自動給水装置
【課題】検出手段にＣＣＤやＣＭＯＳなどの撮像素子を利用した自動給水装置において、消費電力の上昇を抑えて良好な省エネ効果を実現した自動給水装置を提供すること。
【解決手段】自動給水装置１は、撮像データを取得する撮像部２６と、撮像部２６を制御する撮像制御部３１と、撮像データを利用して使用者を検出する人体検出部３２と、使用者の検出に応じて水が供給されるように制御する給水制御部３３と、を備えており、撮像制御部３１は、動作期間及び非動作期間が交互に現れる間欠動作が行われるように撮像部２６を制御すると共に、動作期間において、撮像データを取得するときのみ受光に応じて電荷が蓄積される蓄積状態が設定され、それ以外では非蓄積状態が設定されるように撮像部２６を制御する。
【解決手段】自動給水装置１は、撮像データを取得する撮像部２６と、撮像部２６を制御する撮像制御部３１と、撮像データを利用して使用者を検出する人体検出部３２と、使用者の検出に応じて水が供給されるように制御する給水制御部３３と、を備えており、撮像制御部３１は、動作期間及び非動作期間が交互に現れる間欠動作が行われるように撮像部２６を制御すると共に、動作期間において、撮像データを取得するときのみ受光に応じて電荷が蓄積される蓄積状態が設定され、それ以外では非蓄積状態が設定されるように撮像部２６を制御する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、人体を検出して自動的に給水を行う自動給水装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、使用者の手かざし操作を検出して自動的に吐水する自動水栓や、近づいて来た使用者を検出したときに自動的に洗浄水を供給する小便器用の自動洗浄装置などに適用される自動給水装置が知られている。このような自動給水装置の検出手段としては、ＬＥＤ等の発光素子と、ＰＳＤ（Position Sensitive Detector：光位置センサ）等の受光素子と、が離れて配置された検出手段が知られている。
【０００３】
この検出手段は、被検出対象からの反射光がＰＳＤに入射する位置を特定し、いわゆる三角測量の原理により被検出対象までの距離を計測している。ＰＳＤは、入射した光の重心位置に応じた信号を出力する非常にシンプルな受光素子であり、低消費電力であるという利点がある。一方、ＰＳＤで取得できる情報量は非常に少量であり、周囲光などの外乱が生じたときに採り得る対処方法が少ないという実情がある。それ故、例えば、ＰＳＤを含む検出手段が洗面台の自動水栓に適用された場合、洗面ボールからの鏡面反射光など周囲光の影響で誤検出が生じることもある。
【０００４】
周囲光などの外乱の影響を抑えて検出性能を向上するために、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）やＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）等の撮像素子を利用した検出手段が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。撮像素子を利用した検出手段であれば、画像情報という膨大な情報量を活用して外乱の影響を排除でき、検出性能を向上できる可能性がある。
【０００５】
しかしながら、前記従来の撮像素子を利用した自動給水装置では、次のような問題がある。すなわち、検出手段に撮像素子を利用すれば誤検出を抑制できる可能性がある一方、ＰＳＤ等の受光素子に比べて消費電力が大きい撮像素子を採用した自動給水装置では、消費電力が大きくなり省エネ効果が損なわれるおそれがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−２０７０１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、前記従来の問題点に鑑みてなされたものであり、検出手段にＣＣＤやＣＭＯＳなどの撮像素子を利用した自動給水装置において、消費電力の上昇を抑えて良好な省エネ効果を実現した自動給水装置を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、１次元あるいは２次元的に配列された各画素が受けた光を電気信号に変換して１次元あるいは２次元の撮像データを取得する撮像部と、該撮像部を制御する撮像制御部と、前記撮像部が取得した撮像データを利用して人体を検出する人体検出部と、人体の検出に応じて水が供給されるように給水部を制御する給水制御部と、を備えた自動給水装置であって、
前記撮像部は、受けた光を電気信号に変換する画素毎の受光素子と、該受光素子の電気信号を取り込んで電気的な物理量を蓄積するように画素毎に設けられた受光蓄積部と、各画素の受光蓄積部が蓄積した物理量に基づく前記撮像データを出力する撮像データ出力部と、前記受光蓄積部に物理量が蓄積される蓄積状態、及び蓄積されない非蓄積状態のうちの一方の状態を択一的に設定する蓄積モード切換部と、を有し、
前記撮像制御部は、動作期間及び非動作期間が交互に現れる間欠動作が行われるように前記撮像部を制御すると共に、
前記動作期間において、前記撮像データを取得するときのみ前記蓄積状態が設定され、それ以外では前記非蓄積状態が設定されるように前記蓄積モード切換部を制御する自動給水装置にある（請求項１）。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の自動給水装置では、前記撮像部が間欠動作しており、常時、動作している訳ではない。前記撮像部を間欠動作させれば、前記自動給水装置の全動作時間に対する前記撮像部の動作時間の割合を低減でき、これにより装置全体の平均的な消費電力を低減できる。
【００１０】
前記撮像部では、前記動作期間において撮像データを取得するに当たって、各画素の受光蓄積部の物理量が予めリセットされた状態となっている必要がある。一般に、各画素で蓄積された物理量をリセットするためには、前記撮像データを取得する際と同様の処理を実行して各画素の物理量を一旦、読み出して吐き出させる必要がある。しかし、ＣＣＤを利用した撮像部の場合には、全画素からの一斉読み出しが物理的に不可能であり、いわゆるバケツリレー方式で各画素の物理量を順番に読み出してくる必要がある。ＣＣＤよりも読み出しが比較的容易と言われるＣＭＯＳであっても、一斉読み出しを実現するためのデータ転送ラインの取り回しが物理的に困難であったり、コスト高が招来されるおそれもある。
【００１１】
各画素に蓄積された物理量を一斉に読み出しできない撮像素子の場合、前記撮像データの出力に必要な動作時間のうちの大半の時間が各画素の物理量の読み出しに費やされる。したがって、前記撮像データの取得に先だって各画素の物理量を読み出す必要がある場合には、前記撮像データを２度取得するのとほぼ同様の動作時間が必要となる。大雑把に言って、この場合には、前記撮像部の動作時間がほぼ２倍となり、消費電力の点で非常に不利になる。仮に、各画素からの一斉読み出しが可能であったとしても、蓄積された物理量を読み出すための処理を全ての画素について実行する必要がある点においては上記のバケツリレー式の場合と相違なく、消費電力の点で不利になる点では変わるところがない。
【００１２】
ここで、本発明の自動給水装置における前記撮像部がとり得る動作パターンについて説明する。前記撮像部の動作パターンは、以下の３パターンに分類できる。第１のパターンは、前記撮像部の非動作期間のパターンである。このパターンでは、前記撮像部が動作していないため、前記受光蓄積部に物理量が蓄積されることもない。第２のパターンは、前記撮像部の動作期間のうち前記非蓄積状態が設定される動作パターンである。当然ながら、この動作パターンでは、前記受光蓄積部による物理量の蓄積が規制される。第３のパターンは、前記撮像部の動作期間のうち前記蓄積状態が設定される動作パターンである。
【００１３】
本発明の自動給水装置では、前記撮像部が前記第１のパターン（非動作期間）を経て動作期間に移行したとき、まず、前記第２のパターンとなり、その後、前記撮像データを取得するために前記第３のパターンに切り換えられる。前記撮像データを取得できれば前記第２のパターンに切り換わり、その後、前記非動作期間への移行に伴って前記第１の動作パターンに切り換えられる。
【００１４】
