JP5909170B2 - 人体検知センサ及び自動水栓 - Google Patents

Description

本発明は、自動水栓や小便器用の自動洗浄装置などに適用される人体検知センサに関する。

従来より、使用者の手かざし操作を検知して自動的に吐水する自動水栓や、近づいて来た使用者を検知して自動的に洗浄水を供給する小便器用の自動洗浄装置などが知られている。これら自動水栓や自動洗浄装置などには、接近した人体を検知するための人体検知センサが組み込まれている。このような人体検知センサとしては、ＬＥＤ等の発光素子と、ＰＳＤ（Position Sensitive Detector：光位置センサ）等の受光素子と、がオフセットして配置されたセンサが知られている。

この人体検知センサは、検知対象からの反射光がＰＳＤに入射した位置を特定し、いわゆる三角測量の原理により検知対象までの距離を計測している。ＰＳＤは、入射光の重心位置に応じた信号を出力する非常にシンプルな受光素子であり、低消費電力であるという利点がある。一方、ＰＳＤで取得できる情報は位置情報のみであり、外乱光の入射時に採り得る対処方法が少ないという実情がある。それ故、例えば、ＰＳＤを含む人体検知センサを利用した洗面台の自動水栓では、洗面鉢からの鏡面反射光など外乱光の影響で誤検知が生じ、誰もいないのに吐水が開始されるといった誤作動が起こり得る。

検知性能の向上を目的として、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）やＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）等の撮像素子を利用した人体検知センサが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。撮像素子を利用した人体検知センサであれば、例えば、画素毎の受光量の分布情報等を活用して外乱光の影響を排除し、検知性能を向上できる可能性がある。このような人体検知センサとしては、各画素の受光量の分布波形のピーク強度や波形の形状（特に尖度）を利用して鏡面反射光を排除して誤検知を低減したセンサが提案されている（例えば、特許文献２参照。）。

しかしながら、受光量の分布波形の形状等に着目して鏡面反射光を排除する人体検知センサであっても次のような問題が残されている。すなわち、複数の鏡面反射光が重畳して入射すると、受光量の分布波形の形状等が本来の鏡面反射光とは相違し、人体からの拡散反射光に近づいてくるため、鏡面反射光として排除できなくなり誤検知が発生するおそれがある。特に、洗面鉢など凹面状の鉢面に向けて検知領域が設定された人体検知センサの場合、鉢面上の複数箇所で鏡面反射光が同時発生し、複数の鏡面反射光が重畳（合成）して入射する可能性が高くなる。

特開２００５−２０７０１２号公報 特開２０１２−７７４７２号公報

本発明は、前記従来の問題点に鑑みてなされたものであり、誤検知が低減され検知性能が向上された人体検知センサ、及び自動水栓を提供しようとするものである。

本発明の第１の態様は、１次元あるいは２次元的に画素が配列された撮像素子を含む撮像部と、この撮像部に対して所定方向にオフセットして配置された発光部と、を備え、この発光部が投射した光によって生じた反射光を前記撮像部が受光して所定の検知距離の範囲内に位置する検知対象を検知する人体検知センサであって、
前記発光部による発光及び前記撮像部による受光が行われる撮像動作を制御する撮像制御手段と、
前記撮像素子を構成する画素の受光量を読み出す読出手段と、
前記撮像素子を構成する画素が前記所定方向に配列された領域である受光エリア内の前記反射光の入射位置を特定すると共に、前記受光エリアのうち前記所定の検知距離に対応する検知エリア内に前記入射位置が属しているときに検知対象が有ると判定する判定手段と、
前記受光エリアのうち前記検知エリアの外側の非検知エリア内の少なくともいずれかの特定画素の受光量が、予め画素毎に設定された閾値を超える受光量であったときに非検知対象であると判定する禁止手段と、
検知対象を検知したか非検知かを判断する検知判断手段と、を備え、
この検知判断手段は、前記判定手段により検知対象が有ると判定されたとき、前記禁止手段により非検知対象であると判定されていなければ、検知と判断する一方、前記禁止手段により非検知対象であると判定された場合には、前記判定手段による判定結果の有無及びその判定結果の内容に関わらず非検知と判断する人体検知センサにある（請求項１）。

本発明の第２の態様は、底部に排水口を設けた鉢の内部に吐水する水栓と、
前記第１の態様をなす人体検知センサと、
この人体検知センサの検知信号に応じて、前記水栓の吐水・止水の切替、あるいは吐水量の調整を実行する給水制御手段と、を備えた自動水栓にある（請求項５）。

