JP3726953B2

JP3726953B2 - 自動水栓制御装置

Info

Publication number: JP3726953B2
Application number: JP2001297375A
Authority: JP
Inventors: 義行金子
Original assignee: 東陶機器株式会社
Priority date: 2001-09-27
Filing date: 2001-09-27
Publication date: 2005-12-14
Anticipated expiration: 2021-09-27
Also published as: US6996863B2; CN1553982A; WO2003029572A1; CN1262717C; JP2003096850A; US20050000015A1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、手洗い等の目的で使用され、物体を検出して自動吐水する自動水栓に関する。
【０００２】
【従来の技術】
トイレ、洗面所では使用者の手を、台所等では皿や鍋を検出して自動的に吐水する自動水栓はその利便性、衛生性、節水性から、広く普及している。吐水の対象物を検出するセンサは、殆ど赤外線センサが使用されている。
自動水栓に限らず、水栓装置は吐水を受けて排水するためのもの、例えば、トイレでは手洗い器や洗面器、台所ではシンクに取り付けられる。洗面器の例を図２に示す。
【０００３】
センサの検出方向と吐水の方向は、使い勝手の点から同一方向が好ましく、図２のようにセンサは洗面器に向けられる。センサは赤外光を発光し、その反射光が所定の値を越えた場合、つまり、反射光が大きい場合に感知と判断するのが一般的である。単純な反射光の大小でなく、手の動きなどの変化を検出する方法（特開平７−２３３５４８）もあるが、基本的に、反射光が大きくなった場合に感知と判断される。
センサから検出方向を見ると、検出体である手の後ろに洗面器の表面が存在する。しかし、洗面器は手に比較して距離が遠いため、洗面器からの赤外線の反射光量は少なく、センサは、通常、洗面器を誤検出することはない。これは、一般に洗面器の材質が陶器であり、その表面で赤外線が、手と同様に拡散反射するためである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、洗面器の材質が陶器であっても、種類によって高い光沢を持つものもあり、更に、陶器以外にガラスやステンレス製のものも存在する。また、台所のシンクはステンレスが一般的である。このような場合、センサと洗面器やシンクとの距離が遠くても、その表面でセンサの赤外光が鏡面反射を起こし、非常に高いレベルの反射光を発生する。その結果、手などの対象物と誤って判断し、自動水栓の誤吐水が発生する。
【０００５】
そこで、鏡面反射を避けるために、センサを別な方向、例えば水平方向に向ける方法もあるが、使用者が手洗いをしたい場所は、水が飛び跳ねても困らない洗面器の中であり、洗面器を外した方向にセンサを向けてしまうと、使用者の意図とセンサの検出領域が合致せず、極めて使い勝手が悪い。
【０００６】
そこで、誤吐水を防止するため、現場でセンサの感度調整を行えるようにしたものや、前述の特開平７−２３３５４８のように信号処理の工夫で対応したものもあるが、軽度の鏡面反射にしか効果がなく、現実には自動水栓とセットで使用可能な洗面器やシンクは限られた種類に制限され、その確認さえも、実際にセットして見なければ分からない。
【０００７】
また、超音波センサ等、光の反射を利用しないセンサを選択する方法もあるが、自動水栓のセンサは完全な防水性が必要であり、水栓のデザイン面から大きなサイズも許されない。鏡面反射の問題を除けば、赤外線センサが自動水栓の要求仕様に最も適しており、鏡面反射の影響を除去することは重要な課題であった。
