(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の配列方向に並ぶ複数の発光素子と、
各発光素子から発せられた各光で、被測定物体が通過する所定の測定領域が所定の配列方向に複数に分割されてなる各投光領域の照射を分担させてコリメートする投光レンズを有する投光光学系と、
所定の配列方向に並ぶ複数の受光素子と、
隣接する２つの投光領域を半分ずつ含むように所定の配列方向に並ぶ各受光領域内の光を集光して各受光素子に導く受光レンズを有する受光光学系と、
前記複数の受光素子で得られた受光信号に基づいて、前記測定領域を通過する物体を検知する信号処理部とを備えたことを特徴とする物体検知装置。
【請求項２】
前記複数の発光素子を順次に点灯しながら、点灯中の発光素子に対応する１つの投光領域を半分ずつ含む２つの受光領域に対応する２つの受光素子で得られた受信信号をそれぞれサンプリングするタイミング調整部を備えたことを特徴とする請求項１記載の物体検知装置。
【請求項３】
前記信号処理部が、前記複数の受光素子で得られた受光信号に基づいて、物体が存在するか否を、各投光領域および各受光領域のそれぞれについて検知するものであることを特徴とする請求項１記載の物体検知装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被測定物体が通過することが予定された所定の測定領域に物体が存在するか否かを検知する物体検知装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、高速道路の料金所の形態としてノンストップの料金所が考えられており、そこでは、正しい料金を徴収するために、最高１６０ｋｍの高速で走行する車両どうしを相互に分離してそれぞれの車両の寸法等を計測する必要がある。
ここで、ある１台の車両を他の車両と確実に分離して認識するのは必ずしも容易ではない。料金所を通過する車両は様々な寸法や形状を持っており、その中にはトレーラのように運転席部分と荷台部分とに分かれそれらが小さな連結部で連結された車両もあり、この場合、小さな連結部で連結されている一台の車両であると認識する必要があることから、小さな連結部も確実に検知する必要がある。
【０００３】
図４は、車両が通過中のノンストップ料金所を示す模式図である。
この図４には、車両１００が、両側に立設した支柱１１，１２に挟まれた測定領域１０を通過している状態が示されており、ここでは、支柱１１に固定された投光部から支柱１２に向かって光が発せられ、その光が支柱１２に固定された受光部で受光されたか否かにより、その測定領域を車両が通過中であるか否か検知している。
【０００４】
ここで、前述したトレーラの連結部等も確実に検知する必要が有り、この要求を満たすために、投光部および受光部を上下方向に所定のピッチで並べ、小さな物体であってもいずれかの投光部、受光部のペアで検出できるようにすることが考えられる。トレーラの連結部も極めて小さなものが存在し、そのような最小形状のものまで確実に検知できるようにするには投光部、受光部を例えば１００ｍｍピッチで配列するなど、かなり細かなピッチで配列する必要がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、例えば１００ｍｍピッチで配列したとしても、１００ｍｍおきのポイントしか検知できないため検知ポイント（高さ）どうしの間がやはりブランクとなり、例えば、横から見たときの上下方向の寸法が１００ｍｍよりも小さな連結部が存在したときはその連結部は検知されず、２台の車両として認識されるおそれがある。
【０００６】
このような検知の抜け落ちを防止するために、投光部から投光される光のビーム径を、測定領域が高さ方向に複数に分割されてなる各領域をカバーする程度にまで広げる（例えば１００ｍｍピッチで配置したときはビーム径を１００ｍｍにまで広げる）ことが考えられる。しかしながら各投光部のビーム径を単純に広げその広げたビーム径のビーム光をその投光部に対応する受光部で集光して受光することを考えると、隣接する２つのビーム光の隣接分に小さな物体が位置したとき、それら隣接する２つの受光部のいずれもその物体に対する感度が低く、１つのビーム光の中央に位置したときは検知できる寸法の物体であっても隣接する２つの受光部の隣接部分に位置したことによって検知できないおそれが生じる。
