WO2011007855A1 - レーザスキャンセンサ - Google Patents

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正仁 岩澤
成鎬 曹
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オプテックス株式会社
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    • G01S7/4811—Constructional features, e.g. arrangements of optical elements common to transmitter and receiver
    • G01S7/4813—Housing arrangements

Definitions

  • the present invention relates to a laser scan sensor that detects, for example, an intruder into a building site, and in particular, a laser scan that can maintain the reliability of detecting an intruder as much as possible even when the cover of a light receiving unit is dirty. It relates to sensors.
  • a “security system” has been proposed in which an intruder is detected using a laser rangefinder that uses laser light as a light source (see, for example, Patent Document 1).
  • an “object identification method using an area sensor” that can accurately identify a pedestrian or the like using a laser beam has been proposed (see, for example, Patent Document 2) although it is slightly different from a security device or a security system.
  • the object of the present invention is to reliably detect a distant human body, and the cover is dirty when the measurement distance range is limited to a relatively close range depending on the measurement direction. It is an object to provide a laser scan sensor capable of preventing an inadvertent warning and providing an appropriate warning even when the entire cover is unevenly soiled.
  • a laser scan sensor includes a housing in which an opening is formed, a cover that is disposed so as to cover the opening, and is capable of transmitting laser light.
  • a laser light emitting portion that emits laser light to the outside of the housing through the cover, and a laser light receiving portion that receives the laser light and outputs a signal corresponding to the amount of light received, and emits from the laser light emitting portion.
  • Measuring the time taken for each reflected light to return due to the reflected laser light being reflected by at least one or more objects, obtaining distance information to each object, and receiving level of each reflected light A laser distance meter that performs measurement by acquiring information, a scanning mechanism unit that changes the measurement direction of the laser distance meter, and the laser distance meter while changing the measurement direction using the scanning mechanism unit. By periodically acquiring the distance information and the light reception level information by the distance meter, a detection area is formed, and the distance information and the light reception level information for each measurement direction in the detection area are time-sequentially.
  • a determination unit that determines whether or not a state in which a measurement direction corresponding to a short distance side from a predetermined distance and the light reception level is equal to or greater than a predetermined threshold occupies a predetermined ratio or more of all measurement directions continues for a predetermined period
  • a warning output control unit that outputs a warning signal in accordance with a determination result of the determination unit, and the determination unit performs the comparison with the light reception level with the predetermined threshold value, And changes based on the distance information for each measurement direction stored in the storage unit.
  • the threshold value when the distance information for each measurement direction stored in the storage unit corresponds to the closer distance side, the threshold value is increased.
  • the threshold value does not necessarily have to be changed over the entire range of the distance information. For example, it may be fixed to a predetermined value outside the predetermined range.
  • the method of changing the threshold value according to the distance information within a predetermined range may be continuous or discrete.
  • the laser scan sensor having such a configuration, it is inadvertent that the cover is dirty when a far-away human body is reliably detected and the measurement distance range is limited to a relatively close range depending on the measurement direction. It is possible to suppress a warning and provide an appropriate warning even when the entire cover is unevenly soiled.
  • the laser scan sensor of the present invention it is possible to reliably detect a distant human body, and inadvertently warn that the cover is dirty when the measurement distance range is limited to a relatively close range depending on the measurement direction. This makes it possible to provide an appropriate warning even when the entire cover is unevenly soiled.
  • FIG. 1 is a block diagram showing an overall electrical configuration of a laser scan sensor 100 according to an embodiment of the present invention.
  • 2 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of a laser range finder 110 and a scan mechanism 120 mainly of a laser scan sensor 100.
  • FIG. 2 is a schematic explanatory diagram of a basic detection area A100 formed by a laser scan sensor 100.
  • FIG. 5 is a schematic explanatory diagram of a detection area A1 that is actually effective when the laser scan sensor 100 is installed on a building wall surface 10a for warning of an area surrounded on three sides by the building 10.
  • FIG. 6 is a diagram schematically illustrating an example of a signal waveform output from the light receiving element 118 of the laser light receiving unit 115 immediately after the pulse laser beam is emitted from the laser light emitting element 112 of the laser light emitting unit 111 in the direction in which the human body exists.
  • FIG. 5 (a) shows the case where the distance to the human body is 30m
  • FIG. 5 (b) shows the case where the distance to the human body is 15m
  • FIG. 5 (c) shows the case where the distance to the human body is 5m.
  • Indicates. 5 is a flowchart illustrating an example of a dirt detection method in the laser scan sensor 100.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a schematic electrical configuration of the entire laser scan sensor 100 according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing a schematic configuration mainly of the laser distance meter 110 and the scan mechanism 120 of the laser scan sensor 100.
  • FIG. 3 is a schematic explanatory diagram of a basic detection area A100 formed by the laser scan sensor 100.
  • the laser scan sensor 100 includes a laser distance meter 110, a scan mechanism 120, a data acquisition unit 130, a dirt determination unit 140, a warning output control unit 150, and a memory 160.
  • the laser distance meter 110 includes a laser light emitting unit 111 having a laser light emitting element 112 and a laser light receiving unit 115 having a light receiving lens 117 and a light receiving element 118.
  • the laser distance meter 110 is disposed inside a housing 101 having an opening, and the opening is covered with a lens cover 116 that can transmit laser light.
  • the pulsed laser light emitted from the laser light emitting element 112 of the laser light emitting unit 111 passes through the lens cover 116 and reaches an object such as a human body existing outside the housing 101.
  • Part of the laser light reflected by the object returns toward the laser distance meter 110, passes through the lens cover 116, passes through the light receiving lens 117, and reaches the light receiving element 118.
  • Received light level data indicating the intensity of reflected light is also acquired. If there are a plurality of objects in the direction in which the laser light is emitted, distance data and light reception level data are acquired for each object.
  • Examples of the laser light emitting element 112 in the laser light emitting unit 111 include a semiconductor laser diode (LD).
  • Examples of the light receiving element 118 include an avalanche photodiode (APD).
  • APD avalanche photodiode
  • precise distance measurement is possible up to a very long distance, for example, it is possible to measure even at long distances of up to several tens of meters in some cases.
