JP2012215996A - 赤外線センサ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】赤外線センサ10は、複数の検知ゾーンから放射される赤外線を各検知ゾーンにそれぞれ対応して設けた複数の集光素子により集光する集光部材と、集光した赤外線を受光する受光素子と、赤外線を遮蔽する材料で形成され、複数の集光素子の何れかにより集光される赤外線を遮蔽する位置に配置可能な遮光部材と、遮光部材により赤外線を遮蔽すべき対象集光素子を記憶する記憶部40と、遮光部材により赤外線が遮蔽された遮蔽集光素子を検出する検出部20と、検出部により検出された遮蔽集光素子と記憶部に記憶された対象集光素子とが一致するか否かを判定する判定手段82と、判定した結果を表示部に表示させる出力手段83とを有する。
【選択図】図1
Description
さらに、特許文献1に開示された他の実施形態では、人体検知装置において、レンズアレイの各レンズに対応する区画に分割された透光性のシェードを有するプレートが受光レンズを覆うように設けられている。この実施形態では、人体検知装置内にシェードの各区画の形状及び大きさに合わせた遮光チップが用意されている。そしてその遮光チップをシェードの、遮光するレンズに対応する区画に取り付けることにより、人体検知装置は、そのレンズからの熱線を遮断して、そのレンズに対応する検知ゾーンを検知エリアから外すことが可能となる。
特許文献1に記載された人体検知装置によれば、円筒形の蛇腹状の遮光フードを用いて受光レンズを遮光する場合、作業者は検知エリアから検知ゾーンを外す作業を容易にすることができる。また、遮光チップを用いて受光レンズを遮光する場合、作業者は検知エリアから外す検知ゾーンを細かく設定することができる。しかしながら、作業者は、作業が正しく行われたか否かを、遮光フード又は遮光チップの状態を目視確認することでしか判断できず、侵入物体を検出しない検知ゾーンを正しく設定できたか否かを十分に確認することができなかった。
この赤外線センサは、検知エリアに設定された複数の検知ゾーンのそれぞれから放射された赤外線を、集光レンズアレイのうちのその検知ゾーンに対応するレンズにより集光して焦電素子で受光する。この赤外線センサは赤外線を遮蔽する遮光シートと遮光シートを支持する遮蔽ガイドを備えており、作業者は遮光シートを遮蔽ガイドに沿って、集光レンズアレイのレンズ面に沿ってスライド移動させることにより各レンズにより集光する赤外線を遮蔽することができる。また、この赤外線センサでは、遮光シートにより赤外線が遮蔽されたレンズを特定するための情報をもつ部材がその遮光シート上に貼り付けられる。赤外線センサは、その情報を取得して赤外線が遮蔽されたレンズを検出し、赤外線を遮蔽すべきレンズが正しく遮蔽されているか否かを判定する。これにより赤外線センサは、検知ゾーンが正しく設定されているか否かを適切に確認できるようにすることを図る。
なお、以下では、便宜上、赤外線センサ10が水平に設置された場合に、水平面に平行で、かつ赤外線センサ10が検知エリアを向く方向と直交する方向をx軸、水平面と直交する方向(鉛直方向)をy軸、水平面に平行で、かつ赤外線センサ10が検知エリアを向く方向をz軸とする座標系を設定する。また、以下では、y軸の上方向を上側とし、y軸の下方向を下側として説明する。
集光レンズ101は、前面支持部100と背面支持部102にはさまれて固定される。赤外線センサ10が侵入物体を検知する検知エリアは、一又は複数の検知ゾーンによって構成される。赤外線センサ10は集光レンズ101を用いて、各検知ゾーンからの赤外線(熱線)を焦電素子103に集光する。焦電素子103は、集光レンズ101により集光された赤外線を受光する方向を向くように、背面支持部102に取り付けられる。各検知ゾーンは一対のゾーンからなり、それぞれ侵入物体を検知すべき領域内に定められる。焦電素子103は、例えば逆極性で接続された一対の焦電素子で構成され、各検知ゾーンの一対のゾーンのうち、一方のゾーンからの赤外線を受光して正電圧に変換し、他方のゾーンからの赤外線を受光して負電圧に変換して信号処理部104に出力する。この信号処理部104は、例えば焦電素子103から出力された電圧を増幅し、アナログ/デジタル(A/D)変換する電気回路、又はCPU、ROM、RAM等により回路基板上に構成される。そして回路基板は、焦電素子103が受光する赤外線を遮らないように、センサ本体11の、焦電素子103の背面側に取り付けられる。
