人体検出装置及びそれを用いた水栓装置
【課題】 光電センサと静電容量センサを組み合わせることで、人体検出装置の信頼性、機能を高めることができるが、センサのコスト、大きさが２倍必要となる。
【解決手段】 本発明では、人体に対して赤外光を投光する投光手段と、投光手段にパルス投光を指令するパルス出力手段と、人体からの反射光を受光しその受光量を電圧に変換して出力する受光手段と、受光手段の出力を増幅する増幅手段と、増幅手段の出力を積分する積分手段と、積分手段の出力に応じて人体の有無を検出する人体検出装置において、前記パルス出力手段に接続され人体に対し静電誘導による電界変化を与える送信電極と、送信電極と近接して配置され静電結合される受信電極とを有するとともに、受信電極からの誘導電圧出力を増幅手段に入力し、増幅手段の出力を積分手段で積分しその出力に応じて送信電極又は受信電極への人体の近接を検出する。
【解決手段】 本発明では、人体に対して赤外光を投光する投光手段と、投光手段にパルス投光を指令するパルス出力手段と、人体からの反射光を受光しその受光量を電圧に変換して出力する受光手段と、受光手段の出力を増幅する増幅手段と、増幅手段の出力を積分する積分手段と、積分手段の出力に応じて人体の有無を検出する人体検出装置において、前記パルス出力手段に接続され人体に対し静電誘導による電界変化を与える送信電極と、送信電極と近接して配置され静電結合される受信電極とを有するとともに、受信電極からの誘導電圧出力を増幅手段に入力し、増幅手段の出力を積分手段で積分しその出力に応じて送信電極又は受信電極への人体の近接を検出する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、人体の接触（近接を含む）検知又は非接触（検知領域内の人体の有無）検知により機器の制御を行うための、人体検出装置に係わる。
例えば、本人体検出装置を利用したキッチンや洗面室、浴室、トイレ等に設置される水栓装置において、非接触操作による自動吐水と、タッチ操作による手動吐水を併用することができる水栓装置を小型かつ安価で提供する。
【背景技術】
【０００２】
ある機器に対して、その使用者である人体の接触または非接触の操作によって制御を行うものは多数存在する。
例えば、非接触方式の操作の代表例として、水栓の前に手を差し出すだけで吐水／止水の自動制御を行う自動水栓がある。自動水栓の検出手段の多くは、赤外線を発光し、使用者の手からの反射光を検出する光電センサ方式であるり、特にトイレの手洗い用途で一般的となっている。
【０００３】
光電センサ以外にも、非接触方式のセンサとして、超音波や電波を使う方式も可能であるが、センサ部分の小型化、防水性、コスト等の理由で、自動水栓を含めて、機器に対する使用者の非接触検出方法として、赤外線を用いた光電センサが最も普及している。
【０００４】
また、非接触でなく、使用者による接触による操作には、いわゆる「タッチスイッチ」と呼ばれるものがあり、その検出手段には静電容量センサが使われることが多い。
【０００５】
タッチスイッチとして用いられる静電容量センサは、機器の操作部に検出電極を設置し、この電極と大地との間の静電容量を検出する回路を有する。電極は、操作面に露出させても良いし、樹脂やガラスなど誘電体である外装部材で覆っても良い。
そして、使用者が操作部の電極に指で触れたとき、或いは電極に接近したときの、電極と大地との間の静電容量が変化することを検出して、指先のタッチ操作を判定する。
【０００６】
タッチスイッチの他の検出方法として、抵抗膜式、超音波式、光電式、振動式などの方式のセンサもあるが、前述のように電極と検出回路だけで構成でき、可動部が不要で耐久性に優れ、電極を隠すこともできるのでデザインの自由度が高い、等の理由で静電容量センサが広く普及している。
【０００７】
光電センサを用いた自動水栓の構造として、特許文献１のようなものがある。光電センサは、放射した赤外光の反射光を検出するため、検出体がセンサに近づくほど大きな出力が得られる。そこで、自動水栓の先端の吐水口部分に光電センサを設置する特許文献１の構造が優れている。
【０００８】
また、水栓装置に静電容量センサを適用した例として、特許文献２、または３のようなものがある。
特許文献２のものは、静電容量センサーに触れると吐水し、再度触れると止水する制御を想定している（特許文献２の段落［００１１］に記載）。特許文献３のものは、静電容量センサーに触れている間だけ吐水するものである（特許文献３の段落［０００６］に記載）。
【０００９】
特許文献１の自動水栓は、手を差し出すだけで吐水／止水を行う、「非接触操作」による「自動吐水」の制御であるのに対し、特許文献２及び３は、触れるという行為が必要な、「接触操作」による「手動吐水」の制御とみなすことができる。そして、これらを併用した場合、更に利便性が向上することが予想される。
【００１０】
例えば、水栓装置に、非接触式の光電センサと接触式の静電容量センサを同時に適用した場合、光電センサによって、手を差し出すだけで吐水／止水を行う「自動吐水」の制御が、静電容量センサによって、触れる度に吐水／止水を行う「手動吐水」の制御の、両方が可能な水栓装置となる。
【００１１】
この「自動吐水」と「手動吐水」を組み合わせた水栓装置を考えると、例えば、手洗いの際は、光電センサの「自動吐水」により水栓に触れることなく吐水／止水ができ、歯磨きや水溜め等の際は、静電容量センサに触れることによる「手動吐水」で任意に吐水／止水ができ、トイレの手洗いに限らず、洗面所、浴室、キッチン等の多様な使い方に対応できるようになる。
つまり、光電センサと静電容量センサを併用することで、水栓装置の使い勝手が向上し、単なる「自動吐水」と「手動吐水」の機能の加算となるだけでなく、水栓として新たな用途を提供できる可能性がある。
【００１２】
また、光電センサと静電容量センサを併用した例として、特許文献４、５のようなものがある。
特許文献４は、赤外線を使って指先による座標入力を行う装置において、鉛筆や紙屑による誤動作を、静電容量の検出を併用することで解決しようとするものである（段落［０００９］）。
特許文献５は、人以外によるスイッチの不正な操作を防止するため、光電センサを含むいくつかの手法のスイッチ出力と、人体を検出する静電容量センサの出力のＡＮＤ条件で動作するスイッチである（図８および段落［００４７］）。
【００１３】
特許文献４及び５のいずれも、光電センサと静電容量センサの両方が反応した場合というＡＮＤ条件で判定することで、検出の信頼性を上げることを特徴としている。これは、光電センサまたは静電容量センサが、それぞれ単独では確実に検出できない場合があるため、検出原理の異なるセンサを組み合わせて、相補的に機能させる目的である。
【特許文献１】特開２００２−７００９６号公報
【特許文献２】特開２００３−１０５８１７号公報
【特許文献３】特開平５−２８５０５６号公報
【特許文献４】特開平５−１６０７０２号公報
【特許文献５】特開２００５−１２２５３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
前述の特許文献４乃至５のように、光電センサと静電容量センサの両方の機能を有することで、両方のセンサの出力を用いて判定し、検出精度の向上を図っているものもある。
【００１５】
しかし、機器に２つのセンサを組み込むことで機器の検出精度を向上することは分かっているにも関わらず、実際には、全く検出方式の異なる２つのセンサを組み込まなければならないので、機器の小型化が要求される今日ではあまり製品化はされていなかった。
【００１６】
さて、光電センサと静電容量センサの検出方式の違いを回路的に比較すると、光電センサは、人体からの反射光を検出する。通常、反射光は赤外受光素子であるフォトダイオードやフォトトランジスタによって光を電流に変換し、その電流をもとに反射光量を検出して人体の有無を判定する。つまり、光を電流に変換し、その光量の大小を判断する回路である。
【００１７】
一方の静電容量センサは、検出電極と大地との間の静電容量を測定するが、電気回路として見ると、一般にコンデンサ結合と言われる状態の容量変化を検出するものである。
【００１８】
静電容量センサの検出回路の方式は、以前は、ＬＣＲの共振回路の中のＣの部分に検出容量を組み入れて、共振回路の発振周波数の変化を検出するものが多かった。
【００１９】
最近は、ＩＣ技術が進歩したこともあり、例えば特許文献３のように、一方の電極（同文献、図１の１）にパルス電圧を与え、静電結合したもう一方の電極（同文献、図１の１１）で電圧信号を検出し、その信号の振幅や位相（遅れ）などで人体の有無を判断する方式もある。
【００２０】
このように、過去と最近で検出方式に多少の違いはあるが、いずれの方式も、検出したい静電容量を回路の中に組み入れ、回路内の信号の周波数、位相、振幅などの状態変化を検出する方式である。
【００２１】
つまり、光電と静電容量のいずれのセンサも、さまざまな検出方式が実用化されているが、検出する物理量が、「赤外光の光量」と「静電誘導による結合容量」と、全く異なる性質のものであるため、検出回路もそれぞれに専用設計されたものしかなく、光電と静電容量の２つの方式で検出するには、２つの専用の検出回路が必要であった。
【００２２】
この結果、このような光電センサと静電容量センサとの検出回路を共用化してセンサを小型化することは、検出回路方式の違いのために難しかった。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
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、人体に対して赤外光を投光する投光手段と、前記投光手段にパルス投光を指令するパルス出力手段と、人体からの反射光を受光しその受光量を電圧に変換して出力する受光手段と、前記受光手段の出力を増幅する増幅手段と、前記増幅手段の出力を積分する積分手段と、積分手段の出力に応じて人体の有無を検出する人体検出装置において、前記パルス出力手段に接続され人体に対し静電誘導による電界変化を与える送信電極と、前記送信電極と近接して配置され静電結合される受信電極と、を有するとともに、前記受信電極からの誘導電圧出力を前記増幅手段に入力し、前記増幅手段の出力を前記積分手段で積分しその出力に応じて前記送信電極又は前記受信電極への人体の近接を検出することを特徴とする。
その結果、赤外パルス投光を指令するパルス出力手段と、その反射光量を増幅し積分する回路を用いて、人体に対し静電誘導による電界変化を与える送信電極と、これと静電結合される受信電極との間の静電容量の変化を検出することで、光電センサと信号処理回路の大部分を共用する静電容量センサを構成でき、人体検出装置の小型化が実現できる。
【００２４】
また、請求項２記載の発明によれば
請求項１に記載の人体検出装置において、前記受信電極を第１のコンデンサを介してＧＮＤまたは所定の固定電位に接続し、前記受信電極と前記第１のコンデンサの接続点から前記増幅手段へ信号を入力することを特徴とする。
その結果、静電容量検出時において、増幅手段の入力及びその周辺の浮遊容量の影響を除去し、かつ、微小容量のため出力インピーダンスが高い受信電極と、それに比較すると一般に入力インピーダンスが低い増幅手段とのインピーダンスマッチングも取りやすくなるので、光電センサに適した特性の増幅回路をそのまま静電容量センサにも使用でき、回路の大部分を共用しつつ、人体検出装置の検出精度が向上する。
【００２５】
また、請求項３記載の発明によれば
請求項１に記載の人体検出装置において、前記受光手段の出力と前記増幅手段の入力を第２のコンデンサを介して接続し、前記増幅手段の入力と前記第２のコンデンサの接続点に、前記受信電極を接続することを特徴とする。
その結果、光電センサに使用する信号伝達用のコンデンサを用いて静電容量センサの浮遊容量の影響を低減できるので、部品点数が低減でき小型化できる。
【００２６】
また、請求項４記載の発明によれば
請求項１乃至３のいずれか１つに記載の人体検出装置において、前記増幅手段の入力先の接続を前記受光手段または前記受信電極に切り替える入力選択手段と、を有し、前記入力選択手段による入力先の接続の切り替えにより、前記反射光によって人体を検出する光電センサモードと、前記静電誘導によって人体を検出する静電容量センサモードを選択可能としたことを特徴とする。
その結果、出力部が光電センサと静電容量センサと機能を有する回路を有していても、入力部のみの切替え、つまり、入力部のみの選択部品とその制御だけで光電と静電容量の変化を個別に測定でき、光電センサと静電容量センサの信号が影響しあう事がなくなり、それぞれの感知判断を個別にできるので、高精度かつ高度な判断ができる。
【００２７】
また、請求項５記載の発明によれば
請求項１乃至３のいずれか１つに記載の人体検出装置において、前記パルス出力手段の出力先の接続を、前記投光手段または前記送信電極に切り替える出力選択手段と、を有し前記出力選択手段による出力先の接続の切り替えにより、前記反射光によって人体を検出する光電センサモードと、前記静電誘導によって人体を検出する静電容量センサモードを選択可能としたことを特徴とする。
