JPH0669871U - 物体検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 物体検出用の投光素子の通電にヒステリシス
特性を持たせて確実な検出動作を保証する。 【構成】 非検出時には、ＬＥＤ１９は可変抵抗器２
０，固定抵抗器２１を直列に介して通電される。制御回
路１０は、ＬＥＤ１９の赤外線を投光エリアに出力し、
人体からの反射光を受光回路にて人体を検出すると、ト
ランジスタ２５をオンさせて第１，第２の抵抗素子２
３，２４を投光回路１１に接続する。各抵抗の抵抗値を
適切に設定することにより、可変抵抗器２０の設定抵抗
値によらず非検出時と検出時とでＬＥＤ１９の投光量を
１０％程度増加させることができる。これにより、人体
検出時には安定した検出状態が保持でき、過度に投光量
が増加しないので確実に動作させることができる。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、投光素子に投光動作を行なわせると共に、受光素子により検出エリ ア内の物体からの反射光を受けて物体の存在を検出するようにした物体検出装置 に関する。

【０００２】

【従来の技術】

この種の装置としては、検出エリアに向けてＬＥＤなどの投光素子から光を照 射し、検出エリア内に人等の物体が存在するときにその反射光を受光素子により 検出し、検出エリア内の物体の存在の有無を検出するようにしたものである。こ れは、例えば、自動ドアや公衆トイレの自動水洗装置のように、検出エリア内に 侵入した人体を検出してドアや水洗装置を動作させる装置に適用されるものであ る。

【０００３】 この場合に、例えば、自動水洗装置においては、人体が検出エリア内に存在す るのを検出すると共に、その後、人体が検出エリア内から退去したことを検出し て水洗装置を駆動する必要がある。このとき、人体の検出状態を安定にするため に、従来では、人体による反射光を受光素子により受けて検出エリア内の人体を 検出すると、受光素子側の増幅回路などにいおて受光感度を上昇させるように切 り換えてその検出状態を保持するヒステリシス特性を持たせることが行われてい る。

【０００４】 つまり、非検出状態から人体の検出状態に移行すると、受光側において増幅回 路の受光感度が上昇されることにより、その人体が初めの検出エリアから多少遠 ざかっても、そのときの反射光を受光して検出状態に保持することができ、安定 な検出状態を保持することができるようになるのである。そして、検出エリア内 から人体が大きく遠ざかったときに、反射光の強度が低下して受光素子による検 出電流が小さくなって非検出状態となる。この時点で、人体が装置から遠ざかっ たことを検出して水洗装置を駆動して水を流すのである。

【０００５】

【考案が解決しようとする課題】

しかしながら、上述のように、受光側における感度調整を行う構成のものにお いては、その受光回路の構成が複雑になるため、受光回路を構成する既製のＩＣ をそのまま使用できない等の点でコストが高くつく不具合があった。 そこで、投光側において投光素子への通電電流を変化させることにより、既製 の受光用のＩＣを用いて上述と同様にヒステリシス特性を持たせることが考えら れている。すなわち、例えば投光素子への通電回路に対して切り換え接続可能な 抵抗器の接続回路を設け、非検出状態における投光素子への通電電流に対して、 人体を検出した時点で、通電回路に並列に抵抗器を接続して投光素子への通電電 流を増加させ、もってヒステリシス特性を持たせて安定な検出状態を保持しよう とするものである。

【０００６】 ところが、通常、通電回路には検出距離を調整設定するために可変抵抗器が配 設されており、この可変抵抗器の設定可能な抵抗値の上限から下限までの広い抵 抗値の範囲に渡ってヒステリシス特性を持たせる必要があるため、上述のように 通電回路に対して単純に抵抗器の切り換え接続を行う構成とした場合には、次の ような不具合がある。

