JP7080432B2 - 光線式検知装置 - Google Patents

Description

本発明は、投光器と受光器とで構成される光線式検知装置に関するものであり、特に人間の通過を確実に検出する信頼性の高い装置を実現する技術に関するものである。

従来、侵入者を検出する目的で使用されるこの種の光線式検知装置としては、２個の投光部を備えた投光器と、２個の受光部を有する受光部を備えた受光器とを警戒区間を隔てて対向して設置する形態のものがある。警戒区間を通過する人間（侵入者）は、投光器から発せられている光線を遮断することになり、受光器側でこの状態を検出して侵入者検知信号を出力するものである。２個の投光部と２個の受光部は、上下に並べ２段構成とすることになり、人間が警戒区間を走り抜ける場合と、這って通り過ぎる場合の両方とも検出することを要求される場合には、上段の光線の遮断と下段の光線の遮断は、片段で独立して検出することが求められる。

このような検知装置を実現するため、２個の投光部から交互にパルス信号光を発する方法や、２個の投光部から異なるパルス信号光を発し、２個の受光部を有する受光部でそれぞれ対応する投光部のパルス信号光のみを受けるようにする方法が採用されていた（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。

また、投光器と受光器との間を同期信号伝送用ラインで結び、投光器側の２個の投光部が発するパルス光と、受光器側の２個の受光部を有する受光部で受けるパルス光とのタイミングを合わせ、対応するパルス光のみを受光させる方法も用いられていた（例えば、特許文献３参照）。

特開２００４－３５５１７０号公報 特開平０９－２９７１８４号公報 特開２００４－１８６７４４号公報

しかしながら、前記従来例にはそれぞれ次に示すような問題点があった。
２個の投光部から交互にパルス信号光を発する方法では、上下に複数の光線式検知装置を設置する場合に、受光部に複数の投光部からのパルス信号光が入力されるため、各投光器間、各受光器間、あるいは投光器と受光器間で同期信号伝送用ラインを用いて同期を取らないと干渉して誤報や失報が起こる可能性があるという問題があった。

２個の投光部から異なるパルス信号光を発し、受光器側でこのパルス信号光を識別する方法では、隣接する他の光線式検知装置との相互干渉を考慮して割り当てるパルス信号の種類が増加した場合、それにともない受光器側での信号識別能力を高くする必要が生じ、その分回路構成が複雑となるといった問題があった。
また、パルスコードを使用した場合には、コードの識別に時間がかかり、検出の応答速度が長くなってしまうといった問題があった。

投光器と受光器との間を同期信号伝送用ラインで結ぶ方法では、その同期信号伝送用ラインの埋設工事の手間やコストが増加するといった問題があった。

上記課題を解決するために、本発明の光線式検知装置は、１個または複数の投光部を備えた投光器と、前記投光部に対応した１個または複数の受光部を備えた受光器とで構成され、前記投光器と前記受光器は、同期信号入力部を備え、ＧＮＳＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ Ｓｙｓｔｅｍ）信号により取得した標準時間からＰＰＳ（Ｐｕｌｓｅ Ｐｅｒ Ｓｅｃｏｎｄ）信号を生成するＧＮＳＳ受信モジュールを外付けまたは内蔵できる構造とし、前記投光器は、前記ＧＮＳＳ受信モジュールの前記ＰＰＳ信号を前記同期信号入力部から入力して同期信号とし、各投光部は異なったタイミングで信号を投光し、前記受光器は、前記ＧＮＳＳ受信モジュールの前記ＰＰＳ信号を前記同期信号入力部から入力して同期信号として、各受光部が対応した各投光部と同タイミングで受光した信号を受光信号とし、いずれかの受光部の受光信号が予め設定した第１の設定時間よりも長く途絶えたときに、検知信号を出力することを特徴とする。

