JP3805165B2 - 人体検知装置及び空気調和装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、居住空間における人体の検知、この人体情報を用いて空調環境等を制御する人体検知装置及び空気調和装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、居住環境の人体検知を行い空気調和装置の吹き出し風の方向を自動的に制御を行なうものとしては、発光素子と受光板との組み合わせによる反射光の有無、焦電形センサや、サーモパイルを複数素子用いての赤外量の変化、またこれらの素子を駆動して居住空間を二次元的に走査して人体を検出し制御を行なうものが知られている。
【０００３】
しかし、発光素子と受光板を用いるものは、受光板を本体と別の位置に複数個設ける必要があり設置が煩雑であると共に、反射光を受光する光軸合わせが煩雑になり装置が大がかりになる割には人体の計測精度が非常に悪いものであった。他方、赤外線センサによる赤外量検知に関しては、本体に取り付けるのみで人体から発する赤外量あるいはその変化量により存在を検出可能な方法ではあるが、一つのセンサで集光エリアを狭めると複数のセンサが必要となり、集光エリアを広げると人体を含む他の部分との平均温度を検出するため、正確な人体の存在を認識する事ができなかった。またこの課題をなくすため複数個の赤外線センサを設ける方法もあるが、実用レベルではセンサ数が高々２〜３個程度でコスト高になる割には未だ計測精度が不十分であり、さらにセンサを二次元的に走査する方式も装置が大がかり、機械的寿命に難、コスト高等の理由により空気調和装置への搭載実用化に耐えられるものでは無かった。
【０００４】
かかる課題を解決するために、例えば、特許番号第２５１７０９８号に示された従来の空気調和機が提案されている。図１４は、この従来の空気調和機赤外線センサの構造を示す断面図である。図１４において、焦電薄膜１２１の両面に電極１２２，１２３を形成し、横方向の一列を構成する。これらの電極１２２，１２３は一画素に相当する部分が縦横二次元に配列される。焦電薄膜１２１の全面において、分極の方向は電極１２２から電極１２３の方向である。各々の列の一端の電極１２６から各列に相当する出力信号を読み出す。もう一端には電極１２７が設置されており、この二次元アレイセンサの前方で一画素の横幅に相当するスリット１２４を横方向に機械的に走査することによって各画素に赤外線を入射させる。
【０００５】
スリット１２４の移動に伴い、各画素に赤外線量が照射され、照射された赤外線量の積分値に比例した出力電圧が順次電極１２６から出力される。空調対象空間を空気調和機から見て前後左右１０２４の単位空間に分割し、各単位領域における熱源から、人体抽出温度を予め決定しておき、人体らしき物体の抽出を行うものである。これにより処理回路が一列あたり一つで済むため装置が小型になりかつ低コストになり、このセンサからの信号に応じて、吹き出し風の風向制御手段と、風量制御手段とにより、きめ細やかな快適空調空間を応答性良く、手軽に実現出来ることを提供している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような空気調和機の構成では、赤外線センサとして焦電型を使用しているために、チョッピング機能により得た微分変化量により検出するため走査機構は必須であり、特にスリット１２４による機械的走査機構はアレイセンサ長の略二倍長を必要としスペース効率が悪いと共に機械的な故障寿命も短い。また、センサ素子が細かくなる程その走査距離は細かくなり精密機構が必要となり高い精度が要求され、製作精度、コスト共に課題となる。さらにスリット１２４の走査速度によっても検出性能に大きく影響し、例えば移動人体に対しては充分高速な走査速度を有していないと正確な人体が計測できないという課題がある。従って、これらを考慮して機械的走査機構を設けることは、性能、寿命、コスト的に不適当であった。
【０００７】
本発明はかかる課題を解決するためになされたもので、複数の検出領域の最適集光領域を設定することにより、迅速かつ高精度、省スペース、低コストで移動人体、静止人体検出を可能とした人体検知装置を得ることを目的とする。
【０００８】
また、マトリクス状の複数検出領域の平均温度、行及び列毎の平均温度、さらに人体検出結果に基づいて、空気調和装置の能力、風向・風速等を最適に制御することにより、空調時の快適性を向上すると共に省エネルギーを実現する空気調和装置を得ることを目的とする。
【０００９】
更に、機械的走査手段を必要とせずに居住空間の温度分布を検出できる人体検知装置及び空気調和装置を得ることを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る人体検知装置は、居住空間を複数領域に分けて各領域の温度を同時に検出するために各領域に対応させて検出素子をマトリクス状に配設した温度分布検出手段と、前記温度分布検出手段により検出された前記領域数分の温度データを前記分割された領域の内の所定領域に関連づけて逐一記憶する記憶手段と、前記マトリクス配設された検出素子の最上行は少なくとも水平面を含む領域を含み、前記記憶手段に記憶された前記居住空間の温度分布検出結果に基づいて前記居住空間に存在する人体存在の有無等を認識する人体検出手段とを備えたものである。
【００１１】
また、前記人体検出手段は、マトリクス状に配置された複数の検出素子の時系列における正負の連続極値変化から人体の移動を検出する移動人体検出部を有し、前記移動人体検出部の出力と計時手段により居住空間内の静止人体及び居住空間内に人が存在しないことを確定したものである。
【００１２】
更に、前記正負の連続極値変化を取得する時系列の計測時間間隔は少なくとも二種類以上の異なる計測間隔で極値変化を検出したものである。
【００１３】
また、本発明に係る空気調和装置は、温冷の能力温度を生成する能力生成手段と、前記能力生成手段に送風し温風または冷風に強弱を以て本体外送風する送風手段と、温風または冷風の風向き及び風速を変更する風向手段と、運転条件を入力する条件設定手段とを本体内に備えた空気調和装置において、本体前面に居住空間を複数領域に分けて各領域の温度を同時に検出するために各領域に対応させて検出素子をマトリクス状に配設した温度分布検出手段と、前記温度分布検出手段により検出された前記領域数分の温度データを前記分割された領域の内の所定領域に関連づけて逐一記憶する記憶手段と、前記マトリクス配設された検出素子の最上行は少なくとも水平面を含む領域を含み、前記記憶手段に記憶された前記居住空間の温度分布検出結果に基づいて前記居住空間に存在する人体存在の有無等を認識する人体検出手段と、前記温度分布検出結果に基づいて前記能力生成手段又は前記送風手段の少なくともいずれか一方の制御量を決定する温度決定手段と、前記温度分布検出結果に基づいて前記風向手段の制御量を決定する風向・風速決定手段とを設けたものである。
【００１４】
また、前記温度決定手段は、前記条件設定手段の設定条件と、前記人体検出手段の認識結果と、前記マトリクス配置された複数検出素子により検出された平均温度を計算する平均温度算出手段の出力により制御量を決定するものである。
【００１５】
また、前記風向・風速決定手段は、前記人体検出手段の認識結果と、前記マトリクス配置された複数検出素子により検出された行方向と列方向の各々の平均温度を計算する行平均温度算出手段及び列平均温度算出手段の各出力により制御量を決定するものである。
【００１６】
また、前記検出素子は、サーモパイルとしたものである。
【００１７】
他の発明に係る人体検知装置は、居住空間を複数領域に分けて各領域の温度を同時に検出するために各領域に対応させて検出素子をマトリクス状に配設した温度分布検出手段と、前記温度分布検出手段により検出された前記領域数分の温度データを前記分割された領域の内の所定領域に関連づけて逐一記憶する記憶手段と、前記マトリクス配置された検出素子の最上行は少なくとも水平面を含む領域を含み、前記記憶手段に記憶された前記居住空間の温度分布検出結果に基づいて前記居住空間に存在する人体存在の有無等を認識する人体検出手段と、携帯型情報機器と通信を可能とする通信手段とを備えたものである。
【００１８】
また、前記検出素子は、サーモパイルとしたものである。
【００１９】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は、本発明に係る空気調和装置の一実施の形態としてのセパレート型ルームエアコンの室内機を示す概略図、図２は図１に示した室内機の要部縦断面図である。図３はサーモパイルユニットの拡大図、図４はこの空気調和装置の制御ブロック図、図５は室内機を居住空間に設置した時のサーモパイルユニットの被検知領域を示す側面図及び上面図、図６は床置き型の空気調和装置を居住空間に設置したときのサーモパイルユニットの被検知領域を示す側面図及び上面図である。
【００２０】
図１又は図２には、ルームエアコンの室内機本体１の内部に配置された室内熱交換器２、室内熱交換器２の下流側に配置された送風ファン３、室内機本体１の前面に配置された吸い込み口４、送風ファン３駆動時に吸い込み口４、室内熱交換器２を通過した空気を室内に送風する吹き出し口５が示されている。更に、吹き出し口５に配置され、吹き出し風の上下方向の吹き出し方向を決定する上下ベーン６と、同じく吹き出し風の左右方向の吹き出し方向を決定する左右ベーン７とは、共に駆動用モータ（図示せず）によって制御される。なお、空気調和装置の室外機や、冷凍サイクル等の本発明の要旨に直接関連しない部分については図示及び説明を省略する。
【００２１】
サーモパイルモジュール８は、室内機本体１が設置された居住空間である室内の温度分布を検出する温度分布検出手段である。このサーモパイルモジュール８は、後に詳述する４×４のマトリクス状に構成され、室内機本体１の前面に集光レンズが略斜め下向きになるように配置され、マトリクス状に配置された検出素子群の最上行の集光エリアは水平面を含む領域を含むように配置されている。
【００２２】
図３には、１６素子のサーモパイル９Ａａ〜９Ｄｄが４×４のマトリクス状に配列されるサーモパイルユニット１０が示されている。なお、サーモパイル９Ａａ〜９Ｄｄのうち任意のサーモパイルを表すときは、「サーモパイル９」と記述する。最初のアルファベットの大文字Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄが１行目からの順番を示し、次のアルファベットの小文字ａ，ｂ，ｃ，ｄが１列目からの順番を示している。本実施の形態におけるサーモパイル９Ａａ〜９Ｄｄは、４行４列のマトリクス状に配置されている。
【００２３】
図４において、集光レンズ１１は、サーモパイルユニット１０の前方に配置され、サーモパイルモジュール８の被検知領域１２から放射される赤外線をサーモパイルユニット１０に集光させる。スキャン部１３は、サーモパイル９からの出力信号を後述するアドレス信号によって選択する。増幅部１４は、スキャン部１３で選択された出力信号を所定レベルまで増幅する第１の増幅手段である。基準温度素子１５は、サーモパイル９の冷接点に近接して配置されるサーミスタ等からなる接触型の素子である。増幅部１６は、基準温度素子１５からの出力信号を所定レベルまで増幅する第２の増幅手段である。差動増幅部１７は、増幅部１４で増幅された出力信号と増幅部１６で増幅された出力信号とを入力として比較増幅する。サーモパイルモジュール８は、上記のサーモパイルユニット１０とスキャン部１３と増幅部１４，１６と基準温度素子１５と差動増幅部１７とをキャンパッケージ等で包み、このパッケージの表面に集光レンズ１１を配置して構成されている。
【００２４】
図４には、更に以下の構成要素を内蔵したマイクロコンピューター（以下「マイコン」という。）２７が示されている。すなわち、信号出力部１８は、所定のタイミングでスキャン部１３にサーモパイル９Ａａ〜９Ｄｄまでのアドレス信号を出力する。マルチプレクサ１９は、サーモパイルモジュール８の差動増幅部１７からの出力信号を受け取り、サーモパイル９Ａａ〜９Ｄｄの選択・切替を行なう。Ａ／Ｄ変換部２０は、マルチプレクサ１９からの電圧出力をデジタル信号に変換する。温度データ変換部２１は、Ａ／Ｄ変換部２０のデジタル信号出力を温度データに変換する。記憶部２２は、温度データ変換部２１から出力される温度データを記憶する記憶手段であり、サーモパイルユニット１０の１６素子に対応する記憶バッファーを有している。
