JP3673955B2 - 赤外線式検知装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、投光器と受光器とで構成される赤外線式検知装置に関するものであり、特に人間の通過を確実に検出し、鳥などの小さな物体の通過は検出することのない信頼性の高い装置を実現する技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、侵入者を検出する目的で使用されるこの種の赤外線式検知装置としては、２つの投光手段を有する投光器と、２つの受光手段を有する受光器とを警戒区間を隔てて対向して設置する形態のものがある。警戒区間を通過する人間（侵入者）は、投光器から発せられている赤外線を遮断することになり、受光器側でこの状態を検出して侵入者検知信号を出力するものである。
２つの投光手段と２つの受光手段は、上下に並べ２段構成とすることになり、人間が警戒区間を走り抜ける場合と、這って通り過ぎる場合の両方とも検出することを要求される場合には、上段の赤外線の遮断と下段の赤外線の遮断は、独立して検出することが求められる。
【０００３】
従来は、このような検知装置を実現するため、２つの投光手段からまったく異なる周波数の赤外線パルス信号光を発し、２つの受光手段でそれぞれ対応する投光手段の赤外線パルス信号光のみを受けるようにする方法が採用されていた。そのほか、投光器と受光器との間を同期信号伝送用ラインで結び、投光器側の２つの投光手段が発するパルス光と、受光器側の２つの受光部で受けるパルス光とのタイミングを合わせ、対応するパルス光のみを受光させる方法も用いられていた。
さらに、その他の例として、２つの投光手段から交互に単変調パルス光を発し、受光器側では、片方の投光信号の遮断を、受光するパルス信号の周波数の変化として識別する方法も考えられていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
前記従来例にはそれぞれに次に示すような問題点があった。
２つの投光手段から違う周波数の赤外線パルス信号光を発し、受光器側でこの赤外線パルス信号光を識別する方法では、隣接する他の赤外線式検知装置との相互干渉を考慮して割り当てる周波数が増加した場合、それにともない受光器側での信号識別能力を高くする必要が生じ、その分回路構成が複雑となるといった問題があった。
また、投光器と受光器との間を同期信号伝送用ラインで結ぶ方法は、その同期信号伝送用ラインの埋設工事のコストが増加するといった問題があった。
さらに、２つの投光手段から交互に単変調パルス光を発する方法では、２つの投光パルス光が同時に遮断されたことは確実に検出することができるが、片方の投光パルス光の遮断は、ひとつの投光手段から発せられたパルス光が２つの受光手段に入射している場合、単純に周波数変化として現れる場合と、そうでない場合に分かれるといった不都合があり、条件設定が煩雑になるといった問題があった。
【０００５】
赤外線式検知装置においては、例えば、野外の広大な敷地を複数台の検知装置で警戒する場合、一直線上に２セット連続して設置する場合や、赤外線の警戒線を地表から順に複数本設定するために何台かを上方向に積み重ねて設置する場合があった。このような設置状態を考慮して、国際公開公報ＷＯ８９／０５９８６に示してあるように、投光器と受光器との間で送受される赤外線の変調周波数を切り替えることができるものが実用化されている。新規の赤外線式検知装置については、これらの従来から存在する赤外線式検知装置と同じ敷地内で使用する場合を考慮しておかなくてはならない。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明では、これらの課題を解決するため、投光器側の２つの投光手段からは互いに異なるタイミングで発する上段用パルス信号光と、下段用パルス信号光とを所定の時間をおいて交互に発し、受光器側でこの連続したパルス信号光の中から上段信号と下段信号とを判別し、同期信号をそれに基づき発生させ、同期検波後の信号を別々に増幅し処理する構成を採用したものである。
【０００７】
【作用】
本発明の構成によれば、投光器から発せられるパルス信号光を複雑な形態なものにすることなく、隣接する他の二重変調パルス光を用いた同種の赤外線式検知装置との相互干渉の問題を回避できる。また、同期信号を、投光器から専用の伝送ラインを用いて引いてくることなく、受光器側で作り出すことができ、配線コストの増加を抑えることができる。
【０００８】
【実施例】
図１は、本発明の赤外線式検知装置の投光器のブロック図である。
