传感器装置、具备该传感器装置的冲厕装置的制作方法

本发明通常涉及传感器装置、具备该传感器装置的冲厕装置。

背景技术：

以往，已知有进行电波的收发信以使用多普勒信号来进行物体、人体等的检测的传感器装置(例如参照专利文献1)。这样的传感器装置是根据检测对象物的动作速度、或检测对象物与传感器装置距离的信号的振幅值来进行检测对象物的检测的。

此外，专利文献1的传感器装置具备：振荡器，生成向外部发射的发送波；天线部，在发送发送波的同时，将被检测对象物反射的反射波作为接收波而进行接收；混频部，生成通过接收波的干涉而得到的输出信号；及判断部，基于通过混频部而得到的输出信号来判断有无物体。该传感器装置在混频部中生成相位差为90度的两个输出信号，并在判断部中基于相对于任意基准值的两个输出信号的变化量来判断有无物体。

在这样的现有的传感器装置中，由于通过对两个输出信号设置90度的相位差，相对于从传感器装置起至检测对象物为止的距离，检测信号具有大致唯一的值，因此能够高精度检测物体的静止或大致静止状态。此外，由于能够将两个输出信号的相位差保持在90度，且还能够使输出信号的失真降低，因此能够通过时间轴上的两个输出信号的前后关系来高精度识别检测对象物的接近/远离。

专利文献1：日本特开2004-286675号公报

技术实现要素：

在此，由于从传感器装置发送的发送波及被检测对象物反射的接收波为波状，因此基于发送波及接收波而生成的两个输出信号也形成波状。因此，根据从传感器装置起至检测对象物为止的距离，形成有两个输出信号变化量小的地点，即检测精度降低的地点。

上述的专利文献1中的传感器装置基于设置有90度的相位差的两个输出信号的变化量来判断有无物体。因此，存在有下述疑虑，即，在两个输出信号变化量小的地点上，在检测对象物为例如静止或大致静止状态时，导致检测精度降低，从而导致判断部中的物体的判断精度降低。

本发明是为了解决上述的课题而进行的，所要解决的技术问题是提供一种即使在检测对象物为静止或大致静止状态时也能够使检测精度提高的传感器装置、具备该传感器装置的冲厕装置。

为了达成上述目的，根据本发明的一个形态所涉及的传感器装置，其特征在于，具备：发送部，向外部发射作为发送波的电波；接收部，将被物体反射的反射波作为接收波而进行接收；信号生成部，生成基于发送波及接收波而生成的第一输出信号、设置有与第一输出信号不同相位的第二输出信号、基于第一输出信号及第二输出信号而生成的第三输出信号；及判断部，基于第一输出信号和第二输出信号及第三输出信号来判断有无物体。

根据该构成，由于传感器装置具备基于第一输出信号和第二输出信号及第三输出信号来判断有无物体的判断部，因此能够使传感器装置的检测精度提高。

此外，由于第三输出信号是通过第一输出信号及第二输出信号而生成的，因此能够更加简化传感器电路。因此，能够使传感器装置的生产性提高。

此外，在本发明的一个形态所涉及的传感器装置中，优选信号生成部具有差分放大电路，且第三输出信号为通过向差分放大电路输出第一输出信号及第二输出信号而得到的第一输出信号及第二输出信号的差分信号。

根据该构成，由于第三输出信号是基于第一输出信号及第二输出信号并通过差分放大电路而生成的差分信号，因此能够得到比第一输出信号及第二输出信号的振幅更大的振幅。因此，能够更加提高传感器装置的检测精度。

此外，根据本发明的一个形态所涉及的冲厕装置，其特征在于，具备便座、传感器装置。

根据该构成，由于冲厕装置具备基于第一输出信号和第二输出信号及第三输出信号来判断有无物体的判断部，因此能够更正确地判断使用者向冲厕装置接近、远离等举动。由此，例如，即使在使用者呈静止或大致静止状态的小便中，也能够更正确地判断使用者的动作。