  • the maximum detectable distance Dmax is set to 30 m.
  • the scanning mechanism 120 is rotatable by incorporating a motor (not shown) or the like, and is mechanically coupled to at least a part of the laser distance meter 110 so that the measurement direction (angle) of the laser distance meter 110 can be changed. Yes.
  • a configuration in which only the optical system portion of the laser distance meter 110 is rotated is conceivable, but a configuration in which the entire laser distance meter 110 is rotated may be used, or other configurations may be used.
  • the scanning mechanism 120 rotates in a predetermined direction at a constant speed, the measurement direction by the laser distance meter 110 changes in conjunction therewith.
  • the data acquisition unit 130 forms a detection area A100 as shown in FIG. 3 by periodically repeating the measurement by the laser distance meter 110 while changing the measurement direction by the scanning mechanism 120, and at a predetermined angle in the detection area A100. Distance data for each direction of the interval and received light level data of the reflected light are acquired in time series at predetermined time intervals.
  • the scanning period T by the scanning mechanism 120 is 50 ms (20 scans per second are performed) and the distance is measured by emitting pulsed laser light within a range of 190 degrees
  • the pulse width of the pulsed laser light is 34 ns.
  • the distance measurement can be performed 760 times in a range of 190 degrees.
  • the angular interval of the distance measurement is 0.25 degrees, which is only about 13 cm as shown in FIG. 3 even 30 meters ahead, so that the spatial resolution in the detection area A100 is quite high. Therefore, it is possible to determine the position, size, shape, etc.
  • FIG. 4 is a schematic explanatory diagram of the detection area A1 that is actually effective when the laser scan sensor 100 is installed on the building wall surface 10a as a warning for an area surrounded on three sides by the building 10.
  • FIG. 4 is a schematic explanatory diagram of the detection area A1 that is actually effective when the laser scan sensor 100 is installed on the building wall surface 10a as a warning for an area surrounded on three sides by the building 10.
  • the original detection area A100 of the laser scan sensor 100 is a substantially semicircular area (two points in FIG. 4) centered on the installation location and having a radius that is the maximum detectable distance Dmax (here, 30 m). Area surrounded by a chain line).
  • the laser scan sensor 100 when the laser scan sensor 100 is installed in the approximate center of the building wall surface 10a, the laser beam is physically blocked by the building wall surface 10a or the like depending on the measurement direction. That is, the maximum detectable distance is substantially limited by the measurement direction, and the actually effective detection area is a shaded area A1 (hereinafter referred to as “effective detection area A1”) shown in FIG. Become.
  • the distance to the building wall surface 10a is always in the measurement direction in which the laser beam is physically blocked by the building wall surface 10a or the like. Will be detected. Therefore, this distance data is stored in the memory 160 for each measurement direction.
  • FIG. 5A to FIG. 5C show the output from the light receiving element 118 of the laser light receiving unit 115 immediately after the pulse laser beam is emitted from the laser light emitting element 112 of the laser light emitting unit 111 in the direction in which the human body exists.
  • FIG. 5A schematically shows an example of a signal waveform to be performed
  • FIG. 5A shows a case where the distance to the human body is 30 m
  • FIG. 5B shows a case where the distance to the human body is 15 m
  • 5 (c) shows the case where the distance to the human body is 5 m.
  • 5 (a) to 5 (c) the horizontal direction corresponds to the detection distance of a human body or the like, as shown only in FIG. 5 (c). Corresponds to the far side.
  • the vertical direction in FIGS. 5A to 5C corresponds to the light reception level of the reflected light received by the light receiving element 118.
  • the signal waveform output from the light receiving element 118 is, for example, a relatively low mountain-shaped waveform Wx (peak light receiving level) on the left side corresponding to the short distance side. : 150) appears.
  • this human body detection threshold is set to 150.
  • a threshold (hereinafter referred to as “dirt detection threshold”) is provided separately from the above-described human body detection threshold.
  • the lens cover is only provided when the light receiving level at the peak exceeds the above-described threshold for detecting dirt. A warning that 116 is dirty is issued.
  • a warning that the lens cover 116 is dirty is given when the light reception level at the peak of the waveform Wx shown in FIG.
  • this dirt detection threshold is set to 100, which is lower than the human body detection threshold, so that it can be easily detected that the lens cover 116 is dirty.
  • the light reception level at the peak of the waveform W1 corresponding to the human body is exactly equal to the human body detection threshold value, so the waveform W1 is treated as a distance detection target. Further, since the light reception level at the peak of the waveform Wx corresponding to the dirt adhering to the lens cover 116 is equal to or greater than the dirt detection threshold, a warning that the lens cover 116 is dirty is issued. In such a case, the light receiving level of the waveform W1 corresponding to the human body can be lowered as a whole due to the influence of dirt adhering to the lens cover 116.
  • the difference between the light reception levels at the peaks of the waveform W1 and the waveform Wx is ⁇ 50.
  • the contamination detection threshold is considered to be generally appropriate.
  • the peak light receiving level is at a position corresponding to the short distance side from the waveform W1 in FIG. 5 (a).
  • a mountain-shaped waveform W2 peak light reception level: 300 appears where is larger than the waveform W1. Note that the waveform Wx due to dirt on the lens cover 116 is the same as in FIG.
  • the waveform W2 Since the light reception level at the peak of the waveform W2 corresponding to the human body is larger than the human body detection threshold, the waveform W2 is still treated as a distance detection target. At this time, the difference between the light reception level and the human body detection threshold at the peak of the waveform W2 is relatively large, and it can be said that the human body detection threshold has a certain margin. For example, even if the light reception level at the peak of the waveform W2 is reduced by 50 as in the case of FIG. 5A due to the influence of dirt adhering to the lens cover 116, the light reception level at each peak of the waveform W2 and the waveform Wx. The difference is +100.
  • the stain detection threshold is the same as that in FIG. 5A, so that the light reception level at the peak of the waveform Wx corresponding to the stain attached to the lens cover 116 is equal to or greater than the stain detection threshold.
  • a warning that the lens cover 116 is always dirty is issued regardless of the difference from the threshold for detecting dirt.
