JP2005242710A - 赤外線センサ及びこれを用いた赤外線監視システム - Google Patents

Abstract

【課題】赤外線監視システムの赤外線センサの赤外線が長時間遮光されても同期ずれが生じない赤外線センサ及びこれを用いた赤外線監視システムを提供する。
【解決手段】赤外線パルスを順次赤外線センサに伝送して赤外線パルスの遮光を検知する赤外線監視システムに使用する赤外線センサが、無線信号より取得した標準時間から生成した基準時間を生成する基準時間処理部１と、基準時間から赤外線の送受光タイミングを演算する送受光タイミング処理部２と、送光タイミング及び受光タイミングに基づき、赤外線パルスの送受光を制御する送受光制御部３とを有し、送受光制御部３は、赤外線パルスを受光する受光器１８と、受光した赤外線パルスを受光タイミングに基づき警報処理及び信号処理を行う受光処理部１４と、受光処理部１４からのデータを送光タイミングに基づき検知信号を生成し、信号処理を行う送光処理部１１と、送光処理部１１からの赤外線パルスを送光する送光器１７を具備する。
【選択図】図１

Description

本発明は、大規模施設敷地内への侵入者を赤外線の遮光により検知するための対向式の赤外線センサ及びこれを用いた赤外線監視システムに関する。

敷地内に侵入する侵入者の検知に赤外線を利用した各種の赤外線監視システムが提案されている。例えば、特許文献１には、警戒区域に向け赤外線を放射する複数の送光部を持つ送光器と、送光部に対応する受光部を持つ、警戒区域を隔てて設置された受光器からなり、受光部が対応する送光部からの赤外線の遮光を検出して警報を発する赤外線警戒装置が記載されている。

また、赤外線警戒装置として、複数のセンサ群とコントローラ部で構成され、コントローラ部はセンサ部で検知した検知情報を無線信号により受信し、異常と判断されると、警報発生の出力を発するように制御信号を出力するワイヤレスセンサシステムも知られている。

図３は赤外線監視システムに使用するセンサ構成の一例を示す概略図である。図３において、敷地内に赤外線パルス信号を送光及び受光するマスタセンサＮｏ．１及び複数本のスレーブセンサＮｏ．２〜Ｎｏ．５が間隔をおいてワイヤレスで配置されている。各センサは、バッテリ、赤外線パルスの送光器１７、受光器１８、センサを制御する制御盤１９を備えており、複数の送光器１７及び受光器１８が配置されている。赤外線パルスは、各センサを順次伝送され、マスタセンサＮｏ．１→スレーブセンサＮｏ．２〜５→マスタセンサＮｏ．１の流れと、この流れと逆回りの流れが複合されている。

侵入者の検知には、センサ内の送光器１７から周期的に出力された赤外線パルスが、対向するセンサの受光器１８に届かない状況（図２ではスレーブセンサＮｏ．２→スレーブセンサＮｏ．３及び逆方向のスレーブセンサＮｏ．３→スレーブセンサＮｏ．２）が遮光により検知され、遮光された情報である遮光信号は各センサを順次伝送されてマスタから制御盤へその情報が入力される。制御盤では、入力したセンサ情報をシーケンサ等で処理し、処理の結果に応じて、警報表示、ブザー等の機器の作動などを制御する制御データの出力を行う。

図４は図３のセンサ構成における従来の赤外線監視システムのビーム２、またはビーム４における赤外線パルスに重畳された信号の伝送状態を示すタイムチャートである。図４において、Ａ，Ｂは赤外線パルスのスタートを示すトップパルス、制御盤からのセンサ制御データ、警報区間のセンサアドレスデータなどの信号が重畳された赤外線パルスであり、赤外線パルスＡ，Ｂは一定の周期で送光される。ＤはスレーブセンサＮｏ．２→スレーブセンサＮｏ．３で遮光を検知した遮光信号を含む赤外線パルス（２）、ＤＢはエラー赤外線パルス（４）である。

赤外線パルスＡ，Ｂをマスタセンサから次のスレーブセンサに向けて送光し、赤外線パルスの受渡しを各センサで順次行ってマスタセンサに戻して制御盤に入力する流れになっている。

