(57)【要約】【課題】人体の存在を検知すると共に、人体までの距離を検出でき、かつ、コンパクトで、消費電力を抑制できるパッシブ型光学式測距センサ、電子機器および測距方法を提供すること。【解決手段】パッシブ型光学式測距センサに、遠赤外線領域に受光感度を持つ位置検出素子１,２を使用する。このようにして、発光素子及びその駆動回路を持たず省電力化が可能な人体検知用パッシブ型光学式測距センサ及びその測距方式の実現を可能にする。【選択図】図１
2012063217.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１位置検出素子と、
上記第１位置検出素子の受光面上に焦点を結ぶように配置された第１集光レンズと
を内蔵し、
上記第１位置検出素子は、遠赤外線領域に受光感度を有し、
上記第１位置検出素子で被測定物から発せられる遠赤外線を受光することによって被検出物までの距離を測定することを特徴とするパッシブ型光学式測距センサ。
【請求項２】
請求項１に記載のパッシブ型光学式測距センサにおいて、
上記第１位置検出素子は、ＩｎＳｂ系の半導体で形成されていることを特徴とするパッシブ型光学式測距センサ。
【請求項３】
請求項１または２に記載のパッシブ型光学式測距センサにおいて、
上記第１位置検出素子は、波長が約９μｍの遠赤外線を検知可能であることを特徴とするパッシブ型光学式測距センサ。
【請求項４】
請求項１から３までのいずれか一項に記載のパッシブ型光学式測距センサにおいて、
上記第１位置検出素子のピーク分光感度は、６μｍ以上１２μｍ以下であることを特徴とするパッシブ型光学式測距センサ。
【請求項５】
請求項１から４までのいずれか一項に記載のパッシブ型光学式測距センサにおいて、
上記第１位置検出素子は、ＩｎＳｂ系の半導体で形成され、
ＩｎＳｂ系の半導体で形成された第２位置検出素子と、
上記第２位置検出素子の受光面上に焦点を結ぶように配置された第２集光レンズと
を備え、
上記第１位置検出素子の上記受光面と、上記第２位置検出素子の上記受光面とは、略同一平面上に位置していることを特徴とするパッシブ型光学式測距センサ。
【請求項６】
請求項１から５までのいずれか一項に記載のパッシブ型光学式測距センサを備えることを特徴とする電子機器。
【請求項７】
被測定物から発せられる光を、第１集光レンズを介して第１位置検出素子で受光すると共に、第２集光レンズを介して第２位置検出素子で受光し、
上記第１位置検出素子および上記第２位置検出素子の夫々の受光面上に集光された光の焦点位置と、上記第１位置検出素子と上記第２位置検出素子との距離と、上記第１位置検出素子に対する上記第２位置検出素子の相対位置、上記第１位置検出素子に対する上記第１集光レンズの相対位置および上記第１位置検出素子に対する上記第２集光レンズの相対位置とに基づいて、上記被測定物との距離を測定することを特徴とする測距方法。
【請求項８】
請求項７に記載の測距方法において、
上記第１位置検出素子および上記第２位置検出素子の夫々は、遠赤外線に受光感度を有していることを特徴とする測距方法。
【請求項９】
請求項７または８に記載の測距方法において、
上記第１位置検出素子および上記第２位置検出素子の少なくとも一方は、遠赤外線を受光して人を検知するようになっていることを特徴とする測距方法。
【請求項１０】
請求項７から９までのいずれか一項に記載の測距方法で距離を算出する距離算出部を有することを特徴とする電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被測定物体から発せられる光を受光することによって、被測定物体までの距離を測定するパッシブ型光学式測距センサ及びそのパッシブ型光学式測距センサを備える電子機器に関する。また、本発明は、被測定物体から発せられる光を用いて、被測定物体までの距離を測定する測距方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、光学式測距センサとしては、特開平０８−３３８８８０号公報（特許文献１）に記載されているハイブリッドタイプの人体検出用センサがある。この人体検出用センサは、焦電型センサ部と、赤外線方式の測距センサ部とを備える。
