JP3591974B2 - 物体検知装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の技術分野】
本発明は物体検知装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
現在、各種のセンサを用いて室内等における人の存在を判定し、これに基づいて室内に人が存在するときに照明等の室内設備作動させる装置がある。
【０００３】
このような装置においては、焦電型赤外線センサを用いた物体検知装置を用いるものがある。焦電型赤外線センサは、周知のとおり、検知範囲内の人体の進入または検知範囲内での人体の動作により生ずる検知範囲内の熱移動を赤外線変化として検知するものである。このため、そのままでは静止状態の人体を検知することはできないため、チョッパによって赤外線受光部の前を断続的に遮り、赤外線変化を積極的に起こすことによって静止状態の人体等を検知可能としている。
【０００４】
また、超音波センサを用いた物体検知装置もある。これは、検知範囲内を超音波によりスキャンし、所定の状態と異なる状態を検出したときに物体の存在を検出するものである。このため、検知範囲において人体が静止状態にあっても不具合無く検知することが可能である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、焦電型赤外線センサを用いたものでは、チョッパを用いたものであっても、検知範囲内またはチョッパの温度状態によっては、受光面に入射する赤外線変化幅が変動し、例えば、人体の余熱を検知したり、静止状態の人体を検知できなくなったりと、動作が不安定となる。すなわち、上記のような照明装置を制御する場合では、人体が静止すると誤動作により照明が消灯することとなる。また、チョッパを常時駆動させるため、消費電力の増加を招く。
【０００６】
また、超音波センサを用いたものでは、検知範囲内にある物体が人体であるか否か判定することができない。このため、検知範囲内の設備の配置を変えた場合でも検知出力を生じる。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記問題点を解消するために、本発明では、第１の検知範囲を有する超音波センサと、第１の検知範囲を内包する第２の検知範囲を有する焦電型赤外線センサとを設け、これら超音波センサおよび焦電型赤外線センサの出力に基づいて人体等の物体の検知を行う。このため、静止状態にある物体を検知できないという焦電型赤外線センサの欠点は超音波センサを用いることで解消できる。
【０００８】
また、第１の検知範囲内に人体等の物体が存在しない状態における超音波センサの出力状態を表す情報を記憶手段に記憶し、この情報と超音波センサの出力とを比較して第１の検知範囲内における物体の存在を判定する。これとともに、各センサの出力に基づいて物体が第１の検知範囲に存在しないと判定した状態において、上記超音波出力に基づく第１の検知範囲内の状態を表す情報と上記記憶手段に記憶されている情報とを比較して両者に相違があるときに上記記憶手段の情報を更新する。このため、超音波センサの検知対象の特定が難しいことによる不具合を解消することができる。例えば、第１の検知範囲内に検知対象としての上記物体以外の物体が置かれても、第１の検知範囲内における物体の存在の有無の判定は、検知対象外の物体をバックグラウンドとして含んだ記憶手段内の新たな情報に基づいて行うので、常に検知対象としての物体のみに対して判定が行われる。
【０００９】
また、第１の検知範囲内における物体の存在を判定する際、超音波センサによる観測を行う都度、第１の検知範囲の状態を表す情報を前回の観測の際の当該情報と比較して両者の相違を判定し、かつ、記憶手段の情報と超音波センサの上記情報とを比較して両者の相違を判定して上記物体の存在を判定する。これにより、超音波センサのみでも上記物体を動的に捕らえることを可能とし、物体検知精度を上げる。
【００１０】
また、第１の検知範囲内の状態を表す情報を、超音波センサの複数回の検知動作分の平均から得ることにより、不安定な反射を示す物体からの反射波が上記情報に与えるノイズを抑える。
【００１１】
【発明の実施の形態】
第１の検知範囲を有する超音波センサと、第１の検知範囲を内包する第２の検知範囲を有する焦電型赤外線センサと、人体等の物体が第１の検知範囲に存在しない状態における超音波センサの出力状態を表す情報を記憶する記憶手段と、上記赤外線センサおよび上記超音波センサからの上記物体の検知出力に応答して負荷の制御出力を発生する第１の制御手段と、上記第１の制御手段からの上記制御出力が停止している状態において、上記超音波センサの出力に基づく第１の検知範囲内の状態を表す情報と上記記憶手段に記憶されている情報とを比較して両者に相違があるときに上記記憶手段の情報を更新する第２の制御手段とを具備する物体検知装置を構成する。
【００１２】
上記第１の制御回路は、上記赤外線センサの検知出力に応答して上記制御出力を一定時間発するとともに、上記赤外線センサの出力が途絶えるとともに上記制御出力が発生している間上記超音波センサを作動させ、上記記憶手段の情報と上記超音波センサの検知出力とを比較して第１の検知範囲内における上記物体の存在を判定し、この判定出力と上記赤外線センサの検知出力に応答して上記制御出力をリトリガブルに発生させ、上記赤外線センサの検知出力が所定時間以上途絶えた場合には上記制御出力を停止させることが好ましい。
【００１３】
上記第１の制御手段は、上記赤外線センサの検知出力に応答して上記制御出力を一定時間発するとともに、上記赤外線センサの出力が途絶えるとともに上記制御出力が発生している間上記超音波センサを作動させ、超音波センサにより第１の検知範囲を繰り返し観測し、観測の都度現在の観測により得られた第１の検知範囲内の状態を表す情報とその前の観測により得られた当該情報とを比較して相違を判定して第１の判定出力を発生し、この第１の判定出力または上記赤外線センサの検知出力に応答して上記制御出力をリトリガブルに発生させ、所定時間以上上記判定出力または検知出力がない場合には上記制御出力を停止させ、また、上記記憶手段の情報と上記超音波センサの出力とを比較し両者の相違を判定して第２の判定出力を発生し、第２の判定出力が特定時間以上発生しないおりには第１の検知範囲内において上記物体が存在しないと判定して上記制御出力を停止させることも好ましい。
【００１４】
ここで、第１の検知範囲内の状態を表す上記情報は、超音波センサの複数回の検知動作分の出力の平均から得ることも好ましい。
【００１５】
【実施例】
次に本発明の一実施例の物体検知装置について説明する。本例はトイレに設置する物体検知装置に関するものであり、トイレ内の人の存在、不在に応じて照明装置、換気装置を制御するものである。図１は本例の構成を示す説明図である。
【００１６】
同図ａにおいて、１は超音波センサであり、図示しないが、超音波信号を送信する送信部と検知範囲の物体にて反射された反射波を受信する受信部とを備える。また、超音波センサ１は図１ｂに示すようにトイレの天井に設置して通常人が静止するであろう位置、例えば便座に対応した検知範囲Ａを有する。ここでは、床面から２．４ｍの天井に設置されており、天井から１．９ｍ下までの便座外周を含む範囲を検知範囲Ａとしてある。
【００１７】
２は焦電型赤外線センサであり、検知範囲Ａを内包する検知範囲Ｂを有し、検知範囲Ｂ内の人体を赤外線変化として検知する。ここで、焦電型赤外線センサ２は超音波センサ１と並んで配置され、検知範囲Ｂはトイレの床面をほぼ覆うものとしてある。図示しないが焦電型赤外線センサ２はその受光面をフレネルレンズまたは複数の異なる面からなるフードで覆う等して検知範囲Ｂを複数のエリアに分割しており、これらの各エリアを人が通過する毎に検知出力を発するように構成してある。このため、検知範囲Ｂ内で人が動く間検知出力を発生する。
【００１８】
３は記憶手段としてのＲＡＭであり、人体等の物体が検知範囲Ａに存在しない状態における超音波センサ１の出力状態を表す情報を記憶する。
【００１９】
４は制御回路であり、焦電型赤外線センサ２および超音波センサ１からの物体の検知出力に応答して後述する照明装置、換気装置の制御出力を発生する第１の制御部４０を備える。これとともに、上記制御出力が停止している状態において、超音波センサ１の出力に基づく検知範囲Ａ内の状態を表す情報とＲＡＭ３に記憶されている情報とを比較して両者に相違があるときにＲＡＭ３の情報を更新する第２の制御部４１を備える。第１、第２の制御部４０、４１はソフト処理に置換え可能である。
【００２０】
５、６はそれぞれ照明装置、換気装置であり、上記制御出力に応答するリレー回路５０、６０の閉成により、交流電源７からの電力供給を受けて作動する。
【００２１】
８は電源回路であり、交流電源７から直流電源電圧を発生し、照明装置５、換気装置６を除くすべての回路要素に供給する。
【００２２】
