JPS5816456B2 - 光監視装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は光監視装置、特に光度計の技術を応用して、視
野内に入る物体、或は視野から離れる物体を光学的に検
出し監視する装置に関する。

従来の光監視装置は二種類に分類できる。

１つは一定光源から離れた位置に受光素子を配し、その
間を通る物体が光ビームを遮断するようにした装置であ
る。

他のものは、監視光源をアナログ信号に変換する型のも
のである。

この一定光源は殆んど永久的に取付けなければならず、
且つ建物の窓やドアの孔のような極めて狭い場所を監視
するという厳しい制約がある。

一方、アナログ光度計は周囲の照明状態の変化及び装置
から少し離れた位置で起る光の変化に十分に応答するこ
とができないという欠点がある。

更に、予定レベルでトリガされるように設定しなければ
ならないので、これらの従来装置は信頼性に乏しく、且
つ希望しない光の変化でトリガされたり、或は場合によ
っては所定の光の変化に応答できないことがある。

本発明の光監視装置によれば１周囲照明状態が変化する
場合にも適応でき、しかも急激な光の変化にも十分応答
することができる。

即ち、好ましくは紫外線から赤外線に亘る広いスペクト
ルを有する自然又は人工光源の入射光或は反射光である
光源を監視する第１の受光素子をオペレーショナル増幅
器（以下単にＯＰＡという）の一方の入力端子に結合す
る。

このＯＰＡには光放射ダイオード（以下単にＬＥＤとい
う）のような基準光源及びそれと結合する第２受光素子
を含む帰還ループが設けられている。

監視する光源の変化に基づく第１受光素子の導電性の変
化により、ＯＰＡは基準光源が発生する光の量を変化さ
せ、その結果、第２の受光素子の導電性を第１受光素子
の導電性に匹敵させる。

入力回路の抵抗・コンデンサ回路網は２個の受光素子の
平衡動作に遅れを生じさせ、監視光源に急激な変化を生
じさせる信号を作る。

この回路の感度を調整し、僅かな光源の変化に対して所
望の出力信号が得られるようにする。

本発明の一実施例によると、得られた信号は増巾器を介
して比較器に加え、これに応答してトリガ信号を発生す
る。

比較器は低レベルの信号を除去し且つ急激な光の変化に
相当する信号に応答するための予定のヒステリシスを有
する「トリがウィンド」入力回路網を含む。

しかも、この回路構成は光源を横切る物体の通過後に相
当する光の急激な変化によってもトリガする可能性を有
する。

この物体は光源より明るくても或は暗くてもよく。

即ちより明るい光源であってもよい。

比較器により発生されたトリガパルスはカメラ。

記録装置、計数器、警報装置又はその他の表示装置等の
動作開始に用いてもよい。

例えば映写機等への応用の場合には、タイミング回路を
設け、ある所望期間中これらの利用装置を動作してもよ
い３受光素子は処理回路から離れたプローブ内に設け、
温度等の変化を最小にしつつ監視環境下に取付けてもよ
い。

監視受光素子前面に光学レンズ系を配置し、所望距離点
の光の変化を監視する装置を得てもよい。

更にまた、この監視装置をカメラ内部に取付け、一眼レ
フカメラのようなカメラレンズ系を通過する光の監視に
用いることもできることが理解できよう。

ズーム或は望遠レンズを付加すれば、検出された光の変
化はカメラが見たものと同じであるので光監視装置の多
様性を増すこととなる。

従って本発明の目的は新規な光監視装置を提供すること
である。

本発明の他の目的は緩慢な変化には応答せず、光の急激
な変化を検出する装置を提供することである。

本発明の更に他の目的は周囲の照明状態に感応する光監
視装置を提供することである。

本発明の別の目的は光学レンズ系に結合できる光監視装
置を提供することである。

本発明の更に別の目的は関連処理回路から離れた場所に
取付は可能な受光素子を有する光監視装置を提供するこ
とである。

本発明の付加的目的はあらゆる監視状態に使用できる携
帯可能な小型光監視装置を提供することである。

本発明の他の目的、作用効果及び応用等は添付図面を参
照して以下に行う詳細な説明を読めば当業者には十分理
解できよう。

以下添付図を参照して本発明の詳細な説明する。

第１図は本発明による光監視装置の原理を示す回路図で
ある。

好ましくは同一型式である２個の受光素子１及び２が互
に等しい正電源子■と負電源−■間に直列接続されてお
り、両受光素子の導電特性が等しければ両受光素子の中
点電圧、即ち出力端子５の電圧は接地基準電圧と同じ零
ボルトである。

