JP4984479B2 - 車両検知装置、および、車両検知方法 - Google Patents

Description

本発明は、車両検知装置、および、車両検知方法に関し、特に、道路上の車両の交通量を検出するのに適した車両検知装置、および、車両検知方法に関する。

従来から、焦電型赤外線センサやサーモパイルセンサを用いて、赤外線で車両を検出する赤外線式の車両検知器が用いられている。

焦電型赤外線センサは、焦電効果によって温度変化を検出する微分出力型のパッシブセンサである。焦電型赤外線センサを用いて赤外線の絶対量を検出するためにはチョッパを設ける必要がある。このため、構造が複雑となりコストが上昇してしまう問題点があった。

これに対して、サーモパイルセンサは、熱起電力効果によって絶対温度を検出する積分出力型のパッシブセンサである。このため、赤外線の量に応じた起電力がサーモパイルセンサから出力され、その起電力の大きさによって温度を測定することができる。

特許文献１には、自ら発した赤外線でなく、検知対象が発する赤外線をパッシブに感知するサーモパイルセンサなどのパッシブセンサを用いた車両検知システムが開示されている。この車両検知システムによれば、車両を誤認することが少なく、高い精度で車両検知を行なうことができる。また、従来の超音波検知器のようなアクティブセンサに比較して非常に消費電力が少なく、太陽電池などでも十分に作動させることができる（たとえば、特許文献１の第００９３段落参照）。
特開２００３−３１７１８６号公報

サーモパイルセンサの出力は、サーモパイルセンサ自身の温度Ａと、視野内の平均温度Ｂとの差に依存する。このため、温度Ａと温度Ｂとの差が小さい場合であっても、車両を検出するための必要な分解能を得るために、サーモパイルセンサの出力を増幅するオペアンプの増幅率を大きくすることが考えられる。

しかし、増幅率を大きくした場合に、たとえば、サーモパイルセンサ本体が日影にあり、サーモパイルセンサの検出領域が日なたにある場合など、温度Ａと温度Ｂとの差が大きい場合に、サーモパイルセンサの出力を増幅するオペアンプの出力が飽和してしまい、オペアンプによって増幅された信号において車両と背景との区別が付かなくなるので、車両と背景とを誤検出してしまうといった問題があった。

この発明は上述の問題点を解決するためになされたもので、この発明の目的の１つは、温度変化に対応しつつ増幅率を大きくして車両と背景とを誤検出する可能性を減少させることが可能な車両検知装置、および、車両検知方法を提供することである。

上述した課題を解決するために、この発明のある局面に従えば、車両検知装置は、検知部と、増幅部と、記憶部と、判別部と、背景レベル算出部と、リファレンス電圧変化部とを備え、背景レベル適正判定部をさらに備える。

検知部は、検知対象から放射された赤外線の強度に応じた起電力を発生する。増幅部は、検知部によって発生された起電力に対応する入力電圧とリファレンス電圧との差の電圧を増幅する。記憶部は、車両の有無を判別するための基準となる閾値を記憶する。

判別部は、増幅部から出力された電圧に応じたレベル値と記憶部に記憶された閾値とに基づいて車両の有無を判別する。

背景レベル算出部は、増幅部から出力された電圧に応じたレベル値に基づいて、判別部によって車両が無いと判別されたレベル値を示す背景レベルを算出する。

リファレンス電圧変化部は、判別部によって車両の有無が判別されているときに車両が無いと判別されたことを条件として、増幅部から出力された電圧に基づいて、増幅部から出力された電圧の範囲が予め定められた第１の範囲となる場合に、背景レベルに応じた電圧の範囲が第１の範囲の内側の予め定められた第２の範囲となるように、リファレンス電圧を変化させる。
背景レベル適正判定部は、判別部によって車両の有無が判別されているときに車両が無いと判別されたことを条件として、背景レベル算出部によって算出された背景レベルに応じた電圧の範囲が第２の範囲内であるか否かを判断することによって、背景レベルが適正か否かを判定する。
リファレンス電圧変化部は、背景レベル適正判定部によって背景レベルが適正でないと判定されたときに、背景レベルに応じた電圧の範囲が第２の範囲内となるように、リファレンス電圧を変化させる。

この発明によれば、車両検知装置によって、検知対象から放射された赤外線の強度に応じた起電力が発生され、発生された起電力に対応する入力電圧とリファレンス電圧との差の電圧が増幅され、増幅された電圧に応じたレベル値と、記憶された車両の有無を判別するための基準となる閾値とに基づいて車両の有無が判別される。

また、車両検知装置によって、増幅された電圧に応じたレベル値に基づいて、車両が無いと判別されたレベル値を示す背景レベルが算出され、車両の有無が判別されているときに車両が無いと判別されたことを条件として、増幅された電圧に基づいて、増幅された電圧の範囲が予め定められた第１の範囲となる場合に、背景レベルに応じた電圧の範囲が第１の範囲の内側の予め定められた第２の範囲となるように、リファレンス電圧が変化される。
また、車両検知装置によって、車両の有無が判別されているときに車両が無いと判別されたことを条件として、算出された背景レベルに応じた電圧の範囲が第２の範囲内であるか否かが判断されることによって、背景レベルが適正か否かが判定され、背景レベルが適正でないと判定されたときに、背景レベルに応じた電圧の範囲が第２の範囲内となるように、リファレンス電圧が変化される。

このため、車両の有無が判別されているときに、気象条件の変化などによって、車両と背景との温度差が大きく変化しても、増幅された電圧の範囲が第１の範囲となる場合に、背景からの赤外線に対応する増幅された電圧の範囲は、第１の範囲の内側の第２の範囲とされる。したがって、車両および背景それぞれからの赤外線に対応するレベル値の差がより明確となる。その結果、車両の有無が判別されているときであっても、温度変化に対応しつつ増幅率を大きくして車両と背景とを誤検出する可能性を減少させることが可能な車両検知装置を提供することができる。
また、車両の有無が判別されているときに気象条件が変化しても背景レベルが適正となるようにされるので、車両の有無が判別されているときであっても、車両と背景とを誤検出する可能性を減少させることができる。

