(57)【要約】【課題】  軸数センサを道路に埋め込むことなく、レーンを通行する車両の車軸を検出することを目的とする。【解決手段】  強度変調したレーザ光を走査し、路面に向かって斜め下方にレーザ光を放射する微細電子機械素子スキャナと、物体から反射してくる反射光を受光する長尺フォトダイオードとを有した送受光学部を備えて、長尺フォトダイオードの出力光信号の検波信号からレーザ光の反射点までの距離を計測し、得られたレーザ光の反射点までの距離及びレーザ光の照射方向に基づいて車両のタイヤを検知し、軸数をカウントする。【選択図】      図２
2011204088.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
強度変調したレーザ光を出力する光送信部と、
上記光送信部から出力されたレーザ光を走査し、路面に向かって斜め下方にレーザ光を放射する微細電子機械素子スキャナと、上記微細電子機械素子スキャナを駆動するスキャナドライバと、物体から反射してくる反射光を受光する長尺フォトダイオードとを有した送受光学部と、
上記長尺フォトダイオードの出力信号を検波する位相検波部と、
上記位相検波部の検波信号からレーザ光の反射点までの距離を計測するとともに、上記スキャナドライバからレーザ光の照射方向を得る制御部と、
上記制御部により得られたレーザ光の反射点までの距離及びレーザ光の照射方向に基づいて、車両のタイヤを検知し、検知した車両のタイヤの数から軸数をカウントする信号処理部と、
を備えた車軸検知装置。
【請求項２】
上記信号処理部は、上記車両からの反射レーザ光により検出された検波信号から反射点を画像化し、画像化された反射点における車体、タイヤ及び路面の点群密度または反射強度に基づいてタイヤを識別することを特徴とした請求項１記載の車軸検知装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、通行車両の車軸を検出する車軸検知装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
有料道路の入口や出口に設置されるＥＴＣ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｔｏｌｌ  Ｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎ  Ｓｙｓｔｅｍ）レーンにおいて、通過する車両を管理するため、車両の車軸を検出して、車種を判別するシステムが存在する。このようなシステムでは、例えば、路面に軸数センサを埋設し、タイヤが軸数センサを踏むことにより、通過する車両のタイヤの数を計数することで、車軸数を検知する（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−３５１１３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
軸数センサは、道路に埋め込むため、埋設工事による設置コストが高くなる。
また、軸数センサは、車両通行時にタイヤとの接触によって磨耗するので、定期的な交換及びメンテナンスが必要となり、その度にレーン閉鎖を行わなければならないという問題がある。
更に、軸数センサの埋設作業は、道路のはつり作業や硬化剤の使用などが必要なため、手間と時間を要するという問題がある。
【０００５】
この発明は、係る課題を解決するためになされたものであり、軸数センサを道路に埋め込むことなく、レーンを通行する車両の車軸を検出することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明による車軸検知装置は、強度変調したレーザ光を出力する光送信部と、上記光送信部から出力されたレーザ光を走査し、路面に向かって斜め下方にレーザ光を放射する微細電子機械素子スキャナと、上記微細電子機械素子スキャナを駆動するスキャナドライバと、物体から反射してくる反射光を受光する長尺フォトダイオードとを有した送受光学部と、上記長尺フォトダイオードの出力信号を検波する位相検波部と、上記位相検波部の検波信号からレーザ光の反射点までの距離を計測するとともに、上記スキャナドライバからレーザ光の照射方向を得る制御部と、上記制御部により得られたレーザ光の反射点までの距離及びレーザ光の照射方向に基づいて、車両のタイヤを検知し、検知した車両のタイヤの数から軸数をカウントする信号処理部とを備えたものである。
