(57)【要約】【課題】所定距離以内に人体が存在するか否かを安定して精度良く検出して、便ふたの開閉や洗浄水の制御などを行うトイレ装置を提供することにある。また、オフィスや駅舎の小便器のような複数の連立するトイレ装置において、小便器前方を通過する人体や、隣の小便器を利用する人体の誤検知を防止するものである。【解決手段】送信信号として電波を外部へ送信する送信部と、検知対象物からの反射波を受信信号として受信する受信部と、送信信号と受信信号より低周波の出力信号を抽出するミキサ部とを有するセンサ部を備えたトイレ装置において、前記送信部と前記受信部とが上方に向けて配置され、送信信号を天井に反射させてから検知対象物に照射し、検知対象物からの反射波を受信信号として受信し、前記出力信号により人体の有無および着座／離座を判断することを特徴とする。【選択図】　図２
2004124362.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
送信信号として電波を外部へ送信する送信部と、検知対象物からの反射波を受信信号として受信する受信部と、送信信号と受信信号より低周波の出力信号を抽出するミキサ部とを有するセンサ部を備えたトイレ装置において、前記送信部と前記受信部とが上方に向けて配置され、送信信号を天井に反射させてから検知対象物に照射し、検知対象物からの反射波を受信信号として受信し、前記出力信号により人体の有無および着座／離座を判断することを特徴とする、トイレ装置。
【請求項２】
請求項１記載のトイレ装置において、センサ部からの電波の送信方向は、鉛直上向きから所定角度範囲に調整可能な調節手段を備えたことを特徴とする、トイレ装置。
【請求項３】
前記送信信号を反射させる天井に、電波を反射する反射板を取り付けたことを特徴とする、前記請求項１または２記載のトイレ装置。
【請求項４】
前記反射板は、凹形状であることを特徴とする、前記請求項３記載のトイレ装置。
【請求項５】
前記センサ部は、受信信号の商用電源周波数の略２倍の周波数帯域を除去するフィルタ手段を備えたことを特徴とする、請求項１乃至４何れか一項記載のトイレ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般には人体の有無を検知する人体検知手段を備えたトイレ装置に関わり、特に電波のドップラ効果を利用して人体の有無および着座／離座を判断するトイレ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、赤外線などで小便器の前に人がいることを検出し、その人がいなくなったときにフラッシュバルブを開き洗浄を行う装置が用いられている。しかし、赤外線検出器はそこにいる人の目に留まりやすく、監視されている印象をその小便器を利用する利用者に与えてしまう。また、赤外線を通過するプラスチックの窓が必要となり、悪戯や汚れなどによる検出不具合が発生して好ましくない。このため近年は器具の内部からマイクロ波を送信し、このマイクロ波が人体から反射されてきた信号（ドップラ信号）を検出し、検出信号の高域周波数および低域周波数が所定時間以上継続した後にフラッシュバルブを開き洗浄を行っている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、マイクロ波を送信し、このマイクロ波が人体から反射されてきた信号（ドップラ信号）を検出し、検出信号のパワースペクトルを求め、このパワースペクトルのピークの変移や継続時間から、人体が小便器に対して近づいてきたのか退去したものかを判断する方法もある（例えば、特許文献２参照）。
【０００４】
更に、マイクロ波が陶器を透過する利点を利用して、陶器内部に隠蔽し、小便器だけでなく洋式便器内部に取り付けて人体検出を行うもの（例えば、特許文献３参照）や、温水洗浄便座内部に取り付けて、人体検知だけでなく、人体の便座への着座／離座検出をも行うものもある（例えば、特許文献４参照）。
【０００５】
【特許文献１】
実開昭６３−１４５９７３号公報（第４−９頁、第２図）
【特許文献２】
特開平９−８０１５０号公報（第３−７頁、第２図）
【特許文献３】
特開２００１−２１２０３２号公報（第２−８頁、第３図）
