JP4030236B2 - 対向式検出器 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、監視領域を挟んだ対向位置に投光部と受光部を配置し、投光部から受光部が受光した受光量に基づいて侵入者の有無、扉開などを検出する対向式検出器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
対向式検出器は、赤外線を連続して監視領域に向けて投光する投光部と、投光部が投光する赤外線を受光する受光部から構成される。侵入者又は開かれた扉が監視領域にかかって投光部と受光部の間の光路が遮断されると、受光部が投光部からの光を受光しなくなる。したがって、受光部での受光がなくなることを検出して、監視領域の物体の存在又は扉開が検出される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
対向式検出器が配置される環境には、他の機器から放射される赤外線、窓から入射する太陽光など、対向式検出器にとって好ましくない外乱光が存在することがある。例えば、赤外線通信を用いた機器が監視領域内に設置されていると、受光部に赤外線通信の赤外線信号が入射する場合がある。このような場合、従来の対向式検出器では、投光部からの赤外線が物体により遮断されても、受光部に赤外線通信の赤外線信号が入射されることがある。この場合は、赤外線の受光がなくなることがないので、物体の存在を検出できず、失報をする可能性がある。
【０００４】
また、犯罪を意図する者が、光ファイバなどの光導管を用いて投光部と受光部とを接続し、投光部が投光した光を強制的に受光部に受光させておくという画策行為が行われることがある。この場合も、投光部と受光部との間を物体が遮断しても、受光部は投光部が投光した光を光ファイバを通して受光し続けるので、物体の存在を検出できず失報をする可能性がある。
【０００５】
本発明は、対向式検出器において、外乱光による失報を防ぐことを目的とするものである。
本発明は、対向式検出器において、画策行為による失報を防ぐことを目的とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するためになされたものである。本発明は、監視領域を挟んだ対向位置に配置する投光部と受光部を具備する対向式検出器において、前記投光部の投光を制御する投光制御部と、前記投光部が投光をしているときと投光をしていないときに前記受光部から受光量を取得する受光量取得部と、前記投光部が投光をしているときの受光量と投光をしていないときの受光量との差が所定範囲内であれば、異常が発生したと判定する判定部とを設ける。
【０００７】
投光部が投光をしているときに監視領域が物体により遮断されたときでも、受光部は、外部からの外乱光を受光し、受光量が０とならない場合がある。この場合でも、投光部が投光していない時の受光部の受光量との差をとれば、外乱光の影響が排除される。つまり、投光部が投光をしていないときに外部からの外乱光に対応した受光量を取得しておき、投光をしているときの受光量との差をとれば、外乱光による影響は排除される。これにより、外乱光がある環境であっても、物体を確実に検出できるので失報を防止することができる。
【０００８】
また、本発明では、前記受光量取得部は、前記投光制御部の投光制御と同期して、前記受光部が投光したときの受光量と投光していないときの受光量を前記受光部から取得するようにすることができる。これにより、投光部の投光時と非投光時とを精度良く区別し、正確な判定をすることができる。
この場合、投光部の動作タイミングが、外乱光の点滅のタイミングと偶然に同期する可能性があるので、前記投光制御部は、前記投光部が投光をしないタイミングをランダムに変化させる。これにより、外乱光の影響による失報を確実に防止することができる。
【０００９】
