人体検知装置及び制御装置
【課題】一つのセンサで人体の位置及び状態を検知することができる人体検知装置を提供する。
【解決手段】 マイクロ波センサ１１から出力される、人体の位置で強度の異なる周波数信号を、可変ハイパスフィルタ１３、コンパレータ１４、カウンタ１５、ラッチ１７、制御部２１等で処理し、得られた情報に基づき、制御部２１は、便蓋開閉装置２２等に所定の制御信号を送信する。
【解決手段】 マイクロ波センサ１１から出力される、人体の位置で強度の異なる周波数信号を、可変ハイパスフィルタ１３、コンパレータ１４、カウンタ１５、ラッチ１７、制御部２１等で処理し、得られた情報に基づき、制御部２１は、便蓋開閉装置２２等に所定の制御信号を送信する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、人体の位置と状態を検知する人体検知装置と、該人体検知装置を用いた制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
トイレ設備の自動化に伴って、トイレ（化粧室；洗面所）内での人間の位置や状態を適切に判別することが望まれている。従来、人体の位置を検知するための装置として、赤外光を利用した測距センサや、焦電型熱式センサが用いられている。
【０００３】
しかし、赤外光を利用したセンサは、センサ部分の汚れによる影響を受けやすいという問題点がある。また、測距センサを用いる場合、一つのセンサでの距離測定範囲が限定されるため、複数個のセンサが必要となるという問題点がある。一方、焦電型熱式センサを用いる場合、焦電型熱式センサは人体の動きのみを検知するため、例えば測距センサといった他の種類のセンサと併用しなければならない問題点がある。
【０００４】
そこで、マイクロ波センサを利用した人体検知装置が開発されている（例えば、特許文献１）。特許文献１に開示されている装置は、２カ所に設けられたマイクロ波センサから得られる信号を利用し、人体の位置を検知するものである。センサにマイクロ波を利用することによって、センサ部分の汚れによる影響を除去することができる。
【特許文献１】特開２００１−３４３４６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に開示された技術では、三角測量の原理に基づいて利用者の位置を特定しているため、複数のセンサが必要となる。複数のセンサを用いると、一つでも誤作動又は故障すると装置が正しく機能しない。また、複数のセンサの調整が煩雑であり、いずれかのセンサの向きがずれると全体としての測定値に大きな誤差が生ずる。このため、便蓋の開閉、洗浄のタイミングがずれる等の問題が発生する。
【０００６】
同様の問題は、トイレのシステムに限らず人間・物体の位置や状態を検出して検出位置・状態に応じて様々な制御を行う場合に共通に存在する。
【０００７】
本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、一つのセンサで、人体の位置及び状態を検知することができる人体検知装置を提供することを目的とする。本発明は特にトイレ内において人体の位置及び状態を適切に検知し、各制御対象への制御信号を適切に出力しうる制御装置を提供することを他の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、本発明の第１の観点に係る人体検知装置は、
人体の位置と状態を検知するための人体検知装置であって、
人体に動きがあるときに、その位置に応じた強度の周波数信号を出力するセンサと、
前記周波数信号の信号レベルを検出する信号レベル検出手段と、
前記周波数信号の周波数成分を弁別する周波数弁別手段と、
前記信号レベル検出手段が検出した前記信号レベルと前記周波数弁別手段により弁別された前記周波数成分とに基づいて、人体の位置と状態とを判別する判別手段と、
を備えることを特徴とする。
【０００９】
例えば、前記センサは、ドップラセンサから構成される。
【００１０】
例えば、前記信号レベル検出手段と前記周波数弁別手段とは、所定周波数成分の信号が通過するフィルタと、前記フィルタを通過した信号の強度を判別する強度判別手段と、前記強度判別手段が判別した前記信号の強度に基づいて、前記フィルタを通過する周波数成分を切り替える切り替え手段と、を備える。
【００１１】
例えば、前記切り替え手段は、前記信号レベル検出手段により検出された信号レベルに対応する位置で予定される人体の動作に対応する前記周波数成分が通過するように、前記フィルタを通過する周波数成分を切り替える。
【００１２】
また、例えば、前記信号レベル検出手段は、互いに異なる基準レベルが与えられ、前記信号レベルと前記各基準レベルとを比較し、その比較結果を示す信号を出力する複数のコンパレータから構成され、前記周波数弁別手段は、前記センサからの周波数信号を弁別して前記複数のコンパレータの少なくとも１つに供給するフィルタから構成される、
【００１３】
前記人体検知装置は、例えば、トイレにおける利用者の位置と状態を検知する装置である。この場合、前記信号レベル判別手段には、トイレにおける利用者の男子小用位置、着座位置に対応する少なくとも２つの信号レベルを判別し、前記周波数弁別手段は、前記各位置において予定される動作に対応する周波数成分を弁別する。
【００１４】
人体が実質的に一次元方向にのみ移動可能な空間を規定する手段を更に配置し、前記センサは前記空間内の人体の移動方向にほぼ平行な方向での人体の位置に応じた周波数信号を出力する、ように構成してもよい。
【００１５】
上記の人体検知装置と、前記人体検知装置の前記判別手段の出力に従って電子機器に制御信号を出力する制御手段と、から制御装置を構成してもよい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、一つのセンサで、人体の位置及び状態を検知することができる人体検知装置を提供することができる。本発明によれば、特にトイレ内において人体の位置及び状態を適切に検知し、各制御対象への制御信号を適切に出力しうる制御装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明の実施の形態に係る人体検知装置１０について、人体検知装置１０をトイレシステムに応用した場合を例に挙げて説明する。
【００１８】
人体検知装置１０は、図１に示すように、マイクロ波センサ１１と、アンプ１２ａ、１２ｂと、可変ハイパスフィルタ１３と、コンパレータ１４ａ〜１４ｃと、カウンタ１５ａ、１５ｂと、ＯＲ回路１６と、ラッチ（状態判定部）１７ａ、１７ｂと、制御部２１と、から構成される。
【００１９】
マイクロ波センサ（マイクロ波ドップラセンサ）１１は、利用者が、図２に平面で示す配置の化粧室５２に、ドア５１を開けて、線ａ付近から進入し線ｄ付近で着座するまで、及び、線ｄ付近で着座している状態からドア５１を開けて退室するまでの利用者の動きを検出するためのものである。
【００２０】
マイクロ波センサ１１は、例えば、図３に示すように、信号源１１１、パッチアンテナ１１２、分波器１１３、ミキサ１１４、検波回路１１５等から構成される。
パッチアンテナ１１２は、例えば、図２に示す化粧室５２内の貯水タンク５４の壁面（表でも裏でもよい）に入口方向を向いて取り付けられている。即ち、化粧室５２内は比較的狭いため、利用者の動きは、ほぼ入口と便器５３との間の一次元方向の動きとなるが、パッチアンテナ１１２はその指向方向が利用者の動線にほぼ平行で且つ動線上にマイクロ波を放射するように設置される。なお、他の部材は、パッチアンテナ１１２と一体に構成されていてもよいし、便座等他の箇所に設置されていてパッチアンテナ１１２に信号線を介して接続されていてもよい。
【００２１】
信号源１１１から出力されたマイクロ波は、例えば、無変調で１０ＧＨｚのキャリア信号であり、分波器１１３及びパッチアンテナ１１２を介して、化粧室５２の入口方向に向けて放射される。放射されたマイクロ波は、任意の物体で反射して、パッチアンテナ１１２に到達する。反射したマイクロ波（以下、反射波）は、パッチアンテナ１１２で受信され、ミキサ１１４に入力される。ミキサ１１４は、反射波と放射マイクロ波とを混合し、それら周波数の差分に相当する周波数の信号を出力する。ミキサ１１４から出力された信号は、検波回路１１５に供給され、検波され、例えば、数Ｈｚ〜数十Ｈｚの信号に変換されて、アンプ１２ａ、１２ｂに出力される。
【００２２】