【０００７】
本発明は、上記事情に鑑み、測定領域を通過する物体を高精度に検知することのできる物体検知装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明の物体検知装置は、
所定の配列方向に並ぶ複数の発光素子と、
各発光素子から発せられた各光で、被測定物体が通過する所定の測定領域が所定の配列方向に複数に分割されてなる各投光領域の照射を分担させてコリメートする投光レンズを有する投光光学系と、
所定の配列方向に並ぷ複数の受光素子と、
隣接する２つの投光領域を半分ずつ含むように所定の配列方向に並ぶ各受光領域内の光を集光して各受光素子に導く受光レンズを有する受光光学系と、
上記複数の受光素子で得られた受光信号に基づいて、測定領域を通過する物体を検知する信号処理部とを備えたことを特徴とする。
【０００９】
本発明は、複数の発光素子それぞれから発せられた光により各投光領域の照射を分担させるようにビーム径を定め、各受光素子では、隣接する２つの投光領域を半分ずつ含む各受光領域内の光を受光するようにしたため、小さな物体であっても検知抜けが防止され、かつその物体が測定領域内のどの位置を通過しても同様の感度でその物体の通過を検知することができる。
【００１０】
ここで上記本発明の物体検知装置において、上記複数の発光素子を順次に点灯しながら、点灯中の発光素子に対応する１つの投光領域を半分ずつ含む２つの受光領域に対応する２つの受光素子で得られた受信信号をそれぞれサンプリングするタイミング調整部を備えることが好ましい。
こうすることにより、各発光素子から発せられた光に起因して得られる受光信号が発光素子毎に分離され、いわば実質的に発光素子、受光素子を倍の細かさのピッチで配置したと同様の効果を得ることができる。
【００１１】
さらに、上記本発明の物体検知装置において、上記信号処理部が、上記複数の受光素子で得られた受光信号に基づいて、物体が存在するか否を、各投光領域および各受光領域のそれぞれについて検知するものであることが好ましい。
投光領域と受光領域は相互に半分ずつ重なった領域であり、各投光領域および各受光領域のそれぞれについて検知することにより、抜けのない高精度な検知を行なうことができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明の物体検知装置の一実施形態の全体構成図である。
本実施形態では、発光素子２０としてＬＥＤが採用されており、ここでは、このＬＥＤは、投光レンズ２２とともに、例えば図４に示す支柱１１に、上下方向の所定のピッチ（例えば１００ｍｍピッチ）で１６個配列されている。ここではそれら１６個のＬＥＤを互いに区別するためにＬＥＤ０〜ＬＥＤ１５と称する。
【００１３】
各ＬＥＤから発せられた光は、各ＬＥＤに対応して備えられた各投光レンズ２２によりコリメートされ、図４に示す２本の支柱１１，１２に挟まれた測定領域１０を横切り、各受光レンズ２３により集光されて各受光素子２４に入射する。ここで、受光レンズ２３は、各投光レンズ２２により形成された各投光領域ＧＤ１，ＧＤ３，…，ＧＤ２７のうち隣接する２つの投光領域を半分ずつ含む各受光領域ＧＤ０，ＧＤ２，…，ＧＤ２８に対応して、１つずつ備えられている。各受光レンズ２３による集光点には各受光素子２４が配置されているが、ここでは受光素子としてＰＰＤ（ＰＩＮ  Ｐｈｏｔｏ  Ｄｉｏｄｅ）が採用されており、このＰＰＤは、受光レンズ２３とともに、図１４に示す支柱１２に所定のピッチで配列されている。ここではＰＰＤは１５個配列されており、それら１５個のＰＰＤを互いに区別するためＰＰＤ１〜ＰＰＤ１５と称する。
【００１４】