各センサは次段のセンサから赤外線パルスを受光すると赤外線パルスを内部処理し、前段のセンサの信号タイミングに合わせるため内部時計により受光から一定時間経過後に赤外線パルス信号を送光するように制御される。図４ではスレーブセンサＮｏ．２とスレーブセンサＮｏ．３との間において赤外線パルスＡの２、３周期目及び赤外線パルスＢの２周期目が完全に遮光され、赤外線パレスＢの３周期目の途中（３）にて復旧した場合を示している。

スレーブセンサＮｏ．２の送光器からの赤外線パルス信号Ａ，Ｂが、（１）の遮光により、スレーブセンサＮｏ．３受光器に届かない状態を示している。Ｎｏ．３センサは、受光しなかった遮光データを重畳した赤外線パルスＤとして、受光から一定時間経過後にスレーブセンサＮｏ．４に向け送光している。

赤外線の遮光により前段のセンサからの赤外線パルスが遮断された場合、今まで送光出力していたタイミングを維持する機能が働いてセンサ内の自己発信装置の自己発振により、次段のセンサに赤外線パルスＤ信号を出力し、各センサで順次伝送されてマスタセンサに戻されて制御盤に入力されて処理され、所定の制御データが赤外線パルスへ重畳されて伝送される。

各スレーブセンサの送光タイミングは、マスタセンサの赤外線パルスのトップパルスを基準として赤外線パルスを各センサに順次伝送している。
特開昭６２−２６３４８９号公報

各センサを経て赤外線パルスが順次伝送される従来のシステムにおいて、図４に示すように、前段のセンサからの赤外線パルスが遮光された場合、センサが備えた自己発信装置の自己発振により前段のセンサからの赤外線パルスの受光がなくても遮光信号を重畳した赤外線パルスＤを一定の周期で送光する。しかしながら、遮光状態が継続し長時間になると、各センサは内部時計の時刻を基にタイミングを取っているので、徐々に前段のセンサの周期と自センサの周期にずれ（２）が生じてくる。この遮光された状況で、たとえそのセンサを境に周期ずれが発生してもこの時点では問題なく運用が続けられる。しかし、その遮光が復帰される時、前段のセンサの赤外線パルスＢを受光して一定時間経過後に出力するので、赤外線パルスＤの出力途中に新たな赤外線パルスＢを出力してエラー赤外線パルスＤＢを出力して後続のセンサ全てがエラー赤外線パルスＤＢを順次伝送するため、１周期分のみが不安定動作になる。このため、例えば、霧、霜等による長時間の遮光でも同様な復帰状態が同時に複数のセンサで起こることも珍しくない。

また、センサ間に隣接して建物などがある場合、前段のセンサから直接受光する赤外線と建物に反射してくる他のセンサの赤外線を受光することがあり、この場合、受光側のセンサがどのトップパルスに基準を決めるのか判断できずに同期はずれひいては誤報となることもある。

そこで、本発明は、赤外線監視システムの赤外線センサの赤外線が長時間遮光されても同期ずれが生じない赤外線センサ及びこれを用いた赤外線監視システムを提供するものである。

本発明は、屋外の警戒区域に複数段設置される対向式の赤外線センサであって、無線信号により取得した標準時間から基準時間を生成する基準時間処理部と、前記基準時間処理部にて生成した基準時間を使用して、前段の赤外線センサからの信号を次段の赤外線センサへ送光できる送光タイミングを決定する送受光タイミング処理部と、前記送受光タイミング処理部からの受光タイミングにて赤外線パルスを受光し、前段の赤外線センサからの信号を処理する信号処理部と、前記赤外線パルスを受光しなかった場合に遮光信号を生成する警報処理部とを有する受光処理部と、送光タイミングにて前記受光処理部にて処理した信号を赤外線パルスとして送光する送光処理部とを具備することを特徴する。

前記構成において、前記送受光タイミング処理部は、赤外線パルスが伝達される順を識別可能に設定されたアドレスと、前記基準時間とに基いて送受光タイミングを決定し、また、基準時間生成部がＧＰＳ信号から取得した標準時間から基準時間を生成し、また、基準時間生成部が電波時計から取得した標準時間から基準時間を生成することができる。