一対のゾーンを横切る方向に侵入物体が通過すると、焦電素子103が出力する電圧は正電圧から負電圧(または負電圧から正電圧)に変化する。そこで信号処理部104は、焦電素子103から出力された電圧変化の大きさに基づいて検知エリアに侵入物体が存在する確かさの度合いを表す検知レベルを求め、その検知レベルを示す検知レベル情報を監視処理部80に出力する。
また、検知エリア側から見て背面支持部102の右側のサイドには、集光レンズ101の一部により集光される赤外線を遮蔽するための遮光シート161〜163が配置される。この遮光シート161〜163は、センサ本体11が筐体12に取り付けられたときは、筐体12内に備えられる。
集光レンズ101の球面における、フランジ111側を底面としたときの頂部を中心とする中央凸状部には複数のレンズを2次元に配列した集光レンズアレイ113が配置される。図10(a)に集光レンズ101を赤外線センサ10の内側(検知エリアと反対側)から見た模式図を示し、図10(b)に集光レンズ101を赤外線センサ10が検知エリアを向く方向に対して左側から見た模式図を示し、図10(c)に集光レンズ101を赤外線センサ10が検知エリアを向く方向に対して右側から見た模式図を示す。図10(a)〜(c)に示すように、集光レンズ101には、鉛直方向(y軸方向)に3段(上段部分、中段部分、下段部分)にそれぞれ複数のレンズが形成される。集光レンズ101には、上段部分に七つのレンズ(A1〜A7)が形成され、中段部分に七つのレンズ(B1〜B7)が形成され、下段部分に三つのレンズ(C1〜C3)が形成される。各レンズは、対応する検知ゾーンから放射された赤外線を焦電素子に集光するようにアライメント調整される。なお、集光レンズアレイの各レンズはどのようなものでもよいが、本実施形態では、フレネルレンズを用いるものとして説明する。本実施形態では、集光レンズ101の複数のレンズ夫々が集光素子を形成している。
一方、図13(b)に延長部分120を赤外線センサの外側(赤外線センサが検知エリアを向く方向に対して左側)から見た模式図を示す。図13(b)に示すように、延長部分120は、赤外線センサの外側から見ると略矩形の形状を有し、この延長部分120の外側(赤外線センサが検知エリアを向く方向に対して左側)には各貫通溝121に連通する窓(以下、外側窓と称する)122〜124が設けられる。この外側窓122〜124は、延長部分に配置された遮光シート161〜163の表面を露出させて作業者が後述する遮光シートに記載されたレンズの識別情報を目視するための窓である。
また、各外側窓のy軸方向の境界を形成する、各貫通溝121の内壁面の少なくとも一方には、外側窓の内側に向けて突起した突起部131〜135が形成される。突起部131〜135は、それぞれz軸方向の位置が一致するように形成される。これらの突起部131〜135は、遮光シートを係止させるための係止手段として機能するとともに、作業者に遮光シートの表面に印刷された情報を指し示すための指示手段として機能する。
なお、赤外線センサが検知エリアを向く方向に対して右側にも延長部分が形成されるが、延長部分120と同様の構造をもつため、説明を省略する。以降、この延長部分を遮蔽ガイドと称する。
なお、遮光シートは、集光レンズ101の外側の面に沿うようにスライド移動するようにしてもよい。
また、遮光シート161において各切り欠き部が設けられる長手方向の間隔は、各境界線が印刷される間隔と同様に、各レンズにおける遮光シート161がスライド移動する方向のレンズ幅に応じて定められる。つまり、切り欠き部181、185と切り欠き部182、186の間の長さはレンズA2のレンズ幅と略同一にし、切り欠き部182、186と切り欠き部183、187の間の長さはレンズA3のレンズ幅と略同一にし、切り欠き部183、187と切り欠き部184、188の間の長さはレンズA4のレンズ幅と略同一にする。
なお、上述した通り、遮光シートは弾性をもち、緩ませながら遮蔽ガイド120内をスライド移動することができる。そのため、遮光シートは緩ませることにより突起部に引っかからないようにスライド移動させ、切り欠き部を突起部にはめた状態で張り詰めることにより係止させることができる。
