(57)【要約】【課題】  トイレ空間のように狭く、多くの反射部材が存在する空間で複雑な反射を発生する状況での人体の検知を正確に行える超音波人体センサに関する。【解決手段】  超音波送受信手段による前記超音波の間欠的に対する反射波を受光後、所定周期で順次サンプリングしてＡ／Ｄ変換し、複数のサンプリング値から構成される受信波形データとする。そして、この受信波形データのうち、人体が存在していないタイミングで得られる受信波形データを基準波形データとして記憶し、又受信波形変換手段から順次出力される受信波形データから、サンプリング値ごとの平均値を演算して平均受信波形データを生成する。次に、平均受信波形データと基準波形データとの比較をサンプリング値ごとに行って、そのサンプリング値の差分を先頭のサンプリング値から順次加算し、その加算値が第１の閾値を超えたときに、監視空間内に人体が存在すると判定する。【選択図】  図１
2006317385.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
監視空間に向け、超音波を間欠的に送信すると共に、この送信に対する反射波を受信する超音波送受信手段と、
この超音波送受信手段によって前記超音波を間欠的に送信するごとに、その反射波に対応して出力される受信信号を、所定周期で順次サンプリングしてＡ／Ｄ変換し、複数のサンプリング値から構成される受信波形データとする受信波形変換手段と、
前記受信波形変換手段から出力される受信波形データのうち、人体が存在していないタイミングで得られる受信波形データを基準波形データとして記憶する基準波形記憶手段と、
前記受信波形変換手段から順次出力される受信波形データから、サンプリング値ごとの平均値を演算して平均受信波形データを生成すると共に、この平均受信波形データと前記基準波形データとを比較して前記監視空間内の人体の有無を判定し、その結果を出力する判定手段と、
を備えた超音波人体センサにおいて、
前記判定手段は、前記平均受信波形データと前記基準波形データとの比較をサンプリング値ごとに行って、そのサンプリング値の差分を先頭のサンプリング値から順次加算し、その加算値が第１の閾値を超えたとき、前記監視空間内に人体が存在すると判定することを特徴とする超音波人体センサ。
【請求項２】
前記判定手段は、受信波形変換手段から出力される前記受信波形データと前記基準波形データとの比較をサンプリング値ごとに行って、そのサンプリング値の差分を先頭のサンプリング値から順次加算し、その加算値が第１の閾値よりも大きい第２の閾値を超えたとき、前記監視空間内に人体が存在すると判定すること特徴とする請求項１に記載の超音波人体センサ。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の超音波人体センサを有することを特徴とするトイレ装置。
【請求項４】
監視空間に向け、超音波を間欠的に送信すると共に、この送信に対する反射波を受信する超音波送受信手段を用いて人体の有無の判定を行なう人体検出方法であって、
この超音波送受信手段によって前記超音波を間欠的に送信するごとに、その反射波に対応して出力される受信信号を、所定周期で順次サンプリングしてＡ／Ｄ変換し、複数のサンプリング値から構成される受信波形データとするステップと、
前記受信波形データのうち、人体が存在していないタイミングで得られる受信波形データを基準波形データとして記憶するステップと、
連続した複数の前記受信波形データから、サンプリング値ごとの平均値を演算して平均受信波形データを生成するステップと、
前記平均受信波形データと前記基準波形データとの比較をサンプリング値ごとに行って、そのサンプリング値の差分を先頭のサンプリング値から順次加算し、その加算値が第１の閾値を超えたときに、前記監視空間内に人体が存在すると判定するステップと、
を有する人体検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波人体センサに関わり、特にトイレ空間のように狭く、多くの反射部材が存在する空間で複雑な反射を発生する状況であっても人体の検知を行える超音波人体センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、所定のエリア内の物体を検出するセンサとして超音波センサが用いられており、例えば車の前方、後方の障害物を検知する障害物センサ、エレベーター内の人間の存在確認用の超音波人体センサ等として多く使われている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
この超音波センサは、圧電素子を利用したセンサであり、この圧電素子による超音波の送受信に基づいて人体や障害物を検出するものである。以下、超音波センサの動作原理について、図面を参照して具体的に説明する。図１４は、超音波センサを距離センサとして使用する時の動作原理図である。
【０００４】
超音波センサは、圧電素子を有しており、この圧電素子に超音波領域のパルス電圧が印加されると、圧電素子が歪み振動し、送波形Ａのように超音波が送信される。この送信波は人体や障害物に当たり、反射された超音波が受波形Ｂのように圧電素子で受信される。