  • it is not always necessary to issue a warning that the lens cover 116 is dirty since there is a certain margin in the human body detection threshold, depending on the degree of contamination of the lens cover 116, it is not always necessary to issue a warning that the lens cover 116 is dirty. That is, it can be said that the condition setting for warning that the fixed dirt detection threshold is smaller than necessary and the lens cover 116 is dirty is not necessarily appropriate.
  • the distance to the human body is 5 m.
  • the peak light is received at a position corresponding to the nearer side than the waveform W2 in FIG.
  • a mountain-shaped waveform W3 peak light receiving level: 1000 whose level is higher than the waveform W2 appears. Note that the waveform Wx due to dirt on the lens cover 116 is the same as in FIG.
  • the waveform W3 Since the light receiving level at the peak of the waveform W3 corresponding to the human body is much larger than the human body detection threshold, the waveform W3 is still treated as a distance detection target. At this time, the difference between the light reception level at the peak of the waveform W3 and the human body detection threshold is considerably large, and it can be said that the human body detection threshold has a sufficient margin. For example, even if the light reception level at the peak of the waveform W3 is reduced by 50 as in the case of FIG. 5A due to the influence of dirt adhering to the lens cover 116, the light reception level at each peak of the waveform W3 and the waveform Wx. The difference is +800.
  • the stain detection threshold is the same as that in FIG. 5A, so that the light reception level at the peak of the waveform Wx corresponding to the stain attached to the lens cover 116 is equal to or greater than the stain detection threshold.
  • a warning that the lens cover 116 is always dirty is issued regardless of the difference from the threshold for detecting dirt.
  • the human body detection threshold has a sufficient margin, depending on the degree of contamination of the lens cover 116, it is not always necessary to issue a warning that the lens cover 116 is dirty. That is, even at this time, it can be said that the condition setting for warning that the fixed dirt detection threshold is smaller than necessary and the lens cover 116 is dirty is not appropriate. Further, the degree is much larger than that in the case of FIG.
  • the human body detection threshold value is increased.
  • the distance at which the human body can be detected is predicted in advance for any measurement direction. It is not possible. Since the human body detection distance can be the longest possible detection distance Dmax, the dirt detection threshold cannot be increased.
  • the maximum detectable distance is substantially limited depending on the measurement direction. That is, in the measurement direction, the distance range in which the human body can be detected becomes narrow, and the human body cannot be detected on the far side of the range up to the original maximum detectable distance Dmax. Then, it is preferable to increase the dirt detection threshold for the measurement direction.
  • FIG. 6 is a flowchart illustrating an example of a dirt detection method in the laser scan sensor 100.
  • the warning output signal Dout from the warning output control unit 150 is turned off (step S1).
  • the index counter n for identifying the measurement direction is initialized to 1 in the scan performed at an interval of 0.25 degrees in the range of 190 degrees, and the stain detection condition is set in one scan.
  • a counter cnt for counting the number of measurement directions that have been established is initialized to 0, and further, a duration counter Tcont for establishing the contamination detection condition is initialized to 0 (step S2).
  • the distance data acquired by the laser rangefinder 110 corresponds to the close range, it does not depend on the reflected light of an object such as a human body existing in the effective detection area A1, but adheres to the lens cover 116. It is considered that a part of the laser beam reflected by the dirt or the like reaching the light receiving element 118 as it is.
  • the above “300 mm” is used as a distance for determining whether or not this is true. However, this value is merely an example. Actually, an appropriate distance can be determined based on the overall size of the laser distance meter 110, the position and shape of the lens cover 116, the optical path length of the laser light assumed when dirt is attached to the lens cover 116, and the like. That's fine.
  • the threshold value Lth is linearly set in the range of 150 to 1000 by D (n). (Step S5).
  • step S6 the threshold value Lth is set to 1000.
  • both the case where the answer is Yes in Step S3 and the case where the answer is Yes in Step S4 proceed to Step S6 and set the threshold value Lth to the same value. For example, it may be set to an arbitrary value different from each other.
  • the distance data acquired at that time is D
  • the light reception level data is L.
  • step S9 a comparison is made between n and 760 (step S9). If n is not greater than 760, the measurement in all measurement directions is not completed, so the index counter n is incremented (step S10). Return to step S2.
  • step S12 When the index counter n is 760 or more, it is checked how much the value of the counter cnt occupies with respect to the total number of measurement directions. Specifically, a comparison is made with the value of 50% for 760 which is the total number of measurement directions. If Yes, the process proceeds to step S12, and if No, the process returns to step S2.
  • the duration counter Tcont is incremented (step S12).
  • the duration is checked based on the value of the duration counter Tcont. Specifically, it is checked whether or not it continues for 5 minutes or more (step S13). If Yes, the process proceeds to step S14, and if No, the process returns to step S2.
  • the scan cycle T is 50 ms (20 scans per second are performed)
  • the value corresponding to 5 minutes is 5 ⁇ 60 ⁇ 20.
  • the stain detection threshold value Lth of the lens cover 116 is set to an optimum value for each measurement direction based on the effective detection area A1 at the actual installation location of the laser scan sensor 100. Can be set. As a result, the dirt detection accuracy of the lens cover 116 can be improved. In the measurement direction in which the laser beam is physically blocked by the building wall surface 10a or the like in the actual effective detection area A1, the dirt detection threshold value is automatically increased, so that a lens cover that does not hinder actual human body detection is used. Inadvertent warnings about 116 stains are suppressed.

