JP7386415B2 - 光線式検知装置 - Google Patents

Description

本発明は警備用の光線式検知装置の光軸調整機能に関する。

従来の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、光線による変調光を投光する投光器と、受光器とを警戒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。警戒区間を通過する人間（侵入者）により、投光器から発射される変調光が遮断され、受光器に到達しないことや、到達する変調光が減少したことを検出して、警報信号を出力するものである。

本発明における光軸とは、投光器の投光部の光学的な出力特性の中心軸や、受光器の受光部の光学的な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、光軸調整という。

光軸調整が正確に出来ていなければ、木々の揺れや雨や雪などの天候などの環境要因により侵入者がいないにもかかわらず警報信号を発すること（誤報）がある。

光軸調整はカバーを開けた状態で、照準器を用いたり、テスターを光線式検知装置に接続し電圧により受光量を確認したり、受光量に応じて変化する連続音の周波数変化や断続音の周期を聴き取ったりして光軸調整の進度を確認しながら（特許文献２）、光軸調整部のネジやダイヤルを操作することで投光ユニットや受光ユニットの角度を変え、十分な受光量になり、光軸調整が完了したと判断できたとき、光軸調整者は投光器及び受光器のカバーを閉じる。

特開２０１０－１５１７４７号公報 特開２０１９－１２００７号公報

河内まき子、2012：AIST日本人の手の寸法データ。https://www.airc.aist.go.jp/dhrt/hand/index.html

光軸調整の進度に関係の無い要因による受光量への影響を除去する光線式検知装置を提供する。

光軸調整の進度に関係の無い要因とは、より具体的には、光軸調整を行う際のカバーの開閉による受光量の変動や、光軸調整装置を操作する手や工具などが変調光を遮るといったことなど、光軸の方向が変化しないにもかかわらず、受光量が変動する要因を意味する。

（１）上記課題を解決するために、本発明の光線式検知装置は、投光器と、受光器と、前記投光器に２以上の投光部と、切替機構と、を備えた光線式検知装置であって、前記切替機構の切替動作に連動して２以上の前記投光部の１以上を無効とし、少なくとも１の投光部は有効とすることを特徴とする。

（２）また、上記課題を解決するための別の手段として本発明の光線式検知装置は、投光器と、受光器と、前記受光器に２以上の受光部と、切替機構と、を備えた光線式検知装置であって、前記切替機構の切替動作に連動して２以上の前記受光部の１以上を無効とし、少なくとも１の受光部は有効とすることを特徴とする。

（３）また、（１）又は（２）の光線式検知装置において、前記投光器には切替機構と、前記受光器には共振回路と、を備えた光線式検知装置であって、前記投光器から変調光を投光し、前記受光器により受光した信号を共振回路に入力し、前記切替機構の切替動作により変調光のパルスの数を調整してもよい。

（４）また、（１）～（３）の光線式検知装置において、カバーを備え、前記切替機構は前記カバーの開閉検出スイッチとして、前記開閉検出スイッチにより前記カバーが開くことを検出することで切替動作を行ってもよい。

（５）また、上記課題を解決するための別の手段として本発明の光線式検知装置は、投光器と、受光器と、前記投光器には切替機構と、前記受光器には共振回路と、を備えた光線式検知装置であって、前記投光器から変調光を投光し、前記受光器により受光した信号を共振回路に入力し、前記切替機構の切替動作に連動して変調光のパルスの数を調整することを特徴とする。

（６）また、（５）の光線式検知装置において、カバーを備え、前記切替機構は前記カバーの開閉検出スイッチとして、前記開閉検出スイッチにより前記カバーが開くことを検出することで切替動作を行ってもよい。

光軸調整の進度に関係の無い要因による受光量への影響を除去することにより、光軸調整の煩雑さが解消される。

本発明技術による光線式検知装置の構成例を示す図である。 本発明技術による光線式検知装置の光軸調整を示す図である。 従来技術による光線式検知装置の光軸調整を示す図である。 本発明技術による光線式検知装置の投光ユニットおよび受光ユニットの構成を示す図である。 本発明及び従来技術の投光波形及び受光波形を比較する図である。

