JP2022041633A - 水栓装置 - Google Patents

Abstract

【課題】センサ部を小型化しても、電源ノイズに起因したセンサ部の誤検知を抑制できる水栓装置を提供することを目的とする。【解決手段】第１直流電圧をスイッチングして第２直流電圧に変換する電圧変換部と、第２直流電圧により蓄電する第１蓄電部と、第１蓄電部と電源線で接続され第１蓄電部の電圧により蓄電する第２蓄電部と、第２蓄電部の電力により駆動されるセンサ部と、電源線に設けられた抵抗と、を備え、センサ部は、第１周波数の第１光信号を送信する表面実装型の投光素子と、第１光信号の反射信号を含む第２光信号を受光する表面実装型の受光素子と、第２光信号に応じた受信信号を、第１光信号の送信に同期して積分し対象物の検知結果を生成する受信回路と、を含み、抵抗の抵抗値は、電源線の抵抗値よりも高く、電圧変換部のスイッチングの周波数は、第１周波数よりも高い水栓装置が提供される。【選択図】図２

Description

本発明の態様は、一般的に、水栓装置に関する。

従来、センサ部を備え、手を差し出すと自動的に吐水する水栓装置（自動水栓）が知られている。センサ部としては、例えば、赤外線を用いたアクティブ型の光電センサが用いられる。このようなセンサ部には、蛍光灯などの照明や太陽光などの環境ノイズを除去するために、いわゆる同期積分方式が採用されることがある（特許文献１）。

また、乾電池や水力発電機の電力により動作する自動水栓が知られている。例えば、乾電池や水力発電機の電力は、コンデンサに蓄電され、自動水栓の各部はコンデンサに蓄電された電力により駆動される。蓄電されたコンデンサのＤＣ電圧や乾電池の電圧の値は、時間により大きく変わり、不安定な場合がある。そこで、コンデンサや乾電池のＤＣ電圧を安定したＤＣ電圧に変換する方法がある。これにより、センサ部などを安定して動作させることができる。コンデンサの電圧を変換する手段としては、コイルとスイッチング素子を有する変換回路を用いる方式が知られている（特許文献２）。

特開平５－１５６６８５号公報 特許第３７１４１５５号公報

従来、センサ部が有する投光素子及び受光素子には、砲弾型と呼ばれる、比較的大きい部品が使われる場合があった。一方、自動水栓では、外観のデザインの自由度を高めるため、センサ部を小型化することがある。センサ部を小型化するにあたり、例えば、投光素子及び受光素子を小さくすることがある。

投光素子及び受光素子を小さくすると、センサ部の投光量及び受光量が少なくなり、センサ部としての性能（対象物の検知精度など）が低下することがある。砲弾型の投光素子及び受光素子の代わりに、例えば３．２ｍｍ×１．６ｍｍ程度のチップ部品と呼ばれる小さな投光素子及び受光素子を採用した場合、検知精度を維持するためには、砲弾型の場合に比べて、例えば数倍の感度が求められる場合がある。

センサ部の性能の低下を抑制するために、レンズの追加等により光信号を収束させて投光量を増やすという方法も考えられる。しかし、この方法では、構造が複雑になり、コストアップや大型化につながってしまう恐れがある。また、投光電流を増やすという方法も考えられるが、流せる電流には部品によって決まる限界があったり、消費電力が増えてしまったりする場合がある。

センサ部の性能の低下を抑制するために、受光信号の増幅倍率を高めるという手段も考えられる。しかし、増幅倍率を高めると、受光信号に含まれるノイズも増幅する可能性が考えられる。このノイズとしては、例えばスイッチング電源に含まれるリプル電圧が考えられる。例えば、特許文献２のようなスイッチングにより変換した電源を、センサ部の電源として使う場合、スイッチングした電源に含まれるリプル電圧などのノイズが受光信号とともに増幅され、受光回路の増幅回路に信号成分として重畳してしまう。この状態で、スイッチング周波数がセンサ部の投光周波数に近くなると、リプル電圧などのノイズに起因して、センサ部の誤検知が生じてしまう可能性がある。

本発明は、かかる課題の認識に基づいてなされたものであり、センサ部を小型化しても、電源ノイズに起因したセンサ部の誤検知を抑制できる水栓装置を提供することを目的とする。

第１の発明は、第１直流電圧をスイッチングして第２直流電圧に変換する電圧変換部と、前記第２直流電圧により蓄電する第１蓄電部と、前記第１蓄電部と電源線で接続され、前記第１蓄電部の電圧により蓄電する第２蓄電部と、前記第２蓄電部に蓄電された電力により駆動されるセンサ部と、前記電源線に設けられた抵抗と、を備え、前記センサ部は、第１周波数の第１光信号を送信する表面実装型の投光素子と、前記第１光信号の反射信号を含む第２光信号を受光する表面実装型の受光素子と、前記第２光信号の光量に対応した受信信号を、前記第１光信号の送信に同期して積分することにより、対象物の検知結果を表す検知信号を生成する受信回路と、を含み、前記抵抗の抵抗値は、前記電源線の抵抗値よりも高く、前記電圧変換部のスイッチングの周波数は、前記第１周波数よりも高いことを特徴とする水栓装置である。