本発明に係る人体検知センサでは、前記発光部と前記撮像部とのオフセット方向である前記所定方向に画素が配列された領域である前記受光エリアが設定されている。検知対象による反射光が前記撮像素子に入射したときのこの受光エリア内の入射位置は、三角測量の原理に基づき、検知対象までの３次元的な距離に対応している。

検知対象を検知する３次元的な範囲である前記所定の検知距離の範囲は、前記受光エリアの一部をなす前記検知エリアに対して一意に対応付けられる。例えば、前記所定の検知距離の遠距離側の端に検知対象が存在する場合には、この検知エリアの端の画素の受光量が最大値となる反射光が前記撮像部によって受光される。このような反射光が入射したときの受光量の分布を表す受光波形は、前記検知エリアの端の画素の受光量を最大値とし、この画素から離れるほど受光量が小さくなっていく波形となる。

したがって、検知対象からの反射光の受光波形のうち前記非検知エリア内の受光量の分布は、上記のように検知エリア内に受光量の最大値を有する受光波形の裾野の部分となる。当然ながら、前記非検知エリア内に最大値を有するような受光波形は、検知対象の反射光によるものではない可能性が高い。また、この非検知エリアにおいては、検知対象の受光波形であれば、その受光量は前記検知エリアから離れるにつれて次第に小さくなっている筈である。例えば、前記検知エリアから離れているにも関わらず、大きな受光量を呈するような受光波形は、検知対象の反射光によるものでなく、それ以外によって生じた反射光である可能性が高いと判断できる。

そこで、本発明に係る人体検知センサでは、前記非検知エリアに属する前記特定画素について、画素毎の閾値が設定されている。この人体検知センサでは、前記特定画素の受光量が対応する閾値を超えた場合、前記判定手段による判定結果の如何に関わらず、非検知と判断される。このような受光波形を検知の対象から排除すれば、誤検知を未然に回避でき検知性能を向上できる。

以上のように、本発明に係る人体検知センサは、前記非検知エリアに属する特定画素の受光量に関する閾値判断を実行することにより、誤検知が低減され検知精度が向上されたセンサである。この人体検知センサを備えた本発明の自動水栓は、誤検知に起因した吐水等が低減された動作信頼性の高い水栓である。

本発明に係る人体検知センサに適用する撮像素子としては、ＣＣＤやＣＭＯＳを利用した撮像素子を利用できる。
本発明の第２の態様をなす自動水栓における吐水量の調整としては、吐水開始や、吐水停止や、吐水量の増減等の調整がある。

本発明の好適な一態様をなす人体検知センサでは、前記特定画素の受光量が分布する範囲の中に、検知対象の反射光が受光されたときには受光量が分布する可能性が低い禁止エリアが設けられており、前記禁止手段が閾値判断に用いる閾値は、前記禁止エリアの下限境界をなす受光量である（請求項２）。
前記禁止エリアは、一つの特定画素に対応する１次元的なエリアでも良いし、複数の特定画素に対応する２次元的なエリアであっても良い。さらに、複数の特定画素に対応して、それぞれ設けられる複数の１次元的なエリアであっても良い。受光量が小さい側の境界である前記下限境界に加えて、上限境界を設定しても良い。一般的に、画素の受光量は、物理的な上限で飽和する。この上限を、禁止エリアの上限境界に設定しても良く、上限境界は省略しても良い。

本発明の好適な一態様をなす人体検知センサでは、前記特定画素は、前記検知エリアよりも遠距離側の非検知エリア内の１個又は複数個の画素であり、
この特定画素に対応する閾値は、前記検知エリアの遠距離側の端に位置する画素の受光量が所定の最大値であって、かつ、正規分布をなす受光量を基準として設定されている（請求項３）。

検知対象である人体の表面は拡散反射面であることから、前記受光エリアにおけるその反射光の受光量分布（受光波形）は、拡散反射光に対応する正規分布の波形を呈する。前記検知エリアの遠距離側の端の画素の受光量が最大値であって、かつ、正規分布をなす受光量が分布する受光波形を基準として設定すれば、前記非検知エリアにおいて、この基準となる受光波形を上回る受光量が検知対象からの反射光によって生じる可能性は少ないと判断できる。上記の基準となる正規分布を超える受光量を含む受光波形は、検知対象の反射光によるものではない可能性が高いと判断できる。

そこで、前記特定画素の閾値として、前記基準となる正規分布の受光波形の受光量（特定画素の受光量）を設定し、この閾値を超える受光量を含む受光波形を排除すれば、誤検知を確実性高く低減できる。さらに、前記特定画素の閾値としては、正規分布をなす受光量の値そのものよりも、画素間の受光感度（ゲイン）のバラツキや誤差等が考慮された若干、高めの受光量を設定することも良い。なお、前記所定の最大値は、想定する検知対象の反射率及び前記発光部の発光量に基づくシミュレーション計算によって決定しても良く、試験片を用いて実験的に決定しても良い。前記所定の最大値は、検知対象のうち、反射光の強度が最も高くなる対象を想定して決定されることが良い。

