JP2004190445A

JP2004190445A - 自動水栓装置

Info

Publication number: JP2004190445A
Application number: JP2002362691A
Authority: JP
Inventors: Takashi Otake; 高大竹; Nobuo Tsuda; 信雄津田
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2002-12-13
Filing date: 2002-12-13
Publication date: 2004-07-08

Abstract

【課題】反射光に応じた検知信号に基づく判定手段を配設させることで、鏡面反射もしくは低反射率の検知物であっても誤作動なく検知できることを可能とした自動水栓装置を実現する。
【解決手段】位置検出素子１１４より発する二つの検知信号Ｖ１、Ｖ２に基づいて人体や物との距離を検知する距離測定式センサ１１０を有し、制御装置１３０は、二つの検知信号Ｖ１、Ｖ２を比較して人体や物を検知する第１検知判定手段ステップ２３３と、二つの検知信号Ｖ１、Ｖ２の変化量により人体や物を検知する第２検知判定手段ステップ２３４と、一方の検知信号Ｖ２により人体や物を検知する第３検知判定手段ステップ２３５とを有し、上記第１、２、３検知判定手段に基づいて、バルブ１２０を開閉制御するようにした。これにより、鏡面反射もしくは低反射率の検知物であっても検知できる。
【選択図】図４

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、人や食器類などを検知して自動で吐水、止水する自動水栓装置に関するものであり、特に、鏡面反射物や光を透過する物の検知に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の自動水栓装置では、シンク、手洗い器などに設けられた水栓の近傍に手を差し出すことにより自動で水栓の吐水口から吐水され、手を引っ込むことで吐水が自動で止水される自動水栓装置が知られている。この種の自動水栓装置には、人や物を検知するために検知手段が設けられ、その検知手段の検知エリア内に人や物の存在を検知することにより、自動で水栓の吐水口の吐水、止水を行なっている。因みに、検知エリア内の検知物の存在を検知する検出手段として、検知エリア内に赤外線を発光して跳ね返った光量を検知することで人や物等の対象物のとの距離を検知して検知エリア内の検知物の存在を検知する発光素子、受光素子などからなる距離測定式センサでは、発光素子により発光された光が検知物において拡散反射することにより反射光が受光素子に受光され、かつ受光素子に集光される二つの検知信号によって正確に距離を測定して、検知エリア内の検知物の検知するように構成されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−１９４７８３号公報（第３−４頁、第２図）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、例えば、ステンレスボールやステンレスからなるナイフ等の鏡面反射するような検知物は、検知物にあたる発光された光との角度によっては、発光された光が鏡面反射により、反射光が受光素子に受光されず検知物が検知エリア内に存在しても検知されない問題がある。
【０００５】
また、ガラスコップやガラス食器など光を透過させてしまう低反射率の検知物は、発光された光が透過してしまうため反射光が受光素子に受光されず検知物が検知エリア内に存在しても検知されない問題もある。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、上記点を鑑みたものであり、反射光に応じた検知信号に基づく判定手段を配設させることで、鏡面反射もしくは低反射率の検知物であっても誤作動なく検知できることを可能とした自動水栓装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記、目的を達成するために、請求項１ないし請求項５に記載の技術的手段を採用する。すなわち、請求項１に記載の発明では、人体あるいは物を検知する検知手段（１１０）からの検知信号に基づいて、吐水口（１４１）への給水流路（１６１）の開閉を行なうバルブ（１２０）を開閉制御する制御手段（１３０）を備える自動水栓装置において、
