JP2018009832A - 人感システム、電子機器、人感センサ、および人間を検出する方法 - Google Patents

Abstract

【課題】空気流で人間の存在を検出する人感システムを提供する。【解決手段】人間の運動で空気流が発生するユーザ空間１０にセンサ面１０２を有するセンサ・ユニット１０１を配置する。センサ面に配置された発熱素子１２１は、ユーザ空間の空気を局部的に加熱する。発熱素子を挟んでセンサ面の第１の方向に第１の測温素子のペア１０３ａ、１０３が配置され、発熱素子を挟んでセンサ面の第２の方向に第２の測温素子のペア１０５ｃ、１０５ｄが配置される。人間１１が運動すると空気流５１が発生し、加熱された空気の温度に変化をもたらす。空気流５１は、センサ面１０２に対して任意の方向から流れる。第１の測温素子のペアと第２の測温素子のペアがそれぞれ検出する温度差から人間の存在を示す検出信号を生成する。【選択図】図３

Description

本発明は、人間の存在を検出する技術に関する。

対話処理型のコンピュータや音響装置などのような多くの電子機器は、近辺に存在するユーザに対してサービスを提供する。これらの電子機器は、ユーザが存在しないときには一般的に待機状態に遷移して消費電力を低減する。電子機器を使用する際にユーザに何らかの操作を要求することは利便性に欠けるため、さまざまなセンサを使ってシステムがユーザを検知する工夫がなされている。

特許文献１は、近傍にユーザがいて画像出力装置を使用しているにもかかわらず画層出力装置が省電力状態に遷移することを防止する発明を開示する。同文献には、赤外線アレー・センサを人感センサとして利用して、電力モードを切り換えることを記載する。特許文献２は、ヒータ素子とその両側に配置した１対の測温抵抗素子で構成したフロー・センサを開示する。特許文献３は、熱感知型加速度センサを開示する。同文献には、密閉された空間にヒータを挟んで設けた２対の温度検出素子で、加速度がもたらす温度差を検出することを記載する。

特開２０１６−０３９４４７号公報 特開平４−７２５２３号公報 特開２００７−２８５９９６号公報

赤外線、超音波、または光などを人間に放射してその応答から人間の存在を検出するアクティブ・タイプの人感センサは消費電力が大きい。カメラを利用した人感センサは同様に消費電力が大きく、さらに検出にカメラを用いることはプライバシーの観点から敬遠される。人感センサによっては、人間を検出できる方向が制限される場合がある。また、電子機器の制御に利用する人感システムは、簡単な構成で実現できることが望ましい。本発明の目的は、このような問題を解決できる新たな人感システムおよびこれに関連する技術を提供することにある。

本発明にかかる人感システムは、人間の運動で空気流が発生するユーザ空間に配置するセンサ面と、センサ面に配置されユーザ空間の空気を局部的に加熱する発熱素子と、発熱素子を挟んでセンサ面の第１の方向に配置された第１の測温素子のペアと、発熱素子を挟んでセンサ面の第２の方向に配置された第２の測温素子のペアと、第１の測温素子のペアと第２の測温素子のペアがそれぞれ検出する温度差から人間の存在を示す検出信号を生成する判定回路とを有する。

本発明にかかる電子機器は、ユーザ空間に配置するセンサ面と、センサ面に配置されユーザ空間の空気を局部的に加熱する発熱素子と、センサ面の発熱素子の周囲に配置され、センサ面の複数の方向の温度差を検出する測温素子と、複数の方向の温度差から人間の存在を示す検出信号を生成する判定回路と、検出信号に応じて所定の動作を開始する入力部とを有する。

本発明にかかる人感センサは、ユーザ空間に配置する第１のセンサ面と、第１のセンサ面に配置されユーザ空間の空気を局部的に加熱する発熱素子と、発熱素子を挟んで第１のセンサ面の第１の方向に配置された第１の測温素子のペアと、発熱素子を挟んで第１のセンサ面の第２の方向に配置された第２の測温素子のペアと、空気流により発生したユーザ空間の温度差を検出して第１の測温素子のペアが生成した温度差信号と第２の測温素子のペアが生成した温度差信号を出力する出力回路とを有する。

本発明にかかるユーザを検出する方法は、ユーザ空間の第１の所定の位置の周辺の空気の温度を環境温度に対して上昇させるステップと、第１の所定の位置の近辺の空気の温度をそれぞれ第１の平面上に存在し第１の所定の位置を挟んで対向する第１の位置のペアと第２の位置のペアで計測するステップと、第１の位置のペアの温度差と第２の位置のペアの温度差に基づいてユーザの存在を認識するステップとを有する。

本発明により、以下の１つまたは複数の効果を奏することができた。本発明により検出範囲が広い人感システムを提供することができた。さらに本発明により、小さい消費電力で動作する人感システムを提供することができた。さらに本発明により簡単な構造の人感システムを提供することができた。さらに、本発明により、そのような人感システムの適用が可能な、電子機器、人感センサおよび人間の検出方法を提供することができた。

