JPH061132B2 - 空調制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ＜産業上の利用分野＞ この発明は、空調設備の制御装置であり、焦電形赤外線
検出装置で人体を検出して超音波センサを動作させ、超
音波センサで距離測定を行い人体が接近しつつあるか、
とどまっているか、通過するかを判定し、空調設備を制
御する装置に関する。

＜従来の技術＞ 空調設備いわゆるエアコンは、従来温度センサにより制
御しており、スイッチオン（ＳＷ・ＯＮ）で強制冷却を
行い、ある温度の設定値を過ぎるとセンサ制御に入り温
度センサで設定された温度の上限から下限に入るように
制御している。

＜発明が解決しようとする問題点＞ ところが、外から急にエアコンがある部屋に入った場合
など、部屋の温度に関係なく強制冷房や強制暖房が欲し
くなる場合があるが、自動制御では対応出来ず、手動で
制御する方法しかなかった。

＜問題点を解決するための手段＞ 本発明は上記問題点を解決するためになされたものであ
り、一対の焦電形赤外線検出素子とミラー片とを備え、
ミラー片からの反射光を焦電形赤外線検出素子に投影し
て入射させるように、ミラー片を焦電形赤外線検出素子
の近くに設けた焦電形赤外線検出装置と、焦電形赤外線
検出装置が赤外線を検出することにより、一定周期で所
定周波数を一定の時間発振する発振回路と、発振回路の
発振に同期して超音波を放射するとともに反射波を受け
る超音波センサと、発振回路の発振信号を受けて各々個
別に定めた時間の間出力するＭ（Ｍ≧２）個のタイマ
と、各タイマの出力毎に超音波センサの反射波出力を入
力して両者の入力があったときにオン信号を出力するＭ
個のコンパレータと、Ｍ個のコンパレータ出力の状態に
より空調設備を制御する処理回路とを有することを特徴
とする空調制御装置である。

＜実施例＞ 以下、本発明の空調制御装置の実施例を図面を用いて詳
細に説明する。

第１図及び第２図に於て、赤外線を放射する被検出体と
しての人体ＨＧが焦電形赤外線検出装置１の検出ゾーン
に進入すると、焦電形赤外線検出装置１のＦＥＴより赤
外線検出信号が出力され、この赤外線検出信号は第１の
増幅器２により数ボルト程度に増幅され、第１のコンパ
レータ３に入力される。第１のコンパレータ３は、第１
の増幅器２の定常状態でのバイアス電位より上の電位
で、しかも赤外線検出信号が安定にしきい値を超えるレ
ベルにスレッシホールド電位を設定しておき赤外線検出
信号がスレッシホールド電位を越えると、瞬時にロウ
（ＬＯＷ）信号すなわち負論理「１」信号を処理回路４
に送出する。処理回路４は第１のコンパレータ３からの
ロウ（ＬＯＷ）信号を受けると、発振回路５を一定時間
（例えば数分間）動作させる。この発振回路５は４０Ｋ
Ｈｚのキャリアを５０ｍｓｅｃの一定周期で１ｍｓｅｃ
間発振して、これを前述のように数分間続ける。発振回
路５からの発振信号は第２の増幅器６により電圧増幅さ
れ、超音波センサ７は発振回路５からの発振信号通りの
超音波を放射する。超音波は被検出体に当たると、その
反射波が超音波センサ７に戻ってきて、超音波センサ７
において電気信号に変換される。変換された電気信号は
第３の増幅器８により増幅される一方、発振回路５から
の発振信号は、動作時間の異なる第１と第２のタイマ
９、１０に入力し、第１と第２のタイマ９、１０は発振
信号を入力後、各々個別に定められた所定時間の間、例
えば第１のタイマ９からは６ｍｓｅｃ、第２のタイマ１
０からは１２ｍｓｅｃだけ、ハイ（ＨＩＧＨ）信号を送
出する。そして、これら第１のタイマ９及び第２のタイ
マ１０の出力と第３の増幅器８の出力とを第２と第３の
コンパレータ１１、１２に入力する。第２のコンパレー
タ１１及び第３のコンパレータ１２のそれぞれは両者の
入力が存在する期間だけ（ＯＮ）信号を処理回路４に出
力する。