検知手段（１１０）は、発光素子（１１１）と受光素子（１１４）からなり、かつ受光素子（１１４）より発する二つの検知信号（Ｖ１、Ｖ２）に基づいて人体あるいは物との距離を検知する距離検知手段（１１０）を有し、
制御手段（１３０）は、二つの検知信号（Ｖ１、Ｖ２）を比較して人体あるいは物を検知する第１検知判定手段（２３３）と、二つの検知信号（Ｖ１、Ｖ２）の変化量により人体あるいは物を検知する第２検知判定手段（２３４）と、一方の検知信号（Ｖ２）により人体あるいは物を検知する第３検知判定手段（２３５）とを有し、第１、第２、第３検知判定手段（２３３、２３４、２３５）に基づいて、バルブ（１２０）を開閉制御するようにしたことを特徴としている。
【０００８】
請求項１に記載の発明によれば、この種の距離検知手段（１１０）は、一般的に、検知物の反射光のレベルによって検知の精度が問われるものである。手や通常の物体など凹凸のある検知物においては、検知物の拡散反射により反射光が受光素子（１１４）に受光されて検知エリア内の検知物を検知するものである。
【０００９】
ところが、ガラスコップやガラス食器など光を透過させてしまう低反射率の検知物やステンレスボール等の鏡面反射するような検知物は、反射光が受光素子（１４）に受光されず検知物が検知エリア内に存在しても検知されない問題もある。
【００１０】
そこで、本発明は、受光素子（１１４）より発する二つの検知信号（Ｖ１、Ｖ２）を反射光に応じた検知信号（Ｖ１、Ｖ２）に基づく判定手段、すなわち、二つの検知信号（Ｖ１、Ｖ２）を比較する第１検知判定手段（２３３）と、二つの検知信号（Ｖ１、Ｖ２）の変化量による第２検知判定手段（２３４）と、一方の検知信号（Ｖ２）により第３検知判定手段（２３５）とを有することにより、第１検知判定手段（２３３）により凹凸のある検知物の検知、第２検知判定手段（２３４）より低反射率の検知物の検知、および第３検知判定手段（２３５）により鏡面反射するような検知物の検知ができるように構成したものである。
【００１１】
請求項２に記載の発明では、第１検知判定手段（２３３）は、二つの検知信号（Ｖ１、Ｖ２）を比較し、一方の検知信号（Ｖ２）が他方の検知信号（Ｖ１）を超えたときに、人体あるいは物を検知する判定手段であることを特徴としている。
【００１２】
請求項２に記載の発明によれば、凹凸のある検知物では、検知エリア内に検知物があるときには、検知物の拡散反射により二つの検知信号（Ｖ１、Ｖ２）でＶ１≦Ｖ２により容易に検知エリア内の検知物の検知判定できる。
【００１３】
請求項３に記載の発明では、第２検知判定手段（２３４）は、二つの検知信号（Ｖ１、Ｖ２）を加算し、その加算値の変化量が所定値以上のときに、人体あるいは物を検知する判定手段であることを特徴としている。
【００１４】
請求項３に記載の発明によれば、低反射率の検知物は、例えば、検知物がないときの状態と比較してその変化量が所定値以上のときに検知物の検知判定できるようにすることで、低反射率の検知物であっても容易に検知エリア内の検知物の検知判定できる。
【００１５】
請求項４に記載の発明では、第３検知判定手段（２３５）は、一方の検知信号（Ｖ２）が所定値以上のときに、人体あるいは物を検知する判定手段であることを特徴としている。
【００１６】
請求項４に記載の発明によれば、鏡面反射するような検知物では、反射光が請求項２のときよりも大きくなる。従って、一方の検知信号（Ｖ２）が所定値以上のときに、検知物の検知判定できるようにすることで、鏡面反射する検知物であっても容易に検知エリア内の検知物の検知判定できる。
【００１７】
請求項５に記載の発明では、制御手段（１３０）は、第１、第２、第３検知判定手段（２３３、２３４、２３５）のいずれか一つが人体あるいは物を検知する判定のときに、バルブ（１２０）が開弁されるように制御することを特徴としている。
