JP4946567B2 - 光ビーコン - Google Patents

Description

本発明は、道路を走行する車両に搭載された車載機との間で光信号による双方向通信を行うための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）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のアップリンク情報を含んだアップリンク光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のダウンリンク情報を含んだダウンリンク光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）。

上記光ビーコンは、車載機の間で双方向通信を行う投受光器を備えており、この投受光器は、ダウンリンク光を発光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受光素子とを備えている。
光ビーコンの投受光器は、図６に示すように、その直下よりも車両進行方向上流側寄りに、アップリンク領域ＵＡ（図中破線のハッチング部分）と、ダウンリンク領域ＤＡ（図中実線のハッチング部分）とからなる通信領域Ｔを設定している。光ビーコン（光学式車両感知器）の「近赤外線式インタフェース規格」によれば、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と重複しており、ダウンリンク領域ＤＡとアップリンク領域ＵＡの上流端は互いに一致するものとされている。従って、ダウンリンク領域ＤＡの車両進行方向長さは通信領域Ｔ全体の同方向長さと一致する。

特開２００５−２６８９２５号公報（図１）

複数車線を有する道路において、各車線それぞれに投受光器が配置された光ビーコンは、ダウンリンクの切り替え前の第一情報として、車線通知情報（車両ＩＤ、車線番号無し）等からなる第一のダウンリンク情報を含んだダウンリンク光を道路の各車線のダウンリンク領域に所定の送信周期で常時送信している。
ある車線のダウンリンク領域を車両が通過すると、その車両に搭載された車載機の投受光器（車載ヘッド）が第一のダウンリンク情報を含んだダウンリンク光を受信し、当該車載機は、自己の車両ＩＤを格納した車線通知情報等からなるアップリンク情報を含んだアップリンク光の送信を開始する。

その後、上記アップリンク光を光ビーコンの投受光器が受光すると、光ビーコンは、車載機に対して具体的な情報をダウンリンクの切り替え後の第二情報として、上記車両ＩＤに車両が通過している車線番号が対応付けられた車線通知情報等からなる第二のダウンリンク情報を含んだダウンリンク光の送信を開始し、このダウンリンク光の送信を所定時間内において可能な限り繰り返す。車載機は、第二のダウンリンク情報を含んだダウンリンク光を受信し、当該第二のダウンリンク情報に含まれる車線通知情報の中に、前記車線番号が対応付けられた自己の車両ＩＤが格納されていることを確認することで、当該第二のダウンリンク情報が自身に対して送信されている情報であることを認識するとともに、当該車両が複数車線の内のどの車線を走行しているのかを認識することができる。

上記のような複数車線を有する道路において、投受光器が、自身の設定対象とされている車線を走行している車両の車載機からのアップリンク光のみならず、隣接する車線を走行している車両の車載機からのアップリンク光を受光する場合がある。
上記のような現象は、例えば、図１６に示すように、各投受光器が設定するアップリンク領域ＵＡ（図中実線のハッチング部分）が隣接する車線に逸脱して設定されている場合に起こりうる。
すなわち、光ビーコンの投受光器の受光部分は、図５（ａ）に示すように、投受光器２の内部に配置された受光素子７と、この受光素子の受光面に対向して配置された集光レンズ８とによって構成されており、アップリンク領域はこの受光素子７の受光面の輪郭形状を道路上に投影するように設定される。また、投受光器２は、当該投受光器２よりもより道路Ｒ上上流側にアップリンク領域を設定するために、受光素子７は、所定の角度で傾けた状態で、上流側に向かって斜め下方向に向けて配置されている。
道路Ｒ上に投影されるアップリンク領域の輪郭形状は、受光素子７の受光面の形状に依存するため、受光素子７として一般的に用いられる受光面が矩形形状のものを採用した場合、アップリンク領域の輪郭形状は、上流端側の辺が下流端側の辺よりも大きく発散するように変形する。このため、下流端側を道路幅に一致するようにアップリンク領域を設定すると、図１６に示すように、アップリンク領域の上流端側が隣接する車線に逸脱した状態となり、当該投受光器が配置されている車線を走行している車両の車載機からのアップリンク光のみならず、隣接する車線を走行している車両の車載機からのアップリンク光を受信してしまう場合があった。

上記のように、投受光器が自身の車線を走行している車両の車載機からのアップリンク光のみならず、隣接する車線を走行している車両の車載機からのアップリンク光を受信すると、上記規格によれば、光ビーコンは、一の車線番号が対応付けられた当該車載機の車両ＩＤと、前記一の車線に隣接する車線の車線番号が対応付けられた同じ車両ＩＤと、を車線通知情報の中に格納し、第二のダウンリンク情報として送信するものとされている。すなわち、光ビーコンは、アップリンク光を送信した車載機が、どの車線に位置しているのかを認識することができないままに、第二のダウンリンク情報を含んだダウンリンク光を送信する。
そして、この場合、第二のダウンリンク情報内の車線通知情報には、異なる車線番号が対応付けられた２つの当該車両の車両ＩＤが存在しているので、これを受信した車載機は、車線通知情報内の自身の車両ＩＤを確認することはできるが、自身が走行している車線を認識することができない。

以上のように、アップリンク領域が隣接する車線にまで逸脱して設定されていると、受光したアップリンク光を送信した車載機が位置する車線を、光ビーコンが認識できない場合が生じ、車載機に対して適切な情報を送信することができず、前記路車間通信システムを利用してドライバの運転支援を行う上で、適切な車線にドライバを誘導することができなくなるという問題が生じる。
例えば、自動運転もしくは運転支援を行う車両が交差点を右折しようとする場合、自車が直進車線を走行しているのであれば、安全に右折車線に車線変更するように制御したり、ドライバに対して隣接する右折車線に車線変更するように促したりする必要があるが、走行する車線を正確に把握できない場合には、車両を正しく誘導することができなくなり、適切な制御を行えなくなる。
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、受光したアップリンク光を送信した車載機の位置する車線をより確実に認識することができる光ビーコンを提供することを目的とする。