図示の受光素子は例えばクレイレックス■製の市販され
ている光導電セルであり、その導電性は入射する光線に
比例する。

光起電力素子或は光抵抗素子の如き他のトランスデユー
サも適当な電源電圧や極性さえ満足できれば使用するこ
とも可である。

ＯＰＡγは７４１又はＬＭ３０８型の如き市販品であり
、夫々非反転入力及び反転入力を示す（１）及び（ハ）
と記している一対の入力端子及び出力端子を有する。

０ＰＡ７の反転入力端子に）は抵抗９を介して受光素子
１及び２の中点に接続されている。

この抵抗９は前述の反転入力端子に）と接地間に接続さ
れたコンデンサ１０と共にＲＣ回路網を形成する。

０ＰＡ７の非反転入力端子（ト）は接地され、その出力
端子は適当な正負電源間に直列接続され一対の内部トラ
ンジスタの中点であるを普通とし、基準光源１２を介し
て接地されている。

光源１２は市販のＬＥＤであるを可とし、例えばＭＡ２
４０４Ｒ型である。

光源１２、即ちＬＥＤｌ２は遮蔽して受光素子２に結合
され、それにより発生した光の全てが受光素子２に入射
するようになす。

また受光素子２も遮蔽されＬＥＤｌ ２により発生した
光のみが入射するようになす。

この回路動作は以下の通りである。

受光素子１は外部光源を監視する為に使用される。

この外部光源は建物内の照明による人工光源或は太陽か
らの自然光源のいずれでもよい。

受光素子１が監視光源からの光を受けると、この受光素
子１は導通し、それに対応する正電圧を出力端子５に発
生する。

０ＰＡ７はその反転入力端子（→に正電圧を検出し、そ
の出力端子に負電圧を発生するのでＬＥＤｌ２をオンと
する。

そこで、このＬＥＤｌ２により発生した光は受光素子２
に結合され、０ＰＡ７の作用により受光素子２の導電度
は受光素子１の導電度と釣り合い、出力端子５の電圧を
再び零ボルトに戻す。

抵抗９さコンデンサ１０で構成されたＲＣ回路網は０Ｐ
Ａ７の平衡動作を遅らせるので、受光素子１で監視され
ている監視光源が急激に変化すると、出力端子５には出
力が現われることとなる。

緩慢な監視光源の変化の場合には、０ＰＡ７の平衡動作
は十分これに追従できるので受光素子１の導電度の変化
は受光素子２の導電度と平衡し、よって出力端子５の出
力は零ボルトのままである。

この監視光源の急激な変化は光源と受光素子１間を人又
は他の物体が通る為に起る場合もある。

一方、緩慢な光源の変化は例えば日の出から日没までの
太陽の明るさの変化又は雲による一時的な影などの光源
の強弱の変化である。

ＲＣの値は希望する応答により任意に選択すればよい。

それ故、この光監視装置は侵入者監視装置、物体計数装
置或は監視光源の急激な変化に対して出力信号を発生す
るような他の種々の用途に用いることができる。

回路はシャーシ或は回路基板等のモジュール内に設ける
ことができ、一方受光素子１はケーブルでこの回路に接
続され、この回路から離れた位置にあるプローブ内に設
けてもよい。

このようなプローブの一例を第２Ａ図に示す。

第２Ａ図に示すプローブは１例えば金属、プラ。

スチツク或は適当な他の材質で作った単なる管状体１５
でもよく、その一端部内に収めた受光素子１に光が入射
する。

ケーブル１６はこの受光素子を他の回路素子に接続する
導線を含む。

この管状体１５は高度の感度と選択性を必要とする監視
に。

応用する場合には光源を点状にできるという長所を有す
る。

この管状体１５は不要な周囲光の反射を阻止する為に黒
色であることが好ましく、また所望直径及び長さに選択
できる。

しかし、選択性は直径と長さの関係であるので、例えば
受光素子の直径を余り越えない小さい直径に選択すべき
である。

第２Ｂ図は受光素子１，２．ＬＥＤ１２及び関連接続線
を含む管状体１５内部の好適な部品配置図である。

図示せずも、スリーブを用いて基準光源であるＬＥＤ１
２からの光の全てが直接受光素子２に入射し、他の光を
阻止するようにしてもよい プローブ内に両受光素子を
収納するこの構成により、両受光素子は略々同じ温度と
なるので、温度変化に起因する両受光素子の導電特性の
変化の影響を最小限にできる。

