JPH0120476B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は人体の発する赤外線から人数を検出す
る装置に関するものであり、人数の測定より混雑
度を知る事のできる装置を提供するものである。
本発明は、例えば地下街、駅構内、道路の交差
点、或いはエレベータホールやエスカレータ乗口
等の所定箇所に存在する人間の数を把握し、混雑
度を知る事が状況に応じて要求される場合に非常
に有効なものである。例えば最近エレベータにお
いては、運転効率を上げ、乗客へのサービス性を
向上させるため、呼びの状況と各かごの位置関係
とから最適なかごを選択し、各ホール呼びに割り
当てる群管理制御が採用されている。この場合、
呼びの状況やかご位置だけでなく、各かご内の乗
客数及び各ホールの待客数を正確に知り得たなら
ば、待客の多い階に満員に近いかごが割当てられ
ることもなくなり、エレベータ利用客へのきめ細
いサービスとより一層効率的な運転が可能とな
る。

従来、人数を検出する方法として、超音波を発
射しその反射波を利用して知る方法が考えられて
いるが（特公昭56−51588）、この方法は人間以外
の荷物等も検出するばかりでなく、受信波信号が
人間の姿勢や動きによつて大きく変化したり（人
間が自然に立つている場合でも身体の各部は微動
している）、又風の方向によつても超音波が乱れ
る。これを避ける為に信号を平均化する方法も考
えられているが、この場合、例えば動きの動作周
期より長い時間が必要となる。更に人間が立つ位
置によつても受信波電圧が大きく変化し誤報の原
因となる。一方、赤外線の利用に関しては、かご
内の乗客検出装置としての提案があるが（特開昭
56−161271）、この方法は乗客の有無検出が目的
のものであり人数を検出する事は出来ない。又マ
ツトスイツチを利用する方法も考えられている
が、これは人間１人に要する床面積毎に多数細分
してマツトスイツチを配置し、幾つのマツトスイ
ツチが動作しているかによつて人間の数を検出す
るものであるが、これは配置場所を構築する必要
が有り、その構造からして場所によつては配置不
可能、あるいは不適当となる。また、テレビカメ
ラを用いてエレベータホールの混雑度を検出する
装置も考えられているが（特公昭57−30782）、こ
れは混雑度を検出したい対象物が映像内にない時
のパターンを予め記憶しておき、対象物が映像内
に入つてきた時に予め記憶していたパターンと異
なる事を検知し、その異なる領域が映像内に占め
る割合を算出する事により混雑度を検出するもの
である。しかしこの方法は人間以外の物（例えば
トランク等）も検出するばかりでなく、設置場所
（環境）に変化があつた場合（例えば花ビンを置
く等）基準パターンをその都度再設定しなくては
ならず、更に処理系も複雑になり汎用性に乏しい
と言える。また、人体の発する赤外線による人数
検出については赤外線カメラや赤外線ビジコン等
を利用し、その各絵素の出力状況や変化などから
人数を知る事も可能であるが、装置が非常に複雑
となり高価なものとなる。

