JP6155386B1 - レーザースキャンセンサ - Google Patents

Abstract

レーザースキャンセンサ（１００）は、仮想的な立方体に内接する形状であって、この立方体において互いに直交する３平面の交点方向に設けられた配線孔（１２２）と、前記各平面に内接する位置にそれぞれ設けられた取付用部位（１２３ａ〜１２３ｃ）とを有するとともに、レーザー距離計（１１１）と、このレーザー距離計（１１１）による測定方向を変える走査機構（１１２）とを内蔵して、測定方向毎の距離情報を得るヘッド部（１１０）と、設置面に取り付けられるベース部（１４０）と、前記ヘッド部（１１０）の前記取付用部位（１２３ａ〜１２３ｃ）のいずれかと前記ベース部（１４０）とを連結する連結部（１３０）とを備える。

Description

本発明は、例えば、建物の敷地内への侵入者などを検知するレーザースキャンセンサに関し、特に、天井面や壁面のいずれにも設置可能であって、検知エリア設定などの自由度が高いレーザースキャンセンサに関する。

従来、建物の敷地内への侵入者などを検知するレーザースキャンセンサが提案されている（例えば特許文献１参照）。

この特許文献１に開示されたレーザースキャンセンサ１００では、筐体１０１に対する検知エリアＡ１００の形成方向が固定されている。そのため、検知エリアＡ１００の形成方向を変更するには、筐体１０１自体の設置場所や方向を何らかの方法（例えば、専用取り付け部材の使用など）で変更する必要があった。

ただし、レーザースキャンセンサでは、精密な距離測定を行う前提として、設置面に堅固に固定する必要があり、例えば、フレキシブルアームのようなもので支持する方法は不適切である。

一方、レーザースキャンセンサではないが、天井面や壁面に固定可能であって、検出領域の範囲を選択的に調整するためにセンサユニットをスライドさせられる熱線式検出器も提案されている（例えば特許文献２参照）。

特開２０１１−０２２０８０号公報 登録実用新案第２５３１５９８号公報

しかしながら、レーザースキャンセンサでは、安全性確保などの必要性から、検知エリア調整のためであってもレーザー光の照射時は本体のカバーなどを外せない。そのため、本体は原則として分解できない構造にしなければならず、特許文献２のような構成は採用できない。

従来技術のこのような課題に鑑み、本発明の目的は、天井面や壁面のいずれにも堅固に設置可能であって、検知エリア設定などの自由度が高いレーザースキャンセンサを提供することである。

上記目的を達成するため、本発明のレーザースキャンセンサは、仮想的な立方体に内接する形状であって、この立方体において互いに直交する３平面の交点方向に設けられた配線孔と、前記３平面における各平面に内接する位置にそれぞれ設けられた取付用部位とを有するとともに、レーザー距離計と、このレーザー距離計による測定方向を変える走査機構とを内蔵して、測定方向毎の距離情報を得るヘッド部と、設置面に取り付けられるベース部と、前記ヘッド部の前記取付用部位のいずれかと前記ベース部とを連結する連結部とを備えることを特徴とする。

ここで、前記各取付用部位は、前記配線孔に対する相対的な位置関係が共通となるように配置されていることが好ましい。前記配線孔は、例えば、前記立方体から前記交点を頂点とする正三角錐形状を切り落とした正三角形面の中央に配置されてもよい。

このような構成のレーザースキャンセンサによれば、天井面や壁面のいずれにも堅固に設置可能であり、様々な設置パターンを実現できるので検知エリア設定の自由度が極めて高い。

本発明のレーザースキャンセンサにおいて、前記連結部は、その内周面に球面の一部を切り取った環状の被嵌合部位を有し、前記ベース部は、前記被嵌合部位に嵌合する形状の嵌合部位を有し、前記被嵌合部位と前記嵌合部位とは、弾性部材を介在させて嵌合されていてもよい。

このような構成のレーザースキャンセンサによれば、検知エリアの微調整が可能になるとともに、防水性も備えているので屋外でも利用可能となる。

本発明のレーザースキャンセンサにおいて、前記各取付用部位を第１取付用部位、第２取付用部位および第３取付用部位とすると、 前記ヘッド部は、前記第１取付用部位と前記第２取付用部位とを結んだ線を挟んで前記第３取付用部位と対称位置に設けられた第４取付用部位を有し、前記配線孔の方向は、前記第１取付用部位および前記第２取付用部位に対して前記第３取付用部位側または前記第４取付用部位側を選択可能であってもよい。

