JP2001311191A - 動体検知システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 洗面台の自動水栓の動体検知手段に電波を利
用したドップラセンサを利用した場合の洗浄水と人を誤
検知するのを防止する。 【解決手段】 洗面台に設置された水栓の開閉を制御す
る吐水制御装置であり、人体検知のための電波を送信す
る手段と、該送信手段によって送信された電波の反射波
を受信する手段と、該受信手段で受信した信号の周波数
と該送信手段によって送信された信号の周波数との差分
を求めてその差分に応じた差分信号を生成する動体検知
センサを備えた動体検知システムにおいて、該差分信号
の波形パターンにより、水栓の開閉制御を行うことを特
徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、洗面台に設置する
自動水栓の動体検知システムに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、洗面台に設置された水栓の吐水を
制御する装置での動体の検知を行う方法は、光電型赤外
線センサを用いたものが一般的であり、このセンサは安
価なため、広く利用されている。しかしながら、赤外線
は光の反射を利用しているため、光を透過する窓が必要
であり、窓が汚れることによって、検知精度が劣化する
ことや、センサの設置も光を妨げるものがない位置に限
定されていた。また光を集光して、直進させる必要があ
るので、広範囲の検知は難しいといった問題点があっ
た。一方、その他の人体検知のための手段として、電波
を利用したドップラセンサが考えられる。このドップラ
センサは、樹脂や陶器を透過できる性質をもっているの
で、本体カバーの中に隠蔽できることや、人の状態、つ
まり近づいているのか遠ざかっているのか、どの位置に
居るのかまで、検知することができる。ドップラセンサ
には、送信する手段と、該送信手段によって送信された
電波の反射波を受信する手段と、該受信手段で受信した
信号の周波数と該送信手段によって送信された信号の周
波数との差分を求めてその差分に応じた信号を生成する
手段が備わっている。電波を用いたセンサの中で、人体
検知には一般的に周波数帯が１ＧＨｚ〜１００ＧＨｚの
電磁波を用いるのが効果的であることが知られている。
電波（特にマイクロ、ミリ波）によるドップラ効果を利
用した人体（動き）検知の原理は以下のようになる。 基本式：ΔＦ_Ｓ−Ｆ_ｂ＝２×Ｆ_Ｓ×ν／ｃ ΔＦ：ドップラ周波数 Ｆ_Ｓ：送信周波数 Ｆ_b：反射周波数 ν：人の歩行速度 ｃ：光速（３００×１０⁶ ｍ／ｓ） アンテナから送信されたＦ_Ｓは、温水洗浄便器に向かう
人体に反射し、相対運動νによるドップラ周波数シフト
を受けＦ_bとなる。この時、送信波と反射波の周波数差
ΔＦが検出信号として取り出せる。この時、アンテナと
人体の距離は、ΔＦの振幅の大きさに反比例することか
ら、ΔＦの値を検出できれば、人の位置を検出すること
ができる。またこのΔＦの周波数スペクトルを解析する
ことにより、人が近づいているのか、遠ざかっているの
かの検出が可能となり、このようにして、人体の位置や
移動方向を検出することができる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このド
ップラセンサを洗面台の自動水栓の動体検知に利用した
場合、洗浄水を検知して、恰も人の手がボール面内で動
いているかのような動作をしてしまう可能性があった。
また、光電型赤外線センサの場合、ボール面からの反射
光を検知する場合があり、光量の調整が必要になってく
る。本発明は、このような課題を解決すべくなされたも
ので、洗面台の自動水栓の動体検知手段に電波を利用し
たドップラセンサを利用した場合の洗浄水と人を誤検知
するのを防止する手段を提供することを目的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段および作用・効果】上記課
題を解決するためになされた請求項第１項記載の発明
は、洗面台に設置された水栓の開閉を制御する吐水制御
装置であり、人体検知のための電波を送信する手段と、
該送信手段によって送信された電波の反射波を受信する
手段と、該受信手段で受信した信号の周波数と該送信手
段によって送信された信号の周波数との差分を求めてそ
の差分に応じた差分信号を生成する動体検知センサを備
えた動体検知システムにおいて、該差分信号の波形パタ
ーンにより、水栓の開閉制御を行うことを特徴とする。
電波を利用したドップラセンサは、人の行動パターンに
よって、その差分信号の出力波形のパターンに特徴が出
てくる。例えば、トイレに人が近づいて来る場合は、あ
る一定の周波数で振幅は徐々に大きくなってゆく。そし
て、便器の前で立ち止まると、急に波形がなくなり、低
い周波数の波形となる。また被測定物により透過率、吸
収率が異なる。マイクロ波の吸収率は、物質の比誘電率
が大きいほど高くなる（吸収しやすい）。透過率は、反
射率と反対の傾向にある。ちなみに周波数、雰囲気温度
等で若干異なるが、物質の比誘電率は以下の通りであ
る。 水：８０、陶器：４〜６、 人：（水分．約５５％，脂肪．約２５％，固形分．１５
％，無機質量．約５％） 即ち、水はマイクロ波を吸収し、陶器は反射しやすいと
言うことである。本発明においては、前記のようなドッ
プラセンサの性質及び被検知物質の物性を利用して、自
動水栓から水が出ているか否かが判断でき、さらに人が
手を動かしているかも分かる。

