JPH0367590B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［技術分野］ 本発明は、被検知物体からの光を検出して監視
領域の状況を監視する光学式の広域状況監視装置
に関するものである。

［背景技術］ 従来、この種の光学式の状況監視装置は、監視
領域内に被検知物体が存在するかどうかを検出す
るものが殆どであり、被検知物体の位置を判定で
きないため正確な監視が困難であつた。そこで、
被検知物体の距離を測定して被検知物体の位置情
報を得るようにしたものとして、投光手段を具備
したいわゆるアクテイブ型の光学式測距手段（例
えば、三角測量方式、焦点検出方式、位相差検出
方式など）を用いた監視装置があるが、いずれの
場合にあつても監視装置の正面方向の検知領域内
の被検知物体を検出するだけであるので、広域に
亘つて被検知物体までの距離および方向を検出す
る場合には、多数の監視装置を設ける必要があ
り、装置が大型化してしまいコストも高くなると
いう問題があつた。また、監視装置を回転させる
ことも考えられるが投光手段を含む監視装置を回
転させる場合には回転駆動系が大形化して実用化
は困難であつた。一方、投光手段を必要としない
パツシブ型の光学式測距方式としては、例えば、
特開昭57−211007号公報に見られるように、光学
系を光軸と直光方向に往復駆動するとともに、光
学系の焦点面に複数の光検知素子を結像される像
の移動方向に配置して被検知物体からの光を各光
検知素子にて受光し、各光検知素子出力に基いて
被検知物体の位置を検出するようにしたものがあ
つたが、このような従来例にあつても、光学系の
往復駆動手段が必要であるため監視装置自体が大
型化し、これを回転させて広域に亘つて監視を行
う場合には装置全体の構成が複雑になつて大型化
し、コストが高くなるという問題があつた。

［発明の目的］ 本発明は上記の点に鑑みて為されたものであ
り、その目的とするところは、広域に亘つて被検
知物体までの距離および方向を検出して被検知物
体の位置を判定でき、しかも装置全体の構成が簡
単でコストを安くすることができる広域状況監視
装置を提供することにある。

［発明の開示］ （構成） 本発明は、一定速度で回転する回転軸１０に中
央部が取着された支持体１１の一端に被検知物体
Ｘからの光を受光する光学系１２を設けるととも
に、他端に上記光学系１２の焦点近傍に配設され
結像された像の移動方向に複数の光検知素子３
０，３１が列設された検知素子アレイ３を設けた
回転センサ１と、上記回転センサ１の視野方向を
検出する方向検出手段２と、検知素子アレイ３の
相隣接する光検知素子３０，３１出力を交互に極
性を反転して加算する加算手段４と、加算手段４
出力の周波数に基いて被検知物体Ｘまでの距離を
演算する演算手段５と、方向検出手段２から出力
された方向情報および演算手段５から出力された
距離情報に基いて状況を判定する状況判定手段６
とで構成されており、広域に亘つて被検知物体Ｘ
までの距離および方向を検出して被検知物体Ｘの
位置を判定できるようにしたものである。