この水栓装置によれば、表面実装型の投光素子と受光素子とをセンサ部に用いることで、センサ部を小型化することができる。このとき、第１蓄電部と第２蓄電部とを接続する電源線に抵抗を設けることで、スイッチングを行う電圧変換部のリプル電圧などのノイズが、当該抵抗によって消費されるため、ノイズを抑制することができる。さらに、第１蓄電部と第２蓄電部とを接続する電源線に抵抗が設けられることで、電圧変換部からは負荷が増えたように見える。この場合、電圧変換部のスイッチングの周波数を高くすることができ、第１周波数からずらすことができる。これにより、第１光信号の送信に同期して積分するセンサ部において、電圧変換部のスイッチングの周波数のノイズ（リプル電圧など）の影響を抑制することができる。したがって、積分により検知性能を向上させたセンサ部を小型化した場合でも、電源ノイズに起因したセンサ部の誤検知を抑制することができる。また、抵抗は第１蓄電部と第２蓄電部との間の電源線に設けられているため、消費電力の大幅な増加を抑制することができる。例えば、消費電力の増加は、リプル電圧分程度である。

第２の発明は、第１の発明において、前記抵抗の前記抵抗値は、１０Ω以下であることを特徴とする水栓装置である。

抵抗の抵抗値が大きい場合、電圧変換部のスイッチングの周波数が高くなると、その分、スイッチングにより消費される電力も大きくなる恐れがある。これに対して、この水栓装置によれば、電圧変換部のスイッチングの周波数を高くしても、消費電力の増加を極力抑制することができる。

第３の発明は、第１の発明において、前記第１蓄電部の電圧と前記第２蓄電部の電圧との差は、前記第１蓄電部の前記電圧の０．２倍以下であることを特徴とする水栓装置である。

この水栓装置によれば、抵抗を配置することで、第２蓄電部の電圧が第１蓄電部の電圧から低下した場合でも、センサ部の動作を安定させることができる。

本発明の態様によれば、センサ部を小型化しても、電源ノイズに起因したセンサ部の誤検知を抑制できる水栓装置が提供される。

実施形態に係る水栓装置を例示する模式図である。 実施形態に係る水栓装置を例示する回路図である。 実施形態に係る水栓装置の一部を例示する模式図である。 実施形態に係る水栓装置の一部を例示するブロック図である。 実施形態にかかる水栓装置の動作の一例を表すタイミングチャートである。 図６（ａ）～図６（ｄ）は、水栓装置の動作の一例を表すタイミングチャートである。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しつつ説明する。なお、各図面中、同様の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
図１は、実施形態に係る水栓装置を例示する模式図である。
実施形態に係る水栓装置１００（吐水装置）は、対象物（人体や物体等）を検知して自動的な吐止水を行うものである。

図１に表したように、水栓装置１００は、水を吐出するためのスパウトを構成する水栓１３（吐水部）を有する。水栓１３には、吐水口１３ａが設けられており、この吐水口１３ａから、例えば洗面台などに備え付けられる洗面器に対して、水が吐出される。

水栓１３が吐水口１３ａから吐出する水は、水路１４により供給される。水路１４は、水道管等の給水源から供給される水を吐水口１３ａへと導く。

水栓装置１００は、コントローラ部２０とセンサ部１８とを備える。この例では、水栓装置１００は、さらに水路１４（給水路）、電磁弁１６、発電機２２及び電池２４を有する。例えば、センサ部１８は、コントローラ部２０とは分離され、水栓１３の内部に収容されている。電磁弁１６及びコントローラ部２０は、例えば、洗面カウンタの下方に設けられるキャビネット（図示は省略）内に収容される。センサ部１８をコントローラ部２０と分離することで、センサ部１８をより小型化しやすい。

発電機２２は、例えば、水栓１３と電磁弁１６との間の水路１４の経路上に設けられ、電磁弁１６を開いた際に、水路１４を流れる水流により発電を行う。例えば、発電機２２は、水車を有し、水流によって水車が回転することで発電が行われる。発電機２２は、発電した電力をコントローラ部２０に供給する。発電機２２が発電する交流電圧の振幅は、例えば４Ｖ程度である。

電池２４は、コントローラ部２０に電力を供給する。電池２４は、例えば、バックアップ用の補助電源であり、一次電池を用いることができる。例えば、電池２４の電圧は、２．８Ｖ程度である。例えば発電機２２の発電量の不足などにより、蓄電部５０の蓄電量が不足し、蓄電部５０の電圧が電池２４の電圧よりも低いときに、電池２４は、蓄電部５０に電力を補充することができる。

コントローラ部２０は、制御部８０を有する。制御部８０は、例えば、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）などを含む回路である。制御部８０は、メモリや、入出力インターフェイス等の各種機能部分を含んでも良い。制御部８０は、センサ部１８や電磁弁駆動回路８２（図２で後述する）の動作を制御する。また、コントローラ部２０は、発電機２２や電池２４から供給された電力を、センサ部１８や電磁弁駆動回路８２などへ供給する。つまり、コントローラ部２０は、センサ部１８や電磁弁駆動回路８２などへの電源の供給を制御する。

電磁弁１６は、水路１４に設けられ、水路１４の開閉を行う。電磁弁１６が開くと、水路１４から供給された水が吐水口１３ａから吐出される吐水状態となり、電磁弁１６が閉じると、水路１４から供給された水が吐水口１３ａから吐出されない止水状態となる。

電磁弁１６は、コントローラ部２０に接続されている。電磁弁１６は、コントローラ部２０から供給される電力によって、開閉動作を行う。制御部８０は、電磁弁１６の開／閉動作を制御する。電磁弁１６は、制御部８０に電気的に制御され、水路１４の開閉を行う。このように、電磁弁１６は、吐水口１３ａから吐水される水の水路１４を開閉する給水バルブとして機能する。電磁弁１６は、いわゆるラッチング・ソレノイド・バルブと称される自己保持型電磁弁（ラッチ式電磁弁）である。

