JP2001343466A - 人体検知装置 - Google Patents

人体検知装置

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JP2001343466A
JP2001343466A JP2000165665A JP2000165665A JP2001343466A JP 2001343466 A JP2001343466 A JP 2001343466A JP 2000165665 A JP2000165665 A JP 2000165665A JP 2000165665 A JP2000165665 A JP 2000165665A JP 2001343466 A JP2001343466 A JP 2001343466A
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Japan
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human body
microwave
frequency
microwave sensor
sensor
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English (en)
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Toshio Oguro
利雄 小黒
Mie Ikushima
見江 幾島
Takenori Fukushima
武徳 福島
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Toto Ltd
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Toto Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 マイクロ波センサを利用した人体検知におい
て、人体の位置を正確に検知することができるようにす
る。 【解決手段】 、マイクロ波センサを用いた人体検知装
置において、マイクロ波センサを少なくとも2ヶ以上設
け、マイクロ波センサから出力されるマイクロ波を、検
知範囲に対向して左右方向に走査させるようにした。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、マイクロ波センサ
を用いた人体検知装置、およびこの人体検知装置を用い
たトイレ装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】一般に、電波による可動体検知装置を人
体検知装置として用いる場合、使用する電磁波の周波数
帯域を1GHz〜100GHzに設定するのが効果的と
される。このような人体検知装置の代表的な物として、
電波(特にマイクロ波又はミリ波)によるドップラ効果
を利用したドップラセンサが挙げられる。上記ドップラ
センサは、例えば交通量調査や、地底探索、自動ドアシ
ステムや、スピードガン等に応用されている。
【0003】上記した電波によるドップラ効果を利用し
たドップラセンサでの人体検知の原理は、下記の(1)
式で示される。 ΔF=Fs−Fb=2×Fs×v/c・・・・・・・・(1) (1)式において、ΔFはドップラ周波数(5〜200
Hz)であり、Fsは送信波の周波数(送信周波数)で
あり、約10.525GHzである。Fbは反射波の周
波数(反射周波数)であり、vは人の歩行速度であり、
cは光速(300×106m/s)である。
【0004】図1は、上記した電波によるドップラ効果
を利用したドップラセンサによる人体検知の原理の説明
図であり、上記ドップラセンサを男子用小便器の上部正
面に設定した例を示す。また、図2は、上記ドップラセ
ンサが備える機能構成を示すブロック図である。図1に
おいて、符号Fsは、ドップラセンサ1のアンテナから
の送信波であり、符号Fbは、送信波Fbが男子小便器
3に向かう人体(歩行者)5に反射することによって生
成される、相対運動(歩行者5の歩行速度)vによるド
ップラ周波数シフトを受けた反射波である。図2に示す
ように、上記反射Fbは受信装置9により受信され、一
方、送信装置7からの上記送信波Fsは基準信号として
受信装置9に読み込まれる。そして、差分検出回路11
において、反射波Fbと、送信波Fsとの周波数差であ
るΔF(ドップラ周波数)が検出信号として取り出さ
れ、帯域フィルタ13を通じて出力される。
【0005】上記アンテナと上記人体5との距離は、ド