【００２５】
更に、マイコン２７には、信号出力部１８と記憶部２２からの出力信号を受け取り、その目的に応じて演算処理を行ない、室内熱交換器２や送風ファン３の能力の制御量を決定する制御決定部２３が内蔵されている。この制御決定部２３には、人体検出部２４、温度決定部２５、及び風向・風速決定部２６が内設されている。このマイコン２７には、制御決定部２３の出力結果によって、熱交換器２の処理能力制御、送風ファン３の回転数制御、上下ベーン６と左右ベーン７とを可動させるモータ（図示せず）の制御を行なうドライバー２８が接続されている。
【００２６】
図５及び図６には、空気調和装置としての室内機本体１、あるいは床置き型空調機３０が取り付けられた居住空間２９と、居住空間内に存在する人体３１が示されている。図５及び図６から明らかなように、サーモパイル９の最上行９Ａの検知領域が水平面Ｚを含む位置に配置されている。
【００２７】
次に、図１乃至図６を参照して空気調和装置の動作について説明する。なお、以降の説明において空気調和装置としての室内機本体１及び床置き型空調機３０を総称するときには空気調和装置と呼ぶことにする。
【００２８】
電源スイッチ（図示せず）をＯＮすると、冷凍サイクルが動作して室内熱交換器２が加熱または冷却され、送風ファン３が回転駆動されることによって、吸い込み口４より吸引された居住空間２９内の空気は、熱交換器２によって熱交換され吹き出し口５から温風または冷風として再び居住空間２９に吐き出される。この時上下ベーン６、左右ベーン７によって温風または冷風の吹き出し方向が決定される。
【００２９】
一方、サーモパイルモジュール８、マイコン２７にも通電されるため、被検知領域である居住空間２９から放射された赤外線が集光レンズ１１で集光されてサーモパイルユニット１０に受光される。サーモパイルユニット１０のサーモパイル９は受光によって温度変化し、熱電対の温接点と冷接点に発生した温度差を電圧に変換して出力する。
【００３０】
このとき、信号出力部１８から出力される出力信号によりスキャン部１３は、サーモパイルユニット１０の出力電圧のうちの１つ、例えばサーモパイル９Ａａからの出力電圧を選択して、増幅部１４へ選択した電圧を出力する。一方、サーモパイルユニット１０の冷接点付近に配置された基準温度素子１５は、周囲温度すなわち絶対温度を検出し、増幅部１６へ電圧を出力する。これらの各増幅部１４，１６で増幅された出力電圧は、差動増幅部１７で比較・増幅されるため、周囲温度が変化しても被検知領域１２の温度を電圧値として正確に検出することができる。
【００３１】
この差動増幅部１７で比較・増幅された電圧は、マイコン２７に内蔵されるＡ／Ｄ変換部２０に入力されてデジタル信号となり、このデジタル信号が温度データ変換部２１によって、温度データに変換されてサーモパイル９Ａａの温度データとして記憶部２２に記憶される。以上の動作をサーモパイル９Ａａからサーモパイル９Ｄｄまで順番に１６回行なうことで、全てのサーモパイル９の温度データを記憶部２２に記憶させることができる。なお、この記憶部２２を複数設けることによって、時系列毎のサーモパイル９の温度データをそれぞれ記憶させておくことも可能となる。この記憶部２２に記憶された温度データと信号出力部１８からのアドレス信号データを受け取って、制御決定部２３は演算処理を行なう。
【００３２】
以下に、その動作と演算処理について図５乃至図１０を用いて説明する。図５には、室内機本体１を居住空間２９に設置したときにサーモパイルユニット１０の被検知領域１２の中に一人の人体が存在している例を示す図である。ここで、図５（ａ）はサーモパイルモジュール８の行群の被検知領域を示した側面図、同図（ｂ）はサーモパイルモジュール８の列群の被検知領域を示した上面図、同図（ｃ）はサーモパイルモジュール８から見た奥側壁面の被検知領域を示した背面図である。図６は、床置き型空調機３０を居住空間２９に設置したときにサーモパイルユニット１０の被検知領域１２の中に一人の人体が存在している例を示す図である。ここで、図６（ａ）はサーモパイルモジュール８の行群の被検知領域を示した側面図、同図（ｂ）はサーモパイルモジュール８の列群の被検知領域を示した上面図である。図６から明らかなように、サーモパイル９の最上行９Ａの検知領域が居住空間２９に対し水平面Ｚを含む位置に配置され、図５では最上行９Ａは水平面を含んで下向きに、図６では最上行９Ａは水平面を含んで下向きに配置されている。
【００３３】
サーモパイル９の最上行９Ａの検知領域を居住空間２９に対し水平面Ｚを含む位置に配置すると、まず図５に示すように室内機１を壁面のある程度の高さに設置した場合においても、また室内機１からの奥行距離が長い居住空間２９にあっても全ての領域から温度分布を検出することが可能であり、その居住空間２９に存在する人体３１の存在も可能となる。図６に示すような床置き型空調機３０のような床から低い位置に設置された場合でも同様に、床面、壁面、及び人体３１の存在を必ず検出可能な配置となる。
【００３４】
また、図７には、図５において人体３１が矢印の方向に歩行したときの、サーモパイルモジュール８の１６素子のサーモパイル９が検出する温度データの時系列的推移を示している。ここで、「計測時間１」とは１６素子のサーモパイル９が検出する所定時間であっても良いし、記憶部２２に記憶された時系列データを読みに行く所定時間であっても良く、例えば１秒設定であれば（ｔ１）、（ｔ２）とは１秒，２秒，３秒…という時系列間隔のデータを取り扱う。また「計測時間２」とは計測時間１の整数倍の値を持ち、例えばｎ＝２であれば、（ｔ１×ｎ）（ｔ２×ｎ）とは２秒，４秒，６秒…という長い時系列間隔のデータを取り扱う。
【００３５】
また、図７において、「計測時間毎の差分温度」とは１６素子のサーモパイル９が検出する温度データの時系列的推移を計測時間毎の差分温度を示し、この差分が所定以上ある素子については人体の移動が発生したと判断する（この素子を以下「発火素子」と定義する。）ことによって行なう。更に、「発火素子以外の平均温度との差分温度」とは、一つの素子エリアから人体が移動または移動中に発生するマイナス差分データを補正する手段であり、差分はマイナスでもまだ人体が存在する場合は発火素子を除く他の素子の平均温度との比較（差分）によってプラス素子、すなわち人体が存在することが認識できる。
【００３６】
すなわち、計測時間１処理時における計測時間毎の差分温度で説明すると、時刻ｔ１ではサーモパイルモジュール８のサーモパイル９Ｂｄ，９Ｃｄ領域に人体が侵入するために、周囲温度２０℃としたとき人体侵入により絶対温度２５℃と２４℃を計測し、差分の計算により＋５℃と＋４℃のプラス発火素子となる。次に、時刻ｔ２ではサーモパイル９Ｂｄ，９Ｃｄ領域から人体が約半分抜けるため２５℃から２２℃への変化と２４℃から２２℃への変化により―３℃と―２℃のマイナス発火素子となる。一方、サーモパイル９Ｂｃ，９Ｃｃ領域に人体が約半分入るため同様に＋３℃と＋２℃のプラス発火素子となり、この時系列の差分データにより発火素子が変化し、この発火素子によって人体の移動を認識できる。
【００３７】
しかしながら、時刻ｔ１においてはサーモパイル９Ｂｄ，９Ｃｄがマイナス発火のため人体が全て抜けたのか、あるいは残っているかの判断がつかない。従って、発火素子以外の平均温度との差分、すなわち発火素子であるサーモパイル９Ｂｄ，９Ｃｄ，９Ｂｃ，９Ｃｃ以外の素子の温度平均値を計算してサーモパイル９Ｂｄ，９Ｃｄ温度との差分を計算する。平均温度が２０℃であると仮定すると、サーモパイル９Ｂｄ，９Ｃｄは２２℃、２２℃であるため、差分は＋２℃、＋２℃と計算され人体の存在を認識することができる。
【００３８】
同様にして、計測時間２においても人体を認識することが可能であり、人体の歩行速度が非常に遅い場合には計測間隔を長くすることで明確な領域移動の区別が可能となる。つまり、各々の計測時間で差分の発火素子をチェックすることにより精度の高い人体とその位置の認識が可能となる。本実施の形態では、二種類の計測時間によって説明したが、複数種類用意することによってさらに人体移動速度に影響されない詳細な人体移動が計測できることは言うまでもない。更に、当然のことながら居住空間２９の平面的（２次元）な温度分布を得ることができる。
【００３９】
次に、図８乃至図１０に示したフローチャートを参照して、本実施の形態の空気調和装置の動作について説明する。まず最初に、図８に示した全体フローから説明する。
【００４０】
使用者は、本体スイッチ或いはリモコンスイッチ（図示せず）等を操作して、運転スタートボタン及び空調モード選択ボタンを押す（ステップＳ１０１）。空調モード選択とは、例えば「人中心空調」、「部屋中心空調」及び温度、風速、風向各々固定の「マニアル」の選択であり、本実施例では「人中心空調」を選択した時の状態を説明する。運転スタートボタンが押されると、熱交換器２及び送風ファン３が駆動すると共に上下ベーン６が開口される（ステップＳ１０２）。また、室内機本体１の前面に配置されたサーモパイルモジュール８及びマイコン２７も動作し、サーモパイル９Ａａ〜９Ｄｄによって、居住空間４×４＝１６領域の温度を検出する（ステップＳ１０３）。なお、ステップＳ１０３は、差分１計測時間毎（例えば１秒）に繰り返される。また、差分１計測時間は、検出時間を短くして複数データを採取しその平均値を読みとる時間であっても良い。ここで重要なのはサーモパイルモジュール８のような電気的なスキャン構成を用いることにより、１６領域の温度を例えばミリ秒オーダレベルの高速性を持って計測できるため人体の移動速度に影響されないことである。
【００４１】
この１６領域の温度が記憶部２２に記憶されると、１６個の温度データを現在の温度を表す「現温度バッファ」に登録し（ステップＳ１０４）、次にこの「現温度バッファ」から１秒前の温度分布を表す「前温度バッファ」の値を引き算することにより、１秒前温度からの温度差（偏差）が算出され、その答えを「差分１バッファ」に記憶する（ステップＳ１０５）。なお、初回の温度計測時においては「前温度バッファ」の値がゼロのために、このゼロを認識して初回のみこの差分１計算をパスする。続いて差分２の算出時間かどうかをチェックする（ステップＳ１０６）。この差分２算出時間とは、差分１計測時間の整数倍の時間が設定される。例えば、２倍の時間が設定されたとすると、ステップＳ１０６の判断において２秒間隔でＹＥＳとなるのでステップＳ１０７に進む。ＮＯの場合、ステップＳ１０７とＳ１０８をパスしてステップＳ１０９に進む。
【００４２】
ステップＳ１０７では、２秒間隔に計測される１６個の温度データを現在の温度を表す「現温度２バッファ」に登録する。次にこの「現温度２バッファ」から２秒前の温度分布を表す「前温度２バッファ」の値を引き算することにより、２秒前温度からの温度差（偏差）が算出され、その答えを「差分２バッファ」に記憶する（ステップＳ１０８）。なお、２初回の温度計測時から２秒未満の時間においては「前温度２バッファ」の値がゼロのために、このゼロを認識して初回のみこの差分２計算をパスする。
【００４３】
上記処理で生成された「差分１バッファ」と「差分２バッファ」の値及び「現温度」等の値を持って、制御決定部２３である人体検出部２４のサブルーチン処理（ステップＳ１０９）、温度決定部２５のサブルーチン処理（ステップＳ１１０）、風向・風速決定部２６のサブルーチン処理（ステップＳ１１１）をそれぞれ実行する。なお、各処理の詳細については後述する。この後、運転停止ボタン等による停止信号の有無をチェックし（ステップＳ１１２）、停止信号が無ければ、制御決定部２３により決定された制御量に基づき、ドライバー２８を介して、熱交換器２、送風ファン３、上下ベーン６、左右ベーン７を動作させる。また、停止信号があればドライバー２８を介して、熱交換器２、送風ファン３動作を停止し、上下ベーン６、左右ベーン７を所定位置に戻して停止させる。
