JP2004092219A

JP2004092219A - 自動水栓

Info

Publication number: JP2004092219A
Application number: JP2002255382A
Authority: JP
Inventors: Akira Nishioka; 西岡　明
Original assignee: SanEi Faucet Manufacturing Co Ltd
Current assignee: SanEi Faucet Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2002-08-30
Filing date: 2002-08-30
Publication date: 2004-03-25

Abstract

【課題】簡潔な構成でありながら確実に人体検知を行うことができる誤動作の少ない自動水栓を提供する。
【解決手段】異なる位置に配置された複数の発光素子１１ａ，１１ｂと、各発光素子１１ａ，１１ｂから照射されて被検知物８によって反射した光Ｉｒ’を受光する受光素子１２と、吐水口４に通ずる流路５を開閉する電磁弁６と、前記各発光素子１１ａ，１１ｂによる光Ｉｒの照射を制御すると共に受光素子１２による光の検出信号Ｓを用いて被検知物８を検知して前記電磁弁６を開く制御部２０とを有し、前記各発光素子１１ａ，１１ｂが光の照射範囲Ａａ，Ａｂを重ねるようにその照射角度を調整して配置されていると共に、前記制御部２０は複数の発光素子１１ａ，１１ｂからの光Ｉｒが共に被検知物８によって反射したことを検出したときに被検知物８を検知するものである。
【選択図】　　　図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動水栓に関するものであり、より詳細には誤動作を防いで確実な被検知物の検知を可能とする自動水栓に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、洗面所等に設けられる水栓に人体（被検知物）を検知するセンサを取り付け、自動的に吐水および止水ができるようにした、いわゆる自動水栓が知られている。図８は一般的な自動水栓の構成を示す図であり、この自動水栓３０は蛇口本体３１に赤外線などの一つの発光素子３２と、一つの受光素子３３とからなる人体検知センサ３４が取り付けられ、この人体検知センサ３４からの検出信号を受信して給水路３５に設けられた電磁弁３６を開動作させる制御回路３７をその人体検知センサ３４の近傍に設けた構造となっている。
【０００３】
前記制御回路３７は前記発光素子３２から赤外線を照射させ、利用者の手などの人体に当たって反射した光を受光素子３３によって受光することにより、この反射光の強度を求め、この反射光の強度が所定の閾値を越えたときに、人体の検出を行っていた。なお、発光素子３２から照射される赤外線は人体のみならずシンク２などによっても反射し、幾らかの赤外線が受光部に受光されることは避けられなかった。そこで、発光素子３２による赤外線の照射角度を狭くしてシンク２等の固定物によって反射した赤外光が受光素子３３に入らないようにするために、集光レンズ３２ａを配置していた。
【０００４】
図９は、受光素子３３によって受光した光の検出信号Ｓｐを用いて、人体検知信号Ｏｐを出力する人体検知回路の構成を示す図である。図９において、３８は前記検出信号Ｓｐを増幅する増幅器であって、その増幅率を変更可能に構成されている。また、３９は増幅後の検出信号Ｓｐ’を所定の閾値Ｖｒｅｆと比較することで、人体検知信号Ｏｐを出力する比較器である。
【０００５】
すなわち、前記人体検知回路を設けた場合は、自動水栓３０を設置した時点でシンクによって反射した光による検出信号Ｓｐの大きさを予め検出して、前記増幅器３８の増幅率を調整し、調整された増幅率で増幅された検出信号Ｓｐ’を用いて人体検知信号Ｏｐを出力することにより、シンクなどによる赤外線の反射を人体検知と誤認識することがないようにしていた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、発光素子３２による赤外線の照射角度を絞る場合には、集光レンズ３２ａの部品点数が増えることにより、製造コストが引き上げられるとともに、利用者が絞られた光軸Ｌを遮るように手を差し延べないかぎり自動水栓３０が動作しないという問題があった。さらに、この赤外線の光軸Ｌ上であれば、自動水栓３０の吐水口から離れた位置に手を差し延べたり、何らかの物がシンク２内に落ちただけであっても、自動水栓３０が動作してしまうことがあり、節水効果が得られないという問題もあった。
