(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の通信領域を通過する車両に搭載された車載機と通信する通信手段を備え、この通信手段の通信結果に基づいて車両に搭載された車載機を特定する車両用通信路上機において、
前記通信手段の通信領域を通過する車両の車種を判定する車種判別手段と、
この車種判別手段が判定した車両の車種に基づいて当該車両に搭載されている車載機位置を判定する車載機位置判定手段と、
この車載機位置判定手段によって求められた前記通信手段と当該車載機とが通信可能となるタイミングと、前記通信手段が前記車載機と実際に通信したタイミングとの時間差に基づいて前記車載機位置判定手段の判定対象とする車両に搭載された車載機と通信しているか否かを特定する車載機特定手段とを備え、
前記車載機特定手段は、前記通信手段が前記車載機と通信可能となるタイミングと前記通信手段が実際に通信したタイミングとの時間差が所定時間内の場合は前記通信手段が通信した車載機は前記車載機位置判定手段が判定対象としている車両に搭載されていると判断すると共に、前記車両の速度が遅い程前記所定時間を延長することを特徴とする車両用通信路上機。
【請求項２】
前記車載機位置判定手段は、前記通信手段の通信領域に三次元的に略重なるような検出領域を光学的に形成するように設けられ、
前記車載機特定手段は、前記車載機位置判定手段が車載機搭載位置を判定したタイミングを前記通信手段が前記車載機と通信可能となるタイミングであると判断することを特徴とする請求項１記載の車両用通信路上機。
【請求項３】
前記車載機位置判定手段は、レーザ光を走査することにより検出領域を光学的に形成し、レーザ光を照射してから反射光が戻ってくるまでの遅延時間に基づいて車載機搭載位置を判定することを特徴とする請求項１または２記載の車両用通信路上機。
【請求項４】
前記車種判別手段は、前記通信手段の通信領域を通過する車両の車種に加えて位置関係も判定し、
前記通信手段は、前記車載機との通信履歴を記憶するように設けられ、
前記車載機特定手段は、前記車種判別手段の判定結果に基づいて車両毎に求めた車載機搭載位置に車載機が搭載されている場合に当該車載機が前記通信手段と通信可能となるタイミングと前記通信手段が記憶している通信履歴とに基づいて車両と車載機との対応関係を関連付けることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の車両用通信路上機。
【請求項５】
前記車載機特定手段が車両と車載機との対応関係を関連付けることができないときは、その車両は不正車両であると判断する不正処理手段を備えたことを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載の車両用通信路上機。
【請求項６】
前記不正処理手段は、前記通信手段が前記車載機から取得した車種情報が前記車種判別手段が判定した車両の種別と一致しなかった場合は不正車両であると判断することを特徴とする請求項５記載の車両用通信路上機。
【請求項７】
前記車載機位置判定手段は、前記車両のフロントガラス位置を車載機搭載位置であると判断することを特徴とする請求項１乃至６の何れかに記載の車両用通信路上機。
【請求項８】
前記各手段は１個のマイクロコンピュータから構成されていることを特徴とする請求項１乃至７の何れかに記載の車両用通信路上機。
【請求項９】
請求項１乃至８の何れかに記載の車両用通信路上機を備え、
前記車載機特定手段が特定した車載機の所有者から通行料金を収受する料金収受システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、所定の通信領域を通過する車両に搭載された車載機と通信する通信手段を備え、この通信手段の通信結果に基づいて車両に搭載された車載機を特定する車両用通信路上機及びこのような車両用通信路上機を利用した料金収受システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、有料道路の自動料金収受システムが実現されつつある。この自動料金収受システムは、有料道路を走行する車両に車載機を搭載し、車両が料金所を通過する際に車載機から識別番号を読取り、その識別番号に基づいて車載機の所有者を特定して、予め設けられた口座から通行料金を収受するというものである。この場合、車載機を搭載していない不正車両が通過することが想定されることから、通信領域を通過する車両をビデオカメラで撮影し、通信領域を車両が通過するにもかかわらず通信手段が車載機と通信できなかったときは不正車両であると判断し、ビデオカメラの撮影映像に基づいて不正車両の証拠とする。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
図２３はこの種の自動料金収受システムの一例を示している。この図２３において、料金所に設けられた１つのレーンに対応してレーンコントローラ１が設けられており、このレーンコントローラ１に対応してアンテナコントローラ２、車両検知機３、車種判別機４、ビデオカメラ５等が設けられている。この場合、車両検知機３で車両を検知したときはビデオカメラ５で車両を撮影すると共にアンテナコントローラ２を駆動することによりアンテナ６を通じて車載機と通信する。そして、アンテナコントローラ２は、車載機のデータを取得したときはそのデータをレーンコントローラ１を通じて料金所コンピュータ７に出力する。また、車種判別機４は、車載機が正規の車両に搭載されているかを判定するためのもので、アンテナの通信領域を通過する車両の種別（小型乗用車、大型乗用車、バス、大型貨物車等）を判定し、レーンコントローラ１を通じて料金所コンピュータ７に出力する。