（実施例） 第１図乃至第５図は本発明一実施例を示すもの
で、一定速度で回転し被検知物体Ｘからの光を受
光する回転センサ１は、モータにて等速回転され
る回転軸１０の上端にコ字型に折曲された棒体よ
りなる支持体１１の中央部を取着し、この支持体
１１の一端に凸レンズよりなる光学系１２を立設
するとともに、回転軸１０を挟んだ他端に検知素
子アレイ３を設け、検知素子アレイ３上に被検知
物体Ｘの像を結像させるようになつている。ま
た、検知素子アレイ３は、光学系１２の焦点近傍
に配設され、結像された像の移動方向に列設され
た複数の光検知素子３０，３１にて形成されてお
り、加算手段４では、検知素子アレイ３の相隣接
する光検知素子３０，３１出力を交互に極性を反
転して加算（例えば、奇数番目の光検知素子３０
の出力を合成して正極性信号とし、偶数番目の光
検知素子３１出力を合成して負極性信号として加
算）して復極信号を得るようになつている。図
中、出力が反転されない光検知素子３０を「＋」、
出力が反転される光検知素子３１を「−」として
表示しており、実施例において光検知素子３０，
３１は、人体、あるいは火災発生場所などの温度
の高い被検知物体Ｘからの赤外線を検出でき、冷
却が不要な焦電素子を用いていている。また、加
算手段４は差動増幅器を用いて形成され、両入力
端子に光検知素子３０，３１出力を入力すること
により、両出力を反転して加算できるようになつ
ており、必要に応じて後段に増幅回路を設けても
良い。なお、光検知素子３０，３１としては、可
視、近赤外光検出用のフオトダイオードなどを用
いても良いことは言うまでもない。また、光学系
１２として凹面ミラー、ピンホールなどが使用で
きることは言うまでもなく、ピンホールの場合に
は集光能力は劣るものの、構成が簡単になつてコ
ストを安くできるとともに、軽量化が図れて回転
機構を簡略化することができるようになつてい
る。また、実施例では、加算手段４は回転センサ
１の支持体１１の中央に回路部１４として取着さ
れており、この加算手段４出力は、パイプ状の回
転軸１０の下端面に設けられた発光素子６０およ
び軸受け部６１に設けられた受光素子６２よりな
るフオトカプラ部を介して取り出されるようにな
つており、検知素子アレイ３、加算手段４、発光
素子６０などの回路電源は電池にて形成され、回
路部１４内に内蔵されている。また、上記電池を
充電可能な２次電池とし、回転センサ１の適所に
設けた太陽電池から充電するようにしても良い。

次に、回転センサ１の視野方向を検出する方向
検出手段２は、回転軸１０に取着され方位角の基
準位置検出用のスリツト２２が穿設された回転板
２１と、回転板２１を挟んで対設された発光素子
２３および受光素子２４よりなるフオトインタラ
プタと、発光素子２３からの光がスリツト２２と
介して受光素子２４にて受光されたときに出力さ
れる信号を波形整形して基準位置パルスを形成す
る波形整形器２５と、上記基準位置にパルスにて
リセツトされクロツク回路２６にて発生された基
準クロツクを計数する計数回路２７とで構成さ
れ、計数回路２７出力として基準位置に対する回
転センサ１の回転角を示す方向情報が逐次出力さ
れる。なお、多数の回転検出用スリツト２２ａが
等間隔で列設されている回転板２１の周部に別の
フオトインタラプタの投、受光素子を対設し、回
転検出用スリツト２２ａを介して受光素子にて受
光されるパルス光に対応するパルス信号を上記基
準クロツクとしても良いく、この場合、回転セン
サ１の回転むらによる方向検出精度の低下が防止
できることになる。

次に、加算手段３出力の周波数に基いて被検知
物体Ｘまでの距離Ｒを演算する演算手段５は、加
算手段３出力を反転するインバータ５１と、加算
手段３出力はVaおよびその反転信号を波形整形
する波形整形器５２ａ，５２ｂと、波形整形器５
２ａ，５２ｂ出力Vb，Vcにて制御されるゲート
回路５３ａ，５３ｂと、クロツク回路５５から出
力されるクロツク信号Vfをゲート回路５３ａ，
５３ｂを介して計数する計数回路５４ａ，５４ｂ
と、レベル判定回路５６ａ，５６ｂと、加算手段
３出力Vaのゼロクロス点を検出するゼロクロス
点検出回路５７と、記憶手段５９を含み各回路出
力に基いて加算手段３出力Vaの有効成分の平均
周波数を計測（詳細な動作は後述し）、この計測
された周波数に基いて距離を演算する演算回路
（マイクロコンピユータ）５８とで構成されてい
る。また、状況判定手段６は、方向検出手段２か
ら出力された方向情報および演算手段５から出力
された距離情報に基いて状況を判定するものであ
る。

