JP2014169993A - 人検出装置、人移動判定システム、ユニットバス、トイレユニット及びベッド - Google Patents

Abstract

【課題】精度良く人を検出することができる人検出装置、人移動判定システム、ユニットバス、トイレユニット及びベッドを提供する。
【解決手段】発光部は、複数の波長の赤外光を発するようにしてある。受光部は、マトリクス状に配置され、複数の波長の反射光それぞれを受光し、受光した反射光を電気信号に変換する複数の受光素子を備える。算出手段は、各受光素子が変換した各波長の反射光に対応する電気信号に基づいて人の存否に関する評価値を算出する。検出手段は、算出した評価値に基づいて人を検出する。
【選択図】図５

Description

本発明は、所定の波長の光を発する発光部と、発光部が発光した光による反射光を受光する受光部とを備え、受光部で受光した反射光に基づいて人を検出する人検出装置、該人検出装置を備える人移動判定システム、該人移動判定システムを備えるユニットバス、トイレユニット及びベッドに関する。

近年、通行人又は侵入者などの人を検出する要望が高まっている。人を検出する技術として、例えば、ＣＭＯＳセンサなどの画像撮像素子を組み込んだビデオカメラを利用し、撮像して得られた撮像画像に対して画像処理して人を検出するものがある。また、デジタルカメラで撮像された画像から顔候補を検出し、検出した顔候補の検出位置に対応する判定基準を用いて顔を検出する顔検出装置がある（特許文献１参照）。

特許第４７９８０４２号公報

しかし、特許文献１の装置は、画像内の位置座標毎に異なる判定基準を設定しているため、デジタルカメラの設置位置に応じて判定基準が変化してしまい、顔認識の精度が十分ではないという問題がある。また、画像撮像素子を用いているので、夜間に又は暗所で人を検出するためには、別途照明を必要とする。また、人の顔を検出することにより、却ってプライバシーの観点から問題が生じることもある。さらに、人を確実に検出することができる画像処理アルゴリズムは未確立である。

また、人の存在を検出するために赤外線などの熱センサを用いることも考えられるが、熱センサでは、人の正確な位置を検出することや人の移動方向を検出することができない。

本発明は、斯かる事情に鑑みてなされたものであり、精度良く人を検出することができる人検出装置、該人検出装置を備える人移動判定システム、該人移動判定システムを備えるユニットバス、トイレユニット及びベッドを提供することを目的とする。

本発明の実施の形態に係る人検出装置は、発光部と、該発光部が発光した光を受光する受光部とを備え、該受光部で受光した光に基づいて人を検出する人検出装置において、前記発光部は、複数の波長の赤外光を発するようにしてあり、前記受光部は、前記発光部が発した複数の波長の反射光それぞれを受光し、受光した反射光を電気信号に変換する複数の受光素子を備え、各受光素子が変換した各波長の反射光に対応する電気信号に基づいて人の存否に関する評価値を算出する算出手段と、該算出手段で算出した評価値に基づいて人を検出する検出手段とを備えることを特徴とする。

本発明の実施の形態に係る人検出装置にあっては、発光部は、複数の波長（例えば、λ１、λ２）の赤外光を発する。発光部は、例えば、照射エリアに向かって赤外光を発する。受光部は、発光部が発した複数の波長の反射光それぞれを受光し、受光した反射光を電気信号に変換する複数の受光素子を備える。反射光は、照射エリア内の人などの検出対象物により反射した赤外光である。算出手段は、各受光素子が変換した各波長の反射光に対応する電気信号に基づいて人の存否に関する評価値を算出する。検出手段は、算出した評価値に基づいて人を検出する。各波長の反射光に対応する電気信号の強度をＰλ１、Ｐλ２とすると、例えば、評価値Ｅは、Ｅ＝（Ｐλ１−Ｐλ２）／（Ｐλ１＋Ｐλ２）という式で算出することができる。すなわち、人（例えば、人肌）に照射された複数の波長（例えば、λ１、λ２）の赤外光が反射した場合の評価値Ｅが所定の閾値より大きくなるように複数の波長を設定することにより、人の検出を行うことができる。

上述のように、人を検出するために画像処理を行う必要がなく、スペクトル情報を使用しているため、精度良く人を検出することができる。また、夜間でも照明なしに人を検出することができ、さらに人を検出するために顔認識処理を行っていないのでプライバシーの問題もない。

また、前記受光部は、前記発光部が発した赤外光が照射される空間内の検出対象領域からの反射光を受光するようにしてあり、各受光素子は、前記検出対象領域を複数に分割した各分割領域からの反射光を受光するように配置してあることを特徴とする。

受光部は、発光部が発した赤外光が照射される空間内の検出対象領域からの反射光を受光する。各受光素子は、検出対象領域を複数に分割した各分割領域からの反射光を受光する。すなわち、それぞれの分割領域からの反射光を、それぞれの受光素子で個別に受光する。分割領域は、例えば、１個の受光素子が反射光を受光することができる範囲であり、受光素子の受光径φなどのパラメータに依存する。また、検出対象領域の大小に応じて配置する受光素子の多少を設定すれば、照射エリア内の所望のエリアを検出対象領域とすることができる。

また、前記発光部が所定の周期で前記複数の波長の赤外光を順次的に発すべく制御する発光制御手段を備え、各受光素子は、前記発光部が各周期で赤外光を発している間に電気信号に変換するようにしてあり、前記算出手段は、前記受光素子毎に該受光素子が変換した電気信号に基づいて評価値を算出するようにしてあることを特徴とする。

発光制御手段は、発光部が所定の周期で複数の波長の赤外光を順次的に発すべく制御する。例えば、発光部が、波長λ１及びλ２の赤外光を発する場合、発光制御部は、波長λ１の赤外光を時間Ｔ（例えば、１ｍｓ）だけ発光させた後、波長λ２の赤外光を時間Ｔ（例えば、１ｍｓ）だけ発光させる。以降同様の動作を繰り返す。受光素子は、発光部が各周期で赤外光を発している間に電気信号に変換する。算出手段は、受光素子毎に受光素子が変換した電気信号に基づいて評価値を算出する。

例えば、発光部が波長λ１の赤外光を時間Ｔ発光している間に各受光素子は受光した反射光を電気信号に変換する。また、発光部が波長λ２の赤外光を時間Ｔ発光している間に各受光素子は受光した反射光を電気信号に変換する。算出手段は、受光素子毎に、波長λ１の反射光に対応する電気信号の強度Ｐλ１と、波長λ２の反射光に対応する電気信号の強度Ｐλ２とに基づいて評価値Ｅを算出する。これにより、複数の波長の赤外光の反射光を時分割して取得することができるので、評価値を精度良く求めることができる。また、各受光素子に対応して算出した評価値の時間的に分布を考慮することにより、人の移動状態（移動方向、移動速度など）も検出することができる。

また、前記複数の受光素子を実装した実装基板を備え、該実装基板は、前記受光素子毎に該受光素子に接続される個別の電極を備え、前記算出手段は、前記個別の電極を介して取り出した電気信号に基づいて評価値を算出するようにしてあることを特徴とする。

複数の受光素子を実装した実装基板を備える。実装基板は、受光素子毎に受光素子に接続される個別の電極を備える。算出手段は、個別の電極を介して取り出した電気信号に基づいて評価値を算出する。例えば、受光素子は、電気信号を出力するための２つの端子を有するので、２つの端子に別個に接続される２つの電極を受光素子毎に設ける。

複数の受光素子をマトリクス状に配置した場合に、複数の受光素子の間で共通の電極又は共通の電極に接続した配線パターンを使用したときは、共通の電極又は配線パターンに流れる微小電流（漏れ電流など）により受光素子間で不要なバイアス電圧が印加され、光電変換して得られた電気信号にバイアス電圧が重畳することにより正確な電気信号を取り出すことができず、受光感度が低下する。受光素子毎に、別個の電極を設けることにより、微小電流によるバイアス電圧の発生をなくし、受光素子間のクロストークを低減することができ、高感度化を図ることができる。

また、前記実装基板と平行に配置した基板を備え、前記実装基板は、前記複数の受光素子をマトリクス状に配置してあり、各受光素子の一方の端子を接続してあり、前記複数の受光素子のうち外周部に配置された受光素子の他方の端子を接続してあり、前記基板は、前記外周部に配置された受光素子以外の受光素子の他方の端子を接続してあることを特徴とする。

実装基板と平行に配置した基板を備える。実装基板は、複数の受光素子をマトリクス状に配置してある。受光素子は一面に実装基板上の配線パターンに接続するための一方の端子を有し、他面に他方の端子を設けてあるとする。実装基板は、各受光素子の一方の端子を接続してあり、マトリクス状に配置した複数の受光素子のうち外周部に配置された受光素子の他方の端子を接続してある。基板は、外周部に配置された受光素子以外の受光素子の他方の端子を接続してある。この場合、マトリクス状とは、外周部に配置される受光素子の内側に受光素子が配置される場合であり、例えば、少なくとも３行×３列以上の行又は列を有する配置（例えば、８行×４列など）である。

