JP6720029B2 - 保護装置及び該保護装置を備えた車両センサシステム - Google Patents

Description

ここに開示する技術は、電磁波を利用する検出機器（光電センサ等）や撮像機器（監視カメラ等）に適した保護装置に関する。

例えば、有料道路の料金所に設けられるＥＴＣレーンにおいては、通過する車両（車種）を検出するために、車両進入路の両脇に多光軸の車両センサ（多光軸光電センサ）が立設される。通行路の両脇に設けられる当該車両センサは、一方が発光素子を複数もつ発光側で、他方が受光素子を複数もつ受光側であり、これらの間の光路を遮ることで車両の通過や車種が検出される。

道路脇に立つ車両センサは、降雨、降雪、水・泥はねによって受発光面が汚れると性能が低下するため、特許文献１〜３に示すような保護装置が使用される。すなわち、発光面、受光面に、ヒータガラスやヒータフードを設けたり、水滴をガイドする凹凸を設けるといった工夫を施した保護装置である。

実開昭６２−０９１２７６号 実開平０２−０８９５９９号 特開２０１１−２３３４７２号

降雨や雪解けで車両からの水はね、泥はねが酷いときにも汚れの付着を防ぐほどの性能は、今のところ上述した保護装置に無い。このため、係員による汚れの拭き取り作業が結局必要であり、ＥＴＣレーンの車両進入路におけるこの作業は危険であるから、ＥＴＣレーンを通行止めにして実施するなどの対策が要る。このような背景に鑑みると、車両が跳ね上げた泥水等であっても付着し難い性能をもった保護装置の開発が望まれる。

当課題に対して提案する保護装置は、保護対象機器を内包した保護筒と、この保護筒を回転させる保護筒回転モータと、該保護筒回転モータを制御するモータコントローラと、を少なくとも備えることを特徴とする。保護対象機器は、上述したような検出機器や撮像機器であり、保護筒は、その保護対象機器に対応した周波数の電磁波に対して透過性とする。モータコントローラは、保護筒を軸周りに常時定速回転させるように保護筒回転モータを制御してもよいが、保護対象機器の所定の動作に反応して保護筒を所定の速度で回転させるように保護筒回転モータを制御するのが好ましい。このモータコントローラによる保護筒回転モータの制御は、より好ましくは、保護対象機器が所定の動作をしていないときは保護筒をアイドリング（低速）回転させ、保護対象機器が所定の動作を始めると保護筒の回転速度を上げて高速回転させ、保護対象機器が所定の動作を実行している間はその高速回転を維持する制御とすることができる。また、この場合、保護対象機器の所定の動作を判断するために、アイドリング回転時の保護筒の回転周期に従う遮断周波数のロウパスフィルタを保護対象機器の出力信号に適用してあると好ましい。

また、本発明では、上記保護装置を備えた車両センサシステムも提案する。すなわち、通行路の一方の側に設置される発光装置と、通行路の他方の側に設置される受光装置と、これら発光装置及び受光装置を制御するセンサコントローラと、を備えた車両センサシステムであって、上記の保護装置を発光装置と受光装置とに備えた車両センサシステムである。発光装置の保護装置は、複数の発光素子を一直線上に並べた発光器を内包した保護筒と、この保護筒を回転させる保護筒回転モータと、を備える。受光装置の保護装置は、各発光素子と対をなす複数の受光素子を一直線上に並べた受光器を内包した保護筒と、この保護筒を回転させる保護筒回転モータと、を備える。各保護筒は、発光素子の送出光に対して透光性とする。各保護筒回転モータはモータコントローラにより制御され、該モータコントローラは、保護筒を軸周りに常時定速回転させるように保護筒回転モータを制御してもよいが、受光装置出力信号が車両進入を示したときに保護筒を所定の速度で回転させるように保護筒回転モータを制御するのが好ましい。より好ましくは、モータコントローラは、受光装置出力信号が車両進入を示していないときは保護筒をアイドリング回転させ、受光装置出力信号が車両進入を示すと保護筒の回転速度を上げて高速回転させ、受光装置出力信号が車両進入を示している間はその高速回転を維持するように制御する。また、この場合、受光装置の出力信号が車両進入を示すことを判断するために、アイドリング回転時の保護筒の回転周期に従う遮断周波数のロウパスフィルタを出力信号に適用してあると好ましい。

