特許 6327863 モーションセンサ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6327863

(24)【登録日】2018年4月27日

(45)【発行日】2018年5月23日

(54)【発明の名称】モーションセンサ

(51)【国際特許分類】

   G01B 11/00 20060101AFI20180514BHJP

   G06F 3/0346 20130101ALI20180514BHJP

【ＦＩ】

   G01B11/00 A

   G06F3/0346 421

【請求項の数】2

【全頁数】11

(21)【出願番号】特願2014-2925(P2014-2925)

(22)【出願日】2014年1月10日

(65)【公開番号】特開2015-132489(P2015-132489A)

(43)【公開日】2015年7月23日

【審査請求日】2016年12月2日

(73)【特許権者】

【識別番号】000220125

【氏名又は名称】東京パーツ工業株式会社

(72)【発明者】

【氏名】澤口 貴見

【審査官】 眞岩 久恵

(56)【参考文献】

【文献】 特開平１０−１４８６４０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００３−５２４１９８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−１７５４１５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第０４９６７０８３（ＵＳ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｂ １１／００−１１／３０

Ｇ０６Ｆ ３／０３４６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

被検知体の移動を検知するモーションセンサであって、
被検知体の移動方向に間隔を置いて配置され、前記被検知体の移動領域に互いに特性が異なる光を出射する複数の第一発光素子と、
前記複数の第一発光素子から出射され前記被検知体によって反射された反射光を受光する受光素子と、
前記受光素子に向けて光を出射する第二発光素子と、
前記複数の第一発光素子の間に配置され、前記第二発光素子から出射された光が前記被検知体の移動領域を介さずに前記受光素子に照射されるように導光する導光部と、前記導光部から延出され前記複数の第一発光素子からの光が前記受光素子に直接照射されないように遮光する遮光部とを具備する隔離部材と、
前記受光素子の受光量の変化を利用して前記被検知体の移動を検知する検知回路が搭載された回路基板と、
を備え、
前記回路基板は、前記被検知体の移動方向に対して略平行に配され、
前記複数の第一発光素子、前記受光素子および前記隔離部材は、前記回路基板の表面に配され、
前記第二発光素子は、前記回路基板に形成された貫通孔を塞ぐように前記回路基板の裏面に配されており、
前記隔離部材の前記導光部は、前記貫通孔の上方に位置し一側面に開口を有する有底筒状を成し、
前記受光素子は、前記開口に対面する位置に配されている、
ことを特徴とするモーションセンサ。

【請求項2】

前記隔離部材の前記遮光部は、前記開口の縁部から延出され、前記第一発光素子と前記受光素子との間に配された壁体を備えることを特徴とする請求項１に記載のモーションセンサ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、手の動き等を光学的に検出するモーションセンサに関する。

【背景技術】

【0002】

例えば特許文献１には、手振りを光学的に検出する装置において、夫々特性が異なる光を手振り域に出射する複数の発光素子と、各発光素子から出射された光による手からの反射光を受光する受光素子と、各発光素子から出射された光による手からの反射光の前記受光素子の受光量の差及び和の経時変化に基づいて、手振りの移動方向と移動速度を検出する検出器とを備える手振り検出装置が記載されている。

【0003】

特許文献１に記載の手振り検出装置によれば、手振りに対してその移動方向及び移動速度を検出することができ、例えば自動車を運転中に、運転手がカーステレオの音量調節、空調機器の温度調節等をそれらの機器に目を向けることなく行うことができる。

【0004】

また、特許文献２には、検出領域から入射されるパルス光を直流光でバイアスした光を受光する受光素子と、パルス光を検出領域に向けて投光する第１の投光素子と、直流光を直接受光素子に向けて投光する第２の投光素子とを備える光電センサが記載されている。

【0005】

特許文献２に記載の光電センサによれば、受光素子に直接光を照射する光源（第２の投光素子）を備えることにより、光電センサの応答速度を向上させることができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開平１０−１４８６４０号公報

