JP2005172377A - 人体検知センサを搭載した空気調和機及び人体検知センサを搭載した空気調和機の人体検知方法 - Google Patents

Abstract

【課題】人体検知センサから得られる出力をサンプリング毎に電圧値と移動平均値からの差分による傾きと絶対値の２通りの判断条件をもつことにより人体有無の判断精度を向上させることを目的とする。
【解決手段】この発明に係る人体検知センサを搭載した空気調和機は、空気調和機に２個搭載され、赤外線受光素子を用いた焦電センサと、この焦電センサから得られる微小電圧を増幅する増幅回路とを有する人体検知センサと、人体検知センサが出力する生データと移動平均値との差分から人体の有無を判断する絶対値判定部と、過去の生データと移動平均値との差分と、現在の生データと移動平均値との差分との傾きから人体の有無を判断する傾き判定部と、を備えたことを特徴とする。
【選択図】 図１１

Description

この発明は、人体検知センサを搭載した空気調和機及びその人体検知方法に関するものである。

熱線式検知器は、人体より発生する微弱な熱線を検知して報知制御を行うようになっており、増幅回路部の増幅率が極めて高いために外来電波ノイズ等による妨害を受けて誤動作が生じやすかった。

そこで、このような熱線式検知器の内器ブロックでは、回路基板の部品面側（焦電素子等が取り付けられている）の導電箔の余剰部分をアースパターンにするとともに、半田面側のパターンに増幅回路を直付け実装し、この増幅回路を導電性シールドケースで上方より覆い隠す構造とし、導電性シールドケースと回路基板のアースパターンとで増幅回路を包み込んで遮蔽して外来電波ノイズ等による妨害を排除するようにしている（例えば、特許文献１参照）。

また、従来の人体、自動車または工作物の存在位置を検知することにより自動ドアの開閉制御や防犯警報装置の起動制御または駐車場の整理或いは空気調和機、照明灯、工場の生産ライン等の自動制御等に利用できる物体存在位置検知装置は、所定の検知領域を複数の単位領域に区画し、各単位領域に個々に対応させて複数個の物体検知器を対設することで、物体の存在位置を検知するものが一般に採用されている。しかし、各単位領域毎に人体検知センサ等の高価な検知器を設けるので、極めてコスト高となる欠点がある。

そこで、各単位領域からの光が１個のセンサに入射するよう構成する一方、各入射光の透過、遮断機能を有するとともに透過する入射光を順次切り換えていく切換機構を設けた物体存在位置検知装置が提案されているが、この物体存在位置検知装置は、検知センサは１個と少ないが、各単位領域からの光を各々対応する集光用光学系を介して検知センサに択一的に入射させる回転機能または移動機能を備えた切換手段と、この切換手段を作動して各単位領域毎の判別結果を順次記憶する記憶手段と、各単位領域毎の２度の判別結果に基づいて人体等の存在を確定する確定手段とを必要とし、構成の複雑化に伴って故障等の発生の頻度が高く、信頼性が低い欠点がある。

そこで、駆動機構を有しない簡単で信頼性の高い構成により人体等の物体の存在位置をリアルタイムに且つ正確に検知できるような物体存在位置検知装置として、受光用光学系により設定した複数個の検知エリアの何れに人体等の物体が存在するかを光学的に検知する物体存在位置検知装置において、入射赤外線光束をそれの受光量または受光変動量に対応する電気信号に変換する受光素子を少なくとも２個１組設け、この各受光素子にそれぞれ複数個づつの光学系を光入射するよう対設するとともに、同一検知エリアからの光が各受光素子に対し互いに異なる光学系を通じて入射するよう各光学系を配設し、この光学系のうちの所要のものの光学ゲインに差を設け、各受光素子の出力電気信号の比率を演算してその算出値により物体が存在する検知エリアを判別する演算回路を設けたものが案出されている（例えば、特許文献２参照）。
実用新案登録第２５６７１７７号 特許第２７４１９８１号

従来の熱線式検知器では、半田面側のパターンに増幅回路を直付け実装し、この増幅回路を導電性シールドケースで上方より覆い隠す構造とし、回路基板の部品面側に焦電素子等が取り付けられるので、熱線式検知器の内器ブロックを小型にできないという問題点があった。

