JP3755402B2 - 車軸検知装置 - Google Patents
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Description
【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、通過車両のタイヤ数（車両の軸数）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、通過する車両のタイヤ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（走行方向におけるタイヤの数）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に示すものは、従来の光学式車軸検知装置１である。この車軸検知装置１は、投光手段２によ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５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５からのスポット列の反射光を受光手段３により受光し、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６（車軸）を検知することができる。また、車両の有するタイヤ６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６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６と誤検知する可能性があり、車種判別を行う場合には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６と誤検知される可能性がある。
【０００７】
また、表面反射率の高いホイール（以下、鏡面ホイールという。）を装備したタイヤ６では、鏡面ホイールに照射されたレーザー光スポットが正反射されるため、反射点の虚像が路面上に生じ、タイヤ６にスポット列が照射されているにもかかわらず路面と誤認され、タイヤ６を検知できないことがあった。
【０００８】
【発明の開示】
本発明の目的とするところは、より車軸検知精度の高い車軸検知装置を提供することにある。特に、車両の泥除け等をタイヤと誤認したり、鏡面ホイールを備えたタイヤをタイヤでないと判断することによる車軸検知精度の低下を回避することができる車軸検知装置を提供することにある。
【０００９】
本発明にかかる車軸検知装置は、光を対象物の方向に向けて投射し、当該光を走査させる投光手段と、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た車軸検知装置において、前記投光手段により走査される光は、車両の通過する路面に垂直な平面から傾いた平面内で走査されることを特徴とするものである。
【００１０】
本発明にあっては、車軸検知装置により走査される光が、車両の通過する路面に垂直な平面から傾いた平面内で走査されているので、ほぼタイヤの黒ゴム部分にのみ光を走査させた状態でタイヤに照射した照射パターンを得ることができ、鏡面ホイールが用いられているような場合でも確実にタイヤを検出することができる。
【００１１】
また、路面に垂直な平面から傾いた平面内で光を走査させることにより、タイヤに光が走査された場合と泥除け等に光が走査された場合とで異なる照射パターンを得ることができるので、泥除け等をタイヤと誤認識する恐れがきわめて小さくなる。
【００１２】
よって、本発明によれば、より確実にタイヤを判別できるようになり、車軸の検出精度を向上させることができる。
【００１３】
また、本発明の実施形態においては、路面で反射されたと判断される光以外のうちで、最も路面に近い位置で反射された光の反射点と最も路面から遠い位置で反射された光の反射点との距離を演算し、当該距離に基づいて対象物がタイヤであるか否かを判定するようにしてもよい。
【００１４】
傾いた走査平面内で光が走査されている場合には、光が泥除け等を走査されている場合や、鏡面ホイルを通ってタイヤに走査されている場合には、最も路面に近い位置で反射された光の反射点と最も路面から遠い位置で反射された光の反射点との距離は短くなるので、当該距離の長さに基づいて対象物がタイヤであるか否かを判定することが可能になる。
【００１５】
【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を図２に示す。車軸検知装置１１は、有料道路や有料駐車場の料金徴収所、高速道路の検問所、走行道路などに設置される。図２に示す態様では、料金所のブース４１の進入口寄りにおいて、道路４２の路側（アイランド）４３に車軸検知装置１１が設置されている。この車軸検知装置１１は、レーザ光をパルス発光し、道路４２を横断する方向に沿ってレーザー光のスポット列を走査させることにより、通過車両４４または路面４５にスポット列を照射させる。
【００１６】
図３は上記車軸検知装置１１の構成を示すブロック図である。投光手段は、発光素子１２、発光素子駆動回路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（ＬＤドライバ）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。
【００１７】
発光素子駆動回路（ＬＤドライバ）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。
【００１８】
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１５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１５として説明する。
【００１９】
ポリゴンミラー１５は、ポリゴンミラー駆動回路２７により制御されてモータにより一定の回転速度で回転駆動されているため、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４５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。
【００２０】
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及びアンプ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（受光信号）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。
