JP3579761B2 - 料金所の通信装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は有料道路を走行する車両からその車両を一時停止させることなく料金を自動的に収受するノンストップ自動料金収受システム（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｔｏｌｌ Ｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ：以下、「ＥＴＣシステム」という）において、料金所に設置された路上機と自動料金収受機能を有する車載機を搭載した車両（以下、「ＥＴＣ車」という）との間で、料金収受のための無線通信を実施する場合の通信領域を確定する機能を有する料金所の通信装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、有料道路においては、磁気カード方式の料金収受システムが導入されていた。このシステムについては、例えば、東芝レビュー（４０巻３号）昭和６０年 Ｐ１８９〜Ｐ１９２『磁気カード方式料金収受システム』、あるいは、三菱重工業技報ＶＯＬ．２２ ＮＯ．６（１９８５−１１）Ｐ１２７〜Ｐ１３２『磁気カード方式料金収受機械におけるシステム技術』に詳述されている。
【０００３】
ところで、このような従来のシステムにおいては一般の道路から有料道路に進入する場合、または反対に有料道路から一般の道路に出る場合には、どうしても料金所で一時停止して通行券の受け取りや料金支払いを行う必要があり、そのために料金所の手前で多くの車両が列をなして渋滞していることが多い。このような課題を改善するために、かねてから料金所で一時停止することなく、料金の収受ができるＥＴＣシステムが提案されている。
【０００４】
このＥＴＣシステムについては、例えば、三菱重工業技報ＶＯＬ．３２ ＮＯ．４（１９９５−７）Ｐ２６４〜Ｐ２６７『高速道路の交通管理システムにおけるニーズと技術開発』、ＮＩＫＫＥＩ ＢＵＳＩＮＥＳＳ １９９５年１１月１３日号Ｐ１５５〜Ｐ１５８『道路から車に情報“発信”日米欧で主導権争い』、あるいは、公表特許公報平５−５０８４９２『電気的車両料金徴収装置および方法』などに記述されており、特に、公表特許公報平５−５０８４９２には具体的に詳述されている。
【０００５】
上記のようなＥＴＣシステムは、日本国内においては官民共同開発中であり、平成８年１０月２９日の読売新聞（朝刊Ｐ２６〜Ｐ２７）の掲載記事では１９９９年度から実用化をはかると記載されている。
【０００６】
一方、日経ムック（１９９５年１１月６日発行）『ＩＴＳのすべて』によると欧州（ドイツ、ノルウェー他等Ｐ１６８〜Ｐ１７１）、米国（Ｐ１４０〜Ｐ１４３）、東南アジア（マレーシア、シンガポール等Ｐ１９０〜Ｐ１９１）等の海外の一部の国においては、上記公報に示されているようなシステムが運用されている。
【０００７】
ところで、このＥＴＣシステムにおいては、料金所のエリアに進入した車両と料金所との間で電波を用いて料金収受に関わる情報の授受が必要である。図１９はこのシステムを表しており、料金収受を行う料金所ブース１、車両が通過する通路２、車両の通路を分離する通路分離帯３、通路に進入するＥＴＣ車４、料金収受に関わる情報の授受を行うために料金所側に設置される路上機５、上記路上機５を取付けるための支持柱６、上記路上機５に取り付けられたアンテナ７から放射されたアンテナビーム８、受信エリア９、車両の進入および通過を感知する車両センサ１０ａ，１０ｂ、および料金収受に関わる情報の授受を行うためにＥＴＣ車４側に搭載されアンテナと送受信機とから構成された自動料金収受機能を有する車載機１１から構成される。
【０００８】
次に動作について説明する。上記のように構成された料金所の通信装置においては、車載機１１を搭載したＥＴＣ車４が通路２に進入し、車両センサ１０ａによりＥＴＣ車４が所望の通信領域に進入したことを感知し、かつ受信エリア９の内部に車載機１１があるとき、路上機５のアンテナ７より路上機側の情報、例えば料金所の名前、通過レーン等を車載機１１に送信する。この情報を受信した車載機１１は車載機の情報、例えば車載機番号、車種区分、入口料金所番号等の車載機に関する情報を路上機５に送信する。路上機５のアンテナ７で受信した車載機に関するデータを元にして、料金所ブース１にて料金計算を行い、再び路上機５のアンテナ７から車載機１１へ料金情報として送信する。そして、車両センサ１０ｂによりＥＴＣ車４が所望の通信領域外へ通過したことを感知したとき、この路上機５と車載機１１との間の通信は終了して、ＥＴＣ車４に対するノンストップでの自動料金収受が完了する。
【０００９】
また、図２０に受信エリアと通信領域との関係を示す。ＥＴＣシステムにおいては、車載機１１の搭載される路面高が二輪車、乗用車、あるいは大型車等で異なるため、電波を用いて料金収受に関わる情報の授受が可能となるべき路面高はある範囲（約１〜２ｍ）をもち、また、情報の授受が可能となるべき進行方向は車両センサ１０ａ，１０ｂとで挟まれる範囲となり、その結果、所望の通信領域１２は３次元的空間として定義される。電波の直進性により、路上機５のアンテナ７から放射されたアンテナビーム８は車両センサ１０ａを超えた時点で急に零にすることはできず、所望の通信領域１２の外部に漏洩電波の領域１３ができることは避けられない。また、料金収受を行う料金所ブース、アンテナを取付けるための支持柱６、車両を感知する車両センサ１０ａ，１０ｂ、通路２に進入するＥＴＣ車４などの金属体に反射して、所望の通信領域外へ電波が散乱あるいは回折することによっても漏洩電波の領域１３が形成される。
【００１０】
このように受信エリア９の内部は、所望の通信領域１２と漏洩電波の領域１３とに分類される。このため、所望の通信領域１２に進入していないが、漏洩電波の領域１３に進入したＥＴＣ車４に搭載されている車載機１１と路上機５のアンテナ７との間で本来通信するべきでない料金収受に関わる情報の授受を行ってしまうケースが発生しうる。
【００１１】
図２１はこのような通信領域を設定した場合の問題となる点を表しており、料金所との間で自動料金収受機能を有する車載機１１を搭載していない車両（以下、「非ＥＴＣ車」という）１４が先行して車両センサ１０ａを通過して所望の通信領域１２内に進入し、かつ、車両センサ１０ｂを通過する以前の状態において、後続の車載機１１を搭載したＥＴＣ車４が通信に必要のない漏洩電波の領域１３内に進入し、路上機５のアンテナ７と料金収受に関わる情報の授受を行ってしまうと、先行していた非ＥＴＣ車１４はＥＴＣ車と見なされ、料金を支払わずに通過でき、後続のＥＴＣ車４は車両センサ１０ａを通過した時点で、再度路上機５のアンテナ７と料金収受に関わる情報の授受を行ってしまい、結果、料金を２重に支払うことになるか、もしくは短時間に同一車両が通過したということで、エラー処理として止められる可能性がある。
【００１２】
この問題を解決するために、１９９７年電子情報通信学会総合大会、Ｂ−２−５３、中村、桑原、“ＥＴＣ用位置評価装置の開発”に方向探知を応用した方式が提案されている。３素子からなるリニアアレーを用いて、受信信号の位相差を検出することで、車載機の位置を判別するものである。検出方式としてはＭＵＳＩＣ法を用いて到来方向の推定を行っているため、原理的に２台の車両を判別するためには３素子のアレーが必要になる。各素子は１素子から構成されているのでブロードな放射特性を有している。よって車両、支柱等の周囲散乱物の影響を強く受けるため、到来検出の精度が悪いという問題点がある。この例ではこの位相変動を抑圧するために、校正信号発生器およびＳＰＤＴスイッチを設け、受信信号と校正信号を切り換えることで、位相変動を除去しており、系が複雑になる。但し、上記周囲環境による変動については除去できない問題がある。
【００１３】
また、特許出願ＢＰ５０２４６１では、図２２に示すように２つの受信アンテナを用いた方法が提案されている。すなわち、所望の通信領域１２を照射するメインのアンテナ７ａと第１の受信機１５ａとからなるメイン系と、ブロードなビームで所望の通信領域１２を照射するサブのアンテナ７ｂと第２の受信機１５ｂとからなるサブ系の２つの受信系と信号処理回路１６とにより構成された受信システムを持ち、さらに、信号処理回路１６は比較器１７とゲート１８と料金収受制御装置１９とから構成される。上記メイン系と上記サブ系とで車載機１１から路上機のアンテナ７ａ，７ｂに向かう電波２０を同時に受信し、それぞれの受信電力を上記比較器１７で比較し、上記メイン系の受信電力が上記サブ系の受信電力より大きければ、ゲート１８をＯＮにし、メイン系で受信したデータを後段の料金収受制御装置１９へ通すことにより、通信を行い、料金収受に関わる情報を処理することを提案している。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
このＥＴＣシステムにおける通信領域の設定方法については、従来の技術では、図２３に示すようにメインのアンテナ７ａの受信エリア９ａとサブアンテナ７ｂの受信エリア９ｂの受信電力における交点を通信開始点、車両センサ１０ｂを通信終了点として設定しており、この場合、例えばＥＴＣ車４ａに搭載される車載機１１ａが車線中央ラインを通過した場合の通信領域２１ａは所望の通信距離が得られるが、ＥＴＣ車４ｂに搭載される車載機１１ｂが車線端ラインを通過した場合の通信領域２１ｂは、所望の通信距離より長く、この方法によって得られる判定後の通信領域は歪んだものであり、結果、電波の漏洩と同等と見なされるケースが発生していた。
【００１５】
また、上記従来の技術では、メインのアンテナ７ａとサブのアンテナ７ｂとの２つのアンテナには、指向性の差があるため金属体からの反射等の周囲環境の影響による変動量についても差があり、周囲環境による影響をなくすことは完全にはできなかった。
【００１６】
この発明はこのような課題を解決するためのものであり、以下に詳述する。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
上記の問題点を解決するために、第１の発明による料金所の通信装置は、受信アンテナとしてビーム形状を成形したアンテナを複数個用い、それぞれの受信アンテナの受信信号を比較することで、情報の授受を行うための通信領域を特定し、通信領域内部に進入したＥＴＣ車のみと通信を行うように構成したものである。
【００１８】
また、第２の発明による料金所の通信装置は、それぞれのビームのピーク方向が異なり、かつビーム形状を成形したアンテナを複数個用い、それぞれの受信アンテナの受信信号のレベルの大小を比較することで情報の授受を行うための通信領域を特定し、通信領域内部に進入したＥＴＣ車のみと通信を行うように構成したものである。
【００１９】
また、第３の発明による料金所の通信装置は、それぞれのビームのピーク方向が異なり、かつビーム形状を成形したアンテナを複数個用い、それぞれの受信アンテナの受信信号の位相差を比較することで情報の授受を行うための通信領域を特定し、通信領域内部に進入したＥＴＣ車のみと通信を行うように構成したものである。
【００２０】
また、第４の発明による料金所の通信装置は、それぞれのビームのピーク方向が異なり、かつアンテナを複数個用い、それぞれの受信アンテナの受信信号の受信振幅のレベル差あるいは受信位相差あるいはその両方により車載機の位置あるいは路上機から見た角度を計算することで、情報の授受を行うための通信領域を特定し、通信領域内部に進入したＥＴＣ車のみと通信を行うように構成したものである。
【００２１】
また、第５の発明による料金所の通信装置は、それぞれのビームのピーク方向が異なり、かつビーム形状を成形したアンテナを複数個用い、それぞれの受信アンテナにそれぞれ受信機を接続したことにより、複数個の受信信号の受信振幅差あるいは受信位相差あるいはその両方を同時に求めることで、通信領域内部に進入したＥＴＣ車のみと高速に通信を行うように構成したものである。
【００２２】
また、第６の発明による料金所の通信装置は、それぞれのビームのピーク方向が異なり、かつビーム形状を成形したアンテナを複数個用い、それぞれの受信アンテナを選択するスイッチを介して一台の受信機に接続して構成したものである。
