JP2009175835A - 光信号受信装置および光通信システム - Google Patents

Abstract

【課題】信号発信源からの光信号を途切れなく受信可能とすることで、正確な情報を受信することが可能な光信号受信装置および光通信システムを提供する。
【解決手段】光通信システム１は、光信号に情報を重畳させて送信する光信号送信装置２と、光信号から受信する光信号受信装置３とを備え、光信号受信装置３は、光信号発信源となる光信号送信装置２の発光部２３からの光信号を受信する複数の受光素子３１２ａがマトリックス状に配列された受光素子アレイ３１２と、光信号を含む視野画像を撮像して、動画像として出力する撮像素子３２２と、動画像から信号発信源の位置を検出して座標情報を出力する光源座標検出部３３と、座標情報に基づいて受光素子アレイ３１２の中から一の受光素子３１２ａを選択するマルチプレクサ３１３とを備えている。
【選択図】図２

Description

本発明は、固定設置されたり、移動体に搭載されたりする光信号送信装置からの光信号を受信して光信号に重畳された情報を得る光信号受信装置および光通信システムに関する。

固定配置された信号発信源や、移動する信号発信源からの光信号を受信することで、様々な情報が伝達可能となる光信号受信装置が知られている。例えば、特許文献１には、交通規制に関する情報や右折禁止や一方通行に関する情報などを伝達するために、固定配置された信号機の信号灯、あるいは移動する車両のヘッドランプやテールランプが発生する光に情報を重畳し、これを移動車両側の受光器によって受光し、受信した情報を表示パネルで表示する車両用通信システムが記載されている。

一方、走行しているときの状態や、交通事故のときの状況を記録するドライブレコーダを車両に取り付ける研究が進んでいる。このようなドライブレコーダは、車両前方をモニタするモニタカメラと、モニタカメラからの画像信号を処理する画像信号処理装置と、処理された画像信号を記録する記憶装置とで構成されている。

モニタカメラは、撮像素子として、例えばＣＣＤ（charge coupled device）を備えており、一定周期で走査し１フレーム単位の画像信号を出力する。通常のビデオ信号では、画像読み出しレートは３０フレーム／秒である。ドライブレコーダでは、限られた記憶装置の容量を補うために、画像読み出しレートを低下させて、例えば１０フレーム／秒などで記録されることもある。
特開２００４−１３４０１号公報

しかし、特許文献１に記載の車両用通信システムには、信号発信源として、斜め上方から照射される信号灯や街灯、斜め下方から照射されるヘッドランプやテールランプの例が記載されているが、実際問題として、幅広い角度で照射される光信号を、正確に受光器が受信することは困難である。

例えば、ドライブレコーダのモニタカメラからの動画像を画像処理することで、幅広い受信範囲を確保することも考えられるが、モニタカメラから走査された画像信号をフレームごとに処理するのでは、特定の一点から発せられる光信号を、途切れなく連続で受信することは困難なため、正常な情報通信を行うことができない。

そこで本発明は、信号発信源からの光信号を途切れなく受信可能とすることで、正確な情報を受信することが可能な光信号受信装置および光通信システムを提供することを目的とする。

本発明は、撮像素子からの動画像に基づいて光源座標検出部が信号発信源の位置を座標情報として出力し、この出力された座標情報に基づいて光信号発信源からの光信号を受信する複数の受光素子からなる受光素子アレイの中から一の受光素子を選択部が選択することを特徴とする。

本発明は、撮像素子が広い視野で動画像として捉え、光信号を受信している受光素子を受光素子アレイの中から選択するので、信号発信源からの光信号を途切れなく受信することが可能である。よって、本発明は、正確な情報を受信することが可能である。

本願の第１の発明は、光信号発信源からの光信号を受信する複数の受光素子がマトリックス状に配列された受光素子アレイと、光信号を含む視野画像を撮像して、動画像として出力する撮像素子と、動画像から信号発信源の位置を検出して座標情報を出力する光源座標検出部と、座標情報に基づいて複数の受光素子の中から一の受光素子を選択する選択部とを備えたことを特徴としたものである。

本発明の光信号受信装置は、撮像素子からの動画像に基づいて光源座標検出部が、信号発信源の位置を検出して座標情報を出力し、この座標情報に基づいて選択部が受光素子アレイの中から一の受光素子を選択することにより、固定設置された光信号発信源だけでなく、移動体に設置された光信号発信源であっても、撮像素子が広い視野で動画像として捉え、信号発信源からの光信号を受信している受光素子を受光素子アレイの中から選択するので、信号発信源からの光信号を途切れなく受信することが可能である。