【００２１】
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、両信号の時間差（投光と受光との時間間隔）を計測する。この計測された時間は、電圧信号に変換され、この電圧信号はアナログ／デジタル変換回路３０でデジタル信号に変換されてデジタル処理回路３１へ送られる。
【００２２】
デジタル処理回路３１は、時間差／電圧変換回路２６で計測された計測時間（光の飛行時間）に基づいて、車軸検知装置１１から路面４５や車両等における反射位置までの距離を演算する。すなわち、走査角度θで投射されたレーザーパルスが、投光から受光までに時間２ｔ（θ）を要したとすると、片道の計測時間はｔ（θ）となるので、走査角度θの方向における車軸検知装置１１から反射点までの距離Ｌ（θ）は、
Ｌ（θ）＝ｃ・ｔ（θ）
となる。ただし、ｃは光の速度である。
【００２３】
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と車軸判定部３２とに出力されている。従って、車軸検知手段を構成する車軸判定部３２は、この検出信号からレーザーパルスの出射方向（走査角度θ）を知ることができる。
【００２４】
車軸判定部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（照射パターン）を演算し、この分布より車両のタイヤ（車軸）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。
【００２５】
なお、コントローラ２９、車軸判定部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。
【００２６】
次に、上記のような構成の車軸検知装置１１（特に、車軸判定部３２）において、タイヤを判別するための信号処理方法を説明する。図４（ａ）（ｂ）は、車軸検知装置１１が路側４３などに設置された状態を示す斜視図及び正面図である。ここで、道路横断方向をＸ軸方向とし、路面４５に垂直な方向（鉛直方向）をＹ軸方向とし、道路４２の伸びている方向（車両通過方向）をＺ軸方向とする。車軸検知装置１１は、道路４２に対して正対するように（つまり、正面が道路横断方向Ｘを向くように）設置されている。しかし、車軸検知装置１１から出射されるレーザーパルスは、図４（ｂ）に示すように照射窓１６における走査方向４６が鉛直方向（Ｙ軸方向）から傾いており、路面４５に垂直な平面から傾いた走査平面内で走査されるようになっている。さらに、路面４５におけるレーザーパルスの走査方向も道路横断方向Ｘに対して平行となっておらず、角度αだけ斜めになっている。すなわち、レーザーパルスの走査平面は、ＸＹ平面からＸ軸の回りに回転しており、さらにＹ軸の回りに角度αだけ回転している。なお、路面４５上におけるレーザーパルスの走査方向は道路横断方向Ｘと平行（α＝０）となっていてもよい。
【００２７】
図５は、レーザーパルスの走査方向をより正確に説明するための説明図であって、図５（ａ）（ｂ）はそれぞれ路側４３等に設置された車軸検知装置１１の側面図及び正面図である。図４に示した例では、路面４５上におけるレーザーパルスの走査方向は、道路横断方向Ｘに対してαだけ傾いていたが、説明を分かり易くするため、以下においては、路面４５上におけるレーザーパルスの走査方向は道路横断方向Ｘと平行（α＝０）であって、レーザーパルスの走査平面はＸ軸の回りに角度β（≠０）だけ回転しているとして説明する。投光方向検知手段（エンコーダ２８）が検出するレーザーパルスの走査角度θは、鉛直平面に対してβだけ傾いた走査平面内において、車軸検知装置１１の前面を基準にして計測され、車軸検知装置１１の前面と平行に下方へ向けてレーザーパルスが出射されているときの走査角度をθ＝０°とし、車軸検知装置１１から前方へ走査されているときの走査角度θが＋となるように設定されている。また、対象物までの距離Ｌは、車軸検知装置１１の前面（照射窓１６）を基準として計測される。これらは車軸検知装置１１を設置する際に調整され、距離Ｌ及び走査角度θは絶対値として規定される。
【００２８】
いまｎ個のレーザーパルスが順次走査角度θ０、θ１、…、θｎ−１で車軸検知装置１１から出射され、各レーザーパルスによって対象物検知点（光投射点）までの距離Ｌ（θ０）、Ｌ（θ１）、…、Ｌ（θｎ−１）が検出されたとする。照射窓１６からの光出射点が走査角度にかかわらず一定であると仮定すると、θi（ただし、ｉ＝０、１、…、ｎ−１）方向へ出射されたレーザーパルスによる対象物検知点までのＸＹＺ座標距離Ｘ（θi）、Ｙ（θi）、Ｚ（θi）は、次の（１）式、（２）式、（３）式で表される。
Ｘi＝Ｘ（θi）＝Ｌ（θi）・sinθi …（１）
Ｙi＝Ｙ（θi）＝Ｈ−Ｌ（θi）・cosβ・cosθi …（２）
Ｚi＝Ｚ（θi）＝Ｌ（θi）・sinβ・cosθi …（３）
（ただし、ｉ＝０、１、…、ｎ−１）
ここで、Ｘiは車軸検知装置１１の前面から測った水平距離を表している。Ｙiは路面４５から測った鉛直高さを表し、Ｈは照射窓１６における路面４５から測った出射光高さを表している。Ｚiは照射窓１６における光出射点を通る鉛直平面（ＸＹ平面）から測ったＺ軸方向距離を表している。
【００２９】
図６（ａ）は車軸検知装置１１の前方に位置するタイヤ４７に向けてレーザーパルスを走査させ、対象物を検知している様子を表している。図６（ｂ）は図６（ａ）の状況において、各レーザーパルスの走査角度θ１、θ２、…、θｎ−１と対象物検知点までの距離Ｌ（θ０）、Ｌ（θ１）、…、Ｌ（θｎ−１）とを横軸に走査角度、縦軸に距離をとり、各対象物検知点θi、Ｌ（θi）のデータ分布をプロットしたものである。さらに、図６（ｃ）は上記（１）式と（２）式により対象物検知点をＸ座標及びＹ座標に変換し、横軸にＸ座標、縦軸にＹ座標をとり、各対象物検知点Ｘi、Ｙiのデータ分布をプロットしたものである。このようにＸＹ座標系に変換することにより、Ｘiはタイヤ４７までの距離となり、Ｙiは路面４５からの高さとなるので、後の処理を簡単にすることができる。なお、Ｚ座標Ｚiは重要でないので、ここでは捨象している。
【００３０】
