JP4207090B1 - 吐水装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】吐水部と、放射した電波の反射波によって被検知体の移動に関する情報を取得するセンサ部と、前記センサ部からの検知信号に基づいて前記吐水部からの吐水を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、被検知体が減速して第1の所定速度以下になったことを検知したら、前記吐水を開始させることを特徴とする吐水装置が提供される。
【選択図】図1
Description
また、他の物体を誤検知しないために、人の手のみを検知できる領域に、センサの検知可能範囲を限定し、人の手が吐水口付近の到達点に達したら、吐水を開始するものがあった。
放射したマイクロ波の人体からの反射波を受信して、そのドップラー周波数信号のパワースペクトルを求め、そのピーク値と所定の閾値とを比較することにより、人体を検知する人体検知装置が開示されている(例えば特許文献1参照)。
また、ドップラー周波数信号のパワースペクトルは、センサまでの距離と反射体の面積とに依存する。吐水口の下に挿入された手の掌の向きなどによっては十分な強度の反射波が得られず、挿入された手を確実に検知できない場合もあった。
図1は、本発明の第1の実施の形態にかかる吐水装置の構成を表す図であり、(a)は斜視図、(b)は側断面図である。この吐水装置は、センサ部100および制御部200を備えており、給水ホース10、吐水口(スパウト)30、陶器製の受水部40等とともに水栓装置を構成している。
なお、以降の各図面については、既出の図面に関して説明したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
図2及び図3は、センサ部100と制御部200の2つの具体例のブロック図である。
送信波の一部と受信波とは、差分検出部118にそれぞれ入力されて合成され、ドップラー効果が反映された出力信号が出力される。差分検出部118から出力された検出信号は、制御部200に出力される。制御部200には、フィルタ210、周波数検出部220、判定部230、記憶手段240、バルブ250が設けられている。差分検出部118から出力された検出信号は、まずフィルタ210において高周波数成分が取り除かれる。この際のフィルタリング周波数は、例えば100Hzとすることができる。自動水栓(吐水装置)を使用する使用者の身体や手の接近や離遠の速度は、100Hz以下である場合が多いので、このようにすれば、外乱を除去して精度よく検知できる。
差分検出部118から出力された検出信号は、周波数の低いベースラインに周波数の高い信号が重畳した波形を有する。高周波数成分には、ドップラー効果に関する情報が含まれる。すなわち、身体などの被検知体が移動すると、ドップラー効果によって反射波の波長がシフトする。ドップラー周波数ΔF(Hz)は、下記の式(1)により表すことができる。
ΔF=Fs−Fb=2×Fs×v/c 式(1)
但し、Fs:送信周波数(Hz)
Fb:反射周波数(Hz)
v:物体の移動速度(m/s)
c:光速(=300×106m/s)
センサ部100に対して被検知体が相対的に移動すると、式(1)で表されるように、その速度vに比例した周波数ΔFを含む出力信号を得ることができる。出力信号は周波数スペクトラムを有し、スペクトラムのピークに対応するピーク周波数と移動体の速度vとの間には相関関係がある。従って、ドップラー周波数ΔFを測定することにより速度vを求めることができる。なお、日本においては、人体を検知する目的には10.50〜1055GHzの範囲、または24.05〜24.25GHzの範囲の周波数が使用できる。
図4(a)は、被検知体としての人体の速度の時間特性の例であり、時間経過とともに減速している。使用者が水栓装置に接近してきて使用位置で止まる場合の使用者の人体速度や、使用位置で止まっている使用者が吐水口下に手を挿入して止める場合の手の速度は、目標とする到達地点に穏やかに到達しようとするため、到達地点に近づくにつれて減速する特性を示す。
