(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
吐水部と、
発信回路によって生成された送信信号を送信する送信手段と、検知対象物によって反射した反射波を受信して受信信号を出力する受信手段と、前記送信信号と前記受信信号とを混合してミキシング信号を出力するミキシング手段と、を有するマイクロ波ドップラセンサと、
前記ミキシング信号から高周波成分を除去してドップラ信号を抽出するローパスフィルタ部と、前記ドップラ信号と基準値との差を検出する定在波検出手段と、前記ドップラ信号の周波数成分を検出するためのデジタルフィルタ処理を行う周波数成分検出手段と、を有する制御部と、
を備えた吐水装置において、
前記制御部は、前記定在波検出手段の出力値が大きければ前記ドップラ信号そのままで前記周波数成分検出手段にデジタルフィルタ処理を実行させ、前記定在波検出手段の出力値が小さければ前記ドップラ信号の波形を前記デジタルフィルタ処理における演算処理負荷を減らすように近似して前記周波数成分検出手段にデジタルフィルタ処理を実行させる演算方法可変手段を有し、
更に、前記制御部は、前記周波数成分検出手段の出力に基づいて対象物の有無を判断する対象物検出判断手段を有し、この対象物検出判断部に基づいて前記吐水部からの吐水を制御する
ことを特徴とした吐水装置。
【請求項２】
吐水部と、
発信回路によって生成された送信信号を送信する送信手段と、検知対象物によって反射した反射波を受信して受信信号を出力する受信手段と、前記送信信号と前記受信信号とを混合してミキシング信号を出力するミキシング手段と、を有するマイクロ波ドップラセンサと、
前記ミキシング信号から高周波成分を除去してドップラ信号を抽出するローパスフィルタ部と、前記ドップラ信号を増幅して第一信号を出力するアンプと、前記第一信号と基準値との差を検出する定在波検出手段と、前記第一信号の周波数成分を検出するためのデジタルフィルタ処理を行う周波数成分検出手段と、を有する制御部と、
を備えた吐水装置において、
前記制御部は、前記定在波検出手段の出力値が大きければ前記第一信号そのままで前記周波数成分検出手段にデジタルフィルタ処理を実行させ、前記定在波検出手段の出力値が小さければ前記第一信号の波形を前記デジタルフィルタ処理における演算処理負荷を減らすように近似して前記周波数成分検出手段にデジタルフィルタ処理を実行させる演算方法可変手段を有し、
更に、前記制御部は、前記周波数成分検出手段の出力に基づいて対象物の接近を判断する対象物検出判断手段と、前記アンプより小さなゲインで増幅した或いは全く増幅していない第二信号を入力しこの第二信号と基準値との差を検出するための第二定在波検出手段とを有し、前記第二定在波検出手段は前記対象物検出判断手段からの出力結果に応じて動作すると共に、この第二定在波検出手段による対象物有無の判断に基づいて前記吐水部からの吐水を制御する
ことを特徴とした吐水装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
手洗い場、トイレ、キッチンなどに設けられるマイクロ波などを利用した電波センサを用いて吐止水を制御する吐水装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
マイクロ波ドップラセンサなどのドップラセンサを用いて人体や尿流を検出し、便器内を洗浄する便器洗浄装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。 マイクロ波ドップラセンサは、マイクロ波を送信し、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】
すなわち、マイクロ波ドップラセンサは、センサから送信するマイクロ波の周波数と、センサ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により受信される信号の周波数との差分信号からドップラ信号を生成する。
【０００４】
このドップラ信号は、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、吐水装置の制御部は、このドップラ信号から対象物の動きを判断することで衛生陶器への給水制御を行う。
【０００５】
また、ドップラ信号に含まれる周波数成分と定在波信号を用いて対象物の検出行い、待機中は処理負荷の軽い定在波検出を行い、定在波検出後に処理負荷の重いドップラ信号検出処理を行っていた。（例えば、特許文献２参照）。
【０００６】
