JP2010203201A - 小便器洗浄装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
高い精度の定在波、及びドップラ信号の検出機能を備えた小便器洗浄装置を提供することにある。
【解決手段】
小便器へ洗浄水を供給する給水部と、小便器周辺の対象物を検出するドップラセンサと、ドップラセンサのセンサ出力に応じて給水部を制御する制御部と、制御部は対象物の大きさや対象物との距離を検出するためにセンサ出力に含まれる定在波出力を検出する第１検出手段と、対象物の動きを検出するためにセンサ出力に含まれるドップラ出力を検出する第２検出手段と、を備えた小便器洗浄装置において、第１検出手段の定在波出力レベルを定在波オフセット値として設定するとともに、定在波オフセット値の直流成分が所定値より大きい場合、第２検出手段はセンサ出力より前記定在波オフセット値を減算してドップラ出力を行い、ドップラ出力に応じて給水バルブを制御する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、マイクロ波を用いて人体の存在状況を検出するマイクロ波ドップラセンサを備えた、小便器洗浄装置に関する。

従来、用足し後の小便器本体の洗浄を自動化する為に、便器に赤外線センサ等の人体検出センサを設置し、一定時間以上人体を検出した場合には小用前の水膜形成のための前洗浄を実施したり（以下、前洗浄）、その後に人体が離れたことを検出し、一定量の洗浄水を流すようにしたもの（以下、本洗浄）がある。このような小便器洗浄装置は、通常の使用において人体は小便器洗浄の為の操作をする必要がないので便利である。

一方、便器洗浄装置において、人体を検出するセンサとしてマイクロ波センサを用いることが提案されている。（例えば、特許文献１）マイクロ波は陶器や磁器を透過するので、マイクロ波センサを陶器製の便器の内部やタイルの裏側に設置することが可能であり、センサ自体の保護、防水等を考慮する必要が無いという点で優れている。また、センサを隠蔽できるので、悪戯の恐れが無く、デザインの自由度が向上する。

また、電波（特にマイクロ、ミリ波）によるマイクロ波ドップラセンサは、ドップラ効果を利用して以下の原理で物体（動き）検出に用いられている。
基本式：ΔＦ＝Ｆ_S―Ｆ_b＝２×Ｆ_S×ν／ｃ
ΔＦ：ドップラ周波数
Ｆ_S：送信周波数
Ｆ_b：反射周波数
ν：物体の移動速度
ｃ：光速（３００×１０⁶ ｍ／ｓ）
アンテナから送信されたＦ_Sは、物体に反射し、相対運動νによるドップラ周波数シフトを受けＦ_bとなる。この時、送信波と反射波の周波数差ΔＦが検出信号として取り出せる。

このマイクロ波ドップラセンサは物体（動き）を検出するので、これを小便器に採用して、人体の接近や（例えば、特許文献２）人の尿流を（例えば、特許文献３）検出することができるように検討されている。これら技術によれば、人体の接近と人の尿流とは検出されるドップラ周波数の違いに基づいて検出させている。

また、このマイクロ波ドップラセンサの出力には、後述する定在波信号とドップラ信号とが含まれており、この定在波とドップラ信号を用いて対象物の検出を実施することができる例えば、特許文献４）。定在波信号は対象物との距離（対象物の位置）を表すものであり、ドップラ信号は対象物の動きを表すものである。

実開昭６２−１３２４８４ 特開平９−８０１５０ 特開２００２−２６６４０７ 特開２００８−３１８２５

値の大きな定在波が発生した時、定在波の検出は当然可能であるが、マイクロ波ドップラセンサの出力が飽和してしまい、本来マイクロ波ドップラセンサが捕らえたはずのドップラ信号を検出できなくなる恐れがある。

また逆に、ドップラ信号を検出するために定在波が０になるように調整しようとすると、定在波の検出が困難になってしまうという問題があり、ドップラ信号と定在波の検出はトレードオフと言える。

