JPH01162186A - 人体検知センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野コ 本発明は、赤外線受光素子を利用した人体検知センサに
関し、特に人体検知判定基準値の設定方法に特徴のある
自動ドア用の人体検知センサに関する。

［従来の技術］ 集光レンズと、赤外線受光素子と、その出力信号を処理
する回路とにより構成される人体検知センυは、自動ド
ア用のセンυとして広く使用されている。このセンサは
自動ドアの出入口の天井や庇に設置されて床面の赤外線
の変化量を監視しており、監視エリア内に人が入ると、
人と床面の赤外線骨の差を検知することにより人を検知
する。

したがって、監視している床面の温度が変化してしまえ
ば、同一の人が通過、した場合でも出力信号レベルが違
ってしまう。たとえば、自動ドアの外側を監視している
センサについて、おる真夏の一日の状況を考える。床面
に直射日光が当たっている時間帯には、床面の温度が４
０度以上になり、人体の表面温度３０度程度との差が１
０度以上ある。このようなときに人体が監視エリアに入
ると信号レベルが高くなる。一方、夕刻の時間帯になっ
て床面が日陰に入ると、床面の温度も３０度程度になり
、人体の表面温度との差がほとんどなくなる。そうなる
と人が監視エリアに入っても出力信号レベルが著しく低
くなる。

ざらに、監視エリアに人が入らなくても、ドアが開いた
ときに温度の異なる至内の空気と外気との間で気流が発
生したり、自然の風などによって、床面の温度は絶えず
変動しており、信号レベルも変動する。特に、泥落とし
のための繊維製のマットなどが床に敷かれていると、こ
れに直射日光が当たり、風が吹いたりするとマット表面
の温度が激しく変動する。したがって、センサの出力レ
ベルが大きく変動する。

このように、この種のセンサは、設置場所の環境により
、同一の人が監視エリアに入っても信号レベルが大幅に
変動し、ざらに無人のときでも出力レベルが大きくなる
ことがある。

真夏の夕刻などのように、人体に対する感度が最も小ざ
くなっているときに、子供や老人が通過してもこれを検
知できるようにするには、感度を高く設定する必要があ
る。しかし、感度を高く設定しておくと、上述のように
、「直射日光」と「マット」と「風」の三条件が重なる
と、誤動作してしまう。

このような環境による信号レベルの変動を補正するため
には、従来から次のような対策が提案されている。

（イ）信号処理部の増幅回路に、サーミスタなどの感温
素子を使用した温度補償回路を組み込んで、周辺の温度
が人体の表面温度（３０度程度）に近付くに連れて増幅
度を増加する。

（ロ）監視している床面の照度を測定し、直射日光など
で床面の温度が３０度以上になっていると想定される場
合は、周囲温度が３０度程度でも増幅度をそれ程大きく
しない。

（イ）の補償のみでは、夏に外気が３０度程度のときに
センサの感度が最大になる。このとき、床にマットが敷
かれていてこれに直射日光が当たりざらに風が吹くと、
雑音レベルが上昇して誤動作を起こすことになる。また
、誤動作を起こさないように最大時の感度を下げると、
人が通過してもこれを検知できないという不具合が生じ
る。

（ロ）の方法は、（イ）の欠点を除去するために提案さ
れたもので、床の照度が高い場合は、直射日光が当たっ
ていると判断して、外気が３０度程度でもそれ程感度を
大きくしないで誤動作を防止する。また、日光が当たら
なくなった夕刻には照度が下がるの、でそれに伴い感度
を上昇させて、老人や子供が通過したときにも検知しよ
うとするものである。しかし、この方法は、外気温度と
床の照度とから二重に感度を補正するため、実用的な補
正特性を回路で実現するのは困難な面がある。

したがって、最終的には、（イ）　（ロ）の対策を単独
で実施するほか、次の（ハ）の対策を施して製品化して
いる。

（ハ）上述のマット、直射日光、風の三条件が重なると
、センサの雑音出力が大きくなることは避けられない。

しかし、互いに逆極性の素子を直列にしたデュアルタイ
プの赤外線素子を受光素子として使用すると、監視エリ
ア全体が温度変化する場合に対して各素子の出力が互い
に相殺しあい、雑音出力が低下して誤動作しにくくなる
。したがって、デュアルタイプの赤外線素子を使用して
いる。

