JP2005352595A

JP2005352595A - 光ファイバセンサシステム

Info

Publication number: JP2005352595A
Application number: JP2004170340A
Authority: JP
Inventors: Yugo Shindo; 雄吾新藤; Takashi Yoshikawa; 隆吉川
Original assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Current assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Priority date: 2004-06-08
Filing date: 2004-06-08
Publication date: 2005-12-22

Abstract

【課題】通路やセンサの制約を必要とせずに、任意の人数が同時に通過した場合であっても正確に把握することを可能にする。
【解決手段】基準信号光を出力する光源装置１１と、人の通過方向に沿って直列に配置され、通過する人を検知するセンサ１２，１５と、演算装置１７とを備え、センサ１２，１５の各々は、一端が光源装置１１側に、他端が演算装置１７側に接続され、人が通過する際の重さが外力として加わったときに変形する光ファイバ２１ａ，２１ｂを備え、演算装置１７は、センサ１２，１５から出力された信号光の信号レベルと所定の基準値とをそれぞれ比較して人の通過の有無を検知するとともに、センサ１２，１５それぞれ人の通過を検知したときのタイミングに基づいて人の通過方向を判定するものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、入出場ゲート等の所定の場所を通過する人及びその移動方向（例えば入場、出場）を検知する光ファイバセンサシステムに関する。

従来、入出場ゲートの入場者及び出場者を検知するためには、例えば人が通過する箇所に複数の光線センサを配置し、その光線が遮られたかどうかを測定することにより人の通過を検知をしていた。また、複数の光線センサの光線が遮られる順序により人物が逆送していないかどうかについて判断をしていた。（特許文献１参照）
特開平１０−１０５７４８号公報

従来の光線センサを用いたシステムにおいては、複数人が同時に通過した場合には正確な数を検知出来ないため、通路を１人が通過可能な構造とし、そこに光線センサを配置している。したがって、多数の人の検知を迅速に行うには通路及び光線センサをそれぞれ複数設ける必要があった。

このようなことから、通路やセンサの制約を必要とせずに、任意の人数が同時に通過した場合であっても正確に把握することを可能にしたシステムの開発が望まれていた。

本発明に係る光ファイバセンサシステムは、基準信号光を出力する光源と、人の通過方向に沿って直列に配置され、通過する人を検知する複数のセンサと、演算装置とを備え、複数のセンサの各々は、前記光源から基準信号光が供給され、人が通過する際の重さが外力として加わったときにその外力に応じて変形し、その変形に対応した信号光を出力する光ファイバを備え、演算装置は、複数のセンサから出力された信号光の信号レベルと所定の基準値とをそれぞれ比較して人の通過の有無を検知するとともに、複数のセンサがそれぞれ人の通過を検知したときのタイミングに基づいて人の通過方向を判定するものである。

本発明によれば、センサから出力された信号光の信号レベル（受光パワー）と所定の基準値とをそれぞれ比較して人の通過の有無を検知するとともに、複数のセンサがそれぞれ人の通過を検知したときのタイミングに基づいて人の通過方向（例えば入場、出場）を判定するようにしており、人検知のための基準値の設定変更は任意に行うことができるので、検知の対象となる人数の変更を随時行うことが出来る。このため、任意の人数が同時に通過した場合であっても正確に把握することができる。また、従来のように、通路を１人が通過可能な構造とする必要がなく、検知する人数に応じてセンサの設置個数を増加させる必要もない。

