JP6029229B2 - 人体検知センサ及び自動水栓 - Google Patents

Description

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、がオフセットして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利点がある。一方、ＰＳＤで取得できる情報は位置情報のみであり、外乱光の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、洗面鉢からの鏡面反射光など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こり得る。

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（例えば、特許文献１参照。）。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。

しかしながら、前記従来の撮像素子を利用した人体検知センサでは、次のような問題がある。すなわち、撮像素子を利用すれば誤検知を抑制できる可能性がある一方、ＰＳＤ等のシンプルな受光素子に比べて消費電力が大きい撮像素子を採用した人体検知センサでは、消費電力が大きくなり良好な省エネルギー性能が得られないおそれがある。

特開２００５−２０７０１２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、ＣＣＤやＣＭＯＳなどの撮像素子を採用することで検知性能の向上を実現すると共に、消費電力の上昇を抑えて良好な省エネルギー性能を実現した人体検知センサ、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、
前記発光部による発光及び前記撮像部による受光が行われる撮像動作を制御する撮像制御手段と、
前記撮像素子を構成する画素の受光量を読み出す読出手段と、
少なくともいずれかの画素の受光量を利用して検知対象の有無を判定する手段であって、判定精度が異なる第１及び第２の判定手段と、
これら第１及び第２の判定手段がいずれも検知対象が有ると判定したときに、検知と判断する検知判断手段と、を備え、
前記第１の判定手段よりも判定精度が高い前記第２の判定手段は、前記第１の判定手段によって検知対象が有ると判定されたことを条件として検知対象の有無の判定を実行し、
前記撮像制御手段による第１の撮像動作に応じて読み出された少なくともいずれかの画素の受光量を利用して前記第１の判定手段が検知対象が有ると判定したとき、前記撮像制御手段により第２の撮像動作が実行されると共に、この第２の撮像動作に応じて読み出された少なくともいずれかの画素の受光量を利用して前記第２の判定手段が検知対象の有無の判定を実行する場合が設けられ、
前記第１の撮像動作と前記第２の撮像動作とでは、前記発光部による発光時間及び／又は発光強度が相違しており、前記第１の撮像動作の方が発光量が小さい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、
前記第１の態様をなす人体検知センサと、
この人体検知センサの検知信号に応じて、前記水栓の吐水・止水の切替、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（請求項５）。

本発明に係る人体検知センサは、検知対象の有無を判定するための２種類の判定手段を備えている。この人体検知センサでは、前記第１の判定手段により検知対象が有ると判定されたとき前記第２の判定手段による判定が実行される。第１の判定手段と第２の判定手段とでは、検知対象の有無の判定精度が異なっており、第１の判定手段の方が判定精度が低く、第２の判定手段の方が判定精度が高くなっている。

一般に、要求される判定精度が高ければ、判定処理の内容が緻密あるいは複雑となる。処理内容が緻密だったり複雑であれば、当然に処理中の計算負荷等が増えることになるので消費電力等が大きくなる。また、前記発光部による発光量を大きくすれば、検知対象からの反射光の強度が大きくなるので、前記撮像素子の熱雑音等の暗電流ノイズが低減されてＳ／Ｎ比が向上し、判定精度が向上する。一方、発光量を大きくすれば、当然ながら消費電力が大きくなる。

本発明に係る人体検知センサでは、判定精度が高い方の前記第２の判定手段による判定の実行条件として、前記第１の判定手段により検知対象が有ると判定されたという条件が設定されている。この人体検知センサでは、検知を実行する都度、前記第２の判定手段による判定を実行する必要がないのでその実行回数を抑制でき、消費電力を抑制できる。特に、例えば、洗面台やキッチン等の自動水栓に前記人体検知センサが適用された場合には、１日のうちの大半を占める止水期間において前記第２の判定手段による判定の実行回数を少なくでき、消費電力を効果的に削減できる。