【０００７】 すなわち、例えば、人体の検出時に一定の抵抗値を有するヒステリシス用抵抗 器を通電回路に並列に接続する構成とした場合に、可変抵抗器の設定抵抗値よっ てヒステリシス特性が大きくずれてしまうことがある。つまり、ヒステリシス用 抵抗器の抵抗値を、可変抵抗器の設定抵抗値が中間レベルにあるときに適切なヒ ステリシス特性が得られるように設定したときに、可変抵抗器の設定抵抗値を低 く設定した場合にはヒステリシス用抵抗器の抵抗値が高過ぎてヒステリシス特性 の変化幅が狭過ぎるようになり、一方、可変抵抗器の設定抵抗値を高く設定した 場合にはヒステリシス用抵抗器の抵抗値が低過ぎてヒステリシス特性の変化幅が 大きくなり過ぎてしまうのである。

【０００８】 これにより、例えば、可変抵抗器の設定抵抗値が中間レベルでヒステリシス変 化幅が１０％程度となるようにヒステリシス用抵抗器の抵抗値を設定した場合に 、可変抵抗器の設定抵抗値を低くしたときには、人体検出時に投光素子による投 光量の増加量が少なく、安定な検出状態が得られなくなり、一方、可変抵抗器の 設定抵抗値を高くしたときには、人体検出時に投光素子による投光量の増加量が 大きくなり過ぎて検出エリアから人が居なくなった状態でも、壁等の背景からの 反射光を検出してしまって人体の非検出状態に切り換わらない事態が生ずる虞が あり、適切な検出状態を実現することができない不具合がある。

【０００９】 本考案は、上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、物体の非検出時と 検出時とで投光素子への通電電流を変化させることによりヒステリシス特性を持 たせるようにした構成を、投光量調節用の可変抵抗器の設定抵抗値の全領域に渡 って常に適切なヒステリシス変化幅を持たせることができるようにした物体検出 装置を提供するにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】

本考案は、投光素子に投光動作を行なわせると共に、受光素子により検出エリ ア内の物体からの反射光を受けて物体の存在を検出するようにした物体検出装置 を対象とするものであり、可変抵抗器とその可変抵抗器の最大抵抗値よりも小さ い抵抗値を有する固定抵抗器とを直列に接続した通電回路と、前記可変抵抗器の 最大抵抗値よりも大きい抵抗値を有する第１の抵抗素子を前記通電回路に並列に 接続可能な第１の抵抗接続回路と、前記可変抵抗器の最大抵抗値よりも小さく前 記固定抵抗器の抵抗値よりも大きい抵抗値を有する第２の抵抗素子を前記通電回 路の固定抵抗器に並列に接続可能な第２の抵抗接続回路と、前記投光素子に対し て、物体の非検出時には前記通電回路を介した状態で通電して投光動作を行なわ せ、物体の検出時には前記第１および第２の抵抗接続回路を前記通電回路に接続 した状態で通電して投光動作を行なわせる通電制御回路とを設けて構成したとこ ろに特徴を有する。

【００１１】

【作用】

本考案の物体検出装置によれば、通電制御回路は、物体の非検出時においては 通電回路を介して投光素子に通電して投光動作を行わせており、このとき、通電 回路の可変抵抗器により、その通電電流を変化させて投光量を調節することがで き、これにより、受光素子による反射光の受光強度を調節して受光感度を調整す ることができる。そして、検出エリアに物体が侵入してこれによる反射光が受光 素子に入射すると、通電制御回路は、その受光信号に基いて検出エリア内に物体 が存在することを判定し、これに伴って第１および第２の抵抗接続回路を通電回 路に接続するようになる。この状態で、投光素子への通電は、通電回路および第 １，第２の抵抗接続回路を介して行われるようになる。このとき、投光素子への 通電経路においては、通電回路のみのときに比べてその合成抵抗値が小さくなる ので、その通電電流が大きくなる。これにより、検出エリアへの投光量が増加さ れて安定な検出状態を保持することができる。

