JP2002515116A

JP2002515116A - インテリジェント・車両・道路・システム・センサーおよび方法

Info

Publication number: JP2002515116A
Application number: JP53246696A
Authority: JP
Inventors: ワングラー，リチヤード，ジエー．; グスタブソン，ロバート，エル．; マツクコーネル，ロバート，イー．，セカンド; フオウラー，キース，エル．
Original assignee: シユワルツ・エレクトロ−オプテイクス・インコーポレーテツド
Priority date: 1995-04-28
Filing date: 1995-04-28
Publication date: 2002-05-21
Also published as: AU2475895A; EP0823036A1; WO1996034252A1; EP0823036A4

Abstract

(57)【要約】パルスレーザー距離画像化技術を用いた物体センサー(310)及び方法が、このセンサーを通過する車両の速度及び３次元プロファイルを求めるように適応され、車両の型を分類してインテリジェント車両道路システムにおいて使用される。送信機からの連続パルスレーザービームを分割して１対のスキャンレーザービームが用いられ、光受信機が道路重量ステーションや料金所のような所定のゾーンに車両があるかどうかを調べる。距離、角度及び時間データが集められ記憶され、センサーを通過する車両の速度及びその３次元プロファイルを求める。代替実施態様では回転ミラーを用いることにより、また、別の実施態様では２つの送信機／受信機を用いることにより、前方及び後方スキャンビームが与えられる。

Description

【発明の詳細な説明】インテリジェント・車両・道路・システム・センサーおよび方法関連出願についてのクロスリファレンスこの出願は、能動近視野物体センサーおよび物体分類技術に採用する方法について１９９２年１１月２３日に出願された同時係属出願第０７／９８０，２７３号、ならびに物体センサーおよび農業噴霧器制御への使用方法について１９９２年１２月３０日に出願された同時係属出願第０７／９９７，７３７号の一部継続出願（米国特許第５，２７８，４２３号として１９９４年１月１１日に発行されている）であり、両出願は本発明とともに一般譲渡されている。発明の背景１．発明の属する技術分野この発明は、広く物体センサーおよび関連する方法に関し、特に電子物体センサー、ならびに車両の速度および分類用形状の検出、ならびにインテリジェント・車両・道路・システム（ＩＶＨＳ）への入力に有用な方法に関する。２．背景の技術車線内の車両の存在を知らせ、そして車両が通過する際の車両速度を示す車両センサーが、上記の同時係属出願第０７／９８０，２７３号に開示されている。幹線道路から道路上の定点までの標準距離を測定し、その後該センサーの下を通過または停止する車両までの距離を測定する飛行時間レーザー距離計の概念が使用される。この概念は、ビーム間の角度を一定にして道路表面を横切りながら投射される高速パルス状レーザー光を二本使用することを教示する。高繰返し速度のために、該システムは、車両速度を１ｍｐｈ以内の正確さで測定することもでき、そしてこの計算速度を用い、車両が該センサーの下を移動するときの連続距離測定により、車両の縦断面を現すことができる。本発明の基本目的は、コストがかなり低く、正確で、かつ、さまざま用途に有用な能動近視野物体センサーを提供することにある。本発明は、センサーに近い距離に位置する区域内の物体の存在を検知するセンサーを意図し、そして、該一定区域へ向かうパルスエネルギーの指向性出力を放出する手段を有する距離計を備える。好適実施態様では、該放出手段は、コヒーレント赤外放射線のパルスを放出することができるレーザーダイオードを含んでいる。このパルスは、観測下の近視野区域へ指向される二本の分岐した出力ビームを発するために、視準用光学素子とともに用いられる。該センサーは、該区域または該区域内に位置する物体から反射されるエネルギーの一部を受け取る手段も備える。戻りのパルスエネルギーは、その後、放出手段と受取手段とのパルス飛行時間変化を測定するために、受信機の入力として供せられる。この時間変化は、該区域内の物体の存在により起こりうる。該センサーは、また、該区域内の一またはそれ以上の物体の速度、センサス（ｃｅｎｓｕｓ）、大きさまたは形状のいずれかを表示する出力を得るのに役立つさまざまな特徴を備える。例えば、該センサーは、飛行時間測定手段からの入力を受け取る手段、および該物体が複数の分類基準の中の一種を満たすかどうか（例えば、該物体は自動車、トラックまたは自動二輪である）を示す出力の提供手段を備える。これらの目的または他の目的を達成するために、該受取手段は、二個の検出器と、入力を飛行時間測定手段に供するために二個の検出器出力を交互に選択する手段とを備え、該区域を通過する物体の速度を計算できるように、二本の分岐した出力が一定の物体により遮断される間の時間間隔を測定する手段も備える。上記の同時係属出願第０７／９９７，７３７号は、距離計と、レーザービームの回転面に対して垂直の方向に感知またはイメージされる物体との間に相対移動のある面内にて、高パルス速度で作動しているレーザービーム距離計を回転または走査（スキャニング）することによって、物体の三次元画像を作ることを開示する。この操作により、レーザー距離計の回転ビームが物体側面を通過する際に、距離計のパルスで感知される物体を覆い、それにより物体に三次元画像を得る。同時係属出願で教示される三次元物体センサーの好適実施態様によれば、噴霧、計数または木のサイズ測定のために、列をなす木の検知を教示した。センサーは、並木、収穫物または葉の間を走行しながら地面に沿って移動するとともに、センサーを載せ移動する車両の両側で、レーザー距離計が車両の動きに対して垂直な面内をスキャンする。センサーが葉の存在を検知すると、検知された木または物体を効率的に噴霧するために、噴霧装置を起動する信号を出す。この操作により、噴霧された材料を遮るように存在する葉があるときにのみ噴霧が確実に起こる。こうして、経済的および環境的利益が理解される。農業噴霧器は、レーザー送信機および受信機用のアパーチャーを間隔を置いて有する、パルス化した飛行時間距離測定手段を用いる。このレーザービームおよび視界受信機は、回転ミラーにより、噴霧車の前方移動軸線に対して直角の垂直面内を連続的にスキャンされる。ミラーの位置およびそれに対応したレーザービームは、ミラー駆動モーターシャフトに取り付けられたシャフトエンコーダーの手段により決まる。この態様の場合、車両が並木の間を移動する際に、単一センサーが噴霧車の両側で距離測定を行う。センサーは、木の存在を検知することのみが必要であるから、距離測定は、センサーの両側にて、±４５°の仰角内でのみ行われる。データは、回転また円周スキャン３６０°のうち１８０°以内で採取される。噴霧車が進むときに、スキャンの軌跡は、ミラーの連続回転に向かって進む。走行距離に車両からの入力を採用すると、センサーは画像のパノラマを作製する。次いで、アルゴリズムは、木が存在するかどうかを、関数角としての測定距離データから決める。噴霧装置はゾーンにグループ化され、そして、センサーはゾーンごとに葉の画像を提供し、それから、個々の木のゾーンに必要な噴霧量の指示を出す。安全、軍事および運送の用途をはじめ、家庭で使用される装置など、広くさまざまな用途に有用で、正確かつ低コストのセンサーの要望が絶え間なく存在する。そこでは、頭上センサーを用いる交通信号コントローラーを示唆している。同時係属出願では、以下の米国特許を参照している：ジラードらの３，１６７，７３９；ラモーレットの３，４３６，５４０；マッソーズの３，５１６，０５６；クルーガーらの３，５３２，８８６；パールマンの３，６８０，０４７；およびチャセックの４，３１７，１１７。参照したのと同様に、近視野センサーは、侵入者警報機および自動ドアオペレーターにも利用される。そのような装置の例は、以下の米国特許に開示されている：マッソーズの３，６０５，０８２；パールマンの３，６４４，９１７；パールマンの３，７１９，９３８；スコヴィレらの３，８５２，５９２；ライツらの３，９７２，０２１；およびサフィアらの４，４３３，３２８。同時係属出願の三次元センサーで述べたように、米国特許第４，７６８，７１３号は、木の葉の存在を検知するために、超音波ソナー型センサーの使用を開示する。米国特許第４，８２３，２６８号および米国特許５，１７２，８６１号もまた同様である。光学的測距技術は、米国特許第４，１７９，２１６号および米国特許４，４９０，０３８号に開示されているように、産業用途に具体化されている。前記同時係属出願で述べたように、物体センサーは、国防省および運輸省の計画のために開発された幾つかのレーザーシステムの副産物として、本発明者らにより開発された。代表的には、レーザー光学素子およびエレクトロニクスの軍事的使用が、ミサイルシステムおよび標的認識システムの中に見られる。標的画像は、作製後、目標区域上のミサイルまたは輸送機として見える。例えば、ミサイルは、航路に対して垂直な面をスキャンするレーザー距離計を具備しうる。発明の要約車両を検知し、そして三次元形状および車両速度を決めるのに有用な出力を提供するためのレーザーセンサーは、センサーからセンサーの検知ゾーン内を移動する車両の一部分までの距離を測定するため、および、各距離データ出力のためのセンサー角度に対応する各距離データ出力を提供するためのレーザー手段を含んでいる。車両を横切ってビームをスキャンする手段を具備し、該スキャン手段は、ビームの向きおよびセンサー角度を測定するための手段を備える。さらに、車両がゾーン内の位置間を走行した距離を測定する手段を備える。走行距離は、車両上の各点が移動した距離を表すデータを提供する。また、車両速度および三次元形状を測定するため、各距離、角度および走行距離を処理する手段を備える。該処理手段は、インテリジェント・車両・道路・システムに有用な車両分類を提供する。好適実施態様のセンサーは、レーザー手段により放出される前方および後方ビームを含んでいる。前方および後方ビームは、所定角度で分割され、車両が走行する一定区域に向かって放出される。ビーム間を走行する車両上の点の走行時間を表す時間信号は、距離データ処理手段により提供される飛行時間データから求まる。センサーは、さらに一対のレーザービームを放出する２個の送信機、車両が走行する道路上のゾーンへビームを向ける手段、および車両から反射されたレーザービームを電圧信号に変換する２個の受信機を備え、該電圧信号は受信機と車両上の決められた点との距離を表す。ビームを遮断して、そのビームを道路に対する垂直面から所定角度にて反射する光学的反射面を用いることにより、スキャニングが提供される。車両から反射されたビームは、ミラーに向かって戻り、対応する受信機のアパーチャーの中に入る。車両の横断面を横切って該ビームを反射するのに十分な角度にわたって、該反射面を回転自在に動かすための手段を備え、そしてビーム面内のセンサー角度を表す信号手段も備える。角度信号は、対応する角度にて距離データを与える処理手段に送られ、そして距離および角度データを結合して、車両横断面を与える。好適実施態様では、送信機から放出されるビームを遮断し、次いで該ビームをスキャン面へ反射するミラーを用いたスキャニングが提供される。該スキャン面は、道路に対する垂直面から対抗する角度にて配置される。ミラーの方へ戻るように向けられた反射ビームは、受信機の対応するアパーチャーの中に向けられる。ミラーを軸にまわりに連続的に回転させるために、回転自在のシャフトを有するモーターがミラーに取り付けられ、そして基準角度に対するミラーの角度位置を確認するために、エンコーダーがミラーに取り付けられる。本発明の好適な実施態様では、該処理手段は、タイミング信号に関連するスキャンサイクル用データを保存および処理するために、各距離およびセンサー角度データを受け取るようにプログラムされたマイクロピロセッサーを含んでいる。処理データは、車両の三次元形状プロファイルになる。さらに、本発明は、車両の形状プロファイルを、複数の車両の既定の形状と比較する車両分類用アルゴリズムを含んでいる。本発明の目的は、農業噴霧器の三次元センサー技術を車両センサーに拡張して、車両がセンサーの下を通過する際の車両の完全な三次元形状プロファイルを開発する能力を提供することにより、同時係属出願の車両センサーを改良することにある。