例えば、３２個の受光素子を８行×４列でマトリクス状に配置したとする。３２個の受光素子それぞれの一方の端子を実装基板に接続し、外周部の受光素子（例えば、２０個）の他方の端子を実装基板上の端子へボンディングワイヤ等で接続する。そして、外周部の受光素子の内側に配置した受光素子（例えば、１２個）の他方の端子は、実装基板に平行に配置した基板上の端子又は配線パターンに接続する。マトリクス状に配置した複数の受光素子のうち外周部に配置される受光素子の内側に配置された受光素子の他方の端子を、実装基板と平行に配置した基板に接続することができるので、隣り合う受光素子間の離隔寸法を小さくしてもすべての受光素子から電気信号を取り出すことができる。

また、前記実装基板及び基板は、ボンディングワイヤを介して前記受光素子の他方の端子を接続してあることを特徴とする。

実装基板及び基板は、ボンディングワイヤを介して受光素子の他方の端子を接続してある。この場合、基板は、受光素子からの電気信号を取り出すための電極の他に、ボンディングワイヤが挿通する挿通孔、ボンディングワイヤを接続する端子、該端子と電極とを繋ぐ配線パターンなどを設けてある。これにより、隣り合う受光素子間の離隔寸法を小さくしてもすべての受光素子から電気信号を取り出すことができる。

また、前記基板は、前記赤外光を透光可能であって、前記実装基板の受光素子の実装面に対向して配置されていることを特徴とする。

基板は、赤外光を透光する透光性を有し、実装基板の受光素子の実装面に対向して配置されている。これにより、受光素子は、基板を介して反射光を受光することができる。

また、前記発光部は、人と人以外とで反射率が異なる複数の波長の赤外光を発するようにしてあることを特徴とする。

発光部は、例えば、一方が人による反射率が高い波長（基準波長）の赤外光を出力し、他方が人による反射率が低い波長（測定波長）の赤外光を出力する。これにより、発光部が発した複数の波長の赤外光が人で反射した場合に、反射光の量又は強度に大きな差が生じ、精度良く人を検出することが可能となる。

また、前記発光部は、水分による吸収率が異なる複数の波長の赤外光を発するようにしてあることを特徴とする。

発光部は、例えば、一方が水分による吸収率が高い波長（基準波長）の赤外光を出力し、他方が水分による吸収率が低い波長（測定波長）の赤外光を出力する。これにより、人肌に対する評価値を人肌以外の物質に比べて大きくすることができ、人検出の精度を高くすることができる。

本発明の実施の形態に係る人移動判定システムは、前述の発明の実施の形態のいずれか１つに係る人検出装置と、該人検出装置が検出した人の移動方向を判定する判定部を備える判定装置とを備えることを特徴とする。

判定部は、人検出装置が検出した人の移動方向を判定する。人検出装置は、各受光素子それぞれに対応して算出した評価値の時間的な分布を特定することができ、人の移動方向を検出することができる。判定部は、人検出装置が検出した検出結果を時系列的に収集することにより、人の移動方向を判定することができる。そして、発光部が発した赤外光が照射される空間内の検出対象領域において、日常の生活での通常又は正常な場合の人の移動方向の範囲（正常範囲とも称する）と、例えば、何らかの異常又は事故等が考えられる場合の人の移動方向の範囲（異常範囲とも称する）とを予め定めておくことにより、判定部で判定した人の移動方向が異常範囲にある場合には、直ちに人の異常又は事故などを判定することができる。

また、前記判定部が判定した判定結果を報知する報知部を備えることを特徴とする。

報知部を備えることにより、判定部で人の異常又は事故などを判定した場合には、その旨を直ちに報知することができ、日常生活における事故又は異常などに対する見守りと、迅速な対応を実現することができる。

本発明の実施の形態に係るユニットバスは、前述の発明の実施の形態に係る人移動判定システムを備えることを特徴とする。

人移動判定システムを備えることにより、人の異常又は事故などを判定することができるので、浴室内での人の見守りを実現することができる。

本発明の実施の形態に係るトイレユニットは、前述の発明の実施の形態に係る人移動判定システムを備えることを特徴とする。

人移動判定システムを備えることにより、人の異常又は事故などを判定することができるので、トイレ内での人の見守りを実現することができる。

本発明の実施の形態に係るベッドは、前述の発明の実施の形態に係る人移動判定システムを備えることを特徴とする。

人移動判定システムを備えることにより、人の異常又は事故などを判定することができるので、ベッドを置いてある寝室などの室内での人の見守りを実現することができる。

本発明によれば、精度良く人を検出することができる。

本実施の形態の人検出装置の構成の要部を示す正面図である。 本実施の形態のフォトダイオード部を含む要部の一例を示す断面図である。 フォトダイオード部の受光面側の一例を示す平面図である。 フォトダイオード部の受光面と反対側の一例を示す平面図である。 本実施の形態の人検出装置の構成の一例を示すブロック図である。 本実施の形態の人検出装置による人検出エリアの一例を示す模式図である。 本実施の形態の人検出装置の各フォトダイオードの検出エリアの一例を示す模式図である。 本実施の形態の人検出装置による発光及び受光のタイミングの一例を示すタイムチャートである。 物質毎の正規化指標の一例を示す説明図である。 正規化指標の閾値の一例を示す説明図である。 本実施の形態の人検出装置による人検出の様子の第１例を示す説明図である。 本実施の形態の人検出装置による人検出の様子の第２例を示す説明図である。 実施の形態２のフォトダイオード部を含む要部の一例を示す断面図である。 実施の形態２の実装基板の受光面側の一例を示す平面図である。 実施の形態２の実装基板にフォトダイオードが実装された状態の一例を示す平面図である。 外周部に配置されたフォトダイオードにボンディングワイヤを接続した状態の一例を示す平面図である。 基板の一例を示す平面図である。 基板へのボンディングワイヤの様子を示す説明図である。 実装基板に基板を装着した状態の一例を示す平面図である。 制御基板の一例を示す平面図である。 実施の形態３の人検出装置の構成の要部を示す正面図である。 実施の形態３のフォトダイオード部の受光面側の一例を示す平面図である。 実施の形態３の人検出装置の各フォトダイオードの検出エリアの一例を示す模式図である。 物質毎の正規化指標の他の例を示す説明図である。 人検出装置を備えるユニットバスの一例を示す模式図である。 実施の形態の人移動判定システムによる人の移動方向が正常である場合の一例を示す説明図である。 実施の形態の人移動判定システムによる人の移動方向が異常である場合の一例を示す説明図である。 人の移動方向により正常又は異常を判定する方法の一例を示す説明図である。 人検出装置を備えるトイレユニットの一例を示す模式図である。 反射物体からの反射光に対応する電気信号の強度と反射物体までの距離との関係の一例を示す模式図である。 人検出装置を備えるトイレユニットの他の例を示す模式図である。

（実施の形態１）
以下、本発明に係る人検出装置の実施の形態を示す図面に基づいて説明する。図１は本実施の形態の人検出装置１００の構成の要部を示す正面図である。人検出装置１００は、ピーク波長が異なる複数の波長の赤外光を発する発光部１０、発光部１０が発光した光による反射光を受光する受光部２０、発光部１０及び受光部２０の動作を制御する制御部３０などを備える。

図１に示すように、発光部１０は、ピーク波長がλ１の赤外光を発する３個のＬＥＤモジュール１１、ピーク波長がλ２（λ１とは異なる波長）の赤外光を発する３個のＬＥＤモジュール１２を有し、合計６個のＬＥＤモジュールを２行×３列に配置してある。また、正面視において、左右両側は、モジュール１１を上側に配置し、モジュール１２を下側に配置してある。また、中央部は、モジュール１２を上側に配置し、モジュール１１を下側に配置してある。すなわち、上下左右隣り合うＬＥＤモジュールは異なる波長の赤外光を発するようにしてある。

各ＬＥＤモジュール１１、１２は、例えば、１００個の砲弾型ＬＥＤを１０×１０の格子状又はマトリクス状に並べてある。各ＬＥＤの放射角は、例えば、８°程度とすることができる。また、各ＬＥＤが発する赤外光の半値幅は、例えば、１００±５０ｎｍ程度とすることができる。なお、ＬＥＤモジュールの数又は配置は図１の例に限定されるものではない。また、各ＬＥＤモジュールにおけるＬＥＤの数又は配置も上述の例に限定されるものではない。

受光部２０は、発光部１０が発した赤外光が照射される照射エリアに存在する人などの検出対象物で当該赤外光が反射し、反射した赤外光を受光する。受光部２０は、レンズ部２１、後述する受光素子としてのフォトダイオードなどを有する。

制御部３０は、１又は複数の回路基板で構成され、発光部１０の発光タイミングの制御手段、受光部２０が出力する電気信号の出力制御手段、人の識別に関する評価値の算出手段、算出した評価値に基づいて人を検出する検出手段などの機能を有する。

図２は本実施の形態のフォトダイオード部４０を含む要部の一例を示す断面図である。受光部２０は、円筒状の枠体に装着されたレンズ部２１、フォトダイオード部４０などを有する。また、前述の制御部３０は、具体的には、ＰＤ基板５０及びＣＰＵ基板６０などで構成される。なお、図２の例では、簡便のためＰＤ基板５０及びＣＰＵ基板６０に実装される電気部品又は電子部品等は省略している。

フォトダイオード部４０は、実装基板４１、実装基板４１に実装された複数の受光素子としてのフォトダイオード４２、実装基板４１の周縁部に設けられた支持部４５、支持部４５で支持された透明カバー４４などを備える。透明カバー４４は、発光部１０が発した赤外光の波長に対して透明な材料を用いる。レンズ部２１を透過した赤外光は、さらに透明カバー４４を透過してフォトダイオード４２で受光される。