【０００７】
また、図９に示すような人体検知回路を形成した場合には、シンク２などによる赤外線の反射が強い場合と弱い場合に、検出信号Ｓｐ’の増幅率が変わるために、人体検知の検出感度が大きな影響を受け、使用者が手を差し延べたとしても吐水できない場合があった。
【０００８】
本発明の目的は、簡潔な構成でありながら確実に人体検知を行うことができる誤動作の少ない自動水栓を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の自動水栓は、異なる位置に配置された複数の発光素子と、各発光素子から照射されて被検知物によって反射した光を受光する受光素子と、吐水口に通ずる流路を開閉する電磁弁と、前記各発光素子による光の照射を制御すると共に受光素子による光の検出信号を用いて被検知物を検知して前記電磁弁を開く制御部とを有し、前記各発光素子が光の照射範囲を重ねるようにその照射角度を調整して配置されていると共に、前記制御部は複数の発光素子からの光が共に被検知物によって反射したことを検出したときに被検知物を検知するものであることを特徴としている。（請求項１）
【００１０】
したがって、前記制御部は複数の発光素子によって生じた光が共に被検知物によって反射したことを検出したときにのみ被検知物を検知するので、複数の発光素子による光の照射範囲が重なっている部分だけが被検知物の検知領域となる。つまり、光の照射範囲が広くても被検知物の検知領域とは異なる位置であれば、一つの発光素子からの光の照射を受けるほかの部分において被検知物が光を反射したとしても、別の発光素子からの光を反射できないので、これを被検知物の検知として誤動作することがない。
【００１１】
加えて、各発光素子からの光を無闇に絞る必要がないので、従来のように集光レンズ３２ａを設ける必要がないだけでなく、発光素子からの光の照射範囲を直線Ｌ上に配置した場合に比べて、適度に融通のある検知領域を設定することができる。つまり、動作不良の発生を防ぐことができる。
【００１２】
なお、本発明は発光素子の数を限定するものではないが、例えば２つの発光素子を用いる場合、両発光素子による光の照射領域を交差させるように、発光素子の角度を振ることで、両発光素子の照射領域の交点付近を被検知物の検知領域とすることができる。３つ以上の発光素子を設ける場合にも各発光素子による光の照射領域を全て重ねるように、発光素子の照射領域に角度を付けるように配置することができる。
【００１３】
前記制御部が、設置後に各発光素子から光を照射させたときの受光素子による光の検出信号をそれぞれ比較値として記憶する記憶部と、各発光素子から照射した光による検出信号をその比較値と比較することにより、この光が被検知物によって反射したことを検出する比較部とを有する場合（請求項２）には、検出信号の増幅率を変えることなく、シンクなどの被検知物以外の部分からの光の反射による影響を取り除くことができる。したがって、受光素子による光の検出信号を検知感度を変えずに補正でき、これによって被検知物を確実に検知できるようになる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、それによって本発明は限定を受けるものではない。
図１〜４は、本発明の自動水栓１の一例を説明する図であって、図１は自動水栓１をシンク２に設置した状態を示す図である。図２は前記自動水栓１の正面図、図３は水平断面図、図４はこの自動水栓の制御回路を簡単に示す図である。
【００１５】
図１に示すように、自動水栓１はシンク２に設置された状態で水栓本体３がシンク２の上面に突出し、シンク２の下側には吐水口４に連通する配管５と、電磁弁６とを有する。そして、７は光の一例として例えば赤外線Ｉｒを照射することで被検知物としての人の手８を検出して電磁弁６の開閉を制御する制御部を形成した基板である。なお、本発明は自動水栓１の形態を本例に示すものに限定するものではなく、電磁弁６を本体３内に設けるなどの種々の変形が可能である。また、以下の説明において、被検知物の検知の一例として人体検知を行なう例を示すが、本発明は人の手８などの人体検知に限られるものではなく、雑巾のような物体であっても検知できることはいうまでもない。
【００１６】
