JPH057673B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、自動ドアの開閉制御等に用いられる
反射型光電スイツチに関するものである。

〔従来の技術〕

自動ドアの開閉制御における人体検出センサと
して、従来から焦電素子を用いたセンサが使用さ
れている。これは、人体が検知エリアに侵入した
ときの温度変化を検出することにより、人体の侵
入検知を行なつている。

〔発明が解決しようとする課題〕

焦電方式は検知エリアにおいて、所定時間内の
温度変化を検知する動体検知方式であり、以下に
示すような問題点があつた。第１は、人体が検知
エリアに侵入し、そこで所定時間以上にわたつて
静止していると、検知不能となることである。第
２は、熱源を有する人体と異なり、台車等の周囲
温度と変わらないものが検知エリアに侵入したと
きには、これを検知できないことである。第３
は、検知エリア内に太陽光を吸収するマツト等が
設置されている場合には、これが熱を持つことに
なるので、そこに風が吹いたりするとマツトの温
度が所定時間内に変化し、これにより誤動作する
ことである。

そこで本発明は、人体が静止している場合にも
検知することができ、また人体以外のものが侵入
したときにもこれを検知することができ、さらに
太陽光の照射などによつて温度変化があつたとき
にも、誤動作しないようにした反射型光電スイツ
チを提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明に係る反射型光電スイツチは、所定の基
準対象物に対し２本のスリツト光を投射する投光
手段と、２本のスリツト光の反射光束を２本のス
リツト状スポツトに集光させる集光手段と、スリ
ツト状スポツトの長手方向と直交する方向に並べ
て配置された３つの受光部を有し、中間の受光部
から第１の光電流が出力され両側の受光部からそ
れぞれ第２および第３の光電流が得られるように
２本のスリツト状スポツトの集光位置がそれぞれ
独立した３つの受光部の境界部分となるように配
設した受光素子と、第１、第２および第３の光電
流の変化にもとづき基準対象物の前面側に検知対
象物が侵入したことを検知する検知手段とを備え
ており、受光素子は基準対象物からの反射光束を
受光しているときに第１の光電流と第２の光電流
との直流成分の差が所定レベル以下となるように
位置決めされ、検知手段は、第１の光電流と第２
の光電流との直流成分の差を抽出する直流分抽出
手段と、第１の光電流と第３の光電流との変動成
分の差を抽出する変動分抽出手段と、直流分抽出
手段の出力が所定レベル以上となり、かつ、変動
分抽出手段の出力があらかじめ設定された範囲以
上に変化したときに検知対象物が侵入したと判定
する判定手段とを有することを特徴とする。

ここで、２本のスリツト光を投射するための投
光手段は２個の点光源と、これら点光源の配設方
向（第１図）、またはこれと直交する方向（第２
図）に軸を有するシリンドリカルレンズとを含ん
で構成できる。また、シリンドリカルレンズを用
いないときは、互いに平行な方向にそれぞれ複数
の発光素子を配列して構成された２つのアレイ状
光源を有する（第３図）ようにすることで構成で
きる。

〔作用〕

本発明によれば、実質的にスリツト状（帯状）
となつた２本スリツト光が投射され、この反射光
束は２つのスリツト状スポツトとなつて受光素子
に入射される。ここで、スリツト状ポツトは３つ
の受光部間の境界部に位置するので、検知対象物
が侵入するとこれら受光面の出力光電流の比は変
化する。

ここで、中間の受光部と一方の側の受光部との
光電流の差については直流成分を、中間の受光部
と他方の側の受光部との光電流の差については変
動成分を、それぞれ一定レベルと比較しているの
で、静的状態であつても動的状態であつても、こ
のエリアへの人体等の侵入は受光素子の光電流の
変化により検知される。従つて、台車が静止して
いたり、人体が立ち止つていたりしても誤検知し
ない。さらに、台車等のように周囲温度と同一温
度の物体についても、周囲温度と異なる温度の人
体と同様に検知できるだけでなく、太陽光の照射
により基準対象物が高温となつた後に風が吹いて
温度変化があつたときにも、これを誤検知したり
することがない。

