JP6926359B2

JP6926359B2 - 検知装置

Info

Publication number: JP6926359B2
Application number: JP2018080370A
Authority: JP
Inventors: 賢成田; 隼斗宮崎
Original assignee: 竹中エンジニアリング株式会社
Priority date: 2018-04-19
Filing date: 2018-04-19
Publication date: 2021-08-25
Anticipated expiration: 2038-04-19
Also published as: JP2019190861A

Description

本発明は、投光器と受光器、制御器とで構成される検知装置に関するものであり、特に雑音環境下における不動作防止に関するものである。

従来の、侵入者の検出や装置の起動を目的として使用されるこの種の検知装置としては、制御器から受信した投光信号を光線として投光する投光器と、光線を受光し受光信号として制御器に送信する受光器と、投光器に投光信号を送信し受光器から受光信号を受信する制御器とにより構成され、投光器と受光器とを検知区間を隔てて対向し、光軸を合せて設置する形態のものがある。検知区間を通過する人間や物体により、投光器から投光される光線が遮断され、受光器に到達しないことを検出して、検知動作をするものである。

この種の検知装置には光線として赤外線、紫外線、可視光線を使用することができる。また、特に防犯用や産業用の検知装置としては、一般的に赤外線が用いられる。

本発明における光軸とは、投光器の光出力特性の中心軸や、受光器の光入力特性の中心軸のことを指す。また、これらの特性の中心軸が重なるよう対向させることを、光軸を合わせるという。

外乱光や電磁的雑音（以下これら２つをまとめて雑音等と記す）が影響することで、投光器と受光器の間を遮断し光線を遮った場合でも検知動作をしない場合があり、これを不動作といい、また、投光器と受光器の間を遮断していないにもかかわらず検知動作をしてしまう場合があり、これを誤動作という。

外乱光は、蛍光灯の他、周期的に点滅を繰り返す交流光、太陽光の様に略一定量の光を連続する直流光が存在し、受光器を経由して制御器に入力される。

電磁的雑音は、自動ドアのモーターに由来するものが電源配線等を経由して制御器に入力されたり、電波が電源配線や投光器と制御器間又は受光器と制御器間の配線を経由して制御器に入力されたりすることがある。電磁リレー等に由来するものは切り替え時のみ電磁的雑音を発生するのに対し、自動ドア等のモーターに由来するもの等は、モーターの動作中は連続して電磁的雑音を発生する。

一般的にこの種の検知装置においては、設置時に、投光器への供給電力調整により投光量を設定、又は、設置環境を考慮して遮断の有無を判断するための閾値を適切な値に設定する。例えば、雑音等の多い環境においては、雑音等により不動作とならないように投光器への供給電力を増やしたり、閾値を通常より高く設定したりすることで、投光中の受光量確認において、投光信号と雑音等を弁別できるようにしている。

従来、受光器が外乱光を受けた場合にも正常な動作を続けるよう、受光器の回路を改良したものがあった（例えば、特許文献１）。また、特許文献２のように雑音などを受けた場合に投光周期を変えることで、外乱光の影響を回避するものがあった。これにより、電磁リレー等に由来する電磁的雑音や、瞬間的なものや周期的に点滅を繰り返す外乱光などの雑音、ある一定の周期で入力される雑音による誤動作、不動作を防ぐことができる。

また、特許文献３では雑音等の影響下において、雑音量に応じて閾値を移動することで雑音等の影響を回避しているが、光電センサに対して対象検出物の位置を決めて、予め平均受光量を設定（位置合わせチューニング）する必要があり、対象検出物が通過する位置が定まっていない場合は利用することができない。

実公平６−３４７１３号公報特開２０１７−１５８１７７号公報特許第５１２８３２９号公報

上述した従来の投光周期を変える方法では、雑音等が連続して入力されると、投光と受光の周期を変えても同じように雑音等が存在するため不動作となることや、対象検出物が通過する位置が予め決められている必要があるといった問題点があった。

上述した雑音等は設置時に必ずしも発生しているものではなく、設置時に予め投光量を大きく設定すれば消費電力を不要に増大し、検知と扱うための閾値を高く設定すると検知区間が短くなってしまうという問題があった。