図７（ａ）（ｂ）、図８（ａ）（ｂ）、図９（ａ）（ｂ）は上記のようにして検知対象物検知点をθi、Ｌ（θi）系からＸi、Ｙi系に変換した後、タイヤ４７と車体（ボディ）４８と路面４５とを判別する方法を説明している。図７（ａ）はタイヤ４７を検知している場合を表しており、図７（ｂ）のデータ分布図ではＸ軸方向に沿ってプロットされた路面検出部分とＹ軸方向に沿ってプロットされたタイヤ検出部分とがほぼ連続している。図８（ａ）は車体４８を検知している場合を表しており、図８（ｂ）のデータ分布図ではＸ軸方向に沿ってプロットされた路面検出部分とＹ軸方向に沿ってプロットされた車体検出部分との間に比較的大きな飛びがある。図９（ａ）は路面４５を検知している場合を表しており、図９（ｂ）のデータ分布図ではＸ軸方向に沿ってプロットされた路面検出部分のみとなっている。
【００３１】
図１０に示すように、Ｙ軸方向における路面４５（路面の凹凸）のデータ領域（路面領域）を
０≦Ｙi＜Ｙgnd
とし、タイヤ４７が路面４５に接地していると判断するためのデータ領域（接地領域）を
Ｙgnd≦Ｙi＜Ｙtyre
とし、車体４８が路面４５から浮いていると判断するためのデータ領域（浮遊領域）を
Ｙtyre≦Ｙi
と設定しておけば、ＸＹ座標系におけるデータを得たとき、そのデータの分布からタイヤ４７（車軸）、車体４８、路面４５の３通りのいずれであるかを判定し、車軸の有り／無しを判定することが可能になる。すなわち、図９（ｂ）のように路面領域にのみデータが存在し、接地領域と浮遊領域にはデータが存在しない場合には、図９（ａ）のように路面４５を検知している状態で、車軸無しと判定することができる。また、図８（ｂ）のように接地領域にはデータが存在せず、浮遊領域と路面領域にのみデータが存在している場合には、図８（ａ）のように路面４５から浮いた車体４８を検知している状態で、車軸無しと判定することができる。また、図７（ｂ）のように接地領域にデータが存在しており、接地領域から浮遊領域にかけてデータが存在している場合には、図７（ａ）のようにタイヤ４７を検出しており、車軸有りと判定することができる。そして、タイヤ４７の検知数（車軸数）から車両４４の台数または車種を判別することができる。
【００３２】
次に、このような原理により車軸を検出する車軸検知装置１１において、光の走査平面を鉛直方向から傾けたことの意味を従来例と比較しながら説明する。従来はＸＹ平面と平行な走査平面内でレーザー光が走査されていた。本発明では、ＸＹ平面と平行な平面に対してＸ軸の回りにβだけ傾いた走査平面内でレーザーパルスを走査している。このためには、例えばポリゴンミラー１５の回転軸をＺ軸と平行な方向から傾けることにより走査平面を傾けてもよく、車軸検知装置１１自体をＸ軸の周りに傾けて設置してもよい。
【００３３】
従来の車軸検知装置では、レーザーパルスは路面４５に垂直なＸＹ平面と平行な平面内で走査されていたので、図１１（ａ）に示すように、タイヤ４７の接地部分にレーザーパルスが走査されている状態では、レーザーパルスはタイヤ４７のゴム部５０とともにホイール部４９にも走査される。タイヤ４７のゴム部５０に照射されたレーザーパルスは、ほぼ拡散反射により車軸検知装置の受光部まで戻るが、ホイール部４９が鏡面に近い場合には、図１１（ｂ）に示すように、ホイール部４９で正反射したレーザーパルスは路面４５に到達し、路面４５で拡散反射した光が再びホイール部４９で正反射し、受光部へ戻る。そのため、従来の車軸検知装置ではホイール部４９までの距離を測定できず、路面４５の虚像５２までの距離を検出することになる。この結果、ＸＹ座標系における検知点のデータは、図１１（ｃ）のようにゴム部５０だけでＹ軸方向に立ち上がったパターンとなり、当該パターンのＹ座標最大値がＹgndよりも小さいと、車軸を検出することが不可能になる。
【００３４】
これに対し、本発明の車軸検知装置１１のようにレーザーパルスの走査平面が路面４５に垂直な方向から適当な角度β（例えば、３０度〜６０度）だけ傾いていると、タイヤ４７の接地部分をレーザーパルスが走査したとき、図１２（ａ）に示すようにレーザーパルスはホイール部４９を避けてゴム部５０に沿って走査されるので、図１２（ｂ）に示すように各レーザーパルスはゴム部５０の上で拡散反射される。この結果、ホイール部４９で正反射されることなく、各レーザーパルスによってタイヤ４７の位置が検知され、ＸＹ座標系における検知点のデータも図１２（ｃ）のようになり、車軸と判定される。
【００３５】
また、従来の車軸検知装置のようにレーザーパルスが路面４５と垂直に走査されていると、図１３（ａ）に示すようにタイヤ４７に沿ってレーザーパルスが走査された場合と、車両４４の下部に垂れ下がっている泥除け５３に沿ってレーザーパルスが走査された場合との判別が困難になる。すなわち、タイヤ４７に沿ってレーザーパルスが走査されたときのＸＹ座標系における検知点のパターンは図１３（ｂ）に示すようになり、泥除けに沿ってレーザーパルスが走査が走査されたときのＸＹ座標系における検知点のパターンは図１３（ｃ）に示すようになり、その区別が付かないので、泥除けをタイヤ（車軸）と誤判定することがある。
【００３６】
これに対し、本発明の場合には、レ−ザーパルスが斜めに走査されているので、タイヤ４７にレーザーパルスが走査されている場合と泥除け５３にレーザーパルスが走査されている場合とを比較すると、図１４に示すように、泥除けに沿って走査されているレーザーパルスの走査線の長さは、いずれも短いのに対して、タイヤ４７に沿って走査されているレーザーパルスでは、タイヤ４７の接地箇所を通過するものでは、その走査線の長さが長くなっている。図１５（ａ）（ｂ）は、タイヤ４７に沿って走査された、図１４の５４ａ、５４ｂの走査線に対応するＸＹ座標系におけるパターンを表しており、いずれも接地領域を通過するパターンの長さが長くなっている。これに対し、図１６（ａ）（ｂ）（ｃ）は、泥除けに沿って走査された、図１７の５５ａ、５５ｂ、５５ｃの走査線に対応するＸＹ座標系におけるパターンを表しており、いずれも路面領域外のパターンの長さは短い。従って、レーザーパルスを斜め照射していれば、ＸＹ座標系においてほぼＹ軸方向に伸びている部分の長さを所定のしきい値と比較することによってタイヤ４７と泥除けとを判別することができる。
【００３７】
図１０は、ＸＹ座標系における検知点のパターンから定量的にタイヤ４７と泥除けとを判別する方法を表している。前記のようにして接地領域から浮遊領域にかけてデータが存在することによってタイヤ４７を車体４８から判別した後、図１０に示すようにＹ軸方向に沿って接地領域から浮遊領域に延びている走査線（データ）の長さを求める。そのためには、接地領域にある最もＹ座標の小さな点をＡと、浮遊領域もしくは接地領域における最もＹ座標の大きな点をＢとを検索し、点Ａの座標（ＸＡ、ＹＡ）と点Ｂの座標（ＸＢ、ＹＢ）から点Ａと点Ｂの距離Ｌengthを次式から演算する。
