JP5267184B2 - 人体検知装置及びそれを備えた小便器 - Google Patents

Description

本発明は人体検知装置に関し、特に、検知対象物によって反射された伝播波のドップラ信号を利用した人体検知装置及びそれを備えた小便器に関する。

特開平９−８０１５０号公報（特許文献１）には、人体検知装置が記載されている。この人体検知装置においては、マイクロ波を便器正面に発射し、対象物で反射されたマイクロ波を受信し、そのドップラ周波数信号のパワースペクトルを求め、このパワースペクトルのピーク値に基づいて人の行動状態を判定している。

また、特開２００６−２１４１５６号公報（特許文献２）には、小便器洗浄装置が記載されている。この小便器洗浄装置においては、マイクロ波ドップラセンサの出力信号に、特定の周波数帯域信号のみを通過させる周波数フィルターをかけ、周波数フィルターの出力信号に基づいて人の行動状態を判定している。

これらの特開平９−８０１５０号公報（特許文献１）や、特開２００６−２１４１５６号公報（特許文献２）に記載されたマイクロ波を用いた人体検知装置は、現在広く普及している赤外線を用いた人体検知装置とは異なり、小便器等に適用した場合、小便器本体等に赤外線を透過させるための窓を設ける必要がないので装置を設置する条件の制約が少なく、すっきりしたデザインの小便器を実現することができる。

特開平９−８０１５０号公報 特開２００６−２１４１５６号公報

しかしながら、特開平９−８０１５０号公報記載の人体検知装置においては、検出されたドップラ信号にフーリエ変換を施してパワースペクトルを求めているため、人の行動状態を時系列的に細かく捉えることができないという問題がある。即ち、特開平９−８０１５０号公報記載の人体検知装置においては、ドップラ信号を５ｍｓｅｃ間隔で０．６４ｓｅｃに亘ってサンプリングされた１２８個のデータに対して高速フーリエ変換を行って、パワースペクトルを求めている。このようにして得られたパワースペクトルから得られるピーク周波数や振幅の情報は、データをサンプリングした０．６４ｓｅｃ間の平均値を表すものであり、検知すべき人の行動の変化を、即座に検知することができないという問題がある。

また、高速フーリエ変換によってパワースペクトルを求める方法においては、サンプリングするデータ数を少なくすれば、得られるピーク周波数の分解能が低下するという問題がある。また、サンプリングの間隔を短くし、短時間に多数のデータを取得して高速フーリエ変換を行うと、演算量が増大すると共に、多量の演算により人体検知装置が消費する電力が大きくなるという問題もある。

一方、特開２００６−２１４１５６号公報記載の装置において使用されている周波数フィルタは、検出されたドップラ信号にデジタルフィルタを施すことにより実現することができるが、デジタルフィルタ演算についても数１０個以上のサンプリングデータが必要になる。また、単一のデジタルフィルタを使用して、周波数領域の単一のデータを得ただけでは、検知すべき人の行動を十分に把握することができないという問題がある。即ち、単一のデジタルフィルタから得られる情報では、検知すべき人が、静止した状態から歩き始めたのか、歩いていた人が静止したのかを識別することができない。

この問題を解決するために、デジタルフィルタが通過させる周波数領域を狭く設定し、複数のデジタルフィルタを使用することが考えられるが、この場合には、デジタルフィルタの数の増加に伴いデジタルフィルタの演算量が増大し、演算処理が間に合わなくなるという問題が発生する。

