JP5016341B2 - 人体検知装置 - Google Patents

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Description

本発明は、熱線センサを用いて検知エリア内の人体の存否を検出する人体検知装置に関する。
従来の人体検知装置は、自動的に人体を検出するためにPIR(Passive Infrared Ray)センサ、超音波センサ、又はミリ波センサなどを備える。例えば、PIRセンサを備えた人体検知装置は、PIRセンサが検知エリア内の温度の変化を検知することによって、物体の存否を検出する。しかし、PIRセンサを備えた人体検知装置では、検知エリア内の状況によって物体を正確に検出できないことがあった。さらに、PIRセンサを備えた人体検知装置は、検知エリア内の物体が人体であるか小動物であるかを区別して検出することができなかった。
そこで、例えば、特許文献1に示されるように、人体の検出精度を高めるためにPIRセンサや超音波センサなどの種類の異なる複数のセンサを備える構成が知られている。また、特許文献2に示されるように、人体と小動物とを区別するために熱画像センサを用いて画像処理を行う構成が知られている。また、特許文献3に示されるように、所定の高さより高い検出エリアと所定の高さより低い検出エリアにおける物体の検出状況に応じて人体と小動物とを区別する構成が知られている。さらに、特許文献4に示されるように、複数の赤外線検知部を備え、各赤外線検知部の出力する信号が基準値を超えているか否かを判断することによって、赤外線検知部がノイズや外乱光の影響を受けた場合であっても人体を検出することができる構成が知られている。
しかしながら、特許文献1に示される技術においては、人体検知装置は、種類の異なる複数のセンサを備えるため、装置の小型化及び製造コストの低減を図ることができなかった。特許文献2に示される技術においては、人体検知装置は、画像処理を行う必要があることから、装置構成が複雑になるという問題が生じていた。また、特許文献3に示される技術においては、人体検知装置は、検出エリアの温度が低いときに人体が厚手の被服を着ていることによって、検出エリアに人体が存在するにも関わらず人体を検出できないという問題が生じていた。さらに、特許文献4に示される技術においては、人体検知装置は、赤外線検知部がノイズや外乱光の影響を受けた場合であっても人体を検出するができるが、人体が厚手の被服を着ているときには人体を検出できないことがあった。
特開平7−29076号公報 特開平8−146150号公報 特開2006−322329号公報 特開平7−092028号公報
本発明は、上記の問題を解決するためになされたものであり、人体検知装置が、検知エリア内のエリア状況に応じた判断を行うことによって、安価な構成でありながら正確に人体を検出することができる人体検知装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために請求項1の発明は、所定の高さより高い領域を検知エリアとし、物体を検出することに応じて検出信号を出力する第1の熱線センサと、所定の高さより低い領域を検知エリアとし、物体を検出することに応じて検出信号を出力する第2の熱線センサと、検出信号に基づいて人体の存在を判断する判断部と、を備えた人体検知装置において、検知エリアにおけるエリア状況が特定の条件を満たしているか否かを判断する特定条件判断手段を備え、特定条件判断手段は、特定の条件としてエリア状況が所定の明るさ条件を満たしているかを検出する明るさ検出手段を備え、判断部は、特定条件判断手段の判断結果に応じて人体が存在するか否かの判断基準を変更し、特定条件判断手段が明るさ検出手段の検出結果に基づいてエリア状況が特定の条件を満たしていると判断したときであって、第1の熱線センサが検出信号を出力し、かつ第2の熱線センサが検出信号を出力したことに応じて人体が存在すると判断し、特定条件判断手段が明るさ検出手段の検出結果に基づいてエリア状況が特定の条件を満たしていないと判断したときであって、第1の熱線センサが検出信号を出力したことに応じて人体が存在すると判断することを特徴とすると判断するようにしたものである。
