人体接近検出システム及び警護システム
【課題】導電体への人体の接近を、当該導電体と人体との容量結合を利用して検出する人体検出システムのキャリブレーションを容易化する。
【解決手段】制御部３７は、スイッチ３４をオンに設定し、監視装置３と導電性１パネルを接続して、ＶＣＯ３３に生成させるキャリア信号の周波数Ftxを掃引して、信号レベル検出部３２３で検出される受信信号レベルがピークとなるャリア信号の周波数fcを算定し、算定した周波数fcを、ＶＣＯ３３の生成するキャリア信号の周波数Ftxをfcに設定し、監視装置３の監視動作を開始する。監視動作において、信号レベル検出部３２３は導電性パネル１の電動変位を表す受信信号の周波数Ftx成分のレベルを検出し、当該レベルの低下より制御部３７は人体の導電性１パネルへの接近を検出する。
【解決手段】制御部３７は、スイッチ３４をオンに設定し、監視装置３と導電性１パネルを接続して、ＶＣＯ３３に生成させるキャリア信号の周波数Ftxを掃引して、信号レベル検出部３２３で検出される受信信号レベルがピークとなるャリア信号の周波数fcを算定し、算定した周波数fcを、ＶＣＯ３３の生成するキャリア信号の周波数Ftxをfcに設定し、監視装置３の監視動作を開始する。監視動作において、信号レベル検出部３２３は導電性パネル１の電動変位を表す受信信号の周波数Ftx成分のレベルを検出し、当該レベルの低下より制御部３７は人体の導電性１パネルへの接近を検出する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、人体の接近を検出する人体検出システムのキャリブレーションの技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
人体の接近を検出する人体検出システムとしては、監視カメラで撮影した画像を画像処理して、侵入者の有無を検出する技術（たとえば、特許文献１）や、赤外線センサや超音波センサを用いて、侵入者の有無を検出する技術（たとえば、特許文献２）が知られている。
【０００３】
なお、本発明において行う信号検出に関する技術としては、本出願人が本願に先行する出願において開示した、コイルとコイルに軸方向に近接して配置した電極より構成されるコイルセンサを用いて交流信号を検出する交流信号検出装置が知られている（特許文献３）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９-２９４９７４号公報
【特許文献２】特開２０１０-０２６９１７号公報
【特許文献３】特開２００９-２１２６７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前記監視カメラや赤外線センサを侵入者の検知に用いた場合、霧や雨天時に検出感度が低下することが否めない。また、超音波センサを侵入者の検知に用いる技術によれば、風による枯れ葉の動きなどによって、侵入者の誤検出が生じやすい。
また、いずれの技術も、施設の塀の全周に渡って侵入者を検出するような用途に用いる場合に、真に塀に接近した侵入者のみを弁別して検知するように、侵入者を検出するエリアを狭域化することが困難である。
そこで、これらの課題解決のために、本出願人は、導電体への人体の接近を、当該導電体と人体との容量結合を利用して検出する人体検出システムを、本願に先行する出願（特願2011-23795、特願2011-136116）において開示した。
ここで、この人体検出システムは、インダクタを介して、当該インダクタのインダクタンスと導電体と大地間の容量に応じて定まる共振周波数の信号を導電体に印加し、導電体と人体との容量結合によって生じる当該信号の共振周波数成分のレベル変化に応じて人体の接近を検出するものであるために、導電体と大地間の容量に応じてキャリブレーションすることが必要となる。
【０００６】
そこで、本発明は、導電体への人体の接近を、当該導電体と人体との容量結合を利用して検出する人体検出システムのキャリブレーションを容易に行えるようにすることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記課題達成のために、本発明は、人体の接近を検出する人体接近検出システムを、導電体と、監視装置とを含めて構成し、前記監視装置に、所定周波数の監視信号を出力する監視信号生成手段と、前記監視信号生成手段の出力と前記導電体との間に直列に介挿されたインダクタと、前記導電体に接続した入力を有し、当該導電体の電位変動を表す検出信号を出力する信号センサと、前記信号センサが出力する検出信号中に表れる前記監視信号のレベルを監視し、当該監視信号のレベルを検出する信号レベル検出手段と、前記信号検出部が検出した前記監視信号レベルの変化に基づいて、前記導電体への前記人体の接近を検出する接近検出手段と、前記監視信号生成手段が出力する監視信号の前記所定周波数の調整を行う周波数調整手段とを設けたものである。ただし、前記周波数調整手段は、前記監視信号生成手段が生成する前記監視信号の周波数を変化させながら、前記信号レベル検出手段が検出した前記監視信号のレベルを取得することにより、当該監視信号のレベルがピークとなる前記監視信号の周波数を現用周波数として算定し、前記監視信号生成手段が出力する監視信号の前記所定周波数を算定した前記現用周波数に調整するものである。
【０００８】
このような人体検出システムによれば、前記周波数調整手段において前記導電体に人体が接近していない状態において前記調整のための動作を行うようにすることにより、インダクタを介して、当該インダクタのインダクタンスと導電体と大地間の容量に応じて定まる共振周波数の信号を導電体に印加し、導電体と人体との容量結合によって生じる当該信号の共振周波数成分のレベル変化に応じて人体の接近を検出する人体検出システムにおいて、インダクタのインダクタンスと導電体と大地間の容量に応じて定まる共振周波数を自動的に設定することができるようになる。
【０００９】
また、前記課題達成のために、本発明は、人体の接近を検出する人体接近検出システムを、導電体と、監視装置とを含めて構成し、前記監視装置に、第１端子と第２端子との間の接続をオン/オフする、前記導電体に第２端子が接続したスイッチと、所定周波数の監視信号を出力する監視信号生成手段と、前記監視信号生成手段の出力と前記スイッチの第１端子との間に直列に介挿されたインダクタと、前記スイッチの第１端子に接続した入力を有し、前記スイッチの第１端子の電位変動を表す検出信号を出力する信号センサと、前記信号センサが出力する検出信号中に表れる前記監視信号のレベルを監視し、当該監視信号のレベルを検出する信号レベル検出手段と、前記信号検出部が検出した前記監視信号レベルの変化に基づいて、前記導電体への前記人体の接近を検出する接近検出手段と、前記導電体と大地との間のキャパシタンスを算出する容量検出手段とを設けたものである。ただし、前記容量検出手段は、前記スイッチの第１端子と第２端子との間の接続をオフに設定した状態で、前記周波数調整手段は、前記監視信号生成手段が生成する前記監視信号の周波数を変化させながら、前記信号レベル検出手段が検出した前記監視信号のレベルを取得することにより、当該監視信号のレベルがピークとなる前記監視信号の周波数を参照周波数として検出し、前記スイッチの第１端子と第２端子との間の接続をオンに設定した状態で、前記周波数調整手段は、前記監視信号生成手段が生成する前記監視信号の周波数を変化させながら、前記信号レベル検出手段が検出した前記監視信号のレベルを取得することにより、当該監視信号のレベルがピークとなる前記監視信号の周波数を現用周波数として検出し、前記参照周波数より求まる前記スイッチの第１端子と大地との間のキャパシタンスを、前記現用周波数より求まる前記スイッチの第１端子と大地との間のキャパシタンスより減じて、前記導電体と大地との間のキャパシタンスを算出するものである。
【００１０】
このような人体検出システムによれば、前記容量検出手段において、前記導電体に人体が接近していない状態において前記導電体と大地との間のキャパシタンスを算出するための動作を行うようにすることにより、インダクタを介して、当該インダクタのインダクタンスと導電体と大地間の容量に応じて定まる共振周波数の信号を導電体に印加し、導電体と人体との容量結合によって生じる当該信号の共振周波数成分のレベル変化に応じて人体の接近を検出する人体検出システムにおいて、導電体と大地間の容量を算定することができるので、当該算定結果をキャリブレーションに用いることにより、導電体と大地間の容量に応じたキャリブレーションが容易化されることとなる。
【００１１】
ここで、このような人体検出システムには、前記容量検出手段が検出した前記現用周波数に、前記監視信号生成手段が出力する監視信号の前記所定周波数を調整する周波数調整手段を設けるようにしてもよい。
ここで、以上のような人体接近検出システムにおいて、より具体的には、前記接近検出手段は、前記監視信号のレベルが所定の値よりも小さくなったときに、前記導電体への前記人体の接近を検出するように構成してもよい。
ところで、以上のような人体接近検出システムは、前記監視信号生成手段において、前記所定周波数の信号を、所定のデータ信号で変調して前記監視信号として生成し、前記信号レベル検出手段において、前記信号センサが出力する検出信号中に表れる前記監視信号から前記データ信号を復調し、復調したデータ信号のレベルを前記監視信号のレベルを表すものとして検出するように構成してもよい。
【００１２】
