JP2000039475A

JP2000039475A - 物体識別装置

Info

Publication number: JP2000039475A
Application number: JP10207888A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Okabe; 浩史岡部
Original assignee: Omron Corp; Omron Tateisi Electronics Co
Current assignee: Omron Corp
Priority date: 1998-07-23
Filing date: 1998-07-23
Publication date: 2000-02-08

Abstract

(57)【要約】【課題】センサヘッド１から光ビーム７を回帰反射体
２に投光走査し、その光ビーム７の反射光量に応じて、
投光走査で作られる検出領域５内の物体を検出する物体
検出装置では物体の有無しか判別することはできなかっ
た。【解決手段】そこで、センサヘッド１から光ビーム７
を回帰反射体に投光走査し、その光ビーム７の反射光光
量に応じた時系列データを取得し、物体が存在する場合
の反射光の時系列データに対応する基準データを予め複
数種類の物体について記憶しておき、取得した時系列デ
ータと予め記憶されている基準データとを比較すること
によって、物体の種類を識別するようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、回帰反射体に光ビ
ームを所定角度範囲投光走査し、その回帰反射体からの
反射光を受光部で受光し、その受光結果に応じて、その
光ビームを所定角度範囲走査することで作られる検出領
域内に存在する物体を識別する物体識別装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、光ビームと回帰反射体を用いた物
体検出装置７０は、図１０に示されるように、センサヘ
ッド１から光ビーム７を回帰反射体２に対して所定角度
範囲投光走査させ、回帰反射体２からの反射光をセンサ
ヘッド１で受光し、その受光結果に応じて、光ビーム７
を所定角度範囲投光走査させることで作られる検出領域
５内に物体が存在するかどうかを判別していた。この検
出領域５は、光ビーム７を所定角度範囲投光走査してい
るため、図１０に示すように放射状になっている。この
物体検出装置７０を用いて物体の一例として車両５５を
検出する場合を図１１に示す。車両５５が検出領域５に
進入するとセンサヘッド１から投光された光ビーム７が
車両５５によって遮光され、センサヘッド１が回帰反射
体２からの反射光を受光しなくなる。したがって、物体
検出装置７０は、センサヘッド１から回帰反射体２に光
ビーム７を投光しているにもかかわらず、センサヘッド
１で受光できない場合に、検出領域５内に物体（図１１
の場合は車両）が存在すると判別する。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
物体検出装置７０は、物体の有無しか判別することがで
ず、物体の種類等の識別を行うことはできなかった。

【０００４】また、この物体検出装置７０を、高速道路
などの有料道路で、車両５５の検出に用いた場合、検出
物体の車両５５は、さまざまな種類が存在する。しか
も、その車種に応じて、高速道路の利用料金が異なり、
その車種を識別することが要求されている。さらに、道
路を逆行する車両や歩行者等の通行、さらには、牽引車
両のように通過車両が１台か２台か紛らわしいものがあ
る。これらを識別するため従来は別途識別用のセンサを
必要とするという問題点があった。

【０００５】本発明は、このような従来の課題を解決す
るためになされたものであって、物体を検出したことに
より得られる検出信号から検出した物体を識別すること
を課題としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の物体識別
装置は、光ビームを投光する投光部と、前記光ビームを
所定角度範囲走査する光ビーム走査部と、投光走査され
た光ビームの反射光を受光する受光部と、投光走査され
た前記光ビームを回帰反射させる回帰反射体とを備え、
前記回帰反射体からの反射光を受光部で受光し、その時
系列データと予め記憶された基準データとを比較するこ
とによって物体を識別するものである。

【０００７】請求項２記載の物体識別装置は、光ビーム
を所定角度範囲投光走査し、前記投光走査した光ビーム
に対する回帰反射体からの反射光を受光し、その時系列
データに応じて物体を識別するものである。

【０００８】請求項３記載の物体識別装置は、回帰反射
体に光ビームを所定角度範囲投光走査し、前記回帰反射
体からの反射光を受光し、その時系列データと予め記憶
された基準データとを比較することによって物体を識別
するものである。

