JP2005283448A - 人体検知装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 電波の送受信により人体の存在有無を検知する電波センサを備えた人体検知装置において、電波放射面に結露等が生じ、水滴が垂れ流れるときにも、誤って人体と判断することのない人体検知装置を提供する。
【解決手段】 電波を送信する送信部と、反射波を受信する受信部と、送信信号と受信信号より低周波の出力信号を抽出するミキサ部とを備え、前記出力信号の振幅および継続時間により人体の存在有無を検出する人体検知装置であって、前記出力信号の振幅値である出力レベルを比較するために、０レベルよりも大きな出力レベルである第１の出力レベルを設定し、前記出力信号が第１の出力レベル以上になったときに、それ以前の所定時間における前記出力信号がノイズレベルよりも小さいとき、人体の存在有りとは判断しないように設定する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、電波を利用して人体の存在有無を検出する人体検知装置に関し、特に人体検知装置のケースやカバーといった装置前面に取付けられている筐体面の結露や、水滴の垂れることによる誤検知を防止するように構成された人体検知装置に関する。

従来、赤外線を使用した人体検知センサの結露等のセンサ表面に付着した水分による誤動作防止として、赤外線の透過体に撥水層や親水層などの結露防止処理を施す方法（例えば、特許文献１参照）や、発光部と受光部の間に仕切り板を設け、透過体の水滴に赤外線が反射しても受光部へ受光されないような形状にしたもの（例えば、特許文献２参照）や、さらには赤外線の透過体に発熱体を設け、結露自体を防止する方法が知られている。（例えば、特許文献３参照）

しかしながら、赤外線の透過体に撥水層や親水層などの結露防止処理を施す方法では、手間や費用が発生することはもちろんのこと、親水処理を行うことで、透過体表面に親水層が形成されることにより、水滴状に付着しないだけで、実際には透過体表面を水の膜で覆っているため、赤外線が透過体を通過する際に屈折や乱反射が発生し、誤検知の原因となる。
同様に、発光部と受光部の間に仕切り板を設けることで、透過体に付着した水滴に反射した反射光を受光部に受光させないことは可能であるが、発光部から発光される赤外線は透過体を通過する際に透過体表面の水膜により屈折等の影響が起こり、特にＰＳＤ素子等を使用した測距方式の赤外線センサでは、距離測定に大きな影響を及ぼす。
さらに、透過体表面に発熱体を設けて結露を防止する方法では、別構造による手間や費用が発生するだけでなく、本来の人体検知には関係のない不要な消費電流が発生したり、発熱体の故障可能性も考慮した回路設計や検討が必要になる。
上述したように、センサ表面への結露防止処理方法などは、多く提案されているが、赤外線センサを使用しては誤検知の防止になっていないという問題があった。

そこで、赤外線センサの代わりに電波や超音波を利用し、外的衝撃に対する人体誤検知を解消する人体検知装置が提案されている。（例えば、特許文献４参照）
上記人体検知装置は、発振器で生成された出力をアンテナを介して検知対象物体である人体に照射する。人体からの反射波は再びアンテナで受信され、周波数変換器において送信波と受信波がミキシングされ出力信号が生成される。
人体の検出には、人体からの反射波によって生じるドップラ効果を利用する。今、人体が動いていた場合、反射波の周波数はドップラ効果によって若干シフトする。例えば、送信周波数をｆ０とすると、反射周波数はｆ０＋Δとなる。ここで、シフト量Δは以下の式によって導き出される。
Δ＝反射周波数−送信周波数＝（２ｖ／ｃ）×ｆ０・・・（１）
ｖ＝人体のセンサに対する相対速度
ｃ＝光速
式（１）から明らかなように、Δの値は送信波ｆ０の周波数と比較して極めて小さい。例えば、送信周波数が２．４５ＧＨｚの場合、Δは数１０Ｈｚ程度である。従って、シフト量Δを直接計測することは困難であるため、送信波と受信波の差分を取り、シフト量Δと一致した周波数の信号を出力するようにしている。

