(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を出射する投光手段と、ミラーを回転させながら該ミラーにより前記投光手段から出射された光を反射させることによって光を対象物の方向に向けて投射すると共に当該光を走査させる走査手段と、その反射光を受光する受光手段と、前記光の投受光に基づいて対象物までの距離を演算する距離演算手段と、前記投光手段により投射された光の方向を検知する投光方向検知手段とを備え、車両のタイヤに照射される最大本数がタイヤ以外の車両下部付属物に照射される最大本数よりも多くなるように複数本の光を走査し、複数本の光で総合的に対象物を検知することによってタイヤを判別する車軸検知装置において、
前記走査手段に設けられたミラーの傾きを、該ミラーの回転軸と異なる軸周りに変化させることによって複数本の光を走査させるようにしたことを特徴とする車軸検知装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車軸検知装置に関する。特に、有料道路や駐車場などにおいて、タイヤ（車軸）を検知することにより車種や車両台数などを検出するための車軸検知装置に関する。
【０００２】
【背景技術】
有料道路や有料駐車場の料金徴収所、高速道路の検問所等においては、通過車両の車両の軸数（走行方向におけるタイヤの数）を検出することによって通過車両の車種を判別し、車種に応じて料金を徴収する料金収受システムが用いられている。また、走行道路や駐車場などにおいては、通過する車両の軸数を検出することによって通過車両台数を計数し、道路の渋滞度や駐車場の入庫台数を監視している。これらのシステムにおいて、車両の軸数を検知するためには、車軸検知装置が用いられている。
【０００３】
図１は従来の車軸検知装置１の一例を示している（「ＩＴＳと画像処理技術」映像情報１９９９年１月号）。この車軸検知装置１は、路側に立てられた支柱３の上部に設置されており、レーザー光をパルス発光して道路横断方向に走査させることにより、通過車両４または路面にレーザー光のスポット列を照射する。そして、通過車両４または路面２からのスポット列の反射光を受光し、発光から受光までの時間から求めた投射点までの距離とレーザー光の投射方向に基づいて照射点（光反射点）を測定する。
【０００４】
この車軸検知装置１によれば、スポット列の照射パターンから得られた２次元の距離情報からタイヤ５（車軸）を検知することができる。また、車両の有するタイヤ５の数（車軸数）から車種判別を行うこともできる。
【０００５】
しかしながら、従来の車軸検知装置１では、タイヤ５のデータと類似した泥除けなどのデータを除去することができず、泥除けなどをタイヤ５と誤検知する可能性があり、車種等を誤って判断する恐れがあった。
【０００６】
同じように、車両の後部から道路に垂らしているチェーンや導電性ゴムベルトなどからなる帯電防止具も、タイヤ５と誤検知される可能性がある。
【０００７】
【発明の開示】
本発明の目的とするところは、泥除け等の車両下部付属物とタイヤとを誤検知する恐れが少なく、車軸数検知精度の高い車軸検知装置を提供することにある。
【０００８】
本発明にかかる車軸検知装置は、光を出射する投光手段と、ミラーを回転させながら該ミラーにより前記投光手段から出射された光を反射させることによって光を対象物の方向に向けて投射すると共に当該光を走査させる走査手段と、その反射光を受光する受光手段と、前記光の投受光に基づいて対象物までの距離を演算する距離演算手段と、前記投光手段により投射された光の方向を検知する投光方向検知手段とを備え、車両のタイヤに照射される最大本数がタイヤ以外の車両下部付属物に照射される最大本数よりも多くなるように複数本の光を走査し、複数本の光で総合的に対象物を検知することによってタイヤを判別する車軸検知装置において、前記走査手段に設けられたミラーの傾きを、該ミラーの回転軸と異なる軸周りに変化させることによって複数本の光を走査させるようにしたものである。ここで、タイヤ以外の車両下部付属物とは、車両外側の下部に設けられたものであって、車両の泥よけ、チェーンや導電性ゴムからなる帯電防止具などをさす。ここで複数本の光で総合的に対象物を検知するとは、複数本の光による各検知結果を総合して対象物に照射されている光の最大本数を判別し、それによってタイヤとそれ以外の物とを識別することである。
