JP4596138B2 - 自動吐水制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、物体の有無に応じて水栓設備からの吐水を制御する自動吐水制御装置に関する。

洗面台などにおいて、設置された水栓を自動制御するために、電波などの伝播波を用いて遠隔の物体の動きを検知する物体センサが利用される。物体センサが組み込まれている洗面台に手が進入すると、物体センサから放射されている伝播波が、進入した手に反射され、その反射波を物体センサが受信してドップラ信号のような動きに反応する信号を得ることにより、手の有無が検知される。例えば特許文献１に記載された自動吐水制御装置では、電波を用いた物体センサ（電波センサ）が用いられる。この電波センサは、洗面台の陶器曲面に着脱可能であり、そのため、今まで自動化されていなかった既存の洗面台において、その水栓を自動化することが可能である。

特開２００３−６４７４１号公報

ところで、特許文献１に記載の電波センサは、洗面台の適宜箇所に取付固定され、そこから一定方向へ電波ビームが放射される。そのため、電波センサからの電波ビームの放射方向を、洗面台の上方空間に手が進入する経路に沿うよう、電波センサを配置することができるのであれば、洗面台の上方空間への手の進入が検知し易くなり、該手の進入を的確に検知して吐水を開始することができる。

しかし、洗面台の上方空間への手の進入方向は、個々の水栓使用者によっても異なるし、また、洗面台が設置されている空間によっても異なるから、個々の水栓使用者の手が、何れの方向から洗面台の上方空間へ進入するかを予測することはできない。仮に、特定の方向を手の進入方向と予測して、該予測した方向に電波センサからの電波ビームの放射方向を設定したとしても、それとは異なる方向から手が洗面台の上方空間へ進入してきた場合には、該手の進入を検知して、吐水を的確に開始することは不可能である。更に、水栓装置から吐水される水の軌跡に対し、身長の高い人は吐水口のごく近傍まで手を近づけたり、背の低い子供は洗面ボール到達直前の低い部分に手をかざしたりなど、手を挿入する位置が様々であり、電波ビームの放射方向を一方向にのみ設定した場合、あらゆる使用者の手を検知するのは不可能である。

また、上記電波センサからの電波ビームの放射方向が、偶々、手洗い以外の目的で洗面台の近傍を通過する者の手や、手以外の物などに当って反射し得る方向に設定されているような場合には、手洗いのために洗面台の上方空間に進入しようとする手も、単に洗面台の近傍を通り抜けようとする者の手も、手以外の物も、共に検知し得ることになる。そのため、上記電波センサが、単に洗面台の近傍を通り抜けようとする者の手を検知した場合でも、自動吐水制御装置は、手洗いのために洗面台の上方空間に進入しようとしている手であると誤認して、吐水を開始してしまう不具合が生じる虞がある。また、上記電波センサが、手以外の物を検知した場合でも、上記と同様に吐水を開始してしまう不具合が生じる虞があった。

従って本発明の目的は、如何なる方向から移動してくる物体であっても、該物体の有無を正確に検知して吐水のオン／オフ制御が行えると共に、物体の誤検知による誤作動をも防止することが可能な自動吐水制御装置を提供することにある。

本発明に従う自動吐水制御装置は、物体の有無に応じて水栓設備からの吐水を制御するもので、指向性を持つ電波ビームを放射すると共に、物体から反射した電波ビームを受信する電波センサと、上記電波センサからの出力信号に基づき、物体の有無を判別して、上記水栓設備からの吐水の開始又は吐水の停止を行う制御手段と、を備え、上記電波センサからの電波ビームの放射方向が、スキャニングされるように構成されており、上記スキャニングが、予め設定された複数方向に対して行われ、上記予め設定された複数方向が、上記水栓設備を備える洗面台の上方空間に複数の方向から進入しようとする手を検知可能な第１の領域と、前記水栓設備から吐出され、洗浄しようとする手に当たって落下する水流を主として検知可能な第２の領域と、を含み、上記電波ビームは、その放射方向が上記電波ビームの最大強度を有する方向であって、無指向電波ビームではない。

上記とは別の実施形態では、上記予め設定された複数方向が、上記洗面台の上方空間であって、洗浄動作を行わない手が主として検知可能な第３の領域を含む。

また、上記とは別の実施形態では、上記予め設定された複数方向が、上記第１乃至第３の何れの領域にも属さない、洗浄動作を終了した手が主として検知可能な第４の領域を含む。

また、上記とは別の実施形態では、上記電波センサが、上記第２の領域において物体を検知したとき、上記制御手段が、上記物体が上記水栓設備から吐出され、洗浄しようとする手に当って落下する水流であると判別し、上記水栓設備からの吐水を継続させる制御を行うようにしている。

また、上記とは別の実施形態では、上記電波センサが、上記第３の領域において物体を検知したとき、上記制御手段が、上記物体が洗浄動作を行わない手であると判別し、上記水栓設備からの吐水を行わない制御、又は吐水を中止させる制御を行うようにしている。

また、上記とは別の実施形態では、上記電波センサが、上記第４の領域において物体を検知したとき、上記制御手段が、上記物体が洗浄動作を終了した手であると判別し、上記水栓設備からの吐水を行わない制御、又は吐水を中止させる制御を行うようにしている。

また、上記とは別の実施形態では、上記物体が、上記第４、第３、及び第１の領域の順で上記電波センサによって検知された場合には、上記制御手段が、上記物体を洗浄しようとする水栓設備使用者の手と判別し、上記水栓設備からの吐水を開始させる制御を行うようにしている。

更に、上記とは別の実施形態では、上記物体が、上記第１、第３、及び第４の領域の順で上記電波センサによって検知された場合には、上記制御手段が、上記物体を洗浄が終了した水栓設備使用者の手と判別し、上記水栓設備からの吐水を停止させる制御を行うようにしている。

本発明によれば、如何なる方向から移動してくる物体であっても、その物体の有無を正確に検知して吐水のオン／オフ制御が行えると共に、物体の誤検知による誤作動を防止することが可能な自動吐水制御装置を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態を、図面により詳細に説明する。