実施形態１．
図１は本発明の実施形態１に係る光ファイバセンサシステムの構成図である。この光ファイバセンサシステム１０は、光源装置１１、センサ１２及び受光装置１３と、光源装置１４、センサ１５及び受光装置１６と、演算装置１７と、記録装置１８と、通信装置１９とを備えている。光源装置１１、１４は、センサ１２，１５の光ファイバ２１ａ，２１ｂに同一周波数の連続光である基準信号光を出力するものであり、例えば半導体レーザや発光ダイオードから構成される。センサ１２，１５は、２枚のシート材２０ａ，２０ｂと、そのシート材２０ａ，２０ｂの表面に接着剤やテープ等で貼り付けられ、蛇行配置された光ファイバ２１ａ，２１ｂとから構成されており、大きさは横方向は大人２人程度の長さ、縦方向は人の歩幅程度の長さで、この２個のセンサ１２，１５は近接して配置される。センサ１２，１５は、例えば入出場ゲートの床面上又は床面内に設置され、人がその上を踏むことによって変形する。外力によってセンサ１２，１５が変形すると、光ファイバ２１ａ，２１ｂもそれに追従して変形する。光ファイバ２１ａ，２１ｂの一端は光源装置１１，１４に、他端は受光装置１３，１６にそれぞれ接続される。この光ファイバ２１ａ，２１ｂは例えば石英やＰＭＭＡ（ポリメタクリル酸メチル）等のプラスチックからなり、素線又は心線のどちらでも構わないが、レーザー光の波長が１．３μｍ以上で伝搬モードがシングルモードとなるシングルモード光ファイバを使用するのが好ましい。特に、連続光の波長を１．５５μｍ以上とすることで感度が向上する。光ファイバ２１ａ，２１ｂに曲がりが発生すると、内部を伝搬している光信号に損失が発生し、その損失が発生した光信号を受光装置１３，１６が受信する。受光装置１３，１６は、光ファイバ２１ａ，２１ｂから受光した光信号を電気信号に変換して出力するものであり、フォトダイオード、フォトトランジスタ、光伝導セル、太陽電池等のＯ／Ｅ変換器から構成される。

演算装置１７は、中央処理装置（ＣＰＵ）、デジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）、又はシーケンサ等から構成されており、受光装置１３，１６からの出力電圧と予め設定された基準電圧（閾値）とを比較し、出力電圧が基準電圧以下になった場合には人が通過した（或いは居る）ものと判断し、また、人を検知した場合には、それぞれのセンサ１２，１５の検知タイミングにより、人が入場したのか或いは出場（退場）したのかを判定する。記録装置１８は演算装置１７により演算された結果を記録するものであり、例えばＲＡＭやフラッシュメモリ等の半導体メモリから構成される。通信装置１９は、演算装置１７の判定結果（演算結果）を必要に応じて他のコンピュータに出力するものであり、その出力は有線又は無線の何れでもよい。

図２は受光装置１３，１６の出力電圧と演算装置１７に設定されている基準電圧との関係を示したタイミングチャートである。演算装置１７は、受光装置１３，１６にそれぞれ対応して基準電圧１，２が設定されており、センサ１２が変形して光信号に損失が発生している状態においては、受光装置１３の出力電圧＜基準電圧１となるので、その状態になったときには、センサ１２上に人が居ると判断する。また、受光装置１６の出力電圧＜基準電圧２となったときには、同様にして、センサ１５上に人が居ると判断する。

図３は演算装置１７の処理過程を示したフローチャートである。演算装置１７には、センサ１２，１５のステータス（Ｓ）を示すフラグが用意されており、これらをセンサ１（Ｓ）、センサ２（Ｓ）と称するものとする。初期段階では、センサ１（Ｓ）及びセンサ２（Ｓ）をオフにしてリセットする（Ｓ１１）。次に、このセンサ１（Ｓ）がオンになっているかどうかを判断し（Ｓ１２）、この段階ではオフになっているので、次に、センサ２（Ｓ）がオンになっているかどうかを判断する（Ｓ１３）。この段階では同様にオフになっているので、次に、受光装置１３の出力電圧と基準電圧１とを比較して、受光装置１３の出力電圧が基準電圧１よりも大きいがどうかを判断する（Ｓ１４）。センサ１２上に人が居ない場合には、受光装置１３の出力電圧が基準電圧１よりも大きいので、次に、受光装置１６の出力電圧と基準電圧２とを比較して、受光装置１６の出力電圧が基準電圧２よりも大きいがどうかを判断する（Ｓ１５）。センサ１５上に人が居ない場合には、受光装置１６の出力電圧が基準電圧２よりも大きい状態になる。このようにして、センサ１２，１５上に人が居ない場合（人が通過状態にない場合）には、上記の処理（Ｓ１３）に戻って処理（Ｓ１３）〜（Ｓ１５）が繰り返されることになる。