さらに、本発明は、屋外の警戒区域に複数段設置された対向式の赤外線センサと、前記赤外線センサが検知した遮光信号に基いて警戒区域を監視する制御盤から構成され、前段の赤外線センサからの赤外線パルスを受光し次段の赤外線センサに赤外線パルスを送光することを順次繰り返し、最終段の赤外線センサから各段の赤外線センサの遮光信号を制御盤にて監視する赤外線システムにおいて、前記赤外線センサが、無線信号により取得した標準時間から基準時間を生成する基準時間処理部と、赤外線パルスが伝達される順を識別可能に設定されたアドレスと前記基準時間とに基いて、前段の赤外線パルスからの信号を次段の赤外線センサへ送光できるタイミングで送受光タイミングを決定する送受光タイミング処理部と、前記送受光タイミング処理部からの前記受光タイミングにて赤外線パルスを受光し、前段の赤外線センサからの信号を処理する信号処理部と、前記赤外線パルスを受光しなかった場合に遮光信号を生成する警報処理部とを有する受光処理部と、前記送光タイミングにて前記受光処理部にて処理した信号を赤外線パルスとして送光する送光処理部とを具備することを特徴とする。

本発明の赤外線センサは、ＧＰＳなどの無線信号の正確な時刻情報から生成した正確な基準時間により送受信タイミングを求めるので、送受信の精度が向上する。また、各センサが独立して送光、受光を繰返すので、反射した赤外線パルスのトップパルスによる同期はずれや誤報が発生せず、また前段のセンサの信号タイミングに合わせるという回路部分がなくなるため信号処理が容易になる。

また、本発明の赤外線監視システムは、各赤外線センサが衛星などの無線信号から正確な時刻情報を得ることにより、各センサが独立して送光、受光を繰返すので、赤外線の長時間遮光によるセンサ信号のずれを生じることがない。

図１（ａ）は本発明のシステムに使用されるマスタセンサのブロック図、（ｂ）は同スレーブセンサのブロック図である。図１（ａ）のマスタセンサ及び図１（ｂ）の各スレーブセンサはいずれも基準時間処理部１、送受光タイミング処理部２、送受光制御部３を備えている。

マスタセンサ及び各スレーブセンサの全てについて同期を高精度でとる必要がある。これを実現させるに、図１（ａ）及び（ｂ）に示すようにＧＰＳ（Global Positioning System）を利用することができる。ここで利用するＧＰＳ４とは、原子時計を搭載した人工衛星で標準時間を使用した測位システムである。このシステムにより、連続的に正確な標準時間が得られる。

ＧＰＳ４はアンテナ５から入力される人工衛星からのＧＰＳ信号を受信する。

標準時間取得部６では、ＧＰＳ４からのＧＰＳ信号を基に、標準時間を取得し、その標準時間を基準時間生成部７に送る。

基準時間生成部７では、標準時間から分周を繰返して高周波処理を行って、各センサの同期をとれる程度の高周波で正確な基準時間を生成する。

ここでＧＰＳ４からのＧＰＳ信号では、低周波（１Ｈｚパルス信号）であるため、センサに必要な高周波（数ＫＨｚ〜数ＭＨz）にする必要があるが、この高周波で正確な時刻情報が連続で得られる手段として、他に同様な手段があれば、ＧＰＳ、アンテナ、標準時間取得部、及び基準時間生成部の各機器および処理部は、変更あるいは省略することができる。

なお、連続的に正確な時間が得られる手段として、たとえば、標準時間取得部６は、電波時計から受信した信号に基づいて基準時間を生成してもよい。

基準時間生成部７にて生成された基準時間を、送受光タイミング処理部２の送光タイミング処理部８及び受光タイミング処理部９へ出力する。センサ毎に該当するアドレスがアドレス入力部１０により入力される。

送受光タイミング処理部２は、送光タイミング処理部８、受光タイミング処理部９、およびアドレス入力部１０から構成され、基準時間処理部１の基準時間生成部７から入力される高周波で正確な基準時間に基き赤外線パルスの送光および受光のタイミングを決定し、そのタイミングを送受光制御部３に出力する。