図１は、本発明の第１の実施形態に係る自動吐水制御装置を備えた洗面台の要部の斜視図である。

上記洗面台は、図１に示すように、シンク１と、水栓機構３と、電波センサ５とを備えると共に、電磁バルブ（図示省略）、及びコントローラ部（図示省略）をも備える。

シンク１には、例えば図１で示すように、全体として略矩形状を呈するものが採用されている。シンク１の短辺側の断面形状は、底部から上部開口に向かって拡がるような略台形状を呈する。シンク１の一方の側面は、外部側面と内部側面とから成る二重構造を呈しており、その内部側面には、電波センサ５が取付けられる。シンク１の後部（例えばトイレブース（ここでは図示しない）等の壁面に密着される方の側）には、水栓機構取付部１ａが形成されている。

水栓機構３は、例えば略円柱形状を呈し、給水管（図示省略）に連通する機構本体３ａと、その機構本体３ａからやや斜め下方に向かって延び、先端部に吐水口３ｃを持つ吐水部３ｂとから成る。水栓機構３は、吐水口３ｃをシンク１の上方に臨ませた状態で、機構本体３ａが水栓機構取付部１ａに嵌め込まれることにより、シンク１に立設して取付固定されている。

電磁バルブ（図示省略）は、一端側が機構本体３ａを通じて吐水口３ｃに、他端側が機構本体３ａを通じて給水管（図示省略）に夫々連通する配水管（図示省略）に取付けられている。電磁バルブ（図示省略）は、コントローラ部（図示省略）からの電磁バルブ制御信号に従って配水管（図示省略）を開／閉する。電磁バルブ（図示省略）が開くことにより、吐水口３ｃから略下方に向かって水流が吐出される。

電波センサ５には、動体（例えば、シンク１の上方空間に進入する手や、吐水口３ｃから吐出される水流、或いは水滴）検知のためのマイクロ波センサが採用されている（以下、「電波センサ５」を、「マイクロ波センサ５」と表記する）。マイクロ波センサ５は、電波ビームの放射方向を、符号１１、１３、１５、１７で示すようにスキャニングする。

放射方向１１は、マイクロ波センサ５の送信部（図示省略）と、吐水口３ｃとを結ぶ直線と一致する方向であり、放射方向１３は、上記送信部（図示省略）と、吐水口３ｃとシンク１の底面との略中間点とを結ぶ直線と一致する方向である。また、放射方向１５は、上記送信部（図示省略）と、シンク１内における、放射方向１１、１３とは別の任意の点とを結ぶ直線と一致する方向であり、更に、放射方向１７は、上記送信部（図示省略）と、シンク１の外部空間であって、洗面台の正面側（図１で示すシンク１では、図１の左端側）における任意の点とを結ぶ直線と一致する方向である。

放射方向１１は、マイクロ波センサ５が、シンク１の上方空間（吐水口３ａの略直下）に進入しようとする手、即ち、水栓機構３により洗浄しようとする手を主な検知対象とするときのスキャニングの方向である。次に、放射方向１３は、マイクロ波センサ５が、吐水口３ｃから吐出され、洗浄しようとする手に当って落下する水流を主な検知対象とするときの方向である。次に、放射方向１５は、マイクロ波センサ５が、シンク１の上方空間において洗浄動作を行わない手（既に洗浄動作を終了した手、及び当初から洗浄動作を行わなかった手）を主な検知対象とするときの方向である。更に、放射方向１７は、マイクロ波センサ５が、シンク１外の空間領域における洗浄動作を終了した後の手を主な検知対象とするときの方向である。

マイクロ波センサ５が放射する電波ビームは、或る程度の広がりを持ち、手の進入／退出や、吐水口３ｃから落下する水流（水滴）等が検知可能な或る程度広がった空間領域を、上述した各放射方向１１、１３、１５、１７において夫々形成する。

例えば、マイクロ波センサ５からの電波ビームの放射方向が、放射方向１１に設定されている状態で、放射方向１１に沿う空間領域に手が進入すると、マイクロ波センサ５から放射された電波ビームが手に反射されて、反射された反射電波をマイクロ波センサ５が受信する。マイクロ波センサ５は、放射される電波ビームの励振信号と受信された反射電波の信号とに基づいて、両信号間の周波数差に等しい周波数を持つドップラ信号を生成し、該ドップラ信号を、コントローラ部（図示省略）へ出力する。

マイクロ波センサ５からの電波ビームの放射方向が、放射方向１３、１５、１７に夫々設定されているときにおいても、マイクロ波センサ５は、上記と同様な対象物の検知動作を行う。

本実施形態では、マイクロ波センサ５は、例えば、断面が略くの字状を呈するマイクロ波センサ固定部材（図示省略）に取付固定された状態で、シンク１の内部側面に取付固定されている。なお、マイクロ波センサ固定部材（図示省略）は、シンク１の略水平面に取付固定されている。

マイクロ波センサ５については、陶器、即ち、シンク１の裏面に直接取り付けることも可能であるが、シンク面の平坦度合のばらつきや出来上がり角度のばらつきにより、センサ設置面が安定しない。そのため、電波ビームの放射角度を正確に設定するには、例えば既述のような断面が略くの字状のマイクロ波センサ固定部材（図示省略）を、シンク１の略水平面に取付固定し、その後に該マイクロ波センサ固定部材（図示省略）にマイクロ波センサ５を取付固定する必要がある。

コントローラ部（図示省略）は、マイクロ波センサ５から出力されるドップラ信号に基づいて、手が上記空間領域に進入したか否か判断し、手が存在すると判断したら、電磁バルブ開の制御信号を出力することによって電磁バルブ（図示省略）を開動作させ、水栓機構３から吐水口３ｃを通じて水を吐水させる。

コントローラ部（図示省略）は、マイクロ波センサ５からの電波ビームの放射方向が、放射方向１１に設定されている状態で、マイクロ波センサ５から対象物の検知信号が出力された場合には、その対象物を、洗浄のため吐水口３ｃの略直下の空間領域に向かって進入しようとする手であると判別する。そして、吐水口３ｃが現在吐水中であれば、吐水を継続すべく、未だ吐水を行っていなければ、吐水を開始すべく、電磁バルブ（図示省略）に制御信号を出力し、上述した配水管（図示省略）を開状態にする。

コントローラ部（図示省略）は、また、マイクロ波センサ５からの電波ビームの放射方向が、放射方向１３に設定されている状態で、マイクロ波センサ５から対象物の検知信号が出力された場合には、該対象物を、上記吐水口３ｃから吐出され、洗浄しようとする手に当って落下する水流（水滴）であると判別する。そして、吐水口３ｃからの吐水を継続すべく、電磁バルブ（図示省略）に制御信号を出力し、上述した配水管（図示省略）を開状態にする。

