特許 6315428 自動水栓装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6315428

(24)【登録日】2018年4月6日

(45)【発行日】2018年4月25日

(54)【発明の名称】自動水栓装置

(51)【国際特許分類】

   E03C 1/05 20060101AFI20180416BHJP

【ＦＩ】

   E03C1/05

【請求項の数】5

【全頁数】21

(21)【出願番号】特願2014-248679(P2014-248679)

(22)【出願日】2014年12月9日

(65)【公開番号】特開2016-108870(P2016-108870A)

(43)【公開日】2016年6月20日

【審査請求日】2017年2月2日

(73)【特許権者】

【識別番号】000010087

【氏名又は名称】ＴＯＴＯ株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】306037311

【氏名又は名称】富士フイルム株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100092093

【弁理士】

【氏名又は名称】辻居 幸一

(74)【代理人】

【識別番号】100082005

【弁理士】

【氏名又は名称】熊倉 禎男

(74)【代理人】

【識別番号】100088694

【弁理士】

【氏名又は名称】弟子丸 健

(74)【代理人】

【識別番号】100095898

【弁理士】

【氏名又は名称】松下 満

(74)【代理人】

【識別番号】100098475

【弁理士】

【氏名又は名称】倉澤 伊知郎

(74)【代理人】

【識別番号】100123630

【弁理士】

【氏名又は名称】渡邊 誠

(72)【発明者】

【氏名】金子 義行

(72)【発明者】

【氏名】福冨 達也

(72)【発明者】

【氏名】秋山 史樹

(72)【発明者】

【氏名】馬島 渉

(72)【発明者】

【氏名】市橋 光芳

(72)【発明者】

【氏名】沖 和宏

【審査官】 油原 博

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００３−０９６８５０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−０８３０１０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特許第３７２６９５３（ＪＰ，Ｂ２）

【文献】 特開２０１３−０７６２７２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｅ０３Ｃ １／０５

Ｇ０１Ｓ １７／００−１７／９５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

赤外光により被検知物を検知して、吐水・止水を切り換える自動水栓装置であって、
吐水口が設けられた水栓装置本体と、
上記吐水口からの吐水・止水を切り換える開閉弁部と、
所定の検知領域に向けて赤外光を照射する投光部と、
この投光部から射出された赤外光のうち、第１の方向の円偏光を選択的に透過させる投光偏光部と、
上記投光部から射出され、被検知物により反射された赤外光を受光する受光部と、
上記反射された赤外光のうち、第１の方向の円偏光を選択的に透過させる受光偏光部と、
上記受光部により受光された赤外光に基づいて、上記開閉弁部を制御する制御部と、
を有し、
上記投光偏光部は、上記投光部から赤外光が入射されると、第１の方向の円偏光、及び第１の方向とは反対方向の、第２の方向の円偏光の赤外光を所定の割合で上記検知領域に出射するように構成され、上記検知領域において鏡面反射されることにより第２の方向の円偏光から第１の方向の円偏光に変換された赤外光が上記受光部により受光されることを特徴とする自動水栓装置。

【請求項2】

上記投光偏光部及び上記受光偏光部は、一体に構成されている請求項１記載の自動水栓装置。

【請求項3】

上記投光偏光部から出射される第２の方向の円偏光の赤外光の広がり角は、上記投光偏光部から出射される第１の方向の円偏光の赤外光の広がり角よりも大きい請求項１記載の自動水栓装置。

【請求項4】

上記投光部から射出される赤外光の指向角は３２゜以上、４６゜以下である請求項１記載の自動水栓装置。

【請求項5】

上記投光偏光部から出射される第２の方向の円偏光の赤外光の広がり角は３２゜以上、４６゜以下であり、この広がり角は上記投光部から射出される赤外光の指向角よりも大きい請求項１記載の自動水栓装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、自動水栓装置に関し、特に、赤外光により被検知物を検知して、吐水・止水を切り換える自動水栓装置に関する。

【背景技術】

【0002】

使用者の手指等の被検知物をセンサで検知して自動的に吐水する自動水栓装置は、その節水性や非接触による衛生性により、公共施設等において幅広く普及している。また、台所や洗面所などでも、利便性に優れる自動水栓の普及が期待されている。このような自動水栓装置に用いられるセンサには、反射光量型の光電センサが多く利用されている。

【0003】

反射光量型の光電センサは、赤外光を投光し、その赤外光が物体表面で反射して戻ってくる反射光の強度、すなわち反射光量を検出するものであり、その反射光量が所定の閾値を越えた場合に使用者の手指等の被検知物が水の吐水口の近くに存在すると判断する。
なお、赤外光ではなく可視光を使用しても全く同様の動作は可能であるが、照明による誤動作を生じる虞があるので、一般的に赤外光が利用されている。

【0004】

反射光量型の光電センサは、センサ部分を小型化しやすく、防水性や消費電力などの面でも自動水栓の用途に適している。類似のセンサとして、測距型の光電センサがある。これは、赤外光をビーム状に放射して、反射光の入射角度を測定し、三角測量の原理によって対象物の距離が近い／遠いを判定するものであるが、センサ面への水滴が付着すると、レンズ効果を生じて、距離を誤判定するという問題がある。
これに対し、反射光量型のセンサは、対象物が近くにあれば反射量が大きく、遠くにあれば反射量が小さい、という単純な動作原理であるため、水滴の付着などの影響を受けにくく、安定して動作できる。

【0005】

しかしながら、自動水栓装置を設置するシンクや洗面ボウル等の素材がステンレスや一部の高い光沢を有する陶器等である場合、投光した赤外光はシンクや洗面ボウル等の表面で鏡面反射するため、自動水栓装置の吐水口の近くに検知対象物（被検知物）が存在しない場合であっても、洗面ボウル等からの強い反射光によって誤吐水を引き起こす可能性があるという問題がある。

【0006】

このような課題を解決するために、特許文献１及び２記載の自動水栓装置においては、赤外光を投光する投光部、及び手指等により反射された赤外光を受光する受光部に、夫々直線偏光板が設けられている。即ち、投光部から射出された赤外光は、第１の方向の直線偏光のみを透過する直線偏光板を介して、手指等の検知領域に照射される。この検知領域において反射された赤外光は、第１の方向に対して直交した第２の方向の直線偏光のみを透過する直線偏光板を介して、受光部により受光される。

【0007】

このような自動水栓装置において、直線偏光板を介して照射された第１の方向の直線偏光のみを含む赤外光は、被検知物により拡散反射される。照射された赤外光は、拡散反射されることにより、第１及び第２の方向の直線偏光成分を含む反射光として受光部へ戻る。ここで、受光部には第２の方向の直線偏光のみを透過する直線偏光板が設けられているので、拡散反射された赤外光のうち、第２の方向の直線偏光成分が受光部により受光され、手指の存在が検知される。

【0008】

一方、照射された赤外光が検知領域において鏡面反射された場合には、反射光は、照射された赤外光と同じように、第１の方向の直線偏光成分のみを含むものとなる。このため、鏡面反射された反射光は、受光部に設けられた直線偏光板を透過することができず、鏡面反射された赤外光が受光部に受光されることはない。これにより、シンクや洗面ボウル等による鏡面反射を検出して、誤吐水が行われるのを防止することができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0009】