【０００９】

【発明の実施の形態】はじめに、本発明の実施の形態に
係る物体識別装置の概略を説明する。図１は、物体識別
装置６の外観の概略図である。物体識別装置６はセンサ
ヘッド１と回帰反射体２とからなり、それぞれが向かい
合って配置される。ここで、センサヘッド１の主要部
は、光ビーム７を投光する投光部、光ビーム７で回帰反
射体２上を走査させる光ビーム走査部、回帰反射体２か
らの反射光を受光する受光部から構成される。なお、こ
れらの主要部の詳細については後述する。

【００１０】センサヘッド１が投光部から回帰反射体２
に向けて光ビーム７を投光し、その光ビーム７を所定角
度範囲投光走査することで、放射状の検出領域５を形成
する。この場合、回帰反射体２は板状であるため、検出
領域は三角形になっている。センサヘッド１から投光さ
れた光ビーム７が、検出領域５に進入した物体８によっ
て遮光された場合には、受光部における回帰反射体２か
らの反射光量が変化するため、物体識別装置６は検出領
域５に物体８が存在すると判定する。受光部が所定受光
量を受光している場合には、物体識別装置６は物体８が
存在しないと判定する。

【００１１】回帰反射体２は、回帰反射体２に光が入射
した場合、その入射した方向へ光を反射する反射体であ
る。従って、光源から光が、どのような方向で回帰反射
体２に入射しても、その反射光は光源の方向へ反射され
る。また、本発明の実施の形態では、板状の回帰反射体
２を使用しており、板の平面部分が反射面で、その面が
センサヘッド１に対して向けられている。

【００１２】センサ支持台３はセンサヘッド１を支持し
ており、センサ支持台３内部にセンサヘッド１を収納し
ている。これによって、センサヘッド１を屋外に設置し
た場合には、環境の影響（例えば、雨や雪などの影響）
が少なくなる。また回帰反射体２は、回帰反射体支持台
４によって支えられている。

【００１３】次にセンサヘッドの光学系を説明する。図
２は、この実施の形態の物体識別装置のセンサヘッドの
光学系を示す図である。また、図２では、説明を容易に
するため回帰反射体２も図示している。

【００１４】センサヘッド１の光学系は、主に、光ビー
ム７を投光する投光部１７、投光された光ビーム７を走
査させる光ビーム走査部１９、そして回帰反射体２から
反射されてきた光ビーム７を受光する受光部１８から構
成されている。

【００１５】投光部１７において、発光ダイオードやレ
ーザダイオードなどの発光素子２０をパルス発光させ、
パルス発光された光をコリメートレンズなどの投光レン
ズ２１で平行な光ビームにし、投光用偏光フィルタ２２
を介して光ビーム７を投光している。光ビーム走査部１
９において、この投光された光ビーム７が反射鏡２３へ
投光され、特定の方向へ反射される。

【００１６】光ビーム走査部１９によって、反射鏡２３
が反射鏡駆動部２４によって回転軸２５を中心として回
転され、所定回転角度範囲だけ往復運動することで、光
ビーム７が所定角度範囲だけ走査され、回帰反射体２上
に光ビーム７が投光走査される。これによって、検出領
域５が形成される。

【００１７】次に回帰反射体２上に投光された光ビーム
７は、回帰反射体２に入射した方向に反射される。従っ
て、その反射光は、センサヘッド１に向けて反射され、
反射鏡２３に入射し、反射鏡２３によってさらに反射さ
れ、受光用偏光フィルタ２６へ入射し、受光レンズ２７
で集光されフォトダイオードなどの受光素子１７で受光
される。

【００１８】ここで、光ビーム走査部１９の反射鏡２３
は、所定の回転角度範囲だけ往復運動しているが、往復
速度が、光の伝播速度に比べて非常に遅いため、光ビー
ム７が反射鏡２３から投光され、回帰反射体２で反射さ
れて再び反射鏡２３に回帰するまでの間に、反射鏡２３
は、ほとんど回転しないため、反射鏡２３で反射された
光ビーム７は投光素子２０に並んで設置されている受光
素子２８へ入射される。