受光素子１は管状体１５の一端の採光穴に向けて取付け
られている。

第３図は光学レンズ系に使用する光プローブの断面図を
示す。

このプローブにおいて、受光素子１は管状体１５の開口
端部に固定され、受光素子２及びＬＥＤ１２は第２Ｂ図
と同様の方法でこの管状体１５の内部に固定される。

このプローブは採光穴１９を有するハウジング１８内に
取付けられ、この採光穴１９の前面にはレンズ２０がそ
の焦点距離だけ離れて設けられている。

このレンズ２０はカメラのレンズ系であるを可とし、こ
のプローブ自体もカメラ内部に取付けるを可とする。

この構成では、受光素子１はカメラレンズを通過した光
と同じ光を受けるので特に一眼レフカメラに用いるとき
有用である。

更に急激に光が変化するとき生じる前述の検出出力によ
りカメラのシャッターを作動させて写真をとることがで
きる。

更にまた。

ズーム或は望遠レンズを用いると、監視可能領域を一層
増加できる。

第４図は実用的な光監視装置として開発した本発明の一
実施例の詳細回路図を示す。

受光素子１゜２は＋１２ボルト電源間に直列接続される
。

抵抗２５とコンデンサ２６は電源のデカップリングであ
り、電圧が変動して受光素子回路に影響を及ぼすのを阻
止する。

尚、図から判る通り前述の回路素子と同様な素子には同
じ参照符号を付し、混乱を避けると共に説明を首尾一貫
させている。

光導電性素子である受光素子１及び２の中点に生じる信
号電圧は抵抗９を通して０ＰＡ７の反転入力端子に）に
加える。

また前述の通り、コンデンサ１０を０ＰＡ７の反転入力
端子（→と接地間に接続する。

０ＰＡ７の非反転入力端子（４）の基準電圧は＋１２ボ
ルト電源と接地間に直列接続された一対の等しい抵抗２
８及び２９から成る抵抗分圧器から得た＋６ボルトであ
る。

この＋６ボルト基準電圧の安定化の為に抵抗２９と並列
にコンデンサ３０を接続し、この電圧は抵抗３１を介し
て０ＰＡ７の非反転入力端子（１）に加えられる。

この実施例ではＬＭ３０８型である０ＰＡ７の利用端子
にはコンデンサ３３を用い、抵抗９．コンデンサ１０と
共に０ＰＡ７の信号に対する応答時間を確立する。

一対のダイオード３５．３６を互に逆極性関係で抵抗９
の両端に接続し、入力信号励振を±７００ミリボルトに
制限することにより回復速度を早める。

これらダイオードはまた本装置が最初にターンオンした
ときシステムの安定時間を早める作用をも有する。

０ＰＡ７の出力はベース電流制限抵抗３８を介してトラ
ンジスタ４０のベースに加える。

トランジスタ４０のエミッタは＋１２ボルト電源に接続
され、そのコレクタは抵抗４２及びＬＥＤ１２より成る
基準光源回路を介して接地される。

コンデンサ４３はトランジスタ４０のコレクタと０ＰＡ
７の非反転入力端子（１）間に接続され、トランジスタ
４０のコレクタ電圧励振の応答を遅らせる第２の帰還路
を形成し、これにより回路が発振するのを制御する。

この回路部分の動作は前述した第１図の場合と実質的に
同じである。

即ち、受光素子１の導電特性が変化すると、０ＰＡ７の
平衡作用により受光素子２の導電特性は実質的に受光素
子１の変化に追従する。

この平衡作用は、もし受光素子１に入射する監視光が急
激に変化すれば、短かい遅延時間後に起り、一方この光
の変化が緩慢であれば、この変化に追従する。

受光素子１，２及びＬＥＤ１２は第２Ａ図及び第２Ｂ図
に関連して述べた通り光プローブ内に取付けるを可とし
、この場合にはシールドケーブル１６及び接続プラグ４
４〜４１を使用する。

受光素子１及び２の中点に現われた信号はコンデンサ５
０、抵抗５７を介して例えばＬＭ３０８型であり、他の
付属回路と共に０ＰＡ５２を構成する信号増巾器へＡＣ
結合される。