本発明における前記受光部は、二次元配列された光電素子を有し、前記受光量取得部は、前記光電素子上の、前記投光部が写る位置を含む所定領域から前記受光量を取得するものとすることができる。これにより、投光部が投光した光は、二次元配列のどこかで受光されれば良いので、投光部と受光部との位置合わせを厳密にする必要がなくなる。
【００１０】
また、前記所定領域は、前記投光部が写る位置よりも大きい範囲とされ、前記判定部は、前記所定領域の受光量が予め設定したしきい値を超えたときに、異常が発生したと判定するようにすることができる。
光ファイバを用いた画策行為の場合、受光部は、投光部の明滅パターンと一致した光を受光するので、正常状態と異常状態とを識別することが困難である。しかしながら、径の太い光ファイバにより受光部に入射する光は、二次元配列の広範囲に渡って受光される。したがって、投光部が写る位置よりも大きい所定領域が全体に渡って受光をするので、取得する受光量が大きくなる。予めしきい値を設定することにより、受光量がこれを超えたときには、画策がされていると判定することができる。なお、径の細い光ファイバを使用した場合は、受光部に入射する光の光点が小さいため、前記所定領域と光点とを正確に一致させることが困難であり、画策することが極めて困難となる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について図を用いて説明する。なお、以下の説明においては、警備状態における侵入者の侵入、扉の開放などを「異常」と略称し、光ファイバを使用した画策と区別する。
図１は、本発明を適用した赤外線センサの回路構成を示す。
【００１２】
対向式検出器である赤外線センサ１１は、監視領域を挟んで配置される投光器１２と受光器１３を有する。受光器１３は、制御部１４、電源１５と共にケース１６内に収納される。なお、制御部１４、電源１５は、別のケースに収納しても、又は、投光器１２内に収納しても良い。
制御部１４は、ＭＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭなどから構成され、投光制御部２１、受光量取得部２２、判定部２３、出力部２４を有する。
【００１３】
投光器１２は、赤外線を受光器１３に向けて投光する投光ＬＥＤ３１と、可視カットフィルター３４を有する。投光ＬＥＤ３１は、投光制御部２１とケーブル２５により接続される。受光器１３は、レンズ３２と、光電素子を二次元配列したＣＭＯＳ又はＣＣＤなどの撮像素子３３と、可視カットフィルター３４を有する。
【００１４】
制御部１４において、投光制御部２１は、所定のタイミングで投光器１２の投光ＬＥＤ３１を点滅する。受光器１３が受光する光は、可視カットフィルター３４により可視光成分が除去され、レンズ３２により、撮像素子３３上に投影される。これにより、外乱光の影響を減らすとともに、受光器１３の内部を外部から確認できないようにしている。受光量取得部２２は、投光制御部２１の制御と同期して、撮像素子３３から受光量を取得する。判定部２３は、取得した受光量に基づいて、監視領域における異常及び画策の有無を検出する。出力部２４は、異常又は画策が検出されると、図示しない警備機器に対して異常検出信号又は画策検出信号を出力する。
【００１５】
電源１５は、赤外線センサ１１の各部に電力を供給する。
図２を用いて、赤外線センサ１１の設置時又は保守点検時などに行う初期設定について説明する。以下の処理は、制御部１４により自動的に行うことができる。
（Ａ）は、受光器１３を投光器１２に対向して設置したときの、撮像素子３３上に写る画像を示す。撮像素子３３上には、投光器１２による光点４１だけでなく、連続して点灯する照明による光点４２、その他の点滅する光源による光点４３も投影されることがある。
【００１６】
これらの光点４１〜４３から投光器１２による光点を識別するために、（Ｂ）〜（Ｄ）に示すように、投光器１２に点灯及び消灯を複数回行わせ、それと同期して点滅する光点を投光器１３による光点と認識する。