以下、本発明の実施形態について図を参照して説明する。

図１は本発明の光線式検知装置の構成例のカバーを開けた状態を示す図である。光線式検知装置１は投光器１０及び受光器２０により構成される。

投光器１０は、ベース１１６と、開閉可能としたカバー１１４により構成され、ベース１１６は、投光ユニット１１０と、光軸調整部１１３（投光ユニット１１０を左右に回動させるための光軸調整部１１３Ａと、投光ユニット１１０を上下に回動させるための光軸調整部１１３Ｂ）と、開閉検知スイッチ１１５を備え、投光ユニット１１０は、上段に投光部１１１Ａ、下段に投光部１１１Ｂ、光軸調整者を投光ユニット１１０の側面から照準調整可能とするために投光ユニット１１０の正面方向に視界を提供する照準器１１２（照準器（対物部）１１２Ａと照準器（接眼部）１１２Ｂ）を備える。

ここで、カバーの開閉という言葉は、投光ユニット１１０や受光ユニット１２０の正面方向にかからないようにカバーを外したり、正面方向にかかるようにカバーをつけたりするという意味で用いる。

受光器２０は、ベース１２６と、開閉可能としたカバー１２４により構成され、ベース１２６は、受光ユニット１２０と、光軸調整部１２３（受光ユニット１２０を左右に回動させるための光軸調整部１２３Ａと、受光ユニット１２０を上下に回動させるための光軸調整部１２３Ｂ）と、開閉検知スイッチ１２５を備え、受光ユニット１２０は、上段に受光部１２１Ａ、下段に受光部１２１Ｂ、光軸調整者を受光ユニット１２０の側面から照準調整可能とするために受光ユニット１２０の正面方向に視界を提供する照準器１２２（照準器（対物部）１２２Ａと照準器（接眼部）１２２Ｂ）を備える。

図２は本発明の光線式検知装置による光軸調整を示す図である。図２（ａ）はドライバーを用いて垂直方向の光軸調整を示し、図２（ｂ）は光軸調整者が手で水平方向の光軸調整を行う様子を示す。図２には投光器１０の光軸調整を示すが、投光器１０と受光器２０はほぼ同等の形状をしており、光軸調整部や照準器の操作は同じであるため、受光器２０の図は省略する。

投光器１０は投光部１１１Ａ及び投光部１１１Ｂから同じ変調光Ｒ（上段を変調光Ｒ１、光軸調整部１１３に近い下段を変調光Ｒ２とする）を投光する。変調光は投光部１１１から光軸Ｘ１０（上段を光軸Ｘ１１、下段を光軸Ｘ１２とする）を中心軸として円錐状に拡がる。図２においては光線式検知装置１の受光量の増減に影響する部分である、投光部１１１Ａと対となる受光部１２１Ａを結んだ円筒形の部分を変調光Ｒ１、投光部１１１Ｂと対となる受光部１２１Ｂを結んだ円筒形の部分を変調光Ｒ２として示す。投光部１１１Ａ及び投光部１１１Ｂは、常に光軸Ｘ１１及び光軸Ｘ１２が平行して同じ方向を向くように投光ユニット１１０として一体となるよう固定されている。

受光器２０側においても投光器１０と同様に光軸Ｘ２０（上段を光軸Ｘ２１、下段を光軸Ｘ２２とする）、変調光Ｒ（上段を変調光Ｒ１、下段を変調光Ｒ２）として示す。受光部１２１Ａ及び受光部１２１Ｂは、常に光軸Ｘ２１及び光軸Ｘ２２は平行して同じ方向を向くように受光ユニット１２０として一体となるよう固定されている。

投光器１０において、照準器（接眼部）１１２Ｂをのぞき込むと照準器（対物部）１１２Ａから光軸Ｘ１０に並行する視界が得られ、光軸Ｘ１０の向きを確認することができる。受光器２０においても同様の方法により、光軸Ｘ２０に並行する視界が得られ、光軸の向きを確認することができる。

