JP6847373B2 - 物体検知センサ及び電気機器ユニット - Google Patents

Description

本発明は、物体検知センサと、これを用いた電気機器ユニットに関する。

従来より、受光素子に対する反射光の入射位置を用いて、検知エリア内の物体を検知する物体検知センサが提案されている。この一例として、特許文献１には、遠距離用発光素子とともに近距離用発光素子を設けた物体検知センサが開示されている。この物体検知センサでは、遠距離エリアにある物体は遠距離用発光素子の光を用いて検知し、近距離エリアにある物体は近距離用発光素子の光を用いて検知している。

特開２０１０−２５６１８２号公報

特許文献１の物体検知センサは、広い検知エリアで高い検知精度を得るために、複数の発光素子を用いている。本発明者は、従来の物体検知センサに関して検討したところ、同様の目的を達するうえで、構造の簡素化を図る余地があるとの認識を得た。

本発明のある態様は、このような課題に鑑みてなされ、その目的の１つは、広い検知エリアで高い検知精度を得るうえで、構造の簡素化を図れる物体検知センサを提供することにある。

本発明の第１態様は物体検知センサである。第１態様の物体検知センサは、検知エリアに発光素子から検知光を投光し、その反射光を受光素子により受光するための光モジュールと、前記受光素子の出力信号に基づいて、前記検知エリアの中の特定エリア内に検知物４８があることを判別するためのエリア判別条件を満たすか否かを判断する判断部と、前記判断部の判断結果に対応する判定条件を用いて、前記受光素子の出力信号に基づいて、前記検知エリア内の検知物の有無を判定するための判定部と、を備える。

第１態様によれば、検知エリア内での検知物の位置に応じて高い判定精度の判定条件を用いて、検知物の有無を判定でき、広い検知エリアで高い検知精度を得られる。また、この目的を果たすうえで、専用の他の発光素子が不要であり、構造の簡素化を図れる。

第１実施形態の物体検知センサが用いられる電気機器ユニットを示す構成図である。 第１実施形態の電気機器ユニットの機能ブロックを示す構成図である。 第１実施形態の光モジュールを模式的に示す断面図である。 第１実施形態の受光素子を模式的に示す斜視図である。 第１実施形態の水受槽、光モジュール、検知物の位置関係を模式的に示す図である。 図６（ａ）は、光モジュールから遠い位置にある検知物の反射光の受光素子での受光量分布を示す図であり、図６（ｂ）は、光モジュールに近い位置にある検知物の反射光の受光素子での受光量分布を示す図である。 第１実施形態の差分演算部が算出する差分受光データを説明するための説明図である。 第１実施形態の代表位置特定部による受光量分布の重心位置の計算方法を示すための説明図である。 図９（ａ）は、通常判定条件を説明するための図であり、図９（ｂ）は、近距離判定条件を説明するための図である。 第１実施形態の物体検知センサの処理の流れを示すフローチャートである。 第２実施形態のエリア判別条件を説明するための図である。 第２実施形態の物体検知センサの処理の流れを示すフローチャートである。 第３実施形態の物体検知センサが用いられる電気機器ユニットを示す構成図である。 第３実施形態の物体検知センサの処理の流れを示すフローチャートである。 図１５（ａ）は、近距離判定条件に用いられる直線の傾きを説明するための図であり、図１５（ｂ）は、近距離判定条件に用いられる幅を説明するための図であり、図１５（ｃ）は、近距離判定条件に用いられる総和を説明するための図である。

以下、実施形態、変形例では、同一の構成要素に同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、各図面では、説明の便宜のため、構成要素の一部を適宜省略したり、構成要素の寸法を適宜拡大、縮小して示す。

（第１の実施の形態）
図１は、第１実施形態の物体検知センサ１２が用いられる電気機器ユニット１０を示す構成図である。図２は、電気機器ユニット１０の機能ブロックを示す構成図である。本図面での各ブロックは、ハードウェア的にはＣＰＵやメモリをはじめとする素子、回路等で実現でき、ソフトウェア的にはコンピュータプログラム等により実現される。ここでは、それらの連携により実現される機能ブロックを描いている。これらの機能ブロックは、ハードウェア、ソフトウェアの組合せにより様々な態様で実現できる。

本実施形態の電気機器ユニット１０は自動水栓である。電気機器ユニット１０は、物体検知センサ１２と、水栓装置１４とを備える。物体検知センサ１２は後述する。

水栓装置１４は、物体検知センサ１２の検知結果に応じて、動作態様を切り替え可能な電気機器である。本実施形態の水栓装置１４は、この動作態様として、吐水状態（動作状態）と吐水停止状態（動作停止状態）とを切り替え可能である。水栓装置１４は、吐水具１６と、電気駆動弁１８と、動作制御部２０とを有する。

吐水具１６は、給水路２２から送られる水を吐水口１６ａから吐出可能である。吐水具１６は、キッチン用シンク等の水受槽２４の一部に固定される。水受槽２４は、吐水具１６から吐出された吐水流を受けて排水口（不図示）から排水するためのものである。給水路２２は、吐水具１６の内部や、吐水具１６に接続される給水ホースの内部等に形成される。

電気駆動弁１８は、給水路２２の途中位置に設置される。本実施形態の電気駆動弁１８は電磁弁であるが、電動弁等でもよい。電気駆動弁１８は、動作制御部２０による制御のもとで給水路２２を開閉可能である。

動作制御部２０は、物体検知センサ１２の検知結果に応じて、水栓装置１４の動作を制御する。本実施形態の動作制御部２０は、物体検知センサ１２の検知結果に応じて、水栓装置１４がモーメンタリ動作を行うように制御する。ここでのモーメンタリ動作とは、物体検知センサ１２が物体を検知している検知状態にあるとき、水栓装置１４を動作状態に維持し、物体検知センサ１２が物体を検知していない非検知状態にあるとき、水栓装置１４を動作停止作状態に維持する動作である。