【特許文献2】特開２００８−１７２３３６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

しかしながら、特許文献１に記載の手振り検出装置では、複数の発光素子から受光素子に直接光が照射されると誤動作する可能性があるものの、その対策が示されていない。また、カーステレオや空調機器の操作を対象としているため、センサの応答速度の改善については特に考慮されていない。
また、特許文献２に記載の装置では、センサの応答速度を考慮した内容となっているものの、パルス光を検出領域に向けて投光する第１の投光素子が基本的に１個であるため、手振りの移動方向と移動速度を検出する構成になっていない。また、直接光を照射する光源から検出領域に漏れた光が検出物体から反射し、この反射光が受光素子によって検出されると誤動作する可能性があるものの、その対策が示されていない。

【0008】

そこで、本発明は、手の動き等を光学的に検出するモーションセンサの応答速度の向上を図りつつ、センサの誤動作の問題を解決することを目的とするものである。

【課題を解決するための手段】

【0009】

上記の目的を達成すべく成された本発明は、以下の構成を有する。
すなわち、請求項１の発明は、被検知体の移動を検知するモーションセンサであって、
被検知体の移動方向に間隔を置いて配置され、前記被検知体の移動領域に互いに特性が異なる光を出射する複数の第一発光素子と、
前記複数の第一発光素子から出射され前記被検知体によって反射された反射光を受光する受光素子と、
前記受光素子に向けて光を出射する第二発光素子と、
前記複数の第一発光素子の間に配置され、前記第二発光素子から出射された光が前記被検知体の移動領域を介さずに前記受光素子に照射されるように導光する導光部と、前記導光部から延出され前記複数の第一発光素子からの光が前記受光素子に直接照射されないように遮光する遮光部とを具備する隔離部材と、
前記受光素子の受光量の変化を利用して前記被検知体の移動を検知する検知回路が搭載された回路基板と、
を備え、
前記回路基板は、前記被検知体の移動方向に対して略平行に配され、
前記複数の第一発光素子、前記受光素子および前記隔離部材は、前記回路基板の表面に配され、
前記第二発光素子は、前記回路基板に形成された貫通孔を塞ぐように前記回路基板の裏面に配されており、
前記隔離部材の前記導光部は、前記貫通孔の上方に位置し一側面に開口を有する有底筒状を成し、
前記受光素子は、前記開口に対面する位置に配されている、
ことを特徴としているものである。

【0012】

また、請求項２の発明は、前記隔離部材の前記遮光部は、前記開口の縁部から延出され、前記第一発光素子と前記受光素子との間に配された壁体を備えることを特徴としているものである。

【発明の効果】

【0013】

本発明のモーションセンサによれば、第二発光素子によって応答速度の向上を図ることができる。それに加え、複数の第一発光素子の直接光と、第二発光素子に由来する被検知体からの反射光が、受光素子に照射されてしまうのを効果的に抑制することができ、誤動作を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】本発明の第１の実施形態例に係るモーションセンサの分解斜視図である。

【図2】本発明の第１の実施形態例に係るモーションセンサの平面図である。

【図3】図２中のＡ−Ａ線における断面図である。

【図4】本発明の第２の実施形態例に係るモーションセンサの分解斜視図である。

【図5】本発明の第２の実施形態例に係るモーションセンサの平面図である。

【図6】図５中のＢ−Ｂ線における断面図である。

【図7】本発明の第３の実施形態例に係るモーションセンサの分解斜視図である。

【図8】本発明の第３の実施形態例に係るモーションセンサの平面図である。

【図9】図８中のＣ−Ｃ線における断面図である。

【図10】本発明の第４の実施形態例に係るモーションセンサの分解斜視図である。

【図11】本発明の第４の実施形態例に係るモーションセンサの平面図である。

【図12】図１１中のＤ−Ｄ線における断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、本発明のモーションセンサの実施形態例を、図面を参照して説明する。なお、以下に説明する各実施形態例は、本発明の実現手段としての一例であり、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で下記実施形態例を適宜に変形可能である。

