JP2019045323A - 赤外線検出装置と、これを用いた空調制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、大型化せずにモータ音の気にならない高解像度の熱画像を取得できる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、車両２に回転可能に設けられたステアリング３に配置された赤外線検出装置１であって、車両２を運転するドライバー７から発生する赤外線を検出する赤外線センサ４と、ステアリング３の回転角度を検出する回転角度検出手段５と、赤外線センサ４と回転角度検出手段５の出力を処理する処理部６を備え、赤外線センサ４はドライバー７が赤外線センサ４の視野に入るようにステアリング３に配置されている構成とした。【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と、この赤外線検出装置を用いた空調制御装置に関する。

従来の赤外線検出装置として、赤外線を検出する赤外線センサを回転させ、得られた熱画像を足し合わせることにより高解像度の熱画像を取得するものが知られている。（特許文献１）

特許第６００４２４４号公報

しかしながら、上記従来の赤外線検出装置では、赤外線センサを回転させるためにモータを用いるため、赤外線検出装置が大型化してしまい、また、モータを回転させるときに生じる音をユーザが気にする可能性があるという課題があった。

本発明は、上記課題を解決し、大型化せず、かつ、モータ音を生じさせずに高解像度な熱画像を取得できる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、車両に回転可能に設けられたステアリングに配置された赤外線検出装置であって、前記車両を運転するドライバーから発生する赤外線を検出する赤外線センサと、前記ステアリングの回転角度を検出する回転角度検出手段と、前記赤外線センサと前記回転角度検出手段の出力を処理する処理部を備え、前記赤外線センサは前記ドライバーが前記赤外線センサの視野に入るように前記ステアリングに配置されている構成とした。

本発明の空調制御装置は、ステアリングの回転に合わせて熱画像を取得することで、モータを用いなくても複数の熱画像を取得することができ、これにより、大型化せず、かつ、モータ音を生じさせずに高解像度な熱画像を取得することができる。

実施の形態１の赤外線検出装置の構成を示す図 同赤外線検出装置を搭載したステアリングの正面図 同赤外線検出装置を搭載したステアリングの側面図 同赤外線検出装置の視野を示す図 同赤外線検出装置の回転したときの視野を示す図

（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図、図２は同赤外線検出装置を搭載
したステアリングの正面図、図３は同赤外線検出装置を搭載したステアリングの側面図、図４は同赤外線検出装置の視野を示す図、図５は同赤外線検出装置の回転したときの視野を示す図である。なお、図４の視野は破線で示してある。

実施の形態１の赤外線検出装置１は、車両２に回転可能に設けられたステアリング３に設けられた赤外線センサ４と、ステアリング３に設けられステアリング３の回転角度を検出する回転角度検出手段５と、赤外線センサ４と一体に設けられ赤外線センサ４と回転角度検出手段５の出力を処理する処理部６を有している。車両２のドライバー７はステアリング３を回転させることにより、車両２を運転することができる。以降の説明では、車両２が直進するときのステアリング３の回転角度θを０°とし、ドライバー７からステアリング３を見て時計回りに回転させるときをステアリング３を＋側に回転させるものとして説明し、ステアリング３を反時計回りに回転させるときをステアリング３を−側に回転させるものとして説明する。

ステアリング３は、ホイール８と、ホイール８に設けられたホーン部９と、ホーン部９を車両２に対して回転可能に支持するシャフト１０と、を有している。ホイール８は外観が円形状で中心が空いた輪の形状に形成されており、ホイール８の外側にカバーがつけられてドライバー７が把持できるように構成されている。ホイール８の形状は輪の形状に限らず、例えば、ホイール８の一部が欠けたような形状でも良い。ホーン部９はホイール８の内側に３つの接続部１１を介して指示されている。接続部１１の数は３つに限られず、２つや４つ等、その個数は車両２のデザインに応じて自由に変更可能である。ホーン部９は背面でシャフト１０と接続されており、ドライバー７がホーン部９を押すことによってクラクションを鳴らすことができる。

赤外線センサ４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４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４では画素部は１６×４に構成されている。赤外線センサ４は、画素部で検知した赤外線から熱画像を作成する。画素部の数は１つでも良いが、複数の画素部をアレイ状に備えた赤外線センサ４を用いることで、赤外線センサ４の得られる熱画像の解像度が向上するため、好適である。なお、画素部は１６×４に限られず、例えば、８×８のように構成しても良い。

