JPH10105866A

JPH10105866A - 車軸検出装置、車種判別装置及び車両ゲート装置

Info

Publication number: JPH10105866A
Application number: JP8258221A
Authority: JP
Inventors: Chuichi Ueda; 忠一上田; Shiro Ogata; 司郎緒方
Original assignee: Omron Corp; Omron Tateisi Electronics Co
Current assignee: Omron Corp
Priority date: 1996-09-30
Filing date: 1996-09-30
Publication date: 1998-04-24

Abstract

(57)【要約】【課題】簡単な設置、優れた耐久性、容易なメンテナ
ンス、正確で迅速な動作、低コスト、省スペース等を実
現する車軸検出装置、車種判別装置及び車両ゲート装置
を提供する。【解決手段】車軸検出装置は、投光手段１と、受光手
段５と、車両検知手段とを備える。投光手段１は、ＬＤ
２と、開口付きのスリット３と、投光レンズ４とからな
る。受光手段５は、受光レンズ６と、一次元受光素子列
７とからなり、一次元受光素子列７は、その受光面が路
面Ｒ上に投影されたスリット光による像の方向と平行に
なるように配置される。

Description

【発明の詳細な説明】

【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、この車軸検出装置を用いた車種判別装置、及びこの
車種判別装置を用いた車両ゲート装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】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、次の３種類の装置がある。まず、図２
７に示す装置は、踏み板方式のものであり、道路２００
を挟んで対向設置された一対の車両分離器１７１と、一
対の車高検知器１７２と、一対のオーバーハング検知器
１７３とを備え、更に道路２００の路面に埋設された踏
み板１７４と、車両を撮像する撮像機１７５と、撮像さ
れた画像を処理する画像処理機１７６とを備える。この
装置は、車両のタイヤが踏み板１７４を踏圧することに
よって車両の軸数計測を行い、軸数と画像処理機１７６
の出力情報より車両の車種を判別する。

【０００３】図２８に示す装置は、透過型光センサ方式
のものであり、道路２００の両側に対向設置された車両
分離器の投光器１８１，１８２と、路肩２０１，２０２
にそれぞれ対向埋設された軸数検知器の投光器１８３及
び受光器１８４とを備える。投光器１８３は投光素子と
して半導体レーザ１８５を有し、受光器１８４は受光素
子として複数個のフォトトランジスタ１８６を有する。
この装置は、投光器１８３の半導体レーザ１８５から照
射されるレーザ光を受光器１８４の複数個のフォトトラ
ンジスタ１８６が検出することによって、車軸検出と車
種判別を行うだけでなく、車両の前進・後進の判別も行
う。

【０００４】図２９に示す装置は、画像処理方式のもの
であり、道路２００を挟んで対向設置された一対の車両
分離器１９１と、一対の車高検知器１９２と、一対のオ
ーバーハング検知器１９３とを備え、更に車両の側面を
撮像する側面撮像機１９４と、車両の前面を撮像する前
面撮像機１９５と、撮像された側面及び前面画像を処理
する画像処理機１９６とを備える。この装置は、前面撮
像機１９５によりトレッドを検出し、側面撮像機１９４
により前進・後進の検出と軸数の検出を行う。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図２７
の踏み板方式の装置では、次の問題点がある。（１）踏み板１７４は路面に埋設しなければならないた
め、路面を掘る工事が必要である。（２）装置据付、修理及びメンテナンス時には、長時間
の車両通行止めが必要であるため、交通量の多い既設道
路への導入が困難である。（３）橋桁の工事ができないので、高架道路には導入で
きない。（４）機械式で、可動部があるため、耐用期間が短い。（５）運用期間中、一定期間毎に踏み板１７４を交換す
る必要がある。

【０００６】図２８の透過型光センサ方式の装置では、
次の問題点がある。（６）車両の通過領域（道路）の両側に工事が必要なた
め、装置の設置場所が制限される。（７）投光器１８３及び受光器１８４を路面に近い低い
位置に設置するので、泥はね等の汚れ等による誤動作が
発生し易い。（８）メンテナンスが大変である。

【０００７】図２９の画像処理方式の装置では、次の問
題点がある。（９）高価な撮像機を２台も用いるので、コスト高にな
る。（10）設置スペースが大きい。（11）高速応答ができないため、高速車両に対応できな
い。従って、本発明は、このような問題点（１）〜（11）に
着目してなされたもので、簡単な設置、優れた耐久性、
容易なメンテナンス、正確で迅速な動作、低コスト、省
スペース等を実現する車軸検出装置、車種判別装置及び
車両ゲート装置を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、本発明の請求項１記載の車軸検出装置は、路面にス
リット状の光束を投光する投光手段と、路面で反射され
るスリット状の光束を受光する受光手段と、この受光手
段から得られた受光パターンに基づいて路面上を通過す
る車両を検知する車両検知手段とを備えるものにおい
て、前記受光手段が、路面からのスリット状の光束を集
光する受光レンズと、この受光レンズにより集光された
光束が結像される受光素子とを有し、この受光素子が、
その受光面が路面上に投影されたスリット状の光束によ
る像の方向と平行になるように配置されていることを特
徴とする。

【０００９】この装置では、受光素子に光が入射したか
どうかを検出することにより、車軸を検出する構成であ
るので、車軸検出のアルゴリズムの簡素化、車軸検出回
路の簡易化、車軸検出の高速化が可能となる。請求項２
記載の車軸検出装置では、受光面の小さな受光素子列を
用いることができ、安価な受光素子列を使用でき、応答
性にも優れている。

【００１０】請求項３記載の車軸検出装置では、受光素
子列の数を減らすことができ、請求項２の効果に加え
て、車軸検出のアルゴリズムの簡素化、車軸検出回路の
簡易化、小型化、低コスト化が可能となる。請求項４記
載の車軸検出装置では、請求項１〜３の効果に加えて、
光束を広げずにパワー密度の高い光束を用いることがで
き、Ｓ／Ｎ比を大きくすることができ、安定した車軸検
出が可能となる。

