JP6255161B2 - ソーラーバッテリーユニット駆動式の物体検出システム - Google Patents

Description

本発明は、送信部と受信部とを有する検出ユニットをソーラーバッテリーユニットで駆動して、送信部から送信する検知線を受信部で常に受信し、この検知線を物体が遮断したとき物体を検出する、ソーラーバッテリーユニット駆動式の物体検出システムに関する。

従来から、投光部のような送信部と受光部のような受信部とを検出領域を挟んで相対向させて配置した検出ユニットを有し、投光部から投光する赤外線（ＩＲ）のような検知線を受光部で常に受光し、この赤外線を検出領域内で物体が遮断したとき物体を検出する、物体検出システムが知られている。この物体検出システムは、例えば物体を検出して警報を発する防犯用センサに使用される。

近年、低消費電力化や配線工事の手間を少なくするなどのため、検出ユニットへ電池から電源を供給する電池駆動式の物体検出システムが多くなっている。この電源ユニットとして、例えば太陽光を利用したソーラーパネルとその電力を蓄電する二次電池とを有するソーラーバッテリーユニットを使用したものが挙げられる（例えば、特許文献１）。

特開平９−１６１１５７号公報

しかし、従来のソーラーバッテリーユニット駆動式の物体検出システムでは、検出距離を長くしようとすると、検知線の強度の増加による消費電力の増加に伴って、大容量の電池が必要となり、組み合わせるソーラーパネルが大型化してしまう。この場合、システムが大型化するとともに、高コスト化する。その一方、ソーラーパネルを小型化すると、十分な電池容量が確保できず、消費電力も小さいものとなるので、検出距離が短くなって長距離検出が困難となる。

本発明は、前記の問題点を解決して、電池容量およびソーラーパネルの発電容量の小型を維持しながら、長距離検出を実現できるソーラーバッテリーユニット駆動式の物体検出システムを提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、本発明の一構成にかかるソーラーバッテリーユニット駆動式の物体検出システムは、検出領域へ検知線を送信する送信部、および送信部から送信された検知線を受信し、前記検出領域における物体の検知線遮断により物体を検出する受信部を有する検出ユニットと、前記検出ユニットに給電する電源ユニットとを備えている。受信部は検知線の受信レベルを送信部へ送信する送信機と、受信レベルが予め定めた規定値となるように、送信検知線の強度を制御する要求信号を送信部へ送信する要求信号出力部とを有し、送信部は、前記要求信号を受けて、前記受信レベルが規定値となるように、送信検知線の強度を制御する検知線強度制御手段を有し、前記電源ユニットは、ソーラーパネルとその電力を蓄電する充電媒体とを有するソーラーバッテリーユニットである。

この構成によれば、送信部は、受信レベルが規定値となるように、受信部から送信検知線の強度を制御する要求信号を受けたときに、送信検知線の強度を制御するので、例えば一時的な霧や雨等の悪環境状態では送信検知線の強度が減衰して受信レベルが低下するため、その分強度を高く制御し、大部分の時間の通常環境状態では、送信検知線の強度が減衰しないため、送信検知線の強度を低くできるから、全体として電源ユニットの消費電力を低くできる。また、電源ユニットがソーラーパネルとその電力を蓄電する二次電池のような充電媒体とを有するソーラーバッテリーユニットであるので、上記消費電力の低減によってソーラーパネルを小型化して電池容量を小さくできるので、ソーラーバッテリーユニットの小型化を実現できる。これにより、電池容量およびソーラーパネルの発電容量の小型を維持しながら、長距離検出を実現できる。また、同一の距離検出であっても、小型のソーラーバッテリーユニットでの使用を実現できる。

本発明の他の構成にかかる防犯用センサは、前記したソーラーバッテリーユニット駆動式の物体検出システムを使用し、物体を検出したとき警報を発する。これにより、屋外での電源確保が容易となり、電池容量およびソーラーパネルの発電容量の小型を維持しながら、長距離検出（警戒）を実現できる。また、同一の距離検出であっても、小型のソーラーバッテリーユニットでの使用を実現できる。

本発明は、電源ユニットとしてソーラーバッテリーユニットを使用し、送信部は、受信レベルが規定値となるように受信部から送信検知線の強度を制御する要求信号を受けたときに、送信検知線の強度を制御するので、電源ユニットの消費電力を低減できるから、電池容量およびソーラーパネルの発電容量の小型を維持しながら、長距離検出を実現できる。

