(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
２次元的に配列された複数の熱検知素子を有し、検出サイクルにより決まる検出タイミングにて車室内に設定された所定の検出対象領域の温度分布を検出する赤外線エリアセンサと、
この赤外線エリアセンサが検出した温度分布に基づいて熱画像データを作成する熱画像データ作成手段と、
乗員が乗車または降車動作を実行したことを検出する乗降検出手段と、
この乗降検出手段により乗員が乗車または降車動作を実行したことを検出したときは、前記検出タイミングにて前記熱画像データ作成手段が作成した熱画像データを取得し、前回の検出タイミングで取得した熱画像データと比較することにより求めた温度変化に基づいて乗員の有無及び位置を判断する乗員判断手段とを備え、
前記赤外線エリアセンサは、車両のドアが開放された場合に車外の温度分布を取得可能な方向に向けて取付けられ、
前記乗員判断手段は、前記乗降検出手段により乗員が乗車または降車動作を実行したことを検出した直後から前記熱画像データ作成手段が作成した熱画像データを取得し、ドアが開放された場合は、開放されたドアを通じて前記熱画像データ作成手段が作成した車外を背景とする乗員の熱画像データが示す温度変化に基づいて乗員の有無及び位置を判断することを特徴とする車両用乗員検出装置。
【請求項２】
前記乗降検出手段は、乗員がドアロックを解除したときに乗車または降車動作を実行したと判断することを特徴とする請求項１記載の車両用乗員検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、赤外線エリアセンサにより車室内の乗員の有無及び位置を検出する車両用乗員検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、車室内に着座している人を検出し、その人に対してのみ所定の車両用機器を作用させるものが提案されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
この種の提案として、特開平７−５５５７３号公報のものがある。このものは、赤外線センサを用いて自動車の各座席に人が着座しているかどうかを検出し、人が着座している座席にのみエアバッグの展開を行って安全性を高めたり、また、人が着座している座席にのみ空調システムを作動させることにより車両の消費電力を低減しようとするものである。
【０００４】
しかしながら、人の着座位置或いは人の体格によりエアバッグによる効果が異なることから、エアバッグの展開速度や噴射ガス量を細かく制御したいという要望がある。また、空調システムにおいては、室内の温度分布や人の皮膚温を検出し、吹出し風の配向及び温度制御を細かく制御したいという要望があるものの、特開平７−５５５７３号公報のものでは、これらの要望を解決できないという課題が残されていた。
【０００５】
さらには、車両への侵入者を赤外線センサで検出する構成も提案されているものの、赤外線センサによる温度変化のみで侵入者の有無を判断する場合には、誤作動が多いという欠点がある。
【０００６】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、車室内の乗員を検出する構成において、乗員の有無及び位置を確実に検出することができる車両用乗員検出装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明によれば、赤外線エリアセンサは車室内に設定された所定の検出対象領域の温度分布を検出するので、熱画像データ作成手段は、赤外線エリアセンサが検出した温度分布に基づいて熱画像データを作成する。
【０００８】
ところで、乗員の温度と車室内のドア或いはシートなどの背景との温度差がない場合には、熱画像データ作成手段が作成した熱画像データに基づいて乗員の有無及び位置を判断することができなくなる。
【０００９】
さて、乗員が車両に乗車する場合にはドアが開放されるので、赤外線エリアセンサの検出対象領域が、車両のドアが開放された場合に車外の温度分布を取得可能となるように取付けられている場合には、赤外線エリアセンサは車外の環境温度を取得することができる。
【００１０】
従って、乗員判断手段は、乗降検出手段により乗員が乗車または降車動作を実行した直後から熱画像データ作成手段が作成した熱画像データを取得し、ドアが開放された場合は、開放されたドアを通じて熱画像データ作成手段が作成した車外を背景とする乗員の熱画像データを取得し、前回の検出タイミングで取得した熱画像データと比較することにより求めた温度変化に基づいて乗員の有無及び位置を確実に判断することができる。
【００１２】
