WO2014050225A1

WO2014050225A1 - 人体検知センサ及び自動水栓

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Publication number: WO2014050225A1
Application number: PCT/JP2013/066329
Authority: WO
Inventors: 雄喜白井; 安住鎌田
Original assignee: 株式会社Ｌｉｘｉｌ
Priority date: 2012-09-28
Filing date: 2013-06-13
Publication date: 2014-04-03
Also published as: US20150259890A1; JP2014081349A; US10072403B2; JP5990800B2; CN104685383A; EP2902813A1; EP2902813A4; CN104685383B; CA2885986A1

Abstract

　検知性能の高い人体検知センサ、及び動作信頼性の高い自動水栓を提供する。　人体検知センサ１は、検知対象までの距離あるいは距離の度合いを表す距離指標が所定の範囲に含まれているか否かによって検知対象の有無を判定する測距判定手段３２１と、撮像部２６に入射する反射光の時間的な変化を検出して動体の有無を判定する動体判定手段３２２と、を備え、検知状態下で反射光の受光量が所定の閾値以上であるときには、測距判定手段３２１により検知対象無しと判定されたことを条件として検知状態から非検知状態に切り換える一方、検知状態下で反射光の受光量が所定の閾値未満であるときには、動体判定手段３２２によって動体無しと判定されたことを条件として検知状態から非検知状態に切り換える。

Description

人体検知センサ及び自動水栓

　本発明は、人体を光学的に検知する人体検知センサに関する。

　従来より、吐水パイプの外周表面に非接触式のタッチレスセンサのセンサ面が配設されたキッチン用の電子水栓が実現されている（例えば、特許文献１参照。）。この電子水栓であれば、センサ面に指や手などをかざすだけで非接触で吐水・止水の切り換えができるので、手が濡れているときなどは非常に便利である。吐水パイプの先端側、吐水口の近くにセンサ面を配置すれば、シンクを越えて手を伸ばす必要もなく手前側で操作できるので使い勝手が向上する。

　一方、大きな鍋や大皿などの洗い物を両手で持っている場合、吐水、止水を切り換えるためには、その都度、洗い物をカウンタートップ等に置いてから手かざし操作を行う必要がある。吐水空間に手を差し入れるだけで吐水が開始される洗面台用の自動水栓の構成をキッチン用の電子水栓に採用すれば、吐水空間に洗い物を差し入れるだけで吐水が開始されるようになって、利便性を一層向上できる可能性がある。

　しかしながら、光を投射したときに返ってくる反射光を利用して検知を行う洗面台用の自動水栓をキッチン用にそのまま適用することは難しい。例えば、透明ガラスの皿など洗っているときなど、光が透過してしまって十分な反射光が得られなくなり、非検知と判定されて食器洗い中に水が止められてしまうおそれがある。

特開２０１０－１２７０１０号公報

　本発明は、前記従来の問題点に鑑みてなされたものであり、キッチン用の自動水栓にも適用可能な検知性能の高い人体検知センサ、及び動作信頼性の高い自動水栓を提供しようとするものである。

　本発明の第１の態様は、検知対象に向けて光を投射する発光部と、この発光部が投射した光によって生じた反射光を受光する受光部と、を含む光電式の人体検知センサにおいて、
　前記受光部が受光した反射光の受光量が所定の閾値以上か未満かを判定する受光量判定手段と、
　前記受光部に入射する反射光を利用して検知対象までの距離あるいは距離の度合いを表す距離指標を求めると共に、その距離指標が所定の範囲に含まれているか否かによって検知対象の有無を判定する測距判定手段と、
　前記受光部に入射する反射光の時間的な変化を検出して動体の有無を判定する動体判定手段と、
　検知対象を検知している検知状態か非検知状態かを判断する検知判断手段と、を備え、
　この検知判断手段は、前記検知状態下で反射光の受光量が前記所定の閾値以上であるときには、前記測距判定手段により検知対象無しと判定されたことを条件として前記検知状態から前記非検知状態に判断を切り換える一方、
　前記検知状態下で反射光の受光量が前記所定の閾値未満であるときには、前記動体判定手段によって動体無しと判定されたことを条件として前記検知状態から前記非検知状態に判断を切り換える人体検知センサにある。

　本発明の第２の態様は、底部に排水口を設けたシンクに吐水する水栓と、
　本発明の第１の態様をなす人体検知センサと、
　この人体検知センサが出力するセンサ信号に応じて、前記水栓の吐水・止水の切換、あるいは吐水量の調整を実行する給水制御手段と、を備えた自動水栓にある。

　本発明に係る人体検知センサは、前記距離指標に関する距離的な判断に基づく検知対象の有無の判定に加えて、動体の有無の判定を実行可能なセンサである。
　距離的な判断に適用される前記距離指標を求めるためには、比較的狭い範囲から反射されて返ってくる反射光が適している。光を投射する範囲を広くすると、検知対象だけでなく背景物などの他の物がその範囲に含まれてくる可能性が高くなる。光を投射する範囲に検知対象以外の他の物が含まれる状況では、前記距離指標の精度を十分確保できなくなったり、求めること自体が難しくなる。

　前記距離指標を求めるために比較的狭い範囲に向けて光を投射する場合、検知対象が存在しているにも関わらず十分な反射光が返ってこないことがある。このような場合、前記距離指標の精度が低下し、検知対象の有無の判定が不安定になるおそれがある。例えば、キッチン用の自動水栓の場合、ガラスのコップを洗っているとき等、投射光がコップを透過したり、気泡を含む水によって乱反射して反射光が不十分になることがある。また、ステンレスの包丁を洗っているときには、そのシャープな鏡面反射光の反射方向が逸れて前記受光部に入射しないこともある。このように、前記距離指標の精度は、検知対象の姿勢や材質等に起因する面性状等によって影響を受ける。前記距離指標の精度が低下すれば、この距離指標を利用した検知対象の有無の判定精度が低下する。

