JP6455018B2 - 吐水装置 - Google Patents

Description

本発明は、吐水部から自動的に水を吐止水する吐水装置に関する。

便器や洗面台等に設置される吐水装置として、使用者の接近や離遠や手の動き等を検知し、これに基づいて水の吐止水を自動的に行うものが知られている。このような吐水装置は、使用者の接近等を赤外線センサによって検知するものが一般的であるが、マイクロ波の周波数帯域（３００ＭＨｚ〜３００ＧＨｚ）を使用した電波センサ、例えばドップラーセンサによって検知するものが開発されており、既にその普及が始まっている。

ドップラーセンサは、所定周波数の電波（例えばマイクロ波の周波数帯域）を送信し、検知対象（例えば使用者）によって反射された電波を受信することにより、検知対象の動作を検知するものである。具体的には、送信した電波と受信した電波とに基づいて検知信号を生成し、当該検知信号の周波数等に基づいて検知対象の動作を検知するものである。赤外線とは異なり、電波は陶器によって遮られることなく比較的透過しやすいため、吐水装置のドップラーセンサが例えば便器の背面側に配置された場合であっても、検知対象の動作を検知することが可能である。

ところで、公共のトイレ室には複数の便器が並んだ状態で設置されていることが多く、また、手洗い器も複数並んだ状態で設置されていることが多い。この場合、ドップラーセンサを備えた吐水装置がそれぞれの便器及び手洗い器に設置されるため、一つのトイレ室内に複数のドップラーセンサが存在することになる。

ドップラーセンサを備えた便器等がこのように複数並んだ状態で設置された場合には、複数のドップラーセンサ間で電波が干渉することにより、ドップラーセンサの誤検知が生じてしまう場合がある。すなわち、複数の便器のうち一の便器に搭載された吐水装置のドップラーセンサが、他の便器に搭載された吐水装置のドップラーセンサから送信された電波を受信してしまい、これにより（使用者が存在していないにも拘わらず）当該一の便器において水の吐水が開始されてしまう場合がある。

このような誤検知の対策として、下記特許文献１に記載された吐水装置では、電波を水平方向ではなく斜め下方に向けて送信することにより、送信した電波が他の吐水装置に到達して誤検知を生じさせてしまうことを防止している。また、下記特許文献２に記載された吐水装置では、電波の送信タイミングを吐水装置毎に異ならせたり、受信した電波をフィルタリング処理したりすることにより、誤検知の発生を防止している。

特開２００２−２８５８２６号公報 特開２００７−２３９２７１号公報

しかしながら、同一の空間（トイレ室）内に設置された吐水装置が多くなる程、すなわちドップラーセンサの数が多くなる程、上記のような電波の干渉による誤検知は生じやすくなる。その結果、上記特許文献１のように電波の送信方向を工夫したり、上記特許文献２のように電波の送信タイミング等を工夫したりするだけでは、誤検知を完全に防止することができない場合がある。

また、吐水装置は、電波センサを配置する位置関係によっては電波センサから放射される電波の送信パターン（最大放射強度方向や半値幅）が変化し、検知領域の設定や調整が困難となる場合が生じることが経験的に分かっている。

本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、検知領域の設定や調整が容易な汎用性の高い電波センサを備えた吐水装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明に係る吐水装置は、吐水部から自動的に水を吐止水する吐水装置であって、使用者の接近や離遠又は使用状況を検知しようとする検知領域に向けて電波を送信する送信アンテナと、前記検知領域内の検知対象によって反射された電波を受信する受信アンテナと、前記送信アンテナが送信した電波と、前記受信アンテナが受信した電波とに基づいて検知信号を生成する信号生成部と、前記検知信号に基づいて前記検知対象の動作を検知し、当該動作に基づいて吐水部からの水の吐止水を制御する制御部と、を備えており、前記送信アンテナを構成する送信電極の励振方向と平行な方向であって、且つ前記受信アンテナを構成する受信電極から決定される実効開口面積の中心を通る直線上に、前記送信電極が複数配置されることを特徴とする。

本発明に係る吐水装置は、所謂マイクロ波の周波数帯域を使用した電波センサによって使用者の接近や離遠又は使用状況を検知して、これに基づいて吐水部から自動的に水を吐止水する装置である。例えば使用者を検知対象とし、使用者の接近を検知したタイミングで水の吐水を開始する構成とすることができる。また、例えば使用者の排泄物を検知対象とし、使用者による使用状況（便器における排泄の開始）に応じたタイミングで水の吐水を開始する構成とすることもできる。

本発明に係る吐水装置は、送信アンテナと、受信アンテナと、信号生成部と、を備えており、これらにより上記ドップラーセンサを構成している。送信アンテナは、使用者の接近や離遠又は使用状況を検知しようとする検知領域に向けて電波を送信するためのアンテナである。受信アンテナは、検知領域内の検知対象によって反射された電波を受信するためのアンテナである。

信号生成部は、送信アンテナが送信した電波と、受信アンテナが受信した電波とに基づいて検知信号を生成するものである。生成された検知信号は、電波を反射した検知対象の動作速度に応じた周波数（ＡＣ成分）を有し、検知対象から受信アンテナまでの距離に応じた強度（ＤＣ成分）を有する信号となっている。

