JPWO2015137123A1 - 検知装置および手乾燥装置 - Google Patents

Abstract

手を乾燥させる空気を送り出す送風部と、前記手による静電容量を検出するように、ケーシングの内側に設置された導電性の複数の検出電極と、前記複数の検出電極が検出する静電容量に基づいて、前記手の位置を連続的に検知して、前記手が挿入されたことを判定する検出処理部と、前記検出処理部の判定結果に基づいて、前記送風部の動作を制御する制御部とを備える。

Description

本発明は、機器への誘電体（例えば人体の手）の挿入を検知する検知装置、および検知装置を備えた手乾燥装置に関する。

現在、手乾燥装置（ハンドドライヤ）に搭載されている手検知装置は、光を利用した光電センサが主流である。即ち、光を用いて手による反射光や手による光の遮断を検出することによって、手の有無を検知している。光電センサには、光電センサの光学部品が汚損に弱いという光電センサ特有の課題がある。また、ケーシングへの実装において光電センサを埋め込む場合、段差や隙間ができ、汚れが段差や隙間に残り掃除しにくいことなどの衛生上の課題がある。

光電センサの手検知センサは特許文献１に提案されている。一方、サニタリー関連の近接センサとして静電容量方式の人体検知センサが提案されている。例えば、特許文献２および特許文献３は、人体の接近により静電容量の変化を検出し、信号判定手段から、人体を検知するセンサを開示している。

国際公開第２０１２／０２３２９４号 特開２０１３−０９９３９６号公報 特開２０１３−１０１０１１号公報

現在普及している手乾燥装置（ハンドドライヤ）の手検知センサは光電センサであって光学式であり、光学窓には透明性の材料が必要であり、手乾燥時には水飛沫により光学窓が汚損し、定期的に清掃しなければならない課題がある。手乾燥装置は水回りに設置される機器であるため、水の侵入を防止するシール構造も課題となる。さらにケーシングの構造上、分割型によって成型製作されることが一般的なため、ケーシングの組み立てにおいて嵌合が必要であり、ケーシングの嵌合部に汚れが残りやすい衛生上の課題がある。よって、透明性材料を使用することなく、汚損による手検知能力の劣化を解消するとともに、清掃回数も削減して衛生性を改善できる、非接触方式の手検知センサが求められている。

本発明の目的は、ケーシングに光学窓を設けることなく、手を非接触で検知する手検知装置およびそれを用いた手乾燥装置を提供することである。

本発明に係る手乾燥装置は、手を乾燥させる空気を送り出す送風部と、前記手による静電容量を検出するように、ケーシングの内側に設置された導電性の複数の検出電極と、前記複数の検出電極が検出する静電容量に基づいて、前記手の位置を検知して、前記手が前記手挿入部に挿入されたことを判定する検出処理部と、前記検出処理部の判定結果に基づいて、前記送風部の動作を制御する制御部とを備えたことを特徴とする。

本発明によれば、ケーシングに光学窓を設けることなく、ケーシングの内側から静電容量を用いて手を非接触で検出することにより、手の機器への挿入および抜去を検出することができる。

本願発明に係る実施の形態１の手乾燥装置を示す側面断面図である。 (ａ）は図１の検知エリアから見た手検知装置の正面図であり、（ｂ）は手検知装置の側面図であり、（ｃ）は手検知装置の底面図である。 図１の手乾燥装置における手検知装置の動作を示すフローチャートである。 図１の手検知装置の角度検出信号処理を示すタイミングチャートである。 （ａ）は実施の形態１の変形例１に係る手検知装置の検知エリアから見た正面図であり、（ｂ）は手検知装置の側面図である。 （ａ）は実施の形態１の変形例２に係る手検知装置の検知エリアから見た正面図であり、（ｂ）は手検知装置の側面図である。 （ａ）は実施の形態１の変形例３に係る手検知装置の検知エリアから見た正面図であり、（ｂ）は手検知装置の側面図である。 本願発明に係る実施の形態２による手乾燥装置を示す側面断面図である。 （ａ）は実施の形態３の手検知装置の検知エリアから見た上面図であり、（ｂ）は手検知装置の正面図であり、（ｃ）は手検知装置の側面図である。 （ａ）は実施の形態３の変形例１に係る手検知装置の検知エリアから見た正面図であり、（ｂ）は手検知装置の側面図である。 （ａ）は実施の形態３の変形例２に係る手検知装置の検知エリアから見た正面図であり、（ｂ）は手検知装置の側面図である。 本願発明に係る実施の形態４による手検知装置を示す斜視図である。 図１１の手検知装置の正面図である。 （ａ）は図１１の手検知装置の検知エリアから見た上面図であり、（ｂ）は手検知装置の正面図であり、（ｃ）は手検知装置の側面図である。 （ａ）は実施の形態４の変形例に係る手検知装置の検知エリアから見た上面図であり、（ｂ）は手検知装置の正面図であり、（ｃ）は手検知装置の側面図である。 本願発明に係る実施の形態６による手乾燥装置を示す側面断面図である。

実施の形態１．
１．手乾燥装置の構成
図１は、本願発明に係る実施の形態１の手乾燥装置の全体構成を示す側面断面図である。手乾燥装置１は、ケーシング１０と、手検知装置２と、制御部１４と、送風部１３と、遮蔽板１６，１６’とを備える。手乾燥装置１は、ユーザが例えば手３を洗った後に、水で濡れた手３に乾燥風を当てて手３を乾燥させるための装置である。手乾燥装置１は、一般に壁面に設置されて使用され、壁側とは反対側（人側）から手検知装置２の検知エリア４に挿入されたユーザの手３を検知して、送風部１３によって送風し、手３を乾燥させる。