因此，能够抑制因传感器装置的误检测而导致例如或是关闭便座，或是进行便器清洗这样的误动作。

此外，在本发明的一个形态所涉及的冲厕装置中，优选基于判断部所得出的判断结果对便座进行开闭。

根据该构成，由于基于判断部所得出的判断结果对便座进行开闭，因此能够抑制在使用者呈静止或大致静止状态的小便中可能会关闭便座这样的误动作。因此，使用者能够更加舒适地使用冲厕装置。

根据本发明，在传感器装置、具备该传感器装置的冲厕装置中，即使在检测对象物为静止或大致静止状态的情况下也能够使检测精度提高。

附图说明

图1是表示设置有本发明的一个实施方式所涉及的冲厕装置的厕所的俯视图。

图2是表示设置有本发明的一个实施方式所涉及的冲厕装置的厕所的侧视图。

图3是本发明的一个实施方式所涉及的冲厕装置的立体图。

图4是本发明的一个实施方式所涉及的便座装置的示意构成图。

图5是本发明的一个实施方式所涉及的传感器部的示意构成图。

图6是表示从本发明的一个实施方式所涉及的传感器部发射的电波的反射的概念图。

图7是表示本发明的一个实施方式所涉及的差分放大电路的原理的说明图。

图8是表示本发明的一个实施方式所涉及的第一输出信号和第二输出信号及第三输出信号的输出电压的关系的曲线图。

图9是对本发明的一个实施方式所涉及的第一输出信号和第二输出信号及第三输出信号进行全波整流时的曲线图。

图10是表示本发明的一个实施方式所涉及的传感器部的模拟结果的曲线图。

图11是表示本发明的一个实施方式所涉及的传感器部的模拟结果的曲线图。

图12是表示本发明的一个实施方式所涉及的传感器部的模拟结果的曲线图。

符号说明

1-冲厕装置；3-厕所；5-墙壁；7-门；10-大便器；11-盆部；20-便座装置；30-遥控装置；100-便座；200-便盖；300-罩；310-传感器部(传感器装置)；311-振荡器；312-发送部；313-接收部；314-混频电路；315-差分放大电路；320-控制部；321-判断部；322-动作指令部；400-被控制部；tw-发送波；rw、rw1、rw2-反射波(接收波)；i-第一输出信号；q-第二输出信号；d-第三输出信号。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的实施的方式进行说明。另外，在各附图中，对相同的构成要素标注相同的符号并适当省略详细的说明。

(冲厕装置的构成)

首先，参照图1～图4对本发明的一个实施方式所涉及的冲厕装置进行说明。

另外，以下使用图中所示方向来进行说明。

图1是表示设置有本发明的一个实施方式所涉及的冲厕装置的厕所的俯视图。图2是表示设置有本发明的一个实施方式所涉及的冲厕装置的厕所的侧视图。图3是本发明的一个实施方式所涉及的冲厕装置的立体图。图4是本发明的一个实施方式所涉及的便座装置的示意构成图。

如图1～图4所示，冲厕装置1被设置在厕所3之中。厕所3是由四面的墙壁5及在前侧的墙壁5上设置的门7包围的空间。冲厕装置1的使用者例如在打开门7而向厕所3入室后，将门7关闭来使用冲厕装置1。或者，在未被使用时，厕所3的门7为打开的状态，使用者在向厕所3入室后，将门7关闭来使用冲厕装置1。

冲厕装置1具备所谓的洋式座便器的大便器10、设置于大便器10上方的便座装置20、遥控装置(遥控器)30。在大便器10上形成有承接使用者的污物、排尿的盆部11。此外，在厕所3内的侧墙壁(侧方侧的墙壁5)上例如设置有遥控装置30，便座装置20可通过该遥控装置30来操作。

便座装置20具有便座100、便盖200、罩300、被控制部400。便座100及便盖200被开闭自如地轴支撑于罩300。在此，在便座100被关闭时，便座100被设置为覆盖盆部11的上缘部。此外，在便盖200被关闭时，便盖200被设置为覆盖便座100的上面及盆部11的内侧。