好ましくは、リファレンス電圧変化部は、リファレンス電圧の変化を鈍らせて変化させる。

この発明によれば、車両検知装置によって、気象条件の変化などによってリファレンス電圧を急激に変化させる場合であっても、リファレンス電圧が鈍らされて変化される。このため、背景レベルがゆっくりと変化される。その結果、車両と背景とを誤検出する可能性をさらに減少させることができる。

好ましくは、リファレンス電圧変化部は、車両検知装置の起動時には、リファレンス電圧の変化に高速に追従する高速追従状態で、リファレンス電圧を変化させ、起動時と異なる非起動時には、リファレンス電圧の変化に低速に追従する低速追従状態で、リファレンス電圧を変化させる。

この発明によれば、車両検知装置によって、車両検知装置の起動時にはリファレンス電圧の変化に高速に追従するようにリファレンス電圧が変化され、非起動時にはリファレンス電圧の変化に低速に追従するようにリファレンス電圧が変化される。このため、起動時には高速に起動させることができる。また、非起動時には、気象条件の急激な変化などによって入力電圧が急激に変化しても、リファレンス電圧がゆっくりと変化され、増幅される電圧の変化を緩やかにすることができるので、車両と背景とを誤検出する可能性を減少させることができる。

好ましくは、リファレンス電圧変化部は、時定数を切替可能なコンデンサ抵抗積分回路と、コンデンサ抵抗積分回路の時定数を切替える切替部とを含み、切替部は、起動時には、高速追従状態となるように時定数を切替え、非起動時には、低速追従状態となるように時定数を切替える。

この発明によれば、車両検知装置によって、コンデンサ抵抗積分回路の時定数が切替えられることによって、起動時には、高速追従状態に切替えられ、非起動時には、低速追従状態に切替えられる。このため、複雑な回路を用いなくても、車両と背景とを誤検出する可能性を減少させることができる。その結果、車両検知装置を製造するコストの上昇を抑えることができる。

好ましくは、コンデンサ抵抗積分回路の抵抗は、電界効果トランジスタと抵抗器とが並列に接続されることによって構成される。また、切替部は、電界効果トランジスタのゲート電圧を所定電圧以下とすることによって、高速追従状態となるように時定数を切替え、ゲート電圧を所定電圧以上とすることによって、低速追従状態となるように時定数切替える。

この発明によれば、スイッチ回路および複数のコンデンサ抵抗積分回路を設けなくても、コンデンサ抵抗積分回路を高速追従状態または低速追従状態に切替えることができる。このため、スイッチ回路および複数のコンデンサ抵抗積分回路を設けるためのコストを抑えることができる。

好ましくは、検知部は、サーモパイルセンサである。
この発明の他の局面に従えば、車両検知方法は、検知対象から放射された赤外線の強度に応じた起電力を発生する検出部と、前記検知部によって発生された起電力に対応する入力電圧とリファレンス電圧との差の電圧を増幅する増幅部と、所定のデータを記憶する記憶部とを備える車両検知装置で実行される方法である。

また、車両検知方法は、車両の有無を判別するための基準となる閾値を記憶部に記憶させるステップと、増幅部から出力された電圧に応じたレベル値と記憶部に記憶された閾値とに基づいて車両の有無を判別するステップと、増幅部から出力された電圧に応じたレベル値に基づいて、車両が無いと判別されたレベル値を示す背景レベルを算出するステップと、車両の有無が判別されているときに車両が無いと判別されたことを条件として、増幅部から出力された電圧に基づいて、増幅部から出力された電圧の範囲が予め定められた第１の範囲となる場合に、背景レベルに応じた電圧の範囲が第１の範囲の内側の予め定められた第２の範囲となるように、リファレンス電圧を変化させるステップとを含む。
車両の有無が判別されているときに車両が無いと判別されたことを条件として、算出された背景レベルに応じた電圧の範囲が第２の範囲内であるか否かを判断することによって、背景レベルが適正か否かを判定するステップをさらに含む。
リファレンス電圧を変化させるステップは、背景レベルが適正でないと判定されたときに、背景レベルに応じた電圧の範囲が第２の範囲内となるように、リファレンス電圧を変化させるステップを含む。

この発明によれば、車両の有無が判別されているときに、気象条件の変化などによって、車両と背景との温度差が大きく変化しても、増幅された電圧の範囲が第１の範囲となる場合に、背景からの赤外線に対応する増幅された電圧の範囲は、第１の範囲の内側の第２の範囲とされる。したがって、車両および背景それぞれからの赤外線に対応するレベル値の差がより明確となる。その結果、車両の有無が判別されているときであっても、温度変化に対応しつつ増幅率を大きくして車両と背景とを誤検出する可能性を減少させることが可能な車両検知方法を提供することができる。
また、車両の有無が判別されているときに気象条件が変化しても背景レベルが適正となるようにされるので、車両の有無が判別されているときであっても、車両と背景とを誤検出する可能性を減少させることができる。

以下、この発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中の同一または相当部分については、同一符号を付してその説明は繰返さない。

図１は、この発明の実施の形態における車両検知装置１の見取図である。
図１を参照して、車両検知装置１は、道路を走行する車両を１台ごとに検知する装置である。車両検知装置１は、車道の各車線の上部に、各車線に対して１台ずつ、車両に接触しないように設置される。

車両検知装置１は、車両および車両の背景である道路からそれぞれ放射される遠赤外線を検知する。超音波式の車両検知器は、道路の直上に設置して検知方向を道路面の法線方向に向ける必要がある。本実施の形態における車両検知装置１は、図１で示すように、各車線の斜め上方に設置して検知方向を各車線に向かう方向に向ければよい。

太陽電池パネル４は、車両検知装置１に電力を供給する。超音波式の車両検知器などの車両検知器は、アクティブセンサを用いて車両を検知する。一方、本実施の形態における車両検知装置１は、後述するようにパッシブセンサであるサーモパイルで車両を検知する。パッシブセンサはアクティブセンサと比較して外部から供給する電力が少なくてもよい。このため、車両検知装置１は、太陽電池パネル４からの電力で十分に車両を検知することができる。

