(57)【要約】  人体や手等の赤外線放射体の移動方向が、ある程度斜め方向にずれても移動方向を的確に判定できるようにし、また厳格な移動方向を規定しなくても、手の移動等による非接触入力を容易に行えるようにする。  少なくとも２つの赤外線受光部を備え、この２つの素子の配列方向へ手などの赤外線放射体が移動することに応じて発生するセンサ出力信号を微分するとともに、その微分信号に対して正の値と負の値のそれぞれにしきい値Ｖｔｈ１，Ｖｔｈ２を設定し、両しきい値を共に超える信号の発生有無によって赤外線放射体の移動、又は移動する赤外線放射体の有無を検知する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも２つの焦電型赤外線受光部を備え、発生する出力信号の極性が前記２つの焦電型赤外線受光部の配列方向への赤外線放射体の相対移動の方向に応じて反転する赤外線センサと、
前記赤外線センサの前記出力信号を微分するとともに、当該微分により得られる微分信号に対して正の値と負の値についてそれぞれしきい値を設定し、当該しきい値を共に超える前記出力信号の発生有無によって赤外線放射体の移動、又は移動する赤外線放射体の有無、を検知する信号処理手段と、を備えた赤外線検知装置。
【請求項２】
前記２つのしきい値は互いに異なる値に設定された請求項１に記載の赤外線検知装置。
【請求項３】
前記微分信号の値が前記２つのしきい値を超えるタイミングの時間差を基に前記赤外線放射体の移動速度を計測する移動速度計測手段を備えた、請求項１又は２に記載の赤外線検知装置。
【請求項４】
前記焦電型赤外線受光部の配列方向が互いに異なるように複数の前記赤外線センサを配置し、
前記赤外線センサ毎に前記微分信号のピーク値を検出するピーク値検出手段と、前記ピーク値の比と所定のしきい値との比較によって、検知角度領域又は非検知角度領域を定める手段と、を備えた、請求項１〜３のいずれかに記載の赤外線検知装置。
【請求項５】
前記焦電型赤外線受光部の配列方向が互いに異なるように複数の前記赤外線センサを配置し、
前記赤外線センサ毎に前記微分信号のピーク値を検出するピーク値検出手段と、前記ピーク値の比によって前記複数の赤外線センサの前記焦電型赤外線受光部の配列方向に対する前記赤外線放射体の２次元移動方向を検知する手段と、を備えた、請求項１〜３のいずれかに記載の赤外線検知装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載の赤外線検知装置と、当該赤外線検知装置の検知信号をユーザの操作信号に変換する信号変換手段と、前記操作信号に応答する処理を行う手段と、を備えた電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、少なくとも２つの焦電型赤外線受光部を備える赤外線センサを用いた、人体等の赤外線放射体の移動を検知する赤外線検知装置、それを備えた電子機器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、２つの受光部を備えた焦電型赤外線センサいわゆるデュアルタイプ焦電型赤外線センサを用いた人体検知装置として特許文献１・特許文献２が開示されている。ここでデュアルタイプ焦電型赤外線センサの概略構成と人体の移動方向に対する出力波形の関係を図１に示す。【０００３】
デュアルタイプ焦電型赤外線センサ４０１は２つの受光部４０１ａ，４０１ｂを備えていて、この２つの受光部に入射される人体等から発せられる赤外線の受光量を差動検出して、図に示すような正負両極性の電圧信号を発生する。この例では、矢印Ａ方向に人体が移動した場合に出力波形はまず正方向に立ち上がり、その後負方向に反転する。逆に矢印Ｂ方向に移動した場合には負方向に立ち下がりその後に正方向に反転する。【０００４】