車両のクラス分類、自動料金徴収、道路使用データの編集、フェリーボート荷積指導およびインテリジェント・車両・道路・システムに必要な多様な用途に使用するために、本発明のアルゴリズムは、車両の三次元プロファイルを取り込み、それを既知の車両プロファイルと比較する。米国におけるインテリジェント・車両・道路・システムの戦略的計画は、ＩＶＨＳアメリカによりリポートＮＯ．ＩＶＨＳ−ＡＭＥＲ−９２−３に作られ、１９９２年５月２０日に刊行された。この書類は、一部、Ｕ．Ｓ．ＤＯＴ，コントラクトナンバーＤＴＦＨ６１−９１−Ｃ−０００３４のもとに作られた。該戦略的計画の目的は、米国内でのＩＶＨＳの開発および活動を指導することである。この計画は、われわれが直面している道路システムの一連の複雑な問題に対してただ一つの答えはない、しかし、ＩＶＨＳとして知られる技術のグループは、１９９１年の統合地上輸送効率化法（ＩＳＴＥＡ）の目的をかなえるのに非常に助けになると指摘する。ＩＳＴＥＡの目的は、「・・・十分経済的であり、世界経済に参加する国のための基盤を提供し、そして人および物をエネルギー効率よく移動させる国家的統合輸送システムを開発すること」である。本発明の目的は、ＩＳＴＥＡの目的の範囲内で一致するニーズを満足させることである。ＩＳＴＥＡアメリカ計画には、ひとつに車両の自動分類（ＡＶＣ）が必要であると記載されている。本発明のさらなる目的は、スキャンレーザーレーダーシステムを使用して、視界区域の区画地図を開発することである。パターンをスキャンすることにより二次元が得られ、そしてそれらの距離測定により三次元が得られる。この発明の目的は、二本の分岐したビームが車線を横切ってスキャンするスキャンシステムもつ、固定された距離計を使用した同時係属出願の車両センサーを改良することにある。本発明のさらなる目的は、車両を横切って横方向に取り込まれる距離表示を用いて車両のプロファイルを提供することにある。車両速度は、車両による二本のビームの交差により決まる。車両速度は、車両の横断面の間隔を提供して、車両分類に使用するために車両の正確な三次元プロファイルを構築する。本発明の他の目的は、車両をクラッター（ｃｌｕｔｔｅｒ）から識別して、車両を分類する能力を持つアルゴリズムを提供することにある。本発明のさらなる目的は、他のインテリジェント・車両・道路・システム、ならびに電子通行料および交通運営（ＥＴＴＭ）の領域、特に自動料金徴収に役立つ情報を提供することにある。特に例示した実施態様がこの発明の方法および装置の両方において開示されているが、当業者は、数多くの変更および修正を認めうる。そのような変更はすべて、本発明の範囲内に帰するものである。図の簡単な説明本発明を完全かつ可能にする開示は、そのベストモードを含み、添付図面の参照を含む本明細書中の当業者に向けられる。図１は、前方および後方スキャンレーザービームを含む好適実施態様において、車両が通過する際に、車両を遮断するためのビーム操作を示す部分斜視図である。図２は、農業噴霧器に使用される同時係属発明に関するセンサー素子の機能的フローの関係を示す、同時係属出願に使用の物体センサーの略図である。図２Ａは、レーザー装置とレンズ／プリズム系との関係を示す、レーザー送信機の略図である。図２Ｂは、受信用対物レンズと光学信号を電流パルスに変換するフォトダイオードとの関係を示す光学受信機の略図であって、このパルスは、従来のトランスインピーダンス増幅器を用いて電圧信号に変換される。図２Ｃは、同時係属出願の発明の好適実施態様に使用される時間−振幅回路の略図である。図３は、目標の木の列の間を走行する同時係属出願の農業噴霧器の各部分を示す部分空間図である。図４は、代表的な柑橘類である森の中の柑橘類植物へ除草剤を適用するのに使用される、例示的にひとまとまりとみなされたゾーンのレーザービームスキャンを示す。図５は、選ばれたノズルから目標の木への噴霧物質の選択的適用を示す、空気ブラスト型農業噴霧器の部分背面図である。図６は、特定の測定位置の場合のゾーンと木の大きさとの関係を示す。図７は、スキャンされた距離データを保存する際に使用される複数帯域のための円弧列データ構造(circular queue data structure)を示す。図８は、開始から噴霧適用信号を始めるまでの工程を示す、同時係属のマイクロプロセッサーソフトウエアのセンサートップレベルフローチャートである。図９および１０は、同時係属出願における能動近視野物体センサーの操作を示す斜視図である。図１１は、上記図９および１０に記載の同時係属出願のセンサーとともに使用されるハードウエアの電子および光学部分を示すブロック図である。図１２は、通過する車両の上に設置されたセンサー用に分解能３インチの高精度レーザーレーダーを供するための本発明のスキャン幾何学（ｇｅｏｍｅｔｒｙ）を示す。図１３は、本発明により提供される車両の三次元プロファイルを示す斜視図である。図１４は、本発明のＩＶＨＳセンサーとともに使用されるハードウエアの電子および光学部分を示すブロック図である。図１５Ａは、本発明の一実施態様に使用される多面ミラーの機能を表現したものであり、回転ミラーは投射するビームを反射して前方および後方ビームにするために、交互に傾斜する面を有する。図１５Ｂは、図１５Ａの多面ミラーの斜視図である。図１６は、この発明の好適実施態様において使用される前方スキャンレーザービームおよび後方スキャンレーザービームの幾何学（ｇｅｏｍｅｔｒｙ）を示す。図１７は、ビームと、反射する交互回転ミラー面上にビームを偏向させる二位置ノディング（傾斜）ミラーとをスキャンして、前方および後方スキャンビームに分割するために、回転１２面ポリゴンミラーの使用を示す。図１８は、前方および後方スキャンビームを形成するために、２個の送信機と２個の受信機を用いる本発明の実施態様の略図である。図１９Ａおよび１９Ｂは、それぞれ、本発明のマイクロコントロラーおよびマイクロプロセッサーの機能的フローを示すブロック図である。図２０は、料金道路車両データ徴収および分類に使用する例として、「アメリカトラック協会トラック類型」を示す。図２１は、本発明により提供される、トラックの三次元プロファイルを示す斜視図である。図２２〜２８は、本発明に有用なソフトウエアの好適実施態様を示す相互に関連するフローチャートである。好適実施態様の詳細な説明本発明の好適実施態様では、センサー１０が道路１２上に取り付けられセンサー１０の下を通過する車両１４を感知する。第１図には、センサー１０の下の領域１８を通過し始めている車両１４を捕える前方スキャンビーム１６、及びセンサー領域１８を出ようとしている車両１４ａを捕える後方スキャンビーム２０が描かれている。本発明は車両１４を感知して車両の速度及び車両の分類を求めるのに用いられる方法及び装置の両方に関する。この明細書の初めの方で述べたように、同時係属出願における開示と依存しあう。同時係属の発明の要素を明確に参照するために、能動近視野物体センサー分類技術に関する同時係属出願第０７／９８０，２７３号に記載された構成要素に対する参照番号は、同時係属出願における参照番号に３００を加えたものを使用し、農業噴霧器を制御するのに用いる物体センサー及び方法に関する同時係属出願第０７／９９７，７３７号では、同時係属出願における参照番号に５００を加えたものを使用する。例えば、本発明のセンサーはセンサー１０として参照されており、上記同時係属出願におけるセンサーは夫々センサー３１０及びセンサー５１０として参照される。同様に、全ての参照番号が適宜増加される。同時係属出願第０７／９９７，７３７号に関して、第２図に示されたセンサー５１０はパルス飛行時間距離測定システムを用いている。第２図に示されているように、レーザー送信機５２０及び光受信機５２２が夫々分離したアパーチャー５２４及び５２６を有して並んで配置される。送信されたレーザービーム５２８及び受信機５２２の視野は、垂直面５３２内の回転ミラー５３０により連続的にスキャンされ、この垂直面５３２は、噴霧器５１２の移動軸５３４に垂直であり、第３図に示されているように該噴霧器５１２上にセンサー５１０が取り付けられる。再度第２図を参照すると、ミラー５３０及び対応するレーザービーム５２８の位置は、ミラー駆動モーターシャフト５３８に取り付けられたシャフトエンコーダー５３６により求められる。この構成により、単一センサー５１０が目標樹木５１４又は他の農作物の列５４２の間を移動するとき、農業噴霧器のセンサー５１０と両側の目標樹木５１４の間の距離５４０を測定する。第３図はこのことを示しており、噴霧器５１２が列５４２の間における第１の位置５１２Ａ及び第２の位置５１２Ｂにある部分的な領域図である。第２Ａ図に示されているように、レーザー送信機５２０のレンズシステム及び回路は、光源としてダイオードレーザー５１９を用いる。例として、パルス回路中で構成される従来のＩｎＧａＡｓ変形層量子井戸構造注入レーザー５１９が用いられ、０．９１ミクロンにおいて約３０ワットのピーク放射量を有する１３ナノ秒パルスを放出する。ダイオードレーザー５１９は、当該技術で周知のアバランシェトランジスタパルサーにより発生された５０アンペア電流パルスで駆動される。３８１ミクロンレーザー５１９のダイオード接合は、１０から４０立体角の放射を放つ。例えば８．８ミリメートルのオーダーの有効焦点距離を有する高速焦点距離（ｆ：０．９１）マルチ要素レンズ５２１が用いられてダイオードレーザー放射をコリメートさせ、ダイオード接合に平行な方向に対して４６．６ミリラジアン及びダイオード接合に垂直な方向に対して０．１２ミリラジアンのビーム発散が得られる。コリメートされたレーザービームはアナモルフィックプリズム５２３対を用いてダイオード接合に平行な方向において１／６に縮小され、アパーチャー５２４を通って放出されるレーザービーム５２８はとしてダイオード接合に平行な方向に対して７．８ミリラジアン及び垂直な方向に対して０．１２ミリラジアンのビーム発散が得られる。第２Ｂ図に示されているように、光受信機５２２のレンズシステム及び回路は対物レンズ５２９及びシリコンＰＩＮフォトダイオード５２７から成り、レーザービーム５４４が目標樹木５１４から反射された後にそのアパーチャー５２６において該レーザービーム５４４を受ける。従来のトランスインピーダンス増幅器５２５がフォトダイオード電流パルスを電圧パルスに変換する。反射レーザービーム５４４を表す返送光放射が対物レンズ５２９に入射して受信機５２２のフォトダイオード５２７上に焦点合わせされる。受信機視野は、フォトダイオード５２７の直径と受信機レンズ５２９の焦点距離の比により与えられ、例として１３ミリラジアンのオーダーであり得る。この値は受信機５２２の孔視を７．８ミリラジアン送信機ビーム幅まで可能にするに十分大きな値である。再度第２図を参照すると、同時係属の好適実施態様で用いられているシャフトエンコーダー５３６は、例えば１回転当たり２，０４８パルスのオーダーのような予め定められたパルスレートでレーザー５１９をパルス放出させる。このことにより、距離測定はミラー回転の軸５３８を中心として３．０６ミリラジアン毎に行われる。１秒当たり４０回転（ｒｐｓ）のミラー５３０の回転レートを与えるモーター５４６を用いると、レーザーパルス繰り返しレートは１秒当たり８１．９２千サイクル（ｋＨｚ）となる。同時係属の好適実施態様ではオンボード型マイクロプロセッサー５５０が用いられ、これはマイクロプロセッサーサイクル時間に基づいて繰り返しレートを１５ｋＨｚまでに制限する。シャフトエンコーダー５３６は、２９．２９ｒｐｓの角回転レートで１回転当たり５１２パルスのレートでパルスを送る。マイクロプロセッサー５５０は、パルストリガー信号５５２を送ることによりレーザー送信機５２０のトリガーを制御する。これらのパルストリガー信号５５２は、レーザー５２０の動作を噴霧器５１２の左右両側の４分円回転に制限するように選択される。これらの４分円は、第４図に示すように、樹木の高さに対応し、左スキャン４分円５５４と右スキャン４分円５５６である。レーザー送信機５２０は、予め選択された樹木をカバーする４分円５５４及び５５６の各々において１２８回発射される。続けて第２図を参照すると、１つの放射パルスがレーザー送信機５２０を離れていき戻って光受信機５２２で検出されるまでの時間を測定することにより、センサー５１０は距離５４０を求める。この全飛行時間が２で割られて目標樹木５１４までの移動時間が得られ、光速度即ちレーザービーム５２８の速度が掛けられる。距離５４０の正確な測定が要求されるので、この時間の正確な測定が必要となる。この為に、第２図のセンサーシステム５１０は、第２Ｃ図に詳細に示すように、距離ゲート５５７及びアナログ時間−振幅変換器回路（ＴＡＣ）５５９から成る距離測定回路５５８を含む。