JPH06229824A - 人体検知器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 赤外線センサ１は赤外線の入射により入射強
度に応じた電気信号を発生する素子である。レンズ集合
体２は多数の凸レンズセルを集積したドーム型の光学レ
ンズであり、各凸レンズセルの焦点は相互に一致してお
り、それら焦点が赤外線センサ１の入射面の中心と一致
するように、配置されている。スリット３は細い線状の
開口部４を有する球形のスリットであり、レンズ集合体
２をその球形内に含み、開口部４により入射光の方向角
を限定する。開口部４はレンズ集合体２の各凸レンズセ
ルの前方を、これらに近接して回転移動する。 【効果】 他の方向からの入射赤外線に全く影響されず
に、空間内の人体の在、不在、人数、存在方向を検知で
きる。入射光の断続を同時に行うことができる。スリッ
ト３を複雑に回動させることなく、人体のおよその距離
を検知できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は人体を検知して、これを
示す信号を出力する人体検知器に関し、特に居住空間に
おける人体の位置、動きを検出し、該検出情報を居住環
境の制御に用いるのに好適な人体検知器に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】人体検知器の従来例としては、特開平４
−４３９２９号公報に記載の走査型非接触温度測定装置
およびそれを用いた空調装置や、特開平１−１２１６４
７号公報に記載の空気調和装置があげられる。

【０００３】前者の従来例（以下、第１の従来例とい
う）は、集光レンズおよびミラーからなる光学系を用い
て焦電素子への赤外線の入射方向を一方向に限定し、か
つ上記レンズを回動可能として、上記一方向を例えば左
から右へと走査するものである。そしてレンズの前方
に、赤外線遮断材料をスリット状に塗布した円筒形の遮
蔽板を回転させ、焦電素子への入射赤外線を断続させる
ものである。

【０００４】後者の従来例（以下、第２の従来例とい
う）は、焦電素子等の赤外線検知素子の前方に、複数の
検知エリアを有するフレネルレンズ集合体を配置し、そ
の前方に回動可能な遮蔽板を配置する。そして上記レン
ズ集合体を逐次おおっていくように、該遮蔽板を回動さ
せる。該回動中に上記赤外線検知素子の出力の大幅低下
を検知した場合、直前に該遮蔽板により遮蔽された検知
エリアに熱源つまり人体が存在すると判定するものであ
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記第１の従来例によ
れば、上記集光レンズと上記遮蔽板との回転用の２個の
モータを設けるか、またはモータ１個の場合、複雑な駆
動機構が必要であり、コスト高となる。また、上記レン
ズの走査方向は左右または上下の一方向のみであり、人
体の位置を検知する上で、方向角は検知可能でも、距離
は上記焦電素子の出力レベルより推定するしかなく、人
体の位置を精度よく検知することは困難である。

【０００６】また、上記第２の従来例によれば、複数の
人体が異なる方向に存在する場合、これらのすべてを検
知することは困難である。つまり上記赤外線検知素子の
出力は一般に熱源の放射温度と距離に依存するので、上
記遮蔽板がすべての人体からの赤外線を遮蔽し終わるま
では、少なくとも一人体からの赤外線が入射し続けるの
で、他の人体からの赤外線を遮蔽しても、その前後で該
検知素子の出力がほとんど変化しないことが考えられ
る。従って、最後に赤外線を遮蔽する人体以外の人体の
検知は困難である。

【０００７】本発明の目的は上記従来例の問題点を解決
し、簡単な機構で空間内の人体の存在位置つまり方向角
および距離が検知可能な人体検知器を提供することにあ
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は焦電素子等の赤
外線センサの入射面を囲む形で、複数のレンズセルより
構成されるレンズ集合体を配置する。上記各レンズセル
は、集光感度が高い角度範囲（以下、これを視野と称す
ることがある。上記第２の従来例ではこれを検知エリア
と称している。）を有する。各レンズセルの視野は相互
に重なり合うことなく、上下左右に放射状に広がるよう
にする。そして、上記レンズ集合体の直前に、回動可能
なスリット等の入射方向限定手段を設ける。該入射方向
限定手段は、左右方向および上下方向について入射角を
限定可能とする。