従って、本発明は、少ない演算量で人の行動状態を的確に把握することができる人体検知装置及びそれを備えた小便器を提供することを目的としている。

また、本発明は、検知すべき人の行動の変化を、即座に検知することができる人体検知装置及びそれを備えた小便器を提供することを目的としている。

請求項１に記載の発明は、検知対象物によって反射された伝播波のドップラ信号を利用した人体検知装置であって、前記検知対象物に向けて伝播波を放射する伝播波発信部と、前記検知対象物によって反射された伝播波を受信する伝播波受信部と、前記伝播波発信部によって放射された伝播波及び前記伝播波受信部によって受信された伝播波に基づいてドップラ信号を生成するドップラ信号生成部と、時刻ｔのドップラ信号と時刻ｔの１サンプリング周期△ｔ前の時刻ｔ−１のときのドップラ信号の差分を、信号振幅の項と差分区間中における角周波数の変化量の項および人の移動速度に相当するドップラ角周波数で振動する項を組み合わせた差分解析物理モデルを用いて解析し、前記検知対象物の複数の移動速度候補値と、前記ドップラ信号の振幅の大きさを示す複数の振幅強度候補値と、を設定し、前記移動速度候補値及び振幅強度候補値を用いて複数のドップラ推定信号を推定する推定手段と、前記複数のドップラ推定信号と前記ドップラ信号とを比較し、最小の誤差となる１つのドップラ推定信号に対応する前記移動速度候補値を移動速度推定値及び振幅強度候補値として選択するドップラ信号解析部と、このドップラ信号解析部によって算出された検知対象物の速度及び振幅強度に基づいて人の行動状態を判定する行動状態判定部と、を有することを特徴としている。

このように構成された本発明によれば、人の移動速度で変化するドップラ周波数で振動する項と振動振幅および発信信号が時間的に変化する項を組み合わせた差分を計算することで、演算を簡略化することが可能で、処理速度を向上させたり能力の低い計算機でも正確な人の行動行動状態を判定することができる

また、請求項２の発明は、請求項１に記載の人体検知装置と、小便器本体と、この小便器本体を洗浄する洗浄水を吐出、停止させる電磁弁と、この人体検知装置によって検知された人の行動状態に基づいて、電磁弁を開閉する電磁弁制御部と、を有することを特徴としている小便器である。

このように構成された本発明によれば、少ない演算量で人の行動状態を的確に把握することができ、検知すべき人の行動の変化を、即座に検知することができるので、小便器での洗浄動作の信頼性を向上できる。

本発明の人体検知装置及びそれを備えた小便器によれば、少ない演算量で人の行動状態を的確に把握することができる。
また、本発明の人体検知装置及びそれを備えた小便器によれば、検知すべき人の行動の変化を、即座に検知することができる。

本発明の実施形態による小便器の全体の構成を示すブロック図である。 ドップラ信号生成部により生成されたドップラ信号の一例を示すグラフである。 図２に示したドップラ信号に基づいて、粒子フィルタを用いて計算されたピーク周波数及び振幅の一例を表すグラフである。 ドップラ信号の値、ピーク周波数及び振幅の値、及び判定された人の行動を示すグラフであり、人が接近する行動の一例を示す。 ドップラ信号の値、ピーク周波数及び振幅の値、及び判定された人の行動を示すグラフであり、人が退去する行動の一例を示す。 本発明の実施形態の小便器における人体検知装置による処理を示すフローチャートである。 本発明の第２の実施形態の小便器におけるドップラ信号データの一例を示す。 本発明第２の実施形態の小便器における小便器と人との距離および人とセンサ間の距離を推定した結果の一例を示すグラフである。 本発明の第３の実施形態の小便器におけるドップラ信号データの一例を示す。 本発明第３の実施形態の小便器におけるドップラ信号振幅強度および角周波数を推定した結果の一例を示すグラフである。

次に、添付図面を参照して、本発明の好ましい第１実施形態を説明する。
図１は、本発明の実施形態による小便器の全体の構成を示すブロック図である。

図１に示すように、本発明の実施形態による小便器１は、小便器本体２と、この小便器本体２に内蔵された人体検知装置４と、小便器本体２を洗浄する洗浄水を吐出、停止させる電磁弁６と、この電磁弁６を制御する電磁弁制御部８と、を有する。

本実施形態の小便器１は、人が小用を足しに小便器本体２に接近して立ち止まったことを人体検知装置４が検知すると、電磁弁制御部８が電磁弁６に信号を送り、これを所定時間開放させて小便器本体２の前洗浄を行うように構成されている。さらに、小便器１は、小用を足した人が小便器本体２から離れたことを人体検知装置４が検知すると、電磁弁制御部８が電磁弁６に信号を送り、これを所定時間開放させて小便器本体２の後洗浄を行うように構成されている。