請求項1の発明によれば、判断部は、例えば、エリア状況の温度が所定の温度より高いとき、熱線センサは良好に人体を検出することができるため、第1の熱線センサが検出信号を出力し、かつ第2の熱線センサが検出信号を出力したことに応じて人体が存在すると判断する。しかしながら、熱線センサは、夜間や冬季などに人体が厚手の被服を着ているとき、人体の下半身を検出しにくいことがある。そこで、判断部は、明るさ検出手段の検出結果に基づいて時間帯や季節などを判断する。判断部は、明るさ検出手段の検出結果と、第1の熱線センサ又は第2の熱線センサの検出信号に基づいて、人体の存在を判断する。判断部は、エリア状況が特定の条件を満たしていないとき、第2の熱線センサが検出信号を出力したか否かに関わらず第1の熱線センサが検出信号を出力したことに応じて人体が存在すると判断する。このように、人体検知装置は、従来の機器構成を大幅に変更することなく判断部にエリア状況の変化に応じた判断を行わせることにより、安価な構成でありながらも検知エリア内に人体が存在するか否かを正確に判断することができる。
以下、本発明の第1乃至第4の実施形態に係る人体検知装置について、図面を参照して説明する。図1は、本実施形態に係る人体検知装置の概略構成を示す。人体検知装置1は、
アナログの検出信号s1または検出信号s2を出力する熱線センサ2と、検出信号s1を増幅する増幅回路3と、検出信号s2を増幅する増幅回路5と、検出信号s1に基づいてデジタル信号D1を出力する出力部4と、検出信号s2に基づいてデジタル信号D2を出力する出力部6と、熱線センサ2の検知エリアにおけるエリア状況が特定の条件を満たしているか否か判断する特定条件判断手段7と、熱線センサ2が検出した物体が人体であるか否かを判断する判断部8とを備える。
熱線センサ2は、人体や小動物などの物体が放射する赤外線を受光すること応じて、アナログの検出信号s1または検出信号s2を出力する4つの焦電素子からなる検出素子21乃24を備える。検出素子21及び検出素子22は、所定の高さより高い検知エリアにおいて、例えば、人体の上半身または鳥などの小動物を検出すると検出信号s1を出力する。一方、検出素子23及び検出素子24は、所定の高さより低い検知エリアにおいて、例えば、人体の下半身または犬や猫などの小動物を検出すると検出信号s2を出力する。ここで、熱線センサ2は、例えば、建造物や塀などの壁面に取り付けられ、人体や小動物などを検出すると検出信号s1及び検出信号s2を出力する、いわゆる4素子2出力型に構成されている。
出力部4及び出力部6は、検出信号s1または検出信号s2が予め定められた閾値より大きいか否かを判断するコンパレータ機能を備える。出力部4は、増幅回路3に接続され、検出信号s1が閾値より大きいか否かを判断してデジタル信号D1を判断部8に出力する。出力部6は、増幅回路5に接続され、増幅された検出信号s2が閾値より大きいか否かを判断してデジタル信号D2を判断部8に出力する。判断部8は、デジタル信号D2及び条件信号D3に基づいて熱線センサ2が検出した物体が人体であるか否かを判断する。
特定条件判断手段7は、特定の条件として予め定められた時間帯、月日または季節などに関する情報を保持しており、検知エリアにおけるエリア状況が特定の条件を満たしているか否か判断してデジタルの条件信号D3を判断部8に出力する。ここで、エリア状況とは、検知エリアにおける時間帯、季節、温度、または明るさなどの状況である。特定条件判断手段7は、人体検知装置1の外部に設けられた時計機能やカレンダー機能などを備えた時間管理手段から、エリア状況に関する時間、月日、または季節などのエリア状況情報を受信する。特定条件判断手段7は、エリア状況情報が特定の条件を満たしていると判断すると、条件信号D3「High」を判断部8に出力し、エリア状況情報が特定の条件を満たしていないと判断すると、条件信号D3「Low」を判断部8に出力する。ここで、熱線センサ2は、エリア状況情報が特定の条件を満たしているとき、良好に人体を検出することができるものとする。また、熱線センサ2は、エリア状況情報が特定の条件を満たしていないとき、人体が厚手の被服を着ていることがあるため、特に人体の下半身を検出できないことがあるものとする。