本発明は前述した課題に鑑みてなされたもので、本発明が目的とするところは、高い精度の定在波、及びドップラ信号の検出機能を備えた、小便器洗浄装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、第１の発明は、小便器へ洗浄水を供給する給水部と、前記小便器周辺の対象物を検出するドップラセンサと、前記ドップラセンサのセンサ出力に応じて前記給水部を制御する制御部と、前記制御部は、前記対象物の大きさや前記対象物との距離を検出するために前記センサ出力に含まれる定在波出力を検出する第１検出手段と、前記対象物の動きを検出するために前記センサ出力に含まれるドップラ出力を検出する第２検出手段と、を備えた小便器洗浄装置において、前記第１検出手段の定在波出力レベルを定在波オフセット値として設定するとともに、前記定在波オフセット値の直流成分が所定値より大きい場合、前記第２検出手段は前記センサ出力より前記定在波オフセット値を減算してドップラ出力を行い、前記ドップラ出力に応じて前記給水バルブを制御することを特徴とする。
その結果、対象物が接近してきて、ドップラセンサのセンサ出力を定在波出力が大きくなる。そこで、これを定在波オフセット値として、ドップラ出力を検出する第２検出手段の出力より減算して、対象物の動きを検出する交流信号を取り出す。そして、その交流信号が歪むことなく検出でき対象物を判断できるので、便器洗浄が正確に行うことができる。

上記目的を達成するために、第２の発明は、請求項１に記載の便器洗浄装置において、前記定在波オフセット値は、前記第２検出手段が有する増幅手段の最大直流出力レベルの半分であることを特徴とする。
この結果、最大直流出力の半分の値を、第２検出手段のオフセット値することで、両極性に対象に振れる交流成分を歪みなく高精度に検出することができる。

上記目的を達成するために、第３の発明は、請求項１又は２に記載の小便器洗浄装置において、前記第１検出手段は前記定在波オフセット値と逆極性の直流成分レベルを検出したとき、前記第２検出手段は前記センサ出力より前記定在波オフセット値の減算を停止することを特徴とする。
この結果、逆極性の定在波オフセット値を検出するとき、前記定在波オフセット値の減算を止めたりすることで、対象物が接近、離反を繰り返しても高精度に定在波を検出することができる。

本発明によれば、小便器に設置されたマイクロ波ドップラセンサに対象物が近距離に接近しても、マイクロ波ドップラセンサの出力が飽和することがないようにマイクロ波ドップラセンサの出力を調整するのでドップラ信号を検出可能であり、尚且つその調整量により定在波の有無を検出するため、定在波の検出も可能とする小便器洗浄装置を提供することができる。

本発明による便器洗浄装置を適用した小便器の構成を示す図である マイクロ波ドップラセンサからの出力Ｓｉｇ１より定在波信号とドップラ信号を検出するための概略構成図である。 マイクロ波ドップラセンサ２からの出力Ｓｉｇ１の波形例図である。 制御部３にて処理される定在波とドップラ信号検出のためのフローチャートである。

本発明の実施例について、図面をもとに以下に説明する。

図１より、小便器１の内部には、マイクロ波ドップラセンサ２、制御部３が収められている。小便器１の上端は、蓋４となっており、マイクロ波ドップラセンサ２と制御部３が収められている空間のメンテナンス作業が容易にできるようになっている。小便器１の上方背面には小便器１のボール部内空間を洗浄する為の水を供給する為の給水部５が設けられている。ボール部内空間の上部には、洗浄水吐出口６が設けられている。ボール部内空間の下部には、封水を形成する為のトラップ部７と排水口８が設けられている。マイクロ波ドップラセンサの検出範囲９内に小便器１の人体１０が接近し用を足すことにより、人体１０の接近とその尿流１１を検出することができる構成とされている。

図２より、マイクロ波ドップラセンサ２は、１０．５２５ＧＨｚのマイクロ波を送信する送信手段２０と、反射波を受信する受信手段２１と、送信手段２０と受信手段２１との周波数との差分を出力する差分検出手段２２から構成されている。この点がドップラセンサの特徴である。

そして、制御部３を具体的に示す。マイクロ波ドップラセンサ２からの出力Ｓｉｇ１が第１検出手段１２と第２検出手段１３へ入力される。第１検出手段１２ではマイクロ波ドップラセンサの出力が基準値（例えば２．５Ｖ）からどの程度の差分（以下、定在波オフセット値と記述）があるかを判断し、定在波オフセット値がマイクロ波ドップラセンサ出力調整手段１４へ入力される。

