JP3295187B2 - 光電式物体センサ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は光電式物体センサに関す
る。より詳しくは、監視領域内に存在する物体の位置検
出技術に関する。加えて、物体が動きを伴なう人体か静
止状態にある物品かを識別する技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の光電式物体センサは一般的に発光
素子、受光素子、増幅器、マイクロコンピュータ等から
構成されている。発光素子は所定の監視領域に入射光を
投光する。受光素子は該監視領域から戻る反射光を受光
してその光量に応じた電気信号を出力する。増幅器は該
電気信号を所定のゲインで増幅し検出信号を出力する。
マイクロコンピュータは該検出信号を処理して監視領域
に存在する物体の位置情報を出力する。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来、物体の有無ある
いは位置を検知する為、所定の閾値を設定して検出信号
を比較処理していた。所定の閾値は、例えば監視領域背
景から戻る反射光の検出信号レベルに基いて設定されて
いた。比較的遠距離に位置する物体の検出については特
に問題はないが、近距離に位置する物体検出の場合その
表面反射率の相異により反射光量は大きく変動する。従
って検出信号のレベルも大きく変化し、一定の閾値を用
いた判断手法では誤検出の生じる惧れがある。又、反射
率の相異により検出信号レベルが一定しないので、本来
的に適切な閾値レベルを設定する事は困難である。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上述した従来の技術の課
題に鑑み、本発明は検出対象となる物体の表面反射率に
影響を受ける事なく常に安定した物体検出が可能な光電
式物体センサを提供する事を目的とする。かかる目的を
達成する為に以下の手段を講じた。即ち本発明にかかる
光電式物体センサは基本的な構成要素として、発光手段
と、受光手段と、可変増幅手段と、処理手段とを備えて
いる。又、本発明の特徴事項として可変増幅手段に対す
る制御手段を含んでいる。前記発光手段は所定の監視領
域に入射光を投光する。前記受光手段は該監視領域から
戻る反射光を受光してその光量に応じた電気信号を出力
する。前記可変増幅手段は該電気信号を与えられたゲイ
ンで増幅し検出信号を出力する。前記処理手段は該検出
信号を処理して監視領域に存在する物体の位置情報を出
力する。前記制御手段は予め設定された距離範囲に従っ
て前記可変増幅手段のゲインを調整する。このゲイン調
整に従って、前記可変増幅手段は該監視領域で物体が該
距離範囲内にある時飽和検出信号を出力する一方、物体
が該距離範囲外にある時非飽和信号を出力する。前記処
理手段はこれら飽和検出信号及び非飽和検出信号を識別
して物体の位置情報を求める。さらに、前記可変増幅手
段から出力された飽和検出信号により物体が該距離範囲
内にあると判定された時、前記制御手段は前記可変増幅
手段から出力される検出信号が飽和しない様にそのゲイ
ンを切り換え調整する。一方前記処理手段は新たに出力
される非飽和検出信号に基きその時間変動の有無に従っ
て該物体を識別する。

【０００５】

【０００６】

【作用】本発明によれば、予め設定された距離範囲に従
って可変増幅手段のゲインを調整している。このゲイン
を高めに設定する事により、たとえ表面反射率の低い物
体が監視領域の距離範囲内に進入しても、該可変増幅手
段から出力される検出信号は常に飽和レベルに達する。
処理手段はこの飽和レベルを識別する事により物体が距
離範囲内の位置に存在する事を判定可能とする。従っ
て、物体の表面反射率に依存する事なく常に安定して位
置情報が得られ誤検出を防止できる。さらには、ゲイン
を再調整する事により物体が動きのある人体か静止状態
の物品であるかも判定できる。即ち、可変増幅手段のゲ
インを非飽和レベルまで低下させ、検出信号を再度処理
する。一定時間内に非飽和検出信号のレベルが変動した
場合には動きのある人体であると識別され、逆に一定時
間内にレベル変動がない場合には静止物品である事が特
定できる。この様な作用を有する光電式物体センサは様
々な利用分野において活用できる。

【０００７】

【実施例】以下図面を参照して本発明の好適な実施例を
詳細に説明する。図１は本発明にかかる光電式物体セン
サの具体的な構成例を示すブロック図である。図示する
様に、光電式物体センサは発光手段１を備えており、前
方所定の監視領域に入射光２を投光する。本例ではこの
発光手段１は投光レンズ３と発光素子４と駆動回路５と
から構成されている。駆動回路５はＬＥＤ等からなる発
光素子４を高周波変調駆動する。発光素子４から放射さ
れた発光は投光レンズ３によりビーム状に絞られ前方監
視領域に向って入射光２を投光する。又受光手段６を備
えており、監視領域から戻る反射光７を受光してその光
量に応じた電気信号を出力する。本例ではこの発光手段
６は集光レンズ８とフォトダイオード又はフォトトラン
ジスタ等からなる受光素子９で構成されている。