以下において、本発明による光線式検知装置の光軸調整の手順を説明する。但し、コストなどの兼ね合いを考慮し、受光器２０は投光器１０のカバー１１４の開閉を認識するための通信手段を持たないことを前提条件とするものである。

まず、カバー１１４とカバー１２４を開けて投光器１０と受光器２０とを警戒区域を隔てて対向して設置する。このときに投光器１０において、カバーの開閉を検出するための切替機構である開閉検出スイッチ１１５が切替動作することによりＭＣＵ（Ｍｉｃｒｏ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ Ｕｎｉｔ）へ開信号が送られ、ＭＣＵは投光部１１１Ｂを無効とし変調光Ｒを投光させなくする。受光器２０においても、開閉検出スイッチ１２５が切替動作することによりＭＣＵへ開信号が送られ、ＭＣＵは受光部１２１Ｂを無効とし変調光Ｒを光電変換させなくする。

次に投光器１０の照準器１１２を用いて対向する受光器２０の方向を確認することで光軸Ｘ１０が合っているかどうかを確認し、光軸調整部１１３Ａ又は光軸調整部１１３Ｂを手Ｈや工具ＨＴにて操作して投光ユニット１１０を回動させることにより光軸Ｘ１０の調整を行う。

受光器２０においては、照準器１２２を用いて対向する投光器１０の方向を確認したり、テスターを受光器２０に接続し出力される電圧値を確認したり、受光量に基づいて発せられる音の周波数や断続音の周期などを聴き取ったりすることで、受光量を確認し、光軸調整の進度を確認しつつ光軸調整部１２３を操作して受光ユニット１２０を回動させることにより光軸Ｘ２０の調整を行い、光軸調整を完了できる受光量であることが確認できれば投光器１０のカバー１１４を閉じる。

その後、受光器２０のカバー１２４を閉じることで光軸調整を完了する。

従来は、図３（ａ）及び図３（ｂ）に示す通り、光軸調整を行うときに光軸調整者の手Ｈや工具ＨＴが投光器１０の投光部１１１Ｂと受光器２０の受光部１２１Ｂの間を遮ることにより変調光Ｒ２が遮られることとなり受光量が変動するため、わざわざ変調光Ｒ２を意識的に避けながら光軸調整部１１３や光軸調整部１２３を操作する必要があり、光軸調整が煩雑であった。

しかし、本発明によると、光軸調整時にカバーを開けることに連動して投光部１１１Ｂや受光部１２１Ｂを無効とすることにより、変調光Ｒ２が生じなくなるため光軸調整部１１３や光軸調整部１２３を操作する際にドライバーなどの工具や光軸調整者の手が変調光Ｒ２を遮ることがなくなり、光軸調整の進度に関係の無い要因による受光量の変動が発生せず、光軸調整の煩雑さが解消される。

また、カバーを開けることにより受光量は増加するが、投光部１１１Ｂや受光部１２１Ｂが無効となることにより受光量は減少するため、これらは互いに打ち消しあうように働き、カバーを開いているときと閉じているときの受光量の差が小さくなる。このことから、カバー１１４を閉めた後に受光量が低下していればカバー１１４が投光ユニット１１０に接触するなどして光軸Ｘ１０がずれてしまったことがわかるという効果が得られる。

今日においては、光線式検知装置１は小型化が望まれる場合があり、そういったときには特に図２や図３に示す通り光軸調整部と投光部１１１や受光部１２１の位置が近くなるため、上記課題が生じやすく、特に顕著な効果が発揮される。

受光器２０は受光部１２１Ａ及び受光部１２１Ｂで受光した変調光Ｒ１と変調光Ｒ２を光電変換し加算したものが受光量となるため、受光部１２１Ｂが受光しなくなればそれだけ受光量は減少する。

