JP2016213750A - 車載機 - Google Patents

Abstract

【課題】光ビーコンの投受光器との通信が可能な領域内の少なくとも一部で全二重通信が行える車載機を提供する。
【解決手段】１組の送受光部２ａ（又は２ｂ）に光信号を送信するＬＥＤ群２１ａ（又は２１ｂ）と光信号を受信するフォトダイオード２２ａ（又は２２ｂ）とが含まれており、送受光部２ａ及び２ｂの間でＬＥＤ群２１ａ（又は２１ｂ）及びフォトダイオード２２ｂ（又は２２ａ）の間が遮光部で遮光されている。そして、フォトダイオード２２ａ及び／又はフォトダイオード２２ｂで受信した光信号に応じて、全二重通信方式又は半二重通信方式の何れかの通信方式を選択する。
【選択図】図３

Description

本発明は、光ビーコンの投受光器と光信号で双方向に通信する車載機に関する。

新交通管理システムを実現するためのキーインフラである光ビーコンにより、走行車両に対して、渋滞情報、旅行時間（所要時間）、交通障害情報、交通規制情報、駐車場情報等のＶＩＣＳ（Vehicle Information and Communication System：登録商標）情報が提供される。走行車両に搭載された車載機は、車線上に設置された投受光器との間で双方向の光通信を行うことにより、アップリンク要求に応じたダウンリンク情報としてＶＩＣＳ情報等の情報を取得する。

車載機は、車両のダッシュボード（インストルメントパネル）等の車外からの光が入射する位置に設置される。例えば特許文献１には、アップリンク光を送信する発光部と、ダウンリンク光を受信する受光部と、これらの間を遮蔽する遮蔽板とを備え、車両のダッシュボード上に配置された車載機が記載されている。

特許文献１に記載された車載機では、アップリンク光の周波数帯（９５０±５０ｎｍ）とダウンリンク光の周波数帯（８５０±５０ｎｍ）とを異ならせることにより、上り下りの干渉が生じないように配慮されている。更に、この車載機では、アップリンク光がフロントガラスに反射したときの反射光が受光部に入射して受光部の受光能力が飽和するのを防止するため、発光部と受光部の間が８０ｍｍ離隔されている。これにより、全二重の双方向通信が可能になっている。

上述のように、車載機は、必然的に目立つ位置に設置されることもあり、小型化の要請が強い。このため、発光部及び受光部を有する送受光部を車載装置の本体と分離して設置できるようにしたものがある。例えば特許文献２には、ケース内に配置された基板上に、受信用のフォトダイオードと、複数の発光ダイオードと、これらを制御する素子とが搭載された小型のビーコンヘッドが記載されている。

このビーコンヘッドは、太陽光等によるノイズを避けてダウンリンクの赤外光（８００〜９００ｎｍ）だけを受光するために、フォトダイオードのベアチップに９００ｎｍ以上の波長の光を遮断する光学フィルタ膜を蒸着し、アッパーケースに８００ｎｍ以下の波長の光を遮断する作用を持たせてある。

特開２０１３−３４１２５号公報 特開２００１−３０８３５０号公報

しかしながら、車載機の更なる小型化を図りながら全二重通信を行う場合、特許文献１に記載の技術では、アップリンク光をダウンリンク光とは異なる波長にしなければならず、特許文献２に記載の技術では、特殊なフィルタが必要である上に、全二重通信そのものが考慮されていなかった。

本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、光ビーコンの投受光器との通信が可能な領域内の少なくとも一部で全二重通信が行える車載機を提供することにある。

本発明に係る車載機は、光ビーコンの投受光器と光信号で双方向に通信する車載機において、前記投受光器に光信号を送信する発光素子及び前記投受光器からの光信号を受信する受光素子を１組の送受光部とする複数組の送受光部と、一の組の送受光部の発光素子及び他の組の送受光部の受光素子間を遮光する遮光部と、前記受光素子で受信した光信号に応じて全二重通信方式又は半二重通信方式の何れかの通信方式を選択する選択部とを備えることを特徴とする。

本発明に係る車載機は、各組の送受光部における発光素子及び受光素子は、光信号を送受信する中心方向と垂直的に交差する方向に配列してあることを特徴とする。

本発明に係る車載機は、前記複数組の送受光部は、前記発光素子及び受光素子の配列方向と交差する方向に配列してあることを特徴とする。

本発明に係る車載機は、各組の送受光部における発光素子及び受光素子は、一体化してあることを特徴とする。

本発明に係る車載機は、前記選択部は、半二重通信方式を選択する場合、前記複数組の送受光部における全ての発光素子及び受光素子を用いるようにしてあることを特徴とする。

本発明に係る車載機は、前記選択部は、全二重通信方式を選択する場合、少なくとも１組の送受光部の発光素子と他の組の送受光部の受光素子とを用いるようにしてあることを特徴とする。

本発明に係る車載機は、前記複数組の送受光部における受光素子が受信して変換した電気信号の強度を検出する検出部を備え、前記選択部は、前記検出部で検出した強度に基づいて通信方式の選択を行うようにしてあることを特徴とする。

本発明に係る車載機は、光ビーコンのダウンリンクの信号を検知する検知部と、前記選択部で半二重通信方式を選択中に前記検知部で信号を検知したときからの経過時間を計時する計時部と、自装置が搭載された車両の走行速度を示す情報を取得する取得部と、該取得部で取得した情報が示す走行速度及び前記計時部で計時した経過時間に基づいて走行距離を算出する算出部とを備え、前記選択部は、前記算出部で算出した走行距離が所定距離より大きい場合、全二重通信方式を選択するようにしてあることを特徴とする。