〔実施例〕

以下、添付図面を参照して本発明の実施例を説
明する。

第１図は本発明の実施例に係る反射型光電スイ
ツチの全体構成図である。図示の通り、抵抗R₁、
R₂およびコンデンサＣで光源L₁、L₂の電源部１
０が形成され、これは光源、L₁、L₂のアノード
端子に接続されている。光源L₁、L₂のカーソー
ド端子にはトランジスタQ₁、Q₂が接続され、タ
イミングT₁、T₂で光源L₁、L₂を交互にパルス点
燈できる様になつている。光源L₁、L₂の発光光
束は、投光レンズ１により基準対象物である床
（または地面）３の上に集光されている。また、
この集光光束はシリンドリカルレンズ２により、
第１図の紙面に対して垂直方向に光束が所定の角
度θに拡げられている。言いかえれば、基準対象
物である床（または地面）３にはタイミングT₁、
T₂で２本のスリツト光が交互に照射されている
ことになる。照射用スリツト光を形成する方法と
しては、シリンドリカルレンズ２を使用する代り
に、光源L₁、L₂を紙面に対して垂直方向に複数
の発光ダイオード２列に並べて構成してもよい。

第２図および第３図は、このような光源L₁、
L₂の配設方法を示している。すなわち、第２図
では２個の光源L₁、L₂に対してシリンドリカル
レンズ２が組み合され基準対象物３に対して図中
にハツチングで示すスリツト状の領域にビーム光
が投射されている。これに対し、第３図に示す例
では、それぞれ複数の発光素子を各一列に配設し
て２個（２群）の光源L₁、L₂が形成されている。
そして、シリンドリカルレンズは設けられていな
い。この場合には、基準対象物においてスポツト
がハツチングで示すように並ぶことになり、実質
的にスリツト状のビーム光の投射が可能になつて
いる。これらにより、実質的に２本の線光源が形
成され、投光レンズ１によりい対象物上にスリツ
ト光を投映することができる。実際には、第３図
のような線光源方式を用いた方が、照射強度を大
きくできるので、安足した侵入物体の検知が可能
となる。

基準対象物である床（または地面）３で反射さ
れた光束は、間隔Ｂだけ離れた位置の受光レンズ
４により独立した３つの受光部を持つ受光素子５
上にスリツト状に集光される。基準対象物である
床（または地面）３に照射されている２本のスリ
ツト光が、検知対象物である台車または人体によ
つて遮られていない状態で、受光素子５の３つの
受光部で生成された光電流をそれぞれI_A、I_Bおよ
びI_Cとする時に、I_A＝I_B、I_C＝I_A（一定）、の条件が
成り立つ様に、受光素子５を同図に示す矢印方向
に移動させて調整する。言いかえれば、光源L₁
の反射光束が光電流I_A、I_Bを生成させる受光部の
境界に照射される様に、また光源L₂の反射光束
が光源I_A、I_Cを生成させる受光部の境界に照射さ
れる様に、受光素子５の位置を調整すると、 I_A＝I_B、I_C＝I_A（一定） という条件が得られることになる。

次に、検知対象物として第１図に２点鎖線で示
す台車（または人体）６が２本のスリツト光の照
射エリアに侵入すると、反射光束は点線の光路を
経て、受光レンズ４により集光されて受光素子５
に入射する。この時、光電流の状態は I_A＝I_B、I_C＝I_A の状態から I_A＞I_B、I_C＞I_A の状態に変化する。そこで、信号処理回路でこの
変化量を検知することにより、自動ドアの開閉制
御を実行することができる。

第４図に上記実施例で用いる信号処理回路の一
実施例を示す。

光電流I_A、I_BおよびI_CはオペアンプU₁〜U₃で電
流−電圧変換された後、交流成分のみが増幅され
る。さらに、オペアンプU₄〜U₆により反転増幅
され、差動アンプU₇、U₈によりI_A−I_B、I_C−I_Aの
演算が実行される。この差動演算出力はサンプル
アンドホールド回路S₁〜S₄に転送され、サンプル
アンドホールド回路S₁は、光源L₁がパルス点燈
する直前の状態をサンプリングタイムSH1でサン
プリングしてホールドする。そしてサンプルアン
ドホールド回路S₂は、光源L₁がパルス点燈して
いる状態をサンプリングタイムSH2でサンプリン
グしホールドする。同様にして、サンプリングア
ンドホールド回路S₃は光源L₂がパルス点燈する
直前、またサンプリングアンドホールド回路S₄は
パルス点燈状態を、それぞれサンプリングタイム
SH3、SH4でサンプリングしホールドする。

