JP2006047247A - 非接触型検出装置及び制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 耐久性に富む非接触型検出装置、及びその検出結果に基づいて好適な制御を行うことができる制御装置を提供すること。
【解決手段】 ステップ１１０では、受信部５にて受光した光の光量の変化を調べる。具体的には、受光量の変化が、手の移動による変化であるか、車両の走行に伴う変化であるか、太陽の日変化による変化であるかどうかを調べる。ステップ１２０では、手の移動後に所定時間手の動きが停止したかどうかを判断する。ステップ１３０では、手が検出範囲Ｋを移動した後に一旦停止したと判断されるので、より正確に手の位置を検出するために、送信部７から赤外線を照射する。ステップ１４０では、その赤外線の反射波を受信部５で受光し、その受信パターンを確認する。ステップ１５０では、赤外線の送信を中止するか否かを判定する。
【選択図】 図５

Description

本発明は、人の手の動作を検出する非接触型検出装置、及びその検出結果に基づいて制御対象の制御を行う制御装置に関する。

従来より、例えば赤外線を周囲に照射し、その反射光を受信して対象物の有無を判断する装置が知られている（特許文献１参照）。
また、近年では、単に対象物の有無だけでなく、赤外線を利用した測距センサによって、対象物までの距離を測定する技術も提案されている。この技術は、受光部への反射光の入射角の変化によって、対象物までの距離を測定するものである（特許文献２参照）。
特開平７−１５９２３８号公報 （第２頁、図１） 特開２００１−１２６５９７号公報 （第３頁、図１）

しかしながら、上述した従来技術では、常時赤外線を照射して、対象物の有無や対象物との距離を検出するものであるので、即ち、電源ＯＮから連続して赤外線を利用した検出を行うので、特に高出力の装置では耐久劣化が早いという問題があった。

本発明は、上記の問題点に着目してなされたものであり、その目的は、耐久性に富む非接触型検出装置、及びその検出結果に基づいて好適な制御を行うことができる制御装置を提供することである。

（１）請求項１の発明（非接触型検出装置）は、周囲からの光を受光し、該受光した光に対応した信号を出力する受光部を備え、前記受光部からの信号に基づいて周囲の状態を検出する非接触型検出装置において、前記受光部の検出範囲を、指向性を有するように所定範囲に絞った構成とし、前記受光部の検出範囲を手が移動した場合に、該手の移動速度に応じて変化する前記受光部にて受光する光の状態に基づいて、前記手の動作を検出する動作検出手段を備えたことを特徴とする。

人の手の動きには人間工学的に一定の制限（手の移動速度の範囲）があるが、手が受光部の検出範囲を移動した場合には、その移動に伴って受光部における受光の状態が変化する。つまり、手の移動速度が大きければ受光部で受光する光の変化も早く、逆に手の移動速度が小さければ光の変化も遅くなる。

従って、受光部にて受光した光の変化から手の動作を検出することができる。例えば昼間において手を受光部に近づけた場合には、手によって反射する光が増加するので、その手の動きに対応した受光状態に基づいて、手の動きを検出することができる。

特に、本発明では、赤外線等をアクティブに照射することなく、おおよその手の動作を検出できるので、従来の装置の様に、常時赤外線等を照射する必要が無い。よって、必要に応じて赤外線等を照射すれば良いので、赤外線等を照射する装置を用いる場合でも、その装置の劣化を防止することができる。

尚、受光部にて受光する光の変化が手の動作によるものかどうかは、後述する様に、人間工学の観点から判断することができる。つまり、人が手を移動させる場合には、通常は所定の速度の範囲であるので、この範囲の手の移動に対応した光の変化があった場合には、人の手の移動であると判断することができる。

（２）請求項２の発明は、前記手の移動に対応して変化する前記受光部にて受光する光の状態と、該光の状態が変化した後に前記手の停止に対応した前記受光部にて受光する光の状態とに基づいて、前記手の動作を検出することを特徴とする。