さらに遮光シート161の表面には各境界線で囲まれた領域ごとに、レンズの番号A2、A3、A4が目視用識別情報として印刷される。したがって、各目視用識別情報が印刷される長手方向の間隔は、各切り欠き部が設けられる間隔または各境界線が印刷される間隔とおよそ一致する。
図15に示すように、本実施形態のシート情報取得部21は、光源141と、レンズ142と、受光素子143とを有する。光源141は、例えばLEDなどの光源であり、内側窓125に向けて光を放射するようにセンサ本体11に取り付けられる。光源141から放射された光は、反射板175〜178の何れかが内側窓125に位置するときに、内側窓125に位置する反射板により反射される。レンズ142及び受光素子143は、内側窓125に位置する反射板により、光源141から放射された光が入射する入射角1501と同じ反射角1502で反射された光を集光及び受光する位置に配置される。受光素子143は、例えばフォトダイオードなどを有し、受光した光をその強度に応じた電気信号に変換し、遮蔽レンズ検出部22に出力する。
記憶部40には、予め、判定用識別情報と遮蔽されたレンズとの対応関係を示す識別情報テーブルが記憶されている。具体的には、光源141から放射された光を内側窓125に各反射板が位置する状態で反射させたときに受光素子143が受光した光の強度に応じて出力する電気信号の信号レベルの範囲が、各反射板が特定するレンズの番号、あるいは、そのとき遮光シートによって遮蔽されているレンズの番号と対応付けられたテーブルとして記憶される。遮蔽レンズ検出部22は、監視処理部80から遮光シートにより赤外線が遮蔽されたレンズの検出要求を受けると、受光素子143から出力された電気信号を取得する。そして遮蔽レンズ検出部22は、記憶部40に記憶されたテーブルを用いて受光素子143が出力した電気信号の信号レベルが含まれる範囲を特定し、対応するレンズ番号を判別する。そして遮蔽レンズ検出部22は、判定したレンズの番号を遮蔽レンズ情報として監視処理部80に出力する。
監視画像は、例えば、横340画素×縦240画素を持ち、各画素が0〜255の画素値を有するデジタル画像データとして表現される。なお、撮像部30は、監視画像をカラー画像として作成してもよい。
本実施形態の侵入物体検出装置1では、撮像部30が撮像する監視領域には赤外線センサ10が侵入物体を検知する検知エリアが含まれるような位置関係で、赤外線センサ10と撮像部30は配置される。
設定手段81は、作業者に無監視エリアを設定させるために、撮像部30から受け取った監視画像を表示部60に表示させる。図16に表示部60に表示される無監視エリアの設定画面の例を示す。図16において、画面1600は無監視エリアの設定画面であり、画面1600内の画像1601は、撮像部30が撮像した監視画像である。作業者は、例えば操作部50を用いて監視画像上の侵入物体を検出しない領域(以下、マスク領域と称する)の各頂点1602を指定する。設定手段81は、操作部50を介して監視画像上で指定された頂点の情報を受け取ると、その頂点で囲まれた領域をマスク領域1603として設定し、記憶部40に記録する。このマスク領域1603に対応する監視領域内の領域が無監視エリアとして定められる。
同様に、遮光シート161の集光レンズ101側の先端がレンズA3とレンズA4の境界に位置するとき、遮蔽レンズ検出部22は、内側窓125に反射板177が位置すると判定して、レンズA1〜レンズA3の番号を遮蔽レンズ情報として判定手段82に出力する。また、遮光シート161の集光レンズ101側の先端がレンズA4とレンズA5の境界に位置するとき、遮蔽レンズ検出部22は、内側窓125に反射板178が位置すると判定して、レンズA1〜レンズA4の番号を遮蔽レンズ情報として判定手段82に出力する。
そして異常監視手段84は、評価値Eが基準値E0以上である場合、変化領域は侵入者によるものである、すなわち侵入異常が発生したと判定し(ステップS2107)、侵入物体検出信号を通信部70を介して外部の警備装置等へ送信する(ステップS2108)。
従って、評価値Eが基準値E1以上である場合、赤外線センサ10から最も新しく送信された検知レベルPが所定の閾値Th以上であるか否かを判定する(ステップS2106)。なお、閾値Thは、実験または経験的に、検知レベルPが検知エリアに侵入物体が存在することを示す値に設定される。つまり検知レベルPが閾値Th以上である場合、検知エリアから放射される熱線に基づいて検知エリア内に侵入者が存在する可能性が高いと判断できる。異常監視手段84は、検知レベルPが所定の閾値Th未満である場合、変化領域が侵入者によるものでないと判定し、制御をステップS2101へ戻す。