此外，在便座装置20的罩300的内部，设置有发射电波以检测被检测体的传感器部310、传感器部310、接收来自遥控装置30等的信号的控制部320。

另外，本实施方式中，传感器部310及后述的判断部321发挥作为传感器装置的功能。

此外，具体而言，被控制部400是指未图示的便座开闭单元、便盖开闭单元、局部清洗单元、便器清洗单元、除臭单元、热风单元等。被控制部400即这些各单元根据来自控制部320的信号而进行动作。

传感器部310朝向规定的区域发射微波、或者毫米波等高频电波，来检测进入到检测区域内的人体等的被检测体。然后，传感器部310向控制部320发送检测信号。另外，在后面对传感器部310的构成进行详述。

控制部320具有接收来自传感器部310的输出信号的判断部321、接收来自判断部321、遥控装置30的信号并向被控制部400发送指令信号的动作指令部322。

判断部321接收来自传感器部310的输出信号，并基于所接收的信号对有无物体(被检测体)、物体的接近/远离进行判断。另外，在后面对有无物体的判断、物体的接近/远离的判断的具体方法进行详述。

动作指令部322以下述方式进行控制，即，当收到来自判断部321、遥控装置30的信号时，则基于所接收的信号，向被控制部400的各单元适当发送指令信号，以便被控制部400进行规定的动作。作为具体例，当冲厕装置1的使用者按压遥控装置30上的打开便座100的按钮(未图示)时，则从遥控装置30向动作指令部322发送信号。动作指令部322以下述方式进行控制，即，当接收来自遥控装置30的信号时，则向被控制部400的便座开闭单元发送指令信号，以便打开便座100。

(传感器部的构成)

接下来，参照图5～图7对本发明的一个实施方式所涉及的传感器部进行说明。

图5是本发明的一个实施方式所涉及的传感器部的示意构成图。图6是表示从本发明的一个实施方式所涉及的传感器部发射的电波的反射的概念图。图7是表示本发明的一个实施方式所涉及的差分放大电路的原理的说明图。

如图5及图6所示，传感器部310具有：振荡器311，生成发送波tw；发送部312，向外部发射作为发送波tw的电波；接收部313，将被检测物体反射的反射波作为接收波而进行接收；及混频电路314，生成通过发送波及接收波而得到的输出信号。此外，传感器部310具有设置于混频电路314和判断部321之间的差分放大电路315。

另外，在本实施方式中，混频电路314和差分放大电路315具有作为信号生成部的功能。

通过振荡器311而生成的发送波tw被分别发送向发送部312和混频电路314。从振荡器311向发送部312发送的发送波tw是从发送部312向外部发射的。然后，当从发送部312发送的发送波tw例如遇到人体m等被检测体而进行反射时，则其反射波rw作为接收波而被输入到接收部313。通过接收部313接收的接收波rw被发送向混频电路314。具体而言，从接收部313起至混频电路314为止的传输线分支成两个传输线，所分支的两个传输线的线路长度以流过其中一个传输线和流过另一个传输线的信号相互成为90度相位差的方式而线路长度不同。即，流过其中一个传输线的接收波rw成为与接收波rw的相位为相同相位的接收波rw1，流过另一个传输线的接收波rw则成为设置有与接收波rw1存在90度相位差的接收波rw2。

如此，发送波tw和接收波rw1、rw2被输入向混频电路314。

另外，虽然在本实施方式中，对发送部312和接收部313被分开设置的构成进行了说明，但发送部312和接收部313也可以为一体。即，也可以是仅设置一个具有发送部312和接收部313功能的天线的构成。

混频电路314基于发送波tw和接收波rw1及接收波rw2来生成输出信号。具体而言，通过混频电路314对发送波tw和接收波rw1进行合成，从而生成含有驻波信号及反映多普勒效应的信号的第一输出信号i。