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、検知性能を損なうことなく消費電力が抑制された省エネ効果の高い優れた製品である。

本発明において、検知対象の有無の判定精度を左右する要因としては、検知対象に向けて前記発光部から投射する光量や、判定処理を実行する際に取り扱う画素の数や、判定処理において実行される処理の種類数や、判定処理の計算において取り扱うデータの有効桁数等がある。
例えば、前記撮像素子の全ての画素を取り扱うことなく取り扱う画素の数を端折れば、計算回数等を低減でき消費電力を少なくできる。一方、判定処理に利用される画素の数が少なくなれば、画像的な情報量が少なくなるので、検知対象の有無の判定精度が低くなる傾向にある。
例えば、反射光の受光量の閾値判断による判定に加えて、その検知対象までの距離を判断する処理を実行すれば、計算負荷が大きくなって消費電力が増えるものの判定精度を効果的に向上できる。例えば、洗面鉢用の自動水栓への適用では、距離を判断することで鉢面等の誤検知を低減でき、検知精度を向上できる。

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。
本発明の第２の態様をなす自動水栓における吐水量の調整としては、吐水開始や、吐水停止や、吐水量の増減等の調整がある。

本発明に係る人体検知センサにおける撮像制御手段による第１の撮像動作に応じて読み出された少なくともいずれかの画素の受光量を利用して前記第１の判定手段が検知対象が有ると判定したとき、前記撮像制御手段により第２の撮像動作が実行されると共に、この第２の撮像動作に応じて読み出された少なくともいずれかの画素の受光量を利用して前記第２の判定手段が検知対象の有無の判定を実行する場合が設けられ、
前記第１の撮像動作と前記第２の撮像動作とでは、前記発光部による発光時間及び／又は発光強度が相違しており、前記第１の撮像動作の方が発光量が小さくなっている。

前記第２の判定手段による判定では、前記発光部の発光量が大きい前記第２の撮像動作が実行される場合がある。この第２の判定手段による判定の実行回数を減らせば、前記発光部による消費電力の大きい前記第２の撮像動作の実行回数を低減でき、消費電力を確実性高く低減できる。

本発明の好適な一態様の人体検知センサにおける撮像制御手段は、前記第１の撮像動作に応じて読み出された画素の受光量がいずれも所定の閾値未満のとき、前記第１の撮像動作よりも前記発光部による発光量が大きい前記第２の撮像動作を実行する一方、いずれかの画素の受光量が所定の閾値以上であるときには、前記第２の撮像動作を実行しないように構成され、
前記第２の判定手段は、前記第２の撮像動作が実行された場合には、この第２の撮像動作に応じて読み出された少なくともいずれかの画素の受光量を利用して検知対象の有無を判定し、前記第１の撮像動作に応じて読み出されたいずれかの画素の受光量が所定の閾値以上であったために前記第２の撮像動作が実行されなかった場合には、前記第１の撮像動作に応じて読み出された少なくともいずれかの画素の受光量を利用して検知対象の有無を判定する（請求項２）。

前記第１の判定手段による判定の際に実行される前記第１の撮像動作では、前記発光部の発光量が小さくなっている。このような第１の撮像動作であっても、検知対象が近接していたり、反射面の反射率が高いような場合であれば、前記第２の判定手段にとっても十分な受光量が得られる場合がある。このような場合、前記第２の撮像動作を実行せず、前記第１の撮像動作による受光量を利用すれば、消費電力が大きい前記第２の撮像動作の実行回数を一層低減でき、消費電力をさらに低減できる。

本発明の好適な一態様の人体検知センサは、前記撮像部と前記発光部とのオフセット方向に、前記撮像素子を構成する画素が配列された領域である受光エリア内の前記反射光の入射位置を特定することにより、三角測量の原理に基づいて検知対象までの距離あるいは距離の度合いを表す計測距離を求める測距手段を備え、
前記第１の判定手段は、画素の受光量に関する閾値判断によって検知対象の有無を判定し、
前記第２の判定手段は、前記計測距離に関する閾値判断を含む判定処理を実行して検知対象の有無を判定し、これにより、判定精度が前記第１の判定手段よりも高くなっている（請求項３）。