上記目的を達成するための本発明は、車載機からのアップリンク光を受光する受光面を有し、この受光面の輪郭形状を道路上に投影するようにアップリンク領域を道路の車線上の所定範囲に設定する投受光器を備えた路車間通信用の光ビーコンであって、前記受光面の輪郭形状は、前記アップリンク領域の車線幅方向寸法を略一定にするとともに前記アップリンク領域を前記車線内に設定しうる略台形形状とされていることを特徴としている。

上記のように構成された光ビーコンによれば、投受光器の受光面の輪郭形状が、アップリンク領域の車線幅方向寸法を略一定にするとともにアップリンク領域を車線内に設定する形状とされているので、アップリンク領域を、当該光ビーコンの投受光器が配置される設定対象である道路上の車線内から逸脱しないように設定することができる。
これにより、投受光器が設定対象とされる車線に隣接する車線に位置する車載機から送信されるアップリンク光を受光してしまうのを防止することができ、アップリンク光を送信した車載機の位置する車線をより確実に認識することができる。
なお、上述の「アップリンク領域の車線幅方向寸法が略一定」である状態とは、車線に設定されたアップリンク領域が隣接する車線に逸脱しない程度（例えば、センターラインの幅寸法等）の誤差を含んで一定であるとともに、車両進行方向においてどの場所でも全く同一である場合に限定されない状態をいう。

前記受光面の輪郭形状が略台形形状とされている場合には、道路上に受光面が投影された際のアップリンク領域の形状を適切に設定することができる。
すなわち、前記受光面の輪郭形状は、上底が前記アップリンク領域の車両進行方向上流端に対応するとともに、前記上底よりも長い下底が前記アップリンク領域の車両進行方向下流端に対応する略台形形状とすることが好ましく、このようにすることで、発散するアップリンク領域の上流端の幅寸法を車線内に収まるように限定することができ、当該アップリンク領域の車線幅方向寸法を略一定にすることができる。この結果、アップリンク領域を、当該光ビーコンの投受光器が配置される設定対象である道路上の車線内から、より確実に逸脱しないように設定することができる。

また、前記投受光器は、前記受光面の輪郭形状が略台形形状となるようにマスキングされている受光素子を用いてもよいが、略台形形状に形成された受光素子を用いれば、マスキング等を行うことなく、受光面の輪郭形状を所定の台形形状とすることができる。
なお、上述の「略台形形状」とは、当該受光面により設定されるアップリンク領域が、隣接する車線に逸脱しない程度の誤差を含むことを許容する程度の台形形状である状態をいう。

また、前記投受光器の受光面は、前記アップリンク領域を道路幅方向に沿って複数領域に区分け可能に配置された複数の受光素子により構成されていてもよい。
この場合、複数の受光素子の内からアップリンク情報を受信させる受光素子を適宜選択することによって、受光面の実質的な幅寸法を調整し、アップリンク領域の幅方向寸法を、投受光器が設置される道路の幅寸法に応じて調整し設定することができる。
車線の幅は、地域や道路によって異なる場合があるため、このように容易にアップリンク領域の幅方向寸法を調整できれば大変有用である。

前記投受光器の受光面は、前記アップリンク領域を車両進行方向に沿って複数領域に区分け可能に配置された複数の受光素子により構成されていてもよい。
この場合、アップリンク領域を、複数の受光素子ごとに設定される車両進行方向に並ぶ複数領域により構成することができる。すなわち、アップリンク領域を車両進行方向に細分化し、どの受光素子で車載機からのアップリンク情報を受信したかを特定することで、アップリンク領域内における、アップリンク光を受信したときの車両の位置を正確に特定することができる。

以上のように、本発明の光ビーコンによれば、受信したアップリンク情報を送信した車載機の位置する車線をより確実に認識することができる。

〔第一の実施形態〕
〔光ビーコンの構成〕
次に、本発明の好ましい実施形態について添付図面を参照しながら説明する。図１（ａ）は、本発明の第一の実施形態の光ビーコンの全体構成を示す図である。本実施形態の光ビーコン１は、道路Ｒを走行する車両Ｓに搭載された車載機Ｓ１との間で光信号による双方向通信を行うものである。図において、光ビーコン１は、道路Ｒの各車線Ｒ１〜Ｒ４の上方にそれぞれに配置され車両Ｓに搭載された車載機Ｓ１と通信を行うための複数の投受光器２と、これら投受光器２を制御するためのビーコン制御機３とを備えている。

ビーコン制御機３は、道路脇に立設した支柱３０等に設置されており、電話回線等の通信回線を介して交通管制システム等の図示しない中央装置と接続されており、各投受光器２の制御を行う。
投受光器２は、支柱３０から道路Ｒ側に水平に架設した架設バー３１に固定され、道路Ｒの各車線Ｒ１〜Ｒ４の直上に配置されている。
図１（ｂ）は、投受光器２を側面視したときの外観図であり、図２は、その内部を示す斜視図である。なお、図２では、図１（ｂ）中の投受光器２の外側を覆う筐体２ａを外し、その下面２ｂ側から見た投受光器２内部の外観を斜視図として示している。投受光器２は、筐体２ａの上面が架設バー３１に固定されることで、道路Ｒの直上に配置されている。投受光器２は、筐体２ａの内部に、多数の発光ダイオード（ＬＥＤ）４ａを配列してなる発光部４と、車載機Ｓ１から発光されるアップリンク情報を含んだ近赤外線からなる光信号であるアップリンク光ＵＯを受光する受光部５とが実装された基板６を備えている。

発光部４は、ＬＥＤ４ａによって、道路Ｒ上の車載機Ｓ１に対して、ダウンリンク情報を含んだ近赤外線からなる光信号であるダウンリンク光ＤＯを道路Ｒ上の所定の範囲に向けて発光する。
発光部４に隣接して基板６に実装されている受光部５は、図５（ａ）に示すように、基板６上に固定された受光素子７と、この受光素子７に対して所定の寸法をおいて対向配置された集光レンズ８とを備えている。集光レンズ８は、その焦点ＦＰが、当該集光レンズ８の斜め下方側に位置するように設定されている。また、集光レンズ８は、車載機Ｓ１からのアップリンク光ＵＯが通過すると、そのアップリンク光ＵＯを受光素子７に対して直交して照射するように屈折させる。受光素子７は、フォトダイオードチップ等よりなり、集光レンズ８を通過したアップリンク光ＵＯを受光面７ａ１で受光すると光電変換によって、アップリンク光ＵＯに対応した電気信号を出力する。

