JP2007132736A - 侵入検知方法及び検知装置 - Google Patents

Abstract

【課題】屋外でも誤動作が少なく、十分に安心して使用することができる。
【解決手段】侵入検知センサ２からのアナログ信号をデジタル信号に変換するステップと、連続する２つのサンプリング値のレベル差を演算するステップと、レベル差を時系列的に順次記憶するステップと、記憶されるレベル差の個数をカウントし、そのカウント数が第１の設定値Ｌになると、下側閾値Ｂ以上で上側閾値Ａ以下の大きさである前記レベル差の個数が第２の設定値Ｎを超えるか否かを判定することにより侵入判定を行うステップを有する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、焦電型赤外線センサ等の受動型の侵入検知センサを用いた侵入検知方法及び侵入検知装置に関するものである。

従来、焦電型赤外線センサ素子を用いた侵入検知装置は、例えば図３に示すような回路構成である。すなわち、赤外線集光レンズ２１にて集められた赤外線が、まず、焦電型赤外線センサ素子２２によって検出されて電気信号に変換され、このセンサ素子２２からの電気信号がアンプ２３にて増幅され、信号レベル判定回路２４で、信号レベルが上側閾値ＶHより大きいか、あるいは下側閾値ＶLより小さいかが判定される。上側閾値ＶHより大きい場合あるいは下側閾値ＶLより小さい場合に、被検知物が侵入したものと判定され、侵入検知信号が出力される。

その判定は、具体的には、図４および図５に示すように、検知エリアＭ内に被検知物３１（例えば、人）が侵入したとき、検知エリアＭ内に存在する背面壁面３２と被検知物３１との間に表面温度の差（２〜３度以上）が生ずると、それを検知して、赤外線センサ素子２２から電気信号が出力される。この電気信号の信号レベルが、設定範囲（被検知物がないときの信号レベルであると想定される範囲）内にないとき、つまり上側閾値ＶHより大きいかあるいは下側閾値ＶLより小さいときに、検知エリアＭ内に「侵入物（被検知物）あり」と判定するようになっている。

しかし、屋外においては、太陽光、突風等または屋内における電灯光、空調機器などの設置環境による突発性ノイズ（図５の出力信号Ｗ３参照）や揺らぎ（図５の出力信号Ｗ４参照）が発生することがあり、これらを検知したことによる信号Ｗ３，Ｗ４が上側閾値ＶHより大きくなったり下側閾値ＶLより小さくなったりすると「侵入物あり」との誤判定をすることになる。

ところで、そのような装置において、誤動作を防止するために、人体等を感知していないときその出力電圧の変動にしたがって上側及び下側閾値を変動させるものが知られている（例えば特許文献１参照）。
特公平０６−０１６１１９号公報

このような判定方法は、赤外線集光レンズの大きさ、センサ素子の感度、アンプ利得、閾値の設定及び環境温度などのパラメータに大きく依存し、それぞれバランスよく調整することは困難である。

また、デジタル化して処理する方法としては、図５の信号Ｗ１が複数個発生すると、侵入検知信号を出力するパルスカウント方式といわれるものが知られているが、この方式では侵入検出精度を向上させるが、侵入検知に対する判定が遅れるという課題がある。

発明者は、被検知物が通過する場合の正常な信号Ｗ１，Ｗ２の波形は、図５に示すように、前記突発性ノイズや揺らぎの場合の信号Ｗ３，Ｗ４の波形とは、単位時間内における信号の変化量、つまりレベル変化率が大きく異なるので、この変化率を利用すれば、正常な信号とそうでない信号とを識別して、誤動作を引き起こす原因となる前記信号Ｗ３，Ｗ４を排除することができることに着目し、本発明をなすに至ったものである。つまり、本発明は、単なる信号レベルの大小で判定するのではなく、信号レベルの変化率に注目して判定するため、前述したパラメータ（赤外線集光レンズの大きさ、センサ素子の感度、アンプ利得、閾値の設定及び環境温度）の依存度はかなり低くなり、誤動作の低減が容易である。

本発明は、屋外でも誤動作が少なく、十分に安心して使用することを可能とする侵入検知方法及び検知装置を提供することを目的とする。

請求項１の発明は、受動型の侵入検知センサからの信号にもとづき検知エリア内に被検知物が侵入したか否かを判定する侵入検知方法であって、前記侵入検知センサからのアナログ信号をデジタル信号に変換するステップと、連続する２つのサンプリング値のレベル差を演算するステップと、レベル差を時系列的に順次記憶するステップと、記憶されるレベル差の個数をカウントし、その個数が第１の設定値Ｌになったときに、前記記憶されているレベル差のうち、下側閾値Ｂ以上で上側閾値Ａ以下の大きさである前記レベル差の個数が第２の設定値Ｎを超えるか否かを判定することにより侵入判定を行うステップとを備えることを特徴とする。ここで、下側閾値Ａは、被検知物が侵入したと推測される場合の最小振幅の信号（例えば図５のＷ２参照）におけるレベル差に基づく最小閾値、上側閾値Ｂは最大振幅の信号（例えば図５のＷ１参照）におけるレベル差に基づく最大閾値で、それぞれ経験的あるいは実験的に設定される。

