JP3864908B2 - 人体検知装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、建物内のドア付近などに配置した赤外線検知素子によって人体から発せられる赤外線を検出し、人体を検知して来客を報知する用途などに使用される人体検知装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
一般に、人体が発する赤外線を受光することによって建物内などの検知領域で人の侵入を検知する人体検知装置は、来客報知や防犯用途、照明器具の制御用途などとして広く普及している。この種の人体検知装置は、その使用目的などによって検知エリアが異なった種々のものが提案されている。
【0003】
図10は、そのような従来の人体検知装置で用いられている集光ミラーと受光素子とを中心に示す光学系の構成例として、特許文献1に開示されているものであり、図11はそのような構成を有する人体検知装置X1の検知エリアを示す説明図である。なお、図10中に示す矢印は、光路を模式的に示している(以下の図でも同様である。)。
【0004】
この人体検知装置X1は、その筐体内(図示せず)に、受光素子としての赤外線検知素子100と、円筒形状の一部を切り出した形状の光反射面を有する反射鏡(以下、円筒面鏡という。)101と、回転が可能なように設けられた放物面の一部を切り出した形状の反射鏡(以下、回転放物面鏡という。)102とが収容された構成となっている。
【0005】
回転放物面鏡102は、円筒面鏡101に対向配置されており、回転放物面鏡102の焦点F102の位置に、赤外線検知素子100が設けられている。
【0006】
このように構成された人体検知装置X1では、人体が発する熱線(赤外線)を円筒面鏡101が受けると、これを回転放物面鏡102方向へ反射し、回転放物面鏡102で集光された熱線(赤外線)が、赤外線検知素子100で受光されるようになっている。
【0007】
また、この人体検知装置X1では円筒面鏡101を用いているため、円筒面鏡101の曲率を有する方向へは曲面の反射効果により広い検知視野角度θ100となり、曲率を有する方向に直行する方向へは平面鏡と同様の効果しかないので狭い検知視野(図示せず)となり、図11に示すような略扇形でカーテン上の検知エリアS100となる。
【0008】
また他にも、1枚の反射鏡により略扇形の検知エリアを有することができるものがあり、例えば特許文献2または特許文献3には、図12に示す光学系の構成を有する検知装置X2が開示されている。
【0009】
この検知装置X2は、検知装置X2の筐体(図示せず)内に1枚の集光ミラー200と、受光素子としての赤外線検知素子201とを備える構成となっている。
【0010】
集光ミラー200は、一方向(図12中、紙面に対し垂直となる方向)へ見れば、2つの焦点F200a,F200bを有する楕円形状Ovの一部を切り取った形状で構成されており、前記一方向に直行する他方向(図12中、x軸の方向)から見れば、凹曲面200cが連続した凹曲面群200dで構成された光反射面M200を有している。そして、凹曲面群200dは、凹曲面群200dの各々の表面で反射した光が、楕円形状の一部を切り取った形状の2つの焦点F200a,F200bの一方(この例では、焦点F200b)に集光するように、その曲率が連続的に変化するようにされている。
【0011】
赤外線検知素子201は、焦点200bの位置に配置されている。
【0012】
このように構成された検知装置X2では、一方の焦点F200aを通る入射光線Ray200,Ray201は夫々集光ミラー200の光反射面M200で反射され、他方の焦点F200bに配置された赤外線検知素子201に入射する。
【0013】
また、一方の焦点F200aを通り、集光ミラー200の一端部で反射する入射光線と他端部で反射する入射光線とがなす角度θ200が、この検知装置X2の広い検知視野方向(図12中、x軸方向)の検知視野角度となる。
【0014】
この集光ミラー200は、ABSなどの樹脂を所望の形状に成形し、その光反射面M200を構成する表面にクロムメッキ処理を施して作製されており、人体検知に用いる波長5〜15μmの赤外線において90%以上の十分な反射率を持ち、強度・耐環境性ともに問題ないものである。
【0015】
【特許文献1】
特公平3−58050号公報
【特許文献2】
特開平10−68806号公報
【特許文献3】
特開平10−63959号公報