９は動作設定回路であり、後述するフラグの保持時間を設定したり、各センサの感度調整等を行う。
【００２３】
次に本例の動作について説明する。
【００２４】
まず、超音波センサ１を用いた人体検知について述べる。この検知方法は、検知範囲Ａにおいて人体が不在の状態と存在する状態との超音波センサ１の受信信号の相違を検知してこれを人体の検知出力とするものである。まず、人体が検知範囲Ａに存在しない状態における超音波センサの出力状態を表す情報をＲＡＭ３に記憶する。ここでは、超音波信号を送信し、検知範囲内の物体から反射された超音波信号の受信パターンを、超音波の送信開始を時間軸の原点として各タイミング毎のパルスハイトをＲＡＭ３に納める。なお、原点は適宜にオフセット可能である。超音波センサ１と反射物との位置関係はこの超音波信号の受信タイミングにより決定できる。例えば、超音波センサ１から０．１ｍの位置に反射物があれば、送信開始から０．５８８ｍＳ程で反射波が受信される。すなわち、検知範囲Ａにおける反射物の位置関係により受信パターンが定まり、ＲＡＭ３はこのパターンを記憶する。例えば図２のＡでは、超音波センサ１から０．４５ｍおよび０．７５ｍ付近に反射物が存在していることがわかる。なお、便宜上、同図においてスケールａにおいては超音波信号の送信タイミングを原点にとった時間軸上のタイミング（ｍｓ）を上に示し、反射波の受信タイミングに対応した反射物までの距離（ｍ）を下に示してある。この状態において、身長１．７０ｍの人が超音波センサ１の下で静止すると超音波センサ１からは図２のＢに示すようなパターンが得られる。制御回路４では、第１の制御部４０の制御に従いＲＡＭ３を読み、ＲＡＭ３に記憶された図２のＡのパターンと、超音波センサ１から出力される図２のＢのパターンとを比較し、これらのパターンの相違が所定の許容範囲を越えたときに検知範囲Ａ内に人体が存在すると判定する。以上の動作により検知範囲Ａ内の人体検知が行われる。なお、制御回路４ではこの判定の誤差を少なくするために超音波信号を数回受信してこれらの論理積を取って得られる受信パターンとＲＡＭ３の受信パターンとを比較処理するようにしてある。また、ＲＡＭ３の内容は後述するように検知範囲Ａの状態に応じて更新される。
【００２５】
次に本例の全体の動作について図３のフローチャートおよび図４のタイミングチャートを参照しながら説明する。
【００２６】
まず、トイレに人がいない状態から、人がトイレに入室し、検知範囲Ｂ、検知範囲Ａに順次移動した場合について述べる。
【００２７】
焦電型赤外線センサ２は常時作動しており、制御回路４は検知出力の有無を判定している（ステップａ）。ここで、人がトイレに入室して検知範囲Ｂに入ると、図４のＡのハイレベルに示すように焦電型赤外線センサ２から検知出力が発生する。これを受けた制御回路４は、図４のＢのハイレベルに示すように人体検知中を示すフラグをオンとする（ステップｂ）。このフラグは所定の期間保持される。つまりこの期間は、人体が静止したり、また、人体が動いているにもかかわらず人体の予熱等により赤外線変化が僅かになるなどし、人体が検知範囲Ｂ内に人が存在するにもかかわらず焦電型赤外線センサからの検知出力が途絶えた場合に、早計に人体が検知範囲Ｂから離れたと判定しないようにするためのものであり、焦電型赤外線センサ２の次の検知出力が発生するまで待機させるものである。この期間は適宜に設定可能であり、ここでは１分程度に設定する。なお、検知範囲Ｂを検知範囲Ａを内包するように定めたのは、超音波センサ１を用いた人体検知では人体とそれ以外の物体（以下、物品）との判別が難しいからである。すなわち、焦電型赤外線センサ１により選択的に人体を検知した後、超音波センサ１を用いるようにしたので、超音波センサ１の出力により検知されるものが人体である可能性が高くなり、誤動作の可能性を低くできるのである。さて、焦電型赤外線センサ２の検知出力とともに上記フラグがオンとなると、制御回路４は制御信号を発生し、この制御信号によりリレー回路５０、６０を閉成させて照明装置５０、換気装置６０を作動させる（ステップｃ）。次に再びステップａ以降の動作を繰り返し行う。この間、上記フラグはリトリガブルにオンとされる。
【００２８】
ここで、人が検知範囲Ｂ内で静止する等して焦電型赤外線センサ２の検知出力が途絶えた場合、超音波センサ１による人体検知が次のように行われる。まず、ステップａにより人体が検知されないと判定されたことを受けて上記フラグがオンであるか否か判定する（ステップｄ）。ここではフラグがオンであるので図４のＣのハイレベルに示すように超音波センサ１を作動させて、上述したようにＲＡＭ３の内容と超音波センサ１の出力とに基づいて検知範囲Ａ内に人体が存在するか否か判定する（ステップｅ）。ここで、超音波センサ１より人体が検知されない場合、すなわち、人がまだ検知範囲Ｂにいる等の場合、フラグをオンに保持する期間が終了したか否か判定する（ステップｆ）。すなわち、検知範囲Ａに人体が存在せず、しかも所定時間以上焦電型赤外線センサ２から検知出力が発生されない場合は人が検知範囲Ｂの外、すなわち、トイレから退室したと判定するためである。ここで、上記期間は終了していないとすると、再びステップａの動作を繰り返す。例えば、人が検知範囲Ｂから検知範囲Ａに向かい移動する間、以上の動作が繰り返され、フラグは焦電型赤外線センサ２から検知出力が生じる度に更新され、焦電型赤外線センサ２の検知出力が途絶える度に超音波センサ１が作動される。
【００２９】
ここで、人が検知範囲Ａ内に入って静止すると、焦電型赤外線センサ２からの検知出力が途絶え、超音波センサ１が作動され、人体を検知する（ステップｅ）。図４のＤのインパルスｄのように検知される。この検知に対しても上記フラグはリトリガブルにオンされる。次に前回の焦電型赤外線センサ２の検知出力から２分以上経過したか否、すなわち、超音波センサ１のみにより２分以上人体を検知したか判定する（ステップｇ）。この２分という期間は次のような理由で設けられている。つまり、検知している物体が人であるか物品であるか判定するための期間である。すなわち、人を検知しているのであれば、２分間の間には何らかの動作を行い、それにともなって焦電型赤外線センサ２から検知出力が生じるものと仮定し、もし２分以上、超音波センサ２のみにより人体を検知したとされる場合では、人体以外の物品を検知しているものと判定する。これにより、人体以外の物品により人体を検知したとされることを避けるためのものである。ここでこの期間は２分に限らず適宜に決定可能である。ステップｇにて２分以上経過していないと判定されるとステップａ以降の動作が繰り返し行われる。
【００３０】
次に人がトイレから退室する場合、すなわち、検知範囲Ａ、Ｂから人がいなくなる場合について述べる。
【００３１】
まず、検知範囲Ａで静止した状態の人がここから離れると、その動作により焦電型赤外線センサ２の検知出力が発生（ステップａ）する。ここで、人が検知範囲Ｂからも離れると焦電型赤外線センサ２の出力は途絶える。これを受けて上記フラグがオンであることを確認し（ステップｄ）、超音波センサ２を作動させ、検知範囲Ａ内に人体がないことを確認する（ステップｅ）。次に上記フラグをオンに保持する期間が終了したか判定する（ステップｆ）。この動作を繰り返し行い、ステップｆにて上記フラグをオンに保持する期間が終了すると上記制御信号の発生を停止し、リレー回路５０、６０を開成させて照明装置５０、換気装置６０の動作を停止させる（ステップｈ）。これととともに、上記フラグはオフとされる（ステップｉ）。なお、人が検知範囲Ａを離れる際でも、人体の予熱等によって焦電型赤外線センサ２から検知出力が発生しない場合があるが、このような場合であってもステップａ、ｄ、ｅ、ｆの動作を繰り返すことにより、人がトイレから退室したことを正しく判定できる。
【００３２】
次に人がトイレから退出した後の動作について述べる。
【００３３】