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Abstract

　一実施形態では、レーザスキャンセンサ（１００）は、レーザ距離計（１１０）と、スキャン機構（１２０）と、データ取得部（１３０）と、汚れ判定部（１４０）と、警告出力制御部（１５０）と、メモリ（１６０）とを備えている。レーザ距離計（１１０）は開口部を有する筐体（１０１）の内部に配置されており、その開口部はレーザ光が透過可能なレンズカバー（１１６）で覆われている。汚れ判定部（１４０）において受光レベルとの大小比較を行う所定閾値を、測定方向毎の最大検知距離情報に基づいて変更する。

Description

レーザスキャンセンサ
　本発明は、例えば、建物の敷地内への侵入者などを検知するレーザスキャンセンサに関し、特に、受光部のカバーが汚れている場合でも侵入者などの検知の信頼性を極力維持可能なレーザスキャンセンサに関する。
　従来、レーザ光を光源としたレーザ距離計を使用して侵入者を検知するようにした「警備システム」が提案されている（例えば、特許文献１参照）。また、防犯装置や警備システムとはやや異なるものの、レーザ光を使用して歩行者などを正確に識別可能な「エリアセンサによる物体識別方法」も提案されている（例えば、特許文献２参照）。
　さらに、これらの従来技術の課題に鑑みて、実際の設置場所や警戒目的などに合わせて誤検知を極力防止できる適切な警戒領域を簡単に設定できるだけでなく、任意の警戒領域を容易に設定可能なレーザエリアセンサを、本願の発明人は既に提案している（特許文献３参照）。
　一方、レーザ距離計を使用して侵入者を検知する装置や、あるいは車両に搭載されて前方の車両との車間距離を測定する装置などにおいては、レーザ受光部のカバーなどの汚れが測定精度に悪影響を与え得る。そのため、そのような汚れを検知する様々な技術も提案されている（例えば、特許文献４～７参照）。
特許第３０１１１２１号公報 特開２００４－１８５３６３号公報 特開２００９－０９３４２８号公報 特開平１０－０９０４１２号公報 特開２０００－０３５４７９号公報 特開２０００－０４６９４８号公報 特開２００３－１１４２７７号公報
　上述の特許文献４のような従来技術では、カバーの一部のみを透過する透過光によって汚れを検知している。そのため、カバー全体で汚れ方にむらがある場合などでは、検知精度が必ずしも正確ではないという問題がある。
　上述の特許文献５、６のような従来技術では、レーザ光が侵入者や前方の車両によって反射されて戻ってくるまでの時間のみに基づいて距離測定が行われている。レーザ光の反射レベルの大きさなどが同時に測定されて考慮されているわけではないので、測定距離の信頼性に多少の問題が生じることもあり得る。
　これに対して、上述の特許文献７のような従来技術では、カバーの一部のみを透過する透過光によって汚れを検知するのではなく、レーザ光の反射レベルの大きさなども同時に測定されて考慮されている。しかし、検知レベル閾値の設定によっては遠方の人体検知ができなくなることがあり得る。また、測定方向によって測定距離範囲が比較的近いところに限定される場合には、カバーが多少汚れていても人体検知が可能であるにも関わらず、カバーが汚れていると検知されて人体検知ができなくなり得るなどの問題があった。
　従来技術のこのような課題に鑑み、本発明の目的は、遠方の人体を確実に検知するとともに、測定方向によって測定距離範囲が比較的近いところに限定される場合などにはカバーが汚れているとの不用意な警告を抑止し、カバー全体で汚れ方にむらがある場合などにも適切な警告を行うことが可能なレーザスキャンセンサを提供することである。
　上記目的を達成するため、本発明のレーザスキャンセンサは、開口部が形成された筐体と、前記開口部を覆うように配置されるレーザ光が透過可能なカバーと、前記筐体の内部に配置され、前記カバーを通して前記筐体の外部へレーザ光を発するレーザ発光部とレーザ光を受光してその受光量に応じた信号を出力するレーザ受光部とを有し、前記レーザ発光部から発せられたレーザ光が少なくとも１以上の物体によって反射されたことによる各反射光が戻ってくるまでの時間をそれぞれ測定して前記各物体までの距離情報を取得するとともに、前記各反射光の受光レベル情報も取得することによって測定を行うレーザ距離計と、このレーザ距離計による測定方向を変える走査機構部と、この走査機構部によって測定方向を変えながら前記レーザ距離計による前記距離情報および前記受光レベル情報の取得を周期的に行うことによって、検知エリアを形成するとともに、その検知エリア内における測定方向毎の前記距離情報および前記受光レベル情報を時系列で取得する情報取得部と、前記情報取得部で取得される測定方向毎の前記距離情報のうちで最も遠距離側に対応する前記距離情報を測定方向毎に記憶する記憶部と、前記距離情報が所定距離より近距離側に対応しており且つ前記受光レベルが所定閾値以上である測定方向が全測定方向の所定割合以上を占める状態が所定時間以上継続しているか否かを判定する判定部と、この判定部の判定結果に応じた警告信号を出力する警告出力制御部とを備え、前記判定部において前記受光レベルとの大小比較を行う前記所定閾値を、前記記憶部に記憶されている測定方向毎の前記距離情報に基づいて変更することを特徴とする。
　ここで、前記記憶部に記憶されている測定方向毎の前記距離情報がより近距離側に対応している場合に、前記閾値をより大きくする。ただし、必ずしも前記距離情報の全範囲で前記閾値を変化させなくてもよい。例えば、所定範囲外では所定の値に固定してもよい。また、所定範囲内での前記距離情報に応じた前記閾値の変化のさせ方についても、連続的であってもよいし、離散的であってもよい。
　このような構成のレーザスキャンセンサによれば、遠方の人体を確実に検知するとともに、測定方向によって測定距離範囲が比較的近いところに限定される場合などにはカバーが汚れているとの不用意な警告を抑止し、カバー全体で汚れ方にむらがある場合などにも適切な警告を行うことが可能となる。
