JPH02297090A - 人体検知装置 - 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］ 本発明は、人体から放射される赤外線量と床面等の背景
から放射される赤外線量の差を、人体の移動、若しくは
、その身体の一部分の動きにより検出する赤外線受光式
の人体検知装置に間するものである。

［従来の技術］ 赤外線受光式の人体検知装置は、人体と背景の温度差を
赤外線のエネルギー量の差として焦電素子等の赤外線受
光素子を用いて検出することにより、人体を検知する装
置であり、近年広く普及するようになった。ところで、
従来のほとんどの人体検知装置は、主として徒歩などで
移動する人体を検出するものであった。第１２図は従来
の代表的な人体検知装置の検知領域を示しており、同図
（イ）は当該検知領域を側面から見た図、同図（イ）は
上面から見た図である。ここでは、ラウンドタイプ（全
周検知型）の人体検知装置を採り上げた。

図中、１１は外周検知領域、１２は内周検知領域、１３
は直下検知領域である。

ところで、この人体検知装置においては、一般に、検知
領域の間隔が通常の人体の大きさに比較して大きく設定
されている。第１２図に示す例では、通常、外周検知領
域１１の直径１１がＩｏｎ程度、内周検知領域１２の直
径１２が６ｍ程度であるが、この場合、床面上における
外周検知領域１１の間隔ｌ、及び内周検知領域１２の間
隔ｌ、はそれぞれ１ｘ＝１．５爾程度、／、＝１ｍ程度
となる。また、床面上における外周検知領域１１と、内
周検知領域１２との間隔！、は１ｓ＝２．０〜２．５−
程度となる。この従来の人体検知装置は、徒歩、駆は足
、忍び足等で移動する人体を検知することを主たる目的
としている。したがって、上記検知領域の間隔が人体の
大きさに比べて大きくても、人体の移動に伴い、いずれ
かの検知領域を人体が横切ることにより、人体検知出力
を発生することができる。

［発明が解決しようとする課Ｍ１ ところが、例えば、会議室や応接室等で着席中の人体を
検知する場合には、人体全体の移動を期待することはで
きないため、身体の一部、例えば頭部、腕部、手等の微
小な動きを検知する必要が生じる。しかしながら、従来
の人体検知装置では、検知領域の間隔が広いために、」
二連のような身体の一部の微小な動きを検知することは
できない。

例えば、第１２図において、外周検知領域１１と、内周
検知領域１２との中間地点付近に人体等のターゲットＴ
が着席している場合、その頭部や腕部、手等の人体の一
部の微小な動きを検知することは困難である。すなわち
、従来の人体検知装置は、人体全体の移動を検知する用
途には適しているが、会議室や応接室等の室内で着席し
ている人体の有無を検知する用途には不適当であると言
える。

本発明はこ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、人体の一部の微小な動きを検知
するのに適した人体検知装置を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 本発明にあっては、上記の課題を解決するために、第３
図に示すように、検知領域からの赤外線を集光する光学
系１と、前記光学系１にて集光された赤外線を受光する
複数の赤外線受光素子２Ａ〜２Ｄと、前記複数の赤外線
受光素子２Ａ〜２Ｄの出力を増幅する増幅部３と、前記
増幅部３にて増幅された赤外線受光素子２Ａ〜２ｏの出
力により人体Ｍの有無を判定する処理判断部４と、前記
処理判断部４の判定結果を出力する出力部５とを有し、
第１１図（イ）に示すように、複数の赤外線受光素子２
Ａ〜２ｏによって形成される検知領域Ａ〜Ｄを隣接させ
、且つ検知領域Ａ〜Ｄの大きさを検知すべき人体の一部
分Ｐと同程度の大きさに設定し、第１図（イ）に示すよ
うに、複数の赤外線受光素子２Ａ〜２Ｄの間隔すは各赤
外線受光素子２Ａ〜２Ｄの大きさａの１倍乃至１．５倍
の範囲に設定したことを特徴とするものである。

［作用］ 第１１図は本発明と従来例の作用説明図である。

本発明にあっては、第１１図（イ）に示すように、複数
の赤外線受光素子２Ａ〜２Ｄによって形成される検知領
域Ａ−Ｄを隣接させ、且つ検知領域Ａ〜Ｄの大きさを検
知すべき人体の一部分Ｐと同程度の大きさに設定したの
で、会議室や応接室等の室内で着席している人体を検知
対象とする場合でも、人体の一部分Ｐが検知領域Ａ〜Ｄ
内を微小に移動した場合に、赤外線受光素子２Ａ〜２Ｄ
から出力を得て、人体の有無を確実に判定することがで
きる。

