(57)【要約】【課題】マイクロ波ドップラーセンサーでは、人や尿などの検知対象物のドップラー信号の周波数成分及びその大きさを解析する必要があるが、検知対象物以外の例えば蛍光灯のノイズの影響を受け、正確な検知ができないという問題がある。【解決手段】受信部によって受信された反射波と、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、ドップラー信号生成部で生成されたドップラー信号のうち、予め設定された所定の周波数に対応する周期のドップラー信号を差分した差分ドップラー信号に基づいて使用者又は使用者の使用状況を検知する検知部と、検知部の検知結果に応じて、吐水部から自動吐水するための制御信号出力する制御部と、を備え、制御部は、差分ドップラー信号の振幅の大きさが所定値よりも大きい場合に、使用者又は使用者の使用状況を検知部が検知したと判断する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
吐水部から自動吐水する吐水制御装置であって、
使用者又は使用者の使用状況を検知しようとする検知領域に、送信波を送信する送信部と、
前記検知領域の検知対象によって反射された反射波を受信する受信部と、
前記送信部によって送信された送信波と、前記受信部によって受信された反射波と、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うち、予め設定された所定の周波数に対応する周期のドップラー信号を差分した差分ドップラー信号に基づいて使用者又は使用者の使用状況を検知する検知部と、
前記検知部の検知結果に応じて、前記吐水部から自動吐水するための制御信号出力する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記差分ドップラー信号の振幅の大きさが所定値よりも大きい場合に、使用者又は使用者の使用状況を前記検知部が検知したと判断することを特徴とする吐水制御装置。
【請求項２】
前記検知部は、使用者が前記吐水部の前方で静止した場合に、予め設定された所定の周波数に対応する周期の前記ドップラー信号を差分した前記差分ドップラー信号に基づいて使用者の使用状況を検知することを特徴とする請求項１に記載する吐水制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、所定方向に伝播波を送り出すことで使用者の存在を検知して吐水部から自動吐水する吐水制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、マイクロ波ドップラーセンサーなどのドップラーセンサーを用いて人体や尿流を検知することが行われている。マイクロ波ドップラーセンサーは、マイクロ波を伝播波として送信し、対象物によって反射したマイクロ波を受信することにより、対象物の動きを検出するものである。
【０００３】
マイクロ波ドップラーセンサーは、センサーから送信するマイクロ波の信号と、センサーから送信したマイクロ波が人体などの対象物によって反射してセンサーにより受信される信号の差分信号からドップラー信号を生成するものである。このドップラー信号は、対象物の動き（例えば、対象物の接近や対象物の離反）を表す信号であり、このドップラー信号から対象物の動きを検出することができる。
【０００４】
マイクロ波ドップラーセンサーにおいては、人や尿などの複数の対象物の動きを検出するため、それぞれの検知対象物のドップラー信号の周波数成分及びその信号振幅の大きさを示す振幅強度を抽出することが望ましい。しかし、マイクロ波ドップラーセンサーでは、検知対象物以外の例えば蛍光灯のノイズの影響を受けることがある。
【０００５】
蛍光灯ノイズのようなほぼ一定周波数の信号を有するノイズの除去を目的として、ドップラー信号を適応フィルターやノッチフィルターで処理する技術が下記特許文献１に記載されている。また下記特許文献２には、ドップラー信号の周波数の解析技術として、パーティクルフィルターを用い、周波数推定のために発生させる粒子に、ノイズと同じ周波数の粒子を含まないようにする技術が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００４―２９３２１６号公報
【特許文献２】特開２０１１−６４５５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
