JP4631018B2

JP4631018B2 - 組合せセンサシステム

Info

Publication number: JP4631018B2
Application number: JP2006001282A
Authority: JP
Inventors: 正敏辻
Original assignee: Optex Co Ltd
Current assignee: Optex Co Ltd
Priority date: 2006-01-06
Filing date: 2006-01-06
Publication date: 2011-02-16
Anticipated expiration: 2026-01-06
Also published as: JP2007183159A

Description

本発明は、可視光線よりも長波長の電磁波を用いた能動型のセンサ例えばマイクロ波センサ(以下、ＭＷセンサという)と、受動型赤外線センサ(以下、ＰＩＲセンサという)を用いて、センサ部に対するマスキングなどの妨害行為を確実に検知できる組合せセンサシステムに関する。

従来、ＭＷセンサとＰＩＲセンサとを用い、ＭＷセンサおよびＰＩＲセンサによる物体検出信号が検出された後、一定時間内にＰＩＲセンサによる物体検出信号が出力されなくなったときに、妨害検知信号を出力してセンサ部に対するマスキング（例えばテープの貼り付け、塗料の塗布）などの妨害行為を検知するようにした組合せセンサシステムが知られている（特許文献１）。
特開平１１−３９５７４号公報

しかし、以上の組合せセンサシステムでは、屋外などで使用する場合、ＭＷセンサが振動や雨又は蜘蛛や蛾などの影響を受け易いため、誤検知が多い。例えば、ＭＷセンサが風などにより振動して発報を続けているときに、太陽光が反射してＰＩＲセンサに入力し、このＰＩＲセンサが一時的に発報した後に発報が停止すると、センサシステムが、マスキング行為を受けたと誤判定してしまう。

そこで、本発明は、屋外などで使用する場合でも、センサ部に対するマスキングなどの妨害行為を正確に判定できる組合せセンサシステムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の組合せセンサシステムは、可視光線よりも長波長の電磁波を第１の検知エリアに向けて発信し、物体からの反射波を受信して物体を検出する第１のセンサと、前記第１の検知エリアと少なくとも一部分が重なる第２の検知エリア内の物体からの赤外線を受けて物体を検知する第２のセンサとを有するセンサ部と、前記第１のセンサからの物体検出を示す検出信号に基づいて物体の移動距離を検出する移動距離検出回路と、前記検出信号に基づいて前記センサ部から物体までの距離を検出する距離検出回路と、検出された前記移動距離が第１の所定移動距離よりも大きく、かつ、検出された前記距離が第１の所定距離よりも小さいとき、妨害行為があったと判定して妨害検出信号を出力する妨害判定回路とを備えている。

このシステムによれば、前記第１のセンサからの検出信号が移動距離検出回路および距離検出回路に入力され、物体の移動距離が第１の所定移動距離よりも大きく、かつ、センサ部から物体までの距離が第１の所定距離よりも小さいとき、前記妨害判定回路において妨害行為があったと判定されて妨害検出信号が出力される。つまり、人体のような物体がセンサ部に所定移動距離よりも大きく移動して所定距離未満にまで接近したとき、物体がセンサ部に妨害行為を行おうとしていると判断されて、妨害検出信号が出力される。これにより、屋外などで使用する場合でも、風や太陽光による影響を受けて誤判定することなく、センサ部に対するマスキングのような妨害行為を正確に検知できる。

本発明の好ましい態様では、前記妨害判定回路が、前記第２のセンサが物体を検出しているときに、検出された前記移動距離が第１の所定移動距離よりも大きく、かつ、検出された前記距離が第１の所定距離よりも小さいとき、妨害行為があったと判定する。この構成によれば、第２のセンサにより物体を検出し、その後、前述した場合と同じく、第１のセンサからの検出信号に基づき前記物体の移動距離とセンサ部から物体までの距離を検出して、妨害検知信号を出力するようにしたので、第１および第２の両センサによって物体の存在を確認できるから、誤判定をさらに少なくして、センサ部に対する妨害行為の検知をより確実に行える。