また、従来の物体存在位置検知装置は、受光素子を少なくとも２個１組設け、この各受光素子にそれぞれ複数個づつの光学系を光入射するよう対設するとともに、同一検知エリアからの光が各受光素子に対し互いに異なる光学系を通じて入射するよう各光学系を配設し、この光学系のうちの所要のものの光学ゲインに差を設け、各受光素子の出力電気信号の比率を演算してその算出値により物体が存在する検知エリアを判別するもので、センサモジュールから得られる出力をサンプリング毎に電圧値と移動平均値からの差分による傾きと絶対値の２通りの判断条件により人体有無の判断を行い人体有無の判断精度を向上させる点については想定していない。

また、人体有無判断を基に、人体の位置を判定する場合に、人体の動き出し及び停止時等による左右センサの人体有無判定ずれによる誤判定をタイマー補正制御を用いることにより中央位置判定の精度向上させる点についても想定していない。

この発明は、上記のよう問題点を解決するためになされたもので、人体検知センサから得られる出力をサンプリング毎に電圧値と移動平均値からの差分による傾きと絶対値の２通りの判断条件をもつことにより、人体有無の判断精度を向上させることを目的とする。

また、左右のＡ判定部の人体有無判断を基に人体の位置を判定するＢ判定部において、人体の動き出し及び停止時等による左右センサの人体有無判定ずれによる誤判定をタイマー補正制御を用いることにより中央位置判定の精度向上させることを目的とする。

また、後段の増幅回路を焦電センサ等の赤外線受光素子と共に、金属缶内部に搭載することにより外来ノイズなどによるノイズ耐力を上げ、人体検知センサからの出力精度を向上させると共に、人体検知センサのコンパクト化を実現することを目的とする。

この発明に係る人体検知センサを搭載した空気調和機は、空気調和機に２個搭載され、赤外線受光素子を用いた焦電センサと、この焦電センサから得られる微小電圧を増幅する増幅回路とを有する人体検知センサと、人体検知センサが出力する生データと移動平均値との差分から人体の有無を判断する絶対値判定部と、過去の生データと移動平均値との差分と、現在の生データと移動平均値との差分との傾きから人体の有無を判断する傾き判定部と、を備えたことを特徴とする。

この発明に係る人体検知センサを搭載した空気調和機は、人体の有無判断を絶対値判定部と傾き判定部とにより行うので、人体有無判断を精度良く行うことができる。

実施の形態１．
図１〜１０は実施の形態１を示す図で、図１はセンサ部を搭載した基板構成図、図２はセンサ部の内部構造の詳細を示す図、図３は赤外線受光素子付近を示す平面図、図４は焦電体の温度変化による表面電荷の変化を示す図、図５は基板にレンズ部を搭載したセンサモジュールを示す図、図６は左右ミラー対称のセンサモジュールを左右対にして搭載した空気調和機を示す図、図７は左右センサモジュールの配光を中央部にてラップさせ左右３分割を実現した状態を示す図、図８はマイコン内部の演算の流れを示す図、図９はセンサモジュールの生データに対するＡ判定部の人体有無判断結果を示す図、図１０はＡ判定部における人体有無判定条件を示す図、図１１はセンサモジュールの生データに対するＡ判定部の人体有無判断のフローチャート、図１２はＢ判定部における人位置判定結果を示す図、図１３はＢ判定部における中央位置誤判断モードを示す図、図１４はＢ判定部における中央判断補正タイマー制御を示す図、図１５、１６はＢ判定部における中央判断補正タイマー制御のフローチャートである。

図１〜３に示すように、基板４には、増幅回路１を焦電センサ等の赤外線受光素子２２と共に金属缶２内部に搭載したセンサ部３と、コネクタ５とが取り付けられている。基板４上には電子部品を搭載していないことを特徴としている。金属缶２の上面には、赤外線受光素子２２に赤外線を通すためのシリコンレンズ製の窓２１が設けられている。

ここで、図４を用いて人体検知センサ（焦電素子）の原理について説明する。絶対零度以上の物体はその温度に応じた赤外線を放射しており、そのそのエネルギーの波長分布はプランクの法則によって表される。また、物体の温度が高くなると分布のピークは短波長側に移動する（ウィーンの変位則）。