センサ部１８は、吐水口１３ａに接近する対象物（手など）を検知する。この吐水口１３ａの吐水先が、センサ部１８の検知領域となる。センサ部１８は、光信号を送信し、送信した光信号を受けた人体等の対象物から反射した反射信号を受信することにより、対象物の有無、位置、動き等を検知する。

センサ部１８は、水栓１３の吐水口１３ａ近くの内部に設けられ、洗面台の使用者側（図１において左側）に向けて光信号を送信するように配置される。これにより、センサ部１８は、吐水口１３ａに人体が近づいてきたことや、吐水口１３ａに近づいた人体から吐水口１３ａに向けて手が差し出されたこと等を検知可能にする。

センサ部１８は、コントローラ部２０から供給される電源で駆動される。つまり、センサ部１８は、発電機２２と電池２４とからコントローラ部２０へ供給される電力によって、動作する。例えば、センサ部１８は、コントローラ部２０と、接続ケーブル１７により接続されている。コントローラ部２０は、例えば、接続ケーブル１７を介してセンサ部１８に電源電圧を供給し、接続ケーブル１７を介してセンサ部１８を制御する。

センサ部１８は、対象物の検知結果を表す検知信号を接続ケーブル１７を介してコントローラ部２０に入力する。コントローラ部２０は、センサ部１８から入力された検知信号に基づいて、対象物の有無を検知する。コントローラ部２０は、例えば、検知信号に基づいて、対象物の位置や動き等を検知する。そして、コントローラ部２０は、この検知結果に基づいて電磁弁１６の開／閉動作を制御する。また、コントローラ部２０は、センサ部１８に対して制御信号を出力して、センサ部１８のセンシング動作を制御する。

図２は、実施形態に係る水栓装置を例示する回路図である。
図２に表したように、水栓装置１００は、第１蓄電部６１と第２蓄電部６２と抵抗６３と電源線６４（電気配線）とをさらに備える。また、コントローラ部２０は、制御部８０と電磁弁駆動回路８２と蓄電部５０と電圧変換部５２とを有する。

電磁弁駆動回路８２は、制御部８０と接続されている。制御部８０は、センサ部１８から、対象物が存在することに対応する信号を受信すると、開駆動信号を電磁弁駆動回路８２に送信する。また、制御部８０は、センサ部１８から、対象物が存在しないことに対応する信号を受信すると、閉駆動信号を電磁弁駆動回路８２に送信する。

なお、開駆動信号とは、電磁弁１６を開く動作の実行を電磁弁駆動回路８２に対して指令するための信号である。また、閉駆動信号とは、電磁弁１６を閉じる動作の実行を電磁弁駆動回路８２に対して指令するための信号である。

電磁弁駆動回路８２は、開駆動信号を入力されると、電磁弁１６を開弁するための開駆動を行い、閉駆動信号を入力されると、電磁弁１６を閉弁するための閉駆動を行う。例えば、電磁弁駆動回路８２は、電界効果トランジスタを用いたＨ型のブリッジ回路（図示を省略）により、電磁弁１６のソレノイドコイルを負荷として駆動する構成になっている。

電磁弁駆動回路８２は、制御部８０から入力される開駆動信号によって電磁弁１６のラッチングソレノイドのソレノイドコイルに一方向（開方向）の電流を流し、制御部８０から入力される閉駆動信号によって電磁弁１６のラッチングソレノイドのソレノイドコイルに他方向（閉方向）の電流を流す。これにより、電磁弁１６は、ソレノイドコイルに流れる電流の方向に応じた開／閉動作を行い、水路１４を開閉する。

電池２４は、蓄電部５０と接続されている。蓄電部５０は、発電機２２や電池２４から供給された直流電力を蓄える。なお、図２においては、発電機２２の図示を省略している。蓄電部５０には、例えば、電気二重層コンデンサなどのキャパシタが用いられる。蓄電部５０の一端側は、グラウンド電位と接続され、蓄電部５０の他端側には、電池２４や、電圧変換部５２の入力側が接続されている。
また、電池２４と、蓄電部５０との間には、図示されていない発電機２２が蓄電部５０に直流電力を蓄電する際に、その直流電力が電池２４に逆流することを防止するためのダイオード７０が接続されている。

電圧変換部５２は、スイッチング制御回路５２ａとコイル５２ｂとダイオード５２ｃとを有する。電圧変換部５２は、スイッチングにより、第１直流電圧Ｖ１を第２直流電圧Ｖ２に変換する。第１直流電圧Ｖ１は、例えば蓄電部５０の電圧である。電圧変換部５２は、例えば、昇圧回路である。

スイッチング制御回路５２ａは、例えばＩＣなどのスイッチング制御部（不図示）と、トランジスタなどのスイッチング素子（不図示）と、を有する。スイッチング制御部がスイッチング素子のオンオフを切り替えることにより、コイル５２ｂ及びダイオード５２ｃに流れる電流を制御し、電圧変換部５２による直流電力の変換が制御される。スイッチング制御回路５２ａは、例えば、変換後の直流電力の電圧値が実質的に一定となるように、スイッチング素子のオン・オフを制御する。なお、スイッチング制御回路５２ａの動作は、制御部８０により制御される。例えば、センサ部１８がセンシング動作を行うときに、制御部８０は、電圧変換部５２にスイッチングを実行させる。電圧変換部５２の変換後の直流電力は、センサ部１８及びコントローラ部２０の各部に供給される。センサ部１８及びコントローラ部２０の各部は、電圧変換部５２からの電力供給により動作する。

