JP4859166B2

JP4859166B2 - 発熱物体の位置検出装置

Info

Publication number: JP4859166B2
Application number: JP2004223031A
Authority: JP
Inventors: 英己安井
Original assignee: IHI Aerospace Co Ltd
Current assignee: IHI Aerospace Co Ltd
Priority date: 2004-07-30
Filing date: 2004-07-30
Publication date: 2012-01-25
Anticipated expiration: 2024-07-30
Also published as: JP2006038798A

Description

本発明は、人物等の発熱物体の位置を検出するのに用いられる発熱物体の位置検出装置に関するものである。

従来の発熱物体の位置検出装置としては、図２に示すようなものがあった。図示の位置検出装置は、発熱物体Ａが発する赤外線を集光する集光レンズ１０１と、集光レンズ１０１を経た赤外線を検出する赤外線センサ１０２と、赤外線センサ１０２の検出信号を増幅するアンプ１０３及び信号処理装置１０４を備えている。赤外線センサ１０２は、例えば多数の画素を有する赤外線画像センサである。そして、位置検出装置は、赤外線センサ１０２からの検出信号を信号処理装置１０４で処理して赤外線画像を作成し、その画像（画面）内で発熱物体Ａの位置を検出する。
『センサデバイスハンドブック』株式会社情報調査会、１９８３年１１月１５日、ｐ．９７〜１００

しかしながら、上記したような従来の発熱物体の位置検出装置にあっては、画像内における発熱物体の位置（方向）を検出することはできるが、発熱物体までの距離を検出することができないと共に、背景の熱分布の影響によっては発熱物体の正確な検出が困難になるという問題点があり、このような問題点を解決することが課題であった。

なお、目標までの距離を検出するものとしては、例えばレーザレンジファインダを挙げることができる。そして、上記の位置検出装置とレーザレンジファインダの両方を用いれば、発熱物体の位置検出を精度良く行うことが可能になる。しかし、従来技術として双方を組合わせたものはなく、単に双方を用いるだけでは装置全体が複雑で大型化するなどの問題点がある。

本発明は、上記従来の状況に鑑みて成されたもので、発熱物体の位置検出の高精度化を実現することができるうえに、装置全体の簡略化及び小型化を図ることができる発熱物体の位置検出装置を提供することを目的としている。

本発明は、発熱物体の位置を検出する装置であって、請求項１として、発熱物体の位置を検出する装置であって、可視光線であるレーザ光を送信する光送信部と、発熱物体が発する赤外線及び発熱物体で反射した反射光を集光する集光レンズと、集光レンズを経た赤外線及び反射光を二方向に分光する分光手段と、分光手段を経た赤外線を検出する赤外線センサと、分光手段を経た反射光を検出する光受信部と、赤外線センサ及び光受信部からのデータに基づいて発熱物体までの距離を測定する信号処理手段を備え、光送信部が、集光レンズの直径よりも小さい直径を有し且つレーザダイオードから光ファイバを通して送信されてきたレーザ光を送信する送光レンズであると共に、分光手段が、赤外線を透過させ且つ反射光を反射するハーフミラーであって、前記送光レンズ、集光レンズ、ハーフミラー及び赤外線センサの順で、これらを同軸上に配置した構成とし、上記構成をもって従来の課題を解決するための手段としている。

また、本発明の発熱物体の位置検出装置は、請求項２として、送光レンズからのレーザ光を少なくとも一軸回りに走査するスキャナを備え、スキャナが、発熱物体からの赤外線及び反射光を集光レンズに向けて反射させる反射体を兼ねていると共に、送光レンズ、集光レンズ、ハーフミラー及び赤外線センサと同軸状に配置してあることを特徴としている。

本発明の請求項１に係わる発熱物体の位置検出装置によれば、赤外線及び反射光の両方を集光する集光レンズを用いて、赤外線の受光系と可視光線であるレーザ光の送受信系とを組合わせたことにより、赤外線画像内において、発熱物体の位置すなわち方向と距離を高精度に検出することができ、この際、背景の熱分布の影響を受けることなく人物等の発熱物体の位置を高精度に検出することができる。また、光送信部が、集光レンズの直径よりも小さい直径を有し且つレーザダイオードから光ファイバを通して送信されてきたレーザ光を送信する送光レンズであって、送光レンズ、集光レンズ、ハーフミラー及び赤外線センサを同軸上に配置したことにより、上記の高精度検出に加えて、構造のさらなる簡略化を実現することができ、より一層の小型軽量化や低コスト化を実現することができるほか、発熱物体の温度測定も行うことが可能である。