【0016】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の人体検知装置X1では、入射光線の光路が交差する部分を人体検知装置X1の筐体側面に設けられた検知窓(図示せず)付近になるように、回転放物面鏡102の光軸が垂直になり円筒面鏡101の元の円筒形状の軸線が水平になるようにして配置すると、人体検知装置X1の構造、内部のプリント基板の配置などの制約が大きく、人体検知装置X1の小型化が困難であるという問題があった。
【0017】
また、周辺回路などと赤外線受光素子100のプリント基板105を共通化し図13のように配置すると、光路が交差する部分が筐体103の側面に設けられた検知窓104から筐体103の内部側に配置されてしまうため、検知窓104が大きくなり、この配置でも人体検知装置X1の小型化が困難であった。
【0018】
また、従来の検知装置X2では集光ミラー200を1枚にすることができるものの、図14に示すように入射光線の光路が交差する部分を人体検知装置X2の筐体203の側面に設けられた検知窓204付近になるように集光ミラー200を筐体203内に配置しようとすると、入射光線Ray201が赤外線検知素子201の側面に遮断されてしまい実際には入射光線Ray201’の角度までしか集光できず意図した検知範囲を確保することが困難であり、意図した検知範囲を確保するには、図15に示すように光路が交差する部分を検知窓204付近よりも筐体203の内部側へ配置する必要があり、検知窓204が大きくなり、検知装置X2の小型化が困難であった。
【0019】
本発明は上記問題点に鑑みて為されたものであって、その目的とするところは、広い検知視野を有し検知精度に優れると共に小型化が可能な人体検知装置を提供することにある。
【0020】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項1記載の人体検知装置は、人体が発した赤外線が入射する検知窓を備えた筐体と、前記筐体内部に配置され前記検知窓から入射した入射赤外線束を集光するミラー部と、前記ミラー部で集光された前記入射赤外線束を検出して人体を検知する赤外線検知素子とを備え、前記ミラー部は前記検知窓から入射した前記入射赤外線束を反射する反射ミラーと前記反射ミラーで反射された前記入射赤外線束を前記赤外線検知素子へ集光する集光ミラーとからなり、前記反射ミラーは、2つの焦点を有する第1の楕円形状を断面とする円筒の一部を切り取った形状の光反射面を有し前記入射赤外線束が前記第1の楕円形状の一方の焦点を通過するように配置され、前記集光ミラーは、一方向から見れば2つの焦点を有する第2の楕円形状の一部を切り取った形状に形成されると共に前記一方向に直交する方向から見れば前記第2の楕円形状の一方の焦点を通過した入射赤外線束を前記第2の楕円形状の他方の焦点に集光させるように曲率を連続的に変化させた凹曲面形状の光反射面を有し前記反射ミラーで反射され前記第1の楕円形状の他方の焦点を通過した入射赤外線束が前記第2の楕円形状の一方の焦点を通過するように配置され、前記赤外線検知素子は前記集光ミラーの前記第2の楕円形状の他方の焦点の位置に配置されたものとした。
【0021】
請求項2記載の人体検知装置は、請求項1記載の発明において、前記反射ミラーの前記第1の楕円形状の他方の焦点の位置と、前記集光ミラーの前記第2の楕円形状の一方の焦点の位置とが一致しているものとした。
【0022】
請求項3記載の人体検知装置は、人体が発した赤外線が入射する検知窓を備えた筐体と、前記筐体内部に配置され前記検知窓から入射した入射赤外線束を集光するミラー部と、前記ミラー部で集光された前記入射赤外線束を検出して人体を検知する赤外線検知素子とを備え、前記ミラー部は前記検知窓から入射した前記入射赤外線束を反射する反射ミラーと前記反射ミラーで反射された前記入射赤外線束を前記赤外線検知素子へ集光する集光ミラーとからなり、前記反射ミラーは、一方向から見れば2つの焦点を有する楕円形状の一部を切り取った形状に形成されると共に前記一方向に直交する方向から見れば前記楕円形状の一方の焦点を通過した入射赤外線束を前記楕円形状の他方の焦点に集光させるように曲率を連続的に変化させた凹曲面形状の光反射面を有し前記入射赤外線束が前記楕円形状の一方の焦点を通過するように配置され、前記集光ミラーは、2つの焦点を有し一方の焦点に入射した入射赤外線束を他方の焦点に集光させる楕円面の一部を切り取った形状の光反射面を有し前記楕円面の一方の焦点と前記反射ミラーの前記楕円形状の他方の焦点との位置が一致するように配置され、前記赤外線検知素子は前記集光ミラーの前記楕円面の他方の焦点の位置に配置されたものとした。