本発明の好適な一態様の人体検知センサにおける禁止手段は、前記受光エリアの実際の受光量分布をなす受光量を、前記基準となる正規分布をなす受光量を利用して正規化し、正規化された受光量について閾値判断を実行する（請求項４）。
受光量の最大値が比較的小さい反射波であっても、上記のような正規化を施せば受光量分布の絶対値を嵩上げでき、前記禁止手段による判定処理の対象にできる。検知されるべき拡散反射光であれば、上記のように正規化しても前記非検知エリア内の受光量が前記閾値を超えるおそれは少なく、前記禁止手段による排除の対象にはならない。上記のような正規化処理を行えば、外乱光である反射光を排除できる可能性が高くなり、前記人体検知センサの検知精度を一層向上できる。

実施例における、自動水栓を備えた洗面台を示す斜視断面図。 実施例における、センサユニットの断面構造を示す断面図（図１中のＡ−Ａ線矢視断面図）。 実施例における、ラインセンサを示す斜視図。 実施例における、人体検知センサのシステム構成を示すブロック図。 実施例における、検知対象による拡散反射光の受光波形を例示する図。 実施例における、受光波形の重心位置（入射位置）の計算方法を説明する説明図。 実施例における、三角測量の原理の説明図。 実施例における、鉢面で反射光が発生する様子を示す説明図。 実施例における、鉢面からの反射光Ａ〜Ｃが合成される様子を示す説明図。 実施例における、鉢面からの合成反射光による誤検知を例示する説明図。 実施例における、禁止エリアを示す説明図。 実施例における、検知処理の流れを示すフロー図。 実施例における、禁止エリアによる外乱光の排除例の説明図。 実施例における、外乱光を例示する説明図。 実施例における、禁止エリアによる外乱光の排除例の説明図。

本発明の実施の形態につき、以下の実施例を用いて具体的に説明する。
（実施例）
本例は、洗面台１５の水栓（自動水栓）１６に人体検知センサ１を適用した例である。この内容について、図１〜図１５を参照して説明する。
本例の洗面台１５は、図１のごとく、凹状に窪む鉢１５１が設けられたカウンタ１５５と、吐水口１６８を有する水栓１６と、を備えている。水栓１６は、カウンタ１５５の上面をなすカウンタトップ１５６に立設されている。鉢１５１の最深部には、水を排水するための排水口１５２が配置されている。

水栓１６は、カウンタトップ１５６に立設された略円柱状の胴部１６０と、この胴部１６０の台座をなす基部１６１と、を有している。胴部１６０は、鉢１５１側に傾けた状態で基部１６１に支持されている。鉢１５１側に面する胴部１６０の側面には、略円筒形の吐水部１６２が取り付けられ、その先端には、吐水口１６８が開口している。この吐水部１６２の上側に当たる胴部１６０の側面には、人体検知センサ１の検知面を形成するフィルタ板１６５が配設されている。フィルタ板１６５は、赤外領域の光を選択的に透過する樹脂製フィルタである。

本例の人体検知センサ１は、図１及び図２のごとく、水栓１６に組み込まれたセンサユニット２と、センサユニット２を制御する制御ユニット３と、により構成されている。洗面台１５では、この人体検知センサ１と、給水配管１２に設けられた吐水弁（電磁弁）であるソレノイド（給水制御手段）１１と、の組合せにより自動給水装置が形成されている。

センサユニット２は、図１及び図２のごとく、ＬＥＤ素子２５１及びラインセンサ（撮像素子）２６１を筐体２１に収容したユニットであり、制御ユニット３からの電力供給を受けて動作する。センサユニット２では、水栓１６のフィルタ板１６５に面して発光部２５及び撮像部２６が並列して配置されている。赤外光を発光する発光部２５は、ＬＥＤ素子２５１と投光レンズ２５５とにより構成されている。撮像部２６は、ラインセンサ２６１と集光レンズ２６５とにより構成されている。発光部２５と撮像部２６とは、遮光性を備えた隔壁２１１を挟んで水平方向（所定方向）にオフセットして配置されている。

ＬＥＤ素子２５１は、図２のごとく、パッケージ基板のキャビティに実装されたＬＥＤチップ２５０が透明樹脂２５４により封止された発光素子である。発光部２５では、縦方向（鉛直方向）のスリット孔２５３を設けた遮光性の素子ケース２５２によってＬＥＤ素子２５１が覆われている。この発光部２５によれば、水平方向の拡がり角が抑制されたシャープなスリット光を検知対象に向けて投射可能である。