【００４４】
運転モード選択により「人中心空調」を選択した場合の制御決定部２３による制御量とは、ここでは人体検出部２４からの出力により決定し、例えば人体が居住空間２９から居なくなれば、熱交換器２、送風ファン３、上下ベーン６、左右ベーン７を停止したり、移動人体の動作量や静止状態によって熱交換器２の能力を最適化したり、また人体に向けての送風方向を決定したり等の省エネ及び人体に対しての最適空調環境が実現できる。
【００４５】
次に、ステップＳ１０９における人体検出部２４のサブルーチン処理の詳細について図９に示したフローチャートに基づき説明する。
【００４６】
まず、上記処理で生成した「差分１バッファ」値の発火有無、すなわち±所定閾値を越えた値かどうかをチェックする（ステップＳ２０１）。図７においてサーモパイル９Ｂｄ及び９Ｃｄ素子またはサーモパイル９Ｂｃ及び９Ｃｃ素子がこれに相当する。発火素子であれば、人体移動有りと認識して人体静止タイマに「０」を入れリセットする（ステップＳ２０２）。発火していなければ、ステップＳ２０３に進む。ステップＳ２０４では差分１において移動人体有りの情報を受け取り、図１０を用いて詳述する第１の移動人体検出部のサブルーチン処理により詳細な移動人体の検出を行い、ステップＳ２０５に進む。
【００４７】
ステップＳ２０３では、差分１で発火無しの情報を受け、上記処理により生成した「差分２バッファ」値の発火有無、すなわち±所定閾値を越えた値かどうかを再度チェックし、発火素子であれば、人体移動有りと認識して人体静止タイマに「０」を入れリセットする（ステップＳ２０７）。発火してなければ、ステップＳ２０８に進む。ステップＳ２０９では差分２に於いて移動人体有りの情報を受け取り、図１０を用いて詳述する第２の移動人体検出部のサブルーチン処理により詳細な移動人体の検出を行い、ステップＳ２０５に進む。ステップＳ２０５では、第１及び第２の移動人体検出部のサブルーチン処理により出力される詳細な人体情報を確定し、ステップＳ２０６で有人であることを確定するために無人フラグに０を入れてリターンする。
【００４８】
ステップＳ２０８では差分１、差分２に発火素子無しの情報を受け、現在ステップＳ２０５で確定した人体素子の有無をチェックする。例えば、人体移動が無くても静止人体が存在するときはステップＳ２１０に進み、移動人体及び静止人体とも無いときはステップＳ２１１に進む。ステップＳ２１０では人体静止タイマをインクリメントし、次のステップＳ２１２で無人体タイマをゼロキャンセルし、次のステップＳ２１３で人体静止タイマの値が所定値Ｔ１を越えるか否かをチェックする。ここで、所定値Ｔ１を越える場合は人体静止素子を確定する。この所定値Ｔ１とは分オーダのタイマが好適であり、例えば１分程度に設定すると人体が１分間停止している場合に人体素子が人体静止素子に確定される。所定値Ｔ１を越えない場合はステップＳ２１４をパスしてステップＳ２１５に進む。
【００４９】
ステップＳ２１５では前記人体静止タイマの値が所定値Ｔ２を越えるか否かをチェックし、所定値Ｔ２を越える場合、人体素子及び人体静止素子をクリアし（ステップＳ２１６）、ステップＳ２０６に戻る。越えない場合はステップＳ２１６をパスしてステップＳ２０６に戻る。ステップＳ２１５の所定値Ｔ２とは、時間オーダのタイマが好適であり、例えば１時間程度に設定すると人体が１時間停止している場合に人体素子及び人体静止素子をクリアする。ここでの目的は人体が時間オーダーで動かない場合、また時間オーダで人体移動が無い場合であり、例えば日の射し込みによる床面温度上昇等の外乱により検知領域から抜けてしまった人体を検出できなかったか、あるいは人体が寝てしまって動かない状況と判断し、一度人体素子及び人体静止素子メモリをリフレッシュすることにより移動人体検出の精度を向上することを目的としている。
【００５０】
ステップＳ２１１では、移動人体情報が無く更に人体素子も無い場合のルーチンであるため、領域内に人体が存在していない時間をカウントするために無人体タイマをインクリメントする。次のステップＳ２１７では、無人体タイマの値が所定値Ｔ３を越えるか否かをチェックし、所定値Ｔ３を越える場合は無人フラグに１をセットして無人であることを確定する（ステップＳ２１８）。この所定値Ｔ３とは、数十分オーダのタイマが好適であり、例えば１０分程度に設定すると移動人体及び静止人体が１０分間以上検出されない場合に無人状態に確定され、次のステップＳ２１９において人体素子及び静止人体素子をクリアしてリターンによりサブルーチンを終了する。無人体タイマの値が所定値Ｔ３を越えていない場合、ステップＳ２１８とＳ２１９をパスしてサブルーチンを終了する。
【００５１】
次に、図９に示した移動人体検出部のサブルーチン（Ｓ２０４，Ｓ２０７）について、図１０に示したフローチャートに基づき説明する。なお、第１及び第２の移動人体検出部のサブルーチン処理は、細部のフラグ関係を除いて略同等であるため、説明は一つにまとめる。
【００５２】
まず、人体移動の発火素子有りの情報を受けて、その発火素子の極性をチェックする。ステップＳ３０１はプラス極性のチェックで、全てがマイナスでなければマイナスのチェックを行い（ステップＳ３０２）、そうでなければマイナスのみの発火素子発生と認識してステップＳ３０３に進む。ステップＳ３０２におけるマイナスチェックで、全てプラスでなければプラス・マイナス両極の発火素子発生と認識してステップＳ３０４に進み、そうでなければプラスのみの発火素子発生と認識してステップＳ３０５に進む。
【００５３】
ステップＳ３０４は両極発火素子発生の情報を受けて、その極性の異なる発火素子が周囲素子かどうかのチェックを行う。例えば図７に示す計測時間１の例ではサーモパイルｄ列とｃ列とは隣接した周囲素子であり、また計測時間２の例でもサーモパイルｃ列とｂ列がマイナス、ａ列がプラスの周囲素子の変化であるため正規データとしてステップＳ３０６に進む。ここで例えばａ列とｄ列、またＡ行とＤ行のような離れた場所での両極変化の場合ノイズ成分、あるいは複数人体の同時移動としてこの後処理を施さずにリターンする。このような複数人体移動の可能性があっても、連続した計測時間での計測を行うことにより一人の移動人体は確実に検出可能となる。
【００５４】
ステップＳ３０６では図７で説明したようにマイナス発火素子に人体が残っているかどうかの処理として、発火素子以外の素子の平均温度との差分を計算し、例えば図７の下段に示す計測時間１の例ではマイナス発火素子であるサーモパイルＢｄ，Ｃｄが他の平均温度より高いため人体が残って居ると判断して、ステップＳ３０８でこのマイナス発火素子とプラス発火素子Ｂｃ，Ｃｃを記憶し、ステップＳ３０９で人体が存在する事を意味する人体素子に記憶した発火素子に更新（追加・削除含む）してリターンする。また、計測時間２の例ではマイナス発火素子であるサーモパイルＢｃ，Ｃｃ，Ｂｂ，Ｃｂが他の平均温度と差が無いため人体が抜けたと判断して、ステップＳ３０５でプラス発火素子であるサーモパイルＢａ，Ｃａのみ記憶し、ステップＳ３０９で発火素子を更新する。
【００５５】
ステップＳ３１０では、マイナス発火素子のみの情報を受け、このマイナス素子が前回まで人体素子であったかどうかをチェックする。すなわち、従来人体が存在していた素子がマイナス発火したのであれば、ステップＳ３１０でステップＳ３０６と同様のマイナス素子処理を行い、ステップＳ３１１で差分温度がプラスであれば、ステップＳ３１２でマイナス発火素子を記憶し、ステップＳ３０９に進む。ここの処理は、ａ列に存在していた人体が例えば半分程度領域外に出たときにこの処理によって検出可能となる。ステップＳ３１１で差分温度がプラスで無ければ、ステップＳ３１３で従来の人体発火素子をリセットしてステップＳ３０９に進む。また、ステップＳ３０３でマイナス発火素子が従来人体素子で無かった場合、外乱として処理無しでリターンされる。
【００５６】
以上のように、本実施の形態では、冷却が不要等の取り扱い性や電気機器へ応用できるコスト性を考慮して熱型の赤外線センサであるサーモパイルを用いた場合を例にして説明しているが、複数素子の検出時間が高速のものであれば他の赤外線センサ、例えばイメージセンサを用いてもよい。また、素子数として４×４マトリクスの１６素子を用いたが、マトリクス数及び全素子数ともこの数に限るわけではないが、行方向は４行以上で全素子数は１６素子以上が望ましい。更に、差分の計測時間を二種類設けて説明したが更に多くてもよい。
【００５７】
実施の形態２．
図１１は、本実施の形態における空気調和装置の動作を示したフローチャートであり、特に本実施の形態では「部屋中心空調」を選択した時の温度決定部２５の内容について説明する。なお、空気調和装置の基本的構成は実施の形態１と同様であるので説明は省略する。また、実施の形態１と同一または相当部分には同じ符号を付し説明を省略する。運転モード選択により「人中心空調」を選択した場合、前記人体検出情報と居住空間２９の床面及び壁面の輻射温度との情報によって制御量を決定する。
【００５８】
次に、図１１に示す温度決定部２５のフローチャートを参照して、本実施の形態における温度決定部２５の動作について説明する。まず、ステップＳ４０１で人体検出部２４の出力である無人フラグのチェックを行い、無人フラグが１で有れば、人体無しと判断して目標温度を最小にセットし（ステップＳ４０２）、ステップＳ４０４に進む。無人フラグが０であれば、人体有りのため温度目標を設定温度にセットし（ステップＳ４０３）、ステップＳ４０４に進む。ステップＳ４０４では、目標温度が居住空間の空気温度、すなわち室内機本体１の吸い込み温度と等しくなったかのチェックを行い、目標温度と等しくなったら人体情報による目標温度補正を行うためにステップＳ４０５へ、等しく無かったらステップＳ４０６に進む。
【００５９】
ステップＳ４０５では、人体素子を除くサーモパイル９の現温度の平均温度を算出し、ステップＳ４０７で吸い込み温度からこの平均温度の減算を行った後温度差バッファに格納してステップＳ４０８に進む。ここで人体素子を除くサーモパイル９の現温度の平均温度を算出するのは、人体がサーモパイルモジュール８に近づくとサーモパイル９の広域エリアを人体素子が占めることになるために人体素子を除く素子の平均としている。また、元々無人フラグがセットされているときは１６素子全ての温度の平均値処理を行うものである。
【００６０】
ステップＳ４０８では、Ｓ４０７で生成した温度差バッファをチェックし、空気温度と床壁面温度の差が大（例えば１０℃以上）であったときは、床壁面からの輻射温度により人体が寒く感じるために、ステップＳ４０９で目標温度維持かあるいは＋αの設定を行い人体にとって快適な温度設定にする。逆に温度差バッファが大で無いときは、輻射による影響が少ないためにステップＳ４１０で目標温度−αに目標温度を設定し、快適環境を保ちながら省エネ運転が実現できる。ステップＳ４０６では、目標温度と吸い込み温度が等しく無い情報を受け両者の温度比較を行う。吸い込み温度が大きいときは、ステップＳ４１２で目標温度を大きく下げ、目標温度に達していないときは目標温度を維持して目標値まで立ち上げる。この双方の動作によって目標温度を維持する。これらの目標温度設定（Ｓ４０９，Ｓ４１０，Ｓ４１２，Ｓ４１３）後、ステップＳ４１１で熱交換器２の能力を決定してリターンする。
【００６１】
本実施の形態では、人体の情報に加え床や壁面の表面温度を検出し、床や壁面からの輻射温度により人体が寒く感じると考えられるときは目標温度維持かあるいは＋αの設定を行い人体にとって快適な温度設定にする。一方、逆輻射による影響が少ないときは目標温度−αに目標温度を設定し、快適環境を保ちながら省エネ運転が実現できる。例えば、他の空調機器との組み合わせ運転として床面にホットカーペットを敷設運転している状況では目標温度に序々に低下させることができ、無駄な電力を使わず快適な空調環境を実現できる。
【００６２】
実施の形態３．