定在波信号とはセンサから対象物の距離に応じて変化する信号を指す。対象物との距離が近ければ定在波信号は大きくなり、対象物との距離が遠ければ定在波信号は小さくなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】実開平２−６９７６０号公報
【特許文献２】特開２００８−３１８２５
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
対象物の動きを検出するためには、ドップラ信号の周波数成分及びその大きさを抽出するための処理を行わなければならない。 また人体などの対象物が接近したり離反したりする時刻は一定でないことから、ドップラセンサを常時動作させておく必要がある。すなわち対象物の動きの検出を適切に行うために、従来の吐水装置ではドップラセンサを常に動作状態にしていた。
【０００９】
そのためドップラセンサを動作するための電力、及びドップラ信号処理のための電力を常に消費することになっていた。吐水装置は一般的に電池駆動のものも多く、このようにドップラセンサの動作及びドップラ信号の処理を常時行うことによって、容量の大きい電池を使用しなければならなかった。
【００１０】
定在波信号の検出により対象物を検出する方法は、処理負荷は軽いがノイズ耐性が低いため誤検出の恐れがある。一方で、ドップラ信号から必要な周波数成分を取り出すためにデジタルフィルタ処理を常時処理するのは、低消費の観点から現実的ではない。またデジタルフィルタ処理は遅延データを用いるため、出力結果が発生するまでにディレイが生じるといった問題があった。
【００１１】
そこで本発明は、対象物の検出をドップラセンサで行った場合であっても消費電力を抑制し、ノイズ耐性に優れ、反応速度の速い吐水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】
【００１２】
上記目的を達成するために請求項１記載の発明によれば、吐水部と、発信回路によって生成された送信信号を送信する送信手段と、検知対象物によって反射した反射波を受信して受信信号を出力する受信手段と、前記送信信号と前記受信信号とを混合してミキシング信号を出力するミキシング手段と、を有するマイクロ波ドップラセンサと、前記ミキシング信号から高周波成分を除去してドップラ信号を抽出するローパスフィルタ部と、前記ドップラ信号と基準値との差を検出する定在波検出手段と、前記ドップラ信号の周波数成分を検出するためのデジタルフィルタ処理を行う周波数成分検出手段と、を有する制御部と、を備えた吐水装置において、前記制御部は、前記定在波検出手段の出力値が大きければ前記ドップラ信号そのままで前記周波数成分検出手段にデジタルフィルタ処理を実行させ、前記定在波検出手段の出力値が小さければ前記ドップラ信号の波形を前記デジタルフィルタ処理における演算処理負荷を減らすように近似して前記周波数成分検出手段にデジタルフィルタ処理を実行させる演算方法可変手段を有し、更に、前記制御部は、前記周波数成分検出手段の出力に基づいて対象物の有無を判断する対象物検出判断手段を有し、この対象物検出判断部に基づいて前記吐水部からの吐水を制御することを特徴とした吐水装置を提供する。
【００１３】
通常、一日の中で吐水装置が未使用状態である時間が支配的であり、かかる構成とすることにより、吐水装置が未使用状態時のデジタルフィルタ処理の演算方法を処理負荷の軽い演算方法に変更することで、吐水装置の消費電力を抑制することができる。
【００１４】
また、請求項２記載の発明によれば、吐水部と、発信回路によって生成された送信信号を送信する送信手段と、検知対象物によって反射した反射波を受信して受信信号を出力する受信手段と、前記送信信号と前記受信信号とを混合してミキシング信号を出力するミキシング手段と、を有するマイクロ波ドップラセンサと、前記ミキシング信号から高周波成分を除去してドップラ信号を抽出するローパスフィルタ部と、前記ドップラ信号を増幅して第一信号を出力するアンプと、前記第一信号と基準値との差を検出する定在波検出手段と、前記第一信号の周波数成分を検出するためのデジタルフィルタ処理を行う周波数成分検出手段と、を有する制御部と、を備えた吐水装置において、前記制御部は、前記定在波検出手段の出力値が大きければ前記第一信号そのままで前記周波数成分検出手段にデジタルフィルタ処理を実行させ、前記定在波検出手段の出力値が小さければ前記第一信号の波形を前記デジタルフィルタ処理における演算処理負荷を減らすように近似して前記周波数成分検出手段にデジタルフィルタ処理を実行させる演算方法可変手段を有し、更に、前記制御部は、前記周波数成分検出手段の出力に基づいて対象物の接近を判断する対象物検出判断手段と、前記アンプより小さなゲインで増幅した或いは全く増幅していない第二信号を入力しこの第二信号と基準値との差を検出するための第二定在波検出手段とを有し、前記第二定在波検出手段は前記対象物検出判断手段からの出力結果に応じて動作すると共に、この第二定在波検出手段による対象物有無の判断に基づいて前記吐水部からの吐水を制御することを特徴特徴とした、吐水装置を提供する。