距離的な判断を行えば検知対象の有無の判定精度を確実性高く向上できる一方、計算処理が複雑となって消費電力が増える傾向にある。上記のように構成すれば、前記第１の判定手段により肯定的な判定がなされたときのみ、測距のための計算処理を実行すれば良くなる。前記計測距離に関する閾値判断により高い判定精度を実現しつつ、測距の実行回数を抑制することで、平均的な計算負荷を低減して消費電力を抑制できる。
なお、前記計測距離としては、検知対象までの距離の絶対値であっても良いが、この距離に比例する指標であっても良い。この指標としては、例えば、前記受光エリア内の反射光の入射位置等を利用可能である。さらに、この入射位置としては、反射光の受光波形のピーク（最大受光量）の位置や、受光波形の重心位置等を利用できる。

本発明の好適な一態様の人体検知センサは、前記撮像部と前記発光部とのオフセット方向に、前記撮像素子を構成する画素が配列された領域である受光エリア内の前記反射光の入射位置を特定することにより、三角測量の原理に基づいて検知対象までの距離あるいは距離の度合いを表す計測距離を求める測距手段を備え、
前記第１及び第２の判定手段は、いずれも、前記計測距離に関する閾値判断を含む判定処理を実行して検知対象の有無を判定する一方、
前記第２の判定手段に適用される前記計測距離の精度は、前記第１の判定手段に適用される前記計測距離の精度よりも高くなっており、これにより前記第２の判定手段の方が前記第１の判定手段よりも判定精度が高くなっている（請求項４）。

前記計測距離の精度は、前記反射光の入射位置を特定する精度や、各画素の受光量のＳ／Ｎ比等に依存している。例えば、光量が最大となる画素の位置を前記入射位置として特定する簡易的な方法では、入射位置の特定精度を十分に確保できないので、前記計測距離の精度は低くなる傾向にある。一方、受光量の分布波形である受光波形の重心位置等を算出し、その重心位置を前記入射位置として特定すれば、入射位置の特定精度を確保でき前記計測距離の精度が向上する。また、熱雑音等、ある程度の暗電流ノイズが不可避である撮像素子では、適度に大きい受光量が得られるように前記発光部による発光量を大きくすればＳ／Ｎ比を向上できる。前記撮像素子についてＳ／Ｎ比が向上すれば、入射位置の特定精度が高くなり前記計測距離の精度が向上する。

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、止水（非検知状態）中の検知処理の流れを示すフロー図。 実施例１における、発光パターンを示すタイムチャート図。 実施例１における、第１の撮像動作に応じた受光波形を例示する図。 実施例１における、第２の撮像動作に応じた受光波形を例示する図。 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、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、第１の撮像動作に応じた受光波形に適用する閾値の説明図。 実施例１における、その他の発光パターンを示すタイムチャート図。 実施例２における、第１の判定処理及び第２の判定処理の内容を説明する説明図。

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１２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。

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、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、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。赤外光を発光する発光部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が透明樹脂２５４により封止された発光素子である。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を含んでいる。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を制御する撮像制御手段３１１、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）を読み出す読出手段３１２としての機能を備えている。
撮像制御手段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手段である。特に、本例の撮像制御手段３１１は、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、５００ｍ秒。）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。なお、本例の撮像制御手段３１１による撮像動作としては、ＬＥＤ素子２５１の発光時間が４０μ秒の第１の撮像動作と、１６０μ秒の第２の撮像動作と、がある。発光強度は同様であるため、発光時間の長い第２の撮像動作の方がＬＥＤ素子２５１の発光量が大きくなっている。