センサ１２上に人が居る状態になると、受光装置１３の出力電圧が基準電圧１以下になり、その状態を検出すると（Ｓ１４）、センサ１（Ｓ）をオンにセットする（Ｓ１６）。次に、受光装置１６の出力電圧と基準電圧２とを比較して、受光装置１６の出力電圧が基準電圧２よりも大きいかどうかを判断する（Ｓ１７）。センサ１５上に人が居ない場合には、受光装置１６の出力電圧が基準電圧２よりも大きい状態になるので、そのような場合には、上記の処理（Ｓ１２）に戻る。そして、センサ１２上に人が居ると判断されてから、センサ１５上に人が居ると判断されるまでの間は、上記の処理（Ｓ１２）及び（Ｓ１７）が繰り返されることになる。センサ１５上に人が居る状態になり、受光装置１６の出力電圧と基準電圧２とを比較して、受光装置１６の出力電圧が基準電圧２以下であると判断すると（Ｓ１７）、センサ２（Ｓ）をオンにして（Ｓ１８）、入場者を１人計数する（Ｓ１９）。

また、上記の処理（Ｓ１３）〜（Ｓ１５）が繰り返されているときに、センサ１５上に人が居る状態になると、受光装置１６の出力電圧が基準電圧２以下になり、その状態を検出すると（Ｓ１５）、センサ２（Ｓ）をオンにセットする（Ｓ２０）。次に、受光装置１３の出力電圧と基準電圧１とを比較して、受光装置１３の出力電圧が基準電圧１よりも大きいがどうかを判断する（Ｓ２１）。センサ１２上に人が居ない場合には、受光装置１３の出力電圧が基準電圧１よりも大きい状態になるので、そのような場合には、上記の処理（Ｓ１３）に戻る。そして、センサ１５上に人が居ると判断されてから、センサ１２上に人が居ると判断されるまでの間は、上記の処理（Ｓ１３）及び（Ｓ２１）が繰り返されることになる。そして、センサ１２上に人が居る状態になり、受光装置１３の出力電圧と基準電圧１とを比較して、受光装置１３の出力電圧が基準電圧１以下であると判断すると（Ｓ２１）、センサ１（Ｓ）をオンにして（Ｓ２２）、出場者を１人計数する（Ｓ２３）。

以上のように、本実施形態１によれば、入出場ゲートに２個のセンサ１２，１５を直列に配置し、その出力信号に基づいて入出場ゲートを通過する人を検知するようにし、更に、それが入場者か出場者かを判断できるようにしたので、入場者及び出場者を簡単な構成で精度よく求めることが可能になっている。また、人の検知のための基準電圧の設定変更を容易に行うことが出来るので、検知の対象となる人数の変更を随時行うことが出来る。その例を実施形態２として以下に説明する。

実施形態２．
図４は検知の対象となる人数を２人としたときの受光装置１３，１６の出力と演算装置１７の基準電圧との関係を示したタイミングチャートである。なお、実施形態２の光ファイバセンサシステムの構成は図１に示されるものと同一であるが、後述のように、演算装置１７の処理内容が上述の実施形態１と異なったものとなる。

演算装置１７には、受光装置１３，１６にそれぞれ対応して基準電圧１−１，１−２及び基準電圧２−１，２−２が設定されている。そして、基準電圧１−１＞基準電圧１−２、基準電圧２−１＞基準電圧２−２に設定されており、基準電圧１−１及び基準電圧２−１は１人通過したかどうかを判定するための基準値であり、基準電圧１−２及び基準電圧２−２は２人通過したかどうかを判定するための基準値である。本実施形態２においては、人が１人又は２人通過するときにかかる外力が人数に応じて増大し、それによって光ファイバの変形もそれ比例して増大し、光ファイバの光損失も増大することを利用して、上記のように複数の種類の基準電圧を設定している。受光装置１３の出力が基準電圧１−１以下のときにはセンサ１２上に１人居ると判断され、受光装置１３の出力が基準電圧１−２以下のときにはセンサ１２上に２人居ると判断される。同様にして、受光装置１６の出力が基準電圧２−１以下のときにはセンサ１５上に１人居ると判断され、受光装置１６の出力が基準電圧２−２以下のときにはセンサ１５上に２人居ると判断される。

図５は実施形態２の演算装置１７の処理過程を示したフローチャートである。図５のフローチャートにおいて処理（Ｓ１）〜（Ｓ１８）及び（Ｓ２０）〜（Ｓ２２）についてはでは図３の記載されたものと同一であり省略する。但し、図３の基準電圧１及び基準電圧２は、図５の基準電圧１−１及び基準電圧２−１に相当する。