その結果、入力部が光電センサと静電容量センサと機能を有する回路を有していても、出力部のみの切替えにより光電と静電容量を選択するので消費電量を低減でき、またその出力変化を個別に測定できる。よって、出力部のみの選択部品とその制御だけで光電と静電容量の変化を個別に測定でき、かつ、投光電流による消費電力の低減もできる。
【００２８】
また、請求項６記載の発明によれば
請求項４又は５に記載の人体検出装置において、前記光電センサモード時は、前記送信電極又は前記受信電極のうち少なくとも１つをＧＮＤまたは所定の固定電位に接続することを特徴とする。
その結果、送受信電極が光電センサのシールド機能も果たすので、光電センサ用のシールドが不要、もしくは小型化でき、人体検出装置の検出精度も向上する。
【００２９】
また、請求項７記載の発明によれば
請求項４乃至６のいずれか１つに記載の人体検出装置において、前記パルス信号に同期して積分を行う積分回数が、前記光電センサモードと前記静電容量センサモードで異なることを特徴とする。
その結果、検出方式が大きく異なる２つのセンサモードの感度調整が個別に最適に調整することが可能となる。
【００３０】
また、請求項８記載の発明によれば
請求項７に記載の人体検出装置において、前記光電センサモード時よりも前記静電容量センサモード時の方が、前記積分回数が多いことを特徴とする。
その結果、赤外光の投光で電力を消費する光電センサの消費電力を抑え、ノイズの影響を受けやすい静電容量センサの検出精度を上げることができるので、２つの機能をもつ人体検出装置それぞれの機能を最適化できる。
【００３１】
また、請求項９記載の発明によれば
請求項４乃至８のいずれか１つに記載の人体検出装置において、前記受光手段は前記受光量を電圧に変換する受光感度を変更する機能を有し、前記受光手段の出力と前記増幅手段の入力を第２のコンデンサを介して接続し、前記増幅手段の入力と前記第２のコンデンサの接続点に前記受信電極を接続し、前記静電容量センサモード時は、前記受光手段の受光感度を最小の設定とすることを特徴とする。
その結果、光電センサに使用するコンデンサを用いて静電容量センサの浮遊容量の影響を除去できると同時に、静電センサ動作時に受光手段に入る外乱光の影響を除去できるので、人体検出装置の検出精度が向上する。
【００３２】
また、請求項１０記載の発明によれば
水栓装置が請求項１乃至９のいずれか１つに記載の人体検出装置を有することを特徴とする。
その結果、小型化を要求される水栓装置において、光電センサと静電容量センサをより小型かつ安価に組み込むことができ、両方のセンサを使って高信頼性かつ高機能の水栓装置が提供される。
【発明の効果】
【００３３】
本発明によれば、光電センサと静電容量センサの検出回路を共用化することができ、センサを小型化することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
以下に、本発明の第１の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００３５】
図１は、光電センサと静電容量センサの、両方の方式のセンシングが可能な検出回路を備えた水栓装置の制御手段の回路図である。
図２は、図１の制御手段を有する水栓装置の外観の例であり、図３はその水栓装置に収納されるセンサ部の外観図である。
【００３６】
図１において、１は赤外光を発光する投光素子であり、トランジスタ４と電流制限抵抗３と共に投光素子１にパルス状の投光電流を流す、光電センサの投光手段を構成する。
また、１０１は、静電容量センサの送信電極である。５はアナログスイッチであり、制御手段２２から出力される送信信号Ｓ２を、投光手段または送信電極１０１のいずれかに出力する出力選択手段である。この選択は、光電または静電容量のセンサの選択信号であるＳ４によって制御される。
【００３７】
抵抗７とＯＰアンプ６は光電センサの受光手段を構成し、受光素子２が、その受光量に比例して発生する光電流を電圧に変換する。この受光手段や、後述する増幅手段等の基準となる電位を出力するのが基準電圧源２４である。
また、１０２は静電容量センサの受信電極であり、コンデンサ１０３を介して固定電位であるＧＮＤに接続されている。
【００３８】
アナログスイッチ８は光電センサまたは静電容量センサの入力を選択する手段であり、一方の選択は受光手段のＯＰアンプ６の出力をコンデンサ９を介して入力され、もう一方の選択は、受信電極１０２とコンデンサ１０３の接続点が入力される。
また、アナログスイッチ８もアナログスイッチ５と同じく、信号Ｓ４によって制御され、選択された入力信号が、抵抗１０、１１及びＯＰアンプ１２からなる増幅手段に入力される。
【００３９】
以上説明した、投光素子１及び受光素子２と、送信電極１０１と受信電極１０２は、例えば図３のセンサ部のような構造で配置される。
図３において、２０５がセンサ部のセンサケースであり、外形は図２の水栓装置のデザインに合わせた円筒状である。その円筒の側面に光電センサの投光素子１及び受光素子２、円筒型ケースの上面に静電容量センサの送信電極１０１と受信電極１０２が配置され、更に図２のように水栓装置に収納される。
【００４０】
図２において、２０１は水栓装置本体、２０２は光電センサの赤外光を透過するセンサ窓、２０３は金属製のタッチ操作部、２０４は吐水口、２０５は図３に示したセンサ部である。この水栓装置の動作は後に説明する。
【００４１】
図１の説明に戻り、増幅手段の出力は、抵抗１３、１４及びＯＰアンプ１５からなる反転手段に入力される。反転手段の入出力では、信号振幅は等しく、その極性が反転する。
更に、増幅手段の出力がアナログスイッチ１６を介して、また、反転手段の出力がアナログスイッチ１７を介して積分手段に入力される。なお、アナログスイッチ１６及び１７はそれぞれ、制御手段２２から出力されるタイミング信号Ｓ２及びＳ３により、オン／オフされる。
【００４２】
積分手段は、抵抗１８とコンデンサ１９、ＯＰアンプ２０により構成される。また２１は、制御手段２２が出力するタイミング信号Ｓ１によりオン／オフするアナログスイッチであり、コンデンサ１９の放電、すなわち積分手段のリセットを行う。
【００４３】
制御手段２２により信号Ｓ１乃至Ｓ３を制御し、投光のタイミングと積分のタイミングを同期させることにより効果的な信号の積分とノイズ除去を行うことができる。従来から知られているこの光電センサの動作を図４のタイミングチャートを用いて説明する。
【００４４】
まずパルス投光を行う前に、図４のＴ０のタイミングから所定時間、信号Ｓ１によってアナログスイッチ２１をオンし、コンデンサ１９を放電、すなわち積分手段をリセットする。この状態の積分手段の出力電圧（ＯＰアンプ２０の出力）が基準（反射信号のゼロ位置）となる。
【００４５】
なお、この時、センサの選択信号であるＳ４は図４においてはＨｉレベルとなっていて、図１のアナログスイッチ５は、信号Ｓ２を投光手段のトランジスタ４へ出力するよう選択されている。また、アナログスイッチ８は受光手段のＯＰアンプ６の出力をコンデンサ９を介して抵抗１０以降の増幅手段へ接続する状態となっている。
【００４６】
Ｔ１のタイミングで信号Ｓ２がＨｉ出力されトランジスタ４がオンして、投光素子１が赤外光を検出体に向け投光する。すなわち、信号Ｓ２は投光手段にパルス投光を指令するパルス信号である。これと同時にアナログスイッチ１６がオンし、投光素子１の投光に同期して、検出体からの反射光に比例した信号である増幅手段出力を積分手段で積分する。
【００４７】
Ｔ２のタイミングで信号Ｓ２がＬｏ（オフ）となり、信号Ｓ３がＨｉ（オン）となってアナログスイッチ１７がオンする。ここでは、投光素子１が投光していない状態の受信信号を、反転手段によって極性を反転させて積分手段で積分する。Ｔ３のタイミングでは、再び信号Ｓ２がオン、信号Ｓ３がオフして、Ｔ１〜Ｔ３のタイミングの動作を繰り返す。なお、Ｔ１〜Ｔ２とＴ２〜Ｔ３の時間間隔は、同じ時間幅である。
【００４８】
このＴ１〜Ｔ３の積分の動作は、信号の積分という信号蓄積作用だけでなく、ノイズ除去効果を持っている。つまりノイズとなる信号の周波数が、Ｔ１〜Ｔ３の時間を１周期とする周波数に一致しなければ、Ｔ１〜Ｔ２の期間とＴ２〜Ｔ３の期間で積分量が相殺され、ノイズは低減される。よって、Ｔ１〜Ｔ３の動作だけで、ひとつのノイズ除去積分動作と言うことができる。そして、図４のＴ９のタイミングまで、同一の積分動作を４回繰り返す。
【００４９】
以上説明したように、投光素子１のパルス投光に同期して増幅手段出力を積分することにより、積分手段出力は、パルス投光の回数に比例した信号量を出力する。また、増幅手段出力と反転手段出力を同じ時間、同じ回数だけ積分することにより、パルス投光に同期しない成分、つまり、蛍光灯など、光電センサの動作環境に存在するノイズを打ち消すことができる。こうして、投光と積分動作を繰り返すことで、反射信号量（積分手段出力）は大きくなり、ノイズ成分は小さくなって光電センサのＳ／Ｎ比が向上する。
【００５０】
なお、この投光および積分回数に制約はないが、回数が多いほど、信号量とノイズ除去性能が向上する。言い換えれば、この回数が多いほど、検出感度とＳ／Ｎ比が向上する。一方で、この回数が多いほど、投光や受光回路の電力消費は増大する。
【００５１】
以上は良く知られた、光電センサの同期積分の動作である。次に、静電容量センサとしての動作を図５のタイミングチャートを用いて説明する。
【００５２】
図１および図５において、選択信号Ｓ４がＬｏレベルとなって、アナログスイッチ５が信号Ｓ２の信号を送信電極１０１へ出力するよう選択されているものとする。
更に、アナログスイッチ８は、受信電極１０２とコンデンサ１０３の接続点の電圧を抵抗１０以降の増幅回路に接続している。
【００５３】
信号Ｓ２の電圧は、Ｈｉ／Ｌｏレベルがディジタル的に切り替わるパルス信号であるが、一般的なＣＭＯＳ回路を使用した場合、電源電圧であるＶＤＤとＧＮＤの０Ｖとが切り替わるパルス信号となる。電源電圧ＶＤＤが３Ｖならば、信号Ｓ２は、電圧が３Ｖと０Ｖが切り替わるパルス出力となり、送信電極１０１に印加される。
図４の光電センサ動作の場合、送信信号は投光素子１の投光電流であったが、図５の静電容量センサ動作の場合、送信信号は送信電極１０１の電圧となる。但し、いずれの送信信号も、パルス出力信号のＳ２と同意である。
【００５４】
送信電極１０１と受信電極１０２は、その物理的な面積、距離、間に存在する物質の誘電率によって決まる、ある量の静電結合を有する。そして、送信電極１０１の電位変化は、この静電結合によって受信電極１０２の電位変化を誘起する。この様子を、図１のように、送信電極１０１から受信電極１０２へ向かう電気力線で表現することができる。
【００５５】
図５において、受信信号となる受信電極１０２の電位には、送信電極１０１の電位変化にある割合を掛けた電位変化が生じる。この作用は、図６のように考えることができる。
図６は、図１の送受信電極と増幅手段周辺の部分を抜き出したものである。
【００５６】
図６において、信号Ｓ２は送信電極１０１に繋がっている。その送信電極１０１と受信電極１０２はコンデンサを形成し、これがコンデンサ１０３を介して固定電位であるＧＮＤに繋がっている。つまり、信号Ｓ２の電位変化は、送信電極１０１と受信電極１０２からなるコンデンサと、コンデンサ１０３の直列回路に印加される。
【００５７】
コンデンサの直列回路に電圧を印加した場合、各コンデンサにかかる電圧はその静電容量に反比例する。つまり、静電容量に反比例した比率に分圧される。これは物理の基本事項である。
ここで、送信電極１０１と受信電極１０２からなるコンデンサの静電容量をＣ１、コンデンサ１０３の静電容量をＣ２とすると、その接続点にかかる電圧は、送信電極１０１に印加される電圧の［Ｃ１／（Ｃ１＋Ｃ２）］倍に分圧される。
【００５８】
仮にＣ１＝１ｐＦ、Ｃ２＝１０００ｐＦとすれば、送信電極１０１に印加される電位、すなわち信号Ｓ２の電位の約１０００分の１倍となった電圧が抵抗１０以下の増幅回路に入力される。このように、コンデンサ１０３によって非常に僅かな電位変化となるまで分圧され、それを増幅後に積分手段へと信号が伝達され、光電センサとして動作する場合と同様に同期積分が行われる。
【００５９】
しかし、この同期積分動作は、前述のように、積分回数が多いほど、信号量とノイズ除去性能が向上し、検出感度とＳ／Ｎ比が向上する。そこで図５のように、積分回数を増やせば、それだけ積分される信号量が増え、ノイズは低減する。つまり、光電センサの動作の時に比較して、受信信号が小さくとも、積分回数を増やすことで十分な信号量とＳ／Ｎ比を確保できる。
【００６０】
図５では、積分回数を８回としているが、それ以上の１６回、３２回、６４回でも良い。これは以下の理由による。
光電センサの場合、積分動作の回数だけ投光素子１に電流を流すため、その消費電力や投光素子１の劣化の観点から、積分回数があまり多いのは望ましくない。しかし、静電容量センサの場合、送受信電極の劣化はなく、送信電極へ流れる電流も、投光素子１に流れる電流に比較すればゼロと見なしても良い。
