JP2934007B2 - 物体検知装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、防犯警報装置や自動開閉ドアの開閉動作等
を制御するための赤外線センサに使用して好適な物体検
知装置に係り、特に物体検知のためのレベル比較を容易
に行えるばかりでなく、受光素子の故障の有無を検知で
きる自己診断機能をも備える物体検知装置に関するもの
である。

［従来の技術］ 従来、防犯警報装置における侵入者の検知あるいは自
動開閉ドアの開閉制御を行う物体検知装置においては、
検知範囲を拡大するために種々の提案がなされている。
第３図に示すものはその一例であり、発光素子31a、31b
から発光された赤外線ビームは投光用光学系33を介して
パルス変調光よりなる投光ビームとしてそれぞれ所定の
検知範囲35,36に投射されており、この各検知範囲35,36
からの反射光が、受光用光学系34を介してそれぞれ対応
する受光素子32a、32bに導かれるようになっている。

そして、各受光素子32a,32bから出力される検出信号
は、検出信号の極性が同じである場合には、第４図に示
されるように、それぞれ差動増幅器37の非反転入力及び
反転入力に入力され、減算される。そして、第４図には
図示しないが、差動増幅器37の差動出力は積分回路によ
り積分され、更に比較器により予め設定された閾値とレ
ベル比較されて侵入者の有無あるいは自動開閉ドアの開
閉の要否が判断される。

以上の構成により、検知範囲を拡大することができる
と共に、外乱光の入力等設置環境に左右されることなく
物体の検知を確実に行うことができる。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、従来の物体検知装置においては、第４
図に示す差動出力を積分して比較器により予め設定され
た閾値と比較しているので、閾値と差動出力との比較に
は非常に高い精度が要求され、比較器が高価なものとな
るという問題があった。即ち、発光素子は所定の周期の
発光駆動パルスで駆動されるが、そのデューティ比は、
省エネルギー化を向上させるために、できる限り小さく
設定されるのが通常であり、いま、例えば発光駆動パル
スのデューティ比が25％であるとすると、差動出力を積
分した出力信号のレベルは差動出力のピークレベルの1/
4となる。従って、検知範囲に物体が存在するときと存
在しないときの積分回路の出力信号のレベル差は小さく
なり、それだけ高精度な比較器が要求されることになる
のである。

また、従来の物体検知装置においては、受光素子の故
障を直ちには検知できないという問題があった。即ち、
例えば第３図において一方の受光素子32aが故障したと
する。この場合、受光素子32aからは検出出力は得られ
なくなり、検知範囲35に物体が入った場合には物体検知
は行われないが、他方の受光素子32bは正常に動作して
いるので、検知範囲36に物体が入った場合には当該物体
を検知することができる。このように受光素子の一つが
故障した場合には、他の受光素子の検知範囲では正常に
物体検知が行われるので、どの部分に異常が生じている
のかを直ちには検知することができず、その対策には時
間と手間を要していた。

本発明は、上記の課題を解決するものであって、物体
検知のための差動出力のレベル比較を容易に行うことが
できると共に、受光素子の故障を容易に検知することが
できる物体検知装置を提供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］ 上記の目的を達成するために、本発明の物体検知装置
は、同時に発光駆動され且つ互いに異なる検知範囲に発
光ビームを投光する一対の発光素子を備える投光部と、
前記投光部から所定の検知エリアに向けて投光された投
光ビームの反射光を受光し、同一極性の演出信号を出力
する第１および第２の受光素子を備える受光部と、前記
第１の受光素子の検出出力を電圧に変換する第１の電流
／電圧変換回路と、前記第１の電流／電圧変換回路の出
力信号の発光期間以外の期間の信号レベルを所定のレベ
ルに固定する第１のクランプ回路と、前記第２の受光素
子の検出出力を電圧に変換する第２の電流／電圧変換回
路と、前記第２の電流／電圧変換回路の出力信号の発光
期間以外の期間の信号レベルを所定のレベルに固定する
第２のクランプ回路と、前記第１および第２のクランプ
回路の出力信号を減算する減算回路と、前記減算回路の
出力信号を前記発光素子の発光タイミングでサンプルホ
ールドするサンプルホールド回路を備えることを特徴と
する。