本発明の目的は簡単かつ安価な構成にて人数を
精度よく検出し、更に配置場所に制限されず汎用
性の高い混雑度検出装置を提供する事にある。

本発明の第１の特徴とするところは、人体の発
する赤外線を捕え人数を検出するために、測定目
標からの放射エネルギーを集光、走査する集光走
査系を備えた点にある。本発明の第２の特徴とす
るところは赤外線検知素子（以下単に検知素子と
あるのは赤外線検知素子を指す）の出力信号波形
の幅が、測定人数に比例するという関係を利用す
ることにある。更に第３の特徴としては、走査周
期と同期させた信号を利用することにより、視野
を任意に設定できるようにしたことである。以下
本発明を図面に基づいて説明する。第１図は上記
の走査方式を説明するための図で、ａは対物面走
査方式を、ｂは像面走査方式をそれぞれ示してい
る。第１図において、１は走査鏡、２は集光レン
ズ、３は検知素子、４は結像面、５は測定目標か
ら発せられる赤外線である。ａの対物面走査は検
知素子を光軸上、またはそのごく近傍に配置し、
鏡の回転．揺動により光軸の方向を変える事によ
り走査する方式である。この走査方式では検知素
子は光軸上、あるいは光軸のごく近傍に配置され
るので、光学系の画角は小さくてすみ、光軸にご
く近いところでのみ、良い光学的性能をもてばよ
い。しかし、走査鏡は大きな口径のものが必要に
なり、それを回転又は揺動させるには種々の困難
を伴う。一方、ｂの像面走査方式は、光軸の向き
は変えず像面に配置された検知素子を動かす事に
より走査する方式である。この場合、実際には検
知素子は固定し、集光系の後におかれた走査鏡の
回転．揺動により、集光されたエネルギーは検知
素子に結像される。この方式では像面に目的とす
る走査幅全体が結像されている事が必要であるか
ら広画角の光学系を必要とし、光軸をはなれた部
分でも良い光学的性能をもつ事が要求されるが、
走査鏡は像面に近い所に置けるので小さいもので
すみ走査機構は簡単になる。本混雑度検出器の走
査方式は原理的にはいずれの方式であつてもよい
が、以下は機構の簡単化と小型化の為に像面走査
方式を採用した例について説明する。

第２図は、エレベータホールの天井部にある俯
角をもつて混雑度検出装置１０を設置し、待客１
３より放射される赤外線１４を検出する例を示し
たものである。１２はエレベータのかごである。
第３図に混雑度検出装置の光学系を示す。１１は
光学系収容ケース、１５は回転式平面ミラー（走
査鏡）で、その構造は合成樹脂（ガラスなどでも
よい）の表面に赤外線反射率の高いアルミニウム
又はクロムを蒸着したものであり、小型モータ１
６により回転軸１６ａと共に回転する。１７は同
期パルス検出部でフオトインタラプタにより、回
転と同期した信号を発生させ後述する同期回路へ
送るものである。１８ａ〜ｅは赤外線検知素子
で、ここでは高品質かつ安定な特性を持ち、安価
な焦電型検知素子を複数個配列する。これら素子
には、太陽光や照明光などの影響を除くため、
6μm以下の波長の光を遮断するカツトオンフイル
タの付いた窓材（図示省略）を使用する。１９は
赤外線用レンズで人体から放射される赤外線の波
長範囲4.5〜20μmのものに対する透過率が高い事
が要求される。この目的の為にはゲルマニウムレ
ンズやシリコンレンズが適している。このレンズ
使用の目的は赤外線検知器の動作を確実にする
為、レンズにより赤外線を集光し、素子受光面の
エネルギー密度を高めて出力信号を大きくする為
であるが、比較的近距離に対象がある場合（数ｍ
以内）、用途によつては必ずしもレンズを使用し
なくてもよい（放射エネルギー密度は距離の二乗
に反比例して減少）。第３図のような光学系で重
要な事は次の通りである。

(1) ２次元視野のカバーはｘ方向の走査鏡１５の
回転走査と、ｙ方向に並べた複数個の赤外線検
知素子１８ａ〜ｅによつている事。なお、検知
素子の個数は５個に限らず、ｙ方向視野の分解
能や精度の必要度に応じて選べばよい。

(2) 像面走査は走査鏡１５で行なわれ、ｘ方向の
視野を最大にするためにレンズ１９と検知素子
１８ａ〜ｅは走査鏡１５の回転する外縁に最接
近して設置されているが、それでもｙ方向の視
野（検知素子のｙ方向の位置で定まり、理論限
界角は180゜近くまで可能）と比較して、レンズ
のＦ値（焦点距離／口径）で決まる比較的狭い
ｘ方向視野角となる。

