(57)【要約】【課題】単純な構成で、尿流信号と同じ周波数帯域の振幅の大きなノイズの影響を排除することを可能となり、ノイズによる誤検知を防止する移動体検知装置を提供することである。【解決手段】本発明の移動体検知装置は、ドップラー信号生成部で生成されたドップラー信号の振幅値を算出し、所定の期間における離散的なドップラー信号の振幅値を集計するドップラー信号処理部と、を備えており、ドップラー信号処理部は、所定の期間における離散的なドップラー信号の振幅値のうちある時刻におけるドップラー信号の振幅値がノイズであるか判定し、ノイズと判定されたドップラー信号の振幅値を排除することを特徴とする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
遮蔽物の裏側から表側に伝播波を送り出すことで移動体を検知する移動体検知装置であって、
移動体の存在を検知しようとする検知領域に伝播波を送信する伝播波送信部と、
移動体によって反射された伝播波を受信する伝播波受信部と、
前記伝播波送信部によって送信された伝播波と、前記伝播波受信部によって受信された伝播波とに基づいてドップラー信号を生成するドップラー信号生成部と、
前記ドップラー信号生成部で生成されたドップラー信号の振幅値を算出し、所定の期間における離散的な前記ドップラー信号の振幅値を集計するドップラー信号処理部と、を備えており、
ドップラー信号処理部は、所定の期間における離散的な前記ドップラー信号の振幅値のうちある時刻におけるドップラー信号の振幅値がノイズであるか判定し、ノイズと判定されたドップラー信号の振幅値を排除することを特徴とする移動体検知装置。
【請求項２】
前記ドップラー信号処理部は、集計された前記振幅値のうち大きい順に振幅値を所定の割合排除し、残された振幅値のうち最も大きい振幅値を出力することを特徴とする請求項１に記載の移動体検知装置。
【請求項３】
遮蔽物の裏側から表側に伝播波を送り出すことで移動体を検知する移動体検知装置であって、
移動体の存在を検知しようとする検知領域に伝播波を送信する伝播波送信部と、
移動体によって反射された伝播波を受信する伝播波受信部と、
前記伝播波送信部によって送信された伝播波と、前記伝播波受信部によって受信された伝播波とに基づいてドップラー信号を生成するドップラー信号生成部と、
前記ドップラー信号の信号値を算出し、所定の期間における離散的な前記信号値を集計するドップラー信号処理部と、を備えており、
前記ドップラー信号処理部は、集計された前記信号値のうち少なくとも一部の信号値に基づいて決定される基準値に対して、ある時刻の信号値が所定の範囲外である場合、前記ある時刻の信号値を補正することを特徴とする移動体検知装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロ波等を利用したドップラーセンサーによる移動体検知に係り、特に移動体のドップラー信号に混入するノイズの影響を排除するのに好適なドップラーセンサー装置に関する発明である。
【背景技術】
【０００２】
従来、マイクロ波ドップラーセンサーを用いて人体や尿流を検知し、小便器のボール部内を洗浄する小便器洗浄装置が知られている（たとえば、特許文献１参照）。この種の小便器洗浄装置は、赤外線によって人体検知などを行う小便器洗浄装置に比べ、センサを小便器内に配置することができる点で有効である。すなわち、マイクロ波が陶器を透過することができるという特性を利用して、マイクロ波ドップラーセンサーを小便器の内側に隠すことができるため、小便器洗浄装置の美観を向上させることができるのである。
【０００３】
また、マイクロ波ドップラーセンサーを用いて尿流をより確実に検知することにより、尿流を検知した後に小便器のボール部内を洗浄するようにすることによって、利用者が用を足していないときに小便器の洗浄を行ってしまうことを防止することができる。
【０００４】
一方、実際に使用される環境では様々なノイズが有り、尿流以外の要因でも尿流に対する信号と類似した信号が生じ、誤って尿流と判定してしまう恐れがある。誤って尿流と判定してしまうと小便器の洗浄を行うので、無駄に水を使うことになる。そこで、ノイズと尿流信号を識別する為の処置が施されている。