【特許文献４】
特開２００１−１９４４５０号公報（第６頁、第９図）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
温水洗浄便座などのトイレ装置における利用者の検出では、便器の正面直前のエリアに人が居るか居ないかを正確に検知することが重要であるが、便器の前方を人が通過しただけで、これを利用者と誤認して、温水洗浄便座では便ふたの開閉などを行ってしまうことがある。
特に、温水洗浄便座の利用者の検出では、電波センサを用いて便ふたの後方から人体検知を行う場合、便ふたの開閉状態によって出力信号が変化するため、人体の誤認をしてしまうことがある。
【０００７】
この誤検知の原因は、トイレルーム内の広さや設置物などの状況によって、ドップラ信号の振幅ゼロのレベル、つまり直流成分（以下、ＤＣオフセットレベルという）が変わるため、物体までの距離がトイレルームの状況に応じて変わってくることにある。ＤＣオフセットレベルをゼロとみなす方法もあるが、実際にはＤＣオフセットレベルはゼロでなくプラスの値であって、しかも室内の状況によって変化する。結果として、検出装置の感度が高くなり過ぎて離れた場所の人体までも誤検知してしまうことがあり、かつ、その誤検知の程度は室内状況によって異なる。
【０００８】
このように、従来の装置は一定距離以内に人体が存在する否かを安定して正確に検出することが難しい。
【０００９】
従って、本発明の目的は、所定距離以内に人体が存在するか否かを安定して精度良く検出して、便ふたの開閉や洗浄水の制御などを行うトイレ装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段および作用・効果】
上記課題を解決するためになされた請求項１記載の発明は、送信信号として電波を外部へ送信する送信部と、検知対象物からの反射波を受信信号として受信する受信部と、送信信号と受信信号より低周波の出力信号を抽出するミキサ部とを有するセンサ部を備えたトイレ装置において、前記送信部と前記受信部とが上方に向けて配置され、送信信号を天井に反射させてから検知対象物に照射し、検知対象物からの反射波を受信信号として受信し、前記出力信号により人体の有無および着座／離座を判断することを特徴とする。
【００１１】
一般に、電波を天井に照射した場合、送信した送信波は天井にて透過、吸収される成分と、反射する成分とに別れる。反射した送信波成分は、検知対象物である人体に当たりその反射波が受信波として受信される。
ここで、受信した受信波成分は天井により反射しているので、直接検知対象物である人体に反射した反射波よりも減衰はあるが、トイレ空間内には基本的にトイレ装置上方に設置物は無いため、トイレ空間の広さや設置物の影響なく常に安定した出力信号を得ることができる。
【００１２】
請求項２項記載の発明は、請求項１記載のトイレ装置において、センサ部からの電波の送信方向は、鉛直上向きから所定角度範囲に調整可能な調節手段を備えたことを特徴とする。
【００１３】
上記構成によれば、前記調節手段により送信信号の送信方向が調節可能なことで、送信信号は天井面の所望の所に照射することが可能となる。天井面からの反射波の反射角は、天井面への入射角によって決まるため、前記調節手段により送信信号の照射位置を可変することにより、天井面からの反射波を任意の位置に照射するこが可能となり、前記調節手段を送信信号が便座付近に照射されるように調節することにより、人体の便座への離着座を確実に検知することが可能となるだけでなく、トイレ装置前方を通過するだけの人体を誤検知することが無くなる。
また、前記調節手段により送信波の照射方向が定められるため、電波センサの設置位置の自由度が広がり、デザイン性を向上させることが可能になる。
【００１４】
請求項３記載の発明は、前記送信信号を反射させる天井に、電波を反射する反射板を取り付けたことを特徴とする。
【００１５】
上記構成によれば、一般的に電波は金属に反射し易い性質をもっているため、金属板などの反射板を天井に取り付けておくことにより、天井の反射による減衰の少ない検知対象物からの反射波を得ることができ、安定した出力信号を得ることができる。
【００１６】
請求項４記載の発明は、前記反射板は、凹形状であることを特徴とする。