例えば、本発明では、赤外線受光素子２Ａ〜２Ｄによっ
て形成される検知領域Ａ〜Ｄを例えば１５０簡−平方の
正方形状としている。その大きさは人体の一部分Ｐ（例
えば頭部、肩部、手等）と同程度である。このため、円
内の領域Ｓにおいて、人体の一部分Ｐの微小な動きがあ
ると、その動きは検知領域と非検知領域を交互に往復す
るような動きとなるので、検知領域内においては、赤外
線量の変化を生じることになり、検知出力が得られるこ
とになる。一方、従来例では、第１１図（ロ）に示すよ
うに、赤外線受光素子によって形成される検知領域Ｋを
例えば２００Ｘ４００＋ｍの長方形状とし、人体Ｍの全
体的な移動を検知するように構成されている。したがっ
て、従来例では人体Ｍが全体として矢印に示すように移
動しないと、人体検知ができないが、本発明では、人体
の一部分Ｐ（例えば手等）が矢印に示すように微動する
だけで、人体検知が可能となる。

また、本発明にあっては、第１図（イ）に示すように、
複数の赤外線受光素子２＾〜２Ｄの間隔すを赤外線受光
素子２Ａ〜２Ｄの大きさａの１倍乃至１゜５倍の範囲に
設定したので、光学系１の収差によるボケにより検知対
象となる物面の全域にわたって略−様の検知感度で微動
検知を行うことができ、不感帯をなくすことができるも
のである。

［実施例］ 第３図は本発明の一実施例の回路構成を示すブロック図
である０図中、１は光学系であり、検知領域からの赤外
線を集光する０本実施例では、多分割レンズのような複
眼構成の光学系を用いて、複数の検知領域から赤外線を
集光する。

２Ａ〜２Ｄは赤外線受光素子である０本実施例では、例
えば焦電素子等よりなる赤外線受光素子２＾〜２ｏを光
学系１の焦点面に配置しである。なお、以下の説明では
、赤外線受光素子２Ａ〜２ｏが４個の場合を例示してい
るが、赤外線受光素子２Ａ〜２ｏの個数は４個に限定さ
れるものではない、また、赤外線受光素子２Ａ〜２ｏは
、焦電素子に限定されるものではなく、サーモバイルを
用いても良い、赤外線受光素子２Ａ〜２Ｄを光学系１の
焦点面上に配置することにより、物面上には光学系１を
通じて複数の検知領域Ａ〜Ｄが焦点面上の赤外線受光素
子２Ａ〜２Ｄと同じ配置で形成され、検知領域Ａ〜Ｄ内
における人体の移動により各々の赤外線受光素子２Ａ〜
２Ｄが背景との温度差の変化として出力を生じる。

３は増幅部であり、赤外線受光素子２Ａ〜２Ｄの出力を
増幅する。第２図は赤外線受光素子２＾〜２ｏと増幅部
３における入力部の回路構成を示している９本実施例で
は、同図（ａ）に示すように、赤外線受光素子２Ａ及び
２Ｂ、２ｃ及び２Ｄをそれぞれ１組と考えて、それぞれ
の組の中で２個の素子を極性を逆にして直列に接続して
いる。この検出素子には入力抵抗Ｒｇが並列接続され、
入力抵抗Ｒｇの両端電圧が電界効果トランジスタＱのゲ
ート・ソース間に印加されている。なお、入力抵抗Ｒ，
に並列接続される赤外線受光素子２Ａ〜２Ｄは、同図（
ｂ）に示すように直並列に、あるいは同図（ｃ）に示す
ように並列に接続されていても構わない。

４１はフィルタであり、増幅部３で増幅された赤外線受
光素子２＾〜２Ｄの出力から不必要な低周波成分や高周
波成分を取り除くものである。４２は比較部であり、フ
ィルタ４１から出力される信号のピーク値が予め設定し
た基準電圧を越えるか否かを比較して、人間の有無を判
定するものである。

４３は基準電圧発生部であり、比較部４２に基準電圧を
供給する０以上のフィルタ４１と比較部４２及び基準電
圧発生部４３で処理判断部４を構成している。５は出力
部であり、比較部４２からの比較結果を外部に出力する
ものである。

本実施例では、検知領域の形状を正方形としたが、この
大きさは検知すべき人体の一部分の微小な動きと同程度
の大きさにすると、最も効率良く検知出力が得られる。

第１１図（イ）に示す正方形の一辺の大きさをｌとした
場合、−例としてＺ＝１０〜２０　（ａｍ）程度にすれ
ば、人体の一部分の微小な動きを検知するのに適するも
のである。