【０００９】

【作用】上記入射方向限定手段により赤外線の入射方向
を狭い角度範囲に限定できるので、該限定方向を上記視
野の１つに合わせれば、該視野内のみの赤外線の入射強
度を測定できる。該視野内に人体が存在する場合には赤
外線入射強度が高くなり、上記赤外線センサの出力レベ
ルが大となる。よって、赤外線センサの出力レベルよ
り、該視野内の人体の在、不在を判別できる。従って、
上記限定入射方向を逐次変化させて各視野を走査し、各
視野で人体の在、不在の判別を行えば、空間内の人体の
在、不在のみならず、存在する視野つまり上下左右のお
よその存在方向を検知できる。そして、上下の存在方向
より、人体のおよその距離を算出することができる。つ
まり、人体の方向および距離を検知することができ、こ
れより空間内での人体の存在位置を算出できる。また、
複数の人体が異なる視野内に存在すれば、人数分の視野
において人体が在と判別されるので、空間内の人数の検
知も可能である。

【００１０】

【実施例】以下、本発明の一実施例としての人体検知器
を図面を参照しながら説明する。図１は本発明の一実施
例としての人体検知器の機構部を示す構成図であり、
（ａ）は正面図、（ｂ）はＡ−Ａ’方向断面図である。

【００１１】赤外線センサ１は焦電素子等、赤外線の入
射により、入射強度に応じた電気信号を発生する素子で
ある。これは通例、特定波長範囲の赤外線のみ通過する
光学フィルタを入射面に配置している。レンズ集合体２
は、多数の凸レンズセルを集積したドーム型の光学レン
ズであり、上記各凸レンズセルの焦点は一致している。
該焦点が赤外線センサ１の入射面の中心と一致するよう
に、レンズ集合体２を配置する。基板５は、赤外線セン
サ１とレンズ集合体２の取付け板である。スリット３は
例えば２mm幅程度の細い線状の開口部４を有する球形の
スリットであり、レンズ集合体２を該球形内に含む。こ
れは、開口部４により入射光の方向角を限定する。該球
形の中心は上記焦点と一致させ、該球形はその中心を含
み、上記入射面に平行な軸を中心として回転する。従っ
て、開口部４はレンズ集合体２の各凸レンズセルの前方
を、これらに近接して回転移動する。モータ６はスリッ
ト３の上記回転を行うステッピングモータ等である。

【００１２】次に、本発明の一実施例としての人体検知
器の回路構成を図２に示す。増幅器７は、赤外線センサ
１が出力する微弱な電気信号を増幅する。演算器１０は
あらかじめ内部に記録されたプログラムに従いディジタ
ル演算を行うものであり、市販の１チップマイコン等で
ある。これはディジタル信号を入力し、これに演算を施
し、演算結果にもとづきディジタル信号を出力する。ま
た、これはＡ／Ｄ（アナログ−ディジタル）変換器を有
する。赤外線センサ１の出力信号は増幅器７により増幅
され、上記Ａ／Ｄ変換器に入力されて、ディジタル信号
に変換される。つまり演算器１０は赤外線センサ１の出
力信号をディジタル化して入力し、これに演算処理を施
して、人体の検知情報、つまり人体の位置、人数等の情
報を演算結果として、出力端子１１に出力する。また、
演算器１０は、スリット３の回転制御を行う。つまりス
リット３の回転の向き、回転角に対応するモータ駆動信
号を算出し、出力する。モータ駆動回路９は該モータ駆
動信号を入力し、これにもとづきモータ６の駆動電圧を
発生する回路である。また、位置センサ８は開口部４の
位置検出センサであり、フォトインタラプタ等、物体の
位置を光学的に検出するセンサである。つまり開口部４
が所定位置に存在する時のみ、これを示す信号を出力す
る。該信号は演算器１０に入力され、演算器１０はこれ
を参照してスリット３の回転制御を行う。

【００１３】次に、図１のレンズ集合体２の一例を図３
に示す。図３において、（ａ）は側面図、（ｂ）は正面
図である。図３に示すレンズ集合体２は、ドーム型の頂
点を中心として、１９個の凸レンズセルを配置したもの
である。