【００１１】請求項５記載の車軸検出装置では、請求項
１〜３の効果に加えて、光束を広げずにパワー密度の高
い光束を用いることができ、Ｓ／Ｎ比を大きくすること
ができる。又、機構的な走査を必要としないので、振動
に強く、構造も小型化できる。請求項６記載の車軸検出
装置では、レーザダイオードの光束の強度分布による位
置誤差を軽減することができ、距離測定誤差をも軽減す
ることができる。

【００１２】請求項７記載の車軸検出装置では、請求項
６と同様の作用効果が得られる。請求項８記載の車軸検
出装置では、検出距離にかかわらず、安定した受光量を
得ることができる。請求項９記載の車軸検出装置では、
請求項８と同様の作用効果が得られる。請求項１０記載
の車軸検出装置では、信号光のみを受光面に結像でき、
太陽光等の影響を軽減でき、Ｓ／Ｎ比を向上できる。

【００１３】請求項１１記載の車軸検出装置では、請求
項１０の効果に加えて、構成が簡易となり、実装も容易
となり、小型化が可能となる。請求項１２記載の車軸検
出装置では、１個の受光素子で車軸の検出ができるの
で、検出回路及び検出アルゴリズムが簡易になる。又、
受光視野を走査するので、太陽光等の外乱光を軽減する
ことができる。

【００１４】請求項１３記載の車軸検出装置では、請求
項１２の効果に加えて、投光スポットを走査しないの
で、投光走査系と受光走査系との同期をとる必要がな
い。又、投光走査系が不要となり、振動にも強くなり、
小型化も容易となる。請求項１４記載の車種判別装置
は、請求項１乃至請求項１３のいずれか１項に記載した
車軸検出装置と、車両の車幅と車両分離を行う車幅測定
装置と、車両の撮像からナンバープレートの大きさとそ
のナンバーを識別する画像処理装置と、これら３つの装
置からの情報を用いて車種を判別する判別処理装置とを
備えることを特徴とする。

【００１５】この車種判別装置では、自動車の車種、即
ち軽、普通、中型、大型、特大型自動車の判別が可能と
なり、しかも高速車両にも対応でき、精度の高い車種判
別を行うことができる。請求項１５記載の車両ゲート装
置は、道路のゲートに付設された料金所と、この料金所
付近に配備された請求項１４記載の車種判別装置と、こ
の車種判別装置で得られた車種情報に基づいて各種情報
を表示する表示装置とを備えることを特徴とする。

【００１６】この車両ゲート装置では、高速道路等の有
料道路や有料駐車場等の出入ゲートでの車両の管理を迅
速且つ低コストで行うことができるようになり、システ
ムとしても信頼性の高いものとなる。以上の車軸検出装
置、車種判別装置及び車両ゲート装置により、前記従来
の問題点（１）〜（11）を解決でき、簡単な設置、優れ
た耐久性、容易なメンテナンス、正確で迅速な動作、低
コスト、省スペース等を実現できる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明を実施の形態に基づ
いて説明する。図１は、請求項１に係る車軸検出装置の
模式的構成図である。この車軸検出装置は、路面Ｒにス
リット状の光束を投光する投光手段１と、路面Ｒで反射
されるスリット状の光束を受光する受光手段５と、この
受光手段５から得られた受光パターンに基づいて路面上
を通過する車両を検知する車両検知手段（図示せず）と
を備える。

【００１８】投光手段１は、投光素子としてのレーザダ
イオード（ＬＤ）２と、ＬＤ２からの出射光をスリット
光に変換する開口付きのスリット３と、スリット光を拡
大してスリット状の光強度分布として路面Ｒに投光する
投光レンズ４とからなる。但し、ＬＤ２の発光パターン
がそもそもスリット状である場合は、その性質を利用し
てスリット光を路面Ｒに投光してもよい。

【００１９】受光手段５は、路面Ｒからの光束を集光す
る受光レンズ６と、受光レンズ６により集光された光束
が結像される受光素子としての一次元受光素子列７とか
らなる。一次元受光素子列７は、その受光面が路面Ｒ上
に投影されたスリット光による像の方向と平行になるよ
うに配置されると共に、路面Ｒに投影されたスリット光
が受光レンズ６により受光面上に結像されるように受光
レンズ６から離して配置されている。又、この実施形態
では、受光レンズ６の光軸は、投光レンズ４の光軸と同
じ高さで水平に一定の距離を離して設定されている。

【００２０】次に、この車軸検出装置の作用原理につい
て図２〜図４を参照して説明する。但し、図２及び図３
では、説明のために一次元受光素子列は１８０度回転し
て示してある。一次元受光素子列７は、例えば図２に示
すように、多分割フォトダイオードアレイ１０であり、
そのフォトダイオードアレイ１０の受光面上に路面Ｒ上
のスリット光の像１１が直線状に結像される。図２のよ
うに、受光面が長方形である一次元受光素子列を用い、
受光面が直線状の像１１を含むように受光素子列を像１
１と平行に並べて配置する。

【００２１】図３において、一次元受光素子列７が例え
ば３つの受光素子７ａ，７ｂ，７ｃからなるとする。図
３の（ａ）に示すように、路面を車両が通過しないとき
は、受光素子７ａにのみ像１１（光）が入射し、他の受
光素子７ｂ，７ｃには光は入射しない。ここで、路面上
を車両が通過する場合、まず車両のタイヤ１０１が検出
位置に来ると、図３の（ｂ）に示すように、一次元受光
素子列７上に入射する像１１は連続的に折れ曲がった直
線となり、３つの受光素子７ａ，７ｂ，７ｃの全てに光
が入射する。検出位置にボディ１００が来た場合は、図
３の（ｃ）のように、一次元受光素子列７上に入射する
像１１は断続的に折れ曲がった直線となり、受光素子７
ａ，７ｃには光が入射するが、受光素子７ｂには光は入
射しない。

【００２２】この各受光素子７ａ，７ｂ，７ｃの受光の
組合せ、つまり一次元受光素子列７の受光パターンに基
づいて車両のタイヤ、ボディ、路面を識別できる。その
識別回路のブロック図を図４に示す。この回路では、各
受光素子（フォトダイオード）にはＩ／Ｖ変換７１、ア
ンプ７２、コンパレータ７３が順に接続され、受光素子
で受光された光が或る一定値以上になれば、ＯＮになる
ように設定されている。このＯＮ／ＯＦＦ信号が車軸検
出回路７０に入力され、受光素子７ａ，７ｂ，７ｃのＯ
Ｎ／ＯＦＦの組合せにより、タイヤ、ボディ、路面を識
別する。この識別は、前記した通り図５に示す表に基づ
いて行うことができる。