【００１７】
上記構成によれば、反射板を凹形状にすることにより、電波の伝搬によって生じる送信信号の拡散を抑えることが可能となり、検知したい領域にのみに送信波を照射することが可能となる。
また、反射板を凸形状とすることにより送信信号である電波を拡散させることが可能となるので、広い範囲を検知する場合などには有効である。
【００１８】
請求項５記載の発明は、受信信号の商用電源周波数の略２倍の周波数帯域を除去するフィルタ手段を備えたことを特徴とする。
【００１９】
上記構成によればトイレ装置に備えられている電波センサは天井に向いているため、天井に設置されている蛍光灯の放電管による放電が影響し、ノイズとして出力信号に現れる恐れがある。そこで、商用周波数の略２倍の周波数（１００Ｈｚ〜１２０Ｈｚ程度）をフィルタによりカットすることでそのノイズによる影響を除くことができる。
【００２０】
以上、説明したように、本発明によれば、人体検知センサである電波センサを天井に照射し、その反射送信波を用いることによって人体検知を行うことにより、トイレ空間の広さや設置物などに影響されずに、安定した人体検知を行うトイレ装置を提供することが可能となる。
【００２１】
また、上記トイレ装置が併設された環境下においても、調節手段を用いて送信信号の送信位置を調整することにより、天井からの反射波である送信波を特定の場所に照射することが可能となり、隣接しているトイレ装置を使用している人体と、本トイレ装置を使用している人体との区別や、トイレ装置前方を歩いている人体との区別が確実にできることが可能となる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、発明の実施の形態を、添付図面により詳細に説明する。
【００２３】
本発明の要旨である、トイレ装置の人体検知動作を行うセンサ部について詳しく説明する。
上記センサ部は、電波を利用して検知動作を行うもので、図１のブロック図に示すように、外部に信号を電波として送信するための送信信号を生成する発信部１４と、送信波として１０ＧＨｚ近傍のマイクロ波を送信する送信部１２と、送信部から送信されたマイクロ波の検知対象物１１からの反射波を受信する受信部１３と、送信信号と受信信号を基に低周波数の出力信号を抽出するミキサ部１５と、ミキサ部１５から出力される低周波数の信号から人体の有無および便座への着座／離座を判断する判断部１６とを備える。
【００２４】
図２は、上記センサ部を備えたトイレ装置の説明図であり、図３は、センサ部からの人体検知時の出力波形を示す波形図である。
センサ部２１内の発信部により生成された１０ＧＨｚ近傍のマイクロ波は、調整手段により送信方向が調整された送信部より送信信号２３として天井２５方向へ送信され、天井２５で反射した反射波２４が便座付近へと照射される。便座付近に人体が居ることにより天井２５に反射して便座付近へ照射された送信信号２４は人体に当たり、その反射波が受信部へ受信される。受信部に受信された受信信号は、ミキサ部により低周波数の出力信号（ドップラ信号）として抽出される。
【００２５】
ミキサ部より抽出される出力信号は、人体の挙動によって生じるドップラ信号であり、図３に示すような信号が出力信号３１として現れる。
人体がトイレ装置に近づくことによりドップラ信号が現れ始め、人体が便座前方で立ち止まり着座することにより出力信号の振幅は大きくなる（図３、着座動作中）。用便中（図３、着座中）、出力信号の振幅は小さくなるが、離座する際に再び大きな振幅の出力信号を得ることができ（図３、離座動作中）、人体がトイレ装置から離れることによりドップラ信号は無くなる。
【００２６】
図８、図９に、調整手段の調整機構を示す図である。
図８に示す調整手段の調整機構は、センサ部８１ａが台座８３に調整ねじ８２にて固定されているものである。上記構成によれば、調整ねじ８２を緩めることによりセンサ部を調整したい方向に動かし（例えば、８１ａの位置から８１ｂの位置へ）、再び調整ねじ８２を固定することによりセンサからの送信信号（上記例では、８４ａ方向から８４ｂ方向へ）の送信方向を可変することが可能となる。
