JP6315964B2

JP6315964B2 - 能動型物体検出センサ

Info

Publication number: JP6315964B2
Application number: JP2013254721A
Authority: JP
Inventors: 健太下地; 学恭池田; 正之島津; 卓哉前田
Original assignee: Optex Co Ltd
Current assignee: Optex Co Ltd
Priority date: 2013-12-10
Filing date: 2013-12-10
Publication date: 2018-04-25
Anticipated expiration: 2033-12-10
Also published as: EP2884303B1; JP2015114142A; US9201144B2; EP2884303A1; US20150160339A1

Description

本発明は、検出エリアに向けて物体検出用の検知線を送信して、物体で反射した検知線を受信したときに発生する受信信号に基づいて物体を検出する能動型物体検出センサに関する。

従来から、検出エリアに向けて送信器から赤外線や近赤外線などの物体検出用の検知線を送信して、受信器により物体で反射した検知線を受けて受信信号を発生させ、この受信信号が設定レベルを超えることにより人体のような物体を検出する能動型物体検出センサが知られている。

この能動型物体検出センサの一例として、検出エリアが細分割された複数の細分割エリアで形成されて、センサに近い位置から遠い位置に向かって縦方向に複数列、および横方向に複数行の細分割エリアが配置されたものが挙げられる（例えば、特許文献１）。この能動型物体検出センサは、例えば自動ドアの物体検出用として自動ドアセンサに用いられる。

図３（Ａ）はセンサの一例を示すもので、このセンサは、３対の投光（送信）素子３（Ａ〜Ｃ素子）と受光（受信）素子４（ａ〜ｃ素子）を有し、投光（送信）側は、３個の投光素子３と、レンズ体５および投光側のプリズム７により、６個の細分割エリアを有する投光（送信）エリアＴＡを形成している。受光（受信）側は、３個の受光素子４と、レンズ体６および受光側のプリズム８により、６個の細分割エリアを有する受光（受信）エリアＲＡを形成している。投光エリアＴＡと受光エリアＲＡが重複して検出エリアＡが形成される。プリズム７、８は、例えば、２つのプリズム面をもつ三角状の形状を有している。

例えば、投光素子３のＡ素子がプリズム７の２つのプリズム面により２方向に拡散して、投光エリアＴＡの細分割エリアＴＡ１１のＡエリアと細分割エリアＡ１４のＡ'エリアを形成し、受光素子４のａ素子がプリズム８の２つのプリズム面により２方向に拡散して、受光エリアＲＡの細分割エリアＲＡ１１のａエリアとａ'エリアを形成する。これら投光エリアＴＡ１１と受光エリアＲＡ１１とにより、１列目の細分割エリアＡ１が形成され、投光エリアＴＡ１２と受光エリアＲＡ１２とにより２列目の細分割エリアＡ２が形成される。そして、（Ｂ）のように、これら縦方向に６列の細分割エリアＡ１〜Ａ６により、センサ１１０に近い位置から遠い位置に向かって検出エリアＡが形成される。なお、ここでは図示していないが、６列の細分割エリアＡ１〜Ａ６に対して横方向に複数のエリアが形成される。

図６（Ａ）は、従来のセンサの一例を示すもので、一般に、プリズムＰの２つのプリズム面の面積は、距離が近い方の後方に照射させるプリズム面Ｐｂの面積と、距離が遠い方の前方に照射させるプリズム面の面積Ｐａとが、投光側と受光側ともに、それぞれ５０：５０に形成されており、（Ｂ）、（Ｃ）のように、このセンサ１１０に近い位置と遠い位置における、受光側の細分割エリアＲＡ１１およびＲＡ１６と、投光側のＴＡ１１およびＴＡ１６は、それぞれ同一面積のプリズム面により形成される。