【０００４】
料金所コンピュータ７は、レーンコントローラ１から取得したデータに基づいて車載機の所有者を特定して通行料金を課金すると共に、車種判別機４が特定した車種と車載機から取得した車種情報が一致しなかったときは不正車両であると判断し、ビデオカメラ５による撮影画像を保存して不正車両の証拠とする。
【０００５】
ところで、図２３に示すものでは、アンテナコントローラ２、車両検知機３、車種判別機４は独立した機器で構成されているので、各機器の相互の位置関係に基づいて通信領域を通過する車両と車載機との対応関係を関連付けための設定が複雑である。このため、通信領域を車両が１台ずつ通過する場合は支障を生じることはないものの、通信領域に例えば２台の車両が位置し、一方の車両に車載機が搭載され、他方の車両に車載機が搭載されていない場合は、どちらの車両に車載機が搭載されているかを特定することは困難であった。このような場合は、ビデオカメラ５による撮影画像に基づいて判断するしかなく、極めて面倒であると共に信頼性が低かった。
【０００６】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、通信領域を通過する車両と車載機との対応関係を確実に関連付けることができる車両用通信路上器及び料金収受システムを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明によれば、通信手段の通信領域に車両が進入すると、車載機位置判定手段は、車両に搭載されている車載機位置を判定する。また、通信手段は、車両に搭載された車載機が通信領域に進入したところで通信する。
【０００８】
ここで、車両に車載機が搭載されている場合は、車載機位置判定手段が判定した車載機位置に搭載された車載機と通信手段が通信可能となるタイミングと、通信手段が車載機と実際に通信したタイミングとは略一致するはずであるので、そのことに基づいて車載機特定手段は車両と車載機との対応関係を確実に関連付けることができる。
【０００９】
ここで、車両に車載機が搭載されている場合は、車載機位置判定手段が判定した車載機位置に搭載された車載機と通信手段が通信可能となるタイミングと、通信手段が車載機と実際に通信したタイミングとは略一致しており、その時間差は所定時間内に収まるはずであるので、車載機位置判定手段が車載機位置を検出したタイミングと通信手段が車載機と実際に通信したタイミングとが所定時間内の場合は、車載機位置判定手段が判定対象としている車両に通信手段が通信した車載機が搭載されていると判断することができる。
【００１０】
この場合、車両の速度が遅い程、車載機位置判定手段が車載機搭載位置を検出するタイミングと通信手段が車載機と実際に通信したタイミングとの時間差が大きくなるものの、車載機特定手段は、車両の速度が遅い程所定時間を延長するので、車両と車載機との対応関係を確実に関連付けることができる。
【００１１】
請求項２の発明によれば、車載機位置判定手段は通信手段の通信領域に三次元的に略重なるような検出領域を光学的に形成するので、車載機位置判定手段が車載機の位置を判定するタイミングと通信手段が車載機と通信するタイミングとを略一致させることができる。
【００１２】
従って、車載機特定手段は、車載機位置判定手段が車両の車載機搭載位置を判定したタイミングを通信手段が通信可能となるタイミングであると判断することにより、車載機位置判定手段が車両の車載機搭載位置を検出したタイミングと略一致するタイミングで通信手段が車載機と通信できたときは、車載機位置判定手段が判定対象としている車両に通信手段が通信した車載機が搭載されていると判断することができる。
【００１３】
請求項３の発明によれば、車載機位置判定手段はレーザ光を走査することにより検出領域を光学的に形成し、レーザ光を照射してから反射光が戻ってくるまでの遅延時間に基づいて車載機搭載位置を判定するので、周知の技術を利用して車両の車載機搭載位置を精度良く判定することができる。
【００１４】
請求項４の発明によれば、上記の発明では、通信手段の通信領域に複数の車両が接近した状態で進入した場合は、車載機位置判定手段が車載機搭載位置を判定することができない場合があるものの、車種判別手段は通信領域を通過する車両の車種及び位置関係を判定すると共に、通信手段は車載機との通信履歴を記憶する。
【００１５】
従って、車種判別手段の判定結果と通信手段の通信履歴とを対応付けることにより車両と車載機との対応関係を関連付けることができるので、車載機特定手段は、それらの関係から車両と車載機との対応関係を確実に関連付けることができる。
【００１６】
請求項５の発明によれば、車両に車載機が搭載されていない場合は、車載機特定手段は車両と車載機との対応関係を関連付けることができないので、このような場合は、不正処理手段は、車両は不正車両であると判断することができる。
【００１７】
請求項６の発明によれば、車両に車載機が搭載されているものの、車載機に記憶されている車種情報と実際の車両の種別と異なっていたときは不正車両であると判断することができるので、不正処理手段は、通信手段が車載機から取得した車種情報が車種判別手段が判定した車両の種別と一致しなかった場合は不正車両であると判断することができる。
【００１８】
請求項７の発明によれば、車載機の搭載位置は車両のフロントガラスの内側に設定されているので、車載機位置判定手段は、車両のフロントガラス位置を車載機搭載位置であると判断することにより車載機搭載位置を確実に検出することができる。
【００１９】