アドレス入力部１０はディップスイッチで構成されており、赤外線監視システムにおけるマスタセンサおよびスレーブセンサを個別に識別するためのコードであるアドレスを所定の規則にしたがって入力設定する。ここで、所定の規則とは、赤外線パルス信号が各センサ間を伝達される順番が識別可能に設定される規則のことである。図３に示す赤外線監視システムを例にとれば、マスタセンサＮｏ１．スレーブセンサＮｏ２、スレーブセンサＮｏ３、スレーブセンサＮｏ４、スレーブセンサＮｏ５の順に赤外線パルス信号が伝達される赤外線ビームについてのアドレス設定では、マスタセンサＮｏｌは「００」、スレーブセンサＮ０２は「０１」、スレーブセンサＮｏ３は「０２」、スレーブセンサＮｏ４は「０３」、スレーブセンサＮｏ５は「０４」となる。なお、逆向きのマスタセンサＮｏ１．スレーブセンサＮｏ５、スレーブセンサＮｏ４、スレーブセンサＮｏ３、スレーブセンサＮｏ２の順に赤外線パルス信号が伝達される赤外線ビームについても、同じアドレスを用いて伝達される順番が識別可能なので対応できる。

本実施の形態では、説明を簡単にするため、図３に示す赤外線監視システムにおいて、赤外線パルス信号がマスタセンサＮｏ１．スレーブセンサＮｏ２、スレーブセンサＮｏ３、スレーブセンサＮｏ４、スレーブセンサＮｏ５の順に伝達される場合を用いて、送光タイミング処理部８および受光タイミング処理部９について説明する。

送光タイミング処理部８は、基準時間生成部７から入力される基準時間とアドレス入力部１０に設定されているアドレスに基いて、赤外線を送光するタイミングを決定する。

すなわち、各センサのアドレス入力部１０に設定されているアドレスに例えれば２０ミリ秒を乗じた時間から２０ミリ秒ごとに赤外線パルスの送光を行う。ここで、２０ミリ秒とは、赤外線パルスの時間巾と次の赤外線パルスを送光するまでのインターバル時間を合わせた時間であって、赤外線パルスを送光する送光周期となる。なお、かかる送光周期は、予め赤外線監視システムの設置環境や目的に応じて決められている。なお、１秒の単位以上の時刻は、赤外線パルスの送光タイミングにとって、重要な意味を持たないので使用しない。

具体的には、マスタセンサＮｏｌでは、設定されているアドレスが「００」であるので、ミリ秒単位における時刻が０００ミリ秒となった時刻から送光を開始し、０２０ミリ秒、０４０ミリ秒、０６０ミリ秒、０８０ミリ秒、１００ミリ秒、１２０ミリ秒、・・・・・９６０ミリ秒、９８０ミリ秒のタイミングにて送光を行う。スレーブセンサＮｏ２では、アドレスが「０１」であるので、ミリ秒の単位における時刻が０１×２ミリ秒（前段からの信号を処理するための時間として数ミリ秒必要で、ここでは例として２ミリ秒とする）として算出される０２ミリ秒、つまり００２ミリ秒となった時刻に送光を開始し、０２２ミリ秒、０４２ミリ秒、０６２ミリ秒、０８２ミリ秒、１０２ミリ秒、１２２ミリ秒、・・・・・９６２ミリ秒、９８２ミリ秒のタイミングにて送光を行うように送受光制御部３に出力する。他のスレーブセンサＮｏ３〜Ｎｏ５についても、０２ミリ秒ずつ遅れたタイミングにて送光するように送受光制御部３に出力する。

受光タイミング処理部９は、基準時間生成部７から入力される基準時間とアドレス入力部１０に設定されているアドレスに基いて、赤外線を受光するタイミングを決定する。

すなわち、各センサのアドレス入力部１０に設定されているアドレスから１を引いた値に例えば２０ミリ秒を乗じた時間から２０ミリ秒ごとに赤外線パルスを受光する。

ここで、２０ミリ秒とは、赤外線パルス信号を送信するための送光周期から定まるもので、予め赤外線監視システムにおいて決められている。このとき、１秒の単位以上の時刻は使用しない。