ここで、前記撮像データを取得するときには、各画素の物理量の読み出しが実行されるので、前記第３のパターンから前記第２のパターンへの切り換え時点では各画素に蓄積された物理量がリセットされているはずである。その後、前記動作期間が終了するまで前記第２のパターンが保持されるので、前記非動作期間に移行する際には上記のリセット状態が維持されたまま前記第１のパターンに切り換わることになる。上記の通り、この第１のパターンでは、前記受光蓄積部に物理量が蓄積されることがないので、その後、前記動作期間に復帰したときにも、上記のリセット状態のまま上記第２のパターンに切り換わることになる。この第２のパターンでは、上記のリセット状態がそのまま維持されるため、前記撮像データを取得するために前記第３のパターンに切り換えられたとき、各画素に蓄積された物理量をリセットする必要がない。この第３のパターンでは、前記撮像データを取得するための受光（露光）動作を直ちに開始できる。
【００１５】
このように、本発明の自動給水装置では、前記動作期間に移行した後、前記撮像データを取得するに当たって、各画素の前記受光蓄積部に蓄積された物理量を読み出してリセットする必要がない。それ故、１回の動作期間の中で、各画素からの読み出し処理の実行回数を少なくできる。前記撮像部の動作時間の大部分を占有する読み出し処理の実行回数を少なくできれば、前記撮像部の動作期間をさらに短縮でき消費電力を効果的に低減できる。
【００１６】
以上のように、本発明の自動給水装置によれば、人体を検出するための手段として前記撮像部を採用しながら消費電力を抑えることができ、高い省エネ効果を実現可能である。
【００１７】
本発明における蓄積モード切換部としては、前記受光素子に対する光の入射を物理的に遮断することにより前記非蓄積状態を設定する、いわゆるメカニカル（機械式）シャッターを利用した構成や、前記受光素子に入射する光の有無に依らず前記受光蓄積部に物理量が蓄積されない前記非蓄積状態を電気的に設定する、いわゆる電子シャッターを利用した構成等がある。
【００１８】
また、前記人体検出部が検出する人体は、人体の全体であっても良く、手や指先や足等、人体の一部であっても良い。例えば、自動洗浄機能付きの小便器に適用する自動給水装置の場合であれば、胸部を中心とした人体の全体が被検出対象となり、洗面台の自動水栓に適用する自動給水装置の場合であれば、手の平や手の甲や指先など人体の一部が被検出対象となる。
【００１９】
また、前記撮像部の非動作期間では、前記動作期間への移行タイミングを計るための計時動作を除く全ての動作が前記自動給水装置において停止していることが好ましい。前記撮像部に加えて前記撮像制御部や前記人体検出部の動作を必要最小限に設定できれば、消費電力を効果的に低減できる。
【００２０】
また、電力を発電して蓄える発電部、あるいは電池を収容する電池収容部を備え、前記発電部から供給された電力、あるいは前記電池収容部に収容された電池から供給された電力により動作することが好ましい（請求項２）。
前記自動給水装置の消費電力を低減できれば、前記発電部や前記電池に対する要求仕様を緩和できる。比較的小規模な発電部や小型の電池が利用可能であれば、自動給水装置の製品コストを抑制できる。特に、電池の場合には、電池交換等のメンテナンス作業の実施頻度を少なくでき、ランニングコストの低減にも有効である。
【００２１】
また、前記撮像部は、所定の間隔を空けて２基設けられており、
前記人体検出部は、当該２基の撮像部が取得した撮像データ間の位相ズレである視差に基づき、ステレオ視の原理により被検出対象までの距離を計測して人体を検出することも良い（請求項３）。
この場合には、２基の撮像部について、それぞれ、動作期間を短縮できるので、消費電力の低減効果が一層高くなる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】実施例１における、自動給水装置を備えた水栓を示す斜視図。
【図２】実施例１における、センサユニットの断面構造を示す断面図（図１中のＡ−Ａ線矢視断面図）。
【図３】実施例１における、ラインセンサを示す斜視図。
【図４】実施例１における、ラインセンサの電気的な構成を示すブロック図。
【図５】実施例１における、自動給水装置のシステム構成を示すブロック図。
【図６】実施例１における、差分データの生成手順を示す説明図。
【図７】実施例１における、センサユニットの動作を示すタイムチャート図。
【図８】実施例１における、その他のラインセンサの回路構成の一部を示すブロック図。
【図９】実施例１における、ラインセンサの動作を示すタイムチャート図。
【図１０】実施例２における、自動給水装置を備えた小用便器を示す斜視図。
【図１１】実施例２における、自動給水装置のシステム構成を示すブロック図。
【図１２】実施例２における、発光部及び撮像部の配置構造を示す断面図（図９中のＢ−Ｂ線矢視断面図。）。
【図１３】実施例２における、その他の検出ボックスを示す断面図（図９中のＢ−Ｂ線矢視断面に対応する断面図。）。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
本発明の実施の形態につき、以下の実施例を用いて具体的に説明する。
【００２４】
（実施例１）
本例は、洗面台１５の水栓１６に自動給水装置１を適用した例である。この内容について、図１〜図９を参照して説明する。
本例の自動給水装置１を適用する洗面台１５は、図１のごとく、凹状に窪むボウル部１５１を設けたカウンタ１５５と、吐水口１６８を設けた水栓１６と、を備えている。水栓１６は、カウンタ１５５の上面をなすカウンタトップ１５６に立設されている。ボウル部１５１は、その最深部に排水口１５２を備えている。
【００２５】
水栓１６は、カウンタトップ１５６に対する台座をなす基部１６１と、基部１６１から延設された略円柱状の胴部１６０と、を有している。胴部１６０は、ボウル部１５１側に向けてやや傾けた状態で基部１６１に支持されている。ボウル部１５１側に当たる胴部１６０の側面には、先端に吐水口１６８が開口する略円筒形の吐水部１６２が取り付けられている。この吐水部１６２の上側に当たる胴部１６０の側面には、自動給水装置１の検出面を形成するフィルタ板１６５が配設されている。フィルタ板１６５は、赤外領域の光を選択的に透過する樹脂製フィルタである。
【００２６】
この洗面台１５に組み込まれた自動給水装置１は、図１及び図２のごとく、水栓１６に組み込まれたセンサユニット２と、給水配管１２に設けられた吐水弁（電磁弁）であるソレノイド１１と、給水を制御する制御ユニット３と、を含んで構成されている。ソレノイド１１と給水配管１２との組合せにより給水部が形成されている。
【００２７】
センサユニット２は、図１及び図２のごとく、ＬＥＤ素子２５１及びラインセンサ２６１を筐体２１に収容したユニットであり、制御ユニット３から電力供給を受けて動作する。センサユニット２では、水栓１６のフィルタ板１６５を見込むように発光部２５及び撮像部２６が配設されている。赤外光を発光する発光部２５は、ＬＥＤ素子２５１と投光レンズ２５５とにより構成されている。撮像部２６は、ラインセンサ２６１と集光レンズ２６５とにより構成されている。発光部２５と撮像部２６とは、遮光性を備えた隔壁２１１を挟んで水平方向にずらして配置されている。
【００２８】
ＬＥＤ素子２５１は、図２のごとく、パッケージ基板のキャビティに実装されたＬＥＤチップ２５０を透明樹脂２５４により封止した発光素子である。発光部２５では、縦方向のスリット孔２５３を設けた遮光性の素子ケース２５２によってＬＥＤ素子２５１が覆われている。この発光部２５によれば、拡がり角が抑制されたシャープな光を被検出対象に向けて投射可能である。
【００２９】
ラインセンサ２６１は、図２〜図４のごとく、受光量を電気的な物理量に変換する画素２６０が直線的に配列された１次元の撮像センサである。６４個の各画素２６０は、受けた光に応じて電流信号を発生するフォトダイオード（受光素子）ＰＤ１のほか、積分回路（受光蓄積部）２６５、ホールド回路２６６等を個別に備えている。各画素２６０の物理量は、撮像データ出力部２６８によって順次読み出されて一連の撮像データに変換される。
【００３０】
積分回路２６５は、フォトダイオードＰＤ１が発生した電流信号に応じて電荷（物理量）を蓄積し、蓄積した電荷に応じた電圧を出力する回路である。
ホールド回路２６６は、積分回路２６５が出力するピーク電圧を保持し、その大きさに応じた電圧を出力するサンプルホールド回路である。なお、ホールド回路２６６は、スイッチＳＷ２を介して積分回路２６５と電気的に接続されている。
撮像データ出力部２６８は、各画素２６０のホールド回路２６６の出力電圧を１画素ずつ順番に読み出して６４画素分の一連の撮像データを生成して出力する出力部である。
【００３１】