電圧変換部５２は、変換後の直流電力により、第１蓄電部６１を充電する。つまり、第１蓄電部６１は、第２直流電圧Ｖ２により蓄電する。第１蓄電部６１には、例えば、電解コンデンサなどのキャパシタが用いられる。第１蓄電部６１の一端はグラウンド電位と接続され、第１蓄電部６１の他端は、電圧変換部５２の出力側と接続されている。これにより、第１蓄電部６１は、電圧変換部５２から供給される電力により蓄電する。なお、図２に示すように、第１蓄電部６１は、コントローラ部２０の一部に設けられても良い。第１蓄電部６１の電気容量は、例えば、３０００μＦ以上３６００μＦ以下程度である。この例では、第１蓄電部６１の電気容量は、３３００μＦである。

第１蓄電部６１は、第１蓄電部６１に蓄電された電力により、第２蓄電部６２を充電する。つまり、第２蓄電部６２は、第１蓄電部６１の電圧（Ｖｃｃ１）により蓄電する。第２蓄電部６２には、例えば、セラミックコンデンサなどのキャパシタが用いられる。第２蓄電部６２の一端はグラウンド電位と接続され、第２蓄電部６２の他端は、電源線６４で第１蓄電部６１と接続されている。これにより、第２蓄電部６２は、第１蓄電部６１から電源線６４を介して供給される電力により蓄電する。なお、図２に示すように、第２蓄電部６２は、センサ部１８の一部に設けられてもよい。第２蓄電部６２の電気容量は、例えば、２０μＦ以上２４μＦ以下程度である。この例では、第２蓄電部６２の電気容量は、２２μＦである。

センサ部１８は、第２蓄電部６２に蓄電された電力により駆動される。すなわち、第２蓄電部６２は、センサ部１８（後述する投光素子、受光素子及び受信回路など）に電源を供給する。第２蓄電部６２を設けることで、例えばセンサ部１８の電源電圧を安定させることができる。

抵抗６３は、第１蓄電部６１と第２蓄電部６２とを接続する電源線６４に設けられる。抵抗６３の抵抗値は、電源線６４の抵抗値よりも高い。抵抗６３の抵抗値は、例えば、１Ω以上１０Ω以下である。また、抵抗６３は、コントローラ部２０の一部に設けられても良い。これにより、センサ部１８をより小型化しやすい。

図３は、実施形態に係る水栓装置の一部を例示する模式図である。
図３は、センサ部１８の一例を示す。センサ部１８は、例えば、赤外光の光信号を用いた光センサである。センサ部１８は、例えば、赤外線を投光する投光素子４０、赤外線を受光する受光素子４４、及び受信回路３２（ＩＣ）を有する。センサ部１８は、ハーネス１９により接続ケーブル１７（図１参照）と接続される。

受信回路３２は、投光素子４０や受光素子４４の投光及び受光タイミングを制御したり、受光素子４４の受光した光信号に基づく物体検知を行ったりする。また、受信回路３２は、検知結果に対応する信号を制御部８０に出力する。センサ部１８から送信される光信号は、例えば、可視光などでもよい。また、センサ部１８には、例えば、超音波センサ部やマイクロ波センサ部などを用いてもよい。

投光素子４０は、表面実装型、すなわちＳＭＤ（Surface Mount Device）である。投光素子４０は、例えば、発光部が設けられたパッケージ基板を有するチップ部品である。投光素子４０は、例えば、回路基板上に半田などで表面実装される。すなわち、半田とパッケージ基板とが、回路基板の同じ面に配置される。発光部には、例えばＬＥＤなどの半導体発光素子が用いられる。投光素子４０のチップサイズは、例えば３．２ｍｍ×１．６ｍｍ程度である。投光部の投光面の大きさは、例えば、０．２５ｍｍ×０．２５ｍｍ程度である。

同様に、受光素子４４も表面実装型である。受光素子４４は、例えば、受光部が設けられたパッケージ基板を有するチップ部品である。受光素子４４は、例えば、回路基板上に半田などで表面実装される。すなわち、半田とパッケージ基板とが、回路基板の同じ面に配置される。受光部には、例えばフォトトランジスタやフォトダイオードなどが用いられる。受光素子４４のチップサイズは、例えば３．２ｍｍ×１．６ｍｍ程度である。受光部の受光面の大きさは、例えば、０．７ｍｍ×０．７ｍｍ程度である。

センサ部１８は、所定の周波数による投光及び受光のタイミングで検知動作を行う、いわゆる同期積分方式のセンサである。投光素子４０は、第１周波数で投光する。すなわち、投光素子４０は、第１周波数の第１光信号Ｌ１を送信する。受光素子４４は、第１光信号Ｌ１の反射光を含む光を受光する。すなわち、受光素子４４は、第１光信号Ｌ１の反射信号を含む第２光信号Ｌ２を受光する。そして、受信回路３２は、第２光信号Ｌ２の光量に対応した受信信号を、第１光信号Ｌ１の送信に同期して積分することにより、対象物の検知結果を表す検知信号を生成する。すなわち、受信回路３２は、第１周波数以外の周波数の信号をキャンセルする積分を行う。これにより、例えば、第１周波数に対応する信号のみが増幅されるため、ノイズの影響を抑えることができる。

このような同期積分方式のセンサ部においては、例えば、投光及び受光のタイミングでのみ検知動作を行えばよいため、消費電力を抑えやすい。自動水栓では、限られた電池容量や少ない発電量を利用して、数年以上動作するように低消費電力が求められる。低消費電力で駆動できる同期積分方式のセンサ部は、電池や水力発電機の電力で動作する自動水栓と、非常に相性が良い。同期積分方式のセンサ部を用いることで消費電力を抑えることができる。

