JP3924664B2

JP3924664B2 - Detection device

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Publication number: JP3924664B2
Application number: JP27908597A
Authority: JP
Inventors: 謙治羽生田
Original assignee: Nippon Aleph Corp
Current assignee: Nippon Aleph Corp
Priority date: 1997-10-13
Filing date: 1997-10-13
Publication date: 2007-06-06
Anticipated expiration: 2017-10-13
Also published as: JPH11120451A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、反射光測定回路に利用し、特に受光素子への入射光の変化を検出して、所定の検知領域内での侵入者等の存在を検知するための検知装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、防犯用の検知装置は、検知領域に赤外光を照射する赤外線発光素子と、検知領域で反射された反射光を受光する赤外線受光素子とを含んでおり、赤外線発光素子から出射して、検知領域内に侵入した人間の体等により乱反射された赤外線が赤外線受光素子に入射することにより、赤外線受光素子に入射する赤外線光量を検出し、その変化に基づいて検知領域内への侵入者等を検知するようにしている。
【０００３】
このような構成の検知装置によれば、検知領域内に侵入者等がいない場合には検知領域内からの赤外線の乱反射がないことから、赤外線受光素子への赤外線の入射光量は変化がない。
【０００４】
この状態から、検知領域内に侵入者等が入ると、この侵入者等によって赤外線発光素子から出射した赤外線が乱反射されることになり、この乱反射された赤外線が赤外線受光素子に入射する。これにより、赤外線受光素子への赤外線の入射光量が変化するので、この赤外線受光素子の検出信号の変化が、信号処理回路によって適宜に処理されることによって、侵入者等の存在が検知され得ることになる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、このような構成の検知装置においては、測定環境の明るさや外乱光の影響を受けてしまい、誤動作してしまうことがあった。
この外乱光による影響を防止するために検知感度を低く設定すると、検知距離が短くなったり、検知視野が狭くなってしまうと共に、小さな物体や反射率の低い物体が検知できなくなってしまうという課題が生じていた。
従って、外乱光対策としては、発光素子を一定周波数でパルス変調することによりパルス発光させ、受光素子による受光信号の中から信号光による信号のみを取り出すように、受光信号の一部を積分した信号により、受光素子として使用されるフォトトランジスタのバイアスを変化させて、信号周波数より低い周波数の外乱光に対して応答しないようにした検知装置や、受光信号をバンドパスフィルタ回路により周波数選択して、外乱光の影響を排除するようにした検知装置などが知られている。
【０００６】
しかしながら、このような検知装置においては、信号光に重畳された外乱光の影響を完全に排除することは困難であるので、外乱光によって信号光が変化してしまい、正確な信号光の検出を行なうことができなかった。
【０００７】
これに対して、従来は、発光素子に流す駆動電流を大きくして発光出力を増大させる方法や、受発光素子を複数個並べて配置することにより、感度を高める方法が採用されているが、これらの方法においては、Ｓ／Ｎ比が多少改善されるものの、消費電流が増大したり、コストが高くなってしまう。このため、このような検知装置の使用は、外乱光の影響の少ない場所に限定されてしまい、検知距離が短く且つ検知視野が狭く、また小さい物体や反射率の低い物体を検出できず、さらには動きの遅い物体や静止した物体の検知もできないという、性能面での限界があることから、用途が限定されてしまっていた。
【０００８】
また、信号光による信号の積分値及び外乱光による信号の積分値をそれぞれサンプルホールドして、これら積分値の差をとることにより、外乱光による信号を除去する方法もあるが、回路が複雑になると共に、コストが高くなってしまう。他方、信号光による信号の積分及び外乱光による信号の積分を、それぞれ別の積分器によって行ない、積分値の差をとることにより、外乱光による信号を除去する方法もあるが、この方法では回路は単純になるものの、二つの積分器の積分定数を合わせることが困難であり、正確な外乱光による信号の除去ができない。
【０００９】
本発明は以上の点に鑑み、簡単な構成により、低コストで測定環境の明るさや外乱光の影響を受けずに、検知領域内への侵入者等が高感度で検出されるようにした検知装置を提供することを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の検知装置は、検知領域にパルス光を照射する発光手段と、検知領域からの反射光を受光する受光手段と、受光手段からの受光信号を、外乱光測定及び信号光測定に切り換えるためのマルチプレクサからなる切換え手段と、切換え手段に接続される二重積分処理手段と、二重積分処理手段からの信号光による信号の変化をトリガレベルと比較して検知信号を出力する比較手段と、比較手段からの検知信号に基づいて警報を発生させる警報手段と、を含み、二重積分処理手段は、信号光及び信号光に重畳される外乱光を積分し、切換え手段により切り換えられた外乱光を逆積分することにより、信号光から外乱光を除去した信号のみを取り出すことを特徴とするものである。
【００１１】
また本発明の検知装置は、検知領域にパルス光を照射する赤外線発光素子と、検知領域内の侵入者等からの反射光を受光する赤外線受光素子と、赤外線受光素子からの受光信号を、外乱光測定及び信号光測定に切り換えるためのマルチプレクサからなる切換え回路と、切換え回路に接続される二重積分回路と、二重積分回路の出力信号から信号光成分のみを取り出し、信号光成分のみを増幅する同期検波増幅回路と、同期検波増幅回路からの信号光による信号を直流信号に変換する平滑回路と、平滑回路からの直流信号の変化をトリガレベルと比較して検知信号を出力する比較回路と、比較回路からの検知信号に基づいて警報を発生させる警報回路と、を含み、二重積分処理回路は、信号光及び信号光に重畳される外乱光を積分し、切換え回路により切り換えられた外乱光を逆積分することにより、信号光から外乱光を除去した信号のみを取り出し、同期検波増幅回路へ出力することを特徴とするものである。
【００１２】
本発明による検知装置は、好ましくは、上記構成に加え、二重積分回路のリセット期間中に切換え回路の受光素子の出力端子間を短絡するスイッチを含んでいる。