また、以上のような人体接近検出システムにおいて、前記信号センサは、コイルと、当該信号センサの入力に接続され、かつ、前記コイルの中央穴に近接させて配置された電極と、
前記コイルの出力に基づいて、前記検出信号を出力する検出信号出力手段とより構成してもよい。
【００１３】
また、以上の人体接近検出システムは、保安区域内部を外部より遮断する構造物への人体の接近を検出する警護システムを構成するために用いることができる。すなわち、この場合には、前記導電性導電体を、前記構造物に組み込むようにすれば、当該構造物への人体の接近を検出することができる。なお、当該構造物は、柵、フェンス、建造物の壁、建造物の窓、または、扉であってよい。
【００１４】
または、以上の人体接近検出システムを用いて、保安区域内部を外部より遮断するフェンス塀への人体の接近を検出する警護システムを構成することもできる。すなわち、この場合には、たとえば、前記フェンス塀を、前記各検出装置の導電体を連設して形成するようにすれば、フェンス塀への人体の接近を検出することができる。
【発明の効果】
【００１５】
以上のように、本発明によれば、導電体への人体の接近を、当該導電体と人体との容量結合を利用して検出する人体検出システムのキャリブレーションを容易に行えるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施形態に係る警護システムの構成を示す図である。
【図２】本発明の実施形態に係る監視装置の構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の実施形態に係るキャリブレーション処理を示すフローチャートである。
【図４】本発明の実施形態に係る監視信号出力装置のアンプ出力から接近検出装置までの間の等価回路を示す図である。
【図５】本発明の実施形態に係る接近検出の原理を示す図である。
【図６】本発明の実施形態に係る信号センサの構成を示す図である。
【図７】本発明の実施形態に係る交流センサの構成例を示す図である。
【図８】本発明の実施形態に係る監視装置の他の構成例を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明に係る警護システムの実施形態について説明する。
本実施形態に係る警護システムは、たとえば、図１ａに示すように、工場、研究施設、発電所、軍事施設等である保安区域１００を内部に囲む保安塀１０への、人体の接近を検出するものである。
ここで、保安塀は、図１ｂに示すように、導電性パネル１を複数枚、地面に固定した支柱２を用いて固定することにより、保安区域１００を内部に囲むように並べることにより形成されている。
また、導電性パネル１は、金属製等の導電性を有しており、図１ｃに示すように、導電性パネル１と支柱２、及び、導電性パネル１同士が相互に絶縁されるように、絶縁性の連結部材２１を介して支柱２に固定されている。
ここで、導電性パネル１としては、図１ｂ、ｃに示したような、金網やネットフェンスなどの格子を有するパネルの他、図１ｄ１に示すような導電性の平板状のパネルや、図１ｄ２に示すような導電性の平板状のパネルに多数の孔を設けたものなども用いることができる。また、図１ｆのｆ１に外観をｆ２、ｆ３にｆ１のA-A線による断面を示すように、非導電性の板状の構造材１１の内部または外面上に設けた導電性のパネルやネットやシートやフィルムの層として導電性パネル１を構成するようにしてもよい。なお、図１ｆの場合は、構造材１１を支柱２に固定することとなる。
【００１８】
さて、図１ｂに示すように、本警護システムは、導電性毎に設けた監視装置３と、各監視装置３に接続した警報装置４とを含んで構成される。
図２に、監視装置３の構成を示す。
図示するように、監視装置３は、監視信号出力部３１、監視信号検出部３２、ＶＣＯ３３（電圧制御発振器３３）、スイッチ３４と、キャパシタンスCrのリファレンスキャパシタ３５と、通信インタフェース３６、ＣＰＵ等により構成される制御部３７より構成される。
ここで、ＶＣＯ３３は、制御部３７の電圧制御に従って定まる周波数Ftxのキャリア信号を生成する。
また、スイッチ３４は、制御部３７によりオン/オフが制御されるものであり、出力側端が導電性パネル１に接続されており、入力側端は監視信号出力部３１と監視信号検出部３２とリファレンスキャパシタ３５に接続されている。
そして、リファレンスキャパシタ３５は、スイッチ３４の入力側端と監視装置３のグランドとの間に接続されている。
また、監視信号検出部３２は、ＶＣＯ３３が生成したキャリア信号を、制御部３７が出力する所定周波数（たとえば、10Hz)の矩形波であるデータ信号でＡＳＫ変調する変調器３１１、インダクタンスＬのコイル等のインダクタ３１３、変調器３１１が変調した変調信号を増幅し、監視信号としてインダクタ３１３を介して、スイッチ３４の入力側端に出力するアンプ３１２とを有している。
【００１９】
一方、接近検出部は、スイッチ３４の入力側端の電位変動を検出し検出信号として出力する信号センサ３２１、信号センサ３２１が出力する検出信号を上述したキャリア信号の周波数FtxでＡＳＫ復調し復調した信号を受信信号として出力する復調器３２２、復調器３２２が出力した受信信号のレベルを検出する信号レベル検出部３２３を備えている。
【００２０】
以下、このような監視装置３の動作について説明する。
監視装置３の動作には、ＶＣＯ３３が生成するキャリア信号の周波数Ftxの設定を調整するキャリブレーション動作と、キャリブレーション処理で設定された周波数Ftxのキャリア信号を用いて、導電パネルへの人体の接近を監視する監視動作とがある。
まず、キャリブレーション動作について説明する。ここで、監視装置３のキャリブレーション動作は、制御部３７が行うキャリブレーション処理によって制御される。なお、このキャリブレーション処理は、監視装置３の電源が投入されたときや、監視装置３に設けたキャリブレーション実行ボタンが操作されたときや、通信インタフェース３６を介して警報装置４からキャリブレーション実行が指示されたときに開始するように構成してもよい。ただし、このキャリブレーション処理は、監視装置３の設置時やメンテナンス時などに、導電性パネル１に人体が接近していない状態で行う。
【００２１】
図３に、この制御部３７が行うキャリブレーション処理の手順を示す。
図示するように、この処理では、まず、監視装置３の監視動作を停止しスイッチ３４をオフに設定する（ステップ３００２）。
そして、データ信号を変調器３１１に出力すると共に、ＶＣＯ３３に生成させるキャリア信号の周波数Ftxを所定範囲内で掃引、すなわち、変化させながら、信号レベル検出部３２３で検出された受信信号レベルがピークとなったときに、ＶＣＯ３３が生成していたキャリア信号の周波数frを算定する（ステップ３００４）。
【００２２】
そして、算定した周波数frより、寄生容量Cpを算出する（ステップ３００６）。
ここで、スイッチ３４がオフに設定されているときには、図２の、監視信号出力部３１のアンプ３１２の出力RefTから、監視信号検出部３２の入力RefRまでの間（図２、２００で示した部分）の回路構成は、図４ａ１に示すようになり、インダクタ３１３の出力と大地との間にリファレンスキャパシタ３５のキャパシタンスCrと寄生容量Cpとの和（Cr+Cp）が存在している状態となる。
【００２３】
したがって、出力RefTから入力RefRまでの間の伝達関数は、図４ａ２で示す等価回路で示すことができ、この場合、出力RefTから入力RefRまでの間の周波数領域の伝達特性（周波数応答特性）は、インダクタ３１３のインダクタンスＬとキャパシタンス（Cr+Cp）によるＬＣフィルタの周波数応答特性と同等となる。
【００２４】
よって、受信信号レベルがピークとなるときのキャリア信号の周波数frは、図４ａ２で示すＬＣフィルタの共振周波数であり、
fr=1/[2π{Ｌ×(Cr+Cp)}1/2]
にピークを持つものとなる。
【００２５】
よって、リファレンスキャパシタ３５のキャパシタンスCrは既知であるので、図３のステップ３００６では、この周波数frより、寄生容量Cpを算出することができる。
ただし、
fr =1/{2π(Ｌ×Cr)}1/2を予め計算して求めておき、f0とfrとを用いて、
Cp={(f0/ fr)2−１}Crとして、寄生容量Cpを算出するようにしてもよい。
さて、このようにして寄生容量Cpを算出したならば（ステップ３００６）、次に、スイッチ３４をオンに設定し（ステップ３００８）、データ信号を変調器３１１に出力すると共に、ＶＣＯ３３に生成させるキャリア信号の周波数Ftx所定範囲内で掃引、すなわち、変化させながら、信号レベル検出部３２３で検出された受信信号レベルがピークとなったときに、ＶＣＯ３３が生成していたキャリア信号の周波数fcを算定する（ステップ３０１０）。
【００２６】
そして、算定した周波数fcより、インダクタ３１３の出力と大地との間の導電性パネル１を介したキャパシタンスCfを算出する（ステップ３０１２）。
ここで、スイッチ３４がオンに設定されているときには、図２の、監視信号出力部３１のアンプ３１２の出力RefTから、監視信号検出部３２の入力RefRまでの間（図２、２００で示した部分）の回路構成は、図４ｂ１に示すようになり、インダクタ３１３の出力と大地との間にリファレンスキャパシタ３５のキャパシタンスCrと寄生容量Cpとインダクタ３１３の出力と大地との間の導電性パネル１を介したキャパシタンスCfの和（Cr+Cp+Cf）が存在している状態となる。
【００２７】