図２に示すように、ＰＤ基板５０には、受光部２０が装着されている。より具体的には、フォトダイオード部４０の実装基板４１は、例えば、ボールグリッドアレイ（ＢＧＡ）接続技術を用いて、半田ボール４３によりＰＤ基板５０に電気的に接続されている。また、ＰＤ基板５０とＣＰＵ基板６０とは、接続ブロック５１により電気的に接続されている。

図３はフォトダイオード部４０の受光面側の一例を示す平面図であり、図４はフォトダイオード部４０の受光面と反対側の一例を示す平面図である。なお、図３及び図４においては簡便のため透明カバー４４及び支持部４５は省略している。また、図４はフォトダイオード４２を実装する前の状態を示す。

図３及び図４に示すように、実装基板４１は、例えば、多層セラミック基板であり、長方形状などの矩形状をなす。実装基板４１の中央部には、フォトダイオード４２の２つの端子（アノード端子及びカソード端子）のうちの一方の端子（不図示）を挿通して実装基板４１の配線と電気的に接続するためのスルーホール４１２（例えば、ビア穴）を複数形成してある。図４の例では、フォトダイオード４２の配置に合わせて、１６個のスルーホール４１２を２×８のマトリクス状（格子状）に形成してある。なお、マトリクス状とは、１行又は１列の配置も含むものとする。

実装基板４１の長手側の辺縁それぞれには、後述の電極４６の位置に合わせて、８個のスルーホール４１１を直線状に形成してある。各スルーホール４１２、４１１の周囲は、半田ボール４３を接続することができるように半田接続面を設けてある。

実装基板４１の長手側の辺縁それぞれには、フォトダイオード４２の他方の端子４２１をボンディングワイヤ４７で電気的に接続するための８個の電極４６を適長離隔して設けてある。図３の例では、２列に並んで配置された一方の列の８個の各フォトダイオード４２の端子４２１は、当該フォトダイオード４２の近傍に設けられた電極４６に接続されている。また、もう一方の列の８個の各フォトダイオード４２の端子４２１も、当該フォトダイオード４２の近傍に設けられた電極４６に接続されている。

図３に示すように、フォトダイオード４２は、２×８のマトリクス状（格子状）に配置してある。マトリクス状とは、１行又は１列の配置も含むものとする。フォトダイオード４２は、ＩｎＧａＡｓ（インジウムガリウムヒ素）などの材料を用いたフォトダイオードであるが、赤外光を受光することができるものであれば他の材料のものでもよい。これにより、ＣＣＤセンサを用いる必要がない。

なお、上述の構成においては、ボンディングワイヤ４７を配線パターンと見ることができ、電極４６、スルーホール４１２、４１１をフォトダイオード４２毎に設けられた個別の電極と見ることができる。

以上のように、実装基板４１は、フォトダイオード４２毎にフォトダイオード４２に接続される複数の配線パターン、フォトダイオード４２毎に各配線パターンに接続された個別の電極又はフォトダイオード４２に接続された個別の電極を備える。

複数のフォトダイオード４２をマトリクス状に配置した場合に、複数のフォトダイオード４２の間で共通の配線パターン又は共通の電極を使用したときは、共通の配線パターンに流れる微小電流（漏れ電流など）によりフォトダイオード４２間で不要なバイアス電圧が印加され、光電変換して得られた電気信号にバイアス電圧が重畳することにより正確な電気信号を取り出すことができず、受光感度が低下する。

そこで、図３及び図４に示すようにフォトダイオード４２毎に、別個の独立の配線パターン又は電極を設けることにより、微小電流によるバイアス電圧の発生をなくし、フォトダイオード４２間のクロストークを低減することができ、フォトダイオード４２の受光感度を高くすることができる。

図５は本実施の形態の人検出装置１００の構成の一例を示すブロック図である。図５に示すように、本実施の形態の人検出装置１００は、３個のＬＥＤモジュール１１、各ＬＥＤモジュール１１を駆動するＬＥＤドライバ１３、３個のＬＥＤモジュール１２、各ＬＥＤモジュール１２を駆動するＬＥＤドライバ１４、フォトダイオード部４０、ＰＤ基板５０、ＣＰＵ基板６０などを備える。なお、図５ではレンズ部２１は省略している。

また、ＰＤ基板５０には、トランスインピーダンスアンプ（ＴＩＡ）５１、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）５２などを設けてある。また、ＣＰＵ基板６０には、ＣＰＵ６１、増幅回路（ＡＭＰ）６２、６３、マルチプレクサ回路（ＭＵＸ）６４、６５などを設けてある。

ＬＥＤドライバ１３は、ＣＰＵ６１の制御の下、所要のタイミングでＬＥＤモジュール１１を点灯する。また、同様に、ＬＥＤドライバ１４は、ＣＰＵ６１の制御の下、所要のタイミングでＬＥＤモジュール１２を点灯する。

ＬＥＤモジュール１１は、波長λ１が、例えば、１０７０±３０ｎｍ（すなわち、ピーク波長が１０７０±３０ｎｍ）の赤外光を発する１００個の砲弾型ＬＥＤを１０×１０の格子状又はマトリクス状に並べてある。また、ＬＥＤモジュール１２は、波長λ２が、例えば、１５５０±３０ｎｍ（すなわち、ピーク波長が１５５０±３０ｎｍ）の赤外光を発する１００個の砲弾型ＬＥＤを１０×１０の格子状又はマトリクス状に並べてある。

なお、ＬＥＤモジュール１１及び１２の波長はこれらに限定されない。ＬＥＤモジュール１１及び１２は、一方が人による反射率が高い波長（基準波長）を出力し、他方が人による反射率が低い波長（測定波長）を出力するように選択すればよい。したがって、例えば基準波長に、８５０±３０ｎｍ、又は１０７０±３０ｎｍ等を使用し、測定波長に、９６０±３０ｎｍ、１５５０±３０ｎｍ、１３００±３０ｎｍ、又は１６５０±３０ｎｍ等を使用してもよい。ここでは説明のため、λ１を１０７０ｎｍ、λ２を１５５０ｎｍとして記載する。反射率が異なる赤外光を用いることにより、ＬＥＤモジュール１１、１２が発した複数の波長の赤外光が人で反射した場合に、反射光の量又は強度に大きな差が生じ、精度良く人を検出することが可能となる。

フォトダイオード部４０は、発光部１０（ＬＥＤモジュール１１、１２）が発した赤外光による反射光を受光する。より具体的には、ＬＥＤモジュール１１、１２から各波長λ１、λ２の赤外光が照射エリアへ照射される。そして照射エリアにおいて検出対象候補物が存在する場合、当該物で反射した赤外光をフォトダイオード部４０で受光する。フォトダイオード部４０の各フォトダイオード４２は、受光した反射光を光電変換し、変換した電気信号をトランスインピーダンスアンプ５１へ出力する。

トランスインピーダンスアンプ５１は、ＣＰＵ６１の制御の下、各フォトダイオード４２から出力された電気信号（電流信号）をインピーダンス変換し、増幅して電圧信号(電
気信号)としてバンドパスフィルタ５２へ出力する。なお、トランスインピーダンスアン
プ５１は、フォトダイオード４２の数と同数（例えば、１６個）備えてある。

バンドパスフィルタ５２は、フォトダイオード４２で受光した赤外光の波長が１０７０ｎｍ及び１５５０ｎｍに対応する電気信号の周波数帯域を透過し、それ以外の周波数帯域の電気信号を遮断する。これにより、波長が１０７０ｎｍ及び１５５０ｎｍに対応する電気信号だけを取り出すことができる。なお、バンドパスフィルタ５２に、例えば、遮断周波数（カットオフ周波数）が１ｋＨｚ程度のフィルタを加えることにより、ノイズ光を遮断することもできる。

バンドパスフィルタ５２は、１６個のフォトダイオード４２のうち、８個のフォトダイオード４２からの電気信号をマルチプレクサ回路６４へ出力し、残りの８個のフォトダイオード４２からの電気信号をマルチプレクサ回路６５へ出力する。なお、マルチプレクサ回路６４、６５は１つのマルチプレクサ回路に纏めることもできる。

マルチプレクサ回路６４、６５は、ＣＰＵ６１の制御の下、１６個のフォトダイオード４２が出力した電気信号を時分割して増幅回路６２、６３へ出力する。

増幅回路６２、６３は、それぞれＡＤ変換回路を備え、１６個のフォトダイオード４２が出力した電気信号を増幅するとともに、電気信号をデジタル信号（デジタル値）に変換してＣＰＵ６１へ出力する。

図６は本実施の形態の人検出装置１００による人検出エリアの一例を示す模式図である。図６に示すように、本実施の形態の人検出装置１００は、ＬＥＤモジュール１１、１２を交互に配置した構成を有し、ＬＥＤモジュール１１、１２の近傍に、フォトダイオード４２をマトリクス状に配置した受光部２０を備える。

