(57)【要約】【課題】従来と比べて簡単な構成，制御，信号処理により室内の温度分布及び人体の存在や挙動の検出を行う温度分布検出装置を提供すること。【解決手段】直線軸８に沿って、二次元に配置されたサーモパイルアレイ熱検出素子群で構成された赤外線センサ１と、前記サーモパイルアレイ熱検出素子群と一体となった赤外線透過レンズ２と、サーモパイルアレイ熱検出素子群の各信号を選択・増幅し信号処理する信号処理部３と、前記直線軸８に平行あるいは一定の角度だけ傾斜させた回転軸１５とを有し、前記回転軸１５を中心として前記サーモパイルアレイ熱検出素子群及び信号処理部３を回転駆動させる機構と駆動源から成る水平回転駆動部４を用いて構成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
直線軸に沿って二次元に配置されたサーモパイルアレイ熱検出素子群と、前記サーモパイルアレイ熱検出素子群と一体となった赤外線透過レンズと、サーモパイルアレイ熱検出素子群からの各検出信号を選択・増幅し信号処理する信号処理部と、前記直線軸に平行あるいは一定の角度だけ傾斜させた回転軸とを有し、前記回転軸を中心として前記サーモパイルアレイ熱検出素子群及び前記信号処理部を水平方向に回転駆動させる機構と駆動源から成る水平回転駆動部とで構成したことを特徴とする温度分布検出装置。
【請求項２】
直線軸に沿って二次元に配置されたサーモパイルアレイ熱検出素子群は、各熱検出素子が赤外線透過レンズによって室内空間に投影された時に同じ大きさになるように、サーモパイルアレイ熱検出素子群の各熱検出素子の大きさを規定したことを特徴とする請求項１記載の温度分布検出装置。
【請求項３】
直線軸に沿って二次元に配置された前記サーモパイルアレイ熱検出素子群の各検出素子を、少なくとも２つ以上に分割し、電気的には直列に接続して構成したことを特徴とする請求項２記載の温度分布検出装置。
【請求項４】
直線軸に沿って二次元に配置されたサーモパイルアレイ熱検出素子群の隣接する熱検出素子は、赤外線透過レンズによって室内空間に投影された時に３０ｃｍ以上の水平方向の間隔を確保するように配設されたことを特徴とする請求項２または３に記載の温度分布検出装置。
【請求項５】
直線軸に沿って二次元に配置されたサーモパイルアレイ熱検出素子群の水平方向の視野角に応じて、水平回転駆動部を動作・停止制御して、停止時にサーモパイルアレイ熱検出素子群からの熱検出信号の時間経過により人体の移動及び微動を検出することを特徴とする請求項１または２に記載の温度分布検出装置。
【請求項６】
水平回転駆動部の原点を検出する原点検出部を備えたことを特徴とする請求項１記載の温度分布検出装置。
【請求項７】
水平回転駆動部の駆動源として、ステッピングモータを用いたことを特徴とする請求項１記載の温度分布検出装置。
【請求項８】
水平回転駆動部の駆動源として、エンコーダ付ＤＣモータを用いたことを特徴とする請求項１記載の温度分布検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、家庭内の居室の温度分布や人体の存在検出や挙動検出などを行う温度分布検出装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、非接触で温度を測定する方法としては量子型赤外線センサによるものと熱型赤外線センサによるものがあった。量子型赤外線センサは、感度が高く応答は速いが、冷却が必要であり、民生用には不向きである。一方、熱型赤外線センサは、比較的感度は低く応答速度は低いが、冷却不要のため、民生市場で実用化されている（特許文献１参照）。
【０００３】
図１５は、特許文献１に記載された熱型赤外線センサの中で、比較的感度及び応答速度に優れた焦電型赤外線センサを用いた熱画像検出装置を示すものである。図１５において、１は、直線軸上に１次元に配列された複数の焦電型熱検出素子群からなる赤外線センサであり、赤外透過レンズ２と、前記赤外透過レンズ２を介し、前記焦電型熱検出素子群へ入射する赤外線量を制御するチョッパ機構や前記直線軸に一定角度だけ傾斜させた回転軸１５を有し、前記回転軸１５を中心として前記焦電型熱検出素子群を回転させて２次元の熱画像を得るものである。