(3) 走査鏡１５による像面走査方式のため、レン
ズ１９の中心光軸から走査角（左．右）が増加
するにつれて目標からの赤外線放射が検知素子
１８ａ〜ｅに達する経路の光学利得（レンズ１
９の有効面積が減少する以外にも検知素子１８
ａ〜ｅへの入射角が増加する）の減少が生じ、
視野限界でゼロとなる事。そこから先は検知素
子１８ａ〜ｅはもつぱらセンサ内部の放射の寄
与分が増加している。従つて光学系収容ケース
１１の内面温度が重要な意味をもつ。

(4) レンズ１９の赤外線透過率を含めた光学利得
の設定の如何によつて検知素子１８ａ〜ｅに入
射する赤外線放射量の等価温度は実際の温度と
は一般的に異なる（等価温度としてはセンサ内
壁温度に基づく内部放射量を基準に取る）。

(5) 検知素子１８ａ〜ｅとして焦電型素子を用い
ているので、その動作機能上の特徴として、一
定不変の入射赤外線に対しては応答しない事で
ある。従つて検知素子１８ａ〜ｅの周囲温度の
情報は失われているが、走査によつて他の放射
との差の情報、即ち交流分としての情報が生き
残つている。従つて検知素子１８ａ〜ｅからの
電気信号波形はセンサの内壁温度に基づく放射
に対する放射変動量が反映しており、すべての
電圧レベルは絶対値には何の意味もなく、それ
らの間の電位差だけに意味がある。

以上で述べた光学系の走査特性から走査鏡１５
の回転に伴つて得られる、検知素子１８ａ〜ｅに
入射する赤外線放射量の波形を説明する。便宜
上、ここでは検知素子１８ｃの検知可能な視野に
ついてのみ考える（他の４コの検知素子について
も検知する視野が異なるのでみで、以下に述べる
機能については全く同じである）。第４図ａは視
野端近傍にそれぞれ１人づつ、視野中心に１人、
計３人の目標がある場合の例である。一点鎖線は
センサの内部放射を表わし、視野端より視野中心
に向つて減少し、再び上昇して反対側の視野端で
再び内部のみの放射レベルになる。一方、目標の
方は実線で表わされるように視野中心で最大、視
野端近傍では小さい。破線は光学利得曲線を表わ
す。縦軸は放射量を絶対量として示してある。検
知素子１８ｃには目標からの放射とセンサ内部放
射の和が入つてくる。実際には室内の床の放射が
入つてくるが、ここでは簡単の為無視する。和の
放射量分布を第４図ｂに示す。図からわかるよう
に光学利得曲線の為、視野端付近では目標からの
放射はかなり小さいが、逆に内部放射が大きい
為、両者は足し合わされ視野内での放射量分布の
ピーク値はほぼ同一になる。しかし前述したよう
に、第４図ｂの絶対レベルは保存されておらず
（波形によつて例えば内部放射レベルは上下に変
動する）、放射変動分のみが重要となる。

即ち、検知素子１８ｃの出力電圧ｅは入射放射
量Ｗの変化分に比例したものが出力されるので、
第４図ｂの波形を基にその変化分をとると、その
波高値はほぼ一定となり適当なしきい値を与えれ
ば視野内で比較的均一なパルス化が可能となる。
信号波形としては光学系の分解能と検知素子の応
答特性から、目標はかなりぼけた波形となり、形
状はおおむね三角波状である。ただ立下り時定数
が特に長いのでやや積分波形状に変形されてい
る。従つて目標が１人である弧立波形の時のピー
ク値と比較して、接近して並んでいる２人に対す
る波形のピーク値はほぼ２倍に達する。概形が三
角状であるからその時の信号幅も約２倍となる
（検知素子が高速応答、小分解能形の場合は、ピ
ーク値は変わらず幅だけが２倍となる）。実験に
よると３人以上の場合はピーク値は１人の場合と
比べて約２倍で幅だけが人数倍となる事が解つた
（３人の場合は３倍、４人の場合は４倍）。即ち幅
だけが人数と比例関係を示す。本発明による混雑
度検出装置はこの関係を利用するもので、人の疎
密に関係なく、又存在位置に関係なく（信号のピ
ークは利用しない為）人数検出が可能となつた。
実験の結果より、２人の目標（連なつた状態）に
対する波形の幅を基準として、各波形の幅から人
数を判定する事により多人数検出が精度よく行な
えることが判明した。

