JP2004283469A - センサ装置組込機器 - Google Patents

Abstract

【課題】マイクロ波センサを搭載したセンサ装置組込機器において、使用者の動作速度と機器の動作速度もしくは動作量を連動させることにより、使用者が円滑に機器を使用できるようにする。
【解決手段】送信信号を外部に電波として送信する手段と、送信信号が人体や物体に反射して生成される受信信号を受信する手段と、送信信号と受信信号から生成されるドップラ信号を抽出するする抽出手段と、ドップラ信号により人体や物体の移動速度を判定する判定手段と、前記判定手段に基づき移動速度を連続して出力する出力手段と、前記出力手段の出力により動作する動作手段からなるセンサ装置組込機器において、前記出力手段の連続出力と動作手段の動作速度もしくは動作量が連動するように動作させる。
【選択図】 図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、人体や物体の移動速度を判定して、それに基づき動作が連動して行われるセンサ装置組込機器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電波のドップラ効果を利用したセンサ装置組込機器は、人体や物体までの移動速度や接近／離遠を伴う距離や人体や物体の有無を判定することにより、スピードガンや交通量調査および地底探査などに活用されている。
【０００３】
上述した電波によるドップラ効果を利用したマイクロ波センサでの人体や物体の移動速度の原理は、下記の（１）式で示される。
ΔＦ＝Ｆ_Ｓ―Ｆ_ｂ＝２×Ｆ_Ｓ×ν／ｃ…（１）
【０００４】
（１）式において、ΔＦはドップラ信号周波数、Ｆｓは送信信号の周波数、Ｆｂは反射信号の周波数、ｖは人や物体の移動速度、ｃは光速である。またドップラ信号周波数は人や物体の移動速度に比例関係があることがわかる。例えば、Ｆｓを約１０［ＧＨｚ］とし、人体の移動速度を１［ｍ／ｓ］とすれば、ドップラ信号周波数として６７［Ｈｚ］の出力信号を得る。
【０００５】
これらドップラ効果を利用したセンサ装置組込機器は、人体や物体が接近／離遠した場合に、それによって生じるドップラ信号の信号周波数があらかじめ設定された範囲内または外の周波数が得られた場合に、機器の動作を開始するもしくは停止させるといった動作制御を行っている。（例えば、特許文献１）
【０００６】
【特許文献１】
特開２００２−２８６８５４号公報（第７−１１頁）第５図
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、人体や物体が接近／離遠した場合に、あらかじめ設定した範囲のドップラ信号の信号周波数が得られた時点で、センサ装置組込機器の動作を開始することでは、例えば使用者にとって、センサ装置組込機器を使用できる状態になるにはある程度を時間を待たねばならず、円滑にセンサ装置組込機器を使用することができないという問題があった。
【０００８】
本発明は、このような課題を解決するためのもので、ドップラ信号の信号周波数から算出できる人体の移動速度と、センサ装置組込機器の動作手段の動作速度もしくは動作量が連動することで、使用者それぞれの移動速度にあった動作速度もしくは動作量でセンサ装置組込機器を使用することが可能である。
【０００９】
【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、請求項１に記載の本発明では、送信信号を外部に電波として送信する手段と、送信信号が人体や物体に反射して生成される受信信号を受信する手段と、送信信号と受信信号から生成されるドップラ信号を抽出するする抽出手段と、ドップラ信号により人体や物体の移動速度を判定する判定手段と、前記判定手段に基づき移動速度を連続して出力する出力手段と、前記出力手段の出力により動作する動作手段からなるセンサ装置組込機器において、前記出力手段の連続出力と動作手段の動作速度もしくは動作量が連動することを特徴としている。
【００１０】
上記構成により、人体や物体の移動速度とセンサ装置組込機器の動作量が連動することとなり、使用者それぞれの行動パターンにあうようにセンサ装置組込機器を使用することが可能である。例えば歩くといった動作が比較的遅い老齢者などがセンサ装置組込機器を使用する場合、その遅い移動速度にそった動作速度もしくは動作量でセンサ装置組込機器が動作するため、センサ装置組込機器の動作速度に驚愕することなく、安心して使用することが可能である。