図４は本発明による光線式検知装置の投光ユニット１１０及び受光ユニット１２０の一部を示す図である。投光器１０のＭＣＵから投光ユニット１１０の電流制御回路Ｕ１へ投光信号Ｓ１が入力される。電流制御回路Ｕ１はＯＮとＯＦＦの切り替えが可能な定電流回路であり、投光信号Ｓ１に従い、予め定められた電流である投光信号Ｓ２を投光素子Ｕ２に流すことにより、投光素子Ｕ２は変調光Ｓ３を発する。

変調光Ｓ３は光学系Ｕ３を通って変調光Ｒとして投光される。

変調光Ｒは光学系Ｕ４にて受光、集光され変調光Ｓ４が受光素子Ｕ５へ入光し光電変換され、電気信号である受光信号Ｓ５が共振回路Ｕ６へ入力される。共振回路Ｕ６により所定の周波数の信号を取り出し、検波回路Ｕ７により受光信号Ｓ７を生成し、受光器２０のＭＣＵへ送信する。

受光器２０の共振回路Ｕ６は変調光の周波数に合わせた共振周波数をもっており、対となる投光器１０と、他の検知装置から投光される変調光と、を弁別できるようになっている。

図５は変調光Ｒの投光波形と受光信号Ｓ７の波形を示す図である。図５（ａ）及び図５（ｂ）は本発明による検知装置のものであり、図５（ｃ）及び図５（ｄ）は従来技術による検知装置のものである。また、これらの波形は時間Ｔ０から時間Ｔ３までの周期一つ分のみ周期ＰＲ１として図示するが、ＰＲ２、ＰＲ３と繰り返される。これらの周期ごとに受光信号Ｓ７の最大値をＭＣＵは受光量として記憶し、前述のとおり光軸調整が完了したか否か、または変調光Ｒが遮断されているか否かを判断するために用いる。

図５（ａ）及び図５（ｃ）は投光器１０から投光される変調光Ｒを示す図であり、縦軸は投光量、横軸は時間を示すものである。投光量とは、投光器から発せられる変調光の量であり、より詳細には、カバー１１４が開いている場合は光学系Ｕ３から発せられる変調光のことであり、カバー１１４が閉じている場合はカバー１１４を通過する変調光の量のことである。カバー１１４を閉じているときの投光波形は破線で示す形であり投光量は投光量Ｍ２とＯＦＦが切り替わることによりパルスを形成して変調し、カバー１１４を開けているときの投光波形は実線で示す形であり投光量は投光量Ｍ１とＯＦＦが切り替わることにより変調する。図５（ａ）はカバー１１４を閉じているときのパルスの数を減少させるという点においてのみ、図５（ｃ）と異なる。

図５（ｂ）及び図５（ｄ）は、縦軸を受光信号Ｓ７、横軸を時間として示すものである。

受光信号Ｓ７は、実際は投光量があるときに上昇し、ＯＦＦになると下降して波を打つように上昇してゆくが、本発明とは関係が無いため図の見やすさを優先し滑らかな包絡線で示す。

受光器２０のカバー１２４を開けて、受光部１２１Ｂを無効にする場合には受光信号Ｓ７が減少するが、カバー１２４を開くことに連動して受光部１２１Ａから得られた受光信号Ｓ７を、両方の受光部１２１が有効である場合と同等となるようにＭＣＵで増幅（例えば、２つのうち１つの受光部１２１を無効にするため、受光信号Ｓ７を２倍とする）などにより補正し利用することができる。そのため、特段の問題を生じさせることなく光軸調整のときに光軸調整者の手Ｈや工具ＨＴにより変調光Ｒ２を遮ることが無くなり、光軸調整の煩雑さが解消する効果を享受できる。図５においてはＭＣＵに入力された後に、上記の通り補正が行われた後の受光信号Ｓ７を示す。

図５（ａ）では、投光器２０のカバー１１４が閉じているときは、投光量は投光量Ｍ２となっており投光波形は時間Ｔ０から時間Ｔ２まで続いているが、カバー１１４が開いているときはカバー１１４による減衰が無いため投光量Ｍ１へと上昇し、図５（ｂ）における受光量を受光量Ｌ２とすべく投光波形は時間Ｔ０から時間Ｔ１までとなるようパルスの数を減少させることを示している。