本発明に係る吐水装置は制御部を更に備えており、当該制御部により、信号生成部からの検知信号に基づいて検知対象の動作を検知する。また、制御部は、検知対象の動作に基づいて吐水部からの水の吐止水を制御する。このような構成により、使用者の接近や離遠や手の動き等に基づいて、吐水部からの水の吐止水が自動的に行われる。

本発明に係る吐水装置においては、送信アンテナを構成する送信電極の励振方向と平行な方向であって、且つ受信アンテナを構成する受信電極から決定される実効開口面積の中心を通る直線上に、送信電極が複数配置されることを特徴とする。そのため、吐水装置ごとに（例えば、男性小便器用と手洗い器用）検知エリアを調整したい場合でも、使用者の接近や離遠又は使用状況を検知しようとする検知領域に向けて送信する電波の指向性が殆ど変化しない。従って、センサ検知領域の設定や調整が容易となり電波センサの汎用性が向上する。

本発明に係る吐水装置は、吐水部から自動的に水を吐止水する吐水装置であって、使用者の接近や離遠又は使用状況を検知しようとする検知領域に向けて電波を送信する送信アンテナと、前記検知領域内の検知対象によって反射された電波を受信する受信アンテナと、前記送信アンテナが送信した電波と、前記受信アンテナが受信した電波とに基づいて検知信号を生成する信号生成部と、前記検知信号に基づいて前記検知対象の動作を検知し、当該動作に基づいて吐水部からの水の吐止水を制御する制御部と、を備えており、前記送信アンテナを構成する送信電極の励振方向と直交する方向であって、且つ前記受信アンテナを構成する受信電極から決定される実効開口面積の中心を通る直線に直交する直線上に、前記送信電極が複数配置され、複数の前記受信電極から決定される実効開口面積が、複数の前記送信電極から決定される実効開口面積よりも広いことを特徴とする。

本発明に係る吐水装置においては、送信アンテナを構成する送信電極の励振方向と直交する方向であって、且つ受信アンテナを構成する受信電極から決定される実効開口面積の中心を通る直線上に、送信電極が複数配置される。そのため、吐水装置ごとに（例えば、男性小便器用と手洗い器用）検知エリアを調整したい場合でも、使用者の接近や離遠又は使用状況を検知しようとする検知領域に向けて送信する電波の指向性が殆ど変化しない。従って、センサ検知領域の設定や調整が容易となり電波センサの汎用性が向上する。さらに、男性小便器や手洗い器に接近する使用者を早期に検知して例えば、ボウル内を洗浄したり照明を点灯させるといった衛生感や使い勝手の向上を考慮すると、Ｅ面（電界方向）の半値幅が大きくとれて吐水装置の正面方向側に広い検知領域を形成できるため吐水装置に最適である。
また、受信アンテナの実効開口面積が送信アンテナの実効開口面積よりも広くなっており、その結果として、受信アンテナの半値角が送信アンテナの半値角よりも小さくなっている。送信アンテナの半値角を比較的大きくすることにより、吐水装置に対してどのような方向から検知対象が接近した場合であっても、検知対象に対して確実に電波を到達させることができる。一方、受信アンテナの実効開口面積が比較的広いため、受信アンテナの指向性利得が高くなり、受信アンテナの半値角は比較的小さくなる。そのため、検知領域内の検知対象から反射された電波以外の電波（例えば、他の吐水装置から送信された電波）を受信してしまうこと、すなわち誤検知を防止しするとともに検知領域から到達した電波のみを確実に受信することができる。また、送信された電波が他の吐水装置に到達することのないよう、送信アンテナの電力ゲイン（増幅率）を下げた場合であっても、検知領域内の検知対象から反射された電波を確実に受信することができる。

また、本発明に係る吐水装置では、前記受信アンテナとして作用する複数の受信電極から決定される実効開口面積が、前記送信アンテナとして作用する複数の送信電極から決定される実効開口面積よりも広いことも好ましい。

この好ましい態様では、受信アンテナの実効開口面積が送信アンテナの実効開口面積よりも広くなっており、その結果として、受信アンテナの半値角が送信アンテナの半値角よりも小さくなっている。送信アンテナの半値角を比較的大きくすることにより、吐水装置に対してどのような方向から検知対象が接近した場合であっても、検知対象に対して確実に電波を到達させることができる。一方、受信アンテナの実効開口面積が比較的広いため、受信アンテナの指向性利得が高くなり、受信アンテナの半値角は比較的小さくなる。そのため、検知領域内の検知対象から反射された電波以外の電波（例えば、他の吐水装置から送信された電波）を受信してしまうこと、すなわち誤検知を防止しするとともに検知領域から到達した電波のみを確実に受信することができる。また、送信された電波が他の吐水装置に到達することのないよう、送信アンテナの電力ゲイン（増幅率）を下げた場合であっても、検知領域内の検知対象から反射された電波を確実に受信することができる。

また、本発明に係る吐水装置では、前記複数の受信電極を集約レンズで覆うことにより前記複数の受信アンテナから決定される実効開口面積が、前記複数の送信電極から決定される実効開口面積よりも広いことを特徴とする。

