(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
監視対象物までの距離を測定する複数の距離センサと；
前記距離センサで時系列的に取得した距離情報を保存する距離情報保存部と；
前記距離情報保存部に保存された距離情報に基づいて前記監視対象物の動きの有無を判断する判断部とを備え；
前記距離センサは、前記監視対象物にビーム光を照射する光照射手段と、前記監視対象物で反射されるビーム光を結像する結像光学系とを有し；
前記判断部は、前記距離情報に基づいて、前記複数の距離センサのうちの各距離センサに対応する監視対象エリアごとに、前記距離センサと前記監視対象物との距離のうちの、前記監視対象エリアに前記監視対象物が存在しないときの前記ビーム光の反射平面である監視領域面に対して垂直な高さ方向の距離及び前記監視領域面に平行な奥行方向の距離の少なくとも一方を算出し、算出した前記高さ方向の距離及び前記奥行方向の距離の少なくとも一方を予め前記監視対象物の姿勢と対応づけられた区分データに変換し、前記区分データを参照することにより前記監視対象物の姿勢を判断するように構成された；
監視システム。
【請求項２】
前記距離センサは、前記結像光学系による結像位置近傍に配置され前記反射されるビーム光を受光する、複数の受光領域に分割された受光面とを有し；さらに、前記各受光領域からの信号を受信し、該受信した信号に基き前記各受光領域に入射するビーム光の強度を相互に比較し、前記監視対象物までの距離情報に対応するビーム光結像位置情報を出力するように構成された位置情報出力装置を有している；
請求項１に記載の監視システム。
【請求項３】
前記距離センサは、前記結像光学系による結像位置近傍に配置され前記監視対象物からのビーム光を受光する受光手段とを有し；該受光手段上に結像されるビーム光スポット位置に基づいて、前記監視対象物までの距離情報に対応するスポット位置情報を出力するように構成された位置情報出力装置を有している；
請求項１に記載の監視システム。
【請求項４】
前記距離情報保存部は、前記距離センサで取得した距離情報を時系列で保存するよう構成され；
前記判断部は、前記距離センサで取得された距離情報と前記時系列で保存された直前の距離情報との距離情報差を演算し、該距離情報差と第１の所定の閾値とを比較して、前記距離情報差が前記第１の所定の閾値より大のとき前記監視対象物に動きがあったと判断し、前記距離情報差が前記第１の所定の閾値より小のとき前記監視対象物は静止していると判断するように構成された；
請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の監視システム。
【請求項５】
前記判断部は、前記第１の所定の閾値との比較を前記複数の距離センサの各々について、一定の期間にわたって行ない、該一定の期間内に動きがあったと判断した回数と、静止していると判断した回数との回数差を求め、前記回数差が第２の所定の閾値よりも大なるセンサの監視対象点に動きがあったと判断するように構成された；
請求項４に記載の監視システム。
【請求項６】
前記判断部は、前記動きがあったと判断された監視対象点の数と、静止していると判断された監視対象点の数との差を求め、前記点の数の差に基づいて、前記監視対象物が全体として動いているか、静止しているかを判断するように構成された；
請求項５に記載の監視システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、監視システムに関し、特に対象領域内の物体や人物の動きの有無を監視するための監視システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
病院の病室内あるいはトイレ内の患者のプライバシーを損なわずに、異常を知るための監視装置として、従来から、監視対象領域に輝点を投影してその画像を撮影し、撮影された画像中の輝点の基準位置からの位置変化によって対象領域の高さ変化を検出し、対象領域内の物体や人物の有無や動きの有無を監視する装置が提案されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら以上のような従来の装置によれば、対象領域の監視は撮像された画像を処理しなければならないため、計算量が多く処理に時間がかかるだけでなく、複雑な装置を必要としていた。
【０００４】
そこで本発明は、正確な対象領域内の監視を行えるだけでなく、単純で、かつ高速処理が可能な監視システムを提供することを目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に係る発明による監視システム１は、例えば図１、図６（図１３）、図１４、図１５、図１７に示すように、監視対象物２までの距離を測定する複数の距離センサ１１と；距離センサ１１で時系列的に取得した距離情報を保存する距離情報保存部２５と；距離情報保存部２５に保存された距離情報に基づいて監視対象物２の動きの有無を判断する判断部２２とを備え；距離センサ１１は、監視対象物２にビーム光を照射する光照射手段３１ａ（３１ｂ）と、監視対象物２で反射されるビーム光を結像する結像光学系３７ａ（３７ｂ）とを有し；判断部２２は、距離情報に基づいて、複数の距離センサ１１のうちの各距離センサ１１に対応する監視対象エリア６ごとに、距離センサ１１と監視対象物２との距離のうちの、監視対象エリア６に監視対象物２が存在しないときの前記ビーム光の反射平面である監視領域面３に対して垂直な高さ方向の距離Ｈ１及び監視領域面３に平行な奥行方向の距離Ｌ１の少なくとも一方を算出し、算出した高さ方向の距離Ｈ１及び奥行方向の距離Ｌ１の少なくとも一方を予め監視対象物２の姿勢と対応づけられた区分データに変換し、区分データを参照することにより監視対象物２の姿勢を判断するように構成されている。
このように構成すると、判断部は、距離情報に基づいて、複数の距離センサのうちの各距離センサに対応する監視エリアごとに、距離センサと監視対象物との距離のうちの、前記監視対象エリアに前記監視対象物が存在しないときの前記ビーム光の反射平面である監視領域面に対して垂直な高さ方向の距離及び監視領域面に平行な奥行方向の距離の少なくとも一方を算出し、算出した高さ方向の距離及び奥行方向の距離の少なくとも一方を予め監視対象物の姿勢と対応づけられた区分データに変換し、区分データを参照することにより監視対象物の姿勢を判断するように構成されているので、距離がそれほど正確でなくても状態の判断を行うことができると共に、簡易な装置で高速処理が可能となる。
【０００６】
また、請求項２に記載の発明に係る監視システムシステムは、請求項１に記載の監視システムにおいて、例えば図６、図７に示すように、距離センサ１１（例えば図１５参照）は、結像光学系３７ａによる結像位置近傍に配置され前記反射されるビーム光を受光する、複数の受光領域３８ａ、３８ｂに分割された受光面３８とを有し；さらに、各受光領域３８ａ、３８ｂからの信号を受信し、該受信した信号に基き各受光領域３８ａ、３８ｂに入射するビーム光の強度を相互に比較し、監視対象物２（例えば図１５参照）までの距離情報に対応するビーム光結像位置情報を出力するように構成された位置情報出力装置３９ａを有している。
このように構成すると、距離センサ１１は、複数の受光領域３８ａ、３８ｂに分割された受光面３８を有しているので、例えば回路構成を単純化でき、安価で単純な監視システム１とすることができる。
【０００７】
また、請求項３に記載の発明に係る監視システムシステムは、請求項１に記載の監視システムにおいて、例えば図１３、図２４に示すように、距離センサ１１（例えば図１５参照）は、結像光学系３７ｂによる結像位置近傍に配置され監視対象物２（例えば図１５参照）からのビーム光を受光する受光手段３６とを有し；受光手段３６上に結像されるビーム光スポット位置に基づいて、監視対象物２（例えば図１５参照）までの距離情報に対応するスポット位置情報を出力するように構成された位置情報出力装置３９ｂを有している。
【０００８】
このように構成すると、距離センサ１１は、受光手段３６を有し、受光手段３６上に結像されるビーム光スポット位置に基づいて、監視対象物２までの距離情報に対応するスポット位置情報を出力するので、安価で単純な監視システム１とすることができる。
【０００９】
また請求項４に記載のように、請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の監視システム１では、距離情報保存部２５は、距離センサ１１で取得した距離情報を時系列で保存するよう構成され；判断部２２は、距離センサ１１で取得された距離情報と前記時系列で保存された直前の距離情報との距離情報差を演算し、該距離情報差と第１の所定の閾値とを比較して、前記距離情報差が前記第１の所定の閾値より大のとき監視対象物２に動きがあったと判断し、前記距離情報差が前記第１の所定の閾値より小のとき監視対象物２は静止していると判断するように構成される。
