JPH10153425A

JPH10153425A - 位置検出センサーの受光回路

Info

Publication number: JPH10153425A
Application number: JP8310411A
Authority: JP
Inventors: Hiroaki Araki; 宏明新木; Shinichi Nishimoto; 新一西本
Original assignee: Inax Corp
Current assignee: Inax Corp
Priority date: 1996-11-21
Filing date: 1996-11-21
Publication date: 1998-06-09

Abstract

(57)【要約】【課題】位置検出センサーの受光回路において、放射
照度が大きく相違する場合であっても、広い範囲で誤判
断を発生しない回路を構成するものである。【解決手段】受光素子として、半導体位置検出素子を
使用した位置検出センサーの受光回路において、半導体
位置検出素子１の各々の電流／電圧増幅回路１１・１２
の次段に、増幅率変更調節回路８・９を介装した。ま
た、半導体位置検出素子１の各々の電流／電圧増幅回路
１１・１２を、対数増幅回路６・７とした。また、半導
体位置検出素子１の、各々の電流／電圧増幅回路１１・
１２にて増幅後の電流を信号として取出し、次段の増幅
率変更調節回路８・９を、同様に変更制御可能とした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体位置検出素
子を利用して三角測量により被測定物との間の距離を測
定する位置検出センサーの受光回路に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、人体検出距離センサーに関す
る技術は公知とされているのである。例えば、特開平７
−１９８６０号公報や、特開平７−１６７６４８号公報
や、特開平７−２０９４３５号公報に記載の技術の如く
である。

【０００３】従来技術は、図３において示す如く、半導
体位置検出素子１（ＰｏｓｉｔｉｏｎＳｅｎｓｉｔｉ
ｖｅＰｈｏｔｏＤｅｔｅｃｔｏｒ）を受光素子とし
て用い、発光素子２からの投光が、被測定物３で反射し
て戻り、半導体位置検出素子１上に受光されるスポット
位置を検出し、三角測量の原理を利用して被測定物３と
の間の距離ｄを距離センサー１０を用いて測定し、人体
を検出する。この検出信号により、電磁バルブや温風フ
ァン等を駆動制御する自動水栓、便器洗浄装置、温水洗
浄便座、ハンドドライヤー、温風発生機付化粧台等の衛
生装置を制御する。

【０００４】上記三角測量の原理は、半導体位置検出素
子１の二つの端子から得られる光電流値をそれぞれ電圧
値に変換し、これらの電圧値に基づいて距離ｄを演算す
るものである。レンズ２１と２２が距離検出センサー１
０の内部に配置されており、本発明は、該レンズ２１と
２２の焦点の方向が距離センサーパネルの面と平行にな
るように、レンズ２１と２２を配置しているのである。

【０００５】図４は、上記従来の位置検出センサーの受
光回路において用いられる距離検出センサー１０の回路
図であり、半導体位置検出素子１の２つの端子から得ら
れるそれぞれの光電流値Ｉ１・Ｉ２を、電圧値Ｖ１・Ｖ
２に変換する為の、電流／電圧増幅回路１１・１２が用
いられる。電流／電圧増幅回路１１は、オペアンプＯＰ
１と抵抗Ｒ１からなり、電流／電圧増幅回路１２は、オ
ペアンプＯＰ２と抵抗Ｒ２からなっている。オペアンプ
ＯＰ１の出力側には、コンデンサＣ１が接続され、オペ
アンプＯＰ２の出力側には、コンデンサＣ２が接続され
ている。

【０００６】また、コンデンサＣ１には抵抗Ｒ２１を入
力抵抗とするオペアンプ使用の積分回路１３が接続さ
れ、コンデンサＣ２には抵抗Ｒ２２と可変抵抗器ＶＲ１
の直列抵抗を入力抵抗とするオペアンプ使用の積分回路
１４が接続されている。この積分回路１３・１４は、オ
ペアンプ回路で構成され、電流／電圧増幅回路１１・１
２から出力された電圧値Ｖ１・Ｖ２を平均化する為に設
けられている。そして、この積分回路１３・１４で平均
化された電圧値Ｖ１・Ｖ２がＡ／Ｄ変換器２３・２４で
ディジタル値に変換されたあと、マイクロコンピュータ
１５に入力される。該マイクロコンピュータ１５は、Ａ
／Ｄ変換器２３・２４からのディジタル値に基づいて、
三角測量の原理で半導体位置検出素子１と被測定物３と
の距離信号を演算し、その距離がしきい値以下である場
合には検知信号を出力する。

