(57)【要約】  検出対象となる物体の動作を確実に検出することができる動作検出装置を提供する。  物体から放出される赤外光を検出する複数の焦電素子が表面に間隔をあけて配置された基板と、前記各焦電素子からの入力信号を電圧信号に変換して出力する検出回路と、前記検出回路の出力信号を予め設定された基準値と比較して、前記各焦電素子から所定の検出距離内に設定された検出領域における物体動作の有無を判別する判別手段とを備え、前記検出回路の出力信号が、設定された周波数帯域でフラットになるように構成されており、前記判別手段により判別された物体までの距離および物体の移動方向に関する情報を含む移動情報を演算する移動情報演算手段を更に備える動作検出装置。【選択図】図１１
2013077403.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体から放出される赤外光を検出する複数の焦電素子が表面に間隔をあけて配置された基板と、
前記各焦電素子からの入力信号を電圧信号に変換して出力する検出回路と、
前記検出回路の出力信号を予め設定された基準値と比較して、前記各焦電素子から所定の検出距離内に設定された検出領域における物体動作の有無を判別する判別手段とを備え、
前記検出回路の出力信号が、設定された周波数帯域でフラットになるように構成されており、
前記判別手段により判別された物体までの距離および物体の移動方向に関する情報を含む移動情報を演算する移動情報演算手段を更に備える動作検出装置。
【請求項２】
前記各焦電素子は、前記検出距離の大きさで分類された複数のセンサ群を構成しており、
前記各焦電素子の前記検出領域は、同一の前記センサ群に含まれるもの同士で重複する一方、異なる前記センサ群間では重複しないように配置されている請求項１に記載の動作検出装置。
【請求項３】
一の前記センサ群を構成する前記各焦電素子は、前記基板に対して接離方向に延びる仮想直線上の所定の検出位置において前記検出領域が重複するように、前記検出位置から等距離に配置されている請求項２に記載の動作検出装置。
【請求項４】
前記基板は、前記焦電素子が直線状に複数配置されて円弧状に湾曲する帯状体を複数備えており、
前記各帯状体は、前記仮想直線との交差位置を中心として放射状に延びる請求項３に記載の動作検出装置。
【請求項５】
いずれかの前記センサ群に含まれる少なくとも一対の前記焦電素子は、互いに逆極性の信号を出力する請求項２に記載の動作検出装置。
【請求項６】
所定の周波数に変調された変調光を出力する光源を更に備え、
前記移動情報演算手段は、前記焦電素子が検出した前記変調光を物体から放射された赤外光と区別して、前記変調光に含まれる情報を取得する請求項１に記載の動作検出装置。
【請求項７】
前記各焦電素子は、前記検出領域が複数に分割され、
予め設定された複数の空間領域のそれぞれに対して、いずれかの前記焦電素子の前記検出領域が、遠位端の近傍において重複するように構成されており、
前記空間領域と前記検出領域との間に生じる重複が、前記空間領域によって異なる前記焦電素子により生じる請求項１に記載の動作検出装置。
【請求項８】
前記基板は、前記焦電素子が３つ以上配置されており、
前記空間領域と前記検出領域との間に生じる重複が、前記空間領域によって異なる前記焦電素子の組み合わせにより生じる請求項７に記載の動作検出装置。
【請求項９】
円筒状の側壁に前記焦電素子と略同じ大きさの開口を有し、駆動手段により回転可能なチョッパを更に備え、
前記基板は、前記チョッパ内に収容され、前記側壁の内面に沿って湾曲している請求項１に記載の動作検出装置。
【請求項１０】
前記各焦電素子は、前記検出領域が互いに重複しないように配置されている請求項１に記載の動作検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、動作検出装置に関し、より詳しくは、焦電素子を用いて人体等の物体の動作を検出する動作検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
焦電素子を用いて人体等の動作の有無や動作内容を検出する動作検出装置が従来から知られている。例えば、特許文献１および２には、指や手の動きを検出して指示内容を判別し、電子機器の入力操作を行う構成が開示されている。【０００３】
ところが、上記の構成など従来の動作検出装置は、指や手などの検出対象物から焦電素子までの距離だけでなく、動作速度によっても出力信号の大きさが変化するため、動作を正確に検出できないおそれがあった。【０００４】
上記の問題に関連して、特許文献３には、図１（ａ）に示すような電気回路の周波数応答特性の一例が、図１（ｂ）に示されている。図１（ａ）に示す回路は、焦電体１０１と、ＦＥＴ（電界効果トランジスタ）１０２と、ゲート抵抗１０３とを備えている。また、図１（ｂ）は、横軸が回転チョッパ（図示せず）の周波数、縦軸が出力電圧であり、焦電体の材料やゲート抵抗をパラメータとして、曲線Ａ〜Ｃが表されている。【０００５】
特許文献３には、ゲート抵抗を小さくすることで、低域の感度を小さくしてカットできることが記載されているが、依然として出力信号の大きさが周波数に依存するため、検出対象物の動作速度によって誤検出や未検出を生じるおそれがあった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１０−２５８６２３号公報
【特許文献２】特開平１１−２５９２０６号公報
【特許文献３】特開平５−２９６８３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
そこで、本発明は、検出対象となる物体の動作を確実に検出することができる動作検出装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の前記目的は、物体から放出される赤外光を検出する複数の焦電素子が表面に間隔をあけて配置された基板と、前記各焦電素子からの入力信号を電圧信号に変換して出力する検出回路と、前記検出回路の出力信号を予め設定された基準値と比較して、前記各焦電素子から所定の検出距離内に設定された検出領域における物体動作の有無を判別する判別手段とを備え、前記検出回路の出力信号が、設定された周波数帯域でフラットになるように構成されており、前記判別手段により判別された物体までの距離および物体の移動方向に関する情報を含む移動情報を演算する移動情報演算手段を更に備える動作検出装置により達成される。【０００９】