上記発光部４及び受光部５が実装された基板６は、図１（ｂ）に示すように、水平方向に対する角度が例えば３０°に設定され、下方に向けて傾斜させた状態で、筐体２ａの内部に固定されている。これにより、発光部４は、ダウンリンク光ＤＯを投受光器２の直下よりも道路Ｒ上の上流側に向けて発光する。また、受光部５は、道路Ｒ上の上流側に位置する車両Ｓの車載機Ｓ１からのアップリンク光ＵＯを受光する。
上記構成の発光部４及び受光部５は、後述するように、車載機Ｓ１がダウンリンク光ＵＯを受光可能なダウンリンク領域ＤＡ（図６）、及び車載機Ｓ１からのアップリンク光ＵＯを受光可能なアップリンク領域ＵＡ（図６）を投受光器２よりも道路Ｒの車両進行方向上流側に設定する。

また、図１（ｂ）及び図２を参照して、投受光器２は、上記発光部４、受光部５の他、投受光器２の直下における車両の有無を検知するための車両検知部２０を備えている。車両検知部２０は、発光部２０ａと、受光部２０ｂとを備えており、発光部２０ａが投受光器２の直下に向けて発光した光が車両に当たって、反射光として返ってきたか否かを受光部２０ｂによって検知することによって、車両の存在を検知するように構成されている。

図３は、投受光器２の構成を示すブロック図である。投受光器２は、上記の発光部４、受光部５等の他、これらに接続されて制御を行うとともにビーコン制御機３に接続された制御部２１を備えている。また、制御部２１は、受光部５との間にアンプ１０を介在して接続されている。このアンプ１０は、受光素子７がアップリンク光ＵＯを受光することにより出力する信号を増幅し、制御部２１に出力する。制御部２１は、この増幅された信号に基づいて、信号処理を行い、アップリンク光ＵＯに含まれるアップリンク情報を取得する。そして、取得した情報をビーコン制御機３に出力し、この情報を受け取ったビーコン制御機３は、当該情報に基づいて制御部２１に対して、発光部４から所定の情報を送出する等の新たな命令を出力する。
なお、制御部２１は、受光部５からの電気信号を整形してビーコン制御機３に出力し、ビーコン制御機３がアップリンク情報を取得するようにしても良い。例えば、受光部５が複数に分割されているような場合であれば、制御部２１はこれらからの電気信号を合成する処理をおこなった後、ビーコン制御機３に出力するようにしても良い。この場合、制御部２１は、複数の受光部５のうちどの受光部で受信したのかに関する情報等を電気信号と共にビーコン制御機３に出力するようにしても良い。

〔受光部の構成〕
次に、受光部５の構成について詳述する。図４（ａ）は、図２に示す受光部５から集光レンズ８を外して受光素子７を露出させた状態を示した図であり、図４（ｂ）は、（ａ）の状態の受光部５（受光素子７）を正面視したときの模式図である。なお、図４（ｂ）では、図１（ｂ）中の矢印Ｍから正面視したときの状態を示している。受光素子７は、輪郭形状が略台形形状とされた受光面７ａ１を有している。図のように受光素子７の上面７ａには、円盤状のカバー９が固定されている。このカバー９には、図４（ｂ）に示すような輪郭形状が略台形形状とされた孔部９ａが形成されている。受光素子７は、上面７ａにおいて受光により信号を出力する能力を備えているが、カバー９は、矩形形状である受光素子７の上面７ａの一部を覆うことで、集光レンズ８に対して、上面７ａの内、孔部９ａの部分のみを露出させ、アップリンク光が受光可能な範囲を制限することで、受光面７ａ１を構成している。なお、この受光面７ａ１は、集光レンズ８を通じて正面視したときに、当該集光レンズ８の有効径内に収まるように設定されている。

図５（ａ）は、受光部５の受光素子７と集光レンズ８との幾何学的な位置関係を示した側面図であり、図５（ｂ）は、受光部５と、この受光部５により設定されるアップリンク領域ＵＡとの幾何学的な位置関係を示した側面図である。
集光レンズ８は、上述のように、焦点ＦＰが、当該集光レンズ８の斜め下方側に位置するように設定されており、車載機Ｓ１からのアップリンク光ＵＯが透過すると、そのアップリンク光ＵＯを受光素子７に対して直交して照射するように屈折させる。すなわち、受光素子７がアップリンク光ＵＯを受光することができるアップリンク領域ＵＡは、受光素子７の受光面７ａ１の輪郭形状を道路Ｒ上に、上下、左右両方向を１８０°反転させた形状で投影するように設定される。つまり、図４（ｂ）において、受光面７ａ１の上端縁７ａ２が、アップリンク領域ＵＡの下流端ＵＡ２（図５（ｂ））に対応するとともに、下端縁７ａ３が、アップリンク領域ＵＡの上流端ＵＡ１（図５（ｂ））に対応することとなる。
また、受光素子７は、図５（ａ）のように、集光レンズ８の焦点軸ＦＬに対して、所定寸法だけ下方向にオフセットさせて配置されている。このため、アップリンク領域ＵＡを、より投受光器２の上流側寄りに設定させ易くなる。

なお、上述のように、アップリンク領域ＵＡの形状の基準となる受光面７ａ１の輪郭形状は、アップリンク領域ＵＡの車線幅方向寸法を略一定にするとともに、アップリンク領域ＵＡを車線内に設定しうる形状として上述の台形形状に設定されている。