赤外線センサ４は、ドライバー７を向いてステアリング３のホーン部９にドライバー７を向くように配置されており、ドライバー７の温度を測定している。ホーン部９に赤外線センサ４を設けることにより、赤外線センサ４の視野にドライバー７を入れやすくなる。なお、赤外線センサ４は、ドライバー７が赤外線センサ４の視野に入るように設けられれば、ホイール８やシャフト１０に設けても良い。ホイール８に赤外線センサ４を設ければ、ドライバー７がホーン部９を押すときに誤って赤外線センサ４に触れることを防ぐことができる。シャフト１０に赤外線センサ４を設けた場合には、赤外線センサ４がドライバー７の視野に入り難くなり、ドライバー７が赤外線センサ４に気を取られ難くなる。また、シャフト１０に赤外線センサ４を設ければ、ドライバー７が赤外線センサ４に誤って触れる可能性を低減することができる。

赤外線センサ４は、ステアリング３に設けられているため、ドライバー７が運転しているときにステアリング３を操作すると、ステアリング３の回転に伴って赤外線センサ４も回転する。赤外線センサ４が回転することにより、様々な回転角度θで熱画像を取得することができる。これにより、モータを用いなくても撮像範囲の異なる熱画像を複数取得す
ることができる。赤外線検出装置１はモータを用いないため、モータを用いて赤外線センサ４を走査する場合に比べて、大型化せず、かつ、モータ音が気にならなくなる。また、モータを用いないため、モータを用いる場合に比べてコストを削減することができる。

赤外線センサ４は、回転角度θが０°のときにドライバー７の顔と胸部が赤外線センサ４の視野に入るように設けられると好適である。複数の異なる回転角度θの熱画像Ｉ_θを足し合わせる場合、赤外線センサ４は軌跡を描いて回転するため、赤外線センサ４で得られる熱画像は、赤外線センサ４の視野の回転中心から近い位置の方が遠い位置よりも解像度が高くなる。ドライバー７の温度を測定する場合、顔と胸部の温度を用いるとドライバー７の温度の測定精度が向上する。また、赤外線センサ４は、ステアリング３を回転させてもドライバー７が赤外線センサ４の視野に入るように設けられると好適である。このように配置すれば、ドライバー７が含まれた熱画像を多く取得することができ、ドライバー７の温度の測定精度が向上する。このとき、ステアリング３の回転中心がドライバー７の喉になるように配置するとさらに好適である。このように配置すれば、ステアリング３を回転させたときにドライバー７の顔と胸部が含まれる熱画像がさらに増えるため、ドライバー７の温度の測定精度が向上する。

回転角度検出手段５は、ステアリング３に設けられ、ステアリング３の回転角度θを検出する。赤外線検出装置１では、エンコーダが用いられている。回転角度検出手段５は処理部６にステアリング３の回転角度情報を出力する。エンコーダはステアリング３に元々搭載されているものを用いても良く、このようにすれば、新たな部材を設ける必要がないため赤外線検出装置１の構成を少なくすることができる。これにより、赤外線検出装置１の設置自由度が向上する。また、回転角度検出手段５としてエンコーダを用いているが、エンコーダではなく、慣性力センサや地磁気センサを用いても良い。慣性力センサや地磁気センサを用いる場合は、赤外線センサ４とモジュール化すると慣性力センサや地磁気センサの設置スペースを新たに設けなくて良いため、好適である。回転角度検出手段５は、ステアリング３に設けられているものとしているが、これに限られず、回転角度検出手段５はステアリング３の回転角度θを検出することができればステアリング３の何処に設けても良く、赤外線センサ４と一体にしても良い。

処理部６には、マイコン等の処理回路が用いられ、赤外線センサ４の出力信号と回転角度検出手段５の出力信号が入力される。処理部６は、メモリ等で形成された記録部１２と接続されている。処理部６と記録部１２は一体に構成されていても良い。記録部１２には、赤外線センサ４で得られた熱画像が回転角度情報と紐付けされて記録される。処理部６は、ステアリング３の角度が異なるときの複数の熱画像を足し合わせて高解像度の熱画像を取得する。処理部６は、高解像度の熱画像からドライバー７の温度を測定し、これを用いてドライバー７の温度の感じ方である温冷感を推定する。温冷感はドライバー７の感じ方によって、「寒い」、「ちょうど良い」、「暑い」など、複数の段階が設定されている。高解像度の熱画像を用いて温冷感を推定することにより、温冷感の推定精度が高くなる。