【発明の効果】
【０００７】
この発明によれば、軸数センサを道路に埋め込むことなく、レーンを通行する車両の車軸を精度良く検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】この発明に係る実施の形態１による車軸検知装置を備えた料金収受システムの構成を示す図である。
【図２】この発明に係る実施の形態１による車軸検知装置を構成するレーザセンサを示す構成図である。
【図３】この発明に係る実施の形態１による車軸検知装置により取得されたタイヤの画像例を示す図である。
【図４】この発明に係る実施の形態１による車軸検知装置によるタイヤの検出フローを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
実施の形態１．
図１はこの発明に係る実施の形態１による車軸検知装置を備えた料金収受システムの構成を示す図である。図１において、料金収受システムは、車軸検知装置６２と、車両検知装置６０、６１、６３と、路側アンテナ装置６５と、発進制御装置６６と、路側制御装置６７を備えている。
【００１０】
車両７０は、車載器７１が設けられている。車両７０は、ＥＴＣ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｔｏｌｌ  Ｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎ  Ｓｙｓｔｅｍ）レーン７２を通行し、料金収受システムによる料金収受が行われる。ＥＴＣレーン７２の上方には屋根８０が設けられている。
【００１１】
車軸検知装置６２は、ＥＴＣレーン７２上流の通行路横（アイランド上）に設置されたポールの下部に取り付けられる。車両検知装置６０は、車軸検知装置６２の取り付けられたポールの上部に設置される。車両検知装置６１は、ＥＴＣレーン７２における車軸検知装置６２の下流に設置された門柱上部に取り付けられる。車両検知装置６３は、ＥＴＣレーン７２における車両検知装置６１の下流に設置されたポールの上部に取り付けられる。路側アンテナ装置６５は、ＥＴＣレーン７２における車両検知装置６３の下流に設置された門柱上部に取り付けられる。発進制御装置６６は、車両検知装置６１の下流において、車両検知装置６３の手前に設置される。路側制御装置６７は、ＥＴＣレーン７２に設けられて、車軸検知装置６２、車両検知装置６０、６１、６３、路側アンテナ装置６５、発進制御装置６６が接続されており、各機器の制御を行う。
【００１２】
車軸検知装置６２は、ＥＴＣレーン７２の車両進行方向に対して０．５ｍ以下（好ましくは１５ｃｍ〜２５ｃｍ）の所定の間隔Ｄを空けて、通行路を間に挟む道路横（アイランド上）にそれぞれ配置された、１対のレーザセンサ１００から構成される。車軸検知装置６２を構成する各レーザセンサ１００は、ＥＴＣレーン７２の路面に向け、斜め下方に向けてレーザ光を放射する。車軸検知装置６２を構成する各レーザセンサ１００は、ＥＴＣレーン７２の車両進行方向に対して垂直な面内でレーザ光を扇形状に走査することによって、それぞれ擬似的な光スクリーンを構成する。この際、ＥＴＣレーン７２を通行する車両７０のタイヤに対して、確実にレーザ光が照射されるように、レーザ光の照射方向を調整する。車軸検知装置６２は、ＥＴＣレーン７２を通行する車両７０のタイヤの３次元画像を得て、タイヤの３次元画像から車軸の数をカウントする。また、車軸検知装置６２は、ＥＴＣレーン７２への車両の進入を検出する車両検知器Ｓ１を構成するとともに、車両の前進または後進を検出する。
【００１３】
