(57)【要約】【課題】簡易かつ機器に搭載しやすい構造の、物体とセンサとの位置関係を判定することが可能な光センサを提供する。【解決手段】光センサ（１００）は光検出部（１０）と判定部（１１）を有する。光検出部は、検出光以外の周辺光を遮断するための空洞と、検出光を空洞内に導くための貫通孔（３a）とを有する部材と、その空洞の底部の所定位置に配置した第１の光検出部（１）と第２の光検出部（２）とを備える。第１の光検出部は記貫通孔の軸が通過する位置に配置され、２の光検出部は、第１の光検出部の周辺部かつ同一平面上に配置される。判定部は、第１の光検出部と第２の光検出部のそれぞれが物体（７）を検知したことを示す信号を出力した場合に、その物体が光センサから所定の距離よりも近い位置にいると判定し、第１の光検出部のみが物体を検知したことを示す信号を出力した場合には、その物体が光センサから所定の距離よりも遠い位置にいると判定する。【選択図】図３
2013190401.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の物体からの放射光を検出する第１の光検出部及び第２の光検出部と、
前記第１の光検出部と前記第２の光検出部に異なる視野を与えるための貫通孔を有する部材と、
前記第１の光検出部及び前記第２の光検出部からの出力信号に基づいて前記物体と当該光センサの相対的な位置関係の判定を行う判定部とを備える光センサであって、
前記第１の光検出部は、前記貫通孔の軸が通過する位置に配置され、
前記第２の光検出部は、前記第１の光検出部の周辺部かつ同一平面上に配置され、
前記判定部は、前記第１の光検出部と前記第２の光検出部のそれぞれが物体を検知したことを示す信号を出力した場合に、前記物体が前記光センサから所定の距離よりも近い位置にいると判定し、前記第１の光検出部のみが物体を検知したことを示す信号を出力した場合に、前記物体が光センサから所定の距離よりも遠い位置にいると判定することを特徴とする光センサ。
【請求項２】
前記判定部は、前記第２の光検出部のみが前記物体を検知したことを示す信号を出力した場合に、前記物体が、前記貫通孔の軸から所定の角度以上離れた位置にいると判定することを特徴とする請求項１に記載の光センサ。
【請求項３】
前記部材は、前記物体からの放射光以外の周辺光を遮断するための空洞と、前記物体からの放射光を前記空洞内に導くための前記貫通孔とを有し、前記第１の光検出部と前記第２の光検出部は前記貫通孔と対向する前記空洞の底部に配置され、かつ前記第１の光検出部の中心が前記貫通孔の中心軸の延長線上に位置し、前記第２の光検出部が、前記第１の光検出部の周囲を均等に取り囲む位置に配置されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光センサ。
【請求項４】
前記判定部は、
前記第１の光検出部からの信号を増幅するための増幅器と、
増幅された前記第１の光検出部１からの信号が所定の閾値以上であるか否かを判定する第１の判定回路と、
前記第２の光検出部２からの信号を増幅するための増幅器と、
増幅された前記第２の光検出部からの信号が所定の閾値以上であるか否かを判定する第２の判定回路と、
前記第１の判定回路からの判定結果と前記第２の判定回路からの判定結果とに基づいて前記物体の相対的な位置を判定するデジタル演算回路と
を備えていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の光センサ。
【請求項５】
前記第１と第２の光検出部は、前記物体からの放射光を検出する受光面にＩｎＡｓxＳｂ1-x（０≦x≦１）を含むことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の光センサ。
【請求項６】
前記物体は人体であることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の光センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光センサに関し、特に、物体と光センサの相対的な位置関係を判定する光センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