したがって、出力RefTから入力RefRまでの間の伝達関数は、図４ｂ２で示す等価回路で示すことができ、この場合、出力RefTから入力RefRまでの間の周波数領域の伝達特性（周波数応答特性）は、インダクタ３１３のインダクタンスＬとキャパシタンス（Cr+Cp+Cf）によるＬＣフィルタの周波数応答特性と同等となる。
【００２８】
よって、受信信号レベルがピークとなるときのキャリア信号の周波数fcは、図４ｂ２で示すＬＣフィルタの共振周波数であり、
fc=1/[2π{Ｌ×(Cr+Cp+Cf)}1/2]
にピークを持つものとなる。
【００２９】
よって、リファレンスキャパシタ３５のキャパシタンスCr、寄生容量Cpは既知であるので、図３のステップ３０１２では、この周波数fcより、（Cr+Cp+Cf）を求め、これよりCr+Cpを減じれば、インダクタ３１３の出力と大地との間の導電性パネル１を介したキャパシタンスCfを算出することができる。
ただし、上述したf0とfcとを用いて、
Cf={(f0/ fc)2−１}Cr-Cpとして、キャパシタンスCfを算出するようにしてもよい。
このようにして、インダクタ３１３の出力と大地との間の導電性パネル１を介したキャパシタンスCfを算出したならば、（ステップ３０１２）、ＶＣＯ３３の生成するキャリア信号の周波数Ftxをfcに設定し、監視装置３の監視動作を開始し（ステップ３０１４）、算出したキャパシタンスCfを、通信インタフェース３６を介して警報装置４に通知し（ステップ３０１６）、キャリブレーション処理を終了する。
【００３０】
以上、制御部３７が行うキャリブレーション処理について説明した。
さて、以上のようなキャリブレーション処理によって監視装置３から、キャパシタンスCfを通知された警報装置４は、キャパシタンスCfの異常を、キャパシタンスCfの値の所定の正常範囲範囲からの逸脱や、前回キャパシタンスCfを通知されたときからのキャパシタンスCfの値の所定レベル以上の変化に基づいて検出し、検出した異常をオペレータに通知する処理などを行う。なお、キャパシタンスCfの異常は、導電性パネル１の損壊や、導電性パネル１と大地との導通発生などによって生じ得る。
【００３１】
次に、監視装置３の監視動作について説明する。
ここで、監視装置３の監視動作は、上述したキャリブレーション処理において監視動作が停止されている期間を除いた期間中実行される。
また、監視動作は、上述した監視装置３のスイッチ３４がオン、ＶＣＯ３３の生成するキャリア信号の周波数が、上述したキャリブレーション処理によって、インダクタ３１３の出力と大地との間のキャパシタンスが（Cr+Cp+Cf）である状態における共振周波数fcに設定された状態で行われる。
いま、導電性パネル１に人体２００が接近した場合、導電性パネル１と人体が容量結合し、図２の、監視信号出力部３１のアンプ３１２の出力RefTから、監視信号検出部３２の入力RefRまでの間（図２、２００で示した部分）の回路構成は、図４ｃ１に示すようになり、インダクタ３１３の出力側（接近検出装置側）端に、（Cr+Cp+Cf）に加え、インダクタ３１３の出力と大地との間の人体を介したキャパシタンスChが存在している状態となる。したがって、出力RefTから入力RefRまでの間の伝達関数は、図４ｃ２で示す等価回路で示すことができ、この場合、出力RefTから入力RefRまでの間の周波数領域の伝達特性（周波数応答特性）は、インダクタ３１３のインダクタンスＬとキャパシタンス（Cr+Cp+Cf+Ch）によるＬＣフィルタの周波数応答特性と同等となる。
【００３２】
よって、導電性パネル１に人体が接近している場合の、出力RefTから入力RefRまでの間の周波数領域の伝達特性（周波数応答特性）は、ＬＣフィルタの共振周波数
fh=1/[2π{Ｌ×(Cr+Cp+Cf+Ch)}1/2]
にピークを持つものとなる。
【００３３】
ここで、図５に、導電性パネル１に人体が接近しておらず上述のように出力RefTから入力RefRまでの間の共振周波数がfcである場合の周波数応答特性４０１と、導電性パネル１に人体が接近しており出力RefTから入力RefRまでの間の共振周波数がｆhである場合の周波数応答特性４０２を示す。
【００３４】
図示するように、人体が導電性パネル１に接近していないときの周波数応答特性４０１におけるピークの周波数fc近傍におけるゲインは、人体が導電性パネル１に接近しているときの周波数応答特性４０２におけるゲイン４１２の方が、人体が導電性パネル１に接近していないときの周波数応答特性４０１におけるゲイン４１１よりも小さくなる。よって、キャリア信号の周波数Ftxが周波数fcに一致、または、ほぼ一致する場合、監視信号のゲインも人体が導電性パネル１に接近しているときの方が、人体が導電性パネル１に接近していないときよりも小さくなる。
【００３５】
したがって、キャリア信号の周波数Ftxがfcに設定されている監視動作中には、侵入者の導電性パネル１への接近に伴い、導電性パネル１と侵入者の身体の容量結合が強まり、周波数応答特性が図５の４０１から４０２のように変化して監視信号のゲインが徐々に低下し、これにより、信号センサ３２１の出力する検出信号中の監視信号の振幅レベルは徐々に低下し、監視信号を復調した受信信号のレベルも徐々に低下することとなる。
【００３６】
そこで、監視装置３の制御部３７は、監視動作中、信号レベル検出部３２３において検出される受信信号のレベルが、適当なしきい値レベルよりも小さくなったことを検出することにより、導電性パネル１への侵入者の接近を検出し、侵入者の接近を検出したならば、その旨を通信インタフェース３６を介して警報装置４に通知する。
【００３７】
ここで、侵入者と導電性パネル１との距離が大きくなるにつれて、導電性パネル１と侵入者の身体との容量結合の大きさは急速に弱まり、周波数応答特性は図５の人体が導電性パネル１に接近していないときの周波数応答特性４０１に復帰するので、このような構成によれば、保安壁に真に接近した侵入者のみを、精度よく検出することができることになる。
【００３８】
さて、図１に戻り、警報装置４は、監視装置３の信号異常検出部から接近検出信号を受信したならば、接近検出信号を出力した監視装置３に対応する保安塀１０の位置を識別可能な形態で、所定の警報出力を行う。
さて、次に、監視装置３の接近検出装置の信号センサ３２１としては、たとえば、上述した特許文献３で示した交流信号検出装置を用いることができる。
図６に、特許文献３で示した交流信号検出装置を用いた場合の、信号センサ３２１の構成を示す。
図６に示すように、信号センサ３２１は、コイル５１１と、コイル５１１に近接させて配置した第１電極５１２と、コイル５１１に近接させて配置した第２電極５１３とより構成される交流センサ５１０を備えている。ここで、第１電極５１２と第２電極５１３は、コイル５１１の軸方向について相互に反対側に、間にコイル５１１を挟み込むように配置されている。そして、第１電極５１２の入力INに、導電性パネル１が接続され、導電性パネル１の電圧が印加される。
【００３９】
また、信号センサ３２１は、ＦＥＴ５２１と抵抗５２２と抵抗５２３と周波数特性調整用のコンデンサ５２４とより構成される反転増幅回路５２０を備え、コイル５１１の一端がＦＥＴ５２１のゲートに接続され、コイル５１１の他端が接地されている。そして、ＦＥＴ５２１は、ゲート電圧であるコイル５１１の誘起電圧に応じてＦＥＴ５２１のソース-ドレイン電流の大きさを変化させ、抵抗５２２、抵抗５２３は、ＦＥＴ５２１のソース-ドレイン電流の大きさを、大小が反転（位相反転）した電圧に変換し、反転増幅回路５２０の出力とする。そして、コンデンサ５３１で反転増幅回路５２０の出力の交流成分が抽出され、信号センサ３２１から復調器３２２への出力OUTとなる。
【００４０】
また、この反転増幅回路５２０の出力電圧は、抵抗５４１、低キャパシタンスのコンデンサ５４２を介して、第２電極５１３に印可される。
また、この他、信号センサ３２１は、コイル５１１の共振周波数を設定するためのコンデンサ５５１や、不要周波数成分を減衰するためのコイル５５２なども備えている。
このような信号センサ３２１の構成によれば、接近検出装置の入力RefRから第１電極５１２に導電性パネル１の電圧が印加されると、当該電圧の変動であるところの交流信号によって第１電極５１２から発生する、コイル５１１の軸方向にコイル５１１を貫く磁束に変化が発生する。
【００４１】
一方で、コイル５１１を貫く磁束に変化が生じると、コイル５１１の誘起電圧による交流信号が反転増幅回路５２０に入力され、入力された交流信号は反転増幅回路５２０で反転増幅された上で抵抗５４１、コンデンサ５４２を介して第２電極５１３に帰還される。
そして、当該第２電極５１３に帰還された交流信号によって第２電極５１３から発生するコイル５１１の軸方向にコイル５１１を貫く磁束の変化も発生する。
そして、コイル５１１を貫く磁束の変化は、第１電極５１２から発生する磁束の磁束変化と第２電極５１３から発生する磁束の磁束変化によってもたらさせることになる。そこで、抵抗５４１の抵抗値やコンデンサ５４２の容量は、第２電極５１３に帰還する交流信号の位相が、コイル５１１に生じる誘起電圧が最大となる位相となるように設定する。
【００４２】
ただし、第２電極５１３、抵抗５４１、コンデンサ５４２は、これを設けないようにしてもよい。
さて、ここで、このような信号センサ３２１の全体は、プリント基板を用いて実現したり、集積回路として実現することができる。
