JPH1054764A - 赤外線二次元分布計測装置およびこれを用いた在席確認システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 構成が簡単で、赤外線の二次元分布を簡易に
計測することができる赤外線二次元分布計測装置を提供
すること。 【解決手段】 モータ２によって回転される原動歯車５
と、この原動歯車５に噛合する従動歯車６と、この従動
歯車の回転中心７と同じ位置に回転中心を有する太陽歯
車９と、従動歯車上であってその回転中心から適宜離れ
た位置に回転中心を有し、かつ太陽歯車に常に内接しな
がら回転する遊星歯車１０と、この遊星歯車上であって
その回転中心１１から適宜離れた位置に設けられる機能
素子設置部１２とからなり、モータの回転により機能素
子設置部が二次元平面を一筆書き的に移動するように構
成された二次元スキャナ２７の機能素子設置部に、赤外
線検出器１４および赤外線検出器に入射する赤外線１７
を断続的にチョッピングする光チョッパ２０を備えた赤
外線検出部１３を設けている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、赤外線二次元分
布計測装置およびこれを用いた在席確認システムに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】例えばＸ−Ｙ平面など二次元平面におけ
る赤外線の分布状況を計測する手段として、 互いに直交するＸ軸とＹ軸のそれぞれに機械的な可
動部分があり、それらの組合せによって赤外線検出器を
機械的に二次元方向に移動させる方式、 １軸方向にアレー化した赤外線検出器を他の軸方向
に機械的に移動させる方式などがある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記
の方法においては、２軸の回転機構またはリニア移動機
構が必要となり、構成が大掛かりとなるため、小型軽量
化が困難であるとともに、高精度な制御が困難で、高精
度が要求されるに伴い高価になるといった問題がある。

【０００４】そして、前記の方法では、機械的な特長
とデバイス的な特長を生かすことができるが、これら両
方の欠点をも有するとともに、機能素子設置部の微細化
と各素子ごとの電気回路が必要となり、小型化および低
コスト化が困難であるといった問題がある。

【０００５】この発明は、上述の事柄に留意してなされ
たもので、その目的は、構成が簡単で、赤外線の二次元
分布を簡易に計測することができる赤外線二次元分布計
測装置、さらには、在席確認システムを提供することで
ある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、この発明の赤外線二次元分布計測装置は、モータに
よって回転される原動歯車と、この原動歯車に噛合する
従動歯車と、この従動歯車の回転中心と同じ位置に回転
中心を有する太陽歯車と、前記従動歯車上であってその
回転中心から適宜離れた位置に回転中心を有し、かつ前
記太陽歯車に常に内接または外接しながら回転する遊星
歯車と、この遊星歯車上であってその回転中心から適宜
離れた位置に設けられる機能素子設置部とからなり、前
記モータの回転により前記機能素子設置部が二次元平面
を一筆書き的に移動するように構成された二次元スキャ
ナの前記機能素子設置部に、赤外線検出器および赤外線
検出器に入射する赤外線を断続的にチョッピングする光
チョッパを備えた赤外線検出部を設けている。

【０００７】前記赤外線検出部としては、その検出器が
薄膜型焦電素材を用いた赤外線検出器よりなるものが好
適である。

【０００８】また、この発明の在席確認システムは、前
記赤外線二次元分布計測装置を所定の位置に設け、この
赤外線二次元分布計測装置の出力に基づいて、その場所
における人体の在席状況を検出するようにしている。

【０００９】上記構成の赤外線二次元分布計測装置にお
いては、一つのモータの回転を、円運動以外の回転を行
わせる機構に伝え、この機構によって赤外線検出器に一
筆書き的な軌跡を描かせることにより、特定の広さの二
次元平面（Ｘ−Ｙ平面）をくまなく走査することができ
る。そして、光チョッパが赤外線検出器に入射する赤外
線を断続的に遮断し、それによって、赤外線検出器で赤
外線による輻射熱量が検出され、赤外線の二次元分布が
得られる。