本発明の一実施形態に係るソーラーバッテリーユニット駆動式の物体検出システムを示す斜視図である。 同実施形態に係る同システムの回路構成を示すブロック図である。 同システムの電池であるソーラーバッテリーユニットを示す斜視図である。 ソーラーバッテリーユニットの一部破断した部分分解図である。 ソーラーバッテリーユニットを示す側面図である。

以下、本発明の実施形態を図面にしたがって説明する。図１は、本発明の一実施形態にかかるソーラーバッテリーユニット駆動式の物体検出システムを示す斜視図である。図１のように、この物体検出システムは、検出（警戒）領域Ｄへ赤外線ビームＩＲのような検知線を投光する投光部のような送信部１、および投光された赤外線ビームＩＲを受光し、検出領域Ｄにおける物体の赤外線遮断により物体を検出する受光部のような受信部２を有する検出ユニット３と、検出ユニット３に給電する電源ユニットであるソーラーバッテリーユニット３１とを備えている。この例では、検出ユニット３はＡＩＲ型（能動型）であり、この物体検出システムは、例えば屋外に設置されて、物体を検出したとき警報信号を出力する防犯用センサに使用される。

投光部１はポールＰや壁などの取付面に取り付けられるベース９と、このベース９を覆うカバー１０とを有し、受光部２も同様に、ベース１９と、このベース１９を覆うカバー２０とを有している。

図２に本実施形態に係るソーラーバッテリーユニット駆動式の物体検出システムのブロック図を示す。前記投光部１は、投光器１１が図示していない赤外線発光ダイオード等の投光素子と、投光する赤外線ビームＩＲを形成するための投光レンズまたは反射ミラーのような投光側光学系とを備えており、前記投光素子が、投光器駆動回路１２により所定周波数で発光駆動されて、パルス変調光からなる赤外線ビームＩＲを、投光器１１の前面を覆うカバー１０（図１）を通して投光する。この例では、投光器１１は例えば上下一対の投光素子および投光側光学系を有し、受光器２１は、上下一対の受光素子および受光側光学系を有する。

投光部１にはさらに、後述する受光レベル表示信号を無線信号ｒによって受信する受信機１３と、受光レベルが予め定めた規定値となるように、投光器駆動回路１２を制御して投光器１１からの投光赤外線の強度（投光パワー）を自動的に増減制御する赤外線（検知線）強度制御手段（赤外線強度制御回路）１５とが設けられている。赤外線強度制御手段１５は、手動による投光パワーの調整も可能になっている。図１のベース９には、投光器１１、投光器駆動回路１２、受信機１３および赤外線強度制御手段１５の回路要素が装着され、この回路要素がカバー１０により覆われている。

一方、図２の受光部２は、受光器２１が図示していない受光レンズまたは集光ミラーのような受光側光学系と、フォトダイオード等の受光素子とを備えており、前記受光素子が、受光器２１の前面を覆うカバー２０（図１）を通して入射した赤外線ビームＩＲを受光し、その受光量に応じた受光量信号Ａを出力する。

この受光量信号Ａは、増幅器２２で増幅されて検波器２３に入力され、迷光成分を除去したパルス変調光のレベルに応じた信号Ｂが出力される。他方、受光量信号Ａは、受光レベル・ノイズ検出回路２４に入力されて、信号が受光レベルかノイズかが検出されるとともに、受光レベルの信号が基準電圧設定回路２５に入力される。検波器２３からの出力信号Ｂは、基準電圧設定回路２５で設定される基準電圧Ｖｒｅｆと比較器２７により比較され、基準電圧Ｖｒｅｆよりも高いレベルの信号Ｂのみが判別回路２８に出力される。判別回路２８では、信号Ｂが予め設定された不法侵入者検知レベル以下であるか否かが判別され、前記検知レベル以下のとき検知信号Ｃが警報回路２９に出力され、警報回路２９から警報信号が出力されて、検出（警戒）領域Ｄ内に不法侵入者があることを報知する。

受光部２は、さらに、前記受光レベル・ノイズ検出回路２４で検出された受光レベルが予め定めた規定値となるように、投光赤外線の強度を制御する要求信号Ｍを送信機３０から投光部１へ送信する要求信号出力部２６を備えている。送信機３０は、この要求信号Ｍおよび受光レベルを無線信号ｒで受信器１３に送信する。投光部１は、受光部２から投光赤外線の強度を増加する要求信号Ｍを受信機１３に受信したときに、受光レベルが規定値となるように、前記赤外線強度制御手段１５により投光器駆動回路１２を駆動させて投光赤外線の強度を増加させる。

