JP4139861B2 - 視野妨害監視機構を備えた受動型赤外線センサ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、赤外線センサ、特にその検出視野に対する妨害物又は妨害行為を監視する機構を備えた受動型赤外線センサに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
受動型赤外線センサの外部異常、特に視野妨害を監視するため、センサ本体に物体が接近することを効果的に監視する機構が、いくつか発明されている。国際公開公報ＷＯ８８／０３３０１には、監視用視野を横断する方向に赤外線を照射する２つの投光素子と、前記投光素子から発せられた赤外線が、接近した物体で反射して入射したことを検出するための１つの受光素子とを備えたセンサが開示されている。この発明によれば、感度を高くしたり、応答時間を短くしたりすることにより、多くの種類の視野妨害行為を検出することができるが、その反面、感度を高くし過ぎることにより、誤動作が多くなるという問題がある。
【０００３】
特開平７−１７４６２２号公報には、センサ外部に配置した投光素子から発せられた赤外線が、接近した物体で反射してセンサ内部に配置した１つの受光素子に入射する光路と、受光窓を透過して前記受光素子に入射する光路とを形成し、受光量の増加に基づく接近物体検出機能と、受光量の減少に基づく受光窓の遮蔽検出機能とを兼ね備えた装置が開示されている。この装置においても、接近物体を検出するためには反射光を高感度に受光する必要があり、前記発明と同様に誤動作が多いという問題がある。また、受光量の減少に基づく受光窓の遮蔽検出機能は、遮蔽物体による受光量の減少と、受光窓の汚れ等の経年変化による受光量の減少との区別がつかず、遮蔽物体がなくても汚れによって誤動作してしまうという問題がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来の技術では、受光素子がひとつしかなく、その素子から得られる一系統の信号における変化量を監視するという方式であるため、接近した物体で反射して入射した光量の増加だけで、その物体の大きさや種類を判定することや、光量の減少だけで、受光窓に遮光物体が貼られたのか、単に窓が汚れたのかを判定することは不可能である。蝿や蛾などの小さな虫でも、センサの至近距離まで接近すると、その虫で反射される赤外線の量は多くなり、検出してしまうことになる。また、視野妨害監視機構は、警備システムが解除された状態、すなわち昼間のオフィス内など、多数の人間が出入りする場所での警備システムの解除状態において作動し続ける必要があり、人間の衣服や、人間の所持する物体における赤外線反射率が高ければ、センサから離れている場合であっても、それを検出してしまうことになる。
【０００５】
そのような誤検出を防ぐため、検出感度を低くしたり、受光量の増加あるいは減少状態が、一定時間継続した場合にのみ検知信号を出力するといった、いわゆる応答を遅らせるような処理をおこなわせている。しかし、こうすると、検出すべき対象に対する感度も低下させることになり、視野妨害監視機構の能力低下を招くことになる。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記誤検出をなくし、受動型赤外線センサに対する視野妨害のみを確実に検出するため、受光素子の数を増やし、２系統以上の信号を用いて、妨害検出をおこなうようにしたものである。２系統以上の信号を用いることにより、接近する物体の大きさを判別することが可能となり、検出すべき対象に対する感度を低下させることなく、視野妨害監視機構の能力向上が実現される。
【０００７】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の受動型赤外線センサの外観斜視図である。ケース１の内部には、所定の監視フィールド内の物体が放射する赤外線エネルギーを検出する第１の検知手段と、その検知信号に応答して警報を発生する警報回路手段（ともに図示省略）を備えている。監視フィールド内の物体が放射する赤外線エネルギーは、図中Ｐで現された侵入者検出用監視ゾーンに沿って進み、前面の窓２を透過して内部の検知手段に達する。窓２の両側には投光素子と受光素子を内蔵した第２の検知手段３を配置している。検知手段３は、投光素子Ｔ１と受光素子Ｒ２を内蔵したユニットと、受光素子Ｒ１と投光素子Ｔ２を内蔵したユニットで構成されている。投光素子からは、監視ゾーンＰを横切る方向に赤外線が発射され、受光素子の受光視野は、対向するユニットの投光素子からの赤外線が直接入射しない状態を維持しながら、監視ゾーンＰを横切る方向に向けられている。投光素子としては、赤外線発光ダイオード用いる