小便器本体２は、小便を受けるボウル部２ａと、このボウル部２ａを洗浄する洗浄水を吐水させるための、ボウル部上部に設けられた吐水口２ｂと、小便及び洗浄水を排出するための排水口２ｃと、を有する。
電磁弁６は、吐水口２ｂに接続された給水管路に設けられ、電磁弁制御部８から送られた信号により開閉されるように構成されている。

電磁弁制御部８は、人体検知装置４が、人が小用を足しに小便器本体２に接近して立ち止まったことを表す「人体の接近」を検知すると、この検知信号を受けて所定時間電磁弁６を開放させ、前洗浄を行うように構成されている。また、電磁弁制御部８は、人体検知装置４が、小用を足した人が小便器本体２から離れたことを人体検知装置４が検知すると、この検知信号を受けて所定時間電磁弁６を開放させ、後洗浄を行うように構成されている。具体的には、電磁弁制御部８は、マイクロプロセッサ、メモリ（図示せず）等により構成することができる。

人体検知装置４は、小便器本体２に内蔵され、検知対象物である人体に向けて伝播波であるマイクロ波を放射する伝播波発信部であるマイクロ波発信部１０と、このマイクロ波発信部１０から放射され、人体によって反射されたマイクロ波を受信する伝播波受信部であるマイクロ波受信部１２と、マイクロ波発信部１０が放射したマイクロ波及びマイクロ波受信部１２が受信したマイクロ波に基づいて、ドップラ信号を生成するドップラ信号生成部１４と、を有する。

さらに、人体検知装置４は、ドップラ信号生成部１４により生成されたドップラ信号を自己回帰モデルを使用して解析し、ドップラ信号のピーク周波数及び振幅を算出するドップラ信号解析部１６と、このドップラ信号解析部１６によって算出されたピーク周波数及び振幅に基づいて、人の行動状態である人体の接近、人体の退去を判定する行動状態判定部１８と、を有する。なお、本実施形態においては、人体検知装置４は小便器本体２に内蔵されているが、人体検知装置４を小便器本体２の外部に配置することもできる。

マイクロ波発信部１０は、マイクロ波を小便器本体２の裏側から、小便器１に近づく人体に向けて放射するように構成されている。具体的には、マイクロ波発信部１０は、所定の周波数のマイクロ波を所定の時間間隔で発信するマイクロ波発振器により構成することができる。マイクロ波発信部１０から放射されたマイクロ波は陶器製の小便器本体２を透過して、小便器本体２の前方に向けて放射される。

マイクロ波受信部１２は、マイクロ波発信部１０から放射され、検知すべき人体によって反射されたマイクロ波を受信するように構成されている。人体によって反射されたマイクロ波は、再び小便器本体２を透過して、小便器本体２の裏側に配置されたマイクロ波受信部１２により受信される。具体的には、マイクロ波受信部１２は、マイクロ波受信器により構成することができる。

ドップラ信号生成部１４は、マイクロ波発信部１０から放射されたマイクロ波の一部と、マイクロ波受信部１２が受信したマイクロ波をミキサで混合することにより、ドップラ信号を生成するように構成されている。生成されるドップラ信号は、マイクロ波を反射した人体の移動速度に応じた周波数成分を多く含む信号であり、移動速度が大きい場合には周波数が高くなり、移動速度が小さい場合には周波数が低くなる。

ドップラ信号解析部１６は、ドップラ信号生成部１４が生成したドップラ信号を、自己回帰モデルを使用して解析し、解析したドップラ信号に最も多く含まれる周波数成分であるピーク周波数と、そのピーク周波数の信号の振幅を算出するように構成されている。ドップラ信号のピーク周波数及び振幅は、自己回帰モデルの自己回帰係数と関連付けられ、自己回帰係数の値は、粒子フィルタを用いて推定される。なお、ドップラ信号解析部１６における演算処理の詳細は後述する。

