(57)【要約】【課題】  光学式の非接触型の車軸検出装置において、検出信頼性を大幅に向上させることを目的とする。【解決手段】  道路６０上を通過する車両５０の車輪５１、５２からの拡散反射光を検出する第１の検出手段（拡散反射検出センサ１０、３０）と、車輪５１、５２による遮光を検出する第２の検出手段（遮断検出センサ２０、４０）と、これらに接続された車軸数検出手段（制御部２００）とを備え、第１の検出手段および第２の検出手段から出力される車輪検出信号３００に基づき車両５０の車軸数を検出するようにしたことを特徴とする。【選択図】図１
2012146031.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
路面上を通過する車両の車輪に向けて所定の周波数で変調された変調光を投光する拡散反射検出投光手段と、前記車輪からの拡散反射光を受光する拡散反射受光手段と、前記拡散反射受光手段から出力される受光信号を増幅しノイズ除去して該受光信号の振幅の変化から前記車輪の有無を検知する拡散反射信号処理手段とからなり、前記車輪からの拡散反射光を利用して車輪検出を行う第１の検出手段と、
前記車輪に向けて所定の周波数で変調された変調光を投光する遮光検出投光手段と、前記車両の通路を間に挟んで前記遮光検出投光手段と対向する位置に配置され、前記遮光検出投光手段から照射された光を反射する回帰反射手段と、前記回帰反射手段によって回帰反射する光を受光する回帰反射受光手段と、前記回帰反射受光手段から出力される受光信号を増幅しノイズ除去して該受光信号の振幅の変化から前記車輪による遮光状態を検知する遮光信号処理手段とからなり、前記車輪による遮光を利用して車輪検出を行う第２の検出手段と、
を備えた車軸検出装置であって、
前記第１の検出手段と前記第２の検出手段とを、それぞれ、前記車両の進行方向に沿って複数台配置すると共に、複数の前記第１の検出手段から出力される車輪検出信号と複数の前記第２の検出手段から出力される車輪検出信号とに基づいて前記車両の車軸数を検出する車軸数検出手段を具備する、
ことを特徴とする車軸検出装置。
【請求項２】
請求項１に記載の車軸検出装置において、前記第１の検出手段は、前記拡散反射受光手段から出力される拡散反射信号に対し、前記拡散反射検出用投光手段から投光される変調光の周波数に同期した周波数にて同期検波処理を行って前記拡散反射信号の振幅を検出するようにしたことを特徴とする車軸検出装置。
【請求項３】
請求項１に記載の車軸検出装置において、前記第２の検出手段は、前記回帰反射受光手段から出力される回帰反射信号に対し、前記遮光検出投光手段から投光された変調光の周波数に同期した周波数にて同期検波処理を行って前記回帰反射信号の振幅を検出するようにしたことを特徴とする車軸検出装置。
【請求項４】
請求項１に記載の車軸検出装置において、前記複数の第１の検出手段及び前記複数の第１の検出手段から投光されるそれぞれの変調光の周波数が異なる周波数に設定されていることを特徴とする車軸検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有料道路や有料駐車場などの料金所に設置されて、通過する車両の車軸数を検出する車軸検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば高速道路などの有料道路では、車両の車軸数に応じて通行料金が異なるため、通過車両の車軸数（あるいはタイヤ数）を検知するための車軸検出装置が配置されている。従来から、この車軸を検知する方式としては、踏み板方式が主流である。この踏み板方式の車軸検出装置は、路面に埋め込んだ感圧センサの上を車両が通過する際に感圧センサから出力される信号に基づいて車両の車軸数を検知するように構成されている。
【０００３】
ところで、上記の踏み板方式の車軸検出装置では、感圧センサを路面に埋め込むための施工が必要であり、設置時において多額の初期コストを要するという問題がある。さらに、車両が踏み板を乗り越える時の押圧力を接触型のセンサにより検知しているために定期的なメンテナンスが必要不可欠であり、保守点検に多くの手間を要するという問題もある。
これらの問題を解決すべく、光学式（光走査方式）の非接触型車軸検出装置が考案されており、その一例として特許文献１に記載のものが知られている。