（Ｂ）は投光器１２を点灯した時の画像で、この時、投光器１２の光点４１は明るくなる。また、連続点灯する照明の光点４２も明るくなり、その他の光源の光点４３も偶然に同期して明るくなっていたとする。このような状態では、各光点４１〜４３は同期しているので、投光器１２とその他の光源を識別できない。
【００１７】
（Ｃ）は続いて投光器１２を消灯した時の画像で、投光器１２の光点４１は暗くなる。しかし、連続点灯する照明の光点４２は明るいままである。したがって、光点４２は投光器１２とは同期しないから関係ないと判定できる。なお、その他の光源の光点４３が偶然に同期して暗くなっているので、この時点では投光器１２とは区別できない。
【００１８】
（Ｄ）は、再度投光器１２を点灯した時の画像で、投光器１２の光点４１と照明の光点４２は明るいが、その他の光源の光点４３は、このときになると投光器１２と同期しなくなり消灯する。したがって、この時点で光点４３は投光器１２と関係ないと判定できる。
（Ｅ）は、再度投光器１２を消灯した時の画像で、投光器１２の光点４１は暗くなるが、その他の光点４２，４３は明るいので、これらは投光器１２と関係ないと判定できる。
【００１９】
以上の処理を必要回数だけ繰り返すことにより、自動的に撮像素子３３上の投光器１２の位置を認識できる。
図３を用いて、異常と画策を検知する原理を説明する。
図３の（Ａ）は通常時、（Ｂ）は異常時、（Ｃ）は画策時における撮像素子３３上の画像を示し、（Ｄ）は、撮像素子３３の光電素子の特性と、異常及び画策判定時に用いる数値との関係を示す。
【００２０】
判定部２３は、（Ａ）に示すように、図２の手法で投光器１２と認識した光点４１を含む周辺の領域を所定領域４４として設定して記憶する。
光電素子は、（Ｄ）に示すように、飽和特性を有する。投光器１２が点灯すると、光点４１の光電素子の出力は飽和値となる。所定領域４４は光点４１より広く設定されているので、所定領域４４の平均受光量は飽和値より小さくなる。所定領域４４の大きさは、平均受光量が飽和値のほぼ半分となるように設定される。
【００２１】
（Ｂ）は、投光器１２が投光しているときに、異常により光路が遮断されたときの画像を示す。この場合、所定領域４４内には光点が写らなくなるので、所定領域４４の平均受光量は小さくなる。この平均受光量は、外乱光によるものとなる。なお、（Ｄ）には、投光器１２が消灯のときの外乱光による平均受光量が基準値として示されている。
【００２２】
（Ｃ）は、光ファイバによる画策がされたときの画像を示す。投光器１２が投光した光は、光ファイバにより受光器１３へ導かれる。これにより、画像上に広い範囲で明るい領域４５が生じる。この領域４５は所定領域４４全体を含むこととなるので、所定領域４４の平均受光量は飽和値となる。画策を検出するために、（Ｄ）に示すように、飽和値よりやや小さい値のしきい値が設定される。
【００２３】
以上の特性から、次の手法で異常及び画策を検知できる。
通常の場合、投光器１２が投光した時、所定領域４４の平均受光量は飽和値の半分程度である。この平均受光量はしきい値より低く、投光器１２の消灯時の基準値より大きい。このときは、異常も画策もないと判定できる。
異常が発生して、光路が遮断されると、所定領域４４の平均受光量は、外乱光によるものとなり、基準値とほぼ同じになる。したがって、投光器１２の投光時の平均受光量と消灯時の平均受光量との差が小さいときには、異常が発生したと判定できる。
【００２４】
光ファイバによる画策行為がされると、所定領域４４は全体で受光をするので、その平均受光量は飽和値となる。したがって、平均受光量がしきい値を超えたときに画策があったと判定できる。
図４のタイミングチャートを用いて、赤外線センサ１１の動作の概要を説明する。
【００２５】
（Ａ）は、投光器１２の投光タイミングを示す。投光制御部２１は、１００ｍｓの周期で投光制御を行う。投光制御としては、各周期の始めに１０ｍｓの間だけ投光ＬＥＤ２１を点灯するが、５回の投光制御の内、１回は点灯をしない。この点灯しないタイミング（以下、「消灯タイミング」）はランダムに決められる。図示の例では、１回目の消灯タイミングは第２のタイミングであり、２回目の消灯タイミングは第４のタイミングである。