この距離測定回路５５８は、距離ゲートに対するスタートパルスを開始するための手段としてのレーザー５１９と光学的にカップリングされる。距離測定回路５５８に対するストップパルスは、受信機５２２内に含まれる閾値検出器により与えられる。レーザーパルスが目標まで行き受信機まで戻ってくる伝播時間を正確に測定するためにデジタル及びアナログの両方の技術が用いられて時間間隔測定を行うことは、当業者には予想されることではあるが、同時係属発明においては、デジタル技術と比較した場合に、その分解能、より小さいサイズ、より簡単な回路、より低いパワー消費及びより低いコスト故に、アナログ技術が採用された。本発明で特に用いられているアナログ距離測定は「飛行時間変換器(time-of-flight co nverter)」として知られており、測定距離の約１パーセントの精度及びプラスマイナス約５センチメートルの分解能を有する。再度第２Ｃ図を参照すると、距離ゲート５５７とＴＡＣ５５９の特定の形式が示されており、トランジスタＱ１を含む定電流源が用いられてランプキャパシター(ramp capacitor)Ｃ３８を充電し、瞬間値が経過時間の測度（目安）となる線形電圧ランプが得られる。レーザー５１９が発射されるときキャパシターＣ３８間の電圧が正電源からランプダウンし始めるように、ＴＡＣ５５９回路が設計される。反射パルスが受信機５２２に受け取られるか又は測定期間の終わりに、ランプは停止される。最大距離及びよって最大測定期間は初期値として予め選択される。ＴＡＣ５５９の出力は、マイクロプロセッサー５５０内の１０ビットアナログ−デジタル変換器によりデジタル形式に変換される。同時係属のセンサー実施態様では、ＴＡＣ５５８に対するスタートタイミングパルスは、レーザー送信機５２０を発射させる同時パルス５５２を用いてシャフトエンコーダー５３６により発生される。再度第２図を参照すると、マイクロプロセッサー５５０は、樹木の葉の高さ５６２を感知し計算するタスク、噴霧ゾーン５６０に対して作動するタスク、及びセンサーシステム診断を行うタスクを含む３つの主タスクを行うようにプログラミングされている。そして目標樹木５１４の高さ５６２、樹木５１４までの距離５４０、その距離５４０と関連する角度５６４、及びセンサーが取り付けられている地面５６８上の高さ５６６を計算する。マイクロプロセッサー５５０は、光放出ダイオード、樹木の葉のような物体の存在を示す存在リレー、ＲＳ２３２コンピューターインターフェース及び電源内のリレーに対して種々の出力を与える。マイクロプロセッサー５５０は、温度や実時間クロックパルスを含む入力に加えて幾つかの入力を受ける。このような入力／出力マイクロプロセッサー情報及びバックアップ回路は当該技術においては周知である。第５図に示されているように、センサー５１０が上方向にスキャンしているときは、樹木５１４の頂部までの距離５７０としては最後に受けた有効距離が与えられ、樹木の底部までの距離５７２としては、最小高さ閾値５７４を越える高さを生じる最初の有効距離が与えられる。センサー５１０が下方向にスキャン中は、樹木５１４の頂部までの距離５７０は最初に受けた有効距離として定められ、樹木５１４の底部までの距離５７２は、最小高さ閾値５７４を越える高さを生じる最後の有効距離として定められる。予め定められた最大距離より小さいどんな距離５４０も有効距離である。同時係属の好適実施態様では、各距離５４０の読み取りには、それに関連し水平軸５７６に対して相対的な角度信号５６３も含まれる。この角度信号５６３はカウンター５６５により求められ、このカウンター５６５はシャフトエンコーダー５３６が１サイクル動く度にインクリメントされる。この同時係属の好適実施態様では、シャフトエンコーダーは１回転当たり５１２サイクルである。従って、カウンターの１刻みは約０．７°の角度５６４に相当し、角度信号５６３をマイクロプロセッサー５５０に与える。センサー５１０は地面５６８上の固定高さ５６６に取り付けられるので、目標樹木５１４の頂部５６２又は底部５７２までの高さは、所与の角度５６４で測定された距離５４０にその角度５６４の正弦を掛けてその積にセンサー５６６の高さを加えることにより計算できる。対応する数式は、高さ（樹木）＝高さ（センサー）＊ＳＩＮ（角度）となる。ここで、距離５４０は予め定められた最大距離よりも小さくなるように定められ、角度５６４は−４５°から＋４５°までの予め定められた値を取る。好適実施態様では、農業噴霧器５１２は制御可能ノズルの形式をした噴霧ヘッド５１８を含む。これらのヘッド５１８は、噴霧器５１２の特定のタスクに従ってゾーン５６０に向けられてグループ化される。一般的なフロリダオ距離果樹園で現在使用されている実施態様では、５つのゾーンが使用され、最も高いゾーンの頂部は約１７フィートのところにある。ゾーン５６０の数とサイズは特定の目標農作物やタスクに大いに基づくものとなる。樹木５１４の高さ５６２が計算された後に、適当なゾーンが特定されて対応する噴霧器ヘッド５１８が作動する。第４図に示されているように、目標樹木５１４の底部５７４及び頂部５６２間の適当なゾーンの全てが作動する。第４図及び第５図に示されているように、所与の目標樹木５１７に対して適するゾーン５６０だけが作動されて噴霧物質を与える。さらに第６図には、スキャン測定配置５６１に対するゾーン５６０だけが作動されて噴霧するのが示されている。この同時係属の好適実施態様では、第４図及び第５図に示されているように、レーザーセンサー５１０は噴霧器５１２上において噴霧ヘッド５１８の約１６フィート先方に取り付けられている。第３図に示されるように、センサー５１０が目標樹木５１４の測定を行う時間から噴霧ヘッド５１８が目標樹木５１４に届く時間までの時間遅延が存在する。噴霧器５１２の車５８４と通信するセンサー（同時係属出願図面に示されている）からの距離パルス信号５８０に基づいてセンサー５１０とヘッド５１８間の固定距離５７８をいつカバーするのかは、マイクロプロセッサー５５０が決める。第７図中に概略形式で示されているように、どの噴霧ゾーン５６０が作動するべきかを示すデータが、マイクロプロセッサー５５０において円形列形式データ構造６００にて記憶される。距離パルス５８０が受け取られたとき、現在のゾーンデータがその列６００内に現在のポインター５８６位置にて記憶される。距離パルス５８０がマイクロプロセッサー５５０により受け取られる度に、列ポインター５８６がインクリメントされる。好適実施態様では、噴霧器５１２が１６フィート進むと、時間遅延ゾーンデータがその列から読み出されて噴霧ヘッド５１８を作動するのに用いられる。この好適実施態様は、電子的にスイッチング可能なソレノイドを含み、このソレノイドは噴霧ヘッド５１８の近くに取り付けられてヘッド５１８へのフローラインを制御する。フローラインは、適当な噴霧混合物質を含んだ保持タンク５９２にその手前で連結される。マイクロプロセッサー５５０の初期化の後に、距離５４０及び角度５６４のデータが、後続の目標樹木５１７の高さの計算の為に記憶される。測定された樹木高さ及び設定された噴霧ゾーン５６０に基づいて、保存タンク５９２と通じる噴霧器ヘッド５１８が作動され選択された噴霧物質を放つ。この工程は第８図に示されており、７００で示されるトップレベルフローチャートが描かれている。第８図を参照すると、最初にマイクロプロセッサー５５０が初期化される（７０２）のが分かる。レーザーセンサー５１０のスキャニングの後に、飛行時間飛距離を含む距離及び対応する角度が読み取られ（７０４）、マイクロプロセッサー５５０内に記憶される。上記数式を用いて、樹木高さが測定距離から計算される（７０６）。センサー高さ５６６は初期値として入力される。このスキャニング工程が続き（７０８）、高さが計算されて（７１０）予め定められた噴霧ゾーンを作動させる（７１２）。距離計算及び認識された樹木の葉ゾーンへの噴霧の開始に加えて、システム診断が行われ（７１４）、リセットするため又は噴霧器オペレーターへ信号を送るための手段としてスキャニングサイクルのスタートに戻される。上述したように、考慮されるべきセンサー高さ５６６、最大距離、最小距離、及び指定噴霧ゾーン５６０に対応する角度を含んだ情報を用いて、マイクロプロセッサー５５０は初期化される。第４図に示された実施態様では、水平５７６の上下４５°の角度が、距離データが取り込まれる限度を設定すべく予め定められている。噴霧タスクのための所与のシナリオに基づいて、これらの初期値が選択される。上述のように、マイクロプロセッサー５５０はシステム診断をも行う。システム診断では、例として、レーザーの不調のような故障がシステムに発生していることを示す故障警告を噴霧器オペレーターに与える。図示された実施態様では、基準方向が垂直下向きに選択されている。この方向はソフトウエア内では「ｚ」パルスとして定められる。ｚパルスが一旦受け取られたなら、プロセッサーは、この図において反時計回り方向に４５°の角度だけスキャンが通過したことの合図を待つ。上述のように、この４５°角度は樹木５７２の底部までの距離に対応する。第５図はこの距離５７２を示す。この角度は、レーザーが発射できるようにする角度として予め選択される。距離が読み取られ、もしその距離が予め定められた初期化距離より小さいならば、距離及び対応する角度は記憶される。一旦測定距離が記憶されるか、又は測定距離が最大値を越えるばらば、センサー５１０は更なるインクリメント角度だけスキャンされる。レーザーがイネーブルされる４５°弧から測定されていき９０°弧のスキャニングが完了するまで、読み取り、比較及び記憶のこの工程は続く。再度第４図を参照すると、スキャナーが右スキャン４分円５５６で指定される９０°弧を通過した後、レーザーは使用不可とされる。上述したように、距離及び角度について行われた測定は、インクリメントされた各角度に対して樹木高さを計算するのに用いられる。測定された種々の高さが予め定められた初期化噴霧ゾーン高さと比較され、作動されるべきゾーンを定める。図示された実施態様では、５つの垂直ゾーンがタスクに適していると認められている。第４図に示されているように、ゾーン５６０は、２．３フィート、５．６フィート、９．０フィート、１２．３フィート、１４．６フィート及び最大値である１７．０フィートの間で選ばれる。選択された噴霧物質を散布するのに特定のゾーン５６０がいつ作動されるべきかを決めるために比較され用いられるのは、これらのゾーン高さである。第４図に示されているように、レーザーが再度発射されて距離測定を行う前に、センサー５１０はさらに９０°スキャンされる。レーザーが発射され、同様の距離測定工程が左スキャン４分円５５４に対して初期化される。次の有効距離を測定するために、レーザーがイネーブルされ（５０４）、基準が設定される（５０６）。一旦設定されると、その基準はインクリメントされる。左４分円５５４においても右４分円５５６で述べたのと同様に距離が読み取られる。上述のように、センサー５１０が例えば右スキャン４分円において上方向にスキャンしているときは、樹木５１４の頂部までの距離５７０は最後に受けた有効距離として定められる。樹木の底部までの距離５７２は、最小高さ閾値５７４を越える高さを生じる最初の有効距離として定められる。センサー５１０が左スキャン４分円において下方向にスキャンしているときは、樹木５１４の頂部までの距離５７０は最初に受けた有効距離として定められ、樹木５１４の底部までの距離５７２は、最小高さ閾値５７４を越える高さを生じる最後の有効距離として定められる。予め定められた最大距離より小さいどんな距離５４０も有効距離である。距離と角度が最大と認められる範囲内にあると分かると、それらは記憶される。一旦距離データが記憶されるか又は最大範囲にあると分かると、スキャニング角度がインクリメントされ、９０°弧がスキャンされるまで読み出しサイクルが続く。一旦左スキャン４分円５５４が完全にスキャンされたなら、レーザーは使用不可とされ、記憶データが用いられて右スキャン４分円５５６に対する樹木高さ及び上述したような対応ゾーンが計算される。マイクロプロセッサー５５０はセンサー５１０の動作をモニターし、オペレーターコントロールパネル（図示せず）上にステータス灯を点灯することにより故障を表示する。好適実施態様において得られたデータは、噴霧されている目標樹木５１７をカウントするため、噴霧器５１２の速度を計算してその情報を用いて可変フローヘッドを制御するため、噴霧されるエーカー数（面積）を決めるため、及びレーザー画像化技術においては周知の偽カラー(false-color)画像化のために使用されることも考えられる。それから、さらなる生産の会計及び分析のために樹木の葉全体がマッピングされる。