JP2012026917A - 赤外線センサ及び空気調和機 - Google Patents

Abstract

【課題】所望の位置の温度検知感度を向上させた赤外線センサを新規受光素子開発等の開発コストをかけることなく提供する。特に空気調和機に備えた際に、空気調和機取り付け位置から遠方の熱検知感度に優れた赤外線センサを提供する。
【解決手段】複数の受光素子２ａ〜２ｈが直線上に一列に配置された多素子受光ユニット２と集光レンズ３を備えた赤外線センサ１において、集光レンズ３を通過した赤外線の強度分布のピークを受光する位置を多素子受光ユニット２の中心位置から偏移させて所望の受光素子位置に合わせる。特に空気調和機に備えた際には、赤外線の強度分布のピークを受光する位置を、空気調和機取り付け位置から遠方の熱検知に用いる受光素子の位置に合わせる。
【選択図】図４

Description

この発明は、赤外線センサ及び空気調和機に関する。

空気調和機においては、室内の温度情報や人体の在否に応じて、例えば温度、風量および風向きの制御を行うために、温度検出の為の赤外線センサを備えている。

空気調和機の設置された室内の温度分布を均一にするため、従来、複数の赤外線センサを用いることにより室内の複数領域の温度検出を行っている（例えば、特許文献１参照）。
その他の手段によっても赤外線センサによる温度検出の改善を行っている。（例えば、特許文献２〜５参照）。

特開昭６１−１９５２３２ 特開平８−１５２４８３ 特開２００６−５８２２８ 特開２００９−２７６１２６ 特開２００８−２９８６６５

この発明の実施の形態は、例えば所望の位置の温度検知感度を向上させた赤外線センサを提供することを目的とする。

この発明に係る赤外線センサは、複数の受光素子が直線上に一列に配置された多素子受光ユニットと、
一つの集光レンズと
を備え、
前記多素子受光ユニットは前記集光レンズを通過した赤外線を受光する位置に配置され、前記集光レンズを通過した赤外線の強度分布のピークを受光する位置が、前記多素子受光ユニットの中心から偏移していることを特徴とする。

この発明に係る赤外線センサは、多素子受光ユニットにおける赤外線検出感度のピークを所望の位置に設定することが可能となる。

実施の形態１を示す図で、空気調和機１００の斜視図。 実施の形態１を示す図で、空気調和機１００の斜視図。 実施の形態１を示す図で、空気調和機１００の縦断面図。 実施の形態１を示す図で、赤外線センサ１の構造を示す図。（（ａ）は断面図、（ｂ）は集光レンズ３と多素子受光ユニット２の位置関係を示す投影図。） 実施の形態１を示す図で、赤外線センサ１の構造を示す断面図に集光強度の分布を示した図。（（ａ）は断面図、（ｂ）は集光レンズ３と多素子受光ユニット２の位置関係を示す投影図。） 実施の形態１を示す図で、赤外線センサ１の赤外線検出感度分布を示す図。 実施の形態１を示す図で、赤外線センサ１における集光レンズ３の焦点２０と多素子受光ユニット２の位置関係を示す図。（（ａ）は断面図、（ｂ）は集光レンズ３ と多素子受光ユニット２の位置関係を示す投影図。） 実施の形態１を示す図で、赤外線センサ１の周辺の構成を示す図。 実施の形態１を示す図で、赤外線センサ１のＳＮ（シグナル／ノイズ比）特性を示す図。 実施の形態１を示す図で、赤外線センサ１と受光素子の各配光視野角を示す図。 実施の形態１を示す図で、赤外線センサ１の縦断面における縦配光視野角を示す図。 実施の形態１を示す図で、赤外線センサ１を収納する筐体５の斜視図。 実施の形態１を示す図で、赤外線センサ１の受光素子２ａ〜２ｈと各縦配光視野角１１ａ〜１１ｂの位置関係を示す図。 実施の形態１を示す図で、赤外線センサ１付近の斜視図（（ａ）は赤外線センサ１が右端端部へ可動した状態、（ｂ）は赤外線センサ１が中央部へ可動した状態、（ｃ）は赤外線センサ１が左端端部へ可動した状態）。 実施の形態１を示す図で、主婦１２が幼児１３を抱いている部屋の熱画像データを示す図。 実施の形態１を示す図で、赤外線センサ１の縦断面における縦配光視野角を示し、具体的な数値を記載した図。 実施の形態１を示す図で、赤外線センサ１が検知可能な床部分の空気調和機１００からの距離を示す図。 実施の形態１を示す図で、赤外線センサ１の縦断面における縦配光視野角を示し、着座人体モデル１５を配置した図。 実施の形態１を示す図で、赤外線センサ１の配光感度特性を示す図。 実施の形態１を示す図で、赤外線センサ１の縦断面における縦配光視野角を示し、記号定数で一般化した図。 実施の形態２を示す図で、受光素子が１０素子の場合の赤外線センサ１の縦断面における縦配光視野角を示す図。 実施の形態２を示す図で、赤外線センサ１の構造を示す断面図。 実施の形態２を示す図で、赤外線センサ１の赤外線検出感度分布を示す図。 実施の形態２を示す図で、赤外線センサ１のＳＮ（シグナル／ノイズ比）特性を示す図。 実施の形態２を示す図で、赤外線センサ１の配光感度特性を示す図。 実施の形態３を示す図で、集光レンズ３に片凸レンズを用いた場合の赤外線センサ１の構造を示す断面図。 実施の形態４を示す図で、集光レンズ３の焦点２０が偏心している場合の赤外線センサ１の構造を示す断面図。 実施の形態５を示す図で、遠方を検知する受光素子の縦配光視野角を狭くし、近傍を検知する受光素子の縦配光視野角を広くした場合の赤外線センサ１の受光素子２ａ〜２ｈと各縦配光視野角１１ａ〜１１ｂの位置関係を示す図。 実施の形態５を示す図で、遠方を検知する受光素子の縦配光視野角を狭くし、近傍を検知する受光素子の縦配光視野角を広くした場合の赤外線センサ１の縦断面における縦配光視野角を示し、着座人体モデル１５を配置した図。