【００２３】
また、第７の発明による料金所の通信装置は、ビーム形状を成形した受信アンテナを２つに分割し、２つの受信アンテナの和信号及び差信号を検出するコンパレータを接続し、この和信号及び差信号を用いて車載機の位置を検出するモノパルス検出とすることで情報の授受を行うための通信領域を特定し、通信領域内部に進入したＥＴＣ車のみと通信を行うように構成したものである。
【００２４】
また、第８の発明による料金所の通信装置は、受信アンテナのビーム形状を通信領域がほぼ一定のレベルで受信できるようにセクター状に成形したものである。
【００２５】
また、第９の発明による料金所の通信装置は、送信アンテナのビーム形状を通信領域がほぼ一定のレベルで送信できるようにセクター状に成形したものである。
【００２６】
また、第１０の発明による料金所の通信装置は、アレーアンテナにより構成した送受信アンテナと、上記アレーアンテナをサブアレーに分割し、それぞれのサブアレーに位相を変える手段を接続し、ビームを走査できるよう構成したものである。
【００２７】
また、第１１の発明による料金所の通信装置は、１つの送信アンテナと２つの受信アンテナとで構成し、第１の受信アンテナのビームのピーク方向を所望の通信領域に設定し、第２の受信アンテナのビームのピーク方向を所望の通信領域外に設定し、２つの受信アンテナが受信した車載機からの電波の受信振幅の強度を比較し、第１の受信アンテナの受信振幅強度が第２の受信アンテナの受信振幅強度より大きい場合に、車載機が所望の通信領域内に存在すると判断し、通信領域内部に進入したＥＴＣ車のみと通信を行うように構成したものである。
【００２８】
また、第１２の発明による料金所の通信装置は、ビーム形状を成形した１つの送信アンテナとビーム形状を成形した２つの受信アンテナとで構成し、送信アンテナのビームのピーク方向を所望の通信領域に設定し、２つの受信アンテナが受信した車載機からの電波の受信振幅の強度を比較し、第１の受信アンテナの受信振幅強度が第２の受信アンテナの受信振幅強度より大きい場合に、車載機が所望の通信領域内に存在すると判断し、通信領域内部に進入したＥＴＣ車のみと通信を行うように構成したものである。
【００２９】
また、第１３の発明による料金所の通信装置は、ビーム形状を成形した１つの送信アンテナとビーム形状を成形した２つの受信アンテナとで構成し、送信アンテナのビームのピーク方向を所望の通信領域内に設定し、第１の受信アンテナのビームのピーク方向を所望の通信領域内に設定し、第２の受信アンテナのビームのピーク方向を所望の通信領域外に設定し、さらに、それぞれの受信アンテナを可変減衰器を介して受信機に接続したことにより、２つの受信アンテナが受信した車載機からの電波の受信振幅の強度を比較し、第１の受信アンテナの受信振幅強度が第２の受信アンテナの受信振幅強度より大きい場合に、車載機が所望の通信領域内に存在すると判断し、通信領域内部に進入したＥＴＣ車のみと通信を行うように構成したものである。
【００３０】
また、第１４の発明による料金所の通信装置は、ビーム形状を成形した１つの送信アンテナとビーム形状を成形した２つの受信アンテナとで構成し、それぞれの受信アンテナを可変減衰器を介して受信機に接続したことにより、２つの受信アンテナが受信した車載機からの電波の受信振幅の強度を比較し、第１の受信アンテナの受信振幅強度が第２の受信アンテナの受信振幅強度より大きい場合に、車載機が所望の通信領域内に存在すると判断し、さらに、受信信号が受信可能なレベルに達していると判定した場合にのみ、通信領域内部に進入したＥＴＣ車のみと通信を行うようにスレッショルドレベルを設定した構成にしたものである。
【００３１】
また、第１５の発明による料金所の通信装置は、ビーム形状を成形した１つの送信アンテナとビーム形状を成形した２つの受信アンテナとで構成し、第２の受信アンテナで受信した受信信号を符号反転し、第１の受信アンテナの受信信号と符号反転した第２の受信アンテナの受信信号とを加算し、その結果が０より大きい場合に、車載機が所望の通信領域内に存在すると判断し、さらに、受信信号が受信可能なレベルに達していると判定した場合にのみ、通信領域内部に進入したＥＴＣ車のみと通信を行うように構成したものである。
【００３２】
また、第１６の発明による料金所の通信装置は、ビーム形状を成形した１つの送信アンテナとビーム形状を成形した２つの受信アンテナとで構成し、送信アンテナのビームのピーク方向を所望の通信領域内に設定し、第１の受信アンテナのビームのピーク方向を所望の通信領域内に設定し、第２の受信アンテナのビームのピーク方向を所望の通信領域外に設定し、さらに、第２の受信アンテナのビーム幅を第１の受信アンテナのビーム幅よりも狭くなるように構成したものである。
【００３３】
また、第１７の発明による料金所の通信装置は、ビーム形状を成形した送信アンテナとビーム形状を成形した複数個の受信アンテナとをマイクロストリップアンテナにより構成したものである。
【００３４】
【発明の実施の形態】
実施の形態１
図１はこの発明の実施の形態１を示す図であり、図において１〜８及び１０ａ，１０ｂ，１１は前記従来のＥＴＣシステムとまったく同一のものである。９ａ〜９ｆは複数個の受信エリア、２２は送信エリアである。図に示すように送信アンテナビームが１つ、受信アンテナビームが６つで構成されている。
【００３５】
次に動作について説明する。図１に示す９ａ〜９ｆの６つの受信エリアを設定し、９ａ〜９ｄを通信可能領域、９ｅ〜９ｆを通信不可領域とする。隣接車線との干渉や通信領域外との干渉を抑圧するために、送信アンテナのビームを成形し、低サイドローブ化を図る。車載機１１を搭載したＥＴＣ車４が通路２を通り、送信エリア２２に進入すると、路上機５のアンテナ７より路上機側の情報、例えば料金所の名前、通過レーン等を車載機１１に送信する。この情報を受信した車載機１１は受信エリア９ｆに進入した時点で車載機の情報、例えば車載機番号、車種区分、入口料金所番号等の車載機に関する情報を路上機５に送信する。路上機５のアンテナ７で受信した車載機に関するデータを元にして、料金所ブース１にて料金計算を行い、再び路上機５のアンテナ７から車載機１１へ料金情報として送信する。この路上機５と車載機１１との通信において、受信エリアを複数個設定することにより、車載機１１の存在する領域を判別することができ、所望の領域に存在する車載機１１とのみ交信を行うことができる。
【００３６】
例えば、図１に示すように、９ａ〜９ｆの６つの受信エリアを設定し、９ａ〜９ｄを通信可能領域、９ｅ〜９ｆを通信不可領域とする。車載機１１が受信エリア９ｆに進入すると、アンテナ７における車載機１１の受信電力は、受信アンテナのビーム成形により設定された６つの領域９ａ〜９ｆのうち、９ｆからの電力が最も大きく、車載機１１は９ｆに存在することが判別され、この領域が通信不可であることから、車載機１１と路上機５との間での通信は行わないようにする。この後、さらにＥＴＣ車４が通路２を進行し、車載機が受信エリア９ｄに進入すると、路上機５における車載機１１の受信電力は、受信アンテナの成形により設定された６つの領域９ａ〜９ｆのうち、９ｄからの電力が最も大きく、車載機１１は９ｄに存在することが判別され、この領域が通信可能であることから、車載機１１と路上機５との間での通信が行われる。このように、受信エリアを複数持つことにより、車載機の位置を判別することができ、通信領域を任意に設定することが可能となる。
【００３７】
なお、図１では受信アンテナビームが６個の場合について示したが、車載機の位置を検出可能な複数個の受信アンテナビームにより構成すれば、ビームの本数は何本であっても効果は変わらない。また、図では料金所が１車線の例を示したが、従来のＥＴＣシステムを示す図１９に示した２車線の料金所や、さらに車線数が増えた料金所であっても、それぞれ１つの車線についてこの発明と同様の構成とすれば、まったく同一の効果が得られる。
【００３８】
実施の形態２
図２はこの発明の実施の形態２を示す図であり、１は料金収受を行う料金所ブース、２は車両が通過する通路、３は車両の通路を分離する通路分離帯、４は車載機と搭載したＥＴＣ車、５は料金収受に関わる情報の授受を行うために料金所側に設置される路上機、６は路上機５を取付けるための支持柱、７は路上機５に装着されているアンテナ、１０は通信領域の入口および出口に配置された車両センサ、９ａは通信領域入口側に設置されているセンサ１０ａより車両進行方向手前側にアンテナビーム８ａを向けた受信エリア、９ｂは通信領域ほぼ中央にアンテナビーム８ｂを向けたメインの受信エリア、９ｃは通信領域出口側に設置されているセンサ１０ｂより車両進行方向側にアンテナビーム８ｃを向けた受信エリア１１は路上機５との間で料金収受に関わる情報の授受を行う車両に搭載された車載機、２２はアンテナ７にて成形された送信エリアを示す。
【００３９】
また、図３（ａ）は実施の形態２の配置を側面から見た図であり、５は路上機、６は路上機５を取付けるための支持柱、１０ａは通信領域の入口に設置された車両センサ、１０ｂは通信領域出口に配置された車両センサ、７は路上機５に装着されたアンテナであり、７ａは通信領域入口側に設置されているセンサ１０ａより車両進行方向手前側にアンテナビーム８ａを向けた受信アンテナ、７ｂは通信領域ほぼ中央にアンテナビーム８ｂを向けたアンテナ、７ｃは通信領域出口側に設置されているセンサ１０ｂより車両進行方向側にアンテナビーム８ｃを向けた受信アンテナ、１１は車載機、４は車載機を搭載したＥＴＣ車であり、図３（ｂ）における３４は車載機１１が路上機５の下を通過する時の路上機５における車載機の受信電力分布を示しており、３４ａは受信アンテナ７ａにおける車載機の受信電力分布、３４ｂは受信アンテナ７ｂにおける車載機の受信電力分布、３４ｃは受信アンテナ７ｃにおける車載機の受信電力分布を示している。
【００４０】
図２のように構成された料金所の通信装置においては、車載機１１を搭載した車両４が通路２を通り、送信エリア２２に進入すると、路上機５より路上機側の情報、例えば料金所の名前、通過レーン等を車載機１１に送信する。この情報を受信した車載機１１は受信エリア８に進入した時点で車載機の情報、例えば車載機番号、車種区分、入口料金所番号等の車載機に関する情報を路上機５に送信する。路上機５で受信した車載機に関するデータを元にして、料金所ブース１にて料金計算を行い、再び路上機５から車載機１１へ料金情報として送信する。この時、受信エリアを上記の通り３つ設定し、それぞれの受信電力を比較することにより、通信領域を判別する。
【００４１】
図３（ａ）、図３（ｂ）は通信領域の判別方法を詳細に説明する図であり、上記３つの受信アンテナにおける受信電力を示している。例えば通信領域となるための判定条件を受信アンテナ７ｂにおける受信電力３４ｂ＞受信アンテナ７ａにおける受信電力３４ａ、かつ受信アンテナ７ｂにおける受信電力３４ｂ＞受信アンテナ７ｃにおける受信電力３４ｃとすると、車載機がセンサ１０ａより車両進行方向手前にある場合は、受信電力３４ａ＞受信電力３４ｂとなり通信領域外と判定される。また、車載機がセンサ１０ａからセンサ１０ｂの間にある場合は受信電力３４ｂ＞受信電力３４ａ、かつ受信電力３４ｂ＞受信電力３４ｃとなり通信領域と判定される。また、車載機がセンサ１０ｂより車両進行方向奥にある場合は受信電力３４ｂ＜受信電力３４ｃとなり通信領域外と判定される。この一連の動作により、車載機１１を搭載した車両４が車線内を通過した場合において、容易に通信領域を判別することができる。
【００４２】
実施の形態３
図４（ａ）はこの発明の実施の形態３を示す図であり、５は路上機、６は路上機５を取り付ける支持柱、７は路上機５に装着されたアンテナ、１１は車載機、３６ａはアンテナ７ａから車載機１１までの伝搬路、３６ｂはアンテナ７ｂから車載機１１までの伝搬路、３６ｃはアンテナ７ｃから車載機１１までの伝搬路、４は車載機１１を搭載したＥＴＣ車であり、図４（ｂ）は路上機５に装着される装置を表し、７はアンテナ、２３はアンテナ７ａ，７ｂ，７ｃに接続し、受信電波の位相を検出する位相検波器、１６は位相検波器で検出した位相信号を信号処理する信号処理回路である。