人感システム１００の構成を示す概略の機能ブロック図である。 人感システム１００を構成するセンサ・ユニット１０１の平面図である。 ユーザ空間１０に配置したセンサ・ユニット１０１と空気流の関係を説明するための図である。 温度検出回路１５３の構成の一例を示すブリッジ回路１５３ａである。 ユーザ空間１０の空気流に応じて変化する測温素子１０３ａ、１０３ｂの検出温度を説明するための図である。 ユーザ空間１０の空気流に応じて変化する測温素子１０３ａ、１０３ｂの検出温度を説明するための図である。 人感システム１００を搭載する電子機器１８０の外観の一例を示す斜視図である。 人感システム１００の動作手順を示すフローチャートである。 温度差信号Ｐｘ、Ｐｙおよび流速ベクトルＰの関係を説明するための図である。 温度差信号Ｐｘ、Ｐｙから２次元の流速ベクトルＰを計算する方法を説明するための図である。 温度差信号Ｐｘ、Ｐｙから２次元の流速ベクトルＰを計算する方法を説明するための図である。 センサ・ユニット１０１をラップトップ２１１に設ける場合を例示して説明するための斜視図である。 ３次元で空気流を検出するセンサ・ユニット１０１ａを模式的に示す斜視図である。 ３次元の流速ベクトルＰ１を計算する方法を説明するための図である。

図１は、本実施の形態にかかる人感システム１００の構成を示す概略の機能ブロック図で、図２は、人感システム１００を構成するセンサ・ユニット１０１の平面図である。図３は、ユーザ空間１０に配置したセンサ・ユニット１０１と空気流の関係を説明するための図である。図４は、温度検出回路１５３の一例としてのブリッジ回路１５３ａの配線図である。

人感システム１００は、ユーザ空間１０に存在する人間１１（図３（Ａ））を検出して電子機器１８０を制御する検出信号を出力する。検出信号を出力しないときは、電子機器１８０が人間の不存在を認識する。ここにユーザ空間１０は、ユーザが動くことにより発生する空気流が伝搬し得る空間に相当する。したがって、ユーザ空間に存在しても、ユーザが動くことにより発生する空気流の伝搬を制限する密閉空間または半密閉空間は、本発明におけるユーザ空間から除外する。

人感システム１００は、センサ・ユニット１０１、ヒータ制御回路１５１、温度検出回路１５３、オフセット回路１５５、温度差信号生成回路１５７、１６１、Ａ／Ｄ変換器１５９、１６３、加速度センサ１６７および判定回路１６５を含む。電子機器１８０は、ユーザ空間１００に存在してもよいし、ユーザ空間１００の外に存在してもよい。人感システム１００のなかで、少なくともセンサ・ユニット１０１は、ユーザ空間１０に配置する。人感システム１００はユーザ空間１０に存在する電子機器１８０に組み込んでもよい。

図２に示すように、センサ・ユニット１０１は、一例として３ｍｍ×３ｍｍ程度の半導体基板に形成したセンサ面１０２上にジュール熱で発熱するヒータ１２１を配置している。ヒータ１２１は、ユーザ空間１０の空気の温度を局部的に上昇させる。センサ面１０２に、直交するＸ軸とＹ軸を定義する。一例においてヒータ１２１を原点に配置し、一対の測温素子１０３ａ、１０３ｂを原点に対してＸ軸上の等距離の位置に配置し、一対の測温素子１０５ｃ、１０５ｄを原点に対してＹ軸上の等距離の位置に配置している。

測温素子１０３ａ、１０３ｂ、１０５ｃ、１０５ｄは、空気流が存在しないときにヒータ１２１により昇温されたユーザ空間１０の空気の温度を検出できる位置に配置している。測温素子１２３はユーザ空間１０のなかで、ヒータ１２１による昇温の影響を受けない空気の温度を検出できるように、ヒータ１２１から離れた位置に配置している。測温素子１２３が検出する温度を環境温度という。測温素子１０３ａ、１０３ｂ、１０５ｃ、１０５ｄ、１２３は、一例として測温抵抗体で構成しているが、熱電対やサーミスタのような他の温度センサを採用することもできる。

図３（Ａ）でセンサ・ユニット１０１は一例として、ユーザ空間１０にセンサ面１０２が水平になるように配置している。センサ面１０２が水平でないときは、必要に応じて後に説明するように加速度センサ１６７で補正することができる。ユーザ空間１０で人間１１が歩行や手足の動作のような運動をするとセンサ・ユニット１０１に向かう空気流５１が発生する。通常の運動で人間が生成する空気流５１は水平に流れると想定できる。図３（Ｂ）に示すように人間１１がユーザ空間１０において自由に運動するときは、空気流５１がセンサ面１０２を囲む周囲３６０度の方向からセンサ・ユニット１０１に向かって流れてセンサ面１０２の表面を通過する。