ップラ周波数ΔFの振幅に反比例するため、ΔFの値が
分かれば人体5の位置をある程度検出できる。また、ド
ップラ周波数ΔFの周波数スペクトルを解析することに
より、人体5が男子用小便器3に近づいているのか、或
いは遠ざかっているのか(人体5の移動方向)も検出で
きる。上記ドップラ信号(ドップラ周波数)ΔFは、送
信波Fsが10GHzのとき、人体5の歩行速度vを1
m/sとすれば約67Hzである。また、走行速度10
0km/hの車の場合には、1、852Hzとなる。測
定対象に応じて帯域フィルタ13の帯域周波数を設定す
れば、ノイズとして混入する他の電波をカットすること
ができる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、マイク
ロ波センサは基本的には静止検知は不可能である。また
センサ自体の指向角が広い場合は、他の電波からの干渉
も懸念される。逆に、センサ自体の指向性を鋭くしすぎ
ると検知エリアが狭くなり、人体を検知できない場合が
生じてしまう。
【0007】また、位置の検出は、人体の動作を学習す
ることによりある程度推定することは可能だが、人体の
状態(例えば、体型・身につけている物の違い)で、マ
イクロ波の反射率が異なるため絶対的な位置は測定不可
能である。
【0008】
【課題を解決するための手段および作用・効果】上記課
題を解決する為になされた請求項第1項記載の発明は、
マイクロ波センサを用いた人体検知装置において、マイ
クロ波センサを少なくとも2ヶ以上設け、マイクロ波セ
ンサから出力されるマイクロ波を、検知範囲に対向して
左右方向に走査させることを特徴とする。本発明によれ
ば、人体検知用のセンサとしてマイクロ波センサを複数
個用いることでマイクロ波センサから人体までの距離を
算出することができ、従って、人体の動き以外にも位置
を検出することができる。
【0009】請求項第2項記載の発明は、マイクロ波セ
ンサは、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
分に応じた信号を生成する手段により構成されることを
特徴とする。本発明によれば、人体検知用のマイクロ波
センサをマイクロ波のドップラ効果を利用して動いてい
るもの(ここでは人の動き)を正確に検知できる。さら
に反射率や雰囲気温度等の影響も無視できる。
【0010】請求項第3項記載の発明は、マイクロ波セ
ンサの送信周波数が、2.45GHz〜10GHzであ
ることを特徴とする。本発明によれば、送信装置の周波
数を2.45GHz以上に設定することにより、人体の
動作を検出するためのドップラ信号の抽出が可能にな
る。言い換えれば2.45GHz以下ではドップラ信号
がうまく取り出せないためである。また送信装置の周波
数を10GHz程度までを高くすればそれだけアンテナ
を小さくできるため小型化が実現できる。ちなみにアン
テナの長さを受信電波の波長の1/4とした場合、12
GHzの周波数の電波の場合、約6mmのアンテナで十
分である。 波長λ(m)=光速(m/s)/周波数(Hz) また送信装置の周波数の上限を規定しているのは、以下
の理由からである。大気圏(おもに地球表面上)には空
気や水蒸気があり、かつ雨も降ることもある。これら
が、電磁波の伝搬に対してどの様な特性をもっているか
が、自然が与えた空間を伝搬路として直接使用する無線
方式では最も重要である。電磁波の周波数によって特性
は変わるが、一般的に周波数に比例して減衰量は増加す
る。伝搬路として減衰が少ないのは、周波数では0.1
MHz〜10GHzの範囲であり、これを高周波の分野
では”電波の窓”といっていることに起因するものであ
る。
【0011】請求項第4項記載の発明は、前記請求項第
1項乃至3項記載の人体検知装置を備え、この人体検知
装置からの信号に基づき暖房便座機能や局部洗浄機能を
制御することを特徴とする。本発明によれば、マイクロ
波センサによる人体検知装置を用いたことによりセンサ
部を隠蔽した多機能便器装置を実現できるため、意匠性
に優れている。
【0012】請求項第5項記載の発明は、前記請求項第
1項乃至3項記載の人体検知装置を備え、この人体検知
装置からの信号に基づき便器を自動洗浄することを特徴
とする。本発明によれば、マイクロ波センサによる人体
検知装置を用いたことによりセンサ部を隠蔽した便器自
動洗浄装置を実現できるため、意匠性にも優れセンサ部
にいたずらされることがなくなり、メンテ性も向上す
る。
【0013】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、図
面により詳細に説明する。
