JP3714040B2 - 車軸検出装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、有料道路、有料駐車場等の料金収受装置における通過車両の車軸検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
有料道路や有料駐車場等においては、通過車両の車種判別のために通過車両の車軸数（あるいは、タイヤ数）を数える必要がある。車両の車軸を検出し軸数を数える車軸検出装置としては、例えば踏み板方式によるものと、光走査方式によるものとがある。
【０００３】
踏み板方式の車軸検出装置では、図１に示すように、路面１に踏み板２が埋め込まれており、車両３が踏み板２上を通過する時にタイヤ４で踏み板２が押圧されることを機械的に検知することにより、車両３の車軸数を検知するようになっている。
【０００４】
しかし、このような踏み板方式の車軸検出装置では、車両３が踏み板２を乗り越えたときの押圧力を機械的接点により検知しているので、踏み板２の摩耗や機械的接点の寿命により車軸検出装置の保守点検や部品交換作業がたびたび必要となる。その場合、踏み板方式では、路面１を掘り起こして車軸検出装置を道路から取りだし、保守点検作業等が終了した後、再び道路に車軸検出装置を埋め込まなければならないので、踏み板方式の車軸検出装置の保守点検に伴って道路の舗装工事が必要となり、路面舗装したコンクリートが固まるまでは有料道路の車線を閉鎖しておく必要があった。また、都市内高速道路などの高架道路では、道路の厚みを確保できないため、踏み板方式の車軸検出装置は設置することができない。
【０００５】
これに対し、光走査方式の車軸検出装置５は、図２に示すように路側６に設置されるので、設置工事中も車両３の通行の妨げになることがない。この光走査方式の車軸検出装置５では、レーザーダイオード（ＬＤ）７でパルス発光したレーザー光をコリメートレンズ９によってコリメート化した後、ポリゴンミラー１０によってレーザー光を道路横断方向に沿って走査させ、路面１及び通過車両３にレーザー光を照射する。路面１又は車両３からの反射光は、受光レンズ１１を通して１次元位置検出素子（１次元ＰＳＤ）のような受光素子１２で受光され、三角測距の原理に基づいて車軸検出装置５から対象物までの距離を測定し、各走査方向における距離情報から対象物が路面１か、車体８か、タイヤ４かを判別している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような光走査方式の車軸検出装置５では、図３に示すように、通過車両３のタイヤ４上をレーザー光（パルス光）が走査されることによりタイヤ４が検知される。従って、タイヤ４の検知精度を高くするためには、通過車両３のタイヤ４上におけるレーザー光の照射回数（照射点）が多いことが望ましい。
【０００７】
しかし、車両３の走行速度が速くなると、通過車両３の上を走査されるレーザー光の走査線密度が小さくなるので、タイヤ４上を走査される走査線本数も少なくなり、タイヤ４を検出するのが困難になる。
【０００８】
そのため、高速走行する車両３のタイヤ４を検知するには、例えばポリゴンミラー１０の回転数を大きくして単位時間当たりの走査回数を増加させる必要がある。ところが、レーザー光はパルス発光していて図４に示すように飛び飛びに照射されるので、ポリゴンミラー１０の回転を速くして単位時間当たりの走査回数を増加させると、レーザー光の走査速度が大きくなり、１走査におけるレーザー光の発光回数が減少し、図４に示すレーザー光の照射点の間隔Δｈが広くなる。逆に、１走査におけるレーザー光の照射点の間隔Δｈを狭くしようとすると、単位時間あたりの走査回数を減少させざるを得なくなる。従って、いずれにしても、タイヤ４の検出精度を高くすることが困難であり、特に高速で通過する車両３に対応させることが難しい。
【０００９】
単位時間当たりの走査回数を増加させ、かつ１走査におけるレーザー光の発光回数も減少させないようにしようとすれば、レーザーダイオードのパルス発光周期を短くする必要があるが、レーザーダイオードの発光周期を短くするとレーザーダイオードの寿命が短くなり、また安全性確保の面からもレーザーダイオードの発光周期を短くするのには制約がある。
【００１０】
また、光走査方式の車軸検出装置では、排気ガスでレーザー光が反射されるので、排気ガスで反射されたレーザー光を受光素子で受光すると、排気ガスを車両のタイヤと誤検知してしまい、車両の車軸数を読み間違える問題があった。
【００１１】
本発明は上述の技術的問題点を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、光走査方式の車軸検出装置における車軸検出精度を向上させることにある。特に、高速で通過する車両の車軸検出精度を向上させ、あるいは排気ガスによる誤検知を防止することによって車両の車軸検出精度を向上させることにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段とその作用】
請求項１に記載の車軸検出装置は、検知領域に向けてパルス光を走査させる光走査手段と、前記パルス光の走査方向を検知する走査方向検知手段と、前記光走査手段によって走査され、照射点で反射された光を受光する受光手段と、前記受光手段における受光信号に基づいて、各パルス光の照射点までの距離を演算する距離演算手段と、前記走査方向検知手段によって得られた走査方向に関する情報と、前記距離演算手段によって得られた照射点までの距離情報に基づいてタイヤの有無を検知するタイヤ検知手段とからなる車軸検出装置において、検知領域内で光走査手段から最も遠い領域を走行すると想定された車両のタイヤ上において、前記パルス光の１パルス周期毎に照射点の移動する距離が、タイヤ断面の高さよりも十分小さくなるようにし、且つ前記検知領域内で前記光走査手段から最も遠い領域を走行すると想定された車両のタイヤまでの距離をＤ、光走査によってタイヤとして識別可能なタイヤ部分の最小長さをＡ、前記車両のタイヤ上において前記パルス光の１パルス周期毎に照射点の移動する距離をΔｈ、前記光走査手段によるパルス光の走査角度をθ t 、検知領域を通過する車両の最大速度想定値をＶ、前記パルス光の１パルス周期時間をΔｔとするとき、前記距離Ｄが