図１のベース１９には、受光器２１、増幅器２２、検波器２３、受光レベル・ノイズ検出回路２４、基準電圧設定回路２５、要求信号出力部２６、比較器２７、判別回路２８、警報回路２９および送信機３０の回路要素が装着され、この回路要素がカバー２０により覆われている。

ところで、物体検出システムでは、設置場所の環境条件が悪化しても、検出状態を保つための検知感度の感度余裕を設定している。前記赤外線強度制御手段１５は、この感度余裕を一定にするように、投光赤外線の強度を増減させる制御を行う。すなわち、霧や雨等の悪環境状態で、投光赤外線の減衰を考慮して、検出状態を保つことができるように、投光赤外線の強度を高く制御するのに対して、通常環境状態では投光赤外線の減衰がないので強度が低くても検出状態を保つことができる。そこで、本発明では、警戒時において、悪環境状態が通常一時的で短時間で終了するものであり、大部分の時間は通常環境状態であることに着目し、悪環境状態で受光部２の要求信号出力部２６から投光赤外線の強度を増加する要求信号を投光部１へ送信し、投光部１の赤外線強度制御回路１５により投光赤外線の強度を増加して一時的に高くし、その他の大部分の時間は通常環境状態で低く保持して、環境状態に応じて検知感度を最適化している。

なお、図２の強度手動操作部３４により、投光赤外線の強度を手動で操作することもできる。強度手動操作部３４は、検出距離に応じてＨ（高）、Ｍ（中）、Ｌ（低）のような３段階の強度が手動で設定されるようになっており、その要求信号が送信機３０から投光部１へ送信される。例えば検出距離が短いときにはＬ（低）の強度が手動で設定される。

前記検出ユニット３へ給電する電源ユニットには、例えばソーラーパネルとその電力を蓄電する二次電池のような充電媒体とを有するソーラーバッテリーユニットが使用される。充電媒体にはキャパシタも含まれる。図３は本発明の一実施形態に係るソーラーバッテリーユニット３１を示す斜視図である。図４は、図３のソーラーバッテリーユニット３１の背面側から見た一部破断した部分分解図である。図５は、図３のソーラーバッテリーユニット３１の側面図である。図３のソーラーバッテリーユニット３１は、取付部４１により図１の検出ユニット３が取り付けられたポールＰの上端に装着される。

図３のソーラーバッテリーユニット３１は、ソーラーパネル３２、本体ケース３３、および本体ケース３３の外周囲を覆うように形成された外周壁３５を有する本体３１Ａを備えている。図５のように、本体ケース３３は、略箱状の形状を有しており、ケース上面３３ａを含む上半体ケース３３Ａと、ケース底面３３ｂを含む下半体ケース３３Ｂとからなる。下半体ケース３３Ｂに、ソーラーパネル３２からの例えば直流電力を蓄電する二次電池４５およびユニット全体を制御する制御回路（制御基板）４６が収納されている。二次電池４５には例えばリチウムイオン電池が使用される。ソーラーパネル３２の底面３２ａと本体ケース３３の上面３３ａの間に設けられた複数の通気孔３８により、ケース本体３３外部と後述する空間部３６とが挿通されている。

外周壁３５はその壁面により本体ケース３３を遮光することにより、本体ケース３３内部の温度の上昇を抑止することが可能となる。これにより、二次電池４５の寿命性能を向上できる。また、外周壁３５の壁面は、本体ケース３３の外周囲を覆っているので、本体ケース３３内部に対する防水性および防虫性を高める効果も有する。

ソーラーパネル３２の底面３２ａと本体ケース３３のケース上面３３ａとの間に空間部３６が設けられている。この空間部３６により、ソーラーパネル３２が有する熱から本体ケース３３を断熱できる。また、ソーラーパネル３２の底面３２ａと本体ケース３３の上面３３ａの間に複数の通気孔３８が設けられている。図４のように、外周壁３５には、空間部３６に対向する位置に複数の通気孔３７が設けられている。この例では、空間部３６における空気の対流を促すために外周壁３５の四面に通気孔３７が設けられている。この通気孔３７によって、通気孔３８を介して空間部３６へ外気が流入し空間部３６を換気することによりその断熱効果を高めることができる。

外周壁３５は、ソーラーパネル３２の底面３２ａに固定され、本体ケース３３の側面と外周壁３５との間に形成された隙間３９は下方に開口している。この隙間３９により、隙間３９の下方から上方の空間部３６および外周壁３５の通気孔３７へ空気の対流が可能となり、より本体ケース３３内部の温度上昇を抑止できる。

