JP2015081860A - 光ビーコンの車両感知用光変調回路 - Google Patents

Abstract

【課題】通信用赤外線と感知用赤外線を同時に受光する際の感知用赤外線による通信用赤外線への妨害の無い感知用赤外線の変調回路及びこれを用いた光ビーコンを提供する。【解決手段】高所に置かれ感知用赤外線及び通信用赤外線を発光して下方に位置する車両の感知及び該車両との通信を行う光ビーコンの、感知用赤外線の変調回路であって、前記感知用赤外線及び前記通信用赤外線の一部が前記車両の通過する位置で重複するように発光され、前記感知用赤外線及び前記通信用赤外線が同時に受光された際に前記感知用赤外線が前記通信用赤外線による通信を妨害しないように変調する感知用赤外線の変調回路。【選択図】図１

Description

本発明は光ビーコンの車両感知用光変調回路に関する。

道路を走行する車両にとって、渋滞や交通規制などの情報は非常に重要である。そこで、ＶＩＣＳ（登録商標）センターで編集、処理された渋滞や交通規制などの道路交通情報を車両に送信し、車載機において文字・図形で表示する情報通信システムが実用化されている。この道路交通情報を車両に送信する手段の一つとして、光ビーコンが用いられている。

光ビーコンは、新交通管理システム（ＵＴＭＳ）を実現するための主要機材で、狭い道路に最適な路車間システムの構築が可能、小型で設置や取扱いが容易、電波法上の免許が不要、設置費用が安価、などの特徴を有する。

光ビーコンは、高所から道路に向けて指向性が非常に高い近赤外線を発光する。また車両からの反射光及び送信光を受光することで走行車両を検出する車両感知機能及び走行車両の車載装置との双方向通信機能を併せ持つ装置である。

光ビーコンの車両感知部は、時速１２０ｋｍまでの走行車両の存在検出を行うことができる様な車両感知用の発光・受光部を有している。光ビーコンからの赤外線は道路上で車両の走行方向に向けて、通信用と感知用に光の領域が分かれているが、近年、通信用赤外線の領域が車両の進行方向に向けて拡大された。そのため、感知用赤外線と重複する領域が増えた事に依り車両に搭載された車載器での感知光による通信光への通信障害が問題になってきた。

特開平１０−２１３６６２号公報

上述のように、走行車両を対象とした通信用赤外線と感知用赤外線を同時に受光する際の感知用赤外線による通信用赤外線への通信妨害を無くす検討が必要になる。

そこで、発明者らは感知用赤外線の変調回路について研究開発を行った。その結果、簡便な構成で通信用赤外線と感知用赤外線を同時に受光する際の感知用赤外線による通信用赤外線への妨害の無い感知用赤外線の変調回路の発明の完成に至ったものである。

本発明は、通信用赤外線と感知用赤外線を同時に受光する際の感知用赤外線による通信用赤外線への妨害の無い感知用赤外線の変調回路及びこれを用いた光ビーコンを提供することを目的とする。

請求項１に記載された発明は、高所に置かれ感知用赤外線及び通信用赤外線を発光して下方に位置する車両の感知及び該車両との通信を行う光ビーコンの、感知用赤外線の変調回路であって、前記感知用赤外線及び前記通信用赤外線の一部が前記車両の通過する位置で重複するように発光され、前記感知用赤外線及び前記通信用赤外線が同時に受光された際に前記感知用赤外線が前記通信用赤外線による通信を妨害しないように変調する感知用赤外線の変調回路である。

本発明においては、感知用赤外線の変調回路が、光ビーコンの感知用赤外線及び通信用赤外線が前記車両の通過する位置で重複する状態で、感知用赤外線の変調内容が、通信用赤外線による通信を妨害しないように構成される改良型となる。光ビーコンの感知用赤外線及び通信用赤外線が前記車両の通過する位置で重複する状態で、光ビーコンからの光を受光すると感知用赤外線と通信用赤外線が同時に受信されるので、通信用赤外線の受光部でこの両者を分離できるように感知用赤外線を変調する必要がある。分離には、赤外光の波長による分離の他に、電気的には周波数分離、時間分離、符号分離及びこれらの組合せが有る。分離方法の選択は、車両に搭載される車載器の仕様により決まってくる。

