JP2013160509A - 赤外線検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】構成部品点数を削減することができるとともに、装置全体の小型化及び薄型化を可能とした赤外線検出装置を提供する。
【解決手段】赤外線検出装置１は、検出対象Ｍに対して所定の波長域を含む赤外線ＩＲを発光する単一の赤外線発光素子と、赤外線ＩＲが検出対象Ｍにより反射された反射赤外線を選択的に受光する複数の赤外線受光素子と、赤外線発光素子と赤外線受光素子とを往復する光路上に配置され、赤外線ＩＲを検出対象Ｍへ向けて導くとともに、反射赤外線を複数の赤外線受光素子へ向けて導く導光体３と、導光体３を介して赤外線ＩＲ、及び反射赤外線を選択的に透過させる複数の赤外線フィルタ８〜１１とを備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、赤外線を利用して検出対象を検出する赤外線検出装置に関する。

自動車には、エアーコンディショナー装置、オーディオ装置、及びカーナビゲーション装置等の各種の車載機器が設けられている。この種の車載機器に適用される情報表示装置の一例としては、スライド操作可能な操作部を備えた情報表示装置が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

この特許文献１に記載された従来の情報表示装置は、車内等の空間が限定された場所に設置される車載機器の大きさが制約されるので、複数のキーボードを情報入力のための操作部として用いることを排除して、スライド操作可能な操作部を備えている。

特開２００９−２８２５９４号公報

しかしながら、上記特許文献１記載の従来の情報表示装置においては、スライド操作を検出するために、発光素子と受光素子とを備える複数のセンサが必要となる。その結果、構成部品点数が増加するとともに、製造工程が複雑となり、製造コストの上昇を招くことになる。しかも、構成部品点数の増加に伴い装置全体の大型化を招きやすい。

本発明の目的は、構成部品点数を削減することができるとともに、装置全体の小型化及び薄型化を可能とした赤外線検出装置を提供することにある。

［１］本発明は、検出対象に対して所定の波長域を含む赤外線を発光する単一の赤外線発光素子と、前記所定の波長域を含む赤外線が前記検出対象により反射された反射赤外線を選択的に受光する複数の赤外線受光素子と、前記赤外線発光素子と前記赤外線受光素子とを往復する光路上に配置され、前記所定の波長域を含む赤外線を前記検出対象へ向けて導くとともに、前記反射赤外線を前記複数の赤外線受光素子へ向けて導く導光体と、前記導光体を介して前記所定の波長域を含む赤外線、及び前記反射赤外線を選択的に透過させる複数の赤外線フィルタと、を備えたことを特徴とする赤外線検出装置にある。

［２］上記［１］記載の前記導光体は、前記所定の波長域を含む赤外線を前記複数の赤外線フィルタのそれぞれに向けて反射させるとともに、前記反射赤外線を前記複数の赤外線受光素子に向けて反射させる複数の反射面を有する導光材料により構成されたことを特徴としている。

［３］上記［１］又は［２］記載の前記複数の赤外線フィルタのそれぞれは、前記所定の波長域を含む赤外線のうち、特定の波長を透過させるバンドパスフィルタにより構成されたことを特徴としている。

本発明によれば、構成部品点数を削減することができるようになり、装置全体をコンパクトに、かつ、安価に製作することが可能となる。

本発明の代表的な第１の実施の形態に係る赤外線検出装置の一例を模式的に示す図である。 （ａ）は第１の実施の形態に係る赤外線検出装置に用いられる赤外線発光素子から出射される波長強度を説明するための図、（ｂ）は赤外線検出装置に用いられる４つの異なる赤外線フィルタの透過率を説明するための図であり、（ｃ）は赤外線フィルタ透過後の波長強度を説明するための図である。 第２の実施の形態に係る赤外線検出装置の一例を模式的に示す図である。

以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面に基づいて具体的に説明する。

［第１の実施の形態］
（赤外線検出装置の全体構成）
図１において、全体を示す符号１は、赤外線検出装置の構成部材を示している。この赤外線検出装置１は、検出対象Ｍに出射する赤外線ＩＲが反射する反射赤外線の波長を感知することで、検出対象Ｍの位置と動きを検出するものである。

図示例による赤外線検出装置１の基本の構成は、図１に示すように、検出対象Ｍに対して赤外線を出射する単一の赤外線光源、及び赤外線光源から出射された赤外線を受光する赤外線受光素子を有するセンサ本体２と、赤外線を入射及び出射するための入出射部を有する導光体３と、特定の赤外線波長の赤外線をピークとして透過させる４つの赤外線フィルタ８〜１１とを備えている。