請求項２の発明によれば、乗降検出手段は乗員がドアロックを解除したときに乗車または降車動作を実行したと判断するので、乗員検出手段は、ドアが開放されたタイミングの前後にわたる大きな温度変化を追跡することにより乗員を確実に判断することができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施の形態を図１乃至図１７を参照して説明する。
車室内を示す図２において、車両の天井には赤外線エリアセンサユニットが配置されている。この図２において、赤外線エリアセンサユニット１，２は車室内のルーフにおいて前席及び後席に対応した位置に取付けられている。
【００２５】
図１は全体の構成を概略的に示している。この図１において、赤外線エリアセンサ３の前面にはレンズ４が配置されており、このレンズ４により赤外線エリアセンサ３上に検出対象領域の熱画像が結像するようになっている。このレンズ４は高密度ポリエチレン、カルコゲンガラス、ＢａＦ2 、ＺｎＳなどから成る赤外線集光レンズであり、球面、非球面、或いはフレネル形状をなしている。
【００２６】
赤外線エリアセンサ３は、熱検知素子５が例えば１５×１０個のように２次元のマトリクス状に集合した形状をしており、ドア周辺から発せられる赤外線をレンズ４で集光して熱検知素子５上に熱画像として結像する。この場合、レンズ４は、例えば５００ｍｍはなれた位置で７５０×５００ｍｍの範囲を熱検知素子５全体に集光できるように設計されている。従って、赤外線エリアセンサ３の熱検知素子５の個数が１５×１０個とすると、１つの熱検知素子５で検出できる範囲（検出分解能）は５０ｍｍ平方となる。
また、赤外線エリアセンサ３において熱検知素子５の周辺には、信号発生回路６及び選択回路７が設置されている。
【００２７】
熱検知素子５単体は、図３に示すようにＳｉ基板３ａ上にＳｉＯ2 薄膜５ａ、金属薄膜抵抗部５ｂ、吸収膜５ｃを形成してから、金属薄膜抵抗部５ｂの裏面側をエッチングにより除去することにより金属薄膜抵抗部５ｂがＳｉ基板３ａからエアギャップを存して位置する断熱構造に形成されている。
【００２８】
図４は赤外線エリアセンサ３の電気的構成を概略的に示している。この図４において、赤外線エリアセンサ３の熱検知素子５は選択回路７を構成するＸリングカウンタ７ａ及びＹリングカウンタ７ｂによりＦＥＴを通じて択一的に順番に選択されるようになっており、選択された熱検知素子５からの信号を図１に示す信号検出・処理回路８（熱画像データ作成手段に相当）に順に取込むことにより、赤外線エリアセンサ３の検出対象領域の温度分布を検出することができる。
【００２９】
即ち、図１において、信号検出・処理回路８は、信号増幅器９、信号処理回路１０、データ送信回路１１から構成されており、信号処理回路８において赤外線エリアセンサ３による温度分布に基づいて熱画像データを作成するようになっている。
【００３０】
そして、各種システム制御回路１２は、信号検出・処理回路８からの熱画像データ及びドアロックスイッチ１３（乗降検出手段に相当）並びにシートに設けられた重量センサ１４の検出結果に基づいて後述するように所定の車両用システムを制御する。
【００３１】
次に上記構成の作用について説明する。
赤外線エリアセンサ３の熱検知素子５にあっては、入射した赤外線を吸収膜５ｃで吸収することにより熱に変換し、その熱により金属薄膜抵抗部５ｂの温度が上昇して抵抗値が変化するので、熱検知素子５からのセンサ信号を信号検出・処理回路８に順に出力することにより検出対象領域の温度分布を検出することができる。
【００３２】
そして、信号検出・処理回路８は、全ての熱検知素子５からの信号を取込むことにより検出対象領域の熱画像データを作成することができる。つまり、赤外線エリアセンサ３が検出した温度分布データを信号処理回路１０で処理することにより熱画像データを作成する。この熱画像データは、データ送信回路１１により各種システム制御回路１２に送信され、検出対象領域に位置する人の位置検出に用いる。
【００３３】
このような人の検出方法の一例としては、一定周期毎に車内温度をモニタし、温度の急変を検出することにより侵入物または移動物を判断し、そのときの温度分布から人であると判断するようになっている。このとき、赤外線エリアセンサ３の検出サイクルとしては、図５に示すように赤外線エリアセンサ３を８０ｍsec の周期で作動させる。
【００３４】
ここで、赤外線エリアセンサ３により乗員の有無及び位置を判断する基本的動作のフローチャートを図６に示す。この図６において、まず、ドアロックが解除されたかを判断し（Ｓ１０１）、キーＯＦＦの状態でドアロックされているときはシステムを解除する。
【００３５】