本例のラインセンサ２６１では、積分回路２６５のコンデンサＣ１に対して並列接続されたスイッチＳＷ１が電子シャッター（蓄積モード切換部）としての機能を実現している。スイッチＳＷ１が閉状態のときには、フォトダイオードＰＤ１が受光してもコンデンサＣ１に電荷が蓄えられることなく全てキャンセルされ、積分回路２６５の電荷がゼロ（初期値）に維持される。スイッチＳＷ１が開状態であるときのみ、フォトダイオードＰＤ１の受光量に応じた電荷が積分回路２６５に蓄積される。なお、スイッチＳＷ１については、ラインセンサ２６１の非動作期間を含めて閉状態がデフォルト設定されている。スイッチＳＷ１は、撮像制御部３１（図５参照。）の制御に応じて開状態に切り換えられる。
【００３２】
制御ユニット３は、図１及び図５のごとく、センサユニット２及びソレノイド１１を制御するユニットであり、商用電源から電力の供給を受けて動作する。この制御ユニット３は、センサユニット２、ソレノイド１１等を制御する制御基板３０を備えている。制御基板３０には、ラインセンサ２６１とＬＥＤ素子２５１を制御する撮像制御部３１と、ラインセンサ２６１による撮像データに基づいて使用者を検出する人体検出部３２と、人体検出部３２の検出結果に応じてソレノイド１１を制御する給水制御部３３と、が設けられている。
【００３３】
撮像制御部３１は、動作期間と非動作期間が交互に現れる間欠動作が行われるようにラインセンサ２６１を制御すると共に、約１ミリ秒の動作期間の中でＬＥＤ素子２５１を１回発光させる。本例では、時間的に隣り合う動作期間の間の非動作期間として、約０．５秒のインターバル時間が設定されている。撮像制御部３１は、前回の動作期間が終了してからインターバル時間が経過するまでラインセンサ２６１への電源供給を停止して非動作期間を設定し、インターバル時間が経過したときに電源供給を再開して動作期間を設定する。
【００３４】
撮像制御部３１は、１回の動作期間において、２回の露光期間を設定する。第１回目の露光期間は、ＬＥＤ素子２５１の発光を伴わない露光期間である。第２回目の露光期間は、ＬＥＤ素子２５１の発光を伴う露光期間である。撮像制御部３１は、各露光期間の撮像データがそれぞれ出力されるようにラインセンサ２６１を制御する。なお、撮像制御部３１による制御については、図７のタイムチャート図を参照して後で詳しく説明する。
【００３５】
人体検出部３２は、ラインセンサ２６１が出力する撮像データを利用して被検出対象までの距離を計測し、使用者の有無を判断する。人体検出部３２は、ＬＥＤ素子２５１の発光がない第１回目の露光期間の撮像データ（無発光時データ）と、ＬＥＤ素子２５１の発光を伴う第２回目の露光期間の撮像データ（発光時データ）と、を取り込んで記憶した後、図６のごとく両者の差分データを求める。周囲光に加えてＬＥＤ光の下での撮像データである発光時データから、周囲光下の撮像データである無発光時データを、差し引いた差分データにおいては、周囲光の影響が抑圧されており、ＬＥＤ素子２５１の投射光に応じた反射光の成分が抽出されている。
【００３６】
人体検出部３２は、図６の差分データについて、被検出対象の反射光がラインセンサ２６１に入射した位置を特定し、その入射位置に応じて被検出対象までの距離を計測する。上記のごとく撮像部２６は、発光部２５に対して水平方向にずらして配置されている。被検出対象までの距離は、発光部２５に対する撮像部２６のオフセット量に基づく三角測量の原理により計測できる。
給水制御部３３は、人体検出部３２による使用者の検出に応じて、ソレノイド１１を開弁させるための制御信号を出力する。
【００３７】
以上のように構成された本例の自動給水装置１（特に、センサユニット２。）の動作について、図７のタイムチャート図を参照して説明する。このタイムチャート図では、時刻Ｔ１〜Ｔ８がセンサユニット２の１回の動作期間に対応しており、その前後の期間が非動作期間に対応している。同図中、「ＰＷＲ」は、センサユニット２に対する電力制御信号であり、Ｈｉが電力供給状態、Ｌｏが電力遮断状態に対応している。「ＳＷ１」、「ＳＷ２」等は、対応するスイッチの制御信号であり、Ｈｉが閉状態、Ｌｏが開状態に対応している。「ＬＥＤ」は、ＬＥＤ素子２５１の制御信号であり、Ｈｉが発光状態、Ｌｏが消灯状態に対応している。また、「Ｖｉｄｅｏ」は、各画素２６０の画素値（受光量に応じた輝度値）が連なる１次元のデジタル画像信号よりなる撮像データを示している。
【００３８】
図示されない前回の動作期間が終了した後の経過時間がインターバル時間（約０．５秒）に到達するまでの非動作期間では、動作期間への移行タイミングを計るための計時動作（制御ユニット３）を除いて、自動給水装置１の動作が停止している。時刻Ｔ１で前記経過時間がインターバル時間に到達したとき、ＰＷＲがＨｉに切り換わりラインセンサ２６１（図４参照。）への電力供給が再開される。このとき、ラインセンサ２６１のスイッチＳＷ１（積分回路２６５）は、デフォルト設定の閉状態のままとなっている。そのため、フォトダイオードＰＤ１が受光しても積分回路２６５のコンデンサＣ１に電荷が蓄積されることなく、そのまま初期値が維持される。
【００３９】
時刻Ｔ２になると、積分回路２６５のスイッチＳＷ１が開状態に切り換えられると共に、ホールド回路２６６の入力側のスイッチＳＷ２が閉状態に切り換えられる。そうするとフォトダイオードＰＤ１が出力した電荷がコンデンサーＣ１に蓄積されていき、これにより積分回路２６５の出力電圧が次第に高くなる。スイッチＳＷ２が閉じた状態では、積分回路２６５の出力電圧がホールド回路２６６に入力され、そのピーク電圧が保持される。その後、時刻Ｔ３になったとき、スイッチＳＷ１が閉状態に切り換えられると共に、スイッチＳＷ２が開状態に切り換えられ、フォトダイオードＰＤ１の第１回目の露光期間が終了する。
【００４０】
その後、各画素のホールド回路２６６の出力電圧に基づいて、撮像データ出力部２６８が撮像データを生成する。撮像データ出力部２６８は、撮像制御部３１（図５参照。）から取り込むクロック信号（図示略）を基準タイミングとして１クロック毎に１画素ずつ、その出力電圧を読み取りながら６４画素分の撮像データを出力する。この撮像データは、前記人体検出部３２により取り込まれ、周囲光下の無発光時データ（図６参照。）として記憶される。
【００４１】
撮像データ出力部２６８による撮像データの出力完了後の時刻Ｔ４になると、ＬＥＤ素子２５１の発光が開始され、その発光状態は時刻Ｔ７まで継続する。その発光状態下の時刻Ｔ５〜Ｔ６では、積分回路２６５のスイッチＳＷ１が再度、開状態に切り換えられると共に、ホールド回路２６６の入力側のスイッチＳＷ２が閉状態に切り換えられる。そうすると、上記の場合と同様、フォトダイオードＰＤ１の受光量に応じた物理量（ピーク電圧）がホールド回路２６６に保持される。時刻Ｔ５〜Ｔ６の第２回目の露光期間は、前記第１回目の露光期間と同じ長さである一方、ＬＥＤ素子２５１の発光状態である点においてのみ相違している。
【００４２】
その後、第１回目の露光期間の後処理と同様、各画素のホールド回路２６６の出力電圧に基づいて、撮像データ出力部２６８が撮像データを生成して出力する。この撮像データは、前記人体検出部３２により取り込まれ、（周囲光＋ＬＥＤ光）下の発光時データ（図６参照。）として記憶される。撮像データの出力が完了した後の時刻Ｔ８でＰＷＲがＬｏになり、センサユニット２に対する電力供給が停止される。
なお、制御ユニット３については、使用者の検出処理や給水制御等を実行した後、次回の動作期間への移行タイミングを計るための計時動作のみが行われる低消費電力モードに移行する。
【００４３】
以上のように構成された本例の自動給水装置１では、ラインセンサ２６１を含むセンサユニット２が間欠動作している。さらに、本例のラインセンサ２６１は電子シャッター機能を備えており、撮像データの取得時を除いて各画素２６０で電荷が蓄積されないようになっている。それ故、撮像データを取得するに先立って、ラインセンサ２６１の各画素２６０に蓄積された物理量を読み出してリセットする必要がない。この自動給水装置１では、各画素２６０のリセットに必要な動作時間を削減でき、ラインセンサ２６１の動作時間が一層短くなっている。
【００４４】
このように、本例の自動給水装置１は、ラインセンサ２６１の採用により誤検出を低減しつつ、その消費電力を抑えて省エネ効果を高めた優れた特性の装置である。
なお、本例は、各画素２６０の電荷蓄積を回避するための蓄積モード切換部として、電子シャッターを採用した例である。これに代えて、各画素のフォトダイオードＰＤ１に対する光の入射を遮断する機械式シャッターを採用しても良い。
【００４５】
なお、本例は、洗面台１５の水栓１６に自動給水装置１を適用した例であるが、キッチン等の水栓であっても良い。
なお、本例では、センサユニット２と制御ユニット３とを別体にて構成している。これに代えて、センサユニット２と制御ユニット３とを一体的に構成し、水栓１６に収容することも良い。
【００４６】
