JP5396469B2 - 出入口付近の領域における物体の検出装置およびその検出方法、およびエレベータドアの動作制御装置 - Google Patents

Description

本発明はエレベータドアおよびその他の出入口の戸口の監視に関する。さらに具体的には、本発明はそのドアを通して出入りする人の安全を保証するためのドアの監視装置および監視方法に関する。

現行のエレベータドア等の監視方法は、出入口に光カーテンを提供する発光ダイオード（ＬＥＤ）装置の二次元配列として知られるものを利用するものである。人や物体が光カーテンを横切ったとき、ＬＥＤからの光を受信するように配置された光検出器が光カーテンの遮断を感知し、装置がドアを開に作動させる。この方法における問題点は、何が起ころうとしているのかについての情報を提供しないことであり、それは如何なる時点においても出入り口で起きていることしか測定できないためである。特許文献１は二次元ドア開閉器の一形態を示す。

米国特許第６３４４６４２号明細書

提案されている一つの解決方法はエレベータドアからロビーエリアへと外側に角度をなす一群の追加のＬＥＤ装置を用いることである。これらのＬＥＤ装置は、光が物体から反射されて一群の光検出器によって受信されるように配置される。光検出器が反射を検出した場合、この装置は、何かが出入口に近づいていると判断してドアを開く。

この解決方法における問題点は、光は人だけでなく無生物の物体からも反射されることであり、誤った肯定応答すなわちトリガを生成する。これらの誤ったトリガにより装置がドアを完全に開き、その後誰もドアを通じて進入しないため、ドアが閉まり始めたときに新たな信号を送る。その同じ無生物の物体は再び何度も誤ったトリガを引き起こしうる。エレベータは、所定の複数回以上ドアを再び開いた場合に運転停止するようプログラムされている。これは整備士によるサービスコールを必要とし、無論、一時的なエレベータの休止を余儀なくされるだけでなく、維持費の増加につながる。

以上の観点から、本発明は従来のエレベータドアに影響を及ぼしうる上記の一つ以上の問題点を解決することを目的とする。

本発明の実施例は、出入口付近の領域における物体の検出装置を扱う。この装置は、特に、出入口に近接するように取り付けられた複数のトランスデューサと、プロセッサとを含む。少なくとも一つのトランスデューサが、出入口付近の領域に信号を繰り返し送信するように配置される。少なくとも２つのトランスデューサが戻り信号を繰り返し受信するように配置される。このプロセッサは、信号の送信とそれに対応する戻り信号の受信との間の時間から算出された一つもしくは複数の測定された距離に基づく物体の位置、および／または、信号の送信とそれに対応する戻り信号の受信におけるドップラーシフトとに基づいた物体の動き、を測定することにより、出入口付近の領域における物体を検出する複数のトランスデューサに操作可能に接続される。

本発明の別の実施例は、エレベータドアの動作を制御する装置を扱う。この装置は、特に、複数のトランスデューサと、プロセッサと、ドアコントローラと、を含む。複数のトランスデューサは、エレベータ出入口付近の領域に信号を繰り返し送信し、それに対応する戻り信号を受信するように、エレベータ出入口付近に近接するように取り付けられる。プロセッサは、信号の送信とそれに対応する戻り信号の受信との間の時間から算出された一つもしくは複数の測定された距離に基づいた物体の位置、および／または、信号の送信とそれに対応する戻り信号の受信におけるドップラーシフトとに基づいた物体の動き、のうち、少なくとも一方を測定することにより、エレベータ出入口付近の領域における物体を検出するためのものである。このプロセッサは、測定した物体の位置、および／または動きに基づいて出力を出すように配置される。ドアコントローラは、プロセッサの出力に応じてエレベータドアの動作を制御するものである。

本発明の別の実施例は、出入口付近の領域における物体の検出方法を扱う。この方法は、特に、出入口付近に近接するように取り付けられた複数のトランスデューサを提供し；出入口付近の領域に信号を送信するように少なくとも一つのトランスデューサを作動させ；信号を送信したトランスデューサ、および／またはその他の１つ以上のトランスデューサにより戻り信号を受信し；信号を送信したトランスデューサによる信号の送信と、信号を送信したトランスデューサ、および／またはその他の１つ以上のトランスデューサによる戻り信号の受信と、の間の時間に基づいて、信号を受信する各トランスデューサにおいて測定される距離を算出し；少なくとも一つの測定された距離に基づいて物体を検出するステップを含む。