人感システム１００は、センサ面１０２に沿って流れる空気流５１がもたらす測温素子１０３ａ、１０３ｂのペア、および測温素子１０５ｃ、１０５ｄのペアのそれぞれの温度差から人間１１の存在を認識する。このときの、温度差はヒータ１２１で加熱された空気の温度と、それを変化させる空気流５１により発生する。人感センサ１００は、制御対象となる電子機器１８０の近辺に存在するユーザとみなした人間と、当該電子機器から離れた位置に存在する一般の人間の識別をすることもできる。

ユーザ空間１０には、運動する人間１１の他に空気流を発生させるさまざまな要因が存在することがある。たとえば、ユーザ空間１０がオフィスの場合は、一例として天井に設けた空調機１３の送気口からの空気流５３、および事務機１５の放熱ファンからの空気流５５が存在する。センサ面１０２に斜め上方向から入射する空気流５３、およびセンサ面１０２に沿って入射する水平な空気流５５は、人感システム１００に対するノイズとなる。人感システム１００は、ノイズとなる空気流５３、５５から人間１１が発生させる空気流５１を区別して人間１１の存在を検知することができる。

図１で、ヒータ制御回路１５１には、ヒータ１２１をおよび測温素子１２３が接続されている。なお、図１では電源回路を省略している。ヒータ制御回路１５１は、ヒータ１２１の温度が、測温素子１２３が計測する環境温度に対して、一定値だけ高くなるように測温素子１２１に供給する電力を制御する。温度検出回路１５３は、測温素子１０３ａ、１０３ｂ、１０５ｃ、１０５ｄが測定するユーザ空間１０の温度に相当する抵抗値を検出して電気量として出力する。

一例として温度検出回路１５３は、図４に示すように、抵抗Ｒａの測温素子１０３ａ、抵抗Ｒｂの測温素子１０３ｂ、および固定抵抗Ｒｍ、Ｒｎの抵抗素子で構成したブリッジ回路１５３ａで構成することができる。このとき、温度検出回路１５３は、測温素子１０３ａ、１０３ｂのペアおよび測温素子１０５ｃ、１０５ｄのペアについて、それぞれ接続点の電圧ｅ１、ｅ２を温度差信号生成回路１５７、１６１に出力する。

ブリッジ回路１５３ａに印加する直流電圧をＥとしたときに抵抗Ｒａ、Ｒｂの接続点の電圧ｅ１と抵抗Ｒｍ、Ｒｎの接続点の電圧ｅ２の差は、式（１）で計算できる。

ここで、測温素子１０３ａ、１０３ｂの温度抵抗特性が同等で、抵抗ＲｍとＲｎの抵抗値も同等であるとする。図５は、ヒータ１２１が発熱したときの抵抗素子１０３ａ、１０３ｂが検出する温度を説明する図である。図５（Ａ）は、一切の空気流がなく、環境温度がＴ_０のユーザ空間１０において、ヒータ１２１が発熱したときに抵抗素子１０３ａ、１０３ｂが検出する空気の温度Ｔａ、Ｔｂを示している。

発熱したヒータ１２１は、ユーザ空間１０の空気を局部的に加熱するため、温度Ｔａ、Ｔｂは発熱前の環境温度Ｔ_０よりも上昇する。測温素子１０３ａ、１０３ｂは、ヒータ１２１に対して幾何学的に対称な位置に配置しているため、温度Ｔａ、Ｔｂはほぼ等しい。この状態をセンサ・ユニット１０１の熱平衡状態という。測温素子１０５ｃ、１０５ｄが検出する空気の温度も同様に熱平衡状態を保つ。

図５（Ｂ）は、ユーザ空間１０に発生したＸ軸方向の空気流５１により、上流側の空気は環境温度Ｔ_０の空気に置換されて測温素子１０３ａが検出する温度Ｔａは熱平衡状態よりも低下する。また、下流側の空気は、ヒータ１２１が加熱した空気で置換されて測温素子１０３ｂが検出する温度Ｔｂは熱平衡状態よりも上昇する。測温素子１０５ｃ、１０５ｄが検出する空気は、ともに環境温度Ｔ_０の空気に置換されて同じ程度だけ温度が低下する。

環境温度が変化しても抵抗Ｒａ、Ｒｂは抵抗値が同じ割合で変化すると想定する。温度差信号生成回路１５７、１６１は、空気流５１が発生したときの測温素子１０３ａ、１０３ｂ、１０５ｃ、１０５ｄの抵抗値を、式（１）に電圧差ｅ１−ｅ２を代入して計算できる。さらに温度差信号生成回路１５７、１６１は、変化した抵抗値から測温素子１０３ａ、１０３ｂのペアが計測する温度の温度差を計算することができる。

