JP2009272895A - 光受信回路とこれを有する光ビーコン - Google Patents

Abstract

【課題】 増幅信号やノイズの回り込みを防止できるようにして、動作が安定した光受信回路を安価に提供する。
【解決手段】 本発明は、集中的に配置された複数のフォトダイオードＰＤ１〜ＰＤ４と、この各フォトダイオードＰＤ１〜ＰＤ４の出力信号をそれぞれ増幅する１つ又は複数の増幅回路１９が回路基板に設けられた光受信回路である。各増幅回路１９は、フォトダイオードＰＤ１〜ＰＤ４に直列かつ直線的に接続された複数の増幅器１９Ａ，１９Ｂを備えており、最後段の増幅器１９Ｂの出力線ＳＬ３が、各フォトダイオードＰＤ１〜ＰＤ４の出力線ＳＬ１の設置エリアＳＡ以外を通過するように回路基板に配置されている。
【選択図】 図６

Description

本発明は、データ信号を含む光信号を複数のフォトダイオードで受光する光受信回路と、この光受信回路を路車間通信に応用した光ビーコンに関するものである。

路車間通信システムを利用した交通情報サービスとして、光ビーコン、電波ビーコン又はＦＭ多重放送を用いたいわゆるＶＩＣＳ（Vehicle Information and Communication System：（財）道路交通情報通信システムセンターの登録商標）が既に展開されている。
このうち、光ビーコンは近赤外線を通信媒体とした光通信を採用しており、車載機との双方向通信が可能となっている。具体的には、車両の保持するビーコン間の旅行時間情報等を含むアップリンク情報が車載機からインフラ側の光ビーコンに送信され、逆に、渋滞情報、区間旅行時間情報、事象規制情報及び車線通知情報等を含むダウンリンク情報が光ビーコンから車載機に送信されるようになっている（例えば、特許文献１参照）。

このため、上記光ビーコンは、光信号により車載機との間で双方向通信を行うビーコンヘッド（投受光器）を備えており、この投受光器には、ダウンリンク光を送出する発光ダイオード（ＬＥＤ）と、車載機からのアップリンク光を受光するフォトダイオード（ＰＤ）とが搭載されている。
また、投受光器には、ビーコン制御機からの送信信号を発光ダイオードに入力してダウンリンク光を発光させる光送信部と、フォトダイオードが受光した光信号を電気信号に変換してビーコン制御機に送る光受信部とが搭載されている。

特開２００５−２６８９２５号公報

ところで、本出願人は、複数のフォトダイオードを有する光受信部を投受光器に搭載した光ビーコンを既に提案している（特願２００７−２０９１０号の明細書参照）。
この光ビーコンでは、複数のフォトダイオードの受光領域が、アップリンク領域を車両進行方向に分割してなる複数の分割領域と対応しており、各フォトダイオードは自身に対応する分割領域で発光されたアップリンク光を受光するようになっている。

分割領域に対応する複数のフォトダイオードを有する光ビーコン（以下、「ＰＤ分割タイプ」の光ビーコンと称することがある。）を使用すれば、アップリンク光の受光機会を向上させるために、アップリンク領域を車両進行方向に長く設定する場合であっても、当該アップリンク領域を構成する個々の分割領域については、これを車両進行方向に狭く設定することが可能となる。

また、ＰＤ分割タイプの光ビーコンでは、複数のフォトダイオードのうちでどれが実際にアップリンク光を受光したかを判定することにより、走行中の車両（車載機）がいずれの分割領域でアップリンク光を発光したかを光ビーコン側で特定することができる。
従って、この場合、インフラ側である光ビーコンにおいて、アップリンク光を発光した車両（車載機）の走行位置を、車両進行方向における分割領域長さ以下の精度で求めることが可能となる。

上記のように、車載機からの光信号を受光するための複数のフォトダイオードを設けた光受信部は、通常、各フォトダイオードの出力信号をそれぞれ増幅する複数の増幅回路と、この各増幅回路にそれぞれ接続されたコンパレータとから構成することができる。この各コンパレータは、増幅回路からの出力信号を閾値と比較してデジタル信号に変換する。
このため、上記コンパレータが出力するデジタル信号を、ＣＤＲ（Clock Data Recovery）機能やＣＲＣ（Cyclic Redundancy Check）機能を有する処理プロセッサに入力すれば、アップリンク光に含まれるデータ信号を取り出すことができる。

一方、外部に発光された近赤外線光を受光する光ビーコンのフォトダイオードでは、他の光通信分野で使用されるフォトダイオードに比べて出力電圧が非常に小さいという特質がある。
例えば、光ビーコンのインタフェース規格で規定されている下限の光量を受光した場合には、近赤外線用のフォトダイオードからの出力電圧は１０μＶ以下という非常に小さい電圧になるため、処理プロセッサにおいて正常なデータ復調を行うためには、十万倍オーダの増幅率が必要となる。