演算装置１７は、センサ１（Ｓ１）及びセンサ２（Ｓ）をオンにした後（Ｓ１２、Ｓ１８）、その順序により人の通過経路を経路１（入場）と設定し（Ｓ２４）、次に、受光装置１６の出力電圧と基準電圧２−２とを対比し（Ｓ２５）、受光装置１６の出力電圧が基準電圧２−２以下のときには２人が入場したものとして入場者を２人計数し（Ｓ２６）、受光装置１６の出力電圧が基準電圧２−２よりも大きいときには１人が入場したものとして入場者を１人計数する（Ｓ２７）。また、演算装置１７は、センサ２（Ｓ２）及びセンサ１（Ｓ）をオンにした後（Ｓ２０、Ｓ２２）、その順序により人の通過経路を経路２（出場）と設定し（Ｓ２８）、受光装置１３の出力電圧と基準電圧１−２とを対比し（Ｓ２９）、受光装置１３の出力電圧が基準電圧１−２以下ときには２人が出場したものとして出場者を２人計数し（Ｓ３０）、受光装置１３の出力電圧が基準電圧１−２よりも大きいときには１人が出場したものとして出場者を１人計数する（Ｓ３１）。

以上のように本実施形態２によれば、検知する人数（２人）に対応して基準電圧を複数種類（２種類）設けて、その基準電圧に基づいて入場及び退場を判断するようにしたので、入出場ゲートを複数の人が同時に通過した場合でも正確に検知することができる。その際に、通路及びセンサを人数に対応した構成にする必要がなく、簡単な構成で複数の人の同時入場及び退場を判断することが可能になっている。

実施形態３．
図６は本発明の実施形態３に係るセンサの説明図であり、同図（Ａ）は平面図、（Ｂ）断面図、（Ｃ）は動作状態の説明図である。但し、同図（Ａ）は後述の保護シート材を外した状態の平面図である。このセンサ１２（１５）は、シート材２０と、そのシート材２０上に網状に配置されたワイヤ２２と、このワイヤ２２上に蛇行配置されて貼り付けられた光ファイバ２１、更にその上に重ねて配置された保護シート材２３とから構成されており、換言すれば、シート材２０の表面に網状の凸部が形成され、その上に光ファイバ２１が貼り付けられている。人の通過により踏みつけられてセンサ１２（１５）が変形すると、上記の凸部（ワイヤ２２）により光ファイバ２１に局所的な曲げが発生することになり、平坦なシート材上に光ファイバを貼り付けた場合に比べて光ファイバに発生する損失が大きくなり検出感度が向上する。なお、ここではワイヤ２２をシート材２０の表面に敷設して凸部を形成する例について示したが、シート材２０の表面自体を凸部に形成するようにしてもよい。また、保護シート材２３はシート材２０と同一のものを用いてもよい。

以上のように本実施形態３によれば、センサ１２（１５）の変形量が少なくてもシート材２０の表面に形成された凸部による局所的な曲げが光ファイバ２１に発生するので、センサとしての感度が向上し、また、シート材２０上の光ファイバ２１の間隔が広い場合でも人を検知することが出来る。

実施形態４．
図７は本発明の実施形態４に係るセンサの説明図であり、同図（Ａ）は平面図、（Ｂ）断面図、（Ｃ）は動作状態の説明図である。このセンサ１２（１５）は、シート材２０がゴム等の弾性部材又は薄い布を何層にも重ねた不織布から構成され、その内部に、光ファイバ２１を蛇行配置し、更に、光ファイバ２１と直行するようにワイヤ２２を埋め込んで構成されている。センサ１２（１５）が変形するとワイヤ２２により光ファイバ２１に局所的な曲げが発生する。なお、ワイヤ２２は光ファイバに接触していなくてもよいが、センサが変形した場合には、ワイヤ２２により光ファイバ２１にさらに曲がりが発生するような位置に配置する。ワイヤ２２には光ファイバと同等以上の剛性を持つ金属製のものの他、ビニール線、ロープなどの線材を用いる。

以上のように本実施形態４においても、センサ１２（１５）の変形量が少なくてもシート材２０内のワイヤ２２によって局所的な曲げが光ファイバ２１に発生するので、センサとしての感度が向上し、シート材２０内における光ファイバ２１の間隔が広い場合でも人を検知することが出来る。