【０００８】本光電式物体センサはさらに可変増幅手段
１０を備えており、該電気信号を与えられたゲインで増
幅し検出信号を出力する。本例ではこの可変増幅手段１
０はオペアンプ１１と、その入出力端子間に接続された
複数のゲイン調整用抵抗とから構成されている。なお、
オペアンプ１１の入力端子はコンデンサ及び抵抗を介し
て発光素子９の出力端子に接続されており、該電気信号
に含まれる直流成分を除き高周波変調成分のみを受け入
れる様にして外部ノイズを除去している。さらに処理手
段１２を備えており、検出信号を処理して監視領域に存
在する物体の位置情報を出力する。本例ではこの処理手
段１２はマイクロコンピュータからなり、Ａ／Ｄコンバ
ータ１３を介してオペアンプ１１から検出信号を受け入
れる。

【０００９】本発明の特徴事項として制御手段１４を備
えており、予め設定された距離範囲に従って可変増幅手
段１０のゲインを調整する。この様にゲイン調整された
可変増幅手段１０は、監視領域で物体が設定距離範囲内
にある時飽和検出信号を出力する一方、物体が設定距離
範囲外にある時非飽和検出信号を出力する。これにより
処理手段１２は物体の位置情報を求める事ができる。本
例ではこの制御手段１４はゲイン調整用に設けられた複
数の抵抗に各々直列接続されたスイッチングトランジス
タ１５からなる。各スイッチングトランジスタ１５は電
界効果型であり、そのソース端子はオペアンプ１１の入
力端子に接続され、ドレイン端子は対応するゲイン調整
用抵抗に接続され、ゲート電極は処理手段１２を構成す
るマイクロコンピュータの制御端子に接続されている。
このマイクロコンピュータは入力された設定距離範囲情
報に従って特定のスイッチングトランジスタ１５を１個
もしくは２個以上切り換え制御し、所望のゲインを設定
可能としている。例えば、設定距離範囲内に位置する物
体の表面反射率が９％程度の低い値であっても検出信号
が飽和レベルに達する様にゲイン調整を行なう。

【００１０】さらに、可変増幅手段１０から出力された
飽和検出信号により物体が設定距離範囲内にあると判定
された時、制御手段１４はマイクロコンピュータからの
切り換え信号に基き、可変増幅手段１０から出力される
検出信号が飽和しない様にそのゲインを低い方に切り換
え調整する。その後、マイクロコンピュータは可変増幅
手段１０から新たに出力される非飽和検出信号に基きそ
の時間変動の有無に従って該物体が人体か物品かを識別
する。本発明にかかる光電式物体センサに組み込まれた
受光手段６は極めて高感度であり、人体が例えば１cm動
いた場合でも非飽和検出信号のレベルが敏感に変動する
様になっている。一方、静止状態にある物品は移動しな
いので非飽和検出信号のレベルは時間変動しない。

【００１１】次に、図２を参照して本発明にかかる光電
式物体センサの応用例について説明する。本例では光電
式物体センサは自動車に搭載されており車載エアコンの
自動制御に利用されている。但し、本発明にかかる光電
式物体センサの応用範囲はこれに限られるものではない
事は勿論である。光電式物体センサ２１は助手席２２側
のドア内に埋め込まれている。助手席２２及び運転席２
３を含む監視領域に向って入射光２４を投光する。本例
では設定距離範囲が助手席側のドアから助手席中央まで
に決められている。従って、光電式物体センサ２１はこ
の設定距離範囲に物体が位置する時飽和検出信号を出力
する様になっている。かかる設定により、運転手及び助
手の存在有無を自動判別し、エアコンの切り換え制御を
実行するものである。例えば、助手席２２に人間がいる
と判断された場合には助手席側のエアコンを駆動させ、
逆に助手が不存在である場合にはエアコンの動作を停止
する。

【００１２】次に図３及び図４のフロチャートを参照し
て、図２に示したエアコン自動制御システムの動作を詳
細に説明する。先ず最初にステップＳ１でキーロックが
投入される。即ち、運転手が自動車の外側から運転席側
のドアにアクセスする。次にステップＳ２で、このキー
ロック投入動作に応答して光電式物体センサが動作を開
始し背景部の読み取りを行なう。図２の設定では背景部
は運転席２３側のドア内面である。このドア内面からの
反射光を受光して、背景検出信号を生成し、マイクロコ
ンピュータによりそのレベルに応じた背景データＢを作
成する。次にステップＳ３でエアコンスイッチが投入さ
れたかどうかを判断する。周囲温度状況等により必ずし
もエアコンスイッチが常に投入されるとは限らない。な
お、エアコンスイッチの投入によって車載エアコンはス
タンバイ状態となる。

【００１３】車載エアコンがスタンバイ状態になった時
には、続くステップＳ４で物体チェックを行なう。即ち
光電式物体センサ２１は監視領域からの反射光を受光し
てその受光量に応じた検出信号を出力するとともに、内
蔵されたマイクロコンピュータは検出信号のレベルに応
じた物体データＲを生成する。この物体チェックでは先
にサンプリングした背景データＢと物体データＲが等し
くないかどうかを判定するものである。助手席２２及び
運転席２３を貫通する監視領域に何等かの物体が介在す
る場合には必然的に背景データＢと物体データＲは等し
くなくなる。よってステップＳ５で物体有りと判定され
る。なおこの時点では物体の位置に関する情報はまだ得
られていない。換言すると、物体は助手席２２側にある
か運転２３側にあるか特定されていない。加えて物体が
人体であるか又は物品であるかについても特定されてい
ない。特に、助手席２２側については人体に代わり物品
が配置されている可能性もある。