人体からの熱輻射（熱放射）を検知することにより人体の接近を判別する装置として、受動型の赤外線センサが一般に用いられており、消費電力の低減化を目的としてこれらの赤外線センサを取り入れた電子機器が開発されている。一例として、所定位置に配設された赤外線センサが人体から発せられる赤外線を検出しなくなると、装置の電源を落とすように構成された例えばテレビなどが挙げられる。このような用途に赤外線センサを用いる場合は、赤外線センサの役割は、そのセンサの検出範囲内に被検出物体（例えば、人体）が存在するか否かを検出することにある。
【０００３】
一方、スマートフォンやタブレット型パソコン（以下、これらを携帯型端末と称する）などの機器においては、赤外線センサを用いて指の動きを読み取らせることで画面上のカーソルを操作する、といった機能を持たせることも可能になる。このような場合、従来の赤外線センサを用いると、人体の頭部や胴などから放射される赤外光も検出してしまい、誤動作が起こるという問題がある。この様な誤動作の問題を解決するには、赤外線センサに対して人体が所定の距離よりも近くに接近した場合のみに操作が有効になるように設定すればよい。このため、検出対象が所定の距離よりも近づいたことを検出することが可能なセンサ装置として特許文献１に示す装置が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−２６７７９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に開示されたような従来方法では、赤外線センサ及びその赤外線センサの視野を制限する貫通孔を有する部材がそれぞれ複数必要であり、そのため複雑な構造になってしてしまうという点がある。更に、そのような従来方法では、それら複数のセンサを立体的に配置する必要があるため、それらセンサを機器に搭載する場合に、特に携帯型端末のような比較的薄型の機器に搭載する場合に、不都合な構造であるという点もある。
【０００６】
本発明は、上述のような従来技術の課題に鑑み、簡易かつ機器に搭載しやすい構造の、物体とセンサとの位置関係を判定することが可能な光センサを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決するために、本発明の光センサは、所定の物体からの放射光を検出する第１の光検出部及び第２の光検出部と、上記第１の光検出部と上記第２の光検出部に異なる視野を与えるための貫通孔を有する部材と、上記第１の光検出部及び上記第２の光検出部からの出力信号に基づいて上記物体と当該光センサの相対的な位置関係の判定を行う判定部とを備える光センサであって、上記第１の光検出部は、上記貫通孔の軸が通過する位置に配置され、上記第２の光検出部は、上記第１の光検出部の周辺部かつ同一平面上に配置され、上記判定部は、上記第１の光検出部と上記第２の光検出部のそれぞれが物体を検知したことを示す信号を出力した場合に、上記物体が上記光センサから所定の距離よりも近い位置にいると判定し、上記第１の光検出部のみが物体を検知したことを示す信号を出力した場合に、上記物体が光センサから所定の距離よりも遠い位置にいると判定することを特徴とする。
【０００８】
ここで、上記判定部は、上記第２の光検出部のみが物体を検知したことを示す信号を出力した場合に、上記物体が、上記貫通孔の軸から所定の角度以上離れた位置にいると判定することを特徴とすることができる。
【０００９】
また、上記部材は、上記物体からの放射光以外の周辺光を遮断するための空洞と、上記物体からの放射光を上記空洞内に導くための上記貫通孔とを有し、上記記第１の光検出部と上記第２の光検出部は上記貫通孔と対向する上記空洞の底部に配置され、かつ上記第１の光検出部の中心が上記貫通孔の中心軸の延長線上に位置し、上記第２の光検出部が、上記第１の光検出部の周囲を均等に取り囲む位置に配置されていることを特徴とすることができる。
【００１０】
また、上記判定部は、上記第１の光検出部からの信号を増幅するための増幅器と、増幅された上記第１の光検出部１からの信号が所定の閾値以上であるか否かを判定する第１の判定回路と、上記第２の光検出部２からの信号を増幅するための増幅器と、増幅された上記第２の光検出部からの信号が所定の閾値以上であるか否かを判定する第２の判定回路と、上記第１の判定回路からの判定結果と上記第２の判定回路からの判定結果とに基づいて上記物体の相対的な位置を判定するデジタル演算回路とを備えていることを特徴とすることができる。