同時係属出願第０７／９８０，２７３号に関して、この同時係属発明に従うセンサーは一般に参照番号３１０で示され、第９図及び第１０図に示される。センサー３１０は、アルミニウムのような軽量物質からなるコンパクトな覆い３１２を備える。伝送性の窓３２０が覆い３１２の一方の側に設けられ、これはフード３１８により周囲の天候から遮蔽される。覆い３１２内に適した電気−光学的アッセンブリの好ましい形式は、第１１図に概略ブロックダイアグラム形式で示されており、ここでは一般に参照番号３２８で参照される。電気−光学的アッセンブリは、送信機セクション３３０、受信機セクション３３２、距離／プロセッサーセクション３３４及び電源３３６を含み、それらの各々は同時係属出願第０７／９８０，２７３号に詳細に述べられており以下において着目する。送信機セクション３３０は、３キロヘルツの公称繰り返し周波数のレーザートリガーパルスをレーザードライバー６０４に対して発生する非安定マルチバイブレーター６０２を含み、このレーザードライバー６０４は、例として、４ナノ秒の立上がり時間と１０ナノ秒のパルス幅を有する２０アンペアピーク電流パルスを発生する。レーザードライバーの出力はレーザーダイオード６０６を制御し、このレーザーダイオード６０６は好ましくは、ドライバー６０４により定められた２０アンペアパルス電流において１８０ワットのオーダーの出力を有するインジウム−ガリウム−ヒ化物注入レーザーダイオードアレイから成る。このダイオードは９０５ナノメートルの波長の出力を放ち、これは以下で述べるようにシリコンフォトダイオード受信機には理想的な波長であることが分かっている。また好ましくは、レーザーダイオード６０６のアレイの接合は０．００２ミリメートルづつで約３．９６ミリメートルの大きさを有して、４０°立体角つづ１０°立体角の放射を放つようにする。レーザーダイオードアレイ６０６の出力は高速（Ｆ／１．６）マルチ要素光学レンズ６０８により集められる。この光学レンズ６０８は、２４ミリメートルの有効焦点距離を有し、ダイオードレーザー放射をコリメートするのに用いられ、それによりコリメートされたビームはデュアルウェッジプリズム６１０を通過する。例として、得られるビームは、ダイオード接合に平行な３．９６／２４＝１６５ｍｒａｄ及びダイオード接合に垂直な０．００２／２４＝０．０８３ｍｒａｄの発散を有する。デュアルウェッジプリズム６１０の２つの出力は参照番号３２２及び３２４で参照される。両方の出力が加熱された伝送性窓３２０を通過させられる。レーザーダイオード６０６をパルス駆動するのに必要な高電圧を発生するために、２００ボルトＤＣ−ＤＣ変換器６１２が送信機セクション３３０に設けられ、好ましくはアルミニウムの覆い（図示せず）内に入れられて電気的な干渉を減じる。送信機セクション３３０はさらに光ファイバー６１４を含み、この光ファイバー６１４は、レンズ６０８への放射と同時にレーザーダイオード６０６からの出力を受けるように連結されている。光ファイバー６１４を通過する出力は、距離／プロセッサーセクション３３４に関して以下にさらに詳細に説明するように、同時係属発明の重要な特徴を与える。受信機セクション３３２は、送信機セクション３３０により放たれた２つのパルス出力ビーム３２２及び３２４が反射されて返送されるエネルギーを受けるためのレンズ６２２を含む。レンズ６２２を通過するエネルギーは光学フィルター６２４を通過させられ、レンズ６２２−フィルター６２４からの単一の入力が２つの光検出器６２６、６２８に送られる。これらの光検出器の各々は夫々の増幅器６２７及び６２９に入力を与え、これら両方の増幅器はアナログマルチプレクサー６３２に入力を与える。本発明の好適実施態様においては光マルチプレクシングが行われることが後に分かる。同時係属発明では、レンズ６２２で受けた光エネルギーはまず入力放射と等価なアナログ電気に変換され、次いで論理レベル信号に変換される。２つの光検出器６２６及び６２８の出力は高速アナログマルチプレクサー６３２により時間切換される。この高速アナログマルチプレクサー６３２は、距離／プロセッサーセクション３３４内に含まれるマイクロプロセッサー６５２からの論理レベルコントロール線６３３により制御される。マルチプレクサー６３２の出力は閾値検出器６３６及び増幅器６３４に接続され、以下に説明するように、これら両方とも距離／プロセッサーセクションに入力を与える。好ましくは、２つの光検出器６２６及び６２８はシリコンフォトダイオードであり、光検出器６２６及び６２８の電流パルスを電圧パルスに変換する増幅器６２７及び６２９と連携して電流源として働く。各増幅器６２７及び６２９は差動モードで動作するとき２８キロオームのトランスインピーダンスを示す。光学フィルター６２４は好ましくは狭帯域幅（４０ナノメートルのオーダー）を有し、太陽光線を制限し９０４ナノメートルの放射だけを光検出器６２６及び６２８に到達させる。一般に、狭帯域フィルター６２４の伝送は、９０４ナノメートルにおいて約７５パーセントのオーダーである。図示されてないけれども、好ましくは、受信機セクション３３２のアナログ部分はファラデイシールド内に含まれるようにし、更なるノイズ低減策を必要とせずに利得が達成できる「自由場(field-free)」領域内で回路を動作させる。距離／プロセッサーセクション３３４は、ファイバー６１４、増幅器６４３及び閾値検出器６４４と光学的に結合した検出器６４２を含み、閾値検出器６４４の出力は距離ゲート６４６に対する「スタート」入力を表す。距離ゲート６４６に対する「ストップ」入力は、受信機セクション３３２内に含まれる閾値検出器６３６からの出力として与えられる。目標に行って受信機に戻るまでのレーザーパルスの伝播時間を正確に測定する為にデジタル及びアナログの両方の技術が時間間隔測定に用いられ得ることは、当業者には予想されることであるが、同時係属発明においては、デジタル技術と比較した場合にその分解能、より小さいサイズ、より簡単な回路、より低いパワー消費及びより低いコスト故に、アナログ技術が採用されている。本発明で特定的に用いられているアナログ距離測定技術は、「時間−振幅変換器(time-to-amp litude converter)」として知られ、測定距離の約１パーセントの精度とプラスマイナス約５センチメートルの分解能を有する。距離ゲート６４６と時間−振幅変換器（ＴＡＣ）回路６４８の特定の形式は同時係属出願に示されており、第２Ｃ図に関する上記記載においても説明されている。トランジスタＱ１を含む定電流源はランプキャパシター(ramp capacitor)Ｃ３８を充電して線形電圧ランプを得るのに用いられる。この線形電圧ランプの瞬間値が経過時間を表す。レーザーダイオード６０６が発射するときにキャパシターＣ３８間の電圧が正電源からランプダウンし始めるように、ＴＡＣ回路が設計される。反射パルスが検出器６２６又は６２８で受け取られるか又は測定期間の終わりに、このランプが停止される。ＴＡＣの出力６４９はそれからマイクロプロセッサー６５２（第１１図）内部の８ビットアナログ−デジタル変換器によりデジタル形式に変換される。ＴＡＣ変換器６４８に対するスタートタイミングパルスはファイバー６１４を通って伝送されたレーザーパルスの光検出を用いて作られ、このファイバー６１４は入力を検出器６４２に与えてそこから増幅器６４３へ伝える。第１１図中の距離／プロセッサーセクションの左側に示されているように、受信機セクション３３２の増幅器６３４の出力はピーク検出器６５０に入力として与えられ、次いでピーク検出器６５０はマイクロプロセッサー６５２に入力を与える。この情報は、風シールドやほとんど反射しない黒い金属又はプラスチックの車両部分から戻ってくる低いレベルの信号において距離−車両を測定するときに以前突き当たった大きな問題に有効である。戻ってくるこの低いレベルの信号はしばしば、街路のレベルからの信号に近い距離読み取りを得る結果となり、従って、車両が存在しないと誤って示すこととなる。この距離測定エラーは戻り信号レベルの変動の大きさに比例し、「タイミングウォーク(timing walk)」として知られる。この問題は、高速ピーク検出器回路３５０による戻り信号のピークの正確な測定、及び戻り信号レベルに基づいて距離測定に補正ファクターを掛けるためにマイクロプロセッサー６５２を使用することにより解決される。このように、非常に低いレベルの信号はそれ自体、検出されている（車両のような）物体の存在を示すものである。距離読み取りが街路のものより短いか又は戻り信号レベルが街路からの戻り信号レベルよりも十分小さい場合には、センサーは物体の存在を示す。１つの特定の構成では、マイクロプロセッサー６５２はＩｎｔｅｌ８７Ｃ１９６ＫＣから成り、その中に後述するソフトウエアがロードされる。第１１図中の距離／プロセッサーセクション３３４に記されているように、マイクロプロセッサー６５２は種々の出力を発光ダイオード表示器６５３、物体の存在を示すための存在リレー６５６、ＲＳ２３２コンピューターインターフェース６５７及び下記の電源３３６内に含まれるヒーターリレー６６６に与える。マイクロプロセッサー６５２は温度センサー６５１及び実時間クロック６５４から別の入力を受け取る。好ましくは、距離／プロセッサーセクション６３４はバッテリーバックアップ回路６５８をも含む。電源セクション３３６は、１１０ボルトライン電流により作動される電源６６４に対するＥＭＩ／サージ保護回路６６２を含む。電源回路は上述のようにマイクロプロセッサー６５２により制御されるヒーターリレー６６６を含み、１１０ボルトラインパワーを受け取る。ヒーターリレーは窓３２０に連結され、周囲の条件の変化に対して窓３２０の温度を一定に保つ。同時係属発明のセンサーシステム及び方法に関して有効なソフトウエアの好適実施態様は、同時係属出願においてフローチャートで示され詳細に説明されている。ソフトウエアはオブジェクトコード形式でマイクロプロセッサー６５２内にロードされ、また、物体の存在を検出して、例えば感知領域を移動する物体の速度、物体のサイズと形状、その分類及びその他の特徴などを含めて、物体を表す所望の出力を与えるように設計されることはもちろん分かる。１つの特定の形式では、センサー３１０は頭上構成にて据え付けるための車両センサーとしてのユーティリティを有し、交差点での道路の一部などのような領域を通過する車両の存在を検出して車両の存在を認め、自動車かトラックか自動二輪として車両を分類し、交差点を通過する車両の数をカウントし、そして各車両の速度及び全車両のフローレートを計算する。ソフトウエアはそれらの目的のために特定的に構成される。ソフトウエアは電気−光学アッセンブリ３２８を作動させて道路までの距離を求める。次にソフトウエアにより、受信機が戻りビーム３２２を検出するようにセットアップされ、距離及び戻り信号強度が読み取られる。距離及び強度読み取りは第９図に示されているように２つのビーム３２２及び３２４間でトグル(tog gle)される。２つのビーム３２２及び３２４の各々からの距離及び強度の読み取りの後、強度に基づいて距離に必要なオフセットが加えられて上述のようにタイミングウォークが補正される。距離における変化（即ち、道路距離マイナス検出物体までの距離）が計算される。もしその計算結果が車両閾値よりも大きいならば、車両パルスカウンターが調べられて車両閾値を越える１６個の連続パルスが存在しているかどうかを調べる。もし計算結果が車両閾値より小さいならば、もう一つのステップシーケンスが初期化されて車両パルスカウンターがリセットされ、それによりビーム３２２と３２４間をトグルする。これら２つのビーム間の距離、道路までの平均距離及び道路までの最小／最大距離の計算を含めて、種々のリセット及び調整が為される。もし道路パルスカウンターがリセットされると、車両が既に検出されたかどうかについての問いが発せられ、もしその答えが肯定的ならば、以前に求められた距離における変化がトラック閾値よりも大きいかどうかの問いが発せられてトラック検出シーケンスを完遂する。一方、もし上記問いが否定的ならば、車両存在リレーがセットされ、車両パルスカウンターがインクリメントされ、そして速度タイマーがスタートされて感知されている領域を通過する車両の速度を求める。車両検出の構成に関しセンサー３１０及びその関連する電気−光学アッセンブリー３２８の動作については、再度第９図及び第１０図が参照される。第９図では、センサー３１０は道路３２６上の高さＨに持ち上げられて描かれており、ビーム分離Ｗ及びビーム長さＬにより定められる道路３２６上の領域３２９に向かって指向するように角度Θで配置され、センサー３１０と領域間はレンジ距離Ｒとなる。