詳しくは、動作制御部２０は、物体検知センサ１２が検知状態にあるとき、電気駆動弁１８が給水路２２を開くように制御する。電気駆動弁１８が給水路２２を開くと、吐水具１６の吐水口１６ａから水が吐き出される吐水状態になる。動作制御部２０は、物体検知センサ１２が非検知状態にあるとき、電気駆動弁１８が給水路２２を閉じるように制御する。電気駆動弁１８が給水路２２を閉じると、吐水具１６の吐水状態が停止する吐水停止状態となる。

物体検知センサ１２は、検知エリア２６内の物体を検知するためのものである。本実施形態の検知エリア２６は、物体検知センサ１２の光モジュール２８（後述する）から水受槽２４の内側を含む範囲に設定される。物体検知センサ１２は、光モジュール２８と、センサ制御部３０と、を備える。

図３は、光モジュール２８を模式的に示す断面図である。光モジュール２８は、検知エリア２６に発光素子３２から検知光を投光し、その反射光を受光素子３４により受光するためのものである。この反射光は、検知エリア２６内の検知物４８に検知光が当たることで生じる。光モジュール２８は、ハウジング３６と、投光部３８と、受光部４０とを有する。ハウジング３６は、光モジュール２８の筐体となり、発光素子３２等が内部に収められる。

投光部３８は、検知光を投光するためのものである。本実施形態の検知光は赤外光である。投光部３８は、検知光を発する発光素子３２と、発光素子３２が発した検知光を通過させることで検知エリア２６に検知光を投光する投光レンズ４２とを有する。発光素子３２はＬＥＤ（light emitting diode）等であり、投光レンズ４２はコリメートレンズ等である。

受光部４０は、受光素子３４と、集光レンズ４４とを備える。受光素子３４は、検知光の反射光を受光するためのものである。受光素子３４は、例えば、ＣＣＤ（charge-coupled device）イメージセンサやＣＭＯＳ（Complementary Metal-Oxide Semiconductor）イメージセンサ等の１次元型のイメージセンサである。集光レンズ４４は、検知物４８からの反射光を受光素子３４の受光面３４ａ（後述する）の上に集光するためのものである。

図４は、受光素子３４を模式的に示す斜視図である。受光素子３４は、図３、図４に示すように、１次元的に配列された複数の画素４６が形成する帯状の受光面３４ａを有する。画素４６は、光電変換によって、受けた光を電気信号に変換する機能を持つ。本実施形態の受光素子３４は、有効画素として６４個の画素４６を有する。受光素子３４は、発光素子３２に対して予め定められたオフセット方向Ｐａにオフセットして配置される。本実施形態のオフセット方向Ｐａは、発光素子３２の投光方向とは正反対に見た受光面３４ａの画素配列方向Ｐｂと一致している。

図５は、水受槽２４、光モジュール２８、検知物４８の位置関係を模式的に示す。ここでは検知物４８としてユーザの手を例に示す。受光面３４ａは、光モジュール２８から検知物４８までの距離である検知物距離の変化に応じて検知物４８の反射光の入射位置が直線状に変化するように設けられる。詳しくは、受光面３４ａは、検知物距離の減少に伴い、検知物４８の反射光の入射位置が画素配列方向Ｐｂの一端３４ｂに近づくように設けられる。また、検知物距離の増加に伴い、検知物４８の反射光の入射位置が画素配列方向Ｐｂの他端３４ｃに近づくように設けられる。光モジュール２８は、この条件を満たすように、集光レンズ４４の焦点等の光学条件、発光素子３２と受光素子３４のオフセット量、受光素子３４の受光面３４ａの向き等が設定されている。

たとえば、検知物距離Ｌａ１の第１位置Ｑａ１に検知物４８がある場合、検知物４８の反射光の入射位置はＱｂ１となる。検知物距離Ｌａ１より小さい検知物距離Ｌａ２の第２位置Ｑａ２に検知物４８がある場合、検知物４８の反射光の入射位置Ｑｂ２は、前述の入射位置Ｑｂ１よりも、受光面３４ａの画素配列方向Ｐｂの一端３４ｂ寄りとなる。

このように、受光素子３４に対する検知物４８の反射光の入射位置は、検知物距離と一意に対応しており、検知物４８の位置を表す指標として利用できる。本実施形態では、受光素子３４の受光面３４ａの画素配列方向Ｐｂでの範囲に関して、検知エリア２６と対応づけられた検知範囲を設定しており、この検知範囲での受光量分布を用いて、検知エリア２６内の検知物４８を検知している。

ここで、本実施形態の物体検知センサ１２を想到するに至った背景を説明する。図６（ａ）は、光モジュール２８から遠い位置にある検知物４８の反射光の受光素子３４での受光量分布を示す図である。図６（ｂ）は、光モジュール２８に非常に近い位置にある検知物４８の反射光の受光素子３４での受光量分布を示す図である。同図の横軸は画素番号、縦軸は受光量を示す。ここでの画素番号とは、複数の画素４６のそれぞれに対して、受光面３４ａの画素配列方向Ｐｂの一端側の末端画素４６（以下、至近画素４６−Ａという）から他端側の末端画素（以下、最遠画素４６−Ｂという）に向かって昇順で割り当てられた自然数である（図４も参照）。この画素番号は、受光面３４ａの画素配列方向Ｐｂでの位置を特定する座標値となる。

ユーザの手や食器等の可動体が検知物４８の場合、検知物４８の反射光の実際の光量分布である実光量分布は、通常、山形の分布パターンとなる。光モジュール２８から遠い位置に検知物４８がある場合、その反射光の実光量分布の大部分が受光素子３４で受光される。この場合、その受光面３４ａでの受光量分布は、両裾が現われる山形の分布パターンとなる。光モジュール２８に近い位置に検知物４８がある場合、その反射光の実光量分布の一部のみが受光素子３４で受光される。この場合、その受光面３４ａでの受光量分布は、片裾が現われない不完全な山形の分布パターンとなる。