【０００５】請求項第２項記載の発明は、洗面台の自動
水栓の開閉制御を、前記差分信号の振幅の変化率により
行うことを特徴とする。ドップラセンサの差分信号の振
幅は、ドップラセンサから人までの距離に応じて変化す
る。したがって、この振幅の変化率を捉えることによ
り、人（ここでは主に手である）の位置の移動状況を予
測することができる。本発明においては、ドップラセン
サの差分信号の振幅の変化率によって、人の行動パター
ンを学習することにより、ドップラセンサの差分信号が
洗浄水によるの反射のためか、或いは人の手の動きかを
判断することができ、正確に人の手を洗浄することがで
きる。また、振幅の変化は洗面台のボール面、洗浄水、
人の手によっても変わるので、このことも判断材料にな
り得る。

【０００６】請求項第３項記載の発明は、洗面台の自動
水栓の開閉制御を、前記差分信号の周波数の変化率によ
り行うことを特徴とする。ドップラセンサの差分信号の
周波数は、人の動く早さに応じて変化する。したがっ
て、この周波数の変化率を捉えることにより、人（ここ
では主に手である）の移動速度の変化状況を予測するこ
とができる。本発明においては、ドップラセンサの差分
信号の周波数の変化率によって、人（ここでは主に手で
ある）の行動パターンを学習することにより、ドップラ
センサの差分信号が水によるの反射のためか、或いは人
の手の動きかを判断することができ、正確に人の手を洗
浄することができる。

【０００７】請求項第４項記載の発明は、洗面台に設置
された水栓の開閉を制御する吐水制御装置において、手
のひらを洗う場合に手首より上腕にセンサの検知エリア
を設けたことを特徴とする。本発明においては、水が当
たりにくい位置に、動体検知センサの検知エリアを設け
ているので、水の流れと人の手の動きを誤認識しなくな
る。つまり、人の手の動きに関するデータのみ収集が可
能になるため、水栓内に設けられる信号処理装置にかか
る負担も軽減できる。

【０００８】請求項第５項の発明は、洗面台に設置され
た水栓内に送信手段を設け、この送信手段と対向する部
分に受信手段を設置し、この受信手段における前記送信
波の減衰率を測定することにより、水栓の開閉制御を行
うことを特徴とする。本発明においては、水栓内に電波
の送信部、対向部に電波の受信部があるため、電波の反
射波を測定する場合と比較して、外乱要素が少なくなり
測定精度が向上する。例えば送信波は、人が手を洗う部
分をめがけて放射されており直進性が高いため、水栓内
の電波送信部分からみて手のさらに遠方に存在する洗面
台のボール面（つまり陶器）からは、かなり強い反射が
ある。距離的にはボール面より近くにある洗浄中の人の
手から反射される電波と遠くに存在するボール面からの
反射の強さが識別しづらくなる場合が出てくる。しかし
ながらこの場合には、水栓の水が出る部分の対向部に受
信部が存在するのでボール面の影響は全く考える必要が
ない。