【００１０】さらに、前記赤外線二次元分布計測装置に
よる赤外線の二次元分布に基づいて、赤外線の発生源で
ある人体がその位置に存在しているか否かが判り、特定
の場所における人体の在席状況を検出することができ
る。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、この発明の好ましい実施例
を、図を参照しながら説明する。

【００１２】図１は、この発明の赤外線二次元分布計測
装置Ｉの一例を示すもので、この図１において、１は適
宜のベース部材である。２はベース部材１に取付け部材
３を介して取り付けられたパルスモータまたはサーボモ
ータよりなるモータで、その出力軸４がベース部材１の
上面から突出するように鉛直方向に設けられており、こ
の出力軸４に原動歯車５が水平な状態、かつベース部材
１の上面より上方に位置するように固着されている。

【００１３】６は原動歯車５に噛合する従動歯車で、そ
の回転軸７が軸受部材８を介してベース部材１に鉛直方
向に突設されている。９はこの従動歯車６と同軸上に回
転中心を有する太陽歯車で、内周に複数の歯が周設され
ている。

【００１４】１０は従動歯車６上であってその回転中心
７から適宜離れた位置に立設されるピン部材１１に枢支
されて太陽歯車９に常に内接しながら回転する遊星歯車
である。

【００１５】１２は遊星歯車１０上であってその回転中
心１１から適宜離れた位置に設けられる機能素子設置部
で、この機能素子設置部１２には赤外線検出部１３が設
けられている。そして、赤外線検出部１３は、例えば次
のように構成されている。

【００１６】すなわち、１４は高速応答が可能で、赤外
全域の幅広い領域の赤外線を検知することができる焦電
型赤外線検出器で、適宜の金属ケース１５内に赤外線検
出素子１６が設けられるとともに、金属ケース１５には
赤外線検出素子１６に赤外線１７を集光するための赤外
線レンズ１８が設けられている。そして、この赤外線検
出器１４には、赤外線レンズ１８を介して赤外線検出素
子１６に入射する赤外線１７を断続的に遮断するための
チョッパ窓部１９を有する光チョッパ２０が設けられて
いる。２１は光チョッパ２０を回転駆動するためのモー
タである。

【００１７】２２は機能素子設置部１２に連設された板
状部材で、遊星歯車１０の移動に対応できる長さを有す
る長孔２３が開設され、この長孔２３を適宜の固定部２
４に立設されたピン部材２５が挿通している。２６は板
状部材２２に沿うようにして設けられケーブルで、赤外
線検出器１４やモータ２１への電源供給および赤外線検
出器１４の出力信号取出すためのもので、図示してない
制御ボックスに接続されている。

【００１８】なお、上記符号１〜１２によって表される
部材からなる装置を、特に二次元スキャナと呼び、符号
２７を付すこととする。図２は、この二次元スキャナ２
７の要部を概略的に示す斜視図である。

【００１９】ここで、上記赤外線二次元分布計測装置Ｉ
の動作説明に入る前に、二次元スキャナ２７によって、
機能素子設置部１２に設けられる赤外線検出部１３を二
次元的に走査するための描画方程式について、図３を参
照しながら説明する。

【００２０】図３において、Ｌは大円（前記太陽歯車９
に相当する）、Ｓはこれに内接して回転する小円（前記
遊星歯車１０に相当する）である。また、 Ｌ_r ：大円Ｌの半径 Ｏ_L ：大円Ｌの中心 Ｓ_r ：小円Ｓの半径 Ｏ_S ：小円Ｓの中心 Ｑ ：小円Ｓの中心から距離ｒ離れた地点 Ａ ：大円Ｌと小円Ｓの初期状態において当接している
ときの大円Ｌ側の位置 Ｂ ：大円Ｌと小円Ｓの初期状態において当接している
ときの小円Ｓ側の位置 Ｃ ：小円Ｓが角度θ_L （ラジアン）回転したときにお
ける大円Ｌと小円Ｓとの当接位置 θ₁₀：線分ＣＯ_s と線分Ｏ_S Ｂとがなす角度（ラジア
ン）とする。

