JP2009222386A - 反射型センサ - Google Patents

Abstract

【課題】素子の数を増やすことなく、不検知地帯を減少させて信頼性を高める。
【解決手段】発光素子に光軸を中心とする中央部分２１１の発光強度が大で、半径方向の外側に行くにつれて周辺部分２１２の発光強度が漸次減衰する発光強度分布を有する赤外線発光ダイオードを用い、受光素子に光軸を中心とする中央部分３１１の受光感度が大で、半径方向の外側に行くにつれて周辺部分３１２の受光感度が漸次減衰する受光感度分布を有するフォトダイオードを用いるにあたって、各発光素子からのスポット光ＳＰを監視エリアＡ上で一列に並ぶようにほぼ隣接して照射し、監視エリアＡ上において、各発光素子の光軸と各受光素子の光軸とを、発光素子側の発光強度が大である部分と受光素子側の受光感度が漸次減衰する部分とが重なり合い、発光素子側の発光強度が漸次減衰する部分と受光素子側の受光感度が大である部分とが重なり合うように相対的にずらす。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば自動ドアの無目部分もしくは天井部分に取り付けられて、その出入り口近傍を監視エリアとする赤外線を利用した反射型センサに関し、さらに詳しく言えば、上記監視エリア上にて、物体（人）を検出する感度のばらつきを無くすための技術に関するものである。

自動ドアセンサを例にして説明すると、自動ドアセンサには、超音波式、重量を検知する踏圧マット式および光学式（反射型）などがあり、それぞれ一長一短であるが、監視エリアを明確に設定し得ること、また、製品価格が比較的安価であることから、赤外線を用いた反射型センサが一般的に多く採用されている。

図３に示すように、赤外線を用いた自動ドア用反射型センサ１は、通常、発光素子として赤外線発光ダイオード２１を用いた発光部２０と、受光素子としてフォトダイオード３１を用いた受光部３０とを備えている。

発光部２０と受光部３０は、例えば無目部分に取り付けられる筐体１０内に並置されており、筐体１０内には、発光部２０および受光部３０のそれぞれに対するレンズ系２２，３２が配置されている。

この種の自動ドア用反射型センサ１では、赤外線発光ダイオード２１から発光側レンズ系２２を介してドア近傍の監視エリア（床面）Ａに向けて赤外線のスポット光ＳＰを照射し、その反射光を受光側レンズ系３２を介してフォトダイオード３１より受光している。

この例のように、各レンズ系２２，３２に単眼レンズを用いる場合、赤外線発光ダイオード２１とフォトダイオード３１は同数であり、この例では、発光部２０側，受光部３０側ともに４素子（赤外線発光ダイオード２１ａ〜２１ｄ，フォトダイオード３１ａ〜３１ｄ）としている。

赤外線発光ダイオード２１ａ〜２１ｄとフォトダイオード３１ａ〜３１ｄは、筐体１０内の回路基板１１に横一列（図４で左右方向）に等間隔で実装されており、これにより、監視エリアＡ上に赤外線発光ダイオード２１ａ〜２１ｄによる４つの赤外線のスポット光ＳＰが一列状態で照射される。

これに対して、フォトダイオード３１ａ〜３１ｄは、その各光軸３３が監視エリアＡ上で赤外線発光ダイオード２１ａ〜２１ｄの各光軸２３と一致するように配置される。これにより、発光部２０側のスポット光ＳＰと受光部３０側の鎖線図示のスポット光受光領域ＲＰとが重なり合い、２１ａと３１ａ，２１ｂと３１ｂ，２１ｃと３１ｃおよび２１ｄと３１ｄとがペアとなり、それぞれ監視エリアＡを介して光りの授受が行われる。

監視エリアＡ内に物体（人や小動物、その他に荷車などが含まれるが、以下の説明では「人」を想定する。）がいる場合といない場合とで、各フォトダイオード３１の受光量が変化するため、その変化量を制御部に伝達しドアエンジン（ともに図示しない）を駆動してドアの開閉を制御している。

