JPH07229972A

JPH07229972A - 静止体検知自動ドア用センサ

Info

Publication number: JPH07229972A
Application number: JP4056294A
Authority: JP
Inventors: Makoto Akihiro; 誠秋廣
Original assignee: Sumitomo Metal Mining Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Metal Mining Co Ltd
Priority date: 1994-02-15
Filing date: 1994-02-15
Publication date: 1995-08-29

Abstract

(57)【要約】【目的】三角法を用いた自動ドア用光アクティブ物体
検知センサにおいて、反射光が（１）主として床面・壁
面からか、（２）主として検知すべき人や物体からか、
または（３）両者の混合かの３つの条件のうち１つ以上
を精度良く判定することで、誤動作の少ない静止体検知
を行う。【構成】発光素子１から投光レンズ９を通り、床１６
に向けてＯＺ方向に投射された光１７は、検知物体１３
によって反射され、反射光は受光レンズ１０によって集
光され、受光素子２ａまたは３ｂまたは受光素子２ａ、
受光素子３ｂの両方によって受光され、電気信号に変換
され、それらの出力電圧の大きさを比較・判定すること
によって検知物体が主としてエリアＡａに存在するか、
エリアＡｂに存在するかを判断する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、三角法を用いた自動ド
ア用光アクティブ物体検知センサに関し、特に、静止体
も検知できる静止体検知自動ドア用センサに関する。一
般に静止体検知と称される機能は、動く人や物体を当然
検知できるが、人や物体が静止していて反射受光量に時
間的変化がなくても人や物体の存否を検知できる機能を
指す。

【０００２】

【従来の技術】自動ドア用光センサは、焦電素子利用に
代表されるパッシブ型と、投光・受光機能を有するアク
ティブ型に大別される。後者のアクティブ型は人だけで
なく、台車やロボットなども検知できるので、投光と受
光の両機能を小型のケースに組み込んでドアの上部など
に固定できる自動ドア用の光反射型のセンサとして開発
が進んでおり、その一部は実用化されている。しかしな
がら、通常の光反射センサと異なり、床面や壁面からの
反射光を何らかの方法で感知しないように工夫しない
と、床の上に来た人や物体からの反射光と床面や壁面か
らの反射光とを区別できない。この区別方法として、現
在実用化されているものは、ほとんど、対象物からの反
射受光量の時間的変化のみを検知するような一般に動体
検知と称される機能を採用している。

【０００３】動体検知方式では、以下のような欠点があ
る。（１）ドアの前で動かないでいると、ドアが閉じてしま
う。（２）ドアから離れた瞬間にドアが開いたり、高感度の
場合に、ドアから５〜１０ｍ前付近で速い人の動きがあ
ると、開閉の誤動作し易い。（３）床面や壁面からの反射状態が変化すると、検知物
体が来たと誤認してしまう。

【０００４】これらの欠点は、開閉遅延タイマやマイコ
ンによる判断機能などの搭載で緩和できるが、動体検知
方式を用いた完全な疑似静止体検知機能は理論上も実現
不可能である。