　本発明に係る人体検知センサは、前記検知状態から前記非検知状態へ切り換えるに当たって、上記のような距離指標に基づく検知対象の有無の判定、及び動体の有無の判定という２種類の判定手法を組み合わせている。この人体検知センサは、２種類の判定手法の組み合わせにより、その検知精度を向上している。２種類の判定手段は、前記検知状態下の前記受光量が前記所定の閾値以上か未満かに応じて使い分けされる。
　検知状態下の反射光の受光量が閾値以上であって前記距離指標の精度を確保し易い状況では、前記距離指標に基づく検知対象の有無の判定結果に応じて前記非検知状態に切り換える。一方、検知状態下の反射光の受光量が閾値未満であるために前記距離指標の精度を確保し難い状況では、動体の有無の判定結果に応じて前記非検知状態に切り換える。一般的に、反射光を利用する動体の判定では、風にそよぐカーテン越しの光や木漏れ日の光など時々刻々変化する外乱光による誤判定が問題になり易い。しかし、検知対象が存在している検知状態下であれば、その検知対象によって上記の外乱光が遮断される可能性が高く、誤判定が発生する可能性が少ない。

　このように本発明に係る人体検知センサは、検知状態下の反射光の入射状況に応じて２種類の判定手法を使い分けることで、特に、検知状態下の検知性能を向上した優れたセンサである。この人体検知センサを採用した自動水栓は、使用の最中に止水に切り換わって水が止まってしまうようなおそれが少なく、動作信頼性の高い水栓である。

　本発明に係る人体検知センサが備える受光部としては、ＰＳＤのほか、ＣＣＤやＣＭＯＳ等の撮像素子を採用可能である。位置的な分解能を有さず光量を計測する受光部を採用する場合であれば、前記距離指標として反射光の光量を適用することも良い。
　本発明に係る人体検知センサは、洗面台の自動水栓や、キッチン用の自動水栓や、自動洗浄機能付きの小用便器の自動給水装置等に適用できる。さらに、手かざし操作や人体に反応して自動点灯する照明や自動扉等、各種の自動装置に対して、本例の人体検知センサを適用することも良い。

　本発明に係る人体検知センサでは、前記受光量の閾値としては、前記距離指標の精度が確保できる程度の閾値を設定するのが良い。例えば、ＣＣＤやＣＭＯＳ等の撮像素子を採用した場合であれば、前記受光量の閾値判断をする対象の画素として、受光量の最大値を呈する画素や、受光波形の重心位置など特定の位置に当たる画素等を選択できる。ローパスフィルタ－を適用した後の受光波形について、前記受光量に関する閾値判断を行っても良い。この場合には、突発的に過大な受光量を呈する画素の影響を抑制できる。さらには、受光波形の受光量の総和について閾値判断しても良い。

　本発明に係る好適な一態様の人体検知センサにおける検知判断手段は、前記非検知状態下で前記測距判定手段が検知対象無しと判定しているときには前記非検知状態である旨の判断を維持する一方、
　前記非検知状態下で前記測距判定手段が検知対象有りと判定したときには、前記動体判定手段による判定結果の有無及びその判定結果の内容に関わらず前記非検知状態から前記検知状態に判断を切り換える。
　動体の有無の判定は、木漏れ日や、風にそよぐカーテンの隙間から入り込む光などによって不安定な動作を呈することがある。一方、距離的な判断によれば前記非検知状態下で確実性高く非検知対象の有無を判定できる。上記のように構成した場合には、人体が近接していないのにも関わらず、前記非検知状態から前記検知状態に判断が切り換わってしまうおそれを未然に抑制できる。

　本発明の好適な一態様の人体検知センサにおいては、前記検知状態下で反射光の受光量が前記所定の閾値未満であるときに前記動体判定手段により動体有りと判定され、これにより前記検知判断手段が前記非検知状態への切り換えを行わなかった判断が、所定回数に渡って連続的に発生するか、あるいは所定時間に渡って継続的に維持されたとき、前記検知判断手段は、前記動体判定手段による判定結果の有無及びその判定結果の内容に関わらず前記検知状態から前記非検知状態に判断を切り換える。

　検知対象が存在しており、かつ、その検知対象に動きがあるような状況では、反射光が十分でない状態が発生しても一時的である可能性が高く、その状態が長く継続する可能性は低い。すなわち、反射光の受光量が十分ではないが動体が有るという判定が、連続的に発生したり長く継続する可能性は低い。このような動体有りの判定によって前記非検知状態への切り換えを行わないという判断が連続的に発生したり長い期間に渡って継続するような場合、検知対象以外の「何か」によって動体有りの判定が発生している可能性が高い。

　例えば、キッチン用の自動水栓の場合、水が溜まったボウル等がシンク内に放置されたとき、ボウル内の水面の揺れによって動体有りの判定が繰り返され、これにより前記非検知状態への切り換えを行わない判断が連続的に発生するおそれがある。そこで、このような判断が連続的に発生したり、長時間に渡って継続したときには、前記動体判定手段による判定結果の内容等によらず、前記非検知状態に判断を切り換えることが良い。
　一方、例えば、上記のように動体判定が有効となり得るガラスのコップなどの洗い作業中では、コップや手の動きなどによって、反射光が十分になったり不十分になったりする状態が交互に繰り返すと考えられる。ガラスのコップなどの洗い作業中では、反射光が不十分であるが動体有りの判定によって非検知状態への切り換えを行わないという判断が連続的に発生したり、長時間に渡って継続する可能性は少ない。したがって、このような判断が所定回数に渡って連続的に発生するか、あるいは所定時間に渡って継続的に維持されたという条件を前記非検知状態への切り換え条件として設定しておけば、洗い作業中に前記非検知状態への切り換えが行われて水が止まってしまうこともない。