判断部8は、特定条件判断手段7から入力された条件信号D3と、出力部4から入力されたデジタル信号D1と、出力部6から入力されたデジタル信号D2に基づいて、熱線センサ2が何も検出していないか、人体9または小動物10を検出したかを判断する。判断部8は、条件信号D3「High」が入力されると、熱線センサ2は良好に人体を検出できると判断して、検出信号s1及び検出信号s2の両方に基づいて熱線センサ2が人体を検出した否か判断する。一方、判断部8は、条件信号D3「Low」が入力されると、熱線センサ2は人体の下半身を検出できないと判断して、検出信号s1のみに基づいて熱線センサ2が人体を検出した否か判断する。
図2(a)(b)は、本実施形態に係る熱線センサ2の構成を示す。図2(a)は、熱線センサ2の回路構成を示し、図2(b)は、熱線センサ2の概略構成を示す。図2(a)において、熱線センサ回路SCは、電源dとグランドGNDに接続され、検出素子21乃24、抵抗R1及び抵抗R2を備える。直列に接続された検出素子21と検出素子22は、抵抗R1に接続され検出信号s1を出力する。直列に接続された検出素子23と検出素子24は、抵抗R2に接続され検出信号s2を出力する。
図2(b)において、熱線センサ2は、検出信号s1を出力する検出素子21及び検出素子22と、検出信号s2を出力する検出素子23及び検出素子24を備える。検出素子21と検出素子23は正の極性を有し、検出素子22と検出素子24は負の極性を有する。ここで、熱線センサ2は、検出素子21及び検出素子22の検知エリアと、検出素子23及び検出素子24の検知エリアが異なるように構成されている。このように、人体検知装置は、検出素子21乃24が田の字型に配置されることにより、小型化を図ることが可能となる。
図3は、本実施形態に係る検知エリアの一例を示す。熱線センサ2は、人体9や犬や猫などの小動物10を検出するために建造物や塀などの壁面に取り付けられる。熱線センサ2は、所定の高さ以上の検知エリアAと所定の高さ以下の検知エリアBに人体9または小動物10が存在するか否かを検出する。ここで、検知エリアAは、例えば、犬や猫などの小動物10の背丈以上高さであって人体9の上半身を検出できる領域である。また、検知エリアBは、例えば、犬や猫などの小動物10と人体の9の下半身を検出することができる領域である。検出素子21及び検出素子22は、検知エリアA内で人体9または鳥などの小動物10の存在を検知すると検出信号s1を出力する。検出素子21及び検出素子22は、検知エリアB内で人体9または犬や猫などの小動物10の存在を検知すると検出信号s2を出力する。
図4は、本実施形態に係る検知エリアにおける人体9の移動方向の一例を示す。人体9または小動物10は、検知エリアAまたは検知エリアBを水平方向に横切るように矢印Fで示す方向へ移動する。人体9が矢印Fで示す方向へ移動して検知エリアA及び検知エリアBを横切ると、検出素子21及び検出素子22は、検出信号s1を出力し、検出素子23及び検出素子24は、検出信号s2を出力する。一方、小動物10が矢印Fで示す方向へ移動して検知エリアBを横切ると、検出素子23及び検出素子24は、検出信号s2を出力するが、検出素子21及び検出素子22は、検出信号s1を出力しない。判断部8は、検出信号s1及び検出信号s2が出力されたか否かに基づいて人体9または小動物10の存在を判断する。