［発明が解決しようとする問題点］ 結局、従来の技術では、サーミスタなどによる外気の温
度の補正、床の照度測定による直射日光の補正、あるい
は、デュアルタイプの赤外線素子の使用などの対策を施
しているのであるが、このような対策を施さずに環境の
影響を排除できれば構成の簡単な人体検知センサが実現
できるはずである。

本発明の目的は、以上のような従来の対策を施すこと無
く、赤外線素子からの出力信号を解析するだけで環境の
影響を排除できるような、構成が簡単で安定した性能を
有する人体検知センサを提供することにある。

［問題点を解決するための手段］ 本発明の人体検知センサは、赤外線受光素子とその出力
信号を処理する回路とを有する人体検知センサにおいて
、 Ｐ：人体を検知したときの信号レベルを代表する値のＲ
ｆｒ値 Ｎ：人体を検知しないときの雑音レベルを代表する値の
最新値 ＴＨ二人体検知判定基準値 Ａ：正の実数または零 Ｂ：正の実数または零（ただし、Ａと８は同時には零に
ならない） とするとき ＴＨ＝Ａ×Ｎ＋Ｂ×Ｐ となるように人体検知判定基準値が順次更新されていく
ことを特徴とするものである。

一般に、出力信号処理回路では、出力信号を特定の時間
間隔でサンプリングして出力レベルを記憶している。人
体を検知したときの信号レベルを代表する値Ｐとは、あ
る時間範囲で人体検知信号レベルが複数個得られたとき
にこれらを平均した値を利用するが普通である。しかし
、平均値以外の代表値を使うことももちろん可能である
。人体を検知しないときの雑音レベルを代表する値Ｎに
ついても同様である。

人体検知判定基準値ＴＨとは、この値ＴＨを越えるよう
な信号レベルが得られたときに人体を検知したと判断す
るためのものである。

Ａは一般には１より大きい値を取り、Ｂは一般には１よ
り小さい値を取る。すなわち、人体検知判定基準値ＴＨ
は、雑音レベルよりは大きくする必要があり、また人体
検知レベルよりは小さくする必要があるからである。し
かし、代表値Ｎ、　Ｐの取り方によっては、好ましいＡ
、Ｂの値はいろいろな値を取り得るものである。

なお、Ａ、Ｂはいずれかを零とすることもできる。すな
わち、雑音レベルだけ、あるいは人体検知レベルだけを
基にしてＴＨの値を決定することも可能である。しかし
、両方のレベルを利用してＴＨを定めるほうがより好ま
しいことは明らかである。

［実施例］ 第１図は、本発明の人体検知センサの実施例の構成を示
すブロック図である。集光レンズ１は監視エリア２から
の赤外線を、焦電型赤外線受光素子３に集光する。増幅
器４はカップリングコンデンサ２１を介して赤外線受光
素子３から信号を受は取り、これを増幅して信＠５１！
Ｉ理回路５に送る。

この信号処理回路５は、増幅器４の出力信号から雑音と
人体検知信号とを分離する回路で、Ａ／Ｄ変換器と、信
号処理プログラムが組み込まれたＲＯＭと、データ処理
演算のためのＲＡＭとを内蔵したワンチップマイクロコ
ンピュータで構成されている。信号処理回路５が人体を
検知したと判断した場合は、リレー６が駆動され、リレ
ー接点７が閉じて自動ドアの駆動モータが作動し自動ド
アが開かれる。

本発明は信号処理回路５内の信号処理に特徴があるもの
である。第２図は、増幅器４からの出力信号Ｓ　（ｔ）
の−例を拡大して示したものである。

縦軸は信号の大きさを表わし、横軸は時間ｔを表わす。

赤外線受光素子３では赤外線を受光して対象物の温度に
応じた出力を発生するが、カップリングコンデンサ２１
と増幅器４を通過することによって、増幅器４の出力信
号Ｓ　（ｔ）はバイアス直流成分５（ｔ）０にの上に温
度の変化分が加わっているような信号となっている。