　本発明の好適な一態様の人体検知センサにおける発光部としては、前記受光部に対してオフセットして配置されていると共にそのオフセット方向の光の拡がりが抑制されたスリット光を投射する第１の発光部と、少なくとも前記オフセット方向に拡がる光を投射する第２の発光部と、が設けられ、
　前記受光部は、光の入射位置について前記オフセット方向に分解能を有しており、
　前記測距判定手段は、前記第１の発光部が投射した光によって生じた反射光について、前記受光部に対する入射位置を特定することにより前記距離指標を求め、
　前記動体判定手段は、前記第２の発光部が投射した光によって生じた反射光を利用して動体の有無を判定する。
　前記第１の発光部による前記オフセット方向の光の拡がりが抑制されたスリット光は、三角測量の原理に基づく測距に適している。前記第２の発光部による前記オフセット方向に拡がる光は、動体を判定できる範囲を前記オフセット方向に広く形成できる。なお、前記第２の発光部の光につき、前記オフセット方向に直交する方向の光の拡がりを抑制することは、動体の有無の判定精度の向上に有効である。

　本発明に係る好適な一態様の人体検知センサにおける動体判定手段は、前記受光部に入射した光の入射位置の時間的な変位量に関する閾値判断により動体の有無を判定する。
　この場合には、前記測距判定手段と前記動体判定手段とで、前記受光部に対する光の入射位置を求める構成を共用できる。ハードウェア的あるいはソフトウェア的な資源（リソース）を効率良く活用できるようになり、ハードウェアのコストあるいはソフトウェアの開発コスト等を抑制して魅力ある製品コストを実現できる。

　本発明に係る好適な一態様の人体検知センサにおける受光部は、前記第１の発光部と前記第２の発光部とで共用されており、
　前記第２の発光部は、前記第１の発光部と前記受光部との前記オフセット方向の間隙に配置されている。
　前記受光部を共用すれば、人体検知センサのコストを低減できると共に、小型化を実現できる。また、前記第１の発光部と前記受光部との間隙に前記第２の発光部を配置すれば、前記オフセット方向の間隙を有効に活用でき、人体検知センサの小型化に役立つ。

実施例１における、自動水栓を備えたキッチンカウンターを示す斜視断面図。実施例１における、センサユニットの断面構造を示す断面図（図１中のＡ－Ａ線矢視断面図）。実施例１における、ラインセンサを示す斜視図。実施例１における、人体検知センサのシステム構成を示すブロック図。実施例１における、第１の発光部の光を投射時の反射光の受光波形の例を示す図。実施例１における、受光波形の重心位置の計算方法、及び検知方法を説明する説明図。実施例１における、三角測量の原理を説明する説明図。実施例１における、検知処理の流れを示すフロー図。実施例１における、検知状態下で発生する反射光の様子、受光部による反射光の受光波形を例示する第１の説明図。実施例１における、検知状態下で発生する反射光の様子、受光部による反射光の受光波形を例示する第２の説明図。実施例１における、検知状態下で発生する反射光の様子、受光部による反射光の受光波形を例示する第３の説明図。実施例１における、その他の検知処理の流れを示すフロー図。実施例２における、検知処理の流れを示すフロー図。実施例２における、その他の検知処理の流れを示すフロー図。

　本発明の実施の形態につき、以下の実施例を用いて具体的に説明する。
（実施例１）
　本例は、キッチンカウンター１５の水栓（自動水栓）１６に人体検知センサ１を適用した例である。この内容について、図１～図１２を参照して説明する。
　本例のキッチンカウンター１５は、図１のごとく、凹状に窪むシンク１５１が設けられたカウンター１５５と、吐水口１６８を有する水栓１６と、を備えている。水栓１６は、カウンター１５５の上面をなすカウンタートップ１５６に立設されている。シンク１５１は、その最深部に排水口１５２を備えている。

　水栓１６は、水を吐出する吐水パイプ１６０を備えている。吐水パイプ１６０は、台座をなす基部１６１を介在してカウンタートップ１５６に立設されている。吐水パイプ１６０は略Ｊ字状に屈曲され、その先端はシンク１５１に向かっている。吐水パイプ１６０のうち基部１６１に連なる直線的な部分は略円形状の断面形状である。一方、シンク１５１に向かう先端面は略矩形状を呈している。吐水パイプ１６０の断面形状は、屈曲部分を越えてから先端に向かう範囲での滑らかな断面形状の変化により円形状から矩形状に変化している。

　吐水パイプ１６０の上面には、非接触式のタッチレスセンサ１６７のセンサ面が配設されている。このタッチレスセンサ１６７は、フォトトランジスターなどの受光素子と発光素子との組合せによる光電式の近接センサである。タッチレスセンサ１６７は、センサ面から数ｃｍ程度の検知範囲内に近接した手や指による反射光を受光素子によって受光できたとき、検知と判断する。センサ面に指や手などをかざせば、タッチレスセンサ１６７による検知に応じて吐水と止水とを相互に切り換えできる。

　略矩形状を呈する吐水パイプ１６０の先端面では、図１のごとく、人体検知センサ１の検知面を形成するフィルタ板１６５が上段側に配設され、断面略矩形状の吐水口１６８が下段側に設けられている。赤外領域の光を選択的に透過する樹脂製のフィルタ板１６５の裏側に当たる内部には、人体検知センサ１を構成するセンサユニット２（図２）が配置されている。