ラインセンサ２６１は、図１〜図３のごとく、受光量を電気的な物理量に変換する画素２６０が直線的に配列された１次元の撮像センサである。ラインセンサ２６１は、有効画素として６４個の画素２６０を有している。ラインセンサ２６１では、これら６４個の画素２６０により受光エリア２６３が形成されている。ラインセンサ２６１は、図示しない電子シャッターを備えており、この電子シャッターを用いて各画素２６０の受光（露光）時間を調整可能である。ラインセンサ２６１は、受光量を表す２５６階調の画素値が各画素２６０の並び順に配列された１次元のデジタルデータである撮像データを、受光動作を実行する毎に出力する。

本例のセンサユニット２では、受光エリア２６３の長手方向が、発光部２５と撮像部２６とのオフセット方向に一致するようにラインセンサ２６１が組み込まれている。このセンサユニット２は、ラインセンサ２６１の受光エリア２６３によって鉢１５１の内周面である鉢面１５０が見込まれるよう、水栓１６に組み込まれている。ラインセンサ２６１の撮像方向に手などの遮蔽物がない状態であれば、その撮像範囲に鉢面１５０が包含されることになる。

制御ユニット３は、図１及び図４のごとく、センサユニット２及びソレノイド１１を制御するユニットであり、商用電源から供給される電力により動作する。この制御ユニット３は、センサユニット２及びソレノイド１１を制御する制御基板３０を備えている。制御基板３０には、ラインセンサ２６１及びＬＥＤ素子２５１を制御する撮像制御部３１と、検知処理を実行する検知処理部３２と、ソレノイド１１を制御する給水制御部３３と、が設けられている。

撮像制御部３１は、ＬＥＤ素子２５１及びラインセンサ２６１を制御する撮像制御手段３１１、ラインセンサ２６１から撮像データ（各画素２６０の受光量の分布である受光波形）を読み出す読出手段３１２としての機能を備えている。
撮像制御手段３１１は、動作期間と非動作期間が交互に現れる間欠動作が行われるようにラインセンサ２６１を制御する。撮像制御手段３１１は、前回の動作期間が終了してから所定のインターバル時間（本例では、５００ｍ秒。）が経過するまでラインセンサ２６１への電源供給を停止して非動作期間を設定し、インターバル時間が経過したときに電源供給を再開して動作期間を設定する。

なお、本例の撮像制御手段３１１は、１回の動作期間内の撮像動作により、ＬＥＤ素子２５１の発光と同期したラインセンサ２６１の露光（受光）と、無発光下のラインセンサ２６１の露光と、を連続的に実行し、２回の露光の差分の受光量を画素毎に求めている。画素毎の差分の受光波形では、周囲光の影響が抑圧され、ＬＥＤ光に起因した反射光の成分が抽出されている。なお、図５は、検知対象の拡散反射光が入射したときに取得される受光波形の例である。同図の横軸ｘは、画素番号（画素位置）を示し、縦軸Ｄ（ｘ）は、画素番号ｘの画素の受光量（画素値）を示している。

検知処理部３２は、検知対象の有無を判定する判定手段３２１、非検知対象を判定する禁止手段３２２、判定手段３２１及び禁止手段３２２の判定結果に基づいて検知か非検知かを判断する検知判断手段３２４、検知と判断されたときに検知信号を出力する検知出力手段３２５としての機能を備えている。

判定手段３２１は、撮像動作により取得される図５の受光波形（画素毎の受光量（差分）分布）を利用して検知対象の有無を判定する。判定手段３２１は、第１ステップとして、まず、受光エリア２６３に対する反射光の入射位置を表す受光波形の重心位置を特定する測距処理を実行する。その後、第２ステップ（測距判定ルーチン）として、検知対象の検知距離に対応する検知エリア内にその重心位置が属しているか否かの判断を実行する。

第１ステップでは、受光波形の重心位置を特定するため、図６のごとく、まず、受光波形を構成する画素毎の受光量データＤ（ｘ）を積算し、６４画素の画素値の総和ＳＤを計算する。この総和ＳＤは、図６中の右下がりの斜線ハッチングで示す領域の面積に相当している。受光エリア２６３の左端の画素番号ゼロの画素から順番に各画素２６０の画素値を積算した積算値がＳＤ／２に達したときの画素番号Ｎの画素２６０（黒丸で図示）の位置を、この受光波形の重心位置としている。ここで、積算値ＳＤ／２は、右上がりの斜線ハッチングで示す領域の面積に相当している。この領域は、前記総和ＳＤの領域に包含されており、同図において、クロスハッチの領域として把握される。なお、図６の画素毎の受光量の分布は、図５の受光波形を模式的に表したものである。