【０００７】一方、マイクロコンピュータ１５には、抵
抗Ｒ３を介してトランジスタＱ１が接続されており、マ
イクロコンピュータ１５から投光パルスが出力される
と、トランジスタＱ１がその投光パルスに同期してオン
される。そしてトランジスタＱ１のオン時に電源電圧Ｖ
Ｂから発光素子２に電流が通電され、発光素子２から間
欠投光される。また、マイクロコンピュータ１５にはＡ
／Ｄ変換器２５が接続され、該Ａ／Ｄ変換器２５には可
変抵抗器ＶＲ２６が接続されており、該可変抵抗器ＶＲ
２６の調節により前記検知距離のしきい値が設定され
る。

【０００８】発光素子２から間欠投光される結果、被測
定物３で反射した反射光は、間欠的に半導体位置検出素
子１で受光される。その為に、電流／電圧増幅回路１１
・１２から出力される電圧値Ｖ１・Ｖ２は、投光時と非
投光時で変化する。そのため、マイクロコンピュータ１
５は、投光及び非投光タイミングそれぞれにおける電圧
値Ｖ１・Ｖ２の変動分をデジタル値で演算し、その変動
分について、半導体位置検出素子１と被測定物３との間
の距離を演算した上、その距離がしきい値以下である場
合に検知信号を出力する。なお、電流／電圧増幅回路１
１から出力される電圧値Ｖ１は、基準電圧Ｅ１との差
（Ｖ１＝Ｅ１−Ｉ１・Ｒ１）に基づくものであり、電流
／電圧増幅回路１２から出力される電圧値Ｖ２は、基準
電圧（Ｅ２＋Ｅ３）との差Ｖ２＝（Ｅ１＋Ｅ２）＋
（Ｉ１＋Ｉ２）・Ｒ２である。図３に示すように、設定
する距離をｄ、レンズ２１・２２間の距離Ｂを、レンズ
２１・２２と半導体位置検知素子１間の距離をｆ、半導
体位置検出素子１の受光位置距離をＬとすれば、（Ｉ１
＋Ｉ２）／Ｉ１＝Ｌ・ｄ／Ｂ・ｆとなり、ｄ＝（Ｂ・ｆ
／Ｌ）×｛（Ｉ１＋Ｉ２）／Ｉ１｝となるのである。こ
れにより、被測定物３が距離ｄに位置したことを検出す
ることが出来るのである。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】従来の技術は、以上の
如く構成されていたのであるが、位置検出センサーの受
光回路において、被測定物が黒い衣装と、白い衣装の如
く、受光の放射照度の範囲が広い場合において、十分に
電流／電圧増幅回路が作用しない領域となることがあ
り、これが位置検出センサーの誤判断に繋がることがあ
ったのである。本発明においては、電流／電圧増幅回路
の後段に、さらに、増幅率を変更可能な、増幅率変更調
節回路を設けて、常時受光の放射照度の最適な領域に増
幅させて、検出回路の判断を行わせんとするものであ
る。

【００１０】また、従来の位置検出センサーの受光回路
において、受光の放射照度が非常に広い範囲にわたる場
合には、従来の電流／電圧増幅回路による、直線的なリ
ニア増幅回路では、オペアンプのリニア領域の範囲が限
られているために、出力が飽和してしまうという不具合
があったのである。出力が飽和した場合には、それ以上
の放射照度では、すべて同じ出力となり、増幅作用が働
かなくなるのである。本発明においては、この従来のオ
ペアンプによる電流／電圧増幅回路に変えて、対数ダイ
オードを用いた、対数増幅回路に代行させたものであ
る。

【００１１】また、前記増幅率変更調節回路の変更調節
の作用を、半導体位置検出素子の、各々の電流／電圧増
幅回路にて増幅後の電流を信号として取出し、次段の増
幅率変更調節回路を、同様に変更制御するように構成し
て、常時最適の領域で検出判断できるよう構成し、位置
検出センサーの受光回路の誤判断を無くそうとするもの
である。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明の解決しようとす
る課題は以上の如くであり、次に該課題を解決するため
の手段を説明する。請求項１においては、受光素子とし
て、半導体位置検出素子を使用した位置検出センサーの
受光回路において、半導体位置検出素子の各々の電流／
電圧増幅回路の次段に、増幅率変更調節回路を介装した
ものである。