【０００３】
上記焦電型センサ部は、静止物を検出しない一方、熱線（遠赤外線）を検出して、人体の存在を認識できる一方、検出対象までの距離を検出できないようになっている。
【０００４】
一方、赤外線方式の測距センサ部は、発光素子から近赤外線を発して、被検出物体からの反射光を、位置検出素子（ＰＳＤ（Position Sensitive Detector）素子）を用いて三角測量方式により検出することができる一方、人体かどうかの識別が出来ないようになっている。
【０００５】
この人体用センサは、上記焦電型センサ部で、人体の存在を認識する一方、上記測距センサ部で、被検出物体までの距離を測距するようになっている。この人体用センサは、このようにして、非接触で、人体の存在を検知すると共に、人体までの距離を検出するようになっている。
【０００６】
この人体用センサは、非接触で、人体の存在を検知すると共に、人体までの距離を検出できるという利点を有する。しかしながら、この人体用センサは、焦電型センサ部の受光素子と、赤外線方式センサ部の発光素子と、赤外線方式センサ部の受光素子と、それぞれの素子を制御する回路及び駆動回路とを必要とし、センサ自体が大型化し、センサにおける素子および配線の実装面積が大きいという問題がある。また、多くの素子を駆動するため、消費電力が大きいという問題がある。すなわち、人体検知及び距離測定を同時に行う従来の焦電センサ＋赤外線測距センサのハイブリッドタイプのセンサでは、センサ外形自体が大型化するため、実装面積を大きくする必要があるだけでなく、多くの素子を駆動するため消費電力が大きくなるという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平０８−３３８８８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
そこで、本発明の課題は、人体の存在を検知すると共に、人体までの距離を検出でき、かつ、コンパクトで、消費電力を抑制できるパッシブ型光学式測距センサを提供することにある。また、本発明の課題は、簡易な構成かつ低コストで、人体の存在を検知できると共に、人体までの距離を検出できる測距方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するため、この発明のパッシブ型光学式測距センサは、
第１位置検出素子と、
上記第１位置検出素子の受光面上に焦点を結ぶように配置された第１集光レンズと
を内蔵し、
上記第１位置検出素子は、遠赤外線領域に受光感度を有し、
上記第１位置検出素子で被測定物から発せられる遠赤外線を受光することによって被検出物までの距離を測定することを特徴としている。
【００１０】
本発明によれば、遠赤外線領域に受光感度を持つ位置検出素子を有するから、人体から発せられる遠赤外線を直接受光することにより距離測定を行うことができる。したがって、センサ自体を小型化することができる。また、遠赤外線に感度を持つ位置検出素子を使用しているから、人体かどうかの識別を行うことができる。
【００１１】
また、一実施形態では、
上記第１位置検出素子は、ＩｎＳｂ系の半導体で形成されている。
【００１２】
位置検出素子の材料にＩｎＳｂ（バンドギャップＥｇ=０．１７ｅＶ）を使用することによりピーク分光感度λを7μｍ程度（λ＝１．２４／Ｅｇ）に設定できる。したがって、人体からの遠赤外線の波長はウィーンの法則(λｍＴ＝Ｋ λｍ：波長、Ｔ：絶対温度、Ｋ＝２８９７．８)によれば約９μｍであることから、ＩｎＳｂ系の半導体を使用することにより、人体から発せられる遠赤外線を受光することができる。
【００１３】
また、一実施形態では、
上記第１位置検出素子は、上記第１位置検出素子は、波長が約９μｍの遠赤外線を検知可能である。
【００１４】
上記実施形態によれば、第１位置検出素子は、波長が約９μｍの遠赤外線を検知可能であるから、約９μｍの遠赤外線を発する人を検知できる。また、第１位置検出素子で、人までの距離を測定できて、三角測距方式で使用する発光素子を備える必要がなく、また、三角測距方式で使用する発光素子を駆動する駆動回路を備える必要がないから、従来よりも格段に簡易な構成で人を検知できる。