【００４３】
次に動作原理について説明する。車載機１１を搭載した車両４が通路２を通り、路上機にて信号が受信可能な領域にきた場合、受信アンテナ７ａ，７ｂ，７ｃにて車載機からの信号を受信し位相を検波する。この時、図４に示すように車載機から受信アンテナまでの伝搬距離が異なるため、位相差が生じる。この位相差を検出し、信号処理回路で処理することで車載機の位置を検出し、この位置情報を利用して容易に通信領域を判別することができる。
【００４４】
実施の形態４
図５はこの発明の実施の形態４を示す図であり、図５（ａ）において３４ａ，３４ｂ，３４ｃはそれぞれの受信アンテナで受信した信号の受信電力を示している。また、図５（ｂ）において３５ａ，３５ｂ，３５ｃはそれぞれの受信アンテナで受信した信号の位相を示している。
【００４５】
次に動作原理について説明する。３４ａ，３４ｂ，３４ｃの受信ビームはそれぞれ、通信領域端で交差するようにビームを構成する。すなわち、通信領域内では受信ビーム３４ｂのレベルが高くなり、車の進行方向からみて、前方の通信領域外では受信ビーム３４ａの電力が、後方の通信領域外では受信ビーム３４ｃの電力が高くなる。よって、この受信電力を比較することで通信領域を判別できることは実施例２に示した通りである。さらに、この発明では、受信レベルの差を求めることで、車両の位置を検出するものである。３４ｂ＞＞３４ａであれば、車両は通信領域から遠く、３４ｂ≒３４ａであればほぼ通信領域端であることがわかる。さらにメインのアンテナとサブのアンテナの受信電力をあらかじめ把握しておけば、その受信電力差から車両に位置を検出することができる。図５（ｂ）は受信電力の位相差を示している。上記、図５（ａ）と同様にメインのアンテナとサブのアンテナの受信信号の位相差をあらかじめ把握しておけば、信号処理回路で処理することで車載機の位置を検出することができる。
【００４６】
実施の形態５
図６はこの発明の実施の形態５を示す図であり、７は路上機５内に装着された受信アンテナ、１５ａ，１５ｂ，１５ｃは各受信アンテナに接続した振幅、位相を検出する複数の受信機、１６は受信機で検出した振幅、位相データから位置計算を行う信号処理回路である。
【００４７】
次に動作原理について説明する。車載機が通信領域付近に進入すると、上記車載機からの電波はビーム中心の方向が異なる複数の受信アンテナ７にて受信される。受信された電波は各々の受信アンテナ７に接続されている受信機１５にて、その振幅あるいは位相あるいはその両方を同時に検出し、この複数の信号の振幅あるいは位相あるいはこの両方の情報を信号処理回路１６にて信号処理することにより車載機の位置を瞬時に検出し、通信領域を判別することができる。
【００４８】
実施の形態６
図７はこの発明の実施の形態６を示す図であり、７は路上機５に装着された受信アンテナ、２４は各受信アンテナを切り替えるビーム切り替えスイッチ、１５ａ，１５ｂ，１５ｃは各受信アンテナに接続した振幅を検出する単一の受信機、１６は受信機で検出した位相データから位置計算を行う信号処理回路である。
【００４９】
次に動作原理について説明する。車載機が通信領域付近に進入すると、上記車載機からの電波はビーム中心の方向が異なる複数の受信アンテナ７にて受信される。この時、上記電波を受信する受信アンテナ７をビーム切り替えスイッチ２４を切り替えることにより選択し、選択した受信アンテナ７にて受信された電波のみを受信機１５まで通過させ、その電波の振幅あるいは位相あるいはその両方を検出する。この切り替え動作を繰り返し、複数の受信アンテナにて受信する電波について振幅あるいは位相あるいはその両方を検出し、この複数の信号の振幅あるいは位相あるいはこの両方の情報を信号処理回路１６にて信号処理することにより車載機の位置を検出し、通信領域を判別することができる。
【００５０】
実施の形態７
図８はこの発明の実施の形態７を示す図であり、図８（ａ）はそのブロック図、図８（ｂ）はモノパルスコンパレータによる誤差電圧と角度の関係を示す。７は受信アンテナ、２５は２つの受信アンテナにて受信した受信信号の電力の和を合成したΣ成分と上記２つの電力の差信号を合成するΔ成分を作り出すモノパルスコンパレータである。１５ａ，１５ｂはモノパルスコンパレータに接続された受信機、１６は受信機で検出したΣ成分とΔ成分から車載機の位置を検出する信号処理回路である。
【００５１】
次に動作原理について説明する。車載機が通信領域付近に進入すると、上記車載機からの電波は受信アンテナ７で受信され、さらにモノパルスコンパレータ２５にてΣ成分とΔ成分を作り出し、受信機１５にてその電圧を検出する。ここで、あらかじめ図８（ｂ）に示すような誤差電圧と角度の関係を示したＳ字カーブのグラフを信号処理回路にメモリしておき、上記受信機にて検出された２つの成分から作り出される誤差電圧から角度情報を取り出すことにより、車載機の位置を容易に検出し、通信領域を判別する。
【００５２】
実施の形態８
図９はこの発明の実施の形態８を示す図であり、図において１〜８及び１０ａ，１０ｂ，１１は前記従来のＥＴＣシステムとまったく同一のものである。９ａ，９ｂ，９ｃはビームを成形した受信ビームである。
【００５３】
次に動作原理について説明する。通常にビームを構成すると、ビーム形状はペンシル状のビームとなる。ペンシル状のビームの断面形状は楕円形であるので、通信領域を覆うのは楕円状となる。一方、通信領域は方形状の領域で規定されるため、通信領域とビーム形状は一致しない。さらに、ビームを交差させて通信領域内外を判定するため、交差した領域が道路幅方向で直線状であるが、楕円状のビームを交差させても直線状の境界にはならない。直線状にならなければ、道路の中央と端での境界領域が変わる問題がある。
そこで、道路幅方向でのビーム形状が直線状となるように、セクター状のビームを形成する。このセクター状のビームを組み合わせることでビームの交差した通信境界領域を直線状にすることができ、境界を明確にすることができる。また、このようなビーム形状とすることで、通信領域での受信レベルの変動を小さくすることもできる。
【００５４】
実施の形態９
図１０はこの発明の実施の形態９を示す図であり、図において１〜８及び１０ａ，１０ｂ，１１は前記従来のＥＴＣシステムとまったく同一のものであり、９ａ，９ｂ，９ｃはビームを成形した受信ビーム、２２はビームを成形した送信ビームである。
【００５５】
次に動作原理について説明する。実施の形態８では、受信アンテナビームをセクター状に成形する例を示したが、さらにこの発明では送信ビームもセクター状に成形することを示している。基本的には、受信レベルから通信領域を判定するが、送信ビームが楕円状であれば、通信領域外への放射が道路の中央と端で異なるため、通信領域の誤差が生じやすい。そこで、送信ビームもセクター状とすることで誤差を最小にできる。さらに、通信領域外への放射を低減できるので、境界をさらに明確化できると共に、通信領域内への放射レベルを均一にすることが可能になる。
【００５６】
実施の形態１０
図１１はこの発明の実施の形態１０を示す図であり、７ａ〜７ｉは受信アンテナ、２６ａ，２６ｂ，２６ｃは各素子アンテナあるいはサブアレーの位相量を変える移相器である。
【００５７】
次に動作原理について説明する。受信アンテナ７ａ〜７ｉに移相器を接続する。この移相器は各受信アンテナに接続しても、あるいは受信アンテナをいくつかまとめてサブアレー化し、そのサブアレーに接続してもよい。この移相器の位相を変えることでビームの方向を変えることができ、ビームを走査することができる。電子的にビームを走査するため、通信領域内外に自由にビームを走査することができ、車両の位置を検出することができる。この際、ビームを通信領域内外にビームを走査するが、より通信領域を明確化するためには、ビームを成形し、セクター状にすることが望ましい。セクター化することで車両位置を検出する精度が向上する。
【００５８】
実施の形態１１
図１２はこの発明の実施の形態１１を示す図であり、図１２（ａ）において２は車両が通過する通路、５は路上機、７は受信アンテナ、９ａ，９ｂは受信エリア、２２は送信エリア、１１は車載機、４は車載機１１を搭載したＥＴＣ車、１０ｂはＥＴＣ車１１が通信領域を通過したことを検知するセンサーである。また、図１２（ｂ）において３４ａはサブのアンテナにて受信した信号の受信電力分布、３４ｂはメインのアンテナにて受信した信号の受信電力分布、２１は所望の通信領域を示す。
【００５９】
次に動作原理について説明する。車載機１１を搭載したＥＴＣ車４が通路２に進入し、送信エリア２２に入ると、路上機から情報を乗せた電波を送信し、この電波を受信した車載機１１は、路上機に対して情報を乗せた電波を送信する。ここで、路上機内に装備された受信アンテナ７は、メインのアンテナの受信エリア９ｂとサブのアンテナの受信エリアを持ち、この２つの受信アンテナにて受信した信号の受信電力の分布は図１２（ｂ）のように異なっており、この２つの分布の交点を所望の通信領域２１の入口に設定しておけば、車載機からの電波を受信することにより、車載機が通信領域内に存在するか否かの判別が可能となる。また、車載機が通信領域を出たか否かの判別は、センサ１０ｂを通信領域出口に設置することにより、車両の先頭がセンサを切った時点で、車載機が通信領域を通過したと判別することが可能であり、終端部を検出するためのサブの受信アンテナを削減することができる。また、この受信アンテナセクター状のビームとすることで、通信領域の境界を明確にすることができる。
【００６０】
実施の形態１２
図１３はこの発明の実施の形態１２を示す図であり、図１３において２は車両が通過する通路、５は路上機、７は受信アンテナ、９ａ，９ｂは受信エリア、２２は送信エリア、１１は車載機、４は車載機１１を搭載したＥＴＣ車、１０ｂはＥＴＣ車１１が通信領域を通過したことを検知するセンサーである。
【００６１】
次に動作原理について説明する。この発明においては動作は実施の形態１２と同様であるが、送信アンテナビームを成形し、送信エリア２２を通信領域またはメインの受信エリア９ｂと同じにすることにより、通信領域の入口における判別精度を向上している。
【００６２】
実施の形態１３
図１４はこの発明の実施の形態１３を示す図であり、車載機からの信号をメインのアンテナ７ａとサブのアンテナ７ｂでそれぞれ受信し、その受信信号Ａと受信信号Ｂを比較することで通信領域を判別し、受信信号Ａのみを抽出するこの発明を示す受信系ブロック図である。図において２７は可変減衰器である。車載機からの信号は２つのアンテナで受信されるが、メインのアンテナ７ａで受信した信号は受信機Ａを経由して受信信号Ａとして処理され、一方、サブのアンテナ７ｂで受信した信号は受信機Ｂを経由して受信信号Ｂとして処理され、この２つの信号を比較器にて比較し、受信信号Ａが大きいときのみゲート１８をＯＮすることにより受信信号Ａを後段の料金収受制御装置１９に送ることにより、通信領域と判別した場合のみ料金収受に関するデータの授受が行われる。
【００６３】
実施の形態１４
図１５はこの発明の実施の形態１４を示す図であり、車載機からの信号をメインの受信アンテナ７ａとサブの受信アンテナ７ｂでそれぞれ受信し、その受信信号Ａと受信信号Ｂを比較することで通信領域を判別し、受信信号Ａのみを抽出する受信系ブロック図である。車載機からの信号は２つのアンテナで受信されるが、メインのアンテナ７ａで受信した信号は受信機Ａを経由して受信信号Ａとして処理され、一方、サブのアンテナ７ｂで受信した信号は受信機Ｂを経由して受信信号Ｂとして処理され、この２つの信号を比較器にて比較し、受信信号Ａが大きいときのみゲート１８ａをＯＮすることにより受信信号Ａを後段へ送り、この受信信号Ａをあるスレッショルドレベルと比較し、このスレッショルドレベルを受信信号Ａを越える場合のみゲート１８ｂをＯＮすることにより受信信号Ａを後段の料金収受制御装置１９に送ることにより、通信領域と判別した場合のみ料金収受に関するデータの授受が行われる。
【００６４】
実施の形態１５