ところで、超音波センサ７と被検出体である人体ＨＧと
の距離は、超音波放射から反射波の受信までの経過時間
に比例する。よって、第３の増幅器８で増幅された超音
波反射波は第２、第３のコンパレータ１１、１２で距離
を判定される。音波の速度は約３４０ｍ／ｓｅｃである
から、１ｍ進むのに約3.0ｍｓｅｃかかることになる。
従って、第１のタイマ９で遅延時間を約6.0ｍｓｅｃに
設定し、第２のタイマ１０で遅延時間を約１２ｍｓｅｃ
に設定して、これら第１、第２のタイマ９、１０の出力
を基準にすることにより、第２のコンパレータ１１は距
離約１ｍ、第３のコンパレータ１２は距離約２ｍを判定
することになる。すなわち、人体との距離が約2.5ｍの
場合は超音波を放射して反射波を受信するまでにはｔ＝
２×2.5／３４０＝14.7ｍｓｅｃの時間が経過し、この
ときは第２、第３のコンパレータ１１、１２はオフ（Ｏ
ＦＦ）状態である。距離が約1.5ｍの場合はｔ＝２×1.5
／３４０＝8.8ｍｓｅｃであるから第２のコンパレータ
１１はオフ（ＯＦＦ）であり、第３のコンパレータ１２
はオン（ＯＮ）状態となる。また、距離が約0.7ｍの場
合の時間経過はｔ＝２×0.7／３４０＝4.1ｍｓｅｃであ
り、第２、第３のコンパレータ１１、１２は共にオン
（ＯＮ）状態となる。このように、第２、第３のコンパ
レータ１１、１２の状態を処理回路４に入力して、エア
コン１３を制御する。１４はスイッチであり、第２の増
幅器６から発振信号が出力されている状態では、増幅器
６の出力端子と超音波センサ７の信号端子とを接続さ
せ、発振信号が出されていない状態では超音波センサ７
の信号端子と増幅器８の入力端子とを接続させる機能を
持っている。

本発明に係る制御方法と従来の制御方法とを併用する場
合について説明すると、従来の方法で制御することを第
１次制御とし、本実施例の焦電形赤外線検出装置１によ
る制御を第２次制御とする。まず、第１次制御による温
度制御されたエアコンのある部屋に人が入ってきた場
合、まず焦電形赤外線検出装置１により人体を検知して
一定時間超音波センサ７によりまず第１の設定距離（約
２ｍ）以内に入れば強制冷房又は強制暖房の準備状態に
入り、さらに近付き第２の設定距離（約１ｍ）以内に入
れば第２次制御のオン（ＯＮ）状態になり一定時間強制
冷房又は強制暖房に入る。そして、準備状態の距離の位
置に人体が継続して居れば、これは極制冷房等が必要の
ない状態であるので第２次制御に移行しない。また、第
１の設定距離内に一度は入り直ぐに外に出る状態は部屋
を通過したものと判断し、第２次制御に移行しない。

ここで、本発明に用いる焦電形赤外線検出装置１につい
て詳細に説明する。第３図 （ａ）は焦電形赤外線検出
装置１の平面図、同図（ｂ）は同図（ａ）のIIIｂ−III
ｂ矢視の断面図であり、樹脂製円筒形筐体１５の上面１
６中央に開口１７を有し、その開口１７には筐体１５内
に収容され、一対の焦電形赤外線検出素子１８ａ、１８
ｂを備えた焦電形赤外線検出センサ１８を配置する。筐
体１５の上面１６には鏡面加工した６枚のミラー片１９
が焦電形赤外線検出センサ１８の周囲に等間隔（６０
度）に配置され、焦電形赤外線検出センサ１８の受光面
と垂直に取付けられている。

第４図は焦電形赤外線検出センサの回路図である。焦電
形赤外線検出素子１８ａ、１８ｂは同種の分極側が直接
接続され、その差分出力が電界効果トランジスタＦＥＴ
によるエミッタホロワのインピーダンス変換回路から出
力される。なお、Ｒ１，Ｒ２は抵抗である。