【００１３】
本発明による検知装置は、好ましくは、上記二重積分回路の外乱光測定時間と信号光測定時間のデューティ比を調整するための調整回路を備えている。
【００１４】
本発明による検知装置は、好ましくは、上記比較回路が、トリガレベルが自動シフトすることにより、一定した検知感度にて検知信号を出力するようになっている。
【００１５】
上記構成によれば、マルチプレクサからなる切換え手段によって、発光手段が発光している信号光測定時間と、発光手段が発光していない外乱光測定時間とを切り換えて、二重積分処理手段によって信号光測定時間にて信号光及び外乱光による信号を積分し、外乱光測定時間にて外乱光による信号を逆積分することにより、信号光による信号のみを取り出す。
これにより、外乱光の影響を排除した信号光による信号のみの検出が可能となり、検知領域内への侵入者等が高感度で正確に検出されることになる。
【００１６】
また、マルチプレクサからなる切換え回路によって、赤外線発光素子が発光している信号光測定時間と、赤外線発光素子が発光していない外乱光測定時間とを切り換えて、二重積分回路によって信号光測定時間にて信号光及び外乱光による信号を積分し、外乱光測定時間にて外乱光による信号を逆積分することにより、信号光による信号のみを取り出す。
これにより、外乱光の影響を排除した信号光による信号のみの検出が可能となり、検知領域内への侵入者等が高感度で正確に検出されることになる。
【００１７】
本検知装置に、二重積分回路のリセット期間中に切換え回路の受光素子の出力端子間を短絡するスイッチを含んでいる場合には、二重積分回路の出力を確実にゼロにでき、誤動作することがない。
【００１８】
本検知装置に、上記二重積分回路の外乱光測定時間と信号光測定時間のデューティ比を調整するための調整回路を備えている場合には、外乱光測定時間と信号光測定時間とが互いに僅かに異なることにより、赤外線受光素子や二重積分回路のオペアンプが完全にリニア動作しないことによる測定誤差が補正され、より一層外乱光の影響を受けない、正確な検出が行なわれ得る。
【００１９】
上記比較回路が、トリガレベルが自動シフトすることにより、一定した検知感度にて検知信号を出力するようになっている場合には、測定環境の変化によって感度が変わってしまうようなことがなく、常に一定の検知感度が得られることになる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、図面に示した実施形態に基づいて本発明を詳細に説明する。
図１は、本発明による検知装置の一実施形態を示しており、検知装置１０は、赤外線発光素子１１と、発振回路１２，アップカウンタ１３，調整回路としてのオフディレー回路１４及び投光回路１５と、赤外線受光素子１６と、この赤外線受光素子１６の受光信号を処理するための切換え回路としてのマルチプレクサ１７，二重積分回路１８，同期検波増幅回路１９，平滑回路２０，比較回路としてのウィンドーコンパレータ回路２１及び警報回路２２と、赤外線発光素子１１及び赤外線受光素子１６の前に配置された可視光カットフィルタ２３とを含んでいる。
【００２１】
赤外線発光素子１１は、検知領域Ｘに対して近赤外光を出射するように配設されていて、その検知距離を長くしあるいは検知視野を限定する必要がある場合には、前方に例えばレンズや凹面鏡，フレネルレンズ等の収束系または発散系の光学系１１ａを備えている。
なお、赤外線発光素子１１は、例えば赤外ＬＥＤ（発光ダイオード）が使用され、その発光出力に応じて、所望の検知距離や検知視野を確保するために、複数個並べて駆動されるようにしてもよい。
【００２２】
発振回路１２は、クロック信号を発生させるものであり、例えばＣ−ＭＯＳインバータ，ＩＣ，トランジスタ等によるマルチバイブレータやＣＲ素子を使用した自励又は他励発振回路から構成されており、その発振周波数は、赤外線発光素子１１の発光パルス幅に対応して設定される。例えば、その発振周波数が１０ｋＨｚの場合、赤外線発光素子１１の発光パルス幅は１００μｓとなる。
【００２３】
アップカウンタ１３は、発振回路１２からのクロック信号をアップカウントして、その第一のカウンタ出力Ｑ０（図４参照）と第二のカウンタ出力Ｑ１のロジック信号により受光信号を切り換えるマルチプレクサ１７のスイッチを順次切り換える信号及び投光回路に発光素子をパルス駆動させる信号を出力するものである。
この場合、投光出力信号Ｅ（図４参照）は、その周波数が外乱光周波数に対して１０倍以上の周波数を有するように設定されることにより、外乱光に対する影響が低減される。
【００２４】
オフディレー回路１４は、受光信号における外乱光測定時間及び信号光測定時間のデューティ比を調整するための回路であって、例えば図２に示すように、アップカウンタ１３からのロジック信号に基づいて、コンデンサと可変抵抗の抵抗値で決まる時定数τ１（図４参照）だけ立下りのタイミングを遅延させることにより、デューティ比を調整するようになっている。
【００２５】
投光回路１５は、アップカウンタ１３からのロジック信号に対応して、信号光測定時間に同期して赤外線発光素子１１を発光させるものであり、赤外線発光素子１１の発光出力を安定化させるために、定電圧または定電流で赤外線発光素子１１を駆動するようになっている。
【００２６】
赤外線受光素子１６は、赤外線発光素子１１からの反射赤外光を検出し得る感度を有するものであり、その検知距離を長くしあるいは検知視野を限定する必要がある場合には、前方に例えばレンズや凹面鏡，フレネルレンズ等の収束系または発散系の光学系１６ａを備えている。
なお、赤外線受光素子１６は、例えばフォトダイオードが使用され、その受光感度に応じて、所望の検知距離や検知視野を確保するために複数個並べて配設されてもよい。
【００２７】
マルチプレクサ１７は、図２に示すように、赤外線受光素子１６からの受光信号を、オフディレー回路１４を介して入力されるアップカウンタ１３からのロジック信号により、外乱光測定時間と信号光測定時間とに切り換えるためのものであり、その受光素子出力端子間に、二重積分回路１８のリセット期間中短絡するためのアナログスイッチ１７ａを備えている。
【００２８】
二重積分回路１８は、マルチプレクサ１７で切り換えられた受光信号のうち、外乱光による信号及び信号光による信号を積分すると共に、外乱光による信号を逆積分するように、例えば図３に示すように、オペアンプ１８ａから構成されている。
【００２９】
同期検波増幅回路１９は、二重積分回路１８により出力された信号から、同期検波によって信号光による信号成分のみを取り出して、処理しやすい適宜のレベルに増幅する。
【００３０】
平滑回路２０は、同期検波増幅回路１９からのパルス状の信号光による信号の波形を、直流波形に変換する。
【００３１】