図１２は、本実施の形態における空気調和装置の動作を示したフローチャートであり、特に本実施の形態では運転モード設定「部屋中心」「人中心」「マニアル」を選択したときの風向・風量決定部２６の内容について説明する。なお、空気調和装置の基本的構成は実施の形態１と同様であるので説明は省略する。また、実施の形態１と同一または相当部分には同じ符号を付し説明を省略する。運転モード選択により「部屋中心」「人中心」「マニアル」のいずれかを選択した場合、前記人体検出情報と居住空間２９の床面及び壁面の輻射温度との情報によって選択モードに合わせた制御量を決定する。
【００６３】
次に、図１２に示した風向・風量決定部２６のフローチャートを参照して、本実施の形態における風向・風速決定部２６の動作について説明する。まず、ステップＳ５０１で人体素子を除く現温度の行方向（前後）の四行と列方向（左右）の四列の平均温度を算出する。次にステップＳ５０２で無人フラグをチェックし、無人であれば、ステップＳ５０３で風速を弱設定にしてステップＳ５０４に進み、有人であれば、ステップＳ５０５に進む。ステップＳ５０４では行方向四行の平均温度差を比較する。ここで、暖房時において温度差が大であれば、ステップＳ５０６で平均温度が低い行に上下ベーン６を向け、温度が低い行を集中的に暖めることによって部屋の温度を均一化させるという設定にする。また、温度差が少なければ、ステップＳ５０８で上下ベーン６を上下にスイングさせ部屋温度の均一性を保つ設定を行う。
【００６４】
ステップＳ５０７では、列方向四列の平均温度差を比較する。ここで、暖房時において温度差が大であれば、ステップＳ５０９で平均温度が低い列に左右ベーン７を向け、温度が低い列を集中的に暖めることによって部屋の温度を均一化させるという設定にする。また、温度差が少なければ、ステップＳ５１０で左右ベーン７を左右にスイングさせ部屋温度の均一性を保つ設定を行う。
【００６５】
一方、ステップＳ５０５では、有人の情報を受けて、まず風速を中設定にして、次のステップＳ５１１において運転モード設定をチェックする。「部屋中心」設定であれば、ステップＳ５０４に進み部屋の温度を均一化するベーン制御の設定を行う。「人中心」の設定であればステップＳ５１２により「人に風を当てる」選択か否かをチェックし、「当てる」設定であれば、ステップＳ５１３で上下・左右ベーン６，７を共に人体素子、すなわち人体存在方向に向けスイングするか、あるいは人体素子の最下行、すなわち人体の足元に向けて送風する設定を行う。また、「当てる」設定で無ければ上下・左右ベーン６，７を共に人体の周囲を囲む方向に送風する設定を行うことにより風を直接当てずに人体中心の空調を可能とする。また、ステップＳ５１１において「マニアル」設定の場合はステップＳ５１５でマニアル設定された風向・風速を設定する。各々設定後はリターンによりサブルーチンを抜ける。
【００６６】
以上のように、行及び列の平均値を比較して風向を制御することにより、例えば居住空間２９に存在する窓からの日射や開閉による温度変化、更には他の空調機器との併用運転による温度ムラの発生に対しても、行及び列方向の平均値により処理するため安定した値が得られると共に、上下・左右ベーン６，７の動作方向との同期がとれるため方向設定が簡便になる。これにより「人中心」あるいは「部屋中心」の最適な空調環境が実現できる。
【００６７】
実施の形態４．
図１３は本発明の実施の形態４に係る人体検知装置の制御ブロック図である。なお、人体検知装置の基本的構成は実施の形態１と同様であるので説明は省略する。また、実施の形態１と同一または相当部分には同じ符号を付し説明を省略する。
【００６８】
次に、図１３に示すブロック図を参照して、本実施の形態の人体検知装置の動作について説明する。
【００６９】
使用者は、外出時等に室内機本体１又はリモコンスイッチ等により「防犯ボタン」（図示せず）を押し、制御決定部２３の人体検出部２４のみを動作可能なモードを設定する。この人体検出部２４の出力は、防犯モードが設定されているときに人体素子発火を検出した際には、室内機本体１内に設けられた通信部３２に自動的に送信され、この信号は基地局３３を介して使用者の携帯型情報機器３４、例えば携帯電話等に通報する。携帯型情報機器３４では、通報と同時にＬＣＤ等の表示装置に人体検出部２４からの素子画像を映すことにより、使用者は不審者の侵入、あるいは火災発生等の確認が可能となる。
【００７０】
また、異常発生時において携帯型情報機器３４に信号を通報するのと同時に、家庭内のビデオ装置に通信部３２または電力線を介して信号を送り、人体検出部２４から得られる情報を自動録画するようにしてもよい。更に、別な用途として空気調和装置としての使用時に、通信部３２または電力線を介して家庭内のテレビ等の画面に表示することもできる。これにより、空調時の居住空間２９の温度分布及び人体検出の等が可視化でき、効率的な温度管理が可能となる。
【００７１】
【発明の効果】
本発明によれば、居住空間を複数領域に分けて各領域の温度を検出するマトリクス状に検出素子を配設したサーモパイル等の温度分布検出手段の検出素子の最上行は少なくとも水平面を含む領域を含んで、温度分布検出結果に基づいて居住空間に存在する人体存在の有無等を認識する人体検出手段を設けたことにより、室内機を壁面のある程度の高さに設置した場合においても、また室内機からの奥行距離が長い居住空間にあっても全ての領域から温度分布を検出することができ、床面、壁面の温度分布、及び人体の存在を必ず検出可能な配置を得ることができる。
【００７２】
また、省スペース、高速度な人体検出手段を設けたことによって、連続極値変化による差分値により移動人体を計測し、計時手段により人体の有無を確定できるため、居住空間に存在する他の発熱体や窓からの日射等の外乱に影響されない精度の高い人体の検出ができる。
【００７３】
また、正負の連続極値変化を取得する時系列の計測時間間隔を少なくとも二種類以上の異なる計測間隔で極値変化を検出するようにしたので、人体の歩行速度が異なる場合等に、計測間隔を複数用意することで、明確な領域移動の区別ができ、精度の高い人体とその位置の認識ができる。このため、人体移動速度に影響されない詳細な人体移動が計測できる。
【００７４】
また、省スペース、高速度な人体検出手段を設けたことによって、精度の高い人体検出情報と広い領域の居住環境の温度分布情報を用いて空気調和装置を制御できるため、快適環境を得られかつ効率的で省エネルギーを実現できる運転を行うことができる。
【００７５】
また、条件設定手段の設定条件と人体検出手段の認識結果と、マトリクス配置された複数検出素子により検出された平均温度を計算する平均温度算出手段の出力により制御量を決定するようにしたので、省スペース、高速度な人体検出手段によって人体の情報に加え床や壁面の表面温度を検出し、床や壁面からの輻射温度により人体への体感温度の影響を考慮して快適環境を保ちながら省エネ運転が実現できる。また、他の空調機器との組み合わせ運転として床面にホットカーペットを敷設運転している状況では目標温度に序々に低下させることができ、無駄な電力を使わず快適な空調環境を実現することができる。
【００７６】
また、人体検出手段の認識結果と、マトリクス配置された複数検出素子により検出された行方向と列方向の各々の平均温度を計算する行平均温度算出手段及び列平均温度算出手段の出力により制御量を決定するようにしたので、省スペース、高速度な人体検出手段によって行及び列の平均値を比較して風向を制御することにより、居住環境に存在する窓からの日射や開閉による温度変化、更には他の空調機器との併用運転による温度ムラの発生に対しても、行及び列方向の平均値により処理するため安定した値が得られる。更に、上下・左右ベーンの動作方向との同期がとれるため方向設定が簡便になる。これにより「人中心」あるいは「部屋中心」の最適な空調環境が実現できる。
【００７７】
また、携帯型情報機器と通信を可能とする通信手段を設けたことにより外出先からでも不審者の侵入、あるいは火災発生等の確認を行うことができる。また、異常発生時には家庭内のビデオ装置に自動録画したり、空気調和装置としての使用時に、家庭内のテレビ等の画面に表示することで、防犯、防火はもとより空調時の居住環境の温度分布及び人体検出等が可視化でき、効率的な温度管理をも実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施の形態１に係わる空気調和装置の斜視図である。
【図２】 図１に示した室内機の要部縦断面図である。
【図３】 この発明の実施の形態１に係わるサーモパイルユニットの拡大図である。
【図４】 この発明の実施の形態１に係わる空気調和装置の制御ブロック図である。
【図５】 この発明の実施の形態１に係わるサーモパイルユニットの居住空間の被検知領域を示した図である。
【図６】 この発明の実施の形態１に係わるサーモパイルユニットの居住空間の被検知領域を示した図である。
【図７】 この発明の実施の形態１に係わるサーモパイルユニットの各領域の差分温度データを示す図である。
【図８】 この発明の実施の形態１に係わる空気調和装置の全体動作を示したフローチャートである。
【図９】 この発明の実施の形態１に係わる人体検出部の動作を示したフローチャートである。
【図１０】 この発明の実施の形態１に係わる移動人体検出部の動作を示したフローチャートである。
【図１１】 この発明の実施の形態２に係わる温度決定部の動作を示したフローチャートである。
【図１２】 この発明の実施の形態３に係わる風向・風速決定部の動作を示したフローチャートである。
【図１３】 この発明の実施の形態４に係わる空気調和装置の制御ブロック図である。
【図１４】 従来の空気調和機の赤外線センサの構造を示す断面図である。
【符号の説明】
１ 室内機本体、２ 室内熱交換器、３ 送風ファン、４ 吸い込み口、５ 吹き出し口、６ 上下ベーン、７ 左右ベーン、８ サーモパイルモジュール、９，９Ａａ〜９Ｄｄ サーモパイル、１０ サーモパイルユニット、１１ 集光レンズ、１２ 被検知領域、１３ スキャン部、１４ 増幅部（第１の増幅手段）、１５ 基準温度素子、１６ 増幅部（第２の増幅手段）、１７ 差動増幅部、１８ 信号出力部、１９ マルチプレクサ、２０ Ａ／Ｄ変換部、２１ 温度データ変換部、２２ 記憶部、２３ 制御決定部、２４ 人体検出部、２５ 温度決定部、２６ 風向・風速決定部、２７ マイクロコンピューター、２８ ドライバー、２９ 居住空間、３０ 床置き型空調機、３１ 人体、３２ 通信部、３３ 基地局、３４ 携帯型情報機器。
【発明の属する技術分野】
この発明は、居住空間における人体の検知、この人体情報を用いて空調環境等を制御する人体検知装置及び空気調和装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、居住環境の人体検知を行い空気調和装置の吹き出し風の方向を自動的に制御を行なうものとしては、発光素子と受光板との組み合わせによる反射光の有無、焦電形センサや、サーモパイルを複数素子用いての赤外量の変化、またこれらの素子を駆動して居住空間を二次元的に走査して人体を検出し制御を行なうものが知られている。
【０００３】
しかし、発光素子と受光板を用いるものは、受光板を本体と別の位置に複数個設ける必要があり設置が煩雑であると共に、反射光を受光する光軸合わせが煩雑になり装置が大がかりになる割には人体の計測精度が非常に悪いものであった。他方、赤外線センサによる赤外量検知に関しては、本体に取り付けるのみで人体から発する赤外量あるいはその変化量により存在を検出可能な方法ではあるが、一つのセンサで集光エリアを狭めると複数のセンサが必要となり、集光エリアを広げると人体を含む他の部分との平均温度を検出するため、正確な人体の存在を認識する事ができなかった。またこの課題をなくすため複数個の赤外線センサを設ける方法もあるが、実用レベルではセンサ数が高々２〜３個程度でコスト高になる割には未だ計測精度が不十分であり、さらにセンサを二次元的に走査する方式も装置が大がかり、機械的寿命に難、コスト高等の理由により空気調和装置への搭載実用化に耐えられるものでは無かった。
【０００４】