本発明によれば、投光器から発せられるパルス信号光を複雑な形態なものにすることなく、いずれか一段のみの検知が可能な光線式検知装置を実現でき、上下に複数の光線式検知装置を設置しても干渉することなく、従来の光線式検知装置と比べ誤報、失報を低減できる。
また、パルス信号のコードを識別する必要がないため、短い検出応答速度が設定できる。
また、受光部へ１個の投光部からのパルス信号のみが入光した場合でも、複数の投光部からパルス信号が入光した場合でも、同じ信号処理とすることが可能となるため、信号処理の煩雑な条件設定が不要となる。
また、投光器と受光器との間を同期信号伝送用ラインで結ぶ必要が無いため、配線工事や配線コストの増加を抑えることができる。また、投光器から発せられるパルス信号光が複雑でなく単純であり、簡単な回路構成で実現できるため、低電流化が図れる。低電流化によりバッテリー駆動が可能となり、同期信号伝送用ラインが不要なことも併せて、警戒区域の変更が可能な可搬型として使用可能となる。

本発明の光線式検知装置の第一の実施形態のブロック図である。 本発明の光線式検知装置の第一の実施形態の投光タイミングおよび受光タイミングのタイムチャートである。 第一の実施形態において、光線式検知装置を上下に４台設置した状態を示した図である。 第一の実施形態において、光線式検知装置を上下に４台設置した状態を示した図である。 第一の実施形態において、８台の光線式検知装置を使用し、直線的に警戒区域を設定した図である。 第一の実施形態において、８台の光線式検知装置を使用し、直線的に警戒区域を設定した図である。 本発明の光線式検知装置の第二の実施形態のブロック図である。

図１は、本発明の光線式検知装置の第一の実施形態のブロック図、図２は、本発明の光線式検知装置の第一の実施形態の投光タイミングおよび受光タイミングのタイムチャートである。
光線式検知装置は、投光器１００と受光器２００とで構成され、ＧＮＳＳ受信モジュール３００は、投光器１００、および受光器２００に外付け、または内蔵とし、投光器１００の同期信号入力部、および受光器２００の同期信号入力部にＧＮＳＳ受信モジュールを接続している。ＧＮＳＳ受信モジュールは、ＧＮＳＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ Ｓｙｓｔｅｍ）信号により取得した標準時間からＰＰＳ（Ｐｕｌｓｅ Ｐｅｒ Ｓｅｃｏｎｄ）信号を生成し、ＰＰＳ信号を同期信号として、投光器１００の同期信号入力部、および受光器２００の同期信号入力部に入力している。

投光器１００は、同期信号入力部１０３から入力された同期信号に基づいた後述する投光タイミングで投光信号発生部１０４からパルス信号を発生し、そのパルス信号に基づいたパルス信号光を発する投光部１０１と投光部１０２とを備え、投光部１０１と投光部１０２のパルス信号光のタイミングを設定する投光タイミング設定スイッチ１０５を備えている。投光部１０１と投光部１０２とは赤外線ＬＥＤ等の発光素子と放物面反射鏡等の光学系とで構成されており、受光器に向けて効率よくパルス信号光を発するものである。

図２を用いて投光タイミングの説明を行う。
投光器１００において、ＧＮＳＳ受信モジュールから入力されるＰＰＳ信号は１ＰＰＳとし、設定可能な投光タイミングはタイミングＡ～Ｈの８種類とし、１秒ごとにＰＰＳ信号が入力され、投光信号発生部はＰＰＳ信号に基づきタイミングの異なるタイミングＡ～Ｈのタイミングを計測する。

ＰＰＳ信号を同期信号として、投光パルスのタイミング計測を開始する。ＰＰＳ信号が入力されるのと同期して、タイミングＡの最初の投光パルスのタイミングとする。タイミングＢの最初の投光パルスのタイミングはＰＰＳ信号が入力されてから時間Ｔ／８後、タイミングＣの最初の投光パルスのタイミングはその時間Ｔ／８後というようにタイミングＤ～Ｈも同様に投光パルスのタイミングを計測する。タイミングＡ～Ｈは周期Ｔとし、ＰＰＳ信号が入力されるたびに計測しなおす。ＰＰＳ信号が入力されてから次のＰＰＳ信号が入力されるまでは、投光器の自己発振で時間を計測し、周期Ｔの投光タイミングを継続して計測する。図２のようにタイミングＡ～Ｈは異なるタイミングとなる。

