WO2014103114A1 - 人体検知センサ及び自動水栓 - Google Patents

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WO2014103114A1
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detection
light
human body
unit
specular reflection
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PCT/JP2013/006223
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雄喜 白井
伸明 板頭
裕之 大浦
健太 田中
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株式会社Ｌｉｘｉｌ
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    • G01S17/88—Lidar systems specially adapted for specific applications

Definitions

  • the present invention relates to a human body detection sensor applied to an automatic faucet or an automatic cleaning device for a urinal.
  • automatic faucets that automatically detect the user's hand-holding operation and discharge water automatically, and automatic cleaning devices for urinals that automatically detect the approaching user and supply cleaning water are known. It has been.
  • These automatic faucets and automatic cleaning devices incorporate a human body detection sensor for detecting an approaching human body.
  • a human body detection sensor a sensor in which a light emitting element such as an LED and a light receiving element such as a PSD (Position Sensitive Detector) are offset is known.
  • This human body detection sensor specifies the position where the reflected light from the detection target is incident on the PSD, and measures the distance to the detection target based on the so-called triangulation principle.
  • the PSD is a very simple light receiving element that outputs a signal corresponding to the position of the center of gravity of incident light, and has a feature of low power consumption.
  • information that can be acquired by PSD is only position information, and there is a fact that there are few countermeasures that can be taken when ambient light is incident. Therefore, for example, in an automatic faucet for a wash basin using a human body detection sensor including a PSD, it is difficult to discriminate between diffuse reflected light from the human body surface and specular reflected light from the washbasin. In this automatic faucet, erroneous detection may occur due to the influence of disturbance light such as specular reflection light, and a malfunction may occur such that water discharge is started when no one is present.
  • human body detection sensors using image sensors such as CCD (Charge Coupled Device) and CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) have been proposed. If it is a human body detection sensor using an image sensor, for example, there is a possibility that the detection performance can be improved by using the distribution information of the amount of received light for each pixel to eliminate the influence of ambient light.
  • a human body detection sensor has been proposed in which specular reflected light is identified using the peak intensity of the distribution waveform of the received light amount of each pixel and the waveform shape (particularly kurtosis), thereby reducing false detection due to specular reflected light. (For example, refer to Patent Document 1).
  • specular reflection may occur during human body detection, so if all specular reflection light is determined to be false detection, an erroneous determination of non-detection may occur even though there is a detection target.
  • specular reflection may occur due to the water surface, and it is in use if it is immediately determined as non-detection. Nevertheless, there is a risk of switching to still water.
  • the present invention has been made in view of the above-described conventional problems, and is intended to provide a human body detection sensor and an automatic water faucet that operate properly even when specular reflection occurs during detection of a detection target. is there.
  • a first aspect of the present invention includes an imaging unit including an imaging device in which pixels are arranged one-dimensionally or two-dimensionally, and a light-emitting unit arranged offset from the imaging unit.
  • a specular reflection determination unit that determines whether the reflected light is specular reflection light, wherein the imaging unit receives reflected light generated by the light projected by the unit and detects a detection target;
  • a determination result by the continuation determination unit when it is determined that the reflected light is specular reflection during detection of the detection target.
  • the human body detection sensor determines that the detection determination is maintained when the detection is continued, and the detection determination by the continuation determination unit is not detected when the determination result is not continued.
  • the second aspect of the present invention is a faucet that discharges water into a bowl having a drain outlet at the bottom, the human body detection sensor of the first aspect, and whether the human body detection sensor is in a detection state or a non-detection state.
  • the automatic faucet includes a water supply control unit that switches between water discharge and water stoppage of the faucet using a sensor signal that is output in response to the above.
  • the human body detection sensor includes a specular reflection determination unit that determines specular reflection light and a continuation determination unit that determines whether or not the state where the detection target exists is ongoing.
  • the determination when it is determined as specular reflection light under the detection state differs depending on the determination result by the continuation determination unit. If it is determined that the state where the detection target exists is continuing, the determination of detection is maintained as it is, and if it is determined that it is not continuing, it is determined as non-detection according to the determination of the specular reflection light.
  • specular reflection determination unit determines specular reflection light
  • continuation determination unit determines whether or not the state where the detection target exists is ongoing.
  • the human body detection sensor of the present invention and the automatic faucet provided with the human body detection sensor are products having excellent characteristics that operate properly even when specular reflection occurs during detection of a detection target. .
  • an image sensor using a CCD or CMOS can be used.
  • a method for determining whether or not the state where the detection target exists continues in the continuation determination unit in the present invention in a predetermined period starting from the time when the detection target is detected, A determination method such as determining that the state in which the detection target exists continues is conceivable.
  • the continuation determination unit included in the human body detection sensor detects a temporal change in reflected light to determine the presence or absence of a moving object, and a detection target exists when it can be determined that there is a moving object. It is determined that the state continues (claim 2). If it is determined that there is a moving object during detection of the detection target, there is a high possibility that the detection target exists as it is. The specular reflection light incident in such a situation is highly likely to be reflected light from the detection target side. On the other hand, for example, in the case of specular reflected light from a stationary object such as a bowl surface when applied to an automatic faucet, there is a low possibility that it is determined that there is a moving object.
  • the continuation determination unit included in the human body detection sensor stores and stores the time when the detection target is detected when the specular reflection determination unit determines that the reflected light is not specular reflection light. It is determined that the state in which the detection target exists continues for a predetermined period starting from the time point (claim 3). When it is determined that the reflected light is not specularly reflected light, it is estimated that the detection target is likely to exist as it is in a predetermined period starting from the time when the detection target is detected. In spite of the predetermined period estimated in this way, if the specular reflection light is determined and immediately changed to the non-detection state, an erroneous determination may be induced.
  • the erroneous determination as described above can be avoided in advance.
  • FIG. 1 is a perspective cross-sectional view showing a wash basin equipped with an automatic faucet in Embodiment 1.
  • FIG. FIG. 2 is a cross-sectional view showing a cross-sectional structure of the sensor unit according to the first embodiment (a cross-sectional view taken along line AA in FIG. 1).
  • FIG. 3 is a perspective view showing a line sensor in the first embodiment.
  • 1 is a block diagram showing a system configuration of a human body detection sensor in Embodiment 1.
  • FIG. FIG. 3 is a diagram illustrating a received light waveform by a line sensor in the first embodiment. Explanatory drawing explaining the detection principle using the distance in Example 1.
  • FIG. Explanatory drawing explaining the calculation method of the gravity center position in Example 1.
  • FIG. 3 is a graph showing a distribution of accumulated light reception amount in Example 1. Explanatory drawing of the method in Example 1 which calculates
  • FIG. 3 is an explanatory diagram of a method for determining specular reflection light in the first embodiment. 5 is a graph showing a frequency distribution of shaking of the center of gravity in the first embodiment.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating the swing of the center of gravity in the first embodiment.
  • FIG. 3 is a flowchart showing a flow of detection processing by a human body detection sensor in the first embodiment.
  • FIG. 9 is a flowchart showing the flow of another detection process in the second embodiment.
  • the human body detection sensor 1 is applied to the faucet (automatic faucet) 16 of the washstand 15.
  • the washstand 15 of this example includes a counter 155 provided with a bowl 151 that is recessed in a concave shape, and a faucet 16 having a water discharge port 168.
  • the faucet 16 is erected on a counter top 156 that forms the upper surface of the counter 155.
  • a drainage port 152 for draining water is disposed at the deepest portion as the bottom of the pot 151.