以下、実施例の動作について説明する。第６図
および第７図は本発明の距離測定の原理を説明す
る図であり、いま、第６図において実線で示す位
置の光学系１２の光軸上に被検知物体Ｘが存在
し、この光学系１２が回転軸１０を中心として回
転半径ａ（cm）、角速度ω（rad／sec）で回転され
ており、被検知物体Ｘから光学系１２までの距離
をＲ、光学系１２から検知素子アレイ３の結像面
Ｙまでの距離をｒ（cm）、検知素子アレイ３の回転
半径をｂとすれば、光学系１２がΔt（sec）間に
Δθ（rad）回転して想像線で示す位置まで移動し
た場合において、光学系１２による結像面Ｙへの
入射光よりなる結像点X″の光軸からの変位角を
Δα（rad）、結像点X′，X″の移動距離をΔx（cm）
とすると、 θ＝ωΔt ……(1) となり、Δθ，Δαは微少であるものとし、三角形
の公式を用いると次式の関係が得られる。

RΔα＝aΔθ ……(2) Δx＝（Ｒ＋ｒ）Δα ……(3) 次に、被検知物体Ｘの像X′，X″の結像面Ｙ上
における移動速度をＶ（cm／sec）とすると、上記
(3)式を用いて、 Ｖ＝Δx／Δt＝（Ｒ＋ｒ）Δα／Δt ……(4) (1)(2)(4)式より、像X′，X″の移動速度Ｖは次の如
く変形される。

Ｖ＝ａ（Ｒ＋ｒ）／ＲΔθ／Δt＝aω（１＋ｒ／Ｒ）
……(5) ところで、光学系１２が実線の位置にある場合
において、検知素子アレイ３の中心位置Ｚは被検
知物体Ｘの像X′の結像位置になつているが、光
学系１２が想像線で示す位置に移動した場合にあ
つては、検知素子アレイ３の中心位置がZ′に移動
し、この移動距離Δdは、検知素子アレイ３が回
転半径ｂでΔθ回転しているので次式で与えられ
る。

Δd＝Δθb ……(6) ここに、検知素子アレイ３の移動速度をV₂
（cm／sec）とすると、(1)式を用いて V₂＝Δd／Δt＝bΔθ／Δt＝bω ……(7) が得られる。したがつて、検知素子アレイ３から
見た被検知物体Ｘの像X′，X″の移動速度Ｖ（cm／
sec）は次式で得られる。

Ｖ＝V₁＋V₂ ……(8) ここに、(5)，(7)式およびｒ＝ａ＋ｂの関係を用
いると、 Ｖ＝aω（１＋ｒ／Ｒ）＋bω＝rω（１＋ａ／Ｒ）…
…(9) となり、上式(9)を距離Ｒについて解くと、次のよ
うになる。

Ｒ＝raω／（Ｖ−rω） ……(10) 上式(10)から、移動速度Ｖを求めることにより距
離Ｒを得ることができる。

次に、被検知物体Ｘの像X′，X″の移動速度Ｖ
を検知素子アレイ３出力により求める方法を第７
図に示す動作説明図に基づいて説明する。第７図
ａに示すように検知素子アレイ３の相隣接する光
検知素子３０，３１は出力が互いに反転されて加
算されるいわゆる極性をもつた検知素子であり、
その配設ピツチはｌ（cm）となつている。これら
の光検知素子３０，３１の受光面上を被検知物体
Ｘの像X′が移動速度Ｖで矢印方向に移動した場
合には加算手段４出力Vaとして、第７図ｂに示
すような信号が得られる。この信号の周期をＴ
（sec）とすれば、 Ｔ＝2l／Ｖ ……(11) となり、上式(7)から加算手段４出力Vaの周波数
（Hz）は ｆ＝Ｖ／2l ……(12) となる。ここに、(6)(8)式より、周波数と被検知
物体Ｘまでの距離Ｒとの関係は次式で与えられ
る。