【０００４】
前記従来の構成では、物体表面の温度検出を行うためには、焦電型熱検出素子群からなる赤外線センサへ入射する赤外線量を制御するチョッパ機構が不可欠である。また、検出熱画像の信頼性や精度を確保するためには、チョッパ開閉と焦電型熱検出素子群から出力される信号の取得及び水平駆動の同調や２次元の熱画像から人体の存在検出や挙動検出を行う必要があった。
【特許文献１】特開平６−１０５２３６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、このような焦電型赤外線センサを用いた熱画像検出装置では、物体表面の温度検出を行うために、焦電型熱検出素子群へ入射する赤外線量を制御するチョッパ機構が不可欠であり、熱画像検出装置の構造が複雑になるという課題を有していた。
【０００６】
また、熱画像の取得には、チョッパ開閉と焦電型熱検出素子群から出力される信号の処理と水平駆動の同調や２次元の熱画像の画像処理により人体の存在や人体の挙動検出を行う必要があり、これらの処理のために高性能のマイクロプロセッサを用いて、煩雑な制御や信号処理を実現・実行しなければならないという課題を有していた。
【０００７】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、サーモパイルアレイ熱検出素子を用いることにより、簡単な構成，制御，信号処理により、室内の温度分布及び人体の存在検出や人体の挙動検出を行うことを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記従来の課題を解決するために、本発明の温度分布検出装置は、直線軸に沿って二次元に配置されたサーモパイルアレイ熱検出素子群と、前記サーモパイルアレイ熱検出素子群と一体となった赤外線透過レンズと、サーモパイルアレイ熱検出素子群からの各検出信号を選択・増幅し信号処理する信号処理部と、前記直線軸に平行あるいは一定の角度だけ傾斜させた回転軸とを有し、前記回転軸を中心として前記サーモパイルアレイ熱検出素子群及び前記信号処理部を水平方向に回転駆動させる機構と駆動源から成る水平回転駆動部
で構成したものである。
【０００９】
これによって従来と比べて簡単な構成・制御・信号処理により、室内の温度分布及び人体の挙動検出を行うことができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の温度分布検出装置は、従来と比べて簡単な構成，制御，信号処理により室内の温度分布及び人体の存在や挙動の検出を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
第１の発明は、直線軸に沿って二次元に配置されたサーモパイルアレイ熱検出素子群と、前記サーモパイルアレイ熱検出素子群と一体となった赤外線透過レンズと、サーモパイルアレイ熱検出素子群からの各検出信号を選択・増幅し信号処理する信号処理部と、前記直線軸に平行あるいは一定の角度だけ傾斜させた回転軸とを有し、前記回転軸を中心として前記サーモパイルアレイ熱検出素子群及び前記信号処理部を水平方向に回転駆動させる機構と駆動源から成る水平回転駆動部から構成されるものであり、従来と比べて簡単な構成で室内の温度分布を検出することができる。
【００１２】
第２の発明は、直線軸に沿って二次元に配置されたサーモパイルアレイ熱検出素子群は、各熱検出素子が赤外線透過レンズによって室内空間に投影された時に同じ大きさになるように、サーモパイルアレイ熱検出素子群の各熱検出素子の大きさを規定したものであり、熱温度分布検出装置からの距離に関わらず、ほぼ等しい温度検出エリアをサーモパイルアレイ熱検出素子群の各素子がカバーすることができる。
【００１３】