そこで本発明は、上述した課題を解決し、連続して雑音等が入力され続けても不動作とならず、消費電力の増加も少ない検知装置を提供することを目的とするものである。

上記目的を達成するために本発明では次のような技術的手段を講じた。
制御器と投光器と受光器とで構成され、前記投光器は、前記制御器から受信した投光信号を光線として投光し、前記受光器は、前記投光器より投光された前記光線を受光し受光信号として前記制御器に送信し、前記制御器は、前記投光器に前記投光信号を送信し前記受光器より前記受光信号を受信し、前記投光器が投光していないときの受光信号Ｒ１と、前記投光器が投光しているときの受光信号Ｒ２とを記憶し、閾値１と閾値２とを有し、閾値１は、固定値で、雑音等が無いときの閾値２と同値であり、閾値１と閾値２と受光信号Ｒ１と受光信号Ｒ２は同極性であり、
閾値１と閾値２と受光信号Ｒ１と受光信号Ｒ２の極性が正の場合、受光信号Ｒ２が閾値２より小さいとき検知信号を発し、雑音等が無く、前記投光器より投光された前記光線が遮断されず前記受光器に到達しているとき、閾値１と閾値２は、受光信号Ｒ２より小さい値であり、雑音等が無いとき、閾値１と閾値２は、受光信号Ｒ１より大きい値であり、雑音等があるとき、閾値２は、受光信号Ｒ１に予め前記制御器において設定された係数α（α＞０）をかけた値を閾値１に加算した値であり、
閾値１と閾値２と受光信号Ｒ１と受光信号Ｒ２の極性が負の場合、受光信号Ｒ２が閾値２より大きいとき検知信号を発し、雑音等が無く、前記投光器より投光された前記光線が遮断されず前記受光器に到達しているとき、閾値１と閾値２は、受光信号Ｒ２より大きい値であり、雑音等が無いとき、閾値１と閾値２は、受光信号Ｒ１より小さい値であり、雑音等があるとき、閾値２は、受光信号Ｒ１に予め前記制御器において設定された係数α（α＞０）をかけた値を閾値１から減算した値である検知装置としている。

また、投光器の投光終了後から、予め制御器に記憶した受光器における受光回路のコンデンサの放電にかかる時間の経過後から、投光が開始するまでの間に受光信号Ｒ１を制御器に記憶させることが好ましい。

また、受光器は、投光器が投光していない期間における投光し終えた直後と次に投光する直前の中点において受光する受光信号と、投光器が投光する直前の受光信号と、の平均を受光信号Ｒ１とすることが好ましい。

また、制御器は受光信号Ｒ１の大きさに応じて投光信号の大きさを補正することが好ましい。

雑音等の大きさに応じて閾値２の大きさが変化するため、検知装置が不動作となりにくくなるといった効果がある。
また、閾値２を大きくすると、検知距離や環境によっては十分な受光量が得られず、誤動作となってしまう場合があるが、雑音等の大きさに応じて制御器は投光量を増加することで、十分な受光量となるよう調整することができ、誤動作を防ぐとともに、雑音が無くなった時は投光量を低下することで不要な消費電力の増大を防ぐといった効果がある。

本発明による検知装置の実施形態を示した機能ブロック図である。従来技術による検知装置の投光波形と、受光波形の雑音等による影響を示すタイムチャートである。本発明技術による検知装置の投光波形と、投光波形及び受光波形の雑音等による影響を示すタイムチャートである。

以下、図面を参照しながら本発明の検知装置の実施形態の一例を説明する。
本発明は、図１のような検知装置を構成する。制御器３０は投光器１０に投光信号Ｔを送信する。投光器１０は投光信号Ｔに従い、投光部１１より光線２を投光する。光線２を受光器２０の受光部２１が受光すると、受光器２０はパルス信号である受光信号Ｒを制御器３０に送信する。制御器３０は受光信号Ｒにより投光部１１と受光部２１の間の光線２が検知対象物５により遮断されたか否かを判断し、遮断されたと判断すれば検知出力４を図示されない自動ドア制御盤などに送信する。制御器３０は図示されない電源装置から電源入力３１を受け、投光器１０及び受光器２０に図示はしないが電源を供給する。雑音等６は投光器１０、光線２、受光器２０、制御器３０、電源入力３１やそれらの配線を経由して、受光信号Ｒに混合される。この検知装置が特徴とするところは、制御器３０が受光信号Ｒに含まれる雑音等６による影響を考慮し、閾値を補正することにある。