従って、光ビーコンの光受信回路では、複数の増幅器を直列に接続してなる増幅回路を採用する必要があり、ＰＤ分割タイプの光ビーコンの場合には、かかる直列多段構成の増幅回路を各フォトダイオードに対応して複数設けることになる。
しかしながら、この場合、回路基板の部品配置やパターン配線によっては、振幅が大きい増幅信号を伝送する増幅器の出力線から、振幅が小さい非増幅信号を伝送するフォトダイオードの出力線にその増幅信号やノイズが回り込み、これにより、増幅回路の出力信号が不安定になって光受信回路が動作不良を起こす恐れがある。

一方、上記ノイズの回り込みを防止する手段としては、増幅器の出力側にＬＣフィルタ等よりなるノイズフィルタを設けることが考えられるが、増幅信号の回り込みに関してはノイズフィルタでは対応することができないし、ノイズフィルタの設置では回路基板が肥大化したり部品点数が多くなったりして、光受信回路の製作コストが高くなるという欠点がある。
本発明は、上記の問題点に鑑み、複数のフォトダイオードとこれに対応する増幅回路とを回路基板に設けた光受信回路において、増幅信号やノイズの回り込みを防止できるようにして、動作が安定した光受信回路を安価に提供することを目的とする。

本発明の光受信回路（請求項１）は、複数のフォトダイオードと、この各フォトダイオードの出力信号をそれぞれ増幅する複数の増幅回路とが回路基板に設けられた光受信回路であって、前記各増幅回路は、前記フォトダイオードに直列かつ直線的に接続された１つ又は複数の増幅器を備えており、最後段の前記増幅器の出力線が、前記各フォトダイオードの出力線の設置エリア以外を通過するように前記回路基板に配置されていることを特徴とする。

本発明の光受信回路によれば、各増幅回路を構成する１つ又は複数の増幅器のうち、最後段の増幅器の出力線が、フォトダイオードの出力線の設置エリア以外を通過するので、最も振幅が大きい増幅信号が伝送される最後段の増幅器の出力線が、非増幅信号が伝送されるフォトダイオードの出力線に近接することがない。
このため、ノイズフィルタ等を設置するまでもなく、増幅信号やノイズの回り込みを防止可能な回路配置が得られる。従って、回路基板の肥大化や部品点数の増大を招来することなく、増幅回路の出力電圧を安定化することができ、動作が安定した光受信回路を安価に得ることができる。

後述の実施形態でも述べるが、例えば、複数の前記フォトダイオードの各出力線が回路基板の一方側に向けて延びている場合には、前記設置エリアは、当該フォトダイオードとその後段の前記増幅器とで囲まれるエリアになる（請求項２：図６参照）。
また、例えば、複数の前記フォトダイオードの各出力線が当該フォトダイオードを中心として放射状に延びている場合には、前記設置エリアは、１段目の前記増幅器で囲まれるエリアとなる（請求項３：図７及び図８参照）。

本発明の光受信回路において、前記回路基板が、前記フォトダイオード用の第１グランドパターンと、前記増幅回路用の第２グランドパターンとを有している場合には、前記両パターンが高インピーダンスのグランドラインで接続されていることが好ましい（請求項４）。
この場合、両パターンが高インピーダンスのグランドラインで接続されているので、増幅回路で生じたノイズがグランドを通じてフォトダイオードに回り込むのを防止することができ、増幅回路の出力電圧をより確実に安定化させることができる。

また、本発明の光受信回路において、前記第２グランドパターンが、更に、各段目の増幅器用の複数のパターン部分を有している場合には、この複数のパターン部分同士が高インピーダンスのグランドラインで接続されていることが好ましい（請求項５）。
この場合、各パターン部分同士が高インピーダンスのグランドラインで接続されているので、後段の増幅器で生じたノイズがグランドを通じて前段の増幅器に回り込むのを防止することができ、増幅回路の出力電圧をより確実に安定化させることができる。

本発明の光受信回路は、光通信装置の光受信部として利用することができるが、光ビーコンに搭載するのが好適である。
すなわち、本発明の光ビーコン（請求項６）は、通信領域に含まれるアップリンク領域で車載機が発光したアップリンク光を受信する光受信回路を備えており、この光受信回路として、前記した本発明の光受信回路（請求項１）を採用したものである。
従って、本発明の光ビーコン（請求項４）は、本発明の光受信回路（請求項１）と同様の作用効果を奏する。

以上の通り、本発明によれば、複数のフォトダイオードとこれに対応する増幅回路とを回路基板に設けた光受信回路において、増幅信号やノイズの回り込みを防止できるので、動作が安定した光受信回路を安価に提供することができる。

〔路車間通信システムの全体構成〕
図１は、本発明の光ビーコンを利用した路車間通信システムの全体構成を示すブロック図である。
図１に示すように、この路車間通信システムは、インフラ側の交通管制システム１と、道路Ｒを走行する各車両Ｃに搭載された車載機２とを備えて構成されている。
交通管制システム１は、管制室に設けられた中央装置３と、道路Ｒの各所に多数設置された光ビーコン（光学式車両感知器）４とを有している。光ビーコン４は、近赤外線を通信媒体とした光通信によって車載機２との間で双方向通信を行う。なお、中央装置３は交通管制室に設けられている。