【0023】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を実施形態1から実施形態2によって説明する。
【0024】
(実施形態1)
図1は、本実施形態の人体検知装置Aのミラー部1を中心とした光学系を概略的に示す斜視図であり、図2は、人体検知装置Aの全体構成および人体検知装置Aを用いた来客報知システムの全体構成を概略的に示す図である。
【0025】
まず、図2を用いて人体検知装置Aの全体構成および来客報知システムの全体構成を説明する。
【0026】
この来客報知システムは、人の通過を検知する人体検知装置Aと、人が通過した時に、表示、報知音(チャイム・ベルなど)の発生を行う監視装置Bとを備える。
【0027】
人体検知装置Aは、人体検知装置Aの筐体7の側壁に設けられ人体が発した赤外線が入射する検知窓8と、筐体7内に配置され検知窓8から入射した入射赤外線束を集光するミラー部1と、ミラー部1により集光された赤外線を検知する受光素子としての赤外線検知素子2と、赤外線検知素子2により検出された信号を増幅する信号増幅部3と、赤外線検知素子2により検出された信号中に含まれる不要な周波数成分を除去するための帯域フィルタ回路4と、予め定められた閾値と赤外線検知素子2が検出した検出値とを比較して検知判断を行う比較回路5と、比較回路5から出力された人体検知信号を監視装置Bに送るためのインターフェイス回路6とからなる。
【0028】
なお、インターフェイス回路6と監視装置Bとは、ケーブル或いは電波などで検知信号を通信できるようになっている。また、赤外線検知素子2としては通常、焦電素子が用いられる。
【0029】
上記のように構成された来客報知システムは、人体が赤外線検知素子2の検知視野内を通過した時に前記検知視野内で背景と人体との温度差により人体から発せられた赤外線の変化をミラー部1が集光して赤外線検知素子2が検出し、信号増幅部3で増幅された検出信号から不要な周波数成分を帯域フィルタ回路4で除去した後、比較回路5で検出値と閾値とが比較され、インターフェイス回路6を介して人体検知信号が人体検知装置Aから監視装置Bに出力されることによって来客報知が行われる。この来客報知システムでは、特に、人体検知装置Aのミラー部1に特徴がある。以下、図1を用いてミラー部1について説明する。
【0030】
ミラー部1は、検知窓8から入射した入射光線(例えば、入射光線Ray6や入射光線Ray7。)と平行に入射してくる入射赤外線束を受け、後述する集光ミラー10へ反射する反射ミラー11と、反射ミラー11が反射した入射赤外線束を赤外線検知素子2へ集光する集光ミラー10とからなる。
【0031】
まず、集光ミラー10について説明する。
【0032】
集光ミラー10は、一方向(図1中、紙面に対し垂直となる方向)へ見れば2つの焦点F10a,F10bを有する楕円形状Ov1の一部を切り取った形状に形成されると共に、前記一方向に直行する他方向(図1中、x1軸の方向)から見れば楕円形状Ov1に頂点を有する放物線が連続した放物線群から構成された凹曲面形状の光反射面M10を有する。集光ミラー10は、楕円形状Ov1の反射効果により前記一方向へ見た時は広い検知視野を有し、前記他方向から見れば狭い検知視野を有している。
【0033】
一般に楕円形状もしくは楕円の一部を切り取った形状における光の集光特性によると、図3に示すように、楕円形状の一方の焦点F1を通った全ての光は楕円形状内部で反射された後、他方の焦点F2に集光される。
【0034】
よって、集光ミラー10を前記一方向へ見た時に楕円形状Ov1の一部となる部分では、一方の焦点(本実施形態ではF10a)を通って入射した入射光線は、楕円形状Ov1の一部となる部分で反射された後、他方の焦点(本実施形態ではF10b)に集光される。
【0035】
また、楕円形状Ov1から一部を切り取るに必要な範囲は、図4に示すように、集光ミラー10の一方の焦点F10aを通る2つの入射光線Ray1,Ray2がなす角度を集光ミラー10が必要とする検知視野角度θ10(広い検知視野角度)とすると、入射光線Ray1と楕円形状Ov1とが交わった点C1から、入射光線Ray2と楕円形状Ov2とが交わった点C2までとして求めることができる。
【0036】
光反射面M10は、集光ミラー10の楕円形状Ov1の一方の焦点F10aを通り集光ミラー10の楕円形状Ov1の一部となる部分に入射する入射光線(例えば、入射光線Ray1や入射光線Ray2。)と平行に入射してくる入射赤外線束を、楕円形状Ov1の他方の焦点F10bに集光させるように、その曲率が連続的に変えられて形成されている。