よって、積分動作に伴う部品の劣化はなく、消費電力の増加も僅かであるため、静電容量センサとして動作する場合には積分回数を増やすことの弊害は殆ど無い。
【００６１】
こうして、コンデンサ１０３によって分圧されて非常に小さくなってしまった信号も、図５のように、積分動作を数多く繰り返すことにより、十分な積分の信号量として検出可能となる。
更に、コンデンサ１０３は以下のような重要な役割がある。
【００６２】
例えば、ＯＰアンプ１２のような回路の入出力端子は、ある程度の静電容量を持っている。信号が入力される端子に繋がっているトランジスタ等の素子や、入力保護回路などが持つ静電容量であり、回路構成にもよって異なるが、一般的に、１端子あたり数１０ｐＦ以上の静電容量が存在する。アナログスイッチ８も同様である。
更に、回路部品が実装されるプリント基板や信号接続の電線などでも数ｐＦ程度の静電容量がある。これらは浮遊容量とも呼ばれ、至る所に存在する。
【００６３】
仮に、送信電極１０１と受信電極１０２からなるコンデンサの容量が１ｐＦ程度と小さい場合、これと比較すると前記の回路の入力容量や浮遊容量の方が圧倒的に大きく、検出したい１ｐＦ程度の容量の信号が、浮遊容量の影響を受けて減衰かつ変動し、安定した検出動作ができなくなる。
【００６４】
静電容量を検出するためだけに設計された専用回路の場合、例えば良く知られている、送信電極１０１と受信電極１０２からなるコンデンサを共振回路の中に組み入れるような方法であれば、検出回路が持っている浮遊容量や入力容量を含めて共振状態を作る等の調整が行われるので、原理的に浮遊容量の影響を低減することができる。つまり、静電容量検出の専用回路であれば、浮遊容量の影響を除去するのは容易である。
【００６５】
しかし本発明の目的である、光電センサと静電容量センサの検出回路を共用するためには、図１のアナログスイッチ８や、ＯＰアンプ１２のような入力容量の大きい回路部品の使用は避けられず、浮遊容量、入力容量の影響を受けてしまう。
別な見方をすれば、入力容量が大きい、つまり入力インピーダンスが小さい光電センサの増幅回路に、１ｐＦ程度と出力インピーダンスが小さい静電容量センサの検出電極を繋がなければならないという、インピーダンスマッチングが不適という問題がある。
【００６６】
しかし、図１または図６のようにコンデンサ１０３で分圧する構成とすれば、入力容量や浮遊容量はコンデンサ１０３と並列に入っていると見なせるため、コンデンサ１０３の容量が例えば１０００ｐＦ、もしくはその程度に大きいものを選べば、入力容量や浮遊容量の影響が相対的に小さくなり、無視できるようになる。
同時に、前述のインピーダンスマッチングも適切となる。
【００６７】
なお、図１でコンデンサ１０３の一方をＧＮＤに接続したが、浮遊容量の影響を除く目的であれば、固定電位という条件を満たせば良くＧＮＤ以外でも良い。例えば、図１の基準電圧源２４に繋いでも良い。また、原理的には、ある量の電位変動があっても、パルス信号Ｓ２に同期しない電圧変動であれば、前述の同期積分動作で電位変動の影響を除去できる。
【００６８】
コンデンサ１０３の一方をＧＮＤでなく、基準電圧源２４に繋いだ場合、増幅手段の基準電圧と一致するため、基準電圧源２４の電圧変動（ノイズや不安定成分）の影響を相殺する利点がある。但し、受信電極１０２が受けるサージ等の電気的ストレスに対しては、図１のようにＧＮＤに繋ぐ方が耐性が強い。
よって、検出したい信号レベル、受信電極１０２の大きさや保護状態によって、ＧＮＤまたは基準電圧源などを選択すれば良い。
【００６９】
こうして、送信電極１０１と受信電極１０２からなるコンデンサが微小な容量であっても、図１の回路では、浮遊容量の影響を受けにくく、正確な容量検出が可能となる。
よって、例えば図３のようにセンサユニットの上面に送信電極１０１と受信電極１０２を配置すれば、ここに使用者の指が触れるかどうかによって、その結合容量が僅かに変化し、これを図１の回路で検出して使用者の指のタッチの判断が可能となる。
【００７０】
図３のセンサ部を利用した水栓装置が図２である。図３のセンサ部を図２の水栓本体に内蔵し、送受信電極の上に、水栓装置の外観部品を兼ねた金属製の蓋である、タッチ操作部２０３を配置する。
【００７１】
タッチ操作部２０３に使用者が触れていない時には、タッチ操作部２０３は電位的に固定されておらず、図１の回路の送信電極１０１と受信電極１０２の間に１枚の電極（タッチ操作部２０３）を挿入しただけの状態と同じと見ることができる。この時、タッチ操作部２０３によって、送信電極１０１と受信電極１０２の間の静電結合の容量は増加する。
【００７２】
ここで、タッチ操作部２０３に使用者が触れると、タッチ操作部が人体を介してＧＮＤ電位（接地電位）にほぼ固定される。この時、送信電極１０１と受信電極１０２の間にタッチ操作部２０３というＧＮＤ電位の電極が入った状態となり、送信電極１０１と受信電極１０２の間の静電結合がＧＮＤ電位の電極（タッチ操作部２０３）により遮断される。よって、送受信電極間の結合容量は低下する。この容量の変化により、水栓本体へのタッチ操作が検出できる。
【００７３】
更に、図２の水栓の吐水方向には光電センサの投受光素子が向けられており、光電センサによって手を差し出す動作を検出できる。
よって、この光電と静電容量の２つのセンサを交互に連続して繰り返し動作させることで、例えば、光電センサで自動吐水（感知している間だけ吐水）を行い、静電容量センサで手動吐水（触る度に吐水／止水が切り替わる）という使い方ができる。
或いは、電気的に温度調整や流量調整が可能な水栓であれば、光電センサを吐水／止水の制御に用い、静電容量センサを温度や流量の切り替えに使うこともできる。
【００７４】
以上のような水栓装置の制御動作を、図７乃至図９のフローチャートを用いて説明する。
図７は水栓装置の主要な動作を示すメインルーチンである。
動作開始（ステップＳ１００）で、まず、送信電極１０１と受信電極間１０２の結合容量である静電容量を検出する（ステップＳ１０１）。
この検出動作内容は後に詳述するが、ここで結合容量が小さかった場合（ステップＳ１０２：Ｙ）、操作者の指がタッチ操作部２０３に触れていると判断できる。
【００７５】
操作者の指のタッチ操作があったと判断した場合、吐水中であって電磁弁（図不示）が開いていれば（ステップＳ１０３：Ｙ）電磁弁を閉じ（ステップＳ１０５）、電磁弁が閉じていれば（ステップＳ１０３：Ｎ）電磁弁を開く（ステップＳ１０４）。
しかし、結合容量が小さくない場合（ステップＳ１０２：Ｎ）は操作者の指のタッチ操作は無いと判断して電磁弁の開閉状態は切り替えない（ステップＳ１０６へ）。
このような制御により、タッチ操作部２０３に指が触れるたびに吐水／止水が切り替わる、手動吐水の操作が可能となる。
【００７６】
この手動による吐水を行っている状態（ステップＳ１０６：Ｙ）では以上の動作を継続する（ステップＳ１０１へ戻る）が、手動の吐水中でない場合（ステップＳ１０６：Ｎ）は光電センサの動作を行う（ステップＳ１０７）。この検出動作内容も後に詳述する。
【００７７】
光電センサの反射光量が大きい場合（ステップＳ１０８：Ｙ）、使用者の手が差し出されているとして電磁弁を開いて吐水を行い（ステップＳ１０９）、光電センサの検出を繰り返す（ステップＳ１０７へ戻る）。
光電センサの反射光量が小さい場合（ステップＳ１０８：Ｙ）、使用者の手が差し出されていないとして電磁弁を閉じて吐水は行わず（ステップＳ１１０）、静電容量の検出（ステップＳ１０１）に戻って、以上の動作を繰り返す。
【００７８】
図８は、図４に説明した光電センサの制御内容を示すサブルーチンである。また、図７の光電検出（ステップＳ１０７）の動作詳細である。
まず、図１の回路の光電と静電容量を選択する信号Ｓ４をＨｉとし、光電センサを選択する（ステップＳ２０１）。これにより、図１のアナログスイッチ５は、信号Ｓ２がトランジスタ４へ出力される方に切り替わる。また、アナログスイッチ８は、受光手段のＯＰアンプ６側を選択する。
【００７９】
そして、パルス投光を行う前に、所定時間、積分手段をリセットする（ステップＳ２０２）。そして、投光素子１の投光及び積分（ステップＳ２０３）と、投光素子１が投光していない状態の反転積分（ステップＳ２０４）を４回繰り返す（ステップＳ２０５で判断）。この繰り返しで、信号Ｓ２のパルス出力が行われる。
４回の積分と反転積分を終了する（ステップＳ２０６）と、積分手段の出力をＡ／Ｄ変換し（ステップＳ２０７）、メインルーチンに戻る（ステップＳ２０８）。
【００８０】
図９は、図５に説明した静電容量センサの制御内容を示すサブルーチンである。また、図７の静電容量検出（ステップＳ１０１）の動作詳細である。
まず、図１の回路の光電と静電容量を選択する信号Ｓ４をＬｏとし、静電容量センサを選択する（ステップＳ３０１）。これにより、図１のアナログスイッチ５は、信号Ｓ２が送信電極１０１へ出力される方に切り替わる。また、アナログスイッチ８は、受信電極１０２側を選択する。
【００８１】
そして、パルス投光を行う前に、所定時間、積分手段をリセットする（ステップＳ３０２）。そして、送信電極１０１にＨｉ出力している期間の積分（ステップＳ３０３）と、送信電極１０１にＬｏ出力している期間の反転積分（ステップＳ３０４）を８回繰り返す（ステップＳ３０５で判断）。
８回の積分と反転積分を終了する（ステップＳ３０６）と、積分手段の出力をＡ／Ｄ変換し（ステップＳ３０７）、メインルーチンに戻る（ステップＳ３０８）。
【００８２】
以上のように、図１の回路を備えたセンサ及び制御部を図３のようなユニットとして構成し、図２の水栓に内蔵する。そして、図７乃至図９の制御を行うことにより、光電センサと静電容量センサを併用した水栓装置が、小型かつ安価に実現できる。
【００８３】
図１０は、光電センサと静電容量センサを併用したタッチセンサの例である。センサ本体の形状は直方体で、その上面がタッチ操作部になっている。
３０１はセンサ本体のケースであり、材質は赤外光を透過する樹脂（ガラスでも良い）である。３０２は赤外光を遮光し、かつ投光素子１と受光素子２を保持するＬＥＤホルダーである。また、３０３はセンサの処理回路が実装された基板である。
【００８４】
センサケース３０１の上面に向け、投光素子１と受光素子２が配置され、かつ、センサケース３０１上面の内側に送信電極１０１と受信電極１０２が配置されている。検出回路は図１の通りで、この構造により光電センサと静電容量センサの両方が構成されている。
【００８５】
光電センサをタッチセンサとして利用すると、その感知性能は検出体の反射率に依存する。反射率の高いもの、つまり白っぽいものに反応しやすく、逆に黒っぽいものは反応しにくい。黒っぽいものでも感知させるためには、感知と判定する反射光量の閾値を低くする必要があるが、その場合、白っぽいものがある程度の距離に近づいただけで感知してしまう恐れがある。
【００８６】
そこで、感知と判定する反射光量の閾値を逆に高くすると、白っぽいものによる誤感知が減っても、黒っぽいものがタッチするまで近づいても感知できなくなる恐れがある。このように、光電センサは、白っぽいものによる誤感知は防止し、黒っぽいものも感知できるように動作することが難しい。
【００８７】
また、静電容量センサをタッチセンサとして利用すると、人体だけでなく、水などの導電体にも反応する。静電容量センサの感度を設定する際、人体のわずかなタッチでも確実に検出できるように判定の閾値を下げると、水などによる誤感知が増える。誤感知を減らすために判定の閾値を上げると、人体のタッチを検出できなくなる恐れがある。
【００８８】
しかし、図７のように光電センサと静電容量センサを２つ設けて、両方のセンサが反応したときのみタッチ操作を感知するようにすれば、２つのセンサの閾値をそれぞれ下げることができ、確実かつ感度の良い検出ができる。
【００８９】
例えば、白っぽいものが接近したとき、光電センサは反応する可能性があるが、静電容量センサは物体が触れるまで反応しないため、誤感知にならない。
また、水が付着すると静電容量センサは反応するが、光電センサが反応しないために誤感知にならない。このような条件を踏まえれば、光電センサと静電容量センサの双方の判定閾値を下げる、つまり検出感度を上げることができる。
【００９０】
この動作を図１１のフローチャートで説明する。
プログラムステップ：Ｓ４００よりスタートし、まず静電容量センサの検出動作を行い（ステップＳ４０１）、結合容量が判定閾値よりも大きい場合（ステップＳ４０２：Ｎ）、これは送信電極１と受信電極２の間の静電結合を妨げるものが無い、つまり、操作者の指などのタッチが無いと判断して非感知を確定する（ステップＳ４０６）。
【００９１】
逆に、結合容量が小さい場合（ステップＳ４０２：Ｙ）、これは送信電極１と受信電極２の間の静電結合が操作者の指によって妨げられたと考えられる。そこで、更に光電センサの検出動作を行い（ステップＳ４０３）、その反射光量が大きい場合（ステップＳ４０４：Ｙ）、静電容量センサと光電センサの両方に確からしい反応があったとして、感知を確定する（ステップＳ４０５）。
【００９２】