【００１１】
また、上記第１と第２の光検出部は、上記物体からの放射光を検出する受光面にＩｎＡｓxＳｂ1-x（０≦x≦１）を含むことを特徴とすることができる。
【００１２】
さらに、上記物体は人体であることを特徴とすることができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、上記の構成により、従来に比べて、簡易かつ機器に搭載しやすい構造の、物体とセンサとの相対的な位置関係を判定することが可能な光センサが得られる。
【００１４】
さらに、本発明によれば、例えば携帯型端末の非接触入力に適用した場合において、光センサに対し人体が所定の距離よりも近くに接近した場合のみ操作を有効に設定することで、誤作動を防止することができ、その動作信頼性を向上させることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態の光センサを構成する第１の光検出部及び第２の光検出部、貫通孔を有する部材の位置関係を表す図であって、図１（Ａ）は正面図であり、図１（Ｂ）は断面図である。
【図２】本発明の一実施形態の光センサの概略構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の一実施形態の光センサと物体の相対的な位置関係と検出される信号の相関について示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。  
【００１７】
（光検出部）
本発明の実施の形態（以下、本実施形態と称する）において、図１および図２に示すように、光検出部１０は、検出光以外の周辺光を遮断するための空洞と、検出光を空洞内に導くための貫通孔３aとを有する部材３と、その空洞の底部の所定位置に配置した第１の光検出部１と第２の光検出部２とを備えている。光検出部１０を構成する第１の光検出部１と第２の光検出部２のセンサ素子としては、入射される光に応じた信号を出力することが可能なものであれば特に制限されない。例えば、人体の検出を目的とした、赤外線センサを用いる場合は、フォトダイオードやフォトコンダクタなど、光電変換によって信号を出力する「量子型センサ」や、サーモパイルや焦電型センサなど、赤外線吸収による温度変化を電気信号に変換する「熱型センサ」を用いることができる。人体の検出を目的とする場合、静態検知を容易に行える観点から、量子型センサを用いることがより好ましい。量子型センサの場合、人体から放射される赤外線を効率よく検出するという観点から、受光面にＩｎＡｓxＳｂ1-x（０≦x≦１）を含むことが好ましい。
【００１８】
（第１の光検出部）
第１の光検出部１は、部材３の貫通孔３aの中心軸が通過する位置に、第１の光検出部１の少なくともその一部が通過するように配置されていれば特に制限されないが、方位（検出対象の物体に対するセンサの方位）による検出ばらつきを抑えるという観点から、図１（Ｂ）に示すように、第１の光検出部１の中心が貫通孔３aの中心軸の延長線上に位置する構造が好ましい。
【００１９】
また、方位によって視野に偏りが生じないようにするためには、第１の光検出部１の形状は円形または正多角形であることが好ましい。
【００２０】
（第２の光検出部）
第２の光検出部２は、第１の光検出部１の周辺部であって、かつ同一平面上に配置されていれば特に制限されないが、方位による検出ばらつきを抑えるという観点から、図１（Ａ）に示すように、第１の光検出部１の外周を取り囲むように配置するのが好ましい。
【００２１】
第２の光検出部２は、第１の光検出部１と同様に、方位によって視野に偏りが生じないことが望ましく、図１（Ａ）に示すように、第１の光検出部１の周囲を均等に取り囲む配置が好ましい。
【００２２】
（検出対象の物体）
本実施形態において、検出対象となる物体７（図３参照）は、赤外線を放射する物質であれば特に制限されず、例えば人体や指先などの生体や、機械などの人工物が挙げられる。
【００２３】
（物体からの放射光）
本実施形態において、物体７からの放射光とは、可視光、赤外線など、物体から放射される電磁波を意味する。人を検出対象にする場合、放射光は波長２〜３０μｍ（ピークが１０μｍ付近）の赤外線となる。