〔光ビーコンの構成〕
光ビーコン４は、電話回線等の通信回線５を介して中央装置３と接続された通信インタフェースである通信部６と、この通信部６が接続されたビーコン制御機７と、このビーコン制御機７のセンサ用インタフェースに接続された複数（図例では４つ）のビーコンヘッド（投受光器）８とを備えている。
各ビーコンヘッド８は、発光ダイオード（ＬＥＤ）１０を含む光送信部と、複数のフォトダイオード（ＰＤ）１１を含む光受信部１７とを筐体の内部に収納している（図３参照）。

このうち、発光ダイオード１０は、近赤外線よりなるダウンリンク光ＤＯ（ダウンリンク情報を構成する光信号）を後述する通信領域Ａに発光し、フォトダイオード１１は、車載機２からの近赤外線よりなるアップリンク光ＵＯ（アップリンク情報を構成する光信号）を受光する。
ビーコンヘッド８には、後述するアップリンク領域ＵＡの各分割領域ＵＡ１〜ＵＡ４に対応して複数（図例では４つ）のフォトダイオード１１が設けられており、この各フォトダイオード１１は、その電気出力信号を増幅する増幅回路１９等とともに、アップリンク光ＵＯの光受信部１７を構成している（図４参照）。

図２は、上記光ビーコン４の平面図である。
図２に示すように、本実施形態の光ビーコン４は、同じ方向の複数（図例では４つ）の車線Ｒ１〜Ｒ４を有する道路Ｒに設置されており、各車線Ｒ１〜Ｒ４に対応して設けられた前記複数のビーコンヘッド８と、これらビーコンヘッド８を一括制御する制御部である一台の前記ビーコン制御機７とを備えている。

また、ビーコン制御機７は、後述する処理プロセッサ２３や、ＲＡＭ及びＲＯＭ等よりなる記憶装置２４を含むプログラマブルなマイコンよりなり（図４参照）、記憶装置２４には、所定の各機能を実行するコンピュータプログラムが格納されている。
上記処理プロセッサ２３がそのコンピュータプログラムを実行することにより、通信部６（図１）による中央装置３との双方向通信と、ビーコンヘッド８による車載機２との路車間通信が行われるようになっている。

図２に示すように、ビーコン制御機７の筐体は、道路脇に立設した支柱１３に設置されており、各ビーコンヘッド８の筐体は、支柱１３から道路Ｒ側に水平に架設した架設バー１４に取り付けられ、道路Ｒの各車線Ｒ１〜Ｒ４の直上に配置されている。
各ビーコンヘッド８のＬＥＤ１０は、各車線Ｒ１〜Ｒ４の直下よりも車両進行方向の上流側に向けて近赤外線を発光しており、これにより、車載機２との間で路車間通信を行うための通信領域Ａが当該ヘッド８の上流側に設定されている。

〔通信領域について〕
図３は、光ビーコン４の通信領域Ａを示す側面図である。
図２及び図３に示すように、光ビーコン４の通信領域Ａは、車載機２の投受光器である車載ヘッド（図示略）がダウンリンク光ＤＯを受信可能なダウンリンク領域（図３において実線のハッチングを設けた領域）ＤＡと、光ビーコン４のビーコンヘッド８が車載ヘッドからのアップリンク光ＵＯを受信可能なアップリンク領域（図３において破線のハッチングを設けた領域）ＵＡとからなる。

ダウンリンク領域ＤＡは、ビーコンヘッド８の投受光位置ｄ、道路Ｒ上の位置ａ及びｃを頂点とする△ｄａｃで示された範囲に設定されている。また、アップリンク領域ＵＡは、前記位置ｄと、道路Ｒ上の位置ｂ及びｃを頂点とする△ｄｂｃで示された範囲に設定されている。
従って、ダウンリンク領域ＤＡとアップリンク領域ＵＡの上流端ｃは互いに一致し、アップリンク領域ＵＡは、ダウンリンク領域ＤＡの車両進行方向の上流部分（図３の右側部分）と重複している。また、ダウンリンク領域ＤＡの車両進行方向長さは通信領域Ａ全体の同方向長さと一致している。

光ビーコン（光学式車両感知器）４の「近赤外線式インタフェース規格」によれば、ダウンリンク領域ＤＡ及びアップリンク領域ＵＡの正式な領域寸法が規定されている。この規定では、一般道向けの光ビーコン４の場合で、ダウンリンク領域ＤＡの下流端ａは、ビーコンヘッド８の直下の１．０〜１．３ｍ上流側に位置し、ダウンリンク領域ＤＡの下流端ａからアップリンク領域ＵＡの下流端ｂまでの距離は２．１ｍと規定されている。
また、アップリンク領域ＵＡの下流端ｂから同領域ＵＡの上流端ｃまでの距離は１．６ｍと規定されている。従って、正式な通信領域Ａの車両進行方向の全長（ａｃ間の長さ）は３．７ｍとなる。