ケーシング１０は、手挿入部１１と、送風ノズル１２，１２’とを有する。手挿入部１１は、ケーシング１０の表面に凹状に形成され、ユーザが上方から手３を挿入／抜去できる空間を含む。手挿入部１１は、さらに手３から飛散した水をためるドレン水路と乾燥風を取り込む風路に囲まれる。送風ノズル１２，１２’は、手挿入部１１における上方に設けられ、手挿入部１１の空間に空気を送出する。

手検知装置２は、静電容量式の近接センサであり、検知エリア４において、手３などの誘電体および導電体の接近を検知する。手検知装置２は、検知エリア４が手挿入部１１に囲まれる空間と重なるように、ケーシング１０の（例えば壁側の）内壁に設置される。なお、手検知装置２はケーシング１０の人側の内壁に配置されてもよい。ここで、壁側とは、乾燥のために伸ばした手に対して人体から遠い側となり、人側とは、乾燥のために伸ばした手に対して人体に近い側となる。

図２は、手検知装置２の構成を示しており、図２(ａ）は検知エリア４から見た手検知装置２の正面図であり、図２（ｂ）は手検知装置２の側面図であり、図２（ｃ）は手検知装置２の底面図である。手検知装置２は、回路基板２０と、検出電極２２，２４と、検出処理部２６と、接続部２８とを備える。

検出電極２２，２４は、それぞれ帯状の導電電極であり、回路基板２０上に並列して設置される。検知エリア４は各検出電極２２，２４の正面方向に形成され、手３が検出電極２２，２４に接近すると、各検出電極２２，２４で検出される静電容量が変化する。検出電極２２，２４は、たとえば帯状の金属板を立体的にコの字型に加工して構成され、それぞれ回路基板２０上に両端を設置され、これにより検出電極２２，２４が回路基板２０表面から離隔される（図２（ｃ）参照）。

回路基板２０は、検出電極２２，２４を実装するための基板であり、例えば銅張積層基板で構成される。回路基板２０において、検出電極２２，２４が設置される面の反対面に、検出処理部２６および接続部２８が配置される。回路基板２０において、検出電極２２，２４が設置される面の全面に、回路グランドが設けられる。回路グランドは、検出電極２２，２４が受け得る不要なノイズを抑制する。回路グランドには、たとえば、半田付けを考慮して熱容量が低くなるようにメッシュやスリットを入れてもよい。

検出処理部２６は、検出電極２２，２４が検知する静電容量を電圧や電流に変換して、後述する静電容量の検出処理、角度検出信号処理および判定処理などを行う。検出処理部２６は、回路基板２０上の検出電極２２，２４と反対面に設置される。検出処理部２６を、回路基板２０上の検出電極２２，２４と反対面に設置することで、検出電極２２，２４以外の静電容量や外来ノイズの影響を抑制できる。検出処理部２６は、例えばＣＰＵやＭＰＵで構成され、所定のプログラムを実行することによって後述する機能を実現する。なお、この所定のプログラムは、検出処理部２６内部において電子回路に組み込まれて実現されてもよいし、ソフトウェアとしてインストールされてもよい。検出処理部２６は、手挿入／抜去の判定結果として出力Ｐ１，Ｐ２を出力する。出力Ｐ１は、手３の挿入／抜去の開始を示し、出力Ｐ２は、手３の挿入量が十分であることを示す。

接続部２８は、信号線１８によって手乾燥装置１の制御部１４に接続され、検出処理部２６からの判定結果の出力を制御部１４に出力する。接続部２８の接続線種は、回路電源、回路グランド、出力Ｐ１，Ｐ２の出力線を含む。接続部２８の接続線種は、さらに回路基板２０に設置したサーミスタなどによって基板温度を推定する信号線を含んでもよい。また、検出処理部２６による判定結果の出力線は、単一であってもよく、また判定値に応じて２本以上あってもよい。

図１に戻り、手検知装置２は、検出電極２２，２４がケーシング１０内壁において送風ノズル１２，１２’より下方に配置されて、手挿入部１１の水平方向（左右方向）に延在するように設置される。各検出電極２２，２４は、手挿入部１１の空間を検知エリア４とする。検出電極２２は、送風ノズル１２，１２’と同等の高さ又はより上方の誘電体を計測できるように配置され、これによって手３の指先も検知できる。検出電極２４は、挿入された手３の指先及び手のひら全体による静電容量の変動を計測するように、検出電極２２より下方に配置され、手３が手挿入部１１へ挿入または抜去されたことを確実に検出する。

手乾燥装置１の制御部１４は、手乾燥装置１全体の動作を制御し、信号線１８によって接続される手検知装置２の出力Ｐ１，Ｐ２に基づいて、送風部１３の送風動作を制御する。制御部１４は、例えばＣＰＵやＭＰＵで構成され、所定のプログラムを実行することによってその機能を実現する。所定のプログラムは、制御部１４内部において電子回路に組み込まれて実現されてもよいし、ソフトウェアとしてインストールされてもよい。

送風部１３は、送風ノズル１２，１２’から手３を乾燥させる乾燥風を送風する高圧空気流発生装置であり、たとえば送風モータを含む。送風部１３の送風モータは、濡れた手を乾燥させるために乾燥風を形成するものであれば任意のものを採用することができ、回転数を制御することで風量を自在に調整できるものであってもよい。

遮蔽板１６，１６’は、導電性の金属で主に構成され、手乾燥装置１の人側の人の静電容量の影響と、壁側にある手乾燥装置１ケーシング上部および壁面の静電容量の影響とを低減する。ケーシング１０内部において、遮蔽板１６’は人側に配置され、遮蔽板１６は壁側に配置される。遮蔽板１６，１６’は、電気的に接続されており、手乾燥装置１の制御部１４の回路グランドに接地される。