【００２３】上記車軸検出装置によれば、受光素子７
ａ，７ｂ，７ｃに光が入射したか否かを検出することに
より、タイヤ、ボディ、路面を識別するので、検出アル
ゴリズムや車軸検出回路が簡易となり、高速な車軸検出
が可能となる。なお、上記車軸検出装置において、スリ
ット光をパルス点灯させて受光側で同期検出することに
より、太陽光等のノイズ光を軽減することができる。
又、上記では、３つの受光素子７ａ，７ｂ，７ｃを使用
しているが、受光素子７ａを用いずに、２つの受光素子
７ｂ，７ｃのみでも識別は可能である。

【００２４】請求項２に係る車軸検出装置の構成は、図
１に示す構成と同様である。この装置の作用原理につい
て図６を参照して説明する。この装置では、１個の一次
元受光素子列（又は一次元位置検出素子）は、その受光
面が路面に投影されたスリット光の結像による直線状の
像１１を含むように配置され、この一次元受光素子列に
平行に他の一次元受光素子列が配置される。

【００２５】図６の例では、３つの受光素子列７_-1，７
_-2，７_-3が配置されている。車両が路面上の検出位置に
存在しないときは〔図６の（ａ）参照〕、路面からのス
リット光（像）１１が受光素子列７_-1のみに入射し、他
の受光素子列７_-2，７_-3には光は入射しない。検出位置
に車両のタイヤ１０１が来た場合は〔図６の（ｂ）参
照〕、３つの受光素子列７_-1，７_-2，７_-3の全てに光が
入射し、ボディ１００が来た場合は〔図６の（ｃ）参
照〕、受光素子列７_-1，７_-3には光が入射するが、受光
素子列７_-2に光は入射しない。この各受光素子列７_-1，
７_-2，７_-3の受光の組合せにより、即ち複数の受光素子
列７の受光パターンにより、タイヤ、ボディ、路面を識
別できる。この識別に加えて、受光素子列のどの受光素
子で受光したかを情報として用いることにより、三角測
量の原理から受光素子列からタイヤ又はボディまでの距
離を算出できる。

【００２６】この車軸検出装置によれば、受光面の小さ
な受光素子列を用いることができるので、安価な受光素
子列を使用することができ、しかも応答性にも優れてい
る。なお、ここでは、一次元受光素子列を取り上げてい
るが、一次元位置検出素子でも、同様に車軸の検出、タ
イヤ又はボディまでの距離の算出を行うことができる。

【００２７】請求項３に係る車軸検出装置の構成も、図
１に示す構成と同様である。この装置では、１個の一次
元受光素子列（又は一次元位置検出素子）７は、路面に
投影されたスリット光の結像による直線状の像１１を含
むように配置されている。図７において、一次元受光素
子列７は複数の受光素子８₁，８₂，…，８Ｎ₁からな
る。この場合、車両が路面の検出位置に来ないときは
〔図７の（ａ）参照〕、全ての受光素子８Ｎ₁まで光が
入射する。車両のタイヤ１０１が来たときは〔図７の
（ｂ）参照〕、受光素子列７の受光素子８Ｎ₃までしか
光が入射せず、ボディ１００が来たときは〔図７の
（ｃ）参照〕、受光素子８Ｎ₂までしか光が入射しな
い。つまり、路面のときに比べて、車両のボディ１０
０、タイヤ１０１を検出したときは入射する像１１の直
線長さが順に短くなる。

【００２８】車両が検出位置を通過するときは、必ず路
面、ボディ、タイヤ、ボディという順番、又は路面、タ
イヤ、路面という順番（検出範囲より離れている位置を
車両が通過するとき、或いはボディが路面より比較的高
い位置にある車両の場合）になるので、図８に示すよう
に、受光素子列７に入射する像の直線の長短の変化を検
出することで、タイヤ、ボディ、路面を識別できる。

【００２９】この車軸検出装置によれば、受光素子列の
数を減らすことができるので、検出のアルゴリズムや検
出回路の構成が簡易となり、小型化、低コスト化が可能
となる。勿論、一次元受光素子列に代えて、一次元位置
検出素子でも同様の作用効果が得られる。請求項４に係
る車軸検出装置の模式的構成図を図９に示す。この装置
では、投光手段１は、投光素子としてのＬＤ２と、ＬＤ
２から出射された光束を平行光に変換する投光レンズ４
と、平行光を路面の横断方向に走査するポリゴンミラー
２０を有する走査機構とからなる。走査機構は、ポリゴ
ンミラー２０、又はガルバノミラー等を用い、それらを
駆動するモータ等からなる。受光手段５は、前記した一
次元受光素子列７を用いる。

【００３０】この装置では、前記スリット３の代わりに
走査機構により路面上にスリット光が投影される以外
は、作用効果は前記した通りである。又、前記効果に加
えて、光束を広げずにパワー密度の高い光束を用いるこ
とができるので、Ｓ／Ｎ比を大きくすることができ、安
定した識別が可能となる。なお、太陽光等のノイズ光の
影響を軽減するためにパルス光を用いたときは、スリッ
ト光ではなく、直線的にスポット光が並んだようになる
が、この場合も前記と同様の検出原理によりタイヤ、ボ
ディ、路面を識別できる。

【００３１】請求項５に係る車軸検出装置の模式的構成
図を図１０に示す。この装置では、投光手段１は、ＬＤ
２と、ＬＤ２から出射された光束を複数のスポット光に
分割する光学素子２１とからなる。光学素子２１として
は、例えば回折格子を用いる。この装置によると、請求
項４の装置と同様に、光束を広げずにパワー密度の高い
光束を用いることができるので、Ｓ／Ｎ比を大きくする
ことができ、安定した識別が可能となる。又、機構的な
走査を必要としないので、振動に強く、構造を小型化で
きる。