  • the water faucet 16 has a substantially cylindrical body portion 160 erected on the counter top 156 and a base portion 161 that forms a pedestal of the body portion 160.
  • the trunk portion 160 is supported by the base portion 161 while being inclined toward the bowl 151 side.
  • a substantially cylindrical water discharge portion 162 is attached to the side surface of the body portion 160 facing the bowl 151 side, and a water discharge port 168 is opened at the tip thereof.
  • a filter plate 165 that forms a detection surface of the human body detection sensor 1 is disposed on a side surface of the body portion 160 that is an upper side of the water discharge portion 162.
  • the filter plate 165 is a resin filter that selectively transmits light in the infrared region.
  • Water is supplied to the water outlet 168 of the faucet 16 through a water supply passage in the water supply pipe 12.
  • a water discharge valve (electromagnetic valve) including a solenoid (water supply control unit) 11 is installed in the water supply path, and the water supply path is opened and closed by the water discharge valve.
  • the human body detection sensor 1 of this example is composed of a sensor unit 2 incorporated in a faucet 16 and a control unit 3 for controlling the sensor unit 2 as shown in FIGS.
  • an automatic water supply apparatus is formed by a combination of the human body detection sensor 1 and the solenoid 11.
  • the sensor unit 2 is a unit in which the LED element 251 and the line sensor (imaging element) 261 are accommodated in the casing 21 as shown in FIGS. 1 and 2, and operates by receiving power supply from the control unit 3.
  • the light emitting unit 25 and the imaging unit 26 are arranged in parallel so as to face the filter plate 165 of the faucet 16.
  • the light emitting unit 25 that emits infrared light includes an LED element 251 and a light projecting lens 255.
  • the imaging unit 26 includes a line sensor 261 and a condenser lens 265.
  • the light emitting unit 25 and the imaging unit 26 are arranged offset in the horizontal direction with a partition wall 211 having a light shielding property interposed therebetween.
  • the LED element 251 is a light emitting element in which the LED chip 250 mounted in the cavity of the package substrate is sealed with a transparent resin 254 as shown in FIG.
  • the LED element 251 is covered with a light-shielding element case 252 provided with a slit hole 253 in the vertical direction (vertical direction). According to the light emitting unit 25, it is possible to project a sharp slit light whose horizontal divergence angle is suppressed toward a detection target.
  • the line sensor 261 is an imaging sensor in which pixels 260 for converting the amount of received light into an electrical physical quantity are arranged one-dimensionally as shown in FIGS.
  • the line sensor 261 has 64 pixels 260 as effective pixels. In the line sensor 261, a light receiving area 263 is formed by these 64 pixels 260.
  • the line sensor 261 includes an electronic shutter (not shown), and the light reception (exposure) time of each pixel 260 can be adjusted using the electronic shutter.
  • the line sensor 261 outputs imaging data every time a light receiving operation is executed.
  • the imaging data of this example is one-dimensional digital data in which 256-gradation pixel values representing the amount of received light are arranged in the order in which the pixels 260 are arranged.
  • the line sensor 261 is incorporated so that the longitudinal direction (x direction) of the light receiving area 263 coincides with the offset direction of the light emitting unit 25 and the imaging unit 26.
  • This sensor unit 2 is incorporated in the faucet 16 so that the bowl surface 150 which is the inner peripheral surface of the bowl 151 is expected by the light receiving area 263 of the line sensor 261. If there is no shielding object such as a hand in the imaging direction of the line sensor 261, the bowl surface 150 is included in the imaging range.
  • the control unit 3 is a unit that controls the sensor unit 2 and the solenoid 11 as shown in FIGS. 1 and 4, and operates with electric power supplied from a commercial power source.
  • the control unit 3 includes a control board 30 that controls the sensor unit 2 and the solenoid 11.
  • the control board 30 is provided with an imaging control unit 31 that controls the line sensor 261 and the LED element 251, a detection processing unit 32 that executes detection processing, and a water supply operation control unit 33 that controls the solenoid 11. .
  • the imaging control unit 31 includes an imaging operation control unit 311 that controls the LED element 251 and the line sensor 261, and a reading unit 312 that reads imaging data (a received light waveform indicating a distribution of received light amount of each pixel 260) from the line sensor 261.
  • the imaging operation control unit 311 controls the imaging operation in which the LED element 251 emits light and the line sensor 261 receives light.
  • the cycle of the imaging operation is set to about 250 milliseconds.
  • the imaging control unit 31 reads the received light amount of each pixel every time imaging is performed, and outputs a received light waveform as shown in FIG.
  • the horizontal axis indicates the pixel number (pixel position) x
  • the vertical axis indicates the amount of received light D (x).
  • the detection processing unit 32 includes a distance measuring unit 321 that performs distance measurement to a detection target, a specular reflection determination unit 322 that determines whether the light is specular reflection light, and a usage state (a state where the detection target exists).
  • a continuation determination unit (usage determination unit) 323 that determines whether or not it is continuing, a detection determination unit 324 that determines whether it is in a detection state or a non-detection state, and a detection output that outputs a detection signal (sensor signal) under the detection state Part 325.
  • the distance measuring unit 321 measures the barycentric position of the light reception waveform (see FIG. 5) of the reflected light from the detection target as a distance index value representing the distance.
  • FIG. 6 representing the positional relationship between the sensor unit 2, the bowl surface 150, and the user's hand
  • the incident position is different.
  • the incident position of the reflected light incident on the line sensor 261 is on the upper side in the figure, and as the distance H is longer, the incident position is on the lower side.
  • the incident position of the reflected light with respect to the line sensor 261 is proportional to the distance to the detection target, and can be an index value representing the degree of this distance.
  • the center of gravity of the received light waveform is handled as the incident position.
  • a detection area predetermined range
  • the center of gravity position belongs to this detection area is detected at the detection distance of FIG. This is completely synonymous with the determination of whether or not a target exists.
  • the distance measuring unit 321 first integrates the received light amount D (x) for each pixel constituting the received light waveform as shown in FIG.
  • the sum SD of the pixel values of is obtained.
  • the total sum SD in Equation 1 corresponds to the area of the region indicated by the hatching in the lower right direction in FIG.
  • the barycentric position is specified using the first pixel (N ⁇ 1) and the second pixel (N) where the magnitude relationship between (x) and SD / 2 is switched.
  • the distance measuring unit 321 assumes that S (x) linearly changes between S (N ⁇ 1) having a smaller pixel number and the second pixel (N) having a larger pixel number.
  • the shift is made to the second pixel (N) side by the amount of OFFSET (deviation shown in FIG. 9) of Formula 4 obtained by modifying the proportional formula of Formula 3 established under the above assumption.
  • This position is identified as the barycentric position (the position of the black circle calculated by Equation 5) with sub-pixel accuracy.
  • control unit 3 of the present example has a storage area for storing the position of the center of gravity specified by the distance measuring unit 321.
  • this storage area the past two centroid positions are stored, and each time a new centroid position is specified, the older data is erased and rewritten with new centroid position data.
  • the specular reflection determination unit 322 determines specular reflection light using a light reception waveform (see FIG. 5) by the line sensor 261. In this example, it appears prominently when the specular reflection light from the bowl surface 150 or the like (waveform a in FIG. 10) and the diffuse reflection light from the human body surface (waveform b in FIG. 10) are normalized with the peak value. Specular reflection light is determined using the difference in kurtosis. As is known from FIG. 10, the diffusely reflected light from the detection target such as a human body has a broad waveform, while the specularly reflected light from the bowl surface 150 or the metal fitting has a sharp and sharp kurtosis waveform. . In the figure, the horizontal axis indicates the pixel number x, and the vertical axis indicates the ratio of the amount of received light.