図5は、本実施形態に係る出力部4における検出信号s1の波形を示す。図5において、縦軸は、検出信号s1の電圧を示し、横軸は時間を示す。検出信号s1は、人体9が検知エリアを通過すると、上下に振幅する波形を形成する。出力部4は、コンパレータ機能により、検出信号s1の波形が予め定められた閾値を越えているか否かを判断する。ここで、閾値は、検出信号s1が人体9を検出していないオフセット電圧を基準として上下にそれぞれ設定されている。出力部4は、検出信号s1が閾値を超えていないときはデジタル信号D1「L」を、検出信号s1が閾値を超えているときはデジタル信号D1「H」を判断部8に出力する。これにより、判断部8は、デジタル信号D1「H」が入力されると人体9または鳥などの小動物10が存在していると判断し、デジタル信号D1「L」が入力されると人体9が存在してないと判断する。出力部6は、検出信号s2について出力部4と同様の動作を行う。
図6は、本実施形態に係るエリア状況が特定の条件を満たしているときの判断部8の判断基準の一例を示す。図6において、特定条件判断手段7は、エリア状況が特定の条件を満たしていることを示す条件信号D3「High」を判断部8に出力している。これは、熱線センサ2が、良好に人体9及び小動物10を検出できることを意味する。また、デジタル信号D1「H」は、入力されると検知エリアAに人体9の上半身または鳥などの小動物10が存在することを示し、デジタル信号D1「L」は、検知エリアAに人体9の上半身または鳥などの小動物10が存在しないことを示す。さらに、デジタル信号D2「H」は、検知エリアBに人体9の下半身または犬や猫などの小動物10が存在することを示し、デジタル信号D2「L」は、検知エリアBに人体9の下半身または犬や猫などの小動物10が存在しないことを示す。
判断部8は、条件信号D3「High」、デジタル信号D1「H」、及びデジタル信号D2「H」が入力されると、熱線センサ2が人体9を検出したと判断する。次に、判断部8は、条件信号D3「High」、デジタル信号D1「H」、及びデジタル信号D2「L」が入力されると、熱線センサ2が鳥などの小動物10を検出したと判断する。また、判断部8は、条件信号D3「High」、デジタル信号D1「L」、及びデジタル信号D2「H」が入力されると、熱線センサ2が犬や猫などの小動物10を検出したと判断する。さらに、判断部8は、条件信号D3「High」、デジタル信号D1「L」、及びデジタル信号D2「L」が入力されると、熱線センサ2が何も検出していないと判断する。これにより、判断部8は、デジタル信号D1及びデジタル信号D2に応じて熱線センサ2が人体9を検出したか否かを判断することができる。
図7は、本実施形態に係るエリア状況が特定の条件を満たしていないときの判断部8の判断基準の一例を示す。図7において、特定条件判断手段7は、エリア状況が特定の条件を満たしていないことを示す条件信号D3「Low」を判断部8に出力している。これは、熱線センサ2が、良好に人体9及び小動物10を検出しにくい状態であることを意味する。熱線センサ2は、エリア状況が日没後や冬季であるときに人体9が厚手の被服を着込んでいると、人体9の上半身のうち顔部でしか体温を検出できなくなる。これにより、人体9が検知エリアBを横切った場合であっても、熱線センサ2は、検出信号s2を出力できないことがある。そこで、判断部8は、特定条件判断手段7が条件信号D3「Low」を出力しているとき、出力部6がデジタル信号D2「L」を出力した場合であっても、デジタル信号D1の内容に応じて熱線センサ2が人体9を検出したと判断する。
判断部8は、条件信号D3「Low」、デジタル信号D1「H」、及びデジタル信号D2「H」が入力されると、熱線センサ2が人体9を検出したと判断する。次に、判断部8は、条件信号D3「Low」、デジタル信号D1「H」、及びデジタル信号D2「L」が入力されると、デジタル信号D2が「L」であっても人体9が厚手の被服を着込んでいると判断して、熱線センサ2が人体9を検出したと判断する。また、判断部8は、条件信号D3「Low」、デジタル信号D1「L」、及びデジタル信号D2「H」が入力されると、熱線センサ2が犬や猫などの小動物10を検出したと判断する。さらに、判断部8は、条件信号D3「Low」、デジタル信号D1「L」、及びデジタル信号D2「L」が入力されると、熱線センサ2が何も検出していないと判断する。これにより、人体検知装置1は、安価な構成としつつも判断部8が条件信号D3、デジタル信号D1及びデジタル信号D2に基づいてエリア状況に応じた判断を行うことにより、熱線センサ2が人体9を検出したか否かを正確に判断することができる。
