JP3456101B2 - 物体検知装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、一般には物体検知
装置に関わり、特に、光等の伝播波の反射波を利用して
物体の接近又は離脱を検知する物体検知装置に関する。
本明細書においては、物体の一例としての人体を例にと
り説明する。

【０００２】

【従来の技術】従来、自動給水装置や温水洗浄装置や自
動水栓装置において、物体検知装置として反射型の非接
触アクティブセンサを用いた装置が知られている。中で
も特に、自動水栓装置では、洗面台等に設置した物体検
知装置が洗面台のスパウト（噴出口）下方に手等の物体
を検出すると、自動的に水栓を開いてスパウトから吐水
させる構成の装置が周知である。この装置では、物体検
知装置が光や超音波等の伝播波をスパウト下方に向けて
発射し、その反射レベルを測定してこのレベルと閾値と
の比較結果からスパウト下方に存在する物体を検知する
ようにしている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、自動給水装
置や温水洗浄装置の場合、検知対象物体から反射した伝
播波以外に、周囲の壁に反射した伝播波が物体検知装置
に戻ってくるため、反射波のレベル補正や閾値の更新等
を行なわないと検知対象物体の存否を確認できないとい
う問題がある。また、自動水栓装置の場合にも、上記と
同様に検知対象物体から反射した伝播波以外に、洗面台
のボウル内底面に反射した伝播波が物体検知装置に戻っ
てくる不具合があるのに加えて、スパウトからの吐出水
や、上記ボウルの汚れや、上記ボウルの経時変化等が外
乱として物体検知に悪影響を及ぼす。そのため、やはり
反射波のレベル補正や閾値の更新等を行なわないと検知
対象物体の存否を確認できないという問題があった。

【０００４】そこで、上記問題に対処するための手段と
して、物体検知装置に戻ってくる反射波のレベルを統計
的に処理して検知対象物体の存否を判定する方式が出願
されている（特願平５―第３３６９１６号）。

【０００５】また、上述した各装置において、物体検知
装置と共に手動の吐水スイッチを備えた方式のものも知
られている。例えば、この方式を適用した自動水栓装置
において、通常の手洗い等には物体検知装置のセンサ機
能を使用するが、水溜めや洗い物等の際にはセンサ機能
による吐水では不便な場合があるため、手動の吐水スイ
ッチによって連続して吐水するようにした構成のものも
ある。この装置では、センサ機能を作動させて吐水を行
なった場合に、吐水が途中で止まってしまったり不用意
に吐水してしまう不具合があるので、手動の吐水スイッ
チに加えて更にセンサ機能を停止させるスイッチを備え
たものも提案されている（実開平２―６７７０号公報参
照）。

【０００６】更に、手動の吐水スイッチや、センサ機能
停止スイッチや、センサ出力の統計的な処理を行なう手
段等を組合せた構成の装置も実用化されている。この装
置では、センサ機能停止スイッチ操作時に物体検知装置
の駆動を停止させることにより、センサ機能による吐水
を禁止する方法が採用されている。この方法には、ソフ
ト処理が簡単であるという利点と、電池等を駆動電源と
する場合に消費電力を抑制することができるという利点
がある。

【０００７】しかし、センサ出力の統計的処理によって
検知対象物体の存否を判定する方式では、センサ機能を
停止させると、例えば洗面器に物が置かれる等の、吐水
を判定するのに必要な条件である洗面器の状態変化があ
っても、それを認識できないから、センサ機能停止が解
除されたときに装置が誤動作する虞があった。

【０００８】従って本発明の目的は、機能停止時におい
ても検知対象物体の存否を判定するのに必要な状態変化
を認識することを可能にすることにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の第１の観点に従
う物体検知装置は、送信された伝播波の反射波を受信し
て、受信した反射波の値に応じた信号を出力する反射波
受信手段と、上記受信した反射波の値が所定値以下で変
動する状態が所定時間以上継続したとき、上記反射波の
値を被検知物体が存在しないと判断するための基準値に
設定する判断基準値設定手段と、上記反射波の値と上記
判断基準値との比較に基づいて、被検知物体の有無を判
定して、判定した結果を出力する判定手段と、上記判定
手段の駆動を一時的に停止させるモードを設定するモー
ド設定手段と、を備え、上記モード設定手段によって上
記モードが設定されたとき、上記判定手段の駆動を一時
的に停止させると共に、上記反射波受信手段及び上記判
断基準値設定手段の駆動については継続させるようにし
ている。