【０００８】
図２は、本発明の受動型赤外線センサの正面図であり、この正面図のＡ−Ａ断面とＢ−Ｂ断面を示したのが図３である。正面図Ａ−Ａ断面の投光素子Ｔ１の赤外線投光範囲と、受光素子Ｒ１の受光範囲との重なりＳ１が、接近物検出用監視フィールドＳ１を形成し、正面図Ｂ−Ｂ断面の投光素子Ｔ２の赤外線投光範囲と、受光素子Ｒ２の受光範囲との重なりＳ２が、もうひとつの接近物検出用の監視フィールドＳ２を形成している。監視フィールドＳ１と監視フィールドＳ２は、ともに上下方向にも広がりを持っている。
【０００９】
２つの投光素子からは、それぞれ別々の周波数で変調されたパルス光が投光され、２つの受光素子から得られる信号は、別々に処理される。受光素子Ｒ１から得られる信号は、投光素子Ｔ１から発せられるパルス光と同じ周波数のパルス信号を取り出し増幅されるような処理がなされ、受光素子Ｒ２から得られる信号は、投光素子Ｔ２から発せられるパルス光と同じ周波数のパルス信号を取り出し増幅されるような処理がなされる。こうすることにより、受光素子Ｒ１から得られる信号が増加すると、監視フィールドＳ１内に物体が接近し、その表面反射により受光量が増加したことがわかり、受光素子Ｒ２から得られる信号が増加すると、監視フィールドＳ２内に物体が接近し、その表面反射により受光量が増加したことがわかるようになる。そして、受光素子Ｒ１と受光素子Ｒ２から得られる信号が、同時に増加する場合には、監視フィールドＳ１と監視フィールドＳ２にまたがるような大きな物体が、窓２に接近したと判定することができるようになる。
【００１０】
以上は、２個の投光素子、２個の受光素子を用いた場合の説明であるが、３個以上の投受光素子を、図１に示した左右のユニット内に並べて配置し、それぞれの受光素子から得られる信号を、上記と同様に処理することにより、より正確に接近物体の大きさを判定することが可能となる。
【００１１】
次に、図１から図３に示した検知手段の配置と、図６に示す信号処理回路の構成を示したブロック図を用いて、視野妨害監視をおこなう他の方法について説明する。パルス発生部６１から入力されたパルス信号に基づき、投光制御部６２にて発生タイミングが重ならない２種類のパルス信号を発生させ、一方のパルス信号でトランジスタＱ１を切替制御し、他方のパルス信号でトランジスタＱ２を切替制御する。トランジスタＱ１が導通状態のとき投光素子Ｔ１が点灯し、トランジスタＱ２が導通状態のとき投光素子Ｔ２が点灯する。
【００１２】
トランジスタＱ１を切替制御するパルス信号は、同時に受光部の同期検波回路６０を構成するスイッチ部６５とスイッチ部６７へ送られ、これらを、そのパルス発生タイミングで導通状態にする。すると、パルス増幅部６３から入力される受光素子Ｒ１からの信号と、パルス増幅部６４から入力される受光素子Ｒ２からの信号のうち、投光素子Ｔ１から発せられた信号のみが検波され、信号処理手段６９へ導かれる。
トランジスタＱ２を切替制御するパルス信号は、同時に受光部の同期検波回路６０を構成するスイッチ部６６とスイッチ部６８へ送られ、これらを、そのパルス発生タイミングで導通状態にする。すると、パルス増幅部６３から入力される受光素子Ｒ１からの信号と、パルス増幅部６４から入力される受光素子Ｒ２からの信号のうち、投光素子Ｔ２から発せられた信号のみが検波され、信号処理手段６９へ導かれる。
【００１３】
図４は、本発明の受動型赤外線センサの平面図であり、この平面図のＣ−Ｃ断面とＤ−Ｄ断面を示したのが図５である。平面図Ｃ−Ｃ断面の投光素子Ｔ２の赤外線投光範囲と、受光素子Ｒ１の受光範囲との重なりＳ３が、接近物検出用の３つめの監視フィールドを形成し、正面図Ｄ−Ｄ断面の投光素子Ｔ１の赤外線投光範囲と、受光素子Ｒ２の受光範囲との重なりＳ４が、４つめの接近物検出用の監視フィールドを形成している。監視フィールドＳ３と監視フィールドＳ４は、ともに左右方向にも広がりを持っている。
【００１４】
