人感系统、电子设备、人感传感器、以及对人进行检测的方法与流程

本发明涉及对人的存在进行检测的技术。

背景技术：

交互处理型的计算机、声学装置等之类的多种电子设备对存在于附近的用户提供服务。这些电子设备在不存在用户时一般变化为待机状态而减少耗电量。对于在使用电子设备时向用户要求某些操作而言欠缺便利性，为此进行了研究以使系统使用各种传感器对用户进行检测。

专利文献1公开了一种发明，即不论用户是否在附近正使用图像输出装置，都防止画层输出装置变化为省电状态。在该文献中，记载了利用红外线阵列传感器作为人感传感器来切换电力模式的内容。专利文献2公开了一种由加热器元件和配置于其两侧的一对测温电阻元件构成的流量传感器。专利文献3公开了一种热探测型加速度传感器。在该文献中，记载了利用夹着加热器而设置于密闭的空间的两对温度检测元件，对加速度所引起的温度差进行检测的内容。

专利文献1：日本特开2016－039447号公报

专利文献2：日本特开平4－72523号公报

专利文献3：日本特开2007－285996号公报

向人放射红外线、超声波、或者光等并根据其响应来检测出人的存在的主动型人感传感器的耗电量较大。利用照相机的人感传感器同样也耗电量较大，并且从私密性的观点考虑对在检测中使用照相机这件事敬而远之。根据人感传感器，存在能够检测出人的方向受到限制的情况。另外，希望电子设备的控制中所利用的人感系统能够由简单的结构实现。

技术实现要素：

本发明的目的在于，提供一种能够解决这样的问题的新的人感系统以及与之相关的技术。

本发明所涉及的人感系统具有：传感器面，其配置于因人的运动而产生空气流的用户空间；发热元件，其配置于传感器面，并对用户空间的空气进行局部加热；一对第一测温元件，它们夹着发热元件并沿传感器面的第一方向进行配置；一对第二测温元件，它们夹着发热元件并沿传感器面的第二方向进行配置；以及判定电路，其根据一对第一测温元件和一对第二测温元件分别检测出的温度差来生成显示人的存在的检测信号。

本发明所涉及的电子设备具有：传感器面，其配置于用户空间；发热元件，其配置于传感器面，并对用户空间的空气进行局部加热；测温元件，其配置于传感器面的发热元件的四周，并对传感器面的多个方向的温度差进行检测；判定电路，其根据多个方向的温度差而生成显示人的存在的检测信号；以及输入部，其根据检测信号而开始规定的动作。

本发明所涉及的人感传感器具有：第一传感器面，其配置于用户空间；发热元件，其配置于第一传感器面，并对用户空间的空气进行局部加热；一对第一测温元件，它们夹着发热元件并沿第一传感器面的第一方向进行配置；一对第二测温元件，它们夹着发热元件并沿第一传感器面的第二方向进行配置；以及输出电路，其输出一对第一测温元件检测出因空气流而产生的用户空间的温度差从而生成的温度差信号、和一对第二测温元件检测出因空气流而产生的用户空间的温度差从而生成的温度差信号。

本发明所涉及的检测出用户的方法具有：使用户空间的第一规定的位置的周边的空气的温度相对于环境温度上升的步骤；在存在于第一平面上且夹着第一规定的位置而对置的一对第一位置和一对第二位置，分别对第一规定的位置的附近的空气的温度进行测量的步骤；以及基于一对第一位置的温度差和一对第二位置的温度差来识别用户的存在的步骤。

根据本发明，能够起到以下的一个或者多个效果。根据本发明，能够提供一种检测范围广泛的人感系统。并且，根据本发明，能够提供一种以较小的耗电量进行动作的人感系统。并且，根据本发明，能够提供一种构造简单的人感系统。并且，根据本发明，能够提供一种可实现这种人感系统的应用的电子设备、人感传感器以及人的检测方法。