【００１８】
請求項５に記載の発明によれば、どんな検知物であっても検知エリア内の検知物の検知ができるとともに、検知に基づいてバルブ（１２０）が開弁するように確実に制御される。
【００１９】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態の具体的手段との対応関係を示すものである。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を図１ないし図７に基づいて説明する。図１は、本発明の自動水栓装置１００を台所のシンクに適用したものである。まず、図１および図２に示すように、自動水栓装置１００の全体構成について説明する。
【００２１】
自動水栓装置１００は、台所のシンク１５０の水栓１４０に設けられた検知手段１１０、バルブ１２０、制御手段である制御装置１３０などから構成されている。
【００２２】
水栓１４０には、湯水供給装置１６０からの湯水が流通する給水流路１６１が接続されており、下流端に吐水口１４１、この吐水口１４１近傍の先端部には人体の手や物などの対象物との距離を検知する検知手段としての距離測定式センサ（以下、距離センサと呼ぶ）１１０が設けられている。この距離センサ１１０は、図２に示すように、発光素子である赤外発光素子１１１、発光側レンズ１１２、受光側レンズ１１３および受光素子である位置検出素子１１４から成る周知のものである。
【００２３】
本実施形態の距離センサ１１０は、略垂直方向に検知エリアＬを有している。そして、赤外発光素子１１１から発光される光が、発光側レンズ１１２を通り対象物によって反射され、その光が受光側レンズ１１３を通して位置検出素子１１４に集光される位置Ｘに応じて対象物との検知距離Ｌを捉えるようにしたものである。
【００２４】
因みに、発光レンズ１１２と受光レンズ１１３との距離をＰ、受光レンズ１１３と位置検出素子１１４との距離をｄとなるように設定しており、幾何学的には、検知距離Ｌ＝Ｐ×ｄ／Ｘとして得られるものであるが、実際には、位置検出素子１１４に集光する光の位置Ｘ１、Ｘ２に応じてそれぞれ発生する検知信号として、二つの電流ｉ１、ｉ２を後述する制御装置１３０に出力するようにしている。
【００２５】
次に、制御装置１３０は、距離センサ１１０を作動させ、また上記二つの検知信号に基づいて、バルブ１２０を開閉制御する制御プログラム（後述する）を有するとともに、内部にはアンプ１３１、Ａ／Ｄ変換器１３２、演算部１３３が設けられている。そして、二つの電流ｉ１、ｉ２は、アンプ１３１によりそれぞれ増幅、電圧変換されてＶ１、Ｖ２となり、さらに、Ａ／Ｄ変換器１３２によりデジタル変換を行ない、演算部１３３において検知距離ＬがＤＡＴＡ＝（Ｖ１−Ｖ２）／（Ｖ１＋Ｖ２）として求めるようにしている。
【００２６】
また、デジタル変換された二つの検知信号であるＶ１、Ｖ２は、後述するバルブ１２０を開閉制御するための第１、第２、第３判定手段に用いられており、この演算部１３３により求めるようにしている。そして、バルブ１２０は、給水流路１６１の途中に設けられ、上述した制御装置１３０からの開閉信号によって、給水流路１６１を開閉し、水栓１４０の吐水口１４１からの吐水、止水を自動で行なうものである。
【００２７】
なお、制御装置１３０には、図示しないタイマーが設け、後述する所定周期（Ｔ１、Ｔ２）ごとに距離センサ１１０を作動させている。また、二つの検知信号Ｖ１、Ｖ２に応じて距離センサ１１０およびバルブ１２０全体の制御を行なう制御プログラムがＲＯＭ（図示せず）には記憶されている。
【００２８】
次に、本実施形態の自動水栓装置１００の作動について図３および図４に基づいて説明する。まず、図３は、バルブ１２０を開閉制御する制御装置１３０の制御プログラムの制御処理を示すフローチャートである。この制御プログラムは、バルブ１２０を開弁する開弁制御手段２００と、開弁されたバルブ１２０を閉弁する閉弁制御手段３００に区画されて設けられている。
【００２９】