コントローラ部（図示省略）は、また、マイクロ波センサ５からの電波ビームの放射方向が、放射方向１５に設定されている状態で、マイクロ波センサ５から対象物の検知信号が出力された場合には、その対象物を、洗浄動作を行わない手であると判別する。そして、吐水口３ｃから吐水が行われていれば、吐水を中止すべく、吐水口３ｃから吐水が行われていなければ、吐水を行わないように（禁止）すべく、電磁バルブ（図示省略）に制御信号を出力し、上述した配水管（図示省略）を閉状態にする。この放射方向１５は、洗浄中には手の進入が無い吐水口３ｃから吐出される水の軌跡に向かって設定してもよく、放射方向１５で非検知状態であれば、手が挿入され先浄水が放射方向１５と交わる方向に排水されていると判断し、放射方向１５で検知状態であれば、手が退去し水流を検知していると判断できる。

ここで、洗浄動作を行わない手とは、既に洗浄が終って更に洗浄動作を行うことの無い手か、或いは、偶々シンク１の近傍を通過して行く、洗浄の意図の無い者の手の何れかである。

コントローラ部（図示省略）は、更に、マイクロ波センサ５からの電波ビームの放射方向が、放射方向１７に設定されている状態で、マイクロ波センサ５から対象物の検知信号が出力された場合には、その対象物を、洗浄動作を終了して、タオル等で拭っている手であると判別する。そして、吐水口３ｃから吐水が行われていれば、吐水を中止すべく、吐水口３ｃから吐水が行われていなければ、吐水を行わないように（禁止）すべく、電磁バルブ（図示省略）に制御信号を出力し、上述した配水管（図示省略）を閉状態にする。

なお、上述した水栓機構３、マイクロ波センサ５、電磁バルブ（図示省略）、及びコントローラ部（図示省略）により、本発明の一実施形態に係る自動吐水制御装置が構成される。

図２は、本発明の第１の実施形態に係る電波センサ、即ち、図１で示したマイクロ波センサ５から放射される電波ビームが含む複数方向の成分に係わる説明図である。

図１で示したマイクロ波センサ５から放射される電波ビームは、図２に示すように、Ｘ（縦）方向成分、Ｙ（横）方向成分、及びＺ（高さ）方向成分の３次元方向の（ベクトル）成分を持つ。

洗浄を行おうとする手は、基本的には、洗面台の正面（図１で示すシンク１では、図１の左端側）から進入する場合が最も多いが、手の進入方向は、洗面台（シンク）の形状や設置位置や洗面台の使用者の背の高さなどによって異なり、一律に決められるものではない。マイクロ波センサ５からの電波ビームの放射方向を、Ｘ方向（成分）、Ｙ方向（成分）、及びＺ方向（成分）に分解した際に、これら３つの方向成分を持つ電波ビームをマイクロ波センサ５から放射することにより、手がどんな方向からシンク１の上方空間に進入しても、手の有無（手洗い動作の有り無し）を識別し得る検知信号（ドップラ信号）を取得することができる。

以上説明したように、本発明の第１の実施形態によれば、マイクロ波センサ５からの電波ビームの放射方向をスキャニングすることにより、検知した手の動作によって洗浄しようとする手であると判別した場合に、吐水を開始させることができる。また、検知した手の動作によって洗浄後の手、又は洗浄するつもりのない手であると判別した場合には、直前の手洗いにより現在吐水を継続中であれば吐水を中止させ、吐水中でなければ吐水を禁止させることができるので、無駄な吐水を防止でき、節水に資する。

また、上述したように、マイクロ波センサ５からの電波ビームの放射方向をスキャニングすることにより、吐水口３ｃの略直下において、手が洗浄動作を行っているか否か、又は、その洗浄動作を行っている手から落下する水があるか否かという２種類の検知信号を取得することができる。そのため、マイクロ波センサ５からのどちらか一方の検知信号の出力が途切れたとしても、吐水を継続させることが可能である。なお、上記２種類の検知信号のうちのどちらか一方が途切れる場合としては、手が洗浄動作を止めて単に手を濡らしているような場合や、吐水口３ｃから落下する水が、手の形状によってマイクロ波センサ５の検知可能領域からずれた場合や、吐水口３ｃから落下する水をコップに溜めている場合等が想定される。

図３は、本発明の第１の実施形態に係わる電波センサ（マイクロ波センサ）５の詳細構成を示すブロック図である。

図３において、発振回路３１５で生成された電磁波は、分岐回路３１７を通じて送信アンテナ３２３側と、検波回路３１９側とに分岐され、位相制御回路３２１を通じて送信アンテナ３２３側に伝送された電磁波は、送信波として送信アンテナ３２３から空間に放射される。この送信波がドップラセンサ、即ち、マイクロ波センサ５側に向かって速度Ｖで移動中の手３３５に当って反射波になると、該反射波は、ドップラセンサ（即ち、マイクロ波センサ）５側に向かって伝播し、受信アンテナ３２５によって受信される。受信アンテナ３２５によって受信された反射波、即ち、電磁波は、位相制御回路３２１、及び分岐回路３１７を通じて検波回路３１９に出力され、検波回路３１９において、上記分岐された送信波の一部を基準波形として、該送信波の一部とミキシングされる。検波回路３１９からの出力は、下記の（１）式に示すように、物体、即ち、手３３５の移動速度Ｖに比例した周波数成分を持つ信号であり、該信号は、物体、即ち、手３３５とドップラセンサ（即ち、マイクロ波センサ）５との間の距離が近くなるほど大きな振幅変化を得ることができる。

δＦ＝│Ｆ_ｓ−Ｆ_ｂ│＝２×Ｆｓ×ｖ／ｃ （ｃ＞＞ｖのとき）・・・（１）

上記（１）式において、δＦはドップラ周波数であり、Ｆ_ｓは送信波の周波数であり、Ｆ_ｂは受信波の周波数であり、Ｖは物体（即ち、手３３５）の移動速度であり、ｃは光速（３００×１０^１６ｍ／ｓ）である。