【特許文献1】特許第３７２６９５３号公報

【特許文献2】特許第４０４８８９１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0010】

しかしながら、上述した特許文献１及び２記載の発明のように、２枚の直線偏光板を夫々投光部及び受光部に設けた自動水栓装置においては、透過させる直線偏光の方向を厳格に管理する必要がある。このため、各直線偏光板の取り付け方向を正確に設定する必要があり、取り付け方向を誤って各直線偏光板の偏光方向が平行にされた場合には、鏡面反射光が全て受光されてしまうので自動水栓装置として機能しなくなる。また、各直線偏光板の取り付け方向に誤差があると、設計された所期の検知性能が得られなくなる。このように、２枚の直線偏光板を使用した自動水栓装置においては、直線偏光板の取り付けに所定の管理が必要となり、製造時における作業性が悪くなるという問題がある。

【0011】

また、特許文献１及び２記載の発明においては、自動水栓の誤吐水を防止するために、洗面ボウル等の鏡面反射を除去しているが、使用者がステンレスのコップや包丁等、鏡面反射をする対象物に対して自動吐水させたい場合もある。この場合において、直線偏光板によって対象物の鏡面反射光を除去してしまうと、これらを検出することができない。このため、従来の自動水栓においては、例えば、センサに拡散反射体である手をかざしながら吐水させた上で、コップや包丁に水をかけるというような、面倒な操作が必要であった。

【0012】

従って、本発明は、偏光板の取り付け方向等を厳格に管理することなく、容易に組み立てることができる自動水栓装置を提供することを目的としている。
また、本発明は、洗面ボウル等を誤検知することなく、コップや包丁等の鏡面反射をする対象物も検知することができる自動水栓装置を提供することを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0013】

上述した課題を解決するために、本発明は、赤外光により被検知物を検知して、吐水・止水を切り換える自動水栓装置であって、吐水口が設けられた水栓装置本体と、吐水口からの吐水・止水を切り換える開閉弁部と、所定の検知領域に向けて赤外光を照射する投光部と、この投光部から射出された赤外光のうち、第１の方向の円偏光を選択的に透過させる投光偏光部と、投光部から射出され、被検知物により反射された赤外光を受光する受光部と、この受光部に入射すべき赤外光のうち、第１の方向の円偏光を選択的に透過させる受光偏光部と、受光部により受光された赤外光に基づいて、開閉弁部を制御する制御部と、を有し、投光偏光部は、投光部から赤外光が入射されると、第１の方向の円偏光、及び第１の方向とは反対方向の、第２の方向の円偏光の赤外光を所定の割合で検知領域に出射するように構成され、検知領域において鏡面反射されることにより第２の方向の円偏光から第１の方向の円偏光に変換された赤外光が受光部により受光されることを特徴としている。

【0014】

このように構成された本発明においては、投光部が所定の検知領域に向けて赤外光を照射すると共に、投光偏光部は、照射された赤外光のうち、第１の方向の円偏光を選択的に透過させる。検知領域において、第１の方向の円偏光の赤外光が拡散反射されると、第１の方向、及び第１の方向とは反対方向の第２の方向の円偏光の赤外光が受光部の方へ反射される。この赤外光のうち第１の方向の円偏光の赤外光が受光偏光部を透過して、受光部に受光される。制御部は、受光部により受光された赤外光に基づいて開閉弁部を制御し、水栓装置本体に設けられた吐水口からの吐水・止水が切り換えられる。一方、検知領域において、第１の方向の円偏光の赤外光が鏡面反射されると、第２の方向の円偏光の赤外光が受光部の方へ反射されるが、第２の方向の円偏光の赤外光は受光偏光部を殆ど透過しないので、洗面ボウル等の鏡面反射の誤検知が防止される。

【0015】

このように構成された本発明によれば、鏡面反射の誤検知を防止するための投光偏光部及び受光偏光部が、何れも第１の方向の円偏光を選択的に透過させるように構成されているため、投光偏光部及び受光偏光部を任意の向きに配置することができる。これにより、偏光部として直線偏光板を使用した場合のように、投光偏光部と受光偏光部の相対的な角度を厳密に管理する必要がなく、誤検知を防止することができると共に、自動水栓装置の製造、組み立て工程を簡単にすることができる。
また、このように構成された本発明によれば、投光偏光部から第１、第２の方向の円偏光が所定の割合で射出されるので、検知領域において鏡面反射された赤外光を受光部により受光することができる。このため、第１、第２の方向の円偏光の割合を適切に設定することにより、洗面ボウル等の誤検知を防止しながら、検知領域に差し出されたコップ、包丁等の鏡面反射を検知することができる。

【0016】

本発明において、好ましくは、投光偏光部及び受光偏光部は、一体に構成されている。
このように構成された本発明によれば、投光偏光部及び受光偏光部は、一体に構成されているので、自動水栓装置の部品点数を削減することができると共に、偏光部の取り付け構造を簡略化することができ、設計の自由度を広げることができる。

【0019】

本発明において、好ましくは、投光偏光部から出射される第２の方向の円偏光の赤外光の広がり角は、投光偏光部から出射される第１の方向の円偏光の赤外光の広がり角よりも大きい。

【0020】

一般に、出射光が鏡面反射された場合には、拡散反射された場合よりも高強度の反射光が受光部に戻りやすい。上記のように構成された本発明によれば、第２の方向の円偏光の広がり角が、第１の方向の円偏光の広がり角よりも大きいので、第２の方向の円偏光の照射強度が低下される。これにより、洗面ボウル等の鏡面反射により第２の方向の円偏光から第１の方向の円偏光に変換されて受光部へ戻る赤外光の照射強度を適度に低下させることができ、洗面ボウル等の誤検知を防止しながら、検知領域に差し出されたコップ、包丁等の鏡面反射を検知することができる。

【0021】

本発明において、好ましくは、投光部から射出される赤外光の指向角は３２゜以上、４６゜以下である。
このように構成された本発明によれば、投光部から射出される赤外光の指向角を３２゜以上とすることにより、投光偏光部から出射される第２の方向の円偏光の広がり角も３２゜以上となる。これにより、鏡面反射により第１の方向の円偏光に変換されて受光部へ戻る反射光の照射強度が、投光偏光部から出射された第１の方向の円偏光が手指等によって拡散反射されて、第１の方向の円偏光として受光部へ戻る反射光の照射強度以下となるため、洗面ボウル等の誤検知を防止することができる。また、投光部から射出される赤外光の指向角を４６゜以下とすることにより、投光偏光部から出射される第２の方向の円偏光の広がり角も４６゜以下となる。これにより、鏡面反射により第１の方向の円偏光に変換されて受光部へ戻る反射光の照射強度が適度な大きさになるため、投光部に近づけた鏡面反射体を検知することが可能になる。

【0022】

本発明において、好ましくは、投光偏光部から出射される第２の方向の円偏光の赤外光の広がり角は３２゜以上、４６゜以下であり、この広がり角は投光部から射出される赤外光の指向角よりも大きい。

【0023】

このように構成された本発明によれば、投光偏光部から出射される第２の方向の円偏光の赤外光の広がり角を３２゜以上、４６゜以下とすることにより、洗面ボウル等の誤検知を防止しながら、投光部に近づけた鏡面反射体を検知することが可能になる。加えて、投光偏光部から出射される第１の方向の円偏光の赤外光の広がり角を小さく設定しておくことにより、サイズの小さい拡散反射体からも十分な強度の反射光を受光することができ、手指等を確実に検知することができる。

【発明の効果】

【0024】

本発明の自動水栓装置によれば、偏光板の取り付け方向等を厳格に管理することなく、容易に組み立てることができる。
また、本発明の自動水栓装置によれば、洗面ボウル等を誤検知することなく、コップや包丁等の鏡面反射をする対象物も検知することができる。