【０００９】請求項第６項の発明は、前記受信手段を複
数設置し、前記受信手段で受信された各々の受信波の減
衰状態を測定することにより、水栓の開閉制御を行うこ
とを特徴とする。利用者によっては洗う手の位置がまち
まちであったり、水栓の機種によっては吐水位置が一定
でない場合もある。この場合、電波の透過をみて人の手
の動きをみる時に、誤検知率を高めてしまう恐れがあ
る。本発明においては、受信部を複数設けているため、
利用者の癖や、水栓の機種及び洗面台の形状に無関係で
安定した検知を行うことが可能になる。また、洗浄水の
状態（流量、向き等）も判断できるため多彩な水栓の開
閉制御を実現できる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、添
付図面により詳細に説明する。

【００１１】

【実施例１】図１は、洗面台の自動水栓の動体検知装置
に動体検知センサを内蔵した例でセンサ位置を水栓の先
端部分に設けた例である。図２は、この動体検知人体検
知センサの構成図である。まず、構成について説明す
る。この動体検知センサユニット３内部は図２に示す構
成になっており、まず機器全体のコントロールを行うマ
イコン５の送信回路への指示信号を信号線６通して転送
し、その信号を受けて送信回路が機能して、送信アンテ
ナ７介して動体検知のための信号が送信される。送信さ
れた電波は、物体に当たって反射して受信アンテナ８介
して受信回路に取り込まれる。この時、動いている物体
から反射された電波は、ドップラー効果により、送信し
た電波に比べ変化した周波数が受信され、差分検出回路
によって差分周波数及び振幅となり、マイコン５に認識
される。この時、移動速度は周波数により、位置は振幅
により、換算することができる。

【００１２】次に動作について説明する。自動水栓２は
洗面台のボール面１に向けて洗浄水を吐水する。吐水を
開始するきっかけは動体検知センサユニット３が人の手
４を検出した場合である。また吐水を停止するのは動体
検知センサユニット３からの信号を受けたマイコン５が
人の手４を検出状態から被検出状態になったと判断した
時である。さらに、動体検知センサユニット３は、動体
検知センサユニット３からの送信電波の指向性も考慮
し、送信電波が洗浄水に当たらないよう考慮された位置
（構造上、手のひら或いは手の甲を洗う場合に手首より
上腕部は水がかからない）に設定されており、人の手４
を正確に検知することに役立っている。

【００１３】

【実施例２】図３は、この動体検知センサのドップラ信
号の波形であり、洗浄水を検知した例である。図４は、
この動体検知センサのドップラ信号の波形であり、人の
手を検知した例である。図４の４−１の領域は吐水口か
ら遠い位置でゆっくり手を動かしている状態であり、図
４の４−２の領域は近くで忙しなく手を洗っている状態
である。また図４の４−３の領域は吐水口近くで緩やか
に洗浄中である状態を示している。図５は、洗面台の自
動水栓の動体検知装置に動体検知センサを内蔵した例で
センサ位置を特に限定しない例である。

【００１４】次に、動作について説明する。洗面台に設
置してある自動水栓で人が手を洗うと、図４のような波
形が検出される。通常は、人の手４も洗浄水もないため
ドップラセンサの差分信号は発生しない。この状態から
人が手を洗おうとすると前記差分信号が発生する。これ
で吐水を開始すれば済むのであるが、例えばボール面１
に不意に物が落下した場合も信号が発生してしまう。た
だこの場合は刹那的に信号が発生するに過ぎずまた振幅
自体も小さい。しかしながら人の手４の場合は図４のよ
うに不規則なまた不意な落下物とは明らかに異なった振
幅の波形が現れる。即ち振幅の変化率をあらかじめ設定
しておくことにより誤吐水を防止するできる。