このようにすれば、単なる信号レベルの大小で判定するのではなく、信号レベルの変化率（単位時間あたりの信号レベルの差の変化の割合）に注目して、検知エリアへの被検知物（例えば、侵入者）の侵入の有無を判定するため、前述したパラメータに対する依存度はかなり低くなる。よって、誤動作の低減が容易である。よって、屋外に設置した場合の判定でも誤動作が少なく、十分に安心して使用することができる。

この方法を実現する装置としては、請求項２の発明のように構成すればよい。すなわち、請求項２の発明は、受動型の侵入検知センサからの信号にもとづき制御手段にて検知エリア内に被検知物が侵入したか否かを判定する侵入検知装置であって、前記制御手段が、前記侵入検知センサからのアナログ信号をデジタル信号に変換する信号変換手段と、この信号変換手段よりの信号を受け、一定時間毎に、前記デジタル信号の信号レベルをサンプリングするサンプリング手段と、このサンプリング手段よりの信号を受け、連続する２つのサンプリング値のレベル差を演算するレベル差演算手段と、このレベル差演算手段よりの信号を受け前記レベル差を時系列的に順次記憶するメモリ手段と、前記メモリ手段に連係され前記メモリ手段に記憶されるレベル差の個数をカウントするカウンタと、このカウンタよりの信号を受け前記カウンタによって第１の設定値Ｌがカウントされたときに、前記記憶されているレベル差のうち、下側閾値Ｂ以上で上側閾値Ａ以下の大きさである前記レベル差の個数が第２の設定値Ｎを超えるか否かを判定する侵入判定手段とを備えることを特徴とする。

この場合、請求項３に記載のように、さらに、前記侵入判定手段よりの信号を受け、判定後、前記メモリ手段に記憶されているレベル差をクリアするクリア手段を備える構成とすることができる。

このようにすれば、メモリ手段の容量を大きくすることなく、常に新しいレベル差のデータに基づいて、検知エリアへの被検知物の侵入の有無を判断することができる。

本発明は、検知エリアへの被検知物の侵入を、単なる信号レベルの大小で判定するのではなく、侵入検知信号の変化率に基づいて判定するようにしているので、屋外でも誤動作が少なく、十分に安心して使用することができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に沿って説明する。

図１は本発明に係る侵入検知装置の概略構成を示す図である。

図１に示すように、侵入検知装置１１は、赤外線集光レンズ１と、このレンズ１を通じて集光された赤外線が入力される侵入検知センサとしての、赤外線の変化量を電気信号に変換する焦電型赤外線センサ素子２と、この赤外線センサ素子２からのアナログ信号を増幅するアンプ３と、このアンプ３からの信号（アナログ信号）をデジタル信号変換して、そのデジタル信号にもとづき侵入物である被検知物があるかどうかを判定する制御手段４（ＣＰＵ）とを有する。

この制御手段４は、信号変換手段４Ａ（Ａ／Ｄ変換手段）と、サンプリング手段４Ｂと、レベル差演算手段４Ｃと、メモリ手段４Ｄと、カウンタ４Ｅと、侵入判定手段４Ｆとを備える。また、侵入判定手段４Ｆよりの信号を受け、判定後、メモリ手段４Ｄに記憶されているレベル差をクリアするクリア手段４Ｇを備える。なお、メモリ手段４Ｄは、制御手段４の一部として内蔵されていなくてもよい。

信号変換手段４Ａは、アンプ３（焦電型赤外線センサ素子２）からの出力信号（アナログ信号）をＡ／Ｄ変換してＲ(bit)で量子化し、デジタル信号に変換するものである。赤外線センサ素子２の出力信号の周波数成分は、ｆL(Hz)〜ｆH(Hz)とすると、量子化するときのサンプリング周波数ｆsはシャノンのサンプリング定理によりｆs≧２×ｆH(Hz)とする。