この場合、ステップａにおいて焦電型赤外線センサ２からの検知出力が無いことを確認し、ステップｄにおいて上記フラグのオフを確認する。次に人体検知がなされていない期間が３分以上となったか否か確認する（ステップｊ）。ここで３分以上経過していない場合は再びステップａからの動作を繰り返し行う。ここで、３分以上経過していると判定された場合は、超音波センサ１を作動させ、この出力に基づく検知範囲Ａ内の状態を表す情報とＲＡＭ３に記憶されている情報とを比較して両者に相違があるときにはＲＡＭ３の情報を更新する（ステップｋ）。すなわち、このときの超音波センサ１の出力を表す情報を人体等の物体が第１の検知範囲に存在しない状態における超音波センサの出力状態を表す情報としてＲＡＭ３に記憶するのである。ステップｋの動作を終了すると再びステップａ以降の動作を繰り返し行い、人が再びトイレに入室するか否か判定するのである。ここで、ＲＡＭ３の内容を更新する理由は次の通りである。すなわち、超音波センサ１による人体検知は、超音波センサ１の出力に基づく検知範囲Ａ内の状態を表す情報と、ＲＡＭ３に記憶されている情報とを比較することにより行われている。このため、例えば、人がトイレに何らかの物品を残して退室すると、物品の存在によって超音波センサ１の出力状態を示す情報がＲＡＭ３の情報と異なり、人体が存在すると判定してしまうという誤動作が起こる場合がある。この誤動作は超音波センサでは人体と物品とを判別できないことに起因する。本例では、例えば、トイレに入った人が検知範囲Ａ内に何らかの物品を残したり、検知範囲Ａ内の物品の配置を変更しても、ＲＡＭ３の情報は、上記ステップｋの動作により残された物品等をバックグラウンドとして含んだ新たな情報に更新されるのである。このため、検知範囲Ａ内における人体の存在の有無の判定はこの新たな情報に基づいて行われるため、常に人体のみに対して判定が行うことができ、上記誤動作を避けることができる。なお、上述したように超音波センサ１のみによって一定時間人体の検知が行われた場合、上記フラグをオフとするようにして人体と物品との判別を行うことも有効ではあるが、この対処は、物品が持ち込まれた時のみに有効な手段である。すなわち、一度物品が残されると次回からは、超音波センサ１が作動されるだけで、物品を人体として謝って検知してしまうこととなる。この点においてもＲＡＭ３の情報を更新することは効果的である。
【００３４】
上記実施例ではトイレの照明装置、換気装置を制御するものについて述べたが、本発明はこれに限るものではなく、病院のベッドの人体検知装置等に応用することができる。この他超音波センサを用いているため、検出対象の大小判定も可能であるため、物流管理用の物体検知装置としても応用可能である。
【００３５】
次に本発明の他の実施例について説明する。本例は、第１の検知範囲内における物体の存在を判定する際、超音波センサによる観測を行う都度、第１の検知範囲の状態を表す情報を前回の観測の際の当該情報と比較して両者の相違を判定し、かつ、記憶手段の情報と超音波センサの上記情報とを比較して両者の相違を判定して上記物体の存在を判定することにより、超音波センサのみでも上記物体を動的に捕らえることを可能とし、物体検出精度を上げるものである。また、第１の検知範囲内の状態を表す上記情報を超音波センサの複数回検知動作分の出力の平均から得ることにより、不安定な反射を示す物体からの反射波が上記情報に与える影響を抑えるものでもある。特に上記記憶手段に記憶された情報はバックグラウンドとして安定したものが得られる。
【００３６】
本例の構成は図５に示すとおりである。同図において、図１における番号と同じ番号にて示したものは同じ構成要素を示してある。１０は制御回路であり、第１の制御手段としての第１の制御部１１と第２の制御手段としての第２制御部１２を備える。すなわち、図１に示した物体検知装置において制御回路４に代わり制御回路１０を設けたものであり、その他の構成要素は同じものであり、また、設置場所、各センサの検知範囲も同じものとする。
【００３７】
次に本例の動作について、図６、７のタイミングチャートおよび図８のフローチャートを参照しながら説明する。
【００３８】
まず、検知範囲Ａ、Ｂに人がいないものとして述べる。まず、この人のいない状態において超音波センサ１の出力状態を表す信号を記憶する（ステップａ２）。ここでは、超音波センサ１により検知範囲Ａを複数回、例えば、１００回検知動作する。ここで、検知動作の時間間隔は３０ｍｓである。第２の制御部１２は各回の検知動作における超音波信号の受信パターンを平均して得られたパターンを超音波センサ１の出力状態を表す信号としてＲＡＭ３に記憶する。このため、検知範囲Ａ内に不安定な反射を示す物体が存在した場合でも、受信パターンに含まれるそのような不安定な反射波は相殺され、ＲＡＭ３に記憶された信号は安定したものとなる。ここでは、例えば図６のＡに示すようなパターンが記憶される。なお、この処理に要される検知動作回数は上述のものに限るものではない。なお、ステップａ２の処理については、ここでは初期設定の際検知範囲Ａ、Ｂに人がいないとして行われるが、後述するように上述の実施例と同様に超音波センサ１、焦電型赤外線センサ２を用いて検知範囲に人がいないとされたおりにも同様の処理が行われる。
【００３９】
次に人がトイレに入室し、検知範囲Ｂ、検知範囲Ａに順次移動した場合について述べる。
【００４０】
焦電型赤外線センサ２は常時作動しており、制御回路４（第１の制御部１１）は検知出力の有無を判定している（ステップｂ２）。ここで、人がトイレに入室して検知範囲Ｂに入ると、図７のＡのハイレベルに示すように焦電型赤外線センサ２から検知出力が発生する。これを受けた制御回路１０は、図７のＢのハイレベルに示すように人体検知中を示すフラグをオンとする（ステップｃ２）。このフラグは上記実施例と同様に所定の期間保持される。ここでは２分程度に設定する。さて、焦電型赤外線センサ２の検知出力とともに上記フラグがオンとなると、制御回路１０は制御信号を発生し、この制御信号によりリレー回路５０、６０を閉成させて照明装置５０、換気装置６０を作動させる（ステップｄ２）。次に再びステップｂ２以降の動作を繰り返し行う。この間、上記フラグはリトリガブルにオンとされる。
【００４１】
ここで、人が検知範囲Ｂ内で静止する等して焦電型赤外線センサ２の検知出力が途絶えた場合、超音波センサ１による人体検知が次のように行われる。まず、ステップｂ２により人体が検知されないと判定されたことを受けて上記フラグがオンであるか否か判定する（ステップｅ２）。ここではフラグがオンであるので、検知範囲Ａを超音波センサ１により観測する。すなわち、図７のＣのハイレベルに示すように超音波センサ１を作動させる。詳しくは後述するが、ここで、超音波センサ１を繰り返し検知動作させ、得られる受信パターンを平均して検知範囲Ａの状態を表す情報とする。次に、第１の制御部１１は、ここで得られた情報を前回の観測で得られた情報と比較する（ステップｆ２）。ここで、両者に相違があれば、判定出力を発生し、超音波センサ１により人体検知時間の計時を開始する（ステップｇ２）。なお、ここでは１回目の観測であって前回の情報はないとすると判定出力は発生しない。なお、初期値と比較して判定出力を生じるようにしても良い。次に、第１の制御部１１は現在の検知範囲Ａの状態を表す情報を図示しないＲＡＭに記憶する（ステップｈ２）。次に、現在の検知範囲Ａの状態を表す情報と、ＲＡＭ３に記憶した情報とを比較する（ステップｉ２）。ここでは、人体検知範囲Ｂ内にとどまっていて検知範囲Ａに人がいないので両者の相違がなく、検知範囲Ａから人が離れたとして、フラグをオンに保持する期間が終了したか否か判定する（ステップｊ２）。検知範囲Ａに人がいないとされた場合では、フラグをオンに保持する保持期間（２分）はリレー回路５０、６０を無条件に保持する期間であり、例えば、ステップｉ２の処理の際、相違無しでセットされ、相違有りでリセットされる図示しない計時回路により計時されるものであり、この場合では計時中にステップｉ２の処理で再び相違無しとされてもリトリガされない。ここでは保持期間が終了していないので、ステップｂ２以降の処理が繰り返される。
【００４２】
ここで、人が検知範囲Ａ内で静止する等して焦電型赤外線センサ２の検知出力が途絶えた場合、超音波センサ１による人体検知が次のように行われる。まず、ステップｂ２により人体が検知されないと判定されたことを受けて上記フラグがオンであるか否か判定する（ステップｅ２）。ここではフラグがオンであるので、検知範囲Ａを超音波センサ１により観測する。すなわち、図７のＣのハイレベルに示すように超音波センサ１を作動させる。ここで、超音波センサ１を繰り返し検知動作させ、得られる受信パターンを平均して検知範囲Ａの状態を表す情報とする。ここでの検知動作回数は、動作中の人体等からの反射波を過度の平均処理により相殺しないように、ＲＡＭ３に記憶した情報を得た際のものより少なく設定する。ここでは２０回としてある。また、検知動作の時間間隔は３０ｍｓである。次に、第１の制御部１１は、ここで得られた情報を前回の観測で得られた情報と比較する（ステップｆ２）。ここで、前回の観測で図６のＢに示すようなパターンに対応する情報が得られ、今回の観測で図６のＣに示すようなパターンに対応する情報が得られたとすると、両者の所定の許容範囲を越える相違があると判定される。このように両者の相違が判定されると、図７のＤのハイレベルに示すように判定出力を発生し、超音波センサ１による人体検知時間（ここでは２分）の計時をリトリガする（ステップｇ２）。すなわち、人が動いていれば前回と違った情報が観測されるため、人体とバックグラウンドの物体とを区別してその存在を判定する。そして、観測された情報が相違する場合は検知範囲Ａ内に人がいるとして所定時間、２分の計時を開始する。これにより、実質的に上記フラグをリトリガする。次に、第１の制御部１１は現在の検知範囲Ａの状態を表す情報を図示しないＲＡＭに記憶する（ステップｈ２）。すなわち、現在の検知範囲Ａの状態を表す情報は次回の観測まで保存され、次回の情報と比較されるのである。