【００１９】また、投光部１７から投光された光ビーム
７は、投光レンズ２１でほぼ平行光になっているが、真
の平行光を作ることをしていないので、その光ビーム７
はその伝播距離に応じてある程度の広がりを持つように
なる。したがって、光ビーム７の広がりのため、受光部
１８にも光ビーム７が回帰して受光される。

【００２０】また、投光用偏光フィルタ２２で、光ビー
ム７を偏光させて投光し、回帰反射体２で所定角度だけ
光ビーム７が偏光し、回帰反射体２で偏光された角度の
光のみが通過するように受光用偏光フィルタ２６を配置
してあるため、誤検出を少なくすることができる。例え
ば、光を正反射させる物体８が、センサヘッド１と回帰
反射体２との間に存在した場合には、投光した光ビーム
７が物体８の表面で反射して受光部１８へ入射すること
による誤検出を防ぐことができる。

【００２１】次に、センサヘッド１がどのように制御さ
れ、またセンサヘッド１からの出力がどのように処理さ
れるかを説明する。図３は、センサヘッド１の制御部分
及び信号処理部分の構成を示すブロック図である。

【００２２】センサヘッド１について詳細に説明する。
まず、プロセッサ３７は、反射鏡駆動部２４に対して反
射鏡駆動開始信号又は反射鏡駆動停止信号を出力する。
反射鏡駆動部２４は反射鏡駆動開始信号を受け取ると、
所定の回転速度で所定の回転角度範囲だけ反射鏡２３を
往復運動させるように駆動制御する。反射鏡駆動部２４
は、反射鏡駆動停止信号を受け取った場合には、反射鏡
２３の回転を停止させる。

【００２３】また、プロセッサ３７は、タイミング制御
部３６に対してタイミング制御開始信号又はタイミング
制御停止信号を出力する。タイミング制御部３６がタイ
ミング制御開始信号を受け取ると、サンプル及びホール
ド回路３９及びパルス駆動部４１の動作タイミングを同
期制御する。また、タイミング制御部３６は、タイミン
グ制御停止信号を受け取った場合には、サンプル及びホ
ールド回路３９及びパルス駆動部４１の動作を停止させ
る。パルス駆動部４１は、所定の周期で発光素子２０に
対する駆動信号を出す。発光素子２０は、駆動信号を受
け取ると、その駆動信号の周期で発光する。そして、所
定の周期で発光された光は、投光レンズ２１及び投光用
偏光フィルタ２２を介して光ビーム７となり、反射鏡２
３で反射されて、回帰反射体２に対して投光される。

【００２４】一方、光ビーム７による回帰反射体２から
の反射光は、反射鏡２３で反射され、受光用偏光フィル
タ２６及び受光レンズ２７を介して受光素子２８で受光
される。受光素子２８で受光された光は電気信号に変換
され低域フィルタ３８に出力される。低域フィルタ３８
は、周波数零からｆまでを通過帯域とし、ｆから無限大
までを減衰帯域とするフィルタで、ｆは零および無限大
を除く任意の値で、低域フィルタ３８を通過させたい周
波数に応じて決定する。

【００２５】低域フィルタ３８を通過した信号は、ＡＤ
変換部４０に入力される前に、サンプル及びホールド回
路３９に入力される。サンプル及びホールド回路３９
は、入力電圧をサンプリングし、保持し、その保持され
た電圧をＡＤ変換部４０が変換し終わるまで維持する。

【００２６】ここで、サンプル及びホールド回路３９
は、パルス駆動部４１と同期しており、パルスで受光し
た光に対応するパルス状の電気信号列を、予め定まって
いるパルスの周期に対応して所定時間保持することによ
って定常的な電気信号に変換している。

【００２７】ＡＤ変換部４０は、入力されたアナログ信
号をディジタル信号に変換する。変換されたディジタル
信号は、プロセッサ３７に出力される。本発明の実施の
形態では、ＡＤ変換部４０は、所定の信号値以上のアナ
ログ信号が入力された場合に１を出力し、それ未満の場
合に０を出力するようになっている。もちろん、ＡＤ変
換部４０から多値を出力するようにしてもよい。この場
合、プロセッサ３７はＡＤ変換部４０からの出力の値の
大小に応じて、物体の有無を判断する。