【００１０】本発明の第２の観点に従う水制御装置は、
送信された伝播波の反射波を受信して、受信した反射波
の値に応じた信号を出力する反射波受信手段と、上記受
信した反射波の値が所定値以下で変動する状態が所定時
間以上継続したとき、上記反射波の値を被検知物体が存
在しないと判断するための基準値に設定する判断基準値
設定手段と、上記反射波の値と上記判断基準値との比較
に基づいて、被検知物体の有無を判定して、判定した結
果を出力する判定手段と、上記判定手段からの被検知物
体の有無に係わる判定結果に基づいて、水供給を制御す
る水制御手段と、上記水制御手段の駆動を一時的に停止
させるモードを設定するモード設定手段と、を備え、上
記モード設定手段によって上記モードが設定されたと
き、上記判定手段の駆動を停止させると共に、上記反射
波受信手段及び上記判断基準値設定手段の駆動について
は継続させるようにしている。

【００１１】本発明の第２の観点に係る好適な実施形態
では、上記モード設定手段によって上記モードが設定さ
れているとき、手動による水供給の制御を行うための手
動制御手段を更に備える。

【００１２】

【００１３】

【００１４】

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、図
面により詳細に説明する。

【００１６】図１は、本発明の一実施形態に係る水制御
装置の回路構成を示す。

【００１７】この水制御装置は、例えば、洗面台やトイ
レ室内の手洗用シンクのような水廻り設備に設置される
ものである。

【００１８】上記装置は、図示のように、人体の一部で
ある手等を検出するためのセンサ部１と、自動水栓（図
示しない）を開／閉するバルブ（図示しない）を駆動す
るバルブ駆動部３と、センサ部１やバルブ駆動部３を制
御する信号処理部５と、上記各部へ給電するための直流
電源７とを備える。

【００１９】センサ部１は、投光素子９と、受光素子１
１と、センサ回路１３と、トランジスタ１５とを備え
る。

【００２０】投光素子９は、発光ダイオードから成って
おり、センサ回路１３が駆動状態におかれているとき、
トランジスタ１５及びセンサ回路１３を通じた直流電源
７からの給電を受けて駆動し、例えば赤外線や可視光等
の所定の光を所定の角度で投光する。

【００２１】受光素子１１は、例えばフォトダイオード
から成っており、センサ回路１３が駆動状態におかれて
いるとき、トランジスタ１５及びセンサ回路１３を通じ
た直流電源７からの給電を受けて駆動し、受光した光量
に応じた大きさの電流（光電流）を出力する。

【００２２】センサ回路１３は、トランジスタ１５がオ
ン動作し、且つ、後述するマイクロコンピュータ（マイ
コン）２９から指令信号が出力されたとき起動して、投
光素子９及び受光素子１１を駆動する。そして、受光素
子１１が受光した反射光のレベルを検知して所定の信号
処理を施すことにより、反射光のレベルに応じた電圧信
号（アナログ信号）を生成して出力する。

【００２３】トランジスタ１５は、マイコン２９からの
制御信号に基づいてスイッチング動作し、直流電源７か
らセンサ回路１３への駆動電源の給電を断／続する。

【００２４】バルブ駆動部３は、上述したバルブ（図示
しない）を駆動するためのラッチングソレノイド１７
と、各々がマイコン２９からの指令信号に基づいてスイ
ッチング動作する４個のトランジスタ１９〜２５とを備
えたＨブリッジ回路２７によって構成されている。