図３の例では、説明の便宜上、スポット光ＳＰの一列分のみを示すが、実際の監視エリアには、例えば特許文献１に記載されているように、多くのスポット光ＳＰがマトリクス状に照射され、監視エリアからスポット光単位での画素的な情報を得て、自動ドアに対する人の接近・離反方向を判断したり、各種のノイズによる誤動作を防止するようにしている。

ところで、この種の自動ドア用反射型センサ１に用いられる赤外線発光ダイオード２１（２１ａ〜２１ｄ）は、図４（ａ）に示すように、光軸２３を中心とする中央部分（図中、梨地模様としている部分）２１１の発光強度が大で、半径方向の外側に行くにつれて周辺部分２１２の発光強度が漸次減衰する発光強度分布を有している。

したがって、監視エリアＡ上に照射されるスポット光ＳＰにも、上記の発光強度分布に対応して、赤外線照射パワーの強い中央部分と、赤外線照射パワーの弱い周辺部分とができる。

また同様に、フォトダイオード３１（３１ａ〜３１ｄ）も、図４（ｂ）に示すように、光軸３３を中心とする中央部分（図中、梨地模様としている部分）３１１の受光感度が大で、半径方向の外側に行くにつれて周辺部分３１２の受光感度が漸次減衰する受光感度分布を有している。

スポット光ＳＰの間隔が広いと、その間が不検知地帯となり信頼性が低下するため、従来では、例えば回路基板１１上で赤外線発光ダイオード２１およびフォトダイオード３１の各配置間隔を狭めて、図５（ａ）に示すように、各スポット光ＳＰをできるだけ近づけるようにしている。

しかしながら、このようにスポット光ＳＰを近づけたとしても、上記したように、各スポット光ＳＰ内には、赤外線発光ダイオード２１の中央部分２１１に対応する赤外線照射パワーの強い中央部分と、周辺部分２１２に対応する赤外線照射パワーの弱い周辺部分が存在し、また、フォトダイオード３１も、中央部分３１１での受光感度が大で、その周辺部分３１２での受光感度が低い。

これにより、図５（ｂ）に示すように、赤外線発光ダイオード２１における赤外線照射パワーの強い中央部分２１１と、フォトダイオード３１における受光感度が大である中央部分３１１とが重なるとともに、赤外線発光ダイオード２１における赤外線照射パワーの弱い周辺部分２１２と、フォトダイオード３１における受光感度が低い周辺部分３１２とが重なることになる。なお、図５（ｂ）は、図５（ａ）のＩＩ−ＩＩ線に沿った監視エリアＡにおける感度分布状態を示している。

図５（ｂ）において、ドアを開閉する閾値レベルＬは、監視エリアＡ内に人がいない場合の受光レベルよりも高い値に設定される。

したがって、赤外線照射パワーの強い中央部分２１１と受光感度が大である中央部分３１１とが重なる部分においては、検出感度が高く人が確実に検知されることになるが、赤外線照射パワーの弱い周辺部分２１２と受光感度が低い周辺部分３１２とが重なる部分では、検出感度が低いため人が検知されない不検知地帯になることがある。

この点を解決するため、従来では、発光および受光の各素子数を増やし、かつ、それらを密に配置するようにしているが、これにはコストアップが伴うため、好ましい解決策ではない。また、発光および受光の各素子を密に配置するにしても、物理的な制約から完全に密に配置することは困難である。

特開２００７−２７１５３７号公報

したがって、本発明の課題は、所定の床面を監視エリアとする赤外線を用いた反射型センサにおいて、素子の数を増やすことなく、不検知地帯を減少させて信頼性を高めることにある。

