JP2590359Y2 - 物体検出装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本考案は、投光素子に投光動作を
行なわせると共に、受光素子により検出エリア内の物体
からの反射光を受けて物体の存在を検出するようにした
物体検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】この種の装置としては、検出エリアに向
けてＬＥＤなどの投光素子から光を照射し、検出エリア
内に人等の物体が存在するときにその反射光を受光素子
により検出し、検出エリア内の物体の存在の有無を検出
するようにしたものである。これは、例えば、自動ドア
や公衆トイレの自動水洗装置のように、検出エリア内に
侵入した人体を検出してドアや水洗装置を動作させる装
置に適用されるものである。

【０００３】この場合に、例えば、自動水洗装置におい
ては、人体が検出エリア内に存在するのを検出すると共
に、その後、人体が検出エリア内から退去したことを検
出して水洗装置を駆動する必要がある。このとき、人体
の検出状態を安定にするために、従来では、人体による
反射光を受光素子により受けて検出エリア内の人体を検
出すると、受光素子側の増幅回路などにいおて受光感度
を上昇させるように切り換えてその検出状態を保持する
ヒステリシス特性を持たせることが行われている。

【０００４】つまり、非検出状態から人体の検出状態に
移行すると、受光側において増幅回路の受光感度が上昇
されることにより、その人体が初めの検出エリアから多
少遠ざかっても、そのときの反射光を受光して検出状態
に保持することができ、安定な検出状態を保持すること
ができるようになるのである。そして、検出エリア内か
ら人体が大きく遠ざかったときに、反射光の強度が低下
して受光素子による検出電流が小さくなって非検出状態
となる。この時点で、人体が装置から遠ざかったことを
検出して水洗装置を駆動して水を流すのである。

【０００５】

【考案が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
ように、受光側における感度調整を行う構成のものにお
いては、その受光回路の構成が複雑になるため、受光回
路を構成する既製のＩＣをそのまま使用できない等の点
でコストが高くつく不具合があった。そこで、投光側に
おいて投光素子への通電電流を変化させることにより、
既製の受光用のＩＣを用いて上述と同様にヒステリシス
特性を持たせることが考えられている。すなわち、例え
ば投光素子への通電回路に対して切り換え接続可能な抵
抗器の接続回路を設け、非検出状態における投光素子へ
の通電電流に対して、人体を検出した時点で、通電回路
に並列に抵抗器を接続して投光素子への通電電流を増加
させ、もってヒステリシス特性を持たせて安定な検出状
態を保持しようとするものである。

【０００６】ところが、通常、通電回路には検出距離を
調整設定するために可変抵抗器が配設されており、この
可変抵抗器の設定可能な抵抗値の上限から下限までの広
い抵抗値の範囲に渡ってヒステリシス特性を持たせる必
要があるため、上述のように通電回路に対して単純に抵
抗器の切り換え接続を行う構成とした場合には、次のよ
うな不具合がある。

【０００７】すなわち、例えば、人体の検出時に一定の
抵抗値を有するヒステリシス用抵抗器を通電回路に並列
に接続する構成とした場合に、可変抵抗器の設定抵抗値
よってヒステリシス特性が大きくずれてしまうことがあ
る。つまり、ヒステリシス用抵抗器の抵抗値を、可変抵
抗器の設定抵抗値が中間レベルにあるときに適切なヒス
テリシス特性が得られるように設定したときに、可変抵
抗器の設定抵抗値を低く設定した場合にはヒステリシス
用抵抗器の抵抗値が高過ぎてヒステリシス特性の変化幅
が狭過ぎるようになり、一方、可変抵抗器の設定抵抗値
を高く設定した場合にはヒステリシス用抵抗器の抵抗値
が低過ぎてヒステリシス特性の変化幅が大きくなり過ぎ
てしまうのである。