【００１４】また、図３のレンズ集合体２における視
野、つまり各レンズセルの中心部の、集光感度の高い角
度範囲を図４に示す。図４において、（ａ）は水平方向
の角度範囲を、（ｂ）は垂直方向の角度範囲をそれぞれ
示している。図４に示すように、視野は上下、左右に間
欠的に、放射状に広がる。

【００１５】赤外線センサ１が焦電素子の場合、赤外線
入射強度の時間変化に応じて信号を出力する。従って、
人体等の熱源が静止している場合、赤外線入射強度の時
間変化がないので、信号が出力されない。そこで、赤外
線センサ１への入射光を例えば０．５秒程度の一定間隔
で断続させて、赤外線入射強度を変化させる必要があ
る。以下、この断続の動作のことをチョッピングと称す
る。前記第１の従来例では、赤外線遮断材料をスリット
状に塗布した円筒形の遮蔽板を設け、これを回転させて
チョッピングを行っていた。これに対し、本実施例で
は、スリット３の往復運動によりチョッピングを行って
いる。以下、これについて、図５を参照しながら説明す
る。

【００１６】まず、図５（ａ）に示すように、開口部４
を１個のレンズセルの中心に向けて、例えば０．５秒程
度の一定時間だけ静止させる。次に、図５（ｂ）に示す
ように、開口部４を上記レンズセルと隣のレンズセルと
の境界まで、例えば０．０３秒程度の短時間で回転移動
する。そして、上記一定時間だけ静止させる。そして、
再び開口部４を上記レンズセルの中心まで、上記短時間
で回転移動して戻す。以上の動作をくり返す。開口部４
がレンズセルの中心つまり視野に向いている時は集光感
度が高いので、該視野内に人体等の熱源が存在すれば、
赤外線の入射強度は高くなる。開口部４が２個のレンズ
セルの境界つまり視野外に向いている時は集光感度が低
いので、入射強度も低い。つまり入射光が遮断されたの
とほぼ同様の状態となる。よって、上記スリットの往復
回転運動により、入射光を断続させるのと同様の効果が
得られる。この方式によれば、スリット３により入射方
向角の限定と入射光の断続の両方を行うことができ、ス
リット３とは別に入射光の断続手段を設ける必要がな
い。

【００１７】次に、本実施例の人体検知器の動作につい
て、演算器１０の動作の流れを示す図６のフローチャー
トを参照しながら説明する。

【００１８】演算器１０はまず開口部４を、レンズ集合
体２の左端のレンズセルの視野に向ける。つまり例えば
位置センサ８を、上記の場合におけるスリット３の端部
の位置にあらかじめ設置しておく。モータ６によりスリ
ット３を回転させ、その端部が位置センサ８の位置に達
すると、位置センサ８はこれを示す信号を出力する。演
算器１０は該信号を入力すると、モータ６の回転を停止
する（以上ｓ−１）。

【００１９】そして、演算器１０は前述したようなスリ
ット３によるチョッピングの動作を行う。つまり開口部
４を、レンズセル中心と、そのレンズセルと右隣のレン
ズセルとの境界と、の間で、例えば１０回程度の所定回
数だけ一定周期で往復運動させる（以上ｓ−２）。同時
に演算器１０は赤外線センサ１の出力信号をＡ／Ｄ変換
して入力し（ｓ−３）、そのパワー、例えばｒ．ｍ．
ｓ．（ｒｏｏｔ−ｍｅａｎ−ｓｑｕａｒｅ）値を計算す
る（ｓ−４）。

【００２０】そして、演算器１０は開口部４を右隣のレ
ンズセルの視野に向ける。つまり、２個のレンズセルの
間隔の角度だけ、モータ６を回転する（ｓ−５）。開口
部４が右端のレンズセルに至るまで、演算器１０は上記
（ｓ−２）から（ｓ−５）までの動作をくり返す。開口
部４が右端のレンズセルを行き過ぎた場合は（ｓ−
６）、演算器１０は上記の動作により得られた、開口部
４の位置角θと赤外線センサ１の出力信号のパワーｐと
の関係より、人体の在／不在、在の場合はその人数、位
置を判定する。なお、上記位置角θの値は、各レンズセ
ルの中心の位置角となる。そして、演算器１０は、該判
定の結果をディジタル信号で出力端子１１に出力する
（以上ｓ−７）。