ウィンドーコンパレータ回路２１は、信号光による信号の変化を、二つのトリガレベルと比較して、二つのトリガレベル間から外れた場合に検知信号を出力するようになっている。ここで、上記二つのトリガレベルは、それぞれ独立してレベル設定されると共に、平滑回路２０の出力信号の大きさに基づいて自動的に調整されることにより、測定環境が変化しても常に一定の検知感度を有するように構成されている。なお、上記トリガレベル設定は、入力信号の急激な変化に応答せず、例えば数秒以上の遅延時間を有するように、応答速度を調整し得るようにしてもよい。
【００３２】
警報回路２２は、ウィンドーコンパレータ回路２１から検知信号が出力されたとき、侵入者等の検知信号、即ち警報信号を外部に出力するものであり、電源投入時から動作が安定するまでの所定時間の間、警報を出力しないように所謂マスク期間を設定した警戒開始のリセット信号を入力するリセットスイッチや、警報信号をワンショットあるいは検知している間継続して、さらには一旦検知した後はリセットされるまで継続して出力するように、切り換えられるようにしてもよい。また、警報回路２２は、警報信号によりリレーを動作させて、リレー接点出力にて外部に報知するための出力端子を設けるようにしてもよく、警報回路内に視覚的に表示する表示灯や聴覚的に表示する警報ブザー等を使用してもよい。
【００３３】
可視光カットフィルタ２３は、強い外乱光が入射しても二重積分回路の出力が飽和しないように外乱光の可視光線を遮断し、信号光の近赤外線を透過させる材質の光学フィルタである。
【００３４】
本発明実施形態による検知装置１０は以上のように構成されており、発振回路１２からの周期Ｔ０のクロック信号Ａ（図４（Ａ）参照）は、アップカウンタ１３によってアップカウントされて、その第二のカウンタ出力Ｑ１からのロジック信号Ｃ（図４（Ｃ）参照）が、直接に投光回路１５及びマルチプレクサ１７に送出されると共に、その第一のカウンタ出力Ｑ０からのロジック信号Ｂ（図４（Ｂ）参照）がオフディレー回路１４を介して、投光回路１５及びマルチプレクサ１７に送出される。
【００３５】
ここで、オフディレー回路１４は、アップカウンタ１３の第一のカウンタ出力Ｑ０からのロジック信号Ｂに基づいて、Ｔ１とＴ2 のデューティ比を調整して、ロジック信号Ｄ（図４（Ｄ）参照）を出力するようになっている。
【００３６】
これにより、投光回路１５は、ロジック信号Ｃ及びオフディレー回路１４からのロジック信号Ｄによりパルス駆動され、赤外線発光素子１１から一定間隔のパルス発光（図４（Ｅ）参照）を行なう。そして、赤外線発光素子１１から出射した近赤外光は、光学系１１ａ及び可視光カットフィルタ２３を介して検知領域Ｘに照射され、この領域における反射光が、可視光カットフィルタ２３及び光学系１６ａを介して、赤外線受光素子１６に入射して検出される。
【００３７】
そして、赤外線受光素子１６の検出信号はマルチプレクサ１７に入力される。マルチプレクサ１７は、図４（Ｆ）に示すように、アップカウンタ１３からのロジック信号Ｃとオフディレー回路１４からのロジック信号Ｄに基づいて、期間（信号光測定時間）Ｔ１（＝Ｔ０＋τ１）では赤外線発光素子１１が発光しているので、信号光による信号と外乱光による信号が重畳された積分信号を出力し、続く期間（外乱光測定時間）Ｔ２（＝Ｔ０−τ１）では、赤外線発光素子１１が発光していないので、外乱光による信号の逆積分信号を出力し、さらに、期間Ｔ３（＝Ｔ０）では、信号光による信号のホールド信号を出力し、その後のリセット期間Ｔ４（＝５×Ｔ０）では、マルチプレクサ１７により二重積分回路の積分コンデンサＣ３が短絡され、積分出力が０となる。
【００３８】
二重積分回路１８の出力は、外乱光が小さい場合、図４（Ｆ）にて実線で示すように期間Ｔ１で増大し且つ期間Ｔ２で減少するが、外乱光が大きくなった場合、鎖線で示すように、それぞれ期間Ｔ１でより大きい傾斜で増大し且つ期間Ｔ２でより大きい傾斜で減少するように変化する。従って、その差である信号光による信号レベルＶ１は、外乱光の有無によって変化せず、一定となる。このため、外乱光の影響を完全に除去した信号光による信号のみが取り出され得ることになる。
ここで、期間Ｔ１は、期間Ｔ２より僅かに長くなることから、赤外線受光素子１６及び二重積分回路１８のオペアンプが完全にリニア作動しないことにより生ずる測定誤差を補正する。これにより、外乱光に対して強く、高感度の検出が行なわれ得ることになる。
なお、実験では、信号光測定時間Ｔ１と外乱光測定時間Ｔ２とのデューティ比が５１：４９のとき、最も外乱光に強い検出結果が得られた。
反射信号光が増大した場合には、二重積分回路１８の出力信号Ｆは図４（Ｆ）の右側に示すように、信号レベルＶ１’となる。
【００３９】
続いて、二重積分回路１８からの出力信号は、同期検波増幅回路１９によって期間Ｔ３における信号光による信号のみが取り出され、図４（Ｇ）に示すように適宜の信号レベルＶ２に増幅され、さらに平滑回路２０により平滑化されて、図４（Ｈ）に示すように直流波形の信号Ｈとなり、その時定数τ２は、回路内の抵抗及びコンデンサの回路定数によって決まる。尚、この時定数τ２は、赤外線発光素子１１の発光周波数及び応答速度によって適宜に選定される。
【００４０】
次に、平滑回路２０からの直流信号Ｈは、そのレベルＶ４が、ウィンドーコンパレータ回路２１において、二つのトリガレベルＶＨ，ＶＬと比較される。そして、直流信号Ｈが侵入者等の検知によって、図４（Ｉ）に示すように、時定数τ３で信号レベルＶ４’に変化すると、二つのトリガレベルＶＨ，ＶＬも時定数τ３より十分大きい時定数τ４で変化することになるが、一時的にトリガレベルＶＨから外れることになり、ウィンドーコンパレータ回路２１は、図４（Ｊ）に示すように検出信号を出力する。
この場合、直流信号Ｈの変化に伴って、あるいは測定環境が変化して、信号レベルＶ４が変化すると、トリガレベルＶＨ，ＶＬも図示のように時定数τ４でシフトすることになって、再び同じトリガレベルに設定されることになるので、測定環境が変化する毎にトリガレベルの調整を行なう必要がなく、常に一定の検知感度が得られるようになっている。
【００４１】
こうして、警報回路２２は、ウィンドーコンパレータ回路２１からの検出信号に基づいて、外部に警報信号を出力することになる。
【００４２】
ここで、上記説明は、侵入者等によって検知装置１０の赤外線受光素子１６に対する入射光量が増大する場合について説明したが、侵入者等によって赤外線受光素子１６に対する入射光量が減少する場合には、赤外線受光素子１６への入射光量に対応して、赤外線受光素子１６から検出信号が出力されることにより、平滑回路２０からの直流信号Ｈのレベルが低くなって、ウィンドーコンパレータ２１にて、ＶＬトリガレベルを下回ることになり、同様にして、警報信号が出力されることにより、侵入者等が検出されることができる。
【００４３】
上記実施形態においては、二重積分回路１８は、期間Ｔ１にて信号光と外乱光の重畳した信号の積分を行ない、期間Ｔ２にて外乱光による信号のみの逆積分を行なうようになっているが、これに限らず、期間Ｔ１にて外乱光による信号のみの積分を行ない、期間Ｔ２にて信号光と外乱光の重畳した信号の逆積分を行なうようにしてもよい。