図６に示すように、人検出装置１００から検出最大距離Ｌの位置に仮想の検出面を想定する。検出面の横方向をｘ軸とし、縦方向をｙ軸とする。図６において、右上に位置するＬＥＤモジュール１１の光が検出面で照射される領域を実線で囲んだ領域１１ｓとする。また、右下に位置するＬＥＤモジュール１２の光が検出面で照射される領域を破線で囲んだ領域１２ｓとする。なお、検出面において領域１２ｓが領域１１ｓより若干下方にずれた位置にあるのは、ＬＥＤモジュール１２がＬＥＤモジュール１１の下側に配置されているからである。領域１１ｓと１２ｓは大部分で共通（重複）する。

同様に、中央部の上下に位置するＬＥＤモジュール１２及びＬＥＤモジュール１１の光が照射される領域１２ｓと１１ｓも大部分で共通（重複）する。また、左上及び左下に位置するＬＥＤモジュール１１及びＬＥＤモジュール１２の光が照射される領域１１ｓと１２ｓも大部分で共通（重複）する。

ＬＥＤモジュール１１及びＬＥＤモジュール１２の光が照射される領域１１ｓ及び１２ｓの共通部分全体が、人検出装置１００の発光部１０が発した赤外光が照射される照射エリアＷである。

また、図６において、最小検出像サイズ（ｄ×ｄ）は、１個のフォトダイオード４２で受光する反射光が反射される反射エリアの最小のサイズを表す。別言すれば、１個のフォトダイオード４２は、少なくとも最小検出像サイズ（ｄ×ｄ）で表される反射エリアからの反射光は受光することができる。

なお、照射エリアＷは、人検出装置１００からの距離が検出最大距離Ｌに位置する場合に限定されるものではなく、検出最大距離Ｌ以内であれば、任意の距離において照射エリアＷが存在する。

次に、本実施の形態の人検出装置１００の光学的パラメータについて説明する。発光部１０の照射光強度をＰｏとし、照射エリアＷの照射面積をＳｗ、最小検出像サイズをｄ×ｄとすると、照射エリアＷに存在する検出対象候補物からの反射光強度Ｐｒは、式（１）で表すことができる。

また、受光部２０での結像光強度Ｐｉは、検出最大距離をＬ、受光部２０のレンズの有効面積をＳｌとすると、式（２）で表すことができる。また、受光部２０での結像サイズをＤｘ、Ｄｙとし、受光部２０の受光径をφ（例えば、１ｍｍ）とすると、フォトダイオード４２での光強度Ｐｄは、式（３）で表すことができる。

受光部２０のレンズの焦点距離をｆとし、レンズの画角をθとし、ｘ軸方向の画角をθｘとすると、ｘ軸方向の画角θｘは、式（４）で表すことができる。また、ｙ軸方向の画角θｙは、式（５）で表すことができる。

照射エリアＷの横寸法Ｗｘは、式（６）で表すことができ、照射エリアＷの縦寸法Ｗｙは、式（７）で表すことができる。また、横方向に並べたフォトダイオード４２の数をｎとすると、式（８）の関係が成立する。

図７は本実施の形態の人検出装置１００の各フォトダイオード４２の検出エリアの一例を示す模式図である。図７において、矩形状の実像エリアは、便宜上示したものであり、例えば、可視光を用いたカメラ又はビデオカメラ等で撮像した撮像画像を模式的に示す。本実施の形態の人検出装置１００によるものではない。図７において、実像エリア上に発光部１０による照射エリアＷを模式的に示す。人検出装置１００は、照射エリアＷ内に存在する人を検出するものである。

照射エリアＷ内には、発光部１０が発した赤外光が照射される空間内の検出対象領域としての検出エリアがある。受光部２０のフォトダイオード４２は、検出エリアからの反射光を受光する。より具体的には、各フォトダイオード４２は、検出エリアを複数に分割した各分割領域からの反射光を受光する。すなわち、それぞれの分割領域からの反射光を、それぞれのフォトダイオード４２で個別に受光する。分割領域は、前述の最小検出像サイズ又は最小検出像サイズを含む領域であり、１個のフォトダイオード４２が反射光を受光することができる範囲である。

１６個のフォトダイオード４２（符号ＰＤ１〜ＰＤ１６を付す）が、縦×横が２×８のマトリクス状に配置してあるので、検出エリアを２×８の１６個の分割領域に分割した場合、各分割領域に対応してフォトダイオード４２が１個ずつ対応することになる。例えば、図７に示すように、照射エリアＷの上側は、左から右に向かって、符号ＰＤ１〜ＰＤ８のフォトダイオード４２による検出エリアとなる。また、照射エリアＷの下側は、左から右に向かって、符号ＰＤ９〜ＰＤ１６のフォトダイオード４２による検出エリアとなる。各フォトダイオード４２は、マトリクス状に配置してあるので、検出エリアの大小に応じて配置するフォトダイオード４２の数又は配置を設定すれば、照射エリア内の所望のエリアを検出エリアとすることができる。

図８は本実施の形態の人検出装置１００による発光及び受光のタイミングの一例を示すタイムチャートである。図８において、ＬＥＤ駆動パルスは、例えば、ＣＰＵ６１が、ＬＥＤモジュール１１を点灯させるべくＬＥＤドライバ１３へ出力するものである。また、ＬＥＤ駆動パルスは、ＣＰＵ６１が、ＬＥＤモジュール１２を点灯させるべくＬＥＤドライバ１４へ出力するものである。

マルチプレクサセレクト信号（４ｂｉｔｓ）は、マルチプレクサ回路６４、６５の１６個のチャネル（パス）のうち、いずれのチャネルを選択するかを示す信号であり、１６個のチャネルが順次的に選択されることにより、１６個のフォトダイオード４２が出力する電気信号を順次的に増幅回路６２、６３へ出力する。

ＰＤ１〜１６電圧Ａ／Ｄタイミング（ＣＰＵ１ｃｈ、ＣＰＵ２ｃｈ）は、増幅回路６２、６３に順次的に入力された電気信号をデジタル信号に変換するタイミングを示すものである。また、調整用Ａ／Ｄセンターマーカーは、ＣＰＵ１ｃｈとＣＰＵ２ｃｈとを切り替えるタイミングを調整するものである。

図８に示すように、発光制御手段としてのＣＰＵ６１は、発光部１０が所定の周期で複数の波長の赤外光を順次的に発すべく制御する。例えば、発光部１０が、波長λ１及びλ２の赤外光を発する場合、ＣＰＵ６１は、ＬＥＤドライバ１３へＬＥＤ駆動パルスを出力して、ＬＥＤモジュール１１から波長λ１の赤外光を時間Ｔ（例えば、１ｍｓ）だけ発光させる。同様に、ＣＰＵ６１は、ＬＥＤドライバ１４へＬＥＤ駆動パルスを出力して、ＬＥＤモジュール１２から波長λ２の赤外光を時間Ｔ（例えば、１ｍｓ）だけ発光させる。ＣＰＵ６１は、以降同様の処理を行う。ＬＥＤ駆動パルスは、例えば、デューティ比が１％程度とすることができる。すなわち、発光部１０は、例えば、１００ｍｓの都度、１ｍｓの間赤外光を発するので、発光部１０は、１００ｍ毎に波長が異なる赤外光が約１ｍｓの間発することになる。

また、出力制御手段としてのＣＰＵ６１は、発光部１０が各周期で赤外光を発している間に各フォトダイオード４２が変換した電気信号を順次的に出力させる。図８の例では、１ｍｓの都度、１６個のフォトダイオード４２が変換した電気信号が順次的にデジタル変換されてＣＰＵ６１へ出力される。

ＣＰＵ６１は、算出手段としての機能を有し、各フォトダイオード４２が変換した各波長の反射光に対応する電気信号に基づいて人の存否に関する評価値としての正規化指標Ｅを算出する。また、ＣＰＵ６１は、検出手段としての機能を有し、算出した正規化指標Ｅに基づいて人を検出する。例えば、各波長λ１、λ２の反射光に対応する電気信号の強度をＰλ１、Ｐλ２とすると、正規化指標Ｅは、Ｅ＝（Ｐλ１−Ｐλ２）／（Ｐλ１＋Ｐλ２）という式で算出することができる。すなわち、人（例えば、人肌）に照射された複数の波長（例えば、λ１、λ２）の赤外光が反射した場合の正規化指標Ｅが所定の閾値より大きくなるように複数の波長を設定することにより、人の検出を行うことができる。

図９は物質毎の正規化指標の一例を示す説明図であり、図１０は正規化指標の閾値の一例を示す説明図である。図９に示す正規化指標Ｅは、Ｅ＝（Ｐλ１−Ｐλ２）／（Ｐλ１＋Ｐλ２）という式で求めたものであり、波長λ１は１０７０ｎｍであり、波長λ２は１５５０ｎｍである。図９に示すように、赤外光が反射する反射物が人肌である場合、正規化指標Ｅは０．７５〜０．９５となる。また、赤外光が反射する反射物が綿である場合、正規化指標Ｅは０．１８〜０．２８となり、反射物がウールである場合、正規化指標Ｅは０．２５〜０．３５となる。一方、赤外光が反射する反射物が木材である場合、正規化指標Ｅは０．０３〜０．０８となり、反射物が石である場合、正規化指標Ｅは０となる。波長が１５５０ｎｍの赤外光は水分吸収が大きく、当該波長の赤外光は人肌で吸収され反射光の光量が少なくなり、正規化指標Ｅを人肌以外の物質に比べて大きくすることができる。

