JPH01166283A - 人数検出装置 - 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】 （技術分野） 本発明は、被検知人体から発せられる赤外線を検出して
人数を検出する赤外線受光式の人数検出装置に関するも
のである。

（背景技術） 本発明者らは、簡単且つ安価な構成で広い検知領域を有
する高精度の人数検出装置（特願昭６１−２８１３０１
号）を既に提案している。第１０図は、その構成を示す
ブロック図である。この人数検出装置は、赤外線検出素
子２と、前記赤外線検出素子２の視野を円形走査さ・せ
る円形走査光学系１と、前記赤外線検出素子２の出力信
号を増幅する前置増幅部３と、前記前置増幅部３の出力
信号を人数検出に必要な信号に変換する信号処理部４と
、前記信号処理部４の出力信号に基づいて人数を判定す
る判断部５と、前記判断部５の出力信号から人数情報を
出力する出力部６とから成り、広い検知領域内の人数を
高精度に検出できるようにしたものである。

第１２図に円形走査光学系の一例を示す。同図（ａ）に
示すように、赤外線検出素子２の受光面前面より距離Ｒ
ｂの位置に回転板１０を配置し、回転板１０中夫の回転
軸１１を赤外線検出素子２の受光面の視野中心Ｃ上に配
置し、回転板１０をモータ等の駆動ｖ１構により回転さ
せる。第１２図（ｂ）に示すように、回転板１０に長さ
Ｌａ、幅Ｄａの長方形状のスリットＡを設け、物面Ｂか
ら輻射された赤外線のうちスリットＡを通過したものの
みが、赤外線検出素子２に入射するように構成する。物
面上における瞬時視野は、スリットＡの形状と相似であ
り、回転板１０から物面Ｂまでの距離をＲａとすると、
物面上の瞬時視野共Ｌｖ、及び視野幅Ｄｖは、次式のよ
うになる。

Ｒｈ＋Ｒａ Ｌｖ＝□・Ｌａ　　　　　　・・・（１）Ｒｂ Ｒｈ＋Ｒａ Ｄｖ＝□・Ｄａ　　　　　　・・・（２）Ｒｂ また、円形走査における放射方向において、瞬時視野が
物面Ｂを見込む視野角をθとすると、θは次式のように
なる。

Ｌａ θ＝　ｔａｎ−’□　　　　　　　　・・・（３）Ｒｂ 上記の瞬時視野が赤外線検出素子２の受光面の視野中心
Ｃを軸として円形走査され、したがって、円形走査方式
による物面Ｂを見込む全視野角は２θとなる。

人数検出に当たり、物面上の瞬時視野幅Ｄｖが人数分解
能を決定する主要因となり、人数分解能を上げるために
は、瞬時視野幅Ｄｖは小さい方が良い、従って、スリッ
トＡの開口幅Ｄａを小さくする必要があるが、赤外線受
光量がこれに比例して小さくなり、充分なＳ／Ｎ比を得
られない場合が生じる。その場合には、スリットＡの部
分にシリンドリカルレンズを配置し、走査方向において
集光作用を持たせ、所定の瞬時視野幅Ｄｖを得ると共に
、必要な光学利得を得るようにする。第１２図において
、スリットＡの部分に凸面シリンドリカルレンズを配し
た場合、赤外線検出素子２の受光面の直径をｄとすると
、物面上の瞬時視野の視野長Ｌｖ、視野幅Ｄνは次式の
ようになる。

上式から分かるように、瞬時視野幅Ｄｖは、シリンドリ
カルレンズの開口幅Ｄａによらず、適当なＲｂ、あるい
はｄを選択して所定の瞬時視野幅ＤＶを得ることができ
る。また、シリンドリカルレンズの開口幅Ｄａを大きく
することにより光学利得を増大させることができる。

また、光学利得を増大させるための他の手段として、第
１３図に示すように、凹面シリンドリカルミラーＭ”を
固定した回転板１０を赤外線検出素子２の受光面の視野
中心Ｃを軸として回転させることも提案されている。シ
リンドリカルミラーＭ′のミラー面から赤外線検出素子
２の受光面までの距離をＲｂ、シリンドリカルミラーＭ
′のミラー面から物面Ｂまでの距離をＲａ、シリンドリ
カルミラーＭ”のミラー長をり、ｍ、ミラー幅をＤａ、
赤外線検出素子２の受光面直径をｄとすると、物面上の
瞬時視野共Ｌｖ、及び視野幅’Ｄｖは、シリンドリカル
レンズを用いた場合と同様に次式のようになる。