行動状態判定部１８は、ドップラ信号解析部１６により算出されたピーク周波数及び振幅に基づいて、「人体の接近」、「人体の退去」等の人の行動状態を判定するように構成されている。この行動状態判定部１８は、所定期間内におけるピーク周波数及び振幅の変動傾向に基づいて、「人体の接近」、「人体の退去」を判定している。なお、行動状態判定部１８における演算処理の詳細は後述する。また、具体的には、ドップラ信号生成部１４、ドップラ信号解析部１６、及び行動状態判定部１８は、Ａ／Ｄ変換器、メモリ、マイクロプロセッサ、及びこれを作動させるプログラム等により構成することができる。

次に、図２乃至図５を参照して、本発明の実施形態におけるドップラ信号解析部、及び行動状態判定部が実行する処理を説明する。
図２は、ドップラ信号生成部により生成されたドップラ信号の一例を示すグラフである。図３は、図２に示したドップラ信号に基づいて、粒子フィルタを用いて計算されたピーク周波数及び振幅の一例を表すグラフである。図４は、サンプリングされたドップラ信号の値、これに基づいて計算されたピーク周波数及び振幅の値、及び行動状態判定部によって判定された人の行動の一例を示すグラフである。図５は、ドップラ信号の値、ピーク周波数及び振幅の値、及び判定された人の行動を示すグラフであり、人が退去する行動の一例を示す。

まず、小便器１に遠方から人が接近し、小便器１の近傍で静止した場合には、ドップラ信号生成部１４から、図２に示すようなドップラ信号が出力される。なお、図２の横軸は時系列を表し、横軸の数値はデータをサンプリングしたステップ数を示しており、縦軸はドップラ信号の振幅を示している。また、図２においては、ドップラ信号は１／１０２４ｓｅｃ間隔でサンプリングされており、図２のグラフは、約３ｓｅｃの期間のドップラ信号の変化を示している。なお、図２には１／１０２４ｓｅｃ間隔でサンプリングされたデータを示しているが、ドップラ信号解析部１６における解析に実際に必要なデータ数はこれよりも大幅に少なく、図２よりも粗い間隔でドップラ信号をサンプリングすることができる。

ドップラ信号解析部１６は、図２に示すドップラ信号を、数式１に示す２次の非定常自己回帰モデルによりモデル化して解析するように構成されている。

は、現時刻におけるドップラ信号の推定値であり、ａ_ｉ（ｔ）は自己回帰係数であり、時刻と共に変化する値である。また、ｘ（ｋ−ｉ）はｉステップ前の時刻における検出されたドップラ信号値であり、ε（ｋ）は観測誤差である。

さらに、２つの自己回帰係数ａ_１（ｔ）、ａ_２（ｔ）と、信号のピーク周波数ω、及びそのピーク周波数における振幅ｒとの間には、次の数式２、数式３の関係が成立することが知られている。

ドップラ信号解析部１６は、信号のピーク周波数ω、及びそのピーク周波数における振幅ｒを、粒子フィルタを使用して、検出された３ステップ分のドップラ信号値ｘ（ｋ）、ｘ（ｋ−１）、ｘ（ｋ−２）に基づいて推定するように構成されている。

さらに、本実施形態においては、ドップラ信号解析部１６は、３つのドップラ信号値ｘ（ｋ）、ｘ（ｋ−１）、ｘ（ｋ−２）に基づいて、ピーク周波数ω及び振幅ｒを算出する手法として粒子フィルタを使用している。粒子フィルタは、事前に想定される範囲内において、ピーク周波数と振幅の複数の組合せを粒子として生成しておき、それらの粒子とドップラ信号値ｘ（ｋ−１）、ｘ（ｋ−２）を使用して、現時刻のドップラ信号推定値を計算する。次に、計算された複数のドップラ信号推定値と、実際に測定された現時刻のドップラ信号値ｘ（ｋ）を比較し、実際のドップラ信号値ｘ（ｋ）を最も近いドップラ信号推定値を与える粒子を、ピーク周波数ω及び振幅ｒの推定値として決定する。

なお、粒子フィルタを使用したピーク周波数ω及び振幅ｒの算出に要する演算量は比較的少ないため、本実施形態においては、現時刻におけるドップラ信号値を測定した後、次のドップラ信号値を測定するまでの間に、ピーク周波数ω及び振幅ｒを算出することができる。