本発明の別の好ましい態様では、前記妨害判定回路は、前記第２のセンサが物体を検出しているときに、検出された前記移動距離がセンサ部に近づく方向に第１の所定移動距離よりも大きく、かつ、検出された前記距離が第１の所定距離よりも小さくなり、続いて、検出された前記移動距離がセンサ部から離れる方向に第２の所定移動距離よりも大きくなったときから一定時間内に第２のセンサが物体を検出しない一方で、検出された前記距離が第２の所定距離よりも大きく、かつ第１のセンサからの検出信号が存在するとき、妨害行為があったと判定する。この構成によれば、第２のセンサによる物体の検出、および第１のセンサからの検出信号に基づく接近の判定を行ったのち、さらに物体がセンサ部から第２の所定移動距離よりも大きな移動距離（一定時間内の移動距離）で離れた場合に、一定時間が経過するまでに第２のセンサが物体を検出しなくなり、かつ、物体の距離が第２の所定距離よりも大きくなったときに、妨害行為があったと判定するので、誤判定をさらに少なくして、センサ部に対する妨害行為の検知を一層正確に行える。

以上の本発明によれば、屋外などで使用する場合でも、物体の距離および移動距離を検出して物体のセンサ部への接近を検知するから、誤判定を少なくして、センサ部に対するマスキングのような妨害行為を正確に検知することができる。

以下、本発明に係る組合せセンサシステムの実施形態を図面に基づいて説明する。図１は本発明で用いるセンサユニットの一実施形態を示す図で、（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）のｂ−ｂ線に沿った断面図である。このセンサユニットＵは、センサ部１とこのセンサ部１を支持する回路基盤ＣＢとをケース２内に収納したものである。センサ部１は第１および第２のセンサ３，４を有している。第１のセンサ３は、可視光線よりも長波長の電磁波であるマイクロウェーブを検知エリアに向けて発信し、人体のような物体からの反射波を受信して物体を検出するＭＷセンサであり、第２のセンサは、検知エリア内の物体からの電磁波である遠赤外線を受けて物体を検知するＰＩＲセンサ４である。ケース２の前面はマイクロ波を透過するカバー５で覆されるとともに、ＰＩＲセンサ４の前面に、センサ素子に集光させるためのフレネルレンズ６が配置されている。前記ＭＷセンサ３としては２周波方式のものが採用され、２つの反射波の位相差により物体までの距離および移動距離を計測する。

なお、ＭＷセンサ３としては、２周波方式のもの以外にＦＭＣＷ方式やパルス方式のものも採用できる。また、ＭＷセンサ３に代えて、超音波、近赤外線などを使用した能動型のセンサを使用することもできる。

図２は、センサユニットＵの配設位置とＭＷ，ＰＩＲセンサ３，４の検知エリアとの関係を示す図で、同図（ａ）は側面図、（ｂ）は平面図である。図３（ａ）および（ｂ）において、センサ部１を含むセンサユニットＵは部屋７の壁面９で扉８と対向する壁面９ａの上部に設置されており、そのＭＷセンサ３によって、図の一点鎖線で示した第１の検知エリア１０が設定されている。また、斜線を付したＰＩＲセンサ４による第２の検知エリア１２は、フレネルレンズ６によって複数の小エリアで室内７をカバーするように設定されており、これらＭＷセンサ３による第１の検知エリア１０と、ＰＩＲセンサ４による第２の検知エリア１２とは、大部分が互いに重なり合っている。また、図中のＡ，Ｂは、通常室内７に出入りする人体Ｐが通るエリアであり、ＡがセンサユニットＵから最も遠く、ＢがＡよりもセンサユニットＵに近い。ＣはＢよりもさらにセンサユニットＵに近く、センサユニットＵのメンテナンスを行う者を除いて、人体Ｐが接近することのないエリアである。