附图说明

图1是表示人感系统100的结构的示意功能框图。

图2是构成人感系统100的传感器单元101的俯视图。

图3是用于对配置于用户空间10的传感器单元101与空气流之间的关系进行说明的图。

图4是表示温度检测电路153的结构的一个例子的桥式电路153a。

图5是用于对与用户空间10的空气流对应地变化的测温元件103a、103b的检测温度进行说明的图。

图6是用于对与用户空间10的空气流对应地变化的测温元件103a、103b的检测温度进行说明的图。

图7是表示搭载人感系统100的电子设备180的外观的一个例子的立体图。

图8是表示人感系统100的动作顺序的流程图。

图9是用于对温度差信号px、py与流速矢量p之间的关系进行说明的图。

图10是用于对根据温度差信号px、py来计算二维流速矢量p的方法进行说明的图。

图11是用于对根据温度差信号px、py来计算二维流速矢量p的方法进行说明的图。

图12是用于例示出将传感器单元101设置于笔记本电脑211的情况来进行说明的立体图。

图13是示意地表示以三维方式对空气流进行检测的传感器单元101a的立体图。

图14是用于对计算三维流速矢量p1的方法进行说明的图。

附图标记说明：

10...用户空间；51、53、55...空气流；100...人感系统；101...传感器单元；102、102a...传感器面；103a、103b、105c、105d、107e、107f、123...测温元件；121、131...加热器；180...电子设备；167...加速度传感器。

具体实施方式

图1是表示本实施方式所涉及的人感系统100的结构的示意功能框图，图2是构成人感系统100的传感器单元101的俯视图。图3是用于对配置于用户空间10的传感器单元101与空气流之间的关系进行说明的图。图4是作为温度检测电路153的一个例子的桥式电路153a的布线图。

人感系统100对存在于用户空间10的人11(图3中的(a))进行检测并输出控制电子设备180的检测信号。在未输出检测信号时，电子设备180识别为不存在人。此处，用户空间10相当于因用户移动而产生的空气流所能够进行传播的空间。因此，即使存在于用户空间，也将限制因用户移动而产生的空气流的传播的密闭空间或者半密闭空间，从本发明中的用户空间中除去。

人感系统100包括传感器单元101、加热器控制电路151、温度检测电路153、偏置电路155、温度差信号生成电路157、161、a/d转换器159、163、加速度传感器167以及判定电路165。电子设备180可以存在于用户空间100，也可以存在于用户空间100之外。在人感系统100之中，至少传感器单元101配置于用户空间10。人感系统100也可以装入存在于用户空间10的电子设备180。

如图2所示，作为一个例子，传感器单元101在形成于3mm×3mm左右的半导体基板的传感器面102上配置有以焦耳热进行发热的加热器121。加热器121使用户空间10的空气的温度局部上升。在传感器面102上，定义正交的x轴和y轴。在一个例子中，将加热器121配置于原点，将一对测温元件103a、103b相对于原点配置于x轴上的等距离的位置，并将一对测温元件105c、105d相对于原点配置于y轴上的等距离的位置。

测温元件103a、103b、105c、105d配置于能够对当不存在空气流时因加热器121而升温的用户空间10的空气的温度进行检测的位置。测温元件123在用户空间10中配置于远离加热器121的位置，以便能够对不受由加热器121引起的升温影响的空气的温度进行检测。将测温元件123所检测出的温度称为环境温度。测温元件103a、103b、105c、105d、123作为一个例子而由测温电阻构成，但也可以采用热电偶、热敏电阻那样的其他温度传感器。

在图3的(a)中，作为一个例子，传感器单元101以传感器面102水平的方式配置于用户空间10。在传感器面102不水平时，能够根据需要如后面说明那样利用加速度传感器167来进行修正。若人11在用户空间10中进行步行、手脚动作那样的运动，则产生朝向传感器单元101的空气流51。可以假设人在通常运动中生成的空气流51沿水平流动。如图3的(b)所示，当人11在用户空间10中自由运动时，空气流51从围绕传感器面102的四周360度的方向朝向传感器单元101流动而通过传感器面102的表面。

人感系统100根据沿着传感器面102流动的空气流51所引起的一对测温元件103a、103b、以及一对测温元件105c、105d各自的温度差来识别人11的存在。此时的温度差是因被加热器121加热后的空气的温度和使其变化的空气流51而产生的。人感传感器100还能够识别存在于作为控制对象的电子设备180的附近的被视为用户的人、和存在于远离该电子设备的位置的普通人。

在用户空间10中，有时还存在除了运动的人11之外的产生空气流的各种因素。例如，在用户空间10为办公室的情况下，作为一个例子，存在来自设置于天花板的空调13的送气口的空气流53、以及来自办公设备15的散热风扇的空气流55。从斜上方朝传感器面102射入的空气流53、以及沿着传感器面102射入的水平的空气流55相对于人感系统100成为噪声。人感系统100能够将由人11产生的空气流51与作为噪声的空气流53、55区别开来而对人11的存在进行检测。