前述の一般的な記載および以下の詳細な説明はともに例示であり、例証となるものであるとともに、クレームに記載の発明を限定するものではないことを理解されたい。

エレベータドアに向かって人が近づいてくることを検出する複数のトランスデューサを示す本発明の実施例の概略図である。 図１に示す本発明の実施例の動作を示すブロック図である。 三次元画像の検出を判断するための追加の一式のトランスデューサを示す本発明の別の実施例の概略図である。

図面を通して同一あるいは同様のコンポーネントには、同一もしくは同様の参照符号を用いるよう取り組みがなされている。

本明細書を通して用語「トランスデューサ」は、概してトランスミッタおよびレシーバの両方を含む信号装置を示すように用いられる。しかしながらもちろん、同一の技術的結果を得るように別々のトランスミッタおよびレシーバを対にしてもよく、したがって、用語「トランスデューサ」とは、個別のトランスミッタとレシーバとのペアだけでなく、トランスミッタおよびレシーバを含む単一の装置をも包含するように解釈されるものである。

図１では、４つのトランスデューサＵＳ₁，ＵＳ₂，ＵＳ₃，ＵＳ₄が、エレベータ出入口１０の周りに配置されている。トランスデューサＵＳ₁〜ＵＳ₄（これらは以下に記述する実施例では超音波変換器であるが、無論、その他の種類の信号トランスデューサ（例えば、マイクロ波、赤外線等）でもよい）が、出入口１０、あるいは出入口１０に近接するドア枠１２、もしくはドア１４に取り付けられる。トランスデューサＵＳ₁〜ＵＳ₄は互いに離間されるとともに、その各々は、出入口１０からその正面の通路もしくはロビーエリアに向かって外側に超音波信号（パルスとも呼ぶ）を送信するように指向される。エレベータの寸法や隣接するロビーの面積に応じて、所定の全域が探査されることを保証するようにこれよりも多くの、もしくはこれよりも少ないトランスデューサが信号を送信する。

ドアおよびトランスデューサに隣接して巨大なロビーや領域がある施設では、必要以上に遠い動きに対して装置が反応しないように、プロセッサに遮断距離が組み込まれる。例えば、設定された遮断距離もしくはその先にある物体は検出の対象ではない。ロビーの大きさや交通量、その他の要因に応じて、この変数はハードウェアもしくはソフトウェアにより調節可能である。こうした遮断距離もしくはその先に存在する物体に関しては、その物体により反射された信号は関連性のないものとして無視される。こうした遠くの物体の距離は信号の所要移動時間により測定される。

各超音波トランスデューサＵＳ_i（図１に示す例ではｉ＝１，２，３，４）は、実測時間からリターンパルスを受けるまでの時間ｔ_iの間、音波パルスを円錐ビームＢ_iの形で送信し、最も近い物体２０までの距離（ｄ_i，ｉ＝１，２，３，４）が測定される。このような物体は、例えば、一人以上の人や、動物、ベビーカー、荷物、もしくはその他の物体である。各超音波トランスデューサＵＳ_iはこの手順を例えばｐミリ秒毎の時間周期で周期的に繰り返す。数ｐは、ドア寸法、ロビーのサイズ、必要な検出距離能力によって決まるとともに、音速も考慮に入れる。時間周期ｔ_i，ｔ_i＋ｐ，ｔ_i＋２ｐ，・・・における距離測定ｄ_iから、物体がエレベータ出入口１０の前をどのくらいの速さで、どちらの方向に移動しているのかを測定することが可能である。

複数のエレベータドアが互いに隣り合うもしくは真向かいにある場合など、複数の出入口が本発明を内蔵する場合、複数の出入口間の漏話を排除するように特定の周波数もしくは一群の周波数が各ドアで用いられる。すなわち、各出入口は特定の周波数もしくは一群の周波数を送受信し、別の周波数（すなわち、特定の出入口における一群の周波数にはない周波数）を受信した場合、この周波数は別の出入口から送信された信号に属するものとして無視される。