開弁制御手段２００は、ステップ２１０で、第１所定周期Ｔ１（０．５秒）を計測するタイマーＴ１をスタートさせる。そして、ステップ２２０で、タイマーＴ１が第１所定周期Ｔ１だけタイムアップしたかを判定し、タイムアップしたと判定すれば、ステップ２３０で、距離センサ１１０を作動させて、検知エリア内の検知物の存在を検出する。なお、ステップ２２０で否と判定されれば、タイムアップするまで計時が継続される。
【００３０】
そして、ステップ２４０にて、検知物を検知したか否かを判定し、検知物を検知すれば、ステップ２５０で、バルブ１２０を開弁するように信号を出力し、吐水口１４１から吐水流が吐水される。なお、ステップ２４０にて、検知物が非検知であればステップ２１０にリターンするようにしている。
【００３１】
一方、閉弁制御手段３００は、ステップ３１０で、第２所定周期Ｔ２（０．５秒）を計測するタイマーＴ２をスタートさせる。そして、ステップ３２０で、タイマーＴ２が第２所定周期Ｔ２だけタイムアップしたかを判定し、タイムアップしたと判定すれば、ステップ３３０で、距離センサ１１０を作動させて、検知エリア内の検知物の存在を検出する。なお、ステップ３２０で否と判定されれば、タイムアップするまで計時が継続される。
【００３２】
そして、ステップ３４０にて、検知物を検知したか否かを判定し、検知物が非検知であれば、ステップ３５０で、バルブ１２０を閉弁するように信号を出力し、吐水口１４１から吐水流が止水される。なお、ステップ３４０にて、検知物が検知であればステップ３１０にリターンするようにしている。
【００３３】
次に、以上の制御処理のうち、ステップ２３０およびステップ３３０における距離センサ１１０の作動およびステップ２４０およびステップ３４０における検知物の判定の詳細は、図４に示すフローチャートに基づいて説明する。ステップ２３０にて距離センサ１１０の作動が開始されると、ステップ２３１にて、赤外発光素子１１１から送信信号として検知物に光が発光される。そして、ステップ２３２にて、検知物を反射した受光信号として二つの検知信号ｉ１、ｉ２が制御装置１３０に入力され、かつこの検知信号ｉ１、ｉ２が制御装置１３０によりデータ変換されて検知信号Ｖ１、Ｖ２となる。
【００３４】
そして、変換された検知信号Ｖ１、Ｖ２に基づいて、つまり、検知物の反射光に応じた検知信号Ｖ１、Ｖ２に基づいて検知物の検知を判定させている。まず、ステップ２３３の第１検知判定手段では、凹凸を有する通常の検知物を検知するための判定手段であり、二つの検知信号Ｖ１、Ｖ２を比較し、一方のＶ２が他方のＶ１よりも大きいか否かを判定するものである。
【００３５】
ところで、検知エリア内に検知物が検知されたときの二つの検知信号Ｖ１、Ｖ２は、図５に示すように、実線で示す検知信号Ｖ１と破線で示す検知信号Ｖ２とは距離との関係が図に示すように、検知エリア内ではＶ２がＶ１よりも大きく、検知エリア外に遠ざかってくるとＶ１がＶ２よりも大きくなる特性を示すものである。特に、この特性は凹凸を有する検知物が受光した光を拡散反射により反射したときに、位置検出素子１１４に集光させたときに発する検知信号Ｖ１、Ｖ２の特性である。
【００３６】
そこで、本発明では、この検知信号Ｖ１、Ｖ２を比較し、Ｖ２≧Ｖ１のときに検知、Ｖ２＜Ｖ１のときに非検知としたことにより、大多数の凹凸を有する検知物の検知が容易にできる。
【００３７】
次に、ステップ２３４の第２検知判定手段は、ガラスコップやガラス食器など光を透過させてしまう低反射率の検知物を検知するための判定手段であって、ここでは、二つの検知信号Ｖ１、Ｖ２を加算し、その加算した変化量が所定値を超えたか否かを判定するものである。具体的には、起動時の状態、つまりシンク１５０面に距離センサが発光したときの検知信号Ｖ１、Ｖ２を所定値として、この所定値をも超えたときに検知するようにしている。
【００３８】
従って、図６に示すように、検知エリア内にガラスコップなどの検知物が存在されることで、発光された光がガラスコップにて僅かな反射や透過によって、今までシンク１５０面からの反射光による検知信号Ｖ１、Ｖ２が急激に変化させることで低反射率の検知物であっても容易に検知できる。なお、本実施形態では、基準となる所定値を起動時の状態の検知信号Ｖ１、Ｖ２としたが、これに限らず、予め設定した所定値でも良い。