【００３２】図１１は、請求項６に係る車軸検出装置の
模式的構成図である。この装置では、投光手段１は、Ｌ
Ｄ２と、ＬＤ２からの出射光を平行光に変換する投光レ
ンズ４と、平行光を路面の横断方向に走査するポリゴン
ミラー２０を有する走査機構とで構成される。受光手段
５は、路面からの光束を集光する受光レンズ６と、細長
い長方形状の受光面を有する位置検出素子２２とで構成
され、投光手段１の上方に配置されている。

【００３３】図１２に示すように、ＬＤ２は、その活性
層２ａが鉛直方向を向くように固定されている。つま
り、ＬＤ２は、出射光が出射方向に垂直な方向（水平方
向）に長軸を持つ楕円のビームスポットとなるように配
置されている。この場合、ＬＤ２からの楕円のビームス
ポットは、投光レンズ４によって平行光に変換された後
も変わらず、路面上においても走査方向に対して垂直方
向に長軸を持つ楕円の投光スポットとなる。このような
スポット光が位置検出素子２２上に結像されると、図１
１に示すように、位置検出素子２２の受光面の長手方向
に対して、光の強度分布の楕円の長軸が垂直な方向とな
る。

【００３４】この装置によれば、位置検出素子２２の位
置検出方向に対して幅の小さなスポットが結像するの
で、ＬＤ２の光束の強度分布による位置誤差を軽減する
ことができるだけでなく、距離測定誤差をも軽減するこ
とができる。図１３は、請求項７に係る車軸検出装置の
模式的構成図である。この装置では、投光手段１は、Ｌ
Ｄ２と、ＬＤ２からの出射光を平行光に変換する投光レ
ンズ４と、平行光を路面の横断方向に走査するポリゴン
ミラー２０を有する走査機構とから構成される。受光手
段５は、受光レンズ６と、細長い長方形状の受光面を有
する位置検出素子２２と、受光視野を走査するポリゴン
ミラー２０を有する走査機構とから構成され、投光手段
１の水平方向に一定距離を置いて配置されている。ここ
では、ポリゴンミラー２０は、投光用及び受光用の走査
機構に兼用される。

【００３５】ＬＤ２は、その活性層２ａが水平方向を向
くように固定されている。即ち、ＬＤ２は、出射光が出
射方向に平行な方向に長軸を持つ楕円のビームスポット
となるように配置されている。この場合、ＬＤ２からの
楕円のビームスポットは、路面上においても走査方向に
対して平行方向に長軸を持つ楕円の投光スポットとな
る。このようなスポット光が位置検出素子２２上に結像
されると、図１３に示すように、位置検出素子２２の受
光面の長手方向に対して、光の強度分布の楕円の長軸が
垂直な方向となる。

【００３６】この装置によれば、図１１の装置と同様
に、位置検出素子２２の位置検出方向に対して幅の小さ
なスポットが結像するので、ＬＤ２の光束の強度分布に
よる位置誤差を軽減することができるだけでなく、距離
測定誤差をも軽減することができる。請求項８に係る車
軸検出装置の模式的構成図を図１４に示す。この装置で
は、投光手段１は、ＬＤ２と、ＬＤ２からの出射光を平
行光に変換する投光レンズ４と、平行光を路面の横断方
向に走査するポリゴンミラー２０を有する走査機構と、
その走査角度をモニタする走査角度検出手段としての例
えばエンコーダ２３とで構成される。エンコーダ２３
は、走査機構と一体に設けられている。受光手段５は、
位置検出素子２２であり、投光手段１の上方に一定距離
を置いて配置されている。エンコーダ２３で走査角度を
モニタすることにより、投光スポットが路面のどの位置
を投光しているかを算出でき、その算出情報に基づい
て、路面投光位置が遠方になるに従ってＬＤ２の発光強
度が大きくなるように設定する。

【００３７】この装置の回路のブロック図を図１５に示
す。エンコーダ２３はポリゴンミラーモータ８１に取付
けられ、モータ８１の角度を検出し、その角度情報は処
理回路８０に逐次入力される。処理回路８０は、その角
度情報に基づいて投光スポットの路面上の位置を検出
し、この位置情報に応じてＬＤ２の発光出力が変化する
ように、即ち路面投光位置が遠方になるに従って発光出
力が大きくなるように、ＬＤ駆動回路８２を制御する。
一方、位置検出素子２２は、それぞれＩ／Ｖ８３、アン
プ８４、フィルタ８５、Ｐ／Ｈ８６、ＡＤコンバータ８
７を順に介して処理回路８０に接続されている。

【００３８】この装置によれば、ＬＤ２の発光強度を変
化させるので、検出距離にかかわらず安定した受光量を
得ることができる。請求項９に係る車軸検出装置の構成
は、図１４に示す構成と同様である。この装置では、ス
ポット光の走査角度をモニタし、投光スポットが路面の
どの位置を投光しているかを算出し、その算出情報に基
づいて、路面投光位置が遠方になるに従い受光回路のゲ
インを大きくするように設定されている。この場合の回
路ブロック図は図１６に示す通りであり、図１５の回路
に更にゲインコントローラ８８を加えてある。処理回路
８０は、投光スポットの路面上の位置情報に応じてアン
プ８４のゲインが変化するように、ゲインコントローラ
８８を制御する。

【００３９】この装置によると、アンプ８４のゲインを
変化させるので、請求項８と同様に、検出距離にかかわ
らず安定した受光出力を得ることができる。図１７は、
請求項１０に係る車軸検出装置の模式的構成図である。
この装置では、投光手段１は、ＬＤ２と、ＬＤ２からの
出射光を平行光に変換する投光レンズ４と、平行光を路
面の横断方向に走査するポリゴンミラー２０を有する走
査機構とから構成される。図面には示されていないが、
ポリゴンミラー２０を回転させるモータには、走査角度
をモニタする走査角度検出手段としてエンコーダが取付
けられている。受光手段５は、路面からのスポット光を
集光する受光レンズ６と、受光レンズ６による集光が受
光面に結像される例えば一次元位置検出素子２４と、一
次元位置検出素子２４の前方に配置されたスリット２５
ａ付きのベルト２５と、このベルト２５を駆動するモー
タ２６と等で構成される。検出素子２４は、ベルト２５
の間に位置しており、ベルト２５のスリット２５ａを通
過した光が受光面に入射するようになっている。なお、
ここでは、可動式スリット手段は、スリット２５ａ付き
のベルト２５、モータ２６等で構成される。