【００１０】
このように構成すると、距離センサ１１で取得された距離情報と時系列で保存された直前の距離情報との距離情報差を演算し、距離情報差と第１の所定の閾値とを比較して、距離情報差が第１の所定の閾値より大のとき監視対象物２に動きがあったと判断し、前記距離情報差が前記第１の所定の閾値より小のとき監視対象物２は静止していると判断するので、例えば距離情報に混入するノイズに強く、正確に監視対象物２の動きの有無の判断ができる。
【００１１】
また、監視システム１は、距離センサ１１を、複数備えるので、正確に監視対象物２の動きの有無の判断ができる。
【００１２】
また請求項５に記載のように、請求項４に記載の監視システム１では、判断部２２は、前記第１の所定の閾値との比較を前記複数の距離センサ１１の各々について、一定の期間にわたって行ない、該一定の期間内に動きがあったと判断した回数と、静止していると判断した回数との回数差を求め、前記回数差が第２の所定の閾値よりも大なるセンサの監視対象点６に動きがあったと判断するように構成するとよい。
【００１３】
このように構成すると、例えば距離センサ１１からの信号にノイズが混入することにより、実際に動きが無い監視対象点６を動きがあったと誤判断をすることがなく、信頼性の高い監視システム１を提供できる。
【００１４】
また請求項６に記載のように、請求項５に記載の監視システム１では、判断部２２は、前記動きがあったと判断された監視対象点６の数と、静止していると判断された監視対象点６の数との差を求め、前記点の数の差に基づいて、監視対象物２が全体として動いているか、静止しているかを判断するように構成されている。
【００１５】
このように構成すると、監視対象物２が全体として動いているか、静止しているかを判断するので、信頼性の高い監視システム１を提供できる。
【００１６】
また上記の発明では、判断部２２は、監視対象物２の存在する監視領域面３に対する距離センサ１１の相対的な位置と、監視領域面３に対する距離センサ１１の相対的な距離測定方向とに基づき、監視対象物２の監視領域面３からの高さを算出するように構成するとよい。
【００１７】
さらに上記の発明では、例えば、判断部２２は、前記高さに基づいて監視対象物２の姿勢を判断する。また、前記高さは、距離センサ１１で時系列的に取得した複数の距離情報の平均値とするとよく、前記平均値は、ある一定の時間間隔毎に各時間間隔内に生じた距離情報の平均値、または、ある一定の個数の距離情報に関する移動平均値としてもよい。
【００１８】
このように構成すると、判断部２２は、監視対象物２の監視領域面３からの高さを算出し、前記高さに基づいて監視対象物２の姿勢を判断できるので、精度の高い監視システム１を提供できる。
【００１９】
また上記の発明では、判断部２２は、監視対象物２の存在する監視領域面３に対する距離センサ１１の相対的な位置と、監視領域面３に対する距離センサ１１の相対的な距離測定方向とに基づき、監視対象物２の距離センサ１１からの監視領域面３に平行な方向の奥行を算出するように構成するとよい。
【００２０】
また上記の発明では、典型的には、前記高さと前記奥行は、距離センサ１１で時系列的に取得した複数の距離情報の平均値であり、前記平均値は、ある一定の時間間隔毎に各時間間隔内に生じた距離情報の平均値、または、ある一定の個数の距離情報に関する移動平均値である。
【００２１】
また上記の発明では、判断部２２は、前記高さと前記奥行との両方またはいずれか一方に基づいて、監視対象物２の姿勢を判断するとよい。
【００２２】
このように構成すると、判断部２２は、監視対象物２の監視領域面３からの高さ及び距離センサ１１からの監視領域面３に平行な方向の奥行を算出し、前記高さと前記奥行との両方またはいずれか一方に基づいて監視対象物２の姿勢を判断できるので、精度の高い監視システム１を提供できる。
【００２３】
また上記の発明では、監視対象点６は、監視対象物２の主な移動方向に対して直角な方向に２列以上配置するとよい。
【００２４】
また、監視システム１００は、例えば図１、図４、図６に示すように、監視したい監視対象点６に対応して設置された距離センサであって、前記距離センサは対応する監視対象点６までの距離を測定する距離センサ１１と；距離センサ１１で取得した距離情報と比較すべき基準距離情報を保存する基準距離保存部１２５と；距離センサ１１から取得した距離情報と前記基準距離情報とを比較する距離比較手段１２２と；距離比較手段１２２による比較結果に基づいて、監視対象点６と距離センサ１１との間に存在する監視対象物２を監視する監視部１２８とを備え；距離センサ１１は、監視対象物２にビーム光を照射する光照射手段３１ａと、監視対象物２で反射されるビーム光を結像する結像光学系３７ｂと、結像光学系３７ｂによる結像位置近傍に配置され前記反射されるビーム光を受光する、複数の受光領域３８ａ、３８ｂに分割された受光面３８とを有し；さらに、前記各受光領域からの信号を受信し、該受信した信号に基き前記各受光領域に入射するビーム光の強度を相互に比較し、監視対象物２までの距離情報に対応するビーム光結像位置情報を出力するように構成された位置情報出力装置３９ａを有しているように構成してもよい。
【００２５】
このように構成すると、距離センサ１１と、基準距離保存部１２５と、距離比較手段１２２と、監視部１２８とを備えるので、距離センサ１１で取得した距離情報と比較すべき基準距離情報を保存し、距離センサ１１から取得した距離情報と前記基準距離情報とを比較して、この比較結果に基づいて、監視対象点６と距離センサ１１との間に存在する監視対象物２を監視することで、高速処理が可能で、かつ安価である監視システム１００とすることができる。また、距離センサ１１は、ビーム光照射手段３１ａと、結像光学系３７ａと、複数の受光領域３８ａ、３８ｂに分割された受光面３８とを有しているので、例えば回路構成を単純化でき、安価で単純な監視システム１００とすることができる。
【００２６】
また、上記の監視システム１００は、距離センサ１１を、複数備えると更によい。
【００２７】
また上記の発明では、距離センサ１１の距離測定方向は、鉛直方向に対して傾斜しているとよい。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、各図において互いに同一あるいは相当する部材には同一符号または類似符号を付し、重複した説明は省略する。
【００２９】
図１は、本発明による第１の実施の形態である監視システム１００の模式的斜視図である。図中監視対象物２が床面３上に存在している。ＸＹ軸を床面３内に置くように、直交座標系ＸＹＺがとられている。また床面３と垂直即ちＹＺ平面上に壁４が形成されている。監視対象物２は、本実施の形態では人物である。
【００３０】
一方、図中壁４には、人物２の距離を測定するための複数の距離センサ１１を含んで構成される筐体１０が設置されており、筐体１０には、複数の距離センサ１１が、複数の監視対象点としての複数の監視対象エリア６（以下監視エリア６という）に対応して設置されている。また、距離センサ１１の距離測定方向は、鉛直方向に対して傾斜しているとよい。また本実施の形態では、筐体１０（距離センサ１１）は、壁に設置しているが、天井が存在する場合は天井でもよく、設置場所は監視システムの目的や仕様等により適宜決めてよい。複数の距離センサ１１による複数の監視エリア６の各測定距離は、測定距離パターンを形成し、対応する基準距離は、基準距離パターンを形成する。
【００３１】
また、図２に示すように、例えば、監視システム１００をトイレに設置する場合には、筐体１０を天井に設置するとよい。また、図示では監視エリア６は、２×５配置されているが、設置する数は後述のように適宜決めてよい。
【００３２】
図３の模式的平面図の監視エリア６の配置例を参照して、監視エリア６について説明する。図３（ａ）は、複数の監視エリアが隣合う監視エリアと重ならないように配置した例である。この場合、例えば図示のように、複数の監視エリアは、監視する場所である監視ゾーン６０に、図中右列から監視エリア６１、６２、６３、６４、６５、６６、６７、６８、６９（以下監視エリアを区別しない場合は単に監視エリア６という）が、お互いに重ならないように碁盤目状に配置されている。配置する数は、ここでは３行３列（３×３）であるが、監視する場所、人物２などの条件により適宜決めてよく、例えば２×１もしくは３×２、３×５としてもよい。このように複数の監視エリア６を配置すると、距離センサ１１に、例えば光を照射することにより距離を測定する照射型センサを使用した場合でも、隣接する監視エリア６に対応する距離センサ１１は、後述のように同時に照射しないように制御する必要がなく、監視システム１００をより簡単な構成とすることができる。
【００３３】