一定の流速の範囲では、流速が速いほど、測温素子１０３ａの温度は環境温度Ｔ_０に向かって低下し、測温素子１０３ｂの温度は上昇する。したがって、温度差には水平方向の空気流５１の流速と相関関係がある。人感システム１００は、温度差から空気流５１の流速を推定することで、センサ・ユニット１０１の近辺で運動する人間とセンサ・ユニット１０１から離れた位置で運動する人間とを区別することができる。

温度検出回路１５３は、ブリッジ回路１５３ａに代えて、測温素子１０３ａ、１０３ｂ、１０５ｃ、１０５ｄの温度に相当する電圧または電流を直接出力するようにしてもよい。温度差信号生成回路１５７、１６１は、それぞれ測温素子１０３ａ、１０３ｂのペアおよび測温素子１０５ｃ、１０５ｄのペアがそれぞれ検出する温度の温度差に相当する温度差信号Ｐｘ、Ｐｙを生成してＡ／Ｄ変換器１５９、１６３に出力する。

オフセット回路１５５は、ブリッジ回路１５３ａで使用する測温素子および抵抗素子の抵抗値の経年変化に基づいて発生するゼロ点の変動を補正する。オフセット回路１５５は、測温素子１０３ａ、１０３ｂのペアおよび測温素子１０５ｃ、１０５ｄのペアが同じ温度のときに、ゼロ点を調整するためのオフセット量を温度差信号生成回路１５７、１６１に出力する。

判定回路１６５は、Ａ／Ｄ変換器１５９、１６３から受け取ったディジタルの温度差信号Ｐｘ、Ｐｙから人間１０の存否を判断する。判定回路１６５は、ＣＰＵ、システム・メモリなどの半導体チップと、ファームウェア、デバイス・ドライバなどのソフトウェアで構成することができる。判定回路１６５は、人間１１の存否に応じて動作するさまざまな電子機器１８０の入力回路に検出信号を出力することができる。判定回路１６５は、電子機器１８０の中に組み込んでもよい。加速度センサ１６７は、センサ面１０２の傾斜を検出する。判定回路１６５は必要に応じて加速度センサ１６７を利用し、センサ面１０２が傾斜するときの温度差信号Ｐｘ、Ｐｙを、水平なときの温度差信号Ｐｘ、Ｐｙに補正する。

図６（Ａ）に示すように、水平なセンサ面１０２に対して斜め上方向から入射する空気流５３は、センサ面１０２に衝突して一部はセンサ面１０２に沿う水平方向の成分５３ａとなり他は反射成分５３ｂなる。水平方向の成分５３ａは、ヒータ１２１の上流側と下流側の空気に温度差をもたらすが、反射成分５３ｂは温度差の形成に有効に作用しない。空気流５３のセンサ面１０２に対する方向が鉛直方向に近づくほど反射成分５３ｂが大きくなる。

空気流５３が鉛直方向に下向きに流れるときは、測温素子１０３ａ、１０３ｂ、１０５ｃ、１０５ｄが計測する温度に対して同等の影響を与える。人間１１が生成した水平方向の空気流５１と空調機１３が生成した空気流５３の水平方向の成分５３ａを２次元のセンサ・ユニット１０１が検出する温度差だけで区別することは困難である。事務機１５が生成した水平方向の空気流５５も同様に区別することが困難である。

本実施の形態では、センサ・ユニット１０１の設置方法を工夫することで、空気流５３、５５の影響をなくす方法を提供する。また、センサ・ユニット１０１に対して空気流５１は、図３（Ｂ）に示したように周囲の任意の方向から向かうことを前提にするが、発生源の位置が固定されている空気流５３、５５はセンサ・ユニット１０１の位置がセットされると相対的な方向が定まる。この特質を利用することで、空気流５１を空気流５３、５５から区別することができる。

図６（Ｂ）に示すように、取り付け方法によってはセンサ面１０２が水平から傾斜する場合がある。この場合、空気流５１の流速が同じであっても、センサ面１０２に沿って流れる空気流５１ａは空気流５１よりも少なくなりセンサ面１０２が水平な場合に比べて検出する温度差は小さくなる。センサ面１０２が傾斜することによって温度差が小さくなる割合は、空気流５１の流速、センサ面１０２の傾斜角度およびセンサ面１０２の形状などに依存する。さまざまなパラメータのもとで実験して、センサ面１０２が傾斜するときの温度差を、水平なときの温度差に換算するための補正量を求めることができる。

図７は、人感システム１００を搭載する電子機器１８０の外観の一例を示す斜視図である。電子機器１８０は、円筒形の筐体２０１の側面に複数の開口２０３を形成し、水平な取り付け面２０５にセンサ・ユニット１０１を配置している。電子機器１８０は人感システム１００から検出信号を受け取って動作するネットワーク機器でもよい。筐体２０１は、センサ・ユニット１０１に対する上からの空気流５３をブロックし、水平方向の空気流５１だけを通過させる。筐体２０１は、事務機１５による水平方向の空気流５５の流れを阻止するように開口２０３の位置を調整してもよい。この場合、人間１１が生成した空気流５１を検出できる範囲は狭くなる。