　本例の水栓１６は、このタッチレスセンサ１６７に加えて、吐水パイプ１６０の先端に組み込まれたセンサユニット２を備えている点に特徴を有している。センサユニット２がない場合、両手で支える必要がある大きな鍋や皿等を洗うとき、一旦、鍋や皿をカウンタートップ１５６に置いてからタッチレスセンサ１６７のセンサ面に手かざしする必要がある。一方、吐水パイプ１６０の先端にセンサユニット２が組み込まれた本例の水栓１６では、両手で支えた鍋や皿等を、吐水パイプ１６０の先端側の吐水空間に差し入れる動作によって吐水を開始できる。洗い終えたときには、吐水空間から鍋や皿等を引き抜くだけで、止水でき便利である。

　本例の人体検知センサ１は、図１及び図２のごとく、水栓１６に組み込まれたセンサユニット２と、センサユニット２を制御する制御ユニット３と、により構成されている。キッチンカウンター１５では、この人体検知センサ１と、給水配管１２に設けられた吐水弁（電磁弁）であるソレノイド（給水制御手段）１１と、の組合せにより自動給水装置が形成されている。

　センサユニット２は、図１及び図２のごとく、２基のＬＥＤ素子２５１と、１基のラインセンサ（撮像素子）２６１と、が筐体２１に収容されたユニットであり、制御ユニット３から電力供給を受けて動作する。センサユニット２では、後述する測距判定手段３２１による測距用の第１の発光部２５Ａ、後述する動体判定手段３２２による動体判定用の第２の発光部２５Ｂ、及び共用される撮像部（受光部）２６が、水栓１６のフィルタ板１６５に面して並列配置されている。

　赤外光を発光する発光部２５Ａ・Ｂは、いずれも、ＬＥＤ素子２５１と投光レンズ２５５とにより構成されている。撮像部２６は、ラインセンサ２６１と集光レンズ２６５とにより構成されている。発光部２５Ａ・Ｂ及び撮像部２６は、遮光性を備えた隔壁２１１を挟んで水平方向（図２中の左右方向に当たるオフセット方向）にオフセットして配置されている。発光部２５Ａ及び撮像部２６が両端に配置され、発光部２５Ｂは、発光部２５Ａと撮像部２６との間隙において、撮像部２６側に近づけて配置されている。

　ＬＥＤ素子２５１は、図２のごとく、ＬＥＤチップ２５０を備える発光素子である。ＬＥＤチップ２５０は、パッケージ基板のキャビティに実装され、透明樹脂２５４により封止されている。発光部２５Ａ・Ｂでは、スリット孔２５３を設けた遮光性の素子ケース２５２によってＬＥＤ素子２５１が覆われている。測距用の発光部２５Ａと、動体判定用の発光部２５Ｂとでは、スリット孔２５３の形成方向に相違がある。鉛直方向のスリット孔２５３を備える発光部２５Ａによれば、水平方向の拡がり角が抑制されたシャープな光を検知対象に向けて投射可能である。水平方向のスリット孔２５３を備える発光部２５Ｂによれば、鉛直方向の拡がり角が抑制され、水平方向に拡がる光を検知対象に向けて投射可能である。

　ラインセンサ２６１は、図２及び図３のごとく、受光量を電気的な物理量に変換する画素２６０が直線的に配列された１次元の撮像センサである。ラインセンサ２６１は、有効画素として６４個の画素２６０を備えている。ラインセンサ２６１では、これら６４個の画素２６０により受光領域２６３が形成されている。このラインセンサ２６１は、図示しない電子シャッターを備えており、この電子シャッターを用いて受光（露光）時間を調整可能である。ラインセンサ２６１は、発光部２５Ａ又は発光部２５Ｂの発光動作に同期して受光動作を実行する毎に撮像データを出力する。本例の撮像データは、受光量に応じた２５６階調の画素値が各画素２６０の並び順に配列された１次元のデジタルデータである。なお、本例のセンサユニット２では、受光領域２６３の長手方向が、発光部２５Ａ・Ｂと撮像部２６とのオフセット方向に一致するようにラインセンサ２６１が組み込まれている。

　制御ユニット３は、図１及び図４のごとく、センサユニット２及びソレノイド１１を制御するユニットであり、商用電源から電力の供給を受けて動作する。この制御ユニット３は、センサユニット２及びソレノイド１１を制御する制御基板３０を備えている。制御基板３０には、ラインセンサ２６１及び２基のＬＥＤ素子２５１を制御する撮像制御部３１と、検知処理を実行する検知処理部３２と、ソレノイド１１を制御する給水制御部３３と、が設けられている。

　撮像制御部３１は、２基のＬＥＤ素子２５１及びラインセンサ２６１を制御する撮像制御手段３１１、ラインセンサ２６１から撮像データを読み出す読出手段３１２としての機能を備えている。
　撮像制御手段３１１は、撮像動作が行われる動作期間と非動作期間が交互に現れる間欠動作が行われるようにラインセンサ２６１を制御する。撮像制御手段３１１は、前回の動作期間が終了してから所定のインターバル時間（本例では、０．３～０．５秒程度。）が経過するまでラインセンサ２６１への電源供給を停止して非動作期間を設定し、インターバル時間が経過したときに電源供給を再開して動作期間を設定する。

　撮像制御手段３１１は、１回の撮像動作において、ＬＥＤ素子２５１の発光（ＬＥＤ光）と同期したラインセンサ２６１の受光（露光）と、無発光下のラインセンサ２６１の受光（露光）と、を連続的に実行する。そして、２度の受光時の差分の受光量が画素毎に求められる。この差分の受光波形では、周囲光の影響が抑圧され、ＬＥＤ光に起因した反射光の成分が抽出される。