また、表面実装型の投光素子４０及び受光素子４４をセンサ部１８に用いることでセンサ部１８を小型化することができる。これにより、デザインの自由度を高めることができる。

ただし、投光素子及び受光素子を小型化すると、投光量及び受光量が小さくなり、センサ部の検知性能が低下する恐れがある。これに対して、同期積分方式を採用することで、センサ部の検知性能を向上させることができる。しかしながら、センサ部の電源がスイッチングにより電圧変換される場合、電源に含まれるリプル電圧などのノイズの周波数が、第１周波数（投光周波数）と近くなると、ノイズに起因した成分がセンサ部での積分値に重畳される。このため、センサ部の誤検知が生じてしまう恐れがある。

このようなセンサ部の誤検知を抑制するために、例えば、消費電力を増やすことで、スイッチング周波数を高める方法が考えられる。しかし、電池や水力発電機などの限られた電力で動作する自動水栓においては、大幅な消費電力の増加は、許容できない。また、センサ部の駆動中には、電圧の変換を止める方法も考えられる。しかし、電圧の変換を止めている間にセンサ部を駆動するための電力を保持する部品が大型化し、コストアップにつながってしまう。また、処理が複雑になり、消費電力が増える恐れがある。

これに対して、実施形態においては、電源線６４に抵抗６３が設けられている。これにより、スイッチングを行う電圧変換部５２のリプル電圧などのノイズが、抵抗６３によって消費されるため、ノイズを抑制することができる。

また、実施形態においては、電圧変換部５２のスイッチングの周波数は、第１周波数（投光周波数）よりも高い。例えば、電圧変換部５２により第１蓄電部６１が充電される際、第２蓄電部６２の電圧上昇は、第１蓄電部６１の電圧上昇に対して遅れる。そして、第１蓄電部６１の電圧は、抵抗６３及び第２蓄電部６２に電力を供給する分、低下する。そのため、電圧変換部５２からは、負荷が増えたように見える。電圧変換部５２は、第１蓄電部６１の電圧（Ｖｃｃ１）を実質的に一定に保つようにスイッチング素子のオン・オフを制御している。そのため、電圧変換部５２は、負荷が増えたように見えた場合、第１蓄電部６１の電圧の低下を抑制するように、スイッチングの周波数を高くする。

このように、実施形態においては、第１蓄電部６１と第２蓄電部６２とを接続する電源線６４に抵抗６３が設けられることで、電圧変換部５２からは負荷が増えたように見える。この場合、電圧変換部５２のスイッチングの周波数を高くすることができ、第１周波数からずらすことができる。これにより、第１光信号Ｌ１の送信に同期して積分するセンサ部１８において、電圧変換部５２のスイッチングの周波数のノイズ（リプル電圧など）の影響を抑制することができる。したがって、同期積分方式により検知性能を向上させたセンサ部を小型化した場合でも、電源ノイズに起因したセンサ部の誤検知を抑制することができる。

なお「電圧変換部のスイッチングの周波数は、第１周波数よりも高い」とは、センサ部１８が投光及び受光を行うセンシング動作中において、スイッチングの周波数が第１周波数よりも高ければ良く、必ずしも常にスイッチングの周波数が第１周波数よりも高くなくても良い。例えば、電源投入直後などにおいては、スイッチングの周波数が第１周波数よりも低くても良い。センシング動作中のある期間において、スイッチング周波数が、前記第１周波数よりも高ければ良い。

また、抵抗６３は第１蓄電部６１と第２蓄電部６２との間の電源線に設けられているため、消費電力の大幅な増加を抑制することができる。例えば、消費電力の増加は、リプル電圧分程度である。

また、抵抗６３の抵抗値が大きい場合、電圧変換部５２のスイッチングの周波数が高くなると、その分、スイッチングにより消費される電力も大きくなる恐れがある。これに対して、実施形態においては、前述したように抵抗６３の抵抗値は１０Ω以下である。これにより、電圧変換部５２のスイッチングの周波数を高くしても、消費電力の増加を極力抑制することができる。

また、Ｖｃｃ１（第１蓄電部６１の電圧）とＶｃｃ２（第２蓄電部６２の電圧）との差が大きすぎると、センサ部１８の動作が不安定になる恐れがある。これに対して、実施形態においては、例えば、センサ部１８のセンシング動作中において、０＜｜Ｖｃｃ１－Ｖｃｃ２｜／Ｖｃｃ１≦０．２である。すなわち、センサ部１８のセンシング動作中において、第１蓄電部６１の電圧と第２蓄電部６２の電圧との差は、第１蓄電部６１の電圧の０．２倍以下である。これにより、第２蓄電部６２の電圧が第１蓄電部６１の電圧から低下した場合でも、センサ部１８の動作を安定させることができる。なお、Ｖｃｃ１とＶｃｃ２との差は、抵抗６３の抵抗値によって変化させることができる。

図４は、実施形態に係る水栓装置の一部を例示するブロック図である。
図４に表したように、センサ部１８は、送信部３０と、受信部３１と、受信回路３２と、を有する。受信回路３２は、例えば、増幅回路３３と、増幅回路３９と、反転回路３４と、積分回路３５と、制御ロジック回路８１とを有する。制御ロジック回路８１は、例えば、ＣＰＵなどを含む回路である。
制御ロジック回路８１は、センサ部１８の各部の動作を制御し、吐水口１３ａに接近する対象物の検知を行う。また、制御ロジック回路８１は、制御部８０に接続されている。制御ロジック回路８１と制御部８０は、例えば、Ｉ２Ｃ（Inter-Integrated Circuit）といったシリアル通信で接続され、制御部８０の命令に従い、センサ部１８の各部を制御する。送信部３０は、投光素子４０と、抵抗４１と、ＦＥＴ（Field Effect Transistor）４２と、を有する。投光素子４０は、センサ部１８の出力信号である赤外光を投光する。