【００２４】
（貫通孔を有する部材）
本実施形態において、貫通孔３aを有する部材3は、第１の光検出部1および第２の光検出部2に、それぞれ異なる視野を与えることを目的とした部材である。貫通孔３aを有する部材３の素材としては、検出する光の透過率ができるだけ低い材質のものであることが好ましく、例えば検出する光が赤外線の場合には、金属や樹脂、セラミックスが好ましい。また、放射光の反射、散乱による不具合を防ぐために、貫通孔の内壁は反射率の低い材料であることが好ましい。
【００２５】
（判定部）
図２および図３に示すように、本実施形態の判定部１１は、第１の光検出部１と第２の光検出部２のそれぞれが物体７を検知したことを示す信号を出力した場合に、その物体７が光センサ１００から所定の距離よりも近い位置にいると判定し、第１の光検出部のみが物体７を検知したことを示す信号を出力した場合には、その物体７が光センサ１００から所定の距離よりも遠い位置にいると判定する機能を有する。判定部１１は、さらに、第２の光検出部２のみが物体７を検知したことを示す信号を出力した場合には、その物体７が、貫通孔３aの軸から所定の角度以上離れた位置にいると判定する機能を有することが好ましい。
【００２６】
判定部１１の具体的な構成としては、図２に示すように、第１の光検出部１からの信号を増幅するための増幅器４ａと、その増幅器４ａで増幅された第１の光検出部１からの信号が閾値以上であるか否かを判定する第１の判定回路５ａと、第２の光検出部２からの信号を増幅するための増幅器４ｂと、その増幅器４ｂで増幅された第２の光検出部２からの信号が閾値以上であるか否かを判定する第２の判定回路５ｂと、第１の判定回路５ａからの判定結果Ｓ１と第２の判定回路５ｂからの判定結果Ｓ２とに基づいて物体７の相対的な位置を判定するデジタル演算回路６とを備えている判定部１１を一例として挙げることができる。第１と第２の判定回路５ａ、５ｂとデジタル演算回路６は、一般的な演算処理装置（ＣＰＵ）とソフトウェア等で置き換えることも可能である。
【００２７】
（動作説明）
次に、図３を用いて、本実施形態の光センサ１００の動作について説明する。図３は、図２に示す光センサ１００と光源である所定の物体７との相対的な位置関係と、検出される信号Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３との相関関係について示す。
【００２８】
第１の判定回路５ａからの検出信号Ｓ１、及び第２の判定回路５ｂからの検出信号Ｓ２について、マル印は、第１および／または第２の光検出部１，２からの信号が所定の閾値以上であって、第１および／または第２の光検出部１，２の視野内に物体７が存在することを示す信号Ｓ１，Ｓ２が出力されたことを示しており、×印は第１および／または第２の光検出部１，２からの信号が所定の閾値未満であって、上記の信号Ｓ１，Ｓ２が出力せず、第１および／または第２の光検出部１，２の視野内に物体が存在しないことを示している。
【００２９】
図３（Ａ）に示すような位置関係では、第１の光検出部１と第２の光検出部２のそれぞれが物体７を検知したことを示す信号を出力し、これら信号がそれぞれ所定の閾値を超えることとなるので、第１の判定回路５ａからの検出信号Ｓ１と第２の判定回路５ｂからの検出信号Ｓ２のそれぞれがＯＮ（マル印）となり、これら検出信号Ｓ１，Ｓ２に基づいて、物体７は、貫通孔３aの軸上付近において、光センサ１００から所定の距離よりも近い位置にいると、デジタル演算回路６により判定される。デジタル演算回路６のこの判定結果は、デジタル演算回路６から例えば位置モード１を示す値の位置判定出力信号Ｓ３として携帯型端末等の機器（図示しない）へ出力される。
【００３０】
図３（Ｂ）に示すような位置関係では、第１の光検出部１のみが物体７を検知したことを示す信号を出力し、その信号のみが所定の閾値を超えることとなるので、第１の判定回路５ａからの検出信号Ｓ１のみがＯＮ（マル印）、第２の判定回路５ｂからの検出信号Ｓ２はＯＦＦ（×印）となるので、これら検出信号Ｓ１，Ｓ２に基づいて、物体７は、貫通孔３aの軸上付近において、光センサ１００から所定の距離よりも遠い位置にいるとデジタル演算回路６により判定される。デジタル演算回路６のこの判定結果は、デジタル演算回路６から例えば位置モード２を示す値の位置判定出力信号Ｓ３として携帯型端末等の機器へ出力される。