したがって、適当なＲｂ、あるいはｄを選択することに
より、所定の瞬時視野幅Ｄｖを得ることができ、シリン
ドリカルミラーＭ゛のミラー幅Ｄｍを大きくすることに
より光学利得を増大させることができる０円形走査にお
ける放射方向において、瞬時視野が物面Ｂを見込む視野
角θは、次式のようになる。

また、円形走査方式による物面Ｂを見込む全視野角は２
θとなる。

広い検知領域を得るためには、円形走査方式において、
物面Ｂを見込む全視野角を大きく取る必要があり、その
ためには、瞬時における受光面が物面Ｂを見込む角度θ
を大きく取る必要がある。

（３）、（８）式よりθを大きくするためには、スリッ
ト長あるいはシリンドリカルレンズのレンズ長であるＬ
ａ、または、シリンドリカルミラーＭ′のミラー長Ｌｍ
を大きく取れば良い、しかしながら、赤外線検出素子２
の入射光に対する指向感度特性上、入射光と受光面視野
中心Ｃのなす角度が大きくなるにつれて、感度は低下し
、ある角度以上では、感度は零となる。赤外線検出素子
２として用いられる焦電素子の指向感度特性の一例を第
１１図に示す。この図から明らかなように、円形走査光
学系において、物面上を見込む全視野角は赤外線検出素
子２の指向感度特性により制限を受け、十分広く取れず
、さらには、視野面において、周辺部はど感度が低下し
検知領域内で感度の不均一性を生じるという問題点があ
った。

本発明者らは、これらの問題点を解決すべく、第２図に
示すように、一方向が連続的な曲率変化を有する凹面で
、これと垂直な他の方向が一定の曲率半径を有する凹面
である変形トーリックミラーＭを、一定の曲率半径を有
する凹面を半径方向として回転させることにより、半径
方向の視野を拡大すると共に、小型で光学利得の大きい
光学系を有する人数検出装置（特願昭６２−１０１３３
６゛号）を提案した。第１４図に、天井高さ３Ｉｌｌに
人数検出装置を設置し、床面に人体が直立した場合にお
ける人体の回転中心からの距離と人数検出装置における
光学系の光学利得の関係を示す、第１４図から分かるよ
うに、人体の位置により光学利得が異なり、特に人体が
回転中心に近いほど、゛光学利得が低下し、感度が低下
する。これが、人数検出精度を劣化させる原因となって
いた。

（発明の目的） 本発明は上述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、走査光学系の光学利得の不均
一性を解消して、人数検出精度を向上させた人数検出装
置を提供することにある。

（発明の開示） 本発明に係る人数検出装置にあっては、上記の目的を達
成するために、第１図乃至第１０図に示すように、赤外
線検出素子２と、反射面を前記赤外線検出素子２に向け
たミラーＭを前記赤外線検出素子２の視野中心Ｃを軸と
して回転させて前記赤外線検出素子２の視野を円形走査
させる円形走査光学系１と、前記赤外線検出素子の出力
信号を増幅する前置増幅部３と、前記前置増幅部３の出
力信号を人数検出に必要な信号に変換する信号処理部４
と、前記信号処理部４の出力信号に基づいて人数を判定
する判断部５と、前記判断部５の出力信号から人数情報
を出力する出力部６とから成る人数検出装置において、
前記ミラーは、所定の瞬時視野を有する第１の反射面と
、第１の反射面の瞬時視野の一部分を瞬時視野とする第
２の反射面とを備えることを特徴とするものである。

本発明にあっては、このように、円形走査光学系１に用
いるミラーを少なくとも２分割し、第１の分割面は所定
の瞬時視野を有するメインミラーＭとし、第２の分割面
は前記メインミラーＭの瞬時視野の一部と重なるような
瞬時視野を有するサブミラーＳＭとしている。このよう
に、メインミラーとサブミラーを用いて同時に２つの瞬
時視野を得ることができるため、メインミラーにより人
数検出に必要な所定の瞬時視野を形成すると共に、メイ
ンミラーによる瞬時視野において、光学利得の低い部分
をサブミラーの瞬時視野とすることにより、光学利得を
部分的に増大せしめ、全体として均一な感度分布を有す
る円形走査光学系を得ることができるものである。