ここで、かりに、検知エリア２６内での検知物４８の有無を判定するための判定条件として、反射光の受光面３４ａ上での受光量分布の重心位置Ｃｐ１を用いる場合を考える。この受光面３４ａ上での受光量分布の重心位置Ｃｐ１は、実光量分布の大部分が受光面３４ａで受光される場合（図６（ａ）の場合）、その実光量分布の重心位置Ｃｐ２と大きく変わらず、その実光量分布の重心位置Ｃｐ２を精度よく表している。よって、この場合、この重心位置Ｃｐ１を判定条件に用いることで、検知エリア２６内の検知物４８を精度よく検知できる。

一方、この受光量分布の重心位置Ｃｐ１は、実光量分布の一部しか受光素子３４で受光されない場合（図６（ｂ）の場合）、その実光量分布の重心位置Ｃｐ２と大きくずれるようになる。このずれ量は、光モジュール２８に対する検知物４８の検知物距離が小さくなるほど大きくなる。この受光量分布の重心位置Ｃｐ１の受光量を所定の閾値と比較することで検知物４８の有無を判定する場合を考える。この場合、受光量分布の重心位置Ｃｐ１の受光量が小さくなり過ぎることで、実際には近距離エリアに検知物４８があるにも関わらず、その検知物４８が無いと判定される可能性がある。つまり、近距離エリア内に検知物４８がある場合、実光量分布の重心位置Ｃｐ２と受光量分布の重心位置Ｃｐ１のずれに起因して、検知精度の低下を招いてしまう。

そこで、本実施形態では、検知物４８の有無を判定する前に、近距離エリア内に検知物４８があることを判別するためのエリア判別条件を満たすか否かを判断している。そして、このエリア判別条件を満たさないと判断した場合、近距離エリアに検知物４８がないとみなし、通常判定条件を用いて検知物４８の有無を判定する。一方、このエリア判別条件を満たすと判断した場合、近距離エリアに検知物４８がある可能性があるとみなし、近距離エリア内では通常判定条件より高い判定精度を得られる近距離判定条件を用いて検知物４８の有無を判定する。つまり、エリア判別条件を用いた判断結果に対応する判定条件を用いて、検知物４８の有無を判定する。これにより、検知エリア内での検知物４８の位置に応じて高い判定精度の判定条件を用いて検知物４８の有無を判定でき、広い検知エリアで高い検知精度を得られる。以下、このような知見のもとで得られた物体検知センサ１２を詳細に説明する。

図２を参照する。センサ制御部３０は、物体検知センサ１２を制御するためのものである。センサ制御部３０は、受光制御部５０と、演算処理部５２と、を備える。

受光制御部５０は、光モジュール２８を制御することで、受光素子３４の受光面３４ａでの受光量分布を示す受光データを取得する。この受光データは、受光素子３４の受光面３４ａに対する検知物４８の反射光の入射位置を示す。

受光制御部５０は、受光素子３４により受光する受光期間と、受光素子３４により受光しない非受光期間とを周期的に繰り返す受光動作を行うように光モジュール２８を制御する。受光期間において、受光素子３４の複数の画素４６は、光電変換により受光量に応じた電荷量を蓄積する。非受光期間において、受光素子３４は、複数の画素４６のそれぞれに蓄積した電荷量を受光データとして出力し、複数の画素４６それぞれで蓄積した電荷を排出する。この受光データは、受光素子３４から出力される出力信号となる。この受光データは、受光量の度合いを表す階調値が複数の画素４６の配列順に並べられた１次元のデジタルデータである。

受光制御部５０は、前述の受光動作として第１受光動作と第２受光動作を周期的に繰り返すように光モジュール２８を制御する。第１受光動作では、発光素子３２を発光させた発光状態のもと、検知光成分を含む反射光を受光素子３４により受光する。受光素子３４は、発光状態のもとでの受光量分布を示す受光データとして発光時受光データを取得する。第２受光動作では、発光素子３２を発光させない無発光状態のもと、検知光成分を含まない反射光を受光素子３４により受光する。受光素子３４は、無発光状態のもとでの受光量分布を示す受光データとして無発光時受光データを取得する。

演算処理部５２は、受光素子３４の出力信号を用いて、前述のエリア判別条件を用いた判断処理や、判定条件を用いた検知判定処理を含む演算処理を行う。演算処理部５２は、差分演算部５４と、ピーク位置特定部５６と、代表位置特定部５８と、判断部６０と、判定部６２とを含む。

図７は、差分演算部５４が算出する差分受光データを説明するための説明図である。差分演算部５４は、発光時受光データＬ（ｘ）の各画素４６の受光量から、無発光時受光データＣ（ｘ）の各画素４６の受光量を減算して、両者の差分の受光量分布を示す差分受光データＤ（ｘ）を算出する差分演算処理を行う。この差分受光データＤ（ｘ）は、検知光以外の周囲光の光成分が排除された受光面３４ａでの受光量分布を示す。

ピーク位置特定部５６は、差分受光データＤ（ｘ）に基づいて、受光面３４ａの受光量分布の中で受光量がピークとなるピーク位置を特定する。このピーク位置は、たとえば、受光面３４ａの受光量分布の中で受光量が極大値となる位置である。本実施形態のピーク位置特定部５６は、差分受光データＤ（ｘ）の中で受光量が最大値となる位置をピーク位置として特定する。

代表位置特定部５８は、差分受光データＤ（ｘ）に基づいて、受光面３４ａの受光量分布を代表する代表位置を特定する。この代表位置は、検知エリア２６内での検知物４８の位置の特定に用いられる。本実施形態の代表位置は、受光面３４ａの受光量分布の重心位置を用いる。本実施形態では、計算負荷の軽減のため、この受光量分布の重心位置を簡易的な計算方法により特定する。

