JP6154633B2 - 赤外線検出装置及びそれを備えたディスプレイ並びにパソコン - Google Patents

Description

本発明は、赤外線検出装置及びそれを備えたディスプレイ並びにパソコンに関し、より詳細には、赤外線センサと信号処理部とを有する赤外線検出装置及びそれを備えたディスプレイ（文字・画像表示装置）並びにパソコンに関する。特に、赤外線の検出対象が人体である人体検出装置に適用できる赤外線検出装置に関する。

従来から、照明灯やテレビ、ディスプレイ、パソコン画面の自動点灯・消灯等の様々な場面で、人体からの赤外線を感知して人の存否を判定する人感センサが使用されている。これらの機器に人感機能を付加する目的は、第１に節電（省エネ）の目的、第２にセキュリティガードの目的である。第１の節電目的は、人がいない部屋の照明、エアコン及びテレビ等を、オン状態のままに放置する無駄を無くすこと、第２のセキュリティガード目的は、利用者が離席したパソコンに対し、第三者の不正操作あるいは情報の不正閲覧・盗用を防止することである。これらの目的に応じるため、人感センサは、人の存否を判定し、不在と判定された時は、制御対象となる照明、エアコン、テレビ等をオン状態からオフするほか、パソコンの機能をロックする等、適切に機能制限することが望まれている。

このような人感センサとしては、検出対象である人から発せられる赤外線を検知するものが知られており、その中でも特に焦電センサが広く用いられている。焦電センサは、センサに入射する赤外線エネルギーの変化量に応じた電気信号を出力するものである。例えば、検出対象である人が検出範囲に侵入した場合、侵入前後で検出範囲の赤外線エネルギー量は変化するので、その変化に応じた電気信号が出力されることにより、人の侵入を検知することが可能である。

しかし、検出範囲で人が継続して静止し続けた場合は、センサに入射する赤外線量はほとんど変化しない。したがって、変化に応じた電気信号が出力される焦電センサから出力される電気信号はわずかな値となり、検出対象である人を検知することが困難になるという欠点があった。

そこで、焦電センサを人感用途に用いる場合、通常はタイマーと組み合わせて使用することにより、上記欠点を緩和するものがある。その一例として、人感センサとタイマーとを組み合わせて、照明灯の自動点灯・消灯する節電装置が知られている。その節電装置において、焦電センサが、一旦検出対象である人を検知すると、タイマーで設定した時間内は照明灯の点灯を継続する。そして、タイマー設定時間内に再度検出対象である人の動きを検知した場合は、タイマーをリセットすることにより、点灯状態を継続する。もし、人が検出範囲から退去した場合は、焦電センサからの出力は得られなくなるため、タイマー設定時間になると自動的に消灯する。

このように、検出範囲において、人が椅子に座る等してほとんど動かない状態が継続し、焦電センサの出力信号が小さくなった場合でも、焦電センサとタイマーを組み合わせることにより、あらかじめ設定された時間までは照明灯は継続して点灯するので、しばらく動かない場合でも勝手に照明灯が消えてしまう確率を低減することができる。
しかし、タイマーの設定時間よりも長い時間、検出対象である人の静止状態が継続すると、検出範囲に検出対象者が存在する場合であっても、不在だと誤判定する欠点がある。この欠点を回避するためにタイマーの設定時間を長くすると、不在になったにもかかわらず照明の点灯状態が長時間継続することになり、人感センサを設置した節電（省エネ）という本来の目的に反することとなる。

このような、変化に応じた電気信号が出力される焦電センサ以外の赤外線センサとして、入射された赤外線の絶対量が分かるサーモパイルや量子型赤外線センサがある（以下、絶対赤外線量センサともいう）。この絶対赤外線量センサは、検出対象である人とセンサ自身の温度差に応じた赤外線の絶対値を検知することができる。そのため静止した検出対象者に対する検知出力を、そのまま使用可能であり、タイマーと組み合わせる必要がないという特徴を有する。

例えば、特許文献１に記載のものは、上述した絶対赤外線量センサを用い、従来と比べて簡単な構成，制御，信号処理により、室内の温度分布及び人体の存在や挙動の検出を行う赤外線センサシステムである。具体的には、室内の温度分布検出範囲と人体検出範囲が同一範囲となるようにサーモパイルと焦電型赤外線検出器を複合化した赤外線センサと、サーモパイル信号処理部と焦電型赤外線検出器信号処理部と、赤外線センサを上下・左右方向に走査する垂直方向駆動手段及び水平方向駆動手段と、垂直方向駆動手段及び水平方向駆動手段を制御する垂直・水平駆動制御部と、範囲別赤外線センサ情報記憶部とで構成するというものである。

また、特許文献２に記載のものは、特別な冷却装置を必要とせず、人体の発する赤外線を高感度に効率良く検出する赤外線センサである。具体的には、所定の開口率を得るための単一センサを構成する非検出部の面積に対する検出部の面積の比率が所定の値となるように、単一センサを構成する検出部及び非検出部の平面形状を、直角以下の角度を持たない五角形以上の多角形状に形成すると共に、支持基板上の同一行での互いに隣接する２つの単一センサ間の接続においては、該上流側の単一センサの非検出部と該下流側の単一センサの検出部とが直列接続されるように配線し、支持基板上の同一列での互いに隣接する２つの単一センサ間に配置においては、一方の行の単一センサを構成する検出部と、他方の行の単一センサを構成する非検出部とを交互に配置するというものである。