第２ステップでは、反射光の入射位置を表す受光波形の重心位置が、図６の検知エリア内に属しているか否かの判断がなされる。この検知エリアは、センサユニット２を利用した三角測量の原理を根拠として、次に説明するように設定されている。
本例の洗面台１５におけるセンサユニット２、鉢面１５０、使用者の手の位置関係は、図７のごとく模式的に表現できる。ＬＥＤ光のうち検知対象である手による反射光の成分がラインセンサ２６１に入射する際、検知対象までの距離Ｈに応じてその入射位置が異なってくる。距離Ｈが短いほど、ラインセンサ２６１に入射する反射光の入射位置が同図中、上側となり、距離Ｈが長くなるほど下側に位置することになる。このように、ラインセンサ２６１に対する反射光の入射位置は、検知対象までの距離に比例しており、この距離の度合いを表す指標となり得る。受光エリア２６３内に設定された検知エリア（図６）は、検知の対象となる検知距離（図７）に対応するエリアである。上記のように計算された重心位置を入射位置として取り扱い、その重心位置が検知エリア内であるか否かの判定は、反射光を生じた検知対象までの距離が図７の検知距離の範囲内であるか否かの判定と全く同義となっている。

ここで、判定手段３２１による判定では、鉢面１５０による反射光が入射したときに誤判定を生じることがある。鉢面１５０に向けて投射されるＬＥＤ光は、水平方向の拡がりが絞られたスリット光である一方、垂直方向にはある程度の拡がりを有している。そのため、凹状に湾曲している鉢面１５０では、図８のごとく、反射が複数箇所で同時発生し、それぞれの反射光（Ａ〜Ｃ）が合成されてセンサユニット２に入射する。鉢面１５０の表面をなす釉薬面１５０Ｙは鏡面に近く反射率が高いので、その反射光Ａ・Ｂは鏡面反射光となる。一方、鉢面１５０に対して垂直に近くＬＥＤ光が入射すると、釉薬面１５０Ｙを透過して陶器の素地面１５０Ｓにまで達してその反射光Ｃは拡散反射光となる。

このように鉢面１５０に向けてＬＥＤ光が投射されると、図９のごとく、複数の鏡面反射光Ａ・Ｂや拡散反射光Ｃなど同時発生した反射光が合成（重畳）されてセンサユニット２に返ってくる。単一の鏡面反射光であれば、その受光波形の形状的な判断（尖度等に関する閾値判断など）によって拡散反射光とは区別できる一方、上記のごとく複数の鏡面反射光Ａ・Ｂと拡散反射光Ｃとが合成された反射光（以下、合成反射光という。）では、同図のごとく、その受光波形の形状的な特徴が拡散反射光に似通ってくると共に、どの反射光成分の強度が支配的かに応じて受光波形の重心位置にズレが生じる場合がある。

鉢面１５０と同じ距離で生じた拡散反射光の受光波形と、図９の合成反射光の受光波形と、を対比する図１０のごとく、合成反射光の受光波形（実線）では、その重心位置が検知エリア内にずれることがある。このような場合、判定手段３２１による判定では、外乱光である合成反射光を排除できず、検知対象がある旨の判定結果となる。この合成反射光の受光波形の形状は、単一の鏡面反射光よりも尖度が低くなっており、上記のごとく検知対象の拡散反射光の形状に似通っている。そのため、この合成反射光を形状的な判断によって排除することも困難である。

前記禁止手段３２２は、鉢面１５０による合成反射光（図９及び図１０参照。）等を外乱光と判断し、非検知対象であると判定するために設けられた手段である。
この禁止手段３２２による判定方法を説明するため、まず、検知距離（図７参照）に位置する検知対象の拡散反射光による受光波形の形状について説明する。検知対象の拡散反射面を再現した試験片（基材の表面に硫酸バリウムが塗布された試験片）を、検知距離に属する３０〜１３０ｍｍの各距離にセットしたときに実測される受光波形は、図１１のようになる。

距離３０〜７０ｍｍの受光波形では、受光量の飽和により最大値が不明となっている一方、それ以外の受光波形は、試験片までの距離に対応する画素（ピーク画素）の受光量が最大値であって、かつ、正規分布をなす波形となっている。距離が近い受光波形ほど、ピーク画素の受光量が大きくなると共に、そのピーク画素の位置が検知エリア内で左側に位置し、距離が遠いほど、ピーク画素の受光量が小さくなると共に、そのピーク画素の位置が検知エリア内で右側に位置している。

