JPH0727031B2

JPH0727031B2 - 人体検知装置

Info

Publication number: JPH0727031B2
Application number: JP1119486A
Authority: JP
Inventors: 素生井狩; 慎司桐畑
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 1989-05-12
Filing date: 1989-05-12
Publication date: 1995-03-29
Anticipated expiration: 2010-03-29
Also published as: JPH02297090A

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関するものである。

［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、近年近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l₁が10m程度、内周検知領域12の直径l₂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l₃及び内周検知領域12の間隔l₄はそれぞれl₃＝1.
5m程度、l₄＝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l₅はl₅＝2.0〜
2.5m程度となる。この従来の人体検知装置は、徒歩、駆
け足、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題］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、上
述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2_A〜2_Dと、前記複数の赤外線受光
素子2_A〜2_D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2_A〜2_D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〜2_D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2_A〜2_Dの間隔は赤外線受光素子2_A〜2_D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2_A〜2_D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、赤外線受光素子2_A〜2_D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2_A〜2_Dによって形成される検知領
域Ａ〜Ｄを例えば150mm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200×400mm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_A〜2_Dの間隔ｂを赤外線受光素子
2_A〜2_D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一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。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。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。

2_A〜2_Dは赤外線受光素子である。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_A〜2_Dを光学系１の
焦点面に配置してある。なお、以下の説明では、赤外線
受光素子2_A〜2_Dが４個の場合を例示しているが、赤外線
受光素子2_A〜2_D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2_A〜2_Dは、焦電素子に限定さ
れるものではなく、サーモパイルを用いても良い。赤外
線受光素子2_A〜2_D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2_A〜2_Dと同じ配置で形
成れ、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2_A〜2_D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2_A〜2_Dの出力を増幅
する。第２図は赤外線受光素子2_A〜2_Dと増幅部３におけ
る入力部の回路構成を示している。本実施例では、同図
（ａ）に示すように、赤外線受光素子2_A及び2_B、2_C及び
2_D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R_gが並列接続され、入力抵抗R_g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_gに並列接続される赤外線
受光素子2_A〜2_D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_A〜2_D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。以上のフィルタ41しと比
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、一例としてｌ＝10〜20〔cm〕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、集電素子よりなる赤外線受光素子2_A〜2_D
が配されている。この赤外線受光素子2_A〜2_D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
Ｌ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2_A〜2_Dの平面図及び正面図である。この赤外線受光素
子2_A〜2_D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のピン数は少
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ｌ
はフレネルレンズＬの像倍率をｍとすると、赤外線受光
素子2_A〜2_Dの各素子面の大きさａのｍ倍となる。第７図
の感度分布では、この半値幅ｌ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2_A〜2_D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ｆ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
2_A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/f 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/m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_A〜2_Dの素子面の大きさ（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
ｌとすると、上述のように、ｌ＝ｍ×ａ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_A〜2_D
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_A〜2_Dの大きさ
ａと間隔ｂと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_Aと2_Bについて、その大き
さａよりも間隔ｂを若干短くした場合には、赤外線受光
素子2_A，2_B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2_Aの感度分布の裾野が赤外線
受光素子2_Bの感度分布のピークと重なる。また、赤外線
受光素子2_Bの裾野が赤外線受光素子2_A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）に示したように、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P₁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P₀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_A及
び2_Bについて、その大きさａよりも間隔ｂ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2_A，
2_Bの間隔ｂ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ｂ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2_A，2_Bの大きさａと間隔ｂ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一様の検知感度で人体
の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10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、2_A〜2_D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。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項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。