(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
三次元領域において侵入物体を検知して対応する検知情報を出力する検知手段と、
監視対象となる三次元領域内における侵入物体の位置や動きの監視に必要な情報を設定するための設定手段と、
前記検知手段にて生成された検知情報と前記設定手段にて設定された設定情報とに基づいて、前記監視対象となる三次元領域内における前記侵入物体の位置や動きに関する監視情報を生成する監視情報生成手段と、
前記監視情報生成手段にて生成された侵入物体の位置や動きに関する監視情報に応じた制御出力や表示出力を外部に出力する外部出力手段とを具備し、
前記設定手段は、前記監視対象となる三次元領域内に侵入物体が存在しない状態における検知手段からの検知情報と、前記監視対象となる三次元領域内にダミー物体が存在する状態における検知手段からの検知情報とを教示することにより、ダミー物体が存在する三次元的な位置又は三次元領域を特定監視領域として設定可能であり、
前記監視情報生成手段は、前記侵入物体が前記特定監視領域に侵入したか否かの情報を生成すること、を特徴とする監視装置。
【請求項２】
前記設定手段は、局所的な三次元無監視領域が設定可能である請求項１に記載の監視装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、三次元領域において侵入物体の検知が可能な検知手段を利用した監視装置に係り、特に、監視対象となる三次元領域における侵入物体の位置や動きを高い自由度をもって監視可能とした監視装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ＦＡ（Factory Automation）等の分野において、人体が危険区域内に侵入することを監視するためには、ライトカーテン装置やレーザスキャナ型センサ等の監視装置が採用されている。
【０００３】
ライトカーテン装置は、適当な距離を隔てて直立された２本の柱体（投光用柱体、受光用柱体）を有する。投光用柱体には、長手方向に沿って適当な間隔で多数の投光器が埋め込まれている。同様にして、受光用柱体には、長手方向に沿って適当な間隔で多数の受光器が埋め込まれている。投光用柱体と受光用柱体との間には投受光器間を結ぶ多数の光ビームにより光の膜体（光カーテン）が静的に形成される。この光の膜体が遮られることにより、受光器の出力を介して侵入物体が検知される。
【０００４】
レーザスキャン型センサは、レーザ光源から放射されるレーザビームを所定角度範囲内で繰り返し直線的に走査することで、扇形状の光の膜体が動的に形成される。この光の膜体が遮られることにより、反射光の有無を介して侵入物体が検知される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述したライトカーテン装置やレーザスキャン型センサ等の監視装置にあっては、以下の問題点が指摘されている。
（１）それらの監視装置は、二次元領域（平面領域）においてのみ侵入物体の検知が可能な検知手段を採用しているため、例えば危険物体への進入経路が複数存在するような状況下において、人体が危険物体へ接近することを監視するような場合には、各侵入経路のそれぞれに監視装置を設置することが必要となり、設置用構造物の新設と相まって監視システム構築費用が増大する。同様な理由から、侵入物体の接近程度を監視して危険予告を行うような場合にも、接近経路に沿って監視装置を多段に設けねばならず、監視システム構築費用が増大する。
（２）また、ライトカーテンは、通常、直立状態にある２本の柱体間に光の膜体を形成するものであるから、これを水平に横切って侵入する物体に関しては有効であるが、光の膜体に沿って垂直に侵入する物体に対しては殆ど検知の用をなさない。加えて、柱体に沿う投受光器の配列ピッチは固定であるから、検知可能侵入物体の最小サイズには限界があり、設置後の調整自由度に欠ける。
（３）レーザスキャン型センサは、通常、光の膜体を床面に接近して水平に張るものであるから、侵入者の足下は検知できても、手元までは検知できないから、作業安全の目的にはあまり用をなさない。加えて、視野角を調整する機能は存在するものの、応答速度や分解能を調整することはできない。
【０００６】
この発明は、従来の監視装置における上述の問題点に着目してなされてものであり、その目的とするところは、例えば危険領域に対する人体の進入監視や危険物体に対する人体の接近監視に適用するような場合に、進入経路の如何に拘わらず、進入や接近を確実に監視できる監視装置を提供することにある。
【０００７】
この発明の他の目的とするところは、上述の如き危険領域に対する人体進入監視や危険物体に対する人体の接近監視に適用する場合に、実際の進入や接近に先立ち、その可能性を予測して警告等を発することにより、むやみに装置を停止させることによる稼働率の低下を回避できる監視装置を提供することにある。
【０００８】
この発明の他の目的とするところは、上述の如き危険領域に対する人体進入監視や危険物体に対する人体の接近監視に適用する場合に、監視領域内に複数の危険領域や危険物体を任意に設定可能として、それぞれの危険領域や危険物体毎に進入乃至接近の監視若しくは進入乃至接近の予測を同時に行うことができる監視装置を提供することにある。
【０００９】
この発明の他の目的とするところは、上述の如き危険領域に対する人体進入監視に適用する場合に、危険領域を取り巻く周囲領域の中で、安全通路や通常作業経路等の進入許容領域を監視対象領域から任意に除外可能とすることにより、監視精度を向上させることができる監視装置を提供することにある。
【００１０】
この発明の他の目的とするところは、上述の如き危険物体に対する人体の接近監視に適用する場合に、任意の物体を危険物体から除外可能とすることにより、監視精度を向上させることができる監視装置を提供することにある。
【００１１】
この発明の他の目的とするところは、上述の如き危険物体に対する人体の接近監視に適用する場合に、危険物体が移動するような状況下にあっても、その移動物体への人体接近を確実に監視できる監視装置を提供することにある。
【００１２】
この発明のさらに他の目的並びに作用効果については、明細書の以下の記載を参照することにより、当業者であれば容易に理解されるであろう。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明にあっては、三次元領域内（閉空間）において進入物体の検知が可能な検知手段を採用している。
【００１４】
すなわち、この発明の監視装置は、三次元領域において侵入物体を検知して対応する検知情報を出力する検知手段と、監視対象となる三次元領域内における侵入物体の位置や動きの監視に必要な情報を設定するための設定手段と、前記検知手段にて生成された検知情報と前記設定手段にて設定された設定情報とに基づいて、前記監視対象となる三次元領域内における前記侵入物体の位置や動きに関する監視情報を生成する監視情報生成手段と、前記監視情報生成手段にて生成された侵入物体の位置や動きに関する監視情報に応じた制御出力や表示出力を外部に出力する外部出力手段と、を具備する。
【００１５】
このような構成であるから、本発明の監視装置によれば、例えば危険領域に対する人体の進入監視や危険物体に対する人体の接近監視に適用するような場合に、進入経路の如何に拘わらず、進入や接近を確実に監視できる。ここで、『検知手段』としては、好適な様々な実施の形態が存在する。
【００１６】
第１の実施形態にあっては、前記検知手段が、１個のカメラ又は撮像素子を用いた光学系と、前記光学系から侵入物体が存在しない状態で得られる画像と存在する状態で得られる画像との差分を取得するための演算手段とを含み、前記演算手段から得られる差分情報を前記検知情報として出力する、ように構成されている。
【００１７】
このような構成によれば、光学系が１個のカメラ又は撮像素子で足りることに加えて、走査機構等の機械的な可動部も不要なため、低コストに製作することができ、かつ長寿命が期待される。
【００１８】
第２の実施形態にあっては、前記検知手段が、複数個のカメラ又は撮像素子を用いた光学系と、前記光学系を構成する各カメラ又は各撮像素子のそれぞれから侵入物体が存在しない状態で得られる画像と存在する状態で得られる画像との差分を取得するための演算手段と、前記演算手段から各カメラ又は各撮像素子毎に取得される差分情報に基づいて三角測量の原理で侵入物体までの距離を計測する測距手段とを含み、前記測距手段により計測される侵入物体までの距離情報を前記検知情報として出力する、ように構成されている。
【００１９】
このような構成によれば、第１の実施形態のものに比べて光学系の構成は若干複雑となるものの、なおも走査機構等の機械的な可動部は不要であるから、比較的に低コストに製作することができ、加えて、三角測量技術を利用しているため、侵入物体の位置や動きを左右方向のみならず、前後方向についても正確に監視することができる利点がある。
【００２０】
第３の実施形態にあっては、前記検知手段が、レーザビーム光をパルス状に放射する投光手段と、放射されたレーザビーム光が物体に反射して戻ってきた反射光を受光する受光手段と、放射されるレーザビーム光を面状に照射できるように走査する走査手段とを含む同軸型光学系と、レーザビーム光の投受光時間差に基づいて光レーダ法により反射物体までの距離を単位走査角度毎に計測する測距手段とを含み、前記測距手段により計測される各走査角度毎の距離情報を前記検知情報として出力する、ように構成されている。
【００２１】
このような構成によれば、放射されるレーザビーム光を面状に照射しつつ、光レーダ法により反射物体までの距離を単位走査角度毎に計測することから、監視対象領域内の物体を正確かつ立体的に認識することができ、こうして得られる検知情報に基づいて、様々な態様による侵入物体監視を高精度に実現することができる。このとき、レーザビーム光を面状に照射できるように走査する走査手段が半導体共振ミラーを含んでいるものであれば、機械的な可動部が殆ど存在しないことから検知手段の長寿命化を達成することができる。
【００２２】
第４の実施形態にあっては、前記検知手段が、レーザスリット光を放射する投光手段と、放射されたレーザスリット光の投影線を監視するカメラ又は撮像素子と、放射されるレーザスリット光を面状に照射できるように走査する走査手段とを含む光学系と、前記光学系を構成するカメラ又は撮像素子から侵入物体が存在しない状態で得られる投影線画像と存在する状態で得られる投影線画像との差分を単位走査角度毎に取得するための演算手段とを含み、前記演算手段により取得される各走査角度毎の前記投影線画像の差分情報を前記検知情報として出力する、ように構成されている。
【００２３】
このような構成によれば、レーザスリット光を面状に照射しつつ、その投影線の変形に基づいて侵入物体の監視を行うため、カメラ又は撮像素子のみを使用しつつも、監視対象物の特徴をスリット光投影線の変形に顕在化させることで、画像処理の負担を軽減させ、高精度の侵入物体監視を実現することができる。加えて、走査手段の走査軌跡が単純な往復直線運動で足りるため、走査機構の制御もその分だけ容易となる。
【００２４】
第５の実施形態にあっては、前記検知手段が、レーザスリット光を放射する投光手段と、放射されたレーザスリット光の投影線を監視するカメラ又は撮像素子と、放射されるスリット状レーザ光を面状に照射できるように走査する走査手段とを含む光学系と、前記光学系を構成するカメラ又は撮像素子から取り込んだスリット光の投影線画像の中の最接近点を単位走査角度毎に算出する演算手段とを含み、前記演算手段から各走査角度毎に得られる最接近点情報を前記検知情報として出力する、ように構成されている。
【００２５】