静電容量センサの反応があっても、光電センサの反射光量が小さい場合（ステップＳ４０４：Ｎ）、センサとしては非感知と確定する（ステップＳ４０６）。
このように、異種のセンサを使って二重に判断することで、それぞれのセンサ単体では誤動作の可能性があるレベルまで判定の閾値を下げることができ、結果として、高感度かつ誤動作の少ないタッチセンサが実現できる。
【００９３】
なお、この場合、投光電流を必要としない、つまり消費電力が小さい静電容量センサを先に動作させ（ステップＳ４０２）、これが反応した時のみ光電センサを動作させる（ステップＳ４０４）ので、センサ全体の消費電力を抑えることができる。
【００９４】
なお、図１０のセンサ形状を直方体としたが、光電センサの検出方向と静電容量センサの検出方向を一致させれば本発明の効果は得られるので、センサ形状は直方体に限らず、立方体でも円筒でも球状でも良い。
【００９５】
図１２は図１の回路の変形例である。図１２は、図１に対し、以下の部分が異なる。
図１２では、図１のアナログスイッチ８がなく、受光手段のＯＰアンプ６の出力は、コンデンサ９を介して抵抗１０に接続されている。
また、図１２には、図１のコンデンサ１０３がなく、受信電極１０２はコンデンサ９と抵抗１０の間に接続される。つまり、受信電極１０２の電圧も、抵抗１０、１１及びＯＰアンプ１２からなる増幅手段にそのまま入力される。
【００９６】
この回路は以下のように動作する。
光電センサとして動作する場合、受光手段の出力がそのまま増幅手段に入力されるので、何の問題もなく動作できる。その際、受信電極１０２が繋がっているが、送信電極１０１に電位変化を与えなければ受信電極１０２にも電位変化は無く、光電センサの動作に影響は与えない。
【００９７】
図１２が静電容量センサとして動作する場合、投光手段が動作しないので、受光手段にも信号光は入射しない。よって、受光手段のＯＰアンプ６の出力電圧は、基準電圧源２４の電圧にほぼ等しくなる。これを固定電位と考えれば、図１２のコンデンサ９は、図１のコンデンサ１０３と同じ役割を果たす。
【００９８】
厳密には受光素子２が受光する環境光である、太陽光や蛍光灯照明などの光に応じた電圧変化がＯＰアンプ６の出力に発生するが、パルス信号Ｓ２に同期しない電圧変化は、同期積分動作にとっては固定電位と見なすことができ、実質的な影響は小さい。
よって、コンデンサ９は、光電センサで信号を増幅手段へ伝達する機能と、静電容量センサで受信信号を分圧する機能を兼用することができ、図１２の回路は図１の回路と同等の動作が可能となる。
【００９９】
更に図１２の回路では、ＯＰアンプ６の出力電圧の基準となる電位は、基準電圧源２４の電位であり、同様にＯＰアンプ１２も同じ基準電位に対し動作する。よって、基準電圧源２４に電位変動があった場合でも、ＯＰアンプ６とＯＰアンプ１２に同時かつ同相で変動があり、相対的に基準電圧源２４の変動が相殺される。この点からも、コンデンサ９の利用は適している。
【０１００】
図１３は図１２の回路の変形例である。図１３は、図１２に対し、以下の部品を追加している。
受光手段の抵抗７と並列にアナログスイッチ３０が接続され、これを信号Ｓ４をインバータ３１で反転した信号で制御する。アナログスイッチ３０は、信号Ｓ４がＬｏの時、オンする。
更に、送信電極１０１とＧＮＤの間にアナログスイッチ３２が、受信電極１０２とＧＮＤの間にアナログスイッチ３３が接続され、いずれも信号Ｓ４で制御する。アナログスイッチ３２及び３３は、信号Ｓ４がＨｉの時にオンする。また、受信電極１０２はコンデンサ３４を介してコンデンサ９と抵抗１０の接続点に繋がっている。
【０１０１】
以上の図１３の、図１２に対する追加部品の働きを説明する。
信号Ｓ４がＨｉ、すなわち、光電センサの動作が選択されている場合、アナログスイッチ３２及び３３がオンして、送信電極１０１及び受信電極１０２がＧＮＤの電位に固定される。
【０１０２】
送信電極１０１及び受信電極１０２は、図３或いは図１０のように、指などを検出できるような広さの面積を持ち、光電センサの受光素子２の近くに配置される。よって、光電センサの使用環境に存在する電気的なノイズも受信してしまう可能性があり、光電センサへノイズを与える要因になる恐れがある。
【０１０３】
しかし、図１３の回路を光電センサとして動作させる際、アナログスイッチ３２及び３３によって送受信電極をＧＮＤに固定すれば、送受信電極の面積分のシールド効果が生じ、光電センサの耐ノイズ性が向上する。つまり、光電センサのシールド電極と、静電容量センサの送受信電極を兼用することになり、光電センサのために新たにシールド部材を追加する必要がなくなる、もしくは縮小できる可能性がある。
【０１０４】
また、図１３で信号Ｓ４がＬｏ、すなわち、静電容量センサの動作が選択されている場合、アナログスイッチ３０がオンして、受光手段はゲインが１のボルテージ・フォロア・アンプとなり、基準電圧源２４の電圧を出力するだけの回路となる。
なお、コンデンサ３４は送信電極１０１と受信電極１０２が構成するコンデンサと直列に入るが、送受信電極間の容量値よりも十分に大きい値を選択すれば、コンデンサ３４は静電容量の検出信号を損失無く伝達するだけの素子とみなして良い。
【０１０５】
図１２の回路では、静電容量センサとして動作する際も、ＯＰアンプ６の受光手段は受光素子２が受光した外乱光に応じた電圧変化を出力している。この電圧変化は静電容量センサにとって、外乱光を要因とするランダム・ノイズとなり得る。
この受光回路が出力する外乱光のノイズ変化は、送信電極１０１に与えられる電圧変化に同期しないため、原理的には前述の同期積分の動作で除去できる。
しかし、同期積分を繰り返しても、ランダムノイズの影響が完全にゼロになることはなく、ある程度の変動成分として残ってしまうため、やはり、外乱光のノイズは無い方が好ましい。
【０１０６】
図１３の回路であれば、静電容量センサとして動作する際、受光手段のＯＰアンプ６は、受光素子２が受光する外乱光に影響されず、基準電圧源２４の電圧を安定して出力するため、静電容量センサとして精度の良い検出が可能となる。
【０１０７】
また、図１及び図１３の回路では、受光手段と受信電極の選択手段があるため、投光手段と送信電極を同時に機能させても良い。つまり、図１及び図１３でアナログスイッチ５を削除し、信号Ｓ２とトランジスタ４、送信電極１０１を直結する構成でも動作は変わらない。
但し、その場合、アナログスイッチ５が不要となる反面、静電容量センサとして動作している場合でも、投光手段の電力消費が発生するという短所がある。
【０１０８】
また、光電センサは人体検出時に反射光の信号量が増加し、静電容量センサは人体検出時に静電結合の信号量が減少するという特徴がある。よって、光電センサと静電容量センサを同時に動作させ、人体が無い安定状態の積分信号に対して、「積分信号が増加すれば光電センサが感知した」「積分信号が減少すれば静電容量センサが感知した」と判断する制御も可能である。
【０１０９】
その場合、アナログスイッチ５、８、３０、３３などの光電センサと静電容量センサの選択手段は不要となる。
但し、アナログスイッチ５等が不要となる反面、光電と静電容量が同時に感知した場合に積分信号の増減が相殺されるため、信号変化の要因が光電か静電容量かの明確な区別がつなかいという短所がある。
例えば、通常使用では構造的に光電と静電容量の変化が同時に起きない機器、またはその違いを区別する必要がない機器、など、使用可能な用途が限られる。
【０１１０】
以上のように、光電センサ及び静電容量センサの出力選択手段、入力選択手段のいずれを使用するのか、或いはどれも使用しないのか、様々な組み合わせが考えられるが、部品にかかるコストと人体検出装置に要求される仕様とのバランスで決めれば良い。
【図面の簡単な説明】
【０１１１】
【図１】本発明の実施形である人体検知装置を有する水栓装置の回路構成を例示する図である。
【図２】本発明の実施形である人体検知装置を有する水栓制御装置を例示する外観図である。
【図３】本発明の実施形である人体検知装置を有する水栓制御装置に内蔵されたセンサ及び制御部の外観を例示する図である。
【図４】本発明の実施形である光電センサの検出動作の具体例を表すを示すタイミングチャートである。
【図５】本発明の実施形である静電容量センサの検出動作の具体例を表すタイミングチャートである。
【図６】本発明の実施形である静電容量センサの信号入力部分の動作を補足説明する回路図である。
【図７】本発明の実施形である人体検知装置を有する水栓制御装置の動作の具体例を表すフローチャートである。
【図８】本発明の実施形である光電センサの検出動作の具体例を表すフローチャートである。
【図９】本発明の実施形である静電容量センサの検出動作の具体例を表すフローチャートである。
【図１０】本発明の他の実施形である人体センサの内部構造例を示す図である。
【図１１】本発明の他の実施形である人体センサの動作の具体例を表すフローチャートである。
【図１２】本発明の実施形である人体検知装置を有する水栓装置の回路構成の、他の変形例を表す図である。
【図１３】本発明の実施形である人体検知装置を有する水栓装置の回路構成の、他の変形例を表す図である。
【符号の説明】
【０１１２】
１…投光素子、 ２…受光素子、 １０１…送信電極、 １０２…受信電極、
５…光電センサ／静電容量センサの送信選択のアナログスイッチ、
６…受光手段のＯＰアンプ、
８…光電センサ／静電容量センサの受信選択のアナログスイッチ、
１２…増幅手段のＯＰアンプ、
１５…反転手段のＯＰアンプ、
１６…増幅手段出力を積分する際にオンするアナログスイッチ、
１７…反転手段出力を積分する際にオンするアナログスイッチ、１８…積分手段の抵抗、
１９…積分手段のコンデンサ、 ２０…積分手段のＯＰアンプ、
２１…積分手段をリセットするアナログスイッチ、
２２…制御手段、 ２３…電磁弁駆動手段、
２０１…水栓装置本体、 ２０２…光電センサ窓、 ２０３…タッチ操作部、
２０４…吐水口、 ２０５ …センサ及び制御部本体
３０１…人体センサケース
【技術分野】
【０００１】
本発明は、人体の接触（近接を含む）検知又は非接触（検知領域内の人体の有無）検知により機器の制御を行うための、人体検出装置に係わる。
例えば、本人体検出装置を利用したキッチンや洗面室、浴室、トイレ等に設置される水栓装置において、非接触操作による自動吐水と、タッチ操作による手動吐水を併用することができる水栓装置を小型かつ安価で提供する。
【背景技術】
【０００２】
ある機器に対して、その使用者である人体の接触または非接触の操作によって制御を行うものは多数存在する。
例えば、非接触方式の操作の代表例として、水栓の前に手を差し出すだけで吐水／止水の自動制御を行う自動水栓がある。自動水栓の検出手段の多くは、赤外線を発光し、使用者の手からの反射光を検出する光電センサ方式であるり、特にトイレの手洗い用途で一般的となっている。
【０００３】
光電センサ以外にも、非接触方式のセンサとして、超音波や電波を使う方式も可能であるが、センサ部分の小型化、防水性、コスト等の理由で、自動水栓を含めて、機器に対する使用者の非接触検出方法として、赤外線を用いた光電センサが最も普及している。
【０００４】
また、非接触でなく、使用者による接触による操作には、いわゆる「タッチスイッチ」と呼ばれるものがあり、その検出手段には静電容量センサが使われることが多い。
【０００５】
タッチスイッチとして用いられる静電容量センサは、機器の操作部に検出電極を設置し、この電極と大地との間の静電容量を検出する回路を有する。電極は、操作面に露出させても良いし、樹脂やガラスなど誘電体である外装部材で覆っても良い。
そして、使用者が操作部の電極に指で触れたとき、或いは電極に接近したときの、電極と大地との間の静電容量が変化することを検出して、指先のタッチ操作を判定する。
【０００６】
タッチスイッチの他の検出方法として、抵抗膜式、超音波式、光電式、振動式などの方式のセンサもあるが、前述のように電極と検出回路だけで構成でき、可動部が不要で耐久性に優れ、電極を隠すこともできるのでデザインの自由度が高い、等の理由で静電容量センサが広く普及している。
【０００７】
光電センサを用いた自動水栓の構造として、特許文献１のようなものがある。光電センサは、放射した赤外光の反射光を検出するため、検出体がセンサに近づくほど大きな出力が得られる。そこで、自動水栓の先端の吐水口部分に光電センサを設置する特許文献１の構造が優れている。
【０００８】
また、水栓装置に静電容量センサを適用した例として、特許文献２、または３のようなものがある。
特許文献２のものは、静電容量センサーに触れると吐水し、再度触れると止水する制御を想定している（特許文献２の段落［００１１］に記載）。特許文献３のものは、静電容量センサーに触れている間だけ吐水するものである（特許文献３の段落［０００６］に記載）。
【０００９】
特許文献１の自動水栓は、手を差し出すだけで吐水／止水を行う、「非接触操作」による「自動吐水」の制御であるのに対し、特許文献２及び３は、触れるという行為が必要な、「接触操作」による「手動吐水」の制御とみなすことができる。そして、これらを併用した場合、更に利便性が向上することが予想される。