サンプリング手段４Ｂは、信号変換手段４Ａよりの信号を受け、一定時間毎に、前記デジタル信号の信号レベルをサンプリングするものである。

レベル差演算手段４Ｃは、サンプリング手段４Ｂよりの信号を受け、連続する２つのサンプリング値のレベル差を演算するものである。つまり、デジタル信号において、サンプリング時間Ｔ１，Ｔ２，・・・・，Ｔｎの信号レベルをＰ１，Ｐ２，・・・，Ｐｎとすれば、レベル差をΔ１２，Δ２３，・・・・Δ（ｎ−１）・ｎ・・・は、それぞれ、Ｐ１とＰ２、Ｐ２とＰ３・・・・・・・Ｐｎ−１とＰｎの差として演算される。

メモリ手段４Ｄは、レベル差演算手段４Ｃよりの信号を受けレベル差Δ１２，Δ２３，・・・・を時系列的に順次記憶するものである。

カウンタ４Ｅは、メモリ手段４Ｄに連係されメモリ手段４Ｄに記憶されるレベル差Δ１２，Δ２３，・・・・の個数をカウントするものである。

侵入判定手段４Ｆは、カウンタ４Ｅよりの信号を受けカウンタ４Ｅによって第１の設定値Ｌがカウントされたとき、つまりレベル差Δ１２，Δ２３，・・・・の個数がＬ個になったときに、メモリ手段４ＤからＬ個のレベル差Δ１２，Δ２３，・・・・が読み込まれ、Ｌ個のレベル差Δ１２，Δ２３，・・・・のうちＡ≦Δ≦Ｂを満足する前記レベル差の個数Δ１２，Δ２３，・・・・が第２の設定値Ｎを超えるか否かを判定するものである。ここで、Ａ，Ｂはそれぞれ経験あるいは実験により予め定められた下側および上側閾値である。Ａは信号Ｗ２の変化率に基づいて定められ、Ｂは信号Ｗ１の変化率に基づいて定められる（図５参照）。

そして、侵入判定手段４Ｆは、Ｌ個のレベル差Δ１２，Δ２３，・・・・のうち、下側閾値Ｂ以上で上側閾値Ａ以下の大きさであるものの個数、つまりＡ≦Δ≦Ｂを満足するものの個数がＮ個以上であるか否かを判定し、Ｎ個以上ある場合には、検知エリアに侵入物ありと判定して、侵入検知信号を出力する。

クリア手段４Ｇは、侵入判定手段４Ｆよりの信号を受け、判定後、メモリ手段４Ｄに記憶されているレベル差をクリアするものである。つまり、Ｎ個以上ある場合には、検知エリアに侵入物ありと判定して、侵入検知信号を出力し、クリア信号を送る一方、Ｎ個以上ない場合には、メモリ手段４Ｄにクリア信号を送って、メモリ手段４Ｄに記憶されているレベル差Δ１２，Δ２３，・・・・をクリアする。

この後も、前述した場合と同様にして、Ｌ個のレベル差Δ１２，Δ２３，・・・・がメモリ手段４Ｄに記憶される毎に侵入判定手段４Ｆによる判定作業が繰り返される。

なお、信号のレベル差は、正負いずれにもなることがあるため、メモリ手段４Ｄには絶対値として記憶し、設定値Ａ，Ｂも同様に絶対値とする。Ｌ，ＮはＬ≧Ｎ＞０の関係にある整数値である。

続いて、制御手段４における侵入判定の処理の流れについて図２に沿って説明する。

スタートすると、まず、アンプ３から制御手段４の信号変換手段４Ａにアンプ出力信号を入力する（ステップＳ１）。

そのアンプ出力信号について、サンプリング手段４Ｂにおいて、サンプリング周波数fsでサンプリングし、Ｒ(bit)で量子化する（ステップＳ２）。そして、レベル差演算手段４Ｃにて各サンプリング値のレベル差Δ１２，Δ２３，・・・・を演算し、それからレベル差Δ１２，Δ２３，・・・・を順次メモリ手段４Ｄに格納する（ステップＳ３）。

それから、カウンタ４Ｅにて、メモリ手段４Ｄに格納されたレベル差Δの個数がＬ個になったか否かを判定し（ステップＳ４）、Ｌ個になっていれば、ステップＳ５に移行する一方、Ｌ個になっていなければ、ステップＳ１に戻り、Ｌ個になるまでステップＳ１〜Ｓ４の処理を繰り返す。

ステップＳ５では、Ａ≦Δ≦Ｂ（Ａ，Ｂ：予め設定された定数）を満足するレベル差Δ１２，Δ２３，・・・・の個数がＮ個以上あるか否かを判定し（侵入判定手段４Ｆ）、Ｎ個以上あれば、検知エリア内に侵入物があったものと推測されるので、侵入検知信号を出力した後（ステップＳ６）、メモリ手段４Ｄ内のレベル差Δ１２，Δ２３，・・・・をすべてクリアして（ステップＳ７）、ステップＳ１に戻る。