このように、人体の移動方向によって変化する出力波形を所定のしきい値で波形整形し、その整形後の波形のハイレベルとローレベルの変化のタイミングによって（どちらが先に出力されるかの極性を検出することによって）人体の移動方向を判別する。
【特許文献１】特開平１０−１６０８５６号公報
【特許文献２】特開２００６−２７７６２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１・特許文献２のいずれの装置も、デュアルタイプ焦電型赤外線センサの出力信号を波形整形して、単純に２値波形に変換し、その立ち上がり又は立ち下がりタイミングの前後関係を利用して判定する。この方法では、デュアルタイプ焦電型赤外線センサの２つの受光部の配列方向に人体や手が移動した場合には、その移動方向をある程度正しく検知できる。しかし、想定されている移動方向からずれた例えば斜め方向に人体や手が移動すると、デュアルタイプ焦電型赤外線センサの出力波形が想定外の波形となって、移動方向が正しく判定できない。また、特許文献２のように手等の移動方向によって非接触入力を行う装置では、予め想定されている波形が出力されるような正確な動作で入力操作を行わなければならず、制約が厳しいという問題があった。【０００６】
そこで、この発明の目的は、前述の問題を解消して、人体や手等の赤外線放射体の移動方向が、ある程度斜め方向にずれても移動方向を的確に判定できるようにし、また厳格な移動方向を規定しなくても、手の移動等による非接触入力を容易に行えるようにした赤外線検知装置、それを備えた電子機器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記課題を解決するために、この発明は次のように構成する。
（１）少なくとも２つの焦電型赤外線受光部を備え、発生する出力信号の極性が前記２つの焦電型赤外線受光部の配列方向への赤外線放射体の相対移動の方向に応じて反転する赤外線センサと、
前記赤外線センサの前記出力信号を微分するとともに、当該微分により得られる微分信号に対して正の値と負の値についてそれぞれしきい値を設定し、当該しきい値を共に超える前記出力信号の発生有無によって赤外線放射体の移動、又は移動する赤外線放射体の有無、を検知する信号処理手段と、を備えて赤外線検知装置を構成する。【０００８】
これにより、想定外の速度や方向に人体等の赤外線放射体が移動した場合でも、移動有無又は移動方向の誤判定が低減できる。【０００９】
（２）また、前記２つのしきい値は互いに異なる値に設定する。
これにより、微分信号の正方向と負方向への特徴的な変化を的確に検出でき、想定外の速度や方向に人体等の赤外線放射体が移動した場合の誤判定がより低減できる。【００１０】
（３）また、前記微分信号の値が前記２つのしきい値を超えるタイミングの時間差を基に前記赤外線放射体の移動速度を計測する移動速度計測手段を備えたものとする。【００１１】
これにより、移動方向だけでなく移動速度も検知でき、移動速度に応じた入力や制御が可能となる。【００１２】
（４）また、前記焦電型赤外線受光部の配列方向が互いに異なるように複数の前記赤外線センサを配置し、
前記赤外線センサ毎に前記微分信号のピーク値を検出するピーク値検出手段と、前記ピーク値の比と所定のしきい値との比較によって、検知角度領域又は非検知角度領域を定める手段と、を備えて赤外線検知装置を構成する。
これにより、移動の有無又は移動方向を検知する角度範囲と、その検知を行わない角度範囲とが的確に設定できるようになる。【００１３】
（５）また、前記焦電型赤外線受光部の配列方向が互いに異なるように複数の前記赤外線センサを配置し、
前記赤外線センサ毎に前記微分信号のピーク値を検出するピーク検出手段と、当該ピーク値の比によって前記複数の赤外線センサの前記焦電型赤外線受光部の配列方向に対する前記赤外線放射体の２次元移動方向を検知する手段と、を備えて赤外線検知装置を構成する。