以下、本発明の実施例について説明する。

火１鮭 第２図は本発明の一実施例に用いるメインミラーＭの形
状を示す斜視図である。このミラーＭは、ｘ−ｘ’線方
向の反射面は凹面で、ｘ−ｘ’線に直交する方向の反射
面は連続的な曲率変化を有する凹面であり、全体として
トーリックミラーを変形した形状を有する。第３図は、
第２図のミラーＭのＸ−Ｘ″線についての断面を示す図
であり、斜線を施した部分がミラー面である。ミラーＭ
の反射面を赤外線検出素子２の受光面Ｓに向けると共に
、赤外線検出素子２の視野中心Ｃを軸として、ミラーＭ
をｘ−ｘ’線方向を半径方向として回転駆動させること
により、赤外線検出素子２の視野を円形走査させること
ができる。ｘ−ｘ’線方向の凹面は瞬時視野を放射方向
に拡大する作用を有し、ｘ−ｘ’線に直交する方向の反
射面は走査方向での集光作用を有する。物面側の点Ｂ１
から入射する入射光は、ミラ一端点Ｍ１を介して受光面
Ｓに入射し、物面側の点Ｂ２から入射する入射光は、ミ
ラ一端点Ｍ２を介して受光面Ｓに入射するものとする０
点Ｂ１からミラ一端点Ｍ１への入射光がＸ軸に垂直であ
るとすると、点Ｂ２からミラ一端点Ｍ２への入射光とＹ
軸のなす角θが瞬時視野における放射方向についての瞬
時視野角となる。

ミラー面は円弧状とし、その曲率中心をＮとする。

受光面Ｓはミラー面の中央直下に配置する。すなわち、
第３図に示すように、Ｘ−Ｙ座標を取り、点Ｍ１の座標
を（Ｘ、、Ｙ、）、点Ｍ２の座標を（Ｘ２゜Ｙ２）、受
光面Ｓの座標を（Ｘｓ、Ｙｓ）とすると、Ｘｚ＝　Ｘ＋
　　　　　　　　　　　・・・（９）Ｘｓ＝Ｏ・・・（
１０） となるように設定する。これにより、ミラーＭを走査光
学系の回転板に効率的に配置でき、小形で光学利得の大
きい光学系を提供できる。ミラーＭの断面形状は、その
Ｘ軸方向の長さと、受光面Ｓの位置と、所望の瞬時視野
角θとを設定することにより、一意的に定まり、曲率中
心Ｎが決定される。

第４図において、ミラー面を示す円弧上で始径ＮＭＩか
ら角度ｔの点をＭＬとする。物面上の点Ｐからの入射光
が点Ｍｔを介して、受光面Ｓに入射するものとし、点Ｍ
Ｌにおける法＆ｌｎｔを元に、受光面Ｓからミラー面に
おける点ＭＬまでの距離Ｒｂと、点Ｍｔから物面上の点
Ｐまでの距ｊｌｉＲａが求まる。ここで、距離Ｒｈは、
ミラー面の点ＭＬの位置によって変動する。すなわち、 Ｒｂ＝Ｒｂ（ｔ）　　　　　　　　　　・・・（１１）
である、ミラーＭの走査方向についての凹面は円弧状と
して、物面上の点Ｐからの入射光を受光面Ｓに集光させ
るためには、ミラー面上の点Ｍｔにおいて、次式を満た
す焦点距ｇｉｒｔを有する凹面を走査方向に形成すれば
よい。

一＝−十一　　　　　　　　　　　・・・（１２）Ｉｔ
　　　Ｒａ　　　Ｒｂ 焦点距離ｒｔを持つためには、ミラー面上の点Ｍｔにお
いて、曲率半径Ｒｔが、 ＲＬ＝２ｆｔ　　　　　　　　　　　　・・・（１３）
となるように、凹面を形成すればよい、ミラー面上、点
ＭＬはミラーＭの走査方向の中央にあり、線分ＮＭｔの
延長線上に凹面曲率中心Ｎｔを置き、線分ＮｔＭｔが曲
率半径Ｒ１に一致するような凹面を形成すれば良い。

（１１）、（１２）、（１３）式より、となり、Ｒｂ（
ｔ）は連続的に変化し、曲率半径Ｒｔも連続的に変化さ
せる必要がある。さらに、ピントの合わせる物面Ｂを、
水平面に平行な面とし、ミラー面上の点ＭＬからピント
の合致した平面までの距離をＲとすると、距離Ｒと距離
Ｒａの関係は、線分１丁と法線ｎｔのなす角をθ阿、線
分Ｍ〒Ｐと受光面視野中心Ｃのなす角をθＦとすると、
となり、距離Ｒａも連続的に変化する。このように、ピ
ントの合わせる面をも考慮に入れて曲率半径を連続的に
変化させてミラーＭの走査方向の凹面を形成すれば良い
。