また、信号センサ３２１の交流センサ５１０は、図７ａに示すように、フェライト製のコアを有するコイル５１１と、コアの上面に固定した銅性の第１電極５１２と、コアの下面に固定した銅性の第２電極５１３と、第１電極５１２や第２電極５１３を封止する周囲空間よりも透磁率の大きな封止体４０１とより構成することができる。なお、封止体４０１としては、磁性粉末を混合したエポキシ樹脂などを用いることができる。
【００４３】
また、このような交流センサ５１０は、プリント基板や半導体基板の導体パターンとして形成することもできる。
すなわち、プリント基板の導体パターンとして、信号センサ３２１を形成する場合には、たとえば、次のように交流センサ５１０を形成する。
すなわち、図７ｂ１に示すようなプリント基板６００の層構造を、図７ｂ２に示すようにプリント基板６００を板状またはフィルム状の基材６０１の上に、第１パターン層６０２、第１絶縁層６０３、第２パターン層６０４、第１絶縁層６０５、第３パターン層６０６を当該順序で積層したものとする。
【００４４】
そして、図７ｂ３に示すように、第１パターン層６０２に設けた導電体パターンにより第２電極５１３を形成し、第２パターン層６０４に設けた渦巻き形状を有する導電体パターンによってコイル５１１を形成し、第３パターン層６０６に設けた導電体パターンにより第１電極５１２を形成する。
【００４５】
ここで、第１電極５１２、第２電極５１３の導電体パターンは、図７ｂ４にプリント基盤を鉛直方向から見た配置を示すように、コイル５１１のパターンを覆うように形成する。
なお、交流センサ５１０において、第１電極５１２、第２電極５１３の導電体パターンは、必ずしも、コイル５１１のパターンの全てを覆うように形成しなくてもよく、コイル５１１のパターンの一部のみを覆うように形成してもよいし、コイル５１１のパターンの中央部分を除く部分を覆うように形成してもよい。
【００４６】
なお、図７ｂには、プリント基板を用いて交流センサ５１０を形成する場合について説明したが、交流センサ５１０は、半導体基板上にも、同様に形成することができる。
以上、本発明の実施形態について説明した。
ところで、以上の実施形態では、キャリア信号をデータ信号で変調した信号を監視信号として監視信号出力部３１から導電性パネル１に出力し、監視信号検出部３２において、検出信号を復調した受信信号のレベルを検出したが、これは、図８に示すように、監視装置３から変調器３１１や復調器３２２を省略し、監視信号出力部３１からＶＣＯ３３が生成したキャリア信号をそのまま監視信号として導電性パネル１に出力し、監視信号検出部３２において、信号レベル検出部３２３において直接監視信号のレベルを検出するようにしてもよい。このようにしても、制御部３７において、キャリブレーション動作におけるインダクタ３１３の出力と大地との間の導電性パネル１を介したキャパシタンスCfの算定およびＶＣＯ３３が生成するキャリア信号の周波数Ftxの周波数fcの設定や、監視動作における信号レベル検出部３２３で検出したレベルの変化からの人体の接近の検出を行うことができる。
【００４７】
また、以上の実施形態は、制御部３７が、以上のキャリブレーション処理において、算出したキャパシタンスCfに基づいて、監視動作において導電性パネル１への侵入者の接近の検出に用いる、しきい値レベルを適当に調整するなどの、検出特性の調整を適宜行うようにしてもよい。
【００４８】
また、以上の実施形態では、塀に接近する侵入者を検知する場合について示したが、本実施形態は、柵、フェンス、建造物の壁、建造物の窓、扉などの、保安区域を外部に対して遮断する任意の構造物への侵入者を検知する場合について同様に適用することができる。また、この場合には、これら構造物を構成する部材に、図１ｆに示したように導電性パネル１を組み込んだり、導電性パネル１自体を当該構造物として用いるようにしてもよい。なお、窓に適用する場合には、たとえば、窓ガラスを形成する透明板の内部に、金属細線の網等の導電性の層を導電性パネル１として設け、窓の透明性が損なわれないようにする。
また、以上の実施形態は、導電性パネル１に代えて棒状、柱状などの任意形状の導電体を用いるようにしてもよい。
また、本実施形態に係る人体接近検出の構成は、警護システム以外にも、人体の接近を検出する任意のシステムにも同様に適用することができる。
【符号の説明】
【００４９】
１…導電性パネル、２…支柱、３…監視装置、４…警報装置、１０…保安塀、２１…連結部材、３１…監視信号出力部、３２…監視信号検出部、３３…ＶＣＯ、３４…スイッチ、３５…リファレンスキャパシタ、３６…通信インタフェース、３７…制御部、３１１…変調器、３１２…アンプ、３１３…インダクタ、３２１…信号センサ、３２２…復調器、３２３…信号レベル検出部。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、人体の接近を検出する人体検出システムのキャリブレーションの技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
人体の接近を検出する人体検出システムとしては、監視カメラで撮影した画像を画像処理して、侵入者の有無を検出する技術（たとえば、特許文献１）や、赤外線センサや超音波センサを用いて、侵入者の有無を検出する技術（たとえば、特許文献２）が知られている。
【０００３】
なお、本発明において行う信号検出に関する技術としては、本出願人が本願に先行する出願において開示した、コイルとコイルに軸方向に近接して配置した電極より構成されるコイルセンサを用いて交流信号を検出する交流信号検出装置が知られている（特許文献３）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９-２９４９７４号公報
【特許文献２】特開２０１０-０２６９１７号公報
【特許文献３】特開２００９-２１２６７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前記監視カメラや赤外線センサを侵入者の検知に用いた場合、霧や雨天時に検出感度が低下することが否めない。また、超音波センサを侵入者の検知に用いる技術によれば、風による枯れ葉の動きなどによって、侵入者の誤検出が生じやすい。
また、いずれの技術も、施設の塀の全周に渡って侵入者を検出するような用途に用いる場合に、真に塀に接近した侵入者のみを弁別して検知するように、侵入者を検出するエリアを狭域化することが困難である。
そこで、これらの課題解決のために、本出願人は、導電体への人体の接近を、当該導電体と人体との容量結合を利用して検出する人体検出システムを、本願に先行する出願（特願2011-23795、特願2011-136116）において開示した。
ここで、この人体検出システムは、インダクタを介して、当該インダクタのインダクタンスと導電体と大地間の容量に応じて定まる共振周波数の信号を導電体に印加し、導電体と人体との容量結合によって生じる当該信号の共振周波数成分のレベル変化に応じて人体の接近を検出するものであるために、導電体と大地間の容量に応じてキャリブレーションすることが必要となる。
【０００６】
そこで、本発明は、導電体への人体の接近を、当該導電体と人体との容量結合を利用して検出する人体検出システムのキャリブレーションを容易に行えるようにすることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記課題達成のために、本発明は、人体の接近を検出する人体接近検出システムを、導電体と、監視装置とを含めて構成し、前記監視装置に、所定周波数の監視信号を出力する監視信号生成手段と、前記監視信号生成手段の出力と前記導電体との間に直列に介挿されたインダクタと、前記導電体に接続した入力を有し、当該導電体の電位変動を表す検出信号を出力する信号センサと、前記信号センサが出力する検出信号中に表れる前記監視信号のレベルを監視し、当該監視信号のレベルを検出する信号レベル検出手段と、前記信号検出部が検出した前記監視信号レベルの変化に基づいて、前記導電体への前記人体の接近を検出する接近検出手段と、前記監視信号生成手段が出力する監視信号の前記所定周波数の調整を行う周波数調整手段とを設けたものである。ただし、前記周波数調整手段は、前記監視信号生成手段が生成する前記監視信号の周波数を変化させながら、前記信号レベル検出手段が検出した前記監視信号のレベルを取得することにより、当該監視信号のレベルがピークとなる前記監視信号の周波数を現用周波数として算定し、前記監視信号生成手段が出力する監視信号の前記所定周波数を算定した前記現用周波数に調整するものである。
【０００８】
このような人体検出システムによれば、前記周波数調整手段において前記導電体に人体が接近していない状態において前記調整のための動作を行うようにすることにより、インダクタを介して、当該インダクタのインダクタンスと導電体と大地間の容量に応じて定まる共振周波数の信号を導電体に印加し、導電体と人体との容量結合によって生じる当該信号の共振周波数成分のレベル変化に応じて人体の接近を検出する人体検出システムにおいて、インダクタのインダクタンスと導電体と大地間の容量に応じて定まる共振周波数を自動的に設定することができるようになる。
【０００９】