また図３（ｂ）の模式的平面図の監視エリア６の配置例に示すように、隣合う監視エリア６が重なっていてもよい。このようにすると、監視ゾーン６０の死角を少なくすることができるので、より精度の高い監視に有効である。このとき距離センサ１１に、照射型センサを使用する場合には、重なり合う監視エリア６に対応する距離センサ１１は、お互いに影響がないように、同時に照射しないように制御する必要がある。これは、複数の距離センサ１１から同時に例えば照射光を照射した場合、本来受光しなければならない照射光に他の距離センサ１１から照射された照射光が混入し、監視エリア６の距離の測定が困難になるためである。本図に示す場合の制御については後で詳しく説明する。また、距離センサ１１を、後述のように投光するビーム光の波長をセンサ毎に異なるようにした場合には、隣合う対象点５が重なっていても同時に照射しないように制御する必要がない。また、距離センサ１１に後述のバンドパスフィルタを備える場合には、隣合う対象点５が重なっていても同時に照射しないように制御する必要がない。
【００３４】
図４を参照して、監視システム１００の構成の一例を説明する。監視システム１００は、複数の距離センサ１１が設置された筐体１０と、演算装置１２０とを含んで構成される。そして複数の距離センサ１１は、演算装置１２０に接続されており、それぞれの距離センサ１１からの距離情報を取得できるように構成されている。また距離情報は、それぞれの距離センサ１１から時系列的に取得するように構成するとよい。演算装置１２０は、典型的にはパソコンやマイコンである。また、図中距離センサ１１と演算装置１２０とは、別体として示してあるが、一体として構成してもよい。
【００３５】
ここで、距離情報とは、例えば実際に距離を算出する前の距離センサ１１からの出力値であるが、対象とする人物２までの距離そのものとしてもよい。また基準距離情報とは、例えば実際に基準距離を算出する前の距離センサ１１からの出力値であるが、基準距離そのものとしてもよい。さらに基準距離とは、監視時点の過去の時点の距離であればよく、典型的には監視エリア６に人物２が存在しない状態のいわば背景の距離であるが、それに限らず、例えば周期的に距離を検知している場合の１コマ分だけ前の距離であってもよい。
【００３６】
また典型的には、距離センサ１１は筐体１０に並列的に設置されるが、図５の模式図に示すように、筐体１０にカーブをつけて設置してもよい。このように設置することで、小さな筐体１０’でも広い監視ゾーン６０を容易に確保することができる。また、前述のように距離センサ１１に、照射型センサを使用する場合には、隣合う監視エリア６に対応する距離センサ１１は、小さな筐体１０’でもそれぞれの監視エリア６が重複しにくいので、容易に距離センサ１１の相互の影響を無くすことができる。さらに、監視エリア６を重複させない場合には、後述のタイミングコントローラ１２３を備える必要がなく、監視システム１００をより簡単な構成とすることができる。また、筐体１０’は、後述の監視システム１に用いた場合も、同様な効果を有する。
【００３７】
演算装置１２０は、制御部１２１を備えており、監視システム１００全体を制御している。また複数の距離センサ１１は制御部１２１に接続され、制御されている。また制御部１２１内には、複数の距離センサ１１の各々から取得した距離情報と、前記各距離センサ１１に対応する基準距離情報とを比較する距離比較手段である比較演算部１２２が備えられている。また制御部１２１には、比較演算部１２２による比較結果に基づいて、監視エリア６と距離センサ１１との間に存在する人物２を監視する監視部１２８が備えられている。
【００３８】
比較演算部１２２による比較結果は、典型的には時系列的に取得され、それに基づき人物２の移動、位置、姿勢等を、監視部１２８により判断できるように構成されている。即ち、基準距離情報と、ある時点の距離情報とを比較することにより、人物２の存在、その移動、その位置、姿勢等を判断することができるように構成されている。さらに、最終的な人物２の存在、その移動、その位置、姿勢等の判断は、複数の距離センサ１１それぞれに対応する判断結果から総合的になされる。また人物２の移動は、人物２の位置の変化だけでなく、例えば人物２が立ったり座ったりするような変化も含むものとする。さらに、監視エリア６が重複する場合には、隣合う監視エリア６に対応する複数の距離センサ１１が同時に作動することがないように制御する制御装置としてのタイミングコントローラ１２３を備えるようにする。またタイミングコントローラ１２３による制御については後で詳しく説明する。
【００３９】
制御部１２１には、記憶部１２４が接続されている。記憶部１２４内には、複数の距離センサ１１から取得した距離情報と比較すべき基準距離情報を保存する基準距離保存部１２５が備えられている。また記憶部１２４には算出された情報等のデータが記憶できる。
【００４０】
また制御部１２１には、監視システム１００を操作するための情報を入力する入力装置１２６、監視システム１００で処理された結果を出力する出力装置１２７が接続されている。入力装置１２６は例えばタッチパネル、キーボードあるいはマウスであり、出力装置１２７は例えばディスプレイやプリンタあるいは警報装置である。本図では、入力装置１２６、出力装置１２７は演算装置１２０に外付けするものとして図示されているが、内蔵されていてもよい。
【００４１】
使用する距離センサ１１としては、照射型センサとして赤外線照射型の距離センサがある。以下赤外線照射型の距離センサについて図を参照して説明する。
【００４２】
ここで、距離センサ１１の実施例としての赤外線照射型の距離センサ３０（以下赤外線距離センサ３０という）について説明する。赤外線距離センサ３０は、いわゆるアクティブ型光学センサである。また、赤外線距離センサ３０には、複数の受光領域に分割されたフォトディテクタ（以下多分割ＰＤという）を用いたものと、位置検出素子（以下ＰＳＤという）を用いたものがある。以下、多分割ＰＤを用いたものを赤外線距離センサ３０ａ、ＰＳＤを用いたものを赤外線距離センサ３０ｂとして説明する。また、これらを特に区別しないときには単に赤外線距離センサ３０という。
【００４３】
まず図６のブロック図を参照して、多分割ＰＤを用いた赤外線距離センサ３０ａについて説明する。赤外線距離センサ３０ａは、人物２にビーム光を照射する光照射手段としての赤外光照射部３１ａと、赤外線受光部３２ａと、赤外線距離センサ３０ａ全体を制御するセンサ制御部３３ａを含んで構成されている。またセンサ制御部３３ａは、演算装置１２０の制御部１２１内（図４参照）に備えるようにしてもよい。
【００４４】
赤外光照射部３１ａには、赤外ＬＥＤ３４ａと照射レンズ３５ａとが備えられており、赤外ＬＥＤ３４ａから照射された赤外光は照射レンズ３５ａを介して細い平行光束のビーム光として人物２に照射される。また赤外線受光部３２ａは、人物２で反射されるビーム光を結像する結像光学系としての受光レンズ３７ａと、受光レンズ３７ａによる結像位置近傍に配置され、人物２で反射されるビーム光を受光する複数の受光領域に分割された受光面としての多分割ＰＤ３８を有している。ここでは、多分割ＰＤ３８の分割数は２分割として説明する（以下これを２分割ＰＤ３８という）。さらに、赤外線距離センサ３０ａは、各受光領域からの信号を受信し、この受信した信号に基づき各受光領域に入射するビーム光の強度を相互に比較し、人物２までの距離に対応する距離情報に対応するビーム光結像位置情報出力するように構成された位置情報出力装置としての位置情報出力部３９ａを有している。位置情報出力部３９ａは、センサ制御部３３ａ内に備えられている。
【００４５】
ここで図７、８を参照して、２分割ＰＤ３８について説明する。図７に示すように、２分割ＰＤ３８は、２つの受光領域３８ａ、３８ｂ（以下これらを特に区別しないときは単に受光領域という）に分割され、基板３８ｃ上に並列に置かれている。また分割方向は、距離変化による結像ビームの移動方向（図中左右方向）におよそ垂直な方向とする。言いかえれば、分割された受光領域３８ａ、３８ｂが距離変化による結像ビームの移動方向に沿って並ぶように分割される。
【００４６】
受光領域３８ａ、３８ｂは、人物２で反射して受光レンズ３７ａにより結像されたビーム光（以下結像ビームという）が受光領域３８ａ、３８ｂ上にまたがって結像することで、それぞれの受光領域に電流が発生する。
【００４７】
そして図８に示すように、受光領域３８ａ、３８ｂには、それぞれにＩ―Ｖ変換アンプ３９ｄが接続されている。受光領域３８ａ、３８ｂでそれぞれに発生した電流の電流値は、それぞれＩ―Ｖ変換アンプ３９ｄにより電圧値に変換され、比較回路３９ｃに入力される。比較回路３９ｃは、これらの比を取ることにより、ビーム光結像位置情報即ち距離情報を算出する。なお、Ｉ―Ｖ変換アンプ３９ｄ、比較回路３９ｃは、共に位置情報出力部３９ａ内に備えられている。また２分割ＰＤ３８の場合には、２分割ＰＤ３８の受光面積は、結像ビームの直径（結像ビーム径）よりも２分割ＰＤ３８の受光面積が大きくなるように設定するとよい。このようにすることで、対象物の距離が変化することで結像ビーム径が大きくなっても、結像ビームが２分割ＰＤ３８上から欠けてしまうことがなく、安定かつ正確に距離を測定できる。