投光器には、互いに異なるタイミングの２種類のパルス信号を発する投光信号発生部１とそこから発生した信号に基づき赤外線パルス信号光を発する投光部３と投光部４とを備えている。
投光部３と投光部４とは赤外発光ダイオードと放物面反射鏡等の光学系とで構成されており、受光器に向けて効率よく赤外線パルス信号光を発するものである。
投光部３と投光部４とから発せられる赤外線パルス信号光は、それぞれ図３（ａ）及び図３（ｂ）に示す形としてある。
２つの投光部から発せられる赤外線パルス信号光は搬送波（２５ＫＨｚ）をパルス幅ｔ、パルス間隔Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３の信号列に従い、振幅変調したものとする。図３には信号波のみを示している。
【０００９】
投光部３からはパルスａ１に続き、時間Ｔ１後にパルスａ２、その後時間Ｔ２をおいてパルスａ３の信号光を発する。パルスａ３の発生した後、時間Ｔ１後に今度は投光部４からパルスｂ１を発し、その後、時間Ｔ２をおいてパルスｂ２、その後、時間Ｔ１をおいてパルスｂ３の順で発する。パルスｂ３の後、時間Ｔ３をおいて再び投光部３からパルスａ１を発し、その後は以上の発生パターンを繰り返す。パルス幅ｔは搬送波の周期の１６倍とし、Ｔ１はｔの３倍、Ｔ２はｔの４倍の長さに設定する。Ｔ３は他の周波数の二重変調光との識別性を高めるために搬送波の周期とは無関係に定めている。
【００１０】
投光部３と投光部４とは２０ｃｍ程度離れて上下方向に並べてある。
投光部が発した赤外線パルス信号光は円錐状に広がり、１００ｍ離れた受光器に達するまでには直径２ｍ〜３ｍの広がりを有することになる。受光器側の２つの受光部も投光部と同じ光学系と、フォトトランジスタ等の光電変換素子とで構成され、２つの受光部は投光部と同じように上下方向に２０ｃｍ程度離れた形としてある。
従って２つの受光部には投光器が発する赤外線パルス信号光が上段下段を問わず入射することになる。
【００１１】
図２は、本発明の赤外線式検知装置の受光器の構成を示すブロック図である。前記２つの受光部には、投光器が発する赤外線パルス信号光が入射し、ここで光電変換された電気信号は、それぞれ後段の同調型増幅部、同期検波部、信号波検波部、信号波増幅部、コンパレータを経てオア回路３０へ送られる。
同調型増幅部は投光器から発せられている赤外線パルス信号光の搬送波の周波数に同調させてある。
同期検波部では後述する信号識別部３３にて識別され、同期信号発生部から発生する同期信号により検波を行っており、信号弁別をより確実なものとしている。信号波検波部では搬送波とともに送られてきた信号から信号波のみを取り出している。そして、信号波増幅部でさらに増幅されコンパレータで所定のレベル以上の信号かどうか比較され、所定のレベル以上である場合にのみ、第１判定部３１とオア回路３０へ信号が送られる。
【００１２】
図４は、２つのコンパレータの出力と同期信号との関係を示したタイミングチャートである。図４（イ）はコンパレータ１６の出力、図４（ロ）はコンパレータ２６の出力、図４（ハ）はオア回路３０の出力、図４（ニ）は同期信号発生部１８の出力、図４（ホ）は同期信号発生部２８の出力である。信号識別部３３では、入力されている信号波が、対向して設置されている投光器の投光部から送られてくることになっている信号パルス列と一致しているかどうかを、そのパルス幅とパルス間隔とから判定し、一致したという判定が出た場合、投光器が送っているパルス信号の幅ｔよりも少し長いパルス幅Ｓの同期信号を発生するよう同期信号発生部１８及び周期信号発生部２８を制御する。尚、受光器が投光器からの赤外線パルス信号光を受光し始めてから、信号識別部３３が同期信号を発生するように指示を与えるまでの間は、同期検波部１３、同期検波部２３は導通状態となっている。この状態を図４の左半分に示している。
信号識別部３３では、入力されているパルス信号列を常時監視し、投光部３から送られてきたパルス信号列であるかどうか、投光部４から送られてきたパルス信号列であるかを、そのパルス間隔により判定する。そして、投光部から送られてきたパルス信号列を２回確認すると、それまで同期検波部が導通状態となるように出力信号を送っていた２つの周期信号発生部のうちの一方を停止し、他方からは同期信号を、その確認した投光部から信号に合わせて発生させる。