実施の形態１．
先ず、本実施の形態の概要を説明する。空気調和機（室内機）は、温度検出対象範囲を走査しながら温度を検出する赤外線センサを備え、赤外線センサにより熱源検知を行い、人や発熱機器の存在を検知し、温度、風量および風向きの制御を行っている。
この赤外線センサは例えば、サーモパイルセンサである。

図１乃至図３により、空気調和機１００（室内機）の全体構成を説明する。図１、図２共に、空気調和機１００の外観斜視図であるが、見る角度が異なる点と、図１は上下フラップ４３（上下風向制御板、左右に２個）が閉じているのに対して、図２は上下フラップ４３が開き奥の左右フラップ４４（左右風向制御板、多数）が見えている点とが異なる。
また、図３は空気調和機１００の縦断面図である。

図１〜図３に示すように、空気調和機１００（室内機）は、略箱状の室内機筺体４０（本体と定義する）の上面に部屋の空気を吸い込む吸込口４１が形成されている。

また、前面の下部に調和空気を吹き出す吹出口４２が形成されていて、吹出口４２には吹き出し風の風向を制御する上下フラップ４３と、左右フラップ４４とが設けられる。上下フラップ４３は吹き出し風の上下風向を制御し、左右フラップ４４は吹き出し風の左右風向を制御する。

室内機筺体４０の前面の下部で、吹出口４２の上に、赤外線センサ１が設けられている。赤外線センサ１は、俯角約２４．５度の角度で下向きに取り付けられている。

俯角とは、赤外線センサ１の中心軸と水平線とがなす角度である。別の言い方をすると、赤外線センサ１は、水平線に対して約２４．５度の角度で下向きに取り付けられている。

この赤外線センサを左右に駆動走査し、室内環境の熱画像データを取得する。

図３に示すように、空気調和機１００（室内機）は、内部に送風機４５を備え、該送風機４５を囲むように熱交換器４６が配置されている。

送風機４５には、径が比較的小さく横に長いファンをもつクロスフローファンを用いる。クロスフローファンは、プロペラファンのように発生した風が渦巻き状にならず、ファンの長さの幅の静かな層流となる。静圧が低く大きな風量を得ることができる。

クロスフローファンは、別名、ラインフローファン（登録商標）、タンジェンシャルファン、横流ファン、または、貫流ファンともいう。羽根車の一方の半径方向から吸い込み、９０°（直角）程度の半径方向から送風するもので、吹き出し口の長さを長くすることが容易なので、壁掛け型空気調和機の室内機ファン、カーテンウオール部のスリット型吹き出し口等に用いられる。

熱交換器４６は、室外機（図示せず）に搭載された圧縮機等と接続されて冷凍サイクルを形成している。冷房運転時は蒸発器として、暖房運転時は凝縮器として動作する。

熱交換器４６は、側面視の断面形状が略逆Ｖ字形状である。熱交換器４６は、前面上部熱交換器４６ａ、前面下部熱交換器４６ｂ、背面熱交換器４６ｃで構成される。

また、熱交換器４６は、伝熱管とフィンとで構成されるクロスフィンチューブ型熱交換器である。

吸込口４１から送風機４５により室内空気が吸い込まれ、熱交換器４６で冷凍サイクルの冷媒と熱交換を行い調和空気を生成し、送風機４５を通過して吹出口４２から調和空気が室内へ吹き出される。

