JP6315428B2 - 自動水栓装置 - Google Patents
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Description
なお、赤外光ではなく可視光を使用しても全く同様の動作は可能であるが、照明による誤動作を生じる虞があるので、一般的に赤外光が利用されている。
これに対し、反射光量型のセンサは、対象物が近くにあれば反射量が大きく、遠くにあれば反射量が小さい、という単純な動作原理であるため、水滴の付着などの影響を受けにくく、安定して動作できる。
また、本発明は、洗面ボウル等を誤検知することなく、コップや包丁等の鏡面反射をする対象物も検知することができる自動水栓装置を提供することを目的としている。
また、このように構成された本発明によれば、投光偏光部から第1、第2の方向の円偏光が所定の割合で射出されるので、検知領域において鏡面反射された赤外光を受光部により受光することができる。このため、第1、第2の方向の円偏光の割合を適切に設定することにより、洗面ボウル等の誤検知を防止しながら、検知領域に差し出されたコップ、包丁等の鏡面反射を検知することができる。
このように構成された本発明によれば、投光偏光部及び受光偏光部は、一体に構成されているので、自動水栓装置の部品点数を削減することができると共に、偏光部の取り付け構造を簡略化することができ、設計の自由度を広げることができる。
このように構成された本発明によれば、投光部から射出される赤外光の指向角を32゜以上とすることにより、投光偏光部から出射される第2の方向の円偏光の広がり角も32゜以上となる。これにより、鏡面反射により第1の方向の円偏光に変換されて受光部へ戻る反射光の照射強度が、投光偏光部から出射された第1の方向の円偏光が手指等によって拡散反射されて、第1の方向の円偏光として受光部へ戻る反射光の照射強度以下となるため、洗面ボウル等の誤検知を防止することができる。また、投光部から射出される赤外光の指向角を46゜以下とすることにより、投光偏光部から出射される第2の方向の円偏光の広がり角も46゜以下となる。これにより、鏡面反射により第1の方向の円偏光に変換されて受光部へ戻る反射光の照射強度が適度な大きさになるため、投光部に近づけた鏡面反射体を検知することが可能になる。
また、本発明の自動水栓装置によれば、洗面ボウル等を誤検知することなく、コップや包丁等の鏡面反射をする対象物も検知することができる。
図1は、本発明の第1実施形態による自動水栓装置全体の概略構成を示す断面図である。
図1に示すように、本実施形態による自動水栓装置1は、水栓装置本体であるスパウト2と、このスパウト2への給水・停止を切り換える開閉弁部である電磁弁4と、スパウト2の先端部に設けられた光電センサ6と、この光電センサ6からの信号を処理し、電磁弁4の開閉を制御する制御部8と、を有する。
電磁弁4は、スパウト2に接続された給水管路12の途中に設けられ、制御部8からの信号に基づいて開閉されるように構成されている。これにより、吐水口2aからの吐水・止水を切り換えることができる。開閉弁部としては、電磁弁4の他に、制御部8からの制御信号に基づいて開閉することができる任意の開閉弁を使用することができる。
制御部8は、光電センサ6の検出信号に基づいて電磁弁4に信号を送り、電磁弁4を開閉させるように構成されている。具体的には、制御部8は、各信号を入出力するインターフェイス、入力された信号を処理するためのマイクロプロセッサ、メモリ、及びこれらを作動させるプログラム(以上、図示せず)等により構成されている。
図2は、スパウト2を先端部正面から見た図である。図3は、スパウト2の先端部に内蔵されている光電センサ6の分解斜視図である。図4は、光電センサ6の断面図である。
図2に示すように、スパウト2の先端部には、吐水口2aが設けられると共に、吐水口2aの一方の側に沿うように、円弧状断面を有する光電センサ6が配置されている。
