JP4051023B2 - 人体検出装置およびそれを備えた電子機器、並びに人体検出システム - Google Patents

Description

この発明は人体検出装置に関し、より詳しくは、人体の存在を検出するための焦電型センサと人体までの距離を知るための光学式測距センサとを組み合わせて構成された人体検出装置に関する。

また、この発明はそのような人体検出装置を備えた電子機器に関する。

また、この発明はそのような人体検出装置を複数含む人体検出システムに関する。

近年、非接触で人体を検出するために、焦電型センサと赤外線方式の測距センサとを組み合わせた装置（これを「人体検出装置」と呼ぶ。）が提案されている。焦電型センサは、静止物を検出せず、熱線（遠赤外線）を検出するので人体の存在を認識できるという特長を持つ。また、視野角が水平で約±５０°というように広く、検知距離が長い（〜５ｍ）が、検出対象までの距離や方向を検出できない。一方、赤外線方式の測距センサは、発光素子から近赤外線を発して、検出対象からの反射光をＰＳＤ（位置検出素子）で検出するようになっている。この赤外線方式の測距センサは、視野角が±数°というように狭いが、検出対象までの距離を知ることができるし、また、検出対象（人体）の色（服）の影響も受けにくい。したがって、焦電型センサと赤外線方式の測距センサとを組み合わせれば、人体の存在を検知するとともに人体までの距離や方向を知ることができる（例えば、特許文献１（特開平０８−３３８８８０号公報）参照）。

図１（ａ）は従来のこの種の人体検出装置１００を上方から見たところ、図１（ｂ）はその人体検出装置１００の内部を正面から見たところをそれぞれ模式的に示している。図１（ｂ）に示すように、この人体検出装置１００は本体ケーシング１５０内に、人体の存在を検知するための焦電型センサ１０１と、検出対象（人体）までの距離を知るための複数個の赤外線方式の測距センサ１０２−０，１０２−１，１０２−２，１０２−３，１０２−４（符号１０２で総称する。）とを備えている。各測距センサ１０２は、互いに独立に構成された同等の性能を有するものであり、それぞれ筐体１０８内にＬＥＤ（赤外線発光素子）１０３、ＰＳＤ（位置検出素子）１０４およびＩＣ（集積回路）１０９を備えている。これらの測距センサ１０２は、複数個で焦電型センサ１０１の検出範囲をカバーするように、それぞれ測距の方向を変えて配置されている。図１（ａ）に示すように、本体ケーシング１５０の前面には、各ＬＥＤ１０３、各ＰＳＤ１０４に対応してそれぞれ集光用レンズ１０５，１０６が設けられている。各ＬＥＤ１０３が発した近赤外線は対応する集光用レンズ１０５を通して検出対象Ｈに達し、反射されて対応する集光用レンズ１０６を通して対応するＰＳＤ１０４の受光面に入射する。ＰＳＤ１０４は、受光面内の入射光の位置に応じて上記検出対象Ｈまでの距離を表す信号を出力する。

なお、焦電型センサ１０１は、キャンタイプのパッケージにアセンブリされ、微少な遠赤外線を検出できるようにシールドされている。また、各測距センサのＰＳＤ１０４はリードフレーム上にアセンブリされ、測距精度を向上させるためにシールドされている。

図２の電気的ブロック図に示すように、焦電型センサ１０１はセンサ部１０１ａとその出力を処理する信号処理回路１０１ｂとを含んでいる。また、図２中には測距センサ１０２−０についてのみ具体的に示しているが、各測距センサ１０２は、ＬＥＤ１０３を駆動するためのＬＥＤ駆動回路１０３Ｂと、ＰＳＤ１０４の出力を処理する信号処理回路１０４Ｂと、感度調整用の抵抗１０４Ｃとを含んでいる（これらが図１中のＩＣ１０９に相当する。）。また、本体ケーシング１５０内には、各測距センサ１０２に対して定電圧を供給する定電圧回路１３０と、各測距センサ１０２の動作を制御する制御回路１４０とが設けられている。

上記焦電型センサ１０１は常に動作状態とされる。焦電型センサ１０１から一定の距離（検出範囲）内に検出対象（図１（ａ）中に示す人体Ｈ）が存在すると、焦電型センサ１０１は人体から放射される遠赤外線を検出して検出信号を出力する。その検出信号をもとに、制御回路１４０による制御によって各測距センサ１０２が測距動作を開始する。通常は、測距センサ１０２−０，１０２−１，１０２−２，１０２−３，１０２−４の順に間欠的に測距動作を繰り返す。上記測距動作中に或る測距センサ１０２が対象までの距離を検出した場合、その測距センサ１０２の測距の方向と距離情報とに基づいて、人体検出装置１００に対する人体の位置を特定できる。

しかしながら、この人体検出装置１００のように、それぞれ筐体１０８を有し互いに独立に構成された複数個の測距センサ１０２を用いる方式では、全体として装置（本体１５０）のサイズが大型化する。このため、例えば小型の機器には搭載できないというような、用途面での制限がでてくる。また、部品点数が多いため、価格面でも高コストになるという問題がある。
特開平０８−３３８８８０号公報

そこで、この発明の課題は、小型、安価で、しかも適切な制御を行う人体検出装置を提供することにある。

また、この発明の課題は、そのような人体検出装置を備えた電子機器を提供することにある。

また、この発明の課題は、そのような人体検出装置を複数含む備えた人体検出システムを提供することにある。

上記課題を解決するため、この発明の人体検出装置は、
人体の存在を検出するための焦電型センサと、この焦電型センサによって検出された検出対象までの距離を知るための光学式測距センサとを組み合わせて構成された人体検出装置であって、
上記測距センサは、
上記焦電型センサの検出範囲をカバーするように、それぞれ光出射方向を変えて配置された複数個の発光素子と、
上記各発光素子から出射され上記検出対象によって反射された光を入射させる１個の受光面を有し、この受光面内の入射光の位置に応じて上記検出対象までの距離を表す信号を出力する位置検出素子とを備え、
上記焦電型センサが出力する信号に基づいて上記測距センサの動作を制御する第１の制御手段と、
上記複数個の発光素子を個々に発光させるための発光素子選択手段と、
上記複数個の発光素子を、それぞれ一時的に、かつ互いに時間をずらして発光させる制御を行う第２の制御手段とを備え、
上記第２の制御手段は、上記検出対象の方向が検出されたとき、上記複数個の発光素子のうち上記検出対象の方向に対応する発光素子の光出射頻度に比して残りの発光素子の光出射頻度を低くする制御に切り換えることを特徴とする。