【０００９】
このためには、例えば車両のタイヤ幅よりも狭く、かつタイヤ以外の車両下部付属物の幅よりも広い間隔で複数本の光を走査させ、複数本の光で同時に対象物を検知するようにしてもよい。
【００１０】
本発明にあっては、複数本の光を走査させ、複数本の光で総合的に対象物を判断させているので、対象物に照射される光の最大本数を知ることが可能になる。しかも、光はタイヤに照射される最大本数がタイヤ以外の車両下部付属物に照射される最大本数よりも多くなるように走査されているので、複数本の光を走査させることでタイヤと他の車両下部付属物とを判別することが可能になり、車軸数の検知精度が向上する。特に、車両が停止している場合や低速で通過する場合でも、その判別精度が向上し、車軸数の検知精度が向上することになる。
【００１２】
しかも、本発明にあっては、走査手段に設けられたミラーの傾きを、該ミラーの回転軸と異なる軸周りに変化させることによって複数本の光を走査させるようにしているので、光の走査本数よりも光源の数を少なくすることができ、光源部分の構成が簡単になると共に光源のメンテナンス頻度も小さくすることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
（第１の実施形態）
本発明の一実施形態による車軸検知装置１１の構成を図２に示す。投光手段は、発光素子１２、発光素子駆動回路（ＬＤドライバ）２３、投光レンズ１３及びポリゴンミラー１５によって構成されている。発光素子１２としては、レーザーダイオード（ＬＤ）や発光ダイオード（ＬＥＤ）等を用いることができるが、ここではレーザーダイオードを用いるものとする。発光素子１２は、コントローラ２９から発光素子駆動回路２３への駆動指令によって駆動され、所定の発光間隔でパルス発光させられる。
【００１４】
発光素子駆動回路２３で発光素子１２を駆動する際には、その駆動電流がモニタ回路２４でモニタされ、そのモニタ信号に基づいてスタート信号発生回路２５で各レーザーパルスのスタート信号が生成され、そのスタート信号が時間差／電圧変換回路２６に与えられる。
【００１５】
発光素子１２で発光されたレーザーパルスは、投光レンズ１３によってコリメート化された後、反射ミラー１４の透孔を通って所定間隔をおいて順次光走査手段としてのポリゴンミラー１５に入射する。光走査手段としては、ポリゴンミラー以外にも、弾性振動型のスキャナなども用いることができるが、この実施形態ではポリゴンミラーとして説明する。
【００１６】
ポリゴンミラー１５は、ポリゴンミラー駆動回路２７により制御されて一定の回転速度で回転しているため、ポリゴンミラー１５に入射したレーザーパルスは、設定角度内において走査され、そのレーザーパルスは照射窓１６を通して路面上を横断走査される。路面で散乱反射されたレーザーパルスは、再び照射窓１６を通してポリゴンミラー１５に入射する。レーザーパルスがポリゴンミラー１５で反射されて前方へ出射され、再び戻ってくるまでにポリゴンミラー１５が回転しているため、ポリゴンミラー１５で再度反射されたレーザーパルスは、透孔を通ることなく反射ミラー１４で反射され、受光手段に入射する。
【００１７】
受光手段は、受光レンズ１７、光学フィルタ１８、受光素子１９、電流／電圧変換（Ｉ／Ｖ）回路２０及び増幅器２１によって構成されている。反射ミラー１４で反射されて受光手段に達したレーザーパルスは、受光レンズ１７で集光された後、光学フィルタ１８を通ってフォトダイオード等の受光素子１９に入射する。受光素子１９がレーザーパルスを受光して電流を発生すると、その電流信号は電流／電圧変換回路２０で電圧信号に変換されるとともに増幅回路２１で増幅され、その増幅された電圧信号に基づきストップ信号発生回路２２で各レーザーパルスストップ信号が生成され、そのストップ信号が前記時間差／電圧変換回路２６に与えられる。