【００２５】このＨブリッジ回路２７は、例えばトラン
ジスタ２１、２３が共にオン動作することにより直流電
源７からトランジスタ２１、ソレノイド１７、トランジ
スタ２３を経て直流電源７に至る閉ループを形成したと
き、ソレノイド１７がバルブ（図示しない）を開方向に
駆動する。上記とは逆に、トランジスタ１９、２５が共
にオン動作することにより直流電源７からトランジスタ
１９、ソレノイド１７、トランジスタ２５を経て直流電
源７に至る閉ループを形成したとき、ソレノイド１７が
バルブ（図示しない）を閉方向に駆動するようになって
いる。

【００２６】信号処理部５は、マイコン２９と、発振子
３１と、吐水スイッチ３３と、センサ切りスイッチ３５
とを備える。

【００２７】発振子３１は、マイコン２９が動作するの
に必要なクロックパルスを生成して、これをマイコン２
９に出力する。

【００２８】吐水スイッチ３３は、使用者が手動での吐
水を所望したときオンされるスイッチで、このスイッチ
３３がオンされると所定の電圧レベル信号がマイコン２
９に印加される。

【００２９】センサ切りスイッチ３５は、使用者がセン
サ部１の検知動作による吐水の禁止を所望したときオン
されるスイッチで、このスイッチ３５がオンされると所
定の電圧レベル信号がマイコン２９に印加される。

【００３０】マイコン２９は、センサ回路１３と、トラ
ンジスタ１５と、Ｈブリッジ回路２７を構成するトラン
ジスタ１９〜２５とを制御するもので、これら各部を制
御するための演算処理動作を行なうＣＰＵを始め、制御
プログラムを格納し、必要データを記憶するメモリや、
入出力部（いずれも図示しない）等を備える。

【００３１】マイコン２９は、センサ切りスイッチ３５
のオン／オフを確認するに先立ち、トランジスタ１５を
オンさせる制御信号を出力すると共に、センサ回路１３
に所定の指令信号を出力することによりセンサ回路１３
を起動し、センサ部１による吐水条件を設定するのに必
要な演算処理を行なう。この演算処理は、センサ回路１
３から出力される電圧信号の２値化の過程と、このデー
タ（最新データ）によるメモリ内の最も古いデータの更
新の過程と、各データの平均値を求める過程と、この平
均値を、水栓の未使用時の反射光のレベル（未使用値）
として用いるに際しての処理過程とから成っている。こ
の演算処理については、後に図３を参照して詳述する。

【００３２】マイコン２９は、センサ切りスイッチ３５
より所定の電圧レベル信号が出力されているか否かをチ
ェックすることにより、スイッチ３５のオン／オフを確
認する。このチェックによりオフを確認したときは、上
記未使用値と平均値の差分と所定の閾値との間の比較結
果から吐水を要するか否かを判定し、要すると判定した
とき吐水要求フラグをセットする処理を実行する。一
方、オンを確認したときは、この処理は行なわない。こ
の演算処理についても後に図２を参照して詳述する。

【００３３】マイコン２９は、また、吐水スイッチ３３
より所定の電圧レベル信号が出力されているか否かをチ
ェックすることによりスイッチ３３のオンを確認したと
きにも、手動操作による吐水を可能にすべく吐水要求フ
ラグをセットする。これとは逆に、所定の電圧レベル信
号が出力されていないことにより吐水スイッチ３３のオ
フを確認したときには、手動操作による吐水を不能にす
べく、吐水要求フラグをリセットする。

【００３４】次に、マイコン２９による水制御装置各部
の制御動作を、図２のフローチャートを参照しながら説
明する。

【００３５】まず、図２に示すメインルーチンの時間
（例えば、１２５ｍｓｅｃ）を管理するためのタイマー
（図示しない）をリセット（初期化）し（ステップＳ１
０１）、次に、吐水スイッチ３３のオフを確認すると
（ステップＳ１０２）、吐水要求フラグをリセットす
る。これは、使用者が手動による吐水を所望していない
ことを示している（ステップＳ１０３）。一方、吐水ス
イッチ３３のオンを確認したときは（ステップＳ１０
２）、吐水要求フラグをセットする。この場合は、使用
者が手動による吐水を所望していることを示している
（ステップＳ１１４）。次に、センサ部１の検知動作に
よって吐水条件を設定するためのサブルーチンである図
３に示した処理動作を実行する（ステップＳ１０４）。
以下、図３を参照してこのサブルーチンを説明する。