図８は、この簡易的な計算方法の手順を示すための説明図である。Ｄ（ｎ）は画素番号ｎの画素４６の受光量を示す。代表位置特定部５８は、差分受光データＤ（ｘ）を積算し、受光素子３４の全有効画素４６の受光量の総和ＳＤを求める。総和ＳＤは、ハッチングで示す領域Ｓａの面積に相当する。代表位置特定部５８は、受光面３４ａの至近画素４６−Ａから最遠画素４６−Ｂに向かって順番に各画素４６の受光量を積算し、その積算値がＳＤ／２に達したときの画素番号Ｎの画素（黒丸で示す）を差分受光データＤ（ｘ）の重心位置とする。ここでの積算値はダブルハッチングで示す領域Ｓｂの面積に相当する。この代表位置は、本実施形態では、受光面３４ａを形成する画素を単位にして特定しているが、その画素を仮想的に分割した副画素を単位にして特定してもよい。

判断部６０は、差分受光データＤ（ｘ）に基づいて、つまり、受光素子３４の出力信号に基づいて、前述のエリア判別条件を満たすか否かを判断する判断処理を行う。このエリア判別条件は、検知エリアの中の特定エリア内に検知物４８があることを判別するための条件として予め定められたものである。図５に示すように、本実施形態での特定エリアは、検知エリア２６の中で光モジュール２８に近い側、つまり、光モジュール２８の近傍にある近距離エリアである。この近距離エリアは、光モジュール２８の検知光が出射する出射面２８ａから予め定められた距離範囲Ｌａ３にある。この近距離エリアは、検知エリア２６の距離範囲に対して非常に狭い距離範囲として設定される。本実施形態での距離範囲Ｌａ３は、光モジュール２８の出射面２８ａから０ｍｍ〜２０ｍｍである。この他にも、この近距離エリアの距離範囲Ｌａ３は、たとえば、検知エリア２６の距離範囲の０．１倍以下の距離範囲として設定されてもよい。

図８に示すように、エリア判別条件は、本実施形態において、受光素子３４の受光面３４ａにおいて近距離エリアに対応づけられた近距離範囲Ｓｃに、代表位置特定部５８が特定した受光量分布の重心位置があることである。この近距離範囲Ｓｃは、受光面３４ａの画素配列方向Ｐｂの全範囲Ｓｄに対して非常に狭い範囲として設定される。本実施形態での近距離範囲Ｓｃは、至近画素４６−Ａから最遠画素４６−Ｂ側に向かって５画素目までの範囲、つまり、至近画素４６−Ａを含む範囲として定められる。この他にも、この近距離範囲Ｓｃは、たとえば、受光面３４ａの画素配列方向Ｐｂの全範囲Ｓｄの０．１倍以下の範囲として設定されてもよい。

判定部６２は、差分受光データＤ（ｘ）に基づいて、つまり、受光素子３４の出力信号に基づいて、検知エリア２６内の検知物４８の有無を判定する検知判定処理を行う。判定部６２は、判断部６０の判断結果に対応する判定条件を用いて検知判定処理を行う。この判定条件は、判断部６０の複数の判断結果のそれぞれに対応する条件として予め定められる。この判定条件には、エリア判別条件を満たさないという判断結果に対応する通常判定条件と、エリア判別条件を満たすという判断結果に対応する近距離判定条件とが含まれる。

通常判定条件は、検知エリア２６の中で近距離エリアを除いた他のエリア（以下、通常エリアという）内の検知物４８の有無を判定するための条件である。近距離判定条件は、近距離エリア内の検知物４８の有無を判定するための条件である。近距離判定条件は、近距離エリアでの検知物４８の判定精度が通常判定条件より高い条件が設定される。この条件は、後述する条件の他にも、実験的手法又は統計的手法により適宜に設定されてもよい。

図９（ａ）は、通常判定条件を説明するための図である。判定部６２は、通常判定条件では、代表位置特定部５８が特定した代表位置を用いて検知判定処理を行う。通常判定条件は、受光素子３４の受光面３４ａに対して設定された検知範囲Ｓｅ内に代表位置（重心位置Ｃｐ１）が有るか否かを第１条件とする。この検知範囲Ｓｅは、検知エリア２６と対応づけて予め設定される範囲である。通常判定条件は、代表位置の受光量が予め定められた閾値Ｔａ１（以下、通常判定用閾値Ｔａ１という）を超えるか否かを第２条件とする。通常判定用閾値Ｔａ１は、通常判定用閾値Ｔａ１を超える受光量範囲のなかに、通常エリア内に検知物４８があるときに得られると予め想定される受光量が含まれるように設定される。

判定部６２は、前述の通常判定条件を満たす場合、つまり、第１条件と第２条件の両方を満たす場合、検知エリア２６内に検知物４８が有ると判定する。一方、前述の通常判定条件を満たさない場合、つまり、第１条件と第２条件の何れかを満たさない場合、検知エリア２６内に検知物４８が無いと判定する。

図９（ｂ）は、近距離判定条件を説明するための図である。判定部６２は、近距離判定条件では、代表位置特定部５８が特定した代表位置を用いずに、ピーク位置特定部５６が特定したピーク位置を用いて検知判定処理を実行する。近距離判定条件は、ピーク位置の受光量に関する閾値Ｔａ２（以下、近距離判定用閾値Ｔａ２という）が用いられる。本実施形態の近距離判定用閾値Ｔａ２は、受光量範囲の下限値を定める値として設定される。近距離判定用閾値Ｔａ２は、通常判定用閾値Ｔａ１と同様、近距離判定用閾値Ｔａ２を超える受光量範囲のなかに、近距離エリア内に検知物４８があるときに得られると予め想定される受光量が含まれるように設定される。本実施形態では通常判定用閾値Ｔａ１と近距離判定用閾値Ｔａ２とが同じ大きさに設定される。このように、本実施形態の近距離判定用閾値Ｔａ２は、通常判定用閾値Ｔａ１と同じ基準のもとで設定されている。

判定部６２は、近距離判定条件を満たす場合、つまり、ピーク位置特定部５６が特定したピーク位置の受光量が近距離判定用閾値Ｔａ２を超える場合、検知エリア２６内に検知物４８が有ると判定する。一方、近距離判定条件を満たさない場合、検知エリア２６内に検知物４８が無いと判定する。