かかる課題を解決するために、例えば、特許番号第２５１７０９８号に示された従来の空気調和機が提案されている。図１４は、この従来の空気調和機赤外線センサの構造を示す断面図である。図１４において、焦電薄膜１２１の両面に電極１２２，１２３を形成し、横方向の一列を構成する。これらの電極１２２，１２３は一画素に相当する部分が縦横二次元に配列される。焦電薄膜１２１の全面において、分極の方向は電極１２２から電極１２３の方向である。各々の列の一端の電極１２６から各列に相当する出力信号を読み出す。もう一端には電極１２７が設置されており、この二次元アレイセンサの前方で一画素の横幅に相当するスリット１２４を横方向に機械的に走査することによって各画素に赤外線を入射させる。
【０００５】
スリット１２４の移動に伴い、各画素に赤外線量が照射され、照射された赤外線量の積分値に比例した出力電圧が順次電極１２６から出力される。空調対象空間を空気調和機から見て前後左右１０２４の単位空間に分割し、各単位領域における熱源から、人体抽出温度を予め決定しておき、人体らしき物体の抽出を行うものである。これにより処理回路が一列あたり一つで済むため装置が小型になりかつ低コストになり、このセンサからの信号に応じて、吹き出し風の風向制御手段と、風量制御手段とにより、きめ細やかな快適空調空間を応答性良く、手軽に実現出来ることを提供している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような空気調和機の構成では、赤外線センサとして焦電型を使用しているために、チョッピング機能により得た微分変化量により検出するため走査機構は必須であり、特にスリット１２４による機械的走査機構はアレイセンサ長の略二倍長を必要としスペース効率が悪いと共に機械的な故障寿命も短い。また、センサ素子が細かくなる程その走査距離は細かくなり精密機構が必要となり高い精度が要求され、製作精度、コスト共に課題となる。さらにスリット１２４の走査速度によっても検出性能に大きく影響し、例えば移動人体に対しては充分高速な走査速度を有していないと正確な人体が計測できないという課題がある。従って、これらを考慮して機械的走査機構を設けることは、性能、寿命、コスト的に不適当であった。
【０００７】
本発明はかかる課題を解決するためになされたもので、複数の検出領域の最適集光領域を設定することにより、迅速かつ高精度、省スペース、低コストで移動人体、静止人体検出を可能とした人体検知装置を得ることを目的とする。
【０００８】
また、マトリクス状の複数検出領域の平均温度、行及び列毎の平均温度、さらに人体検出結果に基づいて、空気調和装置の能力、風向・風速等を最適に制御することにより、空調時の快適性を向上すると共に省エネルギーを実現する空気調和装置を得ることを目的とする。
【０００９】
更に、機械的走査手段を必要とせずに居住空間の温度分布を検出できる人体検知装置及び空気調和装置を得ることを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る人体検知装置は、居住空間を複数領域に分けて各領域の温度を同時に検出するために各領域に対応させて検出素子をマトリクス状に配設した温度分布検出手段と、前記温度分布検出手段により検出された前記領域数分の温度データを前記分割された領域の内の所定領域に関連づけて逐一記憶する記憶手段と、前記マトリクス配設された検出素子の最上行は少なくとも水平面を含む領域を含み、前記記憶手段に記憶された前記居住空間の温度分布検出結果に基づいて前記居住空間に存在する人体存在の有無等を認識する人体検出手段とを備えたものである。
【００１１】
また、前記人体検出手段は、マトリクス状に配置された複数の検出素子の時系列における正負の連続極値変化から人体の移動を検出する移動人体検出部を有し、前記移動人体検出部の出力と計時手段により居住空間内の静止人体及び居住空間内に人が存在しないことを確定したものである。
【００１２】
更に、前記正負の連続極値変化を取得する時系列の計測時間間隔は少なくとも二種類以上の異なる計測間隔で極値変化を検出したものである。
【００１３】
また、本発明に係る空気調和装置は、温冷の能力温度を生成する能力生成手段と、前記能力生成手段に送風し温風または冷風に強弱を以て本体外送風する送風手段と、温風または冷風の風向き及び風速を変更する風向手段と、運転条件を入力する条件設定手段とを本体内に備えた空気調和装置において、本体前面に居住空間を複数領域に分けて各領域の温度を同時に検出するために各領域に対応させて検出素子をマトリクス状に配設した温度分布検出手段と、前記温度分布検出手段により検出された前記領域数分の温度データを前記分割された領域の内の所定領域に関連づけて逐一記憶する記憶手段と、前記マトリクス配設された検出素子の最上行は少なくとも水平面を含む領域を含み、前記記憶手段に記憶された前記居住空間の温度分布検出結果に基づいて前記居住空間に存在する人体存在の有無等を認識する人体検出手段と、前記温度分布検出結果に基づいて前記能力生成手段又は前記送風手段の少なくともいずれか一方の制御量を決定する温度決定手段と、前記温度分布検出結果に基づいて前記風向手段の制御量を決定する風向・風速決定手段とを設けたものである。
【００１４】
また、前記温度決定手段は、前記条件設定手段の設定条件と、前記人体検出手段の認識結果と、前記マトリクス配置された複数検出素子により検出された平均温度を計算する平均温度算出手段の出力により制御量を決定するものである。
【００１５】
また、前記風向・風速決定手段は、前記人体検出手段の認識結果と、前記マトリクス配置された複数検出素子により検出された行方向と列方向の各々の平均温度を計算する行平均温度算出手段及び列平均温度算出手段の各出力により制御量を決定するものである。
【００１６】
また、前記検出素子は、サーモパイルとしたものである。
【００１７】
他の発明に係る人体検知装置は、居住空間を複数領域に分けて各領域の温度を同時に検出するために各領域に対応させて検出素子をマトリクス状に配設した温度分布検出手段と、前記温度分布検出手段により検出された前記領域数分の温度データを前記分割された領域の内の所定領域に関連づけて逐一記憶する記憶手段と、前記マトリクス配置された検出素子の最上行は少なくとも水平面を含む領域を含み、前記記憶手段に記憶された前記居住空間の温度分布検出結果に基づいて前記居住空間に存在する人体存在の有無等を認識する人体検出手段と、携帯型情報機器と通信を可能とする通信手段とを備えたものである。
【００１８】
また、前記検出素子は、サーモパイルとしたものである。
【００１９】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は、本発明に係る空気調和装置の一実施の形態としてのセパレート型ルームエアコンの室内機を示す概略図、図２は図１に示した室内機の要部縦断面図である。図３はサーモパイルユニットの拡大図、図４はこの空気調和装置の制御ブロック図、図５は室内機を居住空間に設置した時のサーモパイルユニットの被検知領域を示す側面図及び上面図、図６は床置き型の空気調和装置を居住空間に設置したときのサーモパイルユニットの被検知領域を示す側面図及び上面図である。
【００２０】
図１又は図２には、ルームエアコンの室内機本体１の内部に配置された室内熱交換器２、室内熱交換器２の下流側に配置された送風ファン３、室内機本体１の前面に配置された吸い込み口４、送風ファン３駆動時に吸い込み口４、室内熱交換器２を通過した空気を室内に送風する吹き出し口５が示されている。更に、吹き出し口５に配置され、吹き出し風の上下方向の吹き出し方向を決定する上下ベーン６と、同じく吹き出し風の左右方向の吹き出し方向を決定する左右ベーン７とは、共に駆動用モータ（図示せず）によって制御される。なお、空気調和装置の室外機や、冷凍サイクル等の本発明の要旨に直接関連しない部分については図示及び説明を省略する。
【００２１】
サーモパイルモジュール８は、室内機本体１が設置された居住空間である室内の温度分布を検出する温度分布検出手段である。このサーモパイルモジュール８は、後に詳述する４×４のマトリクス状に構成され、室内機本体１の前面に集光レンズが略斜め下向きになるように配置され、マトリクス状に配置された検出素子群の最上行の集光エリアは水平面を含む領域を含むように配置されている。
【００２２】
図３には、１６素子のサーモパイル９Ａａ〜９Ｄｄが４×４のマトリクス状に配列されるサーモパイルユニット１０が示されている。なお、サーモパイル９Ａａ〜９Ｄｄのうち任意のサーモパイルを表すときは、「サーモパイル９」と記述する。最初のアルファベットの大文字Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄが１行目からの順番を示し、次のアルファベットの小文字ａ，ｂ，ｃ，ｄが１列目からの順番を示している。本実施の形態におけるサーモパイル９Ａａ〜９Ｄｄは、４行４列のマトリクス状に配置されている。
【００２３】
図４において、集光レンズ１１は、サーモパイルユニット１０の前方に配置され、サーモパイルモジュール８の被検知領域１２から放射される赤外線をサーモパイルユニット１０に集光させる。スキャン部１３は、サーモパイル９からの出力信号を後述するアドレス信号によって選択する。増幅部１４は、スキャン部１３で選択された出力信号を所定レベルまで増幅する第１の増幅手段である。基準温度素子１５は、サーモパイル９の冷接点に近接して配置されるサーミスタ等からなる接触型の素子である。増幅部１６は、基準温度素子１５からの出力信号を所定レベルまで増幅する第２の増幅手段である。差動増幅部１７は、増幅部１４で増幅された出力信号と増幅部１６で増幅された出力信号とを入力として比較増幅する。サーモパイルモジュール８は、上記のサーモパイルユニット１０とスキャン部１３と増幅部１４，１６と基準温度素子１５と差動増幅部１７とをキャンパッケージ等で包み、このパッケージの表面に集光レンズ１１を配置して構成されている。
【００２４】
図４には、更に以下の構成要素を内蔵したマイクロコンピューター（以下「マイコン」という。）２７が示されている。すなわち、信号出力部１８は、所定のタイミングでスキャン部１３にサーモパイル９Ａａ〜９Ｄｄまでのアドレス信号を出力する。マルチプレクサ１９は、サーモパイルモジュール８の差動増幅部１７からの出力信号を受け取り、サーモパイル９Ａａ〜９Ｄｄの選択・切替を行なう。Ａ／Ｄ変換部２０は、マルチプレクサ１９からの電圧出力をデジタル信号に変換する。温度データ変換部２１は、Ａ／Ｄ変換部２０のデジタル信号出力を温度データに変換する。記憶部２２は、温度データ変換部２１から出力される温度データを記憶する記憶手段であり、サーモパイルユニット１０の１６素子に対応する記憶バッファーを有している。
【００２５】
更に、マイコン２７には、信号出力部１８と記憶部２２からの出力信号を受け取り、その目的に応じて演算処理を行ない、室内熱交換器２や送風ファン３の能力の制御量を決定する制御決定部２３が内蔵されている。この制御決定部２３には、人体検出部２４、温度決定部２５、及び風向・風速決定部２６が内設されている。このマイコン２７には、制御決定部２３の出力結果によって、熱交換器２の処理能力制御、送風ファン３の回転数制御、上下ベーン６と左右ベーン７とを可動させるモータ（図示せず）の制御を行なうドライバー２８が接続されている。
【００２６】
図５及び図６には、空気調和装置としての室内機本体１、あるいは床置き型空調機３０が取り付けられた居住空間２９と、居住空間内に存在する人体３１が示されている。図５及び図６から明らかなように、サーモパイル９の最上行９Ａの検知領域が水平面Ｚを含む位置に配置されている。
【００２７】
次に、図１乃至図６を参照して空気調和装置の動作について説明する。なお、以降の説明において空気調和装置としての室内機本体１及び床置き型空調機３０を総称するときには空気調和装置と呼ぶことにする。
【００２８】
電源スイッチ（図示せず）をＯＮすると、冷凍サイクルが動作して室内熱交換器２が加熱または冷却され、送風ファン３が回転駆動されることによって、吸い込み口４より吸引された居住空間２９内の空気は、熱交換器２によって熱交換され吹き出し口５から温風または冷風として再び居住空間２９に吐き出される。この時上下ベーン６、左右ベーン７によって温風または冷風の吹き出し方向が決定される。
