JP2012173271A - Passive type human sensing device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、受動型の人体検知のシステムにおいて、光学系の設定に依存せず、その検知距離を安定させ、より確度の高い人体検知の性能を持つ受動型の赤外線人感装置に関するものである。 The present invention relates to a passive infrared human sensitive device having a more accurate human body detection performance that stabilizes the detection distance without depending on the setting of an optical system in a passive human body detection system. .
近年、電気製品市場において、省エネルギー化ならびに人の状態に応じた動作を行う市場要求が高まり、人の動きや位置などと連動して電力管理や機能管理を行うニーズが高まっている。 In recent years, in the electric product market, there is an increasing market demand for energy saving and operation according to the state of a person, and there is an increasing need for power management and function management in conjunction with the movement and position of a person.
現在、市場において、人体の状態を捉える人感のシステムとしては、人体から発せられる赤外線を受動的に捉える焦電型赤外線センサが一般的に普及している。特に省エネルギーを目的とする場合、市場では電気製品の待機電力も重要視されており、センシング機能システム自体も消費電力が低いことが求められ、受動型の赤外線センサは、より一般的に普及している。 Currently, pyroelectric infrared sensors that passively capture infrared rays emitted from the human body are widely used as a human feeling system that captures the state of the human body in the market. Especially for the purpose of energy saving, standby power of electric products is regarded as important in the market, and the sensing function system itself is required to have low power consumption. Passive infrared sensors are more widely used. Yes.
また、既知の技術として、特開平７−４３６０４（特許文献１）の様に、人体との距離を知る手段として、受動型赤外線センサに異なる距離測定の手段を加えた人感センサのシステムがある。 As a known technique, there is a human sensor system in which different distance measuring means are added to a passive infrared sensor as means for knowing the distance to the human body as disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 7-43604 (Patent Document 1). .
焦電型赤外線センサを始めとする受動型赤外線センサにおいて、その原理上、人を検知した際に発せられる信号出力の強さは、指向された検知エリア内にある人体の温度と人体の背景の温度との間の温度差に大きく依存する。すなわち、その温度差によって、受動型の赤外線センサが検知可能な距離は変化する。また、人を検知した際に発せられる信号出力の発生頻度は、指向された検知エリア内にある人体の投影面積と速度に大きく依存する。これらのため、幅広い環境温度や、様々な人体の状態が想定される一般的な市場の使用環境において、受動型の赤外線センサは、指向された検知エリアのなかで、人体を検知可能な範囲もしくは人体の検知を避けたい範囲を限定することが困難である。 In passive infrared sensors such as pyroelectric infrared sensors, in principle, the intensity of signal output generated when a person is detected depends on the temperature of the human body in the directed detection area and the background of the human body. It depends heavily on the temperature difference between the temperature. That is, the distance that can be detected by the passive infrared sensor changes depending on the temperature difference. In addition, the frequency of signal output generated when a person is detected largely depends on the projected area and speed of the human body in the directed detection area. For these reasons, in a general market environment where a wide range of environmental temperatures and various human body conditions are assumed, the passive infrared sensor can detect a human body within a directed detection area. It is difficult to limit the range where human body detection is desired to be avoided.
前述の既知の技術のような異なる距離測定の手段を別に備えた場合、人体と人感センサの距離の情報が明確となる。しかし、距離測定の手段を追加することで生産コストは大きく増加し、また、距離測定の手段に用いられるセンサは能動型となり、消費電力も増加し、デザイン面でも不利となる。 When different distance measuring means such as the above-mentioned known technique are provided separately, information on the distance between the human body and the human sensor becomes clear. However, the addition of the distance measuring means greatly increases the production cost, and the sensor used for the distance measuring means becomes an active type, which increases power consumption and is disadvantageous in terms of design.
距離測定の手段を追加しないで検知距離を補正するための一般的に既知な手段として、市場には、受動型赤外線センサの近傍の温度を計測し、センサ信号出力の増幅率を変化させる手段がある。しかし、実使用上は、センサ近傍の温度と指向される検知エリアの背景温度の相関性が低い場合が多く、また、増幅率を上げる場合、ノイズ出力の増大により、誤った検知を行う確率が高まる。 As a generally known means for correcting the sensing distance without adding a distance measuring means, there is a means in the market for measuring the temperature near the passive infrared sensor and changing the amplification factor of the sensor signal output. is there. However, in actual use, the correlation between the temperature in the vicinity of the sensor and the background temperature of the detection area to which the sensor is directed is often low, and when the amplification factor is increased, the probability of erroneous detection due to an increase in noise output Rise.