本発明にあっては、１組の送受光部に光信号を送信する１又は複数の発光素子と光信号を受信する受光素子とが含まれており、異なる組の送受光部の間で発光素子及び受光素子の間が遮光部で遮光されている。そして、受光素子で受信した光信号に応じて、全二重通信方式又は半二重通信方式の何れかの通信方式を選択する。
これにより、光信号の受信状況に応じて通信距離を重視した半二重通信方式と通信レートを重視した全二重通信方式とが適宜切り替わる。

本発明にあっては、送受光部で発光素子が発光する中心方向及び受光素子が受光する中心方向と、発光素子及び受光素子を配列する方向とを垂直的に交差させる。
これにより、発光素子及び受光素子を一列に配列させた状態で、発光素子の発光の中心方向と受光素子の受光の中心方向との角度差が任意に設定される。

本発明にあっては、送受光部で発光素子及び受光素子を配列する方向と複数組の送受光部を配列する方向とを交差させる。
これにより、送受光部における発光素子及び受光素子の配列方向を長手方向にした場合は、複数組の送受光部が長手方向と交差する方向に配列されるため、装置がコンパクトに構成される。

本発明にあっては、送受光部で１又は複数の発光素子及び受光素子が一体化されているため、発光素子の発光の中心方向と受光素子の受光の中心方向との角度差が送受光部の製造時に固定される。

本発明にあっては、投受光器との通信方式として半二重通信方式を選択する場合、複数組の送受光部における全ての発光素子同士及び受光素子同士の夫々を並列的に接続して用いる。
これにより、１組の送受光部を用いた場合と比較して、光信号を送信する強度及び光信号を受信して変換した電気信号の強度が複数倍されて通信可能距離が延びる。

本発明にあっては、投受光器との通信方式として全二重通信方式を選択する場合、少なくとも１組の送受光部の発光素子で光信号を送信し、光信号を送信する発光素子から遮光された他の組の送受光部の受光素子で光信号を受信する。
これにより、アップリンク及びダウンリンクにおける光信号同士が互いに干渉することが防止される。

本発明にあっては、ダウンリンクの光信号を受信する受光素子により変換された電気信号の強度に基づいて通信方式を選択する。
これにより、受信した光信号の強度が大きい（又は小さい）ときに通信方式が全二重通信方式（又は半二重通信方式）に切り替わる。

本発明にあっては、半二重通信方式を選択中にダウンリンクの信号を検知したときからの経過時間と、自装置が搭載された車両の走行速度とに基づいて算出した走行距離が所定距離より大きい場合、全二重通信方式を選択する。
これにより、全二重通信が可能と推測される位置まで車両が移動したときに通信方式が全二重通信方式に切り替わる。

本発明によれば、発光部及び受光部が含まれる送受光部を複数組用いた通信中に、通信距離を重視した半二重通信方式と通信レートを重視した全二重通信方式とが適宜切り替わる。
従って、光ビーコンの投受光器との通信が可能な領域内の少なくとも一部で全二重通信を行うことが可能となる。

光ビーコンの通信可能範囲を示す説明図である。 光ビーコンの光信号の信号フォーマットを示す説明図である。 実施の形態１に係る車載機の構成例を示すブロック図である。 送受光部の構成を略示する三面図である。 送受光部の指向特性を模式的に示すグラフである。 ダッシュボードに載置された車載機を概略的に示す縦断面図である。 送受光部を配列する方向を説明するための説明図である。 実施の形態１に係る車載機で通信方式を選択するＣＰＵの処理手順を示すフローチャートである。 実施の形態２に係る車載機で通信方式を選択するＣＰＵの処理手順を示すフローチャートである。

以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて詳述する。
（実施の形態１）
図１は、光ビーコンの通信可能範囲を示す説明図であり、図２は、光ビーコンの光信号の信号フォーマットを示す説明図である。図１では、一般社団法人ＵＴＭＳ（Universal Traffic Management Systems ）協会が規定する光ビーコンに係るダウンリンク及びアップリンクの通信ゾーンのうち、地上高１ｍの高さにおける通信ゾーンを模式的に示す。図２のＡ及びＢ夫々に、ダウンリンク及びアップリンクの光信号のフレーム構成を示す。

図１において、車両１００のダッシュボードに載置された光ビーコンの車載機１は、路面Ａ上の車線の中央部から高さ方向に５．５ｍ離隔した位置に配された投受光器２００との間で赤外線による光信号を送受信する。車載機１は、投受光器２００から車線に沿う方向の斜め下方に送信されたダウンリンク情報を含む光信号を受信し、アップリンク情報を含む光信号を斜め上方に送信する。ダウンリンク及びアップリンクの通信ゾーンは、路面Ａから１．０ｍ乃至２．０ｍの高さの範囲内で規定されており、車線に沿って投受光器２００の方向に走行する車両１００と投受光器２００との間で光信号が一定以上の強度で送受信される範囲である。

ダウンリンクの通信ゾーンは、路面Ａから１．０ｍの高さにて投受光器２００の真下から車線方向に１．３ｍ乃至５．０ｍ（＝１．３ｍ＋３．７ｍ）離隔した範囲内に広がっており、路面Ａから２．０ｍの高さにて投受光器２００の真下から車線方向に１．０ｍ乃至４．７ｍ離隔した範囲内に広がっている（図１では不図示）。車幅方向の広がりは、路面Ａから１．０ｍ乃至２．０ｍの高さにて、３．５ｍ乃至２．７ｍである。