（赤外線光源の構成）
このセンサ本体２の赤外線光源は、図２（ａ）に示すように、所定の波長域を含む赤外線を発光する単一の発光部を持つ赤外線発光素子により構成されており、例えば波長８００ｎｍ〜１１００ｎｍ程度の所定の波長域を含む赤外領域で発光する。

（赤外線受光素子の構成）
このセンサ本体２の赤外線受光素子は、４つの赤外線受光素子により構成されている。この赤外線受光素子は、赤外線光源の赤外領域とは同じ赤外領域に感度分布を持つ受光部を有しており、赤外線光源から出射された赤外線が検出対象Ｍにより反射された反射赤外線に応じて選択的に受光するようになっている。この赤外線受光素子は、受光した赤外線を電気信号に変換して信号処理する信号処理回路を含むセンサ回路に電気的に接続されている。

この赤外線受光素子の前面には、所定の波長域を含む赤外線を空間的に分光する分光器が設けられている。この分光器により分光された４つの反射赤外線の波長に応じて受光する位置に赤外線受光素子の受光部が配置されている。ここでは、反射赤外線は、特に限定されるものではないが、８００ｎｍ、９００ｎｍ、１０００ｎｍ、及び１１００ｎｍの４つの波長に設定される。

（導光体の構成）
この赤外線光源と赤外線受光素子とを往復する光路上には、図１に示すように、波長８００ｎｍ〜１１００ｎｍの赤外線を導く導光体であるライトガイド３が配置されている。このライトガイド３は、透光性を有する細長い直線状の透光性媒体からなる。ライトガイド３の材質としては、例えばポリカーボネイト、アクリルやポリオレフィン等の樹脂材料、又はガラスなどからなる。

このライトガイド３の長手方向の一側面には、図１に示すように、一端側から他端側に向けて厚みを階段状に変化させる４つの傾斜段差部３ａ〜３ｄが形成されている。この傾斜段差部３ａ〜３ｄは、空気とライトガイド３の材料との間の全反射を利用して赤外線を反射させる。他の一例としては、図示例に限定されるものではないが、この傾斜段差部３ａ〜３ｄのそれぞれには、反射部材４〜７が配置されている。この反射部材４〜７の反射面には、例えば高反射率材料を含有する銀又は金等の金属反射膜を蒸着したり、銀又は金等の金属シートを貼り合わせたり、あるいは高反射率材料の塗装を施すことが好適である。

この傾斜段差部３ａ〜３ｄは、図１に示すように、ライトガイド３の軸線に対して略４５°の角度に傾斜する斜面形状に形成されている。この傾斜段差部３ａ〜３ｄは、赤外線光源からの赤外線を略９０°の角度で反射するとともに、検出対象Ｍからの反射赤外線を略９０°の角度で反射する反射面として機能する。

従って、このライトガイド３の存在により、赤外線光源から出射された赤外線は検出対象Ｍへ向けて導かれるとともに、検出対象Ｍにより反射された反射赤外線が複数の赤外線受光素子へ向けて導かれる。なお、ライトガイド３の外観形状、断面形状、寸法や材質等については、特に限定されるものではないことは勿論であり、傾斜段差部３ａ〜３ｄの傾斜角度は、ライトガイド３の外観形状や配置位置などにより適宜に設定することができる。

（赤外線フィルタの構成）
このライトガイド３の長手方向の他側面には、ライトガイド３の傾斜段差部３ａ〜３ｄに対応して、波長選択型の赤外線フィルタであるバンドパスフィルタ８〜１１が配置されている。このバンドパスフィルタ８〜１１は、所定の波長域を含む赤外線と、その反射赤外線とを選択的に透過させる。バンドパスフィルタ８〜１１のピーク波長は、特に限定されるものではないが、赤外線光源が出射する赤外線の波長と同値に設定される。

このバンドパスフィルタ８〜１１は、図２（ｂ）に示すような透過率特性を有しており、赤外線光源から出射された波長８００ｎｍ〜１１００ｎｍの赤外線のうち、波長８００ｎｍ、９００ｎｍ、１０００ｎｍ、及び１１００ｎｍの赤外線が、バンドパスフィルタ８〜１１において選択的に透過するようになっている。ここでは、バンドパスフィルタ８は波長８００ｎｍの赤外線を、バンドパスフィルタ９は波長９００ｎｍの赤外線を、バンドパスフィルタ１０は波長１０００ｎｍの赤外線を、バンドパスフィルタ１１は波長１１００ｎｍの赤外線をそれぞれ透過及び反射する特性を有している。