上記人体検知装置を車内に設置し、盗難防止装置として使用した場合に、サッカーボールが車体にあたった場合や、突風により車体が揺れた場合などのように、車体に衝撃が与えられて人体検知装置自身が揺れることで、反射物体が移動しなくとも相対的な移動が生じるため、これを人体と誤認識して警報出力が行われる場合がある。
そこで、上記検知装置では、出力信号が第１の出力レベル以上になってから、所定時間内に前記第１の出力レベルよりも高い第２の出力レベル以上になった場合、人体と誤検知しないような設定がなされている。

特開２００１−８１８３５号公報（第２頁、図２） 特開平６−１０１２６０号公報（第２−３頁、図２−３） 実開平５−９４３６９号公報（第３−５頁、図２） 特開２００３−１６７０５０号公報（第２−４頁、図３−５）

ところが、従来例に示すような人体検知装置では出力信号が第１の出力レベル以上になってから所定時間内に前記第１の出力レベルより高い第２の出力レベル以上なった場合に、誤認識しないように設定されており、例えば人体検知センサである電波センサ前面を垂れ流れる水滴があった場合などには、何の前触れもなく振幅波形が現れるため、この出力波形を人体と誤検知することがあった。

したがって本発明は、電波の送受信により生じるドップラ効果により人体の存在有無を検知する電波センサを備えた人体検知装置において、前記電波センサの電波放射面に結露等が生じ、水滴が垂れ流れるときには、誤って人体と判断することなく、人体が存在する場合には確実に人体と判断する人体検知装置を得ることを目的として成されたものである。

上記課題を解決するためになされた請求項１記載の発明は、送信信号として電波を送信する送信部と、検知対象物からの反射波を受信信号として受信する受信部と、送信信号と受信信号より低周波の出力信号を抽出するミキサ部とを有するセンサ部を備え、前記出力信号の振幅および継続時間により人体の存在有無を検出する人体検知装置であって、前記出力信号の振幅値である出力レベルを比較するために、０レベルよりも大きな出力レベルである第１の出力レベルを設定し、前記出力信号が第１の出力レベル以上になったときに、それ以前の所定時間における前記出力信号がノイズレベルであったとき、人体の存在有りとは判断しないように設定されたことを特徴とする。

電波の送受信のドップラ効果により人体の存在有無を検知する電波センサにおいて、出力信号は電波の放射方向を動く物体に対してのみ出力されるため、結露等により生じた水滴がセンサ前面を流れ落ちるときに生じる出力波形は、一般に、それまで出力信号が出力されていない状態から、突然出力信号が現れ、水滴がセンサ前面を通り過ぎた後に出力信号は出力されなくなる。
人体の接近では、接近に応じて出力信号が徐々に増大するのに対して、水滴では出力信号が突然大きくなるため、出力信号が出力されていない状態、すなわちノイズレベルが所定時間以上続き、その後に第１の出力レベル以上になることにより、人体の検知ではないと判断することによって、誤検出を回避することができる。

請求項２記載の発明は、送信信号として電波を送信する送信部と、検知対象物からの反射波を受信信号として受信する受信部と、送信信号と受信信号より低周波の出力信号を抽出するミキサ部とを有するセンサ部を備え、前記出力信号の振幅および継続時間により物体の人体の存在有無を検出する人体検知装置において、前記出力信号の周波数が所定の周波数帯域外である場合、人体の存在有りとは判断しないように設定されたことを特徴とする。

上記構成によれば、一般に結露等によって生じた水滴がセンサ前面を垂れ流れる移動速度は、センサ前面のプラスチックや陶器などの筐体を垂れ流れるため、人体の移動速度よりも遅い。従って、電波センサより出力される出力信号の周波数が、人体の移動速度による周波数帯域ではない場合、人体の検知ではないと判断することによって、誤検出を回避するこができる。

電波の送受信により生じるドップラ効果により人体の存在有無を検知する電波センサを備えた人体検知装置において、前記電波センサの電波放射面に結露等が生じ、水滴が垂れ流れるときには、誤って人体と判断することなく、人体が存在する場合には確実に人体と判断する人体検知装置を得ることが可能となる。

