JP2017173057A - 衛生機器 - Google Patents
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Abstract
Description
本実施形態に係る衛生機器は、高周波の電波を放射するドップラーセンサなどの電波センサを有する。この衛生機器は、電波センサの出力に基づいて、器具の動作を制御するものである。以下では、まず、衛生機器として洋式腰掛便器を有するトイレ装置を例に挙げて説明する。但し、本実施形態は、小便器を有するトイレ装置や自動水栓装置にも適用可能である。
図2は、本実施形態に係るトイレ装置の要部構成を表すブロック図である。
図1に表したトイレ装置は、洋式腰掛便器(以下説明の便宜上、単に「便器」と称する)800と、その上に設けられた衛生洗浄装置100と、を有する。衛生洗浄装置100は、ケーシング400と、便座200と、便蓋300と、を有する。便座200と便蓋300とは、ケーシング400に対して開閉自在にそれぞれ軸支されている。
ドップラーセンサ410は、マイクロ波又はミリ波などの高周波の電波を放射(送信)し、放射した電波の検知対象(被検知体)からの反射波を受信する。反射波には、被検知体の有無や状態に関する情報が含まれている。ドップラーセンサ410は、放射した電波と反射波とに基づいて、検知信号を出力する。制御部420は、ドップラーセンサ410から出力された検知信号に基づいて、被制御部401へ制御信号を出力する。これにより、被制御部401の動作が制御される。
図3の横軸は、時間t(s:秒)を表し、縦軸は、信号の出力(V:ボルト)を表す。
例えば期間P1において、使用者がトイレ室に入室する。このとき、ドップラーセンサ410は、ドップラーセンサ410に近づく使用者からの反射波を受信する。これにより、検知信号は、ドップラー効果を反映して振動する。期間P2において、使用者が便座200に着座する。このとき、使用者は、ドップラーセンサ410に対して更に近づくため、検知信号は振動する。
また、Qch信号から定在波に関する第2信号S2(電圧Vq)が得られる。すなわち、制御部420は、検知信号に含まれる第2信号S2を取得する。例えば、第2信号S2は、定在波の信号強度を示し、Qch信号の直流成分を含む。
以上より、検知信号を増幅してノイズが除かれた第1信号S1及び第2信号S2が得られる。なお、増幅回路やフィルタ回路は、制御部420に含まれていてもよい。
図4(a)に表したように、ドップラーセンサ410は、距離Lだけ離れた反射物Re(例えば人体などの検知対象)に向けて電波を放射し、その反射波を受信する。ここで、反射物Reは、例えば静止している。検知対象が移動していても静止していても、ドップラーセンサ410と検知対象との間には、送信波と反射波との干渉によって定在波が生じる。したがって、検知対象が静止していても、定在波の情報を含む第1信号S1及び第2信号S2を検知することが可能である。
図2に表したように、制御部420は、基準値算出手段422a、422b、差分算出手段423a、423b、判定部423及び駆動制御部430を有する。判定部423は、二乗和解析手段424、位相解析手段425、周波数解析手段426、接近離反量算出手段427及び判定手段428を有する。なお、図2に表したブロック図は、一例であり、実施形態は、これに限定されない。例えば、制御部420に含まれる機能ブロックの一部は、適宜、分割又は統合されてもよい。例えば、判定部423と駆動制御部430とが別体として設けられていてもよい。
図5(a)は、電圧VI及び電圧VQの距離Lに対する変化を示す。すなわち、図5(a)では、図4(b)に表した電圧Vi及びVqからオフセットが除かれている。
VE 2=VI 2+VQ 2
=|Vi−Vi_base|2+|Vq−Vq_base|2 (1)
を計算する。
図5(a)に表したように、電圧VEは、電圧VI及び電圧VQの振幅を表す。図5(a)において、電圧VEの波形は、電圧VI(又は電圧VQ)の波形の極大値をつなぐ曲線状である。図5(b)は、XY直交座標系において、電圧VIの値をX座標とし、電圧VQの値をY座標とする点Pを示す。点Pを極座標系で表した場合の動径が電圧VEに相当する。
図6(a)は、図5(a)に示した電圧VI及び電圧VQを全波整流した信号|VI|及び|VQ|を表す。図6(b)は、|VI|と、|VQ|と、の合成信号VSを示す。合成信号VSは、ある距離Lにおいて、|VI|及び|VQ|のうちのいずれか大きい方の値を有する信号である。
θ’=tan−1(|Vq−Vq_base|/|Vi−Vi_base|) (2)
θ=θ’(点Pが第1象限に位置する場合) (3)
θ=π−θ’(点Pが第2象限に位置する場合) (4)
θ=π+θ’(点Pが第3象限に位置する場合) (5)
θ=2π−θ’(点Pが第4象限に位置する場合) (6)
位相θは、ドップラーセンサ410から検知対象までの距離Lの変化に伴って変化する。位相θの変化を検知することにより、検知対象の移動を検知することができる。また、位相θの変化量から距離Lの変化量(すなわち検知対象の移動距離)を算出することができる。