【００４０】この装置の回路は、図１５のブロック図に
おいて、処理回路８０にベルト２５の駆動用モータ２６
が接続されたものである。検出原理は次の通りである。
前記したようにポリゴンミラー２０の走査角度はエンコ
ーダによってモニタされ、その角度情報は処理回路に逐
次入力される。走査角度より路面上の投光スポットの位
置は算出でき、受光レンズ６と受光面の配置から路面上
の投光スポットの反射光が受光面のどの位置に結像する
かを算出できる。この算出データを用いて、ベルト２５
のスリット２５ａの位置を移動させ、常に検出素子２４
の受光面に投光スポットの像が結像し、他の外乱光が受
光面には入射しないようにする。従って、投光スポット
の受光面上での結像位置の計算は逐次行う必要はなく、
走査角度と受光面上での結像位置とをテーブルとして持
っていればよい。

【００４１】スリット２５ａの幅は、次のようにして設
定する。一般的な普通乗用車は、路面からボディまでの
高さが約１５０ｍｍ程度であるので、タイヤのみを検出
する高さは１５０ｍｍ以下となる。車両の路面からの高
さ１５０ｍｍ以下の地点にスポット光が投影された場合
のみ、受光面に投光スポットの像が結像するようにスリ
ット２５ａの幅を設定する。

【００４２】この場合の検出動作について図１８を参照
して説明する。路面から高さｈ＝１５０ｍｍ以下のタイ
ヤ１０１の部分に投光スポットが投影された場合、受光
面上の投光スポットの像Ｐ₂は、路面上を投影している
ときの像Ｐ₁よりも結像位置がずれるので、この結像位
置のずれを検出することで、タイヤ１０１を検出するこ
とができる。又、結像位置を位置検出素子２４の出力か
ら算出し、三角測量の原理を用いることによって、位置
検出素子２４からタイヤ１０１（物体）までの距離も算
出できる。この場合、ボディ又はボディと同じ高さのタ
イヤの部分に投光スポットが投影されると、受光面上に
投光スポットは結像されないので、高さ１５０ｍｍ以下
のタイヤとの識別が可能となる。

【００４３】この装置によれば、信号光のみを受光面上
に結像するので、太陽光等の影響を軽減でき、Ｓ／Ｎ比
を向上することができる。なお、上記では、受光素子と
して一次元位置検出素子を使用しているが、ＰＤアレ
イ、ＣＣＤ等を用いても同様の効果が得られる。請求項
１１に係る車軸検出装置の模式的構成図を図１９に示
す。この装置では、受光素子として一次元受光素子２７
を用い、この受光素子２７の前面側に回転可能に支持さ
れた円盤２８が配置されている。円盤２８は、中心から
等角度（９０度）間隔で形成された４つのスリット２８
ａを有し、モータ（図示せず）の回転軸に取付けられて
いる。この装置でも、スリット２８ａを通過する投光ス
ポットの像Ｐのみが受光素子２７の受光面上に結像され
る。

【００４４】この装置では、上記請求項１０の効果に加
えて、構造が簡易であるので、実装が容易であり、小型
化が可能である。請求項１２に係る車軸検出装置の模式
的構成図を図２０に示す。この装置では、投光手段１
は、ＬＤ２と、ＬＤ２からの出射光を平行光に変換する
投光レンズ４と、平行光を路面の横断方向に走査するポ
リゴンミラー２０ａを有する走査機構とから構成されて
いる。受光手段５は、受光視野を走査するポリゴンミラ
ー２０ｂを有する走査機構と、走査されたスポット光を
集光する受光レンズ６と、フォトダイオード２９とから
構成されている。投光用のポリゴンミラー２０ａと受光
用のポリゴンミラー２０ｂは、同調して回転するように
設定されている。

【００４５】この装置の検出原理は次の通りである。受
光視野は路面上の投光スポットを含むように設定されて
いる。受光視野は投光走査と同調して動くので、路面上
を投光スポットが動いている間は、受光視野は常に投光
スポットを含んでいる。しかし、図２１に示すように車
両のタイヤ１０１（又はボディ）が検出範囲に来た場合
は、投光スポットＰはタイヤ１０１（又はボディ）に投
影されるため、受光視野Ｐ_Rから外れる。このため、フ
ォトダイオード２９に光は入射せず、タイヤ１０１（又
はボディ）を検出することができる。

【００４６】実際にタイヤの検出は次のように行う。図
２２のように路面上に投光されたスポットに順次番号
１，２，３，４，５，６を付けていき、ボディ１００又
はタイヤ１０１を検出したときをＯＮ、路面を検出した
ときをＯＦＦとすると、車両は常にボディ、タイヤ、ボ
ディの順に検出されるので、図示のようなＯＮ／ＯＦＦ
の検出パターンとなる。この検出パターンを識別するこ
とで、タイヤ１０１を検出することができる。ボディ１
００の場合も同様に検出できる。

【００４７】この装置によれば、１個のフォトダイオー
ド２９（受光素子）でタイヤやボディを検出できるの
で、検出アルゴリズム、検出回路が簡易になる。又、受
光視野を走査するので、太陽光等の外乱光を軽減するこ
とができる。請求項１３に係る車軸検出装置の模式的構
成図を図２３に示す。この装置では、投光手段１は、Ｌ
Ｄ２と、ＬＤ２からの出射光を複数のスポット光にして
路面に投光する回折格子３０とから構成されている。受
光手段５は、受光視野を走査するポリゴンミラー２０を
有する走査機構と、走査されたスポット光を集光する受
光レンズ６と、フォトダイオード２９とから構成されて
いる。受光用の走査機構は、路面上に投光されている複
数のスポットを受光視野が順次走査するように設定され
ている。

【００４８】この装置において、車両が検出位置に来て
いないときは、常に路面上の投光スポットはフォトダイ
オード２９で受光される。しかし、車両のタイヤやボデ
ィが検出位置に来た場合は、前記請求項１２の装置と同
様に、投光スポットはタイヤやボディに投影されるた
め、受光視野から外れる。このため、フォトダイオード
２９に光は入射せず、タイヤ又はボディを検出すること
ができる。なお、実際のタイヤの検出は前記と同様の動
作により検出でき、ボディも同様に検出できる。