【０００５】
このように超音波が送波形Ａのように送信され、Ｔ時間後に受波形Ｂのように受信された場合、超音波の空気中伝搬速度Ｖとすると、対象物までの距離はＶ×Ｔ／２で知ることが出来る。従って、受信した反射波を電圧信号に変換して、処理回路によってＶ×Ｔ／２を算出することによって、人体や障害物の距離或いは存在を検出することが可能となる。
【０００６】
例えば、超音波センサで監視する空間の人体や障害物の存在を検出しようとするとき、広い空間で、途中に超音波を遮るものや反射するものがない理想的な状況であれば、前述のような理論計算で求められる時間に受信でき、人体や障害物の存在を捉えることが出来る。
【０００７】
また、比較的広い空間を持つエレベーター内に人が存在するか否かを検出しようとするとき、予め人がいない時の反射波の波形を基準波形として予め固定的な物体を記憶し、その基準波形との差がある反射波を受信したときに人がいると判定するものがある（例えば、特許文献２参照。）。
【特許文献１】特開平４−３８３６３号公報
【特許文献２】特開昭５６−１６０６７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記従来技術で構成されている超音波センサを、トイレのような狭い空間で入出場する人体の検出に使用しようとすると、人体に向けた超音波の反射波が壁や置物にも当たり、乱反射し、１回の送信で至る所で多数反射波が発生してしまう。また、図１４の反射波Ｃのように対象物に２回反射するものもある。超音波は空気中を伝搬する波であることから、このように多数反射が発生すると、反射波同士が重なり合って、強まったり、弱まったり、時にはなくなったりする。
【０００９】
また、人体に当たると反射波に減衰が生じるが、その減衰の比率は、人が着ている服などの素材で大きく異なり、しかも、その反射の方向も多種多様である。
【００１０】
一方で、超音波は空気を媒体に伝わるため、風や騒音によって反射波形に変化が生じることもある。
【００１１】
このように、反射波の振幅の大きさや方向は一様ではないことから、従来のように人がいる時の反射波の波形と居ない時の反射波の波形との差が所定の閾値以上であるところを検出することによって人体を検出しようとしても、その検出は困難である場合が多い。
【００１２】
例えば、反射波に細かい変化が見られた場合、人体によって複数の反射波が生じ、それが干渉してそのような変化が現れたのか、或いは、騒音や風などのノイズによって変化が現れたのか、判断が難しい。つまり、高感度の検出と、間違いの無い正確な検出の両立が難しい。
【００１３】
また、自動洗浄便器のようにトイレ内に設置される機器には低価格のマイコンが使用されるが、低価格のマイコンで複雑な反射波形を演算処理するのは極めて難しい。
【００１４】
本発明は上記問題点に鑑みなされたもので、トイレ空間のように狭く、多くの反射部材が存在する空間で複雑な反射を発生する状況での人体の検知を容易に行える超音波人体センサ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】
【００１５】
かかる課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、監視空間に向け、超音波を間欠的に送信すると共に、この送信に対する反射波を受信する超音波送受信手段と、この超音波送受信手段によって前記超音波を間欠的に送信するごとに、その反射波に対応して出力される受信信号を、所定周期で順次サンプリングしてＡ／Ｄ変換し、複数のサンプリング値から構成される受信波形データとする受信波形変換手段と、前記受信波形変換手段から出力される受信波形データのうち、人体が存在していないタイミングで得られる受信波形データを基準波形データとして記憶する基準波形記憶手段と、前記受信波形変換手段から順次出力される受信波形データから、サンプリング値ごとの平均値を演算して平均受信波形データを生成すると共に、この平均受信波形データと前記基準波形データとを比較して前記監視空間内の人体の有無を判定し、その結果を出力する判定手段と、を備えた超音波人体センサにおいて、前記判定手段は、前記平均受信波形データと前記基準波形データとの比較をサンプリング値ごとに行って、そのサンプリング値の差分を先頭のサンプリング値から順次加算し、その加算値が第１の閾値を超えたとき、前記監視空間内に人体が存在すると判定することを特徴とする。
【００１６】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記判定手段は、受信波形変換手段から出力される前記受信波形データと前記基準波形データとの比較をサンプリング値ごとに行って、そのサンプリング値の差分を先頭のサンプリング値から順次加算し、その加算値が第１の閾値よりも大きい第２の閾値を超えたとき、前記監視空間内に人体が存在すると判定すること特徴とすることを特徴とする。
【００１７】
また、請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の超音波人体センサを有することを特徴とするトイレ装置であることを特徴とする。