図２は従来技術の投光信号Ｔと、受光信号Ｒの波形であり、雑音等６による影響を対比している。受光信号Ｒの波形は、投光回路、受光回路、プログラムなどによって異なるが、ここでは受光回路におけるＣＲ回路の時定数の影響により立ち上がりと立ち下がりになまりのあるパルス波形となっている。

従来技術の説明のため図２（ａ）から（ｃ）にそれぞれ４回分の投光と受光の代表例を示す。また、図２における受光信号Ｒ２（２）は投光器１０と受光器２０の間を遮断されることで光線２が受光器２０に到達しないようになっており、投光器１０と受光器２０の間が遮断されず光線２が受光器２０に到達していた場合の波形を破線で示している。

図２（ａ）は従来技術による投光器における投光信号の大きさは、雑音等６の影響の有無にかかわらず、一定となることを示している。

図２（ｂ）は雑音等６が無い場所の従来技術の検知装置において、受光信号Ｒが雑音等６の影響を受けないときの波形を示している。受光信号Ｒ２（２）において、制御器３０は受光信号Ｒと閾値１を比較する時に投光器と受光器の間が遮断されており、受光信号Ｒは閾値１より小さいことでそのことを判断する。

図２（ｃ）は従来技術の検知装置において、受光信号Ｒが雑音等６の影響を受けたときの波形を示している。受光信号Ｒ２（２）において、制御器３０は受光信号Ｒと閾値１を比較する時に投光器１０と受光器２０の間が遮断されているにもかかわらず、雑音等６の影響により受光信号Ｒが閾値１より大きいことで遮断されていないと判断するため、不動作の要因となる。

図３は本発明技術の投光信号Ｔと、受光信号Ｒの波形であり、雑音等６による影響を対比している。ここで検知装置は本発明によるものと同じ図１の構成とし、雑音等６についても従来技術との対比のため図２におけるものと同じものとしている。受光信号Ｒの波形は、投光回路、受光回路、プログラムなどによって異なるが、ここでは受光回路におけるＣＲ回路のコンデンサ容量と抵抗成分により定まる時定数の影響により立ち上がりと立ち下がりになまりのあるパルス波形となっている。

図３（ａ）から（ｄ）にそれぞれ４回分の投光と受光の代表例を示す。また、図３における受光信号Ｒ２（２）は投光器１０と受光器２０の間を遮断されることで光線２が受光器２０に到達しないようになっており、投光器１０と受光器２０の間が遮断されず光線２が受光器２０に到達していた場合の波形を破線で示している。

図３（ａ）は雑音等６が無い場所の本発明による投光器における投光信号Ｔの大きさを示している。雑音等６の無い状態では、投光信号Ｔ（１）から（４）について図２（ａ）の従来技術の投光信号Ｔと同じ大きさとなる。雑音等６のある状態における、投光信号Ｔの大きさについては後述する。

図３（ｂ）は雑音等６が無い場所の本発明による検知装置における受光信号Ｒの波形を示しており、本発明による検知装置においても雑音等６の影響が無い状態では従来技術による検知装置と同じように動作することを示している。例として、受光信号Ｒ２（１）は閾値１よりも高い値であるため、投光器と受光器の間が遮断されていないと判断する。また、受光信号Ｒ２（２）に示すように、投光器１０と受光器２０の間が遮断されることによって、受光信号Ｒ２が閾値１に達しなければ遮断されていると判断する。また、本発明技術による検知装置は閾値２を持つが、雑音等６が無い状態では閾値１と同値となる。

図３（ｃ）は雑音等６がある場所の本発明による投光器の投光信号Ｔの大きさを示している。図３（ａ）においては、雑音等６の無い状態における投光信号Ｔを示したが、本図面の投光信号Ｔ（２）及び投光信号Ｔ（３）に示すように、受光信号Ｒが雑音等６の影響を受けたときは投光信号Ｔが大きくなることがわかる。

図３（ｄ）は本発明による検知装置において、雑音等６の影響を受けたときの受光信号Ｒの波形を示している。区間ｔ（１）から区間ｔ（４）はそれぞれ、前の受光信号の立ち下りの直後から次の投光が始まる直前までの期間を示している。受光信号Ｒ１は投光器１０が光線２を投光していない時の受光信号Ｒを取得し、演算したものであり、雑音等６の大きさを表すものである。