投光タイミング設定スイッチ１０５で設定されたタイミングのパルス信号を投光部１０１と投光部１０２に送信し、投光部１０１と投光部１０２はパルス信号光を発する。投光部１０１と投光部１０２のパルス信号光は異なるタイミングとし、例えば、設定１は投光部１０１がタイミングＡ、投光部１０２がタイミングＢ、設定２は投光部１０１がタイミングＣ、投光部１０２がタイミングＤ、設定３は投光部１０１がタイミングＥ、投光部１０２がタイミングＦ、設定４は投光部１０１がタイミングＧ、投光部１０２がタイミングＨと設定できるようにしておく。

受光器２００は、受光部２０１が投光部１０１に、受光部２０２が投光部１０２に対応した上下位置となっている。各受光部は、投光部と同じ光学系と、フォトトランジスタ等の光電変換素子とで構成される受光手段と信号増幅部とで構成されている。２個の受光部には、投光器から発せられるパルス信号光が入光し、ここで光電変換された電気信号は信号増幅部で増幅され、信号処理部２０４に入力される。

受光タイミング設定スイッチ２０５により対応する投光部の投光タイミングと同じタイミングに設定しておき、信号処理部２０４は、同期信号入力部２０３から入力された同期信号に基づいた後述する受光タイミングで、各受光部から入力された電気信号が、対応する投光部の投光タイミングと同じ場合に受光信号とする。

図２を用いて受光タイミングの説明を行う。
受光器２００において、ＧＮＳＳ受信モジュールから入力されるＰＰＳ信号は１ＰＰＳとし、受光タイミングは投光タイミングと同じタイミングＡ～Ｈの８種類とし、１秒ごとにＰＰＳ信号が入力され、信号処理部はＰＰＳ信号に基づきタイミングの異なるタイミングＡ～Ｈを計測する。

ＰＰＳ信号を同期信号として、受光信号のタイミング計測を開始する。ＰＰＳ信号が入力されるのと同期して、タイミングＡの最初の受光信号のタイミングとする。タイミングＢの最初の受光信号のタイミングはＰＰＳ信号が入力されてから時間Ｔ／８後、タイミングＣの最初の受光信号のタイミングはその時間Ｔ／８後というようにタイミングＤ～Ｈも同様に受光信号のタイミングを計測する。タイミングＡ～Ｈは周期Ｔとし、ＰＰＳ信号が入力されるたびに計測しなおす。ＰＰＳ信号が入力されてから次のＰＰＳ信号が入力されるまでは、受光器の自己発振で時間を計測し、周期Ｔの受光タイミングを継続して計測する。図２のようにタイミングＡ～Ｈは異なるタイミングとなる。

受光タイミング設定スイッチ２０５により、投光器１００に対応する受光タイミングを設定する。受光部２０１と受光部２０２の受光タイミングは異なるタイミングとし、例えば、設定１は受光部２０１がタイミングＡ、受光部２０２がタイミングＢ、設定２は受光部２０１がタイミングＣ、受光部２０２がタイミングＤ、設定３は受光部２０１がタイミングＥ、受光部２０２がタイミングＦ、設定４は受光部２０１がタイミングＧ、受光部２０２がタイミングＨと設定できるようにしておく。

投光器１００と受光器２００は、ＧＮＳＳ受信モジュール３００へのＧＮＳＳ信号が途絶えた場合、自己発振またはＧＮＳＳ受信モジュール３００の自己発振で同期信号を一定時間保持できるようにしておく。こうすることで、外来ノイズや天候などの環境変化によりＧＮＳＳ信号が途絶えたとしても一定時間光線式検知装置の動作を保持することができる。

いずれかの受光部に基づいた受光信号が予め設定した第１の設定時間よりも長く途絶えたときと、全ての受光部に基づいた受光信号が予め設定した第２の設定時間よりも長く途絶えたときに信号を出力部２０６へ送る。出力部２０６は信号処理部２０４から信号が入力されると、リレーの接点信号等の形で外部へ物体を検出した信号を出力する。