２．手乾燥装置の動作
以上のように構成される手乾燥装置１の動作を説明する。手乾燥装置１において、検出処理部２６は手挿入部１１に挿入されたユーザの手３の位置を連続的に検知して、手３が手挿入部１１に挿入されたことを判定する。制御部１４は、検出処理部２６の判定結果に基づいて、送風部１３に送風動作を開始させる。本実施形態において、検出処理部２６は、検出電極２２，２４が検出する静電容量に基づいて、手３の挿入角度を算出することによって、手３の位置を連続的に検知する。つまり、検出処理部２６は、手３の連続的な位置を検知する。図３は、手検知装置２の角度検出信号処理における各種信号の時間変化を示す図である。

図３は、特に手乾燥装置１の手挿入部１１に手３が挿入、抜去されたときの、手検知装置２における各種信号の時間変化を示している。図３（ａ）は、時刻ｔにおいて検出電極２２により検出される静電容量を示す検出信号ｘ（ｔ）を示す。図３（ｂ）は、時刻ｔにおいて検出電極２４により検出される静電容量を示す検出信号ｙ（ｔ）を示す。図３（ｃ）は、検出信号ｘ（ｔ），ｙ（ｔ）の重ね合わせた信号を示す。図３（ｄ）〜（ｆ）は、後述の角度信号処理において手検知装置２の検出処理部２６が生成する各種信号を示す。具体的には、図３（ｄ）は検出信号ｘ（ｔ），ｙ（ｔ）の和信号Σ（ｔ）を示す。図３（ｅ）は検出信号ｘ（ｔ），ｙ（ｔ）の差信号Δ（ｔ）を示す。図３（ｆ）は角度信号処理の信号処理結果の角度信号θ（ｔ）を示す。

手３が時刻ｔ１から手挿入部１１に挿入され始めると、まず検出電極２２の検出信号ｘ（ｔ）が立ち上がり、次に検出電極２４の検出信号ｙ（ｔ）が立ち上がっている。手３が十分に挿入された後、時刻ｔ２に手３の抜去が開始されると、これに応じて検出信号ｘ（ｔ），ｙ（ｔ）は減少していく。

検出処理部２６は、各検出信号ｘ（ｔ），ｙ（ｔ）に基づいて、挿入された手３に対して以下の角度検出信号処理を行う。検出電極２２，２４が図２（ｂ）のように上下方向の対を成すことから、角度検出信号処理は、レーダ信号処理として知られるモノパルス信号処理を応用して手３に対する角度を検出する。すなわち、検知エリア４において、上下一対の検出電極２２，２４をレーダのアンテナとして扱い、検知エリア４における手３の挿入または抜去を手３の挿入角度で判定するように、擬似的なモノパルス信号処理を行う。

図３（ｃ）に示すように、検出処理部２６は角度検出信号処理において二つの検出信号ｘ（ｔ），ｙ（ｔ）を重ね合わせて信号処理する。ここで、モノパルス角度計算におけるレーダの測角処理上、重ね合わせる二つの信号は、同程度の信号レベルを有することが望ましい。一方、本実施の形態において、検出電極２４の信号レベルは、通常、挿入／抜去される手３の検知特性から検出電極２２の信号レベル以下となる。そのため、検出電極２４の信号出力を大きくする利得α（α≧１）を設定して、角度計算の処理を行う。利得αを見込んだ検出電極２２と検出電極２４の和信号Σ（ｔ）（図３（ｄ）参照）、及び検出電極２２と検出電極２４の差信号Δ（ｔ）（図３（ｅ）参照）に基づいて、角度信号θ（ｔ）は次式のように算出される。
Σ（ｔ）＝α＊ｘ（ｔ）＋ｙ（ｔ） （１）
Δ（ｔ）＝α＊ｘ（ｔ）−ｙ（ｔ） （２）
θ（ｔ）＝ａｔａｎ（Δ（ｔ）／Σ（ｔ））＊１８０／π （３）
なお、検出電極２４の信号レベルが、検出電極２２の信号レベルより大きくなる場合には、α＜１とする。この場合には、角度信号θ（ｔ）は次式のように算出される。
Σ（ｔ）＝ｘ（ｔ）＋α＊ｙ（ｔ） （４）
Δ（ｔ）＝ｘ（ｔ）−α＊ｙ（ｔ） （５）
θ（ｔ）＝ａｔａｎ（Δ（ｔ）／Σ（ｔ））＊１８０／π （６）

ここで、ａｔａｎ（Ｆ（ω））はｔａｎ（ω）の逆関数である。検出処理部２６は、式（１）〜（３）に従って手３の挿入／抜去に対応する角度信号θ（ｔ）を生成する。図３（ｆ）に、式（３）で定まる角度信号θ（ｔ）の時間変化を示す。

手３の手挿入部１１への挿入角度θは、図２（ｂ）に示すように手検知装置２の前方上方から挿入される手３の角度（仰角）である。すなわち、検出電極２２，２４の中点を通り、回路基板２０に垂直な面を基準とした仰角となる。角度検出信号処理において生成された角度信号θ（ｔ）は、手３が手挿入部１１に挿入／抜去されたときの挿入角に対応して増減する。挿入角度θの角度方向は、例えば検出電極２２，２４の法線方向から検出電極２２に向けて正方向、検出電極２４に向けて負方向とし、角度０°を検出電極２２，２４の法線方向とする。