サブミラーについても上記と同様にして曲面が決定され
る。ここで、円形走査光学系を空間的に効率的に配置す
るために、メインミラーとサブミラーの端点を合致させ
、且つ、ミラー全体の中央を回転中心として、中央直下
に受光面を配置することが好ましい。人数検出装置を床
面より上方３ＩＩに設置した場合に、人数検出装置の検
知領域が床面上で半径３ｍの円形であるとすると、メイ
ンミラーの瞬時視野は、近側の視野限界が視野中心と平
行であるとすると、物面を見込む瞬時視野角は７０°程
度となる。このメインミラーの光学利得は、第１４図の
特性と同様の傾向を持つ０本実施例では、この特性にお
いて、視野中心近傍の光学利得を増大させて、検知領域
内の光学利得をほぼ均−化している。したがって、サブ
ミラーは、メインミラーの瞬時視野の視野中心近傍を瞬
時視野として有し、第１４図の特性と比べて視野中心近
傍の光学利得が増大される。

第５図に本実施例の放射方向についての断面形状の具体
例を示す、メインミラーの端点Ｍ２と受光面視野中心Ｃ
の距離は１５ｍｍである。凹面の曲率半径を２４．：２
ｍｍとし、円弧の始径Ｎ−Ｍｌが水平面となす角を８３
．４１２０°とすると、物面上の点Ｂ２からの入射光が
視野中心Ｃとなす角は、６９．９°となり、メインミラ
ーを介して物面を見込む角度は、６９．９°となる。し
たがって、本実施例において、物面を見込む角度は６つ
。

９°であり、走査光学系における物面に対する全視野角
は１３９．８°となる。第６図に、メインミラーによる
物面からの集光状況を示す。

また、メインミラーの端点Ｍｌ、Ｍ２のうち、一方の端
点Ｍ１はサブミラーの端点ＳＭ２と合致させる。受光面
視野中心Ｃからサブミラーの端点ＳＭＩ、ＳＭ２までの
距離は１５＋ｓ＋、７ｍｍ、受光面Ｓからサブミラ一端
点ＳＭＩまでの視野中心方向距離を３０ｍｍ、凹面曲率
半径を２１．２＋＊ｍとし、円弧の始径ＳＮ　−ＳＭＩ
が水平面となす角を７６゜７１７４°とすると、物面上
の点ＳＢ２からの入射光が視野中心Ｃとなす角は、３０
．０°となり、サブミラーを介して物面を見込む角度は
３０．０゜となる、第７図に本実施例のサブミラーによ
る物面からの集光状況を示す。

第８図はサブミラーの連続的に曲率が変化する走査方向
の凹面の曲率半径を示したものであり、ミラー面上の位
置は、始径ＳＮ−３ＭＩからの角度ｔｓにより表してい
る。サブミラーの端点ＳＭＩ。

８Ｍ２における曲率半径はそれぞれ６３．９０３７ｍｍ
、５６．７９８９ａ＋ｍである。

第９図はメインミラーの連続的に曲率が変化する走査方
向の凹面の曲率半径を示したものであり、ミラー面上の
位置は、始径Ｎ−Ｍｌからの角度ｔにより表している。

メインミラ一端点Ｍｌ、Ｍ２における曲率半径はそれぞ
れ６０．６４７３ｍｍ、４８．７４８７ｍｍである。ま
た、走査方向についてのミラー幅は、メインミラー、サ
ブミラーともに３０１１１ｍとした。

第１図に上記走査光学系の直下３ｍの床面に人体が直立
した場合の人体からの入射パワーを計算することにより
、光学利得を求めた結果を示す。

横軸は視野中心Ｃからの人体の水平距離であり、縦軸は
光学利得の相対値である。白丸でプロットした特性は、
従来の変形トーリックミラーを用いた場合の特性であり
、黒丸でプロットした特性は、本実施例による光学系の
特性である。第１４図と比較すれば、光学利得のピーク
値は、従来のミラーに比べて、若干低下しているものの
、３ｍまでの検知領域内でほぼ均一な特性を示し、人数
検出精度の向上に十分な特性を有していることが分かる
。

なお、検知領域を変更する場合、メインミラーの光学利
得特性も変わるが、その場合には、サブミラーの視野角
及びメインミラーとサブミラーの面積比を選択すること
により、本実施例と同様に均一な感度分布を得ることが
できる。