次に本発明の回路構成の一例を第５図に示す。
なお第３図と同一のものは同一符号にて示してい
る。第５図において、１８a′〜１８e′は第３図の
検知素子１８ａ〜１８ｅの出力信号で前置増幅器
群２０に入力される（２０は簡単の為一つのブロ
ツクで示したが、実際は５コの前置増幅器から成
り１８a′〜１８e′はそれぞれの増幅器につなが
る）。各前置増幅器の出力は２０ａ〜２０ｅで５
系統を構成し、帯域フイルタ回路群２１に入力さ
れる。ここでフイルタの低域遮断周波数は走査鏡
の走査周期を考慮し決定すればよく、約0.1Hz程
度が望ましい（チヨツピング周波数が高くなれば
なる程検知素子の応答感度は低下する）。又高域
遮断周波数は商用電源周波数に起因するノイズ成
分等を除去する為約40Hzに設定すればよい。５系
統の帯域フイルタ２１よりの出力２１ａ〜２１ｅ
は主増幅器回路群（５系統）２２に入力される。
主増幅器回路群２２の構成は第６図の如きもの
で、５系統あるが簡単の為１系統について、帯域
フイルタ出力２１ｃのみ考える（第３図１８ｃよ
りの信号）。３１は増幅器、３１ｃはその出力、
３２はコンパレータで、所定の設定されたスレシ
ホールドレベル以上の信号でパルス信号３２ｃを
出力する。３３はAND回路で２６ａなるウイン
ドパルス（詳細は後述する）の時間の間のみ検出
可能となり出力２２ｃを出す。第７図に第６図各
部の波形及びタイミングを示す。第７図ａは３１
ｃの波形であり、検出視野内に人がいなければ同
図の破線で示したようになる。ｂ図は３２ｃの信
号波形でコンパレータ３２により、スレシホール
ドレベルTL以上の信号のみ取り出され正論理レ
ベルのパルスとなる。ｃ図はウインドパルス２６
ａの波形とタイミングを示したもので、第５図の
２６なる同期回路によつて作られるが（詳細は後
述）、OTはオープニングタイミングをCTはクロ
ージングタイミングを示し、これらは可変であ
り、OTとCT間の時間がこのチヤンネルの時間
幅となる。このウインドパルス２６ａを設ける事
により検出器の視野が調節出来る。更に光学系収
容ケースの内面温度の変動による誤動作を避ける
事も出来る。第７図の例は視野内に４人がいる場
合でb′が２人（人が連なつている）、b″，ｂが
各１人づついる時の波形である。このように主増
幅器回路群２２は、検知素子の出力信号から、前
記ウインドパルスで設定された視野内で所定値以
上となる信号（視野内の人間に対応する信号）の
みを取り出す回路である。

第５図に戻つて２３はデイジタルマルチプレク
サ回路で、５系統のパルス入力を１系統のパルス
列として出力するものである。このデイジタルマ
ルチプレクサ回路２３は、主増幅器回路群２２の
出力２２ａ〜２２ｅによつて取り出される第７図
ｂのようなパルスの幅を測定するため、その一例
として各パルスの幅に対応したクロツクパルス数
の列として出力２３ａを取り出すようにしてい
る。第８図にデイジタルマルチプレクサ回路２３
の構成を示す。第８図において、３１は無安定マ
ルチバイブレータでクロツクパルス３１ａを発生
し、更にそれを10進リングカウンター３２で分周
し、1/5周期づつずれた５系統のクロツクパルス
群３２ａ〜３２ｅを発生する。３３〜３７は
NANDゲート回路、４３〜４７はダイオード、
５０はインバータ、Ｐは正の電源である。従つて
２２ａ〜２２ｅにパルスが入力されると、そのパ
ルスの幅に対応したクロツクパルス数の列を出力
２３ａとして取り出すことができる。