上記構成を備える動作検出装置は、人体等の物体検出に必要な周波数帯域で検出回路の出力信号を略一定にすることができるので、検出領域内に存在する物体を動作速度に拘わらず確実に検出可能であると共に、物体までの距離に応じた大きさの出力信号を得ることができる。また、予め設定された閾値に対応する検知距離よりも遠い検出領域外に存在する物体の動作は検出対象から除外することができ、検出領域の遠位端（検出方向の外縁）を明確に定めることができる。したがって、物体までの距離情報を含めた動作の検出を確実に行うことができる。例えば、図２（ａ）〜（ｃ）に矢印で示す物体の通過位置から焦電素子Ｐまでの距離が長くなるにつれて、検出回路の出力信号Ｏｓは、それぞれ図２（ｄ）〜（ｆ）に時間波形を示すようにピークが小さくなり、この出力信号Ｏｓの大きさは物体の速度に依存しない。したがって、出力信号Ｏｓに対する閾値Ｔｈを適宜設定することにより、この閾値Ｔｈに対応する距離の遠位端Ｄｅを有する検知領域Ｄａを設定することができる。検知領域Ｄａ内においては、焦電素子Ｐから物体までの距離に応じた大きさの出力信号Ｏｓを得ることができるので、例えば物体の現在位置を把握することができる。検出回路の出力信号をフラットにする周波数帯域は、特に限定されるものではなく、動作検出装置の目的や用途に応じて適宜設定すればよい。例えば、手の動きの検出を主目的とする場合には、周波数帯域を１〜１０Ｈｚに設定することができ、人体の移動の検出を主目的とする場合には、周波数帯域を０．２〜１Ｈｚに設定することができる。この周波数帯域は、予め設定することが可能であり、必要に応じて使用者が適宜変更可能に構成してもよい。出力信号が「フラット」であることは、設定された周波数帯域の両端における検出回路の出力信号同士を比較し、大きい方の出力信号を基準信号とした場合に、設定された周波数帯域の全体にわたって、出力信号が基準信号よりも３ｄＢ以上低下することがないように維持される場合をいうものと定義される。【００１０】
更に、本発明の動作検出装置は、上記の焦電素子Ｐが基板の表面に間隔をあけて複数配置されているため、各焦電素子Ｐに対応する検出回路の出力信号から物体の移動方向を把握することができる。例えば、図３（ａ）および（ｂ）に示すように、湾曲した基板Ｓに２つの焦電素子Ｐ１，Ｐ２が配置された構成において、それぞれの検出領域Ｄ１，Ｄ２を矢示方向に物体が通過した場合の各焦電素子Ｐ１，Ｐ２に対応する出力信号Ｏｓ１，Ｏｓ２の時間波形は、それぞれ図３（ｃ）および（ｄ）となる。したがって、出力信号Ｏｓ１，Ｏｓ２の大きさから物体までの距離を把握できると共に、出力信号Ｏｓ１，Ｏｓ２の発生順序から物体の移動方向を判別することができる。また、出力信号Ｏｓ１，Ｏｓ２の出力時間は、各検出領域Ｄ１，Ｄ２を通過する物体の速度に対応しており、出力時間の長さから物体の移動速度を演算することができる。【００１１】
上記の動作検出装置において、前記各焦電素子は、前記検出距離の大きさで分類された複数のセンサ群を構成することが可能であり、前記各焦電素子の前記検出領域は、同一の前記センサ群に含まれるもの同士で重複する一方、異なる前記センサ群に含まれるもの同士で重複しないように配置することができる。この構成によれば、それぞれのセンサ群において検出領域の重複領域を通過する物体の距離および移動方向に関する情報を演算することが可能であると共に、各センサ群は検出距離で分類されていることから、広範囲にわたる物体の距離情報を精度良く取得することができる。また、各センサ群の検出領域は遠位端を明確に定めることができることから、異なるセンサ群同士で検出領域が重複するのを容易に回避することができ、誤検出を防止することができる。【００１２】
上記複数のセンサ群を有する本発明の動作検出装置において、一の前記センサ群を構成する前記各焦電素子は、前記基板に対して接離方向に延びる仮想直線上の所定の検出位置において前記検出領域が重複するように、前記検出位置から等距離に配置されていることが好ましい。この構成によれば、複数のセンサ群の検出結果から、仮想直線に沿った物体の現在位置や移動方向を正確に把握することができる。このような動作検出装置の具体例として、前記焦電素子が直線状に複数配置されて円弧状に湾曲する帯状体を複数備え、前記各帯状体が、前記仮想直線との交差位置を中心として放射状に延びるように構成することで、製造の容易化を図ることができる。【００１３】
また、上記の複数のセンサ群を備える動作検出装置は、いずれかの前記センサ群に含まれる少なくとも一対の前記焦電素子を、互いに逆極性の信号を出力する構成にすることができる。かかる構成によれば、互いに逆極性の信号を出力する一対の焦電素子の検出結果を総合することで、より精度の高い物体の距離情報および移動方向情報を得ることができる。【００１４】
本発明の動作検出装置は、所定の周波数に変調された変調光を出力する光源を更に備え、前記移動情報演算手段が、前記焦電素子が検出した前記変調光を物体から放射された赤外光と区別して、前記変調光に含まれる情報を取得する構成にすることが可能である。この構成によれば、前記変調光に含まれる付加的な情報を利用して、検出対象や検出用途を拡げることができる。【００１５】
本発明の動作検出装置は、前記各焦電素子の前記検出領域を複数に分割して、予め設定された複数の空間領域のそれぞれに対して、いずれかの前記焦電素子の前記検出領域が遠位端の近傍において重複するように構成し、前記空間領域と前記検出領域との間に生じる重複が、前記空間領域によって異なる前記焦電素子により生じる構成にすることができる。この構成によれば、それぞれの空間領域内における物体の距離情報が得られるだけでなく、複数の空間領域間での物体の現在位置や移動方向を把握することができ、各空間領域に対応した物体の距離情報（位置情報）および移動方向情報を得ることができる。【００１６】
また、前記基板に前記焦電素子を３つ以上配置することで、前記空間領域と前記検出領域との間に生じる重複が、前記空間領域によって異なる前記焦電素子の組み合わせにより生じる構成にすることが可能である。この構成によれば、狭小な空間領域を多数設定する必要がある場合にも、各空間領域に対応した物体の距離情報（位置情報）および移動方向情報を容易に得ることができる。【００１７】
本発明の動作検出装置は、円筒状の側壁に前記焦電素子と略同じ大きさの開口を有し、駆動手段により回転可能なチョッパを更に備えることが可能であり、前記基板は、前記チョッパ内に収容され、前記側壁の内面に沿って湾曲している構成にすることができる。この構成によれば、移動物体の動作だけでなく、静止物体の存在も確実に検出することができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、検出対象となる物体の動作を確実に検出することができる動作検出装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１（ａ）は、従来の動作検出装置の回路構成図であり、図１（ｂ）はこの動作検出装置の周波数応答特性の一例を示す図である。
【図２】図２（ａ）〜（ｃ）は、単一の焦電素子の検出領域を通過する物体の一例を示す図であり、図２（ｄ）〜（ｅ）は、各物体の通過位置に対応した単一の焦電素子の出力信号の一例を示す図である。