しかしながら、本実施形態では、アップリンク領域ＵＡの下流端ｂから同領域ＵＡの上流端ｃまでの距離は、上記規定よりも上流側及び下流側へ長く設定されている。その結果、アップリンク領域ＵＡは上記規定よりも車両進行方向に広がり、同時にダウンリンク領域ＤＡも上記規定よりも車両進行方向に広がっている。
このようにアップリンク領域ＵＡ及びダウンリンク領域ＤＡが広くなると、車載機２と光ビーコン４との間のアップリンク情報及びダウンリンク情報の送受信の確実性が増すことになる。

更に、アップリンク領域ＵＡは、車両Ｃの走行位置が特定可能な程度に当該領域ＵＡを車両進行方向に複数に分割してなる分割領域ＵＡ１〜ＵＡ４よりなる。具体的には、本実施形態のアップリンク領域ＵＡは、位置ｄを上端とし、道路Ｒ上の位置ｅ１〜ｅ３を下端とする３本の境界線（境界部）ＢＬによって４つに分割されている。
ビーコンヘッド８に設けられた４つのフォトダイオード１１は、それぞれアップリンク領域ＵＡの各分割領域ＵＡ１〜ＵＡ４を受信領域としている。

すなわち、車両Ｃの車載機２は、アップリンク領域ＵＡを通過する途中で、同じデータ信号のアップリンク光ＵＯを車載ヘッドから繰り返し送信するが、この繰り返し送信されるアップリンク光ＵＯのうちのいずれか１つを受信するために、各分割領域Ｕ１〜ＵＡ４に対応する４つのフォトダイオード１１が設けられている。
例えば図３に実線で示すように、最も上流側に位置する分割領域ＵＡ１内において車載機２の車載ヘッドがアップリンク光ＵＯを送信した場合は、分割領域ＵＡ１に対応するフォトダイオード１１がそのアップリンク光ＵＯを受光する。

〔光受信回路の回路構成〕
図４は、本発明に係る光受信回路の回路構成の一例を示すブロック図である。
なお、以下において、最上流側の分割領域ＵＡ１に対応するフォトダイオード１１をＰＤ１と定義し、上流側から２番目、３番目及び４番目の分割領域ＵＡ２〜ＵＡ４に対応するフォトダイオード１１を、それぞれＰＤ２、ＰＤ３及びＰＤ４と定義する。

図４に示すように、本実施形態の光受信回路１６は、各車線Ｒ１〜Ｒ４に対応するビーコンヘッド８の筐体内にそれぞれ収納された前記光受信部１７と、ビーコン制御機７の筐体内に収納されたデジタル処理部１８とから構成されている。各ビーコンヘッド８の光受信部１７とビーコン制御機７のデジタル処理部１８とは、伝送ケーブルで互いに接続されている。
上記光受信部１７は、各分割領域ＵＡ１〜ＵＡ４に対応する複数の前記フォトダイオード１１（ＰＤ１〜ＰＤ４）と、各ダイオード１１にそれぞれ接続された複数の増幅回路１９と、この各増幅回路１９の後段側に接続されたアナログ加算器２０とを備えている。

また、光受信部１７は、アナログ加算器２０の後段側に接続されたコンパレータ２１と、各増幅回路１９の後段側にそれぞれ接続された複数の検波回路２２とを備えている。
一方、デジタル処理部１８は、光受信部１７からの入力信号に対してデジタル信号処理を行う前記処理プロセッサ２３と、この処理プロセッサ２３が実行する処理プログラムを記憶している前記記憶装置２４と、Ａ／Ｄコンバータ２５とを備えている。

光受信部１７の各増幅回路１９は、ｎ型ＭＯＳＦＥＴ等よりなる増幅素子１９Ａや、この素子の出力電圧を更に増幅する複数のオペアンプ１９Ｂ等を含み、各ＰＤ１〜ＰＤ４の出力電圧を例えば１万〜１０万倍オーダで増幅することができる。
この各増幅回路１９の出力信号は、後段の前記アナログ加算器２０に入力され、１つのアナログ加算信号Ｓ１に重畳される。従って、ＰＤ１〜ＰＤ４に接続された各増幅回路１９とその後段のアナログ加算器２０は、各フォトダイオード１１の出力信号を増幅して１つの加算信号Ｓ１に加算する加算部として機能している。

図５（ａ）は、アナログ加算器２０の回路構成の一例を示しており、ここではオペアンプ（演算増幅器）２６を利用した加算器を例示している。
この図５（ａ）に示すアナログ加算器２０は、ＰＤ１〜ＰＤ４に対応する各増幅回路１９からの入力電圧をＶ１〜Ｖ４とすると、次式で算出される出力電圧Ｖout を出力する。
Ｖout ＝−（Ｖ１／Ｒ１＋ ……＋ Ｖ４／Ｒ４）・Ｒｆ