第４図は本実施例の人体検知装置の断面図である。装置
本体２０は天井面に埋め込まれており、カバー２１で覆
われている。カバー２１の中心部には、集光用の光学系
１としてフレネルレンズＬが配されている。フレネルレ
ンズＬの集光面には、焦電素子よりなる赤外線受光素子
２＾〜２Ｄが配されている。この赤外線受光素子２Ａ〜
２Ｄは、第１のプリント基板２２の裏面側に実装されて
おり、プリント基板２２の表面側には、増幅部３と処理
判断部４を構成するＩＣ部品が実装されている。

また、第２のプリント基板２３には出力部５が実装され
ており、出力端子２４．２５に接続される信号線に人体
検知信号を送出する。

第５図（イ）、（ロ）は本実施例に用いるフレネルレン
ズＬの正面図及び側断面図である。このフレネルレンズ
しは１２分割されており、物面を１２個の領域に分割し
て、各領域の像を中心部の焦点面に結像させるものであ
る。この種のフレネルレンズＬは、例えばポリエチレン
を用いて安価に、且つ軽量に構成することができる。

第６図〈イ）、（ロ）は本実施例に用いる赤外線受光素
子２Ａ〜２Ｄの平面図及び正面図である。この赤外線受
光素子２Ａ〜２Ｄは焦電素子よりなり、例えば、第２図
（イ）〜（ハ）に示すように、内部で接続されている。

したがって、パッケージ２６から引き出される端子２７
のビン数は少なくて済むものである。

第７図は物面からの赤外線受光パワーの感度分布を示し
ている。同図に示すように、受光パワーは素子面と光学
的に共役な物面の中心部で最大となる。そして、受光パ
ワーがピークの半分となる物面上の幅、つまり半値幅！
はフレネルレンズＬの像倍率を鴫とすると、赤外線受光
素子２Ａ〜２０の各素子面の大きさａの麟倍となる。゛
第７図の感度分布では、この半値幅ｅよりも広い範囲に
わたって受光パワーが得られているが、これは受光レン
ズに収差があるので、光像のボケにより受光パワーの裾
野が広がっているものである。なお、受光レンズとして
多数枚のレンズを組み合わせて収差を低減すれば、感度
分布を第７図に示すものよりも鋭くすることが理論的に
は可能であろうが、この種の人体検知装置に用いられる
受光レンズは一般に安価で且つ軽量な一枚レンズで構成
せざるを得ないので、必ず第７図に示すような感度分布
となるものである。

第８図は赤外線受光素子２Ａ〜２Ｄの素子面と物面との
光学的な関係を示している。フレネルレンズＬよりなる
受光レンズの焦点距離をｒとし、物面上の検知領域Ａか
ら受光レンズまでの距離をＸとし、受光レンズから受光
素子２Ａの素子面までの距離をｙとすると、次式が成り
立つ。

１／ｘ＋１／ｙ−１／ｒ つまり、物面と素子面とは光学的に共役な関係にあり、
素子面は受光レンズを介して像倍率ｍ”ｘ／ｙで物面上
に拡大投影される。換言すれば、物面は受光レンズを介
して像倍率１／ａｉで素子面上に縮小投影される。した
がって、赤外線受光素子２八〜２Ｄの素子面の大きさく
正方形の１辺の長さ）をａとし、素子面と光学系的に共
役な物面上の検出領域Ａ〜Ｄの大きさ（正方形の１辺の
長さ）をｐとすると、上述のように、Ｚ＝ｍＸｉとなる
。このため、第１１図（イ）に示すように、赤外線受光
素子２＾〜２ｏの配置と相似形の検出領域Ａ−Ｄが物面
上に得られる。また、フレネルレンズＬは多分割されて
いるので、複数組の検出領域Ａ−Ｄが得られる。

次に、素子面上における赤外線受光素子２八〜２ｏの大
きさａと間隔すの関係について説明する。

第９図（イ）に示すように、赤外線受光素子２＾と２８
について、その大きさａよりも間隔すを若干短くした場
合には、赤外線受光素子２　Ａ、　２　ｅの感度分布は
第９図（ロ）の■、■に示すようになり、赤外線受光素
子２Ａの感度分布の裾野が赤外線受光素子２Ｂの感度分
布のピークと重なる。また、赤外線受光素子２日の裾野
が赤外線受光素子２＾の感度分布のピークと重なる。し
たがって、赤外線受光素子２　Ａ、　２　Ｂを第２図（
イ）〜（ハ）に示すように、逆極性に接続した場合、そ
の合成出力の感度分布は第９図（ハ）に示すようになる
。つまり、一方の素子における感度分布の裾野が他方の
素子における感度分布のピークを押さえ込むことになり
、合成出力における感度分布のピークＰ、は、赤外線受
光素子２　Ａ、　２　Ｂの単体での感度分布のピークＰ
。