従って、図１０に示すように、正規化指標Ｅの閾値ＴＨ１を０．４に設定することにより、１６個のフォトダイオード４２のうち任意のフォトダイオード４２が出力した、各波長λ１、λ２の反射光に対応する電気信号に基づく正規化指標Ｅが閾値ＴＨ１（＝０．４）より大きい場合には、当該フォトダイオード４２に対応する検出エリア（分割領域）に人が存在すること、すなわち人を検出することができる。これにより、人検出の精度を高くすることができる。

また、正規化指標Ｅの閾値ＴＨ２を０．１に設定することにより、１６個のフォトダイオード４２のうち任意のフォトダイオード４２が出力した、各波長λ１、λ２の反射光に対応する電気信号に基づく正規化指標Ｅが閾値ＴＨ２（＝０．１）より大きい場合には、当該フォトダイオード４２に対応する検出エリア（分割領域）に人の衣服（綿、ウールなど）が存在すること、すなわち人を検出することができる。

上述のように、人を検出するために画像処理を行う必要がなく、スペクトル情報を使用しているため、精度良く人を検出することができる。また、夜間でも照明なしに人を検出することができ、さらに人を検出するために顔認識処理を行っていないのでプライバシーの問題もない。

また、赤外光を受光することができるフォトダイオード４２を用いることにより、ＣＣＤセンサを用いる必要がなく、ＣＣＤセンサにより生ずる問題を解決することができ、高感度化及び低コストを図ることができる。

図１１は本実施の形態の人検出装置１００による人検出の様子の第１例を示す説明図である。図１１Ａ〜Ｃにおいて、上段の図は、説明をわかりやすくするため、仮に可視光を用いたカメラ又はビデオカメラ等で撮像した場合の撮像画像（実像）を模式的に示すものである。また、図１１Ａ〜Ｃにおいて、下段の図は、縦×横が２×８で配置された１６個のフォトダイオード４２を示し、各フォトダイオード４２（ＰＤモジュール）での検出状態を模式的に示すものである。また、図１１Ａでは、照射エリアに人が存在せず、図１１Ｂから図１１Ｃでは、照射エリアを左から右に向かって人が移動している様子を示す。なお、図１１において、照射エリア及び検出エリアは図示していないが、図７と同様に配置されている。

図１１Ａに示すように、人が存在しない場合には、複数の波長の赤外光それぞれの反射光に基づいて算出される正規化指標Ｅは、各フォトダイオード４２において閾値ＴＨ２より小さいので人が存在していないことが分かる。

図１１Ｂに示すように、照射エリアの左側に人がいる場合には、人の顔（人肌）が存在する検出エリアからの反射光を受光するフォトダイオード４２（図１１の例では、上段の左から２番目）が出力した電気信号に基づいて算出される正規化指標Ｅは、閾値ＴＨ１より大きくなり、人の肌が存在、すなわち人が存在していることが分かる。また、人の顔よりも下側は衣服が存在するので、衣服が存在する検出エリアからの反射光を受光するフォトダイオード４２（図１１の例では、下段の左から２番目及び３番目）が出力した電気信号に基づいて算出される正規化指標Ｅは、閾値ＴＨ１より小さく、かつ閾値ＴＨ２より大きくなり、衣服が存在、すなわち人が存在していることが分かる。

また、図１１Ｃに示すように、照射エリアの右側に人がいる場合には、人の顔（人肌）が存在する検出エリアからの反射光を受光するフォトダイオード４２（図１１の例では、上段の右から２番目）が出力した電気信号に基づいて算出される正規化指標Ｅは、閾値ＴＨ１より大きくなり、人の肌が存在、すなわち人が存在していることが分かる。また、人の顔よりも下側は衣服が存在するので、衣服が存在する検出エリアからの反射光を受光するフォトダイオード４２（図１１の例では、下段の右から２番目及び３番目）が出力した電気信号に基づいて算出される正規化指標Ｅは、閾値ＴＨ１より小さく、かつ閾値ＴＨ２より大きくなり、衣服が存在、すなわち人が存在していることが分かる。また、図１１Ｂと図１１Ｃとの間の時間間隔を加味することにより、人の移動速度を求めることができる。

このように、ＣＰＵ６１は、フォトダイオード４２毎にフォトダイオード４２が変換した電気信号に基づいて正規化指標Ｅを算出する。すなわち、ＣＰＵ６１は、フォトダイオード４２毎に、波長λ１の反射光に対応する電気信号の強度Ｐλ１と、波長λ２の反射光に対応する電気信号の強度Ｐλ２とに基づいて正規化指標Ｅを算出する。これにより、複数の波長の赤外光の反射光を時分割して取得することができるので、フォトダイオード４２毎の正規化指標Ｅを精度良く求めることができる。また、各フォトダイオード４２に対応して算出した正規化指標Ｅの時間的に分布を考慮することにより、人の移動状態（移動方向、移動速度など）も検出することができる。

図１２は本実施の形態の人検出装置１００による人検出の様子の第２例を示す説明図である。図１２Ａ〜Ｃにおいて、上段の図は、説明をわかりやすくするため、仮に可視光を用いたカメラ又はビデオカメラ等で撮像した場合の撮像画像（実像）を模式的に示すものである。また、図１２Ａ〜Ｃにおいて、下段の図は、縦×横が２×８で配置された１６個のフォトダイオード４２を示し、各フォトダイオード４２（ＰＤモジュール）での検出状態を模式的に示すものである。また、図１２Ａでは、照射エリアに人が約２０ｍ遠方に存在し、図１２Ｂ、図１２Ｃでは、人が次第に近づいて来る様子を示す。なお、図１２において、照射エリア及び検出エリアは図示していないが、図７と同様に配置されている。

図１２Ａに示すように、照射エリアの右側であって比較的遠方（例えば、人検出装置１００から２０ｍ離れた位置）に人がいる場合には、人の顔（人肌）の部分は相対的に小さくなり、人の顔で反射する反射光を十分に受光することができない。一方、人の衣服の部分は相対的に大きいので、衣服が存在する検出エリアからの反射光を受光するフォトダイオード４２（図１２の例では、下段の右から２番目）が出力した電気信号に基づいて算出される正規化指標Ｅは、閾値ＴＨ１より小さく、閾値ＴＨ２より大きくなり、人の衣服が存在、すなわち人が存在していることが分かる。

次に、図１２Ｂに示すように、人が近づいてきた場合（例えば、人検出装置１００から１５ｍ離れた位置）、人の顔（人肌）が存在する検出エリアからの反射光を受光するフォトダイオード４２（図１２の例では、上段の右から４番目）が出力した電気信号に基づいて算出される正規化指標Ｅは、閾値ＴＨ１より大きくなり、人の肌が存在、すなわち人が存在していることが分かる。また、人の顔の下方には衣服が存在するので、当該衣服が存在する検出エリアからの反射光を受光するフォトダイオード４２（図１２の例では、下段の右から４番目）が出力した電気信号に基づいて算出される正規化指標Ｅは、閾値ＴＨ１より小さく、閾値ＴＨ２より大きくなり、人の衣服が存在、すなわち人が存在していることが分かる。

次に、図１２Ｃに示すように、さらに、人が近づいてきた場合（例えば、人検出装置１００から１０ｍ離れた位置）、人全体の大きさが相対的に大きくなる。そして、人の顔（人肌）が存在する検出エリアからの反射光を受光するフォトダイオード４２（図１２の例では、上段の左から３番目及び４番目）が出力した電気信号に基づいて算出される正規化指標Ｅは、閾値ＴＨ１より大きくなり、人の肌が存在、すなわち人が存在していることが分かる。また、人の顔の下方には衣服が存在するので、当該衣服が存在する検出エリアからの反射光を受光するフォトダイオード４２（図１２の例では、下段の左から３番目及び４番目）が出力した電気信号に基づいて算出される正規化指標Ｅは、閾値ＴＨ１より小さく、閾値ＴＨ２より大きくなり、人の衣服が存在、すなわち人が存在していることが分かる。また、図１２Ａ乃至図１２Ｃの間の時間間隔を加味することにより、人の移動速度を求めることができる。

このように、所要の状態で配置されたフォトダイオード４２毎に算出される正規化指標Ｅにより、人の有無を検出することができるだけでなく、人の移動方向、移動速度なども検出することが可能となる。

（実施の形態２）
上述の実施の形態１では、１６個のフォトダイオード４２を縦×横が２×８のマトリクス状に配置したものであった。フォトダイオード４２の配置状態は、実施の形態１に限定されるものではなく、反射光の検出エリアの大小に応じて配置を変えることができる。実施の形態２では、３２個のフォトダイオード４２を縦×横が４×８のマトリクス状に配置した場合について説明する。

図１３は実施の形態２のフォトダイオード部１４０を含む要部の一例を示す断面図であり、図１４は実施の形態２の実装基板１４１の受光面側の一例を示す平面図である。実施の形態２では、フォトダイオード４２を実装する実装基板１４１と平行に配置した透明の基板８０、実装基板１４１と半田ボール４３で電気的に接続される制御基板７０などを備える。

制御基板７０は、実施の形態１のＰＤ基板５０及びＣＰＵ基板６０の両方の機能を有するものであるが、これに限定されるものではない。

実装基板１４１は、例えば、多層セラミック基板であり、長方形状などの矩形状をなす。実装基板１４１の中央部には、フォトダイオード４２の２つの端子（アノード端子及びカソード端子）のうちの一方の端子（不図示）を挿通して実装基板１４１の配線と電気的に接続するためのスルーホール１４７（例えば、ビア穴）を複数形成してある。図１４の例では、フォトダイオード４２の配置に合わせて、３２個のスルーホール１４７を４×８のマトリクス状（格子状）に形成してある。