このような構成によれば、放射されるスリット状レーザ光を面状に照射しつつ、その投影線の変形に基づいて単位走査角度毎の最接近点を算出するようにしているため、第４実施形態の効果に加えて、検知手段から最接近点の情報のみを抽出することにより、画像データ全体を処理するよりも後段の処理が簡素化されて、応答速度の向上が図られる。
【００２６】
第５の実施形態の変形例にあっては、前記検知手段が、レーザスリット光をパルス状に放射する投光手段と、放射されたレーザスリット光が物体に反射して戻ってきた反射光を受光する受光手段と、放射されるレーザスリット光を面状に照射できるように走査する走査手段とを含む同軸型光学系と、レーザスリット光の投受光時間差に基づいて光レーダ法によりレーザスリット光投影線の各点までの距離の中で最接近距離を単位走査角度毎に取得する測距手段とを含み、前記測距手段により各走査角度毎に取得される最接近距離情報を前記検知情報として出力する、ように構成されている。
【００２７】
このような構成によれば、放射されるスリット状レーザ光を面状に照射しつつ、その投影線の変形に基づいて単位走査角度毎の最接近点を光レーダ法により取得するようにしているため、上述の第５実施形態の効果に加えて、最接近点情報の取得速度乃至精度が改善され、より一層の高速応答が可能となる。
【００２８】
第６の実施形態にあっては、前記検知手段が、レーザスリット光をパルス状に放射する投光手段と、放射されたレーザスリット光が物体に反射して戻ってきた反射光を受光するフォトダイオードアレイと、放射されるレーザスリット光を面状に照射できるように走査する走査手段とを含む光学系と、前記光学系を構成するフォトダイオードアレイの各受光素子毎に、レーザスリット光の投受光時間差に基づいて光レーダ法により反射物体までの距離を単位走査角度毎に計測する測距手段とを含み、前記測距手段により走査角度毎に計測される投影線上の各点までの距離情報を前記検知情報として出力する、ように構成される。
【００２９】
このような構成によれば、放射されるパルス状レーザスリット光を面状に照射しつつ、その投影線の変形に基づいて単位走査角度毎の投影線に沿う一連の各点までの距離情報を光レーダ法により取得して、監視対象領域の状況を立体的に認識するため、こうして得られる検知情報に基づいて高速応答かつ高精度の監視が可能となる。
【００３０】
なお、以上の各実施形態の中で、レーザビーム光を面状に照射できるように走査する走査手段が半導体共振ミラーを含んでいれば、小型で機械的な可動部が存在しないことから、装置全体のコンパクト化乃至長寿命化を達成することができる。また、上記のレーザビーム光を面上に照射できるように走査する走査手段の走査範囲が変更可能であれば、後述するように、特定範囲に関し領域を限定して、応答速度や分解能を向上させるのに都合がよい。
【００３１】
本発明に係る監視装置の好ましい実施の形態にあっては、前記設定手段は、前記監視対象となる三次元領域内における少なくとも１以上の位置又は領域を特定監視領域として設定可能とされ、前記監視情報生成手段は、前記侵入物体が前記特定監視領域に進入したか否かの情報を生成するものであり、かつ前記外部出力手段は、前記侵入物体が進入した特定監視領域に対応する制御出力や表示出力を外部へ出力するものである、とされる。
【００３２】
このような構成によれば、例えば危険領域に対する人体の進入監視に適用するような場合に、監視領域内に複数の危険領域を任意に設定して、それぞれの危険領域に対する進入監視を同時に行うことができる。
【００３３】
好ましい他の実施の形態によれば、前記設定手段は、監視装置自身の位置又は前記監視対象となる三次元領域内から任意に選ばれた位置を特定位置として設定可能とされ、前記監視情報生成手段は、前記侵入物体の現在位置と前記特定位置との距離に関する情報を生成するものであり、かつ前記外部出力手段は、前記侵入物体と前記特定位置との距離に応じたアナログ制御出力やアナログ表示出力を外部へ出力するものである、とされる。
【００３４】
このような構成によれば、例えば危険領域に対する人体の侵入監視や危険物体に対する人体の接近監視に適用するような場合に、危険領域や危険物体と侵入物体である人体等との距離に対応する情報が生成出力されるため、実際の進入や接近に先立ち、その可能性を予測して警告等を発することも可能となる。
【００３５】
好ましい他の実施の形態によれば、前記設定手段は、監視装置自身の位置又は前記監視対象となる三次元領域内から任意に選ばれた位置を特定位置として設定可能とされ、前記監視情報生成手段は、前記侵入物体と前記特定位置との相対移動方向に関する情報を生成するものであり、かつ前記外部出力手段は、前記相対移動方向が近付く方向であるか遠離る方向であるかに応じて対応する制御出力や表示出力を生成するものである、とされる。
【００３６】
このような構成によれば、例えば危険物体に対する人体の接近監視に適用するような場合に、危険物体の付近に人体等の侵入物体が存在する状況であっても、それが近付いているか遠離っているかに応じて、例えば近づいているときには『危険』と判断する一方、遠離っているときには『危険回避』と判断する等により、適切な監視情報の生成が可能となる。
【００３７】
好ましい他の実施の形態にあっては、前記設定手段は、前記監視対象となる三次元領域内に侵入物体が存在しない状態における検知手段からの検知情報と、前記監視対象となる三次元領域内にダミー物体が存在する状態における検知手段からの検知情報とを教示することにより、ダミー物体が存在する位置又は領域を特定監視領域として設定可能である、とされる。
【００３８】
このような構成によれば、例えば監視領域内に複数の危険領域を任意に設定して、それぞれの危険領域に対する進入監視を同時に行うような状況にあっても、対象となる危険領域のそれぞれにダミー物体を置いて教示するだけで済むため、それら危険領域の設定作業が簡単なものとなる。
【００３９】
好ましい他の実施の形態にあっては、前記設定手段は、前記監視対象となる三次元領域の映像を映し出すモニタ画面を利用したＧＵＩにより、監視対象となる三次元領域内に特定監視領域や特定位置を設定可能である、とされる。
【００４０】
このような構成によれば、例えば監視領域内に複数の危険領域を任意に設定して、それぞれの危険領域に対する進入監視を同時に行うような状況にあっても、監視装置備え付けの又は外部接続されたＣＲＴや液晶表示器の画面において、監視希望特定領域をその映像中でカーソル指示等するだけで済み、それら危険領域の設定作業が簡単なものとなる。
【００４１】
好ましい他の実施の形態にあっては、前記設定手段は、監視対象となる三次元領域から選択された位置又は領域を不感領域として設定可能とされ、前記監視情報生成手段は、前記設定された不感領域については前記監視対象となる三次元領域からは除外した上で、前記検知手段から出力される検知情報と前記設定手段にて設定される設定情報とに基づいて、前記監視対象となる三次元領域内における前記侵入物体の位置や動きに関する情報を生成する、ように構成される。
【００４２】
このような構成によれば、例えば危険領域に対する人体進入監視に適用する場合に、危険領域を取り巻く周囲領域の中で、安全通路や通常作業経路等の進入許容領域を監視対象領域から任意に除外可能とすることにより、監視精度を向上させることができる。
【００４３】
好ましい他の実施の形態にあっては、前記設定手段は、予め特徴教示した物体を不感物体として設定可能とされ、前記監視情報生成手段は、前記設定された不感物体については侵入物体から除外した上で、前記検知手段から出力される検知情報と前記設定手段にて設定される設定情報とに基づいて、前記監視対象となる三次元領域内における前記侵入物体の位置や動きに関する情報を生成する、ように構成される。
【００４４】
このような構成によれば、工場フロアにおいて、コンベア等の軌道に沿って規則的に移動する物体は危険物体から除外する一方、フロアを走行する作業車の如く、不規則な走行軌跡を描いて移動する物体については危険物体として認識させるような場合において、上記の除外物体の特徴（例えば、形状、色彩、大きさ、模様等）を不感物体として設定することで、監視対象選択の自由度を向上させることができる。
【００４５】
好ましい他の実施の形態にあっては、前記設定手段は、予め特徴教示した物体を距離基準物体として設定可能とされ、前記監視情報生成手段は、前記検知手段から出力される検知情報と前記設定手段にて設定される設定情報とに基づいて、前記距離基準物体と前記侵入物体との距離に関する情報を生成する、ように構成される。
【００４６】
このような構成によれば、危険物体に対する人体の接近監視に適用する場合において、危険物体が移動するような状況下にあっても、その危険物体の特徴（例えば、形状、色彩、大きさ、模様等）を装置に教示することにより、その移動物体への人体接近を確実に監視できる。
【００４７】
好ましい他の実施の形態にあっては、前記検知手段は、レーザ光を面上に照射できるように走査する走査手段において、走査単位量を変更することなく走査単位数を減少させることにより、限定された三次元監視領域に関する検知応答性を高速化することが可能になされている。
【００４８】
このような構成によれば、監視対象となる三次元領域内に俊敏に動く侵入物体が存在するような場合には、その侵入物体の含まれる小領域に監視領域を限定して高速応答な監視を行うことにより、侵入物体の挙動特性に合致した適切な監視が可能となる。
【００４９】
好ましい他の実施の形態にあっては、前記検知手段は、レーザ光を面状に照射できるように走査する走査手段において、走査単位数を変更することなく走査単位量を減少させることにより、限定された三次元領域に関する検知分解能を上昇させることが可能になされている。
【００５０】
このような構成によれば、監視対象となる三次元領域内に微細な外観上の特徴を有すか又は微細な移動態様が問題となる侵入物体が存在するような場合には、その侵入物体の含まれる小領域に監視領域を限定して高分解能な監視を行うことにより、侵入物体の外観特性や微動特性に合致した適切な監視が可能となる。
【００５１】
次に、本発明の応用例の一つである監視装置システムにあっては、三次元領域において侵入物体の検知が可能な検知手段を用いて、監視対象となる三次元領域における侵入物体の監視を行う第１の監視装置と、三次元領域において侵入物体の検知が可能な検知手段を用いて、監視対象となる三次元領域における侵入物体の監視を行う２の監視装置と、前記第１の監視装置と前記第２の監視装置との間で情報を伝達するための通信手段とを有し、前記第１の監視装置には、監視対象となる三次元領域内に侵入物体が発見されたときには、その位置を前記第２の監視装置に通信手段を介して通知する機能が組み込まれ、前記第２の監視装置には、前記第１の監視装置から侵入物体の発見並びにその位置が通知された場合には、その位置を含む限定領域に監視範囲を絞り込むと共に、検知応答性を上げて又は検知分解能を上げて、監視を行う機能が組み込まれている。
【００５２】
このような構成によれば、２台以上の監視装置で監視を行いつつ、相互間で侵入物体検知に関する情報を交換することにより、個々の監視装置の能力を有効に活用しつつ相互の監視装置間協力により、より一層効率の良い侵入物体監視が可能となる。
【００５３】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明に係る監視装置の好適な実施の一形態を添付図面に従って詳細に説明する。本発明の基本構成を示すブロック図が図１に示されている。同図において、１は監視装置、２は監視対象となる三次元領域、３は侵入物体である人体、４は制御対象設備や表示器などの出力対象である。
【００５４】