并且，基于发送波tw及接收波rw2，混频电路314生成设置有与第一输出信号i不同相位的第二输出信号q。具体而言，以与第一输出信号i的相位差为90度的方式从发送波tw及接收波rw2计算出第二输出信号q。即，在本实施方式中，作为使第一输出信号i和第二输出信号q两个输出信号的相位偏移的方法，采用了发送1种发送波tw，并使发送波tw的反射波即接收波rw的相位偏移的方法。如此，能够基于2个输出信号(i、q)的相位差来识别物体(被检测体)的接近/远离。

另外，在本实施方式中，第一输出信号i和第二输出信号q的相位差不局限于90度，只要是可判断被检测体的接近/远离且可判断有无被检测体的相位差即可。

此外，使第一输出信号i和第二输出信号q两个输出信号的相位偏移的方法不局限于本实施方式的方法，例如也可以采用下述方法，即，生成并发射两个发送波即相位不同的2种发送波，所述两个发送波为发送波、使该发送波的相位偏移后的发送波，并基于相互相位偏移后的两个接收波来得到两个输出信号(i、q)。

通过混频电路314而生成的第一输出信号i及第二输出信号q被输出向差分放大电路315和判断部321。换言之，第一输出信号i被输出向差分放大电路315和判断部321，第二输出信号q也与第一输出信号i相同而被输出向差分放大电路315和判断部321。

差分放大电路315基于从混频电路314输入的第一输出信号i及第二输出信号q而生成第三输出信号d。具体而言，计算出第一输出信号i和第二输出信号q的差分，并作为所计算出的差分信号而得到第三输出信号d。如此，通过差分放大电路315而生成的第三输出信号d被输出向判断部321。即，在判断部321中输入有第一输出信号i和第二输出信号q及第三输出信号d三个输出信号。

在此，参照图7对差分放大电路315的详细内容进行说明。差分放大电路315具有运算放大器和多个电阻(r1、r2)。

在该差分放大电路315中，由虚短路(假设接地)，第一输出信号i的输出电压v1可用下述算式(1)进行表示。

(算式1)

v1-r1i1＝r2i2

此外，由运算放大器输入的高阻抗特性，可求出下述算式(2)。

(算式2)

由以上的算式(1)及算式(2)，第三输出信号d的输出电压v0可用下述算式(3)进行表示。

(算式3)

并且，第一输出信号i的输出电压v1和与第一输出信号i的相位差为90度的第二输出信号q的输出电压v2如下述算式(4)，为

(算式4)

v1＝asinωt，v2＝asin(ωt+π/2)

并且，当r1＝r2即增益为1(一定)时，则第三输出信号d的输出电压v0与第一输出信号i的输出电压v1及第二输出信号q的输出电压v2的关系可用下述算式(5)进行表示。

(算式5)

如此，第三输出信号的输出电压v0的振幅为第一输出信号i的输出电压v1(或第二输出信号q的输出电压v2)的振幅的√2倍。此外，第三输出信号d的输出电压v0作为cos函数而形成相位前进π/4的波形。即，通过差分放大电路315，能够得到第三输出信号d，所述第三输出信号d比第一输出信号i及第二输出信号q的输出电压的振幅更大且与第一输出信号i及第二输出信号q的输出电压相位不同。

(动作及作用)

接下来，参照图8及图9对本发明的一个实施方式所涉及的传感器部及冲厕装置的动作及作用进行说明。

图8是表示本发明的一个实施方式所涉及的第一输出信号和第二输出信号及第三输出信号的输出电压的关系的曲线图。图9是对本发明的一个实施方式所涉及的第一输出信号和第二输出信号及第三输出信号进行全波整流时的曲线图。