【００１５】その後、洗浄を終え、手をボール面１内か
ら遠ざけたときまだ洗浄水は出たままである。その時の
波形が図３である。この２つの波形の振幅を比較すると
人の手４を検知しているときと洗浄水のみを検知してい
るときとでは、送信波が被検知物体に反射してくる量が
洗浄水のみの場合の方が明らかに小さくなっている（水
はマイクロ波を吸収してしまうため）。すなわち振幅の
変化率をみることで洗浄水か人の手４かを判断すること
ができる。ここでは、図２のマイコン５が受信波形をＡ
／Ｄ変換して振幅の変化率を観察して前記のように振幅
が小さくなったことを認めたら、人が洗浄を終了したと
判断して洗浄を停止する。

【００１６】この様に検出する物質による反射波の減衰
具合から、人の手４を正確に検知できるため、動体検知
センサユニット３は、人の手４が検知できる場所であれ
ば、図５のように自動水栓２のどの部分に設置してもよ
いため、自動水栓２のデザイン性の向上にもなる。

【００１７】さらに、前記差分信号の周波数の変化率を
捉えることで検知精度が向上する。なぜなら洗浄水のみ
であった場合でも図３のような波形が観測されるが、吐
水位置や洗浄水量等の変化は少ないためその周波数はさ
ほど変化しない。但し人が手を洗っている場合はあらゆ
る動きをするため周波数が絶えず変化している（図４の
４−１，４−２，４−３）。すなわち被検知物体による
周波数の変化率を学習し、実際マイコン５がＡ／Ｄした
受信波形と比較解析して吐水制御を行う。

【００１８】

【実施例３】図６は、洗面台の自動水栓の動体検知装置
に動体検知センサを内蔵した例で送信部を水栓内に、受
信部を２箇所洗面台のボール面に設けた例である。図７
〜図９は、洗浄前と洗浄開始さらに洗浄中の送受信の波
形である。図７〜図９の７−１，８−１，９−１は送信
波形であり、７−２，８−２，９−２は受信部１２−１
の、７−３，８−３，９−３は受信部１２−２の受信波
形である。

【００１９】まず、構成について説明する。実施例１で
前述したとおりこの動体検知センサユニット（送信部１
１と受信部１２を含む）の内部は図２に示す構成になっ
ており、まず機器全体のコントロールを行うマイコン５
の送信回路への指示信号を信号線６を通して転送し、そ
の信号を受けて送信回路が機能して、送信アンテナ７を
介して動体検知のための信号が送信される。送信された
電波は、物体に当たって一部は反射し、また一部は吸収
されその残りが受信アンテナ８を介して受信回路に取り
込まれる。ここで実施例１と異なるのは、受信部が複数
（ここでは２箇所）あり、複数の受信回路に取り込まれ
る。

【００２０】次に動作について説明する。原理は送信部
１１から送信された電波が人の手４にあたり反射し、ま
た一部は吸収されその残りが透過して受信部１２に到達
する。受信部１２に到達した電波の減り具合（減衰量）
を測定し人の手４を検知する。自動水栓２は洗面台のボ
ール面１に向けて洗浄水を吐水する。吐水を開始するき
っかけは動体検知センサユニットの受信部１２が人の手
４を検出した場合である。

【００２１】まず、通常は受信部１２−１の波形は図７
の７−２のようであるが、ボール面１内に人の手４をが
入ってくると図８の８−２のように振幅が小さく、乱れ
た波形になる。この場合、受信部１２−２には電波を遮
る物がないため図８の８−３のように乱れのない送信波
形に近い波形が観測される。