【００１８】
また、請求項４に記載の発明は、監視空間に向け、超音波を間欠的に送信すると共に、この送信に対する反射波を受信する超音波送受信手段を用いて人体の有無の判定を行なう人体検出方法であって、この超音波送受信手段によって前記超音波を間欠的に送信するごとに、その反射波に対応して出力される受信信号を、所定周期で順次サンプリングしてＡ／Ｄ変換し、複数のサンプリング値から構成される受信波形データとするステップと、前記受信波形データのうち、人体が存在していないタイミングで得られる受信波形データを基準波形データとして記憶するステップと、連続した複数の前記受信波形データから、サンプリング値ごとの平均値を演算して平均受信波形データを生成するステップと、前記平均受信波形データと前記基準波形データとの比較をサンプリング値ごとに行って、そのサンプリング値の差分を先頭のサンプリング値から順次加算し、その加算値が第１の閾値を超えたときに、前記監視空間内に人体が存在すると判定するステップと、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
請求項１に記載の発明によれば、平均受信波形データと基準波形データとの比較をサンプリング値ごとに行って、そのサンプリング値の差分を先頭のサンプリング値から順次加算し、人体があると見込まれる第１の閾値を超えると人体有りと判断することで、従来なら利用されなかった閾値以下の信号を有効に利用し、センサの近辺での細かい変化を積み重ねることとなり、かつ、時間的に不規則な変化は平均値の計算によりキャンセルし、対ノイズ性向上と人体の検知確率向上が可能となる。
【００２０】
また、請求項２に記載の発明によれば、受信波形変換手段から出力される受信波形データと基準波形データとの比較をサンプリング値ごとに行って、そのサンプリング値の差分を先頭のサンプリング値から順次加算し、その加算値が第１の閾値よりも大きい第２の閾値を超えたとき、監視空間内に人体が存在すると判定する機能を持つことで、応答速度を速くすることが出来る。
【００２１】
また、請求項３に記載の発明によれば、超音波人体センサをトイレ装置に応用することによって、トイレ装置における人体の検出の確率が高くすることができる。
【００２２】
また、請求項４に記載の発明によれば、平均受信波形データと基準波形データとの比較をサンプリング値ごとに行って、そのサンプリング値の差分を先頭のサンプリング値から順次加算し、人体があると見込まれる第１の閾値を超えると人体有りと判断することで、従来なら利用されなかった閾値以下の信号を有効に利用し、センサの近辺での細かい変化を積み重ねることとなり、かつ、時間的に不規則な変化は平均値の計算によりキャンセルし、対ノイズ性向上と人体の検知確率向上が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
発明の実施の形態に係る超音波人体センサについて、以下図面を用いて具体的に説明する。図１は、本発明の実施形態の超音波人体センサの全体構成を示すブロック図である。
【００２４】
図１に示すように、本発明の実施形態における超音波人体センサ１０は、発振手段１と、昇圧回路２と、超音波送受信手段３と、受信・検波回路４と、受信波形変換手段５と、基準波形記憶手段６と、判定手段７とを備えている。
【００２５】
発振手段１は、判定手段７によって制御され、超音波周波数帯域のパルス信号（以下、「超音波領域パルス」とする。）を生成するものであり、このように生成された超音波領域パルスは、昇圧回路２へ出力される。なお、判定手段７は、所定時間連続する超音波領域パルスを所定間隔で間欠的に出力するように発振手段１を制御する。この所定時間は、超音波送受信手段３の内部の圧電素子が振動して超音波を発するのに必要な時間であり、通常は数１００μｓ程度である。また、所定間隔は、人体を検出する時間的な感度によって異なり、本発明の実施形態においては、１００ｍｓであるとする。
【００２６】
発振手段１からの超音波領域パルス出力は昇圧回路２で昇圧され、昇圧された高電圧の超音波領域パルス信号で超音波送受信手段３より、所定時間連続する超音波を間欠的に監視する空間（以下、「監視空間」とする。）に向けて送信する。この間欠的に送信された送信波ごとの反射波に対応して、出力された受信信号は、受信・検波回路４を介して検波され、受信波形変換手段５に取り込まれる。
【００２７】
間欠的に送信するごとにその反射波に対応して出力される受信信号は、受信マスク終了後、所定周期で順次サンプリングされて受信波形変換手段５のＡ／Ｄ変換等の手段を介してＡ／Ｄ変換され、複数のデジタルサンプリング値から構成される受信波形データに変換される。
【００２８】
なお、上述の受信マスクは、超音波送受信手段３が送受信部一体の圧電素子であり、同一の圧電素子で送信と受信も行うために必要なものである。超音波送受信手段３の送信直後は、送信時の振動が残っており、これを一般に「残響」と言うが、残響が減衰して受信信号が安定するまでの時間、受信波形変換手段５の始動を遅らせる処理が受信マスクである。