次に、静止した対象物の検知が可能な赤外線センサによる最も簡単な動作原理を説明する。
図１は、従来の赤外線検出装置において、赤外線センサが検出対象である人を検出した時の出力特性を説明するグラフを示す図である。図１における縦軸は、赤外線センサが出力する電気信号の値を示し、図１における横軸は、時間を示している。検出対象である人が、検出範囲に存在しない場合、量子型赤外線センサは、検出範囲の壁、床等の背景からの赤外線輻射を受けている。この時、赤外線センサは、背景温度とセンサ自身の温度差に応じた値を出力する。

次に、検出対象である人が、検出範囲に出入りした場合を説明する。赤外線センサが検出対象とする人は、ほぼ一定の体温である。特に、人の顔等皮膚の露出した部分の温度は、およそ３４℃程度であり、通常の室内温度（例えば、２５℃）より高温である。したがって、検出対象である人が、検出範囲に侵入した場合は、赤外線センサの出力値は上昇する。そして、侵入した人が、検出範囲から外れると、赤外線センサの出力値は、再び背景温度に応じたレベルに戻る。したがって、検出対象の存否、すなわち人が検出範囲に存在するか否かの判定基準となる閾値（固定）を、図１に示すように設定し、その閾値と赤外線センサの出力値との大小関係を比較することにより、検出範囲に人がいるかどうかを判定することが可能となる。すなわち、図１に示す区間Ｚが、検出対象となる人がそこにいると判定される区間である。

特開２００６−２２６９８８号公報 特開２００７−０８１２２５号公報

しかしながら、上記のように量子型赤外線センサ等の絶対赤外線量センサを用いた場合であっても、各部材の詳細な位置関係と検出感度との関係については、少なからず改善の余地が残されていた。
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、各部材の詳細な位置関係と検出感度との関係を明確にすることで、より高感度な赤外線検出装置を提供することを目的とする。

本実施形態は、このような目的を達成するためになされたもので、請求項１に記載の発明は、入射される赤外線量に応じた信号を出力する赤外線検出部（１００）により検出された信号に基づいて、検出対象物（６）の有無を検出する赤外線検出装置において、前記赤外線検出部（１００）は、入射される赤外線量を検出することが可能な複数の赤外線センサ（１，２）と、該赤外線センサ（１，２）の受光面（３）から前方に広がる検出角を、前記受光面（３）の近傍で狭めることにより、前記赤外線センサ（１，２）の各検出範囲（Ａ，Ｂ）を制限する検出角制限体（２０）とを有し、前記検出角制限体（２０）は、遮光性を有する赤外線遮光部（２３）と、透光性を有する赤外線透過部（２４）とにより構成され、前記複数の赤外線センサ（１，２）は、第１及び第２の赤外線センサ（１，２）からなり、該赤外線センサ（１，２）に設定される各検出範囲（Ａ，Ｂ）は、前記赤外線検出部（１００）に対向する仮想の平面（１３）に、前記各検出範囲（Ａ，Ｂ）と見なして投影した仮想の各投影面（１１，１２）をそれぞれ縁取る仮想の外周線（４，５）が一致しない条件を満たし、かつ、前記第１及び第２の赤外線センサ（１，２）の並び方向における各単一幅（Ｌ）の中心部を結ぶ仮想線分（Ｃ）の中間点を意味する重心（Ｑ）と、前記赤外線透過部（２４）の中心とは、一致せず（図２、図３）、前記赤外線センサ（１，２）の各単一幅をＬ、前記仮想線分（Ｃ）の距離をｄ、前記赤外線センサ（１，２）から前記赤外線透過部（２４）までの距離をａ、赤外線遮光部の断面厚みをｔ、前記赤外線透過部（２４）の開口幅をΦ、前記第１及び第２の赤外線センサ（１，２）の前記重心（Ｑ）から前記赤外線透過部（２４）の中心までの距離をｄΦ、前記第１及び第２の赤外線センサ（１，２）それぞれの受光面（３）の法線ベクトル（Ｍ）と鉛直上向き方向ベクトル（Ｎ）とのなす角をθＴｉｌｔと規定し、下記式（１），（２）で定義されるθＡ、θＢが下記式（３），（４）

を満たすことを特徴とする。

また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記検出角制限体（２０）は、１つの窓状に形成された赤外線透過部（２４）と、該赤外線透過部（２４）を窓枠状に囲む赤外線遮光部（２３）とにより構成されることを特徴とする。（図２）
また、請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の発明において、前記各検出範囲（Ａ，Ｂ）を含む検出領域内に検出対象物（６）が存在するか否かの存否を判定する信号処理部（１０）を備え、該信号処理部は、前記赤外線センサ（１，２）の各検出信号の出力を比較した結果、前記検出対象物（６）から検出される赤外線の占める割合が異なる場合、前記各検出範囲（Ａ，Ｂ）を含む検出領域内に検出対象物（６）が存在すると判定することを特徴とする。（図１、図２、図５、図６、図７、図８）