この赤外線光源から発光する波長８００ｎｍ〜１１００ｎｍの赤外線は、４つのバンドパスフィルタ８〜１１に透過される構成となっているため、図２（ｃ）に示すような４つの赤外領域の赤外線を発生する。従って、赤外線検出装置１としては、発生した４つの赤外線が検出対象Ｍの位置及び動きを検出する検出信号となる。なお、赤外線フィルタは、ＩＲフィルタを組み合わせたものであってもよい。

以上のように構成された赤外線検出装置１によれば、赤外線光源から出射された赤外線は、ライトガイド３に入射される。入射した赤外線は、傾斜段差部３ａ〜３ｄにより略９０°の角度で反射され、バンドパスフィルタ８〜１１を介して検出対象領域へ向けて導かれる。

このバンドパスフィルタ８〜１１を透過した赤外線のいずれかが検出対象Ｍによって反射されると、８００ｎｍ、９００ｎｍ、１０００ｎｍ、又は１１００ｎｍの反射赤外線となる。その反射赤外線は、バンドパスフィルタ８〜１１を介してライトガイド３に再び入射される。その入射した反射赤外線は、ライトガイド３の傾斜段差部３ａ〜３ｄにおいて略９０°の角度で反射され、センサ本体２に向けて案内される。そのセンサ本体２内に入射した反射赤外線は、分光器を介して分光され、赤外線受光素子に選択的に受光される。その反射赤外線を電気信号に変換して信号処理することで検出対象Ｍの位置と動きが検出されることとなる。

（第１の実施の形態の効果）
以上のように構成された赤外線検出装置１を採用することで、上記効果に加えて以下の効果が得られる。

（１）単一のセンサ本体２により複数の検出対象領域を検出することが可能となる。これにより、構成部品点数を削減することが可能となり、装置全体の小型化及び薄型化を可能とし、低コストの赤外線検出装置１が得られる。
（２）バンドパスフィルタ８〜１１の検出対象領域に対応する部位において赤外線の波長が異なるため、センサ本体２により検出した赤外線の波長により、検出対象Ｍの位置や動きを特定することができる。これにより、検出対象Ｍの位置と動きを精度よく検出することができる。
（３）自動車には各種の車載機器が増加する傾向にある。車載機器の増加に伴い、全ての車載機器の操作装置を運転者に対して操作性のよい部位に配置することは困難となり、通常の運転中の操作において運転者から離れた部位に操作装置を配置しなければならなくなる。運転者が操作装置を操作する際には、運転者が前屈みの姿勢や手腕を伸ばした姿勢を取る必要があり、運転中の操作としては使い勝手が悪い。本発明にあっては、単一のセンサ本体２により複数の検出対象領域を非接触で操作することができるようになり、運転者の運転姿勢を崩さずに、通常の運転姿勢の状態で車載機器の高い操作性を備えた赤外線検出装置１が得られる。

［第２の実施の形態］
図３を参照すると、同図には、赤外線検出装置１の他の一構成例が示されている。上記第１の実施の形態では、直線状のライトガイド３を備えた赤外線検出装置１の構成を例示したが、この第２の実施の形態にあっては、面状のライトガイド３を備えた赤外線検出装置１を例示している。なお、同図において上記第１の実施の形態と実質的に同じ部材には同一の部材名と符号を付している。従って、これらの部材に関する詳細な説明は省略する。

この面状のライトガイド３は、図３に示すように、透明のアクリル樹脂やポリカーボネイト樹脂等により平板状に形成されている。このライトガイド３の一端面には、単一の赤外線光源と複数の赤外線受光素子とを有するセンサ本体２が配置されている。ライトガイド３の光路面には、傾斜段差部３ａ〜３ｄが形成されている。この傾斜段差部３ａ〜３ｄは、赤外線光源からの赤外線を略９０°の角度で反射するとともに、検出対象Ｍからの反射赤外線を略９０°の角度で反射する反射面として機能する。