【０００８】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、小型で防水性に優れた赤外線方式のセンサを使用し、あらゆる材質の洗面器やシンクに対して誤検知しない自動水栓を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項１は、投光した赤外光のうち、検出体に当たって反射した赤外光線を検出する検出手段を有し、吐水口に近接した前記検出体を感知して自動的に吐水を行う手洗い器、洗面器又はシンクに取り付けられる自動水栓制御装置において、前記検出手段の赤外光は手洗い器、洗面器又はシンクに向けられるとともに、前記検出手段は投光する赤外光の直線偏光成分を透過する第１の偏光手段と、受光する赤外光の直線偏光成分を透過させる第２の偏光手段とを備え、しかも、前記第１、第２の偏光手段の偏光面は、互いに交差しており、これにより、前記検出手段は、前記手洗い器、洗面器又はシンク表面からの鏡面反射光は検出せず、前記検出体からの拡散反射光を検出するようにした。
請求項２は、水栓の流路を開閉する電磁弁と、検出体に向けて赤外光を投光する投光手段と、前記検出体により反射された赤外光を受光する受光手段と、前記受光手段の出力により前記検出体の有無を判定する感知判定手段と、前記感知判定手段による感知信号に基づいて前記電磁弁を制御する電磁弁制御手段とを備えた手洗い器、洗面器又はシンクに取り付けられる自動水栓制御装置において、前記投光手段は偏光成分を透過する第１の偏光手段を有し、前記受光手段は前記第１の偏光手段を透過した光と異なる偏光成分を透過する第２の偏光手段を有し、これにより、前記手洗い器、洗面器又はシンク表面からの鏡面反射光は検出せず、前記検出体からの拡散反射光を検出することにより前記感知判定手段は検出体が存在すると判断するので、有害な信号である鏡面反射の赤外光を除去し、手などの反射光を確実に検出する。
【００１０】
請求項３は、請求項２の自動水栓制御装置において、前記第１及び第２の偏光手段は、それぞれの偏光方向が直交するように配置された偏光板であるので、従来からある赤外線センサに対して形状が大きくなることがなく、赤外線センサの長所を維持しつつ、誤感知を防止する。
請求項４は、投光した赤外光のうち、検出体に当たって反射した赤外光線を検出し、吐水口に近接した前記検出体を感知して自動的に吐水を行う手洗い器、洗面器又はシンクに取り付けられる自動水栓制御方法において、前記赤外光は手洗い器、洗面器又はシンクに向けられるとともに、第１の偏光手段に赤外光を投光し、直線偏光成分を透過させ、この直線偏光成分を対象物に当てる工程と、前記対象物で反射した前記直線偏光成分の反射光を、前記第１の偏光手段の偏光面に交差する偏光面を有する第２の偏光手段に当て、この第２の偏光手段を透過した直線偏光成分のみを検出する工程とを有し、これにより、前記手洗い器、洗面器又はシンク表面からの鏡面反射光は検出せず、前記対象物からの拡散反射光を検出して吐水を行うようにした。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明を図に示す実施形態に基づいて詳細に説明する。図１は本発明に係る自動水栓制御装置である。図１において、１はマイコンであり、赤外線センサの駆動、センサの感知判定処理、感知結果による電磁弁の駆動など、自動水栓のすべての動作を制御する。２は電源となる電池、４は自動水栓の水路を開閉する電磁弁のソレノイド、３はソレノイド４を通電するソレノイド通電回路である。
【００１２】
５および６は赤外線センサの投受光部分を構成する。５は、赤外発光ダイオード５１と、オペアンプ５２、トランジスタ５３、抵抗５４で構成される定電流駆動回路から成るセンサの投光部であり、マイコン１によって駆動され、所定の出力の赤外光をパルス投光する。
【００１３】
マイコン１からオペアンプ５２にパルス状の電圧を印加することにより、赤外発光ダイオード５１にはパルス状の定電流が流れる。よってマイコン１は、パルス投光の電流値、すなわち赤外光の出力レベルおよびタイミングを任意に制御できる。
【００１４】
６はフォトダイオード６１と、オペアンプ６２、可変抵抗６３で構成される電流―電圧変換回路と、コンデンサ６４から成るセンサの受光部であり、検出物からの赤外の反射光を電圧に変換して出力する。可変抵抗６３により、出力電圧のレベル、すなわち受光感度が調整でき、コンデンサ６４によって信号の直流成分を除去し、投光部５が出力したパルス光に対応する交流成分だけをマイコン１に出力する。
【００１５】
