このサイトは、ほんの入り口です

ここにあるのは、だれかが実際に調べ、考え、作ってきたことを集めたメモです。気になったら、ページの下の「参考にした情報源」から、もとの本や記事、それを生み出した人たちに、直接ふれてみてください。このメモには書ききれないおもしろさが、そこにあります。

じどうドアは、どうして ちかづくと あくの?

自動ドアは人を見ていない? ── 「動き」と「変化」を見つけるセンサー

自動ドアのセンサー方式 ── 近赤外線反射・温度差・マイクロ波ドップラーと、検知の限界

分野:技術

じどうドアの まえで、ぼんやり たちどまったら、ドアが しまりかけて びっくりした ことは ありませんか。

ドアは、ちかづく ひとを、どうやって しって いるのでしょう。ドアの うえを よく 見ると、こたえの ヒントが あります。

自動ドアの前で立ち止まっていたら、ドアが閉まりかけた。そんな経験のある人は多いかもしれません。消費者庁も、開いたドアの所で動かずにいると、閉まり始めて挟まれることがあると注意を呼びかけています[1]。

ドアは人を見ているのではなく、何か別のものを見ているようです。雪や虫、風で揺れる旗にも反応することがあるといいます。赤外線とマイクロ波という2つの見つけ方と、古代ギリシャの扉の話から、そのわけをたどります。

建物の自動ドアは、上部のセンサーが通行人の動きを検知すると開き、一定時間検知しないと閉まり始める。消費者庁は、開いたドアの所で静止していると閉まり始めて挟まれる事故があるとして注意を呼びかけている[1]。

センサーは「人」ではなく、反射や温度、電波の変化を見ていると考えると、雪や虫でも開く理由が説明しやすくなる。この記事では、メーカーの解説、特許文献、百科事典的な資料を突き合わせ、方式ごとの得意・苦手と、確かに言えることを整理する。

読み方を切り替えられます。画面の上にある「よみかた」のボタンで、小学校低学年むけ・小学校高学年むけ・中学生むけの3つの書き方に切り替わります。むずかしいと思ったら、いつでもやさしい方に戻ってください。選んだ読み方はブラウザが覚えているので、次に別の記事を開いたときも同じ読み方で始まります。

1. たちどまると、どうして しまりかけるの?

1. 立ち止まると閉まりかける

1. 基本動作と静止時の事故 ── 消費者庁の注意喚起

ふつうの じどうドアは、うえの センサーが ひとの うごきを 見つけると あきます。しばらく なにも 見つけないと、しまりはじめます。しまる とちゅうでも、また 見つけると、もう いちど あきます[1]。

ですから、あいた ドアの ところで じっと していると、センサーが 「だれも いない」と かんがえて しまう ことが あります。ドアの まんなかで とまるのは やめましょう。

一般的なスライド式の自動ドアは、ドアの上にあるセンサーが通行人の動きを見つけると開き、しばらく何も見つけないと閉まり始めます。閉まる途中でも、また見つけると開き直します[1]。

そのため、開いたドアの所で動かずにいると、センサーが動きを見つけられず、閉まり始めて挟まれることがあります。消費者庁の事故情報データバンクには、2009年9月から2018年2月末までに、こうした事故が165件登録されています。事実関係の未確認のものも含まれる件数です[1]。

ただし、静止すれば必ず閉まる、とは言えないようです。センサーの方式や機種によって違うためです。

スライド式自動ドアは、ドア上部のセンサーが通行人の動きを検知すると開き、一定時間検知しなければ閉まり始める。閉動作中に検知すれば再び開く[1]。

消費者庁は、開いたドアの所で静止していると、センサーが動きを検知せず閉まり始めて挟まれることがあるとする。事故情報データバンクへの登録は2009年9月〜2018年2月末で165件で、事実関係が未確認のものを含む[1]。ここでの「動きを検知」は消費者庁の記述の範囲であり、静止物でも反射の差で見える方式(3章)とは、機種によって挙動が異なりうる。

2. ゆきや むしでも、あくことが あるの?