マイクロ波を反射した物体が移動している場合には、ドップラ効果によって、移動速度に応じて反射波の周波数がシフトする。このため、化粧室５２内に動きがない場合には、ミキサ１１４の出力は０レベルとなり、一方、化粧室５２内で利用者が移動したり動作したりすると、ミキサ１１４から信号が出力される。ミキサ１１４から出力される信号の強度は、反射波の強度に対応する。従って、一般に、利用者が、パッチアンテナ１１２が固定されている貯水タンク５４に近い位置にいる程大きくなり、貯水タンク５４から遠ざかってドア５１に近づく程小さくなる。
【００２３】
アンプ１２ａは、１００倍程度の増幅率を有し、利用者がマイクロ波センサ１１から比較的遠い場所にいるときにマイクロ波センサ１１から出力された信号を以降の回路で処理できるレベルに増幅する。
アンプ１２ｂは、１０倍程度の増幅率を有し、利用者がマイクロ波センサ１１から比較的近い場所にいる（例えば、便座に座っている）ときにマイクロ波センサ１１から出力された信号を以降の回路で処理できるレベルに増幅する。
【００２４】
可変ハイパスフィルタ１３は、外部信号によりカットオフ周波数を変更できるハイパスフィルタである。可変ハイパスフィルタ１３は、制御端子に供給される制御信号に応じて、カットオフ周波数を１０Ｈｚと６．６Ｈｚと０．６６Ｈｚとの間で切り換える。即ち、可変ハイパスフィルタ１３は、通常時は、そのカットオフ周波数を１０Ｈｚに設定し、状態判定部１７ａの出力信号（進入検出信号）がＨレベルになると、カットオフ周波数を０．６６Ｈｚに設定し、状態判定部１７ｂの出力信号（着座検出信号）がＨレベルになると、カットオフ周波数を６．６Ｈｚに設定する。
なお、１０Ｈｚは、１０ＧＨｚのマイクロ波に対して、一般的な歩行速度（１５ｃｍ／秒）を基準として設定され、６．６Ｈｚは、１０ＧＨｚのマイクロ波に対して、着座位置から立ち上がるときの速度（１０ｃｍ／秒）を基準として設定され、０．６６Ｈｚは、１０ＧＨｚのマイクロ波に対して、微動（１．０ｃｍ／秒）を基準として設定されている。
【００２５】
コンパレータ１４ａは、アンプ１２ａで増幅され、可変ハイパスフィルタ１３を通過した信号の信号レベルが、反転入力端子（−）に供給される基準レベルＶａを超える場合にＨ（ハイ；Ｈｉｇｈ）レベルの信号を、超えない場合にＬ（ロー；Ｌｏｗ）レベルの信号を出力する。
【００２６】
コンパレータ１４ｂは、アンプ１２ａで増幅され、可変ハイパスフィルタ１３を通過した信号の信号レベルが、反転入力端子（−）に供給される基準レベルＶｂを超える場合にＨ（ハイ；Ｈｉｇｈ）レベルの信号を、超えない場合にＬ（ロー；Ｌｏｗ）レベルの信号を出力する。
【００２７】
コンパレータ１４ｃは、アンプ１２ｂで増幅された信号の信号レベルが、反転入力端子（−）に供給される基準レベルＶｃを超える場合にＨ（ハイ；Ｈｉｇｈ）レベルの信号を、超えない場合にＬ（ロー；Ｌｏｗ）レベルの信号を出力する。
【００２８】
図４（ａ）に示すように、基準レベルＶａ〜Ｖｃは、それぞれ、増幅前のマイクロ波センサ１１の出力する信号を基準にして考えると、Ｖｃ＞Ｖｂ＞Ｖａが成立するレベル関係に設定されている。
【００２９】
基準レベルＶａは、利用者が図２に示す化粧室５２に入室して、移動又は何らかの動作をしていることを検出可能なレベルに設定され、図４（ｂ）に示すように、増幅されたドップラ検出信号が基準レベルＶａを超えている際に、Ｈレベルとなる信号を出力する。従って、コンパレータ１４ａは、一般に、利用者が、図２に示す化粧室５２の線ａ―ｂ間で移動（歩行）するとき、線ｂ―ｃ間で移動（歩行）するとき、線ｃ―ｄ間で移動（歩行）するとき、さらに、着座・離座動作を行っているときに、パルス信号を出力する。
【００３０】
基準レベルＶｂは、利用者が図２に示す化粧室５２内の線ａ―ｂ間で移動又は動作をしていることを検出することはできないが、利用者が化粧室５２内の線ｂ―ｃ間で移動又は動作をしていることを検出可能なレベルに設定され、図４（ｃ）に示すように、増幅されたドップラ検出信号が基準レベルＶａを超えている際に、Ｈレベルとなる信号を出力する。従って、コンパレータ１４ｂは、一般に、利用者が、図２に示す化粧室５２の線ｂの付近で移動（歩行）するとき、線ｃの付近まで移動（歩行）するとき、さらに、着座・離座動作を行っているときに、パルス信号を出力する。
【００３１】
基準レベルＶｃは、利用者が図２に示す化粧室５２内の線ｄ付近で移動又は動作をしていることのみを検出可能なレベルに設定され、図４（ｄ）に示すように、増幅されたドップラ検出信号が基準レベルＶｃを超えている際に、Ｈレベルとなる信号を出力する。従って、コンパレータ１４ｂは、利用者が、便座に着座・離座動作を行っているときに、パルス信号を出力する。
【００３２】
なお、コンパレータ１４ａ〜１４ｃは、便蓋の開閉に伴う動きを人間の動作と誤検知することを避けるため、便蓋が開閉動作中であることを示す便蓋開閉動作中信号（開閉モータオン信号）により出力が禁止され、Ｌレベルを維持する。
【００３３】
カウンタ１５ａは、コンパレータ１４ａの出力するＨレベルの数をカウントし、所定数（例えば、３）カウントするとＨレベルの信号を出力する。即ち、カウンタ１５ａは、可変ハイパスフィルタ１３の出力信号のピークが基準レベルＶｂレベル以上の状態が一定時間継続したか否かを判別する。また、カウンタ１５ａは、コンパレータ１４ｂの出力がＨレベルとなることで、リセットされる。
【００３４】
カウンタ１５ｂは、コンパレータ１４ｂの出力するＨレベルの数をカウントし、所定数（例えば、３）カウントするとＨレベルの信号を出力する。即ち、カウンタ１５ｂは、可変ハイパスフィルタ１３の出力信号のピークが基準レベルＶｂレベル以上の状態が一定時間継続したか否かを判別する。また、カウンタ１５ｂは、コンパレータ１４ｃの出力がＨレベルとなることで、リセットされる。
【００３５】
カウンタ１５ａは、コンパレータ１４ｂの出力がリセット端子に供給されているため、マイクロ波センサ１１の出力信号が基準レベルＶｂを周期的に超えている期間は、Ｈレベル信号を出力しない。また、カウンタ１５ｂは、コンパレータ１４ｃの出力がリセット端子に供給されているため、マイクロ波センサ１１の出力信号が基準レベルＶｃを周期的に超えている期間は、Ｈレベル信号を出力しない。
【００３６】
ＯＲ回路１６は、カウンタ１５ａの出力（入室検知）とラッチ１７ｂの出力（着座検出）との論理和（ＯＲ）を取って出力する。
【００３７】
ラッチ１７ａはＳＲラッチから構成される。ラッチ１７ａは、コンパレータ１４ｂの出力がＨレベルになるとセットされ、ＯＲ回路１６の出力するＨレベル信号によりリセットされる。従って、ラッチ１７ａは、１）化粧室５２への入室が検知されると一旦リセットされ、２）利用者が図２の線ｂの位置近辺まで進んでくるとセットされて、進入検出信号を出力し、３）利用者が着座するとリセットされ、４）離座すると、セットされて進入検出信号を出力し、５）利用者が線ｂの位置近辺まで進んでくるとリセットされる。
【００３８】
ラッチ１７ｂはＳＲラッチから構成され、コンパレータ１４ｃの出力がＨレベルになるとセットされ、カウンタ１５ｂの出力するＨレベル信号によりリセットされる。従って、ラッチ１７ｂは、１）利用者が図２の線ｄの位置近辺まで進んでくるとセットされ、２）利用者が着座するとセットされて、着座信号を出力し、３）離座すると、リセットされる。
【００３９】
制御部２１は、ＲＡＭ（Random Access Memory)、ＲＯＭ(Read Only Memory)、ＣＰＵ(Central Processing Unit)を内蔵する１チップマイクロプロセッサ（マイコン；Micro Computer）等から構成され、ラッチ１７ａ、１７ｂの出力に基づいて、便蓋開閉装置２２、便蓋固定装置２３、洗浄装置２４を制御する、また、便蓋開閉中は、誤検知を防ぐため便蓋開閉信号をコンパレータ１４ａ〜１４ｃに出力し、コンパレータ１４ａ〜１４ｃの出力を禁止する。
【００４０】
例えば、制御部２１は、利用者が化粧室５２に入室して線ｂの位置に達したと判定すると、便蓋開閉装置２２に、便蓋開信号を出力して便蓋５５を開かせ、さらに、着座したと判定すると、便蓋固定装置２３に、固定信号を出力して便蓋５５を開状態で固定させる。また、利用者が離座したと判定すると、便蓋固定装置２３に、解除信号を出力して便蓋５５の固定状態を解除し、利用者が退室のために線ａの位置に達したと判定すると、洗浄装置２４に、洗浄指示信号を出力して、便器５３内に水を流させ洗浄を行い、便蓋開閉装置２２に、便蓋閉成信号を出力して便蓋５５を閉じさせる。
【００４１】