　検知処理部３２は、検知処理の実行手段である測距判定手段３２１及び動体判定手段３２２、検知状態か非検知状態かを判断する検知判断手段３２４、検知状態下で検知信号（センサ信号）を出力する検知出力手段３２５としての機能を備えている。
　測距判定手段３２１は、発光部２５Ａの発光に応じた反射光の入射位置（距離指標）に基づき、三角測量の原理を利用して検知対象の有無を判定する。測距判定手段３２１は、発光部２５Ａの発光動作を含む１回の撮像動作（適宜、測距用の撮像動作という。）に応じて取得された図５の受光波形（各画素２６０の受光量が分布する撮像データ）を利用して反射光の入射位置を特定し、その入射位置が所定の検知領域内に属しているか否かによって検知対象の有無を判定する。同図の横軸ｘは、画素番号（画素位置）を示し、縦軸Ｄ（ｘ）は、画素番号ｘの画素２６０の受光量（画素値）を示している。

　本例の測距判定手段３２１は、受光波形の重心位置を入射位置として取り扱う。重心位置を特定するに当たっては、まず、図６のごとく、受光波形を構成する画素毎の受光量データＤ（ｘ）を積算し、６４画素の画素値の総和ＳＤを求める。この総和ＳＤは、図６中の右下がりの斜線ハッチングで示す領域の面積に相当している。受光領域２６３の左端の画素番号ゼロの画素２６０から順番に各画素２６０の画素値を積算した積算値がＳＤ／２に達したときの画素番号Ｎの画素（黒丸で図示）の位置が、この受光波形の重心位置として計算される。ここで、積算値ＳＤ／２は、右上がりの斜線ハッチングで示す領域の面積に相当している。この領域は、前記総和ＳＤの領域に包含されており、同図において、クロスハッチングの領域となっている。なお、図６の画素毎の受光量の分布は、図５の受光波形を模式的に表したものである。

　測距判定手段３２１が利用する三角測量の原理は、本例のキッチンカウンター１５におけるセンサユニット２、シンク１５１の内周面１５０、使用者の手の位置関係を模式的に表す図７を用いて説明される。なお、同図では、発光部２５Ａ及び撮像部２６を図示する一方、動体判定用の発光部２５Ｂの図示を省略してある。ＬＥＤ光のうち検知対象である手による反射光がラインセンサ２６１に入射する際、検知対象までの距離Ｈに応じてその入射位置（距離指標）が異なってくる。距離Ｈが短いほど、ラインセンサ２６１に入射する反射光の入射位置が発光部２５Ａから遠ざかり、距離Ｈが長くなるほど発光部２５Ａに近く位置する。このように、ラインセンサ２６１に対する反射光の入射位置は、検知対象までの距離に比例しており、この距離の度合いを表す距離指標となり得る。受光領域２６３内に設定された検知領域（図６）は、検知の対象となる検知距離（図７）に対応する領域である。上記のように計算された重心位置を入射位置として取り扱い、その重心位置が検知領域内であるか否かの判定は、反射光を生じた検知対象までの距離が図７の検知距離の範囲内であるか否かの判定と実質的に同義となっている。

　前記動体判定手段３２２は、発光部２５Ｂの発光に応じた反射光の時間的な変化を利用して動体の有無を判定する。動体判定手段３２２は、時間的に連続する２回の撮像動作（適宜、動体判定用の撮像動作という。）によって、それぞれ取得された２つの受光波形を比較し、動体の有無を判定する。

　本例の動体判定手段３２２は、２回の撮像動作に対応する２つの受光波形について、それぞれ、図６を参照して説明した方法と同様の計算方法により重心位置を求め、受光波形の入射位置として取り扱う。そして、求められた２つの重心位置の変位量が所定の閾値を超えているときに動体が有ると判定し、この変位量が所定の閾値未満であるときに動体が無いと判定する。

　以下、図８のフローチャートを利用して、制御ユニット３による制御によって実現される人体検知センサ１の動作を説明する。
　電源投入されると、まず、前記測距用の撮像動作を含む受光波形取得ルーチンが実行され（Ｐ１０１）、取得された受光波形（図５参照。）を利用して測距判定ルーチン（Ｐ１０２）が実行される。この測距判定ルーチンでは、受光波形の重心位置（図６参照。）が反射光の入射位置として特定されると共に、その重心位置が所定の検知領域（図６）内に属しているか否かの判定が行われる。重心位置が所定の検知領域内に属しており、検知対象までの距離が所定の検知距離の範囲内であれば（Ｓ１０３：ＹＥＳ）、検知対象が有る旨の判定に応じて検知信号の出力が開始され、吐水が開始される（Ｓ１０４）。

　吐水中、すなわち検知状態下では、所定のインターバル時間が経過して動作期間に移行する毎に、前記測距用の撮像動作、及び前記動体判定用の撮像動作を含む受光波形取得ルーチンが実行される（Ｐ１０５）。このルーチンでは、測距用の撮像動作に対応する測距用の受光波形、及び動体判定用の撮像動作に対応する動体判定用の受光波形が取得される。特に、動体判定用の受光波形としては、時間的に連続する２つの受光波形が取得される。

　まず、測距用の受光波形を利用して、そのピークの受光量が所定の閾値を超えているか否かの判断が実行される（Ｓ１０６）。図９のごとく、食器洗い中の皿などによる反射光がセンサユニット２に入射し、いずれかの画素２６０の受光量が閾値以上の場合であれば（Ｓ１０６：ＮＯ）、そのままその受光波形を利用し、上記Ｐ１０２と同じ仕様の測距判定ルーチンが実行される（Ｐ１１７）。重心位置（入射位置）が所定の検知領域内に属しており、検知対象までの距離が所定の検知距離の範囲内であれば（Ｓ１１８：ＹＥＳ）、検知対象が有る旨の判定に応じて検知信号の出力が継続され、吐水が継続される（Ｓ１１９）。