本願の第２の発明は、本願の第１の発明において、光源座標検出部は、２以上の信号発信源の位置を検出して、それぞれの座標情報を出力する機能を備え、選択部は、２以上の信号発信源の数に応じて２以上設けられていることを特徴としたものである。

本願の第２の発明においては、光源座標検出部が出力する２以上の信号発信源の座標情報に基づいて、２以上の信号発信源の数に応じて設けられた選択部が、受光素子アレイの中から光信号を受信している受光素子を選択することで、光信号発信源が複数あっても受信可能である。

本願の第３の発明は、第１の発明または第２の発明において、光源座標検出部から、第１の時間と、第１の時間から所定時間後の第２の時間とに出力された座標情報を、第１座標および第２座標とし、第１座標と第２座標との差と、受光素子アレイのうち光信号を受信している受光素子の座標とから三角測距法により移動している光信号発信源までの距離を算出する制御部を備えたことを特徴としたものである。

本願の第３の発明においては、制御部が、第１の時間と、第１の時間から所定時間後の第２の時間とにそれぞれ光源座標検出部から出力された座標情報を第１座標および第２座標とし、第１座標と第２座標との差と、受光素子アレイのうち受信している受光素子の座標とから移動している光信号発信源までの距離を、三角測距法により算出することで、情報を受信するだけでなく、光信号発信源までの距離を容易に知ることができる。

本願の第４の発明は、情報信号を光に重畳させて光信号として送信する光信号送信装置と、光信号送信装置からの光信号を受信して情報信号を取り出す光信号受信装置とを有する光通信システムであって、光信号受信装置は、光信号送信装置からの光信号を受信する複数の受光素子がマトリックス状に配列された受光素子アレイと、光信号を含む視野画像を撮像して、動画像として出力する撮像素子と、動画像から光信号送信装置の位置を検出して座標情報を出力する光源座標検出部と、座標情報に基づいて複数の受光素子の中から一の受光素子を選択する選択部と、選択部により選択された一の受光素子からの信号に重畳された情報信号を復調する復調部とを備えたことを特徴としたものである。

本発明の光通信システムは、光信号送信装置から送信される光信号を、光信号受信装置で受信するものである。この光信号受信装置は、撮像素子からの動画像に基づいて光源座標検出部が、信号発信源の位置を検出して座標情報を出力し、この座標情報に基づいて選択部が受光素子アレイの中から一の受光素子を選択し、選択部が選択された一の受光素子からの信号に重畳された情報信号を復調することが可能である。これにより、光信号受信装置は、固定設置された光信号送信装置だけでなく、移動体に設置された光信号送信装置であっても、撮像素子が広い視野で動画像として捉え、光信号送信装置からの光信号を受信している受光素子を選択するので、光信号送信装置からの光信号を途切れなく受信することが可能である。

本願の第５の発明は、第４の発明において、光信号送信装置は、固定設置されていることを特徴としたものである。

本願の第５の発明は、光信号送信装置を固定設置することで、街灯、信号灯やトンネル内の照明灯などから送信される情報を受信することができる。

本願の第６の発明は、第４の発明において、光信号送信装置は、移動体に設置されていることを特徴としたものである。

本願の第６の発明は、光信号送信装置を、移動体に設置することで、車両や、航空機、船舶、歩行者など移動するものから送信される情報を受信することができる。

（実施の形態１）
本発明の実施の形態１に係る光通信システムを、図面に基づいて説明する。図１は、本発明の実施の形態１に係る光通信システムを示す図である。図２は、図１に示す光通信システムの光信号送信装置および光信号受信装置の構成を示す図である。

図１に示すように、光通信システム１は、移動する車両同士の間で情報の伝達を可能とするもので、第１の車両Ｃ１に搭載された光信号送信装置２と、第２の車両Ｃ２に搭載された光信号受信装置３とを備えている。情報としては、第１の車両Ｃ１の速度、曲がる方向、制動状態などとすることができる。

図２に示すように、光信号送信装置２は、送信制御部２１と、変調部２２と、発光部２３とを備えている。送信制御部２１は、車両の各所に設けられた各種のセンサからの情報を入力して送信可能なパケットデータを生成する。変調部２２は、送信制御部２１からのパケットデータを送信信号に変調して発光部２３へ出力する。発光部２３は、送信信号に基づいて光信号を発光するＬＥＤで形成されたヘッドライトである。ヘッドライトは、車両には必須な部品なので、発光部２３をヘッドライトとすることで特別な発光部を設ける必要がない。また、ヘッドライトを発光部２３とする以外に、フォグランプを発光部としたり、専用のランプを発光部としたりすることも可能である。