便蓋開閉装置２２は、モータ、モータドライバ等から構成され、制御部２１からの開閉制御信号を受信し、便蓋５５を開閉する。
便蓋固定装置２３は、ロック機構から構成され、制御部２１からの制御信号に基づき、便蓋５５の開状態の固定又は固定の解除を行う。
洗浄装置２４は、電磁バルブとそのドライバ等から構成され、制御部２１からの制御信号に基づき、便器５３内に一定量の水を流し、洗浄を行う。
【００４２】
次に、上記構成の人体検知装置１０が行う処理について、図５の状態遷移図と前述の図１〜図４を参照して説明する。
まず、図５に示すように、化粧室５２内に利用者がいない状態では、マイクロ波センサ１１の出力は０レベルであり、可変ハイパスフィルタ１３のカットオフ周波数は１０Ｈｚに設定され、コンパレータ１４ａと１４ｂの出力はローレベルを維持し、ラッチ１７ａと１７ｂはローレベルを出力する。
【００４３】
この状態で、化粧室５２に利用者がドア５１を開けて入室すると、線ａ付近に至り、マイクロ波センサ１１はその動きに応じた周波数信号を出力する。この周波数信号は、アンプ１２ａで約１００倍に増幅された後、可変ハイパスフィルタに出力される。このときの利用者の動き（歩行）は、比較的速いため、周波数信号の主成分は１０Ｈｚ以上となり可変ハイパスフィルタ１３を通過して出力される。ただし、入口付近に立ち止まって何らかの作業をしているような場合には、利用者の動きは比較的遅い（１５ｃｍ／秒以下）ため、周波数信号の主成分は１０Ｈｚ未満となり可変ハイパスフィルタ１３で減衰される。
【００４４】
利用者の動きが歩行の場合、図４（ａ）に示すように、可変ハイパスフィルタ１３の出力信号の信号レベルは基準レベルＶａよりも周期的に大きくなる。このため、図４（ｂ）に示すように、コンパレータ１４ａは周期的にＨレベル信号を出力する。カウンタ１５ａはＨレベル信号の数をカウントし、所定値（例えば、３）に達すると、Ｈレベルの信号を出力する。この信号はＯＲ回路を１６を介してラッチ１７ａを（念のため）リセットする。
なお、この段階では、マイクロ波センサ１１の出力信号の振幅が小さく、基準レベルＶｂ、Ｖｃに到達せず、コンパレータ１４ｂと１４ｃの出力はＬレベルを維持し、ラッチ１７ｂもリセットされたままである。従って、回路状態に変化は起きない。
【００４５】
利用者がさらに進むと、可変ハイパスフィルタ１３の出力信号の振幅が大きくなり、基準レベルＶｂを周期的を超えるようになる。このため、コンパレータ１４ｂは周期的にＨレベル信号を出力する。カウンタ１５ｂはＨレベル信号の数をカウントし、所定値に達すると、Ｈレベルの信号を出力する。このとき、カウンタ１５ａは、コンパレータ１４ｂの出力によって周期的にリセットされ、カウンタ１５ａの出力はＬレベルである。一方、この段階では、アンプ１２ｂで増幅されたドップラ信号は基準レベルＶｃを周期的を超えることはなく、コンパレータ１４ｃはＬレベルを維持し、ラッチ１７ｂはリセット状態を維持する。従って、ＯＲ回路１６の２入力は共にＬレベルで、その出力はＬレベルとなる。従って、ラッチ１７ａは、リセット信号がＬレベル、セット信号がＨレベルとなり、セットされ、進入検出信号がＨレベルとなる。
これにより、制御部２１は、利用者が化粧室５２内に進入したことを判別し、便蓋開閉装置２２を制御して便蓋を開く。また、便蓋が開閉中は誤検知を防ぐために、便蓋開閉信号によりコンパレータ１４ａ〜１４ｃの各出力を禁止する。
【００４６】
また、ラッチ１７ａからのＨレベル信号に応答して、可変ハイパスフィルタ１３は、そのカットオフ周波数を０．６６Ｈｚに下げ、男子小用位置での静止状態（微動）を検出可能とする。
【００４７】
利用者がさらに進み、着座位置ｃに進むと、アンプ１２ｂの出力信号の振幅が大きくなる。ただし、ドップラ信号が基準レベルＶｃを周期的を超えることはない。このため、回路は前の状態を維持する。
また、男性が小用のため、線ｃの位置に立ち止まっていても、可変ハイパスフィルタ１３のカットオフ周波数が０．６６Ｈｚに設定されて、微小な動きが検出できる状態になっているため、コンパレータ１４ｂは周期的にパルス信号を出力し続ける。このため、マイクロ波センサ１１は直前の状態を維持する。
【００４８】
利用者がさらに進み、着座すると、アンプ１２ｂの出力信号の振幅が大きくなり、基準レベルＶｃを超える。このため、コンパレータ１４ｃはＨレベル信号を出力し、ラッチ１７ｂをセットし、ラッチ１７ｂの出力する着座検出信号はＨレベルとなる。
なお、コンパレータ１４ｃと共にコンパレータ１４ａ、１４ｂもパルス信号を出力するが、カウンタ１５ａと１５ｂがドップラ信号の１周期毎にリセットされるため、カウンタ１５ａ、１５ｂはＬレベルを維持する。
また、着座検出信号により、可変ハイパスフィルタ１３をカットオフ周波数を６．６Ｈｚに切り換え、また、ラッチ１７ａはリセットされる。
【００４９】
利用者が着座状態から離座する、利用者がマイクロ波センサ１１から離れるためアンプ１２ｂの出力信号の振幅が小さくなり、基準レベルＶｃを超えなくなる。このため、カウンタ１５ｂのリセット状態は解除される。
【００５０】
可変ハイパスフィルタ１３のカットオフ周波数が６．６Ｈｚに切り換えられているので、離座に伴う動き（１０ｃｍ／秒）による周波数信号が可変ハイパスフィルタ１３を通過し、信号レベルがコンパレータ１４ｂの基準レベルＶｂを周期的に超え、コンパレータ１４ｂは周期的にＨレベル信号を出力する。なお、これによりラッチ１７ａのセット端子にＨレベル信号が供給されるが、着座信号がＨレベルのままのため、ラッチ１７ａはリセット状態を維持する。
【００５１】
コンパレータ１４ｃが、ハイレベルの信号を出力しなくなってから、コンパレータ１４ｂが周期的にＨレベル信号を出力し、カウンタ１５ｂがこれを一定数（例えば、３パルス）カウントすると、カウンタ１５ｂがＨレベル信号を出力し、ラッチ１７ｂをオフする。
【００５２】
これにより、ＯＲ回路１６を介したラッチ１７ａへのリセット信号の供給が停止する。
その後、コンパレータ１４ｂからＨレベル信号が出力されると、ラッチ１７ａがセットされ、進入信号がＨレベルとなる。このとき、利用者はほぼ線ｃの位置にいる。
【００５３】
さらに、利用者がマイクロ波センサ１１から遠ざかって、コンパレータ１４ｂが、Ｈレベルの信号を出力しなくなると、カウンタ１５ａのリセットが解ける。
この状態で、コンパレータ１４ａが一定数のパルスを出力すると、カウンタ１５ａがＨレベル信号を出力し、ラッチ１７ａをオフする。
【００５４】
利用者が退室すると、マイクロ波センサ１１の出力は０レベル、コンパレータ１４ａ〜１４ｃはＬレベルとなって、カウンタ１５ａ、１５ｂはカウント値を更新しなくなり、ラッチ１７ａ、１７ｂ共に出力信号がＬレベルの状態になる。
【００５５】
このような状況下で、制御部２１が行う制御処理について図６のフローチャートを参照して説明する。
【００５６】
制御部２１は、タイマ割り込みなどで、周期的に図６に示す割込処理を開始し、ラッチ１７ａ、１７ｂの出力信号を取り込んで、内部ＲＡＭに記憶する（ステップＳ０１）。
制御部２１は、ステップＳ０１で記憶した情報と、一つ前に記憶した情報とに変化があるか否かを判別し（ステップＳ０２）、変化が無い場合（ステップＳ０２：Ｎｏ）、今回の割込処理を終了する。
【００５７】
一方、ステップＳ０１で記憶した情報と、一つ前に記憶した情報とに変化がある場合（ステップＳ０２：Ｙｅｓ）、変化の内容に応じて、以下の処理を行う。
【００５８】
直前の記憶データがＳａ＝Ｓｂ＝Ｌ（人間がいないか又は線ａの位置）で、今回取り込んだ信号がＳａ＝Ｈ、Ｓｂ＝Ｌの場合、利用者が化粧室５２に進入して線ｂ近傍の位置に移動した状態であり、制御部２１は、便蓋開閉装置２２に開信号を出力して便蓋５５を開かせる（ステップＳ１１）。
【００５９】
直前の記憶データがＳａ＝Ｈ、Ｓｂ＝Ｌで、今回状態判定部１８から取り込んだ信号が、Ｓａ＝Ｌ，Ｓｂ＝Ｈの場合、利用者が着座した状態であり、制御部２１は、便蓋固定装置２３に固定信号を出力して便蓋５５を開状態で固定させる（ステップＳ１２）。
【００６０】
直前の記憶データがＳａ＝Ｌ，Ｓｂ＝Ｈで、今回のデータがＳａ＝Ｈ、Ｓｂ＝Ｌの場合、利用者が離座した状態であり、制御部２１は、便蓋固定装置２３に解除信号を出力して便蓋５５の固定状態を解除する（ステップＳ１３）。
【００６１】
直前の記憶データがＳａ＝Ｌ，Ｓｂ＝Ｈで、今回のデータがＳａ＝Ｓｂ＝Ｌの場合、利用者が化粧室５２を退室するために線ｂ近傍に移動した状態であり、制御部２１は、洗浄装置２４に洗浄指示信号を送信して、便器５３内に洗浄水を流させて便器５３内を洗浄させ、さらに、便蓋開閉装置２２に閉信号を出力して便蓋５５を閉じさせる（ステップＳ１４）。