そのほか、判定用識別情報としてRFIDタグ(Radio Frequency IDentification Tag)を、検出部としてRFIDタグリーダ装置を適用することも可能である。
また、検出部20、記憶部40、操作部50、表示部60、通信部70並びに監視処理部80の設定手段81、判定手段82及び出力手段83は、赤外線センサ10内に備えるようにしてもよい。これにより、赤外線センサ10を単体で使用する場合でも、本発明を適用することができる。
図24に反射型の赤外線センサの模式図を示す。反射型の赤外線センサ2400は、集光ミラー2401、焦電素子2402及び透過カバー2403を有する。反射型の赤外線センサを用いる場合も、検知エリアは、各々離間した複数の検知ゾーンによって構成される。集光ミラー2401は、複数のミラーからなる集光ミラーアレイであり、各ミラーは、対応する検知ゾーンから放射された赤外線を焦電素子2402に集光するようにアライメント調整される。一方、カバー2403は、赤外線を透過する樹脂等の材料で形成され、赤外線センサ2400は、カバー2403を透過してきた各検知ゾーンからの赤外線2410、2411を、その検知ゾーンに対応するミラーにより集光して焦電素子2402で受光する。これにより、赤外線センサ2400は、各検知ゾーンにおける熱エネルギーの時間的な変化を検出する。
10 赤外線センサ
20 検出部
21 シート情報取得部
22 遮蔽レンズ検出部
30 撮像部
40 記憶部
50 操作部
60 表示部
70 通信部
80 監視処理部
81 設定手段
82 判定手段
83 出力手段
84 異常監視手段
101 集光レンズ
103 焦電素子
104 信号処理部
120 延長部分、遮蔽ガイド
141 光源
142 レンズ
143 受光素子
161〜166 遮光シート
2300 赤外線センサ
2301 焦電素子
2302 集光ミラー
2303 カバー
Claims (4)
- 複数の検知ゾーンから放射される赤外線に応じて侵入物体を検出する赤外線センサであって、
前記複数の検知ゾーンから放射される赤外線を各検知ゾーンにそれぞれ対応して設けた複数の集光素子により集光する集光部材と、
前記集光部材により集光した赤外線を受光する受光素子と、
赤外線を遮蔽する材料で形成され、前記複数の集光素子の何れかにより集光される赤外線を遮蔽する位置に配置可能な遮光部材と、
前記複数の集光素子のうち前記遮光部材により赤外線を遮蔽すべき対象集光素子を記憶する記憶部と、
前記複数の集光素子のうち前記遮光部材により赤外線が遮蔽された遮蔽集光素子を検出する検出部と、
前記検出部により検出された遮蔽集光素子と前記記憶部に記憶された対象集光素子とが一致するか否かを判定する判定手段と、
前記判定した結果を表示部に表示させる出力手段と、
を有することを特徴とする赤外線センサ。 - 前記集光部材は、第1の方向において複数の集光素子を備え、
前記遮光部材は、短冊状に形成され、前記集光部材の一面に沿って前記第1の方向にスライド移動可能に配置され、前記複数の集光素子のうち、前記遮光部材の先端から前記集光部材の前記第1の方向における一端までの間に位置する集光素子を遮蔽し、
前記検出部は、前記スライド移動された前記遮光部材の位置を検出して前記遮蔽集光素子を判別する、請求項1に記載の赤外線センサ。 - 前記検出部は、前記遮光部材に付された判定用識別情報を取得して前記遮蔽集光素子を判別し、
前記遮光部材には、前記集光部材の一面に、スライド移動された状態で前記検出部と対向する位置に遮蔽している集光素子を示す判定用識別情報が面するように、前記判定用識別情報が設けられる、請求項2に記載の赤外線センサ。 - 前記遮光部材は、前記判定用識別情報として前記複数の集光素子のそれぞれに対応した異なる反射率をもつ複数の反射板を有し、
前記検出部は、前記対向する位置にある前記反射板に向けて光を放射するとともに反射光を受光し、受光した反射光量に基づいて前記遮光部材の位置を検出して前記遮蔽集光素子を判別する、請求項3に記載の赤外線センサ。
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