検知処理部３２は、検知対象の有無を判定する第１及び第２の判定手段３２１・３２２、反射光の入射位置を特定して距離を計測する測距手段３２３、検知か非検知かを判断する検知判断手段３２４、検知と判断されたときに検知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。以下、この検知処理部３２による非検知状態下の検知処理の流れについて、図５の処理フローチャート、図６のＬＥＤ素子２５１の発光タイミングのタイムチャート、及び図７・図８のラインセンサ２６１の受光波形（各画素２６０の受光量の分布波形）を参照して説明する。

非検知状態、すなわち止水中の検知処理では、図５のごとく、発光時間及び露光時間が４０μ秒の第１の撮像動作（Ｓ１０１）、及び第１の判定手段３２１による第１の判定処理（Ｓ１０２）が、検知対象が有ると判定されるまで（Ｓ１０３：ＮＯ）、５００ｍ秒周期（Ｓ１２１）で実行される。５００ｍ秒周期の間欠動作で制御ユニット３が作動するこの間欠動作期間においては、図６中の同期間のＬＥＤ素子２５１の発光パターンに同期してステップＳ１０１の第１の撮像動作が実行される。

なお、本例では、１回の撮像動作の中で、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、が連続的に実行され、２度の受光時の差分の受光量が画素毎に求められる。画素毎の差分の受光量が分布する受光波形では、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ている。このような撮像動作は、他の撮像動作についても同様であり、判定手段３２１、３２２による判定処理は、いずれも差分の受光波形を利用して実行される。

第１の判定手段３２１によるステップＳ１０２の第１の判定処理は、ステップＳ１０１の第１の撮像動作により取得される図７の受光波形を利用して実行される。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の画素の受光量（画素値）を示している。第１の判定処理では、この受光波形をなす各画素２６０の受光量と、所定の受光量閾値と、の比較が行われる。いずれかの画素２６０の受光量が受光量閾値（所定の閾値）を超えていれば、検知対象が有る旨の判定がなされる。

ステップＳ１０２の第１の判定処理で検知対象が有ると判定されたときには（Ｓ１０３：ＹＥＳ）、上記のＳ１０１及びＳ１０２と同じ仕様の第１の撮像動作（Ｓ１０４）及び第１の判定処理（Ｓ１０５）が連続的に繰り返し実行される。ここでは、検知対象が無いと判定されない限り（Ｓ１０６：ＹＥＳ）、繰り返し回数が６回に達するまで（Ｓ１０７：ＮＯ）、２．５０ｍ秒周期（Ｓ１２２）で第１の撮像動作（Ｓ１０４）及び第１の判定処理（Ｓ１０５）が反復して実行される。この第１の反復動作期間においては、図６中の第１の反復動作期間におけるＬＥＤ素子２５１の発光パターンに同期してステップＳ１０４の第１の撮像動作が繰り返し実行される。ステップＳ１０５の第１の判定処理等が６回繰り返される途中で、検知対象が無いと判定された場合（Ｓ１０６：ＮＯ）、５００ｍ秒周期（Ｓ１２１）でステップＳ１０１、Ｓ１０２の第１の撮像動作、第１の判定処理が実行される間欠動作期間に戻る。

ステップＳ１０５の第１の判定処理で６回連続して検知対象有りと判定された場合（Ｓ１０７：ＹＥＳ）、発光時間及び受光時間が１６０μ秒の第２の撮像動作（Ｓ１０８）、及びこの第２の撮像動作により取得される図８の受光波形を利用した後述の第２の判定処理（Ｓ１０９）が実行される。第２の撮像動作（Ｓ１０８）及び第２の判定処理（Ｓ１０９）は、検知対象が無いと判定されるまで（Ｓ１１０：ＮＯ）、２．５１ｍ秒周期（Ｓ１２３）で６回反復して実行される。この第２の反復動作期間において、ステップＳ１０９の第２の判定処理で６回連続して検知対象有りと判定された場合（Ｓ１１１：ＹＥＳ）、検知と判断されて検知信号が出力され（Ｓ１１２）、検知状態へ移行する（Ｓ１１３）。