【0016】

（第１の実施形態例）
本発明の第１の実施形態例に係るモーションセンサ１Ａについて、図１から図３を用いて説明する。
本例のモーションセンサ１Ａは、回路基板１０、２つの第一発光素子２１、２２、１つの第二発光素子３０、１つの受光素子４０、隔離部材５０およびカバー部材６０を備えている。
このモーションセンサ１Ａは、第一発光素子２１、２２からカバー部材６０を通して被検知体Ｍの移動領域に光を投射し、被検知体Ｍからの反射光を再びカバー部材６０を通して受光素子４０で受け、被検知体Ｍの存在や移動を検知できるように構成されている。

【0017】

回路基板１０は、第一発光素子２１、２２と第二発光素子３０を駆動する駆動回路と、受光素子４０の受光量の変化を利用して被検知体Ｍの存在や移動を検知する検知回路と、制御回路等を備えている。また、回路基板１０には、カバー部材６０をビス等で固定するための複数の取付孔１１が設けられている。この回路基板１０は、被検知体Ｍの移動方向に対して概ね平行に取り付けられる。

【0018】

第一発光素子２１、２２は、赤外光を出射するＬＥＤからなり、回路基板１０上に被検知体Ｍの移動方向に間隔を置いて配置される。これらの第一発光素子２１、２２は、駆動回路によって互いに特性が異なる光を被検知体Ｍの移動領域に出射するように駆動される。本例の第一発光素子２１、２２は、互いに位相（タイミング）が異なるパルス光を被検知体Ｍの移動領域に出射する。

【0019】

受光素子４０は、フォトダイオードまたはフォトトランジスタからなり、回路基板１０上に配置されている。この受光素子４０は、第一発光素子２１、２２から出射され被検知体Ｍによって反射された反射光と、第二発光素子３０から出射された光を受光できる位置に配されている。

【0020】

第二発光素子３０は、赤外光を出射するＬＥＤからなり、受光素子４０に向けて光を出射するものである。この第二発光素子３０は、回路基板１０上の第一発光素子２１と第一発光素子２２の間に配されている。

【0021】

回路基板１０上には、赤外光を透過せずに反射する金属加工品もしくは樹脂成型品からなる隔離部材５０が固定されている。この隔離部材５０には、導光部５１と遮光部５２が一体に形成されている。

【0022】

導光部５１は、第二発光素子３０から出射された光が、被検知体Ｍの移動領域を介さずに受光素子４０に照射されるように導光する部分であり、第一発光素子２１、２２の間に配されている。この導光部５１は、一側面（図２では下側）に開口を有する有底筒状に形成されており、内部に第二発光素子３０が収容されている。また、受光素子４０は導光部５１の一側面の開口部分に対面する位置に配されており、第二発光素子３０から出射された光は、被検知体Ｍの移動領域に照射されることはなく、導光部５１の開口部分から受光素子４０に照射される。

【0023】

遮光部５２は、第一発光素子２１、２２から出射された光が、受光素子４０に直接照射されないように遮光する部分である。この遮光部５２は、導光部５１の開口部分から図２の左右２方向に延出された壁体となっている。この２つの遮光部５２は、それぞれ第一発光素子２１、２２と受光素子４０との間に位置し、第一発光素子２１、２２および受光素子４０よりも回路基板１０の表面からの高さが高く形成されることで、第一発光素子２１、２２から出射された光が受光素子４０に直接照射されないようになっている。

【0024】

カバー部材６０は、回路基板１０に取り付けるための平板部６１と、第一発光素子２１、２２、第二発光素子３０、受光素子４０、隔離部材５０および不図示の各種回路を覆って保護する円筒状の収容部６２を備えている。平板部６１には、カバー部材６０を回路基板１０にビス等で固定するための複数の取付孔６３が設けられている。