無線通信ユニット５は、車両検知装置１で検知された単位時間当りの車両の台数などの検知結果を示すデータを近くの信号制御機や交通管制センタに無線で送信する。なお、車両検知装置１は、有線で検知結果を示すデータを送信するようにしてもよい。

図２は、この発明の実施の形態における車両検知装置１の外観図である。図３は、この発明の実施の形態における車両検知装置１の断面の概略図である。

図２および図３を参照して、車両検知装置１は、筐体の内部に、赤外線透過レンズ２およびサーモパイル素子１１を搭載した回路基板３を備える。車両検知装置１の筐体の道路に向けられる面には、車両や背景からの遠赤外線が赤外線透過レンズ２に入射するように、穴が設けられる。

また、赤外線透過レンズ２およびサーモパイル素子１１は、車両や背景から放射された遠赤外線が、車両検知装置１に設けられた穴を通過して、赤外線透過レンズ２に入射し、サーモパイル素子１１で焦点を結ぶように設けられる。

図４は、この発明の実施の形態における車両検知装置１の構成の概略を示すブロック図である。

図４を参照して、車両検知装置１は、前述したサーモパイル素子１１などを含む検出部１０と、プログラムを実行するＣＰＵ２０（Central Processing Unit）と、実行されるプログラム、プログラム実行中のデータ、および、プログラム実行結果のデータを記憶するメモリ２１とを含む。

検出部１０、ＣＰＵ２０、および、メモリ２１は、図３で前述した回路基板３上に構成される。

また、無線通信ユニット５は、無線通信部２２を含む。アンテナ３０は、無線通信部２２と接続される。

検出部１０は、車両や背景から放射されて入射された遠赤外線の強度に応じた情報をＣＰＵ２０に出力する。なお、ＣＰＵ２０に出力される情報は、図５で後述するように、検出部１０に入射された遠赤外線の強度に応じた電圧である。

ＣＰＵ２０は、検出部１０からの情報に基づいて、車両が検知されたか背景が検知されたかを判別する。また、ＣＰＵ２０は、判別結果をメモリ２１に記憶させる。そして、ＣＰＵ２０は、判別結果を集計して、単位時間当りの車両の台数などの検知結果を示すデータをメモリ２１に記憶させる。さらに、ＣＰＵ２０は、所定期間ごとに、メモリ２１から検知結果を示すデータを読出し、無線通信ユニット５に出力する。

無線通信部２２は、車両検知装置１から検知結果を示すデータを受けて、その検知結果を示すデータを、アンテナ３０を介して信号制御機や交通管制センタに無線で送信する。

図５は、この発明の実施の形態における車両検知装置１の回路の概略を示す回路図である。

図５を参照して、検出部１０は、サーモパイル素子１１と、オペアンプ１２と、差動アンプ１３と、Ｄ／Ａ（Digital/Analog）コンバータ１５と、ＦＥＴ（Field-Effect Transistor、電界効果トランジスタ）１６と、抵抗器１７と、コンデンサ１８とを含む。

サーモパイル素子１１は、車両や背景などの検知対象から放射されて入射された遠赤外線の強度に応じた起電力を発生し、発生した起電力をオペアンプ１２に供給する。

オペアンプ１２は、サーモパイル素子１１から供給された起電力の電圧を増幅する。サーモバイル素子１１の起電力はミリボルトオーダと低い電圧である。このため、本実施の形態においては、オペアンプ１２として、１０００倍程度の増幅率のオペアンプを用いる。

差動アンプ１３は、オペアンプ１２から＋入力端子に入力されるサーモパイル素子１１の起電力に対応する電圧と−入力端子に入力されるリファレンス電圧との差を増幅する。そして、差動アンプ１３は、増幅された電圧を出力端子からＣＰＵ２０に出力する。なお、リファレンス電圧は、後述するように、ＣＰＵ２０によって変化される。

ＣＰＵ２０は、差動アンプ１３からアナログ入力ポートＡＮ１に入力されたアナログの電圧値をデジタルの入力レベル値に変換する。そして、ＣＰＵ２０は、入力レベル値とメモリ２１に蓄積された過去の背景レベル値とから所定の演算をすることによって、車両の有無を判別する。

また、ＣＰＵ２０は、リファレンス電圧を差動アンプ１３に入力させるために５ビットのリファレンス信号を出力ポートＰ１〜Ｐ５から出力させる。なお、リファレンス信号のビット数は、５ビット以上のビット数としてもよい。気象条件の変化などによってサーモパイル素子１１に入力される遠赤外線の強度が変化したことによって入力レベル値が変化した場合、図６で後述するように、ＣＰＵ２０は、リファレンス信号を変更する。

さらに、ＣＰＵ２０は、車両検知装置１の起動時にはＣＰＵ２０の駆動電圧の信号を出力ポートＰ６から出力させ、車両検知装置１の起動時以外の車両検知装置１の稼働時にはグランドの電位の信号を出力ポートＰ６から出力させる。

Ｄ／Ａコンバータ１５は、ＣＰＵ２０の出力ポートＰ１〜Ｐ５からのリファレンス信号をアナログ信号の電圧に変換する。Ｄ／Ａコンバータ１５から出力された電圧は、ＦＥＴ１６および抵抗器１７が並列に接続されて形成される抵抗とコンデンサ１８とから構成されるＣＲ（CapacitorResistor、コンデンサ抵抗）積分回路を介して、リファレンス電圧として差動アンプ１３に入力される。