f=Δθ/(2π×Δt) (7)
Δθ=θ(n)−θ(n−1) (8)
ここで、θ(n)は、n回目の検知信号から算出された位相θである。θ(n−1)は、n−1回目の検知信号から算出された位相θである。Δtは、n回目の検知信号が取得された時刻と、n−1回目の検知信号が取得された時刻と、の間隔である。Δtは、例えば1〜3ms程度である。なお、式(7)及び式(8)によって周波数fを複数回算出し、それらの値を平均してもよい。
図7(a)は、ドップラーセンサ410から出力されるIch信号及びQch信号を示す。図7(b)は、図7(a)に示したIch信号及びQch信号から算出された電圧VEを示す。期間P8において、使用者は便座200への着座動作を行っている。期間P9においては、使用者は便座200に着座中である。期間P10において、使用者は便座200からの離座動作を行っている。図7(b)に表したように、使用者が着座動作を行うと、使用者とドップラーセンサ410との間の距離が短くなるため、電圧VEが高くなる。そして、使用者の着座中においては、電圧VEは高い値を維持する。使用者が離座動作を行うと、使用者とドップラーセンサ410との間の距離が長くなるため、電圧VEは低くなる。
図8(a)は、ドップラーセンサ410から出力されるIch信号及びQch信号を示す。図8(b)は、図8(a)に示したIch信号及びQch信号から算出された電圧VEを示す。図8(c)は、図8(a)に示したIch信号及びQch信号から算出された周波数fを示す。期間P11において、使用者は便器800の側方に立っている。期間P12において、使用者は屈んで便器800を掃除する。期間P13において、使用者は再び立ち上がって便器800の側方に立っている。
図9(a)は、ドップラーセンサ410から出力されるIch信号及びQch信号を示す。図9(b)は、図9(a)に示したIch信号及びQch信号から算出された電圧VEを示す。図9(c)は、図9(a)に示したIch信号及びQch信号から算出された周波数fを示す。図9(d)は、図9(a)に示した範囲R1の拡大グラフである。
図10は、図5(b)に関して説明した極座標系に対応する。ドップラーセンサ410が使用者を検知していないとき、電圧VEは、例えばゼロである。このとき、図10の点Aのように、動径が電圧VEである点は、基準点(例えば原点)に位置する。ドップラーセンサ410が使用者を検知すると、動径が電圧VEである点は、例えば図10の点Bとなる。すなわち、極座標系において、点Bの位置ベクトルの大きさは、電圧VEの値と等しい。ドップラーセンサ410が使用者の動き(接近又は離反)を検知すると、位相θが変化する。すなわち、点Bは、基準点の回りを回転する。
図11(a)〜図11(c)は、本実施形態に係るトイレ装置を表す断面図である。
図11(a)〜図11(c)に示した範囲R4は、ドップラーセンサ410から電波が放射される方向を示している。
図12(a)及び図12(b)に示した例では、便蓋300が開く前の状態において、基準値Vi_baseと基準値Vq_baseとによって、電圧VIの振動の中心と、電圧VQの振動の中心と、が揃えられている。そして、便蓋300が開くことによって、ドップラーセンサ410の周囲の環境が変化するため、信号レベルSL1及び信号レベルSL2が変化する。この例では、便蓋300が開いた後には、信号レベルSL1は、信号レベルSL2と異なる。すなわち、便蓋300が開くことによって、信号レベルがずれた状態となる。
図13(a)に表した例では、基準値算出手段422aは、第1信号S1に基づいて、基準値Vi_baseの変更と、基準値Vi_baseの変更の停止と、を実行する。具体的には、第1信号S1の所定時間あたりの変化が所定の閾値Vth5未満であるときに、基準値算出手段422aは、基準値Vi_baseを更新する。すなわち、基準値Vi_baseは、ドップラーセンサ410が使用者を検知していないときに更新される。
そして、第1信号S1の所定時間あたりの変化が閾値Vth5以上であるときには、基準値算出手段422aは、基準値Vi_baseを更新しない。すなわち、基準値Vi_baseは、ドップラーセンサが使用者の入室を検知しているときには更新されない。
同様に、制御部420は、便蓋300が閉まった状態の基準値Vq_baseと、便蓋300が閉じた状態の基準値Vq_baseと、を記憶している。そして、便蓋300の各状態に応じて、基準値算出手段422bは、記憶された基準値Vq_baseのいずれかを出力する。
同様に、基準値算出手段422bは、器具が作動した後の第2信号S2に基づいて、基準値Vq_baseを更新してもよい。具体的には、便蓋300が開いた後、便蓋300の動きが停止した状態となると、基準値算出手段422bは、その状態の第2信号S2から基準値Vq_baseを算出する。基準値Vq_baseの算出には、たとえば、所定時間内の移動平均を用いることができる。
これにより、各状態に応じた基準値を用いて電圧VEや位相差θ等を算出することができる。従って、器具の状態の変化や、環境の変化(トイレ室毎の壁等の構造の変化や温度の変化)に対応することができる。電圧VEや位相差θ等の誤差を抑制することができ、判定の精度を高くすることができる。