【０００８】これにより、例えば、可変抵抗器の設定抵
抗値が中間レベルでヒステリシス変化幅が１０％程度と
なるようにヒステリシス用抵抗器の抵抗値を設定した場
合に、可変抵抗器の設定抵抗値を低くしたときには、人
体検出時に投光素子による投光量の増加量が少なく、安
定な検出状態が得られなくなり、一方、可変抵抗器の設
定抵抗値を高くしたときには、人体検出時に投光素子に
よる投光量の増加量が大きくなり過ぎて検出エリアから
人が居なくなった状態でも、壁等の背景からの反射光を
検出してしまって人体の非検出状態に切り換わらない事
態が生ずる虞があり、適切な検出状態を実現することが
できない不具合がある。

【０００９】本考案は、上記事情に鑑みてなされたもの
で、その目的は、物体の非検出時と検出時とで投光素子
への通電電流を変化させることによりヒステリシス特性
を持たせるようにした構成を、投光量調節用の可変抵抗
器の設定抵抗値の全領域に渡って常に適切なヒステリシ
ス変化幅を持たせることができるようにした物体検出装
置を提供するにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本考案は、投光素子に投
光動作を行なわせると共に、受光素子により検出エリア
内の物体からの反射光を受けて物体の存在を検出するよ
うにした物体検出装置を対象とするものであり、可変抵
抗器とその可変抵抗器の最大抵抗値よりも小さい抵抗値
を有する固定抵抗器とを直列に接続した通電回路と、前
記可変抵抗器の最大抵抗値よりも大きい抵抗値を有する
第１の抵抗素子を前記通電回路に並列に接続可能な第１
の抵抗接続回路と、前記可変抵抗器の最大抵抗値よりも
小さく前記固定抵抗器の抵抗値よりも大きい抵抗値を有
する第２の抵抗素子を前記通電回路の固定抵抗器に並列
に接続可能な第２の抵抗接続回路と、前記投光素子に対
して、物体の非検出時には前記通電回路を介した状態で
通電して投光動作を行なわせ、物体の検出時には前記第
１および第２の抵抗接続回路を前記通電回路に接続した
状態で通電して投光動作を行なわせる通電制御回路とを
設けて構成したところに特徴を有する。

【００１１】

【作用】本考案の物体検出装置によれば、通電制御回路
は、物体の非検出時においては通電回路を介して投光素
子に通電して投光動作を行わせており、このとき、通電
回路の可変抵抗器により、その通電電流を変化させて投
光量を調節することができ、これにより、受光素子によ
る反射光の受光強度を調節して受光感度を調整すること
ができる。そして、検出エリアに物体が侵入してこれに
よる反射光が受光素子に入射すると、通電制御回路は、
その受光信号に基いて検出エリア内に物体が存在するこ
とを判定し、これに伴って第１および第２の抵抗接続回
路を通電回路に接続するようになる。この状態で、投光
素子への通電は、通電回路および第１，第２の抵抗接続
回路を介して行われるようになる。このとき、投光素子
への通電経路においては、通電回路のみのときに比べて
その合成抵抗値が小さくなるので、その通電電流が大き
くなる。これにより、検出エリアへの投光量が増加され
て安定な検出状態を保持することができる。

【００１２】このとき、検出エリアの設定は、通電回路
の可変抵抗器の抵抗値を変化させることにより行うが、
可変抵抗器の抵抗値をどのように設定した場合でも、後
述するように、物体の検出時における投光素子に対する
通電電流の増加分は略一定の割合にすることができるよ
うになり、常に安定な検出状態を確保できるようになる
と共に、検出しっぱなしといった不具合も解消されるよ
うになる。

【００１３】すなわち、通電回路における可変抵抗器お
よび固定抵抗器の各抵抗値をそれぞれＶＲおよびＲｆと
し、第１および第２の抵抗素子の抵抗値をそれぞれＲｈ
１およびＲｈ２とすると、投光素子の通電電流の大きさ
はこれらの合成抵抗値Ｒで決まるので、次のように表す
ことができる。