従って、この場合、抵抗値Ｒ１〜Ｒ４をすべて同じ値Ｒｃに設定すれば、アナログ加算信号Ｓ１の出力電圧Ｖout として、入力電圧Ｖ１〜Ｖ４をすべて加算した値を更に（Ｒｆ／Ｒｃ）倍で増幅した値が得られる。
なお、かかるオペアンプ２６を利用したアナログ加算器２０の場合には、オペアンプ２６の開ループゲインが十分に大きく、前段の出力インピーダンスが十分に小さいことが必要である。

図４に戻り、アナログ加算器２０後段のコンパレータ２１は、アナログ加算信号Ｓ１を所定の閾値（例えば０ボルト）と比較してデジタル信号Ｓ２を生成するもので、例えば、オペアンプを用いた反転比較回路で構成されている。このコンパレータ２１で生成されたデジタル信号Ｓ２は、デジタル処理部１８の処理プロセッサ２３に伝送される。
また、各増幅回路１９の出力側はそれぞれ分岐して前記検波回路２２に接続されている。この検波回路２２は、例えば、図５（ｂ）に示すダイオード検波回路よりなり、増幅回路１９から入力される入力電圧Ｖin を平滑化した包絡線電圧Ｖout を出力する。

各検波回路２２の出力側はデジタル処理部１８の前記Ａ／Ｄコンバータ２５に接続され、このコンバータ２５は包絡線電圧Ｖout をデジタル値に変換する。
このため、各増幅回路４２の出力電圧は、その後段の検波回路２２で包絡線検波されてから、更にその後段のＡ／Ｄコンバータ２５でデジタル信号に変換され、デジタル処理部１８の処理プロセッサ２３に送られる。

〔デジタル処理部の処理内容〕
デジタル処理部１８の処理プロセッサ２３は、ＣＤＲ機能やＣＲＣ機能を有しており、アナログ加算信号Ｓ１をコンパレータ２１によりデジタル化したデジタル信号Ｓ２から、車載機２が生成した送信信号（電気信号）に同期して、この送信信号に含まれるデータ信号（通信制御信号を含む）を抽出する。
このように、処理プロセッサ２３は、上記アナログ加算信号Ｓ１に基づいて光信号に含まれるデータ信号を取得するデータ取得部としての機能を有する。

また、処理プロセッサ２３は、複数のフォトダイオードＰＤ１〜ＰＤ４のうちでどれがアップリンク光ＵＯを受光したかによってアップリンク領域ＵＡ内における車両Ｃの走行位置を特定する位置特定部としての機能も有している。
すなわち、処理プロセッサ２３は、Ａ／Ｄコンバータ２５のデジタル信号からＰＤ１〜ＰＤ４の受信レベルを検出し、この受信レベルを所定の閾値と比較することで、複数のフォトダイオードＰＤ１〜ＰＤ４のうちでどれが実際にアップリンク光ＵＯを受光したかを判定する。

すなわち、処理プロセッサ２３は、アップリンク領域ＵＡを走行中の車両Ｃ（車載機２）がいずれの分割領域ＵＡ１〜ＵＡ４でアップリンク光ＵＯを受光したかを特定する。
従って、本実施形態の光ビーコン４を使用すれば、インフラ側である光ビーコン４が、アップリンク領域ＵＡ内においてアップリンク光ＵＯを発光した車両Ｃ（車載機２）の走行位置を、分割領域ＵＡ１〜ＵＡ４の車両進行方向の長さ以下の精度で求めることができる。

更に、デジタル処理部１８の処理プロセッサ２３は、記憶装置２４に格納されたコンピュータプログラムを実行して、ビーコンヘッド８の光受信部１７と光送信部を制御し、車載機２との間で路車間通信を行う。
すなわち、処理プロセッサ２３は、車載機２との間の路車間通信をビーコンヘッド８に行わせるための通信制御部としての機能を併有している。

そして、この路車間通信を行うに当たり、処理プロセッサ２３は、自身が特定した車両位置に関する情報を、ダウンリンク切替後に送信するダウンリンク光ＤＯに含めるようになっており、このダウンリンク光ＤＯを受信した車載機２は、自身の車両Ｃの走行位置を認識することができる。
この場合、図３に示すように、分割領域ＵＡｉ（ｉ＝１〜４）の基準位置Ｐｉ（ｉ＝１〜４）からその下流側の所定位置Ｐ０（例えば、停止線３０の位置）までの距離Ｌｉ（ｉ＝１〜４）に関する情報を、ダウンリンク光ＤＯに含ませることにしてもよい。

〔光受信部の回路配置〕
図６〜図８は、光受信回路の光受信部の回路配置例を示す配置図である。
図６〜図８に示すように、複数のフォトダイオードＰＤ１〜ＰＤ４は回路基板の適所に集中的に配置されていて、各増幅回路１９は、各フォトダイオードＰＤ１〜ＰＤ４に接続されたｎ型ＭＯＳＦＥＴ等よりなる増幅素子１９Ａと、この素子１９Ａの出力電圧を更に増幅するオペアンプ１９Ｂとを備えている。