図２において、前記水栓本体３はその吐水口４の下方に縦方向に長孔１０を形成し、この長孔１０の内側には例えばＬＥＤからなる２つの赤外線Ｉｒの発光素子（以下、２つをまとめるときはＬＥＤ１１という）１１ａ，１１ｂと、これらのＬＥＤ１１から照射されて手８によって反射した光Ｉｒ’（図１参照）を受光する受光素子の一例としてのフォトダイオード１２とを有している。また、本例の場合、２つのＬＥＤ１１ａ，１１ｂを設けることで、それぞれが異なる赤外光Ｉｒの照射領域Ａａ，Ａｂ（図３参照）を得るようにしている。
【００１７】
図３において、１３は赤外線Ｉｒ，Ｉｒ’を透過する窓材であり、１４はこの窓材１３と長孔１０の間を水密に保つためのシール材である。図３が示すように、ＬＥＤ１１ａ，１１ｂは互いの光軸Ｌａ，Ｌｂが交差するように斜めに傾けて、ＬＥＤ１１ａ，１１ｂの角度を内側に振っている。また、各ＬＥＤ１１ａ，１１ｂからの赤外線Ｉｒが光軸Ｌａ，Ｌｂに対して例えば±１０°程度の広がりをもった照射領域Ａａ，Ａｂを有するとすると、図３に斜線で示す領域Ａは両ＬＥＤ１１ａ，１１ｂからの光を共に受けることができる部分である。
【００１８】
図４において、２０は自動水栓１の制御部を形成するＣＰＵであり、２１は前記ＬＥＤ１１ａ，１１ｂの駆動回路、２２はフォトダイオード１２の受光制御回路、２３は比較器、２４は演算増幅器２５と抵抗を接続することでＲｄ_０〜Ｒｄ_３のデジタル信号をアナログ変換するための加算回路、２６は前記電磁弁６の駆動回路である。また、ＭはＣＰＵ２０内にある記憶部である。
【００１９】
本例の自動水栓１はシンク２に取り付けた状態で、図外の電源を投入すると、まず、シンク２の形状に伴う赤外線Ｉｒの反射を測定する。すなわち、ＬＥＤ１１ａ，１１ｂを順番に点灯し、これに対する跳ね返りの赤外線Ｉｒ’の強度を測定し、その大きさを記憶部Ｍに記憶させる。このとき、ＣＰＵ２０は加算回路２４と比較器２６を用いることで逐次比較型のＡＤ変換の原理でアナログの検出信号Ｓをデジタルの値Ｒｄ_０〜Ｒｄ_３に変換して、シンク２などで跳ね返ってきた赤外線Ｉｒ’の大きさを求める。
【００２０】
なお、前記ＬＥＤ１１ａ，１１ｂはそれぞれ異なる赤外線Ｉｒの照射領域Ａａ，Ａｂを有するので、各ＬＥＤ１１ａ，１１ｂから出射された赤外線Ｉｒを反射した光Ｉｒ’の大きさはぞれぞれ測定して記憶部Ｍに記憶することが望ましい。上記記憶部Ｍに記憶された赤外線Ｉｒ’の強度は人体検知を行うときに用いる比較値Ｒを生成するために用いられる。
【００２１】
次に、本発明の自動水栓１における人体検知の方法を説明する。ＣＰＵ２０は定期的に前記ＬＥＤ１１ａ，１１ｂを制御し、短い時間の単パルスを順番に出力させる。各ＬＥＤ１１ａ，１１ｂから出力された赤外線Ｉｒはシンク２などの固定物または人手８に当たって反射し、フォトダイオード１２によって検出し、受光制御回路２２は検出信号Ｓを出力する。このとき、ＣＰＵ２０は記憶部Ｍに記憶されているシンク２などによる反射赤外線Ｉｒ’の大きさ前記デジタル値Ｒｄ_０〜Ｒｄ_３として出力し、加算回路２４でＤＡ変換することで適宜の大きさのアナログの比較値Ｒを出力する。
【００２２】
そして、比較器２３によって検出信号Ｓと比較値Ｒを比較することにより、フォトダイオード１２によって検出した検出信号Ｓがシンク２などの固定物によるものであるか、人手８によるものであるかを判断することができる。すなわち、ＬＥＤ１１ａ，１１ｂ毎にシンク２などの固定物による反射光Ｉｒ’を記憶しているので、これを比較値とすることで、受光制御回路２２の増幅率を変えることなくシンク２などの固定物による反射の影響をキャンセルすることができる。つまり、人体検知の感度を安定させることができる。
【００２３】
また、ＣＰＵ２０は両ＬＥＤ１１ａ，１１ｂを交互に点灯して、そのときの反射光Ｉｒ’による検出信号Ｓの大きさを記憶部Ｍに記憶された比較値Ｒと比較し、両ＬＥＤ１１ａ，１１ｂからの赤外線Ｉｒが共に被検知物によって反射したことを検出したときに人体を検知する。つまり、両ＬＥＤ１１ａ，１１ｂを用いた人体の検出に論理積（ＡＮＤ）をかけることにより、人体検知の信頼性を向上することができる。
【００２４】
したがって、図３に示す本例の場合、両ＬＥＤ１１ａ，１１ｂから照射される赤外線Ｉｒの照射領域Ａａ，Ａｂの重なった領域Ａに人の手８が位置した場合には、ＣＰＵ２０は人体検知を行って、電磁弁駆動回路２６を用いて電磁弁６を開弁し、吐水することができる。
【００２５】
また、前記領域Ａを外れていたとしても、手８が照射領域Ａａ，Ａｂにまたがって位置する場合には、両ＬＥＤ１１ａ，１１ｂから照射される赤外線Ｉｒが何れも手８によって反射するので、これによってＣＰＵ２０は人体を検知することができる。この動作は、雑巾などの物体をこれらの領域Ａ，Ａａ，Ａｂの位置に持ってきたときも同じである。