特開２００９−１１５７９２号公報特開２００４−１７０１２８号公報

ところで、自動ドアセンサに使用された場合に、検出エリアのうち、センサからの距離が遠い、つまり自動ドアから外方に離れた細分割エリアほど、検出感度が低下しやすい。このため、外方から自動ドアへ向かってくる人に対して、ドアを早く開けたいが、遠い方の細分割エリアの検出感度が低いため検知しにくく、応答速度が遅くなる。この場合、検出感度を高くすることが考えられるが、検出感度を高くすることに伴ってノイズの影響も大きくなり、Ｓ／Ｎ比は改善せず、検出性能は上がりにくい。

一方、自動ドアに近い細分割エリアでは、センサからの距離が近い分、検出感度は必要以上に高くなるため、誤動作を引き起こしやすくなる。よって、このような手法では、距離が遠い方の細分割エリアでは検出性能が上がらず、近い方の細分割エリアでは、必要以上に検出感度が高くなって誤動作が頻発し、実使用に耐えられないという問題があった。

他方、検知エリア内の検出感度をすべて同等とするために、プリズム角度を変えるものが知られているが（例えば、特許文献２）、プリズム角度の高さを漸次変えたプリズムを移動または回動させる機構を必要となるとともに、距離が遠い方の細分割エリアの検出性能の向上については十分でない。

本発明は、前記の問題点を解決して、センサから遠い位置の検出エリアであっても検出性能を向上させて、容易に良好な検出エリア全体の感度バランスおよびＳ／Ｎ比を得ることができる能動型物体検出センサを提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明にかかる能動型物体検出センサは、複数の細分割エリアをそれぞれ有する送信エリアと受信エリアとにより検出エリアが形成され、この検出エリア内の物体を検出するものである。そして、センサは、前記送信エリアへ物体検出用の検知線を送出する複数の送信素子、および前記受信エリアから物体で反射した前記検知線を受信する複数の受信素子と、前記送信素子および受信素子の前方にそれぞれ配置されて、前記複数の細分割エリアに分割するために検知線の角度を複数に変更する光学可変面をもつ分割光学片を複数有する送信側および受信側の分割光学体とを備えている。前記分割光学片における複数の光学可変面のうち、センサから距離が遠い方の細分割エリアを形成する第１光学可変面の面積に対する、距離が近い方の細分割エリアを形成する第２光学可変面の面積の面積比率が、送信側および受信側でそれぞれ相異なるように設定されている。

この構成によれば、送信側の送信パワーと受信側の検出感度とを、送信側と受信側における、センサから距離が遠い方の細分割エリアを形成する第１光学可変面の面積に対する近い方の細分割エリアを形成する第２光学可変面の面積の面積比率が相互に異なるように設定することにより、当該面積比率を選択することによって任意に調整できるので、送信器がもつ送信パワー自体を調整することなく、設置環境に応じて検出エリアの各細分割エリアを所望の検出感度に設定できるから、たとえセンサから距離が遠い細分割エリアであってもＳ／Ｎ比を大きくして物体検出性能を向上させて、検出エリア全体について容易に良好な感度バランスおよびＳ／Ｎ比に調整することが可能となる。

本発明では、前記センサから距離が遠い方の細分割エリアを形成する第１光学可変面の面積が、距離が近い方の細分割エリアを形成する第２光学可変面の面積よりも大きくなるような第１光学可変面に対する第２光学可変面の面積比率に設定されるとともに、前記受信側における第１光学可変面に対する第２光学可変面の光学可変面の面積比率が、前記送信側における第１光学可変面に対する第２光学可変面の面積比率よりも大きくなるように設定されていることが好ましい。

この場合、送信側でセンサから距離が遠い方の細分割エリアを形成する第１光学可変面の面積を、送信側で距離が近い方の細分割エリアを形成する第２光学可変面よりも大きくすることにより、送信パワーを大きく保持でき、受信側で第１光学可変面の面積を第２光学可変面よりも小さくすることにより、検出感度を低くして外乱光の影響を受けにくくできる。かつ、前記送信側における第１光学可変面に対する第２光学可変面の面積比率が、前記受信側における第１光学可変面に対する第２光学可変面の光学可変面の面積比率よりも小さくなるように設定されているので、容易に距離が遠い方の細分割エリアの物体検出性能を向上させることができるから、検出エリア全体として、良好な検出エリア全体の検出感度バランスおよびＳ／Ｎ比に調整することができる。