【0037】
前述したように光反射面M10は、楕円形状Ov1に頂点を有する放物線が連続した放物線群から構成されており、このような放物線(群)は、例えば以下のようにして求めることができる(詳細については、従来例にあげた特許文献2などに開示されている。)。
【0038】
まず、図5に示すように、集光ミラー10の一方の焦点F10aを通り楕円形状Ov1の任意の点C3で反射して他方の焦点F10bに入射する入射光線を入射光線Ray3とすると、入射光線Ray3と平行で且つ焦点F10bを通る直線L1を軸として前記焦点F10bを焦点に持ち且つ前記任意の点C3を含む回転放物面B1を求める。一般に回転放物面は、その内部を反射面とした場合、回転方物面の軸に平行な入力光線をその焦点に集光させる。
【0039】
次に入射光線Ray3を含み且つ楕円形状Ov1に直交する平面Pl1と回転方物面B1との交曲線D1を求める。この交曲線D1は前記任意の点C3を頂点とする放物線となる。
【0040】
この交曲線D1のうち、平面Pl1上で入射光線Ray3と平行する入射光線であり集光ミラー10の狭い検知視野を構成する入射光線Ray4,Ray5とで挟まれた範囲の交曲線D1が、前記任意の点C3において光反射面M10を構成する放物線P1となる。
【0041】
そして、任意の点C3の位置を変えて逐次、放物線P1,・・・Pn(図示せず)を求め、放物線P1,・・・Pnを包含する包含面を求めると、その包絡面が光反射面M10となる。
【0042】
次に、反射ミラー11について説明する。
【0043】
反射ミラー11は、図1に示したように、2つの焦点F11a,11bを有する楕円形状Ov2を断面とする円筒の一部を切り取った形状で構成されている。
【0044】
前述した楕円形状の集光特性から、楕円形状Ov2の一方の焦点F11aを通って入射してきた入射赤外線束は、反射ミラー11の光反射面M11で反射すると、楕円形状Ov2の他方の焦点F11bを通過する方向へと進む。
【0045】
この反射ミラー11の、楕円形状Ov2から一部を切り取るに必要な範囲は、集光ミラー10で説明した方法と同様の方法で求めることができる。すなわち、反射ミラー11の一方の焦点F11aを通る2つの入射光線Ray6,Ray7がなす角度を反射ミラー11が必要とする検知視野角度θ11(人体検知装置Aの広い方の検知視野角度となる。)とすると、入射光線Ray6と楕円形状Ov2とが交わった点C4から、入射光線Ray7と楕円形状Ov2とが交わった点C5までとして求めることができる。
【0046】
上記のように構成された反射ミラー11と集光ミラー10とは、図6に示すように、検知窓8から入射する入射光線Ray6,Ray7を含む入射赤外線束が反射ミラー11の楕円形状Ov2の一方の焦点F11aを通過するように反射ミラー11が配置され、反射ミラー11の楕円形状Ov2の他方の焦点F11bの位置と集光ミラー10の楕円形状Ov1の一方の焦点F10aの位置とが一致するように集光ミラー10が配置され、さらに集光ミラー10の楕円形状Ov1の他方の焦点F10bの位置に赤外線検知素子2が配置される。
【0047】
この時、集光ミラー10または赤外線検知素子2が入射赤外線束を遮断することがないので、入射赤外線束が交差する部分が検知窓8付近となるように反射ミラー11および集光ミラー10を筐体7内に配置することができ、検知窓8の大きさを小さくして人体検知装置Aを小型化することができる。
【0048】
また、赤外線検知素子2が実装されたプリント基板14を検知窓8と並行に配置することができ、プリント基板14の配置上の制約が少なく人体検知装置Aを小型化できると共に周辺回路を含めた回路部を一枚のプリント基板上に実装可能となりコストを低減することもできる。
【0049】
次に上記のように構成されたミラー部1の集光特性について、図6および図1を参照しながら説明する。
【0050】
人体検知装置Aの検知視野内を人が通ると、人体から発生した赤外線が人体検知装置Aの検知窓8から人体検知装置A内部に入射される。この時、検知窓8付近に配置された反射ミラー11の一方の焦点11aを通って入射した入射赤外線束(例えば、入射光線Ray6,Ray7を含む入射赤外線束。)は光反射面M11で反射され、楕円形状の集光特性から、楕円形状Ov2の他方の焦点F11bを通過する方向へと進む。
【0051】