【０００５】
例えば、使用者の体の動きをドップラーセンサーが捉えて信号波形が生じるが、周波数帯域フィルターを用いることで体の動きにともなる信号を抑制し、尿流を抽出している（たとえば、特許文献１参照）。しかしながら、この方法は尿流信号とは周波数帯域が異なるノイズを除去することはできるものの、尿流信号と同じ周波数帯域のノイズを除去することはできない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第３７４０６９６号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上記問題を解決するためになされたもので、本発明の課題は、単純な構成で、マイクロ波ドップラーセンサーに混入する尿流信号と同じ周波数帯域のノイズの影響を排除し、検知対象物を高精度に検知することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明に係る移動体検知装置は、遮蔽物の裏側から表側に伝播波を送り出すことで移動体を検知する移動体検知装置であって、移動体の存在を検知しようとする検知領域に伝播波を送信する伝播波送信部と、移動体によって反射された伝播波を受信する伝播波受信部と、前記伝播波送信部によって送信された伝播波と、前記伝播波受信部によって受信された伝播波とに基づいてドップラー信号を生成するドップラー信号生成部と、前記ドップラー信号生成部で生成されたドップラー信号の振幅値を算出し、所定の期間における離散的な前記ドップラー信号の振幅値を集計するドップラー信号処理部と、を備えており、ドップラー信号処理部は、所定の期間における離散的な前記ドップラー信号の振幅値のうちある時刻におけるドップラー信号の振幅値がノイズであるか判定し、ノイズと判定されたドップラー信号の振幅値を排除することを特徴とする。
【０００９】
本発明の請求項１に係る移動体検知装置によれば、ドップラー信号処理部において所定の期間における離散的なドップラー信号の振幅値を集計することによって、集計した振幅値の中で特異な値をノイズと判定することができるようになる。即ち、移動体が移動すると振幅値は連続的に変化するが、所定の期間内では振幅値は一定のばらつきの範囲内に収まる。例えば、移動体が近づくと移動体での伝播波の反射量が増える為に振幅値は増大し、遠ざかると振幅値は減少する傾向があるが、伝播波の反射量は急変することはない為、振幅値も概ね連続的に変化する為である。一方、本来検知すべき移動体は無く、外来ノイズ等を受けた場合には、検知対象の移動に伴う振幅値と同等の振幅値の出現頻度が、移動体の移動に伴う信号の場合に比べて少ない場合が多い。よって、このような場合にはノイズと判定して排除することによって誤って検知判定することを防ぐことができる。以上のように、単純な構成で、尿流信号と同じ周波数帯域の振幅の大きなノイズの影響を排除することを可能となり、ノイズによる誤検知を防止できる。
【００１０】
また、本発明の請求項２に係る移動体検知装置によれば、前記ドップラー信号処理部は、集計された前記振幅値のうち大きい順に振幅値を所定の割合排除し、残された振幅値のうち最も大きい振幅値を出力することを特徴とする。
【００１１】
この好ましい態様では、ノイズによって生じる大きな振幅値の発生頻度が少ない場合にはこれらが排除され、残った振幅値の最大値を出力することにより、振幅の大きなノイズの影響を排除することを可能とした。
【００１２】
また、本発明の請求項３に係る移動体検知装置によれば、遮蔽物の裏側から表側に伝播波を送り出すことで移動体を検知する移動体検知装置であって、移動体の存在を検知しようとする検知領域に伝播波を送信する伝播波送信部と、移動体によって反射された伝播波を受信する伝播波受信部と、前記伝播波送信部によって送信された伝播波と、前記伝播波受信部によって受信された伝播波とに基づいてドップラー信号を生成するドップラー信号生成部と、前記ドップラー信号の信号値を算出し、所定の期間における離散的な前記信号値を集計するドップラー信号処理部と、を備えており、前記ドップラー信号処理部は、集計された前記信号値のうち少なくとも一部の信号値に基づいて決定される基準値に対して、ある時刻の信号値が所定の範囲外である場合、前記ある時刻の信号値を補正することを特徴とする。