  • the specular reflection determination unit 322 of this example provides a threshold value ⁇ for the rising slope gradient toward the peak value of the received light waveform, and the rising slope slope ⁇ of the waveform is larger than this. Sometimes it is determined as specular reflection light. Instead of or in addition to this, it is also possible to detect the specular reflection light by setting a threshold value with respect to a falling slope gradient away from the peak of the received light waveform.
  • the horizontal axis indicates the pixel number x
  • the vertical axis indicates the amount of received light D (x).
  • the continuation determination unit 323 determines the presence / absence of a moving object by detecting the fluctuation of the center of gravity (temporal change in the position of the center of gravity of the reflected light) specified with the sub-pixel accuracy of 1/10 pixel as described above. It is determined from the result whether or not the use state continues.
  • the human body detection in this example shows that the center of gravity of the moving object exceeds 5 subpixels while the center of gravity of the reflected light from the stationary object is about 1 to 2 subpixels.
  • the threshold for moving object determination is set to 5 subpixels.
  • the horizontal axis in FIG. 12 indicates the number of subpixel pixels, and the vertical axis indicates the ratio of the appearance frequency to the overall frequency.
  • the continuation determination unit 323 determines that there is a moving object when the fluctuation of the center of gravity obtained with subpixel accuracy exceeds 5 subpixels for two light reception waveforms that are temporally continuous as shown in FIG. Is determined to be ongoing.
  • the detection determination unit 324 appropriately combines the position of the center of gravity specified by the distance measurement unit 321, the determination result by the specular reflection determination unit 322, and the determination result by the continuation determination unit 323, and is in a detection state or a non-detection state. Make a final decision on whether there is.
  • the detection output unit 325 starts outputting the detection signal, which is a sensor signal, to the solenoid 11 when the detection determination unit 324 determines that the detection state is detected, and stops outputting the detection signal in response to the determination change to the non-detection state. To do.
  • the solenoid 11 receives the sensor signal from the detection determination unit 324, the solenoid 11 opens the water supply path so that water is discharged from the faucet 16.
  • the solenoid 11 closes the water supply path so that the faucet 16 is stopped.
  • the solenoid 11 switches the water discharge and water stop of the faucet 16 by using the sensor signal output from the detection output unit 325 according to the detection result of the detection determination unit 324 of the human body detection sensor 1. To do.
  • the control unit 3 first executes a distance measurement process P101 using reflected light from the detection target.
  • This distance measurement process P101 is started by a series of imaging operations under the control of the control unit 3.
  • the imaging control unit 31 of the control unit 3 continuously executes the exposure (light reception) of the line sensor 261 synchronized with the light emission of the LED element 251 and the exposure of the line sensor 261 under no light emission, and receives the light twice.
  • the received light amount D (x) of the time difference is obtained for each pixel.
  • the distance measuring unit 321 of the control unit 3 determines the distance to the detection target on the assumption that the received light amount D (x) of any pixel constituting the received light waveform exceeds the received light amount threshold value (see FIG. 5).
  • the position of the center of gravity serving as the index value is specified with a sub-pixel accuracy of 1/10 pixel.
  • the control unit 3 stores the latest two centroid position data, and when a new centroid position is newly specified, the old centroid position data is deleted and rewritten with new data.
  • the ranging unit 321 of the control unit 3 uses the barycentric position of the reflected light specified as the distance index value, and determines whether or not the detection target is located within the detection distance (S102). As described above, the distance measuring unit 321 of the control unit 3 of the present example determines whether the center of gravity of the received light waveform belongs to the detection area (see FIG. 5), so that the detection target is the detection distance. (See FIG. 6).
  • the detection determination unit 324 of the control unit 3 determines that it is in the non-detection state (S129).
  • the specular reflection determination unit 322 of the control unit 3 executes the specular determination process P103.
  • the specular reflection determination unit 322 of the control unit 3 determines whether or not the rising slope gradient ⁇ that reaches the peak exceeds a preset threshold value ⁇ (see FIG. 11) for the received light waveform, and reflects light. It is determined whether or not is specular reflection light.
  • the detection determination unit 324 of the control unit 3 determines that the detection state is detected (S105), and executes the next imaging operation at a cycle of 250 milliseconds.
  • the detection process part 32 of the control unit 3 performs the judgment whether it is under water discharge (detection state) (S115).
  • the detection determination unit 324 of the control unit 3 maintains the determination that it is in the non-detection state (S129) when it is not water discharge (S115: NO).
  • the continuation determination unit 323 of the control unit 3 executes the moving object determination process P116.
  • a threshold value determination is performed as to whether or not the difference (sway of the center of gravity) between the previous center of gravity position stored in the control unit 3 and the newly specified center of gravity position is 5 subpixels or more. Is done.
  • the continuation determination unit 323 of the control unit 3 determines that there is a moving object when the temporal difference in the center of gravity position exceeds 5 subpixels, and determines that there is no moving object when the difference is 5 subpixels or less.
  • the detection determination unit 324 of the control unit 3 maintains the determination of the detection state even if it is determined as specular reflection light in step S104 (S104: NO) (S105). . That is, when the specular reflection determination unit 322 determines that the reflected light is specular reflection light during detection of the detection target, the continuation determination unit 323 determines that the state where the detection target exists is continuing. Maintains the detection judgment. On the other hand, when it is determined that there is no moving object (S117: NO), the continuation determining unit 323 of the control unit 3 determines whether or not the determination of no moving object is performed twice (S128).
  • the detection determination unit 324 of the control unit 3 maintains the determination of the detection state regardless of the determination result of no moving object (S105), and executes the next imaging operation.
  • the detection determination unit 324 of the control unit 3 switches the determination from the detection state to the non-detection state (S129). That is, when the specular reflection determination unit 322 determines that the reflected light is specular reflection light during detection of the detection target, the continuation determination unit 323 determines that the state where the detection target exists is not continuing. Is determined not to be detected.
  • the human body detection sensor 1 provided in the automatic faucet 16 of this example determines whether or not the use state is continuing. It has a function to judge. This human body detection sensor does not immediately switch the determination to the non-detection state even if it is determined as the specular reflection light in the detection state, and switches to the non-detection state according to the determination as to whether or not the use state continues. to decide.
  • Such an operation specification is very effective in a situation where, for example, a user tries to collect water on the palms of both hands for face washing.
  • specular reflection may occur on the surface of the water, and if it is immediately switched to the non-detection state in response to the incidence of the specular reflection light, the water may be stopped while the water is being stored. It is.
  • the direction of the specular reflection fluctuates according to the shaking of the water surface, etc., or the diffuse reflection by the surface of the hand dominates instead of the specular reflection. Is likely to change.
  • the human body detection sensor 1 of the present example that detects the fluctuation of the center of gravity of the reflected light, it is possible to accurately detect a use situation in which water is accumulated on the palms of both hands and determine the continuation of the use state with high certainty. 16 malfunctions can be avoided in advance.
  • the automatic faucet 16 of this example can operate properly even when specular reflected light is generated during use, and has excellent characteristics such as water stoppage during use and less malfunction. It is a stopper.
  • the detection determination unit 324 of this example determines that the light is specularly reflected from a stationary object when the situation where it is determined that the light is specularly reflected and that there is no moving object continues twice (see FIG. 14). Step S128).