請求項８の発明によれば、各手段を１個のマイクロコンピュータで実行することにより、各手段を個別の装置として構成した場合に比較して、各装置間の通信のための整合性を図る必要がないと共に、通信に要する時間及び処理を削減することができる。
【００２０】
請求項９の発明によれば、上記構成の車両用通信路上機により車載機の所有者を正確に特定することができるので、その所用者から確実に通行料金を収受することができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施の形態を図１乃至図２２を参照して説明する。
図１は料金所に設けられたレーンに配設された通信ユニットを示す概略的な図である。この図１において、レーン１１を跨ぐようにして配設されたガントリ１２には通信ユニット１３が設けられている。この通信ユニット１３は、レーン１１を通過する車両１４に搭載された車載機と通信することにより当該車載機の所有者を特定して通行料金を課金するためのもので、レーン１１に対して下方に向けて通信領域Ｓを設定するように設けられている。通信対象となる車両１４はレーン１１を矢印Ａの方向に通行するもので、このレーン１１は、単車などを除いた車両１４が１台分が通れる程度の道幅に設定されている。
【００２２】
ここで、通信ユニット１３は車両の種別（以下、車種）を判断する機能を有しており、そのために通信領域Ｓに対して検出領域Ｘ，Ｙが設定されている。この検出領域Ｘは車両１４の進行方向Ａに沿う縦方向にレーザ光を走査することにより通信領域Ｓにおける縦方向に略一致するように設定され、検出領域Ｙは車両１４の進行方向Ａと直交する横方向にレーザ光を走査することにより通信領域Ｓにおける後端部の横方向に略一致するように設定されている（図２及び図３参照）。この場合、レーザ光の縦方向走査及び横方向走査は、１走査毎に交互に行われるようになっている。
【００２３】
また、路側にはビデオカメラ１５が設置されており、通信領域Ｓを通過する車両１４のナンバープレート（必要に応じて運転手も）を撮影するようになっている。
【００２４】
次に、図４を参照して通信ユニット１３の構成について説明する。図４において、通信ユニット１３は、車種判別装置１６と通信装置１７とから構成されており、それらの各装置１６，１７は１個のマイクロコンピュータを主体とする制御部１８（通信手段、車載機位置判定手段、車載機特定手段、車種判別手段、不正処理手段に相当）により制御されるようになっている。
【００２５】
ここで、図４に示す車種判別装置１６は、レーザ光を例えば検出領域Ｘに縦方向走査するための構成を示しており、レーザ光を検出領域Ｙに横方向走査するための構成は、走査方向が異なるだけで構成は同一であるので、説明の簡単化のために省略してある。
【００２６】
測距部１６ａは、図示しないレーザダイオードからレーザ光を間欠的に出力すると共に、出力したパルスレーザ光が物体により反射された反射光を受光することにより、パルスレーザ光の出力タイミングと反射光の受光タイミングとの時間差から、それらの遅延時間に基づいて物体までの距離を求めるように構成されている。
【００２７】
測距部１６ａから出力されるレーザ光は、ポリゴンミラー１６ｂの反射面及び角度調整ミラー１６ｃにより検出領域Ｘに照射されるように光路が変更されている。このポリゴンミラー１６ｂは、図示しない駆動モータにより高速で回転されるようになっており、その回転状態ではレーザ光は走査されて角度調整ミラー１６ｃで反射することによりパルスレーザ光が検出領域Ｘに走査されるようになっている。
【００２８】
制御部１８は、上述したポリゴンミラー駆動モータの回転を制御することによりパルスレーザ光の走査を制御すると共に、測距部１６ａにより検出された距離検出信号を入力して後述するように車種判別処理を行なうものである。つまり、パルスレーザ光の検出領域Ｘ及び検出領域Ｙに対する走査による物体までの距離変化に基づいて車両の形状を判断するのである。
【００２９】
一方、通信装置１７は、制御部１８から与えられた送信信号をＲＦ部１７ａを通じて平面アンテナ１７ｂに与えることにより、通信領域Ｓにマイクロ波を送信するようになっており、車両が通信領域Ｓを通過する際に、車載機に登録されたＩＤコードや種々のデータを授受すると共に、高速道路を通行する場合の料金の徴収データのやり取りを行なうようになっている。このとき、制御部１８は、車載機に登録されている車種データが車種判別装置１６が判断した実際の車種と一致しているか否かを確認するようになっている。つまり、車載機は取外しが可能であるので、通行料金の安い車種で登録した車載機を通行料金の高い車両に搭載して高速道路を通行した場合は、収受できる通行料金が実際の通行料金よりも少なくなってしまうからで、通信装置１７が車載機から取得した徴収データに基づいて通行料金を徴収した場合であっても、車種データが車種判別装置１６により判定した車種と一致しない場合は不正車両と判定するようになっている。
尚、車載機は銀行に口座を設けることにより購入可能となるもので、車載機に記憶されたＩＤコードに基づいて車載機の所有者を特定することができる。
【００３０】
ここで、制御部１８は、測距部１６ａからの距離情報に基づいて通信領域Ｓに進入した車種を判定する機能に加えて、検出領域Ｘ，Ｙに位置する車両１４に搭載された車載機の搭載位置を検出する機能が付加されている。つまり、車載機は通信装置１７との通信が可能なように車両のフロントガラスの内側に設けられるようになっていることから、車種（小型乗用車、大型乗用車、バス、大型貨物車等）を判定することにより、フロントガラスの位置、ひいては車載機の位置を判断することが可能となる。この場合、制御部１８は、車両の特徴点を後述するように抽出することによりフロントガラス位置を検出するようになっている。
【００３１】