蛍光灯の電源に起因するノイズは、電源周波数に対して所定の高調波になることが知られている。このようなノイズに特許文献１に記載されているようなノッチフィルターを適用すれば、電源周波数毎にノッチフィルターを準備する必要がある。同じ特許文献１に記載されている適応フィルターを用いれば、電源周波数が異なっても対応可能であるが、適応フィルター自身の処理が複雑で計算コストの掛かるものとなる。また、特許文献２に記載されているようなパーティクルフィルターを使った周波数解析の処理は複雑で計算コストが掛かるうえに、特定の周波数の粒子を発生させないようにすれば、その近傍の周波数推定に大きな誤差を含んだ結果しか得られず、本来検知すべき情報が正確に捉えられないという欠点がある。
【０００８】
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、予め設定された所定の周波数に対応する周期のドップラー信号を差分した差分ドップラー信号に基づいて使用者又は使用者の使用状況を検知することにより、安価にノイズ除去ができ、正確に検知できる吐水制御装置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】
【０００９】
上記課題を解決するために本発明に係る吐水制御装置は、吐水部から自動吐水する吐水制御装置であって、使用者又は使用者の使用状況を検知しようとする検知領域に、送信波を送信する送信部と、前記検知領域の検知対象によって反射された反射波を受信する受信部と、前記送信部によって送信された送信波と、前記受信部によって受信された反射波と、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うち、予め設定された所定の周波数に対応する周期のドップラー信号を差分した差分ドップラー信号に基づいて使用者又は使用者の使用状況を検知する検知部と、前記検知部の検知結果に応じて、前記吐水部から自動吐水するための制御信号出力する制御部と、を備え、前記制御部は、前記差分ドップラー信号の振幅の大きさが所定値よりも大きい場合に、使用者又は使用者の使用状況を前記検知部が検知したと判断することを特徴とする。
【００１０】
本発明に係る吐水制御装置によれば、予め設定された所定の周波数に対応する周期のドップラー信号を差分した差分ドップラー信号に基づいて使用者又は使用者の使用状況を検知するものであるから、例えば蛍光灯の電源に起因するようなある一定周波数のノイズは除去され、使用者又は使用者の使用状況のドップラー信号を正確に検知することができる。
【００１１】
また本発明に係る吐水制御装置は、使用者が前記吐水部の前方で静止した場合に、予め設定された所定の周波数に対応する周期の前記ドップラー信号を差分した前記差分ドップラー信号に基づいて使用者の使用状況を検知することを特徴とする。
【００１２】
また本発明に係る吐水制御装置によれば、前記検知部は、使用者の使用状況に対応するドップラー信号が例えば蛍光灯の電源に起因するようなある一定周波数のノイズと区別し難い場合に、使用者の使用状況に対応するドップラー信号を確実に検知することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、予め設定された所定の周波数に対応する周期のドップラー信号を差分した差分ドップラー信号に基づいて使用者又は使用者の使用状況を検知することにより、安価にノイズ除去ができ、正確に検知できる吐水制御装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施形態に係る吐水制御装置を備えた小便器を示す概略側面図である。
【図２】本発明の実施形態に係る吐水制御装置の機能的な構成を示すブロック構成図である。
【図３】本発明の実施形態に係る差分ドップラー信号例を示した図である。
【図４】本発明の実施形態に係るフローチャートである。
【図５】本発明の実施形態に係るドップラー信号例である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態について添付図面を参照しながら説明する。各図面中、同様の構成要素には同一の符合を付して詳細な説明は適宜省略する。図１は、本発明の実施形態に係る吐水制御装置２を備えた小便器１を示す概略側面図である。
【００１６】
図１に示すように、吐水制御装置２は、例えば小便器１に設置される。吐水制御装置２は、小便器１の前方向に向けてマイクロ波を放射して送信し、このマイクロ波の反射波を受信して、使用者の存在及び行動態様を検知し、その検知結果に応じて吐水部２０を制御する装置である。
【００１７】