図８は、人感システム１００の動作手順を示すフローチャートである。ブロック３０１でユーザ空間１０にセンサ・ユニット１０１を配置したあとに、判定回路１６５は、ノイズとなる空気流５３、５５を登録するための初期化モードで動作する。初期化モードでは人間１１が存在しないユーザ空間１０で人感システム１００を動作させ、空気流５３と空気流５５を順番に発生させる。

センサ・ユニット１０１は、一旦位置をセットした以降は移動させないと想定する。図９は、温度差信号Ｐｘ、Ｐｙと流速ベクトルＰの関係を説明するための図である。温度差信号生成回路１５７、１６１は、時刻ｔ０から温度差信号Ｐｘ、Ｐｙの出力を開始する。温度差信号Ｐｘ、Ｐｙは、時間軸上の移動平均値、または移動積算値として、短時間だけ発生する空気流の影響を弱める。

時刻ｔ０〜ｔ１では、空気流が発生しないためセンサ・ユニット１０１は熱平衡状態を保ち、温度差信号Ｐｘ、Ｐｙはほぼ０である。時刻ｔ１で、空気流５３が発生すると、その方向と流速に応じて温度差信号Ｐｘ、Ｐｙが増加する。判定回路１６５は、温度差信号Ｐｘ、Ｐｙをベクトル合成して２次元の流速ベクトルＰを計算する。判定回路１６５はセンサ面１０２が傾斜している場合に、加速度センサ１６７が示す傾斜角度と、温度差信号Ｐｘ、Ｐｙの大きさから選択した補正量でそれらを水平方向の値に補正することができる。時刻ｔ２で空気流５３が停止すると、それ以降温度差信号Ｐｘ、Ｐｙは０に戻る。

流速ベクトルＰの方向は、水平に維持されたセンサ・ユニット１０１または水平に補正されたセンサ・ユニット１０１に対する廻りからの空気流５３の方向を示す。ブロック３０３で判定回路１６５は、空気流５３、５５に相当する流速ベクトルＰをノイズとして登録する。なお、電子機器１８０の筐体２０１を防風カバーとして利用して空気流５３、５５の影響を排除する場合は、ブロック３０１、３０３の手順をスキップすることができる。

ブロック３０５で、人感システム１００が動作を開始する。ブロック３０７で、ヒータ１２１が昇温を開始し、ブロック３０９で温度差信号生成回路１５７、１６１が移動平均値または移動積算値として計算した温度差信号Ｐｘ、Ｐｙの出力を開始する。ブロック３１１で判定回路１６５は、図９で説明したように２次元の流速ベクトルＰを計算する。流速ベクトルＰは、水平方向の空気流５１または水平方向の空気流の成分５３ａに対応する。判定回路１６５はセンサ・ユニット１０１が傾斜している場合に、加速度センサ１６７で計測した傾斜角度でセンサ面１０２が水平なときの温度差に補正することができる。

図１０は、２次元の流速ベクトルＰを計算する方法を説明するための図である。図１０（Ａ）は、センサ・ユニット１０１に対して水平方向の空気流５２ａ〜５２ｃがそれぞれＸ軸方向、４５度の方向およびＹ軸方向に沿って流れる様子を示している。測温素子１０３ａ、１０３ｂ、１０５ｃ、１０５ｄが検出する温度Ｔａ、Ｔｂ、Ｔｃ、Ｔｄは、空気流５２ａ、５２ｂ、５２ｃに対して、それぞれ図１０（Ｂ）、図１０（Ｃ）、図１０（Ｄ）のようになる。このとき、空気流５２ａ、５２ｂ、５２ｃに対する流速ベクトルＰは、それぞれ図１１（Ａ）、図１１（Ｂ）、図１１（Ｃ）のようになる。ブロック３１３で判定回路１６５は、流速ベクトルＰの絶対値が所定値Ｐｔ１以上のときにノイズの可能性も含めて有意な空気流が発生したと判断してブロック３１５に移動する。

流速ベクトルＰの絶対値が所定値Ｐｔ１を超えない限りブロック３５１に戻って、人感システム１００は非検出状態を維持する。センサ・ユニット１０１が空気流５３、５５の影響を受ける可能性がある場合に、ブロック３１５で判定回路１６５は、流速ベクトルＰが、空気流５３、５５によるか否かを判断する。判定回路１６５は、流速ベクトルＰが、ブロック３０３で登録した方向および大きさまたは方向に合致する場合にそれをノイズとみなしてブロック３５１に移行することができる。