差動アンプU₉は２つのサンプルアンドホール
ド回路S₁、S₂の出力差分を、また差動アンプU₁₀
はサンプルアンドホールド回路S₃、S₄の出力差分
を演算する。サンプルアンドホールド回路S₁、
S₂、S₃およびS₄と差動アンプU₉、U₁₀により、外
乱光成分が重畳された光電流の中から信号成分
（I_A−I_BおよびI_C−I_A）のみを抜き取ることができ
る。

差動アンプU₉の演算出力I_A−I_Bはローパスフイ
ルタU₁₁に入力され、ここで高周波成分が除去さ
れる。すなわち、受光素子５および各オペアンプ
から発生する雑音により、演算出力の電圧値が変
動する。これは、受光素子５から得られる信号電
流I_A、I_BおよびI_Cが微弱な程、増幅のゲインを大
きくしなければならないため、電圧の変動が大き
くなるからである。このため、演算値の平均化を
実行して安定化することにより、コンパレータ
C₁で誤動作のない確実な判定が可能となる。

また、差動アンプU₁₀の演算出力I_C−I_Aはバン
ドパスフイルタU₁₂に入力され、設定された時間
内における変動成分のみが出力される。すなわ
ち、コンパレータC₁の作用により、基準対象物
である床（または地面）に対して検知対象物であ
る台車（または人体）が侵入し、そこで静止して
いる状態での検知（いわゆる静止検知）が可能と
なる。これに対して、コンパレータC₂、C₃の作
用により、検知対象物である台車（または人体）
が設定された時間内に変動している状態での検知
（いわゆる動体検知）が可能となる。

コンパレータC₁は、I_A−I_Bにおける静的変位置
が判定基準電圧V_reflを越えた時に、LOW状態か
らHIGH状態に変化する。これに対して、コンパ
レータC₂、C₃は設定された時間内におけるI_C−I_A
の動的変動量が、３つの抵抗とプラスおよびマイ
ナス電源で設定される判定電圧範囲を越えた時
に、LOW状態からHIGH状態に変化する。コン
パレータC₂、C₃の出力はオワーゲートを介して
動的検知信号として出力され、コンパレータC₁
の静的検知信号とのアンドおよびオワーを取り、
それぞれ出力信号OUT1、OUT2を得ることがで
きる。

自動ドアの開閉制御に出力信号OUT1を使用す
ると、静的検知と動的検知とが同時になされた時
のみドアが開くことになる。たとえば、鉢植の植
物が検出範囲内に置かれている場合を想定する
と、静的検知のみではドアが常に開いた状態に保
持されてしまうが、出力信号OUT1を使用すれば
動的検知がLOW状態となるため、ドアが一度開
いても所定時間内に閉じるように制御することが
できる。これに対して、出力信号OUT2を使用し
た場合には、動的検知あるいは静的検知のどちら
か一方の信号が検知されればドアが開くことにな
る。

第５図は第１図および第４図に示す本発明の実
施例の動作を説明するためのタイミングチヤート
である。

光源L₁は第５図に示すT₁の一定周期でパルス
点燈を繰り返す。タイミングT₁に同期して第４
図に示す差動アンプU₇の演算出力I_A−I_Bが変化
し、サンプリングタイムSH1、SH2によつてパル
ス点燈直前とパルス点燈時の状態がサンプリング
され、差動アンプU₉によりI_A−I_Bの信号成分のみ
が抜き取られる。光源L₂は第５図に示すタイミ
ングT₂の一定周期で、タイミングT₁と同様にパ
ルス点燈を繰り返す。タイミングT₁、T₂は光源
L₁、L₂が交互にパルス点燈を繰り返すようにこ
れらを制御し、従つて光源L₁、L₂が同時に点燈
することはない。以下、同様にI_C−I_Aの変化成分
のみがサンプリングタイムSH3、SH4でサンプリ
ングされ、信号成分のみが抜き取られる。