アップリンクの通信ゾーンは、路面Ａから１．０ｍの高さにて投受光器２００の真下から車線方向に３．４ｍ乃至５．０ｍ（＝３．４ｍ＋１．６ｍ）離隔した範囲内広がっており、路面Ａから２．０ｍの高さにて投受光器２００の真下から車線方向に３．１ｍ乃至４．７ｍ離隔した範囲内に広がっている（図１では不図示）。車幅方向の広がりは、ダウンリンクの通信ゾーンと同様である。

図２に移って、ダウンリンク情報は、全長が１３３バイト長のフレームにおける１２３バイト長のデータ部に格納されており、１情報が最大で８０フレームからなる。フレームの先頭及び末尾の１バイトは、０１１１１１１０ｂ（７Ｅｈ）のデータからなる同期符号である。先頭の同期符号及びデータ部の間には、フレームの内容を表す５バイトのデータからなるヘッダ部が設けられている。データ部に後続する１バイトのアイドルは、１０１０１０１０ｂ（ＡＡｈ）の固定データである。アイドルに後続するＣＲＣ（Cyclic Redundancy Code ）は、ヘッダ部からアイドルまでの１２９バイトのデータに対する誤り検出符号である。

アップリンク情報は、全長が最大７４バイト長のフレームにおける最大５９バイト長のデータ部に格納されており、１情報が１フレームからなる。フレームの先頭及び末尾の１バイトは同期符号である。先頭の同期符号及びデータ部の間には、フレームの内容を表す１０バイトのデータからなるヘッダ部が設けられている。１バイトのアイドルに後続するＣＲＣは、ヘッダ部からアイドルまでの最大７０バイトのデータに対する誤り検出符号である。

ダウンリンク情報及びアップリンク情報を含むフレームの内容は、マンチェスタ符号化方式により符号化される。そして、符号化されたデータによりパルス振幅変調された光信号が、ダウンリンク及びアップリンク夫々にて１Ｍｂｐｓ及び６４ｋｂｐｓの伝送速度で伝送される。例えば、車両１００が時速５０ｋｍで走行する場合、車両１００が図１に示すダウンリンク及びアップリンク夫々の通信ゾーンを通過するのに２６６ｍｓ及び１１５ｍｓを要し、その間に約２５６個及び１３個（最大）のフレームが伝送され得る。

光ビーコンの仕様によれば、投受光器２００及び車載機１間では全二重通信方式で通信することが可能であるが、全二重通信方式及び半二重通信方式の何れで通信するかは、車載機１の構成に依存する。上述したダウンリンク及びアップリンクの通信ゾーンは、車載機１が少なくとも半二重通信方式で通信可能とすべき範囲である。この範囲は、車載機１における光信号の送受信能力に依存して狭くも広くもなる。例えば、車載機１からの光信号の送信にＬＥＤ（light Emitting Diode ）を用いる場合、半二重通信方式で通信する場合であっても、特に高温側で光信号の強度が低下して上述の通信ゾーンの一部で通信が不能になる虞がある。

一般的には、光信号の送受信に、フォトダイオード（ＰＤ＝Photo Diode ）と１又は複数のＬＥＤとが用いられるが、これらのフォトダイオード及びＬＥＤの組み合わせを複数組用いることにより、アップリンク及びダウンリンクの通信ゾーンを広げることが可能となる。この場合、車載機１の構成によっては、通信ゾーンの一部で全二重通信方式での通信が可能になるときがあることを発明者らが見出した。

図３は、実施の形態１に係る車載機１の構成例を示すブロック図である。車載機１は、投受光器２００との間で光信号を送受信する送受光部２ａ，２ｂと、光信号の送受信を制御する制御部３とを備える。送受光部を３つ以上備えるようにしてもよい。

送受光部２ａ，２ｂの夫々は、１又は複数のＬＥＤ（発光素子に相当）を直列的に接続してなるＬＥＤ群２１ａ，２１ｂと、フォトダイオード（受光素子に相当）２２ａ，２２ｂとを有する。
ＬＥＤ群２１ａ，２１ｂは、制御部３から与えられた電気信号を近赤外線の波長域（８５０ｎｍ±５０ｎｍ）の光信号に変換して投受光器２００に送信するが、他の波長域（９５０ｎｍ±５０ｎｍ）の光信号に変換してもよい。

フォトダイオード２２ａ，２２ｂは、投受光器２００からの光信号をアナログの電気信号に変換する。フォトダイオード２２ａ，２２ｂ夫々からのアナログの電気信号は、アナログスイッチ４２ａ，４２ｂの一の端子に各別に与えられ、アナログスイッチ４２ａ，４２ｂの他の端子で加算されて増幅部４３に与えられる。

増幅部４３は、アナログスイッチ４２ａ，４２ｂからのアナログの電気信号を増幅して２値化し、２値化したデータを制御部３に与える。増幅部４３には、該増幅部４３が増幅するアナログの電気信号の強度を検出する検出部４４が接続されている。検出部４４は、増幅部４３で増幅されたアナログの電気信号の強度を検出するものであってもよい。