【００４３】
さらに、現在の検知範囲Ａの状態を表す情報と、ＲＡＭ３に記憶した情報とを比較する（ステップｉ２）。ここでは人が検知範囲Ａにおり両者が相違し、図７のＥのハイレベルに示すような判定出力が生じる。これを受けて超音波センサ１による人体検知時間の計時を開始してから２分間が経過したか否か判定し（ステップｋ２）、経過していなければ再びステップｂ２からの処理を繰り返し行う。これにより、焦電型赤外線センサ２から検知出力が生じない間、超音波センサ１により検知範囲Ａを繰り返し観測し、その都度現在の検知範囲Ａ内の状態を表す情報と前回のそれとを比較して人体を動的にとらえる。そのうえで、現在の検知範囲Ａ内の状態を表す情報とＲＡＭ３の情報とを比較して人体を静的にもとらえる。このため、正確な人体検知が可能となり、超音波センサ２のみによる人体検知時間を実質的に、上述の理由で設けられた所定の人体検知時間以上に延ばすことができる。図７では２分以上超音波センサ１のみで人体検知が行われた場合を示している。なお、ステップｆ２の処理により相違無しと判定された際には２分の計時はリトリガされない。すなわち、２分以上、焦電型赤外線センサ２にも検知されず、超音波センサ１にも静止したものとしかとらえられないものについては人体以外のものとみなすのである。
【００４４】
ここで、次に人がトイレから退室する場合、すなわち、検知範囲Ａ、Ｂから人がいなくなる場合について述べる。
【００４５】
まず、検知範囲Ａで静止した人がここから離れると、通常、その動作により焦電型赤外線センサ２の検知出力が発生（ステップｂ２）する。ここで、人が検知範囲Ｂからも離れると焦電型赤外線センサ２の出力は途絶える。これを受けて上記フラグがオンであることを確認し（ステップｅ２）、超音波センサ２を作動させることとなる。また、何らかの事情で焦電型赤外線センサ１の検知出力がない場合でも同様に以下のように超音波センサ１の観測に基づいて人体検知動作は続けられる。超音波センサ１により検知範囲Ａを観測して得られた情報を前回のものと比較する（ステップｆ２）。ここでは両者が相違し、判定出力が発生するとともに超音波センサ１のみによる人体検知時間の計時を開始する（ステップｇ２）。次に現在の検知範囲Ａを観測して得られた情報が記憶される（ステップｈ２）。次にこの情報とＲＡＭ３の情報とを比較する（ステップｉ２）。ここでは検知範囲Ａに人がいないため両者の相違は許容範囲におさまり、相違なしと判定され、次に上記フラグをオンに保持する期間が終了したか判定する（ステップｊ２）。この動作を繰り返し行い、ステップｊ２にて上記フラグをオンに保持する期間が終了すると上記制御信号の発生を停止し、リレー回路５０、６０を開成させて照明装置５０、換気装置６０の動作を停止させる（ステップｌ２）。これととともに、上記フラグはオフとされる（ステップｍ２）。なお、ステップｉ２の処理において相違有りとされた場合でも、ステップｇ２の処理において２分以上トリガがかからない場合にはフラグはオフとなる。
【００４６】
次に人がトイレから退出した後の動作について述べる。
【００４７】
この場合、ステップｂ２において焦電型赤外線センサ２からの検知出力が無いことを確認し、ステップｅ２において上記フラグのオフを確認する。次に人体検知がなされていない期間が３分以上となったか否か確認する（ステップｎ２）。ここで３分以上経過していない場合は再びステップｂ２からの動作を繰り返し行う。ここで、３分以上経過していると判定された場合は、超音波センサ１を作動させ、ステップａ２の処理と同様、１００回の検知動作により得られた受信パターンを平均し、現在の検知範囲Ａ内の状態を表す情報を得る。そしてこの情報とＲＡＭ３に記憶されている情報とを比較して両者に相違があるときにはＲＡＭ３の情報を更新する（ステップｏ２）。すなわち、このときの超音波センサ１の出力を表す情報を人体等の物体が第１の検知範囲に存在しない状態における超音波センサの出力状態を表す情報としてＲＡＭ３に記憶するのである。ステップｏ２の動作を終了すると再びステップｂ２以降の動作を繰り返し行い、人が再びトイレに入室するか否か判定するのである。
【００４８】
以上のように本例では、超音波センサ１においても人体を動的にとらえるようにしたので、人体検知がより正確になる。また、超音波センサ１による人体検知において、バックグラウンド、人体それぞれに対応した所定の検知動作回数分の受信パターンを平均して検知範囲Ａ内の状態を表す情報とすることによって、さらに人体検知を正確なものにしている。
【００４９】
【発明の効果】
本発明では、静止状態にある物体を検知できないという焦電型赤外線センサの欠点を超音波センサを用いることで解消できる。このため、焦電型赤外線センサにチョッパ等が不要であり、その駆動に要する消費電力が不要となり経済性が向上する。また駆動部がないため、信頼性が向上する。
【００５０】
また、焦電型赤外線センサにより、検出対象としての物体をその物体から発せられる赤外線によって検知した後に超音波センサを用いた検知を行う。このため、ある程度検出対象としての物体が特定したうえで超音波センサを用いた物体検知を行うこととなり、超音波センサによる検知の信頼性が向上する。
【００５１】
また、各センサの出力に基づいて物体が第１の検知範囲に存在しないと判定した状態において、上記超音波出力に基づく第１の検知範囲内の状態を表す情報と上記記憶手段に記憶されている情報とを比較して両者に相違があるときに上記記憶手段の情報を更新する。このため、第１の検知範囲内に検知対象としての上記物体以外の物体が置かれてたり、第１の検知範囲内の物体の配置が変わっても、第１の検知範囲内における物体の存在の有無の判定は、検知対象外の物体をバックグラウンドとして含んだ新たな情報に基づいて行うので、常に検知対象としての物体のみに対して判定が行われる。
【００５２】
第１の検知範囲内における物体の存在を判定する際、超音波センサによる観測を行う都度、第１の検知範囲の状態を表す情報を前回の観測の際の当該情報と比較して両者の相違を判定し、かつ、記憶手段の情報と超音波センサの上記情報とを比較して両者の相違を判定して上記物体の存在を判定することにより、超音波センサのみでも上記物体を動的に捕らえることが可能となる。ひいては、物体検知精度を上げるものである。また、第１の検知範囲内の状態を表す上記情報を超音波センサの複数回検知動作分の出力の平均から得ることにより、不安定な反射を示す物体からの反射波が上記情報に与える影響を抑えるものでもある。特に上記記憶手段に記憶された情報ではバックグラウンドとして安定なものが得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例の物体検知装置の構成を説明するための説明図。
【図２】図１の動作説明のためのタイミングチャート。
【図３】図１の動作説明のためのフローチャート。
【図４】図１の動作説明のためのタイミングチャート。
【図５】本発明の他の物体検知装置の構成を説明するための説明図。
【図６】図５の動作説明のためのタイミングチャート。
【図７】図５の動作説明のためのタイミングチャート。
【図８】図５の動作説明のためのフローチャート。
【符号の説明】
１ 超音波センサ
２ 焦電型赤外線センサ
３ ＲＡＭ（記憶手段）
４０ 第１の制御部（第１の制御手段）
４１ 第２の制御部（第２の制御手段）
５ 照明装置（負荷）
６ 換気装置（負荷）
１１ 第１の制御部（第１の制御手段）
１２ 第２の制御部（第２の制御手段）
【発明の技術分野】
本発明は物体検知装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
現在、各種のセンサを用いて室内等における人の存在を判定し、これに基づいて室内に人が存在するときに照明等の室内設備作動させる装置がある。
【０００３】
このような装置においては、焦電型赤外線センサを用いた物体検知装置を用いるものがある。焦電型赤外線センサは、周知のとおり、検知範囲内の人体の進入または検知範囲内での人体の動作により生ずる検知範囲内の熱移動を赤外線変化として検知するものである。このため、そのままでは静止状態の人体を検知することはできないため、チョッパによって赤外線受光部の前を断続的に遮り、赤外線変化を積極的に起こすことによって静止状態の人体等を検知可能としている。
【０００４】
また、超音波センサを用いた物体検知装置もある。これは、検知範囲内を超音波によりスキャンし、所定の状態と異なる状態を検出したときに物体の存在を検出するものである。このため、検知範囲において人体が静止状態にあっても不具合無く検知することが可能である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、焦電型赤外線センサを用いたものでは、チョッパを用いたものであっても、検知範囲内またはチョッパの温度状態によっては、受光面に入射する赤外線変化幅が変動し、例えば、人体の余熱を検知したり、静止状態の人体を検知できなくなったりと、動作が不安定となる。すなわち、上記のような照明装置を制御する場合では、人体が静止すると誤動作により照明が消灯することとなる。また、チョッパを常時駆動させるため、消費電力の増加を招く。