なお、本例は、図６のごとく、センサユニット２の１回の動作期間において、ラインセンサ２６１による撮像動作を２回実行して発光時データと無発光時データを取得し、それらの差分データに基づいて検出処理を実行した例である。これに代えて、ＬＥＤ素子２５１の発光下で蓄積された物理量と、非発光下で蓄積された物理量と、の差分の物理量を各画素２６０から直接出力させることも良い。この場合には、ＬＥＤ素子２５１の発光有る無しの差分の撮像データを直接出力できる。このような構成は、例えば、図８のような回路構成を備えたラインセンサ２６１により実現できる。
【００４７】
同図のラインセンサ２６１の各画素２６０では、ホールド回路２６６Ａ・ＢがスイッチＳＷ２１、ＳＷ２２を介して積分回路２６５に接続されている。さらに、ホールド回路２６６Ａ・Ｂの下流側には、差分演算回路２６７が接続され、さらに、その下流側に出力用のホールド回路２６６Ｃが接続されている。このラインセンサ２６１の動作の概略を図９のタイムチャート図を利用して説明する。
【００４８】
図９のタイムチャート図の例では、ＬＥＤ素子２５１（図４参照。）の発光を伴わない第１回目の露光期間が時刻Ｔ１〜Ｔ２に設定され、発光を伴う第２の露光期間が時刻Ｔ４〜Ｔ５に設定されている（ＬＥＤ素子２５１の発光期間は時刻Ｔ３〜Ｔ６）。積分回路２６５のスイッチＳＷ１（図４参照。）が開状態に切り換えられると共に、ホールド回路２６６Ａの入力側のスイッチＳＷ２１が閉状態に切り換えられる第１回目の露光期間では、積分回路２６５のピーク電圧がホールド回路２６６Ａに保持される。一方、積分回路２６５のスイッチＳＷ１が開状態に切り換えられると共に、ホールド回路２６６Ｂの入力側のスイッチＳＷ２２が閉状態に切り換えられる第２回目の露光期間では、積分回路２６５のピーク電圧がホールド回路２６６Ｂに保持される。
【００４９】
時刻Ｔ７になったとき、スイッチＳＷ３１、ＳＷ３３が閉状態に切り換えられ、時刻Ｔ８までこのスイッチ状態が維持される。この時刻Ｔ７〜Ｔ８までの期間では、ホールド回路２６６Ａの出力電圧（電圧値Ｖ１）がスイッチＳＷ３１を介して差分演算回路２６７のコンデンサＣ３に入力されて保持される。
その後、時刻Ｔ９になったとき、スイッチＳＷ３２が閉状態に切り換えられ（スイッチＳＷ３３については開状態のまま）、時刻Ｔ１０までこのスイッチ状態が維持される。この時刻Ｔ９〜Ｔ１０までの期間では、ホールド回路２６６Ｂの出力電圧（電圧値Ｖ２）がスイッチＳＷ３２を介して差分演算回路２６７のコンデンサＣ３に入力される。このとき、スイッチＳＷ３３が開状態のままであるため、差分演算回路２６７のコンデンサＣ３には、電圧値Ｖ１と電圧値Ｖ２との差分が保持されることになる。この差分の電圧値は、ＬＥＤ素子２５１の投射光に基づく反射光成分に相当している。この差分の電圧値は、時刻Ｔ１１〜Ｔ１２でホールド回路２６６Ｃに取り込まれ、その後、図８には図示されない撮像データ出力部２６８（図４参照。）を介して撮像データとして出力される。
【００５０】
（実施例２）
本例は、自動洗浄機能付きの小便器１００に適用される自動給水装置１に関する例である。この内容について、図１０〜図１３を用いて説明する。
自動給水装置１は、図１０及び図１１のごとく、使用者を検出して小便器１００の洗浄動作を行う装置である。この自動給水装置１は、小便器１００に近づいて来た使用者を検出したときに少量の水で予備洗浄動作を実行し、使用者が小便器１００から立ち去ったとき本洗浄を実行する。
【００５１】
本例の自動給水装置１は、小便器１００の使用者の正面に当たる壁面１０１に配設された検出ボックス４と、給水バルブであるソレノイド１１と、給水配管１２の途中に介設された水流発電機１４と、水流発電機１４が発電した電力を蓄える蓄電池１３と、を含んで構成されている。ソレノイド１１と給水配管１２との組合せにより給水部が形成され、水流発電機１４と蓄電池１３との組合せにより発電部が形成されている。
【００５２】
ソレノイド１１は、小便器１００の内側上部に位置する吐水口１２０に連通する給水配管１２の途中に設けられた電磁弁である。本例の自動給水装置１では、ソレノイド１１の上流側に水流発電機１４が設けられている。水流発電機１４で発電された電力は、一旦、蓄電池１３に蓄えられて検出ボックス４に供給される。
【００５３】
検出ボックス４は、図１０〜図１２のごとく、使用者を検出して小便器１００に洗浄水を供給するための制御ボックスである。検出ボックス４は、ＬＥＤ素子４５１、ラインセンサ４６１、制御基板４０等を筐体４８０に収めた略箱状の部品であり、トイレルームに面する側に検出面４８が形成されている。
【００５４】
検出面４８は、金属光沢を呈するように表面処理された外枠４８１と、赤外領域の光を選択的に透過する樹脂製のフィルタ板４８２と、により形成されている。検出ボックス４は、トイレルームの壁面１０１に対して検出面４８が略面一をなすように配置される。
検出面４８を構成するフィルタ板４８２の内側には、ＬＥＤ素子４５１と投光レンズ４５５とを含む発光部４５、及びラインセンサ４６１と集光レンズ４６５とを含む撮像部４６が配設されている。
なお、その他の構成及び作用効果については、実施例１と同様である。
【００５５】
なお、本例から水流発電機１４を省略すると共に、蓄電池１３に代わる使い切りの電池によって自動給水装置を動作させることも良い。この場合には、電池を交換できるように電池ボックス（電池収容部）を設ける必要がある。さらに、商用電源を利用可能な適用環境にあれば、商用電源から電力を供給して自動給水装置を動作させても良い。
【００５６】
なお、本例の自動給水装置１に基づいて、図１３のごとく、発光部４５を撮像部４６Ｂに置き換えることもできる。撮像部４６Ａ・Ｂが出力する撮像データ間の位相差は、いわゆるステレオカメラの視差に相当している。この視差に基づけば、ステレオ視の原理により撮像対象までの距離を計測でき、本例と同様に使用者を検出できる。撮像部４６が一対必要なステレオ視の場合、ラインセンサ４６１の消費電力を抑制できるという効果が一層有効になる。
さらに、発光部４５を省略する一方、撮像部４６が取得した撮像データに画像処理を施す画像処理手段を設けることも良い。この場合には、撮像データに画像処理を施して人体を認識することにより使用者を検出することが可能である。
【００５７】
以上、実施例１及び２のごとく本発明の具体例を詳細に説明したが、これらの具体例は、特許請求の範囲に包含される技術の一例を開示しているにすぎない。言うまでもなく、具体例の構成や数値等によって、特許請求の範囲が限定的に解釈されるべきではない。特許請求の範囲は、公知技術や当業者の知識等を利用して前記具体例を多様に変形あるいは変更した技術を包含している。
【符号の説明】
【００５８】
１…自動給水装置、１５…洗面台、１６…水栓、１００…小便器、１１…ソレノイド、１２…給水配管、１４…水流発電機（発電部）、２…センサユニット、２５、４５…発光部、２５１、４５１…ＬＥＤ素子、２６、４６…撮像部、２６０…画素、２６１、４６１…ラインセンサ、２６５…積分回路（受光蓄積部）、２６６…ホールド回路、２６８…撮像データ出力部、３…制御ユニット、３０、４０…制御基板、３１、４１…撮像制御部、３２、４２…人体検出部、３３、４３…給水制御部、ＳＷ１…電子シャッター（蓄積モード切換部）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、人体を検出して自動的に給水を行う自動給水装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、使用者の手かざし操作を検出して自動的に吐水する自動水栓や、近づいて来た使用者を検出したときに自動的に洗浄水を供給する小便器用の自動洗浄装置などに適用される自動給水装置が知られている。このような自動給水装置の検出手段としては、ＬＥＤ等の発光素子と、ＰＳＤ（Position Sensitive Detector：光位置センサ）等の受光素子と、が離れて配置された検出手段が知られている。
【０００３】
この検出手段は、被検出対象からの反射光がＰＳＤに入射する位置を特定し、いわゆる三角測量の原理により被検出対象までの距離を計測している。ＰＳＤは、入射した光の重心位置に応じた信号を出力する非常にシンプルな受光素子であり、低消費電力であるという利点がある。一方、ＰＳＤで取得できる情報量は非常に少量であり、周囲光などの外乱が生じたときに採り得る対処方法が少ないという実情がある。それ故、例えば、ＰＳＤを含む検出手段が洗面台の自動水栓に適用された場合、洗面ボールからの鏡面反射光など周囲光の影響で誤検出が生じることもある。
【０００４】