【0014】
【実施例1】局部洗浄機能付暖房便座20に人体検知装
置を設けた実施形態を図3〜図7に基づいて説明する。
なお、図9は、大気圏空間の電波伝搬特性を示す図であ
る。この図9のx軸は周波数で、y軸は減衰量である。
減衰量は大きいほど電波センサには向かない。
【0015】まず、構成について説明する。図4に示す
ように、マイクロ波センサ30は洗浄機能付暖房便座2
0の本体から人体が座る方向に見て左側部分に設置し、
マイクロ波センサ31は洗浄機能付暖房便座20の本体
から人体が座る方向に見て右側部分に設置している。な
お、マイクロ波センサ30とマイクロ波センサ31との
間の距離は一定である。更に図3及び図6に示すよう
に、マイクロ波センサ30とマイクロ波センサ31は、
それぞれ独立した駆動装置24,25を備えており、こ
の駆動装置24,25によってセンサ走査装置であるス
テッピングモータ22,23を回転させることにより、
それぞれ独立して動作させることができる。また、マイ
クロ波センサの発信周波数は2.45GHz〜10GH
zである。なお、マイクロ波センサ30、31を走査さ
せるために、ステッピングモータを使用しているが、サ
ーボモータでも問題はない。
【0016】次に動作について図7のフローチャートに
基づいて説明する。洗浄機能付暖房便座20内のマイク
ロ波30とマイクロ波センサ31は通常人体5を検知し
ていないときは、トイレ(図示しない)の入口方向を向
いて間欠的(例えば10秒に1回程度電波を発信させて
いる)に動作させている(S1)。但し、トイレ(図示
しない)のドアが開いたことを検知或いは人体5を検知
する(動かないドアや人体5がいない場合はドップラ信
号がほとんど発生しないがドアの開閉時や人体5を検知
するとドップラ信号が発生する)と(S2あり)、自動
的に連続的に電波を発信させるモード(0.5秒に1回
程度伝播を発信させる)に変わり、頻繁に人体検知を行
う(S3)。
【0017】更に、マイクロ波センサ30、31はそれ
ぞれ走査用のステッピングモータ22、23によってセ
ンサ30は右方向に回転し、センサ31は左方向へと回
転する(S4)。なお、回転開始前のセンサ30、31
はトイレの入口方向を向くように設定されており、セン
サ30、31は各々が向かい会う位置(送信部同士が対
向している状態)まで回転すると逆回転に転じる。この
回転の過程でセンサ30,31がドップラ信号を受け取
ると(S5あり)、マイクロ波センサ30、31は一定
のスピードで走査しているため、マイクロ波センサの現
在の向き乃ち角度はマイコン26によって把握でき(S
6)、この角度に基づいて後述するように人体の位置を
検出することができる(S7)。そして、検出された人
体の位置から、洗浄機能付暖房便座20に着座されたか
どうかを判断し(S8)、着座してないと判断されると
(S8しない)、S5に戻ってセンサ30,31は引き
続き回転するものであり、着座したと判断されると(S
8した)、センサ30、31は回転を停止し、その位置
にてドップラ信号の有無を継続して検出することにより
離座を判断する(S9)。
【0018】なお、マイクロ波センサ30、31は共に
鋭い指向性を持っており、センサ自体を回転することに
より測距している。そのため、指向角が広すぎると、人
体5の位置検出の精度が悪くなるので指向角はできるだ
け鋭くする必要があり、ここでは指向角を10゜以下に
設定している。またセンサ30、31は最大90゜の範
囲で回動している。
【0019】測距の方法は、図5のように、マイクロ波
センサ30とマイクロ波センサ31の距離をaとし、マ
イクロ波センサ30とマイクロ波センサ31更に、人体
5を直線で結ぶ三角形を形成させ、三角形の底辺の長さ
aの両端の角をθ1、θ2この三角形の垂辺をx(洗浄
機能付暖房便座20から人体5までの距離)とし、左半
分の三角形の底辺をa1、右半分の三角形の底辺をa2
とすると、それぞれの関係は下記の(2)式で示され
る。 a=a1+a2・・・・・・・・(2) また、三角形の垂辺xは下記の(3)、(4)式で示さ
れる。 x=a1tanθ1・・・・・・・・(3) x=a2tanθ2・・・・・・・・(4) (2)、(3)、(4)式よりxを求めると、(5)式
のようになる。 x=a2tanθ2又は、a1tanθ1・・・・・・・・(5) このようにして洗浄機能付暖房便座20から人体5まで
の距離が測定できる。
【0020】
【実施例2】便器自動洗浄装置に人体検知装置を設けた
実施形態を図8に基づいて説明する。
【0021】まず、構成について説明する。図8に示す
ように、マイクロ波センサ30は使用者が小便動作中の
