JPH0317112B2 - - 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
る装置に係り、更に詳細には、周囲温度の影響に
よる測定誤差を小さくするための温度補償回路に
関するものである。

人体の発する赤外線から人数を精度よく、しか
も簡単かつ安価な構成で検出することを目的とし
たものとして、出願人は先に特願昭57−172379号
「混雑度検出装置」や特願昭57−192763号「混雑
度検出装置」を提案している。これらの詳細な説
明については省略するが、その基本的な構成は第
１図に示すように、集光レンズ２と一定の周期で
回転する走査鏡３と入射される赤外線の変化に応
動する赤外線検知素子（以下単に検知素子とい
う）４とを備えた検出部（センサ部）１、前置増
幅器１０、ノイズ成分等を除去するための帯域フ
イルタ１１、比較基準電位としてのサンプル値を
与えるためのクランパ１２、所定のレベル以上の
入力信号でパルス信号を出力するコンパレータ１
３、該パルス信号のパルス幅に対応したクロツク
パルス数の列として出力１４ａを発するデイジタ
ルマルチプレクサ回路１４、走査鏡３の同期信号
３ａから検出視野を設定する同期回路１５からな
り、検知素子４の出力信号波形の幅が測定人数に
ほぼ比例するという関係を利用して、出力１４ａ
のクロツクパルス数をカウントし、視野内の人数
を測定するものである。なお、第１図は検知素子
４を１個として１チヤンネル分のみを図示し、他
のチヤンネルについては図示を省略している。

ところで、この混雑度検出装置においては、検
知素子として高い品質と安定な特性を持ち、かつ
安価な焦電型素子を用いるが、周囲温度が変化す
るとその出力信号はそれにともなつて変化する。
特に重要なのは素子温度（検出部内部温度）と背
景温度が信号に及ぼす影響である。素子表面に赤
外線が照射されると吸収され、素子温度はＴ〓か
ら（Ｔ＋△Ｔ）〓に上昇する。この時焦電体結晶
の自発分極の大きさは第２図に示すようになる。
ここで、Tcはキユリー温度でPZT系セラミツク
スの場合約330℃程度であるが、常温付近で使用
する場合は、温度上昇に対して大きな減少を伴わ
ない領域である。また焦電係数λは λ＝△P_S／△Ｔ で与えられ、発生電圧はλに比例する。

この焦電型素子は微分型であり（但し、立下り
の時定数は長くやや積分波形状に変形される）、
背景温度と測定対象物との温度差の４乗に比例し
た出力が得られる。素子温度が（Ｔ＋△Ｔ）〓に
上昇して一定になれば出力が得られない事は焦電
型の特徴である。今、目標（人間）が視野内に存
在しない場合、出力波形は第３図の実線のように
なる。

ここでＡ点は、視野を設定するために走査鏡の
回転と同期して発せられるスタートパルスの発生
タイミングを、Ｂ及びＤ点は視野端を、Ｃ点は視
野中心をそれぞれ示している。検出部内部走査期
間Ａ〜Ｂと比べて視野の床背景を見る期間Ｂ〜
Ｃ、Ｃ〜Ｄは一般的にマイナス方向にある。その
理由は 検出部内部の自己発熱（モータ、LED、プ
リアンプの発熱） 室内の通常の温度分布（天井は高く、床は低
い−−高低の温度差） によつて検出部内部温度（素子温度）は床より高
温の為である。また、一般に気温と床温は異なる
事が多いが、その差は床材質や環境条件にもよる
が高々±２℃程度であるのでその差を無視し床温
と気温が等しいと考えると、気温の上昇によつて
第３図Ｂ〜Ｃ、Ｃ〜Ｄの曲線は持ち上る傾向にあ
る。これに第４図にて説明する。即ち第４図は、
検知素子４に入射する赤外線放射量の波形であ
る。縦軸は放射量を絶対量として示している。図
中、T₁a〜T₃aはそれぞれ気温T₁〜T₃におけるセ
ンサ内部放射を、T₁b〜T₃bはそれぞれ気温T₁〜
T₃における目標からの放射を、またT₁c〜T₃cも
同じくそれぞれ気温T₁〜T₃における目標からの
放射を表わしている。なお、ここでは気温はT₁
＞T₂＞T₃の関係であり、目標（人間）はそれぞ
れ視野中心と視野端付近に各１名存在する場合を
例にとつて示している。検知素子４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も入つてくるが、ここでは簡
単の為無視する（実際のエレベータホールの床面
はよく磨いた大理石やタイル等放射率の小さいも
のが使用されている。）。和の放射量分布を第５図
に示す。T₁d〜T₃dはそれぞれ気温T₁〜T₃におけ
る和の放射量である。又、第５図の放射量の絶対
レベルには何の意味もなく（焦電型素子を使用し
ている為）変動分のみが重量となる。ここで目標
（人間）からの放射は目標の表面温度と気温との
差△Ｔに大きく依存し、その放射量は熱放射のス
テフアン・ボルツマンの法則より Ｗ＝Ａ△T⁴ 但し Ａ：定数 となる。今、気温T₁，T₂，T₃時における△Ｔを
それぞれ△T₁，△T₂，△T₃とすると、 △T₃＞△T₂＞△T₁ となる。（人体の表面温度も気温により多少影響
を受けるが、その差は、例えば顔の場合、気温が
約30℃の差があつても−−夏と冬−−高々６〜７
℃程度である。） 従つて、気温T₁，T₂，T₃時の波形は第５図の
ようになるが、スレシホールドレベル一定とした
時のコンパレータ１３通過後のパルス化波形は
（前述の特願昭57−172379号第７図参照）第６図
のようになる。