【００１１】
請求項２に記載の本発明では、前記センサ装置組込機器において、前記ドップラ信号によりセンサ装置組込機器と人体の間の距離を算出する距離算出手段と、前記距離算出手段により判定される距離があらかじめ設定された範囲内であるときに、出力手段の連続出力と動作手段の動作速度もしくは動作量が連動することを特徴としている。
【００１２】
上記構成により、人体や物体の移動速度を抽出する範囲を設定することが可能である。これにより例えば、センサから遠い側では、測定したい人体や物体以外が移動したことによる移動速度などの雑音となる成分をキャンセルすることが可能である。またマイクロ波センサから近い側では、その範囲内でセンサ装置組込機器の動作を完了させることが可能であるため、円滑にセンサ装置組込機器を使用することが可能である。
【００１３】
請求項３記載の本発明では、請求項１乃至２記載の前記センサ装置組込機器において、人体の移動速度が予め設定したしきい値以上になった場合には、出力手段と動作手段の動作速度もしくは動作量を連動させないことを特徴としている。
【００１４】
上記構成により、人体が著しく速く移動した場合に、センサ装置組込機器の動作手段の動作も連動して著しく速く動作することとなる。例えば動作手段へ人体が接近していく場合、著しく速く動作する動作手段に人体が干渉して、怪我をする恐れある。動作手段を連動させずその状態を保つことによって、動作手段の急激な移動速度での動作もしくは動作量を防ぐことが可能である。
【００１５】
請求項４記載の本発明では、前記センサ装置組込み機器は、便座もしくは便ふたの開閉を行う開閉手段を動作手段とし、前記開閉手段による便座もしくは便ふたの開閉速度を動作速度とするトイレ装置であり、前記出力手段と便座もしくは便ふたの開閉速度である動作速度が、連動することを特徴としている。
【００１６】
上記構成により、使用者がトイレ装置に接近する移動速度とトイレ装置の便座もしくは便ふたの開閉速度が連動するため、使用者それぞれの行動パターンによって円滑にトイレ装置を使用することが可能である。トイレ装置は、通常の健常者も使用するし、車椅子利用者も同様に使用する。車椅子利用者は、健常者に比べて移動速度が遅く一律でないが、その移動速度に便ふたの開閉速度を連動させることができるため、確実に便ふたが開放した状態でトイレ装置を使用することが可能である。
【００１７】
請求項５記載の本発明では、前記センサ装置組込機器は、吐水流量の制御を行う吐水制御手段を動作手段とし、前記吐水制御手段による吐水流量を動作量とする自動水栓装置であり、前記出力手段と吐水流量である動作量が、連動することを特徴としている。
【００１８】
上記構成により、手の移動速度により自動水栓装置の吐水流量を連動して設定することが可能である。使用者は、自動水栓装置に手を近づけることで開始される吐水によって手の洗浄を実施しているが、使用者の意図する吐水流量を、自動水栓装置に近づける手の移動速度で調整すればよく非接触で衛生的に実施できる。
【００１９】
請求項６記載の本発明では、前記センサ装置組込機器は、吐水流量の制御を行う臀部洗浄装置の有する吐水制御手段を動作手段とし、前記吐水制御手段による吐水流量を動作量とする洗浄機能付トイレ装置であり、前記出力手段と吐水流量である動作量が、連動することを特徴としている。
【００２０】
上記構成により、手の移動速度により洗浄機能付トイレ装置の有する臀部洗浄装置の吐水流量を連動して設定することが可能である。使用者は洗浄機能付トイレ装置に着座し用便行うが、用便後の臀部洗浄において、洗浄機能付トイレ装置に設けられたセンサに手近づけ移動させる動作の動作速度で臀部洗浄水の流量調整を実施することができる。使用者は洗浄機能付トイレ装置が有する吐水量調節装置（例えば回転レバー）を調整することなく、より簡潔で円滑な動作で吐水流量を設定することが可能である。
【発明の実施の形態】
【００２１】
本発明の実施例を図面をもとに以下に説明する。
【００２２】