Ｄ／Ａコンバータ１５から出力された電圧が変化した場合、その変化がＣＲ積分回路で鈍らされて差動アンプ１３に入力される。

ＦＥＴ１６は、ＣＰＵ２０からＣＰＵ２０の駆動電圧の信号を受けることによってゲートソース間電圧がＦＥＴ１６のゲートしきい値電圧よりも大きくなると、スイッチオフの状態、つまり、高インピーダンスの状態となる。また、ＦＥＴ１６は、ＣＰＵ２０からグランドの電位の信号を受けることによってゲートソース間電圧がＦＥＴ１６のゲートしきい値電圧よりも小さくなると、スイッチオンの状態、つまり、低インピーダンスの状態となる。なお、本実施の形態におけるＦＥＴ１６は、ゲートしきい値電圧がＣＰＵ２０の駆動電圧とグランドの電位との間の電圧となるように選定される。

ＦＥＴ１６が高インピーダンスの状態となった場合、前述したＣＲ積分回路の抵抗値が高い状態となる。このため、ＣＲ積分回路の時定数が高くなるので、Ｄ／Ａコンバータ１５から出力された電圧は、ゆっくりと変化して差動アンプ１３に入力されることとなる。このときのＣＲ積分回路の状態を低速追従状態という。たとえば、抵抗器１７の抵抗値を１０ＭΩ、コンデンサ１８の静電容量値を６７μＦとする。ＦＥＴ１６が高インピーダンス状態であれば、ＦＥＴ１６はオフ状態であるため、漏れ電流が１μＡ程度で、ドレイン−ソース間の抵抗値が１０ＭΩ相当となる。この場合、ＣＲ積分回路の抵抗値は５．０ＭΩとなるので、時定数は３３５秒となる。

ＦＥＴ１６が低インピーダンスの状態となった場合、前述したＣＲ積分回路の抵抗値が低い状態となる。このため、ＣＲ積分回路の時定数が低くなるので、Ｄ／Ａコンバータ１５から出力された電圧は、ＦＥＴ１６が高インピーダンスの状態であるときよりも、早く変化して差動アンプ１３に入力されることとなる。このときのＣＲ積分回路の状態を高速追従状態という。たとえば、抵抗器１７の抵抗値およびコンデンサ１８の静電容量値を前述した値とし、ＦＥＴ１６の低インピーダンス状態でのドレイン−ソース間の抵抗値を１Ωとすると、ＣＲ積分回路の抵抗値は約１．００Ωとなるので、時定数は６７μ秒と非常に短くなる。

なお、ＣＲ積分回路から差動アンプ１３までの間にボルテージフォロアを設けるようにしてもよい。ＣＲ積分回路の時定数は、差動アンプの入力インピーダンスの影響を受ける。もし、差動アンプの入力インピーダンスが１０ＭΩに対し十分大きくない場合は、ＣＲ積分回路と差動アンプ１３との間に入力インピーダンスの大きなボルテージフォロアを入れることで、ＣＲ積分回路の時定数を期待される値に近づけることができる。

図６は、この発明の実施の形態における車両検知装置１で実行される車両検知処理の流れを示すフローチャートである。

図６を参照して、まず、ステップＳ１１１において、ＣＰＵ２０は、車両検知装置１の起動時の初期設定を行なう。初期設定は、出力ポート１〜６のそれぞれに対応するレジスタに初期値を代入する設定、および、その他のレジスタやタイマを初期化する設定を含む。本実施の形態においては、出力ポート１〜５で示されるリファレンス信号の初期値はリファレンス電圧が１（Ｖ）となる値とし、出力ポート６で示されるＦＥＴ１６のゲートに供給される信号の初期値はグランドの電位、つまり、０とされ、ＦＥＴ１６はオン状態（低インピーダンス状態）とされる。

次に、ステップＳ１１２において、ＣＰＵ２０は、背景レベルおよび閾値の初期学習を行なう。背景レベルの初期学習は、車両がいないときに一定時間（たとえば、１秒程度）行なわれる。背景レベルは、たとえば、背景レベルの初期学習期間中の入力レベル値の平均値とされる。閾値の初期学習は、背景レベルの初期学習後一定時間（たとえば、１０秒程度）行なわれる。ＣＰＵ２０は、得られた背景レベルおよび閾値をメモリ２１に記憶させる。初期学習が終了した後に、出力ポート６で示されるＦＥＴ１６のゲートに供給される信号の電位が、ＣＰＵ２０の駆動電圧の電位とされる。

閾値の学習は、次のように行なわれる。まず、背景レベルが求められる。そして、入力レベルの背景差分が求められ、背景差分が２４０ｍｓ相当分足し合わされる。次に、その足し合わされた積分値において、２４０ｍｓ前の値との差が微分値として求められる。そして、積分値と微分値×計数が足されて、判定値とされる。

この判定値から閾値が求められる。車両感知無しと判断された場合、閾値の目標値が判定値×３程度とされ、予め定められた平滑係数が用いられて指数平滑が用いられて追従される。また、車両感知有りと判断された場合、閾値の目標値が判定値×０．７５程度とされ、予め定められた平滑係数が用いられて指数平滑が用いられて追従される。さらに、ヒステリシスを持たせるため、上記閾値×０．８が閾値Ｌとして算出され、これを下回った場合に、車両感知がオンからオフにされる。

その後、ＣＰＵ２０は、車両の有無の判定を始める。まず、ステップＳ１１３において、ＣＰＵ２０は、アナログ入力ポートＡＮ１から入力されてデジタル値に変換された入力レベル値を取得する。

次に、ステップＳ１２０において、ＣＰＵ２０は、ステップＳ１１３で取得された入力レベル値に基づいて、比較値を演算する。比較値は、入力レベル値と背景レベルとの差に基づいて演算した値である。

比較値は、実際の環境に応じて変化させることが好ましい。たとえば、今回の入力レベル値と前回の背景レベルとの差分（以下、「背景差分」という）を求め、この背景差分の一定時間における積算値を比較値とする。

このように比較値を演算することにより、車両の誤認や認識できない場合などを低減する。なお、入力レベル値と背景レベルとの差をそのまま、比較値として用いてもよい。

続いて、ステップＳ１３０において、ＣＰＵ２０は、ステップＳ１１３で取得された入力レベル値に基づいて、閾値を演算する。閾値は、所定の設定値に前述した背景差分の平均値に基づいた補正値を加算した値である。