ここで「焦電型センサの検出範囲をカバーする」とは、焦電型センサの検出範囲全域に出射光（例えば、赤外線）が及ぶことを意味する。

また、「１個の受光面」とは、連続した材料からなる受光面、より具体的には、１チップからなる受光面を意味する。

この発明の人体検出装置では、焦電型センサは、検知範囲内に人体が存在すれば、人体から放射される遠赤外線を検出して、検出対象（人体）が存在することを検知する。光学式測距センサは、例えば各発光素子からそれぞれ時間をずらして光（典型的には、赤外線）を出射させる。検知範囲内の特定の方向に検出対象が存在すれば、その方向に出射された光が検出対象によって反射されて、検出対象からの反射光が位置検出素子の受光面に入射する。したがって、その光の出射方向に応じて検出対象が存在する方向が分かる。また、位置検出素子は、この受光面内の入射光の位置に応じて上記検出対象までの距離を表す信号を出力する（三角測量方式）。このようにして、人体の存在を検知するとともに人体までの方向と距離を知ることができる。

また、この発明の人体検出装置では、上記位置検出素子が、上記各発光素子から出射され上記検出対象によって反射された光を入射させる１個の受光面を有しているので、複数個の位置検出素子（つまり、複数個の受光面）を備えた図１の従来例に比して、装置のサイズを小型化できる。しかも、部品点数が少ないので、安価になる。

また、この発明の人体検出装置では、第１の制御手段は、上記焦電型センサが出力する信号に基づいて上記測距センサの動作を制御するので、適切な制御が可能となる。例えば、上記焦電型センサが検出範囲内に検出対象（人体）が存在することを表す検出信号を出力している期間のみ、上記測距センサを動作させることができる。

また、上記測距センサは、機械的な走査を要しないので、騒音を発生させず静音性に優れる。また、機械的な走査による応答性の制限がない。さらに、機械的な走査で磨耗を生じることが無いので、メンテナンスの必要がない。したがって、長期の安定的な運用が可能となる。

また、一実施形態の人体検出装置では、上記焦電型センサおよび上記赤外線方式測距センサによって検出された内容を表す人体検知信号を出力する出力部を備えるのが望ましい。この人体検知信号を用いることにより、所定の検出範囲内における人体の存在の有無や人体までの方向と距離に応じて様々な機器を制御することが可能になる。

また、この発明の人体検出装置では、発光素子選択手段によって、上記複数個の発光素子を個々に発光させることができる。したがって、例えば各発光素子からそれぞれ時間をずらして光（例えば、赤外線）を出射させる等の適切な制御が可能となる。

上記発光素子選択手段は、各発光素子毎に設けられたスイッチを含むのが望ましい。この場合、上記各スイッチをオン、オフさせることによって、簡単な構成でもって、上記複数個の発光素子を個々に発光させることができる。

また、上記焦電型センサおよび赤外線方式測距センサが本体ケーシングに収容されている場合は、上記本体ケーシングに、より好ましくは上記本体ケーシングの外面に、上記各発光素子毎に設けられた発光素子選択端子を含むのが望ましい。この場合、上記本体ケーシングの外部から、上記各発光素子選択端子にそれぞれ選択信号を入力することによって、上記複数個の発光素子のうち発光させるべき発光素子を容易に選択することができる。

また、この発明の人体検出装置では、第２の制御手段は、上記複数個の発光素子を、それぞれ一時的に、かつ互いに時間をずらして発光させる制御を行う。したがって、上記各発光素子の発光タイミングに同期して、上記測距センサの位置検出素子の受光面へ入射する光を検出すれば、その入射光に基づいて、上記検出対象の方向および距離が特定される。

この発明の人体検出装置では、一旦検出対象の方向が検出された後は、上記第２の制御手段は、上記複数個の発光素子のうち上記検出対象の方向に対応する発光素子の光出射頻度に比して残りの発光素子の光出射頻度を低くする制御に切り換える。これにより、検出対象が存在しない方向への赤外線出射頻度が少なくなり、発光素子に関する消費電力が低減される。

また、一旦検出対象の方向を検知した後は、上記第２の制御手段は、上記検出対象の方向に対応する発光素子のみから間欠的に赤外線を出射するようにしても良い。その場合、発光素子に関する消費電力をさらに低減できる。なお、上記検出対象が移動した結果、その方向からの反射光が検出されなくなったときは、再び各赤外線発光素子からそれぞれ赤外線を出射させれば良い。

また、上記測距センサの各発光素子は、上記光を間欠的に短いパルスでかつ０．５秒から１秒までの長い周期で出射するのが望ましい。つまり各発光素子を低デューティで駆動するのが望ましい。これにより、高デューティで各発光素子を駆動する場合に比して、各発光素子の消費電力を低減できる。

なお、人体の移動は比較的ゆっくりしているので、それに応じて０．５秒以上の赤外線出射周期で検出すれば足りる。ただし、赤外線出射周期が１秒を超えると、人体の位置と機器の動作との不一致がその人に感じられるようになるため、好ましくない。

一実施形態の人体検出装置では、上記第１の制御手段は、上記焦電型センサが人体の存在を表す検出信号を出力している期間のみ、上記測距センサを動作させる制御を行うことを特徴とする。

この一実施形態の人体検出装置では、上記第１の制御手段は、上記焦電型センサが人体の存在を表す検出信号を出力している期間のみ、上記測距センサを動作させる制御を行う。すなわち、上記第１の制御手段は、上記焦電型センサが人体の存在を表す検出信号を出力した時点で上記測距センサを起動し、上記焦電型センサが人体の存在を検知しなくなった時点で上記測距センサの動作を停止させる。この結果、上記焦電型センサの検出範囲内に検出対象（人体）が存在していない期間は、上記赤外線方式測距センサは動作を停止するので、消費電力が低減される。

