JP2010050943A - 携帯電子機器および携帯電話装置 - Google Patents

Abstract

【課題】使用者による使用状況を正確に判断して節電制御を行うことが可能な携帯電話装置を提供する。
【解決手段】表示部３と、表示部３に隣接配置されたスピーカ４と、スピーカ４に隣接配置され、赤外線センサおよび近接センサの出力信号により人が接近しているか否かを判定する人感センサ１０とを備えた携帯電話装置１であって、人感センサ１０により人が接近していると判定され、なおかつ携帯電話装置１が通話状態の場合に、使用者がスピーカ４を耳に近づけて通話中であり、表示部３および操作部２を使用していないと判断して、表示部３および操作部２の節電制御を行うことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、携帯電子機器および携帯電話装置に関するものである。

携帯電子機器として携帯電話装置が利用されている。携帯電話装置は、マイクやスピーカ、入力ボタン等を備えた操作部、液晶ディスプレイ等からなる表示部などの電気部品を備えている。

携帯電話装置では、消費電力の低減が重要な課題であり、使用していない電気部品への電力供給を停止する技術の開発が望まれている。特許文献１には、人体より発生した赤外線を検出する受光素子と、受光素子からの出力信号により人体の接近を判定する判定手段を有する人感センサと、判定手段からの出力信号に基づいて、内臓電池から構成要素の各々への電源供給を制御する制御手段とを備えた携帯電子機器が開示されている。これにより、利用者が携帯電子機器を使用している際に、人感センサにより、利用者が携帯電子機器に接近しているかまたは接近していないかを検知して、携帯電子機器の各機能部への電源供給を制御することにより、携帯電子機器の内臓電池の不必要な機能による電力消費を抑制することができるとされている。
特開２００５−２２３６２９号公報

しかしながら、特許文献１で採用している赤外線センサは、人以外の熱源による赤外線も検出するので、人の誤検知が発生しやすいという問題がある。例えば赤外線センサは、暖房器具や照明器具、またはそれらによって温められた物体等からの輻射を検出する。また屋外では、太陽光やそれによって温められた物体からの輻射を検出する。特に風呂場など、気温が体温に近い場所では誤検知が発生しやすい。このような誤検知を防止するため高精度なセンサを採用すると、高コストになるだけでなく、かえって高消費電力となる。
そして、このような人の誤検知が発生すれば、携帯電子機器の各機能部への電源供給の制御に誤りが発生し、節電効果が低下することになる。

本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、使用者による使用状況を正確に判断して節電制御を行うことが可能な、携帯電子機器および携帯電話装置を提供することを目的とする。

上記の問題を解決するために、本発明の携帯電子機器は、少なくとも一つの電気部品を備えた携帯電子機器であって、赤外線センサおよび近接センサの出力信号により人が接近しているか否かを判定する人感センサと、前記人感センサの判定結果に基づいて、前記電気部品の使用状況を判断し、前記電気部品の節電制御を行う制御手段と、を備えていることを特徴とする。
赤外線センサは人が出す赤外線を検出し、近接センサは接近した物体を検出するので、人感センサは人が接近したか否かを精度良く判定することができる。これにより、電気部品の使用状況を正確に判断して節電制御を行うことができる。

また前記人感センサは、前記赤外線センサおよび前記近接センサの応答性を調整する応答性調整手段を備えていることが望ましい。
この構成によれば、使用者の一時的な不規則動作により赤外線センサおよび近接センサの出力信号が大きく変動するのを抑制することが可能になり、人感センサの判定精度を向上させることができる。

また前記人感センサは、前記赤外線センサおよび前記近接センサによる検出判定閾値を調整する閾値調整手段を備えていることが望ましい。
この構成によれば、使用者の一時的な不規則動作により赤外線センサおよび近接センサの出力信号が変動する場合でも、人感センサにおいて正しい判定がなされるように閾値を設定することができる。

また前記人感センサは、前記赤外線センサおよび前記近接センサのうち、一方のセンサによる検出が判定された場合に、他方のセンサが動作を開始することが望ましい。
これにより、センサの動作による消費電力を低減することができる。

また、前記赤外線センサを収容するパッケージを備え、前記近接センサは、一対の電極を備えた静電容量センサであり、前記一対の電極は、前記パッケージの表面に装着されていることが望ましい。
これにより、赤外線センサおよび近接センサが一体化され、人感センサを小型化することができる。

また、前記パッケージは、赤外線を透過して前記赤外線センサに入射させる赤外窓を備え、前記一対の電極は、前記赤外窓を挟んで両側に装着されていることが望ましい。
これにより、人の接近を検出すべき方向に赤外窓および近接センサを並んで配置することができる。また赤外窓を挟んで両側に一対の電極を配置することで、一対の電極間の距離を確保して所望の静電容量を実現することができる。

また、前記赤外線センサおよび前記近接センサについて、センサ出力検出回路の演算増幅器が共用されていることが望ましい。
これにより、赤外線センサおよび近接センサの出力を検出するため別個の演算増幅器を設ける必要がなくなり、携帯電子機器の製造コストおよび消費電力を低減することができる。

本発明の携帯電話装置は、表示部と、前記表示部に隣接配置されたスピーカと、を備えた携帯電話装置であって、前記スピーカに隣接配置され、赤外線センサおよび近接センサの出力信号により人が接近しているか否かを判定する人感センサと、前記人感センサにより人が接近していると判定され、なおかつ前記携帯電話装置が通話状態の場合に、前記携帯電話装置の使用者が前記表示部を使用していないと判断して、前記表示部の節電制御を行う制御手段と、を備えていることを特徴とする。
人感センサにより人が接近したと判定され、なおかつ携帯電話装置が通話状態の場合には、携帯電話装置の使用者がスピーカを耳に近づけて通話中である可能性が高い。これにより、使用者が表示部を使用していないと正確に判断して節電制御を行うことができる。

また前記人感センサは、前記携帯電話装置が通話状態の場合に動作を開始することが望ましい。
これにより、センサの動作による消費電力を低減することができる。

本発明の携帯電子機器によれば、赤外線センサは人が出す赤外線を検出し、近接センサは接近した物体を検出するので、人感センサは人が接近したか否かを精度良く判定することができる。これにより、電気部品の使用状況を正確に判断して節電制御を行うことができる。