【００２２】但しこの時点では、他の受信部１２−２の
信号に変化がないため受信部１２−１の波形の乱れが外
乱によるものかもしれないため人の手４を検知したとは
判断しない。次に、人の手４がさらにボール面１の奥
（人が立っている場所から見て遠い方）へ来ると、受信
部１２−１と同様に受信部１２−２の波形も図９の９―
３のように振幅が小さく、乱れた波形になる。この時点
で初めて人の手４を検知したと判断し、吐水を開始す
る。

【００２３】また吐水を停止するのは上記の逆の場合の
シーケンスである。しかしながら受信部１２−１のみ波
形が乱れている場合は吐水は停止しない。なぜなら、こ
の時点で吐水を停止すると指先の洗浄をしている場合等
に不具合が生じてしまうからである。この場合受信部１
２−２、１２−３の波形は洗浄水の飛び跳ね程度の乱れ
であるのが前提である。

【００２４】また一般的に受信部１２が多ければ多いほ
ど、人の手４による電波の減衰具合が広範囲にわたって
測定できるし、受信部１２に受信される信号を解析する
と洗浄水の飛び散り具合も判断がつくようになる。（但
し、ボール面１の大きさにもよるが、一般的には２箇所
程度であれば細かなデータ収集には十分である。）これ
らの解析から、水勢を自動的に調節する飛びはねの少な
い水栓を実現することが可能になり、高付加価値の商品
の提供に寄与できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 洗面台に自動水栓が設置された図である。

【図２】 人体検知センサユニットの内部構成を示すブ
ロック図である。

【図３】 洗浄水を検知した場合の、動体検知センサの
ドップラ信号の波形である。

【図４】 洗浄中の人の手を検知した場合の、動体検知
センサのドップラ信号の波形である。

【図５】 洗面台に自動水栓が設置された図である。

【図６】 洗面台に自動水栓が設置された図でありボー
ル面に受信装置を複数設けた例である。

【図７】 洗面台に人の手がない状態での、動体検知セ
ンサの送受信の波形である。

【図８】 人が手を洗浄しようとしている状態の、動体
検知センサの送受信の波形である。

【図９】 洗浄を開始した時の、動体検知センサの送受
信の波形である。

【符号の説明】

１…洗面台ボール面、２…自動水栓、３…動体検知セン
サユニット、４…人の手、５…マイコン、６…信号線、
７…送信アンテナ、８…受信アンテナ、９…ドップラ波
形（洗浄水）、１０…ドップラ波形（人の手）、１１…
送信部、１２…受信部

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 洗面台に設置された水栓の開閉を制御す
   る吐水制御装置であり、動体検知のための電波を送信す
   る手段と、該送信手段によって送信された電波の反射波
   を受信する手段と、該受信手段で受信した信号の周波数
   と該送信手段によって送信された信号の周波数との差分
   を求めてその差分に応じた差分信号を生成する動体検知
   センサを備えた動体検知システムにおいて、該差分信号
   の波形パターンにより、水栓の開閉制御を行うことを特
   徴とする動体検知システム。
2. 【請求項２】 前記水栓の開閉制御を、前記差分信号の
   振幅の変化率により行う請求項第１項記載の動体検知シ
   ステム。
3. 【請求項３】 前記水栓の開閉制御を、前記差分信号の
   周波数の変化率により行う請求項第１、２項記載の動体
   検知システム。
4. 【請求項４】 洗面台に設置された水栓の開閉を制御す
   る吐水制御装置において、使用者が手のひらを洗う場合
   に手首より上腕側に動体検知センサの検知エリアを設け
   たことを特徴とする動体検知システム。
5. 【請求項５】 洗面台に設置された水栓内に送信手段を
   設け、この送信手段と対向する部分に受信手段を設置
   し、この受信手段における前記送信波の減衰率を測定す
   ることにより、水栓の開閉制御を行うことを特徴とする
   動体検知システム。
6. 【請求項６】 前記受信手段を複数設置し、前記受信手
   段で受信された各々の受信波の減衰状態を測定すること
   により、水栓の開閉制御を行うことを特徴とする請求項
   ５記載の動体検知システム。