本発明の請求項２に係わる発熱物体の位置検出装置によれば、スキャナでレーザ光を一軸回りに走査すれば発熱物体を二次元的に捕捉することができ、同スキャナでレーザ光を直交する二軸回りに走査すれば発熱物体を三次元的に捕捉することができることとなり、これに伴って発熱物体の位置検出精度をより一層高めることができる。また、スキャナが集光レンズに対する反射体を兼ねると共に、送光レンズ、集光レンズ、ハーフミラー及び赤外線センサと同軸状に配置したことから、構造のさらなる簡略化を実現することができ、さらには、スキャナを介して赤外線を受光することから、単一の赤外線検出素子を赤外線センサとして用いて赤外線画像を作成することが可能となり、構造のさらなる簡略化を図ることができる。

図１は、本発明に係わる発熱物体の位置検出装置の一実施例を説明する図である。
図示の位置検出装置は、例えば円筒状のケース１内に、可視光線であるレーザ光ＬＴを送信する光送信部２と、発熱物体Ａが発する赤外線ＩＲ及び発熱物体Ａで反射した反射レーザ光（反射光）ＬＲを集光する集光レンズ３と、集光レンズ３を経た赤外線ＩＲ及び反射レーザ光ＬＲを二方向に分光する分光手段４と、分光手段４を経た赤外線ＩＲを検出する赤外線センサ５と、分光手段４を経た反射レーザ光ＬＲを検出する光受信部６を備えている。

また、位置検出装置は、赤外線センサ５及び光受信部６からのデータに基づいて発熱物体Ａまでの距離などを測定する信号処理手段７と、光送信部２からのレーザ光ＬＴを少なくとも一軸回りに走査するスキャナ８を備え、スキャナ８、光送信部２、集光レンズ３、分光手段４及び赤外線センサ５の順で、これらを同軸上に配置した構成になっている。

光送信部２は、集光レンズ３の直径よりも充分に小さい直径を有する送光レンズであって、レーザダイオード９から光ファイバ１０を通して送信されてきたパルス列状のレーザ光ＬＴをスキャナ８に受けて送信する。

集光レンズ３は、赤外線ＩＲ及び反射レーザ光ＬＲの両方の波長を通すものであれば良く、例えばフッ化バリウム（ＢａＦ_２）から成るものを用いることができる。

分光手段４は、ケース１の中心軸に対して傾斜状態に設けたハーフミラーであって、より具体的にはコールドミラーが用いられる。このコールドミラーは、赤外線センサ５に向けて長波長（８〜１２μｍ程度）の赤外線ＩＲを通過させると共に、光受信部６に向けて短波長（０．９μｍ程度）の反射レーザ光ＬＲを反射させる。

赤外線センサ５は、単一の赤外線検出素子から成る従来既知のセンサである。この赤外線センサ５で検出した信号は、アンプ１１を介して信号処理手段７に入力する。

光受信部６は、例えばフォトダイオードである。この光受信部６で検出した信号は、アンプ１２を介して信号処理手段７に入力する。

信号処理手段７は、中央処理装置（ＣＰＵ）７Ａと、レーザダイオード９に対するレーザ駆動発振器７Ｂと、赤外線センサ５及び光受信部６からのアナログ信号をデジタル信号に変換して中央処理装置７Ａに入力するコンバータ７Ｃを備えている。レーザ駆動発振器７Ｂは、距離測定の際に使用する基準信号すなわちレーザレンジファインダにおいて周知の参照光に相当する基準信号をコンバータ７Ｃに出力する。

スキャナ８は、図示しない駆動装置により駆動される反射鏡であって、回動に伴ってレーザ光ＬＴを走査するほかに、発熱物体Ａからの赤外線ＩＲ及び反射レーザ光ＬＲを集光レンズに向けて反射させる反射体を兼ねている。このスキャナ８は、第１回動軸１３を中心にして首振り動作を行うと共に、第１回動軸１３に直交する第２回動軸（図示せず）を中心にしてチルト動作を行うようになっており、これらの動作によって所定の面内にレーザ光ＬＴを走査する。なお、先の信号処理手段７では、スキャナ８の回動角度（首振り角度及びチルト角度）も入力するようにし、スキャナ８の回動による走査範囲と赤外線画像とが一致するように画像作成を行う。

上記構成を備えた発熱物体の位置検出装置は、光送信部２から送信したパルス列状のレーザ光ＬＴをスキャナ８により所定範囲に走査すると共に、発熱物体Ａが発する赤外線ＩＲ及び発熱物体Ａで反射した反射レーザ光ＬＲをスキャナ８で反射させて集光レンズ３で集光する。