另外，在图8及图9中，虚线表示第一输出信号i的输出电压，点划线表示第二输出信号q的输出电压，实线表示第三输出信号d的输出电压。

如图8所示，从传感器部310向判断部321输入有三个输出信号(i、q、d)。判断部321基于所输入的三个输出信号(i、q、d)的输出电压来判断有无被检测体(例如使用者等)。具体而言，对第一输出信号i的输出电压、第二输出信号q的输出电压、第三输出信号d的输出电压的变化量全部进行监控。而后，如果三个输出信号(i、q、d)的输出电压的变化量之中至少一个变化量为所设定的阙值以上，则在判断部321中判断为存在被检测体。另一方面，当三个输出信号(i、q、d)的输出电压的变化量之中全部的变化量低于阙值，且低于阙值的状态持续规定时间时，则在判断部321中判断为无被检测体。判断部321的判断结果被送到动作指令部322。动作指令部322基于判断部321的判断结果向被控制部400发送适当信号。

另外，在本实施方式中，将用于判断有无使用者等被检测体的阙值设定为0.5v(伏特)，将规定时间设定为5秒。这些阙值、规定时间可根据冲厕装置1所设置的状况等来适当设定。

此外，如图9所示，在判断部321中，相对于任意基准电压，对输入的三个输出信号(i、q、d)进行全波整流。通过进行全波整流，能够获得三个输出信号(i、q、d)的输出电压的最大值的轨迹，从而能够导出大致唯一的值。由此，能够估算从传感器部310起至被检测体为止的距离。并且，通过测量第一输出信号i和第二输出信号q的波型、波数等，能够在控制部320中计算出被检测体的移动距离、或进行被检测体接近/远离于传感器部310的判断等。

另外，也可以构成为，通过对三个输出信号(i、q、d)进行全波整流而导出的大致唯一的值来判断有无被检测体。此外，也可以构成为，在进行全波整流后，对三个输出信号(i、q、d)的输出电压的变化量进行监控。

作为冲厕装置1的具体的动作，例如，基于进行全波整流后的三个输出信号(i、q、d)的输出电压及输出信号i，q的波型，用判断部321来判断人体是否入室到厕所3并接近大便器10。当通过判断部321判断为人体入室到厕所3并接近大便器10至规定距离时，则对三个输出信号(i、q、d)的输出电压的变化量等进行监控。然后，当检测到人体从大便器10离开规定距离、或者三个输出信号(i、q、d)的输出电压的变化量之中全部的变化量低于0.5v且该状态持续5秒时，则在判断部321中判断为无人体。并且，当便座100为打开状态且在判断部321中判断为无人体时，则也可以关闭便座100。

另外，判断部321也可以仅在例如便座100被使用者打开或者便座100为打开状态时，基于第一输出信号i和第二输出信号q及第三输出信号d对有无人体进行判断。由此，由于在便座100关闭的状态下，仅用第一输出信号i和第二输出信号q两个输出信号来进行判断，因此能够降低控制部320的负荷。

此外，也可以构成为，基于控制部320的判断部321的判断结果来进行便盖200的开闭、便器清洗动作、被控制部400所执行的动作等。

在此，参照图10～图12对假设人体存在于从大便器10的前方顶端起100mm(毫米)附近位置时的模拟结果进行说明。

图10～图12是表示本发明的一个实施方式所涉及的传感器部的模拟结果的曲线图。具体而言，图10是表示输入到判断部321的三个输出信号(i、q、d)的输出电压的关系的曲线图。图11是对输入到判断部321的三个输出信号(i、q、d)进行全波整流时的曲线图。图12是表示人体的站立位置与为了检测出0.5v而所需的移动距离的关系的曲线图。

另外，在图10及图11中，虚线表示第一输出信号i的输出电压，点划线表示第二输出信号q的输出电压，实线表示第三输出信号d的输出电压。此外，在图12中，虚线表示使用了第一输出信号i的情况，点划线表示使用了第一输出信号i及第二输出信号q时的情况，实线表示使用了第一输出信号i和第二输出信号q及第三输出信号d时的情况。

在该模拟中，将从传感器部310的发送部312发送的发送波tw的频率设定为约24ghz。

如图10～图12所示，在仅基于第一输出信号i来对有无人体进行判断时，为了检测出阙值即例如0.5v，所述阙值为对有无人体进行判断的输出电压变化量的阙值，人体必须移动约0.7mm～约2.5mm以上。此外，在基于第一输出信号i及第二输出信号q两个输出信号来对有无人体进行判断时，为了检测出0.5v的检测信号的输出电压，必须移动约0.7mm～约1.0mm以上。