【００２１】開口部４の位置角θと上記パワーｐとの関
係の一例を図７に示す。この例では、人体検知器の正面
約２ｍの位置に人体が存在するものとしている。位置角
θが正面の０°付近でパワーｐが急激に増大している。
パワーｐのピークはθ＝０°より少しずれているが、該
ピークの方向角を人体の方向角とすれば、誤差数度以内
で人体の方向角を検知できている。しかも、複数の人体
が異なる方向角に存在すれば、各方向角の付近に人数分
だけのパワーのピークが生じるので、人数の検知が可能
である。また、赤外線の入射強度は熱源からの距離の増
加とともに低減するので、パワーｐのピーク値より、人
体のおよその距離を推定できる。

【００２２】ただし、人体の距離は同じでも、人体の姿
勢の違い等により赤外線の入射強度は大幅に異なる。例
えば人体の放射温度は顔の部分が最も高いので、人体が
前向きか、横向きか、後向きかにより、赤外線の入射強
度が異なる。従って、パワーｐのピーク値のみより人体
の距離を推定すると、大幅な誤差を生じる恐れがある。

【００２３】そこで、スリット３に開口部４を複数個、
位置角をずらして設けて、多開口部型スリットとし、こ
れにより人体のおよその距離を検知する方式について、
図８および図９を参照しながら説明する。図８はスリッ
ト３の他の例を示す構成図であり、（ａ）は正面図、
（ｂ）はＡ−Ａ’方向断面図、（ｃ）はＢ−Ｂ’方向断
面図である。

【００２４】まず、スリット３の形状は、図８に示す如
くになっており、２個の開口部４ａ，４ｂが左右方向角
を例えば９０°開いて配置されている。そして、２個の
開口部４ａ，４ｂのうち、４ａは球面の下半分のみの、
４ｂは上半分のみの開口とする。つまり、各開口部は上
下方向には相互に全くまたはほとんど重ならないように
配置する。

【００２５】次に、上記のスリット３を用いた人体検知
の方法について、図９を参照しながら説明する。人体検
知器は室内の例えば高さ２ｍ位の高所に、例えば下方の
傾き角３５°位で下方を見下ろすように取り付ける。レ
ンズ集合体２の視野は上下方向で見れば、室内の人体の
存在範囲をほぼカバーする。開口部４ａはレンズ集合体
２の下半分のレンズセルの視野からの入射光のみ、開口
部４ｂは上半分のレンズセルの視野からの入射光のみ通
過させる。従って、図９（ａ）に示すように開口部４ａ
が左端から右端のレンズセルまで回転する間は、下半分
のレンズセルの視野つまり人体検知器から近距離の人体
のみ検知可能である。同様に、図９（ｂ）に示すように
開口部４ｂが左端から右端のレンズセルまで回転する間
は、上半分のレンズセルの視野つまり人体検知器から遠
距離の人体のみ検知可能である。

【００２６】よって、開口部４ａが左端から右端のレン
ズセルまで回転する間の角度範囲、例えばθ＝−９０°
〜０°でパワーｐの高いレベルのピークが生じれば、人
体が下半分のレンズセルの視野つまり人体検知器から近
距離に存在すると判定できる。同様に、開口部４ｂが左
端から右端のレンズセルまで回転する間の角度範囲、例
えばθ＝０°〜９０°でパワーｐの高いレベルのピーク
が生じれば、人体が上半分のレンズセルの視野つまり人
体検知器から遠距離に存在すると判定できる。

【００２７】従って、図８に示すようなスリット３を用
いた場合は、人体の姿勢の違い等により赤外線の入射強
度が変動しても、人体の位置が室内の手前か奥かという
程度の、人体のおおよその距離を確実に検知することが
できる。