図４は、本発明の第１の実施形態に係わるコントローラ部の詳細構成を示す機能ブロック図である。

コントローラ部３４０は、図４に示すように、位相差設定部３４１と、受信信号検出部３４３と、演算処理部３４５と、バルブ制御部３４７と、を含む。

位相差設定部３４１は、（図３で示した）位相制御回路３２１の位相差を設定するものである。位相差設定部３４１は、演算処理部３４５の制御下で、後述するパッチアンテアを構成する複数個の給電素子（例えば、図５に示すマイクロ波センサの回路構成では、パッチアンテナ３８１の給電素子（アンテナ）３６９〜３７５に対し、夫々マイクロ波生成部である発振回路３５１から所定の給電位相差を持った電力が供給されるよう、発振回路３５１から上記複数個の給電素子（３６９〜３７５）に対する高周波電流の位相差を設定する。そして、決定した給電位相差に基づいて、例えば図５に示す移相器３５７、３５９を制御する。

受信信号検出部３４３は、演算処理部３４５の制御下で、電波センサ（即ち、マイクロ波センサ）５から出力される信号（ドップラ信号）を受けて、所定の信号処理を施した後、演算処理部３４５に出力する。

バルブ制御部３４７は、演算処理部３４５の制御下で、バルブ駆動部（図示しない）に対し、バルブ３４９の開／閉動作を制御するための制御信号を出力する。

演算処理部３４５は、位相差設定部３４１における上記給電位相差の設定動作を制御すると共に、受信信号検出部３４３から出力される所定の信号処理が施された後のドップラ信号を受け、該ドップラ信号に基づいて所定の演算処理を施すことにより、バルブ制御部３４７の動作を制御する。

図５は、本発明の第１の実施形態に係わるマイクロ波センサ５の要部の構成を示した説明図である。

上述したマイクロ波センサ５において、マイクロ波放射／受信アンテナとして、符号３６９、３７１、３７３、３７５で示す４個のアンテナが、図５に示すように、２個で１組として合計２組設けられている。アンテナ３６９、３７１は、移相器３５７を通じて検波回路３５３、及びマイクロ波生成部、即ち、発振回路３５１に、また、アンテナ３７３、３７５は、移相器３５９を通じて検波回路３５３、及び発振回路３５１に、夫々接続されている。

移相器３５７は、アンテナ３６９、３７１から放射されるマイクロ波の放射方向を、上向き（即ち、シンク１の上方空間の使用者の手が進入するであろう領域）、又は横向き（吐水口３ｃから落下する水滴が検知されるであろう領域）等に、必要に応じて切り替えるための線路切替スイッチ３５５を備える。線路切替スイッチ３５５は、例えば図４で示した位相差設定部３４１からの切替制御信号によって符号３６１で示す角度４５°から符号３６３で示す角度０°へ、また、符号３６３で示す角度０°から符号３６１で示す角度４５°へ切替動作する。この切替動作により、アンテナ３６９／３７１から放射されるマイクロ波の放射角度が、４５°から０°へ、或いは０°から４５°へ、切り替えられることになる。

一方、移相器３５９も、アンテナ３７３、３７５から放射されるマイクロ波の放射方向を、上向き、又は横向き等に、必要に応じて切り替えるための線路切替スイッチ３５５を備える。線路切替スイッチ３５５も、例えば図４で示した位相差設定部３４１からの切替制御信号によって符号３６５で示す角度０°から符号３６７で示す角度９０°へ、また、符号３６７で示す角度９０°から符号３６５で示す角度０°へ切替動作する。この切替動作により、アンテナ３７３／３７５から放射されるマイクロ波の放射角度が、０°から９０°へ、或いは９０°から０°へ、切り替えられることになる。

検波回路３５３は、アンテナ３６９／３７１、或いは、アンテナ３７３／３７５から放射され、検知対象物である使用者の手、又は吐水口３ｃから落下する水滴に当たって反射し、アンテナ３６９／３７１、或いは、アンテナ３７３／３７５に入射したマイクロ波を検知する機能を有する。なお、検波器３５３の出力側端子には、例えば図４で示した受信信号検出部３４３が接続されているものとする。

発振回路３５１は、上述したように、発振動作することによってマイクロ波の電流信号を生成し、該マイクロ波の信号を、移相器３５７を通じてアンテナ３６９、３７１に、又は移相器３５９を通じてアンテナ３７３、３７５に、夫々供給する。

なお、上記構成のマイクロ波センサ５では、電波ビームの放射方向を４方向に設定することが可能であるが、電波ビームの放射方向を５方向以上に設定する場合には、アンテナ、及び移相器から成る、位相差の異なる回路構成の組み合わせを、直列接続することで対処可能である。

図６は、本発明の第１の実施形態に係わるパッチアンテナにおける給電位相差による電波ビームの放射方向の変化を示す図である。

図６において、縦軸にはマイクロ波センサ５からの電波ビームの放射方向の角度（deg）が、横軸には発振回路３５１から夫々各給電素子（３６９〜３７５）に供給される電力の給電位相差（deg）が、夫々設定されている。パッチアンテナの基板（図示しない）上において、対になっている給電素子同士の間隔の大きさにより、一方の給電素子からの電波ビームの放射方向と、他方の給電素子からの電波ビームの放射方向との間に角度の開きが生じる。そして、上記電波ビームの放射方向の角度と、上記給電位相差との間には、図６に示すような関係がある。

ここで、電波ビームの曲がる原理について説明する。

電波ビームは、アレイ化されたアンテナに、位相の異なる高周波電流を供給することにより、例えば、図６に示したような角度で曲がる。図５で示した例では、アンテナ３６９、３７１と、アンテナ３７３、３７５とが、夫々ペアになっているため、アンテナ３６９、３７１のペアと、アンテナ３７３、３７５のペアとに夫々供給される電流の位相が異なった場合には、位相の遅れたアンテナのペア側の方向に、放射される電波ビームが曲がる。その位相差を、線路３６１、３６３、３６５、３６７を選択することにより、４方向に電波ビームを放射させることが可能になる。