また、前回車両ありと判別した場合と前回車両なしと判別した場合とで、閾値を変えるようにしてもよい。たとえば、前回の車両判別結果に基づいて補正値に掛ける係数を変化させ、さらに、前回車両ありと判別した場合は、演算した閾値にヒステリシス係数を掛けるようにする。

このように閾値を演算することにより、一旦、車両ありとの判定が得られると、車両ありとの判定を継続し易い。また、渋滞中などで車両停止中は、車両ありとの判定を継続し易く、停止していた車両が走行を始めると車両無しとの判定を行い易い状態にすることができる。

そして、ステップＳ１４１において、ＣＰＵ２０は、ステップＳ１２０で演算した比較値がステップＳ１３０で演算した閾値以上であるか否かを判断する。

比較値が閾値以上であると判断した場合（ステップＳ１２０でＹＥＳの場合）、ステップＳ１４２において、ＣＰＵ２０は、車両の有無の判別結果を車両有りと判別する。この場合、ＣＰＵ２０は、ステップＳ１４３において、車両有りとの判別結果をメモリ２１に記憶させ、ステップＳ１４４において、記憶させた判別結果に対応させて、入力レベル値をメモリ２１に保存する。その後、実行する処理をステップＳ１１３に戻す。

一方、比較値が閾値未満であると判断した場合（ステップＳ１２０でＮＯの場合）、ステップＳ１４５において、ＣＰＵ２０は、車両の有無の判別結果を車両無しと判別する。この場合、ＣＰＵ２０は、ステップＳ１４６において、車両無しの判別結果をメモリ２１に記憶させ、ステップＳ１４７において、記憶させた判別結果に対応させて、入力レベル値をメモリ２１に保存する。

ステップＳ１４７でメモリ２１に記憶された入力レベル値は、車両無しと判別された入力レベル値、つまり、背景の入力レベル値である。そこで、背景レベルを環境に応じて変化させるために、ステップＳ１４７の後、ステップＳ１５０において、ＣＰＵ２０は、ステップＳ１１３で取得した入力レベル値に基づいて、背景レベルを演算する。背景レベルは、車両無しと判別された入力レベル値の所定期間の代表値である。

たとえば、背景レベルは、加重平均法の１つである指数平滑法によって演算されるようにしてもよいし、車両無しの判定が得られた所定期間の入力レベル値の平均値として演算されるようにしてもよい。

次に、ステップＳ１６１において、ＣＰＵ２０は、ステップＳ１５０で演算した背景レベルが適正値であるか否かを判断する。ここで、背景レベルが適正値であるか否かは、背景レベルが、電圧値１．０〜２．３Ｖに対応する入力レベル値の範囲以内であるか否かで判断する。

背景レベルが適正値であると判断した場合（ステップＳ１６１でＹＥＳの場合）、ＣＰＵ２０は、実行する処理をステップＳ１１３に戻す。

一方、背景レベルが適正値でないと判断した場合（ステップＳ１６１でＮＯの場合）、ステップＳ１６２において、ＣＰＵ２０は、ステップＳ１６３で前回リファレンス信号が変更されたときにカウントが開始された監視タイマのカウント値が所定値以上となったか否かを判断する。所定値は、たとえば、前述したＣＲ積分回路の時定数の５倍とする。

監視タイマのカウント値が所定値未満であると判断した場合（ステップＳ１６２でＮＯの場合）、ＣＰＵ２０は、実行する処理をステップＳ１１３に戻す。

一方、監視タイマのカウント値が所定値以上であると判断した場合（ステップＳ１６２でＹＥＳの場合）、ＣＰＵ２０は、ステップＳ１６３において、リファレンス電圧を差動アンプ１３に入力させるためのリファレンス信号を変更するように出力ポートＰ１〜Ｐ５に対応するレジスタの値を書替え、ステップＳ１６４において、監視タイマをリセットし、監視タイマによるカウントを開始させる。

たとえば、背景レベルが適正値よりも低い場合には、リファレンス電圧を下げるようにリファレンス信号を変更する。また、背景レベルが適正値よりも高い場合には、リファレンス電圧を上げるようにリファレンス信号を変更する。Ｄ／Ａコンバータ１５のダイナミックレンジの中央付近に背景レベルの値が来るようにリファレンス信号を制御する。

また、このときに、リファレンス電圧を変更することによって、所定期間の入力レベル値の平均値に対応する差動アンプ１３の出力電圧が、差動アンプ１３の出力電圧範囲である０〜３．３Ｖを超えないように、リファレンス信号を変更する。

図７は、この発明の実施の形態における車両検知装置１の差動アンプ１３の入出力電圧の変化の概略を示すグラフである。図７（Ａ）は、差動アンプ１３の＋入力端子に入力される電圧の変化を示すグラフである。図７（Ｂ）は、リファレンス電圧が１（Ｖ）の場合の差動アンプ１３から出力される電圧の変化を示すグラフである。図７（Ｃ）は、リファレンス電圧が適正である場合の差動アンプ１３から出力される電圧の変化を示すグラフである。図７（Ｄ）は、リファレンス電圧を変化させるときにリファレンス電圧の変化が早い場合の差動アンプ１３から出力される電圧の変化を示すグラフである。図７（Ｅ）は、リファレンス電圧を変化させるときにリファレンス電圧の変化を鈍らせた場合の差動アンプ１３から出力される電圧の変化を示すグラフである。

図７（Ａ）を参照して、時刻ｔ₁までに差動アンプ１３に入力される電圧は、ｂ（Ｖ）である。この電圧ｂ（Ｖ）は、背景からサーモパイル素子１１に入射されている遠赤外線の強度に対応する電圧である。

また、時刻ｔ₁からｔ₂までに差動アンプ１３に入力される電圧は、ｂ＋ａ（Ｖ）である。この電圧ｂ＋ａ（Ｖ）は、車両からサーモパイル素子１１に入射されている遠赤外線の強度に対応する電圧である。