【図面の簡単な説明】

【0025】

【図1】本発明の第１実施形態による自動水栓装置全体の概略構成を示す断面図である。

【図2】本発明の第１実施形態による自動水栓装置のスパウトを先端部正面から見た図である。

【図3】本発明の第１実施形態による自動水栓装置において、スパウトの先端部に内蔵されている光電センサの分解斜視図である。

【図4】本発明の第１実施形態による自動水栓装置における光電センサの断面図である。

【図5】本発明の第１実施形態による自動水栓装置の作動原理を説明するための模式図であり、自動水栓装置側から使用者を見た図である。

【図6】本発明の第１実施形態による自動水栓装置の作動原理を説明するための模式図であり、自動水栓装置側から使用者を見た図である。

【図7】赤外線発光ダイオードから赤外光が照射された場合の各点における照射強度を説明する図である。

【図8】赤外線発光ダイオードから照射された赤外光が拡散反射された場合における反射光の強度を説明する図である。

【図9】赤外線発光ダイオードから照射された赤外光が鏡面反射された場合における反射光の強度を説明する図である。

【図10】本発明の第１実施形態による自動水栓装置において、第１円偏光板の界面における反射を説明する図である。

【図11】本発明の第２実施形態による自動水栓装置に内蔵されている光電センサに備えられている第１円偏光板の作用を説明する図である。

【図12】赤外線発光ダイオードから照射された赤外光が拡散反射された場合における反射光の強度を説明するための図である。

【図13】赤外線発光ダイオードから照射された赤外光が鏡面反射された場合における反射光の強度を説明するための図である。

【図14】本発明の変形実施形態における光電センサの分解斜視図である。

【図15】本発明の変形実施形態における光電センサの断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0026】

次に、添付図面を参照して、本発明の実施形態による自動水栓装置を説明する。
図１は、本発明の第１実施形態による自動水栓装置全体の概略構成を示す断面図である。
図１に示すように、本実施形態による自動水栓装置１は、水栓装置本体であるスパウト２と、このスパウト２への給水・停止を切り換える開閉弁部である電磁弁４と、スパウト２の先端部に設けられた光電センサ６と、この光電センサ６からの信号を処理し、電磁弁４の開閉を制御する制御部８と、を有する。

【0027】

スパウト２は、洗面ボウル１０の近傍に取り付けられ、洗面ボウル１０内へ吐水するように、先端部に吐水口２ａが設けられている。
電磁弁４は、スパウト２に接続された給水管路１２の途中に設けられ、制御部８からの信号に基づいて開閉されるように構成されている。これにより、吐水口２ａからの吐水・止水を切り換えることができる。開閉弁部としては、電磁弁４の他に、制御部８からの制御信号に基づいて開閉することができる任意の開閉弁を使用することができる。

【0028】

光電センサ６は、反射光量型のセンサであり、吐水口２ａの上部とスパウト２の先端部内面との間に設けられている。光電センサ６の詳細な構成については後述する。
制御部８は、光電センサ６の検出信号に基づいて電磁弁４に信号を送り、電磁弁４を開閉させるように構成されている。具体的には、制御部８は、各信号を入出力するインターフェイス、入力された信号を処理するためのマイクロプロセッサ、メモリ、及びこれらを作動させるプログラム（以上、図示せず）等により構成されている。

【0029】

本実施形態による自動水栓装置１においては、洗面ボウル１０上方の、図１に想像線で示す所定の検知領域１４に使用者の手指等が差し出されると、これを光電センサ６が検出し、検出信号が制御部８に送られる。制御部８は、検出信号が入力されると電磁弁４に信号を送り、電磁弁４を開弁させ、吐水口２ａから手指等に向けて吐水がなされる。また、光電センサ６からの検出信号が受信されなくなると、制御部８は電磁弁４に信号を送り、電磁弁４を閉弁させ、吐水を停止させる。

【0030】

次に、図２乃至図４を参照して、スパウト２の先端部の構成及び内蔵されている光電センサ６の構成を説明する。
図２は、スパウト２を先端部正面から見た図である。図３は、スパウト２の先端部に内蔵されている光電センサ６の分解斜視図である。図４は、光電センサ６の断面図である。
図２に示すように、スパウト２の先端部には、吐水口２ａが設けられると共に、吐水口２ａの一方の側に沿うように、円弧状断面を有する光電センサ６が配置されている。

【0031】

また、図３に示すように、光電センサ６は、センサ本体１６と、赤外光を投光する投光部である赤外線発光ダイオード１８と、手指等の検出体により反射された赤外光を受光する受光部である赤外線センサ２０と、赤外線発光ダイオード１８及び赤外線センサ２０を保持するホルダ２２と、赤外線発光ダイオード１８の先端側に配置された投光偏光部である第１円偏光板２４と、赤外線センサ２０の先端側に配置された受光偏光部である第２円偏光板２６と、赤外光が透過可能な素材で形成された透光部２８と、を有する。

【0032】

赤外線発光ダイオード１８は、直流電流を流すことにより赤外光を発生する発光ダイオードである。なお、赤外光を発生する任意の素子を投光部として使用することができる。
赤外線センサ２０は、赤外光が入射されることにより所定の電気信号を出力する光電変換素子であり、フォトダイオードもしくはフォトトランジスタセンサである。なお、赤外光を検出することができる任意の素子を、受光部として使用することができる。

【0033】

また、図４に示すように、赤外線発光ダイオード１８及び赤外線センサ２０は、ホルダ２２に固定されている。ホルダ２２は赤外線発光ダイオード１８との間を遮光すると共に、第１円偏光板２４及び第２円偏光板２６を固定するように構成されている。即ち、第１円偏光板２４及び第２円偏光板２６は、ホルダ２２と透光部２８の間に挟みこまれることにより固定され、これらがセンサ本体１６に収納される。なお、図４には、赤外線発光ダイオード１８及び第１円偏光板２４が示されているが、赤外線センサ２０に対して配置された第２円偏光板２６も全く同様に固定されている。

【0034】

第１円偏光板２４及び第２円偏光板２６は、本実施形態においては、左円偏光を選択的に透過させる円偏光板である。また、第１円偏光板２４及び第２円偏光板２６としては、左円偏光、右円偏光を透過する何れの円偏光板を使用することもできるが、同一の透過方向の円偏光板を使用する。形状を含めて、全く同一の円偏光板を使用することもできる。また、本実施形態においては、第１円偏光板２４及び第２円偏光板２６は、互いに９０°の角度を成すように取り付けられているが、これは光電センサ６の正面から見た厚みを減らすための配置であり、必ずしも９０°に配置する必要はなく、任意の方向に偏光板を取り付けることができる。なお、本明細書において、左円偏光を「選択的に透過させる」偏光板には、自然光（非偏光）が入射されたとき左円偏光のみが射出される偏光板、及び左円偏光及び右円偏光を出射し、右円偏光よりも多くの左円偏光が出射される偏光板の両方が含まれるものとする。

【0035】

従来の直線偏光板を使用した自動水栓においては、２つの直線偏光板を偏光方向が直交する向きに配置する必要があり、９０°の角度が厳密に管理されていないと偏光により鏡面反射を十分に除去することができなかった。後述するように、本実施形態においては、第１円偏光板２４及び第２円偏光板２６の角度の管理は不要である。