【００４９】この装置によれば、請求項１２の効果に加
えて、投光スポットを走査しないので、投光走査系と受
光走査系との同期を取る必要がなく、投光走査系も不要
である。このため、振動に強くなり、小型化も容易とな
る。図２４は、請求項１４に係る車種判別装置を道路の
料金所に設置した場合を模式的に示す。車種判別装置
は、前記請求項１乃至請求項１３に係る車軸検出装置４
０と、車両１１０の車幅と車両分離を行う車幅測定装置
４１と、車両１１０の撮像からナンバープレートの大き
さとそのナンバーを識別する画像処理装置（例えば撮像
機）４２と、これら３つの装置４０，４１，４２からの
情報を用いて車種を判別する判別処理装置４３とを備え
る。この実施形態では、車軸検出装置４０と判別処理装
置４３は、路面の横側の安全地帯に設置され、車幅測定
装置４１は路面上方の適所に、また撮像機４２は料金所
の屋根５０に設置されている。屋根５０の下方には、ブ
ース５１と料金案内板（表示装置）５２が配備されてい
る。

【００５０】この車種判別装置を用いることによって、
軽、普通、中型、大型、特大型自動車の判別が可能とな
る。車種判別の動作は図２５及び図２６に示すフロー図
の通りである。車種判別ルーチンに入ると、まず検出さ
れた車両の車幅が１．４ｍ以下か否かを判定する〔ステ
ップ（以下、ＳＴと略す）１〕。車幅が１．４ｍ以下の
場合は、検出車両が軽自動車又は自動二輪車と判定す
る。車幅が１．４ｍを超える場合は、車両のナンバープ
レートが読み取られたか否かを判定する（ＳＴ２）。ナ
ンバープレート有の場合は、更にナンバープレートのサ
イズが中板か大板かを判定する（ＳＴ３）。この判定の
結果、ナンバープレートのサイズが中板の場合は、読み
取ったナンバープレートより、車種番号を判定する（Ｓ
Ｔ４）。

【００５１】ＳＴ４で、車種番号が「３」，「４」，
「５」，「６」，「７」の場合は、車軸数を検出し（Ｓ
Ｔ５）、軸数が２のときは普通車と判別し、軸数が３以
上のときは中型車と判別する（ＳＴ６）。一方、車種番
号が「１」，「２」の場合は、車軸数を検出し（ＳＴ
７）、軸数が２のときは中型車と判別し、軸数が３以上
のときは大型車と判定する（ＳＴ８）。又、ＳＴ４で車
種番号が「８」の場合は、Ｘ車（車種判別不能車）と判
定し、車種番号が「９」の場合は、特大型車と判定す
る。

【００５２】ＳＴ３において、ナンバープレートのサイ
ズが大板の場合、車種番号を判定し（ＳＴ９）、車種番
号が「１」の場合は、車軸数を検出し（ＳＴ１０）、軸
数が４以下のときは大型車と判別し、軸数が５のときは
特大型車と判別する（ＳＴ１１）。ＳＴ２でナンバープ
レート無しか存在不明の場合、ＳＴ３でナンバープレー
トのサイズが不明の場合、及びＳＴ９で車種番号が
「２」，「８」の場合は、いずれも車軸数を検出し（Ｓ
Ｔ１２）、軸数が４以下のときはＸ車と判定し、軸数が
５以上のときは特大型車と判定する（ＳＴ１３）。

【００５３】この車種判別装置によれば、前記従来の問
題点を解決できる上に、高速車両にも対応でき、高い判
別精度を得ることができる。図２４に示すように、上記
車種判別装置を料金所に配備すると共に、車種判別装置
からの車種情報に基づいて料金、道路の混み具合等の各
種情報を表示する表示装置を配備して車両ゲート装置を
構築することで、高速道路等の有料道路や有料駐車場等
の出入ゲートでの車両の管理を迅速且つ低コストで行う
ことができるようになり、システムとしても信頼性の高
いものとなる。

【００５４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の車軸検出
装置、車種判別装置及び車両ゲート装置によれば、下記
の効果が得られる。（１）路面に埋設する必要がなく、従って通行止めをし
なくても設置が可能で、メンテナンスも容易である。（２）路面工事が難しい高架部への設置も可能となる。（３）道路の片側にのみ設置すればよく、省スペース化
を図れる。（４）センサ部を道路と平行に併置し、それぞれの車軸
出力の時間差から車両の速さと方向を検出できる。（５）検出部は路面から１〜２ｍ程度の高い位置に設置
され、また光ビームの強弱で検出するのではなく、汚れ
に強い結像光学系を検出部に採用しているので、例えば
雨天時の路面からの泥や水しぶきの影響を最小限にする
ことができる。（６）処理速度がビデオレートによる制限を受けないの
で、高速処理が可能で、高速車両にも対応できる。

【００５５】又、各装置は、次のような効果を有する。
請求項１記載の車軸検出装置によれば、受光素子に光が
入射したかどうかを検出することにより、車軸を検出す
る構成であるので、車軸検出のアルゴリズムの簡素化、
車軸検出回路の簡易化、車軸検出の高速化が可能とな
る。請求項２記載の車軸検出装置によれば、受光手段が
複数の一次元受光素子列又は位置検出素子を有するの
で、受光面の小さな受光素子列を用いることができ、安
価な受光素子を使用でき、応答性にも優れている。

【００５６】請求項３記載の車軸検出装置によれば、受
光手段が１個の一次元受光素子列又は位置検出素子を有
するので、受光素子列の数を減らすことができ、より一
層の車軸検出のアルゴリズムの簡素化、車軸検出回路の
簡易化、小型化、低コスト化が可能となる。請求項４記
載の車軸検出装置によれば、投光手段が、投光素子と、
この投光素子から出射された光束を平行光に変換する投
光レンズと、平行光を路面の横断方向に走査する走査機
構とから構成されるので、請求項１〜３の効果に加え
て、光束を広げず、パワー密度の高い光束を用いること
ができ、Ｓ／Ｎ比を大きくすることができ、安定した車
軸検出が可能となる。