【００４８】
ここで、２分割ＰＤ３８は、結像ビームの光量（強度）に比例して電流を発生するので、受光領域３８ａ、３８ｂから出力されＩ―Ｖ変換アンプ３９ｄにより変換された電圧値は、基本的に受光領域３８ａ、３８ｂにそれぞれ受光した結像ビームの面積とみることができる。即ち、電圧値の比は、受光領域３８ａ、３８ｂにそれぞれ受光した結像ビームの面積比とみなせる。この面積比は、対象物の距離の変化により結像ビームが移動することで変化する。即ち面積比を結像ビームの位置相当値とみることができる。これにより、面積比即ち電圧値の比をビーム光結像位置情報即ち距離情報として用いることができる。
【００４９】
ここで図９に、面積比と対象物距離の関係の一例を示す。また、ここでは、赤外線距離センサ３０ａは、床面３（図２参照）に対して光軸がおよそ垂直になるように設置している場合である。また、受光領域３８ａ上の結像ビームを領域Ａ、受光領域３８ｂの結像ビームの領域Ｂとする。基線長は、照射レンズ３５ａと受光レンズ３７ａとの光軸間距離、ビーム光径は、照射レンズ３５ａより照射されるビーム光の直径、センサ設置高さは、受光レンズ３７ａから床面３までの距離、焦点距離は、受光レンズ３７ａの焦点距離、像距離は、受光レンズ３７ａから２分割ＰＤ３８の結像面までの距離である。２分割ＰＤは、受光領域が４ｍｍ×４ｍｍ×２個のものを用いる。
【００５０】
また、以上では多分割ＰＤ３８の分割数は２分割として説明したが、２分割以上としてもよい。また多分割ＰＤは、分割されていないＰＤを並べて配置したものでもよい。
【００５１】
図１０、１１に示すように、ここでは、多分割ＰＤ３８の分割数を４分割として説明する（以下これを４分割ＰＤ３８’という）。図１０に示すように、この場合には、２分割と同様に、４分割ＰＤ３８’は、４つの受光領域３８ｄ、３８ｅ、３８ｆ、３８ｇ（以下これらを特に区別しないときは単に受光領域という）に分割され、基板３８ｃ上に並列に置かれている。４分割ＰＤ３８’は、人物２で反射して受光レンズ３７ａにより結像されたビーム光が４分割ＰＤ３８’上に結像することで、それぞれの受光領域に電流が発生する。
【００５２】
そして図１１に示すように、受光領域３８ｄ、３８ｅ、３８ｆ、３８ｇには、それぞれにＩ―Ｖ変換アンプ３９ｄが接続されている。それぞれの受光領域に発生した電流の電流値は、それぞれＩ―Ｖ変換アンプ３９ｄにより電圧値に変換され、比較回路３９ｃに入力される。比較回路３９ｃは、これらを比較することで、ビーム光結像位置情報即ち距離情報を算出する。なお、比較回路３９ｃでの比較は、受光領域３８ｄ、３８ｅ、３８ｆ、３８ｇのうち出力が大きい２つの受光領域の比を取ることにより、ビーム光結像位置情報を算出するようにするとよい。
【００５３】
受光面３８の分割数は、１０分割以下とするのがよい。好ましくは４分割以下、最も好ましくは２分割である。分割数を制限することにより、Ｉ―Ｖ変換アンプ３９ｄ等の付属機器数を徒に増やすことなく、簡単な構造とすることができる。
【００５４】
また図１０に示すように、２分割より分割数の多い多分割ＰＤ３８を用いた場合には、結像したビーム光が大きく動いて２つの受光領域からはずれるような場合、即ち測定している対象の距離が大きく変化するような場合でも、他の２つの受光領域によりビーム光結像位置情報を算出できる。
【００５５】
さらに、２分割より分割数の多い多分割ＰＤ３８の場合には、１つの受光領域の距離変化による結像ビームの移動方向（図中左右方向）の幅は、結像ビーム径よりも小さくなるように設定するとよい。これは、結像ビームが少なくとも２つの受光領域にまたがらずに１つの受光領域内に入ってしまうことで、結像ビームが移動しても電圧値の比が変化しない状況が発生しないようにするためである。即ち、このようにすることで、結像ビームが移動しても電圧値の比が変化しない状況を無くすことができ、安定かつ正確に距離を測定できる。また、受光レンズ３７ａにテレセントリック光学系のものを用いてもよい。この場合には、対象物の距離が変化しても結像ビーム径が一定であることで、結像ビームの移動だけで電圧値の比が変化するので、計算を単純化することができる。テレセントリック光学系とは、絞りが対物レンズの焦点の１つにおかれている望遠鏡光学系である。また、２分割ＰＤ３８を用いる場合でも上記のように受光レンズ３７ａにテレセントリック光学系のものを用いて構成してもよい。
以下２分割ＰＤ３８を用いる場合で説明する。
【００５６】
図６に戻って、さらに赤外線距離センサ３０ａについて説明する。受光レンズ３７ａは、照射されたビーム光の波長帯域の光のみを透過させるコーティングが施されている。従って、外乱光の影響が少なく位置検出をすることができる。また以上ではビーム光は細い平行光束としたがある程度拡散した拡散光束であってもよい。拡散光束の場合は、２分割ＰＤ３８によるビーム光結像位置情報の検出に差支えない程度の拡散があってもよい。
【００５７】
また赤外線距離センサ３０ａは、赤外光照射部３１ａが投光するビーム光の波長をセンサ毎に異なるようにしてもよい。この場合には、併せて、前述の受光レンズ３７ａに施されたコーティングの透過波長帯域も、投光するビーム光に対応した透過波長帯域になるようにする。これにより、図３（ｂ）で説明した隣合うビーム光が重なる場合であっても、隣のセンサのビーム光の影響を受けることが無く、同時に照射しないように制御する必要がないので監視装置を単純化できる。また赤外線距離センサ３０ａは、赤外ＬＥＤ３４ａ（光源）を一定の周波数で点滅させ、赤外光受光部３２ａにその周波数のみの信号を通過させるバンドパスフィルタを備えるようにしてもよい。これにより、外乱光の影響を低減することができる。また、この変調周波数をセンサ毎に変えることにより、図３（ｂ）で説明したビーム光が重なる場合でも隣のセンサのビーム光の影響を受けることが無くなる。これにより、ビーム光が重なる場合であっても同時に照射しないように制御する必要がなく監視システムを単純化できる。さらに、赤外ＬＥＤ３４ａの照射のタイミングに同期させて赤外光受光部３２ａのアンプの極性を切換える同期検波を行っても好適である。
【００５８】
赤外線距離センサ３０ａは、照射するビーム光に、赤外線を用いることで、人間には見えず、不快感を与えることがない。また赤外線距離センサ３０ａは、後述のＰＳＤを用いた赤外線距離センサ３０ｂのＰＳＤ部分を単に２分割ＰＤ３８に置き換えたものであってもよい。
【００５９】
このように、赤外線距離センサ３０ａは、２分割ＰＤ３８を用いることで、回路構成を単純化できるので、安価で、単純な監視システムとすることができる。また、特に分割数を２分割で構成することで、回路構成を大幅に単純化できるので、安価で、単純な監視システムとすることができる。
【００６０】
赤外線距離センサ３０ａのセンサ制御部３３ａは、ビーム光結像位置情報を検出する際に、外乱光と区別するために、変調を行う。変調は、例えば周期的にビーム光の発光（照射）停止を繰り返し行なうような動作である。この場合、ビーム光の発光停止は、例えば光源を発光停止してもよいし、遮光板やスリットを回転させることにより、発光停止をするようにしてもよい。さらに変調は、上述に加え、外乱光の強さにより、ビーム光の出力も変化させるようにしてもよい。そしてセンサ制御部３３ａは、ビーム光を照射している時の２分割ＰＤ３８の出力値からビーム光を照射していない時の２分割ＰＤ３８の出力値を差し引いた出力値を算出する。またセンサ制御部３３ａは、信頼性を確保するために、このような動作を複数回行ない、その平均出力値をビーム光結像位置情報（以下測距信号という）とする。センサ制御部３３ａは、測距信号の値である測距信号値ｘを距離情報として演算装置１２０へ出力する。
【００６１】
図１２の模式図に示すように、対象とする人物２までの距離値Ａは、この測距信号値ｘに基づいて、三角法を用いて次式で算出することができる。
Ａ ＝ ｆ ×ｗ／（ｘ−ｂ）  ………（１）
ｆは、赤外光受光部３２ａの受光レンズ３７ａを単一レンズとしたときそのレンズの焦点距離、ｗは、赤外ＬＥＤ３４ａと２分割ＰＤ３８との間の距離、言い換えれば、照射レンズ３５ａと受光レンズ３７ａの光軸間の距離（基線長）、ｂはＰＤ３８の受光素子の配置に依存するバイアス値を示す。またここでの焦点距離は、一般に用いられている組み合わせレンズを使用する場合は、その組み合わせレンズの焦点距離とする。上述のような距離Ａの算出は、演算装置１２０の制御部１２１で行なわれる。
【００６２】
以上では、赤外線距離センサ３０ａは、距離情報として測距信号値ｘを出力する場合について説明したが、距離情報として上述の方法で算出された距離値Ａそのものを出力するように構成してもよい。
【００６３】
