(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を出射する投光手段と、
前記投光手段から出射される光ビームを道路に横断する方向に走査する光走査手段と、
前記光走査手段を隔てて対向配置される回帰反射板と、
前記光走査手段で走査される光ビームの前記回帰反射板からの反射光を受光する受光手段と、
を備え前記受光手段における反射光の受光量の変化により車両を検知する車両分離器において、
前記投光手段から出射される光ビームの形状は、前記道路の路面に垂直な方向の長さに対して前記道路の車両進行方向に沿う方向の長さの方が長いことを特徴とする車両分離器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ビームを走査しつつ投受光して広範囲にわたって物質を検出する光走査式センサを用いて駐車場や料金所などに出入りする車両の有無や台数などを検知するために使用される車両分離器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、駐車場や料金所などに出入りする車両の有無や台数などを検知するために使用される車両分離器には、図９および図１０に示す構成のものが提供されている。
【０００３】
この車両分離器は、光ビームの走査によって車両ｚを検知するものであって、この車両分離器は、光走査式センサ１と回帰反射板２とを備え、両者１，２が道路ｄを挟んで対向配置されている。
【０００４】
光走査式センサ１は、光ビームを出射する投光手段４と、この投光手段４からの光ビームを回帰反射板ｂに向けて走査する光走査手段６と、この光走査手段６で走査しつつ出射された光ビームの反射光を受光する受光手段８とを備え、投光手段４と受光手段８とが互いに近接して並列配置されている。
【０００５】
投光手段４は、ＬＥＤ（発光ダイオード）等の発光素子１０と、この発光素子１０からの光を集光してできる限り平行な光ビームにするための投光レンズ１２とからなる。
【０００６】
また、光走査手段６は、投光手段４からの光ビームを反射するガルバノミラー１４と、このミラー１４を一定速度で揺動させる駆動機構１６とで構成される。
【０００７】
さらに、受光手段８は、回帰反射板２や車両ｚからの反射光を集光する受光レンズ１８と、この受光レンズ１８で集光された光を受光して電気信号に変換するＰＤ（フォトダイオード）等の受光素子２０とからなる。
【０００８】
一方、回帰反射板２は、プリズム等を光走査式センサ１による光ビームの走査方向に沿って縦列配置することにより、光走査式センサ１からの光ビームが正反射を起こすように構成されている。
【０００９】
上記構成の車両分離器において、投光手段４の発光素子１０がパルス発光され、この光が投光レンズ１２を介して光ビームとして出射され、この光ビームがガルバノミラー１４で反射されて回帰反射板２に向けて出射される。この場合、ガルバノミラー１４は、常時、一定速度でもって揺動されているので、ガルバノミラー１４で反射される光ビームは、道路３を略直角に横切る状態で扇状に走査される。
【００１０】
ここで、道路３上に車両ｚが存在しない場合には、光走査式センサ１から出射された各光ビームは、回帰反射板２でそのまま反射され、その反射光が光走査式センサ１の受光手段８に入射され、その受光レンズ１８によって集光された後、受光素子２０で受光されて電気信号に変換される。
【００１１】
一方、道路３上に車両ｚが存在する場合には、光走査式センサ１から出射される光ビームは、光走査の途中で車両ｚによって遮光されて回帰反射板２に照射されなくなるので、受光手段８で受光される光強度は、車両ｚが存在しない場合よりも弱くなる。このため、図外の判定回路によってその受光量を予め設定された閾値と比較することで、車両ｚの有無が判定される。
【００１２】
このような車両ｚの判定を行う場合、図９に示すように、検知対象となる車両ｚが、例えばけん引車のような場合には、けん引駆動車ｚ1とけん引台車ｚ2との間がけん引棒ｚ3で連結されている。そして、このようなけん引車ｚは、駐車や料金の支払い等では、通常、全体で一台分の車両として取り扱われる。
【００１３】
したがって、このようなけん引車ｚの判定を行うためには、けん引駆動車ｚ1とけん引台車ｚ2とを連結するけん引棒ｚ3の有無を検出することが必要となる。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記の光走査式センサ１などに使用される発光素子１０として、従来、図１１に示すような構成のＬＥＤ（発光ダイオード）がある。