周囲光などの外乱の影響を抑えて検出性能を向上するために、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）やＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）等の撮像素子を利用した検出手段が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。撮像素子を利用した検出手段であれば、画像情報という膨大な情報量を活用して外乱の影響を排除でき、検出性能を向上できる可能性がある。
【０００５】
しかしながら、前記従来の撮像素子を利用した自動給水装置では、次のような問題がある。すなわち、検出手段に撮像素子を利用すれば誤検出を抑制できる可能性がある一方、ＰＳＤ等の受光素子に比べて消費電力が大きい撮像素子を採用した自動給水装置では、消費電力が大きくなり省エネ効果が損なわれるおそれがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−２０７０１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、前記従来の問題点に鑑みてなされたものであり、検出手段にＣＣＤやＣＭＯＳなどの撮像素子を利用した自動給水装置において、消費電力の上昇を抑えて良好な省エネ効果を実現した自動給水装置を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、１次元あるいは２次元的に配列された各画素が受けた光を電気信号に変換して１次元あるいは２次元の撮像データを取得する撮像部と、該撮像部を制御する撮像制御部と、前記撮像部が取得した撮像データを利用して人体を検出する人体検出部と、人体の検出に応じて水が供給されるように給水部を制御する給水制御部と、を備えた自動給水装置であって、
前記撮像部は、受けた光を電気信号に変換する画素毎の受光素子と、該受光素子の電気信号を取り込んで電気的な物理量を蓄積するように画素毎に設けられた受光蓄積部と、各画素の受光蓄積部が蓄積した物理量に基づく前記撮像データを出力する撮像データ出力部と、前記受光蓄積部に物理量が蓄積される蓄積状態、及び蓄積されない非蓄積状態のうちの一方の状態を択一的に設定する蓄積モード切換部と、を有し、
前記撮像制御部は、動作期間及び非動作期間が交互に現れる間欠動作が行われるように前記撮像部を制御すると共に、
前記動作期間において、前記撮像データを取得するときのみ前記蓄積状態が設定され、それ以外では前記非蓄積状態が設定されるように前記蓄積モード切換部を制御する自動給水装置にある（請求項１）。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の自動給水装置では、前記撮像部が間欠動作しており、常時、動作している訳ではない。前記撮像部を間欠動作させれば、前記自動給水装置の全動作時間に対する前記撮像部の動作時間の割合を低減でき、これにより装置全体の平均的な消費電力を低減できる。
【００１０】
前記撮像部では、前記動作期間において撮像データを取得するに当たって、各画素の受光蓄積部の物理量が予めリセットされた状態となっている必要がある。一般に、各画素で蓄積された物理量をリセットするためには、前記撮像データを取得する際と同様の処理を実行して各画素の物理量を一旦、読み出して吐き出させる必要がある。しかし、ＣＣＤを利用した撮像部の場合には、全画素からの一斉読み出しが物理的に不可能であり、いわゆるバケツリレー方式で各画素の物理量を順番に読み出してくる必要がある。ＣＣＤよりも読み出しが比較的容易と言われるＣＭＯＳであっても、一斉読み出しを実現するためのデータ転送ラインの取り回しが物理的に困難であったり、コスト高が招来されるおそれもある。
【００１１】
各画素に蓄積された物理量を一斉に読み出しできない撮像素子の場合、前記撮像データの出力に必要な動作時間のうちの大半の時間が各画素の物理量の読み出しに費やされる。したがって、前記撮像データの取得に先だって各画素の物理量を読み出す必要がある場合には、前記撮像データを２度取得するのとほぼ同様の動作時間が必要となる。大雑把に言って、この場合には、前記撮像部の動作時間がほぼ２倍となり、消費電力の点で非常に不利になる。仮に、各画素からの一斉読み出しが可能であったとしても、蓄積された物理量を読み出すための処理を全ての画素について実行する必要がある点においては上記のバケツリレー式の場合と相違なく、消費電力の点で不利になる点では変わるところがない。
【００１２】
ここで、本発明の自動給水装置における前記撮像部がとり得る動作パターンについて説明する。前記撮像部の動作パターンは、以下の３パターンに分類できる。第１のパターンは、前記撮像部の非動作期間のパターンである。このパターンでは、前記撮像部が動作していないため、前記受光蓄積部に物理量が蓄積されることもない。第２のパターンは、前記撮像部の動作期間のうち前記非蓄積状態が設定される動作パターンである。当然ながら、この動作パターンでは、前記受光蓄積部による物理量の蓄積が規制される。第３のパターンは、前記撮像部の動作期間のうち前記蓄積状態が設定される動作パターンである。
【００１３】
本発明の自動給水装置では、前記撮像部が前記第１のパターン（非動作期間）を経て動作期間に移行したとき、まず、前記第２のパターンとなり、その後、前記撮像データを取得するために前記第３のパターンに切り換えられる。前記撮像データを取得できれば前記第２のパターンに切り換わり、その後、前記非動作期間への移行に伴って前記第１の動作パターンに切り換えられる。
【００１４】
ここで、前記撮像データを取得するときには、各画素の物理量の読み出しが実行されるので、前記第３のパターンから前記第２のパターンへの切り換え時点では各画素に蓄積された物理量がリセットされているはずである。その後、前記動作期間が終了するまで前記第２のパターンが保持されるので、前記非動作期間に移行する際には上記のリセット状態が維持されたまま前記第１のパターンに切り換わることになる。上記の通り、この第１のパターンでは、前記受光蓄積部に物理量が蓄積されることがないので、その後、前記動作期間に復帰したときにも、上記のリセット状態のまま上記第２のパターンに切り換わることになる。この第２のパターンでは、上記のリセット状態がそのまま維持されるため、前記撮像データを取得するために前記第３のパターンに切り換えられたとき、各画素に蓄積された物理量をリセットする必要がない。この第３のパターンでは、前記撮像データを取得するための受光（露光）動作を直ちに開始できる。
【００１５】
このように、本発明の自動給水装置では、前記動作期間に移行した後、前記撮像データを取得するに当たって、各画素の前記受光蓄積部に蓄積された物理量を読み出してリセットする必要がない。それ故、１回の動作期間の中で、各画素からの読み出し処理の実行回数を少なくできる。前記撮像部の動作時間の大部分を占有する読み出し処理の実行回数を少なくできれば、前記撮像部の動作期間をさらに短縮でき消費電力を効果的に低減できる。
【００１６】
以上のように、本発明の自動給水装置によれば、人体を検出するための手段として前記撮像部を採用しながら消費電力を抑えることができ、高い省エネ効果を実現可能である。
【００１７】
本発明における蓄積モード切換部としては、前記受光素子に対する光の入射を物理的に遮断することにより前記非蓄積状態を設定する、いわゆるメカニカル（機械式）シャッターを利用した構成や、前記受光素子に入射する光の有無に依らず前記受光蓄積部に物理量が蓄積されない前記非蓄積状態を電気的に設定する、いわゆる電子シャッターを利用した構成等がある。
【００１８】
また、前記人体検出部が検出する人体は、人体の全体であっても良く、手や指先や足等、人体の一部であっても良い。例えば、自動洗浄機能付きの小便器に適用する自動給水装置の場合であれば、胸部を中心とした人体の全体が被検出対象となり、洗面台の自動水栓に適用する自動給水装置の場合であれば、手の平や手の甲や指先など人体の一部が被検出対象となる。
【００１９】
また、前記撮像部の非動作期間では、前記動作期間への移行タイミングを計るための計時動作を除く全ての動作が前記自動給水装置において停止していることが好ましい。前記撮像部に加えて前記撮像制御部や前記人体検出部の動作を必要最小限に設定できれば、消費電力を効果的に低減できる。
【００２０】
また、電力を発電して蓄える発電部、あるいは電池を収容する電池収容部を備え、前記発電部から供給された電力、あるいは前記電池収容部に収容された電池から供給された電力により動作することが好ましい（請求項２）。
前記自動給水装置の消費電力を低減できれば、前記発電部や前記電池に対する要求仕様を緩和できる。比較的小規模な発電部や小型の電池が利用可能であれば、自動給水装置の製品コストを抑制できる。特に、電池の場合には、電池交換等のメンテナンス作業の実施頻度を少なくでき、ランニングコストの低減にも有効である。