図１６は車載機からの信号をメインのアンテナ７ａとサブのアンテナ７ｂでそれぞれ受信し、その受信信号Ａと受信信号Ｂを比較することで通信領域を判別し、受信信号Ａのみを抽出するブロック図である。図において２８は符号反転器、２９は加算器である。車載機からの信号は２つのアンテナで受信されるが、メインのアンテナ７ａで受信した信号は受信機Ａを経由して受信信号Ａとして処理され、一方、サブのアンテナ７ｂで受信した信号は受信機Ｂを経由し、その後段で符号反転して受信信号−Ｂとし、加算器にて受信信号Ａと受信信号−Ｂを加算することにより受信信号Ａ−Ｂとして、比較器にて０レベルと比較し、この受信信号Ａ−Ｂが０より大きい場合のみゲート１８をＯＮすることにより受信信号Ａを後段の料金収受制御装置１９に送ることにより、通信領域と判別した場合のみ料金収受に関するデータの授受が行われる。これにより、車載機が２つのアンテナで判別された通信領域内にある時のみ料金収受に関するデータの授受が行うことができる。
【００６５】
実施の形態１６
図１７はこの発明の実施の形態１６を示す図であり、図１７（ａ）において９ａはサブのアンテナの受信領域。また、図１７（ｂ）はそれぞれのアンテナにおける受信電力の分布を示しており、メインのアンテナにおける受信電力分布３４ｂとサブのアンテナにおける受信電力分布３４ａが通信領域２１の入口付近で交差するように設定してある。この発明においては通信領域の判定の精度を高めるために、サブのアンテナビーム幅を狭くし、サブのアンテナにおける受信電力分布の傾き３４ｂを図１２（ｂ）に示す傾きより大きくしている。
【００６６】
実施の形態１７
図１８はこの発明の実施の形態１７を示す図であり、３０は地導体、３１は誘電体基板、３２はマイクロストリップ線路、３３は放射素子である。マイクロストリップアンテナを用いることで小型化、軽量化、低コスト化が図れる。
【００６７】
【発明の効果】
第１の発明によれば、成形したビームを複数個用いることで、通信領域を判別できる効果がある。
【００６８】
また、第２の発明によれば、成形した複数個のビームの受信振幅を比較するだけで容易に通信領域を判別できる効果がある。
【００６９】
また、第３の発明によれば、成形した複数個のビームの受信位相を比較するだけで容易に通信領域を判別できる効果がある。
【００７０】
また、第４の発明によれば、成形した複数個のビームの受信信号を比較することで、車載機の位置を精度良く検出できる効果がある。
【００７１】
また、第５の発明によれば、成形した複数個のビームの受信信号を同時に比較することができるため、データの送受信の時間が短縮できる効果がある。
【００７２】
また、第６の発明によれば、受信機が一つで構成できるため、低コスト化をはかることができる効果がある。
【００７３】
また、第７の発明によれば、モノパルス方式とすることで、簡単な構成で車載機の位置を検出できる効果がある。
【００７４】
また、第８の発明によれば、ビームをセクター化することで、通信領域の境界をほぼ直線状にでき、車線中央部と車線端部との通信距離をほぼ等しくできる効果がある。
【００７５】
また、第９の発明によれば、通信領域の送信ビームと受信ビームを同一とすることで、通信領域の精度を高める効果がある。
【００７６】
また、第１０の発明によれば、移相器を用いてビームを走査することで、車載機の位置を精度良く検出できる効果がある。
【００７７】
また、第１１の発明によれば、ビームをセクター化することで、通信領域の境界を精度良く求めることができ、受信アンテナを２個とすることで路上機を小型化できる効果がある。
【００７８】
また、第１２の発明によれば、送信アンテナと受信アンテナとのビーム方向を同一とすることで、通信領域外への漏洩電波が低減でき、通信領域の精度を向上できる効果がある。
【００７９】
また、第１３の発明によれば、受信アンテナと受信機との間に可変減衰器を介することで、受信レベルの調整ができ、受信アンテナあるいは受信機の固体差の影響及び設置場所の環境の影響を補正できる効果がある。
【００８０】
また、第１４の発明によれば、受信信号に適当なスレッショルドレベルを設定したことにより、通信領域を正確に設定できる効果がある。
【００８１】
また、第１５の発明によれば、符号反転器と加算器とで信号処理回路を構成したことにより、処理を容易にできる効果がある。
【００８２】
また、第１６の発明によれば、第２の受信アンテナのビーム幅は第１の受信アンテナのビーム幅より狭くしたことで、第１と第２の受信レベル差の傾きを大きくすることができ、通信領域の判別の精度を向上できる効果がある。
【００８３】
また、第１７の発明によれば、マイクロストリップアンテナを用いたことで、路上機を小型化、軽量化、薄型化ができ、量産化に適した構成にできる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明による料金所の通信装置の実施の形態１を示すＥＴＣシステム概略構成図である。
【図２】この発明による料金所の通信装置の実施の形態２を示すＥＴＣシテム概略構成図である。
【図３】この発明による料金所の通信装置の実施の形態２における通信領域の判定方法を示す図である。
【図４】この発明による料金所の通信装置の実施の形態３における通信領域の判定方法を示す図である。
【図５】この発明による料金所の通信装置の実施の形態４における通信領域の判定方法を示す図である。
【図６】この発明による料金所の通信装置の実施の形態５を示す受信系構成ブロック図である。
【図７】この発明による料金所の通信装置の実施の形態６を示す受信系構成ブロック図である。
【図８】この発明による料金所の通信装置の実施の形態７を示す受信系構成ブロック図である。
【図９】この発明による料金所の通信装置の実施の形態８を示すＥＴＣシステム概略構成図である。
【図１０】この発明による料金所の通信装置の実施の形態９を示すＥＴＣシステム概略構成図である。
【図１１】この発明による料金所の通信装置の実施の形態１０を示す受信系構成ブロック図である。
【図１２】この発明による料金所の通信装置の実施の形態１１を示すＥＴＣシステム概略構成図である。
【図１３】この発明による料金所の通信装置の実施の形態１２を示すＥＴＣシステム概略構成図である。
【図１４】この発明による料金所の通信装置の実施の形態１３を示す受信系構成ブロック図である。
【図１５】この発明による料金所の通信装置の実施の形態１４を示す受信系構成ブロック図である。
【図１６】この発明による料金所の通信装置の実施の形態１５を示す受信系構成ブロック図である。
【図１７】この発明による料金所の通信装置の実施の形態１６を示すＥＴＣシステム概略構成図である。
【図１８】この発明による料金所の通信装置の実施の形態１７を示すマイクロストリップアンテナの概略構成図である。
【図１９】ＥＴＣシステムにおける機器構成を示す概略構成図である。
【図２０】ＥＴＣシステムにおいて、１つのアンテナを用いた従来の方法による通信領域の設定を表す図である。
【図２１】ＥＴＣシステムにおいて、１つのアンテナを用いた従来の方法による通信領域の設定した場合の問題となる現象を表した図である。
【図２２】ＥＴＣシステムにおいて、２つのアンテナを用いた従来の方法により通信領域を設定する場合の受信系構成ブロック図である。
【図２３】ＥＴＣシステムにおいて、２つのアンテナを用いた従来の方法により通信領域を設定した場合の通信領域及び問題点を表す図である。
【符号の説明】
１ 料金所ブース
２ 通路
３ 通路分離帯
４ ＥＴＣ車
５ 路上機
６ 支持柱
７ アンテナ
８ アンテナビーム
９ 受信エリア
１０ 車両センサ
１１ 車載機
１２ 所望の通信領域
１３ 漏洩電波の領域
１４ 非ＥＴＣ車
１５ 受信機
１６ 信号処理回路
１７ 比較器
１８ ゲート
１９ 料金収受制御装置
２０ 車載機から路上機に向かう電波
２１ 通信領域
２２ 送信エリア
２３ 位相検波器
２４ ビーム切替スイッチ
２５ モノパルスコンパレータ
２６ 移相器
２７ 可変減衰器
２８ 符号反転器
２９ 加算器
３０ 地導体
３１ 誘電体基板
３２ マイクロストリップ線路
３３ 放射素子
３４ 受信電力分布
３５ 受信位相分布
３６ 伝搬路
【発明の属する技術分野】
この発明は有料道路を走行する車両からその車両を一時停止させることなく料金を自動的に収受するノンストップ自動料金収受システム（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｔｏｌｌ Ｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ：以下、「ＥＴＣシステム」という）において、料金所に設置された路上機と自動料金収受機能を有する車載機を搭載した車両（以下、「ＥＴＣ車」という）との間で、料金収受のための無線通信を実施する場合の通信領域を確定する機能を有する料金所の通信装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、有料道路においては、磁気カード方式の料金収受システムが導入されていた。このシステムについては、例えば、東芝レビュー（４０巻３号）昭和６０年 Ｐ１８９〜Ｐ１９２『磁気カード方式料金収受システム』、あるいは、三菱重工業技報ＶＯＬ．２２ ＮＯ．６（１９８５−１１）Ｐ１２７〜Ｐ１３２『磁気カード方式料金収受機械におけるシステム技術』に詳述されている。
【０００３】
ところで、このような従来のシステムにおいては一般の道路から有料道路に進入する場合、または反対に有料道路から一般の道路に出る場合には、どうしても料金所で一時停止して通行券の受け取りや料金支払いを行う必要があり、そのために料金所の手前で多くの車両が列をなして渋滞していることが多い。このような課題を改善するために、かねてから料金所で一時停止することなく、料金の収受ができるＥＴＣシステムが提案されている。
【０００４】
このＥＴＣシステムについては、例えば、三菱重工業技報ＶＯＬ．３２ ＮＯ．４（１９９５−７）Ｐ２６４〜Ｐ２６７『高速道路の交通管理システムにおけるニーズと技術開発』、ＮＩＫＫＥＩ ＢＵＳＩＮＥＳＳ １９９５年１１月１３日号Ｐ１５５〜Ｐ１５８『道路から車に情報“発信”日米欧で主導権争い』、あるいは、公表特許公報平５−５０８４９２『電気的車両料金徴収装置および方法』などに記述されており、特に、公表特許公報平５−５０８４９２には具体的に詳述されている。
【０００５】
上記のようなＥＴＣシステムは、日本国内においては官民共同開発中であり、平成８年１０月２９日の読売新聞（朝刊Ｐ２６〜Ｐ２７）の掲載記事では１９９９年度から実用化をはかると記載されている。
【０００６】
一方、日経ムック（１９９５年１１月６日発行）『ＩＴＳのすべて』によると欧州（ドイツ、ノルウェー他等Ｐ１６８〜Ｐ１７１）、米国（Ｐ１４０〜Ｐ１４３）、東南アジア（マレーシア、シンガポール等Ｐ１９０〜Ｐ１９１）等の海外の一部の国においては、上記公報に示されているようなシステムが運用されている。
【０００７】
ところで、このＥＴＣシステムにおいては、料金所のエリアに進入した車両と料金所との間で電波を用いて料金収受に関わる情報の授受が必要である。図１９はこのシステムを表しており、料金収受を行う料金所ブース１、車両が通過する通路２、車両の通路を分離する通路分離帯３、通路に進入するＥＴＣ車４、料金収受に関わる情報の授受を行うために料金所側に設置される路上機５、上記路上機５を取付けるための支持柱６、上記路上機５に取り付けられたアンテナ７から放射されたアンテナビーム８、受信エリア９、車両の進入および通過を感知する車両センサ１０ａ，１０ｂ、および料金収受に関わる情報の授受を行うためにＥＴＣ車４側に搭載されアンテナと送受信機とから構成された自動料金収受機能を有する車載機１１から構成される。
【０００８】
次に動作について説明する。上記のように構成された料金所の通信装置においては、車載機１１を搭載したＥＴＣ車４が通路２に進入し、車両センサ１０ａによりＥＴＣ車４が所望の通信領域に進入したことを感知し、かつ受信エリア９の内部に車載機１１があるとき、路上機５のアンテナ７より路上機側の情報、例えば料金所の名前、通過レーン等を車載機１１に送信する。この情報を受信した車載機１１は車載機の情報、例えば車載機番号、車種区分、入口料金所番号等の車載機に関する情報を路上機５に送信する。路上機５のアンテナ７で受信した車載機に関するデータを元にして、料金所ブース１にて料金計算を行い、再び路上機５のアンテナ７から車載機１１へ料金情報として送信する。そして、車両センサ１０ｂによりＥＴＣ車４が所望の通信領域外へ通過したことを感知したとき、この路上機５と車載機１１との間の通信は終了して、ＥＴＣ車４に対するノンストップでの自動料金収受が完了する。