光信号受信装置３は、第１受光部３１および第２受光部３２と、光源座標検出部３３と、復調部３４と、記憶部３５と、受信制御部３６とを備えている。

第１受光部３１は、受光レンズ部３１１と、受光素子アレイ３１２と、マルチプレクサ３１３とを備えている。

受光レンズ部３１１は、光信号送信装置２の発光部２３からの光信号を含む光を集光して受光素子アレイ３１２に集光する。受光素子アレイ３１２は、複数の受光素子３１２ａがマトリックス状に配列され、複数の受光素子３１２ａのうちの一の受光素子３１２ａが選択可能に接続されている。マルチプレクサ３１３は、光源座標検出部３３からの座標情報により、受光素子アレイ３１２を構成する複数の受光素子３１２ａのうちの光信号を受信している一の受光素子３１２ａを選択して、選択された受光素子３１２ａからの信号をデータ受信信号として出力する選択部として機能するスイッチング素子群である。

第２受光部３２は、受光レンズ部３２１と、撮像素子３２２とを備えたモニタカメラである。この第２受光部３２は、ドライブレコーダのモニタカメラなどが使用できるが、暗視装置などで使用され、前方の異常な人の動きや障害物の存在を警告する前方監視装置のカメラでもよい。また、第２受光部３２は、車両に搭載されるバックモニタなどの視界監視補助装置のカメラでもよい。

受光レンズ部３２１は、光信号送信装置２の発光部２３からの光信号を含む光を集光して撮像素子３２２に集光する。撮像素子３２２は、素子面上に結像した像の明暗を電荷量に変換し、その電荷量を順次読み出すことで視野画像を動画像として３０フレーム／秒のビデオ信号で出力するもので、ＣＣＤセンサが使用できる。撮像素子３２２は、ＣＣＤセンサとする以外にＣＭＯＳセンサとすることもできる。

光源座標検出部３３は、撮像素子３２２からの動画像から光信号発信源である発光部２３の位置を座標情報としてマルチプレクサ３１３に出力する。

復調部３４は、データ受信信号に重畳されたパケットデータを復調し、受信制御部３６へ出力する。

記憶部３５は、撮像素子３２２からのビデオ信号を記憶したり、受信制御部３６の各種データを記憶したりする。

受信制御部３６は、復調部３４からのパケットデータに含まれる第１の車両Ｃ１からの情報に基づいて、図示しない表示部にその情報を表示したり、第２の車両Ｃ２の車両をコントロールしたりする制御部である。

以上のように構成される本発明の実施の形態に係る光通信システムの動作を、図２に基づいて説明する。

図２に示すように、第１の車両Ｃ１の送信制御部２１は、例えば、第１の車両Ｃ１に設けられた速度センサ（図示せず）からの速度情報を入力し、この速度情報を含むパケットデータを生成した後、このパケットデータを変調部２２にて変調し、発光部２３から照射する。

第２の車両Ｃ２では、撮像素子３２２上に、発光部２３からの光信号と共に、第１の車両Ｃ１全体を含む視野画像が結像される。撮像素子３２２は、この視野画像を３０フレーム／秒の動画像としてビデオ信号で光源座標検出部３３へ出力する。

光源座標検出部３３では、この視野画像を従来公知の画像処理により光信号発信源である発光部２３の位置を検出して座標情報としてマルチプレクサ３１３へ出力する。この光信号発信源の位置は、例えば、視野画像の中で最も輝度の高い箇所を検出する「ピーク検出」や、輝度の傾きを算出する「エッジ検出」、他に「重点検出」などの画像処理を行うことで検出することが可能である。

マルチプレクサ３１３は、光源座標検出部３３からの座標情報に基づいて受光素子アレイ３１２の中から一の受光素子３１２ａを選択し、その受光素子３１２ａが受信している光信号をデータ受信信号として、復調部３４へ出力する。

復調部３４は、データ受信信号を復調してパケットデータを再生して受信制御部３６へ出力する。そして、受信制御部３６では、このパケットデータに含まれる第１の車両Ｃ１からの情報を抽出し、各種の判断を行う。例えば、この情報が速度情報であり、時速１２０ｋｍ／ｈで走行している旨の内容であった場合には、受信制御部３６は、第１の車両Ｃ１があと数秒で正面から向かってくるなどの判断を行って、第２の車両Ｃ２を回避行動させるなどの処置を行わせる。