次に、赤外線検出装置１によるドライバー７の温冷感の検出方法について説明する。

ステアリング３の回転角度が０°のときに取得される熱画像をＩ_０、回転角度θの熱画像をＩ_θとして説明する。すなわち、回転角度θが１°〜１８０°までをＩ_＋１〜Ｉ_＋１８０とし、回転角度が−１°〜−１７９°までをＩ_−１〜Ｉ_−１７９とする。ステアリング３が１°回転するごとに赤外線センサ４で熱画像を取得し、得られた複数の熱画像を処理部６で足し合わせて高解像度の熱画像Ｉ_Ｈを作成する。ステアリング３を１°回転させる毎に熱画像を取得し、ステアリング３を３６０°回転させて熱画像Ｉ_Ｈを作成した場合、３６０枚の熱画像が足しあわされることになる。熱画像Ｉ_θと熱画像Ｉ_θ±１の熱画像
は、ステアリング３の回転に伴い赤外線センサ４も回転していることで、僅かに異なる範囲を撮像している。図５には、回転角度θが０°のときの熱画像Ｉ_０の視野と、回転角度θが１°のときの熱画像Ｉ_１の視野が例示してある。図５から、回転角度θが１°異なると、赤外線センサ４の視野が僅かにずれることがわかる。この様に、ステアリング３の異なる回転角度で取得された異なる範囲の熱画像を足し合わせるため、Ｉ_θとＩ_θ±１を足し合わせた画像はＩ_θの画像よりも解像度が高くなる。

なお、回転角度θが整数の場合を例としてステアリング３を１°回転させる毎に熱画像を取得する方法を例として説明したが、ステアリング３を１°回転させるごとに熱画像を取得する必要は無い。例えば、ステアリング３を２°回転させる毎に熱画像を取得しても良いし、ステアリング３を０．５°回転させる毎に熱画像を取得しても良い。また、ステアリング３の回転角度θに依存せず、所定時間経過する度に熱画像を取得するようにしても良い。熱画像を取得するステアリング３の回転角度θ、時間は赤外線検出装置１の使用条件によって適宜設定することができる。

記録部１２には、熱画像とともに、ステアリング３の回転角度θも記録されている。この回転角度θから、処理部６でステアリング３の回転速度を分析し、これを用いて赤外線センサ４のサンプリング間隔Δｔ間に赤外線センサ４が回転した軌跡を算出し、これを用いて熱画像の補正をしても良い。赤外線センサ４が回転すると赤外線センサ４の視野は軌跡を描いて回転する。このため、赤外線センサ４の軌跡を用いて熱画像を補正すれば、高解像度の熱画像Ｉ_Ｈをより正確なものにできる。これにより、ドライバー７の温度の測定精度を向上させることができる。

同じ回転角度θで複数枚の熱画像を取得したとき、最も新しい熱画像が現在の温度に最も近くなる。このため、同じ回転角度θの熱画像が服す上手いある場合には、最新の熱画像のみを記録部１２に残し、古い熱画像は削除する。これにより、最新の熱画像のみを用いて高解像度の熱画像Ｉ_Ｈを作成するため、熱画像Ｉ_Ｈの精度を向上させることができる。

車両２が渋滞に巻き込まれている場合、エンジンをかけた状態で駐車している場合、など、ドライバー７が長時間ステアリング３を操作しない場合がある。この場合、長時間異なる角度の熱画像を取得できなく、高解像度の熱画像を取得できない場合がある。このときの赤外線検出装置１の動作について、以下に説明する。

まず、駐車中であり、エンジンをかけてから運転を開始するまでの場合、ドライバー７がステアリング３を操作していないため、高解像度の熱画像Ｉ_Ｈを作成せずに、同じ撮像範囲の熱画像を所定の時間ごとに取得する。