赤外線センサ20は、赤外光が入射されることにより所定の電気信号を出力する光電変換素子であり、フォトダイオードもしくはフォトトランジスタセンサである。なお、赤外光を検出することができる任意の素子を、受光部として使用することができる。
図5及び図6は、本実施形態の自動水栓装置1の作動原理を説明するための模式図であり、自動水栓装置1側から使用者を見た図である。
なお、本実施形態においては、第1、第2円偏光板として、左円偏光を選択的に透過させる円偏光板が使用されているが、右円偏光を選択的に透過させる円偏光板も使用することができる。この場合には、以下の説明における偏光方向が全て左右逆になる。
図7は、赤外線発光ダイオード18から赤外光が照射された場合の各点における照射強度を説明するための図である。図8は、赤外線発光ダイオード18から照射された赤外光が拡散反射された場合における反射光の強度を説明するための図である。図9は、赤外線発光ダイオード18から照射された赤外光が鏡面反射された場合における反射光の強度を説明するための図である。
この赤外線発光ダイオード18の光出力の総和をP[W(ワット)]、放射されるビームの広がりを、頂角(指向角)をθとする円錐とする。頂角θの円錐が張る立体角Ω[sr(ステラジアン)]は、数学的な定義から数式1のように表すことができる。
赤外線発光ダイオード18から放射される投光ビームは図7と同様に、出力P、頂角θの円錐状のビームとする。投光ビームの光出力Pは拡散反射体30上の照射面30aの面積に照射される。拡散反射体30の反射率をRDとすると、照射面30aは、光出力PのRD倍の光出力を持つ光源(二次光源)となって反射光を放射する。
赤外線発光ダイオード18から放射される投光ビームは図7と同様に、出力P、頂角θの円錐状のビームとする。投光ビームは鏡面反射体32の照射面32aの面積に照射されるが、鏡面反射をするため、投光ビームの広がりの状態を維持したまま反射される。これは、図9の鏡面反射体32の右側に示すように、光出力Pがそのまま直進して距離2Dの位置(鏡面反射体32を中心として、実際の赤外線センサ20の鏡像の位置)に赤外線センサ20があると考えることと等価である。
ここで、拡散反射による照射強度EDも鏡面反射による照射強度EMも、距離の2乗に反比例することに注意すべきである。
図10は、第1円偏光板の界面における反射を説明する図である。
まず、空気中から屈折率nの物質に光が垂直に入射する場合、または出射する場合、界面においては数式8により計算される反射RSが発生する。第1円偏光板24は、部材としての取り扱いのし易さや機械的強度を得るために、ガラスやアクリル樹脂などの屈折率n=約1.5の物質で表面が保護されているため、数式8より、界面の反射RSは約4%となる。
赤外線発光ダイオード18から放射される赤外光は自然光(非偏光)なので、右円偏光と左円偏光の成分を同量、含んでいる。ここで、赤外光に含まれる右円偏光及び左円偏光の成分を夫々100とする。この値は、透過、反射の割合を算出するための相対的な値であり、単位は特に必要無い。図10において、図の左から右方向へ進む光が手指等の検出体に向けて出射される光成分であり、この光が検出に利用される。
界面で反射された3.8の右円偏光は、第1円偏光板24の内部の選択反射機能によって反射され、右円偏光として出射される。この際にも界面において4%の反射が発生するが、非常に小さい値(0.04の二乗)となるので、この反射は無視する。
従って、赤外線発光ダイオード18から射出される赤外線ビームの指向角(第1円偏光板24を介して出射されるビームの広がり角もほぼ同一になる)は、約32゜以上、約46゜以下(±16≦θ≦±23゜)に設定することが好ましい。
本実施形態の自動水栓装置は、光電センサに使用されている円偏光板の構成が上述した第1実施形態とは異なる。従って、ここでは、本発明の第2実施形態の、第1実施形態とは異なる部分のみを説明し、同様の構成、作用、効果については説明を省略する。