2. 雪や虫、揺れる旗でも開く

2. 誤作動の原因が示すもの ── センサーは「人」を識別していない

じどうドアの センサーを つくる かいしゃの せつめいでは、ゆきや むし、みずたまり、うえきばち、ゆれる はたなどでも、はんのうする ことが あると あります[2]。

ここで ふれた せつめいの センサーは、「ひと」を 見わけて いるのでは なく、「ふだんと ちがう ようす」を 見つけて いる ようです。たとえば、きもちよく ねて いる ねこの ちかくで、ふとんが すこし うごいたら 目を さます のに にて います。ねこは ふとんの 中身までは 見て いません。ただし ほんとうの センサーは、ねこの ような かんがえごとは して いません。

ある大手メーカーのよくある質問には、誤作動の原因として、雪、虫、水たまり、鉢植え、風で揺れる旗などが挙がっています。空調による室内と室外の温度差も、原因になることがあるそうです[2]。ここに書かれているのは特定の機種の話で、すべての自動ドアに当てはまるとはかぎりません。

この一覧を見ると、このメーカーが説明する方式のセンサーは「人か、そうでないか」を見分けているのではなく、決まった範囲で何かが変わったことを見つけているように思えます。眠っている猫の近くで、ふとんが少し動くと目を覚ますようなものです。ただし、センサーは猫のように考えているわけではありません。

メーカーの解説(FAQ)は、誤作動の要因として、雪、虫、水たまり、鉢植え、揺れる旗、空調による室内外の温度差を挙げる[2]。これは特定機種についての記述で、全機種に一般化はできない。

列挙された要因は、いずれも人ではない。このメーカーが説明する方式のセンサーは、対象の種類を識別せず、検出エリア内で反射や温度、電波の状態が変化したことに反応していると解釈できる。次章以降で方式ごとに見る。

3. あかがいせんの センサーは、なにを 見ているの?

3. 赤外線センサーの2つのやり方

3. 赤外線方式 ── 反射の差と温度の差

あかがいせんは、目には 見えない ひかりの なかまです。センサーには、おもに ふたつの やりかたが あると せつめいされて います[2]。

ひとつは、ゆかから はねかえって くる ひかりを 見る やりかたです。だれかが はいって くると、はねかえりかたが かわります。もうひとつは、ゆかと ものの おんどの ちがいを 見る やりかたです。

はねかえりを 見る やりかたは、ひくい ものや くろっぽい ふくが にがてです。おんどを 見る やりかたは、きおんが からだの おんどに ちかい あつい ひに、はんのうしにくく なると いいます[2]。

赤外線は、目に見えない光の仲間です。自動ドアのセンサーには、大きく分けて2つのやり方があると、メーカーは説明しています[2]。

1つは、近赤外線を床に向けて出し、床からの反射と、検出エリアに入った物からの反射の差を見るやり方です。もう1つは、床と物の温度の差を見るやり方です。

それぞれ苦手なこともあります。反射の差を見る方式は、低い物や黒っぽい服だと差が小さくなりがちです。温度の差を見る方式は、気温が体温に近い暑い日に差が小さくなって、反応しにくくなることがあるそうです[2]。

メーカーは1980年に、赤外線を使った自動ドアのセンサーを世界で初めて開発し、製品にしたと自社のサイトで述べています[3]。英語版のウィキペディアも、1980年に赤外線センサーを使った最初の自動ドアが登場したと書いています[4]。ただ、どちらも「世界初」を名のる資料なので、時期は1980年ごろと考えておくのがよさそうです。

メーカーの解説は、赤外線式に2種類あるとする。近赤外線反射方式は、床面からの反射と、検出エリアに入った物体からの反射の差を検出する。もう一方は、床面と物体の温度差を検出する[2]。