以下では、本発明の実施形態について添付図面を参照して説明する。以下には、携帯電子機器の例として携帯電話装置について説明する。
（第１実施形態）
図１は、携帯電話装置の概略構成図である。携帯電話装置１は、下方から順にマイク８や操作部２、表示部３、スピーカ４等の電気部品を備えている。
操作部２には、数字や文字、記号等を入力する入力ボタンのほか、電源および通話のＯＮ／ＯＦＦボタンや、表示画面のスクロールボタン等の各種機能ボタンが設けられている。この操作部２の内側には、各ボタンを内側から照明するＬＥＤ等の照明手段が設けられている。一方、表示部３には、液晶ディスプレイや有機ＥＬディスプレイ等が採用されている。液晶ディスプレイは、液晶パネルおよびバックライトを備え、液晶パネルの画素ごとに液晶分子の配向を制御し、バックライトからの光の透過率を調整して、画像を表示するものである。

周知のように、携帯電話装置１の通話機能を使用するには、まず使用者が携帯電話装置１を手に取り、操作部２のボタンを押して相手方の電話番号を入力する。その際、入力された電話番号が表示部３に表示されるので、使用者は表示部３および操作部２を交互に視認しながら電話番号を入力する。通話中における使用者は、スピーカ４を耳に近づけて相手方の声を受信し、マイク８を口に近づけて自分の声を送信する。
本実施形態に係る携帯電話装置１の表示部３の上方には、スピーカ４と並んで人感センサ１０が設けられている。人感センサ１０は、人が接近していることを検出するものである。この人感センサ１０の内容については後述する。

図２は、第１実施形態に係る携帯電話装置のブロック図である。携帯電話装置１は、上述した表示部３、操作部２および人感センサ１０の他に、表示部３および操作部２の動作を制御する制御手段５と、制御手段５を介して表示部３および操作部２に電力を供給する電源６とを備えている。また制御手段５は、携帯電話装置１が通話状態の場合に、通信手段７から通話信号を受信するようになっている。

制御手段５は、通話信号を受信すると人感センサ１０に起動信号を出力する。人感センサ１０は、起動信号の入力により動作を開始し、人が接近していると判定した場合には検出信号を制御手段５に出力する。制御手段５は、通話信号および検出信号がともに入力された場合に、携帯電話装置の使用者がスピーカを耳に近づけて通話中であって、表示部３および操作部２が使用されていないと判断し、表示部３および操作部２の節電制御を行う。

（人感センサ）
図３は、人感センサのブロック図である。人感センサ１０は、赤外線センサ３０および近接センサ２０を備えている。赤外線センサ３０および近接センサ２０は、起動信号が入力されると動作を開始する。
赤外線センサ３０は、非接触型センサの一種であり、熱源から出る赤外領域の光を受光して電気信号に変換するものである。赤外線センサ３０は、人以外の熱源から出る赤外線も検出してしまうが、赤外線を出さない物体の接近を検出しないという特徴を有する。

近接センサ２０は、非接触型センサの一種であり、対象物の位置情報を電気的信号に変換するものである。近接センサ２０は、人以外の物体も検出してしまうが、人以外の熱源から出る赤外線がノイズにならないという特徴を有する。
近接センサ２０として、静電容量センサや超音波センサ等を採用することが可能である。静電容量センサは、センサと対象物との間に生じる静電容量から、対象物の位置を検出するものである。超音波センサは、センサヘッドから超音波を発信し、対象物で反射してくる超音波を再度センサヘッドで受信し、発信から受信までの時間を計測することで対象物の位置を検出するものである。

人感センサ１０は、赤外線センサ３０および近接センサ２０の出力信号により人が接近しているか否かを判定する判定手段１５を備えている。判定手段１５は、赤外線センサ３０および近接センサ２０が対象物を検出したか否かを判定する。ここでは、各センサ２０，３０の出力信号と検出判定閾値とを比較し、出力信号のレベルが閾値を上回った場合に対象物を検出したと判定する。

図４は各センサの検出判定の説明図であり、図４（ａ）は各センサの出力信号Ｅおよび閾値１，２のグラフである。図４（ｂ）は出力信号Ｅと閾値１とを比較した場合の検出信号のグラフであり、図４（ｃ）は出力信号Ｅと閾値２とを比較した場合の検出信号のグラフである。図４（ｂ）および図４（ｃ）の検出信号では、対象物を検出したと判定された場合（検出判定の場合）がハイレベル（１）となり、対象物を検出したと判定されなかった場合（非検出判定の場合）がローレベル（０）となっている。

図４（ａ）の左半部は各センサに人が接近している場合であり、時間Ａでは出力信号Ｅが高レベルになっている。なお時間Ｂでは、手振れなどにより携帯電話装置が使用者の耳から一時的に離れて、出力信号Ｅが一時的に低下している。図４（ａ）の右半部は各センサから人が離反している場合であり、時間Ｃでは出力信号Ｅが低レベルになっている。なお時間Ｄでは、使用者の指などが各センサに一時的に接近して、出力信号Ｅが一時的に増加している。

ここで、検出判定閾値として比較的高レベルの閾値１を採用すると、図４（ｂ）に示すように、時間Ｄでは正しく非検出判定されるが、時間Ｂでは誤って検出判定される。また、検出判定閾値として比較的低レベルの閾値２を採用すると、図４（ｃ）に示すように、時間Ｂでは正しく検出判定されるが、時間Ｄでは誤って検出判定される。このように、各センサの出力信号Ｅをそのまま判定に用いると、判定結果に誤りが生じる場合がある

図５（ａ）は各センサの応答性調整の説明図である。上述した出力信号Ｅは、各センサの時定数が小さい（応答性が高い）場合である。これに対して、各センサの時定数が大きい（応答性が低い）場合の出力信号Ｆは、出力信号Ｅに比べてレベル変動量が小さくなっている。すなわち出力信号Ｆでは、時間Ａに対する時間Ｂのレベル低下量と、時間Ｃに対する時間Ｄのレベル増加量とが、いずれも小さくなっている。ここで、上述した閾値１と閾値２との中間レベルの閾値３を設定し、出力信号Ｆと比較する。
図５（ｂ）は、出力信号Ｆと閾値３とを比較した場合の検出信号のグラフである。この場合、時間Ｂでは正しく検出判定され、時間Ｄでも正しく非検出判定されていることがわかる。