このように、本発明に係る監視装置１は、三次元領域２において侵入物体３を検知して対応する検知情報を出力する検知手段１０１と、監視対象となる三次元領域２内における侵入物体３の位置や動きの監視に必要な情報を設定するための設定手段１０２と、前記検知手段１０１にて生成された検知情報と前記設定手段１０２にて設定された設定情報とに基づいて、前記監視対象となる三次元領域２内における前記侵入物体３の位置や動きに関する監視情報を生成する監視情報生成手段１０３と、前記監視情報生成手段１０３にて生成された侵入物体３の位置や動きに関する監視情報に応じた制御出力や表示出力を外部に出力する外部出力手段１０４と、を具備することを特徴とするものである。
【００５５】
かかる監視装置１は、検知手段１０１としてどのような構成を採用するかに応じて、様々な実施の形態が存在する。
【００５６】
すなわち、第１の実施の形態における監視装置にあっては、検知手段１０１は、１個のカメラ又は撮像素子を用いた光学系と、この光学系から侵入物体が存在しない状態で得られる画像と存在する状態で得られる画像との差分を取得するための演算手段とを含み、前記演算手段から得られる差分情報を前記検知情報として出力するように仕組まれている。
【００５７】
このような光学系並びに演算手段の構成については、後述するより複雑な他の実施形態における図面などにより容易に類推できるものと思われるため、光学系の構成図や演算手段のハードウェア並びにソフトウェア構成については図示を省略している。すなわち、言うまでもないことであるが、光学系としてはＣＣＤカメラやＣＣＤ素子と別途専用のレンズ列を組み合わせたものなどで実現することができ、差分抽出のための演算手段については、コンピュータを用いた画像処理技術によって実現することができる。
【００５８】
尤も、第１実施形態における検知手段の信号処理の説明図については図２に模式的に示されている。同図（ａ）〜（ｃ）は、光学系から侵入物体が存在しない状態で得られる画像と存在する状態で得られる画像との差分を取得するための処理を概念的に図示しするものである。同図（ａ）に示される画像は、検知対象となる三次元領域に侵入物体が存在しない状態で光学系から得られる初期画像である。この初期画像中には、背景物体５ａ，５ｂ，５ｃのみが含まれている。同図（ｂ）に示される画像は、検知対象となる三次元領域に侵入物体が存在する状態で得られる監視画像である。この監視画像中には、背景物体５ａ，５ｂ，５ｃに加え、侵入物体（人体）６が含まれている。同図（ｃ）に示される画像は、同図（ａ）に示される初期画像と同図（ｂ）に示される監視画像との差分をとって得られた差分抽出画像である。この画像には、侵入物体（人体）６のみが含まれている。
【００５９】
このように、第１実施形態の検知手段１０１にあっては、光学系から侵入物体が存在しない状態で得られる画像と存在する状態で得られる画像との差分情報を検知情報として出力する。
【００６０】
監視情報生成手段１０３においては、こうして得られる各差分抽出画像並びに相前後して得られる差分抽出画像の変化分に基づいて、監視対象となる三次元領域内における侵入物体６の位置や動きに関する監視情報を生成する。より具体的には、差分抽出画像６の画面上における位置や大きさなどに基づいて、監視対象領域内における実際の位置を演算により求め、これを別途設定された危険物体や危険領域と比較することにより、必要な監視情報を生成する。こうして生成される監視情報は、外部出力手段１０４を介して制御出力や表示出力として出力対象４へと送り出される。これにより、出力対象が設備であれば危険物体侵入検知と共に警報を発したり運転を停止したりする制御がなされる。他方、出力対象が表示器であれば、物体侵入、物体接近、その他図２（ｃ）に示される差分抽出画像それ自体などの任意の表示が外部表示器を構成するＣＲＴやＬＣＤ画面に行われることとなる。
【００６１】
以上の第１実施形態によれば、光学系が１個のカメラ又は撮像素子で足りることに加えて、走査機構等の機械的な稼働部も不要なため、低コストに製作することができ、且つ長寿命が期待される。
【００６２】
次に、本発明監視装置の第２実施形態においては、検知手段１０１が、複数個のカメラ又は撮像素子を用いた光学系と、前記光学系を構成する各カメラ又は各撮像素子のそれぞれから侵入物体が存在しない状態で得られる画像と存在する状態で得られる画像との差分を取得するための演算手段と、前記演算手段から各カメラ又は各撮像素子毎に取得される差分情報に基づいて三角測量の原理で侵入物体までの距離を計測する測距手段とを含み、前記測距手段により計測される侵入物体までの距離情報を前記検知情報として出力するように構成される。
【００６３】
第２実施形態における検知手段の光学系の一例を示す構成図が図３に示されている。同図に示されるように、この光学系７は、左側に位置する第１の光学系と右側に位置する第２の光学系からなる左右一対の光学系を含んでいる。第１の光学系には第１レンズ７０１ａと第１撮像素子（ＣＣＤイメージセンサなどで構成される）７０２ａとが含まれている。第２の光学系には、第２レンズ７０１ｂと第２撮像素子（ＣＣＤイメージセンサなどで構成される）７０２ｂとが含まれている。第１の光学系の光軸と第２の光学系の光軸とは互いに平行となされており、それらの光軸は距離Ｄだけ離隔されている。
【００６４】
このような光学系を用いて侵入物体である人体３を撮影すると、第１撮像素子７０２ａ及び第２撮像素子７０２ｂの受光面上には、背景物体を含む人体３の像が結像される。次いで、第１撮像素子７０２ａ及び第２撮像素子７０２ｂで取得される画像に対して、図２を参照して説明した差分抽出処理が施される。
【００６５】
符号７０３ａで示されるものは、差分抽出処理後の第１撮像素子７０２ａの画像であり、７０３ｂが付されるものは、差分抽出処理後の第２撮像素子７０２ｂの画像である。それらの図から明らかなように、差分抽出処理後の画像においては、背景物体は取り除かれており、人体３に相当する像７０４ａ，７０４ｂのみが存在する。ここで、図から明らかなように、像７０４ａの位置をＰ１、像７０４ｂの位置をＰ２とおくと、点Ｐ１は光軸よりも左側にずれており、点Ｐ２は光軸よりも右側にずれている。換言すれば、両撮像素子７０２ａ，７０２ｂには光軸の中心からの視差が存在する。ここで、それら視差の総和をｄ、第１レンズ及び第２レンズの焦点距離をＦ、それらレンズより人体３までの距離をＺとおくと、三角測量の原理により、レンズと侵入物体との距離Ｚの値は、次式により求めることができる。
Ｚ＝Ｆ・Ｄ／ｄ          …（１）
【００６６】
以上説明した第２実施形態によれば、第１実施形態のものに比べて光学系の構成は若干複雑となるものの、なおも走査機構等の機械的な稼働部は不要であるから、比較的に低コストに製作することができ、加えて、三角測量技術を利用しているため、侵入物体の位置や動きを左右方向のみならず、前後方向についても正確に監視することができる利点がある。
【００６７】
次に、本発明監視装置の第３実施形態にあっては、検知手段が、レーザビーム光をパルス状に放射する投光手段と、放射されたレーザビーム光が物体に反射して戻ってきた反射光を受光する受光手段と、放射されるレーザビーム光を面状に照射できるように走査する走査手段とを含む同軸型光学系と、レーザビーム光の投受光時間差に基づいて光レーダ法により反射物体までの距離を単位走査角度毎に計測する測距手段とを含み、この測距手段により計測される各走査角度毎の距離情報を前記検知情報として出力するように仕組まれている。
【００６８】
検知手段（第３実施形態）における光学系の一例を示す構成図が図４に示されている。同図に示されるように、この光学系８は、レーザ光源８０１と、第１レンズ８０２と、ビームスプリッタ８０３と、走査手段である半導体共振ミラー８０４と、第２レンズ８０５と、第３レンズ８０６と、受光素子８０７とを含んでいる。
【００６９】
レーザ光源８０１から出射されたパルス状レーザ光は、第１レンズ８０２によって集光された後、ビームスプリッタ８０３を透過して、半導体共振ミラー８０４へと照射される。半導体共振ミラー８０４にて反射されたレーザ光は、第２レンズ８０５によって集光されてレーザビームに成形された後、監視対象となる三次元領域２へと放射される。このとき、半導体共振ミラー８０４は、適当な水平駆動信号と垂直駆動信号とが与えられることによって、面状走査軌跡８０８に示されるように、短周期の往復水平走査と長周期の往復垂直走査とを繰り返す。これにより、第２レンズ８０５から放射されるパルス状レーザビームは、面状走査軌跡８０８に示されるように、監視対象となる三次元領域内において面状に走査される。なお、走査手段としては、半導体共振ミラーに限らず、ポリゴンミラーや回転ミラーなどで代替することもできる。
【００７０】
一方、監視対象となる三次元領域２に存在する物体で反射された反射光は、第２レンズ８０５及び半導体共振ミラー８０４を経由して戻された後、ビームスプリッタ８０３において第３レンズ８０６へと分岐され、受光素子８０７へと照射される。レーザ光源８０１の点灯周期は、面状走査軌跡８０７の水平走査周期に比べ十分に短く設定されている。そのため、レーザ光源８０１の点灯タイミングと、受光素子８０７の受光タイミングとの時間差から、光レーダの原理で面状走査軌跡８０７に沿う一連の監視点毎に、検出物体までの距離情報を取得することができる。
【００７１】
距離情報取得のための光レーダの電気的ハードウェア構成を概略的に示すブロック回路図が図５に、また光レーダの各部の信号状態を示す波形図が図６にそれぞれ示されている。
【００７２】
図５に示されるように、この光レーダ９は、投光系回路９１０と、受光系回路９２０と、信号処理系回路９３０と、走査回路９４０と、表示部９５０と、出力部９６０と、制御部９７０とを含んでいる。
【００７３】
投光系回路９１０は、レーザ光源の点灯タイミングを決定する一定周期の投光パルスを出力する。レーザ光源９１０ｂは、パルス発生器９１０ａから出力される投光パルスに同期して、レーザ光を出射する。こうして得られたレーザ光は、図示しない走査機構などを介して監視対象となる三次元領域２へと放射される。このとき、レーザ光源９１０ｂからは、レーザ光放射タイミングに同期して、投光タイミング信号ｂが出力される。
【００７４】
受光系回路９２０は、監視対象となる三次元領域２に存在する物体で反射された反射光を受光して電気信号に変換する受光回路９２０ａと、受光回路９２０ａから出力される受光パルスを増幅する増幅器９２０ｂとを含んでいる。増幅器９２０ｂからは、受光タイミング信号ｃが出力される。
【００７５】
信号処理系回路９３０は、時間計測の基準となるクロック信号ａを出力するクロック発振器９３０ａと、投光タイミング信号ｂの到来タイミングから、受光タイミング信号ｃの到来に至る期間ゲートを開いて、その間にクロック発振器９３０ａから到来するクロック信号ａを通過させて、経過時間相当パルス列ｄを生成するゲート回路９３０ｂと、このゲート回路９３０ｂから出力されるパルス列ｄを計数するパルスカウンタ９３０ｃとを含んでいる。
【００７６】
クロック信号ａ、投光タイミング信号ｂ、受光タイミング信号ｃ、経過時間相当パルス列ｄの一例が図６の波形図に示されている。それらの図から明らかなように、クロック信号ａは、投光タイミング信号ｂの立ち上がりから受光タイミング信号ｃの立ち上がりまでの期間に限り、ゲート回路９３０ｂを通過して、経過時間相当パルス列ｄが生成され、パルス列ｄを構成するパルス数ｎがパルスカウンタ９３０ｃにカウントされる。このパルスカウンタ９３０ｃのカウント出力データは、後に図７を参照して説明するソフトウェアに従って、制御部９７０にて処理される。
【００７７】
走査回路９４０は、図４に示される半導体共振ミラー８０４を水平方向並びに垂直方向へと駆動するためのものであり、これらの駆動は制御部９７０からの指令を受けて行われる。表示部９５０並びに出力部９６０は、例えば制御部９７０における演算の結果得られた物体の位置情報を表示又は外部出力するためのものである。
【００７８】
第３実施形態における検知手段のソフトウェア構成を示すフローチャートが図７に示されている。このフローチャートで示される処理は、制御部９７０を構成するマイクロプロセッサにより実行される。