なお、本実施形態では、小便器１に吐水制御装置２を設置した例を示すが、小便器１に設置するだけではなく、例えば、手洗器や大便器に設置しても良い。例えば、吐水制御装置２を手洗器に設置する場合には、使用者が手洗器を使用する際の立ち位置を含む領域にマイクロ波を送信する。また、例えば、吐水制御装置２を大便器に設置する場合には、使用者が大便器を立位使用する際の立ち位置及び着座使用する際の着座位置を含む領域に、伝搬波としてのマイクロ波を送信する。
【００１８】
続いて、図２を参照しながら、図１に示した吐水制御装置２について更に説明する。図２は、実施形態に係る吐水制御装置２の機能的な構成を示すブロック構成図である。図２に示すように、吐水制御装置２は、伝播波の送信部１２と、伝播波の受信部１３と、ドップラー信号生成部１４と、検知部１５と、制御部１６を備えている。制御部１６は吐水制御装置２の外部に設置されている吐水部２０を制御する。
【００１９】
伝播波の送信部１２は、検知対象物の動きを検知しようとする検知領域に伝播波を送信する部分である。送信部１２は、送信した伝播波の情報をドップラー信号生成部１４に出力する。
【００２０】
伝播波の受信部１３は、使用者によって反射された伝播波を受信する部分である。受信部１３は、受信した伝播波の情報をドップラー信号生成部１４に出力する。なお、人体検知装置２を構成する伝播波を送信する送信部１２と、伝播波を受信する受信部１３とは一体とした構成でも、伝播波の送信部１２と伝播波の受信部１３とを別体として吐水制御装置２を構成しても良い。
【００２１】
ドップラー信号生成部１４は、伝播波の送信部１２によって送信された伝播波と、伝播波の受信部１３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部分である。ドップラー信号生成部４は、生成したドップラー信号を検知部１５に出力する。
【００２２】
検知部１５は、ドップラー信号生成部１４が生成したドップラー信号に基づいて、その周波数から、検知対象物である移動体の速度を数式１に基づき算出し、その信号振幅強度から検知対象物が吐水制御装置までの概略の距離を判断し、その行動を検知することができる。ここでいう概略の距離とは、移動体がドップラーセンサーから近くに居るか、遠いかが判断できる程度の距離を示す。また、検知部１５は、ドップラー信号そのものでなく、ドップラー信号生成部が生成したドップラー信号を使い、予め設定した一定周期間隔のドップラー信号を差分した差分ドップラー信号に基づいて使用者又は使用者の使用状況を検知することができる。  
【００２３】
【数１】
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【００２４】
制御部１６は、検知部１５の結果に基づいて、外部の吐水部２０を制御し、小便器１への吐水を制御する。
【００２５】
図３は同一振幅強度で周波数１００Ｈｚ、１２０Ｈｚ、１５０Ｈｚのドップラー信号を周期１７ｍｓｅｃ一定の間隔で、それぞれ差分した差分ドップラー信号の例である。図３の５１が１００Ｈｚ、５２が１２０Ｈｚ、５３が１５０Ｈｚの差分結果を示す。周期１７ｍｓｅｃは５８．８Ｈｚに相当し、その２倍の高調波の周波数に近い１２０Ｈｚの信号の振幅強度が小さくなり、高調波から離れた周波数である１００Ｈｚ、１５０Ｈｚの信号の振幅は大きい。
一方、小便器で人体検知に加え、尿検知を行う場合には尿のドップラー周波数は１００Ｈｚから２００Ｈｚの間で変化するのに対し、電源に起因した蛍光灯のノイズは電源周波数の２倍高調波となる。そこで、電源周波数と同じか、整数分の１倍の周波数間隔でドップラー信号を差分した差分ドップラー信号を計算すれば、蛍光灯ノイズの場合、小さな値にしかならないのに対し、尿信号は大きな値を示すので、両者を見分けることが可能となる。
以上のことを使って、尿と蛍光灯ノイズを区別する方法について以下に示すフローチャートで説明する。
【００２６】
図３は実施例１のフローチャートである。図３に示すように、ステップＳ５０１では、ドップラー信号を用いた、人体の接近の検知を開始する。人体接近の検知は、ドップラーセンサーから電波を送信し、ドップラー信号をサンプリングすることから始まるが、ステップＳ５０２では、このサンプリング周期を周期１としている。具体例として周期１は、センサーの送信電波の周波数が１０ＧＨｚのとき、例えばサンプリング周期は２ｍｓｅｃに設定することができる。このようにすれば、高速で運動する尿の信号も正確に把握できる。
以下、ドップラーセンサーの送信電波の周波数を１０ＧＨｚとして説明する。
【００２７】