Ｄ＜（Ａ×△ｈ）／（Ｖ×θ t ×Δｔ）
を満たすようにしたことを特徴としている。
【００１３】
この車軸検出装置では、装置から最も遠くにあってタイヤの検出条件の悪い状態でタイヤに照射されるパルス光の回数がタイヤ検知に充分であるようにしているので、検知領域全体でタイヤを検知することができ、タイヤないし車軸の検知精度を良好にすることができる。
【００１５】
また、上記の式を満たす条件下では、装置から遠い側を速度Ｖで通過する車両のタイヤにも少なくとも１本の走査線を走らせることができるので、確実にタイヤもしくは車軸を検出することができ、車軸検出精度を良好にすることができる。
【００１６】
請求項２に記載の車軸検出装置は、検知領域に向けてパルス光を走査させ、その反射光に基づいて各照射点までの距離を求め、当該照射点までの距離情報と各パルス光の走査方向とから検知領域におけるタイヤの有無を検知するタイヤ検知手段と、前記パルス光の走査面と同一平面上もしくはその近傍に設置され、検知領域にもしくはその近傍における車両の有無を検出する車両検知手段と、を有する車軸検出装置において、前記タイヤ検出手段は、路面上の一定高さ以上の物体の有無を検知する機能を備え、タイヤ検出手段における当該物体有無検知機能による検知結果と前記車両検知手段の検知結果とに基づき、車両検知手段の異常を検出するようにしたことを特徴としている。
【００１７】
この車軸検出装置は、タイヤ検知手段と同じ検知位置で、車両検知手段により車両の有無を検知できるようにしているので、排気ガスとタイヤとを判別することができ、排気ガスによって車軸を誤検知する恐れが無くなる。
【００２１】
また、タイヤ検出手段によって車両検知手段の異常を検出できるようにしたので、安価なコストで車軸検出装置の信頼性を向上させることができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
（第１の実施形態）
図５は本発明の一実施形態による車軸検出装置２１を道路脇の路側２３に設置したようすを示す概略斜視図である。図６はこの車軸検出装置２１の構成を示すブロック図である。また、図７は通過車両２４の車軸を検出しているようすを示す概略図である。まず、この車軸検出装置２１の全体的構成を主として図６により説明する。
【００２５】
この車軸検出装置２１の投光部は、レーザーダイオード（ＬＤ）のような発光素子２５、コリメート用の投光レンズ２６、発光素子駆動回路（ＬＤドライバ）２７から構成されている。光走査部は、ポリゴンミラー２８、ポリゴンミラー駆動回路２９（ポリゴンミラー２８のモータを制御するモータドライバ）とから構成されている。コントローラ３０から発光素子駆動回路２７へ駆動指令が出力されると、発光素子駆動回路２７によって発光素子２５が所定の発光周期でパルス発光し、発光素子２５で発光したパルス光は投光レンズ２６でコリメートされた後、反射ミラー３１にあけられた小孔３２を通ってポリゴンミラー２８の反射鏡面に入射する。ポリゴンミラー２８は、ポリゴンミラー駆動回路２９によって所定の回転速度で回転させられているので、ポリゴンミラー２８の外周面に設けられた反射鏡面にパルス光が入射すると、パルス光は設定角度内で走査され、走査されたパルス光は車軸検出装置２１の照射窓３３を通して路面２２へ向けて投射される。この車軸検出装置２１は、図５に示すように、有料道路の料金徴収所等において、道路の横断方向に沿ってパルス光を走査するようにして、路側２３に設置される。
【００２６】
車軸検出装置２１から出射されるパルス光の走査方向は、走査方向検知部によって検知される。走査方向検知部は、ポリゴンミラー２８に設けられたエンコーダ３４によって構成されており、エンコーダ３４によってポリゴンミラー２８の回転角度を検出することによってパルス光の走査方向を検知し、その検出信号をコントローラ３０及びタイヤ検知回路３５に与えている。
【００２７】
受光部は、１次元位置検出素子（ＰＳＤ）のような受光素子３６、受光レンズ３７、光学フィルタ３８、電流／電圧変換回路（Ｉ／Ｖ）３９、ノイズ低減用の増幅回路４０から構成される。上記のようにして路面側へ投射されたパルス光が路面２２や通過車両２４等の対象物によって反射されると、図７に示すように、反射したパルス光は再び照射窓３３を通して車軸検出装置２１内に入射し、ポリゴンミラー２８で反射された後、反射ミラー３１でも反射され、受光レンズ３７及び光学フィルタ３８を通過して受光素子３６で受光される。受光素子３６がパルス光を受光して受光素子３６に受光電流が流れると、その受光電流は電流／電圧変換回路３９で電圧信号に変換されるとともに増幅回路４０で増幅される。
【００２８】
距離演算部は、発光素子２５の駆動をモニタするモニタ回路４１、スタート信号発生回路４２、ストップ信号発生回路４３、時間差／電圧変換回路４４、アナログ／デジタル変換回路（Ａ／Ｄ）４５、デジタル処理回路４６から構成されている。
【００２９】
上記のようにコントローラ３０からの駆動指令によって発光素子駆動回路２７が発光素子２５を駆動させると、各パルス発光毎に発生する発光素子駆動回路２７の駆動電流がモニタ回路４１によってモニタされる。スタート信号発生回路４２は、モニタ回路４１から受け取るモニター信号に基づき、発光素子２５がパルス発光する度にスタート信号を発生する。スタート信号発生回路４２で発生したスタート信号は、時間差／電圧変換回路４４に入力される。
【００３０】
