。例えば、人がいる可能性が高いと推定した領域の測定時には赤外線センサ３での測定回数を１０回とし、人がいない可能性が高いと推定した領域の測定時には赤外線センサ３での測定回数を５回とする。このようにする事で、人がいない領域の測定時間を短縮することが出来る。人がいない領域では被測定体２の活動量を測定する必要がないため、赤外線センサ３の性能を低下させずに赤外線センサ３の走査時間の短縮をすることができる。他方向への走査時に人がいないと推定した領域に被測定体２がいた場合には、次の他方向への回動時にはその領域での測定回数を人がいる可能性が高い領域と同じにする。これにより、被測定体２が移動した場合でも、赤外線検出装置の性能を低下させずに、赤外線センサ３の走査時間の短縮を行うことができる。

なお、他方向への回動時の測定回数は人がいる可能性が高い路領域で１０回、人がいない可能性が高い領域で５回としたが、これに限られない。赤外線検出装置２１の用途に応じて赤外線センサ３の測定回数は適宜変更することが出来る。

（実施の形態４）
以下に、実施の形態３の赤外線検出装置について図面を用いながら説明する。

図７は実施の形態４の赤外線検出装置のブロック図である。

実施の形態３の赤外線センサ３は、人などの被測定対象から出る赤外線を検出する赤外線センサ３と、赤外線センサ３を回動走査する走査部４と、赤外線センサ３を処理する処理部５と、走査部４を制御する制御部６と、赤外線センサ３の環境温度を検出する温度センサ１２を有している。走査部４は、赤外線センサ３を一方向へ回動させるときには第１の角度θ１で回動させ、他方向へ赤外線センサ３を回動させるときには第１の角度θ１よりも大きい第２の角度θ２で回動させる。

実施の形態４の赤外線検出装置３１は、一方向への回動時に被測定体２が検出されなかった場合、他方向への回動時に第２の角度θ２回動したときの測定回数を少なくする。ここでは、一方向への回動時に被測定体２の存在が検出された場所を他方向への回動時に測定する回数は１０回であり、被測定体２の存在が検出されなかった場所を他方向への回動時に測定する回数は５回とする。

図８は一方向への回動時の赤外線センサと被測定体の関係を示す図、図９は他方向への回動時の赤外線センサと被測定体の関係を示す図である。他方向への最大回動角度を１２０°、第２の回動角度を３０°とし、赤外線センサ３が端部から他方向へ回動する第２の回動角度ごとに、第１の測定方向Ｓ１、第２の測定方向Ｓ２、・・・、第５の測定方向Ｓ５として説明する。

被測定体２が第２の測定方向Ｓ２におり、一方向への回動時に被測定体２の存在を検出した場合、他方向への回動時に第２の測定方向Ｓ２では赤外線センサ３は１０回測定し、それ以外の測定方向では５回測定する。このように測定をすることにより、赤外線センサ３の活動量の検出精度を低下させずに走査時間を短縮することが出来る。

次に、図１０に被測定体が移動した場合の赤外線センサの回動を示す図である。被測定体２が第３の測定方向Ｓ３に移動し、一方向への回動時にこれを検出した場合は、他方向への回動時に第３の測定方向Ｓ３では赤外線センサ３は１０回測定し、それ以外の測定方向では５回測定する。このようにすることで、被測定体２の移動を追従することができる。

なお、最大回動角度、第２の角度θ２、測定回数は説明のために例示したものであり、実施の形態４で説明した回数に限定されるものではない。赤外線検出装置３１の用途に応じて適宜変更することが出来る。測定回数は０回にすることもできる。この場合、赤外線センサ３の走査時間をさらに短縮することが出来る。

本開示は、熱源が複数個ある場合や熱源が移動する場合でも、高精度に赤外線の検出をすることができるため、空調機器等に有用である。

１、１１、２１、３１赤外線検出装置
２被測定体
３赤外線センサ
４走査部
５処理部
６制御部
７電子機器
１２温度センサ

Claims

被測定対象の赤外線を検出する赤外線センサと、
前記赤外線センサを一方向と一方向とは反対の他方向に回動走査する走査部とを有し、
前記赤外線センサは、一方向へ回動するときは第１の角度回動するごとに赤外線の検出を行い、他方向へ回動するときは第２の角度回動するごとに赤外線の検出を行い、
前記第１の角度よりも前記第２の角度の方が大きい赤外線検出装置。
前記赤外線センサが赤外線の検出にかける時間は、一方向への回動時よりも他方向への回動時の方が長い請求項１に記載の赤外線検出装置。
前記走査部は、前記赤外線センサの環境温度が高くなるにつれて、前記第２の角度を小さくする請求項１または２に記載の赤外線検出装置。
前記走査部は、一方向への回動時に前記被測定対象が検出できない場合、前記第２の角度を大きくする請求項１〜３のいずれかに記載の赤外線検出装置。
前記赤外線センサを制御する制御部を有し、
前記制御部は前記赤外線センサの出力から前記被測定対象のいる可能性が高い第１の領域と前記被測定対象のいる可能性が低い第２の領域を設定し、
前記制御部は、前記第１の領域における前記赤外線センサの測定回数よりも、前記第２の領域における前記赤外線センサの測定回数を多くする請求項１〜４のいずれかに記載の赤外線検出装置。