【００１５】
このＬＥＤ１０は、発光用の半導体チップ３０と、このチップ３０に電気的に接続される一対のリードフレーム３２の各端部とがモールド樹脂３４によってモールドされてパッケージ化されている。
【００１６】
このような構成のＬＥＤ１０を発光させた場合、その光は、半導体チップ３０のワイヤボンディング側の前面（図１１（ｂ）の下方側）からだけでなく、側面（図１１（ｂ）の左右側）からも発光する。そして、この側面からの光は、リードフレーム３２で反射され、その反射光が投光レンズ１２側に向けて出射される。
【００１７】
図１２には、ＬＥＤ１０の半導体チップ３０の前面から直接に出射される光を実線で、リードフレーム３２で反射された反射光を破線で示している。なお、図１２ではガルバノミラーは省略されている。
【００１８】
図１２から分かるように、投光レンズ１２の一方の焦点距離ｆ1は、ＬＥＤ１０の半導体チップ３０に設定されているので、半導体チップ３０の前面から直接に出射される光のみならず、リードフレーム３２で反射された反射光も、投光レンズ１２を通過して、回帰反射板２に向けて出射される。
【００１９】
そのため、投光レンズ１２からある距離ｆ2だけ離れたところにたとえばスクリーンｓを置いた場合の光の強度分布は、図１３に示すようになる。
【００２０】
すなわち、スクリーンｓ上のスポット光は、半導体チップ３０の前面から直接に出射された光に基づく直径ｗの像の周りに、リードフレーム３２からの反射光の影響を受けた幅Δｗの像ができる。
【００２１】
したがって、このスクリーンｓの同一位置に直径ｗの大きさの物体を配置した場合でも、その両側の幅Δｗの光は、物体に遮られることなく回帰反射板２に照射された後、ここで反射された光が受光手段８で受光されることになるから、その幅ｗの大きさの物体を検出することができない。
【００２２】
スクリーンｓの位置に直径ｗ＋２Δｗの大きさの物体を配置した場合のみ、全ての光がこの物体で遮られて回帰反射板２に照射されなくなるため、その物体を検出することができる。
【００２３】
このように、従来技術では、リードフレーム３２からの反射光の影響を除くための対策が何ら講じられておらず、そのため、最小検出物体が大きくなっていた。
【００２４】
以上のようなことから、たとえば、上記の発光素子１０を備えた投光手段４を前記の車両分離器に使用した場合には、車体の形状の大きなけん引駆動車ｚ1やけん引台車ｚ2を検出することができても、けん引棒ｚ3のように細長い形状のものでは、これを十分に検知することができず、本来は、全体で車両の一台分と見なすべきものが、車両が２台ｚ1，ｚ2分あると誤って判定されてしまうといった不都合が生じる。
【００２５】
また、従来のものでは、半導体チップ３０とリードフレーム３２とをモールド樹脂３４でパッケージにする際、これらの部品３０，３２が所期の実装位置からずれることがある。このような実装誤差があるときに、発光素子１０に対する投光レンズ１２の位置合わせを、モールド樹脂３４やリードフレーム３２の位置を基準にして行った場合には、投光レンズ１２と半導体チップ３０との光軸がずれるために、結果的に光走査位置がずれてしまうといった不都合も生じる。
【００２６】
本発明は、このような従来の問題点に着目してなされたもので、不要な広がりのないスポット光を発生することができるようにして、最小検出物体を小さくし、誤検知をなくすとともに、光走査を行う場合の走査位置が発光素子のモールド実装誤差に影響されないようにすることを課題とする。
【００２７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記の課題を解決するため、次の構成を採用している。
【００２８】
すなわち、請求項１に係る発明では、光を出射する投光手段と、前記投光手段から出射される光ビームを道路に横断する方向に走査する光走査手段と、前記光走査手段を隔てて対向配置される回帰反射板と、前記光走査手段で走査される光ビームの前記回帰反射板からの反射光を受光する受光手段と、を備え前記受光手段における反射光の受光量の変化により車両を検知する車両分離器において、前記投光手段から出射される光ビームの形状は、前記道路の路面に垂直な方向の長さに対して前記道路の車両進行方向に沿う方向の長さの方が長いことを特徴とする。
【００２９】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の実施形態に係る光走査式センサの部分を示す構成図であり、図１０ないし図１２に対応する部分には同一の符号を付す。