図１はトイレ装置１４に用いられる、マイクロ波センサ１の構成図である。ＦＥＴや誘電体共振器からなる発振回路２で生成されたマイクロ波は、送信アンテナ側と受信アンテナ側へと分岐させる分岐部３を通じ、アンテナ側へと分岐したマイクロ波が送信アンテナ４を通じて、空間へ送信波５となるマイクロ波にて送信される。送信波５は人体６に反射することで反射波７となり、受信アンテナ８にて受信される。受信アンテナ８で受信されたマイクロ波は、ショットキーバリアダイオードを用いたミキサ回路９にて検波が行われる。その際の基準波形は分岐部３で分岐したもう一方のマイクロ波である。ミキサ回路９からは、ドップラ信号１０出力はドップラー信号１０や位相干渉波などの出力信号が得られる。
【００２３】
図２はマイクロ波センサ１に人体６が接近した場合のドップラ信号１０である。ドップラ信号１０の上昇から下降への変化点、すなわち波高値１２は、マイクロ波センサ１と人体６の距離に応じて変化するものであり、前記距離が小さければ波高値１２は高くなり、前記距離が大きければ波高値１２は小さくなる。人体６が近づく場合のタイミングによっては、前記ドップラ信号１０の位相がずれる場合がある。しかしそのずれた場合のドップラ信号１０の波高値１２も、図２に示される包絡線１３上の値となる。従って、包絡線１３の値とそれに対応する距離値を事前に設定し記憶していれば、その事前設定された値と波高値１２を比較することで、マイクロ波センサ１と人体６の距離を把握することが可能である。
【００２４】
次に移動速度を求める方法に関して述べる。図２で示されたドップラ信号１０の波高値１２を順次求めていき、移動速度の測定を開始する波高値１２ａと１つ次の波高値１２ｂ
の時間である周期を測定し、逆数にすることで、（１）式で示したΔＦを求めることができる。求めたΔＦを（１）式に従い換算すると、移動速度ｖを求めることが可能である。このように波高値を次から次へと求めることによって、連続的に人体６の移動速度ｖを求めることが可能である。またこれら時間を測定する方法としては、マイクロコンピュータのタイマを用いて計測するのが一般的である。ΔＦを求める別の方法としては、ドップラ信号１０の中心値（（１）式による送信波５と反射波４の差がない場合の出力）を基準信号として、コンパレータなどの比較器を用いて、前記基準信号ドップラ信号１０を比較することにより得られる矩形波により算出する方法があり、マイクロコンピュータやＤＳＰなどのデジタル信号処理を行うことで容易に算出することが可能である。
【００２５】
図３に本発明のセンサ装置組込機器がトイレ装置１４である実施例を示す。人体６がトイレ装置１４に接近してくると、マイクロ波センサ１によりドップラ信号１０が徐々に振幅が大きくなり出力される。そのドップラ信号１０は制御部（図示せず）に入力され、人体６とマイクロ波センサ１の距離Ｌと、接近する人体の移動速度ｖに換算される。また制御部は、人体６とマイクロ波センサ１間の距離が予め設定した距離範囲になった場合に、便ふた１１の開閉方向および開閉速度を制御する信号を出力し、便ふた開閉動作手段となる便ふた開閉モータ（図示せず）を動作させ、人体の移動速度ｖとモータの動作速度ｕを連動させる。実施例では、便ふた１１のみの動作に関して述べていくが、便座の動作も同様に制御されても問題はない。
【００２６】
図４にトイレ装置１４に接近する人体の動作速度ｖを算出し、それに連動して便ふた１１の開放動作のフローチャートを示す。人体６がトイレ装置１４を使用しようと接近する場合、このトイレ装置１４は人体６とマイクロ波センサ１の距離がＬ１になった時点から、便ふた１１を開ける動作を行い（便ふた開放角度の初期値は０度）、人体６とマイクロ波センサ１の距離がＬ２なった時点で、便ふた１１が最大開放角度θｍａｘ度のとなるようあらかじめ設定している。ドップラ信号を次々測定していき、波高値であるかどうかの判定をおこなう。波高値であればそれを波高値Ｎとして距離Ｌ（Ｎ）と時間Ｔ（Ｎ）を記憶する。続けて測定し次の波高値を波高値Ｎ＋１として距離Ｌ（Ｎ＋１）と時間Ｔ（Ｎ＋１）を記憶する。また時間Ｔ（Ｎ＋１）と時間Ｔ（Ｎ）との差をとり逆数にすることでΔＦをもとめ、（１）式を用いて人体の移動速度ｖを算出する。便ふた１１を開ける動作を実施するのは、距離Ｌ（Ｎ＋１）がＬ１より小さくＬ２よりも大きい範囲である。その範囲内の便ふたの動作速度ｕは次のように設定される。
ｕ＝（θｍａｘ−θ（Ｎ＋１））／（Ｌ（Ｎ＋１）−Ｌ２）／ｖ …（２）