【００２９】
本発明の実施形態においては、受信マスクを１ｍｓ、その後、受信信号を５０μＳ周期で１００回サンプリングすることにより、１００個のサンプリング値から構成される受信波形データに変換されるものとする。
【００３０】
サンプリングされる受信波形データの範囲は、送信後の１〜６ｍｓの時間範囲であり、音速を３４０ｍ／ｓとすると、１７ｃｍ〜１０２ｃｍの距離範囲で、この間を１００等分してサンプリングすることになる。つまり、ｎ番目のサンプリングデータに対応する距離Ｄ［ｃｍ］は、（Ｄ＝１７＋０．８５×ｎ）で計算される。
【００３１】
受信波形変換手段５から出力される受信波形データは、人体がいない時のタイミングで、基準波形データとして基準波形記憶手段６に記憶される。基準波形データ取得後は、受信波形変換手段５のデジタル値は受信波形データとして基準波形記憶手段６を介さず、直接判定手段７に受信波形データが送られ、判定手段７によって、受信波形データ及び平均化された受信波形データとが、それぞれ基準波形データと比較演算される。
【００３２】
判定手段７は、平均受信波形データと基準波形データとの比較をサンプリング値ごとに行って、そのサンプリング値の差分を先頭のサンプリング値から順次加算し、その加算値が第１の閾値を超えたとき、監視空間内に人体が存在すると判定する。なお、平均受信波形データは、複数個前までに取得した複数の受信波形データと最新に取得した受信波形データから、同一サンプリングタイミングのサンプリング値ごとに平均値を計算したものである。
【００３３】
また、判定手段７は、受信波形データと基準波形データとの比較をサンプリング値ごとに行って、そのサンプリング値の差分を先頭のサンプリング値から順次加算し、その加算値が第２の閾値を超えたとき、監視空間内に人体が存在すると判定する。
【００３４】
判定手段７は、このように監視空間内に人体が存在すると判定すると検知信号を出力する。なお、発振手段１，受信波形変換手段５，基準波形記憶手段６，判定手段７はコンピュータ８であって、１つのパッケージに収まっている。
【００３５】
このように判定手段７は、平均受信波形データと基準波形データとの比較演算で得られる加算値が第１の閾値を超えたととき、あるいは、受信波形データと基準波形データとの比較演算で得られる加算値が第２の閾値を超えたととき、監視空間内に人体が存在すると判定する。
【００３６】
図１の構成の結果得られる具体的な例として、図２〜図５を説明する。図２〜図５は、本発明の実施形態における超音波人体センサ１０の判定手段の動作説明図である。
【００３７】
まず、受信波形データと基準波形データとに基づく人体検出について、具体的に説明する。図２は、基準波形データ、受信波形データ、受信波形データと基準波形データの差をとった差分波形データ及びその差分波形データを先頭のサンプリング値から順次加算したデータの２次元表示図である。なお、図２において、横軸がサンプリングの順番を示すサンプリングタイミング番号（以下、「タイミング番号」とする。）、縦軸はサンプリング値を示す。
【００３８】
超音波送受信手段３から約４０ｃｍ近辺の距離に人体が存在する状態での超音波人体センサ１０の動作について、図２を参照して具体的に説明する。
【００３９】
図２（Ａ）は、人体が監視空間にない時の受信波形データ、すなわち基準波形データを示す図である、なお、本実施の形態においては、受信信号を１００回のサンプリングで受信波形データとしているため、タイミング番号ｎはサンプリング順に１から１００までである。
【００４０】
図２（Ｂ）は、超音波送受信手段３から約４０ｃｍ近辺の距離に通常の服を着た人体が存在する状態における受信波形データを示す図であり、図２（Ａ）に比べ、タイミング番号１０、３０、８０付近のサンプリング値が高くなっている。
【００４１】
図２（Ｃ）は図２（Ａ）に示す基準波形データと図２（Ｂ）に示す受信波形データとの比較を同一サンプリングタイミングのサンプリング値ごとに行って、差分演算をした結果である。すなわち、受信波形データのタイミング番号ｎのサンプリング値から基準波形データのタイミング番号ｎのサンプリング値を減算した差分値の演算を、タイミング番号ｎの先頭（ｎ＝１）から順次最後（ｎ＝１００）まで行なったものである。
【００４２】
図２（Ｄ）は、判定手段７によって、図２（Ｃ）に示される、受信波形データと基準波形データとのサンプリング値ごとの差分値を、先頭のタイミング番号１のサンプリング値から順次加算していった結果を示す。
【００４３】
判定手段７は、このように先頭のタイミング番号１のサンプリング値から順次加算していき、加算値が第１の閾値を超えたときに、監視空間内に人体が存在すると判定するように構成されている。なお、本実施の形態では、第２の閾値が２００に設定されており、加算値が２００を超えたときのタイミング番号ｎが２４である。また、本実施の形態では、ｎ番目のサンプリング値の距離Ｄ［ｃｍ］が（Ｄ＝１７＋０．８５×ｎ）で計算できるため、判定手段７は、超音波送受信手段から３７ｃｍの位置又は３７ｃｍよりも近い範囲内に人体が存在すると判定する。
【００４４】