０ＰＡ５２の非反転入力端Ｈは抵抗５４を介して前述の
抵抗分圧器２８．２９で得た＋６ボルト基準電源に接続
される。

この抵抗５４の抵抗値は０ＰＡ５２の非反転入力端子（
ト）への入力インピーダンスをその反転入力端子←）へ
の入力インピーダンスと等しくなるよう選択されている
。

普通の反転増巾器と同様に、入力抵抗５１及び帰還抵抗
５８がこの増巾器の利得を決める。

第４図の回路では、利得は約１２０であり、これは例え
ば１５ミリボルトの入力を１．８ボルトの出力に増巾す
る。

コンデンサ６０及び６２は増巾された出力信号の応答時
間を遅らせる。

増巾器５２で増巾された信号は電流制限抵抗６５及びＡ
Ｃ結合コンデンサ６８．６９を介して比較器７１から成
る電圧比較回路に加えられる。

この比較器７１は例えばＬＭ３１１型である。

この回路は信号が予定のスレッシュホールドに達すると
きに応答する。

この実施例では、＋１２ボルト電源と接地間に接続され
比較器７１の非反転入力端子→に接続された抵抗１３．
ダイオード７５及びツェナーダイオードＴ７と、＋１２
ボルト電源と接地間に接続され、比較器７１の反転入力
端子（へ）に接続されたツェナーダイオード７９、ダイ
オード８１及び抵抗８３より成るスレッシュホールド設
定回路網により比較器１１の両入力端子間に１．８ボル
トの「トリガウィンド」を確立する。

コンデンサ６８を介して結合された減少極性の１．８ボ
ルトの信号は非反転入力端子（イ）の電圧を減少させて
反転入力端子に）の電圧に平衡させ、比較器１１を切換
えてその出力端子に減少（負）極性のパルスを発生する
。

同様に、増加特性の１．８ボルトの信号がコンデンサ６
９を介して加わると、反転入力端子に）の電圧を上昇し
非反転入力端子（ト）の電圧と平衡し。

比較器γ１を切換えてその出力端子に負パルスを発生す
る。

一対のコンデンサ８５，８６は夫々比較器１１の非反転
及び反転入力端子と接地間に接続され。

光監視装置に多様性をもたせる。

即ち、受光素子１の感度を下げ、増巾器５２の正及び負
の出力励振が予定の１．８ボルト以下となるような用途
に使用可能にする。

例えば、物体が監視光源と受光素子１間を動き増巾器５
２の出力が負方向のみに１ボルト変化したとする。

この場合、コンデンサ８５は僅か１ボルト放電するのみ
であり、非反転入力端子（１）を反転入力端子（ハ）の
電圧に向って負に変化させるが、このに）端子電圧に達
して比較器７１を切換えるには更に０．８ボルトの電圧
が必要である。

もしこのコンデンサ８５が静止電圧に放電する前に前述
の物体が監視光源と受光素子１間を移動すれば増加極性
のボボルトの励振が増巾器５２により作られ、比較器７
１のに）端子を１ボルト上昇させコンデンサ８６を１ボ
ルト放電させる。

そこで、コンデンサ８５による田庸子電圧に達し。

比較器７１を切換えてその出力に負パルスを発生する。

それ故、受光素子１からの増加極性の変化と減少極性の
変化とが予定期間内に起れば比較器Ｔ１が信号を発生す
ることとなる。

比較器７１からの減少極性のパルスは指示装置の作動に
使用するか、或は予定時間長の作動信号を作るタイミン
グ回路に加えられる。

タイミング回路の一例は第４図に示され比較器９０と付
属回路とから成る。

ＬＭ３１１型であることが好ましい比較器９０の（へ）
入力端子は＋１２ボルトと接地間に接続された可変電圧
源に接続される。

この基準電圧の安定の為にコンデンサ９２を使用する。

比較器７１からの減少極性パルスを比較器９０の（１）
入力端子に加え、この比較器９０を切換えてその出力に
減少極性のステップを作る。

同時にタイミング・コンデンサ９５を放電し、この比較
器７１の出力がリセットされるとすぐに充電を開始し、
比較器９０の田）入力端子の電圧を正方向に変化させる
。

タイミング・スイッチ９６をオフにすると、コンデンサ
９５はその静電容量と比較器７１．９０の内部漏洩で決
る速度で充電される。

スイッチ９６をオンにすると、コンデンサ９５の充電速
度は殆んどこのコンデンサ９５と抵抗９１の値で決る。

抵抗９７は夫々異なる抵抗値を有する複数の抵抗に置換
し、複数の異なる充電速度を得るようにすることも可で
ある。

コンデンサ９５が抵抗９１で設定されたレベル迄充電す
ると、比較器９０はリセットされ、その出力に増加（正
）極性のステップを発生しタイミング期間を終了する。

コンデンサ１００を比較器９０の出力と午）入力端子間
に接続し負電圧タイミングパルスの立上り及び立下り部
分を滑らかにすると共に発振を阻止する。

このタイミング・パルスは出力端子１０１から得てカメ
ラ、記録装置。

計数装置、警報装置等を駆動する。

この出力パルスを視覚的に表示する為に、抵抗１０５を
介して＋１２ボルト電源に接続されたＬＥＤ１０３を使
用する。

前述の光監視装置の感度は電源電圧を調整することによ
り変化できることが理解できよう。

例えば、フォトダイオードの両端電圧を増加すると、こ
の受光素子に入射する光で発生する信号も回路電圧と同
じ割合で増加するので、感度は電源電圧に正比例して大
きくなる。