第３の発明は、直線軸に沿って二次元に配置された前記サーモパイルアレイ熱検出素子群の各検出素子を少なくとも２つ以上に分割し、電気的には、直列に接続して構成したものであり、サーモパイルアレイ熱検出素子の空間分解能を向上させることができる。
【００１４】
第４の発明は、直線軸に沿って二次元に配置されたサーモパイルアレイ熱検出素子群の隣接する素子は、赤外線透過レンズによって室内空間に投影された時に３０ｃｍ以上の水平方向の間隔を確保するように配設したものであり、サーモパイルアレイ熱検出素子群の隣接する素子間に不感帯を設けることにより、人体の挙動を検出することができる。
【００１５】
第５の発明は、直線軸に沿って、二次元に配置されたサーモパイルアレイ熱検出素子群の水平方向の視野角に応じて、水平回転駆動部の駆動源の作動・停止制御を行い、停止時にサーモパイルアレイ熱検出素子群から熱検出信号を得るものであり、前記熱検出信号を温度に変換することにより室内の温度分布が検出できる。
【００１６】
第６の発明は、水平回転駆動部の原点を検出する原点検出部を備えたものであり、温度分布検出装置の信頼性や室内温度分布計測の高い再現性を得ることができる。
【００１７】
第７の発明は、水平回転駆動部の駆動源として、ステッピングモータを用いたものであり、安価な構成で、室内温度分布計測の再現性が得られる。
【００１８】
第８の発明は、水平回転駆動部の駆動源として、エンコーダ付ＤＣモータを用いたものであり、室内温度分布計測の高い再現性が得られる。
【００１９】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００２０】
（実施の形態１）
図１は、本発明の第１の実施の形態における温度分布検出装置の断面図を示すものである。図１において、１は、サーモパイルアレイ熱検出素子群で構成された赤外線センサである。サーモパイルアレイ熱検出素子群は、図２のように直線軸８に沿って、１ａ〜１ｉのように二次元配置されている。２は、サーモパイルアレイ熱検出素子群の各熱検出素子に結像するように配置された赤外線透過レンズであり、光軸はサーモパイルアレイ熱検出素子群の中心を通る。３は、赤外線センサからの各熱検出素子の信号に対して、選択，増幅や光学補正，感度補正を行う信号処理部であり、赤外線センサ１，赤外線透過レンズ２とともに回転軸１５を中心に水平回転する水平回転駆動部４を構成する。６は水平回転駆動部の駆動源となるステッピングモータであり、プーリー５及びタイミングベルト１６を介して回転力が水平回転駆動部４に伝達される。ステッピングモータ７により水平回転駆動部４をダイレクト駆動する方式でもよい。以上のように構成された温度分布検出装置について、以下その動作、作用を説明する。
【００２１】
図２のように直線軸に沿って、１ａ〜１ｉのように二次元配置されたサーモパイルアレイ熱検出素子群なる赤外線センサ１と赤外線透過レンズ２と信号処理部３は、回転軸１５を中心に水平回転駆動され、検出エリアＡ〜Ｅが重ならないように温度分布を取得していくことにより、例えば、図３のような２次元の温度分布を検出される。
【００２２】
図３の温度分布の原点９は、水平回転駆動部の原点に対応するとともに、２次元の温度分布を取得する際には、この原点検出は、２次元の温度分布検出のイニシャライズあるいは、シーケンスの一部となる。
【００２３】
図４は、本発明の温度分布検出装置を室内の高所に設置し、原点９に対して矢印１１の方向に赤外線センサ１を水平回転駆動させた時に得られる赤外線センサ１の水平方向及び垂直方向（一点鎖線１０の断面）の視野角である。温度分布検出装置で得られる図３の２次元の温度分布は、図４の室内空間の温度分布に対応する。
【００２４】
これにより、従来と比べて簡単な構成で室内空間の温度分布を検出することができる。
【００２５】
（実施の形態２）
図５は、本発明の第２の実施の形態であるサーモパイルアレイ熱検出素子群１ａ〜１ｈの各素子形状を示したものである。直線軸に沿って、二次元に配置されたサーモパイルアレイ熱検出素子群は、図６のように各検出素子が赤外線透過レンズによって室内空間に投影された時にほぼ同じ大きさになるように、サーモパイルアレイ熱検出素子群の各素子の大きさを規定している。以上のように構成された温度分布検出装置について、以下その動作、作用を説明する。