判定部６２は、判定部６２の判定結果に応じて検知状態であることを示す検知信号を生成し、生成した検知信号を動作制御部２０に出力する。動作制御部２０は、判定部６２から出力された検知信号に基づき、前述のように、水栓装置１４の動作態様を切り替えるように制御する。

図１０は、物体検知センサ１２の処理の流れを示すフローチャートである。本処理の流れは、物体検知センサ１２が非検知状態のもとで行う第１ステップ群（Ｓ１０〜Ｓ２４）と、検知物４８を検知状態のもとで行う第２ステップ群（Ｓ３０〜Ｓ４４）とに分けられる。本処理では、所定の周期期間が経過する毎に第１ステップ群又は第２ステップ群の何れかを開始する。

第１ステップ群を説明する。センサ制御部３０の受光制御部５０及び演算処理部５２は、光モジュール２８に受光動作を行わせることで、受光素子３４の受光面３４ａでの受光量分布を示す受光データを取得する（Ｓ１０）。本例では、センサ制御部３０の受光制御部５０は、前述の第１受光動作と第２受光動作を光モジュール２８に行わせることで、前述の発光時受光データと無発光時受光データを取得する。次に、センサ制御部３０の演算処理部５２は、発光時受光データと無発光時受光データとを用いた差分演算処理を行い、差分受光データＤ（ｘ）を取得する。代表位置特定部５８は、センサ制御部３０が取得した差分受光データに基づき、受光量分布の代表位置として重心位置を特定する（Ｓ１２）。

判断部６０は、センサ制御部３０が取得した差分受光データＤ（ｘ）と、代表位置特定部５８が特定した重心位置とに基づき、エリア判別条件を満たすか否かを判断する（Ｓ１４）。エリア判別条件を満たさないと判断した場合（Ｓ１４のＮ）、判定部６２は、差分受光データＤ（ｘ）に基づき、代表位置特定部５８が特定した重心位置と、通常判定条件を用いて検知判定処理を行う（Ｓ１６）。一方、エリア判別条件を満たすと判断した場合（Ｓ１４のＹ）、ピーク位置特定部５６は、差分受光データに基づき、受光量分布の中のピーク位置を特定する（Ｓ１８）。続いて、判定部６２は、センサ制御部３０が取得した差分受光データと、ピーク位置特定部５６が特定したピーク位置とに基づき、近距離判定条件を用いて検知判定処理を行う（Ｓ２０）。

近距離判定条件又は通常判定条件を用いて検知エリア２６内に検知物４８が有ると判定した場合（Ｓ１８のＹ、Ｓ２０のＹ）、判定部６２は、検知信号を動作制御部２０に出力し、動作制御部２０は、水栓装置１４の動作態様を吐水状態に切り替える（Ｓ２２）。この場合、次の周期期間では第２ステップ群を開始する。近距離判定条件又は通常判定条件を用いて検知エリア２６内に検知物４８が無いと判定した場合（Ｓ１８のＮ、Ｓ２０のＮ）、判定部６２は、検知信号を動作制御部２０に出力せず、水栓装置１４を吐水停止状態のまま継続させる（Ｓ２４）。この場合、次の周期期間では第１ステップ群を繰り返す。

第２ステップ群を説明する。第２ステップ群では、第１ステップ群のステップＳ１０、Ｓ１２、Ｓ１４、Ｓ１６、Ｓ１８、Ｓ２０のそれぞれと同様の処理として、ステップＳ３０、Ｓ３２、Ｓ３４、Ｓ３６、Ｓ３８、Ｓ４０を行う。第２ステップ群では、近距離判定条件又は通常判定条件を用いて検知エリア２６内に検知物４８が有ると判定した場合（Ｓ３６のＹ、Ｓ４０のＹ）、判定部６２は、動作制御部２０への検知信号の出力を継続し、動作制御部２０は、水栓装置１４の動作態様を吐水状態に継続する（Ｓ４２）。この場合、次の周期期間でも第２ステップ群を開始する。第２ステップ群では、近距離判定条件又は通常判定条件を用いて検知エリア２６内に検知物４８が無いと判定した場合（Ｓ３６のＮ、Ｓ４０のＮ）、判定部６２は、動作制御部２０への検知信号の出力を停止し、動作制御部２０は、水栓装置１４の動作態様を吐水停止状態に切り替える（Ｓ４４）。この場合、次の周期期間では第１ステップ群を開始する。これにより、前述のモーメンタリ動作が行われる。

以上の物体検知センサ１２の効果を説明する。
物体検知センサ１２は、検知エリアの中の特定エリア内に検知物があることを判別するためのエリア判別条件を満たすか否かを判断した後、その判断結果に対応する判定条件を用いて検知物４８の有無を判定する。よって、検知エリア内での検知物４８の位置に応じて高い判定精度の判定条件を用いて、検知物４８の有無を判定でき、広い検知エリアで高い検知精度を得られる。

また、このように広い検知エリア２６で高い検知精度を得るための手法として、たとえば、検知物距離に応じた専用の発光素子や受光素子の採用や、受光素子の位置、向きの調整等のハード要素の設計変更が考えられる。この点、本実施形態によれば、同様の目的を果たすうえで、専用の発光素子や受光素子が不要であるうえ、ハード要素の設計変更が不要であり、構造の簡素化を図ることができる。また、同様の目的を果たすうえで、専用の発光素子や受光素子が不要なため、消費電力の増大を抑えられる利点もある。