投光素子Ｔ１から発せられた赤外線パルス光が、受光素子Ｒ１に入射すると、同期検波回路のスイッチ部６５からパルス信号が出力されることとなり、この状態は、図３に示す監視フィールドＳ１内に、物体が存在することを示している。投光素子Ｔ２から発せられた赤外線パルス光が、受光素子Ｒ２に入射すると、同期検波回路のスイッチ部６８からパルス信号が出力されることとなり、この状態は、図３に示す監視フィールドＳ２内に、物体が存在することを示している。
【００１５】
投光素子Ｔ２から発せられた赤外線パルス光が、受光素子Ｒ１に入射すると、同期検波回路のスイッチ部６６からパルス信号が出力されることとなり、この状態は、図５に示す監視フィールドＳ３内に、物体が存在することを示している。投光素子Ｔ１から発せられた赤外線パルス光が、受光素子Ｒ２に入射すると、同期検波回路のスイッチ部６７からパルス信号が出力されることとなり、この状態は、図５に示す監視フィールドＳ４内に、物体が存在することを示している。
【００１６】
２つの投光素子と、２つの受光素子と、図６に示す信号処理により、４つの監視フィールドにおける物体の存在を、別々に検出することが可能となる。同期検波回路６０から得られる４つの信号のうち、２つ以上の信号が同時に増加する場合には、２つ以上の監視フィールドにまたがるような大きな物体が、窓２に接近したと判定することができる。４つの信号があるので、大きさの判定において４段階の判定レベルを設定することができる。
【００１７】
信号処理手段６９において、同期検波回路から得られる４つの信号の、レベル変動の大きさと発生タイミングを個別に監視し、同時に変動を生じる信号の数が多い程、大きな物体が接近したと判断し、その際のレベル変動量が小さくても検知信号を発生させるような信号処理をおこなうと、接近物体の大きさに応じた検出感度の設定が可能となる。蝿や蛾などの小さな虫が、センサの至近距離まで接近すると、その虫で反射される赤外線の量は多くなり同期検波回路から得られる信号の、レベル変動は大きくなるが、小さな虫であり、複数の監視フィールドにまたがることがないため、感度の設定を低くしておくことにより、その検出を回避することが可能となる。
【００１８】
また、信号処理手段６９において、同期検波回路から得られる４つの信号の、レベル変動の大きさと発生タイミングを個別に監視し、同時に変動を生じる信号の数が多い程、大きな物体が接近したと判断し、その際のレベル変動量が小さく、その変動継続時間が短くても検知信号を発生させるような信号処理をおこなう。そして、同時に変動を生じる信号の数が少ない場合には、小さな物体が接近したと判断し、その際のレベル変動量が大きく、その変動継続時間が長い場合にのみ、検知信号を発生させるような信号処理をおこなう。こうすると、さらに厳密な接近物体判別が可能となる。
【００１９】
例えば、窓２に向かってスプレー式の塗料を吹き付けるような、妨害行為に対しても、霧状に広がる塗料が、複数の監視フィールドにまたがるため、それを高感度に検出することが可能である。しかも、変動継続時間が短くても検知信号を発生させるような信号処理をおこなうため、何回かに分けてスプレーするような細工がおこなわれても、それを確実に検出することができる。また、赤外線発光ダイオードが発する近赤外線の透過率が高く、物体が放射する赤外線エネルギー（遠赤外線）を透過させないような材質で形成された、透明な板状の視野妨害物体で窓２を覆うような妨害行為に対しても、その板は、複数の監視フィールドにまたがるため、検出することが可能である。透明な物体であっても、近赤外線透過率が１００％ということはありえないので、わずかな反射量を検出することができる程度に、感度を設定しておけば、充分に検出可能なことである。
【００２０】
２個以上の投受光素子を、図１に示した左右のユニット内に並べて配置し、それぞれの受光素子から得られる信号を、個別に処理することにより、正確に接近物体の大きさを判定するという発明において、接近物体からの反射光だけを検出するのではなく、窓２の表面に沿って配置された光路を遮断する物体も検出するような構成を採用すると、窓のサイドからスライドさせるようにして近づく物体を確実に検出することができる。
【００２１】
図７は、窓２の表面に沿った光路を形成するための投光素子及び受光素子の配置を示した図である。投光素子Ｔと受光素子Ｒの前面にハーフミラーＭを置き、監視フィールドＳの他に、窓２に沿って直接投光素子Ｔからの光が受光素子Ｒに達する光路を形成する。そして、受光量が所定量増加したときに接近物体ありと判定し、受光量が所定量以下に減少したときに、窓に貼られたに遮蔽物体ありと判定する機能を備える。複数組配置した投光素子、受光素子すべてにおいてこの構成を採用すると、センサ本体に接近する物体及び赤外線エネルギーを透過する窓に貼り付けられる物体の両方の視野妨害物体に対し、その大きさの判別が可能となる。