このような構成のレーザースキャンセンサによれば、実現可能な設置パターンを増やせるので、検知エリア設定の自由度がさらに高まる。

本発明のレーザースキャンセンサによれば、天井面や壁面のいずれにも堅固に設置可能であり、様々な設置パターンを実現できるので検知エリア設定の自由度が極めて高い。

（ａ）は本発明の一実施形態に係るレーザースキャンセンサ１００を天井面に取り付ける場合の外観図であり、（ｂ）はレーザースキャンセンサ１００を壁面に取り付ける場合の外観図である。 レーザースキャンセンサ１００の電気的な概略構成を示すブロック図である。 レーザースキャンセンサ１００によって形成される検知エリアＡ１００を示す概略図である。 レーザースキャンセンサ１００のヘッド部１１０の構造的特徴を示す、レーザーウィンドウ１２１の反対側から見た概略斜視図である。 （ａ）〜（ｃ）はヘッド部１１０と連結部１３０との３通りの連結形態をそれぞれ示す概略斜視図である。 レーザースキャンセンサ１００の分解図である。 レーザースキャンセンサ１００の様々な設置パターンを示す一覧表である。 （ａ）〜（ｅ）は工場出荷状態でもあるパターンＡからパターンＢまたはパターンＣに組み換える手順を示す説明図である。 （ａ）〜（ｄ）はパターンＤに組み換える手順を示す説明図である。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を説明する。

＜全体の概略構成＞
図１（ａ）は本発明の一実施形態に係るレーザースキャンセンサ１００を天井面に取り付ける場合の外観図であり、図１（ｂ）はレーザースキャンセンサ１００を壁面に取り付ける場合の外観図である。

図１（ａ）および図１（ｂ）に示すように、レーザースキャンセンサ１００は丸みを帯びた形状の筐体１２０と、この筐体１２０に設けられたレーザーウィンドウ１２１とを有するヘッド部１１０と、天井面または壁面などの設置面に取り付けられるベース部１４０と、ヘッド部１１０とベース部１４０とを連結する連結部１３０とを備えている。

このレーザースキャンセンサ１００は、例えば、図１（ａ）に示すように天井面に取り付けて、その下方に検知エリアＡ１００（図３を参照して後述）を形成することができる。または、図１（ｂ）に示すように壁面に取り付けて、その壁面に沿って検知エリアＡ１００を形成することもできる。なお、レーザースキャンセンサ１００の構造的特徴や連結部１３０についての詳細は、図４以降を参照して後述する。

図２はレーザースキャンセンサ１００の電気的な概略構成を示すブロック図である。図３はこのレーザースキャンセンサ１００によって形成される検知エリアＡ１００を示す概略図である。なお、図３では隣接する距離測定方向の間隔を実際の間隔よりも遙かに広く描画してあるが、説明の便宜のためである。

図２に示すように、レーザースキャンセンサ１００は、レーザー距離計１１１と、スキャン機構１１２と、距離データ取得部１１３と、人体判定部１１４と、警告出力制御部１１５とを備えており、これらをヘッド部１１０に内蔵している。

レーザー距離計１１１は、パルスレーザー光を出射し、その方向に存在する物体からの反射光が戻ってくるまでの微小な時間を精密に測定することによって、その物体までの距離を正確に測定する。レーザー距離計１１１におけるレーザー光の発光素子としては、例えば半導体レーザーダイオード（ＬＤ）などが挙げられる。受光素子としては、例えばアバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）などが挙げられる。発光素子の駆動制御や反射光が戻ってくるまでの時間測定などには専用のハードウェア回路などを設けることが望ましい。レーザー距離計の一般的な特徴としては、かなりの長距離まで精密な距離測定が可能であり、例えば、最大で数十ｍ、場合によってはそれより遙かに長距離であっても測定可能であるが、上限として最大検知距離を設定してもよい。

スキャン機構１１２は、不図示のモータなどを内蔵することで回転可能としてあり、レーザー距離計１１１による距離の測定方向（角度）を変えられるようにレーザー距離計１１１の少なくとも一部と機械的に連結されている。例えば、レーザー距離計１１１のうちで光学系の部分のみを回転させるような構成が考えられるが、レーザー距離計１１１全体を回転させるような構成でもよいし、それ以外の構成でもかまわない。そして、スキャン機構１１２が一定速度で所定方向に回転することにより、それに連動してレーザー距離計１１１による距離の測定方向が変化する。

距離データ取得部１１３は、スキャン機構１１２によって測定方向を変えながらレーザー距離計１１１による測定を周期的に繰り返すことによって、図３に示すような検知エリアＡ１００を形成するとともにその検知エリアＡ１００内における所定角度間隔の方向毎の距離データを所定時間毎に時系列で取得する。