ここで、前記光学系を用いる人数検出装置の全体構成を
第１０図のブロック図に基づいて説明する０円形走査光
学系１にて集光された赤外線エネルギーは、赤外線検出
素子２にて受光され、電気信号に変換される。赤外線検
出素子２の出力は前置増幅部３で増幅された後、信号処
理部４内の帯域フィルターに入力して、不安定な低周波
成分と不必要な高周波成分をカットし、Ｓ／Ｎ比を向上
させる。帯域フィルターの出力はＡ／Ｄ変換されて、判
断部５を構成するマイクロコンピュータに出力される。

このマイクロコンピュータは円形走査光学系１の回転に
同期して１回転毎にＡ／Ｄ変換された波形を逐次取り込
む。判断部５においては、予め検知領域内に人体が存在
しない場合の出力波形が参照波形データとしてメモリー
内に記憶されており、入力波形は、メモリー内の参照波
形と比較され、人体の有無及び人数が同時に判断される
０本実施例では、入力波形データと参照波形データとで
比較演算を行い、その結果を新たに比較処理波形データ
とし、比較処理波形データにおいて、極大値を検出し、
極大値の数を人数としてカウントしている。比較処理波
形データにおいて、検出人数がＯの場合には、現在の入
力波形データが参照波形データとして更新され、メモリ
ー内に記憶される。このように参照波形データを用いて
入力波形データと比較演算を行うことにより、検知領域
内の環境変化に左右されることなく、高精度な人数検出
を行うことができる。出力部６においては、判断部５か
ら与えられた人数情報を元に、人数情報を表示するよう
になっている。会議室などでは、室外に人数あるいは混
雑度を表示することにより、室外で他者が室内使用状況
を把握できるようにする。また、個人が使用している部
屋においては、人数情報「０人」７「１人」、「２Å以
上」を元に、室内状況を“″不在”、゛在室”、“来客
”として室外に表示するこｉ二により、他者が容易かつ
端的に室内状況を把握することができる。さらに、人数
情報を元に、空調など各種環境施設を安定且つ有効に動
作させる４ニヒができる。

（発明の効果） 本発明は上述のように、赤外線検出素子の視野を円形走
査させるためのミラーが、所定の瞬時視野を有する第１
の反射面と、第１の反射面の瞬時視野の一部分を瞬時視
野とする第２の反射面とを備えるものであるから、第１
の反射面の瞬時視野における光学利得の小さい部分を第
２の反射面の瞬時視野とすれば、全体としてほぼ均一な
光学利得を得ることができ、簡単な構成でありながら、
広い検出領域にわたり大きな光学利得と均一な感度分布
を得ることができるという効果があり、人数検出精度の
向上に寄与するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に用いる円形走査光学系の特
性図、第２図は同上に用いるメインミラーの斜視図、第
３図乃至第５図は同上の断面図、第６図及び第７図は同
上に用いるミラーによる集光状況を示す説明図、第８図
及び第９図は同上に用いるミラーの曲率半径の変化を示
す図、第１０図は従来例のブロック図、第１１図は同上
に用いる赤外線検出素子の指向特性図、第１２図（ａ）
は従来例に用いる光学系の概略構成図、同図（ｂ）は同
上の要部底面図、第１３（Ｊ（ａ）は他の従来例に用い
る光学系の概略構成図、同図（ｂ）は同上の要部底面図
、第１４図は他の従来例に用いる円形走査光学系の特性
図である。 １は円形走査光学系、２は赤外線検出素子、３は前置増
幅部、４は信号処理部、５は判断部、６は出力部、Ｍは
メインミラーである。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）赤外線検出素子と、反射面を前記赤外線検出素子
   に向けたミラーを前記赤外線検出素子の視野中心を軸と
   して回転させて前記赤外線検出素子の視野を円形走査さ
   せる円形走査光学系と、前記赤外線検出素子の出力信号
   を増幅する前置増幅部と、前記前置増幅部の出力信号を
   人数検出に必要な信号に変換する信号処理部と、前記信
   号処理部の出力信号に基づいて人数を判定する判断部と
   、前記判断部の出力信号から人数情報を出力する出力部
   とから成る人数検出装置において、前記ミラーは、所定
   の瞬時視野を有する第１の反射面と、第１の反射面の瞬
   時視野の一部分を瞬時視野とする第２の反射面とを備え
   ることを特徴とする人数検出装置。