投光器の投光部１０１と投光部１０２とは２０ｃｍ程度離れて上下方向に並べてある。投光部が発したパルス信号光は、円錐状に広がり、投光器と受光器との距離が１００ｍ離れている場合では、受光器に達するまでに直径２ｍ～３ｍの広がりを有することになる。受光器側の２個の受光部も投光部と同じように上下方向に２０ｃｍ程度離れた形としてある。従って２個の受光部には投光器から発せられるパルス信号光が上段下段を問わず入光することになる。

しかし、投光パルスと受光信号はＧＮＳＳの標準時間からＰＰＳ信号を同期信号としており、投光部１０１と受光部２０１、投光部１０２と受光部２０２の投光タイミングと受光タイミングはずれることがないため、干渉することなく信頼性の高い光線式検知装置となる。

また、第１の設定時間は第２の設定時間以上の長さとしておく。そうすることにより、人間が走り抜けるような上段と下段の両方を速く遮断する場合と、人間が這って通り過ぎるような一段のみをゆっくり遮断する場合の両方を確実に検知することができ、鳥などの一段のみしか速く遮断することのない小さな物体の通過は検出することのない信頼性の高い光線式検知器となる。また、第１の設定時間を例えば１００ｍ秒～５００ｍ秒に可変できるようにし、第２の設定時間を例えば３５ｍ秒～５００ｍ秒に可変できるようにすると、実際の設置場所の条件に合わせて最適な検知信号出力条件の設定が可能となる。

図３は第一の実施形態において、光線式検知装置を上下に４台設置した状態を示している。
投光器１１０は、タイミング設定スイッチで投光部１１１の投光タイミングをタイミングＡに投光部１１２の投光タイミングをタイミングＢに設定し、受光器２１０は、タイミング設定スイッチで受光部２１１の受光タイミングをタイミングＡに、受光部２１２の受光タイミングをタイミングＢに設定している。

投光器１２０は、タイミング設定スイッチで投光部１２１の投光タイミングをタイミングＣに投光部１２２の投光タイミングをタイミングＤに設定し、受光器２２０は、タイミング設定スイッチで受光部２２１の受光タイミングをタイミングＣに、受光部２２２の受光タイミングをタイミングＤに設定している。

投光器１３０は、タイミング設定スイッチで投光部１３１の投光タイミングをタイミングＥに投光部１３２の投光タイミングをタイミングＦに設定し、受光器２３０は、タイミング設定スイッチで受光部２３１の受光タイミングをタイミングＥに、受光部２３２の受光タイミングをタイミングＦに設定している。

投光器１４０は、タイミング設定スイッチで投光部１４１の投光タイミングをタイミングＧに投光部１４２の投光タイミングをタイミングＨに設定し、受光器２４０は、タイミング設定スイッチで受光部２４１の受光タイミングをタイミングＧに、受光部２４２の受光タイミングをタイミングＨに設定している。

光線式検知装置は投光器と受光器を数百メートル離れて設置することがあり、受光部に対応していない投光部からのパルス信号光が入力される状況となることがあるが、図３のように各投光部、受光部において、異なるタイミングを設定することで、各受光部に対応しない投光部からのパルス信号光が入力されたとしても、対応する投光部からのパルス信号光のみを受光信号として識別することができる。

図３の設置状態のように本発明の光線式検知装置を上下に複数台設置することで上下に長い警戒区域を実現することができるとともに、いずれか一段でも遮光されれば検知信号を出力する信頼性の高い検知性能を発揮することができる。

また、図３ではそれぞれの投光器、受光器にＧＮＳＳ受信モジュール３００を内蔵したが、図４のように１個のＧＮＳＳ受信モジュール３００を複数の投光器、または複数の受光器で共用しても良い。ＧＮＳＳ受信モジュール３００を共用することで、使用するＧＮＳＳ受信モジュールの数量を減らすことができ、コストおよび消費電力の削減ができる。

また、図３、図４では左に投光器、右に受光器とし、上下に４台設置したが、右に投光器、左に受光器とした並びの光線式検知装置を上または下にさらに４台設置し、上下に合計８台まで設置することも可能である。