逆に、被検知体が上記の到達地点から離遠する動作をする場合には、到達地点から離れるに従って加速し、その速度を上げる特性を示すことになる。
従って、被検知体がセンサ部100から離遠していく場合には、検知信号の振幅は、徐々に小さくなる。
従って、検知信号の周波数から被検知体の速度を検知できるとともに、検知信号の周波数の減少により、被検知体の減速を検知でき、逆に検知信号の周波数の増加により、被検知体の加速を検知できることとなる。本実施形態においては、例えば、判定部220(図2、図3)においてこの判断をすることができる。
また、図5(c)は、使用者の人体を被検知体aとして、接近して来た被検知体aの減速を検知する場合を表す。この場合にも、使用者の身体は自動水栓に接近すると減速し、自動水栓を使用可能な位置まで近づくと停止する。
本実施形態においては、このように使用者の身体や手が自動水栓に接近する際に減速することを検知して吐水を制御する。つまり、被検知体の吐水部への接近、すなわち、受水部40や吐水口30の下や吐水流の軌跡上や吐水口30からの吐水の受水部40への着水地点などの到達地点へ被検知体が接近する際に減速することを検知して吐水を制御する。
図6に表したように、被検知体(人の手、被洗浄体、身体)が動いて、目標とする到達地点に達する場合には、被検知体の速度は到達地点に近づくにつれて遅くなり、それに従って検知信号の周波数は低くなる。そして、やがて到達地点の直前に達すると、検知信号の周波数は、所定の閾値周波数f1以下となる。なお、ここでの目標とする到達地点は、人の手や被洗浄体の場合には、例えば吐水口30の近傍であり、身体の場合には、例えば水栓装置の前である。
やがて、被検知体は、さらに減速して到達地点に達するが、その直前に達したとき(e1)にバルブ250を開いて吐水を開始させるように判定部230が吐水開始タイミングを制御しているので、被検知体が到達地点に達したときに、遅れることなく、吐水が開始される。
これにより、被検知体が到達地点に達すると同時に吐水が開始されるので、快適に使用できる。
図7(a)に表した具体例においては、人の手を被検知体aとし、手が減速して速度v1以下になったことを検知したら、手が到達地点(吐水口30の下や吐水流の軌跡上)の直前に達したものとして、吐水を開始する。
そこで、上記の検知しにくい被洗浄体の洗浄のための吐水開始タイミングについては、それを持っている手が減速して速度v1以下になったことを検知したら、被洗浄体が到達地点(吐水口30の下や吐水流の軌跡上)の直前に達したものとして、吐水を開始する。
そこで、上記の検知できる被洗浄体については、これらの被洗浄体を被検知体aとして、これら被洗浄体の洗浄のための吐水開始タイミングについて、被洗浄体が減速して速度v1以下になったことを検知したら、被洗浄体が吐水口30の下や吐水流の軌跡上の直前に達したものとして、吐水を開始する。
そこで、このような場合には、身体を被検知体aとして、身体が減速をして速度v1以下になったことを検知したら、バルブ250を開いて吐水を開始させ、あらかじめ瞬間的または連続的に吐水をする。
これにより、使用者は吐水流の軌跡が判り、ためらわずに手を出すことができる。
車椅子などの使用者は、あらかじめ吐水された場所に手やコップなどを出せばよいので、受水部40の奥まで手を延ばさなければ、検知されずに吐水が開始されないことがなくなり、楽な姿勢で使用できる。
制御部200は、センサ部100から検知信号を取得し(ステップS1)、この検知信号から被検知体の周波数を求めて記憶する(ステップS2)。
この被検知体の減速判定は、今回求めた被検知体の周波数を、前回以前にすでに求めてある被検知体の周波数や、およびあらかじめ設定されている閾値f1と比較することによって判定される。
また、被検知体が減速して速度v1以下になったと判定した場合には(ステップS3でYES)、バルブ250を開いて吐水を開始させる(ステップS4)。
