JP6414508B2 - 車載機 - Google Patents

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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、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とを備え、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、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 (7)

  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
    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と
    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
    ことを特徴とする車載機。
  2. 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、
    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
    ことを特徴とする車載機。
  3. 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又は2に記載の車載機。
  4. 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に記載の車載機。
  5. 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からの何れか1項に記載の車載機。
  6. 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からの何れか1項に記載の車載機。
  7. 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からの何れか1項に記載の車載機。
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