一方、受光素子３６がパルス光を受光すると、増幅回路４０で増幅された電圧信号に基づきストップ信号発生回路４３でストップ信号が生成され、各パルス光を受光する毎にストップ信号がストップ信号発生回路４３から時間差／電圧変換回路４４に与えられるようになっている。
【００３１】
時間差／電圧変換回路４４では、同一パルス光のスタート信号とストップ信号との時間差を検出し、当該時間差に応じた電圧信号を出力する。時間差／電圧変換回路４４から出力された電圧信号は、Ａ／Ｄ変換回路４５でデジタル信号に変換された後、デジタル処理回路４６へ送られる。デジタル処理回路４６は、三角測距の原理に基づいて該信号により車軸検出装置２１から路面２２または車両２４などの反射位置までの距離を演算する。このように、パルス光を出射してから受光するまでの時間を測定する事により、車軸検出装置２１から反射位置までの距離を測定するようにすれば、距離演算を高速かつ簡易に行え、車軸検出装置２１を小型化、低コスト化することができる。
【００３２】
タイヤ検知部は、タイヤ検知回路３５から構成される。タイヤ検知回路３５においては、デジタル処理回路４６で得られる反射位置までの距離情報と、エンコーダ３４（走査方向検知部）からの検知信号に基づいて算出される投光方向のデータとを用い、反射位置の分布（プロファイル）を演算し、この分布よりタイヤ４８を判別し、その判別結果を入出力回路４７に与える。入出力回路４７は、タイヤ４８の検出をもって通過車両２４の車軸を検出したものとし、この判別結果を外部装置とやりとりする。
【００３３】
具体的には、タイヤ検知回路３５におけるタイヤ４８の検出原理は、通過車両２４のうち路面２２に接している部分をタイヤ４８と判断するものである。図８（ａ）（ｂ）（ｃ）は、車軸検出装置２１で検出したパルス光の反射位置の、道路横断方向に沿った分布（プロファイル）を示している。図８（ａ）の場合には、路面２２に垂直で、かつ路面２２に接触しているデータが存在しているから、車両２４のタイヤ位置であると判断される。図８（ｂ）の場合には、路面２２から一定高さ以上のデータが存在していないから、路面２２であると判断される。図８（ｃ）の場合には、路面２２と垂直なデータが存在するが、路面２２に垂直なデータは路面２２から不連続に出現しているので、車体４９におけるデータであると判断される。しかして、このような反射位置の分布に関する図８（ａ）（ｂ）（ｃ）のようなデータの変化を時間的に監視する事により、通過車両２４のタイヤ数、すなわち車両２４の軸数を検出する事ができる。
【００３４】
さらに、本発明の車軸検出装置２１は、上記のような車軸検出のための構成を有する装置において、車軸検出精度を向上させたものである。すなわち、もっともタイヤ４８の検出が難しい状況で通過車両２４の検出が可能なように設定することにより、通過車両２４のタイヤ４８を確実に検出できるようにし、車軸検出精度を向上させている。このための構成を以下に具体的に説明する。
【００３５】
いま、もっともタイヤ４８の検出が困難な状況を考えると、車軸検出装置２１からもっとも離れた位置を車両２４が高速で通過する場合である。すなわち、図９のように車両２４が車軸検出装置２１の設置側と反対側の端を通過する場合には、タイヤ４８上における反射位置の分布がもっとも粗くなる。そこで、図９に示すように、道路幅をＬとし、この道路の路側２３に設置された車軸検出装置２１からもっとも離れた位置を車体幅Ｗの車両２４が車速Ｖ［ｍ／ｓｅｃ］で通過するとする。このとき、車軸検出装置２１の投光部からタイヤ４８までの距離をＤ［ｍ］とし（Ｄ＞Ｌ−Ｗ）、車軸検出装置２１から投射されるパルス光の発光間隔角度（１パルス周期時間内の投光方向の角度変化量）をΔθ［ｒａｄ］とすると、車軸検出装置２１から投射されたパルス光のタイヤ４８上における反射位置の間隔Δｈ［ｍ］は、図９から分かるように、近似的に、
Δｈ＝Ｄ・Δθ …▲１▼
と表すことができる。
【００３６】
タイヤ４８の検出精度を高くするためには、図１０に示すように、このパルス光の反射位置の間隔Δｈをタイヤ４８の断面高さＨ（ホイール５０の外側にあるタイヤ４８の外周半径から内周半径を引いたもの）よりも十分に小さくしておけばよい。すなわち、
Δｈ＜Ｈ …▲２▼
とすればよい。特に、タイヤ４８上における反射位置（パルス光の照射点）がＭ点以上必要であれば、
Δｈ＜（Ｈ／Ｍ）
あるいは、
Ｄ＜｛Ｈ／（ＭΔθ）｝ …▲３▼
とすればよい。
【００３７】
また、車軸検出装置２１によるタイヤ４８の検出は、前記のように車両２４のうち路面２２と接触している部分を検出することでタイヤ４８があると判定するものである。そこで、走行している車両２４のタイヤ４８を判定するために必要なパルス光走査回数をＮ回とすると、速度Ｖ［ｍ／ｓｅｃ］で通過する車両２４のタイヤ４８を検出するための条件は、タイヤ４８が路面２２に接触している部分（以下、タイヤ接触部分という）に含まれる走査線がＮ本以上存在する事である。
【００３８】
図１１に示すように、タイヤ接触部分の長さをＡとすると、タイヤ接触部分がパルス光の走査位置を通過する時間はＡ／Ｖ［ｓｅｃ］であるから、車軸検出装置２１により走査されるパルス光の１走査所要時間をＴ［ｓｅｃ］とすれば、速度Ｖ［ｍ／ｓｅｃ］で通過する車両２４のタイヤ接触部分には、図１１のようにパルス光が（Ａ／Ｖ）／Ｔ＝Ａ／（ＶＴ）回走査されることになる。これがＮ回以上であれば、タイヤ４８を判定する事ができるから、速度Ｖ［ｍ／ｓｅｃ］で通過する車両２４のタイヤ４８を判定できるための条件は、次の▲４▼式で表される。
ＮＶＴ＜Ａ …▲４▼
【００３９】
さらに、パルス光の１パルス周期時間（パルス光発光時間間隔）をΔｔ、パルス光の１走査における投光方向の角度変化（パルス光の走査範囲）をθｔとすると、前記パルス光の１走査所要時間Ｔ、パルス光の発光間隔角度Δθとの間には、 Ｔ＝（θｔ／Δθ）Δｔの関係がある。ここに、前記▲１▼式を用いると、この関係は、次の▲５▼式のように書くことができる。