また、請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の発明において、前記信号処理部は、前記赤外線センサ（１，２）の出力の差又は前記出力の比に基づいて、検出対象物（６）の存否を判定することを特徴とする。（図５、図６、図７、図８）
また、請求項５に記載の発明は、請求項１乃至４のいずれかに記載の発明において、前記赤外線センサ（１，２）は、水平基準面（Ｆ）までのそれぞれの鉛直距離（Ｊ，Ｋ）が異なるように所定の離間距離（ｄ）を隔てて配置されたことを特徴とする。（図２、図３）

また、請求項６に記載の発明は、請求項１乃至５のいずれかに記載の発明において、前記赤外線センサ（１，２）は、地面（Ｇ）又は床面（Ｆ）に対して平行な方向に所定の離間距離（ｄ）を隔てて配置されたことを特徴とする。（図２、図３、図５）
また、請求項７に記載の発明は、請求項１乃至６のいずれかに記載の発明において、前記検出対象物（６）は、赤外線を放射する人体であることを特徴とする。（図５）
また、請求項８に記載の発明は、請求項１乃至７のいずれかに記載の発明において、前記赤外線センサ（１，２）は、同一の基板（１９）上に形成されたことを特徴とする。（図３）
また、請求項９に記載の発明は、請求項１乃至８のいずれかに記載の発明において、前記赤外線センサ（１，２）は、量子型赤外線センサであることを特徴とする。

また、請求項１０に記載の発明は、請求項１乃至９のいずれかに記載の赤外線検出装置を備え、画像表示部（８３）と、該画像表示部（８３）を囲む枠部（８１）とを有するディスプレイ（８０）において、前記赤外線センサ（１，２）を結ぶ直線（Ｃ）が、前記枠部（８１）に対して平行であるように、前記赤外線検出装置が前記枠部（８１）に配置されたことを特徴とする。（図４、図５）
また、請求項１１に記載の発明は、請求項１０に記載のディスプレイ（８０）において、前記赤外線センサ（１，２）を結ぶ直線（Ｃ）が、前記ディスプレイ（８０）の縦枠部（８２）に対して平行であることを特徴とする。（図３、図４、図５）
また、請求項１２に記載の発明は、請求項１乃至９のいずれかに記載の赤外線検出装置を備えたことを特徴とするパソコン。（図４、図５）
また、請求項１３に記載の発明は、請求項１０又は請求項１１に記載のディスプレイ（８０）を備えたことを特徴とするパソコン。（図４、図５）

本発明によれば、赤外線検出装置及びそれを備えたディスプレイ並びにパソコン、より詳細には、赤外線センサと信号処理部とを有する赤外線検出装置及びそれを備えたディスプレイ（文字・画像表示装置）並びにパソコンにおいて、検出範囲における検出対象物の存否を判定することが可能な高感度な赤外線検出装置を実現できる。また、各部材の詳細な位置関係と検出感度との関係を明確にすることで、より高感度な赤外線検出装置を実現できる。

従来の赤外線検出装置において、赤外線センサが検出対象を検出した時の出力特性を説明するグラフを示す図である。 本発明に係る赤外線検出装置の実施形態を説明するための断面図である。 図２の赤外線検出装置における赤外線センサを、被検出体側から正面視した正面図である。 図２の赤外線検出装置を、デスクトップパソコン用の据え置き型ディスプレイに適用した実施形態において、傾き角度を説明するための図である。 図４の実施形態をさらに説明するための図である。 図５の実施形態において、第１、第２の赤外線センサの出力電流値をグラフに示した図である。 図６に示した出力電流について、両センサの差分値をグラフに示した図である。 本発明に係る赤外線検出装置における信号処理部のブロック図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
［赤外線検出装置］
図２（ａ），（ｂ）は、本発明に係る赤外線検出装置の実施形態を説明するための断面図である。図２（ａ）は、主に第１の赤外線センサ１に対応する検出範囲Ａを明示した図であり、図２（ｂ）は、主に第２の赤外線センサ２に対応する検出範囲Ｂを示した図である。本実施形態の赤外線検出装置２００は、例えば、検出対象物（以下、人体又は単に人ともいう）６の放射する赤外線を検出する赤外線検出装置であり、赤外線検出部１００と信号処理部１０とを備えている。この赤外線検出部１００は、入射される赤外線量に応じた信号を出力する。信号処理部１０は、赤外線検出部１００が検出した信号を処理する。赤外線検出部１００は、入射される赤外線量を検出することが可能な、第１の赤外線センサ１及び第２の赤外線センサ２（以下、複数の赤外線センサ１，２、あるいは、単に赤外線センサ１，２ともいう）を有する。なお、赤外線センサ１，２にそれぞれ対応する検出範囲Ａ，Ｂは、赤外線センサ１，２とは異なる温度の物体が存在する時に、赤外線センサ１，２の出力が変化する範囲のことをいう。