【００２９】
一方、サーモパイルモジュール８、マイコン２７にも通電されるため、被検知領域である居住空間２９から放射された赤外線が集光レンズ１１で集光されてサーモパイルユニット１０に受光される。サーモパイルユニット１０のサーモパイル９は受光によって温度変化し、熱電対の温接点と冷接点に発生した温度差を電圧に変換して出力する。
【００３０】
このとき、信号出力部１８から出力される出力信号によりスキャン部１３は、サーモパイルユニット１０の出力電圧のうちの１つ、例えばサーモパイル９Ａａからの出力電圧を選択して、増幅部１４へ選択した電圧を出力する。一方、サーモパイルユニット１０の冷接点付近に配置された基準温度素子１５は、周囲温度すなわち絶対温度を検出し、増幅部１６へ電圧を出力する。これらの各増幅部１４，１６で増幅された出力電圧は、差動増幅部１７で比較・増幅されるため、周囲温度が変化しても被検知領域１２の温度を電圧値として正確に検出することができる。
【００３１】
この差動増幅部１７で比較・増幅された電圧は、マイコン２７に内蔵されるＡ／Ｄ変換部２０に入力されてデジタル信号となり、このデジタル信号が温度データ変換部２１によって、温度データに変換されてサーモパイル９Ａａの温度データとして記憶部２２に記憶される。以上の動作をサーモパイル９Ａａからサーモパイル９Ｄｄまで順番に１６回行なうことで、全てのサーモパイル９の温度データを記憶部２２に記憶させることができる。なお、この記憶部２２を複数設けることによって、時系列毎のサーモパイル９の温度データをそれぞれ記憶させておくことも可能となる。この記憶部２２に記憶された温度データと信号出力部１８からのアドレス信号データを受け取って、制御決定部２３は演算処理を行なう。
【００３２】
以下に、その動作と演算処理について図５乃至図１０を用いて説明する。図５には、室内機本体１を居住空間２９に設置したときにサーモパイルユニット１０の被検知領域１２の中に一人の人体が存在している例を示す図である。ここで、図５（ａ）はサーモパイルモジュール８の行群の被検知領域を示した側面図、同図（ｂ）はサーモパイルモジュール８の列群の被検知領域を示した上面図、同図（ｃ）はサーモパイルモジュール８から見た奥側壁面の被検知領域を示した背面図である。図６は、床置き型空調機３０を居住空間２９に設置したときにサーモパイルユニット１０の被検知領域１２の中に一人の人体が存在している例を示す図である。ここで、図６（ａ）はサーモパイルモジュール８の行群の被検知領域を示した側面図、同図（ｂ）はサーモパイルモジュール８の列群の被検知領域を示した上面図である。図６から明らかなように、サーモパイル９の最上行９Ａの検知領域が居住空間２９に対し水平面Ｚを含む位置に配置され、図５では最上行９Ａは水平面を含んで下向きに、図６では最上行９Ａは水平面を含んで下向きに配置されている。
【００３３】
サーモパイル９の最上行９Ａの検知領域を居住空間２９に対し水平面Ｚを含む位置に配置すると、まず図５に示すように室内機１を壁面のある程度の高さに設置した場合においても、また室内機１からの奥行距離が長い居住空間２９にあっても全ての領域から温度分布を検出することが可能であり、その居住空間２９に存在する人体３１の存在も可能となる。図６に示すような床置き型空調機３０のような床から低い位置に設置された場合でも同様に、床面、壁面、及び人体３１の存在を必ず検出可能な配置となる。
【００３４】
また、図７には、図５において人体３１が矢印の方向に歩行したときの、サーモパイルモジュール８の１６素子のサーモパイル９が検出する温度データの時系列的推移を示している。ここで、「計測時間１」とは１６素子のサーモパイル９が検出する所定時間であっても良いし、記憶部２２に記憶された時系列データを読みに行く所定時間であっても良く、例えば１秒設定であれば（ｔ１）、（ｔ２）とは１秒，２秒，３秒…という時系列間隔のデータを取り扱う。また「計測時間２」とは計測時間１の整数倍の値を持ち、例えばｎ＝２であれば、（ｔ１×ｎ）（ｔ２×ｎ）とは２秒，４秒，６秒…という長い時系列間隔のデータを取り扱う。
【００３５】
また、図７において、「計測時間毎の差分温度」とは１６素子のサーモパイル９が検出する温度データの時系列的推移を計測時間毎の差分温度を示し、この差分が所定以上ある素子については人体の移動が発生したと判断する（この素子を以下「発火素子」と定義する。）ことによって行なう。更に、「発火素子以外の平均温度との差分温度」とは、一つの素子エリアから人体が移動または移動中に発生するマイナス差分データを補正する手段であり、差分はマイナスでもまだ人体が存在する場合は発火素子を除く他の素子の平均温度との比較（差分）によってプラス素子、すなわち人体が存在することが認識できる。
【００３６】
すなわち、計測時間１処理時における計測時間毎の差分温度で説明すると、時刻ｔ１ではサーモパイルモジュール８のサーモパイル９Ｂｄ，９Ｃｄ領域に人体が侵入するために、周囲温度２０℃としたとき人体侵入により絶対温度２５℃と２４℃を計測し、差分の計算により＋５℃と＋４℃のプラス発火素子となる。次に、時刻ｔ２ではサーモパイル９Ｂｄ，９Ｃｄ領域から人体が約半分抜けるため２５℃から２２℃への変化と２４℃から２２℃への変化により―３℃と―２℃のマイナス発火素子となる。一方、サーモパイル９Ｂｃ，９Ｃｃ領域に人体が約半分入るため同様に＋３℃と＋２℃のプラス発火素子となり、この時系列の差分データにより発火素子が変化し、この発火素子によって人体の移動を認識できる。
【００３７】
しかしながら、時刻ｔ１においてはサーモパイル９Ｂｄ，９Ｃｄがマイナス発火のため人体が全て抜けたのか、あるいは残っているかの判断がつかない。従って、発火素子以外の平均温度との差分、すなわち発火素子であるサーモパイル９Ｂｄ，９Ｃｄ，９Ｂｃ，９Ｃｃ以外の素子の温度平均値を計算してサーモパイル９Ｂｄ，９Ｃｄ温度との差分を計算する。平均温度が２０℃であると仮定すると、サーモパイル９Ｂｄ，９Ｃｄは２２℃、２２℃であるため、差分は＋２℃、＋２℃と計算され人体の存在を認識することができる。
【００３８】
同様にして、計測時間２においても人体を認識することが可能であり、人体の歩行速度が非常に遅い場合には計測間隔を長くすることで明確な領域移動の区別が可能となる。つまり、各々の計測時間で差分の発火素子をチェックすることにより精度の高い人体とその位置の認識が可能となる。本実施の形態では、二種類の計測時間によって説明したが、複数種類用意することによってさらに人体移動速度に影響されない詳細な人体移動が計測できることは言うまでもない。更に、当然のことながら居住空間２９の平面的（２次元）な温度分布を得ることができる。
【００３９】
次に、図８乃至図１０に示したフローチャートを参照して、本実施の形態の空気調和装置の動作について説明する。まず最初に、図８に示した全体フローから説明する。
【００４０】
使用者は、本体スイッチ或いはリモコンスイッチ（図示せず）等を操作して、運転スタートボタン及び空調モード選択ボタンを押す（ステップＳ１０１）。空調モード選択とは、例えば「人中心空調」、「部屋中心空調」及び温度、風速、風向各々固定の「マニアル」の選択であり、本実施例では「人中心空調」を選択した時の状態を説明する。運転スタートボタンが押されると、熱交換器２及び送風ファン３が駆動すると共に上下ベーン６が開口される（ステップＳ１０２）。また、室内機本体１の前面に配置されたサーモパイルモジュール８及びマイコン２７も動作し、サーモパイル９Ａａ〜９Ｄｄによって、居住空間４×４＝１６領域の温度を検出する（ステップＳ１０３）。なお、ステップＳ１０３は、差分１計測時間毎（例えば１秒）に繰り返される。また、差分１計測時間は、検出時間を短くして複数データを採取しその平均値を読みとる時間であっても良い。ここで重要なのはサーモパイルモジュール８のような電気的なスキャン構成を用いることにより、１６領域の温度を例えばミリ秒オーダレベルの高速性を持って計測できるため人体の移動速度に影響されないことである。
【００４１】
この１６領域の温度が記憶部２２に記憶されると、１６個の温度データを現在の温度を表す「現温度バッファ」に登録し（ステップＳ１０４）、次にこの「現温度バッファ」から１秒前の温度分布を表す「前温度バッファ」の値を引き算することにより、１秒前温度からの温度差（偏差）が算出され、その答えを「差分１バッファ」に記憶する（ステップＳ１０５）。なお、初回の温度計測時においては「前温度バッファ」の値がゼロのために、このゼロを認識して初回のみこの差分１計算をパスする。続いて差分２の算出時間かどうかをチェックする（ステップＳ１０６）。この差分２算出時間とは、差分１計測時間の整数倍の時間が設定される。例えば、２倍の時間が設定されたとすると、ステップＳ１０６の判断において２秒間隔でＹＥＳとなるのでステップＳ１０７に進む。ＮＯの場合、ステップＳ１０７とＳ１０８をパスしてステップＳ１０９に進む。
【００４２】
ステップＳ１０７では、２秒間隔に計測される１６個の温度データを現在の温度を表す「現温度２バッファ」に登録する。次にこの「現温度２バッファ」から２秒前の温度分布を表す「前温度２バッファ」の値を引き算することにより、２秒前温度からの温度差（偏差）が算出され、その答えを「差分２バッファ」に記憶する（ステップＳ１０８）。なお、２初回の温度計測時から２秒未満の時間においては「前温度２バッファ」の値がゼロのために、このゼロを認識して初回のみこの差分２計算をパスする。
【００４３】
上記処理で生成された「差分１バッファ」と「差分２バッファ」の値及び「現温度」等の値を持って、制御決定部２３である人体検出部２４のサブルーチン処理（ステップＳ１０９）、温度決定部２５のサブルーチン処理（ステップＳ１１０）、風向・風速決定部２６のサブルーチン処理（ステップＳ１１１）をそれぞれ実行する。なお、各処理の詳細については後述する。この後、運転停止ボタン等による停止信号の有無をチェックし（ステップＳ１１２）、停止信号が無ければ、制御決定部２３により決定された制御量に基づき、ドライバー２８を介して、熱交換器２、送風ファン３、上下ベーン６、左右ベーン７を動作させる。また、停止信号があればドライバー２８を介して、熱交換器２、送風ファン３動作を停止し、上下ベーン６、左右ベーン７を所定位置に戻して停止させる。
【００４４】
運転モード選択により「人中心空調」を選択した場合の制御決定部２３による制御量とは、ここでは人体検出部２４からの出力により決定し、例えば人体が居住空間２９から居なくなれば、熱交換器２、送風ファン３、上下ベーン６、左右ベーン７を停止したり、移動人体の動作量や静止状態によって熱交換器２の能力を最適化したり、また人体に向けての送風方向を決定したり等の省エネ及び人体に対しての最適空調環境が実現できる。
【００４５】
次に、ステップＳ１０９における人体検出部２４のサブルーチン処理の詳細について図９に示したフローチャートに基づき説明する。
【００４６】
まず、上記処理で生成した「差分１バッファ」値の発火有無、すなわち±所定閾値を越えた値かどうかをチェックする（ステップＳ２０１）。図７においてサーモパイル９Ｂｄ及び９Ｃｄ素子またはサーモパイル９Ｂｃ及び９Ｃｃ素子がこれに相当する。発火素子であれば、人体移動有りと認識して人体静止タイマに「０」を入れリセットする（ステップＳ２０２）。発火していなければ、ステップＳ２０３に進む。ステップＳ２０４では差分１において移動人体有りの情報を受け取り、図１０を用いて詳述する第１の移動人体検出部のサブルーチン処理により詳細な移動人体の検出を行い、ステップＳ２０５に進む。
【００４７】
ステップＳ２０３では、差分１で発火無しの情報を受け、上記処理により生成した「差分２バッファ」値の発火有無、すなわち±所定閾値を越えた値かどうかを再度チェックし、発火素子であれば、人体移動有りと認識して人体静止タイマに「０」を入れリセットする（ステップＳ２０７）。発火してなければ、ステップＳ２０８に進む。ステップＳ２０９では差分２に於いて移動人体有りの情報を受け取り、図１０を用いて詳述する第２の移動人体検出部のサブルーチン処理により詳細な移動人体の検出を行い、ステップＳ２０５に進む。ステップＳ２０５では、第１及び第２の移動人体検出部のサブルーチン処理により出力される詳細な人体情報を確定し、ステップＳ２０６で有人であることを確定するために無人フラグに０を入れてリターンする。