図２は、図１に示す実施形態における光学系の詳細図である。各投光レンズ２２は、互いに直交する方向にパワーを持つ２枚のシリンドリカルレンズ２２１，２２２から構成されている。これは、ＬＥＤのパワーを、ｘ≪ｙなる長方形の領域に効率よく出力するためである。各受光レンズ２３は各１枚の、両方向にパワーを持ったレンズで構成されている。
【００１５】
各受光レンズ２３と各受光素子２４（ＰＰＤ１，ＰＰＤ２，……）との間には、余計な外光の入射を遮るための２枚の遮光板３７，３８が配置されており、各遮光板には、発光素子２０から発せられた光を通過させる開口３７ａ，３８ａが形成されている。
また、それら２枚の遮光板３７，３８のうちの受光素子２４に近い側の遮光板３８の開口３８ａには、ここで使用しているＬＥＤの発光波長の光のみを透過させるオプティカルフィルタが嵌め込まれている。
【００１６】
図１に戻って説明を続ける。
各発光素子２０は、ＬＥＤドライバ２１がタイミングジェネレータ５０からの制御信号を受けて順次に発光する。
各受光素子２４で得られた各受光信号は、各プリアンプ２５を経由した後、奇数番目の受光素子であるＰＰＤ１，ＰＰＤ３，……，ＰＰＤ１５で得られた受光信号はマルチプレクサ２６に入力され、偶数番目の受光素子であるＰＰＤ２，ＰＰＤ４，……，ＰＰＤ１４で得られた受光信号は偶数用マルチプレクサ２７に入力される。
【００１７】
奇数用マルチプレクサ２６および偶数用マルチプレクサ２７では、タイミングジェネレータ５０からの各制御信号に応じて、それぞれ、いずれか１つずつの受光信号が順次に選択されて、その奇数用マルチプレクサ２６および偶数用マルチプレクサ２７から出力される。
奇数用マルチプレクサ２６から出力された受光信号は、サンプルホールド回路２８と減算器２９に入力される。サンプルホールド回路２では、ＬＥＤが点灯していないタイミングにおけるバックグランド信号がサンプルホールドされ、減算器２９では、その後の受光信号からそのバックグランド信号が減算される。その減算器２９から出力された信号はサンプルホールド回路３０でサンプルホールドされる。
【００１８】
偶数用マルチプレクサ２７から出力された受光信号に関しても同様に、サンプルホールド回路３１で、ＬＥＤが点灯していないタイミングでサンプルホールドされてバックグランド信号が生成され、減算器３２では受光信号からそのバックグランド信号が差し引かれる。その減算器３２の出力はサンプルホールド回路３３でサンプルホールドされる。
【００１９】
このようにして２つのサンプルホールド回路３０，３３にサンプルホールドされた２つの信号は、奇数／偶数切替用のマルチプレクサ３４により交互に切り替えられ、そのマルチプレクサ３４から出力された信号はもう１つのサンプルホールド回路３５でサンプルホールドされ、Ａ／Ｄ変換器３６でディジタルデータに変換されて演算器４０に入力される。この演算器４０では、測定領域１０を車両が通過しているか途切れたかが判定され、そこを通過する車両が、信号処理上１台ずつに分離される。
【００２０】
以上の各部のタイミングはクロック信号ＣＬＫに従ってタイミングジェネレータ５０で生成され、そのタイミングを制御する制御信号が各部に供給される。
図３は、図１に示す実施形態のタイミングチャートである。
タイミングジェネレータ５０からＬＥＤドライバ２１には、（１）に示す、ＬＥＤのオン／オフタイミングを制御するＬＥＤオン／オフ信号が伝えられ、ＬＥＤドライバ２１は、そのＬＥＤオン／オフ信号に応じて、（２）に示すように、各ＬＥＤを順次に点灯する。この（２）に示すタイミングにおける‘０’，‘１’，……，‘１５’の各数値は、その数値に対応するＬＥＤ、すなわちＬＥＤ０，ＬＥＤ１，……ＬＥＤ１５が点灯するタイミングであることを示している。
【００２１】
（３）奇数用ＭＰＸおよび（４）偶数用ＭＰＸは、図１に示すの奇数用マルチプレクサ２６、および偶数用マルチプレクサ２７の切替タイミングを示しており、そこに記入されている各数値‘１’，‘３’，‘５’，……，‘１５’、および‘２’，‘４’，‘６’，……，‘２４’は、その数値に対応する受光素子、すなわちＰＰＤ１，ＰＰＤ３，……，ＰＰＤ１５およびＰＰＤ２，ＰＰＤ４，ＰＰＤ６，……，ＰＰＤ１４で得られた受光信号をそのマルチプレクサから出力することを意味している。
【００２２】