吹出口４２では、上下フラップ４３と左右フラップ４４とにより、上下方向及び左右方向の風向が制御される。図３では、上下フラップ４３は閉じている。

図４は熱源検知を行うための赤外線センサの構造を示す図である。図中の座標軸は、ＸＹ平面と高さＺを示す。
図４（ａ）の赤外線センサ１の断面図である。赤外線センサ１は、金属缶４内部に例えば８個の受光素子２ａ〜２ｈをＸ方向に一列に配列し、多素子受光ユニット２を形成している。
金属缶４の上面、多素子受光ユニット２のＺ方向上部には、多素子受光ユニット２に赤外線を効率良く集光させるための集光レンズ３が設けられている。集光レンズ３は例えば凸レンズである。

そして、図４（ｂ）に集光レンズ３の上方から見た場合の集光レンズ３と多素子受光ユニット２の位置関係を示す投影図である。
図４（ｂ）に示したＹ方向において、集光レンズ３と多素子受光ユニット２は中心がほぼ一致した位置に配置される。

図５は、集光レンズ３により集光された光の強度を示す図である。
図５（ａ）は、Ｘ方向の集光強度の強度分布を示し、図５（ｂ）は、Ｙ方向の集光強度の分布を示す。

図５のように集光レンズ３が例えば円形の凸レンズである場合、集光された光の強度は、図５に示した座標軸のＸ方向、Ｙ方向共に集光レンズ３の中心が一番光の強度が強く、集光レンズ３の外周に行くにつれ、光の強度は弱くなる。
つまり、赤外線センサ１の集光レンズ３の集光特性上、最も効率よく検知対象物からの赤外線を集光できる受光素子は集光レンズ３中央部に配置された受光素子となる。

ここで、図５で示した座標軸のＹ方向においては、光もしくは赤外線の強度分布のピーク位置と多素子受光ユニット２の中心は、ほぼ一致する。一方、Ｘ方向に関しては、光もしくは赤外線の強度分布のピーク位置と多素子受光ユニット２の中心は偏移しており、多素子受光ユニット２を構成する受光素子２ａ〜２ｈは、光もしくは赤外線の強度に応じた例えば電圧等の検出値を出力する。

受光素子２ａ〜２ｈに到達する光の強度が強いほど、受光素子２ａ〜２ｈの検出値は大きくなり、検出感度が高くなるので、受光素子２ａ〜２ｈ毎の検出感度特性は図６のようになる。
ここで、図６は赤外線センサ１の赤外線検出感度分布を示す図である。検出感度２１ａは受光素子２ａによって得られる検出感度、検出感度２１ｈは受光素子２ｈによって得られる検出感度をそれぞれ表し、図６は検知対象物から得られる赤外線に応じた出力が集光レンズ３と受光素子配列場所により差異があることを示している。

すなわち、集光レンズ３を通過した光もしくは赤外線の強度分布のピークを受光する多素子受光ユニット２の位置を、多素子受光ユニット２の中心から偏移させることにより、所望の検出感度特性もしくは所望の位置に検出感度のピークを有する多素子受光ユニット２を得ることが可能となる。

図７は、赤外線センサ１における集光レンズ３の焦点２０と多素子受光ユニット２の位置関係を示す図である。集光レンズ３を通過した光もしくは赤外線の強度分布のピークは集光レンズ３の焦点２０の位置と成り得る。よって、集光レンズ３の焦点２０から多素子受光ユニット２へと結んだ垂線２２と多素子受光ユニット２の交点を、多素子受光ユニット２の中心から偏移させることで図５の構成を得られる。

赤外線センサ１は、例えば空気調和機１００に取り付けられる。赤外線センサ１を備えることにより、所望の場所の感知に優れた空気調和機を得る。

図８に赤外線センサ１の周辺の構成を示す。赤外線センサ１は基板８に搭載され、赤外線センサ１のアナログ出力をデジタル出力に変換するセンサ出力マイコン９と、空気調和機１００に接続するためのコネクタ１０も同じく基板８に搭載されている。

赤外線センサ１は、例えば室内環境の熱画像データを取得し、多素子受光ユニット２を構成する各々の受光素子２ａ〜２ｈにおいて検知対象物の温度に応じたセンサ出力を必要とする。そのためにセンサ出力マイコン９にて受光素子２ａ〜２ｈ毎に同一出力が出るよう増幅率を設定し、シグナル感度特性を同じにしている。
受光素子２ａ〜２ｈ毎のシグナルが同一になるような増幅率を設定した場合の、受光素子２ａ〜２ｈ毎のＳＮ（シグナル／ノイズ）特性を図９に示す。受光素子２ａ〜２ｈ毎のＳＮ（シグナル／ノイズ）はシグナルの比率が高いほど感度特性が良いことを示している。