制御部３は、車載機１における各種制御の中核となるＣＰＵ（Central Processing Unit ）３１を有し、ＣＰＵ３１は、制御プログラム等の情報を記憶するＲＯＭ（Read Only Memory）３２、一時的に発生した情報を記憶するＲＡＭ（Random Access Memory ）３３、各種の時間を計時するタイマ（計時部に相当）３４、及び不図示のカーナビゲーション装置とＵＡＲＴ（Universal Asynchronous Receiver Transmitter ）で通信するための通信部３５とバス接続されている。ＣＰＵ３１には、また、送受光部２ａ，２ｂとの間で授受する信号に対する信号処理を行う信号処理部（検知部に相当）３６と、車載機１の各部に対する入出力を行う入出力部３７とがバス接続されている。

信号処理部３６は、ＣＰＵ３１が生成したダウンリンク情報をデータ部に組み入れて図２Ｂに示す構成のフレームを組み立て、組み立てたフレームのデータをマンチェスタ符号化方式で符号化する。符号化されたデータは、ＡＮＤゲート５１ａ，５１ｂ夫々の一の入力端子及び出力端子と、駆動部６１ａ，６１ｂとを介してＬＥＤ群２１ａ，２１ｂに与えられる。

信号処理部３６は、また、増幅部４３からの２値化されたデータをマンチェスタ符号として復号化し、復号化したデータから図２Ａに示すフレームを検知する。信号処理部３６は、検知したフレームにおけるヘッダ部からアイドルまでの１２９バイトのデータについてＣＲＣチェックを行い、チェック結果に基づいてダウンリンクの信号を検知する。ここでいう検知には、図２Ａに示す同期信号に基づくフレームの検知、ＣＲＣ誤りとなったフレームの検知、誤りのないダウンリンク情報の検知等が含まれる。

入出力部３７は、ＡＮＤゲート５１ａ，５１ｂ夫々の他の入力端子にゲート信号を各別に与えると共に、アナログスイッチ４２ａ，４２ｂ夫々の制御端子に制御信号を各別に与える。入出力部３７は、また、検出部４４から信号強度の検出結果を取り込むと共に、車両１００の走行速度を検出する車速センサ７から車速の検出結果を取り込む。
なお、本実施の形態１では車速センサ７を用いない。

上述の構成において、制御部３が半二重通信方式を選択する場合、ＡＮＤゲート５１ａ，５１ｂ夫々の他の入力端子にＨ（ハイ）レベルの信号が与えられると共に、アナログスイッチ４２ａ，４２ｂ夫々の制御端子にスイッチをオンに制御する制御信号が与えられる。これにより、ＡＮＤゲート５１ａ，５１ｂでは、信号処理部３６からの信号が常に通過するため、ＬＥＤ群２１ａ，２１ｂが並列的に駆動される。また、アナログスイッチ４２ａ，４２ｂが共にオンとなるため、フォトダイオード２２ａ，２２ｂからのアナログの電気信号が並列的に増幅器４３に与えられる。

この場合、投受光器２００へ送信される光信号の強度が２倍になる。また、投受光器２００から受光する光信号が変換されて増幅部４３に入力されたときに信号の振幅が略２倍になるのに対して、増幅器４３で増幅される雑音の振幅は一定であるため、Ｓ／Ｎ比が最大で６ｄＢ程度改善される。従って、送受光部２ａ，２ｂの一方しか備わっていない場合と比較して、車両１００と投受光器２００との離隔距離が大きいときであっても、半二重通信方式で通信することが可能となる。

一方、制御部３が全二重通信方式を選択する場合、例えばＡＮＤゲート５１ａの他の入力端子にＨレベルの信号が与えられ、ＡＮＤゲート５１ｂの他の入力端子にＬ（ロウ）レベルの信号が与えられる。そして、アナログスイッチ４２ａの制御端子にスイッチをオフに制御する制御信号が与えられ、アナログスイッチ４２ｂの制御端子にスイッチをオンに制御する制御信号が与えられる。これにより、送受光部２ａのＬＥＤ群２１ａと、送受光部２ｂのフォトダイオード２２ｂとを用いて、車両１００と投受光器２００との間で全二重通信が行われる。この場合の動作及び効果の詳細については後述する。

なお、送受光部２ｂのＬＥＤ群２１ｂと、送受光部２ａのフォトダイオード２２ａとを用いて全二重通信が行われるようにしてもよい。また、送受光部が３つ以上備わっている場合は、同一の送受光部の中でＬＥＤ群とフォトダイオードとを同時的に用いないことを条件に、複数のＬＥＤ群及び／又は複数のフォトダイオードを夫々並列的に用いて全二重通信が行われるようにしてもよい。

次に、送受光部２ａ（又は２ｂ）の詳細について説明する。
図４は、送受光部２ａ（又は２ｂ）の構成を略示する三面図である。図４のＡに平面図を示し、Ｂに正面断面図を示し、Ｃに側断面図を示す。送受光部２ａ（又は２ｂ）は、平面視が矩形の深皿状のケース２３を有し、該ケース２３内に、底面と平行に矩形状の配線基板２４が配されている。配線基板２４の上面には、等間隔に配された６つのＬＥＤからなるＬＥＤ群２１ａ（又は２１ｂ）及びフォトダイオード２２ａ（又は２２ｂ）が、ケース２３及び配線基板２４の長手方向に沿って配列されている。

ケース２３の上部には、上方に凸に湾曲した蒲鉾状のシリンドリカルレンズ２５が載置されている。ＬＥＤ群２１ａ（又は２１ｂ）及びフォトダイオード２２ａ（又は２２ｂ）の間、且つ配線基板２４及びシリンドリカルレンズ２５の間には、ＬＥＤ群２１ａ（又は２１ｂ）からフォトダイオード２２ａ（又は２２ｂ）に漏洩する赤外光を遮光する遮光部２６が配されている。送受光部２ａ（又は２ｂ）は、ケース２３の底部を他の配線基板に密着させて、不図示のリード線にて他の配線基板上の導体パターンに固定されるようになっている。