実装基板１４１の３２個のスルーホール１４７の周りには、実装基板１４１の各辺縁に平行に８個ずつ合計３２個の電極１４６を設けてある。電極１４６には、スルーホールを形成してあり、例えば、ボールグリッドアレイ（ＢＧＡ）接続技術を用いて、半田ボール４３により制御基板７０に電気的に接続されている。同様に、各スルーホール１４７も、半田ボール４３により制御基板７０に電気的に接続されている。

また、実装基板１４１の周縁部には支持部１４５を周設してあり、支持部１４５で支持されたカバー１４４などを備える。カバー１４４は、発光部１０が発した赤外光の波長に対して透明な材料を用いる。

実施の形態２では、３２個のフォトダイオード４２の一方の端子それぞれは、スルーホール１４７を介して実装基板１４１に接続してある。また、マトリクス状に配置された３２個のフォトダイオード４２のうち、外周部に配置されたフォトダイオード４２の他方の端子は、ボンディングワイヤ（図１３では不図示）を介して実装基板１４１上の電極１４６に接続してある。

一方、マトリクス状に配置された３２個のフォトダイオード４２のうち、外周部に配置されていないフォトダイオード４２の他方の端子は、基板８０に設けられた挿通孔を介して基板８０上の端子にボンディングワイヤ４７で接続してある。実施の形態２では、マトリクス状とは、外周部に配置されるフォトダイオード４２の内側にフォトダイオード４２が配置される場合であり、例えば、少なくとも３行×３列以上の行又は列を有する配置（例えば、８行×４列など）である。

マトリクス状に配置した複数のフォトダイオード４２のうち外周部に配置されるフォトダイオード４２の内側に配置されたフォトダイオード４２の他方の端子を、実装基板１４１と平行に配置した基板８０に接続することができるので、隣り合うフォトダイオード４２間の離隔寸法を小さくすることができ（例えば、０．１ｍｍなど）、また、当該離隔寸法を小さくしても各フォトダイオード４２から電気信号を取り出すことができる。

次に、実施の形態２のフォトダイオード部１４０の製造工程について説明する。図１５は実施の形態２の実装基板１４１にフォトダイオード４２が実装された状態の一例を示す平面図であり、図１６は外周部に配置されたフォトダイオード４２にボンディングワイヤを接続した状態の一例を示す平面図であり、図１７は基板８０の一例を示す平面図であり、図１８は基板８０へのボンディングワイヤの様子を示す説明図であり、図１９は実装基板１４１に基板８０を装着した状態の一例を示す平面図であり、図２０は制御基板７０の一例を示す平面図である。

図１４に示す状態において、実装基板１４１にＡｇペーストを塗布し、図１５に示すように、３２個のフォトダイオード４２の一方の端子をスルーホール１４７に接続して、フォトダイオード４２を実装基板１４１に実装する。

図１５の状態で、例えば、２００℃の雰囲気で約１時間ベークする。次に、図１６に示すように、外周部の２０個のフォトダイオード４２と電極１４６とをボンディングワイヤ４７で接続し、Ａｇペーストを塗布する。

次に、透明の基板８０上の端子８２１へのボンディングワイヤについて説明する。図１８に示すように、実装基板１４１と対向させて透明の基板８０を配置する。

図１７に示すように、基板８０は、実装基板１４１上で外周部に配置された２０個のフォトダイオード４２を除く１２個のフォトダイオード４２の他方の端子の位置に合わせて、ボンディングワイヤを挿通させるための挿通孔８１を形成してある。また、各挿通孔８１の近傍には、ボンディングワイヤを接続するための端子８２１を設けてあり、各端子８２１は配線パターン８２により電極８３に電気的に接続されている。基板８０上の電極８３の位置は、実装基板１４１上の電極１４６の位置に合わせてあり、電極８３と電極１４６は、接続ブロック４８により電気的に接続される。

図１８Ａに示すように、ワイヤーボンディングキャピラリ２００の先端部を基板８０の挿通孔８１を通してフォトダイオード４２の他方の端子に当接する。図１８Ｂに示すように、ワイヤーボンディングキャピラリ２００の先端部を上方に引き上げ、挿通孔８１から取り出すとともに所定距離平行移動させる。図１８Ｃに示すように、ワイヤーボンディングキャピラリ２００の先端部を基板８０の端子８２１に当接させることにより、フォトダイオード４２の他方の端子と基板８０の端子８２１とをボンディングワイヤ４７で電気的に接続することができる。

図１９は、実装基板１４１上で外周部に配置された２０個のフォトダイオード４２を除く１２個のフォトダイオード４２の他方の端子がボンディングワイヤ４７により基板８０上の端子８２１に電気的に接続された状態を示す。

図１９に示す状態において、半田又は合成樹脂等により透明カバー１４４を取り付ける。より具体的には、最終的にフォトダイオード部１４０は、ＳｎＡｇＣｕ半田又は樹脂、あるいはシーム溶接などにより嵌装窒素雰囲気中でハーメチックシールすることにより完成させることができる。これにより、外部からの水分の浸入を防止することができる。

図２０に示すように、制御基板７０には、実装基板１４１の電極１４６及びスルーホール１４７の位置に合わせて半田ボール４３を実装するための電極７１を設けてある。制御基板７０に所要の電気部品又は電子部品を実装した後、半田ボールを実装し、リフローすることにより実装基板１４１と制御基板７０とを電気的に接続する。

実施の形態２においても、３２個すべてのフォトダイオード４２は、別個独立の電極又は配線パターンを介して電気信号を取り出すことができるので、隣接するフォトダイオード４２間のクロストークを低減することができるとともに、個々のフォトダイオード４２が出力する電気信号を別個独立に増幅することができるので、受光感度を高めることができる。

また、実装基板１４１と制御基板７０とをＢＧＡ接続することにより、安価でクロストークを低減することができる。

基板８０は、透光性を有するので、実装基板１４１のフォトダイオード４２の実装面に対向して配置することができる。これにより、フォトダイオード４２は、基板８０を介して反射光を受光することができる。

上述の実施の形態において波長の異なる赤外光を照射エリアへ照射させて均一に混色させる。この場合、波長の異なるＬＥＤモジュールを交互に配置させることで混色させることが可能である。また、拡散板、ホモジナイザー等の光学部品を用いて混色させることも可能である。

上述の実施の形態では、波長が１０７０ｎｍ及び１５５０ｎｍの赤外光を用いる構成であったが、波長は２種類に限定されるものではなく、３種類以上（例えば、１０７０ｎｍ、１５５０ｎｍ及び１６５０ｎｍなど）を用いることもできる。また、波長は一例であって、上述の実施の形態のものに限定されるものではない。検出する物質に応じて変更することができる。

また、本実施の形態では、ＣＣＤセンサを使用せず、赤外光の反射光の強度を用いて人の有無を検出するので、ＣＣＤセンサのように人の顔などを識別することができてしまうことにより、プライバシーの保護が図れないという事態を招くおそれもない。

（実施の形態３）
図２１は実施の形態３の人検出装置１１０の構成の要部を示す正面図である。人検出装置１１０は、実施の形態１と同様に、人肌と人肌以外の物質とを判別するセンサであり、ピーク波長が異なる複数の波長の赤外光を発する発光部１０、レンズ部２１を有し発光部１０が発光した光による反射光を受光する受光部２０、発光部１０及び受光部２０の動作を制御する制御部３０などを備える。発光部１０は、５個のＬＥＤモジュール１５で構成されている。

図２１に示すように、人検出装置１１０は、受光部２０を囲むようにして５個のＬＥＤモジュール１５を配置してある。なお、ＬＥＤモジュール１５の数、配置は一例であって、図２１の例に限定されるものではない。

各ＬＥＤモジュール１５は、例えば、７６個の砲弾型ＬＥＤを縦×横が、８×９乃至１０の格子状又はマトリクス状になるように並べてある。より具体的には、図２１に示すように、ＬＥＤモジュール１５の上から１列目と２列目には、ピーク波長がλ１の赤外光を発する１９個のＬＥＤ１５１を配置してあり、ＬＥＤモジュール１５の上から３列目と４列目には、ピーク波長がλ２の赤外光を発する１９個のＬＥＤ１５２を配置してあり、ＬＥＤモジュール１５の上から５列目と６列目には、ピーク波長がλ１の赤外光を発する１９個のＬＥＤ１５１を配置してあり、ＬＥＤモジュール１５の上から７列目と８列目には、ピーク波長がλ２の赤外光を発する１９個のＬＥＤ１５２を配置してある。波長λ１、λ２は、実施の形態１と同様である。なお、各ＬＥＤ１５１、１５２の配置は一例であり、図２１の例に限定されるものではない。

ＬＥＤ１５１、１５２の放射角は、実施の形態１の場合よりも広く、例えば、２５°程度であり、受光部２０と検出エリアとの距離は、例えば、１ｍ〜３ｍ程度の比較的近距離である。

図２２は実施の形態３のフォトダイオード部４０の受光面側の一例を示す平面図である。実施の形態１との相違点は、図２２に示すように、実装基板４１は、正方形状であり、フォトダイオード４２は、４×４のマトリクス状（格子状）に配置してある。実施の形態１と同様の箇所は同一符号を付して説明を省略する。