車両検知装置６０は、車軸検知装置６２よりも高い位置から、ＥＴＣレーン７２の路面に向けて斜め下方にレーザ光を放射し、ＥＴＣレーン７２の車両進行方向に対して垂直な面内でレーザ光を扇形状に走査する。車両検知装置６０は、１つのレーザセンサ１００から構成される。車両検知装置６０は、車両検知器Ｓ１を構成する。車両検知装置６０は、ＥＴＣレーン７２を通行する車両７０の断面形状の画像を得て、得られた断面形状から車両７０の車高、車幅及び車形を計測する。
【００１４】
車両検知装置６１は、ＥＴＣレーン７２の路面に向けて真下にレーザ光を放射し、ＥＴＣレーン７２の車両進行方向に対して垂直な面内でレーザ光を扇形状に走査する。車両検知装置６１は、１つのレーザセンサ１００から構成される。車軸検知装置６１は、車両検知器Ｓ２を構成する。車両検知装置６０は、ＥＴＣレーン７２の路車通信領域への車両７０の進入を検出する。なお、車両検知装置６０は、車両を検出することができるものであれば良く、後述するレーザセンサ１００以外の車両検知器を用いても良い。
【００１５】
車両検知装置６３は、ＥＴＣレーン７２の路面に向けて斜め下方にレーザ光を放射し、ＥＴＣレーン７２の車両進行方向に対して垂直な面内でレーザ光を扇形状に走査する。車両検知装置６３は、ＥＴＣレーン７２の車両進行方向に対して所定の間隔ｄを空けて、通行路を間に挟む道路横（アイランド上）にそれぞれ配置された、１対のレーザセンサ１００から構成される。車軸検知装置６３は、車両検知器Ｓ４を構成する。車両検知装置６０は、ＥＴＣレーン７２からの車両７０の退出を検出する。なお、車両検知装置６３は、車両を検出することができるものであれば良く、後述するレーザセンサ１００以外の車両検知器を用いても良い。
【００１６】
路側制御装置６７は、車軸検知装置６２及び車両検知装置６０によって得られた、車両７０の車軸数、車高、車幅に基づいて、車両７０の車種または通行料金の区分を判別する。路側制御装置６７は、車両検知装置６１による車両７０の検出に応じて、路側アンテナ装置６５とＥＴＣレーン７２を通行する車両７０の車載器７１との通信を開始する。路側制御装置６７は、車両検知装置６３による車両７０の検出に応じて、路側アンテナ装置６５とＥＴＣレーン７２を通行する車両７０の車載器７１との通信を終了するとともに、車両７０の退出を確認する。
【００１７】
路側アンテナ装置６５は、ＥＴＣレーン７２の路面上に所定範囲の路車通信領域を形成する。路側アンテナ装置６５は、ＥＴＣレーン７２を通行する車両７０の車載器７１との間で専用狭域通信による無線通信を行い、車載器７１との間で情報の授受を行う。路側制御装置６７は、路側アンテナ装置６５の通信を制御するとともに、路側アンテナ装置６５との間で料金収受に係わるデータを送受信する。これによって、車載器７１の通行料金が自動的に収受される。
【００１８】
発進制御装置６６は、通常時は遮断棒を閉じており、ＥＴＣレーン７２を通行する車両の通行を阻止する。また、発進制御装置６６は、路側アンテナ装置６５と車載器７１との通信が成立し、車載器７１との間で料金収受に関する情報の受け渡しが正常に実施された場合に、路側制御装置６７からの制御によって、遮断棒を上方に移動させて通行路を開け、車両７０の通行を許可する。また、発進制御装置６６は、路側制御装置６７が車両７０の退出を確認すると、遮断棒を下げて通行路を閉じる。
【００１９】
次に、レーザセンサ１００について説明する。
図２は、実施の形態１によるレーザセンサ１００の構成を示す図である。図２において、レーザセンサ１００は、光送信部１と、送受光学部２と、位相検波部３と、制御部４と、信号処理部５から構成される。
【００２０】
光送信部１は、光源１０と、変調器１１と、ファイバ増幅器１２と、増幅器１３から構成される。変調器１１とファイバ増幅器１２は、通信部４２に接続されて（接続線は図示せず）、制御信号を受ける。光源１０は、１．４μｍ以上（例えば１．４８μｍ）の波長帯のレーザ光を発生する。光変調器１１は、増幅器１３によって増幅された変調信号に基づいて、光源１０から発生したレーザ光を連続して強度変調し、ファイバ増幅器１２に出力する。光変調器１１は、例えばマッハツェンダ干渉型光強度変調器であるＬＮ（ニオブ酸リチウム）変調器が用いられる。光変調器１１が生成する強度変調信号は、例えば１０メガヘルツの周波数ｆの変調信号によって強度変調が行われる。また、強度変調は、例えば、時刻ｔにおける変調信号Ｓ（ｔ）及び放射光の強度Ａ（ｔ）から、次の式で表わされる。
