JP2634830B2

JP2634830B2 - 人数検出装置

Info

Publication number: JP2634830B2
Application number: JP62326211A
Authority: JP
Inventors: 慎司桐畑; 恒彦荒木; 貴司堀井; 啓史松田; 秀和姫澤
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 1987-12-23
Filing date: 1987-12-23
Publication date: 1997-07-30
Anticipated expiration: 2012-07-30
Also published as: JPH01166283A

Description

【発明の詳細な説明】（技術分野）本発明者は、被検知人体から発せられる赤外線を検出
して人数を検出する赤外線受光式の人数検出装置に関す
るものである。

（背景技術）本発明らは、簡単且つ安価な構成で広い検知領域を有
する高精度の人数検出装置（特願昭61−281301号）を既
に提案している。第10図は、その構成を示すブロック図
である。この人数検出装置は、赤外線検出素子２と、前
記赤外線検出素子２の視野を円形走査させる円形走査光
学系１と、前記赤外線検出素子２の出力信号を増幅する
前置増幅部３と、前記前置増幅部３の出力信号を人数検
出に必要な信号に変換する信号処理部４と、前記信号処
理部４の出力信号に基づいて人数を判定する判断部５
と、前記判断部５の出力信号から人数情報を出力する出
力部６とから成り、広い検知領域内の人数を高精度に検
出できるようにしたものである。

第12図に円形走査光学系の一例を示す。同図（ａ）に
示すように、赤外線検出素子２の受光面前面より距離Rb
の位置に回転板10を配置し、回転板10中央の回転軸11を
赤外線検出素子２の受光面の視野中心ｃ上に配置し、回
転板10をモータ等の駆動機構により回転させる。第12図
（ｂ）に示すように、回転板10に長さLa,Daの長方形状
のスリットＡを設け、物面Ｂから輻射された赤外線のう
ちスリットＡを通過したもののみが赤外線検出素子２に
入射するように構成する。物面上における瞬時視野は、
スリットＡの形状と相似であり、回転板10から物面Ｂま
での距離をRaとすると、物面上の瞬時視野長Lv,及び視
野幅Dvは、次式のようになる。

また、円形走査における放射方向において、瞬時視野
が物面Ｂを見込む視野角をθとすると、θは次式のよう
になる。

上記の瞬時視野が赤外線検出素子２の受光面の視野中
心ｃを軸として円形走査され、したがって、円形走査方
式による物面Ｂを見込む全視野角は２θとなる。

人数検出に当たり、物面上の瞬時視野幅Dvが人数分解
能を決定する主要因となり、人数分解能を上げるために
は、瞬時視野幅Dvは小さい方が良い。従って、スリット
Ａの開口幅Daを小さくする必要があるが、赤外線受光量
がこれに比例して小さくなり、充分なS/N比を得られな
い場合が生じる。その場合には、スリットＡの部分にシ
リンドリカルレンズを配置し、走査方向において集光作
用を持たせ、所定の瞬時視野幅Dvを得ると共に、必要な
光学利得を得るようにする。第12図において、スリット
Ａの部分に凸面シリンドリカルレンズを配した場合、赤
外線検出素子２の受光面の直径をｄとすると、物面上の
瞬時視野の視野長Lv,視野幅Dvは次式のようになる。

上式から分かるように、瞬時視野幅Dvは、シリンドリ
カルレンズの開口幅Daによらず、適当なRb、あるいはｄ
を選択して所定の瞬時視野幅Dvを得ることができる。ま
た、シリンドリカルレンズの開口幅Daを大きくすること
により光学利得を増大させることができる。

また、光学利得を増大させるための他の手段として、
第13図に示すように、凹面シリンドリカルミラーＭ′を
固定した回転板10を赤外線検出素子２の受光面の視野中
心ｃを軸として回転させることも提案されている。シリ
ンドリカルミラーＭ′のミラー面から赤外線検出素子２
の受光面までの距離をRb、シリンドリカルミラーＭ′の
ミラー面から物面Ｂまでの距離をRa、シリンドリカルミ
ラーＭ′のミラー長をLm,ミラー幅をDm,赤外線検出素子
２の受光面直径をｄとすると、物面上の瞬時視野長Lv,
及び視野幅Dvは、シリンドリカルレンズを用いた場合と
同様に次式のようになる。