【図３】図３（ａ）〜（ｂ）は、複数の焦電素子の検出領域を通過する物体の一例を示す図であり、図３（ｃ）〜（ｄ）は、各物体の通過位置に対応した複数の焦電素子の各出力信号の一例を示す図である。
【図４】図４は、本発明の一実施形態に係る動作検出装置の平面図である。
【図５】図５は、図４のＡ−Ａ断面図である。
【図６】図６は、図４のＢ−Ｂ断面における要部拡大図である。
【図７】図７は、図１に示す動作検出装置が備える検出回路の一例を示す回路構成図である。
【図８】図８は、図７に示す検出回路の周波数応答特性の一例を示す図である。
【図９】図９（ａ）〜（ｃ）は、図４に示す動作検出装置におけるいずれかの焦電素子の検出領域を通過する物体の一例を示す図であり、図９（ｄ）〜（ｅ）は、各物体の通過位置に対応した前記焦電素子の出力信号の一例を示す図である。
【図１０】図１０は、図５に示す構成の要部概略断面図である。
【図１１】図１１は、本発明の他の実施形態に係る動作検出装置の概略斜視図である。
【図１２】図１２は、図４に示す動作検出装置が備える検出回路の他の例を示す回路構成図である。
【図１３】図１３は、図１２に示す検出回路の周波数応答特性の一例を示す図である。
【図１４】図１４は、本発明の他の実施形態に係る動作検出装置の断面図である。
【図１５】図１５は、本発明の更に他の実施形態に係る動作検出装置の断面図である。
【図１６】図１６は、本発明の更に他の実施形態に係る動作検出装置の側面図である。
【図１７】図１７は、図１６に示す構成の平面図である。
【図１８】図１８（ａ）〜（ｃ）は、本発明の動作検出装置の変形例において、複数の焦電素子の検出領域を通過する物体の一例を示す図であり、図１８（ｄ）〜（ｆ）は、各物体の通過位置に対応した複数の焦電素子の出力信号を合成した結果を示す図である。
【図１９】図１９は、本発明の更に他の実施形態に係る動作検出装置の概略斜視図である。
【図２０】図２０（ａ）および（ｂ）は、本発明の動作検出装置に変調光を出力する光源を組み合わせた出力信号の時間波形の一例を示す図である。受光素子の検知領域を説明するための概略側面図である。
【図２１】図２１は、焦電素子の検知領域の一例を説明するための概略側面図である。
【図２２】図２２は、本発明の更に他の実施形態に係る動作検出装置の検知領域を説明するための概略側面図である。
【図２３】図２３は、図２２に示す動作検出装置の他の湾曲状態における検知領域を説明するための概略側面図である。
【図２４】図２４は、本発明の更に他の実施形態に係る動作検出装置の側面図である。
【図２５】図２５は、図２４のＣ−Ｃ断面図である。
【図２６】図２６は、図２２に示す動作検出装置の更に他の湾曲状態における検知領域を説明するための概略側面図である。
【図２７】図２７は、信号処理装置および制御装置の概略構成図である。
【図２８】図２８（ａ）は、複数の焦電素子の検出領域を通過する物体の一例を示す図であり、図２８（ｂ）は、物体の通過による複数の焦電素子の各出力信号の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態について、添付図面を参照して説明する。図４は、本発明の一実施形態に係る動作検出装置の平面図であり、図５は、図１のＡ−Ａ断面図である。図４および図５に示すように、動作検出装置１は、基板１０と、基板１０を収容するケーシング３０と、信号処理装置４０と、制御装置９０とを備えている。
【００２１】
図６は、図４のＢ−Ｂ断面における基板１０の構成を示す要部拡大図である。図６に示すように、基板１０は、支持基材１１の表面に焦電体膜１２が形成されており、焦電体膜１２の表裏面に受光電極１３および対向電極１４が配置されている。支持基材１１は、例えばポリイミド、ポリアミドやポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）等の高分子材料からなる厚みが５〜２００μｍ程度のシート状部材である。
【００２２】
焦電体膜１２は、熱容量および誘電率を十分小さくして検出感度を高めたものを使用することができる。膜厚については、熱容量の低減を図るため、例えば、１００〜１５００ｎｍの範囲に設定することが好ましく、スピンコート法や真空蒸着により均一に形成することが好ましい。膜厚の測定は、例えば段差計や分光法により行うことができる。また、誘電率を小さくすることも有効であり、比誘電率が５〜１０程度の材料を好ましく用いることができる。比誘電率の測定は、インピーダンスアナライザを用いて行うことができ、例えば、東陽テクニカ社のSolatronインピーダンス/ゲインフェーズアナライザ1260、誘電インターフェース1296を使用することができる。
【００２３】
焦電体膜１２の具体的な材料としては、有機系材料または無機系材料のいずれでもよいが、薄膜化が容易な有機強誘電体であることが好ましい。焦電効果を示す材料要件は、自発分極を有する誘電体であって、分子構造や分子間の相互作用によって極性部位を有するものである。例えば、炭素（C）鎖に水素（H）とフッ素（F）が配置されたCH2-CF2を極性部位の基本単位とするポリフッ化ビニリデン（PVDF）やその共重合体など一連の化合物、Cと窒素（N)のCNを極性部位とするシアン化ビニリデン系化合物、尿素結合部分（NH-C=O-NH）を極性部位とするポリ尿素などのウレタン系化合物、水素結合が極性部位として働くポリアミド化合物であるナイロン（特に炭素数7と11のナイロン7、ナイロン11）、OH基を有するポリ乳酸L体などの一部のポリエステル材料が挙げられる。また、焦電効果の向上を目的として、チタン酸ジルコン酸鉛（PZT）やチタン酸バリウムなどの無機系の極性材料と有機材料との複合系でも利用できる。
【００２４】
受光電極１３および対向電極１４は、例えば、Ａｕ、Ａｇ、Ａｌ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｐｔ等の金属またはこれらの合金の蒸着膜や、炭素蒸着膜、あるいは、ポリアニリン、ポリチオフェン、ＰＥＤＯＴ−ＰＳＳなどの有機電極等を用いることができる。受光電極１３は、赤外線透過性または赤外線吸収性が高い材質からなることが好ましい。
【００２５】
上記の構成を備える基板１０は、例えば、支持基材１１の表面に対向電極１４を真空蒸着やスピンコート等により形成した後、対向電極１４の表面に焦電体膜１２を真空蒸着等により形成し、焦電体膜１２の表面に受光電極１３を真空蒸着やスピンコート等により形成して得ることができる。焦電体膜１２が十分な厚みを有し、自立できる場合には、支持基材１１を使用せずに基板１０を構成することも可能である。
【００２６】