本発明では、光の変化（例えば受光量の変化速度）及びその後の光の状態（例えば受光量の変化が無い状態）に基づいて、手の動作を検出する。例えば手の動作によりスイッチ操作等を行う意志がある場合には、手を所定位置に移動させて一旦停止させることが考えられるので、この動作を光の変化等により検出するのである。これにより、運転者等のスイッチ操作の動作などを検出することができる。

（３）請求項３の発明は、前記受光する光の状態の変化速度が、所定範囲の場合には、前記手が移動したと判断することを特徴とする。
人の手の移動速度は、人間工学的に一定の制限があり、機械の様に高速で移動できない。従って、光の状態の変化速度（例えば受光量の変化速度）が実験等で定めた所定の範囲（手の移動速度に対応した範囲）にある場合には、手が移動したものと判断することができる。

（４）請求項４の発明は、前記受光する光の変化の状態が、所定の周波数より大きな周波数にて変化する状態である場合には、車両の移動によるものであると判断することを特徴とする。

車両が移動する場合には、車両の周囲の構造物（建物や電信柱）や自然物（木）などの影響により、車室内に入射する光（光量）は、高速で変化する。つまり、明暗が高い周波数で変化する。従って、この光の明暗の周波数が大きな場合には、人の手の移動によるものではなく、車両移動によるものであると判断することができる。

（５）請求項５の発明は、前記受光する光の状態の変化速度が、所定値以下の小さな場合には、太陽光の日変化によるものであると判断することを特徴とする。
車両が停止している場合でも、太陽が移動すると、車室内に入射する光の状態は変化するが、その変化は非常にゆっくりである。従って、光の変化が所定値より緩やかな場合には、太陽の日変化による光の変化と判断するのである。

尚、雲などの天候によっても日照が変化するので、天候の変化を加味して光の変化速度の判断基準を設定してもよい（この場合は、日変化よりは早くなると考えられる）。
（６）請求項６の発明は、前記受光する光の変化とは、前記受光部における受光量の時間的変化であることを特徴とする。

本発明は、受光する光の変化の測定方法を例示したものである。
（７）請求項７の発明は、前記動作検出手段は、所定のサンプリング周期毎に得られる前記受光部からの信号に基づいて、前記手の移動を検出することを特徴とする。

所定のサンプリング周期毎に、受光部からの信号に基づいて受光量等を求め、この受光量等の変化から、受光量等の変化の状態（例えば受光量の変化速度）を求めることができる。

（８）請求項８の発明は、更に、送信部から送信信号を出力するとともに、前記送信信号の反射信号を受信部で受信し、前記反射信号に基づいて検出対象の状態を検出する能動型非接触型検出部を備え、前記動作検出手段により、前記手の動作を検出した場合には、前記能動型非接触部を作動させることを特徴とする。

上述した様に、受光部で受光した光から（即ちパッシブな動作により）、おおよその手の動作を求めることができるが、本発明では、手の動作を検出した場合には、赤外線等を照射するアクティブな動作により、手の位置等を一層正確に検出するものである。

これにより、常時赤外線等を照射する装置に比べて、必要がある場合のみ赤外線等を照射すればよいので、赤外線等の照射装置の寿命を伸ばすことができるという顕著な効果を奏する。

（９）請求項９の発明は、前記受信部が前記受光部の機能を兼ねる構成であることを特徴とする。
本発明では、受信部と受光部とが、例えば同一の受光素子等で構成されている。これにより装置構成を簡易化できるという利点がある。

（１０）請求項１０の発明は、前記送信信号が赤外線によるものであることを特徴とする。
本発明は、送信信号として赤外線を利用することを例示したものである。

（１１）請求項１１の発明（制御装置）は、前記請求項１〜１０のいずれかに記載の非接触型検出装置の検出結果に基づいて、制御対象の制御を行うことを特徴とする。
本発明では、上述した非接触型検出装置の検出結果に基づいて、制御対象の制御を行うので、容易に且つ確実に各種の制御を行うことができる。