電気−光学アッセンブリー３２８に関する上記説明に従って、センサー３１０は２つの分離したビーム３２２及び３２４を伝送し、これらのビームは長さＬ及び幅Ｗで定められる領域上に当てられる。第１０図に示されているように、もし車両３２７が長さＬ及びビーム分離Ｗで定められる領域３２９において道路３２６を遮る場所にいるならば、（例えば）ビーム３２２における照射エネルギー中の一部３２２Ａは車両３２７から散乱されるが、一部３２２Ｂはセンサー３１０に向かって後方に反射されて上述のように受信機セクション３３２により検出される。上記説明の結果として、ソフトウエア及び電気−光学アッセンブリからの種々の入力を用いるマイクロプロセッサー６５２は、道路までの距離を測定する。もしその距離が予め定められた閾値より小さいならば、マイクロプロセッサーは第１１図に示されている存在リレー６５６を閉じることにより車両３２７が存在していることを知らせる。閾値は、個別の測定に対する道路までの最小、最大及び平均距離を計算することにより求められる。最大エラーは、最大距離測定値から平均値を引き、平均距離測定値から最小値を引くことにより計算される。次に、閾値が最大エラーにセットされる。ソフトウエアを用いるマイクロプロセッサー６５２は、距離変化量を調べることにより、検出された車両を（例えば乗用車、トラック又は自動二輪として）分類する。この場合、トラックは乗用車よりも十分大きな距離変化を生じ、自動二輪は乗用車よりも十分小さな距離変化を生じる。ソフトウエアは予め定められた期間（例えば２４時間）の間分類を行い車両の正確なカウントをし続け、一例として、その日の各時間における車両のタイプ別のカウントを行い、ユーザーフローレートを与える。マイクロプロセッサー６５２及びその関連ソフトウエアはまた、夫々の車両が２つのビーム３２２と３２４間を通過するのに要する時間を計算することにより、上記のようにして車両速度を算出する。特に、マイクロプロセッサー６５２は、マイクロ秒時間インクリメントを活用し、第１のビーム３２２が車両の存在を検出すると零にリセットされ、車両が第２のビームにより検出されると読み出しが行われる。次に、ソフトウエアは、第９図における２つのビーム３２２と３２４及び道路３２６のレベルにおけるそれらの間の距離によって形成される三角形に関する余弦定理を適用することにより、２つのビーム３２２及び３２４間の距離を自動的に計算する。速度は、ビーム間の距離を求めて車両がその距離を移動するに要する時間でその距離を割ることにより計算される。センサー３１０は、道路における視界不良条件の存在を確かめるのにも用いることができ、危険な視界条件のためにスピードダウンするように運転者に警告するのに役立つ。車両センサーにより受け取られる返送信号の大きさは、大気の透過度（視界性）に比例する。分析によると、濃い霧や降雨の場合にはセンサーが車両を検出できる視界距離は１８ｍまでである。晴れた日から霧条件下に視界が変化することに対応して、受信信号パワーは２２分の１に減少する。もしマイクロプロセッサー６５２が道路からの返送信号レベルが予め選択された一定の閾値より低いことを感知すると、ソフトウエアはインターフェース６５７を介して適当な視界警告信号の出力を開始する。同時係属出願において述べているように、頭上車両センサーとしての同時係属発明を用いてフロリダ、オレンジカントリーにて１９９２年５−８月の間にテストが行われた。センサーは９９．４％の検出率を達成し、交通取り締まりで用いられる従来のレーダーガンの精度と同等又はそれより良い精度で速度を測定した。システムは２次元車両距離及び強度プロファイルをも与えた。返送信号の強度が非常に低い風シールドの部分においてさえ、車両は精度良くプロファイル化され、大きさの小さい返送パルスにおける距離測定でのタイミングウォークの効果を緩和することに関し、強度依存距離補正の効率性を示した。さて、本発明について説明するに、その目的は、農業噴霧器と共に用いられるセンサー５１０の３次元プロファイルの可能性を、車両を分類するセンサー３１０で用いられる前方及び後方ビーム技術と結合して、上述及び以下において詳細に述べるようなセンサー１０を用いて車両の速度、改善された幾何学的情報及び分類を決めるための前方及び後方スキャンビームを使用する改良された本発明を与えることである。再度第１図を参照すると、本発明は横軸（車線２２の多重前方交差スキャン１６及び多重後方交差スキャン２０）及び縦軸（車線２２を通過している物体又は車両１４及び１４ａに沿ったスキャン１６及び２０内での距離２４の多重度の補正）の両方において高い分解能を与え、車両１４の３次元プロファイルを与える。第１２図に関して、センサー１０は道路１２上のおいて車線２２のほぼ中心に取り付けられる。例として、レーザービーム２６が図示された角度α（２８）の方向に指向される場合にはセンサー１０は角度α１（２８ａ）だけ道路の測定を行う。ビーム２６がα２（２８ｂ）の方向に指向されると、次の測定が行われる。車線２２全体に亘って測定が完結するまで上記測定が一定の角度間隔で続けられる。例として、全スキャン角度が３０°（α１（２８ａ）＋α１（２８ａ））及び測定間の角度が１°の場合には、道路１２上の測定間の最大分離は、約２５フィート（ｔａｎ（１５°）−ｔａｎ（１４°））＝．４６５フィート又は５．６インチとして計算できる。第１２図に示されているように車両１４が存在しているときは、車両１４の表面３２上の点３０までの距離即ち距離２４は第１図に示されているように測定される。種々のスキャン角度２８におけるこれらのレンジ２４即ち測定距離２４は、第１３図に示されるような車両プロファイル３４を発生するのに用いられる。プロファイル３４は、当該技術において周知の幾何変換を用いて道路１２上の測定点３０を発生することにより形成される。レーザービーム２６のスキャニングは後に説明する種々の方法で行われる。もし第１２図の車両１４が静止していると、ビーム２６は同じ点３０を横切ってスキャンし続けるであろう。車両１４が移動していると、例として第１図に示されている前方スキャンビーム１６のようなスキャンは、第１３図に示された距離３６だけ分離するであろう。車両１４の速度とスキャン繰り返しレートを求めることにより、車両１４が前方スキャンビーム１６を完全に通過する度に距離３６が求められて車両の３次元プロファイル３８が構成される。スキャン分離距離は車両速度を１ビームスキャンで割ったものに等しい。本発明の好適実施態様では、センサー１０は第１４図のブロック図に示されているような単一のレーザービーム送信機４０及び受信機４２の対を含む。本発明のこの好適実施態様では、複数の小面４６を有する回転ミラー４４は、ミラー４４の回転を通じてミラー小面４６の角度を変えながら入射ビーム４８を反射してビーム４８のスキャニングを行う為に用いられる。回転ミラー４４の一つの実施態様では、第１図に示された前方スキャンビーム１６及び後方スキャンビーム２０は、回転多角形ミラー４４を用いて発生される。第１５Ａ図及び第１５Ｂ図に示されているように、ミラー４４は角度のあるミラー小面５０を有し、交互するミラー小面５０ａ及び５０ｂはお互いに角度５２にて形成され、ミラー４４がその軸５４を中心として回転するにつれて入射レーザービーム４８を前方及び後方ビーム１６及び２０内に反射する。レーザービーム４８のスキャニングを論じるのと同様に、レーザービーム軸と受信機視野及び従って返送反射ビーム４９は同一直線上にあるので、レーザービーム受信機４２は視野及びスキャニング機能をも有することが分かる。上記例を続けると、一実施態様として７２０スキャン／秒のスキャンレートを与えるように回転する１２面ミラー４４が含まれる。もし車両１４が１００ｍｐｈ又は１４６．７フィート／秒のレートで移動しているならば、スキャン分離距離３６は１４６．７フィート／秒を７２０スキャン／秒又は２．４インチで割った値に等しくなるであろう。５０ｍｐｈで移動している車両１４では、分離距離３６は１．２５インチより小さい。このような分離距離３６は、車両１４を正確に分類するために３次元プロファイルを与えるには十分満足なものである。車両速度は有益な一データであることに加え、車両１４の長さ及びサイズのスケーリングにも要求される。本発明で用いられる技術は同時係属出願において示されている技術と類似のものであり、本発明では前方及び後方の２つのスキャニングビーム１６及び２０が用いられる。第１６図に示されているように、好適実施態様のセンサーは、近づいてくる車両に対して５°傾いた前方ビーム１６、及び車線２２を移動して近づいてくる車両とは反対方向に５°傾いた後方ビームを有する。上述のように、レーザー送信機４０は３０°スキャン２８（角度α２８）において各１°のインクリメントの度にトリガーされる。再度第１図を参照して、車両１４は前方スキャンビーム１６を遮断し、次に後方スキャンビーム２０を遮断し、そして遮断間の時間が計算される。道路１２上の前方及び後方ビーム１６及び２０の間の距離は、２Ｘ２５Ｘｔａｎ（５°）即ち４．３７フィートに等しい。考慮中の例において説明したように１００ｍｐｈ及び７２０スキャン／秒のスキャンレートでは、２つのスキャンビーム１６及び２０の遮断間には２１．４７スキャンが行われる。第１１図に関して上述したように、また、第１４図のブロック図に示されているように、発生されたレーザーパルスからのタイミング信号を用いると、起こり得る最大タイミングエラーは１スキャン期間となり、１００ｍｐｈでは５％を越えず、５０ｍｐｈでは２．５％を越えない。車両プロファイル３８の長さ測定精度は速度の関数であり、よって車両１４が１００ｍｐｈで移動しているときは５％内にあり、速度が減少するにつれて線形的に向上する。第１５Ａ図及び第１５Ｂ図に示されている角度付き小面５０を有する回転多角形ミラー４４を使用すると、マイクロコントローラー５６はセンサー１０のミラーエレクトロニクス６０内の形状エンコーダー５８からのインクリメンタル読み出しを用いてミラー位置の軌道を維持する。従って、ミラー表面の小面４６と距離測定が行われている角度２８は既知であり、第１４図に示されるようにマイクロコントローラー５６に与えられる代表的な信号６２である。シャフトエンコーダー５８は第１組の連続パルスを用いてレーザードライバー６４をトリガーする。この第１組の連続パルスは、予め定められたスキャンビーム１６を与え、別の組の連続パルスだけ離れて回転ミラー４４及び小面４６間の非連続性をもたらす。本発明の距離／プロセッサーエレクトロニクスは同時係属出願について既に述べたように、第１１図を参照する発明である。同様に、本発明の電源６８のエレクトロニクス及び加熱センサー窓７０の制御は、同時係属出願について既に述べたものと同様である。前方及び後方スキャンビーム１６及び２０を与えるための別の実施態様は第１７図に示されており、傾斜ミラー７２を使用する。傾斜ミラー７２は、第１位置７４から第２位置７６に変化して、上述の角度付きミラー小面５０ａ及び５０ｂとは異なり、同じ傾斜の小面４７を有する回転多角形ミラー４５の小面４７から離れていくようにレーザービーム４８及び４９を反射させる。さらに第１４図に示されているように、双安定位置決め器７８は傾斜ミラー７２をその第１及び第２位置７４及び７６に指向させる。第１４図に示された発明の実施態様では、１２辺多角形が回転ミラー４５のために用いられる。この実施態様では、マイクロコントローラー５６は信号８０を双安定位置決め器７８に与え、この双安定位置決め器７８は１つ置きのミラー小面４７上に傾斜ミラー７２を動かす。上述のように、エレクトロニクスの機能フローは一般に第１１図に関して述べた同時係属発明のフローに従う。しかしながら、本発明は、同時係属発明で述べられたアナログマルチプレクシングよりはむしろ上述の傾斜ミラー７２及び光学系を使用した光学／機械的マルチプレクシングを行うものと見なし得る。本発明の別の実施態様でも、第１８図に示されているように２つの受信機８２ｂ及び８４ｂと共に２つのレーザー送信機８２ａ及び８４ａを用いて前方及び後方スキャンビーム１６及び２０が与えられる。同時係属出願のセンサー５１０についての第２図と比較すると、この実施態様がよく分かる。センサー１１のエレクトロニクスは、農業噴霧器と共に用いられる同時係属発明について上述したセンサー５１０において説明したことに従う。本実施態様のうち代替可能な実施態様のセンサー１０についての例外は、距離データ信号９０及び９２をマイクロコントローラー５６に与えるための２つの距離測定回路８６及び８８を有することである。回転平面ミラー９４はモーター９６により回転させられ、モーター９６の回転はエンコーダー９８とカウンター１００によりモニターされ、マイクロコントローラー５６に角度データ信号１０２を与える。