図１０は各受光素子の配光視野角１１を示す図である。
空気調和機１００は、例えば屋内に設置され、多素子受光ユニット２を構成する各受光素子２ａ〜２ｈは、屋内床面に対し、縦方向に配置される。

各受光素子２ａ〜２ｈの配光視野角１１ａ〜１１ｈは、すべて同じであり、縦方向（縦配光視野角）７度、横方向（横配光視野角）８度である。尚、各受光素子２ａ〜２ｈの配光視野角１１ａ〜１１ｈが、縦方向７度、横方向８度のものを示したが、縦方向７度、横方向８度に限定されるものではない。各受光素子２ａ〜２ｈの配光視野角１１ａ〜１１ｈに応じて、受光素子の数は変化する。例えば、１個の受光素子の縦配光視野角と受光素子の数との積が例えば５６°と一定になるようにすればよい。

図１１は赤外線センサ１の縦断面における縦配光視野角を示す図である。空気調和機１００を部屋の床面から任意の高さに据付けた状態で、８個の受光素子２ａ〜２ｈが縦に一列に配列された赤外線センサ１の縦断面における縦配光視野角を示す。配光視野角１１ｈから配光視野角１１ａとなるにつれ、より遠方の視野に対応するようになる。

このように各受光素子２ａ〜２ｈは、屋内床面に対し、縦方向に配置されることにより、屋内での奥行き方向での温度検出を可能にし、かつ奥行き方向での検出感度分布を変化させることができる。

図１２は、赤外線センサ１を収納する筐体５の斜視図である。
赤外線センサ１付近を裏側（空気調和機１００の内部から）から見た図１２に示すように、赤外線センサ１は基板８に搭載された状態で、筐体５内に収納されている。そして、筐体５の上方に赤外線センサ１が搭載された基板８を駆動するステッピングモーター６が設けられる。筐体５と一体の取付部７が空気調和機１００の前面下部に固定されることにより、赤外線センサ１が搭載された基板８が空気調和機１００に取り付けられる。赤外線センサ１が空気調和機１００に取り付けられた状態では、ステッピングモーター６と筐体５は垂直である。そして、筐体５の内部で赤外線センサ１が、俯角約２４．５度の角度で下向きに取り付けられている。

ここで、集光レンズ３は例えば凸レンズであり、この集光レンズ３で像が反転する為に、図１０で最上部に位置する配光視野角１１ａに割り当てられる受光素子２ａは最下部に、図１０で最下部に位置する配光視野角１１ｈに割り当てられる受光素子２ｈは最上部に位置するように空気調和機１００に取り付けられることとなる。
すなわち、図１３に示すとおりである。
集光レンズ３の焦点２０から多素子受光ユニット２へと結んだ垂線２２と多素子受光ユニット２との交点が、多素子受光ユニットの全長に対し、下半分の位置となっている。

図１４は、赤外線センサ１付近の斜視図である。赤外線センサ１は、ステッピングモーター６により左右方向に所定角度範囲を回転駆動する（このような回転駆動をここでは、可動する、と表現する）。例えば、図１４に示すように、右端端部（ａ）から中央部（ｂ）を経由して左端端部（ｃ）まで可動する（塗りつぶしなしの矢印で示す）。

左端端部（ｃ）に来ると逆方向に反転して、左端端部（ｃ）から中央部（ｂ）を経由して右端端部（ａ）まで可動する（塗りつぶしの矢印で示す）。この動作を繰り返す。

赤外線センサ１は、部屋の温度検出対象範囲を左右に走査しながら温度検出対象の温度を検出する。尚、ここでの左右は、空気調和機１００側から見た場合の左右である。

ここで、赤外線センサ１による部屋の壁や床の熱画像データの取得方法について述べる。尚、赤外線センサ１等の制御は、所定の動作がプログラムされたマイクロコンピュータによって行われる。所定の動作がプログラムされたマイクロコンピュータを制御部と定義する。以下の説明では、一々夫々の制御を制御部（所定の動作がプログラムされたマイクロコンピュータ）が行うという記載は省略する。

部屋の壁や床の熱画像データを取得する場合、赤外線センサ１をステッピングモーター６により左右方向に可動し、ステッピングモーター６の可動角度（赤外線センサ１の回転駆動角度）１．６度毎に各位置で赤外線センサ１を所定時間（０．１〜０．２秒）停止させる。

