JP2008215953A - 人体検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】人体を確実に検出可能な人体検出装置を提供すること。
【解決手段】本発明の人体検出装置は、被検出体に向けて超音波を発信する超音波発信素子１と、超音波発信素子から発信されて被検出体で反射された超音波を受信する超音波受信素子５が複数配列されてなる超音波アレイセンサ２と、被検出体から放射される赤外線を検知するサーモパイル３と、超音波アレイセンサ２の出力信号に基づいて被検出体の高さを算出する高さ算出手段６と、超音波アレイセンサ２とサーモパイル３の出力信号に基づいて被検出体が人体であるか否かを判定する判定手段７を備えたことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、所定の検知範囲内に入った人体を自動検出する人体検出装置に関する。

事故防止や防犯用として、人体を検出するための様々な技術が開発されている。その一つとして、超音波センサと焦電型赤外線センサを組合せた人体検出技術が知られている。例えば、特許文献１では、建設車両の前後における人の在・不在を検出するために、焦電型赤外線センサと超音波センサとを組み合わせた人検出装置が開示されている。この人検出装置は、焦電型赤外線センサにより人の発する特定波長の赤外線を検知して検知結果を出力すると共に、超音波センサにより人から反射された超音波を検知して検知結果を出力する。両方の出力の論理演算を行うことにより、焦電型赤外線センサと超音波センサの双方の欠点を補い合って誤報発生を防止するようになっている。

また、特許文献２では、赤外線エネルギーの変化及び超音波の反射波の変化により人体侵入の監視を行なう警備用センサが開示されている。この警備用センサは、検出エリア内の赤外線エネルギーの変化（焦電型赤外線センサにより検出）と超音波の反射波の変化が同時に検出された場合に人体侵入と判定する構成になっている。
特開平８−２１８３１０号公報 特開２００１−１１８１６０号公報

特許文献１と２で使用する焦電型赤外線センサは、検出エリアにおける赤外線エネルギーの変化を検出するものであるため、人がいったん検出エリアに入った後に静止するような場合では、それ以降に検知結果が出力されないという課題がある。また、人以外の小動物や高温物体が放出する赤外線や陽射しの差し込みでもセンサが動作してしまうので誤報が避けられないという課題もある。

また、特許文献１と２で使用する超音波センサは、超音波の反射波の有無ないし変化を捉えるものであるため、超音波の反射体が人体であるか、小動物やその他一般の器物であるかを判別することができない。

そこで、本発明の課題は、人体を確実に検出可能な人体検出装置を提供することにある。

前記課題を解決するため、請求項１の発明は、被検出体に向けて超音波を発信する超音波発信素子と、前記超音波発信素子から発信されて被検出体で反射された超音波を受信する超音波受信素子が複数配列されてなる超音波アレイセンサと、被検出体から放射される赤外線を検知するサーモパイルと、前記超音波アレイセンサの出力信号に基づいて前記被検出体の高さを算出する高さ算出手段と、前記超音波アレイセンサとサーモパイルの出力信号に基づいて、被検出体が人体であるか否かを判定する判定手段と、を備えたことを特徴とする。

超音波アレイセンサによって、その前方にある被検出体の表面の複数箇所の方位と距離に関する信号（距離画像信号）が１回の超音波の受信で瞬時に得られ、この信号から被検出体の大まかな形状を検出することができる。一方、サーモパイルは焦電型赤外線センサと異なり赤外線エネルギーを継続的に検出する。そこで、超音波発信素子、超音波アレイセンサおよびサーモパイルを組合せた人体検出装置を構成することとした。サーモパイルは赤外線による非接触型の温度検知センサーであって、ゼロ消費電力、高速検知(0.03sec)、広範囲温度検知(-100〜1000℃)という特徴を有する。このサーモパイルの使用により、検出エリアにおける人体の存在を侵入の瞬間だけでなく、その後も継続して常時検出可能である。また、サーモパイル単体では、焦電型赤外線センサと同様に、赤外線を放出する小動物と人体との区別が困難である。しかし、超音波アレイセンサにより、超音波反射強度の大きい例えば人体の頭部高さ位置を計測し、これを判定要素に加えることで小動物と人体との区別がより確実になる。