この好ましい態様では、集約レンズを更に備えている。集約レンズは、電波が透過する材料によって構成されたレンズ（例えば誘電体レンズ）であって、受信アンテナを覆うことにより受信アンテナの半値角を小さくするように配置されている。このような集約レンズを備えたことにより、受信アンテナの半値角を小さくしてその指向性利得を高め、誤検知の発生を容易に且つより確実に防止することが可能となる。

本発明によれば、検知領域の設定や調整が容易な汎用性の高い電波センサを備えた吐水装置を提供することができる。

本発明の実施形態に係る吐水装置が、男性用小便器に設置された状態を模式 的に示す図である。 図１に示した吐水装置のうち、アンテナユニットの構成を説明するための図 である。 図１に示した男性用小便器が、トイレ室内に複数設置された状態を示す図で ある。 図１に示した吐水装置のアンテナユニットを示す斜視図である。 図４に示したアンテナユニットの他の構成例を示す斜視図である。 本発明の他の実施形態に係る吐水装置が、手洗い器に設置された状態を模式 的に示す図である。 本発明の実施形態に係わる吐水装置に関し、（ａ）および（ｂ）アンテナユニットを示す正面図、（ｃ）最大放射強度方向と半値幅のグラフである。 図７に示したアンテナユニットとの差異を示す、（ａ）および（ｂ）アンテナユニットを示す正面図、（ｃ）最大放射強度方向と半値幅のグラフである。 本発明の実施形態に係わる吐水装置に関し、（ａ）および（ｂ）アンテナユニットを示す正面図、（ｃ）最大放射強度方向と半値幅のグラフである。 図９に示したアンテナユニットとの差異を示す、（ａ）および（ｂ）アンテナユニットを示す正面図、（ｃ）最大放射強度方向と半値幅のグラフである。

以下、添付図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の符号を付して、重複する説明は省略する。

図１は、本発明の実施形態に係る吐水装置１０が、男性用小便器ＣＰに設置された状態を模式的に示す図である。吐水装置１０は、男性用小便器ＣＰのボウル部ＢＷに対して上方から洗浄水を供給するための装置として設置されている。吐水装置１０は、給水配管ＰＩと、開閉弁１００と、アンテナユニット２００と、制御部３００と、スプレッダ４００とを備えている。

給水配管ＰＩは、不図示の水道管（給水路）から水の供給を受けるための配管である。給水配管ＰＩの下流側端部はスプレッダ４００に繋がっている。スプレッダ４００は、吐水装置１０から吐水される水の出口（吐水部）であって、ボウル部ＢＷのうち上方部分に配置されている。水道管から供給された水は、給水配管ＰＩを通過した後にスプレッダ４００から吐水され、洗浄水としてボウル部ＢＷの略全体に供給される。

開閉弁１００は電磁式の開閉弁であって、給水配管ＰＩの途中に配置されている。後述の制御部３００によって開閉弁１００が開閉し、スプレッダ４００からの水の吐水が開始又は停止される。

アンテナユニット２００は、男性用小便器ＣＰに使用者ＨＢが接近したことを非接触で検知するためのセンサである。アンテナユニット２００は所謂ドップラーセンサであって、使用者ＨＢの接近を検知しようとする検知領域ＳＡに向けて、所定周波数のマイクロ波を送信することにより、検知領域ＳＡに存在する検知対象（本実施形態では使用者ＨＢ）の動作を検知するものである。

アンテナユニット２００は、男性用小便器ＣＰの背面側（使用者ＨＢの立つ位置とは反対側）であり且つスプレッダ４００の近傍となる位置に配置されている。アンテナユニット２００から送信されたマイクロ波は、陶器である男性用小便器ＣＰを透過して検知領域ＳＡに向かい進行する。その後、検知対象によって反射されたマイクロ波は、再び男性用小便器ＣＰを透過してアンテナユニット２００に到達し、アンテナユニット２００により受信される。

アンテナユニット２００は男性用小便器ＣＰのうち上部に配置されている。このため、アンテナユニット２００からマイクロ波を送信する方向、すなわち、使用者ＨＢの接近を検知しようとする検知領域ＳＡに向かう方向は、図１に示したように使用者ＨＢ側且つ下方側に向かう方向となっている。

アンテナユニット２００は、送信したマイクロ波（以下、「送信波ＳＷ」とも称する）と、受信したマイクロ波（以下、「反射波ＲＷ」とも称する）とに基づいて検知信号を生成し、かかる検知信号を制御部３００に送信する。検知信号とは、送信波ＳＷの周波数と反射波ＲＷの周波数との差分に相当する周波数（ＡＣ成分）を有する信号である。また、検知対象からアンテナユニット２００までの距離に応じた強度（ＤＣ成分）を有する信号ともなっている。

制御部３００は、アンテナユニット２００から入力された上記検知信号に基づいて検知対象の動作（使用者ＨＢの接近）を検知し、これに基づいて開閉弁１００を動作させることによりスプレッダ４００からの水の吐止水を制御するものである。このような制御部３００は、ＣＰＵ、ＲＡＭ等を備えたコンピュータ装置で構成されている。