【００１２】 このとき、検出エリアの設定は、通電回路の可変抵抗器の抵抗値を変化させる ことにより行うが、可変抵抗器の抵抗値をどのように設定した場合でも、後述す るように、物体の検出時における投光素子に対する通電電流の増加分は略一定の 割合にすることができるようになり、常に安定な検出状態を確保できるようにな ると共に、検出しっぱなしといった不具合も解消されるようになる。

【００１３】 すなわち、通電回路における可変抵抗器および固定抵抗器の各抵抗値をそれぞ れＶＲおよびＲｆとし、第１および第２の抵抗素子の抵抗値をそれぞれＲｈ１お よびＲｈ２とすると、投光素子の通電電流の大きさはこれらの合成抵抗値Ｒで決 まるので、次のように表すことができる。

【００１４】 まず、物体の非検出時においては、通電回路のみが投光素子に接続されている ので、そのときの合成抵抗値ＲOFF は、 ＲOFF ＝ＶＲ＋Ｒｆ …（Ａ） となる。また、物体の検出時においては、第１および第２の抵抗接続回路が通電 回路に接続された状態となるので、その合成抵抗値ＲONは、 ＲON ＝［ＶＲ＋（Ｒｆ//Ｒｈ２）］//Ｒｈ１ …（Ｂ） となる。ここで、「//」は並列合成抵抗を示し、例えばＲａ//Ｒｂ＝１／（１／ Ｒａ＋１／Ｒｂ）であるとする。

【００１５】 そして、可変抵抗器の設定可能な抵抗値ＶＲを最小値ＶＲmin から最大値ＶＲ max までの範囲で変化したときに、この合成抵抗値ＲOFF およびＲONの関係が、 略一定の比率で変化するようになることを、例えば、各抵抗器の抵抗値を前述の 条件を満たすように次のように設定したときについて求めてみる。

【００１６】 ０Ω≦ＶＲ≦αΩ …（Ｃ） Ｒｆ＜＜αΩ …（Ｄ） Ｒｈ１＝１０αΩ …（Ｅ） Ｒｈ２＝１０Ｒｆ …（Ｆ）

【００１７】 まず、可変抵抗器の抵抗値ＶＲを最小値ＶＲmin （＝０Ω）にして投光素子に よる投光量を最大に設定した場合には、非検出時の合成抵抗値ＲOFFminは式（Ａ ）および式（Ｃ），（Ｄ）から、また、検出時の合成抵抗値ＲONmin は式（Ｂ） および式（Ｃ）ないし（Ｆ）から、 ＲOFFmin＝Ｒｆ …（Ｇ） ＲON min＝Ｒｆ//Ｒｈ２//Ｒｈ１ ＝〜Ｒｆ//Ｒｈ２ ＝〜０．９Ｒｆ ＝〜０．９ＲOFFmin …（Ｈ） と求めることができる。これにより、検出時における合成抵抗値ＲONmin が非検 出時の合成抵抗値ＲOFFminよりも１０％程度低下し、つまり通電電流が１０％程 度上昇して投光素子による投光量が約１割増加するようになる。

【００１８】 次に、可変抵抗器の抵抗値ＶＲを最大値ＶＲmax （＝αΩ）にして投光素子に よる投光量を最大に設定した場合には、非検出時の合成抵抗値ＲOFFmaxは式（Ａ ）および式（Ｃ），（Ｄ）から、また、検出時の合成抵抗値ＲONmax は式（Ｂ） および式（Ｃ）ないし（Ｆ）から、 ＲOFFmax＝〜α …（Ｉ） ＲON max＝［α＋（Ｒｆ//１０Ｒｆ）］//１０α ＝〜α//１０α ＝〜０．９α ＝〜０．９ＲOFFmax …（Ｊ） と求めることができ、この場合においても、検出時における合成抵抗値ＲONmin が非検出時の合成抵抗値ＲOFFminよりも１０％程度低下し、つまり通電電流が１ ０％程度上昇して投光素子による投光量が約１割増加するようになる。