以下、発明の実施の形態を、添付図面により詳細に説明する。

本発明の要旨である、人体検知装置の人体検知方法について温水洗浄便座の人体検知装置として備えたことを例にとって詳しく説明する。
上記人体検知装置１７は、電波を利用して検知動作を行うもので、図1のブロック図に示すように、外部に信号を電波として送信するための送信信号を生成する発振部１１と、送信波として１０ＧＨｚ近傍のマイクロ波を送信する送信部１２と、送信部から送信されたマイクロ波の人体１８からの反射波を受信する受信部１３と、送信信号と受信信号を基に低周波数の出力信号を抽出するミキサ部１４と、ミキサ部１４から出力される低周波数の信号から人体の有無を判断する制御部１５とを備える。
前記センサ部１６は、発振部１１により生成された１０ＧＨｚ近傍のマイクロ波を、送信部１２より送信し、送信された送信波は、検知対象物である人体１８に反射することにより、前記反射波が受信信号として受信部１３に受信される。受信部１３により受信された受信信号は、ミキサ部１４により低周波数の出力信号（すなわち、ドップラ信号）として制御部１５へ出力される。
前記制御部１５は、ミキサ部１４より出力された出力信号（ドップラ信号）を、記憶手段であるメモリーに記憶させ、出力信号（ドップラ信号）の振幅値の変化や周波数の変化などから人体の存在有無はもちろん、接近や離遠といった状況までも判断する。
例えば、前記出力信号はドップラ信号であるため、振幅値の変化が徐々に大きくなれば、人体１８はセンサ部１６に対して接近し、振幅値の変化が徐々に小さくなれば、人体１８はセンサ部１６に対して離遠していることが分かる。同様に、出力信号の周波数に比例して、人体１８の移動速度も速くなる。

図２は、上記人体検知装置を備えた温水洗浄便座の説明図であり、図３は、上記人体検知装置内センサ部からの人体検知時の出力波形を示す波形図である。
ミキサ部１４より抽出される出力信号は、人体の挙動によって生じるドップラ信号であり、図３に示すような信号が出力信号３１として現れる。
人体が温水洗浄便座装置２２に近づくことによりドップラ信号が現れ始め、人体が便座前方で立ち止まり着座することにより出力信号の振幅は大きくなる（図３、接近中）。用便中（図３、静止中）、出力信号の振幅は小さくなるが、離座する際に再び大きな振幅の出力信号を得ることができ（図３、離遠中）、人体が温水洗浄便座装置２２から離れることによりドップラ信号は無くなる。
このドップラ信号の出力を元に、制御部１５は人体が温水洗浄便座２２前方において立っているのか或いは便座に着座しているのかといった人体の状態を検知判断するだけでなく、局部洗浄のＯＮ／ＯＦＦや脱臭、乾燥といった各種機能の制御動作を行う。

図４に、温水洗浄便座に上記人体検知装置を取付けた構造図を示す。
上記人体検知装置１７は、人体をセンシングする電波が樹脂等を透過する特性を用いて温水洗浄便座ケーシング４１内部に取付けられる。取付けられた人体検知装置内のセンサ部である電波センサは、ケーシング（樹脂）を透過する特性を利用して温水洗浄便座前方の人体に向けて送信部より照射され、人体からの反射波が再びケーシング４１（樹脂）を透過することにより受信部へ受信される。
このように前記ケーシング４１は電波を透過する材質であれば特に限定されるものではない。また、電波がケーシング（樹脂）を透過する特性を利用したケーシングとすることにより、従来の赤外線センサのようにセンサ部だけ黒い赤外線透過窓とする必要がなく、見た目にも違和感無くデザイン性が向上する。