ステップＳ５０３では、移動物がドップラーセンサー前に無い状態のデータ値をｙ０として、（センサデータ値  ー  ｙ０）の絶対値が設定値２以上であるか否かを判断する。この絶対値が設定値２以上でないと判断した場合、設定値２以上の絶対値を検知するまでステップＳ５０３の処理が繰り返される。一方、検知部１５は、絶対値が設定値２以上であると判別した場合、ステップＳ５０４へ進む。
【００２８】
ステップＳ５０４では、大きな信号が得られたことで、検知部１５により移動中の使用者を検知したと判断され、ステップＳ５０５へ進む。
【００２９】
ステップＳ５０５では、検知部１５は、ドップラー信号の周波数と振幅強度とを解析し、ステップＳ５０６へ進む。ステップＳ５０５で実施するドップラー信号の周波数と振幅強度の解析では自己回帰モデルを使った周波数解析の方法、フーリエ変換（高速フーリエ変換を含む）や信号のピークを求めてその間隔で周波数を、その差でピーク幅を求める方法などを適用する。
【００３０】
ステップＳ５０６では、ドップラー信号の振幅強度値と設定値３とを比較し、ドップラー信号の振幅強度値が設定値３より大きいかを判断する。ステップＳ５０６での判断は、使用者が小便器１の近傍に接近したか否かの判断に相当する。つまり、ドップラー信号の振幅強度値が設定値３より大きい場合には、使用者が小便器１の近傍に接近したと判断することができ、ドップラー信号の振幅強度値が設定値３以下の場合には、使用者が小便器１の近傍に接近していないと判断することができる。なお、設定値３（接近基準値）は、ステップＳ５０３における設定値２より大きく、小便器１の近傍に人が接近したときに現れる振幅強度を判断する基準となる値として予め所定値に設定されるものである。
【００３１】
ステップＳ５０６でドップラー信号の振幅強度値が設定値３より大きいと判別した場合に、ステップＳ５１０へ進み、設定値３以下であると判断した場合には、ステップＳ５０８へ進む。
【００３２】
まず、ドップラー信号の振幅強度値が設定値３以下である場合、すなわち、小便器１の近傍に使用者が接近していない場合について説明する（ステップＳ５０６のＮＯからステップＳ５０８）。ステップＳ５０７では、ドップラー信号の振幅強度が、継続して設定値２以下となっているか否かを判別する。継続して設定値２以下となっていないと判別された場合、すなわち、ドップラー信号の振幅強度がまだ大きい値が存在することから使用者が小便器１付近から離れていないと判別された場合、ステップＳ５０６へ戻る。一方、継続して設定値２以下となっている場合、すなわち、使用者が小便器１に十分に接近していない場合には、ステップＳ５０８へ進む。ステップＳ５０８では、  使用者は小便器１の前を通り抜けていなくなった、すなわち不在と判断する。使用者が不在と判断された場合には、ステップＳ５１１へ進み、はじめに戻りステップＳ５０１以降の処理を繰り返す。
【００３３】
続いて、ドップラー信号の振幅強度値が設定値３より大きい場合、すなわち、小便器１の近傍に使用者が接近している場合について説明する（ステップＳ５０６のＹＥＳからステップＳ５１０）。ステップＳ５１０では、使用者が小便器１の近傍に接近していると判断され、ステップＳ５１１へ進む。ステップＳ５１１では、ドップラー信号の周波数から計算できる使用者の速度及びドップラー信号の振幅強度値から、使用者が小便器１の近傍で静止したか否かが判断され、ステップＳ５１２へ進む。なお、ステップＳ５１１における静止判断としては、ドップラー信号の振幅強度値が静止基準値（設定値３より小さく、設定値２より大きな値）以下であり、かつ、周波数が所定の周波数閾値以下であるかを判断する。
【００３４】
ステップＳ５１２では、Ｓ５１１の静止判断に基づき、使用者が小便器１の近傍で静止したと判断された場合に、ステップＳ５１３へ進み、使用者が小便器１の近傍で静止していないと判断された場合には、ステップＳ５０７に戻り、Ｓ５０７以降の処理を繰り返す。
【００３５】
ステップＳ５１３では、人が小便器前に静止した後に、尿計測を行うことになるが、尿のドップラー信号の周波数は１００から２００Ｈｚの間になるので、電源周波数５０Ｈｚ、６０Ｈｚのときの蛍光灯ノイズ（周波数がそれぞれ１００、１２０Ｈｚ）と重複し、蛍光灯ノイズと尿信号の判別が難しくなる。そこでステップＳ５１３では、電源周波数と一致するか、電源周波数を含む１以上の一定周期の間隔のドップラー信号を差分することで差分ドップラー信号を生成する。具体的には５０Ｈｚ、６０Ｈｚの電源が対象であれば、ドップラー信号の差分周期は５０Ｈｚ、６０Ｈｚとしても良いし、あるいは４７．５Ｈｚ、５２．５Ｈｚ、５７．５Ｈｚ、６２．５Ｈｚというように、各電源周波数に２つ以上の差分周期を設けても良い。このように２つ以上の差分周期を設ければ、電源周波数が安定していない場合でも、電源に起因する蛍光灯ノイズを検知できる利点がある。また、サンプリング周期を例えば２ｍｓｅｃとしていると、４７．５Ｈｚの間隔でドップラー信号を差分するには、一方のドップラー信号から２０ｍｓｅｃ後のドップラー信号ｙ１と１８ｍｓｅｃ後のドップラー信号ｙ２を使って、その間の値である周期４７．５Ｈｚになる時刻の比例按分して周期４７．５Ｈｚのドップラー信号値を算出して、差分ドップラー信号を求めるようにする。このようにすれば、本来のサンプリング周期を電源周波数に応じて変えることなく、いろいろな電源周波数の周期に対応した差分ドップラー値を算出できる。