Ｌength＝√｛（ＸＡ−ＸＢ）２＋（ＹＡ−ＹＢ）２｝…（４）
【００３８】
そして、この距離Ｌengthが所定のしきい値Ｌthより大きいときには、対象物に（車両走行方向の）幅があるのでタイヤ４７であると判断し、しきい値Ｌthより小さいときには、対象物に幅がないのでタイヤ４７でない（すなわち、泥除け等である）と判断する。
【００３９】
図１７は車軸検知装置１１において、上記のようにして車軸を判定するための方法を表したフロー図である。車軸検知装置１１が動作を開始すると、１走査においては、θ０、θ１、…、θｎ−１の方向へレーザーパルスが出射される。そして、車軸検知装置１１は、レーザーパルスの戻り光を受光することによって各レーザーパルスにより検知された検知点までの距離Ｌ（θ０）、Ｌ（θ１）、…、Ｌ（θｎ−１）を検出する（ステップＳ１）。ついで、検知点のデータを（θi、Ｌ（θi））［ｉ＝０、１、…、ｎ−１］からＸＹ座標系（Ｘi、Ｙi）に変換する（ステップＳ２）。
【００４０】
車軸判定部３２は、このＸＹ座標系のデータ（Ｘi、Ｙi）に基づいて接地領域にデータがあるか、すなわち、
Ｌgnd≦Ｙi＜Ｌtyre
となるデータが存在しているか否かを判定する（ステップＳ３）。そして、接地領域にデータが存在していなければ、車両４４が存在せず路面４５を検知しているか、車両４４の車体４８を検知していると判断し、軸出力をオフにする（ステップＳ１０）。
【００４１】
また、ステップＳ３において、接地領域にデータが存在すると判断された場合には、さらに浮遊領域にもデータが存在するか否か判定する（ステップＳ４）。そして、浮遊領域にデータが存在していなければ、完全にタイヤ４７を検知していない（すなわち、泥除けやタイヤ４７のごく一部を検知している）と判断し、軸出力をオフにする（ステップＳ１０）。
【００４２】
接地領域にも浮遊領域にもデータが存在していると判断すると、ついで浮遊領域のＹ座標値がもっとも小さな点ＡとＹ座標値がもっとも大きな点Ｂを検索し（ステップＳ５）、点Ａ、Ｂが存在しているか否かを判定する（ステップＳ６）。そして、点Ａ、Ｂが存在していなければ軸出力をオフにする（ステップＳ１０）。また、点Ａ、Ｂが存在していれば、前記（４）式により点Ａ、Ｂ間の距離Ｌengthを算出し（ステップＳ７）、距離Ｌengthがしきい値Ｌthより大きいか否かを判定する（ステップＳ８）。
【００４３】
この判定結果、点Ａ、Ｂ間の距離Ｌengthがしきい値Ｌthよりも大きければ、タイヤ４７を検知していると判断し、軸出力をオンにする（ステップＳ９）。また、距離Ｌengthがしきい値Ｌthより小さければ、泥除け等を検知していると判断し、軸出力をオフにする（ステップＳ１０）。
【００４４】
【発明の効果】
本発明の車軸検知装置によれば、路面に垂直な方向に対して傾けて光を走査させることにより、ほぼタイヤの黒ゴム部分にのみ光を走査させた状態でタイヤの照射パターンを得ることができ、鏡面ホイールが用いられているような場合でも確実にタイヤを検出することができる。また、タイヤに光が走査された場合と泥除け等に光が走査された場合とで異なる照射パターンを得ることができるので、泥除け等をタイヤと誤認識する恐れがきわめて小さくなる。よって、本発明によれば、より確実にタイヤを判別できるようになり、車軸の検出精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の光学式車軸検知装置を説明する概略図である。
【図２】本発明の一実施形態による車軸検知装置を道路の路側に設置した状態を示す図である。
【図３】同上の車軸検知装置の構成を示す回路ブロック図である。
【図４】（ａ）（ｂ）は、車軸検知装置を路側に設置した状態を示す斜視図及び正面図である。
【図５】（ａ）（ｂ）レーザーパルスの走査方向を説明する側面図及び正面図である。
【図６】（ａ）は車軸検知装置からタイヤに向けてレーザーパルスを走査している様子を表した図、（ｂ）はそのときのレーザーパルスの走査角度と対象物検知点までの距離との関係を表したデータ分布図、（ｃ）は対象物検知点までのＸ座標とＹ座標の関係を表したデータ分布図である。
【図７】ＸＹ座標系のデータ分布図に基づいてタイヤを判別する原理を説明する図であって、（ｂ）は（ａ）のようにタイヤに向けてレーザーパルスが照射されている場合のデータ分布図である。
【図８】ＸＹ座標系のデータ分布図に基づいて車体を判別する原理を説明する図であって、（ｂ）は（ａ）のように車体に向けてレーザーパルスが照射されている場合のデータ分布図である。
【図９】ＸＹ座標系のデータ分布図に基づいて路面を判別する原理を説明する図であって、（ｂ）は（ａ）のように路面に向けてレーザーパルスが照射されている場合のデータ分布図である。
【図１０】ＸＹ座標系のデータ分布図に基づいて検知対象物の種類を判別する原理を詳細に説明する図である。
【図１１】（ａ）は従来の車軸検知装置により鏡面ホイールを有するタイヤにレーザーパルスを走査している様子を示す図、（ｂ）は鏡面ホイールによりレーザーパルスが正反射されている状態を示す図、（ｃ）はそのときのデータ分布図である。
【図１２】（ａ）は本発明にかかる車軸検知装置により鏡面ホイールを有するタイヤにレーザーパルスを走査している様子を示す図、（ｂ）はタイヤのゴム部でレーザーパルスが拡散反射されている状態を示す図、（ｃ）はそのときのデータ分布図である。
【図１３】（ａ）は従来の車軸検知装置によりタイヤと泥除けとにレーザーパルスを走査している様子を示す図、（ｂ）はタイヤに走査されているレーザーパルスによるデータ分布図、（ｃ）は泥除けに走査されているレーザーパルスによるデータ分布図である。
【図１４】本発明にかかる車軸検知装置によりタイヤと泥除けとにレーザーパルスを走査している様子を示す図である。
【図１５】（ａ）（ｂ）は図１４においてタイヤに走査されているレーザーパルスによるデータ分布図である。
【図１６】（ａ）（ｂ）（ｃ）は図１４において泥除けに走査されているレーザーパルスによるデータ分布図である。
【図１７】本発明にかかる車軸検知装置により車軸を判別するための処理手順を説明するフロー図である。
【符号の説明】
１１ 車軸検知装置
４４ 車両
４５ 路面
４６ 走査方向
４７ タイヤ
４８ 車体
４９ ホイール部
５０ ゴム部
５３ 泥除け