検出処理部２６は、生成した角度信号θ（ｔ）を判定値θ１〜θ３（θ１＞θ２＞θ３）と比較判定する。判定値θ１は、手３の挿入開始または抜去完了を判定するための判定値である。判定値θ２は、手３の挿入量を判定するための判定値である。判定値θ３は、手３の過度な挿入、障害物の放置、或いは水たまりの発生などのエラーを判定するための判定値である。判定値θ１〜θ３は、例えば以下のように設定される。判定値θ１は、図１の送風ノズル１２より上方にある手３に対応する角度に設定され、判定値θ２は、送風ノズル１２より下方でかつ図２に示す検出電極２２，２４の法線方向である角度０°以下に対応する角度に設定される。判定値θ３は、検知エリア４最下方に対応する角度に設定される。

図３において、時刻ｔ１に手３の挿入が開始されると、検知エリア４上部から手３が挿入されるため角度信号θ（ｔ）が減少する。角度信号θ（ｔ）が判定値θ１を下回ると、手３が検知エリア４に挿入され始めたことが判定される。さらに、角度信号θ（ｔ）が判定値θ２を下回ると、手３が検知エリア４に十分に挿入されたことが判定される。このとき、検出処理部２６は、出力Ｐ１，Ｐ２に基づいて、制御部１４に送風部１３を駆動し、送風を開始させる。ここで、制御部１４は、同時にＬＥＤ等の点灯やブザー等の鳴動を行ってもよい。

次に、時刻ｔ２に手３の抜去が開始されて、角度信号θ（ｔ）が判定値θ２を上回ると、手３が手挿入部１１から離脱され始めたと判定される。さらに時刻ｔ３において、角度信号θ（ｔ）が判定値θ１を上回ると、手３が完全に検知エリア４から離脱して、手３の抜去が完了したと判定される。このとき、検出処理部２６は、出力Ｐ１，Ｐ２に基づいて、制御部１４に送風部１３の送風を停止させる。また、このとき同時に、制御部１４は、終了の報知としてＬＥＤ等の消灯やブザー等を停止してもよい。

図４は、手乾燥装置１における手検知装置２の動作を示すフローチャートである。図４のフローチャートを用いて、手検知装置２の動作を説明する。図４において、手乾燥装置１の動作が開始すると、手検知装置２の検出処理部２６は電源起動時メモリクリアなどを行い、各検出電極２２，２４の静電容量を検出し、その静電容量値に対するノイズ除去のための初期化処理を行う（ステップＳ１０１）。初期化処理は、静電容量を時系列にサンプリングしているため、ノイズ除去処理やオフセット処理を含む。

次に、検出処理部２６は、各検出電極２２，２４における静電容量の検出処理を行う（ステップＳ１０２）。ここで、図３（ａ），（ｂ）に示すように、検出信号ｘ（ｔ），ｙ（ｔ）は、外部環境などからの影響で手３が挿入されなくともノイズレベルＬＮ，ＬＮ’の静電容量を検出することがある。これに対して、ノイズレベルＬＮ，ＬＮ’よりも大きい所定のしきい値Ｌ，Ｌ’を検出信号ｘ（ｔ），ｙ（ｔ）に設けて、ノイズによる誤動作を防止してもよい。また、しきい値Ｌ，Ｌ’の一方のみが設定されてもよい。

次に、検出処理部２６は検出信号ｘ（ｔ），ｙ（ｔ）によって検出される各静電容量が正常であるか否か静電容量の異常診断を行う（ステップＳ１０３）。静電容量の異常診断において、例えば検出電極２２，２４の静電容量が所定の上限値を超えた場合、検出信号ｘ（ｔ），ｙ（ｔ）は異常であると判断され（ステップＳ１０４のＮｏ）、手乾燥装置１の制御部１４に異常を通知して（ステップＳ１０５）、手検知装置２の動作は終了する。ここで、検出処理部２６は、例えば制御部１４に対する出力Ｐ１，Ｐ２をオンすることで異常を通知する。これに応じて、制御部１４は表示部に報知する。例えば、制御部１４はケーシング１０外壁に設けられたアラーム用ＬＥＤ（表示部）を点灯する。検出した静電容量が所定の上限値を超えている場合には、汚れなどによる静電容量の増加が推定されるため、ユーザは、静電容量の異常診断によって手乾燥装置１に汚れが溜まり、清掃が必要だと認識することができる。

検出処理部２６は、検出信号ｘ（ｔ），ｙ（ｔ）が正常であると判断した場合（ステップＳ１０４のＹｅｓ）、各検出信号ｘ（ｔ），ｙ（ｔ）に基づいて、以下の手検知処理を行う。まず、挿入された手３に対して角度検出信号処理を行う（ステップＳ１０６）。ステップＳ１０６の角度検出信号処理において、検出処理部２６は、式（１）〜（３）に従って、図３に示すように手３の挿入／抜去に対応する角度信号θ（ｔ）を生成する。

次に、検出処理部２６は、生成した角度信号θ（ｔ）を判定値θ１〜θ３（θ１＞θ２＞θ３）と比較判定する。検出処理部２６は、まず角度信号θ（ｔ）が判定値θ１以下か否かを判定し、角度信号θ（ｔ）が判定値θ１より大きいとき（ステップＳ１０７のＮｏ）、検出処理部２６は手乾燥装置１の制御部１４への出力Ｐ１，Ｐ２をともにオフする（ステップ１０８）。その後、検出処理部２６はステップ１０２に戻って再度、静電容量の検出処理を行う。出力Ｐ１，Ｐ２がともにオフの状態は、手３が手挿入部１１に挿入されていないことを示す。

角度信号θ（ｔ）が判定値θ１以下のとき（ステップＳ１０７のＹｅｓ）、検出処理部２６は角度信号θ（ｔ）が判定値θ２以下か否かの判定に移行する。角度信号θ（ｔ）が判定値θ２より大きいとき（ステップＳ１０９のＮｏ）、検出処理部２６は制御部１４への出力Ｐ１をオンするとともに出力Ｐ２をオフして（ステップ１１０）、ステップ１０２の処理に戻る。出力Ｐ１がオンで出力Ｐ２オフの状態は、手３は挿入されているが、挿入量が十分でないことを示す。