【００３６】
ステップＳ５１４では、小便器前で静止している人が放尿することなしに、動き始めたかどうかを確認する。この判断は、差分しない通常のドップラー信号の信号振幅の大きさが設定値３近傍の値を示し、移動速度に該当するドップラー信号の周波数が設定値（例えば２０Ｈｚ）以上になれば、移動を開始したと判断し、ステップＳ５１５に進む。ステップ５１５では、そのままステップＳ５０７へ進み、引き続き退去したか、最接近したかを判断する。
【００３７】
ステップＳ５１４で、小便器前で静止している人が移動開始していないと判断したときは、ステップＳ５１１６へ進み、放尿が開始されたかを判断する。ステップＳ５１６では、ステップＳ５１３で生成した差分ドップラー信号を用い、複数の周波数で差分した差分ドップラー信号があれば、全ての差分ドップラー信号の振幅強度が設定値４以上の値を示せば、ステップＳ５１７へ進み、放尿開始、尿検知と判断し、少なくとも１つの差分ドップラー信号の振幅強度が設定値４より小さければ、尿でなく、蛍光灯ノイズであるとし、ステップＳ５１４へ戻る。ここで設定値４について説明する。人が小便器に接近し、放尿、離反したときのドップラー信号例を図５に示す。図５で区間Ａ１、Ａ５は人がセンサー前に居ないときで、区間Ａ２は人が小便器に接近してきたとき、Ａ３が放尿中の尿の信号、Ａ４が離反移動の信号である。図５に示すように、人が小便器前に近づけば、ドップラー信号の振幅強度は大きくなる。しかし尿のドップラー信号は、人体に比べ電波を反射する面積が小さいので、設定値４は設定値３より小さな値となる。
【００３８】
ステップＳ５１８では、放尿が終了したかを判断する。人は、放尿中、多少体が揺れることはあっても、放尿しながら大きく移動することはないので、放尿終了を検知するまでは人体の動きは判断しない。放尿中は、人体のドップラー信号に比べ、やや高周波（１００から２００Ｈｚ）の、人体より小さな振幅強度の信号が継続するが、この振幅強度あるいは周波数のどちらかが尿の条件から逸脱すれば、放尿終了と判断し、ステップＳ５１９へ進む。放尿が継続されていれば、ステップＳ５１８を実施継続する。
【００３９】
ステップＳ５１９、人体の移動、退去を判断する。ステップＳ５１９ではドップラー信号の振幅強度が設定値２より小さく、その状態が一定時間以上継続すれば。ステップＳ５２０へ進み、そうでなければＳ５１９を継続する。
【００４０】
ステップＳ５２０で、人の退去判断を行い、ステップＳ５２１へ進む。
【００４１】
ステップＳ５２１では、人の退去判断を受けて、制御部１６が吐水部２０を開制御し、便器洗浄を実施し、ステップＳ５２２に進む。
【００４２】
ステップＳ５２２では、人体検知、尿検知、退去検知および用便後の便器洗浄という１連の動きが完了し、再び検知スタートのステップＳ５０１へ戻る。
【００４３】
以上、本発明の小便器で実施形態を説明したが、これは本発明の説明のための例示であって、本発明の範囲をこの実施形態にのみ限定する趣旨ではない。例えば、自動水栓の場合、人体と吐水の動きを検知するときに、吐水の水と蛍光灯ノイズを区別する場合、また大便器でも人の動きと尿の動きを検知する場合に適用できる。本発明は、他の種々の実施形態でも実施することが可能である。
【符号の説明】
【００４４】
１：小便器
２：吐水制御部
１２：送信部
１３：受信部
１４：ドップラー信号生成部
１５：検知部
１６：制御部
２０：吐水部
【図３】
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【図５】
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【図１】
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【図２】
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【図４】
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