Ｔ＝（Ｄ・θｔ・Δｔ）／Δｈ …▲５▼
この▲５▼式を前記▲４▼式に代入して整理すると、つぎの▲６▼式が得られる。
Ｄ＜（Ａ・Δｈ）／（Ｎ・Ｖ・θｔ・Δｔ） …▲６▼
特に、タイヤ４８を検出するには、タイヤ４８上を最低１走査できればよいので、Ｎ＝１とすると、この▲６▼式は、次の▲７▼式で表わされる。
Ｄ＜（Ａ・Δｈ）／（Ｖ・θｔ・Δｔ） …▲７▼
【００４０】
従って、車軸検出装置２１に近い側の道路端を通過する車両２４のタイヤ位置から、車軸検出装置２１から遠い側の道路端を通過する車両２４のタイヤ４８まで、パルス光が走査されるように走査範囲θｔを決めた上で、有料道路の料金徴収所を通過する車両２４の上限速度Ｖを想定し、前記▲２▼式又は▲３▼式と、前記▲５▼式を満たすように距離Ｄを決定し、その位置に車軸検出装置２１を設置すれば、高速で車軸検出装置２１から遠い側の端を通過する車両２４のタイヤ４８も精度よく検知する事ができ、車軸検出装置２１のタイヤ検知性能を向上させることができる。
【００４１】
また、この構成として距離Ｄを短くすれば、必然的に車軸検出装置２１の投光部を低い位置に設けることになるので、パルス光が車両運転者の目に入射しない高さとなり、運転者に安心感を与え、運転者の安全性を保つことができる。
【００４２】
（第２の実施形態）
上記のような構成の車軸検出装置２１によれば、タイヤ４８ないし車軸の検出精度を向上させることができる。しかし、予測以上の高速で車両２４が通過した場合や悪天候、車軸検出装置２１の照射窓３３の汚れ等の原因により、タイヤ４８の検出を行えない場合やタイヤ４８の判別が不明確な場合が起こりうる。例えば、図１２（ａ）に示すように、路面２２のデータ〔図８（ｂ）〕とタイヤ４８のデータ〔図８（ａ）〕との中間のデータであって、いずれとも判別しがたい場合、図１２（ｂ）に示すように、タイヤ４８の位置となるデータのばらつきが大きく、いずれとも判別しがたい場合などである。このような場合、タイヤ４８の有無を示す信号のうちいずれか一方を必ず出力するようにしていると、却って誤検知に基づく料金請求等の誤処理を引き起こすおそれがある。
【００４３】
このような問題に対処するには、タイヤ４８（又は、車軸）の有無を示す信号だけでなく、タイヤ４８の有無判別が不明であることを伝える信号を外部装置へ出力できるようにすればよい。この判別不明の信号は、タイヤ４８の有無を示す信号と同じ信号線から出力してもよく、異なる信号線から出力するようにしてもよい。車軸検出装置が、タイヤ有無の判別不明であるとの信号を出力した場合には、その軸数から車両２４の種類を判別することはできないが、その上位システム（例えば、有料道路の料金徴収システム）は別途センサで検出されている車両２４の長さ、車高等のデータに基づき、普通車、トラック、トレーラー等の車種を判別し、料金を算出することができる。
【００４４】
また、車軸の軸数のオーバーカウントが問題となる用途の場合であれば、判別不明時にはタイヤ無しと判断するようにし、車軸のミスカウントが問題となる用途の場合であれば、判別不明時にはタイヤ有りと判断するようにしてもよい。
【００４５】
（第３の実施形態）
図１３は本発明のさらに別な実施形態による車軸検出装置の光学系を示す概略図である。この車軸検出装置は、受光素子３６及び受光レンズ３７等からなる受光部と発光素子２５及び投光レンズ２６等からなる投光部とを平行に配置し、受光部の受光視野の中心軸が投光部から投射されるパルス光の光軸と平行となるようにしている。
【００４６】
受光視野は受光レンズの焦点距離と受光素子のサイズによって決まり、従来のような構造の光走査方式の車軸検出装置でも、受光レンズの焦点距離を短くすることにより受光視野を拡大できる。しかし、反射光の受光量を大きくするためにはレンズ径をも大きくする必要があり、受光レンズの焦点距離を短くすることは困難である。そのため、従来の車軸検出装置では、図１４に示すように、受光視野を広くするためには、受光素子１１及び受光レンズ１２からなる複数の受光部を必要としていた。
【００４７】
これに対し、この実施形態のような構成の車軸検出装置によれば、受光部を複数設けることなく、検知領域を広げることができ、車軸検出装置の小型化と低コスト化が可能になる。
【００４８】
（第４の実施形態）
図１５は本発明のさらに別な実施形態による車軸検出装置の光学系を示す概略図である。この実施形態にあっては、ポリゴンミラー２８の外周面に、回転軸に対する傾きの異なる複数の反射鏡面２８ａ，２８ｂを設けている。このようなポリゴンミラー２８によれば、傾きの異なる反射鏡面２８ａ，２８ｂで走査された光の出射方向は、光走査方向と直交する方向へずれるので、図１６に示す車軸検出装置５０のように、複数本の走査線に沿ってパルス光を走査させることができる。
【００４９】
従って、通過車両２４のタイヤ４８に対しては、図１６に示すように、複数本の走査線に沿ってパルス光を走査させることができ、各走査位置におけるタイヤ４８の有無の時間的変化に基づいて車両２４が停止中であるか、前進中であるか、後退中であるかを判別することができる。具体的にいえば、車両２４が前進しているときには、後方の走査線Ｓ２でタイヤ有りを検知し、次に前方の走査線Ｓ１がタイヤ有りとなる。そして、後方の走査線Ｓ２がタイヤ無しとなり、ついで前方の走査線Ｓ１がタイヤ無しとなったところで車両２４が検知領域を通過したと判断する。車両２４が後進しているときには、前進の場合と逆順となり、前方の走査線Ｓ１でタイヤ有りを検知し、次に後方の走査線Ｓ２がタイヤ有りとなる。従って、前後の走査線Ｓ１，Ｓ２の検知タイミングの違いによって車両２４が前進しているか、後進しているかを判別することができる。
【００５０】
こうして、後進を判別することができれば、後進によってタイヤ４８が車軸検出装置５０の検知範囲を通過したとき、これをカウントすることによって軸数を間違えることが無くなる。また、いったん後進した後に前進した時、同じタイヤ４８を再度カウントすることも防止できる。