赤外線センサ１を停止した後、所定時間（０．１〜０．２秒より短い時間）待ち、赤外線センサ１の８個の受光素子の検出結果（熱画像データ）を取り込む。

赤外線センサ１の検出結果を取り込み終了後、再びステッピングモーター６を駆動（可動角度１．６度）した後停止し、同様の動作により赤外線センサ１の８個の受光素子の検出結果（熱画像データ）を取り込む。

上記の動作を繰り返し行い、左右方向に９４箇所の赤外線センサ１の検出結果をもとに検知エリア内の熱画像データを演算する。

ステッピングモーター６の可動角度１．６度毎に９４箇所で赤外線センサ１を停止させて熱画像データを取り込むので、赤外線センサ１の左右方向の可動範囲（左右方向に回転駆動する角度範囲）は、約１５０．４°である。

図１５は主婦１２が幼児１３を抱いている一生活シーンを例えば図１１のような縦配光視野角の赤外線センサ１を左右方向に約１５０．４°可動させながら得られた検出結果をもとに熱画像データとして演算した結果を示す。
画像の最上部の列が受光素子２ａによって検知した遠方のデータであり、順次上から２番目の列が受光素子２ｂによって検知したデータ、画像の最下部の列が受光素子２ｈによって検知した近傍のデータとなる。
人体の検知に関しては、時間毎に取得した熱画像データの差分を行うことで室内居住空間内に現れた人体の検知を可能とする。

図１５は季節が冬で、且つ天候が曇りの日に取得した熱画像データである。従って、窓１４の温度は、１０〜１５℃と低い。主婦１２と幼児１３の温度が最も高い。特に、主婦１２と幼児１３の上半身の温度は、２６〜３０℃である。このように、赤外線センサ１を左右方向に可動させることにより、例えば、部屋の各部の温度情報を取得することができる。

図１６は、図１１を更に詳細に数値化したものである。縦軸は高さ、横軸は空気調和機１００の設置壁面からの距離を示す。

空気調和機１００は部屋の床面から２ｍの高さに据付けた状態で、８個の受光素子が縦に一列に配列された赤外線センサ１の縦断面における縦配光視野角を示す。

図１６に示す角度７°は、１個の受光素子の縦配光視野角である。
よって、８個の受光素子により赤外線センサ視野角ＦＯＶは、５６°となる。

また、図１６の角度３７．５°は、赤外線センサ１の縦視野領域に入らない領域の空気調和機１００が取り付けられた壁からの角度を示す。赤外線センサ１の俯角が０°であれば、この角度は、９０°−４（水平より下の受光素子の数）×７°（１個の受光素子の縦配光視野角）＝６２°になる。本実施の形態の赤外線センサ１は、俯角が２４．５°であるから、６２°−２４．５°＝３７．５°になる。

図１７は、赤外線センサ１が検知可能な床部分の空気調和機１００からの距離を示す図である。
各受光素子２ａ〜２ｈに対応した配光視野角１１ａ〜１１ｈによって、検知可能な床部分の空気調和機１００からの距離は、図１７のようになる。

図１８は、赤外線センサ１の縦断面における縦配光視野角を示し、着座人体モデル１５を配置した図である。図１８に図１６と同一条件にて、空気調和機設置壁面からの距離で１ｍ、３ｍ、６ｍの距離位置に大人の着座人体モデル１５を示している。大人の着座人体モデル１５の頭部位置を１５ａ、胴***置を１５ｂにて表現している。

空気調和機の据付け位置から例えば１ｍの着座被験者を検知しようとする際は、配光視野角１１ｈ、１１ｇ、１１ｆで検知する。一方、遠方の例えば６ｍの着座被験者を検知しようとする際、配光視野角１１ｂ、１１ｃにて検知することとなる。その場合、赤外線センサの特性上検知距離が伸びれば伸びるほどセンサ素子単体の視野範囲が広がるために、センサ検知領域面積に対する被験者の占有面積比率が低くなり尚更検知しにくくなる傾向がある。

室内リビングにて生活しているユーザーを検知するためには、センサの感度特性を大きく改善する必要があることはいうまでもないが、非常に高価な部材にて構成しては意味がない。

例えば、図１０の配光視野角を持つ赤外線センサにて、図１６に示した６ｍ位置の着座人体を検知させるためには配光視野角１１ｂ、１１ｃのＳＮ（シグナル／ノイズ）を大きく改善する必要がある。このことは受光素子全体の感度をアップすることを意味しコストアップ等の大きな課題がある。

この課題を克服するために、金属缶４と集光レンズ３はそのままに流用し、空気調和機１００の取り付け位置より遠方の着座人体を検知する上部の配光視野角、例えば１１ａ〜１１ｄのＳＮ（シグナル／ノイズ）を最も効率よくするように多素子受光ユニット２の位置をずらして配置する。