図３は、図２に一例を示したドップラ信号に基づいて、ドップラ信号解析部１６において自己回帰モデルを使用して、粒子フィルタにより時系列で算出されたピーク周波数ω及び振幅ｒのグラフを示している。図３に示す例では、約１６ｍｓｅｃ間隔でサンプリングされたドップラ信号値に対し、約１６ｍｓｅｃ間隔の時系列でピーク周波数ω及び振幅ｒの値が推定されている。本実施形態における人体検知装置４では、このように、ドップラ信号のサンプリング間隔を極端に短くすることなく、十分に短い時間間隔でピーク周波数ω及び振幅ｒの推定値を得ることが可能になる（特許文献１記載の発明においては、１２８個のドップラ信号に対して１つのピーク周波数ω及び振幅ｒの値が計算される。）。これにより、実用的な時間間隔で、ピーク周波数ω及び振幅ｒの時間に対する変動傾向を把握することが可能になる。

また、図３のグラフから、遠方の人が小便器１に近づいてくるとピーク周波数ωは漸増し（時刻０〜１０００付近）、小便器１の近傍まで接近して歩く速度を落とすとピーク周波数ωは低下し（時刻２０００〜２５００付近）、小便器１の前で立ち止まるとピーク周波数ωは低い値になる（時刻３０００付近）傾向を読み取ることができる。また、振幅ｒは、人が小便器１近傍まで来ると、値が大きくなる（時刻２０００〜３０００付近）傾向がある。

さらに、図５に示すグラフは、小便器１近傍で静止していた人が、小便器１近傍から退去した場合のドップラ信号の一例を示している。図５に示すように、ドップラ信号、及びそのピーク周波数、振幅の時間的な推移は、図３とは反対になっている。

行動状態判定部１８は、ドップラ信号解析部１６が算出したピーク周波数ω及び振幅ｒと、メモリ（図示せず）に記憶されている所定の基準とを比較し、人の行動状態を判定するように構成されている。

図４に示すように、本実施形態においては、行動状態判定部１８は、５サンプリングステップ前から現時刻までの間のピーク周波数ωが１．４［ｒａｄ］以上、５サンプリングステップ前から現時刻までの間の振幅ｒが０．６５以上であり、且つ、５サンプリングステップ前から現時刻までの間のピーク周波数ωの変動傾向が何れも負である場合に、人が小便器１の近傍まで接近したと判定する。図４に示す例では、行動状態判定部１８は、時刻２１７６において、人の行動状態が小便器近傍への「接近」であると判定している。

なお、変動傾向とは、ピーク周波数又は振幅の変化量を、その変化が発生した期間で除したものを意味する。例えば、現時刻におけるピーク周波数ωの変動傾向は、現時刻におけるピーク周波数から１サンプリングステップ前のピーク周波数を減じ、その値をサンプリング間隔で除することにより計算することができる。

また、行動状態判定部１８は、現時刻におけるピーク周波数ωが０．７［ｒａｄ］以下、５サンプリングステップ前から現時刻までの間の振幅ｒが０．７５以上であり、５サンプリングステップ前から現時刻までの間のピーク周波数ωの変動傾向が何れも負で、５サンプリングステップ前から現時刻までの間の振幅ｒの変動傾向の絶対値が０．００２５以下である場合に、人が小便器１の近傍で静止している、即ち、小用を足していると判定する。図４に示す例では、行動状態判定部１８は、時刻２７２０において、人の行動状態が「静止」であると判定している。

さらに、図５に示すように、行動状態判定部１８は、５サンプリングステップ前から現時刻までの間のピーク周波数ωが１．４［ｒａｄ］以上、５サンプリングステップ前から現時刻までの間の振幅ｒが０．６５以上であり、５サンプリングステップ前から現時刻までの間のピーク周波数ωの変動傾向が何れも正である場合に、人が小便器１の近傍から退去したと判定する。図５に示す例では、行動状態判定部１８は、時刻４２８において、人の行動状態が「退去」であると判定している。