【００７９】
図７において処理が開始されると、まず、走査手段の角度の初期化（ｘ＝０，ｙ＝０）が実行される（ステップ７０１）。ここで、ｘはｘ軸（水平軸）方向の走査位置、ｙはｙ軸（垂直軸）方向の走査位置に対応する。図５に示された走査回路９４０は、ｘ，ｙの値に応じて駆動され、その結果半導体共振ミラー８０４から発せられレンズ８０５を経由して放射されるレーザビームの放射位置が決定される。
【００８０】
以後、ｙの値を０に固定したまま、ｘの値を＋１増加させては（ステップ７０５）、投光処理（ステップ７０２）及び受光処理（ステップ７０３）を実行する処理が、ｘの値がｍに達するまで（ステップ７０４ＮＯ）、繰り返される。ここで、投光処理（ステップ７０２）においては、図５のブロック回路図において、制御部９７０から投光系回路９１０に指令を与えることによって、レーザ光源９１０ｂからパルス状レーザ光を出射させる。一方、受光処理（ステップ７０３）においては、パルスカウンタ９３０ｃの出力を取り込むと共に、これを距離に換算して、バッファメモリに格納する処理が実行される。
【００８１】
以上一連の投受光処理（ステップ７０２，７０３，７０４，７０５）は、ｘの値がｍに達する毎に（ステップ７０４ＹＥＳ）、ｘの値を０に、ｙの値を＋１増加させ（ステップ７０７）、繰り返される。こうして、ｙの値がｎに達すると（ステップ７０６ＹＥＳ）、監視対象となる一面分の投受光処理が完了する。
【００８２】
続いて、バッファメモリ上に格納された一面分の距離データは、走査完了面上の距離データとして最新データ保存用のメモリに格納される（ステップ７０８）。
【００８３】
続いて、この最新データとして格納された一連の距離データは、予め取得された初期データと比較されて、差分抽出処理が実行される（ステップ７０９）。
【００８４】
最後に、差分抽出処理で得られた差分抽出後のデータに基づき、監視対象となる三次元領域における物体の位置情報の算出が行われる（ステップ７１０）。こうして得られた物体の位置情報（検知情報）は、出力部９６０を介して、外部へと出力され、また表示部９５０に表示される。
【００８５】
以上の第３実施形態によれば、放射されるレーザビーム光を面状に照射しつつ、光レーダ法により反射物体までの距離を単位走査角度毎に計測することから、監視対象領域内の物体を正確且つ立体的に認識することができ、こうして得られる検知情報に基づいて、様々な態様による侵入物体監視を高精度に実現することができる。このとき、レーザビーム光を面状に照射できるように走査する走査手段が半導体共振ミラーを含んでいるものであれば、機械的な稼働部がほとんど存在しないことから検知手段の長寿命化を達成することができる。
【００８６】
次に、本発明監視装置の第４実施形態にあっては、検知手段１０１が、レーザスリット光を放射する投光手段と、放射されたレーザスリット光の投影線を監視するカメラ又は撮像素子と、放射されるレーザスリット光を面状に照射できるように走査する走査手段とを含む光学系と、この光学系を構成するカメラ又は撮像素子から侵入物体が存在しない状態で得られる投影線画像と存在する状態で得られる投影線画像との差分を単位走査角度毎に取得するための演算手段とを含み、この演算手段により取得される各走査角度毎の前記投影線画像の差分情報を前記検知情報として出力するように仕組まれている。
【００８７】
第４実施形態における検知手段の光学系の一例を示す構成図が図８に示されている。同図に示されるように、この光学系１０は、レーザ光源１００１と、第１レンズ１００２と、スリット板１００３と、半導体共振ミラー１００４と、第２レンズ１００５と、第３レンズ１００６と、撮像素子（ＣＣＤイメージセンサ等）１００７とを含んでいる。
【００８８】
なお、図において１００８は撮像素子１００７から得られる毎投光毎の画像を合成してなる合成スリット画像、１００９はレーザスリット光の走査方向を示す矢印、１０１０は物体上に投影されたスリット光の投影線、１０１１は検出物体、１０１２はレーザスリット光である。
【００８９】
同図において、レーザ光源１００１から出射されたレーザ光は、第１レンズ１００２で集光された後、スリット板１００３上のスリットを透過して、半導体共振ミラー１００４へと照射される。半導体共振ミラー１００４で反射されたレーザ光は、第２レンズ１００５で集光された後、レーザスリット光１０１２として監視対象となる三次元領域２へと放射される。
【００９０】
このとき、レーザスリット光１０１２のなす面は、この例では垂直とされている。また、半導体共振ミラー１００４は、符号１００９で示される矢印のように、水平面内において左右に首振り動作を行う。そのため、この半導体共振ミラー１００４の首振り動作によって、監視対象となる三次元領域は、レーザスリット光１０１２によって面状に走査される。このとき、監視対象領域上に検知物体１０１１が存在すると、検知物体１０１１の表面には、レーザスリット光による投影線１０１０が描かれる。
【００９１】
一方、検知物体１０１１上のレーザスリット光の投影線１０１０は、第３レンズ１００６を介して撮像素子１００７によって撮影される。撮像素子１００７から得られる画像は、その後１走査周期毎に合成されて、合成スリット画像１００８が得られる。この合成スリット画像１００８に基づいて、差分抽出処理などを経て、物体の位置情報の算出が行われる。
【００９２】
第４実施形態における検知手段の信号処理（計測用）の説明図が図９に、またソフトウェア構成を示すフローチャートが図１０にそれぞれ示されている。
【００９３】
図１０において処理が開始されると、まず走査手段の角度の初期化処理（θ′＝０）が実行される（ステップ１００１）。この初期化処理（ステップ１００１）では、走査角度θ′の値を０とすることによって、レーザスリット光１０１２の走査位置を、符号１００９で示される走査範囲の例えば端部に設定する。
【００９４】
その後、走査角度θ′の値を＋１増加させては（ステップ１００５）、投光処理（ステップ１００２）と映像取込処理（ステップ１００３）とを繰り返す処理が、走査角度θ′の値がｍに達するまで（ステップ１００４ＮＯ）、繰り返し実行される。
【００９５】
このとき、投光処理（ステップ１００２）では、レーザ光源１００１はパルス駆動され、そのときの走査角度θ′で定まる方向へ向けて、パルス状レーザスリット光が放射される。一方、映像取込処理（ステップ１００３）では、検出物体１０１１上に投影された投影線１０１０の画像が、撮像素子１００７を介して取得される。
【００９６】
上述の投光処理（ステップ１００２）及び映像取込処理（ステップ１００３）は、走査角度θ′の値がｍに達すると（ステップ１００４ＹＥＳ）、停止され、図示しないマイクロコンピュータのメモリ上には、各走査角度毎の投影線１０１０に対応する画像データ１００８′が残される。
【００９７】
続いて、こうして得られた角度毎の画像情報（投影線画像１００８′）は１走査周期分にわたり合成され、図８に示される合成スリット画像１００８が得られる（ステップ１００６）。
【００９８】
続いて、合成スリット画像１００８と予め取得された初期データとの差分抽出処理が実行されて（ステップ１００７）、監視対象となる三次元領域に侵入物体の有無が検知される（ステップ１００７）。
【００９９】
その後、こうして得られた合成スリット画像１００８に基づいて、物体の位置情報の算出が行われる（ステップ１００８）。
【０１００】
物体の位置情報を算出するための距離算出処理の説明図が図９に示されている。なお、同図において、図８と同一構成部分については同符号を付して説明は省略する。
【０１０１】
同図に示されるように、この光学系にあっては、第２レンズ１００５の光軸と第３レンズ１００６の光軸とは平行になされ、それら光軸間の距離はＤとされている。また第２レンズの光軸とスリット光１０１２の光軸とのなす角度はθ、第３レンズ１００６の焦点距離はＦ、検知物体１０１１上に形成されるスリット光の投影線１０１０の最接近点はａ、最離隔点はｂ、第３レンズ１００６と前記最接近点ａとの距離はＺとされている。さらに、撮像素子１００７の受光面上において、投影線１０１０の映像はａ′点とｂ′点との間に結像され、最接近点ａに対応する撮像素子上の結像点ａ′と光軸との距離はｄとされている。
【０１０２】
このような前提のもとに、三角測量の原理で、第３レンズ１００６と最接近点ａとの距離Ｚを求めると、距離Ｚの値は次式で表わされる。
Ｚ＝（Ｆ・Ｄ−Ｆ2・tanθ）／（ｄ＋Ｆ・tanθ）      …（２）
【０１０３】
以上の第４実施形態によれば、レーザスリット光を面状に照射しつつ、その投影線の変形に基づいて侵入物体の監視を行うため、カメラ又は撮像素子のみを使用しつつも、監視対象物の特徴をスリット光投影線の変形に顕在化させることで、画像処理の負担を軽減させ、高精度の侵入物体監視を実現することができる。加えて、走査手段の走査軌跡が単純な往復直線運動で足りるため、走査機構の制御もその分だけ容易となる利点がある。
【０１０４】
次に、本発明監視装置の第５実施形態にあっては、検知手段１０１が、レーザスリット光を放射する投光手段と、放射されたレーザスリット光の投影線を監視するカメラ又は撮像素子と、放射されるスリット状レーザ光を面状に照射できるように走査する走査手段とを含む光学系と、前記光学系を構成するカメラ又は撮像素子から取り込んだスリット光の投影線画像の中の最接近点を単位走査角度毎に算出する演算手段とを含み、前記演算手段から各走査角度毎に得られる最接近点情報を前記検知情報として出力するように仕組まれている。
【０１０５】
第５実施形態における検知手段の光学系の一例を示す構成図が図１１に示されている。同図に示されるように、この光学系１２は、レーザ光源１２０１と、第１レンズ１２０２と、ビームスプリッタ１２０３と、スリット板１２０４と、半導体共振ミラー１２０５と、第２レンズ１２０６と、第３レンズ１２１１と、撮像素子１２１２とを含んでいる。なお、図において、１２０７はレーザスリット光、１２０８は検知物体、１２０９は走査方向を示す矢印、１２１０は検知物体１２０８上に形成されたスリット光の投影線である。
【０１０６】
レーザ光源１２０１から出射されたレーザ光は、第１レンズ１２０２にて集光された後、ビームスプリッタ１２０３を透過して直進し、その後スリット板１２０４を介してスリット光に変換された後、半導体共振ミラー１２０５へと照射される。半導体共振ミラー１２０５で反射したスリット光は、第２レンズ１２０６にて整形された後、レーザスリット光１２０７として監視対象となる三次元領域へと放射される。この時、先の場合と同様に、半導体共振ミラー１２０５は、水平面内において左右方向へと首振り動作を行う。この時、スリット光１２０７のなす面は、垂直とされている。そのため、半導体共振ミラー１２０５の左右方向への首振り動作に連動して、レーザスリット光１２０７も符号１２０９で示されるように左右方向へと首振り走査され、これにより監視対象領域に対する面状走査が実現される。
【０１０７】
一方、検知物体１２０８の表面で反射されたレーザ光は、第２レンズ１２０６及び半導体共振ミラー１２０５を順に経由してスリット板１２０４まで戻され、さらにスリット板１２０４のスリットを通過してビームスプリッタ１２０３まで戻され、ここで分岐されて、第３レンズ１２１１を通過後、撮像素子（ＣＣＤイメージセンサなど）１２１２の受光面に照射される。撮像素子１２１２から得られる画像データは、図示しないマイクロコンピュータに取り込まれて、所定の画像処理が行われ、その結果物体の位置情報の算出が行われる。
【０１０８】
第５実施形態における検知手段のソフトウェア構成を示すフローチャート（その１）が図１２に示されている。なお、このフローチャートに示される処理は、先に述べたマイクロコンピュータを構成するマイクロプロセッサにより実行される。
【０１０９】