受信制御部３６は、第１の車両Ｃ１からの情報を記憶部３５に格納する。また、記憶部３５は、第２受光部３２からのビデオ信号を格納する。このように、第１の車両Ｃ１の運転手が操作を誤って、このまま第２の車両Ｃ２と衝突したときには、記憶部３５には、そのときの第１の車両Ｃ１の走行速度と、そのときの状況が格納されているので、光信号受信装置３をドライブレコーダとしても機能させることができる。

このように第１の車両Ｃ１に設置された光信号送信装置２からの光信号を、撮像素子３２２が広い視野で動画像として捉え、光信号を受信している受光素子３１２ａを受光素子アレイ３１２の中から選択するので、信号発信源からの光信号を途切れなく受信することが可能である。従って、光信号受信装置３は、正確な情報を受信することが可能である。

なお、本実施の形態１に係る光信号受信装置３では、第１の車両Ｃ１からの情報を記憶したり、第２受光部３２からのビデオ信号を記憶したりする記憶部３５を備えているが、ビデオ信号を残す必要がなく、受信した光信号の内容に応じてリアルタイムに受信制御部３６が第２の車両Ｃ２をコントロールするようにすれば、記憶部３５は省略することも可能である。

（実施の形態２）
本発明の実施の形態２に係る光通信システムを、図３に基づいて説明する。図３は、本発明の実施の形態２に係る光通信システムの光信号送信装置および光信号受信装置の構成を示す図である。なお、図３においては、図２と同じ構成は、同符号を付して説明を省略する。

本実施の形態２に係る光通信システム１ｘは、第１の車両Ｃ１と第３の車両Ｃ３との２台のそれぞれに、光信号を送信する光信号送信装置２が搭載され、第２の車両Ｃ２に搭載された光信号受信装置３ｘにて情報を受信するものである。

光信号受信装置３ｘは、２台の光信号送信装置２の位置を検出して、それぞれの座標情報を第１受光部３１ｘへ出力する光源座標検出部３３ｘを備えている。第１受光部３１ｘは、光源座標検出部３３ｘからの２台分の座標情報をそれぞれ入力する２つのマルチプレクサ３１３を備えている。また、光信号受信装置３ｘは、２つのマルチプレクサ３１３から出力されるデータ受信信号をそれぞれ復調する２つの復調部３４を備えている。

このように、光信号を送信する光信号送信装置２の台数に応じて、光源座標検出部３３ｘの検出数を増加させ、マルチプレクサ３１３および復調部３４を増加させることで、複数の情報を同時に受信することが可能である。

（実施の形態３）
本発明の実施の形態３に係る光通信システムを、図４に基づいて説明する。図４は、本発明の実施の形態３に係る光通信システムの光信号送信装置および光信号受信装置の構成を示す図である。なお、図４においては、図２と同じ構成は、同符号を付して説明を省略する。

図４に示すように、本実施の形態３に係る光通信システム１ｙは、光信号受信装置３ｙ側にて、第１の車両Ｃ１により移動する光信号送信装置２の距離を測定可能とするために、光信号受信装置３ｙには、三角測距法を用いて測定する受信制御部３６ｙが設けられている。

移動する光信号送信装置２の距離は、第２受光部３２の受光レンズ部３２１を中心にして、ある時間（第１の時間）に移動している光信号送信装置２が位置する地点ａ１と、その時間から所定時間経過した時間（第２の時間）に位置する地点ａ２との間を一辺とした三角形（地点ａ１，地点ａ２，中心点ｏ）と、撮像素子３２２上において、地点ａ１からの光信号の焦点位置ｂ１と、地点ａ２からの光信号の焦点位置ｂ２との間にできる三角形（焦点位置ｂ１，焦点位置ｂ２，中心点ｏ）とが相似であることを利用して、計算することができる。

詳細に説明すると、まず基点として、受光素子アレイ３１２の基準となる受光素子３１２ａを基点Ａとする。一方、撮像素子３２２上で、基点Ａと１対１で対応する基点Ｂとする。この基点Ａは、第１受光部３１の受光レンズ部３１１の光軸上にあり、基点Ｂは、第２受光部３２の受光レンズ部３２１の光軸上にある。

光信号送信装置２までの距離は、連続的に変化するが、ここでは、地点ａ１までを距離Ｄ２、地点ａ２までを距離Ｄ１とする。また、受光レンズ部３１１から受光レンズ部３２１までの光軸間の距離は、基線長Ｌとする。基線長Ｌは、基点Ａ−基点Ｂ間距離と同じである。