【００６２】
以上説明したように、本実施の形態の人体検知装置１０によれば、マイクロ波センサ１１が、人体の動きや動作があるときに、その位置によって強度の異なる信号を出力する点を利用して、一つのセンサで人体の位置及び状態を判別することができる。
【００６３】
本実施の形態において、マイクロ波センサ１１の出力信号のレベルをコンパレータ１４ａ〜１４ｃで位置に対応した基準レベルＶａ〜Ｖｃと比較することにより、利用者の位置を判別すると共に可変ハイパスフィルタ１３のカットオフ周数を位置に応じて切り換えて予想される動きに応じた周波数を選択して検出する。従って、誤検出を防止できる。また、このようにして判別した人体の位置と状態との履歴に基づいて、利用者の現在の状況を適切に判別して、便蓋５５や水洗の制御に利用することができる。
【００６４】
また、マイクロ波センサ１１が出力するマイクロ波は、樹脂やセラミックスを通過可能であるため、センサ部分を金属以外の材質の筐体内に納めることができ便蓋５５や貯水タンク５４の陰になる部分に配置することもできる。このため、耐薬品、防水構造を採ることができ、同時に、センサ部分の汚れやいたずらによる影響を削減することができる。また、筐体内に納まることによって、デザイン性の向上にも貢献することができる。従って、その取り扱いと取り付けが容易である。
【００６５】
本発明は、上述した実施の形態に限られず、様々な修正及び応用が可能である。
例えば、上述した実施の形態では、マイクロ波センサ１１から出力された信号を、コンパレータ等で処理する例を示したが、これに限られず、図７に示す人体検知装置５０のように、マイクロ波センサ１１の出力をアンプ３２で増幅し、フィルタ回路３３でフィルタリングした後、Ａ／Ｄコンバータ３４によりディジタル信号に変換し、以後、制御部（マイクロプロセッサ）３５によるディジタル処理で、利用者の位置等を判別してもよい。
【００６６】
この場合、例えば、制御部３５は、フィルタ回路３３の特性を制御しながら、フィルタＡ／Ｄコンバータ３４でＡ／Ｄ変換された信号レベルを順次内部メモリに記憶する。そして、記憶データに基づいて、上述の信号処理を内部で実行する。
【００６７】
また、上述した実施の形態においては、人体の位置と動作を検出するためのセンサとして、マイクロ波センサを用いる例を説明したが、これに限られず、超音波ドップラセンサ等の、人体に動きがあるときに、その位置（距離）に応じた強度の信号を出力するタイプのセンサを広く利用可能である。但し、超音波センサに関しては、物体を通過できないため、人体を見通せる位置などに配置することが望ましい。
【００６８】
さらに、上記実施の形態においては、標準的なサイズの化粧室５２に洋式の便器５３を設置した場合の例を説明したが、大型サイズの化粧室や和式便器の場合にも、同様に処理可能である。但し、化粧室や便器のタイプにより利用者の一般的な動きに変化が生し、マイクロ波センサ１１の出力信号の典型的な波形が上述の説明から異なってくる場合がある。このような場合には、その波形に応じた数の基準レベルとレベル値を設定すればよい。
【００６９】
また、周波数弁別用に可変ハイパスフィルタ１３を使用したが、他の周波数弁別装置を使用してもよい。また、可変通過帯域フィルタなどを使用してもよい。さらに、特性の異なる複数のフィルタを用意し、切り替えて接続することにより、周波数を弁別してもよい。
【００７０】
また、上述した実施の形態において、人体の状態を判別し、便蓋の開閉装置、洗浄装置等の制御信号を出力する場合を例に挙げて説明したが、これらに限られず、例えば、便蓋だけでなく便座も上下させる構成、脱臭装置、トイレ内の冷暖房装置、照明等、様々な装置に接続し、制御信号を出力する構成を採ることもできる。
【００７１】
また、本発明は、トイレに限らず、人体の位置及び状態に応じて異なる制御信号が必要とされる装置一般に応用することができる。
【００７２】
即ち、本発明は、化粧室における利用者の位置と状態を判別するだけでなく、動線が一次元、即ち、人間、動物、物がほぼ一次元方向にのみ動く場合に、それらの位置と状態を判別する場合に広く適用可能である。この場合には、マイクロ波センサからの放射波の放射方向を動線と平行で検出対象物に放射波が照射されるようにマイクロ波センサを設置することが望ましい。例えば、廊下などの比較的狭く長い（細長い）空間を定義する室内での人体の位置や状態を判別する場合に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】本発明の実施の形態に係る人体検知装置の構成例を示す図である。
【図２】人体検知装置が設置されたトイレの上面図である。
【図３】マイクロ波センサの構成例を示す図である。
【図４】マイクロ波センサから出力される信号の推移の一例を示す図である。
【図５】利用者の動きの経過に合わせた各信号のレベルの論理値表である。
【図６】制御部の行う処理を示すフローチャートである。
【図７】本発明の実施の形態に係る人体検知装置の別の構成例を示す図である。
【符号の説明】
【００７４】
１０ 人体検知装置
２１ 制御部
２２ 便蓋開閉装置
２３ 便蓋固定装置
２４ 洗浄装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、人体の位置と状態を検知する人体検知装置と、該人体検知装置を用いた制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
トイレ設備の自動化に伴って、トイレ（化粧室；洗面所）内での人間の位置や状態を適切に判別することが望まれている。従来、人体の位置を検知するための装置として、赤外光を利用した測距センサや、焦電型熱式センサが用いられている。
【０００３】
しかし、赤外光を利用したセンサは、センサ部分の汚れによる影響を受けやすいという問題点がある。また、測距センサを用いる場合、一つのセンサでの距離測定範囲が限定されるため、複数個のセンサが必要となるという問題点がある。一方、焦電型熱式センサを用いる場合、焦電型熱式センサは人体の動きのみを検知するため、例えば測距センサといった他の種類のセンサと併用しなければならない問題点がある。
【０００４】
そこで、マイクロ波センサを利用した人体検知装置が開発されている（例えば、特許文献１）。特許文献１に開示されている装置は、２カ所に設けられたマイクロ波センサから得られる信号を利用し、人体の位置を検知するものである。センサにマイクロ波を利用することによって、センサ部分の汚れによる影響を除去することができる。
【特許文献１】特開２００１−３４３４６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に開示された技術では、三角測量の原理に基づいて利用者の位置を特定しているため、複数のセンサが必要となる。複数のセンサを用いると、一つでも誤作動又は故障すると装置が正しく機能しない。また、複数のセンサの調整が煩雑であり、いずれかのセンサの向きがずれると全体としての測定値に大きな誤差が生ずる。このため、便蓋の開閉、洗浄のタイミングがずれる等の問題が発生する。
【０００６】
同様の問題は、トイレのシステムに限らず人間・物体の位置や状態を検出して検出位置・状態に応じて様々な制御を行う場合に共通に存在する。
【０００７】
本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、一つのセンサで、人体の位置及び状態を検知することができる人体検知装置を提供することを目的とする。本発明は特にトイレ内において人体の位置及び状態を適切に検知し、各制御対象への制御信号を適切に出力しうる制御装置を提供することを他の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、本発明の第１の観点に係る人体検知装置は、
人体の位置と状態を検知するための人体検知装置であって、
人体に動きがあるときに、その位置に応じた強度の周波数信号を出力するセンサと、
前記周波数信号の信号レベルを検出する信号レベル検出手段と、
前記周波数信号の周波数成分を弁別する周波数弁別手段と、
前記信号レベル検出手段が検出した前記信号レベルと前記周波数弁別手段により弁別された前記周波数成分とに基づいて、人体の位置と状態とを判別する判別手段と、
を備えることを特徴とする。
【０００９】
例えば、前記センサは、ドップラセンサから構成される。
【００１０】