図５は第一の実施形態において、８台の光線式検知装置を使用し、直線的に警戒区域を設定した図である。図５（１）が側面から見た図、図５（２）が上から見た図である。

投光器１１０、１１０’は、タイミング設定スイッチで投光部１１１、１１１’の投光タイミングをタイミングＡに投光部１１２、１１２’の投光タイミングをタイミングＢに設定し、受光器２１０、２１０’は、タイミング設定スイッチで受光部２１１、２１１’の受光タイミングをタイミングＡに、受光部２１２の受光タイミングをタイミングＢに設定している。

投光器１２０、１２０’は、タイミング設定スイッチで投光部１２１、１２１’の投光タイミングをタイミングＣに投光部１２２、１２２’の投光タイミングをタイミングＤに設定し、受光器２２０、２２０’は、タイミング設定スイッチで受光部２２１、２２１’の受光タイミングをタイミングＣに、受光部２２２、２２２’の受光タイミングをタイミングＤに設定している。

投光器１３０、１３０’は、タイミング設定スイッチで投光部１３１、１３１’の投光タイミングをタイミングＥに投光部１３２、１３２’の投光タイミングをタイミングＦに設定し、受光器２３０、２３０’は、タイミング設定スイッチで受光部２３１、２３１’の受光タイミングをタイミングＥに、受光部２３２、２３２’の受光タイミングをタイミングＦに設定している。

投光器１４０、１４０’は、タイミング設定スイッチで投光部１４１、１４１’の投光タイミングをタイミングＧに投光部１４２、１４２’の投光タイミングをタイミングＨに設定し、受光器２４０、２４０’は、タイミング設定スイッチで受光部２４１、２４１’の受光タイミングをタイミングＧに、受光部２４２、２４２’の受光タイミングをタイミングＨに設定している。

図３のときと同様に、光線式検知装置は投光器と受光器を数百メートル離れて設置することがあり、受光部に対応していない投光部からのパルス信号光が入力される状況となることがあるが、図５のように各投光部、受光部において、異なるタイミングを設定することで、各受光部に対応しない投光部からのパルス信号光が入力されたとしても、対応する投光部からのパルス信号光のみを受光信号として識別することができる。

図５の設置状態のように本発明の光線式検知装置を直線的に複数台設置することで、長距離の警戒区域を実現することができるとともに、いずれか一段でも遮光されれば検知信号を出力する信頼性の高い検知性能を発揮することができる。

また、図５ではそれぞれの投光器、受光器にＧＮＳＳ受信モジュール３００を内蔵したが、図６のように１個のＧＮＳＳ受信モジュール３００を複数の投光器、または複数の受光器で共用しても良い。ＧＮＳＳ受信モジュール３００を共用することで、使用するＧＮＳＳ受信モジュールの数量を減らすことができ、コストおよび消費電力の削減ができる。

また、第一の実施形態では、投光部から発せられるパルス信号光は単変調の信号としていたが、搬送波をパルス信号に基づき振幅変調した二重変調のパルス信号光としてもよい。図７は第二の実施形態として、投光部から発せられるパルス信号光に単変調ではなく、二重変調のパルス信号光を用いた本発明の光線式検知装置のブロック図である。周波数切替スイッチ１０６により投光する搬送波の周波数を切り替え、周波数切替スイッチ２０７により受光信号と判断する搬送波の周波数を切り替えることができる。

第二の実施形態では、二重変調のパルス信号光を使用することにより、外乱光などによるノイズに対する信号の弁別性が上がる。また、パルス信号の周波数を変更することにより、複数の検知装置間における混信に基づく誤報や失報をより防ぐことができる。また、周波数切替スイッチにより搬送波の周波数だけでなく、同時に信号波の周波数を切り替えられるようにしてもよく、搬送波と信号波の周波数切替スイッチを個別に設けてもよい。

第一の実施形態、第二の実施形態では、２個の投光部、受光部としたが、１個でも３個以上としてもよく、個数は限定しない。また、タイミングを８種類としたが、種類数は限定しない。

