JPS63284404A - 広域状況監視装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［技術分野１ 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
が困難であった。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ィブ型の光学ヰ測距手
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
あっても監視装置の正、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、広域に亘って被検゛知物
体までの距離お上り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、装置が大型化しでしまいコ
ストも高くなるという問題があった。＊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
困難であった。一方、投光手段を必要としないパッシブ
型の光学式測距方式としては、例えば、特開昭５７−２
１１００７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
ものがあったが、このような従来例にあっても、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って監視を行う場合には
装置全体の構成が複雑になって大型化し、コストが高く
なるという問題があった。

［発明の目的１ 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、広域に亘って被検知物体までの距離
お上り方向を検出して被検知物体の位置を判定でき、し
かも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Ｊ （構　成） 本発明は、一定速度で回転する走査鏡および集光光学系
にて形成され被検知物体からの光を受光する走査光学系
と、集光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
と、走査鏡の視野方向を検出する方向検出手段と、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匪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、広域に亘って被検知物
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ようにしたものであ
る。

（実施例１） 第１図乃至第８図は本発明一実施例を示すもので、被検
知物体Ａからの光を受光する走査光学系１は、一定速度
で回転する走査鏡１ａと、凸レンズよりなる集光光学Ｐ
、ｉｂとで形成されてお９、走査鏡１ａは、モータにで
等速回転される回転軸１０の上端に取着されている。な
お、集光光学系１ｂとして凸レンズに代えて口面ミラー
、ピンホールなどが使用できることは言うまでもない。

また、検知素子アレイ３は、集光光学系１ｂの焦点近傍
に配設され、＠７図（ａ）に示すように結像Ｘ″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ｊＥ（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Ｗ、）シて第７図（ｂ
）に示すような複極信号を得るようになっている０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
、実施例においで光検知素子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Ａ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
いるが、被検知物体Ａに応じて各種光検知素子を用いる
ことができる。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
なっており、必要に応じて後段に増幅回路を設けても良
い。

また、走査ｉｌｌ　ａの視野方向を検出する方向検出手
段２は、第４図及び第５図に示すように、回転軸１０に
取着され方位角の基準位置検出用のスリット２２が穿設
された回転板２１と、回転板２１を挾んで対設された発
光素子２３お上り受光素子２４よりなるフォトインタラ
プタと、発光素子２３からの光がスリット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ットされクロック回路２
６にて発生された基準クロッ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ッ）２２ａが等間隔で
列設されている回転板２１の局部に別の７オトインタラ
ブタの投、受光素子を対設し、回転検出用スリット２２
ａを介して受光素子にて受光されるパルス尤に対応する
パルス信号を上記基準クロックとしても良く、この場合
、走査鏡１ａ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４出力の周波数に基いて被検知物体Ａま
での距離を演算する演算子Ｐｉ５は、第３図に示すよう
に、加算手段４出力を反転するインバータ５１と、加算
手段４出力Ｖａお上りその反転信号を波形整形する波形
整形器！＞２ａ、５２ｂと、波形整形器５２ａ、５２ｂ
出力Ｖ　ｂ、　Ｖ　ｅにて制御されるデート回路５３ａ
、５３ｂと、クロック回路５５から出力されるクロック
信号Ｖｆをデート回路５３ａ、５３ｂを介して計数する
計数回路５４ａ豐５４ｂと、レベル判定回路５６ａ、５
６ｂと、加算手段４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４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
ュータ）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、被検知物体Ａから走査＄ｔ１　ａの回転中心までの
距離をＲ（−）、走査鏡１ａから集光光学系１ｂまでの
距離をｄ（曽）集光光学系１ｂから結像面までの距離を
ｒ（−）とし、走査鏡１ａによる物面走査は、等価的に
走査鏡１ａの回転中心Ｏを輪に被検知物体Ａが回転する
と考えれば良い、ここに、光軸上のＸに被検知物体Ａが
存在し、走査＃！１ａの回転速度の２倍の回転速度ω（
ｒａｄ／５ｅｅ）で等価的に被検知物体Ａが回転し、Ａ
ｔ（ｓｅｅ）の間に、θ（ｒｉｄ）回転し、Ｘ゛の位置
に移動した場合において、被検知物体Ａの移動断層をＳ
　（ｍ）とする。

また、集光光学系１ｂから見込む被検知物体Ａの変位角
をΔ（１（ｒａｄ）とすると、変位量が微少である場合
、以下の式が得られる。

ＡＳ＝ＲＡθ　・・・・・・・・・・・・・・・・・・
（１）Ａｓ＝（Ｒ＋ｄ）Ａａ　−・・・・−・・−−＜
２）また、次式が成り立つ、 ｌθ＝ωａｔ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・（３）また、（１）（２）（３）式より次式が成り
立つ、Ａａ＝（Ｒ／（Ｒ＋ｄ））ａｌ　Ａｔ　・・・・
・・（４）次に、被検知物体Ａの位１ｘ、ｘ”に対応し
た結像面上の結像位置をＸ”、Ｘ″パし、結像の移動距
離を、ｄｓ’（ｍ）とすれば、次式が成り立つ、ＡＳ＝
　ＡａＡｔ・・・・・・・・・・・・・・・・・・（５
）したがって、結像の移動速度Ｖ（■／５ｅｅ）は、（
４）（５）式より次式のようになる。