これにより、２次元方向の移動方向をも検知できるようになる。【００１４】
（６）さらに、この発明は、前記赤外線検知装置と、当該赤外線検知装置の検知信号をユーザの操作信号に変換する信号変換手段と、前記操作信号に応答する処理を行う手段と、を備えて電子機器を構成する。【００１５】
これにより、ユーザの手や腕などによる非接触操作で入力を行い、それに応答することで各種制御や演算処理を実行できる。
【発明の効果】
【００１６】
この発明によれば、規定方向から多少ずれた方向に人体等の赤外線放射体が移動した場合でも、移動方向の誤判定が低減できる。また、規定方向に厳格に移動させなくても的確な非接触入力が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】特許文献１に示されている人体検知装置の人体移動方向とセンサ出力信号との関係を示す図である。
【図２】赤外線検知装置及び非接触入力装置のブロック図である。
【図３】非接触入力装置１０１及びホスト装置１０２からなる電子機器１０３の構成と、非接触入力装置１０１に対する手の移動方向及び非接触入力の様子を示す図である。
【図４】デュアルタイプ焦電型赤外線センサ１１に対する手の移動方向、赤外線センサ１１の出力波形、及びその微分波形の関係を示す図である。
【図５】赤外線センサ１１の赤外線受光部配列方向に対する手の移動方向の傾斜角と、センサ出力信号及びその微分信号の波形との関係を示す図である。
【図６】移動有無及び移動方向の判定時に用いる、微分信号に対するしきい値の設定方法について示す図である。
【図７】移動速度の異なる、赤外線センサの出力信号の微分波形を示す図である。
【図８】ｘ軸方向の移動検出用の赤外線センサ１１ｘとｙ軸方向の移動検出用赤外線センサ１１ｙの配置関係、及びこの２つの赤外線センサの出力信号の微分波形の例を示す図である。
【図９】ｘ軸方向移動検出用の赤外線センサとｙ軸方向移動検出用赤外線センサの出力信号の微分信号に基づいて検知範囲と非検知範囲の割合を設定する様子を示す図である。
【符号の説明】
【００１８】
１１…デュアルタイプ焦電型赤外線センサ
１２…フィルタ部
１３…微分処理部
１４…判定部
１５…信号変換部
１００…赤外線検知装置
１０１…非接触入力装置
１０２…ホスト装置
１０３…電子機器
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
第１の実施形態に係る赤外線検知装置、非接触入力装置、及び電子機器について図２〜図４を参照して説明する。
図２は赤外線検知装置及び非接触入力装置のブロック図である。また、図３は、非接触入力装置１０１及びホスト装置１０２からなる電子機器１０３の構成と、非接触入力装置１０１に対する手の移動方向及び非接触入力の様子を示す図である。【００２０】
図２に示すように、赤外線検知装置１００は、デュアルタイプ焦電型赤外線センサ１１、フィルタ部１２、微分処理部１３、及び判定部１４で構成されている。また、この赤外線検知装置１００と信号変換部１５とで非接触入力装置１０１が構成されている。【００２１】
デュアルタイプ焦電型赤外線センサ１１は２つの赤外線受光部を備えていて、その差動検出信号を出力する。フィルタ部１２は帯域通過フィルタであり、デュアルタイプ焦電型赤外線センサ１１の出力信号のうち所定の周波数帯を通過させる。例えば遮断周波数を０．１６Ｈｚ〜１０Ｈｚの範囲内で設定した低域通過フィルタである。このフィルタはアナログ・ディジタル回路又はソフトウェアの実行によって行う。これにより、不要な周波数帯のノイズ成分を抑圧する。微分処理部１３は、フィルタ部１２の出力信号を所定の時定数で微分し、微分信号を出力する。判定部１４は、この微分信号に対して後述するしきい値を用いて人体や手の移動方向を判定する。【００２２】