焦電素子は通常自発分極しているが電気的に中性の状態にある。この素子が赤外線を熱線として吸収すると、その温度変化を焦電効果によって、電気信号として出力する。しかし、この電気信号は微小なためセンサ内では、図４のように焦電素子を接続し、出力電圧として取り出している。よって焦電センサは入射する赤外線強度が変化したときにのみ出力が得られる。人体について言えば、人が静止している時は焦電センサに入射する赤外線強度が変化しないので、焦電センサから出力はでないが、人が移動すると焦電センサに入射する赤外線強度が変化するので焦電センサから出力が得られる。

上記のように、増幅回路１を焦電センサ等の赤外線受光素子２２と共に、金属缶２内部に搭載するように構成したので、外来電波ノイズなどによる妨害を受けて誤動作が生じさせないという効果を有する。

また、増幅回路１を焦電センサ等の赤外線受光素子２２と共に、金属缶２内部に搭載するのように構成したので、コンパクト化を実現することができるという効果を有する。

図５示すように、人体検知センサの一例のセンサモジュール７は、図１に示すセンサ部３が取り付けられた基板４に、赤外線を集光するレンズ部６を取り付けたものである。

図６に示すように、空気調和機１０（分離型空気調和機の室内機）は、前面下部にセンサモジュール７で構成される右側センサ８及び左側センサ９を左右ミラー対称に左右対にして搭載している。但し、右側センサ８及び左側センサ９の取付位置は、前面下部に限定されるものではなく、室内の人体を検出できれば何処でもよい。

図７に示すように、左右ミラー対称の右側センサ８及び左側センサ９を左右対にして搭載している空気調和機１０からのセンサモジュール配光を、中央部にてラップさせ、室内空間を左右方向に右エリア１１、中央エリア１２、左エリア１３に３分割している。

図８に示すように、左右ミラー対称である右側センサ８及び左側センサ９から得られる出力から、マイコン内部のＡ判定部１４にて人の有無を判断し、Ａ判定部１４の判断結果からＢ判定部１５にて人の位置の判断を行うものである。

次に動作について説明する。
上記のように構成された左右ミラー対称である右側センサ８及び左側センサ９を左右対にして搭載している空気調和機１０において、図７に示したセンサモジュール配光内にて人体が移動して来た際のセンサモジュールの生データ１６を図９に示す。センサモジュールの出力は、生データ１６のように人が移動すると変化し、人が静止している場合は変化しない。

センサモジュールから得られる生データ１６を基に図８に示したマイコン内部のＡ判定部１４において、サンプリング毎の移動平均値１７を演算し、図１０に示す人体有無判定条件にて人体の有無を判断する。

生データ１６を基にした人体の有無判断は、人が移動している場合は、出力の変化が大きいので、生データ１６の絶対値から判断できるが、移動平均値１７付近では、生データ１６と移動平均値１７との差分が小さいため絶対値判定では判断できない場合があるので、過去の生データ１６と移動平均値１７との差分と、現在の生データ１６と移動平均値１７との差分との傾きにより人体の有無判断を行う。

図１１に示すように、判断条件の一つである絶対値判定は、サンプリング毎に取り込まれる生データ１６と移動平均値１７との差分が設定した閾値Ａ以上の場合、人体有りと判断する（絶対値判定部、絶対値判定工程）。

生データ１６を基にした絶対値判定結果１８を図９に示し、判断結果が２の場合は人体無し判断、３の場合は人体有り判断である。

判断条件の他の一つである傾き判定は、過去に演算された絶対値判定結果と現在の絶対値判定結果から傾きを求めるもので、図１１に示すように、過去の生データ１６と移動平均値１７との差分と、現在の生データ１６と移動平均値１７との差分との傾き（差）が設定した閾値Ｂ以上の場合は、人体有りと判断する（傾き判定部、傾き判定工程）。

生データ１６を基にした傾き判定結果１９を図９に示し、判断結果が１の場合は人体無し判断、２の場合は人体有り判断である。

Ａ判定部１４では、上記記載の条件である絶対値判定結果１８と傾き判定結果１９のどちらか一方、または両条件にて人体有りと判断している場合は、人体が有りと判断する。

また、絶対値判定結果１８と傾き判定結果１９のどちらも人体無しと判断している場合は、Ａ判定部１４にて人体無しと判断することとする。Ａ判定部判断結果２０は、図７に示すように、判断結果が０の場合は人体無し判断、１の場合は人体有り判断である。