【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、通過車両のタイヤ数（車両の軸数）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、通過する車両のタイヤ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（走行方向におけるタイヤの数）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に示すものは、従来の光学式車軸検知装置１である。この車軸検知装置１は、投光手段２によ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５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５からのスポット列の反射光を受光手段３により受光し、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６（車軸）を検知することができる。また、車両の有するタイヤ６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６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６と誤検知する可能性があり、車種判別を行う場合には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６と誤検知される可能性がある。
【０００７】
また、表面反射率の高いホイール（以下、鏡面ホイールという。）を装備したタイヤ６では、鏡面ホイールに照射されたレーザー光スポットが正反射されるため、反射点の虚像が路面上に生じ、タイヤ６にスポット列が照射されているにもかかわらず路面と誤認され、タイヤ６を検知できないことがあった。
【０００８】
【発明の開示】
本発明の目的とするところは、より車軸検知精度の高い車軸検知装置を提供することにある。特に、車両の泥除け等をタイヤと誤認したり、鏡面ホイールを備えたタイヤをタイヤでないと判断することによる車軸検知精度の低下を回避することができる車軸検知装置を提供することにある。
【０００９】
本発明にかかる車軸検知装置は、光を対象物の方向に向けて投射し、当該光を走査させる投光手段と、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た車軸検知装置において、前記投光手段により走査される光は、車両の通過する路面に垂直な平面から傾いた平面内で走査されることを特徴とするものである。
【００１０】
本発明にあっては、車軸検知装置により走査される光が、車両の通過する路面に垂直な平面から傾いた平面内で走査されているので、ほぼタイヤの黒ゴム部分にのみ光を走査させた状態でタイヤに照射した照射パターンを得ることができ、鏡面ホイールが用いられているような場合でも確実にタイヤを検出することができる。
【００１１】
また、路面に垂直な平面から傾いた平面内で光を走査させることにより、タイヤに光が走査された場合と泥除け等に光が走査された場合とで異なる照射パターンを得ることができるので、泥除け等をタイヤと誤認識する恐れがきわめて小さくなる。
【００１２】
よって、本発明によれば、より確実にタイヤを判別できるようになり、車軸の検出精度を向上させることができる。
【００１３】
また、本発明の実施形態においては、路面で反射されたと判断される光以外のうちで、最も路面に近い位置で反射された光の反射点と最も路面から遠い位置で反射された光の反射点との距離を演算し、当該距離に基づいて対象物がタイヤであるか否かを判定するようにしてもよい。
【００１４】
傾いた走査平面内で光が走査されている場合には、光が泥除け等を走査されている場合や、鏡面ホイルを通ってタイヤに走査されている場合には、最も路面に近い位置で反射された光の反射点と最も路面から遠い位置で反射された光の反射点との距離は短くなるので、当該距離の長さに基づいて対象物がタイヤであるか否かを判定することが可能になる。
【００１５】
【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を図２に示す。車軸検知装置１１は、有料道路や有料駐車場の料金徴収所、高速道路の検問所、走行道路などに設置される。図２に示す態様では、料金所のブース４１の進入口寄りにおいて、道路４２の路側（アイランド）４３に車軸検知装置１１が設置されている。この車軸検知装置１１は、レーザ光をパルス発光し、道路４２を横断する方向に沿ってレーザー光のスポット列を走査させることにより、通過車両４４または路面４５にスポット列を照射させる。
【００１６】
図３は上記車軸検知装置１１の構成を示すブロック図である。投光手段は、発光素子１２、発光素子駆動回路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（ＬＤドライバ）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。
【００１７】
発光素子駆動回路（ＬＤドライバ）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。
【００１８】
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１５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１５として説明する。
【００１９】
ポリゴンミラー１５は、ポリゴンミラー駆動回路２７により制御されてモータにより一定の回転速度で回転駆動されているため、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４５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。
【００２０】
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及びアンプ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（受光信号）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。
【００２１】
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、両信号の時間差（投光と受光との時間間隔）を計測する。この計測された時間は、電圧信号に変換され、この電圧信号はアナログ／デジタル変換回路３０でデジタル信号に変換されてデジタル処理回路３１へ送られる。
【００２２】