【００５１】
また、複数本の走査線に沿ってパルス光を走査させる方法としては、図１７に示すように、発光素子２５及び投光レンズ２６等からなる投光部を複数系統設けてもよい。
【００５２】
（第５の実施形態）
光走査方式の車軸検出装置においては、図１８に示すように、走査されたパルス光が路面近くで車両２４の排気ガス５２によって反射され、その反射光を受光することでタイヤ４８又は車軸と誤検知することがある。
【００５３】
図１９は本発明のさらに別な実施形態による車軸検出装置６１の構成を示す概略図であって、排気ガス５２による誤検知を防止するようにしたものである。この実施形態にあっては、投光器６３と受光器６４とからなる透過型の光電センサのような車両検出装置を備えており、道路を挟んで一方の路側２３に投光器６３を設置し、投光器６３と対向させて他方の路側２３に受光器６４を設置している。投光器６３及び受光器６４は、通過する車両２４の排気用マフラーの位置に比較して充分に高く、かつ車両２４の高さよりも低い位置に設置されており、投光器６３から出射される投光ビームが車軸検出装置本体６２（車両検出装置以外の構成部分であって、例えば図６のような構成部分）から走査されるパルス光とほぼ同じ鉛直面内に含まれるように設置されている。例えば図１９に示す例では、車軸検出装置本体６２の箱体の上に投光器６３を設置し、支柱６５の上に受光器６４を設置してあり、タイヤ検知用のパルス光の上方で、投光器６３から投光ビームが出射されている。従って、この車両検出装置によれば、車両２４の排気ガス５２を検知することなく、車両２４の有無を検知することができる。
【００５４】
車両検出装置においては、車両２４が通過していないときは、投光器６３から出射した投光ビームは受光器６４に入射し、受光器６４の受光量がしきい値以上となって、車両無し信号（ｏｆｆ）を出力する。車両２４が通過しているときは、投光器６３から出射された投光ビームは車両２４に遮断され、受光量はしきい値以下のままで、車両有り信号（ｏｎ）を出力する。一方、車軸検出装置本体６２は、タイヤ４８を検知すると車軸有り信号（ｏｎ）を出力し、タイヤ４８を検知していないときには車軸無し信号（ｏｆｆ）を出力する。車軸検出装置本体６２のタイヤ検知回路３５は、車両検出装置の出力と車軸検出装置本体６２の出力との論理積（ｏｎ＝１、ｏｆｆ＝０とした論理積）をとり、その結果を車軸検知出力として最終的に外部装置へ出力する。
【００５５】
すなわち、この実施形態においては、図２０に示すように示すように、車軸検出装置本体６２がタイヤ４８の有無を検知し（Ｓ１）、車両検出装置が車両２４の有無を検知すると（Ｓ２）、車軸検出装置本体６２がタイヤ４８を検知して車軸有り信号（ｏｎ）を出力し、かつ車両検出装置が車両２４を検知して車両有り信号（ｏｎ）を出力した場合に限って最終的な車軸検知出力を車軸有り（ｏｎ）として外部へ出力し（Ｓ３、Ｓ４）、それ以外では車軸検知出力を車軸無し（ｏｆｆ）として外部へ出力する（Ｓ３、Ｓ５）。
【００５６】
このような判定方法によれば、車軸検出装置本体６２がタイヤ４８を検知している場合には、車軸検出装置本体６２が車軸有り信号（ｏｎ）を出力し、車両検出装置が車両有り信号（ｏｎ）を出力するので、車軸検知出力は車軸有り（ｏｎ）となる。
【００５７】
これに対し、図１８に示すように、車軸検出装置本体６２が排気ガス５２を検知している場合には、車軸検出装置本体６２が車軸有り信号（ｏｎ）を出力するが、車両検出装置が車両無し信号（ｏｆｆ）を出力するので、車軸検知出力は車軸無し（ｏｆｆ）となり、誤検知が防止される。
【００５８】
もちろん、車両２４が通過していない場合や、車両２４が通過していてもタイヤ４８が検出されていない時には、車軸検知出力は車軸無し（ｏｆｆ）となる。
【００５９】
よって、このような実施形態によれば、タイヤ４８の検知精度を向上させることができると共に排気ガス５２によるタイヤ４８の誤検知を無くすことができ、また車軸検出装置６１に車両検知機能を付加することができる。
【００６０】
なお、車両検出装置としては、光電センサのような光学式のセンサ以外にも超音波、ミリ波を用いたセンサも考えられる。しかし、超音波やミリ波を用いたセンサは指向性が広いので、車両が車両検出装置の前面を通過し終えた直後も車両を検知してしまう。このため、車両の後方で排出された排気ガスが車軸検出装置本体の検知領域内に存在する場合、車軸検出装置は排気ガスを誤検知し、かつ、車両検出装置である超音波、ミリ波を用いたセンサも通過後の車両を検知してしまう。よって、排気ガスの誤検知を除去するためには、光電センサのような光学式のセンサを用いる必要がある。
【００６１】
（第６の実施形態）
図２１は排気ガスによる誤検知を防止することができる別な実施形態の車軸検出装置の構成を示す概略図である。この実施形態では、透過型の車両検出装置に代え、回帰反射型の光学センサのような車両検出装置を備えている。車両検出装置は、投光器と受光器を内蔵した車両検出装置本体６７と回帰反射板６８からなり、車両検出装置本体６７は車軸検出装置本体６２の箱体の上など、車両２４の上部を検出できる位置に設置され、回帰反射板６８は反対側の路側２３で支柱６５の上に設置されている。この車両検出装置においては、車両２４が通過していないときは、車両検出装置本体６７内の投光器から出射した投光ビームは回帰反射板６８で回帰反射されて元の方向へ戻り、車両検出装置本体６７内の受光器で受光され、受光器の受光量がしきい値以上となって車両検出装置本体６７は車両無し信号（ｏｆｆ）を出力する。車両２４が通過しているときは、車両検出装置本体６７内の投光器から出射された投光ビームは車両２４に遮断され、受光器の受光量はしきい値以下となり、車両有り信号（ｏｎ）を出力する。そして、車軸検出装置本体６２の車軸有り信号（ｏｎ）又は車軸無し信号（ｏｆｆ）と論理積をとって最終的に車軸検出出力を外部へ出力する。よって、この実施形態でも、排気ガスによるタイヤ４８の誤検知を防止することができる。