そこで、図３に示す人感センサ１０は、近接センサ２０の応答性を調整する応答性調整手段２２と、赤外線センサ３０の応答性を調整する応答性調整手段３２とを備えている。これらの応答性調整手段２２，３２から判定手段１５に対して、応答性が調整された出力信号（上述した出力信号Ｆに相当）が出力されるようになっている。
また人感センサ１０は、近接センサ２０の検出判定閾値の調整を行う閾値調整手段２４と、赤外線センサ３０の検出判定閾値の調整を行う閾値調整手段３４とを備えている。
応答性調整手段２２，３２を用いた応答性調整および閾値調整手段２４，３４を用いた閾値調整は、携帯電話装置の出荷前に予め実施しておくが、出荷後に使用者が行ってもよい。

判定手段１５は、赤外線センサ３０の検出判定がされ、なおかつ近接センサ２０の検出判定がされた場合に、人が接近していると判定し、制御手段に検出信号を出力する。上述したように、赤外線センサ３０は人が出す赤外線を検出し、近接センサ２０は接近した物体を検出するので、両センサの検出判定がされた場合には、赤外線を出す人が接近していると判定することができる。

図２に戻り、人感センサ１０から検出信号が入力され、なおかつ通信手段から通話信号が入力された場合には、携帯電話装置の使用者がスピーカを耳に近づけて通話中である可能性が高い。なお、人感センサ１０から検出信号が入力されただけでは、赤外線を出す熱源が接近している場合や、使用者の指が接近している場合などが考えられるが、通話信号の入力を条件とすることで、使用者がスピーカを耳に近づけて通話中である可能性が高くなる。この場合に制御手段５は、表示部３および操作部２が使用されていないと判断し、表示部３および操作部２の節電制御を行う。具体的には、電源６から表示部３（例えば、液晶ディスプレイのバックライト）および操作部２（例えば、ボタンの照明手段）への電力供給を制限する。電力供給の制限方法として、電力供給量を減少させてもよいし、電力供給を完全に停止してもよい。

このように、第１実施形態に係る携帯電話装置は、表示部３と、表示部３に隣接配置されたスピーカ４と、スピーカ４に隣接配置され、赤外線センサ３０および近接センサ２０の出力信号により人が接近しているか否かを判定する人感センサ１０と、表示部３および操作部２の節電制御を行う制御手段５とを備え、その制御手段５は、人感センサ１０により人が接近していると判定され、なおかつ携帯電話装置１が通話状態の場合に、表示部３および操作部２が使用されていないと判断して、表示部３および操作部２の節電制御を行う構成とした。

赤外線センサ３０は人が出す赤外線を検出し、近接センサ２０は接近した物体を検出するので、人感センサ１０は人が接近したか否かを精度良く判定することができる。そして、人感センサ１０により人が接近したと判定され、なおかつ携帯電話装置１が通話状態の場合には、携帯電話装置１の使用者がスピーカ４を耳に近づけて通話中である可能性が高い。この場合、使用者が表示部３および操作部２を使用していないと正確に判断して、節電制御を効果的に行うことができる。

（節電制御方法）
図６は、制御手段による節電制御方法のフローチャートである。まずＳ１０において、通話信号の受信有無により通話中であるか判断する。判断結果がＹＥＳの場合にはＳ１２に進み、人感センサ１０（近接センサ２０および赤外線センサ３０）を動作させる。次にＳ１４において、人感センサ１０から検出信号が出力されたか判断する。判断結果がＹＥＳの場合には、使用者がスピーカを耳に近づけて通話中であるから、表示部３および操作部２が使用されていないと判断し、Ｓ１６に進んで表示部３および操作部２の照明を消灯する。

次にＳ１８において、通話信号の受信有無により通話が終了したか判断する。判断結果がＹＥＳの場合には、表示部３および操作部２が再使用される可能性があるから、Ｓ２０に進んで表示部３および操作部２の照明を再点灯する。そしてＳ２２において、人感センサ１０の動作を停止する。
本実施形態では、通話中の場合に表示部３および操作部２の使用状況を判断するので、通話中の場合に人感センサ１０を動作させる構成とした。これにより、人感センサの動作による消費電力を低減することができる。

（第２実施形態）
図７は、第２実施形態に係る携帯電話装置の人感センサのブロック図である。第１実施形態では、赤外線センサ３０および近接センサ２０の動作を同時に開始したが、第２実施形態では、近接センサ２０の検出判定がされた場合に赤外線センサ３０の動作を開始する点で異なっている。なお第１実施形態と同様の構成となる部分については、その詳細な説明を省略する。

図２に示す制御手段５は、通信手段７から通話信号を受信すると、図７に示す人感センサ１０に起動信号１を出力する。起動信号１が人感センサ１０に入力されると、まず近接センサ２０が動作を開始する。判定手段１５は、近接センサ２０の検出判定がされると、近接センサ検出信号を制御手段に出力する。制御手段は、近接センサ検出信号が入力されると、人感センサ１０に起動信号２を出力する。起動信号２が人感センサ１０に入力されると、次に赤外線センサ３０が動作を開始する。判定手段１５は、赤外線センサ３０の検出判定がされると、制御手段に赤外線センサ検出信号を出力する。さらに、近接センサ２０および赤外線センサ３０が共に検出判定されると、人感センサ検出信号を制御手段に出力する。

図８は、制御手段による節電制御方法のフローチャートである。まずＳ３０において、通話信号の受信有無により通話中であるか判断する。判断結果がＹＥＳの場合にはＳ３２に進み、近接センサ２０を動作させる。なお通話中は常に近接センサ２０を動作させておく。次にＳ３４において、近接センサ検出信号が出力されたか判断する。判断結果がＹＥＳの場合にはＳ３６に進む。
Ｓ３６では、赤外線センサ３０を動作させる。次にＳ３８において、赤外線センサ検出信号が出力されたか判断する。判断結果がＮＯの場合にはＳ４０に進み、赤外線センサ３０の動作を停止する。Ｓ３８の判断結果がＹＥＳの場合にはＳ４２に進む。