抵抗４１及びＦＥＴ４２は、投光素子４０に所定の電流を流すための回路である。抵抗４１及びＦＥＴ４２は、制御ロジック回路８１から出力されるタイミング信号に応じて投光素子４０に所定の電流を流すことにより、投光素子４０をパルス投光させる。送信部３０は、例えば、第１周波数に対応する所定の周期でオン／オフを繰り返すパルス状の第１光信号Ｌ１を送信する。これにより、光信号を常時送信する場合に比べて、送信部３０における消費電力を抑えることができる。

受信部３１は、対象物で反射した第１光信号の反射信号を含む第２光信号Ｌ２を受信し、第２光信号Ｌ２に対応した受信信号を出力する。受信部３１は、受光素子４４と、変換回路４５と、を有する。受光素子４４は、対象物から反射した赤外光を受光し、その受光量に比例する光電流を発生させる。

変換回路４５は、コンデンサ９４と、抵抗４６と、ＯＰアンプ４７と、を有する。変換回路４５は、受光素子４４で発生した光電流を電圧に変換し、変換後の電圧を受信信号として出力する。前述のように、送信部３０は、パルス状の光信号を送信する。この場合、受信部３１は、光信号の周期に応じたパルス信号（矩形波）を受信信号として出力する。

ＯＰアンプ４７の出力端子は、コンデンサ４８に接続されている。受信部３１は、コンデンサ４８を介して増幅回路３３に接続される。これにより、受信部３１は、受信信号の交流成分をコンデンサ４８を介して増幅回路３３に入力する。受信部３１は、例えば、パルス信号の交流成分を増幅回路３３に入力する。コンデンサ４８は、換言すれば、微分回路を形成する。コンデンサ４８は、例えば、受信信号の時間微分を増幅回路３３に入力する。

増幅回路３３は、コンデンサ９５、抵抗５８、５９及びＯＰアンプ５４を有する。増幅回路３３は、受信部３１から入力された受信信号を増幅し、コンデンサ９３を介して増幅回路３９に入力する。増幅回路３９は、コンデンサ９６、抵抗９０、９１及びＯＰアンプ９２を有する。

増幅回路３９は、増幅回路３３から入力された信号を増幅し、反転回路３４に入力する。反転回路３４は、抵抗５３、５４及びＯＰアンプ５５を有する。反転回路３４は、入力信号に対して信号振幅は等しく、その極性を反転させた信号を出力する。

また、増幅回路３９の出力は、スイッチング素子５６を介して積分回路３５に入力される。換言すれば、増幅回路３３、３９は、受信部３１と積分回路３５との間に設けられ、受信信号を増幅して積分回路３５に出力する。

反転回路３４の出力は、スイッチング素子５７を介して積分回路３５に入力される。各スイッチング素子５６、５７は、制御ロジック回路８１に接続されている。制御ロジック回路８１は、タイミング信号Ｓ２及びＳ３により、各スイッチング素子５６、５７のオン／オフを個別に制御する。スイッチング素子５６、５７は、例えば、アナログスイッチである。タイミング信号Ｓ２及びＳ３は、第１周波数で振動する信号である。積分回路３５に第１周波数の情報が入力されることとなる。

積分回路３５は、受信信号を積分し、その積分信号を生成する。この例において、積分回路３５は、増幅回路３３によって増幅された増幅後の受信信号と、増幅後の受信信号の極性を反転回路３４で反転させた反転後の受信信号と、を積分した積分信号を生成する。

積分回路３５は、ＯＰアンプ６０と、抵抗６５と、コンデンサ６７と、スイッチング素子６６と、を有する。ＯＰアンプ６０の出力端子は、制御ロジック回路８１に接続されている。積分回路３５の出力（積分信号）は、制御ロジック回路８１に入力される。すなわち、この例において、受信回路３２は、積分回路３５の積分信号を、対象物の検知結果を表す検知信号として生成し、制御ロジック回路８１に入力する。

スイッチング素子６６は、制御ロジック回路８１に接続されている。制御ロジック回路８１は、タイミング信号Ｓ１をスイッチング素子６６に入力することにより、スイッチング素子６６のオン／オフを制御する。制御ロジック回路８１は、スイッチング素子６６をオン状態にすることにより、コンデンサ６７に蓄積された電荷を放電する。すなわち、制御部８０は、スイッチング素子６６をオン状態にすることにより、積分回路３５のリセットを行う。

制御ロジック回路８１は、各タイミング信号Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３を制御し、投光のタイミングと積分のタイミングを同期させる。つまり、受信回路３２は、受信信号を投光に同期させて積分する。言い換えれば、受信回路３２は、受信信号を第１周波数（投光周波数）に応じて積分する。これにより、例えば、効果的な受信信号の積分を行うことができる。

図５は、実施形態にかかる水栓装置の動作の一例を表すタイミングチャートである。
図５は、使用者が手などを吐水口１３ａ（センサ部１８の検知領域）に近接させた時の、水栓装置１００の理想的な動作を表す。換言すれば、図５は、センサ部１８が対象物を検出している時の理想的な動作である。なお、理想的な動作とは、電源電圧が変動することなく、Ｖｃｃ１（図２参照）が実質的に一定に保たれている場合の動作である。電圧変換部５２の定格出力は、例えば、３．３Ｖ程度である。