実施形態５．
なお、上述の実施形態１においては、センサ１２，１５として透過型の例について説明したが、反射型のものであってもよい。図８は反射型のセンサの例を示した構成図である。光ファイバ２１の一端に光分岐結合装置（光カプラ）３０が接続され、他端にミラー３１が取付けられる。また、光分岐結合装置３０には光源装置１１（１４）及び受光装置１３（１６）がそれぞれ接続される。光源装置１１（１４）からの基準信号光は光分岐結合装置３０を介して光ファイバ２１の一端に供給される。そして、その基準信号光は光ファイバ２１の他端に到達した後にミラー３１により反射され、その反射光は光ファイバ２１の一端を経由して光分岐結合装置３０に供給され、光分岐結合装置３０はその反射光を受光装置１３（１６）を介して演算装置１７（図１参照）に供給する。演算装置１７による処理自体は図１の場合と同じである。なお、光分岐結合装置（光カプラ）３０の代わりに、光サーキュレータを用いても同様な機能が得られる。

実施形態６．
また、上述の実施形態１においてはセンサ１２，１５を入出場ゲートに配置して、その入場者及び出場者を検知して計数する例について説明したが、本発明はそのような例に限定されるものではなく、任意の場所（通路）に設けて、その場所を通過する人の検知及びその移動方向を検知することが可能である。
また、上述の実施形態１においては、センサ１２，１５を２個直列に配置する例について説明したが、その個数は２個に限定されるものではなく、３個以上の任意の個数を配置してもよい。
また、上述の実施形態２においては、入出場ゲートを２人同時通過したときに検知する例について説明した、３人以上の複数人においても、その検知する人数に対応した複数の基準値を設けることにより同様に適用される。
また、上述の実施形態１，３，４，５においては、センサ１２，１５の構成例について説明したが、本発明のセンサはその構成例に限定されるものではなく、本発明の課題を達成し得る範囲で適宜変形し得るものである。

本発明の実施形態１に係る光ファイバセンサシステムの構成図。受光装置の出力と基準電圧との関係を示したタイミングチャート。演算装置の処理過程を示したフローチャート。本発明の実施形態２における受光装置の出力電圧と基準電圧との関係を示したタイミングチャート。演算装置の処理過程を示したフローチャート。本発明の実施形態３に係るセンサの説明図。本発明の実施形態４に係るセンサの説明図。反射型のセンサの構成図。

符号の説明

１０光ファイバセンサシステム、１１，１４光源装置、１２，１５センサ、１３，１６受光装置、１７演算装置、１８記録装置、１９通信装置、２０シート材、２０ａ，２０ｂシート材、２１，２１ａ，２１ｂ光ファイバ、２２ワイヤ。

Claims

基準信号光を出力する光源と、
人の通過方向に沿って直列に配置され、通過する人を検知する複数のセンサと、
演算装置とを備え、
前記複数のセンサの各々は、前記光源から基準信号光が供給され、人が通過する際の重さが外力として加わったときにその外力に応じて変形し、その変形に対応した信号光を出力する光ファイバを備え、
前記演算装置は、前記複数のセンサから出力された信号光の信号レベルと、所定の基準値とをそれぞれ比較して人の通過の有無を検知するとともに、前記複数のセンサがそれぞれ人の通過を検知したときのタイミングに基づいて人の通過方向を判定することを特徴とする光ファイバセンサシステム。
前記光ファイバは、その一端が前記光源側に、他端が前記演算装置側に接続されることを特徴とする請求項１記載の光ファイバセンサシステム。
前記光ファイバは、その一端が光分岐結合装置又は光サーキュレータを介して前記光源側及び前記演算装置側にそれぞれ接続され、他端にミラーが取付けられることを特徴とする請求項１記載の光ファイバセンサシステム。
前記複数のセンサは入出場ゲートに配置され、前記演算装置は入場者及び出場者をそれぞれ判定することを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の光ファイバセンサシステム。
前記基準値は、検知人数に対応して複数種類設定されていることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の光ファイバセンサシステム。
前記複数のセンサの各々はシート材を備え、前記光ファイバが前記シート材に蛇行配設されていることを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載の光ファイバセンサシステム。
前記シート材の表面に網状に凸部が形成され、その上に前記光ファイバが配設されていることを特徴とする請求項６記載の光ファイバセンサシステム。
前記複数のセンサの各々は、前記シート材内に敷設された前記光ファイバと交差し、外力が加わったときに前記光ファイバを圧着するように敷設されたワイヤを備えたことを特徴とする請求項６記載の光ファイバセンサシステム。