一方、ステップＳ５でＡ≦Δ≦Ｂを満足するレベル差Δ１２，Δ２３，・・・・の個数がＮ個以上なければ、侵入物がないと推測されるので、ステップＳ７に直ちに移行して、メモリ手段４Ｄ内のレベル差Δ１２，Δ２３，・・・・をすべてクリアして、ステップＳ１に戻る。ここで、Ａ≦Δ≦Ｂを満足するか否かを判定するのは、例えば揺らぎ（図５の出力信号Ｗ４参照）などを除くためであり、Ｎ個以上あるか否かを判定するのは、突発性ノイズ（図５の出力信号Ｗ３参照）を除くためである。

前記実施の形態は、次のように変更することも可能である。

(i)前記実施の形態においては、１つの検知センサで１つの検知エリアを持つように構成しているが、複数の検知センサを用いて複数の検知エリアについて検知動作をするようにして、いずれかの検知エリアあるいは複数の検知エリアから侵入検知信号があった場合に、侵入物があったと判断する構成とすることも可能である。

(ii)レベル差Δ１２，Δ２３，・・・・についてのサンプリングデータがＬ個集まるごとに判定し、判定後すべてのデータをキャンセルするようにしているが、Ｌ個より大きい個数のレベル差をメモリ手段に記憶することとし、新しいレベル差を１つ取り込む毎に最も古いレベル差を１つ消去するという具合に記憶されているレベル差を順次更新していき、前記レベル差をＬ回更新する毎に判定する構成とすることも可能である。

(iii)焦電型赤外線センサを用いた装置のほか、侵入検知センサとしてドップラー式超音波型センサあるいはマイクロ波型センサを用いた装置にも同様に適用することが可能である。

本発明に係る一実施の形態である侵入検知装置の概略構成を示す図である。 処理の流れを示すフローチャート図である。 従来の侵入検知装置の説明図である。 焦電型赤外線センサ素子の検出原理の説明図である。 従来の侵入判定方法の説明図である。

符号の説明

１ 赤外線集光レンズ
２ 赤外線センサ素子
３ アンプ
４ 制御手段
４Ａ 信号変換手段
４Ｂ サンプリング手段
４Ｃ レベル差演算手段
４Ｄ メモリ手段
４Ｅ カウンタ
４Ｆ 侵入判定手段
４Ｇ クリア手段
１１ 侵入検知装置

Claims (3)

1. 受動型の侵入検知センサからの信号にもとづき検知エリア内に被検知物が侵入したか否かを判定する侵入検知方法であって、
   前記侵入検知センサからのアナログ信号をデジタル信号に変換するステップと、
   連続する２つのデジタル信号のレベル差を演算するステップと、
   レベル差を時系列的に順次記憶するステップと、
   記憶されるレベル差の個数をカウントし、その個数が第１の設定値Ｌになったときに、前記記憶されているレベル差のうち、下側閾値Ｂ以上で上側閾値Ａ以下の大きさである前記レベル差の個数が第２の設定値Ｎを超えるか否かを判定することにより侵入判定を行うステップとを備えることを特徴とする侵入検知方法。
2. 受動型の侵入検知センサからの信号にもとづき制御手段にて検知エリア内に被検知物が侵入したか否かを判定する侵入検知装置であって、
   前記制御手段が、
   前記侵入検知センサからのアナログ信号をデジタル信号に変換する信号変換手段と、
   この信号変換手段よりの信号を受け、一定時間毎に、前記デジタル信号の信号レベルをサンプリングするサンプリング手段と、
   このサンプリング手段よりの信号を受け、連続する２つのサンプリング値のレベル差を演算するレベル差演算手段と、
   このレベル差演算手段よりの信号を受け前記レベル差を時系列的に順次記憶するメモリ手段と、
   前記メモリ手段に連係され前記メモリ手段に記憶されるレベル差の個数をカウントするカウンタと、
   このカウンタよりの信号を受け前記カウンタによって第１の設定値Ｌがカウントされたときに、前記記憶されているレベル差のうち、下側閾値Ｂ以上で上側閾値Ａ以下の大きさである前記レベル差の個数が第２の設定値Ｎを超えるか否かを判定する侵入判定手段とを備えることを特徴とする侵入検知装置。
3. さらに、前記侵入判定手段よりの信号を受け、判定後、前記メモリ手段に記憶されているレベル差をクリアするクリア手段を備えることを特徴とする請求項２記載の侵入検知装置。

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