例えば、前記信号レベル検出手段と前記周波数弁別手段とは、所定周波数成分の信号が通過するフィルタと、前記フィルタを通過した信号の強度を判別する強度判別手段と、前記強度判別手段が判別した前記信号の強度に基づいて、前記フィルタを通過する周波数成分を切り替える切り替え手段と、を備える。
【００１１】
例えば、前記切り替え手段は、前記信号レベル検出手段により検出された信号レベルに対応する位置で予定される人体の動作に対応する前記周波数成分が通過するように、前記フィルタを通過する周波数成分を切り替える。
【００１２】
また、例えば、前記信号レベル検出手段は、互いに異なる基準レベルが与えられ、前記信号レベルと前記各基準レベルとを比較し、その比較結果を示す信号を出力する複数のコンパレータから構成され、前記周波数弁別手段は、前記センサからの周波数信号を弁別して前記複数のコンパレータの少なくとも１つに供給するフィルタから構成される、
【００１３】
前記人体検知装置は、例えば、トイレにおける利用者の位置と状態を検知する装置である。この場合、前記信号レベル判別手段には、トイレにおける利用者の男子小用位置、着座位置に対応する少なくとも２つの信号レベルを判別し、前記周波数弁別手段は、前記各位置において予定される動作に対応する周波数成分を弁別する。
【００１４】
人体が実質的に一次元方向にのみ移動可能な空間を規定する手段を更に配置し、前記センサは前記空間内の人体の移動方向にほぼ平行な方向での人体の位置に応じた周波数信号を出力する、ように構成してもよい。
【００１５】
上記の人体検知装置と、前記人体検知装置の前記判別手段の出力に従って電子機器に制御信号を出力する制御手段と、から制御装置を構成してもよい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、一つのセンサで、人体の位置及び状態を検知することができる人体検知装置を提供することができる。本発明によれば、特にトイレ内において人体の位置及び状態を適切に検知し、各制御対象への制御信号を適切に出力しうる制御装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明の実施の形態に係る人体検知装置１０について、人体検知装置１０をトイレシステムに応用した場合を例に挙げて説明する。
【００１８】
人体検知装置１０は、図１に示すように、マイクロ波センサ１１と、アンプ１２ａ、１２ｂと、可変ハイパスフィルタ１３と、コンパレータ１４ａ〜１４ｃと、カウンタ１５ａ、１５ｂと、ＯＲ回路１６と、ラッチ（状態判定部）１７ａ、１７ｂと、制御部２１と、から構成される。
【００１９】
マイクロ波センサ（マイクロ波ドップラセンサ）１１は、利用者が、図２に平面で示す配置の化粧室５２に、ドア５１を開けて、線ａ付近から進入し線ｄ付近で着座するまで、及び、線ｄ付近で着座している状態からドア５１を開けて退室するまでの利用者の動きを検出するためのものである。
【００２０】
マイクロ波センサ１１は、例えば、図３に示すように、信号源１１１、パッチアンテナ１１２、分波器１１３、ミキサ１１４、検波回路１１５等から構成される。
パッチアンテナ１１２は、例えば、図２に示す化粧室５２内の貯水タンク５４の壁面（表でも裏でもよい）に入口方向を向いて取り付けられている。即ち、化粧室５２内は比較的狭いため、利用者の動きは、ほぼ入口と便器５３との間の一次元方向の動きとなるが、パッチアンテナ１１２はその指向方向が利用者の動線にほぼ平行で且つ動線上にマイクロ波を放射するように設置される。なお、他の部材は、パッチアンテナ１１２と一体に構成されていてもよいし、便座等他の箇所に設置されていてパッチアンテナ１１２に信号線を介して接続されていてもよい。
【００２１】
信号源１１１から出力されたマイクロ波は、例えば、無変調で１０ＧＨｚのキャリア信号であり、分波器１１３及びパッチアンテナ１１２を介して、化粧室５２の入口方向に向けて放射される。放射されたマイクロ波は、任意の物体で反射して、パッチアンテナ１１２に到達する。反射したマイクロ波（以下、反射波）は、パッチアンテナ１１２で受信され、ミキサ１１４に入力される。ミキサ１１４は、反射波と放射マイクロ波とを混合し、それら周波数の差分に相当する周波数の信号を出力する。ミキサ１１４から出力された信号は、検波回路１１５に供給され、検波され、例えば、数Ｈｚ〜数十Ｈｚの信号に変換されて、アンプ１２ａ、１２ｂに出力される。
【００２２】
マイクロ波を反射した物体が移動している場合には、ドップラ効果によって、移動速度に応じて反射波の周波数がシフトする。このため、化粧室５２内に動きがない場合には、ミキサ１１４の出力は０レベルとなり、一方、化粧室５２内で利用者が移動したり動作したりすると、ミキサ１１４から信号が出力される。ミキサ１１４から出力される信号の強度は、反射波の強度に対応する。従って、一般に、利用者が、パッチアンテナ１１２が固定されている貯水タンク５４に近い位置にいる程大きくなり、貯水タンク５４から遠ざかってドア５１に近づく程小さくなる。
【００２３】
アンプ１２ａは、１００倍程度の増幅率を有し、利用者がマイクロ波センサ１１から比較的遠い場所にいるときにマイクロ波センサ１１から出力された信号を以降の回路で処理できるレベルに増幅する。
アンプ１２ｂは、１０倍程度の増幅率を有し、利用者がマイクロ波センサ１１から比較的近い場所にいる（例えば、便座に座っている）ときにマイクロ波センサ１１から出力された信号を以降の回路で処理できるレベルに増幅する。
【００２４】
可変ハイパスフィルタ１３は、外部信号によりカットオフ周波数を変更できるハイパスフィルタである。可変ハイパスフィルタ１３は、制御端子に供給される制御信号に応じて、カットオフ周波数を１０Ｈｚと６．６Ｈｚと０．６６Ｈｚとの間で切り換える。即ち、可変ハイパスフィルタ１３は、通常時は、そのカットオフ周波数を１０Ｈｚに設定し、状態判定部１７ａの出力信号（進入検出信号）がＨレベルになると、カットオフ周波数を０．６６Ｈｚに設定し、状態判定部１７ｂの出力信号（着座検出信号）がＨレベルになると、カットオフ周波数を６．６Ｈｚに設定する。
なお、１０Ｈｚは、１０ＧＨｚのマイクロ波に対して、一般的な歩行速度（１５ｃｍ／秒）を基準として設定され、６．６Ｈｚは、１０ＧＨｚのマイクロ波に対して、着座位置から立ち上がるときの速度（１０ｃｍ／秒）を基準として設定され、０．６６Ｈｚは、１０ＧＨｚのマイクロ波に対して、微動（１．０ｃｍ／秒）を基準として設定されている。
【００２５】
コンパレータ１４ａは、アンプ１２ａで増幅され、可変ハイパスフィルタ１３を通過した信号の信号レベルが、反転入力端子（−）に供給される基準レベルＶａを超える場合にＨ（ハイ；Ｈｉｇｈ）レベルの信号を、超えない場合にＬ（ロー；Ｌｏｗ）レベルの信号を出力する。
【００２６】
コンパレータ１４ｂは、アンプ１２ａで増幅され、可変ハイパスフィルタ１３を通過した信号の信号レベルが、反転入力端子（−）に供給される基準レベルＶｂを超える場合にＨ（ハイ；Ｈｉｇｈ）レベルの信号を、超えない場合にＬ（ロー；Ｌｏｗ）レベルの信号を出力する。
【００２７】
コンパレータ１４ｃは、アンプ１２ｂで増幅された信号の信号レベルが、反転入力端子（−）に供給される基準レベルＶｃを超える場合にＨ（ハイ；Ｈｉｇｈ）レベルの信号を、超えない場合にＬ（ロー；Ｌｏｗ）レベルの信号を出力する。
【００２８】
図４（ａ）に示すように、基準レベルＶａ〜Ｖｃは、それぞれ、増幅前のマイクロ波センサ１１の出力する信号を基準にして考えると、Ｖｃ＞Ｖｂ＞Ｖａが成立するレベル関係に設定されている。
【００２９】
基準レベルＶａは、利用者が図２に示す化粧室５２に入室して、移動又は何らかの動作をしていることを検出可能なレベルに設定され、図４（ｂ）に示すように、増幅されたドップラ検出信号が基準レベルＶａを超えている際に、Ｈレベルとなる信号を出力する。従って、コンパレータ１４ａは、一般に、利用者が、図２に示す化粧室５２の線ａ―ｂ間で移動（歩行）するとき、線ｂ―ｃ間で移動（歩行）するとき、線ｃ―ｄ間で移動（歩行）するとき、さらに、着座・離座動作を行っているときに、パルス信号を出力する。
【００３０】
基準レベルＶｂは、利用者が図２に示す化粧室５２内の線ａ―ｂ間で移動又は動作をしていることを検出することはできないが、利用者が化粧室５２内の線ｂ―ｃ間で移動又は動作をしていることを検出可能なレベルに設定され、図４（ｃ）に示すように、増幅されたドップラ検出信号が基準レベルＶａを超えている際に、Ｈレベルとなる信号を出力する。従って、コンパレータ１４ｂは、一般に、利用者が、図２に示す化粧室５２の線ｂの付近で移動（歩行）するとき、線ｃの付近まで移動（歩行）するとき、さらに、着座・離座動作を行っているときに、パルス信号を出力する。