かりに、受光素子３４の受光面３４ａの近距離範囲にピーク位置があることをエリア判別条件に用いた場合を考える。この場合、近距離エリア以外の通常エリアに検知物４８があるとき、ノイズや外乱光の影響を受けて、近距離範囲にピーク位置がある受光量分布が生成されてしまうケースがあり得る。このケースでは、近距離エリアに検知物４８がないにもかかわらず、エリア判別条件を満たすという誤判断、つまり、近距離エリアに検知物４８があることを示す誤判断の発生が懸念される。この点、判断部６０は、受光素子３４の受光面３４ａの近距離範囲に受光量分布の重心位置があることをエリア判別条件に用いている。よって、前述のケースのもとでは、検知エリア２６と対応づけられた検知範囲の中で近距離範囲以外の箇所に重心位置がある受光量分布が生成され易くなり、ノイズや外乱光の影響による前述の誤判断の発生を抑制できる。

図６（ｂ）に示すように、近距離エリアに検知物４８がある場合、通常、反射光の受光量分布の重心位置Ｃｐ１の方が、そのピーク位置Ｃｐ３よりも、その受光量が小さくなる。よって、この場合、受光量分布の重心位置Ｃｐ１での受光量を用いて検知判定処理を行うと、近距離エリアに検知物４８があるにもかかわらず、検知エリア２６内に検知物４８が無いという誤判定が生じる可能性がある。この点、本実施形態では、近距離エリアでの検知物４８の有無に対して、受光量分布の重心位置Ｃｐ１よりも、その受光量が敏感に変化し易い受光量分布のピーク位置Ｃｐ３を用いて検知判定処理を行っている。よって、近距離エリアに検知物４８がある場合に、受光量分布の重心位置Ｃｐ１を用いて検知判定処理を行うより、近距離エリア内での検知物４８の有無を高い判定精度で判定できる。

（第２実施形態）
第１実施形態では、受光素子３４の受光面３４ａにおいて近距離エリアに対応づけられた近距離範囲Ｓｃに受光量分布の重心位置があることをエリア判別条件に用いる例を説明した。本実施形態のエリア判別条件は、図１１に示すように、複数の画素４６のなかの至近画素４６−Ａ上に受光量分布のピーク位置Ｃｐ３があることである。これは、近距離エリアの検知物４８の反射光が受光素子３４の受光面３４ａに入射する場合であって、その実光量分布のピーク成分Ｃｐ４が受光面３４ａに入射しない場合を想定している。

本実施形態によれば、近距離エリアの検知物４８の反射光が受光素子３４の受光面３４ａに入射する場合であって、その実光量分布のピーク成分Ｃｐ４が入射しない場合、そのことをエリア判別条件を用いて高精度に判断できる。また、近距離エリア以外の通常エリアに検知物４８がある場合に、至近画素４６−Ａの近傍の他の画素にピーク位置Ｃｐ３がある受光量分布が生成されたときでも、エリア判別条件を満たすという誤判断が発生しない利点がある。

図１２は、本実施形態の物体検知センサ１２の処理の流れを示すフローチャートである。本処理の流れも、第１実施形態と同様、物体検知センサ１２が非検知状態のもとで行う第１ステップ群（Ｓ１０〜Ｓ２４）と、検知状態のもとで行う第２ステップ群（Ｓ３０〜Ｓ４４）とに分けられる。

第１ステップ群のうち、第１実施形態と異なるステップを主に説明する。センサ制御部３０は、第１実施形態と同様、受光データを取得する（Ｓ１０）。ピーク位置特定部５６は，センサ制御部３０が取得した差分受光データに基づき、受光量分布の中のピーク位置を特定する（Ｓ１３）。このとき、ピーク位置特定部５６は、受光量分布の中で受光量が最大となる位置が至近画素４６−Ａ上となる場合、至近画素４６−Ａ上をピーク位置として特定する。

判断部６０は、センサ制御部３０が取得した差分受光データと、ピーク位置特定部５６が特定したピーク位置に基づき、エリア判別条件を満たすか否かを判断する（Ｓ１４）。本実施形態の判断部６０は、第１実施形態と異なり、ピーク位置特定部５６が特定したピーク位置が、複数の画素４６のなかの至近画素４６−Ａ上にあるというエリア判別条件を満たすか否かを判断する。

エリア判別条件を満たさないと判断した場合（Ｓ１４のＮ）、代表位置特定部５８は、差分受光データに基づき、受光量分布の代表位置として重心位置を特定する（Ｓ１５）。続いて、判定部６２は、差分受光データＤ（ｘ）に基づき、代表位置特定部５８が特定した重心位置と、通常判定条件とを用いて検知判定処理を行う（Ｓ１６）。一方、エリア判別条件を満たすと判断した場合（Ｓ１４のＹ）、代表位置特定部５８が重心位置を特定することなく、判定部６２は、センサ制御部３０が取得した差分受光データと、ピーク位置特定部５６が特定したピーク位置とに基づき、近距離判定条件を用いて検知判定処理を行う（Ｓ２０）。

この後、第１実施形態と同様のステップＳ２２、Ｓ２４が行われる。第２ステップ群も、第１実施形態と同様、第１ステップ群のステップＳ１０、Ｓ１３、Ｓ１４、Ｓ１５、Ｓ１６、Ｓ２０のそれぞれと同様の処理として、ステップＳ３０、Ｓ３３、Ｓ３４、Ｓ３５、Ｓ３６、Ｓ４０を行う。この後、第１実施形態と同様のステップＳ４２、Ｓ４４が行われる。

（第３の実施の形態）
図１３は、第３実施形態の電気機器ユニット１０を示す構成図である。第３実施形態の電気機器ユニット１０は洗面化粧台６４に用いられる。洗面化粧台６４はミラーキャビネット６６を備える。ミラーキャビネット６６は、複数の収納棚のそれぞれを開閉する複数のミラー扉６８を備える。

電気機器ユニット１０は、第１実施形態の物体検知センサ１２の他に、照明装置７０を備える。照明装置７０は、照明器７２と、動作制御部２０（不図示）とを備える。本実施形態の照明器７２は、複数のミラー扉６８の間に設けられる。照明器７２は、ハウジングの内部に光源を収容しており、洗面化粧台６４の正面側に向けて照明光を投光する。照明装置７０は、照明器７２が点灯している点灯状態と、照明器７２が消灯している消灯状態とを切り替え可能である。