また、２個の赤外線センサ１，２は、赤外線検出部１００が備える複数の赤外線センサのうち、いずれかの２個を特定したものである。したがって、赤外線検出部１００が備える赤外線センサの個数を制限することはなく、３個以上でも構わない。なお、少なくとも赤外線センサ１，２は、同一平面上に配置されている。
図２に示すように、赤外線検出部１００は、入射される赤外線量を検出することが可能な少なくとも２個の赤外線センサ１，２を有している。これら２個の赤外線センサ１，２の各検出範囲Ａ，Ｂは、以下の条件を満たすように設定されている。その条件とは、赤外線検出部１００に対向する仮想の平面１３において、各検出範囲Ａ，Ｂと見なして仮想の各投影面１１，１２を投影し、これら各投影面１１，１２をそれぞれ縁取る仮想の外周線４，５が一致しないという条件である。つまり、２個の赤外線センサ１，２の各検出範囲Ａ，Ｂは、少なくとも完全一致ではないという条件により設定されている。

さらに、図２の視認方向通りに、赤外線検出装置２００を側面視した時、複数の赤外線センサ１，２の重心Ｑと、赤外線透過部２４の中心が一致しないように赤外線センサと赤外線透過部が配置される。なお、複数の赤外線センサ１，２の重心Ｑとは、例えば、赤外線センサが２つの場合は２つの赤外線センサ１，２の並び方向における各単一幅（検出可能部）Ｌの中心Ｃ１，Ｃ２を結んで出来る仮想線分Ｃの中間点である。このような定義において、複数の赤外線センサ１，２の重心Ｑと、赤外線透過部２４の中心が、図２の視認方向通りに、赤外線検出装置２００を側面視した時、距離ｄΦだけずらして配置されている。

このように、赤外線検出装置２００を側面視した時、複数の赤外線センサ１，２の重心Ｑと、赤外線透過部２４の中心とを一致させないという位置関係に設定すれば、それらを一致させた場合よりも、赤外線検出装置２００は、赤外線検出装置２００における赤外線センサ１，２の出力差が大きくなるため、より高感度となる。つまり、複数の赤外線センサ１，２の重心Ｑと、赤外線透過部２４の中心とを一致させるよりも、それらをずらしていた方が、光軸の傾きを大きくすることによって、出力差が大きくなる。その結果、赤外線検出装置２００は、より高感度となる。なお、複数の赤外線センサ１，２の出力差は、赤外線センサ１，２に正対する被検知体である人体６及びその背景から入射される赤外線に基づく出力差である。

［赤外線検出部］
図２に示すように、赤外線検出部１００が備える２個の赤外線センサ１，２は、それらの受光面３から前方に広がる最大検出角がある。この最大検出角とは、赤外線センサ１，２を人の目に置き換えれば、視野とも言える概念である。赤外線検出部１００は、この視野にも似た最大検出角を、受光面３の近傍で検出角制限体２０によって狭める。すなわち、赤外線検出部１００は、２個の赤外線センサ１，２の各検出範囲Ａ，Ｂを制限する検出角制限体２０を備えて構成されている。この検出角制限体２０は、遮光性を有する赤外線遮光部２３と、透光性を有する赤外線透過部２４とにより構成されている。また、検出角制限体２０は、１つの窓状に形成された赤外線透過部２４と、その赤外線透過部２４を窓枠状に囲む赤外線遮光部２３とにより構成されている。

検出範囲Ａは、第１の赤外線センサ１の検出範囲を示しており、検出範囲Ｂは、第２の赤外線センサ２の検出範囲を示している。なお、検出角制限体２０は、赤外線検出装置２００自体に構成されるか、あるいは、赤外線検出装置２００が搭載された電子機器の筺体に窓を設けることにより、検出角制限体２０が構成されるか、いずれの構成にしても良い。

また、第１、第２の赤外線センサ１，２の検出範囲Ａ，Ｂを、所望の設定とするために、少なくとも検出角制限体２０と、不図示のレンズとの何れかを用いるように構成しても良い。
また、赤外線遮光部２３の赤外線透過率は、当然に、赤外線透過部２４の赤外線透過率より低いことが必須要件であり、１０％以下であることが好ましく、５％以下であれば、なお好ましい。また、赤外線透過部２４の赤外線透過率は、当然に、赤外線遮光部２３よりも高いことが必須要件であり、２０％以上であることが好ましく、５０％以上であれば、なお好ましい。

そのため、赤外線遮光部２３を構成する部材には、赤外線を反射しないように表面処理された金属、プラスチック、エポキシ樹脂、液晶ポリマー（ＬＣＰ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）樹脂等が用いられる。また、赤外線透過部２４を構成する部材には、高密度ポリエチレン、ゴアテックス（登録商標）、Ｓｉ、Ｇｅ、サファイヤガラス等が用いられる。この赤外線透過部２４は、検出角制限体２０を形成する板面において、単にピンホールのような穴を設けることでも実現可能である。さらに、赤外線透過部２４の形状として、円、楕円、正方形、長方形、多角形等を採用することが可能である。なお、赤外線透過部２４は１つであることが、製造工程を簡単にする点で好ましい。

