(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザパルスを発光する発光手段と、
前記発光手段からのレーザパルスを走査する走査手段と、
前記レーザパルスを各走査において走査方向にずらすように走査させる走査制御手段と、
前記レーザパルスの反射レーザパルスを受光する受光手段と、
前記発光素子の発光タイミングと前記受光素子の受光タイミングとに基づいて前記反射レーザパルスの伝搬時間の検出を行う伝搬時間検出手段と、
前記反射レーザパルスの伝搬時間により対象物体の位置検出を行う位置検出手段と、
を備えてなる位置検出装置において、
前記走査制御手段のレーザパルスのずらし動作は、隣合うレーザパルスの間隔をｎ等分する距離において、順次レーザパルスの間隔の１／ｎの距離のずらし動作による走査をｎ回走査させ、このｎ回の走査を周期的に行なうことにより、前記対象物のエッジ部の検出範囲を隣合うレーザパルスの間隔の１／ｎとすることを特徴とする位置検出装置。
【請求項２】
レーザパルスを発光する発光手段と、
前記発光手段からのレーザパルスを走査する走査手段と、
前記レーザパルスを各走査において走査方向にずらすように走査させる走査制御手段と、
前記レーザパルスの反射レーザパルスを受光する受光手段と、
前記発光素子の発光タイミングと前記受光素子の受光タイミングとに基づいて前記反射レーザパルスの伝搬時間の検出を行う伝搬時間検出手段と、
前記反射レーザパルスの伝搬時間により対象物体の位置検出を行う位置検出手段と、
を備えてなる位置検出装置において、
前記走査制御手段が、前記位置検出手段からの位置検出データに基づいて、前記対象物体を検出した際には次回以降の走査毎にその検出した際の基準となるレーザパルスに漸次近付くようにレーザパルスをずらし走査させ、前記対象物体のエッジ部の検出範囲を狭めていくことを特徴とする位置検出装置。
【請求項３】
前記走査制御手段が、前記走査手段の走査位置検出部と、その走査位置検出部からの検出データに対応して前記発光手段の発光タイミングを制御するコントローラ部とからなる請求項１または２記載の位置検出装置。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかに記載の位置検出装置において、さらに、前記位置検出手段からの位置データに基づいて前記対象物体の形態判別を行う形態判別手段を備えた形態判別装置。
【請求項５】
請求項４記載の形態判別装置において、前記対象物体を車両とした車両形態判別装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、道路上の車両をレーザーパルスを用いて検出し、判別する構成に関する。
【０００２】
【従来の技術】
最近高速道路等においては料金の自動収受が行われるようになってきており、その場合には料金の自動収受に先立ってその車両が大型車であるのか中型車であるのか小型車であるのか等の判別を行う必要がある。
【０００３】
そのような車両判別の方法としては、超音波やレーザーパルスを路面上に照射し、その反射時間により車両の幅、長さ、高さを検出して、その検出情報に基づいて車両の大きさ、形態を判別するようにしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のレーザーパルスを用いて検出を行う構成では、下記のような問題点があった。
【０００５】
図５は従来におけるレーザパルスｐの走査状態を示し、レーザパルスｐは各走査毎に走査方向に直交する方向（車両進行方向）において同位置となるように走査されている。したがって、今仮に車両Ｃの一方の側縁であるエッジ部Ｅがレーザパルスｐａ、ｐｂ間で検出された場合、その検出位置はｐａとｐｂとの位置の間スペースＳとなり、その領域Ｓのどの位置であるかは正確に検出できない。このように検出が精度良く行われないと、その検出位置間の距離となる車両Ｃの幅の検出精度も低下し、さらには車両の形態判別も良好に行われなくなる。