【００２１】
【数１】
2011204088.tif 000003
【００２２】
ただし、Ｓ０は、変調信号の振幅を表わし、０超１未満の実数である。φは、変調信号のｔ＝０における位相を表わし、０以上２π未満の実数である。Ａ０は、放射光の平均強度を表わし、０超の実数である。
【００２３】
ファイバ増幅器１２は、光変調器１１から出力された、強度変調された光信号を増幅するための、光ファイバ増幅器によって構成される。ファイバ増幅器１２によって増幅された光信号は、光ファイバを介して送受光学部２の光ファイバ端末２１から射出される。
【００２４】
送受光学部２は、光ファイバ端末２１と、コリメートレンズ２２と、ＭＥＭＳ（微細電子機械素子）スキャナ６と、スキャナドライバ２４と、ＴＩＡ（Transimpedance Amplifier）２５と、受光装置である長尺ＰＤ（Photodiode）２６と、受信光学系２７から構成される。スキャナドライバ２４は、通信部４２に接続されて（接続線は図示せず）、制御信号を受けるとともに、通信部４２に検出信号を送る。
【００２５】
送受光学部２の光ファイバ端末２１から射出された光は、コリメートレンズ２２によって集光され、ＭＥＭＳスキャナ６によって反射される。スキャナドライバ２４は、ＭＥＭＳスキャナ６を走査する走査信号を生成する。ＭＥＭＳスキャナ６は、半導体集積回路作製技術により、シリコン基板やその他の基板の上に形成された微細機械であり、例えば鏡と駆動部とを有する。鏡は、所定の軸を中心に角度を変えることができる。駆動部は、スキャナドライバ２４から入力した走査信号に基づいて電磁力または静電気力により鏡を動かす。コリメートレンズ２２によって集光された光は、ＭＥＭＳスキャナ６の鏡に反射して、放射方向へ向かう。ＭＥＭＳスキャナ６は、ポリゴンミラーを用いた走査光学系と比較して、鏡を高速に動かすことができるので、高速走査が可能である。また、ＭＥＭＳスキャナ６は、磨耗などによる故障が少なく、長寿命である。
【００２６】
ＭＥＭＳスキャナ６の鏡は、例えば紙面に垂直な方向を軸として、例えば２０度程度の範囲で回転する。したがって、ＭＥＭＳスキャナ６が反射した放射光は、例えば４０度程度の範囲内を一次元的に走査する。
ＭＥＭＳスキャナ６により反射されて空間に放射される送受光学部２の放射光（以下、レーザ光）は、ＭＥＭＳスキャナ６の鏡の位置を中心として、扇状の範囲を走査する。送受光学部２が放射する放射光の中心となる位置を「放射基点」と呼ぶ。
【００２７】
スキャナドライバ２４は、走査信号によって、ＭＥＭＳスキャナ６から反射され空間に放射されるレーザ光の放射方向を制御する。また、スキャナドライバ２４は、生成した走査信号に基づいて、送受光学部２からのレーザ光の放射方向を算出する。スキャナドライバ２４は、算出したレーザ光の放射方向を表わす方向信号を生成し、検出信号として制御部４に出力する。
【００２８】
送受光学部２のレーザ光の放射方向は、例えば４ミリ秒を周期（以下「走査周期」と呼ぶ。）として１往復する。例えば、車両が時速８０キロメートルで通過した場合、４ミリ秒の間に移動する距離は、約９センチメートルである。したがって、連続して通過する移動物体（車体またはタイヤ）の間隔が５０センチメートル程度であったとしても、通過した移動物体が１つ（車両１台またはタイヤ１個）であるか２つ（車両２台またはタイヤ２個）であるかを十分判別することができる。
【００２９】
送受光学部２から放射されたレーザ光は、反射物体に当たって反射する。反射物体に反射した反射光は、受光光学系２７で集光されて、長尺ＰＤ２６に入射する。
長尺ＰＤ２６は、受光面が長尺状のフォトダイオードである。長尺ＰＤ２６の受光面は、例えば、縦３０ミリメートル×横１ミリメートルの長方形である。長尺ＰＤ２６には、受光した位置にかかわらず、受光した光の強さに比例する電流が流れる。長尺ＰＤ２６の受光面が長尺状であるため、受光側を走査させる必要がない。これにより、故障の原因となる機械的要素を減らすことができ、レーザセンサ１００を長寿命化することができる。