次に図１３のブロック図を参照して、ＰＳＤを用いた赤外線距離センサ３０ｂについて説明する。赤外線距離センサ３０ｂは、ビーム光を照射する光照射手段としての赤外光照射部３１ｂ、赤外光受光部３２ｂ、赤外線距離センサ３０ｂ全体を制御するセンサ制御部３３ｂを含んで構成されている。またセンサ制御部３３ｂは、演算装置１２０の制御部１２１内（図４参照）に備えるようにしてもよい。
【００６４】
赤外光照射部３１ｂには、赤外ＬＥＤ３４ｂと照射レンズ３５ｂとが備えられており、赤外ＬＥＤ３４ｂから照射された赤外光は照射レンズ３５ｂを介して細い平行光束のビーム光として人物２に照射される。赤外光受光部３２ｂは、赤外光照射部３１ｂにより人物２上に生成されるビーム光スポットを結像する結像光学系としての受光レンズ３７ｂと、受光レンズ３７ｂによる結像位置近傍に配置され、人物２からのビーム光を受光する受光手段としての１次元のＰＳＤ３６とを有している。さらに、赤外線距離センサ３０ｂは、ＰＳＤ３６上に結像されるビーム光スポット位置に基づいて、人物２までの距離情報に対応するスポット位置情報を出力するように構成された位置情報出力装置としての位置情報出力部３９ｂを有している。位置情報出力部３９ｂは、センサ制御部３３ｂ内に備えられている。
【００６５】
受光レンズ３７ｂは、照射された波長帯域の光のみを透過させるコーティングが施されている。従って、外乱光の影響が少なく位置検出をすることができる。また以上ではビーム光は細い平行光束としたがある程度拡散した拡散光束であってもよい。拡散光束の場合は、後述のＰＳＤ３６による重心位置の補足に差支えない程度の拡散があってもよい。
【００６６】
図２４を参照して、ＰＳＤ３６についてさらに説明する。図２４（ａ）は、模式的平面図であり、図２４（ｂ）は、模式的正面断面図である。図２４（ａ）に示すように、ＰＳＤ３６は、結像ビーム光よりも大きい受光面積を有しており、また距離変化による結像ビーム光の移動方向（図中左右方向）に、結像ビーム光の移動により結像ビーム光がはみ出さない程度の長さを有している。
【００６７】
また図２４（ｂ）に示すように、ＰＳＤ３６は、平板状のシリコンの結像ビーム光を受光する側の表面にＰ層３６ａ、Ｐ層３６ａと反対側の表面にＮ層３６ｂ、そしてＰ層３６ａとＮ層３６ｂとの中間にあるＩ層３６ｃから構成されている。ＰＳＤ３６に結像した結像ビーム光は、光電に変換され、光電流としてＰ層３６ａの両端に付けられた電極３６ｄからそれぞれ分割出力されるように構成されている。
【００６８】
赤外線距離センサ３０ｂは、ＰＳＤ３６の両端から出力される光電流の出力信号を位置情報出力部３９ｂにより演算することによりスポット位置情報として結像ビーム光の重心位置を出力するので、後述のように、人物２までの距離を測定することができる。また、照射されるビーム光は、赤外線であるので人間には見えず、不快感を与えることがない。
【００６９】
赤外線距離センサ３０ｂのセンサ制御部３３ｂは、ＰＳＤ３６により結像ビームの重心位置を検出する際に、外乱光と区別するために、変調を行う。変調は、前述の赤外線距離センサ３０ａで説明した変調と同様な動作である。センサ制御部３３ｂは、信頼性を確保するために、変調動作を複数回行ない、その平均出力値をスポット位置情報である重心補足信号（以下測距信号という）とする。センサ制御部３３は、測距信号の値である測距信号値ｘを距離情報として演算装置１２０へ出力する。また、対象とする人物２までの距離値Ａは、図１２で説明した方法と同様にして、この測距信号値ｘに基づいて、三角法を用いて算出することができる。上述のような距離値Ａの算出は、演算装置１２０の制御部１２１で行なわれる。
【００７０】
以上では、赤外線距離センサ３０ｂは、距離情報として測距信号値ｘを出力する場合について説明したが、距離情報として距離値Ａそのものを出力するように構成してもよい。
【００７１】
このように、赤外線距離センサ３０ｂは、ＰＳＤ３６を用いることで、単純に構成できるので、安価で、単純な監視装置とすることができる。
【００７２】
各々の赤外線距離センサ３０から出力される測距信号値ｘは、前述のように変調されているが、それでも僅かに外乱光の影響が残っており、変動をしている。この変動を吸収するために、時系列的に取得した測距信号値ｘを平均して、その時点のデータとする。このデータは、測距信号値ｘから算出した距離値Ａの平均値でも良いし、後で説明する距離値Ａから算出した高さＨ１の平均値である高さＨ２や奥行Ｌ１の平均値である奥行Ｌ２でも良い。平均のとり方は、色々と考えられるが、予め一定の時間間隔を定め、その間のデータを平均化してもよいし、予め、平均化する個数を定め、時系列的に移動平均値を算出する方法でもよい。前者の場合には、データ数が少なくて済み、大まかな状態把握に適する。後者の場合には、データ数は多少多くなるが、細かい挙動を追うことができる。
【００７３】
以上のように、監視システム１００の距離センサ１１として、上述のいずれの距離センサを用いても、人物２の距離情報を取得できる。即ち人物２の距離を測定できる。
【００７４】
図４を参照して、本実施の形態の監視システム１００の作用を説明する。
監視システム１００により複数の監視エリア６を含む監視ゾーン６０が監視されている。監視システム１００は、各距離センサ１１により、対応する各監視エリア６の距離を測定し、その距離情報を各距離センサ１１からの出力値として、時系列的に演算装置１２０の制御部１２１に入力している。制御部１２１は、比較演算部１２２により、この入力値を基準距離保存部１２５に保存された基準距離情報と比較し、監視部１２８によりその比較結果に基づいてより各監視エリアに存在する人物２を監視している。
【００７５】
ここで、例えば監視ゾーン６０の監視エリア６１（図３参照）に人物２が進入してきた場合、進入してきた人物２の距離は、監視エリア６１に対応する距離センサ１１により測定され、その距離情報は制御部１２１に出力される。その距離情報を入力した制御部１２１は、比較演算部１２２により、人物２の位置情報である高さ、位置を算出する。この際に、比較演算部１２２は、人物２の床面３からの高さ及び距離センサ１１からの床面３に平行な方向（図１ではＸ軸方向）の奥行を算出する。
【００７６】
ここで図１４の模式的側面図を参照して、人物２の高さ、位置を算出する方法の一例を説明する。床面３から高さＨの壁４に設置された距離センサ１１が、壁４から奥行Ｌ（Ｘ軸方向）の監視エリア６を監視しているとする。この監視エリア６に存在する人物２の距離センサ１１からの距離の値をＡとすると、人物２の高さＨ１と、奥行Ｌ１は、次式で求めることができる。
Ｈ１＝ＡＨ／（Ｈ2＋Ｌ2)1/2 ………（２）
Ｌ１＝ＡＬ／（Ｈ2＋Ｌ2)1/2 ………（３）
奥行Ｌに直交する床面３と平行方向（Ｙ軸方向（図１参照））の位置は、算出した高さＨ１、奥行Ｌ１や距離センサ１１の３次元空間内の距離測定方向により算出できる。また位置は、設定された複数の監視エリア６の位置からも大まかに捉えることができる。さらに、どの監視エリア６の距離を測定した距離センサ１１かにより大まかに捉えることができる。このように、監視エリア６に存在する人物２の位置情報を算出することができる。さらに、例えば床面３に垂直な方向に距離センサ１１を配置すれば、センサの取り付けた位置そのものを、位置とし、距離を高さとすることで、位置情報を簡単に取得することもできる。
【００７７】
このようにして、同時又は逐次的に他のそれぞれの監視エリア６も位置情報を取得する。また、複数の距離センサ１１に対応する監視エリア６が重複する場合は、以下で説明するように位置情報を取得する。
【００７８】
ここで、図３（ｂ）に示すように、複数の距離センサ１１に対応する監視エリア６が重複する場合の作動の制御について説明する。この制御は、演算装置１２０の制御部１２１内のタイミングコントローラ１２３で行う。この場合には、１つの距離センサ１１の距離の測定の後で、次の距離センサ１１の距離の測定を行うように制御する。即ち複数の距離センサ１１が同時に距離の測定をしないように制御する。このような動作が、備えられた全ての距離センサ１１の距離の測定が行われるまで繰り返される。この一連の動作を１サイクルとする。１サイクルの時間Ｔが人物２の動きに対して十分に短ければ、人物２の平均移動速度や移動距離を算出することは容易である。
【００７９】
また、上述のように１つずつ距離センサ１１による距離の測定を行うのではなく、隣接する監視エリア６の距離の測定を同時に行わないように制御する（例えば同時に距離測定を行なう監視エリアを１つおきとする）ことで、複数の距離センサ１１に同時に距離の測定を行わせることができる。このようにすれば、１サイクルの時間Ｔを大幅に短縮できる。
【００８０】
また比較演算部１２２は、同一又は同一ではない他の監視エリア６で直前に算出されたこの人物２の位置情報、例えば１サイクル前の位置情報があれば、さらにその位置情報と比較し、この人物２の移動情報である移動距離と平均移動速度を算出する。例えば移動距離は、１サイクル前後のＨ１やＬ１のデータの差より、また、平均移動速度は、このデータの差を時間Ｔで除算した値となる。さらに、これにより得られた人物２の位置情報と移動情報は、記憶部１２４内の基準距離保存部１２５に基準距離情報として保存する。