【０００６】
また、超音波センサを用いたものでは、検知範囲内にある物体が人体であるか否か判定することができない。このため、検知範囲内の設備の配置を変えた場合でも検知出力を生じる。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記問題点を解消するために、本発明では、第１の検知範囲を有する超音波センサと、第１の検知範囲を内包する第２の検知範囲を有する焦電型赤外線センサとを設け、これら超音波センサおよび焦電型赤外線センサの出力に基づいて人体等の物体の検知を行う。このため、静止状態にある物体を検知できないという焦電型赤外線センサの欠点は超音波センサを用いることで解消できる。
【０００８】
また、第１の検知範囲内に人体等の物体が存在しない状態における超音波センサの出力状態を表す情報を記憶手段に記憶し、この情報と超音波センサの出力とを比較して第１の検知範囲内における物体の存在を判定する。これとともに、各センサの出力に基づいて物体が第１の検知範囲に存在しないと判定した状態において、上記超音波出力に基づく第１の検知範囲内の状態を表す情報と上記記憶手段に記憶されている情報とを比較して両者に相違があるときに上記記憶手段の情報を更新する。このため、超音波センサの検知対象の特定が難しいことによる不具合を解消することができる。例えば、第１の検知範囲内に検知対象としての上記物体以外の物体が置かれても、第１の検知範囲内における物体の存在の有無の判定は、検知対象外の物体をバックグラウンドとして含んだ記憶手段内の新たな情報に基づいて行うので、常に検知対象としての物体のみに対して判定が行われる。
【０００９】
また、第１の検知範囲内における物体の存在を判定する際、超音波センサによる観測を行う都度、第１の検知範囲の状態を表す情報を前回の観測の際の当該情報と比較して両者の相違を判定し、かつ、記憶手段の情報と超音波センサの上記情報とを比較して両者の相違を判定して上記物体の存在を判定する。これにより、超音波センサのみでも上記物体を動的に捕らえることを可能とし、物体検知精度を上げる。
【００１０】
また、第１の検知範囲内の状態を表す情報を、超音波センサの複数回の検知動作分の平均から得ることにより、不安定な反射を示す物体からの反射波が上記情報に与えるノイズを抑える。
【００１１】
【発明の実施の形態】
第１の検知範囲を有する超音波センサと、第１の検知範囲を内包する第２の検知範囲を有する焦電型赤外線センサと、人体等の物体が第１の検知範囲に存在しない状態における超音波センサの出力状態を表す情報を記憶する記憶手段と、上記赤外線センサおよび上記超音波センサからの上記物体の検知出力に応答して負荷の制御出力を発生する第１の制御手段と、上記第１の制御手段からの上記制御出力が停止している状態において、上記超音波センサの出力に基づく第１の検知範囲内の状態を表す情報と上記記憶手段に記憶されている情報とを比較して両者に相違があるときに上記記憶手段の情報を更新する第２の制御手段とを具備する物体検知装置を構成する。
【００１２】
上記第１の制御回路は、上記赤外線センサの検知出力に応答して上記制御出力を一定時間発するとともに、上記赤外線センサの出力が途絶えるとともに上記制御出力が発生している間上記超音波センサを作動させ、上記記憶手段の情報と上記超音波センサの検知出力とを比較して第１の検知範囲内における上記物体の存在を判定し、この判定出力と上記赤外線センサの検知出力に応答して上記制御出力をリトリガブルに発生させ、上記赤外線センサの検知出力が所定時間以上途絶えた場合には上記制御出力を停止させることが好ましい。
【００１３】
上記第１の制御手段は、上記赤外線センサの検知出力に応答して上記制御出力を一定時間発するとともに、上記赤外線センサの出力が途絶えるとともに上記制御出力が発生している間上記超音波センサを作動させ、超音波センサにより第１の検知範囲を繰り返し観測し、観測の都度現在の観測により得られた第１の検知範囲内の状態を表す情報とその前の観測により得られた当該情報とを比較して相違を判定して第１の判定出力を発生し、この第１の判定出力または上記赤外線センサの検知出力に応答して上記制御出力をリトリガブルに発生させ、所定時間以上上記判定出力または検知出力がない場合には上記制御出力を停止させ、また、上記記憶手段の情報と上記超音波センサの出力とを比較し両者の相違を判定して第２の判定出力を発生し、第２の判定出力が特定時間以上発生しないおりには第１の検知範囲内において上記物体が存在しないと判定して上記制御出力を停止させることも好ましい。
【００１４】
ここで、第１の検知範囲内の状態を表す上記情報は、超音波センサの複数回の検知動作分の出力の平均から得ることも好ましい。
【００１５】
【実施例】
次に本発明の一実施例の物体検知装置について説明する。本例はトイレに設置する物体検知装置に関するものであり、トイレ内の人の存在、不在に応じて照明装置、換気装置を制御するものである。図１は本例の構成を示す説明図である。
【００１６】
同図ａにおいて、１は超音波センサであり、図示しないが、超音波信号を送信する送信部と検知範囲の物体にて反射された反射波を受信する受信部とを備える。また、超音波センサ１は図１ｂに示すようにトイレの天井に設置して通常人が静止するであろう位置、例えば便座に対応した検知範囲Ａを有する。ここでは、床面から２．４ｍの天井に設置されており、天井から１．９ｍ下までの便座外周を含む範囲を検知範囲Ａとしてある。
【００１７】
２は焦電型赤外線センサであり、検知範囲Ａを内包する検知範囲Ｂを有し、検知範囲Ｂ内の人体を赤外線変化として検知する。ここで、焦電型赤外線センサ２は超音波センサ１と並んで配置され、検知範囲Ｂはトイレの床面をほぼ覆うものとしてある。図示しないが焦電型赤外線センサ２はその受光面をフレネルレンズまたは複数の異なる面からなるフードで覆う等して検知範囲Ｂを複数のエリアに分割しており、これらの各エリアを人が通過する毎に検知出力を発するように構成してある。このため、検知範囲Ｂ内で人が動く間検知出力を発生する。
【００１８】
３は記憶手段としてのＲＡＭであり、人体等の物体が検知範囲Ａに存在しない状態における超音波センサ１の出力状態を表す情報を記憶する。
【００１９】
４は制御回路であり、焦電型赤外線センサ２および超音波センサ１からの物体の検知出力に応答して後述する照明装置、換気装置の制御出力を発生する第１の制御部４０を備える。これとともに、上記制御出力が停止している状態において、超音波センサ１の出力に基づく検知範囲Ａ内の状態を表す情報とＲＡＭ３に記憶されている情報とを比較して両者に相違があるときにＲＡＭ３の情報を更新する第２の制御部４１を備える。第１、第２の制御部４０、４１はソフト処理に置換え可能である。
【００２０】
５、６はそれぞれ照明装置、換気装置であり、上記制御出力に応答するリレー回路５０、６０の閉成により、交流電源７からの電力供給を受けて作動する。
【００２１】
８は電源回路であり、交流電源７から直流電源電圧を発生し、照明装置５、換気装置６を除くすべての回路要素に供給する。
【００２２】
９は動作設定回路であり、後述するフラグの保持時間を設定したり、各センサの感度調整等を行う。
【００２３】
次に本例の動作について説明する。
【００２４】
まず、超音波センサ１を用いた人体検知について述べる。この検知方法は、検知範囲Ａにおいて人体が不在の状態と存在する状態との超音波センサ１の受信信号の相違を検知してこれを人体の検知出力とするものである。まず、人体が検知範囲Ａに存在しない状態における超音波センサの出力状態を表す情報をＲＡＭ３に記憶する。ここでは、超音波信号を送信し、検知範囲内の物体から反射された超音波信号の受信パターンを、超音波の送信開始を時間軸の原点として各タイミング毎のパルスハイトをＲＡＭ３に納める。なお、原点は適宜にオフセット可能である。超音波センサ１と反射物との位置関係はこの超音波信号の受信タイミングにより決定できる。例えば、超音波センサ１から０．１ｍの位置に反射物があれば、送信開始から０．５８８ｍＳ程で反射波が受信される。すなわち、検知範囲Ａにおける反射物の位置関係により受信パターンが定まり、ＲＡＭ３はこのパターンを記憶する。例えば図２のＡでは、超音波センサ１から０．４５ｍおよび０．７５ｍ付近に反射物が存在していることがわかる。なお、便宜上、同図においてスケールａにおいては超音波信号の送信タイミングを原点にとった時間軸上のタイミング（ｍｓ）を上に示し、反射波の受信タイミングに対応した反射物までの距離（ｍ）を下に示してある。この状態において、身長１．７０ｍの人が超音波センサ１の下で静止すると超音波センサ１からは図２のＢに示すようなパターンが得られる。制御回路４では、第１の制御部４０の制御に従いＲＡＭ３を読み、ＲＡＭ３に記憶された図２のＡのパターンと、超音波センサ１から出力される図２のＢのパターンとを比較し、これらのパターンの相違が所定の許容範囲を越えたときに検知範囲Ａ内に人体が存在すると判定する。以上の動作により検知範囲Ａ内の人体検知が行われる。なお、制御回路４ではこの判定の誤差を少なくするために超音波信号を数回受信してこれらの論理積を取って得られる受信パターンとＲＡＭ３の受信パターンとを比較処理するようにしてある。また、ＲＡＭ３の内容は後述するように検知範囲Ａの状態に応じて更新される。