また、前記送信側の第１光学可変面に対する第２光学可変面の面積比率と、前記受信側の第１光学可変面に対する第２光学可変面の面積比率とが、互いに相反した比率に近づくように設定されていることが好ましい。したがって、より良好な検出エリア全体の検出感度バランスおよびＳ／Ｎ比に調整することができる。

好ましくは、前記分割光学体は、検知線の角度を複数に変更するプリズム面をもつプリズムである。したがって、容易に細分割エリアを形成することができる。

本発明は、送信側の送信パワーと受信側の検出感度とを、送信側と受信側における、センサから距離が遠い方の細分割エリアを形成する第１光学可変面の面積に対する近い方の細分割エリアを形成する第２光学可変面の面積の面積比率が相互に異なるように設定することにより、当該面積比率を選択することによって任意に調整できるので、設置環境に応じて検出エリアの各細分割エリアを所望の検出感度に設定できる。

本発明の一実施形態に係る自動ドア用の能動型物体検出センサを用いた自動ドアのスライド方向側から見た検出エリアの説明図である。（Ａ）は能動型物体検出センサを示す概略斜視図、（Ｂ）はその平面図である。（Ａ）は投光素子による投光エリアと受光素子による受光エリアを示す模式図であり、（Ｂ）は投光エリアと受光エリアが重複した検出エリアを示す側面図である。（Ａ）、（Ｂ）は図２（Ｂ）のＡ−Ａ断面図、Ｂ−Ｂ断面図であり、受光側と投光側におけるプリズムを示す拡大断面図である。（Ａ）、（Ｂ）は一実施例にかかる受光側と投光側における受光エリアと投光エリアを示す側面図である。（Ａ）は従来のプリズムを示す拡大断面図であり、（Ｂ）、（Ｃ）は投光エリアと受光エリアが重複した検出エリアを示す側面図である。

以下、本発明の好ましい実施形態について図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る自動ドア用の能動型物体検出センサを、自動ドアの開閉制御装置の起動用に適用した場合で、自動ドア６０のスライド方向から見た検出エリアＡの説明図である。同図に示すように、能動型物体検出センサ１００は無目５０に設置され、このセンサ１００に近い位置から遠い位置に向かって縦方向に６列の細分割エリアＡ１〜Ａ６により、検出エリアＡが形成されている。この検出エリアＡ内で人体Ｈのような物体が検出される。なお、ここでは図示していないが、６列の細分割エリアＡ１〜Ａ６に対して横方向にも複数のエリアが形成される。

図２（Ａ）に示すように、この能動型物体検出センサ１００は、例えばＡＩＲ（能動型赤外線方式）センサであり、上記した検出エリアＡに向けて物体検出用の検知線の一種である近赤外線を投光する投光（送信）器１と、物体で反射した検知線を受けて受光信号を発生する受光（受信）器２とを備えている。図２（Ｂ）は、図２（Ａ）のセンサを上から見た平面図である。

投光器１は、検知線として近赤外線を送出する赤外線発光ダイオードからなる例えば３個の投光（送信）素子３と、これら投光素子３の前方に配置されたレンズ体５と、さらにその前方に配置されたプリズムのような投光側の分割光学体７とからなる。受光器２は、３個の受光素子４と、これら受光素子４の前方に配置されて、検出エリアＡから反射した近赤外線を各受光素子４に入射するよう集光するレンズ体６と、さらにその前方に配置されたプリズムのような受光側の分割光学体８とからなる。

図３（Ａ）のように、投光（送信）側は、３個の投光素子３、レンズ体５および投光側のプリズム７により、６個の細分割エリアＴＡ１１〜ＴＡ１６を有する投光エリアＴＡを形成している。受光（受信）側では、３個の受光素子４、レンズ体６および受光側のプリズム８により、６個の細分割エリアＲＡ１１〜ＲＡ１６を有する受光エリアＲＡを形成している。６個の細分割エリアをそれぞれ有する投光エリアＴＡと受光エリアＲＡとを重複させることにより、細分割エリアＡ１〜Ａ６からなる検出エリアＡが形成される。図３（Ｂ）のように、例えば、ＲＡ１１とＴＡ１１とで１列目の細分割エリアＡ１が形成され、ＲＡ１６とＴＡ１６とで６列目の細分割エリアＡ６が形成される。