第５図に戻つて２６は同期回路であり、主増幅
器回路２２、及び計数回路２４の動作タイミング
を与えるものでそれぞれ出力２６ａ，２６ｂ，２
６ｃによつてコントロールされる。同期回路２６
の構成を第９図に、又タイミングチヤートを第１
０図に示す。第９図及び第１０図において１７ａ
は、第３図に示したフオトインタラプタ１７によ
り取り出される同期信号（タイミングパルス）
で、走査鏡１５が一回転する毎にパルスを一つ発
生しその波形は第１０図ａに示す。２６ｂはタイ
ミングパルス１７ａにより遅延回路６５を介して
得られるリセツトパルスで、計数回路２４でのカ
ウンター内容をリセツトするためのものであり、
その波形を第１０図ｂに示す。６１ａは単安定マ
ルチバイブレータ６１を介して得られるスタート
パルスで、その波形は第１０図ｃに示すが、時間
幅Ｔは任意に設定が可能である。６２ａはウイン
ドパルス２６ａのオープニングタイミングを決定
するためのパルス、６３ａはウインドパルス２６
ａのクロージングタイミングを決定するためのパ
ルスで、それぞれスタートパルス６１ａより単安
定マルチバイブレータ６２，６３を介して得ら
れ、第１０図ｄ及びｅにその波形を示す。６４は
NOT回路とAND回路とよりなり、パルス６２ａ
をNOT回路に入力し、この出力とパルス６３ａ
をAND回路で合成すると、第１０図ｆに示すよ
うにウインドパルス２６ａを得ることができる。
前述のようにこのウインドパルス２６ａを設ける
事により検出視野を限定でき、光学系収容ケース
内（裏面部）の温度は検出しないので、これによ
る誤動作を避ける事ができる。２６ｃはタイミン
グパルス１７ａと同じもので、計数回路２４に送
られ、カウンターの内容は次のパルス迄ラツチさ
れる。第１０図ｇは、第７図で説明したように検
知素子１８ｃの検出視野内に人が４人いる場合
の、主増幅器回路群２２の出力２２ｃについての
波形を示したものである。第１０図ｈは、第８図
のクロツクパルス３１ａの波形を、第１０図ｉ〜
ｍは10進リングカウンター３２で分周されたクロ
ツクパルス列で、それぞれ３２ａ〜３２ｅの波形
である。従つて第１０図ｎはｇの２２ｃとｋの３
２ｃなる信号より合成された第８図２３ａの波形
を表わしたものであり、２２ｃのパルス幅、すな
わち視野内の人の数に応じたパルス列を得ること
ができる。

第５図に戻つて、２４はカウンターで構成され
る計数回路である。この回路では信号２３ａによ
り入力されたパルス数の列が、走査鏡が一回転す
る毎に計数され、視野内の人数を表わす信号２４
ａを出力する。このように、主増幅器回路群２２
で取り出した視野内の人間に対応する信号を、デ
イジタルマルチプレクサ回路２３でその波形の幅
に応じたクロツクパルス数に変換し、このクロツ
クパルス数を計数回路２４で計数することによ
り、視野内の人数或いは混雑度を判定することが
できる。２５は出力装置である。出力装置として
は人数表示器やそれら混雑度に応じて出力される
制御信号装置である。人数表示としては、例えば
７セグメントLEDをデコーダによつて駆動すれ
ばよい（省略）。又混雑度に応じて出力される制
御信号は、例えばフリツプフロツプ回路を用いて
得る事が出来る（省略）。