次に、しばらく車両２が走行した後に、渋滞に巻き込まれたり、駐車したりした場合について説明する。この場合は、過去に取得した熱画像を用いて高解像度の熱画像Ｉ_Ｈを作成する。例えば、ステアリング３が回転角度０°で止まっている場合、熱画像Ｉ_０は直前に取得した最新の熱画像を用い、それ以外の熱画像Ｉ_−１〜熱画像Ｉ_−１７９と熱画像Ｉ_＋１〜熱画像Ｉ_＋１８０は過去に取得した熱画像を用いる。これにより、ステアリング３が操作されているときに作成された熱画像Ｉ_Ｈよりも精度は低下するが、熱画像Ｉ_０よりも高解像度の熱画像Ｉ_Ｈを取得できるため、長時間ステアリング３が操作されていなくても、ドライバー７の温度を制度良く測定することができる。ステアリング３が長時間同じ回転角度θで固定されている場合で説明したが、カーブの少ない道路を長時間走行し、ステアリング３が僅かにしか回転しない場合でも、同じ方法で高解像度の熱画像を作成できる。例えば、長い時間ステアリング３の回転角度θがー３０°〜３０°の間でしか操作されなかった場合、熱画像Ｉ_−３１〜Ｉ_−１７９とＩ_＋３１〜Ｉ_＋１８０は古い熱画像を用
い、熱画像Ｉ_−３０〜Ｉ_＋３０は最新の熱画像を用いる。これにより、高解像度の熱画像Ｉ_Ｈを作成することができる。

また、古い熱画像は近い角度の熱画像を用いて補正しても良い。長時間ステアリング３の回転角度θがー３０°〜３０°の間でしか操作されなかった場合を例として説明すると、熱画像Ｉ_−３０は最新の熱画像を取得できているが、熱画像Ｉ_−３１は古い熱画像しか取得できていない。しかしながら、熱画像Ｉ_−３０の撮像範囲と熱画像Ｉ_−３１の撮像範囲の違いは僅かであるため、熱画像Ｉ_−３１と熱画像Ｉ_−３０の撮像範囲の共通している範囲は、熱画像Ｉ_＋３０の温度を用いることができる。また、熱画像Ｉ_−３１と熱画像Ｉ_−３０の撮像範囲の共通していない範囲の温度は、熱画像Ｉ_−３０の熱画像Ｉ_−３１と共通した範囲から熱画像Ｉ_−３１の範囲の温度を推測することができる。同様にして熱画像Ｉ_＋３１も熱画像Ｉ_＋３０を用いて補正をすることができる。この様にすることで、熱画像Ｉ_−３１が古くても、より精度良く高解像度の熱画像Ｉ_Ｈを作成することができる。これにより、ドライバー７の温度の測定精度を向上させることができる。なお、回転角度θが１°異なる熱画像を用いて古い熱画像を補正しているが、何度異なる熱画像を用いて古い熱画像を補正するかは、赤外線検出装置１の使用条件や、赤外線センサ４の取り付け位置などによって、適宜変更できる。例えば、熱画像Ｉ_θを回転角度θが３０°異なる熱画像Ｉ_θ＋３０を用いて補正するように設定しても良い。

なお、この熱画像が新しいか古いかを判断する判断時間は、赤外線検出装置１の用途等によって適宜設定できる。例えば、判断時間を１０秒として、熱画像を取得してから１０秒を過ぎたら熱画像が古くなったとして補正しても良いし、この判断時間を１分としても良いし、１０分としても良い。また、車室内の環境に応じてこの時間を変更しても良い。空調機器１３を点けた直後は車室内の温度は急激に変化するが、空調機器１３を点けてから時間が経つと車室内の温度は安定してくる。このため、空調機器１３を点けた直後は判断時間を１０秒等と短くし、空調機器１３を点けてから所定時間経過して車室内の温度が安定してきたら判断時間を１０分にしても良い。判断時間を変える基準は空調機器１３を点けてからの時間にしても良いし、赤外線センサ４で得られる車室内の温度の変化にしても良い。また、日射センサを車両２に搭載しておいて、長いトンネルを抜けて車両２に日射があたる様になったら、急激に温度が変化するため、日射センサの出力に応じて判断時間を変化させるようにしても良い。また、判断時間は、１０秒、１分、１０分の様に、段階を経て変化するようにしても良い。これにより、赤外線検出装置１のより詳細な制御をすることができる。