したがって、適当なRb,あるいはｄを選択することに
より、所定の瞬時視野幅Dvを得ることができ、シリンド
リカルミラーＭ′のミラー幅Dmを大きくすることにより
光学利得を増大させることができる。円形走査における
放射方向において、瞬時視野が物面Ｂを見込む視野角θ
は、次式のようになる。

また、円形走査方式による物面Ｂを見込む全視野角は
２θとなる。

広い検知領域を得るためには、円形走査方式におい
て、物面Ｂを見込む全視野角を大きく取る必要があり、
そのためには、瞬時における受光面が物面Ｂを見込む角
度θを大きく取る必要がある。（３），（８）式よりθ
を大きくするためには、スリット長あるいはシリンドリ
カルレンズのレンズ長であるLa,または、シリンドリカ
ルミラーＭ′のミラー長Lmを大きく取れば良い。しかし
ながら、赤外線検出素子２の入射光に対する指向感度特
性上、入射光と受光面視野中心ｃのなす角度が大きくな
るにつれて、感度低下し、ある角度以上では、感度は零
となる。赤外線検出素子２として用いられる焦電素子の
指向感度特性の一例を第11図に示す。この図から明らか
なように、円形走査光学系において、物面上を見込む全
視野角は赤外線検出素子２の指向感度特性により制限を
受け、十分広く取れず、さらには、視野面において、周
辺部ほど感度が低下し検知領域内で感度の不均一性を生
じるという問題点があった。

本発明者らは、これらの問題点を解決すべく、第２図
に示すように、一方向が連続的な曲率変化を有する凹面
で、これと垂直な他の方向が一定の曲率半径を有する凹
面である変形トーリックミラーＭを、一定の曲率半径を
有する凹面を半径方向として回転させることにより、半
径方向の視野を拡大すると共に、小型で光学利得の大き
い光学系を有する人数検出装置（特願昭62−101336号）
を提案した。第14図に、天井高さ3mに人数検出装置を設
置し、床面に人体が直立した場合における人体の回転中
心からの距離と人数検出装置における光学系の光学利得
の関係を示す。第14図から分かるように、人体の位置に
より光学利得が異なり、特に人体が回転中心に近いほ
ど、光学利得が低下し、感度が低下する。これが、人数
検出精度を劣化させる原因となっていた。

（発明の目的）本発明は上述のような点に鑑みてなされたものであ
り、その目的とするところは、走査光学系の光学利得の
不均一性を解消して、人数検出精度を向上させた人数検
出装置を提供することにある。

（発明の開示）本発明に係る人数検出装置にあっては、上記の目的を
達成するために、第１図乃至第10図に示すように、赤外
線検出素子２と、反射面を前記赤外線検出素子２に向け
たミラーＭを前記赤外線検出素子２の視野中心ｃを軸と
して回転させて前記赤外線検出素子２の視野を円形走査
させる円形走査光学系１と、前記赤外線検出素子の出力
信号を増幅する前置増幅部３と、前記前置増幅部３の出
力信号を人数検出に必要な信号に変換する信号処理部４
と、前記信号処理部４の出力信号に基づいて人数を判定
する判断部５と、前記判断部５の出力信号から人数情報
を出力する出力部６とから成る人数検出装置において、
前記ミラーは、走査光学系の回転軸付近を一端として回
転する細長い瞬時視野を形成するメインミラーＭと、こ
のメインミラーＭが形成する細長い瞬時視野のうち光学
利得の低い部分を瞬時視野とするサブミラーSMとから構
成されていることを特徴とするものである。

本発明にあっては、このように、メインミラーにより
人数検出に必要な所定の瞬時視野を形成すると共に、メ
インミラーによる瞬時視野において、光学利得の低い部
分をサブミラーの瞬時視野とすることにより、光学利得
を部分的に増大せしめ、全体として均一な感度分布を有
する円形走査光学系を得ることができるものである。