図３のソーラーバッテリーユニット３１は、さらに、本体３１ＡをＲ方向に回動可能に支持する支持部４０と、ユニット固定用の取付部４１とを備えている。支持部４０のねじ４２からなる回転軸を中心に本体３１ＡはＲ方向に回動し、ソーラーパネル３２のソーラー面の角度を任意に可変できる。

図５のように、この例では、本体ケース３３の内部は区画されていないが、二次電池４５や制御回路４６のような電子部品などを個別に収納するように複数に区画されていてもよい。この場合、二次電池４５や制御回路４６などを区画板６１（二点鎖線）で区画することにより、区画板６１で各部が断熱されて、本体ケース３３の断熱効果をさらに高めることができる。

前記空間部３６で、ソーラーパネル３２の底面３２ａと本体ケース３３の上面３３ａの少なくとも一方に、断熱材６２（二点鎖線）を設けてもよい。この場合、本体ケース３３への断熱効果をより高めることができる。これにより、ソーラーパネル３２からの電力を蓄電する二次電池４５を収納する本体ケース３３内の温度上昇を断熱効果により抑止して、二次電池４５の寿命性能を向上できる。

このように、本発明では、電源ユニットとしてソーラーバッテリーユニットを使用し、投光部（送信部）は、受光レベルが規定値となるように、受光部（受信部）から投光赤外線の強度を増加する要求信号を受けたときに、投光赤外線の強度を増加させるので、一時的な霧や雨等の悪環境状態では投光赤外線の強度が減衰して受光レベルが低下するため、その分強度を高く制御し、大部分の時間の通常環境状態では、投光赤外線の強度が減衰しないため、投光赤外線の強度を低くできるから、全体として電源ユニットの消費電力を低くできる。これにより、電池容量およびソーラーパネルの発電容量の小型を維持しながら、長距離検出（警戒）を実現できる。また、同一の距離検出であっても、小型のソーラーバッテリーユニットでの使用を実現できる。さらに、ソーラーバッテリーユニットの小型化によりシステムを低価格化できる。

また、屋外の防犯用センサに使用される物体検出システムでは、駆動用電源を確保しにくい場合があるが、本発明では、ソーラーバッテリーユニット３１の断熱効果が高く、二次電池４５の寿命性能が高いので、ソーラーバッテリーユニット３１を物体検出システムの駆動用電源として十分に使用することができる。

なお、上記実施形態では、検知線として赤外線を使用しているが、これに何ら限定されず、可視光線、マイクロウェーブ、レーザーなどを使用してもよい。

１：送信部（投光部）
２：受信部（受光部）
３：検出ユニット
１１：投光器
１５：赤外線強度制御回路（検知線強度制御手段）
２１：受光器
２６：要求信号出力部
３０：送信機
３１：電源ユニット（ソーラーバッテリーユニット）
３２：ソーラーパネル
ＩＲ：赤外線（検知線）
Ｄ：検出領域
Ｍ：要求信号
ｒ：無線信号

Claims (2)

1. 検出領域へ検知線を送信する送信部、および送信部から送信された検知線を受信し、前記検出領域における物体の検知線遮断により物体を検出する受信部を有する検出ユニットと、前記検出ユニットに給電する電源ユニットとを備え、
   受信部は検知線の受信レベルを送信部へ送信する送信機と、受信レベルが予め定めた検出能力を保持する規定値となるように、送信検知線の強度を制御する要求信号を送信部へ送信する要求信号出力部とを有し、
   送信部は、前記受信レベルが予め定めた検出能力を保持できない悪環境状態のとき要求信号を受けて、前記受信レベルが規定値となるように送信検知線の強度を高くし、要求信号がないときこれより強度を低くして、送信検知線の強度を制御する検知線強度制御手段を有し、
   前記電源ユニットは、ソーラーパネルとその電力を蓄電する充電媒体とを有するソーラーバッテリーユニットであり、
   前記ソーラーバッテリーユニットは、
   前記ソーラーパネルに取り付けられて前記充電媒体を収納する本体ケースと、 前記本体ケースの外周囲を覆う外周壁と、
   前記本体ケースと前記ソーラーパネルの間に空間部、およびこの空間部と前記本体ケースの外部とを連通する通気孔とを有する、
   ソーラーバッテリーユニット駆動式の物体検出システム。
2. 請求項１に記載のソーラーバッテリーユニット駆動式の物体検出システムを使用し、物体を検出したとき警報を発する防犯用センサ。

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