また、上記焦電型センサおよび赤外線方式測距センサが本体ケーシングに収容されている場合は、上記本体ケーシングに、より好ましくは上記本体ケーシングの外面に、上記測距センサの動作を許可または禁止することを表す測距動作制御信号を入力するための測距動作制御入力端子を有するのが望ましい。この場合、上記本体ケーシングの外部から、上記測距動作制御信号を入力することによって、上記測距センサの動作を容易に許可または禁止することができる。

一実施形態の人体検出装置は、少なくとも上記焦電型センサおよび測距センサを収容した本体ケーシングを備え、上記焦電型センサおよび測距センサが上記本体ケーシングの前面に沿って配置され、この前面を通して検出を行うようになっていることを特徴とする。

ここで「本体ケーシングの前面」とは、検出範囲へ向いた面を意味する。

一実施形態の人体検出装置は、上記焦電型センサおよび測距センサが上記本体ケーシングの前面に沿って配置され、この前面、つまり同じ面を通して検出を行うようになっているので、上記検出対象の方向および距離の検出精度が高まり、最適の性能が実現される。

また、上記焦電型センサおよび測距センサが上記本体ケーシングの前面に互いに近接して配置されているのが望ましい。これにより、焦電センサと測距センサの視野をほぼ同一にすることができる。したがって、最適の性能が実現される。

一実施形態の人体検出装置は、少なくとも上記焦電型センサおよび測距センサを収容した本体ケーシングを備え、上記本体ケーシングの前面のうち上記位置検出素子の受光面に対応する箇所にトロイダルレンズが配置されていることを特徴とする。

この一実施形態の人体検出装置では、本体ケーシングの前面のうち上記位置検出素子の受光面に対応する箇所にトロイダルレンズが配置されているので、様々な方向からの反射光を上記トロイダルレンズを通して上記受光面上に適切に集光できる。

一実施形態の人体検出装置は、少なくとも上記焦電型センサおよび測距センサを収容した一体のパッケージを備えたことを特徴とする。

ここで「一体のパッケージ」とは、複数の筐体が集合したものではなく、分離または分割不能に連続した材料からなるパッケージを意味する。

この一実施形態の人体検出装置では、少なくとも上記焦電型センサおよび測距センサを収容した一体のパッケージ本体ケーシングを備えているので、それらを別々にアセンブリして集合させる場合に比して、パッケージ材料、アセンブリに要する加工費、上記焦電型センサのシールドに要する材料費等が大幅に低減される。しかも、さらに小型化が可能になる。

一実施形態の人体検出装置は、上記一体のパッケージは、上記焦電型センサおよび測距センサを搭載したリードフレームを有する樹脂パッケージであることを特徴とする。

一実施形態の人体検出装置は、上記一体のパッケージは、上記焦電型センサおよび測距センサを搭載したステムを有するキャンパッケージであることを特徴とする。

一実施形態の人体検出装置は、上記一体のパッケージは、外面の少なくとも一部に導電性樹脂材料を有することを特徴とする。

この一実施形態の人体検出装置では、上記一体のパッケージは、外面の少なくとも一部に導電性樹脂材料を有するので、内部の上記焦電型センサおよび測距センサがシールドされる。したがって、検出精度および信頼性が高まる。

この発明の電子機器は、本発明の人体検出装置を備え、この人体検出装置は、上記焦電型センサおよび上記赤外線方式測距センサによって検出された内容を人体検知信号として出力するようになっており、所定の動作を行うための機器部と、上記人体検出装置が出力した上記人体検知信号に基づいて、上記機器部の制御を行う制御部とを備えたことを特徴とする。

この発明の電子機器は、上記人体検出装置が出力した上記人体検知信号に基づいて上記機器部の制御を行うので、所定の検出範囲内における人体の存在の有無や人体までの方向と距離に応じて上記機器部を制御することができる。

ここで「電子機器」とは、人体検出装置の出力を用いて電気的な処理を行う機器を広く指す。

上記電子機器は、人が接近すると、上記人体検出装置が出力した上記人体検知信号に基づいて自動的に給水を行う自動水栓機能付き蛇口であっても良い。

また、上記電子機器は、人が存在すると、上記人体検出装置が出力した上記人体検知信号に基づいて自動的に点火し、その人が存在する方向へ温風を吹き出す石油ファンヒータ等の暖房機であっても良い。

また、上記電子機器は、人が存在すると、上記人体検出装置が出力した上記人体検知信号に基づいて自動的に運転を開始し、その人が存在する方向へ冷風または温風を吹き出す等の動作を行う空気調和機（エアコンディショナ）であっても良い。

上記電子機器は、人が接近すると自動的に開き、人が遠ざかると自動的に閉じる自動ドアであっても良い。

上記電子機器は、人が存在すると、上記人体検出装置が出力した上記人体検知信号に基づいてその人を避けて移動しながら掃除を行う自走式掃除機であっても良い。

この発明の人体検出システムは、本発明の人体検出装置を複数個備え、上記各人体検出装置の上記測距センサによる測距タイミングを互いにずらす制御を行う第３の制御手段を備えたことを特徴とする。

この人体検出システムによれば、第３の制御手段によって、上記各人体検出装置の測距センサによる測距タイミングが互いにずらされる。したがって、複数個の人体検出装置の間で、上記測距センサの動作が干渉し合うことがない。例えば、或る人体検出装置に含まれた測距センサの発光素子が発した光が、別の人体検出装置に含まれた測距センサの受光素子に入射して、誤動作を生じさせるような事態が防止される。

ここで、上記複数個の人体検出装置は１台の電子機器に搭載されていても良い。

また、上記複数個の人体検出装置は、それぞれ互いに別の電子機器に搭載されていても良い。この場合、互いに別の電子機器の間で、各電子機器に搭載された人体検出装置の測距センサの動作が干渉し合うことがない。

ここで「互いに別の電子機器」とは、物理的に互いに独立した外形を持つ電子機器を指し、同種であると異種であるとを問わない。

一実施形態の人体検出システムでは、上記第３の制御手段は、上記各人体検出装置の測距センサの動作を許可または禁止することを表す測距動作制御信号と、上記各人体検出装置の発光素子選択手段に対して上記各発光素子を発光させるための発光素子選択信号とを、上記各人体検出装置へ互いに同期をとって印加するようになっていることを特徴とする。