〔通信領域〕
図６は、本実施形態の光ビーコン１の投受光器２が、道路Ｒ上に設定する通信領域を示す斜視図である。投受光器２は、発光部４及び受光部５によって、道路Ｒ上の車両と通信可能な領域である、通信領域Ｔを、投受光器２の直下よりも車両進行方向の上流側寄りに設定する。
この通信領域Ｔは、発光部４から送出されるダウンリンク光ＵＯによって定まるダウンリンク領域ＤＡ（図中実線のハッチング部分）と、受光部５が車載機Ｓ１からのアップリンク光ＵＯを受光可能に設定されるアップリンク領域ＵＡ（図中破線のハッチング部分）とによって構成されている。
光ビーコン（光学式車両感知器）の「近赤外線式インタフェース規格」によれば、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と重複しており、ダウンリンク領域ＤＡとアップリンク領域ＵＡの上流端は互いに一致するものと規定されている。従って、ダウンリンク領域ＤＡの車両進行方向長さは通信領域Ｔ全体の同方向長さと一致するように設定される。

上記構成の光ビーコン１の投受光器２は、この通信領域Ｔ内に進入した車両の車載機との間で、ダウンリンク光ＤＯ及びアップリンク光ＵＯの授受を行うことで光通信を行い、双方向通信を行うことができるように構成されている。

図７は、投受光器２により設定されるアップリンク領域ＵＡを上方からみたときの形状を示す図である。なお、図７では、理解を容易にするため、アップリンク領域ＵＡのみを示すとともに、車両進行方向に長く誇張して示している。

アップリンク領域ＵＡは、上述したように、受光素子７の受光面７ａ１の輪郭形状を道路Ｒ上に投影するように設定される一方、投受光器２の集光レンズ８の焦点軸ＦＬは、道路Ｒに対して下流側に傾斜している（図５）。
例えば、焦点軸ＦＬが道路Ｒに対して直交するように設定されていれば、アップリンク領域ＵＡは、受光面７ａ１の輪郭形状の相似形状で設定されるが、上記のように、焦点軸ＦＬが道路Ｒに対して下流側に傾斜して設定されていると、アップリンク領域ＵＡは、上流端が下流端に比べて発散するような形状に、受光面７ａ１の輪郭形状を変形させた形状で設定される。

受光素子７の受光面７ａ１を、例えば、矩形とした場合、アップリンク領域ＵＡ´（図７中破線のハッチング部分）は、上述のように、受光面７ａ１の輪郭形状を上流側に向かって発散するように変形した輪郭形状で設定され、下流端側の幅寸法を車線の幅寸法に一致させると、隣接する車線に逸脱した台形形状に設定されてしまう。
これに対して、本実施形態では、投受光器２が備える受光素子７の受光面７ａ１の輪郭形状を、アップリンク領域ＵＡの車線幅方向寸法を略一定にするとともにアップリンク領域ＵＡを車線内に設定しうる形状として上述の台形形状としたので、アップリンク領域ＵＡ（図７中実線のハッチング部分）の輪郭形状を、隣接する車線に逸脱しないように設定することができる。

すなわち、受光面７ａ１は、上底としての下端縁７ａ３がアップリンク領域ＵＡの上流端ＵＡ１に、上底よりも長い下底としての上端縁７ａ２がアップリンク領域ＵＡの下流端ＵＡ２にそれぞれ対応する略台形形状とされているので、発散するアップリンク領域ＵＡの上流端ＵＡ１の幅寸法を道路Ｒの車線の幅寸法となるように設定することができ、アップリンク領域ＵＡの車線幅方向寸法を略一定にすることができる。この結果、アップリンク領域ＵＡを、当該光ビーコン１の投受光器２が配置される道路Ｒ上の車線内から逸脱しないように設定することができる。
従って、光ビーコン１は、投受光器２が設定対象とされる車線に隣接する車線に位置する車両の車載機Ｓ１から送信されるアップリンク光ＵＯを受光してしまうのを防止することができ、アップリンク光ＵＯを送信した車載機Ｓ１は自身を搭載する車両の位置する車線をより確実に認識することができる。

〔受光面と、アップリンク領域との関係に関する検証〕
次に、投受光器２の有する受光素子７の受光面７ａ１と、アップリンク領域ＵＡとの幾何学的な関係について検証する。
まず、受光部５を側面視したときの受光面７ａ１と、アップリンク領域ＵＡの投影角度との関係について、図５を参照して説明する。
図５（ａ）において、焦点軸ＦＬに対して、受光面７ａ１の下端縁７ａ３と対称な辺４０を仮想的に設定する。そして、受光面７ａ１の縦方向の幅寸法である、下端縁７ａ３と上端縁７ａ２との幅寸法をＡ、上端縁７ａ２と辺４０との幅寸法をａとしたとき、アップリンク領域ＵＡを投影する上流辺Ｄ２と、焦点軸ＦＬとの成す角度αは、下記の式（１）により示される。
また、アップリンク領域ＵＡを投影する下流辺Ｄ１と、焦点軸ＦＬとの成す角度βは、下記の式（２）により示される。
なお、式（１）、（２）中、Ｆは、集光レンズ８の焦点距離である。

また、図５（ｂ）において、焦点軸ＦＬと、道路Ｒと平行な軸Ｑとの成す角度をθ、焦点ＦＰの道路Ｒからの高さ寸法をＨ、焦点ＦＰを通過する直交線が道路Ｒと交差する点Ｏと、下流端ＵＡ２との間の寸法をＬ１、下流端ＵＡ２と上流端ＵＡ１との間の寸法（アップリンク領域ＵＡの車両進行方向の長さ寸法）をＬ２、上流辺Ｄ２の長さ寸法をｄ２、下流辺Ｄ１の長さ寸法をｄ１としたとき、各値の関係は下記式（３）〜（６）によって表される。なお、θを６０°とした投受光器が一般的に用いられているので、ここでは、θを６０°に設定した。

また、上記式（３）、（４）の左辺は、下記式（７）、（８）の通り、ｓｉｎαと、ｃｏｓαとの関係として示すことができる。従って、式（３）、（４）に基づいて、ｓｉｎα、ｃｏｓαを求めると、下記式（９）、（１０）のように示され、その結果、ｔａｎαを求めると、下記式（１１）のように示される。

また、同様に上記式（５）、（６）に基づいて、ｔａｎβを求めると、下記式（１２）のように示される。

また、上記式（１）、（２）から、下端縁７ａ３と上端縁７ａ２との幅寸法Ａ、上端縁７ａ２と辺４０との幅寸法ａは、下記式（１３）、（１４）のようにｔａｎαと、ｔａｎβとで示される。