【００２１】点Ｃの座標は、（Ｌ_r ・ｃｏｓθ_L ，Ｌ_r
・ｓｉｎθ_L ）と表される。そして、大円Ｌ、小円Ｓの
矢印方向への回転に伴い、両者の接点は移動するが、両
者における移動長は互いに等しく、弧ＡＣ＝弧ＢＣであ
るから、 θ_L ・Ｌ_r ＝θ_S ・Ｓ_r ……（１） が成り立つ。

【００２２】小円Ｓの中心Ｏ_S は、小円Ｓの回転に伴
い、半径（Ｌ_r −Ｓ_r ）の円（図中、仮想線で示す）の
周上を移動し、その座標は、｛（Ｌ_r −Ｓ_r ）・ｃｏｓ
θ_L ，（Ｌ_r −Ｓ_r ）・ｓｉｎθ_L ）で表される。

【００２３】点Ｑの座標（Ｘ_Q ，Ｙ_Q ）は次のように表
される。すなわち、 Ｘ_Q ＝（Ｌ_r −Ｓ_r ）・ｃｏｓθ_L −ｒ・ｃｏｓ（θ_L −θ_S ）……（２） Ｙ_Q ＝（Ｌ_r −Ｓ_r ）・ｓｉｎθ_L −ｒ・ｓｉｎ（θ_L −θ_S ）……（３） となる。

【００２４】ところで、上述したように、弧ＡＣ＝弧Ｂ
Ｃであるから、（１）式から、 θ_S ＝Ｌ_r ・θ_L ／Ｓ_r ……（４） が得られ、これを上記（２），（３）式に代入すると、 Ｘ_P ＝（Ｌ_r −Ｓ_r ）・ｃｏｓθ_L −ｒ・ｃｏｓ｛θ_L ・（Ｓ_r −Ｌ_r ） ／Ｓ_r ｝ ……（５） Ｙ_p ＝（Ｌ_r −Ｓ_r ）・ｓｉｎθ_L −ｒ・ｓｉｎ｛θ_L ・（Ｓ_r −Ｌ_r ） ／Ｓ_r ｝ ……（６）

【００２５】そして、点Ｑが描く軌跡が大円Ｌの中心Ｏ
_L を通る場合、ｒ＝Ｌ_r −Ｓ_r であるから、上記（５）
_, （６）式は、 Ｘ_P ＝ｒ・｛ｃｏｓθ_L ＋ｃｏｓ（θ_L ・ｒ／Ｓ_r ）｝ ……（７） Ｙ_p ＝ｒ・｛ｓｉｎθ_L ＋ｓｉｎ（θ_L ・ｒ／Ｓ_r ）｝ ……（８） となる。

【００２６】上述のような描画方程式を有するプログラ
ムが図示してないコンピュータに設けられており、二次
元スキャナ２７はこのプログラムに基づいて制御され
る。

【００２７】今、この発明で用いる原動歯車５、従動歯
車６、太陽歯車９および遊星歯車１０のモジュール、歯
数ピッチが下記表１のようなものであり、従動歯車６の
中心７からその半径の３／４の位置に遊星歯車１０の中
心１１があり、さらに、点Ｑ、すなわち、機能素子設置
部１２の描く軌跡が太陽歯車９の中心７を通るものとす
る。

【００２８】

【表１】

【００２９】前記二次元スキャナ２７よる二次元平面走
査方法を、図１〜図４を参照しながら説明すると、 パルスモータ２を回転させることにより、原動歯車
５が図４において例えば矢印３１方向に回転し、これに
伴って、従動歯車６が図４において矢印３２方向に回転
し、太陽歯車９も矢印３３方向に回転する。