【００４８】
ステップＳ２０８では差分１、差分２に発火素子無しの情報を受け、現在ステップＳ２０５で確定した人体素子の有無をチェックする。例えば、人体移動が無くても静止人体が存在するときはステップＳ２１０に進み、移動人体及び静止人体とも無いときはステップＳ２１１に進む。ステップＳ２１０では人体静止タイマをインクリメントし、次のステップＳ２１２で無人体タイマをゼロキャンセルし、次のステップＳ２１３で人体静止タイマの値が所定値Ｔ１を越えるか否かをチェックする。ここで、所定値Ｔ１を越える場合は人体静止素子を確定する。この所定値Ｔ１とは分オーダのタイマが好適であり、例えば１分程度に設定すると人体が１分間停止している場合に人体素子が人体静止素子に確定される。所定値Ｔ１を越えない場合はステップＳ２１４をパスしてステップＳ２１５に進む。
【００４９】
ステップＳ２１５では前記人体静止タイマの値が所定値Ｔ２を越えるか否かをチェックし、所定値Ｔ２を越える場合、人体素子及び人体静止素子をクリアし（ステップＳ２１６）、ステップＳ２０６に戻る。越えない場合はステップＳ２１６をパスしてステップＳ２０６に戻る。ステップＳ２１５の所定値Ｔ２とは、時間オーダのタイマが好適であり、例えば１時間程度に設定すると人体が１時間停止している場合に人体素子及び人体静止素子をクリアする。ここでの目的は人体が時間オーダーで動かない場合、また時間オーダで人体移動が無い場合であり、例えば日の射し込みによる床面温度上昇等の外乱により検知領域から抜けてしまった人体を検出できなかったか、あるいは人体が寝てしまって動かない状況と判断し、一度人体素子及び人体静止素子メモリをリフレッシュすることにより移動人体検出の精度を向上することを目的としている。
【００５０】
ステップＳ２１１では、移動人体情報が無く更に人体素子も無い場合のルーチンであるため、領域内に人体が存在していない時間をカウントするために無人体タイマをインクリメントする。次のステップＳ２１７では、無人体タイマの値が所定値Ｔ３を越えるか否かをチェックし、所定値Ｔ３を越える場合は無人フラグに１をセットして無人であることを確定する（ステップＳ２１８）。この所定値Ｔ３とは、数十分オーダのタイマが好適であり、例えば１０分程度に設定すると移動人体及び静止人体が１０分間以上検出されない場合に無人状態に確定され、次のステップＳ２１９において人体素子及び静止人体素子をクリアしてリターンによりサブルーチンを終了する。無人体タイマの値が所定値Ｔ３を越えていない場合、ステップＳ２１８とＳ２１９をパスしてサブルーチンを終了する。
【００５１】
次に、図９に示した移動人体検出部のサブルーチン（Ｓ２０４，Ｓ２０７）について、図１０に示したフローチャートに基づき説明する。なお、第１及び第２の移動人体検出部のサブルーチン処理は、細部のフラグ関係を除いて略同等であるため、説明は一つにまとめる。
【００５２】
まず、人体移動の発火素子有りの情報を受けて、その発火素子の極性をチェックする。ステップＳ３０１はプラス極性のチェックで、全てがマイナスでなければマイナスのチェックを行い（ステップＳ３０２）、そうでなければマイナスのみの発火素子発生と認識してステップＳ３０３に進む。ステップＳ３０２におけるマイナスチェックで、全てプラスでなければプラス・マイナス両極の発火素子発生と認識してステップＳ３０４に進み、そうでなければプラスのみの発火素子発生と認識してステップＳ３０５に進む。
【００５３】
ステップＳ３０４は両極発火素子発生の情報を受けて、その極性の異なる発火素子が周囲素子かどうかのチェックを行う。例えば図７に示す計測時間１の例ではサーモパイルｄ列とｃ列とは隣接した周囲素子であり、また計測時間２の例でもサーモパイルｃ列とｂ列がマイナス、ａ列がプラスの周囲素子の変化であるため正規データとしてステップＳ３０６に進む。ここで例えばａ列とｄ列、またＡ行とＤ行のような離れた場所での両極変化の場合ノイズ成分、あるいは複数人体の同時移動としてこの後処理を施さずにリターンする。このような複数人体移動の可能性があっても、連続した計測時間での計測を行うことにより一人の移動人体は確実に検出可能となる。
【００５４】
ステップＳ３０６では図７で説明したようにマイナス発火素子に人体が残っているかどうかの処理として、発火素子以外の素子の平均温度との差分を計算し、例えば図７の下段に示す計測時間１の例ではマイナス発火素子であるサーモパイルＢｄ，Ｃｄが他の平均温度より高いため人体が残って居ると判断して、ステップＳ３０８でこのマイナス発火素子とプラス発火素子Ｂｃ，Ｃｃを記憶し、ステップＳ３０９で人体が存在する事を意味する人体素子に記憶した発火素子に更新（追加・削除含む）してリターンする。また、計測時間２の例ではマイナス発火素子であるサーモパイルＢｃ，Ｃｃ，Ｂｂ，Ｃｂが他の平均温度と差が無いため人体が抜けたと判断して、ステップＳ３０５でプラス発火素子であるサーモパイルＢａ，Ｃａのみ記憶し、ステップＳ３０９で発火素子を更新する。
【００５５】
ステップＳ３１０では、マイナス発火素子のみの情報を受け、このマイナス素子が前回まで人体素子であったかどうかをチェックする。すなわち、従来人体が存在していた素子がマイナス発火したのであれば、ステップＳ３１０でステップＳ３０６と同様のマイナス素子処理を行い、ステップＳ３１１で差分温度がプラスであれば、ステップＳ３１２でマイナス発火素子を記憶し、ステップＳ３０９に進む。ここの処理は、ａ列に存在していた人体が例えば半分程度領域外に出たときにこの処理によって検出可能となる。ステップＳ３１１で差分温度がプラスで無ければ、ステップＳ３１３で従来の人体発火素子をリセットしてステップＳ３０９に進む。また、ステップＳ３０３でマイナス発火素子が従来人体素子で無かった場合、外乱として処理無しでリターンされる。
【００５６】
以上のように、本実施の形態では、冷却が不要等の取り扱い性や電気機器へ応用できるコスト性を考慮して熱型の赤外線センサであるサーモパイルを用いた場合を例にして説明しているが、複数素子の検出時間が高速のものであれば他の赤外線センサ、例えばイメージセンサを用いてもよい。また、素子数として４×４マトリクスの１６素子を用いたが、マトリクス数及び全素子数ともこの数に限るわけではないが、行方向は４行以上で全素子数は１６素子以上が望ましい。更に、差分の計測時間を二種類設けて説明したが更に多くてもよい。
【００５７】
実施の形態２．
図１１は、本実施の形態における空気調和装置の動作を示したフローチャートであり、特に本実施の形態では「部屋中心空調」を選択した時の温度決定部２５の内容について説明する。なお、空気調和装置の基本的構成は実施の形態１と同様であるので説明は省略する。また、実施の形態１と同一または相当部分には同じ符号を付し説明を省略する。運転モード選択により「人中心空調」を選択した場合、前記人体検出情報と居住空間２９の床面及び壁面の輻射温度との情報によって制御量を決定する。
【００５８】
次に、図１１に示す温度決定部２５のフローチャートを参照して、本実施の形態における温度決定部２５の動作について説明する。まず、ステップＳ４０１で人体検出部２４の出力である無人フラグのチェックを行い、無人フラグが１で有れば、人体無しと判断して目標温度を最小にセットし（ステップＳ４０２）、ステップＳ４０４に進む。無人フラグが０であれば、人体有りのため温度目標を設定温度にセットし（ステップＳ４０３）、ステップＳ４０４に進む。ステップＳ４０４では、目標温度が居住空間の空気温度、すなわち室内機本体１の吸い込み温度と等しくなったかのチェックを行い、目標温度と等しくなったら人体情報による目標温度補正を行うためにステップＳ４０５へ、等しく無かったらステップＳ４０６に進む。
【００５９】
ステップＳ４０５では、人体素子を除くサーモパイル９の現温度の平均温度を算出し、ステップＳ４０７で吸い込み温度からこの平均温度の減算を行った後温度差バッファに格納してステップＳ４０８に進む。ここで人体素子を除くサーモパイル９の現温度の平均温度を算出するのは、人体がサーモパイルモジュール８に近づくとサーモパイル９の広域エリアを人体素子が占めることになるために人体素子を除く素子の平均としている。また、元々無人フラグがセットされているときは１６素子全ての温度の平均値処理を行うものである。
【００６０】
ステップＳ４０８では、Ｓ４０７で生成した温度差バッファをチェックし、空気温度と床壁面温度の差が大（例えば１０℃以上）であったときは、床壁面からの輻射温度により人体が寒く感じるために、ステップＳ４０９で目標温度維持かあるいは＋αの設定を行い人体にとって快適な温度設定にする。逆に温度差バッファが大で無いときは、輻射による影響が少ないためにステップＳ４１０で目標温度−αに目標温度を設定し、快適環境を保ちながら省エネ運転が実現できる。ステップＳ４０６では、目標温度と吸い込み温度が等しく無い情報を受け両者の温度比較を行う。吸い込み温度が大きいときは、ステップＳ４１２で目標温度を大きく下げ、目標温度に達していないときは目標温度を維持して目標値まで立ち上げる。この双方の動作によって目標温度を維持する。これらの目標温度設定（Ｓ４０９，Ｓ４１０，Ｓ４１２，Ｓ４１３）後、ステップＳ４１１で熱交換器２の能力を決定してリターンする。
【００６１】
本実施の形態では、人体の情報に加え床や壁面の表面温度を検出し、床や壁面からの輻射温度により人体が寒く感じると考えられるときは目標温度維持かあるいは＋αの設定を行い人体にとって快適な温度設定にする。一方、逆輻射による影響が少ないときは目標温度−αに目標温度を設定し、快適環境を保ちながら省エネ運転が実現できる。例えば、他の空調機器との組み合わせ運転として床面にホットカーペットを敷設運転している状況では目標温度に序々に低下させることができ、無駄な電力を使わず快適な空調環境を実現できる。
【００６２】
実施の形態３．
図１２は、本実施の形態における空気調和装置の動作を示したフローチャートであり、特に本実施の形態では運転モード設定「部屋中心」「人中心」「マニアル」を選択したときの風向・風量決定部２６の内容について説明する。なお、空気調和装置の基本的構成は実施の形態１と同様であるので説明は省略する。また、実施の形態１と同一または相当部分には同じ符号を付し説明を省略する。運転モード選択により「部屋中心」「人中心」「マニアル」のいずれかを選択した場合、前記人体検出情報と居住空間２９の床面及び壁面の輻射温度との情報によって選択モードに合わせた制御量を決定する。
【００６３】
次に、図１２に示した風向・風量決定部２６のフローチャートを参照して、本実施の形態における風向・風速決定部２６の動作について説明する。まず、ステップＳ５０１で人体素子を除く現温度の行方向（前後）の四行と列方向（左右）の四列の平均温度を算出する。次にステップＳ５０２で無人フラグをチェックし、無人であれば、ステップＳ５０３で風速を弱設定にしてステップＳ５０４に進み、有人であれば、ステップＳ５０５に進む。ステップＳ５０４では行方向四行の平均温度差を比較する。ここで、暖房時において温度差が大であれば、ステップＳ５０６で平均温度が低い行に上下ベーン６を向け、温度が低い行を集中的に暖めることによって部屋の温度を均一化させるという設定にする。また、温度差が少なければ、ステップＳ５０８で上下ベーン６を上下にスイングさせ部屋温度の均一性を保つ設定を行う。
【００６４】
ステップＳ５０７では、列方向四列の平均温度差を比較する。ここで、暖房時において温度差が大であれば、ステップＳ５０９で平均温度が低い列に左右ベーン７を向け、温度が低い列を集中的に暖めることによって部屋の温度を均一化させるという設定にする。また、温度差が少なければ、ステップＳ５１０で左右ベーン７を左右にスイングさせ部屋温度の均一性を保つ設定を行う。
【００６５】