デジタル処理回路３１は、時間差／電圧変換回路２６で計測された計測時間（光の飛行時間）に基づいて、車軸検知装置１１から路面４５や車両等における反射位置までの距離を演算する。すなわち、走査角度θで投射されたレーザーパルスが、投光から受光までに時間２ｔ（θ）を要したとすると、片道の計測時間はｔ（θ）となるので、走査角度θの方向における車軸検知装置１１から反射点までの距離Ｌ（θ）は、
Ｌ（θ）＝ｃ・ｔ（θ）
となる。ただし、ｃは光の速度である。
【００２３】
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と車軸判定部３２とに出力されている。従って、車軸検知手段を構成する車軸判定部３２は、この検出信号からレーザーパルスの出射方向（走査角度θ）を知ることができる。
【００２４】
車軸判定部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（照射パターン）を演算し、この分布より車両のタイヤ（車軸）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。
【００２５】
なお、コントローラ２９、車軸判定部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。
【００２６】
次に、上記のような構成の車軸検知装置１１（特に、車軸判定部３２）において、タイヤを判別するための信号処理方法を説明する。図４（ａ）（ｂ）は、車軸検知装置１１が路側４３などに設置された状態を示す斜視図及び正面図である。ここで、道路横断方向をＸ軸方向とし、路面４５に垂直な方向（鉛直方向）をＹ軸方向とし、道路４２の伸びている方向（車両通過方向）をＺ軸方向とする。車軸検知装置１１は、道路４２に対して正対するように（つまり、正面が道路横断方向Ｘを向くように）設置されている。しかし、車軸検知装置１１から出射されるレーザーパルスは、図４（ｂ）に示すように照射窓１６における走査方向４６が鉛直方向（Ｙ軸方向）から傾いており、路面４５に垂直な平面から傾いた走査平面内で走査されるようになっている。さらに、路面４５におけるレーザーパルスの走査方向も道路横断方向Ｘに対して平行となっておらず、角度αだけ斜めになっている。すなわち、レーザーパルスの走査平面は、ＸＹ平面からＸ軸の回りに回転しており、さらにＹ軸の回りに角度αだけ回転している。なお、路面４５上におけるレーザーパルスの走査方向は道路横断方向Ｘと平行（α＝０）となっていてもよい。
【００２７】
図５は、レーザーパルスの走査方向をより正確に説明するための説明図であって、図５（ａ）（ｂ）はそれぞれ路側４３等に設置された車軸検知装置１１の側面図及び正面図である。図４に示した例では、路面４５上におけるレーザーパルスの走査方向は、道路横断方向Ｘに対してαだけ傾いていたが、説明を分かり易くするため、以下においては、路面４５上におけるレーザーパルスの走査方向は道路横断方向Ｘと平行（α＝０）であって、レーザーパルスの走査平面はＸ軸の回りに角度β（≠０）だけ回転しているとして説明する。投光方向検知手段（エンコーダ２８）が検出するレーザーパルスの走査角度θは、鉛直平面に対してβだけ傾いた走査平面内において、車軸検知装置１１の前面を基準にして計測され、車軸検知装置１１の前面と平行に下方へ向けてレーザーパルスが出射されているときの走査角度をθ＝０°とし、車軸検知装置１１から前方へ走査されているときの走査角度θが＋となるように設定されている。また、対象物までの距離Ｌは、車軸検知装置１１の前面（照射窓１６）を基準として計測される。これらは車軸検知装置１１を設置する際に調整され、距離Ｌ及び走査角度θは絶対値として規定される。
【００２８】
いまｎ個のレーザーパルスが順次走査角度θ０、θ１、…、θｎ−１で車軸検知装置１１から出射され、各レーザーパルスによって対象物検知点（光投射点）までの距離Ｌ（θ０）、Ｌ（θ１）、…、Ｌ（θｎ−１）が検出されたとする。照射窓１６からの光出射点が走査角度にかかわらず一定であると仮定すると、θi（ただし、ｉ＝０、１、…、ｎ−１）方向へ出射されたレーザーパルスによる対象物検知点までのＸＹＺ座標距離Ｘ（θi）、Ｙ（θi）、Ｚ（θi）は、次の（１）式、（２）式、（３）式で表される。
Ｘi＝Ｘ（θi）＝Ｌ（θi）・sinθi …（１）
Ｙi＝Ｙ（θi）＝Ｈ−Ｌ（θi）・cosβ・cosθi …（２）
Ｚi＝Ｚ（θi）＝Ｌ（θi）・sinβ・cosθi …（３）
（ただし、ｉ＝０、１、…、ｎ−１）
ここで、Ｘiは車軸検知装置１１の前面から測った水平距離を表している。Ｙiは路面４５から測った鉛直高さを表し、Ｈは照射窓１６における路面４５から測った出射光高さを表している。Ｚiは照射窓１６における光出射点を通る鉛直平面（ＸＹ平面）から測ったＺ軸方向距離を表している。
【００２９】
図６（ａ）は車軸検知装置１１の前方に位置するタイヤ４７に向けてレーザーパルスを走査させ、対象物を検知している様子を表している。図６（ｂ）は図６（ａ）の状況において、各レーザーパルスの走査角度θ１、θ２、…、θｎ−１と対象物検知点までの距離Ｌ（θ０）、Ｌ（θ１）、…、Ｌ（θｎ−１）とを横軸に走査角度、縦軸に距離をとり、各対象物検知点θi、Ｌ（θi）のデータ分布をプロットしたものである。さらに、図６（ｃ）は上記（１）式と（２）式により対象物検知点をＸ座標及びＹ座標に変換し、横軸にＸ座標、縦軸にＹ座標をとり、各対象物検知点Ｘi、Ｙiのデータ分布をプロットしたものである。このようにＸＹ座標系に変換することにより、Ｘiはタイヤ４７までの距離となり、Ｙiは路面４５からの高さとなるので、後の処理を簡単にすることができる。なお、Ｚ座標Ｚiは重要でないので、ここでは捨象している。
【００３０】
図７（ａ）（ｂ）、図８（ａ）（ｂ）、図９（ａ）（ｂ）は上記のようにして検知対象物検知点をθi、Ｌ（θi）系からＸi、Ｙi系に変換した後、タイヤ４７と車体（ボディ）４８と路面４５とを判別する方法を説明している。図７（ａ）はタイヤ４７を検知している場合を表しており、図７（ｂ）のデータ分布図ではＸ軸方向に沿ってプロットされた路面検出部分とＹ軸方向に沿ってプロットされたタイヤ検出部分とがほぼ連続している。図８（ａ）は車体４８を検知している場合を表しており、図８（ｂ）のデータ分布図ではＸ軸方向に沿ってプロットされた路面検出部分とＹ軸方向に沿ってプロットされた車体検出部分との間に比較的大きな飛びがある。図９（ａ）は路面４５を検知している場合を表しており、図９（ｂ）のデータ分布図ではＸ軸方向に沿ってプロットされた路面検出部分のみとなっている。