［作用及び発明の効果］ 一対の発光素子は同時に発光駆動され且つこれら発光
素子からの発光ビームは互いに異なる検知範囲に投光さ
れる。第１及び第２の受光素子は同一極性の検出信号を
出力する。そして、これら二つの検出信号はそれぞれの
クランプ回路を介して減算回路に入力され、二つの検出
信号の差動出力が求められる。従って、従来と同様に、
検知範囲を拡大できると共に、投光部、受光部の設置環
境に左右されることなく確実に、高感度で物体検知を行
うことができる。

更に本発明では、前記減算回路の出力信号を前記発光
素子の発光タイミングでサンプルホールドするサンプル
ホールド回路を備える。当該サンプルホールド回路は前
記減算回路から出力されるパルス信号のピークレベルを
そのまま後段の回路に供給することができるので、従来
のように差動出力を積分することなく、当該サンプルホ
ールド回路の出力をレベル比較することによって容易に
物体検知を行うことができるものである。つまり、検知
範囲に物体が存在する場合としない場合とではサンプル
ホールド回路の出力のレベル差は大きいから、従来のよ
うな高精度、高価な比較器を用いる必要はなく、安価に
構成することができるものである。

［実施例］ 以下、図面を参照しつつ実施例を説明する。

第１図は本発明に係る物体検知装置の一実施例の構成
を示す図、第２図は第１図に示す構成の各部の波形図で
あり、図中、１は投光部、２は発光駆動回路、３、４は
発光素子、５は受光部、６、７は受光素子、９、10は電
流／電圧変換回路、11、12はクランプ回路、14は減算回
路、15はサンプルホールド回路（以下S/Hと称す）、1
6、17はレベル検知手段、18、19は増幅回路、20、21は
積分回路、22、23は比較器、24、25は表示手段を示す。

第１図において、投光部１には二つの発光素子３、４
が配置されており、発光駆動回路２から出力される駆動
パルスＰDにより同時に発光駆動される。駆動パルスＰD
は第２図（ａ）に示すように所定の周期を有するパルス
であり、デューティ比は任意であるが、省エネルギー化
を考慮すると小さい方が望ましいことは明らかである。

発光素子３、４から発光されるビームは、例えば第３
図に示されていると同様に、それぞれ設定されている互
いに異なる検知範囲に向けて投光され、その反射光はそ
れぞれ受光部５の受光素子６、７で受光される。例え
ば、発光素子３から投光された赤外線ビームの反射光は
受光素子６で受光され、発光素子４から投光された赤外
線ビームは受光素子７で受光されるように設定されてい
る。

受光素子６、７は受光した赤外線量に応じて電流出力
を生じ、当該電流出力は電流／電圧変換回路９、10によ
り電圧に変換されるが、受光素子６、７は第２図
（ｂ）、（ｃ）に示すように、同一極性の出力を生じる
ようになされている。なお、第２図（ｂ）、（ｃ）はそ
れぞれ電流／電圧変換回路９、10の電圧出力S1,S2を示
す。

電流／電圧変換回路９、10の出力S1,S2は、それぞ
れ、コンデンサC1,C2によって交流信号となされ、更に
抵抗R1,R3を介してクランプ回路11、12に入力される。
クランプ回路11、12には発光駆動回路２から、第２図
（ｄ）に示すように、第２図（ａ）に示す駆動パルスＰ
Dとは逆極性のクランプパルスＰCが入力されており、当
該クランプ回路11、12により、電流／電圧変換回路９、
10の出力信号の発光素子３、４が発光駆動されない期間
の信号レベルは第２図（ｅ）のS3、同図（ｆ）のS4に示
すようにVrefに固定される。

クランプ回路11、12の出力は、それぞれ抵抗R2,R4を
介して減算回路14の反転入力端子、非反転入力端子に入
力され、信号S3とS4のレベル差が出力される。

減算回路14の出力信号はS/H15に入力される。S/H15に
は発光駆動回路２から、第２図（ｇ）に示すように、駆
動パルスＰDと同じタイミングのサンプリングパルスＰS
/Hが入力されている。従って、減算回路14の出力信号は
サンプリングパルスＰS/Hによりサンプルホールドさ
れ、第２図（ｈ）に示すような信号S5が出力される。