【００１４】まず、物体の非検出時においては、通電回
路のみが投光素子に接続されているので、そのときの合
成抵抗値ＲOFF は、 ＲOFF ＝ＶＲ＋Ｒｆ …（Ａ） となる。また、物体の検出時においては、第１および第
２の抵抗接続回路が通電回路に接続された状態となるの
で、その合成抵抗値ＲONは、 ＲON ＝［ＶＲ＋（Ｒｆ//Ｒｈ２）］//Ｒｈ１ …（Ｂ） となる。ここで、「//」は並列合成抵抗を示し、例えば
Ｒａ//Ｒｂ＝１／（１／Ｒａ＋１／Ｒｂ）であるとす
る。

【００１５】そして、可変抵抗器の設定可能な抵抗値Ｖ
Ｒを最小値ＶＲmin から最大値ＶＲmax までの範囲で変
化したときに、この合成抵抗値ＲOFF およびＲONの関係
が、略一定の比率で変化するようになることを、例え
ば、各抵抗器の抵抗値を前述の条件を満たすように次の
ように設定したときについて求めてみる。

【００１６】 ０Ω≦ＶＲ≦αΩ …（Ｃ） Ｒｆ＜＜αΩ …（Ｄ） Ｒｈ１＝１０αΩ …（Ｅ） Ｒｈ２＝１０Ｒｆ …（Ｆ）

【００１７】まず、可変抵抗器の抵抗値ＶＲを最小値Ｖ
Ｒmin （＝０Ω）にして投光素子による投光量を最大に
設定した場合には、非検出時の合成抵抗値ＲOFFminは式
（Ａ）および式（Ｃ），（Ｄ）から、また、検出時の合
成抵抗値ＲONmin は式（Ｂ）および式（Ｃ）ないし
（Ｆ）から、 ＲOFFmin＝Ｒｆ …（Ｇ） ＲON min＝Ｒｆ//Ｒｈ２//Ｒｈ１ ＝〜Ｒｆ//Ｒｈ２ ＝〜０．９Ｒｆ ＝〜０．９ＲOFFmin …（Ｈ） と求めることができる。これにより、検出時における合
成抵抗値ＲONmin が非検出時の合成抵抗値ＲOFFminより
も１０％程度低下し、つまり通電電流が１０％程度上昇
して投光素子による投光量が約１割増加するようにな
る。

【００１８】次に、可変抵抗器の抵抗値ＶＲを最大値Ｖ
Ｒmax （＝αΩ）にして投光素子による投光量を最大に
設定した場合には、非検出時の合成抵抗値ＲOFFmaxは式
（Ａ）および式（Ｃ），（Ｄ）から、また、検出時の合
成抵抗値ＲONmax は式（Ｂ）および式（Ｃ）ないし
（Ｆ）から、 ＲOFFmax＝〜α …（Ｉ） ＲON max＝［α＋（Ｒｆ//１０Ｒｆ）］//１０α ＝〜α//１０α ＝〜０．９α ＝〜０．９ＲOFFmax …（Ｊ） と求めることができ、この場合においても、検出時にお
ける合成抵抗値ＲONminが非検出時の合成抵抗値ＲOFFmi
nよりも１０％程度低下し、つまり通電電流が１０％程
度上昇して投光素子による投光量が約１割増加するよう
になる。

【００１９】したがって、可変抵抗器の設定可能な抵抗
値ＶＲの最小値ＶＲmin から最大値ＶＲmax の範囲に渡
って式（Ｈ）および式（Ｊ）に示す関係が得られるよう
になる。

【００２０】

【実施例】以下、本考案を公衆トイレなどにおける男子
小便用の自動水洗装置に設けられる人体センサに適用し
た場合の第１の実施例について図１ないし図４を参照し
て説明する。図２は装置の全体構成を示すもので、壁面
１には小便器２が取り付けられ、この小便器２の上部に
は壁１の内方部側からメインバルブ３を介して配管され
た給水パイプ４が接続されている。メインバルブ３はパ
イロットバルブ５により給水の制御がなされるもので、
そのパイロットバルブ５は自動水洗装置６により電気的
に駆動されるようになっている。