【００５７】請求項５記載の車軸検出装置によれば、投
光手段が、投光素子と、この投光素子から出射された光
束を複数のスポット光に分割する光学素子とから構成さ
れるので、請求項４と同様に、光束を広げず、パワー密
度の高い光束を用いることができ、Ｓ／Ｎ比を大きくす
ることができる。又、機構的な走査を必要としないの
で、振動に強く、構造も小型化できる。

【００５８】請求項６記載の車軸検出装置によれば、レ
ーザダイオードの光束の強度分布による位置誤差を軽減
することができ、距離測定誤差を軽減することができ
る。請求項７記載の車軸検出装置によれば、請求項６の
構成に比べて、投光手段のレーザダイオードの活性層が
路面上におけるスポット光の楕円の長軸が走査方向に対
して平行になるように配置されているので、請求項６と
同様の作用効果が得られる。

【００５９】請求項８記載の車軸検出装置によれば、検
出距離にかかわらず、安定した受光量を得ることができ
る。請求項９記載の車軸検出装置によれば、スポット光
の走査角度の情報を用いて発光強度を変化させるので、
請求項８と同様の作用効果が得られる。請求項１０記載
の車軸検出装置によれば、受光手段は、受光素子の前面
に配置されたスリット付きの可動式スリット手段を有
し、この可動式スリット手段のスリットを通じて受光素
子がスポット光を受光するので、信号光のみを受光面に
結像でき、太陽光等の影響を軽減でき、Ｓ／Ｎ比を向上
できる。

【００６０】請求項１１記載の車軸検出装置によれば、
可動式スリット手段が、複数のスリットを形成した円盤
と、この円盤を回転支持するモータとからなるので、請
求項１０の効果に加えて、構成が簡易となり、実装も容
易となり、小型化が可能となる。請求項１２記載の車軸
検出装置によれば、受光手段は、路面からの光束を集光
する受光レンズと、この受光レンズにより集光された光
束を受光する１個の受光素子と、前記スポット光の走査
に同調して受光視野を走査する受光走査機構とからなる
ので、１個の受光素子で車軸の検出ができ、検出回路及
び検出アルゴリズムが簡易になる。又、受光視野を走査
するので、太陽光等の外乱光を軽減することができる。

【００６１】請求項１３記載の車軸検出装置によれば、
受光手段が、前記路面からの光束を集光する受光レンズ
と、この受光レンズにより集光された光束を受光する１
個の受光素子と、受光視野を走査する受光走査機構とか
らなるので、請求項１２の効果に加えて、投光スポット
を走査しないので、投光走査系と受光走査系との同期を
とる必要がない。又、投光走査系が不要となり、振動に
も強くなり、小型化も容易となる。

【００６２】請求項１４記載の車種判別装置によれば、
自動車の車種、即ち軽、普通、中型、大型、特大型自動
車の判別が可能となり、しかも高速車両にも対応でき、
判別精度の高い車種判別を行うことができる。請求項１
５記載の車両ゲート装置によれば、例えば高速道路等の
有料道路の出入ゲートでの車両の管理を迅速且つ低コス
トで行うことができるようになり、システムとしても信
頼性の高いものとなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】請求項１に係る車軸検出装置の模式的構成図で
ある。