また感度はスレッシュホールド比較器７１によりかなり
増大できる。

その理由は、電源電圧が上昇すると、（−）入力端子の
ＤＣレベルが増加し、両スレッシュホールドを互に近づ
けるが場合によっては重畳させ、「トリガウィンド」を
狭くする。

反対に電源電圧が下がると、信号電圧は減少し且つ「ト
リガウィンド」は広くなるので感度は低下する。

受光素子の電源電圧及びスレッシュホールド比較器の電
源電圧を同時に又は別個に調整し、所望の感度を得るよ
う調整することもできる。

以上の説明から明らかな通り、本発明の光監視装置は監
視光を受ける第１光電変換素子とこの第１光電変換素子
に直列接続した第２光電変換素子とを電源間に接続し、
第１及び第２光電変換素子の中点の電圧変化をコンデン
サを含む時間遅れ増幅器で増幅して発光素子に供給し、
発光素子の出力光を第２光電変換素子に光学的に結合し
て帰還ループを形成するように構成している。

即ち、１対の光電変換素子を光電的に常時平衡動作させ
るよう閉回路を構成して、監視光の急激な変化に応じて
両光電変換素子の接続点に検出出力が得られるも、緩慢
な監視光の変化には全く反応せず１周囲照明状態に無関
係に略一定検比感度が得られる光監視装置が実現できる
。

この閉回路の応答特性を適宜選定することにより、任意
の検出出力が得られる。

従って本発明の光監視装置は周囲照明状態が大幅に変化
する屋外における異常監視装置に応用して極めて好適で
ある。

即ち、従来の単一光電変換素子を使用する光監視装置に
あっては、光電変換素子の抵抗が光量に応じて数１００
Ω〜数ＭΩに亘り大幅に変化する為に一定光源下では実
用できても屋外内では感度の大幅な変化を来し実用不可
能であるが１本発明の光監視装置にあっては極めて多様
性がある。

以上要するに、上述の説明は好適実施例についてのみ行
ったが、当業者には本発明の要旨を逸脱することなく上
述の詳細な実施例に種々の変更変形をなし得ることが理
解されよう。

例えば、トランジスタ等の能動素子は他の導電形式のも
のでもよい。

電源電圧や各回路素子の値は基本動作を変更せず容易に
他の適当な値に変更できる。

従って本発明の技術的範囲は実施例のみに限定されず、
特許請求の範囲の記載に基づき決定すべきである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による光監視装置の原理を示す路線的回
路図、第２Ａ図は本発明の光監視装置に使用する光プロ
ーブの外観斜視図、第２Ｂ図は第２Ａ図に示すプローブ
内部に収納される受光素子及び基準光源の配置図、第３
図は光レンズ系と共に使用する本発明による光プローブ
の断面図、第４図は本発明による光監視装置の一実施例
の詳細な回路図を示す。 図中、１，２は受光素子、７はオペレーショナル増巾器
、１２、１０３は光放射ダイオード、５２、γ１，９０
は比較器、１５は管状体、１６はケーブル、１８はハウ
ジング、２０はレンズ系である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 監視光を受ける第１光電変換素子と該第１光電変換
   素子に直列接続した第２光電変換素子とを電源間に接続
   し、上記第１及び第２光電変換素子の中点の電圧変化を
   コンデンサを含む時間遅れ増幅器で増幅して発光素子に
   供給し、該発光素子の出力光を上記第２光電変換素子に
   光学的に結合して帰還ループを形成し、上記第１光電変
   換素子への上記監視光の緩慢な変化には応答せず、急激
   な変化に応答して上記中点から出力信号を得ることを特
   徴とする光監視装置。 ２ 上記監視装置をカメラ内に設け、上記第１光電変換
   素子に上記カメラの被写体からの光を入射させ、上記被
   写体の急激な変化時に生ずる上記出力信号により上記カ
   メラを作動するようにした特許請求の範囲第１項記載の
   光監視装置。