このような検出角制限体２０と、２個の赤外線センサ１，２との相乗作用により、赤外線検出装置２００の検出範囲Ａ，Ｂにおける、検出対象物の存否確認が可能となる。また、赤外線検出装置２００において、信号処理部１０が、各検出範囲Ａ，Ｂを含む検出領域内に検出対象物が存在するか否かを判定する。この信号処理部１０は、２個の赤外線センサ１，２の出力の差又は出力の比に基づいて、検出対象物の存否を判定する。つまり、２個の赤外線センサ１，２の各検出信号の出力を比較した結果、検出対象物から検出される赤外線の占める割合が異なる場合、各検出範囲Ａ，Ｂを含む検出領域内に検出対象物が存在するとの判定結果が得られる。

すなわち、信号処理部１０は、各検出範囲Ａ，Ｂにおける検出対象物の占有率が異なることを検出することにより、検出対象物が検出可能範囲に存在することを判定する。
また、２個の赤外線センサ１，２の各検出範囲を検出対象物が占める割合が異なるとは、検出対象物を含む平面に２個の赤外線センサ１，２の各検出範囲を投影した際にできる各投影図において、検出対象物を含む面積と、検出対象物を含まない面積の比が異なることをいう。

ここで、２個の赤外線センサ１，２の出力の比を用いることにより、２個の赤外線センサ１，２が所定の温度特性を持っていた場合であっても、その温度特性をキャンセルできるため、広い温度範囲にわたり、安定的に検出対象物を検出することが可能となる。
なお、２個の赤外線センサ１，２を含む複数の赤外線センサは、同一基板１９（図３）の上に形成されていた方が、検出角制限体２０との相対位置ずれの影響や、複数の赤外線センサ１，２同士の温度差による出力ずれ等の影響が緩和される。

また、複数の赤外線センサが、蒸着等によって形成された半導体薄膜で構成されている場合、ウェハ上の赤外線センサは、近隣する同士である程、電気的特性が近いことが知られている。したがって、同一基板１９の上に構成された２個の赤外線センサ１，２は、相互の電気的特性やその温度特性がほぼ同一となる。このように、赤外線検出装置２００に用いる２個の赤外線センサ１，２の特性が揃っている方が、後段の演算や出荷時の調整が容易になる。

以下、本発明に係る赤外線検出装置をより詳細に説明する。
［赤外線センサの配置］
図３は、図２の赤外線検出装置における赤外線センサを、被検出体側から正面視した正面図である。図３に示した例では、第１、第２の赤外線センサ１，２を、地面Ｇに対して垂直方向の距離Ｊ，Ｋが異なるように配置し、検出角制限体２０により検出範囲Ａ，Ｂを地面Ｇに対して垂直方向にずらしたが、垂直方向に限ることはない。つまり、赤外線検出装置２００に求められる検出範囲によっては、第１、第２の赤外線センサ１，２を地面Ｇに対して水平方向に、所定の間隔を設けて配置し、検出角制限体２０により第１、第２の赤外線センサ１，２の検出範囲Ａ，Ｂを、地面Ｇに対して水平方向にずらしても良い。

一方、所望の検出範囲が多方向又は広範囲である等の場合は、４つの赤外線センサを用いて、第１、第２の赤外線センサ１，２を地面Ｇに対して垂直方向の距離Ｊ，Ｋが異なるように配置し、かつ、不図示の第３、第４の赤外線センサを、地面Ｇに対して水平方向に所定の間隔を設けて配置しても良い。
なお、赤外線センサ１，２の並び方向における各単一幅Ｌの中心部Ｃ１，Ｃ２を結んで出来る仮想線分Ｃの中間点を、第１及び第２の赤外線センサ１，２の重心Ｑという。

［傾き角度］
図４は、本発明に係る赤外線検出装置を、デスクトップパソコン用の据え置き型ディスプレイに適用した実施形態において、傾き角度θＴｉｌｔを説明するための図である。デスクトップ型のパソコン９０は、机上据え置き型のディスプレイ８０を備えている。このディスプレイ８０は、画像表示部８３と、その画像表示部８３を囲む枠部８１とを有して構成されている。このディスプレイ８０には、赤外線検出装置２００が枠部８１に配置されている。その赤外線検出装置２００は、赤外線センサ１，２を備えており、それら赤外線センサ１，２を結ぶ直線Ｃ（図３参照）が、枠部８１に対して平行であるように配置されている。なお、この直線Ｃは、ディスプレイ８０の縦枠部８２に対して平行であることが好ましい。

机上に据え置き状態で用いられるディスプレイ８０は、一般的に、利用者の視線が画面に対する法線に沿って画面の中心に向けられるように、若干上向きの角度に設定される。つまり、図４に示すように、傾き角θＴｉｌｔとは、鉛直上向き方向ベクトルＮと、受光面の法線ベクトルＭのなす角度として定義された角度である。
そして、図２において、複数の赤外線センサ１，２が、第１及び第２の赤外線センサ１，２からなる場合、赤外線センサ１，２の各単一幅をＬ、第１及び第２の赤外線センサ１，２の並び方向における各単一幅Ｌの中心Ｃ１，Ｃ２間の距離をｄ、赤外線センサ１，２から赤外線透過部２４までの距離をａ、赤外線遮光部２４の断面厚みをｔ、赤外線透過部２４の開口幅をΦ、第１及び第２の赤外線センサ１，２の重心Ｑとの距離をｄΦ、受光面の法線ベクトルＭと鉛直上向き方向ベクトルＮとのなす角をθＴｉｌｔ（図４参照）と規定し、下記式（１），（２）で定義されるθＡ、θＢが、下記式（３），（４）を満たすことが好ましい。