（５）バックグランドＳ／Ｈ、および（６）シグナルＳ／Ｈは、それぞれ、サンプルホールド回路２８，３１によるサンプルホールドのタイミング、および２つのサンプルホールド回路３０，３３によるサンプルホールドのタイミングをあらわしている。
（７）奇数側信号、および（８）偶数側信号は、それぞれ各サンプルホールド回路３０，３３にサンプルホールドされた信号を表わしており、そこに記入された符号すなわち、‘１−０’，‘１−１’，‘３−２’，……，‘１５−１４’，‘１５−１５’、および‘２−１’‘２−２’，‘４−３’，……，‘１４−１３’，‘１４−１４’は、これらを代表的に‘ａ−ｂ’とあらわしたとき、ＬＥＤｂが点灯しているタイミングにおけるＰＰＤａで得られた受光信号をあらわしている。
【００２３】
（９）奇数／偶数切替用ＭＰＸはマルチプレクサ３４の切替制御信号であり、（１０）ＭＰＸ出力は、そのマルチプレクサ３４からの出力信号をあらわしている。（１０）ＭＰＸ出力に記入された符号‘ａ−ｂ’の意味は上記と同様である。この（１０）ＭＰＸ出力に示す信号がサンプルホールド回路３５で順次サンプルホールドされ、Ａ／Ｄ変換器３６で順次ＡＤ変換され、演算器４０に入力される。演算器４０内では、以下のようにして、測定領域に車両が存在しているか否かの判定が行なわれる。
【００２４】
ここでは、図３に示すように、各タイミングにｊ＝０，１，２，３，……，２８，２９の番号を付し、そのタイミングにおける信号（例えばｊ＝０のタイミングでは、‘１−０’の信号）をＡＤ［ｊ］であらわす。また、測定領域１０に車両が存在しないときに更新されたＡＤ［ｊ］の信号の最大値をＡＤmax ［ｊ］であらわす。このとき、演算器４０内では、
0004101923.tif 000002
の演算が行なわれる。
【００２５】
このＧＤ［ｊ］（ｊ＝０，１，……，２８）は、図１に示す、測定領域を５０％のオーバラップをもって１００ｍｍごとに分離した２９の領域ＧＤｊ（ｊ＝０，１，……，２８）に対応する信号である。
演算器４０内では（１）の演算を行なった後、最小検出物体幅をＲｍｍとしたとき、しきい値Ｔｈ＝Ｒ／１００を用いて、
【００２６】
【数１】
0004101923.tif 000003
【００２７】
のしきい値処理を行ない、各領域ＧＤｊに物体が存在する（ＢＤ［ｊ］＝１）か存在しない（ＢＤ［ｊ］＝０）かをあらわす二値信号が生成される。
本実施形態では、このようにして、５０％ずつオーバラップした各領域ＢＤｊ（ｊ＝０，１，……，２９）のそれぞれについて物体の有無が検知され、いずれか１つの領域であっても物体が存在すると検知されたときは、測定領域１０に物体（ここでは車両）が存在する旨判定される。
【００２８】
尚、本実施形態では、車両が存在するか否かを検知する物体検知装置について説明したが、本発明は車両に限らずどのような物体を検知の対象としてもよい。
【００２９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、物体の有無を高精度に検知することができる。
【図面の簡単な説明】
0004101923.tif 000004
【符号の説明】
１０    測定領域
１１    支柱
１２    支柱
２０    発光素子
２１    ＬＥＤドライバ
２２    投光レンズ
２３    受光レンズ
２４    受光素子
２５    プリアンプ
２６    奇数用マルチプレクサ
２７    偶数用マルチプレクサ
２８    サンプルホールド回路
２９    減算器
３０    サンプルホールド回路
３１    サンプルホールド回路
３２    減算器
３３    サンプルホールド回路
３４    奇数／偶数切替用のマルチプレクサ
３５    サンプルホールド回路
３６    Ａ／Ｄ変換器
３７，３８  遮光板
４０    演算器
５０    タイミングジェネレータ
１００    車両
【図１】
0004101923.tif 000005
【図２】
0004101923.tif 000006
【図３】
0004101923.tif 000007
【図４】
0004101923.tif 000008