  • count it is not limited to 2 times of this example. It is preferable to set as appropriate according to the usage situation. Instead of the number of times, it is also possible to make a threshold judgment regarding the duration of the same situation.
  • the specular reflection determination unit 322 of this example determines whether or not the light is specular reflection light using the gradient of the received light waveform (see FIG. 11).
  • the method for determining the specular reflection light is not limited to this example. It is also possible to quantify the specular reflection light by quantifying the kurtosis of the received light waveform by determining the threshold value regarding the lateral width formed by the pixel group exhibiting the received light amount of 50% of the peak value. In addition, it is also possible to determine the specular reflection light by quantifying the kurtosis of the received light waveform by statistical values such as standard deviation, and by quantifying the kurtosis by the frequency component of the received light waveform extracted by applying Fourier transform etc. It is also possible to determine the specular reflection light.
  • the continuation determination unit 324 in this example performs moving object determination based on the shaking of the center of gravity position (incident position of reflected light) of the received light waveform.
  • the moving object may be determined by threshold determination regarding the temporal difference between the received light waveforms illustrated in FIG.
  • the moving object may be determined by threshold determination regarding temporal variation of the amount of light received by the pixel corresponding to the detection target.
  • the distance measuring unit 321 in this example obtains the position of the center of gravity of the received light waveform when specifying the incident position of the reflected light. Instead of the position of the center of gravity, the peak position of the received light waveform may be specified as the incident position. Furthermore, in this example, the centroid position is calculated by simple calculation. However, if there is a margin in calculation processing capacity, the centroid position of the received light waveform may be calculated mathematically strictly.
  • this example is an example which applied the human body detection sensor 1 to the faucet 16 of the washstand 15, the faucet for kitchens may be sufficient. Furthermore, it is also possible to apply the human body detection sensor 1 of this example as a sensor of an automatic water supply device for a toilet bowl with an automatic cleaning function. Furthermore, the human body detection sensor 1 of this example can also be applied to various automatic devices such as a hand-holding operation and lighting or automatic doors that automatically turn on in response to a human body.
  • the sensor unit 2 and the control unit 3 are configured separately. Instead of this, the sensor unit 2 and the control unit 3 may be configured integrally and accommodated in the faucet 16. Moreover, although the human body detection sensor 1 of this example contains the water supply operation control part 33, the water supply operation control part 33 can also be comprised separately.
  • the imaging unit 26 only needs to be able to capture the reflected light, and may include an image sensor in which pixels are two-dimensionally arranged instead of an image sensor in which pixels are one-dimensionally arranged.
  • the water supply control part 11 should just perform switching of the water discharge of the faucet 16 and switching of water stop by opening and closing a water supply path using the sensor signal output from the detection output part 325 of the human body detection sensor 1, and solenoid
  • a water discharge valve including a stepping motor or the like may be used instead of the water discharge valve including.
  • FIG. 4 shows functional blocks that can be realized by cooperation of hardware and software, but these functional blocks may be realized in various forms by a combination of hardware and software.
  • Example 2 This example is an example in which the configuration of the continuation determination unit (reference numeral 323 in FIG. 4) is changed based on the human body detection sensor of the first embodiment. The contents will be described with reference to FIG. In addition, the same code
  • the continuation determination unit according to the first embodiment determines whether or not the use state is continued according to the moving object determination.
  • the continuation determination unit of this example stores a time point when the human body is detected, and a predetermined time (this time) In the example, it is presumed that the use state continues for 2 seconds).
  • the flow of detection processing by the human body detection sensor of this example will be described with reference to FIG. Here, it demonstrates centering on difference with Example 1.
  • FIG. When the human body is detected within the detection distance by the distance measuring unit 321 and the reflected light is determined not to be specularly reflected by the specular reflection determining unit 322 (S102: YES ⁇ S104: YES), the control unit 3 is continued. The determination unit stores the time To at that time (S205).
  • the continuation determination unit is the difference between the stored time To and the current time T. It is determined whether or not the elapsed time is within a predetermined time (S217). If this elapsed time is within the predetermined time (S217: YES) and the same determination has not occurred four times in succession (S218: NO), the detection determination unit 324 of the control unit 3 uses the specular reflected light. Even if it is determined, the determination of the detection state is maintained (S105).
  • the detection determination unit of the control unit 3 324 changes the determination from the detection state to the non-detection state (S129).
  • the time when the human body that is the detection target can be detected by the reflected light that is not the specularly reflected light is set as the timing that serves as the determination criterion.
  • the specular reflection light within the predetermined time (2 seconds in this example) from that time is ignored, and the detection state determination is maintained as it is even if the specular reflection light is incident.
  • the determination is switched to the non-detection state even if the elapsed time is within the predetermined time. For example, when water is collected in the palm of both hands for washing the face, specular reflection or diffuse reflection occurs due to shaking of the water surface. In such a situation, experimental knowledge that there is little possibility of being determined to be specularly reflected light four or more times is the basis of the operation specifications as described above.
  • the continuation determination unit 324 of this example sets 2 seconds as the predetermined time. About this predetermined time, it can change suitably.
  • An operation unit for adjusting the predetermined time may be provided so that the user can set it according to his / her preference.
  • the number of consecutive times that the specular reflection light is allowed to enter is not limited to four times in this example, and can be changed as appropriate.
  • SYMBOLS 1 Human body detection sensor, 15 ... Wash-stand, 16 ... Water tap (automatic water tap), 11 ... Solenoid (water supply control part), 12 ... Water supply piping, 2 ... Sensor unit, 25 ... Light emission part, 251 ... LED element, 26 ... Imaging unit, 260 ... Pixel, 261 ... Line sensor (imaging element), 263 ... Light receiving area, 3 ... Control unit, 30 ... Control board, 31 ... Imaging control unit, 311 ... Imaging operation control unit, 312 ... Reading unit , 32 ... Detection processing section, 321 ... Ranging section, 322 ... Specular reflection determination section, 323 ... Continuation determination section (use determination section), 324 ... Detection determination section, 325 ... Detection output section, 33 ... Water supply operation control section
  • the present invention can be used in the field related to human body detection sensors.