尚、制御対象としては、車室内に配置された機器を採用できる。この車室内に配置された機器としては、室内ランプ（ドームランプ）、エアコン、ラジオ等が挙げられる。

次に、本発明の最良の形態の例（実施例）について説明する。

ａ）まず、本実施例の非接触型検出装置を搭載した車両のシステム構成について説明する。尚、非接触型検出装置には制御装置が内蔵されている。
図１に示す様に、本実施例の非接触型検出装置１は、車両の搭乗者（例えば運転者）の手の動きを検出して、例えばドームランプ３の点灯状態を制御するものであり、車室の天井には、例えば車両外からの光（外光や外乱光：以下外光と記す）や、赤外線（赤外光）の反射光などの光を受光する受光部（受信部）５と、赤外線を照射する送信部７とが配置されている。

尚、本実施例では、外光を受ける受光部と赤外線の反射光を受ける受信部とが共通であるので、以下では受信部５と記す。
前記受信部５は、外光や赤外線の反射光を受光すると、その受光量（輝度）に応じて信号を発生する受光素子（フォトセンサ）であり、その検出領域Ｋは、受光部５から運転者に向う指向性を示すように一方向に伸びている。

つまり、検出領域Ｋは、略柱状であり、レンズを用いて、指向性の方向に沿って、ほぼ手のひらの面積程度の断面積（指向性の方向と垂直の断面積）を有するように設定されている。尚、検出領域Ｋは、例えば長さ３０ｃｍ×直径１０ｃｍ程度の範囲に設定することができる。

この受信部５は、図２に示す様に、抵抗１１と直列に接続されており、受信部５にて外光等を受光するとその受光量に対応した信号を出力する。この信号は、入力回路１３を介してＣＰＵ１５に入力される。

また、前記送信部７は、赤外線を発生する発光素子（赤外線発光ダイオード）であり、本実施例の非接触型検出装置１では、送信部７から周囲に照射した反射光を前記受信部５にて受信することにより、検出対象である手の位置などを、能動的に検出することができる。

前記送信部７は、抵抗１６とスイッチング素子１７とに直列に接続されており、スイッチング素子１７は、ＣＰＵ１５によってその動作を制御されて、送信部７に流れる電流を調節するようになっている。

つまり、この送信部７は、流れる電流の大きさに応じて赤外線の出力（従って輝度）が変化するものであり、送信部７に流す電流を制御することにより、赤外線の輝度を調節することができる。尚、他の条件が同じであれば、赤外線の出力が大きくなると、受信部５にて受光する光の受光量が大きくなる。

前記ＣＰＵ１５は、周知のデジタル演算を行う電子制御装置であり、このＣＰＵ１５の演算結果に基づいて、例えばドームランプ１の点灯など制御を行うことができる。
ｂ）次に、本実施例によって手の動作を検出する手法を説明する。

・図３に示す様に、受信部５に入力する光量（受光量）は、人の動作や車両の動作や周囲の状況により変化するが、その受光量の変化と人の動作や車両の動作や周囲の状況との間には一定の関係がある。

つまり、通常は、車外から車室内に外光が入るが、例えば車両が高速で移動する場合には、その外光は車両の周囲の構造物や自然物などの影響で、かなり速い速度で変化する。具体的には、車速にもよるが、通常は、受光量の変化を示す周波数は一定以上の高いものとなる。従って、受光量の変化を示す周波数が所定値より高い場合には、その変化は、車の走行に伴うものと判断することができる。

また、人の手が受信部５の近く（即ち検出領域Ｋ）を移動する際には、外光が手に当たって受信部５に入力する光量が変化する。この変化の速度は、人体の手の移動速度に対応したものであり、その手の移動速度は生体であるが故に一定の制限（範囲）がある。従って、受光量の変化の速度が、手の移動速度に対応したものである場合には、その変化は、手の移動に伴うものと判断することができる。

更に、車両が止まっている場合でも、太陽の移動等の日照変化（特に太陽の日変化）によって、受信部５にて受光する光量は変化するが、その受光量の変化はかなりゆっくりである。従って、受光量の変化速度が、実験等により定めた値より小さい場合には、その変化は、日照変化によるものと判断することができる。