【0036】

透光部２８は赤外線発光ダイオード１８から射出された赤外光を透過する樹脂製の板であり、偏光を利用しているため、複屈折の生じない樹脂により形成することが好ましい。

【0037】

次に、図５及び図６により、本発明の第１実施形態による自動水栓装置１において、鏡面反射の影響を除去する原理を説明する。
図５及び図６は、本実施形態の自動水栓装置１の作動原理を説明するための模式図であり、自動水栓装置１側から使用者を見た図である。
なお、本実施形態においては、第１、第２円偏光板として、左円偏光を選択的に透過させる円偏光板が使用されているが、右円偏光を選択的に透過させる円偏光板も使用することができる。この場合には、以下の説明における偏光方向が全て左右逆になる。

【0038】

図５において、赤外線発光ダイオード１８から出力された赤外光は自然光であり、右円偏光と左円偏光成分を等量有しているが、第１円偏光板２４を透過すると概ね左円偏光成分のみとなる。手指の表面では、赤外光は拡散反射を生じるので、反射光の偏光成分は右円偏光と左円偏光の両方が含まれる。第２円偏光板２６は、左円偏光成分を選択的に透過するタイプなので、反射光の概ね左円偏光成分のみが赤外線センサ２０に入射する。

【0039】

図６は、自動水栓装置１が使用されていない状態で、洗面ボウル１０表面で第１円偏光板２４を透過した赤外光が鏡面反射を起こした場合を示している。洗面ボウル１０の材質が、高い光沢のある陶器や、ステンレス、ガラスの場合には、鏡面反射が起こりやすい。

【0040】

図６に示すように、赤外光は第１円偏光板２４を透過すると、図５と同様に、概ね左円偏光成分のみを含む赤外光となる。洗面ボウル１０の表面で鏡面反射が発生すると、左円偏光は右円偏光となって赤外線センサ２０の方へ反射される。加えて、鏡面反射された反射光は、反射の際に拡散されないため、投光された赤外光とほぼ同等の高強度の反射光となる。しかしながら、赤外線センサ２０の前に配置された第２円偏光板２６は、反射光の概ね左円偏光成分のみを透過するため、洗面ボウル１０表面で鏡面反射された赤外光は赤外線センサ２０に入射されない。これにより、洗面ボウル１０における鏡面反射が、使用者の手指による反射と誤検知されることはない。

【0041】

以上のように、第１円偏光板２４及び第２円偏光板２６を、同一の方向の円偏光を選択的に透過するタイプとすることにより、自動水栓装置１が鏡面反射を起こす洗面ボウル１０に設置にされた場合であっても、誤検知による誤吐水が発生することはない。このように、本実施形態においては、第１円偏光板２４及び第２円偏光板２６によって選択的に透過される第１の方向の円偏光として左円偏光を使用し、第１の方向の円偏光とは反対方向の、第２の方向の円偏光を右円偏光としているが、第１の方向の円偏光として右円偏光を使用することもできる。

【0042】

更に、第１円偏光板２４及び第２円偏光板２６の配置方向は任意とすることができ、従来の直線偏光板を使用した自動水栓装置のように２枚の偏光板の偏光方向の為す角度を９０°に正確に維持する必要はない。また、第１円偏光板２４及び第２円偏光板２６は、その形状も任意に設計することができるため、光電センサ６を、極めて容易に組み立てることができるように構成することができる。

【0043】

上記のように、本実施形態の自動水栓装置１によれば、洗面ボウル１０表面等の鏡面反射による誤検知を防止しながら、拡散反射する使用者の手指等を確実に検知することができる。加えて、本実施形態の自動水栓装置１では、円偏光板等を巧みに構成することにより、ステンレス製のコップや包丁等、鏡面反射する対象物であっても、検知することを可能としている。この構成を以下に説明する。

【0044】

まず、図７乃至図９を参照して、照射された赤外光が拡散反射された場合と、鏡面反射された場合における反射光の強度について説明する。
図７は、赤外線発光ダイオード１８から赤外光が照射された場合の各点における照射強度を説明するための図である。図８は、赤外線発光ダイオード１８から照射された赤外光が拡散反射された場合における反射光の強度を説明するための図である。図９は、赤外線発光ダイオード１８から照射された赤外光が鏡面反射された場合における反射光の強度を説明するための図である。

【0045】

検出用の投光手段としては、一般的に、赤外線発光ダイオードが使用される。この赤外線発光ダイオード１８は、図７のような砲弾型と呼ばれる形状のものが多く、先端の丸みがレンズの役割を果たし、赤外光は所定の指向角を持ったビームとして放射される。
この赤外線発光ダイオード１８の光出力の総和をＰ［Ｗ（ワット）］、放射されるビームの広がりを、頂角（指向角）をθとする円錐とする。頂角θの円錐が張る立体角Ω［ｓｒ（ステラジアン）］は、数学的な定義から数式１のように表すことができる。

【0046】

赤外線発光ダイオード１８から距離Ｄ［ｍ］だけ離れた位置の照射強度Ｅ［Ｗ／ｍ^２］は、照射面の面積をＳ［ｍ^２］とすると、数式２で表すことができる。また、面積Ｓと立体角Ω、距離Ｄの間には数式３の関係があるから、照射強度Ｅは数式４のように計算することができる。

【0047】

【数1】

【数2】

【数3】

【数4】

【0048】

次に、図８を参照して、赤外線発光ダイオード１８が、拡散反射体３０から距離Ｄだけ離れて置かれた場合の反射光を計算する。
赤外線発光ダイオード１８から放射される投光ビームは図７と同様に、出力Ｐ、頂角θの円錐状のビームとする。投光ビームの光出力Ｐは拡散反射体３０上の照射面３０ａの面積に照射される。拡散反射体３０の反射率をＲ_Ｄとすると、照射面３０ａは、光出力ＰのＲ_Ｄ倍の光出力を持つ光源（二次光源）となって反射光を放射する。

【0049】

照射面３０ａは拡散反射体であるため、反射光は照射面３０ａを中心とする半球状に広がる。つまり、図８の照射面３０ａを図７の赤外線発光ダイオード１８と置き換え、光出力ＰをＰ×Ｒ_Ｄに置き換え、放射ビームの頂角θを１８０°（Ω＝２πとなる）とすれば、数式４により、赤外線センサ２０の位置における照射強度Ｅ_Ｄは数式５のように求めることができる。

【数5】

【0050】

次に、図９を参照して、赤外線発光ダイオード１８が、鏡面反射体３２から距離Ｄだけ離れて置かれた場合の反射光を計算する。
赤外線発光ダイオード１８から放射される投光ビームは図７と同様に、出力Ｐ、頂角θの円錐状のビームとする。投光ビームは鏡面反射体３２の照射面３２ａの面積に照射されるが、鏡面反射をするため、投光ビームの広がりの状態を維持したまま反射される。これは、図９の鏡面反射体３２の右側に示すように、光出力Ｐがそのまま直進して距離２Ｄの位置（鏡面反射体３２を中心として、実際の赤外線センサ２０の鏡像の位置）に赤外線センサ２０があると考えることと等価である。

【0051】

鏡面反射体３２の反射率をＲ_Ｍとすると、赤外線センサ２０の位置における照射強度Ｅ_Ｍは、数式４の光出力ＰをＰ×Ｒ_Ｍに、距離Ｄを２Ｄに置き換えることにより、数式６のように求めることができる。
ここで、拡散反射による照射強度Ｅ_Ｄも鏡面反射による照射強度Ｅ_Ｍも、距離の２乗に反比例することに注意すべきである。