上記課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、所定の床面を監視エリアとして、上記床面の上方から上記監視エリアに向けて赤外線のスポット光を照射する複数の発光素子を有する発光部と、上記発光部と並置され、上記監視エリアから反射される赤外線を受光する複数の受光素子を有する受光部と、内部に上記発光部と上記受光部とが収納され、上記発光部と上記受光部のそれぞれに対してのレンズ系が設けられている筐体とを備え、上記発光素子として、光軸を中心とする中央部分の発光強度が大で、半径方向の外側に行くにつれて周辺部分の発光強度が漸次減衰する発光強度分布を有する赤外線発光ダイオードが用いられ、上記受光素子として、光軸を中心とする中央部分の受光感度が大で、半径方向の外側に行くにつれて周辺部分の受光感度が漸次減衰する受光感度分布を有するフォトダイオードが用いられている反射型センサにおいて、上記各発光素子からの上記スポット光が上記監視エリア上で一列に並ぶようにほぼ隣接して照射され、上記監視エリア上において、上記各発光素子の各光軸と上記各受光素子の各光軸とが、上記発光素子側の発光強度が大である部分と上記受光素子側の受光感度が漸次減衰する部分とが重なり合い、上記発光素子側の発光強度が漸次減衰する部分と上記受光素子側の受光感度が大である部分とが重なり合うように相対的にずらされていることを特徴としている。

請求項２に記載の発明は、請求項１において、上記監視エリア上において、上記各発光素子の光軸と上記各受光素子の光軸とが、上記監視エリア上における上記スポット光のほぼ半径相当分相対的にずらされていることを特徴としている。

請求項３に記載の発明は、請求項１または２において、上記筐体には、上記受光部に対するレンズ系もしくは上記発光部に対するレンズ系の少なくとも一方を上記監視エリアとほぼ平行な方向に移動させるレンズ操作部が設けられていることを特徴としている。

請求項１に記載の発明によれば、反射型センサにおいて、発光素子として光軸を中心とする中央部分の発光強度が大で、半径方向の外側に行くにつれて周辺部分の発光強度が漸次減衰する発光強度分布を有する赤外線発光ダイオードを用い、受光素子として光軸を中心とする中央部分の受光感度が大で、半径方向の外側に行くにつれて周辺部分の受光感度が漸次減衰する受光感度分布を有するフォトダイオードを用いるにあたって、各発光素子からのスポット光を監視エリア上で一列に並ぶようにほぼ隣接して照射し、監視エリア上において、各発光素子の光軸と各受光素子の光軸とを、発光素子側の発光強度が大である部分と受光素子側の受光感度が漸次減衰する部分とが重なり合い、発光素子側の発光強度が漸次減衰する部分と受光素子側の受光感度が大である部分とが重なり合うように相対的にずらすようにしたことにより、それぞれの素子の弱い部分が対となる素子の強い部分で補われるため、監視エリアの感度のばらつきが押さえられ、素子の数を増やすことなく、不検知地帯を減少させて信頼性を高めることが可能となる。

請求項２に記載の発明によれば、監視エリア上において、各発光素子の光軸と各受光素子の光軸とを、監視エリア上におけるスポット光のほぼ半径相当分相対的にずらすことにより、感度の強い部分が帯び状に連なり、監視エリア全体の感度がより均一化されるため、請求項１の効果をより高めることができる。

請求項３に記載の発明によれば、筐体に受光部に対するレンズ系もしくは発光部に対するレンズ系の少なくとも一方を監視エリアとほぼ平行な方向に移動させるレンズ操作部を設けることにより、光軸の位置調整を容易に行うことができる。

次に図１および図２により、本発明の実施形態について説明する。図１は本発明の実施形態に係る反射型センサの構成を示す模式図、図２（ａ）は監視エリア上における赤外線の照射スポット光と受光側のスポット光受光領域との関係を示す模式図、図２（ｂ）は図２（ａ）のＩ−Ｉ線に沿った部分における受光感度を示す説明図である。

なお、本発明の反射型センサは、自動ドアの開閉制御用のほかに、例えば特定の建物，部屋もしくは場所に対する入退出者（物体）の検知やその人数を計数する場合などにも用いることができるが、以下に説明する実施形態では、いずれも用途を自動ドアの開閉制御用としている。また、この実施形態の説明において、先の図３，図４で説明した上記従来例と同一の構成要素には同じ参照符号を用いる。

図１に示すように、本発明における反射型センサ１Ａにおいても、発光素子として赤外線発光ダイオード２１を用いた発光部２０と、受光素子としてフォトダイオード３１を用いた受光部３０とを備えている。