図５（ｂ）では、投光器１０のカバー１１４が閉じているとき、受光信号Ｓ７は時間Ｔ２まで上昇しており、このときに受光量Ｌ２となる。カバー１１４を開けているときの受光信号Ｓ７はカバー１１４を閉じているときよりも投光量が大きいため立ち上がりが速くなっており、時間Ｔ１で受光量Ｌ２となることを示している。

上記のことから、投光器１０のカバー１１４の開閉状態により、受光器２０の受光量に変化が生じない、或いは変化が小さくなるため光軸調整の完了を判断するための受光量を略同じ値となるよう調整可能であるため、光軸調整の煩雑さが解消する、という効果を奏する。

図５（ｃ）では、投光器１０のカバー１１４が閉じているとき、投光量はＭ２となっており投光波形は時間Ｔ０から時間Ｔ２まで続いており、カバー１１４が開いているとき、カバー１１４による減衰が無いため投光量はＭ１へと上昇し、投光波形におけるパルスの数を減少させないことを示している。

図５（ｄ）では、投光器１０のカバー１１４が閉じているとき及び開いているときのどちらも受光信号Ｓ７は時間Ｔ２まで上昇しており、カバー１１４を閉じているときは受光量Ｌ２となるが、カバー１１４を開けているときは受光量Ｌ２を超えて受光量Ｌ１に達し、カバー１１４が閉じているときと比較して開いているときの受光量が上昇することを示している。

光軸調整を行うときの投光器１０のカバー１１４の開閉により投光量の変化が生じるために受光量が変化するという課題について、カバーの開閉に連動して投光器の電力を増減させることにより投光量を補正する手法が存在するが、当該従来技術を用いるためには投光器に投光量を調整する回路などの手段を備える必要があるためコストが増加する。この観点から見ると、本発明はカバー１１４の開閉など投光器１０の状態変化に伴って電力を調整せずに受光量を調整可能なものとすることに技術的な意義がある。

また、従来の光線式検知装置においては、光軸調整時にカバーを開けることにより受光量が増えすぎる場合の対応手段として、カバーを開けた状態で受光ユニットに装着し受光量を減らすための減衰フィルターを使用していた。本発明による光線式検知装置においては一部の投光部や受光部を無効にしたり、パルスの数を調整したりすることにより受光量を適切に調整可能であるため、減衰フィルターが不要となりコストが低下し、装着する手間が無くなり、さらに減衰フィルターの装着ズレによる減衰率のバラツキを無くすという効果が得られる。

本実施形態の説明は上述の通りとなるが、本発明及び実施形態についての補足を次に記す。

本発明によると、投光器１０のＭＣＵによる変調光Ｒのパルスの数を調整することで、投光器のカバーが有る場合と無い場合の受光量が略同一となるように調整できるという点において、従来技術より優れる。今日において投光器による変調光Ｒの信号生成はＭＣＵを用いて行われることが一般的であるため、コストの増加は無い。

投光部や受光部の一部を無効とした場合、受光量が減りすぎる場合が考えられるが、パルスを増加させればよく、パルスの数の調整とは増減両方の意味を含む。

投光部や受光部を無効とする手段は様々なものが考えられるが、例を挙げるとすれば、電磁リレーなどを駆動することにより機械的に投光ユニット１１０や受光ユニット１２０の内部で変調光Ｒを遮断する、投光器１０であれば投光素子への電力供給を遮断する、受光器２０であれば、受光素子、共振回路或いは検波回路いずれかへの電力供給を遮断する、その他にそれぞれの受光部ごとに別々にＭＣＵへ受光量が送信されるようにされていれば、ＭＣＵ内部で無効とする受光部１２１の受光量を使用しない、などにより実施できる。

光軸調整者の手が変調光を遮ることにより光軸調整を阻害するということを鑑みると、手長の寸法はＡＩＳＴによる調査（非特許文献１）によれば最大で２０ｃｍ程度であるため、無効とする投光部や受光部は光軸調整部の端からの距離が２０ｃｍ以内にかかるものとすれば十分である。但し、工具を用いて光軸調整部を操作する場合はより広い範囲について無効とする必要が生じる。