反射ミラー11の楕円形状Ov2の他方の焦点F11bと集光ミラー10の楕円形状Ov1の一方の焦点F10aとはその位置が一致するように配置されているため、反射ミラー11で反射され楕円形状Ov2の他方の焦点F11bを通過した入射赤外線束は、必ず集光ミラー10の一方の焦点F10aを通ることとなる。
【0052】
集光ミラー10の一方の焦点F10aを通って入射した入射赤外線束(例えば、入射光線Ray1,Ray2を含む入射赤外線束。)は、集光ミラー10の光反射面M10で反射され、集光ミラー10の楕円形状Ov1の他方の焦点F10bへと集光される。
【0053】
そして、集光ミラー10の他方の焦点F10bの位置に配置された赤外線検知素子2によって赤外線が検出される。
【0054】
以上のように、このミラー部1は楕円形状の反射効果により広い検知視野角度を有したまま筐体7内に配置することができると共に、反射ミラー11の一方の焦点F11aを通った赤外線は全て赤外線検知装置2へ集光されるので高い検知精度を有する。
【0055】
また検知窓8を小さくできると共に、赤外線検知素子2実装するプリント基板14を検知窓8と並行に設けることができプリント基板14を人体検知装置Aへ配置する際の制約も少なくなるので、人体検知装置Aを小型化できる。
【0056】
なお、人体検知装置Aは、窓・出入り口などでの人体検知を考える場合、窓もしくは出入り口を含む面の上部の端に設置し、広い検知視野の方向の検知視野角度θ11が90度前後になるように設定するのが望ましい。また、人体検知装置Aの狭い検知視野の方向の大きさ(検知ビーム幅という。)が人体の幅よりも大きくなると、入射パワーが減少し人体検知装置としての感度が低下するため、人体の幅以下の検知ビーム幅となるようにする必要がある。
【0057】
本実施形態の人体検知装置Aのミラー部1の望ましい数値例を図7(a),(b)に示す。入射光線の設定として、遠方の視野を設定する入射光線Ray6は床面に平行とし、広い検知視野方向の検知視野角度θ11を78度とした。また遠方に対応した集光ミラー10の端部C1における焦点距離f1を10.371mmに設定し、遠方に対し十分狭い検知視野を得られるようにした。さらに、人体検知装置Aの光学系の構造に無理がないように、入射光線が反射ミラー11で反射した反射光線集交点(焦点F11bまたは焦点F10a)と受光素子2との間隔を10mm(集光ミラー10の楕円中心から楕円焦点までの距離は5mm)に設定した。また、集光ミラー10の楕円形状Ov1は、長軸が7.75mm、短軸が5.91mmとなる。また、ミラー部1を検知視野の広い方向に見たときの長さは15mmとなる。集光ミラー10の幅は22mmに設定し、集光能力を大きくしている。集光ミラー10の他方の端部C2における焦点距離f2は、近距離での性能を考慮して3.12mmに設定している。また、反射ミラー11の楕円形状Ov2は、長軸が4.1mm、短軸が3.71mmとなる。
【0058】
また、赤外線検知素子2の形状として、1エレメント素子のような無方向性素子の場合には、カーテン状の検知視野が1つできる。赤外線検知素子2の形状として2エレメント構成によるデュアル素子を用いる場合には、検知視野の広い方向に素子が並列に並ぶように配置することによりカーテン状の検知視野が2つでき、より確実な検知を行うことができると共に、2エレメントの電気的極性が正負反転しているため周囲の温度変動などの耐環境性についても優れた人体検知装置となる。
【0059】
また、本実施形態では、集光ミラー10および反射ミラー11の形状として楕円形状の一部を用い、楕円形状の持つ、一方の焦点を通過した入射光線は全て他方の焦点に集光されるという集光特性を利用したが、楕円形状の代わりに図7に示すような円Ciの一部を切り取った円弧Ca形状を用いても同様の効果を得ることができる。
【0060】
すなわち、図8に示すように楕円形状Ovの一部の端点C6および端点C7の各々の法線ベクトルを延長した方向の線を夫々延長線N1,N2とし、延長線N1,N2の交点をQとし、交点Qを中心とし端点C6までの距離を曲率半径Sdとする円Ciを楕円形状の代わりの形状とすれば、楕円形状Ovの一方の焦点F3付近を通って楕円形状Ovの一部の端点C6に入射した入射光線Ray8および一方の焦点F3付近を通って楕円形状Ovの一部の端点C7に入射した入射光線Ray9は、夫々円Ci形状の反射点C6’および反射点C7’で反射され、楕円形状Ovの他方の焦点F4の位置に、概ね集光される。なお、ここでいう焦点とは、厳密な焦点の意味ではなく、光が集まる位置を意味する。
【0061】