在图1中，在加热器控制电路151连接有加热器121以及测温元件123。此外，在图1中省略了电源电路。加热器控制电路15一对朝向测温元件121供给的电力进行控制，以使得加热器121的温度相对于测温元件123所测量的环境温度升高一定值。温度检测电路153对与测温元件103a、103b、105c、105d所测定的用户空间10的温度相当的电阻值进行检测，并将该电阻值作为电量而输出。

如图4所示，作为一个例子，温度检测电路153能够由桥式电路153a构成，其中，上述桥式电路153a由电阻ra的测温元件103a、电阻rb的测温元件103b、以及固定电阻rm、rn的电阻元件构成。此时，对于一对测温元件103a、103b以及一对测温元件105c、105d，温度检测电路153分别将它们彼此连接点的电压e1、e2向温度差信号生成电路157、161输出。

在将施加于桥式电路153a的直流电压设为e时，能够通过公式(1)来计算电阻ra、rb的连接点的电压e1与电阻rm、rn的连接点的电压e2之差。

式1

此处，测温元件103a、103b的温度电阻特性相同，电阻rm、rn的电阻值也相同。图5是对加热器121发热时的电阻元件103a、103b所检测出的温度进行说明的图。图5的(a)表示在没有任何空气流且环境温度为t0的用户空间10中，加热器121发热时电阻元件103a、103b所检测出的空气的温度ta、tb。

发热的加热器12一对用户空间10的空气进行局部加热，因此温度ta、tb相比发热前的环境温度t0上升。由于测温元件103a、103b相对于加热器121配置于在几何学上对称的位置，所以温度ta、tb大致相等。将该状态称为传感器单元101的热平衡状态。测温元件105c、105d所检测出的空气的温度也同样地保持热平衡状态。

在图5的(b)中，由于产生于用户空间10的x轴方向上的空气流51，从而上游侧的空气被置换为环境温度t0的空气，由此测温元件103a所检测出的温度ta相比热平衡状态降低。另外，下游侧的空气被由加热器121加热后的空气置换，由此测温元件103b所检测出的温度tb相比热平衡状态上升。测温元件105c、105d所检测出的空气均被置换为环境温度t0的空气，由此温度降低相同的程度。

假设即使环境温度变化，电阻ra、rb的电阻值也以相同的比例变化。温度差信号生成电路157、161能够将电压差e1－e2代入公式(1)中，来计算产生空气流51时的测温元件103a、103b、105c、105d的电阻值。进而，温度差信号生成电路157、161能够根据变化后的电阻值，来计算一对测温元件103a、103b所测量的温度的温度差。

在一定的流速的范围内，流速越快，则测温元件103a的温度越朝向环境温度t0降低，并且测温元件103b的温度也越上升。因此，温度差与水平方向的空气流51的流速存在相关关系。人感系统100根据温度差来推断空气流51的流速，从而能够将在传感器单元101的附近运动的人与在远离传感器单元101的位置运动的人区别开来。

温度检测电路153也可以代替桥式电路153a，直接输出与测温元件103a、103b、105c、105d的温度相当的电压或者电流。温度差信号生成电路157、161分别生成与一对测温元件103a、103b以及一对测温元件105c、105d各自所检测出的温度的温度差相当的温度差信号px、py，并将该温度差信号px、py向a/d转换器159、163输出。

偏置电路155对因桥式电路153a中使用的测温元件以及电阻元件的电阻值的逐渐变化而产生的零点变动进行修正。在一对测温元件103a、103b以及一对测温元件105c、105d为相同的温度时，偏置电路155将用于调整零点的偏移量向温度差信号生成电路157、161输出。

判定电路165根据从a/d转换器159、163接收到的数字温度差信号px、py，对人10的存在与否进行判断。判定电路165能够由cpu、系统存储器等半导体晶片以及固件、设备驱动程序等软件构成。判定电路165能够朝向与人11的存在与否对应地动作的各种电子设备180的输入电路输出检测信号。判定电路165也可以装入电子设备180中。加速度传感器167对传感器面102的倾斜进行检测。判定电路165根据需要而利用加速度传感器167将传感器面102倾斜时的温度差信号px、py修正水平时的温度差信号px、py。