【００３１】
図３（Ｃ）に示すような位置関係では、第２の光検出部２のみが物体７を検知したことを示す信号を出力し、その信号のみが所定の閾値を超えることとなるので、第２の判定回路５ｂからの検出信号Ｓ２のみがＯＮ（マル印）、第１の判定回路５aからの検出信号Ｓ1はＯＦＦ（×印）となるので、これら検出信号Ｓ１，Ｓ２に基づいて、物体7は、貫通孔３aの軸に対し、所定の角度以上離れた位置にいるとデジタル演算回路６により判定される。デジタル演算回路６のこの判定結果は、デジタル演算回路６から例えば位置モード３を示す値の位置判定出力信号Ｓ３として携帯型端末等の機器へ出力される。
【００３２】
図３には図示していないが、第１の光検出部１と第２の光検出部２のいずれも物体７を検知したことを示す信号を出力しない場合には、検出信号Ｓ１，Ｓ２はいずれもＯＦＦ（×印）となるので、これら検出信号Ｓ１，Ｓ２に基づいて、物体7は、第１の光検出部１と第２の光検出部２のいずれの視野にも位置していないと、デジタル演算回路６により判定される。デジタル演算回路６のこの判定結果は、デジタル演算回路６から例えば位置モード４を示す値の位置判定出力信号Ｓ３として携帯型端末等の機器へ出力される。
【００３３】
（他の実施形態例）
上記では、本発明の好適な実施例を例示して説明したが、本発明の実施例は上記例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載の範囲内であれば、その構成部材等の置換、変更、追加、個数の増減、形状の設計変更等の各種変形は、全て本発明の実施形態に含まれる。また、本発明は、複数の機器から構成されるシステムに適用しても良いし、１つの機器からなる装置に適用してもよい。例えば、図１、図２において、光センサ１００の光検出部１０の筐体は矩形の箱型で示されているが、例えば円形の酒樽状、あるいは円錐形のものであってもよい。このような場合は、第１の光検出部１と第２の光検出部２を同心円状に配置することができる。
【００３４】
また、判定部１１は光検出部１０と一体の集積回路の一部として構成してもよいし、有線や無線を介して光検出部１０と離れた位置に配置してもよい。
【００３５】
また、図１および図３に示す部材３の内部に形成された空洞（室）内に、光学的に透明な素材、例えばクリスタルガラス、あるいは透明アクリル等を充填し、貫通孔３aの光入射位置に反射防止膜を施してもよい。このような構造を採用する場合、集積回路の一般的な製造技術を利用して製造することも可能であるが、例えば、アクリル等のブロック体の底部位置に第１と第２の光検出部１，２を貼り付けた後で、貫通孔３aの部分を省いてそのブロック全体を光遮断素材で覆う、あるいは塗布するというような比較的簡易な製造方法を採用して形成できるという利点がある。
【００３６】
また、光センサ１００、特に光検出部１０の厚さを薄くする目的で、貫通孔３aの部分、あるいはその近傍に広角レンズ体をはめ込んでもよい。
【００３７】
また、図１等において、第１の光検出部１と第２の光検出部２の２つを例示したが、その第２の光検出部２の部分をさらに複数個の光検出部（サブ光検出部）に分割形成することで、光センサ１００に対する物体７の傾斜角度（図３（Ｃ）参照）をより高精度で検出できることが期待できる。
【００３８】
本発明の光センサ１００は単体だけでも無論検出目的を達成することが可能であるが、光センサ１００を複数個、例えば３個の光センサ１００を、それら３個の光センサ１００の貫通孔の軸が物体７の目標（ターゲット）検出位置で交差するようにして、配置することで、物体７の位置や運動をより的確に検出できることが期待できる。
【符号の説明】
【００３９】
１  第１の光検出部
２  第２の光検出部
３  貫通孔を有する部材
４ａ，４ｂ  増幅器
５A  第１の判定回路
５B  第２の判定回路
６  デジタル演算回路
７  物体（光源）
１０  光検出部
１１  判定部
１００  光センサ
Ｓ１  第１の判定回路の出力信号
Ｓ２  第２の判定回路の出力信号
Ｓ３  位置判定出力信号
【図１】
2013190401.tif 000003
【図２】
2013190401.tif 000004
【図３】
2013190401.tif 000005