また、前記課題達成のために、本発明は、人体の接近を検出する人体接近検出システムを、導電体と、監視装置とを含めて構成し、前記監視装置に、第１端子と第２端子との間の接続をオン/オフする、前記導電体に第２端子が接続したスイッチと、所定周波数の監視信号を出力する監視信号生成手段と、前記監視信号生成手段の出力と前記スイッチの第１端子との間に直列に介挿されたインダクタと、前記スイッチの第１端子に接続した入力を有し、前記スイッチの第１端子の電位変動を表す検出信号を出力する信号センサと、前記信号センサが出力する検出信号中に表れる前記監視信号のレベルを監視し、当該監視信号のレベルを検出する信号レベル検出手段と、前記信号検出部が検出した前記監視信号レベルの変化に基づいて、前記導電体への前記人体の接近を検出する接近検出手段と、前記導電体と大地との間のキャパシタンスを算出する容量検出手段とを設けたものである。ただし、前記容量検出手段は、前記スイッチの第１端子と第２端子との間の接続をオフに設定した状態で、前記周波数調整手段は、前記監視信号生成手段が生成する前記監視信号の周波数を変化させながら、前記信号レベル検出手段が検出した前記監視信号のレベルを取得することにより、当該監視信号のレベルがピークとなる前記監視信号の周波数を参照周波数として検出し、前記スイッチの第１端子と第２端子との間の接続をオンに設定した状態で、前記周波数調整手段は、前記監視信号生成手段が生成する前記監視信号の周波数を変化させながら、前記信号レベル検出手段が検出した前記監視信号のレベルを取得することにより、当該監視信号のレベルがピークとなる前記監視信号の周波数を現用周波数として検出し、前記参照周波数より求まる前記スイッチの第１端子と大地との間のキャパシタンスを、前記現用周波数より求まる前記スイッチの第１端子と大地との間のキャパシタンスより減じて、前記導電体と大地との間のキャパシタンスを算出するものである。
【００１０】
このような人体検出システムによれば、前記容量検出手段において、前記導電体に人体が接近していない状態において前記導電体と大地との間のキャパシタンスを算出するための動作を行うようにすることにより、インダクタを介して、当該インダクタのインダクタンスと導電体と大地間の容量に応じて定まる共振周波数の信号を導電体に印加し、導電体と人体との容量結合によって生じる当該信号の共振周波数成分のレベル変化に応じて人体の接近を検出する人体検出システムにおいて、導電体と大地間の容量を算定することができるので、当該算定結果をキャリブレーションに用いることにより、導電体と大地間の容量に応じたキャリブレーションが容易化されることとなる。
【００１１】
ここで、このような人体検出システムには、前記容量検出手段が検出した前記現用周波数に、前記監視信号生成手段が出力する監視信号の前記所定周波数を調整する周波数調整手段を設けるようにしてもよい。
ここで、以上のような人体接近検出システムにおいて、より具体的には、前記接近検出手段は、前記監視信号のレベルが所定の値よりも小さくなったときに、前記導電体への前記人体の接近を検出するように構成してもよい。
ところで、以上のような人体接近検出システムは、前記監視信号生成手段において、前記所定周波数の信号を、所定のデータ信号で変調して前記監視信号として生成し、前記信号レベル検出手段において、前記信号センサが出力する検出信号中に表れる前記監視信号から前記データ信号を復調し、復調したデータ信号のレベルを前記監視信号のレベルを表すものとして検出するように構成してもよい。
【００１２】
また、以上のような人体接近検出システムにおいて、前記信号センサは、コイルと、当該信号センサの入力に接続され、かつ、前記コイルの中央穴に近接させて配置された電極と、
前記コイルの出力に基づいて、前記検出信号を出力する検出信号出力手段とより構成してもよい。
【００１３】
また、以上の人体接近検出システムは、保安区域内部を外部より遮断する構造物への人体の接近を検出する警護システムを構成するために用いることができる。すなわち、この場合には、前記導電性導電体を、前記構造物に組み込むようにすれば、当該構造物への人体の接近を検出することができる。なお、当該構造物は、柵、フェンス、建造物の壁、建造物の窓、または、扉であってよい。
【００１４】
または、以上の人体接近検出システムを用いて、保安区域内部を外部より遮断するフェンス塀への人体の接近を検出する警護システムを構成することもできる。すなわち、この場合には、たとえば、前記フェンス塀を、前記各検出装置の導電体を連設して形成するようにすれば、フェンス塀への人体の接近を検出することができる。
【発明の効果】
【００１５】
以上のように、本発明によれば、導電体への人体の接近を、当該導電体と人体との容量結合を利用して検出する人体検出システムのキャリブレーションを容易に行えるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施形態に係る警護システムの構成を示す図である。
【図２】本発明の実施形態に係る監視装置の構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の実施形態に係るキャリブレーション処理を示すフローチャートである。
【図４】本発明の実施形態に係る監視信号出力装置のアンプ出力から接近検出装置までの間の等価回路を示す図である。
【図５】本発明の実施形態に係る接近検出の原理を示す図である。
【図６】本発明の実施形態に係る信号センサの構成を示す図である。
【図７】本発明の実施形態に係る交流センサの構成例を示す図である。
【図８】本発明の実施形態に係る監視装置の他の構成例を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明に係る警護システムの実施形態について説明する。
本実施形態に係る警護システムは、たとえば、図１ａに示すように、工場、研究施設、発電所、軍事施設等である保安区域１００を内部に囲む保安塀１０への、人体の接近を検出するものである。
ここで、保安塀は、図１ｂに示すように、導電性パネル１を複数枚、地面に固定した支柱２を用いて固定することにより、保安区域１００を内部に囲むように並べることにより形成されている。
また、導電性パネル１は、金属製等の導電性を有しており、図１ｃに示すように、導電性パネル１と支柱２、及び、導電性パネル１同士が相互に絶縁されるように、絶縁性の連結部材２１を介して支柱２に固定されている。
ここで、導電性パネル１としては、図１ｂ、ｃに示したような、金網やネットフェンスなどの格子を有するパネルの他、図１ｄ１に示すような導電性の平板状のパネルや、図１ｄ２に示すような導電性の平板状のパネルに多数の孔を設けたものなども用いることができる。また、図１ｆのｆ１に外観をｆ２、ｆ３にｆ１のA-A線による断面を示すように、非導電性の板状の構造材１１の内部または外面上に設けた導電性のパネルやネットやシートやフィルムの層として導電性パネル１を構成するようにしてもよい。なお、図１ｆの場合は、構造材１１を支柱２に固定することとなる。
【００１８】
さて、図１ｂに示すように、本警護システムは、導電性毎に設けた監視装置３と、各監視装置３に接続した警報装置４とを含んで構成される。
図２に、監視装置３の構成を示す。
図示するように、監視装置３は、監視信号出力部３１、監視信号検出部３２、ＶＣＯ３３（電圧制御発振器３３）、スイッチ３４と、キャパシタンスCrのリファレンスキャパシタ３５と、通信インタフェース３６、ＣＰＵ等により構成される制御部３７より構成される。
ここで、ＶＣＯ３３は、制御部３７の電圧制御に従って定まる周波数Ftxのキャリア信号を生成する。
また、スイッチ３４は、制御部３７によりオン/オフが制御されるものであり、出力側端が導電性パネル１に接続されており、入力側端は監視信号出力部３１と監視信号検出部３２とリファレンスキャパシタ３５に接続されている。
そして、リファレンスキャパシタ３５は、スイッチ３４の入力側端と監視装置３のグランドとの間に接続されている。
また、監視信号検出部３２は、ＶＣＯ３３が生成したキャリア信号を、制御部３７が出力する所定周波数（たとえば、10Hz)の矩形波であるデータ信号でＡＳＫ変調する変調器３１１、インダクタンスＬのコイル等のインダクタ３１３、変調器３１１が変調した変調信号を増幅し、監視信号としてインダクタ３１３を介して、スイッチ３４の入力側端に出力するアンプ３１２とを有している。
【００１９】
一方、接近検出部は、スイッチ３４の入力側端の電位変動を検出し検出信号として出力する信号センサ３２１、信号センサ３２１が出力する検出信号を上述したキャリア信号の周波数FtxでＡＳＫ復調し復調した信号を受信信号として出力する復調器３２２、復調器３２２が出力した受信信号のレベルを検出する信号レベル検出部３２３を備えている。
【００２０】
以下、このような監視装置３の動作について説明する。
監視装置３の動作には、ＶＣＯ３３が生成するキャリア信号の周波数Ftxの設定を調整するキャリブレーション動作と、キャリブレーション処理で設定された周波数Ftxのキャリア信号を用いて、導電パネルへの人体の接近を監視する監視動作とがある。
まず、キャリブレーション動作について説明する。ここで、監視装置３のキャリブレーション動作は、制御部３７が行うキャリブレーション処理によって制御される。なお、このキャリブレーション処理は、監視装置３の電源が投入されたときや、監視装置３に設けたキャリブレーション実行ボタンが操作されたときや、通信インタフェース３６を介して警報装置４からキャリブレーション実行が指示されたときに開始するように構成してもよい。ただし、このキャリブレーション処理は、監視装置３の設置時やメンテナンス時などに、導電性パネル１に人体が接近していない状態で行う。
【００２１】
図３に、この制御部３７が行うキャリブレーション処理の手順を示す。
図示するように、この処理では、まず、監視装置３の監視動作を停止しスイッチ３４をオフに設定する（ステップ３００２）。