【０００６】
このような問題を解決するためには、例えば、１走査におけるレーザパルスの間隔を小さくするようにパルス周期を縮めることが考えられるが、その場合にはそれぞれのパルスの発光量が低減して検出精度が低下し、また、パルスの発射数が増大されることで発光素子の寿命が短くなるという基本的な問題が発生する。
【０００７】
この発明は、上記の各問題点を解消するように行う。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この発明の請求項１記載の発明では、レーザパルスを発光する発光手段と、前記発光手段からのレーザパルスを走査する走査手段と、前記レーザパルスを各走査において走査方向にずらすように走査させる走査制御手段と、前記レーザパルスの反射レーザパルスを受光する受光手段と、前記発光素子の発光タイミングと前記受光素子の受光タイミングとに基づいて前記反射レーザパルスの伝搬時間の検出を行う伝搬時間検出手段と、前記反射レーザパルスの伝搬時間により対象物体の位置検出を行う位置検出手段と、を備えてなる位置検出装置において、前記走査制御手段のレーザパルスのずらし動作は、隣合うレーザパルスの間隔をｎ等分する距離において、順次レーザパルスの間隔の１／ｎの距離のずらし動作による走査をｎ回走査させ、このｎ回の走査を周期的に行なうことにより、前記対象物のエッジ部の検出範囲を隣合うレーザパルスの間隔の１／ｎとする構成とした。
【０００９】
上記構成によれば、レーザパルスが各走査において走査方向においてずらされることで、実質的にはその間の距離が狭められたレーザパルスによる位置検出が可能となり、これにより検出精度が高められる。しかも、レーザパルスのずらし動作は、隣合うレーザパルスの間隔をｎ等分する距離において行われ、検出精度がｎ倍向上される。
【００１１】
また、レーザパルスを順次ずらし走査させ、対象物体のエッジ部の検出範囲を狭めていくようにすれば、高い検出精度か得られる（請求項２記載の発明）。
【００１３】
走査制御手段は、走査手段の走査位置検出部と、その走査位置検出部からの検出データに対応して発光手段の発光タイミングを制御するコントローラ部とからなる（請求項３記載の発明）。
【００１４】
この発明の位置検出装置は、位置データに基づいて対象物体の形態判別を行うようにすることで、車両等の形態判別装置として有効に利用される（請求項４、５記載の発明）。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図ｌは車両判別装置の配置構成を示し、車両判別装置３０は３個のレーザーセンサ３１ａ、３１ｂ、３１ｃと、それらレーザーセンサ３１ａ、３１ｂ、３１ｃそれぞれから与えられる時間差信号に基づいて車幅、車長、車両の上面形態それぞれを検出し、さらに、それらにより車両形態の判別を行う本体機器３２とからなる。この本体機器３２が位置検出手段を構成する。
【００１６】
レーザーセンサ３１ａ、３１ｂ、３１ｃそれぞれは、例えば、料金所の通過ゲートに至る路面Ｒ上を横切るように設けられるバー３４に進行方向において順次前後するように取り付けられ、一方のレーザーセンサ３１ａは車両Ｃの一方側の路面Ｒから車両Ｃの側面、上面に及ぶ範囲に、中央のレーザセンサ３１ｂは車両Ｃの上面に及ぶ範囲に、他方のレーザーセンサ３１ｃは車両Ｃの他方側の路面Ｒから車両Ｃの側面、上面に及ぶ範囲にレーザーパルスを走査するように設けられている。
【００１７】
図２はレーザーセンサ３１ａ、３１ｂ、３１ｃの構成を示すブロック図であり、その構成を説明する。
【００１８】