上記記載の人体有無判断は、右側センサ８及び左側センサ９から得られる生データ１６から個々に演算されるものとする。

このように、人体の有無判断を絶対値判定と傾き判定とにより行うので、人体有無判断を精度良く行うことができる。

また、絶対値判定と傾き判定時の閾値を人体有り検知開始時と人体無し非検知時にて可変するようにし、人体検知開始時は人体無し非検知時よりも閾値を下げ、より検知しやすくすることにより、Ａ判定部１４における人体有り判定の精度を向上させる。

絶対値判定に用いる閾値は、人体の検知時は閾値Ａを用い、人体の非検知時は閾値Ａ１を用いる。同様に傾き判定に用いる閾値は、人体の検知時は閾値Ｂを用い、人体の非検知時は閾値Ｂ１を用いる。閾値Ａ＜閾値Ａ１、また閾値Ｂ＜閾値Ｂ１である。

右側センサ８及び左側センサ９から得られるＡ判定部１４の判断結果を基に、Ｂ判定部１５において人***置を判断する。Ｂ判定部１５における人***置判定条件を図１２に示す。右側センサ８におけるＡ判定部１４の結果が検出有りの状態で、左側センサ９におけるＡ判定部１４の結果が検出無しの状態の場合は、Ｂ判定部１５において人***置は右側であると判断する。

逆の右側センサ８におけるＡ判定部１４の結果が検出無しの状態で、左側センサ９におけるＡ判定部１４の結果が検出有りの状態の場合は、Ｂ判定部１５において人***置は左側であると判断する。右側センサ８及び左側センサ９のＡ判定部１４における判断結果が検出有り時は、人***置は中央であると判断することとする。そして、右側センサ８及び左側センサ９のＡ判定部１４における結果が検出無し時は、前述のＢ判定部１５の結果を保持することとする。

上記記載の人***置を判断するＢ判定部１５において、図１３記載のように人体が中央位置から動き出した場合及び中央位置で停止した際、センサモジュールの出力ばらつきによる右側センサ８及び左側センサ９からのＡ判定部１４の判断ずれが生じる場合がある。

このＡ判定部１４のずれによりＢ判定部１５における位置判断は、中央に人体がいるにもかかわらず右側又は左側と誤判断する場合が生じる。その為、Ｂ判定部１５での誤判断を防止するため、図１４のように中央判断補正タイマー制御を用いる。図１５、１６にそのフローチャートを示す。

人体が中央位置から動き出した際に、右側センサ８のＡ判定部１４から人体有り判断が先に出た場合は、タイマーを起動させる。そしてタイマー起動中に左側センサ９のＡ判定部１４から人体有り判断が出た場合は、右側センサ８及び左側センサ９のＡ判定部１４から同時に人体あり判断を出しそろえることとする。

同様に人体が中央位置で静止した場合も、先に右側センサ８が人体無し判断を行った際と同時にタイマーを起動させ、タイマー起動中に左側センサ９のＡ判定部１４にて人体無し判断が出た場合は、同時に人体なし判断をＡ判定部１４より出しそろえることとする。

右側センサ８及び左側センサ９のどちらか一方のタイマーがカウント中、もう一方のＡ判定部１４の判断結果が変わらない場合は、タイマーカウントアップと同時にＡ判定部１４から判断結果を出すこととする。本構成を用いることにより、中央に人体がいるにもかかわらず右側又は左側と誤判断することなく、精度よく人体の有無判定及び人***置判定を実現可能とする。

実施の形態１を示す図で、センサ部を搭載した基板構成図である。 実施の形態１を示す図で、センサ部の内部構造の詳細を示す図である。 実施の形態１を示す図で、赤外線受光素子付近を示す平面図である。 実施の形態１を示す図で、基板にレンズ部を搭載したセンサモジュールを示す図である。 実施の形態１を示す図で、左右ミラー対称のセンサモジュールを左右対にして搭載した空気調和機を示す図である。 実施の形態１を示す図で、左右センサモジュールの配光を中央部にてラップさせ左右３分割を実現した状態を示す図である。 実施の形態１を示す図で、マイコン内部の演算の流れを示す図である。 実施の形態１を示す図で、センサモジュールの生データに対するＡ判定部の人体有無判断結果を示す図である。 実施の形態１を示す図で、Ａ判定部における人体有無判定条件を示す図である。 実施の形態１を示す図で、Ｂ判定部における人位置判定結果を示す図である。 実施の形態１を示す図で、センサモジュールの生データに対するＡ判定部の人体有無判断のフローチャート図である。 実施の形態１を示す図で、Ｂ判定部における人位置判定結果を示す図である。 実施の形態１を示す図で、Ｂ判定部における中央位置誤判断モードを示す図である。 実施の形態１を示す図で、Ｂ判定部における中央判断補正タイマー制御を示す図である。 実施の形態１を示す図で、Ｂ判定部における中央判断補正タイマー制御のフローチャートである。 実施の形態１を示す図で、Ｂ判定部における中央判断補正タイマー制御のフローチャートである。