【００４４】
上記実施形態においては、各回路は、それぞれ独立して示されているが、例えば発振回路１２，アップカウンタ１３，オフディレー回路１４，平滑回路２０，ウィンドーコンパレータ回路２１と、警報回路２２の全部または一部の機能が、Ａ／Ｄ回路内蔵のワンチップマイコンを使用して構成されるようにしてもよい。この構成によれば、機能が増大しても、全体の回路が複雑化せず、コストアップが抑制され得ることになる。
また、静止物体の検知の際、信号光による信号レベルがトリガレベルを超えた場合、その時点のトリガレベルを記憶させて、信号レベルが元のレベルに戻るまでの間、即ち検知している間、継続して警報信号を出力させることが容易に可能となる。
【００４５】
さらに、ノイズ対策として、パルス状の信号光による信号の各波形を一つづつまたは数パルス毎にレベル変化の様式を解析・処理することによって、ノイズによる誤動作をソフトウェアにより回避することが可能である。例えば、パルス状の信号光を数パルス以上について平均化処理を行い、平均値を用いるようにすれば赤外線式リモコン送信機からのリモコン信号による影響を低減できる。また、パルス状の信号光による信号が連続して３回以上同じ方向に変化したときに、検知信号であると判定し、その他の変化はノイズによるものと判定するようにしておけば、ノイズに対する誤動作が大幅に回避され得ることになる。
なお、検知装置がセキュリティ用に使用される場合、応答速度があまり速くなくてもよいときには、上記パルス状信号光による信号の回数をさらに多くしそれと同じ方向に変化したときに、検知信号であると判定するようにすれば、検知領域内に侵入する虫等による誤動作が有効に回避され得ることになる。
【００４６】
また、上記実施形態においては、検知装置１０は、赤外線反射式センサを使用しているが、これに限らず、他の検知センサ、例えば位置検出素子（ＰＳＤ）や超音波センサ等も使用され得ることは明らかである。
さらに、上記実施形態においては、可視光カットフィルタ２３が設けられているが、これに限らず、例えば赤外線受光素子１６の光学系１６ａに可視光カット材料が使用されてもよい。
【００４７】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、切換え回路によって、赤外線発光素子が発光している信号光測定時間と、赤外線発光素子が発光していない外乱光測定時間とを切り換えて、二重積分回路によって信号光測定時間にて信号光と外乱光の重畳した信号を積分し、外乱光測定時間にて外乱光による信号を逆積分することにより信号光による信号のみを取り出すようにしており、これにより、外乱光の影響を排除した、信号光による信号のみの検出が可能となり、検知領域内への侵入者等が高感度で正確に検知され得ることになる。
【００４８】
上記二重積分回路の外乱光測定時間と信号光測定時間のデューティ比を調整するための調整回路を備えている場合には、外乱光測定時間と信号光測定時間とが互いに僅かに異なることにより、赤外線受光素子や二重積分回路のオペアンプが完全にリニア動作しないことによる測定誤差が補正され、より一層外乱光の影響を受けない正確な検出が行なわれる。
【００４９】
上記比較回路が、トリガレベルが自動シフトすることにより一定した検知感度にて検知信号を出力するようになっている場合には、測定環境の変化によって感度が変わってしまうようなことがなく、常に一定の検知感度が得られることになる。
【００５０】
従って、本発明によれば、従来では性能面及び信頼性の点で使用することが困難であったセキュリティ用の侵入者検知器や残留者検知器、あるいは自動ドア起動スイッチの静止検知等、あるいはシャッター開閉検知、そして物体の動きや反射率等の変化を検知するためのセンサへの使用が可能となる。
かくして、本発明によれば、簡単な構成により、低コストで測定環境の明るさや外乱光の影響を受けずに、検知領域内への侵入者等が高感度で検出され得るようにした極めて優れた検知装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による検知装置の一実施形態の構成を示すブロック図である。
【図２】図１の検知装置におけるオフディレー回路の構成例を示す回路図である。
【図３】図１の検知装置におけるマルチプレクサ及び二重積分回路の構成例を示す回路図である。
【図４】図１の検知装置における各部の信号の変化を示すタイムチャートである。
【符号の説明】
１０検知装置
１１赤外線発光素子
１２発振回路
１３アップカウンタ
１４オフディレー回路
１５投光回路
１６赤外線受光素子
１７マルチプレクサ
１７ａアナログスイッチ
１８二重積分回路
１９同期検波増幅回路
２０平滑回路
２１ウィンドーコンパレータ回路
２２警報回路
２３可視光カットフィルタ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a detection device that is used in a reflected light measurement circuit, and in particular detects a change in incident light on a light receiving element to detect the presence of an intruder or the like in a predetermined detection area.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, a crime prevention detection device includes an infrared light emitting element that irradiates infrared light to a detection area and an infrared light receiving element that receives reflected light reflected by the detection area, and is emitted from the infrared light emitting element. Infrared light that is diffusely reflected by a human body or the like that has entered the detection area is incident on the infrared light receiving element, and the amount of infrared light incident on the infrared light receiving element is detected. Based on the change, an intruder enters the detection area. Etc. are detected.