Ｒ＝raω／（2lf−rω） ……(13) すなわち、加算手段４出力Vaの周波数を求
めることにより被検知物体Ｘまでの距離Ｒが演算
できることになる。

以下、実施例における具体的測距動作について
第８図を用いて説明する。第８図ａは加算手段４
出力Vaの信号波形を示しており、光検知素子３
０，３１に重みづけ（中央部の感度を両端部に比
べて高くする）をすることにより中央付近の振幅
が最大で左右端に近付くにしたがつて振幅が小さ
くなつている。第３図実施例の演算手段５は、こ
の加算手段４出力Vaのゼロクス点間の周期をそ
れぞれ求めて、その平均値から周波数を決定する
回路であり、まず、加算手段４出力Vaは波形整
形器５２ａに入力され、正の信号波形のみが整形
されて第８図ｂに示すような正パルス信号Vbが
出力される。一方、出力Vaはインバータ５１に
て反転されて波形決整形器５２ｂにも入力されて
おり、波形整形器５２ｂにて負の信号波形のみが
整形されて第８図ｃに示すような負パルス信号
Vcが出力される。この正、負パルス信号Vb，
Vcにて制御されるゲート回路５３ａ，５３ｂを
介してクロツク回路５５にて発生されたクロツク
Vf（第８図ｆに示す）が加算手段４出力Vaのゼ
ロクロス点でリセツト（後述）される計数回路５
４ａ，５４ｂに入力されており、計数回路５４ｂ
によつて正、負パルス信号Vb，Vcの１パルスの
時間幅（例えば、“Ｈ”レベル時間）が計測（ク
ロツク周期×カウント数）されるようになつてい
る。次に、ゼロクロス点検出回路３２にて検出さ
れたゼロクロス信号は演算回路５８に入力されて
おり、このゼロクロス信号が得られたときに、計
数回路５４ａ，５４ｂの計数結果が演算回路５８
に読み込まれ、後述するレベル判定回路５６ａ，
５６ｂ出力に基いて有効と判定された計数結果を
記憶手段５９に記憶させた後、計数回路５４ａ，
５４ｂのリセツト信号が演算回路５８から出力さ
れるようになつている。次にレベル判定回路５６
ａ，５６ｂでは、加算手段４出力Vaのレベルが
しきい値電圧V_T−V_Tを越えた場合に、第８図ｄ，
ｅに示すように、有効信号であることを示す判定
信号Vd，Veをラツチして出力するようになつて
おり、演算回路５８では、ゼロクロス信号が得ら
れた時点でこの判定信号Vd，Veをチエツクし、
判定信号Vd，Veが″1″の場合には、前述したよ
うに正、負パルス信号の時間幅の計測結果を有効
と見なして記憶手段５９に記憶させるとともに、
有効パルスを計数するパルス数カウンタをカウン
トアツプする。このとき、演算回路５８からレベ
ル判定回路５６ａ，５６ｂにラツチされている判
定信号Vd，Veのリセツト信号が出力され、レベ
ル判定結果をリセツトして次のレベル判定に備え
るようになつている。一方、判定信号Vd，Veが
“０”のときには計測された時間幅は無効データ
としてキヤンセルされることは言うまでもなく、
この場合、計数回路５４ａ，５４ｂはリセツトす
る必要があるものの、レベル判定回路５６ａ，５
６ｂのラツチ回路をリセツトする必要は特にない
が、リセツトするようにしても良い。このように
して有効パルス数と、各有効パルスのゼロクロス
点間の時間幅（周期）が記憶手段５９に順次記憶
され、時間幅の平均値が演算され、この平均時間
幅に基いて出力Vaの周波数（＝1/2Ｔ）が演算
される。この周波数は被検知物体Ｘまでの距離
Ｒに対応するデータであり、演算回路５８から出
力される周波数データは距離情報として状況判定
手段６に入力される。なお、加算手段４出力Va
には不要な周波数成分が含まれており、この不要
周波数成分を帯域フイルタによつて除去するよう
にすれば、高精度の周波数測定が行えることにな
り、特に、実施例においてはゼロボルト点を保持
するためにも不可欠であるので、加算手段４内に
不要波除去用帯域フイルタが付加されている。ま
た、本実施例では、加算手段４出力Vaのゼロク
ロス点間の時間幅に基いて周波数を求めている
が、出力Vaのピーク点間の時間幅に基いて周波
数を求めることも可能である。また、出力Va
の信号波形をＡ／Ｄ変換してF.F.T.法あるいは
M.E.M.法などのデジタル演算によつて周波数ス
ペクトルを求め、その極大値から周波数を求め
ることも可能である。