信号変換部１５は、判定部１４から出力される判定信号を、ホスト装置の要求する信号形式（例えば一般的なキーボードの所定のキー操作時に発生するキーコードの信号）に変換して出力する。これにより、図３に示すように、操作者はデュアルタイプ焦電型赤外線センサ１１の検知領域で手等を所定方向に移動させることによって非接触入力を行うことができる。【００２３】
なお、この例では非接触入力装置１０１とホスト装置１０２とを別体に設けたが、１つの筐体で装置として完結しているものにも本発明は適用できる。例えば、写真フレームの前で手を左右に動かすことによって、表示される写真を順に繰るように表示させる、言わばディジタルフォトフレームのような装置に適用することもできる。【００２４】
図４はデュアルタイプ焦電型赤外線センサ（以下単に赤外線センサという。）１１に対する手の移動方向、赤外線センサ１１の出力波形、及びその微分波形の関係を示す図である。図４（Ａ１）〜（Ａ３）は、赤外線センサ１１の赤外線受光部の配列方向に手を移動させた場合について示している。また図４（Ｂ１）〜（Ｂ３）は、赤外線センサ１１の赤外線受光部の配列方向に対して直角方向に手を移動させた場合について示している。【００２５】
図４（Ａ１）のように、赤外線センサ１１の検出感度が最も高い方向に手を移動させた場合、この例では図４（Ａ２）のように、まず−方向に立ち下がり、その後に正方向に反転する。それに応じて微分波形は図４（Ａ３）のようになる。ここで−方向のしきい値をＶｔｈ１、＋方向のしきい値をＶｔｈ２とすれば、この時の微分波形はいずれのしきい値をも超えることになる。例えばＶｔｈ１＝−０．１Ｖ、Ｖｔｈ２＝＋０．１Ｖに定める。【００２６】
一方、図４（Ｂ１）に示したように、赤外線センサ１１の最も検出感度の低い方向（赤外線センサ１１の赤外線受光部の配列方向に対して直角方向）に手を移動させた場合には、図４（Ｂ２）のようにセンサ出力信号の電圧レベルが同程度まで上昇している場合、センサ出力信号そのものにしきい値を設定すると誤検知を起こす可能性がある。しかし、＋方向と−方向の明確な反転が生じなく、その波形の傾きも緩やかである。そのため、微分波形も図４（Ｂ３）のように微弱な信号となって、一方のしきい値Ｖｔｈ２を超えても、他方のしきい値Ｖｔｈ１は超えない。このことから図４（Ｂ１）のような移動については検知されない。すなわち正常な判定ができることになる。【００２７】
上記微分波形が正負両方のしきい値を超えると、手の移動があったと見なす判定信号を出力する。その後、微分信号が予め定めた値（しきい値）以下に一定期間（例えば２０ｍｓ）収束したことを確認して次の判定に備えて待機状態に入る。【００２８】
図２に示したように、低域通過特性のフィルタ部１２のカットオフ周波数が低くなる程、センサ出力波形の収束が遅くなるが、この発明は、収束の早い微分波形によって判定を行うので、早い段階での結果出力が可能になり、また、センサ出力の収束を待たずに次の判定待ちに移ることができる。【００２９】
なお、本来なら図４（Ｂ１）のように赤外線受光部の配列方向に対して直角方向に赤外線放射体を移動させればセンサ出力は生じないはずであるが、実際には手のひら（掌）だけでなく腕や体の移動の影響もあって、図４（Ｂ２）のような緩やかな変化が生じる。従来技術によれば、図４（Ｂ２）の波形を二値化してその立ち上がり立ち下がりのタイミングから移動方向を検知するので、図４（Ｂ１）のような移動に対しても移動方向の判別が誤ってなされることになる。【００３０】
《第２の実施形態》
第２の実施形態に係る赤外線検出装置について図５・図６を参照して説明する。
この第２の実施形態に係る赤外線検知装置は、検出すべき移動方向に対して所定の許容範囲内で斜め方向に傾いて赤外線放射体が移動しても、その移動方向を正しく検知できること及びそのための設定方法について示すものである。【００３１】