符号の説明

１ 増幅回路、２ 金属缶、３ センサ部、４ 基板、５ コネクタ、６ レンズ部、７ センサモジュール、８ 右側センサ、９ 左側センサ、１０ 空気調和機、１１ 右エリア、１２ 中央エリア、１３ 左エリア、１４ Ａ判定部、１５ Ｂ判定部、１６ 生データ、１７ 移動平均値、１８ 絶対値判定結果、１９ 傾き判定結果、２０ Ａ判定部判断結果、２１ 窓、２２ 赤外線受光素子。

Claims (7)

1. 空気調和機本体に２個搭載され、赤外線受光素子を用いた焦電センサと、この焦電センサから得られる微小電圧を増幅する増幅回路とを有する人体検知センサと、
   前記人体検知センサが出力する生データと移動平均値との差分から人体の有無を判断する絶対値判定部と、
   過去の前記生データと移動平均値との差分と、現在の前記生データと移動平均値との差分との傾きから人体の有無を判断する傾き判定部と、
   を備えたことを特徴とする人体検知センサを搭載した空気調和機。
2. 前記絶対値判定部と前記傾き判定部の判定閾値は、人体有り検知開始時に人体無し非検知時よりも閾値を下げることを特徴とする請求項１記載の人体検知センサを搭載した空気調和機。
3. 前記２個搭載された人体検知センサは、左右ミラー対称の構造をしており左右対に配置され、レンズ部により赤外線入射配光の角度をもたせ、前記左右対に配置された人体検知センサの赤外線入射配光を中央部にて重ね合わせることにより、室内検知エリアを３分割し、前記２個搭載された人体検知センサから得られる前記絶対値判定部と前記傾き判定部の人体有無判断結果を基に、前記３分割した室内検知エリアのどのエリアに人体が存在するかを判定することを特徴とする請求項１記載の人体検知センサを搭載した空気調和機。
4. 人体が中央位置から動きだした際に、前記一方の人体検知センサから人体有り判断が出された場合は、タイマーを起動させ、タイマー起動中に前記他方の人体検知センサから人体有り判断が出された場合は、同時に前記２個の人体検知センサに基づく人体有り判断を出しそろえることを特徴とする請求項３記載の人体検知センサを搭載した空気調和機。
5. 人体が中央位置で静止した際に、前記一方の人体検知センサから人体無し判断が出された場合は、タイマーを起動させ、タイマー起動中に前記他方の人体検知センサから人体無し判断が出された場合は、同時に前記２個の人体検知センサに基づく人体無し判断を出しそろえることを特徴とする請求項３記載の人体検知センサを搭載した空気調和機。
6. 赤外線受光素子を用いた焦電センサと、この焦電センサから得られる微小電圧を増幅する増幅回路とを有する２個の人体検知センサを搭載した空気調和機の人体検知方法において、
   前記人体検知センサが出力する生データと移動平均値との差分から人体の有無を判断する絶対値判定工程と、
   過去の前記生データと移動平均値との差分と、現在の前記生データと移動平均値との差分との傾きから人体の有無を判断する傾き判定工程と、
   を備えたことを特徴とする人体検知センサを搭載した空気調和機の人体検知方法。
7. 赤外線受光素子を用いた焦電センサと、この焦電センサから得られる微小電圧を増幅する増幅回路とを有する人体検知センサを搭載した空気調和機において、
   前記焦電センサと前記増幅回路とを、前記焦電センサの受光窓を有する金属缶に納めたことを特徴とする人体検知センサを搭載した空気調和機。

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