以下、本発明の実施例について説明する。

実施例第２図は本発明の一実施例に用いるメインミラーＭの
形状を示す斜視図である。このミラーＭは、Ｘ−Ｘ′線
方向の反射面は凹面で、Ｘ−Ｘ′線に直交する方向の反
射面は連続的な曲率変化を有する凹面であり、全体とし
てトーリックミラーを変形した形状を有する。第３図
は、第２図のミラーＭのＸ−Ｘ′線についての断面を示
す図であり、斜線を施した部分がミラー面である。ミラ
ーＭの反射面を赤外線検出素子２の受光面Ｓに向けると
共に、赤外線検出素子２の視野中心ｃを軸として、ミラ
ーＭをＸ−Ｘ′線方向を半径方向として回転駆動させる
ことにより、赤外線検出素子２の視野を円形走査させる
ことができる。Ｘ−Ｘ′線方向の凹面は瞬時視野を放射
方向に拡大する作用を有し、Ｘ−Ｘ′線に直交する方向
の反射面は走査方向での集光作用を有する。物面側の点
B1から入射する入射光は、ミラー端点M1を介して受光面
Ｓに入射し、物面側の点B2から入射する入射光は、ミラ
ー端面M2を介して受光面Ｓに入射するものとする。点B1
からミラー端点M1への入射光がＸ軸に垂直であるとする
と、点B2からミラー端点M2への入射光とＹ軸のなす角θ
が瞬時視野における放射方向についての瞬時視野角とな
る。ミラー面は円弧状とし、その曲率中心をＮとする。
受光面Ｓはミラー面の中央直下に配置する。すなわち、
第３図に示すように、Ｘ−Ｙ座標を取り、点M1の座標を
（X₁,Y₁）、点M2の座標を（X₂,Y₂）、受光面Ｓの座標を
（X_S,Y_S）とすると、 X₂＝−Ｘ …（９） X_S＝０ …（10）となるように設定する。これにより、ミラーＭを走査光
学系の回転板に効率的に配置でき、小形で光学利得の大
きい光学系を提供できる。ミラーＭの断面形状は、その
Ｘ軸方向の長さと、受光面Ｓの位置と、所望の瞬時視野
角θとを設定することにより、一意的に定まり、曲率中
心Ｎが決定される。

第４図において、ミラー面を示す円弧上で始径
から角度ｔの点をMtとする。物面上の点Ｐからの入射光
が点Mt介して、受光面Ｓに入射するものとし、点Mtにお
ける法線ｎtを元に、受光面Ｓからミラー面における点M
tまでの距離Rbと、点Mtから物面上の点Ｐまでの距離Ra
が求まる。ここで、距離Rbは、ミラー面の点Mtの位置に
よって変動する。すなわち、 Rb＝Rb（ｔ） …（11）である。ミラーＭの走査方向についての凹面は円弧状と
して、物面上の点Ｐからの入射光を受光面Ｓに集光させ
るためには、ミラー面上の点Mtにおいて、次式を満たす
焦点距離ftを有する凹面を走査方向に形成すればよい。

焦点距離ftを持つためには、ミラー面上の点Mtにおい
て、曲率半径Rtが、 Rt＝2ft …（13）となるように、凹面を形成すればよい。ミラー面上、点
MtはミラーＭの走査方向の中央にあり、線分の延
長線上に凹面曲率中心Ntを置き、線分が曲率半
径Rtに一致するような凹面を形成すれば良い。

（11），（12），（13）式よりとなり、Rb（ｔ）は連続的に変化し、曲率半径Rtも連続
的に変化させる必要がある。さらに、ピントの合わせる
物面Ｂを、水平面に平行な面とし、ミラー面上の点Mtか
らピントの合致した平面までの距離をＲとすると、距離
Ｒと距離Raの関係は、線分と法線ｎtのなす角を
θ_M,線分と受光面視野中心ｃのなす角をθ_Ｆとす
ると、となり、距離Raも連続的に変化する。このように、ピン
トの合わせる面をも考慮に入れて曲率半径を連続的に変
化させてミラーＭの走査方向の凹面を形成すれば良い。