図５に示すように、この光学式の車軸検出装置７０では、レーザーダイオード（ＬＤ）７１でパルス発光したレーザー光をコリメートレンズ７２によってコリメート化した後、ポリゴンミラー７３によってレーザー光を道路横断方向に沿って走査させ、道路６０及び通過車両５０にレーザー光を照射する。道路６０又は車両５０からの反射光は、受光レンズ７８を通して１次元位置検出素子（１次元ＰＳＤ）のような受光素子７９で受光される。そして、車軸検出装置７０は、三角測距の原理に基づいてレーザ光の照射部から対象物までの距離を測定し、各走査方向における距離情報から対象物が道路６０か、車体本体５０ａか、タイヤ５１かを判別して車軸数を検知する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−３３９５８６号公報（段落〔０００５〕、図２）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記の光走査方式の車軸検出装置７０では、高速で回転するポリゴンミラー７３からなる光走査手段を備えているため主にモーターなどの可動部が存在し、この可動部の機械的寿命により、車軸検出装置７０のメンテナンス作業が必要となる。車軸検出装置７０は、通常、連続して車両の車軸数を検知する装置であるため、保守点検や部品交換作業の頻度が高い場合は運用上、大きな問題となる。
また、車軸検出装置７０にあっては、レーザ光源７１と受光手段７９はそれぞれ一つしか有していない。レーザ光源７１は特に静電気などによって破損する場合が多く、単一光源では信頼性が乏しい。さらに車軸検出装置７０は道路６０の路面付近に設置されるため、周囲からのゴミ、雪、泥、といったものが装置筐体の光学窓に付着してしまい、検知領域に向けて照射されるレーザ光やタイヤ５１からの反射光を遮光してしまうことが予想される。従って、従来装置のように単一の光源７１および単一の受光手段７９を備えるだけでは、長期に渡って信頼性の高い車軸検出を行うことは困難である。
本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、光学式の非接触型車軸検出装置における検出信頼性を大幅に向上させることにある。特に、装置の可動部を無くすことで可動部の磨耗などに起因する故障を生じないようにし、さらに異なる種類の複数の車輪検出手段を備えることにより、精度よく車軸を検知するとともに高い信頼性の車両の車軸検出装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１の発明は、路面上を通過する車両の車輪に向けて所定の周波数で変調された変調光を投光する拡散反射検出投光手段と、前記車輪からの拡散反射光を受光する拡散反射受光手段と、前記拡散反射受光手段から出力される受光信号を増幅しノイズ除去して該受光信号の振幅の変化から前記車輪の有無を検知する拡散反射信号処理手段とからなり、前記車輪からの拡散反射光を利用して車輪検出を行う第１の検出手段と、
前記車輪に向けて所定の周波数で変調された変調光を投光する遮光検出投光手段と、前記車両の通路を間に挟んで前記遮光検出投光手段と対向する位置に配置され、前記遮光検出投光手段から照射された光を反射する回帰反射手段と、前記回帰反射手段によって回帰反射する光を受光する回帰反射受光手段と、前記回帰反射受光手段から出力される受光信号を増幅しノイズ除去して該受光信号の振幅の変化から前記車輪による遮光状態を検知する遮光信号処理手段とからなり、前記車輪による遮光を利用して車輪検出を行う第２の検出手段と、
を備えた車軸検出装置であって、
前記第１の検出手段と前記第２の検出手段とを、それぞれ、前記車両の進行方向に沿って複数台配置すると共に、複数の前記第１の検出手段から出力される車輪検出信号と複数の前記第２の検出手段から出力される車輪検出信号とに基づいて前記車両の車軸数を検出する車軸数検出手段を具備する、ことを特徴とする。
【０００７】
請求項２の発明は、請求項１に記載の車軸検出装置において、前記第１の検出手段が、前記拡散反射受光手段から出力される拡散反射信号に対し、前記拡散反射検出用投光手段から投光される変調光の周波数に同期した周波数にて同期検波処理を行って前記拡散反射信号の振幅を検出するようにした、ことを特徴とする。
【０００８】
請求項３の発明は、請求項１に記載の車軸検出装置において、前記第２の検出手段が、前記回帰反射受光手段から出力される回帰反射信号に対し、前記遮光検出投光手段から投光された変調光の周波数に同期した周波数にて同期検波処理を行って前記回帰反射信号の振幅を検出するようにした、ことを特徴とする。
【０００９】
請求項４の発明は、請求項１に記載の車軸検出装置において、前記複数の第１の検出手段及び前記複数の第２の検出手段から投光されるそれぞれの変調光の周波数が互いに異なる周波数に設定されている、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
この発明によれば、動作原理の異なる第１、第２の検出手段を、車両の進行方向に沿って複数台設置し、車両の車軸を非接触で検出するようにしており、ポリゴンミラー等の機械的な可動部がないことと相俟って、長寿命で信頼性の高い車軸検出装置を実現することができる。
【００１１】