この一実施形態の人体検出システムでは、上記測距動作制御信号によって、上記各人体検出装置の測距センサの動作を、互いに同期をとって許可または禁止することができる。また、上記発光素子選択信号によって、上記各人体検出装置において上記発光素子選択手段を介して上記複数個の発光素子を個々に発光させることができる。したがって、例えば各発光素子からそれぞれ時間をずらして光（例えば、赤外線）を出射させる等の適切な制御が可能となる。したがって、上記各人体検出装置の上記測距センサによる測距タイミングを互いにずらす制御を容易に行うことができる。

一実施形態の人体検出システムでは、上記各人体検出装置に、それぞれ人体検出装置の測距タイミングを互いに通信するための光通信手段を備えたことを特徴とする。

一実施形態の人体検出システムでは、上記光通信手段によって、上記複数個の人体検出装置の間で、人体検出装置の測距タイミングが互いに通信される。したがって、複数台の電子機器にそれぞれ人体検出装置が搭載されている場合であっても、上記各人体検出装置の測距センサの動作が干渉し合うのを容易に防止できる。

別の局面では、この発明の人体検出システムは、人体検出装置を複数個備えた人体検出システムであって、
上記各人体検出装置は、
人体の存在を検出するための焦電型センサと、
この焦電型センサと組み合わされ、この焦電型センサによって検出された検出対象までの距離を知るための光学式測距センサとを備え、
上記測距センサは、上記焦電型センサの検出範囲をカバーするように、それぞれ光出射方向を変えて配置された複数個の発光素子と、上記各発光素子から出射され上記検出対象によって反射された光を入射させる１個の受光面を有し、この受光面内の入射光の位置に応じて上記検出対象までの距離を表す信号を出力する位置検出素子とを含み、
上記複数個の発光素子を個々に発光させるための発光素子選択手段と、
上記焦電型センサが出力する信号に基づいて上記測距センサの動作を制御する第１の制御手段とを備え、
上記各人体検出装置の上記測距センサによる測距タイミングを互いにずらす制御を行う第３の制御手段を備え、
上記第３の制御手段は、上記各人体検出装置の測距センサの動作を許可または禁止することを表す測距動作制御信号と、上記各人体検出装置の発光素子選択手段に対して上記各発光素子を発光させるための発光素子選択信号とを、上記各人体検出装置へ互いに同期をとって印加するようになっていることを特徴とする。

以下、この発明を図示の実施の形態により詳細に説明する。

図３（ａ）は一実施形態の人体検出装置１を上方から見たところ、図３（ｂ）はその人体検出装置１の内部を正面から見たところをそれぞれ模式的に示している。図３（ｂ）に示すように、この人体検出装置１は本体ケーシング５０内に、人体の存在を検知するための焦電型センサ７と、検出対象（人体）までの距離を知るための赤外線方式の測距センサ２とを備えている。測距センサ２は、一体の筐体２０内に複数個（この例では５個）の発光素子としてのＬＥＤチップ３−０，３−１，３−２，３−３，３−４（符号３で総称する。）と、１個のＰＳＤ（位置検出素子）４およびＩＣ（集積回路）９を備えている。図３（ａ）に示すように、本体ケーシング５０の前面には、各ＬＥＤ３、ＰＳＤ４に対応してそれぞれ集光用レンズ５，６が設けられている。各ＬＥＤ３が発した近赤外線Ｉ１は対応する集光用レンズ５を通して検出対象Ｈに達し、検出対象Ｈからの反射光Ｉ１′が集光用レンズ６を通してＰＳＤ４の受光面に入射する。ＰＳＤ４は、１個の受光面を有する１チップからなり、その受光面内の入射光の位置に応じて上記検出対象Ｈまでの距離を表す信号を出力する。また、焦電型センサ７は検出対象Ｈが発する熱線（遠赤外線）Ｉ０を検出する。

図６は人体検出装置１の内部を側方から見たところを模式的に示している。ＬＥＤチップ３は、複数個で焦電型センサ７の検出範囲Ａ（斜線を施して示す。）をカバーするように、それぞれ赤外線（近赤外線）の出射方向を変えて配置されている。矢印ａ−０，ａ−１，ａ−２，ａ−３，ａ−４がそれぞれ各ＬＥＤチップ３−０，３−１，３−２，３−３，３−４の赤外線出射方向を表している。なお、各ＬＥＤチップ３に対応する集光用レンズ５は真円レンズである。

図５は人体検出装置１を斜めから見た外観を示している。この図５に示すように、ＰＳＤ４に対応する集光用レンズ６はトロイダルレンズからなっている。したがって、様々な方向からの反射光をトロイダルレンズ６を通してＰＳＤ４の受光面上に適切に集光できる。なお、集光用レンズ６は、様々な方向からの反射光を取り込むために、集光用レンズ５に比して視野角を広くする必要がある。

この人体検出装置１では、複数個のＬＥＤチップ３に対応するＰＳＤ４が１チップからなり、１個の筐体２０内に収容されているので、複数個の筐体を集合させた図１の従来例に比して、装置のサイズを小型化できる。具体的には、人体検出装置１のサイズは、図１中の測距センサ１０２のほぼ１個分のサイズまで小型化できる。しかも、部品点数が少ないので、安価になる。

図４の人体検出装置１の電気的ブロック構成を示している。この図４に示すように、焦電型センサ７はセンサ部７ａとその出力を処理する信号処理回路７ｂとを含んでいる。また、測距センサ２は、各ＬＥＤ３−０，３−１，３−２，３−３，３−４を駆動するためのＬＥＤ駆動回路３Ｂと、ＰＳＤ４の出力を処理する信号処理回路４Ｂと、感度調整用の抵抗４Ｃとを含んでいる（これらが図３中のＩＣ９に相当する。）。各ＬＥＤ３−０，３−１，３−２，３−３，３−４とＬＥＤ駆動回路３Ｂとの間には、各ＬＥＤを個々に通電するためのスイッチとしてのＮＰＮトランジスタ１１−０，１１−１，１１−２，１１−３，１１−４が設けられている。これらのＮＰＮトランジスタ１１−０，１１−１，１１−２，１１−３，１１−４は、制御部４０からのＬＥＤ制御信号ＣＳ０，ＣＳ１，ＣＳ２，ＣＳ３，ＣＳ４によってオン、オフされる。また、測距センサ２は、ＬＥＤ駆動回路３ＢおよびＰＳＤ４に対して定電圧を供給する定電圧回路３０を備えている。