上記提案に係る保護装置は、検出機器や撮像機器などの保護対象機器を保護筒の中に入れて環境から保護しており、且つ、少なくともその機器が作動するとき、例えば、車両センサなどの検出機器が車両などの検出対象物を検出したとき、あるいは、監視カメラなどの撮像機器が撮像を実行するときには、保護筒を回転させることによって、水や泥などを弾き飛ばし、汚れの付着を防止する。この動的な保護装置によれば、上述した従来の静的な保護装置に比べて格段に汚れの付着が少なくなる。

保護装置を備えた車両センサシステムの実施形態を示した概略図。 図１の車両センサシステムに使用されている保護装置の要部分解斜視図。 図２の保護装置において保護筒を吊り下げ支持するための頂部支持枠組に関する分解拡大図。 図２の支持枠組に保護筒を回転自在に取り付ける軸受部分に関する分解拡大図。 図３の支持枠組及び図４の軸受部分を組み立てて示す断面図。 図２の保護装置における底部支持構造を示す断面図。 図１の車両センサシステムの制御回路ブロック図。 図７のコントローラによる制御を説明する信号波形図。

保護装置を備えた検出機器の一例として、有料道路料金所のＥＣＴレーンに設置された車両センサシステムを図１に示す。図１に示す実施形態に係る車両センサシステムは、奥から手前へ向かって車両が進入してくる車両進入路（通行路）の一方の側に設置された発光装置１と、該車両進入路を挟んで他方の側に設置された受光装置２と、を備えている。ＥＴＣレーンに侵入する車両は、これら発光装置１と受光装置２との間を奥から手前に向かって通過する。発光装置１及び受光装置２は、それぞれの背後に設置された回路ボックスＣＢに納められいてる駆動回路により駆動され、この駆動回路が、コントローラＣに含まれた（又はコントローラＣの一機能としてプログラムされた）センサコントローラＳＣにより制御される。また、受光装置２の出力信号は、回路ボックスＣＢを経由してコントローラＣへ伝えられる。これら発光装置１、受光装置２、及び各回路ボックスＣＢは、風雨を凌ぐためのハウジングＨにそれぞれ入っている。

発光装置１と受光装置２とによって多光軸光電センサ（ラインセンサ）が構成される。発光装置１は、複数の発光素子（ＬＥＤ等）を一直線上に並べて構成された細長い棒状の発光器１０を有し、受光装置２は、その発光器１０の各発光素子とそれぞれ対をなす複数の受光素子（フォトトランジスタ等）を、発光器１０と同様に一直線上に並べて構成された細長い棒状の受光器２０を有する。これら発光器１０と受光器２０とにより、車両進入路を横切る多数の光路（図1中の一点鎖線）が上下方向に並んで形成される。本実施形態の場合、発光器１０の下半分（車両のタイヤ部分相当）に並べられた発光素子の間隔を、発光器１０の上半分に並べられた発光素子の間隔に比べて密にしてあり、通過する車両の車種（普通乗用車か大型トラックかなど）も判別できるようになっている。

発光装置１及び受光装置２は同じ形式の保護装置３を備えている。各保護装置３は、発光器１０又は受光器２０を内包することの可能な軸長をもった円筒形の保護筒３０と、この保護筒３０を円筒の軸周りに回転させる保護筒回転モータ３１（図３、図５参照）と、を備える。保護筒回転モータ３１は、回路ボックスＣＢに納められている駆動回路により駆動され、この駆動回路が、コントローラＣに含まれた（又はコントローラＣの一機能としてプログラムされた）モータコントローラＭＣにより制御される。本実施形態の場合、図１に示すごとく、車両進入路に面する保護筒３０の側面が車両進行方向へ回動するように、発光装置１の保護装置３における保護筒３０は、上から見て時計回りの回転方向で軸周りに回転し、受光装置２の保護装置３における保護筒３０は、上から見て反時計回りの回転方向で軸周りに回転する。