　一方、図１０のごとく食器洗い中の皿などによる反射光の方向が逸れてセンサユニット２に入射せず、受光量が閾値以上の画素２６０が無い場合には（Ｓ１０６：ＹＥＳ）、動体判定用の２つの受光波形を利用し、動体判定ルーチンが実行される（Ｐ１０７）。この動体判定ルーチンでは、図１１のごとく、動体判定用の時間的に連続する２つの受光波形について、それぞれ、重心位置が計算される。これら重心位置の変位量が所定の閾値以上であったとき、動体が有ると判定される（Ｓ１０８：ＮＯ）。

　なお、Ｓ１０６の画素２６０の受光量が閾値未満となる状況としては、上記のほか、検知対象が存在しない状況や、ガラス等の皿を投射光が透過した状況や、コップ等を洗う水に含まれる気泡等によって投射光が乱反射した状況などが考えられる。また、上記のように反射光の方向が逸れてセンサユニット２に入射しない状況は、ステンレスの包丁や銀のプレート食器などの鏡面物によるシャープな鏡面反射光ほど、発生する可能性が高くなる。

　ステップＳ１０８において動体が有ると判定された場合には（Ｓ１０８：ＮＯ）、検知信号の出力が継続され、吐水が継続される（Ｓ１１９）。この場合には、Ｐ１０５の受光波形取得ルーチンに移行し、その後、検知対象が検知されなくなるまで、Ｐ１０５～Ｓ１１９に至る一連の処理が繰り返し実行される。

　ステップＳ１０８において動体が無いと判定された場合には（Ｓ１０８：ＹＥＳ）、非検知状態と判断されて検知信号の出力が停止され、止水に切り換えられる（Ｓ１０９）。この場合には、Ｐ１０１の受光波形取得ルーチンに移行し、その後、検知対象が検知されるまで、Ｐ１０１～Ｓ１０３に至る一連の処理が繰り返し実行される。

　ここで、ステップＰ１１７等の測距判定ルーチン、ステップＰ１０７の動体判定ルーチンによる判定の傾向について説明する。
　反射光の重心位置（入射位置）を利用して検知対象の有無を判定する測距判定ルーチンによれば、検知対象の色や反射率によらず、信頼性高く検知対象を検知可能である。一方、透明なガラス食器や、泡立つ水の層に覆われた皿などの場合、ＬＥＤ光が透過したり乱反射して十分な反射光が得られないおそれがある。十分な反射光が得られないと、その重心位置を精度良く特定することが難しくなるため、測距判定手段３２１による判定精度が低下する傾向にある。

　このような場合には動体判定ルーチンが有効に作用する。ガラス食器であれ、表面が水の層に覆われた皿であれ、食器洗いの最中では細かい動きが絶え間なく発生している。このような細かい動きの最中では、たとえガラス食器であっても、その姿勢等に応じてＬＥＤ光を反射したり、反射する箇所が時々刻々変動し、これにより、反射光の時間的な変化が発生する。このような反射光の時間的な変化に応じて動体の有無を判定する動体判定ルーチンによれば、洗い中のガラス食器等を比較的容易に判定できる。

　このように、本例の人体検知センサ１は、測距判定ルーチンを実行する測距判定手段３２１、及び動体判定ルーチンを実行する動体判定手段３２２の長所を上手く組み合わせ、検知性能の向上を実現したセンサである。水栓１６の止水中に当たる非検知状態では、測距判定手段３２１のみを利用して検知判定を実行することで誤検知が未然に抑制されている。一方、水栓１６の吐水中に当たる検知状態では、測距判定手段３２１による判定に、動体判定手段３２２による判定を組み合わせている。検知状態下で受光量が閾値を超えている場合には、測距判定手段３２１による判定結果を優先し、検知状態下で受光量が閾値未満である場合には、動体判定手段３２２による判定結果を優先して、非検知状態への切換判断を行っている。

　この人体検知センサ１によれば、例えば、キッチン用の水栓でガラスのコップを洗っているとき、投射光（ＬＥＤ光）がコップを透過して十分な反射光を返さず距離的な判断が不安定になっても、動体判定により検知状態を維持できる。これにより、コップを洗っている最中にも関わらず、非検知状態に切り換わって止水されてしまうおそれを未然に回避できる。

　以上の通り、本例の人体検知センサ１は、距離的な判断による検知対象の有無の判定と、動体判定と、を組み合わせることで検知性能を向上したセンサである。特に、検知状態下において動体判定を活用することで検知対象からの反射光が不足する場合の検知性能を確保し、検知対象が存在しているにも関わらず非検知状態と誤判断するおそれを抑制している。この人体検知センサ１を採用した水栓１６は、動作信頼性に優れた製品となり、キッチン用の自動水栓として好適である。

　本例は、ラインセンサ２６１の露光時間の長さを制御するために電子シャッターを採用している。電子シャッターは必須ではなく省略することもできるが、電子シャッターに代えて、ラインセンサ２６１への光の入射を物理的に遮断する機械式シャッターを採用しても良い。
　ラインセンサ２６１の各画素２６０に感度のばらつきがある場合には、各画素２６０の画素値を補正してから検知処理を実行することも良い。

　本例では、反射光の入射位置として、受光波形の重心位置を利用している。重心位置に代えて、受光波形のピークの位置を入射位置として特定しても良い。さらに、本例では、簡易的な計算により重心位置を算出しているが、計算処理能力に余裕があれば数学的に厳密に重心位置を算出することも良い。

　なお、本例は、キッチンカウンター１５に人体検知センサ１を適用した例であるが、洗面台の水栓であっても良い。さらに、自動洗浄機能付きの小用便器の自動給水装置のセンサとして、本例の人体検知センサ１を適用することも可能である。さらには、手かざし操作や人体に反応して自動点灯する照明や自動扉等、各種の自動装置に対して、本例の人体検知センサ１を適用することもできる。

　なお、本例では、センサユニット２と制御ユニット３とを別体で構成している。これに代えて、センサユニット２と制御ユニット３とを一体的に構成し、水栓１６に収容することも良い。
　また、本例の人体検知センサ１は、給水制御部３３を含んでいるが、給水制御部３３を別体で構成することもできる。