【００３０】
この実施形態の光走査式センサ１は、投光手段（投光装置）４、光走査手段６、および受光手段（図示省略）を備える。
【００３１】
投光手段４は、発光素子としてのＬＥＤ１０1と、投光レンズ１２とからなる。また、光走査手段６は、ガルバノミラー１４と、このミラー１４を一定速度で揺動させる駆動機構１６とからなる。
【００３２】
なお、図示省略した受光手段の構成は従来と同様である。また、光走査手段６は、ガルバノミラー１４を備えた構成となっているが、ポリゴンミラー（多面回転鏡）で構成することも可能である。
【００３３】
この実施形態の特徴は、投光手段４を構成するＬＥＤ１０1の構成にある。
【００３４】
すなわち、このＬＥＤ１０1は、図２に示すように、発光用の半導体チップ３０と、このチップ３０に電気的に接続される一対のリードフレーム３２の各端部とがモールド樹脂３４によってモールドされてパッケージ化されている点は従来の場合と同じであるが、さらに、この実施形態では、半導体チップ３０に対向する側のモールド樹脂３４の表面に光制限手段としてのスリット３６が設けられている。
【００３５】
しかも、このスリット３６のスリット孔３７は、光走査手段６による光ビームの走査方向に平行な方向に対してのみ光の出射方向を制限するように長方形となっている。つまり、ガルバノミラー１４によって光ビームが上下方向に走査される場合には、長方形のスリット孔３７の短辺側を光ビームの走査方向に一致させている。
【００３６】
この構成のＬＥＤ１０1を発光させた場合、その光は、半導体チップ３０のワイヤボンディング側の前面（図２の右側）からだけでなく、側面からも発光する。そして、この側面からの光は、リードフレーム３２で反射されるが、その反射光の内、スリット孔３７の短辺側については、図２の破線で示すように、スリット３６によって遮光されるために、投光レンズ１２側に向けて出射されることはない。これに対して、スリット孔３７の長辺側については、リードフレーム３２からの反射光も投光レンズ１２側に向けてそのまま出射される。
【００３７】
したがって、投光手段４からの光ビームがガルバノミラー１４で反射されて得られるスポット光ｐは、光走査方向に平行な長さｂは短く、これに直交する方向の長さａは長くなる。つまり、光走査方向に関してはスポット光ｐの幅ｂが小さいから最小検出物体を小さくできる。一方、光走査方向に直交する方向に関しては、十分大きな幅ａをもっていてスポット光ｐの全体の面積は大きくなるから、雨、雪、埃などの影響を受け難く、このような雨等による誤検知を回避することができる。
【００３８】
さらに、半導体チップ３０とリードフレーム３２とをモールド樹脂３４でパッケージにする際、これらの部品３０，３２が所期の実装位置からずれることがあるが、ＬＥＤ１０1と投光レンズ１２との位置合わせを、スリット３６のスリット孔３７の位置を基準にして行えば両者１０1，１２の光軸がずれることがないので、従来のように光走査位置がずれるといった不都合は生じない。
【００３９】
図３は、図１および図２に示した構成の光走査式センサ１を用いて車両分離器を構成し、これを有料道路や駐車場の料金所の近くに設置した状態を示す斜視図である。
【００４０】
この車両分離器は、光走査式センサ１と回帰反射板２とが道路３を隔てて対向配置されている。
【００４１】
この構成の車両分離器は、光走査式センサ１から出射される光ビームの形状は、光走査方向である路面に垂直な方向は短く、これに直交する車両走行方向では長くなる。
【００４２】
一方、けん引車ｚのけん引棒ｚ3の直径は小さいが、光走査式センサ１は、光走査方向に関しては、物体が小さくても十分な検出能力があるから、細長い形状をしたけん引棒ｚ3でも、これを十分に検知することができる。したがって、従来のように、本来は、全体で車両の一台分と見なすべきものが、車両が２台ｚ1，ｚ2分あると誤って判定されてしまうといった誤検知を生じることがない。
【００４３】
また、上述のように、雨、雪、埃等で光ビームが遮光されて誤検知する確率も少ない。
【００４４】
なお、上記の実施形態において、スリット３６のスリット孔３７の形状は、長方形のものとしたが、これに限定されるものではなく、必要に応じて楕円形などであってもよい。
【００４５】
（変形例）
上記構成のＬＥＤ１０1に代えて、次の構成のものを使用することもできる。
【００４６】