そして、上記式（１３）、（１４）に、式（１１）、（１２）で求めたｔａｎα、ｔａｎβを代入することで、下端縁７ａ３と上端縁７ａ２との幅寸法Ａ、上端縁７ａ２と辺４０との幅寸法ａを、規格等によって設定される数値である、Ｈ、Ｌ１、及びＬ２で表すことができる。

次に、受光面７ａ１の上端縁７ａ２の幅寸法と、アップリンク領域ＵＡとの幾何学的な関係について検証する。
図８は、上端縁７ａ２に対応する、アップリンク領域ＵＡの下流端ＵＡ２と、集光レンズ８の焦点ＦＰとの関係を示す図である。図において、道路Ｒを直交するとともに下流端ＵＡ２を構成する辺ｕａ２の両端点ｕａ２１とｕａ２２との間の幅寸法をＲ１、下流辺Ｄ１と、焦点ＦＰ及び端点ｕａ２１（端点ｕａ２２）を通過する辺ｕａ２３（ｕａ２４）とが成す角度をγとすると、これらの関係は、下記式（１５）で示される。

次に、ｔａｎγについて求める。図９（ａ）は、受光素子７を集光レンズ８を通じて正面視したときの模式図であり、（ｂ）は（ａ）中の矢印Ｎからみたときの受光素子７と集光レンズ８との関係を示した図であり、（ｃ）は、（ｂ）を上方からみたときの受光素子７と集光レンズ８との関係を示した図である。なお、図９の（ａ）においては、理解を容易にするため、受光素子７の形状は矩形として描かれているが、本発明の受光素子７の形状は、下端縁７ａ３が上端縁７ａ２よりも短い台形形状とされる。
図９（ａ）において、辺ｕａ２３は、受光素子７の受光面７ａ１の上端縁７ａ２の一端を集光レンズ８上に投影した端点ｇ１と、焦点ＦＰとを通過する直線で表され、下流辺Ｄ１は、上端縁７ａ２の中点を集光レンズ８上に投影した中点ｇ２と、焦点ＦＰとを通過する直線で表される。そして、図９（ａ）〜（ｃ）によれば、これら辺ｕａ２３と、下流辺Ｄ１とが成す角度がγであり、ｔａｎγは、焦点ＦＰと中点ｇ２との間の寸法を、端点ｇ１と中点ｇ２との間の寸法で除した値となる。
そこでまず、焦点ＦＰと中点ｇ２との間の寸法を求める。図９（ｂ）を参照して、端点ｇ１と焦点軸ＦＬとの寸法ｇ３は、下記式（１６）で示されるので、焦点ＦＰと中点ｇ２との間の寸法は、下記式（１７）で示される。

また、端点ｇ１と中点ｇ２との間の寸法は、上端縁７ａ２の幅寸法Ｂ１の１／２の寸法である。従って、ｔａｎγは、下記式（１８）のように示される。そして、上記式（１５）に式（１８）を代入すると、下記式（１９）のように示され、アップリンク領域ＵＡの下流端ＵＡ２の幅方向寸法Ｒ１と、上端縁７ａ２の幅寸法Ｂ１との関係を得ることができる。

図１０は、下端縁７ａ３に対応する、アップリンク領域ＵＡの上流端ＵＡ１と、集光レンズ８の焦点ＦＰとの関係を示す図である。図において、道路Ｒを直交するとともに上流端ＵＡ１を構成する辺ｕａ１の両端点ｕａ１１とｕａ１２との間の幅寸法をＲ２、上流辺Ｄ２と、焦点ＦＰ及び端点ｕａ１１（端点ｕａ１２）を通過する辺ｕａ１３（ｕａ１４）とが成す角度をδとすると、これらの関係は、下記式（２０）で示される。

次に、ｔａｎδについて求める。図１１（ａ）は、受光素子７を集光レンズ８を通じて正面視したときの模式図であり、（ｂ）は、（ａ）中の矢印Ｐからみたときの受光素子７と集光レンズ８との関係を示した図であり、（ｃ）は（ｂ）を上方からみたときの受光素子７と集光レンズ８との関係を示した図である。なお、図１１の（ａ）においては、理解を容易にするため、受光素子７の形状は矩形として描かれているが、本発明の受光素子７の形状は、下端縁７ａ３が上端縁７ａ２よりも短い台形形状とされる。

図１１（ａ）において、辺ｕａ１３は、受光素子７の受光面７ａ１の下端縁７ａ３の一端を集光レンズ８上に投影した端点ｊ１と、焦点ＦＰとを通過する直線で表され、上流辺Ｄ２は、下端縁７ａ３の中点を集光レンズ８上に投影した中点ｊ２と、焦点ＦＰとを通過する直線で表される。そして、図１１（ａ）〜（ｃ）によれば、これら辺ｕａ１３と、上流辺Ｄ２とが成す角度がδであり、ｔａｎδは、焦点ＦＰと中点ｊ２との間の寸法を、端点ｊ１と中点ｊ２との間の寸法で除した値となる。
ここで、図１１（ｂ）を参照して、端点ｊ１と焦点軸ＦＬとの寸法ｊ３は、下記式（２１）で表される。また、下端縁７ａ３の幅寸法をＢ２とすると、ｔａｎδは、上記式（１５）〜（１８）と同様にして求めることで、下記式（２２）のように表され、上記式（２０）に式（２２）を代入すると、下記式（２３）のように示され、アップリンク領域ＵＡの上流端ＵＡ１の幅方向寸法Ｒ２と、下端縁７ａ３の幅寸法Ｂ２との関係を得ることができる。

なお、式（１９）及び式（２３）中の上流辺Ｄ２と、下流辺Ｄ１のそれぞれの長さ寸法ｄ２、ｄ１は、図５（ｂ）より、焦点ＦＰの道路Ｒからの高さ寸法Ｈ、寸法Ｌ１、及び寸法Ｌ２によって表すことができる。
従って、アップリンク領域ＵＡにおける、下流端ＵＡ２の幅方向寸法Ｒ１、及び、上流端ＵＡ１の幅方向寸法Ｒ２は、式（１９）、式（２３）、式（１１）〜（１４）より、焦点ＦＰの道路Ｒからの高さ寸法Ｈ、寸法Ｌ１、寸法Ｌ２、集光レンズ８の焦点距離Ｆ、受光素子７の上端縁７ａ２の幅寸法Ｂ１、及び下端縁７ａ３の幅寸法Ｂ２とにより表すことができ、受光素子７の受光面７ａ１の幅寸法Ｂ１、Ｂ２と、アップリンク領域ＵＡの幅方向寸法Ｒ１、Ｒ２との関係を把握することができる。