T₁p〜T₃pはそれぞれ気温T₁〜T₃におけるコン
パレータ１３の出力で、同一目標に対して気温が
高くなるほどパルス幅は狭くなることがわかる。
この出力はデイジタルマルチプレクサ１４に送ら
れ、ここでパルス幅に対応したクロツクパルス数
を作るが、マルチプレクサ内の無安定マルチバイ
ブレータの発振周波数が一定であると気温により
人数の測定誤差が生じる事になる。また気温が極
めて低い場合（数℃以下）目標からの放射が強く
なりすぎ波形の飽和による線形性のくずれや、多
人数測定が困難となる。従つて、温度補償として
は次の三つが考えられる。

(1) 主増幅器の増幅率を変化さす。

(2) スレシホールドレベルを変化さす。

(3) マルチプレクサ内の発振周波数を変化さす。

これらを実験的に検討した結果、 (1)は低温時（例えば５℃以下）、(2)は中間温度
時（例えば５〜25℃）、(3)は高温時の温度補償に
極めて効果的である。即ち 第４図より容易に考えられるが、走査周期に起
因する基本波成分は気温にあまり影響されない
が、目標からの放射による信号成分は大きく影響
される。特に低温時には信号波形が上に大きく出
る為、場合によつては信号が飽和したり、又多人
数測定が困難となる。従つて(1)の増幅率を変化さ
せる方法は低温時に効果的である事が理解でき
る。更に(2)のスレシホールドレベルは温度変動の
広域補正には有効で基本的な補正法となる。しか
し、気温が高くなつてくると波形の線形性がくず
れ第７図のようになる。ただし第７図は目標が１
人の場合について示している。ここでT₀＞T₁で
あり、もはやスレシホールド電圧を変えてもその
補正は難しくなる。このような時は上記(3)の補正
が有効となるのが容易に理解できる。

本発明は以上の点に鑑みてなされたもので、周
囲温度の変化に対応させて、最も適切な温度補償
を行なうことにより、高精度の混雑度検出装置を
提供することを目的とする。

本発明の特徴とするところは、前述のような混
雑度検出装置において、周囲温度を検出するため
の温度センサを設け、検出された周囲温度に応じ
て、すなわち周囲温度が低温の時、中温の時、高
温の時と、それぞれ温度に応じた補償を行う温度
補償回路を備えた点にある。以下、本発明の一実
施例を図面に基づいて説明する。