【０００５】静止体検知機能を付与するためには、床面
・壁面と検知物体を区別できる程度のおよその測距能力
が必要である。およその測距法で安価に実現できる光学
的手段としては三角法が第二次大戦以前から知られてい
る。図１はそのような三角法を説明するための概略図で
ある。発光素子１と受光素子２との間の距離をｘ、受光
レンズ１０の焦点距離をｆ、反射光の集光する位置から
受光レンズ１０の光軸までの距離をｄとすると、検知物
体１３までの距離Ｌは、Ｌ＝ｘ・ｆ／ｄで表される。従
来の三角法を用いた光アクティブ物体検知センサでは、
例えば、図２に示すように、受光レンズ１０の後方に２
つの受光素子２、３を配置し、検知物体からの反射光を
受光する。反射光はレンズで集光されるので、どちらか
一方の受光素子で受光され、受光素子は受光した光量を
電気信号に変換し、電気信号は、必要に応じてそれぞれ
の増幅器１４で増幅される。増幅された電気信号は、所
定のレベル以上であるか否かを比較器５によって判定さ
れ、所定レベル以上にあれば、この電気信号を出力した
受光素子の位置に対応した領域（エリアＡまたはエリア
Ｂ）に物体が存在する判断して、この出力は表示器１１
または１２に出力される。２つの受光素子２および３の
代わりに１つの半導体位置検出器（例えばＰＳＤ：Posi
tion Sensitive Device または２分割ピンフォトダイオ
ード）を用いて物体がエリアＡ、エリアＢのどちらかに
存在するかを判定してもよい。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】図３は、図２に示す光
アクティブ物体検知センサを静止体検知自動ドア用セン
サとして適用した配置例の斜視図であり、図４は、その
断面図である。図３および図４において、投光する光に
は幅があるので、床１６や検知物体１３に集光するスポ
ットは、ある大きさを持つことになる。今、投光ビーム
１７の中心を、図４に示すように、ＯＺとし、三角法で
判別できるエリアＡとエリアＢとの境界面をＣとする。
検知物体が存在しなければ、床１６だけがエリアＢにあ
ると判断される。他方、検知物体が存在する場合、投光
ビーム１７が検知物体１３に当たる位置によって大別す
ると、投光ビーム１７が床１６に垂直な人や物のＳ１、
Ｓ２およびＳ３で示す部分のいずれかに集光する３つの
場合が考えられる。以下、検知物体１３として、前述の
ような場合のＰ１、Ｐ２およびＰ３のモデル（図４）に
分けて説明する。

【０００７】Ｐ１のモデルの場合、床１６も検知物体１
３もエリアＢにあると判断される。Ｐ３のモデルの場合
には、床１６は検知物体の影になって検知されず、検知
物体１３がエリアＡにあると判断される。このように、
検知物体１３がドア１５からＰ１の位置以上に遠いか、
Ｐ３の位置以上に近い場合には、エリアＡ、エリアＢの
どちらに存在するかを明確に判定できるもので、自動ド
ア用センサとして機能を満たすことになる。

【０００８】しかし、Ｐ１とＰ３の中間にあるＰ２の位
置では、検知物体１３はエリアＡ、エリアＢの両方にま
たがり、検知物体１３の存在を判定するのを困難にす
る。また、部分Ｓ２、Ｓ３が投光ビーム１７の大きさよ
り小さい場合、床１６が検知物体１３の完全な影になら
ず、エリアＢにある物体と感知されてしまい、検知物体
１３の存在の判定をさらに困難にする。

【０００９】このような誤動作を防ぐには、例えば、比
較器５での電気信号の比較レベルを十分高くして、Ｐ３
よりややドアに近い位置に検知限界を設定し、この検知
限界よりドアに近い所に検知物体１３がくるときだけ、
この検知物体１３がエリアＡに確かに存在すると判定す
るようにしなければならない。しかし、そうようにする
と、実験によると、この検知限界は床１６から約１ｍ以
上高くなってしまう。

【００１０】さらにその上、投光ビーム１７の広がり幅
が大きい場合には、三角法の測距誤差が大きくなり、こ
れを解消するためには投光レンズ９と受光レンズ１０と
の間隔を実用に耐えないほど広げねばならなくなる。

【００１１】したがって、本発明の目的は、前述のよう
な検知物体の判定の困難さを解消した静止体検知自動ド
ア用センサを提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】前述の目的を達成するた
めに、本発明は、三角法を用いた静止体検知自動ドア用
センサにおいて、投受光を含む平面に直角な方向に複数
の受光素子のいくつかをずらして、反射光が（１）主と
して床面・壁面からか、（２）主として検知すべき人ま
たは物体からか、または（３）両者の混合であるかの３
つの条件のうち１つ以上を判定できることを特徴とする
静止体検知自動ドア用センサを採用するものである。