【００３１】
基準レベルＶｃは、利用者が図２に示す化粧室５２内の線ｄ付近で移動又は動作をしていることのみを検出可能なレベルに設定され、図４（ｄ）に示すように、増幅されたドップラ検出信号が基準レベルＶｃを超えている際に、Ｈレベルとなる信号を出力する。従って、コンパレータ１４ｂは、利用者が、便座に着座・離座動作を行っているときに、パルス信号を出力する。
【００３２】
なお、コンパレータ１４ａ〜１４ｃは、便蓋の開閉に伴う動きを人間の動作と誤検知することを避けるため、便蓋が開閉動作中であることを示す便蓋開閉動作中信号（開閉モータオン信号）により出力が禁止され、Ｌレベルを維持する。
【００３３】
カウンタ１５ａは、コンパレータ１４ａの出力するＨレベルの数をカウントし、所定数（例えば、３）カウントするとＨレベルの信号を出力する。即ち、カウンタ１５ａは、可変ハイパスフィルタ１３の出力信号のピークが基準レベルＶｂレベル以上の状態が一定時間継続したか否かを判別する。また、カウンタ１５ａは、コンパレータ１４ｂの出力がＨレベルとなることで、リセットされる。
【００３４】
カウンタ１５ｂは、コンパレータ１４ｂの出力するＨレベルの数をカウントし、所定数（例えば、３）カウントするとＨレベルの信号を出力する。即ち、カウンタ１５ｂは、可変ハイパスフィルタ１３の出力信号のピークが基準レベルＶｂレベル以上の状態が一定時間継続したか否かを判別する。また、カウンタ１５ｂは、コンパレータ１４ｃの出力がＨレベルとなることで、リセットされる。
【００３５】
カウンタ１５ａは、コンパレータ１４ｂの出力がリセット端子に供給されているため、マイクロ波センサ１１の出力信号が基準レベルＶｂを周期的に超えている期間は、Ｈレベル信号を出力しない。また、カウンタ１５ｂは、コンパレータ１４ｃの出力がリセット端子に供給されているため、マイクロ波センサ１１の出力信号が基準レベルＶｃを周期的に超えている期間は、Ｈレベル信号を出力しない。
【００３６】
ＯＲ回路１６は、カウンタ１５ａの出力（入室検知）とラッチ１７ｂの出力（着座検出）との論理和（ＯＲ）を取って出力する。
【００３７】
ラッチ１７ａはＳＲラッチから構成される。ラッチ１７ａは、コンパレータ１４ｂの出力がＨレベルになるとセットされ、ＯＲ回路１６の出力するＨレベル信号によりリセットされる。従って、ラッチ１７ａは、１）化粧室５２への入室が検知されると一旦リセットされ、２）利用者が図２の線ｂの位置近辺まで進んでくるとセットされて、進入検出信号を出力し、３）利用者が着座するとリセットされ、４）離座すると、セットされて進入検出信号を出力し、５）利用者が線ｂの位置近辺まで進んでくるとリセットされる。
【００３８】
ラッチ１７ｂはＳＲラッチから構成され、コンパレータ１４ｃの出力がＨレベルになるとセットされ、カウンタ１５ｂの出力するＨレベル信号によりリセットされる。従って、ラッチ１７ｂは、１）利用者が図２の線ｄの位置近辺まで進んでくるとセットされ、２）利用者が着座するとセットされて、着座信号を出力し、３）離座すると、リセットされる。
【００３９】
制御部２１は、ＲＡＭ（Random Access Memory)、ＲＯＭ(Read Only Memory)、ＣＰＵ(Central Processing Unit)を内蔵する１チップマイクロプロセッサ（マイコン；Micro Computer）等から構成され、ラッチ１７ａ、１７ｂの出力に基づいて、便蓋開閉装置２２、便蓋固定装置２３、洗浄装置２４を制御する、また、便蓋開閉中は、誤検知を防ぐため便蓋開閉信号をコンパレータ１４ａ〜１４ｃに出力し、コンパレータ１４ａ〜１４ｃの出力を禁止する。
【００４０】
例えば、制御部２１は、利用者が化粧室５２に入室して線ｂの位置に達したと判定すると、便蓋開閉装置２２に、便蓋開信号を出力して便蓋５５を開かせ、さらに、着座したと判定すると、便蓋固定装置２３に、固定信号を出力して便蓋５５を開状態で固定させる。また、利用者が離座したと判定すると、便蓋固定装置２３に、解除信号を出力して便蓋５５の固定状態を解除し、利用者が退室のために線ａの位置に達したと判定すると、洗浄装置２４に、洗浄指示信号を出力して、便器５３内に水を流させ洗浄を行い、便蓋開閉装置２２に、便蓋閉成信号を出力して便蓋５５を閉じさせる。
【００４１】
便蓋開閉装置２２は、モータ、モータドライバ等から構成され、制御部２１からの開閉制御信号を受信し、便蓋５５を開閉する。
便蓋固定装置２３は、ロック機構から構成され、制御部２１からの制御信号に基づき、便蓋５５の開状態の固定又は固定の解除を行う。
洗浄装置２４は、電磁バルブとそのドライバ等から構成され、制御部２１からの制御信号に基づき、便器５３内に一定量の水を流し、洗浄を行う。
【００４２】
次に、上記構成の人体検知装置１０が行う処理について、図５の状態遷移図と前述の図１〜図４を参照して説明する。
まず、図５に示すように、化粧室５２内に利用者がいない状態では、マイクロ波センサ１１の出力は０レベルであり、可変ハイパスフィルタ１３のカットオフ周波数は１０Ｈｚに設定され、コンパレータ１４ａと１４ｂの出力はローレベルを維持し、ラッチ１７ａと１７ｂはローレベルを出力する。
【００４３】
この状態で、化粧室５２に利用者がドア５１を開けて入室すると、線ａ付近に至り、マイクロ波センサ１１はその動きに応じた周波数信号を出力する。この周波数信号は、アンプ１２ａで約１００倍に増幅された後、可変ハイパスフィルタに出力される。このときの利用者の動き（歩行）は、比較的速いため、周波数信号の主成分は１０Ｈｚ以上となり可変ハイパスフィルタ１３を通過して出力される。ただし、入口付近に立ち止まって何らかの作業をしているような場合には、利用者の動きは比較的遅い（１５ｃｍ／秒以下）ため、周波数信号の主成分は１０Ｈｚ未満となり可変ハイパスフィルタ１３で減衰される。
【００４４】
利用者の動きが歩行の場合、図４（ａ）に示すように、可変ハイパスフィルタ１３の出力信号の信号レベルは基準レベルＶａよりも周期的に大きくなる。このため、図４（ｂ）に示すように、コンパレータ１４ａは周期的にＨレベル信号を出力する。カウンタ１５ａはＨレベル信号の数をカウントし、所定値（例えば、３）に達すると、Ｈレベルの信号を出力する。この信号はＯＲ回路を１６を介してラッチ１７ａを（念のため）リセットする。
なお、この段階では、マイクロ波センサ１１の出力信号の振幅が小さく、基準レベルＶｂ、Ｖｃに到達せず、コンパレータ１４ｂと１４ｃの出力はＬレベルを維持し、ラッチ１７ｂもリセットされたままである。従って、回路状態に変化は起きない。
【００４５】
利用者がさらに進むと、可変ハイパスフィルタ１３の出力信号の振幅が大きくなり、基準レベルＶｂを周期的を超えるようになる。このため、コンパレータ１４ｂは周期的にＨレベル信号を出力する。カウンタ１５ｂはＨレベル信号の数をカウントし、所定値に達すると、Ｈレベルの信号を出力する。このとき、カウンタ１５ａは、コンパレータ１４ｂの出力によって周期的にリセットされ、カウンタ１５ａの出力はＬレベルである。一方、この段階では、アンプ１２ｂで増幅されたドップラ信号は基準レベルＶｃを周期的を超えることはなく、コンパレータ１４ｃはＬレベルを維持し、ラッチ１７ｂはリセット状態を維持する。従って、ＯＲ回路１６の２入力は共にＬレベルで、その出力はＬレベルとなる。従って、ラッチ１７ａは、リセット信号がＬレベル、セット信号がＨレベルとなり、セットされ、進入検出信号がＨレベルとなる。
これにより、制御部２１は、利用者が化粧室５２内に進入したことを判別し、便蓋開閉装置２２を制御して便蓋を開く。また、便蓋が開閉中は誤検知を防ぐために、便蓋開閉信号によりコンパレータ１４ａ〜１４ｃの各出力を禁止する。
【００４６】
また、ラッチ１７ａからのＨレベル信号に応答して、可変ハイパスフィルタ１３は、そのカットオフ周波数を０．６６Ｈｚに下げ、男子小用位置での静止状態（微動）を検出可能とする。
【００４７】
利用者がさらに進み、着座位置ｃに進むと、アンプ１２ｂの出力信号の振幅が大きくなる。ただし、ドップラ信号が基準レベルＶｃを周期的を超えることはない。このため、回路は前の状態を維持する。
また、男性が小用のため、線ｃの位置に立ち止まっていても、可変ハイパスフィルタ１３のカットオフ周波数が０．６６Ｈｚに設定されて、微小な動きが検出できる状態になっているため、コンパレータ１４ｂは周期的にパルス信号を出力し続ける。このため、マイクロ波センサ１１は直前の状態を維持する。