次に、図６を参照して、本発明の実施形態による小便器１の作用を説明する。図６は、本実施形態の小便器における人体検知装置４による処理を示すフローチャートである。

まず、図６のステップＳ１において、人体検知装置４の電源が投入されると、ステップＳ２に進み待機モードとなる。この待機モードにおいて、マイクロ波発信部１０は小便器１の前方にマイクロ波を放射し、マイクロ波受信部１２はマイクロ波を受信する。ドップラ信号生成部１４は、放射したマイクロ波と受信したマイクロ波に基づいてドップラ信号を生成する。さらに、ドップラ信号解析部１６は、生成され、サンプリングされたドップラ信号を解析して、ピーク周波数ω及び振幅ｒを逐次計算する。

次に、ステップＳ３において、小便器１の近傍に人が接近したか否かが判断される。即ち、行動状態判定部１８は、計算されたピーク周波数ω及び振幅ｒに基づいて、人が接近したか否かを判定する。行動状態判定部１８は、次の（ａ）〜（ｃ）の３つの条件が満たされているか否かを判断する。（ａ）５サンプリングステップ前から現時刻までの間のピーク周波数ωが１．４［ｒａｄ］以上である。（ｂ）５サンプリングステップ前から現時刻までの間の振幅ｒが０．６５以上である。（ｃ）５サンプリングステップ前から現時刻までの間のピーク周波数ωの変動傾向が何れも負である。

これら（ａ）〜（ｃ）の３つの条件が満たされている場合には、行動状態判定部１８は、人の行動状態が小便器近傍への「接近」であると判定し、処理はステップＳ４に進む。３つの条件が満たされていない場合には、ステップＳ２に戻り待機状態が持続される。

ステップＳ４においては、人の行動状態が「接近」であると認識される。さらに、ステップＳ５において、小便器１に接近した人が静止し、小用を開始するか否かが判断される。即ち、行動状態判定部１８は、次の（ｄ）〜（ｇ）の４つの条件が満たされているか否かを判断する。（ｄ）現時刻におけるピーク周波数ωが０．７［ｒａｄ］以下である。（ｅ）５サンプリングステップ前から現時刻までの間の振幅ｒが０．７５以上である。（ｆ）５サンプリングステップ前から現時刻までの間のピーク周波数ωの変動傾向が何れも負である。（ｇ）５サンプリングステップ前から現時刻までの間の振幅ｒの変動傾向の絶対値が０．００２５以下である。

これら（ｄ）〜（ｇ）の４つの条件が満たされている場合には、行動状態判定部１８は、小便器近傍へ接近した人が小用を開始したと判定し、処理はステップＳ６に進む。一方、ステップＳ３において接近状態が認識された後、所定時間経過しても、人が小用を開始したと判定されない場合には、ステップＳ２に戻り待機状態となる。

ステップＳ６において、電磁弁制御部８は、電磁弁６に制御信号を送り、電磁弁６を所定時間開放させる。これにより、小便器本体２の吐水口２ｂから洗浄水が吐水され、ボウル部２ａが前洗浄される。

次に、ステップＳ７において、小用を開始した人が小便器１の近傍から退去したか否かが判断される。即ち、行動状態判定部１８は、次の（ｈ）〜（ｊ）の４つの条件が満たされているか否かを判断する。（ｈ）５サンプリングステップ前から現時刻までの間のピーク周波数ωが１．４［ｒａｄ］以上である。（ｉ）５サンプリングステップ前から現時刻までの間の振幅ｒが０．６５以上である。（ｊ）５サンプリングステップ前から現時刻までの間のピーク周波数ωの変動傾向が何れも正である。

これら（ｈ）〜（ｊ）の３つの条件が満たされている場合には、行動状態判定部１８は、小用を開始した人が退去したと判定し、処理はステップＳ８に進む。一方、３つの条件が満たされていない場合には、ステップＳ７における判定が繰り返される。

ステップＳ８において、電磁弁制御部８は、電磁弁６に制御信号を送り、電磁弁６を所定時間開放させる。これにより、小便器本体２の吐水口２ｂから洗浄水が吐水され、ボウル部２ａが後洗浄される。