図３は本発明に係る組合せセンサシステムの一実施形態を示すブロック図である。このシステムでは、前記ＭＷセンサ３で検出された２つの周波数の第１物体検知信号ｍ１，ｍ２を第１および第２の増幅器１３，１４でそれぞれ増幅し、この増幅信号ｍ３，ｍ４をパーソナルコンピュータのマイクロプロセッサＭＰＵのような信号処理回路３０に内蔵した第１の検出回路１５に入力する。また、前記ＰＩＲセンサ４による第２物体検知信号ｍ５を第３の増幅器１６で増幅し、この増幅信号ｍ６を同じく信号処理回路３０に内蔵した第２の検出回路１７に入力する。これら増幅器１３，１４，１６は回路基板ＣＢ上の装着されている。

また、信号処理回路３０には、前記第１および第２の検出回路１５，１７とともに、物体検知回路１９、距離検出回路２０、移動距離検出回路２１および妨害判定回路２２を含む判別回路３２が内蔵されている。前記第１および第２の検出回路１５，１７は、増幅器１３，１４，１６から出力される各増幅信号ｍ３，ｍ４，ｍ５が所定の設定値（しきい値）を超えたとき、人体Ｐの検出を示す第１および第２検出信号ｄ１，ｄ２を出力する。

前記第１および第２の検出回路１５，１７から出力される２つの第１および第２検出信号ｄ１，ｄ２は、前記第１の物体検知回路１９に入力され、これら２つの検出信号ｄ１，ｄ２が両方とも入力されている場合に、人体Ｐが存在すると判定して、警報信号ａ１を出力する。第１検出信号ｄ１は、２つの周波数の信号ｄ１１およびｄ１２を含んでおり、距離検出回路２０は両信号ｄ１１，ｄ１２の位相差により、センサ部１から人体Ｐまでの距離Ｄ１を検出する。移動距離検出回路２１は、距離検出回路２０から距離を示す距離信号Ｄ１を受けて、その時間的変化から、人体Ｐの移動距離Ｍ１を検出する。妨害判定回路２２は、距離検出回路２１で検出された移動距離Ｍ１が所定の設定値Ｍ０よりも大きく、かつ、距離検出回路２０で検出されたセンサ部１から人体Ｐまでの距離Ｄ１が所定の設定値Ｄ０よりも小さいとき、妨害行為があると判定して、妨害検知信号ａ２を出力する。

次に、以上の構成としたセンサシステムによる物体侵入検知の判別動作について説明する。図４は前記センサシステムの一つの動作を説明するフローチャートである。先ず、スタート後、同図のステップＳ１において、図３のＭＷセンサ３から出力される２つの第１物体検知信号ｍ１，ｍ２が、第１および第２の増幅器１３，１４を経て増幅信号ｍ３，ｍ４となったのち、第１の検出回路１５に入力され、その信号レベルＬ１が第１の検出回路１５で検出される。次に、図４のステップＳ２で、前記信号レベルＬ１が所定の設定値Ｌ０（ここではＭＷセンサ３のしきい値に等しい）よりも大きいか否かが判断され、大きい場合、つまり、図２の第１検知エリア１０内に人体Ｐが侵入したとき、第１の検出回路１５において人体Ｐの侵入が検知され、人体Ｐの検出を示す第１検出信号ｄ１（図３）が出力される。

ステップＳ２で人体Ｐが検出された場合は、ステップＳ３で移動距離検出回路２１（図３）により人体Ｐの移動距離Ｍ１が検出され、さらに、ステップＳ４において、前記移動距離Ｍ１が所定の設定値Ｍ０（例えば２秒間にマイナス１ｍ）よりも大きいか否かが判断される。その判断結果がイエスの場合、つまり人体Ｐが所定の設定値Ｍ０よりも速い移動距離でセンサ部１に接近したとき、ステップＳ５において、距離検出回路２０（図３）によりセンサ部１から人体Ｐまでの距離Ｄ１が検出される。さらに、ステップＳ６において、前記距離Ｄ１が第１の所定距離Ｄ０（例えば１ｍ）よりも小さいかが判断され、イエスの場合、つまり人体Ｐがセンサ部１に第１の所定距離Ｄ０以内に接近したとき、ステップＳ７において、図３の妨害判定回路２２がセンサ部１にマスキングなどの妨害行為があると判定して、妨害検知信号ａ２を出力する。これにより、屋外などで使用する場合でも、風や太陽光の影響による誤判定を少なくして、センサ部１への妨害行為の判定が正確に行われる。