【００４８】
利用者がさらに進み、着座すると、アンプ１２ｂの出力信号の振幅が大きくなり、基準レベルＶｃを超える。このため、コンパレータ１４ｃはＨレベル信号を出力し、ラッチ１７ｂをセットし、ラッチ１７ｂの出力する着座検出信号はＨレベルとなる。
なお、コンパレータ１４ｃと共にコンパレータ１４ａ、１４ｂもパルス信号を出力するが、カウンタ１５ａと１５ｂがドップラ信号の１周期毎にリセットされるため、カウンタ１５ａ、１５ｂはＬレベルを維持する。
また、着座検出信号により、可変ハイパスフィルタ１３をカットオフ周波数を６．６Ｈｚに切り換え、また、ラッチ１７ａはリセットされる。
【００４９】
利用者が着座状態から離座する、利用者がマイクロ波センサ１１から離れるためアンプ１２ｂの出力信号の振幅が小さくなり、基準レベルＶｃを超えなくなる。このため、カウンタ１５ｂのリセット状態は解除される。
【００５０】
可変ハイパスフィルタ１３のカットオフ周波数が６．６Ｈｚに切り換えられているので、離座に伴う動き（１０ｃｍ／秒）による周波数信号が可変ハイパスフィルタ１３を通過し、信号レベルがコンパレータ１４ｂの基準レベルＶｂを周期的に超え、コンパレータ１４ｂは周期的にＨレベル信号を出力する。なお、これによりラッチ１７ａのセット端子にＨレベル信号が供給されるが、着座信号がＨレベルのままのため、ラッチ１７ａはリセット状態を維持する。
【００５１】
コンパレータ１４ｃが、ハイレベルの信号を出力しなくなってから、コンパレータ１４ｂが周期的にＨレベル信号を出力し、カウンタ１５ｂがこれを一定数（例えば、３パルス）カウントすると、カウンタ１５ｂがＨレベル信号を出力し、ラッチ１７ｂをオフする。
【００５２】
これにより、ＯＲ回路１６を介したラッチ１７ａへのリセット信号の供給が停止する。
その後、コンパレータ１４ｂからＨレベル信号が出力されると、ラッチ１７ａがセットされ、進入信号がＨレベルとなる。このとき、利用者はほぼ線ｃの位置にいる。
【００５３】
さらに、利用者がマイクロ波センサ１１から遠ざかって、コンパレータ１４ｂが、Ｈレベルの信号を出力しなくなると、カウンタ１５ａのリセットが解ける。
この状態で、コンパレータ１４ａが一定数のパルスを出力すると、カウンタ１５ａがＨレベル信号を出力し、ラッチ１７ａをオフする。
【００５４】
利用者が退室すると、マイクロ波センサ１１の出力は０レベル、コンパレータ１４ａ〜１４ｃはＬレベルとなって、カウンタ１５ａ、１５ｂはカウント値を更新しなくなり、ラッチ１７ａ、１７ｂ共に出力信号がＬレベルの状態になる。
【００５５】
このような状況下で、制御部２１が行う制御処理について図６のフローチャートを参照して説明する。
【００５６】
制御部２１は、タイマ割り込みなどで、周期的に図６に示す割込処理を開始し、ラッチ１７ａ、１７ｂの出力信号を取り込んで、内部ＲＡＭに記憶する（ステップＳ０１）。
制御部２１は、ステップＳ０１で記憶した情報と、一つ前に記憶した情報とに変化があるか否かを判別し（ステップＳ０２）、変化が無い場合（ステップＳ０２：Ｎｏ）、今回の割込処理を終了する。
【００５７】
一方、ステップＳ０１で記憶した情報と、一つ前に記憶した情報とに変化がある場合（ステップＳ０２：Ｙｅｓ）、変化の内容に応じて、以下の処理を行う。
【００５８】
直前の記憶データがＳａ＝Ｓｂ＝Ｌ（人間がいないか又は線ａの位置）で、今回取り込んだ信号がＳａ＝Ｈ、Ｓｂ＝Ｌの場合、利用者が化粧室５２に進入して線ｂ近傍の位置に移動した状態であり、制御部２１は、便蓋開閉装置２２に開信号を出力して便蓋５５を開かせる（ステップＳ１１）。
【００５９】
直前の記憶データがＳａ＝Ｈ、Ｓｂ＝Ｌで、今回状態判定部１８から取り込んだ信号が、Ｓａ＝Ｌ，Ｓｂ＝Ｈの場合、利用者が着座した状態であり、制御部２１は、便蓋固定装置２３に固定信号を出力して便蓋５５を開状態で固定させる（ステップＳ１２）。
【００６０】
直前の記憶データがＳａ＝Ｌ，Ｓｂ＝Ｈで、今回のデータがＳａ＝Ｈ、Ｓｂ＝Ｌの場合、利用者が離座した状態であり、制御部２１は、便蓋固定装置２３に解除信号を出力して便蓋５５の固定状態を解除する（ステップＳ１３）。
【００６１】
直前の記憶データがＳａ＝Ｌ，Ｓｂ＝Ｈで、今回のデータがＳａ＝Ｓｂ＝Ｌの場合、利用者が化粧室５２を退室するために線ｂ近傍に移動した状態であり、制御部２１は、洗浄装置２４に洗浄指示信号を送信して、便器５３内に洗浄水を流させて便器５３内を洗浄させ、さらに、便蓋開閉装置２２に閉信号を出力して便蓋５５を閉じさせる（ステップＳ１４）。
【００６２】
以上説明したように、本実施の形態の人体検知装置１０によれば、マイクロ波センサ１１が、人体の動きや動作があるときに、その位置によって強度の異なる信号を出力する点を利用して、一つのセンサで人体の位置及び状態を判別することができる。
【００６３】
本実施の形態において、マイクロ波センサ１１の出力信号のレベルをコンパレータ１４ａ〜１４ｃで位置に対応した基準レベルＶａ〜Ｖｃと比較することにより、利用者の位置を判別すると共に可変ハイパスフィルタ１３のカットオフ周数を位置に応じて切り換えて予想される動きに応じた周波数を選択して検出する。従って、誤検出を防止できる。また、このようにして判別した人体の位置と状態との履歴に基づいて、利用者の現在の状況を適切に判別して、便蓋５５や水洗の制御に利用することができる。
【００６４】
また、マイクロ波センサ１１が出力するマイクロ波は、樹脂やセラミックスを通過可能であるため、センサ部分を金属以外の材質の筐体内に納めることができ便蓋５５や貯水タンク５４の陰になる部分に配置することもできる。このため、耐薬品、防水構造を採ることができ、同時に、センサ部分の汚れやいたずらによる影響を削減することができる。また、筐体内に納まることによって、デザイン性の向上にも貢献することができる。従って、その取り扱いと取り付けが容易である。
【００６５】
本発明は、上述した実施の形態に限られず、様々な修正及び応用が可能である。
例えば、上述した実施の形態では、マイクロ波センサ１１から出力された信号を、コンパレータ等で処理する例を示したが、これに限られず、図７に示す人体検知装置５０のように、マイクロ波センサ１１の出力をアンプ３２で増幅し、フィルタ回路３３でフィルタリングした後、Ａ／Ｄコンバータ３４によりディジタル信号に変換し、以後、制御部（マイクロプロセッサ）３５によるディジタル処理で、利用者の位置等を判別してもよい。
【００６６】
この場合、例えば、制御部３５は、フィルタ回路３３の特性を制御しながら、フィルタＡ／Ｄコンバータ３４でＡ／Ｄ変換された信号レベルを順次内部メモリに記憶する。そして、記憶データに基づいて、上述の信号処理を内部で実行する。
【００６７】
また、上述した実施の形態においては、人体の位置と動作を検出するためのセンサとして、マイクロ波センサを用いる例を説明したが、これに限られず、超音波ドップラセンサ等の、人体に動きがあるときに、その位置（距離）に応じた強度の信号を出力するタイプのセンサを広く利用可能である。但し、超音波センサに関しては、物体を通過できないため、人体を見通せる位置などに配置することが望ましい。
【００６８】
さらに、上記実施の形態においては、標準的なサイズの化粧室５２に洋式の便器５３を設置した場合の例を説明したが、大型サイズの化粧室や和式便器の場合にも、同様に処理可能である。但し、化粧室や便器のタイプにより利用者の一般的な動きに変化が生し、マイクロ波センサ１１の出力信号の典型的な波形が上述の説明から異なってくる場合がある。このような場合には、その波形に応じた数の基準レベルとレベル値を設定すればよい。
【００６９】
また、周波数弁別用に可変ハイパスフィルタ１３を使用したが、他の周波数弁別装置を使用してもよい。また、可変通過帯域フィルタなどを使用してもよい。さらに、特性の異なる複数のフィルタを用意し、切り替えて接続することにより、周波数を弁別してもよい。
【００７０】
また、上述した実施の形態において、人体の状態を判別し、便蓋の開閉装置、洗浄装置等の制御信号を出力する場合を例に挙げて説明したが、これらに限られず、例えば、便蓋だけでなく便座も上下させる構成、脱臭装置、トイレ内の冷暖房装置、照明等、様々な装置に接続し、制御信号を出力する構成を採ることもできる。
【００７１】
また、本発明は、トイレに限らず、人体の位置及び状態に応じて異なる制御信号が必要とされる装置一般に応用することができる。
【００７２】