制御部４０は、ＣＰＵ（中央演算処理装置）を含むマイクロコンピュータからなり、人体検出装置１の動作全体を制御するようになっている。

本体ケーシング５０には、焦電型センサ７の出力信号用のＶ２端子と、信号処理回路４Ｂおよび定電圧回路３０へ外部から電源を供給するためのＶＣＣ端子と、ＰＳＤ４の出力信号用のＶ１端子と、このケーシング５０を接地するためのＧＮＤ端子と、測距動作制御信号入力端子としてのＶｘ端子と、発光素子選択信号入力端子としてのＣＳ０端子，ＣＳ１端子，ＣＳ２端子，ＣＳ３端子，ＣＳ４端子とが設けられている。Ｖｘ端子は、信号処理回路４ＢおよびＬＥＤ駆動回路３Ｂの動作を許可または禁止するための測距動作制御信号Ｖｘ（簡単のため、端子と同じ符号を用いる。）を入力するために用いられる。また、上記ＣＳ０端子，ＣＳ１端子，ＣＳ２端子，ＣＳ３端子，ＣＳ４端子は、発光素子選択信号としてのＬＥＤ制御信号ＣＳ０，ＣＳ１，ＣＳ２，ＣＳ３，ＣＳ４（簡単のため、各端子と同じ符号を用いる。）を入力するために用いられる。

この例では、測距動作制御信号Ｖｘは、２値信号であり、高（ハイ）レベルであれば信号処理回路４ＢおよびＬＥＤ駆動回路３Ｂの動作を許可することを表し、低（ロー）レベルであれば信号処理回路４ＢおよびＬＥＤ駆動回路３Ｂの動作を禁止してリセットをかけることを表す。

同様に、ＬＥＤ制御信号ＣＳ０，ＣＳ１，ＣＳ２，ＣＳ３，ＣＳ４は、高（ハイ）レベルであれば、それぞれ対応するＬＥＤを発光させることを表し、低（ロー）レベルであれば、それぞれ対応するＬＥＤを非発光にすることを表す。

制御部４０は、この例では、この人体検出装置１が適用される電子機器のマイクロコンピュータによって構成されている。このため、図４では、人体検出装置１の本体ケーシング５０の外部に制御部４０が描かれている。そのようにした場合、その電子機器に適した制御が可能となる。ただし、人体検出装置１の本体ケーシング５０の内部に制御部４０を設けて、一体化しても良い。そのようにした場合、この人体検出装置１が適用される電子機器が、より小型で安価に構成される。

この人体検出装置１は、図７に示す処理フローにしたがって、次のように動作する。なお、この処理は、制御部４０が第１の制御手段として働くことにより実行される。

人体検出装置１を含む電子機器の電源がオンされると、上記焦電型センサ７は常に動作状態とされる（Ｓ１、Ｓ２）。焦電型センサ７から一定の距離（検出範囲）内に検出対象（図３（ａ）中に示す人体Ｈ）が存在すると（Ｓ２でＮＯ）、焦電型センサ７は人体から放射される遠赤外線Ｉ０を検出して検出信号をＶ２端子へ出力する。その検出信号をもとに、制御部４０がＶｘ端子に印加されている測距動作制御信号ＶｘをＨレベルにする。この測距動作制御信号Ｖｘ＝Ｈによって測距センサ２が起動されて、測距動作を開始する（Ｓ３）。そして、焦電型センサ７の検出範囲内に検出対象（人体Ｈ）が存在する限り（Ｓ４でＹＥＳ）、測距センサ２による測距動作を継続する（Ｓ３、Ｓ４）。一方、焦電型センサ７の検出範囲内に検出対象（人体Ｈ）が存在しなくなれば、測距センサ２の動作を停止して（図７中のＳ５）、焦電型センサ７のみの動作に戻す。

図８（ａ）、（ｂ）は、上記測距センサ２による測距動作を継続中の、制御部４０による制御タイミングを示している。この制御は、制御部４０が第２の制御手段として働くことにより実行される。

例えば、図８（ａ）の制御タイミングに示すように、制御部４０は、ＬＥＤ制御信号ＣＳ０，ＣＳ１，ＣＳ２，ＣＳ３，ＣＳ４を、短いパルス（パルス幅（時間）はΔｔ）でかつ０．５秒から１秒までの長い周期Ｔでそれぞれ時間をずらして高レベルにする。これに応じて、図４中のＮＰＮトランジスタ１１−０，１１−１，１１−２，１１−３，１１−４が順次一時的にオンして、対応するＬＥＤ３−０，３−１，３−２，３−３，３−４が順次一時的に近赤外線Ｉ１を出射させる（これを「順次制御」と呼ぶ。）。

ここで図６中に示した検知範囲Ａ内の特定の方向（ａ−０，ａ−１，ａ−２，ａ−３，ａ−４のいずれか）に検出対象Ｈが存在すれば、その方向に出射された赤外線Ｉ１が検出対象によって反射されて、検出対象Ｈからの反射光Ｉ１′がＰＳＤ４の受光面に入射する。したがって、制御部４０がＬＥＤ制御信号ＣＳ０，ＣＳ１，ＣＳ２，ＣＳ３，ＣＳ４と同期をとって、言い換えれば各ＬＥＤ３−０，３−１，３−２，３−３，３−４からの赤外線の出射と同期をとって、測距センサ２の出力（Ｖ１端子）を検出することによって、検出対象Ｈが存在する方向が分かる。また、測距センサ２の出力は、ＰＳＤ４の受光面内の入射光の位置に応じて上記検出対象Ｈまでの距離を表す。したがって、人体の存在を検知するとともに人体までの方向と距離を知ることができる。