図２３は実施の形態３の人検出装置１１０の各フォトダイオード４２の検出エリアの一例を示す模式図である。実施の形態１との相違点は、１６個のフォトダイオード４２（符号ＰＤ１〜ＰＤ１６を付す）を、縦×横が４×４のマトリクス状になるように配置してある点である。かかる配置により、検出エリアを４×４の１６個の分割領域に分割した場合、各分割領域に対応してフォトダイオード４２が１個ずつ対応することになる。

例えば、図２３に示すように、照射エリアＷの上側から１列目は、左から右に向かって、符号ＰＤ１〜ＰＤ４のフォトダイオード４２による検出エリアとなる。照射エリアＷの上側から２列目は、左から右に向かって、符号ＰＤ５〜ＰＤ８のフォトダイオード４２による検出エリアとなる。照射エリアＷの上側から３列目は、左から右に向かって、符号ＰＤ９〜ＰＤ１２のフォトダイオード４２による検出エリアとなる。また、照射エリアＷの上側から４列目は、左から右に向かって、符号ＰＤ１３〜ＰＤ１６のフォトダイオード４２による検出エリアとなる。

次に、実施の形態３の人検出装置１１０を日常生活空間での見守りセンサとして適用する例について説明する。以下の説明において見守りセンサとは、例えば、日常の生活空間、特に住宅、介護施設などの建物内において、人が正常に生活しているか否か、あるいは何らかの異常又は事故がないか否かなどを検出するためのセンサである。

図２４は物質毎の正規化指標の他の例を示す説明図である。図２４に示す正規化指標Ｅは、Ｅ＝（Ｐλ１−Ｐλ２）／（Ｐλ１＋Ｐλ２）という式で求めたものであり、波長λ１は１０７０ｎｍであり、波長λ２は１５５０ｎｍである。図２４に示すように、赤外光が反射する反射物が人肌である場合、正規化指標Ｅは０．７５〜０．９５となる。また、赤外光が反射する反射物が水である場合、正規化指標Ｅは０となり、反射物が壁（例えば、部屋の壁、浴室の壁、トイレの壁など）である場合、正規化指標Ｅは０〜０．１となり、また赤外光が反射する反射物が布である場合、正規化指標Ｅは０．１８〜０．２８となる。

次に、見守りセンサを適用する第１実施例として、実施の形態３の人検出装置１１０を浴室で使用する場合について説明する。

図２５は人検出装置１１０を備えるユニットバスの一例を示す模式図である。ユニットバスは、例えば、浴槽３０１、後述の人移動判定システムなどを備える。人移動判定システムは、人検出装置１１０及び判定装置２００などを備える。人検出装置１１０及び判定装置２００との間は、有線又は無線等によりデータの送受信を行うことができる。判定装置２００は、人検出装置１１０が検出した人の移動方向を判定する判定部２０１を備える。

図２５において、破線で囲まれた領域は、人検出装置１１０による検出エリアを示す。また、図２５は、お湯（水）３０２を張った浴槽３０１に人が入っている状態を示す。

判定部２０１は、人検出装置１１０が検出した人の移動方向を判定する。人検出装置１１０は、各受光素子それぞれに対応して算出した評価値の時間的な分布を特定することができ、人の移動方向を検出することができる。判定部２０１は、人検出装置１１０が検出した検出結果を時系列的に収集することにより、人の移動方向を判定することができる。以下、具体的に説明する。

図２６は実施の形態の人移動判定システムによる人の移動方向が正常である場合の一例を示す説明図である。図２６Ａ〜Ｃにおいて、上段の図は、説明をわかりやすくするため、仮に可視光を用いたカメラ又はビデオカメラ等で、図２５に例示する検出エリアを撮像した場合の撮像画像（実像）を模式的に示すものである。また、図２６Ａ〜Ｃにおいて、下段の図は、縦×横が４×４で配置された１６個のフォトダイオード４２を示し、各フォトダイオード４２（ＰＤモジュール）での検出状態を模式的に示すものである。

図２６Ａは、図２５に例示したように人が浴槽３０１に入っている状態を示す。図２５に示すように、人が浴槽３０１内でお湯に浸かっている場合には、検出エリアのほぼ中央に人の顔及び体（人肌）が存在する。この場合、検出エリアからの反射光を受光するフォトダイオード４２（図２６Ａの例では、模様を付したＰＤ６、ＰＤ７、ＰＤ１０、ＰＤ１１、ＰＤ１３〜１６）が出力した電気信号に基づいて算出される正規化指標Ｅは、閾値ＴＨ１より大きくなり、人の肌が存在、すなわち人が存在していることが分かる。

図２６Ｂは、人の移動方向が正常である場合、例えば、人が浴槽３０１から出る場合の状態を示す。図２６Ｂに示すように、人が浴槽３０１から出る場合には、浴槽３０１から立ち上がりながら横方向へ移動する。この場合、検出エリアからの反射光を受光するフォトダイオード４２（図２６Ｂの例では、模様を付したＰＤ３、ＰＤ４、ＰＤ７、ＰＤ８、ＰＤ１１、ＰＤ１２、ＰＤ１５、ＰＤ１６）が出力した電気信号に基づいて算出される正規化指標Ｅは、閾値ＴＨ１より大きくなり、人の肌が存在、すなわち人が存在していることが分かる。図２６Ａと図２６Ｂとを対比すると、人肌を検知したＰＤが横方向かつ上方向に移動していることが分かる。

図２６Ｃは、さらに人が移動して浴槽３０１から出てしまった状態を示す。図２６Ｃで示す場合には、照射エリアから人がいなくなるため、複数の波長の赤外光それぞれの反射光に基づいて算出される正規化指標Ｅは、各フォトダイオード４２において閾値ＴＨ２より小さいので、人肌を検出したＰＤは存在しない。図２６Ｂと図２６Ｃとを対比すると、人肌を検知したＰＤが横方向に移動していることが分かる。

図２７は実施の形態の人移動判定システムによる人の移動方向が異常である場合の一例を示す説明図である。図２７Ａは、図２６Ａと同様の場合であり、図２５に例示したように人が浴槽３０１に入っている状態を示す。

図２７Ｂは、人の移動方向が異常である場合、例えば、浴槽３０１内の人が意識を失いお湯３０２の中に沈む場合の状態を示す。図２７Ｂに示すように、人が浴槽３０１内で沈み込む場合には、人は下方へ移動する。この場合、人の体はお湯３０２の中に沈み込み、お湯３０２から露出しているのは顔だけとなる。顔からの反射光を受光するフォトダイオード４２（図２７Ｂの例では、模様を付したＰＤ１４、ＰＤ１５）が出力した電気信号に基づいて算出される正規化指標Ｅは、閾値ＴＨ１より大きくなる。図２７Ａと図２７Ｂとを対比すると、人肌を検知したＰＤが下方向に移動していることが分かる。

図２７Ｃは、人がお湯３０２の中に完全に沈んだ状態を示す。図２７Ｃで示す場合には、照射エリアから人がいなくなるため、複数の波長の赤外光それぞれの反射光に基づいて算出される正規化指標Ｅは、各フォトダイオード４２において閾値ＴＨ２より小さいので、人肌を検出したＰＤは存在しない。図２７Ｂと図２７Ｃとを対比すると、人肌を検知したＰＤが下方向に移動していることが分かる。

図２６及び図２７で示すように、検出エリアに人が存在する場合に、人が移動して検出エリアからいなくなるときに、人の移動方向が、横方向、あるいは斜め上方向であれば、人は正常であり、日常の生活空間で安全であることが分かる。一方、検出エリアに人が存在する場合に、人が移動して検出エリアからいなくなるときに、人の移動方向が、下方向、あるいは斜め下方向であれば、急病又は事故等が発生して異常な状態であり、日常の生活空間で危険な状態であることが分かる。

図２８は人の移動方向により正常又は異常を判定する方法の一例を示す説明図である。図２８において、符号Ｏで示す点は、例えば、人肌を検知したＰＤ全体の面積重心を示す点であるとする。なお、符号Ｏの位置は、人が存在する場所、位置に応じて適宜変わるが、以下では簡便のため、検出エリアの中心に人肌を検知したＰＤ全体の面積重心があると仮定する。

この場合、点Ｏが、符号Ｍ１、Ｍ２で示す方向（すなわち、下方向、斜め下方向）に移動するとともに、検出エリアからいなくなる場合には、浴槽３０１での事故等が考えられる。そこで、何らかの異常又は事故等が考えられる場合の人の移動方向の範囲（異常範囲とも称する）を予め定めておくことにより、判定部２０１で判定した人の移動方向が異常範囲にある場合には、直ちに人の異常又は事故などを判定することができる。

また、判定装置２００は、報知部としての音声出力機能を備えることにより、判定部２０１で人の異常又は事故などを判定した場合には、その旨を直ちに報知することができ、日常生活における事故又は異常などに対する見守りと、迅速な対応を実現することができる。

一方、点Ｏが、符号Ｍ３、Ｍ４で示す方向（すなわち、横方向又は斜め上方向、上方向の後に横方向）に移動するとともに、検出エリアからいなくなる場合には、日常の生活での通常又は正常な場合の人の移動方向の範囲（正常範囲とも称する）と考えられる。