図２〜図６に、保護装置３の詳細を示してある。
本実施形態において、保護装置３は、発光器１０又は受光器２０を立設して収容する中空の支柱３２を備える。支柱３２は、路面設置のためのベースとなる底板３３の中央に中実下端部３２ａをボルト止めすることで立設される（図６参照）。この中実下端部３２ａは、支柱３２内に収容された発光器１０又は受光器２の下端部分を保持する役目を担う。支柱３２の中実上端部３２ｂは、中央に配線孔３２ｃを有し、支柱３２内に収容された発光器１０又は受光器２の上端部分を保持する役目と配線取り出しの役目を担う（図５参照）。この中実上端部３２ｂは断面凸字形に形成され、その突出した中央先端面に、支持天板３４が固定される。支持天板３４は、保護筒３０を回転自在に吊り下げ支持する頂部支持枠組を構成する部材であり、保護筒回転モータ３１や必要な回路部品が搭載され、図３に点線で示すような箱形の筐体にてカバーされる。中実下端部３２ａと中実上端部３２ｂとの間にあって発光器１０又は受光器２０が内部に配置される中空胴部３２ｄには、発光器１０の発光素子又は受光器２０の受光素子に対応させて複数の透光窓３２ｅが一直線上に設けられている（図２参照）。

保護筒３０は、下端が開放端となっており、その下端開口３０ａを通し上方から支柱３２に被せるようにして配置され（図２）、支柱３２を全体的に覆う。このようにして発光器１０又は受光器２０を内包し保護する本実施形態の保護筒３０は、発光器１０の発光素子から送出される光（赤外光、可視光等の周波数）を透過させる透光性の樹脂から形成される。保護筒３０の上端には、支柱３２に固定された支持天板３４で回転可能に軸支するための後述する軸受構造が設けられる。

保護筒３０及び支柱３２の頂部に設けられて保護筒３０を吊り下げ支持する支持枠組について、より詳細に説明する(図３〜図５）。

上記のようにして底部支持構造の底板３３に立設された支柱３２における中実上端部３２ｂの先端面に、頂部支持枠組をなす支持天板３４が固定され、保護筒３０を回転自在に吊り下げ支持する軸受構造がその支持天板３４に取り付けられる。支持天板３４の中央に軸受孔３４ａが開けられていて、シャーレ形の蓋３４ｂを上から被せてボルト固定できるようにしてある。蓋３４ｂは、その周縁壁を貫通する固定孔３４ｃを通したボルトにて（図５）支持天板３４の上面に固定される。蓋３４ｂの中央には配線孔３４ｄが開けられており、該配線孔３４ｄの周囲に支柱固定孔３４ｅが等間隔で開けられている。この支柱固定孔３４ｅに通したボルトを、支柱３２において中実上端部３２ｂの先端面に設けられたネジ穴３２ｆに螺合させることで、支持天板３４を支柱３２に固定する。

このようにして支柱３２に固定された支持天板３４の軸受孔３４ａに、保護筒３０を回転自在に吊り下げ支持する軸受が取り付けられる。図４及び図５に示すように、保護筒３０の上端面には、支柱３２の中実上端部３２ｂの突出部分外径よりも大径の内径を有する円筒突出部３０ｂが突設されていて、この円筒突出部３０ｂの一番下に従動プーリ３０ｃが固定される。そして、円筒突出部３０ｂにおいて従動プーリ３０ｃの上方に、下から、軸受押え３０ｄ、転がり軸受３０ｅ、ロックナット３０ｆが配置される。軸受押え３０ｄは、内周縁に段差部３０ｇを周設してあり、この段差部３０ｇが、転がり軸受３０ｅの外輪３０ｈにおける外周縁に係止する。外輪３０ｈを段差部３０ｇに係止した軸受押え３０ｄは、等間隔の固定孔３０ｉに通したボルトによって支持天板３４の下面へ固定される。この外輪３０ｈを押さえる軸受押え３０ｄによって、転がり軸受３０ｅの下方脱落が防止される。