また、制御部１８は、車種判別装置１６が車載機搭載位置を検出したタイミングと通信装置１７が車載機と通信したタイミングとの時間差が所定時間内であるときは、車種判別装置１６が判定対象とした車両に通信装置１７が通信した車載機が搭載されていると判定して、その判定結果を外部Ｉ／Ｆ１７ｃを通じて出力する。
【００３２】
通信ユニット１３においては車種判別装置１６の光出射口と通信装置１７の平面アンテナ１７ｂとは近接した位置に設定されていると共に、平面アンテナ１７ｂの通信領域Ｓと車種判別装置１６の検出領域Ｘ，Ｙとは略重なるように設定され、さらに、車種判別装置１６から照射させるレーザ光は指向性が高いと共に、通信装置１７の平面アンテナ１７ｂから発信されるマイクロ波も指向性が高いことから、通信装置１７の通信領域と車種判別装置１６の検出領域Ｘ，Ｙとは三次元的に略重なっていることになる。このような構成では、車種判別装置１６が車両のフロントガラス位置を検出したタイミングと通信装置１７が車両１４のフロントガラスの内側に設置された車載機と通信するタイミングとは略一致するように設定されていることになる。
【００３３】
図５は全体構成を概略的に示している。この図５において、通信ユニット１３の制御部１８は、車両が車種判別装置１６の検出領域Ｘ，Ｙに進入したと判断したときはビデオカメラ１５を駆動すると共に、車両が検出領域Ｘ，Ｙから退出したと判断したときはビデオカメラ１５を停止し、さらに車両は不正車両であると判断したときは撮影画像を保存する。
【００３４】
また、制御部１８は、レーンコントローラ１９を通じて料金所コンピュータ２０に車載機特定情報及び不正情報を出力するようになっている。そして、料金所コンピュータ２０は、レーンコントローラ１９からの車載機特定情報に基づいて車載機の所有者に有料道路の通行料金を課金すると共に、不正情報に基づいて担当係員に不正車両の発生を報知する。
【００３５】
次に、上記車種判別装置１６による車種の判定動作を図６乃至図１２も参照して説明する。
図６および図７は、通信ユニット１３の車種判別装置１６の基本的な動作と距離の検出処理について示している。図６（ａ）はポリゴンミラー１６ｂにより走査されるレーザ光の走査角度の時間的変化を示し、同図（ｂ）はパルスレーザ光の出力タイミングを示している。また、同図（ｃ），（ｄ）は時間軸を拡大してパルスレーザ光の出力タイミング及び受光信号を示している。
【００３６】
まず、測距部１６ａは、図示しないレーザダイオードをパルス点灯させることによりパルスレーザ光を出力する。このとき、パルスレーザ光のパルス幅はｔｗであり、反射光が測距部１６ｃにより受光されて受光信号として出力されるまでの遅延時間はｔｄである。
【００３７】
この場合、上記遅延時間ｔｄと光速ｃ（＝３×１０８  ｍ／sec ）との積の値が、測距部１６ａからパルスレーザ光が出射されて物体に到達し、その反射光が測距部１６ａに到達するまでの光路長であり、物体までの距離ｄの２倍の距離２ｄに等しいことから、測距部１６ａは、距離検出情報である物体までの距離ｄをｄ（＝（ｃ×ｔｄ）／２）という演算式から求めることができる。
そして、上述のようにして得られた検出領域Ｘ，Ｙにおける検出距離ｄの情報が制御部１８に逐次入力されるようになる。
【００３８】
尚、レーザ光の走査周期Ｔｐおよびその間に実際にレーザ光を走査する走査時間Ｔｓ（図６（ａ）参照）はポリゴンミラー１６ｂの回転速度により決まるもので、パルス点灯の繰り返し周期ｔｒやこの走査時間Ｔｓなどにより検出の分解能を設定することになる。
【００３９】
これにより、例えば、パルスレーザ光を検出領域Ｘに縦方向走査することにより、図７（ａ）に示すように、車両１４の進行方向に沿った形状の検出距離情報が得られ、レーザ光を検出領域Ｙに横方向走査することにより、同図（ｂ）に示すように、車両１４の車幅方向に沿った形状の検出距離情報が得られるようになる。以後、このようにレーザ光を検出領域Ｘに縦方向走査して検出距離情報を得ることを「縦ライン計測」と略称し、レーザ光を検出領域Ｙに横方向走査して検出距離情報を得ることを「横ライン計測」と略称することにする。
【００４０】
尚、上述の構成では、横ライン計測においては、レーン１１を通行する車両１４に対して走査の繰り返しの周期に応じて車両１４の形状を全体に渡って距離を計測したデータを得ることができるが、縦ライン計測においては、レーン１１を通行する車両１４に対してレーン１１の中央部を通過している部分の形状を計測したデータのみが得られる構成である。
【００４１】
次に、制御部１８により車両１４の車種判別処理を行なう場合の処理内容について図８に示す車種判別プログラムのフローチャートにしたがって説明する。ここで、制御部１８が車種判別プログラムを実行するときは車種判別手段として機能することから、制御部１８を車種判別手段１８ａと呼称する。また、制御部１８は、車種判別手段１８ａとして動作するときは車載機位置判定手段としても動作するようになっている。
【００４２】
車種判別手段１８ａは、まず、縦ライン計測および横ライン計測を交互に行なうことにより（Ｓ１０１，Ｓ１０２）、検出領域Ｘ，Ｙ内に車両１４が存在するか否かを判断し（Ｓ１０３）、車両有りの条件が成立するまでの間はステップＳ１０１〜Ｓ１０３を繰り返し実施する。
【００４３】
さて、車両がレーザ光の走査領域に進入すると、車種判別手段１８ａは、車両有りと判断し（Ｓ１０３：ＹＥＳ）、縦ライン計測および横ライン計測により得られた検出距離情報から、それらの各検出距離ｄに対応する位置を連結して得られる外形形状Ｌ１，Ｌ２（図７参照）を求めると共に、その得られた概略的な外形形状からその形状を特徴付けるデータである特徴点Ｐ（図７中では「・」で示している）を抽出する（Ｓ１０４）。
【００４４】