θ（Ｎ＋１）は波高値Ｎ＋１を判定した際の便ふた１１の開放角度である。この求めた動作速度ｕにしたがって便ふた開閉モータを動作させ、便ふた１１を開放させる動作を行う。このように波高値をＮ、Ｎ＋１、Ｎ＋２…と次から次へと求めていき、最終的に波高値より求められる人体６とマイクロ波センサ１の距離ががＬ２より小さくなるまで処理を継続する。このようにすることにより、人体の移動速度ｖと便ふたの動作速度ｕが連動して動作させることが可能である。また距離Ｌ（Ｎ）と距離Ｌ（Ｎ＋１）を比較して、距離Ｌ（Ｎ＋１）の方が大きい場合、つまり人体６がトイレ装置１４から離れていく場合は、−ｖ［ｍ／ｓ］として（２）式に適用し、−の値の便ふたの動作速度ｕは、便ふた１１が閉じる動作となる場合の速度となる。この場合は、波高値より求められる人体６とマイクロ波センサ１の距離がＬ１より大きくなるまで処理を継続させる。人体６の移動速度ｖと便ふたの動作速度をｕ連動させる距離範囲は、Ｌ１＝１［ｍ］、Ｌ２＝０．２［ｍ］程度が適当である。Ｌ１＝１［ｍ］とすることで１［ｍ］以上離れた遠くの人体６以外の雑音成分をキャンセルすることが可能であるし、Ｌ２＝０．２［ｍ］とすることでトイレ装置１４を使用する前に便ふた１１を最大開放させることができ、使用者は円滑にトイレ装置１４を使用することが可能である。また便ふたの最大開放角度は１１０度程度であることが多い。
【００２７】
このようにトイレ装置１４における人体６の接近と便ふた１１の開放動作を連動して制御できることにより、使用者それぞれの行動パターンによって円滑にトイレ装置１４を使用することが可能である。トイレ装置１４は、通常の健常者も使用するし、例えば車椅子利用者も同様に使用する。車椅子利用者にとっても、その移動速度ｖに便ふたの動作速度ｕを連動させることができるため、確実に便ふた１１が開放した状態でトイレ装置１４を使用することが可能である。
【００２８】
但し、人体の移動速度ｖが著しく速い場合は、（２）式により、便ふたの動作速度ｕも著しく速く動作してしまうことになる。この場合トイレ装置１４の便ふた１１が人体６に接触して、怪我をする恐れがある。したがって予め設定したしきい値以上の人体の移動速度ｖが得られた場合は、トイレ装置１４の便ふた１１を人体の移動速度ｖと連動させないで、警音などを発し、使用者に知らせることで注意を促すことができる。
【００２９】
図５に本発明におけるセンサ装置組込機器が自動水栓装置１５である実施例を示す。自動水栓装置１５とは、手６を近づける非接触の動作で洗浄水を吐水する装置である。人体６が自動水栓装置１５の前に立ち自動水栓装置１５に内蔵されたマイクロ波センサ１に向かって手１６を近づけ移動させることにより、マイクロ波センサ１で検知されるドップラ信号１０は徐々に振幅が大きくなり出力される。そのドップラ信号１０は制御部（図示せず）に入力され、手１６の位置とマイクロ波センサ１間の距離Ｌ’と、接近する手の移動速度ｖ’に換算される。また制御部は、あらかじめ設定した手１６とマイクロ波センサ１の距離範囲になった場合に、自動水栓装置１５の吐水制御手段である吐水量制御モータ（図示せず）を動作させ、手の移動速度ｖ’と吐水量制御モータの動作速度ｕ’（動作量）を連動させ、動作速度ｕ’（動作量）にあった吐水が行われる。制御方法は、前述のトイレ装置１４の便ふた動作速度ｕが自動水栓装置１５の吐水量制御モータの動作速度ｕ’（動作量）に対応するよう制御される。また吐水量制御モータを動作させる手１６マイクロ波センサ１の距離範囲はＬ１＝０．４［ｍ］からＬ２＝０．１［ｍ］程度が適切である。
【００３０】
このように自動水栓装置１５における手１６の接近と吐水量が連動して制御できることにより、従来は吐水のオン／オフのみの制御であったが使用者の意図する吐水量の調整を自動水栓装置１５に近づける手の移動速度ｖ’で調整することが可能となる。またこの一連の手の動作は、非接触で衛生的に実施できる。
【００３１】