一方、ステップＳ１０９の第２の判定処理等が６回繰り返される途中で、検知対象無しと判定された場合（Ｓ１１０：ＮＯ）、５００ｍ秒周期（Ｓ１２１）でステップＳ１０１の第１の撮像動作が実行される間欠動作期間に戻る。なお、これに代えて、ステップＳ１１０で検知対象無しと判定された場合の移行先を、ステップＳ１０４の第１の撮像動作としても良い。この場合には、ステップＳ１０４、１０５の第１の撮像動作及び判定処理が再度、繰り返し実行され、これにより、検知対象の有無を再度、確認できる。

なお、本例では、ステップＳ１０４、１０５の第１の撮像動作及び判定処理が繰り返し実行される前記第１の反復動作期間と、ステップＳ１０８、１０９の第２の撮像動作及び判定処理が繰り返し実行される前記第２の反復動作期間とで、その繰り返し周期が相違している。第１の反復動作期間の周期が２．５０ｍ秒に設定されている一方、第２の反復動作期間の周期が２．５１ｍ秒に設定されている。このため、５０Ｈｚあるいは６０Ｈｚ周期で点灯消灯を繰り返す蛍光灯の下でも精度の高い検知が可能になる。

次に、第２の撮像動作（図５中のＳ１０８）により取得される図８の受光波形を利用した前記第２の判定手段３２２による第２の判定処理（同Ｓ１０９）の内容について説明する。この第２の判定処理は、前記測距手段３２３が図８の受光波形について特定する重心位置（入射位置）を利用して実行される。第２の判定処理では、重心位置に当たる画素２６０の受光量に関する閾値判断が実行されると共に、検知対象の検知距離に対応する検知エリア内にその重心位置が属しているか否かの判断が実行される。

本例では、受光波形の重心位置を特定するため、図９のごとく、まず、受光波形を構成する画素毎の受光量データＤ（ｘ）が積算され、６４画素の画素値の総和ＳＤが求められる。この総和ＳＤは、図９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。この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積算値がＳＤ／２に達したときの画素番号Ｎの画素２６０（黒丸で図示）の位置として求められる。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、クロスハッチの領域として把握される。なお、図９の画素毎の受光量の分布は、図８の受光波形を模式的に表したものである。

図５中のステップＳ１０９の第２の判定処理では、まず、この重心位置に当たる画素２６０の受光量が所定の受光量閾値（図８参照。）を超えているか否かの判断がなされる。この閾値判断で否の判断がなされたときには、検知対象無しの判定がなされ、第２の判定処理がそのまま終了される。一方、重心位置に当たる画素２６０の受光量が受光量閾値を超えている場合には、反射光の入射位置を表す受光波形の重心位置が図８及び図９の検知エリア内に属しているか否かの判断がなされる。

図８及び図９の検知エリアは、センサユニット２を利用した三角測量の原理を根拠として、次に説明するように設定されている。
本例の洗面台１５におけるセンサユニット２、鉢面１５０、使用者の手の位置関係は、図１０のごとく模式的に表現できる。ＬＥＤ光のうち検知対象である手による反射光の成分がラインセンサ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となり得る。上記の第２の判定処理に適用される図８及び図９の検知エリアは、検知の対象となる検知距離（図１０）に対応するように受光エリア２６３内に設定されたエリアである。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エリア内であるか否かの判定は、反射光を生じた検知対象の距離が図１０の検知距離の範囲に属しているか否かの判定と全く同義となっている。

以上のように、本例の人体検知センサ１では、画素２６０の受光量に関する閾値判断のみの第１の判定処理と、検知対象までの距離的な判断を含み判定精度が高い第２の判定処理と、が２段階で実行される。判定精度が高い第２の判定処理は、ＬＥＤ素子２５１の発光量が大きい第２の撮像動作を伴って実行される一方、第１の判定処理によって検知対象が有ると判定されたときにしか実行されないので、その実行回数は少なくなっている。