本実施形態において切替機構は、カバーの開閉に連動し、投光波形のパルスの数を調整するものとして説明したが、投光部１１１または受光部１２１に取り付ける光学フィルターの着脱や、投光部や受光部を無効とすることに連動させるなどの、様々な要因に連動して動作させることが考えられる。

本実施形態においては、投光部と受光部はそれぞれ２としたが、それぞれ３以上でもよい。また、これらの投光部と受光部を無効にするときは少なくともそれぞれ１以上を有効としていればよい。

１ 光線式検知装置
１０ 投光器
２０ 受光器
１１０ 投光ユニット
１２０ 受光ユニット
１１１ 投光部
１２１ 受光部
１１２、１２２ 照準器
１１３、１２３ 光軸調整部
１１４、１２４ カバー
１１５、１２５ 開閉検出スイッチ
１１６、１２６ ベース
Ｕ１ 電流制御回路
Ｕ２ 投光素子
Ｕ３、Ｕ４ 光学系
Ｕ５ 受光素子
Ｕ６ 共振回路
Ｕ７ 検波回路
Ｓ１、Ｓ２ 投光信号
Ｓ５、Ｓ６、Ｓ７ 受光信号
Ｒ、Ｒ１、Ｒ２、Ｓ３、Ｓ４ 変調光
Ｘ１０、Ｘ１１、Ｘ１２、Ｘ２０、Ｘ２１、Ｘ２２ 光軸
Ｍ１、Ｍ２ 投光量
Ｌ１、Ｌ２ 受光量
時間 Ｔ０、Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３
周期 ＰＲ１、ＰＲ２
Ｈ 光軸調整者の手
ＨＴ 工具

Claims (6)

1. 投光器と、
   受光器と、
   カバーと、
   前記投光器に２以上の投光部と、
   切替機構と、
   を備えた光線式検知装置であって、
   前記切替機構の切替動作に連動して２以上の前記投光部の１以上を無効とし、
   少なくとも１の投光部を有効とし、
   前記切替機構は前記カバーの開閉検出スイッチとして、
   前記開閉検出スイッチにより前記カバーが開くことを検出することで
   切替動作を行うことを特徴とする光線式検知装置。
2. 投光器と、
   受光器と、
   カバーと、
   前記受光器に２以上の受光部と、
   切替機構と、
   を備えた光線式検知装置であって、
   前記切替機構の切替動作に連動して２以上の前記受光部の１以上を無効とし、
   少なくとも１の受光部を有効とし、
   前記切替機構は前記カバーの開閉検出スイッチとして、
   前記開閉検出スイッチにより前記カバーが開くことを検出することで
   切替動作を行うことを特徴とする光線式検知装置。
3. 投光器と、
   受光器と、
   前記投光器には切替機構と、
   前記受光器には共振回路と、
   を備えた光線式検知装置であって、
   前記投光器から変調光を投光し、
   前記受光器により受光した信号を共振回路に入力し、
   前記切替機構の切替動作により
   変調光のパルスの数を調整することを特徴とする光線式検知装置。
4. 請求項３に記載の光線式検知装置において、
   前記投光器に２以上の投光部を備え、
   前記切替機構の切替動作に連動して２以上の前記投光部の１以上を無効とし、
   少なくとも１の投光部を有効とすることを特徴とする光線式検知装置。
5. 請求項３または請求項４に記載の光線式検知装置において、
   前記受光器に２以上の受光部と、
   切替機構と、
   を備え、
   前記受光器に備えた前記切替機構の切替動作に連動して２以上の前記受光部の１以上を無効とし、
   少なくとも１の受光部を有効とすることを特徴とする光線式検知装置。
6. 請求項３から５のいずれか一項に記載の光線式検知装置において、
   カバーを備え、
   前記切替機構は前記カバーの開閉検出スイッチとして、
   前記開閉検出スイッチにより前記カバーが開くことを検出することで
   切替動作を行うことを特徴とする光線式検知装置。

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