前述の通り、受光信号Ｒの波形は、受光回路におけるＣＲ回路のコンデンサ容量と抵抗成分により定まる時定数の影響により立ち上がりと立ち下がりになまりのあるパルス波形となっている。従って、受光信号Ｒ１は受光器２０への投光信号Ｔの入力の有無の切替りにより対数的に、立ち上がりと立ち下がりを行うものである。このことから、コンデンサ容量値と抵抗値により、立ち下がりにかかる時間（コンデンサの放電にかかる時間）がわかるため、これらの値から算出した時間の経過後に受光信号Ｒを取得し受光信号Ｒ１とすることで、受光信号Ｒ１は投光信号Ｔの影響を受けないため、雑音等６のみを入力とした値を得ることができる。この立ち下がりにかかる最長時間は制御器３０に予め記憶しており、投光信号Ｔの投光を終了してからこの時間経過するまで、受光信号Ｒ１を算出するために受光信号Ｒを取得しない。

受光信号Ｒ１は各区間ｔごとに記憶し、受光信号Ｒ１（１）から受光信号Ｒ１（４）を定める。各受光信号Ｒ１は、区間ｔの中で１回以上受光信号Ｒを取得し、それらの平均値、中央値、またはその他演算値とする。この際の受光信号には区間ｔの中間と投光開始直前を含めることで、精度良く雑音信号である受光信号Ｒ１を演算できる。受光信号Ｒの取得回数は多い方が信頼性は高くなるが、データ量が増えるため多くは出来ない。区間ｔの中間と投光開始直前とすることで２回でも信頼性が高くなる。

従来技術においては雑音等６の影響の有無にかかわらず、図２（ａ）に示すように投光信号Ｔ（１）から投光信号Ｔ（４）の大きさは一定とするのに対して、図３（ｃ）に示すように本発明技術においては、閾値２の設定と併せて投光信号Ｔも増大させる。光線が遮断されていなければ、受光信号Ｒ２は投光信号Ｔ（１）から投光信号Ｔ（４）の大きさと連動して受光信号Ｒ２（１）＝受光信号Ｒ２（４）＜受光信号Ｒ２（２）＜受光信号Ｒ２（３）というように増大するため、閾値に対する受光信号Ｒ２の余裕を確保することができる。雑音等６の影響が無くなれば、図３（ｄ）における受光信号Ｒ２（４）に示すように、閾値２は雑音等６の影響を受ける前の閾値２（１）、投光信号Ｔは雑音等６の影響を受ける前の投光信号Ｔ（１）と同じ大きさに戻り、消費電流を抑えることができる。

受光信号Ｒ１の記憶後から投光信号Ｔの立ち上がりまでに、閾値１と受光信号Ｒ１に応じて閾値２を定め、これらは閾値２（１）から閾値２（４）とし、これらの閾値２はそれぞれの次の投光時において記憶される、受光信号Ｒ２との比較において用いられる。そのため、雑音等６の影響を受けても不動作となることはない。

閾値２は閾値１と受光信号Ｒ１に応じて定められると前述したが、具体的には受光信号Ｒ１に予め制御器３０において設定された係数をかけたものを閾値１に加算する、といった方法を用いる。

図２（ｃ）における従来技術の受光信号Ｒ２（２）は閾値１より大きいため遮断無しと、誤った判断により不動作となっているが、図３（ｄ）における本発明による受光信号Ｒ２（２）は閾値２（２）より小さいため投光器と受光器の間が遮断されたことが正常に判断できることを示している。

以上本発明の代表的な実施例について説明したが、本発明は必ずしも上記の実施形態に特定されるものではない。例えば、投光器、受光器、制御器が分かれており、投光器と受光器の間が遮断されたことを検知する検知装置である場合を例として説明を行っているが、投光器又は受光器と制御器が一体であってもよいし、投光器と受光器が一体となっており反射板等との間が遮断されたことを検知する検知装置であってもよい。
また、投光信号は単一周期ではなく複数の周期を組み合わせたものであってもよい。
また、投光器、受光器、制御器の間は有線接続、無線接続のどちらであってもよい。投光器、受光器、制御器それぞれが別々に電源入力を行うことも考えられる。