使用者が歩いてきて水栓装置に接近し、手やコップなどを差し出して使用する場合のように、身体の接近と、手やコップなどの挿入と、の2回の動きがある場合には、身体の減速と手の減速の2度の減速が検知される。
そこで、本発明の第2の実施の形態では、1回目の減速を検知しても、それは身体の減速であるとして吐水を開始せず、続けて2度目の減速を検知したら、それは手や被洗浄体の減速であるものとして、吐水を開始させる。
これにより、身体の接近と、手やコップなどの挿入と、を識別でき、身体の接近のみによって吐水を開始することはなく、手や被洗浄体が到達地点(例えば吐水口下や吐水流の軌跡上))に達すると同時に吐水がなされ、無駄な吐水を抑制して快適に使用できる。
まず、図9(a)に示すように、第1の被検知体(身体)b1である使用者は、歩いて水栓装置に接近し、水栓装置に接近するにつれて減速し、水栓装置前の到達地点に達する。次に、図9(b)に示すように、使用者が第2の被検知体b2である手または被洗浄体を動かし、この手または被洗浄体は、吐水部への接近、すなわち受水部40や吐水口30の下や吐水流の軌跡上や吐水口30からの吐水の受水部40への着水地点などの到達地点に接近するにつれて減速する。
制御部200は、センサ部100から検知信号を取得し(ステップS1)、この検知信号から第1の被検知体の周波数を求めて記憶手段240に記憶する(ステップS2)。
この第1の被検知体の減速判定は、今回求めた第1の被検知体の周波数を、前回以前にすでに求めてある第1の被検知体の周波数や、およびあらかじめ設定されている閾値f2と比較することによって判定される。なお、前回以前にすでに求めた第1の被検知体の周波数や、あらかじめ設定されている閾値f2などは、記憶手段240(図2、図3)に格納しておくことができる。
一方、第1の被検知体が減速して速度v2以下になり、第1回目の減速検知をしたと判定した場合には(ステップS3でYES)、制御部200は、例えば第1回目の減速検知をしたことを記憶した上で、ステップS10に進む。
この第2の被検知体の減速判定は、例えば、今回検知した第2の被検知体の周波数を、前回以前に検知した第2の被検知体の周波数や、あるいはあらかじめ設定されている閾値f3と比較することによって判定することができる。
一方、第2の被検知体が減速して速度v3以下になり、第2回目の減速検知をしたと判定した場合には(ステップS12でYES)、制御部200は、バルブ250を開いて吐水を開始させる(ステップS4)。
次に、検知信号の振幅を周波数帯毎に観察することにより第1の被検知体と第2の被検知体とをそれぞれ判別する方法について説明する。
図12は、図10に表した具体例について、周波数帯毎に検知信号を観察する方法を説明するための模式図である。
第1の被検知体と第2の被検知体のそれぞれの検知信号は、図12に表したように周波数が時間とともに変化する。これは、換言すると、時間とともに異なる周波数帯において検知信号の振幅が順次表れることに対応する。例えば、図12に表したように、高い周波数帯と、中程度の周波数帯と、低い周波数帯と、のそれぞれにおいて検知信号の振幅を観察することができる。これは具体的には、検知信号にそれぞれの周波数帯に対応するデジタル・フィルタを介してフィルタリングすることにより実行できる。
図13は、図12に表した具体例に対応する検知信号の振幅の時間変化の実測値を例示するグラフ図である。ここでは、高い周波数帯として60〜70Hz、中程度の周波数帯として30〜40Hz、低い周波数帯として10〜20Hzのそれぞれにおける検知信号の振幅の時間変化を表した。
図12に表したように、第1の被検知体と第2の被検知体の検知信号がそれぞれの周波数帯を通過するポイントをA〜Fとする。これらポイントは、図13において、各周波数帯の検知信号の振幅の増加として明瞭に観察できる。つまり、このように周波数帯毎に検知信号の振幅を観察することにより、第1の被検知体及び第2の被検知体の加速や減速をそれぞれ判別することができる。
またさらに、このように周波数帯毎に振幅を観察すると、例えば、使用者の身体と手とがほぼ同時に接近するような場合でも判別が可能となる。