図５（Ａ１）〜（Ａ３）は、赤外線センサ１１に対して赤外線受光部の配列方向に（真っ直ぐに）手を移動させた時の例について示している。また図５（Ｂ１）〜（Ｂ３）は、赤外線センサ１１の赤外線受光部の配列方向に対して斜め右上方向に傾いて手を移動させたときの例について示している。さらに図５（Ｃ１）〜（Ｃ３）は、赤外線センサ１１の赤外線受光部の配列方向に対して斜め右下方向に傾いて手を移動させたときの例について示している。【００３２】
図５の（Ａ２）（Ｂ２）（Ｃ２）はいずれも赤外線センサ１１の出力波形である。また図５の（Ａ３）（Ｂ３）（Ｃ３）はそれらの微分波形である。【００３３】
図５の（Ａ２）（Ｂ２）（Ｃ２）を比較すれば明らかなように、赤外線センサ１１に対する手の移動方向の傾きに応じてセンサ出力波形に順に現れる第１のピークと第２のピークの振幅が変化する。このように第１のピークと第２のピークが相似形でなく、センサ出力波形の＋方向と−方向で非対称であるのは、焦電型セラミックスの赤外線光量変化に対する物性によるものと考えられる。【００３４】
一方、図５の（Ａ３）（Ｂ３）（Ｃ３）で示した微分波形で見れば、赤外線センサ１１に対する手の移動方向が多少斜め傾いていても、その波形は相似形になることが分かる。【００３５】
図６は上記特性を利用して、移動有無及び移動方向の判定時に用いるしきい値の設定方法について示す図である。【００３６】
一般に、広い範囲の出力レベルに対応するためにしきい値を小さな値に設定すると、不要な出力やノイズを捉えて誤検知してしまうおそれがあるため、しきい値は通常なるべく大きな値にすべきである。よって、第１ピーク用のしきい値と第２ピーク用のしきい値を別々に設定する。【００３７】
図５（Ａ３）（Ｂ３）（Ｃ３）のように、微分波形は最初に現れる第１のピークとその次に表れる第２のピークとを比較すると、絶対値は第２のピークの方が大きい。この特徴に合わせて、第１ピーク用のしきい値を小さな値（例えば±０．０３Ｖ等）に設定し、第２ピーク用のしきい値を大きな値（例えば±０．１Ｖ等）に設定する。【００３８】
このように、第１ピークの有無を検出するための第１のしきい値Ｖｔｈ１と、第２ピークの有無を検出するための第２のしきい値Ｖｔｈ２とを、それぞれに適した値に定めておくことによって、赤外線放射体の移動方向が傾いている場合の未検知・誤判定を軽減できる。【００３９】
また、これは焦電型赤外線センサを非接触入力装置として用いる場合の操作性の向上につながる。すなわち、移動方向にある程度の傾きがあっても正しく検知可能となるため、操作者はセンサ上で手を振る場合に厳密な方向を意識しなくともよくなる。【００４０】
《第３の実施形態》
第３の実施形態に係る赤外線検知装置及び非接触入力装置は、手等の赤外線放射体の移動速度の違いに応じた非接触入力を行えるようにしたものである。【００４１】
図７は移動速度の異なる、赤外線センサの出力信号の微分波形を示している。図７（Ａ）は動きが遅い場合、（Ｂ）は動きが速い場合についての例である。装置の回路構成としては図２に示したものと同様であり、図２において判定部１４は微分処理部１３で求められた微分信号に対して、その値が負のしきい値Ｖｔｈ１（ｎ）を上回るタイミングから正のしきい値Ｖｔｈ２（ｐ）を下回るタイミングまでの時間Ｔａ，Ｔｂを計測する。この時間Ｔａ，Ｔｂは手等の赤外線放射体の移動速度にほぼ比例するので、この計測した時間Ｔａ，Ｔｂから操作速度を検知する。【００４２】
なお、微分信号の値が負のしきい値Ｖｔｈ１（ｎ）を下回るタイミングから正のしきい値Ｖｔｈ２（ｐ）を上回るタイミングまでの時間を計測してもよいが、図７に示したように、負のしきい値Ｖｔｈ１（ｎ）を上回るタイミングから正のしきい値Ｖｔｈ２（ｐ）を下回るタイミングまでの時間Ｔａ，Ｔｂの方が好ましい。実験によれば、時間Ｔａ，Ｔｂと操作速度とがより比例関係に近い、という特性があるためである。【００４３】
この第３の実施形態によれば、赤外線放射体の移動速度を把握することができるので、非接触入力装置に適用する場合に、手を素早く動かす場合とゆっくり動かす場合とを区別する等によって入力コマンドの種類を増すことができる。【００４４】