【００２６】
図２のように二次元に配置されたサーモパイルアレイ熱検出素子群は、図４のような空間分解能を有し、温度分布検出装置から近い床面については、温度検出エリアの重複が生じるとともに、温度分布検出装置から遠く離れた床面については、温度検出エリアが大きくなってしまい、このエリア中に人体などの温度物体が存在していたとしても、このエリアを担当する温度検出素子の信号出力は、そのエリアの平均値であり、温度物体の存在を検出する確率が低くなる。
【００２７】
しかしながら、図５のように各検出素子が赤外線透過レンズによって室内空間に投影された時に同じ大きさになるように、サーモパイルアレイ熱検出素子群の各素子の大きさ規定した場合には、このエリアを担当する温度検出素子の信号出力は、そのエリアの平均値であり、人体などの温度物体の存在を検出する確率を向上させることができる。
【００２８】
これにより、熱温度分布検出装置からの距離に関わらず、ほぼ等しい温度検出エリアをサーモパイルアレイ熱検出素子群の各素子がカバーすることができ、人体などの温度物体の存在有無を検出できる確率を向上させることができる。
【００２９】
（実施の形態３）
図７は、本発明の第３の実施の形態であるサーモパイルアレイ熱検出素子群の各素子形状を示したものである。二次元に配置されたサーモパイルアレイ熱検出素子群の各検出素子は、少なくとも２つに分割され、電気的に直列に接続されている。直線軸８に沿って、二次元に配置されたサーモパイルアレイ熱検出素子群は、各検出素子が赤外線透過レンズによって図８のような空間分解を有する。以上のように構成された温度分布検出装置について、以下その動作、作用を説明する。
【００３０】
図５のように各検出素子が赤外線透過レンズによって室内空間に投影された時に同じ大きさになるように、サーモパイルアレイ熱検出素子群の各素子の大きさ規定した場合には、このエリアを担当する温度検出素子の信号出力は、そのエリアの平均値であり、温度物体の存在を検出する確率を向上させることができるが、温度物体が同一熱検出素子の温度検出エリア内で動いた場合には、その温度変化が得られない。
【００３１】
しかしながら、二次元に配置されたサーモパイルアレイ熱検出素子群の各検出素子は、少なくとも２つ以上に分割され、電気的に直列に接続することにより、同一熱検出素子内の異なる温度検出エリア内にどちらかに温度物体がある時、あるいは、双方の温度検出エリアにまたがり人体温度物体がある時とない時などで、熱検出素子への人体などの温度物体の映り込み比率によって、出力信号に変化を生じさせることが可能となる。
【００３２】
これにより、同一熱検出素子を分割することにより人体などの温熱物体が微動する場合に、熱検出素子の検出信号を変化させることができる。
【００３３】
（実施の形態４）
図９は、本発明の第４の実施の形態であるサーモパイルアレイ熱検出素子群による室内の空間分解能を示したものである。直線軸８に沿って、二次元に配置されたサーモパイルアレイ熱検出素子群の隣接する素子は、赤外線透過レンズによって室内空間に投影された時に３０ｃｍ以上の水平方向の間隔を確保するように配設されている。以上のように構成された温度分布検出装置について、以下その動作、作用を説明する。
【００３４】
人の移動速度は、一般的に０．５ｍ／秒〜３．０ｍ／秒であり、特に、家屋内での歩行速度は、０．５ｍ／秒程度とされている。図１０（ａ）のように温度分布検出装置から人体が離れる場合には、図１０（ｂ）のように温度物体である人体の移動に対するサーモパイルアレイ熱検出素子群の各素子検出エリア出力信号の時間変化が得られる。逆に、人体が近づく場合には、図１０（ｂ）の時間軸をひっくり返したようなサーモパイルアレイ熱検出素子群の各素子検出エリア出力信号の時間変化となる。
【００３５】