【００１５】
かかる構成とすることにより、対象物の誤検出を防ぎつつ、速やかに対象物を検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】吐水装置の概略図である。
【図２】実施例１におけるマイクロ波ドップラセンサと制御部の詳細概略図である。
【図３】ＦＩＲフィルタの構成図である。
【図４】定在波検出手段の出力値が小さい時のＳｉｇ４の波形図である。
【図５】定在波検出手段の出力値がやや大きい時のＳｉｇ４の波形図である。
【図６】定在波検出手段の出力値が大きい時のＳｉｇ４の波形図である。
【図７】第１の実施例におけるデジタルフィルタ処理の演算方法変更のフロー図である。
【図８】第２の実施例におけるマイクロ波ドップラセンサと制御部の詳細概略図である。
【図９】第２の実施例における対象物検出方法を説明したフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明にかかる自動水栓装置の実施の形態を図面により詳細に説明する。
【００１８】
（第１の実施例）
図１に示すように、本実施形態における吐水装置１は、洗面器２とこの洗面器２のボウル内に吐水する吐水部３と、給水路４の中途部に設けられ洗面器２のボウル面への吐水及びその止水を行う給水バルブ５と、洗面器２のボウル内に吐水した水を排水する排水路６と、ドップラ信号を生成するマイクロ波ドップラセンサ７と、このマイクロ波ドップラセンサ７から出力されるドップラ信号に基づいて対象物８（通常は人体）の検出を行い、この検出の結果に応じて給水バルブ５を制御し洗面器１のボウル内への吐水及びその吐水の停止を制御する制御部９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。
【００１９】
マイクロ波ドップラセンサ７は、図１に示すように吐水部３内に配置され、 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ことにより対象物である人体を検出するためのドップラ信号を生成するものであり、具体的には図２に示すように構成されている。またマイクロ波ドップラセンサ７は、以下の式（１）の関係から対象物の動きを検出している。
【００２０】
基本式：ΔＦ＝ＦＳ―Ｆｂ＝２×ＦＳ×ν／ｃ ・・・（１）
ΔＦ：ドップラ 周波数（ドップラ信号Ｓｉｇ３の周波数）
ＦＳ：送信周波数（送信信号Ｓｉｇ１の周波数）
Ｆｂ：反射周波数（受信信号Ｓｉｇ２の周波数）
ν：物体の移動速度
ｃ：光速（３００×１０＾６ｍ／ｓ）
【００２１】
図２はマイクロ波ドップラセンサと制御部の詳細構成図である。１０．５２５ＧＨｚの電気信号である送信信号Ｓｉｇ１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Ｓｉｇ１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Ｓｉｇ２を出力する受信手段１２と、送信信号Ｓｉｇ１と受信信号Ｓｉｇ２とを混合（ミキシング）してＳｉｇ３を出力するミキシング手段１３とから構成され、ローパスフィルタ部２１によって高周波成分を除去することによってセンサ出力Ｓｉｇ３からドップラ周波数ΔＦ（Ｓｉｇ４）を抽出する。
【００２２】
制御部９ではＳｉｇ４が定在波検出手段２２へと入力される。定在波検出手段２２ではＳｉｇ４の値が基準値からどの程度の差分があるかを判断する。この差分が定在波検出手段２２からの出力値となる。対象物との距離が近ければ定在波検出手段２２の出力値は大きくなり、対象物との距離が遠ければ定在波検出手段２２の出力値は小さくなる。基準値の設定は、想定されるマイクロ波ドップラセンサの出力の中間値とすれば極性が対象である波形でドップラー信号を歪みなく検出するのに都合が良い。例えば、マイクロ波ドップラセンサの出力が０から５であるならば、基準値は２．５とする。
【００２３】