つまり、本実施例では、上述した手法によって、受信部５における受光量の変化から、手の動きを検出することができる。
・また、本実施例では、所定のサンプリング周期（例えば１００ｍｓ）毎に、受信部５から出力される信号をＣＰＵ１５に取り込んで、光量の変化を検出する。例えばある期間Δｔにおいて、光量がΔＬ増加した場合には、その増加の程度を受光した受光量の変化速度（ΔＬ／Δｔ）として求めることができる。

・特に本実施例では、例えば手がドームランプ３に近づいて一旦停止した状態を、運転者がドームランプ１の点灯を行うための動作であると判断している。
そして、この判断は、受動的なセンサ信号に基づく処理であるので、このパッシブな処理により手の移動の動作とその後の手の停止の動作を検出した場合には、送信部７から赤外線を照射して、より正確に手の位置を検出するための制御を行っている。

ｃ）次に、本実施例の制御の手順を具体的に説明する。
本実施例では、イグニッションキーがオンとなると、非接触型検出装置１が作動し、受信部５にて外光などの受光が可能になる。

図４のフローチャートに示す様に、まず、ステップ１００では、受信部５における受光レベル（受光量）を確認する。これにより、受信部５等が正常に作動しているかどうかをチェックすることができる。

続くステップ１１０では、受信部５にて受光した光の光量（受光量）の変化を確認する。具体的には、受光量の変化が、手の移動による変化であるか、車両の走行に伴う変化であるか、太陽の日変化による変化であるかどうかを調べる。

ここで、光量が変化する速度が低く、よって、太陽の日変化に伴う変化であると判断されると、前記ステップ１００に戻る。
また、光量が非常に短いサイクルで変化し、よって、車両の走行に伴う変化であると判断されると、同様に前記ステップ１００に戻る。

そして、光量の変化が、通常手の移動に起因すると考えられる変化の範囲内である場合には、手の移動による変化であると判断して、ステップ１２０に進む。
尚、走行中に、検知領域Ｋ内にて手を移動させた場合には、手の移動による変化に車両の移動による変化が重畳するが、車両移動による光の変化は高い周波数による変化なので、前記手の移動を検出する際には、その高い周波数分は除去して判断する。

ステップ１２０では、前記ステップ１１０にて検出した手の移動後に、所定時間手の動作が停止したかどうかを判断する。例えば所定期間以上受光量が変化しない状態が継続したかどうかを判断する。ここで肯定判断されるとステップ１３０に進み、一方否定判断されると前記ステップ１００に戻る。

ステップ１３０では、手が受信部５の検出範囲Ｋを移動して一旦停止したと判断されるので、つまり、運転者にスイッチ操作の意志があると判断されるので、より正確に手の位置を検出するために、送信部７から周囲に対して赤外線を照射する。

この赤外線の照射パターンとして、例えば図５（ａ）に示す様なパターンを採用できる。このパターンは、出力レベルが異なる３種の赤外線を１つのセットとして、各セットの赤外線を定期的に照射するものである。

続くステップ１４０では、前記ステップ１３０にて、送信部７から照射した赤外線の反射波を受信部５で受光し、その受信パターンを確認する。
この受信パターンとしては、例えば図５（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）に示すものが挙げられる。尚、図５（ｃ）、（ｄ）に示す受信パターンが得られた場合には、その受信パターンに対応する位置に手があると判断することができる。

そして、この受信パターンに応じて、例えばドームライト１の点灯を制御することができる。例えば図５（ｃ）に示す受信パターンが得られた場合には、手が車室の天井に近い所定位置まで近づいたと判断されるので、それをドームライト１を点灯させるための運転者の手の動作であると判断して、ドームライト１を点灯させるのである。

続くステップ１５０では、赤外線の照射（送信）を中止するか否かを判定する。つまり、赤外線の照射による反射光から、運転者の所定の動作（スイッチ操作の動作）を検出できたと判断された場合には、ステップ１６０に進み、一方否定判断されると前記ステップ１３０に戻る。