ＬＥＤ群２１ａ（又は２１ｂ）が発光する中心方向は、配線基板２４と直交する方向である。これに対し、フォトダイオード２２ａ（又は２２ｂ）が受光する中心方向は、シリンドリカルレンズ２５の光軸を傾けることにより、配線基板２４と直交する方向よりも背面側に傾くようにしてある。これは、図１にてアップリンクの通信ゾーンから投受光器２００を見た平均的な仰角よりも、ダウンリンクの通信ゾーンから投受光器２００を見た平均的な仰角の方が大きいことを考慮するものである。

図５は、送受光部２ａ（又は２ｂ）の指向特性を模式的に示すグラフである。図５の横軸は、配線基板２４と直交する方向に対する指向角（度）を表し、縦軸はＬＥＤ群２１ａ（又は２１ｂ）の相対光出力及びフォトダイオード２２ａ（又は２２ｂ）の相対感度（％）を表す。指向角は、送受光部２ａ（又は２ｂ）の長手方向と直交する面内、即ちＬＥＤ群２１ａ（又は２１ｂ）及びフォトダイオード２２ａ（又は２２ｂ）の配列方向と直交する面内における光信号の発光強度及び受光感度の広がりを示すものである。

図５では、実線及び破線夫々にてＬＥＤ群２１ａ（又は２１ｂ）及びフォトダイオード２２ａ（又は２２ｂ）の指向特性を示す。ＬＥＤ群２１ａ（又は２１ｂ）は、発光の中心方向の指向角が略０度であり、相対光出力の半値幅が±１４度程度である。また、フォトダイオード２２ａ（又は２２ｂ）は、受光の中心方向の指向角が７度程度であり、相対感度の半値幅が±３０度程度である。

次に、車載機１における送受光部２ａ，２ｂの配置について説明する。
図６は、ダッシュボードＤに載置された車載機１を概略的に示す縦断面図であり、図７は、送受光部２ａ，２ｂを配列する方向を説明するための説明図である。図６に示す車載機１は、送受光部２ａ，２ｂが搭載された配線基板１３を内部に有するケース１０を更に備える。車載機１は、ケース１０が載置台１１によってダッシュボードＤに載置された場合に、配線基板１３と水平面とが略４５度の角度をなし、且つ送受光部２ａ，２ｂの長手方向が水平方向に沿うようになっている。この場合、フォトダイオード２２ａ，２２ｂが受光する中心方向の仰角は、ＬＥＤ群２１ａ，２１ｂが発光する中心方向の仰角よりも７度程度大きい（図１、４及び５参照）。

ケース１０は、送受光部２ａ，２ｂが投受光器２００との間で光信号を送受信するための開口部１２を有し、該開口部１２に８００ｎｍより波長が長い赤外線を通過させるフィルタ（不図示）が嵌め込まれている。

図７も参照して、送受光部２ａ，２ｂは、ＬＥＤ群２１ａ（又は２１ｂ）及びフォトダイオード２２ａ（又は２２ｂ）の配列方向（即ち長手方向）と交差する方向に配列されている。配線基板１３及び開口部１２の間、且つ送受光部２ａ及び２ｂの間には、赤外光を遮光する矩形平板状の遮光部２０ａｂが形成されている。送受光部２ａ（又は２ｂ）から見て遮光部２０ａｂ側とは反対側には、送受光部２ｂ（又は２ａ）との間でケース１０内を回り込む赤外光を遮光するための遮光部２０ａ（又は２０ｂ）が形成されている。

これらの遮光部により、ＬＥＤ群２１ａ及びフォトダイオード２２ｂの間と、ＬＥＤ群２１ｂ及びフォトダイオード２２ａの間とが遮光される。つまり、異なる送受光部の間で、ＬＥＤ群からの赤外光がフォトダイオードに漏洩することが防止される。遮光を更に確実に行うために、遮光部２０ａ及び２０ａｂの端部同士、並びに遮光部２０ｂ及び２０ａｂの端部同士を他の遮光部で連結してもよい（図７の破線部参照）。

なお、図６及び７では、送受光部２ａ，２ｂを備える場合について説明したが、送受光部が３つ以上備わっている場合についても同様である。このように、複数の送受光部が長手方向と交差する方向に配列されることにより、複数の送受光部が搭載される配線基板１３の縦横のサイズのバランスが良好となり、ひいては車載機１がコンパクトに構成される。

上述した遮光部２０ａ、２０ｂ及び２０ａｂは、車載機１が半二重通信を行う場合に、送信する光信号が送受光部２ａ，２ｂ間で相互に回り込んで受信する光信号に混入するのを抑制する効果を奏する。一方、車載機１が全二重通信を行う場合は、送受光部２ａ，２ｂにおける遮光部２６による遮光が不十分な場合であっても、実際に通信に用いられるＬＥＤ群２１ａとフォトダイオード２２ｂとの間、又はＬＥＤ群２１ｂとフォトダイオード２２ａとの間が効果的に遮光されるため、実質的に通信ゾーンが広がる効果を奏する。

次に、制御部３が主体的に行う全二重通信方式及び半二重通信方式の選択について説明する。車載機１が投受光器２００との間で通信を開始する前は、制御部３が送受光部２ａ及び２ｂを並列的に用いて半二重通信方式を選択した状態でダウンリンクの信号を待ち受ける。その後、ダウンリンクの信号が検知された場合、検出部４４による強度の検出結果が第１閾値より大きいときに、制御部３が通信方式として全二重通信方式を選択する。