【００１３】請求項２においては、請求項１記載の半導
体位置検出素子の各々の電流／電圧増幅回路を、対数増
幅回路としたものである。

【００１４】請求項３においては、請求項１又は２記載
の半導体位置検出素子の、各々の電流／電圧増幅回路に
て増幅後の電流を信号として取出し、次段の増幅率変更
調節回路により増幅率を変更制御するものである。

【００１５】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態につい
て説明すると、図１はトイレ等の壁部、大便器、人体位
置検出センサーの配置を示す平面図、図２は大便器の側
面図、図３は位置検出センサーの発光素子、受光素子及
びレンズ、被測定物等の配置を示す図面、図４は従来の
位置検出センサーの受光回路の構成を示す図面、図５は
本発明の位置検出センサーの受光回路を示す図面、図６
は本発明の位置検出センサーの受光回路の制御フローチ
ャートを示す図面、図７はオペアンプを用いた対数増幅
回路の回路図、図８は従来の電流／電圧増幅回路と本発
明の対数増幅回路の比較状態を示す図面、図９は対数増
幅回路の後部に設けた増幅率変更調節回路による増幅率
を変更する状態を示す図面、図１０は検出値の大小によ
り、増幅率変更調節回路を変更する条件を示す図面であ
る。

【００１６】本発明の位置検出センサーの受光回路は、
例えば、人体位置検出センサーＳとして使用することが
できるものであり、図１においてトイレ等の壁部Ｈと大
便器Ｕと人体位置検出センサーＳとの平面的な位置関係
が図示されている。通常は、大便器Ｕを中央に配置し、
その側面のトイレ等の壁部Ｈの部分に人体位置検出セン
サーＳが配置される可能性が高い。そして、大便器Ｕに
使用者が座った状態で、該位置への被測定物３の存在を
確認して、座ってから１０秒後に洗浄水を一定量流し、
また排便終了後に大便器Ｕから離れると、３分後に自動
的に洗浄水が流れる等の操作が自動的に行われるのであ
る。

【００１７】図２においては、トイレ等の壁部Ｈに人体
位置検出センサーＳを配置するのではなくて、通常の大
便器ＵのメカボックスＺの部分に人体位置検出センサー
Ｓを配置する構成を図示している。また、この場合にお
いてロータンクＷの前面に人体位置検出センサーＳを配
置する構成としてもよいが、大便器Ｕの便器蓋Ｆを開い
たときに、この便器蓋Ｆにより光路が閉鎖されることの
ない位置に人体位置検出センサーＳを配置する必要があ
る。

【００１８】また、本発明の位置検出センサーの受光回
路を用いた人体位置検出センサーを、洗面化粧台の前面
に配置することにより、使用者が洗面化粧台に近付いた
ことを検出して、洗面ボールの洗浄水を予め流したり、
洗面化粧台の照明を点灯したり、冬期は足元に温風を噴
き出したり、各部の扉等の開閉を行ったり、足元ヒータ
ーを点けたりすることが自動的にできるのである。

【００１９】次に、図５において、本発明の構成を説明
する。発光素子２から赤外線を照射する。該発光素子２
から出た赤外線は、レンズ２１により集光されて、被測
定物３の方向に照射されるのである。そして、該発光素
子２から出た赤外線が、被測定物３に反射して戻り、戻
った赤外線をレンズ２２で集光し、半導体位置検出素子
１の上で検出するのである。即ち、半導体位置検出素子
１の上の、２つの端子から得られるそれぞれの光電流値
Ｉ１・Ｉ２が、変化するのである。該光電流値Ｉ１・Ｉ
２を電圧値Ｖ１・Ｖ２に変換する為の、電流／電圧増幅
回路１１・１２が用いられる。電流／電圧増幅回路１１
は、オペアンプＯＰ１と抵抗Ｒ１からなり、電流／電圧
増幅回路１２は、オペアンプＯＰ２と抵抗Ｒ２からなっ
ている。オペアンプＯＰ１の出力側には、コンデンサＣ
１が接続され、オペアンプＯＰ２の出力側には、コンデ
ンサＣ２が接続されている。

【００２０】該被測定物３は、照射位置で距離を変化さ
せるが、図６のフローチャートに示す如く、被測定物３
が位置検出センサー１０に近い場合には、Ｖ１が増加
し、Ｖ１＞Ｖ２となり、被測定物３が遠い場合には、Ｖ
１＜Ｖ２となる。更に遠くなれば、Ｖ２は０となり、所
定の距離の場合に、Ｖ１＝Ｖ２となり、一定のしきい値
以下となると、被測定物３を検出したとの信号を送信す
べく構成している。