そして、図１１のごとく、検知エリアの外側（遠距離側）の非検知エリアの各画素では、検知距離の遠限である１３０ｍｍの受光波形が同図中の最も上側に位置し、その受光量が最も大きくなっている。この非検知エリアでは、１３０ｍｍの受光波形よりも上側の領域が、検知対象による拡散反射光の受光波形の受光量が存在する可能性が低い領域となっている。本例の禁止手段３２２は、この領域を積極的に活用し、その領域の一部に禁止エリアを設定することで、非検知対象からの反射光を排除する。

具体的には、非検知エリアにおいて、１３０ｍｍの受光波形の受光量を基準として閾値となる受光量を画素毎に決定することで、禁止エリアの下限の境界（受光量が小さい側の境界）が形成されている。各画素の閾値は、画素毎のゲインのばらつきや誤差等を吸収できるよう、基準となる１３０ｍｍの受光波形をなす受光量の１１０％程度の値に設定している。このように設定された禁止エリアの下限境界をなす閾値は、図１１のごとく、受光エリアの左端に近くなるにつれて山の裾野のように次第に小さくなっている。また、禁止エリアの左端、すなわち検知エリア側に面する境界は、実験的に最も好ましい結果が得られた画素２６０の位置を設定している。本例では、禁止エリアの境界をなす画素２６０と、検知エリアの端の画素２６０と、の間隔を、ラインセンサ２６１の画素数の数％程度に設定している。

さらに、本例の禁止手段３２２では、非検知エリアに属する５画素が特定画素として予め設定されている。禁止手段３２２は、判定対象の受光波形の特定画素の受光量と、禁止エリアの下限境界をなす閾値（特定画素の閾値）と、の閾値判断を実行する。禁止手段３２２は、特定画素の受光量の方が閾値を超えていれば、非検知対象からの外乱光と判断して、非検知対象であると判定する。一方、特定画素の受光量が閾値以下であれば、非検知対象である旨の判定は行わない。なお、この禁止手段３２２による図９及び図１０の合成反射光（図１０中の実線の受光波形）の判定については後で説明する通りである。

次に、以上のように構成された本例の人体検知センサ１による検知処理の流れについて、図１２のフローチャート図を参照しながら説明する。
電源投入の後、まず、ＬＥＤ光の投射に応じた反射光の受光波形を取得するため、撮像動作や撮像データ（受光波形）の読み出し等を含む受光波形取得ルーチンが実行される（Ｓ１０１）。

取得された受光波形については、禁止エリア（図１１参照。）に属するか否かの第１の禁止エリア判定ルーチンが実行される（Ｓ１０２）。この第１の禁止エリア判定ルーチンでは、取得された受光波形をなす受光量を加工することなく、前記特定画素の受光量の絶対値を対象として閾値判断が実行される。この第１の禁止エリア判定ルーチンでは、取得された受光波形から特定画素の受光量が取得され、禁止エリアの下限境界をなす閾値との比較が実行される。いずれかの特定画素の受光量が閾値を超えている、すなわち取得された受光波形を構成するいずれかの画素の受光量が禁止エリア内に存在している場合には（Ｓ１０３：ＮＯ）、この受光波形を外乱光によるものとし非検知対象であると判定でき、これにより非検知判定が行われる（Ｓ１１８）。

一方、第１の禁止エリア判定ルーチンにおいて、全ての特定画素の受光量が禁止エリアの閾値以下である場合には（Ｓ１０３：ＹＥＳ）、第２の禁止エリア判定ルーチンが実行される（Ｓ１０４）。この第２の禁止エリア判定ルーチンは、取得された受光波形の特定画素の受光量をそのまま適用するのではなく正規化を施す点で、ステップＳ１０２の第１の禁止エリア判定ルーチンとは相違している。取得された受光波形は、１３０ｍｍの受光波形（図１１中の実線の受光波形）の最大受光量で正規化され、この正規化により得られた特定画素の受光量（相対値）が第２の禁止エリア判定ルーチン（Ｓ１０４）に適用される。

この第２の禁止エリア判定ルーチンにより、いずれかの特定画素の受光量（相対値）が禁止エリアの閾値を超えている場合、すなわち禁止エリアに受光波形の一部が含まれている場合には（Ｓ１０５：ＮＯ）、その受光波形が外乱光に由来するとの判断に基づき非検知対象であると判定でき、非検知判定がなされる（Ｓ１１８）。

一方、ステップＳ１０５において、全ての特定画素の受光量が禁止エリアの下限境界をなす閾値以下である場合には（Ｓ１０５：ＹＥＳ）、前記判定手段３２１による三角測量の原理に基づく測距判定ルーチンが実行される（Ｓ１０６）。ここでは、上記のごとく、受光波形の重心位置が計算され、その重心位置が検知エリア（図６参照。）に属しているか否か、すなわち検知対象までの距離が検知距離の範囲内に位置するか否か判定される（Ｓ１０７）。重心位置が検知エリアに属していれば（Ｓ１０７：ＹＥＳ）、検知対象が有ると判定でき、検知判定がなされる（Ｓ１０８）。一方、重心位置が検知エリアに属しておらず、検知対象までの距離が検知距離の範囲外であれば（Ｓ１０７：ＮＯ）、非検知判定がなされる（Ｓ１１８）。