以下では、上述した制御部３の動作を、それを示すフローチャートを用いて詳述する。以下に示す処理は、ＲＯＭ３２に予め格納されている制御プログラムに従って、ＣＰＵ３１により実行される。
図８は、実施の形態１に係る車載機１で通信方式を選択するＣＰＵ３１の処理手順を示すフローチャートである。図８に示す処理は、例えば１ｍｓ（ダウンリンクにおける１フレームの伝送時間）毎に周期的に起動されるが、起動周期が１ｍｓに限定されるものではなく、非周期的に起動されるようにしてもよい。

初期状態では、ＡＮＤゲート５１ａ，５１ｂ夫々の他の入力端子にはＨレベルの信号が与えられており、アナログスイッチ４２ａ，４２ｂ夫々の制御端子にはスイッチをオンに制御する制御信号が与えられている。これにより、半二重通信方式が選択されている。なお、信号処理部３６におけるダウンリンクの信号の検知状態は、一定時間（又は一定フレーム数）継続する状態（検知有り／無し）が、ＣＰＵ３１から取り込まれるものとする。

図８の処理が起動された場合、ＣＰＵ３１は、信号処理部３６にてダウンリンクの信号が検知されたか否かを判定する（Ｓ１１）。ダウンリンクの信号が検知された場合（Ｓ１１：ＹＥＳ）、ＣＰＵ３１は、検出部４４から信号強度の検出結果を取り込み（Ｓ１２）、取り込んだ信号強度が第１閾値より大きいか否かを判定する（Ｓ１３）。信号強度が第１閾値より大きい場合（Ｓ１３：ＹＥＳ）、ＣＰＵ３１は、全二重通信方式を選択して（Ｓ１４：選択部に相当）図８の処理を終了する。

具体的には、ＣＰＵ３１は、ＡＮＤゲート５１ａの他の入力端子にＨレベルの信号を与え、ＡＮＤゲート５１ｂの他の入力端子にＬレベルの信号を与えると共に、アナログスイッチ４２ａの制御端子にスイッチをオフに制御する制御信号を与え、アナログスイッチ４２ｂの制御端子にスイッチをオンに制御する制御信号を与える。また、全二重通信方式が選択されている旨をＲＡＭ３３に記憶する。これにより、アップリンク情報及びダウンリンク情報を送受信する別処理（不図示）にて、ＣＰＵ３１が通信手順を切り替えて全二重通信を行うことができる。

ステップＳ１３で信号強度が第１閾値より大きくない場合（Ｓ１３：ＮＯ）、ＣＰＵ３１は、信号強度が第１閾値より小さい第２閾値以下であるか否かを判定する（Ｓ１５）。信号強度が大２閾値以下ではない場合（Ｓ１５：ＮＯ）、ＣＰＵ３１は、通信方式を選択せずに図８の処理を終了する。

一方、信号強度が第２閾値以下である場合（Ｓ１５：ＹＥＳ）、ＣＰＵ３１は、半二重通信方式を選択して（Ｓ１６：選択部に相当）図８の処理を終了する。具体的には、ＣＰＵ３１は、ＡＮＤゲート５１ａ，５１ｂ夫々の他の入力端子にＨレベルの信号を与えると共に、アナログスイッチ４２ａ，４２ｂ夫々の制御端子にスイッチをオンに制御する制御信号を与える。また、半二重通信方式が選択されている旨をＲＡＭ３３に記憶する。これにより、信号強度が低下したときに、通信方式が全二重通信方式から半二重通信方式に切り替わる。

ステップＳ１１でダウンリンクの信号を検知しない場合（Ｓ１１：ＮＯ）、ＣＰＵ３１は、全二重（通信方式）を選択中であるか否かを判定し（Ｓ１７）、全二重を選択中である場合（Ｓ１７：ＹＥＳ）、半二重（通信方式）を選択するために、ステップＳ１６に処理を移す。一方、全二重を選択中ではなく、半二重を選択中である場合（Ｓ１７：ＮＯ）、ＣＰＵ３１は、特段の処理を実施せずに図８の処理を終了する。

なお、図８に示すフローチャートでは、ダウンリンクの信号を検知するステップＳ１１から処理を開始したが、ステップＳ１１を実行せずにステップＳ１２から処理を開始してもよい。つまり、ダウンリンクの信号の検知状態にかかわらず、信号強度の大小に基づいて通信方式を選択するようにしてもよい。この場合は、ステップＳ１７も実行されない。

以上のように本実施の形態１によれば、１組の送受光部２ａ（又は２ｂ）に光信号を送信するＬＥＤ群２１ａ（又は２１ｂ）と光信号を受信するフォトダイオード２２ａ（又は２２ｂ）とが含まれており、送受光部２ａ及び２ｂの間でＬＥＤ群２１ａ（又は２１ｂ）及びフォトダイオード２２ｂ（又は２２ａ）の間が遮光部２０ａｂ、２０ａ及び２０ｂで遮光されている。そして、フォトダイオード２２ａ及び／又はフォトダイオード２２ｂで受信した光信号に応じて、全二重通信方式又は半二重通信方式の何れかの通信方式を選択する。
これにより、光信号の受信状況に応じて通信距離を重視した半二重通信方式と通信レートを重視した全二重通信方式とが適宜切り替わる。
従って、光ビーコンの投受光器２００との通信が可能な通信ゾーン内の少なくとも一部で全二重通信を行うことが可能となる。