また、図８に示す例では、手動での調整機構であったが、図９に示すような、ウォームギア９４とウォームホイール９５を使用することにより、マイコン等の制御回路からの電気信号でモータ９３を動かすことにより、センサ部の送信信号の送信方向を可変することが可能である。上記構成によれば、ウォームギア９４とウォームホイール９５を使用し、モータ９３を回転させることによりウォームホイール９５に取り付けられているセンサ部９２も回転させ、送信信号９１の送信方向を可変するものである。
上記構成では、ウォームギアとウォームホイールという構成にしたが、平歯車同士でも構わないし、センサ部からの送信信号の送信方向が可変出来るものであれば、特に限定されるものではない。
【００２７】
ここで、天井で反射させた送信信号は、天井から便座方向へ送信されるため、人体のトイレ装置への着座、離座に対する動きには、人体の動きが送信信号に対して対向するため、ドップラ信号振幅は大きくなり、人体のトイレ空間上の動きに対しては、人体の動きが送信信号に対して垂直方向になるために、ドップラ信号の振幅は小さくなる。そのため、人体の着座／離座とトイレ装置付近での動作を検出することが可能となり、さらにトイレ装置前方を歩く人体の誤検知が無い。
【００２８】
図４に、そのときのトイレ装置の制御フローを示すフローチャートを示す。
人体がトイレ空間に入室することにより、人体の挙動動作により出力信号（ドップラ信号）の振幅が現れ始め、人体がトイレ空間内に入室したと判断する（Ｓ４０）。人体が入室後にトイレ装置に近づくことにより出力信号の振幅は大きくなる。送信信号である電波の人体に対する対向方向が異なるために、人体がトイレ空間内を歩く出力信号に比べて、人体が着座／離座動作を行う出力信号の方が大きく現れる。ここであらかじめ振幅の閾値を設定しておき、その閾値よりも振幅が大きくなることにより人体がトイレ装置に着座したと判定する（Ｓ４２）。人体は用便中には挙動が少なくなり、出力信号の振幅も小さくなるが、その挙動が完全に止まることは考えられず、出力信号であるドップラ信号が無くなるということはないので、ここでもあらかじめ閾値えお設定しておき、着座後の人体からの出力信号の振幅が設定された閾値よりも小さくなることにより用便中と判断する（Ｓ４５）。
用便終了後に、離座することにより再び出力信号の振幅は大きくなるため、ここでもあらかじめ設定された閾値と比較することによって人体の離座を判断する（Ｓ４８）。人体は離座後、服装の乱れなどを直し退室するが、その間は出力信号が現れるので退室中と判断し、出力信号が無くなることにより人体が退室したと判断する（Ｓ４０１）。
【００２９】
次に図５に、送信信号を反射させる天井に反射板を取り付けた説明図を示す。センサ部５５より送信する送信信号を反射させる天井５２に、送信波である電波を反射し易い反射板５１を取り付けることにより、送信信号の反射による減衰を少なくすることができ、確実に人体を検出することができるだけでなく、人体からの反射波の減衰も少なく受信することが可能となる。
前記反射板は、電波を反射し易い物質であれば特に限定されるものではないが、電波を全反射させる金属の板が好ましいものである。
【００３０】
図６は、前記反射板の表面構造を示す、表面構造図である。
前記反射板は、電波を反射しやすい金属のような板であれば、送信信号の反射による減衰量を少なくすることが可能であるが、送信信号は電波の伝搬と共に拡散してゆく傾向があるので、送信信号を反射させる反射板６１の表面を凹面構造にしておくことにより、図６に示すように送信信号６２は反射板に反射しても拡散することなく反射波６３として送信することが可能となり、送信信号は目的とするトイレ装置の便座付近においても減衰なく送信信号を照射することが可能となり、確実に人体検知を行うことができる。
また、ここでは反射板の表面構造を凹面構造としたが、凸面構造にした場合は、逆に送信信号である電波を全方位に向けて照射することが可能となる。
特に、１つのセンサで広い範囲をセンシングしたい場合や、設置構造上、直接センシングできずに間接的にしかセンシングできない場合などに有効である。
【００３１】