物体に反射された音の発信源を特定することが不可能な場合のシナリオを排除するため、時分割多重方式が用いられる。すなわち、幾つかのトランスデューサが物体に対して同時に超音波信号を送信し、次いでそれらのトランスデューサがその物体から反射された戻りパルスを受信した場合、個々のトランスデューサは、戻りパルスがそのトランスデューサから発信されたものなのか、あるいは別のトランスデューサから発信されたものなのかを特定することはできない。時分割多重方式では、各トランスデューサは他のトランスデューサとは異なる時間帯（時間周期とも呼ぶ）の間、超音波パルスを送信する。その間隔は、超音波パルスが送信されてから、次の順のトランスデューサが作動する前に戻りパルスを受信することができるように十分長い。一方、複数のトランスデューサＵＳ_iは異なる超音波周波数（すなわち、周波数分割多重化）で信号を送信することができ、この場合、トランスデューサは同時にすなわち重なり合った時間帯で作動することができる。

また、各トランスデューサがそれぞれ固有の周波数で送信し、反射された全周波数のパルスを受信することが検討される。これにより、シグネチャー周波数あたり２倍の情報を使用することができるとともに、２つのトランスデューサの各々が他方のトランスデューサの固有の周波数だけでなく自身の固有の周波数を処理する、２つのトランスデューサを装置を使用することができる。この実施例は、選択された各トランスミッタから信号を順次送信し、一部もしくは全てのレシーバにそれらの信号を受信させることにより作動する。

図１は、一人の人２０が出入口１０正面のロビーエリア内に立っているもしくはエリア内で移動している例を示す。トランスデューサＵＳ₁およびトランスデューサＵＳ₂によりそれぞれ発信されるビームＢ₁およびビームＢ₂が図１に示される。ビームＢ₁およびビームＢ₂は、トランスデューサＵＳ₃およびトランスデューサＵＳ₄からのビーム（図示せず）とともに、（時分割多重化を用いて）順次に、もしくは（周波数分割多重化を用いて）同時に送信される。

ビームＢ₁の経路内にある人２０の体の部分が超音波エネルギーを反射してトランスデューサＵＳ₁に戻す。人２０の体の全ての部分がトランスデューサＵＳ₁から同じ距離ではないため、飛行時間は、（例えば、人の体のトランスデューサに最も近い部分から反射される）戻りパルスの先端部分の受信が始まる時間、あるいは（例えば、人の体のトランスデューサから最も遠い部分から反射される）その後の時間、もしくは平均時間に基づく。そのいかんを問わず、飛行時間によって測定された距離は、例えばソフトウェアにより、人２０の二次元画像を構築するように用いられる。

図１には、ＵＳ₁から人２０までの検出距離ｄ₁が示される。検出距離ｄ₁に基づき、ＵＳ₁の位置を球の中心とし、ｄ₁をその半径として球面Ｓ₁が得られる。

図１はまた、ＵＳ₂からのビームＢ₂、それに対応する検出距離ｄ₂、および球面Ｓ₂を示す。トランスデューサＵＳ₃およびトランスデューサＵＳ₄からの超音波パルスビームの飛行時間に基づいて同様の検出距離および球面が生成される。

ロビーもしくは通路の通常のレイアウトの検出距離および知識に基づいて、人２０などの物体の存在が検出される。普段ロビーには、一つ以上のトランスデューサＵＳ_iによって生成される距離ｄ_iに物体がない場合、出入口１０の正面における物体の存在を想定することができる。

同一のトランスデューサＵＳ_iからの一連の超音波パルスにより収集された検出距離ｄ_iを用いることにより、人２０の動きが検出される。例えば、時間が経つに従い幾つかのトランスデューサＵＳ_iからの距離ｄ_iが減少していく場合、人２０が出入口に近づいていることを示す。逆に、時間が経つに従い幾つかの距離ｄ_iが増加している場合、人２０が出入口から遠ざかっていることを示す。また、一部の検出距離が増加するとともに他の検出距離が減少していることから、人２０が出入口１０を通過するのを検出することも可能である。