次に、第２実施形態における小便器１について図面を参照して具体的に説明する。第１実施形態における小便器１では、数式１の自己回帰モデルと数式２、数式３の関係を使って、ドップラ信号処理を行ったが、本第２実施例の小便器では、ドップラ信号解析部１６は図７に示すドップラ信号を、数式４、数式５に示すドップラ解析物理モデルによりモデル化して解析するように構成されている。

ここで
ｔは時刻、時刻ｔにおける人の移動速度をｖ（ｔ）、ｘ_０はセンサが検知を始めた距離（人が接近してくる方向の速度を正とした）、ｃはマイクロ波の空気中の伝播速度、ｆはマイクロ波センサの周波数、Ａは定数、Ｋは信号係数としている。

数式４および数式５を用い、第１実施形態と同じ粒子フィルタ技術を使って、定数Ａ、Ｋおよび人の速度Ｖ（ｔ）と距離ｘ_０を推定させようにすると、人の移動速度とセンサと人との距離が推定できる。

図７のドップラ信号を本第２実施形態で推定した人の移動速度と距離の推定結果を図８に示す。図８のように人の移動速度とセンサと人の距離（センサは小便器１に固定設置されているので、小便器と人の距離に相当する）が推定できれば、移動速度および小便器と人の距離にそれぞれ、閾値を予め設定し、小便器と人の距離が該距離閾値より、小さくなれば人が小便器に接近し、移動速度が前記速度閾値より小さくなれば、小便器前で停止しようとしていると判断し、使用者の存在を検出する。また、人と小便器の距離が前記距離閾値より大きく、人の移動速度が前記速度閾値より大きいときは、人が小便器から離反していると判断し、第１実施形態の小便器と同様の小便器の電磁弁の制御を行う。本第２実施形態では、移動体と小便器までの距離を推定しているのでより確実に人が小便器に接近していることが判断できる。また、粒子フィルタで定数Ｋを推定しているので、人の体の大きさなどで影響を受ける信号強度の変化に応じた推定が可能で、検知対象物の大きさの影響を低減してより正確な人の行動状態を判定することができる。

次に、第３実施形態における小便器１について図面を参照して第３実施例を具体的に説明する。第１実施形態における小便器１では、数式１の自己回帰モデルと数式２、数式３の関係を使って、ドップラ信号処理を行ったが、本第３実施例の小便器では、ドップラ信号解析部１６は図９に示すドップラ信号を、数式６に示す差分解析物理モデルによりモデル化して解析するように構成されている。

ここで、ｔは時刻、ω（ｔ）は時刻ｔにおける人の移動速度に相当するドップラ角周波数、△ωは差分区間中における角周波数の変化量、ｃ（ｔ）は信号振幅である。数式６を用い、第１実施形態と同じ粒子フィルタ技術を使って、ｃ（ｔ）およびω（ｔ）を推定させようにすると、人の移動速度ｖ（ｔ）は数式７で推定できる。

図９のドップラ信号を本第３実施形態で推定した人の移動速度と信号振幅の推定結果を図１０に示す。
ｃ（ｔ）はドップラ信号振幅強度であるので、人がセンサに接近すれば大きくなり、人がセンサから遠ざかれば小さくなる。そこで、ｃ（ｔ）およびω（ｔ）にそれぞれ閾値を設定しておき、ｃ（ｔ）が該振幅強度閾値以上で、ω（ｔ）が角速度閾値以下になれば、人が小便器に接近し、小便器前で停止しようとしていると判断し、逆にω（ｔ）、ｃ（ｔ）がそれぞれ閾値以上、閾値以下になれば人が小便器から離れていると判断し、第１実施形態の小便器と同様の小便器の電磁弁の制御を行う。本第３実施形態では数式６で示す差分解析物理モデルのうち、推定対象がｃ（ｔ）およびω（ｔ）の２つになり、第２実施形態より、少ない計算量で推定できるので、高速の判断が可能となる。

以上、本発明の好ましい実施形態を説明したが、上述した実施形態に種々の変更を加えることができる。特に、上述した実施形態は、本発明の人体検知装置を小便器に適用したものであるが、本発明の人体検知装置は、自動水栓、水洗大便器等、種々の装置に適用することができる。