【００１０】
例えば、水栓装置に、非接触式の光電センサと接触式の静電容量センサを同時に適用した場合、光電センサによって、手を差し出すだけで吐水／止水を行う「自動吐水」の制御が、静電容量センサによって、触れる度に吐水／止水を行う「手動吐水」の制御の、両方が可能な水栓装置となる。
【００１１】
この「自動吐水」と「手動吐水」を組み合わせた水栓装置を考えると、例えば、手洗いの際は、光電センサの「自動吐水」により水栓に触れることなく吐水／止水ができ、歯磨きや水溜め等の際は、静電容量センサに触れることによる「手動吐水」で任意に吐水／止水ができ、トイレの手洗いに限らず、洗面所、浴室、キッチン等の多様な使い方に対応できるようになる。
つまり、光電センサと静電容量センサを併用することで、水栓装置の使い勝手が向上し、単なる「自動吐水」と「手動吐水」の機能の加算となるだけでなく、水栓として新たな用途を提供できる可能性がある。
【００１２】
また、光電センサと静電容量センサを併用した例として、特許文献４、５のようなものがある。
特許文献４は、赤外線を使って指先による座標入力を行う装置において、鉛筆や紙屑による誤動作を、静電容量の検出を併用することで解決しようとするものである（段落［０００９］）。
特許文献５は、人以外によるスイッチの不正な操作を防止するため、光電センサを含むいくつかの手法のスイッチ出力と、人体を検出する静電容量センサの出力のＡＮＤ条件で動作するスイッチである（図８および段落［００４７］）。
【００１３】
特許文献４及び５のいずれも、光電センサと静電容量センサの両方が反応した場合というＡＮＤ条件で判定することで、検出の信頼性を上げることを特徴としている。これは、光電センサまたは静電容量センサが、それぞれ単独では確実に検出できない場合があるため、検出原理の異なるセンサを組み合わせて、相補的に機能させる目的である。
【特許文献１】特開２００２−７００９６号公報
【特許文献２】特開２００３−１０５８１７号公報
【特許文献３】特開平５−２８５０５６号公報
【特許文献４】特開平５−１６０７０２号公報
【特許文献５】特開２００５−１２２５３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
前述の特許文献４乃至５のように、光電センサと静電容量センサの両方の機能を有することで、両方のセンサの出力を用いて判定し、検出精度の向上を図っているものもある。
【００１５】
しかし、機器に２つのセンサを組み込むことで機器の検出精度を向上することは分かっているにも関わらず、実際には、全く検出方式の異なる２つのセンサを組み込まなければならないので、機器の小型化が要求される今日ではあまり製品化はされていなかった。
【００１６】
さて、光電センサと静電容量センサの検出方式の違いを回路的に比較すると、光電センサは、人体からの反射光を検出する。通常、反射光は赤外受光素子であるフォトダイオードやフォトトランジスタによって光を電流に変換し、その電流をもとに反射光量を検出して人体の有無を判定する。つまり、光を電流に変換し、その光量の大小を判断する回路である。
【００１７】
一方の静電容量センサは、検出電極と大地との間の静電容量を測定するが、電気回路として見ると、一般にコンデンサ結合と言われる状態の容量変化を検出するものである。
【００１８】
静電容量センサの検出回路の方式は、以前は、ＬＣＲの共振回路の中のＣの部分に検出容量を組み入れて、共振回路の発振周波数の変化を検出するものが多かった。
【００１９】
最近は、ＩＣ技術が進歩したこともあり、例えば特許文献３のように、一方の電極（同文献、図１の１）にパルス電圧を与え、静電結合したもう一方の電極（同文献、図１の１１）で電圧信号を検出し、その信号の振幅や位相（遅れ）などで人体の有無を判断する方式もある。
【００２０】
このように、過去と最近で検出方式に多少の違いはあるが、いずれの方式も、検出したい静電容量を回路の中に組み入れ、回路内の信号の周波数、位相、振幅などの状態変化を検出する方式である。
【００２１】
つまり、光電と静電容量のいずれのセンサも、さまざまな検出方式が実用化されているが、検出する物理量が、「赤外光の光量」と「静電誘導による結合容量」と、全く異なる性質のものであるため、検出回路もそれぞれに専用設計されたものしかなく、光電と静電容量の２つの方式で検出するには、２つの専用の検出回路が必要であった。
【００２２】
この結果、このような光電センサと静電容量センサとの検出回路を共用化してセンサを小型化することは、検出回路方式の違いのために難しかった。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
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、人体に対して赤外光を投光する投光手段と、前記投光手段にパルス投光を指令するパルス出力手段と、人体からの反射光を受光しその受光量を電圧に変換して出力する受光手段と、前記受光手段の出力を増幅する増幅手段と、前記増幅手段の出力を積分する積分手段と、積分手段の出力に応じて人体の有無を検出する人体検出装置において、前記パルス出力手段に接続され人体に対し静電誘導による電界変化を与える送信電極と、前記送信電極と近接して配置され静電結合される受信電極と、を有するとともに、前記受信電極からの誘導電圧出力を前記増幅手段に入力し、前記増幅手段の出力を前記積分手段で積分しその出力に応じて前記送信電極又は前記受信電極への人体の近接を検出することを特徴とする。
その結果、赤外パルス投光を指令するパルス出力手段と、その反射光量を増幅し積分する回路を用いて、人体に対し静電誘導による電界変化を与える送信電極と、これと静電結合される受信電極との間の静電容量の変化を検出することで、光電センサと信号処理回路の大部分を共用する静電容量センサを構成でき、人体検出装置の小型化が実現できる。
【００２４】
また、請求項２記載の発明によれば
請求項１に記載の人体検出装置において、前記受信電極を第１のコンデンサを介してＧＮＤまたは所定の固定電位に接続し、前記受信電極と前記第１のコンデンサの接続点から前記増幅手段へ信号を入力することを特徴とする。
その結果、静電容量検出時において、増幅手段の入力及びその周辺の浮遊容量の影響を除去し、かつ、微小容量のため出力インピーダンスが高い受信電極と、それに比較すると一般に入力インピーダンスが低い増幅手段とのインピーダンスマッチングも取りやすくなるので、光電センサに適した特性の増幅回路をそのまま静電容量センサにも使用でき、回路の大部分を共用しつつ、人体検出装置の検出精度が向上する。
【００２５】
また、請求項３記載の発明によれば
請求項１に記載の人体検出装置において、前記受光手段の出力と前記増幅手段の入力を第２のコンデンサを介して接続し、前記増幅手段の入力と前記第２のコンデンサの接続点に、前記受信電極を接続することを特徴とする。
その結果、光電センサに使用する信号伝達用のコンデンサを用いて静電容量センサの浮遊容量の影響を低減できるので、部品点数が低減でき小型化できる。
【００２６】
また、請求項４記載の発明によれば
請求項１乃至３のいずれか１つに記載の人体検出装置において、前記増幅手段の入力先の接続を前記受光手段または前記受信電極に切り替える入力選択手段と、を有し、前記入力選択手段による入力先の接続の切り替えにより、前記反射光によって人体を検出する光電センサモードと、前記静電誘導によって人体を検出する静電容量センサモードを選択可能としたことを特徴とする。
その結果、出力部が光電センサと静電容量センサと機能を有する回路を有していても、入力部のみの切替え、つまり、入力部のみの選択部品とその制御だけで光電と静電容量の変化を個別に測定でき、光電センサと静電容量センサの信号が影響しあう事がなくなり、それぞれの感知判断を個別にできるので、高精度かつ高度な判断ができる。
【００２７】
また、請求項５記載の発明によれば
請求項１乃至３のいずれか１つに記載の人体検出装置において、前記パルス出力手段の出力先の接続を、前記投光手段または前記送信電極に切り替える出力選択手段と、を有し前記出力選択手段による出力先の接続の切り替えにより、前記反射光によって人体を検出する光電センサモードと、前記静電誘導によって人体を検出する静電容量センサモードを選択可能としたことを特徴とする。
その結果、入力部が光電センサと静電容量センサと機能を有する回路を有していても、出力部のみの切替えにより光電と静電容量を選択するので消費電量を低減でき、またその出力変化を個別に測定できる。よって、出力部のみの選択部品とその制御だけで光電と静電容量の変化を個別に測定でき、かつ、投光電流による消費電力の低減もできる。
【００２８】
また、請求項６記載の発明によれば
請求項４又は５に記載の人体検出装置において、前記光電センサモード時は、前記送信電極又は前記受信電極のうち少なくとも１つをＧＮＤまたは所定の固定電位に接続することを特徴とする。
その結果、送受信電極が光電センサのシールド機能も果たすので、光電センサ用のシールドが不要、もしくは小型化でき、人体検出装置の検出精度も向上する。
【００２９】
また、請求項７記載の発明によれば
請求項４乃至６のいずれか１つに記載の人体検出装置において、前記パルス信号に同期して積分を行う積分回数が、前記光電センサモードと前記静電容量センサモードで異なることを特徴とする。
その結果、検出方式が大きく異なる２つのセンサモードの感度調整が個別に最適に調整することが可能となる。
【００３０】
また、請求項８記載の発明によれば
請求項７に記載の人体検出装置において、前記光電センサモード時よりも前記静電容量センサモード時の方が、前記積分回数が多いことを特徴とする。
その結果、赤外光の投光で電力を消費する光電センサの消費電力を抑え、ノイズの影響を受けやすい静電容量センサの検出精度を上げることができるので、２つの機能をもつ人体検出装置それぞれの機能を最適化できる。
【００３１】
また、請求項９記載の発明によれば
請求項４乃至８のいずれか１つに記載の人体検出装置において、前記受光手段は前記受光量を電圧に変換する受光感度を変更する機能を有し、前記受光手段の出力と前記増幅手段の入力を第２のコンデンサを介して接続し、前記増幅手段の入力と前記第２のコンデンサの接続点に前記受信電極を接続し、前記静電容量センサモード時は、前記受光手段の受光感度を最小の設定とすることを特徴とする。
その結果、光電センサに使用するコンデンサを用いて静電容量センサの浮遊容量の影響を除去できると同時に、静電センサ動作時に受光手段に入る外乱光の影響を除去できるので、人体検出装置の検出精度が向上する。
【００３２】
また、請求項１０記載の発明によれば
水栓装置が請求項１乃至９のいずれか１つに記載の人体検出装置を有することを特徴とする。
その結果、小型化を要求される水栓装置において、光電センサと静電容量センサをより小型かつ安価に組み込むことができ、両方のセンサを使って高信頼性かつ高機能の水栓装置が提供される。
【発明の効果】
【００３３】
本発明によれば、光電センサと静電容量センサの検出回路を共用化することができ、センサを小型化することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
以下に、本発明の第１の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００３５】
図１は、光電センサと静電容量センサの、両方の方式のセンシングが可能な検出回路を備えた水栓装置の制御手段の回路図である。
図２は、図１の制御手段を有する水栓装置の外観の例であり、図３はその水栓装置に収納されるセンサ部の外観図である。
【００３６】
図１において、１は赤外光を発光する投光素子であり、トランジスタ４と電流制限抵抗３と共に投光素子１にパルス状の投光電流を流す、光電センサの投光手段を構成する。
また、１０１は、静電容量センサの送信電極である。５はアナログスイッチであり、制御手段２２から出力される送信信号Ｓ２を、投光手段または送信電極１０１のいずれかに出力する出力選択手段である。この選択は、光電または静電容量のセンサの選択信号であるＳ４によって制御される。
【００３７】
抵抗７とＯＰアンプ６は光電センサの受光手段を構成し、受光素子２が、その受光量に比例して発生する光電流を電圧に変換する。この受光手段や、後述する増幅手段等の基準となる電位を出力するのが基準電圧源２４である。
また、１０２は静電容量センサの受信電極であり、コンデンサ１０３を介して固定電位であるＧＮＤに接続されている。
【００３８】
アナログスイッチ８は光電センサまたは静電容量センサの入力を選択する手段であり、一方の選択は受光手段のＯＰアンプ６の出力をコンデンサ９を介して入力され、もう一方の選択は、受信電極１０２とコンデンサ１０３の接続点が入力される。
また、アナログスイッチ８もアナログスイッチ５と同じく、信号Ｓ４によって制御され、選択された入力信号が、抵抗１０、１１及びＯＰアンプ１２からなる増幅手段に入力される。
【００３９】
以上説明した、投光素子１及び受光素子２と、送信電極１０１と受信電極１０２は、例えば図３のセンサ部のような構造で配置される。