【００２６】
（Ｂ）は、撮像素子３３から受光量を取得するタイミングを示す。受光量取得部２２は、投光制御部２１の点灯タイミング及び消灯タイミングと同期して、１００ｍｓごとに画像を取り込む。判定部２３は、取り込んだ画像における所定領域４４の平均受光量を計算して取得する。
（Ｃ）は、基準値（図３Ｄ参照）更新のタイミングを示す。判定部２３は、投光ＬＥＤ２１の消灯タイミングで取得した受光量を基準値として記憶しておく。
【００２７】
（Ｄ）は、異常が発生した場合における受光量の変化を示す。異常がない場合、投光ＬＥＤ２１の投光タイミングでの受光量は、消灯タイミングでの受光量に比べて大きくなる。異常発生により光路が遮断されると、投光タイミングでの受光量は、消灯タイミングでの受光量（基準値）とほぼ同じになる。判定部２３は投光タイミングでの受光量と消灯タイミングでの受光量の差が所定範囲内であることを検出すると、異常が発生したと判定して、（Ｅ）に示す異常出力を出力部２４から出力する。なお、本実施形態では、異常判定１回にて異常出力としたが、複数回の連続した異常判定により異常出力するようにしてもよい。これは、検出対象や検出目的によって異なるもので、それぞれに応じた方法を採用すれば良い。
【００２８】
（Ｆ）は、画策により、投光器１２と受光器１３が光ファイバで接続された場合の受光量を示す。光ファイバを接続すると、所定領域４４は全体で光を受けることとなるので、投光部１２の点灯タイミングでは、平均受光量は飽和値となり、消灯タイミングでは基準値とほぼ等しくなる。判定部２３は、点灯タイミングでの受光量が予め設定したしきい値を超えると、画策があったと判定し、（Ｇ）に示す画策出力を出力部２４から出力する。なお、本実施形態では、画策判定１回にて画策出力としたが、複数回の連続した画策判定により画策出力するようにしてもよい。これは、監視領域の状況に応じて、適当な回数を採用すれば良い。
【００２９】
図５〜１０を用いて、制御部１４の処理について詳細に説明する。
図５のフローは、制御部１４により受光されるメインルーチンを表す。このルーチンは１０ｍｓごとに実行される。
ステップＳ１１で、投光制御部２１により、投光器１２の投光ＬＥＤ３１の点灯制御処理がされる。ステップＳ１２で、受光量取得部２２により、撮像素子３３からの受光量取得制御が実行される。ステップＳ１３で、判定部２３により、判定処理が実行される。ステップＳ１４で、出力部２４により、判定の結果が出力される。以上の各ステップの詳細については後述する。
【００３０】
図６を用いて、以下の説明において使用するカウンタ１とカウンタ２の内容を説明する。
カウンタ１は、１０ｍｓごとにカウント値を１ずつインクリメントされる。この１０ｍｓは、図５に示したフローが繰り返される周期であり、図４に示した投光ＬＥＤ３１の点灯を継続する期間である。投光制御の周期１００ｍｓが経過して、カウント値が１０になると０にリセットされる。
【００３１】
カウンタ２は、１００ｍｓごとにカウンタ値を１ずつインクリメントされる。カウント値は、５となると０にリセットされる。カウンタ２は、５回のタイミング中に１回の消灯タイミングを決めるためのカウンタであり、乱数発生により０〜４の数値が決められ、乱数による数値とカウンタ値が一致すると、そのタイミングでは投光ＬＥＤ３１は点灯されない。図６では、カウンタ２の値が４のときが消灯タイミングとなっている。
【００３２】
図７は、図５のステップＳ１１の投光制御部２１による点灯処理を示す。
ステップＳ２１で、カウンタ１を１だけインクリメントする。ステップＳ２２で、カウンタ１が１０であるか否かを判定する。ここで、カウント値が１０であれば、ステップＳ３１へ進んで、１００ｍｓごとの投光制御に入り、１０でなければ、ステップＳ２３へ進む。
【００３３】