従動プーリ３０ｃは、内周縁に上向きの突条３０ｊが周設されており、この突条３０ｊが、転がり軸受３０ｅの内輪３０ｋの下面に当接する。他方、ロックナット３０ｆの内周縁にも下向きの突条３０ｍが周設されており（図５参照）、この突条３０ｍが転がり軸受３０ｅの内輪３０ｋの上面に当接する。したがって、従動プーリ３０ｃ、軸受押さえ３０ｄ、転がり軸受３０ｅを円筒突出部３０ｂに組み付け、そしてロックナット３０ｆを円筒突出部３０ｂの先端に形成された雄ネジ部に締め込むと、該ロックナット３０ｆと従動プーリ３０ｃとで転がり軸受３０ｅの内輪３０ｋが挟持され、これにより転がり軸受３０ｅが円筒突出部３０ｂに固定される。一方、転がり軸受３０ｅの外輪３０ｈは支持天板３４の軸受孔３４ａに嵌合され、そして下から軸受押さえ３０ｄによって押さえられ固定される。このようにして形成された軸受構造により、保護筒３０は、支持天板３４に回転自在に吊り下げ支持される。

円筒突出部３０ｂに固定された従動プーリ３０ｃは、保護筒回転モータ３１の駆動プーリ３１ａによって、平ベルトを介し回転駆動される。保護筒回転モータ３１は、支持天板３４に搭載されており、回路ボックスＣＢ内の駆動回路によって駆動される。

支持天板３４に吊り下げ支持された保護筒３０は、下端部において、回転を安定させるべくローラ３５によって３点支持される。図２と図６から分かるように、底板３３には、支柱３２の中実下端部３２ａを囲繞するようにして、２片の半円形ブロック３５ａ，３５ｂがボルト固定されている。この半円形ブロック３５ａ，３５ｂの上面に３つのローラ３５が１２０°間隔で取り付けられる。３つのローラ３５は、保護筒３０の下端にネジ止めや接着等で周設された当接リング３０ｏに当たって回転し、保護筒３０の回転が下端でぶれないように案内する。本実施形態の場合、一方の半円形ブロック３５ａにローラ３５が１つ、他方の半円形ブロック３５ｂにローラ３５が２つ、それぞれ取り付けられる。
なお、回転を安定させるローラ３５は、当例のように保護筒３０の下端部に対し設ける構成の他、ハウジングＨの上下方向中間位置に内向きに突設した保持部材に回転可能に保持するなどし、保護筒３０の上下方向中間部に押し当てて等間隔３点支持する構成としてもよい。

以上のようにして設置される保護装置３の保護筒３０は、コントローラＣ（図１）によって回転制御される。コントローラＣのモータコントローラＭＣは、保護筒３０を常時低速回転させるように保護筒回転モータ３１を制御するか、あるいは、受光装置２の出力信号が車両進入を示したとき（例えば出力レベルがハイ：HIGHからロウ：LOWへ遷移）に、保護筒３０を所定の速度で回転させるように保護筒回転モータ３１を制御する。後者の制御の場合、受光装置２の出力信号が車両進入を示していないとき（出力信号がハイレベル）には保護筒３０を回転停止させておき、該出力信号が車両進入を示したときに（車両検出：出力信号がローレベルへ遷移）所定の速度で回転させる、という制御が可能である。本実施形態では、より好ましい制御として、モータコントローラＭＣは、受光装置２の出力信号が車両進入を示していないときは保護筒３０をアイドリング（低速）回転させていて、受光装置２の出力信号が車両進入を示すと保護筒３０の回転速度を上げて高速回転させ、受光装置２の出力信号が車両進入を示している間はその高速回転を維持するように制御する。このアイドリング回転と高速回転とを組み合わせた制御によれば、降雨や降雪による汚れがアイドリング回転により抑制される上に、車両検出時には高速回転によって車両からの水はねや泥はねを弾き飛ばせるので、汚れ防止効果が高い。