【００２８】そして、プロセッサ３７から、反射鏡駆動
開始信号及びタイミング制御開始信号が出力されている
場合において、プロセッサ３７は、ＡＤ変換部４０から
受け取る信号値に応じて物体の有無を判別する。プロセ
ッサ３７から、反射鏡駆動開始信号及びタイミング制御
開始信号が出されていない場合は、物体有無の判別を行
わない。

【００２９】図４の下のグラフは、反射鏡２３の走査方
向（回転角度）と時間との関係を示している。図４で
は、反射鏡２３は、一往復１８ｍｓで動作している。ま
た、図４の上のグラフは、反射鏡２３に投光部１７から
光ビーム７が投光され、その反射光を受光部１８で受光
した場合のＡＤ変換部４０からの出力信号値と時間との
関係を示している。図４の上のグラフは検出領域に物体
が無い場合の出力信号値を示している。検出領域に物体
がない場合には、常に反射光を受光していることが分か
る。これによってプロセッサ３７は、物体無しと判別す
る。

【００３０】図５の下のグラフは、反射鏡２３の走査方
向（回転角度）と時間の関係を示している。図５では、
反射鏡２３は、一往復１８ｍｓで動作している。また、
図５の上のグラフは、反射鏡２３に投光部１７から光ビ
ーム７が投光され、その反射光を受光部１８で受光した
場合のＡＤ変換部４０からの出力信号値と時間との関係
を示している。図５の上のグラフは検出領域に物体があ
る場合の出力信号値を示している。物体の例として、図
１１に示されるような車両５５がセンサヘッド１と回帰
反射体２とで作られる検出領域５の一部分を遮光した場
合が図５の上のグラフに示されている。投光走査される
光ビーム７のうち、図１１からわかるように検出領域５
において、下の部分だけが車両５５によって遮光されて
いる。これと対応して、図５の走査方向と反射光の有無
との関係を見てみると、走査方向が上のときには、反射
光が有り、走査方向が下のときには、反射光が無いこと
がわかる。したがって、検出領域に物体がある場合に
は、反射光を受光しないことが分かる。これによりプロ
セッサ３７は、物体有りと判別する。

【００３１】次にプロセッサ３７がＡＤ変換部４０から
得た信号をもとに検出した物体をどのように識別するか
を説明する。図６は、下のグラフが普通車５０が検出領
域５を通過した場合の走査位置の時系列データのグラ
フ、上のグラフが反射光有無を示すＡＤ変換部からの時
系列データのグラフを示している。各グラフの横軸は時
間を表している。図６の普通車５０は車両前部５１の車
高が低くなっているので、車両前部５１では、反射光の
有りと無しとを繰り返している。車両中央部５２は車高
が高いので、反射光が無い。車両後部５３は、車高が低
くなっているので、反射光の有りと無しとを繰り返して
いる。

【００３２】一方、図７は、上のグラフが大型車５４が
検出領域５を通過した場合の走査位置の時系列データ、
下のグラフが反射光有無の時系列データを示している。
各グラフの横軸は時間を表している。図７の大型車５４
は、車両全長にわたって、車高が高いので、車両が通過
中は、図７の上のグラフから反射光が無いことが分か
る。

【００３３】さらに、図８は牽引車両５７を牽引してい
る普通車５０が検出領域５を通過した場合の走査位置の
時系列データのグラフ、反射光有無の時系列データのグ
ラフを示している。図８の普通車５０の部分に対応する
反射光の時系列データは図７と同様である。また、牽引
部５８に対応する反射光の時系列データは、牽引部が細
いため、反射光有りの時間が長く、反射光無しの時間が
非常に短い信号を繰り返している。そして、牽引車両５
７に対応する反射の時系列データは、反射光の有無を繰
り返している。