【００１３】
この好ましい態様では、集計した信号値のなかで、その値が他と乖離するものをノイズと見なして補正することによって、本来の移動体に伴う信号値に近づけることができる。即ち、離散的に順次算出される信号値は、移動体が無い場合はドップラー信号の暗ノイズによる変動があるが、所定の範囲に収まる。また、移動体がある場合はその移動に伴って変化するものの、その変化は所定の範囲に収まる。一方、外来ノイズ等を受けた場合には信号値が急変することが多いので、ノイズと判断してその前後の信号値に基づいて補正することができる。以上のように単純な構成で、ノイズの影響を排除することが可能となり、ノイズによる誤検知を防止できる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係る移動体検知装置によれば、単純な構成で、尿流信号と同じ周波数帯域の振幅の大きなノイズの影響を排除することを可能となり、ノイズによる誤検知を防止できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施の形態である小便器洗浄装置の全体構成図である。
【図２】図１に示す小便器洗浄装置における制御部の概略構成図である。
【図３】デジタルサンプリング値における単発ノイズを示す概念図である。
【図４】第一ノイズ除去手段でのデータ処理手順を示すフローチャートである。
【図５】尿信号波形を示す波形図である。
【図６】ノイズ波形を示す波形図である。
【図７】第二ノイズ除去手段でのデータ処理手順を示すフローチャートである。
【図８】第二ノイズ除去手段での頂点検出を示す波形図である。
【図９】第二ノイズ除去手段でのデータ処理を示す概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。本実施形態においては、センサ装置のうち、マイクロ波ドップラーセンサーを用いて人体検知や尿流検知を行う小便器洗浄装置に関して説明する。図１は本発明の実施形態における小便器洗浄装置の全体構成図、図２は小便器洗浄装置の洗浄制御部６の概略構成図である。
【００１７】
図１に示すように、本実施形態における小便器洗浄装置は、小便器１と、ボール部２と、給水路３の中途部に設けられ、小便器１のボール部２内へ洗浄水を供給する給水バルブ４（水供給手段）と、小便器１のボール部２に向けて電波を送信し、その反射波を受信してドップラー信号を生成するマイクロ波ドップラーセンサー５（信号生成手段）と、このマイクロ波ドップラーセンサー５から出力されるドップラー信号に基づいて人体検知や尿流検知を行い、この人体検知や尿流検知の結果に応じて給水バルブ４を制御し、ボール部２内に洗浄水を供給する洗浄制御部６（判定手段）と、を有している。なお、給水バルブ４は、電磁弁などから構成される。
【００１８】
マイクロ波ドップラーセンサー５は、小便器１の上部背面に配置され、ボール部２を含む斜め下前方に向けて電波を放射して送信し、この電波の反射波を受信するものである。マイクロ波ドップラーセンサー５は、小便器１のボール部２に尿が流れたこと（尿流）のほか、小便器１に人体が近づいてきたこと（人体近接）や小便器から人体が遠ざかったこと（人体離反）を検知するために用いられるものであり、図２に示すように構成されている。
【００１９】
マイクロ波ドップラーセンサー５は、小便器１の上部背面から正面側のボール部２に向けて電波を送信するために１０．５２５ＧＨｚの電気信号である送信信号Ｓ１を生成する発振回路１０と、発振回路１０から出力される送信信号Ｓ１を１０．５２５ＧＨｚのマイクロ波として送信する送信手段１１と、送信手段１１から送信されたマイクロ波が検知対象物によって反射され、その反射波を受信して電気信号に変換した受信信号Ｓ２を出力する受信手段１２と、送信信号Ｓ１の周波数と受信信号Ｓ２の周波数との差分信号であるドップラー信号Ｓ３を出力する差分検知手段１３から構成される。