【００２８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
集光用のレンズセルの集合体の直前に、回動可能なスリ
ットを設けているので、該スリットにより赤外線の入射
範囲を同じ方向のレンズセルの視野に限定することがで
きる。従って、他の方向からの入射赤外線に全く影響さ
れずに、該方向の赤外線入射強度のみを測定でき、該方
向の人体の在、不在を確実に検知することができる。よ
って、上記スリットの回動により赤外線の入射方向を逐
次走査して各方向の赤外線入射強度を測定すれば、空間
内の人体の在、不在だけでなく、いずれの方向に存在す
るか、つまり人体の存在方向を検知できる。また、人体
の存在する方向の数より、空間内の人数の検知もでき
る。

【００２９】また、上記レンズセルの視野と視野外との
間で上記スリットを往復させ、入射光の断続を行えるの
で、赤外線センサが焦電素子のように赤外線の入射強度
の時間変化を検知するものの場合でも、上記スリットと
別に入射光の断続手段を設ける必要がない。

【００３０】また、上記スリットに開口部を複数設け、
各開口部を、上下方向はほとんどあるいは全く重なり合
わせず、左右方向は大幅に隔離して配置することによ
り、１個の開口部からの赤外線の入射範囲は左右方向の
みならず上下方向についても限定される。つまり赤外線
の入射可能な距離範囲が限定される。よって、１個の開
口部がレンズ集合体の直前を通過する間は、限定された
距離範囲での人体の方を検知でき、スリットが１回転す
る間にすべての開口部がレンズ集合体の直前を通過す
る。従って、上記スリットを上下させることなく単に１
回転する間に、空間内の人体の方向のみならず、およそ
の距離を確実に検知できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例としての人体検知器の機構部
を示す構成図である。

【図２】本発明の一実施例としての人体検知器の回路構
成を示すブロック図である。

【図３】図１のレンズ集合体の一例を示す構成図であ
る。

【図４】図３のレンズ集合体における視野を示す説明図
である。

【図５】図１のスリットによるチョッピングの一例を示
す説明図である。

【図６】図２の演算器１０の動作の流れを示すフローチ
ャートである。

【図７】図１および図２の実施例における開口部の位置
角と赤外線センサの出力信号のパワーとの関係の一例を
示す特性図である。

【図８】図１のスリットの他の例を示す構成図である。

【図９】図８のスリットを用いた場合の検知距離を示す
説明図である。

【符号の説明】

１…赤外線センサ、２…レンズ集合体、３…スリット、
４…開口部、５…取付け基板、６…モータ、７…増幅
器、８…位置センサ、９…モータ駆動回路、１０…演算
器、１１…出力端子。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 人体から発生される赤外線により人体を
   検知する人体検知器において、赤外線を感知する赤外線
   センサと、該赤外線センサに赤外線を集光するレンズセ
   ルを上下左右に複数個配置したレンズ集合体と、赤外線
   を透過する透過部分を備え、前記赤外線センサへの赤外
   線の入射方向を限定すると共に、前記透過部分が回動可
   能な入射方向限定手段と、該入射方向限定手段を駆動し
   て前記透過部分を回動させる駆動手段と、を具備し、前
   記入射方向限定手段の透過部分が前記レンズ集合体に近
   接して回動することを特徴とする人体検知器。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の人体検知器において、
   前記入射方向限定手段は前記レンズ集合体の特定のレン
   ズセルの集光感度の高い角度範囲からの入射光のみを透
   過させることを特徴とする人体検知器。
3. 【請求項３】 請求項１に記載の人体検知器において、
   前記駆動手段は、前記入射方向限定手段の透過部分を、
   前記レンズ集合体の特定のレンズセルの集光感度の高い
   角度範囲と集光感度の低い角度範囲との間で、往復回動
   させることを特徴とする人体検知器。
4. 【請求項４】 請求項１に記載の人体検知器において、
   前記入射方向限定手段は前記透過部分を複数個備え、各
   透過部分は上下方向には相互に重なり合わず、左右方向
   には相互に所定角度だけ隔離されていることを特徴とす
   る人体検知器。