本実施形態の動作制御部２０は、物体検知センサ１２の検知結果に応じて、照明装置７０がオルタネイト動作を行うように制御する。ここでのオルタネイト動作とは、物体検知センサ１２が非検知状態から検知状態に切り替わる度に、照明装置７０の動作態様を動作状態と動作停止状態の間で切り替える動作である。詳しくは、動作制御部２０は、照明装置７０が消灯状態（動作停止状態）にあるとき、物体検知センサ１２が非検知状態から検知状態に切り替わると、照明装置７０の動作態様を点灯状態（動作状態）に切り替える。また、動作制御部２０は、照明装置７０が点灯状態にあるとき、物体検知センサ１２が非検知状態から検知状態に切り替わると、照明装置７０の動作態様を消灯状態に切り替える。

図１４は、本実施形態の物体検知センサ１２の処理の流れを示すフローチャートである。本処理の流れも、第１実施形態と同様、第１ステップ群（Ｓ１０〜Ｓ２４）と、第２ステップ群（Ｓ３０〜Ｓ３８）とに分けられる。

第１ステップ群では、Ｓ１０〜Ｓ２０に関しては、第１実施形態と同様である。近距離判定条件又は通常判定条件を用いて検知エリア２６内に検知物４８があると判定した場合（Ｓ１８のＹ、Ｓ２０のＹ）、判定部６２は、検知信号を動作制御部２０に出力し、動作制御部２０は、照明装置７０の動作態様を点灯状態に切り替える（Ｓ２２）。この場合、次の周期期間では第２ステップ群を開始する。検知エリア２６内に検知物４８が無いと判定した場合（Ｓ１８のＮ、Ｓ２０のＮ）、判定部６２は検知信号を動作制御部２０に出力せず、照明装置７０の動作態様を消灯状態のまま継続させる（Ｓ２４）。この場合、次の周期期間でも第１ステップ群を繰り返す。

第２ステップ群でも、Ｓ３０〜Ｓ４０に関しては、第１実施形態と同様である。近距離判定条件又は通常判定条件を用いて検知エリア２６内に検知物４８があると判定した場合（Ｓ３８のＹ、Ｓ４０のＹ）、次の周期期間でも第２ステップ群を繰り返す。近距離判定条件又は通常判定条件を用いて検知エリア２６内に検知物４８がないと判定した場合（Ｓ３８のＮ、Ｓ４０のＮ）、次の周期期間では第１ステップ群を開始する。これにより、前述のオルタネイト動作が行われる。

このように、物体検知センサ１２の検知結果に応じて動作態様を切り替え可能な電気機器として、第１実施形態では水栓装置１４を説明し、第２実施形態では照明装置７０を説明した。電気機器の具体例はこれに限られない。たとえば、水栓装置１４の他にも、温水洗浄機能を持つ便座装置等でもよい。

以上、本発明の実施形態の例について詳細に説明した。前述した実施形態は、いずれも本発明を実施するにあたっての具体例を示したものにすぎない。実施形態の内容は、本発明の技術的範囲を限定するものではなく、請求の範囲に規定された発明の思想を逸脱しない範囲において、構成要素の変更、追加、削除等の多くの設計変更が可能である。前述の実施形態では、このような設計変更が可能な内容に関して、「実施形態の」「実施形態では」等との表記を付して強調しているが、そのような表記のない内容でも設計変更が許容される。また、図面の断面に付したハッチングは、ハッチングを付した対象の材質を限定するものではない。

検知エリア２６の中の特定エリアとして、光モジュール２８に近い側にある近距離エリアを例に説明したが、これに限られない。この他にも、検知エリア２６の中で光モジュール２８から遠い側にある遠距離エリアを特定エリアとしてもよい。

第１実施形態では、近距離エリア（特定エリア）内に検知物があることを判別するためのエリア判別条件として、受光素子３４の受光面３４ａの近距離範囲Ｓｃに受光量分布の重心位置があることを例に説明した。このエリア判別条件はこれに限られず、たとえば、近距離範囲Ｓｃの受光量の総和が所定の閾値を超えること等が用いられてもよい。

近距離判定条件は、受光素子３４の近距離範囲Ｓｃにおけるピーク位置の受光量に関する近距離判定用閾値Ｔａ２が用いられる例を説明した。この近距離判定条件に用いられる数値は、近距離エリア内の検知物の有無を判定できるものであれば、特に限られない。

近距離判定条件に用いられる数値は、図１５（ａ）に示すように、受光素子３４の受光量分布のピーク位置と、受光量が最小となる位置を通る直線Ｌｂの傾きを用いてもよい。この傾きの絶対値は、検知物４８が近距離エリアに有る場合、ある程度の大きさになる。また、反射光が外乱光の場合、この傾きの絶対値が非常に大きい大きさになる。そこで、この傾きの絶対値に対して閾値範囲を設定し、その閾値範囲に実際の受光量分布から得られる傾きの絶対値が含まれる場合に、検知物４８があると判定するようにしてもよい。これにより、近距離エリア内の検知物４８の有無を判定しつつ、外乱光を排除できるようになる。

また、近距離判定条件に用いられる数値は、図１５（ｂ）に示すように、受光量分布の中で予め定められた閾値Ｔｂ以上の受光量をもつ受光量範囲の幅Ｗ１を用いてもよい。この他にも、図１５（ｃ）に示すように、受光素子３４の全有効画素４６の受光量の総和ＳＤ１を用いてもよい。この幅Ｗ１や総和ＳＤ１は、検知物４８が近距離エリアに有る場合、ある程度の大きさになる。また、反射光が外乱光の場合、この幅Ｗ１や総和ＳＤ１が非常に小さい大きさになる。そこで、この幅Ｗ１や総和ＳＤ１に対して正の閾値を設定し、その閾値を上回る場合に検知物４８が有ると判定してもよい。これにより、近距離エリア内の検知物４８の有無を判定しつつ、外乱光を排除できるようになる。この幅Ｗ１に関する閾値Ｔｂは、たとえば、ピーク受光量の半分以上の大きさで設定される。この閾値Ｔｂをピーク受光量の半分とした場合、前述の幅Ｗ１は半値幅として設定される。