尚、本実施形態に係る吐水装置１０は、上記のように使用者ＨＢの接近を検知して水の吐水を開始する構成となっているが、使用者ＨＢによる排泄の開始（使用状況）を検知して水の吐水を開始する構成であってもよい。この場合、アンテナユニット２００は尿ＵＲの動きをマイクロ波によって検知することとなる。また、検知領域ＳＡは、尿ＵＲの動きを検知するための領域（図１に示した検知領域ＳＡとほぼ同じ領域である）として設定される。

図２を参照しながら、アンテナユニット２００の構成について説明する。図２に示したように、アンテナユニット２００は、発振回路２１０と、送信アンテナ２２０と、受信アンテナ２３０と、ミキサ回路２４０とを有している。

発振回路２１０は、制御部３００からの指令に基づいて所定周波数のマイクロ波信号（出力信号）を生成し、これを送信アンテナ２２０に向けて出力する回路である。尚、発振回路２１０からの上記出力信号は、伝送線路を介し送信アンテナ２２０に入力されるほか、後述のミキサ回路２４０にも入力される。

送信アンテナ２２０は、検知領域ＳＡに向けて送信波ＳＷを送信するためのアンテナである。送信アンテナ２２０に発振回路２１０からの出力信号が入力されると、送信アンテナ２２０から送信波ＳＷとして検知領域ＳＡに向けて送信される。送信波ＳＷの周波数は、出力信号の周波数と同一である。

受信アンテナ２３０は、検知領域ＳＡの検知対象（使用者ＨＢ）によって反射されたマイクロ波（反射波ＲＷ）を受信するためのアンテナである。受信アンテナ２３０が反射波ＲＷを受信すると、反射波ＲＷは受信アンテナ２３０によって電気信号（受信信号）に変換されて、ミキサ回路２４０に入力される。受信信号の周波数は反射波ＲＷの周波数と同一である。

送信波ＳＷを反射した検知対象が静止していた場合には、送信波ＳＷの周波数と反射波ＲＷの周波数とは一致する。一方、送信波ＳＷを反射した検知対象が動いていた場合には、ドップラー効果により、送信波ＳＷの周波数と反射波ＲＷの周波数とは一致しない。これら周波数の差は、検知対象の動作速度によって変化する。

上記のように、ミキサ回路２４０には、発振回路２１０からの出力信号と、受信アンテナ２３０からの受信信号とが入力される。ミキサ回路２４０は、これらに基づいて検知信号を生成し、当該検知信号を制御部３００に送信する。既に説明したように、検知信号は、送信波ＳＷの周波数と反射波ＲＷの周波数との差分に相当する周波数（ＡＣ成分）を有する信号であり、検知対象からアンテナユニット２００までの距離に応じた強度（ＤＣ成分）を有する信号である。従って、制御部３００は、検知信号を受信することによって検知対象の動きを検知することができ、当該動きに基づいてスプレッダ４００からの水の吐止水（開閉弁１００の開閉）を制御することができる。

ところで、公共のトイレ室では、複数の男性用小便器ＣＰが並んだ状態で設置されていることが多い。図３は、このようなトイレ室ＲＭの一例を模式的に示した図である。トイレ室ＲＭでは、４台の男性用小便器ＣＰが一つの壁面に沿って並んでおり、このような壁面が互いに対向している。その結果、トイレ室ＲＭ内には計８台の男性用小便器ＣＰ（及び吐水装置１０）が配置されている。

吐水装置１０を備えた男性用小便器ＣＰがこのように複数並んだ状態で設置された場合には、複数の吐水装置１０間でマイクロ波が干渉することにより、誤検知が生じてしまう場合がある。すなわち、一の男性用小便器ＣＰに搭載された吐水装置１０の受信アンテナ２３０が、他の男性用小便器ＣＰ（特に、対向配置された他の男性用小便器ＣＰ）に搭載された吐水装置１０の送信アンテナ２２０から送信されたマイクロ波を受信してしまい、これにより（使用者ＨＢが存在していないにも拘わらず）当該一の男性用小便器ＣＰにおいて水の吐水が開始されてしまう場合が生じ得る。

逆に、図３に示した動線ＦＬに沿って使用者ＨＢが男性用小便器ＣＰに接近したにも拘わらず、マイクロ波の干渉によって、当該男性用小便器ＣＰに搭載された吐水装置１０が使用者ＨＢの接近を検知できない場合も生じ得る。

更に、トイレ室ＲＭには複数の男性用小便器ＣＰの他、複数の手洗い器ＨＷが設置されているのが一般的であり、それぞれの手洗い器ＨＷにも、使用者ＨＢの手の動きを検知するためのマイクロ波の周波数帯域を使用した電波センサ、例えばドップラーセンサが内蔵されていることが多い。このため、手洗い器ＨＷのドップラーセンサから送信されたマイクロ波により、吐水装置１０における誤検知が生じてしまう可能性は更に高くなる。

そこで、本実施形態に係る吐水装置１０では、送信アンテナ２２０及び受信アンテナ２３０のそれぞれのＥ面（電界方向）およびＨ面（磁界方向）の半値角（半値幅）を適切に設定することにより、上記のような誤検知の発生を防止している。以下、図４を参照しながら、送信アンテナ２２０等の半値角の設定及びその効果について説明する。