本実施形態のコントローラＣは、図７に示すように、保護筒回転モータ３１を制御するモータコントローラＭＣと、発光装置１及び受光装置２からなる車両センサを制御するセンサコントローラＳＣと、を機能の一部として備えている。また、本実施形態のコントローラＣは、保護筒３０内の温度を検出する筒内温度センサＴＳ、及び外気温度を計測する外気温センサＧＳと通信する。外気温センサＧＳにより計測された外気温度が予め決められた温度を下回るときにコントローラＣは、図１に示すように車両進入路の路面に設置された路面ヒータＲＨを融雪のために作動させ、発光装置１及び受光装置２の前面における積雪を防止する。さらに、コントローラＣは、外気温センサＧＳの計測温度と筒内温度センサＴＳの検出温度とを比較し、予め決められた温度差以上になる場合に筒内ヒータＴＨを作動させて、保護筒３０の防曇を行う。

センサコントローラＳＣは受光装置２のセンサ出力信号を監視しており、該出力信号が、車両未検出のハイレベルから車両進入を示すロウレベルへ遷移すると、モータコントローラＭＣへ進入通知信号を送る。モータコントローラＭＣは、進入通知信号に応じて、保護筒回転モータ３１の駆動信号を、アイドリング回転のロウレベルから高速回転のハイレベルへ遷移させ、保護筒３０を高速回転させる。受光装置２の出力信号がロウレベルを維持する間、モータコントローラＭＣは駆動信号のハイレベルを維持し、受光装置２の出力信号がロウレベルからハイレベルへ戻ったときに駆動信号をロウレベルへ戻す。一例として、保護筒３０のアイドリング回転は３００ｒｐｍとし、高速回転は１２００ｒｐｍとする（アイドリング回転の４倍）。

このアイドリング回転と高速回転の組み合わせにより、上述したとおり効果的に保護筒３０の汚れ付着を防止することができる。加えて、泥汚れが部分的に保護筒３０に付着したとしても、保護筒３０が回転していることから、次のようにしてセンサの誤検出を防止することができる。

回転している保護筒３０に泥等の汚れが付着した場合、この汚れにより発光装置１からの光路は瞬間的に遮断されることになる。すなわち、保護筒３０が１回転する間に汚れが一度センサ光路を横切るので、図８に示すように、保護筒回転周期に従うロウレベルのノイズＮが、汚れに起因して受光装置２の出力信号に出現する。３００ｒｐｍで回転している保護筒３０は０．２秒で１回転するから、汚れによるノイズＮは回転周期０．２秒内で必ず出現する。したがって、センサコントローラＳＣにおいて、例えば受光装置２の出力信号をロウパスフィルタ（ＬＰＦ）に通すなど、０．２秒未満のノイズ成分を遮断する回路やプログラムを設定しておけば、保護筒３０の泥汚れによって誤検出が発生する確率を０％近くまで減らすことができる。これが、回転する保護筒３０を備えた保護装置３の大きな利点である。

図８において、センサコントローラＳＣは、保護筒３０の回転周期をＬＰＦ遮断周波数として、受光装置２の出力信号を監視している。これにより、当該周期の間に保護筒３０の汚れによって生じるノイズＮには反応しない。そして、ＬＰＦで遮断されなかった、つまり保護筒３０の回転周期を越えて出力信号のロウレベルが続くと、車両進入と判断して、モータコントローラＭＣへ進入通知信号を送る。モータコントローラＭＣは該信号に応じて駆動信号をロウレベルからハイレベルへ遷移させ、保護筒回転モータ３１を高速駆動して保護筒３０を１２００ｒｐｍで高速回転させる。