次に、赤外線検出装置１を用いた空調機器１３の制御について説明する。

赤外線検出装置１は車両２に設けられた空調機器１３と接続されている。空調機器１３は、空調機器１３の動作を制御する制御部１４と、ルーバー１５と、コンプレッサー１６と、ファン１７とから構成されている。赤外線検出装置１の温冷感の推定結果に応じて、空調機器１３を制御する。ドライバー７の温冷感が「寒い」であった場合には、空調機器１３の設定温度を上げたり、風速を強くしたり、風向きを変えたりする。ドライバー７の温冷感が「暑い」であった場合には、空調機器１３の設定温度を下げたり、風速を強くしたり、風向きを変えたりする。これにより、ドライバー７が「ちょうど良い」と感じていられるように空調機器１３を維持することができる。赤外線検出装置１は、ドライバー７の温冷感を高精度に推定しているため、ドライバー７の好みにあった空調制御をすることができる。これにより、ドライバー７をより快適にすることができる。

なお、赤外線検出装置１の適用先として空調機器１３をあげたが、空調機器１３に限らず、例えば、赤外線検出装置１を用いてドライバー７の体調を推定しても良い。この場合は、処理部６は温冷感を推定せずに、赤外線センサ４の出力信号からドライバー７の温度
を推定する。

本開示は、大型化せずに高解像度の熱画像を取得でき、また、モータ音が気になることも無いため、車載用途で利用することができ、特に、ドライバーの温冷感による空調機器の制御に有用である。

１ 赤外線検出装置
２ 車両
３ ステアリング
４ 赤外線センサ
５ 回転角度検出手段
６ 処理部
７ ドライバー
８ ホイール
９ ホーン部
１０ シャフト
１１ 接続部
１２ 記録部
１３ 空調機器
１４ 制御部
１５ ルーバー
１６ コンプレッサー
１７ ファン

Claims (13)

1. 車両に回転可能に設けられたステアリングに配置された赤外線検出装置であって、
   前記車両を運転するドライバーから発生する赤外線を検出する赤外線センサと、
   前記ステアリングの回転角度を検出する回転角度検出手段と、
   前記赤外線センサと前記回転角度検出手段の出力を処理する処理部を備え、
   前記赤外線センサは前記ドライバーが前記赤外線センサの視野に入るように前記ステアリングに配置されている赤外線検出装置。
2. 前記赤外線センサは、アレイ状に配置された複数の画素部を有している請求項１に記載の赤外線検出装置。
3. 前記赤外線センサは、前記赤外線センサが回転しても前記ドライバーが前記赤外線センサの視野に入るように前記ステアリングに配置されている請求項１または２に記載の赤外線検出装置。
4. 前記赤外線センサは、前記ステアリングが前記車両が直進する角度になっているときに、前記赤外線センサの視野内に前記ドライバーの顔と胸部が入るように前記ステアリングに設けられている請求項１〜３のいずれかに記載の赤外線検出装置。
5. 前記赤外線センサは、前記ステアリングのホーン部に設けられている請求項１〜４のいずれかに記載の赤外線検出装置。
6. 前記赤外線センサは、前記ステアリングのホイールに設けられている請求項１〜４のいずれかに記載の赤外線検出装置。
7. 前記赤外線センサは、前記ステアリングのシャフトに設けられている請求項１〜４のいずれかに記載の赤外線検出装置。
8. 前記回転角度検出手段は、エンコーダである請求項１〜７のいずれかに記載の赤外線検出装置。
9. 前記回転角度検出手段は、慣性力を検出する慣性力センサと地磁気を検出する地磁気センサの少なくともいずれか一方である請求項１〜７のいずれかに記載の赤外線検出装置。
10. 前記処理部は、前記赤外線センサで得られた熱画像を記録する記録部をさらに有し、
    前記処理部は、前記ステアリングの角度が異なるときの熱画像を角度情報と合わせて記録し、異なる角度の熱画像を足し合わせて熱画像を作成する請求項１〜９のいずれかに記載の赤外線検出装置。
11. 前記処理部は、前記赤外線センサが所定の角度で取得した熱画像を、前記熱画像が取得されてから所定の時間経過したときに、前記記録部から削除する請求項１０に記載の赤外線検出装置。
12. 前記処理部は、前記ステアリングの回転の軌跡を用いて熱画像を補正する請求項１〜１１のいずれかに記載の赤外線検出装置。
13. 前記車両に設けられた空調機器を制御する空調制御装置であって、
    請求項１〜１２のいずれかに記載の赤外線検出装置と接続され、
    前記赤外線検出装置の出力に基づいて前記空調機器の制御をする空調制御装置。

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