次に、車種判別手段１８ａは、縦ライン計測および横ライン計測を繰り返し（Ｓ１０５，Ｓ１０６）、車両が検出領域Ｘ，Ｙに存在する状態が継続している間は（Ｓ１０７：ＹＥＳ）、特徴点Ｐの抽出を継続して行ない（Ｓ１０８）、これにより、図７（ａ），（ｂ）に示したような外形形状から特徴点Ｐとなる位置を求めることができる。この場合、図示の検出距離情報では測定間隔が広いために特徴点Ｐの抽出が困難となるように見えるが、実際には、検出点の設定間隔がさらに狭くなるように設定されるので、特徴点Ｐを求めることができる。また、車両が検出領域Ｘに進入した初期の状態では、車両は検出領域Ｙに位置していないので、縦ライン計測データのみしか特徴点Ｐを得ることはできない。
そして、このとき得られた特徴点Ｐの位置と前回の計測時点で得られている特徴点Ｐの位置とを比較することによりそれらの対応付けを行なう（Ｓ１０９）。
さて、このような特徴点Ｐの対応付けにより、車種判別手段１８ａは、車両のフロントガラス位置を判定する（Ｓ１１０）。これは、後述するようにフロントガラス位置を判定することにより車載機搭載位置を判定するためであり、車両がボンネットのない１ボックスタイプ或いはバス或いは貨物車両であれば、フロントガラスは車両の前面に位置し、車両が２ボックスタイプ（或いは１．５ボックス）であれば、フロントガラスはボンネットの後端に位置していると判断することができる。
【００４５】
この後、対応付けが行なえた特徴点Ｐの間の移動距離を求めて（図９参照）その間の移動速度を計算して求め（Ｓ１１１）、続いて、外形形状の情報から車高を計測すると共に（Ｓ１１２）、車長を計測する（Ｓ１１３）。尚、この場合において、１回の走査で車両１４の全体をカバーできない場合には、車長を計測することはできないが、特徴点Ｐを対応付けることにより車長を計測するための情報を関連付けることができる。
【００４６】
そして、車両が検出領域Ｘ，Ｙから退出すると、車種判別手段１８ａは、縦ライン計測および横ライン計測を行なったときに（Ｓ１０５，Ｓ１０６）、車両は無いと判断し（Ｓ１０７：ＮＯ）、計測を終了し、それまでに得られたデータに基づいて通過している車両１４の車種を判定する（Ｓ１１４）。つまり、車両の長さ及び車高から車種（小型乗用車、大型乗用車、バス、貨物車両等）を判定する。この場合、車種の判別にあたっては、縦ライン計測のデータでは車両１４の全体の車長がほぼ特定できているが、例えば、連結器を介して連結されたトレーラなどが通過する場合において、縦ライン計測のみでは連結器部分が検出できないと別の車両として判別する場合が生ずるが、このような場合において、横ライン計測を行なっていることにより、連結器部分の存在を検出することができるので、正確な車種判別処理を行なうことができるようになっている。
【００４７】
図１０及び図１１は車両１４が検出領域Ｘ，Ｙを通過する場合に測定したデータを示すもので、図１０に示す場合が図１１に示す場合よりも速い速度で車両１４が走行したときに得られる測定データをそれぞれ示している。すなわち、ある速度で車両１４が検出領域Ｘ，Ｙを通過したときに、横ライン計測および縦ライン計測の夫々を行なうことにより、図１０（ａ），（ｂ）に示すような時間の経過に伴ったデータの合成を行なうことができる。横ライン計測データからは、時間の経過に伴う車両１４の車幅方向の外形の変化が得られ、縦ライン計測データからは、時間の経過に伴う車両１４の進行方向の外形の変化が得られる。
【００４８】
一方、図１０の状態よりも遅い速度で車両１４が検出領域Ｘ，Ｙを通過する場合には、１回の走査あたりの車両１４の移動距離は短いので、図１１（ａ）に示すように、横ライン計測データからは車長が長く見え、縦ライン計測データからその移動距離が短いことがわかる。従って、縦ライン計測データから車両１４の車長を計測し、横ライン計測データから車両１４の幅方向のデータを得ることができるようになり、正確な車種判別を行なうことができるのである。
【００４９】
上述した図１０及び図１１の場合には、車種判別装置１６の検出領域Ｘ，Ｙを通過する車両１４の速度は一定である場合を想定しているが、渋滞などが生じている場合で、例えば、車両１４が通信ユニット１３の下を通行するときにちょうどブレーキをかけてしまうようなときには、横ライン計測データは停止した車両１４の車幅方向の計測をし続けることになるので、図１２（ａ）に示すようなデータが得られる。このような場合でも、縦ライン計測データは、同図（ｂ）に示すように、進行方向に沿った走査毎の移動が生じていないことを検出することができるので、車種の判別を正確に行なうことができるのである。
【００５０】
ところで、通信ユニット１３の制御部１８は、上述した車種判別手段の動作に加えて、撮影手段、通信手段、車載機特定手段及び不正処理手段としての動作を並列実行するようになっており、以下においては、制御部１８が実行する動作に応じて制御部１８を撮影手段１８ｂ、通信手段１８ｃ、車載機特定手段１８ｄ、不正処理手段１８ｅとして呼称するようにする。尚、これらの動作は、通信領域Ｓに位置する特定の１台の車両１４を処理するためのものであり、通信領域Ｓに複数台の車両１４が位置する場合は、各動作を車両１４の台数だけ並列実行するようになっている。
【００５１】
図１３は撮影手段１８ｂの動作を示している。この図１３において、撮影手段１８ｂは、車種判別手段８が車両１４の進入を検出すると（Ｓ２０１：ＹＥＳ）、ビデオカメラ１５に対して撮影を指令する（Ｓ２０２）。これにより、ビデオカメラ１５により車両１４のフロント部、つまりナンバープレート（必要に応じて運転手）が撮影される。
そして、車種判別手段８が車両１４の退出を検出したときは（Ｓ２０３：ＹＥＳ）、撮影終了を指令する（Ｓ２０４）。