限界も方式ごとに異なる。反射方式は低い物体や黒っぽい服で反射差が小さくなり、温度方式は気温が体温に近いとき温度差が小さくなり反応しにくい[2]。

導入時期について、オプテックスは1980年に赤外線自動ドアセンサーを世界で初めて開発・製品化したと自社サイトで述べる[3]。「世界初」は企業の自己申告である。英語版Wikipediaも、1980年に赤外線センサーを使う最初の自動ドアが登場したと記す[4]。ただし双方とも「最初」を述べる二次的な記述で、独立した裏づけとは言いにくいため、1980年ごろと扱う。

4. でんぱで うごきを 見る、って どういうこと?

4. 電波の変化で動きを見る ── マイクロ波とドップラー効果

4. マイクロ波ドップラー方式 ── 周波数のずれで動体を検出

もうひとつの やりかたは、でんぱを つかいます。ドアから でんぱを おくり、ものに あたって かえって きた でんぱを しらべます。

うごいて いる ものに あたると、かえって くる でんぱの ふるえかたが すこし かわります。これは、きゅうきゅうしゃが ちかづくと サイレンが たかく きこえ、とおざかると ひくく きこえるのと おなじ しくみで、ドップラーこうかと いいます[5]。

メーカーは、この しくみの センサーが、マイナス35℃の ひくい きおんでも あんていして うごくと せつめいして います[3]。

もう1つのやり方は、マイクロ波という電波を使います。ドアから電波を出し、動いている物に当たって返ってきた電波を調べます。

動く物に当たると、返ってくる電波の周波数(波の細かさ)が変わります。救急車が近づくとサイレンが高く聞こえ、遠ざかると低く聞こえるのと同じ、ドップラー効果です。特許の文書にも、センサー自身が出す電波と受け取った電波を混ぜ合わせて、動く物体を見つける方式が書かれています[5]。

メーカーは、この方式のセンサーがマイナス35℃の低温でも安定して動くと説明しています[3]。ただし、自動ドアがすべてこの方式というわけではありません。

マイクロ波ドップラー方式は、送信したマイクロ波が動く物体で反射する際に周波数が変化するドップラー効果を利用する。特許文献では、局部発振器のマイクロ波と受信信号を周波数混合して動体を検出する構成が示される[5]。

オプテックスは近赤外線反射方式とマイクロ波ドップラー方式を分けて製品化し、後者は−35℃の低温でも安定動作すると説明する[3]。英語版Wikipediaは、ガン・ダイオードの発明後、1970年代にマイクロ波動体検知器が自動ドアで一般的になったとする[4]。全機種がマイクロ波式ではない点に注意する。

5. むかしの とびらは、ひとを 見て いたの?

5. 古代ギリシャの扉から、マットのドアへ

5. 自動開閉の歴史 ── ヘロンの仕掛けと1954年のマット式

むかしの ギリシャに、ヘロンという ぎじゅつしゃが いました。かみさまの ほこらの とびらを あける しかけを かいた、と つたえられて います[6]。

しかけは、こうです。さいだんの ひで、とじた いれものの くうきを あたためます。おされて でた みずが おもくなり、なわを ひっぱって とびらが あく、というものです。ひとを 見つける しくみでは ありません。じっさいに つくられたかは、わかりません。

そのあと、1954ねんに、ゆかに おく マットの じどうドアが はつめいされたと、えいごの じてんは かいて います[4]。マットに のると、あくのです。

古代ギリシャの技術者ヘロン(1〜2世紀ごろ)は、神殿の扉を自動で開く仕掛けを記したと伝えられています[6]。祭壇の火で、閉じた容器の空気を温めます。押し出された水が重さをかけ、縄を引いて扉が開く、というものです。

人を見つける仕掛けではありません。実際に作られて動いたかどうかも、はっきりしません。それでも、人が近づいたら勝手に扉が開いてほしいという願いは、そのころからあったようです。