第１８図に機能的に示されているように、前方ビーム１６及び後方ビーム２０は、送信機／受信機の対を適当な角度に指向して前方及び後方ビーム１６及び２０を形成することにより、上述のように予め定められた角度に位置決めされる。同時係属出願に関して上述したように、回転ミラー９４は全サイクルに亘ってスキャンするが、興味あるスキャンビームに対するデータのみが処理される。同様に、ここに記載した２つの送信機／受信機８２ａｂ及び８４ａｂの構成を別の実施態様のセンサー１０のエレクトロニクスとして配して前方及び後方スキャンビーム１６及び２０を与えることは、当業者には自明のことである。第１９Ａ図及び第１９Ｂ図に関し、マイクロプロセッサー５２は距離１０４及び返送パルス強度１０６信号を受け取り、同時係属のセンサー３１０について上述したように、距離測定エラーを補償するための時間ウォーク補正を行い、夫々の角度２８と共に用いられる補正角度１０８を与えてスキャニング面内において余弦補正を行い、第１図に関して上述したように車両１４上の点３０のようなセンサー表面を表す距離データセット１１０を生じる。この距離データセット１１０は次にマイクロコンピューター１１２内で処理されて既知の車両を基に分類される。前方及び後方ビーム１６及び２０は区別され、対応する前方スキャン１１４及び後方スキャン１１６信号がマイクロコントローラー５６に入力されて時間計算に用いられて車両の速度を求める。このようにして、第１３図に示された３次元車両プロファイルが道路１２に関して構成される。プロファイル３８はマイクロプロセッサー１１２内のデータベースプロファイルと照合される。比較のための予め定められた規則が用いられ、これは例として車両全表面領域、道路上の車両高さ、及び車両を分類する上で効果的な他の顕著なデータベース車両特性を含むであろう。一旦規則が設定されたならば、一般規則ベースアルゴリズムが分類を完遂するのに用いられる。第２０図に関して、分類の複雑さは、１例として米国トラック協会(American Trucking Association)により設定されたトラックの型を調べてみると予測できることである。複数車線において１つの車両又は複数の車両について更なる詳細が求められている或状況において、分類を行うのに複数センサー１０が用いられることは予想される。自動車について第１３図に示された３次元車両プロファイル３８及びトラックについて第２１図に示された３次元プロファイルを、第９図及び第１０図の同時係属出願第０７／９８０，２７３号で夫々示された２次元プロファイルと比較することにより、本発明の拡張された使用やこのように可能となった改善された車両分類が示される。本発明のセンサーシステム及び方法において有効なソフトウエアの好適実施態様は、第２２〜２８図においてフローチャートの形式で示され、それらの図の各々において示されたソフトウエアの一部は参照番号により任意に指定される。勿論、ソフトウエアがオブジェクトコード形式でロードされ、第１４図、第１９Ａ図及び第１９Ｂ図に関して説明したようなセンサー１０の電気的、光学的及び機械的なコンポーネントを制御するように設計されることが分かる。一つの特定の形式では、センサー１０は、車両の速度を求め且つ車両の３次元プロファイルとデータベース内に確立している既知の車両を比較することで車両の分類を行うためのユーティリティを有する。第２２〜２８図のソフトウエアはこれらの目的のために特別に構成されており、実際には同時係属出願のソフトウエアにおける更に詳細なソフトウエア技術を利用している。まず第２２図を参照すると、マイクロコントローラーソフトウエアは前方スキャンビーム１６においてスキャンする（１２０）。さらに第２３図はこのスキャン（１２０）がスタート（１２２）されてスタート時間が記録される（１２４）。上述のように、距離及び強度が測定される（１２６）。強度値は、時間ウォークを補正べく距離に加えられるべきオフセットを計算するのに用いられる（１２８）。このような工程はセンサー３１０に関する同時係属出願においてさらに詳細に記載されている。現在のスキャン角度２８は、ミラーエレクトロニクス６０内のモーターエンコーダー５９から求められ（１３０）、その情報は上述のように距離に対する余弦補正を計算するのに用いられる（１３２）。予め定められたスキャンに対して予め定められた種々の角度インクリメントにて距離が蓄積され（１３４）、再計算され（１３６）、スキャン時間の終わりが記録される（１３８）。上記スキャンサイクルが一旦完結すると、測定された距離とデータベース車両のサンプル距離を比較し（１４２）、どれくらいこれらの距離が近似しているかを求める（１４４）ことにより、車両が検出されたか否かが求められる（第２４図参照）。もし車両が以前に検出されているならば（１４６）、データが分類のためにマイクロプロセッサーに送られ（１４８）、もし車両が以前に検出されていないばらば、スタート時間が記録され（１５０）、車両検出を示す（１５２）。同時係属のソフトウエアはこれらの工程１５０及び１５２を用い、その詳細はその明細書を参照されたい。次に、距離較正が行われ（１５４）、そして後方スキャンビームに対する工程が開始する（１５６）。第２５図に示されているように、後方スキャンが開始し（１５８）、スタート時間が記録される（１６０）。その工程は工程１６２〜１７４に記載され、前方スキャンに対しては工程１２２〜１３８、１４２〜１５４及び１７６〜１８４に記載されている（第２６図参照）。後方スキャン処理を除いて、もし車両が以前に検出されてないならばストップ時間が記録される（１８６）。車両が前方ビームと交差するスタート時間と車両が後方ビームと交差するストップ時間により、求められた期間及びビーム１６と２０の間の既知の距離を用いて速度が計算される。一旦後方スキャンが予め定められた全ての角度２８に対して完遂したならば、前方スキャンが再度開始される（１９０）。マイクロコントローラー５６が上述のようなそのタスクを完遂すると、マイクロプロセッサー１１２が第２７図及び第２８図のフローチャートに示されているそのタスクを行う。マイクロコントローラー５６からのデータパケットであって第２８図における距離、強度、角度及び時間データを含むデータパケットが、メディアンフィルターで処理されて（１９２）、各スキャンプロファールを平滑化する（１９４）。次に、分類のための特徴セットが計算され（１９６）、検出された車両の特徴と車両データベースライブラリ一内に含まれる車両の特徴とが比較され（１９８）、車両の速度と分類か出力される（２００）。検出された車両についての特徴セットを計算するに際し（第２７図の１９６）、各スキャンが１つの画像に集められて第１３図に示されているような車両の３次元プロファイルを形成する（第２８図の２０２）。この計算で用いられる特徴は上述のように計算され（２０４）、比較され（１９８）、出力が与えられる（２００）。比較される特徴は車両表面積（２０６）、車両の長さ（２０８）、車両の幅（２１０）、車両の高さ（２１２）、及び全表面積に対する断面の表面積の比（２１４）を含む以外の制限はない。この明細書及び同時係属出願において述べているように、車両検出において用いられるセンサー３１０は、視界性のような他の道路条件を調べて記録するのに有効である。本発明のセンサー１０は、インテリジェント車両道路システムに有効なこのような視界性条件を求めるのにも用いられる。当業者が読めば本発明の精神及び範囲を逸脱することなく種々の変更を想起するであろう。本発明の好適な実施態様がここでは詳細に説明されているが、添付の請求の範囲に述べた発明の精神及び範囲を逸脱することなくここで特に詳細に説明したことから種々の改変が行い得ることが分かる。

【手続補正書】特許法第１８４条の７第１項【提出日】平成７年１１月１７日（１９９５．１１．１７）【補正内容】補正請求の範囲１．車両の形状を求めるのに有効なレーザーセンサーであって、車両がセンサーの感知ゾーン内を移動しているときセンサーから車両上の点までの距離を求め、センサーから車両上の点までの距離に関するセンサー角度に対応する距離データ出力を与えるためのレーザー手段、車両を横切ってレーザー手段を平面内においてスキャンして車両の２次元上の点に対する距離を求めるための手段であって、車両の移動方向に一般に直交するスキャニング方向を有し、スキャニング面内の各点に対する距離及び対応するセンサー角度を求めるための手段を与える、該スキャン手段、車両の速度を求めるための手段、及び距離、角度及び車両速度を処理し車両の複数の２次元断面プロファイルを与える手段であって、該処理手段は車両速度に基づいてプロファイルを位置決めし、車両を表し車両の分類に有効な３次元画像を与える、上記処理手段、を含む上記車両の形状を求めるのに有効なレーザーセンサー。２．上記車両の速度を求める手段が、レーザー手段により放たれる前方ビーム及び後方ビームを与えるための手段であって、前方及び後方ビームは予め定められた角度で発散し、これらのビームは車両が移動する感知ゾーンに向けて指向され、予め定められた距離だけ分離されている、上記前方及び後方ビームを与えるための手段、レーザー手段により与えられる第１時間信号であって、車両上の点での前方ビームの遮断を表す上記第１時間信号、及びレーザー手段により与えられる第２時間信号であって、後方ビームのその点での遮断を表す上記第２時間信号を含み、第１及び第２時間はビーム間の予め定められた距離の移動時間を与え、これら時間信号は距離処理手段により与えられる飛行時間データから求められる請求の範囲第１項に記載のセンサー。３．上記スキャン手段が、放射ビームを遮断して１平面内に該ビームを反射するミラーであって、ミラーに向かって後方に指向される反射ビームは受信機の対応するアパーチャー内に同様に指向される、上記ミラー、ビームをスキャンするために軸を中心としてミラーを回転させるための手段であって、回転ミラーは上記平面内にスキャニングビームを反射させる、上記回転手段、及びビーム方位及び対応するセンサー角度を与えるためにミラーと連通したエンコーダーを含む、請求の範囲第１項に記載のセンサー。４．上記前方及び後方ビームを与える手段が、多角形のミラー、及び第１及び第２反射小面であて、第１及び第２小面は互いに予め定められた小面角度だけ傾斜しており、小面が多角形の辺を形成する上記第１及び第２反射小面を含み、回転手段は第１及び第２小面を交互に配置して放射レーザービームを受け、第１小面から反射されたときはそのビームを前方ビーム中に反射し、第２小面から反射されたときは後方ビーム中に反射する、請求の範囲第２項に記載のセンサー。５．前方及び後方ビームを与える手段が、多角形のミラーであって、同じ大きさの反射小面が多角形の辺を形成している上記ミラー、放射ビームを回転ミラー小面上に反射するように位置決めされた傾斜ミラー、及び傾斜ミラーを第１位置と第２位置に交互に位置決めするための手段であって、第１位置では、放射ビームが回転ミラー小面の第１部分上に反射されて前方ビームを形成し、第２位置では、放射ビームが回転ミラー小面の第２部分上に反射されて後方ビームを形成する、上記位置決め手段、を含む、請求の範囲第２項に記載のセンサー。６．上記レーザー手段をスキャンして距離を求めるための手段が、レーザービームを放射するための送信機、ビームを指向するための手段、及び反射されたレーザービームを信号電圧に変換するための受信機であって、該信号電圧は受信機と車両上の点の間の距離を表す、上記受信機、を含む請求の範囲第１項に記載のセンサー。７．上記スキャン手段が、送信機から放射されるビームを遮断してそのビームをスキャニング平面内に反射するミラーであって、該平面は道路に直角な方向に対して予め定められた角度をなし、ミラーに向かって後方に指向された反射ビームは同様に受信機の対応するアパーチャー内に指向される、上記ミラー、ミラーに固定されて軸を中心としてミラーを連続的に回転させる為の回転可能なシャフトを有するモーター、及びモーターシャフトに固定され、基準角度に対するミラーの角度位置を認識するためのエンコーダー、を含む請求の範囲第６項に記載のセンサー。８．