【００１５】
また、一実施形態では、
上記第１位置検出素子のピーク分光感度は、６μｍ以上１２μｍ以下である。
【００１６】
上記実施形態によれば、記第１位置検出素子のピーク分光感度は、６μｍ以上１２μｍ以下であるから、約９μｍの遠赤外線を発する人を正確に検知できる。
【００１７】
また、一実施形態では、
上記第１位置検出素子は、ＩｎＳｂ系の半導体で形成され、
ＩｎＳｂ系の半導体で形成された第２位置検出素子と、
上記第２位置検出素子の受光面上に焦点を結ぶように配置された第２集光レンズと
を備え、
上記第１位置検出素子の上記受光面と、上記第２位置検出素子の上記受光面とは、略同一平面上に位置している。
【００１８】
上記実施形態によれば、位置検出素子を二つ使用しているから、被測定物体との距離に加えて方向も検知することが可能となる。
【００１９】
また、本発明の電子機器は、本発明のパッシブ型光学式測距センサを備えることを特徴としている。
【００２０】
また、本発明の測距方法は、
被測定物から発せられる光を、第１集光レンズを介して第１位置検出素子で受光すると共に、第２集光レンズを介して第２位置検出素子で受光し、
上記第１位置検出素子および上記第２位置検出素子の夫々の受光面上に集光された光の焦点位置と、上記第１位置検出素子と上記第２位置検出素子との距離と、上記第１位置検出素子に対する上記第２位置検出素子の相対位置、上記第１位置検出素子に対する上記第１集光レンズの相対位置および上記第１位置検出素子に対する上記第２集光レンズの相対位置とに基づいて、上記被測定物との距離を測定することを特徴としている。
【００２１】
本発明によれば、二つの位置検出素子上に集光された光の焦点位置と、二つの位置検出素子間の距離と、二つの位置検出素子および二つのレンズとの位置関係に基づいて測距を行うので、簡易な構成で、被測定物までの距離および方向を精密に測定できる。
【００２２】
また、一実施形態では、
上記第１位置検出素子および上記第２位置検出素子の夫々は、遠赤外線に受光感度を有している。
【００２３】
また、一実施形態では、
上記第１位置検出素子および上記第２位置検出素子の少なくとも一方は、上記第１位置検出素子および上記第２位置検出素子の少なくとも一方は、遠赤外線を受光して人を検知するようになっている。
【００２４】
また、本発明の電子機器は、
本発明の測距方法で距離を算出する距離算出部を有することを特徴としている。
【発明の効果】
【００２５】
本発明のパッシブ型光学式測距センサによれば、遠赤外線領域に受光感度を持つ位置検出素子を有するから、人体から発せられる遠赤外線を直接受光することにより距離測定を行うことができて、センサ自体を小型化することができる。また、遠赤外線に感度を持つ位置検出素子で、人体かどうかの識別を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の一実施形態のパッシブ型光学式測距センサの模試断面図である。
【図２】本発明の一実施形態の測距方法を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明を図示の形態により詳細に説明する。
【００２８】
図１は、本発明の一実施形態のパッシブ型光学式測距センサの模試断面図である。
【００２９】
図１に示すように、このパッシブ型光学式測距センサは、一体化された二つの位置検出素子（ＰＳＤ）１,２を有している。詳しくは、このパッシブ型光学式測距センサは、各位置検出素子１,２をリードフレーム５,６上にダイボンディングし、さらに、各位置検出素子１,２を、電気的にリードフレーム５,６と接続している。
【００３０】
また、二色成型により、レンズ部８,９を、透光製樹脂で成型する一方、二つの位置検出素子の間の部分等のその他の部分１２を、遮光性樹脂で成型したケース１０を、リードフレーム５,６に固着して、レンズ部８,９と位置検出素子１,２の一体化を行っている。上記レンズ部８は、一方の位置検出素子１の受光面上に焦点を結ぶように配置されおり、レンズ部９は、他方の位置検出素子２の受光面上に焦点を結ぶように配置されている。