英語版のウィキペディアは、1954年にホートンとヒューイットがマットを踏むと開くスライドドアを発明したと記しています[4]。マットの次に、上から見つける赤外線やマイクロ波の方式が広まっていきました。

ヘロン(1〜2世紀ごろ。紀元62年ごろとする説もある)は、祭壇の火で閉じた容器内の空気を温め、押し出された水の重さで縄を引き、神殿の扉を開く仕組みを記したとされる[6]。人を感知する仕組みではなく、実際に製作されたかどうかも確認できていない。

英語版Wikipediaは、1954年にホートンとヒューイットがマット式のスライドドアを発明したと記す[4]。1931年に光学装置で開閉する店のドアが設計されたという記述もあるが、要約経由で一次確認はなく、ここでは断定しない。マット式の後、1970年代のマイクロ波、1980年前後の赤外線(3・4章)と、感知の方式が変遷した。

6. ドアが あくまで、どうして じかんが かかるの?

6. 見つけてから開くまでの時間差と、補助のセンサー

6. 検知から開放までの遅れと補助光電センサー

センサーが 見つけてから、ドアが あくまでは、すこし じかんが かかります。はしって とおったり、ななめから はいったり すると、ドアが ひらく まえに ぶつかる ことが あります[1]。じどうドアの まえでは、あるいて ちかづきましょう。

ドアの なかには、しまる とちゅうで ひとが いると、もどって ひらく ように なって いる ものも あります。ただし、ドアと かべの すきまは、センサーの 見える はんいの そとです[1]。

センサーが見つけてから、ドアが大きく開くまでには時間差があります。走って通り抜けたり、斜めから入ったりすると、ドアが十分に開く前にぶつかるおそれがあります[1]。

補助光電センサーがついたドアは、閉まる途中でドアの走る部分に人がいると、ドアを反対向きに動かして閉じないようにします[1]。それでも、ドアと袖壁のすき間は、センサーの見つけられる範囲の外です。

ドアが大きくて重い機械であることを考えると、歩く速さで近づくのは、ドアにとっても人にとっても、いちばん確実な使い方といえそうです。

センサーが検知してからドアが開くまでには時間差があり、走って通る、斜めから入るといった行動では、十分に開く前に接触する危険がある[1]。

補助光電センサー付きのドアでは、閉動作中にドア走行部に人がいるとドアを反転させ、閉じないようにする。ただしドアと袖壁の隙間はセンサーの検知範囲外である[1]。検知範囲は設置環境で調整され、ドアごとに異なる。

7. じどうドアは、なにが まだ にがて?

7. 通りたい人と通り過ぎる人を見分けられるか

7. 従来方式の限界と研究 ── 通行の意思の判定

むかしからの じどうドアの なかには、とおりたい ひとと、ただ そばを とおりすぎる ひとを、みわけにくい ものが あります。だから、いらないのに あく ことが あると いわれます[7]。

そこで、だいがくの けんきゅうでは、レーザーで ひとの うごきを くわしく はかり、「とおりたいのかな」を ドアに はんだん させる こころみが あります。ドアが ひとの きもちを よむ ひが くるかも しれません。

2014年の研究は、従来の自動ドアには、通り抜けたい人と、そばを通り過ぎるだけの人を区別しにくいものがあり、必要のないときにも開くことがあると述べています[7]。ここまで見てきた方式は「何かが変わった」ことを見つけるもので、その人の気持ちまでは分からないためです。

電気通信大学の研究では、3次元のレーザースキャナで人の動きを詳しく測り、通り抜ける意思があるかどうかを判定する試みが報告されています[7]。ドアが人の動きから「通りたそう」を読み取る日が来るのか、この先が気になります。