図４は、アンテナユニット２００を示す斜視図である。図４に示したように、アンテナユニット２００は、平板状の基板２０１の一方の面上に、６枚のパッチアンテナ（２２１、２２２、２３１、２３２、２３３、２３４）が配置され、基板２０１の他方の略全面には、送信波ＳＷの周波数に対してグランドとして作用する図示しない接地電極が配置された構成となっている。これらパッチアンテナは、全て同一形状、同一仕様となっている。全てのパッチアンテナの励振方向は、長方形状である基板２０１の長辺に沿った方向（図４で矢印ＡＲ１で示した方向）である。また、各パッチアンテナは指向性のアンテナとなっており、その法線方向（図４では上方向）に沿って送信されるマイクロ波の強度が最も強い。また、その法線方向に沿って到達したマイクロ波を、最も感度良く受信することができる。尚、パッチアンテナ（２２１、２２２、２３１、２３２、２３３、２３４）の実効開口面積は、個々のアンテナの形状や大きさ、複数のアンテナ間の配置関係で適宜変更しても良い。

これらのうち、２枚のパッチアンテナ（２２１、２２２）は、図４に示したように互いに離間して配置され、図示しない電力均等分配回路からなる伝送線路にて相互に接続されており、これらによって送信アンテナ２２０が構成されている。つまり、送信アンテナ２２０は全体が一つの電波送信面となっているのではなく、二つに分割された電波送信面を有する構成であるということができる。パッチアンテナ２２１、２２２の全体の外形を隙間なく包含する単一の長方形状の領域（図４で、点線ＤＬ１で囲まれた領域）の面積が、送信アンテナ２２０の実効開口面積である。

また、４枚のパッチアンテナ（２３１、２３２、２３３、２３４）は、図４に示したように互いに離間して、且つ正方形状の領域の４隅にそれぞれ配置され、図示しない電力均等分配回路からなる伝送線路にて相互に接続されており、これらによって受信アンテナ２３０が構成されている。つまり、受信アンテナ２３０は全体が一つの電波送信面となっているのではなく、四つに分割された電波送信面を有する構成であるということができる。パッチアンテナ２３１、２３２、２３３、２３４の全体の外形を隙間なく包含する単一の正方形状の領域（図４で、点線ＤＬ２で囲まれた領域）の面積が、受信アンテナ２３０の実効開口面積である。

４枚のパッチアンテナ（２３１、２３２、２３３、２３４）で構成された受信アンテナ２３０の実効開口面積は、２枚のパッチアンテナ（２２１、２２２）で構成された送信アンテナ２２０の実効開口面積よりも広くなっている。その結果、受信アンテナ２３０の半値角は送信アンテナ２２０の半値角よりも小さくなっている。換言すれば、送信アンテナ２２０は、マイクロ波を比較的広い範囲に向けて送信するように構成されており、受信アンテナ２３０は、比較的狭い範囲から到達したマイクロ波のみを受信するように構成されている。

送信アンテナ２２０の半値角が比較的大きいため、吐水装置１０に対してどのような方向から使用者ＨＢが接近した場合であっても、使用者ＨＢに対して確実にマイクロ波を到達させることが可能となっている。一方、受信アンテナ２３０の半値角は比較的小さいため、検知領域ＳＡの使用者ＨＢから反射されたマイクロ波以外のマイクロ波（例えば、他の吐水装置１０から送信されたマイクロ波）を受信してしまうこと、すなわち誤検知を防止することが可能となっている。

また、受信アンテナ２３０の実効開口面積が比較的広いため、受信アンテナ２３０の指向性利得が高くなっており、且つ電力ゲイン（増幅率）も高くなっている。このため、検知領域ＳＡから到達した反射波ＲＷのみを確実に受信して、高い強度の受信信号に変換することが可能となっている。

これに対し、送信アンテナ２２０は実効開口面積が比較的狭く、またパッチアンテナの枚数が小さい為に電力ゲイン（増幅率）も小さくなっている。その結果、送信アンテナ２２０は、マイクロ波を比較的広い範囲に向けて送信するのであるが、送信されたマイクロ波の強度は比較的低い。このため、送信されたマイクロ波（送信波ＳＷ）が他の吐水装置に到達して誤検知を生じさせてしまう可能性は極めて小さくなっている。

尚、送信アンテナ２２０の電力ゲインが上記のように小さいため、検知領域ＳＡに向けて送信される送信波ＳＷ及び戻ってくる反射波ＲＷの強度はいずれも小さい。しかしながら、上記のように受信アンテナ２３０の電力ゲイン（増幅率）が高くなっているため、受信アンテナ２３０は確実に反射波ＲＷを受信して使用者ＨＢの動作を検知することが可能となっている。

既に述べたように、本実施形態においては、送信アンテナ２２０及び受信アンテナ２３０はそれぞれ単一のアンテナとして構成されているのではなく、複数のパッチアンテナが互いに離間して配置された構成となっている。このため、全体を単一のアンテナとして構成する場合に比べて、部品コストが低減されている。特に、実効開口面積を比較的広くする必要のある受信アンテナ２３０の部品コストが大きく低減されている。また、送信アンテナ２２０及び受信アンテナ２３０の指向性（最大放射強度方向や半値角）は、図示しない伝送線路の長さを調整し各アンテナ間の位相を制御することにより容易に適宜変えることができる。