次に、本発明の第2の実施形態に係る人体検知装置1について説明する。本実施形態に係る人体検知装置1は、第1の実施形態に係る人体検知装置1と略同様の構成であるため、異なる構成について説明する。本実施形態に係る特定条件判断手段7は、時計機能やカレンダー機能などを備えた時間管理手段を備える。特定条件判断手段7は、時間管理手段が出力する時間、月日、または季節などのエリア状況情報が特定の条件を満たしていると判断すると、条件信号D3「High」を判断部8に出力し、エリア状況情報が特定の条件を満たしていないと判断すると、条件信号D3「Low」を判断部8に出力する。このように、人体検知装置1は、特定条件判断手段7が時間管理手段を備えることにより、熱線センサ2が人体9を検出したか否かを正確に判断することできることに加えて、装置全体の小型化を図ることができる。
次に、本発明の第3の実施形態に係る人体検知装置1について説明する。本実施形態に係る人体検知装置1は、第1の実施形態に係る人体検知装置1と略同様の構成であるため、異なる構成について説明する。本実施形態に係る特定条件判断手段7は、エリア状況として検知エリアA及び検知エリアBにおける温度を検出する温度検出手段としてNTC(Negative Temperature Coefficient Thermistor)タイプのサーミスタ11を備える。図8は、本発明の第3の実施形態に係るサーミスタ11の概略構成を示す。サーミスタ11は、抵抗R3とNTC12とマイコン13を備える。図9は、本実施形態に係るサーミスタ11の電圧と温度との関係を示す。図9において、縦軸は電圧を示し、横軸は温度を示す。サーミスタ11は、検知エリアA及び検知エリアBにおける温度が上昇すると抵抗R3の抵抗値が連続的に減少することから特性14を示す。マイコン13は、特性14からエリア状況における温度をエリア状況情報として特定条件判断手段7に出力する。特定条件判断手段7は、特定の条件としてエリア状況における温度を予め保持している。特定条件判断手段7は、サーミスタ11から入力されたエリア状況情報が特定の条件を満たしていると判断すると、条件信号D3「High」を判断部8に出力し、エリア状況情報が特定の条件を満たしていないと判断すると、条件信号D3「Low」を判断部8に出力する。このように、人体検知装置1は、特定条件判断手段7がサーミスタ11を備えることにより、エリア状況における温度に応じて、熱線センサ2が人体9を検出したか否かを正確に判断することできる。
次に、本発明の第4の実施形態に係る人体検知装置1について説明する。本実施形態に係る人体検知装置1は、第1の実施形態に係る人体検知装置1と略同様の構成であるため、異なる構成について説明する。本実施形態に係る特定条件判断手段7は、エリア状況として検知エリアA及び検知エリアBにおける明るさを検出する明るさ検出手段として明るさセンサ15を備える。図10は、本発明の第4の実施形態に係る明るさセンサ15の概略構成を示す。明るさセンサ15は、抵抗R4とPD(Photo Diode)16とマイコン17を備える。図11は、本実施形態に係る明るさセンサ15の電圧と明るさとの関係を示す。図11において、縦軸は電圧を示し、横軸は明るさを示す。明るさセンサ15は、検知エリアA及び検知エリアBにおける明るさに応じて電圧が変化する光起電力効果から特性18を示す。マイコン17は、特性18からエリア状況における明るさをエリア状況情報として特定条件判断手段7に出力する。特定条件判断手段7は、予め特定の条件としてエリア状況における明るさを保持している。特定条件判断手段7は、明るさセンサ15から入力されたエリア状況情報が特定の条件を満たしていると判断すると、条件信号D3「High」を判断部8に出力し、エリア状況情報が特定の条件を満たしていないと判断すると、条件信号D3「Low」を判断部8に出力する。このように、人体検知装置1は、特定条件判断手段7が明るさセンサ15を備えることにより、エリア状況における明るさに応じて、熱線センサ2が人体9を検出したか否かを正確に判断することできる。