[0003]
According to the detection device having such a configuration, when there is no intruder or the like in the detection region, there is no irregular reflection of infrared rays from the detection region, so that the amount of incident infrared light to the infrared light receiving element does not change.
[0004]
When an intruder or the like enters the detection area from this state, the infrared light emitted from the infrared light emitting element by the intruder or the like is irregularly reflected, and the irregularly reflected infrared light enters the infrared light receiving element. As a result, the amount of infrared light incident on the infrared light receiving element changes, so that the presence of an intruder or the like can be detected by appropriately processing the change in the detection signal of the infrared light receiving element by the signal processing circuit. become.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in the detection device having such a configuration, the measurement environment may be affected by the brightness of the measurement environment or ambient light, and may malfunction.
If the detection sensitivity is set low in order to prevent the influence of this disturbance light, the detection distance becomes short, the detection field of view becomes narrow, and a small object or an object with low reflectance cannot be detected. It was happening.
Therefore, as a measure against disturbance light, a signal obtained by integrating a part of the received light signal so that the light emitting element emits a pulse by modulating the pulse at a constant frequency, and only the signal light signal is extracted from the received light signal by the light receiving element. Thus, by changing the bias of the phototransistor used as the light receiving element so as not to respond to disturbance light having a frequency lower than the signal frequency, the frequency of the received light signal is selected by the band-pass filter circuit, A detection device or the like that eliminates the influence of ambient light is known.
[0006]
However, in such a detection device, it is difficult to completely eliminate the influence of disturbance light superimposed on the signal light. Therefore, the signal light changes due to the disturbance light, and accurate signal light detection is possible. I couldn't do it.
[0007]
On the other hand, conventionally, a method of increasing the light emission output by increasing the drive current passed through the light emitting element and a method of increasing the sensitivity by arranging a plurality of light receiving and emitting elements side by side have been adopted. In this method, although the S / N ratio is slightly improved, the current consumption increases and the cost increases. For this reason, the use of such a detection device is limited to places where there is little influence of ambient light, the detection distance is short, the detection visual field is narrow, and small objects or objects with low reflectance cannot be detected. Is limited in performance because it cannot detect slow-moving or stationary objects.
[0008]
There is also a method for removing the signal due to the disturbance light by sampling and holding the integral value of the signal due to the signal light and the integral value of the signal due to the disturbance light, and taking the difference between these integral values, but the circuit is complicated. At the same time, the cost increases. On the other hand, there is a method of removing the signal due to disturbance light by integrating the signal by signal light and integrating the signal by disturbance light by different integrators and taking the difference of the integral values. Although it becomes simple, it is difficult to match the integration constants of the two integrators, and the signal cannot be accurately removed by disturbance light.
[0009]
In view of the above points, the present invention has a simple configuration and enables detection of an intruder or the like in a detection region with high sensitivity at a low cost and without being affected by the brightness of the measurement environment or ambient light. The object is to provide a device.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the detection device of the present invention includes a light emitting means for irradiating a detection area with pulsed light, a light receiving means for receiving reflected light from the detection area, and a received light signal from the light receiving means. Switching means consisting of a multiplexer for switching between measurement and signal light measurement, double integration processing means connected to the switching means, and signal change due to signal light from the double integration processing means is detected by comparison with the trigger level. seen including comparing means for outputting a signal, an alarm means for generating an alarm based on the detection signal from the comparison means, the double integration processing unit integrates the ambient light to be superimposed on the signal light and the signal light The disturbance light switched by the switching means is inversely integrated to extract only the signal from which the disturbance light is removed from the signal light .
[0011]
Further, the detection device of the present invention is configured to cause an infrared light emitting element that irradiates a detection region with pulsed light, an infrared light receiving device that receives reflected light from an intruder in the detection region, and a light reception signal from the infrared light receiving device. A switching circuit consisting of a multiplexer for switching to light measurement and signal light measurement, a double integration circuit connected to the switching circuit, and extracting only the signal light component from the output signal of the double integration circuit, amplifying only the signal light component A synchronous detection amplifying circuit, a smoothing circuit that converts a signal of signal light from the synchronous detection amplifying circuit into a direct current signal, a comparison circuit that outputs a detection signal by comparing a change in the direct current signal from the smoothing circuit with a trigger level, and , look-containing and a warning circuit for generating an alarm based on the detection signal from the comparison circuit, double integration processing circuit integrates the ambient light to be superimposed on the signal light and the signal light, switching times By de-integrate the switched disturbance light by extracts only signals obtained by removing the disturbance light from the signal light, and is characterized in also be output from the synchronous detection amplifier circuit.
[0012]
The detection device according to the present invention preferably includes, in addition to the above configuration, a switch for short-circuiting between the output terminals of the light receiving elements of the switching circuit during the reset period of the double integration circuit.
[0013]
The detection device according to the present invention preferably includes an adjustment circuit for adjusting the duty ratio between the disturbance light measurement time and the signal light measurement time of the double integration circuit.
[0014]
In the detection device according to the present invention, preferably, the comparison circuit outputs a detection signal with a constant detection sensitivity when the trigger level is automatically shifted.
[0015]
According to the above configuration, the signal light measurement time that the light emitting means emits and the disturbance light measurement time that the light emitting means does not emit light are switched by the switching means including the multiplexer, and the signal light is output by the double integration processing means. The signal light and disturbance light are integrated during the measurement time, and the signal due to disturbance light is back-integrated during the disturbance light measurement time to extract only the signal light signal.
As a result, it is possible to detect only the signal by the signal light excluding the influence of disturbance light, and an intruder or the like entering the detection area can be accurately detected with high sensitivity.