【００１３】

【実施例】次に、本発明の実施例を説明する。

【００１４】最初に、図５および図６を参照して本発明
の基本的構成を説明する。図５は、本発明の静止体検知
自動ドア用センサの配置例の断面図であり、図６は、そ
の静止体検知自動ドア用センサの受光レンズと受光素子
の配置例を示す正面図である。図５に示すように、投光
ビーム１７の中心をＯＺとし、三角法で判別できるエリ
アＡとエリアＢとの境界面をＣとする。本発明では、図
５に示すように、さらに、エリアＡ、ＢをＯＺの上下に
分けて、それぞれエリアＡａとＡｂ、ＢａとＢｂに分
け、図６に示すように、これらのエリアに対応する受光
素子３、２（なお、受光素子３はドアに近い方のエリア
を検出できる受光素子であり、受光素子２はドアに遠い
方のエリアを検出できる受光素子である）を３ａと３
ｂ、２ａと２ｂに分ける。また、垂直な人や物の部分Ｓ
１、Ｓ２およびＳ３をＯＺを境にしてＳ１ａとＳ１ｂ、
Ｓ２ａとＳ２ｂ、Ｓ３ａとＳ３ｂにそれぞれ分ける。こ
のとき、受光素子３ａは部分Ｓ２ａとＳ３ａをカバー
し、受光素子３ｂは部分Ｓ３ｂをカバーし、受光素子２
ａは部分Ｓ１ａをカバーし、受光素子２ｂは部分Ｓ１ｂ
とＳ２ｂをカバーする。

【００１５】なお、受光素子３、２の分割をＯＺに対応
する中心線１８（図６参照）によって行ったのは、単に
説明を簡単にするためであり、必ずしもそのようにしな
ければならないという理由は特になく、また分割した受
光素子の両方を必ず使用しなければならないわけでな
い。また境目Ｃの位置も図５のように部分Ｓ２と交差す
る位置からずらしてもよい。

【００１６】図７は、前述のような分割した受光素子の
それぞれ一方のみを用いた配置例を示すものである。図
７において、受光素子２ａ、受光素子３ｂだけが配置さ
れている。これらの受光素子の形、大きさは実際の使用
状況に合わせて設定する。受光素子３ｂは検知物体１３
のＰ３の部分Ｓ３ｂをカバーするが、Ｐ２の位置では部
分Ｓ２ａが部分Ｓ３ｂと同じエリアＡにあるにもかかわ
らず、別の受光素子２ａが感知するので、検知物体１３
の存在がＰ２の位置では判定が困難であることが解消さ
れる。

【００１７】中心線１８（図６、図７）の方向は投受光
の光路を含む平面内にあり、中心線１９（図６、図７）
はそれに直角方向であるので、図７のような解決手段を
一般的に記述すると、投受光の光路を含む平面に直角な
方向に複数の受光素子のいくつかをずらして配置すると
表現できる。即ち、実際の使用状況に合わせて、点線で
示すような受光素子２ａ’、３ｂ’を配置してもよい。

【００１８】前述の図７の配置例は、反射光が主として
検知すべき人や物体からきたことを判定する例である
が、図６に示す受光素子２ａ、１ｂを使用し、実際の使
用状況に合わせて図７に倣って変形して配置すれば、反
射光が主として床面、壁面からきたことを判定できる。
即ち、簡単のために、受光素子２ａが部分Ｓ２ａをカバ
ーし、受光素子１ｂが部分Ｓ１ｂをカバーするものとす
る。受光素子１ｂが感知し、受光素子２ａが感知しなけ
れば、この反射光は床１６からきたことが確かであり、
検知すべき人や物体はそれよりドアに近い位置には存在
しないと判定できる（判定１）。またこれとは逆に、前
述の結果とは反対で、さらに図７の結果でも受光素子３
ｂが感知せず、受光素子２ａが感知するのであれば、反
射光は主として検知すべき人や物体からきたと判定でき
る（判定２）。受光素子１ｂ、２ａとも感知すれば、反
射光は前述の判定１と判定２の組み合わせた状態にある
と判定できる（判定３）。受光素子は図７に示すように
２つの場合が以上のようになるが、当然適宜に受光素子
を３個以上配置して、判定精度を上げてもよい。