【００２１】本発明においては、図４に示す従来技術に
おいて、電流／電圧増幅回路１１・１２が配置されてい
た位置に、対数増幅回路６・７を配置しており、該対数
増幅回路６（７）の基本的な回路が図７に図示されてい
る。対数増幅回路６は、オペアンプＯＰ１と対数ダイオ
ードＤ１により構成されており、また対数増幅回路７
は、オペアンプＯＰ２と対数ダイオードＤ２により構成
されている。即ち、従来技術の電流／電圧増幅回路１１
・１２の抵抗Ｒ１とＲ２に変えて、対数ダイオードＤ１
・Ｄ２を介装したものが、対数増幅回路６・７となって
いるのである。

【００２２】図８において図示する如く、対数増幅回路
６・７により増幅する場合の出力電圧−放射照度特性
は、対数曲線Ｙの如くなり、従来の電流／電圧増幅回路
によるリニア増幅の場合の、出力電圧−放射照度特性
は、点線で示すリニア直線Ｘの如くになるのである。故
に、被測定物３の衣装が白で、放射照度が極端に高い場
合には、リニア直線Ｘが増幅可能領域を外れてしまうの
で、出力が飽和して、全て同じ出力となるのである。

【００２３】これに対して、対数曲線Ｙの場合には、放
射照度が大の場合にでも、対数曲線であるので、領域を
外れることがなく、十分に増幅することが出来るのであ
る。しかし、被測定物３が黒い衣装を着ている場合等の
如く、極端に放射照度が低い場合には、対数曲線Ｙは増
幅率が低い位置に位置するので、十分な増幅率が得られ
ないのである。

【００２４】この対数曲線Ｙの放射照度の低い部分にお
ける増幅率の低下を補充する為に、前記対数増幅回路６
・７の次段に増幅率変更調節回路８・９を配置している
のである。即ち、対数曲線Ｙの放射照度の低い部分で
は、増幅率（大）を選択し、対数曲線Ｙの放射照度の高
い場合には、増幅率（小）を選択することが出来るよう
に、対数増幅回路６・７の次段に電圧値検出回路３０、
増幅率変更調節回路８・９を配置しているのである。

【００２５】そして、対数増幅回路６・７により増幅し
た次段に、従来はＡ／Ｄ変換器２３が配置されていたの
であるが、この部分に、本発明においては、増幅率変更
調節回路８・９を配置している。該増幅率変更調節回路
８・９は、オペアンプを利用した増幅回路であり、従来
技術において電流／電圧増幅回路１１・１２として使用
されていた回路と略同じである。しかし、本発明の増幅
率変更調節回路８・９においては、オペアンプと平行に
介装する抵抗を３４・３２と、３５・３７と２個ずつを
パラレルに配置し、抵抗３６・３７の部分に調節切換ス
イッチ３２・３３を配置しているのである。

【００２６】該調節切替スイッチ３２・３３により、並
列に配置した抵抗３６・３７の回路をＯＮ−ＯＦＦする
ことにより、増幅率を図９の増幅率（大）と増幅率
（小）の２本の線上で切換えるように構成しているので
ある。該増幅率（大）と増幅率（小）の切換の為の信号
は、コンデンサＣ１の前の回路から分岐した電圧値検出
回路３０からの電圧検出信号をオペアンプ３１からの信
号Ａを介して、マイクロコンピュータ１５に送信するこ
とにより行っている。

【００２７】該オペアンプ３１からの信号Ａをマイクロ
コンピュータ１５により判断して、図１０に示す論理図
の如く判断し、抵抗３６・３７の並列回路を調節切替ス
イッチ３２・３３によりＯＮ−ＯＦＦすることにより、
増幅率（大）と増幅率（小）を自動的に選択するのであ
る。即ち、オペアンプ３１からの信号Ａの電圧が大の場
合には、調節切替スイッチ３２・３３は増幅率（小）の
回路を選択し、オペアンプ３１からの信号Ａが小の場合
には、調節切換スイッチ３２・３３は増幅率（大）の回
路を選択するのである。該信号Ａからの信号のマイクロ
コンピュータ１５による判断と、被測定物３の有無を判
断するフローチャートが図６に開示されている。図６に
おいて示す如く、対数増幅回路６・７、増幅率変更調節
回路８・９を介してマイクロコンピュータ１５に供給さ
れる、Ｖ１とＶ２の信号の判断よりも前に、増幅率を選
択する制御が行われ、最適の増幅率で増幅されたＶ１と
Ｖ２の信号を比較判断するというフローチャートに構成
している。