上記実施形態を例示して説明した本発明によれば、発光器１０及び受光器２０を保護筒３０の中に入れて環境から保護しており、且つ、当該光電センサ１０，２０が車両を検出したときには、保護筒３０を回転させる、あるいはアイドリング回転から高速回転に切り替えることによって、かかってくる水や泥などを弾き飛ばし、汚れの付着を防止する。この動的な保護装置３によれば、格段に汚れの付着が少なくなる。

１ 発光装置（多光軸光電センサ）
２ 受光装置（多光軸光電センサ）
１０ 発光器
２０ 受光器
３ 保護装置
３０ 保護筒
３１ 保護筒回転モータ
Ｃ コントローラ
ＳＣ センサコントローラ
ＭＣ モータコントローラ

Claims (4)

1. 検出機器又は撮像機器である保護対象機器を内包し、当該保護対象機器が利用する周波数の電磁波に対して透過性である保護筒と、
   該保護筒を回転させる保護筒回転モータと、
   該保護筒回転モータを制御するモータコントローラと、を少なくとも備え、
   前記モータコントローラは、前記保護対象機器が検出対象物を検出又は撮像していないときは前記保護筒をアイドリング回転させ、該保護対象機器が検出対象物の検出又は撮像を始めると前記保護筒の回転速度を上げて高速回転させ、該保護対象機器が検出対象物を検出又は撮像している間は当該高速回転を維持するように、前記保護筒回転モータを制御し、
   当該検出対象物の検出又は撮像を判断するために、前記アイドリング回転時の前記保護筒の回転周期に従う遮断周波数のロウパスフィルタを前記保護対象機器の出力信号に適用してある、保護装置。
2. 通行路の一方の側に設置される発光装置と、該通行路の他方の側に設置される受光装置と、前記発光装置及び前記受光装置を制御するセンサコントローラと、を備えた車両センサシステムであって、
   前記発光装置と前記受光装置とが保護装置を備えており、
   前記発光装置の当該保護装置は、複数の発光素子を一直線上に並べた発光器を内包していて該発光素子の送出光に対し透光性である保護筒と、該保護筒を回転させる保護筒回転モータと、を備え、
   前記受光装置の当該保護装置は、各前記発光素子と対をなす複数の受光素子を一直線上に並べた受光器を内包していて前記発光素子の送出光に対し透光性である保護筒と、該保護筒を回転させる保護筒回転モータと、を備え、
   前記保護筒回転モータを制御するモータコントローラを有し、
   前記モータコントローラは、前記受光装置の出力信号が車両進入を示したときに前記保護筒を所定の速度で回転させるように前記保護筒回転モータを制御する、車両センサシステム。
3. 通行路の一方の側に設置される発光装置と、該通行路の他方の側に設置される受光装置と、前記発光装置及び前記受光装置を制御するセンサコントローラと、を備えた車両センサシステムであって、
   前記発光装置と前記受光装置とが保護装置を備えており、
   前記発光装置の当該保護装置は、複数の発光素子を一直線上に並べた発光器を内包していて該発光素子の送出光に対し透光性である保護筒と、該保護筒を回転させる保護筒回転モータと、を備え、
   前記受光装置の当該保護装置は、各前記発光素子と対をなす複数の受光素子を一直線上に並べた受光器を内包していて前記発光素子の送出光に対し透光性である保護筒と、該保護筒を回転させる保護筒回転モータと、を備え、
   前記保護筒回転モータを制御するモータコントローラを有し、
   前記モータコントローラは、前記受光装置の出力信号が車両進入を示していないときは前記保護筒をアイドリング回転させ、該出力信号が車両進入を示すと前記保護筒の回転速度を上げて高速回転させ、該出力信号が車両進入を示している間は当該高速回転を維持するように、前記保護筒回転モータを制御する、車両センサシステム。
4. 前記受光装置の出力信号が車両進入を示すことを判断するために、前記アイドリング回転時の前記保護筒の回転周期に従う遮断周波数のロウパスフィルタを前記出力信号に適用してある、請求項３に記載の車両センサシステム。