この例では、曲率半径Sdを端点C6と交点Qとの距離に一致させたため、C6とC6’とが一致する。
【0062】
楕円形状Ovと異なるのは、焦点F3を通って円形状Ciに入射した光が必ずしも焦点F4に集光されるとは限らない点であり、円形状Ciの場合は、2以上の焦点に光が集光されることが多い。
【0063】
しかし楕円形状Ovの一部を用いた集光ミラー10や反射ミラー11の場合でも、必ずしも全ての入射光線が一方の焦点を通って入射してくるとは限らないので、円形状Ciとしても楕円形状Ovに比べて焦点F4に集光される入射光線の光束が極端に広がってしまうわけではなく、集光率については楕円形状Ovとほぼ同様である。
【0064】
(実施形態2)
図9に本実施形態の人体検知装置A’のミラー部1Aを中心とした光学系を概略的に示す。なお、本実施形態の人体検知装置A’のミラー部1A以外の構成は、実施形態1の人体検知装置Aと同様のため説明を省略する。
【0065】
ミラー部1Aは、検知窓8から入射した入射赤外線束を受け、後述する楕円面集光ミラー20へ反射する反射ミラー21と、反射ミラー21が反射した入射赤外線束を赤外線検知素子2へ集光する楕円面集光ミラー20とからなる。
【0066】
反射ミラー21は、実施形態1の集光ミラー10と同様のものであり、一方向へ見れば2つの焦点F21a,F21bを有する楕円形状Ov3の一部を切り取った形状に形成されると共に、前記一方向に直行する他方向から見れば楕円形状Ov3に頂点を有する放物線が連続した放物線群から構成された凹曲面形状の光反射面M21を有しており、楕円形状Ov3の一方の焦点F21aを通り反射ミラー21の楕円形状Ov3の一部となる部分に入射する入射光線(例えば、入射光線Ray10や入射光線Ray11。)と平行に入射してくる入射赤外線束を、楕円形状Ov3の他方の焦点F21bに集光するように形成されている。
【0067】
楕円面集光ミラー20は、楕円面鏡であり、2つの焦点F20a,F20bを持つ楕円面OMの一部を切り取った形状をしている。楕円面集光ミラー20は、楕円面鏡の集光特性により、一方の焦点F20aから出た全ての光線を他方の焦点F20bへ集光させる。
【0068】
ミラー部1Aは、検知窓8から入射する入射光線Ray10,Ray11を含む入射赤外線束が反射ミラー21の楕円形状Ov3の一方の焦点F21aを通過するように反射ミラー21が配置され、反射ミラー21の楕円形状Ov3の他方の焦点F31bの位置と楕円面集光ミラー20の一方の焦点F20aの位置とが一致するように楕円面集光ミラー20が配置され、さらに楕円面集光ミラー20の他方の焦点F20bの位置に赤外線検知素子2が配置される。
【0069】
以上のように構成されたミラー部1Aは、人体検知装置A’の検知視野内を人が通ると、人体から発生した赤外線が人体検知装置A’の検知窓8から人体検知装置A’内部に入射される。この時、検知窓8付近に配置された反射ミラー21の一方の焦点F21aを通って入射してきた入射赤外線束(例えば、入射光線Ray10や入射光線Ray11を含む入射赤外線束。)は反射ミラー21の光反射面M21で反射され他方の焦点F21bに集光される。
【0070】
反射ミラー21の楕円形状Ov3の他方の焦点F21bと楕円面集光ミラー20の一方の焦点F20aとが一致しているので、反射ミラー21で反射され集光された入射赤外線束は、楕円面集光ミラー20の一方の焦点F20aに入射し、楕円面集光ミラー20の光反射面で反射されて、楕円面集光ミラー20の他方の焦点F20bに集光され、そこに配置された赤外線検知素子2によって赤外線が検知される。
【0071】
本実施形態のミラー部1Aにおいても、実施形態1と同様に、広い検知視野角度を有したまま筐体7内に配置することができると共に、反射ミラー21の一方の焦点F21aを通った赤外線は全て赤外線検知装置2へ集光されるので高い検知精度を有する。また検知窓8を小さくできると共に、赤外線検知素子2実装するプリント基板14を検知窓8と並行に設けることができプリント基板14を人体検知装置Aへ配置する際の制約も少なくなるので、人体検知装置Aを小型化できる。
【0072】
【発明の効果】