また制御部９ではＳｉｇ４から対象物８を検出する際、必要な周波数成分を抽出するための周波数成分検出手段２３を有する。周波数成分を検出するために具体的な処理としてはデジタルフィルタ処理が挙げられる。デジタルフィルタ処理の一つであるＦＩＲフィルタの構成図を図３に示す。
【００２４】
入力信号に対する遅延素子３１とフィルタ係数３２を有し、遅延された各入力信号とフィルタ係数を積和演算することで必要な周波数成分である出力が得られる。この出力値に応じて対象物検出判断手段２４にて対象物の有無が判断される。また積和演算の方法は定在波検出手段２２の出力値に応じて演算方法可変手段２５によって変更される。演算方法を可変させるための詳細を以下に記す。
【００２５】
入力信号が４つ（ｎ＝３）の時を例にして説明する。この時、ＦＩＲフィルタの演算式は式（２）のように表すことができ、処理負荷の大きい乗算演算を４回実施することになる。
ｙ（３）  ＝  ｈ０・Ｘ（０）  ＋  ｈ１・Ｘ（１）  ＋  ｈ２・Ｘ（２）  ＋  ｈ３・Ｘ（３）  ・・・（２）
【００２６】
図４に示すのは対象物８が存在せず定在波検出手段の出力値が小さい時のＳｉｇ４波形の例である。本実施例では波形振幅値が一番大きい箇所を定在波検出手段２２からの出力値Ｖ１として採用している。これは各入力データの最大値でも良いし、一定個数の入力データの平均値でも良い。この時入力データは、Ｘ（０）＝Ｘ（１）＝Ｘ（２）＝Ｘ（３）と近似することができ、式（２）は式（２）’のように表すことができ、処理負荷の大きい乗算演算を１回で済ませることができる。
ｙ（３）  ＝  （  ｈ０  ＋  ｈ１＋  ｈ２＋  ｈ３  ）・Ｘ（０）  ・・・（２）’
【００２７】
一般的に、一日の中で吐水装置が使用されない時間帯（対象物８が存在しない時間帯）が支配的であるため、乗算演算処理の軽減による低消費効果は非常に大きい。また入力信号のデータ数に関わらず乗算演算回数は１回で済むため、入力信号のデータ数が多い程その効果は高まる。
【００２８】
図５に示すように定在波検出手段２２の出力値がやや大きい時のＳｉｇ４波形では、Ｘ（０）＝Ｘ（１）、Ｘ（２）＝Ｘ（３）と近似することができ、式（２）は式（２）’’のように表すことができ、式（２）の時よりも乗算演算の処理負荷を減らすことができる。
ｙ（３）  ＝  （  ｈ０  ＋  ｈ１  ）・Ｘ（０）  ＋  （  ｈ２  ＋  ｈ３  ）・Ｘ（２）  ・・・（２）’’
【００２９】
上記例では２回分のデータの平均を演算することでローパスフィルタとなるので、フィルタ係数を（ｈ０＋ｈ１）と演算するのでなく、サンプリング数を減らした時用のフィルタ係数を予め用意しておき、その係数を用いて演算しても良い。例えば２ｍｓ周期サンプリングの場合、２回平均することで４ｍｓ周期サンプリングと同等になるので、別途４ｍｓサンプリング用のデジタルフィルタ係数を用意しておく。２回平均することでローパスフィルタの効果が得られているのでカットオフ周波数は２ｍｓ周期サンプリングの時より少なくて済み、更なる低消費効果が得られる。
【００３０】
図６に示すように定在波検出手段２２の出力値が大きい時のＳｉｇ４波形では、入力データを近似することができないため、式（２）の通り演算することとなる。この時、乗算処理を４回実施することになるので低消費の効果は望めないが、吐水装置の使用時間を考えると、一日の中で吐水装置が使用されない時間帯（対象物８が存在しない時間帯）が支配的であるため、対象物検出中に通常通りデジタルフィルタ処理を実施しても、全体の消費からするとその割合は非常に少ないと言える。
【００３１】
定在波検出手段２２の出力値の判断は、大きさを区別したい分だけの閾値を設け、その閾値より大きいか小さいかで判断するれば良い。本実施例では、定在波検出手段２２の出力値小とやや大を判別する閾値、やや大と大を判別する閾値を設ければ良い。
【００３２】
以上の演算方法を変更する流れをまとめると図７のフローチャートのようになる。まず定在波検出手段の出力値を取得する（Ｓ０００）。続いて定在波検出手段の出力値の判断を行い、その値が小であれば（Ｓ００１で小）、Ｘ（０）＝Ｘ（１）＝Ｘ（２）＝Ｘ（３）と近似し（Ｓ００２）、（２）式を（２）’式として演算することで必要な周波数成分を求められる（Ｓ００３）。
【００３３】
定在波検出手段の出力値がやや大であれば（Ｓ００１でやや大）、（２）式のデータをＸ（０）＝Ｘ（１）、Ｘ（２）＝Ｘ（３）と近似し（Ｓ００４）、（２）式を（２）’ ’式として演算することで必要な周波数成分を求められる（Ｓ００５）。
【００３４】