すなわち、図４に示すように、配光視野角１１ａ〜１１ｄそれぞれに対応した受光素子２ａ〜２ｄの位置が集光された光の強度の一番強い位置、すなわち集光レンズ３の焦点から多素子受光ユニット２へと結んだ垂線と多素子受光ユニット２の交点位置となるように、多素子受光ユニット２を配置する。

言い換えるならば、空気調和機１００に設置された赤外線センサ１において、集光レンズ３の焦点から多素子受光ユニット２へと結んだ垂線と多素子受光ユニット２との交点が、多素子受光ユニット２の全長に対し、下半分の位置となるようにする。

このように縦方向に配置された多素子受光ユニット２の下半分の検出感度を向上させることで、遠方検知に優れた特性を得ることが出来る。

更に限定するならば、検知距離６ｍの着座人体を検知する配光視野角１１ｂ、１１ｃのＳＮ（シグナル／ノイズ）を最も効率よくするように多素子受光ユニット２の位置をずらして配置する。

すなわち、図４に示すように、配光視野角１１ｂ、１１ｃそれぞれに対応した受光素子２ｂ、２ｃの中間位置が集光された光の強度の一番強い位置、すなわち集光レンズ３の焦点から多素子受光ユニット２へと結んだ垂線と多素子受光ユニット２の交点位置となるように、多素子受光ユニット２を配置する。

言い換えるならば、空気調和機１００に設置された赤外線センサ１において、集光レンズ３の焦点から多素子受光ユニット２へと結んだ垂線と多素子受光ユニット２との交点が、多素子受光ユニット２の全長に対し、下部１／５の位置となるようにする。

この配置により、図６に示す受光素子２ａ〜２ｈ毎の赤外線入射感度特性が得られる。

同様に図９に示す受光素子２ａ〜２ｈ毎のＳＮ（シグナル／ノイズ）特性が得られる。

図１９は、赤外線センサ１の配光感度特性を示す図である。配光視野角１１ａ〜１１ｈの図上に多素子受光ユニット２、すなわち受光素子２ａ〜２ｈの受光感度２５を追記している。
センサの配列をずらすことにより、検知距離拡大と空気調和機に搭載した人感センサに必要となる人検知機能の最適がなされ、広域なリビング内の検知精度の大幅な改善と快適性の実現が可能となっている。
具体的には、空気調和機１００の取り付け位置から６ｍの距離で１ｍ高さの着座人体の検知に優れる。

多素子受光ユニット２の位置をずらした事で、逆に近距離側の素子感度の低下を有している。しかしながら図１８の配光特性を見てもわかるように、近距離１ｍ時における着座人体を検地する受光素子配光角は１１ｆ〜１１ｈまで配光でカバーできていることと、近距離によるセンサ配光における被験者熱源の面積占有率が大きく上がることで配置ズレによる近距離素子ＳＮ（シグナル／ノイズ）劣化分を十二分に補うことが出来ているので問題はなく、検知分解能が粗くなることも無い。

次に任意の距離Ｄの着座人体の検知に対応する受光素子を数式で求める方法を述べる。
図２０は、赤外線センサ１の縦断面における縦配光視野角を示し、記号定数で一般化した図である。

図２０に示すように、赤外線センサ１の俯角をδ、受光素子１個あたりの縦配光角をθ、空気調和機１００すなわち赤外線センサ１の取り付け高さをｈとし、多素子受光ユニット２を形成する受光素子の数量をＮとすると、赤外線センサ１の縦視野領域に入らない領域の角度ηは、
η＝９０−δ−Ｎ×θ÷２ （°）
となる。

そして、縦方向に配列された受光素子の上からｎ番目の受光素子が配光可能な空気調和機１００すなわち赤外線センサ１の取り付け位置からの床部分の水平距離Ｄは、
Ｄ＝ｈ×ｔａｎ（η＋ｎ×θ） （ｍ）
となる。

例えば、上から３番目の受光素子２ｆの配光１１ｆが配光可能な空気調和機からの距離Ｄは、３．２６ｍであり、図１７の表の値と一致する。

前記を踏まえて、任意の距離Ｄの着座人体の足元付近の検知に対応するｎ番目の受光素子を求めるには、
ｎ＝（ｔａｎ^−１（Ｄ÷ｈ）−η）÷θ
となり、この計算によって得られたｎの値を小数点第１位で四捨五入し、整数とした数値が、着座人体の足元付近を配光可能な上からｎ番目の受光素子となる。