さらに、その第１の判定処理についても、繰り返し実行される際のインターバル時間が長い間欠動作期間と、連続的に６回繰り返し実行される（第１の）反復動作期間と、が設定されている。間欠動作期間の第１において検知対象が有ると判定されたとき、第１の判定処理が６回繰り返し実行される第１の反復動作期間に移行する。非検知状態の大部分は、間欠動作期間が設定され、消費電力が効果的に抑制されている。

このように、本例の人体検知センサ１は、検知性能と省エネルギー性能とが両立された優れた特性を備えたセンサである。そして、この人体検知センサ１を備えた自動水栓１６は、動作信頼性が高く省エネルギー性能が高い優れた製品となっている。

なお、本例では、間欠動作期間において検知対象が有ると判定されたとき、第１の反復動作期間に移行して第１の判定処理を６回繰り返し実行している。さらに、この第１の反復動作期間において検知対象が有ると判定されたとき、第２の反復動作期間に移行して第２の判定処理を６回繰り返し実行している。本例に代えて、第１の反復動作期間を省略し、間欠動作期間から直ちに第２の反復動作期間に移行しても良い。第１の反復動作期間における繰り返し回数、及び第２の反復動作期間における繰り返し回数は、本例には限定されない。これらの回数は異なる回数であっても良く、繰り返しせず、実行回数を１回のみに設定しても良い。但し、処理を繰り返し実行すれば、検知の確実性を向上でき動作信頼性を向上できる。

本例の第１の判定処理では、受光量が所定の受光量閾値（図７参照。）を超えている画素２６０が有るか否かの判断を行い、検知対象の有無を判定している。検知対象の有無を判定するための受光量閾値に加えて、第２の判定処理を実行する際の第２の撮像動作の要否を判断するための受光量閾値を追加設定することも良い。例えば、図１１のごとく、第１の撮像動作による受光波形の中に受光量閾値（Ｈｉｇｈ）を超えている画素２６０が有れば、第２の判定処理を実行するに当たってＬＥＤ素子２５１の発光量の増量は不要であり、第１の撮像動作の発光量で十分と判断できる。このような場合、図１２のごとく、第２の判定処理が実行される第２の反復動作期間では、発光周期を除いて第１の反復動作期間と同様の発光パターンでＬＥＤ素子２５１を発光させると良い。

本例は、ラインセンサ２６１の受光（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するのが良い。なお、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。

（実施例２）
本例は、実施例１の人体検知センサ１を基にして、第１の判定処理の内容を変更した例である。この内容について、図１３を参照して説明する。
本例の第１の判定処理では、実施例１で説明した第２の判定処理と同様、重心位置に当たる画素２６０の受光量に関する閾値判断、及び重心位置が検知エリア内であるか否かの距離的な判断が実行される。本例の第１の判定処理が、第２の判定処理と相違する点は、受光量に関する閾値、及び検知エリアの設定である。

図１３（ａ）のごとく、第１の判定処理では、発光量の小さい第１の撮像動作に対応して、受光量閾値が小さく設定されている。この点については、実施例１と同様である。反射光の受光量が低めの受光波形を対象とする第１の判定処理では、重心位置（入射位置）の特定精度が低くなり、測距精度を十分に確保できない可能性が高い。このことから、第１の判定処理における検知エリアは、第２の判定処理を表す図１３（ｂ）の検知エリアよりも広く設定されている。本例の第１の判定処理では、このような広めの検知エリアの設定により、鉢面１５０等の誤検知を敢えて増やすことで、本来検知するべき対象が排除されるおそれが抑制されている。
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。