[0016]
Also, the signal light measurement time when the infrared light emitting element emits light and the disturbance light measurement time when the infrared light emitting element does not emit light are switched by the switching circuit comprising the multiplexer, and the signal light measurement time is obtained by the double integration circuit. Then, the signal light and disturbance light are integrated, and the disturbance light signal is back-integrated at the disturbance light measurement time to extract only the signal light signal.
As a result, it is possible to detect only the signal by the signal light excluding the influence of disturbance light, and an intruder or the like entering the detection area can be accurately detected with high sensitivity.
[0017]
If this detector includes a switch that short-circuits the output terminals of the light-receiving element of the switching circuit during the reset period of the double integrator circuit, the output of the double integrator circuit can be reliably zeroed and malfunctions. There is nothing.
[0018]
When the detection apparatus includes an adjustment circuit for adjusting the duty ratio between the disturbance light measurement time and the signal light measurement time of the double integration circuit, the disturbance light measurement time and the signal light measurement time are By being slightly different, the measurement error due to the fact that the infrared light receiving element and the operational amplifier of the double integration circuit are not completely linearly corrected is corrected, and accurate detection without being affected by disturbance light can be performed.
[0019]
When the comparison circuit is configured to output a detection signal with a constant detection sensitivity by automatically shifting the trigger level, the sensitivity does not change due to a change in the measurement environment. A constant detection sensitivity can always be obtained.
[0020]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described in detail based on the embodiments shown in the drawings.
FIG. 1 shows an embodiment of a detection device according to the present invention. The detection device 10 includes an infrared light emitting element 11, an oscillation circuit 12, an up counter 13, an off-delay circuit 14 as an adjustment circuit, and a light projection circuit 15. And an infrared light receiving element 16, a multiplexer 17 as a switching circuit for processing a light reception signal of the infrared light receiving element 16, a double integration circuit 18, a synchronous detection amplification circuit 19, a smoothing circuit 20, and a window as a comparison circuit. The comparator circuit 21 and the alarm circuit 22 and the visible light cut filter 23 disposed in front of the infrared light emitting element 11 and the infrared light receiving element 16 are included.
[0021]
The infrared light emitting element 11 is arranged so as to emit near infrared light to the detection region X, and when it is necessary to lengthen the detection distance or limit the detection visual field, for example, a lens is provided in front. And a converging or diverging optical system 11a such as a concave mirror and a Fresnel lens.
For example, an infrared LED (light emitting diode) is used as the infrared light emitting element 11, and a plurality of infrared light emitting elements 11 are driven side by side in order to secure a desired detection distance and detection visual field according to the light emission output. Good.
[0022]
The oscillation circuit 12 generates a clock signal, and is composed of, for example, a self-excited or separately-excited oscillation circuit using a multivibrator or CR element using a C-MOS inverter, IC, transistor, etc., and its oscillation frequency is It is set corresponding to the light emission pulse width of the infrared light emitting element 11. For example, when the oscillation frequency is 10 kHz, the emission pulse width of the infrared light emitting element 11 is 100 μs.
[0023]
The up counter 13 counts up the clock signal from the oscillation circuit 12 and switches the switch of the multiplexer 17 that switches the light reception signal by the logic signal of the first counter output Q0 (see FIG. 4) and the second counter output Q1. A signal for sequentially switching and a signal for pulse driving the light emitting element to the light projecting circuit are output.
In this case, the light projection output signal E (see FIG. 4) is set so that its frequency has a frequency 10 times or more that of the disturbance light frequency, thereby reducing the influence on the disturbance light.
[0024]
The off-delay circuit 14 is a circuit for adjusting the disturbance light measurement time and the duty ratio of the signal light measurement time in the received light signal. For example, as shown in FIG. 2, the off-delay circuit 14 is based on the logic signal from the up counter 13. The duty ratio is adjusted by delaying the falling timing by a time constant τ1 (see FIG. 4) determined by the resistance values of the capacitor and the variable resistor.
[0025]
The light projecting circuit 15 emits the infrared light emitting element 11 in synchronization with the signal light measurement time in response to the logic signal from the up counter 13. In order to stabilize the light emission output of the infrared light emitting element 11. The infrared light emitting element 11 is driven with a constant voltage or a constant current.
[0026]
The infrared light receiving element 16 has a sensitivity capable of detecting the reflected infrared light from the infrared light emitting element 11, and when it is necessary to increase the detection distance or limit the detection visual field, for example, a lens is provided in front. And a converging or diverging optical system 16a such as a concave mirror or a Fresnel lens.
Note that, for example, a photodiode is used as the infrared light receiving element 16, and a plurality of infrared light receiving elements 16 may be arranged side by side in order to secure a desired detection distance and detection visual field according to the light reception sensitivity.
[0027]
As shown in FIG. 2, the multiplexer 17 converts the received light signal from the infrared light receiving element 16 into a disturbance light measurement time and a signal light measurement time based on a logic signal from the up counter 13 input via the off-delay circuit 14. An analog switch 17a for short-circuiting during the reset period of the double integration circuit 18 is provided between the light receiving element output terminals.
[0028]
For example, as shown in FIG. 3, the double integration circuit 18 integrates the signal due to the disturbance light and the signal due to the signal light among the light reception signals switched by the multiplexer 17 and inversely integrates the signal due to the disturbance light. , The operational amplifier 18a.
[0029]
The synchronous detection amplification circuit 19 extracts only the signal component of the signal light from the signal output from the double integration circuit 18 by synchronous detection, and amplifies it to an appropriate level that is easy to process.
[0030]
The smoothing circuit 20 converts the signal waveform of the pulsed signal light from the synchronous detection amplification circuit 19 into a DC waveform.
[0031]
The window comparator circuit 21 compares the change of the signal due to the signal light with the two trigger levels, and outputs a detection signal when it deviates from between the two trigger levels. Here, the two trigger levels are set independently, and are automatically adjusted based on the magnitude of the output signal of the smoothing circuit 20, so that they are always constant even when the measurement environment changes. It is comprised so that it may have the detection sensitivity of. Note that the trigger level setting does not respond to an abrupt change in the input signal, and the response speed may be adjusted so as to have, for example, a delay time of several seconds or more.