図５に、本発明の第１の実施形態に関する制御フローを示す。また、図６に本発明の人体検知装置に人体が近づいてきたときの出力波形図と、図７に人体検知装置前方のケーシング（樹脂製）に水滴が垂れたときの出力波形図を示す。
前記人体検知装置からの出力信号が０レベルよりも大きな出力レベルである第１の出力レベルを超えたとき（Ｓ５２）、制御部は温水洗浄便座前方に物体が近付いたと仮に判断する。そこで、メモリ等の記憶手段に記憶している第１の出力レベルを超える直前の出力信号がノイズレベルよりも大きい場合には（Ｓ５３）、人体が接近してきたと判断（Ｓ５４）し、所定時間内に出力信号がノイズレベルであった場合には、人体が徐々に近付いてきたのではなく、突発的な出力波形であると判断して、人体は非検知と判断（Ｓ５５）する。
ここで、図６、７の出力波形図と照らし合わせてみると、温水洗浄便座に人体が近付くことにより出力信号６１の振幅レベルは徐々に大きくなる。すなわち、出力信号が人体検知の基準である第１の出力レベル６３を超えるとき、その直前の出力信号の振幅レベルも徐々に大きくなってきているため、ノイズレベル６４以上である。また、人体検知装置前面のケーシング（樹脂）に水滴が垂れることにより、出力信号であるドップラ信号６２はまったく現れていない状態に、突然大きな振幅の出力信号が現れるため、第１の出力レベル６３を超える直前の出力信号はノイズレベルであるため、人体は非検知と判断する。
ここで言う所定時間とは、この時間内に出力信号がノイズレベル以上であることにより人体が接近してきたと判断するため、人体が接近しているときの出力信号（ドップラ信号）が最低でも１周期分が含まれていれば検知可能である。すなわち、人体が接近してくる速度がおよそ１００［Ｈｚ］とすると、１周期分は１０［ｍｓｅｃ］であるが、出力信号の取りこぼしや予備のために１００［ｍｓｅｃ］以上の時間が設定されていることが望ましく、前使用者の出力信号を取り除くため最長でも１［ｓ］以下に抑えることが望ましい。

図８に、本発明の第２の実施形態に関する制御フローを示す。
前記人体検知装置からの出力信号の周波数が、人体の動作によって生じる周波数と異なる周波数であるとき（Ｓ７３）、人体非検知と判断する（Ｓ７４）。図６、７の出力波形図に示す通り、人体の動作によって生じる出力信号は１００Ｈｚ前後であるのに対し、センサ前方のケーシング上を水滴が垂れる際に出力される信号は２〜３Ｈｚ程度であり、その周波数差は明らかである。そこで、あらかじめ制御部において人体の動きである周波数をのみを人体検知と判断することにより誤検知することが無くなる。
制御部が出力信号の周波数を判断する手段としては、記憶手段に記憶している出力信号データからＦＦＴ（高速フーリエ変換）を行うことにより周波数を判断する方法や、出力信号の波高値を求め、その間の時間より判断する方法などが挙げられる。
また、人体の動きである周波数成分を取出す方法としては、電気回路によるフィルタによって所望以外の周波数成分をカットし、制御部自体に入る信号を制限する方法でも構わない。さらに、第１の実施形態に関する制御フローと組み合わせ、出力信号の出力レベルと周波数の両面から判断することにより、検知精度が向上することは言うまでもない。

図９に、本発明の第３の実施形態に関する人体検知装置を温水洗浄便座に設置したときの設置図を示す。
図９に示すように、本発明の人体検知装置１７を温水洗浄便座２２に取り付け、人体の動きに応じて局部洗浄や洗浄水を供給するためのバルブをＯＮ／ＯＦＦさせるなどの各種機能の制御を行う制御部を備える。本発明の人体検知装置１７は、温水洗浄便座ケーシング内に収まっており、特にトイレ空間であるため結露が発生しやすく、前記結露が長時間に渡り発生することにより、結露水の水滴が徐々に大きくなり、水滴として流れ落ちる。
また、手洗い付きタンクなどの場合には、温水洗浄便座上方にて手を洗う動作を行うこととなり、手洗い水のはねや、手洗い動作後の手から流れ落ちる水滴が人体検知装置１７前方のケーシング上に落下してくることがある。
このような場合であっても、人体検知装置１７上方から落下してくる水滴によるドップラ信号出力は、突然大きな振幅波形として現れ、また、手洗い時のように人体の動きと水滴の落下動作が同時に起こる場合であっても、周波数成分の違いから人体の動きではないと判断することが可能となり、誤検知がなくなる。