水栓装置１００の動作においては、まず、パルス投光を行う前に、Ｔ０のタイミングから所定時間、信号Ｓ１（不図示）によってスイッチング素子６６をオンし、コンデンサ６７を放電する。すなわち、積分回路３５をリセットする。この状態の積分回路３５の出力電圧（ＯＰアンプ６０の出力）が基準値（反射信号のゼロ位置）となる。

対象物の検知においては、制御ロジック回路８１から送信部３０に、第１周波数のタイミング信号Ｓ４が入力される。これにより、投光素子４０は、第１周波数のパルス状の第１光信号を送信する。例えば、Ｔ１のタイミングでタイミング信号Ｓ４に応じてＦＥＴ４２がオンして、投光素子４０が投光する。これと同時に、信号Ｓ２がオン出力されてスイッチング素子５６がオンし、投光素子４０の投光に同期して、反射光に比例した信号である増幅回路３３、３９の出力を積分回路３５で積分する。Ｔ２のタイミングで信号Ｓ４に応じてＦＥＴ４２がオンからオフとなり、投光素子４０の投光が停止する。

Ｔ２のタイミングで信号Ｓ２がオフし、信号Ｓ３がオンしてスイッチング素子５７がオンする。ここでは、投光素子４０が投光していない状態の受信信号を、反転回路３４によって極性を反転させて積分回路３５で積分する。Ｔ３のタイミングでは、信号Ｓ３がオフ、信号Ｓ２がオンして、Ｔ１～Ｔ３のタイミングの動作を繰り返す。

なお、Ｔ１～Ｔ２とＴ２～Ｔ３の時間間隔は、同じ時間である。Ｔ１からＴ３までの時間間隔が投光の周期Ｔｐに対応し、周期Ｔｐの逆数が第１周波数（投光周波数）に対応する。制御ロジック回路８１は、パルス投光の動作（Ｔ１～Ｔ３のタイミングの動作）を所定回数繰り返す。パルス投光の回数は、例えば、２～４回程度である。パルス投光の回数は、これに限ることなく、任意の回数でよい。

本動作は、一般に同期積分と呼ばれており、パルス投光によりノイズを除去することができる。投光に同期して受信信号を積分する動作に加えて、投光しないタイミングで受信信号の極性を逆転させて積分（すなわち反転積分）することで、ノイズ除去効果が高まっている。このパルス投光とその積分動作を複数回、繰り返し行うことにより、反射物による積分量は増え、ノイズによる積分量は逆に減少する。このように、パルス投光とそれに同期した積分を複数回行えば、その繰り返し回数が増えるに従ってＳ／Ｎを向上させることができる。また、送信部３０の出力を小さくすることにより、例えば、送信部３０や受信部３１の小型化を図ることもできる。

投光素子４０の投光に同期して増幅回路３３、３９の出力を積分することにより、積分回路３５は、投光回数に比例した反射受光量の積分信号を検知信号として制御ロジック回路８１に出力する。図４の回路の場合、検出対象からの反射光、すなわち投光パルスに同期した信号は、積分回路３５の出力が下降する側に積分される。なお、これは図４の構成の場合であり、例えば受光素子４４の取り付け極性、増幅回路の構成（反転型か非反転型か）や増幅段数によっては積分回路３５の出力が上昇する側に積分される場合もある。積分回路３５の出力は、上昇する方向に積分してもよいし、下降する方向に積分してもよい。

また、増幅回路３３、３９の出力と反転回路３４の出力を同時間、同回数積分することにより、例えば、投光に同期しない成分、つまりセンサ部１８の動作環境にあるランダムノイズを抑制することができる。こうして、投光と積分動作を繰り返すことで、反射信号量（積分回路３５の出力）は大きくなり、ノイズ成分は小さくなってセンサ部１８のＳ／Ｎ比を向上させることができる。

制御ロジック回路８１は、積分回路３５から入力された検知信号に対して所定の閾値を設定する。制御ロジック回路８１は、検知信号が閾値を越えた場合に、対象物が有ると検出し、対象物が存在することに対応する信号を制御部８０に送信する。この例では、積分回路３５の出力が下降する側に積分される。従って、この例において、閾値は、積分回路３５をリセットした時の基準値よりも小さい。この例では、制御ロジック回路８１は、検知信号が閾値以上の場合に、対象物が無いと判定し、検知信号が閾値未満の場合に、対象物が有ると判定する。

積分信号及び閾値は、投光素子４０から所定回数のパルス投光を行った場合に、検知信号が閾値を越えるように設定される。このように、水栓装置１００の理想的な動作においては、対象物が有る場合に、受信信号の積分値が閾値を越えることにより、対象物の検出が行われる。

図６（ａ）～図６（ｄ）は、水栓装置の動作の一例を表すタイミングチャートである。 Ｔ１のタイミングにおいて、タイミング信号Ｓ４がオンし、Ｔ２のタイミングまで投光素子４０が投光する。Ｔ２のタイミングにおいて、タイミング信号Ｓ４がオフし、Ｔ３のタイミングまで投光素子４０は投光しない。

図６（ａ）及び図６（ｂ）は、水栓装置１００の理想的な状態の動作を表す。すなわち、Ｖｃｃ１は、実質的に一定である場合を表す。

図６（ａ）は、対象物（人体）が無い場合、すなわち、センサ部１８が人体からの反射信号を受信しない非感知時を示す。そのため、受信信号は低いレベルであり、図６（ａ）に示すように増幅回路３９の出力は低いレベルのままであり、積分回路３５の出力は、基準値から大きく変動しない。