そして、データ信号を変調器３１１に出力すると共に、ＶＣＯ３３に生成させるキャリア信号の周波数Ftxを所定範囲内で掃引、すなわち、変化させながら、信号レベル検出部３２３で検出された受信信号レベルがピークとなったときに、ＶＣＯ３３が生成していたキャリア信号の周波数frを算定する（ステップ３００４）。
【００２２】
そして、算定した周波数frより、寄生容量Cpを算出する（ステップ３００６）。
ここで、スイッチ３４がオフに設定されているときには、図２の、監視信号出力部３１のアンプ３１２の出力RefTから、監視信号検出部３２の入力RefRまでの間（図２、２００で示した部分）の回路構成は、図４ａ１に示すようになり、インダクタ３１３の出力と大地との間にリファレンスキャパシタ３５のキャパシタンスCrと寄生容量Cpとの和（Cr+Cp）が存在している状態となる。
【００２３】
したがって、出力RefTから入力RefRまでの間の伝達関数は、図４ａ２で示す等価回路で示すことができ、この場合、出力RefTから入力RefRまでの間の周波数領域の伝達特性（周波数応答特性）は、インダクタ３１３のインダクタンスＬとキャパシタンス（Cr+Cp）によるＬＣフィルタの周波数応答特性と同等となる。
【００２４】
よって、受信信号レベルがピークとなるときのキャリア信号の周波数frは、図４ａ２で示すＬＣフィルタの共振周波数であり、
fr=1/[2π{Ｌ×(Cr+Cp)}1/2]
にピークを持つものとなる。
【００２５】
よって、リファレンスキャパシタ３５のキャパシタンスCrは既知であるので、図３のステップ３００６では、この周波数frより、寄生容量Cpを算出することができる。
ただし、
fr =1/{2π(Ｌ×Cr)}1/2を予め計算して求めておき、f0とfrとを用いて、
Cp={(f0/ fr)2−１}Crとして、寄生容量Cpを算出するようにしてもよい。
さて、このようにして寄生容量Cpを算出したならば（ステップ３００６）、次に、スイッチ３４をオンに設定し（ステップ３００８）、データ信号を変調器３１１に出力すると共に、ＶＣＯ３３に生成させるキャリア信号の周波数Ftx所定範囲内で掃引、すなわち、変化させながら、信号レベル検出部３２３で検出された受信信号レベルがピークとなったときに、ＶＣＯ３３が生成していたキャリア信号の周波数fcを算定する（ステップ３０１０）。
【００２６】
そして、算定した周波数fcより、インダクタ３１３の出力と大地との間の導電性パネル１を介したキャパシタンスCfを算出する（ステップ３０１２）。
ここで、スイッチ３４がオンに設定されているときには、図２の、監視信号出力部３１のアンプ３１２の出力RefTから、監視信号検出部３２の入力RefRまでの間（図２、２００で示した部分）の回路構成は、図４ｂ１に示すようになり、インダクタ３１３の出力と大地との間にリファレンスキャパシタ３５のキャパシタンスCrと寄生容量Cpとインダクタ３１３の出力と大地との間の導電性パネル１を介したキャパシタンスCfの和（Cr+Cp+Cf）が存在している状態となる。
【００２７】
したがって、出力RefTから入力RefRまでの間の伝達関数は、図４ｂ２で示す等価回路で示すことができ、この場合、出力RefTから入力RefRまでの間の周波数領域の伝達特性（周波数応答特性）は、インダクタ３１３のインダクタンスＬとキャパシタンス（Cr+Cp+Cf）によるＬＣフィルタの周波数応答特性と同等となる。
【００２８】
よって、受信信号レベルがピークとなるときのキャリア信号の周波数fcは、図４ｂ２で示すＬＣフィルタの共振周波数であり、
fc=1/[2π{Ｌ×(Cr+Cp+Cf)}1/2]
にピークを持つものとなる。
【００２９】
よって、リファレンスキャパシタ３５のキャパシタンスCr、寄生容量Cpは既知であるので、図３のステップ３０１２では、この周波数fcより、（Cr+Cp+Cf）を求め、これよりCr+Cpを減じれば、インダクタ３１３の出力と大地との間の導電性パネル１を介したキャパシタンスCfを算出することができる。
ただし、上述したf0とfcとを用いて、
Cf={(f0/ fc)2−１}Cr-Cpとして、キャパシタンスCfを算出するようにしてもよい。
このようにして、インダクタ３１３の出力と大地との間の導電性パネル１を介したキャパシタンスCfを算出したならば、（ステップ３０１２）、ＶＣＯ３３の生成するキャリア信号の周波数Ftxをfcに設定し、監視装置３の監視動作を開始し（ステップ３０１４）、算出したキャパシタンスCfを、通信インタフェース３６を介して警報装置４に通知し（ステップ３０１６）、キャリブレーション処理を終了する。
【００３０】
以上、制御部３７が行うキャリブレーション処理について説明した。
さて、以上のようなキャリブレーション処理によって監視装置３から、キャパシタンスCfを通知された警報装置４は、キャパシタンスCfの異常を、キャパシタンスCfの値の所定の正常範囲範囲からの逸脱や、前回キャパシタンスCfを通知されたときからのキャパシタンスCfの値の所定レベル以上の変化に基づいて検出し、検出した異常をオペレータに通知する処理などを行う。なお、キャパシタンスCfの異常は、導電性パネル１の損壊や、導電性パネル１と大地との導通発生などによって生じ得る。
【００３１】
次に、監視装置３の監視動作について説明する。
ここで、監視装置３の監視動作は、上述したキャリブレーション処理において監視動作が停止されている期間を除いた期間中実行される。
また、監視動作は、上述した監視装置３のスイッチ３４がオン、ＶＣＯ３３の生成するキャリア信号の周波数が、上述したキャリブレーション処理によって、インダクタ３１３の出力と大地との間のキャパシタンスが（Cr+Cp+Cf）である状態における共振周波数fcに設定された状態で行われる。
いま、導電性パネル１に人体２００が接近した場合、導電性パネル１と人体が容量結合し、図２の、監視信号出力部３１のアンプ３１２の出力RefTから、監視信号検出部３２の入力RefRまでの間（図２、２００で示した部分）の回路構成は、図４ｃ１に示すようになり、インダクタ３１３の出力側（接近検出装置側）端に、（Cr+Cp+Cf）に加え、インダクタ３１３の出力と大地との間の人体を介したキャパシタンスChが存在している状態となる。したがって、出力RefTから入力RefRまでの間の伝達関数は、図４ｃ２で示す等価回路で示すことができ、この場合、出力RefTから入力RefRまでの間の周波数領域の伝達特性（周波数応答特性）は、インダクタ３１３のインダクタンスＬとキャパシタンス（Cr+Cp+Cf+Ch）によるＬＣフィルタの周波数応答特性と同等となる。
【００３２】
よって、導電性パネル１に人体が接近している場合の、出力RefTから入力RefRまでの間の周波数領域の伝達特性（周波数応答特性）は、ＬＣフィルタの共振周波数
fh=1/[2π{Ｌ×(Cr+Cp+Cf+Ch)}1/2]
にピークを持つものとなる。
【００３３】
ここで、図５に、導電性パネル１に人体が接近しておらず上述のように出力RefTから入力RefRまでの間の共振周波数がfcである場合の周波数応答特性４０１と、導電性パネル１に人体が接近しており出力RefTから入力RefRまでの間の共振周波数がｆhである場合の周波数応答特性４０２を示す。
【００３４】
図示するように、人体が導電性パネル１に接近していないときの周波数応答特性４０１におけるピークの周波数fc近傍におけるゲインは、人体が導電性パネル１に接近しているときの周波数応答特性４０２におけるゲイン４１２の方が、人体が導電性パネル１に接近していないときの周波数応答特性４０１におけるゲイン４１１よりも小さくなる。よって、キャリア信号の周波数Ftxが周波数fcに一致、または、ほぼ一致する場合、監視信号のゲインも人体が導電性パネル１に接近しているときの方が、人体が導電性パネル１に接近していないときよりも小さくなる。
【００３５】
したがって、キャリア信号の周波数Ftxがfcに設定されている監視動作中には、侵入者の導電性パネル１への接近に伴い、導電性パネル１と侵入者の身体の容量結合が強まり、周波数応答特性が図５の４０１から４０２のように変化して監視信号のゲインが徐々に低下し、これにより、信号センサ３２１の出力する検出信号中の監視信号の振幅レベルは徐々に低下し、監視信号を復調した受信信号のレベルも徐々に低下することとなる。
【００３６】
そこで、監視装置３の制御部３７は、監視動作中、信号レベル検出部３２３において検出される受信信号のレベルが、適当なしきい値レベルよりも小さくなったことを検出することにより、導電性パネル１への侵入者の接近を検出し、侵入者の接近を検出したならば、その旨を通信インタフェース３６を介して警報装置４に通知する。
【００３７】
ここで、侵入者と導電性パネル１との距離が大きくなるにつれて、導電性パネル１と侵入者の身体との容量結合の大きさは急速に弱まり、周波数応答特性は図５の人体が導電性パネル１に接近していないときの周波数応答特性４０１に復帰するので、このような構成によれば、保安壁に真に接近した侵入者のみを、精度よく検出することができることになる。
【００３８】
さて、図１に戻り、警報装置４は、監視装置３の信号異常検出部から接近検出信号を受信したならば、接近検出信号を出力した監視装置３に対応する保安塀１０の位置を識別可能な形態で、所定の警報出力を行う。
さて、次に、監視装置３の接近検出装置の信号センサ３２１としては、たとえば、上述した特許文献３で示した交流信号検出装置を用いることができる。