【００２０】
このマイクロ波ドップラーセンサー５は、ドップラー効果を利用して以下の式（１）に基づいて検知対象物の動きを検知するために用いられるものである。
【００２１】
【数１】
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【００２２】
すなわち、送信手段１１から送信された周波数Ｆｓのマイクロ波は、速度νで移動している検知対象物に反射する。この反射波は、相対運動によるドップラー周波数シフトを受けているためその周波数はＦｂとなり、受信手段１２によって受信される。そして、差分検知手段１３によって、送信波と反射波の周波数差ΔＦであるドップラー信号Ｓ３が検知信号として取り出され、このドップラー信号Ｓ３に基づいて、人体検知（人体近接検知や人体離反検知）及び尿流検知が行われる。
【００２３】
差分検知手段１３から出力されるドップラー信号Ｓ３は、増幅手段１４で増幅された後、マイコン２３で信号の処理や検知判定等が行われる。先ず、Ａ／Ｄコンバータ１５によってデジタル値に変換され、第一ノイズ除去手段１６でノイズを低減させた後、人体検知用デジタルフィルター１７によって、人体検知に必要な帯域の周波数成分が選択され、人体検知判定部１８に入力される。人体検知判定部１８ではこの値に基づいて人体近接や離反の有無を判定する。また、第一ノイズ除去手段１６の出力は、尿検知用デジタルフィルター２０によって、尿検知に必要な帯域の周波数成分が選択され、さらに第二ノイズ除去手段２１でノイズを低減させた後に尿検知判定部２２にて尿の有無を判定する。
【００２４】
制御部１９は、人体検知判定部１８と尿検知判定部２２の判定結果に応じて、所定の条件に従い洗浄制御部６を制御して、ボール部２内に洗浄水を供給する。
【００２５】
ここで、本実施形態においては、人体として検知するためのドップラー信号を５０（Ｈｚ）以下とし、尿流として検知するためのドップラー信号を１００〜１８０（Ｈｚ）としている。なお、５０（Ｈｚ）以下のドップラー信号は、検知対象物の速度νが約０．７（ｍ／ｓ）以下の速度であるときにマイクロ波ドップラーセンサー７から出力され、１００〜１８０（Ｈｚ）のドップラー信号は、検知対象物の速度νが約１．４〜２．６（ｍ／ｓ）の速度のときにマイクロ波ドップラーセンサー５から出力されるものである。
【００２６】
差分検知手段１３から５０（Ｈｚ）以下の所定閾値以上のドップラー信号Ｓ３が所定期間連続して出力されると、人体検知判定部１８は人体近接検知を行う。このように人体近接検知が行われると制御部１９は、洗浄制御部６を制御して、ボール部２内に所定量の洗浄水を供給する。その後、差分検知手段１３から１００〜１８０（Ｈｚ）の所定閾値以上のドップラー信号Ｓ３が所定期間連続して出力されると、尿検知判定部２２は尿検知を行う。その後更に、差分検知手段１３からら５０（Ｈｚ）以下のドップラー信号Ｓ３が所定期間連続して出力されると、人体検知判定部１８は人体離反検知を行う。このように尿流検知後、人体離反検知が行われると制御部１９は、洗浄制御部６を制御して、ボール部２内に所定量の洗浄水を供給して、小便器１の洗浄を行う。
【００２７】
次に、本発明の特徴である第一ノイズ除去手段１６と第二ノイズ除去手段２１について詳細に説明する。
【００２８】
Ａ／Ｄコンバータ１５は２ｍｓの周期でドップラー信号Ｓ３のデジタルサンプリング値を得る。ノイズは熱雑音のように複数回のサンプリングに連続的に重畳しているものと、ある１回のサンプリング時のみに単発で重畳するものがある。単発のノイズは外来電磁ノイズ等でしばしば生じるものである。第一ノイズ除去手段１６は単発ノイズの除去を目的としているものである。第一ノイズ除去手段１６は過去数回のデジタルサンプリング値を保管しておき、前後のデジタルサンプリング値に基づいてノイズ除去処理を行う。図３に示すように、ｎ回目にサンプリングした値をＶｎとすると、２回前のサンプリング値Ｖｎ−２、１回前のサンプリング値Ｖｎ−１、１回後のサンプリング値Ｖｎ＋１、２回後のサンプリング値Ｖｎ＋２の４ケのデータと比較してＶｎがノイズであるかどうかを判定し、ノイズと判定した場合はＶｎを別の値に置き換えて出力する。図３において、Ｖｎが単発ノイズである。