人体判定部１１４は、まず、距離データ取得部１１３によって取得された距離データを解析して、その中から人体形状に対応すると推測される部分を抽出する。

距離データは距離データ取得部１１３によって時系列で取得されているので、次に、距離データ中に人体である可能性があると判断された部分が、それ以降の距離データではどのように変化しているか、移動状況を把握する。また、移動の軌跡が著しく不連続であるときなども同様に人体ではない可能性が高いと判断できる。さらに、移動方向なども考慮することにより、警戒すべき侵入者であるのか、単に検知エリアＡ１００の境界付近を歩行している通行人なのかなどの判別を行うこともできる。そして、以上の判断などを総合して、警戒すべき人体が存在しているか否かを判断する。

警告出力制御部１１５は、人体判定部１１４によって人体が存在していると判断された場合に警告信号Ｄｏｕｔ１を出力する。

なお、距離データ取得部１１３、人体判定部１１４、および警告出力制御部１１５などは、例えば、機器組み込み用のワンチップマイコンやＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）などとそのソフトウェア処理によって構成することが好ましい。上述した各判別処理などは、パターンマッチングなどの手法によって実現できるので、比較的コストの安いワンチップマイコンを採用することもでき、レーザースキャンセンサ１００全体としてのコストダウンに貢献することができる。ただし、必ずしもワンチップマイコンを使用しなくてもよい。

＜各部の特徴的な構成＞
図４はレーザースキャンセンサ１００のヘッド部１１０の構造的特徴を示す、レーザーウィンドウ１２１の反対側から見た概略斜視図である。図５（ａ）〜（ｃ）はヘッド部１１０と連結部１３０との３通りの連結形態をそれぞれ示す概略斜視図である。なお、これらの図では、ヘッド部１１０の表面を覆う側面カバーなどは外してある。

図４に示すように、レーザースキャンセンサ１００のヘッド部１１０は全体として、仮想的な立方体Ｃに内接する形状を有している。

ヘッド部１１０には、立方体Ｃにおいて互いに直交する３平面Ｐａ、Ｐｂ、Ｐｃの交点方向に、ヘッド部１１０内部からの配線を引き出す配線孔１２２が設けられている。より具体的には、立方体Ｃの角（３平面Ｐａ、Ｐｂ、Ｐｃの交点）から正三角錐形状を切り落とした平面Ｐｔ（正三角形）の中央に配線孔１２２が配置されている。

ヘッド部１１０にはさらに、３平面Ｐａ、Ｐｂ、Ｐｃと内接する位置に、連結部１３０を取り付けるための取付用部位１２３ａ〜１２３ｃがそれぞれ設けられている。ここで、取付用部位１２３ａ〜１２３ｃは、配線孔１２２に対する相対的な位置関係が共通となるように配置されている。取付用部位１２３ａ〜１２３ｃとしては、例えば、図４に示した１つのビス穴が挙げられるが、ビス穴は２つ以上であってもよいし、ビス穴以外の取り付け用の構造でも構わない。

図５（ａ）〜（ｃ）に示すように、ヘッド部１１０の取付用部位１２３ａ〜１２３ｃのいずれかに、連結部１３０が取り付けられる。上述したように、取付用部位１２３ａ〜１２３ｃは、配線孔１２２に対する相対的な位置関係が共通となるように配置されているので、連結部１３０を取付用部位１２３ａ〜１２３ｃのいずれにも取り付けることができる。なお、連結部１３０は、その内周面に球面の一部を切り取った環状の被嵌合部位１３３を有しており、その外周面もほぼ同様の形状である。

例えば、図５（ａ）に示すように、連結部１３０の中央部位１３１を取付用部位１２３ａにビスで固定する。または、図５（ｂ）に示すように、中央部位１３１を取付用部位１２３ｂにビスで固定してもよいし、図５（ｃ）に示すように、中央部位１３１を取付用部位１２３ｃにビスで固定してもよい。

いずれの場合にも、連結部１３０の内側の一部に設けられた開口１３２をヘッド部１１０の配線孔１２２側に向けておく。これにより、配線孔１２２から引き出された配線を全く同じように開口１３２に通すことができる。

図６はレーザースキャンセンサ１００の分解図である。なお、この図でも、ヘッド部１１０の表面を覆う側面カバーなどは外してある。

図６に示すように、レーザースキャンセンサ１００のベース部１４０は、設置面に実際に取り付けられるベース１４１と、このベース１４１と連結部１３０との間に挿入されるゴム環１４２と、連結部１３０をベース部１４０に圧迫して固定するベースカバー１４３とを備えている。