状態から男子小便器3を見て右側部分に設置し、マイク
ロ波センサ31は使用者が小便動作中の状態から男子小
便器3を見て左側部分に設置している。なお、マイクロ
波センサ30とマイクロ波センサ31の距離は一定であ
る。更にマイクロ波センサ30とマイクロ波センサ31
は、図3,図6に示すようにそれぞれ独立した駆動装置
を備えており、それぞれ独立して動作させることができ
る。また、マイクロ波センサの発信周波数は2.45G
Hz〜10GHzである。
【0022】動作については、上述した実施例1と殆ど
同じであるが、S8にて着座を判断していたのに代え
て、小便器に近接した位置に人体がいることにより小便
器の使用を判断するものとし、S9にては離座を判断し
ていたのに代えて、小便器使用後に人体が小便器から離
れたことを判断するようにする。なお、測距の方法は、
前記した実施例1と同様である。
【0023】また、上記した実施例1および実施例2に
おいては、マイクロ波センサとしてはドップラセンサで
あるものについて説明してきたが、マイクロ波センサと
してはドップラセンサに限らず、単なる反射を利用した
ものでも問題ない。
【図面の簡単な説明】
【図1】 電波によるドップラ効果を利用したドップラ
センサによる人体検知の原理図を示す説明図である。
【図2】 電波によるドップラ効果を利用したドップラ
センサが備える機能構成を示すブロック図である。
【図3】 第1の実施例を示す図であり、マイクロ波セ
ンサを組み込んだトイレ装置の制御ブロック図である。
【図4】 第1の実施例を示す図であり、マイクロ波セ
ンサを組み込んだ洗浄機能付暖房便座の正面から見た斜
視図である。
【図5】 第1及び第2の実施例を示す図であり、2ヶ
のマイクロ波センサを用いた人体と機器の距離を測定す
る手段を示した解説図である。
【図6】 第1及び第2の実施例を示す図であり、マイ
クロ波センサを走査させる手段として、駆動装置にステ
ッピングモータを用いた図である。
【図7】 第1の実施例を示す図であり、人体検知方法
のフローチャートである。
【図8】 第2の実施例を示す図であり、マイクロ波セ
ンサを組み込んだ男子用小便器の正面から見た図であ
る。
【図9】 第1の実施例を示す図であり、大気圏空間の
電波伝搬特性を示す図である。
【符号の説明】
1・30・31…マイクロ波センサ、3…男子用小便
器、5…人体、20…洗浄機能付暖房便座、22・23
…ステッピングモータ、24・25…駆動装置、26…
制御用マイコン
フロントページの続き Fターム(参考) 2D037 AD14 AD16 2D038 JC11 JH21 KA01 2D039 AA01 AA04 FA03 2G005 DA04

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 マイクロ波センサを用いた人体検知装置
    において、前記マイクロ波センサを少なくとも2ヶ以上
    設け、前記マイクロ波センサから出力されるマイクロ波
    を、検知範囲に対向して左右方向に走査させることを特
    徴とする人体検知装置。
  2. 【請求項2】 前記マイクロ波センサは、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信号を生成
    する手段により構成されることを特徴とする請求項第1
    項記載の人体検知装置。
  3. 【請求項3】 前記マイクロ波センサの送信周波数が、
    2.45GHz〜10GHzであることを特徴とする請
    求項第1項乃至2項記載の人体検知装置。
  4. 【請求項4】 前記請求項第1項乃至3項記載の人体検
    知装置を備え、この人体検知装置からの信号に基づき暖
    房便座機能や局部洗浄機能を制御することを特徴とする
    多機能便器。
  5. 【請求項5】 前記請求項第1項乃至3項記載の人体検
    知装置を備え、この人体検知装置からの信号に基づき便
    器を自動洗浄することを特徴とする便器自動洗浄装置。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004181077A (ja) * 2002-12-05 2004-07-02 Matsushita Electric Ind Co Ltd トイレ装置
KR101924327B1 (ko) 2017-04-27 2018-12-03 김영수 마이크로웨이브 센서를 이용한 알람 시스템

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