第８図は本発明による混雑度検出装置の構成の
一例を示すブロツク図で、第１図と同一のものは
同一符号にて示している。

なお、第１図と同様１チヤンネル分のみを図示
している。

第８図において、５はセンサ部１内に設けられ
た温度センサで、周囲の気温を測定するものであ
り、サーミスタや温度センサコントローラとして
のICを用いればよい。例えば後者のICとしては
μPC616Cのようなものは測定精度、安定性、直
線性など非常に優れた特性のもので、出力が直接
電気信号として取り出せ、その温度変化量も
10mV／Ｋと大きなものがある。１０′はAGCア
ンプである。２１は一次遅れ回路で５ａなる温度
センサ５の出力信号を安定下させている。２２，
２４，２６はレベルシフト増幅器で、それぞれ２
１ａなる温度信号のレベルを適切な値にシフトさ
せている。２３，２５，２７は関数発生器で例え
ばそれぞれ第９図ａ〜ｃのように設定する。第９
図において横軸は温度をとつているが、これはそ
れぞれ２２ａ，２４ａ，２６ａなる温度に比例し
た信号電圧であり、ａ図は関数発生器２５の、ｂ
図は２７の、ｃ図は２３の関数を表わしたもの
で、T₃′＜T₂′＜T₁′なる関係があり、例えばT₃′＝
５℃、T₂′＝25℃と設定する。マルチプレクサ１
４′内の１６はVCO（Voltage Controlled
Oscillator）、即ち電圧制御形発振器で電圧の制
御によつて発振周波数を変化させるものであり、
一種のＶ−ｆコンバータである。１７はリングカ
ウンタ、１８は分周器、１９はANDゲートであ
る。（これら出力波形の詳細については前述の先
願参照） 以上のような構成であるので、例えば今、気温
T₂′よりT₁′になつた場合（第９図参照）、AGCは
V₁で定まる値、スレシホールドレベルはV₂で定
まる値のままであるが、VCOの発振周波数V₃よ
りV₃′に電圧が上昇した分だけ増加する。即ち人
数の補正が行なわれる事になる。（例えば第７図
のT₁eよりT₀eになつて信号のパルス幅が減少し
ても（コンパレータ１３の出力）、発振周波数が
高くなりクロツクパルス数が増加するので（分周
器１８の出力）、目標人数が正しく測定される）。
次に気温が第９図でT₃′とT₂′の間にある場合は
VCO１６の発振周波数はV₃で定まる値、AGC１
０′のゲインはV₁で定まる値に保たれ、スレシホ
ールド電圧Vrのみ第９図ｂの特性によつて決定
される。即ち温度が高くなるとVrは減少し小さ
な目標信号でもとらえ補正が行なわれる。（第５
図にて十分理解される。） 最後に気温がT₃′以下の時第９図ａのような特
性でAGC１０′のゲインが補正される。即ち温度
が低くなればなる程AGCゲインが低下する。こ
のAGCは例えばLEDとCdSで構成さるフオトカ
プラにより容易に実現できる（詳細省略）。

以上のようにAGC、スレシホールド電圧、
VCOの発振周波数を気温により変化させる事に
より気温が高くなつた時に生ずる負の誤差（測定
値が小さい）、又気温が低くなつた時に生ずる正
の誤差（測定値が大きい）を補正し、極めて信頼
性の高い混雑度検出装置が実現できる。尚、第９
図で補正曲線を簡単の為線形化したものを用いた
が、熱放射の理論より考えるならば非線形特性が
より望ましい事は言うまでもない。又、比較的安
定した環境に本検出器が設置される場合は必ずし
も３つの補正は必要でなく、例えばスレシホール
ド電圧の調整だけでも十分である。

以上のように本発明によれば、周囲温度の変化
に応じて、その時の温度に最も適切な温度補償を
行なうようにしたので、周囲温度の影響による測
定誤差を極力小さくすることができ、信頼性の向
上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図は従来の混雑度検出装置の構成を示すブ
ロツク図、第２図は焦電型素子の特性を示す図、
第３図は検知素子の出力波形の一例を示す図、第
４図及び第５図は検知素子に入射する赤外線放射
量の波形を示す図、第６図はコンパレータによる
パルス化波形を示す図、第７図は検知素子の出力
波形の一例を示す図、第８図は本発明に係る混雑
度検出装置の構成の一例を示す図、第９図ａ〜ｃ
はそれぞれ関数発生器の特性を示す図である。 １……検出部、４……検知素子、５……温度セ
ンサ、１０……前置増幅器、１０′……AGCアン
プ、１１……帯域フイルタ、１２……クランパ、
１３……コンパレータ、１５……同期回路、１
４，１４′……デイジタルマルチプレクサ回路、
１６……VCO、１７……リングカウンタ、１８
……分周期、１９……ANDゲート、２１……一
次遅れ回路、２２，２４，２６……レベルシフト
増幅器、２３，２５，２７……関数発生器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 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
   た信号により前記赤外線検知素子の視野を設定す
   る同期回路、前記赤外線検知素子の出力を増幅す
   る増幅器、該増幅器の出力信号から前記同期回路
   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
   をクロツクパルスのパルス数に換算し、そのパル
   ス数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において、 周囲温度を検出するための温度センサと、検出
   された周囲温度が低温の時は前記増幅器の増幅率
   を変化させることにより、中温の時は前記所定値
   を変化させることにより、高温の時は前記クロツ
   クパルスの発振周波数を変化させることにより、
   それぞれ温度補償を行う温度補償回路とを備えた
   ことを特徴とする混雑度検出装置。