[0032]
The alarm circuit 22 outputs an intruder detection signal, that is, an alarm signal to the outside when the detection signal is output from the window comparator circuit 21, and a predetermined time from when the power is turned on until the operation is stabilized. A reset switch that inputs a warning start reset signal that sets a so-called mask period so as not to output an alarm during the alarm, or continues once while the alarm signal is detected or is detected, and then resets once detected It may be switched so that it is continuously output until it is done. Further, the alarm circuit 22 may be provided with an output terminal for operating a relay by an alarm signal and notifying the outside by a relay contact output. A warning buzzer or the like may be used.
[0033]
The visible light cut filter 23 is an optical filter made of a material that blocks visible light of disturbance light and transmits near-infrared light of signal light so that the output of the double integration circuit is not saturated even when strong disturbance light is incident.
[0034]
The detection apparatus 10 according to the embodiment of the present invention is configured as described above, and the clock signal A (see FIG. 4A) having the period T0 from the oscillation circuit 12 is up-counted by the up-counter 13 and the The logic signal C (see FIG. 4C) from the second counter output Q1 is directly sent to the light projecting circuit 15 and the multiplexer 17, and the logic signal B from the first counter output Q0 (FIG. 4). (See (B)) is sent to the light projecting circuit 15 and the multiplexer 17 via the off-delay circuit 14.
[0035]
Here, the off-delay circuit 14 adjusts the duty ratio between T1 and T2 based on the logic signal B from the first counter output Q0 of the up-counter 13, and the logic signal D (see FIG. 4D). Is output.
[0036]
As a result, the light projecting circuit 15 is pulse-driven by the logic signal C and the logic signal D from the off-delay circuit 14, and emits pulses at regular intervals from the infrared light emitting element 11 (see FIG. 4E). The near infrared light emitted from the infrared light emitting element 11 is applied to the detection region X via the optical system 11a and the visible light cut filter 23, and the reflected light in this region is reflected by the visible light cut filter 23 and the optical system 16a. Through the infrared light receiving element 16 and detected.
[0037]
Then, the detection signal of the infrared light receiving element 16 is input to the multiplexer 17. As shown in FIG. 4 (F), the multiplexer 17 receives infrared light in the period (signal light measurement time) T1 (= T0 + τ1) based on the logic signal C from the up counter 13 and the logic signal D from the off-delay circuit 14. Since the light emitting element 11 emits light, an integrated signal in which a signal light signal and a disturbance light signal are superimposed is output, and in the subsequent period (disturbance light measurement time) T2 (= T0−τ1), the infrared light emitting element 11 is output. Is not emitted, a reverse integration signal of the signal due to the disturbance light is output, and further, a hold signal of the signal light is output in the period T3 (= T0), and then the reset period T4 (= 5 × T0) ), The multiplexer 17 short-circuits the integration capacitor C3 of the double integration circuit, and the integration output becomes zero.
[0038]
When the disturbance light is small, the output of the double integration circuit 18 increases in the period T1 and decreases in the period T2, as indicated by a solid line in FIG. 4 (F). As shown, it changes to increase with a greater slope in period T1 and decrease with a greater slope in period T2. Therefore, the signal level V1 due to the signal light that is the difference does not change depending on the presence or absence of disturbance light, and is constant. For this reason, only the signal by the signal light from which the influence of disturbance light is completely removed can be extracted.
Here, since the period T1 is slightly longer than the period T2, the measurement error caused by the linear operation of the operational amplifiers of the infrared light receiving element 16 and the double integration circuit 18 is corrected. Thereby, it is strong against disturbance light, and highly sensitive detection can be performed.
In the experiment, when the duty ratio between the signal light measurement time T1 and the disturbance light measurement time T2 was 51:49, a detection result most resistant to disturbance light was obtained.
When the reflected signal light increases, the output signal F of the double integration circuit 18 becomes a signal level V1 ′ as shown on the right side of FIG.
[0039]
Subsequently, as for the output signal from the double integration circuit 18, only the signal based on the signal light in the period T3 is extracted by the synchronous detection amplification circuit 19, and is amplified to an appropriate signal level V2 as shown in FIG. Further, the signal is smoothed by the smoothing circuit 20 to become a DC waveform signal H as shown in FIG. 4H, and its time constant τ2 is determined by the circuit constants of the resistors and capacitors in the circuit. The time constant τ2 is appropriately selected according to the light emission frequency and response speed of the infrared light emitting element 11.
[0040]
Next, the level V4 of the DC signal H from the smoothing circuit 20 is compared with two trigger levels VH and VL in the window comparator circuit 21. When the DC signal H changes to the signal level V4 ′ with the time constant τ3 as shown in FIG. 4 (I) by detection of an intruder or the like, the two trigger levels VH and VL are sufficiently larger than the time constant τ3. Although it varies with the constant τ4, it temporarily deviates from the trigger level VH, and the window comparator circuit 21 outputs a detection signal as shown in FIG.
In this case, when the signal level V4 changes with the change of the DC signal H or when the measurement environment changes, the trigger levels VH and VL are also shifted by the time constant τ4 as shown in the figure, and again the same. Since the trigger level is set, there is no need to adjust the trigger level every time the measurement environment changes, and a constant detection sensitivity can always be obtained.
[0041]
Thus, the alarm circuit 22 outputs an alarm signal to the outside based on the detection signal from the window comparator circuit 21.
[0042]
Here, the above description has been given of the case where the amount of incident light on the infrared light receiving element 16 of the detection device 10 is increased by an intruder or the like. In response to the amount of light incident on the light receiving element 16, the detection signal is output from the infrared light receiving element 16, whereby the level of the DC signal H from the smoothing circuit 20 is lowered, and the window comparator 21 causes the VL trigger. Similarly, an intruder or the like can be detected by outputting an alarm signal.
[0043]
In the above embodiment, the double integration circuit 18 integrates a signal in which signal light and disturbance light are superimposed in a period T1, and performs reverse integration of only the signal due to disturbance light in a period T2. However, the present invention is not limited to this, and integration of only the signal due to the disturbance light may be performed in the period T1, and the inverse integration of the signal in which the signal light and the disturbance light are superimposed may be performed in the period T2.