図１１は、温度分布検出装置の各素子検出エリアを人体が横切る場合（図１１（ａ））の温度物体である人体の移動に対するサーモパイルアレイ熱検出素子群の各素子検出エリア出力信号の時間変化を示したものである。直線軸に沿って、二次元に配置されたサーモパイルアレイ熱検出素子群の隣接する素子は、赤外線透過レンズによって室内空間に投影された時に３０ｃｍ以上の水平方向の間隔１１を確保するように配設されていることにより、人体は、検出エリアを横切るのに１秒以上の時間を要するとともに、サーモパイルアレイ熱検出素子群の隣接する素子間の熱的なクロストークも軽減され、図１１の（ｂ）ようなに温熱物体の通過素子に対して、出力信号の時間変化が得られる。
【００３６】
二次元に配置されたサーモパイルアレイ熱検出素子群の信号出力の時間変化を分析・解析することで、人などの温熱物体の移動方向を検出することができる。
【００３７】
また、二次元に配置されたサーモパイルアレイ熱検出素子群の隣接する素子は、赤外線透過レンズによって室内空間に投影された時に３０ｃｍ以上の水平方向の間隔を確保するように配設することにより、図１２（ａ）のような人体の微動に対して、図１２（ｂ）のような検出信号変化を得ることも可能となる。
【００３８】
これにより、人体の在室状況，人体の移動方向，おおよその位置を判断することができる。
【００３９】
（実施の形５）
図１３は、本発明の第５の実施の形態における温度分布検出装置の水平回転に伴う室内の温度分布検出方法を示したものである。以上のように構成された空気調和機の空気浄化装置の高電圧電源について、以下その動作、作用を説明する。
【００４０】
水平回転駆動部の原点を基準に、まず、温度分布検出装置は、停止したまま範囲Ａの温度分布及び温度の時間変化を数秒間測定し、各熱検出素子のエリアに相当する箇所の平均温度及び温度の時間変化により人体の挙動及び微動を検出する。その後、水平回転駆動部を駆動させ、範囲Ｂの位置に停止させ、同様に範囲Ｂの温度分布及び温度の時間変化を数秒測定し、各熱検出素子のエリアに相当する箇所の平均温度及び温度の時間変化により人体の挙動及び微動を検出する。これを範囲Ｃ，Ｄ，Ｅと繰返し、また、Ｅ，Ｄ，Ｃ，Ｂ，Ａと繰り返していく。
【００４１】
これにより、簡単な制御シーケンスで温度分布検出装置による室内の温度分布の検出と人体の挙動及び微動を検出することができる。
【００４２】
（実施の形態６）
本発明の第６の実施の形態である水平回転駆動部の原点を検出する原点検出部を温度分布検出装置に備えたものである。以上のように構成された温度分布検出装置の温度分布検出方法について、以下その動作、作用を説明する。
【００４３】
温度分布検出装置は、回転軸を中心に水平回転することにより、室内の温度分布の状況と人体の存在や挙動を検出する。この場合の温度分布の原点は、水平回転駆動部の原点に対応している。また、原点の検出は、温度分布検出の初期設定または、シーケンスの一部となる。
【００４４】
原点検出方法は、フォトセンサを用いた方式でも、原点にストッパを設けて回転移動を強制的に制限する方法でもよい。
【００４５】
これにより、原点に対する温度分布検出エリアの相対的な位置を保ったまま、温度分布検出装置は、室内の温度分布を測定することができる。
【００４６】
（実施の形態７）
本発明の第７の実施の形態である温度分布検出装置を図１を用いて説明する。図１は、水平回転駆動部の駆動源として、ステッピングモータを用いた構造であり、外部からの制御信号に応じた回転移動が可能である。以上のように構成された温度分布検出装置について、以下その動作、作用を説明する。
【００４７】
温度分布検出装置は、水平回転駆動部の原点に対して、水平駆動を繰り返し、室内の温
度分布や人体の挙動の検出を行う。特に、水平方向の視野角は、室内に対して限られており、室内の温度分布を重なりなく、網羅していくためには、ある程度正確に、水平方向の移動回転を行う必要がある。ステッピングモータは、制御信号に対する水平移動角度を刻むモータであり、この用途に適している。
【００４８】
これにより、温度分布測定装置は、水平回転の原点に対して、水平方向の視野角の重なりもなく、低コストで、室内の温度分布を測定することが可能となる。