図５は本発明の第２実施形態に係る前記センサシステムの動作を説明するフローチャートである。この第２実施形態の回路構成は図３と同一である。図５では、先ず、スタート後に、ステップＳ１０において、図３のＰＩＲセンサ４からの第２物体検知信号ｍ５が第３の増幅器１６を経て増幅信号ｍ６となったのち、第２の検出回路１７に入力され、その信号レベルＬ２が第２の検出回路１７で検出される。次に、図５のステップＳ１１で、前記信号レベルＬ２が第１の所定レベルＬ３ (ＰＩＲセンサのしきい値）よりも大きいか否かが判断され、大きい場合、図２の第２の検知エリア１２内に人体Ｐが侵入したことが検出され、第２の検出回路１７から人体第２検出信号ｄ２（図３）が出力される。この第２検出信号ｄ２が存在するとき、以後ステップＳ１〜Ｓ７の動作を行って、センサ部１への妨害行為の有無を判断する。これらのステップＳ１〜Ｓ７は、図４のステップＳ１からＳ７までと同一である。つまり、図３のＰＩＲセンサ４からの出力により人体Ｐの有無を検知した後に、ＭＷセンサ３からの出力により人体Ｐの検知と人体Ｐの移動距離および移動距離を検知して、センサ部１への妨害行為の有無が判断される。このように、ＭＷセンサ３およびＰＩＲセンサ４の両方によって人体Ｐの存在が確認されるので、誤判定をさらに少なくして、センサ部１への妨害行為の判定がより正確に行える。

図６は本発明の第３実施形態に係る組合せセンサシステムを示すブロック図である。このシステムでは、図３の判断回路３２にタイマ回路２３を追加して、人体Ｐがセンサ部１に近づくときの移動距離と距離、および、人体Ｐがセンサ部１から離れるときの移動距離と距離に加えて、タイマ回路２３による所定時間経過前の人体Ｐの有無に基づいて、センサ部１への妨害行為の検知を行っている。つまり、センサ部１を含むセンサユニットＵの前面にテープの貼付、塗料の塗布のような妨害行為が行われた場合、ＭＷセンサ３の検知能力はさほど影響を受けないが、ＰＩＲセンサ４の検知能力は著しく低下し、人体Ｐの検出が不可能になる。このような相違を利用して、妨害行為の判定の正確化を図っている。

図７は第６のセンサシステムの動作を説明するフローチャートである。この図７では、先ず、スタート後のステップＳ１０，Ｓ１１，Ｓ１〜Ｓ６までは、図５のステップＳ１０，Ｓ１１，Ｓ１〜Ｓ６と同一である。ステップＳ２０において、移動距離検出回路２１（図６）により、人体Ｐがセンサ部１から離れる方向の移動距離Ｍ２が検出され、この後、ステップＳ２９で前記移動距離Ｍ２が所定の設定値Ｍ３（例えば２秒間にプラス１ｍ）よりも大きいか否かが判断される。その判断結果がイエスの場合、つまり人体Ｐが設定値Ｍ３よりも大きな移動距離だけ移動してセンサ部１から離れたとき、ステップＳ２２においてタイマ回路２３がリセットされ、ステップＳ２３でタイマ回路２３による計時が開始される。タイマ回路２３による計時が１分を経過するまでは、ステップＳ２４において、図６のＰＩＲセンサ４から第２の増幅器１６を経て入力された増幅信号ｍ６の信号レベルＬ２が第２の検出回路１７で検出され、図７のステップＳ２５で、前記信号レベルＬ２が第２の所定レベルＬ４（ＰＩＲセンサのしきい値であり、Ｌ３と同一）よりも大きいか否かが判断される。小さい場合には第２の検出回路１７から第２検出信号ｄ２が出力されない。この第２検出信号ｄ２が存在しない場合、ステップＳ２６で、図６の距離検出回路２０によりセンサ部１から物体までの距離Ｄ２が検出される。