【００３１】
図１０に示すように、Ｙ軸方向における路面４５（路面の凹凸）のデータ領域（路面領域）を
０≦Ｙi＜Ｙgnd
とし、タイヤ４７が路面４５に接地していると判断するためのデータ領域（接地領域）を
Ｙgnd≦Ｙi＜Ｙtyre
とし、車体４８が路面４５から浮いていると判断するためのデータ領域（浮遊領域）を
Ｙtyre≦Ｙi
と設定しておけば、ＸＹ座標系におけるデータを得たとき、そのデータの分布からタイヤ４７（車軸）、車体４８、路面４５の３通りのいずれであるかを判定し、車軸の有り／無しを判定することが可能になる。すなわち、図９（ｂ）のように路面領域にのみデータが存在し、接地領域と浮遊領域にはデータが存在しない場合には、図９（ａ）のように路面４５を検知している状態で、車軸無しと判定することができる。また、図８（ｂ）のように接地領域にはデータが存在せず、浮遊領域と路面領域にのみデータが存在している場合には、図８（ａ）のように路面４５から浮いた車体４８を検知している状態で、車軸無しと判定することができる。また、図７（ｂ）のように接地領域にデータが存在しており、接地領域から浮遊領域にかけてデータが存在している場合には、図７（ａ）のようにタイヤ４７を検出しており、車軸有りと判定することができる。そして、タイヤ４７の検知数（車軸数）から車両４４の台数または車種を判別することができる。
【００３２】
次に、このような原理により車軸を検出する車軸検知装置１１において、光の走査平面を鉛直方向から傾けたことの意味を従来例と比較しながら説明する。従来はＸＹ平面と平行な走査平面内でレーザー光が走査されていた。本発明では、ＸＹ平面と平行な平面に対してＸ軸の回りにβだけ傾いた走査平面内でレーザーパルスを走査している。このためには、例えばポリゴンミラー１５の回転軸をＺ軸と平行な方向から傾けることにより走査平面を傾けてもよく、車軸検知装置１１自体をＸ軸の周りに傾けて設置してもよい。
【００３３】
従来の車軸検知装置では、レーザーパルスは路面４５に垂直なＸＹ平面と平行な平面内で走査されていたので、図１１（ａ）に示すように、タイヤ４７の接地部分にレーザーパルスが走査されている状態では、レーザーパルスはタイヤ４７のゴム部５０とともにホイール部４９にも走査される。タイヤ４７のゴム部５０に照射されたレーザーパルスは、ほぼ拡散反射により車軸検知装置の受光部まで戻るが、ホイール部４９が鏡面に近い場合には、図１１（ｂ）に示すように、ホイール部４９で正反射したレーザーパルスは路面４５に到達し、路面４５で拡散反射した光が再びホイール部４９で正反射し、受光部へ戻る。そのため、従来の車軸検知装置ではホイール部４９までの距離を測定できず、路面４５の虚像５２までの距離を検出することになる。この結果、ＸＹ座標系における検知点のデータは、図１１（ｃ）のようにゴム部５０だけでＹ軸方向に立ち上がったパターンとなり、当該パターンのＹ座標最大値がＹgndよりも小さいと、車軸を検出することが不可能になる。
【００３４】
これに対し、本発明の車軸検知装置１１のようにレーザーパルスの走査平面が路面４５に垂直な方向から適当な角度β（例えば、３０度〜６０度）だけ傾いていると、タイヤ４７の接地部分をレーザーパルスが走査したとき、図１２（ａ）に示すようにレーザーパルスはホイール部４９を避けてゴム部５０に沿って走査されるので、図１２（ｂ）に示すように各レーザーパルスはゴム部５０の上で拡散反射される。この結果、ホイール部４９で正反射されることなく、各レーザーパルスによってタイヤ４７の位置が検知され、ＸＹ座標系における検知点のデータも図１２（ｃ）のようになり、車軸と判定される。
【００３５】
また、従来の車軸検知装置のようにレーザーパルスが路面４５と垂直に走査されていると、図１３（ａ）に示すようにタイヤ４７に沿ってレーザーパルスが走査された場合と、車両４４の下部に垂れ下がっている泥除け５３に沿ってレーザーパルスが走査された場合との判別が困難になる。すなわち、タイヤ４７に沿ってレーザーパルスが走査されたときのＸＹ座標系における検知点のパターンは図１３（ｂ）に示すようになり、泥除けに沿ってレーザーパルスが走査が走査されたときのＸＹ座標系における検知点のパターンは図１３（ｃ）に示すようになり、その区別が付かないので、泥除けをタイヤ（車軸）と誤判定することがある。
【００３６】
これに対し、本発明の場合には、レ−ザーパルスが斜めに走査されているので、タイヤ４７にレーザーパルスが走査されている場合と泥除け５３にレーザーパルスが走査されている場合とを比較すると、図１４に示すように、泥除けに沿って走査されているレーザーパルスの走査線の長さは、いずれも短いのに対して、タイヤ４７に沿って走査されているレーザーパルスでは、タイヤ４７の接地箇所を通過するものでは、その走査線の長さが長くなっている。図１５（ａ）（ｂ）は、タイヤ４７に沿って走査された、図１４の５４ａ、５４ｂの走査線に対応するＸＹ座標系におけるパターンを表しており、いずれも接地領域を通過するパターンの長さが長くなっている。これに対し、図１６（ａ）（ｂ）（ｃ）は、泥除けに沿って走査された、図１７の５５ａ、５５ｂ、５５ｃの走査線に対応するＸＹ座標系におけるパターンを表しており、いずれも路面領域外のパターンの長さは短い。従って、レーザーパルスを斜め照射していれば、ＸＹ座標系においてほぼＹ軸方向に伸びている部分の長さを所定のしきい値と比較することによってタイヤ４７と泥除けとを判別することができる。
【００３７】
図１０は、ＸＹ座標系における検知点のパターンから定量的にタイヤ４７と泥除けとを判別する方法を表している。前記のようにして接地領域から浮遊領域にかけてデータが存在することによってタイヤ４７を車体４８から判別した後、図１０に示すようにＹ軸方向に沿って接地領域から浮遊領域に延びている走査線（データ）の長さを求める。そのためには、接地領域にある最もＹ座標の小さな点をＡと、浮遊領域もしくは接地領域における最もＹ座標の大きな点をＢとを検索し、点Ａの座標（ＸＡ、ＹＡ）と点Ｂの座標（ＸＢ、ＹＢ）から点Ａと点Ｂの距離Ｌengthを次式から演算する。
Ｌength＝√｛（ＸＡ−ＸＢ）２＋（ＹＡ−ＹＢ）２｝…（４）
【００３８】
そして、この距離Ｌengthが所定のしきい値Ｌthより大きいときには、対象物に（車両走行方向の）幅があるのでタイヤ４７であると判断し、しきい値Ｌthより小さいときには、対象物に幅がないのでタイヤ４７でない（すなわち、泥除け等である）と判断する。
【００３９】
