JPH065304B2

JPH065304B2 - 人数検出装置

Info

Publication number: JPH065304B2
Application number: JP61281302A
Authority: JP
Inventors: 慎司桐畑; 恒彦荒木; 有貴依藤; 貴司堀井; 啓史松田; 秀和姫澤
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 1986-11-26
Filing date: 1986-11-26
Publication date: 1994-01-19
Anticipated expiration: 2009-01-19
Also published as: JPS63134982A

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を既に提案している。第７図
にその構成図を示す。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８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Ｒbの
位置に回転板１０を配置し、回転板１０中央の回転軸１
１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をモータ等の駆動機構により回転させ
る。第８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２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
の瞬時視野長Ｌv，及び視野幅Ｄvは、次式のようにな
る。

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。

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、人数分解能が上げるために
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６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Ｄv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Ｒd、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、光学利得を得るための他の手段として、第９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ように構成しても良い。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Ｌm，ミラー幅をＤm，赤外線検出素
子２の受光面直径をｄとすると、物面上の瞬時視野長Ｌ
v，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。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、実施例１の場合と同様にして次式のようになる。

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Ｌaは、または、シリンドリアルミラー
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αmax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１０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、周辺部ほ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。

（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、簡単且つ安価な構成で、均一
な感度分布で広い検知領域を有する小型の人数検出装置
を提供するにある。

（発明の開示）第１図に本発明の人数検出装置に用いる変形鞍形ミラー
Ｍの形状を示す。変形鞍形ミラーＭは、一方向が連続的
な曲率変化を有する凹面で、これと略垂直な他の方向が
凸面であり、この凸面の形成方向を半径方向としてミラ
ーＭを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ようになっている。この変形鞍形
ミラーＭは、凸型形状により円形走査における受光面の
瞬時視野を放射方向に拡大し、凹型形状により円形走査
における走査方向での集光作用を有するものである。

第２図に示す走査光学系において、ミラー面は第１図の
変形鞍系ミラーＭのＸ−Ｘ’線についての断面を示し、
物面上の点Ｂ₁から入射する入射光はミラー端点Ｍ₁を介
して受光面Ｓに入射し、物面上の点Ｂ₂から入射する入
射光はミラー端点Ｍ₂を介して受光面Ｓに入射するもの
とする。ミラー面の凸面曲率中心をＯとし、ミラー端点
Ｍ₁，Ｍ₂における法線η₁，η₂が受光面Ｓの視野中心
c、すなわち、ミラーＭの回転軸となす角度を図に示す
ように、α₁，α₂とする。また、ミラー端点Ｍ₁，Ｍ₂を
介して受光面Ｓへ入射する入射光が受光面視野中心cと
なす角を各々θ₁，θ₂とする。ここで、物面上の点Ｂ₁
からミラー端点Ｍ₁へ入射する入射光が受光面視野中心c
と平行であるとすると、物面上の点Ｂ₂からミラー端面
Ｍ₂へ入射する入射光が受光面視野中心cとなす角β
₂は、瞬時における受光面がミラーＭを介して物面Ｂを
見込む放射方法瞬時視野角となる。

各々角度について、次式の関係がある。

α₁＝θ₁／２ …(9) β₂＝２α₂＋θ₂ …(10) 上式より、受光面Ｓにおける視野角（θ₂−θ₁）がミラ
ーＭを介して、物面Ｂに対し、視野角β₂に対応し、放
射方向に対して視野角が拡大されていることが分かる。
（θ₂−θ₁）が比較的大きくなければ、受光面Ｓにおけ
る指向感度特性において、受光面視野中心cとなす角が
θ₁からθ₂の間では指向感度特性に大きな変化はなく、
物面Ｂに対し、比較的均一な感度分布の検知領域を得る
ことができる。ミラー端点Ｍ₂における法線η₂と、受光
面視野中心cとなす角α₂と、ミラー面端点Ｍ₁，Ｍ₂に対
する受光面Ｓが見込む受光面視野中心cに対する角θ₁，
θ₂を適当に与えることにより、所望の視野角を有する
走査光学系を得ることができる。すなわち、ミラー面放
射方向の凸面曲率半径及び曲率中心を変えることによ
り、所望を視野角を有する走査光学系が得られる。