【0025】

本例では、赤外光以外の光が受光素子４０に極力入射しないよう、カバー部材６０には可視光をほとんど吸収し、赤外光を透過させる赤外線透過フィルタを用いている。

【0026】

以上のように本例のモーションセンサ１Ａは、被検知体Ｍの移動方向に間隔を置いて配置され、被検知体Ｍの移動領域に互いに特性が異なる光を出射する複数の第一発光素子２１、２２と、この第一発光素子２１、２２から出射され被検知体Ｍによって反射された反射光を受光する受光素子４０と、この受光素子４０に向けて光を出射する第二発光素子３０とを備えている。また、本例のモーションセンサ１Ａは、第一発光素子２１、２２の間に配置され、第二発光素子３０から出射された光が被検知体Ｍの移動領域を介さずに受光素子４０に照射されるように導光する導光部５１と、第一発光素子２１、２２からの光が受光素子４０に直接照射されないように遮光する遮光部５２とが一体形成された隔離部材５０を備えている。さらに、本例のモーションセンサ１Ａは、受光素子４０の受光量の変化を利用して被検知体Ｍの移動を検知する検知回路が搭載された回路基板１０を備えている。

【0027】

本例のモーションセンサ１Ａは、特許文献１に記載の検出装置と同様の原理で被検知体Ｍの存在や移動を検知することができる。
本例のモーションセンサ１Ａにおける検出動作を簡単に説明する。
先ず、２つの第一発光素子２１、２２から被検知体Ｍの移動領域に向けて互いに位相が異なるパルス光が出射される。
第一発光素子２１、２２から出射されたパルス光は、その光路に被検知体Ｍが存在すると反射し、この反射光を受光素子４０が受光する。第一発光素子２１、２２から出射された光は互いに位相が異なるパルス光であるため、受光素子４０で受光した光から第一発光素子２１と第一発光素子２２に由来する反射光を容易に分離して検出することができる。具体的には、第一発光素子２１、２２の駆動を制御するパルス信号に同期して受光素子４０の受光信号をサンプリングすることにより、各第一発光素子に由来する反射光を識別することができる。
そして、例えば第一発光素子２１と第一発光素子２２のそれぞれに由来する反射光の経時変化に基づいて、被検知体Ｍの存在や移動を検知することができる。

【0028】

なお、図３では被検知体Ｍの移動領域における第一発光素子２１から出射されたパルス光の照射領域Ｓ１と第一発光素子２２から出射されたパルス光の照射領域Ｓ２とが僅かに重なっているが、これらは完全に分離されていてもよい。また、照射領域Ｓ１、Ｓ２は、第一発光素子自体の指向性を利用したり、レンズを利用して調整したりすることもできるが、隔離部材５０を利用することもできる。すなわち、隔離部材５０は、被検知体Ｍの移動方向に間隔を置いて配置されている２つの第一発光素子２１、２２の間に配置されているため、隔離部材５０の平面的な大きさや高さを適宜設定することによって照射領域Ｓ１、Ｓ２を調整することができる。

【0029】

本例のモーションセンサ１Ａでは、被検知体Ｍによって反射された反射光を受光する受光素子４０に向けて光を出射する第二発光素子３０を備えることにより、受光素子４０の応答速度を向上させることができる。

【0030】

また、本例のモーションセンサ１Ａでは、第一発光素子２１、２２からの光が受光素子４０に直接照射されないように遮光する遮光部５２を備えているため、第一発光素子２１、２２から受光素子４０に直接光が照射されることがなく、この直接光の検出による誤動作を確実に防止することができる。

【0031】

また、本例のモーションセンサ１Ａでは、第二発光素子３０から出射された光が被検知体Ｍの移動領域を介さずに受光素子４０に照射されるように導光する導光部５１を備えているため、第二発光素子３０から出射され被検知体Ｍによって反射された反射光が受光素子４０に照射されるのを効果的に抑制でき、より一層確実に誤動作を防止することができる。

【0032】

また、本例のモーションセンサ１Ａでは、導光部５１と遮光部５２を１つの部材である隔離部材５０により構成しているため、部材の増加を最小限に抑えつつ、誤動作を確実に防止することができる。