【００８１】
次に制御部１２１は、比較演算部１２２により算出された比較結果としての位置情報と移動情報から、監視部１２８により人物２の存在、その姿勢、位置、移動状態を判断する。またこの判断は、他の監視エリア６（例えば監視エリア６１を見ている場合には、隣接する監視エリア６２、６４、６５（図３参照））で算出された位置情報と移動情報からも判断される。例えば、人物２の移動がなく、かつ高さが低くなった場合は、この人物２が座ったと判断でき、また、人物２が低い高さで隣接する複数の監視エリア６に存在し、かつ移動が無い場合には、この人物２は倒れている状態にあると判断できる。このようにして監視システム１００は、複数の監視エリア６を含む監視ゾーン６０内の人物２の進入、存在と存在状態等を監視することができる。
【００８２】
以上では、距離センサ１１は、複数の場合で説明したが、１個であってもよく、その場合には、監視システム１００を単純化でき、小型化できる。また監視システム１００は、処理する距離情報が減少するので高速処理ができる。さらに、監視システム１００は、２分割ＰＤを用いた距離センサ１１を備えているので、回路構成を単純化でき、安価で単純な監視システム１００とすることができる。
【００８３】
以上のように監視システム１００は、監視エリア６にどの程度の大きさの人物２が進入し、どのような人物２の状態（どの位置で、立っている、座っている、倒れている）にあるか、また、その人物２は動いているか、また退出したかといった一連の動きを簡単な装置で追従することができる。この場合、基準距離からの差異を取得していくので、距離が比較的正確でなくても状態の判断に使うことはできる。従って、赤外線距離センサ３０の１つの欠点である人物２に照明したビーム光がある程度欠けて誤測定になっても、一連の動きからの判断と複数の監視エリア６からの総合判断で人物２の状態の判定をすることができる。
【００８４】
また監視ゾーン６０が閉空間（トイレ、風呂、エレベーター内、オフィース内）においては、壁等で囲まれているので、人物２が不在の場合の床面３や壁４までの距離を基準距離として設定しておき、その状態からの変化を追うことで、人物２の状態を判断することができる。
【００８５】
以上のような第１の実施の形態によれば、監視システム１００は、人物２の状態を判断して、人物２が倒れたとか、不法侵入者が存在しているといった監視を非常に容易に行うことができる。しかも、心理的に違和感のあるカメラを用いた画像処理を使用していないので、トイレや風呂等での状態監視において非常に有効であり、さらに簡易な装置で高速処理が可能である。また、監視システム１００は、赤外線距離センサ３０ａを用いた場合には、回路構成を単純化できるので、簡易な装置とすることができ、安価で単純な構成とすることができる。
【００８６】
図１５は、本発明による第２の実施の形態である監視システム１の模式的斜視図である。図中監視対象物２が監視領域面としての床面３上に存在している。ＸＹ軸を床面３内に置くように、直交座標系ＸＹＺがとられている。また床面３と垂直即ちＹＺ平面上に壁４が形成されている。監視対象物２は、本実施の形態では人物である。
【００８７】
一方、図中壁４には、人物２の距離を測定するための複数の距離センサ１１を含んで構成される筐体１０が設置されており、筐体１０には、複数の距離センサ１１が、複数の監視対象点としての監視エリア６に対応して設置されている。監視エリア６は、人物２の主な移動方向に対して直角な方向に２列以上配置することが好ましい。また、筐体１０は、人物２の主な移動方向即ち床面３に平行方向に対して直角な方向即ち壁４に平行方向に配置する。さらに距離センサ１１は、筐体１０に２列以上配置することが好ましい。
【００８８】
また、図２に示すように、例えば、監視システム１をトイレに設置する場合には、筐体１０を天井に設置するとよい。また、図示では監視エリア６は、２×５配置されているが、設置する数は後述のように適宜決めてよい。
【００８９】
図１６の模式的平面図の監視エリア６の配置例を参照して、監視エリア６について説明する。図１６（ａ）に示すように、複数の監視エリアは、監視する場所である監視ゾーン６０に、監視エリア６１、６２、６３、６４、６５、６６（以下監視エリアを区別しない場合は単に監視エリア６という）が、お互いに重ならないように碁盤目状に配置されている。監視エリア６の各々の配置は、筐体１０から遠い列にある監視エリア６を監視エリア６１、６２、６３とし、筐体１０に近い列にある監視エリア６を監視エリア６４、６５、６６とする。配置する数は、２列以上であり、本実施の形態では３行２列（以下３×２という）であるが、監視する場所、人物２などの条件により適宜決めてよく、例えば２×２もしくは３×３、３×４としてもよい。このように配置することで、各監視エリア６の後で説明する状態から人物２が筐体１０に対して近づく状態か遠ざかる状態かを判断することが容易にできる。また、隣接する監視エリア６の行間距離Ｐ１、列間距離Ｐ２は、それぞれ対象物即ち人物２の最小幅より狭く設定するようにする。このように複数の監視エリア６を配置すると、監視ゾーン６０内の死角を、実質的に少なくすることができるので、精度の高い監視を行なうことができる。
【００９０】
また図１６（ｂ）の模式的平面図の監視エリア６の配置例に示すように、隣合う監視エリア６が重なっていてもよい。このようにすると、監視ゾーン６０内の死角を少なくすることができるので、より精度の高い監視に有効である。この場合には、重なり合う監視エリア６に対応する距離センサ１１は、お互いに影響がないように、同時に照射しないように制御する必要がある。この制御は、前述したタイミングコントローラ１２３による制御と同様に行ってよい。
【００９１】
図１７を参照して、監視システム１の構成の一例を説明する。監視システム１は、複数の距離センサ１１が設置された筐体１０と、演算装置２０とを含んで構成される。演算装置２０は、典型的にはパソコンやマイコンである。そして複数の距離センサ１１は、演算装置２０に接続されており、それぞれの距離センサ１１から距離情報を取得できるように構成されている。距離センサ１１からの距離情報の取得は、好ましくは１０ｍｓ〜５００ｍｓ毎に、さらに好ましくは５０ｍｓ〜２００ｍｓ毎に取得するできるように構成する。また距離情報は、それぞれの距離センサ１１から時系列的に取得するように構成されている。距離情報とは、例えば実際に距離を算出する前の距離センサ１１からの出力値であるが、対象とする人物２までの距離そのものとしてもよい。また、図中距離センサ１１と演算装置２０とは、別体として示してあるが、一体として構成してもよい。
【００９２】
また距離センサ１１は、本実施の形態では、図１６で説明したように３×２に配置された監視エリア６に対応するように、筐体１０に３×２に設置している。
【００９３】
使用する距離センサ１１としては、第１の実施の形態で説明した赤外線距離センサ３０を用いる。
【００９４】
各々の赤外線距離センサ３０から出力される測距信号値ｘは、前述のように変調されているが、それでも僅かに外乱光の影響が残っており、変動をしている。この変動を吸収するために、時系列的に取得した測距信号値ｘを平均して、その時点のデータとする。このデータは、測距信号値ｘから算出した距離値Ａの平均値でも良いし、図１４で説明した距離値Ａから算出した高さＨ１の平均値である高さＨ２や奥行Ｌ１の平均値である奥行Ｌ２でも良い。平均のとり方は、色々と考えられるが、予め一定の時間間隔を定め、その間のデータを平均化してもよいし、予め、平均化する個数を定め、時系列的に移動平均値を算出する方法でもよい。前者の場合には、データ数が少なくて済み、大まかな状態把握に適する。後者の場合には、データ数は多少多くなるが、細かい挙動を追うことができる。
【００９５】
演算装置２０は、制御部２１を備えており、監視システム１全体を制御している。また複数の距離センサ１１は制御部２１に接続され、制御されている。制御部２１には、記憶部２４が接続されており、算出された情報等のデータが記憶できる。さらに記憶部２４内には、距離センサ１１で取得した測距信号値ｘを時系列で保存する距離情報保存部２５が備えられている。
【００９６】
また制御部２１には、監視システム１を操作するための情報を入力する入力装置２６、監視システム１で処理された結果を出力する出力装置２７が接続されている。入力装置２６は例えばタッチパネル、キーボードあるいはマウスであり、出力装置２７は例えばディスプレイやプリンタあるいは警報装置である。本図では、入力装置２６、出力装置２７は演算装置２０に外付けするものとして図示されているが、内蔵されていてもよい。
【００９７】