図６に、特許文献３で示した交流信号検出装置を用いた場合の、信号センサ３２１の構成を示す。
図６に示すように、信号センサ３２１は、コイル５１１と、コイル５１１に近接させて配置した第１電極５１２と、コイル５１１に近接させて配置した第２電極５１３とより構成される交流センサ５１０を備えている。ここで、第１電極５１２と第２電極５１３は、コイル５１１の軸方向について相互に反対側に、間にコイル５１１を挟み込むように配置されている。そして、第１電極５１２の入力INに、導電性パネル１が接続され、導電性パネル１の電圧が印加される。
【００３９】
また、信号センサ３２１は、ＦＥＴ５２１と抵抗５２２と抵抗５２３と周波数特性調整用のコンデンサ５２４とより構成される反転増幅回路５２０を備え、コイル５１１の一端がＦＥＴ５２１のゲートに接続され、コイル５１１の他端が接地されている。そして、ＦＥＴ５２１は、ゲート電圧であるコイル５１１の誘起電圧に応じてＦＥＴ５２１のソース-ドレイン電流の大きさを変化させ、抵抗５２２、抵抗５２３は、ＦＥＴ５２１のソース-ドレイン電流の大きさを、大小が反転（位相反転）した電圧に変換し、反転増幅回路５２０の出力とする。そして、コンデンサ５３１で反転増幅回路５２０の出力の交流成分が抽出され、信号センサ３２１から復調器３２２への出力OUTとなる。
【００４０】
また、この反転増幅回路５２０の出力電圧は、抵抗５４１、低キャパシタンスのコンデンサ５４２を介して、第２電極５１３に印可される。
また、この他、信号センサ３２１は、コイル５１１の共振周波数を設定するためのコンデンサ５５１や、不要周波数成分を減衰するためのコイル５５２なども備えている。
このような信号センサ３２１の構成によれば、接近検出装置の入力RefRから第１電極５１２に導電性パネル１の電圧が印加されると、当該電圧の変動であるところの交流信号によって第１電極５１２から発生する、コイル５１１の軸方向にコイル５１１を貫く磁束に変化が発生する。
【００４１】
一方で、コイル５１１を貫く磁束に変化が生じると、コイル５１１の誘起電圧による交流信号が反転増幅回路５２０に入力され、入力された交流信号は反転増幅回路５２０で反転増幅された上で抵抗５４１、コンデンサ５４２を介して第２電極５１３に帰還される。
そして、当該第２電極５１３に帰還された交流信号によって第２電極５１３から発生するコイル５１１の軸方向にコイル５１１を貫く磁束の変化も発生する。
そして、コイル５１１を貫く磁束の変化は、第１電極５１２から発生する磁束の磁束変化と第２電極５１３から発生する磁束の磁束変化によってもたらさせることになる。そこで、抵抗５４１の抵抗値やコンデンサ５４２の容量は、第２電極５１３に帰還する交流信号の位相が、コイル５１１に生じる誘起電圧が最大となる位相となるように設定する。
【００４２】
ただし、第２電極５１３、抵抗５４１、コンデンサ５４２は、これを設けないようにしてもよい。
さて、ここで、このような信号センサ３２１の全体は、プリント基板を用いて実現したり、集積回路として実現することができる。
また、信号センサ３２１の交流センサ５１０は、図７ａに示すように、フェライト製のコアを有するコイル５１１と、コアの上面に固定した銅性の第１電極５１２と、コアの下面に固定した銅性の第２電極５１３と、第１電極５１２や第２電極５１３を封止する周囲空間よりも透磁率の大きな封止体４０１とより構成することができる。なお、封止体４０１としては、磁性粉末を混合したエポキシ樹脂などを用いることができる。
【００４３】
また、このような交流センサ５１０は、プリント基板や半導体基板の導体パターンとして形成することもできる。
すなわち、プリント基板の導体パターンとして、信号センサ３２１を形成する場合には、たとえば、次のように交流センサ５１０を形成する。
すなわち、図７ｂ１に示すようなプリント基板６００の層構造を、図７ｂ２に示すようにプリント基板６００を板状またはフィルム状の基材６０１の上に、第１パターン層６０２、第１絶縁層６０３、第２パターン層６０４、第１絶縁層６０５、第３パターン層６０６を当該順序で積層したものとする。
【００４４】
そして、図７ｂ３に示すように、第１パターン層６０２に設けた導電体パターンにより第２電極５１３を形成し、第２パターン層６０４に設けた渦巻き形状を有する導電体パターンによってコイル５１１を形成し、第３パターン層６０６に設けた導電体パターンにより第１電極５１２を形成する。
【００４５】
ここで、第１電極５１２、第２電極５１３の導電体パターンは、図７ｂ４にプリント基盤を鉛直方向から見た配置を示すように、コイル５１１のパターンを覆うように形成する。
なお、交流センサ５１０において、第１電極５１２、第２電極５１３の導電体パターンは、必ずしも、コイル５１１のパターンの全てを覆うように形成しなくてもよく、コイル５１１のパターンの一部のみを覆うように形成してもよいし、コイル５１１のパターンの中央部分を除く部分を覆うように形成してもよい。
【００４６】
なお、図７ｂには、プリント基板を用いて交流センサ５１０を形成する場合について説明したが、交流センサ５１０は、半導体基板上にも、同様に形成することができる。
以上、本発明の実施形態について説明した。
ところで、以上の実施形態では、キャリア信号をデータ信号で変調した信号を監視信号として監視信号出力部３１から導電性パネル１に出力し、監視信号検出部３２において、検出信号を復調した受信信号のレベルを検出したが、これは、図８に示すように、監視装置３から変調器３１１や復調器３２２を省略し、監視信号出力部３１からＶＣＯ３３が生成したキャリア信号をそのまま監視信号として導電性パネル１に出力し、監視信号検出部３２において、信号レベル検出部３２３において直接監視信号のレベルを検出するようにしてもよい。このようにしても、制御部３７において、キャリブレーション動作におけるインダクタ３１３の出力と大地との間の導電性パネル１を介したキャパシタンスCfの算定およびＶＣＯ３３が生成するキャリア信号の周波数Ftxの周波数fcの設定や、監視動作における信号レベル検出部３２３で検出したレベルの変化からの人体の接近の検出を行うことができる。
【００４７】
また、以上の実施形態は、制御部３７が、以上のキャリブレーション処理において、算出したキャパシタンスCfに基づいて、監視動作において導電性パネル１への侵入者の接近の検出に用いる、しきい値レベルを適当に調整するなどの、検出特性の調整を適宜行うようにしてもよい。
【００４８】
また、以上の実施形態では、塀に接近する侵入者を検知する場合について示したが、本実施形態は、柵、フェンス、建造物の壁、建造物の窓、扉などの、保安区域を外部に対して遮断する任意の構造物への侵入者を検知する場合について同様に適用することができる。また、この場合には、これら構造物を構成する部材に、図１ｆに示したように導電性パネル１を組み込んだり、導電性パネル１自体を当該構造物として用いるようにしてもよい。なお、窓に適用する場合には、たとえば、窓ガラスを形成する透明板の内部に、金属細線の網等の導電性の層を導電性パネル１として設け、窓の透明性が損なわれないようにする。
また、以上の実施形態は、導電性パネル１に代えて棒状、柱状などの任意形状の導電体を用いるようにしてもよい。
また、本実施形態に係る人体接近検出の構成は、警護システム以外にも、人体の接近を検出する任意のシステムにも同様に適用することができる。
【符号の説明】
【００４９】
１…導電性パネル、２…支柱、３…監視装置、４…警報装置、１０…保安塀、２１…連結部材、３１…監視信号出力部、３２…監視信号検出部、３３…ＶＣＯ、３４…スイッチ、３５…リファレンスキャパシタ、３６…通信インタフェース、３７…制御部、３１１…変調器、３１２…アンプ、３１３…インダクタ、３２１…信号センサ、３２２…復調器、３２３…信号レベル検出部。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
人体の接近を検出する人体接近検出システムであって、
導電体と、監視装置とを有し、
前記監視装置は、
所定周波数の監視信号を出力する監視信号生成手段と、
前記監視信号生成手段の出力と前記導電体との間に直列に介挿されたインダクタと、
前記導電体に接続した入力を有し、当該導電体の電位変動を表す検出信号を出力する信号センサと、
前記信号センサが出力する検出信号中に表れる前記監視信号のレベルを監視し、当該監視信号のレベルを検出する信号レベル検出手段と、
前記信号検出部が検出した前記監視信号レベルの変化に基づいて、前記導電体への前記人体の接近を検出する接近検出手段と、
前記監視信号生成手段が出力する監視信号の前記所定周波数の調整を行う周波数調整手段とを有し、
前記周波数調整手段は、前記監視信号生成手段が生成する前記監視信号の周波数を変化させながら、前記信号レベル検出手段が検出した前記監視信号のレベルを取得することにより、当該監視信号のレベルがピークとなる前記監視信号の周波数を現用周波数として算定し、前記監視信号生成手段が出力する監視信号の前記所定周波数を、算定した前記現用周波数に調整することを特徴とする人体接近検出システム。
【請求項２】
人体の接近を検出する人体接近検出システムであって、
導電体と、監視装置とを有し、
前記監視装置は、
第１端子と第２端子との間の接続をオン/オフする、前記導電体に第２端子が接続したスイッチと、
所定周波数の監視信号を出力する監視信号生成手段と、
前記監視信号生成手段の出力と前記スイッチの第１端子との間に直列に介挿されたインダクタと、