【００２５】
次に本例の全体の動作について図３のフローチャートおよび図４のタイミングチャートを参照しながら説明する。
【００２６】
まず、トイレに人がいない状態から、人がトイレに入室し、検知範囲Ｂ、検知範囲Ａに順次移動した場合について述べる。
【００２７】
焦電型赤外線センサ２は常時作動しており、制御回路４は検知出力の有無を判定している（ステップａ）。ここで、人がトイレに入室して検知範囲Ｂに入ると、図４のＡのハイレベルに示すように焦電型赤外線センサ２から検知出力が発生する。これを受けた制御回路４は、図４のＢのハイレベルに示すように人体検知中を示すフラグをオンとする（ステップｂ）。このフラグは所定の期間保持される。つまりこの期間は、人体が静止したり、また、人体が動いているにもかかわらず人体の予熱等により赤外線変化が僅かになるなどし、人体が検知範囲Ｂ内に人が存在するにもかかわらず焦電型赤外線センサからの検知出力が途絶えた場合に、早計に人体が検知範囲Ｂから離れたと判定しないようにするためのものであり、焦電型赤外線センサ２の次の検知出力が発生するまで待機させるものである。この期間は適宜に設定可能であり、ここでは１分程度に設定する。なお、検知範囲Ｂを検知範囲Ａを内包するように定めたのは、超音波センサ１を用いた人体検知では人体とそれ以外の物体（以下、物品）との判別が難しいからである。すなわち、焦電型赤外線センサ１により選択的に人体を検知した後、超音波センサ１を用いるようにしたので、超音波センサ１の出力により検知されるものが人体である可能性が高くなり、誤動作の可能性を低くできるのである。さて、焦電型赤外線センサ２の検知出力とともに上記フラグがオンとなると、制御回路４は制御信号を発生し、この制御信号によりリレー回路５０、６０を閉成させて照明装置５０、換気装置６０を作動させる（ステップｃ）。次に再びステップａ以降の動作を繰り返し行う。この間、上記フラグはリトリガブルにオンとされる。
【００２８】
ここで、人が検知範囲Ｂ内で静止する等して焦電型赤外線センサ２の検知出力が途絶えた場合、超音波センサ１による人体検知が次のように行われる。まず、ステップａにより人体が検知されないと判定されたことを受けて上記フラグがオンであるか否か判定する（ステップｄ）。ここではフラグがオンであるので図４のＣのハイレベルに示すように超音波センサ１を作動させて、上述したようにＲＡＭ３の内容と超音波センサ１の出力とに基づいて検知範囲Ａ内に人体が存在するか否か判定する（ステップｅ）。ここで、超音波センサ１より人体が検知されない場合、すなわち、人がまだ検知範囲Ｂにいる等の場合、フラグをオンに保持する期間が終了したか否か判定する（ステップｆ）。すなわち、検知範囲Ａに人体が存在せず、しかも所定時間以上焦電型赤外線センサ２から検知出力が発生されない場合は人が検知範囲Ｂの外、すなわち、トイレから退室したと判定するためである。ここで、上記期間は終了していないとすると、再びステップａの動作を繰り返す。例えば、人が検知範囲Ｂから検知範囲Ａに向かい移動する間、以上の動作が繰り返され、フラグは焦電型赤外線センサ２から検知出力が生じる度に更新され、焦電型赤外線センサ２の検知出力が途絶える度に超音波センサ１が作動される。
【００２９】
ここで、人が検知範囲Ａ内に入って静止すると、焦電型赤外線センサ２からの検知出力が途絶え、超音波センサ１が作動され、人体を検知する（ステップｅ）。図４のＤのインパルスｄのように検知される。この検知に対しても上記フラグはリトリガブルにオンされる。次に前回の焦電型赤外線センサ２の検知出力から２分以上経過したか否、すなわち、超音波センサ１のみにより２分以上人体を検知したか判定する（ステップｇ）。この２分という期間は次のような理由で設けられている。つまり、検知している物体が人であるか物品であるか判定するための期間である。すなわち、人を検知しているのであれば、２分間の間には何らかの動作を行い、それにともなって焦電型赤外線センサ２から検知出力が生じるものと仮定し、もし２分以上、超音波センサ２のみにより人体を検知したとされる場合では、人体以外の物品を検知しているものと判定する。これにより、人体以外の物品により人体を検知したとされることを避けるためのものである。ここでこの期間は２分に限らず適宜に決定可能である。ステップｇにて２分以上経過していないと判定されるとステップａ以降の動作が繰り返し行われる。
【００３０】
次に人がトイレから退室する場合、すなわち、検知範囲Ａ、Ｂから人がいなくなる場合について述べる。
【００３１】
まず、検知範囲Ａで静止した状態の人がここから離れると、その動作により焦電型赤外線センサ２の検知出力が発生（ステップａ）する。ここで、人が検知範囲Ｂからも離れると焦電型赤外線センサ２の出力は途絶える。これを受けて上記フラグがオンであることを確認し（ステップｄ）、超音波センサ２を作動させ、検知範囲Ａ内に人体がないことを確認する（ステップｅ）。次に上記フラグをオンに保持する期間が終了したか判定する（ステップｆ）。この動作を繰り返し行い、ステップｆにて上記フラグをオンに保持する期間が終了すると上記制御信号の発生を停止し、リレー回路５０、６０を開成させて照明装置５０、換気装置６０の動作を停止させる（ステップｈ）。これととともに、上記フラグはオフとされる（ステップｉ）。なお、人が検知範囲Ａを離れる際でも、人体の予熱等によって焦電型赤外線センサ２から検知出力が発生しない場合があるが、このような場合であってもステップａ、ｄ、ｅ、ｆの動作を繰り返すことにより、人がトイレから退室したことを正しく判定できる。
【００３２】
次に人がトイレから退出した後の動作について述べる。
【００３３】
この場合、ステップａにおいて焦電型赤外線センサ２からの検知出力が無いことを確認し、ステップｄにおいて上記フラグのオフを確認する。次に人体検知がなされていない期間が３分以上となったか否か確認する（ステップｊ）。ここで３分以上経過していない場合は再びステップａからの動作を繰り返し行う。ここで、３分以上経過していると判定された場合は、超音波センサ１を作動させ、この出力に基づく検知範囲Ａ内の状態を表す情報とＲＡＭ３に記憶されている情報とを比較して両者に相違があるときにはＲＡＭ３の情報を更新する（ステップｋ）。すなわち、このときの超音波センサ１の出力を表す情報を人体等の物体が第１の検知範囲に存在しない状態における超音波センサの出力状態を表す情報としてＲＡＭ３に記憶するのである。ステップｋの動作を終了すると再びステップａ以降の動作を繰り返し行い、人が再びトイレに入室するか否か判定するのである。ここで、ＲＡＭ３の内容を更新する理由は次の通りである。すなわち、超音波センサ１による人体検知は、超音波センサ１の出力に基づく検知範囲Ａ内の状態を表す情報と、ＲＡＭ３に記憶されている情報とを比較することにより行われている。このため、例えば、人がトイレに何らかの物品を残して退室すると、物品の存在によって超音波センサ１の出力状態を示す情報がＲＡＭ３の情報と異なり、人体が存在すると判定してしまうという誤動作が起こる場合がある。この誤動作は超音波センサでは人体と物品とを判別できないことに起因する。本例では、例えば、トイレに入った人が検知範囲Ａ内に何らかの物品を残したり、検知範囲Ａ内の物品の配置を変更しても、ＲＡＭ３の情報は、上記ステップｋの動作により残された物品等をバックグラウンドとして含んだ新たな情報に更新されるのである。このため、検知範囲Ａ内における人体の存在の有無の判定はこの新たな情報に基づいて行われるため、常に人体のみに対して判定が行うことができ、上記誤動作を避けることができる。なお、上述したように超音波センサ１のみによって一定時間人体の検知が行われた場合、上記フラグをオフとするようにして人体と物品との判別を行うことも有効ではあるが、この対処は、物品が持ち込まれた時のみに有効な手段である。すなわち、一度物品が残されると次回からは、超音波センサ１が作動されるだけで、物品を人体として謝って検知してしまうこととなる。この点においてもＲＡＭ３の情報を更新することは効果的である。
【００３４】
上記実施例ではトイレの照明装置、換気装置を制御するものについて述べたが、本発明はこれに限るものではなく、病院のベッドの人体検知装置等に応用することができる。この他超音波センサを用いているため、検出対象の大小判定も可能であるため、物流管理用の物体検知装置としても応用可能である。
【００３５】