【００３０】 原動歯車５を１回転させると、遊星歯
車１０が太陽歯車９に内接しながら所定回転数（６０５
／４０３）だけ矢印３４方向に自転するとともに、１回
公転して元の位置に戻る。

【００３１】 遊星歯車１０を例えば６０５回自転さ
せると、遊星歯車１０は元の位置に戻るが、この回転に
伴って、機能素子設置部１２が曲線３５で表す軌跡を描
きながら二次元平面を一筆書き的に移動する。これによ
って、二次元平面は、図５に示すように、機能素子設置
部１２によって走査されることになる。

【００３２】ここで、機能素子設置部１２が描く軌跡
（特定軌跡）が完結するまでを１フレーム（この語は、
発明者の造語である）とすると、この１フレームは太陽
歯車９の回転中心７を中心に、特定の二次元領域をくま
なく走査する軌跡となる。この軌跡は、上述した点Ｑ
（図３参照）が描く軌跡にほかならず、この軌跡の方程
式から、Ｘ軸、Ｙ軸の位置情報を予め演算で求めてお
き、回転開始点や原点などを予め定めておく。そして、
この原点を基準として、動き始めからの時間によって、
Ｘ座標およびＹ座標を定めることによって、機能素子設
置部１２を特定の位置に連続的に移動することができ
る。

【００３３】そして、原動歯車５を連続的に回転させ
て、機能素子設置部１２に二次元平面において１フレー
ムの軌跡を描かせる場合、そのフレーム面でのＸ軸、Ｙ
軸で二次元面を代表する特定位置あるいはその近傍（誤
差範囲内）を予め選び、位置を演算して原点時間（時間
ゼロ）から特定時間ごとに二次元を代表する多数のＸ，
Ｙ位置を、機能素子設置部１２がたどるようにして軌跡
を描く。

【００３４】そして、図１に示す実施例においては、前
記機能素子設置部１２に赤外線検出部１３が設けられて
いるため、モータ２を連続的に動作させることにより、
赤外線検出部１３が二次元平面を一筆書き的に連続的に
移動する。そして、赤外線検出部１３において、モータ
２１を駆動すると光チョッパ２０が連続的に回転し、赤
外線検出器１４に入射する赤外線１７を断続的に遮断す
るため、赤外線検出器１４が面している方向の輻射熱量
の分布、すなわち、赤外線１７の二次元的な分布を計測
することができる。

【００３５】上述のように、この発明の赤外線二次元分
布計測装置Ｉにおいては、赤外線の二次元的な分布を簡
単な構成で簡易に計測することができる。

【００３６】上述の実施例においては、機能素子設置部
１２の描く軌跡が太陽歯車９の中心７を通るように構成
されているが、機能素子設置部１２の設置位置は、遊星
歯車１０上であって、その回転中心１１以外であれば任
意である。このようにした場合、機能素子設置部１２が
描く軌跡は、太陽歯車９の中心７を必ずしも通ることは
ないが、種々の軌跡を得ることができる。

【００３７】また、上述の実施例においては、二次元ス
キャナ２７における遊星歯車１０を、太陽歯車９に常に
内接しながら回転するように設けてあったが、これに代
えて、図６および図７に示すように、遊星歯車１０’
を、その回転中心１１’が従動歯車６上であってその回
転中心７から適宜離れた位置にあり、しかも、従動歯車
６の回転中心７と同じ位置に回転中心を有する太陽歯車
９’に常に外接しながら回転するように設けてもよい。
このようにした場合においても、機能素子設置部１２に
種々の軌跡を描かせることができる。

【００３８】ところで、前記赤外線二次元分布計測装置
をセンサキットとすることにより、人の在席を確認する
システムを構成することができる。これを、図８を参照
しながら説明する。