Abstract

　人体検知センサ１は、検知対象の検知状態であるか非検知状態であるかを判断する検知判断部３２４と、ラインセンサ２６１に入射した反射光が鏡面反射光であるか否かを判定する鏡面反射判定部３２２と、検知対象が存在する状態が継続しているか否かを判定する継続判定部３２３と、を備え、検知判断部３２４は、検知状態と判断している最中に鏡面反射光が検出されたとき、継続判定部３２３による判定結果が継続中の場合には検知状態の判断結果をそのまま維持し、それ以外の判定結果の場合には非検知状態に判断を変更する。

Description

人体検知センサ及び自動水栓
　本発明は、自動水栓や小便器用の自動洗浄装置などに適用される人体検知センサに関する。
　従来より、使用者の手かざし操作を検知して自動的に吐水する自動水栓や、近づいて来た使用者を検知して自動的に洗浄水を供給する小便器用の自動洗浄装置などが知られている。これら自動水栓や自動洗浄装置などには、接近した人体を検知するための人体検知センサが組み込まれている。このような人体検知センサとしては、ＬＥＤ等の発光素子と、ＰＳＤ（Position Sensitive Detector：光位置センサ）等の受光素子と、がオフセット配置されたセンサが知られている。
　この人体検知センサは、検知対象からの反射光がＰＳＤに入射した位置を特定し、いわゆる三角測量の原理により検知対象までの距離を計測している。ＰＳＤは、入射光の重心位置に応じた信号を出力する非常にシンプルな受光素子であり、低消費電力であるという特徴がある。一方、ＰＳＤで取得できる情報は位置情報のみであり、外乱光入射時に採り得る対処方法が少ないという実情がある。それ故、例えば、ＰＳＤを含む人体検知センサを利用した洗面台の自動水栓では、人体表面による拡散反射光と、洗面鉢からの鏡面反射光と、の識別の難易度が高くなっている。この自動水栓では、鏡面反射光などの外乱光の影響で誤検知が生じ、誰もいないのに吐水が開始されるといった誤作動が起きるおそれがある。
　検知性能の向上を目的として、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）やＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）等の撮像素子を利用した人体検知センサが提案されている。撮像素子を利用した人体検知センサであれば、例えば、画素毎の受光量の分布情報等を活用して外乱光の影響を排除し、検知性能を向上できる可能性がある。例えば、各画素の受光量の分布波形のピーク強度や波形の形状（特に尖度）を利用して鏡面反射光を識別し、これにより鏡面反射光による誤検知を低減した人体検知センサが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
特開２０１２－７７４７２号
　ところで、稀に、人体の検知中に鏡面反射が発生することがあるため、鏡面反射光を全て誤検知と判定すると、検知対象が存在するにも関わらず非検知という誤った判定が発生する可能性がある。例えば、自動水栓等への適用では、顔を洗うために両手の手の平で水を溜めているとき、その水面によって鏡面反射が発生することがあり、直ちに非検知と判定すると使用中であるにも関わらず止水に切り換わってしまうおそれがある。
　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、検知対象の検知中に鏡面反射が発生しても適切に動作する人体検知センサ、及び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、１次元あるいは２次元的に画素が配列された撮像素子を含む撮像部と、この撮像部に対してオフセットして配置された発光部と、を備え、この発光部が投射した光によって生じた反射光を前記撮像部が受光して検知対象を検知する人体検知センサであって、反射光が鏡面反射光であるか否かを判定する鏡面反射判定部と、検知対象が存在する状態が継続中か否かを判定する継続判定部と、を備え、検知対象の検知中に前記反射光が鏡面反射光であると判定されたとき、継続判定部による判定結果が継続中の場合には検知の判断を維持し、継続判定部による判定結果が継続中ではない場合には非検知と判断する人体検知センサにある（請求項１）。
　本発明の第２の態様は、底部に排水口を設けた鉢に吐水する水栓と、第１の態様の人体検知センサと、この人体検知センサが検知状態であるか非検知状態であるかに応じて出力するセンサ信号を利用し、水栓の吐水・止水の切替を実行する給水制御部と、を備えた自動水栓にある（請求項４）。
　本発明に係る人体検知センサは、鏡面反射光を判定する鏡面反射判定部と、検知対象が存在する状態が継続中か否かを判定する継続判定部と、を備えている。この人体検知センサでは、検知状態下で鏡面反射光と判定された際の判断が、継続判定部による判定結果に応じて異なっている。検知対象が存在する状態が継続中である旨の判定であれば検知の判断がそのまま維持され、継続中ではない旨の判定であれば鏡面反射光の判定に応じて非検知と判断される。このように、本発明に係る人体検知センサでは、検知対象の検知中に鏡面反射光が入射しても、直ちに非検知と判断することがなく、誤った判断が未然に回避される。
　以上のように、本発明の人体検知センサ、及びこの人体検知センサを備えた自動水栓は、検知対象の検知中に鏡面反射が生じたときにも適切に動作する優れた特性の製品である。
　本発明に係る人体検知センサに適用する撮像素子としては、ＣＣＤやＣＭＯＳを利用した撮像素子を利用できる。
　本発明における継続判定部が、検知対象が存在する状態が継続しているか否かを判定する方法としては、動体検出による動体判定や、検知対象が検知された時点を始期とした所定期間では、検知対象が存在する状態が継続していると判定する等の判定方法が考えられる。
　本発明の好適な一態様の人体検知センサが備える継続判定部は、反射光の時間的な変化を検出して動体の有無を判定し、動体が有ると判定できたときに検知対象が存在する状態が継続していると判定する（請求項２）。
　検知対象の検知中に動体が有ると判定されるような状況であれば、検知対象がそのまま存在している可能性が高い。このような状況で入射した鏡面反射光については、検知対象側からの反射光である可能性が高い。一方、例えば、自動水栓への適用時の鉢面などの静止物による鏡面反射光の場合であれば、動体有りと判定される可能性が低い。そこで、動体有りの判定に応じて検知対象が存在する状態が継続中と判定すれば、検知対象側から偶発的に鏡面反射光が入射した際、非検知と誤判断してしまうおそれを未然に抑制できる。
　第２の態様の自動水栓への適用であれば、例えば、洗顔するために両手の手の平で水を溜めるような使用状況において、その水面によって鏡面反射が発生しても、直ちに止水に切り換わってしまうといった誤作動を未然に回避できる。
　本発明の好適な一態様の人体検知センサが備える継続判定部は、鏡面反射判定部により反射光が鏡面反射光ではないと判定されたとき、検知対象が検知された時点を記憶し、記憶された時点を始期とした所定期間の間、検知対象が存在する状態が継続していると判定する（請求項３）。
　反射光が鏡面反射光ではないと判定されたとき、検知対象が検知された時点を始期とした所定期間においては、検知対象がそのまま存在している可能性が高いと推定される。このように推定される所定期間であるにも関わらず鏡面反射光が判定されたときに直ちに非検知状態に変更すると、誤った判断が誘発されるおそれがある。所定期間では検知対象が存在する状態が継続しているという推定的な判定に基づけば、上記のような誤った判断を未然に回避できる。なお、検知対象の検知中では検知の判断が繰り返し発生する可能性が高いので、検知の判断が発生する毎に所定期間を時間的に後ろへずらしていくと良い。
実施例１における、自動水栓を備えた洗面台を示す斜視断面図。 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、ラインセンサによる受光波形を例示する図。 実施例１における、距離を利用した検知原理を説明する説明図。 実施例１における、重心位置の計算方法を説明する説明図。 実施例１における、積算受光量の分布を示すグラフ。 実施例１における、重心位置をサブピクセル精度で求める方法の説明図。 実施例１における、拡散反射光と鏡面反射光との受光波形の違いを示す図。 実施例１における、鏡面反射光の判定方法の説明図。 実施例１における、重心の揺れの度数分布を示すグラフ。 実施例１における、重心の揺れを例示する図。 実施例１における、人体検知センサによる検知処理の流れを示すフロー図。 実施例２における、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、洗面台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１５を参照して説明する。