　本発明のレーザスキャンセンサによれば、遠方の人体を確実に検知するとともに、測定方向によって測定距離範囲が比較的近いところに限定される場合などにはカバーが汚れているとの不用意な警告を抑止し、カバー全体で汚れ方にむらがある場合などにも適切な警告を行うことが可能となる。
本発明の一実施形態に係るレーザスキャンセンサ１００全体の電気的な概略構成を示すブロック図である。 レーザスキャンセンサ１００の主にレーザ距離計１１０およびスキャン機構１２０の概略構成を示す断面図である。 レーザスキャンセンサ１００によって形成される基本的な検知エリアＡ１００の概略説明図である。 建物１０に三方を囲まれる領域の警戒用としてレーザスキャンセンサ１００を建物壁面１０ａに設置した場合で、実際に有効な検知エリアＡ１の概略説明図である。 人体が存在している方向へレーザ発光部１１１のレーザ発光素子１１２からパルスレーザ光を発せられた直後にレーザ受光部１１５の受光素子１１８から出力される信号波形の例を模式的に示す図であり、図５（ａ）は人体までの距離が３０ｍの場合を示し、図５（ｂ）は人体までの距離が１５ｍの場合を示し、図５（ｃ）は人体までの距離が５ｍの場合を示す。 レーザスキャンセンサ１００における汚れ検知方法の一例を示すフローチャートである。
　以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を説明する。
　＜概略構成について＞
　図１は、本発明の一実施形態に係るレーザスキャンセンサ１００全体の電気的な概略構成を示すブロック図である。図２は、このレーザスキャンセンサ１００の主にレーザ距離計１１０およびスキャン機構１２０の概略構成を示す断面図である。図３は、このレーザスキャンセンサ１００によって形成される基本的な検知エリアＡ１００の概略説明図である。
　図１に示すように、レーザスキャンセンサ１００は、レーザ距離計１１０と、スキャン機構１２０と、データ取得部１３０と、汚れ判定部１４０と、警告出力制御部１５０と、メモリ１６０とを備えている。図２に示すように、レーザ距離計１１０は、レーザ発光素子１１２を有するレーザ発光部１１１と、受光レンズ１１７および受光素子１１８を有するレーザ受光部１１５とを備えている。また、このレーザ距離計１１０は開口部を有する筐体１０１の内部に配置されており、その開口部はレーザ光が透過可能なレンズカバー１１６で覆われている。
　レーザ距離計１１０において、レーザ発光部１１１のレーザ発光素子１１２から発せられたパルスレーザ光は、レンズカバー１１６を透過し、筐体１０１外部に存在する人体などの物体に到達する。その物体によって反射されたレーザ光の一部は、レーザ距離計１１０の方向へ戻ってきてレンズカバー１１６を透過し、さらに受光レンズ１１７を通過して受光素子１１８に到達する。そして、パルスレーザ光がレーザ発光素子１１２から発せられてからその反射光が受光素子１１８に到達するまでの微小な時間を精密に測定することによって人体などの物体までの距離データを取得するとともに、反射光の強さを示す受光レベルデータも併せて取得する。なお、レーザ光の発せられた方向に複数の物体が存在している場合、それぞれの物体毎に距離データおよび受光レベルデータが取得されることになる。
　レーザ発光部１１１におけるレーザ発光素子１１２としては、例えば、半導体レーザーダイオード（ＬＤ）などが挙げられる。受光素子１１８としては、例えば、アバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）などが挙げられる。発光素子の駆動制御や反射光が戻ってくるまでの時間測定や反射光の受光レベルの取得および記録には、例えば、専用のハードウェア回路などを設けることが望ましいが、必ずしもそのような構成に限られるわけでない。レーザ距離計の一般的な特徴としては、かなりの長距離まで精密な距離測定が可能であり、例えば、最大で数十ｍ、場合によってはそれより遙かに長距離であっても測定可能であるが、このレーザ距離計１１０では最大検知可能距離Ｄｍａｘを３０ｍとしておく。
　スキャン機構１２０は、不図示のモータなどを内蔵することで回転可能としてあり、レーザ距離計１１０による測定方向（角度）を変えられるようにレーザ距離計１１０の少なくとも一部と機械的に連結されている。例えば、レーザ距離計１１０のうちで光学系の部分のみを回転させるような構成が考えられるが、レーザ距離計１１０全体を回転させるような構成でもよいし、それ以外の構成でもかまわない。そして、スキャン機構１２０が一定速度で所定方向に回転することにより、それに連動してレーザ距離計１１０による測定方向が変化する。
　データ取得部１３０は、スキャン機構１２０によって測定方向を変えながらレーザ距離計１１０による測定を周期的に繰り返すことによって、図３に示すような検知エリアＡ１００を形成するとともにその検知エリアＡ１００内における所定角度間隔の方向毎の距離データおよび反射光の受光レベルデータを所定時間毎に時系列で取得する。
　例えば、スキャン機構１２０によるスキャン周期Ｔを５０ｍｓ（１秒間に２０回のスキャンを行う）、１９０度の範囲でパルスレーザ光を発光して距離を測定するものとして、パルスレーザ光のパルス幅を３４ｎｓ、その発光周期を３４．７μｓとすれば、１９０度の範囲で７６０回の距離測定ができる。この場合の距離測定の角度間隔は０．２５度で、これは３０ｍ先でも図３に示すように約１３ｃｍに過ぎないから、検知エリアＡ１００内の空間分解能としてはかなり高い。そのため、データ取得部１３０によって取得される距離データなどに基づいて対象物の位置、大きさ、形状などをかなり正確に識別して人体か否かなどの判定をすることが可能であり、検知エリアＡ１００内に複数の人体が存在する場合であってもそれらを個別に識別することも可能である。そして、そのような距離データがスキャン周期Ｔである５０ｍｓ毎に得られることになる。なお、ここに示した数値はあくまでも例示に過ぎない。
　図４は、建物１０に三方を囲まれる領域の警戒用としてレーザスキャンセンサ１００を建物壁面１０ａに設置した場合で、実際に有効となる検知エリアＡ１の概略説明図である。