【００３９】
次に、ステップ２３５の第３検知判定手段は、ステンレスボールやステンレスからなるナイフ等の鏡面反射するような検知物を検知するための判定手段である。ここで、鏡面反射する検知物と、通常の凹凸を有する検知物とでは、赤外発光素子１１１から発光される光が検知物に反射され、その反射光が位置検出素子１１４に集光される反射光量が異なる理由について図７（ａ）および図７（ｂ）に基づいて説明する。
【００４０】
図７（ａ）は凹凸を有する検知物、および図７（ｂ）は鏡面反射する検知物における距離測定式センサ１１０の発光、受光形態を示す説明図であって、まず、図７（ａ）に示すように、凹凸を有する検知物の場合における距離測定式センサ１１０は、検知物に発光された光が検知物の拡散反射により、その反射光が図中に示すＡのように、位置検出素子１１４全体に集光されることで正確に距離を検知できるようになっている。
【００４１】
一方、図７（ｂ）に示すように、鏡面反射する検知物における距離測定式センサ１１０は、特に、赤外発光素子１１１から発光される光に対して実線で示すように傾いて検知エリア内に存在されたときには、局所的な反射光となるため、その反射光が図中の一点鎖線で示す領域Ｂとなるが、位置検出素子１１４が集光できるのは領域Ｃの反射光のみが受光されるため、検知される距離が遠距離側に検知されてしまう。従って、検知エリア内に検知物があっても距離が長いと誤判定をする場合がある。
【００４２】
ところが、鏡面反射のときには、反射光量が通常の凹凸を有する検知物よりも検知エリア外に遠ざかっても、一方の検知信号Ｖ２が極端に大きくなる特性を有している。そこで、第３検知判定手段では、二つの検知信号Ｖ１、Ｖ２のうち、一方の検知信号Ｖ２のレベル値が所定値以上か否かを判定するものであり、検知信号Ｖ２が所定値以上のときに検知、所定値以下のときに非検知させている。これにより、鏡面反射する検知物であっても検知信号Ｖ２のレベル値により容易に検知できるものである。
【００４３】
また、ステップ２３７では、第１、第２、第３検知判定手段のいずれか一つが検知されると検知判定がなされ、ステップ２３６では、第１、第２、第３検知判定手段の全てが非検知のときに非検知判定がなされる。従って、ステップ２４０およびステップ３４０の判定手段（図３参照）は、ステップ２３６およびステップ２３７によって検知、非検知が判定される。
【００４４】
以上の一実施形態の自動水栓装置１００によれば、この種の距離センサ１１０は、一般的に、検知物の反射光によって検知の精度が問われるものである。手や通常の物体など凹凸のある検知物においては、検知物の拡散反射により反射光が位置検出素子１１４に受光されて検知エリア内の検知物を検知するものである。
【００４５】
ところが、ガラスコップやガラス食器など光を透過させてしまう低反射率の検知物やステンレスボール等の鏡面反射するような検知物は、反射光が位置検出素子１１４に受光されず検知物が検知エリア内に存在しても検知されない問題もある。
【００４６】
そこで、本発明は、位置検出素子１１４より発する二つの検知信号Ｖ１、Ｖ２を反射光に応じた検知信号Ｖ１、Ｖ２に基づく判定手段、すなわち、二つの検知信号Ｖ１、Ｖ２を比較する第１検知判定手段（ステップ２３３）と、二つの検知信号Ｖ１、Ｖ２の変化量による第２検知判定手段（ステップ２３４）と、一方の検知信号Ｖ２により第３検知判定手段（ステップ２３５）とを有することにより、第１検知判定手段（ステップ２３３）により凹凸のある検知物の検知、第２検知判定手段（ステップ２３４）より低反射率の検知物の検知、および第３検知判定手段（ステップ２３５）により鏡面反射する検知物の検知ができる。
【００４７】
しかも、凹凸のある検知物は、検知エリア内に検知物があるときには、検知物の拡散反射により二つの検知信号Ｖ１、Ｖ２でＶ１≦Ｖ２により容易に検知エリア内の検知物の検知判定できる。
【００４８】
また、低反射率の検知物は、検知物がないときの状態と比較してその変化量が所定値以上のときに検知物の検知判定できるようにすることで、低反射率の検知物であっても容易に検知エリア内の検知物の検知判定できる。