【００２２】
【発明の効果】
本発明によれば、接近物体の大きさを、正確に判定することが可能となるので、その大きさに応じた感度設定が可能となる。小さな虫に対する感度を極端に低下させ、これによる誤動作を排除し、スプレー式塗料の吹きつけや、近外線の透過率が高く、物体が放射する遠赤外線を透過させないような材料で形成された、透明な板状の視野妨害物体で窓を覆うような妨害行為、センサから離れたところに垂れ幕や衝立等を配置するといった妨害行為等に対して、感度及び応答性を高くすることが可能となり、受動型赤外線センサの視野妨害監視性能が格段に向上する。
本発明の、受動型赤外線センサの視野妨害監視機構は、監視カメラや、他の方式の検知器の視野妨害監視においても有効であり、それぞれの検知器において、第１の検知部への妨害行為を、確実に検知することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の受動型赤外線センサの外観斜視図である。
【図２】本発明の受動型赤外線センサの正面図である。
【図３】本発明の受動型赤外線センサの、正面図Ａ−Ａ断面及びＢ−Ｂ断面を示した図である。
【図４】本発明の受動型赤外線センサの平面図である。
【図５】本発明の受動型赤外線センサの、平面図Ｃ−Ｃ断面及びＤ−Ｄ断面を示した図である。
【図６】本発明の受動型赤外線センサの、信号処理回路の構成を示したブロック図である。
【図７】窓２の表面に沿った光路を追加形成するための、投光素子及び受光素子の配置の実施例を示した図である。
【符号の説明】
１・・・ケース
２・・・窓
３・・・第２の検知手段
６０・・・同期検波回路
６１・・・パルス発生部
６２・・・投光制御部
６３，６４・・・パルス増幅部
６５，６６，６７，６８・・・スイッチ部
６９・・・信号処理手段
Ｔ１，Ｔ２，Ｔ・・・投光素子
Ｒ１，Ｒ２，Ｒ・・・受光素子
Ｐ・・・侵入者検出用監視ゾーン
Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４，Ｓ・・・接近物検出用監視フィールド
Ｑ１，Ｑ２・・・トランジスタ
Ｍ・・・ハーフミラー

Claims (2)

1. 所定の監視フィールド内の物体が放射する赤外線エネルギーを検出する第１の検知手段、及びその検知信号に応答して警報を発生する警報回路手段を備え、さらに、センサ本体に接近する人間または物体を、前記第１の検知手段とは独立して検出するための第２の検知手段を装備し、これによって前記第１の検知手段に対する視野妨害を監視する受動型赤外線センサであって、前記第２の検知手段の検知信号に応答して、前記第１の検知手段に応答する警報回路手段とは独立に警報を発するための第２の警報回路手段を装備し、前記第２の検知手段が、前記第１の検知手段の監視用視野を横断する方向に赤外線を照射する２つの赤外線源と、前記赤外線源を異なるタイミングで発光させる投光制御部と、前記赤外線源から発せられた赤外線を検出するための２つの赤外線検出器と、前記赤外線検出器から得られる２つの信号を前記投光制御部から得られる同期信号に基づき同期検波し、４つの信号に分離する検波回路と、前記検波回路から得られる信号に基づきセンサ本体に接近する物体の大きさを判別し検知信号を発する信号処理手段とで構成され、前記信号処理手段が、検波回路から得られる４つの、各々の信号のレベル変動の大きさと発生タイミングを個別に監視し、同時に変動を生じる信号の数が多い程、大きな物体が接近したと判断し、その際のレベル変動量が小さくても検知信号を発生させるような信号処理をおこなうことを特徴とする受動型赤外線センサ。
2. 前記信号処理手段が、検波回路から得られる４つの、各々の信号のレベル変動の大きさと発生タイミングを個別に監視し、同時に変動を生じる信号の数が多い程、大きな物体が接近したと判断し、その際のレベル変動量が小さく、その変動継続時間が短くても検知信号を発生させるような信号処理をおこない、同時に変動を生じる信号の数が少ない場合には、小さな物体が接近したと判断し、その際のレベル変動量が大きく、その変動継続時間が長い場合に検知信号を発生させるような信号処理をおこなうことを特徴とする請求項１に記載の受動型赤外線センサ。

Images