続いて、アンテナユニット２００の他の構成例について、図５を参照しながら説明する。図５に示したように、本構成例においては、図４に示したものと同一のアンテナユニット２００に対して、誘電体レンズＬＳが取り付けられた構成となっている。誘電体レンズＬＳは、マイクロ波が透過する誘電体材料により形成されている。誘電体レンズＬＳは半球形状であって、その平坦面（円形の面）によって受信アンテナ２３０の全体が覆われている。一方、送信アンテナ２２０は誘電体レンズＬＳによって覆われておらず、全体が露出している。

検知領域ＳＡからの反射波ＲＷは、先ず誘電体レンズＬＳの球面部分に入射して、誘電体レンズＬＳの内部を通った後、受信アンテナ２３０に到達する。その結果、受信アンテナ２３０の半値角は、誘電体レンズＬＳが無い場合に比べて更に小さくなっている。

つまり、誘電体レンズＬＳは、受信アンテナ２３０を覆うことにより受信アンテナ２３０の半値角を小さくするように配置された集約レンズということができる。本構成例では、誘電体レンズＬＳを備えたことにより、受信アンテナ２３０の半値角を小さくしてその指向性利得を高め、誤検知の発生をより確実に防止することが可能となっている。
マイクロ波の周波数帯域を使用した電波センサから送信される電力は、比較的波長が長いため空間での減衰が少なく広がりがある。一方、電波センサで同じ受信電力（検知信号）を得る構成としては、送信アンテナおよびミキサ回路に供給される電力が同じ場合、パッチアンテナの数や配置を調整し１.送信アンテナゲイン＞受信アンテナゲイン、２.送信アンテナゲイン＝受信アンテナゲイン、３.送信アンテナゲイン＜受信アンテナゲインが考えられる。電波干渉の抑制を考慮すると送信アンテナゲインは極力小さくし、受信アンテナゲインを大きくすることが好ましく、同時に被検知体からの少ない反射電力を受信するために受信アンテナの指向性を検知領域に応じて調整することが好ましい。

以上においては、本発明の実施形態に係る吐水装置１０を男性用小便器ＣＰに設置した例を説明したが、本発明の適用範囲は男性用小便器ＣＰに限られるものではない。本発明は、人体に向けて水を吐止水する様々な装置（シャワー、手洗い器、大便器の局部洗浄装置など）に適用することができる。

図６は、本発明の他の実施形態に係る吐水装置１０ａが、手洗い器ＨＷに設置された状態を模式的に示す図である。図６に示した例においては、手洗い器ＨＷの背面側にアンテナユニット２００ａを配置して、使用者ＨＢ側（斜め上方側）に向けてマイクロ波が送信され、使用者ＨＢの手の動きが検知される。アンテナユニット２００ａにより、使用者ＨＢの手がスパウト４００ａに接近したことが検知されると、制御部３００ａが開閉弁１００ａを開き、スパウト４００ａからの水の吐水が開始される。

この実施形態においてもアンテナユニット２００ａは図４に示したアンテナユニット２００と同様の構成となっており、受信アンテナ２３０ａ（不図示）の半値角は送信アンテナ２２０ａ（不図示）の半値角よりも小さくなっている。その結果、他の手洗い器ＨＷや男性用小便器ＣＰからマイクロ波が到達した場合であっても、これにより誤検知が生じてしまうことが防止されている。

図７（ａ）に示すアンテナユニット２００は、図４に示したアンテナユニット２００の正面図である。図４に示したように、アンテナユニット２００は、平板状の基板２０１の一方の面上に、矩形状の６枚のパッチアンテナ（２２１、２２２、２３１、２３２、２３３、２３４）が配置され、基板２０１の他方の略全面には、送信波ＳＷの周波数に対してグランドとして作用する図示しない接地電極が配置された構成となっている。図７（ｂ）に示すアンテナユニット２００は、図５に示したアンテナユニット２００の正面図である。受信アンテナ２３０の前方に誘電体レンズＬＳが取り付けられている。図７（ｃ）に示すグラフは、図７（ａ）と図７（ｂ）の各アンテナユニット２００から送信される電波の放射パターンを電磁界解析により導出した結果であり、最大放射強度方向と半値幅を図中Ｅ面（電界方向）と図中Ｈ面（磁界方向）に分別し表示している。

受信アンテナとして作用する複数の受信電極２３１、２３２、２３３、２３４は、送信アンテナして作用する複数の送信電極２２１、２２２に対して、複数の送信電極２２１、２２２の端辺とその励振方向（電界方向）とが直交する方向側に所定の間隔を設け基板２０１に配置されている。また、複数の送信電極２２１、２２２はその励振方向と直交する端辺が対向する方向側に所定の間隔を設け配置されている。つまり、送信アンテナを構成する送信電極２２１、２２２の励振方向と平行な方向であって、且つ受信アンテナを構成する受信電極２３１、２３２、２３３、２３４から決定される実効開口面積の中心を通る直線上に、送信電極２２１、２２２が複数配置されている。
図７（ｃ）のグラフにおいてアンテナユニット２００に誘電体レンズＬＳを取り付けない場合（レンズ無し）と取り付けた場合（レンズ有り）とで最大放射強度方向と半値幅の変化を比較すると、Ｅ面およびＨ面における最大放射強度方向と半値幅は大きく変化していないことがわかる。