【００３９】図８において、４１は赤外線二次元分布計
測装置Ｉよりなるセンサキットで、部屋４２の天井面４
３に取り付けられる。４４は制御ボックス、４５は前記
事務所４２とは別の場所に設置されたコンピュータであ
る。このコンピュータ４５は、センサキット４１からの
送られてくる信号に基づいて赤外線分布を画像として表
すことができるとともに、前記信号を適宜処理すること
により、特定の場所に人４６が居るか否かを判別するこ
とができる。

【００４０】このように構成された在席確認システムに
おいては、センサキット４１が事務所４２内を二次元的
に走査することにより、室内の二次元分布が常に計測さ
れ、これによって、人４６の在席状況を確認することが
できる。したがって、事業所などにおいては、前記セン
サキット４１を各部屋や部署に設けることにより、部屋
ごとあるいは部署ごとの在席者数を総合的に確認するこ
ともできる。

【００４１】また、この実施例においては、コンピュー
タ４５に適宜の解析ソフトウェアを適用することによ
り、例えば特定の個人の動作を確認することもできる。

【００４２】

【発明の効果】この発明は、以上のような形態で実施さ
れ、以下のような効果を奏する。

【００４３】この発明の赤外線二次元分布計測装置は、
パルスモータやサーボモータといったモータの回転のみ
によって、赤外線検出器を二次元的に走査することがで
きるので、機械的な構成や制御機構など構成が簡単であ
り、安価である。そして、回転機構であり、制御が容易
であるとともに、連続的に使用することが可能であり、
位置再現性に優れているといった利点を有している。

【００４４】また、この発明の在席確認システムにおい
ては、前記赤外線二次元分布計測装置と同様の利点を有
するとともに、特定の場所における人の確認、人数や活
動状況などを簡単に知ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の赤外線二次元分布計測装置の一例を
示す図である。

【図２】前記赤外線二次元分布計測装置に組み込まれる
二次元スキャナの要部の構成を概略的に示す斜視図であ
る。

【図３】前記赤外線二次元分布計測装置における二次元
走査の原理を説明するための図である。

【図４】この発明で用いる二次元スキャナの動作説明図
である。

【図５】前記二次元スキャナによる軌跡の一例を示す図
である。

【図６】この発明の赤外線二次元分布計測装置の他の例
の要部を示す断面図である。

【図７】前記赤外線二次元分布計測装置に組み込まれる
二次元スキャナの要部の構成を概略的に示す斜視図であ
る。

【図８】この発明の在席確認システムの一例を示す図で
ある。

【符号の説明】

２…モータ、５…原動歯車、６…従動歯車、７…従動歯
車および態様歯車の回転中心、９，９’…太陽歯車、１
０，１０’…遊星歯車、１１，１１’…遊星歯車の回転
中心、１２…機能素子設置部、１３…赤外線検出部、１
４…赤外線検出器、１７…赤外線、２０…光チョッパ、
２７…二次元スキャナ、Ｉ…赤外線二次元分布計測装
置。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 モータによって回転される原動歯車と、
   この原動歯車に噛合する従動歯車と、この従動歯車の回
   転中心と同じ位置に回転中心を有する太陽歯車と、前記
   従動歯車上であってその回転中心から適宜離れた位置に
   回転中心を有し、かつ前記太陽歯車に常に内接または外
   接しながら回転する遊星歯車と、この遊星歯車上であっ
   てその回転中心から適宜離れた位置に設けられる機能素
   子設置部とからなり、前記モータの回転により前記機能
   素子設置部が二次元平面を一筆書き的に移動するように
   構成された二次元スキャナの前記機能素子設置部に、赤
   外線検出器および赤外線検出器に入射する赤外線を断続
   的にチョッピングする光チョッパを備えた赤外線検出部
   を設けたことを特徴とする赤外線二次元分布計測装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の赤外線二次元分布計測
   装置を所定の位置に設け、この赤外線二次元分布計測装
   置の出力に基づいて、その場所における人体の在席状況
   を検出することを特徴とする在席確認システム。