図１２において処理が開始されると、まず走査手段の角度の初期化（θ′＝０）が実行される（ステップ１２０１）。先に述べたように、この初期化処理（ステップ１２０１）においては、走査角度を決定するθ′の値を０と置くことによって、図１１に符号１２０９で示される走査範囲の基準位置に、スリット光１２０７の放射方向を設定する。
【０１１０】
続いて、走査角度θ′の値を＋１増加させては、投光処理（ステップ１２０２）、映像取込処理（ステップ１２０３）、最接近点抽出処理（ステップ１２０４）、及び距離算出処理（ステップ１２０５）からなる一連の処理を実行する処理が、走査角度θ′の値がｍに達するまで（ステップ１２０６ＮＯ）、繰り返される。
【０１１１】
この時、投光処理（ステップ１２０２）では、先に図５を参照して説明した回路構成と同様にして、レーザ光源１２０２をパルス駆動することによって、監視対象となる三次元領域に向けてレーザスリット光のパルス状放射が行われる。また、映像情報取込処理（ステップ１２０３）では、撮像素子１２１２から当該走査角度における撮影された画像データの取り込みが行われる。また、最接近点抽出処理（ステップ１２０４）では、先に図９を参照して説明したように、スリット映像中の最接近点ａ′の抽出が行われる。また、距離算出処理（ステップ１２０５）では、同様に図９を参照して説明したように、所定の演算式を用いることにより、最接近点ａまでの距離Ｚが求められ、このＺの値はメモリ上のバッファエリアに格納される。
【０１１２】
このようにして、１走査周期分の一連のデータの格納が完了すると（ステップ１２０６ＹＥＳ）、続いて差分抽出処理が実行されて、角度毎の最接近点の初期データとの差分の抽出が行われる（ステップ１２０８）。
【０１１３】
その後、こうして得られた差分データに基づき、物体の位置情報の算出が行われる（ステップ１２０９）。すなわち、監視対象となる三次元領域内に侵入物体が存在する場合、その侵入物体と監視装置との最接近点の距離情報などが求められるわけである。
【０１１４】
こうして得られた最接近点の距離情報は、様々な物体監視アルゴリズムに供される他、アナログデータとして外部へ出力することもできる。
【０１１５】
第５実施形態における検知手段の信号処理を示すフローチャートが図１３に示されている。このフローチャートに示される処理は、図１２のフローチャートで示される処理を経て得られた距離情報を、対応するアナログ電圧として外部へと出力するためのものである。
【０１１６】
この信号処理は、出力電圧の正規化を行うためのスケーリング処理（ステップ１３０１〜１３０４）と、検出距離を適正な出力電圧に変換するための変換処理（ステップ１３１１〜１３１４）とから構成される。スケーリング処理が開始されると、まず最接近点の設定処理が実行され（ステップ１３０１）、続いてその最接近点に対応する電圧レベルへの変換処理が実行される（ステップ１３０２）。続いて、最離隔点の設定処理が実行され（ステップ１４０３）、続いて最離隔点の電圧レベルへの変換処理（ステップ１４０４）が実行される。これにより、最接近点から最離隔点へ至る距離が、一定の電圧範囲におさまるようにスケーリングが完了する。
【０１１７】
一方、電圧変換処理の側では、まず検出手段からの監視データの取込みが行われ（ステップ１３１１）、それに基づいて、図９で説明した最接近距離の算出処理が実行され（ステップ１３１２）、続いて、スケーリング設定から電圧レベルへの算出が実行され（ステップ１３１３）、最後に変換後の電圧が出力される（ステップ１３１４）。このように、検知手段を介して侵入物体までの距離が検知された場合、この実施形態にあっては、その距離に応じたアナログ電圧が出力される。
【０１１８】
次に、第５実施形態の変形例における検知手段の信号処理を示す波形図が図１４に、また第５実施形態の変形例における検知手段のソフトウェア構成を示すフローチャート（その２）が図１５に示されている。これらの図において説明される変形例は、図１５において説明した光レーダの回路構成を前提としている。そして、第５実施形態の基本例との相違は、撮像素子から得られた画像データに基づいて投影線上の最接近点を演算により求めるのではなくて、レーザレーダによって投影線上の最接近点までの距離を直接に求め、これに基づいて物体の位置情報を算出するようにしたことにある。
【０１１９】
本発明に係る監視装置の第５実施形態の変形例にあっては、検知手段１０１が、レーザスリット光をパルス状に放射する投光手段と、放射されたレーザスリット光が物体に反射して戻ってきた反射光を受光する受光手段と、放射されるレーザスリット光を面状に照射できるように走査する走査手段とを含む同軸型光学系と、レーザスリット光の投受光時間差に基づいて光レーダ法によりレーザスリット光投影線までの各点までの距離の中で最接近距離を単位走査角度毎に取得する測距手段とを含み、前記測距手段により各走査角度毎に取得される最接近距離情報を前記検知情報として出力するように仕組まれている。
【０１２０】
図５と図１４とを参照して明らかなように、図１１に示されるようにレーザスリット光１２０７を検知物体１２０８に対してパルス状に放射した場合、投影点１２１０上の各点からの反射光が生ずるが、それらの反射光は近い物体から順に戻ってくる。このことが図１４の波形図に示されている。
【０１２１】
図から明らかなように、投光タイミング信号ｂに続く待ち時間の中で、最初に到来する受光タイミング信号ｃのパルスは、最も近い物体からの反射波に対応している。そのため、受光タイミング信号ｃ上において最初に到来するパルスまでの時間を、クロック信号ａを基準にカウントすれば、レーザスリット光の照射角度毎にそのレーザスリット光による照射点上の各点の中で、最接近点までの距離に相当するカウントデータを得ることができるのである。
【０１２２】
これを前提として、制御部９７０を構成するマイクロコンピュータにおいて、図１５に示される処理を実行すれば、複雑な画像処理を用いることなく、各走査角度毎に最接近点までの距離を簡単に求めることができ、それらに基づき物体の位置情報や動きを迅速に算出することができる。
【０１２３】
すなわち、図１５において処理が開始されると、まず最初に、走査手段の角度の初期化（θ′＝０）が実行される（ステップ１５０１）。
【０１２４】
続いて、走査角度を決定するθ′の値を＋１ずつ増加させては、投光処理（ステップ１５０２）及び受光処理（ステップ１５０３）を順次実行する処理を、θ′の値がｍに達するまで（ステップ１５０４ＮＯ）、繰り返される。
【０１２５】
ここで、先に説明したように、投光処理（ステップ１５０２）では、レーザ光源をパルス状に駆動することによって、その時の走査角度で定まる方向へと、レーザスリット光をパルス状に放出する。また、受光処理（ステップ１５０３）においては、レーザレーダから得られるカウントデータを取り込み、これを距離に換算して、バッファメモリに格納する処理が実行される。
【０１２６】
この時、この実施形態においては、距離換算より得られた距離データは、放射されたスリット光による物体上の投影線において、その線上の各点の中で最接近点までの距離に対応している。つまり、この実施形態の変形例においては、第５実施形態の基本例のように、撮像素子から得られる画像データを演算処理して距離を求めるものではないから、最接近点距離を求めるための演算処理が簡素化され、高速応答が可能となる。
【０１２７】
次いで、角度毎の距離データと初期データとの差分の抽出が行われ（ステップ１５０６）、この差分抽出後のデータに基づき、物体の位置情報の算出が行われる（ステップ１５０７）。
【０１２８】
このように、この第５実施形態の変形例によれば、検知手段を構成する光レーダからは、スリット光の投影線上における各点の中で最接近点までの距離に相当するカウント値データが直接的に得られるため、検知手段を介して最接近点までの距離を求めるような場合、高速応答が可能となると共に、マイクロコンピュータにおける処理プログラムの構成も簡単なものとなる。
【０１２９】
上述の第５実施形態の変形例によれば、放射されるスリット状レーザ光を面状に照射しつつ、その投影線の変形に基づいて単位走査角度毎の最接近点を光レーダ法により取得するようにしているため、上述の第５実施形態の基本例の効果に加えて、最接近点情報の取得速度乃至精度が改善され、より一層の高速応答が可能となる利点がある。すなわち、放射されるスリット状レーザ光を面状に照射しつつ、その投影線の変形に基づいて単位走査角度毎の最接近点を算出するようにしているため、第４実施形態の効果に加えて、検知手段から最接近点の情報のみを抽出することにより、画像データ全体を処理するよりも後段の処理が簡素化されて、応答速度の向上が図られる。
【０１３０】
本発明監視装置の第６実施形態にあっては、検知手段１０１が、レーザスリット光をパルス状に放射する投光手段と、放射されたレーザスリット光が物体に反射して戻ってきた反射光を受光するフォトダイオードアレイと、放射されるレーザスリット光を面状に照射できるように走査する走査手段とを含む光学系と、前記光学系を構成するフォトダイオードアレイの各受光素子毎に、レーザスリット光の投受光時間差に基づいて光レーダ法により反射物体までの距離を単位走査角度毎に計測する測距手段とを含み、前記測距手段により走査角度毎に計測される投影線上の各点までの距離情報を前記検知情報として出力するように仕組まれている。
【０１３１】
第６実施形態における検知手段の光学系の一例を示す構成図が図１６に、検知手段（第６実施形態）の信号処理を示すブロック回路図が図１７に、検知手段（第６実施形態）におけるソフトウェア構成を示すフローチャートが図１８にそれぞれ示されている。
【０１３２】
図１６に示されるように、この光学系１３は、レーザ光源１３０１と、第１レンズ１３０２と、ビームスプリッタ１３０３と、スリット板１３０４と、半導体共振ミラー１３０５と、第２レンズ１３０６と、第３レンズ１３１１と、フォトダイオードアレイ１３１２とを含んでいる。なお、図において、１３０７はレーザスリット光、１３０８は検知物体、１３０９は走査方向を示す矢印、１３１０は検知物体１３０８上のスリット光の投影線である。
【０１３３】
レーザ光源１３０１から出射されたレーザ光は、第１レンズ１３０２にて集光された後、ビームスプリッタ１３０３内を直進し、スリット板１３０４を経由してスリット光に整形された後、半導体共振ミラー１３０５に照射される。半導体共振ミラー１３０５で反射されたレーザスリット光は、さらに第２レンズ１３０６で整形された後、レーザスリット光１３０７として監視対象となる三次元領域２へと放射される。
【０１３４】
この時、半導体共振ミラー１３０５は、水平面内において左右方向へと首振り動作を行うように仕組まれており、レーザスリット光１３０７のなす面は垂直とされている。そのため、矢印１３０９のごとく左右方向へと半導体共振ミラー１３０５が首振り動作することによって、監視対象となる三次元領域は面状に走査される。また、監視対象となる三次元領域に検知物体１３０８が存在すると、その表面にはスリット光の照射線１３１０が形成される。
【０１３５】
検知物体１３０８の表面で反射されたレーザ光は、第２レンズ１３０６、半導体共振ミラー１３０５、スリット板１３０４を順に経由してビームスプリッタ１３０３まで戻され、その後直角方向へと分岐されて、第３レンズ１３１１を経由してフォトダイオードアレイ１３１２の各受光素子上に照射される。この時、フォトダイオードアレイ１３１２を構成する受光素子の配列方向は、物体１３０８上のスリット光投影線１３１０の向きと整合されている。そのため、フォトダイオードアレイ１３１２を構成する各受光素子のそれぞれには、スリット光のなす断面線上の各点における反射光が到達する。
【０１３６】
第６実施形態における検知手段の信号処理を示すブロック回路図が図１７に示されている。同図に示されるように、このレーザレーダ１４は、投光系回路１４１０と、受光系回路１４２０と、信号処理系回路１４３０と、走査回路１４４０と、表示部１４５０と、出力部１４６０と、制御部１４７０とを含んでいる。