そして、乗員が乗車するためにドアロックを解除すると（Ｓ１０１：ＹＥＳ）、判断精度を上げるために各席の温度データを取得すると共に（Ｓ１０２）、前回の取得データとの温度比較（出力変化／単位時間）を計算してから（Ｓ１０３）、背景とのエッジを抽出することにより（Ｓ１０４）、各席及び各熱検知素子５の温度変化の推移を把握して乗員かノイズかを判断する（Ｓ１０６）。
【００３６】
この場合、前回の取得データと温度変化の度合いから、乗員、または侵入物などの移動体であることを次のようにして判断するようにしている。
まず、温度変化が上記のような移動体による発生なのか、例えば太陽光の直射日光照射による温度変化等の環境による発生なのかを判断する必要から、図７に示すような温度変化量／時間から判断する。つまり、図７に示すように移動物（例えば背景との温度差０．５℃、移動速度０．２５ｍ／ｓ）による温度変化は大きいのに対して、日射などの環境による温度変化は小さいことから、その差に基づいて判断することができる。例えば、図５に示すような検出サイクル（８０ｍsec ）にてデータを取得するとき、図７より前回の取得データとの温度変化≧約０．２℃以上となっている熱検知素子５が存在するときは斯様な温度変化があった熱検知素子５の位置を移動体位置と判断することができる。
【００３７】
具体的には、図８に示すように特定の熱検知素子５の検出対象領域（図中に矢印Ａで示す範囲）に着目した場合、人が車内に乗り込んでくると、今まで車内温度（２５℃）であった検出対象領域の温度が人の温度（３０℃）に上昇するようになり、検出温度が８０ｍsec の間に５℃変化することになる。つまり、人が移動するような条件では、人が移動領域に対応した熱検知素子５では、このような温度変化が必ず生じていることになり、人の存在の検出が可能となる。
【００３８】
尚、上述のような乗員の検出は、赤外線エリアセンサ３による信号とともに、シート等に設けた重量センサ１４等からの信号も同時に利用することにより、その判断の信頼性を高めることができる（Ｓ１０５）。つまり、重量センサ１４の検出精度は高いものの、シートに荷物が載置されることが往々にあるため、重量センサ１４だけの判断では誤判断する可能性が高いことから、重量センサ１４の検出結果を参照することにより検出精度を高めるものである。
【００３９】
ところで、車内に移動（侵入）してくる乗員の温度とそのときに取得しているシート等の温度に差が少ないときには、赤外線エリアセンサ３による温度分布に基づく判断が困難となることがある。つまり、８０ｍsec 毎のデータ取得では温度変化が少ないため、信号検出・処理回路８の能力によっては、環境による発生との区別が困難になる。
【００４０】
そこで、図９に示すようなデータの処理方法、つまり前回の取得データとのデータ比較処理（温度変化度合いの把握）だけでなく、数回前の取得データとのデータ比較処理も同時に行うことにより、さらにその判断可能となる条件域を広げることが可能となる。
【００４１】
従って、乗員がゆっくり乗車した場合であっても、大きな温度変化を得ることができるので、環境による温度変化との識別を図りながら、乗員を確実に検出することができる。
【００４２】
具体的には、１つの熱検知素子５に着目した場合、その熱検知素子は５００ｍｍ先で５０ｍｍ平方のエリアの平均温度を取得している。ここで、そのエリアに異なる温度（ΔＴ）の物体が侵入した場合には、そのエリアの平均温度は、侵入してきた物体が占有する面積比に等しくなる。この場合、占有面積比は、侵入物の速度に依存し、ゆっくり移動すればそのセンサ位置の温度変化はゆっくりとなる。
【００４３】
このとき、図１０に示すように例えば乗員（侵入物）による温度変化なのか、環境による温度変化なのかを判断するためのしきい値を０．３℃とすると、８０ｍsec 後にその判断を行う。この場合、例えば乗員と背景との温度差（ΔＴ）＝０．５℃とすると、侵入速度が０．４１ｍ／ｓ以上で移動する物体は８０ｍsec 後に０．３℃に到達することから検知できるものの、それ以下の侵入速度では検知できないことになる。
【００４４】
従って、上述したように判断時間を１６０ｍsec 或いは２４０ｍsec に延長することにより判断可能となる速度範囲が拡がり、より検知可能とする条件域を拡大することができる。この場合、環境による変化がしきい値を越えない時間範囲内で比較する必要がある。
【００４５】
ところで、上記判断は乗員が移動している場合には可能であるが、乗員が着座して常に静止している状態では、温度変化がなくなることから、乗員の位置判断は困難となる。
【００４６】
そこで、乗員が移動してきてからの位置を追跡、記録することにより、乗員の現在の状態を把握するようにした。これと共に、背景の温度差のギャップにより乗員の有無の判断を行うようにした。つまり、図１１に示すように、背景のシートなどに対して乗員の温度が異なるときにはその温度差抽出（図１２参照）により乗員の有無を判断する。また、車内の空調がほぼ完了すれば、乗員と背景との温度差が大きくなって、この判断はさらに容易となる。この場合、荷物を検出している場合は、ある程度の時間が経過すると、背景との温度差がなくなるため、そこで乗員との区別が可能となる。