ＴＩＡ２５は、長尺ＰＤ２６を流れる電流を電圧（以下「受光電圧」と呼ぶ。）に変換する。
【００３０】
位相検波部３は、発振器３１と、分配器３２、３３、３４と、帯域通過フィルタ（ＢＰＦ）３５と、低域通過フィルタ（ＬＰＦ）３６から構成される。発振器３１は、上記周波数ｆの変調信号を発生する。分配器３２は、発振器３１からの変調信号を光送信部１の増幅器１３に入力するとともに、分配器３３に入力する。分配器３３は、分配器３２からの変調信号を２分配して、周波数混合器３７、３８に入力する。分配器３４は、ＴＩＡ２５から入力される電圧信号を２分配し、それぞれ周波数混合器３７、３８に入力する。
【００３１】
周波数混合器３７は、分配器３３からの発振器３１が生成した変調信号と、分配器３４からのＴＩＡ２５が変換した受光電圧とに基づいて、変調信号と受光電圧との位相差を検出する。変調信号と受光電圧との位相差は、放射光が反射物体に当たって反射した反射光を受光するまでの遅延時間に対応するので、これに基づいて、反射物体までの距離を知ることができる。周波数混合器３７は、検出した位相差を表わす信号を出力する。
【００３２】
ＢＰＦ３５は、周波数混合器３７の出力信号から、変調信号の周波数ｆに近い周波数の成分だけを抽出し、他の周波数成分を除去する。抽出した受信信号をＲ（ｔ）とすると、次式で表される。
【００３３】
【数２】
2011204088.tif 000004
【００３４】
ただし、θは、受光信号のｔ＝０における位相を表わし、０以上２π未満の実数である。なお、ここでは、ドップラー効果による周波数シフトを無視している。
【００３５】
また、周波数混合器３８は、分配器３３からの発振器３１が生成した変調信号Ｓ（ｔ）と、分配器３４からのＴＩＡ２５が変換した受光電圧とに基づいて、変調信号と受光電圧との積を次式のように検出する。
【００３６】
【数３】
2011204088.tif 000005
【００３７】
ただし、θは、受光信号のｔ＝０における位相を表わし、０以上２π未満の実数である。なお、ここでは、ドップラー効果による周波数シフトを無視している。
【００３８】
ＬＰＦ３６は、求めた積のうちから、変調信号の周波数ｆより高い周波数の成分を除去し、低周波成分（数２の第一項）だけを抽出し、変調信号の振幅Ｓ０と受光信号の振幅Ｒ０との積を出力する。
【００３９】
制御部４のＡＤ変換器４１は、ＢＰＦ３５の出力信号とＬＰＦ３６の出力信号をディジタル信号に変換する。制御部４は、ＢＰＦ３５の出力する抽出した受信信号Ｒ（ｔ）を、ＬＰＦ３６の出力する積の信号で割った商を表わす信号（以下「位相信号」と呼ぶ。）を生成する。生成される位相信号Ｐ（ｔ）は、次の式で表わされる。
【００４０】
【数４】
2011204088.tif 000006
【００４１】
したがって、位相差θ−φが０以上π以下の範囲内であれば、生成された位相信号から、変調信号と受光信号との位相差を求めることができる。例えば、変調信号の周波数ｆが１０メガヘルツの場合、位相差θ−φがπになるのは光路長が約１５メートルのときだから、送受光学部２と反射物体との距離が約７．５メートル以下であれば、位相信号に基づいて反射物体までの距離を求めることができる。
変調信号と受光電圧との位相差は、放射光が反射物体に当たって反射した反射光を受光するまでの遅延時間に対応するので、これに基づいて、反射物体までの距離を知ることができる。
【００４２】
制御部４は、生成した位相信号に基づいて、光路長を算出し、反射物体までの距離を表わす信号（以下「距離信号」と呼ぶ。）を生成し、出力する。
【００４３】
制御部４は、反射強度を示す受光電圧と、生成した距離信号と、スキャナドライバ２４の生成した方向信号を、通信部４２を用いて信号処理部５に送信する。信号処理部５は、距離信号と方向信号と反射強度に基いて、送受光学部２から出射されたレーザ光の反射点までの距離及び方向と、反射強度を計測する。この際、制御部４は、スキャナドライバ２４からの方向信号と受光電圧の生成時間との間に時間ずれを生じないように、スキャナドライバ２４との時間の同期を取って、距離及び方向を計測する。
【００４４】
信号処理部５は、得られたレーザ光の反射点までの距離及び方向から、反射物体の３次元画像を得て、得られた３次元画像データについてデータ解析を行う。