図４は、投光部から送られてきたパルス信号列を２回確認したことにより、同期信号発生部１８からの出力信号を停止し、同期信号発生部２８から同期信号を発生した状態を示している。その後は、投光器から送られてくるパルス信号列に基づいた同期信号を同期信号発生部から交互に発生させる。この為、同期検波部１３では、投光部３から送られてくるパルス信号列のみを、同期検波部２３では投光部４から送られてくるパルス信号列のみを通過させるようになる。
同期信号の発生タイミングは内蔵した発振器により一定間隔で作り出されるように制御されているが、オア回路３０からの信号が入力されている間は、その発生タイミングはオア回路３０からの入力信号により常時補正されるようにしてある。
【００１３】
コンパレータ１６とコンパレータ２６の出力は、第１判定部３１へ送られる。この第１判定部で、どちらか一方のコンパレータ出力が途絶えたかどうかを監視し、その状態が第１設定時間変更部３６で設定した時間（例えば１００ｍＳｅｃ）よりも長く継続するかどうかを判定し、継続した場合、出力部４１へ信号を送る。出力部４１が作動するとリレーの接点信号等の形で外部へ物体を検出した信号（検知信号）として出力される。
オア回路３０の出力は第２判定部３２へ送られる。この第２判定部３２でオア回路３０の出力が途絶えたかどうかを監視し、その状態が第２設定時間変更部３７で設定した時間（例えば３５ｍＳｅｃ）よりも長く継続するかどうかを判定し、継続した場合出力部４１へ信号を送る。第１設定時間変更部３６では１００ｍＳｅｃ〜５００ｍＳｅｃの範囲で、第２の設定時間変更部３７では３５ｍＳｅｃ〜５００ｍＳｅｃの範囲で任意の時間に設定できるようにした。本実施例では、出力部４１としてひとつの出力部を設けただけであるが、第１判定部、第２判定部からの信号を別の出力部から独立して取り出すこともできる。また、第１判定部では、予め指定した一方のコンパレータ出力が途絶えたことを監視し、その継続時間の長さに基づく出力を出すこともできる。
【００１４】
同期検波部１３の出力を整流回路１７で整流し、同期検波部２３の出力を整流回路２７で整流し、ともに表示変換部３５へ入力させる。表示変換部３５では整流回路１７、整流回路２７の出力信号に対応した音信号（電圧値に応じて周波数の変化する信号）に変換し、表示部４０から音として出力する。表示部４０で表示する内容は表示切替スイッチ３９により整流回路１７と整流回路２７のどちらかの信号に対応したものにするかを選択させる。表示部４０としては視覚的表示を行うレベル表示（ＬＥＤの点灯個数を整流信号の値に応じて増減させるもの）や他の表示でもよい。この場合、表示変換部３５は、表示内容に合わせて違う処理を行うことになる。
【００１５】
図１に示す投光器には、周波数切替スイッチ２を設けてあり、ここで搬送波の周波数を２５ＫＨｚ以外の周波数、例えば、２０ＫＨｚ、１６.７ＫＨｚ、１４.３ＫＨｚに変更できるようにした。この周波数変更に伴い、投光器の２つの投光部から発せられる赤外線パルス信号光が変わることになる。この周波数変更に伴い受光器側では、周波数切替スイッチ３８により同調型増幅部１２、同調型増幅部２２の同調周波数、同期パルスを発生させるための信号識別部３３のタイミング、第１判定部３１、第２判定部３２の判定タイミング等を切り替えることになる。これらの周波数は、前記周波数切替スイッチ３８の入力に基づき周波数切替部３４が作動し一挙に切り替えられる。
【００１６】
【発明の効果】
本発明では、投光器の２つの投光部から互いに異なるタイミングで発する２種類の赤外線パルス信号光を、所定の時間をおいて交互に発しているので、２つの投光部から発せられる赤外線パルス信号光どうしが干渉することはなく、また、他の赤外線式検知装置の赤外線パルス光との干渉もなくすことができる。受光器側では、同調型増幅部、同期検波部、信号波検波部、信号波増幅部、信号識別部を備え、二重変調パルス信号光の中から投光器の２つの投光部の発する赤外線パルス信号光のみを確実に弁別する処理を行っているので、他の赤外線式検知装置が発するいかなるパルス変調光が受光部に入射しても、まったくその影響を受けないようにすることができる。
【００１７】
２つの投光部からの信号を２つの受光部で別々に受光することができるので、一方の赤外線信号の遮断を確実に検出でき、例えば、上下２段構成とした装置において、下段の赤外線の遮光が１００mSec以上続いた時、上下両段の赤外線の遮断光が３５mSec以上連続した時の２つの場合に限定して検知信号を出力するといった検知出力条件を設定することができる。
このような検知信号出力条件を設定することにより、人間の走り抜け及び人間が這って通過する場合を確実に検出し、鳥などの片側の赤外線のみしか遮光することのない小さな物体の通過は検出することのない赤外線式検知装置が実現できる。遮光時間は一定範囲で可変としたので実際の設置場所の条件に合わせて、最適な検知信号出力条件の設定が可能となる。