ベース１４１は、設置面とは反対側（ヘッド部１１０を連結する側）に、連結部１３０の被嵌合部位１３３に嵌合する形状の嵌合部位１４１ａを有している。

ゴム環１４２は、ベース１４１の嵌合部位１４１ａおよび連結部１３０の被嵌合部位１３３に密着可能な大きさ・形状である。このゴム環１４２は、耐水性を有する弾性部材であればよく、必ずしもゴム製に限らない。

これにより、ゴム環１４２を介在させてベース１４１の嵌合部位１４１ａと連結部１３０の被嵌合部位１３３とを嵌合させると、ゴム環１４２が滑り止めおよび防水の機能を果たすとともに、検知エリアＡ１００の方向などの微調整のための摺動も可能となる。

レーザースキャンセンサ１００を設置するには、まず、ベース１４１を天井面または壁面などの設置面に固定する。ベース１４１は、設置面に直接固定してもよいが、例えば、先に設置用金具などをビスなどで設置面にしっかりと固定してから、その設置用金具とベース１４１を結合するようにしてもよい。

一方、ヘッド部１１０の取付用部位１２３ａ〜１２３ｃのいずれかに連結部１３０の中央部位１３１をビスで固定しておく。

次に、ゴム環１４２を介在させて連結部１３０の内周面をベース１４１に嵌合させてから、ベースカバー１４３を被せて、ネジなどでしっかりと固定する。必要であれば、ネジなどを少し緩めた状態でヘッド部１１０を少しずつ動かしたりして検知エリアＡ１００の方向などの微調整を行った後で、しっかりと固定してもよい。

＜様々な設置パターン＞
図７はレーザースキャンセンサ１００の様々な設置パターンを示す一覧表である。なお、この一覧表中の直方体は設置する空間（部屋など）を、黒丸はレーザースキャンセンサ１００を、網掛け領域は検知エリアＡ１００をそれぞれ模式的に示している。また、図８（ａ）〜（ｅ）は、工場出荷状態でもあるパターンＡからパターンＢまたはパターンＣに組み換える手順を示す説明図である。図９（ａ）〜（ｄ）は、パターンＤに組み換える手順を示す説明図である。なお、図８（ａ）〜（ｅ）および図９（ａ）〜（ｄ）では、ヘッド部１１０の表面を覆う側面カバーなどは外してあり、ベース部１４０は図示を省略している。

図７に示すように、レーザースキャンセンサ１００は、ヘッド部１１０の取付用部位１２３ａ〜１２３ｃのいずれに連結部１３０を取り付けるかによって、３種類の設置パターンが実現できる。さらに、図９（ａ）〜（ｄ）を参照して後述する構成によって、もう１種類の設置パターンが実現できる。
例えば、工場出荷状態ではヘッド部１１０の取付用部位１２３ａに連結部１３０が取り付けられているとすると（パターンＡ）、レーザースキャンセンサ１００を天井面に設置することで、天井面に沿った方向から垂直下方にわたって検知エリアＡ１００を形成できる。一方、壁面に設置すれば、その高さで水平に検知エリアＡ１００を形成できる。

また、レーザースキャンセンサ１００を壁面に設置して正面方向から垂直下方にわたって検知エリアＡ１００を形成するには、連結部１３０をヘッド部１１０の取付用部位１２３ｂに付け替える必要がある（パターンＢ）。

工場出荷状態では、図８（ａ）および図８（ｂ）に示すように、ヘッド部１１０の取付用部位１２３ａに連結部１３０が取り付けられているので、まず、図８（ｃ）に示すように、連結部１３０を取り外す。次に、図８（ｄ）に示すように、コネクタ１５１とヘッド部１１０とを接続する配線１５０に注意しながら、連結部１３０を取付用部位１２３ｂに取り付ければよい。

一方、レーザースキャンセンサ１００を天井面に設置して天井面に沿って水平に検知エリアＡ１００を形成するか、または、壁面に設置して壁面に沿った左側下方に検知エリアＡ１００を形成するには、連結部１３０をヘッド部１１０の取付用部位１２３ｃに付け替える必要がある（パターンＣ）。

そのためには、連結部１３０を取り外した図８（ｃ）の状態から、図８（ｅ）に示すように、連結部１３０を取付用部位１２３ｃに取り付ければよい。

しかしながら、これまで説明したヘッド部１１０の構成だけでは、壁面に設置して壁面に沿った右側下方に検知エリアＡ１００を形成することができない（パターンＤ）。

そこで、ヘッド部１１０の表面において、取付用部位１２３ａと取付用部位１２３ｂとを結んだ線を挟んで取付用部位１２３ｃと対称位置（図９（ａ）に示した取付用部位１２３ｃとは反対側）にもう一つの取付用部位を設ければよい。