図１７は車軸検知装置１１において、上記のようにして車軸を判定するための方法を表したフロー図である。車軸検知装置１１が動作を開始すると、１走査においては、θ０、θ１、…、θｎ−１の方向へレーザーパルスが出射される。そして、車軸検知装置１１は、レーザーパルスの戻り光を受光することによって各レーザーパルスにより検知された検知点までの距離Ｌ（θ０）、Ｌ（θ１）、…、Ｌ（θｎ−１）を検出する（ステップＳ１）。ついで、検知点のデータを（θi、Ｌ（θi））［ｉ＝０、１、…、ｎ−１］からＸＹ座標系（Ｘi、Ｙi）に変換する（ステップＳ２）。
【００４０】
車軸判定部３２は、このＸＹ座標系のデータ（Ｘi、Ｙi）に基づいて接地領域にデータがあるか、すなわち、
Ｌgnd≦Ｙi＜Ｌtyre
となるデータが存在しているか否かを判定する（ステップＳ３）。そして、接地領域にデータが存在していなければ、車両４４が存在せず路面４５を検知しているか、車両４４の車体４８を検知していると判断し、軸出力をオフにする（ステップＳ１０）。
【００４１】
また、ステップＳ３において、接地領域にデータが存在すると判断された場合には、さらに浮遊領域にもデータが存在するか否か判定する（ステップＳ４）。そして、浮遊領域にデータが存在していなければ、完全にタイヤ４７を検知していない（すなわち、泥除けやタイヤ４７のごく一部を検知している）と判断し、軸出力をオフにする（ステップＳ１０）。
【００４２】
接地領域にも浮遊領域にもデータが存在していると判断すると、ついで浮遊領域のＹ座標値がもっとも小さな点ＡとＹ座標値がもっとも大きな点Ｂを検索し（ステップＳ５）、点Ａ、Ｂが存在しているか否かを判定する（ステップＳ６）。そして、点Ａ、Ｂが存在していなければ軸出力をオフにする（ステップＳ１０）。また、点Ａ、Ｂが存在していれば、前記（４）式により点Ａ、Ｂ間の距離Ｌengthを算出し（ステップＳ７）、距離Ｌengthがしきい値Ｌthより大きいか否かを判定する（ステップＳ８）。
【００４３】
この判定結果、点Ａ、Ｂ間の距離Ｌengthがしきい値Ｌthよりも大きければ、タイヤ４７を検知していると判断し、軸出力をオンにする（ステップＳ９）。また、距離Ｌengthがしきい値Ｌthより小さければ、泥除け等を検知していると判断し、軸出力をオフにする（ステップＳ１０）。
【００４４】
【発明の効果】
本発明の車軸検知装置によれば、路面に垂直な方向に対して傾けて光を走査させることにより、ほぼタイヤの黒ゴム部分にのみ光を走査させた状態でタイヤの照射パターンを得ることができ、鏡面ホイールが用いられているような場合でも確実にタイヤを検出することができる。また、タイヤに光が走査された場合と泥除け等に光が走査された場合とで異なる照射パターンを得ることができるので、泥除け等をタイヤと誤認識する恐れがきわめて小さくなる。よって、本発明によれば、より確実にタイヤを判別できるようになり、車軸の検出精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の光学式車軸検知装置を説明する概略図である。
【図２】本発明の一実施形態による車軸検知装置を道路の路側に設置した状態を示す図である。
【図３】同上の車軸検知装置の構成を示す回路ブロック図である。
【図４】（ａ）（ｂ）は、車軸検知装置を路側に設置した状態を示す斜視図及び正面図である。
【図５】（ａ）（ｂ）レーザーパルスの走査方向を説明する側面図及び正面図である。
【図６】（ａ）は車軸検知装置からタイヤに向けてレーザーパルスを走査している様子を表した図、（ｂ）はそのときのレーザーパルスの走査角度と対象物検知点までの距離との関係を表したデータ分布図、（ｃ）は対象物検知点までのＸ座標とＹ座標の関係を表したデータ分布図である。
【図７】ＸＹ座標系のデータ分布図に基づいてタイヤを判別する原理を説明する図であって、（ｂ）は（ａ）のようにタイヤに向けてレーザーパルスが照射されている場合のデータ分布図である。
【図８】ＸＹ座標系のデータ分布図に基づいて車体を判別する原理を説明する図であって、（ｂ）は（ａ）のように車体に向けてレーザーパルスが照射されている場合のデータ分布図である。
【図９】ＸＹ座標系のデータ分布図に基づいて路面を判別する原理を説明する図であって、（ｂ）は（ａ）のように路面に向けてレーザーパルスが照射されている場合のデータ分布図である。
【図１０】ＸＹ座標系のデータ分布図に基づいて検知対象物の種類を判別する原理を詳細に説明する図である。
【図１１】（ａ）は従来の車軸検知装置により鏡面ホイールを有するタイヤにレーザーパルスを走査している様子を示す図、（ｂ）は鏡面ホイールによりレーザーパルスが正反射されている状態を示す図、（ｃ）はそのときのデータ分布図である。
【図１２】（ａ）は本発明にかかる車軸検知装置により鏡面ホイールを有するタイヤにレーザーパルスを走査している様子を示す図、（ｂ）はタイヤのゴム部でレーザーパルスが拡散反射されている状態を示す図、（ｃ）はそのときのデータ分布図である。
【図１３】（ａ）は従来の車軸検知装置によりタイヤと泥除けとにレーザーパルスを走査している様子を示す図、（ｂ）はタイヤに走査されているレーザーパルスによるデータ分布図、（ｃ）は泥除けに走査されているレーザーパルスによるデータ分布図である。
【図１４】本発明にかかる車軸検知装置によりタイヤと泥除けとにレーザーパルスを走査している様子を示す図である。
【図１５】（ａ）（ｂ）は図１４においてタイヤに走査されているレーザーパルスによるデータ分布図である。
【図１６】（ａ）（ｂ）（ｃ）は図１４において泥除けに走査されているレーザーパルスによるデータ分布図である。
【図１７】本発明にかかる車軸検知装置により車軸を判別するための処理手順を説明するフロー図である。
【符号の説明】
１１ 車軸検知装置
４４ 車両
４５ 路面
４６ 走査方向
４７ タイヤ
４８ 車体
４９ ホイール部
５０ ゴム部
５３ 泥除け
Claims (2)
- 光を対象物の方向に向けて投射し、当該光を走査させる投光手段と、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た車軸検知装置において、
前記投光手段により走査される光は、車両の通過する路面に垂直な平面から傾いた平面内で走査されることを特徴とする車軸検知装置。 - 路面で反射されたと判断される光以外のうちで、最も路面に近い位置で反射された光の反射点と最も路面から遠い位置で反射された光の反射点との距離を演算し、当該距離に基づいて対象物がタイヤであるか否かを判定するようにしたことを特徴とする、請求項１に記載の車軸検知装置。
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