【図２】図１の装置において一次元受光素子列の配置方
向を示す拡大図である。

【図３】図１の装置の検出原理を説明する図である。

【図４】図１の装置の回路を示すブロック図である。

【図５】図１の装置において識別の仕方を説明する表で
ある。

【図６】請求項２に係る車軸検出装置の検出原理を説明
する図である。

【図７】請求項３に係る車軸検出装置の検出原理を説明
する図である。

【図８】図７の検出原理に基づく具体的な識別の仕方を
説明する図である。

【図９】請求項４に係る車軸検出装置の模式的構成図で
ある。

【図１０】請求項５に係る車軸検出装置の模式的構成図
である。

【図１１】請求項６に係る車軸検出装置の模式的構成図
である。

【図１２】図１１の装置においてレーザダイオードの配
置方向を説明する図である。

【図１３】請求項７に係る車軸検出装置の模式的構成図
である。

【図１４】請求項８に係る車軸検出装置の模式的構成図
である。

【図１５】図１４の装置の回路を示すブロック図であ
る。

【図１６】請求項９に係る車軸検出装置の回路を示すブ
ロック図である。

【図１７】請求項１０に係る車軸検出装置の模式的構成
図である。

【図１８】図１７の装置の検出動作を説明する模式的構
成図である。

【図１９】請求項１１に係る車軸検出装置における可動
式スリット手段の構成を示す図である。

【図２０】請求項１２に係る車軸検出装置の模式的構成
図である。

【図２１】図２０の装置の検出動作を説明する模式的構
成図である。

【図２２】図２０の装置において識別の仕方を説明する
図である。

【図２３】請求項１３に係る車軸検出装置の模式的構成
図である。

【図２４】請求項１４に係る車種判別装置を料金所に配
備した場合の構成を示す図である。

【図２５】図２４の装置の車種判別の動作を示すフロー
図である。

【図２６】図２５に続くフロー図である。

【図２７】従来例に係る車軸検出装置の構成図である。

【図２８】別の従来例に係る車軸検出装置の構成図であ
る。

【図２９】更に別の従来例に係る車軸検出装置の構成図
である。

【符号の説明】

１投光手段２レーザダイオード４投光レンズ５受光手段６受光レンズ７一次元受光素子列２０（ａ，ｂ）ポリゴンミラー２１，３０回折格子２２位置検出素子２３エンコーダ２５ａ，２８ａスリット２９フォトダイオード４０車軸検出装置４１車幅測定装置４２撮像機（画像処理装置）４３判別処理装置１００ボディ１０１タイヤ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】路面にスリット状の光束を投光する投光手
段と、路面で反射されるスリット状の光束を受光する受
光手段と、この受光手段から得られた受光パターンに基
づいて路面上を通過する車両を検知する車両検知手段と
を備える車軸検出装置において、前記受光手段は、路面からのスリット状の光束を集光す
る受光レンズと、この受光レンズにより集光された光束
が結像される受光素子とを有し、この受光素子は、その
受光面が路面上に投影されたスリット状の光束による像
の方向と平行になるように配置されていることを特徴と
する車軸検出装置。
【請求項２】路面にスリット状の光束を投光する投光手
段と、路面で反射されるスリット状の光束を受光する受
光手段と、この受光手段から得られた受光パターンに基
づいて路面上を通過する車両を検知する車両検知手段と
を備える車軸検出装置において、前記受光手段は、路面からのスリット状の光束を集光す
る受光レンズと、この受光レンズにより集光された光束
が結像される複数の一次元受光素子列又は一次元位置検
出素子とを有し、この複数の一次元受光素子列又は一次
元位置検出素子は、その受光面が路面上に投影されたス
リット状の光束による像の方向と平行になるように配置
されていることを特徴とする車軸検出装置。
【請求項３】路面にスリット状の光束を投光する投光手
段と、路面で反射されるスリット状の光束を受光する受
光手段と、この受光手段から得られた受光パターンに基
づいて路面上を通過する車両を検知する車両検知手段と
を備える車軸検出装置において、前記受光手段は、路面からのスリット状の光束を集光す
る受光レンズと、この受光レンズにより集光された光束
が結像される１個の一次元受光素子列又は一次元位置検
出素子とを有し、この１個の一次元受光素子列又は一次
元位置検出素子は、その受光面が路面上に投影されたス
リット状の光束による像の方向と平行になるように配置
されていることを特徴とする車軸検出装置。
【請求項４】前記投光手段は、投光素子と、この投光素
子から出射された光束を平行光に変換する投光レンズ
と、平行光を路面の横断方向に走査する走査機構とを有
することを特徴とする請求項１、請求項２又は請求項３
記載の車軸検出装置。
【請求項５】前記投光手段は、投光素子と、この投光素
子から出射された光束を複数のスポット光に分割する光
学素子とを有することを特徴とする請求項１、請求項２
又は請求項３記載の車軸検出装置。
【請求項６】路面にスポット光を走査する投光手段と、
路面で反射されるスポット光を受光する受光手段と、
この受光手段から得られた受光パターンに基づいて路面
上を通過する車両を検知する車両検知手段とを備える車
軸検出装置において、前記投光手段は、レーザダイオードと、このレーザダイ
オードからの光束を平行光に変換する投光レンズと、平
行光を路面の横断方向に走査する走査機構とを有し、前
記投光手段のレーザダイオードは、路面上におけるスポ
ット光の楕円の長軸が走査方向に対して垂直になるよう
に配置されていることを特徴とする車軸検出装置。
【請求項７】路面にスポット光を走査する投光手段と、
路面で反射されるスポット光を受光する受光手段と、こ
の受光手段から得られた受光パターンに基づいて路面上
を通過する車両を検知する車両検知手段とを備える車軸
検出装置において、前記投光手段は、レーザダイオードと、このレーザダイ
オードからの光束を平行光に変換する投光レンズと、平
行光を路面の横断方向に走査する走査機構とを有し、前
記投光手段のレーザダイオードは、路面上におけるスポ
ット光の楕円の長軸が走査方向に対して平行になるよう
に配置されていることを特徴とする車軸検出装置。
【請求項８】路面にスポット光を走査する投光手段と、
路面で反射されるスポット光を受光する受光手段と、こ
の受光手段から得られた受光パターンに基づいて路面上
を通過する車両を検知する車両検知手段とを備える車軸
検出装置において、前記スポット光の走査角度を検出する走査角度検出手段
を備え、この走査角度検出手段により得られた走査角度
の情報を用いて投光手段の発光強度を変化させることを
特徴とする車軸検出装置。
【請求項９】路面にスポット光を走査する投光手段と、
路面で反射されるスポット光を受光する受光手段と、こ
の受光手段から得られた受光パターンに基づいて路面上
を通過する車両を検知する車両検知手段とを備える車軸
検出装置において、前記スポット光の走査角度を検出する走査角度検出手段
を備え、この走査角度検出手段により得られた走査角度
の情報を用いて受光回路のゲインを変化させることを特
徴とする車軸検出装置。
【請求項１０】路面にスポット光を走査する投光手段
と、路面で反射されるスポット光を受光する受光素子を
有する受光手段と、この受光手段から得られた受光パタ
ーンに基づいて路面上を通過する車両を検知する車両検
知手段とを備える車軸検出装置において、前記受光手段は、受光素子の前面側に配置されたスリッ
ト付きの可動式スリット手段を有し、この可動式スリッ
ト手段のスリットを通じて受光素子がスポット光を受光
することを特徴とする車軸検出装置。
【請求項１１】前記可動式スリット手段は、複数のスリ
ットを形成した円盤と、この円盤を回転支持するモータ
とを有することを特徴とする請求項１０記載の車軸検出
装置。
【請求項１２】路面にスポット光を走査する投光手段
と、路面で反射されるスポット光を受光する受光手段
と、この受光手段から得られた受光パターンに基づいて
路面上を通過する車両を検知する車両検知手段とを備え
る車軸検出装置において、前記受光手段は、路面からのスポット光を集光する受光
レンズと、この受光レンズにより集光されたスポット光
を受光する１個の受光素子と、前記スポット光の走査に
同調して受光視野を走査する受光走査機構とを有するこ
とを特徴とする車軸検出装置。
【請求項１３】路面に複数のスポット光を投光する投光
手段と、路面で反射されるスポット光を受光する受光手
段と、この受光手段から得られた受光パターンに基づい
て路面上を通過する車両を検知する車両検知手段とを備
える車軸検出装置において、前記受光手段は、路面からのスポット光を集光する受光
レンズと、この受光レンズにより集光されたスポット光
を受光する１個の受光素子と、受光視野を走査する受光
走査機構とを有することを特徴とする車軸検出装置。
【請求項１４】請求項１乃至請求項１３のいずれか１項
に記載した車軸検出装置と、車両の車幅と車両分離を行
う車幅測定装置と、車両の撮像からナンバープレートの
大きさとそのナンバーを識別する画像処理装置と、これ
ら３つの装置からの情報を用いて車種を判別する判別処
理装置とを備えることを特徴とする車種判別装置。
【請求項１５】道路のゲートに付設された料金所と、こ
の料金所付近に配備された請求項１４記載の車種判別装
置と、この車種判別装置で得られた車種情報に基づいて
各種情報を表示する表示装置とを備えることを特徴とす
る車両ゲート装置。