定在波検出手段の出力値が大であれば（Ｓ００１で大）、（２）式のデータそのまま演算することで必要な周波数成分を求められる（Ｓ００６）。つまり近似式に応じて（２）式の演算処理負荷が変わり、一日の中で支配的であるといえる吐水装置が使用されない時間帯の演算処理負荷を軽減することで、吐水装置１の消費電力を低減することができる。
【００３５】
（第２の実施例）
図８に第２の実施例のマイクロ波ドップラセンサと制御部の詳細構成図を示す。第１の実施例の構成と比較するとマイクロ派ドップラセンサ７の構成は同一であるが、制御部９の構成が異なる。
【００３６】
第１の実施例では周波数成分検出手段２３の出力で対象物８の有無を判断している。周波数成分検出手段２３を用いれば必要な周波数成分のみを抽出しているためノイズへの耐性は向上するが、ＦＩＲフィルタの構成で遅延素子３１を用いているため、対象物８の有無を判断するための有効な周波数成分が出力されるまでに遅れが生じてしまう。第２の実施例ではこの課題を鑑みた構成としている。
【００３７】
第２の実施例はアンプ４１を設けＳｉｇ４の信号を増幅した第一信号としての信号Ｓｉｇ５と、アンプ４１よりも小さなゲインで増幅した或いは増幅していない第二信号としての信号Ｓｉｇ４を造り出す。本実施例では増幅していない例で説明する。つまりマイクロ波ドップラセンサ遠方の信号と近傍の信号を入力信号として使用する。検出までの流れを図９のフローチャートに沿って説明する。
【００３８】
Ｓｉｇ５を定在波検出手段２２と周波数成分検出手段２３に入力する。入力した信号の処理と対象物検出判断手段２４と演算方法可変手段２５の動作は第１の実施例と同一である。（Ｓ１００）
【００３９】
この時の対象物検出判断手段２４の判断結果が対象物無しであれば（Ｓ１０１で対象物無し）再度対象物の検出を行う。対象物検出判断手段２４の判断結果が対象物有りであれば（Ｓ１０１で対象物有り）遠方に対象物が存在すると判断したこととなり、更に接近してきて吐水装置を使用する可能性があるためＳｉｇ４による第二定在波検出手段４２を動作させる（Ｓ１０２）。近傍の検出体を定在波にて検出するのは周波数成分検出手段に比べ、定在波検出手段は処理負荷が軽いため高速で結果を導きだせるからである。また、定在波による検出であるとノイズでの誤検出が懸念されるが、すでに周波数成分検出手段２３によって遠方の検出が確定している状況であるのでノイズによる誤検出の恐れは低減できる。更にＳｉｇ４による対象物検出に制限時間を設けるためにタイマ４３による時間計時を開始する（Ｓ１０３）。
【００４０】
タイマ４３による制限時間の経過を確認する。制限時間が経過していなければ（Ｓ１０４でＮｏ）Ｓｉｇ４による対象物検出を行う（Ｓ１０５）。制限時間が経過していれば（Ｓ１０４でＹｅｓ）Ｓ１０８へ処理を移行する。Ｓｉｇ４により対象物の検出を行う（Ｓ１０５）。これは対象物検出判断手段２４が実施例１と同様に第二定在波検出手段４２の出力値が閾値よりも大きいか小さいかで判断する。第二定在波検出手段４２の出力値が閾値よりも大きい時は対象物有り、小さい時は対象物無しと判断する。続いて対象物検出判断手段２４の結果が対象物無しであれば（Ｓ１０６で対象物無し）Ｓ１０４へ戻り処理をループさせる。結果が対象物が有りであれば（Ｓ１０６で対象物有り）Ｓ１０７へ移行し対象物の検出が確定となる。引き続きＳ１０８にてタイマ４３による時間計時を停止し、Ｓ１０９にて第二定在波検出手段４２を停止する。これは必要の無い機能を停止して低消費化を図るためである。
【００４１】
かかる処理を行うことによりノイズに対する誤検出を防止し、低消費化を図りつつもＦＩＲフィルタの遅れを生じさせることなく検出体の検出を行うことができる。
【符号の説明】
【００４２】
１…吐水装置
２…洗面器
３…吐水部
４…給水路
５…給水バルブ
６…排水路
７…マイクロ波ドップラセンサ
８…対象物
９…制御部
１０…発振回路
１１…送信手段吐水部
１２…受信手段
１３…ミキシング手段
２１…ローパスフィルタ
２２…定在波検出手段
２３…周波数成分検出手段（ＦＩＲフィルタ）
２４…対象物検出判断手段
２５…演算方法可変手段
３１…遅延素子
３２…フィルタ係数
４１…アンプ
４２…第二定在波検出手段
４３…タイマ
【図１】
0005743300.tif 000002
【図２】
0005743300.tif 000003
【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】
0005743300.tif 000008
【図８】
0005743300.tif 000009
【図９】
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