角度信号θ（ｔ）が判定値θ２以下のとき（ステップＳ１０９のＹｅｓ）、さらに検出処理部２６は角度信号θ（ｔ）が判定値θ３以下か否かの判定に移行する。角度信号θ（ｔ）が判定値θ３より大きいとき（ステップＳ１１１のＮｏ）、検出処理部２６は制御部１４への出力Ｐ１をオフするとともに出力Ｐ２をオンして（ステップ１１２）、ステップ１０２の処理に戻る。出力Ｐ１がオフで出力Ｐ２オンの状態は、手３が十分な挿入量で挿入されていることを示す。

角度信号θ（ｔ）が判定値θ３以下のとき（ステップＳ１１１のＹｅｓ）、検出処理部２６は制御部１４への出力Ｐ１，Ｐ２をともにオンして（ステップ１１３）、ステップ１０２の処理に戻る。出力Ｐ１，Ｐ２がともにオンの状態は、手３の過度な挿入、障害物の放置、或いは水たまりの発生などのエラーの状態を示す。

制御部１４は、検出処理部２６からの出力Ｐ１がオンで出力Ｐ２がオフの状態から、出力Ｐ１がオフで出力Ｐ２がオンに切り替わると、送風部１３を駆動して、手挿入部１１における送風を開始する。制御部１４は、出力Ｐ１，Ｐ２がともにオフされたとき、送風部１３を制御して送風を停止する。制御部１４は、出力Ｐ１，Ｐ２がともにオンされたとき、ユーザに異常事態を報知するため、例えばＬＥＤの点灯などを行う。

なお、検知エリア４上方で指先の乾燥を行う場合や手３が抜去されても乾燥風を所定期間維持する場合などに対処すべく、手乾燥装置１の制御部１４は検出処理部２６にオンされた出力Ｐ１を受信してから所定の遅延期間の後に送風部１３の制御を行ってもよい。このとき、送風部１３は指先が検知エリア４にあることを出力Ｐ１に基づいて判断して、乾燥風を発生している送風部１３を所定の遅延期間延長して停止する。

このように、手３の挿入／抜去に対応する角度信号θ（ｔ）を生成して、角度信号θ（ｔ）を判定値θ１〜θ３と比較判定することにより、手３の手挿入部１１への挿入および抜去を確実に検出することができる。判定値θ１〜θ３との比較結果に応じて制御部１４が送風部１３を制御することにより、例えば水の飛散など、手３の挿入／抜去に起因しない静電容量の変動に対して送風部１３の誤作動を防止できる。

なお、判定値θ３は、ユーザが手３を乾燥させるのに通常、挿入する角度よりも小さい値に設定されることで、手３の挿入が過度に行われた場合の判定、或いは検知エリア４に携帯電話や雑巾などの障害物の放置や水たまりができている場合など、不要な角度検出防止に用いることができる。

以上のように構成された実施の形態１に係る手乾燥装置１によると、手３の挿入および抜去を静電容量の変動によって検出する検出電極２２，２４をケーシング１０内部に配置することにより、衛生性を改善した検知エリア４を実現できる。検知エリア４において誘電体が移動するときに変化する検出電極２２，２４それぞれの静電容量を検出することにより、手挿入部１１における手３の挿入／抜去を検知することができる。実施の形態１に係る手検知装置２によると、検出電極２２，２４からの検出信号ｘ（ｔ），ｙ（ｔ）に対して擬似的なモノパルス信号処理である角度検出信号処理を行うことにより、手挿入部１１における手３の挿入／抜去を検知する精度を向上できる。検出処理部が生成した角度信号θ（ｔ）と判定値θ１，θ２との比較結果に応じた出力を制御部１４に出力する構成により、手乾燥装置１における送風部１３の送風制御を簡単に実現することができる。

実施の形態１の変形例．
実施の形態１に係る手検知装置２の１組の検出電極２２，２４は板状の導体金属板出構成されたが、検知装置はこれに限らず、線状電極で構成されてもよいし、ケーシング１０内側にメッキした導体パターンであってもよい。検出電極２２，２４は、回路基板２０表面から離隔されて設置されることで、各検出電極２２，２４の検知エリア４における検出感度が向上する。検出電極２２，２４の立体的形状はコの字型に限らず、帯状の金属板を立体的に加工した導体板の高さ、幅などを変更することで検出感度を調整でき、検知エリア４の範囲に適した検出感度を得ることができる。また、検出処理部２６は回路基板２０上で検出電極２２，２４側の面にあってもよい。

遮蔽板１６，１６’は、ケーシング１０内部において配置されることにより、ユーザの導体等による静電容量の変化を抑制でき、これによって手３の挿入／抜去をより正確に検知できる。遮蔽板１６，１６’は、互いに電気的に接続されていなくてもよく、絶縁体のケーシング１０にメッキして構成してもよく、電位を手検知装置２の回路基板２０の接地と同一の電位としてもよい。遮蔽板１６，１６’の電位は、手乾燥装置１の制御部１４の回路接地電位でもよく、大地接地電位でもよく、また電気的に浮動していてもよい。なお、遮蔽板１６，１６’は、手乾燥装置１の設置環境やケーシング１０の形状によって、静電容量の検出において外部からの影響が小さい場合、省略してもよい。

図４の静電容量検出および角度検出信号処理において、検出信号ｘ（ｔ），ｙ（ｔ）に代えて、検出電極２２，２４にて検出される静電容量の変化量、即ち微分値の信号を用いてもよい。また、検出信号ｘ（ｔ），ｙ（ｔ）は現時信号であるが、ノイズなどによる変動を考慮して、移動平均処理や平均処理を行った信号を用いてもよい。