図14は、被検知体(検知対象物)の目標とする到達地点からの距離に対する検知信号の周波数の変化の第2の具体例を表す模式図である。
本具体例においては、自動水栓の吐水部に向かって使用者の身体(第1の被検知体)が接近するとともに、使用者が手やコップなど(第2の被検知体)を比較的ゆっくりと差し出している。このような場合、図14に表したように、第1の被検知体の減速と、第2の被検知体の減速と、が時間的に接近することがある。
図15は、図14に表した具体例について、周波数帯毎に分割して観察することを表す模式図である。すなわち、この場合にも、高い周波数帯と、中程度の周波数帯と、低い周波数帯と、のそれぞれについて、検知信号の振幅を観察することができる。
図16は、図14に表した具体例について、各周波数帯における検知信号の振幅の時間変化の実測値を表すグラフ図である。
吐水部から離れたポイントA(図15参照)においては、第1の被検知体(身体)と第2の被検知体(手やコップなど)の速度は互いに近い値をとり、つまり使用者はまだ手などを差し出す動作を開始していない。これに対応して、50〜60Hzにおいて、第1の被検知体による振幅と第2の被検知体による振幅とは、重なって観察される。
そして、吐水部に接近すると、使用者は身体を減速させつつ、手やコップなどを吐水部に向けて差し出す動作を開始する。この時、第1の被検知体の周波数は相対的に急速に低下し、これに対して第2の被検知体の周波数の低下は手などを差し出すことにより相対的に遅れる。これは、30〜40Hzの周波数帯において、ポイントBの振幅と、ポイントDの振幅と、に分離して観察される。
使用者がさらに吐水部に接近すると、身体の速度は大幅に低下しやがて停止する。これに続いて、手やコップなどの速度も低下し、やがて停止する。これらの動作は、10〜20Hzの周波数帯においてポイントCの振幅と、ポイントEの振幅として、明瞭に分離して観察される。また、この際に、使用者の手やコップなどは、身体と比較して、吐水部(すなわち、センサ部100)に近い位置にあるため、第2被検知体の検知信号の振幅が相対的に大きくなっている。
このように、複数の周波数帯において検知信号の振幅の時間変化をそれぞれ観察することにより、第1の被検知体と第2の被検知体の減速のタイミングが近接しているような場合でも、分離して観察することが可能となる。また、この観察の際に、振幅の大きさも考慮することにより、第1の被検知体と第2の被検知体とをより明瞭に分離することが可能となる。
つまり、被検知体が接近しているか、離遠しているかは、検知信号の振幅の増減で判るので、接近していることを吐水開始の判定要素として追加して、さらに高精度な検知を実現する。
なお、図18に表した具体例は、第3の実施の形態を上記第1の実施の形態(図8参照)に適用したものであるが、第3の実施の形態を上記第2の実施の形態(図11参照)においての第1の被検知体の減速検知や第2の被検知体の減速検知に適用することも可能である。
まず、ステップS20で、今回、取得した検知信号から被検知体についての振幅の極大値を求めて記憶する。前回以前に取得した1つまたは複数の検知信号から求めた被検知体についての振幅の極大値も制御部200に記憶されている。そして、ステップS21で、これらの極大値についての近似直線(例えば図10の直線L1)または包絡線の傾きを求め、その傾きが、所定の閾値(0または正の値)を超えていれば、接近と判定し、この閾値以下であれば接近でない判定する。
または、ステップS21で、上記の極大値が、所定の閾値(例えば図17のVg1)以上になったら、接近と判定し、そうでなければ、接近でないと判定する。
また、図20は、第1の被検知体(検知対象物)が到達地点から離遠している場合の到達地点(水栓装置)からの距離に対する検知信号の周波数の変化の例を表すグラフ図である。
第2の実施の形態では、制御部200は、第1の被検知体(身体)の減速を検知したら、例えば第1回目の減速検知をしたことを記憶しておき、第2の被検知体(手や被洗浄体)の動きによる第2回目の減速を検知する手順(図11のステップS10〜S12)を含め、第2の被検知体の動きを検知して、吐水の開始および終了の制御をする。