Ｓ４２では、通話中であって、近接センサ出力信号および赤外線センサ出力信号が共に出力されているので、使用者が耳にスピーカを近づけて通話中である可能性が高い。この場合には、表示部３および操作部２が使用されていないと判断し、表示部３および操作部２の照明を消灯する。さらにＳ４４において、赤外線センサ３０の動作を停止する。

次にＳ４６において、近接センサ検出信号の出力が継続されているか判断する。判断結果がＮＯの場合には、使用者の耳から携帯電話装置が離れたことになり、表示部３および操作部２が再使用される可能性がある。そこで、表示部３および操作部２の照明を再点灯させる。Ｓ４６の判断がＹＥＳの場合にはＳ５０に進み、通話信号の受信有無により通話が終了したか判断する。判断結果がＹＥＳの場合には、表示部３および操作部２が再使用される可能性があるから、Ｓ５２に進んで表示部３および操作部２の照明を再点灯する。そしてＳ２２において、近接センサ２０の動作を停止する。

このように第２実施形態では、近接センサ２０の検出判定がされた場合に、赤外線センサ３０が動作を開始する構成とした。これにより、近接センサ２０および赤外線センサ３０を共に動作させる場合と比べて、センサの動作による消費電力を低減することができる。なお第２実施形態とは逆に、赤外線センサ３０の検出判定がされた場合に、近接センサ２０が動作を開始する構成としてもよい。

なお、近接センサ２０および赤外線センサ３０のうち、消費電力の小さいセンサを先に動作させることが望ましい。消費電力の小さい第１センサの検出判定がされた場合に、消費電力の大きい第２センサの動作を開始すれば、センサの動作による消費電力を大幅に低減することができる。また、誤動作の可能性が少ない（ノイズの影響を受けにくい）センサを先に動作させることが望ましい。ノイズの影響を受けにくい第１センサの検出判定がされた場合に第２センサの動作を開始すれば、第２センサの無駄な動作が減少するので消費電力を低減することができる。この点、赤外線センサは遠方の熱源から出る赤外線も検出するので、ノイズの影響を受けやすい。そのため、第２実施形態のように近接センサを先に動作させることが望ましい。

（第３実施形態）
第３実施形態では、人感センサおよびセンサ出力検出回路の具体例について説明する。
図９は人感センサの説明図であり、図９（ａ）は平面図であり、図９（ｂ）は図９（ａ）のＡ−Ａ線における側面断面図である。図９（ｂ）に示すように、人感センサ１０は、赤外線センサ３０を収容するパッケージ４０を備えている。パッケージ４０は樹脂材料等で構成され、円筒状の側壁部４２と、側壁部４２の下方端部を閉塞する円盤状のベース部４１と、側壁部４２の上方端部に配置されたリング状の天板部４３とを備えている。天板部４３の中央部には貫通孔４４が形成され、この貫通孔４４を覆うように天板部４３の外側に赤外窓３１が配置されている。赤外窓３１は、外部からの入射光のうち赤外線９０のみを透過するフィルタ機能と、赤外線９０を集光する集光機能とを有するものである。そして、この赤外窓３１を透過した赤外線９０が、ベース部４１の中央部に固着された赤外線センサ３０に入射するようになっている。

図９（ａ）に示すように、近接センサ２０として、一対の電極２１，２１を備えた静電容量素子Ｃ１が採用されている。一対の電極２１，２１に物体が接近すると、当初の静電容量に加えて物体を介した静電容量が発生するので、一対の電極２１，２１間の静電容量が増加する。この静電容量の変化により、静電容量素子Ｃ１は物体の位置を検出しうるようになっている。
静電容量素子Ｃ１を構成する一対の電極２１，２１は、パッケージ４０の表面に装着されている。これにより、赤外線センサ３０および近接センサ２０が一体化され、人感センサ１０が小型化されている。特に一対の電極２１，２１は、天板部４３の表面に装着されている。これにより、人体の接近を検出すべき方向に赤外窓３１および近接センサ２０を並んで配置することができる。また一対の電極２１，２１は、赤外窓３１を挟んで両側に配置されている。これにより、一対の電極２１，２１間の距離を確保して所望の静電容量を実現することができる。
なお、図９（ａ）では電極２１の形状を長方形としたが、赤外窓３１の外周に沿った円弧状など、他の形状としてもよい。また、パッケージ４０の天板部４３自体を一対の電極で構成してもよい。この場合には、一対の電極間に絶縁体を配置する。

図１０は赤外線センサの説明図であり、図１０（ａ）は図１０（ｂ）のＰ矢視における平面図であり、図１０（ｂ）は図１０（ａ）のＢ−Ｂ線における側面断面図である。赤外線センサ３０として、ボロメータ素子が採用されている。ボロメータ素子は、物質の抵抗値が温度によって変化する性質を利用した赤外線検出素子である。本実施形態では、図１０（ｂ）に示すように、赤外線検出用のボロメータ素子Ｒ１および参照用のボロメータ素子Ｒ２が並んで形成されている。

ボロメータ素子Ｒ１，Ｒ２は、ＭＥＭＳ（Micro-Electro-Mechanical Systems）技術を利用して形成されている。具体的には、シリコン等の基板５０に凹部５１が形成され、凹部の底部に薄肉部５２が形成されている。その薄肉部５２に開口部５４が形成され、開口部５４の中央部に素子本体部５５が形成されている。図１０（ａ）に示すように、素子本体部５５は矩形状に形成され、細長い連結部５６，５６によって開口部５４の内周に連結されている。
素子本体部５５および連結部５６，５６の表面には、薄膜６０が形成されている。薄膜６０は、温度による抵抗値の変化率が大きい（抵抗温度係数が高い）材料で構成され、具体的には金属酸化物やセラミックス等で構成されている。この薄膜６０が開口部５４の周囲に延設されて、一対の電極６１，６１が形成されている。