次に本発明の他の実施例について説明する。本例は、第１の検知範囲内における物体の存在を判定する際、超音波センサによる観測を行う都度、第１の検知範囲の状態を表す情報を前回の観測の際の当該情報と比較して両者の相違を判定し、かつ、記憶手段の情報と超音波センサの上記情報とを比較して両者の相違を判定して上記物体の存在を判定することにより、超音波センサのみでも上記物体を動的に捕らえることを可能とし、物体検出精度を上げるものである。また、第１の検知範囲内の状態を表す上記情報を超音波センサの複数回検知動作分の出力の平均から得ることにより、不安定な反射を示す物体からの反射波が上記情報に与える影響を抑えるものでもある。特に上記記憶手段に記憶された情報はバックグラウンドとして安定したものが得られる。
【００３６】
本例の構成は図５に示すとおりである。同図において、図１における番号と同じ番号にて示したものは同じ構成要素を示してある。１０は制御回路であり、第１の制御手段としての第１の制御部１１と第２の制御手段としての第２制御部１２を備える。すなわち、図１に示した物体検知装置において制御回路４に代わり制御回路１０を設けたものであり、その他の構成要素は同じものであり、また、設置場所、各センサの検知範囲も同じものとする。
【００３７】
次に本例の動作について、図６、７のタイミングチャートおよび図８のフローチャートを参照しながら説明する。
【００３８】
まず、検知範囲Ａ、Ｂに人がいないものとして述べる。まず、この人のいない状態において超音波センサ１の出力状態を表す信号を記憶する（ステップａ２）。ここでは、超音波センサ１により検知範囲Ａを複数回、例えば、１００回検知動作する。ここで、検知動作の時間間隔は３０ｍｓである。第２の制御部１２は各回の検知動作における超音波信号の受信パターンを平均して得られたパターンを超音波センサ１の出力状態を表す信号としてＲＡＭ３に記憶する。このため、検知範囲Ａ内に不安定な反射を示す物体が存在した場合でも、受信パターンに含まれるそのような不安定な反射波は相殺され、ＲＡＭ３に記憶された信号は安定したものとなる。ここでは、例えば図６のＡに示すようなパターンが記憶される。なお、この処理に要される検知動作回数は上述のものに限るものではない。なお、ステップａ２の処理については、ここでは初期設定の際検知範囲Ａ、Ｂに人がいないとして行われるが、後述するように上述の実施例と同様に超音波センサ１、焦電型赤外線センサ２を用いて検知範囲に人がいないとされたおりにも同様の処理が行われる。
【００３９】
次に人がトイレに入室し、検知範囲Ｂ、検知範囲Ａに順次移動した場合について述べる。
【００４０】
焦電型赤外線センサ２は常時作動しており、制御回路４（第１の制御部１１）は検知出力の有無を判定している（ステップｂ２）。ここで、人がトイレに入室して検知範囲Ｂに入ると、図７のＡのハイレベルに示すように焦電型赤外線センサ２から検知出力が発生する。これを受けた制御回路１０は、図７のＢのハイレベルに示すように人体検知中を示すフラグをオンとする（ステップｃ２）。このフラグは上記実施例と同様に所定の期間保持される。ここでは２分程度に設定する。さて、焦電型赤外線センサ２の検知出力とともに上記フラグがオンとなると、制御回路１０は制御信号を発生し、この制御信号によりリレー回路５０、６０を閉成させて照明装置５０、換気装置６０を作動させる（ステップｄ２）。次に再びステップｂ２以降の動作を繰り返し行う。この間、上記フラグはリトリガブルにオンとされる。
【００４１】
ここで、人が検知範囲Ｂ内で静止する等して焦電型赤外線センサ２の検知出力が途絶えた場合、超音波センサ１による人体検知が次のように行われる。まず、ステップｂ２により人体が検知されないと判定されたことを受けて上記フラグがオンであるか否か判定する（ステップｅ２）。ここではフラグがオンであるので、検知範囲Ａを超音波センサ１により観測する。すなわち、図７のＣのハイレベルに示すように超音波センサ１を作動させる。詳しくは後述するが、ここで、超音波センサ１を繰り返し検知動作させ、得られる受信パターンを平均して検知範囲Ａの状態を表す情報とする。次に、第１の制御部１１は、ここで得られた情報を前回の観測で得られた情報と比較する（ステップｆ２）。ここで、両者に相違があれば、判定出力を発生し、超音波センサ１により人体検知時間の計時を開始する（ステップｇ２）。なお、ここでは１回目の観測であって前回の情報はないとすると判定出力は発生しない。なお、初期値と比較して判定出力を生じるようにしても良い。次に、第１の制御部１１は現在の検知範囲Ａの状態を表す情報を図示しないＲＡＭに記憶する（ステップｈ２）。次に、現在の検知範囲Ａの状態を表す情報と、ＲＡＭ３に記憶した情報とを比較する（ステップｉ２）。ここでは、人体検知範囲Ｂ内にとどまっていて検知範囲Ａに人がいないので両者の相違がなく、検知範囲Ａから人が離れたとして、フラグをオンに保持する期間が終了したか否か判定する（ステップｊ２）。検知範囲Ａに人がいないとされた場合では、フラグをオンに保持する保持期間（２分）はリレー回路５０、６０を無条件に保持する期間であり、例えば、ステップｉ２の処理の際、相違無しでセットされ、相違有りでリセットされる図示しない計時回路により計時されるものであり、この場合では計時中にステップｉ２の処理で再び相違無しとされてもリトリガされない。ここでは保持期間が終了していないので、ステップｂ２以降の処理が繰り返される。
【００４２】
ここで、人が検知範囲Ａ内で静止する等して焦電型赤外線センサ２の検知出力が途絶えた場合、超音波センサ１による人体検知が次のように行われる。まず、ステップｂ２により人体が検知されないと判定されたことを受けて上記フラグがオンであるか否か判定する（ステップｅ２）。ここではフラグがオンであるので、検知範囲Ａを超音波センサ１により観測する。すなわち、図７のＣのハイレベルに示すように超音波センサ１を作動させる。ここで、超音波センサ１を繰り返し検知動作させ、得られる受信パターンを平均して検知範囲Ａの状態を表す情報とする。ここでの検知動作回数は、動作中の人体等からの反射波を過度の平均処理により相殺しないように、ＲＡＭ３に記憶した情報を得た際のものより少なく設定する。ここでは２０回としてある。また、検知動作の時間間隔は３０ｍｓである。次に、第１の制御部１１は、ここで得られた情報を前回の観測で得られた情報と比較する（ステップｆ２）。ここで、前回の観測で図６のＢに示すようなパターンに対応する情報が得られ、今回の観測で図６のＣに示すようなパターンに対応する情報が得られたとすると、両者の所定の許容範囲を越える相違があると判定される。このように両者の相違が判定されると、図７のＤのハイレベルに示すように判定出力を発生し、超音波センサ１による人体検知時間（ここでは２分）の計時をリトリガする（ステップｇ２）。すなわち、人が動いていれば前回と違った情報が観測されるため、人体とバックグラウンドの物体とを区別してその存在を判定する。そして、観測された情報が相違する場合は検知範囲Ａ内に人がいるとして所定時間、２分の計時を開始する。これにより、実質的に上記フラグをリトリガする。次に、第１の制御部１１は現在の検知範囲Ａの状態を表す情報を図示しないＲＡＭに記憶する（ステップｈ２）。すなわち、現在の検知範囲Ａの状態を表す情報は次回の観測まで保存され、次回の情報と比較されるのである。
【００４３】
さらに、現在の検知範囲Ａの状態を表す情報と、ＲＡＭ３に記憶した情報とを比較する（ステップｉ２）。ここでは人が検知範囲Ａにおり両者が相違し、図７のＥのハイレベルに示すような判定出力が生じる。これを受けて超音波センサ１による人体検知時間の計時を開始してから２分間が経過したか否か判定し（ステップｋ２）、経過していなければ再びステップｂ２からの処理を繰り返し行う。これにより、焦電型赤外線センサ２から検知出力が生じない間、超音波センサ１により検知範囲Ａを繰り返し観測し、その都度現在の検知範囲Ａ内の状態を表す情報と前回のそれとを比較して人体を動的にとらえる。そのうえで、現在の検知範囲Ａ内の状態を表す情報とＲＡＭ３の情報とを比較して人体を静的にもとらえる。このため、正確な人体検知が可能となり、超音波センサ２のみによる人体検知時間を実質的に、上述の理由で設けられた所定の人体検知時間以上に延ばすことができる。図７では２分以上超音波センサ１のみで人体検知が行われた場合を示している。なお、ステップｆ２の処理により相違無しと判定された際には２分の計時はリトリガされない。すなわち、２分以上、焦電型赤外線センサ２にも検知されず、超音波センサ１にも静止したものとしかとらえられないものについては人体以外のものとみなすのである。
【００４４】
ここで、次に人がトイレから退室する場合、すなわち、検知範囲Ａ、Ｂから人がいなくなる場合について述べる。
【００４５】