因此，存在有下述这样的疑虑，即，在使用冲厕装置1的使用者为了站着进行小便而打开便座100且在大便器10之前呈大致静止状态时，无法检测人体微小的移动，从而由控制部320判断为没有人体，导致便座100自动关闭等。

另一方面，在基于第一输出信号i、第二输出信号q、第三输出信号d三个输出信号来判断有无物体时，只要被检测体(使用者)移动约0.5mm～约1.0mm以上，则能够得到0.5v的检测信号的输出电压。

并且，第三输出信号d与第一输出信号i及第二输出信号q相位不同。由此，即使为两个输出信号(i、q)的输出电压的变化量小的部分(例如图12中的使用者的站立位置从约98.5mm起至约99mm之间的范围)，也能够通过第三输出信号d来设置其输出电压的变化量大的部分。因此，在基于三个输出信号(i、q、d)来进行检测时，与用两个输出信号(i、q)进行检测的情况相比，检测精度更加提高。

如此，根据本发明的一个实施方式所涉及的传感器装置，由于具备基于第一输出信号i和第二输出信号q及第三输出信号d来判断有无物体(例如，人体)的判断部321，因此能够使传感器部310的检测精度提高。

此外，由于第三输出信号d是通过第一输出信号i及第二输出信号q而生成的，因此能够更加简化传感器电路。因此，能够使传感器部310的生产性提高。

此外，根据本发明的一个实施方式所涉及的传感器装置，由于第三输出信号d是基于第一输出信号i及第二输出信号q并通过差分放大电路315而生成的差分信号，因此能够得到比第一输出信号i及第二输出信号q的振幅值更大的振幅。因此，能够更加提高传感器部310的检测精度。

在此，例如为了得到第三输出信号d，还考虑到仅使第一输出信号i或第二输出信号q的一个增幅并使其相位偏移的方法。然而，由于当仅使第一输出信号i或第二输出信号q增幅时，同时可能会导致噪声也增幅，因此存在有导致传感器部310可能会进行误检测的疑虑。

并且，根据本发明的一个实施方式所涉及的冲厕装置1，由于冲厕装置1具备基于第一输出信号i和第二输出信号q及第三输出信号d来判断有无物体的判断部321，因此能够更正确地判断使用者向冲厕装置1接近、远离等举动。由此，例如即使在使用者呈静止或大致静止状态的小便中，也能够更正确地判断使用者的移动。因此，能够抑制因传感器部310的误检测而导致例如或是关闭便座100等，或是进行便器清洗这样的误动作。

此外，根据本发明的一个实施方式所涉及的冲厕装置1，由于基于判断部321所得出的判断结果对便座100进行开闭，因此能够抑制在使用者呈静止或大致静止状态的小便中可能会关闭便座100这样的误动作。因此，使用者能够更加舒适地使用冲厕装置1。

(变形例)

以上，虽然对本发明的一个实施方式进行了说明，但本发明不局限于上述的实施方式。

例如，也可以在传感器部310、控制部320等中设置去除电波、信号的噪声的滤波器。

此外，第一输出信号i和第二输出信号q之间的相位差不局限于90度，只要是下述这样的相位差即可，即，在对第一输出信号i和第二输出信号q的输出电压进行全波整流或者半波整流时可得到可对被检测体进行检测的输出电压的相位差。

此外，虽然对传感器部310和控制部320为分体的构成进行了说明，但传感器部310和控制部320也可以为一体，且也可以为传感器部310被包含于控制部320的构成。此外，也可以为在传感器部310中仅包含判断部321的构成。

只要技术上可行，前述的各实施的方式所具备的各要素可以进行组合，只要包含本发明的特征，则将这些组合的产物也都包含在本发明的范围内。