さらに、この発明では、同期検波処理によって受光信号から外乱光由来のノイズを除去し、受光信号の振幅を高感度で検出するようにしているので、精度よく車軸数を検知することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施の形態に係る車軸検出装置の構成を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る拡散反射検出センサの構成を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る遮断検出センサの構成を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態に係る信号処理の内容を説明するための図である。
【図５】従来の車軸検出装置の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。
図１に、本発明の実施の形態に係る車両の車軸検出装置の構成を示す。図１は、車軸検出装置１００を道路６０の脇に設置した様子を上方から眺めた図である。車軸検出装置１００の内部には、拡散反射検出センサ１０、３０と遮断検出センサ２０、４０という動作原理の異なる複数の光学センサが配置されている。本実施の形態では、車両５０の進行方向に沿って、拡散反射検出センサ１０−遮断検出センサ２０ー拡散反射検出センサ３０ー遮断検出センサ４０というように、異なるセンサを交互に２台ずつ配置しているが、各センサの配置順序はこれに限定されるものではなく、また、さらにセンサ台数を増やすようにしても良いことは勿論である。
まず、拡散反射検出センサ１０、３０について説明する。図２に、拡散反射検出センサ１０、３０の構成を示す。拡散反射検出センサ１０、３０は、光源１２、コリメートレンズ１３、集光レンズ１４、受光素子１５、信号処理回路１６から構成される。光源１２はＬＥＤもしくは半導体レーザであって、その光源１２から出射される光は信号処理回路１６の内部に設けられた光源制御部１６１からの変調信号１７によって予め設定された所定の周波数で変調されている。
このとき、拡散反射検出センサ１０と拡散反射検出センサ３０とでは、前記周波数の値が異なる値に設定される。例えば、拡散反射検出センサ１０の変調周波数Ｆ１を１０ｋＨｚ、拡散反射検出センサ３０の変調周波数Ｆ３を１５ｋＨｚに設定する。それぞれの周波数で変調された変調光１１、３１は、コリメートレンズ１３によって平行光に変換されて道路方向（検出領域）に向けて投光される。なお、変調光１１、３１が通過する車両５０の車輪の高さ位置に投光されるように検出装置の光学系の各部が設計されている。
【００１４】
そして、車両５０が進入してくると、まず上流側に配置された拡散反射検出センサ１０からの前輪５１への変調光１１の照射によって拡散反射光１８が発生する。拡散反射光１８は微弱であるため前記集光レンズ１４によって集光された後、フォトダイオードなどの高感度な受光素子１５で受光され電気信号１９に変換される。この電気信号１９は、信号処理回路１６内部の増幅回路、フィルタ回路によって、増幅とノイズ除去がなされる。
【００１５】
さらに、本発明の実施の形態においては、拡散反射検出センサ１０、３０の信号処理回路１６内部の同期検波回路１６２によって、変調光１１、３１の変調周波数Ｆ１、Ｆ３に同期した信号を用いて同期検波処理を行うことで高感度検出を実現している。通常、車輪（前輪５１および後輪５２）からの拡散反射光１８は非常に微弱であって、光源１２からの照射光量に対しておよそ１／１０００以下にまで減衰している。そのため、拡散反射検出センサ１０、３０では、同期検波処理を行うことで、高感度に拡散反射光１８を検出し、確実に車輪を検知できるようにしている。
そして、図１において車両５０がさらに前進すると前輪５１と同様に後輪５２の検出がなされる。拡散反射検出センサ１０の信号処理回路１６は、拡散反射光１８の振幅の変化から車輪の有無を検出し、車軸検出装置１００の制御部２００に車輪検出信号３００を送信する。
また、遮断検出センサ３０を間に挟んで下流側に配置された拡散反射検出センサ３０によって、上述の拡散反射検出センサ１０と同様に前輪５１及び後輪５２の検出が行われることになる。
【００１６】
次に、遮断検出センサ２０、４０について説明する。図３に、遮断検出センサ２０、４０の構成を示す。遮断検出センサ２０、４０は、光源２２、コリメートレンズ２３、ビームスプリッタ２４、受光素子２５、反射板２０１、４０１、信号処理回路２６から構成される。前記光源２２はＬＥＤもしくは半導体レーザであって、その光源２２から出射される光は信号処理回路２６内部の光源制御部２６１からの変調信号２７によって予め設定された一定の周波数で変調されている。
このとき遮断検出センサ２０と遮断検出センサ４０とでは、前記周波数が異なる値に設定されており、さらに前記拡散反射検出センサ１０、３０における変調周波数とも異なるように設定されている。例えば、遮断検出センサ２０の変調周波数Ｆ２＝を２０ｋＨｚ、遮断検出センサ４０の変調周波数Ｆ４を２５ｋＨｚと設定する。それぞれの周波数で変調された変調光２１、４１は、コリメートレンズ２３によって平行光に変換されて道路方向に向けて投光される。