具体的には、スレーブセンサＮｏ２では、設定されているアドレスが「０１」であるので、ミリ秒における時刻が（０１−１）×２０ミリ秒であるので０００ミリ秒となった時刻から受光を開始、１８ミリ秒間にわたって受光する。その後、０２０ミリ秒、０４０ミリ秒、０６０ミリ秒、０８０ミリ秒、１００ミリ秒、１２０ミリ秒、１４０ミリ秒、・・・・９６０ミリ秒、９８０ミリ秒のタイミングにて受光を開始する。スレーブセンサＮｏ３では、アドレスが「０２」であるので、ミリ秒の単位における時刻が（０２−１）×２ミリ秒（前段からの信号を処理するための時間）として算出される０２ミリ秒、つまり００２ミリ秒となった時刻に受光を開始、１８ミリ秒間にわたって受光する。その後、０２２ミリ秒、０４２ミリ秒、０６２ミリ秒、０８２ミリ秒、１０２ミリ秒、１２２ミリ秒、・・・・９６２ミリ秒、９８２ミリ秒のタイミングにて受光を行う。他のスレーブセンサＮｏ４〜Ｎｏ５についても、０２ミリ秒ずつ遅れたタイミングにて送光するように送受光制御部３にタイミングを出力する。

したがって、センサ単体としては、受光タイミングの後に送光タイミングとなるので、前段のセンサからの信号を次段のセンサに伝達することができる。赤外線監視システムとしては、送光する側のセンサが送光するタイミングと、受光する側のセンサが受光するタイミングとの同期を正確にとることができる。

ここで、マスタセンサＮｏ１の受光タイミングについては、最終段スレーブセンサのアドレス（図３においてはスレーブセンサＮｏ５が最終段であるためアドレスは「０４」）＋１、つまり 「０５」がマスタセンサＮｏ１のディップスイッチにて入力されるものとし、そのアドレスに基づき他のスレーブセンサと同様に受光タイミングを決定する。

また、送受タイミング処理部２では、配線をすることなくＧＰＳシステムからの正確な時刻情報から高周波で正確な基準時間を取得し、赤外線パルス信号が伝送される各センサの順番に応じたアドレスを設定することで、送光および受光のタイミングを正確にとることができる。

送受光制御部３は、赤外線パルスを受光するフォトダイオードである受光器１８、受光タイミング処理部９からのタイミングにて赤外線パルス信号の受光処理を行う受光処理部１４と、赤外線パルスを送光する発光ダイオードである送光器１７と、送光タイミング処理部８からのタイミングにて赤外線パルス信号の送光を行う送光処理部１１にて構成されている。受光処理部１４は、受光器１８が受光する赤外線パルス信号から前段からのセンサ信号や制御信号を処理し送光処理部１１に出力する信号処理部１６と、受光器１８にて赤外線パルス信号を受信できない遮光状態を検知すると遮光データを生成し送光処理部１１に出力する警報処理部１５とから構成される。

送光処理部１１は、受光処理部１４からの遮光信号、受信した前段からのセンサ信号や制御信号を処理する信号処理部１３と、信号処理部１３にて処理した信号を赤外線パルスに重畳させ、送光タイミング処理部８からの送光タイミングにて送光器１７から信号が重畳された赤外線パルス信号を送信させる信号生成部１２とから構成される。

ここで、図１（ａ）に示すマスタセンサＮｏ１では、受光処理部１４は、受光した信号を接続されている制御盤１９に出力する。また、送光処理部１１は、制御盤１９からの制御信号などを処理する。図１（ｂ）のスレーブセンサでは、前述したように受光処理部１４と送光処理部１１との間での信号の授受が行われる。この点を除いて、マスタセンサとスレーブセンサとは同じ処理を行う。

図２は本発明による赤外線システムの赤外線パルスの伝送状態を示すタイムチャートで、図３に示すセンサに本発明のセンサを適用した例である。図２において、Ａ，Ｂは赤外線パルスのスタートを示すトップパルス、制御盤からのセンサ制御データ、ユニット識別データ、警報区間のセンサアドレスデータなどのパルスが重畳された赤外線パルスであり、ＤはスレーブセンサＮｏ．２→スレーブセンサＮｏ．３で遮光を検知した遮光信号を含む赤外線パルス、Ｆ、ＧはスレーブセンサＮｏ．２、Ｎｏ．３のバッテリ低下のデータなどの信号が重畳された赤外線パルス信号である。