この構成において、人体が一つのミラー片１９の延長面
を横切るように移動する場合の動作を第５図の動作説明
図及び第６図（ａ）の焦電形赤外線検出素子出力波形
図、第６図（ａ）のＦＥＴ出力波形図を用いて説明す
る。熱線すなわち赤外線を放射している人体が、比較的
遠方から領域(1)に到来すると一方の第１の焦電形赤外
線検出素子１８ａとそれと間隔ｄをおいて配置されてい
る他方の第２の焦電形赤外線検出素子１８ｂとに赤外線
が入射するが、差分出力はＦＥＴに出力しない。次に、
遮蔽及び反射による第１の検出ゾーンとしての領域
（２）において、ミラー片１９は、第１の焦電形赤外線
検出素子１８ａに対しては赤外線を反射し投影させて入
射させる作用をし、第２の焦電形赤外線検出素子１８ｂ
に対しては赤外線を遮蔽し、大きい差分出力を得る。さ
らに人体が領域（３）にきたときは、赤外線はミラー片
１９の影響を受けずに両方の焦電形赤外線検出素子１８
ａ、１８ｂに入射するが、差分出力は現れない。また、
遮蔽及び反射による第２の検出ゾーンとしての領域
（４）においてミラー片１９は第１の焦電形赤外線検出
素子１８ａに対しては赤外線を遮蔽し、第２の焦電形赤
外線検出素子１８ｂに対しては赤外線を反射し投影させ
て入射させる作用をし、大きい差分出力を得る。領域
（５）では両方の焦電形赤外線検出素子１８ａ、１８ｂ
に赤外線が入射し、差分出力は現れない。以上の説明
は、赤外線が一点から放射しているように説明し、また
赤外線が距離の２乗に反比例して減衰することを無視し
て説明したが、実際の被検出体はある程度の幅を有して
おり、その幅及び第１、第２の焦電形赤外線検出素子１
８ａ、１８ｂの被検出体への距離差を考慮にいれて扱う
必要もあることに留意しなければならない。

このように赤外線を放射する人体が焦電形赤外線検出装
置の検出ゾーンにくると焦電形赤外線検出素子１８ａ、
１８ｂによりその赤外線を検出し、ＦＥＴにてインピダ
ンス変換して差分出力を得て赤外線検出信号とする。

第７図は、この空調制御装置に用いる焦電形赤外線検出
装置の第２の実施例である。焦電形赤外線検出装置２０
はケース２１の一部を構成する円板状の底部２２に貫通
したピン２３と、ＦＥＴ回路２４及び焦電形赤外線検出
素子２５ａ、２５ｂを形成した基板２６を前記ピン２３
で支持してケース２１の中央部に配置している。また、
底部２２には、焦電形赤外線検出素子２５ａ、２５ｂの
形成面と垂直なミラー片２７が設けてある。ミラー片２
７は下辺中央部が略半円形状にした矩形状の部材であ
り、その延長面が焦電形赤外線検出素子２５ａ、２５ｂ
の間に位置するように配置している。そして、表面を鏡
面加工してあり、第１の反射面２７ａで反射した赤外線
は第１の焦電形赤外線検出素子２５ａに入射し、第２の
反射面２７ｂで反射した赤外線は第２の焦電形赤外線検
出素子２５ｂに入射するようにする。また、焦電形赤外
線検出装置２０はケース２１の一部を構成する円筒状の
カバー２８を有し、そのカバー２８は端面部に開口部２
９を設け、その開口部２９を赤外線を透過させる部材か
らなる光学フィルタ３０で覆い、カバー２９を底部２２
の周辺部と合わせ、内部に窒素ガス（Ｎ_２）等の不活性
ガスを封入し、溶接等により封止する。この構成におい
てミラー片２７は１枚であるが、動作は第３図のものと
同様である。なお、大きさは第１の実施例の赤外線セン
サと同程度である。