如图6的(a)所示，从斜上方朝向水平的传感器面102射入的空气流53与传感器面102相撞，从而一部分成为沿着传感器面102的水平方向的成分53a，另一部分成为反射成分53b。水平方向的成分53a给加热器121的上游侧和下游侧的空气带来温度差，而反射成分53b对于温度差的形成并未有效地发挥作用。空气流53相对于传感器面102的方向越接近铅直方向，则反射成分53b越大。

在空气流53沿着铅直方向朝下流动时，对测温元件103a、103b、105c、105d所测量的温度给予相同的影响。难以仅通过二维传感器单元101所检测出的温度差将人11所生成的水平方向上的空气流51与空调13所生成的空气流53的水平方向的成分53a区别开来。同样地也难以将办公设备15所生成的水平方向的空气流55区别开来。

在本实施方式中，通过对传感器单元101的设置方法进行研究，而提供一种消除空气流53、55的影响的方法。另外，虽然以空气流51如图3的(b)所示地从四周的任意方向流向传感器单元101为前提，但是若传感器单元101的位置被设定，则产生源的位置被固定的空气流53、55相对于传感器单元101的相对方向被确定。利用这一性质，能够将空气流51与空气流53、55区别开来。

如图6的(b)所示，根据安装方法，存在传感器面102从水平方向倾斜的情况。在该情况下，即使空气流51的流速相同，沿着传感器面102流动的空气流51a也相比空气流51变少，从而与传感器面102水平的情况相比，检测出的温度差变小。温度差因传感器面102倾斜而变小的比例取决于空气流51的流速、传感器面102的倾斜角度以及传感器面102的形状等。基于各种参数进行实验，从而能够求出用于将传感器面102倾斜时的温度差换算成水平时的温度差的修正量。

图7是表示搭载人感系统100的电子设备180的外观的一个例子的立体图。电子设备180在圆筒形的壳体201的侧表面形成有多个开口203，在水平的安装面205配置有传感器单元101。电子设备180也可以是从人感系统100接收检测信号来动作的网络设备。壳体201遮挡从上方朝向传感器单元101的空气流53，仅使水平方向上的空气流51通过。壳体201也可以调整开口203的位置，用以阻止由办公设备15产生的水平方向上的空气流55的流动。在该情况下，能够检测出人11所生成的空气流51的范围变窄。

图8是表示人感系统100的动作顺序的流程图。在方块301中，在将传感器单元101配置于用户空间10后，判定电路165在用于对作为噪声的空气流53、55进行登记的初始化模式下动作。在初始化模式下，使人感系统100在没有人11的用户空间10中动作，并依次产生空气流53和空气流55。

假设传感器单元101一旦被设定了位置以后就不再移动。图9是用于对温度差信号px、py与流速矢量p之间的关系进行说明的图。温度差信号生成电路157、161从时刻t0开始进行温度差信号px、py的输出。温度差信号px、py形成为时间轴上的移动平均值、或者移动累计值，从而减弱短时间内产生的空气流的影响。

在时刻t0～t1期间，由于不产生空气流，所以传感器单元101保持热平衡状态，温度差信号px、py大致为0。若在时刻t1时产生空气流53，则温度差信号px、py与空气流53的方向和流速对应地增加。判定电路165对温度差信号px、py进行矢量合成来计算二维流速矢量p。在传感器面102倾斜的情况下，判定电路165能够利用基于加速度传感器167所显示的倾斜角度、以及温度差信号px、py的大小而选择出的修正量，将上述流速矢量修正水平方向上的值。若在时刻t2时空气流53停止，则之后温度差信号px、py返回至0。

流速矢量p的方向表示从四周朝向被维持水平的传感器单元101或者被修正水平的传感器单元101的空气流53的方向。在方块303中，判定电路165将与空气流53、55相当的流速矢量p作为噪声而进行登记。此外，在利用电子设备180的壳体201作为防风罩来排除空气流53、55的影响的情况下，能够跳过方块301、303的步骤。

在方块305中，人感系统100开始动作。在方块307中，加热器121开始升温，在方块309中，温度差信号生成电路157、161开始进行作为移动平均值或者移动累计值而计算出的温度差信号px、py的输出。在方块311中，判定电路165如图9中说明那样计算二维流速矢量p。流速矢量p与水平方向上的空气流51或者水平方向上的空气流的成分53a相对应。在传感器单元101倾斜的情况下，判定电路165能够根据由加速度传感器167测量出的倾斜角度，来修正为传感器面102水平时的温度差。