また、平均受信波形データと基準波形データとに基づく人体検出についても、平均受信波形データと受信波形データとの違いを除いては、上述の図２の説明と同様であり、ここではその説明を省略する。なお、本実施の形態では、平均受信波形データと基準波形データとに基づく人体検出に関し、監視空間内に人体が存在すると判定するための閾値（第１の閾値）は、１５０に設定されている。
【００４５】
図３は、図２で説明した受信波形データ、平均受信波形データを０．１秒で３０回連続して得た結果を、３次元グラフ表示したものである。なお、図３においては、タイミング番号５０までの受信波形データのみ表示されており、それ以降のタイミング番号の受信波形データについては省略している。
【００４６】
図３（Ａ）は、利用者がトイレに入ってくるという動作を行った場合であり、遠方から超音波人体センサ方向へ移動する際の複数の受信波形データを表している。なお、Ｘ軸（図３中横方向）がサンプリングタイミングを示し、Ｙ軸（図３中縦方向）が受信信号波形の強さを示し、Ｚ軸（図３奥行方向）が経過時間を表す。Ｚ軸でＳ１からＳ１２までは人体を検出していないので、後述する図４（Ａ）の基準波形データと同じデータである。
【００４７】
図３（Ｂ）は、表示されているデータが平均受信波形データである点をのぞき、図３（Ａ）と同様に利用者がトイレに入ってくるという動作を行った場合であり、遠方から超音波人体センサ方向へ移動する際の複数の平均受信波形データを表している。
【００４８】
図３（Ａ）の受信波形データでは壁、トイレマット等、人体ではないものからの反射波と人体の反射による信号が混在しており、振幅も大小さまざまであるが、この波形の変化の中には、風や騒音などによるノイズも含まれている。判定手段７において平均演算処理を施すと図３（Ｂ）に示すように図３（Ａ）と比べ振幅の大小のピークの差は小さくなる。このように受信波形データを平均化することによって、単純な受信波形データに比べノイズ等の影響を抑制することができるため、検出誤差を低減することができる。
【００４９】
図４（Ａ）は受信波形データのうち、人体が存在していない状況で得られる受信波形データであるところの基準波形データである。基準波形記憶手段に記憶された基準値であるため、これを記憶し直さない限り、時間経過を表すＺ軸方向には変化はない。Ｘ軸方向で０〜１０近辺まで、Ｙ軸方向に大きくふれている強い信号は残響を示す。
【００５０】
図４（Ｂ）は、基準波形データとのサンプリング値の差分をタイミング番号１からタイミング番号１００まで加算した値の時間的な変化を示した図であり、縦軸はその加算値を示し、横軸は経過時間を示している。また、図４（Ｂ）中の黒丸の折れ線グラフが受信波形データと基準波形データの差分の加算値であるところの受信波形差分加算データを示し、図４（Ｂ）中の白丸の折れ線グラフが平均受信波形データと基準波形データの差分の加算値であるところの平均受信波形差分加算データを示している。図４（Ｂ）からもわかるように、平均受信波形差分加算データは、受信波形差分加算データに比べてその時間的変動がなめらかであり、サンプリング値の急激な変動を平均化しノイズ等の影響が少ない事が特徴である一方で、受信波形差分加算データは人体検出の応答が早いことが特徴である。
【００５１】
判定手段７は、平均受信波形データと基準波形データとのサンプリング値の差分の加算値である平均受信波形差分加算データが、第１の閾値１５０を超えるか、受信波形データと基準波形データとのサンプリング値の差分の加算値である受信波形差分加算データが第２の閾値２００を超えたところで、人体が存在すると判定する。応答の早い受信波形差分加算データの判定値である第２の閾値を、応答の遅い平均受信波形差分加算データの判定値である第１の閾値より大きくし、超えたことのＯＲ条件をとった判定条件にすることで第２の閾値を超えるタイミングが第１の閾値を超えるより早い場合では、応答性が早められる。
【００５２】
図５（Ａ）は受信波形データと基準波形データの差分である差分演算処理データを表示したものであり、図５（Ｂ）は平均受信波形データと基準波形データの差分である平均差分波形データを表示したものである。
【００５３】
更に細かく説明するために、超音波人体センサ１０の動作フローチャ−ト図６〜１２で説明する。図６は、本実施の形態における超音波人体センサ１０の動作を示すメインルーチンのフローチャート、図７は送受信処理サブルーチンのフローチャート、図８は基準値記憶サブルーチンのフローチャート、図９は差分演算処理サブルーチンのフローチャート、図１０は平均演算処理サブルーチンのフローチャート、図１１は平均差分演算処理サブルーチンのフローチャート、図１２は検知判定処理サブルーチンのフローチャートである。
【００５４】
図６に示すように人体検出のメインルーチンでは、電源が入ると超音波人体センサ１０は、トイレマット等の設置部材がある監視空間に、人体が存在しないタイミングで、超音波送受信手段３から超音波を送信し、その反射波に対応して出力される受信信号を、受信波形変換手段５によって、所定の周期で順次サンプリングしてＡ／Ｄ変換し、複数のサンプリング値からなる受信波形データを得る送受信処理を行う（ステップＳ００１）。
【００５５】