上の例のように、低デューティで各ＬＥＤ３を駆動すれば、高デューティで各ＬＥＤ３を駆動する場合に比して、各ＬＥＤ３の消費電力を低減できる。なお、人体の移動は比較的ゆっくりしているので、それに応じて０．５秒以上の赤外線出射周期Ｔで検出すれば足りる。ただし、赤外線出射周期Ｔが１秒を超えると、人体の位置と機器の動作との不一致がその人に感じられるようになるため、好ましくない。

上の例では、ＬＥＤ３−０，３−１，３−２，３−３，３−４が順次一時的に赤外線を出射するもの（順次制御）としたが、これには限られない。図８（ｂ）に示すように、測距センサ２の一連の測距動作で一旦検出対象Ｈの方向を検知した後は、制御部４０は、上記検出対象Ｈの方向に対応するＬＥＤ３（この例ではＣＳ２に対応するＬＥＤ３−２）のみから間欠的に赤外線を出射するようにしても良い。その場合、ＬＥＤ３−２の赤外線出射周期Ｔを維持するものとすれば、ＬＥＤに関する消費電力をさらに１／５に低減できる。

なお、上記検出対象Ｈが移動した結果、その方向からの反射光が検出されなくなったときは、再び図８（ａ）に示した順次制御に戻せば良い。

このように、測距センサ２の複数のＬＥＤ３−０，３−１，３−２，３−３，３−４のうち検出対象Ｈの方向に対応するＬＥＤの赤外線出射頻度に比して残りのＬＥＤの赤外線出射頻度を低くすることによって、全体としてＬＥＤに関する消費電力を低減できる。

また、上の例のように全部のＬＥＤ３−０，３−１，３−２，３−３，３−４を一律に順次制御するのではなく、まず奇数番号のＬＥＤのみを順番に発光させ、続いて偶数番号のＬＥＤのみ順番に発光させるような制御を行っても良い。

一般に、外部からのノイズ等に起因して、或るＬＥＤの発光期間中にＬＥＤ制御信号の内容が変化してしまい、ＬＥＤ選択信号が変化する前のＬＥＤと後のＬＥＤの測距データが混ざってしまう事態が考えられる。しかし、上述のように、複数のＬＥＤ３−０，３−１，３−２，３−３，３−４を、それぞれ一時的に、かつ互いに時間をずらして発光させる制御を行い、各ＬＥＤの発光タイミングに同期して、測距センサ２の出力（Ｖ１端子）を検出すれば、各ＬＥＤの出射光によるデータが混ざることがない。したがって、検出対象の方向および距離を精度良く特定できる。

また、図８（ａ）中に示したＬＥＤ制御信号ＣＳ０，ＣＳ１，ＣＳ２，ＣＳ３，ＣＳ４のパルス同士の隙間の期間内に、制御部４０がＶｘ端子に低（Ｌ）レベルの信号を入力して、一旦測距動作を停止しても良い。そのようにした場合、測距データ（検出対象の方向および距離）の精度がさらに高まり、測距データの信頼性が高まる。

また、一般に、１台の電子機器に複数個の人体検出装置が搭載された場合は、或る人体検出装置（これを「１個目の人体検出装置」と呼ぶ。）のＬＥＤ発光時に別の人体検出装置（これを「２個目の人体検出装置」と呼ぶ。）のＬＥＤが発光したとき、２個目の人体検出装置のＬＥＤによる光が１個目の人体検出装置のＰＳＤ受光面に入射して、測距データが不正確なものになってしまうことがある。この不具合を回避するため、１台の電子機器に複数個の人体検出装置１が搭載された場合は、制御部４０が第３の制御手段として働いて、各人体検出装置１の測距センサ２による測距タイミングを互いにずらす制御を行うのが望ましい。

具体的には、例えば、１個目の人体検出装置における測距動作制御入力信号Ｖｘが高レベルになっている時は２個目の人体検出装置の測距動作制御入力信号Ｖｘは低レベルにする、というような制御をすればよい。ただし、二個の人体検出装置のＬＥＤによる光が互いに干渉しない配置になっている場合は、測距動作制御入力信号Ｖｘを同時に高レベルにしてもよい。

または、二個の人体検出装置の測距動作制御入力信号Ｖｘを同時に高レベルにする場合に、１個目の人体検出装置における図８（ａ）中に示したＬＥＤ制御信号ＣＳ０，ＣＳ１，ＣＳ２，ＣＳ３，ＣＳ４のパルス同士の隙間の期間内に、２個目の人体検出装置におけるＬＥＤ制御信号ＣＳ０，ＣＳ１，ＣＳ２，ＣＳ３，ＣＳ４のパルスをそれぞれ発生させるというように、個々のＬＥＤ毎に発光タイミングを互いにずらすような制御を行っても良い。

また、人体検出装置１は既述のように小型に構成されるので、分離または分割不能に連続した材料からなる一体のパッケージに容易に収容され得る。そのようにした場合、焦電型センサ７や測距センサ２を別々にアセンブリして集合させる場合に比して、パッケージ材料、アセンブリに要する加工費、焦電型センサ７のシールドに要する材料費等を大幅に低減できる。しかも、さらに小型化が可能になる。

例えば、焦電型センサ７および測距センサ２をリードフレームに搭載し、それら導電性樹脂材料で一体に封止した樹脂パッケージにアセンブリすることができる。封止樹脂が導電性を有すれば、内部の焦電型センサ７および測距センサ２がシールドされる。したがって、検出精度および信頼性が高まる。

また、焦電型センサ７および測距センサ２を金属製ステムに搭載し、それらを金属製キャップ（センサのための窓を有する）で覆ったキャンパッケージにアセンブリしても良い。この場合も、内部の焦電型センサ７および測距センサ２がシールドされるので、検出精度および信頼性が高まる。