【００１９】 したがって、可変抵抗器の設定可能な抵抗値ＶＲの最小値ＶＲmin から最大値 ＶＲmax の範囲に渡って式（Ｈ）および式（Ｊ）に示す関係が得られるようにな る。

【００２０】

【実施例】

以下、本考案を公衆トイレなどにおける男子小便用の自動水洗装置に設けられ る人体センサに適用した場合の第１の実施例について図１ないし図４を参照して 説明する。 図２は装置の全体構成を示すもので、壁面１には小便器２が取り付けられ、こ の小便器２の上部には壁１の内方部側からメインバルブ３を介して配管された給 水パイプ４が接続されている。メインバルブ３はパイロットバルブ５により給水 の制御がなされるもので、そのパイロットバルブ５は自動水洗装置６により電気 的に駆動されるようになっている。

【００２１】 さて、自動水洗装置６は、小便器２の上部の壁面１に埋込むように配設されて いるもので、小便器２に近付いた人を検知してその人が遠ざかったことを検出し てパイロットバルブ５を駆動してメインバルブ３による給水を制御するもので、 その電気的構成は図３に示すようになっている。すなわち、図３において、交流 電源端子Ｖａｃ，Ｖａｃ間には交流電源が供給されるようになっており、トラン ス７を介して整流回路８にて整流すると共に定電圧回路９にて所定の直流電圧に 変換して直流電源端子Ｖｄｃに与えるようになっている。

【００２２】 制御回路１０は、直流電源端子Ｖｄｃから給電されるもので、投光回路１１， ヒステリシス回路１２が接続されると共に、受光回路１３が接続され、上述の小 便器２の前方に向けて投光回路１１により赤外線を投光させると共に、人体等か らの反射光を受光回路１３により受光しその受光信号を入力するようになってい る。また、制御回路１０には、電源投入時にリセット動作を行う初期化回路１４ が接続されると共に、クロック信号を与える発振回路１５が接続されている。そ して、制御回路１０には、水洗時間等の設定を切り換えるための設定スイッチ１ ６が接続されると共に、パイロットバルブ５を駆動させるための駆動回路１７が 接続されている。

【００２３】 さて、投光回路１１およびヒステリシス回路１２の部分を具体的に示した図１ において、投光回路１１は、直流電源端子Ｖｄｃからｐｎｐ形トランジスタ１８ ，投光素子としてのＬＥＤ１９，可変抵抗器２０および固定抵抗器２１を介して アースされる構成としたＬＥＤ１９への通電回路からなっており、トランジスタ １８のベースには抵抗２２を介して制御回路１０から制御信号が与えられる。

【００２４】 ヒステリシス回路１２は、第１および第２の抵抗接続回路としての機能を有す るもので、第１の抵抗素子２３，第２の抵抗素子２４およびｎｐｎ形のトランジ スタ２５からなる。そして、ＬＥＤ１９および可変抵抗器２０の共通接続点は、 図示極性のダイオード２６，第１の抵抗素子２３およびトランジスタ２５を介し てアースされ、可変抵抗器２０および固定抵抗器２１の共通接続点は第２の抵抗 素子２４およびトランジスタ２５を介してアースされている。トランジスタ２５ のベースには抵抗２７を介して制御回路１０から制御信号が与えられるようにな っている。

【００２５】 次に、本実施例の作用について図４をも参照して説明する。 自動水洗装置６は、交流電源端子Ｖａｃから交流が給電されると、トランス７ ，整流回路８および定電圧回路９を介して直流電源端子Ｖｄｃに所定の直流電源 を供給するようになる。このとき、制御回路１０は、初期化回路１４によりパワ ーオンリセットがかけられた後に直流電源端子Ｖｄｃから給電されると、検出動 作を開始するようになる。

【００２６】 制御回路１０は、まず、投光回路１１に投光信号を与えてトランジスタ１８の オンオフ制御を行い、ＬＥＤ１９への通断電を制御するようになる。すると、Ｌ ＥＤ１９は、直流電源端子Ｖｄｃからトランジスタ１８，ＬＥＤ１９，可変抵抗 器２０および固定抵抗器２１を介して所定の電流が通電されるようになり、赤外 線を出力するようになる。この場合、ＬＥＤ１９には断続通電されるので、赤外 線は断続するパルス光として検出エリアに向けて出力される。