【００２１】さて、自動水洗装置６は、小便器２の上部
の壁面１に埋込むように配設されているもので、小便器
２に近付いた人を検知してその人が遠ざかったことを検
出してパイロットバルブ５を駆動してメインバルブ３に
よる給水を制御するもので、その電気的構成は図３に示
すようになっている。すなわち、図３において、交流電
源端子Ｖａｃ，Ｖａｃ間には交流電源が供給されるよう
になっており、トランス７を介して整流回路８にて整流
すると共に定電圧回路９にて所定の直流電圧に変換して
直流電源端子Ｖｄｃに与えるようになっている。

【００２２】制御回路１０は、直流電源端子Ｖｄｃから
給電されるもので、投光回路１１，ヒステリシス回路１
２が接続されると共に、受光回路１３が接続され、上述
の小便器２の前方に向けて投光回路１１により赤外線を
投光させると共に、人体等からの反射光を受光回路１３
により受光しその受光信号を入力するようになってい
る。また、制御回路１０には、電源投入時にリセット動
作を行う初期化回路１４が接続されると共に、クロック
信号を与える発振回路１５が接続されている。そして、
制御回路１０には、水洗時間等の設定を切り換えるため
の設定スイッチ１６が接続されると共に、パイロットバ
ルブ５を駆動させるための駆動回路１７が接続されてい
る。

【００２３】さて、投光回路１１およびヒステリシス回
路１２の部分を具体的に示した図１において、投光回路
１１は、直流電源端子Ｖｄｃからｐｎｐ形トランジスタ
１８，投光素子としてのＬＥＤ１９，可変抵抗器２０お
よび固定抵抗器２１を介してアースされる構成としたＬ
ＥＤ１９への通電回路からなっており、トランジスタ１
８のベースには抵抗２２を介して制御回路１０から制御
信号が与えられる。

【００２４】ヒステリシス回路１２は、第１および第２
の抵抗接続回路としての機能を有するもので、第１の抵
抗素子２３，第２の抵抗素子２４およびｎｐｎ形のトラ
ンジスタ２５からなる。そして、ＬＥＤ１９および可変
抵抗器２０の共通接続点は、図示極性のダイオード２
６，第１の抵抗素子２３およびトランジスタ２５を介し
てアースされ、可変抵抗器２０および固定抵抗器２１の
共通接続点は第２の抵抗素子２４およびトランジスタ２
５を介してアースされている。トランジスタ２５のベー
スには抵抗２７を介して制御回路１０から制御信号が与
えられるようになっている。

【００２５】次に、本実施例の作用について図４をも参
照して説明する。自動水洗装置６は、交流電源端子Ｖａ
ｃから交流が給電されると、トランス７，整流回路８お
よび定電圧回路９を介して直流電源端子Ｖｄｃに所定の
直流電源を供給するようになる。このとき、制御回路１
０は、初期化回路１４によりパワーオンリセットがかけ
られた後に直流電源端子Ｖｄｃから給電されると、検出
動作を開始するようになる。

【００２６】制御回路１０は、まず、投光回路１１に投
光信号を与えてトランジスタ１８のオンオフ制御を行
い、ＬＥＤ１９への通断電を制御するようになる。する
と、ＬＥＤ１９は、直流電源端子Ｖｄｃからトランジス
タ１８，ＬＥＤ１９，可変抵抗器２０および固定抵抗器
２１を介して所定の電流が通電されるようになり、赤外
線を出力するようになる。この場合、ＬＥＤ１９には断
続通電されるので、赤外線は断続するパルス光として検
出エリアに向けて出力される。