図１２の一連の検知処理のうち、ステップＳ１０２の第１の禁止エリア判定ルーチンは、例えば、ピーク画素は検知エリア内に属しているものの受光波形の一部が禁止エリア内に含まれている鉢面１５０の合成反射光（図９及び図１０）に有効に作用する。この合成反射光の受光波形は、図１３のごとく、その一部が禁止エリアに含まれているため、上記のように禁止エリアの下限境界をなす閾値による判断によって容易に排除可能である。

また、ステップＳ１０４の第２の禁止エリア判定ルーチンは、例えば、図１４の鏡面が共通する２種類の鏡面反射光のうち、実線の鏡面反射光に有効に作用する。実線の鏡面反射光と破線の鏡面反射光との違いは、鏡面反射面の上下方向の傾きにある。破線の鏡面反射光は、上下方向の傾きがほとんどなく直角に近い鏡面反射面によるものであり、尖度が高いという鏡面反射光の形状的な特徴を良く備えている。一方、実線の鏡面反射光は、上下方向の傾きが大きい斜めの鏡面反射面によるものであり、尖度が低く鏡面反射光の形状的な特徴が損なわれている。

鏡面反射光の形状的な特徴を備えている破線の鏡面反射光であれば、受光波形の尖度に関する閾値判断によって拡散反射光とは区別できる。一方、実線の鏡面反射光はその形状が拡散反射光に似通っており尖度による区別が難しい。このような鏡面反射光の受光波形であっても、１３０ｍｍの受光波形の最大受光量（図１１参照。）で正規化して図１５のごとくその受光波形を全体的に嵩上げすれば、受光波形の一部が禁止エリアに含まれるようになり、この受光波形を外乱光によるものと判断できる。なお、図１５の横軸ｘは、画素番号を示し、縦軸は、１３０ｍｍの受光波形の最大受光量に対する比率を示している。

以上のように本例の人体検知センサ１は、反射光の入射位置を利用して検知対象の有無を検知する測距判定ルーチンのほかに、受光波形が禁止エリアに含まれているか否かにより外乱光を排除する禁止エリア判定ルーチンを実行可能である。例えば、鉢面１５０の複数箇所で同時発生した複数の反射光が重畳した合成反射光は、入射位置が検知エリア内にずれて位置することがあって測距判定ルーチンでは排除できない場合がある一方、前記禁止エリア判定ルーチンによれば、このような合成反射光を精度高く検知でき非検知対象として排除できる。

このように、本例の人体検知センサ１は、特に、鉢面１５０による反射光による誤検知が抑制されており、検知性能が向上されたセンサである。そして、この人体検知センサ１を備えた水栓１６は、誤作動が少ない優れた製品となっている。

なお、本例では、第１及び第２の禁止エリア判定ルーチンを実行している。第１の禁止エリア判定ルーチンは、反射光の受光波形をなす受光量をそのまま利用する判定ルーチンである。一方、第２の禁止エリア判定ルーチンは、反射光の受光波形をなす受光量を正規化して利用する判定ルーチンである。第１及び第２の禁止エリア判定ルーチンを両方とも実行することは、本発明の必須の要件ではなく、いずれか一方を省略しても良い。
本例の禁止エリア判定ルーチンでは、受光波形の取得を１回ずつ実行している。受光波形の取得を複数回実行し、各受光波形について禁止エリア判定ルーチンを適用することも良い。

本例では、非検知エリアにおける特定画素として、５つの画素を選択的に設定している。特定画素の数は、本例の５画素に限定されない。５画素よりも少なくても良いし、禁止エリアを形成する全ての画素を特定画素に設定しても良い。
本例では、受光波形を正規化する際、受光波形全体を正規化（図１５参照。）しているが、特定画素の受光量のみを正規化しても良い。また、本例では、図１１の１３０ｍｍの受光波形の最大受光量で正規化しているが、受光量の総和で正規化することも良い。

本例では、禁止エリアを設定するに当たって、実測された受光波形（図１１）を利用したが、シミュレーションのみによって禁止エリアを設定しても良く、実験とシミュレーションとを併用して禁止エリアを設定しても良い。シミュレーションの場合、反射率や表面粗さ等に基づいて受光波形の最大受光量等を決定するのが良い。