請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記判定手段が、高さ算出手段により算出された前記被検出体の高さが所定の閾値より大きく、かつ、前記サーモパイルより出力された信号強度が所定の閾値より大きい場合に、前記被検出体を人体と判定することを特徴とする。

このような閾値を設定することで、検出すべき被検出体の高さ（身長）と温度を設定することができると共に、センサが小動物に反応して誤報を出すのを防止することができる。

請求項３の発明は、請求項１の発明において、車両の前部および／または後部に、前記超音波発信素子、超音波アレイセンサおよびサーモパイルを配設したことを特徴とする。

サーモパイルにより被検出体を継続的に検出することができるので、人体検出が確実となり、衝突事故ないし巻き込み事故を予防することができる。

請求項４の発明は、請求項１の発明において、人が通る領域の上方に、前記超音波発信素子、超音波アレイセンサおよびサーモパイルを配設したことを特徴とする。

サーモパイルにより被検出体を継続的に検出することができるので、人の在・不在の検出が確実となり、防犯用途での信頼性が向上する。

請求項５の発明は、請求項１の発明において、病室内のベッドの上方に、前記超音波発信素子、超音波アレイセンサおよびサーモパイルを配設したことを特徴とする。

サーモパイルにより被検出体を継続的に検出することができるので、患者の在・不在の検出が確実となり、ナースコール等の対応を迅速に取ることができる。

本発明によれば、超音波アレイセンサとサーモパイルとを組み合わせたものであるから、両者の出力信号に基づいて被検出体が人体であるか否かを正確かつ継続的に判定することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について説明する。

図１は本発明の人体検出装置に使用するセンサ部Ｓを模式的に示すもので、１は超音波発信素子、２は超音波アレイセンサ、３はサーモパイルである。超音波発信素子１はサーモパイル３と重ならないように基板４上の中心から少し外れた箇所に配設される。超音波発信素子１とサーモパイル３は小型化されたものがあるから、基板４上のほぼ中央に隣接して配置することも可能である。勿論、超音波発信素子１とサーモパイル３を図１以外の位置に配置しても構わない。超音波アレイセンサ２は、基板４上に４行４列で配列された１６個の超音波受信素子５から構成される。この配列形態は一つの例示であり、１６個以上の超音波受信素子５を４行４列以上で配列してもよいし、３個以上１６個以下の超音波受信素子５を４行４列以下で配列してもよい。サーモパイル３は、基板４上の中心であって、超音波受信素子５の間に配設される。超音波発信素子１、サーモパイル３、基板４および超音波受信素子５は、従来公知のものを適宜使用可能である。なお、人体から放出される赤外線は８〜１２μｍの波長であり、この波長の赤外線を選択して透過するためのフィルタをサーモパイル３に装着する。通常、５μｍ以上の波長を透過するフィルタをサーモパイル３に装着しておくとよい。

図２に、前述したセンサ部Ｓを建設車両としてのタイヤローラ８に搭載した実施形態を模式的に示す。９は車体、１０は前輪ローラ、１１は後輪ローラ、１２はハンドル、１３は運転席である。センサ部Ｓは、車体９の前面と後面の望ましくは左右２箇所に設置する。タイヤローラ８の前方と後方の破線で示した範囲がセンサ部Ｓによる人体検出エリアである。このセンサ部Ｓには、図３に示すように高さ算出手段６と人体判定手段７が接続される。すなわち、超音波アレイセンサ２の出力信号は、被検出体の超音波が反射される箇所までの距離と方位に関する情報を含んでおり、この情報に基づいて高さ算出手段６が被検出体の高さを算出する。人体判定手段７は、高さ算出手段６が算出した被検出体の高さの値が所定の閾値より大きく、かつ、サーモパイル３の出力信号の強度が所定の閾値より大きい場合に、被検出体を人体と判定するようになっている。