サブミラーについても上記と同様にして曲面が決定さ
れる。ここで、円形走査光学系を空間的に効率的に配置
するために、メインミラーとサブミラーの端点を合致さ
せ、且つ、ミラー全体の中央を回転中心として、中央直
下に受光面を配置することが好ましい。人数検出装置を
床面より上方3mに設置した場合に、人数検出装置の検知
領域が床面上で半径3mの円形であるとすると、メインミ
ラーの瞬時視野は、近側の視野限界が視野中心と平行で
あるとすると、物面を見込む瞬時視野角は70゜程度とな
る。このメインミラーの光学利得は、第14図の特性と同
様の傾向を持つ。本実施例では、この特性において、視
野中心近傍の光学利得を増大させて、検知領域内の光学
利得をほぼ均一化している。したがって、サブミラー
は、メインミラーの瞬時視野の視野中心近傍を瞬時視野
として有し、第14図の特性と比べて視野中心近傍の光学
利得が増大される。

第５図に本実施例の放射方向についての断面形状を具
体例を示す。メインミラーの端点M2と受光面視野中心ｃ
の距離は15mmである。凹面の曲率半径を24.2mmとし、円
弧の始径が水平面となす角を83.4120゜とすると、物面上の点B2
からの入射光が視野中心ｃとなす角は、69.9゜となり、
メインミラーを介して物面を見込む角度は、69.9゜とな
る。したがって、本実施例において、物面を見込む角度
は69.9゜であり、走査光学系における物面に対する全視
野角は139.8゜となる。第６図に、メインミラーによる
物面からの集光状況を示す。

また、メインミラーの端点M1,M2のうち、一方の端点M
1はサブミラーの端点SM2と合致させる。受光面視野中心
ｃからサブミラーの端点SM1,SM2までの距離は15mm,7m
m、受光面Ｓからサブミラー端点１までの視野中心方向
距離を30mm、凹面曲率半径を21.2mmとし、円弧の始径が水平面となす角を76.7174゜とすると、物面上の点SB2
からの入射光が視野中心ｃとなす角は、30.0゜となり、
サブミラーを介して物面を見込む角度は30.0゜となる。
第７図に本実施例のサブミラーによる物面からの集光状
況を示す。

第８図はサブミラーの連続的に曲率が変化する走査方
向の凹面の曲率半径を示したものであり、ミラー面上の
位置は、始径からの角度tsにより表している。サブミラーの端点SM1,
SM2における曲率半径はそれぞれ63.9037mm,56.7989mmで
ある。

第９図はメインミラーの連続的に曲率が変化する走査
方向の凹面の曲率半径を示したものであり、ミラー面上
の位置は、始径からの角度ｔにより表している。メインミラー端点M1,M
2における曲率半径はそれぞれ60.6473mm、48.7487mmで
ある。また、走査方向についてのミラー幅は、メインミ
ラー，サブミラーともに30mmとした。

第１図に上記走査光学系の直下3mの床面に人体が直立
した場合の人体からの入射パワーを計算することによ
り、光学利得を求めた結果を示す。横軸は視野中心ｃか
らの人体の水平距離であり、縦軸は光学利得の相対値で
ある。白丸でプロットした特性は、従来の変形トーリッ
クミラーを用いた場合の特性であり、黒丸でプロットし
た特性は、本実施例による光学系の特性である。第14図
と比較すれば、光学利得のピーク値は、従来のミラーに
比べて、若干低下しているものの、3mまでの検知領域内
でほぼ均一な特性を示し、人数検出精度の向上に十分な
特性を有していることが分かる。

なお、検知領域を変更する場合、メインミラーの光学
利得特性も変わるが、その場合には、サブミラーの視野
角及びメインミラーとサブミラーの面積比を選択するこ
とにより、本実施例と同様に均一な感度分布を得ること
ができる。