【００２１】
また、前記撮像部は、所定の間隔を空けて２基設けられており、
前記人体検出部は、当該２基の撮像部が取得した撮像データ間の位相ズレである視差に基づき、ステレオ視の原理により被検出対象までの距離を計測して人体を検出することも良い（請求項３）。
この場合には、２基の撮像部について、それぞれ、動作期間を短縮できるので、消費電力の低減効果が一層高くなる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】実施例１における、自動給水装置を備えた水栓を示す斜視図。
【図２】実施例１における、センサユニットの断面構造を示す断面図（図１中のＡ−Ａ線矢視断面図）。
【図３】実施例１における、ラインセンサを示す斜視図。
【図４】実施例１における、ラインセンサの電気的な構成を示すブロック図。
【図５】実施例１における、自動給水装置のシステム構成を示すブロック図。
【図６】実施例１における、差分データの生成手順を示す説明図。
【図７】実施例１における、センサユニットの動作を示すタイムチャート図。
【図８】実施例１における、その他のラインセンサの回路構成の一部を示すブロック図。
【図９】実施例１における、ラインセンサの動作を示すタイムチャート図。
【図１０】実施例２における、自動給水装置を備えた小用便器を示す斜視図。
【図１１】実施例２における、自動給水装置のシステム構成を示すブロック図。
【図１２】実施例２における、発光部及び撮像部の配置構造を示す断面図（図９中のＢ−Ｂ線矢視断面図。）。
【図１３】実施例２における、その他の検出ボックスを示す断面図（図９中のＢ−Ｂ線矢視断面に対応する断面図。）。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
本発明の実施の形態につき、以下の実施例を用いて具体的に説明する。
【００２４】
（実施例１）
本例は、洗面台１５の水栓１６に自動給水装置１を適用した例である。この内容について、図１〜図９を参照して説明する。
本例の自動給水装置１を適用する洗面台１５は、図１のごとく、凹状に窪むボウル部１５１を設けたカウンタ１５５と、吐水口１６８を設けた水栓１６と、を備えている。水栓１６は、カウンタ１５５の上面をなすカウンタトップ１５６に立設されている。ボウル部１５１は、その最深部に排水口１５２を備えている。
【００２５】
水栓１６は、カウンタトップ１５６に対する台座をなす基部１６１と、基部１６１から延設された略円柱状の胴部１６０と、を有している。胴部１６０は、ボウル部１５１側に向けてやや傾けた状態で基部１６１に支持されている。ボウル部１５１側に当たる胴部１６０の側面には、先端に吐水口１６８が開口する略円筒形の吐水部１６２が取り付けられている。この吐水部１６２の上側に当たる胴部１６０の側面には、自動給水装置１の検出面を形成するフィルタ板１６５が配設されている。フィルタ板１６５は、赤外領域の光を選択的に透過する樹脂製フィルタである。
【００２６】
この洗面台１５に組み込まれた自動給水装置１は、図１及び図２のごとく、水栓１６に組み込まれたセンサユニット２と、給水配管１２に設けられた吐水弁（電磁弁）であるソレノイド１１と、給水を制御する制御ユニット３と、を含んで構成されている。ソレノイド１１と給水配管１２との組合せにより給水部が形成されている。
【００２７】
センサユニット２は、図１及び図２のごとく、ＬＥＤ素子２５１及びラインセンサ２６１を筐体２１に収容したユニットであり、制御ユニット３から電力供給を受けて動作する。センサユニット２では、水栓１６のフィルタ板１６５を見込むように発光部２５及び撮像部２６が配設されている。赤外光を発光する発光部２５は、ＬＥＤ素子２５１と投光レンズ２５５とにより構成されている。撮像部２６は、ラインセンサ２６１と集光レンズ２６５とにより構成されている。発光部２５と撮像部２６とは、遮光性を備えた隔壁２１１を挟んで水平方向にずらして配置されている。
【００２８】
ＬＥＤ素子２５１は、図２のごとく、パッケージ基板のキャビティに実装されたＬＥＤチップ２５０を透明樹脂２５４により封止した発光素子である。発光部２５では、縦方向のスリット孔２５３を設けた遮光性の素子ケース２５２によってＬＥＤ素子２５１が覆われている。この発光部２５によれば、拡がり角が抑制されたシャープな光を被検出対象に向けて投射可能である。
【００２９】
ラインセンサ２６１は、図２〜図４のごとく、受光量を電気的な物理量に変換する画素２６０が直線的に配列された１次元の撮像センサである。６４個の各画素２６０は、受けた光に応じて電流信号を発生するフォトダイオード（受光素子）ＰＤ１のほか、積分回路（受光蓄積部）２６５、ホールド回路２６６等を個別に備えている。各画素２６０の物理量は、撮像データ出力部２６８によって順次読み出されて一連の撮像データに変換される。
【００３０】
積分回路２６５は、フォトダイオードＰＤ１が発生した電流信号に応じて電荷（物理量）を蓄積し、蓄積した電荷に応じた電圧を出力する回路である。
ホールド回路２６６は、積分回路２６５が出力するピーク電圧を保持し、その大きさに応じた電圧を出力するサンプルホールド回路である。なお、ホールド回路２６６は、スイッチＳＷ２を介して積分回路２６５と電気的に接続されている。
撮像データ出力部２６８は、各画素２６０のホールド回路２６６の出力電圧を１画素ずつ順番に読み出して６４画素分の一連の撮像データを生成して出力する出力部である。
【００３１】
本例のラインセンサ２６１では、積分回路２６５のコンデンサＣ１に対して並列接続されたスイッチＳＷ１が電子シャッター（蓄積モード切換部）としての機能を実現している。スイッチＳＷ１が閉状態のときには、フォトダイオードＰＤ１が受光してもコンデンサＣ１に電荷が蓄えられることなく全てキャンセルされ、積分回路２６５の電荷がゼロ（初期値）に維持される。スイッチＳＷ１が開状態であるときのみ、フォトダイオードＰＤ１の受光量に応じた電荷が積分回路２６５に蓄積される。なお、スイッチＳＷ１については、ラインセンサ２６１の非動作期間を含めて閉状態がデフォルト設定されている。スイッチＳＷ１は、撮像制御部３１（図５参照。）の制御に応じて開状態に切り換えられる。
【００３２】
制御ユニット３は、図１及び図５のごとく、センサユニット２及びソレノイド１１を制御するユニットであり、商用電源から電力の供給を受けて動作する。この制御ユニット３は、センサユニット２、ソレノイド１１等を制御する制御基板３０を備えている。制御基板３０には、ラインセンサ２６１とＬＥＤ素子２５１を制御する撮像制御部３１と、ラインセンサ２６１による撮像データに基づいて使用者を検出する人体検出部３２と、人体検出部３２の検出結果に応じてソレノイド１１を制御する給水制御部３３と、が設けられている。
【００３３】
撮像制御部３１は、動作期間と非動作期間が交互に現れる間欠動作が行われるようにラインセンサ２６１を制御すると共に、約１ミリ秒の動作期間の中でＬＥＤ素子２５１を１回発光させる。本例では、時間的に隣り合う動作期間の間の非動作期間として、約０．５秒のインターバル時間が設定されている。撮像制御部３１は、前回の動作期間が終了してからインターバル時間が経過するまでラインセンサ２６１への電源供給を停止して非動作期間を設定し、インターバル時間が経過したときに電源供給を再開して動作期間を設定する。
【００３４】
撮像制御部３１は、１回の動作期間において、２回の露光期間を設定する。第１回目の露光期間は、ＬＥＤ素子２５１の発光を伴わない露光期間である。第２回目の露光期間は、ＬＥＤ素子２５１の発光を伴う露光期間である。撮像制御部３１は、各露光期間の撮像データがそれぞれ出力されるようにラインセンサ２６１を制御する。なお、撮像制御部３１による制御については、図７のタイムチャート図を参照して後で詳しく説明する。
【００３５】
人体検出部３２は、ラインセンサ２６１が出力する撮像データを利用して被検出対象までの距離を計測し、使用者の有無を判断する。人体検出部３２は、ＬＥＤ素子２５１の発光がない第１回目の露光期間の撮像データ（無発光時データ）と、ＬＥＤ素子２５１の発光を伴う第２回目の露光期間の撮像データ（発光時データ）と、を取り込んで記憶した後、図６のごとく両者の差分データを求める。周囲光に加えてＬＥＤ光の下での撮像データである発光時データから、周囲光下の撮像データである無発光時データを、差し引いた差分データにおいては、周囲光の影響が抑圧されており、ＬＥＤ素子２５１の投射光に応じた反射光の成分が抽出されている。
【００３６】
人体検出部３２は、図６の差分データについて、被検出対象の反射光がラインセンサ２６１に入射した位置を特定し、その入射位置に応じて被検出対象までの距離を計測する。上記のごとく撮像部２６は、発光部２５に対して水平方向にずらして配置されている。被検出対象までの距離は、発光部２５に対する撮像部２６のオフセット量に基づく三角測量の原理により計測できる。