【００２８】

【発明の効果】本発明は以上の如く構成したので、次の
ような効果を奏するものである。請求項１の如く、受光
素子として、半導体位置検出素子を使用した位置検出セ
ンサーの受光回路において、半導体位置検出素子の各々
の電流／電圧増幅回路の次段に、増幅率変更調節回路を
介装したので、位置検出センサーの受光回路において、
被測定物が黒い衣装と、白い衣装の如く、受光の放射照
度の範囲が広い場合において、十分に電流／電圧増幅回
路が作用しない領域が発生することがなくなったのであ
る。これにより、位置検出センサーの誤判断を無くすこ
とが出来たのである。即ち、本発明においては、電流／
電圧増幅回路の後段に、更に、増幅率を変更可能な、増
幅率変更調節回路を設けることにより、常時受光の放射
照度の最適な領域に増幅させて、検出回路の判断を行わ
せることが出来るのである。

【００２９】請求項２の如く、半導体位置検出素子の各
々の電流／電圧増幅回路を、対数増幅回路としたので、
従来のオペアンプによる電流／電圧増幅回路の場合に、
受光の放射照度が非常に広い範囲にわたる場合には、従
来の電流／電圧増幅回路による、直線的なリニア増幅回
路では、オペアンプのリニア領域の範囲が限られている
ために、出力が飽和してしまうという不具合があり、出
力が飽和した場合には、それ以上の放射照度では、すべ
て同じ出力となり、増幅作用が働かなくなるのであった
が、この点を対数曲線とすることにより、解消すること
が出来たのである。

【００３０】請求項３の如く、半導体位置検出素子の、
各々の電流／電圧増幅回路にて増幅後の電流を信号とし
て取出し、次段の増幅率変更調節回路の増幅率を変更制
御すべく構成したので、前記増幅率変更調節回路の変更
調節の作用を、半導体位置検出素子の、各々の電流／電
圧増幅回路にて増幅後の電流を信号として取出し、次段
の増幅率変更調節回路を、同様に変更制御するように構
成でき、常時最適の領域で検出判断できるようになった
のである。これにより、位置検出センサーの受光回路
の、放射照度が広い範囲にわたることが原因で発生する
誤判断を無くすことが出来たのである。

【図面の簡単な説明】

【図１】トイレ等の壁部、大便器、人体位置検出センサ
ーの配置を示す平面図。

【図２】大便器の側面図。

【図３】位置検出センサーの発光素子、受光素子及びレ
ンズ、被測定物等の配置を示す図面。

【図４】従来の位置検出センサーの受光回路の構成を示
す図面。

【図５】本発明の位置検出センサーの受光回路を示す図
面。

【図６】本発明の位置検出センサーの受光回路の制御フ
ローチャートを示す図面。

【図７】オペアンプを用いた対数増幅回路の回路図。

【図８】従来の電流／電圧増幅回路と本発明の対数増幅
回路の比較状態を示す図面。

【図９】対数増幅回路の後部に設けた増幅率変更調節回
路による増幅率を変更する状態を示す図面。

【図１０】検出値の大小により、増幅率変更調節回路を
変更する条件を示す図面。

【符号の説明】

１半導体位置検出素子２発光素子３被測定物６，７対数増幅回路８，９増幅率変更調節回路Ｄ１，Ｄ２対数ダイオードＯＰ１，ＯＰ２オペアンプ３０電圧値検出回路３１オペアンプＡ信号

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号ＦＩＧ０１Ｖ 8/12 Ｇ０１Ｖ 9/04 Ｊ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】受光素子として、半導体位置検出素子を
使用した位置検出センサーの受光回路において、半導体
位置検出素子の各々の電流／電圧増幅回路の次段に、増
幅率変更調節回路を介装したことを特徴とする位置検出
センサーの受光回路。
【請求項２】請求項１記載の半導体位置検出素子の各
々の電流／電圧増幅回路を、対数増幅回路としたことを
特徴とする位置検出センサーの受光回路。
【請求項３】請求項１又は２記載の半導体位置検出素
子の、各々の電流／電圧増幅回路にて増幅後の電流を信
号として取出し、次段の増幅率変更調節回路により増幅
率を変更制御することを特徴とする位置検出センサーの
受光回路。