　本例の洗面台１５は、図１のごとく、凹状に窪む鉢１５１が設けられたカウンタ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１５５の上面をなすカウンタトップ１５６に立設されている。鉢１５１の底部としての最深部には、水を排水するための排水口１５２が配置されている。
　水栓１６は、カウンタトップ１５６に立設された略円柱状の胴部１６０と、この胴部１６０の台座をなす基部１６１と、を有している。胴部１６０は、鉢１５１側に傾けた状態で基部１６１に支持されている。鉢１５１側に面する胴部１６０の側面には、略円筒形の吐水部１６２が取り付けられ、その先端には吐水口１６８が開口している。この吐水部１６２の上側に当たる胴部１６０の側面には、人体検知センサ１の検知面を形成するフィルタ板１６５が配設されている。フィルタ板１６５は、赤外領域の光を選択的に透過する樹脂製フィルタである。水栓１６の吐水口１６８には、給水配管１２内の給水路を通して水が給水される。給水路にはソレノイド（給水制御部）１１を含む吐水弁（電磁弁）が設置され、吐水弁により給水路が開閉される。
　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。洗面台１５では、この人体検知センサ１と、ソレノイド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、ＬＥＤ素子２５１及びラインセンサ（撮像素子）２６１を筐体２１に収容したユニットであり、制御ユニット３からの電力供給を受けて動作する。センサユニット２では、水栓１６のフィルタ板１６５に面して発光部２５及び撮像部２６が並列して配置されている。赤外光を発する発光部２５は、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２５と撮像部２６とは、遮光性を備えた隔壁２１１を挟んで水平方向にオフセットして配置されている。
　ＬＥＤ素子２５１は、図２のごとく、パッケージ基板のキャビティに実装されたＬＥＤチップ２５０を透明樹脂２５４により封止した発光素子である。発光部２５では、縦方向（鉛直方向）のスリット孔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。この発光部２５によれば、水平方向の拡がり角が抑制されたシャープなスリット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１～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１次元的に配列された撮像センサである。ラインセンサ２６１は、有効画素として６４個の画素２６０を有している。ラインセンサ２６１では、これら６４個の画素２６０により受光エリア２６３が形成されている。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各画素２６０の受光（露光）時間を調整可能である。ラインセンサ２６１は、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、受光量を表す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。
　本例のセンサユニット２では、受光エリア２６３の長手方向（ｘ方向）が、発光部２５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。このセンサユニット２は、ラインセンサ２６１の受光エリア２６３によって鉢１５１の内周面である鉢面１５０が見込まれるよう、水栓１６に組み込まれている。ラインセンサ２６１の撮像方向に手などの遮蔽物がない状態であれば、その撮像範囲に鉢面１５０が包含されることになる。
　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、商用電源から供給される電力により動作する。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を制御する給水動作制御部３３と、が設けられている。
　撮像制御部３１は、ＬＥＤ素子２５１及びラインセンサ２６１を制御する撮像動作制御部３１１と、ラインセンサ２６１から撮像データ（各画素２６０の受光量の分布を表す受光波形）を読み出す読出部３１２とを備えている。撮像動作制御部３１１は、ＬＥＤ素子２５１の発光及びラインセンサ２６１の受光が行われる撮像動作を制御する。本例では、撮像動作の周期が約２５０ミリ秒に設定されている。撮像制御部３１は、撮像を実行する毎に各画素の受光量を読み出し、図５のような受光波形を出力する。同図の横軸は画素番号（画素位置）ｘを示し、縦軸は受光量Ｄ（ｘ）を示している。
　検知処理部３２は、検知対象までの距離測定を実行する測距部３２１と、鏡面反射光であるか否かを判定する鏡面反射判定部３２２と、使用状態（検知対象が存在する状態）が継続中か否かを判定する継続判定部（使用判定部）３２３と、検知状態か非検知状態かを判断する検知判断部３２４と、検知状態下で検知信号（センサ信号）を出力する検知出力部３２５とを備えている。
　測距部３２１は、検知対象からの反射光の受光波形（図５参照。）の重心位置を、距離を表す距離指標値として計測する。センサユニット２と、鉢面１５０と、使用者の手の位置関係を表す図６のごとく、検知対象である手の反射光がラインセンサ２６１に入射する際、手までの距離Ｈに応じてその入射位置が異なってくる。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同図中、上側となり、距離Ｈが長くなるほど下側に位置することになる。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指標値となり得る。本例では、受光波形の重心位置を入射位置として取り扱っている。図５のごとく、検知距離に対応するように受光エリア内に検知エリア（所定の範囲）を設定し、この検知エリア内に重心位置が属するか否かの判定は、図６の検知距離に検知対象が存在するか否かの判定と全く同義となる。
　測距部３２１は、この受光波形を構成する各画素の受光量分布を模式的に表す図７のごとく、まず、受光波形を構成する画素毎の受光量Ｄ（ｘ）を積算し、６４画素の画素値の総和ＳＤを求める。数式１の総和ＳＤは、図７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。受光波形の重心位置は、受光エリア２６３の左端の画素番号ｘ＝ゼロの画素から順番に各画素２６０の画素値を積算した数式２の受光量積算値Ｓ（ｘ）がＳＤ／２に達したときの画素位置として求められる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
　測距部３２１は、画素番号ｘに応じた受光量積算値Ｓ（ｘ）の変化を表す図８のグラフ中、Ｓ（ｘ）＝ＳＤ／２となる箇所を拡大した図９のごとく、Ｓ（ｘ）とＳＤ／２との大小関係が切り替わる第１の画素（Ｎ－１）と第２の画素（Ｎ）を利用して重心位置を特定する。測距部３２１は、画素番号が小さい方のＳ（Ｎ－１）と、画素番号が大きい方の第２の画素（Ｎ）と、の間でＳ（ｘ）が直線的に変化すると仮定した上で、Ｓ（ｘ）＝ＳＤ／２となる重心位置を１／１０画素のサブピクセル（副画素）精度で求めている。
　具体的には、上記のような仮定下で成立する数式３の比例式を変形して得られる数式４のＯＦＦＳＥＴ（図９に示す偏差）の分だけ、第２の画素（Ｎ）側へずらした位置がサブピクセル精度の重心位置（数式５で計算される黒丸の位置）として特定される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
　なお、本例の制御ユニット３は、測距部３２１により特定された重心位置を記憶する記憶エリアを有している。この記憶エリアには、過去２回分の重心位置が格納され、新たな重心位置が特定されるごとに古い方のデータが消去されて新たな重心位置のデータに書き換えられる。