【０００９】
また、図２０に受信エリアと通信領域との関係を示す。ＥＴＣシステムにおいては、車載機１１の搭載される路面高が二輪車、乗用車、あるいは大型車等で異なるため、電波を用いて料金収受に関わる情報の授受が可能となるべき路面高はある範囲（約１〜２ｍ）をもち、また、情報の授受が可能となるべき進行方向は車両センサ１０ａ，１０ｂとで挟まれる範囲となり、その結果、所望の通信領域１２は３次元的空間として定義される。電波の直進性により、路上機５のアンテナ７から放射されたアンテナビーム８は車両センサ１０ａを超えた時点で急に零にすることはできず、所望の通信領域１２の外部に漏洩電波の領域１３ができることは避けられない。また、料金収受を行う料金所ブース、アンテナを取付けるための支持柱６、車両を感知する車両センサ１０ａ，１０ｂ、通路２に進入するＥＴＣ車４などの金属体に反射して、所望の通信領域外へ電波が散乱あるいは回折することによっても漏洩電波の領域１３が形成される。
【００１０】
このように受信エリア９の内部は、所望の通信領域１２と漏洩電波の領域１３とに分類される。このため、所望の通信領域１２に進入していないが、漏洩電波の領域１３に進入したＥＴＣ車４に搭載されている車載機１１と路上機５のアンテナ７との間で本来通信するべきでない料金収受に関わる情報の授受を行ってしまうケースが発生しうる。
【００１１】
図２１はこのような通信領域を設定した場合の問題となる点を表しており、料金所との間で自動料金収受機能を有する車載機１１を搭載していない車両（以下、「非ＥＴＣ車」という）１４が先行して車両センサ１０ａを通過して所望の通信領域１２内に進入し、かつ、車両センサ１０ｂを通過する以前の状態において、後続の車載機１１を搭載したＥＴＣ車４が通信に必要のない漏洩電波の領域１３内に進入し、路上機５のアンテナ７と料金収受に関わる情報の授受を行ってしまうと、先行していた非ＥＴＣ車１４はＥＴＣ車と見なされ、料金を支払わずに通過でき、後続のＥＴＣ車４は車両センサ１０ａを通過した時点で、再度路上機５のアンテナ７と料金収受に関わる情報の授受を行ってしまい、結果、料金を２重に支払うことになるか、もしくは短時間に同一車両が通過したということで、エラー処理として止められる可能性がある。
【００１２】
この問題を解決するために、１９９７年電子情報通信学会総合大会、Ｂ−２−５３、中村、桑原、“ＥＴＣ用位置評価装置の開発”に方向探知を応用した方式が提案されている。３素子からなるリニアアレーを用いて、受信信号の位相差を検出することで、車載機の位置を判別するものである。検出方式としてはＭＵＳＩＣ法を用いて到来方向の推定を行っているため、原理的に２台の車両を判別するためには３素子のアレーが必要になる。各素子は１素子から構成されているのでブロードな放射特性を有している。よって車両、支柱等の周囲散乱物の影響を強く受けるため、到来検出の精度が悪いという問題点がある。この例ではこの位相変動を抑圧するために、校正信号発生器およびＳＰＤＴスイッチを設け、受信信号と校正信号を切り換えることで、位相変動を除去しており、系が複雑になる。但し、上記周囲環境による変動については除去できない問題がある。
【００１３】
また、特許出願ＢＰ５０２４６１では、図２２に示すように２つの受信アンテナを用いた方法が提案されている。すなわち、所望の通信領域１２を照射するメインのアンテナ７ａと第１の受信機１５ａとからなるメイン系と、ブロードなビームで所望の通信領域１２を照射するサブのアンテナ７ｂと第２の受信機１５ｂとからなるサブ系の２つの受信系と信号処理回路１６とにより構成された受信システムを持ち、さらに、信号処理回路１６は比較器１７とゲート１８と料金収受制御装置１９とから構成される。上記メイン系と上記サブ系とで車載機１１から路上機のアンテナ７ａ，７ｂに向かう電波２０を同時に受信し、それぞれの受信電力を上記比較器１７で比較し、上記メイン系の受信電力が上記サブ系の受信電力より大きければ、ゲート１８をＯＮにし、メイン系で受信したデータを後段の料金収受制御装置１９へ通すことにより、通信を行い、料金収受に関わる情報を処理することを提案している。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
このＥＴＣシステムにおける通信領域の設定方法については、従来の技術では、図２３に示すようにメインのアンテナ７ａの受信エリア９ａとサブアンテナ７ｂの受信エリア９ｂの受信電力における交点を通信開始点、車両センサ１０ｂを通信終了点として設定しており、この場合、例えばＥＴＣ車４ａに搭載される車載機１１ａが車線中央ラインを通過した場合の通信領域２１ａは所望の通信距離が得られるが、ＥＴＣ車４ｂに搭載される車載機１１ｂが車線端ラインを通過した場合の通信領域２１ｂは、所望の通信距離より長く、この方法によって得られる判定後の通信領域は歪んだものであり、結果、電波の漏洩と同等と見なされるケースが発生していた。
【００１５】
また、上記従来の技術では、メインのアンテナ７ａとサブのアンテナ７ｂとの２つのアンテナには、指向性の差があるため金属体からの反射等の周囲環境の影響による変動量についても差があり、周囲環境による影響をなくすことは完全にはできなかった。
【００１６】
この発明はこのような課題を解決するためのものであり、以下に詳述する。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
上記の問題点を解決するために、第１の発明による料金所の通信装置は、受信アンテナとしてビーム形状を成形したアンテナを複数個用い、それぞれの受信アンテナの受信信号を比較することで、情報の授受を行うための通信領域を特定し、通信領域内部に進入したＥＴＣ車のみと通信を行うように構成したものである。
【００１８】
また、第２の発明による料金所の通信装置は、それぞれのビームのピーク方向が異なり、かつビーム形状を成形したアンテナを複数個用い、それぞれの受信アンテナの受信信号のレベルの大小を比較することで情報の授受を行うための通信領域を特定し、通信領域内部に進入したＥＴＣ車のみと通信を行うように構成したものである。
【００１９】
また、第３の発明による料金所の通信装置は、それぞれのビームのピーク方向が異なり、かつビーム形状を成形したアンテナを複数個用い、それぞれの受信アンテナの受信信号の位相差を比較することで情報の授受を行うための通信領域を特定し、通信領域内部に進入したＥＴＣ車のみと通信を行うように構成したものである。
【００２０】
また、第４の発明による料金所の通信装置は、それぞれのビームのピーク方向が異なり、かつアンテナを複数個用い、それぞれの受信アンテナの受信信号の受信振幅のレベル差あるいは受信位相差あるいはその両方により車載機の位置あるいは路上機から見た角度を計算することで、情報の授受を行うための通信領域を特定し、通信領域内部に進入したＥＴＣ車のみと通信を行うように構成したものである。
【００２１】
また、第５の発明による料金所の通信装置は、それぞれのビームのピーク方向が異なり、かつビーム形状を成形したアンテナを複数個用い、それぞれの受信アンテナにそれぞれ受信機を接続したことにより、複数個の受信信号の受信振幅差あるいは受信位相差あるいはその両方を同時に求めることで、通信領域内部に進入したＥＴＣ車のみと高速に通信を行うように構成したものである。
【００２２】
また、第６の発明による料金所の通信装置は、それぞれのビームのピーク方向が異なり、かつビーム形状を成形したアンテナを複数個用い、それぞれの受信アンテナを選択するスイッチを介して一台の受信機に接続して構成したものである。
【００２３】
また、第７の発明による料金所の通信装置は、ビーム形状を成形した受信アンテナを２つに分割し、２つの受信アンテナの和信号及び差信号を検出するコンパレータを接続し、この和信号及び差信号を用いて車載機の位置を検出するモノパルス検出とすることで情報の授受を行うための通信領域を特定し、通信領域内部に進入したＥＴＣ車のみと通信を行うように構成したものである。
【００２４】
また、第８の発明による料金所の通信装置は、受信アンテナのビーム形状を通信領域がほぼ一定のレベルで受信できるようにセクター状に成形したものである。
【００２５】
また、第９の発明による料金所の通信装置は、送信アンテナのビーム形状を通信領域がほぼ一定のレベルで送信できるようにセクター状に成形したものである。
【００２６】
また、第１０の発明による料金所の通信装置は、アレーアンテナにより構成した送受信アンテナと、上記アレーアンテナをサブアレーに分割し、それぞれのサブアレーに位相を変える手段を接続し、ビームを走査できるよう構成したものである。
【００２７】
また、第１１の発明による料金所の通信装置は、１つの送信アンテナと２つの受信アンテナとで構成し、第１の受信アンテナのビームのピーク方向を所望の通信領域に設定し、第２の受信アンテナのビームのピーク方向を所望の通信領域外に設定し、２つの受信アンテナが受信した車載機からの電波の受信振幅の強度を比較し、第１の受信アンテナの受信振幅強度が第２の受信アンテナの受信振幅強度より大きい場合に、車載機が所望の通信領域内に存在すると判断し、通信領域内部に進入したＥＴＣ車のみと通信を行うように構成したものである。
【００２８】
また、第１２の発明による料金所の通信装置は、ビーム形状を成形した１つの送信アンテナとビーム形状を成形した２つの受信アンテナとで構成し、送信アンテナのビームのピーク方向を所望の通信領域に設定し、２つの受信アンテナが受信した車載機からの電波の受信振幅の強度を比較し、第１の受信アンテナの受信振幅強度が第２の受信アンテナの受信振幅強度より大きい場合に、車載機が所望の通信領域内に存在すると判断し、通信領域内部に進入したＥＴＣ車のみと通信を行うように構成したものである。
【００２９】
また、第１３の発明による料金所の通信装置は、ビーム形状を成形した１つの送信アンテナとビーム形状を成形した２つの受信アンテナとで構成し、送信アンテナのビームのピーク方向を所望の通信領域内に設定し、第１の受信アンテナのビームのピーク方向を所望の通信領域内に設定し、第２の受信アンテナのビームのピーク方向を所望の通信領域外に設定し、さらに、それぞれの受信アンテナを可変減衰器を介して受信機に接続したことにより、２つの受信アンテナが受信した車載機からの電波の受信振幅の強度を比較し、第１の受信アンテナの受信振幅強度が第２の受信アンテナの受信振幅強度より大きい場合に、車載機が所望の通信領域内に存在すると判断し、通信領域内部に進入したＥＴＣ車のみと通信を行うように構成したものである。
【００３０】
また、第１４の発明による料金所の通信装置は、ビーム形状を成形した１つの送信アンテナとビーム形状を成形した２つの受信アンテナとで構成し、それぞれの受信アンテナを可変減衰器を介して受信機に接続したことにより、２つの受信アンテナが受信した車載機からの電波の受信振幅の強度を比較し、第１の受信アンテナの受信振幅強度が第２の受信アンテナの受信振幅強度より大きい場合に、車載機が所望の通信領域内に存在すると判断し、さらに、受信信号が受信可能なレベルに達していると判定した場合にのみ、通信領域内部に進入したＥＴＣ車のみと通信を行うようにスレッショルドレベルを設定した構成にしたものである。
【００３１】
また、第１５の発明による料金所の通信装置は、ビーム形状を成形した１つの送信アンテナとビーム形状を成形した２つの受信アンテナとで構成し、第２の受信アンテナで受信した受信信号を符号反転し、第１の受信アンテナの受信信号と符号反転した第２の受信アンテナの受信信号とを加算し、その結果が０より大きい場合に、車載機が所望の通信領域内に存在すると判断し、さらに、受信信号が受信可能なレベルに達していると判定した場合にのみ、通信領域内部に進入したＥＴＣ車のみと通信を行うように構成したものである。