この場合、人間１１がノイズとなる水平方向の空気流または空気流の成分と同じ方向の空気流を生成するときは、人感システム１００は人間１１を検知できないが、人間１１がユーザ空間１０のなかでさまざまな位置に移動して運動すれば、やがてノイズの方向とは異なる空気流５１の流速ベクトルＰが生成される。センサ・ユニット１０１から離れた位置で運動する人間１１を検出しないで、近くの人間１１だけを検出する場合はブロック３１７に移行する。

ブロック３１７で判定回路１６５は、流速ベクトルＰが所定値Ｐｔ２より大きい場合に電子機器１８０を利用するユーザの存在を認識してブロック３１９で電子機器１８０の入力回路に検出信号を出力する。電子機器１８０は検出信号に応答して待機状態からレジュームしたり、ネットワークに接続された電子機器を動作させたり、あるいはユーザに音声で呼びかけたりすることができる。人感システム１００は、ブロック３２１で一定の時間人間１１を検出しないときにブロック３５３に移行して電子機器１８０に非検出信号を出力する。

センサ・ユニット１０１は、図１２に示すように電子機器１８０の一例であるラップトップ型パーソナル・コンピュータ（ラップトップ）２１１の筐体に設けることもできる。ラップトップ２１１は、ユーザが使用中にセンサ・ユニット１０１を取り付けた筐体の開閉角度や位置を変化させるため、センサ面１０２の姿勢や方向が一定しない。また、図７で説明したような筐体２０１のカバーでノイズとなる空気流を遮ることは困難である。したがって、有意な温度差信号とノイズを区別する工夫が必要になる。

図１３は、３次元で空気流を検出するセンサ・ユニット１０１ａを模式的に示す斜視図である。センサ・ユニット１０１ａは、センサ面１０２に加えて、センサ面１０２が存在する平面に対して所定の角度の方向に配置したセンサ面１０２ａを備える。センサ面１０２ａには、所定の方向に定義したＺ軸上で、中心にヒータ１３１を挟んだ位置に測温素子１０７ｅ、１０７ｆのペアを配置している。一例においてセンサ面１０２ａおよびＺ軸は、センサ面１０２に垂直に定義することができる。

測温素子１０７ｅ、１０７ｆは、図１の温度検出回路１５３に他の測温素子１０３ａ、１０３ｂ、１０５ｃ、１０５ｄと同様に接続する。温度検出回路１５３は、測温素子１０７ｅ、１０７ｆに対応する電圧ｅ１、ｅ２を新たな温度差信号生成回路に出力する。温度差信号生成回路は判定回路１６５に、測温素子１０７ｅ、１０７ｆのペアが検出した温度の温度差に相当する温度差信号Ｐｚを出力する。

センサ面１０２が水平なときに判定回路１６５は、図１４に示すように３軸の温度差信号Ｐｘ、Ｐｙ、Ｐｚをベクトル合成して、２次元の流速ベクトルＰ２および３次元の流速ベクトルＰ１を計算する。センサ面１０２が傾斜しているとき判定回路１６５は加速度センサ１６７の信号からセンサ面１０２の姿勢を判断して、流速ベクトルＰ１、Ｐ２をセンサ面１０２が水平なときの値に補正することができる。

判定回路１６５は、３次元の流速ベクトルＰ１の方向および大きさまたは方向だけから判断した所定の流速ベクトルＰ１をノイズとみなすことができる。判定回路１６５は、鉛直方向の成分Ｐｚが所定値以上の流速ベクトルをノイズとみなすことができる。判定回路１６５は、２次元の流速ベクトルＰ２の方向および大きさまたは方向だけから検出信号をノイズと判断することができる。

センサ面１０２ａを複数設けることで、鉛直方向の成分を検出できる範囲を広くすることができる。センサ面１０２ａとセンサ面１０２は、ラップトップ２１１において、それぞれ水平方向の空気流および鉛直方向の空気流を検出しやすい別々の位置に配置することができる。人感システム１００は、アクティブ・タイプの人感センサに比べて消費電力が小さく、構成が比較的簡単であるため、電子機器に組み込む上で都合がよい。また、センサ・ユニット１０１に対して全方位から接近する人間を検出できるため用途が広がる。

これまで本発明について図面に示した特定の実施の形態をもって説明してきたが、本発明は図面に示した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の効果を奏する限り、これまで知られたいかなる構成であっても採用することができることはいうまでもないことである。

１０ ユーザ空間
５１、５３、５５ 空気流
１００ 人感システム
１０１ センサ・ユニット
１０２、１０２ａ センサ面
１０３ａ、１０３ｂ、１０５ｃ、１０５ｄ、１０７ｅ、１０７ｆ、１２３ 測温素子
１２１、１３１ ヒータ
１８０ 電子機器
１６７ 加速度センサ