ステップＳ００１によって得られた受信波形データは、基準波形データとして、基準波形記憶手段６に記憶され、後述の受信波形データとの演算のためのデータとする（ステップＳ００２）。
【００５６】
なお、本実施例では、メインルーチンの起動直後、一般の電気機器であれば電源スイッチを入れた直後に対応するタイミングで無条件に基準波形の記憶（ステップＳ００２）を行ったが、連続する複数の受信波形データにおいて変動が無いことで人が存在しないことを判定し、その条件で随時、基準波形の記憶を更新することも可能である。
【００５７】
次に、超音波人体センサ１０は、監視空間に向け、所定期間（例えば１００μｓ）連続する超音波を送信し、受信処理を行い、人体からの反射や、トイレマット等の設置部材からの反射を含む受信波形データを取得する（ステップＳ００３）。判定手段７は、取得した受信波形データと基準波形データのサンプリング値との比較、すなわち差分演算処理をサンプリング値ごとに行い、差分波形データを生成する（ステップＳ００４）。
【００５８】
その後、判定手段７は、受信波形データのサンプリング値の平均値を演算して、平均受信波形データを生成し（ステップＳ００５）、平均受信波形データと基準波形データとの比較、すなわち平均差分演算処理をサンプリング値ごとに行い平均差分波形データを生成する（ステップＳ００６）。
【００５９】
さらに、判定手段７は、差分波形データを先頭サンプリング番号のサンプリング値から順次加算し、また、平均差分波形データを先頭サンプリング番号のサンプリング値から順次加算し、それらの加算データから人体の検知判定処理を行う（ステップＳ００７）。
【００６０】
続いて、超音波送受信手段３から超音波を所定間隔で送信するために、演算終了後に１００ｍｓのタイマーをおいて（ステップＳ００８）、超音波人体センサ１０は、人体の有無を検出するために、監視空間に向けて、超音波の送受信動作を間欠的に繰り返す。
【００６１】
図７の送受信処理フローチャートは、メインルーチンの送受信処理（ステップＳ００１、ステップＳ００３）の詳細な内容である。このフローチャートはサブルーチンとして処理される。
【００６２】
超音波人体センサ１０は、超音波を所定期間（例えば１００μｓ）連続して超音波送受信手段３から出力し（ステップＳ１０１）、送信後の、圧電素子が安定するまでの時間、本実施形態では１ｍｓの時間をとって（ステップＳ１０２）、受信信号を複数のサンプリング値の受信波形データとするために、サンプリング値のタイミング番号ｎに１を代入してカウントの初期化をする（ステップＳ１０３）。
【００６３】
続いて、ステップＳ１０１にて超音波送受信手段３から送信された超音波に対する反射波を受信信号として受信・検波回路４により取り込む。受信波形変換手段５は、この受信信号をＡ／Ｄ変換し（ステップＳ１０４）、その結果をｄａｔａ（１）として出力する（ステップＳ１０５）。そして、受信波形変換手段５は、サンプリング値のタイミング番号ｎをアップカウントして（ステップＳ１０６）、タイミング番号ｎが１００回になるまで（ステップＳ１０７：Ｎｏ）受信信号のＡ／Ｄ変換を繰り返して、ｄａｔａ（ｎ）の出力を繰り返し、タイミング番号ｎが１００回より大きくなると（ステップＳ１０７：Ｙｅｓ）、メインルーチンへ戻る（ステップＳ１０８）。このようにして、ｄａｔａ（１）〜ｄａｔａ（１００）の１００個のサンプリング値からなる受信波形データが生成される。なお、本実施例の場合には、Ａ／Ｄ変換の繰り返しのループ時間が５０μｓになるようにプログラムを調整する。
【００６４】
図８の基準値記憶処理フローチャートは、メインルーチンの基準値記憶処理（ステップＳ００２）の詳細な内容である。このフローチャートはサブルーチンとして処理される。この基準値記憶処理をするために、基準波形記憶手段６では、人体を検出していない状態で、受信波形変換手段５から出力される受信波形データｄａｔａ（ｎ）をｄａｔａ（１）から順に受信するために、サンプリング値のタイミング番号ｎに１を代入してカウントの初期化をする（ステップＳ２０１）。次に、受信波形変換手段５から出力される受信波形データｄａｔａ（１）を基準波形データｒｅｆ（１）として基準波形記憶手段６内に記憶する（ステップＳ２０２）。
【００６５】
そして、基準波形記憶手段６は、サンプリング値のタイミング番号ｎをアップカウントして（ステップＳ２０３）、タイミング番号ｎが１００回になるまで（ステップＳ２０４：Ｎｏ）、ｄａｔａ（ｎ）を基準波形データｒｅｆ（ｎ）として記憶する動作を繰り返し、ｎが１００回より大きくなると（ステップＳ２０４：Ｙｅｓ）、受信波形データを基準波形データとして基準波形記憶手段６へ記憶する動作は終了する。
【００６６】
その後、メインルーチンへ戻る（ステップＳ２０５）。
【００６７】
図９の差分演算処理フローチャートは、メインルーチンの差分演算処理（ステップＳ００４）の詳細な内容である。このフローチャートはサブルーチンとして処理される。判定手段７は、タイミング番号ｎに１を代入してカウントの初期化をする（ステップＳ４０１）。次に、判定手段７は、受信波形変換手段５から出力される受信波形データのうちタイミング番号１のサンプリング値から基準波形記憶手段６に記憶されている基準波形データのうちタイミング番号１のサンプリング値を減算して差分をとり、差分波形データｄｉｆ（１）を生成する（ステップＳ４０２）。