以上の動作により、通信装置１７の通信領域Ｓを通過する車両１４のナンバープレートが撮影されることになる。
【００５２】
図１４は車載機特定手段１８ｄの動作を示している。この図１４において、車載機特定手段１８ｄは、車種判別手段１８が判断した車速に基づいて後述する所定時間を車速が遅くなるに従って補正する（Ｓ３０１）。
【００５３】
続いて、車種判別手段８が車両１４の退出を検出するまでの間に（Ｓ３０４）、車種判別手段１８が車載機搭載位置を検出するか（Ｓ３０２）、通信手段１８ｃが車載機と通信できたかを判断している（Ｓ３０３）。この場合、車載機はフロントガラスの内側に設置されているので、車種判別手段１８がフロントガラス位置を検出することにより車載機搭載位置を検出したと判断することができる。
【００５４】
ここで、車種判別装置１６の検出領域Ｘ，Ｙと通信装置１７の通信領域Ｓとは三次元的に略一致するように設定されていると共に、レーザ光及びマイクロ波は指向性が高いことから、車種判別手段１８が車載機搭載位置を検出するタイミングと通信手段１８ｃが車載機と通信するタイミングとは略同一タイミングとなるものの、車種判別装置１６の検出領域Ｘ，Ｙと通信装置１７の通信領域Ｓのずれにより何れかのタイミングが早くなり、その時間差は所定時間内に収まる。つまり、車種判別装置１６の検出領域Ｘ，Ｙよりも外側に通信装置１７の通信領域Ｓが設定されている場合は、通信手段１８ｃが車載機と通信してから（Ｓ３０３：ＹＥＳ）、所定時間内に車種判別手段１８が車載機搭載位置を判定することになる（Ｓ３０８：ＹＥＳ）。また、車種判別装置１６の検出領域Ｘ，Ｙよりも内側に通信装置１７の通信領域Ｓが設定されているときは、車種判別手段１８が車載機搭載位置であると判断してから（Ｓ３０２：ＹＥＳ）、所定時間内に通信手段１８ｃが車載機と通信することになる（Ｓ３０５：ＹＥＳ）。
【００５５】
従って、車種判別手段１８が車載機搭載位置を判定するタイミングと通信手段１８ｃが車載機と通信したタイミングとの時間差が所定時間内である場合は、車種判別手段１８が車載機搭載位置を判定した車両１４に通信手段１８ｃが通信した車載機が搭載されていると特定することができる（Ｓ３０６）。上記所定時間としては、車種判別装置１６の検出領域Ｘ，Ｙと通信装置１７の通信領域Ｓとの間の距離と車両１４の通過速度（初期設定値）に基づいて設定されている。この場合、車両１４の速度が遅い程、車種判別手段１８が車載機搭載位置を検出するタイミングと通信手段１８ｃが車載機と通信するタイミングとのずれ時間が大きくなることから、車載機特定手段１８ｄは、上述したように車種判別手段が判定した車速が遅くなる程所定時間を延長するように補正するので（Ｓ３０１）、車両１４と車載機との対応関係を確実に関連付けることができる。
【００５６】
そして、車載機特定手段１８ｄは、上述したようにして車両１４と車載機との対応関係を関連付けたときは、その情報をレーンコントローラ１９を通じて料金所コンピュータ２０に出力する（Ｓ３０７）。これにより、料金所コンピュータ２０は、車載機の所有者を特定して通行料金を課金することができる。
【００５７】
図１５は通信手段１８ｃの動作を示している。この図１５において、通信手段１８ｃは、車種判別手段１８が車両１４の進入を検出したときは（Ｓ４０１：ＹＥＳ）、通信装置１７により車載機との通信を実行する（Ｓ４０２）。このとき、車両１４に搭載された車載機は、まだ、通信領域に進入していないので、通信手段１８ｃが車載機と通信することはない。
【００５８】
車両１４が進行して、車両１４に搭載されたフロントガラス、ひいては車載機が通信装置１７の通信領域Ｓに進入したときは、通信手段１８ｃは、車載機と通信できると共に（Ｓ４０３：ＹＥＳ）、通信タイミング時間を示す通信履歴を記憶する（Ｓ４０６）。このような通信では、車載機に登録されたＩＤコードや種々のデータ及び高速道路を通行する場合の料金の徴収データの授受が行われる。そして、車種判別手段１８が車両１４の退出を検出したときは（Ｓ４０４：ＹＥＳ）、通信を停止する（Ｓ４０５）。
【００５９】
図１６は不正処理手段１８ｅの動作を示している。この図１６において、不正処理手段１８ｅは、車種判別手段１８が車種判別を終了したときは（Ｓ５０１：ＹＥＳ）、その車両１４に対して通行料金を課金済みかを判定する（Ｓ５０２）。この場合、車種の判定を終了した車両１４が通行料金を課金済みの車両１４のときは（Ｓ５０２：ＹＥＳ）、車種情報が一致するかを判定する（Ｓ５０３）。つまり、通信手段１８ｃが車載機から取得した車種情報と車種判別手段の車種判別結果とが一致するかを判定し、一致するときは（Ｓ５０３：ＹＥＳ）、正しく課金処理されたと判断し、撮影手段１８ｂが撮影した撮影画像を消去する（Ｓ５０４）。また、一致しないときは（Ｓ５０３：ＮＯ）、不正車両で正しく課金されていないと判断し、撮影画像を保存すると共に（Ｓ５１１）、不正情報をレーンコントローラ１９を通じて料金所コンピュータ２０に出力する（Ｓ５１２）。これにより、料金所の担当係員は、不正車両が発生したことを確認して、保存されている撮影画像に基づいて不正車両を特定することができる。
【００６０】
一方、課金済みでない場合は（Ｓ５０２：ＮＯ）、車種判別手段１８が判定した車両１４の車種及び位置関係に基づいて車載機搭載位置を判定し、その車載機搭載位置に車載機が搭載されていた場合に通信手段１８ｃが通信可能となるタイミングを判断すると共に（Ｓ５０５）、通信手段１８ｃの通信履歴をチェックし（Ｓ５０６）、通信可能となるタイミングで通信が行われいた場合は（Ｓ５０７：ＹＥＳ）、車種判定手段が１８が判定した車種と車載機情報とが一致することを確認してから（Ｓ５０８：ＹＥＳ）、車両１４と車載機との対応関係を関連付けすると共に（Ｓ５０８）、レーンコントローラ１９を通じて料金コンピュータ２０に車載機情報を出力する（Ｓ５０９）。これにより、車載機の所有者に対して課金することができる。