図２のタイヤローラ８において、人１５がセンサ部Ｓの検出エリア内に入ると、センサ部Ｓの超音波発信素子１から発信された超音波が人１５に反射し、その反射波が超音波アレイセンサ２により受信される。そして、超音波アレイセンサ２の出力信号に基づき、高さ算出手段６が、検出エリア内の超音波の反射強度の強い人１５の頭部位置を算出し、人１５の高さｈを算出する。一方、サーモパイル３は人１５から放射される赤外線を検知し、受光する赤外線量に比例した出力電圧を出力する。人体判定手段７は、高さ算出手段６が算出した人１５の高さの値が所定の閾値より大きく、かつ、サーモパイル３の出力信号の強度が所定の閾値より大きいので、人１５を人体と判定する。その判定結果に基づき、タイヤローラ８を自動的に強制停止させる等の安全対策が講じられる。タイヤローラ８は自動的に強制停止させる他、前記判定結果に基づいて警告灯および／または警音器等で警報を発することにより、運転者が手動で停止させるようにしてもよい。

従来の焦電型赤外線センサと超音波センサとを組合せた人体検出装置では、焦電型赤外線センサが赤外線エネルギーの変化のみを検出するため、人１５がいったん検出エリア内に入った後に同検出エリア内に留まる場合、以後の人体検出が不可能になる。また、人体検出装置の始動前から検出エリア内に継続的に留まっている人１５を検出することもできない。これに対して、本発明の人体検出装置では、サーモパイル３が常に赤外線エネルギーを検出するので、検出エリア内にいったん入って留まっている人や、人体検出装置の始動前から検出エリア内に継続的に留まっている人も、すべて検出可能である。

また、従来の焦電型赤外線センサと超音波センサを組合せた人体検出装置では、超音波センサの受信素子が一つで固定配置されているため、被検出体の高さを算出することができない。このため、検出エリア内の人体、小動物あるいはその他器物の区別ができない。これに対して本発明の人体検出装置では、超音波アレイセンサの受波子配列ピッチ、超音波アレイセンサと被検出体までの距離および反射波の方向に応じた位相差に基づいて被検出体の距離画像ないし高さを算出することが可能である。したがって、被検出体の高さの値が所定の閾値より大きいことを人体判定の一条件にすることにより、人体と、小動物やその他器物との区別が可能となる。

次に、本発明の人体検出装置のセンサ部Ｓを建物内の天井１６に設置した実施形態を図４に模式的に示す。一点鎖線のハッチングで示した三角形ないし円錐形領域が人体検出装置の検出エリアＡである。

センサ部Ｓには図３と同様に高さ算出手段６と人体判定手段７が接続される。超音波発信素子１から発信された超音波が人１５に反射し、その反射波が超音波アレイセンサ２により受信される。超音波アレイセンサ２の出力信号には、被検出体の反射された箇所と方位の情報が含まれるので、超音波アレイセンサ２の出力信号に基づき、高さ算出手段６が、検出エリア内の超音波の反射強度の強い人１５の頭部位置を算出し、超音波アレイセンサ２と人１５の頭頂との鉛直方向の距離Ｄ１を算出する。天井１６からセンサ部Ｓの超音波受発信面までの距離すなわちセンサ部Ｓの取付け高さＤ２を既知として、高さ算出手段６が、距離Ｄ１と距離Ｄ２を加算することにより、天井１６から人１５の頭頂までの鉛直方向距離Ｄ３が算出される。天井の高さＨは既知であるとして、高さ算出手段６が、天井の高さＨから距離Ｄ３を差し引いて人１５の身長（高さＬ）を算出する。

一方、サーモパイル３は人１５から放射される赤外線を検知し、受光する赤外線量に比例した出力電圧を出力する。人体判定手段７は、高さ算出手段６が算出した人１５の高さＬが所定の閾値より大きく、かつ、サーモパイル３の出力信号の強度が所定の閾値より大きいので、人１５を人体と判定する。この判定結果に基づき、自動的に警報を発したり警備会社に通知する等のシステムが採用される。