図６（ｂ）は、対象物（人体）が有る場合、すなわち、センサ部１８が人体からの反射信号を受信する感知時を示す。この場合には、投光に応じて受信信号が大きくなり、図６（ｂ）に示すように増幅回路３９の出力は大きくなり、積分回路３５の出力は、基準値から大きく変動する。

一方、図６（ｃ）及び図６（ｄ）は、センサ部の電源にリプル電圧が生じている状態の、水栓装置の動作を表す。

図６（ｃ）は、対象物（人体）が無い場合の、参考例の水栓装置における動作を表す。この参考例においては、抵抗６３が設けられていない。この場合、図６（ｃ）に示すように、第１蓄電部の電圧（Ｖｃｃ１）には、第１周波数のリプル電圧が生じる場合がある。このようなリプル電圧によるノイズが受信信号とともに増幅回路で増幅される。そのため、対象物が無い場合であっても、増幅回路の出力は、第１周波数の信号となる。そして、この増幅回路の出力が積分回路で積分される。同期積分方式においては、第１周波数の信号は除去されず、積分されるため、積分回路の出力は、基準値から大きく変動する。そのため、対象物が無い場合でも、対象物有りと判断される誤検知（誤動作）が生じる恐れがある。

一方、図６（ｄ）は、対象物（人体）が無い場合の、実施形態に係る水栓装置１００における動作を表す。すなわち、この水栓装置１００には、抵抗６３が設けられている。この場合、すでに述べたように、電圧変換部５２のスイッチング周波数を、第１周波数よりも高くすることができる。従って、図６（ｄ）に示すように、第１蓄電部６１の電圧（Ｖｃｃ１）にリプル電圧が生じたとしても、リプル電圧の周波数は、第１周波数よりも高い。また、抵抗６３により、リプル電圧が消費されるため、第２蓄電部６２の電圧（Ｖｃｃ２）に生じるノイズを小さくすることができる。したがって、増幅回路３３、３９に入力されるノイズも小さくすることができる。また、リプル電圧によるノイズが受信信号とともに増幅回路３３、３９で増幅されても、増幅回路の出力は、第１周波数よりも高い周波数の信号となる。同期積分方式においては、第１周波数以外の周波数の信号は除去されるように積分が行われるため、積分回路３５の出力は、基準値から大きく変動しない。これにより、実施形態に係る水栓装置１００においては、誤検知を抑制することができる。

以上、本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明はこれらの記述に限定されるものではない。前述の実施の形態に関して、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。例えば、水栓装置が備える各要素の形状、寸法、材質、配置、設置形態などは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。
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。

１３ 水栓、 １３ａ 吐水口、 １４ 水路、 １６ 電磁弁、 １７ 接続ケーブル、 １８ センサ部、 １９ ハーネス、 ２０ コントローラ部、 ２２ 発電機、 ２４ 電池、 ３０ 送信部、 ３１ 受信部、 ３２ 受信回路、 ３３ 増幅回路、 ３４ 反転回路、 ３５ 積分回路、 ３９ 増幅回路、 ４０ 投光素子、 ４１ 抵抗、 ４４ 受光素子、 ４５ 変換回路、 ４６ 抵抗、 ４７ ＯＰアンプ、 ４８ コンデンサ、 ５０ 蓄電部、 ５２ 電圧変換部、 ５２ａ スイッチング制御回路、 ５２ｂ コイル、 ５２ｃ ダイオード、 ５３ 抵抗、 ５４ ＯＰアンプ、 ５５ ＯＰアンプ、 ５６ スイッチング素子、 ５７ スイッチング素子、 ５８ 抵抗、 ５９ 抵抗、 ６０ ＯＰアンプ、 ６１ 第１蓄電部、 ６２ 第２蓄電部、 ６３ 抵抗、 ６４ 電源線、 ６５ 抵抗、 ６６ スイッチング素子、 ６７ コンデンサ、 ７０ ダイオード、 ８０ 制御部、 ８１ 制御ロジック回路、 ８２ 電磁弁駆動回路、 ９０ 抵抗、 ９２ ＯＰアンプ、 ９３～９６ コンデンサ、 １００ 水栓装置、 Ｌ１ 第１光信号、 Ｌ２ 第２光信号、 Ｓ１～Ｓ４ タイミング信号、 Ｔｐ 周期、 Ｖ１ 第１直流電圧、 Ｖ２ 第２直流電圧

Claims (3)

1. 第１直流電圧をスイッチングして第２直流電圧に変換する電圧変換部と、
   前記第２直流電圧により蓄電する第１蓄電部と、
   前記第１蓄電部と電源線で接続され、前記第１蓄電部の電圧により蓄電する第２蓄電部と、
   前記第２蓄電部に蓄電された電力により駆動されるセンサ部と、
   前記電源線に設けられた抵抗と、
   を備え、
   前記センサ部は、
   第１周波数の第１光信号を送信する表面実装型の投光素子と、
   前記第１光信号の反射信号を含む第２光信号を受光する表面実装型の受光素子と、
   前記第２光信号の光量に対応した受信信号を、前記第１光信号の送信に同期して積分することにより、対象物の検知結果を表す検知信号を生成する受信回路と、
   を含み、
   前記抵抗の抵抗値は、前記電源線の抵抗値よりも高く、
   前記電圧変換部のスイッチングの周波数は、前記第１周波数よりも高いことを特徴とする水栓装置。
2. 前記抵抗の前記抵抗値は、１０Ω以下であることを特徴とする請求項１記載の水栓装置。
3. 前記第１蓄電部の電圧と前記第２蓄電部の電圧との差は、前記第１蓄電部の前記電圧の０．２倍以下であることを特徴とする請求項１記載の水栓装置。

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