【０１３７】
投光系回路１４１０は、制御部１４７０からの指令を受けて駆動されるパルス発生器１４１０ａと、パルス発生器１４１０ａから出力される周期的な投光パルスを受けて発光動作を行うレーザ光源１４１０ｂとを含んでいる。このレーザ光源１４１０ｂからは、発光タイミングと同期して投光タイミング信号ｂが出力される。
【０１３８】
投光系回路１４２０は、物体で反射して戻されたレーザ光を受光して電気信号に変換する受光回路群１４２０ｂ−１〜１４２０ｂ−ｎと、受光回路群から出力される受光パルスを増幅する増幅器群１４２０ａ−１〜１４２０ａ−ｎとを含んでいる。そして、増幅器群１４２０ａ−１〜１４２０ａ−ｎからは、各受光回路を構成するフォトダイオードにおける受光タイミングに相当する受光タイミング信号ｃ１〜ｃｎが出力される。
【０１３９】
信号処理系回路１４３０は、クロック発振器１４３０ａと、パルスカウンタ群１４３０ｂ−１〜１４３０ｂ−ｎと、ゲート回路群１４３０ｃ−１〜１４３０ｃ−ｎとを含んでいる。
【０１４０】
クロック発振器１４３０ａからは、時間基準となるクロック信号ａが出力される。ゲート回路群１４３０ｃ−１〜１４３０ｃ−ｎは、投光系回路１４１０を構成するレーザ光源１４１０ｂから出力される投光タイミング信号ｂを受けてゲートを開く。その後、増幅器群１４２０ａ−１〜１４２０ａ−ｎから出力される受光タイミング信号ｃ１〜ｃｎを受けてゲートを閉じる。クロック発振器１４３０ａから出力されるクロック信号は、ゲート回路群１４３０ｃ−１〜１４３０ｃ−ｎをそれぞれ通過して、パルスカウンタ群１４３０ｂ−１〜１４３０ｂ−ｎへと供給される。パルスカウンタ群１４３０ｂ−１〜１４３０ｂ−ｎは、ゲート回路群１４３０ｃ−１〜１４３０ｃ−ｎのそれぞれから出力されるパルス列ｄ１〜ｄｎをカウントする。その結果、パルスカウンタ群１４３０ｂ−１〜１４３０ｂ−ｎを構成する各パルスカウンタには、投光されたスリット光の断面線上の各点までの距離に相当するカウント値が生成される。こうして得られたパルスカウンタ群１４３０ｂ−１〜１４３０ｂ−ｎのカウント値は、制御部１４７０を構成するマイクロコンピュータ取り込まれ、後述するソフトウェアを介して、物体の位置情報の算出が行われる。
【０１４１】
なお、先に説明したように、走査回路１４４０は、図１６に示される半導体共振ミラー１３０５を首振り動作させるための回路であり、表示部１４５０は制御部１４７０にて生成されたデータを表示するためのものであり、出力部１４６０は制御部１４７０にて生成された検知情報を外部へと出力するためのものである。
【０１４２】
以上の回路構成によれば、制御部１４７０を構成するマイクロコンピュータでは、放射されたスリット光の断面線上における各点までの距離情報を一括して取り込むことができる。
【０１４３】
第６実施形態における検知手段のソフトウェア構成を示すフローチャートが図１８に示されている。なお、このフローチャートで示される処理は、制御部１４７０を構成するマイクロコンピュータのマイクロプロセッサにより実行されるものである。
【０１４４】
図１８において処理が開始されると、まず最初に、走査手段の角度の初期化（θ′＝０）が実行される（ステップ１８０１）。続いて、走査角度を規定するθ′の値を＋１ずつ増加させては、投光処理（ステップ１８０２）、カウンタ出力取込処理（ステップ１８０３）、受光素子別距離データ算出処理（ステップ１８０４）を順次実行する処理が、θ′の値がｍに達するまで（ステップ１８０５ＮＯ）、繰り返し実行される。
【０１４５】
ここで、投光処理（ステップ１８０２）は、先に説明したように、図１７において、投光系回路１４１０を駆動することによって、レーザ光源１４１０ｂからレーザ光をパルス状に出射させる処理である。カウンタデータ取込処理（ステップ１８０３）は、パルスカウンタ群１４３０ｂ−１〜１４３０ｂ−ｎを構成する各パルスカウンタから、カウントデータを取り込む処理である。また、受光素子別距離データ算出処理（ステップ１８０４）は、パルスカウンタ群１４３０ｂ−１〜１４３０ｂ−ｎから取り込まれた各受光素子（ＰＤ）毎の距離データを算出し、これを図示しないバッファメモリに格納する処理である。次いで、θ′の値がｍに達すると（ステップ１８０５ＹＥＳ）、一連の処理（ステップ１８０２〜１８０４）は終了して、所定の演算処理への移行がなされる。
【０１４６】
まず、演算処理の最初においては、角度及び各ＰＤ（フォトダイオード）毎の距離データと初期データとの差分抽出処理が実行され（ステップ１８０７）、これにより監視対象となる三次元領域に侵入物体の有無が明らかとされる。
【０１４７】
続いて、差分抽出データに基づき、所定のアルゴリズムによって物体の位置情報の算出が行われる（ステップ１８０８）。
【０１４８】
以上の第６実施形態によれば、放射されるパルス状レーザスリット光を面状に照射しつつ、その投影線の変形に基づいて単位走査角度毎の投影線に沿う一連の各点までの距離情報を光レーダ法により取得して、監視対象領域の状況を立体的に認識するため、こうして得られる検知情報に基づいて高速応答且つ高精度の監視が可能となる。
【０１４９】
以上、本発明の監視装置を検知手段１０１の構成を中心として説明したが、本発明の監視装置１は、設定手段１０２、監視情報生成手段１０３、外部出力手段１０４にもそれぞれ特徴を有する。そこで、以下に、本発明監視装置１のその他様々な特徴について説明する。
【０１５０】
監視装置における侵入物体の検知、検知情報の処理、外部出力の一連の流れの一例を示すフローチャートが図１９に示されている。
【０１５１】
同図に示されるように、この監視装置１にあっては、検知手段１０１からの検知データ取込処理（１９０１）並びに初期データとの比較処理（ステップ１９０２）を実行しつつ、その比較結果に基づいて、侵入物体の有無（ステップ１９０３）並びにその侵入物体が警告対象区域内であるかどうかの判定（ステップ１９０４）を実行しつつ待機する。
【０１５２】
この状態において、侵入物体が検出され（ステップ１９０３ＹＥＳ）、その侵入物体が警告対象区域内であると判定されると（ステップ１９０４ＹＥＳ）、続いて警告レベルの判別が行われる（ステップ１９０５）。
【０１５３】
ここで、侵入物体が危険対象に接近中であると判定されると（ステップ１９０６ＹＥＳ）、警告レベルを高くする処理が実行される（ステップ１９０８）。また、侵入物体が、危険対象に接近中でないと判定されても（ステップ１９０６ＮＯ）、その移動速度が基準値よりも遅いと判定されると（ステップ１９０７ＮＯ）、現在の警告レベルを維持する処理が実行される（ステップ１９０９）。
【０１５４】
これに対して、侵入物体が危険対象に接近中でないと判定され（ステップ１９０６ＮＯ）、しかもその移動速度が基準値よりも速いと判定されると（ステップ１９０７ＹＥＳ）、警告レベルを低くする処理が実行される（ステップ１９１０）。
【０１５５】
以上の監視装置によれば、検知手段からの検知データと初期データとの比較により侵入物体ありと判定された場合にも（ステップ１９０１，１９０２，１９０３ＹＥＳ）、直ちに一律に警告を発するのではなく、さらに、危険対象に接近中であるか（ステップ１９０６）並びに移動速度が速いか（ステップ１９０７）の判定を行い、それらの判定結果に応じて、警告レベルを高くする（ステップ１９０８）、現在の警告レベルを維持する（ステップ１９０９）、警告レベルを低くする（ステップ１９１０）のごとくそれぞれの場合に応じた異なる警告レベルを発するようにしている。その結果、この監視装置によれば、監視対象となる三次元領域内における物体の挙動を常に適切に監視することができる。
【０１５６】
次に、設定領域単位の物体侵入検知機能を実現するためのソフトウェア構成を示すフローチャートが図２０に示されている。この実施形態にあっては、監視対象となる三次元領域を縦横並びに高さ方向へ区切ることによって、複数の三次元領域（ボクセル）が設定されており、それらボクセルのそれぞれに対する侵入物体の有無が判定され、いずれかの設定領域（ボクセル）内への侵入が確認された場合、その設定領域固有の制御出力並びに表示出力を外部へ出力するようにしている。
【０１５７】
すなわち、同図において処理が開始されると、検知手段からの検知データの取込処理（ステップ２００１）並びに初期データとの比較処理（ステップ２００２）を行いつつ、その比較結果に基づいて、侵入物体の有無（ステップ２００３）並びに設定領域内への侵入であるかどうかの判定処理（ステップ２００４）が繰り返し実行される。侵入物体が存在しない（ステップ２００３ＮＯ）、あるいは設定領域内への侵入でない（ステップ２００４ＮＯ）と判定されると、その状態においては制御出力並びに表示出力の駆動は解除され続ける（ステップ２００５）。
【０１５８】
これに対して、検知データと初期データとの比較に基づいて侵入物体が設定領域内へ侵入したと判定されると（ステップ２００４ＹＥＳ）、該当する設定領域（ボクセル）が識別され（ステップ２００６）、その該当する設定領域に割り付けられた出力又は表示手段が駆動される（ステップ２００７）。これにより、監視対象となる三次元領域に人体などが侵入した場合、その侵入した領域に応じた制御出力や表示出力が外部へと出力され、これにより適切なる監視が可能となる。
【０１５９】
次に、監視領域内の特定位置（領域）をティーチングする機能を実現するためのソフトウェア構成を示すフローチャートが図２１に示されている。この実施形態にあっては、監視対象となる三次元領域内において、特定の領域を監視装置に設定するについて、その設定操作をダミー物体を希望の領域に置いて、ティーチング処理を実行するという手法によって実現することができる。
【０１６０】
同図において処理が開始されると、まず、監視領域に侵入物体がない状態にセッティングを行った後（ステップ２１０１）、初期データのティーチング処理を実行させる。この初期データのティーチング処理では、検知手段からの監視データの取り込みを行い（ステップ２１０２）、それを初期データとして記録する（ステップ２１０３）。
【０１６１】
続いて、監視領域の特定位置にダミー物体を配置した後（ステップ２１０４）、特定箇所のティーチング処理を実行させる。この特定箇所のティーチング処理では、検知手段からの監視データを取り込み（ステップ２１０５）、初期データとの差分の抽出を行い（ステップ２１０６）、差が認められる部分を特定箇所として記録する処理を実行する（ステップ２１０７）。
【０１６２】
以上の処理が実行される結果、作業者が希望する箇所にダミー物体を置くだけで、そのダミー物体が置かれた特定箇所を監視装置に設定することが可能となる。すなわち、監視対象となる三次元領域内において特定の閉空間を監視装置に設定するについて、その閉空間のＸＹＺ座標を別途操作手段を使用して覚えこませなくとも、希望する閉空間に何らかのダミー物体を配置するだけで、監視対象となる三次元領域内の特定領域を監視装置に設定することができるのである。
【０１６３】
次に、三次元ブランキング機能の説明図が図２１に、同機能を実現するためのソフトウェア構成を示すフローチャートが図２３に示されている。この実施形態にあっては、図２３に示されるように、監視対象となる三次元領域１５を複数の領域に区画すると共に、その中に三次元ブランキング（無監視）領域１６を設定可能としている。そしてこの三次元ブランキング領域１６にあっては、仮に何らかの物体が侵入したとしても、その物体は三次元ブランキング領域１６に限り監視対象から除外される。
【０１６４】
この三次元ブランキング機能を実現するためには、監視装置を構成するマイクロコンピュータにおいて、図２３に示される処理が実行される。すなわち、図２３において処理が開始されると、検知手段からの検知データの取り込み処理（ステップ２３０１）並びに初期データとの比較処理（ステップ２３０２）を実行しつつ、その比較結果に基づいて、侵入物体の有無（ステップ２３０３）並びに無効領域外への侵入であることの判定処理（ステップ２３０４）が繰り返し実行される。