《第４の実施形態》
第４の実施形態は、２つのデュアル素子型焦電型センサの向きを互いに９０°異ならせて配置し、４方向の移動方向判別を行う赤外線検知装置及び非接触入力装置に関するものである。【００４５】
図８（Ａ）は、図における左右方向（ｘ軸方向）の移動を検出する赤外線センサ１１ｘと、紙面に平行で且つｘ軸に直交する方向（ｙ軸方向）の移動を検出する赤外線センサ１１ｙの配置関係を表している。【００４６】
図８（Ｂ）は、図８（Ａ）に示した矢印方向に手を移動させた時の２つの赤外線センサ１１ｘ，１１ｙによる微分波形の例を示している。ここでＷｘは第１の赤外線センサ１１ｘによる微分信号の波形、Ｗｙは第２の赤外線センサ１１ｙによる微分信号の波形である。この例で、負の第１のしきい値Ｖｔｈ１（ｎ）及び正の第２のしきい値Ｖｔｈ２（ｐ）は、第１の赤外線センサ１１ｘによる微分信号に基づいて＋ｘ方向への移動を検知するためのしきい値であると同時に、第２の赤外線センサ１１ｙによる微分信号に基づいて＋ｙ方向への移動を検知するためのしきい値でもある。また、正の第１のしきい値Ｖｔｈ１（ｐ）及び負の第２のしきい値Ｖｔｈ２（ｎ）は、第１の赤外線センサ１１ｘによる微分信号に基づいて−ｘ方向への移動を検知するためのしきい値であると同時に、第２の赤外線センサ１１ｙによる微分信号に基づいて−ｙ方向への移動を検知するためのしきい値でもある。【００４７】
図８（Ｂ）に示した例では、第１のしきい値Ｖｔｈ１（図８の例ではＶｔｈ１（ｎ））を超えてから第２のしきい値Ｖｔｈ２（図８の例ではＶｔｈ２（ｐ））を超えるまでの時間Ｔ内で赤外線センサ１１ｘによる微分信号Ｗｘのピーク値ＶＸｍａｘと赤外線センサ１１ｙによる微分信号Ｗｙのピーク値ＶＹｍａｘをそれぞれ求め、この２つの値によって縦方向・横方向・未検知のいずれの判定結果を出力するかの割合の許容範囲を設定する。【００４８】
図９は上記割合の許容範囲について示す図である。図９（Ａ）は±ｘ方向と±ｙ方向の検知領域と非検知領域との関係を示している。この検知領域と非検知領域との割合は、図８（Ｂ）に示したピークＶＸｍａｘ，ＶＹｍａｘの値によって定める。このピークＶＸｍａｘ，ＶＹｍａｘの絶対値の比、｜ＶＹｍａｘ／ＶＸｍａｘ｜が、予め定めたしきい値を超えないとき移動方向の検知結果を有効と見なして検知結果を出力し、｜ＶＹｍａｘ／ＶＸｍａｘ｜が、そのしきい値を超えるとき移動方向の検知結果を無効と見なして検知結果を出力しない。このことによって、｜ＶＹｍａｘ／ＶＸｍａｘ｜が大きくなる程、図９（Ｂ）に示すように、検知領域の割合が広く（非検知領域の割合が狭く）なり、｜Ｖｙｍａｘ／ＶＸｍａｘ｜が小さくなる程、図９（Ｃ）に示すように、検知領域の割合が狭く（非検知領域の割合が広く）なる。【００４９】
なお、図８に示したように、２つの赤外線受光部の向きが直交する２つのデュアルタイプ焦電型赤外線センサを配置し、それぞれの出力信号の微分信号に基づいて、赤外線放射体の２次元方向の移動方向を検知することもできる。【００５０】
具体的には、図８（Ｂ）に示した、赤外線センサ１１ｘによる微分信号Ｗｘのピーク値ＶＸｍａｘと赤外線センサ１１ｙによる微分信号Ｗｙのピーク値ＶＹｍａｘをそれぞれ求め、この２つの値ＶＸｍａｘとＶＹｍａｘの比によって、傾斜角を求める。この比と傾斜角との関係は必ずしもリニアではないので、予めその関係を求めておき、その関係を利用してもよい。また、上記微分信号の第１のピーク値の比に基づいて傾斜角を求めるようにしてもよい。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【国際調査報告】
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2009130959.tif 000013