球面Ｓ_iを用いることにより、人２０の位置や動きを特定することができる。一部もしくは全ての球面が交差する場合、交差部分の座標が三次元空間における人２０の位置を提供する。その動きを測定し、人２０がエレベータに乗り込もうとしているかどうかを予測するように、時間の経過におけるその位置の変化を用いることができる。球面は交差していないが、複数の距離ｄ_iが検出される存在を示している場合、２人以上の人が通路もしくはロビーにいると解釈される。

図２は、図１のエレベータドア１４の動作を制御するための超音波検出を用いた制御装置２０のブロック図である。制御装置３０は、超音波トランスデューサＵＳ₁〜ＵＳ₄、送信回路Ｔ₁〜Ｔ₄、受信回路Ｒ₁〜Ｒ₄、プロセッサ４０、およびドアコントローラ５０を含む。図２に示すように、各超音波トランスデューサＵＳ₁〜ＵＳ₄は、それぞれ、対応する送信回路Ｔ₁〜Ｔ₄、および対応する受信回路Ｒ₁〜Ｒ₄を有する。

プロセッサ４０は、トランスミッタＴ₁〜Ｔ₄を制御することにより、それぞれトランスデューサＵＳ₁，ＵＳ₂，ＵＳ₃，ＵＳ₄からの超音波パルスが生成されるときを制御する。トランスミッタ（例えば、トランスミッタＴ₁）がプロセッサ４０からの命令を受けると、トランスミッタは、トランスデューサ（例えば、ＵＳ₁）に超音波信号を発生させる周波数で電気駆動信号を生成する。対応するレシーバＲ₁〜Ｒ₄（例えば、レシーバＲ₁）により反射パルスを受信すると、次いでプロセッサ４０に受信信号が送られる。プロセッサ４０は、超音波信号がトランスミッタＴ₁〜Ｔ₄（例えば、トランスミッタＴ₁）によって最初に送られたときから、反射された超音波パルスが対応するレシーバＲ₁〜Ｒ₄（例えば、レシーバＲ₁）によって受信されるまでの飛行時間を測定する。送信から受信までの飛行時間に基づき、プロセッサ４０は距離ｄ_iを計算する。検出距離から、物体が存在するかどうかやその物体がどこに位置するのかを測定するように、プロセッサ４０は三角測量を利用することができる。さらに、時間の経過に伴う物体の位置の変化を検出することにより、プロセッサ４０はその物体がドアに向かっているのか、遠ざかっているのか、あるいは静止しているのかを測定することができる。

受信するパルスの飛行時間と組み合わせて、ドップラーシフト用のプロセッサにより同じ信号を処理することができる。飛行時間の三角測量の前後、もしくは同時に行われるそのドップラー処理は、出入口からの方向、もしくは出入口への方向、および、物体の速度は提供するが、物体の位置は提供しない（これは飛行時間の三角測量を用いて測定される）。ドップラーシフト処理と飛行時間三角測量処理とを組み合わせた結果、物体の位置、速度、および方向の全てが測定される。

プロセッサ４０の出力はエレベータのドア１４を作動させるドアコントローラ５０への入力である。例えば、物体がドア１４に向かって移動していることをプロセッサ４０の出力が示した場合、ドアコントローラ５０はドア１４を開けるように（もしくは開けたままにするように）指示することができる。同様に、検出された物体がドア１４から遠ざかる場合、プロセッサ４０からの出力はドアコントローラ５０にドア１４を閉じたままにするよう指示することができる。

図３は、図１のトランスデューサと同様の追加のトランスデューサＵＳ₅，ＵＳ₆を示すが、対象となる物体の奥行すなわち第三の次元を特定するように異なる面に配置されて、ビームＢ₅およびビームＢ₆を発信する。これらのトランスデューサＵＳ₅，ＵＳ₆は、ロビーの壁や、天井、あるいはその他の場所に取り付けられる。プロセッサはそれらのデータを追加して、三次元情報を提供する。

上記の記載は本発明の単なる例証を意図するものであり、添付の特許請求の範囲を特定の実施例もしくは特定の一群の実施例に限定するように解釈すべきではない。従って、特定の実施例を参照しながら本発明を詳細に説明したが、以下の特許請求の範囲に記載の本発明の広範な所期の範囲を逸脱することなく多数の修正および変更がなされることを理解されたい。