【００１８】
距離演算手段は、モニタ回路２４、スタート信号発生回路２５、ストップ信号発生回路２２、時間差／電圧変換回路２６、アナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）変換回路３０、デジタル処理回路３１から構成される。時間差／電圧変換回路２６では、同一レーザーパルスのスタート信号とストップ信号とを関連づけ、両信号の受信時間差（投光と受光との時間間隔）を検出してそれを電圧信号に変換し、この電圧信号をアナログ／デジタル変換回路３０でデジタル信号に変換し、さらにデジタル処理回路３１により車軸検知装置１１から路面や車両等における反射位置までの距離を演算する。
【００１９】
一方、投光方向検知手段はロータリーエンコーダ等のエンコーダ２８によって構成されている。ポリゴンミラー１５の回転角度は、エンコーダ２８によって検出されており、その検出信号はコントローラ２９とタイヤ検知回路３２とに出力されている。従って、タイヤ検知手段を構成するタイヤ検知回路３２は、この検出信号からレーザーパルスの出射方向（走査方向）を知ることができる。
【００２０】
タイヤ検知回路３２においては、エンコーダ２８の検知信号から算出されるレーザーパルス投光方向と、デジタル処理回路３１で演算された反射位置までの距離を用い、それぞれのレーザーパルスの反射位置の分布を演算し、この分布より車両のタイヤを判別し、その結果を入出力回路３３に与える。入出力回路３３は、この結果を外部装置とやり取りする。
【００２１】
なお、コントローラ２９、タイヤ検知回路３２、入出力回路３３、距離演算手段を構成する各回路などは、マイクロコンピュータ（ＣＰＵ）またはロジック回路を用い実現できる。
【００２２】
上記のような構成の車軸検知装置１１は、図４に示すように、有料道路や有料駐車場の料金徴収所、高速道路の検問所、走行道路などにおいて、道路３４の一方または両側の路側（アイランド）３５に設置される。この車軸検知装置１１は、レーザ光をパルス発光し、道路を横断する方向に沿ってレーザー光のスポット列を２本走査させることにより、通過車両または路面にスポット列を照射させている。２本のレーザースポット列を走査させるためには、例えば図３に示すように２個の発光素子１２と２個の受光素子１９を設け、各発光素子１２から出射されたレーザー光をポリゴンミラー１５で反射させることによって２本のスポット列を走査させ、反射したスポット列を各受光素子１９で受光させるようにすればよい。
【００２３】
図５は、１本のレーザー光スポット列の照射パターンを示す図である。スポット列の照射パターンは、図５のように３パターンに分類することができ、道路３４の路面３６に照射されたときのパターン、車両３７のタイヤ３８に照射されたときのパターン、車両３７のボディ３９に照射されたときのパターンに分けることができる。また、道路の路面３６と垂直にＹ軸を定め、道路の車両進行方向と平行にＺ軸を定め、路面に平行で道路の車両進行方向と直交する方向にＸ軸を定めるとき、図６（ａ）は路面３６に照射されたスポット列の照射パターンを、図６（ｂ）はタイヤ３８に照射されたスポット列の照射パターンを、図６（ｃ）はボディ３９に照射されたスポット列の照射パターンを、それぞれＸＹ平面と垂直な方向から見た様子（２次元距離情報）を表している。このようなＸＹ平面内における照射スポット列のパターンは、距離演算手段のＡ／Ｄ変換回路３０から出力されたレーザー光の反射点までの距離と、投光方向検知手段のエンコーダ２８から出力されたレーザー光の出射方向に基づき、タイヤ検知回路３２において求められる。
【００２４】