前記スイッチの第１端子に接続した入力を有し、前記スイッチの第１端子の電位変動を表す検出信号を出力する信号センサと、
前記信号センサが出力する検出信号中に表れる前記監視信号のレベルを監視し、当該監視信号のレベルを検出する信号レベル検出手段と、
前記信号検出部が検出した前記監視信号レベルの変化に基づいて、前記導電体への前記人体の接近を検出する接近検出手段と、
前記導電体と大地との間のキャパシタンスを算出する容量検出手段とを有し、
前記容量検出手段は、
前記スイッチの第１端子と第２端子との間の接続をオフに設定した状態で、前記周波数調整手段は、前記監視信号生成手段が生成する前記監視信号の周波数を変化させながら、前記信号レベル検出手段が検出した前記監視信号のレベルを取得することにより、当該監視信号のレベルがピークとなる前記監視信号の周波数を参照周波数として検出し、
前記スイッチの第１端子と第２端子との間の接続をオンに設定した状態で、前記周波数調整手段は、前記監視信号生成手段が生成する前記監視信号の周波数を変化させながら、前記信号レベル検出手段が検出した前記監視信号のレベルを取得することにより、当該監視信号のレベルがピークとなる前記監視信号の周波数を現用周波数として検出し、
前記参照周波数より求まる前記スイッチの第１端子と大地との間のキャパシタンスを、前記現用周波数より求まる前記スイッチの第１端子と大地との間のキャパシタンスより減じて、前記導電体と大地との間のキャパシタンスを算出することを特徴とする人体接近検出システム。
【請求項３】
請求項２記載の人体検出システムであって、
前記容量検出手段が検出した前記現用周波数に、前記監視信号生成手段が出力する監視信号の前記所定周波数を調整する周波数調整手段を有することを特徴とする人体接近検出システム。
【請求項４】
請求項１または３記載の人体接近検出システムであって、
前記接近検出手段は、前記監視信号のレベルが所定の値よりも小さくなったときに、前記導電体への前記人体の接近を検出することを特徴とする人体接近検出システム。
【請求項５】
請求項１、２、３または４記載の人体接近検出システムであって、
前記監視信号生成手段は、前記所定周波数の信号を、所定のデータ信号で変調して前記監視信号として生成し、
前記信号レベル検出手段は、前記信号センサが出力する検出信号中に表れる前記監視信号から前記データ信号を復調し、復調したデータ信号のレベルを前記監視信号のレベルを表すものとして検出することを特徴とする人体接近検出システム。
【請求項６】
請求項１、２、３、４または５記載の人体接近検出システムであって、
前記信号センサは、
コイルと、
当該信号センサの入力に接続され、かつ、前記コイルの中央穴に近接させて配置された電極と、
前記コイルの出力に基づいて、前記検出信号を出力する検出信号出力手段とを有することを特徴とする人体接近検出システム。
【請求項７】
保安区域内部を外部より遮断する構造物への人体の接近を検出する警護システムであって、
請求項１、２、３、４、５または６記載の人体接近検出システムを備え、
前記導電体は、前記構造物に組み込まれていることを特徴とする警護システム。
【請求項８】
保安区域内部を外部より遮断するフェンス塀への人体の接近を検出する警護システムであって、
請求項１、２、３、４、５、または６記載の人体接近検出システムを複数備え、
前記フェンス塀は、前記各人体接近検出システムの前記導電体を連設して形成されていることを特徴とする警護システム。
【請求項１】
人体の接近を検出する人体接近検出システムであって、
導電体と、監視装置とを有し、
前記監視装置は、
所定周波数の監視信号を出力する監視信号生成手段と、
前記監視信号生成手段の出力と前記導電体との間に直列に介挿されたインダクタと、
前記導電体に接続した入力を有し、当該導電体の電位変動を表す検出信号を出力する信号センサと、
前記信号センサが出力する検出信号中に表れる前記監視信号のレベルを監視し、当該監視信号のレベルを検出する信号レベル検出手段と、
前記信号検出部が検出した前記監視信号レベルの変化に基づいて、前記導電体への前記人体の接近を検出する接近検出手段と、
前記監視信号生成手段が出力する監視信号の前記所定周波数の調整を行う周波数調整手段とを有し、
前記周波数調整手段は、前記監視信号生成手段が生成する前記監視信号の周波数を変化させながら、前記信号レベル検出手段が検出した前記監視信号のレベルを取得することにより、当該監視信号のレベルがピークとなる前記監視信号の周波数を現用周波数として算定し、前記監視信号生成手段が出力する監視信号の前記所定周波数を、算定した前記現用周波数に調整することを特徴とする人体接近検出システム。
【請求項２】
人体の接近を検出する人体接近検出システムであって、
導電体と、監視装置とを有し、
前記監視装置は、
第１端子と第２端子との間の接続をオン/オフする、前記導電体に第２端子が接続したスイッチと、
所定周波数の監視信号を出力する監視信号生成手段と、
前記監視信号生成手段の出力と前記スイッチの第１端子との間に直列に介挿されたインダクタと、
前記スイッチの第１端子に接続した入力を有し、前記スイッチの第１端子の電位変動を表す検出信号を出力する信号センサと、
前記信号センサが出力する検出信号中に表れる前記監視信号のレベルを監視し、当該監視信号のレベルを検出する信号レベル検出手段と、
前記信号検出部が検出した前記監視信号レベルの変化に基づいて、前記導電体への前記人体の接近を検出する接近検出手段と、
前記導電体と大地との間のキャパシタンスを算出する容量検出手段とを有し、
前記容量検出手段は、
前記スイッチの第１端子と第２端子との間の接続をオフに設定した状態で、前記周波数調整手段は、前記監視信号生成手段が生成する前記監視信号の周波数を変化させながら、前記信号レベル検出手段が検出した前記監視信号のレベルを取得することにより、当該監視信号のレベルがピークとなる前記監視信号の周波数を参照周波数として検出し、
前記スイッチの第１端子と第２端子との間の接続をオンに設定した状態で、前記周波数調整手段は、前記監視信号生成手段が生成する前記監視信号の周波数を変化させながら、前記信号レベル検出手段が検出した前記監視信号のレベルを取得することにより、当該監視信号のレベルがピークとなる前記監視信号の周波数を現用周波数として検出し、
前記参照周波数より求まる前記スイッチの第１端子と大地との間のキャパシタンスを、前記現用周波数より求まる前記スイッチの第１端子と大地との間のキャパシタンスより減じて、前記導電体と大地との間のキャパシタンスを算出することを特徴とする人体接近検出システム。
【請求項３】
請求項２記載の人体検出システムであって、
前記容量検出手段が検出した前記現用周波数に、前記監視信号生成手段が出力する監視信号の前記所定周波数を調整する周波数調整手段を有することを特徴とする人体接近検出システム。
【請求項４】
請求項１または３記載の人体接近検出システムであって、
前記接近検出手段は、前記監視信号のレベルが所定の値よりも小さくなったときに、前記導電体への前記人体の接近を検出することを特徴とする人体接近検出システム。
【請求項５】
請求項１、２、３または４記載の人体接近検出システムであって、
前記監視信号生成手段は、前記所定周波数の信号を、所定のデータ信号で変調して前記監視信号として生成し、
前記信号レベル検出手段は、前記信号センサが出力する検出信号中に表れる前記監視信号から前記データ信号を復調し、復調したデータ信号のレベルを前記監視信号のレベルを表すものとして検出することを特徴とする人体接近検出システム。
【請求項６】
請求項１、２、３、４または５記載の人体接近検出システムであって、
前記信号センサは、
コイルと、
当該信号センサの入力に接続され、かつ、前記コイルの中央穴に近接させて配置された電極と、
前記コイルの出力に基づいて、前記検出信号を出力する検出信号出力手段とを有することを特徴とする人体接近検出システム。
【請求項７】
保安区域内部を外部より遮断する構造物への人体の接近を検出する警護システムであって、
請求項１、２、３、４、５または６記載の人体接近検出システムを備え、
前記導電体は、前記構造物に組み込まれていることを特徴とする警護システム。
【請求項８】
保安区域内部を外部より遮断するフェンス塀への人体の接近を検出する警護システムであって、
請求項１、２、３、４、５、または６記載の人体接近検出システムを複数備え、
前記フェンス塀は、前記各人体接近検出システムの前記導電体を連設して形成されていることを特徴とする警護システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１３−１０４７６６（Ｐ２０１３−１０４７６６Ａ）
【公開日】平成２５年５月３０日（２０１３．５．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２４８３４７（Ｐ２０１１−２４８３４７）
【出願日】平成２３年１１月１４日（２０１１．１１．１４）
【出願人】（５０４２５６７７４）株式会社カイザーテクノロジー (17)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月３０日（２０１３．５．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月１４日（２０１１．１１．１４）
【出願人】（５０４２５６７７４）株式会社カイザーテクノロジー (17)
【Ｆターム（参考）】
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