１は発光手段としての発光素子であり、その発光素子１の発光によるレーザーパルスが所定の間隔をおいて順次走査手段としてのポリゴンミラー２に照射され、そのポリゴンミラー２が回転されることでレーザーパルスは設定角度内において走査され、その走査レーザーパルスは照射窓３を通して路面上に至り、その反射レーザーパルスが再び照射窓３を通してポリゴンミラー２で反射され、受光手段としての受光素子５で受光されるようになっている。１１はポリゴンミラー２の駆動回路である。
【００１９】
上記発光素子１の駆動は、コントローラ４から駆動回路６への駆動指令により行われ、駆動の際にはその駆動電流がモニタ回路８でモニタされ、そのモニタ信号に基づいてスタート信号発生回路９でレーザーパルスそれぞれのスタート信号が形成され、そのスタート信号が時間差／電圧変換回路１０に与えられるようになっている。
【００２０】
１２はエンコーダであり、ポリゴンミラー２の回転位置を検出して、その検出信号をコントローラ４に与えている。上記コントローラ４とエンコーダ１２とにより走査制御手段が構成される。
【００２１】
また、受光素子５でレーザーパルスが受光されて電流が発生すると、その電流信号は電流／電圧変換回路１３で電圧信号に変換されるとともに増幅回路１５で増幅され、その増幅された電圧信号に基づきストップ信号発生回路１６でレーザーパルスそれぞれのストップ信号が形成され、そのストップ信号が時間差／電圧変換回路１０に与えられるようになっている。
【００２２】
そして、時間差／電圧変換回路１０では、対応するレーザーパルスのスタート信号とストップ信号との時間差を検出してそれを電圧信号に変換し、この電圧信号をＡ／Ｄ変換回路１７でデジタル信号とし、さらに、デジタル処理回路１８でデジタル処理した後、入出力回路１９から本体機器３２に出力するようになっている。
【００２３】
上記において、スタート信号発生回路９、ストップ信号発生回路１６、時間差／電圧変換回路１０それぞれにより伝搬時間検出手段が構成されている。
【００２４】
本体機器３２はレーザーセンサ３１ａ、３１ｂ、３１ｃのそれぞれから与えられる電圧信号それぞれを距離に換算し、レーザセンサ３１ａ、３１ｃそれぞれから得られる距離データから車両Ｃの路面Ｒ上における両エッジ位置を検出し、その両エッジ位置からその間の長さに相当する車幅を検出する。また、中央のレーザセンサ３１ｂに基づく距離データから車両の検出時間を得てその検出時間と車両の速度との積から車長を検出するとともに、距離データから車両上面の進行方向における形態を検出する。そして、そのそれぞれの検出データに基づいて車両の大型、中型、小型、バス、トレーラー等の判別を行い、その判別データを料金自動収受装置等に与えるようになっている。
【００２５】
上記の車長を検出する際の車両速度は、レーザセンサ３１ａ、３１ｂ、３１ｃが上記したように車両Ｃの進行方向において順次前後して設けられていることで、それぞれのレーザセンサ３１ａ、３１ｂ、３１ｃからの電圧信号の本体機器３２で得られるタイミングがずれることを利用して算出している。すなわち、レーザセンサ３１ａ、３１ｂ、３１ｃそれぞれの間の距離（路面Ｒにおけるレーザパルス走査位置間の距離）と電圧信号の得られるタイミングの差時間とから車両速度を算出している。とくに、レーザセンサ３１ａ、３１ｂ、３１ｃが３個あることで、レーザセンサ３１ａと３１ｂ、レーザセンサ３１ｂと３１ｃそれぞれに対応する車両速度を検出し、その平均車両速度を採用することで車両Ｃが加速、減速している場合の車両速度を精度良く算出できるようにしている。
【００２６】
また、本体機器３２からのエッジ位置検出データが、対応するレーザセンサ３１ａ、３１ｃのコントローラ４にフィードバックされる。
【００２７】
次に、この発明の特徴とするレーザーセンサ３１ａ、３１ｂ、３１ｃにおけるレーザーパルスの走査動作を説明する。
【００２８】
図３はその走査状態を示し、走査プログラムに基づくコントローラー４からの指令により路面Ｒに対し走査毎にレーザーパルスｐの間隔の１／３の距離ずれるようにレーザーパルス走査が行われている。
【００２９】