図３の静電容量の異常診断において、制御部１４はＬＥＤの点灯に代えて清掃を促すアラームを再生してもよい。また、静電容量の異常診断は、検出電極２２，２４の静電容量が所定の範囲内にあるか否かによって正常／異常を診断してもよいし、所定の下限値を超えた場合に異常と診断してもよい。静電容量の異常診断は、各検出電極２２，２４の静電容量に対して行ってもよいし、いずれか一方のみに行ってもよい。

図５、図６Ａ，６Ｂに手検知装置の別の構成を示す。図５に示す手検知装置２ａにおいて、検出電極２２ａ，２４ａは、薄型の電極パターンで構成される。薄型である検出電極２２ａ，２４ａにより、手検知装置２ａを手検知装置２よりも小型化することができる。

図６Ａに示す手検知装置２ｂにおいて、上側の検出電極２２ｂは、下側の検出電極２４ｂよりも帯状の幅を小さくして構成されている。検出電極２２ｂ，２４ｂのように上下一対の検出電極を不均等に構成することにより、手検知装置２の検知エリア４における上下方向での感度を調整することができる。なお、図６Ａでは上側の検出電極２２ｂは下側の検出電極２４ｂよりも狭い幅で構成されたが、図６Ｂのように、上側の検出電極２２ｃは下側の検出電極２４ｃより広い幅で構成されてもよい。

実施の形態２．
実施の形態２の手乾燥装置は、実施の形態１の検出電極２２，２４を大型で薄型化した検出電極によって、手挿入部１１における手３の検出感度を向上させたものである。図７は、実施の形態２に係る手乾燥装置５の側面断面図である。実施の形態２に係る手乾燥装置５は、実施の形態１に対して、手乾燥装置１における手検知装置２に代えて、手検知装置６，６’を備える点が相違する。実施の形態１の手検知装置２は、２つの検出電極２２，２４を備えていたが、実施の形態２では、２つの手検知装置６，６’を備える。手検知装置６，６’は、それぞれ一つの検出電極６２，６２’を備える。独立した各手検知装置６，６’は、それぞれ別個の信号線１８，１８’によって制御部１４に接続される。手検知装置６，６’は、それぞれ手挿入部１１を挟んで対向して設置される。手検知装置６は手検知装置６’よりも検知エリア４の下方に設置される。独立した検出電極６２，６２’は、実施の形態１の検出電極２２，２４よりも大きい面積を有し、それぞれ回路基板２０上に設けられた回路パターンで構成される。

本実施の形態においては、実施の形態１と同様の静電容量の検出処理を手検知装置６，６’のそれぞれの検出処理部２６において行う一方、実施の形態１と同様の角度検出信号処理および判定値θ１〜θ３に基づく判定処理は、手乾燥装置５の制御部１４において行われる。手検知装置６，６’は、それぞれ単一の検出電極を有しているため単独では角度検出信号処理を行えないが、各手検知装置６，６’からの検出信号を制御部１４に出力することにより、制御部１４が実施の形態１と同様の角度検出信号処理を行える。

実施の形態１の手検知装置２は、手挿入部１１の空間が狭い場合に検知エリア４を最適化して用いることができる一方、手挿入部１１が上下方向や前後方向に長いなど、手挿入部１１の空間が広い場合には検出感度が不足し得る。そこで、実施の形態２においては分離した手検知装置６，６’を手乾燥装置５に設置している。これにより、検知エリア４の検出感度が向上でき、広い手挿入部１１の空間にも対応できる。手検知装置６，６’がそれぞれ手挿入部１１の前後方向（人側と壁側）及び上下方向にずれて設置されることにより、ユーザが手３を人側から壁側に斜めに挿入する際に適した角度検出信号処理を行うことができる。

実施の形態２の手検知装置６，６’は、それぞれ検出処理部２６を有したが、検知装置はこれに限らず、一方の検出処理部２６を省略して、双方の接続部２８をシールド線などで接続してもよい。これにより、検出処理部２６によるコストを削減できる。このとき、他方の検出処理部２６において角度検出信号処理を実施の形態１と同様に行ってもよい。手検知装置６，６’の配置は図７に図示されたものに限らず、例えば手検知装置６が手検知装置６’よりも手挿入部１１における上方に設置されてもよい。

実施の形態３．
実施の形態３の手検知装置は、実施の形態１の手検知装置２の検出電極２２，２４の少なくとも一方を長手方向に分割した構成を有する。

図８は、実施の形態１の手検知装置２の上側に配置される検出電極２２が長手方向に分割された構成を示している。検出電極７１，７２に対して、実施の形態１と同様の角度検出信号処理を行うことで、図８（ａ）に示すような検知エリア４左右方向の角度θＨを検出できる。これにより、例えば図１の手乾燥装置１のように、手挿入部１１の上方にも左右方向にも開口している横空き型の手乾燥機において、手３の上下方向と同時に左右方向の挿入／抜去も検出できる。

図９は、実施の形態１の手検知装置２の下側に配置される検出電極２４が長手方向に分割された構成を示している。検出電極７３，７４により、検知エリア４下方における手３の左右方向の挿入／抜去をより確実に検出できる。

図１０は、実施の形態１の手検知装置２の上側と下側の双方に配置される検出電極２２，２４が長手方向に分割された構成を示している。具体的には、手検知装置７ｂは検知エリア４の上下左右方向に四分割して並んだ検出電極７１〜７４を有しており、検出電極７１〜７４のうちの所定の二つに対して実施の形態１と同様の角度検出信号処理を行うことで、手３のより多様な移動を検知することができる。