図９は、電子機器としての空気調和機（以下「エアコン」という。）６０に、上記人体検出装置１を制御部４０と一体に搭載した例を示している。このエアコン６０は室内へ送風Ｗを行う機器部６１を備えている。このエアコン６０では、人が部屋に入ってきたことを焦電型センサ７で検出し、測距センサ２を動作させて人の方向を検出する。そして、制御部４０が出力部として働いて、焦電型センサ７および測距センサ２によって検出された内容を表す人体検知信号ＨＳを出力する。そして、制御部４０が人体検知信号ＨＳに基づいて機器部６１の制御を行うので、室内（検出範囲内）における人体の存在の有無や人体までの方向と距離に応じて送風Ｗを制御することができる。例えば、人が存在する方向へ冷風または温風を送り、より効率的に室内の空調を行うことができる。より具体的には、夏の暑い日であれば人が存在する方向にのみ冷風を出すように機器部６１を制御する、昼寝をする場合であれば人がいない方向にのみ冷気を出すように機器部６１を制御する、等の機能を実現することができる。

上記人体検出装置１は、エアコンのほかに様々な電子機器に適用され得る。

例えば、人体検出装置１を水道の蛇口に取り付けて自動水栓機能付き蛇口を構成しても良い。人体検出装置１は、水道の蛇口の近傍に、光出射方向を下向きにして配置される。

この自動水栓機能付き蛇口は、人の手が蛇口に接近すると、焦電センサ７と測距センサ２の出力に基づいてそのことを検知して、制御部４０が自動的に蛇口から水を出すように制御する。

次に、人が洗い物をしている場合、測距センサ２の出力は距離が色々変化している状況を出力し、かつ、焦電センサ７の出力も人の手を検出している状況を出力するため、制御部４０は水を出し続けるように制御する。

また、人が洗い物を終了して、人の手が蛇口から遠ざかると、焦電センサ７と測距センサ２の出力に基づいてそのことを検知して、制御部４０が自動的に給水を止める。なお、測距センサ２は水道水の挙動により距離が変化したかのような検知信号を出力する場合があるため、測距センサ２のみでは自動的に水が止まらない不具合が起こり得るが、焦電型センサ７を併用すれば、確実に人の手が遠ざかったことを検出して水を止めることができる。

なお、単に人が片づけ物を流し台に置きに来ただけの場合、焦電センサ７のみでは検出距離を設定できないため給水してしまう不具合が起こり得るが、測距センサ２を併用すれば、予め給水条件として距離設定をしておくことにより、給水しないように制御することが可能となる。

このように人体検出装置１を備えた自動水栓機能付き蛇口によれば、従来無かった機能を実現できる。

また、人体検出装置１を石油ファンヒータ等の暖房機に搭載しても良い。この暖房機によれば、室内に人が入って来ると、人体検出装置１の焦電型センサ７と測距センサ２の出力に基づいて自動的に点火し、その人が存在する方向へ温風を吹き出すような制御が可能となる。また、至近距離に物がある場合は測距センサ２でそのことを検出して、危険を回避するため火力を弱くするような制御ができる。ここで、人が洗濯物を手で持って乾かしているような場合は、測距センサ２だけではなく焦電型センサ７が人の手を検出する。したがって、人が存在するため安心であると判断して、火力をそのまま維持するような制御が可能となる。

また、人体検出装置１を自動ドアに搭載しても良い。この場合、人体検出装置１を開閉可能なドアの上部に取り付けるのが望ましい。

一般的に言って、自動ドアに搭載されている焦電型センサのみの検出器では、人体を検出可能であるが犬・猫等の動物も検出してしまうため、ホテルの入り口のドアが自動で開いて犬がホテルのロビーに入ってきたという不具合が起こり得る。これに対して、人体検出装置１を搭載した自動ドアでは、焦電型センサ７の出力に併せて測距センサ２から検出対象までの距離を測定することで、検出対象が人であるか小動物であるかを識別することができる。したがって、ドアに人が接近したときのみ自動的に開き、人が遠ざかると自動的に閉じるような制御が可能となる。

また、人体検出装置１を掃除機ロボットに搭載して自走式掃除機に構成しても良い。この自走式掃除機によれば、人が存在すると、焦電センサ７と測距センサ２の出力に基づいてその人を避けて移動しながら掃除を行うような制御が可能となる。さらに、焦電センサ７は人体だけでは無く熱源の検出が可能であるため、掃除中の掃除機ロボットが誤ってストーブ等の熱源に衝突しないように制御でき、安全性を高めることができる。また、測距センサ２の出力（検出対象までの距離を表す）に基づいて、掃除中の掃除機ロボットが壁や家具等の障害物に対して一定の距離をあけて止まりそこまでは掃除をするような制御が可能となる。

また、一般に、複数台の電子機器にそれぞれ人体検出装置が搭載された場合は、或る電子機器（例えば、人間型ロボット。これを「１台目の電子機器」と呼ぶ。）に搭載された人体検出装置のＬＥＤ発光時に別の電子機器（例えば、自走式掃除機。これを「２台目の電子機器」と呼ぶ。）に搭載された人体検出装置のＬＥＤが発光したとき、２台目の電子機器の人体検出装置のＬＥＤによる光が１台目の電子機器の人体検出装置のＰＳＤ受光面に入射して、測距データが不正確なものになってしまう場合がある。この不具合を回避するため、上記各人体検出装置に、それぞれ人体検出装置の測距タイミングを互いに通信するための光通信手段、例えば信号伝送用の光通信素子を備えるのが望ましい。

そのようにした場合、上記光通信素子によって、二台の電子機器の人体検出装置の間で、各人体検出装置の測距タイミングが互いに通信される。したがって、複数台（この例では二台）の電子機器にそれぞれ人体検出装置が搭載されている場合であっても、各人体検出装置の測距センサの動作が干渉し合うのを容易に防止できる。例えば、１台目の電子機器の測距センサのＬＥＤが光るタイミングでは二台目の電子機器の測距センサのＬＥＤは光らないように、前述の測距動作制御入力信号ＶｘやＬＥＤ制御信号ＣＳ０，ＣＳ１，ＣＳ２，ＣＳ３，ＣＳ４により制御すればよい。