図１０（ｂ）に示すように、ボロメータ素子Ｒ１の素子本体部５５の薄膜６０に赤外線９０が入射すると、薄膜６０の温度が上昇して抵抗値が変化する。そこで、一対の電極６１，６１間における抵抗値の変化を検出することにより、薄膜６０に赤外線が入射したことを検知することができる。なお図１０（ａ）に示すように、素子本体部５５は細長い連結部５６，５６を介して支持されているので、薄膜６０の熱が外部に逃げるのを防止しうるようになっている。
また図１０（ｂ）に示すように、参照用のボロメータ素子Ｒ２はカバー７０で覆われ、赤外線９０が入射しないようになっている。さらに検出用のボロメータ素子Ｒ１および参照用のボロメータ素子Ｒ２を並べて同時に形成することにより、赤外線９０が入射しない場合の両者の抵抗値を一致させている。

図１１は、近接センサ出力検出回路図である。この検出回路は、近接検出用の静電容量素子Ｃ１に加えて、参照用の静電容量素子Ｃ２を備えている。一対の静電容量素子Ｃ１，Ｃ２は並列に接続され、その入力側には交流電圧源Ｖｓ１が設けられ、出力側には、増幅回路が設けられている。また、参照用の静電容量素子Ｃ２の入力側には反転増幅回路が設けられている。その反転増幅回路の入力側には可変抵抗Ｒ１が設けられている。

交流電圧源Ｖｓ１から高周波（例えば、１ＭＨｚ）の電圧（キャリア信号）Ｖ１が静電容量素子Ｃ１および反転増幅回路の可変抵抗Ｒ１に印加される。
交流電圧源Ｖｓ１から発生する電圧Ｖ１は、次式で表される。
Ｖ１＝ｖ１ｓｉｎ（ωｔ） ・・・（１）
但し、ｖ１は振幅、ωは角周波数、ｔは時間を示す。
すると、次式で表される電流Ｉ１が静電容量素子Ｃ１に流れる。
Ｉ１＝ｊωｖ１Ｃ１ｓｉｎ（ωｔ） ・・・（２）
但し、ｊは虚数、Ｃ１は静電容量素子Ｃ１の静電容量を示す。

一方、可変抵抗Ｒ１に印加された交流電圧は、演算増幅器ＩＣ１の反転入力端子（−）に印加されると、反転増幅回路によって交流電圧が反転し、かつ増幅された電圧（信号）が生成される。なお、反転増幅回路および交流電圧源Ｖｓ１は、信号印加手段として機能する。
演算増幅器ＩＣ１が理想的なオペアンプであり、増幅度Ａが無限大である場合、可変抵抗Ｒ１、帰還抵抗Ｒ２、演算増幅器ＩＣ１から構成される反転増幅回路における利得Ｇ（ゲイン）は、次式で表される。
Ｇ＝−（Ｒ２／Ｒ１） ・・・（３）
但し、Ｒ２、Ｒ１はそれぞれ可変抵抗Ｒ１、帰還抵抗Ｒ２の抵抗値を示す。

反転増幅回路で生成された交流電圧は、静電容量素子Ｃ２に印加される。反転増幅回路の出力電圧、即ち演算増幅器ＩＣ１の出力電圧Ｖ２の振幅をｖ２とすると、次式で表される電流Ｉ２が静電容量素子Ｃ２に流れる。
Ｉ２＝ｊωｖ２Ｃ２ｓｉｎ（ωｔ−π）＝−ｊωｖ２Ｃ２ｓｉｎ（ωｔ）・・（４）
但し、Ｃ２は静電容量素子Ｃ２の静電容量を示す。
なお、反転増幅回路の出力電圧Ｖ２の振幅ｖ２は、次式で表される。
ｖ２＝Ｇｖ１＝−（Ｒ２／Ｒ１）ｖ１ ・・・（５）

そして、上述した静電容量素子Ｃ１に流れる電流Ｉ１および静電容量素子Ｃ２に流れる電流Ｉ２の絶対値の差分の電流Ｉ３が増幅回路に流れる。演算増幅器ＩＣ２および帰還抵抗Ｒ３からなる増幅回路における、演算増幅器ＩＣ２の反転入力端子（−）に電流Ｉ３が流れ込む。 反転入力端子（−）から信号が入力されるため、演算増幅器ＩＣ２からは、位相が１８０°ずれ、かつ増幅された電圧（信号）が出力される。
演算増幅器ＩＣ２の反転入力端子（−）には、次式で表される電流Ｉ３が流れ込む。
Ｉ３＝Ｉ１＋Ｉ２ ・・・（６）
この式（６）に式（２）および式（４）を代入すると、電流Ｉ３は次式で表される。
Ｉ３＝ｊω（ｖ１Ｃ１−ｖ２Ｃ２）ｓｉｎ（ωｔ） ・・・（７）

また、演算増幅器ＩＣ２の出力電圧Ｖｏは、次式で表される。
Ｖｏ＝ｊωＲ３（ｖ１Ｃ１−ｖ２Ｃ２）ｓｉｎ（ωｔ） ・・・（８）
但し、Ｒ３は帰還抵抗Ｒ３の抵抗値を示す。
式（８）から分かるように、演算増幅器ＩＣ２の出力電圧Ｖｏは、反転増幅回路の出力電圧Ｖ２の振幅ｖ２を変化させることによって任意の値に調整できるようになっている。
反転増幅回路の出力電圧Ｖ２の振幅ｖ２は、式（５）に示すように、可変抵抗Ｒ１および帰還抵抗Ｒ２の抵抗値の比率を変化させることによって変化させることができる。
図１１に示す検出回路においては、可変抵抗Ｒ１の抵抗値を変化させることによって、可変抵抗Ｒ１および帰還抵抗Ｒ２の抵抗値の比率を変化させることができる。

本実施形態に係るセンサ出力検出回路では、静電容量素子Ｃ１および静電容量素子Ｃ２の静電容量値は、等しくなるように設計されている。そして、理想的には、反転増幅回路における信号の増幅率が１（１００％）である場合には、演算増幅器ＩＣ２の出力電圧Ｖｏが０（ゼロ）となることが望ましい。つまり、静電容量素子Ｃ１と静電容量素子Ｃ２との静電容量差、即ち差動容量が存在しない場合には、演算増幅器ＩＣ２の出力電圧Ｖｏが０となることが望ましい。
しかしながら、実際に複数の静電容量素子を形成する場合、加工の段階（製造の過程）において、ばらつき（誤差）が生じてしまい、完全に静電容量の一致する複数の静電容量素子を加工形成することは極めて困難である。
なお、静電容量のばらつきは、静電容量素子の電極間の対向面積、また電極間の対向距離の誤差などによって生じる。