図４（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ、図２（Ｂ）のＡ−Ａ断面図、Ｂ−Ｂ断面図である。図４（Ｂ）のように、投光側のプリズム７は、複数の細分割エリアに分割するために検知線の角度を複数、例えば２つに変更する第１、第２光学可変（プリズム）面７ａ、７ｂをもつ分割光学（プリズム）片７Ｓを複数有する。第１光学可変面７ａは、センサ１００から距離が遠い方（前方）の細分割エリアを形成するものである。第２光学可変面７ｂは、距離が近い方（後方）の細分割エリアを形成する。この例では、センサ１００から距離が遠い方の細分割エリアＴＡを形成する第１光学可変面７ａの面積が、距離が近い方の細分割エリアＴＡを形成する第２光学可変面７ｂの面積よりも大きくなるように設定されている。つまり、投光側では、第１光学可変面７ａの面積に対する第２光学可変面７ｂの面積の面積比率が１より小さく設定されている。

図４（Ａ）のように、受光側のプリズム８は、複数の細分割エリアに分割するために検知線の角度を複数、例えば２つに変更する第１、第２光学可変（プリズム）面８ａ、８ｂをもつ分割光学（プリズム）片８Ｓを複数有する。第１光学可変面８ａは、センサ１００から距離が遠い方（前方）の細分割エリアを形成するものである。第２光学可変面８ｂは、距離が近い方（後方）の細分割エリアを形成する。この例では、センサ１００から距離が遠い方の細分割エリアＴＡを形成する第１光学可変面８ａの面積が、距離が近い方の細分割エリアＴＡを形成する第２光学可変面８ｂの面積よりも小さくなるように設定されている。つまり、受光側では、第１光学可変面８ａの面積に対する第２光学可変面８ｂの面積の面積比率が１より大きく設定されている。

このように、プリズム片７Ｓ、８ｓにおける複数の光学可変面のうち、センサから距離が遠い方の細分割エリアを形成する第１光学可変面の面積に対する、距離が近い方の細分割エリアを形成する第２光学可変面の面積の面積比率が、送信側および受信側でそれぞれ相異なって設定されている。

例えば、図５（Ａ）の一実施例に示すように、投光エリアＴＡにおいて、センサ１００から最も距離が遠い方（前方）の細分割エリアＴＡ１６を形成する第１光学可変面７ａの面積が従来の５０よりも大きい８０で、最も距離が近い方（後方）の細分割エリアＴＡ１１を形成する第２光学可変面７ｂの面積が従来の５０よりもかなり小さい２０であり、第１光学可変面７ａの面積に対する第２光学可変面７ｂの面積の比率が１より小さい１／４に設定される。

そして、図５（Ｂ）のように、受光側では、センサ１００から距離が遠い方（前方）の細分割エリアを形成する第１光学可変面８ａの面積が従来の５０よりも若干小さい４０で、距離が近い方の細分割エリアを形成する第２光学可変面８ｂの面積が従来の５０よりも若干大きい６０であり、第１光学可変面８ａの面積に対する第２光学可変面８ｂの面積の比率が１より大きい３／２に設定される。このように、送信側と受信側とで上記面積比率が互いに相反した比率に近づくように設定されている。

投光器３自身がもつ投光パワーを一定としたとき、検出エリアＡにおける細分割エリアＡ１〜Ａ６の検出感度は、検出エリアＡが投光エリアＴＡの細分割エリアＴＡ１１〜ＴＡ１６と受光エリアＲＡの細分割エリアＲＡ１１〜ＲＡ１６とにより形成されることから、投光エリアＴＡの細分割エリアＴＡ１１〜ＴＡ１６の各面積と受光エリアＲＡの細分割エリアＲＡ１１〜ＲＡ１６の各面積とをそれぞれ掛け合わせたものに比例する。