【０１６５】
ここで、侵入物体がありと判定されても（ステップ２３０３ＹＥＳ）、その侵入物体が図２２に設定された三次元ブランキング領域委１６内への侵入であると判定されると（ステップ２３０４ＮＯ）、出力もしくは表示の駆動は解除された状態に維持される（ステップ２３０５）。そのため、侵入物体が存在したとしても、それがブランキング領域１６内へのものであると判定されると、監視対象となる三次元領域１５内であっても、何ら出力や警告等は発せられない。
【０１６６】
これに対して、侵入物体の存在が確認され（ステップ２３０３ＹＥＳ）、それが無効領域外への侵入であると判定されると（ステップ２３０４ＹＥＳ）、侵入物体ありとの判断が行われ（ステップ２３０６）、所定の出力／表示が駆動されて（ステップ２３０７）、外部に対して制御出力や表示出力が発せられる。
【０１６７】
従って、この実施形態によれば、監視対象となる三次元領域内に、監視を必要としない領域が存在する場合には、その領域のみを局部的にブランキング領域として設定することによって、不要な制御出力や警告出力などが発せられる虞を回避することができる。
【０１６８】
次に、監視対象除外物体を設定する機能を実現するためのソフトウェア構成を示すフローチャートが図２４に示されている。この実施形態にあっては、図２６（ａ）に示されるように、監視装置１７の監視対象となる三次元領域２２内に、様々な移動物体が存在しても、コンベア１９上を搬送される物体２０，２１のように監視を必要としない物体については監視対象から除外する一方、人体１８のごとくその他の移動物体については、確実に監視対象とすることを可能としている。
【０１６９】
すなわち、図２４において、処理が開始されると、まずオペレータは、監視領域を侵入物体がない状態にセッティングした後（ステップ２４０１）、初期データのティーチング処理を実行させる。この初期データのティーチング処理では、まず検知手段からの監視データの取り込みを行い（ステップ２４０２）、これを初期データとして記録させる（ステップ２４０３）。
【０１７０】
次いで、オペレータは、監視領域に監視除外する物体を配置した後（ステップ２４０４）、監視対象除外物体のティーチングを実行させる。監視対象除外物体のティーチングにおいては、検知手段からの監視データの取り込みを行い（ステップ２４０５）、初期データとの差分の抽出を行い（ステップ２４０６）、差分データより監視対象除外物体の特徴を抽出し、また移動データを抽出する（ステップ２４０７）。
【０１７１】
これにより、監視対象除外物体であるコンベア１９上の物品２０，２１については監視対象から除外され、無駄な警告出力や制御出力が発せられることが回避される。
【０１７２】
監視対象除外機能を実現するためのソフトウェア構成を示すフローチャートが図２５に示されている。同図において処理が開始されると、検知手段からの検知データの取り込み処理（ステップ２５０１）並びに初期データとの比較処理（ステップ２５０２）を実行しつつ、その比較結果に基づいて、侵入物体の有無（ステップ２５０３）並びに監視対象除外物体であるかどうかの判定処理（ステップ２５０４）が繰り返し実行される。
【０１７３】
ここで、侵入物体なしと判定された場合（ステップ２５０３ＮＯ）、並びに監視対象除外物体であると判定された場合（ステップ２５０４ＹＥＳ）においては、出力もしくは表示の駆動は解除された状態に維持され（ステップ２５０５）、制御出力や表示出力が発せられることはない。
【０１７４】
これに対して、侵入物体ありの判定に続いて（ステップ２５０３ＹＥＳ）、それが監視対象除外物体ではないと判定されると（ステップ２５０４ＮＯ）、続いて侵入物体ありとの判断が行われ（ステップ２５０６）、所定の出力又は表示が駆動されて（ステップ２５０７）、外部に対し制御出力や表示出力が発せられることとなる。
【０１７５】
このように、本実施形態によれば、監視対象となる三次元領域内に様々な移動物体が存在したとしても、コンベア１９上を移動する物品２０，２１のように予め移動が予測される物体については監視対象から除外する一方、人体１８のごとく予期せぬ物体に限って確実に監視を行うことが可能となり、監視対象設定の自由度が向上する。
【０１７６】
次に、移動性物体と侵入物体との距離を監視する機能を実現するためのソフトウェア構成を示すフローチャートが図２７に示されている。
【０１７７】
この実施形態にあっては、図２６（ｂ）に示されるように、監視装置２３が監視する三次元領域２４内に、危険な移動性物体２６が存在する場合、侵入物体である２５と移動性物体２６との距離を常時監視し、人体２５が危険物体に接近する危険を回避することができる。
【０１７８】
すなわち、今まで説明した各実施形態においては、監視対象となる三次元領域内に、危険物体が静止して存在する場合を想定したが、この実施形態においては、危険物体そのものが監視領域２４内を移動する場合を想定している。この場合、人体２５が仮に静止しても、移動性物体２６が動き回ることによって、人体２５が危険となる場合も想定される。
【０１７９】
図２７において処理が開始されると、監視装置の側では、検知手段からの検知データの取り込み処理（ステップ２７０１）並びに初期データとの比較処理（ステップ２７０２）を実行しつつ、その比較結果に基づいて、侵入物体の有無（ステップ２７０３）、固定化された危険領域の侵入であるかの判定処理（ステップ２７０５）、さらには移動する特定対象の有無（ステップ２７０６）が繰り返し判定される。
【０１８０】
ここで、侵入物体なしと判定された場合（ステップ２７０３ＮＯ）、固定化された危険領域への侵入でないと判定され（ステップ２７０５ＮＯ）、且つ移動する特定対象なしと判定された場合には（ステップ２７０６ＮＯ）、所定の出力もしくは表示の駆動は解除され続ける（ステップ２７０４）。
【０１８１】
これに対して、侵入物体ありと判定され（ステップ２７０３ＹＥＳ）、それが固定化された危険領域への侵入であると判定された場合（ステップ２７０５）、又は固定化された危険領域への侵入でないと判定されても（ステップ２７０５ＮＯ）、移動する特定対象が存在すると判定されると（ステップ２７０６ＹＥＳ）、侵入物体とその移動性特定対象との距離が算出され（ステップ２７０７）、その算出された距離に対応する所定の出力又は表示が駆動されて、移動性物体２６と侵入物体２５との接近度合いに対応した出力が外部へと発せられる。
【０１８２】
なお、ステップ２７０５において、固定化された危険領域への侵入であるか否かを判定したのは、移動する特定対象とは別に一般の監視領域がある場合を想定しているからである。
【０１８３】
このように本実施形態によれば、図２６（ｂ）に示されるように、移動性物体２６と侵入物体である人体２５とが監視対象となる三次元領域２４に存在する場合には、両者の接近度合いに対応した制御出力や表示出力を外部へと送出させることができる。
【０１８４】
次に、領域限定による応答速度アップ機能の説明図が図２８に、同機能を実現するためのソフトウェア構成を示すフローチャートが図２９に、限定領域の一態様を示す説明図が図３０にそれぞれ示されている。
【０１８５】
この実施形態にあっては、レーザ光を面状に照射できるように走査する走査手段において、走査単位量を変更することなく走査単位数を減少させることにより、限定された三次元監視領域に関する検知応答性を高速化するようにしている。すなわち図２８に示されるように、最大限として、同図（ａ）示されるように、水平方向並びに垂直方向に一定の走査単位量かつ一定の走査単位数を有する面状走査が可能な場合、同図（ｂ）に示されるように、走査単位量を変更することなく、走査単位数を減少させることによって、限定された三次元監視領域に関して、検知応答性を高速化することが可能となる。
【０１８６】
すなわち、図３０に示されるように、最大走査範囲である（０，０）〜（ｍ，ｎ）の範囲内に、限定した領域（ｍ′，ｎ′）〜（ｍ″，ｎ″）を設定した場合、図２９のフローチャートに示されるように、監視装置２７における走査範囲は、限定した領域内においてのみ行われ、処理速度の高速化と相まって、応答速度が向上する。
【０１８７】
すなわち、図２９において処理が開始されると、走査手段の角度の初期化としてθ′＝（ｍ′，ｎ′）を実行した後（ステップ２９０１）、θ′＞（ｍ″，ｎ″）の範囲内においてのみ、スキャン単位の移動を行いつつ（ステップ２９０５）、投光処理（ステップ２９０２）並びに撮像素子の情報取込処理が実行される（ステップ２９０３）。
【０１８８】
その結果、（ｍ″−ｍ′，ｎ″−ｎ′）の大きさが小さいほど、スキャン単位の移動処理（ステップ２９０５）を経由するループの回数が減少して、結果として応答時間が短くなる。
【０１８９】
限定した領域に関する撮像素子の情報取込が全て完了すると（ステップ２９０４ＹＥＳ）、直ちにスキャン単位毎の情報の合成処理（ステップ２９０６）、初期データとの差分抽出処理（ステップ２９０７）並びに物体情報の抽出及び出力処理（ステップ２９０８）が実行されて、当該限定領域に関する監視情報に対応した、制御出力や表示出力が外部へと出力される。
【０１９０】
次に、領域限定による分解能アップ機能の説明図が図３１に、同機能を実現するためのソフトウェア構成を示すフローチャートが図３２に、同機能の作用説明図（その１）が図３３に、同機能の作用説明図（その２）が図３４にそれぞれ示されている。
【０１９１】
この実施形態においては、レーザ光を面状に照射できるように走査する走査手段において、走査単位数を変更することなく走査単位量を減少させることにより、限定された三次元領域に関する検知分解能を向上させることを可能としている。
【０１９２】
すなわち図３１に示されるように、同図（ａ）のごとく、一定の走査単位量Δｘ，Δｙにて一定単位数の面状走査が可能な場合、単位量をそれぞれΔｘからΔｘ′に、またΔｙをΔｙ′に減少させ、走査単位数については従前通りに維持することによって、走査範囲を限定し、これにより分解能を向上させることができる。
【０１９３】
より具体的には、図３３に示されるように、正規の走査範囲が、（０，０）〜（ｍ，ｎ）である場合、これをより小さな領域（ｍ′，ｎ′）〜（ｍ″，ｎ″）に限定しつつも、走査単位数については従前通りに維持することによって、限定された小領域内を、限定前の領域と同じ単位数で走査することで、分解能の向上を図ることができる。
【０１９４】
このとき、図３４に示されるように、領域が広げられたときの走査単位角度は大きく、領域が絞られたときの走査単位角度は小さくなる。このことから、限定された小領域内を、きめ細かく監視できることが理解されるであろう。
【０１９５】
この限定された小領域について、監視を行うためには、図３２に示される処理が実行される。
【０１９６】
すなわち、図３２において処理が開始されると、まず、走査単位角度αの設定／読込を行った後（ステップ３２０１）、走査単位角度より走査角度座標（ｍ′，ｎ′），（ｍ″，ｎ″）を算出／設定する処理が実行される（ステップ３２０２）。これは、走査単位角度が変わると、領域の大きさが変化するため、スキャンの起点、終点を変更させるためのものである。
【０１９７】
続いて、走査手段の角度の初期化のためにθ′＝（ｍ′，ｎ′）の設定が行われ（ステップ３２０３）、さらに、走査単位角度α毎にスキャン単位を移動させつつ（ステップ３２０６）、θ′＞（ｍ″，ｎ″）が確認されるまでの間（ステップ３２０７ＮＯ）、投光処理（ステップ３２０４）と撮像素子の情報取込処理（ステップ３２０５）が繰り返し実行される。この時、走査単位角度は変化するが、走査単位の総数は同じなため、応答速度はほぼ同じとなる。
【０１９８】