【００３２】
また、第１６の発明による料金所の通信装置は、ビーム形状を成形した１つの送信アンテナとビーム形状を成形した２つの受信アンテナとで構成し、送信アンテナのビームのピーク方向を所望の通信領域内に設定し、第１の受信アンテナのビームのピーク方向を所望の通信領域内に設定し、第２の受信アンテナのビームのピーク方向を所望の通信領域外に設定し、さらに、第２の受信アンテナのビーム幅を第１の受信アンテナのビーム幅よりも狭くなるように構成したものである。
【００３３】
また、第１７の発明による料金所の通信装置は、ビーム形状を成形した送信アンテナとビーム形状を成形した複数個の受信アンテナとをマイクロストリップアンテナにより構成したものである。
【００３４】
【発明の実施の形態】
実施の形態１
図１はこの発明の実施の形態１を示す図であり、図において１〜８及び１０ａ，１０ｂ，１１は前記従来のＥＴＣシステムとまったく同一のものである。９ａ〜９ｆは複数個の受信エリア、２２は送信エリアである。図に示すように送信アンテナビームが１つ、受信アンテナビームが６つで構成されている。
【００３５】
次に動作について説明する。図１に示す９ａ〜９ｆの６つの受信エリアを設定し、９ａ〜９ｄを通信可能領域、９ｅ〜９ｆを通信不可領域とする。隣接車線との干渉や通信領域外との干渉を抑圧するために、送信アンテナのビームを成形し、低サイドローブ化を図る。車載機１１を搭載したＥＴＣ車４が通路２を通り、送信エリア２２に進入すると、路上機５のアンテナ７より路上機側の情報、例えば料金所の名前、通過レーン等を車載機１１に送信する。この情報を受信した車載機１１は受信エリア９ｆに進入した時点で車載機の情報、例えば車載機番号、車種区分、入口料金所番号等の車載機に関する情報を路上機５に送信する。路上機５のアンテナ７で受信した車載機に関するデータを元にして、料金所ブース１にて料金計算を行い、再び路上機５のアンテナ７から車載機１１へ料金情報として送信する。この路上機５と車載機１１との通信において、受信エリアを複数個設定することにより、車載機１１の存在する領域を判別することができ、所望の領域に存在する車載機１１とのみ交信を行うことができる。
【００３６】
例えば、図１に示すように、９ａ〜９ｆの６つの受信エリアを設定し、９ａ〜９ｄを通信可能領域、９ｅ〜９ｆを通信不可領域とする。車載機１１が受信エリア９ｆに進入すると、アンテナ７における車載機１１の受信電力は、受信アンテナのビーム成形により設定された６つの領域９ａ〜９ｆのうち、９ｆからの電力が最も大きく、車載機１１は９ｆに存在することが判別され、この領域が通信不可であることから、車載機１１と路上機５との間での通信は行わないようにする。この後、さらにＥＴＣ車４が通路２を進行し、車載機が受信エリア９ｄに進入すると、路上機５における車載機１１の受信電力は、受信アンテナの成形により設定された６つの領域９ａ〜９ｆのうち、９ｄからの電力が最も大きく、車載機１１は９ｄに存在することが判別され、この領域が通信可能であることから、車載機１１と路上機５との間での通信が行われる。このように、受信エリアを複数持つことにより、車載機の位置を判別することができ、通信領域を任意に設定することが可能となる。
【００３７】
なお、図１では受信アンテナビームが６個の場合について示したが、車載機の位置を検出可能な複数個の受信アンテナビームにより構成すれば、ビームの本数は何本であっても効果は変わらない。また、図では料金所が１車線の例を示したが、従来のＥＴＣシステムを示す図１９に示した２車線の料金所や、さらに車線数が増えた料金所であっても、それぞれ１つの車線についてこの発明と同様の構成とすれば、まったく同一の効果が得られる。
【００３８】
実施の形態２
図２はこの発明の実施の形態２を示す図であり、１は料金収受を行う料金所ブース、２は車両が通過する通路、３は車両の通路を分離する通路分離帯、４は車載機と搭載したＥＴＣ車、５は料金収受に関わる情報の授受を行うために料金所側に設置される路上機、６は路上機５を取付けるための支持柱、７は路上機５に装着されているアンテナ、１０は通信領域の入口および出口に配置された車両センサ、９ａは通信領域入口側に設置されているセンサ１０ａより車両進行方向手前側にアンテナビーム８ａを向けた受信エリア、９ｂは通信領域ほぼ中央にアンテナビーム８ｂを向けたメインの受信エリア、９ｃは通信領域出口側に設置されているセンサ１０ｂより車両進行方向側にアンテナビーム８ｃを向けた受信エリア１１は路上機５との間で料金収受に関わる情報の授受を行う車両に搭載された車載機、２２はアンテナ７にて成形された送信エリアを示す。
【００３９】
また、図３（ａ）は実施の形態２の配置を側面から見た図であり、５は路上機、６は路上機５を取付けるための支持柱、１０ａは通信領域の入口に設置された車両センサ、１０ｂは通信領域出口に配置された車両センサ、７は路上機５に装着されたアンテナであり、７ａは通信領域入口側に設置されているセンサ１０ａより車両進行方向手前側にアンテナビーム８ａを向けた受信アンテナ、７ｂは通信領域ほぼ中央にアンテナビーム８ｂを向けたアンテナ、７ｃは通信領域出口側に設置されているセンサ１０ｂより車両進行方向側にアンテナビーム８ｃを向けた受信アンテナ、１１は車載機、４は車載機を搭載したＥＴＣ車であり、図３（ｂ）における３４は車載機１１が路上機５の下を通過する時の路上機５における車載機の受信電力分布を示しており、３４ａは受信アンテナ７ａにおける車載機の受信電力分布、３４ｂは受信アンテナ７ｂにおける車載機の受信電力分布、３４ｃは受信アンテナ７ｃにおける車載機の受信電力分布を示している。
【００４０】
図２のように構成された料金所の通信装置においては、車載機１１を搭載した車両４が通路２を通り、送信エリア２２に進入すると、路上機５より路上機側の情報、例えば料金所の名前、通過レーン等を車載機１１に送信する。この情報を受信した車載機１１は受信エリア８に進入した時点で車載機の情報、例えば車載機番号、車種区分、入口料金所番号等の車載機に関する情報を路上機５に送信する。路上機５で受信した車載機に関するデータを元にして、料金所ブース１にて料金計算を行い、再び路上機５から車載機１１へ料金情報として送信する。この時、受信エリアを上記の通り３つ設定し、それぞれの受信電力を比較することにより、通信領域を判別する。
【００４１】
図３（ａ）、図３（ｂ）は通信領域の判別方法を詳細に説明する図であり、上記３つの受信アンテナにおける受信電力を示している。例えば通信領域となるための判定条件を受信アンテナ７ｂにおける受信電力３４ｂ＞受信アンテナ７ａにおける受信電力３４ａ、かつ受信アンテナ７ｂにおける受信電力３４ｂ＞受信アンテナ７ｃにおける受信電力３４ｃとすると、車載機がセンサ１０ａより車両進行方向手前にある場合は、受信電力３４ａ＞受信電力３４ｂとなり通信領域外と判定される。また、車載機がセンサ１０ａからセンサ１０ｂの間にある場合は受信電力３４ｂ＞受信電力３４ａ、かつ受信電力３４ｂ＞受信電力３４ｃとなり通信領域と判定される。また、車載機がセンサ１０ｂより車両進行方向奥にある場合は受信電力３４ｂ＜受信電力３４ｃとなり通信領域外と判定される。この一連の動作により、車載機１１を搭載した車両４が車線内を通過した場合において、容易に通信領域を判別することができる。
【００４２】
実施の形態３
図４（ａ）はこの発明の実施の形態３を示す図であり、５は路上機、６は路上機５を取り付ける支持柱、７は路上機５に装着されたアンテナ、１１は車載機、３６ａはアンテナ７ａから車載機１１までの伝搬路、３６ｂはアンテナ７ｂから車載機１１までの伝搬路、３６ｃはアンテナ７ｃから車載機１１までの伝搬路、４は車載機１１を搭載したＥＴＣ車であり、図４（ｂ）は路上機５に装着される装置を表し、７はアンテナ、２３はアンテナ７ａ，７ｂ，７ｃに接続し、受信電波の位相を検出する位相検波器、１６は位相検波器で検出した位相信号を信号処理する信号処理回路である。
【００４３】
次に動作原理について説明する。車載機１１を搭載した車両４が通路２を通り、路上機にて信号が受信可能な領域にきた場合、受信アンテナ７ａ，７ｂ，７ｃにて車載機からの信号を受信し位相を検波する。この時、図４に示すように車載機から受信アンテナまでの伝搬距離が異なるため、位相差が生じる。この位相差を検出し、信号処理回路で処理することで車載機の位置を検出し、この位置情報を利用して容易に通信領域を判別することができる。
【００４４】
実施の形態４
図５はこの発明の実施の形態４を示す図であり、図５（ａ）において３４ａ，３４ｂ，３４ｃはそれぞれの受信アンテナで受信した信号の受信電力を示している。また、図５（ｂ）において３５ａ，３５ｂ，３５ｃはそれぞれの受信アンテナで受信した信号の位相を示している。
【００４５】
次に動作原理について説明する。３４ａ，３４ｂ，３４ｃの受信ビームはそれぞれ、通信領域端で交差するようにビームを構成する。すなわち、通信領域内では受信ビーム３４ｂのレベルが高くなり、車の進行方向からみて、前方の通信領域外では受信ビーム３４ａの電力が、後方の通信領域外では受信ビーム３４ｃの電力が高くなる。よって、この受信電力を比較することで通信領域を判別できることは実施例２に示した通りである。さらに、この発明では、受信レベルの差を求めることで、車両の位置を検出するものである。３４ｂ＞＞３４ａであれば、車両は通信領域から遠く、３４ｂ≒３４ａであればほぼ通信領域端であることがわかる。さらにメインのアンテナとサブのアンテナの受信電力をあらかじめ把握しておけば、その受信電力差から車両に位置を検出することができる。図５（ｂ）は受信電力の位相差を示している。上記、図５（ａ）と同様にメインのアンテナとサブのアンテナの受信信号の位相差をあらかじめ把握しておけば、信号処理回路で処理することで車載機の位置を検出することができる。
【００４６】
実施の形態５
図６はこの発明の実施の形態５を示す図であり、７は路上機５内に装着された受信アンテナ、１５ａ，１５ｂ，１５ｃは各受信アンテナに接続した振幅、位相を検出する複数の受信機、１６は受信機で検出した振幅、位相データから位置計算を行う信号処理回路である。
【００４７】
次に動作原理について説明する。車載機が通信領域付近に進入すると、上記車載機からの電波はビーム中心の方向が異なる複数の受信アンテナ７にて受信される。受信された電波は各々の受信アンテナ７に接続されている受信機１５にて、その振幅あるいは位相あるいはその両方を同時に検出し、この複数の信号の振幅あるいは位相あるいはこの両方の情報を信号処理回路１６にて信号処理することにより車載機の位置を瞬時に検出し、通信領域を判別することができる。
【００４８】
実施の形態６
図７はこの発明の実施の形態６を示す図であり、７は路上機５に装着された受信アンテナ、２４は各受信アンテナを切り替えるビーム切り替えスイッチ、１５ａ，１５ｂ，１５ｃは各受信アンテナに接続した振幅を検出する単一の受信機、１６は受信機で検出した位相データから位置計算を行う信号処理回路である。
【００４９】
次に動作原理について説明する。車載機が通信領域付近に進入すると、上記車載機からの電波はビーム中心の方向が異なる複数の受信アンテナ７にて受信される。この時、上記電波を受信する受信アンテナ７をビーム切り替えスイッチ２４を切り替えることにより選択し、選択した受信アンテナ７にて受信された電波のみを受信機１５まで通過させ、その電波の振幅あるいは位相あるいはその両方を検出する。この切り替え動作を繰り返し、複数の受信アンテナにて受信する電波について振幅あるいは位相あるいはその両方を検出し、この複数の信号の振幅あるいは位相あるいはこの両方の情報を信号処理回路１６にて信号処理することにより車載機の位置を検出し、通信領域を判別することができる。
【００５０】
実施の形態７
図８はこの発明の実施の形態７を示す図であり、図８（ａ）はそのブロック図、図８（ｂ）はモノパルスコンパレータによる誤差電圧と角度の関係を示す。７は受信アンテナ、２５は２つの受信アンテナにて受信した受信信号の電力の和を合成したΣ成分と上記２つの電力の差信号を合成するΔ成分を作り出すモノパルスコンパレータである。１５ａ，１５ｂはモノパルスコンパレータに接続された受信機、１６は受信機で検出したΣ成分とΔ成分から車載機の位置を検出する信号処理回路である。