次に、本発明の人体検出装置のセンサ部Ｓを病人監視用として病室内の天井に設置した実施形態を図５に模式的に示す。一点鎖線で示した領域がセンサ部Ｓの検出エリアＢである。センサ部Ｓには図３と同様に高さ算出手段６と人体判定手段７が接続される。検出エリアＢ内のベッド１８上に患者１５ａが横たわっていると、センサ部Ｓの超音波発信素子１から発信された超音波が患者１５ａに反射し、その反射波が超音波アレイセンサ２により受信される。そして、超音波アレイセンサ２の出力信号に基づき、高さ算出手段６が、検出エリア内の超音波の反射強度の強い患者１５ａの頭部位置を算出し、検出エリア内の患者１５ａの頭部の高さを算出する。

一方、サーモパイル３は患者１５ａから放射される赤外線を検知し、検知信号を出力する。人体判定手段７は、高さ算出手段６が算出した患者１５ａの頭部の高さの値が所定の閾値より大きく、かつ、サーモパイル３の出力信号の強度が所定の閾値より大きいので、患者１５ａがベッド１８上に居ると判定する。サーモパイル３の検知信号が出力されなくなると、患者１５ａが検出エリアＢの外に出て行ったとみなし、自動ナースコールを発信する等のシステムが採用される。

以上、本発明の実施形態につき説明したが、本発明は前記実施形態に限定されること無く、種々の変形が可能であり、例えば本発明の人体検出装置をホームエンターテイメントロボットに搭載することにより、ロボットの近くに存在する人１５を検出し、ロボットから人へ話し掛けるなどの作動が可能となる。その際、ロボットの近くに存在する人１５が、歩行しているのか、立ち止まっているのかの判断が、人体検出装置の超音波アレイセンサ２を利用することで可能となる。また、ロボットの近くに存在する人１５の頭部位置を人体検出装置で算出することにより、この人体１５の身長を算出でき、大人か子供かの推定も可能となる。このため、ロボットの近くに存在する人１５が歩行しているか、立ち止まっているか、大人か、子供かという状況に合わせて、ロボットの話し掛ける方向や話し掛ける内容を変えることにより、ロボットと人１５の間のインタラクションを向上させることが可能である。

本発明に係る人体検出装置のセンサ部の正面図である。 本発明に係る人体検出装置を搭載したタイヤローラの側面図である。 本発明に係る人体検出装置の構成を模式的に示す図である。 本発明に係る人体検出装置を建物の天井に設置した実施形態の側面図である。 本発明に係る人体検出装置を病室の天井に設置した実施形態の側面図である。

符号の説明

１ 超音波発信素子
２ 超音波アレイセンサ
３ サーモパイル
５ 超音波受信素子
６ 高さ検出手段
７ 人体判定手段
Ａ 検出エリア
Ｂ 検出エリア

Claims (5)

1. 被検出体に向けて超音波を発信する超音波発信素子と、
   前記超音波発信素子から発信されて被検出体で反射された超音波を受信する超音波受信素子が複数配列されてなる超音波アレイセンサと、
   被検出体から放射される赤外線を検知するサーモパイルと、
   前記超音波アレイセンサの出力信号に基づいて前記被検出体の高さを算出する高さ算出手段と、
   前記超音波アレイセンサとサーモパイルの出力信号に基づいて、被検出体が人体であるか否かを判定する判定手段と、
   を備えたことを特徴とする人体検出装置。
2. 前記判定手段が、高さ算出手段により算出された前記被検出体の高さが所定の閾値より大きく、かつ、前記サーモパイルより出力された信号強度が所定の閾値より大きい場合に、前記被検出体を人体と判定することを特徴とする請求項１に記載の人体検出装置。
3. 車両の前部および／または後部に、前記超音波発信素子、超音波アレイセンサおよびサーモパイルを配設したことを特徴とする請求項１に記載の人体検出装置。
4. 人が通る領域の上方に、前記超音波発信素子、超音波アレイセンサおよびサーモパイルを配設したことを特徴とする請求項１に記載の人体検出装置。
5. 病室内のベッドの上方に、前記超音波発信素子、超音波アレイセンサおよびサーモパイルを配設したことを特徴とする請求項１に記載の人体検出装置。

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