一方、図８（ａ）および図８（ｂ）に示すアンテナユニット２００は、図７（ａ）および図７（ｂ）に示したアンテナユニットに対して、複数の送信電極２２１、２２２の配置が異なっている。複数の送信電極２２１、２２２はその励振方向と直交する端辺が対向しない方向側に所定の間隔を設け配置されている。つまり、送信アンテナを構成する送信電極２２１、２２２の励振方向と直交する方向であって、且つ受信アンテナを構成する受信電極２３１、２３２、２３３、２３４から決定される実効開口面積の中心を通る直線上に、送信電極２２１、２２２が複数配置されている。
図８（ｃ）に示すグラフは、図８（ａ）と図８（ｂ）の各アンテナユニット２００から送信される電波の放射パターンを電磁界解析により導出した結果であり、図７（ｃ）に示したグラフと同様に最大放射強度方向と半値幅を分別し表示している。
図８（ｃ）のグラフにおいてアンテナユニット２００に誘電体レンズＬＳを取り付けない場合（レンズ無し）と取り付けた場合（レンズ有り）とで最大放射強度方向と半値幅の変化を比較すると、Ｅ面における最大放射強度方向と半値幅は大きく変化していることがわかる。

図８に示すアンテナユニット２００は、複数の送信電極２２１、２２２が基板２０１の図中短手方向に並んで配置されているため、図７に示したアンテナユニット２００よりも基板２０１の図中長手方向を短くできる。従って、センサの小型化には有利である。
しかしながら、複数の送信電極２２１、２２２の配置関係によっては誘電体レンズＬＳの有無で送信する電波の放射パターンに大きく影響を与えるため、誘電体レンズＬＳを併用し吐水装置ごとに検知エリアを調整するといったセンサの汎用性（例えば、男性小便器用と手洗い器用でセンサを兼用）を考慮すると、使用者の接近や離遠又は使用状況を検知しようとする検知領域に向けて送信する電波の指向性が殆ど変化しない図７に示すアンテナユニットが好ましい。

次に、受信アンテナとして作用する複数の受信電極２３１、２３２、２３３、２３４が、送信アンテナして作用する複数の送信電極２２１、２２２に対して、複数の送信電極２２１、２２２の端辺とその励振方向（電界方向）とが平行する方向側に所定の間隔を設け基板２０１に配置されたアンテナユニット２００について記述する。

図９（ａ）および図９（ｂ）に示すアンテナユニット２００は、図７（ａ）および図７（ｂ）に示したアンテナユニットに対して送信アンテナ２２０（複数の送信電極２２１、２２２）と受信アンテナ２３０（複数の受信電極２３１、２３２、２３３、２３４）の配置関係が異なる。図９（ｃ）に示すグラフは、図９（ａ）と図９（ｂ）の各アンテナユニット２００から送信される電波の放射パターンを電磁界解析により導出した結果であり、図７（ｃ）に示したグラフと同様に最大放射強度方向と半値幅を分別し表示している。
図９（ｃ）のグラフにおいてアンテナユニット２００に誘電体レンズＬＳを取り付けない場合（レンズ無し）と取り付けた場合（レンズ有り）とで最大放射強度方向と半値幅の変化を比較すると、Ｈ面における最大放射強度方向と半値幅は大きく変化していることがわかる。

一方、図１０（ａ）および図１０（ｂ）に示すアンテナユニット２００は、図９（ａ）および図９（ｂ）に示したアンテナユニットに対して、複数の送信電極２２１、２２２の配置が異なっている。複数の送信電極２２１、２２２はその励振方向と直交する端辺が対向しない方向側に所定の間隔を設け配置されている。
図１０（ｃ）に示すグラフは、図１０（ａ）と図１０（ｂ）の各アンテナユニット２００から送信される電波の放射パターンを電磁界解析により導出した結果であり、図７（ｃ）に示したグラフと同様に最大放射強度方向と半値幅を分別し表示している。
図１０（ｃ）のグラフにおいてアンテナユニット２００に誘電体レンズＬＳを取り付けない場合（レンズ無し）と取り付けた場合（レンズ有り）とで最大放射強度方向と半値幅の変化を比較すると、Ｅ面およびＨ面における最大放射強度方向と半値幅は大きく変化していないことがわかる。

図９に示すアンテナユニット２００は、複数の送信電極２２１、２２２が基板２０１の図中短手方向に並んで配置されているため、図１０に示したアンテナユニット２００よりも基板２０１の図中長手方向を短くできる。従って、センサの小型化には有利である。
しかしながら、複数の送信電極２２１、２２２の配置関係によっては誘電体レンズＬＳの有無で送信する電波の放射パターンに大きく影響を与えるため、誘電体レンズＬＳを併用し吐水装置ごとに検知エリアを調整するといったセンサの汎用性（例えば、男性小便器用と手洗い器用でセンサを兼用）を考慮すると、使用者の接近や離遠又は使用状況を検知しようとする検知領域に向けて送信する電波の指向性が殆ど変化しない図１０に示すアンテナユニットが好ましい。