【0052】

【数6】

【0053】

ここで、各照射強度Ｅ_ＭとＥ_Ｄの比率を、数式５及び数式６に基づいて計算すると、数式７となる。

【数7】

【0054】

仮に、反射率Ｒ_Ｍ＝Ｒ_Ｄ、投光ビームの頂角θ＝２０°（発光ダイオードとして一般的な値）とするとＥ_ＭはＥ_Ｄの３３倍もの非常に大きな値となる。このため、鏡面反射が発生すると、赤外線センサ２０には高強度の反射光が戻り、誤検知を発生する原因となる。本実施形態においては、赤外線センサ２０の前に第２円偏光板２６を配置することによりＥ_Ｍを除去している。

【0055】

しかしながら、上記のように、拡散反射による照射強度Ｅ_Ｄも鏡面反射による照射強度Ｅ_Ｍも、距離の２乗に反比例する特性がある。よって、鏡面反射を検出する際の光出力を制御して低減することができれば、洗面ボウル１０表面等の鏡面反射による誤検知を回避しながら、赤外線センサ２０の近くに差し出された鏡面反射体の検出が可能となる。

【0056】

次に、図１０を参照して、誤検知を回避しながら、赤外線センサの近くに配置された鏡面反射体を検出する原理を説明する。
図１０は、第１円偏光板の界面における反射を説明する図である。

【0057】

本実施形態の自動水栓装置１においては、第１円偏光板の界面における反射を利用して、光出力を制御している。
まず、空気中から屈折率ｎの物質に光が垂直に入射する場合、または出射する場合、界面においては数式８により計算される反射Ｒ_Ｓが発生する。第１円偏光板２４は、部材としての取り扱いのし易さや機械的強度を得るために、ガラスやアクリル樹脂などの屈折率ｎ＝約１．５の物質で表面が保護されているため、数式８より、界面の反射Ｒ_Ｓは約４％となる。

【数8】

【0058】

本実施形態においては、第１円偏光板２４として、反射型の円偏光板が使用されている（第２円偏光板２６も同じ）。この反射型の円偏光板は、コレステリック液晶の選択反射を利用したものである。

【0059】

図１０に示すように、第１円偏光板２４は左円偏光を透過し、右円偏光を反射する反射型円偏光板であり、屈折率ｎ＝１．５の材料からなるものである。
赤外線発光ダイオード１８から放射される赤外光は自然光（非偏光）なので、右円偏光と左円偏光の成分を同量、含んでいる。ここで、赤外光に含まれる右円偏光及び左円偏光の成分を夫々１００とする。この値は、透過、反射の割合を算出するための相対的な値であり、単位は特に必要無い。図１０において、図の左から右方向へ進む光が手指等の検出体に向けて出射される光成分であり、この光が検出に利用される。

【0060】

赤外線発光ダイオード１８から放射された１００の左円偏光は、屈折率ｎ＝１．５の第１円偏光板２４に入射する際、そのうちの４％に相当する４が反射され、右円偏光となる。残り９６の左円偏光が左円偏光のまま第１円偏光板２４に入射し、再び空気中に出射される際に９６の４％に相当する３．８が界面で反射されて右円偏光となり、残りの９２．２（＝９６−３．８）が左円偏光として出射される。
界面で反射された３．８の右円偏光は、第１円偏光板２４の内部の選択反射機能によって反射され、右円偏光として出射される。この際にも界面において４％の反射が発生するが、非常に小さい値（０．０４の二乗）となるので、この反射は無視する。

【0061】

一方、赤外線発光ダイオード１８から放射された１００の右円偏光は、屈折率ｎ＝１．５の第１円偏光板２４に入射する際、４％の４が反射され、左円偏光となる。残り９６が右円偏光のまま第１円偏光板２４に入射するが、第１円偏光板２４の内部の選択反射機能によって反射され、右円偏光として赤外線発光ダイオード１８の側に戻る。この際にも界面において４％の反射が発生し、３．８が左円偏光として第１円偏光板２４から出射する。この際の界面反射も、非常に小さい値となるため無視する。

【0062】

以上より、図１０において、赤外線発光ダイオード１８から放射された赤外光は、第１円偏光板２４の右側へ、左円偏光成分が９６（＝９２．２＋３．８）、右円偏光成分が３．８出射される。このように、右円偏光成分は左円偏光成分の約２５分の１という僅かな量だけ第１円偏光板２４から出射される。即ち、第１円偏光板２４は、左円偏光成分を選択的に透過させる。なお、第１円偏光板２４から出射される左円偏光成分と右円偏光成分の比率は第１円偏光板２４の屈折率に依存するため所定の割合に固定され、形状誤差等の影響を受けることなく安定した値となる。

【0063】

次に、図８を参照して説明した、拡散反射体３０による反射を、第１円偏光板２４及び第２円偏光板２６の作用を含めて計算する。第１円偏光板２４から出射する左円偏光成分の出力をＰ_Ｌ、右円偏光成分の出力をＰ_Ｒ、両方を合わせた出力をＰ_Ｌ＋Ｒとする。なお、赤外線発光ダイオード１８から放射された赤外光のビームは、第１円偏光板２４を透過した後も、ほぼ同一の頂角θ（立体角Ω）を維持したまま拡散反射体３０に到達する。

【0064】

拡散反射体３０において反射された赤外光は、その約半分が右円偏光成分、残りの半分が左円偏光成分となって赤外線センサ２０の方へ戻る。しかしながら、反射光のうちの右円偏光成分は、第２円偏光板２６を殆ど透過することができないため、赤外線センサ２０に到達する光出力は約半分になる。また、上記のように、第１円偏光板２４から出射する赤外光の大部分は左円偏光成分であるため、Ｐ_Ｌ＋ＲはＰ_Ｌにほぼ等しくなる。これらの条件を数式５に代入すると、赤外光が拡散反射体３０によって反射された場合において、赤外線センサ２０によって受光される光の照射強度Ｅ_Ｄは数式９のように計算される。

【数9】

【0065】

同様に、図９を参照して説明した、鏡面反射体３２による反射を、第１円偏光板２４及び第２円偏光板２６の作用を含めて計算する。なお、赤外線発光ダイオード１８から放射された赤外光のビームは、第１円偏光板２４を透過した後も、ほぼ同一の頂角θ（立体角Ω）を維持したまま鏡面反射体３２に到達する。

【0066】

上記のように、赤外線発光ダイオード１８から射出された赤外光が第１円偏光板２４に入射されると、第１円偏光板２４からは、９６の左円偏光成分と、３．８の右円偏光成分が出射される。これらのうちの左円偏光成分は、鏡面反射体３２において鏡面反射されると右円偏光成分となるので、第２円偏光板２６を殆ど透過することができず、赤外線センサ２０に到達することはない。一方、右円偏光成分は、鏡面反射されることにより左円偏光成分となるので、第２円偏光板２６を透過して赤外線センサ２０によって受光される。即ち、第１円偏光板２４から出射した右円偏光成分出力Ｐ_Ｒが、鏡面反射によって左円偏光となり、赤外線センサ２０に到達する。

【0067】

これらの条件を数式６に代入すると、赤外光が鏡面反射体３２によって反射された場合において、赤外線センサ２０によって受光される光の照射強度Ｅ_Ｍは数式１０のように計算される。

【数10】

【0068】

ここで、本実施形態の自動水栓装置１において、制御部８は、赤外線センサ２０によって受光された光の照射強度が所定のしきい値を超えたとき、使用者の手指等が所定の検知領域に差し出されたと判断して、電磁弁４を開弁させるように構成されている。従って、数式１０により計算した鏡面反射による照射強度Ｅ_Ｍが数式９により計算した拡散反射による照射強度Ｅ_Ｄよりも大きい場合には、検知領域に差し出された（拡散反射する）手指等を検知すると同時に、洗面ボウル１０等の鏡面反射による誤検知を回避することが困難となる。