また、上述した第１実施形態においては、ドップラ信号解析部は、２次の自己回帰モデルを使用してピーク周波数及び振幅を算出していたが、３次以上の自己回帰モデルを本発明に適用することができる。例えば、３次の自己回帰モデルにおいては４サンプル分のドップラ信号を使用して、４次の自己回帰モデルにおいては５サンプル分のドップラ信号を使用してピーク周波数及び振幅を算出することができる。

さらに、上述した第１実施形態においては、行動状態判定部は、現時刻から５サンプリングステップ前までのピーク周波数及び振幅を参照していたが、ピーク周波数及び振幅を参照する期間は、適宜変更することができる。

また、上述した実施形態においては、行動状態判定部が人の行動状態を判定するピーク周波数、振幅、距離、移動速度及びこれらの変動傾向の基準として、明確な数値であるクリスプ表現を使用したが、これにファジイ数を適用することもできる。

また、上述した第３実施形態においては、ドップラ信号解析部は、時刻ｔのドップラ信号Ｙ_ｔとサンプリング周期である△ｔ時刻後のドップラ信号Ｙ_ｔ＋△ｔの差分を使用していたが、必ずしもサンプリング周期ごとの差分でなく、サンプリング周期の整数倍の時刻差のドップラ信号の差分を使用してピーク周波数及び振幅を算出することができる。

また、上述した第２実施形態では、人の移動速度や人と小便器間の距離、第３実施形態では、人の移動速度と信号振幅強度はそれぞれ予め設定しておいた閾値で人の行動を判断するようにしているが、所定期間内の変動傾向に基づいて人の行動を判断することもできる。

さらに、上述した実施形態においては、検知対象物に向けて放射する伝播波としてマイクロ波を使用していたが、マイクロ波以外の電磁波、レーザ光、超音波等、ドップラ効果を利用した計測が可能な任意の伝播波を使用することができる。

１ 本発明の実施形態による小便器
２ 小便器本体
２ａ ボウル部
２ｂ 吐水口
２ｃ 排水口
４ 人体検知装置
６ 電磁弁
８ 電磁弁制御部
１０ マイクロ波発信部（伝播波発信部）
１２ マイクロ波受信部（伝播波受信部）
１４ ドップラ信号生成部
１６ ドップラ信号解析部
１８ 行動状態判定部

Claims (2)

1. 検知対象物によって反射された伝播波のドップラ信号を利用した人体検知装置であって、前記検知対象物に向けて伝播波を放射する伝播波発信部と、前記検知対象物によって反射された伝播波を受信する伝播波受信部と、前記伝播波発信部によって放射された伝播波及び前記伝播波受信部によって受信された伝播波に基づいてドップラ信号を生成するドップラ信号生成部と、時刻ｔのドップラ信号と時刻ｔの１サンプリング周期△ｔ前の時刻ｔ−１のときのドップラ信号の差分を、信号振幅の項と差分区間中における角周波数の変化量の項および人の移動速度に相当するドップラ角周波数で振動する項を組み合わせた差分解析物理モデルを用いて解析し、前記検知対象物の複数の移動速度候補値と、前記ドップラ信号の振幅の大きさを示す複数の振幅強度候補値と、を設定し、前記移動速度候補値及び振幅強度候補値を用いて複数のドップラ推定信号を推定する推定手段と、前記複数のドップラ推定信号と前記ドップラ信号とを比較し、最小の誤差となる１つのドップラ推定信号に対応する前記移動速度候補値を移動速度推定値及び振幅強度候補値として選択するドップラ信号解析部と、このドップラ信号解析部によって算出された検知対象物の速度及び振幅強度に基づいて人の行動状態を判定する行動状態判定部と、を有することを特徴とする人体検知装置。
2. 小便器本体と、この小便器本体を洗浄する洗浄水を吐出、停止させる電磁弁と、請求項１に記載の人体検知装置と、この人体検知装置によって検知された人の行動状態に基づいて、前記電磁弁を開閉する電磁弁制御部と、を有することを特徴とする小便器。