【００３６】図３において、まず、トランジスタ１５を
オンすることによりセンサ回路１３に駆動電源を給電す
ると共に（ステップＳ１２１）、センサ回路１３に指令
信号を出力することによりセンサ回路１３を起動する。
これによって投光素子９及び受光素子１１は駆動状態と
なる（ステップＳ１２２）。ここでセンサ回路１３は、
指令信号を受けてから、投光素子９を駆動し受光素子１
１の反射光の受光レベルに応じた電圧信号を生成して出
力するまで１ｍｓｅｃを要するものとする。そのため、
センサ回路１３に指令信号を出力した後、１ｍｓｅｃ待
って（ステップＳ１２３）、この電圧信号を読込んで２
値化（Ａ／Ｄ変換）する（ステップＳ１２４）。そし
て、トランジスタ１５をオフすることによりセンサ回路
１３への駆動電源の給電を停止し（ステップＳ１２
５）、この２値化した最新データにより、メモリ内の最
も古いデータを更新する（ステップＳ１２６）。

【００３７】次に、メモリ内の反射光レベルの全データ
の平均値を演算し（ステップＳ１２７）、その平均値と
上記最新データとの差分を求め、その差分が予め閾値と
して設定されている値である「３」より小さいか否かを
チェックする。つまり、平均値−最新データ≦閾値３を
計算する（ステップＳ１２８）。このチェックは、マイ
コン２９内のカウンタＡ（図示しない）をインクリメン
トするか、或いはリセットするために行なわれるもので
ある。上記チェックの結果、差分が閾値３より小さけれ
ばカウンタＡをインクリメントし（ステップＳ１２
９）、大きければリセットする（ステップＳ１３０）。
ここで、上記カウンタＡは、上記平均値と上記最新デー
タとの差分が閾値３以下の状態が何回継続したかをカウ
ントするためのカウンタである。次に、カウンタＡのカ
ウント値が４０以上か否かをチェックする（ステップＳ
１３１）。

【００３８】このチェックは、図２で示したメインルー
チンの周期が１２５ｍｓｅｃであるため、仮にカウント
値が４０であれば１２５ｍｓｅｃ×４０＝５ｓｅｃとな
るので、平均値と最新値との差が閾値３以下の状態（自
動水栓が未使用で反射光レベルが比較的安定している状
態）が５秒以上継続したことを示している。上記チェッ
クの結果、５秒以上継続していれば、自動水栓は未使用
状態で受光素子１１が受光する反射光のレベルは安定し
ていると判断し、ステップＳ１２７で求めた平均値を、
自動水栓の未使用値としてメモリに記憶させ（ステップ
Ｓ１３２）、図２のメインルーチンに復帰する。一方、
ステップＳ１３０でカウンタＡがリセットされたり、或
いは、カウンタＡのカウント値が４０に満たないことに
より５秒以上継続していないと判断したときは、そのま
まメインルーチンに復帰することとなる。

【００３９】再び、図２のメインルーチンに戻って、セ
ンサ切りスイッチ３５のオフ（即ち、センサ入りモー
ド）を確認すると（ステップＳ１０５）、センサ部１の
検知動作における吐水条件である未使用値と、上記平均
値との差が閾値２よりも大きいか否かチェックする（ス
テップＳ１０６）。この結果、大きいときは吐水要求フ
ラグをセットした後（ステップＳ１０７）、ステップＳ
１０８に移行し、小さいときは吐水要求フラグをセット
せずにそのままステップＳ１０８に移行する。一方、ス
テップＳ１０５において、センサ切りスイッチ３５のオ
ン（即ち、センサ切りモード）を確認したときは、ステ
ップＳ１０６、Ｓ１０７で示した処理を行なわずにステ
ップＳ１０８に移行することとなるため、センサ部１の
検知動作により吐水要求フラグがセットされることはな
い。