【0069】

即ち、洗面ボウル１０等の鏡面反射による誤検知は、光電センサ６と洗面ボウル１０との距離が近いほど発生しやすい。しかしながら、光電センサ６に対して、使用者の手指等の被検知物よりも洗面ボウル１０の方が近くなることはない。このため、誤検知が最も発生しやすい状態は、使用者の手指等の被検知物と洗面ボウル１０が、光電センサ６から等距離にある場合ということになる。この状態において、数式１０により計算した鏡面反射の照射強度Ｅ_Ｍが数式９により計算した拡散反射による照射強度Ｅ_Ｄを超えていなければ、洗面ボウル１０の誤検知を回避しながら、洗面ボウル１０と等距離にある被検知物が検知されるようにしきい値を設定することが可能になる。

【0070】

従って、拡散反射による照射強度Ｅ_Ｄと鏡面反射による照射強度Ｅ_Ｍの間には、Ｅ_Ｄ≧Ｅ_Ｍという条件が成立する必要がある。この条件式に数式９及び１０を代入すると、

【数11】

の関係式が得られ、この関係式を整理すると、

【数12】

の関係が得られる。

【0071】

図１０に基づいて説明したように、本実施形態において、第１円偏光板２４から出射する各円偏光成分の出力の比Ｐ_Ｒ／Ｐ_Ｌは１／２５である。また、想定される拡散反射体の反射率Ｒ_Ｄを、人の皮膚の典型的な値である約５０％とし、想定される鏡面反射体の反射率Ｒ_Ｍを鏡に近いものを想定して約１００％とすると、Ｒ_Ｍ／Ｒ_Ｄ＝２／１となる。これらの値を数式１２に代入すると、

【数13】

となる。

【0072】

この数式１３を整理することにより、赤外線発光ダイオード１８から射出される赤外線ビームの頂角θ（≒第１円偏光板２４から出射されるビームの頂角）の条件としてθ≧３２°（ビーム中心線に対する両側の広がり角として表示すれば、θ≧±１６°）が計算される。即ち、赤外線発光ダイオード１８から射出される赤外線ビームの頂角θが約３２°であるとき、同一の位置に配置された反射率５０％の拡散反射体３０によって反射され赤外線センサ２０によって受光される光の強度と、反射率１００％の鏡面反射体３２によって反射され受光される光の強度が等しくなる。

【0073】

即ち、ビームの頂角が±１６°程度に広がる赤外線発光ダイオード１８を使用すれば、光電センサ６（赤外線発光ダイオード１８）から対象物までが同じ距離Ｄであれば、反射率５０％の拡散反射体である手指と、反射率１００％の鏡面反射体で同等の出力信号が赤外線センサ２０から出力される。従って、鏡面反射体が洗面ボウル１０であるとすれば、検知すべき手指までの距離よりも確実に遠いため、洗面ボウル１０を検知することなく、差し出された手指が検知されるように、赤外線センサ２０出力のしきい値を設定することができる。本実施形態の自動水栓装置１においては、ビームの頂角及びしきい値がこのように設定されている。

【0074】

さらに、射出される赤外線ビームの頂角θを±１６°よりも大きく設定した場合には、拡散反射体３０により反射され、受光される光の強度が、鏡面反射体３２によって反射され受光される光の強度よりも大きくなる。この状態においては、拡散反射体３０が赤外線発光ダイオード１８から所定距離Ｄ１以内に接近すると検知されるように、光強度のしきい値を設定した場合、鏡面反射体３２では、距離Ｄ１よりも近くまで接近しなければ検知されることがない。即ち、コップや包丁等の鏡面反射体を検知させる場合、手指が検知される位置よりも近くにそれらを差し出せば、赤外線センサ２０の出力がしきい値を超え、検知される。鏡面反射体を検知させるために光電センサ６に近づけるという行為は使用者にとって自然なものなので、特に違和感なく自動水栓装置１を使用することができる。

【0075】

また、上述した赤外線ビームの頂角θの値は、拡散反射体の反射率Ｒ_Ｄを、典型的な人の皮膚を想定して、Ｒ_Ｄ＝５０％として計算したが、作業用手袋等には更に反射率の低いものもある。このような反射率の低い拡散反射体の反射率Ｒ_Ｄを２５％と仮定すれば、数式１２におけるＲ_Ｍ／Ｒ_Ｄ＝４／１となる（鏡面反射体の反射率Ｒ_Ｍ＝１００％とする）。このような拡散反射体について、拡散反射による反射光の強度と、鏡面反射による反射光の強度が等しくなる赤外線ビームの頂角θは、θ＝約４６゜（ビーム中心線に対する両側の広がり角として表示すれば、θ＝±２３°）となる。このように、想定される拡散反射体の反射率を低く見積もるほど、洗面ボウル１０等による鏡面反射の誤検知を防止するために必要なビームの頂角θが大きくなる。しかしながら、ビームの頂角θをこれ以上大きくすると、コップや包丁等の検知すべき鏡面反射体を検知することも困難になる。
従って、赤外線発光ダイオード１８から射出される赤外線ビームの指向角（第１円偏光板２４を介して出射されるビームの広がり角もほぼ同一になる）は、約３２゜以上、約４６゜以下（±１６≦θ≦±２３゜）に設定することが好ましい。

【0076】

本発明の第１実施形態の自動水栓装置１によれば、鏡面反射の誤検知を防止するための第１円偏光板２４及び第２円偏光板２６が、何れも第１の方向の円偏光を選択的に透過させるように構成されているため、第１円偏光板２４及び第２円偏光板２６を任意の向きに配置することができる。これにより、偏光部として直線偏光板を使用した場合のように、第１円偏光板２４と第２円偏光板２６の相対的な角度を厳密に管理する必要がなく、確実に誤検知を防止することができると共に、自動水栓装置１の製造、組み立て工程を簡単にすることができる。

【0077】

また、本実施形態の自動水栓装置１によれば、第１円偏光板２４から左円偏光及び右円偏光が所定の割合で射出される（図１０）ので、検知領域において鏡面反射により左円偏光に変換された赤外光を赤外線センサ２０により受光することができる。このため、左円偏光と右円偏光の割合を適切に設定することにより、洗面ボウル等の誤検知を防止しながら、検知領域に差し出されたコップ、包丁等の鏡面反射を検知することができる。

【0078】

さらに、本実施形態の自動水栓装置１によれば、赤外線発光ダイオード１８から射出される赤外光の指向角を３２゜以上とすることにより、第１円偏光板から出射される右円偏光の広がり角も３２゜以上となる。これにより、鏡面反射により左円偏光に変換されて赤外線センサ２０へ戻る反射光の照射強度が、第１円偏光板２４から出射された左円偏光が手指等によって拡散反射されて、左円偏光として受光部へ戻る反射光の照射強度以下となるため（数式１３）、洗面ボウル等の誤検知を防止することができる。また、赤外線発光ダイオード１８から射出される赤外光の指向角を４６゜以下とすることにより、第１円偏光板２４から出射される右円偏光の広がり角も４６゜以下となる。これにより、鏡面反射により左円偏光に変換されて赤外線センサ２０へ戻る反射光の照射強度が適度な大きさになるため、光電センサ６に近づけた鏡面反射体を検知することが可能になる。

【0079】

次に、図１１乃至図１３を参照して、本発明の第２実施形態による自動水栓装置を説明する。
本実施形態の自動水栓装置は、光電センサに使用されている円偏光板の構成が上述した第１実施形態とは異なる。従って、ここでは、本発明の第２実施形態の、第１実施形態とは異なる部分のみを説明し、同様の構成、作用、効果については説明を省略する。