【００６８】
判定手段７は、差分をとったｄｉｆ（１）が負の場合（ステップＳ４０３：Ｙｅｓ）、ｄｉｆ（１）を０に置き換え（ステップＳ４０４）、一方、ｄｉｆ（１）が０以上であれば（ステップＳ４０３：Ｎｏ）、ｄｉｆ（１）を置き換えない。その後、判定手段７は、タイミング番号ｎをアップカウントして（ステップＳ４０５）、タイミング番号ｎが１００になるまで（ステップＳ４０６：Ｎｏ）、ステップＳ４０２からＳ４０５の演算を繰り返す。すなわち、タイミング番号２〜１００までのサンプリング値をタイミング番号順に、受信波形データと基準波形データとのサンプリング値の差分をとり、差分が負にならないように補正して、差分波形データｄｉｆ（ｎ）を生成する。その後、タイミング番号ｎが１００回より大きくなると（ステップＳ４０６：Ｙｅｓ）、メインルーチンへ戻る（ステップＳ４０７）。
【００６９】
図１０の平均演算処理フローチャートは、メインルーチンの平均演算処理（ステップＳ００５）の詳細な内容である。このフローチャートはサブルーチンとして処理される。判定手段７は、タイミング番号ｎに１を代入してカウントの初期化をし（ステップＳ５０１）、タイミング番号１の平均値の演算を行って、平均値ａｖｅ（１）を生成する。なお、平均値は最新の受信波形データよりも前に得られた直近の複数の受信波形データについて、それらの同一タイミング番号の平均をタイミング番号ごとに演算したものであり、本実施形態においては、４つの受信波形データの平均値とする。本実施形態では平均値演算に簡易的な移動平均法を使用する。
【００７０】
判定手段７は、同一タイミング番号１での、受信波形データｄａｔａ（１）のサンプリング値の１／４と平均値ａｖｅ（１）の３／４の和を新しい平均値ａｖｅ（１）とする（ステップＳ５０２）。なお、本来であれば、最新の受信波形データと過去３回の受信データの計４回分の受信波形データを記憶しておき平均値の計算をすべきであるが、４回分の受信波形データの記憶には、１００（タイミング番号の総数）×４回＝４００個もの記憶領域が必要になる。判定手段７には、安価なマイコンの使用が好ましいが、記憶領域であるメモリ容量はそれほど多くないため、図１０のような平均値の演算を行っている。マイコンの性能次第では平均値の算出は、このような算出方法でなくてもよい。
【００７１】
タイミング番号１の平均値演算後、判定手段７は、タイミング番号ｎをアップカウントして（ステップＳ５０３）、タイミング番号ｎが１００を超えるまで（ステップＳ５０４：Ｎｏ）、Ｓ５０２の平均演算を繰り返す。すなわち、タイミング番号２〜１００についての平均値ａｖｅ（ｎ）を演算するために、同一タイミング番号ｎでの、平均値ａｖｅ（ｎ）を算出し、さらに、受信波形データのサンプリング値の１／４と平均値の３／４の和を新しい平均値ａｖｅ（ｎ）とする、そして、タイミング番号ｎが１００を超えたところで（ステップＳ５０４：Ｙｅｓ）、メインルーチンへ戻る（ステップＳ５０５）。
【００７２】
図１１の平均差分演算処理フローチャートは、メインルーチンの平均差分演算処理（ステップＳ００６）の詳細な内容である。このフローチャートはサブルーチンとして処理される。判定手段７は、タイミング番号ｎに１を代入してカウントの初期化をし（ステップＳ６０１）、平均値の差分演算を行う。平均受信波形データと基準波形データとの差分をとり、平均差分波形データｄｉｆａ（１）を生成する（ステップＳ６０２）。
【００７３】
もし、判定手段７は、差分をとったｄｉｆａ（１）が負の場合（ステップＳ６０３：Ｙｅｓ）、ｄｉｆａ（１）を０に置き換え（ステップＳ６０４）、一方、ｄｉｆａ（１）が０以上であれば（ステップＳ６０３：Ｎｏ）、ｄｉｆａ（１）を置き換えない。その後、判定手段７は、タイミング番号ｎをアップカウントして（ステップＳ６０５）、タイミング番号ｎが１００になるまで（ステップＳ６０６：Ｎｏ）、ステップＳ６０２〜Ｓ６０４の演算を繰り返す。すなわち、タイミング番号２〜１００までのサンプリング値をタイミング番号順に、受信波形データと平均基準波形データとのサンプリング値の差分をとり、差分がマイナスにならないように補正して、平均差分波形データｄｉｆａ（ｎ）を生成する。その後、タイミング番号ｎが１００回より大きくなると（ステップＳ６０６：Ｙｅｓ）、メインルーチンへ戻る（ステップＳ６０７）。
【００７４】
図１２の検知判定処理フローチャートは、メインルーチンの検知判定処理（ステップＳ００７）の詳細な内容である。このフローチャートはサブルーチンとして処理される。判定手段７は、タイミング番号ｎに１を代入してカウントの初期化をし、タイミング番号１から順次加算してゆく加算値の初期値である受信波形差分加算データｓｕｍ（０）と平均受信波形差分加算データｓｕｍａ（０）を０に初期化する（ステップＳ７０１）。
【００７５】
次に、判定手段７は、タイミング番号１のサンプリング値を加算する前の値である受信波形差分加算データｓｕｍ（０）に基準波形データと受信波形データの差分の値である差分波形データｄｉｆ（１）を加算して、受信波形差分加算データｓｕｍ（１）を生成する（ステップＳ７０２）。