しかしながら、上記２つの判断を利用するにしても、乗員と背景のシート、ガラスなどが全て限界温度差よりも小さい場合には、この判断は利用できない。
【００４７】
しかるに、本実施の形態では、上述した２つの処理を車両のロック解除直後から行うことによって、さらに乗員の判断が容易となるようにした。
即ち、赤外線エリアセンサユニット１を図２に示す位置に取付けた場合、赤外線エリアセンサ３が取得しているのは図１３に示すように車両のドア１５を含むエリアの温度情報である。つまり、ドア１５が開いた場合には、図１４に示すようにドア１５の向こう側の車両外に存在する地面、樹木、空等の車外物が背景の一部に存在するようになる。
【００４８】
この場合、ドアロックが解除されるものの、乗員が乗り込まない場合は、ドアは開かず温度変化は環境による発生のみとなる。これは、例えば環境温度が徐々に変化したり、太陽の直射日光による変化などが考えられ、上述したように移動体（乗員）との区別は可能となる。
【００４９】
また、乗員が乗り込む場合には、必ずドア１５が開くことにより温度変化を取得する比較温度データが車外の地面、大気、空などを含むこととなる。それらを含めて全てが同一温度となることはないと予想されることから、たとえ車内のシート１６などが乗り込む乗員と同じ温度であった場合も、車外物との温度差により乗員の温度を取得することが可能となる（図１５、図１６参照、図中に矢印Ｂで示す範囲が１つの熱検知素子５の検出対象領域）。
【００５０】
また、ドア１５の開放により車内の空気に移動が起こるため、車内のシート１６及び乗員が均一温度であり続ける可能性はさらに低くなり、乗員の判断がさらに容易となる。
【００５１】
さて、図６に戻って、上述のようにして乗員を判断したときは、各熱検知素子５からの出力に基づいて検出対象領域の温度分布データを作成し（Ｓ１０７）、その温度分布データに基づいて顔の存在位置を次のようにして判断する。
【００５２】
まず、各乗員の顔の存在温度範囲を取得する（Ｓ１０８）。つまり、今回の実施の形態では、赤外線エリアセンサ３は１０×１５の１５０個の熱検知素子５にて５００ｍｍ先で約５００×７５０ｍｍのエリアの温度分布を取得しているので、乗員以外の検出対象領域（例えばドアの内側、シート、天井、ガラス、ピラー等）の温度から車内の雰囲気温度が予測できる。そのときの顔の温度は例えば図１７に示すように、その存在温度範囲が限定できる。つまり、雰囲気温度が高くなるほど顔の存在温度範囲が高くなるという相関関係にあるから、雰囲気温度に基づいて顔の存在温度範囲を決定することが可能となる。
【００５３】
続いて、赤外線エリアセンサ３から得られた温度分布のうち、上述した判断結果に基づいて顔の位置と判断できる領域中で最も上方に存在する領域を顔位置と判断する（Ｓ１０９、Ｓ１１０、Ｓ１１１）。
従って、このようにして雰囲気温度に基づいて決定した顔の存在温度範囲の条件をさらに加えることにより顔位置の判断精度を高めることができる。
【００５４】
以上のようにして乗員の有無及び顔の位置を検出することが可能となるので、エアバッグシステムの展開制御動作では、顔、体の位置からエアバッグまでの距離を計算してから、エアバッグの展開条件を決定して制御パラメータを設定する。この制御パラメータとしては、顔や体がエアバッグに接近しすぎているという条件の場合は、エアバッグシステムを作動しなかったり、或いはエアバッグの展開速度を抑制したり、ガスの噴射総量を少なめに設定することである。
【００５５】
従って、エアバッグが作動するタイミングで例えば運転者がステアリングホイールに接近して運転していたときは、エアバッグが作動しなかったり、エアバッグの展開速度が抑制されたり、ガスの噴射総量は少なめとなるので、運転者がエアバッグより強く圧迫されることはない。
【００５６】
また、エアコンシステムの制御動作では、人の着座位置に集中的に空調風を送風するのに加えて、人の体或いは頭部の位置に応じて配向を調整すると共に、人の皮膚温度において他の部位に比較して大きな温度差を有する部位がある場合には、その部位の温度差を解消するように適切な空調風を送風する。
【００５７】
従って、人の着座位置、体格、皮膚温度にかかわらず適切な温度、送風強度の空調風を送風することができるので、車両内の全ての人が快適と感じることができる。
【００５８】
また、セキュリティシステムの制御動作では、例えば人が降車した状態で日差しの侵入により赤外線エリアセンサの検出対象領域の温度が上昇したときは、その領域全体の温度が略均一に徐々に上昇することから日差しであると判断でき、警報を発令することはない。これに対して、赤外線エリアセンサの検出対象領域の一部の温度が一気に上昇すると共にその高熱部分が移動するようなときは、侵入者であると判断でき、警報を発令する。