【００２７】 そして、検出エリア内に人体が侵入すると、その人体により反射された赤外線 が受光回路１３の受光素子に入射するようになり、制御回路１０は受光回路１３ からの受光信号により検出エリア内に人体が存在することを検出する。この後、 制御回路１０は、トランジスタ２５に制御信号を出力してオンさせ、ヒステリシ ス回路１２を通電回路１１に接続するようになる。これにより、ＬＥＤ１９への 通電電流が後述のように１０％程度上昇されるようになり、投光量が増加される ようになる。この状態では、最初に人体を検出したときよりも受光素子に入射す る反射光の強度が強くなって制御回路１０は安定した検出状態を保持することが できるようになる。

【００２８】 この後、小便器１で用を足した人体が検出エリアから遠ざかると、受光素子に 入射する人体からの反射された赤外線の強度が低下し、最初に人体を検出したと きよりも遠くに離れた位置に達したときに、制御回路１０は人体が存在しなくな ったことを検出するようになる。これにより、制御回路１０は駆動回路１７に駆 動信号を出力してパイロットバルブ５を駆動させるようになり、メインバルブ３ を所定時間だけ開状態にして小便器２にパイプ４を介して水を流し、もって水洗 動作を行うようになる。

【００２９】 さて、次に上記動作におけるヒステリシス回路１２の接続によるＬＥＤ１９へ の通電電流の変化について詳述する。 物体の非検出時および検出時においては、それぞれＬＥＤ１９への通電経路に は前述の式（Ａ）および（Ｂ）に示した合成抵抗値ＲOFF およびＲONの抵抗成分 が介在されることになる。ＬＥＤ１９への通電電流を最大にしてその投光量を最 大に設定する（感度Ｓ＝Ｓmax ）場合には、可変抵抗器２０の設定抵抗値ＶＲを 最小値ＶＲmin に設定するので、それぞれの合成抵抗値ＲOFFminおよびＲONmin は、前述の式（Ｇ）および（Ｈ）から、 ＲOFFmin＝Ｒｆ，ＲONmin ＝〜ＲOFFmin である。

【００３０】 また、ＬＥＤ１９への通電電流を最小にしてその投光量を最小に設定する（感 度Ｓ＝Ｓmin ）場合には、可変抵抗器２０の設定抵抗値ＶＲを最大値ＶＲmax に 設定するので、それぞれの合成抵抗値ＲOFFmaxおよびＲONmax は、前述の式（Ｉ ）および（Ｊ）から、 ＲOFFmax＝４１０Ω，ＲONmax ＝〜３８０Ω である。

【００３１】 したがって、非検出状態から検出状態に切り換わると、可変抵抗器２０の設定 抵抗値ＶＲの値によらず、ＬＥＤ１９の投光量は略１０％増加するようになり（ 図４（ａ），（ｂ）参照）、安定な検出状態を保持できると共に、検出しっぱな しといった不具合の発生もなくなるのである。

【００３２】 このような本実施例によれば、制御回路１０により、人体を検出したときには ヒステリシス回路１２を投光回路１１に接続してＬＥＤ１９の投光量を増加させ るようにし、しかも、そのときの増加される投光量を可変抵抗器２０の設定抵抗 値ＶＲの値にかかわらず略一定割合（１０％程度）となるようにしたので、人体 の検出時には安定した検出状態を保持できると共に、人体が検出エリアから遠ざ かったときには確実に非検出状態となるようにすることができる。

【００３３】 なお、上記実施例においては、本考案を自動水洗装置に適用した場合について 説明したが、これに限らず、自動ドアなどの投光素子により検出エリアに投光し て人体や物体等を検出する物体検出装置全般に適用できるものである。