図３において、２０５がセンサ部のセンサケースであり、外形は図２の水栓装置のデザインに合わせた円筒状である。その円筒の側面に光電センサの投光素子１及び受光素子２、円筒型ケースの上面に静電容量センサの送信電極１０１と受信電極１０２が配置され、更に図２のように水栓装置に収納される。
【００４０】
図２において、２０１は水栓装置本体、２０２は光電センサの赤外光を透過するセンサ窓、２０３は金属製のタッチ操作部、２０４は吐水口、２０５は図３に示したセンサ部である。この水栓装置の動作は後に説明する。
【００４１】
図１の説明に戻り、増幅手段の出力は、抵抗１３、１４及びＯＰアンプ１５からなる反転手段に入力される。反転手段の入出力では、信号振幅は等しく、その極性が反転する。
更に、増幅手段の出力がアナログスイッチ１６を介して、また、反転手段の出力がアナログスイッチ１７を介して積分手段に入力される。なお、アナログスイッチ１６及び１７はそれぞれ、制御手段２２から出力されるタイミング信号Ｓ２及びＳ３により、オン／オフされる。
【００４２】
積分手段は、抵抗１８とコンデンサ１９、ＯＰアンプ２０により構成される。また２１は、制御手段２２が出力するタイミング信号Ｓ１によりオン／オフするアナログスイッチであり、コンデンサ１９の放電、すなわち積分手段のリセットを行う。
【００４３】
制御手段２２により信号Ｓ１乃至Ｓ３を制御し、投光のタイミングと積分のタイミングを同期させることにより効果的な信号の積分とノイズ除去を行うことができる。従来から知られているこの光電センサの動作を図４のタイミングチャートを用いて説明する。
【００４４】
まずパルス投光を行う前に、図４のＴ０のタイミングから所定時間、信号Ｓ１によってアナログスイッチ２１をオンし、コンデンサ１９を放電、すなわち積分手段をリセットする。この状態の積分手段の出力電圧（ＯＰアンプ２０の出力）が基準（反射信号のゼロ位置）となる。
【００４５】
なお、この時、センサの選択信号であるＳ４は図４においてはＨｉレベルとなっていて、図１のアナログスイッチ５は、信号Ｓ２を投光手段のトランジスタ４へ出力するよう選択されている。また、アナログスイッチ８は受光手段のＯＰアンプ６の出力をコンデンサ９を介して抵抗１０以降の増幅手段へ接続する状態となっている。
【００４６】
Ｔ１のタイミングで信号Ｓ２がＨｉ出力されトランジスタ４がオンして、投光素子１が赤外光を検出体に向け投光する。すなわち、信号Ｓ２は投光手段にパルス投光を指令するパルス信号である。これと同時にアナログスイッチ１６がオンし、投光素子１の投光に同期して、検出体からの反射光に比例した信号である増幅手段出力を積分手段で積分する。
【００４７】
Ｔ２のタイミングで信号Ｓ２がＬｏ（オフ）となり、信号Ｓ３がＨｉ（オン）となってアナログスイッチ１７がオンする。ここでは、投光素子１が投光していない状態の受信信号を、反転手段によって極性を反転させて積分手段で積分する。Ｔ３のタイミングでは、再び信号Ｓ２がオン、信号Ｓ３がオフして、Ｔ１〜Ｔ３のタイミングの動作を繰り返す。なお、Ｔ１〜Ｔ２とＴ２〜Ｔ３の時間間隔は、同じ時間幅である。
【００４８】
このＴ１〜Ｔ３の積分の動作は、信号の積分という信号蓄積作用だけでなく、ノイズ除去効果を持っている。つまりノイズとなる信号の周波数が、Ｔ１〜Ｔ３の時間を１周期とする周波数に一致しなければ、Ｔ１〜Ｔ２の期間とＴ２〜Ｔ３の期間で積分量が相殺され、ノイズは低減される。よって、Ｔ１〜Ｔ３の動作だけで、ひとつのノイズ除去積分動作と言うことができる。そして、図４のＴ９のタイミングまで、同一の積分動作を４回繰り返す。
【００４９】
以上説明したように、投光素子１のパルス投光に同期して増幅手段出力を積分することにより、積分手段出力は、パルス投光の回数に比例した信号量を出力する。また、増幅手段出力と反転手段出力を同じ時間、同じ回数だけ積分することにより、パルス投光に同期しない成分、つまり、蛍光灯など、光電センサの動作環境に存在するノイズを打ち消すことができる。こうして、投光と積分動作を繰り返すことで、反射信号量（積分手段出力）は大きくなり、ノイズ成分は小さくなって光電センサのＳ／Ｎ比が向上する。
【００５０】
なお、この投光および積分回数に制約はないが、回数が多いほど、信号量とノイズ除去性能が向上する。言い換えれば、この回数が多いほど、検出感度とＳ／Ｎ比が向上する。一方で、この回数が多いほど、投光や受光回路の電力消費は増大する。
【００５１】
以上は良く知られた、光電センサの同期積分の動作である。次に、静電容量センサとしての動作を図５のタイミングチャートを用いて説明する。
【００５２】
図１および図５において、選択信号Ｓ４がＬｏレベルとなって、アナログスイッチ５が信号Ｓ２の信号を送信電極１０１へ出力するよう選択されているものとする。
更に、アナログスイッチ８は、受信電極１０２とコンデンサ１０３の接続点の電圧を抵抗１０以降の増幅回路に接続している。
【００５３】
信号Ｓ２の電圧は、Ｈｉ／Ｌｏレベルがディジタル的に切り替わるパルス信号であるが、一般的なＣＭＯＳ回路を使用した場合、電源電圧であるＶＤＤとＧＮＤの０Ｖとが切り替わるパルス信号となる。電源電圧ＶＤＤが３Ｖならば、信号Ｓ２は、電圧が３Ｖと０Ｖが切り替わるパルス出力となり、送信電極１０１に印加される。
図４の光電センサ動作の場合、送信信号は投光素子１の投光電流であったが、図５の静電容量センサ動作の場合、送信信号は送信電極１０１の電圧となる。但し、いずれの送信信号も、パルス出力信号のＳ２と同意である。
【００５４】
送信電極１０１と受信電極１０２は、その物理的な面積、距離、間に存在する物質の誘電率によって決まる、ある量の静電結合を有する。そして、送信電極１０１の電位変化は、この静電結合によって受信電極１０２の電位変化を誘起する。この様子を、図１のように、送信電極１０１から受信電極１０２へ向かう電気力線で表現することができる。
【００５５】
図５において、受信信号となる受信電極１０２の電位には、送信電極１０１の電位変化にある割合を掛けた電位変化が生じる。この作用は、図６のように考えることができる。
図６は、図１の送受信電極と増幅手段周辺の部分を抜き出したものである。
【００５６】
図６において、信号Ｓ２は送信電極１０１に繋がっている。その送信電極１０１と受信電極１０２はコンデンサを形成し、これがコンデンサ１０３を介して固定電位であるＧＮＤに繋がっている。つまり、信号Ｓ２の電位変化は、送信電極１０１と受信電極１０２からなるコンデンサと、コンデンサ１０３の直列回路に印加される。
【００５７】
コンデンサの直列回路に電圧を印加した場合、各コンデンサにかかる電圧はその静電容量に反比例する。つまり、静電容量に反比例した比率に分圧される。これは物理の基本事項である。
ここで、送信電極１０１と受信電極１０２からなるコンデンサの静電容量をＣ１、コンデンサ１０３の静電容量をＣ２とすると、その接続点にかかる電圧は、送信電極１０１に印加される電圧の［Ｃ１／（Ｃ１＋Ｃ２）］倍に分圧される。
【００５８】
仮にＣ１＝１ｐＦ、Ｃ２＝１０００ｐＦとすれば、送信電極１０１に印加される電位、すなわち信号Ｓ２の電位の約１０００分の１倍となった電圧が抵抗１０以下の増幅回路に入力される。このように、コンデンサ１０３によって非常に僅かな電位変化となるまで分圧され、それを増幅後に積分手段へと信号が伝達され、光電センサとして動作する場合と同様に同期積分が行われる。
【００５９】
しかし、この同期積分動作は、前述のように、積分回数が多いほど、信号量とノイズ除去性能が向上し、検出感度とＳ／Ｎ比が向上する。そこで図５のように、積分回数を増やせば、それだけ積分される信号量が増え、ノイズは低減する。つまり、光電センサの動作の時に比較して、受信信号が小さくとも、積分回数を増やすことで十分な信号量とＳ／Ｎ比を確保できる。
【００６０】
図５では、積分回数を８回としているが、それ以上の１６回、３２回、６４回でも良い。これは以下の理由による。
光電センサの場合、積分動作の回数だけ投光素子１に電流を流すため、その消費電力や投光素子１の劣化の観点から、積分回数があまり多いのは望ましくない。しかし、静電容量センサの場合、送受信電極の劣化はなく、送信電極へ流れる電流も、投光素子１に流れる電流に比較すればゼロと見なしても良い。
よって、積分動作に伴う部品の劣化はなく、消費電力の増加も僅かであるため、静電容量センサとして動作する場合には積分回数を増やすことの弊害は殆ど無い。
【００６１】
こうして、コンデンサ１０３によって分圧されて非常に小さくなってしまった信号も、図５のように、積分動作を数多く繰り返すことにより、十分な積分の信号量として検出可能となる。
更に、コンデンサ１０３は以下のような重要な役割がある。
【００６２】
例えば、ＯＰアンプ１２のような回路の入出力端子は、ある程度の静電容量を持っている。信号が入力される端子に繋がっているトランジスタ等の素子や、入力保護回路などが持つ静電容量であり、回路構成にもよって異なるが、一般的に、１端子あたり数１０ｐＦ以上の静電容量が存在する。アナログスイッチ８も同様である。
更に、回路部品が実装されるプリント基板や信号接続の電線などでも数ｐＦ程度の静電容量がある。これらは浮遊容量とも呼ばれ、至る所に存在する。
【００６３】
仮に、送信電極１０１と受信電極１０２からなるコンデンサの容量が１ｐＦ程度と小さい場合、これと比較すると前記の回路の入力容量や浮遊容量の方が圧倒的に大きく、検出したい１ｐＦ程度の容量の信号が、浮遊容量の影響を受けて減衰かつ変動し、安定した検出動作ができなくなる。
【００６４】
静電容量を検出するためだけに設計された専用回路の場合、例えば良く知られている、送信電極１０１と受信電極１０２からなるコンデンサを共振回路の中に組み入れるような方法であれば、検出回路が持っている浮遊容量や入力容量を含めて共振状態を作る等の調整が行われるので、原理的に浮遊容量の影響を低減することができる。つまり、静電容量検出の専用回路であれば、浮遊容量の影響を除去するのは容易である。
【００６５】
しかし本発明の目的である、光電センサと静電容量センサの検出回路を共用するためには、図１のアナログスイッチ８や、ＯＰアンプ１２のような入力容量の大きい回路部品の使用は避けられず、浮遊容量、入力容量の影響を受けてしまう。
別な見方をすれば、入力容量が大きい、つまり入力インピーダンスが小さい光電センサの増幅回路に、１ｐＦ程度と出力インピーダンスが小さい静電容量センサの検出電極を繋がなければならないという、インピーダンスマッチングが不適という問題がある。
【００６６】
しかし、図１または図６のようにコンデンサ１０３で分圧する構成とすれば、入力容量や浮遊容量はコンデンサ１０３と並列に入っていると見なせるため、コンデンサ１０３の容量が例えば１０００ｐＦ、もしくはその程度に大きいものを選べば、入力容量や浮遊容量の影響が相対的に小さくなり、無視できるようになる。
同時に、前述のインピーダンスマッチングも適切となる。
【００６７】
なお、図１でコンデンサ１０３の一方をＧＮＤに接続したが、浮遊容量の影響を除く目的であれば、固定電位という条件を満たせば良くＧＮＤ以外でも良い。例えば、図１の基準電圧源２４に繋いでも良い。また、原理的には、ある量の電位変動があっても、パルス信号Ｓ２に同期しない電圧変動であれば、前述の同期積分動作で電位変動の影響を除去できる。
【００６８】
コンデンサ１０３の一方をＧＮＤでなく、基準電圧源２４に繋いだ場合、増幅手段の基準電圧と一致するため、基準電圧源２４の電圧変動（ノイズや不安定成分）の影響を相殺する利点がある。但し、受信電極１０２が受けるサージ等の電気的ストレスに対しては、図１のようにＧＮＤに繋ぐ方が耐性が強い。
よって、検出したい信号レベル、受信電極１０２の大きさや保護状態によって、ＧＮＤまたは基準電圧源などを選択すれば良い。
【００６９】
こうして、送信電極１０１と受信電極１０２からなるコンデンサが微小な容量であっても、図１の回路では、浮遊容量の影響を受けにくく、正確な容量検出が可能となる。
よって、例えば図３のようにセンサユニットの上面に送信電極１０１と受信電極１０２を配置すれば、ここに使用者の指が触れるかどうかによって、その結合容量が僅かに変化し、これを図１の回路で検出して使用者の指のタッチの判断が可能となる。
【００７０】
図３のセンサ部を利用した水栓装置が図２である。図３のセンサ部を図２の水栓本体に内蔵し、送受信電極の上に、水栓装置の外観部品を兼ねた金属製の蓋である、タッチ操作部２０３を配置する。
【００７１】
タッチ操作部２０３に使用者が触れていない時には、タッチ操作部２０３は電位的に固定されておらず、図１の回路の送信電極１０１と受信電極１０２の間に１枚の電極（タッチ操作部２０３）を挿入しただけの状態と同じと見ることができる。この時、タッチ操作部２０３によって、送信電極１０１と受信電極１０２の間の静電結合の容量は増加する。
【００７２】