【００４５】
次に、このように構成されたレーザセンサ１００を用いて、車軸検知装置６２を構成した例について説明する。
車軸検知装置６２を構成するレーザセンサ１００は、ＥＴＣレーン７２の車道（通行路）横に設置される。車軸検知装置６２を構成するレーザセンサ１００は、光送信部１によりレーザ光の強度変調を行い、車道横から路面に向けて、送受光学部２からレーザ光を放射する。この送受光学部２から放射されたレーザ光は、車両のタイヤに照射される。車軸検知装置６２を構成する送受光学部２は、車両のタイヤで反射されたレーザ光の反射光を受け取る。位相検波部３は、放射されたレーザ光と受光したレーザ光の周波数混合により信号を検波し、制御部４に送る。また、送受光学部２はレーザ光の放射方向を制御部４に送る。制御部４は、検波信号のＡＤ変換を行い、ＡＤ変換の結果とレーザ光の放射方向からレーザの反射点までの距離信号と方向信号と反射強度を得る。
【００４６】
車軸検知装置６２を構成する信号処理部５は、レーザ光の反射点までの距離信号と方向信号と受光電圧の結果データを可視化し、車両のタイヤの３次元画像データを得る。この３次元画像データには、反射強度に応じて輝度の変化する輝度情報が含まれていても良い。車軸検知装置６２を構成する信号処理部５は、この可視化されたタイヤの３次元画像データのデータ解析を行うことで、ＥＴＣレーン７２上を走る車両７０のタイヤを検知し、車両７０のタイヤから車軸を検出して、内蔵するカウンタにより車軸の軸数をカウントする。車軸の軸数のカウント値は、路側制御装置６７に送信される。
【００４７】
この際、信号処理部５は、例えば予め既知のタイヤの特徴を示す３次元画像データや３次元画像データのデータパターンやデータ特性と、計測した３次元画像データや３次元画像データのデータパターンやデータ特性とを比較し、データマッチングや特性比較のようなデータ解析を行うことにより、タイヤであるか否かを識別することで、タイヤの検知を行う。
【００４８】
例えば、図３は、車軸検知装置６２の信号処理部５により取得されたタイヤの画像データの１例を示す図である。図３に示すように、黒いタイヤは、レーザ光の反射率が低く、車体部分のレーザ光の反射率が高い特徴を有する。
信号処理部５は、例えば送受光学部２から所定の距離範囲内（車両が存在し得る距離範囲内）において、レーザ光の反射率が高くなる部分（車体に相当する部分）よりも高さが低い位置（路面に近い位置）に存在するレーザ光の反射点であって、なおかつ反射強度が低くなる、或いは反射点の密度が疎らになる部分が存在する場合、その部分の大きさや形状や密度やレーザ反射強度が、タイヤの大きさや形状や密度やレーザ反射強度に依存した所定パターンに合致すれば、タイヤであると判断する。
これによって、高い精度でタイヤを検出することができる。また、ＣＣＤカメラを用いた画像からタイヤを検出する場合に比べても、より高い精度でタイヤを検出することが可能である。
画像化されたレーザ反射点の点群密度に基づいて、タイヤを識別する処理手順例については後述する。
【００４９】
車軸検知装置６２は、レーザ光の反射点までの距離信号と方向信号と受光電圧の結果データを可視化し、車両下側の車体の３次元画像データを得ても良い。車軸検知装置６２を構成する信号処理部５は、この３次元画像データを用いて、車両の車幅を計測することができ、計測データは路側制御装置６７に送信される。
【００５０】
また、車軸検知装置６２は、レーザ光の反射点までの距離信号と方向信号と受光電圧の結果データまたはその３次元画像データから、車両の存在有無を検知しても良い。
車軸検知装置６２を構成する信号処理部５は、通行路両側のレーザセンサ１００によって車両の存在または消失を検知した時間差から、車両の速度や車両の進行方向（前進または後進）を検出しても良い。