図５で示した例では、夫々のアンテナペア３６９、３７１と、３７３、３７５との基準線路を、線路３６３、３６５とし、線路３６１は、基準線路３６３よりも位相が４５°遅れるように設けられ、線路３６７は基準線路より９０°位相が遅れるように設けられている。従って、線路３６１、３６５を選択すると、アンテナ３６９，３７１のペアの位相が４５°遅れ、線路３６３、３６７を選択すると逆にアンテナ３６９、３７１のペアの位相が９０°進む。同様に、線路３６１、３６７では、アンテナ３６９、３７１のペアの位相が４５°進み、線路３６３、３６５を選択すると、双方のアンテナのペアは同じ位相になる。この結果を、図６に記載の内容と照合すると、アンテナからの電波ビームの放射方向は、アンテナ３６９、３７１のペア側に１２°方向、パッチアンテナ（基板）の法線方向、アンテナ３７３、３７５のペア側に１２°、２１°の４方向になる。

図７は、本発明の第１の実施形態に係る自動吐水制御装置を備えた洗面台が設置されているトイレブースを示す斜視図である。

図７に示すトイレブースでは、図１で示した自動吐水制御装置を備えた洗面台１９が、ロータンク２１を備えた洋式便器装置２３に向かって左側の壁面２５に取付固定されている。そして、上記自動吐水制御装置を構成する電波センサ、即ち、マイクロ波センサ５からの電波ビームの放射方向が、夫々矢印方向２７、２９、３１、３３、３５、３７にスキャニングされる。マイクロ波センサ５からの電波ビームの、矢印方向２７への放射により、洗浄のため吐水口３ｃの略直下に進入しようとする手がマイクロ波センサ５によって検知された場合には、（水栓機構３からの）吐水動作が行われる。同様に、マイクロ波センサ５からの電波ビームの、矢印方向２９への放射により、洗浄中の手から落下する水流（水滴）がマイクロ波センサ５によって検知された場合にも、（水栓機構３からの）吐水動作が行われる。

また、マイクロ波センサ５からの電波ビームの、矢印方向３１への放射により、トイレ扉３９の開／閉動作がマイクロ波センサ５によって検知された場合、上記電波ビームの、矢印方向３３への放射により、洗浄後の手のタオルによる拭取り動作がマイクロ波センサ５によって検知された場合には、（水栓機構３からの）吐水動作は行われない。同様に、上記電波ビームの、矢印方向３５への放射により、洋式便器装置２３で用を足すためにトイレブース内を移動する人の動きがマイクロ波センサ５によって検知された場合にも、（水栓機構３からの）吐水動作は行われない。更には、上記電波ビームの、矢印方向３７への放射により、洋式便器装置２３で用を足す際の人体の動きがマイクロ波センサ５によって検知された場合にも、（水栓機構３からの）吐水動作は行われない。

上述した内容から明らかなように、本発明の第１の実施形態に係る自動吐水制御装置を備える洗面台を採用したトイレブースでは、マイクロ波センサ５が洗浄中の手や、洗浄中の手から落下する水流（水滴）等を検知したときには、水栓機構３からの吐水動作が行われ、それ以外の場合には、（水栓機構３からの）吐水動作は行われない。よって、洗面台の使用者が、手の洗浄をすべく吐水口３ｃの略直下に手を差出した場合には、確実に吐水が行われると共に、洗浄後の手のタオルによる拭取り動作、トイレ扉３９の開／閉動作、洋式便器装置２３で用を足す際の人体の動き、及び洋式便器装置２３で用を足す際の人体の動きが検知された場合には、吐水が行われないので、無駄な吐水を防止することができる。

図８は、本発明の第２の実施形態に係る自動吐水制御装置を備えた洗面台の要部の断面図である。

本実施形態では、洗浄を目的とする手の吐水口（図示省略）の略直下の空間への進入、及び洗浄を終了した手のその空間からの退出を判別するため、洗面台の上方空間、及びその近傍の空間における手の進入／退出の軌跡に沿うような方向にマイクロ波センサ５からの電波ビームの放射方向をスキャニングさせる。そして、マイクロ波センサ５からのドップラ信号の発生推移（差）をチェックすることとした。上記以外の構成については、本発明の一実施形態に係る自動吐水制御装置を備えた洗面台と同様である。

図８において、マイクロ波センサ５からの電波ビームの放射方向が、矢印方向４１、４３、４５の順にスキャニングされている状態で、最初のスキャニング方向４１、次のスキャニング方向４３、最後のスキャニング方向４５の何れにおいても、マイクロ波センサ５が移動中の手４７を検知した場合には、最後のスキャニング方向４５においてマイクロ波センサ５が手４７を検知した時点で、吐水が開始される。これは、上記検知された（移動中の）手４７が、シンク４９の正面方向（図８で示すシンク４９では、図８の左端側）から吐水口（図示省略）に向かって進入しようとする手であるから、コントロール部（図示省略）は、洗浄を目的とした手であると判別するため、吐水が開始されることになる。

一方、マイクロ波センサ５からの電波ビームの放射方向が、矢印方向４５、４３、４１の順にスキャニングされている状態で、最初のスキャニング方向４５、次のスキャニング方向４３、最後のスキャニング方向４１の何れにおいても、マイクロ波センサ５が移動中の手４７を検知した場合には、次のスキャニング方向４３においてマイクロ波センサ５が手４７を検知した時点で、吐水が停止される。これは、上記検知された（移動中の）手４７が、吐水口（図示省略）からシンク４９の正面方向に向かって退出しようとする手であるから、コントロール部（図示省略）は、（洗浄終了、又は洗浄をするつもりの無いが故に）洗浄を目的としない手であると判別するため、吐水が停止されることになる。

なお、最後のスキャニング方向４１において、手（４７）で吐水口（図示省略）から吐水される水を取る動作が行われ、それによりマイクロ波センサ５からのドップラ信号の振幅が大きくなっても、コントロール部（図示省略）は、吐水動作を行わせない。（最後の）スキャニング方向４１において、マイクロ波センサ５からのドップラ信号の振幅が大きくなる原因としては、マイクロ波センサ５からの電波ビ−ムがシンク４９の近傍を通過する人に当って反射する場合も想定され得る。

図８で示した構成によれば、マイクロ波センサ５からの電波ビームの放射方向を、所定の方向に沿って順にスキャニングさせることで、コントロール部（図示省略）は、上記電波ビームの各放射方向において検知された対象物の動きの方向を判別することが可能である。