受光電極１３および対向電極１４は、支持基材１１の長手方向に沿って複数に分割されており、それぞれ焦電体膜１２を挟んで互いに対向するように配置されている。焦電体膜１２は、対向する受光電極１３と対向電極１４との間で分極処理が施されることで、一列に配置された複数の焦電素子１６ａ〜１６ｅ（図６では、２つの焦電素子１６ｃ，１６ｄを示す）を形成している。受光電極１３および対向電極１４は、いずれか一方のみを分割して形成し、他方は単一の共通電極として構成することも可能である。焦電素子１６ａ〜１６ｅは、マスクやフォトリソグラフィにより焦電体膜１２をパターニングして形成することができる。
【００２７】
ケーシング３０は、図５に示すように、フレーム３１の表裏面がそれぞれキャップ３２およびベース３３で覆われて、平面視が矩形の偏平な筐体状に形成されている。ケーシング３０の側壁を構成するフレーム３１は、細長の平板状部材の長手方向（図５を貫通する方向）に沿って等間隔に貫通孔３１１を設けて形成されており、ベース３３上に配置された基板１０の各焦電素子１６ａ〜１６ｅをそれぞれ貫通孔３１１内に収容する。
【００２８】
キャップ３２は、各焦電素子１６ａ〜１６ｅの直上にそれぞれスリット３２１を有している。キャップ３２の内面側は、シリコンや高密度ポリエチレン等からなる窓材２０により覆われている。ベース３３は、各焦電素子１６ａ〜１６ｅの直下に、各焦電素子１６ａ〜１６ｅと略同じ大きさを有する凹部３３１が形成されており、低熱容量化を図っている。フレーム３１の貫通孔３１１は、窓材２０、キャップ３２およびベース３３により密閉される。この密閉空間は、窒素等の不活性ガスを注入したり真空引きする等して、焦電素子１６ａ〜１６ｅの検出感度を向上させるようにしてもよい。
【００２９】
ケーシング３０は、ゴム、合成樹脂、金属等の材料により形成可能である。ケーシング３０は、貫通孔３１１の内部を外乱からシールドするため、導電性材料により形成したり、内面側に導電性コート層を形成することが好ましい。
【００３０】
図４に示すように、ケーシング３０には、信号処理装置４０がコネクタ４０ａを介して着脱自在に装着されている。図２７に示すように、信号処理装置４０は、焦電素子１６ａ〜１６ｅからの入力信号を電圧信号に変換して検出信号を出力する検出回路４０１と、検出信号の増幅やフィルタリングを行うオペアンプ４０２と、オペアンプ４０２を通過した検出信号のアナログ/デジタル変換を行うＡＤ変換器４０３とを備えている。検出回路４０１、オペアンプ４０２およびＡＤ変換器４０３は、各焦電素子１６ａ〜１６ｅに個別に対応するように、それぞれ複数設けられている。制御装置９０は、信号処理装置４０に有線または無線で接続されており、信号処理装置４０から入力されたデジタル信号を予め設定された基準値と比較して検出領域内の物体動作の有無を判別する判別手段９１と、判別手段９１により判別された物体の移動情報を演算する移動情報演算手段９２とを備えている。信号処理装置４０は、必ずしも本実施形態のように各焦電素子１６ａ〜１６ｅと別体に設ける必要はなく、各焦電素子１６ａ〜１６ｅの近傍に個別に配置する等して一体化した構成であってもよい。あるいは、信号処理装置４０を制御装置９０内に組み込んで構成することも可能である。
【００３１】
図７は、本実施形態の検出回路４０１の回路構成図である。図７に示す検出回路は、いわゆる電圧読み出し方式やボルテージフォロア方式と呼ばれる回路の一例であり、１つの焦電素子１６ａに対して、ＦＥＴ４１、参照抵抗４２およびソース抵抗４３を備えて構成されている（他の焦電素子１６ｂ〜１６ｅについても同様である）。ＦＥＴ４１のゲートには、焦電素子１６ａおよび参照抵抗４２が並列に接続されており、ＦＥＴ４１のソースおよびグランド間にソース抵抗４３を設けて、検出信号である出力信号Ｖｐを取り出すことができる。人体等の物体から放射される熱を検出した焦電素子１６ａから電流信号が出力されると、この電流信号が参照抵抗４２により電圧信号としてＦＥＴ４１のゲートに入力される。これにより、ＦＥＴ４１のソース電圧が変化し、電圧信号である出力信号Ｖｐが得られる。なお、本実施形態では、ＦＥＴ４１を接合型ＦＥＴ（ＪＦＥＴ）としている。
【００３２】
検出回路４０１により生成された検出信号は、オペアンプ４０２およびＡＤ変換器４０３でフィルタリング、増幅およびアナログ/デジタル変換した後、有線または無線で接続された制御装置９０に送信される。制御装置９０は、判別手段９１において、検出信号と基準値（閾値）との比較を行い、各焦電素子１６ａ〜１６ｅの検出領域内で人体等の物体が動作したか否かを判別する。移動情報演算手段９２は、存在が判別された物体について、検出信号の大きさや各検出領域間の移動に基づき、物体までの距離および物体の移動方向に関する情報を含む移動情報を演算する。こうして得られた移動情報に基づき、各種電子機器等の操作を行うことができる。たとえば、この動作検出装置１を携帯型の電子機器に内蔵した場合、指による入力位置や移動方向等を判別することができ、予め設定された機器操作を行うことができる。
【００３３】
図７に示す検出回路において、参照抵抗４２の抵抗値は、検出感度を高めるために通常はギガΩオーダーの高い値に設定される。ところが、従来のような高抵抗の参照抵抗４２を使用する場合、後述するように、特に人体の移動検出において必要となる０．５〜１０Ｈｚの周波数帯域でτEによるカットオフが発生し、出力信号Ｖｐが周波数に大きく依存するために、動作速度によっては正確に検出できないおそれが生じる。
【００３４】
図８は、電圧読み出し方式の検出回路を備える動作検出装置１において、参照抵抗４２の抵抗値をパラメータとして、信号処理装置４０の出力電圧と周波数との関係を示した図である。横軸の周波数は、焦電センサの周波数応答特性を調べる従来の方法と同様に、光源からの赤外光を断続的に遮断するチョッパの回転数に対応しており、実際の検出時には、検出対象となる物体の移動速度に対応するものである。図８に示すように、参照抵抗４２の抵抗値が１０ＧΩの場合、周波数帯域を０．５〜１０Ｈｚに設定すると、基準信号は、周波数帯域の両端である０．５Ｈｚおよび１０Ｈｚの各出力信号の大きい方であるＶａとなる。この基準信号Ｖａと比較すると、０．５〜１０Ｈｚにおける出力信号は、０．５〜１０Ｈｚの範囲で周波数が高くなるにつれて３ｄＢ以上低下しており、フラットではない。参照抵抗４２の抵抗値が１ＧΩの場合も、１０ＧΩの場合と同様に、検出回路の出力信号は０．５〜１０Ｈｚの周波数帯域においてフラットではない。
【００３５】
このように、設定された周波数帯域において、周波数が高いときに出力信号の値が大きく低下すると、図９（ａ）に示すように焦電素子（例えば、焦電素子１６ｃ）から近距離を物体が移動した場合には、図９（ｄ）に示すように出力信号Ｏｓが基準値Ｔｈを超えて検出可能であっても、図９（ｂ）に示すように検出領域Ｄａ内の遠位端ｄｅ近傍を物体が高速で移動した場合に、図９（ｅ）に示すように出力信号Ｏｓが基準値Ｔｈを超えずに検出できないおそれが生じる。一方、このような未検出を防止するために基準値Ｔｈを低い値に設定すると、図９（ｃ）に示すように検出領域Ｄａ内の遠位端ｄｅよりも遠方において物体（外乱）が低速で移動した場合に、図９（ｆ）に示すように出力信号Ｏｓが基準値Ｔｈを超えて検出されてしまい、誤検出のおそれが高まる。