S/H15のパルス出力S5のピークレベルは、検知範囲に
物体が存在するか否かに応じてVrefレベルから上下に変
化する。例えば、いずれの検知範囲にも物体が存在しな
いときに減算回路14の出力がVrefとなるように設定され
ているものとすると、受光素子６の検知範囲にのみ物体
が存在するとき、受光素子７の検知範囲にのみ物体が存
在するとき、あるいは両方の検知範囲に物体が存在する
ときにはS/H15のパルス出力S5のピークレベルはVrefレ
ベルから変化する。従って、S/H15の出力信号を必要に
応じて交流増幅を行った後、比較回路により所定の閾値
レベルと比較することにより、どの検知範囲に物体が存
在するかを検知することができる。勿論、従来の物体検
知装置と同様に、減算回路14の出力信号を積分し、当該
積分された信号のレベルを所定の閾値と比較することに
よっても物体検知を行うことも可能であるが、この場合
には上述したように高精度にレベルを比較できる比較器
が必要となる。これに対して、S/H15の出力パルスS5の
レベルを閾値と比較する場合には、信号S5のピークレベ
ルが大きいので、レベル比較を容易に行うことができる
ものである。なお、パルス出力S5のピークレベルの検出
は、アナログで行ってもよいし、デジタル化して行って
もよいものである。

クランプ回路11、12の出力信号S3,S4はそれぞれレベ
ル検知手段17、16に入力される。レベル検知手段16は、
増幅回路18、積分回路20、比較器22及び表示手段24で構
成されている。レベル検知手段17についても同様であ
る。

クランプ回路11、12の出力信号S3,S4は、それぞれ、
コンデンサC4,C3で直流分をカットされ、増幅回路19、1
8で交流増幅され、積分回路21、20で積分され、比較器2
3、22で予め設定されている閾値と比較される。受光素
子６、７が正常に機能しているときには積分回路21、20
の出力はこれら積分回路の基準（バイアス）レベル以外
のレベルとなっているが、故障した場合、例えば受光素
子６が故障した場合には積分回路21の出力は基準（バイ
アス）レベルとなる。従って、積分回路20,21の出力レ
ベルを比較器22,23により所定の閾値と比較することに
よって受光素子6,7が故障しているか否かを検知するこ
とができる。そして、比較器22、24は積分回路20、21の
出力レベルが閾値以下であった場合には表示手段24、25
を駆動するための信号を出力する。これによって、例え
ばランプ、LED等の発光素子で構成される表示手段24、2
5が発光駆動されるので、受光素子の故障の有無を容易
に確認することができる。

以上、本発明の一実施例について説明したが、本発明
は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨
を変更することなく種々の変形が可能である。例えば、
レベル検知手段は上記実施例の構成に限定されるもので
はなく、クランプ回路の出力信号のレベルを検知でき、
受光素子の故障表示を行えるものであればよく、例え
ば、クランプ回路から出力されるパルスのピークレベル
を検知するものであってもよいものである。

また、表示手段24、25は発光素子に限らず表示機能を
有するものであれば使用することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る物体検知装置の一実施例の構成を
示す図、第２図は第１図に示す構成の各部の波形を示す
図、第３図は従来の物体検知装置の検知範囲の例を示す
図、第４図は従来の物体検知装置に用いられている差動
型回路の例を示す図である。 １……投光部、２……発光駆動回路、３、４……発光素
子、５……受光部、６、７……受光素子、９、10……電
流／電圧変換回路、11、12……クランプ回路、14……減
算回路、15……サンプルホールド回路、16、17……レベ
ル検知手段、18、19……増幅回路、20、21……積分回
路、22、23……比較回路、24、25……表示手段。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】同時に発光駆動され且つ互いに異なる検知
   範囲に発光ビームを投光する一対の発光素子を備える投
   光部と、前記投光部から所定の検知エリアに向けて投光
   された投光ビームの反射光を受光し、同一極性の検出信
   号を出力する第１および第２の受光素子を備える受光部
   と、前記第１の受光素子の検出出力を電圧に変換する第
   １の電流／電圧変換回路と、前記第１の電流／電圧変換
   回路の出力信号の発光期間以外の期間の信号レベルを所
   定のレベルに固定する第１のクランプ回路と、前記第２
   の受光素子の検出出力を電圧に変換する第２の電流／電
   圧変換回路と、前記第２の電流／電圧変換回路の出力信
   号の発光期間以外の期間の信号レベルを所定のレベルに
   固定する第２のクランプ回路と、前記第１および第２の
   クランプ回路の出力信号を減算する減算回路と、前記減
   算回路の出力信号を前記発光素子の発光タイミングでサ
   ンプルホールドするサンプルホールド回路を備えること
   を特徴とする物体検知装置。