Ｖ　＝　Ａｓ　’／　ａｔ＝ｒａ＋／（１＋ｄ／　Ｒ）
・・・・・（６）上式（６）を距離Ｒについて解くと、
次のようになる。

Ｒ＝ｄ／（ｒａ＋／Ｖ−１）　　＝−＝（７）上式（６
）から、結像の移動速度■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Ａの像ｘ”、ｘ”°の移動速度■を検
知素子アレイ３出力により求める方法をｔＪｉ７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３０．３
１は出力が互いに反転されて加算されるいわゆる極性を
もった検知素子であり、その配設ピッチはα（−）とな
っている、これらの光検知素子３０．３１の受光面上を
被検知物体Ａの像Ｘ″が移動速度■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（ｓｅｅ）とすれば、 Ｔ＝２α／Ｖ・・・・・・・・・・・・・・・・・・（
８）となり、上式（７）から加算手ｊｆｆｉ　４出力Ｖ
ａの周波数ｆ（Ｈｚ）は ｆ＝Ｖ／２α・・・・・・・・・・・・・・・・・・（
９）となる、ここに、（７）（９）式より、周波数ｆと
被検知物体へまでの距離Ｒとの関係は次式で与えられる
。

Ｒ＝ｄ／（（ｒａ＋／　２　Ｑｆ）　−１）−−・・−
・−・・（１０）すなわち、加算手段４出力Ｖａの周波
数ｆを求めることにより被検知物体Ａまでの相離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。いま、第８図（ａ）は加算手段４出力
Ｖａの信号波形を示しており、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にで反転されて波形整形器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（６）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Ｖ　ｂ、　Ｖ　ｃ
にて制御されるデート回路５３ａ、５３ｂを介してクロ
ック回路５５にて発生されたクロックＶｆ（第８図（ｒ
）に示す）が加算手段４出力Ｖａのゼロクロス点でリセ
ット（後述）される計数回路５４ａ＊５４ｂに入力され
ており、計数回路５４ａ。

５４ｂによって正、負パルス信号Ｖ　ｂ、　Ｖ　ｃの１
パルスの時間幅（例えば、ｌ　Ｈｌ″レベル時間が計測
（クロック周期Ｘカウント数）されるようになっている
０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Ｐｉ５９に記憶させた後、計数回路
５４ａ、５４ｂのリセット信号が演算回路５８から出力
されるようになっている０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ＶＴ、−Ｖ、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をラッチして出力するようになっており、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Ｖ　ｄ、　Ｖ　ｅをチェックし、判定信号Ｖ　ｄｗ
　Ｖ　ｅｆｔ’　”　１　”ノ場合には、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
ラッチされている判定信号Ｖｄ。

Ｖｅのリセット信号が出力され、レベル判定結果をリセ
ットして次のレベル判定に備えるようになっている。一
方、判定信号Ｖ　ｄ、　Ｖ　ｅ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ャンセルされることは
言うまでもなく、この場合、計数回路５４ｍ、５４ｂは
リセットする必要があるものの、レベル判定回路５６ｍ
、５６ｂのラッチ回路をリセットする必要は特にないが
、リタッ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
ｆ（＝１／２Ｔ）が演算される。この周波数ｆは被検知
物体Ａ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
分を帯域フィルタによっ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ィルタが付加さ
れている。＊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ｆを求めでいる
が、出力Ｖａのピーク点間の時間幅に基いて周波数ｆ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って周波数スペクトルを求め、
その極大値から周波数ｆ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
Ｐｉ２から出力される方向情報とを同期をとって取り込
むことにより対応させ、画情報に基いて被検知物体Ａ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Ａ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
っている。

なお、監視領域は有効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、走査鏡１ａ、集光光学Ｊｌｂ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Ａ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走査鏡およ
び集光光学系にて形成され被検知物体からの光を受光す
る走査光学系と、集光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
知素子アレイと、走査鏡の視野方向を検出する方向検出
手段と、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松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匪離を演
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、広域に亘
っ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、しかも走査鏡のみを回転駆動す
ればよいので、構成が簡単でコストを安（することがで
軽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ック図、
第２図は同上の要部構成を示す斜視図、第３図は同上の
要部ブロック回路図、第４図は同上の５！部概略ブロッ
ク図、第５図は同上の要部斜視図、第６図乃至第８図は
同上の動作説明図である。 Ａは被検知物体、１は走査光学系、１ａは走査鏡、１ｂ
は集光光学系、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。 代理人　弁理士　石　１）長　七 第４図 第５図 第６図 第７図 ス 第８図 （ｆ）Ｖｆ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）一定速度で回転する走査鏡および集光光学系にて
   形成され被検知物体からの光を受光する走査光学系と、
   集光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と、
   走査鏡の視野方向を検出する方向検出手段と、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。