以下、第２図を参照して、人体検知判定基準値ＴＨ（以
下、しきい値と呼ぶ）の求め方を説明する。出力信号Ｓ
　（ｔ）は時間間隔Δｔでサンプリングされて、各時刻
でのＳ　（ｔ）の値が記憶される。

時刻１におけるＳ　（ｔ）の値をＳｉ　と表わす。

まず、直流成分５（ｔ）Ｄｏを求める必要がある。

この直流成分は、増幅器４の直流動作点が電源変動や部
品のバラツキなどによって変化するために変動する可能
性がある。このような変動を修正するために実際の出力
信号から直流成分を決定することが必要になる。この直
流成分は十分な時間範囲に亘ってＳ　（ｔ）を平均した
ものと考えることができる。そこで、各時刻においてＳ
　（ｔ）の平均値とみなせるものを求めることになる。

時刻ｉにおいてＳ　（ｔ）の平均値とみなせるものを８
１と表わすことにする。まず、時刻１．では、サンプリ
ングデータは一つしかないので、 ５ｏ＝Ｓ。

である。次に、時間間隔Δｔが経過した時刻ｔ１では、 と定めることにする。ここで、定数Ｃａは、直流成分を
求めるための平滑係数であり、所望の時間範囲の間のサ
ンプリングの数に相当するものである。以下、同様に求
めていくことができ、一般に時刻ｉにおいては、 と表わすことができる。

次に、時刻ｉにおいて、信号Ｓ　（ｔ）の、直流成分か
らの変動分σｉは σ１＝Ｉｓｉ−Ｓト、１ で求める。人体検知を判断するにはこのａｉと、しきい
値ＴＨを比較することになる。

ここで、 σｉ−１＜σｉ、　ａｉ〉σｉ＋１．　　ａｉ　＞ＴＨ
が成立するとき、 σＰｊ−σＨ（ｊは１から順に番号を付ける）と定義す
る。すなわち、信号レベルがピークとなってしきい値を
越えたときにσＰｊが得られる。また、 σｉ、σｉ−１＜ＴＨ が成立するとき、 σＮｋ”ａｉ　・’Ｎｋ−１−σ１−１（ｋは１から順
に番号を付ける） と定義する。すなわち、信号レベルがしきい値ＴＨを越
えないときにはσＮｋが得られる。ここで、上述の（１
）式と同様にσＰｊとσ畦の平均値を考えると、 ろｊ＝了ｐｊ−ｔ＋（σｐｊ（７ｐｊ−１）　／　ＣＩ
、・・・（２）’Ｎｋ”’Ｎｋ−１＋（σＨＨ（７ＨＨ
−１）　／Ｃｃ　”ｉ３）となる。

ここで、σ、ｊとσ肚の物理的意味を考える。第３図は
、出力信号Ｓ　（ｔ）の全体図を示したものである。第
３図の時間領域８，１０．１１のように、信号レベルが
しきいＩＴＨ以内にあるときは、σ畦が求められ、これ
は環境の雑音ファクターを示している。たとえば、時間
領域１０のように直射日光、マット、風の三条性が重な
った場合は、σＮｋは増加し、誤動作に対して要注意で
あるのが分かる。

一方、第３図の領域９．１２のように、信号レベルがし
きい値ＴＨを越えるときは、σＰｊが得られ、これは感
度のファクターを示す。たとえば、領域９のように夏の
夕刻の時間帯で床面の温度が３０度程度のときは（７ｐ
ｊが低下する。逆に、時間領域１２のように床に直射日
光が当たっているときは了Ｐｊが増加し、感度が高くな
り過ぎて、ドアが閉じるときのドアの動きを敏感に感知
し、誤動作する恐れがあるのが分かる。

そこで、最新のアＰｊとτＮｋを利用してＴＨ＝ＡＸＣ
ｒＨ（＋ＢＸ万Ｐｊ のようにしきい値を常に更新すれば、誤動作の恐れが極
めて少なくなることが分かる。本実施例ではＡ＝２．Ｂ
＝１／４として、良好な結果が得られた。上述の（２）
（３）式のように定義したときは、Ａ−２〜４．Ｂ−１
／３〜１／８程度の値を選ぶのが好ましい。