受動型人感装置は、その検知エリアを、成形レンズやミラーレンズの光学系によって指向させる手段が最も一般的であるが、その指向された検知エリアの終端が、壁や床や天井などであり、且つその終端が要求される検知距離を満足する位置に配することが可能であれば、前述の検知距離の不確定さは解消される場合がある。しかし、電気製品のデザイン上の事由で、赤外線センサや光学系の配置が制限される場合が多く、指向された検知エリアにおいて、その明確な終端がない、もしくは不必要に遠くまで検知エリアが配設される場合が多くなる一方で、検知距離を一定の確率で正確に判断することを求められるケースが増えている。 The most common means for passive human sensation devices is to direct the detection area by the optical system of a molded lens or mirror lens, but the end of the directed detection area is a wall, floor, ceiling, etc. If the end of the detection distance can be arranged at a position that satisfies the required detection distance, the above-described uncertainty in the detection distance may be eliminated. However, due to electrical design reasons, the placement of infrared sensors and optical systems is often limited, and there is no clear termination in the directed detection area, or the detection area is arranged unnecessarily far. On the other hand, there are more cases where it is required to accurately determine the detection distance with a certain probability.
本発明に係わる受動型人感装置は、人体から発せられる赤外線を受光して電気信号に変換する受動型赤外線センサ、および受動型赤外線センサの出力信号を増幅するアナログ増幅回路を備え、増幅された受動型赤外線センサの信号出力をＭＣＵに取り込むためのＡＤコンバーター、および量子化された信号出力の波形解析を行うためのアルゴリズムを有するＭＣＵを備え、これらにより、人体からの赤外線を検知し、電気製品の機能のコントロールに利用可能とする。 A passive human sensing device according to the present invention includes a passive infrared sensor that receives infrared light emitted from a human body and converts the infrared light into an electrical signal, and an analog amplifier circuit that amplifies the output signal of the passive infrared sensor. Equipped with an AD converter for capturing the signal output of the passive infrared sensor into the MCU, and an MCU having an algorithm for analyzing the waveform of the quantized signal output, thereby detecting infrared rays from the human body, It can be used to control the functions of
本発明に係わる受動型人感装置は、ＡＤコンバーターを介してＭＣＵに読み込まれた出力信号の振幅と微分値を認識するアルゴリズムを有し、それぞれのしきい値を設定できるものとする。加えて、信号出力のピーク（山）もしくはバレー（谷）が、一定時間あたりに一定のしきい値を越えた回数を計数する。これらにより、統計的に人体が近距離にある場合に発生しやすい振幅の大きな信号出力ならびに急峻で微分値の大きな信号出力を識別することで、人体が相対的に近距離にあることが認識可能となる。また、人体が近距離にある場合、光学系で形成される検知エリアが集中しているため、一定時間内に発生する信号出力のピークとバレーの発生回数が増えることを識別することで、人体が相対的に近距離にあることがより確度良く認識可能となる。 The passive human sensitive device according to the present invention has an algorithm for recognizing the amplitude and differential value of an output signal read into an MCU via an AD converter, and can set respective threshold values. In addition, the number of times that the peak (peak) or valley (valley) of the signal output exceeds a certain threshold per certain time is counted. With these, it is possible to recognize that the human body is relatively close by identifying a signal output with a large amplitude that is likely to occur when the human body is statistically at a short distance and a signal output that is steep and has a large differential value It becomes. Also, when the human body is at a short distance, the detection area formed by the optical system is concentrated, so by identifying that the number of signal output peaks and valleys occurring within a certain time increases, the human body Can be recognized with higher accuracy that they are relatively close to each other.
本発明に係わる受動型人感装置に用いられるＡＤコンバーターを配したＭＣＵには、電気製品のタッチスイッチなどを制御するために一般的に利用されるタッチセンサ制御用ＩＣなどを利用することが可能であり、タッチセンサ制御用ＩＣの静電容量のポートに増幅された信号出力を取り込むことで、電気製品に使用されるＭＣＵの総数を削減してコストの低減、消費電流の低減、デザインの自由度を増大させることが可能である。 MCUs equipped with AD converters used in passive human sensitive devices according to the present invention can use touch sensor control ICs and the like that are generally used to control touch switches of electrical products. By capturing the amplified signal output into the capacitance port of the touch sensor control IC, the total number of MCUs used in electrical products can be reduced, reducing costs, reducing current consumption, and freedom of design. It is possible to increase the degree.
本発明に係わる受動型人感装置は前述のような構成、アルゴリズムとなっているため、搭載される電気製品周辺の人体の存在を検知し、より高精度に人体の位置を認識することが可能であり、人体の位置によって電気製品の制御を変えること、例えば、比較的人体が電気製品に近接している場合のみ電気製品を制御するなど、受動型赤外線センサの検知原理による欠点を補完した制御が可能となる。 Since the passive human sensation apparatus according to the present invention has the above-described configuration and algorithm, it can detect the presence of a human body around an electric product to be mounted and recognize the position of the human body with higher accuracy. Control that compensates for the shortcomings of the detection principle of passive infrared sensors, such as changing the control of an electrical product depending on the position of the human body, for example, controlling the electrical product only when the human body is relatively close to the electrical product Is possible.