ここで、上記の、高さ寸法Ｈ、寸法Ｌ１、及び寸法Ｌ２は、光ビーコンの「近赤外線式インタフェース規格」により規定された寸法に基づいて定まる。すなわち、図６を参照して、当該規格によれば、道路Ｒの路面からの投受光器２の高さ寸法は５．５ｍと規定されている。これに対して、車載機Ｓ１の路面からの高さ寸法は１ｍ、もしくは２ｍと規定されている。通信領域Ｔは、車載機Ｓ１との間で定まるので、車載機Ｓ１の高さ寸法を１ｍとした場合、高さ寸法Ｈは、４．５ｍと定められる。
また、投受光器２のアップリンク領域ＵＡの車両進行方向の長さ寸法である寸法Ｌ２は、１．６ｍ、通信領域Ｔの車両進行方向の長さ寸法ｔ１は、３．７ｍと規定されており、通信領域Ｔの下流端Ｔ１とアップリンク領域ＵＡの下流端ＵＡ２との間の寸法ｔ２は、２．１ｍである。また、通信領域Ｔの下流端Ｔ１と、投受光器２の道路Ｒ上直下の位置である点Ｏとの車両進行方向の長さ寸法ｔ３は、１．３ｍと規定されており、寸法Ｌ１は、３．４ｍと定まる。

また、車載機Ｓ１の高さ寸法を２ｍとした場合、高さ寸法Ｈは３．５ｍであり、長さ寸法ｔ３は１．０ｍ、寸法Ｌ１は３．１ｍ、寸法Ｌ２は１．６ｍと規定されている。
また、この光ビーコン１の設置対象となる道路Ｒの幅寸法ｒは、３．５ｍ、もしくは３．０ｍである。

本発明者らは、アップリンク領域ＵＡを矩形とすべくアップリンク領域ＵＡの幅方向寸法Ｒ１、Ｒ２を道路Ｒの幅寸法と同一の値ｒに設定し、前記規格より定まる上記各定数を上記式に代入し、受光素子７の受光面７ａ１の幅寸法Ｂ１、Ｂ２をそれぞれ算出した。その結果を表１に示す。なお、表１において、道路Ｒの幅寸法ｒが３．５ｍ，３．０ｍの場合、車載機Ｓ１の高さ寸法が１ｍ，２ｍの場合、それぞれについて幅寸法Ｂ１、Ｂ２を算出した。また、集光レンズ８の焦点距離としては、１７ｍｍ，１８ｍｍ，１９ｍｍの３種類を設定した。

表１に示すように、いずれの場合においても、受光素子７の受光面７ａ１における上端縁７ａ２の幅寸法Ｂ１は、下端縁７ａ３の幅寸法Ｂ２よりも長い値となっている。すなわち、受光面７ａ１は、下端縁７ａ３を上底、上端縁７ａ２を上底である下端縁７ａ３よりも長い下底とした台形形状となる。

以上のように、本実施形態のように、投受光器２の受光面７ａ１の輪郭形状を、表１に示される算出結果に基づく台形形状とすれば、アップリンク領域ＵＡの車線幅方向寸法を一定にするとともにアップリンク領域ＵＡを車線内に設定することができ、隣接する車線に逸脱しないように設定できることが明らかとなった。

また、本実施形態の光ビーコン１が「近赤外線式インタフェース規格」に基づいて設置される場合、表１の算出結果のように、上記受光面７ａ１の輪郭形状は、受光面７ａ１における下端縁７ａ３の幅寸法Ｂ２（図４（ｂ））が７〜１３ｍｍ、上端縁７ａ２の幅寸法Ｂ１（図４（ｂ））が９〜１４ｍｍ、下端縁７ａ３と上端縁７ａ２との幅寸法Ａが３〜６ｍｍ、下底と上底との差である幅寸法Ｂ１と幅寸法Ｂ２との差が１〜２．２ｍｍに設定された台形形状とすることが好ましい。
また、上端縁７ａ２の幅寸法Ｂ１に対する、下端縁７ａ３の幅寸法Ｂ２の比率は、上記算出結果から、０．８５〜０．９に設定された台形形状とすることが好ましい。
受光素子７の受光面７ａ１の輪郭形状を上記の数値範囲に設定された台形形状とすることで、アップリンク領域ＵＡを、隣接する車線に逸脱しないように設定することができる。

なお、上記実施形態では矩形形状の受光素子７をカバー９によって覆うことで、輪郭形状が台形形状である受光面７ａ１を構成したが、他の方法によって、投受光器２の受光面の輪郭形状を所定の台形形状とすることができる。例えば、図１２（ａ）に示す受光素子７は、その形状は矩形であるが、当該受光素子７の製造段階において、マスキング部７ｂが設けられており、受光素子７の受光面７ａ１は、マスキング部７ｂを設けることによって、その輪郭形状が所定の台形形状に設定されている。この場合、上記実施形態で示した受光面７ａを覆うためのカバーを必要としないので、構造を簡易なものにできる。
また、図１２（ｂ）に示すように、受光素子７の形状自体が所定の台形形状に形成され、受光面７ａ１においても所定の台形形状とされたものを用いてもよい。この場合、カバーやマスキング等を行うことなく、受光面７ａ１の輪郭形状を所定の台形形状とすることができる。

〔第二の実施形態〕
図１３（ａ）は、本発明の第二の実施形態の光ビーコン１の投受光器２が備える受光素子７を示す模式図である。
本実施形態と第一の実施形態と異なる点は、受光素子７が、実質的に２つの独立した受光素子により構成されている点である。