さらに制御部２１内には、複数の距離センサ１１と、距離情報保存部２５に保存された測距信号値ｘとに基づいて人物２の状態を判断する判断部２２が備えられている。以下、判断部２２の構成について説明する。
【００９８】
判断部２２は、距離センサ１１で取得された測距信号値ｘと距離情報保存部２５に保存された直前の測距信号値ｘとの距離情報差を演算する。そして判断部２２は、この距離情報差と第１の所定の閾値とを比較して、距離情報差が第１の所定の閾値より大のとき人物２に動きがあったと判断し、第１の所定の閾値より小のとき人物２は静止していると判断するように構成されている。第１の所定の閾値については後で詳しく説明する。
【００９９】
さらに判断部２２は、上述の判断を複数の距離センサ１１の各々について、一定の期間にわたって行なう。一定期間は、距離センサ１１による距離の測定間隔が１００ｍｓ（０．１ｓ）とすると５００ｍｓ（０．５ｓ）程度とすることが好ましい。また、一定期間は、距離センサ１１による距離の測定が５回程度行われる期間としてもよいし、システムの仕様や監視状況等に合わせて適宜決めるようにしてもよい。
【０１００】
そして判断部２２は、一定の期間内に動きがあったと判断した回数と、静止していると判断した回数との回数差を求め、回数差が第２の所定の閾値よりも大なる距離センサ１１に対応する監視エリア６に動きがあったと判断するように構成されている。第２の所定の閾値は、例えば少なくとも動きあったと判断した回数が、静止していると判断した回数より多いときに、動きがあったと判断するように設定することが好ましい。このような場合は、第２の所定の閾値は１ということになる。
【０１０１】
さらに判断部２２は、上述の判断で動きがあったと判断された監視エリア６の数と、静止していると判断された監視エリア６の数との差を求め、この差に基づいて、人物２が全体として動いているか、静止しているかを判断するように構成されている。この判断は、例えば動作状態と判断した監視エリア数が１つでもあれば、人物２が全体として動きがあったと判断するようにするとよい。また、動きあったと判断した監視エリア数が３つ以上あれば、人物２が全体として動きがあったと判断するようにしてもよい。
【０１０２】
また判断部２２は、人物２の存在する床面３に対するそれぞれの距離センサ１１の相対的な位置と、相対的な距離測定方向とに基づき、人物２の床面３からの高さ及び距離センサ１１からの床面３に平行な方向（図１５ではＸ軸方向）の奥行を算出するように構成されている。また高さと奥行は、複数の距離センサ１１からそれぞれ一定の期間毎に取得される距離情報の平均値である。または、ある一定の個数の距離情報に関する移動平均値としてもよい。
【０１０３】
ここで、図１８を参照して、また図１６、図１７を適宜参照して、人物２が静止状態にあるか動作状態にあるかの判断について説明する。図１８は、この判断を一定の期間毎に表したものである。この判断は、制御部２１内の判断部２２で行なわれる。また、距離センサ１１による距離の測定即ち測距信号値ｘの出力は、０．１ｓ（１００ｍｓ）毎に行う場合で説明する。またここでは、一定の期間を０．５ｓ（５００ｍｓ）即ち距離センサ１１による距離の測定が５回行われる（測距信号値ｘが５回入力される）期間とする。さらに監視エリア６は、前に図１６を参照して説明した配置とする。
【０１０４】
赤外線距離センサ３０より入力した測距信号値ｘは、ノイズ例えば回路ノイズ、外乱光ノイズ等の混入により変動が発生する。このような測距信号値ｘの変動は、距離センサ１１で測定される人物２の距離値Ａにそのまま反映されるため、誤判断の原因となってしまう場合がある。従って以下のような方法で静止状態にあるか動き状態にあるかの判断を行う。
【０１０５】
まずは、測距信号値ｘのノイズによる変動値を、予め測定しておく。そして測定した変動値にさらにある余裕度をもった値を第１の所定の閾値として設定する。次に、判断部２２は、距離センサ１１より入力した測距信号値ｘと距離情報保存部２５に保存された測距信号値ｘとを比較する。また、測距信号値ｘで比較を行うのは、前述の方法により測距信号値ｘから算出した距離値Ａで比較するよりも、測距信号値ｘのノイズによる影響を軽減することができるためである。これは、距離センサ１１から出力される測距信号値ｘと、算出した距離値Ａとは線形関係ではなく、距離値Ａは、測定する距離が遠くなるにつれてノイズによる変動の影響が大きくなる即ち距離の測定誤差が大きくなる傾向があるためである。
【０１０６】
この比較により判断部２２は、距離情報保存部２５に保存された測距信号値ｘと距離センサ１１より入力した測距信号値ｘとの信号値差が第１の所定の閾値より大きいとき、この距離センサ１１に対応する監視エリア６に動きがあった（動作状態）と判断する。また、判断部２２は、距離情報保存部２５に保存された測距信号値ｘと距離センサ１１より入力した測距信号値ｘとの信号値差が第１の所定の閾値より小さいとき、この距離センサ１１に対応する監視エリア６に動きが無かった（静止状態）と判断する。この判断は、それぞれの監視エリア６毎即ち距離センサ１１毎に行われる。これにより、判断部２２は、例えばランダム的に混入するノイズに対しても、誤判断を起こすことがない。
【０１０７】
そして判断部２２は、このような判断を一定の期間行う。制御部２２は、この一定の期間に動きがあったと判断した回数と、静止していると判断した回数との回数差を求める。
【０１０８】
判断部２２は、回数差が第２の所定の閾値より大きいとき、この一定の期間内にこの距離センサ１１に対応する監視エリア６が動作状態と判断する。また、判断部２２は、回数差が第２の所定の閾値より小さいとき、この一定の期間内にこの距離センサ１１に対応する監視エリア６が静止状態と判断する。この判断は、それぞれの監視エリア６毎に行われる。ここでは、第２の所定の閾値は、動作状態と判断した回数が、静止状態と判断した回数より多いときに、動きがあったと判断するように設定している。
【０１０９】
これにより、判断部２２は、例えば窓から差し込む日光のちらつき等によるショット的、突発的なノイズに対しても、誤判断を起こすことがない。これは、実際には静止状態にありながら、突発的なノイズにより、瞬間的に動作状態であると判断しても、一定の期間にわたって、動作状態と判断した回数と、静止状態と判断した回数とを比較しているので、静止状態と判断できるからである。
【０１１０】
さらに判断部２２は、上述の判断で、動きがあったと判断した監視エリアの数と、静止していると判断した監視エリアの数との監視エリアの数の差から、人物２が全体として動いているか、静止しているかを判断する。ここでは、この判断は、動作状態と判断した監視エリア数が１つでもあれば、人物２が全体として動きがあったと判断する。
【０１１１】
以上のように、判断部２２は、人物２が静止状態にあるか動作状態にあるかを、一定の期間毎に判断する。また、このような方法で人物２が静止状態にあるか動作状態にあるかの判断を行うと、測距信号値ｘに混入しているノイズによる影響を軽減することができる。
【０１１２】
さらに、人物２の姿勢の状態を判断する方法について説明する。この判断は、制御部２１内の判断部２２で行なわれる。
【０１１３】
まず、制御部２１は、距離センサ１１より０．１ｓ毎に取得した測距信号値ｘから、図１２で説明した方法で、距離値Ａを算出する。
図１９に算出された距離値Ａの例を示す。
【０１１４】
次に制御部２１は、この距離値Ａに基づき、図１４で説明した方法で算出した高さＨ１、奥行Ｌ１を算出する。さらに制御部２１は、高さＨ１、奥行Ｌ１の０．５ｓ毎の平均値Ｈ２、Ｌ２を算出する。
図２０、図２１に算出された平均値Ｈ２、Ｌ２の例をそれぞれ示す。
【０１１５】
制御部２１は、高さの平均値Ｈ２を幾つかの区分データに変換する。例えば、−４００ｍｍ以下を区分０、−４００〜２００ｍｍを区分１、２００〜５００ｍｍを区分２、５００ｍｍから１０００ｍｍを区分３、１０００ｍｍ以上を区分４とする。
【０１１６】
図２２に高さの平均値Ｈ２を区分データに変換した結果例を示す。ここで、区分０は、例えば赤外線距離センサ３０が受光したビーム光のビーム欠けにより、距離の測定が正常に行われなかった状態を示す。即ち監視エリア６に人物２と特定できない物体は存在するが、高さＨ１が特定できなかったことを示す。区分１は、基準高さ（例えば、床）から２００ｍｍ以内で、通常は、物体あるいは人物２の存在していない状態を示す。区分２は、人物２が倒れた状態に近い状態を示す。また、区分３は、何かに寄りかかった状態に近い状態を示す。区分４は、立っている状態に近い状態を示す区分とする。
【０１１７】
図２３に奥行の平均値Ｌ２を区分データに変換した結果例を示す。高さＨ２と同様に、奥行の平均値Ｌ２を幾つかの区分データに変換することで、人物２の存在する位置の距離センサ１１からおよその奥行を知ることができる。奥行の区分は、例えば前述の高さの区分を比例配分したものでよい。
【０１１８】