【００１７】
遮断検出センサ２０、４０の光軸上には、遮断検出センサ本体と対向するように反射板２０１、４０１がそれぞれ設置されており、車両５０が存在しない場合は、光源２２から投光された変調光２１、４１は反射板２０１、４０１によって遮断検出センサ２０、４０側に回帰反射される。この回帰反射光２９は、ビームスプリッタ２４により９０°側方に折り曲げられてフォトダイオードなどの受光素子２５で受光された後、電気信号２８に変換される。そして、電気信号２８は、信号処理回路２６内部の増幅回路、フィルタ回路によって、増幅とノイズ除去がなされる。
【００１８】
本発明の実施の形態においては、遮断検出センサ２０、４０の信号処理回路１６内部の同期検波回路２６２によって、変調光２１、４１の変調周波数Ｆ２、Ｆ４に同期した信号を用いて同期検波処理を行うことで、回帰反射光２９の高感度検出を実現している。これは、太陽光や車両５０のヘッドライトなどによる外乱光の影響を除去するためであり、同期検波処理によって変調周波数成分のみを高感度に検出することが可能となる。
また、拡散反射検出センサ１０、３０から投光された変調光１１、３１が隣接する遮断検出センサ２０、４０側に回り込んで受光される可能性もあるが、各センサの変調光の周波数Ｆ１〜Ｆ４が異なるため、同期検波処理によって回り込み光は除去され、常に正確な車輪検出ができるようになっている。
【００１９】
上記のように拡散反射検出センサ１０、３０は、車輪からの拡散反射光を直接検出するので、構成がシンプルで、小型・安価なセンサを実現でき、複数のセンサによる多点計測が容易に実現できるという長所を有する。しかしながら、検出される拡散反射光１８は前記のように非常に微弱である。通常、車輪はセンサから比較的近い位置を通過するので実用上は殆ど問題ないが、拡散反射検出センサ１０、３０だけでは、離れた位置にある車輪の検出が難しくなるという短所もある。
一方、遮断検出センサ２０、４０は、回帰反射光２９の車輪による遮断を検出するので、検出信号が大きく、安定した検出ができるという長所を有する。しかしながら、反射板２０１、４０１の設置が必要で、設置条件が限られる場合があり、センサを多数配置する場合には困難が伴う。また、反射板２０１、４０１が汚れたり、破損したりすることで測定不能になるといった短所もある。
【００２０】
そこで、本発明の実施の形態においては、動作原理の異なる拡散反射検出センサ１０、３０と遮断検出センサ２０、４０とを組み合せて配置し、それぞれの長所を活かし短所を補う構成としている。さらにそれぞれのセンサを複数配置する構成としているので、例えば、各センサの出力信号の状態から、特定のセンサの異常を検知しアラームを送信することも可能である。加えて、本発明の実施の形態においては、従来装置におけるポリゴンミラー７３のような機械的な可動部はないので、長期間の連続動作が可能となる。
次に、車軸数の検出処理について説明する。
本発明の実施の形態に係る車軸検出装置１００では、拡散反射検出センサ１０、３０と遮断検出センサ２０、４０から出力される車輪検出信号３００が、それぞれ制御部２００に送信される。そして、この制御部２００にて各センサからの検出信号に基づき車軸数の検知処理が行われる。
図４は、拡散反射検出センサ１０、３０および遮断検出センサ２０、４０から制御部２００に送信される車輪検出信号３００の一例を示す図である。
図４に示すように、拡散反射検出センサ１０−遮断検出センサ２０−拡散反射検出センサ３０−遮断検出センサ４０というセンサの配置順序にしたがって、前輪５１を検出したこと表す状態１〜状態４の検出信号に続けて後輪５２を検出したことを表す状態５〜状態８の検出信号が所定時間内に順次出力された場合、制御部２００は、「車両５０の進行方向は前進である」と判定すると共に「２軸の車両が通過した」と判定する。
【００２１】
以上説明したように、本発明の車軸検出装置によれば、通過する車両の車軸を安定的に高い精度で検出することができる。また、ポリゴンミラー等の機械的な可動部がないため装置の寿命をのばすことができる。
【符号の説明】
【００２２】
１００：車軸検出装置
２００：制御部
３００：車輪検出信号
１０、３０：拡散反射検出センサ
１１、２１、３１、４１：変調光
１８：拡散反射光
２０、４０：遮断検出センサ
２９：回帰反射光
６０：道路（路面）
５０：車両
５１、５２：車輪
【図１】
2012146031.tif 000003
【図２】
2012146031.tif 000004
【図３】
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【図４】
2012146031.tif 000006
【図５】
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