次に、状況判定手段６では、この距離情報と方
向検出手段２から出力される方向情報とを同期を
とつて取り込むことにより対応させ、両情報に基
いて被検知物体Ｘの位置を正確に判定し、予め設
定された監視領域情報と、被検知物体Ｘの位置情
報に基いて監視領域内における侵入者の有無、火
災発生の有無などの状況を判定し、侵入者あるい
は火災発生が検知された場合には警報手段などを
駆動する異常検知信号を出力するようになつてい
る。なお、監視領域は回転センサ１の有無視野お
よび検出限界距離の範囲内で任意に設定でき、複
雑な監視領域の設定も容易にできる。また、回転
センサ１および検知素子アレイ３の構成により決
定される角度分解能の範囲内で被検知物体Ｘの数
の判定も可能になる。

［発明の効果］ 本発明は上述のように、一定速度で回転する回
転軸に中央部が取着された支持体の一端に被検知
物体からの光を受光する光学系を設けるととも
に、他端に上記光学系の焦点近傍に配設され結像
された像の移動方向に複数の光検知素子が列設さ
れた検知素子アレイを設けた回転センサと、上記
回転センサの視野方向を検出する方向検出手段
と、検知素子アレイの相隣接する光検知素子出力
を交互に極性を反転して加算する加算手段と、加
算手段出力の周波数に基いて被検知物体までの距
離を演算する演算手段と、方向検出手段から出力
された方向情報および演算手段から出力された距
離情報に基いて状況を判定する状況判定手段とで
構成されており、回転センサによつて有効視野を
移動させるとともに、回転センサの光学系の焦点
近傍に配置された検知素子アレイ上に結像される
被検知物体の像を移動させて被検知物体までの距
離および方向を検出しているので、広域に亘つて
被検知物体の位置を判定でき、しかも光学系の有
効視野の移動および検知素子アレイ上の像の移動
を同一の回転機構によつて行つているので、構成
が簡単になつてコストを安くすることができると
いう効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明一実施例の概略構成を示すブロ
ツク図、第２図は同上の要部構成を示す斜視図、
第３図は同上の要部概略ブロツク図、第４図は同
上の要部ブロツク回路図、第５図は同上の要部断
面図、第６図乃至第８図は同上の動作説明図であ
る。 １は回転センサ、２は方向検出手段、３は検知
素子アレイ、４は加算手段、５は演算手段、６は
状況判定手段、１０は回転軸、１１は支持体、１
２は光学系、３０，３１は光検知素子である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 一定速度で回転する回転軸に中央部が取着さ
   れた支持体の一端に被検知物体からの光を受光す
   る光学系を設けるとともに、他端に上記光学系の
   焦点近傍に配設され結像された像の移動方向に複
   数の光検知素子が列設された検知素子アレイを設
   けた回転センサと、上記回転センサの視野方向を
   検出する方向検出手段と、検知素子アレイの相隣
   接する光検知素子出力を交互に極性を反転して加
   算する加算手段と、加算手段出力の周波数に基い
   て被検知物体までの距離を演算する演算手段と、
   方向検出手段から出力された方向情報および演算
   手段から出力された距離情報に基いて状況を判定
   する状況判定手段とより成る広域状況監視装置。