判断部２２は、以上で説明した高さと奥行の区分データと、人物２が静止状態にあるか動き状態にあるかの判断を加味して、人物２の状態を判断する。例えば、全体として静止しており、かつ全ての高さ区分１であれば、何もない状態。即ち、閉鎖空間であれば、空室状態を示している。また、静止状態であり高さの区分状態が２の状態が、予め定めた時間以上続けば、人物２が倒れていると判断する。また、区分４の状態であれば、立っている状態であると判断できる。
【０１１９】
さらに判断部２２は、それぞれの監視エリア６で人物２が動いている状態か静止している状態かの判断結果と、高さの区分の変化より、人物２が、筐体１０に対して、近づいてくる状態であるか、または、遠ざかっていく状態であるかを判断することができる。
【０１２０】
また判断部２２は、人物２が倒れていたり、何かに寄りかかっている状態がある一定以上継続していれば、人物２に異常が発生した（例えば気分が悪くなった）と判断する。さらにその状態で、かつ静止している状態にあれば、人物２が危険な状態（例えば意識を失っている）と判断するなど、きめこまかい状態の判断をすることができる。これにより、例えば本システムの管理者は、いち早く、監視ゾーンの異変を知ることができることで、例えば急病人に対し適切な救急処置を行うことができる。また判断部２２は、この判断により、例えば監視ゾーンに備えられたスピーカから警告を発したり、外部例えば消防署等に通報するようにしてもよい。このとき判断部２２は、それぞれの監視エリア６の奥行の区分データから、倒れている場所の特定をすることができ、さらにきめこまかい状態の判断が可能であり、情報提供をすることができる。
【０１２１】
以上では、距離センサ１１は、複数の場合で説明したが、１個であってもよく、その場合には、監視システム１を単純化でき、小型化できる。また監視システム１は、処理する距離情報が減少するので高速処理ができる。さらに、監視システム１は、２分割ＰＤを用いた距離センサ１１を備えているので、回路構成を単純化でき、安価で単純な監視システム１とすることができる。
【０１２２】
以上のように監視システム１は、監視エリア６にどの程度の大きさの人物２が進入し、その人物２はどのような状態（どの位置で、立っている、座っている、倒れている）にあるか、また、その人物２は動いているか、また退出したかといった一連の動きを簡単な装置で追従することができる。この場合、人物２の動きと、高さ、奥行の区分から状態を判断するので、距離がそれほど正確でなくても状態の判断を行うことができる。従って、赤外線距離センサ３０の１つの欠点である人物２に照明したビーム光がある程度欠けて誤測定になっても、一連の動きからの判断と複数の監視エリア６からの総合判断で人物２の状態の判定をすることができる。
【０１２３】
また監視ゾーン６０が閉空間（トイレ、風呂、エレベーター内、オフィース内）においては、壁等で囲まれているので、人物２が不在の場合の床面３や壁４までの距離を基準距離、即ち人物２が存在しない状態のいわば背景の距離として設定しておき、その状態からの変化を追うことで、人物２の状態を判断することができる。
【０１２４】
以上のような第２の実施の形態によれば、監視システム１は、人物２の状態を判断して、人物２が倒れたとか、不法侵入者が存在しているといった監視を非常に容易に行うことができる。しかも、心理的に違和感のあるカメラを用いた画像処理を使用していないので、トイレや風呂等での状態監視において非常に有効であり、さらに簡易な装置で高速処理が可能である。また、監視システム１は、赤外線距離センサ３０ａを用いた場合には、回路構成を単純化できるので、簡易な装置とすることができ、安価で単純な構成とすることができる。
【０１２５】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、監視対象物までの距離を測定する複数の距離センサと、前記距離センサで時系列的に取得した距離情報を保存する距離情報保存部と、前記距離情報保存部に保存された距離情報に基づいて前記監視対象物の動きの有無を判断する判断部とを備え、前記距離センサは、前記監視対象物にビーム光を照射する光照射手段と、前記監視対象物で反射されるビーム光を結像する結像光学系とを有し、判断部は、距離情報に基づいて、複数の距離センサのうちの各距離センサに対応する監視エリアごとに、距離センサと監視対象物との距離のうちの、前記監視対象エリアに前記監視対象物が存在しないときの前記ビーム光の反射平面である監視領域面に対して垂直な高さ方向の距離及び監視領域面に平行な奥行方向の距離の少なくとも一方を算出し、算出した高さ方向の距離及び奥行方向の距離の少なくとも一方を予め監視対象物の姿勢と対応づけられた区分データに変換し、区分データを参照することにより監視対象物の姿勢を判断するので、距離がそれほど正確でなくても状態の判断を行うことができると共に、簡易な装置で高速処理が可能な監視システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態である監視システムの概要を示す模式的斜視図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態である監視システムをトイレに設置した場合の概要を示す模式的斜視図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態である監視エリアが重複しない配置例（ａ）と監視エリアが重複する配置例（ｂ）を説明する模式的平面図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態で用いる監視システムの構成例を示すブロック図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態である距離センサを、カーブをつけて設置する場合を説明する模式的側面図である。
【図６】本発明の実施の形態で用いる２分割ＰＤを使用した赤外線距離センサの構成例を示すブロック図である。
【図７】図６の場合における、２個のＰＤを用いた場合を説明する模式図である。
【図８】図７の場合における、２個のＰＤを用いた場合を説明する概念図である。
【図９】本発明の実施の形態で用いる２分割ＰＤを使用した赤外線距離センサを用いた場合の面積比と対象物距離との関係の一例を示す図である。
【図１０】本発明の実施の形態で用いる４分割ＰＤを説明する模式図である。
【図１１】図１０の場合における、４分割ＰＤを説明する概念図である。
【図１２】本発明の実施の形態で、監視対象物の距離を算出する方法を説明する模式図である。
【図１３】本発明の実施の形態で用いるＰＳＤを使用した赤外線距離センサの構成例を示すブロック図である。
【図１４】本発明の実施の形態で、監視対象物の距離から監視対象物の高さと奥行を算出する方法を説明する模式的側面図である。
【図１５】本発明の第２の実施の形態である監視システムの概要を示す模式的斜視図である。
【図１６】本発明の第２の実施の形態である監視エリアの配置例（ａ）と監視エリアが重複する配置例（ｂ）を説明する模式的平面図である。
【図１７】本発明の第２の実施の形態で用いる監視システムの構成例を示すブロック図である。
【図１８】本発明の第２の実施の形態で、判断部による判断結果を示す図である。
【図１９】図１８の場合における、距離センサで取得した距離情報から算出した距離値を示す図である。
【図２０】図１９の場合における、距離センサで取得した距離情報から算出した高さの平均値を示す図である。
【図２１】図１９の場合における、距離センサで取得した距離情報から算出した奥行の平均値を示す図である。
【図２２】図２０の場合における、高さの区分を示す図である。
【図２３】図２１の場合における、奥行の区分を示す図である。
【図２４】図１３の場合における、ＰＳＤについて説明する（ａ）模式的平面図、（ｂ）模式的正面断面図である。
【符号の説明】
１、１００  監視システム
２  人物
３  床面
４  壁
６  監視対象エリア
１０  筐体
１１  距離センサ
２０、１２０  演算装置
２１、１２１  制御部
２２  判断部
２４、１２４  記憶部
２５  距離情報保存部
２６、１２６  入力装置
２７、１２７  出力装置
３０  赤外線距離センサ
３０ａ  ２分割ＰＤを用いた赤外線距離センサ
３０ｂ  ＰＳＤを用いた赤外線距離センサ
３１ａ、３１ｂ  赤外光照射部
３２ａ、３２ｂ  赤外光受光部
３３ａ、３３ｂ  センサ制御部
３６  ＰＳＤ（位置検出素子）
３７ａ、３７ｂ  受光レンズ
３８  ２分割ＰＤ（フォトディテクタ）
６０  監視ゾーン
１２２  比較演算部
１２３  タイミングコントローラ
１２５  基準距離保存部
１２８  監視部
【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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