【００３６】
電圧読み出し方式における出力信号（出力感度）Ｖｐは、一般に下記の数式１で表すことができる。
【００３７】
【数１】
2013077403.tif 000003
【００３８】
ここで、ω，Ｓ，ｐ，Ｒ，ηは、それぞれ角周波数、受光面積、焦電係数、抵抗、吸収率である。また、τEおよびτＴは、それぞれ電気時定数、熱時定数である。ここで、１/τEと１/τTではさまれた領域は、角周波数に依存することなく、一定の値をとるが、１/τEおよび1/τTによってカットオフされる。特に、τEは構成回路の抵抗Rと容量Cの積で表されることから参照抵抗の値を変化させるとカットオフ周波数は変化する。ボルテージフォロア回路において参照抵抗の値を小さくすると、構成回路の抵抗Rも小さくなるため、カットオフ周波数は高域側にシフトする。
【００３９】
そこで、本実施形態においては、参照抵抗４２の値を従来よりも十分低い１００ＭΩに設定することで、図８に示すように、カットオフ周波数を１０Ｈｚよりも高域側に移動させることができ、０．５〜１０Ｈｚの周波数帯域において出力信号のフラット化を実現している。すなわち、周波数帯域の両端である０．５Ｈｚおよび１０Ｈｚの各出力信号の大きい方である基準信号Ｖｂに対して、出力信号は０．５〜１０Ｈｚにおいて３ｄＢ以上の低下が生じていない。この構成により、検出領域の遠位端を明確にして、検出領域内に存在する物体までの距離情報（すなわち、検出領域内における物体の位置情報）を精度良く取得することができる。一方、検出領域の遠位端およりも遠方に存在する物体は、検出対象から除外することができる。検出領域の遠位端は、検出領域における検出方向の端部であり、球面状の一部で表される検出領域の外縁である。動作検出装置から検出領域の遠位端までの距離（検出距離）は、予め設定された閾値に対応しており、所望の値となるように適宜設定可能である。本実施形態においては、周波数帯域を０．５〜１０Ｈｚに設定しているが、目的や用途に応じて他の数値範囲に設定することも可能であり、設定される周波数帯域は特に限定されるものではない。例えば、手の動きを検出する場合には、周波数帯域を１〜１０Ｈｚに設定することができ、人体の移動を検出する場合には、周波数帯域を０．２〜１Ｈｚに設定すればよい。また、焦電素子１６ａ〜１６ｅ毎に周波数帯域がそれぞれ異なるように設定することも可能である。
【００４０】
参照抵抗４２は、低抵抗化することで検出感度が低下するため、本実施形態の動作検出装置１は、特に近距離検出用として好適である。具体的には、各焦電素子１６ａ〜１６ｅから検出領域の遠位端までの距離（すなわち、各焦電素子１６ａ〜１６ｅの検出距離）を３０ｃｍ以下に設定することが好ましい。
【００４１】
参照抵抗４２の値は、本実施形態のものに限定されず、０．５〜１０Ｈｚの周波数帯域で出力信号がフラットになるように低抵抗化されていればよく、検出対象となる物体の熱量や検出距離などを考慮して、適宜設定すればよい。例えば、本実施形態の動作検出装置１を、携帯電子機器に指を近接させて操作する装置として使用する場合、検出距離を１ｃｍ以下に設定して、検出感度を低くすることができるので、周波数応答特性のフラット化を容易に実現することができる。
【００４２】
ケーシング３０のスリット３２１の開口サイズは、各焦電素子１６ａ〜１６ｅの検出距離に基づき、検出領域が互いに干渉しないように設定されていればよい。例えば、図１０に示すように、焦電素子１６（焦電素子１６ａ〜１６ｅのいずれか）の受光幅をＷｅ、スリット３２１の開口幅をＷｓ、焦電素子１６からスリット３２１までの距離をｄとすると、焦電素子１６の検出領域の視野角θは、2tan-1 [(We/2+Ws/2)/d]と表すことができ、この検出領域が互いに重ならないように、各焦電素子１６の素子間ピッチや距離ｄを設定することができる。このように、複数の焦電素子１６の検出領域を互いに分離することで、各焦電素子１６の出力信号から物体の移動方向を判別することができる。すなわち、図２８（ａ）に示すように、湾曲した基板Ｓに２つの焦電素子Ｐ１，Ｐ２が配置された構成において、それぞれの検出領域Ｄ１，Ｄ２を互いに重複しないように配置すると、矢示方向に物体が通過した場合の各焦電素子Ｐ１，Ｐ２に対応する出力信号Ｏｓ１，Ｏｓ２（逆極性）の時間波形は、図２８（ｂ）となる。したがって、出力信号Ｏｓ１，Ｏｓ２の大きさおよび発生順序から、物体までの距離および移動方向を演算可能であると共に、出力信号Ｏｓ１，Ｏｓ２の出力時間の長さおよび出力信号Ｏｓ１，Ｏｓ２間の時間間隔ｔａから、それぞれの区間における物体の移動速度を演算することができる。複数の焦電素子１６の検出領域は、必ずしも完全に分離されている必要はなく、検出領域の一部が重複する構成であっても、物体の現在位置や移動方向を把握することは可能である。
【００４３】
本実施形態の動作検出装置１は、複数の焦電素子１６ａ〜１６ｅを一方向に沿って配置しているが、図１１に示すように、それぞれの検出領域が重複しないように焦電素子１６をマトリクス状に配置し、各焦電素子１６の近傍に信号処理回路を設けて、指などの物体から焦電素子１６までの距離Ｌが所定の検知距離内にある場合に、当該焦電素子１６が物体の動作を検出するように構成することも可能である。このように、複数の焦電素子１６を平面的に配置することによって、物体の前後左右の動作を検出することができ、操作バリエーションを拡げることができる。更に、凹凸や球面等の３次元曲面に沿って適宜の間隔で配置することも可能である。
【００４４】
上記の説明は、信号処理装置４０が電圧読み出し方式の検出回路を備える場合についてであるが、この検出回路は、いわゆる電流読み出し方式（トランスインピーダンス方式とも呼ばれる）とすることも可能である。図１２は、電流読み出し方式の検出回路４０１の一例を示しており、１つの焦電素子１６ａに対して、オペアンプ４５および帰還抵抗４６を備えて構成されている（他の焦電素子１６ｂ〜１６ｅについても同様である）。
【００４５】
図１３は、電圧読み出し方式および電流読み出し方式のそれぞれについて、出力電圧と周波数との関係を示す図である。電圧読み出し方式の参照抵抗および電流読み出し方式の帰還抵抗の抵抗値は、いずれも１０ＧΩに設定している。図１３に示すように、０．５〜１０Ｈｚの周波数帯域において、電圧読み出し方式の場合は、周波数が高くなるにつれて感度が低下するのに対し、電流読み出し方式の場合は、感度の周波数依存性がなく一定である。
【００４６】
電流読み出し方式における出力信号（出力感度）Ｖｉは、一般に下記の数式２で表すことができる。