【００５１】
次に動作原理について説明する。車載機が通信領域付近に進入すると、上記車載機からの電波は受信アンテナ７で受信され、さらにモノパルスコンパレータ２５にてΣ成分とΔ成分を作り出し、受信機１５にてその電圧を検出する。ここで、あらかじめ図８（ｂ）に示すような誤差電圧と角度の関係を示したＳ字カーブのグラフを信号処理回路にメモリしておき、上記受信機にて検出された２つの成分から作り出される誤差電圧から角度情報を取り出すことにより、車載機の位置を容易に検出し、通信領域を判別する。
【００５２】
実施の形態８
図９はこの発明の実施の形態８を示す図であり、図において１〜８及び１０ａ，１０ｂ，１１は前記従来のＥＴＣシステムとまったく同一のものである。９ａ，９ｂ，９ｃはビームを成形した受信ビームである。
【００５３】
次に動作原理について説明する。通常にビームを構成すると、ビーム形状はペンシル状のビームとなる。ペンシル状のビームの断面形状は楕円形であるので、通信領域を覆うのは楕円状となる。一方、通信領域は方形状の領域で規定されるため、通信領域とビーム形状は一致しない。さらに、ビームを交差させて通信領域内外を判定するため、交差した領域が道路幅方向で直線状であるが、楕円状のビームを交差させても直線状の境界にはならない。直線状にならなければ、道路の中央と端での境界領域が変わる問題がある。
そこで、道路幅方向でのビーム形状が直線状となるように、セクター状のビームを形成する。このセクター状のビームを組み合わせることでビームの交差した通信境界領域を直線状にすることができ、境界を明確にすることができる。また、このようなビーム形状とすることで、通信領域での受信レベルの変動を小さくすることもできる。
【００５４】
実施の形態９
図１０はこの発明の実施の形態９を示す図であり、図において１〜８及び１０ａ，１０ｂ，１１は前記従来のＥＴＣシステムとまったく同一のものであり、９ａ，９ｂ，９ｃはビームを成形した受信ビーム、２２はビームを成形した送信ビームである。
【００５５】
次に動作原理について説明する。実施の形態８では、受信アンテナビームをセクター状に成形する例を示したが、さらにこの発明では送信ビームもセクター状に成形することを示している。基本的には、受信レベルから通信領域を判定するが、送信ビームが楕円状であれば、通信領域外への放射が道路の中央と端で異なるため、通信領域の誤差が生じやすい。そこで、送信ビームもセクター状とすることで誤差を最小にできる。さらに、通信領域外への放射を低減できるので、境界をさらに明確化できると共に、通信領域内への放射レベルを均一にすることが可能になる。
【００５６】
実施の形態１０
図１１はこの発明の実施の形態１０を示す図であり、７ａ〜７ｉは受信アンテナ、２６ａ，２６ｂ，２６ｃは各素子アンテナあるいはサブアレーの位相量を変える移相器である。
【００５７】
次に動作原理について説明する。受信アンテナ７ａ〜７ｉに移相器を接続する。この移相器は各受信アンテナに接続しても、あるいは受信アンテナをいくつかまとめてサブアレー化し、そのサブアレーに接続してもよい。この移相器の位相を変えることでビームの方向を変えることができ、ビームを走査することができる。電子的にビームを走査するため、通信領域内外に自由にビームを走査することができ、車両の位置を検出することができる。この際、ビームを通信領域内外にビームを走査するが、より通信領域を明確化するためには、ビームを成形し、セクター状にすることが望ましい。セクター化することで車両位置を検出する精度が向上する。
【００５８】
実施の形態１１
図１２はこの発明の実施の形態１１を示す図であり、図１２（ａ）において２は車両が通過する通路、５は路上機、７は受信アンテナ、９ａ，９ｂは受信エリア、２２は送信エリア、１１は車載機、４は車載機１１を搭載したＥＴＣ車、１０ｂはＥＴＣ車１１が通信領域を通過したことを検知するセンサーである。また、図１２（ｂ）において３４ａはサブのアンテナにて受信した信号の受信電力分布、３４ｂはメインのアンテナにて受信した信号の受信電力分布、２１は所望の通信領域を示す。
【００５９】
次に動作原理について説明する。車載機１１を搭載したＥＴＣ車４が通路２に進入し、送信エリア２２に入ると、路上機から情報を乗せた電波を送信し、この電波を受信した車載機１１は、路上機に対して情報を乗せた電波を送信する。ここで、路上機内に装備された受信アンテナ７は、メインのアンテナの受信エリア９ｂとサブのアンテナの受信エリアを持ち、この２つの受信アンテナにて受信した信号の受信電力の分布は図１２（ｂ）のように異なっており、この２つの分布の交点を所望の通信領域２１の入口に設定しておけば、車載機からの電波を受信することにより、車載機が通信領域内に存在するか否かの判別が可能となる。また、車載機が通信領域を出たか否かの判別は、センサ１０ｂを通信領域出口に設置することにより、車両の先頭がセンサを切った時点で、車載機が通信領域を通過したと判別することが可能であり、終端部を検出するためのサブの受信アンテナを削減することができる。また、この受信アンテナセクター状のビームとすることで、通信領域の境界を明確にすることができる。
【００６０】
実施の形態１２
図１３はこの発明の実施の形態１２を示す図であり、図１３において２は車両が通過する通路、５は路上機、７は受信アンテナ、９ａ，９ｂは受信エリア、２２は送信エリア、１１は車載機、４は車載機１１を搭載したＥＴＣ車、１０ｂはＥＴＣ車１１が通信領域を通過したことを検知するセンサーである。
【００６１】
次に動作原理について説明する。この発明においては動作は実施の形態１２と同様であるが、送信アンテナビームを成形し、送信エリア２２を通信領域またはメインの受信エリア９ｂと同じにすることにより、通信領域の入口における判別精度を向上している。
【００６２】
実施の形態１３
図１４はこの発明の実施の形態１３を示す図であり、車載機からの信号をメインのアンテナ７ａとサブのアンテナ７ｂでそれぞれ受信し、その受信信号Ａと受信信号Ｂを比較することで通信領域を判別し、受信信号Ａのみを抽出するこの発明を示す受信系ブロック図である。図において２７は可変減衰器である。車載機からの信号は２つのアンテナで受信されるが、メインのアンテナ７ａで受信した信号は受信機Ａを経由して受信信号Ａとして処理され、一方、サブのアンテナ７ｂで受信した信号は受信機Ｂを経由して受信信号Ｂとして処理され、この２つの信号を比較器にて比較し、受信信号Ａが大きいときのみゲート１８をＯＮすることにより受信信号Ａを後段の料金収受制御装置１９に送ることにより、通信領域と判別した場合のみ料金収受に関するデータの授受が行われる。
【００６３】
実施の形態１４
図１５はこの発明の実施の形態１４を示す図であり、車載機からの信号をメインの受信アンテナ７ａとサブの受信アンテナ７ｂでそれぞれ受信し、その受信信号Ａと受信信号Ｂを比較することで通信領域を判別し、受信信号Ａのみを抽出する受信系ブロック図である。車載機からの信号は２つのアンテナで受信されるが、メインのアンテナ７ａで受信した信号は受信機Ａを経由して受信信号Ａとして処理され、一方、サブのアンテナ７ｂで受信した信号は受信機Ｂを経由して受信信号Ｂとして処理され、この２つの信号を比較器にて比較し、受信信号Ａが大きいときのみゲート１８ａをＯＮすることにより受信信号Ａを後段へ送り、この受信信号Ａをあるスレッショルドレベルと比較し、このスレッショルドレベルを受信信号Ａを越える場合のみゲート１８ｂをＯＮすることにより受信信号Ａを後段の料金収受制御装置１９に送ることにより、通信領域と判別した場合のみ料金収受に関するデータの授受が行われる。
【００６４】
実施の形態１５
図１６は車載機からの信号をメインのアンテナ７ａとサブのアンテナ７ｂでそれぞれ受信し、その受信信号Ａと受信信号Ｂを比較することで通信領域を判別し、受信信号Ａのみを抽出するブロック図である。図において２８は符号反転器、２９は加算器である。車載機からの信号は２つのアンテナで受信されるが、メインのアンテナ７ａで受信した信号は受信機Ａを経由して受信信号Ａとして処理され、一方、サブのアンテナ７ｂで受信した信号は受信機Ｂを経由し、その後段で符号反転して受信信号−Ｂとし、加算器にて受信信号Ａと受信信号−Ｂを加算することにより受信信号Ａ−Ｂとして、比較器にて０レベルと比較し、この受信信号Ａ−Ｂが０より大きい場合のみゲート１８をＯＮすることにより受信信号Ａを後段の料金収受制御装置１９に送ることにより、通信領域と判別した場合のみ料金収受に関するデータの授受が行われる。これにより、車載機が２つのアンテナで判別された通信領域内にある時のみ料金収受に関するデータの授受が行うことができる。
【００６５】
実施の形態１６
図１７はこの発明の実施の形態１６を示す図であり、図１７（ａ）において９ａはサブのアンテナの受信領域。また、図１７（ｂ）はそれぞれのアンテナにおける受信電力の分布を示しており、メインのアンテナにおける受信電力分布３４ｂとサブのアンテナにおける受信電力分布３４ａが通信領域２１の入口付近で交差するように設定してある。この発明においては通信領域の判定の精度を高めるために、サブのアンテナビーム幅を狭くし、サブのアンテナにおける受信電力分布の傾き３４ｂを図１２（ｂ）に示す傾きより大きくしている。
【００６６】
実施の形態１７
図１８はこの発明の実施の形態１７を示す図であり、３０は地導体、３１は誘電体基板、３２はマイクロストリップ線路、３３は放射素子である。マイクロストリップアンテナを用いることで小型化、軽量化、低コスト化が図れる。
【００６７】
【発明の効果】
第１の発明によれば、成形したビームを複数個用いることで、通信領域を判別できる効果がある。
【００６８】
また、第２の発明によれば、成形した複数個のビームの受信振幅を比較するだけで容易に通信領域を判別できる効果がある。
【００６９】
また、第３の発明によれば、成形した複数個のビームの受信位相を比較するだけで容易に通信領域を判別できる効果がある。
【００７０】
また、第４の発明によれば、成形した複数個のビームの受信信号を比較することで、車載機の位置を精度良く検出できる効果がある。
【００７１】
また、第５の発明によれば、成形した複数個のビームの受信信号を同時に比較することができるため、データの送受信の時間が短縮できる効果がある。
【００７２】
また、第６の発明によれば、受信機が一つで構成できるため、低コスト化をはかることができる効果がある。
【００７３】
また、第７の発明によれば、モノパルス方式とすることで、簡単な構成で車載機の位置を検出できる効果がある。
【００７４】
また、第８の発明によれば、ビームをセクター化することで、通信領域の境界をほぼ直線状にでき、車線中央部と車線端部との通信距離をほぼ等しくできる効果がある。
【００７５】
また、第９の発明によれば、通信領域の送信ビームと受信ビームを同一とすることで、通信領域の精度を高める効果がある。
【００７６】
また、第１０の発明によれば、移相器を用いてビームを走査することで、車載機の位置を精度良く検出できる効果がある。
【００７７】
また、第１１の発明によれば、ビームをセクター化することで、通信領域の境界を精度良く求めることができ、受信アンテナを２個とすることで路上機を小型化できる効果がある。
【００７８】
また、第１２の発明によれば、送信アンテナと受信アンテナとのビーム方向を同一とすることで、通信領域外への漏洩電波が低減でき、通信領域の精度を向上できる効果がある。
【００７９】
また、第１３の発明によれば、受信アンテナと受信機との間に可変減衰器を介することで、受信レベルの調整ができ、受信アンテナあるいは受信機の固体差の影響及び設置場所の環境の影響を補正できる効果がある。
【００８０】
また、第１４の発明によれば、受信信号に適当なスレッショルドレベルを設定したことにより、通信領域を正確に設定できる効果がある。
【００８１】
また、第１５の発明によれば、符号反転器と加算器とで信号処理回路を構成したことにより、処理を容易にできる効果がある。
【００８２】