図１０に、本発明の第４の実施形態に関する人体検知装置を自動洗浄小便器に設置したときの設置図を示す。
図１０に示すように、本発明の人体検知装置１７を小便器９１背面に取付け、人体の動き或いは人体から放出される排泄物を検知することにより洗浄水を供給するためのバルブをＯＮ／ＯＦＦさせる制御部を備える。前記人体検知装置は、電波のドップラ効果を利用しているため、検知対象物が動くものであれば出力信号として出力される。人体もさることながら、人体から放出される排泄物も動く物体であるため、排泄物が放出されることによりドップラ信号が出力されることとなる。
本発明による人体検知装置１７を設置した自動洗浄小便器装置９１において、人体の動き或いは人体から排泄される排泄物を検知することで洗浄水を流す。ここで、制御部からの信号によりバルブをＯＦＦしているにも関わらず、残留水がスプレッダーから便器面を通じて流れ落ちることによりドップラ信号が出力される。この僅かな残留水の影響により、人体或いは人体からの排泄物と判断することにより洗浄動作を行う誤検知することが懸念される。しかしながら、第１、２の実施形態に示すような制御フローにて制御部が洗浄バルブをＯＮ／ＯＦＦさせることにより、スプレッダーからの残留水を誤検知することなく、確実に洗浄動作を行うことが可能となる。
また、本実施形態では人体検知装置１７を小便器９１背面に設置した例により説明したが、人体検知装置から照射される電波により人体或いは人体からの排泄物が検知可能である場所であれば、設置場所は特に制限されることはない。例えば、図１０に示すように人体検知装置１７を小便器上面部より下方に照射することで、電波の放射を利用することにより小便器に接近する人体および人体より放射される排泄物を良好に検知できるだけでなく、連立小便器などで見られる使用者以外の小便器前方通過者を検知することがなく、設置場所としては好ましい場所である。

上記実施例において検知対象物は人体として説明したが、本発明の人体検知装置を自動車等の衝突防止装置として利用した場合には、検知対象物が対向車や前方を走行している車として利用することが可能であり、検知対象物は人体に限定されるものではない。

本発明に関わる人体検知装置のブロック図。 本発明に関わる人体検知装置を備えた温水洗浄便座の説明図。 本発明に関わる人体検知装置のセンサ部より、人体検知時に出力される出力波形図。 本発明の人体検知装置を温水洗浄便座に取り付けた取付図。 本発明の第１の実施形態に関わる制御フロー。 本発明に関わる人体検知装置のセンサ部からの、人体接近時の出力波形図。 本発明に関わる人体検知装置前方のケーシング上を水滴が流れたときの出力波形図。 本発明の第２の実施形態に関わる制御フロー。 本発明の第３の実施形態に関わる人体検知装置を温水洗浄便座に設置した設置図。 本発明の第４の実施形態に関わる人体検知装置を自動洗浄小便器に設置した設置図。

符号の説明

１１：発振部、１２：送信部、１３：受信部、１４：ミキサ部、１５：制御部、１６：センサ部、１７：人体検知装置、１８：人体（検知対象物）、２１：大便器、２２：温水洗浄便座、３１：ドップラ信号、４１：ケーシング、４２：電波放射方向、６１：人体接近時出力波形、６２：水滴垂れ時出力波形、６３：第１の出力レベル、６４：ノイズレベル、８１：大便器タンク、９１：自動洗浄機能付き小便器

Claims (4)

1. 送信信号として電波を送信する送信部と、検知対象物からの反射波を受信信号として受信する受信部と、送信信号と受信信号より低周波の出力信号を抽出するミキサ部とを有するセンサ部を備え、前記出力信号の振幅および継続時間により人体の存在有無を検出する人体検知装置であって、前記出力信号の振幅値である出力レベルを比較するために、０レベルよりも大きな出力レベルである第１の出力レベルを設定し、前記出力信号が第１の出力レベル以上になったときに、それ以前の所定時間における前記出力信号がノイズレベルであったとき、人体の存在有りとは判断しないように設定されたことを特徴とする、人体検知装置。
2. 前記請求項１記載の人体検知装置において、前記出力信号の周波数が所定の周波数帯域外である場合、人体の存在有りとは判断しないように設定されたことを特徴とする人体検知装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の人体検知装置を備えたことを特徴とする温水洗浄便座。
4. 請求項１または請求項２に記載の人体検知装置を備えたことを特徴とする小便器。

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