よりも小さくなる。さらに、合成出力の感度分布もいび
つな形状となり、人体の一部分の微動を検知する用途に
は適さなくなる。

第１０図は人体の一部分の微動を検知するために要求さ
れる理想的な感度分布を示している。つまり、理想的な
感度分布では、人体の一部分の微動に対する受光パワー
の変化量は常に一様である。

第９図（ハ）に示す合成出力は、この理想的な感度分布
とは相当異なり、人体の一部分の微動に対する受光パワ
ーの変化量が大きい場所と、小さい場所とが存在する。

したがって、人体の一部分の微動が生じる箇所によって
は、人体の存在を検知できない場合がある・。

一方、第１図（イ）に示すように、赤外線受光素子２＾
及び２Ｂについて、その大きさａよりも間隔すを大きく
した場合には、赤外線受光素子２　Ａ、　２　Ｂの合成
出力の感度分布は、第１図（ロ）に示すようになり、第
１０図に示す理想的な感度分布に近くなる。これは、赤
外線受光素子２Ａ、２Ｂの間隔すがその大きさａよりも
広がることにより、一方の素子における感度分布の裾野
が他方の素子における感度分布のピークを押さえ込むこ
とがなくなるからである。これにより、感度分布のピー
クが低下したり、感度分布が極端にいびつになるような
ことを防止できる。ただし、赤外線受光素子２　Ａ、　
２　Ｂの間隔すがその大きさａの１．５倍よりも大きく
なると、素子間の中間部で感度が得られなくなるので、
好ましくない、そこで、赤外線受光素子２Ａ２Ｂの大き
さａと間隔すの関係は、 ａ≦ｂ≦１．５ａ とすることが好ましい、これは、この種の人体検知装置
に用いられる受光レンズの収差を考慮した場合には最も
好ましい範囲である。

［発明の効果］ 本発明によれば、複数の赤外線受光素子を備える赤外線
受光式の人体検知装置において、各赤外線受光素子によ
る検知領域を隣接させ、且つ検知領域の大きさを検知す
べき人体の一部分と同程度の大きさに設定したので、人
体全体の移動が無い場合でも、人体の一部の微小な動き
を検知することにより、人体の有無を判定することがで
き、しかも複数の赤外線受光素子を有するので、複数の
検知領域を形成するための光学系の構成を簡単化するこ
とができるという効果があり、また、複数の赤外線受光
素子の間隔は各赤外線受光素子の大きさの１倍乃至１．
５倍の範囲に設定したので、光学系の収差によるボケに
より検知エリアの全域にわたって略−様の検知感度で人
体の微動検知を行うことができ、不怒帯をなくすことが
できるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図（イ）は本発明に用いる赤外線受光素子の配置を
示す平面図、同図（ロ）は同上の感度分布を示す図、第
２図（イ）乃至（ハ）は同上に用いる赤外線受光素子の
各種の接続例を示す回路図、第３図は同上の人体検知装
置の全体構成を示すブロック図、第４図は本発明の一実
施例に係る人体検知装置の断面図、第５図（イ）は同上
に用いるフレネルレンズの正面図、同図（ロ）は同上の
側断面図、第６図（イ）は同上に用いる赤外線受光素子
の平面図、同図（ロ）は同上に用いる赤外線受光素子の
正面図、第７図は同上の感度分布を示す図、第８図は同
上に用いる光学系の要部構成を示す斜視図、第９図（イ
）は従来例に用いる赤外線受光素子の配置を示す平面図
、同図（ロ）、（ハ）は同上の感度分布を示す図、第１
０図は本発明の人体検知装置に用いる赤外線受光素子の
理想的な感度分布を示す図、第１１図（イ）は本発明の
作用説明図、第１１図（ロ）は従来例の作用説明図、第
１２図（イ）は従来例の検知領域を示す正面図、同図（
ロ）は同上の平面図である。 １は光学系、２Ａ〜２Ｄは赤外線受光素子、３は増幅部
、４は処理判断部、５は出力部である。 第１図 ２Ａの中心 Ｚｓの中心

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）検知領域からの赤外線を集光する光学系と、前記
   光学系にて集光された赤外線を受光する複数の赤外線受
   光素子と、前記複数の赤外線受光素子の出力を増幅する
   増幅部と、前記増幅部にて増幅された赤外線受光素子の
   出力により人体の有無を判定する処理判断部と、前記処
   理判断部の判定結果を出力する出力部とを有し、複数の
   赤外線受光素子によって形成される検知領域を隣接させ
   、且つ検知領域の大きさを検知すべき人体の一部分と同
   程度の大きさに設定し、複数の赤外線受光素子の間隔は
   赤外線受光素子の大きさの１倍乃至１．５倍の範囲に設
   定したことを特徴とする人体検知装置。