従って明細書および図面は例示と見なされるものであり、添付の特許請求の範囲を限定することを意図するものではない。本発明の上記の開示を考慮して、その他の実施例および修正が本発明の範囲内にあることが当業者にとって理解されるであろう。従って、本発明の範囲内の当該開示から当業者にとって達成可能な全ての修正は、本発明の更なる実施例として含まれるものである。本発明の範囲は以下の特許請求の範囲に記載のように定義されるものである。

Claims (29)

1. 出入口付近の領域における物体の検出装置であって、
   前記出入口に近接するように取り付けられた複数の超音波トランスデューサと、
   前記出入口付近の領域における物体を検出するように前記複数の超音波トランスデューサに操作可能に取り付けられたプロセッサと、
   を備え、
   前記複数の超音波トランスデューサが、３つ以上のトランスデューサを備え、
   少なくとも一つの前記超音波トランスデューサが、前記出入口付近の領域に信号を繰り返し送信するように配置されるとともに、少なくとも２つの前記超音波トランスデューサが、前記信号を送信する超音波トランスデューサの各々からの戻り信号を繰り返し受信し、
   前記プロセッサは、
   信号の送信と、それに対応する戻り信号の受信と、の間の時間から算出された一つもしくは複数の測定された距離に基づいた前記物体の位置と、
   信号の送信と、それに対応する戻り信号の受信におけるドップラーシフトと、に基づいた前記物体の動きと、
   を測定することにより、前記出入口付近の領域における物体を検出することを特徴とする検出装置。
2. 前記複数の超音波トランスデューサの各々が、それぞれ固有の周波数の信号を送信するとともに、反射された前記固有の周波数の信号のみを受信するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の検出装置。
3. 前記固有の周波数の信号の各々が、超音波であることを特徴とする請求項２に記載の検出装置。
4. 前記複数の超音波トランスデューサの各々が、それぞれ固有の周波数の信号を送信するとともに、反射された全ての周波数の信号を受信するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の検出装置。
5. 前記固有の周波数の信号の各々が、超音波であることを特徴とする請求項４に記載の検出装置。
6. 前記複数の超音波トランスデューサの各々が、それぞれ固有の時間周期の間、繰り返し信号を送受信するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の検出装置。
7. 前記信号の各々が、超音波信号であることを特徴とする請求項６に記載の検出装置。
8. 前記プロセッサが、前記出入口に関連するドアの動作を制御するための出力を提供することを特徴とする請求項１に記載の検出装置。
9. 前記プロセッサは、時間の経過に伴う前記測定された少なくとも一つの距離の変化に基づいて、前記出入口付近の領域に関連する前記物体の動きを測定するように構成されることを特徴とする請求項１に記載の検出装置。
10. 前記プロセッサは、前記測定された少なくとも二つの距離に基づいて、前記出入口付近の領域内の前記物体の位置を測定するように構成されることを特徴とする請求項１に記載の検出装置。
11. 前記プロセッサは、前記物体の方向および速度を提供するドップラーシフト信号を処理するように構成されることを特徴とする請求項１に記載の検出装置。
12. 前記プロセッサは、前記信号の送信と、前記戻り信号の受信と、の間の時間を処理したのちに、前記ドップラーシフトを処理するように構成されることを特徴とする請求項１１に記載の検出装置。
13. エレベータドアの動作制御装置であって、
    エレベータ出入口付近の領域に信号を繰り返し送信し、それに対応する戻り信号を受信するように、前記エレベータ出入口に近接するように取り付けられた複数の超音波トランスデューサと、
    前記エレベータ出入口付近の領域における物体を検出するためのプロセッサと、
    前記エレベータドアの動作を制御するためのドアコントローラと、
    を備え、
    前記複数の超音波トランスデューサが、３つ以上のトランスデューサを備え、
    前記プロセッサは、
    信号の送信と、それに対応する戻り信号の受信と、の間の時間から算出された一つもしくは複数の測定された距離に基づいた前記物体の位置と、