第８図はこの空調制御装置に用いる焦電形赤外線検出装
置の第３の実施例を示す斜視図であり、光学フィルタを
除いて示している。６枚のミラー片３２が焦電形赤外線
検出素子の周囲に等間隔（６０度）で配設したもので、
第１の実施例と同様にミラー片３２の間隔を狭くして検
出領域数を多くすると共に、第２の実施例と同様にミラ
ー片３２を小型にし、焦電型赤外線検出装置を第１の実
施例の焦電形赤外線検出センサと同程度の大きさに小型
化している。この構成における動作は第３図のものと同
様である。

第１図についての説明において、スレッシホールド電位
を第１の増幅器２のバイアス電位の上にしたが下でも良
く又は上下２つのスレッシホールド電位を持たせても良
い。上下２つのスレッシホールドを持たせた場合、焦電
形赤外線検出装置１を中心にして左右から進入する方向
についての角度を、左右同角度又は左右異なった角度に
おいてオンするように出来る。

＜発明の効果＞ 本発明の空調装置は以上詳細に述べた通りであり、以下
に示す効果を生ずるものである。

焦電形赤外線検出装置で人体検出を行い、超音波センサ
で距離測定を行い、人体が止どまっているか、通過する
のか判定して空調装置の制御を行うので、人体の状態に
応じて強制冷房や強制暖房などきめ細かに室温を設定で
きる。また、従来の温度制御と併用する場合、室温を最
適温度に制御しておく必要がないため、室温の制御が容
易となり、また低い室温としておくことができるので、
経済的であり、省エネルギとなる利点がある。

また、焦電形赤外線検出装置が小形であるため、超音波
センサと組合わせても大きくならず、エアコンのコント
ロールパネルに取り付けることができる。さらに、焦電
形赤外線検出装置が赤外線を検出した場合にのみ超音波
センサを作動させるようにしているため、超音波センサ
を常時作動させている方式に比べて、消費電力が少なく
て済む。

さらにまた、タイマとコンパレータの組み合わせを少な
くとも２組み以上用意し、被検出体までの距離を測定す
るようにしているため、正確な測定ができ、また組み合
わせの数を増やすことにより、より精度の高い測定が可
能になっている。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明装置の一実施例を示すブロック図、第２
図は第１図の装置の動作波形図、第３図（ａ）は本発明
装置に用いる焦電形赤外線検出装置の平面図、第３図
（ｂ）は同じく断面図、第４図は焦電形赤外線検出装置
の回路図、第５図は焦電形赤外線検出装置の動作説明
図、第６図（ａ）は焦電形赤外線検出素子出力波形図、
第６図（ｂ）はＦＥＴ出力波形図、第７図（ａ）は本発
明装置に用いる第２の例による焦電形赤外線検出装置の
正面断面図、第７図（ｂ）は同平面図、第８図は本発明
装置に用いる第３の例による焦電形赤外線検出装置の斜
視図である。 １…焦電形赤外線検出装置、２…第１の増幅器、３…第
１のコンパレータ、４…処理回路、５…発振回路、６…
第２の増幅器、７…超音波センサ、８…第３の増幅器、
９…第１のタイマ、１０…第２のタイマ、１１…第２の
コンパレータ、１２…第３のコンパレータ、１３…エア
コン、１４…スイッチ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】焦電形赤外線検出装置と、 該焦電形赤外線検出装置が赤外線を検出した場合に、一
   定周期で所定周波数を一定の時間発振する発振回路と、 該発振回路の発振に同期して超音波を放射するととも
   に、被検出体からの反射波を電気信号に変換する超音波
   センサと、 前記発振回路の発振に同期して、それぞれ異なった時間
   の信号を出力する少なくとも２個以上のタイマと、 該少なくとも２個以上のタイマの内の１個のタイマから
   の出力信号と、反射波を受けた前記超音波センサからの
   電気信号とを比較し、信号を出力する少なくとも２個以
   上のコンパレータと、 該少なくとも２個以上のコンパレータの出力状態から、
   被検出体までの距離を判断し、該判断に応じて空調設備
   を制御する処理回路とを有することを特徴とする空調制
   御装置。