また、本発明の光線式検知装置は、バッテリー駆動とし、光線式検知装置とバッテリーを三脚に取り付け、可搬型としてもよい。可搬型とすることで、イベント会場や自衛隊の移動部隊の野営地などのように一時的に警戒が必要となる場所に設置することが可能となるとともに、投光器と受光器間に同期信号ラインが不要のため、短時間で設置可能となる。また、可搬型とした場合においても、上下に複数の光線式検知装置を設置できるようにしてもよい。

前述した第一の実施形態、第二の実施形態において、出力部を１つとしたが、いずれかの受光部に基づいた受光信号が予め設定した第１の設定時間よりも長く途絶えたときと、全ての受光部に基づいた受光信号が予め設定した第２の設定時間よりも長く途絶えたときのそれぞれで出力部を設けてもよく、また、それぞれの出力と併せた出力の３つの出力部としてもよい。

以上、本発明の実施形態を説明したが、前述の実施形態は例として提示したものであり、発明の範囲は、これに限定するものではなく、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、特許請求の範囲に記載された発明の範囲とその均等の範囲に含まれるものである。

１００・・・投光器
１０１，１０２・・・投光部
１０３・・・同期信号入力部
１０４・・・投光信号発生部
１０５・・・投光タイミング設定スイッチ
２００・・・受光器
２０１，２０２・・・受光部
２０３・・・同期信号入力部
２０４・・・信号処理部
２０５・・・受光タイミング設定スイッチ
２０６・・・出力部
３００・・・ＧＮＳＳ受信モジュール

Claims (4)

1. 上下に配置された複数の投光部を備えた投光器と、前記投光部に対応した上下に配置された複数の受光部を備えた受光器とを有する光線式検知装置において、
   前記投光器と前記受光器は、同期信号入力部を備え、ＧＮＳＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ Ｓｙｓｔｅｍ）信号により取得した標準時間からＰＰＳ（Ｐｕｌｓｅ Ｐｅｒ Ｓｅｃｏｎｄ）信号を生成するＧＮＳＳ受信モジュールを外付けまたは内蔵できる構造とし、
   前記投光器は、前記ＧＮＳＳ受信モジュールの前記ＰＰＳ信号を前記同期信号入力部から入力して同期信号とし、１台の前記投光器の中の各投光部は異なったタイミングでパルス信号を投光し、
   前記受光器は、前記ＧＮＳＳ受信モジュールの前記ＰＰＳ信号を前記同期信号入力部から入力して同期信号として、１台の前記受光器の中の各受光部が対応した１台の前記投光器の中の各投光部と同タイミングで受光した信号を受光信号とし、１台の前記受光器の中のいずれか１個の受光部に基づいた受光信号が予め設定した第１の設定時間よりも長く途絶えたときに、検知信号を出力し、
   前記受光器は、１台の前記受光器の中の全ての受光部に基づいた受光信号が予め設定した第２の設定時間よりも同時に長く途絶えたときも検知信号を出力し、前記第１の設定時間は、前記第２の設定時間以上の長さである光線式検知装置。
2. 前記投光部が投光するパルス信号は、搬送波をパルス信号に基づき振幅変調した二重変調のパルス信号である請求項１に記載の光線式検知装置。
3. 前記投光器は、周波数切替スイッチ１０６を備え、前記周波数切替スイッチ１０６により投光する搬送波の周波数を切り替えることができ、
   前記受光器は、周波数切替スイッチ２０７を備え、前記周波数切替スイッチ２０７により受光信号と判断する搬送波の周波数を切り替えることができる請求項２に記載の光線式検知装置。
4. 前記投光器は、投光タイミング設定スイッチを備え、
   前記投光タイミング設定スイッチにより、それぞれが異なるタイミングの組み合わせである各投光部が投光するタイミングを選択でき、
   タイミングの組み合わせは異なる複数のパターンが存在し、
   前記受光器は、受光タイミング設定スイッチを備え、
   前記受光タイミング設定スイッチにより、それぞれが異なるタイミングの組み合わせである各受光部が受光するタイミングを選択でき、
   タイミングの組み合わせは異なる複数のパターンが存在する
   請求項１から３のいずれか一項に記載の光線式検知装置。

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