【００４７】
【数２】
2013077403.tif 000004
【００４８】
ここで、Ｒｆはオペアンプの帰還抵抗である。１／τＴ＜＜ωであれば、τＴ＝Ｈ／Ｇ（Ｈは熱容量）であることから、出力信号（出力感度）Ｖｉは下記の数式３で近似される定数となり、角周波数ωには依存しない。
【００４９】
【数３】
2013077403.tif 000005
【００５０】
すなわち、電流読み出し方式においては、設計上は出力信号に周波数依存性が無く、帰還容量が無ければカットオフ周波数は存在しない。また、上記数式３から明らかなように、帰還抵抗Ｒｆが大きく、熱容量Ｈを小さくするほど、Ｖｉを高くすることができるため、帰還抵抗Ｒｆは、ノイズが問題にならない程度でなるべく大きい抵抗値に設定することが好ましい。
【００５１】
このように、信号処理装置４０の検出回路を電流読み出し方式とした場合には、各焦電素子１６ａ〜１６ｅの熱容量を十分小さくすることで、設定された周波数帯域における出力信号のフラット化を高感度で容易に実現することができる。したがって、電圧読み出し方式と比較して検出距離を大きくすることができ、検出距離が中距離（例えば３０ｃｍ〜３ｍ程度）の検出用途に好適に用いることができる。
【００５２】
この場合、各焦電素子１６ａ〜１６ｅの視野を、電圧読み出し方式の場合と同様にケーシング３０のスリット３２１の開口サイズで調整しようとすると、検出領域の遠位端近傍で視野が拡がり過ぎて、検出対象となる物体を正確に検出できなくなるおそれがある。このため、図１４に断面図で示すように、ポリエチレン等の赤外線透過性を有する基材フィルム２１の一方面に、金型を用いた射出成形等により狭視野レンズ２２を形成し、この狭視野レンズ２２がスリット３２１を介して各焦電素子１６ａ〜１６ｅの直上に位置するように、基材フィルム２１をケーシング３０のキャップ３２の表面に配置することが好ましい。なお、図１４において、図５と同様の構成部分には同一の符号を付している。
【００５３】
狭視野レンズ２２は、例えばフレネルレンズであり、各焦電素子１６ａ〜１６ｅの検出領域が狭くなるように、狭視野角（例えば、２〜５°程度）に設定されている。これにより、検出領域が遠位端近傍においてもあまり拡がらないため、検出対象となる物体が検出領域の遠位端にある場合でも、この遠位端全体が検出対象物に含まれるようにすることができ、動作検出をより正確に行うことができる。
【００５４】
例えば、動作検出装置１を、プレゼンテーション時の手の動きによるソフトウェア操作用として用いる場合、検出対象物を掌とすると、検出領域の遠位端が掌よりも小さくなるように、狭視野レンズ２２の視野角を設定すればよい。具体的には、検出距離を１ｍとすると、視野角を２．５°に設定することにより、検出領域の遠位端の大きさはφ８０程度となり、掌の大きさよりも十分小さくすることができる。これにより、腕など掌以外の熱源も含めて検出するおそれがなく、熱源サイズの変化に伴う誤検出を確実に防止することができる。
【００５５】
図１４に示す動作検出装置１についても、焦電素子を複数設けることが好ましい。焦電素子を複数配置する場合、二次元平面または三次元曲面での設置が可能であり、狭視野レンズ２２の視野角調整により、検出領域が互いに重複しないように設定することが可能である。但し、この構成においても、複数の焦電素子間で検出領域の一部を重複させてもよい。
【００５６】
焦電素子を三次元曲面上に配置する場合の一実施例として、図１５に断面図で示すように、半球状の支持体５０の内周面に複数の焦電素子１６を配置することができる。この場合、支持体５０の半球中心Ｃと底部Ｂとを結ぶ仮想直線Ｌを設定し、この仮想直線Ｌに垂直な仮想平面（例えばＰ１）上に配置される複数の焦電素子１６により、１つのセンサ群を構成する。そして、この仮想平面を複数設定することで（Ｐ１〜Ｐ４）、複数のセンサ群を構成することができる。同一のセンサ群に含まれる各焦電素子１６は、仮想直線Ｌ上の所定の検出位置において検出領域が互いに重複するように視野が設定されており、センサ群が異なると検出位置も異なるように調整されている。例えば、仮想平面Ｐ３により構成されるセンサ群は、検出位置がＫ３であるのに対し、仮想平面Ｐ４により構成されるセンサ群は、検出位置がＫ４とされている。なお、各焦電素子１６は、上述した各焦電素子１６ａ〜１６ｅと同様に焦電体膜１２から形成することができ、焦電体膜１２の形状は、平面状のものを湾曲させたり、リング状のものを同心状に組み合わせたもの等、特に限定されない。
【００５７】
図１５に示す動作検出装置１によれば、支持体５０に対して接離方向に延びる仮想直線Ｌに沿って指や手などの物体を移動させると、物体が各検出位置に到達したときに、当該検出位置に対応するセンサ群の全ての焦電素子１６が物体を検出し、物体の存在を把握することができる。したがって、このようなセンサ群を、検出位置が互いに異なるように複数設置することにより、各センサ群の検出結果から物体の現在位置や移動方向を把握することができる。
【００５８】
図１５に示す焦電素子１６と同様の配置は、図４等に示す焦電素子１６ａ〜１６ｅが直線状に配置された基板１０を円弧状に湾曲させたものを複数用意し、図１６および図１７に側面図および平面図でそれぞれ示すように、これらを放射状に組み合わせて実現することも可能であり、製造工程を簡素化することができる。この場合、各基板１０が、図１５に示す支持体５０に相当し、これら基板１０の放射状中心（底部Ｂ）と交差するように、仮想直線Ｌを設定することができる。基板１０の支持基材１１は、図４等の構成と同様、ポリイミドやＰＥＮ等のフレキシブル基板（ＦＰＣ）であることが好ましい。複数のセンサ群を備える構成は、図１５や図１６に示すように基板Ｂに対して接離方向に延びる仮想直線Ｌ上で検出領域が重複する構成に限定されるものではなく、各焦電素子の検出領域が、同一のセンサ群に含まれるもの同士で重複するように配置されていれば、他の構成であってもよい。各センサ群は、検出距離の大きさで分類することができ、異なるセンサ群間での検出領域の重複を容易に防止して、広範囲にわたる物体の距離情報を取得することができる。
【００５９】