【００１９】投光ビームの広がり幅が大きくて三角法の
測距誤差が大きくなる場合には、２つ以上の受光素子か
らの電気信号を差動増幅する増幅器を設けて、検知すべ
き人や物体と床面、壁面との反射率の違いによる判定
（判定２）の困難度を緩和することで、三角法の測距誤
差を解消できる。例えば、図５における配置例で、投光
レンズ９と受光レンズ１０との間隔が１０ｃｍ程度であ
ると、とても三角法が適用できないほどにＯＺからの光
ビームの広がりが大きくても、Ｃを境目として検知物体
がどちらに多く寄っているかの差動検知信号をとれば、
検知物体の反射率分布が一定であるかぎり、あたかも光
ビームの幅が無限小であるかのような結果になり、判定
２を行うことができる。検知物体の反射率分布が一定で
なくとも、判定の困難度は相当程度緩和される。

【００２０】（実験例）本発明の実施例の構成に基づく
実験例について以下に説明する。受光素子として２個の
ＰＮ型フォトダイオードを採用し、図７に示すような受
光素子２ａ、３ｂの配列にした。図６における中心線１
８の方向の幅は、受光素子２ａにおいては、１ｍｍと
し、受光素子３ｂにおいては、４ｍｍとし、中心線１９
の方向の幅は、両者とも５ｍｍとし、直径３０ｍｍの受
光レンズ１０の内側に配置して、図５に示すような境目
Ｃと線ＯＺの交点が床上３０ｃｍとなるように、受光素
子２ａと３ｂの位置を微調整した。また、図３、図５に
示す状況において、投光レンズ９と受光レンズ１０の床
１６からの高さを２ｍとし、また直線ＯＺが床１６と交
差する点をドアの前方１．３ｍとした。発光素子１とし
ては波長９２０ｎｍの赤外発光ダイオードを用い、床１
６付近での投光ビームの半値幅はおよそ±３ｃｍであっ
た。

【００２１】図８は、前述の構成において、青服および
黒服を着た成人男子が直立姿勢でドアに向かって歩いて
きたときの、受光素子２ａ、３ｂの受光信号の出力電圧
とドアからの距離との関係を示す。ここで、縦軸は受光
素子２ａ、３ｂの受光信号の出力電圧を示し、横軸はド
アからの距離示す。一方、図９は、図２に示すような従
来例における受光素子２、３の受光信号の出力電圧とド
アからの距離との関係を示す。図８と図９を比べると、
図９に示す従来例では、受光素子３の出力特性の方が変
化が大きいので、これで図に示すような判定レベルを設
定すると、従来例では、感度限界がドア前方で、青服で
８０ｃｍとなり、黒服で５０ｃｍとなる。これに対し
て、本発明の実施例では、受光素子２ａの出力特性を使
えば、青服で１０５ｃｍとなり、黒服で９０ｃｍとな
り、投光ビームが床１６により近い位置に改善される。