また、第１６の発明によれば、第２の受信アンテナのビーム幅は第１の受信アンテナのビーム幅より狭くしたことで、第１と第２の受信レベル差の傾きを大きくすることができ、通信領域の判別の精度を向上できる効果がある。
【００８３】
また、第１７の発明によれば、マイクロストリップアンテナを用いたことで、路上機を小型化、軽量化、薄型化ができ、量産化に適した構成にできる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明による料金所の通信装置の実施の形態１を示すＥＴＣシステム概略構成図である。
【図２】この発明による料金所の通信装置の実施の形態２を示すＥＴＣシテム概略構成図である。
【図３】この発明による料金所の通信装置の実施の形態２における通信領域の判定方法を示す図である。
【図４】この発明による料金所の通信装置の実施の形態３における通信領域の判定方法を示す図である。
【図５】この発明による料金所の通信装置の実施の形態４における通信領域の判定方法を示す図である。
【図６】この発明による料金所の通信装置の実施の形態５を示す受信系構成ブロック図である。
【図７】この発明による料金所の通信装置の実施の形態６を示す受信系構成ブロック図である。
【図８】この発明による料金所の通信装置の実施の形態７を示す受信系構成ブロック図である。
【図９】この発明による料金所の通信装置の実施の形態８を示すＥＴＣシステム概略構成図である。
【図１０】この発明による料金所の通信装置の実施の形態９を示すＥＴＣシステム概略構成図である。
【図１１】この発明による料金所の通信装置の実施の形態１０を示す受信系構成ブロック図である。
【図１２】この発明による料金所の通信装置の実施の形態１１を示すＥＴＣシステム概略構成図である。
【図１３】この発明による料金所の通信装置の実施の形態１２を示すＥＴＣシステム概略構成図である。
【図１４】この発明による料金所の通信装置の実施の形態１３を示す受信系構成ブロック図である。
【図１５】この発明による料金所の通信装置の実施の形態１４を示す受信系構成ブロック図である。
【図１６】この発明による料金所の通信装置の実施の形態１５を示す受信系構成ブロック図である。
【図１７】この発明による料金所の通信装置の実施の形態１６を示すＥＴＣシステム概略構成図である。
【図１８】この発明による料金所の通信装置の実施の形態１７を示すマイクロストリップアンテナの概略構成図である。
【図１９】ＥＴＣシステムにおける機器構成を示す概略構成図である。
【図２０】ＥＴＣシステムにおいて、１つのアンテナを用いた従来の方法による通信領域の設定を表す図である。
【図２１】ＥＴＣシステムにおいて、１つのアンテナを用いた従来の方法による通信領域の設定した場合の問題となる現象を表した図である。
【図２２】ＥＴＣシステムにおいて、２つのアンテナを用いた従来の方法により通信領域を設定する場合の受信系構成ブロック図である。
【図２３】ＥＴＣシステムにおいて、２つのアンテナを用いた従来の方法により通信領域を設定した場合の通信領域及び問題点を表す図である。
【符号の説明】
１ 料金所ブース
２ 通路
３ 通路分離帯
４ ＥＴＣ車
５ 路上機
６ 支持柱
７ アンテナ
８ アンテナビーム
９ 受信エリア
１０ 車両センサ
１１ 車載機
１２ 所望の通信領域
１３ 漏洩電波の領域
１４ 非ＥＴＣ車
１５ 受信機
１６ 信号処理回路
１７ 比較器
１８ ゲート
１９ 料金収受制御装置
２０ 車載機から路上機に向かう電波
２１ 通信領域
２２ 送信エリア
２３ 位相検波器
２４ ビーム切替スイッチ
２５ モノパルスコンパレータ
２６ 移相器
２７ 可変減衰器
２８ 符号反転器
２９ 加算器
３０ 地導体
３１ 誘電体基板
３２ マイクロストリップ線路
３３ 放射素子
３４ 受信電力分布
３５ 受信位相分布
３６ 伝搬路
Claims (12)
- ノンストップ自動料金収受システムにおける料金所の通信装置において、
上記通信装置内に隣接車線との干渉や通信領域外との干渉を抑圧するために成形されたビーム形状を持つ単一の送信アンテナと、
隣接車線との干渉や通信領域外との干渉を抑圧するために成形されたビーム形状を持つ複数個の受信アンテナと、
上記受信アンテナとつながる受信機と、
上記複数個の受信アンテナにそれぞれ対応する受信エリアを通信可または通信不可に設定し、かつ上記受信機で受信した複数の受信信号を互いに比較することによって車載機の存在する受信エリアを特定し、それによって通信領域を判別する信号処理装置とを備え、
上記複数個の受信アンテナは、それぞれアンテナビームのピーク方向が異なり、かつ受信機において受信信号の振幅と位相を検出するようにし、信号処理装置においてそれぞれの信号の振幅差と位相差を検出するようにしたことを特徴とする料金所の通信装置。 - 料金所の通信装置における複数個の受信アンテナは、それぞれアンテナビームのピーク方向が異なり、かつ受信機において受信信号の振幅あるいは位相あるいはその両方を同時に検出するようにし、信号処理装置においてそれぞれの信号の振幅差と位相差を検出するようにしたことを特徴とする請求項１記載の料金所の通信装置。
- 料金所の通信装置は、上記複数個の受信アンテナと受信機の間にそれぞれの受信アンテナを切り替えるスイッチを設けたことを特徴とする請求項１記載の料金所の通信装置。
- 料金所の通信装置における受信アンテナは、上記受信アンテナを２つに分割し、上記２つの受信アンテナの和及び差信号を検出するコンパレータを設け、このコンパレータによりモノパルス検出としたことを特徴とする請求項１記載の料金所の通信装置。
- 料金所の通信装置における複数個の受信アンテナは、受信エリア内がほぼ一定のレベルで受信できるようにビーム形状をセクター状に成形したことを特徴とする請求項１記載の料金所の通信装置。
- 料金所の通信装置における送信アンテナは、送信エリア内がほぼ一定のレベルで送信できるようにビーム形状をセクター状にしたことを特徴とする請求項１記載の料金所の通信装置。
- 料金所の通信装置における送信アンテナと受信アンテナは、その構成を複数個の素子アンテナを配列したアレーアンテナとし、上記アレーアンテナを構成する各素子アンテナあるいは数素子の素子アンテナを群としたサブアレーに位相を変える手段を設け、この手段により送受信アンテナのビームを走査することを特徴とする請求項１記載の料金所の通信装置。
- ノンストップ自動料金収受システムにおける料金所の通信装置において、
上記通信装置内に隣接車線との干渉や通信領域外との干渉を抑圧するために成形されたビーム形状を持つ単一の送信アンテナと、
隣接車線との干渉や通信領域外との干渉を抑圧するために成形されたビーム形状を持つ複数個の受信アンテナと、
上記受信アンテナとつながる受信機と、
上記複数個の受信アンテナにそれぞれ対応する受信エリアを通信可または通信不可に設定し、かつ上記受信機で受信した複数の受信信号を互いに比較することによって車載機の存在する受信エリアを特定し、それによって通信領域を判別する信号処理装置とを備え、
上記送信アンテナと複数個の受信アンテナは、セクター状にビーム形状を成形された単一の送信アンテナとセクター状にビーム形状を成形された２つの受信アンテナを設け、第１の受信アンテナはビームのピーク方向を通信領域内に設定し、第２の受信アンテナのビームのピーク方向は通信領域外に設定し、第１の受信アンテナの受信電力が第２の受信電 力よりも大きい場合のみ通信を行なうようにするとともに、
上記送信アンテナは、ビームのピーク方向と上記第１の受信アンテナのビームのピーク方向とを同一にし、
上記受信アンテナと受信機の間に受信信号の電力を任意に可変できる可変減衰器と、信号処理装置においてある基準電力を設定できる手段を設け、上記第１の受信アンテナで受信される電力あるいは上記第２の受信アンテナで受信される電力あるいはその両方を調整し、上記第１の受信アンテナで受信された受信信号を基準電力と比較し、それによって通信領域を判別するようにしたことを特徴とする料金所の通信装置。 - ノンストップ自動料金収受システムにおける料金所の通信装置において、
上記通信装置内に隣接車線との干渉や通信領域外との干渉を抑圧するために成形されたビーム形状を持つ単一の送信アンテナと、
隣接車線との干渉や通信領域外との干渉を抑圧するために成形されたビーム形状を持つ複数個の受信アンテナと、
上記受信アンテナとつながる受信機と、
上記複数個の受信アンテナにそれぞれ対応する受信エリアを通信可または通信不可に設定し、かつ上記受信機で受信した複数の受信信号を互いに比較することによって車載機の存在する受信エリアを特定し、それによって通信領域を判別する信号処理装置とを備え、
上記送信アンテナと複数個の受信アンテナは、セクター状にビーム形状を成形された単一の送信アンテナとセクター状にビーム形状を成形された２つの受信アンテナを設け、第１の受信アンテナはビームのピーク方向を通信領域内に設定し、第２の受信アンテナのビームのピーク方向は通信領域外に設定し、第１の受信アンテナの受信電力が第２の受信電力よりも大きい場合のみ通信を行なうようにするとともに、
上記送信アンテナは、ビームのピーク方向と上記第１の受信アンテナのビームのピーク方向とを同一にし、
上記信号処理装置は、上記第２の受信アンテナで受ける受信信号を符号反転する手段と、上記符号反転した信号と上記第１の受信アンテナで受けた受信信号を加算する手段とを設け、上記加算した結果が０より大きい場合にのみ通信を行なうようにしたことを特徴とする料金所の通信装置。 - ノンストップ自動料金収受システムにおける料金所の通信装置において、
上記通信装置内に隣接車線との干渉や通信領域外との干渉を抑圧するために成形されたビーム形状を持つ単一の送信アンテナと、
隣接車線との干渉や通信領域外との干渉を抑圧するために成形されたビーム形状を持つ複数個の受信アンテナと、
上記受信アンテナとつながる受信機と、
上記複数個の受信アンテナにそれぞれ対応する受信エリアを通信可または通信不可に設定し、かつ上記受信機で受信した複数の受信信号を互いに比較することによって車載機の存在する受信エリアを特定し、それによって通信領域を判別する信号処理装置とを備え、
上記送信アンテナと複数個の受信アンテナは、セクター状にビーム形状を成形された単一の送信アンテナとセクター状にビーム形状を成形された２つの受信アンテナを設け、第１の受信アンテナはビームのピーク方向を通信領域内に設定し、第２の受信アンテナのビームのピーク方向は通信領域外に設定し、第１の受信アンテナの受信電力が第２の受信電力よりも大きい場合のみ通信を行なうようにするとともに、
上記送信アンテナは、ビームのピーク方向と上記第１の受信アンテナのビームのピーク方向とを同一にし、
上記２つの受信アンテナは、上記第１の受信アンテナのビームのピーク方向を所望の通信領域内に設定し、上記第２の受信アンテナのビームのピーク方向を通信領域外に設定し、かつ上記第２の受信アンテナのビーム幅を上記第１の受信アンテナのビーム幅よりも狭くしたことを特徴とする料金所の通信装置。 - 料金所の通信装置は、受信アンテナと受信機の間に受信
信号の電力を任意に可変できる可変減衰器を挿入し、上記第１の受信アンテナで受信される電力あるいは上記第２の受信アンテナで受信される電力あるいはその両方を調整できるようにしたことを特徴とする請求項８〜１０のいずれかに記載の料金所の通信装置。 - 料金所の通信装置における送信アンテナと複数個の受信アンテナは、地導体、上記地導体上に設けた誘電体基板、上記誘電体基板上に設けた給電線路、上記給電線路と同一平面状に設け、かつ上記給電線路と接続されて給電される放射素子とから構成されるマトクロストリップアンテナにより構成したことを特徴とする請求項１〜１１のいずれかに記載の料金所の通信装置。
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- 1997-12-24 JP JP35466597A patent/JP3579761B2/ja not_active Expired - Fee Related
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