請求項２に記載された発明は、前記感知用赤外線が順方向に接続された複数のＬＥＤからなるＬＥＤ群から発光され、前記ＬＥＤ群への通電を制御する制御素子が、抵抗Ｒｓを介して電源に接続された前記ＬＥＤ群に直列に接続され、前記ＬＥＤ群及び前記制御素子それぞれ並列にコンデンサＣ１及びＣ２が接続される請求項１に記載の感知用赤外線の変調回路である。

ＬＥＤ群と並列にコンデンサＣ１が接続され、制御素子と並列にコンデンサＣ２が接続される。各コンデンサは電源との間に直列に接続される負荷抵抗Ｒｓを介して充電され、その端子電圧が変化する。コンデンサＣ１は制御素子の通電後にＬＥＤ群の電圧上昇を抑えるので立ち上がり時間の制御を目的とする。また、コンデンサＣ２は制御素子と並列に接続されており、制御素子が通電するＯＮ状態では端子間電圧は低くなっているが、制御素子が開放されるＯＦＦ状態になるとコンデンサＣ２を充電する電流が流れるので制御素子がＯＦＦ状態になっても回路が直ぐにはＯＦＦ状態にならない。したがって、コンデンサＣ２によって立ち下がり時間の制御をすることができる。

請求項３に記載された発明は、前記Ｒｓと前記Ｃ１及びＣ２で決まる時定数がＴ１＝Ｒｓ＊Ｃ１及びＴ２＝Ｒｓ＊Ｃ２となり、それぞれ、Ｔ１＞１．３６ｍｓ、Ｔ２＞０．０６８ｍｓである請求項２に記載の感知用赤外線の変調回路である。

直列抵抗Ｒｓと並列コンデンサで決まる時定数を、Ｔ１＝Ｒｓ＊Ｃ１及びＴ２＝Ｒｓ＊Ｃ２となり、それぞれ、Ｔ１＞１．３６ｍｓ、Ｔ２＞０．０６８ｍｓにとることで、通信用赤外線による通信のフレームエラーを実用上差支えない値にすることができる。

請求項４に記載された発明は、前記感知用赤外線がデジタル信号で変調され、そのクロック周波数が前記通信用赤外線を変調する主周波数の１／８０００以下である請求項１乃至３何れかに記載の感知用赤外線の変調回路である。

通信用赤外線は搬送波やクロック周波数を主周波数として変調されている。その周波数スペクトラムは主周波数を中心に低域側及び広域側に広がっている。感知用赤外線を変調するクロック周波数が前記通信用赤外線を変調する主周波数の１／８０００以下に取られることで感知用赤外線の変調が通信用赤外線の通信を妨害する可能性の低下が図れる。

請求項５に記載された発明は、請求項１乃至４何れかに記載された感知用赤外線の変調回路を用いた光ビーコンである。

請求項１乃至４何れかに記載された感知用赤外線の変調回路は、通信用赤外線による通信を妨害することが無いので、これを用いた光ビーコンは光ビーコンの感知用赤外線及び通信用赤外線が前記車両の通過する位置で重複する状態で通信が安定に行える。

請求項１に記載された発明は、高所に置かれ感知用赤外線及び通信用赤外線を発光して下方に位置する車両の感知及び該車両との通信を行う光ビーコンの、感知用赤外線の変調回路であって、前記感知用赤外線及び前記通信用赤外線の一部が前記車両の通過する位置で重複するように発光され、前記感知用赤外線及び前記通信用赤外線が同時に受光された際に前記感知用赤外線が前記通信用赤外線による通信を妨害しないように変調する感知用赤外線の変調回路であることから、車載器と光ビーコンの間の通信の感知光による妨害の減少を図れる。