特許文献１は、近傍にユーザがいて画像出力装置を使用しているにもかかわらず画像出力装置が省電力状態に遷移することを防止する発明を開示する。同文献には、赤外線アレー・センサを人感センサとして利用して、電力モードを切り換えることを記載する。特許文献２は、ヒータ素子とその両側に配置した１対の測温抵抗素子で構成したフロー・センサを開示する。特許文献３は、熱感知型加速度センサを開示する。同文献には、密閉された空間にヒータを挟んで設けた２対の温度検出素子で、加速度がもたらす温度差を検出することを記載する。

人感システム１００は、センサ・ユニット１０１、ヒータ制御回路１５１、温度検出回路１５３、オフセット回路１５５、温度差信号生成回路１５７、１６１、Ａ／Ｄ変換器１５９、１６３、加速度センサ１６７および判定回路１６５を含む。電子機器１８０は、ユーザ空間１０に存在してもよいし、ユーザ空間１０の外に存在してもよい。人感システム１００のなかで、少なくともセンサ・ユニット１０１は、ユーザ空間１０に配置する。人感システム１００はユーザ空間１０に存在する電子機器１８０に組み込んでもよい。

人感システム１００は、センサ面１０２に沿って流れる空気流５１がもたらす測温素子１０３ａ、１０３ｂのペア、および測温素子１０５ｃ、１０５ｄのペアのそれぞれの温度差から人間１１の存在を認識する。このときの、温度差はヒータ１２１で加熱された空気の温度と、それを変化させる空気流５１により発生する。人感システム１００は、制御対象となる電子機器１８０の近辺に存在するユーザとみなした人間と、当該電子機器から離れた位置に存在する一般の人間の識別をすることもできる。

図１で、ヒータ制御回路１５１には、ヒータ１２１、および測温素子１２３が接続されている。なお、図１では電源回路を省略している。ヒータ制御回路１５１は、ヒータ１２１の温度が、測温素子１２３が計測する環境温度に対して、一定値だけ高くなるようにヒータ１２１に供給する電力を制御する。温度検出回路１５３は、測温素子１０３ａ、１０３ｂ、１０５ｃ、１０５ｄが測定するユーザ空間１０の温度に相当する抵抗値を検出して電気量として出力する。

ここで、測温素子１０３ａ、１０３ｂの温度抵抗特性が同等で、抵抗ＲｍとＲｎの抵抗値も同等であるとする。図５は、ヒータ１２１が発熱したときの測温素子１０３ａ、１０３ｂが検出する温度を説明する図である。図５（Ａ）は、一切の空気流がなく、環境温度がＴ_０のユーザ空間１０において、ヒータ１２１が発熱したときに測温素子１０３ａ、１０３ｂが検出する空気の温度Ｔａ、Ｔｂを示している。

判定回路１６５は、Ａ／Ｄ変換器１５９、１６３から受け取ったディジタルの温度差信号Ｐｘ、Ｐｙから人間１１の存否を判断する。判定回路１６５は、ＣＰＵ、システム・メモリなどの半導体チップと、ファームウェア、デバイス・ドライバなどのソフトウェアで構成することができる。判定回路１６５は、人間１１の存否に応じて動作するさまざまな電子機器１８０の入力回路に検出信号を出力することができる。判定回路１６５は、電子機器１８０の中に組み込んでもよい。加速度センサ１６７は、センサ面１０２の傾斜を検出する。判定回路１６５は必要に応じて加速度センサ１６７を利用し、センサ面１０２が傾斜するときの温度差信号Ｐｘ、Ｐｙを、水平なときの温度差信号Ｐｘ、Ｐｙに補正する。

時刻ｔ０〜ｔ１では、空気流が発生しないためセンサ・ユニット１０１は熱平衡状態を保ち、温度差信号Ｐｘ、Ｐｙはほぼ０である。時刻ｔ１で、空気流５３が発生すると、その方向と流速に応じて温度差信号Ｐｘ、Ｐｙが増加する。判定回路１６５は、温度差信号Ｐｘ、Ｐｙをベクトル合成して２次元の流速ベクトルＰを計算する。判定回路１６５はセンサ面１０２が傾斜している場合に、加速度センサ１６７が示す傾斜角度と、温度差信号Ｐｘ、Ｐｙの大きさから選択した補正量で温度差信号Ｐｘ、Ｐｙを水平方向の値に補正することができる。時刻ｔ２で空気流５３が停止すると、それ以降温度差信号Ｐｘ、Ｐｙは０に戻る。

Claims (17)