請求項1記載の人体検知装置は、人体が発した赤外線が入射する検知窓を備えた筐体と、前記筐体内部に配置され前記検知窓から入射した入射赤外線束を集光するミラー部と、前記ミラー部で集光された前記入射赤外線束を検出して人体を検知する赤外線検知素子とを備え、前記ミラー部は前記検知窓から入射した前記入射赤外線束を反射する反射ミラーと前記反射ミラーで反射された前記入射赤外線束を前記赤外線検知素子へ集光する集光ミラーとからなり、前記反射ミラーは、2つの焦点を有する第1の楕円形状を断面とする円筒の一部を切り取った形状の光反射面を有し前記入射赤外線束が前記第1の楕円形状の一方の焦点を通過するように配置され、前記集光ミラーは、一方向から見れば2つの焦点を有する第2の楕円形状の一部を切り取った形状に形成されると共に前記一方向に直交する方向から見れば前記第2の楕円形状の一方の焦点を通過した入射赤外線束を前記第2の楕円形状の他方の焦点に集光させるように曲率を連続的に変化させた凹曲面形状の光反射面を有し前記反射ミラーで反射され前記第1の楕円形状の他方の焦点を通過した入射赤外線束が前記第2の楕円形状の一方の焦点を通過するように配置され、前記赤外線検知素子は前記集光ミラーの前記第2の楕円形状の他方の焦点の位置に配置されたので、前記赤外線検知素子は前記集光ミラーの楕円形状の曲面の反射効果により広い検知視野を有すると共に前記集光ミラーの前記第2の楕円形状の他方の焦点の位置に配置されているので高い集光率を有し検知精度に優れるという効果がある。
【0073】
また、前記反射ミラーを用いたことで、検知窓から前記反射ミラーの第1の楕円形状の一方の焦点を通って入射した赤外線を他方の焦点へと反射させ、前記集光ミラーの第1の楕円形状の一方の焦点を通った赤外線をさらに他方の焦点へと反射して前記赤外線検知素子に集光させることができ、この時、前記赤外線検知素子や前記集光ミラーで遮断されることなく前記検知窓から入射した赤外線の交差する部分が前記検知窓付近となるようなミラー部の配置も可能となり、前記検知窓を小さくできると共に、前記赤外線検知素子の検知方向が前記検知窓と対向した方向となるので、前記赤外線検知素子をプリント基板へ実装する際に前記プリント基板を前記検知窓と並行に設けることができプリント基板を人体検知装置へ配置する際の制約も少なくなるので、人体検知装置を小型化できるという効果もある。
【0074】
請求項2記載の人体検知装置は、請求項1記載の発明において、前記反射ミラーの前記第1の楕円形状の他方の焦点の位置と、前記集光ミラーの前記第2の楕円形状の一方の焦点の位置とが一致しているので、前記反射ミラーの前記第1の楕円形状の一方の焦点を通過し前記反射ミラーの光反射面で反射された入射赤外線束は、前記集光ミラーの前記第2の楕円形状の一方の焦点を通り前記第2の楕円形状の他方の焦点に確実に集光するので、前記赤外線検知素子がさらに高い集光率を有し検知精度に優れるという効果がある。
【0075】
請求項3記載の人体検知装置は、人体が発した赤外線が入射する検知窓を備えた筐体と、前記筐体内部に配置され前記検知窓から入射した入射赤外線束を集光するミラー部と、前記ミラー部で集光された前記入射赤外線束を検出して人体を検知する赤外線検知素子とを備え、前記ミラー部は前記検知窓から入射した前記入射赤外線束を反射する反射ミラーと前記反射ミラーで反射された前記入射赤外線束を前記赤外線検知素子へ集光する集光ミラーとからなり、前記反射ミラーは、一方向から見れば2つの焦点を有する楕円形状の一部を切り取った形状に形成されると共に前記一方向に直交する方向から見れば前記楕円形状の一方の焦点を通過した入射赤外線束を前記楕円形状の他方の焦点に集光させるように曲率を連続的に変化させた凹曲面形状の光反射面を有し前記入射赤外線束が前記楕円形状の一方の焦点を通過するように配置され、前記集光ミラーは、2つの焦点を有し一方の焦点に入射した入射赤外線束を他方の焦点に集光させる楕円面の一部を切り取った形状の光反射面を有し前記楕円面の一方の焦点と前記反射ミラーの前記楕円形状の他方の焦点との位置が一致するように配置され、前記赤外線検知素子は前記集光ミラーの前記楕円面の他方の焦点の位置に配置されたので、請求項1記載の発明と同様に、前記赤外線検知素子は前記集光ミラーの楕円面の反射効果により広い検知視野を有すると共に前記集光ミラーの前記他方の焦点の位置に配置されているので高い集光率を有し検知精度に優れるという効果がある。
【0076】
また、前記反射ミラーを用いたことで、検知窓から前記反射ミラーの楕円形状の一方の焦点を通って入射した赤外線を他方の焦点へと反射させ、前記集光ミラーの楕円面の一方の焦点を通った赤外線をさらに他方の焦点へと反射して前記赤外線検知素子に集光させることができ、この時、前記赤外線検知素子や前記集光ミラーで遮断されることなく前記検知窓から入射した赤外線の交差する部分が前記検知窓付近となるようなミラー部の配置も可能となり、前記検知窓を小さくできると共に、前記赤外線検知素子の検知方向が前記検知窓と対向した方向となるので、前記赤外線検知素子をプリント基板へ実装する際に前記プリント基板を前記検知窓と並行に設けることができプリント基板を人体検知装置へ配置する際の制約も少なくなるので、人体検知装置を小型化できるという効果もある。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施形態1の人体検知装置の光学系の構成を示す斜視図である。
