JPH0367589B2 - - 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
系を光軸と直交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た像
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、一定速度で回転し被検知物体Ｘから
の光を受光する回転光学系１と、上記回転光学系
１の視野方向を検出する方向検出手段２と、回転
光学系１の焦点の軌跡上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３０，３１が配列
された検知素子アレイ３と、上記検知素子アレイ
３３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、上記
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Ｒ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Ｒ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１） 第１図乃至第５図は本発明の一実施例を示すも
ので、一定速度で回転し被検知物体Ｘからの光を
受光する回転光学系１は、モータにて等速回転さ
れる回転軸１０の上端に支持棒１１の中央部を取
着し、この支持棒１１の一端に凸レンズ１２を立
設するとともに、他端に窓１３ａが穿設された窓
板１３を凸レンズ１２の光軸が窓１３ａの中央を
通るように立設して形成されており、凸レンズ１
２および窓１３ａを介して被検知物体Ｘの像を検
知素子アレイ３上に結像させるようになつてい
る。なお、窓１３ａは１つの被検知物体Ｘからの
光の受光継続時間を決めるものであり、角度分解
能を決定すると同時に光学的なフード効果を得る
ものであり、検知素子アレイ３出力の信号波形の
改善に有効である。また凸レンズ１２に代えて凹
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。回転光学系
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２
３からの光がスリツト２２を介して受光素子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光学系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２２
ａ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
く、この場合、回転光学系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。ま
た、検知素子アレイ３は、回転光学系１の結像点
である焦点の軌跡上に配設され、結像された像の
移動方向に弧状に列設された複数の光検知素子３
０，３１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）して複極信号を得
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３
０，３１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。

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５２
ａ，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，５
３ｂ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
置の凸レンズ１２の光軸上に被検知物体Ｘが存在
し、この凸レンズ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から凸レンズ１２までの
距離をＲ、凸レンズ１２から検知素子アレイ３の
結像面Ｙまでの距離をｒ（cm）とすれば、凸レン
ズ１２がΔt（sec）間にΔθ（rad）回転して想像像
で示す位置まで移動した場合において、凸レンズ
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) 上式(5)を距離Ｒについて解くと、次のようにな
る。

Ｒ＝raω／（Ｖ−aω） ……(6) 上式(6)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
ような複極信号が得られる。この複極信号の周期
をＴ（sec）とすれば、 Ｔ＝2l／Ｖ ……(7) となり、上式(7)から加算手段４出力Vaの周波数
（Hz）は ＝Ｖ／2l ……(8) 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／（2l−aω） ……(9) 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、回転光学系１
に設けた窓１３ａの効果により、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４図実施例の演算手段５は、こ
の加算手段４出力Vaのゼロクロス点間の周期を
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５４
ａ，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５６ａ，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５４
ａ，５４ｂはリセツトする必要があるものの、レ
ベル判定回路５６ａ，５６ｂ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の
出力装置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、監視領域は回転光学系１の
有効視野（180゜）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、回転光学系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。

（実施例２） 第９図は他の実施例を示すもので、実施例１と
同様の広域状況監視装置において、回転光学系１
の窓板１３に代えて光路変更用のミラー１４を立
設し、光検知素子３０，３１よりなる検知素子ア
レイ３を環状に形成するとともに、回転光学系１
の上方に配置したものであり、凸レンズ１２にて
集光された光はミラー１４にて斜め上方に反射さ
れて光検知素子３０，３１上に順次結像するよう
になつている。また、このミラー１４は実施例１
における窓１３ａと同等の角度分解能の決定機能
およびフード効果を有している。なお、他の構成
および動作は前記実施例１と全く同一であるので
説明を省略する。

ここに、前記実施例１にあつては、回転光学系
１による有効視野が前方（180゜）だけしか得られ
ず、後方は回転光学系１の光路が検知素子アレイ
３によつて遮られて死角となつてしまい、全方位
（360゜）に亘る広域状況監視ができなかつたが、
本実施例にあつては光路をミラーにて変更してい
るので、死角が発生することがなく、全方位
（360゜）を監視領域とすることができ、広域状況
監視が達成できるようになつている。

［発明の効果］ 本発明は上述のように、一定速度で回転し被検
知物体からの光を受光する回転光学系と、上記回
転光学系の視野方向を検出する方向検出手段と、
回転光学系の焦点の軌跡上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
知素子アレイと、上記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、上記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、回転光学
系によつて有効視野を移動させるとともに、回転
光学系の結像面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、装置全体の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上面図、第４図は同上の
要部ブロツク回路図、第５図は同上の要部概略ブ
ロツク図、第６図乃至第８図は同上の動作説明
図、第９図は他の実施例の要部概略構成を示す斜
視図である。 １は回転光学系、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
状況判定手段である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 一定速度で回転し被検知物体からの光を受光
   する回転光学系と、上記回転光学系の視野方向を
   検出する方向検出手段と、回転光学系の焦点の軌
   跡上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と、上記
   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、上記加
   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。