    信号の送信と、それに対応する戻り信号の受信におけるドップラーシフトと、に基づいた前記物体の動きと、
    を測定することにより、前記エレベータ出入口付近の領域における前記物体を検出するとともに、
    前記測定した前記物体の位置および動きに基づいて出力を出すように配置されており、
    前記ドアコントローラは、前記プロセッサの前記出力に応じて前記エレベータドアの動作を制御することを特徴とするエレベータドアの動作制御装置。
14. 前記複数の超音波トランスデューサの各々は、それぞれ固有の周波数の信号を送信するように構成されていることを特徴とする請求項１３に記載のエレベータドアの動作制御装置。
15. 前記固有の周波数の信号の各々が、超音波であることを特徴とする請求項１４に記載のエレベータドアの動作制御装置。
16. 前記複数の超音波トランスデューサの各々が、それぞれ固有の時間周期の間、信号を送受信するように構成されていることを特徴とする請求項１３に記載のエレベータドアの動作制御装置。
17. 前記信号の各々が、超音波信号であることを特徴とする請求項１６に記載のエレベータドアの動作制御装置。
18. 前記プロセッサが、前記物体の動きの方向を測定するように構成されていることを特徴とする請求項１３に記載のエレベータドアの動作制御装置。
19. 前記プロセッサは、前記物体の方向および速度を提供するドップラーシフト信号を処理するように構成されることを特徴とする請求項１３に記載のエレベータドアの動作制御装置。
20. 前記プロセッサは、前記信号の送信と、前記戻り信号の受信と、の間の時間を処理したのちに、前記ドップラーシフトを処理するように構成されることを特徴とする請求項１９に記載のエレベータドアの動作制御装置。
21. 出入口付近の領域における物体の検出方法であって、
    前記出入口付近に近接するように取り付けられた複数の超音波トランスデューサを提供し、
    前記出入口付近の領域に信号を送信するように少なくとも１つの前記超音波トランスデューサを作動させ、
    前記信号を送信した超音波トランスデューサ、もしくはその他の１つ以上の超音波トランスデューサのうち少なくとも一方により戻り信号を受信し、
    前記信号を送信した超音波トランスデューサによる前記信号の送信と、前記信号を送信した超音波トランスデューサもしくは前記その他の１つ以上の超音波トランスデューサのうち少なくとも一方による前記戻り信号の受信と、の間の時間に基づいて、前記信号を受信する各超音波トランスデューサにおいて測定される距離を算出し、
    前記測定された少なくとも一つの距離に基づいた前記物体の位置と、前記信号の送信とそれに対応する戻り信号の受信におけるドップラーシフトとに基づいた前記物体の動きと、を測定することにより物体を検出するステップを備え、
    前記複数の超音波トランスデューサが、３つ以上のトランスデューサを備えた物体の検出方法。
22. 時間の経過に伴う前記測定された少なくとも一つの距離の変化に基づいて、前記出入口付近の領域に関連する前記物体の動きを測定するステップをさらに備えることを特徴とする請求項２１に記載の物体の検出方法。
23. 前記測定された少なくとも２つの距離に基づいて前記物体の位置を測定するステップをさらに備えることを特徴とする請求項２１に記載の物体の検出方法。
24. 検出された物体の存在に基づいて前記出入口に関連するドアの動作を制御するステップをさらに備えることを特徴とする請求項２１に記載の物体の検出方法。
25. 前記ドアが、エレベータドアであることを特徴とする請求項２４に記載の物体の検出方法。
26. 前記複数の超音波トランスデューサの各々が、異なる超音波周波数で作動することを特徴とする請求項２１に記載の物体の検出方法。
27. 前記複数の超音波トランスデューサの各々が、それぞれ固有の時間周期の間、信号を送受信することを特徴とする請求項２１に記載の物体の検出方法。
28. 前記物体の方向および速度を提供するドップラーシフト信号を処理するステップをさらに備えることを特徴とする請求項２１に記載の物体の検出方法。
29. 前記ドップラーシフト信号の処理ステップが、前記信号を受信した超音波トランスデューサの各々による前記信号の送受信の間の時間に基づいて、前記各々の信号を受信する超音波トランスデューサにおいて測定される距離を算出するステップの後に行われることを特徴とする請求項２８に記載の物体の検出方法。

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