ステップ１６０では、運転者の動作を検出できたので、赤外線の送信を停止し、前記ステップ１００に戻る。
この様に、本実施例では、受信部５にて受光した光量の変化から、手の移動及びその後の停止状態を検出し、この手の動作を検出した場合には、赤外線を照射してより正確に手の位置を検出している。

従って、従来の様に、常時赤外線を照射して手の位置を検出する装置に比べて、赤外線を照射する機器の稼働時が少なく、よって、装置の寿命が長く耐久性に富むという顕著な効果を奏する。

また、手の動作を検出する場合には、人間工学的な見地から手の移動速度を考慮して手の動作を検出するので、誤検知を少なくすることができるという利点がある。
尚、本発明は前記実施例になんら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の態様で実施しうることはいうまでもない。

例えば前記実施例では、外乱光を受光する受光部と、赤外光を受光する受信部とを、同じ受光素子によって構成したが、それぞれ別に受光素子を用いてもよい。

実施例の非接触型検出装置の使用状態を示す説明図である。 実施例の非接触型検出装置のシステム構成を示す説明図である。 実施例の非接触型検出装置における検出原理を説明するための説明図である。 実施例の演算処理の手順を示すフローチャートである。 実施例における手の動作と信号との関係を説明する説明図である。

符号の説明

１…非接触検出装置
３…ドームランプ
５…受光部（受信部）
７…送信部
１３…入力回路
１５…ＣＰＵ

Claims (11)

1. 周囲からの光を受光し、該受光した光に対応した信号を出力する受光部を備え、前記受光部からの信号に基づいて周囲の状態を検出する非接触型検出装置において、
   前記受光部の検出範囲を、指向性を有するように所定範囲に絞った構成とし、
   前記受光部の検出範囲を手が移動した場合に、該手の移動速度に応じて変化する前記受光部にて受光する光の状態に基づいて、前記手の動作を検出する動作検出手段を備えたことを特徴とする非接触型検出装置。
2. 前記手の移動に対応して変化する前記受光部にて受光する光の状態と、該光の状態が変化した後に前記手の停止に対応した前記受光部にて受光する光の状態とに基づいて、前記手の動作を検出することを特徴とする前記請求項１に記載の非接触型検出装置。
3. 前記受光する光の状態の変化速度が、所定範囲の場合には、前記手が移動したと判断することを特徴とする前記請求項１又は２に記載の非接触型検出装置。
4. 前記受光する光の変化の状態が、所定の周波数より大きな周波数にて変化する状態である場合には、車両の移動によるものであると判断することを特徴とする前記請求項１〜３のいずれかに記載の非接触型検出装置。
5. 前記受光する光の状態の変化速度が、所定値以下の小さな場合には、太陽光の日変化によるものであると判断することを特徴とする前記請求項１〜４のいずれかに記載の非接触型検出装置。
6. 前記受光する光の状態の変化とは、前記受光部における受光量の時間的変化であることを特徴とする前記請求項１〜５のいずれかに記載の非接触型検出装置。
7. 前記動作検出手段は、所定のサンプリング周期毎に得られる前記受光部からの信号に基づいて、前記手の移動を検出することを特徴とする前記請求項１〜６のいずれかに記載の非接触型検出装置。
8. 更に、送信部から送信信号を出力するとともに、前記送信信号の反射信号を受信部で受信し、前記反射信号に基づいて検出対象の状態を検出する能動型非接触型検出部を備え、
   前記動作検出手段により、前記手の動作を検出した場合には、前記能動型非接触部を作動させることを特徴とする前記請求項１〜７のいずれかに記載の非接触型検出装置。
9. 前記受信部が前記受光部の機能を兼ねる構成であることを特徴とする前記請求項８に記載の非接触型検出装置。
10. 前記送信信号が赤外線によるものであることを特徴とする前記請求項８又は９に記載の非接触型検出装置。
11. 前記請求項１〜１０のいずれかに記載の非接触型検出装置の検出結果に基づいて、制御対象の制御を行うことを特徴とする制御装置。

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