【００１４】次にステップＳ６で、先にサンプリングし
た物体データＲが飽和レベルにあるか否かを判断する。
飽和レベルにない場合には監視領域に介在する物体は助
手席２２をカバーする設定距離範囲外と見做される。従
ってステップＳ７において運転席側に人体が位置すると
認定される。なお、運転席に位置する物体は自動的に人
体であると見做される様になっている。一方ステップＳ
６の判断結果が非飽和レベルである場合には、ステップ
Ｓ８において助手席側に物体が位置すると判定される。

【００１５】この場合には、ステップＳ９に進み、光電
式物体センサに内蔵される可変増幅器のゲイン調整を行
なう。具体的には該可変増幅器から出力される検出信号
が飽和しない様にそのゲインを低めに切り換える。次に
図４のステップＳ１０に進み再度サンプリングを行ない
物体データを求める。このサンプリングは所定の時間間
隔で繰り返し行なわれる。この間マイクロコンピュータ
は物体データが一定であるかどうかを判断する。物体デ
ータが変動する場合にはステップＳ１１に進み助手席側
に人体が配置していると判定する。従ってこの場合には
ステップＳ１２において助手席側のエアコンをオン状態
にする。同時に運転席側のエアコンも連動してオン状態
にする。一方物体データが変動していないと判断された
場合にはステップＳ１３に進み助手席側に位置する物体
が静止物品であると見做す。従ってステップＳ１４で助
手席側のエアコンをオフにする。なお、以上の説明にお
いて、飽和領域と非飽和領域を設定する際、マニュアル
入力で可変増幅器のゲイン調整を行なっている。しかし
ながらこれに代えて、背景データに基きマイクロコンピ
ュータで演算処理を行ない所望のゲインを設定しても良
い。

【００１６】最後に図５は、図２に示したエアコン自動
制御システムの変形例を表わしている。この変形例では
光電式物体センサ２１がフロント側車内天井の中央部に
配置されており、助手席２２を貫通する監視領域に沿っ
て入射光２４を投光している。この場合設定距離範囲は
助手席２２の背部から所定間隔だけ離れて決められてい
る。かかる配置によれば、運転席２３とは関係なく助手
席２２に関して物体の有無又は位置が検出でき、さらに
物体が人体であるか又は物品であるかについても検出で
きる。

【００１７】

【発明の効果】以上説明した様に、本発明によれば、予
め設定された距離範囲に従って可変増幅手段のゲインを
調整する様にしており、監視領域で物体が設定距離範囲
内にある時飽和検出信号を出力させる一方、物体が設定
距離範囲外にある時非飽和検出信号を出力させる事によ
り、物体の位置情報を求める。従って、物体の表面反射
率に依存する事なく安定的に物体検出が可能になり誤動
作を防止できるという効果がある。又、ゲイン調整を再
度行ない検出信号を非飽和レベルまで下げる事により物
品か人体かを識別できるので利用範囲が拡大するという
効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる光電式物体センサの具体例を示
すブロック図である。

【図２】図１に示した光電式物体センサの応用例を示す
説明図である。

【図３】図２に示した応用例の動作説明に供するフロー
チャートである。

【図４】同じく動作説明に供するフローチャートであ
る。

【図５】図２に示した応用例の変形を示す説明図であ
る。

【符号の説明】

１ 発光手段 ２ 入射光 ６ 受光手段 ７ 反射光 １０ 可変増幅手段 １２ 処理手段 １４ 制御手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01B 11/00 - 11/30 102 G01C 3/00 - 3/32 G01V 9/04 H01H 35/00

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 所定の監視領域に入射光を投光する発光
   手段と、該監視領域から戻る反射光を受光してその光量
   に応じた電気信号を出力する受光手段と、該電気信号を
   与えられたゲインで増幅し検出信号を出力する可変増幅
   手段と、該検出信号を処理して監視領域に存在する物体
   の位置情報を出力する処理手段とからなる光電式物体セ
   ンサであって、 予め設定された距離範囲に従って該可変増幅手段のゲイ
   ンを調整する制御手段を備えており、該監視領域で物体
   が該距離範囲内にある時飽和検出信号を出力させる一方
   物体が該距離範囲外にある時非飽和検出信号を出力させ
   る事により、物体の位置情報を求め、 該可変増幅手段から出力された飽和検出信号により物体
   が該距離範囲内にあると判定された時、前記制御手段は
   該可変増幅手段から出力される検出信号が飽和しない様
   にそのゲインを切り換え調整するとともに、前記処理手
   段は新たに出力される非飽和検出信号に基きその時間変
   動の有無に従って該物体を識別す る事を特徴とする光電
   式物体センサ。