【００２２】次に、床１６付近での投光ビーム１７の半
値幅がおよそ±５ｃｍ以外は図８と同じ場合の実験例を
図１０に示す。この実験例では、感度限界がドア前方で
青服で１２５ｃｍであり、黒服で８０ｃｍであるよう
に、検知対象物の反射率によって大きな開きがある。こ
のように投光ビーム１７の広がり幅が大きくて三角法の
測距誤差が大きくなる場合には、２つ以上の受光素子か
らの電気信号を差動増幅して、電気信号の大きい受光素
子に対応する領域に検知物体が存在すると判定できるよ
うに改善する。即ち、図１１に示すように、受光素子２
ａと受光素子３ｂを差動増幅器４のそれぞれの入力端子
に接続して、これらの受光素子からの出力の差を増幅す
るようにする。検知物体がエリアＡａとエリアＡｂの境
界付近に存在する場合、その反射光は受光素子２ａ、受
光素子３ｂの両方で受光され、電気信号に変換される。
この電気信号は差動増幅器４によって差動増幅され、例
えば、受光素子３ｂより、受光素子２ａにより多くの反
射光が受光された場合には、出力がプラスになり、受光
素子３ｂより受光素子２ａにより多く反射光が受光され
た場合には、出力がマイナスになる。この差動増幅器４
の出力の符号は比較器５によって判断され、その結果は
判定回路８に出力される。この出力は例えば表示器１１
に表示される。このように改善した方法での差動増幅器
４の出力特性を図１２に示す。この出力の符号を比較器
５で判定することによって、検知物体が主としてエリア
Ａａに存在するかエリアＡｂに存在するのかが判定でき
る。この差動増幅器４の出力特性は検知物体の反射率が
変化することにより、出力の大きさは変化するものの、
エリアＡａとエリアＡｂの境界を示すゼロクロス点（図
１２のＺ点）の位置は変化しない。即ち、反射率には依
存せず、エリアＡａとエリアＡｂの境界を精度良く検出
することができる。図１１のように、受光素子が２つの
場合以外にも、当然適宜３個以上の受光素子を配置し
て、検知物体が存在する位置について判定精度を上げて
もよい。

【００２３】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、投
受光の光路を含む平面に直角方向に複数の受光素子の幾
つかをずらして、反射光が（１）主として床面、壁面か
らか、（２）主として検知すべき人や物体からか、また
は（３）両者の混合かの３つの条件のうち１つ以上を判
定でき、静止体検知自動ドア用センサとしての機能を実
現することができる。また、２つ以上の受光素子からの
電気信号を差動増幅する増幅器を付加することで、投光
ビームの広がりによる判定の困難度を緩和できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、三角法の原理を示す概略図である。

【図２】図２は、三角法を用いた従来例の光アクティブ
物体検知センサの構成を示す概略図である。

【図３】図３は、三角法を静止体検知自動ドア用センサ
に適用した配置例を示す斜視図である。

【図４】図４は、図３の配置例における人または物体の
位置を３つのモデルで示す図３の断面図である。

【図５】図５は、図４に対応した、本発明の実施例にお
ける断面図である。

【図６】図６は、本発明の受光素子群の分割、配置例を
示す正面図である。

【図７】図７は、本発明の受光素子群の他の配置例を示
す正面図である。

【図８】図８は、本発明の実験例で実測した人に対する
検知特性を示すグラフである。

【図９】図９は、図８に対応する従来例の２分割受光素
子で実測した人に対する検知特性を示すグラフである。

【図１０】図１０は、本発明の他の実験例で実測した人
に対する検知特性を示すグラフである。

【図１１】図１１は、本発明の他の実施例の回路構成を
示すブロック図である。

【図１２】図１２は、図１１に示す回路での実験例で実
測した人に対する検知特性を示すグラフである。

【符号の説明】

１発光素子２受光素子２ａ、２ｂ受光素子３受光素子３ａ、３ｂ受光素子４差動増幅器５比較器９投光レンズ１０受光レンズ１１、１２表示器１４増幅器１３検知物体

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】三角法を用いた静止体検知自動ドア用セ
ンサにおいて、投受光を含む平面に直角な方向に複数の
受光素子のいくつかをずらして、反射光が（１）主とし
て床面・壁面からか、（２）主として検知すべき人また
は物体からか、または（３）両者の混合であるかの３つ
の条件のうち１つ以上を判定できることを特徴とする静
止体検知自動ドア用センサ。
【請求項２】請求項１記載の静止体検知自動ドア用セ
ンサにおいて、２つ以上の受光素子からの電気信号を差
動増幅する増幅器を有し、投光ビームの広がりによる判
定の困難度を緩和することを特徴とする静止体検知自動
ドア用センサ。