　鏡面反射判定部３２２は、ラインセンサ２６１による受光波形（図５参照。）を利用して鏡面反射光を判定する。本例では、鉢面１５０等からの鏡面反射光（図１０の波形ａ）と、人体表面からの拡散反射光（図１０の波形ｂ）と、をピーク値で正規化したときに顕著に現れる尖度の違いを利用して鏡面反射光を判定している。図１０から知られるように、人体等の検知対象からの拡散反射光はブロードな波形となる一方、鉢面１５０や金具等による鏡面反射光は急峻でシャープな尖度が大きい波形となっている。なお、同図の横軸は画素番号ｘを示し、縦軸は受光量の比率を示している。
　具体的には、本例の鏡面反射判定部３２２は、図１１のごとく、受光波形のピーク値に向かう立上りの傾斜勾配にしきい値αを設け、波形の立上りの傾斜勾配βがこれよりも大きいときに鏡面反射光と判定する。なお、これに代えて、あるいは加えて、受光波形のピークから離れる立下りの傾斜勾配に対してしきい値を設定し、鏡面反射光を検出することもできる。なお、図１１の横軸は画素番号ｘを示し、縦軸は受光量Ｄ（ｘ）を示している。
　継続判定部３２３は、上記のように１／１０画素のサブピクセル精度で特定された重心の揺れ（反射光の重心位置の時間的な変化）を検出して動体の有無を判定し、その判定結果から使用状態が継続しているか否かを判定する。本例では、静止物による反射光の重心の揺れが１～２サブピクセル程度であるのに対して、動体物の大部分では重心の揺れが５サブピクセルを超えているという本例の人体検知センサ１に関する実験的な知見（図１２参照。）に基づき、動体判定の閾値を５サブピクセルに設定している。図１２の横軸はサブピクセル画素数を示し、縦軸は、全体度数に対する出現度数の比率を示している。継続判定部３２３は、図１３のごとく時間的に連続する２つの受光波形について、サブピクセル精度で求めた重心の揺れが５サブピクセルを超えているときに動体有りと判定し、これにより使用状態が継続中と判定する。
　検知判断部３２４は、測距部３２１により特定された重心位置と、鏡面反射判定部３２２による判定結果と、継続判定部３２３による判定結果とを適宜組み合わせて、検知状態であるか非検知状態であるかの最終的な判断を行う。
　検知出力部３２５は、検知判断部３２４が検知状態と判断したとき、センサ信号である検知信号のソレノイド１１への出力を開始し、非検知状態への判断変更に応じて検知信号の出力を中止する。
　ソレノイド１１は、検知判定部３２４からセンサ信号を受けると、水栓１６から吐水されるように給水路を開く。一方、ソレノイド１１は、検知判定部３２４からのセンサ信号の入力が停止すると、水栓１６が止水されるように給水路を閉じる。このように、ソレノイド１１は、人体検知センサ１の検知判定部３２４の検知結果に応じて検知出力部３２５から出力されるセンサ信号を利用して、水栓１６の吐水、止水の切替を実行する。
　次に、以上のように構成された本例の人体検知センサ１による検知処理の流れについて、図１４のフロー図を参照して説明する。
　制御ユニット３は、検知処理において、まず、検知対象からの反射光を利用した距離測定処理Ｐ１０１を実行する。この距離測定処理Ｐ１０１は、制御ユニット３の制御による一連の撮像動作により開始される。制御ユニット３の撮像制御部３１は、ＬＥＤ素子２５１の発光と同期したラインセンサ２６１の露光（受光）と、無発光下のラインセンサ２６１の露光と、を連続的に実行し、２度の受光時の差分の受光量Ｄ（ｘ）を画素毎に求める。この一連の撮像動作によれば、画素毎の差分の受光量Ｄ（ｘ）が分布する図５に例示される受光波形が得られる。この受光波形では、受光量の差分をとることで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精度良く抽出されている。
　制御ユニット３の測距部３２１は、受光波形を構成するいずれかの画素の受光量Ｄ（ｘ）が受光量閾値（図５参照。）を超えていることを前提として、検知対象までの距離指標値となる重心位置を１／１０画素のサブピクセル精度で特定する。上述した通り、制御ユニット３は、最新の２回分の重心位置のデータを記憶しており、新たに重心位置を特定したとき、古い方の重心位置のデータを消去して新たなデータに書き換える。
　制御ユニット３の測距部３２１は、距離指標値として特定された反射光の重心位置を利用し、検知対象が検知距離内に位置するか否かの判定を実行する（Ｓ１０２）。上述した通り、本例の制御ユニット３の測距部３２１は、受光波形の重心位置が検知エリア（図５参照。）に属しているか否かの判定を実行することにより、検知対象が検知距離（図６参照。）に属しているか否かを判定する。
　検知距離内に検知対象が属していないとき（Ｓ１０２：ＮＯ）、制御ユニット３の検知判定部３２４は、非検知状態と判断する（Ｓ１２９）。一方、検知対象が検知距離内に位置する場合（Ｓ１０２：ＹＥＳ）、制御ユニット３の鏡面反射判定部３２２は、鏡面判定処理Ｐ１０３を実行する。制御ユニット３の鏡面反射判定部３２２は、受光波形について、ピークに至る立ち上がりの傾斜勾配βが予め設定された閾値αを超えているか否かの判断（図１１参照。）を実行し、反射光が鏡面反射光であるか否かを判定する。
　反射光が鏡面反射光ではない場合（Ｓ１０４：ＹＥＳ）、制御ユニット３の検知判定部３２４は検知状態と判断し（Ｓ１０５）、２５０ミリ秒の周期で次の撮像動作を実行する。一方、鏡面反射光であった場合には（Ｓ１０４：ＮＯ）、制御ユニット３の検知処理部３２は、吐水中（検知状態）であるか否かの判断を実行する（Ｓ１１５）。制御ユニット３の検知判定部３２４は、吐水中ではないときには（Ｓ１１５：ＮＯ）、非検知状態である旨の判断を維持する（Ｓ１２９）。吐水中のときは（Ｓ１１５：ＹＥＳ）、制御ユニット３の継続判定部３２３は、動体判定処理Ｐ１１６を実行する。
　この動体判定処理Ｐ１１６では、制御ユニット３が記憶する前回の重心位置と、新たに特定された重心位置との差分（重心の揺れ）について、５サブピクセル以上であるか否かの閾値判断が実行される。制御ユニット３の継続判定部３２３は、重心位置の時間的な差分が５サブピクセル超のとき動体有りと判定し、同差分が５サブピクセル以下のとき動体無しと判定する。
　制御ユニット３の検知判定部３２４は、動体有りと判定したときには（Ｓ１１７：ＹＥＳ）、ステップＳ１０４で鏡面反射光と判定されていても（Ｓ１０４：ＮＯ）、検知状態の判断を維持する（Ｓ１０５）。つまり、検知対象の検知中に鏡面反射判定部３２２により反射光が鏡面反射光であると判定されたとき、継続判定部３２３により検知対象が存在する状態が継続中であると判定された場合には検知の判断を維持する。一方、動体無しと判定したときには（Ｓ１１７：ＮＯ）、制御ユニット３の継続判定部３２３は、動体無しの判定が２回連続であったか否かを判断する（Ｓ１２８）。２回連続でなければ（Ｓ１２８：ＮＯ）、制御ユニット３の検知判定部３２４は、動体無しの判定結果に関わらず検知状態の判断を維持し（Ｓ１０５）、次の撮像動作を実行する。２回連続の動体無しの判定であった場合には（Ｓ１２８：ＹＥＳ）、制御ユニット３の検知判定部３２４は、検知状態から非検知状態に判断を切り換える（Ｓ１２９）。つまり、検知対象の検知中に鏡面反射判定部３２２により反射光が鏡面反射光であると判定されたとき、継続判定部３２３により検知対象が存在する状態が継続中ではないと判定された場合には非検知であると判断する。
　以上のように、本例の自動水栓１６が備える人体検知センサ１は、検知対象までの距離を計測する機能、鏡面反射光を判定する機能に加えて、使用状態が継続中か否かを判定する機能を備えている。この人体検知センサは、検知状態下で鏡面反射光と判定しても直ちに非検知状態に判断を切り換えることなく、使用状態が継続しているか否かの判定に応じて非検知状態への切り換えを判断する。
　このような動作仕様は、例えば、使用者が洗顔のために両手の手の平に水を溜めようとする状況において非常に有効である。水の表面で鏡面反射が発生する可能性があり、鏡面反射光の入射に応じて直ちに非検知状態に切り換えてしまうと、水を溜めている最中に水が止められてしまうおそれがあるからである。このように手の平に水を溜める状況では、水面の揺れ等に応じて鏡面反射の方向が変動したり、鏡面反射に代えて手の表面による拡散反射が支配的になる等、主たる反射面が時間的に変化する可能性が高い。反射光の重心の揺れを検出する本例の人体検知センサ１によれば、両手の手の平に水を溜めるような使用状況を精度良く検出して使用状態の継続を確実性高く判定でき、水栓１６の誤作動を未然に回避できる。