　レーザスキャンセンサ１００の本来の検知エリアＡ１００は、上述したように、設置場所を中心とし、半径が最大検知可能距離Ｄｍａｘ（ここでは３０ｍ）である概ね半円状の領域（図４中の二点鎖線で囲まれた領域）となる。
　しかし、例えば、図４に示すように、レーザスキャンセンサ１００を建物壁面１０ａのほぼ中央に設置した場合、測定方向によっては建物壁面１０ａなどによってレーザ光が物理的に遮られる。つまり、測定方向によって最大検知可能距離が実質的に制限されることになり、実際に有効な検知エリアは、図４中に示す網掛け領域Ａ１（以下では「有効検知エリアＡ１」と記す）となる。
　また、このような場合、有効検知エリアＡ１内に人体などの物体が存在していなければ、建物壁面１０ａなどによってレーザ光が物理的に遮られる測定方向では、その建物壁面１０ａまでの距離が常に検知されることになる。そこで、この距離データを測定方向毎にメモリ１６０に記憶しておく。
　図５（ａ）～図５（ｃ）は、人体が存在している方向へレーザ発光部１１１のレーザ発光素子１１２からパルスレーザ光を発せられた直後にレーザ受光部１１５の受光素子１１８から出力される信号波形の例を模式的に示す図であり、図５（ａ）は人体までの距離が３０ｍの場合を示し、図５（ｂ）は人体までの距離が１５ｍの場合を示し、図５（ｃ）は人体までの距離が５ｍの場合を示す。なお、図５（ａ）～図５（ｃ）の横方向は、図５（ｃ）にのみ示しているように、人体などの検知距離に対応しており、左が近距離側、右が遠距離側に相当する。図５（ａ）～図５（ｃ）の縦方向は、受光素子１１８によって受光される反射光の受光レベルに対応する。
　まず、レーザスキャンセンサ１００からかなり遠くに人体が存在する場合（例えば、人体までの距離が３０ｍ）を想定する。このような場合、受光素子１１８から出力される信号波形では、例えば、図５（ａ）に示すように、遠距離側に相当する右の方に比較的低い山形の波形Ｗ１（ピークの受光レベル：１５０）が出現する。
　もし、レーザ距離計１１０のレーザ発光部１１１およびレーザ受光部１１５のレンズカバー１１６の外部などに汚れが付着していると、レーザ発光素子１１２から発せられたレーザ光のすべてがレンズカバー１１６を透過せず、そのレーザ光の一部がレンズカバー１１６の汚れによってわずかに反射され、その反射光が受光素子１１８に到達することもある。このとき、反射されるのはレーザ光のごく一部であるとしても、レンズカバー１１６までは至近距離であるため、その反射光の受光レベルは無視できない大きさになり得る。また、レンズカバー１１６までは至近距離であることから、受光素子１１８から出力される信号波形では、例えば、近距離側に相当する左の方にやはり比較的低い山形の波形Ｗｘ（ピークの受光レベル：１５０）が出現する。
　ところで、受光素子１１８から出力される実際の信号では、大小様々な山形の波形などが出現し得る。実在する人体や物体などとは無関係に、ノイズその他の影響などによって出現するような小さな波形に対応する距離データは、有効なものとして扱うべきではない。
　そこで、反射光の受光レベルが一定の大きさ以上の山形の波形だけを距離検知の対象とする。具体的には、例えば、図５（ａ）に示した波形Ｗ１のピークにおける受光レベルが所定の閾値（以下では「人体検知用閾値」と記す）以上のときだけ、波形Ｗ１に対応する検知距離を求める。ここでは、この人体検知用閾値を１５０としておく。
　また、レーザ距離計１１０のレーザ発光部１１１およびレーザ受光部１１５のレンズカバー１１６に汚れが付着している場合に、それが通常の人体や物体の検知に実際に妨げとなるか否かを判別するため、上記の人体検知用閾値とは別に閾値（以下では「汚れ検知用閾値」と記す）を設ける。受光素子１１８から出力される信号波形で、近距離側に相当する左の方に山形の波形が出現した場合、そのピークにおける受光レベルが上記の汚れ検知用閾値を超えているときだけ、レンズカバー１１６が汚れている旨の警告を行うようにする。具体的には、例えば、図５（ａ）に示した波形Ｗｘのピークにおける受光レベルが汚れ検知用閾値以上のときにレンズカバー１１６が汚れている旨の警告が行われる。ここでは、人体などの物体が検知できない場合であってもレンズカバー１１６が汚れていることについては検知できやすくなるように、この汚れ検知用閾値を人体検知用閾値よりも低い値の１００としておく。
　そうすると、図５（ａ）に示した場合では、人体に対応する波形Ｗ１のピークにおける受光レベルは、人体検知用閾値とちょうど等しいので、波形Ｗ１は距離検知の対象として扱われる。また、レンズカバー１１６に付着している汚れに対応する波形Ｗｘのピークにおける受光レベルは、汚れ検知用閾値以上であるから、レンズカバー１１６が汚れている旨の警告が行われる。このような場合、レンズカバー１１６に付着している汚れの影響で人体に対応する波形Ｗ１の受光レベルも全体的に低下し得る。例えば、波形Ｗ１のピークにおける受光レベルが５０低下したとすると、波形Ｗ１と波形Ｗｘとの各ピークの受光レベルの差は－５０となる。このように、人体検知用閾値には余裕がなく、汚れ検知用閾値も概ね適正と考えられる。
　次に、レーザスキャンセンサ１００から少し遠くに人体が存在する場合（例えば、人体までの距離が１５ｍ）を想定する。このような場合、受光素子１１８から出力される信号波形では、例えば、図５（ｂ）に示すように、図５（ａ）の波形Ｗ１より近距離側に相当する位置に、ピークの受光レベルが波形Ｗ１よりも大きい山形の波形Ｗ２（ピークの受光レベル：３００）が出現する。なお、レンズカバー１１６の汚れによる波形Ｗｘについては、図５（ａ）と同様である。
　人体に対応する波形Ｗ２のピークにおける受光レベルは、人体検知用閾値より大きいので、波形Ｗ２はやはり距離検知の対象として扱われる。このとき、波形Ｗ２のピークにおける受光レベルと人体検知用閾値との差は比較的大きく、人体検知用閾値にはある程度の余裕があると言える。例えば、レンズカバー１１６に付着している汚れの影響で波形Ｗ２のピークにおける受光レベルが図５（ａ）の場合と同様に５０低下したとしても、波形Ｗ２と波形Ｗｘとの各ピークの受光レベルの差は＋１００である。