【００３４】図３の基準データ記憶部４３には、図６か
ら図８に例示したように、普通車、大型車、牽引車両な
どの車種に対応した特徴量が基準データとして記憶され
ている。普通車の場合は、図６のように反射光有無繰り
返し、反射光無し、反射光有無繰り返しという特徴量を
記憶している。大型車の場合は、図７のように長時間反
射光無しを記憶している。牽引車両の場合は、図８のよ
うに牽引車両の特徴量に加え、さらに、反射光短時間有
りと反射効無しとの繰り返し、反射光有無繰り返しとい
う特徴量を記憶している。プロセッサ３７は、基準デー
タ記憶部４３に記憶されている基準データと、ＡＤ変換
部４０とからの出力信号とを比較することによって、車
種を判別する。

【００３５】また、既に説明した普通車、大型車牽引車
両などの特徴量以外に、特徴量記憶部に記憶する車種の
特徴量を記憶することによってさらに識別する車種を増
やすことができる。

【００３６】

【実施例】物体識別装置６を車両検出に適用した車両識
別装置６０について説明する。この車両識別装置６０の
外観を図９に示す。センサヘッド１が道路脇のアイラン
ド６３に設置されており、道路を挟んで向こう側のアイ
ランド６３に回帰反射体２が設置されている。車両の進
行方向は図の中の矢印で示されている。そして、料金所
６１の手前側に物体識別装置６が設置されている。物体
識別装置６は車両の有無を検出し、車両の有無及び車種
判別結果を料金所６１の収受員に知らせる。

【００３７】

【発明の効果】請求項１及び３に記載の発明によれば、
投光走査した光ビームの回帰反射体からの反射光の有無
の時系列データと予め記憶している基準データを比較す
ることによって、検出領域内の物体を識別することがで
きる。したがって、予め記憶されている基準データに従
って、物体を識別することができる。

【００３８】請求項２に記載の発明によれば、投光走査
した光ビームの回帰反射体からの反射光の有無の時系列
データに応じて、検出領域内の物体を識別することがで
きる。したがって、反射光の有無の時系列データの特徴
の違いに応じて、物体を識別することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】物体識別装置の外観図である。

【図２】物体識別装置の光学系の図である。

【図３】センサヘッドの制御部の図である。

【図４】物体が無い場合の反射光有無判別部への入力信
号の図である。

【図５】物体が有る場合の反射光有無判別部への入力信
号の図である。

【図６】普通車が検出領域を通過した場合の、走査部の
走査位置と反射光の有無の時系列データのグラフであ
る。

【図７】大型車が検出領域を通過した場合の、走査部の
走査位置と反射光の有無の時系列データのグラフであ
る。

【図８】牽引車両が検出領域を通過した場合の、走査部
の走査位置と反射光の有無の時系列データのグラフであ
る。

【図９】車両識別装置の外観図である。

【図１０】光ビームと回帰反射体を用いた物体検出装置
を示す図である。

【図１１】車両を検出する物体検出装置を示す図であ
る。

【符号の説明】

１センサヘッド２回帰反射体５検出領域６物体識別装置７光ビーム８物体

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光ビームを投光する投光部と、前記光ビ
ームを所定角度範囲走査する光ビーム走査部と、投光走
査された光ビームの反射光を受光する受光部と、からな
るセンサヘッドと、投光走査された前記光ビームを回帰反射させる回帰反射
体と、を備え、前記光ビームを所定角度範囲投光走査することで作られ
る検出領域内に存在する物体を、前記受光手段で受光さ
れた反射光の時系列データと予め記憶された基準データ
とを比較することによって識別する物体識別装置。
【請求項２】光ビームを投光する投光部と、前記光ビ
ームを所定角度範囲走査する光ビーム走査部と投光走査
された光ビームに対応する回帰反射体からの反射光を受
光する受光部とからなるセンサヘッドを備え、前記光ビームを所定角度範囲投光走査することで作られ
る検出領域内に存在する物体を、前記受光手段で受光し
た反射光の時系列データに応じて識別する物体識別装
置。
【請求項３】光ビームを投光する投光部と、前記光ビ
ームを所定角度範囲走査する光ビーム走査部と投光走査
された光ビームに対応する回帰反射体からの反射光を受
光する受光部とからなるセンサヘッドを備え、前記光ビームを所定角度範囲投光走査することで作られ
る検出領域内に存在する物体を、前記受光手段で受光し
た反射光の時系列データと予め記憶された基準データと
を比較することによって識別する物体識別装置。