ステップＳ２３でカウンタ１が１であるか否かが判定され、１でなければ処理を行わずに終了する。１であれば、ステップＳ２４でＬＥＤ点灯フラグがオンであるか否かを判定する。ここで、ＬＥＤ点灯フラグとは、投光部１２が投光中か消灯中かを判別するためのフラグで、投光中はオン、消灯中はオフとなる。オフであれば処理を行わずに終了し、オンであれば、ステップＳ２５で投光ＬＥＤ３１を消灯し、ＬＥＤ点灯フラグをオフして処理を終了する。これにより、カウンタ１が１であれば、０のときに点灯された投光ＬＥＤ２１が消灯され、カウンタ１が２以上であれば何も処理はされない。
【００３４】
ステップＳ２２でカウンタ１が１０であれば、ステップＳ３１で０にリセットされ、ステップＳ３２でカウンタ２の値が１だけインクリメントされる。
ステップＳ３３でカウンタ２が５であるか否かが判定される。ここで５でなければステップＳ３６へ進み、５であれば、ステップＳ３４で０にリセットされ、ステップＳ３５で０から４までの内の１つが乱数として発生される。これにより、５回に１回だけの消灯タイミングがランダムに決められる。
【００３５】
ステップＳ３６で、カウンタ２の値と乱数とが一致するか否かが判定される。ここで、不一致であれば、ステップＳ３７で、投光ＬＥＤ２１を点灯し、ＬＥＤ点灯フラグをオンとする。一致すれば、ステップＳ３８で、投光ＬＥＤ２１を消灯し、ＬＥＤ点灯フラグをオフとする。
以上の図７の処理が１０ｍｓごとに繰り返されることにより、図４の（Ａ）に示したように、１００ｍｓの周期ごとに投光ＬＥＤ２１が１０ｍｓ間だけ点灯するが、５回に１回は消灯される。消灯タイミングは、乱数により決まるので、外乱光の点滅タイミングと確実にずらすことができ、外乱光による失報を防止することができる。
【００３６】
図８は、図５のステップＳ１２の受光量取得部２２による撮像素子３３からの受光量取得制御を示す。
ステップＳ４１で、カウンタ１の値が０であるか否かが判定される。ここで０であれば、ステップＳ４２で、撮像素子２３からの受光量取得を開始する。カウンタ１の値が０でなければ、ステップＳ４３で、カウンタ１の値が１であるか否かが判定される。ここで、１でなければ、処理を行わずに終了する。１であれば、ステップＳ４４で受光量取得を終了する。これにより、カウンタ１の０から１までの間の１０ｍｓの間だけ受光量取得が行われる。ステップＳ４５で取得した受光量を取り込む。
【００３７】
図９は、図５のステップＳ１３の判定部１８による判定処理を示す。
ステップＳ５１で、カウンタ１の値が１であるか否かを判定し、１でなければ処理を行わずに終了する。１であれば、ステップＳ５２で、図８のステップＳ４５で取り込んだ受光量から所定領域４４の平均受光量Ｖave を算出する。
ステップＳ５３で、ＬＥＤ点灯フラグがオンか否かを判定する。ここでオフ、即ち、消灯タイミングであったならば、ステップＳ５４で、算出した平均受光量Ｖave を消灯時の新たな基準値（図３Ｄ参照）として更新する。ステップＳ５３でＬＥＤ点灯フラグがオンであれば、ステップＳ５５へ進む。
【００３８】
ステップＳ５５で、平均受光量Ｖave と基準値との差をとり、差が所定範囲（小さな値）内であるか否かを判定する。差が所定範囲内であれば、投光ＬＥＤ２１の光は受光器１３に届いていないのであるから、異常が発生していると判定できる。また、受光器１３が外乱光を受光していても、その影響を排除して、正確に異常判定をすることができる。次いで、ステップＳ５６で、異常フラグをオンとし、画策フラグはオフとする。
【００３９】
ステップＳ５５で平均受光量Ｖave と基準値との差が大きい場合は、ステップＳ５７で、平均受光量Ｖave がしきい値（図３Ｄ参照）より大きいか否かが判定される。平均受光量Ｖave がしきい値より大きければ、所定領域４４（図３Ｃ参照）の全体に光ファイバの光が写っているのであるから、画策がされていることとなる。この場合は、ステップＳ５８で画策フラグをオンとし、異常フラグをオフとする。
【００４０】
ステップＳ５７で平均受光量Ｖave がしきい値より小さければ、異常も画策もないのであるから、異常フラグ及び画策フラグをオフとする。