また、コントロール部（図示しない）が、手４７の、吐水口（図示省略）の略直下の空間への進入動作において、吐水口（図示省略）から一定距離まで手４７が接近したと判定したとき、吐水を開始し、これとは逆に、手４７の、その空間からの退出動作において、吐水口（図示省略）から一定距離まで手４７が離間したと判定したとき、吐水を停止する制御を行うことも可能である。

更に、スキャニング方向４１においてのみ、対象物、即ち、手４７が検知された場合には、手４７が、偶々シンク４９の近傍を通過した人の手、或いは洗浄を終了した人の手（何れも洗浄を行うつもりの無い者の手）と判別して、無駄な吐水を禁止することで、水栓機構の誤動作を防止することが可能である。

図９は、本発明の第２の実施形態に係る、洗面台の上方空間への手の進入時におけるマイクロ波センサ５からのドップラ信号の波形を示す図である。

図９において、上記ドップラ信号の波形（以下、単に「波形」という）５１は、図８で示した矢印方向４５に、電波ビームの放射方向をスキャニングしたときのマイクロ波センサ５から出力されるドップラ信号の波形であり、便宜上、ビーム上向き（のドップラ信号）と表記する。次に波形５３は、図８で示した矢印方向４３に、電波ビームの放射方向をスキャニングしたときのマイクロ波センサ５から出力されるドップラ信号の波形であり、便宜上、ビーム標準（のドップラ信号）と表記する。更に、波形５５は、図８で示した矢印方向４１に、電波ビームの放射方向をスキャニングしたときのマイクロ波センサ５から出力されるドップラ信号の波形であり、便宜上、ビーム下向き（のドップラ信号）と表記する。

図９において、縦軸は上述した各反射波の振幅（単位：ｍｖ）を、横軸は時間（単位：ｓｅｃ）を、夫々示す。

ビーム上向きのドップラ信号５１が、マイクロ波センサ５から出力されるときの、マイクロ波センサ５からの電波ビームの放射方向、即ち、矢印方向４５は、ビーム標準のドップラ信号５３が、マイクロ波センサ５から出力されるときの、マイクロ波センサ５からの電波ビームの放射方向、即ち、矢印方向４３よりも、例えば時計方向に２０°進んだ方向に設定されている。一方、ビーム下向きのドップラ信号５５が、マイクロ波センサ５から出力されるときの、マイクロ波センサ５からの電波ビームの放射方向、即ち、矢印方向４１は、ビーム標準のドップラ信号５３が、マイクロ波センサ５から出力されるときの、マイクロ波センサ５からの電波ビームの放射方向、即ち、矢印方向４３よりも、例えば反時計方向に２０°進んだ方向に設定されている。

図９において、符号ｔ_０で示した時間で、図８で示したシンク４９の正面側の端部を、手４７が通過すると、時間ｔ_０から遅れること０.０３８ｓｅｃ後の時間ｔ_１で、ビーム下向きのドップラ信号５５の振幅の変動が開始される。即ち、時間ｔ_１で、移動する手４７が検知される。更に、時間ｔ_１から遅れること０.２８６ｓｅｃ後の時間ｔ_２で、ビーム標準のドップラ信号５３の振幅の変動が開始される。即ち、時間ｔ_２で、移動する手４７が検知される。更に、時間ｔ_１から遅れること０.５８３ｓｅｃ後の時間ｔ_３で、ビーム上向きのドップラ信号５１の振幅の変動が開始される。即ち、時間ｔ_３で、移動する手４７が検知される。

上述したように、シンク４９の正面側から吐水口（図示省略）に向かって移動する手４７は、マイクロ波センサ５からの電波ビームの放射方向が矢印方向４１にスキャニングされている状態で、先ず検知され、次に、上記電波ビームの放射方向が矢印方向４３にスキャニングされている状態でも検知され、更に、上記電波ビームの放射方向が矢印方向４５にスキャニングされている状態でも検知される。そして、その最後の検知において、吐水が開始されることになるので、最初に手４７が検知されてから、実際に吐水が開始されるまで、多少のタイムラグが生じることになる。

また、上記電波ビームの放射方向を、矢印方向４１、４３、４５の順で連続的にスキャニングして、各放射方向における手４７の検知タイミングの時間差を計算することにより、手４７の移動方向を判別することが可能である。

図１０は、本発明の第２の実施形態に係る、洗面台の上方空間への手の進入時、及びその上方空間からの手の退出時におけるマイクロ波センサからのドップラ信号の波形を示す図である。

図１０では、洗浄のために手がシンク上方の、吐水口の略直下の空間に向けて進入するとき、及びシンク内に手が存在しない状態での、マイクロ波センサから出力されるドップラ信号の実際の具体的な波形例を示す。

図１０に示すドップラ信号波形６１のうち、波形部分６１Aは、手６３がシンク６５に進入してくるときに第１の電波ビーム６７と手６３からの反射電波とにより得られたドップラ信号の波形である。この波形部分６１Aが検出されると、電波ビームを、第１の電波ビーム６７から第２の電波ビーム７３に切替えると共に、電磁バルブ（図示省略）をオンすることにより、上記吐水動作を開始する。

上記吐水動作の開始に際しては、上記ドップラ信号の振幅が、例えば１.０V以上あることが必要である。次に、波形部分６１Bは、手６３を洗浄するため手６３に水をかけているときに第２の電波ビーム７３と手６３より落下する飛散水７５からの反射電波とにより得られたドップラ信号の波形である。飛散水７５、即ち、手６３から落下する水の振舞は、自動水栓（図示省略）から単に落下する水流７９のそれよりも大きな空間を占める。よって、上記ドップラ信号の振幅は、例えば２.０V以上と大きな値になる。

換言すれば、シンク６５に進入する手６３が検知されたことにより、第１の電波ビーム６７から第２の電波ビーム７３に切替えられ、その後に例えば振幅が２.０V以上のドップラ信号が得られれば、手洗中であるとして、自動水栓（図示省略）からの吐水が継続される。

次に、波形部分６１Cは、手６３の洗浄を止めた瞬間の、第２の電波ビーム７３と自動水栓（図示省略）から落下する水流７９からの反射電波とにより得られたドップラ信号の波形である。手洗いを止めることにより、自動水栓（図示省略）から吐出される水は、所謂整流水となって落下するため、上記ドップラ信号の振幅は、例えば１.２V以下と小さくなる。よって、上述した２.０V以上の大きな振幅のドップラ信号が得られた後、１.２V以下の小さな振幅のドップラ信号、即ち、波形部分６１Cが検出されると、電波ビームを第２の電波ビーム７３から第１の電波ビーム６７に切替えると共に、電磁バルブ（図示省略）をオフにすることにより、上記吐水動作を停止する。