【００６２】
第５の実施形態のように、車両検出装置として透過型のものを用いると、投光器側の路側と受光器側の路側との双方で配線工事が必要となるが、この実施形態のように回帰反射型の車両検出装置を用いれば、車両検出装置本体６７の反対側には回帰反射板６８を設置するだけでよく、車両検出装置の投光器及び受光器は車軸検出装置本体６２と同じ側の路側２３にあるので、配線工事を一方の路側２３のみで行なうことができ、配線作業の省力化と省配線を図ることができる。
【００６３】
（第７の実施形態）
図２２は本発明のさらに別な実施形態による車軸検出装置６９の構成を示す概略図である。この実施形態では、排気ガスに妨げられることなく車両２４を検出できる高さにおいて、光電センサ等の車両検出装置本体６７ａ，６７ｂ，６７ｃが複数設置されている。図２２では回帰反射型の車両検出装置を示しているが、透過型であってもよい。複数の車両検出装置本体６７ａ，６７ｂ，６７ｃは、車両２４の通過方向に沿って並べ、水平に設置されている。
【００６４】
いま、３個の車両検出装置本体６７ａ，６７ｂ，６７ｃが設置されているとすると、車両２４が検知領域に進入したきた場合、車両検出装置本体６７ａ，６７ｂ，６７ｃが順に車両２４を検知する。車両検出装置本体６７ａ，６７ｂの検知時間差ｔ１２を計測し、また車両検出装置本体６７ｂ，６７ｃの検知時間差ｔ２３を計測し、その時間差ｔ１２とｔ２３の平均値をｔ ａｖｅ〔例えば、（ｔ１２＋ｔ２３）／２〕とする。各々の車両検出装置本体６７ａ，６７ｂ，６７ｃは等しい間隔Ｂで設置されているとすると、車両２４の通過速度をＢ／ｔ ａｖｅとして求めることができる。そして、この車両通過速度Ｂ／ｔ ａｖｅが所定速度、例えば３０ｋｍ／ｈ以上のときには、車軸の検出精度を高くする。例えば、車軸検出装置本体６２で２本のパルス光を走査させたり、車軸検出装置本体６２における投光部の発光パルス周期を短くしたりして車軸検出精度を高める。よって、この実施形態によれば、排気ガスによる誤検知を防止すると共に、車両２４の通過速度に応じた検知精度でタイヤ４８を検知させることができる。
【００６５】
また、この実施形態では、車軸検出装置６９を路側２３の凹部７０に埋め込むようにしており、それによって車軸検出装置本体６２の投光部の位置を低くしている。
【００６６】
（第８の実施形態）
図２３は本発明のさらに別な実施形態による車軸検出装置７１の構成を示すブロック図である。ここに示す車軸検出装置本体６２の構成は、図６に示した車軸検出装置と同じものである。車両検出装置は、回帰反射型のものであって、投光器７２、受光器７３、制御判定処理回路７４及び入出力回路７５から構成されている。車軸検出装置本体６２の入出力回路４７と車両検出装置本体６７の入出力回路７５とは双方向通信可能となっており、車両検出装置本体６７の出力信号は、入出力回路４７を経由して車軸検出装置本体６２のコントローラ３０へ送られる。
【００６７】
車軸検出装置本体６２のコントローラ３０は、車両検出装置本体６７からの出力により検知領域に車両２４の進入があるか否かを監視している。そして、コントローラ３０は、車両検出装置本体６７の出力が車両有りのときのみ、発光素子駆動回路２７を駆動させて発光素子２５をパルス発光させる。
【００６８】
このような構成により、車軸検出装置本体６２は、車両２４が検知領域に進入したときにのみ発光素子２５を発光させてタイヤ４８の検知動作を行なうことができ、レーザーダイオードのような発光素子２５の寿命を長持ちさせることができ、また省電力化を図ることができる。
【００６９】
（第９の実施形態）
有料道路の料金徴収所等においては、車軸検出装置７６が車両検知用センサ７７と並べて設置されることが多い。図２４に示すものは、このような設置状況の車軸検出装置７６であって、車軸検出装置７６の横に回帰反射型の車両検知用センサ７７が設置されており、車両検知用センサ７７と対向させて他方の路側２３に上下に長い回帰反射板７８が設置されている。車両検知用センサ７７は、検知用ビームを出射して上下に鉛直走査しており、上下方向にわたって車両検知を行なっている。
【００７０】
車軸検出装置７６は、回帰反射型の車両検出装置本体６７の投光部及び受光部を内蔵しているが、専用の回帰反射板を備えていない。車両検出装置からは、車両検知用センサ７７の回帰反射板７８に向けて投光ビームを出射しており、回帰反射板７８で反射した投光ビームを受光している。
【００７１】
このような実施形態によれば、車両検知用センサ７７の回帰反射板７８を利用しており、専用の回帰反射板を必要としないので、車両検出装置の回帰反射板を設置する必要がなく、施工を簡略化できると共にコストも安価になる。
【００７２】
（第１０の実施形態）
例えば図１９の実施形態のように、車両検出装置を普通乗用車の車体の高さ当たりに設定した場合には、車種（例えば、スポーツカータイプの車両）によっては車体に投光ビームが当たらず、車両を検知できない恐れがある。
【００７３】
図２５は本発明のさらに別な実施形態による車軸検出装置７９の構成を示す概略図であって、車高の低い車両２４も確実に検知できるように考慮したものである。この実施形態にあっては、車両２４の通過する路面２２よりも上で、通過車両２４の車体４９の底面よりも低い位置で車両検知用の投光ビームを投射するようにしたことを特徴としている。例えば、一方の路側２３に設けた凹部に車両検出装置本体６７を埋め込むようにして納め、車両検出装置本体６７と対向させて他方の路側２３の側面に回帰反射板６８を設置している。
【００７４】