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（給水制御手段）、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…撮像制御手段、３１２…読出手段、３２…検知処理部、３２１…第１の判定手段、３２２…第２の判定手段、３２３…測距手段、３２４…検知判断手段、３２５…検知出力手段、３３…給水制御部

Claims (5)

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、
   前記発光部による発光及び前記撮像部による受光が行われる撮像動作を制御する撮像制御手段と、
   前記撮像素子を構成する画素の受光量を読み出す読出手段と、
   少なくともいずれかの画素の受光量を利用して検知対象の有無を判定する手段であって、判定精度が異なる第１及び第２の判定手段と、
   これら第１及び第２の判定手段がいずれも検知対象が有ると判定したときに、検知と判断する検知判断手段と、を備え、
   前記第１の判定手段よりも判定精度が高い前記第２の判定手段は、前記第１の判定手段によって検知対象が有ると判定されたことを条件として検知対象の有無の判定を実行し、
   前記撮像制御手段による第１の撮像動作に応じて読み出された少なくともいずれかの画素の受光量を利用して前記第１の判定手段が検知対象が有ると判定したとき、前記撮像制御手段により第２の撮像動作が実行されると共に、この第２の撮像動作に応じて読み出された少なくともいずれかの画素の受光量を利用して前記第２の判定手段が検知対象の有無の判定を実行する場合が設けられ、
   前記第１の撮像動作と前記第２の撮像動作とでは、前記発光部による発光時間及び／又は発光強度が相違しており、前記第１の撮像動作の方が発光量が小さい人体検知センサ。
2. 請求項１において、前記撮像制御手段は、前記第１の撮像動作に応じて読み出された画素の受光量がいずれも所定の閾値未満のとき、前記第１の撮像動作よりも前記発光部による発光量が大きい前記第２の撮像動作を実行する一方、いずれかの画素の受光量が所定の閾値以上であるときには、前記第２の撮像動作を実行しないように構成され、
   前記第２の判定手段は、前記第２の撮像動作が実行された場合には、この第２の撮像動作に応じて読み出された少なくともいずれかの画素の受光量を利用して検知対象の有無を判定し、前記第１の撮像動作に応じて読み出されたいずれかの画素の受光量が所定の閾値以上であったために前記第２の撮像動作が実行されなかった場合には、前記第１の撮像動作に応じて読み出された少なくともいずれかの画素の受光量を利用して検知対象の有無を判定する人体検知センサ。
3. 請求項１又は２において、前記撮像部と前記発光部とのオフセット方向に、前記撮像素子を構成する画素が配列された領域である受光エリア内の前記反射光の入射位置を特定することにより、三角測量の原理に基づいて検知対象までの距離あるいは距離の度合いを表す計測距離を求める測距手段を備え、
   前記第１の判定手段は、画素の受光量に関する閾値判断によって検知対象の有無を判定し、
   前記第２の判定手段は、前記計測距離に関する閾値判断を含む判定処理を実行して検知対象の有無を判定し、これにより、判定精度が前記第１の判定手段よりも高くなっている人体検知センサ。
4. 請求項１又は２において、前記撮像部と前記発光部とのオフセット方向に、前記撮像素子を構成する画素が配列された領域である受光エリア内の前記反射光の入射位置を特定することにより、三角測量の原理に基づいて検知対象までの距離あるいは距離の度合いを表す計測距離を求める測距手段を備え、
   前記第１及び第２の判定手段は、いずれも、前記計測距離に関する閾値判断を含む判定処理を実行して検知対象の有無を判定する一方、
   前記第２の判定手段に適用される前記計測距離の精度は、前記第１の判定手段に適用される前記計測距離の精度よりも高くなっており、これにより前記第２の判定手段の方が前記第１の判定手段よりも判定精度が高くなっている人体検知センサ。
5. 底部に排水口を設けた鉢に吐水する水栓と、
   請求項１〜４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の検知信号に応じて、前記水栓の吐水・止水の切替、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。

Images