図１０は、図５のステップＳ１４の出力部１９による出力処理を示す。
ステップＳ６１で、異常フラグがオンか否かが判定され、オンであれば、ステップＳ６２で異常検出信号を出力する。ステップＳ６１で異常フラグがオフであると判定されれば、ステップＳ６３で画策フラグがオンであるか否かが判定され、オンであればステップＳ６４で画策検出信号を出力し、オフであれば信号出力をせずに、処理を終了する。
【００４１】
各検出信号は、図示しない警備機器などに出力され、ここで、異常検出信号が出力されれば、侵入者の侵入、扉開などの異常が発生したと判断され、画策検出信号が出力されれば、光ファイバによる画策がされたと判断される。
以上、１実施形態について説明をしてきたが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された範囲内において種々の変形が可能である。
【００４２】
例えば、投光制御部２１を投光部１２側に設けて、ケーブル２５を省略することができる。この場合、投光制御部２１と判定部２３との同期は、受光量取得部２２において受光量の時間的変化を学習することにより、投光のタイミングを取得すれば良い。
図３の所定領域４４は、光点４１と一致させることもできる。この場合でも、侵入者、扉開などの異常検知が可能である。
【００４３】
判定部２３は、１００ｍｓごとにディジタル的に判定をしているが、アナログ的に、連続して判定をしても良い。また、判定に際しては、平均受光量を算出する代わりに、総受光量を使用しても良い。
【００４４】
【発明の効果】
本発明によれば、対向式検出器において、外乱光による失報を防ぐことができる。また、画策行為による失報を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した赤外線センサの回路構成を示す図。
【図２】図１の受光器の初期設定作業を説明する図。
【図３】図１の赤外線センサの検知原理を示す図。
【図４】図１の赤外線センサの動作を示すタイミングチャート。
【図５】図１の赤外線センサの動作を詳細に示すフローチャート（その１）。
【図６】本発明の赤外線センサにおいて使用するカウンタの内容を示す図。
【図７】図１の赤外線センサの動作を詳細に示すフローチャート（その２）。
【図８】図１の赤外線センサの動作を詳細に示すフローチャート（その３）。
【図９】図１の赤外線センサの動作を詳細に示すフローチャート（その４）。
【図１０】図１の赤外線センサの動作を詳細に示すフローチャート（その５）。
【符号の説明】
１１…赤外線センサ
１２…投光器
１３…受光器
１４…制御部
１５…電源
１６…ケース
２１…投光制御部
２２…受光量取得部
２３…判定部
２４…出力部
２５…ケーブル
３１…投光ＬＥＤ
３２…レンズ
３３…撮像素子
４１，４２，４３…光点
４４…所定領域
４５…光ファイバによる領域

Claims (2)

1. 侵入者の侵入または扉の開放を監視する監視領域を挟んだ対向位置に配置する投光部と光電素子を二次元配列した受光部とを具備する対向式検出器において、
   前記投光部の投光を制御する投光制御部と、
   前記二次元配列上の前記投光部の光点が写る位置を含み、かつ当該位置より大きい範囲に設定された所定領域における受光量を、前記投光制御部の投光制御と同期して前記投光部が投光をしているときと投光をしていないときに取得する受光量取得部と、
   前記投光部が投光をしているときの前記受光量と投光をしていないときの前記受光量との差が所定範囲内であれば異常が発生したと判定し、前記受光量が前記所定領域全体の飽和を検出するためのしきい値を超えれば画策が発生したと判定する判定部と、
   を具備することを特徴とする対向式検出器。
2. 前記投光制御部は、前記投光部が投光をしないタイミングをランダムに変化させる請求項１に記載の対向式検出器。

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