図３は本発明に係わる受動型人感装置の概要を説明したものである。受動型人感装置１７は、主に電気製品に取り付けられ、受動型赤外線センサ１１の前方に、成型レンズやミラーレンズなどによる光学系１５で検知エリア１６が配設される。受動型赤外線センサ１１は、アナログ増幅回路１２に接続され、増幅されたアナログ信号出力は、ＡＤコンバーター１３を介してＭＣＵ１４に読み込まれる。ＡＤコンバーター１３の変わりに容量変化を捉える回路とすることで、ＭＣＵ１４は、電気製品に既に具備されているタッチセンサ用制御ＩＣなどを利用することも可能となる。図１は、受動型赤外線装置１７において、検知エリア１６の遠い位置を移動する人体からの赤外線を受けて発せられ、アナログの増幅回路１２によって増幅された実際の信号出力１８の様子である。図２は、受動型赤外線装置１７において、検知エリア１６の近い位置を移動する人体からの赤外線を受けて発せられ、アナログの増幅回路によって増幅された実際の信号出力１８の様子である。
FIG. 3 explains the outline of the passive human sensitive device according to the present invention. The passive human-sensing device 17 is mainly attached to an electrical product, and a detection area 16 is disposed in front of the passive infrared sensor 11 by an optical system 15 such as a molded lens or a mirror lens. The passive infrared sensor 11 is connected to the analog amplifier circuit 12, and the amplified analog signal output is read into the MCU 14 via the AD converter 13. By using a circuit that captures a change in capacitance instead of the AD converter 13, the MCU 14 can also use a control IC for a touch sensor already provided in an electrical product. FIG. 1 shows a state of an
人体が遠い位置を移動する場合の信号出力１は振幅９が小さく、信号出力波形のバレー３の間隔時間５が長い。一方、人体が近い位置を移動する場合の信号出力２は振幅１０が大きく、信号出力波形のバレー４の間隔時間６が短い。これらの信号出力は、ＡＤコンバーター１３で量子化され、ＭＣＵ１４に読み込まれる。
The
ＭＣＵ１４に読み込まれた量子化された信号出力は波形解析され、振幅、微分値、一定の時間内にピーク８もしくはバレー４が既定のしきい値を越える回数を識別し、それぞれが予め設定された値を越える場合、受動型人感装置は、人体が電気製品に近接していると認識する。
The quantized signal output read into the MCU 14 is subjected to waveform analysis to identify the amplitude, differential value, number of times the
ＭＣＵ１４は、人体の近接を認識した後の一定時間において、振幅、微分値、一定の時間内にピーク８もしくは４が既定のしきい値を越える回数のそれぞれに予め設定されていた値を減少させることで、人体の認識をより高感度に行うことを可能にする。人体の認識が高感度になった設定は、人体が認識されるたびにリトリガーされ、一定時間内、同じ設定が保持される。一定時間以上、人体の認識がされない場合、それぞれの設定位置は初期設定に戻る。
The MCU 14 decreases the value set in advance for each of the amplitude, the differential value, and the number of times that the
上記のように近接した人体を、より高確率で高感度に捉えるアルゴリズムとすることで、遠い位置の人体との感度との間により大きなコントラストを得ることが可能となり、受動型の赤外線検出方式でありながら、体感的に一定距離内に限定された検知エリアを形成することが可能となる。これは、例えば、モニターを有するような電気製品に人体が近接したことを選択的に捉える必要があるといった、省エネルギー目的もしくは安全目的の人感機能に要求される仕様に整合がよい 。 By using an algorithm that captures a close human body as described above with high probability and high sensitivity, it becomes possible to obtain greater contrast with the sensitivity of a human body at a distant location. However, it is possible to form a detection area limited within a certain distance in terms of experience. This is consistent with the specifications required for the human energy function for energy saving or safety, for example, it is necessary to selectively grasp the proximity of the human body to an electrical product having a monitor.
１ 人体が遠い位置を移動する場合の信号出力
２ 人体が近い位置を移動する場合の信号出力
３ 人体が遠い位置を移動する場合の信号出力のバレー
４ 人体が近い位置を移動する場合の信号出力のバレー
５ 人体が遠い位置を移動する場合の信号出力のバレー間隔
６ 人体が近い位置を移動する場合の信号出力のバレー間隔
７ 人体が遠い位置を移動する場合の信号出力のピーク
８ 人体が近い位置を移動する場合の信号出力のピーク
９ 人体が遠い位置を移動する場合の信号出力の振幅
１０ 人体が近い位置を移動する場合の信号出力の振幅
１１ 受動型赤外線センサ
１２ アナログ増幅回路
１３ ＡＤコンバーター
１４ ＭＣＵ
１５ 光学系
１６ 検知エリア
１７ 受動型人感装置
１８ 増幅されたアナログ信号出力
1 Signal output when the human body moves far away 2 Signal output when the human body moves closer 3 The signal output valley when the human body moves far away 4 Signal output when the human body moves closer Valley of 5 Signal output valley interval when the human body moves far away 6 Signal output valley interval when the human body moves closer 7 Peak of signal output when the human body moves far away 8 Human body closer Peak of signal output when moving position 9 Amplitude of signal output when moving human body is far away 10 Amplitude of signal output when moving human body is closer 11 Passive infrared sensor 12 Analog amplifier circuit 13 AD converter 14 MCU
15 Optical System 16 Detection Area 17 Passive
Claims (4)
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