そして、分光手段４を通過した赤外線ＩＲを赤外線センサ５で検出し、その信号を信号処理手段７に入力する。このとき、当該位置検出装置では、回動するスキャナ８を介して赤外線ＩＲを受光しているので、信号処理手段７において、単一の赤外線検出素子から成る赤外線センサ５からの信号とスキャナ８の回動角度のデータに基づいて、所定の赤外線画像を作成することができる。

一方、分光手段４で反射した反射レーザ光ＬＲは、光受信部６で検出され、その信号が信号処理手段７に入力される。信号処理手段７では、レーザ光ＬＴの送信時に発生する基準信号と反射レーザ光ＬＲの検出信号との時間的なずれ、及び光速に基づいて発熱物体Ａまでの距離を測定する。

このようにして、位置検出装置は、赤外線画像内において、発熱物体Ａを三次元的に捕捉して、発熱物体Ａの位置すなわち方向と距離を高精度に検出することができる。したがって、例えば一画像内に複数の発熱物体Ａを捕捉した場合でも、各発熱物体Ａまでの距離を測定してこれらの位置関係を判断することができ、なお且つ背景の熱分布の影響を受けることなく人物等の発熱物体Ａの位置を高精度に検出し得るものとなる。また、位置検出装置は、上記の位置検出に加えて、発熱物体Ａの温度を測定することもできる。

さらに、位置検出装置は、赤外線ＩＲ及び反射レーザ光ＬＲの両方を集光する集光レンズ３を用いて、赤外線ＩＲの受光系とレーザ光ＬＴ，ＬＲの送受信系とを組合わせたことから、装置全体の構造を簡略化し得るものとなり、これに伴って小型軽量化や低コスト化も実現できる。

そして、上記実施例で説明したように、スキャナ８、光送信部２、集光レンズ３、分光手段４及び赤外線センサ５を同軸上に配置したこと、スキャナ８を反射鏡にしたこと、スキャナ８がレーザ光ＬＴの走査と集光レンズ３への反射体とを兼用する構成にしたことなどにより、構造のさらなる簡略化を実現することができる。

なお、本発明に係わる発熱物体の位置検出装置は、その具体的構成が上記実施例のみに限定されることはなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で構成を適宜変更することが可能であって、例えば、赤外線及び反射レーザ光の受信系に対してレーザ光の送信系を別に設けたり、スキャナにポリゴンミラーを用いたりすることが可能である。

また、上記実施例のように可視光線としてレーザ光を用いれば、発熱物体の位置が遠くても正確な検出を行うことが可能であるが、発熱物体の位置が比較的近い場合には、レーザ光以外の可視光線を用いても上記実施例と同様の作用及び効果を得ることができ、この場合には、レーザ駆動発振器７Ｂを省略すると共に、レーザダイオード９に代えて発光ダイオード（ＬＥＤ）を用いることができる。

本発明に係わる発熱物体の位置検出装置の一実施例を示す説明図である。従来の発熱物体の位置検出装置を示す説明図である。

符号の説明

Ａ発熱物体
ＩＲ赤外線
ＬＲ反射レーザ光（反射光）
ＬＴレーザ光（可視光線）
２光送信部
３集光レンズ
４分光手段（ハーフミラー）
５赤外線センサ
６光受信部
７信号処理手段
８スキャナ

Claims

発熱物体の位置を検出する装置であって、可視光線であるレーザ光を送信する光送信部と、発熱物体が発する赤外線及び発熱物体で反射した反射光を集光する集光レンズと、集光レンズを経た赤外線及び反射光を二方向に分光する分光手段と、分光手段を経た赤外線を検出する赤外線センサと、分光手段を経た反射光を検出する光受信部と、赤外線センサ及び光受信部からのデータに基づいて発熱物体までの距離を測定する信号処理手段を備え、
光送信部が、集光レンズの直径よりも小さい直径を有し且つレーザダイオードから光ファイバを通して送信されてきたレーザ光を送信する送光レンズであると共に、分光手段が、赤外線を透過させ且つ反射光を反射するハーフミラーであって、送光レンズ、集光レンズ、ハーフミラー及び赤外線センサの順で、これらを同軸上に配置したことを特徴とする発熱物体の位置検出装置。
送光レンズからのレーザ光を少なくとも一軸回りに走査するスキャナを備え、
スキャナが、発熱物体からの赤外線及び反射光を集光レンズに向けて反射させる反射体を兼ねていると共に、送光レンズ、集光レンズ、ハーフミラー及び赤外線センサと同軸状に配置してあることを特徴とする請求項１に記載の発熱物体の位置検出装置。