第２受光部３２の受光レンズ部３２１のレンズ焦点距離を距離ｆとし、基点Ｂを基準にして、焦点位置ｂ１までを距離ｄ２、焦点位置ｂ２までを距離ｄ１とする。

このようにそれぞれ定義した場合、光信号が焦点を結ぶ焦点位置ｂ１，ｂ２は、光源座標検出部３３により検出可能なので、光源座標検出部３３から出力される座標情報に基づいて基点Ｂからの距離を、距離ｄ１，ｄ２として受信制御部３６ｙにて算出することで、次の式から距離Ｄ１，Ｄ２を求めることができる。

距離Ｄ１＝距離ｆ／（基線長Ｌ／距離ｄ１）
距離Ｄ２＝距離ｆ／（基線長Ｌ／距離ｄ２）
このようにして受信制御部３６ｙにて三角測距法を用いて移動する第１の車両Ｃ１の距離を算出することが可能である。また、算出された距離Ｄ１，Ｄ２は、第２受光部３２からのビデオ信号と共に記憶部３５に格納することができる。

本発明は、信号発信源からの光信号を途切れなく受信可能とすることで、正確な情報を受信することが可能なので、固定設置されたり、移動体に搭載されたりする光信号送信装置からの光信号を受信して光信号に重畳された情報を得る光信号受信装置および光通信システムに好適である。

本発明の実施の形態１に係る光通信システムを示す図 図１に示す光通信システムの光信号送信装置および光信号受信装置の構成を示す図 本発明の実施の形態２に係る光通信システムの光信号送信装置および光信号受信装置の構成を示す図 本発明の実施の形態３に係る光通信システムの光信号送信装置および光信号受信装置の構成を示す図

符号の説明

１，１ｘ，１ｙ 光通信システム
２ 光信号送信装置
３，３ｘ，３ｙ 光信号受信装置
２１ 送信制御部
２２ 変調部
２３ 発光部
３１，３１ｘ 第１受光部
３２ 第２受光部
３３，３３ｘ 光源座標検出部
３４ 復調部
３５ 記憶部
３６ 受信制御部
３６ｙ 受信制御部
３１１ 受光レンズ部
３１２ 受光素子アレイ
３１３ マルチプレクサ
３２１ 受光レンズ部
３２２ 撮像素子
Ｃ１ 第１の車両
Ｃ２ 第２の車両
Ｃ３ 第３の車両

Claims (6)

1. 光信号発信源からの光信号を受信する複数の受光素子がマトリックス状に配列された受光素子アレイと、
   前記光信号を含む視野画像を撮像して、動画像として出力する撮像素子と、
   前記動画像から前記信号発信源の位置を検出して座標情報を出力する光源座標検出部と、
   前記座標情報に基づいて前記受光素子アレイの中から一の受光素子を選択する選択部と
   を備えた光信号受信装置。
2. 前記光源座標検出部は、２以上の信号発信源の位置を検出して、それぞれの座標情報を出力する機能を備え、
   前記選択部は、前記２以上の信号発信源の数に応じて２以上設けられていることを特徴とする請求項１記載の光信号受信装置。
3. 前記光源座標検出部から、第１の時間と、前記第１の時間から所定時間後の第２の時間とに出力された座標情報を、第１座標および第２座標とし、前記第１座標と第２座標との差と、前記受光素子アレイのうち光信号を受信している受光素子の座標とから三角測距法により移動している光信号発信源までの距離を算出する制御部を備えたことを特徴とする請求項１または２記載の光信号受信装置。
4. 情報信号を光に重畳させて光信号として送信する光信号送信装置と、前記光信号送信装置からの光信号を受信して前記情報信号を取り出す光信号受信装置とを有する光通信システムであって、
   前記光信号受信装置は、
   前記光信号送信装置からの光信号を受信する複数の受光素子がマトリックス状に配列された受光素子アレイと、
   前記光信号を含む視野画像を撮像して、動画像として出力する撮像素子と、
   前記動画像から前記光信号送信装置の位置を検出して座標情報を出力する光源座標検出部と、
   前記座標情報に基づいて前記受光素子アレイの中から一の受光素子を選択する選択部と、
   前記選択部により選択された一の受光素子からの信号に重畳された情報信号を復調する復調部と
   を備えた光通信システム。
5. 前記光信号送信装置は、固定設置されていることを特徴とする請求項４記載の光通信システム。
6. 前記光信号送信装置は、移動体に設置されていることを特徴とする請求項４記載の光通信システム。

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