このように、第1乃至第4の実施形態においては、人体検知装置1は、エリア状況に関する時間帯、月日、季節、温度、または明るさに応じて判断部8の判断基準を変化させる。これにより、人体検知装置1は、人体9が厚手の被服を着込んでいる場合であっても熱線センサ2が人体9を検出したか否かを正確に判断することが可能となる。
なお、本発明は、上記実施形態の構成に限られず、種々の変形が可能であり、第1乃至第4の実施形態において、例えば、熱線センサ2は、4素子2出力型の検出素子21乃24を備える構成でなく、1出力型の検出素子を2つ備える構成であっても構わない。また、第2乃至第4の実施形態において、例えば、特定条件判断手段7は、時間管理手段、サーミスタ11または明るさセンサ15のいずれかを備える構成ではなく、時間管理手段、サーミスタ11及び明るさセンサ15の全てを備える構成であっても構わない。
本発明の第1の実施形態に係る人体検知装置の概略を示す構成図。 (a)(b)は本実施形態に係る熱線センサの概略を示す構成図。 本実施形態に係る検知エリアの一例を示す図。 本実施形態に係る検知エリアにおける人体の移動方向の一例を示す図。 本実施形態に係る出力部における検出信号の波形を示す図。 本実施形態に係るエリア状況が特定の条件を満たしているときの判断部の判断基準の一例を示す図。 本実施形態に係るエリア状況が特定の条件を満たしていないときの判断部の判断基準の一例を示す図。 本発明の第3の実施形態に係るサーミスタの概略を示す構成図。 本実施形態に係るサーミスタの電圧と温度との関係を示す図。 本発明の第4の実施形態に係る明るさセンサの概略を示す構成図。 本実施形態に係る明るさセンサの電圧と明るさとの関係を示す図。
符号の説明
1 人体検知装置
2 熱線センサ
7 特定条件判断手段
8 判断部
9 人体
11 サーミスタ(温度検出手段)
15 明るさセンサ(明るさ検出手段)
A 検知エリア
B 検知エリア
s1 検出信号
s2 検出信号

Claims (1)

  1. 所定の高さより高い領域を検知エリアとし、物体を検出することに応じて検出信号を出力する第1の熱線センサと、前記所定の高さより低い領域を検知エリアとし、物体を検出することに応じて検出信号を出力する第2の熱線センサと、前記検出信号に基づいて人体の存在を判断する判断部と、を備えた人体検知装置において、
    前記検知エリアにおけるエリア状況が特定の条件を満たしているか否かを判断する特定条件判断手段を備え、
    前記特定条件判断手段は、前記特定の条件として前記エリア状況が所定の明るさ条件を満たしているかを検出する明るさ検出手段を備え、
    前記判断部は、
    前記特定条件判断手段の判断結果に応じて人体が存在するか否かの判断基準を変更し、
    前記特定条件判断手段が前記明るさ検出手段の検出結果に基づいて前記エリア状況が前記特定の条件を満たしていると判断したときであって、前記第1の熱線センサが前記検出信号を出力し、かつ前記第2の熱線センサが前記検出信号を出力したことに応じて人体が存在すると判断し、
    前記特定条件判断手段が前記明るさ検出手段の検出結果に基づいて前記エリア状況が前記特定の条件を満たしていないと判断したときであって、前記第1の熱線センサが前記検出信号を出力したことに応じて人体が存在すると判断することを特徴とする人体検知装置。
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