マイコン１は上述のように、投光部５を所定の赤外光出力となるようにパルス状に駆動し、それに同期したタイミングで受光部６の出力を読み込む。これを周期的に繰り返し、受光部６の出力が予め決められた閾値を越えると検出体が存在すると判断し、ソレノイド通電回路３を駆動してソレノイド４を開状態に通電し、吐水動作を行う。受光部６の出力が閾値を下回れば、逆にソレノイド４を閉状態に通電し、止水する。
吐水、止水を判断する閾値は、投受光素子の特性だけでなく、投光部５に印加する電圧、抵抗５４の値、可変抵抗６３の調整値などと合わせて、総合的に決定される。
以上の、マイコン１から受光部６までの構成と、上記動作説明は、従来から良く知られた自動水栓と同様である。
【００１６】
７は投光部に設けられた偏光板である。赤外発光ダイオード５１が出力した偏光特性を持たない赤外光の、垂直方向に振動する成分のみを透過し、手などの検出体に向けて出力する。
８は受光部に設けられた偏光板である。偏光板７と偏光板８はそれぞれの偏光方向が直交するように配置されている。偏光板８は、検出体からの反射光の水平方向に振動する成分のみを透過し、フォトダイオード６１に入力する。
なお、上記説明の「垂直方向」「水平方向」は説明の便宜上用いる図面上での方向であり、実際の自動水栓の設置状態を制約するものではない。
【００１７】
図２は自動水栓を洗面器に取り付けた状態の断面図である。１０は洗面器であり、自動水栓の水栓本体１１が取り付けられる。水栓本体１１には、腹部にセンサ収納部１２があり、ここに図１のセンサの投光部５、受光部６と偏光版７及び８が収納され、先端には吐水口１３が置かれる。
なお、センサ収納部１２は、吐水口１３と共に水栓本体１１の先端に置いてもよく、可能であればセンサ投受光部分だけでなく、図１のマイコン１等、全ての回路を内蔵してもよい。
【００１８】
図２において、センサ収納部１２から投光された赤外光は、手洗いの際は手の表面で拡散反射を生じるが、手洗いがなされていない状態では洗面器に達し、洗面器の材質や表面状態によって、拡散反射または鏡面反射を生じる。
【００１９】
図３乃至図５は洗面器を使用者とは逆の、センサ側から見た絵である。また、各図において、偏光板７及び８中の矢印の方向は、各偏光板の偏光方向を表している。図３は、自動水栓の使用者が手洗いをしている場合の赤外光の状態である。
【００２０】
図３において、投光部５から出力された赤外光は偏光板７を透過すると垂直方向の振動成分のみを持つ赤外光となる。手の表面では、赤外光は拡散反射を生じるので、反射光の振動成分は垂直方向も水平方向も含まれる。偏光板８は、反射光の水平方向の振動成分のみを透過し受光部６に入射する。
赤外光は、偏光板７及び８を透過する際に、特定の偏光成分を失って減衰するが、投光部５の投光出力、受光部６の受光感度、マイコン１の感知判定閾値を適切に設定しておけば、手洗いの手を検出することは容易である。
【００２１】
図４は使用者がいない状態で、洗面器表面でセンサの赤外光が拡散反射を起こした場合である。図４において、図３と同様に、赤外光は偏光板７を透過すると垂直方向の振動成分のみを持つ赤外光となる。洗面器の表面では、特に陶器製の洗面器の場合、拡散反射の傾向が強く、反射光の振動成分は垂直方向も水平方向も含まれる。偏光板８は、反射光の水平方向の振動成分のみを透過し受光部６に入射する。
【００２２】
このように、受光部６は洗面器１０からの反射光を検出するが、拡散反射では反射面から全方位に向けて均一に反射光が広がるため、センサと反射物（洗面器）の距離が遠い程受光量は小さくなり、より近接する手による反射光を越えることはない。よって、誤吐水は生じない。
【００２３】
図５は使用者がいない状態で、洗面器表面でセンサの赤外光が鏡面反射を起こした場合である。洗面器の材質が、高い光沢のある陶器や、ステンレス、ガラスの場合に起こりやすい。
図５において、図３と同様に、赤外光は偏光板７を透過すると垂直方向の振動成分のみを持つ赤外光となる。洗面器の表面で鏡面反射が起きると、反射光はその偏光状態を維持するため、反射光の振動成分も垂直方向のみとなる。また、拡散反射と違って、鏡面反射は特定の方向に光を返すため、センサと反射物の距離が遠くても、反射光の強度は高く維持される。
しかし、偏光板８は、反射光の水平方向の振動成分のみを透過するため、洗面器表面で鏡面反射した赤外光は受光部６に入射しない。よって、洗面器で鏡面反射があっても、手の感知と判定することはない。
【００２４】