図３において、前段のセンサからの赤外線パルスが遮光された場合、各センサはセンサＮ０２−Ｎ０３間の遮光信号を重畳した赤外線パルスＤを一定の周期で送光する。各センサの赤外線パルスＤの送受光は、各センサが独立して正確な基準時間を送受光タイミングにして周期にずれを生じることなく行われる。同時に、Ｎ０２、Ｎ０３のバッテリ低下などのデータが重畳された赤外線パルスＦ、Ｇの伝送も周期にずれを生じることなく行われる。

そして、その遮光が復帰される時、センサＮ０２は、前段のセンサＮ０１の赤外線パルスのタイミングに影響を受けることなく、独立して所定の周期で赤外線パルスを送光するので、同期ずれが生じることはなく安定して動作する。

本発明の赤外線パルスの受光処理、及び送光処理により、各センサは、共通する一つの原子時計から得られた標準時間を基に決められた信号スタート位置から正確な基準時間を送受光タイミングにして、前段のセンサの送受光タイミングの影響を受けることなく独立して送光、受光を正確に繰返すので、赤外線の長時間遮光による赤外線パルスの同期のずれを生じることがなくなる。

（ａ）は本発明のシステムに使用されるマスタセンサのブロック図、（ｂ）は同スレーブセンサのブロック図である。 本発明による赤外線監視システムの赤外線パルスの伝送状態を示すタイムチャートである。 赤外線監視システムに使用するセンサ構成の一例を示す概略図である。 従来の赤外線監視システムの赤外線パルスの伝送状態を示すタイムチャートである。

符号の説明

１：基準時間処理部
２：送受光タイミング処理部
３：送受光制御部
４：ＧＰＳ
５：アンテナ
６：標準時間取得部
７：基準時間生成部
８：送光タイミング処理部
９：受光タイミング処理部
１０：アドレス入力部
１１：送光処理部
１２：信号生成部
１３：信号処理部
１４：受光処理部
１５：警報処理部
１６：信号処理部
１７：送光器
１８：受光器
１９：制御盤

Claims (5)

1. 屋外の警戒区域に複数段設置される対向式の赤外線センサであって、
   無線信号により取得した標準時間から基準時間を生成する基準時間処理部と、
   前記基準時間処理部にて生成した基準時間を使用して、前段の赤外線センサからの信号を次段の赤外線センサへ送光できる送光タイミングを決定する送受光タイミング処理部と、
   前記送受光タイミング処理部からの受光タイミングにて赤外線パレスを受光し、前段の赤外線センサからの信号を処理する信号処理部と、前記赤外線パルスを受光しなかった場合に遮光信号を生成する警報処理部とを有する受光処理部と、
   送光タイミングにて前記受光処理部にて処理した信号を赤外線パルスとして送光する送光処理部とを具備することを特徴とした赤外線センサ。
2. 前記送受光タイミング処理部は、赤外線パルスが伝達される順を識別可能に設定されたアドレスと、前記基準時間とに基いて送受光タイミングを決定する請求項１記載の赤外線センサ。
3. 基準時間処理部がＧＰＳ信号から取得した標準時間から基準時間を生成することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の赤外線センサ。
4. 基準時間処理部が電波時計から取得した標準時間から基準時間を生成することを特徴とする請求項１に記載の赤外線センサ。
5. 屋外の警戒区域に複数段設置された対向式の赤外線センサと、前記赤外線センサが検知した遮光信号に基いて警戒区域を監視する制御盤から構成され、前段の赤外線センサからの赤外線パルスを受光し次段の赤外線センサに赤外線パルスを送光することを順次繰り返し、最終段の赤外線センサから各段の赤外線センサの遮光信号を制御盤にて監視する赤外線システムにおいて、
   前記赤外線センサが、
   無線信号により取得した標準時間から基準時間を生成する基準時間処理部と、
   赤外線パルスが伝達される順を識別可能に設定されたアドレスと前記基準時間とに基いて、前段の赤外線パルスからの信号を次段の赤外線センサへ送光できるタイミングで送受光タイミングを決定する送受光タイミング処理部と、
   前記送受光タイミング処理部からの前記受光タイミングにて赤外線パルスを受光し、前段の赤外線センサからの信号を処理する信号処理部と、前記赤外線パルスを受光しなかった場合に遮光信号を生成する警報処理部とを有する受光処理部と、
   前記送光タイミングにて前記受光処理部にて処理した信号を赤外線パルスとして送光する送光処理部とを具備することを特徴とした赤外線監視システム。

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