【0033】

また、本例のモーションセンサ１Ａでは、第一発光素子２１、２２、第二発光素子３０、受光素子４０および隔離部材５０は、回路基板１０の表面に配されている。そして、隔離部材５０の導光部５１は、一側面に開口を有する有底筒状を成し、この導光部５１に第二発光素子３０を収容すると共に、導光部５１の開口に対面する位置に受光素子４０を配している。このため、モーションセンサ全体の大きさを最小限に抑えつつ、誤動作を確実に防止することができる。

【0034】

（第２の実施形態例）
本発明の第２の実施形態例に係るモーションセンサ１Ｂについて、図４から図６を用いて説明する。なお、図４から図６において図１から図３中と同じ符号を付しているものは同等の構成要素を示しており、再度の説明は省略する。

【0035】

本例のモーションセンサ１Ｂと第１の実施形態例に係るモーションセンサ１Ａとの主な違いは、本例のモーションセンサ１Ｂでは第二発光素子３０を回路基板１０の裏面に設けた点である。このために本例のモーションセンサ１Ｂでは、回路基板１０に貫通孔１２を設け、この貫通孔１２を塞ぐように回路基板１０の裏面に第二発光素子３０を配している。

【0036】

貫通孔１２は、第一発光素子２１と第一発光素子２２の中間の位置に設けられている。一方、隔離部材５０の導光部５１は、貫通孔１２を覆うように貫通孔１２の上方に位置し、一側面（図５では下側）に開口を有する有底筒状に形成されている。また、受光素子４０は導光部５１の開口部分に対面する位置に配されており、第二発光素子３０から出射された光は、貫通孔１２を通って導光部５１の開口部分から受光素子４０に照射される。

【0037】

本例のモーションセンサ１Ｂにおいても、モーションセンサ１Ａと同様に、第二発光素子３０によって応答速度の向上を図ることができると共に、第一発光素子２１、２２の直接光と第二発光素子３０に由来する被検知体Ｍからの反射光が受光素子４０に照射されることがなく、誤動作を効果的に防止することができる。

【0038】

さらに本例のモーションセンサ１Ｂでは、第二発光素子３０を回路基板１０の裏面に設けているため、各素子の配置の自由度を高めることができる。このため、例えば用途に応じて複数の第一発光素子２１、２２の間隔を狭めたり、モーションセンサ全体の平面的な大きさを設計変更することができ、より汎用性が高いものとなる。

【0039】

（第３の実施形態例）
本発明の第３の実施形態例に係るモーションセンサ１Ｃについて、図７から図９を用いて説明する。なお、図７から図９において図１から図３中と同じ符号を付しているものは同等の構成要素を示しており、再度の説明は省略する。

【0040】

本例のモーションセンサ１Ｃと第１の実施形態例に係るモーションセンサ１Ａとの主な違いは、隔離部材５０の形状である。

【0041】

本例の隔離部材５０では、２つの遮光部５２が導光部５１の開口部分から受光素子４０側（図８では下側）に延出された壁体となっており、これらの遮光部５２の間に受光素子４０が配されている。これらの遮光部５２は、第一発光素子２１、２２および受光素子４０よりも回路基板１０の表面からの高さが高く形成されていることで、第一発光素子２１、２２から出射された光が受光素子４０に直接照射されないようになっている。

【0042】

本例のモーションセンサ１Ｃにおいても、モーションセンサ１Ａと同様に、第二発光素子３０によって応答速度の向上を図ることができると共に、第一発光素子２１、２２の直接光と第二発光素子３０に由来する被検知体Ｍからの反射光が受光素子４０に照射されることがなく、誤動作を効果的に防止することができる。

【0043】

さらに本例のモーションセンサ１Ｂでは、遮光部５２が導光部５１を補助する機能を併せ持ち、第二発光素子３０から出射された光を極めて効率良く受光素子４０に照射させることができる。このため、第二発光素子３０に由来する被検知体Ｍからの反射光が受光素子４０に照射される可能性が極めて低くなり、より一層確実に誤動作を防止することができる。