【００２７】そして、検出エリア内に人体が侵入する
と、その人体により反射された赤外線が受光回路１３の
受光素子に入射するようになり、制御回路１０は受光回
路１３からの受光信号により検出エリア内に人体が存在
することを検出する。この後、制御回路１０は、トラン
ジスタ２５に制御信号を出力してオンさせ、ヒステリシ
ス回路１２を通電回路１１に接続するようになる。これ
により、ＬＥＤ１９への通電電流が後述のように１０％
程度上昇されるようになり、投光量が増加されるように
なる。この状態では、最初に人体を検出したときよりも
受光素子に入射する反射光の強度が強くなって制御回路
１０は安定した検出状態を保持することができるように
なる。

【００２８】この後、小便器１で用を足した人体が検出
エリアから遠ざかると、受光素子に入射する人体からの
反射された赤外線の強度が低下し、最初に人体を検出し
たときよりも遠くに離れた位置に達したときに、制御回
路１０は人体が存在しなくなったことを検出するように
なる。これにより、制御回路１０は駆動回路１７に駆動
信号を出力してパイロットバルブ５を駆動させるように
なり、メインバルブ３を所定時間だけ開状態にして小便
器２にパイプ４を介して水を流し、もって水洗動作を行
うようになる。

【００２９】さて、次に上記動作におけるヒステリシス
回路１２の接続によるＬＥＤ１９への通電電流の変化に
ついて詳述する。物体の非検出時および検出時において
は、それぞれＬＥＤ１９への通電経路には前述の式
（Ａ）および（Ｂ）に示した合成抵抗値ＲOFF およびＲ
ONの抵抗成分が介在されることになる。ＬＥＤ１９への
通電電流を最大にしてその投光量を最大に設定する（感
度Ｓ＝Ｓmax ）場合には、可変抵抗器２０の設定抵抗値
ＶＲを最小値ＶＲmin に設定するので、それぞれの合成
抵抗値ＲOFFminおよびＲONminは、前述の式（Ｇ）およ
び（Ｈ）から、 ＲOFFmin＝Ｒｆ，ＲONmin ＝〜０．９ＲOFFmin である。

【００３０】また、ＬＥＤ１９への通電電流を最小にし
てその投光量を最小に設定する（感度Ｓ＝Ｓmin ）場合
には、可変抵抗器２０の設定抵抗値ＶＲを最大値ＶＲma
x に設定するので、それぞれの合成抵抗値ＲOFFmaxおよ
びＲONmax は、前述の式（Ｉ）および（Ｊ）から、 ＲOFFmax＝〜α，ＲONmax ＝〜０．９ＲOFFmax

【００３１】したがって、非検出状態から検出状態に切
り換わると、可変抵抗器２０の設定抵抗値ＶＲの値によ
らず、ＬＥＤ１９の投光量は略１０％増加するようにな
り（図４（ａ），（ｂ）参照）、安定な検出状態を保持
できると共に、検出しっぱなしといった不具合の発生も
なくなるのである。

【００３２】このような本実施例によれば、制御回路１
０により、人体を検出したときにはヒステリシス回路１
２を投光回路１１に接続してＬＥＤ１９の投光量を増加
させるようにし、しかも、そのときの増加される投光量
を可変抵抗器２０の設定抵抗値ＶＲの値にかかわらず略
一定割合（１０％程度）となるようにしたので、人体の
検出時には安定した検出状態を保持できると共に、人体
が検出エリアから遠ざかったときには確実に非検出状態
となるようにすることができる。

【００３３】なお、上記実施例においては、本考案を自
動水洗装置に適用した場合について説明したが、これに
限らず、自動ドアなどの投光素子により検出エリアに投
光して人体や物体等を検出する物体検出装置全般に適用
できるものである。