【図2】同上の人体検知装置および来客報知システムの全体構成を説明する図である。
【図3】楕円の集光特性を説明する図である。
【図4】集光ミラーについて説明する図である。
【図5】集光ミラーの光反射面について説明する図である。
【図6】実施形態1の人体検知装置を筐体内に配置した状態を示す断面図である。
【図7】同上の人体検知装置のミラー部の好ましい数値例を示した図である。
【図8】同上のミラー部の別の形状を概略的に示す模式図である。
【図9】実施形態2の人体検知装置の光学系の構成を示す斜視図である。
【図10】従来の人体検知装置の光学系の構成を示す図である。
【図11】同上の検知エリアを示す図である。
【図12】従来の別の人体検知装置の光学系の構成を示す斜視図である。
【図13】図9の人体検知装置の光学系を筐体内に配置した状態を示す断面図である。
【図14】図10の人体検知装置の光学系を筐体内に配置した状態を示す断面図である。
【図15】同上の光学系を筐体内に配置した別の状態を示す断面図である。
【符号の説明】
1 ミラー部
2 赤外線検知素子
3 信号増幅部
4 帯域フィルタ回路
5 比較回路
7 筐体
8 検知窓
10 集光ミラー
11 反射ミラー
Claims (3)
- 人体が発した赤外線が入射する検知窓を備えた筐体と、前記筐体内部に配置され前記検知窓から入射した入射赤外線束を集光するミラー部と、前記ミラー部で集光された前記入射赤外線束を検出して人体を検知する赤外線検知素子とを備え、前記ミラー部は前記検知窓から入射した前記入射赤外線束を反射する反射ミラーと前記反射ミラーで反射された前記入射赤外線束を前記赤外線検知素子へ集光する集光ミラーとからなり、前記反射ミラーは、2つの焦点を有する第1の楕円形状を断面とする円筒の一部を切り取った形状の光反射面を有し前記入射赤外線束が前記第1の楕円形状の一方の焦点を通過するように配置され、前記集光ミラーは、一方向から見れば2つの焦点を有する第2の楕円形状の一部を切り取った形状に形成されると共に前記一方向に直交する方向から見れば前記第2の楕円形状の一方の焦点を通過した入射赤外線束を前記第2の楕円形状の他方の焦点に集光させるように曲率を連続的に変化させた凹曲面形状の光反射面を有し前記反射ミラーで反射され前記第1の楕円形状の他方の焦点を通過した入射赤外線束が前記第2の楕円形状の一方の焦点を通過するように配置され、前記赤外線検知素子は前記集光ミラーの前記第2の楕円形状の他方の焦点の位置に配置されたことを特徴とする人体検知装置。
- 前記反射ミラーの前記第1の楕円形状の他方の焦点の位置と、前記集光ミラーの前記第2の楕円形状の一方の焦点の位置とが一致していることを特徴とする請求項1記載の人体検知装置。
- 人体が発した赤外線が入射する検知窓を備えた筐体と、前記筐体内部に配置され前記検知窓から入射した入射赤外線束を集光するミラー部と、前記ミラー部で集光された前記入射赤外線束を検出して人体を検知する赤外線検知素子とを備え、前記ミラー部は前記検知窓から入射した前記入射赤外線束を反射する反射ミラーと前記反射ミラーで反射された前記入射赤外線束を前記赤外線検知素子へ集光する集光ミラーとからなり、前記反射ミラーは、一方向から見れば2つの焦点を有する楕円形状の一部を切り取った形状に形成されると共に前記一方向に直交する方向から見れば前記楕円形状の一方の焦点を通過した入射赤外線束を前記楕円形状の他方の焦点に集光させるように曲率を連続的に変化させた凹曲面形状の光反射面を有し前記入射赤外線束が前記楕円形状の一方の焦点を通過するように配置され、前記集光ミラーは、2つの焦点を有し一方の焦点に入射した入射赤外線束を他方の焦点に集光させる楕円面の一部を切り取った形状の光反射面を有し前記楕円面の一方の焦点と前記反射ミラーの前記楕円形状の他方の焦点との位置が一致するように配置され、前記赤外線検知素子は前記集光ミラーの前記楕円面の他方の焦点の位置に配置されたことを特徴とする人体検知装置。
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