例えば、前方側に配置されたレーザセンサ１００による車両の検出時間Ｔ１よりも、後方側に配置されたレーザセンサ１００による車両の検出時間Ｔ２の方が遅ければ車両は前進していると判断し、逆にＴ１よりもＴ２の方が早ければ車両は後進していると判断する。または、前方側に配置されたレーザセンサ１００による車両の消失時間Ｔ３よりも、後方側に配置されたレーザセンサ１００による車両の消失時間Ｔ２の方が遅ければ車両は後進していると判断する。また、車両の検出時間Ｔ１とＴ２の時間差と、前方側と後方側にそれぞれ配置されたレーザセンサ１００の間隔Ｄを用いて、Ｄ／（Ｔ２−Ｔ１）から車両の速度を求めることができる。
車軸検知装置６２による車両の検知情報及び車両の速度または進行方向の計測データは、路側制御装置６７に送信される。
【００５１】
次に、レーザセンサ１００を用いて、車両検知装置６０、６１、６３を構成した例について説明する。
車両検知装置６０、６１、６３を構成するレーザセンサ１００は、送受光学部２からレーザ光を放射し、車両上部から車体に照射する。車両検知装置６０、６１、６３を構成する送受光学部２は、車体で反射されたレーザ光の反射光を受け取る。位相検波部３は、放射されたレーザ光と受光したレーザ光の周波数混合により信号を検波し、制御部４に送る。
また、送受光学部２はレーザ光の放射方向を制御部４に送る。制御部４は、検波信号のＡＤ変換を行い、ＡＤ変換の結果とレーザの放射方向からレーザの反射点までの距離信号と方向信号を得る。車両検知装置６０、６１、６３を構成する信号処理部５は、レーザ光の反射点までの距離信号と方向信号の結果データを可視化し、車体の３次元画像データを得る。
車両検知装置６０、６１、６３を構成する信号処理部５は、この可視化された車体の３次元画像データから、車体を検出し、また車体の車高や車幅や車形を計測し、計測データは路側制御装置６７に送信される。
【００５２】
路側制御装置６７は、車軸検知装置６２から送信されてくる車両の車軸数や車幅などの情報を記憶装置に格納する。
路側制御装置６７は、車両検知装置６０、６１、６３から得られる車両７０の車幅、車高及び車形情報を記憶装置に格納する。
路側制御装置６７は、車軸検知装置６２及び車両検知装置６０、６１、６３から得られる車両７０の車軸数、車幅、車高及び車形情報と、予め設定された車軸数、車幅、車高及び車形情報に基づいた車両の車種や車両の料金区分を判別するための判別基準との比較を行い、車両の車種や車両の料金区分を判別する。
【００５３】
また、路側制御装置６７は、車軸検知装置６２から送信されてくる車両の検知情報に基づいて、車両７０が車軸検知装置６２の横を通過し、車両が車軸検知装置６２横から退出したことを検出すると、車軸検知装置６２の信号処理部５に対して、カウント初期化指令を送る。車軸検知装置６２の信号処理部５は、路側制御装置６７からカウント初期化指令を受けると、内蔵するカウンタにおける、車軸のカウント数を０に初期化する。
【００５４】
なお、車両検知装置６０、６１、６３をレーザセンサ１００で構成することにより、路側制御装置６７は、ＥＴＣレーン７２を通行中の車両７０について、その車軸数、車幅、車高及び車形情報から同一車両であるか否かの同定を行うことができる。これによって、車両検知装置６０、６１、６３を通過する同一車両の挙動を追跡管理することができるので、レーン内の車両の進入及び退出の管理や、車両の通過台数の正確な管理を行うことができる。
【００５５】
ここで、画像化されたレーザ反射点の点群密度に基づいて、タイヤを識別する処理手順について説明する。図４は、車軸検知装置６２の信号処理部５によるレーザ反射点の点群密度を利用したタイヤの検出フローを示す図である。
信号処理部５は、レーザセンサ１００によるレーザ光の反射点までの距離信号と方向信号と受光電圧の結果データに基づいて、図３に示すような車両７０のレーザ反射点の点群画像データを得る（ステップＳ１０１）。
【００５６】
次いで、信号処理部５は、得られた画像データについて、車両が存在し得る距離範囲内（車両が近接する距離（例えば０．５ｍ）から車両が最も離れる距離（例えば２ｍ）の範囲内）で、車体部分のレーザ反射点の点群密度と、タイヤ部分のレーザ反射点の点群密度と、路面部分のレーザ反射点の点群密度が異なることに着目して、以下に示すように、タイヤの検出を行う。点群密度は、所定の単位領域（例えば、縦横０．５ｍの四角領域）内の点群の数をカウントすることによって求める。
【００５７】