上記スキャン手段が、同様の指向アパーチャーを有する第１の送信機及び受信機であって、第１送信機は、回転反射表面の第１部分上に第１ビームを放射し且つそのビームを前方スキャンビーム内に反射するように位置決めされる、上記第１の送信機及び受信機、同様の指向アパーチャーを有する第２の送信機及び受信機であって、第２送信機は、回転反射表面の第２部分上に第２ビームを放射し且つ第２放射ビームを後方スキャンビーム内に反射するように位置決めされる、上記第２の送信機及び受信機、ビームを遮断し且つ道路に直角な方向に対して予め定められた角度でビームを反射するための光学的反射表面であって、車両から反射されたビームがミラーに向かって後方に指向されて受信機の対応するアパーチャーに入る、上記光学的反射表面、車両の横方向部分を横切ってビームを反射するのに十分な反射角度に亘って、反射表面を回転させるための手段であって、反射表面は、第１ビームを該表面の第１部分上に受け且つ第２ビームを該表面の第２部分上に受けるように位置決めされる、上記回転手段、及び回転手段に固定され、基準角度に対するミラーの角度位置を認識し且つスキャニングビームのセンサー角度を表す信号を与えるためのエンコーダーであって、角度信号は、対応する角度における距離データを与えるための処理手段に送られ、距離及び角度データの組合せが車両の横方向プロファイルを与えるのに有効である、上記エンコーダー、を含む請求の範囲第２項に記載のセンサー。９．処理手段がマイクロプロセッサーを含み、該マイクロプロセッサーは、夫々の距離及びセンサー角度データを受け取り且つ車両速度に関連したスキャンサイクルの間そのデータを記憶し処理するようにプログラミングされており、それにより、そのように処理されたデータは車両を分類するのに適した形状プロファイルをもたらす、請求の範囲第１項に記載のセンサー。１０．車両プロファイルを予め定められた複数の車両形状と比較して車両を分類するためのアルゴリズムをさらに含む、請求の範囲第９項に記載のセンサー。１１．領域内の物体の存在を検出するためのセンサーであって、前方平面内においてコヒーレントパルス放射の第１出力を第１固定領域に向けて放射するための手段であって、該第１固定領域は該放射手段から既知の距離にある、上記放射手段、第１固定領域に亘って第１出力放射をスキャンするための手段、第１領域から反射される返送第１パルスエネルギーの一部を受け取るための手段、第１領域内の物体の存在が原因で生じる、第１放射手段と第１受取手段間のパルスにおける飛行時間の変化を求めるための手段、後方平面内においてコヒーレントパルス放射の第２出力を第２固定領域に向けて放射するための手段であって、該第２固定領域は該放射手段から既知の距離にある、上記放射手段、第２固定領域に亘って第２出力放射をスキャンするための手段、第２領域から反射される返送第２パルスエネルギーの一部を受け取るための手段、第２領域内の物体の存在が原因で生じる、第２放射手段と第２受取手段間のパルスにおける飛行時間の変化を求めるための手段、車両の速度を求めるための手段、及び飛行時間及び速度を求める手段からの入力を受け取り、且つ、距離、角度及び速度出力を与えて物体が複数の分類基準のうちの１つを満たすか否かを示すための手段、を含む上記領域内の物体の存在を検出するためのセンサー。１２．コヒーレントエネルギーパルスを放射するための手段がレーザーダイオードを含む、請求の範囲第１１項に記載のセンサー。１３．請求の範囲第１１項に記載のセンサーであって、受取手段が２つの検出器を含み、該センサーは、２つの検出器の出力を交互に選択して飛行時間を求める手段に入力を与えるための手段をさらに含む、上記センサー。１４．速度を求める手段が、レーザー手段により放射された前方ビーム及び後方ビームを与えるための手段であって、前方及び後方ビームは予め定められた角度にて発散し、これらのビームは車両が移動して通る固定領域に向かって指向され、該領域においてこれらのビームは予め定められた距離だけ分離している、上記手段、レーザー手段により与えられる第１時間信号であって、車両上の点での前方ビームの遮断を表す上記第１時間信号、及びレーザー手段により与えられる第２時間信号であって、後方ビームの上記点での遮断を表す上記第２時間信号、を含み、第１及び第２時間がビーム間の予め定められた距離に対する移動時間を与え、時間信号が距離処理手段により与えられる飛行時間データから求められる、請求の範囲第１１項に記載のセンサー。１５．近接距離内の車両の存在を検出し、交通速度を測定し且つ車両を分類するのに適したセンサーであって、パルスエネルギーの方向性出力を固定領域に向けて放射するための手段であって、該固定領域は該放射手段から既知の距離にある、上記放射手段、固定平面内でパルスエネルギー出力をスキャンするための手段、領域から反射される返送パルスエネルギーの一部を受け取るための手段、領域内の車両の存在が原因で生じる、放射手段と受取手段間のパルスにおける飛行時間の変化を求めるための手段、車両が固定領域を通過するときの車両速度を求めるための手段、放射手段、スキャン手段、受取手段及び速度を求める手段から受け取った信号を処理し、車両プロファイルを求めるのに有効な距離及びセンサー角度データを与えるための手段、及び車両プロファイルを予め定められたプロファイルと比較して車両を分類するための手段、を含む上記近接距離内の車両の存在を検出し、交通の速度を測定し且つ車両を分類するのに適したセンサー。１６．速度を求める手段が、レーザー手段により放射された前方ビーム及び後方ビームを与えるための手段であって、前方及び後方ビームは予め定められた角度にて発散し、これらのビームは車両が移動して通る固定領域に向かって指向され、該領域においてこれらのビームは予め定められた距離だけ分離している、上記手段、レーザー手段により与えられる第１時間信号であって、車両上の点での前方ビームの遮断を表す上記第１時間信号、及びレーザー手段により与えられる第２時間信号であって、後方ビームの上記点での遮断を表す上記第２時間信号、を含み、第１及び第２時間がビーム間の予め定められた距離に対する移動時間を与え、時間信号が距離処理手段により与えられる飛行時間データから求められる、請求の範囲第１５項に記載のセンサー。１７．返送ピーク信号レベル検出器を含んだ手段であって、返送される反射エネルギーにおける大きさの変動が原因で生じるタイミングエラーを求め、且つ、それに対する距離補正を行うための上記手段をさらに含む、請求の範囲第１５項に記載のセンサー。１８．タイミングエラーを求める手段が、各パルスの飛行時間を表す論理レベル出力を形成するための手段を含む、請求の範囲第１５項に記載のセンサー。１９．放射手段がコヒーレント放射のパルスを放射するためのレーザー手段を含む、請求の範囲第１５項に記載のセンサー。２０．放射手段及び受取手段が夫々２つの送信機と２つの受信機を含む請求の範囲第１５項に記載のセンサーであって、２つの検出器の出力を選択して飛行時間を求める手段に入力を与えるための手段をさらに含む上記センサー。２１．返送ピーク信号レベル検出器の出力から車両の存在及び分類を示すための手段をさらに含む、請求の範囲第１５項に記載のセンサー。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＴ，ＡＵ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＨＵ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＫ，ＬＵ，ＭＧ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＫ，ＴＭ，ＵＡ，ＵＧ，ＶＮ (72)発明者グスタブソン，ロバート，エル. アメリカ合衆国フロリダ州32708、ウインター・スプリングズ、セイルフイツシユ・ロード 730 (72)発明者マツクコーネル，ロバート，イー．，セカンドアメリカ合衆国フロリダ州32750、ロングウツド、ロブローリー・コート 413 (72)発明者フオウラー，キース，エル. アメリカ合衆国フロリダ州32804、オーランド、シンダーレーン・パークウエイ 55340

Claims

【特許請求の範囲】１．車両の形状を求めるのに有効なレーザーセンサーであって、車両がセンサーの感知ゾーン内を移動しているときセンサーから車両までの距離を求め、車両上の点までの距離に関するセンサー角度に対応する夫々の距離データ出力を与えるためのレーザー手段、車両を横切ってレーザー手段をスキャンして車両の２次元上の点に対する距離を求めるための手段であって、ビーム方位及び対応するセンサー角度を求めるための手段を与える該スキャン手段、車両の速度を求めるための手段、及び距離、角度及び車両速度を処理し車両の複数の２次元断面プロファイルを与える手段であって、該処理手段は車両速度に基づいてプロファイルを位置決めし、車両を表し車両の分類に有効な３次元画像を与える、上記処理手段、を含む上記車両の形状を求めるのに有効なレーザーセンサー。２．上記車両の速度を求める手段が、レーザー手段により放たれる前方ビーム及び後方ビームを与えるための手段であって、前方及び後方ビームは予め定められた角度で発散し、これらのビームは車両が移動する感知ゾーンに向けて指向され、予め定められた距離だけ分離されている、上記前方及び後方ビームを与えるための手段、レーザー手段により与えられる第１時間信号であって、車両上の点のでの前方ビームの遮断を表す上記第１時間信号、及びレーザー手段により与えられる第２時間信号であって、ビーム間を移動する後方ビームのその点での遮断を表す上記第２時間信号を含み、第１及び第２時間はビーム間の予め定められた距離の移動時間を与え、これら時間信号は距離処理手段により与えられる飛行時間データから求められる請求の範囲第１項に記載のセンサー。３．上記スキャン手段が、放射ビームを遮断して１平面内に該ビームを反射するミラーであって、ミラーに向かって後方に指向される反射ビームは受信機の対応するアパーチャー内に同様に指向される、上記ミラー、ビームをスキャンするために軸を中心としてミラーを回転させるための手段であって、回転ミラーは上記平面内にスキャニングビームを反射させる、上記回転手段、及びビーム方位及び対応するセンサー角度を与えるためにミラーと連通したエンコーダーを含む、請求の範囲第１項に記載のセンサー。４．上記前方及び後方ビームを与える手段が、多角形のミラー、及びミラーに固定された第１及び第２反射小面であて、第１及び第２小面は互いに予め定められた小面角度だけ傾斜しており、小面が多角形の辺を形成する上記第１及び第２反射小面を含み、回転手段は第１及び第２小面を交互に配置して放射レーザービームを受け、第１小面から反射されたときはそのビームを前方ビーム中に反射し、第２小面から反射されたときは後方ビーム中に反射する、請求の範囲第２項に記載のセンサー。５．前方及び後方ビームを与える手段が、多角形のミラーであって、同じ大きさの反射小面が多角形の辺を形成している上記ミラー、放射ビームを回転ミラー小面上に反射するように位置決めされた傾斜ミラー、及び傾斜ミラーを第１位置と第２位置に交互に位置決めするための手段であって、第１位置では、放射ビームが回転ミラー小面の第１部分上に反射されて前方ビームを形成し、第２位置では、放射ビームが回転ミラー小面の第２部分上に反射されて後方ビームを形成する、上記位置決め手段、を含む、請求の範囲第２項に記載のセンサー。６．上記レーザー手段をスキャンして距離を求めるための手段が、レーザービームを放射するための送信機、ビームを指向するための手段、及び反射されたレーザービームを信号電圧に変換するための受信機であって、該信号電圧は受信機と車両上の点の間の距離を表す、上記受信機、を含む請求の範囲第１項に記載のセンサー。７．上記スキャン手段が、送信機から放射されるビームを遮断してそのビームをスキャニング平面内に反射するミラーであって、該平面は道路に直角な方向に対して予め定められた角度をなし、ミラーに向かって後方に指向された反射ビームは同様に受信機の対応するアパーチャー内に指向される、上記ミラー、ミラーに固定されて軸を中心としてミラーを連続的に回転させる為の回転可能なシャフトを有するモーター、及びモーターシャフトに固定され、基準角度に対するミラーの角度位置を認識するためのエンコーダー、を含む請求の範囲第６項に記載のセンサー。８．上記スキャン手段が、同様の指向アパーチャーを有する第１の送信機及び受信機であって、第１送信機は、回転反射表面の第１部分上に第１ビームを放射し且つそのビームを前方スキャンビーム内に反射するように位置決めされる、上記第１の送信機及び受信機、同様の指向アパーチャーを有する第２の送信機及び受信機であって、第２送信機は、回転反射表面の第２部分上に第２ビームを放射し且つ第２放射ビームを後方スキャンビーム内に反射するように位置決めされる、上記第２の送信機及び受信機、ビームを遮断し且つ道路に直角な方向に対して予め定められた角度でビームを反射するための光学的反射表面であって、車両から反射されたビームがミラーに向かって後方に指向されて受信機の対応するアパーチャーに入る、上記光学的反射表面、車両の横方向部分を横切ってビームを反射するのに十分な反射角度に亘って、反射表面を回転させるための手段であって、反射表面は、第１ビームを該表面の第１部分上に受け且つ第２ビームを該表面の第２部分上に受けるように位置決めされる、上記回転手段、及び回転手段に固定され、基準角度に対するミラーの角度位置を認識し且つスキャニングビームのセンサー角度を表す信号を与えるためのエンコーダーであって、角度信号は、対応する角度における距離データを与えるための処理手段に送られ、距離及び角度データの組合せが車両の横方向プロファイルを与えるのに有効である、上記エンコーダー、を含む請求の範囲第２項に記載のセンサー。