そこで、本実施形態に係るセンサ出力検出回路では、静電容量素子Ｃ１および静電容量素子Ｃ２との間にばらつき（誤差）が存在する場合であっても、適切に静電容量の変化量を検出し、出力電圧Ｖｏとして出力することができるように調整を行う。
詳しくは、静電容量素子Ｃ１あるいは静電容量素子Ｃ２の検出用の静電容量素子の初期状態、即ち静電容量の変化がみられない状態において、演算増幅器ＩＣ２の出力電圧Ｖｏが０となるように、可変抵抗Ｒ１の抵抗値Ｒ１を変化させる。
ｖ１Ｃ１＝ｖ２Ｃ２ ・・・（９）
演算増幅器ＩＣ１の出力電圧Ｖ２の振幅ｖ２が、上式（９）を満たすような値となるように抵抗値Ｒ１を調整する。
演算増幅器ＩＣ１の出力電圧Ｖ２の振幅ｖ２が式（９）を満たすような値となると、電流Ｉ１、Ｉ２の絶対値が等しくなるため、演算増幅器ＩＣ２へ流れ込む電流Ｉ３が０となる。従って、初期状態、即ち差動容量が存在しない場合における演算増幅器ＩＣ２の出力電圧Ｖｏが０となる。
なお、抵抗値Ｒ１を変化させることによって演算増幅器ＩＣ２の出力電圧Ｖｏを０に調整する回路（図示しない制御回路を含む）は、出力調整手段として機能する。
また、演算増幅器ＩＣ１の出力電圧Ｖ２を変化させて演算増幅器ＩＣ２へ流れ込む電流を０に調整する回路は、入力電流調整回路として機能する。

図１２は、近接センサ出力検出回路の各部における動作波形を示したグラフである。
例えば、静電容量素子Ｃ１を静電容量の変化量を検出する対象となる検出用の静電容量素子とし、一方の静電容量素子Ｃ２を静電容量素子Ｃ１の変化量を検出する際の基準となる参照用の静電容量素子とする。
そして、仮に静電容量素子Ｃ１の静電容量がΔＣ１だけ変化したと仮定する。すると、静電容量素子Ｃ１に流れる電流Ｉ１’は、式（２）のＣ１にＣ１’＋ ΔＣ１を代入することにより次式のようになる。
Ｉ１’＝ｊωｖ１（Ｃ１’＋ ΔＣ１）ｓｉｎ（ωｔ） ・・・（１０）
但し、Ｃ１’は静電容量素子Ｃ１の初期状態における静電容量を示す。
なお、図１２において、初期状態における電流Ｉ１を実線、電流Ｉ１’を破線で示す。

そして、演算増幅器ＩＣ２へ流れ込む電流Ｉ３’は、次式で表される。
Ｉ３’＝ｊω（ｖ１（Ｃ１’＋ ΔＣ１）−ｖ２Ｃ２）ｓｉｎ（ωｔ） ・・・（１１）
図１２に電流Ｉ３’を示す。
本実施形態に係る近接センサ出力検出回路では、ｖ１Ｃ１’＝ｖ２Ｃ２を満たすように調整されているため、演算増幅器ＩＣ２の出力電圧Ｖｏ’は、次式で表される。
Ｖｏ’＝ｊωＲ３ΔＣ１ｖ１ｓｉｎ（ωｔ） ・・・（１２）
図２に出力電圧Ｖｏ’を示す。
式（１２）から分かるように、本実施形態に係る近接センサ出力検出回路では、検出用の静電容量素子Ｃ１の静電容量の変化分ΔＣ１に比例した電圧出力を得ることができる。
なお、静電容量素子Ｃ２を検出用の静電容量素子とし、静電容量素子Ｃ１を参照用の静電容量素子とした場合も同様である。即ち、検出用の静電容量素子Ｃ２の静電容量の変化分ΔＣ２に比例した振幅の出力を得ることができる。

図１３は、本実施形態に係るセンサ出力検出装置の回路図である。本実施形態では、上述した近接センサ出力検出回路に、赤外線センサ出力検出回路が組み込まれて、センサ出力検出回路が構成されている。このセンサ出力回路では、直流電圧源Ｖｂに対して赤外線検出用のボロメータ素子Ｒ１および参照用のボロメータ素子Ｒ２が直列に接続されている。また、一対のボロメータ素子Ｒ１，Ｒ２と直流電圧源Ｖｂとの断接を切り換えるスイッチＳＷ２−１，ＳＷ２−２が設けられている。さらに、一対の静電容量素子Ｃ１，Ｃ２と交流電圧源Ｖｓ１および反転増幅回路との断接を切り換えるスイッチＳＷ１−１，ＳＷ１−２が設けられている。そして、一対のボロメータ素子Ｒ１，Ｒ２の間から取り出された出力信号および／または一対の静電容量素子からの出力信号が、増幅回路の演算増幅器ＩＣ２の反転入力端子（−）に入力されるようになっている。なお増幅回路には、抵抗Ｒｆ１，Ｒｆ２のいずれかを帰還抵抗として接続するスイッチＳＷ３が設けられている。

また、上記各スイッチの切り換えを制御するＳＷ制御回路１１０が設けられている。ＳＷ制御回路１１０は、起動信号１および起動信号２の入力に基づいて各スイッチの切り換えを制御する。
ＳＷ制御回路１１０は、起動信号１がハイレベルの場合に、ＳＷ１−１，ＳＷ１−２の端子１−２間をＯＮにする。これにより、一対の静電容量素子Ｃ１，Ｃ２の入力側が交流電圧源Ｖｓおよび反転増幅回路に接続され、近接センサがＯＮになる。これと同時に、ＳＷ３の端子１−２間をＯＮにし、増幅回路に帰還抵抗Ｒｆ１を接続する。また起動信号１がローレベルの場合に、ＳＷ１−１，ＳＷ１−２の端子３−２間をＯＮにする。これにより、一対の静電容量素子Ｃ１，Ｃ２の入力側が接地され、近接センサがＯＦＦになる。