例えばセンサ１００から最も距離が遠い方の細分割エリアＡ６の検出感度は、投光エリアＴＡの細分割エリアＴＡ１６をつくる第１光学可変面７ａの面積８０と、受光エリアＲＡの細分割エリアＲＡ１６をつくる第１光学可変面８ａの面積４０とを掛け合わせたものに比例するから、従来の２５００よりも高い３２００となる。また、センサ１００から最も距離が近い方の細分割エリアＡ１の検出感度は、投光エリアＴＡの細分割エリアＴＡ１１をつくる第２光学可変面７ｂの面積２０と、受光エリアＲＡの細分割エリアＲＡ１１をつくる第２光学可変面８ｂの面積６０とを掛け合わせたものに比例するから、従来の２５００よりも低い１２００となる。

すなわち、センサ１００から距離が遠い方の細分割エリアの検出感度は、従来よりも検出感度を高くし、距離が近い方の細分割エリアの検出感度は従来よりも検出感度を低くしている。

さらに、センサ１００から最も距離が遠い方の細分割エリアＡ６に受けるノイズ量は受光エリアＲＡの細分割エリアＲＡ１６をつくる第１光学可変面８ａの面積４０に比例し、従来の５０よりも低い４０となる。またセンサ１００から最も距離が近い方の細分割エリアＡ１に受けるノイズ量は、受光エリアＲＡの細分割エリアＲＡ１１をつくる第２光学可変面８ｂの面積６０に比例するから、従来の５０よりも高い６０となる。

すなわち、センサ１００から距離が遠い方の細分割エリアに受けるノイズ量は、従来よりも影響が少なくなり、距離が近い方の細分割エリアのノイズ量は従来よりも高くなっている。

ここで、本実施例の遠い方の細分割エリアＡ６と近い方の細分割エリアＡ１におけるＳ／Ｎ比を従来例と比較してみると、以下となる。
従来例では、Ｓ/Ｎ（Ａ６）：Ｓ/Ｎ（Ａ１）＝２５００/５０：２５００/５０＝１：１
実施例では、Ｓ/Ｎ（Ａ６）：Ｓ/Ｎ（Ａ１）＝３２００/４０：１２００/６０＝４：１
この場合、一見すると、実施例の方がエリアの遠い近いによりＳ/Ｎ比が変わるのでバランスが悪くなっているように思われるがそうではない。実際の運用では、細分割エリアＡ６と細分割エリアＡ１においても同じ物体が進入するのが一般的であり、細分割エリアＡ１は細分割エリアＡ６よりも近い場所にあるので、同じ物体でも細分割エリアＡ１の方が細分割エリアＡ６よりも出てくる信号量が大きい。仮にその信号量の差が４倍であった場合、上記のバランスは非常に良好なものになる。

これにより、距離が近い方の細分割エリアにおけるノイズの影響を考慮しながら、距離が遠い方の細分割エリアにおける物体検出性能を向上させることができる。

よって、投光側における第１光学可変面７ａに対する第２光学可変面７ｂの面積比率が、前記受光側における第１光学可変面８ａに対する第２光学可変面の光学可変面８ｂの面積比率よりも大きくするように設定され、また、投光側と受光側とで互いに相反した比率に近づくように設定されている。これにより、検出エリア全体について良好な感度バランスおよびＳ／Ｎ比に調整することができる。

上記構成において、図１の自動ドア装置は、各列の受光素子４ごとに個々に入力する受光信号が設定レベルを超えているか否かを判別して、設定レベルを超えていると判別したときに、自動ドア６０の図示しない開閉制御装置に対し物体検出信号を出力する。そして、この物体検出信号に基づき自動ドア６０が開閉される。

こうして、本発明は、投光（送信）側の送信パワーと受光（受信）側の検出感度とを、送信側と受信側における、センサから距離が遠い方の細分割エリアを形成する第１光学可変面の面積に対する近い方の細分割エリアを形成する第２光学可変面の面積の面積比率が相互に異なるように設定することにより、当該面積比率を選択することによって任意に調整できるので、送信器がもつ送信パワー自体を調整することなく、設置環境に応じて細分割エリアを所望の検出感度に設定できるから、たとえセンサから距離が遠い細分割エリアであっても物体検出性能を向上させて、検出エリア全体について容易に良好な感度バランスおよびＳ／Ｎ比に調整することが可能となる。