受光素子３４は、１次元的に配列された複数の画素４６を有する例を説明したが、複数の画素４６は、２次元的に配列されていてもよい。

代表位置は、受光面３４ａの受光量分布を度数分布とみなしたときに重心となる位置を用いる例を説明した。この代表位置は、この他にも、受光面３４ａの受光量分布を度数分布とみなしたときにモード、メジアン等となる位置を用いてもよい。

以上の実施形態、変形例により具体化される発明を一般化すると、以下の技術的思想が導かれる。以下、発明が解決しようとする課題に記載の態様を用いて説明する。

第２態様の物体検知センサは、第１態様において、前記特定エリアは、前記検知エリアの中で前記光モジュールに近い側にある近距離エリアであってもよい。

第３態様の物体検知センサは、第２態様において、前記受光素子は、１次元的に配列された複数の画素が形成し、検知物までの距離の減少に伴い、前記検知物の反射光の入射位置が画素配列方向の一端に近づくように設けられた受光面を有し、前記エリア判別条件は、前記受光面に対して前記近距離エリアと対応づけられた近距離範囲に受光量分布の重心位置があることであってもよい。
本態様によれば、近距離エリア以外の通常エリアに検知物があるにもかかわらず、ノイズや外乱光の影響により、近距離エリアに検知物があることを示す誤判断の発生を抑制できる。

第４態様の物体検知センサは、第２態様において、前記受光素子は、１次元的に配列された複数の画素が形成し、検知物までの距離の減少に伴い、前記検知物の反射光の入射位置が画素配列方向の一端に近づくように設けられた受光面を有し、前記エリア判別条件は、前記複数の画素の中で前記一端側の末端画素上に前記受光量分布のピーク位置があることであってもよい。
この態様によれば、近距離エリアの検知物の反射光が受光素子の受光面に入射する場合であって、その実光量分布のピーク成分が入射しない場合、そのことをエリア判別条件を用いて高精度に判断できる。

第５態様の物体検知センサは、第２態様から第４態様のいずれかにおいて、前記受光素子は、検知物までの距離の変化に応じて前記検知物の反射光の入射位置が直線状に変化するように設けられた受光面を有し、前記エリア判別条件を満たすという判断結果に対応する前記判定条件には、前記受光面に対して前記近距離エリアと対応づけられた近距離範囲におけるピーク位置の受光量に関する閾値が用いられてもよい。
この態様によれば、近距離エリアでの検知物の有無に対して、受光量分布の重心位置よりも、その受光量が敏感に反応し易い受光量分布のピーク位置を用いて、検知エリア内の検知物の有無を判定する検知判定処理を行っている。よって、近距離エリアに検知物がある場合に、受光量分布の重心位置を用いて検知判定処理を行うより、近距離エリア内での検知物の有無を高い判定精度で判定できる。

第６態様は、前述の態様の物体検知センサと、前記物体検知センサの検知結果に応じて、動作態様を切り替え可能な電気機器と、を備える電気機器ユニットである。

第７態様の電気機器ユニットは、第６態様において、前記電気機器は、前記物体検知センサの検知結果に応じて、吐水状態と吐水停止状態とを切り替え可能な水栓装置であってもよい。

１０…電気機器ユニット、１２…物体検知センサ、１４…水栓装置、２６…検知エリア、２８…光モジュール、３２…発光素子、３４…受光素子、３４ａ…受光面、４６…画素、４８…検知物、６０…判断部、６２…判定部。

Claims (7)

1. 発光素子として一つの発光素子のみを備え、検知エリアに前記発光素子から検知光を投光し、その反射光を受光素子により受光するための光モジュールと、
   前記受光素子の出力信号に基づいて、前記検知エリアの中の特定エリア内に検知物があることを判別するためのエリア判別条件を満たすか否かを判断する判断部と、
   前記判断部の判断結果に対応する判定条件を用いて、且つ、前記判断部で前記エリア判別条件を満たすか否かを判断するために用いた前記受光素子の前記出力信号に基づいて、前記検知エリア内の検知物の有無を判定する判定部と、を備える物体検知センサ。
2. 前記特定エリアは、前記検知エリアの中で前記光モジュールに近い側にある近距離エリアである請求項１に記載の物体検知センサ。
3. 前記受光素子は、１次元的に配列された複数の画素が形成し、検知物までの距離の減少に伴い、前記検知物の反射光の入射位置が画素配列方向の一端に近づくように設けられた受光面を有し、
   前記エリア判別条件は、前記受光面に対して前記近距離エリアと対応づけられた近距離範囲に受光量分布の重心位置があることである請求項２に記載の物体検知センサ。
4. 前記受光素子は、１次元的に配列された複数の画素が形成し、検知物までの距離の減少に伴い、前記検知物の反射光の入射位置が画素配列方向の一端に近づくように設けられた受光面を有し、
   前記エリア判別条件は、前記複数の画素の中で前記一端側の末端画素上に受光量分布のピーク位置があることである請求項２に記載の物体検知センサ。
5. 前記受光素子は、検知物までの距離の変化に応じて前記検知物の反射光の入射位置が直線状に変化するように設けられた受光面を有し、
   前記エリア判別条件を満たすという判断結果に対応する前記判定条件には、前記受光面に対して前記近距離エリアと対応づけられた近距離範囲におけるピーク位置の受光量に関する閾値が用いられる請求項２から４のいずれかに記載の物体検知センサ。
6. 請求項１から５のいずれかに記載の物体検知センサと、
   前記物体検知センサの検知結果に応じて、動作態様を切り替え可能な電気機器と、を備える電気機器ユニット。
7. 前記電気機器は、前記物体検知センサの検知結果に応じて、吐水状態と吐水停止状態とを切り替え可能な水栓装置である請求項６に記載の電気機器ユニット。

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