ここで、タッチ操作部２０３に使用者が触れると、タッチ操作部が人体を介してＧＮＤ電位（接地電位）にほぼ固定される。この時、送信電極１０１と受信電極１０２の間にタッチ操作部２０３というＧＮＤ電位の電極が入った状態となり、送信電極１０１と受信電極１０２の間の静電結合がＧＮＤ電位の電極（タッチ操作部２０３）により遮断される。よって、送受信電極間の結合容量は低下する。この容量の変化により、水栓本体へのタッチ操作が検出できる。
【００７３】
更に、図２の水栓の吐水方向には光電センサの投受光素子が向けられており、光電センサによって手を差し出す動作を検出できる。
よって、この光電と静電容量の２つのセンサを交互に連続して繰り返し動作させることで、例えば、光電センサで自動吐水（感知している間だけ吐水）を行い、静電容量センサで手動吐水（触る度に吐水／止水が切り替わる）という使い方ができる。
或いは、電気的に温度調整や流量調整が可能な水栓であれば、光電センサを吐水／止水の制御に用い、静電容量センサを温度や流量の切り替えに使うこともできる。
【００７４】
以上のような水栓装置の制御動作を、図７乃至図９のフローチャートを用いて説明する。
図７は水栓装置の主要な動作を示すメインルーチンである。
動作開始（ステップＳ１００）で、まず、送信電極１０１と受信電極間１０２の結合容量である静電容量を検出する（ステップＳ１０１）。
この検出動作内容は後に詳述するが、ここで結合容量が小さかった場合（ステップＳ１０２：Ｙ）、操作者の指がタッチ操作部２０３に触れていると判断できる。
【００７５】
操作者の指のタッチ操作があったと判断した場合、吐水中であって電磁弁（図不示）が開いていれば（ステップＳ１０３：Ｙ）電磁弁を閉じ（ステップＳ１０５）、電磁弁が閉じていれば（ステップＳ１０３：Ｎ）電磁弁を開く（ステップＳ１０４）。
しかし、結合容量が小さくない場合（ステップＳ１０２：Ｎ）は操作者の指のタッチ操作は無いと判断して電磁弁の開閉状態は切り替えない（ステップＳ１０６へ）。
このような制御により、タッチ操作部２０３に指が触れるたびに吐水／止水が切り替わる、手動吐水の操作が可能となる。
【００７６】
この手動による吐水を行っている状態（ステップＳ１０６：Ｙ）では以上の動作を継続する（ステップＳ１０１へ戻る）が、手動の吐水中でない場合（ステップＳ１０６：Ｎ）は光電センサの動作を行う（ステップＳ１０７）。この検出動作内容も後に詳述する。
【００７７】
光電センサの反射光量が大きい場合（ステップＳ１０８：Ｙ）、使用者の手が差し出されているとして電磁弁を開いて吐水を行い（ステップＳ１０９）、光電センサの検出を繰り返す（ステップＳ１０７へ戻る）。
光電センサの反射光量が小さい場合（ステップＳ１０８：Ｙ）、使用者の手が差し出されていないとして電磁弁を閉じて吐水は行わず（ステップＳ１１０）、静電容量の検出（ステップＳ１０１）に戻って、以上の動作を繰り返す。
【００７８】
図８は、図４に説明した光電センサの制御内容を示すサブルーチンである。また、図７の光電検出（ステップＳ１０７）の動作詳細である。
まず、図１の回路の光電と静電容量を選択する信号Ｓ４をＨｉとし、光電センサを選択する（ステップＳ２０１）。これにより、図１のアナログスイッチ５は、信号Ｓ２がトランジスタ４へ出力される方に切り替わる。また、アナログスイッチ８は、受光手段のＯＰアンプ６側を選択する。
【００７９】
そして、パルス投光を行う前に、所定時間、積分手段をリセットする（ステップＳ２０２）。そして、投光素子１の投光及び積分（ステップＳ２０３）と、投光素子１が投光していない状態の反転積分（ステップＳ２０４）を４回繰り返す（ステップＳ２０５で判断）。この繰り返しで、信号Ｓ２のパルス出力が行われる。
４回の積分と反転積分を終了する（ステップＳ２０６）と、積分手段の出力をＡ／Ｄ変換し（ステップＳ２０７）、メインルーチンに戻る（ステップＳ２０８）。
【００８０】
図９は、図５に説明した静電容量センサの制御内容を示すサブルーチンである。また、図７の静電容量検出（ステップＳ１０１）の動作詳細である。
まず、図１の回路の光電と静電容量を選択する信号Ｓ４をＬｏとし、静電容量センサを選択する（ステップＳ３０１）。これにより、図１のアナログスイッチ５は、信号Ｓ２が送信電極１０１へ出力される方に切り替わる。また、アナログスイッチ８は、受信電極１０２側を選択する。
【００８１】
そして、パルス投光を行う前に、所定時間、積分手段をリセットする（ステップＳ３０２）。そして、送信電極１０１にＨｉ出力している期間の積分（ステップＳ３０３）と、送信電極１０１にＬｏ出力している期間の反転積分（ステップＳ３０４）を８回繰り返す（ステップＳ３０５で判断）。
８回の積分と反転積分を終了する（ステップＳ３０６）と、積分手段の出力をＡ／Ｄ変換し（ステップＳ３０７）、メインルーチンに戻る（ステップＳ３０８）。
【００８２】
以上のように、図１の回路を備えたセンサ及び制御部を図３のようなユニットとして構成し、図２の水栓に内蔵する。そして、図７乃至図９の制御を行うことにより、光電センサと静電容量センサを併用した水栓装置が、小型かつ安価に実現できる。
【００８３】
図１０は、光電センサと静電容量センサを併用したタッチセンサの例である。センサ本体の形状は直方体で、その上面がタッチ操作部になっている。
３０１はセンサ本体のケースであり、材質は赤外光を透過する樹脂（ガラスでも良い）である。３０２は赤外光を遮光し、かつ投光素子１と受光素子２を保持するＬＥＤホルダーである。また、３０３はセンサの処理回路が実装された基板である。
【００８４】
センサケース３０１の上面に向け、投光素子１と受光素子２が配置され、かつ、センサケース３０１上面の内側に送信電極１０１と受信電極１０２が配置されている。検出回路は図１の通りで、この構造により光電センサと静電容量センサの両方が構成されている。
【００８５】
光電センサをタッチセンサとして利用すると、その感知性能は検出体の反射率に依存する。反射率の高いもの、つまり白っぽいものに反応しやすく、逆に黒っぽいものは反応しにくい。黒っぽいものでも感知させるためには、感知と判定する反射光量の閾値を低くする必要があるが、その場合、白っぽいものがある程度の距離に近づいただけで感知してしまう恐れがある。
【００８６】
そこで、感知と判定する反射光量の閾値を逆に高くすると、白っぽいものによる誤感知が減っても、黒っぽいものがタッチするまで近づいても感知できなくなる恐れがある。このように、光電センサは、白っぽいものによる誤感知は防止し、黒っぽいものも感知できるように動作することが難しい。
【００８７】
また、静電容量センサをタッチセンサとして利用すると、人体だけでなく、水などの導電体にも反応する。静電容量センサの感度を設定する際、人体のわずかなタッチでも確実に検出できるように判定の閾値を下げると、水などによる誤感知が増える。誤感知を減らすために判定の閾値を上げると、人体のタッチを検出できなくなる恐れがある。
【００８８】
しかし、図７のように光電センサと静電容量センサを２つ設けて、両方のセンサが反応したときのみタッチ操作を感知するようにすれば、２つのセンサの閾値をそれぞれ下げることができ、確実かつ感度の良い検出ができる。
【００８９】
例えば、白っぽいものが接近したとき、光電センサは反応する可能性があるが、静電容量センサは物体が触れるまで反応しないため、誤感知にならない。
また、水が付着すると静電容量センサは反応するが、光電センサが反応しないために誤感知にならない。このような条件を踏まえれば、光電センサと静電容量センサの双方の判定閾値を下げる、つまり検出感度を上げることができる。
【００９０】
この動作を図１１のフローチャートで説明する。
プログラムステップ：Ｓ４００よりスタートし、まず静電容量センサの検出動作を行い（ステップＳ４０１）、結合容量が判定閾値よりも大きい場合（ステップＳ４０２：Ｎ）、これは送信電極１と受信電極２の間の静電結合を妨げるものが無い、つまり、操作者の指などのタッチが無いと判断して非感知を確定する（ステップＳ４０６）。
【００９１】
逆に、結合容量が小さい場合（ステップＳ４０２：Ｙ）、これは送信電極１と受信電極２の間の静電結合が操作者の指によって妨げられたと考えられる。そこで、更に光電センサの検出動作を行い（ステップＳ４０３）、その反射光量が大きい場合（ステップＳ４０４：Ｙ）、静電容量センサと光電センサの両方に確からしい反応があったとして、感知を確定する（ステップＳ４０５）。
【００９２】
静電容量センサの反応があっても、光電センサの反射光量が小さい場合（ステップＳ４０４：Ｎ）、センサとしては非感知と確定する（ステップＳ４０６）。
このように、異種のセンサを使って二重に判断することで、それぞれのセンサ単体では誤動作の可能性があるレベルまで判定の閾値を下げることができ、結果として、高感度かつ誤動作の少ないタッチセンサが実現できる。
【００９３】
なお、この場合、投光電流を必要としない、つまり消費電力が小さい静電容量センサを先に動作させ（ステップＳ４０２）、これが反応した時のみ光電センサを動作させる（ステップＳ４０４）ので、センサ全体の消費電力を抑えることができる。
【００９４】
なお、図１０のセンサ形状を直方体としたが、光電センサの検出方向と静電容量センサの検出方向を一致させれば本発明の効果は得られるので、センサ形状は直方体に限らず、立方体でも円筒でも球状でも良い。
【００９５】
図１２は図１の回路の変形例である。図１２は、図１に対し、以下の部分が異なる。
図１２では、図１のアナログスイッチ８がなく、受光手段のＯＰアンプ６の出力は、コンデンサ９を介して抵抗１０に接続されている。
また、図１２には、図１のコンデンサ１０３がなく、受信電極１０２はコンデンサ９と抵抗１０の間に接続される。つまり、受信電極１０２の電圧も、抵抗１０、１１及びＯＰアンプ１２からなる増幅手段にそのまま入力される。
【００９６】
この回路は以下のように動作する。
光電センサとして動作する場合、受光手段の出力がそのまま増幅手段に入力されるので、何の問題もなく動作できる。その際、受信電極１０２が繋がっているが、送信電極１０１に電位変化を与えなければ受信電極１０２にも電位変化は無く、光電センサの動作に影響は与えない。
【００９７】
図１２が静電容量センサとして動作する場合、投光手段が動作しないので、受光手段にも信号光は入射しない。よって、受光手段のＯＰアンプ６の出力電圧は、基準電圧源２４の電圧にほぼ等しくなる。これを固定電位と考えれば、図１２のコンデンサ９は、図１のコンデンサ１０３と同じ役割を果たす。
【００９８】
厳密には受光素子２が受光する環境光である、太陽光や蛍光灯照明などの光に応じた電圧変化がＯＰアンプ６の出力に発生するが、パルス信号Ｓ２に同期しない電圧変化は、同期積分動作にとっては固定電位と見なすことができ、実質的な影響は小さい。
よって、コンデンサ９は、光電センサで信号を増幅手段へ伝達する機能と、静電容量センサで受信信号を分圧する機能を兼用することができ、図１２の回路は図１の回路と同等の動作が可能となる。
【００９９】
更に図１２の回路では、ＯＰアンプ６の出力電圧の基準となる電位は、基準電圧源２４の電位であり、同様にＯＰアンプ１２も同じ基準電位に対し動作する。よって、基準電圧源２４に電位変動があった場合でも、ＯＰアンプ６とＯＰアンプ１２に同時かつ同相で変動があり、相対的に基準電圧源２４の変動が相殺される。この点からも、コンデンサ９の利用は適している。
【０１００】
図１３は図１２の回路の変形例である。図１３は、図１２に対し、以下の部品を追加している。
受光手段の抵抗７と並列にアナログスイッチ３０が接続され、これを信号Ｓ４をインバータ３１で反転した信号で制御する。アナログスイッチ３０は、信号Ｓ４がＬｏの時、オンする。
更に、送信電極１０１とＧＮＤの間にアナログスイッチ３２が、受信電極１０２とＧＮＤの間にアナログスイッチ３３が接続され、いずれも信号Ｓ４で制御する。アナログスイッチ３２及び３３は、信号Ｓ４がＨｉの時にオンする。また、受信電極１０２はコンデンサ３４を介してコンデンサ９と抵抗１０の接続点に繋がっている。
【０１０１】
以上の図１３の、図１２に対する追加部品の働きを説明する。
信号Ｓ４がＨｉ、すなわち、光電センサの動作が選択されている場合、アナログスイッチ３２及び３３がオンして、送信電極１０１及び受信電極１０２がＧＮＤの電位に固定される。
【０１０２】
送信電極１０１及び受信電極１０２は、図３或いは図１０のように、指などを検出できるような広さの面積を持ち、光電センサの受光素子２の近くに配置される。よって、光電センサの使用環境に存在する電気的なノイズも受信してしまう可能性があり、光電センサへノイズを与える要因になる恐れがある。
【０１０３】
しかし、図１３の回路を光電センサとして動作させる際、アナログスイッチ３２及び３３によって送受信電極をＧＮＤに固定すれば、送受信電極の面積分のシールド効果が生じ、光電センサの耐ノイズ性が向上する。つまり、光電センサのシールド電極と、静電容量センサの送受信電極を兼用することになり、光電センサのために新たにシールド部材を追加する必要がなくなる、もしくは縮小できる可能性がある。
【０１０４】
また、図１３で信号Ｓ４がＬｏ、すなわち、静電容量センサの動作が選択されている場合、アナログスイッチ３０がオンして、受光手段はゲインが１のボルテージ・フォロア・アンプとなり、基準電圧源２４の電圧を出力するだけの回路となる。