図３より、Ｔ０の期間は対象物が何も無い時の信号であり、この時の信号の値を基準値とする。Ｔ１の期間は信号が飽和していないためドップラ信号の検出が可能であり、各点でのオフセット値を演算すれば定在波の検出もできる。それに対してＴ２の期間は信号が飽和しているため、定在波オフセット値Ｖ１は求めることができるが、ドップラ信号の有無を検出することができない。
また、定在波オフセット値Ｖ１は、第２検出手段が有する増幅手段の出力の振幅幅（通常はグランドとＶｃｃ電圧の幅）の中間値（Ｖｃｃが５Ｖであれば、半分である２．５Ｖ）であれば、極性が対象である波形でドップラー信号を歪みなく検出するのに都合がいい。

そこでマイクロ波ドップラセンサ出力調整手段１４は、ドップラ信号が検出可能程度に定在波オフセット値を小さくするためにマイクロ波ドップラセンサの出力を調整する（オフセット出力を調整する）。この調整量を検出判断統計手段１６へ出力する。

この時、常時マイクロ波ドップラセンサの出力調整を行うと定在波が微増して発生した時にどの程度オフセット調整を行ったのかが不明確になるため、オフセット調整は段階的に行った方が良い。そこで制御部３には調整閾値１５を設ける。マイクロ波ドップラセンサ出力調整手段１４は、第１検出手段１２の出力であるオフセット値と調整閾値１５とを比較し、定在波オフセット値が調整閾値１５を上回っていれば、マイクロ波ドップラセンサの出力調整を行う。このような処理により安定した（一定量の）調整量を確保することができる。

検出判断統計手段１６では、マイクロ波ドップラセンサ出力調整手段１４が出力した調整量を元に定在波の有無を判断する。つまり調整量の値が定在波有無を判断する閾値以上であれば定在波有り、定在波有無を判断する閾値未満であれば定在波無しと判断することができる。

このように定在波オフセット値を小さくすることで、図３のＴ３期間のようにドップラ信号が現れる。この時、マイクロ波ドップラセンサ出力調整手段１４が出力した調整量にて定在波の有無も確認することできるので、定在波を検出しつつドップラ信号も検出することができる。

第２検出手段１３ではドップラ信号を検出する。検出方法としては固有の周波数を抽出するためにデジタルフィルタ処理を施しその結果が、対象物検出の閾値以上であるか否かといった例があげられる。小便器１に近づいた人体１０を検出したければ人体１０の動作周波数である０〜４０Ｈｚ程度のデジタルフィルタ処理、人体１０の尿流１１を検出したければ尿流１１の動作周波数である８０〜１８０Ｈｚ程度のデジタルフィルタ処理を施せば効果的な出力が得られる。

また、マイクロ波ドップラセンサの出力の極値を検出し、各極値間の時間と振幅値を演算することで周波数と振幅が得られるため、デジタルフィルタ処理よりも簡易的にドップラ信号の有無を検出することができる。この時、マイクロ波ドップラセンサ出力調整手段１４はドップラ信号が検出できる程度にオフセット値を調整しているので、マイクロ波ドップラセンサ出力が飽和しドップラ信号検出に悪影響を与えることが無い。

第２検出手段１３の判断結果は、検出判断統計手段１６へ入力され、検出判断統計手段１６では、定在波の有無とドップラ信号の有無を総合的に判断することができる。

また、人体１０が存在する時に定在波オフセット値が生じる。この時マイクロ波ドップラセンサ出力調整手段１４により定在波オフセット値をを小さくすることで、ドップラ信号を検出することができるが、人体１０の存在時に定在波オフセット値を小さくしたため、人体１０が退去した時に図３のＴ４期間のように、Ｔ１期間のＶ１と逆向きのオフセットＶ２が生じてしまう。

この時、信号が飽和したままではドップラ信号を検出できないため、図３のＴ５期間のように基準値へ戻すため、オフセット調整を行う。この時Ｔ２期間とＴ４期間では逆符号側に調整したことになり、対象物がマイクロ波ドップラセンサ検出範囲から退去した（定在波の値は０）と判断できる。この時単純に逆符号が発生したかの判断のみでは正確性に欠けるため、Ｔ２期間とＴ４期間での調整量の絶対値も判断材料に加えるとなお良い。（例えば、Ｔ２期間とＴ４期間での調整量の絶対値の差が大きい時は定在波有りと判断、絶対値の差が小さい時は定在波無しと判断。）