上記複数のセンサ群を備える構成においては、１つのセンサ群を構成する焦電素子１６の少なくとも一対を逆極性で直列に接続し（すなわち、受光電極同士または対向電極同士を接続し）、これらの焦電素子１６，１６でデュアル素子を形成することにより、物体が仮想直線Ｌと異なる方向に移動した場合でも、物体までの距離情報を得ることができる。例えば、図１８（ａ）に示すように、互いに逆極性の信号を出力するデュアル素子を構成する一対の焦電素子１６ｘ，１６ｙに近い箇所を物体が通過した場合、各焦電素子１６ｘ，１６ｙの出力信号を合成した時間波形は、図１８（ｄ）に示すように、各焦電素子１６ｘ，１６ｙの検出領域Ｄａｘ，Ｄａｙを通過した際に生じる波形がそれぞれ独立して現れたものとなる。図１８（ｂ）に示すように、物体の通過位置が遠くなると、図１８（ｅ）に示すように、各検出領域Ｄａ，Ｄａの通過によって生じる波形の一部が重複する。そして、図１８（ｃ）に示すように、検出領域の重複領域Ｋを超えて物体の通過位置が更に遠くなると、図１８（ｆ）に示すように、各検出領域Ｄａｘ，Ｄａｙの通過によって生じる波形が反転された形で現れる。このように、物体が通過する位置によって出力信号の時間波形が変化するため、種々の時間波形と物体までの距離とを予め対応付けることで、種々の方向に移動する物体の距離情報の取得が可能である。極性が異なる一対の焦電素子１６ｘ，１６ｙは、必ずしも直列に接続する必要はなく、それぞれの波形を時系列で比較できる構成であればよい。
【００６０】
また、上記各実施形態の動作検出装置は、所定の周波数に変調された変調光を出力する光源と組み合わせて使用することもできる。すなわち、図１９に示すように、焦電素子１６の近傍に変調光を出力するＬＥＤ等の光源６０を設置し、例えば物体が焦電素子１６の検出領域の近傍に到達したときに、物体表面における変調光の反射光を焦電素子１６が検出するように構成する。光源６０の変調周波数ｆ１は、物体から放射された赤外光が変調光と重畳されて焦電素子１６により検出された場合でも、赤外光と変調光とを容易に区別してそれぞれの情報を取得することができるように、物体の移動速度に対応する周波数ｆ２よりも顕著に大きく設定することが好ましく、一例として、変調周波数ｆ１を２００Ｈｚ以上に設定することが好ましい。
【００６１】
図１９に示す構成によれば、赤外光による物体の動作検出に加えて、変調光の検出による付加的な情報を得ることができ、例えば、熱線を放射しない物体など焦電素子１６が検出できない物体が検出領域を通過した場合でも、変調光の検出により当該物体を検出することができる。更に、三角測量方式やＴＯＦ（Time of Flight）方式等を変調光に適用して、移動物体や静止物体の位置情報を取得することが可能であり、或いは、変調光に認証情報を含めてセキュリティに応用することができる。
【００６２】
焦電素子１６による変調光の検出方式は、上記のような反射型には限定されず、焦電素子１６が変調光の直接光を検出するように光源６０を配置して、物体の通過時に変調光が遮断される透過型の構成にすることもできる。変調光の反射光を検出する反射型の場合、変調光の検出が、主として物体からの赤外光の検出と同時に行われるため、出力信号の時間波形は、図２０（ａ）に示すように、物体からの赤外光に光源の変調光が重畳された形状となる。これに対し、変調光の直接光を検出する透過型は、変調光が常時検出されており、主として物体の動作検出時に変調光が遮断されるため、出力信号の時間波形は、図２０（ｂ）に示すように、物体の赤外光と光源の変調光とが異なるタイミングで組み合わされた形状となる。したがって、いずれの構成においても、光源６０からの変調光を、物体からの赤外光と区別して抽出することが可能である。
【００６３】
本発明の動作検出装置は、焦電素子１６ａ〜１６ｅが直線状に配置された基板１０を、図１６および図１７に示す構成とは逆向きに円弧状に湾曲させて構成することもできる。この構成においては、図２１に示すように、焦電素子１６ａの検知領域Ｅ１（他の焦電素子１６ｂ〜１６ｅの検知領域Ｅ２〜Ｅ５についても同様）を、それぞれの間に非検知領域が介在するように集光レンズ２０等を用いて複数に分割することで、図２２に示すように、各焦電素子１６ａ〜１６ｅの検知領域Ｅ１〜Ｅ５を重複させることができる。各焦電素子１６ａ〜１６ｅの検知領域は、各焦電素子１６ａ〜１６ｅの直上に配置する集光レンズのレンズ形状の設定によって分割することが可能であり、あるいは、各焦電素子１６ａ〜１６ｅをそれぞれ複数の素子から構成して分割することもできる。
【００６４】
図２２に示す動作検出装置１は、この周辺に人体等の物体の検知対象となる複数の空間領域Ｓ１１〜Ｓ１５を設定した場合、各焦電素子１６ａ〜１６ｅの検知領域Ｅ１〜Ｅ５と、複数の空間領域Ｓ１１〜Ｓ１５との間に生じる重複が、各空間領域Ｓ１１〜Ｓ１５によって異なる焦電素子１６ａ〜１６ｅにより生じるように構成することができる。すなわち、空間領域Ｓ１１においては、２つの焦電素子１６ａ，１６ｂの検知領域Ｅ１，Ｅ２のみが重複するのに対し、空間領域Ｓ１２においては、更に焦電素子１６ｃを加えた３つの焦電素子１６ａ〜１６ｃの検知領域Ｅ１〜Ｅ３が重複する。また、空間領域Ｓ１３においては、３つの焦電素子１６ｂ〜１６ｄの検知領域Ｅ２〜Ｅ４が重複し、空間領域Ｓ１４においては、３つの焦電素子１６ｃ〜１６ｅの検知領域Ｅ３〜Ｅ５が重複する。空間領域Ｓ１５においては、２つの焦電素子１６ｄ，１６ｅの検知領域Ｅ４，Ｅ５が重複する。
【００６５】
本実施形態の動作検出装置１は、各焦電素子１６ａ〜１６ｅの出力信号から、それぞれの検知領域Ｅ１〜Ｅ５内での物体の距離を把握できるだけでなく、空間領域Ｓ１１〜Ｓ１５と検知領域Ｅ１〜Ｅ５との重複が、空間領域Ｓ１１〜Ｓ１５によって異なる焦電素子１６ａ〜１６ｅの組み合わせにより生じるため、検知した物体がどの空間領域Ｓ１１〜Ｓ１５に存在するかを、焦電素子１６ａ〜１６ｅの組み合わせによって正確に判別することができる。判別可能な空間領域の数は、各受光素子の検知領域の分割と共に、受光素子の数を増やすことによって相乗的に増加させることができ、検知対象となる広範囲の領域を細分化して、高い精度で検知することができる。検知領域Ｅ１〜Ｅ５と空間領域Ｓ１１〜Ｓ１５との重複は、検知領域Ｅ１〜Ｅ５の遠位端近傍で生じるように構成することが好ましく、これによって意図しない検知領域Ｅ１〜Ｅ５同士の重複を防止して、正確な動作検出を行うことができる。
【００６６】
また、本実施形態の動作検出装置１は、基板１０の湾曲によって、各焦電素子１６ａ〜１６ｅの相対的な位置や向きが変化するだけでなく、焦電素子１６ａ〜１６ｃ自体も湾曲することで検知領域Ｅ１〜Ｅ５の大きさを変化させることができる。すなわち、曲げ角に応じて視野角や分解能を連続的に細かく調整することが可能であり、複数の赤外線センサを個別に配置する場合と比較して、上述した検知領域Ｅ１〜Ｅ５の所望の組み合わせを迅速容易に実現することができる。基板１０および集光レンズ２０を、厚み方向に間隔をあけて保持することにより、基板１０の湾曲状態においても、良好な検知領域Ｅ１〜Ｅ５が維持される。
【００６７】
図２２に示す動作検出装置１の湾曲形状は、空間領域Ｓ１１〜Ｓ１５を互いに間隔をあけて設定した場合に対応しており、人の流れや速度を検知するのに適している。これに対し、図２３に示すように、空間領域Ｓ２１〜Ｓ２９を隙間無く設定して人体等の位置検出を行う場合には、湾曲させた基板１０の曲率半径を、図２２の場合よりも大きくすればよい。このように、基板１０の湾曲形状を変えることで、設置環境や目的等に応じた最適なセッティングを迅速容易に行うことができる。静止状態の人体等を検知可能とするために、動作検出装置１には、各焦電素子１６ａ〜１６ｅの検知領域Ｅ１〜Ｅ５を遮断するチョッパを適宜設けてもよい。