なお上述の実施例においては、各検知素子の視
野はレンズ系の特性により第３図のｘ方向の視野
が異なる（１８ａ，１８ｅが最小、１８ｃが最
大）。従つてウインドパルスは各チヤンネル毎に
可変とすれば不要な領域はカツト出来るので各チ
ヤンネル毎の視野が明確に出来、ケース内面の温
度変動の影響を避ける事ができる（特に両端の検
知素子）。更にウインドパルスを可変とすると検
出視野を任意に設定できるので設置環境の自由度
が増す。

また、第６図３２のコンパレータのスレシホー
ルドレベルは周囲温度によつて自動的に調整可能
とすれば、季節的な温度変動等による感度ムラを
抑える事ができる。この実現には光学系収容ケー
ス内に温度センサを内蔵させ（サーミスタや温度
センサコントローラとしてのIC）、その出力電圧
の温度による変動を利用し、スレシホールドレベ
ルを設定するようにすればよい（回路省略）。

また、上記実施例では走査鏡裏面のコーテイン
グは平面板の片面にだけ行なつた例を示したが、
コーテイングを平面板の両面に行なつてもよく、
この場合フオトインタラプタによつて取り出され
る同期信号は走査鏡が一回転する毎にパルスを二
つ発生させればよい。この場合、モータの回転数
は1/2でよく、回転音の減少に効果がある。更に
走査鏡の形状についても平面に限るものではな
く、多角柱形状（多面鏡）や或いは曲面状であつ
てもよい。

第１１図は走査鏡の他の実施例を示すもので、
この例では走査鏡７０は回転軸７１に平行なコー
テイング面７０ａと、回転軸７１に対して斜行さ
せたコーテイング面７０ｂとからなる。このよう
な構成とすれば、コーテイング面７０ａの平行走
査（第３図のｘ軸に平行）により得た検知素子か
らの出力信号と、コーテイング面７０ｂの斜行走
査（第３図のｘ軸に対して斜行）により得た検知
素子からの出力信号とを合成することにより、一
層分解能を高めることができ、検知素子間のギヤ
ツプによる、検出が不十分な視野の存在（不感
帯）をなくすことができる。

以上のように本発明によれば、赤外線カメラや
赤外線ビジヨンを利用するのに比べて、非常に安
価に構成でき、しかも精度よく人数を検出できる
ので、エレベータやエスカレータの制御を始めと
して、交通量のコントロール等に非常に大きな効
果を発揮することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図ａ，ｂは本発明による混雑度検出装置の
走査方式を説明するための図、第２図はエレベー
タホールの断面図、第３図は本発明による混雑度
検出装置の光学系の構成を示す図、第４図ａ，ｂ
は検知素子に入射する赤外線放射量の分布を示す
図、第５図は本発明の回路構成を示す図、第６図
は主増幅器回路群の回路構成を示す図、第７図ａ
〜ｃは検知素子の出力から視野内の人数に対応し
た信号を得る様子を説明した図、第８図はデイジ
タルマルチプレクサ回路の回路構成を示す図、第
９図は同期回路の回路構成を示す図、第１０図は
各信号のタイムチヤート、第１１図は走査鏡の他
の実施例を示す図である。 １，１５……走査鏡、２，１９……レンズ、
３，１８ａ〜１８ｅ……検知素子、５，１４……
赤外線、１３……待客、２０……前置増幅器群、
２１……帯域フイルター回路群、２２……主増幅
器回路群、２３……デイジタルマルチプレクサ回
路、２４……計数回路、２５……出力装置、２６
……同期回路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 一定の周期で回転する走査鏡、該走査鏡を介
   して入射された赤外線の変化に応じた信号を出力
   する赤外線検知素子、前記走査鏡の回転と同期し
   て前記赤外線検知素子の視野を設定するためのウ
   インドパルスを発生する同期回路、前記赤外線検
   知素子の出力信号から、前記ウインドパルスで設
   定された視野内で所定値以上となる信号のみを取
   り出す回路、該所定値以上の信号の波形の幅から
   前記視野内の人数或いは混雑度の判定を行う回路
   とからなる混雑度検出装置。