しかし、例えば、最初の使用者が離れ、次の使用者が使用する際の減速が何回目の減速か判らなくなることが考えられる。
図21に表した手順は、上記第2回目の減速検知手順の間に、使用者(第1の被検知体)が入れ替わっても、次の使用者の減速を第2回目の減速として吐水を開始することを解消するものである。
第1の被検知体の周波数が所定の回数連続して増加したら、加速を検知したと判定し、そうでなければ、加速を検知していないと判定する。
あるいは、第1の被検知体の周波数が増加して所定の閾値周波数(例えば図20のf4)を超えたら、加速を検知したと判定し、そうでなければ、加速を検知していないと判定する。
被検知体が到達地点から離遠していることは、検知信号の電圧の振幅値の減少で判るので、離遠の検知を、減速検知回数のリセットの判定要素として追加することにより、さらに精度よく検知できる。
図22に示すように、被検知体が離遠している場合には、検知信号の振幅は時間変化において減少する。このため、極大値の近似線や包絡線の傾きは負の値なり、極小値の近似線や包絡線の傾きは正の値となる。
まず、ステップS40で、今回、取得した検知信号から第1の被検知体についての振幅の極大値を求めて記憶する。前回以前に取得した1つまたは複数の検知信号から求めた第1の被検知体についての振幅の極大値も制御部200に記憶されている。そして、ステップS41で、これらの極大値についての近似直線(例えば図22の直線L2)または包絡線の傾きを求め、その傾きが、所定の閾値(0または負の値)に満たなければ、離遠と判定し、この閾値以上であれば離遠でない判定する。
または、ステップS41で、上記の極大値が、所定の閾値(例えば図22のVk1)以下になったら、離遠と判定し、そうでなければ、離遠でないと判定する。
これにより、最初の使用者が離れ、次の使用者が使用する際の減速が何回目の減速か判らなくなることをなくして、高精度な検知ができる。
また、図25は、本発明の実施の形態6においての制御部200による減速検知回数のリセット手順を表すフローチャートである。
ここで、制御部200は、上記の時間をタイマー等によって計測している。なお、検知信号の振幅が所定の閾値を超えると判定した場合には(ステップS51でNO)、上記のタイマーをリセットした上で、ステップS10の検知信号の取得に戻る。
Claims (4)
- 吐水部と、
放射した電波の反射波によって被検知体の移動に関する情報を取得するセンサ部と、
前記センサ部からの検知信号に基づいて前記吐水部からの吐水を制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、被検知体の前記吐水部への接近動作における減速を検知したあと、前記被検知体が停止する前の速度が第1の所定速度以下になったことを検知したら、前記被検知体が前記吐水部に到達する前に前記吐水を開始させることを特徴とする吐水装置。 - 吐水部と、
放射した電波の反射波によって被検知体の移動に関する情報を取得するセンサ部と、
前記センサ部からの検知信号に基づいて前記吐水部からの吐水を制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、第1の被検知体の前記吐水部への接近動作における減速を検知したあと、第2の被検知体の前記吐水部への接近動作における減速を検知し、前記第2の被検知体が停止する前の速度が第1の所定速度以下になったことを検知したら、前記第2の被検知体が前記吐水部に到達する前に前記吐水を開始させることを特徴とする吐水装置。 - 前記制御部は、第1の被検知体の前記吐水部からの離遠を検知したら、前記減速の検知の回数をリセットすることを特徴とする請求項2記載の吐水装置。
- 前記制御部は、前記検知信号の振幅が、所定の時間、所定の閾値以下であったら、前記減速の検知の回数をリセットすることを特徴とする請求項2記載の吐水装置。
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