この取付用部位に連結部１３０を取り付ける場合、配線１５０に無理な力などがかからないように、配線孔１２２の方向も変えることが好ましい。それには、例えば、図９（ｂ）および図９（ｃ）に示すように、ヘッド部１１０に左右反転して取り付け可能な配線カバー１２４に配線孔１２２を設ければよい。

パターンＡ〜パターンＣでは、図９（ｂ）に示すように、配線孔１２２が取付用部位１２３ｃ側となるように配線カバー１２４が取り付けられているので、パターンＤとするには、配線カバー１２４を２ヶ所で固定しているビスを一旦外し、図９（ｃ）に示すように配線カバー１２４を左右反転させてから、改めてビスで固定する。

これにより、図９（ｄ）に示すように、取付用部位１２３ｃとは反対側の取付用部位に連結部１３０を取り付けることができる。

以上で説明した本実施形態の構成によれば、天井面や壁面のいずれにも堅固に設置可能であり、少なくとも合計６通りの設置パターンを実現できるので検知エリア設定の自由度が極めて高い。防水性も兼ね備えているので、屋内だけでなく屋外でも利用可能である。

なお、本発明は、その主旨または主要な特徴から逸脱することなく、他のいろいろな形で実施することができる。そのため、上述の実施形態はあらゆる点で単なる例示にすぎず、限定的に解釈してはならない。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示すものであって、明細書本文にはなんら拘束されない。さらに、特許請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、全て本発明の範囲内のものである。

本発明は、建物の敷地内への侵入者などを検知するレーザースキャンセンサに好適であるが、これに限らず、検知エリアの形成方向が制約されている他の防犯センサなどにも適用可能である。

１００ レーザースキャンセンサ
Ａ１００ 検知エリア
１１０ ヘッド部
１１１ レーザー距離計
１１２ スキャン機構
１１３ 距離データ取得部
１１４ 人体判定部
１１５ 警告出力制御部
１２０ 筐体
１２１ レーザーウィンドウ
１２２ 配線孔
１２３ａ 取付用部位
１２３ｂ 取付用部位
１２３ｃ 取付用部位
１３０ 連結部
１３１ 中央部位
１３２ 開口
１３３ 被嵌合部位
１４０ ベース部
１４１ ベース
１４１ａ 嵌合部位
１４２ ゴム環
１４３ ベースカバー
１５０ 配線
１５１ コネクタ

Claims (5)

1. 仮想的な立方体に内接する形状であって、この立方体において互いに直交する３平面の交点方向に設けられた配線孔と、前記３平面における各平面に内接する位置にそれぞれ設けられた取付用部位とを有するとともに、レーザー距離計と、このレーザー距離計による測定方向を変える走査機構とを内蔵して、測定方向毎の距離情報を得るヘッド部と、
   設置面に取り付けられるベース部と、
   前記ヘッド部の前記取付用部位のいずれかと前記ベース部とを連結する連結部と
   を備えることを特徴とするレーザースキャンセンサ。
2. 請求項１に記載のレーザースキャンセンサにおいて、
   前記各取付用部位は、前記配線孔に対する相対的な位置関係が共通となるように配置されていることを特徴とするレーザースキャンセンサ。
3. 請求項１または２に記載のレーザースキャンセンサにおいて、
   前記配線孔は、前記立方体から前記交点を頂点とする正三角錐形状を切り落とした正三角形面の中央に配置されていることを特徴とするレーザースキャンセンサ。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載のレーザースキャンセンサにおいて、
   前記連結部は、その内周面に球面の一部を切り取った環状の被嵌合部位を有し、
   前記ベース部は、前記被嵌合部位に嵌合する形状の嵌合部位を有し、
   前記被嵌合部位と前記嵌合部位とは、弾性部材を介在させて嵌合されていることを特徴とするレーザースキャンセンサ。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載のレーザースキャンセンサにおいて、
   前記各取付用部位を第１取付用部位、第２取付用部位および第３取付用部位とすると、
   前記ヘッド部は、前記第１取付用部位と前記第２取付用部位とを結んだ線を挟んで前記第３取付用部位と対称位置に設けられた第４取付用部位を有し、
   前記配線孔の方向は、前記第１取付用部位および前記第２取付用部位に対して前記第３取付用部位側または前記第４取付用部位側を選択可能であることを特徴とするレーザースキャンセンサ。

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