図６に本発明におけるセンサ装置組込機器が洗浄機能付トイレ装置１７である実施例を示す。洗浄機能付トイレ装置１７とは、用便後、臀部洗浄装置１８である吐水制御モータや洗浄ノズルを通じて吐水を行うことにより、臀部を洗浄する装置である。人体６が洗浄機能付トイレ装置１７に座り洗浄機能付トイレ装置１７に内蔵されたマイクロ波センサ１に向かって手１６を接近させることにより、マイクロ波センサ１で検知されるドップラ信号１０は徐々に振幅が大きくなり出力される。そのドップラ信号１０は制御部（図示せず）に入力され、手１６の位置とマイクロ波センサ１間の距離Ｌ’’と、接近する手の移動速度ｖ’’に換算される。また制御部は、あらかじめ設定した手１６とマイクロ波センサ１間の距離範囲になった場合に、洗浄機能付トイレ装置１７内の臀部洗浄装置１８の吐水制御手段である吐水制御モータ（図示せず）を動作させ、吐水量制御モータの動作速度ｕ’’（動作量）にあった吐水が行われる。制御方法は、前述のトイレ装置１４の便ふた動作速度ｕが洗浄機能付トイレ装置１７の吐水量制御モータの動作速度ｕ’’ （動作量）に対応するように制御される。また吐水量制御モータを動作させるマイクロ波センサ１と手の距離範囲はＬ１＝０．３［ｍ］からＬ２＝０．１［ｍ］程度が適切である。
【００３２】
このように洗浄機能付トイレ装置１７における、手の移動速度ｖ’’と洗浄機能付トイレ装置１７の有する臀部洗浄装置１８の吐水流量が連動して制御できることにより、洗浄機能付トイレ装置１７に設置されている吐水流量調節装置（例えば回転レバー）を調整することなく、使用者は手を動かすという直感的な簡潔な動作により吐水流量を設定することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】センサ装置組込機器に用いるマイクロ波センサの構成図
【図２】マイクロ波センサが人体に接近した際のドップラ信号
【図３】本発明のセンサ装置を搭載したトイレ装置。
【図４】トイレ装置の便ふたを動作させるフローチャート
【図５】本発明のセンサ装置を搭載した自動水栓装置
【図６】本発明のセンサ装置を搭載した洗浄機能付トイレ装置
【符号の説明】
１…マイクロ波センサ、 ２…発信回路、 ３…分岐部、 ４…送信アンテナ、５…送信波、 ６…人体、 ７…反射波、 ８…受信アンテナ、 ９…ミキサ回路、 １０…ドップラ信号、 １１…便ふた、 １２…波高値、 １２ａ…波高値、１２ｂ…波高値、 １３…包絡線、 １４…トイレ装置、 １５…自動水栓装置、 １６…手、 １７…洗浄機能付トイレ装置、 １８…臀部洗浄装置

Claims (6)

1. 送信信号を外部に電波として送信する手段と、送信信号が人体や物体に反射して生成される受信信号を受信する手段と、送信信号と受信信号から生成されるドップラ信号を抽出するする抽出手段と、ドップラ信号により人体や物体の移動速度を判定する判定手段と、前記判定手段に基づき移動速度を連続して出力する出力手段と、前記出力手段の出力により動作する動作手段からなるセンサ装置組込機器において、前記出力手段の連続出力と動作手段の動作速度もしくは動作量が連動することを特徴とするセンサ装置組込機器。
2. 前記センサ装置組込機器において、前記ドップラ信号によりセンサ装置組込機器と人体の間の距離を算出する距離算出手段と、前記距離算出手段により判定される距離があらかじめ設定された範囲内であるときに、出力手段の連続出力と動作手段の動作速度もしくは動作量が連動することを特徴とする請求項１記載のセンサ装置組込機器。
3. 前記センサ装置組込機器において、人体の移動速度が予め設定したしきい値以上になった場合には、出力手段と動作手段の動作速度もしくは動作量を連動させないことを特徴とする請求項１又は２記載のセンサ装置組込機器。
4. 前記センサ装置組込機器は、便座もしくは便ふたの開閉を行う開閉手段を動作手段とし、前記開閉手段による便座もしくは便ふたの開閉速度を動作速度とするトイレ装置であり、前記出力手段と便座もしくは便ふたの開閉速度である動作速度が、連動することを特徴とする請求項１乃至３何れか一項記載のセンサ装置組込機器。
5. 前記センサ装置組込機器は、吐水流量の制御を行う吐水制御手段を動作手段とし、前記吐水制御手段による吐水流量を動作量とする自動水栓装置であり、前記出力手段と吐水流量である動作量が、連動することを特徴とする特徴とする請求項１乃至３何れか一項記載のセンサ装置組込機器。
6. 前記センサ装置組込機器は、吐水流量の制御を行う臀部洗浄装置の有する吐水制御手段を動作手段とし、前記吐水制御手段による吐水流量を動作量とする洗浄機能付トイレ装置であり、前記出力手段と吐水流量である動作量が、連動することを特徴とする請求項１乃至３何れか一項記載のセンサ装置組込機器。

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