上述のように、人移動判定システムを備えることにより、人の異常又は事故などを判定することができるので、浴室内での人の見守りを実現することができる。

上述の例では、検出エリア内に存在する人が移動して検出エリアからいなくなる場合の人の移動方向に基づいて、人の正常・異常を判定する構成であったが、これに限定されるものではない。例えば、検出エリアから人がいなくなる場合だけでなく、検出エリア内に存在する場合でも人の異常を判定することができる。例えば、図２７Ｂで示す状態が所定時間継続する場合、すなわち、検出エリア内で、通常又は正常な姿勢と異なる姿勢を所定時間継続して検知した場合には、人の異常又は事故などとして判定することができる。

次に、見守りセンサを適用する第２実施例として、実施の形態３の人検出装置１１０をトイレで使用する場合について説明する。

図２９は人検出装置１１０を備えるトイレユニットの一例を示す模式図である。トイレユニットは、例えば、便器３０３、人移動判定システムなどを備える。人移動判定システムは、人検出装置１１０及び判定装置２００などを備える。人検出装置１１０及び判定装置２００との間は、有線又は無線等によりデータの送受信を行うことができる。判定装置２００は、人検出装置１１０が検出した人の移動方向を判定する判定部２０１を備える。

図２９Ａにおいて、破線で囲まれた領域は、人検出装置１１０による検出エリアを示す。判定部２０１は、人検出装置１１０が検出した人の移動方向を判定する。人検出装置１１０は、各受光素子それぞれに対応して算出した評価値の時間的な分布を特定することができ、人の移動方向を検出することができる。判定部２０１は、人検出装置１１０が検出した検出結果を時系列的に収集することにより、人の移動方向を判定することができる。

図２９Ｂは、人の移動方向により正常又は異常を判定する方法の一例を示す説明図であり、図２８と同様である。図２９Ｂにおいて、符号Ｏで示す点は、例えば、人肌を検知したＰＤ全体の面積重心を示す点であるとする。なお、符号Ｏの位置は、人が存在する場所、位置に応じて適宜変わるが、以下では簡便のため、検出エリアの中心に人肌を検知したＰＤ全体の面積重心があると仮定する。

この場合、点Ｏが、符号Ｍ１１で示す方向（すなわち、斜め下方向）に移動する場合には、便器３０３に座っていた人が床の方へ倒れ込むことが考えられ、トイレ内での事故等が考えられる。すなわち、判定部２０１で判定した人の移動方向が異常範囲にある場合には、直ちに人の異常又は事故などを判定することができる。

一方、点Ｏが、符号Ｍ１２、Ｍ１３で示す方向（すなわち、横方向又は上方向の後に横方向）に移動する場合には、人が車いすでトイレから出る場合、あるいは健常者が便器３０３から立ってトイレから出る場合が考えられ、日常の生活での通常又は正常な場合の人の移動方向の範囲（正常範囲とも称する）と考えられる。

上述のように、人移動判定システムを備えることにより、人の異常又は事故などを判定することができるので、トイレ内での人の見守りを実現することができる。

図３０は反射物体からの反射光に対応する電気信号の強度と反射物体までの距離との関係の一例を示す模式図である。図３０において、横軸は人検出装置１１０と人などの反射物体との間の距離を示し、縦軸はフォトダイオード４２で変換した電気信号の強度を示す。また、図３０において、符号Ｌは検出エリアの最大距離である。

判定部２０１は、フォトダイオード４２が変換した一の波長の反射光に対応する電気信号に基づいて、例えば、人検出装置１１０と人との間の距離を算出することができる。

図３１は人検出装置１１０を備えるトイレユニットの他の例を示す模式図である。図３１の例では、人検出装置１１０を、例えば、トイレのドアに対向するように配置している。図３１の例も、図２９Ｂの例と同様に、判定部２０１で判定した人の移動方向が異常範囲にある場合には、直ちに人の異常又は事故などを判定することができる。また、図３１の例では、さらに、図３０に例示した電気信号の強度を算出することにより、図２９Ｂで示すような人の移動方向だけでなく、人がトイレに入ってきたか、あるいはトイレから出ようとしているかを判定することができる。

次に、見守りセンサを適用する第３実施例として、実施の形態３の人検出装置１１０を寝室などに設けたベッドで使用する場合について説明する。この場合も、前述の第２例実施として説明したトイレの場合と同様である。例えば、検出エリア内にベッド及びベッドの周辺が入るように、人検出装置１１０を配置することにより、前述の図２９乃至図３１で例示した場合と同様の作用効果を期待することができる。すなわち、人移動判定システムを備えることにより、人の異常又は事故などを判定することができるので、ベッドを置いてある寝室などの室内での人の見守りを実現することができる。

上述のように、本実施の形態の人検出装置、当該人検出装置を具備する人移動判定システムを備えることにより、日常の生活空間において、人が通常通り又は正常に生活している場合には、検出エリアにおいて正常な姿勢で人（人肌）を検出することができるとともに、急病又は事故などが発生した場合には、検出エリアから異常範囲内の方向へ移動して人がいなくなる、あるいは検出エリアにおいて異常又は不自然な姿勢で人を検出するので、急病又は事故などを迅速に検出又は判定することができ、例えば、高齢者又は要介護の人の見守りセンサを実現することができる。

また、ビデオカメラ等を用いたセンサと異なり、近赤外線を利用した人肌を判別するので、人の顔を認識する必要がなく、特にプライバシーを重視する空間であっても使用することが可能となる。また、単に近赤外線を用いた熱センサでは、浴室のお湯と人肌との温度差を判別することができないので、人の位置及び移動方向を判別することができないが、本実施の形態によれば、人の位置及び移動方向も精度よく判定することができる。

また、上述の実施の形態の一部同士を任意に組み合わせてもよい。

開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１０ 発光部
１１、１２、１５ ＬＥＤモジュール
２０ 受光部
４１、１４１ 実装基板
４２ フォトダイオード
４６ 電極
４１１、４１２ スルーホール
４７ ボンディングワイヤ
６１ ＣＰＵ
８０ 基板
１００、１１０ 人検出装置
２００ 判定装置
２０１ 判定部
３０１ 浴槽
３０３ 便器

Claims (14)

1. 発光部と、該発光部が発光した光を受光する受光部とを備え、該受光部で受光した光に基づいて人を検出する人検出装置において、
   前記発光部は、
   複数の波長の赤外光を発するようにしてあり、
   前記受光部は、
   前記発光部が発した複数の波長の反射光それぞれを受光し、受光した反射光を電気信号に変換する複数の受光素子を備え、
   各受光素子が変換した各波長の反射光に対応する電気信号に基づいて人の存否に関する評価値を算出する算出手段と、
   該算出手段で算出した評価値に基づいて人を検出する検出手段と
   を備える人検出装置。
2. 前記受光部は、
   前記発光部が発した赤外光が照射される空間内の検出対象領域からの反射光を受光するようにしてあり、
   各受光素子は、
   前記検出対象領域を複数に分割した各分割領域からの反射光を受光するように配置してある請求項１に記載の人検出装置。
3. 前記発光部が所定の周期で前記複数の波長の赤外光を順次的に発すべく制御する発光制御手段を備え、
   各受光素子は、
   前記発光部が各周期で赤外光を発している間に電気信号に変換するようにしてあり、
   前記算出手段は、
   前記受光素子毎に該受光素子が変換した電気信号に基づいて評価値を算出するようにしてある請求項１又は請求項２に記載の人検出装置。
4. 前記複数の受光素子を実装した実装基板を備え、
   該実装基板は、
   前記受光素子毎に該受光素子に接続される個別の電極を備え、
   前記算出手段は、
   前記個別の電極を介して取り出した電気信号に基づいて評価値を算出するようにしてある請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の人検出装置。
5. 前記実装基板と平行に配置した基板を備え、
   前記実装基板は、
   前記複数の受光素子をマトリクス状に配置してあり、
   各受光素子の一方の端子を接続してあり、
   前記複数の受光素子のうち外周部に配置された受光素子の他方の端子を接続してあり、
   前記基板は、
   前記外周部に配置された受光素子以外の受光素子の他方の端子を接続してある請求項４に記載の人検出装置。
6. 前記実装基板及び基板は、
   ボンディングワイヤを介して前記受光素子の他方の端子を接続してある請求項５に記載の人検出装置。
7. 前記基板は、
   前記赤外光を透光可能であって、前記実装基板の受光素子の実装面に対向して配置されている請求項５又は請求項６に記載の人検出装置。
8. 前記発光部は、
   人と人以外とで反射率が異なる複数の波長の赤外光を発するようにしてある請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の人検出装置。
9. 前記発光部は、
   水分による吸収率が異なる複数の波長の赤外光を発するようにしてある請求項１乃至請求項８のいずれか１項に記載の人検出装置。
10. 請求項１乃至請求項９のいずれか１項に記載の人検出装置と、
    該人検出装置が検出した人の移動方向を判定する判定部を備える判定装置と
    を備える人移動判定システム。
11. 前記判定部が判定した判定結果を報知する報知部を備える請求項１０に記載の人移動判定システム。
12. 請求項１０又は請求項１１に記載の人移動判定システムを備えるユニットバス。
13. 請求項１０又は請求項１１に記載の人移動判定システムを備えるトイレユニット。
14. 請求項１０又は請求項１１に記載の人移動判定システムを備えるベッド。

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