実施の形態３の手検知装置は、実施の形態１の手検知装置２と同様に手乾燥装置１に配置される。実施の形態３の手検知装置は、壁面などに設置された手乾燥装置１において、ユーザが左右の手３を手挿入部１１に挿入するとき、手検知装置７，７ａ，７ｂの長手方向に並んだ検出電極７１〜７４によって、左右の手３の左右方向の移動も検知するものである。

実施の形態４．
実施の形態４では、マトリクス状に配置した複数の検出電極を設置した構成を有する手検知装置を用いた構成を説明する。図１１は、実施の形態４の手検知装置を示す斜視図である。図１２は手検知装置８の正面図である。図１２に示すように、マトリクス状に設置された複数の検出電極８１〜８９を上下方向に２群に振り分け、更に左右方向にも２群に振り分けることで、上下左右４群の検出電極が得られる。４群の検出電極それぞれにおいて検出信号を加算処理するなどして４群を分別することにより、実施の形態３と同様の角度検出信号処理ができ、手３の上下左右の多様な移動を検知することができる。

また、図１３に示すように、検出電極８１〜８９のうちの二つの検出電極それぞれに対して、実施の形態１と同様の角度検出信号処理を行うことで、二つの検出電極それぞれの組み合わせにおいて上下左右の角度信号を生成してもよい。これにより、左右の手３Ｌ，３Ｒの挿入／抜去を各々個別に判定することができる。

あるいは、検出電極８１〜８９のそれぞれから得られる検出信号に対して、角度検出信号処理を行うのに代えて、左手３Ｌ，右手３Ｒの静電容量を示す信号強度から手のひらの信号強度を求めてもよい。それぞれの信号強度から左手３Ｌ，右手３Ｒの重心位置が検出でき、その重心位置から左手３Ｌ，右手３Ｒの挿入／抜去を判定できる。

なお、本実施の形態においては９個の検出電極８１〜８９をマトリクス状に設置したが、検出電極はこれに限らず、複数Ｍ行×Ｎ列（Ｍ，Ｎは自然数）の検出電極をマトリクス状に設置してもよい。

実施の形態５．
図１４に、実施の形態５の手検知装置８の構成を示す。本実施の形態では、疑似的なモノパルス信号処理ではなく、検出電極８１〜８９で検出した検出信号の各振幅を用いた例を説明する。各検出電極の信号出力の振幅値Ｘｎ（ｎ＝１，２，…，９）にそれぞれ重みＷｎを割り当てて、振幅値Ｘｎに乗算する。このように重みづけされた結果の信号をすべて加算し、検出電極８１〜８９の総数Ｎ（Ｎ＝９）で除算することで、次式で与えられる全体の出力値Ｙを得る。
Ｙ＝Σ（Ｘｎ＊Ｗｎ）／Ｎ （７）

検出処理部２６は、式（７）に従う演算によって出力値Ｙを算出する。出力値Ｙに対して、実施の形態１の判定値θ１〜θ３と同様に、所定の判定値を設け、判定値を超える検出出力は手３の挿入と判断し、判定値を超えない検出出力は手３の抜去と判断することができる。

重みＷｎの設定は、例えば、検知エリア４下方の検出、左右の手３の挿入の検出、指先（手先）の検出などを考慮して、Ｗ１：Ｗ２：Ｗ３：Ｗ４：Ｗ５：Ｗ６：Ｗ７：Ｗ８：Ｗ９＝１：３：１：２：１：２：３：２：３とする。この設定は検出電極の感度などを考慮して、設定を変えてもよい。この重みづけにより、複数の固定した検出電極配置に関わらず、手の動きに合わせた任意の検出感度を実現することができる。

なお、検出電極８１〜８９のそれぞれに重みづけした判定値を設定し、判定結果の総和を求めるとともに、検出電極８１〜８９のうちの検知した個数にも判定値を設け、この判定値で手３の挿入および抜去を判定してもよい。また、検出電極８１〜８９のそれぞれに固有の判定値を設定し、所定の時間判定値を超える頻度を出力するとともに、それぞれの検出電極８１〜８９から得られた頻度に対して、重みＷｎと同様の重みづけを行って乗算し、式（７）と同様に全体の出力値Ｙ’を算出して、手３の挿入／抜去を判定してもよい。さらに、検出信号の重みづけにおいて、検知エリア４に手３を挿入したときに検出信号が所定の値となるように、重みＷｎを変化させて制御してもよい。

実施の形態６．
実施の形態６の手乾燥装置は、実施の形態１のケーシング１０の形状を変更したものである。

図１５は、実施の形態６に係る手乾燥装置９の側面断面図である。実施の形態６に係る手乾燥装置９においては、手挿入部１１は、ケーシング１０の表面に凹状に形成されず、ケーシング１０の下方の開放された空間の所定の範囲が手挿入部１１となる点が、実施の形態１と相違する。手乾燥装置９は、例えば壁面に設置されて使用される。また別の例としては、手乾燥装置９は、洗面台のシンク付近に設置されて使用される。

ケーシング１０に備わる送風ノズル１２は、ケーシング１０の下方の空間に空気を送出する。すなわち、実施の形態２に係る手乾燥装置９は、ケーシング１０の下方に挿入された手３を乾燥させるための装置となる。

本実施の形態においては、手検知装置２の検出処理部２６が、実施の形態１と同様の静電容量の検出処理を行う。

手検知装置２は、検出電極２２，２４がケーシング１０内壁において送風ノズル１２より奥側（壁側）に配置されて、各検出電極２２，２４の検知エリアがケーシング１０の下方となるように設置される。また、検出電極２２は、送風ノズル１２と同等または手前側（人側）の誘電体を計測できるように配置され、これによって手３の指先も検知できる。検出電極２４は、挿入された手３の指先及び手のひら全体による静電容量の変動を計測するように、検出電極２２より奥側に配置され、手３が手挿入部１１へ挿入または抜去されたことを確実に検出する。