また、図２におけるθＡ，θＢについて、まず、検出範囲Ａ，Ｂそれぞれの中心Ｃ１´，Ｃ２´と、第１及び第２の赤外線センサ１，２の並び方向における各単一幅Ｌの中心Ｃ１，Ｃ２とを、それぞれ結んだ直線Ｅ１，Ｅ２を仮想する。そして、受光面の法線ベクトルＭ（図２、図４）に対する直線Ｅ１，Ｅ２とのそれぞれの角度をθＡ、θＢと定義する。

なお、上述した第１及び第２の赤外線センサ１，２の重心Ｑとは、赤外線センサ１，２の並び方向における各単一幅Ｌの中心部を結んで出来る仮想線分Ｃの中間点を意味する。

角度θ_Ａ及びθ_Ｂが、上記（３），（４）を満たす範囲内になるように赤外線センサ１，２及び赤外線透過部２４を配置することにより、赤外線検知装置２００に正対する被検出体、例えば人体６の存在判定を高感度化することが可能となる。

［第１、第２の赤外線センサの出力差、又は出力比］
図５（ａ），（ｂ）は、図４の実施形態をさらに説明するための図である。図５（ａ）は側面図であり、図５（ｂ）は平面図である。図５（ａ），（ｂ）によって、第１、第２の赤外線センサそれぞれの検出範囲と検出対象物との関係を示している。図５（ａ），（ｂ）に示すように、赤外線検出装置２００を備えたディスプレイ８０の赤外線検出装置２００において、検出対象物６は人体である。

ディスプレイ８０において、赤外線検出装置２００が備える２個の赤外線センサ１，２が、機器の上下方向に所定の間隔を隔てて配置されたことを意味する。特に、ディスプレイ８０の縦枠部８２に対して、直線Ｃが平行になるような配置が好ましい。このことは、ディスプレイ８０や、そのディスプレイ８０等の機器において、赤外線検出装置２００が備える２個の赤外線センサ１，２が、機器の上下方向に所定の間隔を隔てて配置されたことを意味する。この配置については、図３に沿って説明したとおりである。

図５（ａ）に示すように、第１の赤外線センサ１の検出範囲Ａを、人体６の頭部が占める割合よりも、第２の赤外線センサ２の検出範囲Ｂを、人体６の腕、胸部及び腹部が占める割合のほうが大きい。このような状態では、人体６よりも背景温度が低い場合において、第１の赤外線センサ１の出力よりも、第２の赤外線センサ２の出力の方が大きくなる。よって、第１、第２の赤外線センサ１，２の出力差、又は出力比に基づいて、検出範囲Ａ，Ｂにおける人体６の存否を検出できる。これら出力差又は出力比を得るために、検出時間と処理時間とのいずれも不要である。したがって、赤外線検出装置２００が起動した直後から、検出範囲Ａ，Ｂにおける人体６の存否を検出できる。

本発明に係る赤外線検出装置２００の適用対象として、図４及び図５によりディスプレイ８０を例示したが、その他の適用対象として、不図示のノートパソコン、あるいは、ノートパソコンに接続される不図示の外付けディスプレイ、不図示のタブレット型の情報端末のディスプレイ等が挙げられる。また、赤外線検出装置２００の適用例は、それらに限定されないことはいうまでもない。

なお、ここでいう赤外線検出装置２００の検出範囲Ａ，Ｂとは、例えば、ディスプレイ８０に搭載されている赤外線検出装置２００の場合、やディスプレイ８０を、使用中の人が存在し得る範囲である。これらの機器を使用する際、赤外線検出装置２００から、人体６までの直線距離は、概ね１ｍ以内である。なお、この検出範囲Ａ，Ｂは、使用される機器の種類によって異なるので、上述した概ね１ｍ以内に限定されないことは、いうまでもない。

［各部材の詳細な位置関係］
赤外線検出装置２００における、赤外線センサ１，２ならびに検出角制限体２０の詳細な位置関係は、図２に示した赤外線検出装置の要部側面断面図において、第１、第２の赤外線センサ１，２それぞれの幅Ｗ＝１６０μｍ（図３）、赤外線センサ１，２の並び方向における各単一幅Ｌ＝１００μｍ、第１の赤外線センサ１と第２の赤外線センサ２の中心間距離ｄ＝２６５μｍ、赤外線センサ１，２から検出角制限体２０までの距離ａ＝０．４ｍｍ、検出角制限体２０の厚みｔ＝０．５ｍｍ、検出角制限体に設けた赤外線透過部２４を形成する穴の直径Φ＝１．０ｍｍである。また２つの赤外線センサ１，２の重心Ｑから赤外線透過部２４を形成する穴の中心までの距離ｄΦ＝０．３ｍｍである。ここに示した各部材の詳細な位置関係において、θ_Ａ＝＋２４．６°、θ_Ｂ＝＋３．１°である。