１投光信号
１０投光器
１１投光部
２光線
２０受光器
２１受光部
３受光信号
３０制御器
３１電源入力
４検知出力
５検知対象物
６雑音等

Claims

制御器と投光器と受光器とで構成され、
前記投光器は、前記制御器から受信した投光信号を光線として投光し、
前記受光器は、前記投光器より投光された前記光線を受光し受光信号として前記制御器に送信し、
前記制御器は、前記投光器に前記投光信号を送信し前記受光器より前記受光信号を受信し、
前記投光器が投光していないときの受光信号Ｒ１と、
前記投光器が投光しているときの受光信号Ｒ２とを記憶し、
閾値１と閾値２とを有し、
閾値１は、固定値で、雑音等が無いときの閾値２と同値であり、
閾値１と閾値２と受光信号Ｒ１と受光信号Ｒ２は同極性であり、
閾値１と閾値２と受光信号Ｒ１と受光信号Ｒ２の極性が正の場合、受光信号Ｒ２が閾値２より小さいとき検知信号を発し、
雑音等が無く、前記投光器より投光された前記光線が遮断されず前記受光器に到達しているとき、閾値１と閾値２は、受光信号Ｒ２より小さい値であり、
雑音等が無いとき、閾値１と閾値２は、受光信号Ｒ１より大きい値であり、
雑音等があるとき、閾値２は、受光信号Ｒ１に予め前記制御器において設定された係数α（α＞０）をかけた値を閾値１に加算した値であり、
閾値１と閾値２と受光信号Ｒ１と受光信号Ｒ２の極性が負の場合、受光信号Ｒ２が閾値２より大きいとき検知信号を発し、
雑音等が無く、前記投光器より投光された前記光線が遮断されず前記受光器に到達しているとき、閾値１と閾値２は、受光信号Ｒ２より大きい値であり、
雑音等が無いとき、閾値１と閾値２は、受光信号Ｒ１より小さい値であり、
雑音等があるとき、閾値２は、受光信号Ｒ１に予め前記制御器において設定された係数α（α＞０）をかけた値を閾値１から減算した値であり、
前記制御器は、前記投光器の投光終了後から予め記憶した前記受光器における受光回路のコンデンサの放電にかかる時間の経過後から、投光が開始するまでの間に受光信号Ｒ１を記憶することを特徴とする検知装置。
制御器と投光器と受光器とで構成され、
前記投光器は、前記制御器から受信した投光信号を光線として投光し、
前記受光器は、前記投光器より投光された前記光線を受光し受光信号として前記制御器に送信し、
前記制御器は、前記投光器に前記投光信号を送信し前記受光器より前記受光信号を受信し、
前記投光器が投光していないときの受光信号Ｒ１と、
前記投光器が投光しているときの受光信号Ｒ２とを記憶し、
閾値１と閾値２とを有し、
閾値１は、固定値で、雑音等が無いときの閾値２と同値であり、
閾値１と閾値２と受光信号Ｒ１と受光信号Ｒ２は同極性であり、
閾値１と閾値２と受光信号Ｒ１と受光信号Ｒ２の極性が正の場合、受光信号Ｒ２が閾値２より小さいとき検知信号を発し、
雑音等が無く、前記投光器より投光された前記光線が遮断されず前記受光器に到達しているとき、閾値１と閾値２は、受光信号Ｒ２より小さい値であり、
雑音等が無いとき、閾値１と閾値２は、受光信号Ｒ１より大きい値であり、
雑音等があるとき、閾値２は、受光信号Ｒ１に予め前記制御器において設定された係数α（α＞０）をかけた値を閾値１に加算した値であり、
閾値１と閾値２と受光信号Ｒ１と受光信号Ｒ２の極性が負の場合、受光信号Ｒ２が閾値２より大きいとき検知信号を発し、
雑音等が無く、前記投光器より投光された前記光線が遮断されず前記受光器に到達しているとき、閾値１と閾値２は、受光信号Ｒ２より大きい値であり、
雑音等が無いとき、閾値１と閾値２は、受光信号Ｒ１より小さい値であり、
雑音等があるとき、閾値２は、受光信号Ｒ１に予め前記制御器において設定された係数α（α＞０）をかけた値を閾値１から減算した値であり、
前記制御器は受光信号Ｒ１の大きさに応じて前記投光信号の大きさを補正することを特徴とする検知装置。
請求項１において、前記制御器は受光信号Ｒ１の大きさに応じて前記投光信号の大きさを補正することを特徴とする検知装置。
請求項１または２または３において、前記受光器は前記投光器が投光していない期間における投光し終えた直後と次に投光する直前の中点において受光する受光信号と、前記投光器が投光する直前の受光信号と、
の平均を受光信号Ｒ１とすることを特徴とする検知装置。