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吐水装置
説明

吐水装置

【課題】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、ノイズ耐性をさせ、反応速度の速い吐水装置を提供する。
【解決手段】吐水部と、放射した電波の反射波によって被検知体の移動に関する情報を取得するセンサ部7と、センサ部7からの検知信号に基づいて吐水部からの吐水を制御する制御部9とを備え、制御部9はセンサ部7からの検知信号に含まれる定在波検出するための定在波検出手段22と、センサ部7からの検知信号に含まれる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23とを備え、制御部9は定在波検出手段22の出力値に応じて、デジタルフィルタ処理の演算方法を可変してセンサ部7の出力に含まれる周波数成分を検出する。

【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、ノイズ耐性をさせ、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、吐水部と、放射した電波の反射波によって被検知体の移動に関する情報を取得するセンサ部と、 前記センサ部からの検知信号に基づいて前記吐水部からの吐水を制御する制御部とを備え、前記制御部は前記センサ部からの検知信号に含まれる定在波検出するための定在波検出手段と、前記センサ部からの検知信号に含まれる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備え、前記制御部は前記定在波検出手段の出力値に応じて、前記デジタルフィルタ処理の演算方法を可変し、前記周波数成分検出手段は可変した演算方法を用いて前記センサ部の出力に含まれる周波数成分を検出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、請求項1に記載の吐水装置において、前記制御部には使用者の接近を検出するためにアンプで増幅した第一信号と、使用者の存在を検出するために前記第一信号で用いた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、前記制御部は前記第一信号に含まれる定在波検出するための定在波検出手段と、前記第一信号に含まれる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、前記第二信号に含まれる定在波を検出するための第二定在波検出手段とを備え、前記制御部は前記定在波検出手段と前記周波数成分検出手段の出力結果に応じて、前記第二定在波検出手段を動作させることを特徴とした、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

【特許請求の範囲】
【請求項1】
吐水部と、放射した電波の反射波によって被検知体の移動に関する情報を取得するセンサ部と、 前記センサ部からの検知信号に基づいて前記吐水部からの吐水を制御する制御部とを備え、前記制御部は前記センサ部からの検知信号に含まれる定在波検出するための定在波検出手段と、前記センサ部からの検知信号に含まれる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備え、前記制御部は前記定在波検出手段の出力値に応じて、前記デジタルフィルタ処理の演算方法を可変し、前記周波数成分検出手段は可変した演算方法を用いて前記センサ部の出力に含まれる周波数成分を検出することを特徴とした吐水装置。
【請求項2】
請求項1に記載の吐水装置において、前記制御部には使用者の接近を検出するためにアンプで増幅した第一信号と、使用者の存在を検出するために前記第一信号で用いた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、前記制御部は前記第一信号に含まれる定在波検出するための定在波検出手段と、前記第一信号に含まれる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、前記第二信号に含まれる定在波を検出するための第二定在波検出手段とを備え、前記制御部は前記定在波検出手段と前記周波数成分検出手段の出力結果に応じて、前記第二定在波検出手段を動作させることを特徴とした吐水装置。

【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】
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【図8】
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【図9】
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【公開番号】特開2012−211447(P2012−211447A)
【公開日】平成24年11月1日(2012.11.1)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2011−77022(P2011−77022)
【出願日】平成23年3月31日(2011.3.31)
【出願人】(000010087)TOTO株式会社 (3,889)
【Fターム(参考)】