（１）  図４に示すＬＥＤ１０2は、半導体チップ３０をモールドするモールド樹脂３４内にスリット３７が埋設されている。また、図５に示すＬＥＤ１０3は、モールド樹脂を使用せずに回路基板４２上に直接半導体チップ３０が取り付けられるとともに、その半導体チップ３０の周りにスリット３７が配置されている。
【００４７】
図４あるいは図５に示す構成によれば、図２に示した実施形態の場合よりもＬＥＤ１０2，１０3からの出射光の投光レンズ１２への結合効率が高くなるので、投光レンズ１２からの出射光量が多くなる。
【００４８】
（２）  図６に示すＬＥＤ１０4は、スリットを設ける代わりに、モールド樹脂３４内に埋設されている半導体チップ３０の周りのリードフレーム３２が傾斜面３３をもつように形成することで光制限手段が構成されている。また、図７に示すＬＥＤ１０5は、モールド樹脂を使用せず、またスリットを設ける代わりに、回路基板４２上に直接に半導体チップ３０が取り付けられるとともに、その半導体チップ３０の周りの回路基板４２が傾斜面４３をもつように形成することで光制限手段が構成されている。
【００４９】
図６あるいは図７に示す構成によれば、図２に示した実施形態の場合よりもスリットを設けない分だけ構成が簡単になる。
【００５０】
（３）  図８に示すＬＥＤ１０6は、半導体チップ３０の周りのリードフレーム３２上に黒色の遮光膜３９が形成されて光制限手段が構成されている。
【００５１】
この構成によれば、スリットやリードフレームの形状、加工の手間が必要でなく、容易に製作することができる。
【００５２】
なお、上記の実施形態では、いずれも発光素子がＬＥＤの場合であるが、レーザダイオードのような発光素子の場合にも本発明を適用することが可能である。
【００５３】
【発明の効果】
本発明によれば、次の効果を奏する。
【００５４】
請求項１記載に係る発明の車両分離器では、道路の路面に垂直な方向に関しては、物体が小さくても十分な検出能力があるから、けん引車の細長い形状をしたけん引棒を十分に検知することができる。したがって、けん引車を確実に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る光走査式センサの構成図である。
【図２】図１の光走査式センサで使用される投光装置を構成するＬＥＤの断面図である。
【図３】図１の構成の光走査式センサを用いた車両分離器を道路へ設置した状態を示す斜視図である。
【図４】投光装置を構成するＬＥＤの他の実施形態を示す断面図である。
【図５】投光装置を構成するＬＥＤの他の実施形態を示す断面図である。
【図６】投光装置を構成するＬＥＤの他の実施形態を示す断面図である。
【図７】投光装置を構成するＬＥＤの他の実施形態を示す断面図である。
【図８】投光装置を構成するＬＥＤの他の実施形態を示す断面図である。
【図９】従来の車両分離器を道路に設置した状態を示す斜視図である。
【図１０】従来の車両分離器を構成する光走査式センサと回帰反射板による光ビームの投受光の状態を示す説明図である。
【図１１】従来の投光装置に使用されるＬＥＤを示すもので、同図（ａ）は平面図、同図（ｂ）は断面図である。
【図１２】従来の投光装置から出射される光ビームの関係を示す説明図である。
【図１３】従来の投光装置から出射される光ビームの光強度分布を示す図である。
【符号の説明】
１…光走査式センサ、２…回帰反射板、３…道路、４…投光手段（投光装置）、６…光走査手段、８…受光手段、１０1〜１０6…発光素子（ＬＥＤ）、１２…投光レンズ、１４…ガルバノミラー、１６…駆動機構、３０…半導体チップ、３２…リードフレーム、３３…傾斜面、３４…モールド樹脂、３６…スリット、３７…スリット孔、４２…回転基板、４３…傾斜面、ｚ…けん引車。
【図１】
0003774021.tif 000002
【図２】
0003774021.tif 000003
【図３】
0003774021.tif 000004
【図４】
0003774021.tif 000005
【図５】
0003774021.tif 000006
【図６】
0003774021.tif 000007
【図７】
0003774021.tif 000008
【図８】
0003774021.tif 000009
【図９】
0003774021.tif 000010
【図１０】
0003774021.tif 000011
【図１１】
0003774021.tif 000012
【図１２】
0003774021.tif 000013
【図１３】
0003774021.tif 000014