【0080】

図１１は、本発明の第２実施形態による自動水栓装置に内蔵されている光電センサに備えられている第１円偏光板の作用を説明する図である。図１２は、赤外線発光ダイオードから照射された赤外光が拡散反射された場合における反射光の強度を説明するための図である。図１３は、赤外線発光ダイオードから照射された赤外光が鏡面反射された場合における反射光の強度を説明するための図である。

【0081】

図１１に示すように、本実施形態の自動水栓装置に使用されている投光偏光部である第１円偏光板１２４は、所定の方向の円偏光成分を選択反射する反射層１２４ａと、同方向の円偏光成分を拡散する拡散層１２４ｂと、を有し、これらの層が貼り合わされている。この第１円偏光板１２４の反射層１２４ａの作用は、図１０を参照して説明した、第１実施形態における第１円偏光板２４と同様である。なお、本実施形態においては、赤外線センサ２０の前に配置された受光偏光部である第２円偏光板１２６も、第１円偏光板１２４と同一の構成を有する（図１２、図１３）。また、これらの第１円偏光板１２４と第２円偏光板１２６を一体に、一枚の円偏光板として構成することもできる。

【0082】

即ち、赤外線発光ダイオード１８から放射される赤外光に含まれる右円偏光及び左円偏光の成分を夫々１００とすると、１００の左円偏光は、第１円偏光板１２４の反射層１２４ａに入射する際、そのうちの４％に相当する４が反射され、右円偏光となる。残り９６の左円偏光が左円偏光のまま反射層１２４ａに入射し、拡散層１２４ｂを介して再び空気中に出射される際に９６の４％に相当する３．８が反射されて右円偏光となり、残りの９２．２（＝９６−３．８）が第１円偏光板１２４から左円偏光として出射される。この第１円偏光板１２４から出射される左円偏光成分の広がり角θ_Ｌは、赤外線発光ダイオード１８から放射される投光ビームの広がり角とほぼ等しくなる。

【0083】

一方、反射された３．８の右円偏光は、反射層１２４ａの内部の選択反射機能によって反射され、拡散層１２４ｂを介して右円偏光として出射される。この際、右円偏光成分は、拡散層１２４ｂにより拡散され、所定の角度で広がるように出射される。この拡散層１２４ｂの作用により広がる角度をθ_Ｄとすると、右円偏光の広がりθ_Ｒは、赤外線発光ダイオード１８の放射ビームの広がり角に、拡散層１２４ｂの作用による角度θ_Ｄを加えたものとなる。

【0084】

この拡散層１２４ｂは、左円偏光を拡散することなく通過させ、右円偏光を選択的に拡散反射する。この拡散層１２４ｂ（拡散反射層）には、層面をフィルターの平面からランダムに傾斜したコレステリック液晶を用いることが好ましい。この層面の傾斜する方向はランダムであり、また平均傾斜角度は１度〜１５度が好ましく、これよりも大きな角度になると通過する左円偏光を拡散偏光解消させるからである。このような膜面が傾斜したコレステリック液晶層は、ラビング処理をしていない水平配向性の基材に、コレステリック液晶を塗布し、その配向を固定することによって得ることが出来る。左円偏光を拡散することなく通過させ、右円偏光を選択的に拡散反射するためには、膜の厚みは０．５μm〜８μmであることが好ましく、１〜６μmであることがより好ましい。

【0085】

さらに、赤外線発光ダイオード１８から放射された１００の右円偏光は、第１円偏光板１２４の反射層１２４ａに入射する際、４％の４が反射され、左円偏光となる。残り９６が右円偏光のまま反射層１２４ａに入射するが、反射層１２４ａの内部の選択反射機能によって反射され、右円偏光として赤外線発光ダイオード１８の側に戻る。この際にも４％の反射が発生し、３．８が左円偏光として拡散層１２４ｂを介して第１円偏光板１２４から出射する。この左円偏光成分も拡散層１２４ｂにおいて拡散されることはない。

【0086】

次に、図１２を参照して、第１円偏光板１２４から出射された赤外光が、拡散反射された場合について説明する。
上記のように、本実施形態においては、第１円偏光板１２４から出射される赤外光の広がり角が、左円偏光と右円偏光で異なっている。左円偏光成分は、拡散層１２４ｂにおいて殆ど拡散されないため、その広がり角θ_Ｌは、赤外線発光ダイオード１８から射出される投光ビームの頂角θとほぼ同じである。一方、右円偏光成分は、拡散層１２４ｂにおいて拡散され、その広がり角θ_Ｒは、左円偏光成分の広がり角θ_Ｌよりもθ_Ｄだけ大きくなる（θ_Ｒ＝θ_Ｌ＋θ_Ｄ）。

【0087】

このように、本実施形態においては、広がり角が左円偏光成分と右円偏光成分で異なっているが、各成分とも拡散反射体３０で反射されることにより、左円偏光成分及び右円偏光成分を含む光に変換される。これらの反射光のうちの左円偏光成分が、第２円偏光板１２６を透過して受光部である赤外線センサ２０により受光される。赤外線センサ２０によって受光される赤外光の照射強度は、第１実施形態と同様に数式５によって計算することができる。なお、数式５は、拡散反射体３０上に形成される照射面が十分に小さいことを仮定して得られた近似式であるため、左円偏光成分と右円偏光成分の広がり角の相違は、数式５を使用した計算には反映されない。この広がり角の影響については後述する。

【0088】

次に、図１３を参照して、第１円偏光板１２４から出射された赤外光が、鏡面反射された場合について説明する。
まず、本実施形態においては、第１円偏光板１２４から出射される左円偏光成分の広がり角θ_Ｌは、赤外線発光ダイオード１８から射出される投光ビームの頂角θとほぼ同じである。この左円偏光成分は、鏡面反射体３２において鏡面反射されると右円偏光になるため、第２円偏光板１２６を殆ど透過せず、赤外線センサ２０によって受光されることはない。

【0089】

一方、第１円偏光板１２４から出射される右円偏光成分の広がり角θ_Ｒは、赤外線発光ダイオード１８から射出される投光ビームの頂角θよりも大きくされている。この右円偏光成分は、鏡面反射体３２において鏡面反射されると左円偏光になるため、第２円偏光板１２６を透過して、赤外線センサ２０によって受光される。赤外線センサ２０によって受光される赤外光の照射強度は、第１実施形態における数式６のθをθ_Ｒに置き換えることにより計算することができる。ここで、右円偏光成分の広がり角θ_Ｒは、赤外線発光ダイオード１８から射出される投光ビームの頂角θよりも大きくされているため、反射光も、より大きな領域に広がって赤外線センサ２０の方へ戻る。このため、赤外線センサ２０によって受光される赤外光の照射強度が低くなる。

【0090】

上述した第１実施形態においては、鏡面反射による反射光の照射強度Ｅ_Ｍを低下させ、拡散反射の照射強度Ｅ_Ｄ以下に設定する（数式１３）ためには、赤外線発光ダイオード１８から射出される投光ビームの頂角θを大きく設定する必要があった。これに対し、本実施形態においては、第１円偏光板１２４から出射される右円偏光成分の広がり角θ_Ｒのみが大きくされるので、投光ビームの頂角θ（左円偏光成分の広がり角θ_Ｌ）を小さく維持したまま、鏡面反射の反射光の照射強度Ｅ_Ｍを低下させることができる。この投光ビームの頂角θを小さく維持したまま鏡面反射の反射光の照射強度Ｅ_Ｍを低下させることによる効果を以下に説明する。