これらの増幅素子１９Ａとオペアンプ１９Ｂは、フォトダイオードＰＤ１〜ＰＤ４に対して直列かつ直線的に接続されている。
各フォトダイオードＰＤ１〜ＰＤ４とその後段の増幅素子１９Ａ、及び、増幅素子１９Ａとその後段のオペアンプ１９Ｂは、それぞれ、回路基板にプリントされたマイクロストリップラインよりなる信号ラインＳＬ１，ＳＬ２を介して接続されている。

なお、以下において、回路基板の信号ラインのうち、各フォトダイオードＰＤ１〜ＰＤ４の出力端と増幅素子１９Ａの入力端とを接続する信号ラインを、第１信号ラインＳＬ１といい、増幅素子１９Ａの出力端とオペアンプ１９Ｂの入力端とを接続する信号ラインを、第２信号ラインＳＬ２という。また、オペアンプ１９Ｂの出力端から延びる信号ラインを、第３信号ラインＳＬ３という。

図６に示す配置例では、第１信号ラインＳＬ１がいずれも後段側（図６の右側）に向かって延びており、後段側に向かうに従って互いの距離が大きくなるように広がっている。この第１信号ラインＳＬ１の後端に接続された各増幅素子１９Ａは、互いの距離が概ね一致するように縦一列に配列されている。
このため、上記フォトダイオードＰＤ１〜ＰＤ４とその後段の増幅素子１９Ａとで囲まれるエリアが、当該フォトダイオードＰＤ１〜ＰＤ４の出力線である第１信号ラインＳＬ１の設置エリアＳＡとなっている。

各オペアンプ１９Ｂは、対応する増幅素子１９Ａの後段側（図６の右側）にそれぞれ配置され、増幅素子１９Ａの場合と同様に、概ね同じ距離だけ離れて縦一列に配列されており、合計４本の第２信号ラインＳＬ２は、すべて増幅素子１９Ａからオペアンプ１９Ｂに向かって互いに平行に延びている。
更に、オペアンプ１９Ｂの出力端から延びる合計４本の第３信号ラインＳＬ３は、すべて図６の右側に向かって互いに平行に延びており、当該第３信号ラインＳＬ３の後段側の領域が、アナログ加算器２０や検波回路２２等の後段部品の設置領域ＭＡとなっている。

従って、図６に示す配置例では、最後段の増幅器であるオペアンプ１９Ｂの出力側の第３信号ラインＳＬ３が、フォトダイオードＰＤ１〜ＰＤ４の出力線の設置エリアＳＡ以外を通過するように回路基板に配置されている。

一方、図７に示す配置例では、集中的に配置されたフォトダイオードＰＤ１〜ＰＤ４の中心部から各第１信号ラインＳＬ１が放射状に広がっており、この第１信号ラインＳＬ１の後端に接続された各増幅素子１９Ａは、一対ずつ左右に分かれて配置されている。
このため、上記フォトダイオードＰＤ１〜ＰＤ４の後段の４つの増幅素子１９Ａで囲まれるエリアが、当該フォトダイオードＰＤ１〜ＰＤ４の出力線である第１信号ラインＳＬ１の設置エリアＳＡとなっている。

４つのオペアンプ１９Ｂのうち、右側の２つのオペアンプ１９Ｂは、対応する増幅素子１９Ａの右側にそれぞれ配置され、右側にある２本の第２信号ラインＳＬ２は、増幅素子１９Ａからオペアンプ１９Ｂに向かって互いに平行に延びている。
また、左側の２つのオペアンプ１９Ｂは、対応する増幅素子１９Ａの左側にそれぞれ配置され、左側にある２本の第２信号ラインＳＬ２は、増幅素子１９Ａからオペアンプ１９Ｂに向かって互いに平行に延びている。

更に、右側のオペアンプ１９Ｂの出力端から延びる合計２本の第３信号ラインＳＬ３は、図７の右側に向かって互いに平行に延びており、第３信号ラインＳＬ３の更に右側の領域が、アナログ加算器２０や検波回路２２等の後段部品の設置領域ＭＡとなっている。
また、左側のオペアンプ１９Ｂの出力端から延びる合計２本の第３信号ラインＳＬ３は、図７の左側に向かって互いに平行に延びており、第３信号ラインＳＬ３の更に左側の領域も、アナログ加算器２０や検波回路２２等の後段部品の設置領域ＭＡとなっている。

従って、図７に示す配置例においても、最後段の増幅器であるオペアンプ１９Ｂの出力側の第３信号ラインＳＬ３が、フォトダイオードＰＤ１〜ＰＤ４の出力線の設置エリアＳＡ以外を通過するように、回路基板に配置されている。