本実施形態の受光素子７は、一つのチップ上に実質的に２つの独立した受光素子である第一素子７ｄ及び第二素子７ｅを備えている。これらは、当該受光素子７を製造する段階において、破線７ｃを境界として、独立した２つのフォトダイオードとして構成されている。なお、両素子７ｄ，７ｅの両側は、マスキング部７ｂが設けられている。

第一素子７ｄは、単独でその輪郭形状が台形形状の受光面７ｄ１を有している。第二素子７ｅは、第一素子７ｄの側部に沿う略長方形状とされた受光面７ｅ１を有している。
これら両素子７ｄ，７ｅは、それぞれ第一アンプ１０及び第二アンプ１１を介して制御部２１に接続されており、それぞれ独立して信号を制御部２１に出力するように構成されている。従って、両素子７ｄ，７ｅの内、いずれか一方のみを動作させるように制御することも可能であるし、基板６に実装する段階であらかじめ制御部２１に接続せず動作させないようにすることもできる。
なお、両素子７ｄ，７ｅは、互いにその受光面７ｄ１，７ｅ１の面積が異なるので、制御部２１へ出力される信号出力の特性が異なるが、制御部２１によって、それぞれの受光面７ｄ１，７ｅ１の面積に応じて出力ゲインを調整し、補正することで誤差を生じさせることなくアップリンク光ＵＯを受光できるようにされている。

これら両素子７ｄ，７ｅは、図１３（ａ）に示すように、それぞれの受光面７ｄ１，７ｅ１を組み合わせた状態で、その輪郭形状が台形形状の受光面を構成する。従って、両素子７ｄ，７ｅを動作させた場合には、受光面７ｄ１，７ｅ１全体で投受光器２の受光面を構成し、図中の寸法Ｂ３が、上端縁７ａ２の長さ寸法となる。
一方、第一素子７ｄのみを動作させた場合には、この第一素子７ｄのみで投受光器２の受光面を構成するが、両素子７ｄ，７ｅを動作させた場合と比較して、投受光器２としての受光面の幅寸法を第二素子７ｅの幅寸法だけ小さくすることができ、この場合、図中の寸法Ｂ４が、上端縁７ａ２の長さ寸法となり、アップリンク領域ＵＡの道路幅方向寸法Ｒ１（Ｒ２）を小さくすることができる。

すなわち、本実施形態の両素子７ｄ，７ｅは、アップリンク領域ＵＡを道路幅方向に沿って二つの領域に区分け可能に配置されており、これによって、両素子７ｄ，７ｅの内からアップリンク光ＵＯを受光させる（動作させる）素子を適宜選択することによって、投受光器２の受光面の実質的な寸法を調整し、アップリンク領域ＵＡの幅方向寸法を、投受光器２が設置される道路Ｒの幅寸法に応じて調整し設定することができる。
なお、動作させる素子を選択する方法としては、上述したように、制御部２１の制御によることもできるし、基板６に実装する際に、動作させない素子はあらかじめ制御部２１と接続しないといった方法を採ることができる。

また、上記実施形態では、二つの素子７ｄ，７ｅで受光素子７を構成したが、図１３（ｂ）に示すように、三つの素子である、第一〜第三素子７ｄ〜７ｆで構成することもできる。この第二素子７ｅと第三素子７ｆとは相似形となるように設けられている。
この場合、上記実施形態と比べて、よりアップリンク領域ＵＡの幅寸法をより細かく調整できるとともに、第二素子７ｅと第三素子７ｆの両者を双方とも、非動作状態とした場合には、前素子７ｄ〜７ｆを動作させる場合の全受光面の中心がずれるのを防止できる。

〔第三実施形態〕
図１４は、本発明の第三実施形態の光ビーコン１の投受光器２が備える受光素子７を示す模式図である。
本実施形態と第二の実施形態との異なる点は、受光素子７が、実質的に４つの独立した受光素子により構成されており、これらが上下方向に並べて配置されている点である。

本実施形態の受光素子７は、一つのチップ上に実質的に４つの独立した受光素子である第一素子７ｇ、第二素子７ｈ、第三素子７ｉ、及び第四素子７ｊを備えている。これらは、当該受光素子７を製造する段階において、破線７ｃを境界として、独立した４つのフォトダイオードとして構成されている。なお、各素子７ｇ〜７ｊの両側は、マスキング部７ｂが設けられている。
また、これら各素子７ｇ〜７ｊは、それぞれ上下方向に、下端縁７ａ３と上端縁７ａ２との幅寸法Ａを等分するように配置されており、それぞれの受光面７ｇ１〜７ｊ１を組み合わせた状態で、その輪郭形状が台形形状の受光面を構成している。
これら各素子７ｇ〜７ｊは、上下方向にそれぞれ第一アンプ１０〜第四アンプ１３を介して制御部２１に接続されており、それぞれ独立して信号を制御部２１に出力するように構成されている。

本実施形態では、各素子７ｇ〜７ｊによって、幅寸法Ａを四等分しているので、アップリンク領域ＵＡを道路Ｒの車両進行方向に沿って四等分に区分けして設定する。
図１５は、本実施形態によるアップリンク領域ＵＡの態様を示す側面図である。図において、本実施形態のアップリンク領域ＵＡは、車両進行方向に沿って第一領域５１〜第四領域５４に区分けされ細分化された状態で設定されている。これら各領域５１〜５４は、それぞれ、各素子７ｇ〜７ｊに対応しており、対応する各素子７ｇ〜７ｊによって各領域５１〜５４が独立して設定されている。
このため、本実施形態において、各素子７ｇ〜７ｊは、それぞれ個別的に車両Ｓからのアップリンク光ＵＯを受光可能であり、どの素子が最初にアップリンク光ＵＯを受光したかを特定することで、アップリンク領域ＵＡ内における、アップリンク光ＵＯを最初に受光したときの車両Ｓの位置を正確に特定することができる。