【００３１】
上記ケース１０内には、リードフレーム７上に実装された制御用集積回路（ＩＣ）１３が存在している。この制御用集積回路１３は、位置検出素子１,２の駆動等を制御している。この実施形態のパッシブ型光学式測距センサは、三角測距方式で使用する発光素子を備えていないと共に、三角測距方式で使用する発光素子を駆動する駆動回路を備えていない。
【００３２】
尚、この発明では、二個の位置検出素子を、同一の樹脂でパッケージしなくて、二個の位置検出素子は、分離されていても良い。また、レンズ部を、後付けする形態であっても良い。また、制御用回路は、樹脂のケース外にあっても良い。
【００３３】
図２は、本発明の一実施形態の測距方法を説明する図である。
【００３４】
この方法は、第１位置検出素子５１と、第２位置検出素子５２と、第１集光レンズ５３と、第２集光レンズ５４とを使用する。上記第１集光レンズ５３は、第１位置検出素子５１の受光面上に焦点を結ぶように配置されおり、第２集光レンズ５４は、第２位置検出素子５２の受光面上に焦点を結ぶように配置されている。
【００３５】
図２に示すように、第１位置検出素子５１と、第２位置検出素子５２とは、同一平面状に設置され、第１位置検出素子５１の受光面６１と、第２位置検出素子５２の受光面６２とは、略同一平面上に位置している。上記第１位置検出素子５１の受光面６１と、第２位置検出素子５２の受光面６２とは、同じ方向を向いている。
【００３６】
上記第１集光レンズ５３は、人等の被測定物から放射される遠赤外線等を第１位置検出素子５１の受光面６１に集光可能な位置に存在し、第２集光レンズ５４は、人等の被測定物から放射される円赤外線等を第２位置検出素子５２の受光面６２に集光可能な位置に存在している。また、上記第１位置検出素子５１上の集光点の原点は、第１集光レンズ５３の中心になっている。また、上記第２位置検出素子５２の集光点の原点は、第２集光レンズ５４の中心になっている。
【００３７】
以下、図２に、Ａ、Ｂ、Ｃに示す位置に被測定物がある場合の距離と方向の測定方法について説明する。
【００３８】
図２にＡで示す位置は、図２の二次元平面において、被測定物体が２個の位置検出素子１および位置検出素子２を配置した直線の垂直二等分線上にある場合であり、第１位置検出素子５１の受光面６１の中心と、第２位置検出素子５２の受光面６２の中心とを結んだ直線の垂直二等分線上に位置している。
【００３９】
被測定物体が、上記Ａに存在する場合には、第１位置検出素子５１と、第２位置検出素子５２とには、光が、第１位置検出素子５１と第２位置検出素子５２との中間線７０から等距離の位置に集光することになる。
【００４０】
したがって、三角測量の原理から被測定物体までの距離ｌ１は、位置検出素子５１,５２上の原点（集光レンズ５３,５４の中心）からの位置（ｘ１、ｘ２）によってｌ１：Ａ＝ｆ：ｘ１＝ｆ：ｘ２の関係が成立する。このとき、Ａは、各レンズからレンズ５３とレンズ５４の中間線７０までの距離であり、ｆは、第１位置検出素子５１と第１集光レンズ５３までの距離であり、第２位置検出素子５２と第２集光レンズ５４までの距離である。
【００４１】
これより、ｌ１＝Ａｆ／ｘ１＝Ａｆ／ｘ２…式（１）
の関係式より被測定物体との距離ｌ１が求められる。
【００４２】
図２にＢで示す位置は、各位置検出素子５１,５２と、被測定物との距離は、Ａに示す位置と同じｌ１であるが、被測定物の位置が、各レンズ５１,５２の中間線７０から第２位置検出素子５２側にΔＡシフトした場合である。この場合、下記関係式が成立する。
【００４３】
ｌ１：（Ａ＋ΔＡ）＝ｆ：ｘ１…式（２）
ｌ１：（Ａ−ΔＡ）＝ｆ：ｘ２…式（３）
したがって、上記式（２）および式（３）により、ΔＡを消去して、
ｌ１＝２Ａｆ／（ｘ１＋ｘ２）…式（４）
の関係式により被測定物体との距離ｌ１が求められる。
【００４４】
また、式（２）と式（３）により、Ａを消去して、
ΔＡ＝ｌ１（ｘ１−ｘ２）／（２ｆ）…式（５）
の関係式により中心からのシフト量を計算できる。
【００４５】