このように、調整手段を用いて天井からの反射波を所望の範囲に照射させることにより人体をセンシングすることで、センサ部の設置場所を自由に決定することが可能となる。例えば、温水洗浄便座にセンサ部を取り付けようとした場合、電波式のセンサであるために従来の光学式と違い、赤外線を透過するプラスチックの窓は不要となるが、機器本体にセンサ部が隠れているため、人体方向に向けて電波を照射した場合には必ず便ふたや便座がセンシングの邪魔になっていた。特に、便ふたや便座の開閉状態によりＤＣオフセットレベルが変化するために、その状況に応じたアルゴリズムが必要になり、その処理が複雑になっていた。そこで、上記構成のように調整手段を用いて天井からの反射波を所望の範囲に照射させることで人体を検知することにより、便ふたや便座の可動範囲から外して電波を照射させることができ、センサ部の設置自由度が増すと共に、制御処理アルゴリズムも便ふた、便座を無視して考えられるために容易となる。
また、送信信号を反射させる反射面を、トイレブース内の側壁や床面という構造も考えられるが、トイレ装置上方には設置物が無いことや、人体の鉛直方向の動き、すなわち便座への着座／離座を検出し易いといった理由から、天井面に反射させる方が好ましいものである。
【００３２】
図７に、センサ部にフィルタ手段を構成したブロック図を示す。
電波センサは蛍光灯などの放電管による放電の影響により出力信号にノイズが混入する恐れがあり、電波センサの送信信号を天井方向に向けた場合には、交流電源周波数の２倍である１００Ｈｚまたは１２０Ｈｚの信号ノイズが混入する恐れがある。そこで、上記フィルタ手段７６を構成することにより、蛍光灯などの放電によるノイズを除去することが可能となる。
フィルタ回路としては、１００Ｈｚまたは１２０Ｈｚの周波数帯域を除去するものであれば、特に限定されるものではなくいが、商用電源周波数の２倍（１００Ｈｚまたは１２０Ｈｚ）のノッチフィルタを構成することが望ましい。しかし、部品点数や回路構成、また、人体の移動速度を４ｋｍ／ｈ（約７７Ｈｚ）と仮定すると、カットオフ周波数１００〜１２０Ｈｚのローパスフィルタを構成することでも、容易にその目的とするところは達成できるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に関わるトイレ装置に備えられたセンサ部。
【図２】本発明の第１の実施例に関わるトイレ装置の設置図。
【図３】本発明に関わるセンサ部からの出力信号を示す波形図。
【図４】本発明の第１の実施例に関わるトイレ装置の制御フローを示すフローチャート図。
【図５】本発明の第１の実施例に関わるトイレ装置に、電波を反射し易い反射板を天井に取り付けた設置図。
【図６】本発明に関わる反射板の表面構造を示す構造図。
【図７】本発明に関わるトイレ装置のセンサ部にフィルタ手段を構成したブロック図。
【図８】本発明に関わる調整手段の調整機構を示す機構図。
【図９】本発明に関わる調整手段の調整機構を示す機構図。
【符号の説明】
１１：検知対象物、１２：送信部、１３：受信部、１４：発信部、１５：ミキサ部、１６：判断手段、２１：センサ部、２２：大便器、２３：送信信号、２４：送信信号の天井からの反射波、２５：天井、３１：出力信号、５１：反射板、５２：天井、５３：送信信号、５４：送信信号の天井からの反射波、５５：センサ部、５６：大便器、６１：反射板の表面構造、６２：送信信号、６３：送信信号の反射板からの反射波、７１：検知対象物、７２：送信部、７３：受信部、７４：発信部、７５：ミキサ部、７６：フィルタ手段、７７：判断手段、８１ａ、８１ｂ：センサ部、８２：調整ねじ、８３：台座、８４ａ、８４ｂ：送信信号、９１：送信信号、９２：センサ部、９３：モータ、９４：ウォームギア、９５：ウォームホイール
【図１】
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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６】
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【図７】
2004124362.tif 000009
【図８】
2004124362.tif 000010
【図９】
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