【００１８】
投光器のパルス信号は搬送波の周期と一定の関係を持った異なるパルス間隔のパルス列としているので、搬送波の周波数を切り替えるだけで自動的に他のパルス信号に変更することができる。この周波数の変更に合わせて受光器側の同調型増幅部の同調周波数他も切り替えることができるので、同一場所で同じ方向に赤外線式検知装置を複数台設置することができる。
【００１９】
受光器側に、２つの受光部で受けた赤外線パルス信号光の強さを、別々に表示する手段を設けたので、それぞれのペアとなる投光部、受光部の光軸の調整が行いやすくなっている。これにより設置工事後の光軸調整や、点検時の光軸調整が確実に行われることになり、常に安定した動作が保証される。
本発明の赤外線式検知装置は、信号識別能力を向上させ、周波数切替機能を備えたこと等により、他の同種の赤外線式検知装置との干渉の問題を解決できたので、自由に組み合せて同一敷地内で使用することができ、この種の装置の応用範囲の拡大にも多大な効果を発揮するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の赤外線式検知装置の投光器のブロック図である。
【図２】 本発明の赤外線式検知装置の受光器のブロック図である。
【図３】本発明の赤外線式検知装置の投光部が発する赤外線パルス信号光のタイミングを示した図である。

Claims (3)

1. 互いに異なるタイミングで発生する２種類のパルス信号を、所定の時間をおいて交互に発生する投光信号発生部と、前記投光信号発生部のパルス信号に基づき赤外線パルス信号光を発する２つの投光部を有する投光器と、警戒区間を隔てて対向して設置され、前記赤外線パルス信号光を受ける２つの受光部を有する受光器とで構成される赤外線式検知装置において、受光器は、前記２つの受光部に接続される同調型増幅部、同期検波部、信号波検波部、信号波増幅部、コンパレータをそれぞれ個別に備え、前記２つのコンパレータの出力信号を入力とするオア回路の出力を信号識別部に接続し、前記信号識別部は、入力される信号中のパルス発生タイミングを監視し、どちらの投光部から送られてきたパルス信号列であるかを、そのパルス間隔により判定し、接続される２つの同期信号発生部に制御信号を送り、前記同期信号発生部から、投光器から発せられる２種類の赤外線パルス信号光のタイミングに合わせた別の同期信号を発生させ、前記２つの同期検波部を制御するものであり、さらに、前記受光器は、２つのコンパレータ出力のうち、どちらか一方だけが途絶えたことを検出し、その状態が予め定めた第１の設定時間よりも長く継続したときに検知信号を出力する第１判定部と、前記２つのコンパレータ出力の両方が途絶えたことを検出し、その状態が予め設定した第２の設定時間よりも長く継続したときに検知信号を出力する第２判定部とを備え、前記第１の設定時間は第１設定時間変更部に基づき変更可能とし、前記第２の設定時間は第２設定時間変更部に基づき変更可能とし、第１の設定時間は第２の設定時間よりも長く設定することができるようにしたことを特徴とする赤外線式検知装置。
2. 前記投光信号発生部は、搬送波の周期と一定の関係を持った２種類のパルス信号列を作り出すものであり、２つの投光部から発する赤外線パルス信号光は、前記搬送波を前記パルス信号列に基づき振幅変調した二重変調赤外線パルス信号光とし、投光器には、周波数切替スイッチを備え、前記搬送波は前記周波数切替スイッチに基づき変更可能とし、受光器には、周波数切替スイッチ及び周波数切替部を設け、２つの同調型増幅部の同調周波数は、前記投光器から発せられる赤外線パルス信号光の周波数に合わせて前記周波数切替スイッチ及び周波数切替部により変更可能としたことを特徴とする請求項１に記載の赤外線式検知装置。
3. 前記受光器には、２つの同期検波部のおのおのの出力信号を整流し、受光部にて受けた赤外線パルス信号光の強さに対応した直流信号に変換する２つの整流回路と、前記整流回路の出力信号に基づき表示部を駆動するための信号に変換する表示変換部と、その信号に基づき表示を行う表示部とを設け、前記表示部にて表示する内容は、前記整流回路のどちらか一方の信号に基づく表示に切り替える表示切替スイッチにより選択することができるようにしたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の赤外線式検知装置。

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