図14(a)〜図14(e)は、実施形態に係る衛生機器の動作を例示するタイムチャートである。この例では衛生機器は、洋式腰掛便器を有するトイレ装置である。
図14(a)は、検知対象(使用者)の動作に伴う電圧VEの二乗(VE 2)の変化を示す。図14(b)は、使用者の動作に伴う周波数fの変化を示す。図14(c)は、使用者の動作に伴うΔθの積分値Sθの変化を示す。また、図14(d)及び図14(e)は、判定部423による判定結果(検知結果)を示す。図14(d)は、使用者のトイレ室への入室の有無の判定結果を示し、図14(e)は、使用者が便座に座っているか否かの判定結果を示す。
なお、k=m〜nは、積分が行われる時間の範囲を表す。前述のように便蓋300の動作が停止すると積分値Sθはリセットされるため、mは、器具(便蓋300)の動作が終了した時刻に対応する。すなわち、積分値Sθは、器具が作動した後におけるΔθの積分値である。このように、器具が作動した後に積分値Sθをリセットすることによって、器具が作動したことによる積分値Sθの変化を無視することができる。これにより、検知対象(使用者)の動きを正確に認識することができる。
図15(a)は、検知対象(使用者)の動作に伴う電圧VEの二乗(VE 2)の変化を示す。図15(b)は、使用者の動作に伴う周波数fの変化を示す。図15(c)は、使用者の動作に伴うΔθの積分値Sθの変化を示す。また、図15(d)は、使用者のトイレ室への入室の有無の判定結果を示す。
その後、時刻t112において便蓋300が開き終わり、便蓋300の動作が停止する。前述した通り、便蓋300の動作が停止すると、基準値算出手段422a及び422bは、基準値Vi_base及びVq_baseを更新する。また、便蓋300の動作が停止すると、積分値Sθはリセットされる。
図16(a)は、検知対象(使用者)の動作に伴う電圧VEの二乗(VE 2)変化を示す。図16(b)は、使用者の動作に伴う周波数fの変化を示す。図16(c)は、使用者の動作に伴うΔθの積分値Sθの変化を示す。また、図16(d)は、人体検知の結果(検知対象の有無の判定結果)を示す。つまり、この例では、ドップラーセンサ410によって、使用者が小便器に接近しているか否か、が判定される。
また、前述した各実施の形態が備える各要素は、技術的に可能な限りにおいて組み合わせることができ、これらを組み合わせたものも本発明の特徴を含む限り本発明の範囲に包含される。
Claims (10)
- 放射した電波の反射波によって検知対象に関する情報を取得する電波センサと、
前記電波センサから出力される第1信号と第2信号とを含む検知信号に基づいて器具の動作を制御する制御部と、
を備え、
前記第2信号の位相と前記第1信号の位相との差は、60°以上120°以下であり、
前記制御部は、前記第1信号の値と第1基準値との差の二乗と、前記第2信号の値と第2基準値との差の二乗と、の和に基づいて前記検知対象の有無を判定することを特徴とする衛生機器。 - 前記制御部は、
前記第1信号に基づいて、前記第1基準値の変更および前記第1基準値の変更の停止を実施し、
前記第2信号に基づいて、前記第2基準値の変更および前記第2基準値の変更の停止を実施することを特徴とする請求項1記載の衛生機器。 - 前記制御部は、前記第1基準値及び前記第2基準値のそれぞれを前記器具の状態ごとに予め定められた値に設定することを特徴とする請求項1記載の衛生機器。
- 前記制御部は、前記器具が作動した後の前記第1信号に基づいて前記第1基準値を変更し、前記器具が作動した後の前記第2信号に基づいて前記第2基準値を変更することを特徴とする請求項1または2に記載の衛生機器。
- 前記制御部は、前記検知信号の周波数を算出し、前記周波数が所定の閾値よりも高いとき及び、その後の所定の時間内において、前記検知対象の有無を判定することを特徴とする請求項1〜4のいずれか1つに記載の衛生機器。
- 前記制御部は、前記第1信号及び前記第2信号に基づいて、前記検知対象が前記電波センサに近づいた距離又は前記検知対象が前記電波センサから離れた距離を示す移動量を算出し、前記移動量を前記検知対象の有無の判定に用いることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1つに記載の衛生機器。
- 前記制御部は、前記第1信号及び前記第2信号に基づいて、前記検知信号の位相を算出することを特徴とする請求項5または6に記載の衛生機器。
- 前記制御部は、前記検知信号の前記位相の変化量の積分値に基づいて前記検知対象の有無を判定することを特徴とする請求項7記載の衛生機器。
- 前記積分値は、前記器具が作動した後における前記変化量の積分値であることを特徴とする請求項8記載の衛生機器。
- 前記積分値は、前記検知信号に関する周波数が所定の閾値よりも高い期間における前記変化量の積分値であることを特徴とする請求項8記載の衛生機器。
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