この車両検出装置７９にあっては、通過車両２４が存在しない時には、車両検出装置本体６７の投光部から出射された投光ビームは、回帰反射板６８で反射された後に車両検出装置本体６７の受光器で受光され、その時の受光量がしきい値以上であれば車両無しと判断し、車両無し信号（ｏｆｆ）を出力する。これに対し、車両２４が通過しているときには、投光ビームはタイヤ４８で遮光されるので、その瞬間には受光量がしきい値以下となり、これをもって車両検出とし、車両有り信号（ｏｎ）を出力する。
【００７５】
しかも、この車両検出装置では、車両２４のタイヤ４８によって完全に遮断されると、受光部における受光量が減少して車軸有り（ｏｎ）と出力されるが、排気ガスを透過することによって投光ビームが減衰し、受光部における受光量が減少しても車軸無し（ｏｆｆ）と出力されるよう、受光素子３６における受光量のしきい値を設定している。排気ガスの位置ではタイヤ４８は存在しないから、この実施形態においても、車両検出装置本体６７の出力と車軸検出装置本体６２の出力との論理積をとって車軸の有無を最終的に判断することにより、排気ガスによってタイヤ４８を誤検知するのを防止することができる。また、車両２４の種類にかかわらず、確実に車両２４を検知することができ、車軸の検知精度がより向上する。
【００７６】
なお、この実施形態においても、透過型光電センサ等の透過型の車両検出装置を用いても同様な効果が得られる。
【００７７】
（第１１の実施形態）
第１０の実施形態のような車軸検出装置では、車両検出装置の前方の路面に枯葉などのゴミが積もった場合、車両検出装置は、車両有りの信号を出力し続ける。この場合でも、車両検出装置本体の出力と車軸検出装置本体の出力との論理積をとってから最終判断すれば、排気ガス以外のものについては車軸を誤検知する恐れはない。しかし、第１０の実施形態では、車両検出装置の前方に枯葉などが積もっていた場合には、排気ガスをタイヤと誤検知する恐れが残る。
【００７８】
図２６に示す車軸検出装置８０は、このような誤検知の恐れを除去しようとするものであって、車両検出装置本体６７よりも高い位置に投光部８１と受光部を有する車軸検出装置本体６２に、路面２２上の物体の有無を判別する機能を持たせたものである。すなわち、車軸検出装置８０は、各々の走査角において路面２２までの距離（すなわち、路面２２のプロファイル）を記憶している。なんらかの物体が路面２２上に存在するときには、必ず車軸検出装置本体６２が記憶している路面２２までの距離よりもより距離が短くなるので、検出した距離と記憶している路面２２との距離の差が設定値以上になったときには、路面２２に物体が存在すると判定することができる。
【００７９】
しかして、この車軸検出装置によれば、車両検出装置８０が車両以外の物体を検知している時、車軸検出装置本体６２で路面２２上に物体を認めることができれば、路面２２の枯葉やゴミで車両検出装置８０の投光ビームか遮光されていると判断されるので、例えば路面２２の清掃を促す信号を出力する。これに対し、車両検出装置８０が何等かの物体を検知しているにもかかわらず、車軸検出装置本体６２が路面２２上に物体を認めることができない場合には、車両検出装置の異常であると判断されるので、車軸検出装置８０は、上位システムへ異常を伝える信号を出力する。
【００８０】
（第１２の実施形態）
図２７は本発明のさらに別な実施形態による車軸検出装置８２の構成を示す概略図である。これは車軸検出装置本体６２に車両検出装置の機能を併せ持たせたものである。すなわち、この車軸検出装置８２は、車軸検出装置本体６２と受光器８３とから構成されている。受光器８３は、車軸検出装置本体６２と反対側の路側２３において、車両２４を検知できる高さ（すなわち、通過車両の車体底面よりも高く、車高よりも低い位置）で支柱８４上に設置されている。車軸検出装置本体６２の投光部８１は、受光器８３とほぼ同じ高さに設けられており、投光部８１は、最も近くを通過する車両２４のタイヤ位置から受光器８３へ向けてほぼ水平にパルス光を出射する高さまで、大きな走査角度でパルス光を走査する。
【００８１】
しかして、パルス光が路面２２に向けて照射されている走査範囲では、車軸検出装置本体６２はタイヤ４８を検出しており、パルス光を受光器８３に向けてほぼ水平に出射している場合には、通過車両２４を検出している。すなわち、車両２４が通過していない場合には、受光器８３は車軸検出装置本体６２からほぼ水平にパルス光が出射されたときに、しきい値以上の受光量となり、車両無し信号（ｏｆｆ）を出力する。あるいは、車両通過中であれば、受光器８３はしきい値以上の受光量となることがないので、車両有り信号（ｏｎ）を出力する。また、車軸検出装置本体６２内の受光部はタイヤ４８を検出した時に車軸有り信号（ｏｎ）を出力する。受光器８３の出力と車軸検出装置本体６２の出力とは論理積をとって最終的にタイヤを検出したか否かを判断することにより、排気ガスによる誤検知が防止される。すなわち、検知領域内で排気ガスが排出された場合、車軸検出装置本体６２は、検知領域内の排気ガスを車軸と誤検知し、車軸有りの信号（ｏｎ）を出力する。しかし、排気ガスは、車両後方にて排出されるので、このとき受光器８３の出力は車両無し（ｏｆｆ）となり、その論理積は最終的に車軸を検出していない（ｏｆｆ）という出力になり、誤検知が回避される。
【００８２】
このような車軸検出装置によれば、車軸検出装置本体６２の投光部８１が車両検出装置の投光器を兼ねるので、構成が簡単になり、コストも安価にすることができる。なお、この実施形態でも車両検知方式は、回帰反射型としてもよい。
【００８３】
（第１３の実施形態）
図２８は本発明のさらに別な実施形態による車軸検出装置８５の構成を示す概略図である。この実施形態も、第１２の実施形態と同様、車軸検出装置本体６２の投光部８１が車両検出装置本体の投光器を兼ねるようにしたものである。この実施形態では、車軸検出装置本体６２で走査されるパルス光のうち、路面２２に向けて走査されたパルス光をタイヤ検出用に使用し、車軸検出装置本体６２から下方へ出射されたパルス光を車両検出用に使用している。つまり、車軸検出装置本体６２から下方へ出射されたパルス光を路側２３の上面よりも低い位置に設置された反射鏡８６で反射させることにより、路面２２と平行に出射させ、他方の路側２３内に設置された受光器８７で受光させるようにしてあり、車両が通過していると、このパルス光が車両２４のタイヤ４８で遮断され、受光器８７で受光されなくなるので、車両有り信号（ｏｎ）を出力するようにしたものである。