図１（ａ）は従来の人体検出装置を上方から見たところを模式的に示す図、図１（ｂ）はその人体検出装置を正面から見たところを模式的に示す図である。 上記従来人体検出装置の電気的ブロック図である。 図３（ａ）は本発明の一実施形態の人体検出装置を上方から見たところを模式的に示す図、図３（ｂ）はその人体検出装置を正面から見たところを模式的に示す図である。 上記人体検出装置の電気的ブロック図である。 上記人体検出装置を斜めから見た外観を示す図である。 上記人体検出装置の各ＬＥＤの赤外線出射方向を示す図である。 上記人体検出装置の制御部の処理フローを示す図である。 図８（ａ），図８（ｂ）はそれぞれ図３の人体検出装置におけるＬＥＤ制御信号の波形を例示する図である。 上記人体検出装置をエアコンに適用した例を示す図である。

符号の説明

１ 人体検出装置
２ 赤外線方式測距センサ
３，３−０，３−１，３−２，３−３，３−４ ＬＥＤチップ
４ ＰＳＤ
７ 焦電型センサ
２０ 筐体
５０ 本体ケーシング
６０ エアコン

Claims (13)

1. 人体の存在を検出するための焦電型センサと、この焦電型センサによって検出された検出対象までの距離を知るための光学式測距センサとを組み合わせて構成された人体検出装置であって、
   上記測距センサは、
   上記焦電型センサの検出範囲をカバーするように、それぞれ光出射方向を変えて配置された複数個の発光素子と、
   上記各発光素子から出射され上記検出対象によって反射された光を入射させる１個の受光面を有し、この受光面内の入射光の位置に応じて上記検出対象までの距離を表す信号を出力する位置検出素子とを備え、
   上記焦電型センサが出力する信号に基づいて上記測距センサの動作を制御する第１の制御手段と、
   上記複数個の発光素子を個々に発光させるための発光素子選択手段と、
   上記複数個の発光素子を、それぞれ一時的に、かつ互いに時間をずらして発光させる制御を行う第２の制御手段とを備え、
   上記第２の制御手段は、上記検出対象の方向が検出されたとき、上記複数個の発光素子のうち上記検出対象の方向に対応する発光素子の光出射頻度に比して残りの発光素子の光出射頻度を低くする制御に切り換えることを特徴とする人体検出装置。
2. 請求項１に記載の人体検出装置において、
   上記第１の制御手段は、上記焦電型センサが人体の存在を表す検出信号を出力している期間のみ、上記測距センサを動作させる制御を行うことを特徴とする人体検出装置。
3. 請求項１に記載の人体検出装置において、
   少なくとも上記焦電型センサおよび測距センサを収容した本体ケーシングを備え、
   上記焦電型センサおよび測距センサが上記本体ケーシングの前面に沿って配置され、この前面を通して検出を行うようになっていることを特徴とする人体検出装置。
4. 請求項１に記載の人体検出装置において、
   少なくとも上記焦電型センサおよび測距センサを収容した本体ケーシングを備え、
   上記本体ケーシングの前面のうち上記位置検出素子の受光面に対応する箇所にトロイダルレンズが配置されていることを特徴とする人体検出装置。
5. 請求項１に記載の人体検出装置において、
   少なくとも上記焦電型センサおよび測距センサを収容した一体のパッケージを備えたことを特徴とする人体検出装置。
6. 請求項５に記載の人体検出装置において、
   上記一体のパッケージは、上記焦電型センサおよび測距センサを搭載したリードフレームを有する樹脂パッケージであることを特徴とする人体検出装置。
7. 請求項５に記載の人体検出装置において、
   上記一体のパッケージは、上記焦電型センサおよび測距センサを搭載したステムを有するキャンパッケージであることを特徴とする人体検出装置。
8. 請求項５に記載の人体検出装置において、
   上記一体のパッケージは、外面の少なくとも一部に導電性樹脂材料を有することを特徴とする人体検出装置。
9. 請求項１に記載の人体検出装置を備え、この人体検出装置は、上記焦電型センサおよび上記赤外線方式測距センサによって検出された内容を人体検知信号として出力するようになっており、
   所定の動作を行うための機器部と、
   上記人体検出装置が出力した上記人体検知信号に基づいて、上記機器部の制御を行う制御部とを備えたことを特徴とする電子機器。
10. 請求項１に記載の人体検出装置を複数個備え、
    上記各人体検出装置の上記測距センサによる測距タイミングを互いにずらす制御を行う第３の制御手段を備えたことを特徴とする人体検出システム。
11. 請求項１０に記載の人体検出システムにおいて、
    上記第３の制御手段は、上記各人体検出装置の測距センサの動作を許可または禁止することを表す測距動作制御信号と、上記各人体検出装置の発光素子選択手段に対して上記各発光素子を発光させるための発光素子選択信号とを、上記各人体検出装置へ互いに同期をとって印加するようになっていることを特徴とする人体検出システム。
12. 請求項１０に記載の人体検出システムにおいて、
    上記各人体検出装置に、それぞれ人体検出装置の測距タイミングを互いに通信するための光通信手段を備えたことを特徴とする人体検出システム。
13. 人体検出装置を複数個備えた人体検出システムであって、
    上記各人体検出装置は、
    人体の存在を検出するための焦電型センサと、
    この焦電型センサと組み合わされ、この焦電型センサによって検出された検出対象までの距離を知るための光学式測距センサとを備え、
    上記測距センサは、上記焦電型センサの検出範囲をカバーするように、それぞれ光出射方向を変えて配置された複数個の発光素子と、上記各発光素子から出射され上記検出対象によって反射された光を入射させる１個の受光面を有し、この受光面内の入射光の位置に応じて上記検出対象までの距離を表す信号を出力する位置検出素子とを含み、
    上記複数個の発光素子を個々に発光させるための発光素子選択手段と、
    上記焦電型センサが出力する信号に基づいて上記測距センサの動作を制御する第１の制御手段とを備え、
    上記各人体検出装置の上記測距センサによる測距タイミングを互いにずらす制御を行う第３の制御手段を備え、
    上記第３の制御手段は、上記各人体検出装置の測距センサの動作を許可または禁止することを表す測距動作制御信号と、上記各人体検出装置の発光素子選択手段に対して上記各発光素子を発光させるための発光素子選択信号とを、上記各人体検出装置へ互いに同期をとって印加するようになっていることを特徴とする人体検出システム。

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