次に、波形部分６１Dは、手洗いが終わって手６３が吐水口（図示省略）の略直下のエリアとは別のエリアから退出するときに、第１の電波ビーム６７とその別のエリアから退出する手６３からの反射電波とにより得られたドップラ信号の波形である。この場合、上記ドップラ信号の振幅は、図示のように、かなり大きな値になるが、電磁バルブ（図示省略）をオフにした時点から所定時間、例えば０.７秒が経過するまでの間は、コントロール部（図示省略）が上記ドップラ信号に基づく判断処理を行わない、所謂マスク処理を実施することにより、手６３の上記別のエリアからの退出動作を無視する。

次に、波形部分６１Eは、新たな手洗いに伴う手や、水の検知動作に備える場合のドップラ信号の出力波形であり、上述した波形部分６１Aと符合している。

図１１は、本発明の第３の実施形態に係る自動吐水制御装置を備えた洗面台において、電波センサから複数方向に放射される電波ビームの成分に係わる説明図である。

本実施形態では、マイクロ波センサ５からの電波ビームの放射方向が、矢印方向８３、８５、８７、８９の順、及び矢印方向８９、８７、８５、８３の順でスキャニングされるように設定されている。なお、図１１において、符号９１は吐水口を、符号９３は吐水口９１から吐出される水流を、夫々示す。

本実施形態では、身長の低い使用者の手、即ち、吐水口９１から吐出され、シンク４９の排水口４９ａに落下する直前の水流９３に差し出される使用者の手９５は、図１２に示すように、電波センサ５から（比較的下方向の）矢印方向８３、８５に放射される電波ビームによって検知が可能である。これに対して、身長の高い使用者の手、即ち、シンク４９における吐水口９１の近傍部位に差し出される使用者の手９７は、図１３に示すように、電波センサ５から（比較的上方向の）矢印方向８７、８９に放射される電波ビームによって検知が可能である。

シンク４９に差し出される使用者の手の角度は、単に使用者の身長差によるものだけではなく、同一の使用者であっても、シンク４９に対して該使用者の取る姿勢によっても異なるし、また、使用者の手にコップや雑巾等が把持されている場合や、使用者の手が石鹸で泡立っている場合にも異なることがある。よって、電波センサ５から或る特定の方向のみに電波ビームを放射すると、シンク４９に差し出された使用者の手を検知できない場合が生じるので、使用者が一旦シンク４９に差し出した手の位置を変更しない限り、水栓から水が吐出されないという、使い勝手の悪い自動吐水制御装置になる虞がある。

しかし、本実施形態のように、予め電波センサ５から複数の方向に電波ビームが放射されるように設定しておけば、あらゆる使用者に対しても、また、使用者の如何なる状態に対しても、シンク４９に差し出された手を確実に検知して、吐水を実行することが可能になる。

図１４、及び図１５は、本発明の第４の実施形態に係る自動吐水制御装置を備えた洗面台において、電波センサからの電波ビームの放射方向に係わる説明図である。

図１４、及び図１５に示す構成の自動吐水制御装置を備えた洗面台では、吐水口３ｃからの吐水が止水されている状態での、シンク４９へ進入する手９９の検知に対しては、図１４に示すように、電波センサ５からの電波ビームの放射方向を上向きに設定するのが好ましい。これに対して、吐水口３ｃからの吐水が継続されている状態での、洗浄中の手９９から飛散する散乱水１０１の検知に対しては、図１５に示すように、電波センサ５からの電波ビームの放射方向を下向きに設定するのが好ましい。

図１６、及び図１７は、本発明の第４の実施形態の変形例に係る自動吐水制御装置を備えた洗面台において、電波センサから複数方向に放射される電波ビームの成分に係わる説明図である。

図１６、及び図１７に示す構成の自動吐水制御装置を備えた洗面台では、吐水口１０３からの吐水が止水されている状態での、シンク１０５へ進入する手１０７の検知に対しては、図１６に示すように、電波センサ５からの電波ビームの放射方向を斜め横向きに設定するのが好ましい。これに対して、吐水口１０３からの吐水が継続されている状態での、洗浄中の手１０７から飛散する散乱水１０９の検知に対しては、図１７に示すように、電波センサ５からの電波ビームの放射方向を斜め上向きに設定するのが好ましい。

上述した本発明の第３、第４の実施形態、及び第４の実施形態の変形例以外にも、電波センサ５からの電波ビームの放射方向には種々のものが想定され得る。

図１８は、本発明に従う自動吐水制御装置を備えた洗面台における、電波センサ５からの電波ビ−ムの放射方向を示す説明図である。

電波センサ（５）からの電波ビームの放射方向は、例えば既述のコントローラ部（図示省略）によって、図１８に示すように、４種類の制御パターンのうちの何れか１つに選択的に制御される。

図１８において、制御パターン１では、電波ビームの放射方向は、シンクへの手の進入時には略水平方向に、手の洗浄等のための吐水時には斜め下方向に、夫々設定される。次に、制御パターン２では、電波ビームの放射方向は、シンクへの手の進入時には略水平方向に、手の洗浄等のための吐水時には略水平方向、及び斜め下方向に、夫々設定される。次に、制御パターン３では、電波ビームの放射方向は、シンクへの手の進入時には略鉛直方向、斜め上方向、及び略水平方向に、手の洗浄等のための吐水時には斜め下方向に、夫々設定される。次に、制御パターン４では、電波ビームの放射方向は、シンクへの手の進入時には略水平方向に、手の洗浄等のための吐水時には急な角度の斜め下方向と緩い角度の斜め下方向との間をスキャニングするように、夫々設定される。

上述した４つの制御パターンの何れか１つを、シンクとして採用される洗面ボールの形状に応じてコントローラ部（図示省略）が適宜選択することにより、同一の電波センサであらゆる形状の洗面ボールに対応した人体検知用のセンサを実現することができる。そのため、光電センサを人体検知用のセンサとして用いていた従来の自動吐水制御装置付きの洗面台とは異なり、シンクとして用いる洗面ボールの形状や、その色彩や、製造される陶器のばらつき等に起因して、１品毎にセンサの調整を行ったり、多品番のセンサを揃えたりする必要が無くなり、省設計が可能となった。