【００６１】
以上の各手段の動作を制御部１８が並列動作することにより通信領域Ｓに位置する全ての車両１４と車載機との対応関係を確実に関連付けることができる。以下、その具体的動作を説明する。
【００６２】
図１７は、通信領域Ｓに車載機２１を搭載した車両１４が２台進入する例を示し、図１８は、そのときの動作のタイミングチャートを示している。この例では、車種判別手段１８がフロントガラス位置（車載機搭載位置）を検出したタイミングと略同一タイミングで通信手段１８ｃが車両１４ａ，１４ｂに搭載された車載機２１ａ，２１ｂと順に通信できるので、車載機特定手段１８ｄは車種判別手段１８及び通信手段１８ｃの動作タイミングに基づいて１台毎に処理できる。従って、不正車両の特定は容易であり、車載機２１ａ，２１ｂの所有者に通行料金を確実に課金することができる。
【００６３】
図１９は、通信領域Ｓに進入した１台目の車両１４に車載機が搭載されておらず、２台目の車両１４に車載機が搭載されている例を示している。
図１９（ａ）に示すように車載機を搭載していない１台目の車両１４ａが検出領域Ｘに進入すると、車種判別手段１８が車両のフロントガラス位置を検出するものの、通信手段１８ｃは通信できないことから（図１９（ｂ）参照）、この車両は不正車両であると判断する。
【００６４】
このような状態で車載機２１ｂを搭載した２台目の車両１４ｂが検出領域Ｘに進入すると、図１９（ｃ）に示すように車種判別手段１８が車載機搭載位置を判定すると略同じタイミングで通信手段１８ｃが車載機２１ｂと通信するので、車載機特定手段１８ｄは、通信手段１８ｃが通信できた車載機２１ｂは２台目の車両１４ｂに搭載されていると判断することができる。
【００６５】
図２０は図１９における動作のタイミングチャートを示している。この図２０に示すように、車種判別手段１８が１台目の車両１４ａの車載機搭載位置を検出したタイミングでは通信手段１８ｃが車両１４ａに搭載されている車載機２１ａと通信できないものの、車種判別手段１８が２台目の車両１４ｂの車載機搭載位置を検出したタイミングでは通信手段１８ｃが車載機２１ｂと通信できる。この場合、車両１４の車載機搭載位置を検出しない構成では、車載機２１ｂを搭載していない１台目の車両１４ａが通信領域Ｓから退出するよりも先に、２台目の車両１４に搭載された車載機２１ｂとの通信ができることから、１台目の車両１４ａに車載機が搭載されているように判断してしまうものの、本実施の形態では、検出領域Ｘにおける車両１４の位置を常に把握しており、さらに車両１４の形状も分ることから、車載機搭載位置を特定して車載機２１が通信領域Ｓに進入したかを判断することができる。従って、１台目の車両１４ａが車載機を搭載しておらず、２台目の車両１４ｂが通信領域Ｓに進入して通信した場合でも、２台目の車両１４ｂを検出していることと、１台目の車両１４ａと通信できなかったことが分っているので、２台目の車両１４ｂと車載機２１ｂとの対応関係を確実に関連付けることができる。
【００６６】
図２１は、大型車両に接近した状態で車載機を搭載した２台の小型車両１４が検出領域Ｘに順に進入し、通信順序の逆転現象が生じた例を説明する。
図２１（ａ）に示すように１台目の大型車両１４ａに接近した状態で２台目の小型車両１４ｂ（軽自動車、オートバイ等）が検出領域Ｘに進入した場合、２台目の小型車両１４ｂのフロントガラスが検出領域Ｘ及び通信領域Ｓにおける死角に位置するので（同図に斜線で示す領域）、車種判別手段１８は２台目の車両１４ｂの車載機搭載位置を検出することはできないと共に、通信手段１８ｃは２台目の車両１４ｂに搭載された車載機２１ｂと通信することはできない。
【００６７】
このような状態で３台目の車両１４ｃが検出領域Ｘに進入し、図２１（ｂ）に示すように車種判別手段１８が車両１４ｃの車載機搭載位置を検出すると、そのタイミングと略同じタイミングで通信手段１８ｃが車載機２１ｃと通信するので、車載機特定手段１８ｄは、通信手段１８ｃが通信した車載機２１ｃは３台目の車両１４ａに搭載されていると判断することができる。但し、車種判別手段１８は、２台目の小型車両１４ｂを検出できていないことから、３台目の車両１４ｃは２台目と判断している。
【００６８】
そして、大型車両１４ａに続く２台目の小型車両１４ｂが通信ユニット１３の略真下に位置すると、通信ユニット１３が車両１４ｂに搭載された車載機２１ｂを臨めるようになり、図２１（ｃ）に示すように通信手段１８ｃが車載機２１ｂと通信できるようになる。
【００６９】
ところが、大型車両１４ａに２台目の車両１４ｂが接近した状態で追従した場合は、車種判別手段１８が２台目の車両１４ｂのフロントガラス位置を検出できないまま車両１４ｂが通過してしまうことがある。
【００７０】
このような場合、車種判別手段１８は、２台目の車両１４ｂが検出領域Ｘから退出したところで、１台目の車両１４ｂの車種及び１台目と２台目の車両１４ａ，１４ｂの位置関係を判定するので、不正処理手段１８ｅは、車種判別手段１８の判定結果に基づいて２台目の車両１８ｂの車載機搭載位置を判定して通信手段１８ｃが通信可能となるタイミングを判断すると共に、通信手段１８ｃによる通信履歴情報に基づいてそのタイミングで通信が行われたかを判定する。この場合、通信可能タイミングが通信履歴が示す情報として存在するので、２台目の車両１４ｂと車載機２１ｂとの対応関係を確実に関連付けることができる。
【００７１】