発光部２０と受光部３０はともに、筐体（レンズボックスとも呼ばれる）１０内にて並置されており、筐体１０内には、受光部２０，発光部３０のそれぞれに対するレンズ系２２，３２が配置されている。自動ドア用の場合、通常、筐体１０は自動ドアの上部に構築されている無目部分に取り付けられるが、天井に取り付けられてもよい。

この実施形態において、レンズ系２２，３２には単眼レンズが用いられており、発光部２０および受光部３０ともに４素子（赤外線発光ダイオード２１ａ〜２１ｄ，フォトダイオード３１ａ〜３１ｄ）としている。

赤外線発光ダイオード２１ａ〜２１ｄ，フォトダイオード３１ａ〜３１ｄは、筐体１０内の回路基板１１にそれぞれ横一列に配置されているが、実際の製品では、発光部２０および受光部３０ともに多列配置とされ、監視エリアＡ上にスポット光がマトリクス状に照射される。

本発明においても、赤外線発光ダイオード２１（２１ａ〜２１ｄ）には、先の図４（ａ）で説明したように、光軸２３を中心とする中央部分（図中、梨地模様としている部分）２１１の発光強度が大で、半径方向の外側に行くにつれて周辺部分２１２の発光強度が漸次減衰する発光強度分布を有している赤外線発光ダイオードが使用される。

また、フォトダイオード３１（３１ａ〜３１ｄ）にも、先の図４（ｂ）で説明したように、光軸３３を中心とする中央部分（図中、梨地模様としている部分）３１１の受光感度が大で、半径方向の外側に行くにつれて周辺部分３１２の受光感度が漸次減衰する受光感度分布を有しているフォトダイオードが使用される。

各赤外線発光ダイオード２１から監視エリアＡに向けて赤外線のスポット光ＳＰが照射されるが、この実施形態においては、好ましくは各スポット光ＳＰが一列に並ぶようにほぼ隣接して照射される。

上記従来例では、図３および図５に示すように、受光部３０における各フォトダイオード３１の光軸３３を中心とするスポット光受光領域ＲＰを発光部２０からのスポット光ＳＰ上に同心状に重ねるようにしているが、本発明では、不検知地帯をなくすため、発光部２０より照射される各スポット光ＳＰとスポット光受光領域ＲＰは、その位置が監視エリアＡ上において相対的にずらされる。

すなわち、図２（ａ）に示すように、赤外線発光ダイオード２１側の発光強度が大である中央部分２１１と、フォトダイオード３１側の受光感度が漸次減衰する周辺部分３１２とが重なり合うとともに、赤外線発光ダイオード２１側の発光強度が漸次減衰する周辺部分２１２と、フォトダイオード３１側の受光感度が大である中央部分３１１とがそれぞれ重なり合うように、赤外線発光ダイオード２１の光軸２３とフォトダイオード３１の光軸３３とが相対的にずらされる。

図２（ｂ）に、図２（ａ）のＩ−Ｉ線に沿った監視エリアＡにおける感度分布状態を示すが、本発明では、フォトダイオード３１側の受光感度が弱い周辺部分３１２を赤外線発光ダイオード２１側の発光強度が大である中央部分２１１にて補い、また、赤外線発光ダイオード２１側の発光強度が弱い周辺部分をフォトダイオード３１側の受光感度が大である中央部分３１１にて補うようにしている。

これにより、スポット光ＳＰとスポット光受光領域ＲＰとによる監視スポット列の感度のばらつきが抑えられるため、素子数を増やすことなく、不検知地帯をなくすことができ、監視エリアＡ全体としての感度の向上がはかられる。すなわち、監視エリアＡ内のどの部分で人が検知されても、受光部３０の受光量がドアを開閉する閾値レベルＬよりも高くなり、ドアが確実に開かれる。

好ましくは、監視エリアＡ上において、各赤外線発光ダイオード２１の光軸２３と各フォトダイオード３１の光軸３３とを、監視エリアＡ上におけるスポット光ＳＰのほぼ半径相当分（半ピッチ）だけ相対的にずらすとよく、これによれば、感度の強い部分の一部分同士が互いに重なり合って帯び状に連なるため、監視エリア全体の感度をより均一化することができる。