　これに対して、汚れ検知用閾値は図５（ａ）の場合と同じであるから、レンズカバー１１６に付着している汚れに対応する波形Ｗｘのピークにおける受光レベルが汚れ検知用閾値以上であれば、汚れ検知用閾値との差の大小に関わらず、常にレンズカバー１１６が汚れている旨の警告が行われる。しかし、人体検知用閾値にはある程度の余裕があるので、レンズカバー１１６の汚れの程度によっては、必ずしもレンズカバー１１６が汚れている旨の警告を行わなくてよいはずである。つまり、固定されている汚れ検知用閾値が必要以上に小さく、レンズカバー１１６が汚れている旨の警告が行われる条件設定が必ずしも適切ではないと言える。
　次に、レーザスキャンセンサ１００から比較的近くに人体が存在する場合（例えば、人体までの距離が５ｍ）を想定する。このような場合、受光素子１１８から出力される信号波形では、例えば、図５（ｃ）に示すように、図５（ｂ）の波形Ｗ２よりさらに近距離側に相当する位置に、ピークの受光レベルが波形Ｗ２よりもさらに大きい山形の波形Ｗ３（ピークの受光レベル：１０００）が出現する。なお、レンズカバー１１６の汚れによる波形Ｗｘについては、図５（ａ）と同様である。
　人体に対応する波形Ｗ３のピークにおける受光レベルは、人体検知用閾値より遙かに大きいので、波形Ｗ３はやはり距離検知の対象として扱われる。このとき、波形Ｗ３のピークにおける受光レベルと人体検知用閾値との差は相当大きく、人体検知用閾値には十分な余裕があると言える。例えば、レンズカバー１１６に付着している汚れの影響で波形Ｗ３のピークにおける受光レベルが図５（ａ）の場合と同様に５０低下したとしても、波形Ｗ３と波形Ｗｘとの各ピークの受光レベルの差は＋８００である。
　これに対して、汚れ検知用閾値は図５（ａ）の場合と同じであるから、レンズカバー１１６に付着している汚れに対応する波形Ｗｘのピークにおける受光レベルが汚れ検知用閾値以上であれば、汚れ検知用閾値との差の大小に関わらず、常にレンズカバー１１６が汚れている旨の警告が行われる。しかし、人体検知用閾値には十分な余裕があるので、レンズカバー１１６の汚れの程度によっては、必ずしもレンズカバー１１６が汚れている旨の警告を行わなくてよいはずである。つまりこのときも、固定されている汚れ検知用閾値が必要以上に小さく、レンズカバー１１６が汚れている旨の警告が行われる条件設定が適切ではないと言える。また、その程度も図５（ｂ）の場合よりも遙かに大きい。
　以上のことを考慮すると、例えば、図５（ｂ）や図５（ｃ）のように，人体に対応する波形のピークにおける受光レベルが十分大きい場合には、人体検知用閾値の余裕度に応じて汚れ検知用閾値を大きくして、人体検知に特に支障がないと想定される程度までのレンズカバー１１６の汚れについては、警告を行わないようにすることが好ましい。
　レーザスキャンセンサ１００によって形成される検知エリアが、図３に示されるような基本的な検知エリアＡ１００に一致する場合には、いずれの測定方向についても、人体が検知され得る距離を事前に予測することはできない。人体の検知距離は最長で最大検知可能距離Ｄｍａｘとなり得るから、汚れ検知用閾値を大きくするわけにはいかない。
　しかし、レーザスキャンセンサ１００によって形成される検知エリアが、例えば、図４に示されるような有効検知エリアＡ１になっている場合、測定方向によっては最大検知可能距離が実質的に制限される。つまり、その測定方向では、人体が検知され得る距離範囲が狭くなって、もともとの最大検知可能距離Ｄｍａｘまでの範囲のうちの遠距離側で人体が検知されることはあり得なくなる。そうすると、その測定方向については、汚れ検知用閾値を大きくすることが好ましい。
　＜レンズカバー１１６の汚れ検知方法＞
　図６は、レーザスキャンセンサ１００における汚れ検知方法の一例を示すフローチャートである。
　まず、警告出力制御部１５０からの警告出力信号ＤｏｕｔをＯＦＦする（ステップＳ１）。
　次に、上述したように、１９０度の範囲で０．２５度間隔で行われるスキャンにおいて測定方向を識別するためのインデックスカウンタｎを１に初期化するとともに、１回のスキャンで汚れ検知条件が成立している測定方向の数をカウントするためのカウンタｃｎｔを０に初期化し、さらに、汚れ検知条件成立の継続時間カウンタＴｃｏｎｔを０に初期化する（ステップＳ２）。
　次に、メモリ１６０において測定方向毎に記憶されている距離情報を読み出し、その距離情報に基づいて後の受光レベルとの大小比較で使用する閾値Ｌｔｈを定める。具体的には、測定方向ｎの距離情報をＤ（ｎ）とすると、まず、Ｄ（ｎ）と３００ｍｍ（＝３０ｃｍ）との大小比較を行い（ステップＳ３）、ＹｅｓであればステップＳ６に進み、ＮｏであればステップＳ４に進む。
　ここで、レーザ距離計１１０によって取得された距離データが至近距離に対応しているときは、有効検知エリアＡ１内に存在する人体などの物体の反射光によるものではなく、レンズカバー１１６に付着している汚れなどによって反射されたレーザ光の一部がそのまま受光素子１１８に到達したことによるものと考えられる。これに該当するか否かを判定するための距離として上記の「３００ｍｍ」を用いている。ただし、この値はもちろん例示に過ぎない。実際には、レーザ距離計１１０全体の大きさやレンズカバー１１６の位置および形状、レンズカバー１１６に汚れが付着している場合に想定されるレーザ光の光路長などに基づいて適切な距離を定めればよい。
　次に、測定方向ｎの距離情報であるＤ（ｎ）が３００ｍｍ（＝３０ｃｍ）～５０００ｍｍ（＝５ｍ）の範囲内か否かを調べ、ＹｅｓであればステップＳ６に進み、ＮｏであればステップＳ５に進む。
　測定方向ｎの距離情報であるＤ（ｎ）が５０００ｍｍ（＝５ｍ）～３００００ｍｍ（＝３０ｍ）の範囲内である場合は、閾値ＬｔｈをＤ（ｎ）によって１５０～１０００の範囲内でリニアに設定する（ステップＳ５）。