【００５９】
また、運転席以外に関しては、車両の移動時に必ず運転者が存在するため、上述したようにして運転者の顔温度を取得することにより、その測定絶対温度の補正、確認も可能となる。
【００６０】
本実施の形態によれば、赤外線エリアセンサ３の検出対象領域における温度分布に基づいて背景との温度差により乗員を検出する構成において、ドアが開放されたときは車両外の温度分布の変化に基づいて乗員を判断するようにしたので、車室内の温度が乗員の温度と同一の場合であっても、乗員を判断することができる。
【００６１】
この場合、ドアロックが解除されたタイミングから検出対象領域の温度分布を検出するようにしたので、ドアが開放されたタイミングの前後にわたる温度分布の大きな変化を追跡することにより乗員を確実に判断することができる。
【００６２】
（他の実施の形態）
赤外線エリアセンサ３を例えば図１８に示すような位置に取付けることにより、乗員の前後の位置関係だけでなく、左右方向の位置を把握することも可能となる。この場合、図１９に示すように乗員とドアとの間隔を判断することにより、側面保護用のエアバッグの展開条件を求めるのに有効となる。
【００６３】
また、乗員の有無、顔位置の判断を行い、運転者に対してどの席に乗員が着座しているか、エアバッグの展開、非展開等の現在の判断内容を図２０に示すように表示部１７（表示手段に相当）に表示することによって安全性を高めることができる。
【００６４】
また、乗員の顔位置、温度等の判断が可能となるため、子供等が窓から顔を出していることや、ロック時の窓自動閉時の子供の挟み込み防止、また、顔温度から乗員が車酔い（顔温度の低下）になっているかどうか、酒気を帯びているかどうか（顔温度上昇）等の判断にも利用できる。
【００６５】
本発明は、上記実施の形態にのみ限定されるものではなく、次のように変形または拡張できる。
車内の雰囲気温度を検出する手段としては、エアコン用に設けられている温度センサを利用するようにしてもよい。
【００６６】
赤外線エリアセンサ３を日射センサとして使用することも可能である。つまり、日差しによりウインドガラスの温度が上昇したときは、ウインドガラスの温度が徐々に上昇することにより車室内に日差しが差込んでいると判断することができることから、日差しが照射されている人に対する空調度合いを高めることにより車室内への日差しにかかわらず車室内の人の快適性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態における全体構成を示す概略図
【図２】赤外線エリアセンサユニットの配置位置及び検出対象領域を示す車室内の斜視図
【図３】赤外線エリアセンサユニットの断面図
【図４】赤外線エリアセンサの電気的構成を示す概略図
【図５】赤外線エリアセンサの検出タイミングを示す図
【図６】乗員の判断動作を示すフローチャート
【図７】移動物による温度変化と環境による温度変化との差を示す図
【図８】乗員が車室内に乗り込む際の１つの検出対象領域の温度変化を示す図
【図９】異なる時間での温度変化量の計算タイミングを示す図５相当図
【図１０】異なる移動速度の移動物体の経過時間に従った温度変化量を示す図
【図１１】検出対象領域の実際の温度分布を示す図
【図１２】赤外線カメラより取得した検出対象領域の温度分布を示す図
【図１３】検出対象領域を示す図
【図１４】ドアが開放された状態で示す図１３相当図
【図１５】車両に人が取込む場合の温度分布を示す図
【図１６】人が着座した状態で示す図１５相当図
【図１７】雰囲気温度と顔との温度との相関関係を示す図
【図１８】本発明の他の実施の形態における図２相当図
【図１９】人の検出状態を示す模式図
【図２０】表示部の表示状態の一例を示す図
【符号の説明】
１，２は赤外線エリアセンサユニット、３は赤外線エリアセンサ、５は熱検知素子、８は信号検出・処理回路（熱画像データ作成手段）、１２は各種システム制御回路（乗員判断手段、危険回避手段、気分状態判断手段、補正手段）、１３はドアロックスイッチ（乗降検出手段）、１４は重量センサ、１５はドア、１６はシート、１７は表示部（表示手段）である。
【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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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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