［各部材の配置に対する検出感度］
図６（ａ），（ｂ）は、図５の実施形態において、検出対象である人体が、赤外線検出装置の左右１０００ｍｍを移動した場合の、第１、第２の赤外線センサの出力電流値を示すグラフである。これらのグラフにおいて、横軸は検出対象である人体６の位置を表し、Ｘ＝０は人体６がセンサ正面に位置する場合を表す。図６における（ａ）と（ｂ）とは、赤外線センサ１と赤外線センサ２の重心から検出角制限体２３の中心までの距離ｄΦに差を設けて比較するために実験した結果をそれぞれ示している。すなわち、図６（ａ）は、ｄΦ＝０．３ｍｍに設定した場合であり、図６（ｂ）は、ｄΦ＝０に設定した場合である。それらの測定結果は、以下の通りである。

図６（ａ）は、赤外線センサ重心から検出角制限体中心までの距離ｄΦ＝０．３ｍｍに設定した場合に、被検出体である人体を赤外線検出装置から直線距離５００ｍｍにおいて、左右１０００ｍｍずつ移動させた時の第１及び第２の赤外線センサ１，２からの出力電流値を示すグラフである。図６（ａ）に示すように、Ｘ＝０地点、すなわち、人体６がセンサ正面に存在する時に、第１の赤外線センサ１の出力よりも、第２の赤外線センサ２の出力の方が、顕著に高いピーク出力を示している。

図６（ｂ）は、比較のために赤外線センサ重心と検出角制限体２３の中心を一致させて配置（ｄΦ＝０）した場合の、第１及び第２の赤外線センサからの出力電流値を示すグラフである。図６（ｂ）に示すように、Ｘ＝０地点、すなわち、人体６がセンサ正面に存在する時に、第１の赤外線センサ１の出力と、第２の赤外線センサ２の出力とは、ほぼ同一のピーク出力を示している。

図７は、図６に示した出力電流について、両センサの差分値をグラフに示した図である。すなわち、図７は、図６（ａ），（ｂ）に示した赤外線センサ２の出力電流から赤外線センサ１の出力電流を差し引いた値をグラフに示す図である。このように、検出角制限体の中心を赤外線センサ１，２の重心位置からずらして配置することで、より大きな出力電流差が得られることが確認できた。すなわち、図７のグラフが示すように、赤外線センサ重心から検出角制限体中心までの距離ｄΦ＝０．３ｍｍに設定することによって、より高感度な検知が可能になる。

［赤外線センサ］
本発明の第１、第２の赤外線センサ１，２は、小面積に複数個のセンサを集積可能な量子型赤外線センサであることが好ましい。また、量子型赤外線センサには、例えば、旭化成エレクトロニクス製のＩＲ１０１１のようなＩｎＳｂを用いたフォトダイオードをＧａＡｓ基板上に構成したものも好適である。

また、絶対赤外線量センサであるサーモパイル等も量子型赤外線センサと同様に、入射された赤外線の変化量ではなく、絶対量を検出することが可能でなる。しかし、サーモパイルは、ゼーベック効果を用いたセンサであるため、出力を十分に得ることが困難である。すなわち、サーモパイルが、出力を十分に得るには、温点と冷点（基準点）との温度差を大きく確保するために、所定の距離を必要とする。したがって、小面積に複数個のセンサを、緻密に配置すると十分な出力が得られない。逆に必要な信号を得るためには、相当部分のサイズが大きくなり、小型化を求められる用途には不向きとなる。すなわち、ディスプレイ８０には装備し難いサイズになってしまう。よって、赤外線検出装置２００に用いる赤外線センサ１，２は、量子型赤外線センサであることが望ましい。

［信号処理部］
図８は、本発明に係る赤外線検出装置における信号処理部のブロック図である。図８に示すように、信号処理部１０は、少なくとも赤外線センサ１，２を含む複数の赤外線センサの出力を増幅する増幅回路部７と、増幅回路部７で増幅された信号を演算する演算部８と、演算部８による演算結果と閾値設定部１５の設定した閾値との比較結果から、人体６の存否を判定する判定部９とより構成されている。この判定部９の判定出力に基づいて、人のいなくなった部屋の照明を消すための電源制御等を行う。この信号処理部１０における演算部８には、不図示のＡＤコンバータ等を備えた構成でも良い。また、演算部８と判定部９とは、必ずしも、赤外線検出装置２００に内装されている必要は無く、赤外線検出装置２００が搭載されたディスプレイ８０等の電子機器の側に装備される構成であっても構わない。なお、本発明は、これらに限定されるものではない。

以上、説明したように、本実施形態の赤外線検出装置によれば、赤外線検出装置及びそれを備えたディスプレイ並びにパソコン、より詳細には、赤外線センサと信号処理部とを有する赤外線検出装置及びそれを備えたディスプレイ（文字・画像表示装置）並びにパソコンにおいて、検出範囲における検出対象物の存否を判定することが可能な高感度な赤外線検出装置を実現できる。また、各部材の詳細な位置関係と検出感度との関係を明確にすることで、より高感度な赤外線検出装置を実現できる。なお、検出対象は、人に限らず、例えば、動物、自動車等、ある程度の熱、すなわち、赤外線を放射するものであれば、本発明を適用できる。