[0044]
In the above embodiment, each circuit is shown independently. For example, the oscillation circuit 12, the up counter 13, the off-delay circuit 14, the smoothing circuit 20, the window comparator circuit 21, and the alarm circuit 22 are all included. Alternatively, some functions may be configured using a one-chip microcomputer with a built-in A / D circuit. According to this configuration, even if the function is increased, the entire circuit is not complicated, and an increase in cost can be suppressed.
In addition, when the signal level of the signal light exceeds the trigger level when detecting a stationary object, the trigger level at that time is stored and the signal level returns to the original level, that is, during detection. Thus, it is possible to easily output the alarm signal continuously.
[0045]
Furthermore, as a countermeasure against noise, it is possible to avoid malfunction due to noise by software by analyzing and processing the level change mode for each waveform of the signal by pulsed signal light one by one or every several pulses. . For example, if the pulsed signal light is averaged over several pulses and the average value is used, the influence of the remote control signal from the infrared remote control transmitter can be reduced. Also, if the signal due to the pulsed signal light changes in the same direction three or more times in succession, it is determined that it is a detection signal, and other changes are determined to be due to noise. A malfunction can be largely avoided.
When the detection device is used for security, when the response speed does not need to be very fast, the detection signal is obtained when the number of signals by the pulse signal light is further increased and changed in the same direction. If the determination is made, it is possible to effectively avoid malfunction caused by insects or the like entering the detection area.
[0046]
Moreover, in the said embodiment, although the detection apparatus 10 uses the infrared reflective sensor, not only this but another detection sensor, for example, a position detection element (PSD), an ultrasonic sensor, etc. may be used. It is clear.
Furthermore, in the said embodiment, although the visible light cut filter 23 was provided, visible light cut material may be used for the optical system 16a of the infrared light receiving element 16, for example not only in this but.
[0047]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the switching circuit switches between the signal light measurement time during which the infrared light emitting element emits light and the disturbance light measurement time during which the infrared light emitting element does not emit light, thereby double integration. The circuit integrates the signal light and disturbance light superimposed at the signal light measurement time, and reverse-integrates the signal from the disturbance light at the disturbance light measurement time to extract only the signal light signal. Thus, it becomes possible to detect only the signal by the signal light without the influence of disturbance light, and an intruder into the detection area can be detected with high sensitivity and accuracy.
[0048]
When the adjustment circuit for adjusting the duty ratio between the disturbance light measurement time and the signal light measurement time of the double integration circuit is provided, the disturbance light measurement time and the signal light measurement time are slightly different from each other. The measurement error due to the fact that the infrared light receiving element and the operational amplifier of the double integration circuit are not completely linearly corrected is corrected, and accurate detection without being affected by disturbance light is performed.
[0049]
When the comparison circuit is designed to output a detection signal with a constant detection sensitivity by automatically shifting the trigger level, the sensitivity does not change due to changes in the measurement environment. A certain detection sensitivity can be obtained.
[0050]
Therefore, according to the present invention, an intruder detector or a residual detector for security that has been difficult to use in terms of performance and reliability in the past, or stationary detection of an automatic door activation switch, or the like, It can be used as a shutter opening / closing detection and a sensor for detecting changes in the movement and reflectance of an object.
Thus, according to the present invention, an intruder or the like entering the detection area can be detected with high sensitivity at a low cost and without being affected by the brightness of the measurement environment or ambient light according to the present invention. A sensing device is provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an embodiment of a detection apparatus according to the present invention.
2 is a circuit diagram showing a configuration example of an off-delay circuit in the detection device of FIG. 1. FIG.
3 is a circuit diagram showing a configuration example of a multiplexer and a double integration circuit in the detection device of FIG. 1;
4 is a time chart showing changes in signals at various parts in the detection apparatus of FIG. 1; FIG.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Detection apparatus 11 Infrared light emitting element 12 Oscillation circuit 13 Up counter 14 Off-delay circuit 15 Emitting circuit 16 Infrared light receiving element 17 Multiplexer 17a Analog switch 18 Double integration circuit 19 Synchronous detection amplification circuit 20 Smoothing circuit 21 Window comparator circuit 22 Alarm Circuit 23 Visible light cut filter

Claims

A light emitting means for irradiating the detection region with pulsed light;
A light receiving means for receiving reflected light from the detection region;
The light receiving signal from the light receiving means, switching means comprising a multiplexer for switching to disturbance light measurement and signal light measurement,
Double integration processing means connected to the switching means;
Comparing means for outputting a detection signal by comparing a change in signal due to signal light from the double integration processing means with a trigger level;
And alarm means for generating an alarm based on the detection signal from the comparison means, only including,
The double integration processing means integrates the signal light and the disturbance light superimposed on the signal light, and removes the disturbance light from the signal light by deintegrating the disturbance light switched by the switching means. The detection device is characterized in that only the signal that has been processed is extracted .

An infrared light emitting element that emits pulsed light to the detection region;
An infrared receiving element that receives reflected light from an intruder in the detection area; and
A switching circuit comprising a multiplexer for switching the received light signal from the infrared light receiving element to disturbance light measurement and signal light measurement;
A double integrating circuit connected to the switching circuit;
A synchronous detection amplification circuit that extracts only the signal light component from the output signal of the double integration circuit and amplifies only the signal light component;
A smoothing circuit that converts a signal of signal light from the synchronous detection amplification circuit into a DC signal;
A comparison circuit that outputs a detection signal by comparing a change in the DC signal from the smoothing circuit with a trigger level;
An alarm circuit for generating an alarm based on a detection signal from the comparison circuit;
Only including,
The double integrator circuit integrates the signal light and the disturbance light superimposed on the signal light, and removes the disturbance light from the signal light by deintegrating the disturbance light switched by the switching circuit. signal extracting only, characterized that you output to the synchronous detection amplifier circuit, the sensing device.

The detection device according to claim 2, further comprising a switch that short-circuits between output terminals of the light receiving elements of the switching circuit during a reset period of the double integration circuit.

The detection device according to claim 2, further comprising an adjustment circuit for adjusting a duty ratio between disturbance light measurement time and signal light measurement time of the double integration circuit.

The detection device according to claim 2, wherein the comparison circuit outputs a detection signal with a constant detection sensitivity by automatically shifting a trigger level.