次に任意の距離Ｄの着座人体の頭部付近の検知に対応するｍ番目の受光素子を求めるには、着座人体の身長をＬとすると、
ｍ＝（ｔａｎ^−１（Ｄ÷（ｈ−Ｌ））−η）÷θ
となり、この計算によって得られたｍの値を小数点第１位で四捨五入し、整数とした数値が、着座人体の頭部付近を配光可能な上からｍ番目の受光素子となる。

すなわち任意の距離Ｄの着座人体を検知するには、縦方向に配列された受光素子の上からｎ番目〜ｍ番目の受光素子が必要となる。

言い換えるならば、縦方向に配列された受光素子の下部から（Ｎ−ｍ）番目〜（Ｎ−ｎ）番目の受光素子となり、多素子受光ユニット２の全長に対する比率で表すならば、
（Ｎ−ｍ）÷Ｎから（Ｎ−ｎ）÷Ｎ
となる。

本実施の形態により、遠方被験者の検知精度を改善するために、赤外線センサ１の受光素子を新規に開発する必要がなく既存の素子で遠方感度を改善することができる。

また、遠方被験者の検知精度、すなわちセンサＳＮ（シグナル／ノイズ）を改善するために、赤外線透過特性の高く非常に高価なシリコンフィルタを用いる必要がなく安く汎用性のあるポリエチレン材質のフィルターを採用することができる。このことにより、コスト低減の大きな効果が見込める。

さらに、本実施の形態により、遠方検知素子のＳＮ（シグナル／ノイズ）を上げることは、センサを走査することで生成する熱画像の差分にて演算する人体検知ソフトアルゴリズムにおけるソフト閾値に対してマージンを持っていることを意味し、更に増幅率を上げることも可能であることを意味している。

なお、人体検知ソフトアルゴリズムについては、特開２０１０−９１２５３に示されている。

実施の形態２．
図２１は、受光素子が１０素子の場合の赤外線センサ１の縦断面における縦配光視野角を示す図である。
例えば、１０個の受光素子で、俯角が２４．５°、受光素子１個あたりの縦配光角が６°である場合の赤外線センサ１の縦断面における縦配光視野角を示す。

この場合に６ｍの距離の着座人体の検出感度を向上させようとすると、配光視野角５４ｂ〜５４ｃの検出感度を向上させることとなる。

図２２は、赤外線センサ１の構造を示す断面図、図２３は、赤外線センサ１の赤外線検出感度分布を示す図、図２４は、赤外線センサ１のＳＮ（シグナル／ノイズ比）特性を示す図である。
配光視野角５４ｂ〜５４ｃの検出感度を向上させる為に、図２２に示すように、受光素子５２ａ〜５２ｊを１列に配列した多素子受光ユニット５２の全長約１／５の位置に集光レンズ３の中心を配置する。

この配置により、図２３に示す受光素子５２ａ〜５２ｊ毎の赤外線入射感度特性が得られる。

同様に図２４に示す受光素子５２ａ〜５２ｊ毎のＳＮ（シグナル／ノイズ）特性が得られる。

配光視野角５４ａ〜５４ｊの図上に多素子受光ユニット５２、すなわち受光素子５２ａ〜５２ｊの受光感度５５を追記した配光感度特性を図２５に示す。

実施の形態３．
図２６は、集光レンズ３に例えば片凸レンズを用いた場合の赤外線センサ１の構造を示す断面図である。図２６のように、集光レンズ３は、片凸レンズであっても良いし、その他の形状であっても良い。

実施の形態４．
図２７は、集光レンズ３の焦点２０が偏心している場合の赤外線センサ１の構造を示す断面図である。
図２７のように、集光レンズ３の焦点が、集光レンズ３の中心から偏心していても良い。
集光レンズ３の焦点が、所望の位置に有るならば、集光レンズ３の中心から多素子受光ユニット２に結んだ垂線と多素子受光ユニット２との交点が、多素子受光ユニット２の中心と一致することも可能である。

実施の形態５．
図２８は、遠方を検知する受光素子の縦配光視野角を狭くし、近傍を検知する受光素子の縦配光視野角を広くした場合の赤外線センサ１の受光素子２ａ〜２ｈと各縦配光視野角１１ａ〜１１ｂの位置関係を示す図である。
図２９は、遠方を検知する受光素子の縦配光視野角を狭くし、近傍を検知する受光素子の縦配光視野角を広くした場合の赤外線センサ１の縦断面における縦配光視野角を示し、着座人体モデル１５を配置した図である。
図２８のように、縦に一列に配列された受光素子のうち、下部の受光素子の縦配光視野角を狭くし、上部になるにつれて受光素子の縦配光視野角を広くする。すなわち、遠方を検知する受光素子の縦配光視野角を狭くし、近傍を検知する受光素子の縦配光視野角を広くする。
図２８においては、最遠方を検知する受光素子２ａの縦配光視野角１１ａが一番狭く、近傍になるにつれ、縦配光視野角は広くなり、最近傍を検知する受光素子２ｈの縦配光視野角１１ｈが一番広くなっている。