　本例のセンサユニット２は、発光部２５Ａと発光部２５Ｂとで撮像部（受光部）２６が共用されてコンパクトに構成されたユニットである。これに代えて、受光部をそれぞれ設けても良い。動体判定用の発光部２５Ｂに対応する受光部２６として、受光波形の重心位置を出力可能なＰＳＤ素子を含む受光部を採用することも良い。重心位置を計算して求める必要がなくなるので、動体判定のための計算負荷を抑制できる。

　さらに、本例のセンサユニット２では、発光部２５Ａ・Ｂ及び撮像部２６が一直線上に配置されている。測距用の発光部２５Ａは撮像部２６に対して水平方向にオフセット配置されている必要があるが、動体判定用の発光部２５Ｂについては、撮像部２６の周囲であればどのような位置であっても良い。発光部２５Ｂについては、発光部２５Ａよりも撮像部２６に近づけて配置されていることが良い。

　本例の図８の検知処理に代えて、図１２のフローチャート図に示す検知処理を採用することも良い。図１２の検知処理は、図８のごとく検知判定（Ｓ１０３：ＹＥＳ）あるいは非検知判定（Ｓ１０８：ＹＥＳ）に応じて直ちに吐水あるいは止水に切り換える上記の検知処理とは相違している。図１２の検知処理では、同様の判定の繰り返し回数が規定回数に到達したときに、吐水あるいは止水への切換が実行される。このような動作仕様によれば、水栓１６の誤作動を一層抑制して動作信頼性を向上できる。

　図１２の検知処理では、図８の検知処理に対して、Ｓ２０１、Ｓ２０２・・・など２００番台のステップ処理あるいはプログラムルーチンが追加されている。
　ステップＳ２０１、Ｓ２０２、Ｓ２１１は、止水中（非検知状態）における測距判定ルーチン（Ｐ１０２）を含む検知処理に関する。この検知処理では、検知対象が有ると判定された回数が規定回数に達するまで測距判定ルーチンが繰り返し実行され（Ｓ２０２：ＮＯ）、規定回数に達したとき（Ｓ２０２：ＹＥＳ）、検知状態と判断されて吐水が開始される（Ｓ１０４）。繰り返し途中の測距判定ルーチンで検知対象が無いと判定された場合には（Ｓ１０３：ＮＯ）、非検知状態と判定され（Ｓ２１１）、止水状態が維持される。

　ステップＳ２０５、Ｓ２０６、Ｓ２１５は、吐水中（検知状態）における受光波形取得ルーチン（Ｐ１０５）を含む検知処理に関する。この検知処理では、非検知判定（Ｓ２０５、Ｓ２１５）の回数が規定回数に未到達の間（Ｓ２０６：ＮＯ）、吐水状態が維持される（Ｓ１１９）。動体判定ルーチン（Ｐ１０７）によるステップＳ２０５の非検知判定は、動体が無い旨の判定（Ｓ１０８：ＹＥＳ）に基づく非検知判定である。測距判定ルーチン（Ｐ１１７）によるステップＳ２１５の非検知判定は、検知対象までの距離が所定の検知距離の範囲内ではない旨の判定（Ｓ１１８：ＮＯ）に基づく非検知判定である。
　一方、繰り返し途中の測距判定ルーチンで検知対象が有ると判定されるか（Ｓ１１８：ＹＥＳ）、あるいは動体判定ルーチンで動体が有ると判定された場合には（Ｓ１０８：ＮＯ）、吐水が継続される（Ｓ１１９）。

（実施例２）
　本例は、実施例１の自動水栓を基にして、人体検知センサによる検知処理の内容を変更したものである。この内容について、図１３及び図１４のフロー図を参照して説明する。
　図１３及び図１４のフロー図は、図８、図１２のフロー図に対して、それぞれ、ステップＳ３０１の判断を追加した処理を表している。このステップＳ３０１は、吐水中（検知状態）に反射光の光量が不十分となったが（Ｓ１０４→Ｓ１０６：ＹＥＳ）、動体有りと判定されたとき（Ｓ１０８：ＮＯ）に実行される処理ステップである。

　吐水中に反射光の光量が不十分になるような状況としては、例えば、キッチン用の水栓でガラスのコップを洗っている最中に、投射光（ＬＥＤ光）がコップを透過して十分な反射光が返って来ない状況がある。このようなとき、動体有りの判定に応じて吐水を継続すれば、実施例１で説明したように洗い作業中の止水を未然に回避できる。

　このような制御仕様は、次のような状況において不都合を生じるおそれがある。すなわち、洗い水を溜めるためのシンク内に置かれたボウル等が、洗い作業が終わった後、そのまま放置されたような状況である。このような状況では、ボウル内の水面で不完全な反射が生じて低光量の反射光が返ってくる一方、その水面の揺れによって動体有りの判定が繰り返されるおそれがある。このような場合、洗い作業が終わっているにも関わらず、非検知状態の判断が行われずに吐水が継続されてしまうおそれがある。

　このように吐水が継続されてしまう状況に対して、動体有りの判定の連続回数に関する閾値判断である本例のステップＳ３０１の処理が有効に作用する。シンク内に水を張ったボウル等が放置されたような状況では、動体有りの判定の連続回数が閾値を超えることからステップＳ３０１のＹＥＳの判断によって非検知状態と判断し止水への切り換えを実現できる。なお、本例では、動体有りの判定の連続回数に対する閾値（所定回数）として、３回を設定している。