制御部１４は、実施の形態１と同様の角度検出信号処理および判定値θ１〜θ３に基づく判定処理を行って、送風部１３の送風動作を制御する。

１，５ 手乾燥装置、 ２，６〜９ 手検知装置、 ３ 手、 ４ 検知エリア、 １０ ケーシング、 １１ 手挿入部、 １２，１２’ 送風ノズル、 １３ 送風部、 １４ 制御部、 １６，１６’ 遮蔽板、 １８，１８’ 信号線、 ２０ 回路基板、 ２２，２４，７１〜７４，８１〜８９ 検出電極、 ２６ 検出処理部、２８ 接続部

Claims (14)

1. 手を乾燥させる空気を送り出す送風部と、
   前記手による静電容量を検出するように、ケーシングの内側に設置された導電性の複数の検出電極と、
   前記複数の検出電極が検出する静電容量に基づいて、前記手の位置を検知して、前記手が挿入されたことを判定する検出処理部と、
   前記検出処理部の判定結果に基づいて、前記送風部の動作を制御する制御部とを備えたことを特徴とする手乾燥装置。
2. 前記検出処理部は、前記手の連続的な位置を検知することを特徴とする請求項１に記載の手乾燥装置。
3. 前記ケーシングは、手を挿入可能に形成された凹状の手挿入部を有し、
   前記送風部は、前記手挿入部へ空気を送り出すことを特徴とする請求項１又は２に記載の手乾燥装置。
4. 前記複数の検出電極は、第１の検出電極と第２の検出電極を含み、
   前記検出処理部は、前記第１の検出電極の検出信号と前記第２の検出電極の検出信号とに基づいて前記第１の検出電極および前記第２の検出電極に対する前記手の角度を算出することによって、前記手の連続的な位置を検知することを特徴とする請求項２又は３に記載の手乾燥装置。
5. 前記検出処理部は、
   前記第１の検出電極および前記第２の検出電極のうちの一方の検出信号に所定の利得を乗じたものと、前記第１の検出電極および前記第２の検出電極のうちの他方との和信号と、
   前記第１の検出電極および前記第２の検出電極のうちの一方の検出信号に所定の利得を乗じたものと、前記第１の検出電極および前記第２の検出電極のうちの他方との差信号と
   に基づいて、前記第１の検出電極および前記第２の検出電極に対する前記手の角度を算出することを特徴とする請求項４に記載の手乾燥装置。
6. 前記検出処理部は、前記第１の検出電極の検出信号（ｘ（ｔ））と、所定の利得（α）と、前記第２の検出電極の検出信号（ｙ（ｔ））とに基づいて、前記第１の検出電極の検出信号の信号レベルが前記第２の検出電極の検出信号の信号レベル以上のときは、次式（１）〜（３）を用い、前記第１の検出電極の検出信号の信号レベルが前記第２の検出電極の検出信号の信号レベル未満のときは、次式（４）〜（６）を用いて、角度信号（θ（ｔ））を算出して前記手の位置を検知する請求項５に記載の手乾燥装置。
   θ（ｔ）＝ａｔａｎ（Δ（ｔ）／Σ（ｔ））＊１８０／π （１）
   Σ（ｔ）＝α＊ｘ（ｔ）＋ｙ（ｔ） （２）
   Δ（ｔ）＝α＊ｘ（ｔ）−ｙ（ｔ） （３）
   θ（ｔ）＝ａｔａｎ（Δ（ｔ）／Σ（ｔ））＊１８０／π （４）
   Σ（ｔ）＝ｘ（ｔ）＋α＊ｙ（ｔ） （５）
   Δ（ｔ）＝ｘ（ｔ）−α＊ｙ（ｔ） （６）
7. 前記複数の検出電極は、前記ケーシングの内壁において、上下方向に独立して設けられていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載の手乾燥装置。
8. 前記複数の検出電極は、前記ケーシングの内壁において、前後方向に独立して設けられていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１つに記載の手乾燥装置。
9. 前記検出処理部は、
   前記手の挿入の判定結果を示す第１の出力と、前記手の挿入量の判定結果を示す第２の出力を出力することを特徴とする請求項１〜８のいずれか１つに記載の手乾燥装置。
10. 前記検出電極が検出する前記静電容量が所定のしきい値を超えた場合に、異常事態を報知する表示部をさらに備えたことを特徴とする請求項１〜９のいずれか１つに記載の手乾燥装置。
11. 前記検出処理部は、検知した前記手の位置に基づき、前記手の挿入または前記手の抜去を判定し、前記手の挿入と抜去のそれぞれに対応した信号を出力することを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１つに記載の手乾燥装置。
12. 前記検出電極がマトリクス状に複数分割して配置される回路基板をさらに備え、
    前記検出処理部は、前記検出電極の所定の組み合わせに基づいて、前記手の位置を検知することを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１つに記載の手乾燥装置。
13. 前記検出処理部は、
    複数（Ｎ）の前記検出電極の各検出信号（Ｘｎ）に所定の重み（Ｗｎ）をそれぞれ乗算した総和を演算して、次式で表される出力値（Ｙ）を生成して前記手の位置を検知する請求項１に記載の手乾燥装置。
    Ｙ＝ΣＸｎ＊Ｗｎ／Ｎ
    ｎ＝１，２，…，Ｎ
14. 誘電体による静電容量を検出して、検出信号を出力する複数の検出電極と、
    前記複数の検出電極のうちの２つの検出電極からの各検出信号に基づいて、前記２つの検出電極に対する前記誘電体の角度を算出する検出処理部とを備えることを特徴とする検知装置。

Images