なお、光軸２３，３３の位置調整について、レンズ系２２，３２を監視エリアＡに対してほぼ平行な方向に移動させることにより、光軸２３，３３をずらすことができる。

そこで、この実施形態では、筐体１０に、一例として、送りネジ軸機構１２ａを介して発光部２０側のレンズ系２２を移動させる第１レンズ操作部１２と、同じく送りネジ軸機構１３ａを介して受光部３０側のレンズ系３２を移動させる第２レンズ操作部１３とを設けているが、少なくとも一方の操作部があればよい。

上記実施形態では、レンズ系２２，３２に単眼レンズを用いているが、素子数削減のため、レンズ系２２，３２に複眼レンズが用いられてもよい。また、必ずしも各赤外線発光ダイオード２１から監視エリアＡに向けて照射される赤外線のスポット光ＳＰが隙間なく一列に並ぶようにほぼ隣接して照射される必要はなく、スポット光ＳＰの間に所定の隙間が存在していてもよい。

本発明の実施形態に係る反射型センサの構成を示す模式図。 （ａ）は監視エリア上における赤外線の照射スポット光と受光側のスポット光受光領域との関係を示す模式図，（ｂ）は（ａ）のＩ−Ｉ線に沿った監視エリアにおける感度分布状態を示す図。 赤外線を用いた自動ドア用反射型センサの従来例を示す模式図。 （ａ）は自動ドア用反射型センサに用いられる一般的な赤外線発光ダイオードの指向特性を示す模式図，（ｂ）は自動ドア用反射型センサに用いられる一般的なフォトダイオードの指向特性を示す模式図。 （ａ）は従来例におけるスポット光を密に配列した状態を示す模式図，（ｂ）は（ａ）のＩＩ−ＩＩ線に沿った監視エリアにおける感度分布状態を示す図。

符号の説明

１Ａ 自動ドア用反射型センサ
１０ 筐体
１１ 回路基板
１２，１３ レンズ操作部
２０ 発光部
２１（２１ａ〜２１ｄ） 赤外線発光ダイオード
２２ 発光部側レンズ系
２３ 赤外線発光ダイオードの光軸
３０ 受光部
３１（３１ａ〜３１ｄ） フォトダイオード
３３ フォトダイオードの光軸
Ａ 監視エリア
ＳＰ スポット光
ＲＰ スポット光受光領域

Claims (3)

1. 所定の床面を監視エリアとして、上記床面の上方から上記監視エリアに向けて赤外線のスポット光を照射する複数の発光素子を有する発光部と、上記発光部と並置され、上記監視エリアから反射される赤外線を受光する複数の受光素子を有する受光部と、内部に上記発光部と上記受光部とが収納され、上記発光部と上記受光部のそれぞれに対してのレンズ系が設けられている筐体とを備え、
   上記発光素子として、光軸を中心とする中央部分の発光強度が大で、半径方向の外側に行くにつれて周辺部分の発光強度が漸次減衰する発光強度分布を有する赤外線発光ダイオードが用いられ、上記受光素子として、光軸を中心とする中央部分の受光感度が大で、半径方向の外側に行くにつれて周辺部分の受光感度が漸次減衰する受光感度分布を有するフォトダイオードが用いられている反射型センサにおいて、
   上記各発光素子からの上記スポット光が上記監視エリア上で一列に並ぶようにほぼ隣接して照射され、上記監視エリア上において、上記各発光素子の各光軸と上記各受光素子の各光軸とが、上記発光素子側の発光強度が大である部分と上記受光素子側の受光感度が漸次減衰する部分とが重なり合い、上記発光素子側の発光強度が漸次減衰する部分と上記受光素子側の受光感度が大である部分とが重なり合うように相対的にずらされていることを特徴とすることを特徴とする反射型センサ。
2. 上記監視エリア上において、上記各発光素子の光軸と上記各受光素子の光軸とが、上記監視エリア上における上記スポット光のほぼ半径相当分相対的にずらされていることを特徴とすることを特徴とする請求項１に記載の反射型センサ。
3. 上記筐体には、上記受光部に対するレンズ系もしくは上記発光部に対するレンズ系の少なくとも一方を上記監視エリアとほぼ平行な方向に移動させるレンズ操作部が設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の反射型センサ。

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