そして、どの素子（７ｇ〜７ｊ）で受光したのかに応じた情報（位置や距離を示す情報）を即座に車両Ｓ側に提供することにより、例えば、図１５中の車両進行方向下流側に位置する停止線４０等の目標地点までの距離を、車載機Ｓ１に正確に把握させることができるようになる。
このように、車両の走行する車線の番号と並んで車両の進行方向における位置（例えば停止線までの距離）をも正確に車両側に認識させることで、車両の安全運転支援をより適切に行うことができるようになる。
例えば、車両の走行車線と位置の情報に加えて、車載機Ｓ１が青信号の残り表示時間に関する情報をインフラ側から受信できていれば、現在の走行状態で青信号表示中に停止線を安全に通過できるのか、あるいは停止する必要があるのかを正確に認識することができるようになる。
直進車線走行中の車両が右折を予定している場合、車線変更のために減速して車線変更を行った後、停止線に到着するまでの所要時間を正確に知る必要があるが、本発明によれば、車両の走行車線と停止線までの距離を正確に把握できているから、停止線に到着するまでの所要時間を精度良く算出することが可能となる。

本発明は、上記各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、受光面７ａ１の輪郭形状を所定の台形形状とした場合を例示したが、アップリンク領域ＵＡの車線幅方向寸法を略一定にするとともにアップリンク領域ＵＡを車線内に設定することができる形状であれば、台形形状に限らず他の四角形状や、受光面７ａ１の輪郭形状においてアップリンク領域ＵＡの両幅側の辺に対応する辺縁が湾曲した曲線形状で構成されていてもよい。
また、上記各実施形態では、投受光器の受光面の輪郭形状を台形形状とするために、受光素子の一部をカバー、あるいはマスキングしたり、あるいは受光素子自体の形状を台形形状としたが、これらに限定されるものではなく、例えば、筐体側に受光素子の受光面を制限するための部材等を設ける等、実質的な投受光器の受光面を所定の台形形状にできるものであれば、いかなる方法を採ってもよい。
また、上記実施形態では、受光素子を複数の素子によって構成した場合において、各素子の信号出力を当該素子の面積に応じて、出力ゲインを調整し、補正することで、適切にアップリンク光ＵＯを受光できるように構成したが、これに限定されるものではなく、例えば、各素子の出力を実測することで出力特性を把握し、この把握された出力特性に基づいて、各素子の出力ゲインを適宜調整し、補正することもできる。

（ａ）は、本発明の第一の実施形態の光ビーコンの全体構成を示す図であり、（ｂ）は、投受光器を側面視したときの外観図である。 投受光器の内部を示す斜視図である。 投受光器の構成を示すブロック図である。 （ａ）は、図２に示す受光部から集光レンズを外して受光素子を露出させた状態を示した図であり、（ｂ）は、（ａ）の状態の受光部（受光素子）を正面視したときの模式図である。 （ａ）は、受光部の受光素子と、集光レンズとの幾何学的な位置関係を示した側面図であり、（ｂ）は、受光部と、この受光部により設定されるアップリンク領域との幾何学的な位置関係を示した側面図である。 本実施形態の光ビーコンの投受光器が、道路上に設定する通信領域を示す斜視図である。 投受光器により設定されるアップリンク領域を上方からみたときの形状を示す図である。 受光面の上端縁に対応する、アップリンク領域の下流端と、集光レンズの焦点との関係を示す図である。 （ａ）は、受光素子を集光レンズを通じて正面視したときの模式図であり、（ｂ）は（ａ）中の矢印Ｎからみたときの受光素子と集光レンズとの関係を示した図であり、（ｃ）は、（ｂ）を上方からみたときの受光素子と集光レンズとの関係を示した図である。 受光面の下端縁に対応する、アップリンク領域の上流端と、集光レンズの焦点との関係を示す図である。 （ａ）は、受光素子を集光レンズを通じて正面視したときの模式図であり、（ｂ）は、（ａ）中の矢印Ｐからみたときの受光素子と集光レンズとの関係を示した図であり、（ｃ）は（ｂ）を上方からみたときの受光素子と集光レンズとの関係を示した図である。 （ａ）及び（ｂ）は、第一実施形態における受光素子の他の態様を示した図である。 （ａ）は、本発明の第二の実施形態の光ビーコンの投受光器が備える受光素子を示す模式図であり、（ｂ）は第二の実施形態における受光素子の他の態様を示した図である。 本発明の第三実施形態の光ビーコンの投受光器が備える受光素子を示す模式図である。 第二の実施形態によるアップリンク領域の態様を示す側面図である。 従来の光ビーコンによるアップリンク領域を示す図である。

符号の説明

１ 光ビーコン
２ 投受光器
７ａ１ 受光面
７ａ２ 上端縁（下底）
７ａ３ 下端縁（上底）
７ｄ１ 受光面
７ｅ１ 受光面
７ｇ１ 受光面
７ｈ１ 受光面
７ｉ１ 受光面
７ｊ１ 受光面
Ｒ 道路
Ｓ１ 車載機
ＵＯ アップリンク光
ＵＡ アップリンク領域

Claims (6)

1. 車載機からのアップリンク光を受光する受光面を有し、この受光面の輪郭形状を道路上に投影するようにアップリンク領域を道路の車線上の所定範囲に設定する投受光器を備えた路車間通信用の光ビーコンであって、
   前記受光面の輪郭形状は、前記アップリンク領域の車線幅方向寸法を略一定にするとともに前記アップリンク領域を前記車線内に設定しうる略台形形状とされていることを特徴とする光ビーコン。
2. 前記受光面の輪郭形状は、上底が前記アップリンク領域の車両進行方向上流端に対応するとともに、前記上底よりも長い下底が前記アップリンク領域の車両進行方向下流端に対応する略台形形状である請求項１に記載の光ビーコン。
3. 前記投受光器は、前記受光面の輪郭形状が略台形形状となるようにマスキングされている受光素子を有している請求項１又は２に記載の光ビーコン。
4. 前記投受光器は、略台形形状に形成された受光素子を有している請求項１〜３のいずれか一項に記載の光ビーコン。
5. 前記投受光器の受光面は、前記アップリンク領域を道路幅方向に沿って複数領域に区分け可能に配置された複数の受光素子により構成されている請求項１〜４のいずれか１項に記載の光ビーコン。
6. 前記投受光器の受光面は、前記アップリンク領域を車両進行方向に沿って複数領域に区分け可能に配置された複数の受光素子により構成されている請求項１〜４のいずれか１項に記載の光ビーコン。

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