以上、本発明の好適な実施形態を説明したが、これらは本発明の説明のための例示であって、本発明の範囲をこれらの実施形態にのみ限定する趣旨ではない。本発明は、他の種々の形態でも実施することが可能である。

本発明の第１の実施形態に係る自動吐水制御装置を備えた洗面台の要部の斜視図。 本発明の第１の実施形態に係る電波センサから放射される電波ビームが含む複数方向の成分に係わる説明図。 本発明の第１の実施形態に係わる電波センサ（マイクロ波センサ）の詳細構成を示すブロック図。 本発明の第１の実施形態に係わるコントローラ部の詳細構成を示す機能ブロック図。 本発明の第１の実施形態に係わるマイクロ波センサの要部の構成を示した説明図。 本発明の第１の実施形態に係わるパッチアンテナにおける給電位相差による電波ビームの放射方向の変化を示す図。 本発明の第１の実施形態に係る自動吐水制御装置を備えた洗面台が設置されているトイレブースを示す斜視図。 本発明の第２の実施形態に係る自動吐水制御装置を備えた洗面台の要部の断面図。 本発明の第２の実施形態に係る、洗面台の上方空間への手の進入時におけるマイクロ波センサからのドップラ信号の波形を示す図。 本発明の第２の実施形態に係る、洗面台の上方空間への手の進入時、及びその上方空間からの手の退出時におけるマイクロ波センサからのドップラ信号の波形を示す図。 本発明の第３の実施形態に係る自動吐水制御装置を備えた洗面台において、電波センサから複数方向に放射される電波ビームの成分に係わる説明図。 本発明の第３の実施形態に係る自動吐水制御装置を備えた洗面台において、電波センサが、身長の低い使用者が差し出す手を検知する場合の電波ビームの放射方向を示す説明図。 本発明の第３の実施形態に係る自動吐水制御装置を備えた洗面台において、電波センサが、身長の高い使用者が差し出す手を検知する場合の電波ビームの放射方向を示す説明図。 本発明の第４の実施形態に係る自動吐水制御装置を備えた洗面台において、電波センサからの電波ビームの放射方向に係わる説明図。 本発明の第４の実施形態に係る自動吐水制御装置を備えた洗面台において、電波センサからの電波ビームの放射方向に係わる説明図。 本発明の第４の実施形態の変形例に係る自動吐水制御装置を備えた洗面台において、電波センサから複数方向に放射される電波ビームの成分に係わる説明図。 本発明の第４の実施形態の変形例に係る自動吐水制御装置を備えた洗面台において、電波センサから複数方向に放射される電波ビームの成分に係わる説明図。 本発明に従う自動吐水制御装置を備えた洗面台における、電波センサ５からの電波ビ−ムの放射方向を示す説明図。

符号の説明

１ シンク
１ａ 水栓機構取付部
３ 水栓機構
３ａ 機構本体
３ｂ 吐水部
３ｃ 吐水口
５ 電波センサ（マイクロ波センサ）
１９ 自動吐水制御装置を備えた洗面台
２１ ロータンク
２３ 洋式便器装置
２５ 左側の壁面
３９ トイレ扉

Claims (8)

1. 物体の有無に応じて水栓設備からの吐水を制御する自動吐水制御装置において、
   指向性を持つ電波ビームを放射すると共に、物体から反射した電波ビームを受信する電波センサと、
   前記電波センサからの出力信号に基づき、物体の有無を判別して、前記水栓設備からの吐水の開始又は吐水の停止を行う制御手段と、
   を備え、
   前記電波センサからの電波ビームの放射方向が、スキャニングされるように構成されており、
   前記スキャニングが、予め設定された複数方向に対して行われ、
   前記予め設定された複数方向が、前記水栓設備を備える洗面台の上方空間に複数の方向から進入しようとする手を検知可能な第１の領域と、前記水栓設備から吐出され、洗浄しようとする手に当って落下する水流を主として検知可能な第２の領域と、を含み、
   前記電波ビームは、その放射方向が前記電波ビームの最大強度を有する方向であって、無指向電波ビームではない自動吐水制御装置。
2. 請求項１記載の自動吐水制御装置において、
   前記予め設定された複数方向が、前記洗面台の上方空間であって、洗浄動作を行わない手が主として検知可能な第３の領域を含む自動吐水制御装置。
3. 請求項２記載の自動吐水制御装置において、
   前記予め設定された複数方向が、前記第１乃至第３の何れの領域にも属さない、洗浄動作を終了した手が主として検知可能な第４の領域を含む自動吐水制御装置。
4. 請求項１記載の自動吐水制御装置において、
   前記電波センサが、前記第２の領域において物体を検知したとき、前記制御手段が、前記物体が前記水栓設備から吐出され、洗浄しようとする手に当って落下する水流であると判別し、前記水栓設備からの吐水を継続させる制御を行うようにした自動吐水制御装置。
5. 請求項２記載の自動吐水制御装置において、
   前記電波センサが、前記第３の領域において物体を検知したとき、前記制御手段が、前記物体が洗浄動作を行わない手であると判別し、前記水栓設備からの吐水を行わない制御、又は吐水を中止させる制御を行うようにした自動吐水制御装置。
6. 請求項３記載の自動吐水制御装置において、
   前記電波センサが、前記第４の領域において物体を検知したとき、前記制御手段が、前記物体が洗浄動作を終了した手であると判別し、前記水栓設備からの吐水を行わない制御、又は吐水を中止させる制御を行うようにした自動吐水制御装置。
7. 請求項３記載の自動吐水制御装置において、
   前記物体が、前記第４、第３、及び第１の領域の順で前記電波センサによって検知された場合には、前記制御手段が、前記物体を洗浄しようとする水栓設備使用者の手と判別し、前記水栓設備からの吐水を開始させる制御を行うようにした自動吐水制御装置。
8. 請求項３記載の自動吐水制御装置において、
   前記物体が、前記第１、第３、及び第４の領域の順で前記電波センサによって検知された場合には、前記制御手段が、前記物体を洗浄が終了した水栓設備使用者の手と判別し、前記水栓設備からの吐水を停止させる制御を行うようにした自動吐水制御装置。

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