図８に示す配置例では、集中的に配置されたフォトダイオードＰＤ１〜ＰＤ４の中心部から第１信号ラインＳＬ１が放射状に広がっており、この第１信号ラインＳＬ１の後端に接続された各増幅素子１９Ａは、フォトダイオードＰＤ１〜ＰＤ４からほぼ等距離の位置に配置されている。
このため、図８に示す配置例においても、フォトダイオードＰＤ１〜ＰＤ４の後段の４つの増幅素子１９Ａで囲まれるエリアが、当該フォトダイオードＰＤ１〜ＰＤ４の出力線である第１信号ラインＳＬ１の設置エリアＳＡとなっている。

図８に示すように、第２信号ラインＳＬ２は第１信号ラインＳＬ１と同様に放射状に広がっており、この第２信号ラインＳＬ２に接続された各オペアンプ１９Ｂも、フォトダイオードＰＤ１〜ＰＤ４からほぼ等距離の位置に配置されている。
更に、合計４本の第３信号ラインＳＬ３は、すべてオペアンプ１９Ｂから放射状に広がって延びており、当該第３信号ラインＳＬ３の外側の各領域が、検波回路２２等の後段部品の設置領域ＭＡとなっている。

従って、図８に示す配置例においても、最後段の増幅器であるオペアンプ１９Ｂの出力側の第３信号ラインＳＬ３が、フォトダイオードＰＤ１〜ＰＤ４の出力線の設置エリアＳＡ以外を通過するように、回路基板に配置されている。

〔本実施形態の光受信回路の効果〕
上記のように、本実施形態の光受信回路１６によれば、最後段のオペアンプ１９Ｂの出力線である第３信号ラインＳＬ３が、フォトダイオードＰＤ１〜ＰＤ４の出力線である第１信号ラインＳＬ１の設置エリアＳＡ以外を通過するので、最も振幅が大きい増幅信号が伝送される第３信号ラインＳＬ３が、非増幅信号が伝送される第１信号ラインＳＬ１に近接することがない。
このため、オペアンプ１９Ｂの出力側にノイズフィルタを設けるまでもなく、増幅信号
やノイズの回り込みを防止可能な回路配置が得られ、回路基板の肥大化や部品点数の増大を招来せずに、増幅回路１９の出力電圧を安定化することができる。

また、本実施形態の光受信回路１６によれば、光受信部１７のアナログ加算器２０が、各フォトダイオードＰＤｉ（ｉ＝１〜４）の出力信号を１つのアナログ加算信号Ｓ１に加算し、デジタル処理部１８の処理プロセッサ２３が、上記アナログ加算信号Ｓ１からコンパレータ２１で生成されたデジタル信号Ｓ２に基づいてデータ信号を再生するので、フォトダイオードＰＤｉごとに生成される複数のデジタル信号の中から正しい信号を選択するという複雑なロジックを、デジタル処理部１８に実装する必要がない。
このため、光受信回路１６の実装がより簡便になり、当該回路１６の製作コストを低減することができる。

更に、本実施形態の光受信回路１６によれば、通常よりも高速の路車間通信が可能な光ビーコン４を実現できるという利点もある。
すなわち、フォトダイオードは一般にコンデンサ成分（キャパシタンス）のインピーダンスを有することから、受光領域が大きいほど時定数も大きくなり、出力信号（電気信号）の立ち上がり時間や立ち下がり時間が鈍るという特質がある。

この点、本実施形態の光受信回路１６では、アップリンク領域ＵＡで車載機２が発光した光信号（アップリンク光ＵＯ）を受光するに当たって、領域ＵＡを分割してなる分割領域ＵＡ１〜ＵＡ４に対応して、複数のＰＤｉ（ｉ＝１〜４）に分割している。
このため、アップリンク領域ＵＡ全体をフォローする受光領域を有する１つのフォトダイオードを使用する場合に比べて、光信号に対する出力信号（電気信号）の応答時間が短くなる。

従って、ＰＤｉの分割数を多くするほど信号処理も高速に行え、光ビーコン４においてもＭｂｐｓオーダの高速通信が可能になる。
一方、フォトダイオードの受光領域が小さい場合には、ノイズレベルに対する信号の大きさ（Ｓ／Ｎ比）も小さくなってしまうが、本実施形態の光受信回路１６のように、複数のＰＤｉ（ｉ＝１〜４）に対応する出力信号を加算するようにすれば、それらの受光領域を合計した１個のフォトダイオードと同等のＳ／Ｎ比を得ることができる。

〔回路配置の変形例〕
図９は、本発明の変形例に係る光受信回路１６の光受信部１７の回路配置を示す。
この変形例の回路配置が上記実施形態の回路配置と異なるところは、回路基板の信号ライン側だけでなく、グランドパターン側にも信号の回り込み防止の方策を採用している点にある。