図６（ａ）（ｂ）（ｃ）を比較すると明らかなように、路面３６にスポット列が照射されている場合には、Ｙ軸方向のスポット列は無く、レーザー光スポット列はＸ軸方向にまっすぐに延びている。タイヤ３８にスポット列が照射されている場合には、タイヤ３８が路面３６に接していることから、Ｙ軸方向のスポット列とＸ軸方向のスポット列とは連続している。ボディ３９にスポット列が照射されている場合には、ボディ３９と路面３６との間に空間が存在することから、Ｙ軸方向のスポット列とＸ軸方向のスポット列との間には飛び（隙間）が存在していて不連続となっている。よって、このレーザー光スポット列の照射パターンからタイヤ３８を判別することができ、タイヤ３８の検知数（車軸数）から車両の台数または車種を判別することができる。
【００２５】
しかし、従来例のように、１列のレーザー光パルス列を照射して１本のレーザー光スポット列の照射パターンだけからタイヤ３８を検出していると、図７（ａ）（ｂ）に示すように車両３７の下部に垂れ下がっている泥除け４０にスポット列が照射されたとき、Ｘ軸方向のスポット列とＹ軸方向のスポット列との間の飛びが小さいことから、タイヤ３８と誤検知する恐れがある。
【００２６】
これに対し、本発明の場合には、車両３７のタイヤ３８に照射される最大本数がタイヤ３８以外の車両下部付属物に照射される最大本数よりも多くなるように複数本の光を走査させ、複数本の光で総合的に対象物を検知している。この実施形態の場合でいうと、次の(1)(2)の条件を満たすように２本のスポット列を照射している。
(1) 図８（ａ）に示すように、タイヤ３８にスポット列を照射したとき、２本のスポット列ＬＳＡ、ＬＳＢが同時にタイヤ上を走査され得るよう、２本のスポット列ＬＳＡ、ＬＳＢの間隔を設定する。
(2) 図８（ｂ）に示すように、タイヤ３８以外の泥除け４０や帯電防止具等にスポット列を照射したとき、２本のスポット列ＬＳＡ、ＬＳＢが同時に泥除け等の上に走査されることがないように２本のスポット列ＬＳＡ、ＬＳＢの間隔を設定する。
そして、タイヤ検知回路３２により、２本のスポット列ＬＳＡ、ＬＳＢが同時に検知状態（タイヤ検知状態）となったか否かによって総合的に判断する。例えば、下記のように２本のスポット列ＬＳＡ、ＬＳＢの検知結果について論理積をとり、その結果を車軸検知装置の検知結果とする。
【００２７】
図９は車両がＺ軸方向に移動しており、それに伴ってタイヤ３８及び泥除け４０がレーザー光スポット列ＬＳＡ、ＬＳＢを順次通過する様子を表しており、図１０は各スポット列の走査時刻ｔ１〜ｔ９と、その際のスポット列ＬＳＡ、ＬＳＢの個別の判定結果（ＯＮ：タイヤ検知、ＯＦＦ：タイヤ非検知）と、両判定結果の論理積を表している。ここでスポット列ＬＳＡ、ＬＳＢの両方がタイヤ検知（ＯＮ）であればその論理積もタイヤ検知（すなわち、ＯＮ×ＯＮ＝ＯＮ）、スポット列ＬＳＡ、ＬＳＢのいずれかがタイヤ非検知であればその論理積はタイヤ非検知（すなわち、ＯＦＦ×ＯＮ＝ＯＦＦ、ＯＦＦ×ＯＦＦ＝ＯＦＦ）とするものである。
【００２８】
ｔ１は、まだタイヤ３８も泥除け４０もスポット列ＬＳＡ、ＬＳＢに達していない時刻であって、スポット列ＬＳＡ、ＬＳＢの判定結果はタイヤ非検知（ＯＦＦ）で、その論理積もタイヤ非検知（ＯＦＦ）となっている。ｔ２は、タイヤ３８がスポット列ＬＳＡのみを横断している時刻であって、スポット列ＬＳＡの判定結果はタイヤ検知（ＯＮ）、ＬＳＢの判定結果はタイヤ非検知（ＯＦＦ）で、その論理積はタイヤ非検知（ＯＦＦ）となっている。ｔ３及びｔ４は、タイヤ３８がスポット列ＬＳＡ及びＬＳＢを横断している時刻であって、スポット列ＬＳＡ、ＬＳＢの判定結果はともにタイヤ検知（ＯＮ）で、その論理積もタイヤ検知（ＯＮ）となっている。ｔ５は、タイヤ３８がスポット列ＬＳＢを横切っている時刻であって、スポット列ＬＳＡの判定結果はタイヤ非検知（ＯＦＦ）で、スポット列ＬＳＢの判定結果はタイヤ検知（ＯＮ）で、その論理積はタイヤ非検知（ＯＦＦ）となっている。