９．処理手段がマイクロプロセッサーを含み、該マイクロプロセッサーは、夫々の距離及びセンサー角度データを受け取り且つ車両速度に関連したスキャンサイクルの間そのデータを記憶し処理するようにプログラミングされており、それにより、そのように処理されたデータは車両を分類するのに適した形状プロファイルをもたらす、請求の範囲第１項に記載のセンサー。１０．車両プロファイルを予め定められた複数の車両形状と比較して車両を分類するためのアルゴリズムをさらに含む、請求の範囲第９項に記載のセンサー。１１．領域内の物体の存在を検出するためのセンサーであって、前方平面内においてコヒーレントパルス放射の第１出力を第１固定領域に向けて放射するための手段であって、該第１固定領域は該放射手段から既知の距離にある、上記放射手段、第１固定領域に亘って第１出力放射をスキャンするための手段、第１領域から反射される返送第１パルスエネルギーの一部を受け取るための手段、第１領域内の物体の存在が原因で生じる、第１放射手段と第１受取手段間のパルスにおける飛行時間の変化を求めるための手段、後方平面内においてコヒーレントパルス放射の第２出力を第２固定領域に向けて放射するための手段であって、該第２固定領域は該放射手段から既知の距離にある、上記放射手段、第２固定領域に亘って第２出力放射をスキャンするための手段、第２領域から反射される返送第２パルスエネルギーの一部を受け取るための手段、放射手段のパルスエネルギー出力を２つの発散指向性ビーム内に向きを変えるための手段、第２領域内の物体の存在が原因で生じる、第２放射手段と第２受取手段間のパルスにおける飛行時間の変化を求めるための手段、及び飛行時間を求める手段からの入力を受け取り、且つ、距離、角度及び速度出力を与えて物体が複数の分類基準のうちの１つを満たすか否かを示すための手段、を含む上記領域内の物体の存在を検出するためのセンサー。１２．コヒーレントエネルギーパルスを放射するための手段がレーザーダイオードを含む、請求の範囲第１１項に記載のセンサー。１３．請求の範囲第１１項に記載のセンサーであって、受取手段が２つの検出器を含み、該センサーは、２つの検出器の出力を交互に選択して飛行時間を求める手段に入力を与えるための手段をさらに含む、上記センサー。１４．近接距離内の車両の存在を検出し、交通速度を測定し且つ車両を分類するのに適したセンサーであって、パルスエネルギーの方向性出力を固定領域に向けて放射するための手段であって、該固定領域は該放射手段から既知の距離にある、上記放射手段、固定平面内でパルスエネルギー出力をスキャンするための手段、領域から反射される返送パルスエネルギーの一部を受け取るための手段、領域内の車両の存在が原因で生じる、放射手段と受取手段間のパルスにおける飛行時間の変化を求めるための手段、車両が固定領域を通過するときの車両速度を求めるための手段、放射手段、スキャン手段、受取手段及び速度を求める手段から受け取った信号を処理し、車両プロファイルを求めるのに有効な距離及びセンサー角度データを与えるための手段、及び車両プロファイルを予め定められたプロファイルと比較して車両を分類するための手段、を含む上記近接距離内の車両の存在を検出し、交通の速度を測定し且つ車両を分類するのに適したセンサー。１５．速度を求める手段が、レーザー手段により放射された前方ビーム及び後方ビームを与えるための手段であって、前方及び後方ビームは予め定められた角度にて発散し、これらのビームは車両が移動して通る固定領域に向かって指向され、該領域においてこれらのビームは予め定められた距離だけ分離している、上記手段、レーザー手段により与えられる第１時間信号であって、車両上の点での前方ビームの遮断を表す上記第１時間信号、及びレーザー手段により与えられる第２時間信号であって、ビーム間を移動する後方ビームの上記点での遮断を表す上記第２時間信号、を含み、第１及び第２時間がビーム間の予め定められた距離に対する移動時間を与え、時間信号が距離処理手段により与えられる飛行時間データから求められる、請求の範囲第１４項に記載のセンサー。１６．返送ピーク信号レベル検出器を含んだ手段であって、返送される反射エネルギーにおける大きさの変動が原因で生じるタイミングエラーを求め、且つ、それに対する距離補正を行うための上記手段をさらに含む、請求の範囲第１４項に記載のセンサー。１７．タイミングエラーを求める手段が、各パルスの飛行時間を表す論理レベル出力を形成するための手段を含む、請求の範囲第１６項に記載のセンサー。１８．放射手段がコヒーレント赤外放射のパルスを放射するための手段を含む、請求の範囲第１４項に記載のセンサー。１９．コヒーレント赤外放射のパルスを放射するための手段がレーザーダイオードを含む、請求の範囲第１８項に記載のセンサー。２０．レーザーダイオードが接合ダイオードから成る請求の範囲第１９項に記載のセンサーであって、さらにレーザーダイオードの出力をコリメートするための手段を含む上記センサー。２１．放射手段のパルスを発散する２つの方向性ビームに分割するための手段をさらに含む、請求の範囲第１４項に記載のセンサー。２２．放射手段及び受取手段が夫々２つの送信機と２つの受信機を含む請求の範囲第１４項に記載のセンサーであって、２つの検出器の出力を選択して飛行時間を求める手段に入力を与えるための手段をさらに含む上記センサー。２３．飛行時間を求める手段の出力と返送ピーク信号レベル検出器の出力のうちの一つから車両の存在を示すための手段をさらに含む、請求の範囲第１４項に記載のセンサー。２４．車両を分類するのに有効な車両の形状を求めるための方法であって、レーザービーム送信機及びビームの光受信機を有するセンサーを設ける工程、車両がセンサーの感知ゾーン内を移動するときセンサーから車両までの距離を求める工程、車両上の点までの距離に関するセンサー角度に対応した夫々の距離データ出力を与える工程、車両を横切ってレーザービームをスキャンし、車両の２次元上の点に対する距離を求める工程、ビーム方位及び対応するセンサー角度を求める工程、車両の速度を求める工程、距離及び対応する角度を処理して、車両についての複数の二次元断面プロファイルを与える工程、車両の速度に基づいてプロファイルを位置決めする工程、及び車両を表す３次元画像であって車両を分類するのに有効な該画像を与える工程、から成る上記車両を分類するのに有効な車両の形状を求めるための方法。２５．速度を求める工程がさらに、レーザー手段により放射された前方ビーム及び後方ビームを与える工程であって、これらの前方及び後方ビームは予め定められた角度にて発散している該工程、車両が移動して通る感知ゾーンに向けてビームを指向する工程、ゾーン内においてビームを予め定められた距離だけ分離する工程、レーザー手段からの第１時間信号であって車両上の点における前方ビームの遮断を表す該第１時間信号を与える工程、及びレーザー手段からの第２時間信号であってビーム間を移動する後方ビームの上記点における遮断を表す該第２時間信号を与える工程、を含み、第１及び第２時間はビーム間の予め定められた距離に対する移動時間を与え、時間信号は距離処理手段により与えられる飛行時間データから求められる、請求の範囲第２４項に記載の方法。２６．スキャン工程が、ミラーを設ける工程、放射ビームをミラーで遮断して一平面内にビームを反射する工程であって、ミラーに向かって後方に指向される反射ビームが受信機の対応するアパーチャー内に同様に指向される、該工程、軸を中心としてミラーを回転してビームをスキャンする工程であって、回転ミラーが平面内にスキャニングビームを反射する、該工程、ミラー方位を伝えるためのエンコーダーを設ける工程、及びビーム方位及び対応するセンサー角度を与える工程、を含む、請求の範囲第２４項に記載の方法。２７．前方及び後方ビームを与える工程が、ミラーを多角形の形状とする工程、第１及び第２反射小面をミラーに固定して多角形ミラーの辺を形成する工程、及び第１及び第２小面を互いに角度をもって予め定められた小面角度にて傾斜させる工程、を含み、放射レーザービームを受け且つ第１小面から反射されたときは該ビームを前方ビーム内に反射し第２小面から反射されたときは後方ビーム内に反射するように、ミラーの回転により第１及び第２小面を交互に位置決めする、請求の範囲第２５項に記載の方法。２８．前方及び後方ビームを与える工程が、ミラーを多角形の形状に形成する工程であって、該ミラーは多角形の辺を形成する等しい大きさの反射小面を有する、該工程、傾斜ミラーを位置決めして放射ビームを回転ミラー小面上に反射する工程、及び傾斜ミラーを第１位置と第２位置に交互に位置決めする工程であって、第１位置では、放射ビームが回転ミラー小面の第１部分上に反射されて前方ビームを形成し、第２位置では、放射ビームを回転ミラー小面の第２部分上に反射して後方ビームを形成する、該位置決め工程、を含む、請求の範囲第２５項に記載の方法。２９．車両を分類する目的で車両の形状を求めるための方法であって、レーザービーム送信機及びレーザービームの光受信機を有するセンサーを設ける工程、予め定められたスキャニングゾーンにおいて車両を横切ってレーザービームをスキャンする工程、車両がゾーンを通って移動するとき複数のスキャンサイクルに対して距離及び角度を測定する工程、車両がゾーン内を移動する時間及び距離を測定する工程、及び測定された距離、角度、移動時間及び距離データを処理して車両のプロファイル及び速度を求める工程、を含む、上記車両を分類する目的で車両の形状を求めるための方法。３０．時間及び距離を求める工程が、さらに、第２のレーザービーム送信機及び第２の光受信機を設ける工程、レーザービームを形成する発散平面内において第２レーザービームをスキャンする工程であって、両方のビームが予め定められたスキャニングゾーンにおいて車両を横切ってスキャンされる、該工程、車両がゾーンにおいてビームを通過するとき複数のスキャンサイクルに対して距離及び角度を測定する工程、及び車両による２つの発散ビームの遮断間の時間間隔を測定して、ゾーン内において車両の移動した時間及び距離から車両の速度を計算する工程、を含む、請求の範囲第２９項に記載の方法。３１．スキャニング工程が、ミラーを設ける工程、送信機と受信機の対を並べて配置する工程、ミラーをレーザービームの経路内に配置し、送信機及び受信機と連通するようにミラーを位置決めする工程、放射ビーム軸及び反射ビーム軸が平行になり前方スキャンビームを形成するように、１つの送信機及び受信機の軸を配置する工程、放射ビーム軸及び反射ビーム軸が平行になり前方ビームから発散した後方スキャンビームを形成するように、第２送信機及び受信機の軸を第１送信機及び受信機に対して或角度にて配置する工程、発散ビームを予め定められたゾーンに向けて指向する工程、シャフトを有するモーターを設ける工程、シャフトをミラーに固定して連続的にミラーを回転させる工程であって、スキャニングビームは、平面内に存在し車両が移動する経路に対して直角な方向から発散している、該工程、及びエンコーダーをシャフトに固定してスキャニング角度と距離を関連させる工程であって、エンコーダーは、所与の距離に対する角度を表す信号出力を与える、該工程、を含む、請求の範囲第３０項に記載の方法。３２．送信機を発して車両から反射された後に受信機により検出される所与のレーザービームパルスに対する飛行時間を測定する工程であって、飛行時間は特定のパルスに対する距離を表す、該工程、及び複数の角度における飛行時間測定を繰り返す工程であって、これらの角度は、車両の横方向の大きさをスキャンするのに十分なものである、該工程、をさらに含む、請求の範囲第２９項に記載の物体を感知する方法。３３．マイクロプロセッサーを設ける工程、マイクロプロセッサーにより距離、角度、時間及び距離情報を処理して車両プロファイル及び移動速度を計算する工程、距離、角度、時間及び距離情報を受け取るためのマイクロコンピューターを設ける工程、車両の大きさプロファイルを形成して予め定められたプロファイルと比較する工程、及び車両プロファイルを予め定められたプロファイルと比較して車両を分類する工程、をさらに含む、請求の範囲第２９項に記載の方法。