【0091】

上記のように、拡散反射による反射光の照射強度については、数式９により計算しているが、この式は、ビームの広がりを十分に小さいものとして無視したものである。すなわち、図８における照射面３０ａが代表的な検出対象である手のひらに対して、十分に小さいとして計算している。しかしながら、数式１３により計算されたように、誤検知を回避すべく鏡面反射の反射光の照射強度Ｅ_Ｍを低下させるには、投光ビームの頂角θ（広がり角）を±１６°以上に広げる必要がある。鏡面体の洗面ボウル等による誤感知を減らし、誤感知が発生しない側に安全のマージンを増やすには、更にビームも広げる必要がある。

【0092】

このようにビームを広げると、照射面３０ａのサイズが大きくなり、手のひらのサイズを超える場合もある。例えば、頂角θ＝±１６°のビームは１５ｃｍ先で直径約９ｃｍとなり、手のひらのサイズを超える可能性が高い。これにより、放射したビームの一部が手のひらによって反射されなくなり、赤外線センサ２０の出力が低下する。すなわち、手指等の検出感度が低下し、自動水栓装置の使い勝手が悪くなる。
逆に、子供の手のひらでも十分な拡散反射光が得られるように投光ビームの頂角θを小さくすると、鏡面反射体によって赤外線センサ２０に受光される照射強度が高くなり、誤検知の可能性が高くなる。

【0093】

これに対して、本発明の第２実施形態における第１円偏光板１２４を使用することにより、図１２に示すように、左円偏光成分を比較的広がり角の小さいθ_Ｌのビームで拡散反射体に放射することができ、小さな手に対しても効率よく反射をさせることができる。

【0094】

一方、鏡面反射体に対しては、図１３のように、右円偏光成分を比較的広いθ_Ｒのビームで放射し、鏡面反射に基づいて赤外線センサ２０に受光される照射強度を低く抑えることができる。右円偏光成分のビームの広がりが大きくなることにより、検知すべきコップや包丁等の鏡面反射体からの反射光は弱くなるが、鏡面反射体は、手指等の拡散反射体よりも近くに差し出されたときに検知されれば十分である。ここで、光電センサ（赤外線発光ダイオード１８）の近傍においては、広がり角が大きい右円偏光成分のビームもあまり大きく広がっていないため、照射面は検出対象物に対して小さく、十分な感度でコップや包丁等の鏡面反射体を検知することができる。

【0095】

このように、左円偏光成分の広がり角θ_Ｌは小さい方が好ましく、右円偏光成分の広がり角θ_Ｒは３２°以上が望ましい。しかしながら、第１実施形態において説明したように、広がり角θ_Ｒを約４６゜（θ_Ｒ＝±２３°）以上に大きくすると、コップや包丁等の検知すべき鏡面反射体を検知することも困難になる。従って、第１円偏光板１２４を介して出射される右円偏光成分の広がり角θ_Ｒは、約３２゜以上、約４６゜以下（±１６≦θ_Ｒ≦±２３゜）に設定することが好ましい。

【0096】

なお、実際の赤外線発光ダイオードは、投光ビームの頂角θ内に完全に均一な赤外光を放射するものではなく、ある程度の「ぼけ」を持っており、上述した各数式には、このことが反映されていない。しかしながら、投光ビームの頂角θの外へ赤外光が広がる部分と、頂角θの内側で赤外光の強度が低下する部分が補い合うため、各数式を使用して、物体を検知する光電センサを十分な精度で設計することができる。

【0097】

本発明の第２実施形態の自動水栓装置によれば、第１円偏光板１２４から出射される右円偏光の赤外光の広がり角は、第１円偏光板１２４から出射される左円偏光の赤外光の広がり角よりも大きい。このため、右円偏光の照射強度が低下される。これにより、洗面ボウル等の鏡面反射により右円偏光から左円偏光に変換されて赤外線センサ２０へ戻る赤外光の照射強度を適度に低下させることができ、洗面ボウル等の誤検知を防止しながら、検知領域１４に差し出されたコップ、包丁等の鏡面反射を検知することができる。

【0098】

また、本実施形態の自動水栓装置によれば、第１円偏光板２４から出射される右円偏光の赤外光の広がり角を３２゜以上、４６゜以下とすることにより、洗面ボウル等の誤検知を防止しながら、光電センサに近づけた鏡面反射体を検知することが可能になる。加えて、第１円偏光板２４から出射される左円偏光の赤外光の広がり角を小さく設定しておく（図１２、図１３）ことにより、サイズの小さい拡散反射体からも十分な強度の反射光を受光することができ、手指等を確実に検知することができる。

【0099】

以上、本発明の好ましい実施形態を説明したが、上述した実施形態に種々の変更を加えることができる。特に、上述した第１、第２実施形態においては、光電センサがスパウトの先端部に取り付けられていたが、光電センサは任意の位置に設けることができる。また、上述した第１、第２実施形態においては、投光偏光部である第１円偏光板と、受光偏光部である第２円偏光板が、別々の偏光板で構成されていたが、これらを一体にして１枚の偏光板で構成することもできる。

【0100】

次に、図１４及び図１５を参照して、偏光板を１枚とした変形例を説明する。
図１４は本発明の変形実施形態における光電センサ１６０の分解斜視図であり、図１５は、その光電センサの断面図である。
図１４に示すように、本変形実施形態において使用されている円偏光板１６４は１枚であり、投光部である赤外線発光ダイオード１８及び受光部である赤外線センサ２０の双方を覆う、円弧状に構成されている。

【0101】

本変形実施形態に使用する円偏光板１６４として右円偏光または左円偏光のいずれのタイプも使用することができ、図５及び図６により説明したように、出射された赤外光の円偏光とは逆方向の円偏光を除去することができる。また、円偏光板を一体化することにより、投光側と受光側で偏光板を別部品として用意する必要がなくなる。なお、円偏光板を一体化する変形は、上述した第１、第２実施形態の何れにも適用することができる。

【0102】

また、上述した第１、第２実施形態においては、第１円偏光板及び第２円偏光板の位置を規定するための構造（円偏光板の形状に合わせた、へこみ）が必要であった。これに対して、本変形実施形態においては、図１４に示すように、例えば円偏光板１６４の形状をセンサ本体１６の内側の形状に合わせることにより、ホルダ１６２と透光部２８との間に挟み込むだけで円偏光板１６４を固定することができ、ホルダ１６２の構造を簡略化することができる。

【0103】

また、透光部２８と円偏光板１６４を２つの部品だけで構成することができるので、これらを接着剤で貼り合わせたり、インサート成型により構成することも可能となり、製造性および組み立て性を向上させることができる。

【符号の説明】

【0104】

１ 本発明の第１実施形態による自動水栓装置
２ スパウト（水栓装置本体）
２ａ 吐水口
４ 電磁弁（開閉弁部）
６ 光電センサ
８ 制御部
１０ 洗面ボウル
１２ 給水管路
１４ 検知領域
１６ センサ本体
１８ 赤外線発光ダイオード（投光部）
２０ 赤外線センサ（受光部）
２２ ホルダ
２４ 第１円偏光板（投光偏光部）
２６ 第２円偏光板（受光偏光部）
２８ 透光部
３０ 拡散反射体
３０ａ 照射面
３２ 鏡面反射体
３２ａ 照射面
１２４ 第１円偏光板（投光偏光部）
１２４ａ 反射層
１２４ｂ 拡散層
１２６ 第２円偏光板（受光偏光部）
１６０ 本発明の変形実施形態における光電センサ
１６２ ホルダ
１６４ 円偏光板

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】