第１図において変形鞍形ミラーＭは、走査方向において
集光作用を持たせるために、ミラー面走査方向において
凹面を有するが、ミラー面の各位置により受光面Ｓまで
の焦点距離が異なる。第３図において、ミラー面上の１
点Ｍtにおいて、Ｍtは円弧上、始径▲▼から角度
tの点とする。物面上の点Ｐからの赤外線が点Ｍtを介し
て、受光面Ｓに入射するものとし、点Ｍtにおける法線
ηtを元に、受光面からミラー面における点Ｍtまでの距
離Ｒb、ミラー面上における点Ｍtから物面上の点Ｐまで
の距離Ｒaが求まる。ここで、距離Ｒbはミラー面上の点
Ｍtの位置によって変動する。すなわち、Ｒb＝Ｒb(t)…(11) である。走査方向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離ｆtを有する
凹面を形成すればよい。

焦点距離ｆt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、Ｒt＝２ｆt …(13) となるように、凹面を形成すればよい。ミラー面上、点
Ｍtは変形鞍型ミラーＭの幅方向の中央にあり、線分
の延長線上に凹面曲率中心Ｏtを置き、線分
が曲率半径Ｒt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)は連続的に変動し、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Ｍt
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、線分と法線ηtのなす角
をθ_M，線分と受光面視野中心cとなす角をθ_Fと
すると、となり、距離Ｒaも連続的に変動する。このように、ピ
ントを合わせる面をも考慮に入れて曲率半径を変化させ
てミラー凹面を形成すれば良い。

第４図に本発明による具体的実施例を示す。受光面視野
中心cからミラー端面Ｍ₁までの距離Ｌ₁を１０mm、受光
面Ｓからミラー端点Ｍ₁までの視野中心方向距離Ｌ₂を４
０mmとし、α₁＝７．０１８°、α₂＝１６．９８２°、
また、凸面曲率半径Ｌ₃を５０mmとすると、受光面Ｓの
ミラー端点Ｍ₁，Ｍ₂に対する視野中心cとのなす角θ₁，
θ₂はそれぞれθ₁＝１４．０３６３°、θ₂＝３６．３
０３１°となる。また、ミラーＭを介して物面Ｂを見込
む角度はβ₂＝７０．２６７°となり、走査光学系にお
ける物面Ｂに対する全視野角は、１４０．５３４°とな
る。

第５図は上記走査光学系における変形鞍形ミラーＭ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、ミラー面の凸面曲率中心Ｏから見た端面Ｍ₁との角
度tにより表している。端点Ｍ₁，Ｍ₂における曲率半径
は、それぞれ、８０．１９１１mm，６１．４８６４mmで
ある。なお、ミラー幅Ｄmは４０mmとし、物面Ｂに対す
るピント合わせ位置は、水平面に平行でミラー端面Ｍ₂
から２m離れた下面とする。

第６図はこのときの受光面Ｓが各ミラー面を見込む受光
視野中心cとなす角θと、ミラーを介して物面Ｂを見込
む角βの関係を示したものである。

ここで、前記光学系を用いる人数検出装置の回路構成を
第７図に基づいて説明する。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
ィルターに入力され、不安定な低周波成分と高周波成分
とをカットし、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。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０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」，「１人」，「２人以上」を元に、室内状況
を“不在”、“在室”、“来客”として室外に表示する
ことにより、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ことができる。

（発明の効果）本発明は上述のように、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
置において、一方向が連続的な曲率変化を有する凹面
で、これと略垂直他の方向が凸面である変形鞍形ミラー
を設け、前記変形鞍形ミラーの前記凸面の形成方向を半
径方向として、前記変形鞍形ミラーを回転駆動させるこ
とにより、前記赤外線検出素子の視野を円形走査させる
ようにしたから、小型化が容易であり、しかも簡単且つ
安価に構成でき、広い検出領域に亘って均一な感度分布
を得ることができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る人数検出装置に用いる光学系の要
部斜視図、第２図乃至第４図は同上の光学系の動作説明
図、第５図及び第６図は同上の光学系の特性図、第７図
は従来例のブロック図、第８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９
図(a)は他を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１０図は同上に用いる赤外
線検出素子の指向特性図である。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
変形鞍形ミラーである。

フロントページの続き (72)発明者堀井貴司大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株式会社内 (72)発明者松田啓史大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株式会社内 (72)発明者姫澤秀和大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】赤外線検出素子と、前記赤外線検出素子の
視野を走査させる走査光学系と、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、前記走査
光学系は一方向が連続的な曲率変化を有する凹面で、こ
れと略垂直な他の方向が凸面である変形鞍形ミラーを備
え、前記変形鞍形ミラーの前記凸面の形成方向を半径方
向として、前記変形鞍形ミラーを回転駆動させることに
より、前記赤外線検出素子の視野を円形走査させる光学
系であることを特徴とする人数検出装置。