図４及び図５では、洗面器での反射を、完全に拡散反射、鏡面反射と分けて説明したが、実際には両者が同時にある割合で起きることになる。しかし、それぞれの反射に対して影響を小さくしているため、両方の反射がどのような割合で起きても問題ない。
【００２５】
【発明の効果】
以上説明したように本発明により、自動水栓制御装置の投光手段と受光手段のそれぞれに、異なる偏光成分を透過する偏光手段を設けたので、手などの対象物の検出に有害な鏡面反射成分を除去し、拡散反射成分を検出することで確実な吐水制御が可能となる。
また、偏光手段として偏光方向が直交する反射板を使用したので、従来の自動水栓の赤外線センサに対して、非常に薄い板状の部材を追加するだけで良く、回路等の変更や追加を必要とせず、形状も殆ど変わらず、センサの防水構造にも影響しない。よって、従来の自動水栓のデザイン性を損なわないばかりでなく、自動水栓の用途に応じて、本発明によるセンサと従来のセンサを使い分けることもできる。
また、実施例では手の検出の場合のみを説明したが、皿のように光沢を持ったものを検出する際にも、鏡面反射成分を除去して拡散反射成分だけを検出することにより、安定して吐水制御ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る自動水栓制御装置の構成を示す図である。
【図２】本発明に係る自動水栓の設置状態を示す断面図である。
【図３】本発明の原理を示す、手洗い状態の図である。
【図４】本発明の原理を示す、洗面器表面で拡散反射を生じた状態の図である。
【図５】本発明の原理を示す、洗面器表面で鏡面反射を生じた状態の図である。
【符号の説明】
１…マイコン、２…電池、３…ソレノイド通電回路、
４…ソレノイド、５…投光部、６…受光部
７…偏光板、８…偏光板
１０…洗面器、１１…水栓本体、１２…センサ収納部

Claims

投光した赤外光のうち、検出体に当たって反射した赤外光線を検出する検出手段を有し、吐水口に近接した前記検出体を感知して自動的に吐水を行う手洗い器、洗面器又はシンクに取り付けられる自動水栓制御装置において、
前記検出手段の赤外光は手洗い器、洗面器又はシンクに向けられるとともに、前記検出手段は投光する赤外光の直線偏光成分を透過する第１の偏光手段と、受光する赤外光の直線偏光成分を透過させる第２の偏光手段とを備え、しかも、前記第１、第２の偏光手段の偏光面は、互いに交差しており、これにより、前記検出手段は、前記手洗い器、洗面器又はシンク表面からの鏡面反射光は検出せず、前記検出体からの拡散反射光を検出するようにしたことを特徴とする自動水栓制御装置。
水栓の流路を開閉する電磁弁と、検出体に向けて赤外光を投光する投光手段と、前記検出体により反射された赤外光を受光する受光手段と、前記受光手段の出力により前記検出体の有無を判定する感知判定手段と、前記感知判定手段による感知信号に基づいて前記電磁弁を制御する電磁弁制御手段とを備えた手洗い器、洗面器又はシンクに取り付けられる自動水栓制御装置において、前記投光手段は偏光成分を透過する第１の偏光手段を有し、前記受光手段は前記第１の偏光手段を透過した光と異なる偏光成分を透過する第２の偏光手段を有し、
これにより、前記手洗い器、洗面器又はシンク表面からの鏡面反射光は検出せず、前記検出体からの拡散反射光を検出することにより前記感知判定手段は検出体が存在すると判断することを特徴とする自動水栓制御装置。
請求の範囲第２項に記載の自動水栓制御装置において、
前記第１及び第２の偏光手段は、それぞれの偏光方向が直交するように配置された偏光板であることを特徴とする自動水栓制御装置。
投光した赤外光のうち、検出体に当たって反射した赤外光線を検出し、吐水口に近接した前記検出体を感知して自動的に吐水を行う手洗い器、洗面器又はシンクに取り付けられる自動水栓制御方法において、前記赤外光は手洗い器、洗面器又はシンクに向けられるとともに、第１の偏光手段に赤外光を投光し、直線偏光成分を透過させ、この直線偏光成分を対象物に当てる工程と、前記対象物で反射した前記直線偏光成分の反射光を、前記第１の偏光手段の偏光面に交差する偏光面を有する第２の偏光手段に当て、この第２の偏光手段を透過した直線偏光成分のみを検出する工程とを有し、これにより、前記手洗い器、洗面器又はシンク表面からの鏡面反射光は検出せず、前記対象物からの拡散反射光を検出して吐水を行うことを特徴とする自動水栓制御方法。