同様に、時刻ｔ₂からｔ₄まで、および、時刻ｔ₅以降に差動アンプ１３に入力される電圧は、ｂ（Ｖ）であり、時刻ｔ₄からｔ₅までに差動アンプ１３に入力される電圧は、ｂ＋ａ（Ｖ）である。

車両および背景からサーモパイル素子１１に入射された遠赤外線の強度に応じた起電力は、前述したようにオペアンプ１２によって増幅される。しかし、増幅された後であっても、車両および背景からの遠赤外線の強度に対応する電圧の差は、微小な値であるａ（Ｖ）である。

図７（Ｂ）を参照して、リファレンス電圧が１．０（Ｖ）の状態で差動アンプ１３によって図７（Ａ）で示した入力電圧を増幅した場合、差動アンプ１３から出力される電圧は、出力電圧範囲の上限値である３．３（Ｖ）に張付いた状態となる。

図７（Ｃ）を参照して、本実施の形態においては、図６のステップＳ１６３で説明したように、適正なリファレンス電圧ｅ（Ｖ）を差動アンプ１３に入力するようにする。このため、差動アンプ１３の増幅率をＧとすると、差動アンプ１３によって、背景からの遠赤外線の強度に対応する差動アンプ１３への入力電圧ｂ（Ｖ）は、Ｇ（ｂ−ｅ）＝ｃ（Ｖ）に増幅され、車両からの遠赤外線の強度に対応する差動アンプ１３への入力電圧ｂ＋ａ（Ｖ）は、（ｂ＋ａ−ｅ）×Ｇ＝ｃ＋Ｇａ（Ｖ）に増幅される。

このように、車両および背景からの遠赤外線の強度に対応する微小な電圧の差ａ（Ｖ）は、差動アンプ１３によってＧａ（Ｖ）に増幅されて、ＣＰＵ２０に入力される。このため、ＣＰＵ２０は、図６のステップＳ１４１で車両を判別するときに誤判別が少なくなる。

ここで、図６のステップＳ１６３では、リファレンス電圧を変化させるように制御する。具体的には、１．０≦ｃ≦２．３となるように、リファレンス電圧ｅ（Ｖ）を変化させる。Ｇを用いてｅを表わすと、ｅ＝ｂ−ｃ／Ｇとなる。

たとえば、ｃ＞２．３の場合、ｃを１．０≦ｃ≦２．３の範囲のうちｃ＝２．３となるようにするために、リファレンス電圧ｅ＝ｂ−２．３／Ｇとする。

１．０≦ｃ≦２．３の場合は、上述した条件を満たすので、リファレンス電圧ｅ（Ｖ）は変化させない。

ｃ＜１．０の場合、ｃを１．０≦ｃ≦２．３の範囲のうちｃ＝１．０となるようにするために、リファレンス電圧ｅ＝ｂ−１／Ｇとする。

このような場合は、図５で説明した回路図において差動アンプの増幅率ＧをＣＰＵ２０から制御可能とすることによって、１．０≦ｃ≦２．３の条件を満たすように制御することができる。

図７に戻って、図７（Ｄ）を参照して、時刻ｔ₃でリファレンス電圧を変化させた場合、ＣＲ積分回路が前述した高速追従状態であれば、差動アンプ１３から出力される電圧が急激に変化する。このため、時刻ｔ₃からｔ₄までの間で、ＣＰＵ２０が車両有りと誤判別することとなる。

本実施の形態においては、図６のステップＳ１１２の初期学習の間は、ＣＲ積分回路を高速追従状態とし、初期学習が終了した後に、ＣＲ積分回路を低速追従状態とする。

図７（Ｅ）を参照して、ＣＲ積分回路が低速追従状態であれば、時刻ｔ₃でリファレンス電圧を変化させた場合であっても、差動アンプ１３から出力される電圧の変化が緩やかとなる。このため、前述した比較値、閾値、および、背景レベルが、それぞれ、徐々に変化されるので、ステップＳ１４１でＣＰＵ２０が誤判別しにくくすることができる。

本実施の形態においては、前述したように時定数が３３５秒であるので、時定数と同じ時間である３３５秒が経過したときの電圧は最終値の６３％になり、時定数の２．２倍の時間である７３７秒が経過したときの電圧は最終値の９０％となる。このように車両１台が通過することによる電圧の変化の時間と比較して、非常に長い時間を掛けて、リファレンス電圧が変化するので、リファレンス電圧による差動アンプ１３の出力電圧の変化を車両の通過による差動アンプ１３の出力電圧の変化と誤検出しにくくなる。

以上説明したように、本実施の形態における車両検知装置１によれば、図５で説明したように、サーモパイル素子１１によって、車両や背景から放射された遠赤外線の強度に応じた起電力が発生される。また、図５で説明したように、差動アンプ１３によって、サーモパイル素子１１により発生された起電力に対応する入力電圧とリファレンス電圧との差の電圧が増幅される。

また、図６のステップＳ１１３からステップＳ１４１までで説明したように、ＣＰＵ２０によって、差動アンプ１３から出力された電圧に応じた入力レベル値と閾値とに基づいて車両の有無が判別される。

また、図６のステップＳ１５０で説明したように、ＣＰＵ２０によって、差動アンプ１３から出力された電圧に応じた入力レベル値に基づいて、車両が無いと判別された入力レベル値を示す背景レベルが算出される。また、図６のステップＳ１６３で説明したように、ＣＰＵ２０によって、差動アンプ１３から出力された電圧に基づいて、増幅された電圧の範囲が差動アンプ１３の出力電圧範囲である０〜３．３Ｖの範囲となり、背景レベルに応じた電圧の範囲が差動アンプ１３の出力電圧範囲の中程の範囲である１．０〜２．３Ｖの範囲となるように、リファレンス電圧が変化される。

このように、気象条件の変化などによって、車両と背景との温度差が大きく変化しても、差動アンプ１３から出力された電圧の範囲が差動アンプ１３の出力電圧範囲とされる。また、このような場合であっても、背景からの遠赤外線に対応する増幅された電圧の範囲が差動アンプ１３の出力電圧範囲の中程の範囲とされる。したがって、車両および背景それぞれからの遠赤外線に対応する入力レベル値の差がより明確となる。その結果、温度変化に対応しつつ増幅率を大きくして車両と背景とを誤検出する可能性を減少させることができる。