θ′＞（ｍ″，ｎ″）が確認されると（ステップ３２０７ＹＥＳ）、スキャン単位毎の情報の合成処理（ステップ３２０８）、初期データとの差分抽出処理（ステップ３２０９）並びに物体情報の抽出及び出力処理（ステップ３２１０）が実行される。その結果、図３３並びに図３４に規定される限定領域内において、きめ細かな走査によって精度の良い物体監視が行われ、当該限定された領域内において、認識精度を向上させることができる。
【０１９９】
最後に、本発明監視装置の応用例である監視装置システムの一例を示す構成図が図３５に、通信による監視装置間連携を実現するためのソフトウェア構成を示すフローチャートが図３６にそれぞれ示されている。
【０２００】
この実施形態においては、２台以上の監視装置で監視を行いつつ、相互間で侵入物体検知に関する情報を交換することにより、個々の監視装置の能力を有効に活用しつつ相互の監視装置間協力により、より一層効率の良い侵入物体監視が可能となる。
【０２０１】
すなわち、図３５において、第１の監視装置２９は、三次元領域において進入物体の検知が可能な検知手段１０１を用いて、監視対象となる三次元領域３１における侵入物体である人体３０の監視を行う。同様に、第２の監視装置２８も、三次元領域において侵入物体の検知が可能な検知手段１０１を用いて、監視対象となる三次元領域３１における侵入物体である人体３０の監視を行う。第１の監視装置２９と第２の監視装置２８との間には、情報を伝達するための通信手段３３を有する。第１の監視装置２９には、監視対象となる三次元領域３１内に侵入物体が発見されたときには、その位置を前記第２の監視装置２８に通信手段３３を介して通知する機能が組み込まれている。第２の監視装置２８には、第１の監視装置２９から侵入物体の発見並びにその位置が通知された場合には、その位置を含む限定領域３２に監視範囲を絞り込むと共に、検知応答性を上げて又は検知分解能を上げて、監視を行う機能が組み込まれている。
【０２０２】
より具体的には、図３６に示されるように、第１の監視装置の側においては、検出手段からの監視データを取り込み（ステップ３６０１）、初期データとの比較を行い（ステップ３６０２）、差分データより侵入物体を抽出し（ステップ３６０３）、位置情報への変換を行い（ステップ３６０４）、こうして得られた位置情報を第２の監視装置へと通知するための通信処理（ステップ３６０５）を繰り返し実行する。
【０２０３】
一方、第２の監視装置の側では、通信処理（ステップ３６１１）において、第１の監視装置から位置情報の通知を受け、それに基づき、侵入物体の有無を判定する（ステップ３６１２）。
【０２０４】
ここで侵入物体が存在しなければ（ステップ３６１２ＮＯ）、領域限定をリセットした後（ステップ３６１９）、初期の最大限の走査範囲において、検出手段からの監視データを取り込み（ステップ３６１５）、初期データとの比較を行い（ステップ３６１６）、侵入物体の情報を抽出し（ステップ３６１７）、侵入物体の状態に応じて所定の出力／表示を駆動する（ステップ３６１８）。
【０２０５】
これに対して、通信処理（ステップ３６１１）において、第１の監視装置から第２の監視装置へと、侵入物体に関する位置情報の通知が行われると、侵入物体ありとの判定が行われ（ステップ３６１２ＹＥＳ）、この場合には、第１の監視装置からの位置情報により限定する領域を算出し（ステップ３６１３）、限定領域データをセットし（ステップ３６１４）、図３５に示される限定領域３２について、検出手段からの監視データの取り込みを行い（ステップ３６１５）、初期データとの比較を行い（ステップ３６１６）、侵入物体の情報を抽出し（ステップ３６１７）、侵入物体の状態に応じて、所定の出力／表示を駆動する（ステップ３６１８）。
【０２０６】
このように、以上説明した監視装置システムによれば、第１の監視装置２９によって、監視領域３１内に人体３１が検出されると、そのことが第１の監視装置２９から第２の監視装置２８へと通知される結果、第２の監視装置２８の側では、監視領域を限定領域３２に絞り込んで、人体２３に関する情報を詳細に取得する。このとき、先に説明した走査単位数減少による領域限定処理を実行すれば、人体３０の挙動を高い応答性をもって監視することができ、また走査単位量を限定しつつ領域限定を行う手法を採用すれば、人体３０の微細な動きを高精度に監視することができる。
【０２０７】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように、本発明によれば、例えば危険領域に対する人体の侵入監視や危険物体に対する人体の接近監視に適用するような場合に、侵入経路の如何に拘わらず、侵入や接近を確実に監視することができる。
【０２０８】
また、本発明によれば、上述のごとき危険領域に対する人体侵入監視や危険物体に対する人体の接近監視に適用する場合に、実際の侵入や接近に先立ち、その可能性を予測して警告などを発することができる。
【０２０９】
また、この発明によれば、上述のごとき危険領域に対する人体侵入監視や危険物体に対する人体の接近監視に適用する場合に、監視領域内に複数の危険領域や危険物体を任意に設定可能として、それぞれの危険領域や危険物体毎に侵入乃至接近の監視もしくは侵入乃至接近の予測を同時に行うことができる。
【０２１０】
また、この発明によれば、上述のごとき危険領域に対する人体侵入監視に適用する場合に、危険領域を取り巻く周囲領域の中で、安全通路や通常作業経路などの侵入許容領域を監視対象領域から任意に除外可能とすることにより、監視精度を向上させることができる。
【０２１１】
また、この発明によれば、上述のごとき危険物体に対する人体の接近監視に適用する場合に、任意の物体を危険物体から除外可能とすることにより、監視精度を向上させることができる。
【０２１２】
さらに、この発明によれば、上述のごとき危険物体に対する人体の接近監視に適用する場合に、危険物体が移動するような状況下にあっても、その物体への人体接近を確実に監視できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の基本構成を示す図である。
【図２】第１実施形態における検知手段の信号処理の説明図である。
【図３】第２実施形態における検知手段の光学系の構成図である。
【図４】第３実施形態における検知手段の光学系の構成図である。
【図５】光レーダの電気的ハードウェア構成を示すブロック回路図である。
【図６】光レーダの各部の信号状態を示す波形図である。
【図７】第３実施形態における検知手段のソフトウェア構成を示すフローチャートである。
【図８】第４実施形態における検知手段の光学系の構成図である。
【図９】第４実施形態における検知手段の距離算出処理の説明図である。
【図１０】第４実施形態における検知手段のソフトウェア構成を示すフローチャートである。
【図１１】第５実施形態における検知手段の光学系の構成図である。
【図１２】第５実施形態における検知手段のソフトウェア構成を示すフローチャート（その１）である。
【図１３】第５実施形態における検知手段の信号処理を示すフローチャートである。
【図１４】第５実施形態の変形例における検知手段の信号処理を示す波形図である。
【図１５】第５実施形態の変形例における検知手段のソフトウェア構成を示すフローチャート（その２）である。
【図１６】第６実施形態における検知手段の光学系の構成図である。
【図１７】第６実施形態における検知手段の信号処理を示すブロック回路図である。
【図１８】第６実施形態における検知手段のソフトウェア構成を示すフローチャートであるる。
【図１９】監視装置における侵入物体の検知、検知情報の処理、外部出力の一連の流れの一例を示すフローチャートである。
【図２０】設定領域単位の物体侵入検知機能を実現するためのソフトウェア構成を示すフローチャートである。
【図２１】監視領域内の特定位置（領域）をティーチングする機能を実現するためのソフトウェア構成を示すフローチャートである。
【図２２】三次元ブランキング機能の説明図である。
【図２３】三次元ブランキング機能を実現するためのソフトウェア構成を示すフローチャートである。
【図２４】監視対象除外物体を設定する機能を実現するためのソフトウェア構成を示すフローチャートである。
【図２５】監視対象除外機能を実現するためのソフトウェア構成を示すフローチャートである。
【図２６】監視装置の応用例を示す説明図である。
【図２７】移動性物体と侵入物体との距離を監視する機能を実現するためのソフトウェア構成を示すフローチャートである。
【図２８】領域限定による応答速度アップ機能の説明図である。
【図２９】領域限定による応答速度アップ機能を実現するためのソフトウェア構成を示すフローチャートである。
【図３０】限定領域の一態様を示す説明図である。
【図３１】領域限定による分解能アップ機能の説明図である。
【図３２】領域限定による分解能アップ機能を実現するためのソフトウェア構成を示すフローチャートである。
【図３３】領域限定による分解能アップ機能の作用説明図（その１）である。
【図３４】領域限定による分解能アップ機能の作用説明図（その２）である。
【図３５】監視装置システムの一例を示す構成図である。
【図３６】通信による監視装置間連携を実現するためのソフトウェア構成を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１，１７，２３  監視装置
２，１５，２２，２４  監視対象となる三次元領域
３  侵入物体（人体）
４  出力対象（非制御設備又は表示器）
５ａ，５ｂ，５ｃ  背景物体
６  侵入物体
７，８，１０，１２，１３  光学系
９，１４  光レーダ
１６  三次元ブランキング領域
１８，２５，３０  人体
１９  コンベア
２０，２１  コンベア上を搬送される物体
２６  動性物体
２８  第２監視装置
２９  第１監視装置
３１  監視領域
３２  限定領域
１０２  設定手段
１０３  監視情報生成手段
１０４  外部出力手段
７０１ａ，８０２，１００２，１２０２，１３０２  第１レンズ
７０１ｂ，８０５，１００５，１２０６，１３０６  第２レンズ
７０２ａ  第１撮像素子
７０２ｂ  第２撮像素子
７０３ａ，７０３ｂ  差分抽出処理後の第１撮像素子の画像
７０４ａ，７０４ｂ  侵入物体の像
８０１，９１０ｂ，１４１０ｂ  レーザ光源
８０３，１２０３，１３０３  ビームスプリッタ
８０４，１００４，１２０５，１３０５  半導体共振ミラー
８０６，１００６，１２１１，１３１１  第３レンズ
８０７  受光素子
８０８  面状走査軌跡
９１０，１４１０  投光系回路
９１０ａ，１４１０ａ  パルス発生器
９２０  受光系回路
９２０ａ  受光回路
９２０ｂ  増幅器
９３０，１４３０  信号処理系回路
９３０ａ，１４３０ａ  クロック発振器
９３０ｂ  ゲート回路
９３０ｃ  パルスカウンタ
９４０，１４４０  走査回路
９５０，１４５０  表示部
９６０，１４６０  出力部
９７０，１４７０  制御部
１００１，１２０１，１３０１  レーザ光源
１００３，１２０４，１３０４  スリット板
１００７，１２１２  撮像素子
１００８  合成スリット画像
１００９，１２０９，１３０９  走査方向を示す矢印
１０１，１０１１，１２０８，１３０８  検知手段
１０１０，１２１０，１３１０  スリット光の投影線
１０１２，１３０７  レーザスリット光
１２０７  スリット光
１３１２  フォトダイオードアレイ
１４２０ａ−１〜１４２０ａ−ｎ  増幅器群
１４２０ｂ−１〜１４２０ｂ−ｎ  受光回路群
１４３０ｂ−１〜１４３０ｂ−ｎ  パルスカウンタ群
１４３０ｃ−１〜１４３０ｃ−ｎ  ゲート回路群
Δｘ，Δｙ  単位走査量
Δｘ′，Δｙ′  減少された単位走査量
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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