【００８４】
この車軸検出装置８５でも、受光器８７の出力と車軸検出装置本体６２の出力との論理積をとることにより、最終的にタイヤ４８を検出したか否かを判断され、排気ガスによる誤検知が防止される。また、車両検出用の投光器を別途必要としないので、構成を簡単にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の踏み板方式の車軸検出装置を示す概略図である。
【図２】従来の光走査方式の車軸検出装置を示す概略図である。
【図３】同上の車軸検出装置においてタイヤにレーザー光を走査してタイヤを検知する様子を説明する図である。
【図４】タイヤに沿って走査されるレーザー光の照射点を示す図である。
【図５】本発明の一実施形態による車軸検出装置の概略斜視図である。
【図６】同上の車軸検出装置の構成を示すブロック図である。
【図７】同上の車軸検出装置が車両のタイヤに向けてパルス光を出射している様子を示す図である。
【図８】（ａ）（ｂ）（ｃ）は、タイヤと路面と車体とを判別する原理を説明する図である。
【図９】同上の車軸検出装置の設置位置を決めるために用いる物理量の定義を示す図である。
【図１０】タイヤ上におけるパルス光の照射点を示す図である。
【図１１】高速で通過する車両と走査線との関係を説明するための図である。
【図１２】（ａ）（ｂ）は、タイヤを判別することが困難なデータを示す図である。
【図１３】本発明のさらに別な実施形態による車軸検出装置の光学系を示す概略図である。
【図１４】従来例の問題点を説明する図である。
【図１５】本発明のさらに別な実施形態による車軸検出装置の光学系を示す概略図である。
【図１６】同上の車軸検出装置を用いて車両のタイヤを検出する様子を示す斜視図である。
【図１７】複数系統の走査線を得る別な方法を示す概略図である。
【図１８】排気ガスでパルス光が反射されてタイヤと誤検知する様子を説明する図である。
【図１９】本発明のさらに別な実施形態による車軸検知装置の構成を示す概略図である。
【図２０】同上の実施形態における車軸有無判断のためのアルゴリズムを示す図である。
【図２１】本発明のさらに別な実施形態による車軸検知装置の構成を示す概略図である。
【図２２】本発明のさらに別な実施形態による車軸検知装置の構成を示す斜視図である。
【図２３】本発明のさらに別な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２４】本発明のさらに別な実施形態による車軸検知装置の構成を示す斜視図である。
【図２５】本発明のさらに別な実施形態による車軸検知装置の構成を示す概略図である。
【図２６】本発明のさらに別な実施形態による車軸検知装置の構成を示す概略図である。
【図２７】本発明のさらに別な実施形態による車軸検知装置の構成を示す概略図である。
【図２８】本発明のさらに別な実施形態による車軸検知装置の構成を示す概略図である。
【符号の説明】
２２ 路面 ２３ 路側
２４ 車両 ２５ 発光素子
２６ 投光レンズ ２８ ポリゴンミラー
３０ コントローラ ３６ 受光素子
３７ 受光レンズ ４８ タイヤ
５２ 排気ガス ６２ 車軸検出装置本体
６３ 車両検出装置の投光器 ６４ 車両検出装置の受光器
６７ 車両検出装置本体 ６８ 回帰反射板

Claims (2)

1. 検知領域に向けてパルス光を走査させる光走査手段と、
   前記パルス光の走査方向を検知する走査方向検知手段と、
   前記光走査手段によって走査され、照射点で反射された光を受光する受光手段と、
   前記受光手段における受光信号に基づいて、各パルス光の照射点までの距離を演算する距離演算手段と、
   前記走査方向検知手段によって得られた走査方向に関する情報と、前記距離演算手段によって得られた照射点までの距離情報に基づいてタイヤの有無を検知するタイヤ検知手段とからなる車軸検出装置において、
   検知領域内で光走査手段から最も遠い領域を走行すると想定された車両のタイヤ上において、前記パルス光の１パルス周期毎に照射点の移動する距離が、タイヤ断面の高さよりも十分小さくなるようにし、
   且つ前記検知領域内で前記光走査手段から最も遠い領域を走行すると想定された車両のタイヤまでの距離をＤ、光走査によってタイヤとして識別可能なタイヤ部分の最小長さをＡ、前記車両のタイヤ上において前記パルス光の１パルス周期毎に照射点の移動する距離をΔｈ、前記光走査手段によるパルス光の走査角度をθ t 、検知領域を通過する車両の最大速度想定値をＶ、前記パルス光の１パルス周期時間をΔｔとするとき、
   前記距離Ｄが
   Ｄ＜（Ａ×△ｈ）／（Ｖ×θ t ×Δｔ）
   を満たすようにしたことを特徴とする車軸検出装置。
2. 検知領域に向けてパルス光を走査させ、その反射光に基づいて各照射点までの距離を求め、当該照射点までの距離情報と各パルス光の走査方向とから検知領域におけるタイヤの有無を検知するタイヤ検知手段と、
   前記パルス光の走査面と同一平面上もしくはその近傍に設置され、検知領域もしくはその近傍における車両の有無を検出する車両検知手段と、
   を有する車軸検出装置において、
   前記タイヤ検出手段は、路面上の一定高さ以上の物体の有無を検知する機能を備え、タイヤ検出手段における当該物体有無検知機能による検知結果と前記車両検知手段の検知結果とに基づき、車両検知手段の異常を検出するようにしたことを特徴とする車軸検出装置。

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