一方、ＳＷ制御回路１１０は、起動信号２がハイレベルの場合に、ＳＷ２−１，ＳＷ２−２をＯＮにする。これにより、一対のボロメータ素子Ｒ１，Ｒ２と直流電圧源Ｖｂとが接続され、赤外線センサがＯＮになる。これと同時に、ＳＷ３の端子３−２間をＯＮにし、増幅回路に帰還抵抗Ｒｆ２を接続する。また起動信号２がローレベルの場合に、ＳＷ２−１，ＳＷ２−２をＯＦＦにする。これにより、一対のボロメータ素子Ｒ１，Ｒ２と直流電圧源Ｖｂとの間が切断され、赤外線センサがＯＦＦになる。
なお起動信号１および起動信号２が共にハイレベルの場合には、近接センサおよび赤外線センサを共にＯＮとし、起動信号１および起動信号２が共にローレベルの場合には、近接センサおよび赤外線センサを共にＯＦＦとする。

図１４は、各期間における各スイッチの切り換え状態を示すタイミングチャートである。
Ａ期間では、ＳＷ２−１，ＳＷ２−２が連動してＯＦＦとなり、ＳＷ１−１，ＳＷ１−２が連動して端子３−２間がＯＮとなっている。これによりＡ期間では、近接センサおよび赤外線センサが共にＯＦＦとされている。
Ｂ期間では、ＳＷ２−１，ＳＷ２−２が連動してＯＦＦとなり、ＳＷ１−１，ＳＷ１−２が連動して端子１−２間がＯＮとなっている。これによりＢ期間では、近接センサのみがＯＮとされ、赤外線センサがＯＦＦとされている。
Ｃ期間では、ＳＷ２−１，ＳＷ２−２が連動してＯＮとなり、ＳＷ１−１，ＳＷ１−２が連動して端子３−２間がＯＮとなっている。これによりＣ期間では、近接センサがＯＦＦとされ、赤外線センサのみがＯＮとされている。
Ｄ期間では、ＳＷ２−１，ＳＷ２−２が連動してＯＦＦとなり、ＳＷ１−１，ＳＷ１−２が連動して端子１−２間がＯＮとなっている。これによりＤ期間では、近接センサおよび赤外線センサが共にＯＮとされている。

ここで、Ｃ期間（赤外線センサのみがＯＮ）におけるセンサ検出回路の動作につき、図１３を用いて説明する。
人体などの熱源がないときにおける検出用ボロメータ素子の抵抗値をＲ１とし、Ｒ２＝Ｒ１と調整したとき、検出用ボロメータ素子Ｒ１を流れる電流Ｉ１´および参照用ボロメータ素子Ｒ２を流れる電流Ｉ２´は次式で表される。
Ｉ１´＝Ｖｂ／Ｒ１
Ｉ２´＝−Ｖｂ／Ｒ２＝−Ｖｂ／Ｒ１
ここで、演算増幅器ＩＣ２の反転入力端子（−）に流れ込む電流Ｉ３、および演算増幅器ＩＣ２の出力電圧Ｖｏは、次式で表される。
Ｉ３＝Ｉ１´＋Ｉ２´＝０
Ｖｏ＝−Ｉ３Ｒｆ２＝０

検出用ボロメータ素子に赤外線が入射し、抵抗値Ｒ１がＲ１＋ΔＲとなったとき、電流Ｉ１´、Ｉ３および出力電圧Ｖｏは、次式で表される。
Ｉ１´＝Ｖｂ／（Ｒ１＋ΔＲ）
Ｉ３＝Ｉ１´＋Ｉ２´＝Ｖｂ／（Ｒ１＋ΔＲ）−Ｖｂ／Ｒ１
＝Ｖｂ（ΔＲ／（Ｒ１（Ｒ１＋ΔＲ））
Ｖｏ＝−Ｉ３Ｒｆ２＝−ＶｂＲｆ２（ΔＲ／（Ｒ１（Ｒ１＋ΔＲ））
特にＲ１＞＞ΔＲの場合、次式で表されるように、ＶｏはΔＲに比例した出力となる。
Ｖｏ＝−ＶｂＲｆ２ΔＲ／Ｒ１＾２
このように、本実施形態に係るセンサ出力検出回路では、検出用ボロメータ素子Ｒ１の抵抗値の変化分ΔＲに比例した電圧出力を得ることができる。

図１３に戻り、演算増幅器ＩＣ２の出力電圧Ｖｏ（出力信号）は、ＬＰＦ（ローパスフィルタ）回路１１１に入力される。ＬＰＦ回路１１１は、検出用ボロメータ素子Ｒ１の抵抗値の変化量ΔＲに対応した信号を通過させ、交流電圧源Ｖｓ１の出力周波数帯域の信号を遮断する働きをする。これにより、赤外線センサの出力信号が得られるようになっている。

また、演算増幅器ＩＣ２の出力電圧Ｖｏ（出力信号）は、同期検波回路１１４に入力される。同期検波回路１１４は、入力された信号を全波整流し、交流電圧源Ｖｓ１と同期する信号を検出（抽出）する働きをする。なお同期検波回路１１４と交流電圧源Ｖｓ１との間には位相調整回路１１２が設けられている。同期検波回路１１４の出力電圧（出力信号）は、ＬＰＦ（ローパスフィルタ）回路１１５に入力される。ＬＰＦ回路１１５は、静電容量の変化量ΔＣ１に対応した変動の周波数帯域の信号を通過させ、交流電圧源Ｖｓ１の出力周波数帯域の信号を遮断する働きをする。これにより、近接センサの出力信号が得られるようになっている。

なお、検出用ボロメータ素子Ｒ１の抵抗値の変化量ΔＲに対応する信号と、静電容量の変化量ΔＣ１に対応する信号とを、分離して抽出することが可能である。したがって、本実施形態に係るセンサ出力検出回路では、Ｄ期間において赤外線センサと近接センサとを同時に稼動させることができる。

ここで、上述したセンサ出力検出回路を使用して、第１および第２実施形態における節電制御を実施する方法について説明する。
第１実施形態における節電制御方法（図６参照）では、Ｓ１０において通話中であると判断した場合に、Ｓ１２において人感センサ（近接センサおよび赤外線センサ）を動作させ、節電制御を実施する。その後、Ｓ１８において通話終了と判断した場合に、Ｓ２２において人感センサの動作を停止する。すなわち第１実施形態では、常にＤ期間（近接センサおよび赤外線センサが共にＯＮ）の状態で節電制御を実施する。