1. 人間の運動で空気流が発生するユーザ空間に配置するセンサ面と、
   前記センサ面に配置され前記ユーザ空間の空気を局部的に加熱する発熱素子と、
   前記発熱素子を挟んで前記センサ面の第１の方向に配置された第１の測温素子のペアと、前記発熱素子を挟んで前記センサ面の第２の方向に配置された第２の測温素子のペアと、
   前記第１の測温素子のペアと前記第２の測温素子のペアがそれぞれ検出する温度差から人間の存在を示す検出信号を生成する判定回路と
   を有する人感システム。
2. 前記判定回路が前記第１の測温素子のペアが検出した温度差と、前記第２の測温素子のペアが検出した温度差から流速ベクトルを計算する請求項１に記載の人感システム。
3. 前記判定回路は、前記流速ベクトルの方向が所定の方向のときに前記検出信号をノイズと判断する請求項２に記載の人感システム。
4. 前記判定回路は、前記センサ面の傾斜を計測して前記センサ面が傾斜するときの前記流速ベクトルを水平な前記センサ面での流速ベクトルに補正する請求項２に記載の人感システム。
5. さらに前記センサ面が存在する平面に対して所定の角度の第３の方向に配置した第３の測温素子のペアを含み、前記判定回路が前記第１の測温素子のペアと前記第２の測温素子のペアと前記第３の測温素子のペアがそれぞれ検出した温度差から３次元の流速ベクトルを計算する請求項１に記載の人感システム。
6. 前記判定回路は、前記３次元の流速ベクトルの方向が所定の方向のときに前記検出信号をノイズと判断する請求項５に記載の人感システム。
7. 前記判定回路は、前記３次元の流速ベクトルが所定位置以上の鉛直方向の成分を含むときに前記検出信号をノイズと判断する請求項５に記載の人感システム。
8. 前記センサ面に対する所定の方向からの空気流を阻止するカバーを有する請求項１に記載の人感システム。
9. 人間の運動で空気流が発生するユーザ空間に配置するセンサ面と、
   前記センサ面に配置され前記ユーザ空間の空気を局部的に加熱する発熱素子と、
   前記センサ面の前記発熱素子の周囲に配置され、前記センサ面の複数の方向の温度差を検出する測温素子と、
   前記複数の方向の温度差から人間の存在を示す検出信号を生成する判定回路と、
   前記検出信号に応じて所定の動作を開始する入力部と
   を有する電子機器。
10. 人間の移動で空気流が発生するユーザ空間に配置する第１のセンサ面と、
    前記第１のセンサ面に配置され前記ユーザ空間の空気を局部的に加熱する発熱素子と、
    前記発熱素子を挟んで前記第１のセンサ面の第１の方向に配置された第１の測温素子のペアと、前記発熱素子を挟んで前記第１のセンサ面の第２の方向に配置された第２の測温素子のペアと、
    前記空気流により発生した前記ユーザ空間の温度差をそれぞれ検出して前記第１の測温素子のペアが生成した温度差信号と前記第２の測温素子のペアが生成した温度差信号を出力する出力回路と
    を有する人感センサ。
11. 前記第１のセンサ面が存在する平面に所定の角度で交差する第２のセンサ面と、
    前記第２のセンサ面に配置され前記ユーザ空間の空気を局部的に加熱する発熱素子と、
    前記発熱素子を挟んで前記第２のセンサ面に配置された第３の測温素子のペアを有し、
    前記出力回路は前記空気流により発生した前記ユーザ空間の温度差を検出して前記第３の測温素子のペアが生成した温度差信号を出力する請求項１０に記載の人感センサ。
12. 人間の移動で空気流が発生するユーザ空間の第１の所定の位置の周辺の空気の温度を環境温度に対して上昇させるステップと、
    前記第１の所定の位置の近辺の空気の温度をそれぞれ第１の平面上に存在し前記第１の所定の位置を挟んで対向する第１の位置のペアと第２の位置のペアで計測するステップと、
    前記第１の位置のペアの温度差と前記第２の位置のペアの温度差に基づいて人間の存在を認識するステップと
    を有する人間の検出方法。
13. 前記認識するステップが、前記第１の位置のペアの温度差と前記第２の位置のペアの温度差から前記第１の平面に沿って流れる空気流に対応するベクトルを計算するステップを含む請求項１２に記載の方法。
14. ノイズとなる空気流を登録するステップを有し、
    前記認識するステップが、前記ベクトルの方向が前記登録した空気流の方向のときに人間の存在を認識しない請求項１３に記載の方法。
15. 前記第１の位置のペアと前記第２の位置のペアに対する所定値以上の鉛直方向の成分を含む空気流の流れを阻止するステップを有する請求項１３に記載の方法。
16. 前記ユーザ空間の第２の所定の位置の周辺の空気の温度を前記環境温度に対して上昇させるステップを有し、
    前記計測するステップが、前記第１の平面に所定の角度で交差する第２の平面上に存在し前記第２の所定の位置を挟んで対向する第３の位置のペアで温度を計測するステップを含み、前記認識するステップが、前記第１の位置のペアの温度差と前記第２の位置のペアの温度差と前記第３の位置のペアの温度差から３次元のベクトルを計算するステップを含む請求項１２に記載の方法。
17. 前記認識するステップが、前記３次元のベクトルが所定値以上の大きさの鉛直方向の成分を含むときに人間の存在を認識しない請求項１６に記載の方法。

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