【００４０】次に、吐水要求フラグがセットされている
か否かをチェックする（ステップＳ１０８）。ステップ
Ｓ１０８以降の処理は、センサ入りモード、センサ切り
モードのいずれが設定されている場合も共通である。

【００４１】上記両モードにおいて吐水スイッチ３３が
オンか、或いは、センサ入りモードにおいてセンサ部１
の検知動作における吐水条件（即ち、未使用値−平均値
≧閾値２）が成立していれば（ステップＳ１０６）、吐
水要求フラグがセットされている（ステップＳ１０
８）。この場合、吐水中であるか否かチェックし（ステ
ップＳ１０９）、吐水中であればそのままステップＳ１
１１に移行する。吐水中でなければ吐水要求フラグがセ
ットされているため、バルブ（図示しない）を開方向に
駆動するようソレノイド１７を制御し（ステップＳ１１
０）、ステップＳ１１１に移行する。一方、吐水要求フ
ラグがセットされていないときには（ステップＳ１０
８）、止水中であればそのままステップＳ１１１に移行
し、止水中でなければ吐水要求フラグがセットされてい
ないため、バルブ（図示しない）を閉方向に駆動するよ
うソレノイド１７を制御し（ステップＳ１１３）、ステ
ップＳ１１１に移行する。

【００４２】最後に、ステップＳ１０１でタイマーをリ
セット（初期化）してから１２５ｍｓｅｃ経過したか否
かチェックし、１２５ｍｓｅｃ経過した時点でメインル
ーチンのスタートに戻る（ステップＳ１１１）。これに
よりメインルーチンの処理が一定周期で実行されること
になる。

【００４３】図４は、図２及び図３においてフローチャ
ートで示した水制御装置各部の制御動作を、タイミング
チャートによって示したものである。

【００４４】図４において、マイコン２９を始め、水制
御装置各部が駆動状態となった時刻ｔ0では、センサ切
りスイッチ３５は図４（ａ）に示すようにオフであり、
センサ入りモードになっている。また、スパウト下方に
手が伸びていたり、洗面器上に異物が載置されてはいな
いため、図４（ｂ）においてセンサ部１が受光する反射
光レベルの未使用値を示す実線と、反射光レベルの平
均値を示す破線（この場合は、洗面器からの反射光レ
ベル）とは一致している。このように、反射光レベルの
未使用値と平均値とが一致しているため、図４
（ｃ）に示すようにバルブも止水状態にある。

【００４５】次に、時刻ｔ1でスパウト下方に手が差出
されると、平均値は急激に上昇し閾値２のレベルを超
えるため、バルブは吐水を開始する。この吐水は、スパ
ウト下方に差出されていた手が引込められることによ
り、平均値が急激に低下して閾値２のレベル以下にな
る時刻ｔ2で停止される。

【００４６】そして、時刻ｔ3でセンサ切りスイッチ３
５がオンされてセンサ切りモードが設定された後、時刻
ｔ4で異物が洗面器上に載置されると、平均値は直ち
に所定値ｘまで上昇する。一方、未使用値は、図２及
び図３のフローチャートより明らかなように、時刻ｔ4
から５秒経過後の時刻ｔ5において平均値が上昇した
値ｘまで上昇する。よって、時刻ｔ5以降においては、
センサ部１の検知動作による吐水条件が成立しているか
否かは、平均値が未使用値ｘに閾値２を加えた値より
大きいか否かによって判断される。そのため、時刻ｔ6
でセンサ切りスイッチ３５がオフされてセンサ入りモー
ドに復帰しても、破線に示すように誤って吐水が行な
われることはない。従って、センサ切りモードが設定さ
れているときに洗面器上に異物が置かれたことに起因し
て、センサ切りモードが解除された途端にバルブが吐水
動作を行なうことを防止できる。