第２実施形態における節電制御方法（図８参照）では、Ｓ３０において通話中であると判断した場合に、Ｓ３２において近接センサのみを動作させる。すなわち、図１４のＢ期間（近接センサのみがＯＮ）の状態とする。次に、Ｓ３４において近接センサ検出信号が出力されたと判断した場合に、Ｓ３６において赤外線センサを動作させる。すなわち、Ｄ期間（近接センサおよび赤外線センサが共にＯＮ）の状態に移行して、節電制御を実施する。次に、Ｓ４４において赤外線センサの動作を停止して、Ｂ期間の状態に戻る。その後、Ｓ５０において通話終了と判断した場合に、Ｓ５４において近接センサの動作を停止する。すなわち第２実施形態では、人感センサの稼動状態を、Ｂ期間、Ｄ期間およびＢ期間と変化させながら節電制御を実施する。

以上に詳述したように、本実施形態の携帯電子機器は、赤外線センサおよび近接センサについて、センサ出力検出回路の演算増幅器が共用されている構成とした。これにより、赤外線センサおよび近接センサの出力を検出するため別個の演算増幅器を設ける必要がなくなり、携帯電子機器の製造コストおよび消費電力を低減することができる。

また、本発明によれば、検出用の静電容量素子と参照用の静電容量素子との静電容量の差分に相当する信号を増幅することにより、静電容量の微小変化を感度良く検出することができる。また、検出用の静電容量素子および参照用の静電容量素子の初期状態における当該静電容量／電圧変換装置の出力値を０に調整する出力調整手段を設けることにより、静電容量素子の初期状態におけるばらつきが静電容量／電圧変換装置の出力に及ぼす影響を低減することができる。

なお、本発明の技術範囲は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述した実施形態に種々の変更を加えたものを含む。すなわち、実施形態で挙げた具体的な材料や層構成などはほんの一例に過ぎず、適宜変更が可能である。

例えば、実施形態では人感センサにより人が接近していると判定された場合に、電気部品（携帯電話装置の表示部および操作部）が使用されていないと判断して、節電制御を行う（電力供給を制限する）構成としたが、人感センサにより人が接近したと判定された場合に、電気部品の使用を開始したと判断して、電力供給を開始する構成としてもよい。例えば、モバイルコンピュータのキーボード部に配置した人感センサの検出信号により、使用者がキーボードに手を置いてモバイルコンピュータの使用を開始したと判断して、モバイルコンピュータの電源（照明）をＯＮにしてもよい。また音楽プレーヤのヘッドホンに配置した人感センサの検出信号により、使用者がヘッドホンを装着して音楽プレーヤの使用を開始したと判断して、音楽プレーヤの電源（照明）をＯＮにしてもよい。さらに、人感センサにより人が接近していないと判定された場合に、電気部品の使用を中断したと判断して、電力供給を制限する構成としてもよい。

携帯電話装置の概略構成図である。 第１実施形態に係る携帯電話装置のブロック図である。 人感センサのブロック図である。 各センサの検出判定の説明図である。 各センサの検出判定の説明図である。 制御手段による節電制御方法のフローチャートである。 第２実施形態に係る携帯電話装置の人感センサのブロック図である。 制御手段による節電制御方法のフローチャートである。 人感センサの説明図である。 赤外線センサの説明図である。 近接センサ出力検出回路の回路図である。 近接センサ出力検出回路の各部における動作波形を示したグラフである。 センサ出力検出回路の回路図である。 各期間における各スイッチの切り換え状態を示すタイミングチャートである。

符号の説明

ＩＣ２…演算増幅器 １…携帯電話装置（携帯電子機器） ２…操作部（電気部品） ３…表示部（電気部品） ４…スピーカ ５…制御手段 １０…人感センサ １５…判定手段 ２０…近接センサ ２１…電極 ２２…応答性調整手段 ２４…閾値調整手段 ３０…赤外線センサ ３１…赤外窓 ３２…応答性調整手段 ３４…閾値調整手段 ４０…パッケージ

Claims (9)

1. 少なくとも一つの電気部品を備えた携帯電子機器であって、
   赤外線センサおよび近接センサの出力信号により人が接近しているか否かを判定する人感センサと、
   前記人感センサの判定結果に基づいて、前記電気部品の使用状況を判断し、前記電気部品の節電制御を行う制御手段と、
   を備えていることを特徴とする携帯電子機器。
2. 前記人感センサは、前記赤外線センサおよび前記近接センサの応答性を調整する応答性調整手段を備えていることを特徴とする請求項１に記載の携帯電子機器。
3. 前記人感センサは、前記赤外線センサおよび前記近接センサによる検出判定閾値を調整する閾値調整手段を備えていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の携帯電子機器。
4. 前記人感センサは、前記赤外線センサおよび前記近接センサのうち、一方のセンサによる検出が判定された場合に、他方のセンサが動作を開始することを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の携帯電子機器。
5. 前記赤外線センサを収容するパッケージを備え、
   前記近接センサは、一対の電極を備えた静電容量センサであり、
   前記一対の電極は、前記パッケージの表面に装着されていることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の携帯電子機器。
6. 前記パッケージは、赤外線を透過して前記赤外線センサに入射させる赤外窓を備え、
   前記一対の電極は、前記赤外窓を挟んで両側に装着されていることを特徴とする請求項５に記載の携帯電子機器。
7. 前記赤外線センサおよび前記近接センサについて、センサ出力検出回路の演算増幅器が共用されていることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の携帯電子機器。
8. 表示部と、前記表示部に隣接配置されたスピーカと、を備えた携帯電話装置であって、
   前記スピーカに隣接配置され、赤外線センサおよび近接センサの出力信号により人が接近しているか否かを判定する人感センサと、
   前記人感センサにより人が接近していると判定され、なおかつ前記携帯電話装置が通話状態の場合に、前記携帯電話装置の使用者が前記表示部を使用していないと判断して、前記表示部の節電制御を行う制御手段と、
   を備えていることを特徴とする携帯電話装置。
9. 前記人感センサは、前記携帯電話装置が通話状態の場合に動作を開始することを特徴とする請求項８に記載の携帯電話装置。

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