【００７６】
さらに、判定手段７は、受信波形差分加算データｓｕｍ（１）の生成と同様に、タイミング番号１を加算する前の値である平均受信波形差分加算データｓｕｍａ（０）に基準波形データと平均受信波形データの差分の値である平均差分波形データｄｉｆａ（１）を加算して、平均受信波形差分加算データｓｕｍａ（１）を生成する（ステップＳ７０３）。
【００７７】
平均受信波形差分加算データｓｕｍａ（１）が第１の閾値ＴＨ１以上であった場合には（ステップＳ７０４：Ｙｅｓ）、人体の検知をしたと判断する（ステップＳ７０６）。また、受信波形差分加算データｓｕｍ（１）が第２の閾値ＴＨ２以上であった場合には（ステップＳ７０５：Ｙｅｓ）、人体の検知をしたと判断する（ステップＳ７０６）。ただし、第２の閾値ＴＨ２が第１の閾値ＴＨ１よりも大きいことが条件である。
【００７８】
平均受信波形差分加算データｓｕｍａ（１）が第１の閾値ＴＨ１より小さく（ステップＳ７０４：Ｎｏ）、かつ、受信波形差分加算データｓｕｍ（１）が第２の閾値ＴＨ２より小さい（ステップＳ７０５：Ｎｏ）場合には人体の非検知と判断する（ステップＳ７０７）。
【００７９】
判定手段７は、タイミング番号ｎをアップカウントし（ステップＳ７０８）、タイミング番号ｎが１００を超えるまで、ステップＳ７０２〜７０８までの、受信波形差分加算データ、平均受信波形差分加算データの生成と、各々の加算データと閾値による人体検知判定の動作とを繰り返す（ステップＳ７０９：Ｎｏ）。すなわち、タイミング番号２〜１００までのサンプリング値をタイミング番号順に、受信波形差分加算データｓｕｍ（ｎ）及び平均受信波形差分加算データｓｕｍａ（ｎ）の生成を行い、これらの加算データをそれぞれの閾値とを比較して人体の検出動作を行う。その後、判定手段７は、タイミング番号ｎが１００を超えたと判定すると（ステップＳ７０９：Ｙｅｓ）、メインルーチンに戻る（ステップＳ７１０）。
【００８０】
以上説明したように、本発明によれば、超音波人体センサを利用して、狭くて可動物体が多数存在する監視空間内で、人体があるか否かの判断を確実に行うために、人体が存在する場合の平均受信波形データとしない場合の基準波形データの差分を順次加算した加算値が第１の閾値を超えたか、もしくは人体が存在している場合の受信波形データとしない場合の基準波形データの差分を順次加算した加算値が第１の閾値よりも大きい第２の閾値を超えた時点で人体が存在すると判断するので、二つのＯＲ条件にすることで超音波の反射波形が複雑になった場合でも、対ノイズ性が向上し、高感度でありながら反応速度が向上したセンサおよび装置および方法が提供できる。
【００８１】
また、本発明の実施形態における超音波人体センサ１０をトイレ装置にすることによって、人体の検出の確率が高くなる。以下その構成について図１３，１４を用いて説明する。図１３、１４に、発明の実施形態における超音波人体センサ１０を適用したトイレ装置を示す。
【００８２】
図１３に示すように、トイレルーム３０にトイレ装置２０が配置されており、トイレ装置２０は、その前方下部に超音波人体センサ１０が取り付けられている。
【００８３】
トイレ装置は、超音波人体センサ１０からの検出信号に基づいて、人体の存在を検出すると、便蓋を開く制御を行い、その後、人体がいなくなったことを検出すると、便蓋を閉じる制御を行う。
【図面の簡単な説明】
【００８４】
【図１】本発明の実施形態における超音波人体センサの全体構成を示すブロック図。
【図２】本発明の実施形態における超音波人体センサの判定手段の動作説明図。
【図３】本発明の実施形態における超音波人体センサの判定手段の動作説明図。
【図４】本発明の実施形態における超音波人体センサの判定手段の動作説明図。
【図５】本発明の実施形態における超音波人体センサの判定手段の動作説明図。
【図６】本発明の実施形態における超音波人体センサのメインルーチンを説明した制御フローチャート。
【図７】本発明の実施形態の送受信処理サブルーチンのフローチャート。
【図８】本発明の実施形態の基準値記憶処理サブルーチンのフローチャート。
【図９】本発明の実施形態の差分演算処理サブルーチンのフローチャート。
【図１０】本発明の実施形態の平均演算処理サブルーチンのフローチャート。
【図１１】本発明の実施形態の平均差分演算処理サブルーチンのフローチャート。
【図１２】本発明の実施形態の検知判定処理サブルーチンのフローチャート。
【図１３】本発明の実施形態においるトイレ装置の斜視図。
【図１４】超音波の動作原理を説明した図。
【符号の説明】
【００８５】
１  発振手段
２  昇圧回路
３  超音波送送受信手段
４  受信・検波回路
５  受信波形処理手段
６  基準波形記憶手段
７  判定手段
８  マイクロコンピュータ
【図１】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図１０】
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