上記のように、本実施形態においては、第1円偏光板124から出射される赤外光の広がり角が、左円偏光と右円偏光で異なっている。左円偏光成分は、拡散層124bにおいて殆ど拡散されないため、その広がり角θLは、赤外線発光ダイオード18から射出される投光ビームの頂角θとほぼ同じである。一方、右円偏光成分は、拡散層124bにおいて拡散され、その広がり角θRは、左円偏光成分の広がり角θLよりもθDだけ大きくなる(θR=θL+θD)。
まず、本実施形態においては、第1円偏光板124から出射される左円偏光成分の広がり角θLは、赤外線発光ダイオード18から射出される投光ビームの頂角θとほぼ同じである。この左円偏光成分は、鏡面反射体32において鏡面反射されると右円偏光になるため、第2円偏光板126を殆ど透過せず、赤外線センサ20によって受光されることはない。
逆に、子供の手のひらでも十分な拡散反射光が得られるように投光ビームの頂角θを小さくすると、鏡面反射体によって赤外線センサ20に受光される照射強度が高くなり、誤検知の可能性が高くなる。
図14は本発明の変形実施形態における光電センサ160の分解斜視図であり、図15は、その光電センサの断面図である。
図14に示すように、本変形実施形態において使用されている円偏光板164は1枚であり、投光部である赤外線発光ダイオード18及び受光部である赤外線センサ20の双方を覆う、円弧状に構成されている。
2 スパウト(水栓装置本体)
2a 吐水口
4 電磁弁(開閉弁部)
6 光電センサ
8 制御部
10 洗面ボウル
12 給水管路
14 検知領域
16 センサ本体
18 赤外線発光ダイオード(投光部)
20 赤外線センサ(受光部)
22 ホルダ
24 第1円偏光板(投光偏光部)
26 第2円偏光板(受光偏光部)
28 透光部
30 拡散反射体
30a 照射面
32 鏡面反射体
32a 照射面
124 第1円偏光板(投光偏光部)
124a 反射層
124b 拡散層
126 第2円偏光板(受光偏光部)
160 本発明の変形実施形態における光電センサ
162 ホルダ
164 円偏光板
Claims (5)
- 赤外光により被検知物を検知して、吐水・止水を切り換える自動水栓装置であって、
吐水口が設けられた水栓装置本体と、
上記吐水口からの吐水・止水を切り換える開閉弁部と、
所定の検知領域に向けて赤外光を照射する投光部と、
この投光部から射出された赤外光のうち、第1の方向の円偏光を選択的に透過させる投光偏光部と、
上記投光部から射出され、被検知物により反射された赤外光を受光する受光部と、
上記反射された赤外光のうち、第1の方向の円偏光を選択的に透過させる受光偏光部と、
上記受光部により受光された赤外光に基づいて、上記開閉弁部を制御する制御部と、
を有し、
上記投光偏光部は、上記投光部から赤外光が入射されると、第1の方向の円偏光、及び第1の方向とは反対方向の、第2の方向の円偏光の赤外光を所定の割合で上記検知領域に出射するように構成され、上記検知領域において鏡面反射されることにより第2の方向の円偏光から第1の方向の円偏光に変換された赤外光が上記受光部により受光されることを特徴とする自動水栓装置。 - 上記投光偏光部及び上記受光偏光部は、一体に構成されている請求項1記載の自動水栓装置。
- 上記投光偏光部から出射される第2の方向の円偏光の赤外光の広がり角は、上記投光偏光部から出射される第1の方向の円偏光の赤外光の広がり角よりも大きい請求項1記載の自動水栓装置。
- 上記投光部から射出される赤外光の指向角は32゜以上、46゜以下である請求項1記載の自動水栓装置。
- 上記投光偏光部から出射される第2の方向の円偏光の赤外光の広がり角は32゜以上、46゜以下であり、この広がり角は上記投光部から射出される赤外光の指向角よりも大きい請求項1記載の自動水栓装置。
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