【００３４】 図５は本考案の第２の実施例を示すもので、第１の実施例と異なる部分は、ヒ ステリシス回路１２に代えてヒステリシス回路２８を設けたところである。すな わち、ヒステリシス回路２８は第１の抵抗接続回路２９および第２の抵抗接続回 路３０からなる。第１の抵抗接続回路２９において、第１の抵抗素子２３はｎｐ ｎ形トランジスタ３１を介してアースされ、そのトランジスタ３１のベースは抵 抗３２を介して制御回路１０の出力端子に接続されている。第２の抵抗接続回路 ３０において、第２の抵抗素子２４は、その一端子が可変抵抗器２０と固定抵抗 器２１との共通接続点に接続され、他端子がｎｐｎ形トランジスタ３３を介して アースされ、そのトランジスタ３３のベースは抵抗３４を介して制御回路１０の 出力端子に接続されている。

【００３５】 そして、制御回路１０は、物体を検出すると、トランジスタ３１および３３を 同時にオンさせるようになっており、したがって、このような第２の実施例にお いても、第１の実施例と同様の作用効果を得ることができるものである。

【００３６】

【考案の効果】

以上説明したように、本考案の物体検出装置によれば、通電制御回路により、 物体の非検出時には通電回路を介した状態で投光素子に通電して投光動作を行な わせ、物体の検出時には第１および第２の抵抗接続回路を通電回路に接続した状 態で投光素子に通電して投光動作を行なわせるように構成したので、通電回路の 可変抵抗器の抵抗値の設定状態に拘らず、投光素子への通電電流を、物体の非検 出時に対して物体の検出時に常に一定の割合で増加させることができるようにな り、安定な物体の検出状態を保持できると共に、物体が検出エリアから遠ざかっ たときに確実に非検出状態にすることができるという優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の第１の実施例を示す投光回路の具体的
な電気的構成図

【図２】自動水洗装置の縦断側面図

【図３】人体センサの概略的な電気的構成図

【図４】投光量の変化を説明する作用説明図

【図５】本考案の第２の実施例を示す図１相当図

【符号の説明】

２は小便器、３はメインバルブ、５はパイロットバル
ブ、６は自動水洗装置（物体検出装置）、１０は制御回
路（通電制御回路）、１１は投光回路（通電回路）、１
２はヒステリシス回路（第１および第２の抵抗接続回
路）、１３は受光回路、１７は駆動回路、１８はｐｎｐ
形トランジスタ、１９はＬＥＤ（投光素子）、２０は可
変抵抗器、２１は固定抵抗器、２３は第１の抵抗素子、
２４は第２の抵抗素子、２５はｎｐｎ形トランジスタ、
２８はヒステリシス回路、２９は第１の抵抗接続回路、
３０は第２の抵抗接続回路、３１，３３はｎｐｎ形トラ
ンジスタである。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 投光素子に投光動作を行なわせると共
   に、受光素子により検出エリア内の物体からの反射光を
   受けて物体の存在を検出するようにした物体検出装置に
   おいて、 可変抵抗器とその可変抵抗器の最大抵抗値よりも小さい
   抵抗値を有する固定抵抗器とを直列に接続した通電回路
   と、 前記可変抵抗器の最大抵抗値よりも大きい抵抗値を有す
   る第１の抵抗素子を前記通電回路に並列に接続可能な第
   １の抵抗接続回路と、 前記可変抵抗器の最大抵抗値よりも小さく前記固定抵抗
   器の抵抗値よりも大きい抵抗値を有する第２の抵抗素子
   を前記通電回路の固定抵抗器に並列に接続可能な第２の
   抵抗接続回路と、 前記投光素子に対して、物体の非検出時には前記通電回
   路を介した状態で通電して投光動作を行なわせ、物体の
   検出時には前記第１および第２の抵抗接続回路を前記通
   電回路に接続した状態で通電して投光動作を行なわせる
   通電制御回路とを具備したことを特徴とする物体検出装
   置。