すなわち、図９（ａ）に示す変形例では、フォトダイオード１１用の第１グランドパターン４１と、増幅回路１９用の第２グランドパターン４２とが回路基板に設けられ、これらの両パターン４１，４２が、高インピーダンスのグランドライン４３で接続されている。このグランドライン４３は、例えば、マイクロストリップラインを約２ｍｍ程度の比較的細幅に形成することで、高インピーダンスに設定されている。
従って、増幅回路１９で生じたノイズがグランドを通じてフォトダイオードＰＤ１〜ＰＤ４に回り込むのが防止され、増幅回路１９の出力電圧をより確実に安定化させることができる。

一方、図９（ｂ）に示す変形例では、第２グランドパターン４２が、更に、各段目の増幅器１９Ａ，１９Ｂ用の複数のパターン部分４２Ａ，４２Ｂに分かれており、このパターン部分４２Ａ，４２Ｂ同士が高インピーダンスのグランドライン４４で接続されている。
従って、この場合、後段の増幅器１９Ｂで生じたノイズが、グランドを通じて前段の増幅器１９Ａに回り込むのを防止することができ、増幅回路１９の出力電圧をより確実に安定化させることができる。

〔その他の変形例〕
本発明は上記実施形態に限定されるものではない。
例えば、上記実施形態では、増幅回路１９を２つの増幅器１９Ａ，１９Ｂで構成しているが、３つ以上の増幅器で多段構成にしてもよいし、増幅器が１つだけであってもよい。
また、上記実施形態では光受信回路１６を光ビーコン４に採用しているが、本発明の光受信回路１６は、光通信を行うその他の通信装置に採用することもできる。

路車間通信システムの全体構成を示すブロック図である。 光ビーコンの平面図である。 光ビーコンの通信領域を示す側面図である。 光受信回路の回路構成の一例を示すブロック図である。 （ａ）はアナログ加算器の回路図であり、（ｂ）は検波回路の回路図である。 光受信回路の光受信部の回路配置例を示す配置図である。 光受信部の別の回路配置例を示す配置図である。 光受信部の別の回路配置例を示す配置図である。 変形例に係る光受信回路の光受信部の回路配置例を示す配置図である。

符号の説明

２ 車載機
４ 光ビーコン
１６ 光受信回路
１７ 光受信部
１８ デジタル処理部
１９ 増幅回路
１９Ａ 増幅素子（増幅器）
１９Ｂ オペアンプ（増幅器）
４１ 第１グランドライン
４２ 第２グランドライン
４２Ａ パターン部分
４２Ｂ パターン部分
Ａ 通信領域
ＵＡ アップリンク領域
ＤＡ ダウンリンク領域
ＵＯ アップリンク光
ＤＯ ダウンリンク光
Ｃ 車両
ＳＡ 設置エリア
ＭＡ 設置領域
ＳＬ１ 第１信号ライン（出力線）
ＳＬ２ 第２信号ライン（出力線）
ＳＬ３ 第３信号ライン（出力線）

Claims (6)

1. 複数のフォトダイオードと、この各フォトダイオードの出力信号をそれぞれ増幅する複数の増幅回路とが回路基板に設けられた光受信回路であって、
   前記各増幅回路は、前記フォトダイオードに直列かつ直線的に接続された１つ又は複数の増幅器を備えており、
   最後段の前記増幅器の出力線が、前記各フォトダイオードの出力線の設置エリア以外を通過するように前記回路基板に配置されていることを特徴とする光受信回路。
2. 複数の前記フォトダイオードの各出力線が回路基板の一方側に向けて延びており、
   前記設置エリアは、当該フォトダイオードとその後段の前記増幅器とで囲まれるエリアである請求項１に記載の光受信回路。
3. 複数の前記フォトダイオードの各出力線が当該フォトダイオードを中心として放射状に延びており、
   前記設置エリアは、１段目の前記増幅器で囲まれるエリアである請求項１に記載の光受信回路。
4. 前記回路基板は、前記フォトダイオード用の第１グランドパターンと、前記増幅回路用の第２グランドパターンとを有しており、
   前記両パターンが高インピーダンスのグランドラインで接続されている請求項１〜３のいずれか１項に記載の光受信回路。
5. 前記第２グランドパターンは、各段目の増幅器用の複数のパターン部分を有しており、
   この複数のパターン部分同士が高インピーダンスのグランドラインで接続されている請求項４に記載の光受信回路。
6. 道路の所定範囲に設定された通信領域において、車両に搭載された車載機と光信号による路車間通信を行う光ビーコンであって、
   前記通信領域に含まれるアップリンク領域で前記車載機が発光したアップリンク光を受信するための光受信回路を備え、
   前記光受信回路は、複数のフォトダイオードと、この各フォトダイオードの出力信号をそれぞれ増幅する複数の増幅回路とを回路基板に有し、この各増幅回路が、前記フォトダイオードを起点として直列かつ直線的に接続された１つ又は複数の増幅器を有し、
   最後段の前記増幅器の出力線が、前記各フォトダイオードの出力線の設置エリア以外を通過するように前記回路基板に配置されていることを特徴とする光ビーコン。

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