まず、点群密度が所定値以上となる部分を車体として検出し、検出した車体該当領域の平均点群密度を車体点群密度Ｍ１として求めるとともに、検出した車体該当領域までの距離範囲Ｌｗを求める（ステップＳ１０２）。
【００５８】
次に、検出した車体周辺の点群密度の平均を求め、この平均点群密度を路面の点群密度Ｍ２とする（ステップＳ１０３）。
【００５９】
次に、車体点群密度Ｍ１と路面点群密度Ｍ２の間の点群密度を有し、かつレーザ反射点までの距離が距離範囲Ｌｗよりも所定の距離範囲Ｌｄ（例えば０〜０．５ｍ）だけ遠く、かつレーザ反射点の位置が所定高さ（例えば路面高さから０．５ｍ）よりも低い位置から得られたレーザ反射点の点群を、タイヤ候補点群として抽出する（ステップＳ１０４）。
このとき、抽出されたタイヤ候補点群の塊部分の径が、０．５ｍ以下となる点群の塊部分をタイヤと判断する（ステップＳ１０５）。この際、タイヤ候補点群の形状が丸型であるものをタイヤの判断基準に加えても良い。
【００６０】
タイヤと判断された部分の数をカウントすることで、軸数を計測する（ステップＳ１０６）。
計測後、車両７０が車軸検知装置６２の設置位置から退出すると、信号処理部５は路側制御装置６７からのカウント初期化指令を受けて、車軸のカウント数を０にする（ステップＳ１０７）。
なお、ここではタイヤの点群密度の特性からタイヤを判別する例について説明したが、タイヤの反射強度の特性からタイヤを判別するようにしても良い。
【００６１】
以上説明した通り、実施の形態１による車軸検知装置６２は、レーザセンサ１００を用いて、タイヤを検出することにより、車軸数をカウントすることができる。
【００６２】
また、車軸検知装置６２は、強度変調したレーザ光を出力する光送信部１と、光送信部１から出力されたレーザ光を走査し、路面に向かって斜め下方にレーザ光を放射する微細電子機械素子スキャナ（ＭＥＭＳスキャナ）６と、ＭＥＭＳスキャナ６を駆動するスキャナドライバ２４と、物体から反射してくる反射光を受光する長尺フォトダイオード（長尺ＰＤ）２６とを有した送受光学部２と、長尺ＰＤ２６の出力信号を検波する位相検波部３と、位相検波部３の検波信号からレーザ光の反射点までの距離を計測するとともに、スキャナドライバ２４からレーザ光の照射方向を得る制御部４と、制御部４により得られたレーザ光の反射点までの距離及びレーザ光の照射方向に基づいて、車両のタイヤを検知し、検知した車両のタイヤの数から軸数をカウントする信号処理部５とを備えたことを特徴とする。
更に、信号処理部５は、車両からの反射レーザ光により検出された検波信号から反射点を画像化し、画像化された反射点における車体、タイヤ及び路面の点群密度または反射強度に基づいてタイヤを識別することを特徴としている。
【００６３】
また、車軸検知装置６２は、タイヤに照射するレーザ光を走査する際に、ＭＥＭＳスキャナ６を使用している。ＭＥＭＳスキャナ６は、モータを用いて鏡を振動させるのではなく、電磁力または静電気力を用いて鏡を振動させているため、モータを用いる場合に比べて、駆動部の磨耗が少なく、長寿命化することができる。また、非接触でタイヤの軸数を計測することができる。
【００６４】
したがって、消耗品でありメンテナンス時にレーン閉鎖を伴った従来の軸数センサを用いることなく、かつ従来の軸数センサに比べて、より長寿命に軸数を計測することができる。また、レーザセンサ１００は、モータレスで鏡を走査させることができるので、センサの寿命をより長く延命することができる。
【符号の説明】
【００６５】
１  光送信部、２  送受光学部、３  位相検波部、４  制御部、５  信号処理部、６  ＭＥＭＳスキャナ、２４  スキャナドライバ、２６  長尺ＰＤ（フォトダイオード）、６０  車両検知装置、６１  車両検知装置、６２  車軸検知装置、６３  車両検知装置、６５  路側アンテナ装置、６６  発進制御装置、６７  路側制御装置、１００  レーザセンサ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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