なお、実施例においては、例えば光源L₁およ
びL₂のパルス点燈動作における繰り返し周波数
は１〔ｋHz〕、パルス幅は30〔μsec〕に設定し、ロ
ーパスフイルタU₁₁のカツトオフ周波数は10〔Hz〕
に設定し、バンドパスフイルタU₁₂の透過周波数
の範囲は0.1〜10〔Hz〕に設定すればよい。これに
より、平均化後の出力電圧のリツプル（バラつき
幅）は平均化前のリツプルの約10分の１におさえ
ることができ、安定した判定が実行できることに
なる。

〔発明の効果〕

以上、詳細に説明した通り本発明では、スリツ
ト（帯状）にビーム光が投射され、このエリアへ
の人体等の侵入は受光素子の光電流の変化により
検知される。従つて、人体が静止している場合に
も検知することができ、また人体以外のものが侵
入したときにもこれを検知することができ、さら
に太陽光の照射などで温度変化があつたときにも
誤動作することがない。

本発明の反射型光電スイツチを自動ドアの開放
制御に応用すれば、従来の焦電方式では不可能で
あつた台車等の検出が可能となるばかりでなく、
動的検知と静的検知の組み合わせにより多様な制
御が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の実施例に係る反射型光電ス
イツチの全体構成を示す図、第２図および第３図
は、光源の配設例を示す斜視図、第４図は、実施
例に係る信号処理回路の回路図、第５図は、信号
処理回路の動作を示すタイミングチヤートであ
る。 １……投光レンズ、２……シリンドリカルレン
ズ、３……基準対象物（床）、４……受光レンズ、
５……受光素子、６……検知対象物（台車）、
L₁、L₂……光源。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 所定の基準対象物に対し２本のスリツト光を
   投射する投出手段と、前記２本のスリツト光の反
   射光束を２本のスリツト状スポツトに集光させる
   集光手段と、前記スリツト状スポツトの長手方向
   と直交する方向に並べて配置された３つの受光部
   を有し、中間の前記受光部から第１の光電流が出
   力され両側の受光部からそれぞれ第２および第３
   の光電流が得られるように前記２本のスリツト状
   スポツトの集光位置がそれぞれ独立した前記３つ
   の受光部のそれぞれの間の境界またはその近傍と
   なるよう配設した受光素子と、前記第１、第２お
   よび第３の光電流の変化にもとづき前記基準対象
   物の前面側に検知対象物が侵入したことを検知す
   る検知手段とを備え、 前記受光素子は前記基準対象物からの反射光束
   を受光しているときに前記第１の光電流と前記第
   ２の光電流との直流成分の差が所定レベル以下と
   なるように位置決めされ、 前記検知手段は、前記第１の光電流と前記第２
   の光電流との直流成分の差を抽出する直流分抽出
   手段と、前記第１の光電流と前記第３の光電流と
   の変動成分の差を抽出する変動分抽出手段と、前
   記直流分抽出手段の出力が前記所定レベル以上と
   なり、かつ、前記変動分抽出手段の出力があらか
   じめ設定された範囲以上に変化したときに前記検
   知対象物が侵入したと判定する判定手段とを有す
   ることを特徴とする反射型光電スイツチ。 ２ 前記投光手段は、２個の点光源と、これら点
   光源の配設方向と同一方向に軸を有するシリンド
   リカルレンズとを含んで構成される請求項１記載
   の反射型光電スイツチ。 ３ 前記投光手段は、２個の点光源と、これら点
   光源の配設方向と直交する方向に軸を有するシリ
   ンドリカルレンズとを含んで構成される請求項１
   記載の反射型光電スイツチ。 ４ 前記投光手段は、２個の前記点光源を時分割
   で交互に点灯駆動する駆動回路を含んで構成され
   る請求項２または３記載の反射型光電スイツチ。 ５ 前記投光手段は、互いに平行な方向にそれぞ
   れ複数の発光素子を配列して構成された２本のア
   レイ状光源を有し、実質的にスリツト状となつた
   ２本のスリツト光を投射する請求項１記載の反射
   型光電スイツチ。 ６ 前記投光手段は、前記２本のアレイ状光源を
   時分割で交互にアレイ単位で点灯駆動する駆動回
   路を含んで構成される請求項５記載の反射型光電
   スイツチ。