さらに、図７のステップＳ２７において、前記距離Ｄ２が第２の所定距離Ｄ３（例えば１ｍ）よりも大きいかが判断され、イエスの場合、つまり人体Ｐがセンサ部１から第２の所定距離Ｄ３を越えて離れたとき、ステップＳ２８において、図６のＭＷセンサ３から出力される第１検出信号ｄ１の信号レベルＬ１が第１の検出回路１５で検出される。次に、図７のステップＳ２９で、前記信号レベルＬ１が所定の設定値Ｌ５（ＭＷセンサのしきい値であり、Ｌ０と同一）よりも大きいか否かが判断され、大きい場合、ＰＩＲセンサ４では人体Ｐが検出されていないので、ステップＳ３０においてＰＩＲセンサ４が妨害を受けていると判断され、妨害判定回路２２から妨害検知信号ａ２が出力される。このように、人体Ｐがセンサ部１から離れ、かつ、ＰＩＲセンサ４が人体Ｐを検知しなくなったことに基づいて妨害を判定するので、誤判定がさらに少なくなって、センサ部１へのマスキングのような妨害行為の判定が一層正確に行える。

本発明に係る組合せセンサシステムのセンサユニットを示す図で、（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）中のｂ−ｂ線方向から見た断面図である。図１のセンサ部の配設位置と第１および第２の検知エリアとの関係を示す図であり、（ａ）は側面図、（ｂ）は平面図である。本発明の第１実施形態に係る組合せセンサシステムを示すブロック図である。同センサシステムの動作を説明するフローチャートである。第２実施形態に係るセンサシステムの動作を説明するフローチャートである。本発明の第３実施形態に係る組合せセンサシステムを示すブロック図である。同センサシステムの動作を説明するフローチャートである。

符号の説明

１センサ部
３第１のセンサ（ＭＷ）
４第２のセンサ（ＰＩＲ）
１０第１の検知エリア
１２第２の検知エリア
２０距離検出回路
２１移動距離検出回路
２２妨害判定回路
ａ１警報信号
ａ2 妨害検出信号
ｄ１第１検出信号
ｄ２第２検出信号
Ｄ０第１の所定距離
Ｄ１センサ部から物体までの距離
Ｄ３第２の所定距離
Ｍ０第１の所定の移動距離
Ｍ１物体の移動距離
Ｐ人体（物体）

Claims

可視光線よりも長波長の電磁波を第１の検知エリアに向けて発信し、物体からの反射波を受信して物体を検出する第１のセンサと、前記第１の検知エリアと少なくとも一部分が重なる第２の検知エリア内の物体からの赤外線を受けて物体を検知する第２のセンサとを有するセンサ部と、
前記第１のセンサからの物体検出を示す検出信号に基づいて物体の移動距離を検出する移動距離検出回路と、
前記検出信号に基づいて前記センサ部から物体までの距離を検出する距離検出回路と、検出された前記移動距離が第１の所定移動距離よりも大きく、かつ、検出された前記距離が第１の所定距離よりも小さいとき、妨害行為があったと判定して妨害検出信号を出力する妨害判定回路と、
を備えた組合せセンサシステム。
請求項１において、前記妨害判定回路は、前記第２のセンサが物体を検出しているときに、検出された前記移動距離が第１の所定移動距離よりも大きく、かつ、検出された前記距離が第１の所定距離よりも小さいとき、妨害行為があったと判定する組合せセンサシステム。
請求項１または２において、前記妨害判定回路は、前記第２のセンサからの第２検出信号が存在するときに、検出された前記移動距離がセンサ部に近づく方向に第１の所定移動距離よりも大きく、かつ、検出された前記距離が第１の所定距離よりも小さくなり、続いて、検出された前記移動距離がセンサ部から離れる方向に第２の所定移動距離よりも大きくなったときから一定時間内に第２のセンサが物体を検出しない一方で、検出された前記距離が第２の所定距離よりも大きく、かつ第１のセンサからの検出信号が存在するとき、妨害行為があったと判定する組合せセンサシステム。