即ち、本発明は、化粧室における利用者の位置と状態を判別するだけでなく、動線が一次元、即ち、人間、動物、物がほぼ一次元方向にのみ動く場合に、それらの位置と状態を判別する場合に広く適用可能である。この場合には、マイクロ波センサからの放射波の放射方向を動線と平行で検出対象物に放射波が照射されるようにマイクロ波センサを設置することが望ましい。例えば、廊下などの比較的狭く長い（細長い）空間を定義する室内での人体の位置や状態を判別する場合に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】本発明の実施の形態に係る人体検知装置の構成例を示す図である。
【図２】人体検知装置が設置されたトイレの上面図である。
【図３】マイクロ波センサの構成例を示す図である。
【図４】マイクロ波センサから出力される信号の推移の一例を示す図である。
【図５】利用者の動きの経過に合わせた各信号のレベルの論理値表である。
【図６】制御部の行う処理を示すフローチャートである。
【図７】本発明の実施の形態に係る人体検知装置の別の構成例を示す図である。
【符号の説明】
【００７４】
１０ 人体検知装置
２１ 制御部
２２ 便蓋開閉装置
２３ 便蓋固定装置
２４ 洗浄装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
人体の位置と状態を検知するための人体検知装置であって、
人体に動きがあるときに、その位置に応じた強度の周波数信号を出力するセンサと、
前記周波数信号の信号レベルを検出する信号レベル検出手段と、
前記周波数信号の周波数成分を弁別する周波数弁別手段と、
前記信号レベル検出手段が検出した前記信号レベルと前記周波数弁別手段により弁別された前記周波数成分とに基づいて、人体の位置と状態とを判別する判別手段と、
を備えることを特徴とする人体検知装置。
【請求項２】
前記センサは、ドップラセンサから構成されることを特徴とする請求項１に記載の人体検知装置。
【請求項３】
前記信号レベル検出手段と前記周波数弁別手段とは、所定周波数成分の信号が通過するフィルタと、前記フィルタを通過した信号の強度を判別する強度判別手段と、前記強度判別手段が判別した前記信号の強度に基づいて、前記フィルタを通過する周波数成分を切り替える切り替え手段と、から構成されている、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の人体検知装置。
【請求項４】
前記切り替え手段は、前記信号レベル検出手段により検出された信号レベルに対応する位置で予定される人体の動作に対応する前記周波数成分が通過するように、前記フィルタを通過する周波数成分を切り替える、ことを特徴とする請求項３に記載の人体検知装置。
【請求項５】
前記信号レベル検出手段は、互いに異なる基準レベルが与えられ、前記信号レベルと前記各基準レベルとを比較し、その比較結果を示す信号を出力する複数のコンパレータから構成され、
前記周波数弁別手段は、前記センサからの周波数信号を弁別して前記複数のコンパレータの少なくとも１つに供給するフィルタから構成される、
ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の人体検知装置。
【請求項６】
前記人体検知装置は、トイレにおける利用者の位置と状態を検知する装置であり、
前記信号レベル判別手段には、トイレにおける利用者の男子小用位置、着座位置に対応する少なくとも２つの信号レベルを判別し、
前記周波数弁別手段は、前記各位置において予定される動作に対応する周波数成分を弁別する、
ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の人体検知装置。
【請求項７】
人体が実質的に一次元方向にのみ移動可能な空間を規定する手段を更に備え、
前記センサは前記空間内の人体の移動方向にほぼ平行な方向での人体の位置に応じた周波数信号を出力する、
ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の人体検知装置。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれか１項に記載の人体検知装置と、
前記人体検知装置の前記判別手段の出力に従って電子機器に制御信号を出力する制御手段と、
を備えることを特徴とする制御装置。
【請求項１】
人体の位置と状態を検知するための人体検知装置であって、
人体に動きがあるときに、その位置に応じた強度の周波数信号を出力するセンサと、
前記周波数信号の信号レベルを検出する信号レベル検出手段と、
前記周波数信号の周波数成分を弁別する周波数弁別手段と、
前記信号レベル検出手段が検出した前記信号レベルと前記周波数弁別手段により弁別された前記周波数成分とに基づいて、人体の位置と状態とを判別する判別手段と、
を備えることを特徴とする人体検知装置。
【請求項２】
前記センサは、ドップラセンサから構成されることを特徴とする請求項１に記載の人体検知装置。
【請求項３】
前記信号レベル検出手段と前記周波数弁別手段とは、所定周波数成分の信号が通過するフィルタと、前記フィルタを通過した信号の強度を判別する強度判別手段と、前記強度判別手段が判別した前記信号の強度に基づいて、前記フィルタを通過する周波数成分を切り替える切り替え手段と、から構成されている、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の人体検知装置。
【請求項４】
前記切り替え手段は、前記信号レベル検出手段により検出された信号レベルに対応する位置で予定される人体の動作に対応する前記周波数成分が通過するように、前記フィルタを通過する周波数成分を切り替える、ことを特徴とする請求項３に記載の人体検知装置。
【請求項５】
前記信号レベル検出手段は、互いに異なる基準レベルが与えられ、前記信号レベルと前記各基準レベルとを比較し、その比較結果を示す信号を出力する複数のコンパレータから構成され、
前記周波数弁別手段は、前記センサからの周波数信号を弁別して前記複数のコンパレータの少なくとも１つに供給するフィルタから構成される、
ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の人体検知装置。
【請求項６】
前記人体検知装置は、トイレにおける利用者の位置と状態を検知する装置であり、
前記信号レベル判別手段には、トイレにおける利用者の男子小用位置、着座位置に対応する少なくとも２つの信号レベルを判別し、
前記周波数弁別手段は、前記各位置において予定される動作に対応する周波数成分を弁別する、
ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の人体検知装置。
【請求項７】
人体が実質的に一次元方向にのみ移動可能な空間を規定する手段を更に備え、
前記センサは前記空間内の人体の移動方向にほぼ平行な方向での人体の位置に応じた周波数信号を出力する、
ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の人体検知装置。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれか１項に記載の人体検知装置と、
前記人体検知装置の前記判別手段の出力に従って電子機器に制御信号を出力する制御手段と、
を備えることを特徴とする制御装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００６−２７５９４３（Ｐ２００６−２７５９４３Ａ）
【公開日】平成１８年１０月１２日（２００６．１０．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−９８８４８（Ｐ２００５−９８８４８）
【出願日】平成１７年３月３０日（２００５．３．３０）
【出願人】（３９６００４９８１）セイコープレシジョン株式会社 (481)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１０月１２日（２００６．１０．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年３月３０日（２００５．３．３０）
【出願人】（３９６００４９８１）セイコープレシジョン株式会社 (481)
【Ｆターム（参考）】
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