【００６８】
図２３において、複数の焦電素子１６ａ〜１６ｅの組み合わせによる検知領域Ｅ１〜Ｅ５の重複は、設定した全ての空間領域Ｓ２１〜Ｓ２９で生じる必要はなく、一部の空間領域Ｓ２１〜Ｓ２９のみで生じていればよい。例えば、空間領域Ｓ２１，Ｓ２２，Ｓ２８，Ｓ２９においては、それぞれ単一の検知領域Ｅ１，Ｅ２，Ｅ４，Ｅ５しか存在しないが、この場合でも、他の空間領域（例えばＳ２３，Ｓ２４）において検知領域の重複（例えばＥ１およびＥ３，Ｅ２およびＥ４）が生じることによって、これらを判別することが可能である。すなわち、複数の空間領域Ｓ２１〜Ｓ２９と検知領域Ｅ１〜Ｅ５との間に生じる重複は、空間領域Ｓ２１〜Ｓ２９毎に異なる焦電素子１６ａ〜１６ｅによって生じていれば、単一の焦電素子１６ａ〜１６ｅによるものであってもよい。更に、各空間領域Ｓ２１〜Ｓ２９と検知領域Ｅ１〜Ｅ５との重複を生じさせる焦電素子１６ａ〜１６ｅは、必ずしも全ての空間領域Ｓ２１〜Ｓ２９で異なる必要はない。例えば、空間領域Ｓ２４，Ｓ２６は、いずれも同じ焦電素子１６ｂ，１６ｄの組み合わせによって検知領域Ｅ２，Ｅ４の重複が生じているが、隣接する空間領域における検知状況等から判別することができる。
【００６９】
図２４は、湾曲させた基板１０をチョッパ４４内に収容した動作検出装置１の一実施形態を示す側面図であり、図２５は、図２４のＣ−Ｃ断面図である。図２４および図２５に示すように、基板１０は、側面視半円状に湾曲させた状態で、駆動モータ４５と共に保持ブロック４６の表面に固定されている。チョッパ４４は、有蓋円筒状に形成されており、蓋部の中心に駆動モータ４５の回転軸４５ａが結合されて、回転可能に支持されている。チョッパ４４の側壁４４ａは、動作検出装置１の各焦電素子１６ａ〜１６ｅとの間に生じる隙間が一定となるように、基板１０の湾曲形状に沿って形成されており、各焦電素子１６ａ〜１６ｅと対向する位置に、各焦電素子１６ａ〜１６ｅと略同じ大きさを有する開口４４ｂを有している。この動作検出装置１によれば、各焦電素子１６ａ〜１６ｅは、チョッパ４４の回転により開口４４ｂと重なったときのみセンシングを行うことができるので、各焦電素子１６ａ〜１６ｅに入射する赤外線がチョッピングされる。したがって、検知領域Ｅ１〜Ｅ５内で人体等が静止している場合であっても確実に検出することができ、且つその位置を特定することができる。開口４４ｂは、本実施形態では単一としているが、複数設けてもよい。チョッパ４４を備える動作検出装置１は、本実施形態以外に、湾曲した基板１０を備える他の構成にも適用可能である。
【００７０】
図２２および図２３に示す実施形態は、動作検出装置１の基板１０を側面視円弧状に湾曲させているが、図２６に示すように、基板１０を側面視円形状に湾曲させて、３６０度の視野角を有する配置としてもよい。この構成によれば、設定した全ての空間領域Ｓ３１〜Ｓ４０に対して単一の検知領域Ｅ１〜Ｅ５が存在するか、あるいは、２つの焦電素子１６ａ〜１６ｅの組み合わせによる検知領域Ｅ１〜Ｅ５の重複が得られ、全方向における人の流れを検出することができる。
【００７１】
その他、基板１０の側面視を波形状や楕円形状としたり、台形状などの多角形状とする等、基板１０の湾曲形状は特に限定されるものではなく、設定された空間領域において所望の検知領域の重複が生じるように、任意の形状とすることができる。また、基板１０の先端部など一部のみを湾曲させたものであってもよい。本実施形態の動作検出装置１は、焦電素子１６ａ〜１６ｅを一列に配置しているが、マトリクス状や放射状など他の配置であってもよい。例えば、マトリクス状に配置された受光素子を収容したケーシングを球面状に湾曲させることにより、検知領域を平面状に拡げることができ、広範囲の検知を行うことができる。
【００７２】
上記の各実施形態において、検出対象となる物体は人体が特に好適であるが、熱量変化が生じる他の物体（例えば、湯、ＣＯ２やＮＯｘ等のガス、インク粒子など）を検出することもできる。信号処理装置４０の出力信号は、少なくとも０．５〜１０Ｈｚの周波数帯域において略一定であればよく、検出対象となる物体に応じて周波数帯域を適宜拡げてもよい。特に、信号処理装置４０が電流読み出し方式の検出回路を備える場合には、１ｋＨｚ程度の高い周波数まで出力信号を略一定に維持することが可能であり、適用可能な周波数帯域を広範囲とすることができる。
【符号の説明】
【００７３】
１  動作検出装置
１０  基板
１６（１６ａ〜１６ｅ）  焦電素子
２２  狭視野レンズ
３０  ケーシング
３２１  スリット
４０  信号処理装置
４１  ＦＥＴ
４２  参照抵抗
４５  オペアンプ
４６  参照抵抗
５０  支持体
６０  光源
【図１】
2013077403.tif 000006
【図２】
2013077403.tif 000007
【図３】
2013077403.tif 000008
【図４】
2013077403.tif 000009
【図５】
2013077403.tif 000010
【図６】
2013077403.tif 000011
【図７】
2013077403.tif 000012
【図９】
2013077403.tif 000013
【図１０】
2013077403.tif 000014
【図１２】
2013077403.tif 000015
【図１４】
2013077403.tif 000016
【図１５】
2013077403.tif 000017
【図１６】
2013077403.tif 000018
【図１７】
2013077403.tif 000019
【図１８】
2013077403.tif 000020
【図２０】
2013077403.tif 000021
【図２１】
2013077403.tif 000022
【図２４】
2013077403.tif 000023
【図２５】
2013077403.tif 000024
【図２７】
2013077403.tif 000025
【図２８】
2013077403.tif 000026
【図８】
2013077403.tif 000027
【図１１】
2013077403.tif 000028
【図１３】
2013077403.tif 000029
【図１９】
2013077403.tif 000030
【図２２】
2013077403.tif 000031
【図２３】
2013077403.tif 000032
【図２６】
2013077403.tif 000033
【国際調査報告】
2013077403.tif 000034
2013077403.tif 000035
2013077403.tif 000036
2013077403.tif 000037