【0044】

（第４の実施形態例）
本発明の第４の実施形態例に係るモーションセンサ１Ｄについて、図１０から図１２を用いて説明する。なお、図１０から図１２において図１から図３中と同じ符号を付しているものは同等の構成要素を示しており、再度の説明は省略する。

【0045】

本例のモーションセンサ１Ｄと第１の実施形態例に係るモーションセンサ１Ａとの主な違いは、第一発光素子の数と隔離部材５０の形状である。

【0046】

本例のモーションセンサ１Ｄでは、被検知体の２次元の移動を検出するために４つの第一発光素子２１、２２、２３、２４を用いている。これらの第一発光素子は、駆動回路によって互いに位相が異なるパルス光を被検知体Ｍの移動領域に出射するように構成されている。第一発光素子２１、２２、２３、２４は等間隔に正方形の頂点位置に配されており、受光素子４０はこれらの第一発光素子の中心部分に配されている。なお、本例のモーションセンサ１Ｄにおける被検知体Ｍの存在や２次元移動の検出は、例えば特許文献１に記載の検出装置と同様の原理で行うことができる。

【0047】

本例の隔離部材５０には、一側面に開口を有する有底筒状に形成された２つの導光部５１が設けられており、一方の導光部５１の内部に第二発光素子３０が収容されている。
また、２つの導光部５１の開口部分を連絡するように２つの遮光部５２が設けられており、この２つの遮光部５２の間に導光部５１の開口に対面するように受光素子４０が配されている。これらの遮光部５２は、第一発光素子２１、２２、２３、２４および受光素子４０よりも回路基板１０の表面からの高さが高く形成されていることで、第一発光素子２１、２２、２３、２４から出射された光が受光素子４０に直接照射されないようになっている。
さらに、２つの遮光部５２から外方に隔壁５３が延出されている。一方の隔壁５３は、第一発光素子２１、２３の中間に位置し、第一発光素子２１、２３の照射領域を調整している。他方の隔壁５３は、第一発光素子２２、２４の中間に位置し、第一発光素子２２、２４の照射領域を調整している。

【0048】

本例のモーションセンサ１Ｄにおいても、モーションセンサ１Ａと同様に、第二発光素子３０によって応答速度の向上を図ることができると共に、第一発光素子２１、２２の直接光と第二発光素子３０に由来する被検知体Ｍからの反射光が受光素子４０に照射されることがなく、誤動作を効果的に防止することができる。

【0049】

さらに本例のモーションセンサ１Ｄでは、遮光部５２が導光部５１を補助する機能を併せ持ち、第二発光素子３０から出射された光を被検知体Ｍの移動領域を介さずに極めて効率良く受光素子４０に照射させることができる。

【0050】

以上、本発明のモーションセンサの４つの実施形態例を説明したが、例えば第一発光素子の数、各素子の配置、隔離部材の形状などは、センサの用途に応じて適宜変更することができる。また、被検知体Ｍの存在や移動方向の検出方法も特に限定されるものではなく、例えば受光素子４０の受光信号を或る一定のレベルまで補完するように第二発光素子３０を制御し、この第二発光素子３０の制御信号に基づいて被検知体Ｍの存在や移動方向を検出することもできる。

【0051】

また、本発明のモーションセンサを、例えば車両のドアやトランクなどの開閉体を開放する際のセンサとして従来のキーレスエントリーシステムやスマートエントリーシステムに組み込む場合には、ドアハンドルの内側等にモーションセンサを設置し、被検知体Ｍの検出信号によってドアの開閉を行うアクチュエータが作動するように構成すればよい。

【符号の説明】

【0052】

１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ モーションセンサ
１０ 回路基板
１１ 取付孔
１２ 貫通孔
２１、２２、２３、２４ 第一発光素子
３０ 第二発光素子
４０ 受光素子
５０ 隔離部材
５１ 導光部
５２ 遮光部
５３ 隔壁
６０ カバー部材
６１ 平板部
６２ 収容部
６３ 取付孔
Ｍ 被検知体
Ｓ１、Ｓ２ 照射領域

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】