人がいない部屋の照明、エアコン及びテレビ等を、オン状態のままに放置する無駄を無くす節電装置のほか、利用者が離席したパソコンに対し、第三者の不正操作あるいは情報の不正閲覧・盗用を防止するコンピュータセキュリティー装置、さらに、動物、自動車のように体温や発熱のあるもの、すなわち赤外線を放射するものを検出対象物として、その検出対象物の存否判定を要する設備装置において、産業上の利用可能性がある。

１ 第１の赤外線センサ
２ 第２の赤外線センサ
３ 受光面
４，５ 外周線
６ 検出対象物（人体）
７ 増幅回路部
８ 演算部
９ 判定部
１０ 信号処理部
１１，１２ 投影面
１３ 仮想の平面
１９ 基板
１５ 閾値設定部
２０ 検出角制限体
２３ 赤外線遮光部
２４ 赤外線透過部
８０ ディスプレイ
８１ 枠部
８２ 縦枠部
８３ 画像表示部
９０ パソコン
１００ 赤外線検出部
２００ 赤外線検出装置

Claims (13)

1. 入射される赤外線量に応じた信号を出力する赤外線検出部により検出された信号に基づいて、検出対象物の有無を検出する赤外線検出装置において、
   前記赤外線検出部は、入射される赤外線量を検出することが可能な複数の赤外線センサと、
   該赤外線センサの受光面から前方に広がる検出角を、前記受光面の近傍で狭めることにより、前記赤外線センサの各検出範囲を制限する検出角制限体とを有し、
   前記検出角制限体は、遮光性を有する赤外線遮光部と、透光性を有する赤外線透過部とにより構成され、
   前記複数の赤外線センサは、第１及び第２の赤外線センサからなり、
   該赤外線センサに設定される各検出範囲は、前記赤外線検出部に対向する仮想の平面に、前記各検出範囲と見なして投影した仮想の各投影面をそれぞれ縁取る仮想の外周線が一致しない条件を満たし、
   かつ、前記第１及び第２の赤外線センサの並び方向における各単一幅の中心部を結ぶ仮想線分の中間点を意味する重心と、前記赤外線透過部の中心とは、一致せず、
   前記赤外線センサの各単一幅をＬ、前記仮想線分の距離をｄ、前記赤外線センサから前記赤外線透過部までの距離をａ、赤外線遮光部の断面厚みをｔ、前記赤外線透過部の開口幅をΦ、前記第１及び第２の赤外線センサの前記重心から前記赤外線透過部の中心までの距離をｄΦ、前記第１及び第２の赤外線センサそれぞれの受光面の法線ベクトルと鉛直上向き方向ベクトルとのなす角をθＴｉｌｔと規定し、下記式（１），（２）で定義されるθＡ、θＢが下記式（３），（４）
   

   

   を満たすことを特徴とする赤外線検出装置。
2. 前記検出角制限体は、１つの窓状に形成された赤外線透過部と、該赤外線透過部を窓枠状に囲む赤外線遮光部とにより構成されることを特徴とする請求項１に記載の赤外線検出装置。
3. 前記各検出範囲を含む検出領域内に検出対象物が存在するか否かの存否を判定する信号処理部を備え、
   該信号処理部は、前記赤外線センサの各検出信号の出力を比較した結果、前記検出対象物から検出される赤外線の占める割合が異なる場合、前記各検出範囲を含む検出領域内に検出対象物が存在すると判定することを特徴とする請求項１又は２に記載の赤外線検出装置。
4. 前記信号処理部は、前記赤外線センサの出力の差又は前記出力の比に基づいて、検出対象物の存否を判定することを特徴とする請求項３に記載の赤外線検出装置。
5. 前記赤外線センサは、水平基準面までのそれぞれの鉛直距離が異なるように所定の離間距離を隔てて配置されたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の赤外線検出装置。
6. 前記赤外線センサは、地面又は床面に対して平行な方向に所定の離間距離を隔てて配置されたことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の赤外線検出装置。
7. 前記検出対象物は、赤外線を放射する人体であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の赤外線検出装置。
8. 前記赤外線センサは、同一の基板上に形成されたことを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の赤外線検出装置。
9. 前記赤外線センサは、量子型赤外線センサであることを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の赤外線検出装置。
10. 請求項１乃至９のいずれかに記載の赤外線検出装置を備え、画像表示部と、該画像表示部を囲む枠部とを有するディスプレイにおいて、前記赤外線センサを結ぶ直線が、前記枠部に対して平行であるように、前記赤外線検出装置が前記枠部に配置されたことを特徴とするディスプレイ。
11. 前記赤外線センサを結ぶ直線が、前記ディスプレイの縦枠部に対して平行であることを特徴とする請求項１０に記載のディスプレイ。
12. 請求項１乃至９のいずれかに記載の赤外線検出装置を備えたことを特徴とするパソコン。
13. 請求項１０又は請求項１１に記載のディスプレイを備えたことを特徴とするパソコン。

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