なお、本実施例の了Ｐｊが本発明の要旨におけるＰに相
当し、τＮｋがＮに相当するものである。

床にマットが敷かれてないときは、Ａ”ＮｋはＢ「Ｐｊ
に比較して十分小さい。したがって、”Ｎｋだけでは感
度が高くなり過ぎて誤動作する恐れがあるが、Ｂ（７ｐ
ｊが作用して感度を抑制し誤動作を防ぐことができる。

また、Ｂうｊだけのときは、第３図の時間領域９のよう
に信号レベルが低いときには感度が高くなって問題はな
いが、その後人が通過せず感度補正するチャンスがない
まま、時間領域１０のように雑音が大きい状態になると
誤動作の心配が出てくる。

結局、（７ＰＪと５″Ｎｋとを合成してしきい値ＴＨを
順次更新していくと、第３図に示すようにセンサの感度
を常に最適な状態に保つことができる。

次に、上述の（１）（２）（３）式における平滑係数Ｃ
ａ、Ｃｂ、Ｃ６について説明する。人が通過して出力信
号Ｓ　（ｔ）が変動していても平均値Ｓｉが求められる
ようにするには、変動の波の数は１０個以上は欲しい。

また、人がドアの前を５０ｃｍくらい歩くと信号は−サ
イクル変動する。人の歩行速度を０．５ｍ／Ｓとすると
、変動波１０個の全時間Ｔは Ｔ＝１０Ｘ　（５０ｃｍ÷０．５ｍ／５）＝１０秒 となる。サンプリングの時間間隔Δｔは３０ｍ５程度で
あるから、時間Ｔの間のサンプル数ｎはｎ＝１０ｓ÷３
０ｍ５＝約３３３ となる。この数がＣａの値となる。ただし、マイクロコ
ンピュータの内部で割り算をする場合は、Ｃａを２のべ
き乗の形にすれば、桁下げだけで済み、計算が速くなる
。そこで、Ｃａ＝２　　とすることができる。

Ｃｂについては、６〜７人通過したときの平均値とする
のが好ましい。−人通過するとピークが４〜７ｆ１ＭＩ
程度生じるので、概略５０個程度のピークの平均値を取
ることにする。すなわち、ＣＩ、＝２５〜２６程度にす
る。

ＣＣについては、求まる雑音レベルの平均値が環境の変
化に追従する必要があり、時間範囲としては１０秒くら
い取れば良い。そこで、ＣＣ＝２８〜２９程度にする。

なお、５Ｐｊと７ＦＮｋのいずれか片方だけを使用して
も、効果は落ちるがある程度の感度補正ができるのはも
ちろんである。

本実施例では、マイクロコンピュータ以外には特別な補
正部品が必要なく、周辺部品が簡単で製品価格を従来製
品より廉価にできる。

［発明の効果コ 以上説明したように本発明は、信号処理回路の内部で、
雑音レベルと人体検知レベルを基にして人体検知判断基
準値ＴＨを順次更新しているので、温度補償回路や床の
照度測定回路を使用すること無く、単純な構成で誤動作
の少ない人体検知センサを得ることができる。もちろん
、雑音出力を低下させるためのデュアルタイプの赤外線
素子を使用する必要もなく、安価なモノラルタイプの素
子で充分である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例の構成を示すブロック図、 第２図は出力信号の拡大図、 第３図は出力信号の全体図である。 ３・・・赤外線受光素子 ４・・・増幅器 ５・・・信号処理回路 特許出願人　株式会社本田電子技研 代　理　人　弁理士　井ノロ　壽 込２図 篤３図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 赤外線受光素子とその出力信号を処理する回路とを有す
   る人体検知センサにおいて、 Ｐ：人体を検知したときの信号レベルを代表する値の最
   新値 Ｎ：人体を検知しないときの雑音レベルを代表する値の
   最新値 ＴＨ：人体検知判定基準値 Ａ：正の実数または零 Ｂ：正の実数または零（ただし、ＡとＢは同時には零に
   ならない） とするとき ＴＨ＝Ａ×Ｎ＋Ｂ×Ｐ となるように人体検知判定基準値が順次更新されていく
   ことを特徴とする人体検知センサ。