電気通信大学の研究(ICRA 2014)は、研究背景として、従来の自動ドアには通行を望む人と通り過ぎる人を区別しにくいものがあり、不必要に開くことが多いと指摘する[7]。これは、これまで見た方式がいずれも反射・温度・周波数といった物理量の変化を検出するもので、対象の意図を判定しないことと整合する。

同研究は、3次元レーザースキャナで人の動きを測定し、通行の意思を判定するシステムを提案する[7]。実用化の状況は資料から分からない。

自分でも しらべて みたく なったら

自分でも調べてみたくなったら

自分でも調べてみたくなったら

今日できること

いつも つかう じどうドアを おもいだして みましょう。うえの どこに、センサーの まどが あったでしょうか。おもいだせなければ、つぎに とおる ときの おたのしみです。

出かけてできること

おうちの ひとと いっしょに、スーパーの いりぐちで ドアを 見て みましょう。ドアの うえの センサーを さがし、ゆっくり あるいて ちかづいて、どこで あきはじめるか 見ます。ドアの ま下で とまって ためすのは、やめましょう。

こうしきの 情報じょうほう

じどうドアの かいしゃの ホームページに、センサーの せつめいが あります。

今日できること

よく使う自動ドアを思い出して、センサーが上のどこにあったか、思い浮かべてみてください。思い出せなければ、次に通るときの楽しみにしましょう。

出かけてできること

スーパーなどの入口で、ドアの上のセンサーの窓を探し、歩く速さを変えて近づいてみます。どのあたりで開き始めるかを目で見るだけで、方式のちがいに気づくかもしれません。ドアの真下で立ち止まって試すのはやめましょう。

公式情報

自動ドアのセンサーを作っている会社のサイトに、方式の解説やよくある質問があります。

今日できること

身近な自動ドアで、センサーの位置と検出エリアの広がりを思い出し、方式の見当をつけてみる。

出かけてできること

入口で、接近速度を変えて開き始める位置を観察する。ドア直下での静止による確認は、挟まれる危険があるため行わない。

公式情報

消費者庁の注意喚起(出典[1])と、メーカーのFAQ・製品ページ(出典[2][3])を読み、方式の説明と検知範囲の記述を比べる。

しらべた もとの じょうほう

参考にした情報源

参考にした情報源と、その使い方

今回は、使い方と事故の注意は公的機関の資料、方式の説明はメーカーの解説と特許文献、歴史は百科事典的な資料を使った。

  1. 消費者庁「建物の出入口にある自動ドアでの事故に気を付けましょう」(2018年3月27日、日光市掲載) https://www.city.nikko.lg.jp/material/files/group/15/jidoudoajikobousi.pdf (基本動作・時間差・静止時の事故・補助センサー)
  2. オプテックス よくあるご質問 自動ドア機器 https://www.optex.co.jp/support/faq/automatic-door.html (赤外線の2方式・誤作動の原因)
  3. オプテックス 自動ドア機器 https://www.optex.co.jp/products/automatic-door/ (赤外線センサーの開発・マイクロ波方式の低温での動作)
  4. Automatic door(Wikipedia英語版) https://en.wikipedia.org/wiki/Automatic_door (マット式・マイクロ波・赤外線の時期)
  5. 特許JP4783130B2 マイクロ波ドップラーセンサ https://patents.google.com/patent/JP4783130B2/ja (ドップラー方式の構成)
  6. Hero of Alexandria(Wikipedia英語版) https://en.wikipedia.org/wiki/Hero_of_Alexandria (古代の扉の仕掛け)
  7. 電気通信大学 Development of Intelligent Automatic Door System (ICRA 2014) https://www.robo.lab.uec.ac.jp/ja/publication/2014/icra/nishida/ (従来方式の限界と研究)

なおした ところ

更新履歴

更新履歴(改版の記録)

  •  初版を公開。

このサイトでは、公開した記事の本文は原則として書き直しません。誤りが見つかったときや、内容が古くなったときだけ手を入れ、その理由をこの欄に残します。