ｔ６は、スポット列ＬＳＡ、ＬＳＢがタイヤ３８と泥除け４０の中間に位置している時刻であって、スポット列ＬＳＡ、ＬＳＢの判定結果はタイヤ非検知（ＯＦＦ）で、その論理積もタイヤ非検知（ＯＦＦ）となっている。ｔ７は、泥除け４０がスポット列ＬＳＡを横断している時刻であって、スポット列ＬＳＡの判定結果はタイヤ検知（ＯＮ）で、スポット列の判定結果はタイヤ非検知（ＯＦＦ）で、その論理積はタイヤ非検知（ＯＦＦ）となっている。ｔ８は、泥除け４０がスポット列ＬＳＢを横切っている時刻であって、スポット列ＬＳＡの判定結果はタイヤ非検知（ＯＦＦ）で、スポット列ＬＳＢの判定結果はタイヤ検知（ＯＮ）で、その論理積はタイヤ非検知（ＯＦＦ）となっている。ｔ９は、タイヤ３８も泥除け４０もスポット列ＬＳＡ、ＬＳＢを通過してしまった時刻であって、スポット列ＬＳＡ、ＬＳＢの判定結果はタイヤ非検知（ＯＦＦ）で、その論理積もタイヤ非検知（ＯＦＦ）となっている。
【００２９】
図１０の判定表から分かるように、スポット列ＬＳＡ、ＬＳＢの判定結果の論理積によってタイヤ３８（車軸）を判定することにより、タイヤ３８と泥除け４０とを判別することが可能になり、泥除け４０をタイヤ３８と誤認識することが無くなり、車軸検知精度が向上する。また、図１０から分かるように、論理積が１回（時刻ｔ３〜ｔ４）タイヤ検知となることにより、１つの車軸が検知され、通過した車軸数も確実に計測することができる。特に、車両が停止している場合にも、確実にタイヤ３８と泥除け４０等とを判別することが可能になる。
【００３０】
さらに、スポット列ＬＳＡ、スポット列ＬＳＢの順にタイヤ検知した場合には、車両３７はＺ軸方向に進行（前進）していると判断することができ、またスポット列ＬＳＢ、スポット列ＬＳＡの順にタイヤ検知した場合には、車両３７は−Ｚ軸方向に進行（後進）していると判断することができる。車両３７の前進、後進は、タイヤ検知回路３２によって判断され、入出力回路３３からは、車軸検知信号とともに車両の進行方向を示す信号が出力される。
【００３１】
（第２の実施形態）
上記実施形態では、２個の発光素子１２を用いて２本のスポット列ＬＳＡ、ＬＳＢを同時に走査させるようにしたが、１個の発光素子１２で複数本のスポット列ＬＳＡ、ＬＳＢを交互に走査させるようにしてもよい。
【００３２】
このためには、光走査手段として、例えば図１１に示すようなポリゴンミラーを用いることができる。このポリゴンミラーにあっては、外周面にミラー面ＭＡとミラー面ＭＢとが交互に形成されており、ミラー面ＭＡとミラー面ＭＢの回転軸に対する傾きが互いに異なっている。このような傾きの異なる複数のミラー面を有するポリゴンミラー１５を用いれば、入射するレーザー光の方向が同じであっても、ミラー面ＭＡによって走査されたレーザー光パルス列と、ミラー面ＭＢによって走査されたレーザー光パルス列とでは走査される方向が異なるので、１個の発光素子１２によって複数本のスポット列を交互に走査させることができる。
【００３３】
このように複数本のスポット列を交互に走査させる場合も、図１２に示すようにスポット列ＬＳＡの判定結果とその次のスポット列ＬＳＢの判定結果との論理積を演算し、その演算結果に基づいてタイヤ３８ないし車軸を検知することにより、泥除け４０等を誤検知する恐れが無くなる。また、車両３７の走行方向を判別することもできる。
【００３４】
このような実施形態によれば、発光素子及び受光素子の個数を減らすことができるので、部材費を削減し、機構を簡素化することができ、車軸検知装置の小型化を図ることができる。
【００３５】
（その他の実施形態）