この傾斜段差部３ａ〜３ｄは、Ｖ字形状の凹溝からなり、その凹溝内の空気とライトガイド３の材料との間の全反射を利用して赤外線を反射させる構成となっている。他の一例としては、図示例に限定されるものではないが、この傾斜段差部３ａ〜３ｄのそれぞれには、反射部材４〜７が配置されている。この反射部材４〜７の反射面には、例えば銀又は金等からなる金属反射膜や白色塗料の塗膜等を用いた反射膜が形成されている。図示例による傾斜段差部３ａ〜３ｄは、ライトガイド３の光路面にランダムに配置したり、規則的に配置したり、あるいは分散して配置しても構わない。傾斜段差部３ａ〜３ｄの長さ、深さや断面形状などにあっても、異なる各種の形態を採用することができることは勿論であり、特に限定されるものではない。

（第２の実施の形態の効果）
この第２の実施の形態に係る赤外線検出装置１においては、上記第１の実施の形態と同様の効果に加えて、面状のライトガイド３を採用することで、検出対象Ｍの上下左右方向の位置や動きを特定することができる。これにより、検出対象Ｍの位置と動きなどを高い精度で検出することができる。それに加えて、装置のコンパクト化を達成することができる。

［変形例］
以上の説明からも明らかなように、本発明の赤外線検出装置１を上記各実施の形態及び変形例に基づいて説明したが、本発明は上記各実施の形態、変形例及び図示例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の態様において実施することが可能である。本発明にあっては、例えば次に示すような他の変形例も可能である。

（１）上記実施の形態及び図示例では、所定の波長域を含む赤外線を発光する単一の発光部を持つ赤外線光源を同時に発光させる構成を例示したが、例えば予め設定された周期、あるいは任意の周期などにより複数の波長の赤外線を切り換えて出射してもよい。
（２）上記実施の形態及び図示例では、４つの赤外線受光素子の受光部が、分光器により分光した４つの反射赤外線の波長に応じて受光する位置に配置された分光方式を例示したが、例えばライトガイド３に導入される前の赤外線を分光する位置に配置された分光方式であっても構わない。
（３）赤外線検出装置１の適用対象としては、例えば車両の運転席周辺に装備される各種の車載機器、テレビジョンやビデオ機器等の各種の電子機器の入力操作部として好適に用いることができる。

以上の説明からも明らかなように、上記各実施の形態、変形例、及び図示例の中で説明した特徴の組合せの全てが本発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない点に留意すべきである。

１…赤外線検出装置、２…センサ本体、３…ライトガイド、３ａ〜３ｄ…傾斜段差部、４〜７…反射部材、８〜１１…バンドパスフィルタ、ＩＲ…赤外線、Ｍ…検出対象

Claims (4)

1. 検出対象に対して所定の波長域を含む赤外線を発光する単一の赤外線発光素子と、
   前記所定の波長域を含む赤外線が前記検出対象により反射された反射赤外線を選択的に受光する複数の赤外線受光素子と、
   前記赤外線発光素子と前記赤外線受光素子とを往復する光路上に配置され、前記所定の波長域を含む赤外線を前記検出対象へ向けて導くとともに、前記反射赤外線を前記複数の赤外線受光素子へ向けて導く導光体と、
   前記導光体を介して前記所定の波長域を含む赤外線、及び前記反射赤外線を選択的に透過させる複数の赤外線フィルタと、
   を備えたことを特徴とする赤外線検出装置。
2. 前記導光体は、前記所定の波長域を含む赤外線を前記複数の赤外線フィルタのそれぞれに向けて反射させるとともに、前記反射赤外線を前記複数の赤外線受光素子に向けて反射させる複数の反射面を有する導光材料により構成されたことを特徴とする請求項１記載の赤外線検出装置。
3. 前記複数の赤外線フィルタのそれぞれは、前記所定の波長域を含む赤外線のうち、特定の波長を透過させるバンドパスフィルタにより構成されたことを特徴とする請求項１又は２記載の赤外線検出装置。
4. 検出対象に対して複数の波長域の赤外線を発光する単一の赤外線発光素子と、
   前記複数の波長域の赤外線が前記検出対象により反射された反射赤外線を選択的に受光する複数の赤外線受光素子と、
   前記複数の波長域の赤外線を前記検出対象へ向けて導くとともに、前記反射赤外線を前記複数の赤外線受光素子へ向けて導く導光体とを備えており、
   前記赤外線発光素子は、所定の時間間隔をもって前記複数の波長域の赤外線を切り替えて発光することを特徴とする赤外線検出装置。

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