【００２９】
第一ノイズ除去手段でのデータ処理手順の一例を図４のフローチャートを元に説明する。
先ず、｜Ｖｎ−（Ｖｎ−２，Ｖｎ−１，Ｖｎ＋１，Ｖｎ＋２の平均値）｜／（Ｖｎ−２，Ｖｎ−１，Ｖｎ＋１，Ｖｎ＋２の分散値）を所定の閾値と比較する。ここで、（Ｖｎ−２，Ｖｎ−１，Ｖｎ＋１，Ｖｎ＋２の平均値）はＶｎ−２、Ｖｎ−１、Ｖｎ＋１、Ｖｎ＋２の４データの加算平均である。Ｖｎに単発ノイズが重畳している場合には、図３に示すようにＶｎと、この平均値との乖離が大きく、｜Ｖｎ−（Ｖｎ−２，Ｖｎ−１，Ｖｎ＋１，Ｖｎ＋２の平均値）｜は大きな値となる可能性が高い。
【００３０】
（Ｖｎ−２，Ｖｎ−１，Ｖｎ＋１，Ｖｎ＋２の分散値）はＶｎ−２、Ｖｎ−１、Ｖｎ＋１、Ｖｎ＋２の４データの分散値である。この値は、Ｖｎ−２、Ｖｎ−１、Ｖｎ＋１、Ｖｎ＋２の４データに単発ノイズが重畳していない場合は定常的なノイズによるばらつきを示し、小さな値となっている。よって、Ｖｎのみが単発ノイズである場合には、｜Ｖｎ−（Ｖｎ−２，Ｖｎ−１，Ｖｎ＋１，Ｖｎ＋２の平均値）｜／（Ｖｎ−２，Ｖｎ−１，Ｖｎ＋１，Ｖｎ＋２の分散値）は極めて大きな値をとることになり、明確に単発ノイズを検知できる。
【００３１】
｜Ｖｎ−（Ｖｎ−２，Ｖｎ−１，Ｖｎ＋１，Ｖｎ＋２の平均値）｜／（Ｖｎ−２，Ｖｎ−１，Ｖｎ＋１，Ｖｎ＋２の分散値）が所定の閾値を超えるかどうかを判定し（Ｓ１）、閾値を超える場合は、Ｖｎが単発ノイズである可能性が高いので、ＶｎをＶｎ−２，Ｖｎ−１，Ｖｎ＋１，Ｖｎ＋２の平均値に置き換える（Ｓ２）。一方、｜Ｖｎ−（Ｖｎ−２，Ｖｎ−１，Ｖｎ＋１，Ｖｎ＋２の平均値）｜／（Ｖｎ−２，Ｖｎ−１，Ｖｎ＋１，Ｖｎ＋２の分散値）が所定閾値よりも小さい場合はＶｎに単発ノイズは重畳していない可能性が高いので何もしない（Ｓ３）。以上の処理によって、単発ノイズを抑えることができる。
【００３２】
さらに、尿検知判定については第二ノイズ除去手段２１を備えている。尿検知用デジタルフィルター２０から出力される尿信号波形の例を図５に示す。振幅は増減を繰り返しながらも一定範囲に収まっている。
【００３３】
一方、尿検知用デジタルフィルターから出力されるノイズ波形の例を図６に示す。振幅の小さい熱雑音に振幅の大きな外来ノイズが重畳している。この外来ノイズは図５に示す尿信号よりも振幅が大きい場合があり、尿検知用デジタルフィルター２０の出力を単純に閾値と比較するだけでは誤検知してしまうことになる。
【００３４】
第二ノイズ除去手段２１でのデータ処理手順の一例を図７のフローチャートを元に説明する。
【００３５】
尿検知用デジタルフィルター２０では２ｍｓ毎に演算結果を出力する。第二ノイズ除去手段２１はその都度図７のフローチャートに示す処理を行う。先ず、波形の頂点を検知する（Ｓ１）。具体的には、数値が上昇から下降に転じた点を上側の頂点、一方、数値が下降から上昇に転じた点を下側の頂点として検知することができる。頂点を検知した場合（Ｓ２でｙ）は、頂点の値を記憶しておく（Ｓ３）。図８に示す波形例において、Ｙ（３）が上側の頂点、Ｙ（６）が下側の頂点として検知され、これらの値が記憶される。
【００３６】
続いて、前回の頂点との差の絶対値を振幅値として記憶しておく（Ｓ４）。図８に示す波形例においては、｜Ｙ（６）−Ｙ（３）｜が振幅値として記憶される。さらに、記憶した振幅値の個数ｎを一つ増やして記憶する。（Ｓ５）一方、頂点を検知しなかった場合（Ｓ２でｎ）は、何もしない。
【００３７】