図７〜図１０に送信アンテナ２２０と受信アンテナ２３０の配置関係が異なるアンテナユニット２００の代表例（送信電極や受信電極の数は必要となる検知範囲に応じて適宜変更できる）を示したが、男性小便器や手洗い器に接近する使用者を早期に検知して例えば、ボウル内を洗浄したり照明を点灯させるといった衛生感や使い勝手の向上を考慮すると、前方へ向かい電波を送信するときにＥ面（電界方向）の半値幅が大きくとれ、且つ誘電体レンズＬＳの有無により送信の放射パターンの変化が殆どない図１０に示すアンテナユニットを備えることが最適である。

さらに、上述した受信アンテナ２３０の実効開口面積が、送信アンテナ２２０の実効開口面積よりも広く（受信アンテナの電力ゲインが送信アンテナの電力ゲインよりも大きい）なるようパッチアンテナの電極数や位置関係を調整することにより、トイレ室に複数の吐水装置が設置された時に吐水装置間での干渉を抑制して誤吐水を防止することができる。このとき受信アンテナ２３０は、複数の受信電極から構成されていても良いし、少なくとも１つの受信電極と受信電極の前方に配置される誘電体レンズから構成されても良い。

本実施形態においては、マイクロ波の周波数帯域を利用したドップラーセンサを吐水装置に備え、人体や尿流、水流を検知する構成を示したが、例えばＦＭＣＷレーダや定在波レーダとして使用したい場合、発振回路から出力される高周波信号の周波数を所定時間で連続的に可変する周波数変調回路を付加しても良い。そうすれば周波数変調された送信波と受信波（反射波）から既定の演算処理を行い、小便器や大便器、手洗い器に接近または離遠する人体までの距離を検出することができる。高周波信号の周波数帯域は検出したい距離やその分解能に応じて適宜設定すれば良い。

以上、具体例を参照しつつ本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明はこれらの具体例に限定されるものではない。すなわち、これら具体例に、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。例えば、前述した各具体例が備える各要素およびその配置、材料、条件、形状、サイズなどは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。また、前述した各実施の形態が備える各要素は、技術的に可能な限りにおいて組み合わせることができ、これらを組み合わせたものも本発明の特徴を含む限り本発明の範囲に包含される。

１０，１０ａ：吐水装置
１００，１００ａ：開閉弁
２００，２００ａ：アンテナユニット
２０１：基板
２１０：発振回路
２２０，２２０ａ：送信アンテナ
２２１，２２２：パッチアンテナ（送信電極）
２３０，２３０ａ：受信アンテナ
２３１，２３２，２３３，２３４：パッチアンテナ（受信電極）
２４０：ミキサ回路
３００，３００ａ：制御部
４００：スプレッダ
４００ａ：スパウト
ＣＰ：男性用小便器
ＢＷ：ボウル部
ＨＢ：使用者
ＨＷ：手洗い器
ＬＳ：誘電体レンズ
ＰＩ：給水配管
ＲＭ：トイレ室
ＲＷ：反射波
ＳＷ：送信波
ＳＡ：検知領域

Claims (4)

1. 吐水部から自動的に水を吐止水する吐水装置であって、
   使用者の接近や離遠又は使用状況を検知しようとする検知領域に向けて電波を送信する送信アンテナと、
   前記検知領域内の検知対象によって反射された電波を受信する受信アンテナと、
   前記送信アンテナが送信した電波と、前記受信アンテナが受信した電波とに基づいて検知信号を生成する信号生成部と、
   前記検知信号に基づいて前記検知対象の動作を検知し、当該動作に基づいて吐水部からの水の吐止水を制御する制御部と、を備えており、
   前記送信アンテナを構成する送信電極の励振方向と平行な方向であって、且つ前記受信アンテナを構成する受信電極から決定される実効開口面積の中心を通る直線上に、前記送信電極が複数配置されることを特徴とする吐水装置。
2. 吐水部から自動的に水を吐止水する吐水装置であって、
   使用者の接近や離遠又は使用状況を検知しようとする検知領域に向けて電波を送信する送信アンテナと、
   前記検知領域内の検知対象によって反射された電波を受信する受信アンテナと、
   前記送信アンテナが送信した電波と、前記受信アンテナが受信した電波とに基づいて検知信号を生成する信号生成部と、
   前記検知信号に基づいて前記検知対象の動作を検知し、当該動作に基づいて吐水部からの水の吐止水を制御する制御部と、を備えており、
   前記送信アンテナを構成する送信電極の励振方向と直交する方向であって、且つ前記受信アンテナを構成する受信電極から決定される実効開口面積の中心を通る直線に直交する直線上に、前記送信電極が複数配置され、
   複数の前記受信電極から決定される実効開口面積が、複数の前記送信電極から決定される実効開口面積よりも広いことを特徴とする吐水装置。
3. 複数の前記受信電極から決定される実効開口面積が、複数の前記送信電極から決定される実効開口面積よりも広いことを特徴とする請求項１に記載の吐水装置。
4. 前記複数の受信電極を集約レンズで覆うことにより前記複数の受信アンテナから決定される実効開口面積が、前記複数の送信電極から決定される実効開口面積よりも広いことを特徴とする請求項２または３に記載の吐水装置。