なお、コンデンサ３４は送信電極１０１と受信電極１０２が構成するコンデンサと直列に入るが、送受信電極間の容量値よりも十分に大きい値を選択すれば、コンデンサ３４は静電容量の検出信号を損失無く伝達するだけの素子とみなして良い。
【０１０５】
図１２の回路では、静電容量センサとして動作する際も、ＯＰアンプ６の受光手段は受光素子２が受光した外乱光に応じた電圧変化を出力している。この電圧変化は静電容量センサにとって、外乱光を要因とするランダム・ノイズとなり得る。
この受光回路が出力する外乱光のノイズ変化は、送信電極１０１に与えられる電圧変化に同期しないため、原理的には前述の同期積分の動作で除去できる。
しかし、同期積分を繰り返しても、ランダムノイズの影響が完全にゼロになることはなく、ある程度の変動成分として残ってしまうため、やはり、外乱光のノイズは無い方が好ましい。
【０１０６】
図１３の回路であれば、静電容量センサとして動作する際、受光手段のＯＰアンプ６は、受光素子２が受光する外乱光に影響されず、基準電圧源２４の電圧を安定して出力するため、静電容量センサとして精度の良い検出が可能となる。
【０１０７】
また、図１及び図１３の回路では、受光手段と受信電極の選択手段があるため、投光手段と送信電極を同時に機能させても良い。つまり、図１及び図１３でアナログスイッチ５を削除し、信号Ｓ２とトランジスタ４、送信電極１０１を直結する構成でも動作は変わらない。
但し、その場合、アナログスイッチ５が不要となる反面、静電容量センサとして動作している場合でも、投光手段の電力消費が発生するという短所がある。
【０１０８】
また、光電センサは人体検出時に反射光の信号量が増加し、静電容量センサは人体検出時に静電結合の信号量が減少するという特徴がある。よって、光電センサと静電容量センサを同時に動作させ、人体が無い安定状態の積分信号に対して、「積分信号が増加すれば光電センサが感知した」「積分信号が減少すれば静電容量センサが感知した」と判断する制御も可能である。
【０１０９】
その場合、アナログスイッチ５、８、３０、３３などの光電センサと静電容量センサの選択手段は不要となる。
但し、アナログスイッチ５等が不要となる反面、光電と静電容量が同時に感知した場合に積分信号の増減が相殺されるため、信号変化の要因が光電か静電容量かの明確な区別がつなかいという短所がある。
例えば、通常使用では構造的に光電と静電容量の変化が同時に起きない機器、またはその違いを区別する必要がない機器、など、使用可能な用途が限られる。
【０１１０】
以上のように、光電センサ及び静電容量センサの出力選択手段、入力選択手段のいずれを使用するのか、或いはどれも使用しないのか、様々な組み合わせが考えられるが、部品にかかるコストと人体検出装置に要求される仕様とのバランスで決めれば良い。
【図面の簡単な説明】
【０１１１】
【図１】本発明の実施形である人体検知装置を有する水栓装置の回路構成を例示する図である。
【図２】本発明の実施形である人体検知装置を有する水栓制御装置を例示する外観図である。
【図３】本発明の実施形である人体検知装置を有する水栓制御装置に内蔵されたセンサ及び制御部の外観を例示する図である。
【図４】本発明の実施形である光電センサの検出動作の具体例を表すを示すタイミングチャートである。
【図５】本発明の実施形である静電容量センサの検出動作の具体例を表すタイミングチャートである。
【図６】本発明の実施形である静電容量センサの信号入力部分の動作を補足説明する回路図である。
【図７】本発明の実施形である人体検知装置を有する水栓制御装置の動作の具体例を表すフローチャートである。
【図８】本発明の実施形である光電センサの検出動作の具体例を表すフローチャートである。
【図９】本発明の実施形である静電容量センサの検出動作の具体例を表すフローチャートである。
【図１０】本発明の他の実施形である人体センサの内部構造例を示す図である。
【図１１】本発明の他の実施形である人体センサの動作の具体例を表すフローチャートである。
【図１２】本発明の実施形である人体検知装置を有する水栓装置の回路構成の、他の変形例を表す図である。
【図１３】本発明の実施形である人体検知装置を有する水栓装置の回路構成の、他の変形例を表す図である。
【符号の説明】
【０１１２】
１…投光素子、 ２…受光素子、 １０１…送信電極、 １０２…受信電極、
５…光電センサ／静電容量センサの送信選択のアナログスイッチ、
６…受光手段のＯＰアンプ、
８…光電センサ／静電容量センサの受信選択のアナログスイッチ、
１２…増幅手段のＯＰアンプ、
１５…反転手段のＯＰアンプ、
１６…増幅手段出力を積分する際にオンするアナログスイッチ、
１７…反転手段出力を積分する際にオンするアナログスイッチ、１８…積分手段の抵抗、
１９…積分手段のコンデンサ、 ２０…積分手段のＯＰアンプ、
２１…積分手段をリセットするアナログスイッチ、
２２…制御手段、 ２３…電磁弁駆動手段、
２０１…水栓装置本体、 ２０２…光電センサ窓、 ２０３…タッチ操作部、
２０４…吐水口、 ２０５ …センサ及び制御部本体
３０１…人体センサケース
【特許請求の範囲】
【請求項１】
人体に対して赤外光を投光する投光手段と、前記投光手段にパルス投光を指令するパルス出力手段と、人体からの反射光を受光しその受光量を電圧に変換して出力する受光手段と、前記受光手段の出力を増幅する増幅手段と、前記増幅手段の出力を積分する積分手段と、積分手段の出力に応じて人体の有無を検出する人体検出装置において、前記パルス出力手段に接続され人体に対し静電誘導による電界変化を与える送信電極と、前記送信電極と近接して配置され静電結合される受信電極と、を有するとともに、前記受信電極からの誘導電圧出力を前記増幅手段に入力し、前記増幅手段の出力を前記積分手段で積分しその出力に応じて前記送信電極又は前記受信電極への人体の近接を検出することを特徴とする人体検出装置。
【請求項２】
請求項１に記載の人体検出装置において、前記受信電極を第１のコンデンサを介してＧＮＤまたは所定の固定電位に接続し、前記受信電極と前記第１のコンデンサの接続点から前記増幅手段へ信号を入力することを特徴とする人体検出装置。
【請求項３】
請求項１に記載の人体検出装置において、前記受光手段の出力と前記増幅手段の入力を第２のコンデンサを介して接続し、前記増幅手段の入力と前記第２のコンデンサの接続点に、前記受信電極を接続することを特徴とする人体検出装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１つに記載の人体検出装置において、前記増幅手段の入力先の接続を前記受光手段または前記受信電極に切り替える入力選択手段と、を有し、前記入力選択手段による入力先の接続の切り替えにより、前記反射光によって人体を検出する光電センサモードと、前記静電誘導によって人体を検出する静電容量センサモードを選択可能としたことを特徴とする人体検出装置。
【請求項５】
請求項１乃至３のいずれか１つに記載の人体検出装置において、前記パルス出力手段の出力先の接続を前記投光手段または前記送信電極に切り替える出力選択手段と、を有し、前記出力選択手段による出力先の接続の切り替えにより、前記反射光によって人体を検出する光電センサモードと、前記静電誘導によって人体を検出する静電容量センサモードを選択可能としたことを特徴とする人体検出装置。
【請求項６】
請求項４又は５に記載の人体検出装置において、前記光電センサモード時は、前記送信電極又は前記受信電極のうち少なくとも１つをＧＮＤまたは所定の固定電位に接続することを特徴とする人体検出装置。
【請求項７】
請求項４乃至６のいずれか１つに記載の人体検出装置において、前記パルス信号に同期して積分を行う積分回数が、前記光電センサモードと前記静電容量センサモードで異なることを特徴とする人体検出装置。
【請求項８】
請求項７に記載の人体検出装置において、前記光電センサモード時よりも前記静電容量センサモード時の方が、前記積分回数が多いことを特徴とする人体検出装置。
【請求項９】
請求項４乃至８のいずれか１つに記載の人体検出装置において、前記受光手段は前記受光量を電圧に変換する受光感度を変更する機能を有し、前記受光手段の出力と前記増幅手段の入力を第２のコンデンサを介して接続し、前記増幅手段の入力と前記第２のコンデンサの接続点に前記受信電極を接続し、前記静電容量センサモード時は、前記受光手段の受光感度を最小の設定とすることを特徴とする人体検出装置。
【請求項１０】
請求項１乃至９のいずれか１つに記載の人体検出装置を有することを特徴とする水栓装置。
【請求項１】
人体に対して赤外光を投光する投光手段と、前記投光手段にパルス投光を指令するパルス出力手段と、人体からの反射光を受光しその受光量を電圧に変換して出力する受光手段と、前記受光手段の出力を増幅する増幅手段と、前記増幅手段の出力を積分する積分手段と、積分手段の出力に応じて人体の有無を検出する人体検出装置において、前記パルス出力手段に接続され人体に対し静電誘導による電界変化を与える送信電極と、前記送信電極と近接して配置され静電結合される受信電極と、を有するとともに、前記受信電極からの誘導電圧出力を前記増幅手段に入力し、前記増幅手段の出力を前記積分手段で積分しその出力に応じて前記送信電極又は前記受信電極への人体の近接を検出することを特徴とする人体検出装置。
【請求項２】
請求項１に記載の人体検出装置において、前記受信電極を第１のコンデンサを介してＧＮＤまたは所定の固定電位に接続し、前記受信電極と前記第１のコンデンサの接続点から前記増幅手段へ信号を入力することを特徴とする人体検出装置。
【請求項３】
請求項１に記載の人体検出装置において、前記受光手段の出力と前記増幅手段の入力を第２のコンデンサを介して接続し、前記増幅手段の入力と前記第２のコンデンサの接続点に、前記受信電極を接続することを特徴とする人体検出装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１つに記載の人体検出装置において、前記増幅手段の入力先の接続を前記受光手段または前記受信電極に切り替える入力選択手段と、を有し、前記入力選択手段による入力先の接続の切り替えにより、前記反射光によって人体を検出する光電センサモードと、前記静電誘導によって人体を検出する静電容量センサモードを選択可能としたことを特徴とする人体検出装置。
【請求項５】
請求項１乃至３のいずれか１つに記載の人体検出装置において、前記パルス出力手段の出力先の接続を前記投光手段または前記送信電極に切り替える出力選択手段と、を有し、前記出力選択手段による出力先の接続の切り替えにより、前記反射光によって人体を検出する光電センサモードと、前記静電誘導によって人体を検出する静電容量センサモードを選択可能としたことを特徴とする人体検出装置。
【請求項６】
請求項４又は５に記載の人体検出装置において、前記光電センサモード時は、前記送信電極又は前記受信電極のうち少なくとも１つをＧＮＤまたは所定の固定電位に接続することを特徴とする人体検出装置。
【請求項７】
請求項４乃至６のいずれか１つに記載の人体検出装置において、前記パルス信号に同期して積分を行う積分回数が、前記光電センサモードと前記静電容量センサモードで異なることを特徴とする人体検出装置。
【請求項８】
請求項７に記載の人体検出装置において、前記光電センサモード時よりも前記静電容量センサモード時の方が、前記積分回数が多いことを特徴とする人体検出装置。
【請求項９】
請求項４乃至８のいずれか１つに記載の人体検出装置において、前記受光手段は前記受光量を電圧に変換する受光感度を変更する機能を有し、前記受光手段の出力と前記増幅手段の入力を第２のコンデンサを介して接続し、前記増幅手段の入力と前記第２のコンデンサの接続点に前記受信電極を接続し、前記静電容量センサモード時は、前記受光手段の受光感度を最小の設定とすることを特徴とする人体検出装置。
【請求項１０】
請求項１乃至９のいずれか１つに記載の人体検出装置を有することを特徴とする水栓装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１０】
【公開番号】特開２００９−２８７９９３（Ｐ２００９−２８７９９３Ａ）
【公開日】平成２１年１２月１０日（２００９．１２．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１３９０９３（Ｐ２００８−１３９０９３）
【出願日】平成２０年５月２８日（２００８．５．２８）
【出願人】（００００１００８７）ＴＯＴＯ株式会社 (3,889)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１２月１０日（２００９．１２．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年５月２８日（２００８．５．２８）
【出願人】（００００１００８７）ＴＯＴＯ株式会社 (3,889)
【Ｆターム（参考）】
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