図２２は、図２１の例を示すタイミングチャートである。この図２２に示すように、２台目の車両１４ｂが１台目の車両１４ａのために検出領域Ｘ及び通信領域Ｓの死角に位置した場合、２台目の車両１４ｂの検知ができなくなると共に通信もできなくなる。そして、１台目の車両１４ａが進行して通信領域の死角から２台目の車両１４ｂが脱出すると、通信手段１８ｃが通信できるようになる。この場合、３台目の車両１４ｃが通信領域Ｓに進入すると、通信手段１８ｃが先に３台目の車両１４ｃと先に通信するものの、車種判別手段１８が最終的に判定した２台目の車両１４ｂと通信手段１８ｃが通信した車載機２１ｂとの通信履歴に基づいて両者の対応関係を確実に関連付けることができる。
【００７２】
本実施の形態によれば、通信ユニット１３の制御部１８は、車種判別装置１６により車両の車載機搭載位置を検出したタイミングと通信装置１７が車載機２１と通信できたタイミングとに基づいて車両と車載機との対応関係を関連付けるようにしたので、複数の車両１４が通信領域Ｓに位置した場合であっても、両者の対応関係を確実に関連付けることができ、車載機の所有者から通行料金を確実に収受することができる。
【００７３】
しかも、車種判別装置１６の検出領域Ｘ，Ｙと通信装置１７の通信領域Ｓとを三次元的に略重ねるように設定したので、車両１４に車載機２１が搭載されている場合は、車種判別装置１６によりフロントガラス位置を検出したタイミングと通信装置１７が車載機２１と通信したタイミングとは略一致するようになる。従って、両方のタイミングが略一致するときは、車種判別装置１６が判定対象としている車両１４に通信装置１７が通信した車載機２１が搭載されていると判定することができ、車両と車載機との対応関係を確実に関連付けることができる。
【００７４】
また、車種判別装置１６が車両のフロントガラスを検出できない場合であっても、車種判別装置１６による車種判別結果に基づいて各車両の種別及び位置関係を求め、それに基づいて求めた車載機搭載位置に搭載された車載機２１が通信可能となるタイミングで通信が行なわれたかを通信装置１７による通信履歴情報により判断するようにしたので、車両１４と車載機２１との対応関係を確実に関連付けることができる。
【００７５】
さらに、通信ユニット１３の制御部１８は、一連の処理を１つのマイクロコンピュータで処理するようにしたので、従来例のように不必要な通信を行うことなくリアルタイムの処理が可能となる。つまり、制御部１８の実際の処理としては、車載機２１のブラックリスト検索、料金検索、車種判別といった複数の処理を極めて短時間で行わなければならないが、高速処理によりリアルタイムで処理することができる。この場合、従来のシステムでは、レーンコントローラが各機器からの情報を整理することにより不正車両かどうかの判定を行っていることから、各機器の製造者が異なるときは、通信仕様の調整が複雑となるものの、本実施の形態では、このような不正車両の判定を通信ユニット１３の制御部１８で一括して処理するようにしたので、斯様な問題が生じることを防止できる。また、車種判別装置１６の検出結果に基づいて車両検知の機能を持たせるようにしたので、通信ユニット１３の構成を一層簡単化することができる。
【００７６】
本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、次のように変形または拡張できる。
アンテナとしては、平面アンテナに代えて、ロッドアンテナ、ループアンテナ等を用いるようにしてもよい。
レーザ光を走査するための手段としては、ガルバノミラーを用いるようにしてもよい。
車種判別装置としては、レーン１１を挟む透過形の光センサを用いるようにしてもよい。
【００７７】
通信装置としては、光通信を用いるようにしてよい。
通信ユニット１３に設けられた車種判別装置１６と通信装置１７とは個別に処理を行うようようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態における通信ユニットの通信領域及び検出領域を示す全体の斜視図
【図２】通信ユニットの通信領域と検出領域との関係を示す平面図
【図３】通信ユニットの通信領域と検出領域との関係を示す側面図
【図４】通信ユニットの構成を示す概略図
【図５】全体の概略構成を示すブロック図
【図６】パルスレーザ光の出力タイミングと受光タイミングとの関係を示す図
【図７】縦ライン計測及び横ライン計測による特徴抽出原理を示す図
【図８】制御部による車両判別動作を示すフローチャート
【図９】縦ライン計測データの特徴点の推移を示す図
【図１０】横ライン計測データ及び縦ライン計測データの推移を示す図
【図１１】図１０相当図
【図１２】図１０相当図
【図１３】制御部による撮影動作を示すフローチャート
【図１４】制御部による車載機特定動作を示すフローチャート
【図１５】制御部による通信動作を示すフローチャート
【図１６】制御部による不正処理動作を示すフローチャート
【図１７】正常な通信動作を示す作用説明図
【図１８】正常な通信動作を示すタイミング図
【図１９】車載機が搭載されていない車両との通信動作を示す作用説明図
【図２０】車載機が搭載されていない車両との通信動作を示すタイミング図
【図２１】異常な通信動作を示す作用説明図
【図２２】異常な通信動作を示すタイミング図
【図２３】従来例における全体構成を概略的に示すブロック図
【符号の説明】
１３は通信ユニット、１６は車種判別装置、１７は通信装置、１８は制御部（通信手段、車載機位置判定手段、車載機特定手段、車種判別手段、不正処理手段）、２１は車載機である。
【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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