なお、投光側のレンズ体の主軸を、センサから遠い方のエリアを形成する投光素子とし、受光側のレンズ体の主軸を、センサから近い方のエリアを形成する受光素子とすることにより、Ｓ／Ｎ比の調整が可能であるが、主軸から外れた素子で構成されるエリアは焦点のボケが発生しやすい。また、投光側のレンズ体のサイズを大きく、受光側のレンズ体のサイズを小さくすることにより、Ｓ／Ｎ比の調整も可能であるが、異なるレンズが必要となり、高コストになる。

なお、上記各実施形態では、検知線として近赤外線を使用しているが、これに何ら限定されず、可視光線、赤外線、マイクロウェーブ、レーザーなどを使用してもよい。

なお、上記各実施形態では、分割光学体としてプリズムを使用しているが、何らこれに限定されるものではなく、例えば複数の光学可変（ミラー）面をもつミラーでもよい。また、２分割の分割光学体を使用しているが、３分割でもよい。

１：投光（送信）器
２：受光（受信）器
３：投光（送信）素子
４：受光（受信）素子
５、６：レンズ体
７：投光側の分割光学体（プリズム）
７Ｓ：分割光学片（プリズム片）
７ａ：第１光学可変面（プリズム面）
７ｂ：第２光学可変面（プリズム面）
８：受光側の分割光学体（プリズム）
８Ｓ：分割光学片（プリズム片）
８ａ：第１光学可変面（プリズム面）
８ｂ：第２光学可変面（プリズム面）
６０：自動ドア
１００：能動型物体検出装置
Ａ：検出エリア
Ａ１〜Ａ６：細分割エリア
ＴＡ：投光（送信）エリア
ＴＡ１１〜ＴＡ１６：細分割エリア
ＲＡ：受光（受信）エリア
ＲＡ１１〜ＲＡ１６：細分割エリア

Claims

複数の細分割エリアをそれぞれ有する送信エリアと受信エリアとにより検出エリアが形成され、この検出エリア内の物体を検出する能動型物体検出センサであって、
前記送信エリアへ物体検出用の検知線を送出する複数の送信素子、および前記受信エリアから物体で反射した前記検知線を受信する複数の受信素子と、
前記送信素子および受信素子の前方にそれぞれ配置されて、前記複数の細分割エリアに分割するために検知線の角度を複数に変更する光学可変面をもつ分割光学片を複数有する送信側および受信側の分割光学体とを備え、
前記分割光学片における複数の光学可変面のうち、センサから距離が遠い方の細分割エリアを形成する第１光学可変面の面積に対する、距離が近い方の細分割エリアを形成する第２光学可変面の面積の面積比率が、送信側および受信側でそれぞれ相異なるように設定されている、能動型物体検出センサ。
請求項１において、
前記送信側で、前記第１光学可変面の面積が前記第２光学可変面よりも大きくなるような第１光学可変面に対する第２光学可変面の面積比率に設定され、かつ、前記受信側で、第１光学可変面の面積を第２光学可変面よりも小さくなるような第１光学可変面に対する第２光学可変面の面積比率に設定されるとともに、前記受信側における前記第１光学可変面に対する前記第２光学可変面の光学可変面の面積比率が、前記送信側における前記第１光学可変面に対する前記第２光学可変面の面積比率よりも大きくなるように設定されている、能動型物体検出センサ。
請求項１において、
前記送信側の第１光学可変面に対する第２光学可変面の面積比率と、前記受信側の第１光学可変面に対する第２光学可変面の面積比率とが、互いに相反した比率に近づくように設定されている、能動型物体検出センサ。
請求項１において、
前記分割光学体は、検知線の角度を複数に変更するプリズム面をもつプリズムである、能動型物体検出センサ。