本発明は、車両のタイヤに照射される最大本数が、泥除け等に照射される最大本数よりも多くなるように複数本の光を走査する点を特徴としているので、泥除け等に照射されるスポット列が１本で、タイヤに照射されるスポット列の最大本数が３本以上であってもよい。また、泥除け等に照射されるスポット列の最大本数をＮ（≧２）本とし、タイヤに照射されるスポット列の最大本数をＮ＋１本以上としてもよい。また、車軸検知装置から投射されるスポット列の本数とタイヤに照射されるスポット列の最大本数とは同じである必要はなく、車軸検知装置から投射されるスポット列の本数がタイヤに照射されるスポット列の最大本数よりも多くても差し支えない。もっとも、パルス列の本数が少ないほど車軸検知装置の構造を簡略化でき、判定方法も容易になるので、少ない数のパルス列で実現することが望ましい。
【００３６】
【発明の効果】
本発明の車軸検知装置によれば、複数本の光を走査させ、複数本の光で総合的に対象物を判断させているので、対象物に照射される光の最大本数を知ることが可能になる。しかも、光はタイヤに照射される最大本数がタイヤ以外の車両下部付属物に照射される最大本数よりも多くなるように走査されているので、複数本の光を走査させることでタイヤと他の車両下部付属物とを判別することが可能になり、車軸数の検知精度が向上する。特に、車両が停止している場合や低速で通過する場合でも、その判別精度が向上し、車軸数の検知精度が向上することになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の車軸検知装置を示す斜視図である。
【図２】本発明の第１の実施形態による車軸検知装置の構成を示すブロック図である。
【図３】同上の実施形態による車軸検知装置における投光手段の構造を示す斜視図である。
【図４】図２の実施形態による車軸検知装置を路側に設置した状態を示す斜視図である。
【図５】レーザー光スポットが道路の路面、車両のタイヤ及びボディに照射されている状態を示す斜視図である。
【図６】（ａ）は路面にレーザー光スポット列が照射されたときの照射パターン、（ｂ）は車両のタイヤにレーザー光スポット列が照射されたときの照射パターン、（ｃ）は車両のボディにレーザー光スポット列が照射されたときの照射パターンである。
【図７】（ａ）は車両の泥除けにレーザー光スポット列が照射されたときの様子を示す図、（ｂ）はそのときの照射パターンを示す図である。
【図８】（ａ）は２本のレーザー光パルス列がタイヤに照射されているときの様子を示す図、（ｂ）は２本のレーザー光パルス列が泥除け及びその近傍に照射されているときの様子を示す図である。
【図９】タイヤ及び泥除けが２本のレーザー光パルス列の走査位置を通過する状況を説明する図である。
【図１０】図９に示す状況において、パルス列ＬＳＡ、ＬＳＢによる判定結果とその論理積を時間経過に沿って示す図である。
【図１１】本発明の第２の実施形態による車軸検知装置に用いられているポリゴンミラーを示す斜視図である。
【図１２】図１１のポリゴンミラーを用いてパルス列ＬＳＡ、ＬＳＢを交互に走査させた状況において、両パルス列による判定結果とその論理積を時間経過に沿って示す図である。
【符号の説明】
１１      車軸検知装置
１２      発光素子
１５      ポリゴンミラー
１９      受光素子
３２      タイヤ検知回路
３６      路面
３７      車両
３８      タイヤ
３９      ボディ
４０      泥除け
ＬＳＡ、ＬＳＢ      レーザー光スポット列
【図１】
0003804418.tif 000002
【図２】
0003804418.tif 000003
【図３】
0003804418.tif 000004
【図４】
0003804418.tif 000005
【図５】
0003804418.tif 000006
【図６】
0003804418.tif 000007
【図７】
0003804418.tif 000008
【図８】
0003804418.tif 000009
【図９】
0003804418.tif 000010
【図１０】
0003804418.tif 000011
【図１１】
0003804418.tif 000012
【図１２】
0003804418.tif 000013