ここで、前記光学系を用いる人数検出装置の全体構成
を第10図のブロック図に基づいて説明する。円形走査光
学系１にて集光された赤外線エネルギーは、赤外線検出
素子２にて受光され、電気信号に変換される。赤外線検
出素子２の出力は前置増幅部３で増幅された後、信号処
理部４内の帯域フィルターに入力して、不安定な低周波
成分と不必要な高周波成分をカットし、S/N比を向上さ
せる。帯域フィルターの出力はA/D変換されて、判断部
５を構成するマイクロコンピュータに出力される。この
マイクロコンピュータは円形走査光学系１の回転に同期
して１回転毎にA/D変換された波形を逐次取り込む。判
断部５においては、予め検知領域内に人体が存在しない
場合の出力波形が参照波形データとしてメモリー内に記
憶されており、入力波形は、メモリー内に記憶されてお
り、入力波形は、メモリー内の参照波形と比較され、人
体の有無及び人数が同時に判断される。本実施例では、
入力波形データと参照波形データとで比較演算を行い、
その結果を新たに比較処理波形データとし、比較処理波
形データにおいて、極大値を検出し、極大値の数を人数
としてカウントしている。比較処理波形データにおい
て、検出人数が０の場合には、現在の入力波形データが
参照波形データとして更新され、メモリー内に記憶され
る。このように参照波形データを用いて入力波形データ
と比較演算を行うことにより、検知領域内の環境変化に
左右されることなく、高精度な人数検出を行うことがで
きる。出力部６においては、判断部５から与えられた人
数情報を元に、人数情報を表示するようになっている。
会議室などでは、室外に人数あるいは混雑度を表示する
ことにより、室外で他者が室内使用状況を把握できるよ
うにする。また、個人が使用している部屋においては、
人数情報「０人」，「１人」，「２人以上」を元に、室
内状況を“不在”、“在室”、“来客”として室外に表
示することにより、他者が容易かつ端的に室内状況を把
握することができる。さらに、人数情報を元に、空調な
ど各種環境施設を安定且つ有効に動作させることができ
る。

（発明の効果）本発明は上述のように、赤外線検出素子の視野を走査
させるためのミラーが、走査光学系の回転軸付近を一端
として回転する細長い瞬時視野を形成するメインミラー
と、このメインミラーが形成する細長い瞬時視野のうち
光学利得の低い部分を瞬時視野とするサブミラーとから
構成されているものであるから、メインミラーにより人
数検出に必要な瞬時視野を形成し、その光学利得の低い
部分をサブミラーにより部分的に光学利得を増大せしめ
ることにより光学利得の不均一性を解消し、全体として
ほぼ均一な光学利得を得ることができ、簡単な構成であ
りながら、広い検出領域にわたり大きな光学利得と均一
な感度分布を得ることができるという効果があり、人数
検出精度の向上に寄与するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に用いる円形走査光学系の特
性図、第２図は同上に用いるメインミラーの斜視図、第
３図乃至第５図は同上の断面図、第６図及び第７図は同
上に用いるミラーによる集光状況を示す説明図、第８図
及び第９図は同上に用いるミラーの曲率半径の変化を示
す図、第10図は従来例のブロック図、第11図は同上に用
いる赤外線検出素子の指向特性図、第12図（ａ）は従来
例に用いる光学系の概略構成図、同図（ｂ）は同上の要
部底面図、第13図（ａ）は他の従来例に用いる光学系の
概略構成図、同図（ｂ）は同上の要部底面図、第14図は
他の従来例に用いる円形走査光学系の特性図である。１は円形走査光学系、２は赤外線検出素子、３は前置増
幅部、４は信号処理部、５は判断部、６は出力部、Ｍは
メインミラーである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者堀井貴司大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株式会社内 (72)発明者松田啓史大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株式会社内 (72)発明者姫澤秀和大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株式会社内 (56)参考文献特開昭62−229628（ＪＰ，Ａ) 特開昭59−60587（ＪＰ，Ａ) 特開昭57−56770（ＪＰ，Ａ) 特開昭57−141790（ＪＰ，Ａ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】赤外線検出素子と、反射面を前記赤外線検
出素子に向けたミラーを前記赤外線検出素子の視野中心
を軸として回転させて前記赤外線検出素子の視野を円形
走査させる円形走査光学系と、前記赤外線検出素子の出
力信号を増幅する前置増幅部と、前記前置増幅部の出力
信号を人数検出に必要な信号に変換する信号処理部と、
前記信号処理部の出力信号に基づいて人数を判定する判
断部と、前記判断部の出力信号から人数情報を出力する
出力部とから成る人数検出装置において、前記ミラー
は、走査光学系の回転軸付近を一端として回転する細長
い瞬時視野を形成するメインミラーと、このメインミラ
ーが形成する細長い瞬時視野のうち光学利得の低い部分
を瞬時視野とするサブミラーとから構成されていること
を特徴とする人数検出装置。