次に、前回のノイズ除去処理から１００ｍｓ経過していない場合（Ｓ６でｎ）には処理を終了し、１００ｍｓ経過した場合（Ｓ６でｙ）は、ｎケの振幅値データを大きい順に並び替え（Ｓ７）、順位がｎ×０．３番目の振幅値を抽出し（Ｓ８）、第二ノイズ除去処理の出力とする。図９に示す概念図は２６ケの振幅値データを左から大きい順に並べたものであるが、２６×０．３＝７．８となるので、四捨五入して８番目の振幅値データである６９を抽出する。次の１００ｍｓ間の振幅値算出に備えて、記憶していた、頂点の値・振幅値・振幅値データ数ｎを消去する。（Ｓ９）尚、ここでは順位がｎ×０．３番目の振幅値を抽出したが、順位がｎ番目の振幅値を抽出するようにしても良い。
【００３８】
第二ノイズ除去処理によって、図６に示すようなノイズ波形の場合は振幅の大きい外来ノイズによる振幅を排除することができ、尿検知判定部２２で尿と判定することは無く、図５に示すような尿信号波形の場合には尿信号に相関する値が出力され、尿検知判定部２２で尿と判定される。
【００３９】
以上のようにノイズと判定されたドップラー信号の影響を排除することにより、検知対象物を高精度に検知することが可能となる。
【００４０】
本発明によれば、ドップラー信号処理部において所定の期間における離散的なドップラー信号の振幅値を集計することによって、集計した振幅値の中で特異な値をノイズと判定することができるようになる。即ち、移動体が移動すると振幅値は連続的に変化するが、所定の期間内では振幅値は一定のばらつきの範囲内に収まる。例えば、移動体が近づくと移動体での伝播波の反射量が増える為に振幅値は増大し、遠ざかると振幅値は減少する傾向があるが、伝播波の反射量は急変することはない為、振幅値も概ね連続的に変化する為である。一方、本来検知すべき移動体は無く、外来ノイズ等を受けた場合には、移動体の移動に伴う振幅値と同等の振幅値の出現頻度が、検知対象の移動に伴う信号の場合に比べて少ない場合が多い。よって、このような場合にはノイズと判定して排除することによって誤って検知判定することを防ぐことができる。以上のように、単純な構成で、尿流信号と同じ周波数帯域の振幅の大きなノイズの影響を排除することを可能となり、ノイズによる誤検知を防止できる。
【００４１】
この好ましい態様では、ノイズによって生じる大きな振幅値の発生頻度が少ない場合にはこれらが排除され、残った振幅値の最大値を出力することにより、振幅の大きなノイズの影響を排除することを可能とした。
【００４２】
この好ましい態様では、集計した信号値のなかで、その値が他と乖離するものをノイズと見なして補正することによって、本来の移動体に伴う信号値に近づけることができる。即ち、離散的に順次算出される信号値は、移動体が無い場合はドップラー信号の暗ノイズによる変動があるが、所定の範囲に収まる。また、移動体がある場合はその移動に伴って変化するものの、その変化は所定の範囲に収まる。一方、外来ノイズ等を受けた場合には信号値が急変することが多いので、ノイズと判断してその前後の信号値に基づいて補正することができる。以上のように単純な構成で、ノイズの影響を排除することが可能となり、ノイズによる誤検知を防止できる。
【符号の説明】
【００４３】
１：小便器
２：ボール部
３：給水路
４：給水バルブ
５：マイクロ波ドップラーセンサー
６：洗浄制御部
１０：発振回路
１１：送信手段
１２：受信手段
１３：差分検出手段
１４：増幅手段
１５：Ａ／Ｄコンバータ
１６：第一ノイズ除去手段
１７：人体検知用デジタルフィルター
１８：人体検知判定部
１９：制御部
２０：尿検知用デジタルフィルター
２１：第二ノイズ除去手段
２２：尿検知判定部
【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６】
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【図７】
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【図８】
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【図１】
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【図９】
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