　以上のように、本例の自動水栓１６は、使用中に鏡面反射光が発生したときにも適切な動作が可能であり、使用中の止水等の誤作動が少ない優れた特性の水栓である。
　なお、本例の検知判定部３２４は、鏡面反射光と判定されると共に動体無しと判定される状況が２回連続したとき、静止物からの鏡面反射光と判断している（図１４中のＳ１２８の処理ステップ）。この連続回数については、本例の２回に限定されない。使用状況等に応じて適宜設定することが良い。回数に代えて、同様の状況の継続時間に関する閾値判断を行うことも良い。
　本例の鏡面反射判定部３２２は、受光波形（図１１参照。）の傾斜勾配を利用して鏡面反射光であるか否か判定している。鏡面反射光の判定方法は本例には限定されない。ピーク値の５０％の受光量を呈する画素群がなす横幅に関する閾値判断によって受光波形の尖度を定量化し、鏡面反射光を判定することも良い。その他、標準偏差等の統計値によって受光波形の尖度を定量化して鏡面反射光を判定することも良く、フーリエ変換等を適用して抽出される受光波形の周波数成分によって尖度を定量化して鏡面反射光を判定することも良い。
　本例の継続判定部３２４は、受光波形の重心位置（反射光の入射位置）の揺れによって動体判定を行っている。図５に例示される受光波形の時間的な差分に関する閾値判断によって動体判定することも良い。検知対象に対応する画素の受光量の時間的な変動に関する閾値判断により動体判定することも良い。
　本例の測距部３２１は、反射光の入射位置を特定するに当たって、受光波形の重心位置を求めている。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受光波形の重心位置を計算することも良い。
　なお、本例は、洗面台１５の水栓１６に人体検知センサ１を適用した例であるが、キッチン用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、給水動作制御部３３を含んでいるが、給水動作制御部３３を別体で構成することもできる。
　また、撮像部２６は、反射光を撮像できればよく、１次元に画素が配列された撮像素子ではなく、２次元的に画素が配列された撮像素子を含んでもよい。
　また、給水制御部１１は、人体検知センサ１の検知出力部３２５から出力されるセンサ信号を利用して、給水路を開閉して水栓１６の吐水、止水の切替を実行できればよく、ソレノイドを含む吐水弁ではなく、ステッピングモータを含む吐水弁等でもよい。
　また、図４では、ハードウェアとソフトウェアの連携により実現できる機能ブロックを示すが、これら機能ブロックはハードウェアとソフトウェアの組み合わせによりいろいろな形で実現してよい。
（実施例２）
　本例は、実施例１の人体検知センサを基にして、継続判定部（図４中の符号３２３）の構成を変更した例である。この内容について、図１５を参照して説明する。なお、実施例１で説明した要素と同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
　実施例１の継続判定部は、動体判定に応じて使用状態が継続しているか否かの判定を行っている。一方、本例の継続判定部は、鏡面反射判定部３２２により反射光が鏡面反射光ではないと判定されたとき、人体が検知された時点を記憶し、その時点を始期とした所定時間（本例では２秒）の間は使用状態が継続していると推定的に判定する。
　本例の人体検知センサによる検知処理の流れについて、図１５を参照して説明する。ここでは、実施例１との相違点を中心に説明する。
　測距部３２１により検知距離内で人体が検出され、かつ、鏡面反射判定部３２２により反射光が鏡面反射光ではないと判定されたとき（Ｓ１０２：ＹＥＳ→Ｓ１０４：ＹＥＳ）、制御ユニット３の継続判定部は、そのときの時刻Ｔｏを記憶する（Ｓ２０５）。
　吐水中に鏡面反射光と判定されたとき（Ｓ１０４：ＮＯ→Ｓ１１５：ＹＥＳ）に実行される使用時間判定処理Ｐ２１６では、継続判定部は、記憶された時刻Ｔｏと現在時刻Ｔとの差分である経過時間について、所定時間内であるか否かの判定を実行する（Ｓ２１７）。この経過時間が所定時間内であって（Ｓ２１７：ＹＥＳ）、かつ、同様の判断が４回連続で発生していなければ（Ｓ２１８：ＮＯ）、制御ユニット３の検知判定部３２４は、鏡面反射光と判定されても検知状態の判断を維持する（Ｓ１０５）。一方、経過時間が所定時間内であっても（Ｓ２１７：ＹＥＳ）、鏡面反射光の判定に応じた同様の判断が４回連続していれば（Ｓ２１８：ＹＥＳ）、制御ユニット３の検知判定部３２４は、検知状態から非検知状態に判断を変更する（Ｓ１２９）。
　本例の検知処理では、鏡面反射光ではない反射光によって検知対象である人体を検知できた時点が判定の基準となるタイミングとして設定される。その時点からの経過時間が所定期間（本例では２秒）内の鏡面反射光が無視され、鏡面反射光が入射しても検知状態の判断がそのまま維持される。一方、４回連続して鏡面反射光と判定された場合については、上記の経過時間が所定時間内であっても非検知状態へと判断が切り換えられる。例えば、洗顔のために両手の手の平に水を溜める際、水面の揺れ等によって鏡面反射が発生したり拡散反射が発生したりする。このような状況では、４回以上連続して鏡面反射光と判定される可能性が少ないという実験的な知見が上記のような動作仕様の根拠となっている。
　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。
　本例の継続判定部３２４は、所定時間として２秒を設定している。この所定時間については適宜変更可能である。この所定時間を調整するための操作部を設け、使用者が好みに応じて設定できるようにしても良い。
　鏡面反射光の入射を許容する連続回数（Ｓ２１８の閾値）については、本例の４回に限定されず、適宜変更可能である。
　以上、実施例１及び２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あるいは変更した技術を包含している。
１…人体検知センサ、１５…洗面台、１６…水栓（自動水栓）、１１…ソレノイド（給水制御部）、１２…給水配管、２…センサユニット、２５…発光部、２５１…ＬＥＤ素子、２６…撮像部、２６０…画素、２６１…ラインセンサ（撮像素子）、２６３…受光エリア、３…制御ユニット、３０…制御基板、３１…撮像制御部、３１１…撮像動作制御部、３１２…読出部、３２…検知処理部、３２１…測距部、３２２…鏡面反射判定部、３２３…継続判定部（使用判定部）、３２４…検知判断部、３２５…検知出力部、３３…給水動作制御部
　本発明は、人体検知センサに関する分野に利用できる。

Claims (4)

  1. 　１次元あるいは２次元的に画素が配列された撮像素子を含む撮像部と、この撮像部に対してオフセットして配置された発光部と、を備え、この発光部が投射した光によって生じた反射光を前記撮像部が受光して検知対象を検知する人体検知センサであって、
    　前記反射光が鏡面反射光であるか否かを判定する鏡面反射判定部と、
    　検知対象が存在する状態が継続中か否かを判定する継続判定部と、を備え、
    　検知対象の検知中に前記反射光が鏡面反射光であると判定されたとき、前記継続判定部による判定結果が継続中の場合には検知の判断を維持し、前記継続判定部による判定結果が継続中ではない場合には非検知と判断する人体検知センサ。
  2. 　請求項１において、前記継続判定部は、前記反射光の時間的な変化を検出して動体の有無を判定し、動体が有ると判定できたときに検知対象が存在する状態が継続していると判定する人体検知センサ。
  3. 　請求項１において、前記継続判定部は、前記鏡面反射判定部により反射光が鏡面反射光ではないと判定されたとき、検知対象が検知された時点を記憶し、記憶された時点を始期とした所定期間の間、検知対象が存在する状態が継続していると判定する人体検知センサ。
  4. 　底部に排水口を設けた鉢に吐水する水栓と、
    　請求項１～３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検知状態であるか非検知状態であるかに応じて出力するセンサ信号を利用し、前記水栓の吐水・止水の切替を実行する給水制御部と、を備えた自動水栓。
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