給水制御部３３は、人体検出部３２による使用者の検出に応じて、ソレノイド１１を開弁させるための制御信号を出力する。
【００３７】
以上のように構成された本例の自動給水装置１（特に、センサユニット２。）の動作について、図７のタイムチャート図を参照して説明する。このタイムチャート図では、時刻Ｔ１〜Ｔ８がセンサユニット２の１回の動作期間に対応しており、その前後の期間が非動作期間に対応している。同図中、「ＰＷＲ」は、センサユニット２に対する電力制御信号であり、Ｈｉが電力供給状態、Ｌｏが電力遮断状態に対応している。「ＳＷ１」、「ＳＷ２」等は、対応するスイッチの制御信号であり、Ｈｉが閉状態、Ｌｏが開状態に対応している。「ＬＥＤ」は、ＬＥＤ素子２５１の制御信号であり、Ｈｉが発光状態、Ｌｏが消灯状態に対応している。また、「Ｖｉｄｅｏ」は、各画素２６０の画素値（受光量に応じた輝度値）が連なる１次元のデジタル画像信号よりなる撮像データを示している。
【００３８】
図示されない前回の動作期間が終了した後の経過時間がインターバル時間（約０．５秒）に到達するまでの非動作期間では、動作期間への移行タイミングを計るための計時動作（制御ユニット３）を除いて、自動給水装置１の動作が停止している。時刻Ｔ１で前記経過時間がインターバル時間に到達したとき、ＰＷＲがＨｉに切り換わりラインセンサ２６１（図４参照。）への電力供給が再開される。このとき、ラインセンサ２６１のスイッチＳＷ１（積分回路２６５）は、デフォルト設定の閉状態のままとなっている。そのため、フォトダイオードＰＤ１が受光しても積分回路２６５のコンデンサＣ１に電荷が蓄積されることなく、そのまま初期値が維持される。
【００３９】
時刻Ｔ２になると、積分回路２６５のスイッチＳＷ１が開状態に切り換えられると共に、ホールド回路２６６の入力側のスイッチＳＷ２が閉状態に切り換えられる。そうするとフォトダイオードＰＤ１が出力した電荷がコンデンサーＣ１に蓄積されていき、これにより積分回路２６５の出力電圧が次第に高くなる。スイッチＳＷ２が閉じた状態では、積分回路２６５の出力電圧がホールド回路２６６に入力され、そのピーク電圧が保持される。その後、時刻Ｔ３になったとき、スイッチＳＷ１が閉状態に切り換えられると共に、スイッチＳＷ２が開状態に切り換えられ、フォトダイオードＰＤ１の第１回目の露光期間が終了する。
【００４０】
その後、各画素のホールド回路２６６の出力電圧に基づいて、撮像データ出力部２６８が撮像データを生成する。撮像データ出力部２６８は、撮像制御部３１（図５参照。）から取り込むクロック信号（図示略）を基準タイミングとして１クロック毎に１画素ずつ、その出力電圧を読み取りながら６４画素分の撮像データを出力する。この撮像データは、前記人体検出部３２により取り込まれ、周囲光下の無発光時データ（図６参照。）として記憶される。
【００４１】
撮像データ出力部２６８による撮像データの出力完了後の時刻Ｔ４になると、ＬＥＤ素子２５１の発光が開始され、その発光状態は時刻Ｔ７まで継続する。その発光状態下の時刻Ｔ５〜Ｔ６では、積分回路２６５のスイッチＳＷ１が再度、開状態に切り換えられると共に、ホールド回路２６６の入力側のスイッチＳＷ２が閉状態に切り換えられる。そうすると、上記の場合と同様、フォトダイオードＰＤ１の受光量に応じた物理量（ピーク電圧）がホールド回路２６６に保持される。時刻Ｔ５〜Ｔ６の第２回目の露光期間は、前記第１回目の露光期間と同じ長さである一方、ＬＥＤ素子２５１の発光状態である点においてのみ相違している。
【００４２】
その後、第１回目の露光期間の後処理と同様、各画素のホールド回路２６６の出力電圧に基づいて、撮像データ出力部２６８が撮像データを生成して出力する。この撮像データは、前記人体検出部３２により取り込まれ、（周囲光＋ＬＥＤ光）下の発光時データ（図６参照。）として記憶される。撮像データの出力が完了した後の時刻Ｔ８でＰＷＲがＬｏになり、センサユニット２に対する電力供給が停止される。
なお、制御ユニット３については、使用者の検出処理や給水制御等を実行した後、次回の動作期間への移行タイミングを計るための計時動作のみが行われる低消費電力モードに移行する。
【００４３】
以上のように構成された本例の自動給水装置１では、ラインセンサ２６１を含むセンサユニット２が間欠動作している。さらに、本例のラインセンサ２６１は電子シャッター機能を備えており、撮像データの取得時を除いて各画素２６０で電荷が蓄積されないようになっている。それ故、撮像データを取得するに先立って、ラインセンサ２６１の各画素２６０に蓄積された物理量を読み出してリセットする必要がない。この自動給水装置１では、各画素２６０のリセットに必要な動作時間を削減でき、ラインセンサ２６１の動作時間が一層短くなっている。
【００４４】
このように、本例の自動給水装置１は、ラインセンサ２６１の採用により誤検出を低減しつつ、その消費電力を抑えて省エネ効果を高めた優れた特性の装置である。
なお、本例は、各画素２６０の電荷蓄積を回避するための蓄積モード切換部として、電子シャッターを採用した例である。これに代えて、各画素のフォトダイオードＰＤ１に対する光の入射を遮断する機械式シャッターを採用しても良い。
【００４５】
なお、本例は、洗面台１５の水栓１６に自動給水装置１を適用した例であるが、キッチン等の水栓であっても良い。
なお、本例では、センサユニット２と制御ユニット３とを別体にて構成している。これに代えて、センサユニット２と制御ユニット３とを一体的に構成し、水栓１６に収容することも良い。
【００４６】
なお、本例は、図６のごとく、センサユニット２の１回の動作期間において、ラインセンサ２６１による撮像動作を２回実行して発光時データと無発光時データを取得し、それらの差分データに基づいて検出処理を実行した例である。これに代えて、ＬＥＤ素子２５１の発光下で蓄積された物理量と、非発光下で蓄積された物理量と、の差分の物理量を各画素２６０から直接出力させることも良い。この場合には、ＬＥＤ素子２５１の発光有る無しの差分の撮像データを直接出力できる。このような構成は、例えば、図８のような回路構成を備えたラインセンサ２６１により実現できる。
【００４７】
同図のラインセンサ２６１の各画素２６０では、ホールド回路２６６Ａ・ＢがスイッチＳＷ２１、ＳＷ２２を介して積分回路２６５に接続されている。さらに、ホールド回路２６６Ａ・Ｂの下流側には、差分演算回路２６７が接続され、さらに、その下流側に出力用のホールド回路２６６Ｃが接続されている。このラインセンサ２６１の動作の概略を図９のタイムチャート図を利用して説明する。
【００４８】
図９のタイムチャート図の例では、ＬＥＤ素子２５１（図４参照。）の発光を伴わない第１回目の露光期間が時刻Ｔ１〜Ｔ２に設定され、発光を伴う第２の露光期間が時刻Ｔ４〜Ｔ５に設定されている（ＬＥＤ素子２５１の発光期間は時刻Ｔ３〜Ｔ６）。積分回路２６５のスイッチＳＷ１（図４参照。）が開状態に切り換えられると共に、ホールド回路２６６Ａの入力側のスイッチＳＷ２１が閉状態に切り換えられる第１回目の露光期間では、積分回路２６５のピーク電圧がホールド回路２６６Ａに保持される。一方、積分回路２６５のスイッチＳＷ１が開状態に切り換えられると共に、ホールド回路２６６Ｂの入力側のスイッチＳＷ２２が閉状態に切り換えられる第２回目の露光期間では、積分回路２６５のピーク電圧がホールド回路２６６Ｂに保持される。
【００４９】
時刻Ｔ７になったとき、スイッチＳＷ３１、ＳＷ３３が閉状態に切り換えられ、時刻Ｔ８までこのスイッチ状態が維持される。この時刻Ｔ７〜Ｔ８までの期間では、ホールド回路２６６Ａの出力電圧（電圧値Ｖ１）がスイッチＳＷ３１を介して差分演算回路２６７のコンデンサＣ３に入力されて保持される。
その後、時刻Ｔ９になったとき、スイッチＳＷ３２が閉状態に切り換えられ（スイッチＳＷ３３については開状態のまま）、時刻Ｔ１０までこのスイッチ状態が維持される。この時刻Ｔ９〜Ｔ１０までの期間では、ホールド回路２６６Ｂの出力電圧（電圧値Ｖ２）がスイッチＳＷ３２を介して差分演算回路２６７のコンデンサＣ３に入力される。このとき、スイッチＳＷ３３が開状態のままであるため、差分演算回路２６７のコンデンサＣ３には、電圧値Ｖ１と電圧値Ｖ２との差分が保持されることになる。この差分の電圧値は、ＬＥＤ素子２５１の投射光に基づく反射光成分に相当している。この差分の電圧値は、時刻Ｔ１１〜Ｔ１２でホールド回路２６６Ｃに取り込まれ、その後、図８には図示されない撮像データ出力部２６８（図４参照。）を介して撮像データとして出力される。
【００５０】
（実施例２）