このような判断をすることにより、Ｔ５期間はＴ０期間と同様基準値へ戻ったと判断し、再度オフセットが生じた時は、対象物が接近し定在波が発生したと判断することができる。

図４はより制御部３内での定在波、並びにドップラ信号検出のための処理を順に説明する。まずＳ４０１にて定在波オフセット値と調整閾値１５の比較を行う。定在波オフセット値が調整閾値１５より小さければ何もしないが（Ｓ４０１でＮＯ）、定在波オフセット値が調整閾値１５以上であれば（Ｓ４０１でＹＥＳ）、定在波オフセット値を小さくするためにオフセット出力を調整する（Ｓ４０２）。オフセット出力を調整したことで信号が飽和することがなくなるので後述ドップラ信号を検出できる。

続いてＳ４０３にて現在定在波検出中か否かを判断する。まず定在波非検出の時（Ｓ４０３でＹＥＳ）について説明する。定在波非検出中の時は、オフセット調整をしたことにより定在波検出中（Ｓ４０４）と判断し、その時Ｓ４０５にてオフセット調整した符号（基準値に対してどちら側から調整を行ったか）を記憶しておく。

続いてＳ４０３でＮＯの処理である定在波検出の時について説明する。Ｓ４０９はＳ４０２でオフセット調整した符合がＳ４０５で記憶した符号と逆符号であるかを確認する。逆符号である時は（Ｓ４０９でＹＥＳ）、対象物が退去したと判断して定在波の検出を解除する（Ｓ４１０）。逆符号で無い時は（Ｓ４０９でＮＯ）、Ｓ４０６の処理へ移行する。

続いてＳ４０６にて第２検出手段の出力を確認する。検出有りとの時は（Ｓ４０６で検出有り）ドップラ信号検出（Ｓ４０７）、検出無しの時は（Ｓ４０６で検出無し）、ドップラ信号非検出（Ｓ４０８）と判断する。以上の処理により定在波の検出状態とドップラ信号の検出状態を同時に判断することができる。

１…小便器
２…マイクロ波ドップラセンサ
３…コントローラ
４…蓋
５…給水部
６…洗浄水吐出口
７…トラップ部
８…排水口
９…マイクロ波ドップラセンサ検出範囲
１０…人体
１１…尿流
１２…第１検出手段
１３…第２検出手段
１４…マイクロ波ドップラセンサ出力調整手段
１５…調整閾値
１６…検出判断統計手段
２０…送信手段
２１…受信手段
２２…差分検出手段
５０…バルブ

Claims (3)

1. 小便器へ洗浄水を供給する給水部と、前記小便器周辺の対象物を検出するドップラセンサと、前記ドップラセンサのセンサ出力に応じて前記給水部を制御する制御部と、前記制御部は、前記対象物の大きさや前記対象物との距離を検出するために前記センサ出力に含まれる定在波出力を検出する第１検出手段と、前記対象物の動きを検出するために前記センサ出力に含まれるドップラ出力を検出する第２検出手段と、を備えた小便器洗浄装置において、前記第１検出手段の定在波出力レベルを定在波オフセット値として設定するとともに、前記定在波オフセット値の直流成分が所定値より大きい場合、前記第２検出手段は前記センサ出力より前記定在波オフセット値を減算してドップラ出力を行い、前記ドップラ出力に応じて前記給水バルブを制御することを特徴とする小便器洗浄装置。
2. 請求項１に記載の便器洗浄装置において、前記定在波オフセット値は、前記第２検出手段が有する増幅手段の最大直流出力レベルの半分であることを特徴とする小便器洗浄装置。
3. 請求項１又は２に記載の小便器洗浄装置において、前記第１検出手段は前記定在波オフセット値と逆極性の直流成分レベルを検出したとき、前記第２検出手段は前記センサ出力より前記定在波オフセット値の減算を停止することを特徴とする小便器洗浄装置。