【００３４】図５は本考案の第２の実施例を示すもの
で、第１の実施例と異なる部分は、ヒステリシス回路１
２に代えてヒステリシス回路２８を設けたところであ
る。すなわち、ヒステリシス回路２８は第１の抵抗接続
回路２９および第２の抵抗接続回路３０からなる。第１
の抵抗接続回路２９において、第１の抵抗素子２３はｎ
ｐｎ形トランジスタ３１を介してアースされ、そのトラ
ンジスタ３１のベースは抵抗３２を介して制御回路１０
の出力端子に接続されている。第２の抵抗接続回路３０
において、第２の抵抗素子２４は、その一端子が可変抵
抗器２０と固定抵抗器２１との共通接続点に接続され、
他端子がｎｐｎ形トランジスタ３３を介してアースさ
れ、そのトランジスタ３３のベースは抵抗３４を介して
制御回路１０の出力端子に接続されている。

【００３５】そして、制御回路１０は、物体を検出する
と、トランジスタ３１および３３を同時にオンさせるよ
うになっており、したがって、このような第２の実施例
においても、第１の実施例と同様の作用効果を得ること
ができるものである。

【００３６】

【考案の効果】以上説明したように、本考案の物体検出
装置によれば、通電制御回路により、物体の非検出時に
は通電回路を介した状態で投光素子に通電して投光動作
を行なわせ、物体の検出時には第１および第２の抵抗接
続回路を通電回路に接続した状態で投光素子に通電して
投光動作を行なわせるように構成したので、通電回路の
可変抵抗器の抵抗値の設定状態に拘らず、投光素子への
通電電流を、物体の非検出時に対して物体の検出時に常
に一定の割合で増加させることができるようになり、安
定な物体の検出状態を保持できると共に、物体が検出エ
リアから遠ざかったときに確実に非検出状態にすること
ができるという優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の第１の実施例を示す投光回路の具体的
な電気的構成図

【図２】自動水洗装置の縦断側面図

【図３】人体センサの概略的な電気的構成図

【図４】投光量の変化を説明する作用説明図

【図５】本考案の第２の実施例を示す図１相当図

【符号の説明】

２は小便器、３はメインバルブ、５はパイロットバル
ブ、６は自動水洗装置（物体検出装置）、１０は制御回
路（通電制御回路）、１１は投光回路（通電回路）、１
２はヒステリシス回路（第１および第２の抵抗接続回
路）、１３は受光回路、１７は駆動回路、１８はｐｎｐ
形トランジスタ、１９はＬＥＤ（投光素子）、２０は可
変抵抗器、２１は固定抵抗器、２３は第１の抵抗素子、
２４は第２の抵抗素子、２５はｎｐｎ形トランジスタ、
２８はヒステリシス回路、２９は第１の抵抗接続回路、
３０は第２の抵抗接続回路、３１，３３はｎｐｎ形トラ
ンジスタである。

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G01V 8/12 E03C 1/05 G01J 1/42 G02B 7/32

Claims (1)

(57)【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 投光素子に投光動作を行なわせると共
   に、受光素子により検出エリア内の物体からの反射光を
   受けて物体の存在を検出するようにした物体検出装置に
   おいて、 可変抵抗器とその可変抵抗器の最大抵抗値よりも小さい
   抵抗値を有する固定抵抗器とを直列に接続した通電回路
   と、 前記可変抵抗器の最大抵抗値よりも大きい抵抗値を有す
   る第１の抵抗素子を前記通電回路に並列に接続可能な第
   １の抵抗接続回路と、 前記可変抵抗器の最大抵抗値よりも小さく前記固定抵抗
   器の抵抗値よりも大きい抵抗値を有する第２の抵抗素子
   を前記通電回路の固定抵抗器に並列に接続可能な第２の
   抵抗接続回路と、 前記投光素子に対して、物体の非検出時には前記通電回
   路を介した状態で通電して投光動作を行なわせ、物体の
   検出時には前記第１および第２の抵抗接続回路を前記通
   電回路に接続した状態で通電して投光動作を行なわせる
   通電制御回路とを具備したことを特徴とする物体検出装
   置。