图10是用于对计算二维流速矢量p的方法进行说明的图。图10的(a)表示水平方向的空气流52a～52c分别沿着x轴方向、45度的方向以及y轴方向相对于传感器单元101流动的样子。测温元件103a、103b、105c、105d所检测出的温度ta、tb、tc、td相对于空气流52a、52b、52c分别形成为图10的(b)、图10的(c)、图10的(d)那样。此时，相对于空气流52a、52b、52c而言的流速矢量p分别形成为图11的(a)、图11的(b)、图11的(c)那样。在方块313中，判定电路165在流速矢量p的绝对值为规定值pt1以上时，判断为产生了有意义的空气流但也有包含噪声的可能性，而后移动至方块315。

只要流速矢量p的绝对值未超过规定值pt1，则返回至方块351，从而人感系统100维持非检测状态。在传感器单元101有可能受到空气流53、55的影响的情况下，在方块315中，判定电路165判断流速矢量p是否由空气流53、55引起。判定电路165在流速矢量p与方块303中登记的方向及大小或者方向一致的情况下，能够将其视为噪声，并移至方块351。

在该情况下，当人11生成与成为噪声的水平方向上的空气流或者空气流的成分相同方向的空气流时，人感系统100无法检测出人11，但是若人11在用户空间10中向各种位置移动而运动，则不久就会生成与噪声的方向不同的空气流51的流速矢量p。当未检测出在远离传感器单元101的位置运动的人11而仅检测出近处的人11的情况下，移至方块317。

在方块317中，判定电路165在流速矢量p大于规定值pt2的情况下识别为存在利用电子设备180的用户，然后在方块319中向电子设备180的输入电路输出检测信号。电子设备180能够响应检测信号而从待机状态恢复、使连接于网络的电子设备动作、或者通过声音呼叫用户。人感系统100在方块321中在一定的时间内未检测出人11时，移至方块353并向电子设备180输出非检测信号。

传感器单元101也可以如图12所示地设置于作为电子设备180的一个例子的手提式个人计算机(笔记本电脑)211的壳体。笔记本电脑211在用户的使用中使安装有传感器单元101的壳体的开闭角度、位置产生变化，因此传感器面102的姿势、方向并不恒定。另外，难以用图7中说明过的壳体201的罩来遮断成为噪声的空气流。因此，需要进行将有意义的温度差信号与噪声区别开来的研究。

图13是示意地表示以三维方式对空气流进行检测的传感器单元101a的立体图。传感器单元101a除了具备传感器面102之外，还具备相对于存在传感器面102的平面在规定的角度的方向上配置的传感器面102a。在传感器面102a上，在沿规定方向定义的z轴上将加热器131夹在中心的位置配置有一对测温元件107e、107f。在一个例子中，传感器面102a以及z轴能够与传感器面102垂直地进行定义。

测温元件107e、107f在图1的温度检测电路153中也同样与其他测温元件103a、103b、105c、105d连接。温度检测电路153将与测温元件107e、107f对应的电压e1、e2向新的温度差信号生成电路输出。温度差信号生成电路向判定电路165输出与一对测温元件107e、107f所检测出的温度的温度差相当的温度差信号pz。

在传感器面102水平时，判定电路165如图14所示地对3个轴的温度差信号px、py、pz进行矢量合成，从而计算二维流速矢量p2以及三维流速矢量p1。在传感器面102倾斜时，判定电路165能够根据加速度传感器167的信号来判断传感器面102的姿势，从而将流速矢量p1、p2修正为传感器面102水平时的值。

判定电路165能够将仅根据三维流速矢量p1的方向及大小或者方向而判断出的规定的流速矢量p1视为噪声。判定电路165能够将铅直方向的成分pz为规定值以上的流速矢量视为噪声。判定电路165能够仅根据二维流速矢量p2的方向及大小或者方向而将检测信号判断为噪声。

通过设置多个传感器面102a，能够扩大能够检测出铅直方向的成分的范围。传感器面102a和传感器面102在笔记本电脑211中能够分别配置于容易对水平方向上的空气流以及铅直方向上的空气流进行检测的不同的位置。人感系统100与主动型的人感传感器相比，耗电量较小，结构比较简单，因此在向电子设备装入方面比较有利。另外，由于能够对从全方位朝向传感器单元101接近的人进行检测，所以用途广泛。

至此，结合附图所示的特定的实施方式对本发明进行了说明，但显然本发明并不限定于附图所示的实施方式，只要能够起到本发明的效果，便可以采用已知的任何结构。