【００２６】
一方、前記照射領域Ａａ，Ａｂはある程度の距離を離れると重ならなくなると共に、両照射領域Ａａ，Ａｂの間に間隔が生じるようになる。すなわち、シンク２に何かの物体を落とした場合などには、両照射領域Ａａ，Ａｂに同時に落とさないかぎり、ＣＰＵ２０はこれを検知することがない。すなわち、巧みに傾けた方向で赤外線Ｉｒを出射するＬＥＤ１１ａ，１１ｂを配置することで、誤動作をほゞ確実に防ぐことができると共に、吐水口４の下方における照射領域Ａ近傍では確実に人体検知を行うことができる。
【００２７】
図５は前記ＬＥＤ１１ａ，１１ｂの配置および傾きと、赤外線Ｉｒの照射領域Ａａ，Ａｂ，Ａとの関係を示す別の図である。図５に示すように、ＬＥＤ１１ａ，１１ｂを互いに少し離して配置することにより、照射領域Ａａ，Ａｂが重なる領域Ａを本体３から少し離れた位置に設定することも可能である。
【００２８】
この場合、領域Ａの近傍に手８を持ってきたときに、自動水栓１を動作させることができる。本例の場合にも、両照射領域Ａａ，Ａｂを交差させるためにＬＥＤ１１ａ，１１ｂを内側に傾けさせることが重要である。また、ＬＥＤ１１ａ，１１ｂを離して配置できる場合には、各照射領域Ａａ，Ａｂの照射角度にある程度広がりを持たせることにより、人体の検知領域に適度な広がりを持たせることができる。
【００２９】
図６は２つのＬＥＤ１１ａ，１１ｂを長孔１０の上下に離して配置した例を示す図である。本例の場合、ＬＥＤ１１ａ，１１ｂの間隔を大きくとることができるので、人体の検知領域を特定しやすくなる。
【００３０】
図７は２つのＬＥＤ１１ａ，１１ｂを横方向に離して配置した例を示す図である。この場合、長孔２７は横方向に設けることが望ましい。また、前記長孔２７と、ＬＥＤ１１ａ，１１ｂと、フォトダイオード１２の高さ位置や、赤外線の照射方向を自在に変更できるようにすることも考えられる。
【００３１】
上述した各例では発光素子としてのＬＥＤを２つ設けた例を示しているが、本発明はこれに限られるものではない。すなわち、３つあるいはそれ以上の数のＬＥＤを配置することで、人体の検知領域をさらに厳密に限定することも可能である。この場合、複数ある発光素子の内少なくとも２つの組み合わせて発光素子から照射された光が共に被検知物によって反射したことを検知するときに、人体を検知することができる。
【００３２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の自動水栓は、簡単な構成で製造コストをほとんど引き上げることなく、確実に被検知物を検知して自動的に吐水させることができると共に、誤動作による吐水を効果的になくすことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の自動水栓を設置した状態の全体構成を示す図である。
【図２】前記自動水栓の正面図である。
【図３】前記自動水栓の水平断面図である。
【図４】前記自動水栓の電気回路の説明図である。
【図５】前記自動水栓において被検知物を検知する領域を説明する図である。
【図６】前記自動水栓の変形例を示す図である。
【図７】前記自動水栓の別の変形例を示す図である。
【図８】従来の自動水栓の例を示す図である。
【図９】前記自動水栓において被検知物を検出する電気回路の説明図である。
【符号の説明】
１…自動水栓、４…吐水口、５…流路、６…電磁弁、８…検知物（人の手）、１１（１１ａ，１１ｂ）…発光素子（ＬＥＤ）、１２…受光素子、２０…制御部（ＣＰＵ）、２３…比較部、Ａ，Ａａ，Ａｂ…照射範囲、Ｉｒ，Ｉｒ’…光、Ｍ…記憶部、Ｒ…比較値、Ｓ…検出信号。

Claims

異なる位置に配置された複数の発光素子と、
各発光素子から照射されて被検知物によって反射した光を受光する受光素子と、吐水口に通ずる流路を開閉する電磁弁と、
前記各発光素子による光の照射を制御すると共に受光素子による光の検出信号を用いて被検知物を検知して前記電磁弁を開く制御部とを有し、
前記各発光素子が光の照射範囲を重ねるようにその照射角度を調整して配置されていると共に、前記制御部は複数の発光素子からの光が共に被検知物によって反射したことを検出したときに被検知物を検知するものであることを特徴とする自動水栓。
前記制御部が、設置後に各発光素子によって光を照射させたときの受光素子による光の検出信号をそれぞれ比較値として記憶する記憶部と、各発光素子から照射した光による検出信号をその比較値と比較することにより、この光が被検知物によって反射したことを検出する比較部とを有する請求項１に記載の自動水栓。