本例は、自動洗浄機能付きの小便器１００に適用される自動給水装置１に関する例である。この内容について、図１０〜図１３を用いて説明する。
自動給水装置１は、図１０及び図１１のごとく、使用者を検出して小便器１００の洗浄動作を行う装置である。この自動給水装置１は、小便器１００に近づいて来た使用者を検出したときに少量の水で予備洗浄動作を実行し、使用者が小便器１００から立ち去ったとき本洗浄を実行する。
【００５１】
本例の自動給水装置１は、小便器１００の使用者の正面に当たる壁面１０１に配設された検出ボックス４と、給水バルブであるソレノイド１１と、給水配管１２の途中に介設された水流発電機１４と、水流発電機１４が発電した電力を蓄える蓄電池１３と、を含んで構成されている。ソレノイド１１と給水配管１２との組合せにより給水部が形成され、水流発電機１４と蓄電池１３との組合せにより発電部が形成されている。
【００５２】
ソレノイド１１は、小便器１００の内側上部に位置する吐水口１２０に連通する給水配管１２の途中に設けられた電磁弁である。本例の自動給水装置１では、ソレノイド１１の上流側に水流発電機１４が設けられている。水流発電機１４で発電された電力は、一旦、蓄電池１３に蓄えられて検出ボックス４に供給される。
【００５３】
検出ボックス４は、図１０〜図１２のごとく、使用者を検出して小便器１００に洗浄水を供給するための制御ボックスである。検出ボックス４は、ＬＥＤ素子４５１、ラインセンサ４６１、制御基板４０等を筐体４８０に収めた略箱状の部品であり、トイレルームに面する側に検出面４８が形成されている。
【００５４】
検出面４８は、金属光沢を呈するように表面処理された外枠４８１と、赤外領域の光を選択的に透過する樹脂製のフィルタ板４８２と、により形成されている。検出ボックス４は、トイレルームの壁面１０１に対して検出面４８が略面一をなすように配置される。
検出面４８を構成するフィルタ板４８２の内側には、ＬＥＤ素子４５１と投光レンズ４５５とを含む発光部４５、及びラインセンサ４６１と集光レンズ４６５とを含む撮像部４６が配設されている。
なお、その他の構成及び作用効果については、実施例１と同様である。
【００５５】
なお、本例から水流発電機１４を省略すると共に、蓄電池１３に代わる使い切りの電池によって自動給水装置を動作させることも良い。この場合には、電池を交換できるように電池ボックス（電池収容部）を設ける必要がある。さらに、商用電源を利用可能な適用環境にあれば、商用電源から電力を供給して自動給水装置を動作させても良い。
【００５６】
なお、本例の自動給水装置１に基づいて、図１３のごとく、発光部４５を撮像部４６Ｂに置き換えることもできる。撮像部４６Ａ・Ｂが出力する撮像データ間の位相差は、いわゆるステレオカメラの視差に相当している。この視差に基づけば、ステレオ視の原理により撮像対象までの距離を計測でき、本例と同様に使用者を検出できる。撮像部４６が一対必要なステレオ視の場合、ラインセンサ４６１の消費電力を抑制できるという効果が一層有効になる。
さらに、発光部４５を省略する一方、撮像部４６が取得した撮像データに画像処理を施す画像処理手段を設けることも良い。この場合には、撮像データに画像処理を施して人体を認識することにより使用者を検出することが可能である。
【００５７】
以上、実施例１及び２のごとく本発明の具体例を詳細に説明したが、これらの具体例は、特許請求の範囲に包含される技術の一例を開示しているにすぎない。言うまでもなく、具体例の構成や数値等によって、特許請求の範囲が限定的に解釈されるべきではない。特許請求の範囲は、公知技術や当業者の知識等を利用して前記具体例を多様に変形あるいは変更した技術を包含している。
【符号の説明】
【００５８】
１…自動給水装置、１５…洗面台、１６…水栓、１００…小便器、１１…ソレノイド、１２…給水配管、１４…水流発電機（発電部）、２…センサユニット、２５、４５…発光部、２５１、４５１…ＬＥＤ素子、２６、４６…撮像部、２６０…画素、２６１、４６１…ラインセンサ、２６５…積分回路（受光蓄積部）、２６６…ホールド回路、２６８…撮像データ出力部、３…制御ユニット、３０、４０…制御基板、３１、４１…撮像制御部、３２、４２…人体検出部、３３、４３…給水制御部、ＳＷ１…電子シャッター（蓄積モード切換部）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１次元あるいは２次元的に配列された各画素が受けた光を電気信号に変換して１次元あるいは２次元の撮像データを取得する撮像部と、該撮像部を制御する撮像制御部と、前記撮像部が取得した撮像データを利用して人体を検出する人体検出部と、人体の検出に応じて水が供給されるように給水部を制御する給水制御部と、を備えた自動給水装置であって、
前記撮像部は、受けた光を電気信号に変換する画素毎の受光素子と、該受光素子の電気信号を取り込んで電気的な物理量を蓄積するように画素毎に設けられた受光蓄積部と、各画素の受光蓄積部が蓄積した物理量に基づく前記撮像データを出力する撮像データ出力部と、前記受光蓄積部に物理量が蓄積される蓄積状態、及び蓄積されない非蓄積状態のうちの一方の状態を択一的に設定する蓄積モード切換部と、を有し、
前記撮像制御部は、動作期間及び非動作期間が交互に現れる間欠動作が行われるように前記撮像部を制御すると共に、
前記動作期間において、前記撮像データを取得するときのみ前記蓄積状態が設定され、それ以外では前記非蓄積状態が設定されるように前記蓄積モード切換部を制御する自動給水装置。
【請求項２】
請求項１において、電力を発電して蓄える発電部、あるいは電池を収容する電池収容部を備え、前記発電部から供給された電力、あるいは前記電池収容部に収容された電池から供給された電力により動作する自動給水装置。
【請求項３】
請求項１又は２において、前記撮像部は、所定の間隔を空けて２基設けられており、
前記人体検出部は、当該２基の撮像部が取得した撮像データ間の位相ズレである視差に基づき、ステレオ視の原理により被検出対象までの距離を計測して人体を検出する自動給水装置。
【請求項１】
１次元あるいは２次元的に配列された各画素が受けた光を電気信号に変換して１次元あるいは２次元の撮像データを取得する撮像部と、該撮像部を制御する撮像制御部と、前記撮像部が取得した撮像データを利用して人体を検出する人体検出部と、人体の検出に応じて水が供給されるように給水部を制御する給水制御部と、を備えた自動給水装置であって、
前記撮像部は、受けた光を電気信号に変換する画素毎の受光素子と、該受光素子の電気信号を取り込んで電気的な物理量を蓄積するように画素毎に設けられた受光蓄積部と、各画素の受光蓄積部が蓄積した物理量に基づく前記撮像データを出力する撮像データ出力部と、前記受光蓄積部に物理量が蓄積される蓄積状態、及び蓄積されない非蓄積状態のうちの一方の状態を択一的に設定する蓄積モード切換部と、を有し、
前記撮像制御部は、動作期間及び非動作期間が交互に現れる間欠動作が行われるように前記撮像部を制御すると共に、
前記動作期間において、前記撮像データを取得するときのみ前記蓄積状態が設定され、それ以外では前記非蓄積状態が設定されるように前記蓄積モード切換部を制御する自動給水装置。
【請求項２】
請求項１において、電力を発電して蓄える発電部、あるいは電池を収容する電池収容部を備え、前記発電部から供給された電力、あるいは前記電池収容部に収容された電池から供給された電力により動作する自動給水装置。
【請求項３】
請求項１又は２において、前記撮像部は、所定の間隔を空けて２基設けられており、
前記人体検出部は、当該２基の撮像部が取得した撮像データ間の位相ズレである視差に基づき、ステレオ視の原理により被検出対象までの距離を計測して人体を検出する自動給水装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１２−２０７４６８（Ｐ２０１２−２０７４６８Ａ）
【公開日】平成２４年１０月２５日（２０１２．１０．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−７４４６５（Ｐ２０１１−７４４６５）
【出願日】平成２３年３月３０日（２０１１．３．３０）
【出願人】（３０２０４５７０５）株式会社ＬＩＸＩＬ (949)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１０月２５日（２０１２．１０．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月３０日（２０１１．３．３０）
【出願人】（３０２０４５７０５）株式会社ＬＩＸＩＬ (949)
【Ｆターム（参考）】
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