本例では、反射光の入射位置を特定するに当たって、受光波形の重心位置を求めている。重心位置に代えて、受光波形のピークの位置を入射位置として特定しても良い。さらに、本例では、簡易的な計算により重心位置を算出しているが、計算処理能力に余裕があれば数学的に厳密に重心位置を算出することも良い。

なお、本例は、洗面台１５の水栓１６に人体検知センサ１を適用した例であるが、キッチン用の水栓であっても良い。さらに、自動洗浄機能付きの小用便器の自動給水装置のセンサとして、本例の人体検知センサ１を適用することも可能である。さらには、手かざし操作や人体に反応して自動点灯する照明や自動扉等、各種の自動装置に対して、本例の人体検知センサ１を適用することもできる。

なお、本例では、センサユニット２と制御ユニット３とを別体で構成している。これに代えて、センサユニット２と制御ユニット３とを一体的に構成し、水栓１６に収容することも良い。
また、本例の人体検知センサ１は、給水制御部３３を含んでいるが、給水制御部３３を別体で構成することもできる。

以上、実施例のごとく本発明の具体例を詳細に説明したが、これらの具体例は、特許請求の範囲に包含される技術の一例を開示しているにすぎない。言うまでもなく、具体例の構成や数値等によって、特許請求の範囲が限定的に解釈されるべきではない。特許請求の範囲は、公知技術や当業者の知識等を利用して前記具体例を多様に変形あるいは変更した技術を包含している。

１…人体検知センサ、１５…洗面台、１５０…鉢面、１６…水栓（自動水栓）、１１…ソレノイド（給水制御手段）、１２…給水配管、２…センサユニット、２５…発光部、２５１…ＬＥＤ素子、２６…撮像部、２６０…画素、２６１…ラインセンサ（撮像素子）、２６３…受光エリア、３…制御ユニット、３０…制御基板、３１…撮像制御部、３１１…撮像制御手段、３１２…読出手段、３２…検知処理部、３２１…判定手段、３２２…禁止手段、３２４…検知判断手段、３２５…検知出力手段、３３…給水制御部

Claims (5)

1. １次元あるいは２次元的に画素が配列された撮像素子を含む撮像部と、この撮像部に対して所定方向にオフセットして配置された発光部と、を備え、この発光部が投射した光によって生じた反射光を前記撮像部が受光して所定の検知距離の範囲内に位置する検知対象を検知する人体検知センサであって、
   前記発光部による発光及び前記撮像部による受光が行われる撮像動作を制御する撮像制御手段と、
   前記撮像素子を構成する画素の受光量を読み出す読出手段と、
   前記撮像素子を構成する画素が前記所定方向に配列された領域である受光エリア内の前記反射光の入射位置を特定すると共に、前記受光エリアのうち前記所定の検知距離に対応する検知エリア内に前記入射位置が属しているときに検知対象が有ると判定する判定手段と、
   前記受光エリアのうち前記検知エリアの外側の非検知エリア内の少なくともいずれかの特定画素の受光量が、予め画素毎に設定された閾値を超える受光量であったときに非検知対象であると判定する禁止手段と、
   検知対象を検知したか非検知かを判断する検知判断手段と、を備え、
   この検知判断手段は、前記判定手段により検知対象が有ると判定されたとき、前記禁止手段により非検知対象であると判定されていなければ、検知と判断する一方、前記禁止手段により非検知対象であると判定された場合には、前記判定手段による判定結果の有無及びその判定結果の内容に関わらず非検知と判断する人体検知センサ。
2. 請求項１において、前記特定画素の受光量が分布する範囲の中に、検知対象の反射光が受光されたときには受光量が分布する可能性が低い禁止エリアが設けられており、前記禁止手段が閾値判断に用いる閾値は、前記禁止エリアの下限境界をなす受光量である人体検知センサ。
3. 請求項１又は２において、前記特定画素は、前記検知エリアよりも遠距離側の非検知エリア内の１個又は複数個の画素であり、
   この特定画素に対応する閾値は、前記検知エリアの遠距離側の端に位置する画素の受光量が所定の最大値であって、かつ、正規分布をなす受光量を基準として設定されている人体検知センサ。
4. 請求項３において、前記禁止手段は、前記受光エリアの実際の受光量分布をなす受光量を、前記基準となる正規分布をなす受光量を利用して正規化し、正規化された受光量について閾値判断を実行する人体検知センサ。
5. 底部に排水口を設けた鉢の内部に吐水する水栓と、
   請求項１〜４のいずれか１項に記載された人体検知センサと、
   この人体検知センサの検知信号に応じて、前記水栓の吐水・止水の切替、あるいは吐水量の調整を実行する給水制御手段と、を備えた自動水栓。

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