【００４９】
さらに、鏡面反射する検知物では、反射光のうち検知信号Ｖ２が凹凸の有する検知物のときよりも大きくなる。従って、一方の検知信号Ｖ２が所定値以上のときに、検知物の検知判定できるようにすることで、鏡面反射する検知物であっても容易に検知エリア内の検知物の検知判定できる。
【００５０】
従って、これらの検知判定手段により、どんな検知物であっても検知エリア内の検知物の検知ができるとともに、検知信号Ｖ１、Ｖ２に基づいてバルブ１２０の開閉制御が確実に制御される。
【００５１】
（他の実施形態）
以上の一実施形態では、本発明を台所のシンクの水栓１４０に適用して説明したが、これに限らず、洗面所などの手洗い器などにも適用できる。
【００５２】
また、第１所定周期Ｔ１、第２所定周期Ｔ２などの数値は、上記実施形態中に記載の各定量値に限定されるものではなく、使用状況に応じて設定してやれば良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態における自動水栓装置１００の全体構成を示す構成図である。
【図２】本発明の一実施形態における（ａ）は、距離測定式センサ１１０の構造を示す模式図、（ｂ）は制御装置１３０の構造を示す模式図である。
【図３】本発明の一実施形態における制御装置１３０の制御プログラムの制御処理を示すフローチャートである。
【図４】センサ作動２３０、３３０の詳細な制御処理を示すフローチャートである。
【図５】検知信号Ｖ１、Ｖ２と距離との関係を示す特性図である。
【図６】低反射率の検知物における距離測定式センサ１１０の発光、受光形態を示す説明図である。
【図７】（ａ）は凹凸の検知物、および（ｂ）は鏡面反射する検知物における距離測定式センサ１１０の発光、受光形態を示す説明図である。
【符号の説明】
１１０…距離測定式センサ（検知手段、距離検知手段）
１１１…赤外発光素子（発光素子）
１１４…位置検出素子（受光素子）
１２０…バルブ
１３０…制御装置（制御手段）
１４１…吐水口
１６１…給水流路
２３３…第１検知判定手段
２３４…第２検知判定手段
２３５…第３検知判定手段
Ｖ１、Ｖ２…検知信号

Claims

人体あるいは物を検知する検知手段（１１０）からの検知信号に基づいて、吐水口（１４１）への給水流路（１６１）の開閉を行なうバルブ（１２０）を開閉制御する制御手段（１３０）を備える自動水栓装置において、
前記検知手段（１１０）は、発光素子（１１１）と受光素子（１１４）からなり、かつ前記受光素子（１１４）より発する二つの検知信号（Ｖ１、Ｖ２）に基づいて人体あるいは物との距離を検知する距離検知手段（１１０）を有し、
前記制御手段（１３０）は、前記二つの検知信号（Ｖ１、Ｖ２）を比較して人体あるいは物を検知する第１検知判定手段（２３３）と、前記二つの検知信号（Ｖ１、Ｖ２）の変化量により人体あるいは物を検知する第２検知判定手段（２３４）と、一方の検知信号（Ｖ２）により人体あるいは物を検知する第３検知判定手段（２３５）とを有し、前記第１、第２、第３検知判定手段（２３３、２３４、２３５）に基づいて、前記バルブ（１２０）を開閉制御するようにしたことを特徴とする自動水栓装置。
前記第１検知判定手段（２３３）は、前記二つの検知信号（Ｖ１、Ｖ２）を比較し、一方の検知信号（Ｖ２）が他方の検知信号（Ｖ１）を超えたときに、人体あるいは物を検知する判定手段であることを特徴とする請求項１に記載の自動水栓装置。
前記第２検知判定手段（２３４）は、前記二つの検知信号（Ｖ１、Ｖ２）を加算し、その加算値の変化量が所定値以上のときに、人体あるいは物を検知する判定手段であることを特徴とする請求項１に記載の自動水栓装置。
前記第３検知判定手段（２３５）は、一方の検知信号（Ｖ２）が所定値以上のときに、人体あるいは物を検知する判定手段であることを特徴とする請求項１に記載の自動水栓装置。
前記制御手段（１３０）は、前記第１、第２、第３検知判定手段（２３３、２３４、２３５）のいずれか一つが人体あるいは物を検知する判定のときに、前記バルブ（１２０）が開弁されるように制御することを特徴とする請求項１に記載の自動水栓装置。