　一方、ガラスのコップなどを洗っている最中では、ガラスのコップの動きや洗い作業を行う手の動きなどによって、反射光を十分に返す状況と、十分に返さない状況と、が交互に繰り返し発生すると考えられる。そのため、洗い作業中等では、反射光の光量が不十分であるが動体が有るという判定が連続的に発生する可能性が少ない。したがって、動体有りの判定の連続回数に上限を設定しても不都合が生じるおそれは少なく、洗い作業中に水が止められてしまうといった不具合が生じることもない。

　なお、その他の構成及び作用効果については、実施例１と同様である。
　本例のステップＳ３０１の処理は、ステップＳ１０８における動体が有る旨の判定の連続回数に関する閾値判断の処理である。本例では、図１３及び図１４の処理ルーチンを約２００ミリ秒周期で実行している。したがって、閾値である３回という連続回数は、約０．６秒（２００ミリ秒×３回）に対応している。
　連続回数に関する閾値判断に代えて、ステップＳ１０８において動体が有ると判定された状況の継続時間に関する閾値判断を実行することも良い。閾値となる所定時間としては、例えば、０．６秒程度の時間を設定できる。
　なお、閾値となる所定回数あるいは所定時間の数値は、本例には限定されない。使用状況等に応じて適宜設定することが良い。
　所定回数あるいは所定時間を調整するための操作手段を設けることも良い。このような操作手段を設ければ、使用者の好みや使用方法に合致した閾値を設定できるようになる。

　以上、実施例のごとく本発明の具体例を詳細に説明したが、これらの具体例は、特許請求の範囲に包含される技術の一例を開示しているにすぎない。言うまでもなく、具体例の構成や数値等によって、特許請求の範囲が限定的に解釈されるべきではない。特許請求の範囲は、公知技術や当業者の知識等を利用して前記具体例を多様に変形、変更、あるいは適宜組み合わせた技術を包含している。

１…人体検知センサ、１５…キッチンカウンター、１６…水栓（自動水栓）、１１…ソレノイド（給水制御手段）、１２…給水配管、１６７…タッチレスセンサ、２…センサユニット、２５Ａ・Ｂ…発光部、２５１…ＬＥＤ素子、２６…撮像部（受光部）、２６０…画素、２６１…ラインセンサ（撮像素子）、２６３…受光領域、３…制御ユニット、３０…制御基板、３１…撮像制御部、３１１…撮像制御手段、３１２…読出手段、３２…検知処理部、３２１…測距判定手段、３２２…動体判定手段、３２４…検知判断手段、３２５…検知出力手段、３３…給水制御部

Claims

　検知対象に向けて光を投射する発光部と、この発光部が投射した光によって生じた反射光を受光する受光部と、を含む光電式の人体検知センサにおいて、
　前記受光部が受光した反射光の受光量が所定の閾値以上か未満かを判定する受光量判定手段と、
　前記受光部に入射する反射光を利用して検知対象までの距離あるいは距離の度合いを表す距離指標を求めると共に、その距離指標が所定の範囲に含まれているか否かによって検知対象の有無を判定する測距判定手段と、
　前記受光部に入射する反射光の時間的な変化を検出して動体の有無を判定する動体判定手段と、
　検知対象を検知している検知状態か非検知状態かを判断する検知判断手段と、を備え、
　この検知判断手段は、前記検知状態下で反射光の受光量が前記所定の閾値以上であるときには、前記測距判定手段により検知対象無しと判定されたことを条件として前記検知状態から前記非検知状態に判断を切り換える一方、
　前記検知状態下で反射光の受光量が前記所定の閾値未満であるときには、前記動体判定手段によって動体無しと判定されたことを条件として前記検知状態から前記非検知状態に判断を切り換える人体検知センサ。
　請求項１において、前記検知判断手段は、前記非検知状態下で前記測距判定手段が検知対象無しと判定しているときには前記非検知状態である旨の判断を維持する一方、
　前記非検知状態下で前記測距判定手段が検知対象有りと判定したときには、前記動体判定手段による判定結果の有無及びその判定結果の内容に関わらず前記非検知状態から前記検知状態に判断を切り換える人体検知センサ。
　請求項１又は２において、前記検知状態下で反射光の受光量が前記所定の閾値未満であるときに前記動体判定手段により動体有りと判定され、これにより前記検知判断手段が前記非検知状態への切り換えを行わなかった判断が、所定回数に渡って連続的に発生するか、あるいは所定時間に渡って継続的に維持されたとき、前記検知判断手段は、前記動体判定手段による判定結果の有無及びその判定結果の内容に関わらず前記検知状態から前記非検知状態に判断を切り換える人体検知センサ。
　請求項１～３のいずれか１項において、前記発光部としては、前記受光部に対してオフセットして配置されていると共にそのオフセット方向の光の拡がりが抑制されたスリット光を投射する第１の発光部と、少なくとも前記オフセット方向に拡がる光を投射する第２の発光部と、が設けられ、
　前記受光部は、光の入射位置について前記オフセット方向に分解能を有しており、
　前記測距判定手段は、前記第１の発光部が投射した光によって生じた反射光について、前記受光部に対する入射位置を特定することにより前記距離指標を求め、
　前記動体判定手段は、前記第２の発光部が投射した光によって生じた反射光を利用して動体の有無を判定する人体検知センサ。
　請求項４において、前記動体判定手段は、前記受光部に入射した光の入射位置の時間的な変位量に関する閾値判断により動体の有無を判定する人体検知センサ。
　請求項４又は５において、前記受光部は、前記第１の発光部と前記第２の発光部とで共用されており、
　前記第２の発光部は、前記第１の発光部と前記受光部との前記オフセット方向の間隙に配置されている人体検知センサ。
　底部に排水口を設けたシンクに吐水する水栓と、
　請求項１～６のいずれか１項に記載された人体検知センサと、
　この人体検知センサが出力するセンサ信号に応じて、前記水栓の吐水・止水の切換、あるいは吐水量の調整を実行する給水制御手段と、を備えた自動水栓。