　一方、ステップＳ６では、閾値Ｌｔｈを１０００に設定する。なお、このフローチャートでは、ステップＳ３でＹｅｓであった場合とステップＳ４でＹｅｓであった場合のいずれもステップＳ６に進んで閾値Ｌｔｈを同一の値に設定しているが、このような設定に限るわけではなく、例えば、それぞれ異なる任意の値に設定するようにしてもよい。
　次に、測定方向ｎにおいてそのときに（すなわちリアルタイムで）取得された距離データをＤ、受光レベルデータをＬとし、これらのデータに基づいて測定方向ｎではレンズカバー１１６に汚れが付着しているか否かを判定する。具体的には、Ｄが１５０ｍｍ（＝１５ｃｍ）より小さく、且つ、ＬがステップＳ２～Ｓ６で定めた閾値Ｌｔｈよりも大きいか否かを判定し、Ｙｅｓであるときのみカウンタｃｎｔをインクリメントして（ステップＳ８）、いずれにしてもステップＳ９に進む。
　そして、インデックスカウンタｎの値に基づいて、１回のスキャンにおける全測定方向の測定が終了したか否かを判定する。具体的には、ｎと７６０との大小比較を行い（ステップＳ９）、ｎが７６０以上でなければ全測定方向の測定は終了していないので、インデックスカウンタｎをインクリメントして（ステップＳ１０）、ステップＳ２へ戻る。
　インデックスカウンタｎが７６０以上であった場合は、カウンタｃｎｔの値が全測定方向数に対してどの程度の割合を占めているかを調べる。具体的には、全測定方向数である７６０に対してその５０％の値との比較を行い、ＹｅｓであればステップＳ１２に進み、ＮｏであればステップＳ２に戻る。
　カウンタｃｎｔの値が全測定方向数である７６０の５０％以上であった場合は、継続時間カウンタＴｃｏｎｔをインクリメントする（ステップＳ１２）。
　そして、継続時間カウンタＴｃｏｎｔの値に基づいて、継続時間を調べる。具体的には、５分以上継続しているか否かを調べ（ステップＳ１３）、ＹｅｓであればステップＳ１４に進み、ＮｏであればステップＳ２に戻る。ここで、スキャン周期Ｔは５０ｍｓ（１秒間に２０回のスキャンを行う）であるから、５分に相当する値は５×６０×２０である。
　継続時間カウンタＴｃｏｎｔが５分以上であった場合は、警告出力制御部１５０からの警告出力信号ＤｏｕｔをＯＮする（ステップＳ１４）
　以上で説明した実施形態の構成によれば、レーザスキャンセンサ１００の実際の設置場所における有効検知エリアＡ１に基づいて、レンズカバー１１６の汚れ検知用の閾値Ｌｔｈを測定方向毎にそれぞれ最適な値に設定することができる。これにより、レンズカバー１１６の汚れ検知精度を向上させることが可能となる。また、実際の有効検知エリアＡ１において建物壁面１０ａなどによってレーザ光が物理的に遮られる測定方向では、汚れ検知用閾値を自動的に大きくされるので、実際の人体検知に支障が程度のレンズカバー１１６の汚れについての不用意な警告が抑止される。
　なお、本発明は、その主旨または主要な特徴から逸脱することなく、他のいろいろな形で実施することができる。そのため、上述の実施形態はあらゆる点で単なる例示にすぎず、限定的に解釈してはならない。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示すものであって、明細書本文にはなんら拘束されない。さらに、特許請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、全て本発明の範囲内のものである。
　なお、この出願は、日本で２００９年７月１７日に出願された特願２００９－１６９１４１号に基づく優先権を請求する。その内容はこれに言及することにより、本出願に組み込まれるものである。また、本明細書に引用された文献は、これに言及することにより、その全部が具体的に組み込まれるものである。
１０　　建物
１０ａ　建物壁面
１００　レーザスキャンセンサ
１０１　筐体
１１０　レーザ距離計
１１１　レーザ発光部
１１２　レーザ発光素子
１１５　レーザ受光部
１１６　レンズカバー
１１７　受光レンズ
１１８　受光素子
１２０　スキャン機構
１３０　データ取得部
１４０　汚れ判定部
１５０　警告出力制御部

Claims (2)

  1. 　開口部が形成された筐体と、
    　前記開口部を覆うように配置されるレーザ光が透過可能なカバーと、
    　前記筐体の内部に配置され、前記カバーを通して前記筐体の外部へレーザ光を発するレーザ発光部とレーザ光を受光してその受光量に応じた信号を出力するレーザ受光部とを有し、前記レーザ発光部から発せられたレーザ光が少なくとも１以上の物体によって反射されたことによる各反射光が戻ってくるまでの時間をそれぞれ測定して前記各物体までの距離情報を取得するとともに、前記各反射光の受光レベル情報も取得することによって測定を行うレーザ距離計と、
    　このレーザ距離計による測定方向を変える走査機構部と、
    　この走査機構部によって測定方向を変えながら前記レーザ距離計による前記距離情報および前記受光レベル情報の取得を周期的に行うことによって、検知エリアを形成するとともに、その検知エリア内における測定方向毎の前記距離情報および前記受光レベル情報を時系列で取得する情報取得部と、
    　前記情報取得部で取得される測定方向毎の前記距離情報のうちで最も遠距離側に対応する前記距離情報を測定方向毎に記憶する記憶部と、
    　前記距離情報が所定距離より近距離側に対応しており且つ前記受光レベルが所定閾値以上である測定方向が全測定方向の所定割合以上を占める状態が所定時間以上継続しているか否かを判定する判定部と、
    　この判定部の判定結果に応じた警告信号を出力する警告出力制御部と
    を備え、
    　前記判定部において前記受光レベルとの大小比較を行う前記所定閾値を、前記記憶部に記憶されている測定方向毎の前記距離情報に基づいて変更することを特徴とするレーザスキャンセンサ。
  2. 　請求項１に記載のレーザスキャンセンサにおいて、
    　前記記憶部に記憶されている測定方向毎の前記距離情報がより近距離側に対応している場合に、前記閾値をより大きくすることを特徴とするレーザスキャンセンサ。
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