また、実施の形態１によれば、送受光部２ａ（又は２ｂ）でＬＥＤ群２１ａ（又は２１ｂ）が発光する中心方向及びフォトダイオード２２ａ（又は２２ｂ）が受光する中心方向と、ＬＥＤ群２１ａ（又は２１ｂ）及びフォトダイオード２２ａ（又は２２ｂ）を配列する方向とを垂直的に交差させる。
従って、ＬＥＤ群２１ａ（又は２１ｂ）及びフォトダイオード２２ａ（又は２２ｂ）を一列に配列させた状態で、ＬＥＤ群２１ａ（又は２１ｂ）の発光の中心方向とフォトダイオード２２ａ（又は２２ｂ）の受光の中心方向との角度差を最適に設定することができる。

更に、実施の形態１によれば、送受光部２ａ（又は２ｂ）でＬＥＤ群２１ａ（又は２１ｂ）及びフォトダイオード２２ａ（又は２２ｂ）を配列する方向と送受光部２ａ及び２ｂを配列する方向とを交差させる。
従って、送受光部２ａ（又は２ｂ）におけるＬＥＤ群２１ａ（又は２１ｂ）及びフォトダイオード２２ａ（又は２２ｂ）の配列方向を長手方向にすることで、送受光部２ａ及び２ｂが長手方向と交差する方向に配列されることとなり、装置をコンパクトに構成することが可能となる。

更にまた、実施の形態１によれば、送受光部２ａ（又は２ｂ）でＬＥＤ群２１ａ（又は２１ｂ）及びフォトダイオード２２ａ（又は２２ｂ）が一体化されているため、ＬＥＤ群２１ａ（又は２１ｂ）の発光の中心方向とフォトダイオード２２ａ（又は２２ｂ）の受光の中心方向との角度差を送受光部２ａ（又は２ｂ）の製造時に固定することができる。

更にまた、実施の形態１によれば、投受光器２００との通信方式として半二重通信方式を選択する場合、送受光部２ａ及び２ｂにおけるＬＥＤ群２１ａ，２１ｂ同士と、フォトダイオード２２ａ，２２ｂ同士とを夫々並列的に接続して用いる。
これにより、送受光部２ａ又は２ｂの一方だけを用いた場合と比較して、光信号を送信する強度及び光信号を受信して変換した電気信号の強度が略２倍になるため、通信可能距離を延ばすことが可能となる。

更にまた、実施の形態１によれば、投受光器２００との通信方式として全二重通信方式を選択する場合、送受光部２ａ（又は２ｂ）のＬＥＤ群２１ａ（又は２１ｂ）で光信号を送信し、ＬＥＤ群２１ａ（又は２１ｂ）から遮光された送受光部２ｂ（又は２ａ）のフォトダイオード２２ｂ（又は２２ａ）で光信号を受信する。
従って、アップリンク及びダウンリンクにおける光信号同士が互いに干渉するのを防止することが可能となる。

更にまた、実施の形態１によれば、ダウンリンクの光信号を受信するフォトダイオード２２ａ及び２２ｂにより変換された電気信号の強度に基づいて通信方式を選択する。
従って、受信した光信号の強度が大きい（又は小さい）ときに通信方式を全二重通信方式（又は半二重通信方式）に切り替えることが可能となる。

（実施の形態２）
実施の形態１が、検出部４４から取り込んだ信号強度に基づいて通信方式を選択する形態であるのに対し、実施の形態２は、ダウンリンクの信号を検知してから走行した距離に応じて通信方式を選択する形態である。実施の形態２における車載機１の構成は、実施の形態１の図３に示すものと同様であるため、対応する箇所には同様の符号を付してその説明を省略する。なお、本実施の形態２では車速センサ７を用いる。

車載機１が投受光器２００との間で通信を開始する前は、制御部３が送受光部２ａ及び２ｂを並列的に用いて半二重通信方式を選択した状態でダウンリンクの信号を待ち受ける。その後、ダウンリンクの信号を検知した場合、タイマ３４による計時を開始すると共に車速を取り込み、計時した時間及び車速に基づいて算出した走行距離が所定の第３閾値より大きいときに、通信方式として全二重通信方式を選択する。

以下では、上述した制御部３の動作を、それを示すフローチャートを用いて詳述する。
図９は、実施の形態２に係る車載機１で通信方式を選択するＣＰＵ３１の処理手順を示すフローチャートである。図９に示す処理は、例えば１ｍｓ毎に周期的に起動されるが、これに限定されるものではない。初期状態では、半二重通信方式が選択されており、ＲＡＭ３３に記憶されるタイマフラグが０である。

図９の処理が起動された場合、ＣＰＵ３１は、信号処理部３６にてダウンリンクの信号が検知されたか否かを判定し（Ｓ２０）、検知された場合（Ｓ２０：ＹＥＳ）、全二重（通信方式）を選択中であるか否かを判定する（Ｓ２１）。既に全二重を選択中である場合（Ｓ２１：ＹＥＳ）、ＣＰＵ３１は、特段の処理を実行せずに図９の処理を終了する。

一方、全二重を選択中ではなく、半二重（通信方式）を選択中である場合（Ｓ２１：ＮＯ）、ＣＰＵ３１は、ＲＡＭ３３に記憶されているタイマフラグが０であるか否かを判定し（Ｓ２２）、０ではない場合（Ｓ２２：ＮＯ）、後述するステップＳ２６に処理を移す。一方、タイマフラグが０である場合（Ｓ２２：ＹＥＳ）、ＣＰＵ３１は、タイマ３４による計時を開始し（Ｓ２３）、タイマフラグを１にセットし（Ｓ２４）、更に車速センサ７から車速の検出結果、即ち走行速度を示す情報を取り込む（Ｓ２５：取得部に相当）。