上記のように走査が行われることで、車両ＣのエッジＥは通常のレーザーパルス間スペースの１／３の幅のスペースにおける位置検出が可能となり、例えば、エッジＥが図で示される位置にある場合、従来においてはスペースＳ１において検出されていたが、この実施形態ではｎ１〜３の走査によりエッジＥが検出されることで、最終的にスペースＳ２において検出されることになる。これにより位置検出精度が向上して車両幅の検出精度も向上され、さらには車両の形態判別精度も向上される。
【００３０】
図４は他の実施形態における走査状態を示す。
【００３１】
ｎ１の走査までは走査毎にレーザーパルスｐの間隔の１／２の距離ずれるようにレーザーパルス走査が行われ、前回の走査ｎ０でのレーザパルスｐ０ｘとｐ０ｙとの間で車両Ｃのエッジが検出され、ｎ１の走査によるレーザーパルスｐ１ｘとｐ１ｙとの間で車両ＣのエッジＥが検出されてその検出信号がコントローラー１２に与えられると、次回のｎ２の走査ではその前々回のレーザーパルスｐ０ｙと前回のｐ１ｘとの中間位置にレーザーパルスｐ２ｘが位置するように走査を行い、そのレーザーパルスｐ２ｘに基づく検知信号が車両無しとする場合は、さらに次回の走査ｎ３ではその前々々回レーザーパルスｐ０ｙとｐ２ｘとの中間位置にレーザーパルスｐ３ｘが位置するように走査を行う。そして、図に示すように、レーザパルスｐ３ｘに基づく検出信号が車両有りと判定される場合は、車両ＣのエッジＥ位置がレーザパルスｐ２ｘとレーザパルスｐ３ｘとの間もしくはレーザパルスｐ３ｘ上と検出される。
【００３２】
上記において、レーザパルスｐ２ｘに基づく検知信号が車両有りとする場合は、次回の走査ｎ３ではその前々回のレーザパルスｐ１ｘと前回のｐ２ｘとの中間位置にレーザパルスｐ３ｘが位置するように走査を行う。
【００３３】
そして、上記のように車両ＣのエッジＥ位置が検出された後のレーザパルスｐの走査は車両Ｃへの対応位置に対してのみ行われ（走査ｎ２〜ｎｅ）、車両Ｃが通過して車両Ｃが検出されなくなると再びレーザパルスｐは路面Ｒの幅全体に走査され（走査ｎｅ＋１）、次の車両Ｃが検出されるまでは、走査毎にレーザーパルスｐの間隔の１／２の距離ずれるようにレーザーパルス走査が行われる。
【００３４】
この実施形態では、上記のようにして、まず、車両Ｃの発見時において車両ＣのエッジＥはレーザーパルス間スペースＳ１での正確な車両検出が可能となり、車両が検出された場合にはその検出スペースがＳ２、Ｓ３と狭められていくことで、より正確にエッジＥ位置が検出されるようになる。
【００３５】
さらに、車両Ｃが通過するまでは路面Ｒにレーザパルスｐが走査されないことで発光素子１の発光回数が低減され、これにより検出時間が短縮されるとともに、発光素子１の長寿命化が計られる。
【００３６】
【発明の効果】
この発明によれば、レーザパルスを使用しての精度の高い位置検出ができるようになり、また、車両等の形態判別が精度良くできるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施形態である車両判別装置の配置構成図
【図２】この発明の実施形態であるレーザセンサのブロック構成図
【図３】実施形態の動作説明図
【図４】他の実施形態の動作説明図
【図５】従来例の動作説明図
【符号の説明】
１      発光素子（発光手段）
２      ポリゴンミラー（走査手段）
４      コントローラ（走査制御手段）
５      受光素子（受光手段）
９      スタート信号発生回路（伝搬時間検出手段）
１０    時間差／電圧変換回路（伝搬時間検出手段）
１２    エンコーダ（走査制御手段）
１６    ストップ信号発生回路（伝搬時間検出手段）
３２    本体機器（位置検出手段）
【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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