また、図２にＣで示す位置は、被測定物の位置が、各集光レンズ５３,５４の中間線７０から第２位置検出素子５２側にΔＡシフトしている点は、Ｂに示す位置と同様である一方、被測定物との距離が、Ｂに示す位置よりも短いｌ２である場合である。言い換えると、図２にＣで示す位置は、ΔＡ移動した状態で距離がｌ２（図２にＡで示す位置の光線軌跡上に被測定物体がある場合)にシフトした場合である。
【００４６】
この場合、位置検出素子５２上のスポット位置は、図２にＡで示す位置の場合と同じであるが、位置検出素子５１上のスポット位置の差で距離を測定可能である。この場合、下記関係式が成立する。
【００４７】
ｌ２：（Ａ＋ΔＡ）＝ｆ：ｘ１…式（６）
ｌ２：（Ａ−ΔＡ）＝ｆ：ｘ２…式（７）
したがって、上記式（５）および式（６）により、
ｌ２＝２Ａｆ／（ｘ１＋ｘ２）…式（８）
ΔＡ＝ｌ２（ｘ１−ｘ２）／（２ｆ）…式（９）
上記関係式より被測定物体から放射される遠赤外線を２個の位置検出素子で受光することにより被測定物体との距離を測定可能である。
【００４８】
また、下記関係式よりセンサに対する被測定物体の位置を測定可能である。
【００４９】
ｘ１=ｘ２…被測定物体は各レンズの中間線７０上にある
ｘ１＞ｘ２…被測定物体はレンズ中間線７０より第２集光レンズ５４側にある
ｘ１＜ｘ２…被測定物体はレンズ中間線７０より第１集光レンズ５３側にある
このように、被測定物から発せられる光を、第１集光レンズ５３を介して第１位置検出素子５１で受光すると共に、第２集光レンズ５４を介して第２位置検出素子５２で受光し、かつ、第１位置検出素子５１および第２位置検出素子５２の夫々の受光面６１,６２上に集光された光の焦点位置と、第１位置検出素子５１と第２位置検出素子５２との距離と、第１位置検出素子５１に対する第２位置検出素子５２の相対位置、第１位置検出素子５１に対する第１集光レンズ５３の相対位置および第１位置検出素子５１に対する第２集光レンズ５４の相対位置とに基づいて、上記被測定物との距離を測定すると、測距を簡易な構成で、正確に行うことができる。
【００５０】
また、監視カメラ、ドアの開閉装置等の電子機器に、本発明のパッシブ型光学式測距センサを搭載すると、簡易な構成で精密な測距ができる。
【００５１】
また、図２を用いて説明したように、例えば、二つの位置検出素子を有する本発明の一実施形態のパッシブ型光学式測距センサを用いれば、二つの位置検出素子の受光面の中心同士を結ぶ線から被測定物までの距離を正確に測定できる。したがって、二つの位置検出素子を有する本発明の一実施形態のパッシブ型光学式測距センサを二つ用意して、一方でＸ軸方向の距離を測定する一方、他方でＹ軸方向の距離を測定することもできる。
【００５２】
すなわち、本発明の本発明のパッシブ型光学式測距センサを液晶表示装置などの画面の２辺（Ｘ，Ｙ軸）に各々配置する事により、画面をタッチする指の位置の座標（ｘ,ｙ）を得ることが可能であり、用意にタッチタブレット装置が実現できる。
【００５３】
また、図１および図２において、位置検出素子の少なくとも一方を、ＩｎＳｂ系の半導体で形成することにより、その少なくとも一方の位置検出素子で、遠赤外線を受光して、受光した遠赤外線に基づいて人を検知するようにしても良い。
【００５４】
また、上記式（１）−（９）のロジックにより、シフト量および被測定物までの距離を算出すると共に、マイクロコンピュータ等からなる距離算出部を、電子機器に搭載することにより、簡単安価に被測定物までの距離を測定することができる電子機器を実現できる。
【００５５】
また、本発明のパッシブ型光学式測距センサに、ピーク分光感度λが６μｍ以上１２μｍ以下の位置検出素子を内蔵させると、約９μｍの人体からの遠赤外線の波長を感度良く検知できて、人を正確に検知できて、好ましい。
【符号の説明】
【００５６】
１,５１  第１位置検出素子
２,５２  第２位置検出素子
８,９  レンズ部
５３  第１集光レンズ
５４  第２集光レンズ
６１  第１位置検出素子の受光面
６２  第２位置検出素子の受光面
【図１】
2012063217.tif 000003
【図２】
2012063217.tif 000004