次いで、ＣＰＵ３１は、タイマ３４が計時した時間を取り込み（Ｓ２６）、取り込んだ時間及び車速の検出結果に基づいて走行距離を算出する（Ｓ２７：算出部に相当）。その後、ＣＰＵ３１は、算出した走行距離が第３閾値より大きいか否かを判定し（Ｓ２８）、大きくない場合（Ｓ２８：ＮＯ）、通信方式の選択を行わずに図９の処理を終了する。

一方、走行距離が第３閾値より大きい場合（Ｓ２８：ＹＥＳ）、ＣＰＵ３１は、全二重通信方式を選択して（Ｓ２９：選択部に相当）図９の処理を終了する。具体的には、ＣＰＵ３１は、ＡＮＤゲート５１ａ及び５１ｂ夫々の他の入力端子にＨレベル及びＬレベルの信号を各別に与えると共に、アナログスイッチ４２ａ及び４２ｂ夫々の制御端子にスイッチをオフ及びオンに制御する制御信号を各別に与える。また、全二重通信方式が選択されている旨をＲＡＭ３３に記憶する。

ステップＳ２０で、ダウンリンクの信号を検知しない場合（Ｓ２０：ＮＯ）、ＣＰＵ３１は、全二重を選択中であるか否かを判定し（Ｓ３０）、依然として半二重を選択中である場合（Ｓ３０：ＮＯ）、特段の処理を実行せずに図９の処理を終了する。一方、全二重を選択中である場合（Ｓ３０：ＹＥＳ）、ＣＰＵ３１は、半二重通信方式を選択して（Ｓ３１：選択部に相当）通信方式を初期状態に戻し、半二重通信方式が選択されている旨をＲＡＭ３３に記憶し、更にタイマフラグを０にクリアして（Ｓ３２）図９の処理を終了する。

以上のように本実施の形態２によれば、半二重通信方式を選択中にダウンリンクの信号を検知したときからの経過時間と、車載機１が搭載された車両１００の走行速度とに基づいて算出した走行距離が第３閾値より大きい場合、全二重通信方式を選択する。
従って、全二重通信が可能と推測される位置まで車両１００が移動したときに通信方式を全二重通信方式に切り替えることが可能となる。

今回開示された実施の形態は、全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、上述した意味ではなく、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及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。また、各実施の形態で記載されている技術的特徴は、お互いに組み合わせることが可能である。

１００ 車両
２００ 投受光器
１ 車載機
１３ 配線基板
２ａ、２ｂ 送受光部
２０ａ、２０ｂ、２０ａｂ 遮光部
２１ａ、２１ｂ ＬＥＤ群
２２ａ、２２ｂ フォトダイオード
３ 制御部
３１ ＣＰＵ
３２ ＲＯＭ
３３ ＲＡＭ
３４ タイマ
４２ａ、４２ｂ アナログスイッチ
４３ 増幅部
４４ 検出部
５１ａ、５１ｂ ＡＮＤゲート
７ 車速センサ

Claims (8)

1. 光ビーコンの投受光器と光信号で双方向に通信する車載機において、
   前記投受光器に光信号を送信する発光素子及び前記投受光器からの光信号を受信する受光素子を１組の送受光部とする複数組の送受光部と、
   一の組の送受光部の発光素子及び他の組の送受光部の受光素子間を遮光する遮光部と、
   前記受光素子で受信した光信号に応じて全二重通信方式又は半二重通信方式の何れかの通信方式を選択する選択部と
   を備えることを特徴とする車載機。
2. 各組の送受光部における発光素子及び受光素子は、光信号を送受信する中心方向と垂直的に交差する方向に配列してあることを特徴とする請求項１に記載の車載機。
3. 前記複数組の送受光部は、前記発光素子及び受光素子の配列方向と交差する方向に配列してあることを特徴とする請求項２に記載の車載機。
4. 各組の送受光部における発光素子及び受光素子は、一体化してあることを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の車載機。
5. 前記選択部は、半二重通信方式を選択する場合、前記複数組の送受光部における全ての発光素子及び受光素子を用いるようにしてあることを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載の車載機。
6. 前記選択部は、全二重通信方式を選択する場合、少なくとも１組の送受光部の発光素子と他の組の送受光部の受光素子とを用いるようにしてあることを特徴とする請求項１から５の何れか１項に記載の車載機。
7. 前記複数組の送受光部における受光素子が受信して変換した電気信号の強度を検出する検出部を備え、
   前記選択部は、前記検出部で検出した強度に基づいて通信方式の選択を行うようにしてある
   ことを特徴とする請求項１から６の何れか１項に記載の車載機。
8. 光ビーコンのダウンリンクの信号を検知する検知部と、
   前記選択部で半二重通信方式を選択中に前記検知部で信号を検知したときからの経過時間を計時する計時部と、
   自装置が搭載された車両の走行速度を示す情報を取得する取得部と、
   該取得部で取得した情報が示す走行速度及び前記計時部で計時した経過時間に基づいて走行距離を算出する算出部と
   を備え、
   前記選択部は、前記算出部で算出した走行距離が所定距離より大きい場合、全二重通信方式を選択するようにしてある
   ことを特徴とする請求項１から７の何れか１項に記載の車載機。

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