まず、検知範囲Ａで静止した人がここから離れると、通常、その動作により焦電型赤外線センサ２の検知出力が発生（ステップｂ２）する。ここで、人が検知範囲Ｂからも離れると焦電型赤外線センサ２の出力は途絶える。これを受けて上記フラグがオンであることを確認し（ステップｅ２）、超音波センサ２を作動させることとなる。また、何らかの事情で焦電型赤外線センサ１の検知出力がない場合でも同様に以下のように超音波センサ１の観測に基づいて人体検知動作は続けられる。超音波センサ１により検知範囲Ａを観測して得られた情報を前回のものと比較する（ステップｆ２）。ここでは両者が相違し、判定出力が発生するとともに超音波センサ１のみによる人体検知時間の計時を開始する（ステップｇ２）。次に現在の検知範囲Ａを観測して得られた情報が記憶される（ステップｈ２）。次にこの情報とＲＡＭ３の情報とを比較する（ステップｉ２）。ここでは検知範囲Ａに人がいないため両者の相違は許容範囲におさまり、相違なしと判定され、次に上記フラグをオンに保持する期間が終了したか判定する（ステップｊ２）。この動作を繰り返し行い、ステップｊ２にて上記フラグをオンに保持する期間が終了すると上記制御信号の発生を停止し、リレー回路５０、６０を開成させて照明装置５０、換気装置６０の動作を停止させる（ステップｌ２）。これととともに、上記フラグはオフとされる（ステップｍ２）。なお、ステップｉ２の処理において相違有りとされた場合でも、ステップｇ２の処理において２分以上トリガがかからない場合にはフラグはオフとなる。
【００４６】
次に人がトイレから退出した後の動作について述べる。
【００４７】
この場合、ステップｂ２において焦電型赤外線センサ２からの検知出力が無いことを確認し、ステップｅ２において上記フラグのオフを確認する。次に人体検知がなされていない期間が３分以上となったか否か確認する（ステップｎ２）。ここで３分以上経過していない場合は再びステップｂ２からの動作を繰り返し行う。ここで、３分以上経過していると判定された場合は、超音波センサ１を作動させ、ステップａ２の処理と同様、１００回の検知動作により得られた受信パターンを平均し、現在の検知範囲Ａ内の状態を表す情報を得る。そしてこの情報とＲＡＭ３に記憶されている情報とを比較して両者に相違があるときにはＲＡＭ３の情報を更新する（ステップｏ２）。すなわち、このときの超音波センサ１の出力を表す情報を人体等の物体が第１の検知範囲に存在しない状態における超音波センサの出力状態を表す情報としてＲＡＭ３に記憶するのである。ステップｏ２の動作を終了すると再びステップｂ２以降の動作を繰り返し行い、人が再びトイレに入室するか否か判定するのである。
【００４８】
以上のように本例では、超音波センサ１においても人体を動的にとらえるようにしたので、人体検知がより正確になる。また、超音波センサ１による人体検知において、バックグラウンド、人体それぞれに対応した所定の検知動作回数分の受信パターンを平均して検知範囲Ａ内の状態を表す情報とすることによって、さらに人体検知を正確なものにしている。
【００４９】
【発明の効果】
本発明では、静止状態にある物体を検知できないという焦電型赤外線センサの欠点を超音波センサを用いることで解消できる。このため、焦電型赤外線センサにチョッパ等が不要であり、その駆動に要する消費電力が不要となり経済性が向上する。また駆動部がないため、信頼性が向上する。
【００５０】
また、焦電型赤外線センサにより、検出対象としての物体をその物体から発せられる赤外線によって検知した後に超音波センサを用いた検知を行う。このため、ある程度検出対象としての物体が特定したうえで超音波センサを用いた物体検知を行うこととなり、超音波センサによる検知の信頼性が向上する。
【００５１】
また、各センサの出力に基づいて物体が第１の検知範囲に存在しないと判定した状態において、上記超音波出力に基づく第１の検知範囲内の状態を表す情報と上記記憶手段に記憶されている情報とを比較して両者に相違があるときに上記記憶手段の情報を更新する。このため、第１の検知範囲内に検知対象としての上記物体以外の物体が置かれてたり、第１の検知範囲内の物体の配置が変わっても、第１の検知範囲内における物体の存在の有無の判定は、検知対象外の物体をバックグラウンドとして含んだ新たな情報に基づいて行うので、常に検知対象としての物体のみに対して判定が行われる。
【００５２】
第１の検知範囲内における物体の存在を判定する際、超音波センサによる観測を行う都度、第１の検知範囲の状態を表す情報を前回の観測の際の当該情報と比較して両者の相違を判定し、かつ、記憶手段の情報と超音波センサの上記情報とを比較して両者の相違を判定して上記物体の存在を判定することにより、超音波センサのみでも上記物体を動的に捕らえることが可能となる。ひいては、物体検知精度を上げるものである。また、第１の検知範囲内の状態を表す上記情報を超音波センサの複数回検知動作分の出力の平均から得ることにより、不安定な反射を示す物体からの反射波が上記情報に与える影響を抑えるものでもある。特に上記記憶手段に記憶された情報ではバックグラウンドとして安定なものが得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例の物体検知装置の構成を説明するための説明図。
【図２】図１の動作説明のためのタイミングチャート。
【図３】図１の動作説明のためのフローチャート。
【図４】図１の動作説明のためのタイミングチャート。
【図５】本発明の他の物体検知装置の構成を説明するための説明図。
【図６】図５の動作説明のためのタイミングチャート。
【図７】図５の動作説明のためのタイミングチャート。
【図８】図５の動作説明のためのフローチャート。
【符号の説明】
１ 超音波センサ
２ 焦電型赤外線センサ
３ ＲＡＭ（記憶手段）
４０ 第１の制御部（第１の制御手段）
４１ 第２の制御部（第２の制御手段）
５ 照明装置（負荷）
６ 換気装置（負荷）
１１ 第１の制御部（第１の制御手段）
１２ 第２の制御部（第２の制御手段）
Claims (3)
- 第１の検知範囲を有する超音波センサと、
第１の検知範囲を内包する第２の検知範囲を有する焦電型赤外線センサと、
人体等の物体が第１の検知範囲に存在しない状態における超音波センサの出力状態を表す情報を記憶する記憶手段と、
上記赤外線センサおよび上記超音波センサからの上記物体の検知出力に応答して負荷の制御出力を発生する第１の制御手段と、
上記第１の制御手段からの上記制御出力が停止している状態において、上記超音波出力に基づく第１の検知範囲内の状態を表す情報と上記記憶手段に記憶されている情報とを比較して両者に相違があるときに上記記憶手段の情報を更新する第２の制御手段とを有し、
上記第１の制御手段は、上記赤外線センサの検知出力に応答して上記制御出力を一定時間発するとともに、上記赤外線センサの出力が途絶えるとともに上記制御出力が発生している間上記超音波センサを作動させ、上記記憶手段の情報と上記超音波センサの検知出力とを比較して第１の検知範囲内における上記物体の存在を判定し、この判定出力と上記赤外線センサの検知出力に応答して上記制御出力をリトリガブルに発生させ、上記赤外線センサの検知出力が所定時間以上途絶えた場合には上記制御出力を停止させることを特徴とする物体検知装置。 - 第１の検知範囲を有する超音波センサと、
第１の検知範囲を内包する第２の検知範囲を有する焦電型赤外線センサと、
人体等の物体が第１の検知範囲に存在しない状態における超音波センサの出力状態を表す情報を記憶する記憶手段と、
上記赤外線センサおよび上記超音波センサからの上記物体の検知出力に応答して負荷の制御出力を発生する第１の制御手段と、
上記第１の制御手段からの上記制御出力が停止している状態において、上記超音波出力に基づく第１の検知範囲内の状態を表す情報と上記記憶手段に記憶されている情報とを比較して両者に相違があるときに上記記憶手段の情報を更新する第２の制御手段とを有し、
上記第１の制御手段は、上記赤外線センサの検知出力に応答して上記制御出力を一定時間発するとともに、上記赤外線センサの出力が途絶えるとともに上記制御出力が発生している間上記超音波センサを作動させ、超音波センサにより第１の検知範囲を繰り返し観測し、観測の都度現在の観測により得られた第１の検知範囲内の状態を表す情報とその前の観測により得られた当該情報とを比較して相違を判定して第１の判定出力を発生し、この第１の判定出力または上記赤外線センサの検知出力に応答して上記制御出力をリトリガブルに発生させ、所定時間以上上記判定出力または検知出力がない場合には上記制御出力を停止させ、また、上記記憶手段の情報と上記超音波センサの出力とを比較し両者の相違を判定して第２の判定出力を発生し、第２の判定出力が特定時間以上発生しないおりには第１の検知範囲内において上記物体が存在しないと判定して上記制御出力を停止させることを特徴とする物体検知装置。 - 第１の検知範囲内の状態を表す上記情報は、超音波センサの複数回の検知動作分の出力の平均から得ることを特徴とする請求項１又は２記載の物体検知装置。
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