一方、ステップＳ５０５では、有人の情報を受けて、まず風速を中設定にして、次のステップＳ５１１において運転モード設定をチェックする。「部屋中心」設定であれば、ステップＳ５０４に進み部屋の温度を均一化するベーン制御の設定を行う。「人中心」の設定であればステップＳ５１２により「人に風を当てる」選択か否かをチェックし、「当てる」設定であれば、ステップＳ５１３で上下・左右ベーン６，７を共に人体素子、すなわち人体存在方向に向けスイングするか、あるいは人体素子の最下行、すなわち人体の足元に向けて送風する設定を行う。また、「当てる」設定で無ければ上下・左右ベーン６，７を共に人体の周囲を囲む方向に送風する設定を行うことにより風を直接当てずに人体中心の空調を可能とする。また、ステップＳ５１１において「マニアル」設定の場合はステップＳ５１５でマニアル設定された風向・風速を設定する。各々設定後はリターンによりサブルーチンを抜ける。
【００６６】
以上のように、行及び列の平均値を比較して風向を制御することにより、例えば居住空間２９に存在する窓からの日射や開閉による温度変化、更には他の空調機器との併用運転による温度ムラの発生に対しても、行及び列方向の平均値により処理するため安定した値が得られると共に、上下・左右ベーン６，７の動作方向との同期がとれるため方向設定が簡便になる。これにより「人中心」あるいは「部屋中心」の最適な空調環境が実現できる。
【００６７】
実施の形態４．
図１３は本発明の実施の形態４に係る人体検知装置の制御ブロック図である。なお、人体検知装置の基本的構成は実施の形態１と同様であるので説明は省略する。また、実施の形態１と同一または相当部分には同じ符号を付し説明を省略する。
【００６８】
次に、図１３に示すブロック図を参照して、本実施の形態の人体検知装置の動作について説明する。
【００６９】
使用者は、外出時等に室内機本体１又はリモコンスイッチ等により「防犯ボタン」（図示せず）を押し、制御決定部２３の人体検出部２４のみを動作可能なモードを設定する。この人体検出部２４の出力は、防犯モードが設定されているときに人体素子発火を検出した際には、室内機本体１内に設けられた通信部３２に自動的に送信され、この信号は基地局３３を介して使用者の携帯型情報機器３４、例えば携帯電話等に通報する。携帯型情報機器３４では、通報と同時にＬＣＤ等の表示装置に人体検出部２４からの素子画像を映すことにより、使用者は不審者の侵入、あるいは火災発生等の確認が可能となる。
【００７０】
また、異常発生時において携帯型情報機器３４に信号を通報するのと同時に、家庭内のビデオ装置に通信部３２または電力線を介して信号を送り、人体検出部２４から得られる情報を自動録画するようにしてもよい。更に、別な用途として空気調和装置としての使用時に、通信部３２または電力線を介して家庭内のテレビ等の画面に表示することもできる。これにより、空調時の居住空間２９の温度分布及び人体検出の等が可視化でき、効率的な温度管理が可能となる。
【００７１】
【発明の効果】
本発明によれば、居住空間を複数領域に分けて各領域の温度を検出するマトリクス状に検出素子を配設したサーモパイル等の温度分布検出手段の検出素子の最上行は少なくとも水平面を含む領域を含んで、温度分布検出結果に基づいて居住空間に存在する人体存在の有無等を認識する人体検出手段を設けたことにより、室内機を壁面のある程度の高さに設置した場合においても、また室内機からの奥行距離が長い居住空間にあっても全ての領域から温度分布を検出することができ、床面、壁面の温度分布、及び人体の存在を必ず検出可能な配置を得ることができる。
【００７２】
また、省スペース、高速度な人体検出手段を設けたことによって、連続極値変化による差分値により移動人体を計測し、計時手段により人体の有無を確定できるため、居住空間に存在する他の発熱体や窓からの日射等の外乱に影響されない精度の高い人体の検出ができる。
【００７３】
また、正負の連続極値変化を取得する時系列の計測時間間隔を少なくとも二種類以上の異なる計測間隔で極値変化を検出するようにしたので、人体の歩行速度が異なる場合等に、計測間隔を複数用意することで、明確な領域移動の区別ができ、精度の高い人体とその位置の認識ができる。このため、人体移動速度に影響されない詳細な人体移動が計測できる。
【００７４】
また、省スペース、高速度な人体検出手段を設けたことによって、精度の高い人体検出情報と広い領域の居住環境の温度分布情報を用いて空気調和装置を制御できるため、快適環境を得られかつ効率的で省エネルギーを実現できる運転を行うことができる。
【００７５】
また、条件設定手段の設定条件と人体検出手段の認識結果と、マトリクス配置された複数検出素子により検出された平均温度を計算する平均温度算出手段の出力により制御量を決定するようにしたので、省スペース、高速度な人体検出手段によって人体の情報に加え床や壁面の表面温度を検出し、床や壁面からの輻射温度により人体への体感温度の影響を考慮して快適環境を保ちながら省エネ運転が実現できる。また、他の空調機器との組み合わせ運転として床面にホットカーペットを敷設運転している状況では目標温度に序々に低下させることができ、無駄な電力を使わず快適な空調環境を実現することができる。
【００７６】
また、人体検出手段の認識結果と、マトリクス配置された複数検出素子により検出された行方向と列方向の各々の平均温度を計算する行平均温度算出手段及び列平均温度算出手段の出力により制御量を決定するようにしたので、省スペース、高速度な人体検出手段によって行及び列の平均値を比較して風向を制御することにより、居住環境に存在する窓からの日射や開閉による温度変化、更には他の空調機器との併用運転による温度ムラの発生に対しても、行及び列方向の平均値により処理するため安定した値が得られる。更に、上下・左右ベーンの動作方向との同期がとれるため方向設定が簡便になる。これにより「人中心」あるいは「部屋中心」の最適な空調環境が実現できる。
【００７７】
また、携帯型情報機器と通信を可能とする通信手段を設けたことにより外出先からでも不審者の侵入、あるいは火災発生等の確認を行うことができる。また、異常発生時には家庭内のビデオ装置に自動録画したり、空気調和装置としての使用時に、家庭内のテレビ等の画面に表示することで、防犯、防火はもとより空調時の居住環境の温度分布及び人体検出等が可視化でき、効率的な温度管理をも実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施の形態１に係わる空気調和装置の斜視図である。
【図２】 図１に示した室内機の要部縦断面図である。
【図３】 この発明の実施の形態１に係わるサーモパイルユニットの拡大図である。
【図４】 この発明の実施の形態１に係わる空気調和装置の制御ブロック図である。
【図５】 この発明の実施の形態１に係わるサーモパイルユニットの居住空間の被検知領域を示した図である。
【図６】 この発明の実施の形態１に係わるサーモパイルユニットの居住空間の被検知領域を示した図である。
【図７】 この発明の実施の形態１に係わるサーモパイルユニットの各領域の差分温度データを示す図である。
【図８】 この発明の実施の形態１に係わる空気調和装置の全体動作を示したフローチャートである。
【図９】 この発明の実施の形態１に係わる人体検出部の動作を示したフローチャートである。
【図１０】 この発明の実施の形態１に係わる移動人体検出部の動作を示したフローチャートである。
【図１１】 この発明の実施の形態２に係わる温度決定部の動作を示したフローチャートである。
【図１２】 この発明の実施の形態３に係わる風向・風速決定部の動作を示したフローチャートである。
【図１３】 この発明の実施の形態４に係わる空気調和装置の制御ブロック図である。
【図１４】 従来の空気調和機の赤外線センサの構造を示す断面図である。
【符号の説明】
１ 室内機本体、２ 室内熱交換器、３ 送風ファン、４ 吸い込み口、５ 吹き出し口、６ 上下ベーン、７ 左右ベーン、８ サーモパイルモジュール、９，９Ａａ〜９Ｄｄ サーモパイル、１０ サーモパイルユニット、１１ 集光レンズ、１２ 被検知領域、１３ スキャン部、１４ 増幅部（第１の増幅手段）、１５ 基準温度素子、１６ 増幅部（第２の増幅手段）、１７ 差動増幅部、１８ 信号出力部、１９ マルチプレクサ、２０ Ａ／Ｄ変換部、２１ 温度データ変換部、２２ 記憶部、２３ 制御決定部、２４ 人体検出部、２５ 温度決定部、２６ 風向・風速決定部、２７ マイクロコンピューター、２８ ドライバー、２９ 居住空間、３０ 床置き型空調機、３１ 人体、３２ 通信部、３３ 基地局、３４ 携帯型情報機器。
Claims (9)
- 居住空間を複数領域に分けて各領域の温度を同時に検出するために各領域に対応させて検出素子をマトリクス状に配設した温度分布検出手段と、
前記温度分布検出手段により検出された前記領域数分の温度データを前記分割された領域の内の所定領域に関連づけて逐一記憶する記憶手段と、
前記マトリクス配設された検出素子の最上行は少なくとも水平面を含む領域を含み、前記記憶手段に記憶された前記居住空間の温度分布検出結果に基づいて前記居住空間に存在する人体存在の有無等を認識する人体検出手段と、
を備えたことを特徴とする人体検知装置。 - 前記人体検出手段は、マトリクス状に配置された複数の検出素子の時系列における正負の連続極値変化から人体の移動を検出する移動人体検出部を有し、前記移動人体検出部の出力と計時手段により居住空間内の静止人体及び居住空間内に人が存在しないことを確定することを特徴とする請求項１記載の人体検知装置。
- 前記正負の連続極値変化を取得する時系列の計測時間間隔は少なくとも二種類以上の異なる計測間隔で極値変化を検出することを特徴とする請求項２記載の人体検知装置。
- 温冷の能力温度を生成する能力生成手段と、
前記能力生成手段に送風し温風または冷風に強弱を以て本体外送風する送風手段と、
温風または冷風の風向き及び風速を変更する風向手段と、
運転条件を入力する条件設定手段と、
を本体内に備えた空気調和装置において、
本体前面に居住空間を複数領域に分けて各領域の温度を同時に検出するために各領域に対応させて検出素子をマトリクス状に配設した温度分布検出手段と、
前記温度分布検出手段により検出された前記領域数分の温度データを前記分割された領域の内の所定領域に関連づけて逐一記憶する記憶手段と、
前記マトリクス配設された検出素子の最上行は少なくとも水平面を含む領域を含み、前記記憶手段に記憶された前記居住空間の温度分布検出結果に基づいて前記居住空間に存在する人体存在の有無等を認識する人体検出手段と、
前記温度分布検出結果に基づいて前記能力生成手段又は前記送風手段の少なくともいずれか一方の制御量を決定する温度決定手段と、
前記温度分布検出結果に基づいて前記風向手段の制御量を決定する風向・風速決定手段と、
を設けたことを特徴とする空気調和装置。 - 前記温度決定手段は、前記条件設定手段の設定条件と、前記人体検出手段の認識結果と、前記マトリクス配置された複数検出素子により検出された平均温度を計算する平均温度算出手段の出力により制御量を決定することを特徴とする請求項４記載の空気調和装置。
- 前記風向・風速決定手段は、前記人体検出手段の認識結果と、前記マトリクス配置された複数検出素子により検出された行方向と列方向の各々の平均温度を計算する行平均温度算出手段及び列平均温度算出手段の各出力により制御量を決定することを特徴とする請求項４記載の空気調和装置。
- 前記検出素子は、サーモパイルであることを特徴とする請求項４記載の空気調和装置。
- 居住空間を複数領域に分けて各領域の温度を同時に検出するために各領域に対応させて検出素子をマトリクス状に配設した温度分布検出手段と、
前記温度分布検出手段により検出された前記領域数分の温度データを前記分割された領域の内の所定領域に関連づけて逐一記憶する記憶手段と、
前記マトリクス配置された検出素子の最上行は少なくとも水平面を含む領域を含み、前記記憶手段に記憶された前記居住空間の温度分布検出結果に基づいて前記居住空間に存在する人体存在の有無等を認識する人体検出手段と、
携帯型情報機器と通信を可能とする通信手段と、
を備えたことを特徴とする人体検知装置。 - 前記検出素子は、サーモパイルであることを特徴とする請求項１又は８に記載の人体検知装置。
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