【００４７】以上説明したように、本発明に係る一実施
形態によれば、センサ切りスイッチ３５のオンによりセ
ンサ切りモードが設定され、センサ部１の検知動作によ
る吐水要求フラグのセットが行なわれないときでも、セ
ンサ部１は駆動状態に置かれており反射光レベルの統計
的な処理が継続される。よって、センサ切りモード中に
生じた洗面器の状態変化に応じて吐水の必要性を判定す
るための反射光レベルの平均値を可変することができ
る。

【００４８】そのため、図５に示すように、時刻ｔ4で
異物が洗面器上に載置されても未使用値は可変され
ず、時刻ｔ6でセンサ入りモードに復帰したとき可変さ
れない未使用値に基づいて吐水の要／不要の判定が行
なわれ、それによって吐水が行なわれるような従来から
問題になっていた不具合は生じない。

【００４９】なお、上述した内容は、あくまで本発明の
実施形態に関するものであって、本発明が上記内容のみ
に限定されることを意味するものでないのは勿論であ
る。

【００５０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
機能停止時においても検知対象物体の存否を判定するの
に必要な状態変化を認識することが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係る水制御装置の回路構
成を示すブロック図。

【図２】図１に示した水制御装置各部の制御動作を示す
フローチャート。

【図３】センサ部による吐水条件設定のためのサブルー
チンを示すフローチャート。

【図４】図１に示した水制御装置各部の制御動作を示す
タイミングチャート。

【図５】従来の水制御装置各部の制御動作を示すタイミ
ングチャート。

【符号の説明】

１ センサ部 ３ バルブ駆動部 ５ 信号処理部 ７ 直流電源 ９ 投光素子 １１ 受光素子 １３ センサ回路 １５、１９、２１、２３、２５ トランジスタ １７ ラッチングソレノイド ２７ Ｈブリッジ回路 ２９ マイクロコンピュータ（マイコン） ３１ 発振子 ３３ 吐水スイッチ ３５ センサ切りスイッチ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01V 8/12 E03C 1/05 F16K 31/06

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 送信された伝播波の反射波を受信して、
   受信した反射波の値に応じた信号を出力する反射波受信
   手段と、 前記受信した反射波の値が所定値以下で変動する状態が
   所定時間以上継続したとき、前記反射波の値を被検知物
   体が存在しないと判断するための基準値に設定する判断
   基準値設定手段と、 前記反射波の値と前記判断基準値との比較に基づいて、
   被検知物体の有無を判定して、判定した結果を出力する
   判定手段と、 前記判定手段の駆動を一時的に停止させるモードを設定
   するモード設定手段と、 を備え、 前記モード設定手段によって前記モードが設定されたと
   き、前記判定手段の駆動を一時的に停止させると共に、
   前記反射波受信手段及び前記判断基準値設定手段の駆動
   については継続させるようにした物体検知装置。
2. 【請求項２】 送信された伝播波の反射波を受信して、
   受信した反射波の値に応じた信号を出力する反射波受信
   手段と、 前記受信した反射波の値が所定値以下で変動する状態が
   所定時間以上継続したとき、前記反射波の値を被検知物
   体が存在しないと判断するための基準値に設定する判断
   基準値設定手段と、 前記反射波の値と前記判断基準値との比較に基づいて、
   被検知物体の有無を判定して、判定した結果を出力する
   判定手段と、 前記判定手段からの被検知物体の有無に係わる判定結果
   に基づいて、水供給を制御する水制御手段と、 前記水制御手段の駆動を一時的に停止させるモードを設
   定するモード設定手段と、 を備え、 前記モード設定手段によって前記モードが設定されたと
   き、前記判定手段の駆動を停止させると共に、前記反射
   波受信手段及び前記判断基準値設定手段の駆動について
   は継続させるようにした水制御装置。
3. 【請求項３】 請求項２記載の水制御装置において、 前記モード設定手段によって前記モードが設定されてい
   るとき、手動による水供給の制御を行うための手動制御
   手段を更に備える水制御装置。