この構成により、空気調和機の据付け位置から遠方を検知する受光素子の数を増やし、更なる遠方の検出感度改善が可能となる。

例えば、図２９に示すように、空気調和機の据付け位置から１ｍの着座被験者を検知しようとする際は、配光視野角１１ｈ、１１ｇで検知する。一方、遠方の例えば６ｍの着座被験者を検知しようとする際、配光視野角１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ、１１ｅ、１１ｆにて検知することとなり、遠方を検知する受光素子の数が増え、遠方検知感度が更に向上することとなる。

１ 赤外線センサ、２ 多素子受光ユニット、２ａ〜２ｈ 受光素子、３ 集光レンズ、４ 金属缶、５ 筐体、６ ステッピングモーター、７ 取付部、８ 基板、９ センサ出力マイコン、１０ コネクタ、１１ 配光視野角、１２ 主婦、１３ 幼児、１５ 着座人体モデル、２０ 焦点、２１ａ〜２１ｈ 検出感度、２２ 垂線、４０ 室内機筺体、４１ 吸込口、４２ 吹出口、４３ 上下フラップ、４４ 左右フラップ、４５ 送風機、４６ 熱交換器、４６ａ 前面上部熱交換器、４６ｂ 前面下部熱交換器、４６ｃ 背面熱交換器、５２ 多素子受光ユニット、５４ 配光視野角、５５ 受光感度、１００ 空気調和機。

Claims (9)

1. 複数の受光素子が直線上に一列に配置された多素子受光ユニットと、
   一つの集光レンズと
   を備え、
   前記多素子受光ユニットは前記集光レンズを通過した赤外線を受光する位置に配置され、前記集光レンズを通過した赤外線の強度分布のピークを受光する位置が、前記多素子受光ユニットの中心から偏移していることを特徴とする赤外線センサ。
2. 前記集光レンズの焦点から前記多素子受光ユニットへと結んだ垂線と前記多素子受光ユニットとの交点が、前記多素子受光ユニットの中心から偏移していることを特徴とする赤外線センサ。
3. 請求項１記載の赤外線センサを備えたことを特徴とする空気調和機。
4. 前記空気調和機は、屋内に設置され、
   前記多素子受光ユニットを形成する複数の受光素子が屋内床面に対し、縦方向に配置されたことを特徴とする請求項３記載の空気調和機。
5. 前記集光レンズの焦点から前記多素子受光ユニットへと結んだ垂線と前記多素子受光ユニットとの交点が、前記多素子受光ユニットの全長に対し、下半分の位置であることを特徴とする請求項４記載の空気調和機。
6. 前記集光レンズの焦点から前記多素子受光ユニットへと結んだ垂線と前記多素子受光ユニットとの交点が、前記多素子受光ユニットの全長に対し、下部約１／５の位置であることを特徴とする請求項４記載の空気調和機。
7. 前記赤外線センサの俯角をδ、前記受光素子１個あたりの配光角をθ、前記赤外線センサの取り付け高さをｈ、前記多素子受光ユニットを形成する前記受光素子の数量をＮ、前記赤外線センサで熱検出を行う対象物の高さをＬ、前記赤外線センサで熱検出を行う対象物と前記赤外線センサとの水平距離をＤとしたとき、前記集光レンズの焦点から前記多素子受光ユニットへと結んだ垂線と前記多素子受光ユニットとの交点が、前記多素子受光ユニットの全長に対し、下部の（Ｎ−ｍ）÷Ｎ〜（Ｎ−ｎ）÷Ｎの範囲であることを特徴とする請求項４記載の空気調和機。
   ここで、
   ｎ＝（ｔａｎ^−１（Ｄ÷ｈ）−（９０−δ−Ｎ×θ÷２））÷θ
   の計算値の小数点第１位を四捨五入した整数であり、
   ｍ＝（ｔａｎ^−１（Ｄ÷（ｈ−Ｌ））−（９０−δ−Ｎ×θ÷２））÷θ
   の計算値の小数点第１位を四捨五入した整数であり、
   また、前記赤外線センサの俯角とは、水平線に対する前記赤外線センサの取り付け角度であり、前記受光素子１個あたりの配光角とは、前記受光素子１個あたりが配光可能な縦方向の角度である。
8. 前記多素子受光ユニットの下部の受光素子の配光角が、上部の受光素子の配光角より狭いことを特徴とする請求項４記載の空気調和機。
9. 前記赤外線センサで人体の位置検知を行うことを特徴とする請求項４記載の空気調和機。

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