【００４９】
（実施の形８）
本発明の第８の実施の形態におけるＤＣモータとエンコーダを用いて、構成された温度分布検出装置であり、外部からの制御信号に応じた回転移動が可能である。以上のように構成された温度分布検出装置について、以下その動作、作用を説明する。
【００５０】
温度分布検出装置は、水平回転駆動部の原点に対して、水平駆動を繰り返し、室内の温度分布や人体の挙動の検出を行う。特に、水平方向の視野角は、室内に対して限られており、室内の温度分布を重なりなく、網羅していくためには、ある程度正確に、水平方向の移動回転を行う必要がある。ＤＣモータとエンコーダを使うことにより、ＤＣモータはエンコーダの位置に対して、正確に駆動・停止を行う。
【００５１】
これにより、温度分布測定装置は、水平回転の原点に対して、水平方向の視野角の重なりもなく、常に、一定位置で、室内の温度分布を測定することが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
以上のように、本発明にかかる温度分布検出装置は、従来と比べて簡単な構成，システムで、室内の温度分布検出及び人体の挙動，位置，在室状況を検出することが可能であり、空気調和機や換気扇や空気清浄器などの用途に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明の実施の形態１における温度分布検出装置の断面図
【図２】本発明の実施の形態１におけるサーモパイルアレイ熱検出素子群の構成図
【図３】本発明の実施の形態１における温度分布検出装置による２次元の温度分布結果の説明図
【図４】（ａ）本発明の実施の形態１における温度分布検出装置の室内の水平方向の  空間分解能を示す説明図（ｂ）本発明の実施の形態１における温度分布検出装置の室内の垂直方向の空間分解能を示す説明図
【図５】本発明の実施の形態２におけるサーモパイルアレイ熱検出素子群の構成図
【図６】（ａ）本発明の実施の形態２における温度分布検出装置の室内の水平方向の空間分解能を示す説明図（ｂ）本発明の実施の形態２における温度分布検出装置の室内の垂直方向の空間分解能を示す説明図
【図７】本発明の実施の形態３におけるサーモパイルアレイ熱検出素子群の構成図
【図８】（ａ）本発明の実施の形態３における温度分布検出装置の室内の水平方向の空間分解能を示す説明図（ｂ）本発明の実施の形態３における温度分布検出装置の室内の垂直方向の空間分解能を示す説明図
【図９】本発明の実施の形態４における温度分布検出装置の室内の水平方向の空間分解能を示す説明図
【図１０】（ａ）本発明の実施の形態４における温度分布検出装置に対する人体の移動方向検出する考え方を示す説明図（ｂ）本発明の実施の形態４における温度分布検出装置に対する人体の移動に対するサーモパイルアレイ熱検出素子群の信号出力例の図
【図１１】（ａ）本発明の実施の形態４における温度分布検出装置に対する人体の移動方向検出する考え方を示す説明図（ｂ）本発明の実施の形態４における温度分布検出装置に対する人体の移動に対するサーモパイルアレイ熱検出素子群の信号出力例の図
【図１２】（ａ）本発明の実施の形態４における温度分布検出装置に対する人体の微動検出する考え方を示す説明図（ｂ）本発明の実施の形態４における温度分布検出装置に対する人体の微動に対するサーモパイルアレイ熱検出素子群の信号出力例の図
【図１３】本発明の実施の形態５における温度分布検出装置の室内の温度分布検出方法の説明図
【図１４】従来の熱画像検出装置の断面図
【符号の説明】
【００５４】
１  赤外線センサ（サーモパイルアレイ熱検出素子群）
２  赤外線透過レンズ
３  信号処理部
４  水平回転駆動部
５  プーリー
６  ステッピングモータ
８  直線軸
９  原点
１５  回転軸
１６  タイミングベルト
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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