また、車両検知装置１によれば、図５で説明したように、ＣＲ積分回路によって、リファレンス電圧の変化を鈍らせて変化させる。

このように、車両検知装置１によって、気象条件の変化などによってリファレンス電圧を急激に変化させる場合であっても、リファレンス電圧が鈍らされて変化される。このため、背景レベルがゆっくりと変化される。その結果、車両と背景とを誤検出する可能性をさらに減少させることができる。

また、車両検知装置１によれば、図５で説明したように、車両検知装置１の起動時には、リファレンス電圧の変化に高速に追従する高速追従状態で、リファレンス電圧が変化され、起動時と異なる非起動時には、リファレンス電圧の変化に低速に追従する低速追従状態で、リファレンス電圧が変化される。

このように、車両検知装置１によって、車両検知装置１の起動時にはリファレンス電圧の変化に高速に追従するようにリファレンス電圧が変化され、非起動時にはリファレンス電圧の変化に低速に追従するようにリファレンス電圧が変化される。このため、起動時には高速に起動させることができる。また、非起動時には、気象条件の急激な変化などによって入力電圧が急激に変化しても、リファレンス電圧がゆっくりと変化され、差動アンプ１３から出力される電圧の変化を緩やかにすることができるので、車両と背景とを誤検出する可能性を減少させることができる。

また、車両検知装置１は、時定数を切替可能なＣＲ積分回路と、ＣＲ積分回路の時定数を切替えるＦＥＴ１６とを含み、ＦＥＴ１６は、起動時には、高速追従状態となるように時定数を切替え、非起動時には、低速追従状態となるように時定数を切替える。

このように、車両検知装置１によって、ＣＲ積分回路の時定数が切替えられることによって、起動時には、高速追従状態に切替えられ、非起動時には、低速追従状態に切替えられる。このため、複雑な回路を用いなくても、車両と背景とを誤検出する可能性を減少させることができる。その結果、車両検知装置１を製造するコストの上昇を抑えることができる。

また、車両検知装置１によれば、図５で説明したように、ＣＲ積分回路の抵抗は、ＦＥＴ１６と抵抗器１７とが並列に接続されることによって構成される。また、ＦＥＴ１６は、ＦＥＴ１６のゲート電圧がＦＥＴ１６のゲートしきい値電圧以下とされることによって、高速追従状態となるようにＣＲ積分回路の時定数を切替え、ゲート電圧をゲートしきい値電圧以上とすることによって、低速追従状態となるようにＣＲ積分回路の時定数を切替える。

このように、スイッチ回路および複数のＣＲ積分回路を設けなくても、ＣＲ積分回路を高速追従状態または低速追従状態に切替えることができる。このため、スイッチ回路および複数のＣＲ積分回路を設けるためのコストを抑えることができる。

また、図６のステップＳ１５０、ステップＳ１６１およびステップＳ１６３で説明したように、車両検知装置１によって、算出された背景レベルが適正か否かが判定され、適正でないと判定されたときに、背景レベルが適正となるように、リファレンス電圧が変化される。

このように、車両検知装置１によって算出された背景レベルが適正か否かが判定され、適正でないと判定されたときに、背景レベルが適正となるように、リファレンス電圧が変化される。このため、気象条件が変化しても背景レベルが適正となるようにされるので、車両と背景とを誤検出する可能性を減少させることができる。

図８は、この発明における車両検知装置１Ａの機能の概略を示す機能ブロック図である。

図８を参照して、車両検知装置１Ａは、検知部１０Ａと、増幅部１０Ｂと、記憶部２１Ａと、判別部２０Ａと、背景レベル算出部２０Ｂと、リファレンス電圧変化部２０Ｃとを備える。

検知部１０Ａは、検知対象から放射された赤外線の強度に応じた起電力を発生する。増幅部１０Ｂは、検知部１０Ａによって発生された起電力に対応する入力電圧とリファレンス電圧との差の電圧を増幅する。記憶部２１Ａは、車両の有無を判別するための基準となる閾値を記憶する。

判別部２０Ａは、増幅部１０Ｂから出力された電圧に応じた入力レベル値と記憶部２１Ａに記憶された閾値とに基づいて車両の有無を判別する。背景レベル算出部２０Ｂは、増幅部１０Ｂから出力された電圧に応じた入力レベル値に基づいて、判別部２０Ａによって車両が無いと判別された入力レベル値を示す背景レベルを算出する。

リファレンス電圧変化部２０Ｃは、増幅部１０Ｂから出力された電圧に基づいて、増幅部１０Ｂから出力された電圧の範囲が予め定められた第１の範囲となり、背景レベルに応じた電圧の範囲が第１の範囲の内側の予め定められた第２の範囲となるように、リファレンス電圧を変化させる。

本実施の形態で説明した車両検知装置１に限定されず、図８で説明した車両検知装置１Ａの機能を備えた装置であれば、他の装置であっても本発明の技術的範囲に属する。

なお、本実施の形態においては、車両検知装置１として発明を説明した。しかし、これに限定されず、車両検知装置１のＣＰＵ２０によって図６で説明した車両検知処理を実行する車両検知方法または車両検知プログラムとして発明を捉えることができる。

また、本実施の形態においては、背景レベルが適正値でない場合に、リファレンス電圧を変化させるようにした。しかし、これに限定されず、入力レベル値が適正でない場合に、リファレンス電圧を変化させるようにしてもよい。また、図７（ｃ）で説明したように、背景レベルが適正値でない場合に、差動アンプ１３の増幅率を変更可能なような構成としてもよい。さらに、入力レベル値が適正でない場合に、差動アンプ１３の増幅率を変更可能なような構成としてもよい。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した説明ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

この発明の実施の形態における車両検知装置の見取図である。 この発明の実施の形態における車両検知装置の外観図である。 この発明の実施の形態における車両検知装置の断面の概略図である。 この発明の実施の形態における車両検知装置の構成の概略を示すブロック図である。 この発明の実施の形態における車両検知装置の回路の概略を示す回路図である。 この発明の実施の形態における車両検知装置で実行される車両検知処理の流れを示すフローチャートである。 この発明の実施の形態における車両検知装置の差動アンプの入出力電圧の変化の概略を示すグラフである。 この発明における車両検知装置の機能の概略を示す機能ブロック図である。

符号の説明

１，１Ａ 車両検知装置、２ 赤外線透過レンズ、３ 回路基板、４ 太陽電池パネル、５ 無線通信ユニット、１０ 検出部、１０Ａ 検知部、１０Ｂ 増幅部、１１ サーモパイル素子、１２ オペアンプ、１３ 差動アンプ、１５ Ｄ／Ａコンバータ、１６ ＦＥＴ、１７ 抵抗器、１８ コンデンサ、２０ ＣＰＵ、２０Ａ 判別部、２０Ｂ 背景レベル算出部、２０Ｃ リファレンス電圧変化部、２１ メモリ、２１Ａ 記憶部、２２ 無線通信部、３０ アンテナ。

Claims (7)

1. 検知対象から放射された赤外線の強度に応じた起電力を発生する検知手段と、
   前記検知手段によって発生された起電力に対応する入力電圧とリファレンス電圧との差の電圧を増幅する増幅手段と、
   車両の有無を判別するための基準となる閾値を記憶する記憶手段と、
   前記増幅手段によって増幅された電圧に応じたレベル値と前記記憶手段に記憶された前記閾値とに基づいて車両の有無を判別する判別手段と、
   前記増幅手段によって増幅された電圧に応じたレベル値に基づいて、前記判別手段によって車両が無いと判別された前記レベル値を示す背景レベルを算出する背景レベル算出手段と、
   前記判別手段によって車両の有無が判別されているときに車両が無いと判別されたことを条件として、前記増幅手段によって増幅された電圧に基づいて、前記増幅手段によって増幅された電圧の範囲が予め定められた第１の範囲となる場合に、前記背景レベルに応じた電圧の範囲が前記第１の範囲の内側の予め定められた第２の範囲となるように、前記リファレンス電圧を変化させるリファレンス電圧変化手段とを備え、
   前記判別手段によって車両の有無が判別されているときに車両が無いと判別されたことを条件として、前記背景レベル算出手段によって算出された背景レベルに応じた電圧の範囲が前記第２の範囲内であるか否かを判断することによって、前記背景レベルが適正か否かを判定する背景レベル適正判定手段をさらに備え、
   前記リファレンス電圧変化手段は、前記背景レベル適正判定手段によって前記背景レベルが適正でないと判定されたときに、前記背景レベルに応じた電圧の範囲が前記第２の範囲内となるように、前記リファレンス電圧を変化させる、車両検知装置。
2. 前記リファレンス電圧変化手段は、前記リファレンス電圧の変化を鈍らせて変化させる、請求項１に記載の車両検知装置。
3. 前記リファレンス電圧変化手段は、前記車両検知装置の起動時には、前記リファレンス電圧の変化に高速に追従する高速追従状態で、前記リファレンス電圧を変化させ、前記起動時と異なる非起動時には、前記リファレンス電圧の変化に低速に追従する低速追従状態で、前記リファレンス電圧を変化させる、請求項１または請求項２に記載の車両検知装置。
4. 前記リファレンス電圧変化手段は、時定数を切替可能なコンデンサ抵抗積分回路と、前記コンデンサ抵抗積分回路の時定数を切替える切替手段とを含み、
   前記切替手段は、前記起動時には、前記高速追従状態となるように前記時定数を切替え、前記非起動時には、前記低速追従状態となるように前記時定数を切替える、請求項３に記載の車両検知装置。
5. 前記コンデンサ抵抗積分回路の抵抗は、電界効果トランジスタと抵抗器とが並列に接続されることによって構成され、
   前記切替手段は、前記電界効果トランジスタのゲート電圧を所定電圧以下とすることによって、前記高速追従状態となるように前記時定数を切替え、前記ゲート電圧を所定電圧以上とすることによって、前記低速追従状態となるように前記時定数を切替える、請求項４に記載の車両検知装置。
6. 前記検知手段は、サーモパイルセンサである、請求項１から請求項５までのいずれかに記載の車両検知装置。
7. 検知対象から放射された赤外線の強度に応じた起電力を発生する検出部と、前記検知部によって発生された起電力に対応する入力電圧とリファレンス電圧との差の電圧を増幅する増幅部と、所定のデータを記憶する記憶部とを備える車両検知装置で実行される車両検知方法であって、
   車両の有無を判別するための基準となる閾値を前記記憶部に記憶させるステップと、
   前記増幅部によって増幅された電圧に応じたレベル値と前記記憶手段に記憶された前記閾値とに基づいて車両の有無を判別するステップと、
   前記増幅部によって増幅された電圧に応じたレベル値に基づいて、前記車両が無いと判別された前記レベル値を示す背景レベルを算出するステップと、
   車両の有無が判別されているときに車両が無いと判別されたことを条件として、前記増幅部によって増幅された電圧に基づいて、前記増幅部によって増幅された電圧の範囲が予め定められた第１の範囲となる場合に、前記背景レベルに応じた電圧の範囲が前記第１の範囲の内側の予め定められた第２の範囲となるように、前記リファレンス電圧を変化させるステップとを含み、
   車両の有無が判別されているときに車両が無いと判別されたことを条件として、算出された背景レベルに応じた電圧の範囲が前記第２の範囲内であるか否かを判断することによって、前記背景レベルが適正か否かを判定するステップをさらに含み、
   前記リファレンス電圧を変化させるステップは、前記背景レベルが適正でないと判定されたときに、前記背景レベルに応じた電圧の範囲が前記第２の範囲内となるように、前記リファレンス電圧を変化させるステップを含む、車両検知方法。

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