請求項２に記載された発明は、前記感知用赤外線が順方向に接続された複数のＬＥＤからなるＬＥＤ群から発光され、前記ＬＥＤ群への通電を制御する制御素子が、抵抗Ｒｓを介して電源に接続された前記ＬＥＤ群に直列に接続され、前記ＬＥＤ群及び前記制御素子それぞれ並列にコンデンサＣ１及びＣ２が接続される請求項１に記載の感知用赤外線の変調回路であることから、感知光のパルス波形の立ち上がりと立下りが独立して制御することができ、車載器と光ビーコンの間の通信の感知光による妨害の減少を図れる。

請求項３に記載された発明は、前記Ｒｓと前記Ｃ１及びＣ２で決まる時定数がＴ１＝Ｒｓ＊Ｃ１及びＴ２＝Ｒｓ＊Ｃ２となり、それぞれ、Ｔ１＞１．３６ｍｓ、Ｔ２＞０．０６８ｍｓである請求項２に記載の感知用赤外線の変調回路であることから、変調回路のコンデンサや抵抗の値を決めやすくなり、上記の値を実現することで、車載器と光ビーコンの間の通信の感知光による妨害の減少を図れる。

請求項４に記載された発明は、前記感知用赤外線がデジタル信号で変調され、そのクロック周波数が前記通信用赤外線を変調する主周波数の１／８０００以下である請求項１乃至３何れかに記載の感知用赤外線の変調回路であることから、感知光と通信光の変調周波数が大きく異なることで、車載器と光ビーコンの間の通信の感知光による妨害の減少を図れる。

請求項５に記載された発明は、請求項１乃至４何れかに記載された感知用赤外線の変調回路を用いた光ビーコンであることから、車載器と光ビーコンの間の通信の感知光による妨害の減少を図れる。

本発明に掛かるＬＥＤ変調回路の実施例である。 光ビーコンの電気系の構成図である。 光ビーコンから発光されるＡ：感知用赤外線及びＢ：通信用赤外線の分布を示す図である。 通信用赤外線に含まれる信号の周波数スペクトラムである。 感知用赤外線の変調波形で従来型（Ａ）、改良型（Ｂ）である。 感知用赤外線の変調波形及びその周波数スペクトラムで、コンデンサ無し（Ａ）、コンデンサ有り（Ｂ）である。 感知用赤外線の変調波形及びその周波数スペクトラムで、従来型（Ａ）、改良型（Ｂ）である。 通信用赤外線と感知用赤外線の変調波形及びその周波数スペクトラムで、従来型（Ａ）、改良型（Ｂ）である。

図１は本発明で用いられるＬＥＤ変調回路の説明図である。電圧Ｖの電源に接続される負荷抵抗ＲｓにＬＥＤ群２と制御素子４が接続される。ＬＥＤ群２には立ち上がりコンデンサＣ１が並列に接続される。また、制御素子４には立ち下がりコンデンサＣ２が並列に接続される。

図２は光ビーコンの電気系１０の構成図である。光ビーコンはこの電気系を筐体へ納め通行車両を見下ろす高所へ設置される。電気系１０は大きく通信部と感知部に分かれる。

通信部のダウンリンクは走行車両へ向けてＬＥＤなどにより発光する通信発光部１１とこれを駆動する通信発光ドライブ部１２が通信インタフェース部１３へ接続される。通信部のアップリンクは受光器からの出力を電気信号へ変換する通信受光部１４とこの電気信号を増幅する通信受光増幅部１５が通信インタフェース部１３へ接続される。

光ビーコンの感知光は、走行車両に向けて発光するダウンライトと走行車両や道路からの反射光を受光するアップライトで構成される。ダウンライトとして発光する感知発光部１６とこれを駆動する感知発光ドライブ部及び発光波形を鈍らせる遅延回路部１７が感知発光制御部１９から制御されて作動する。感知発光制御部は感知光のデューティ比などの変調波形及び繰り返し周波数等を制御する。感知光は、反射光の存在を知ることが目的なので単一周波数で変調することが好ましい。

図３は光ビーコン３０からＡ：感知用赤外線３１とＢ：通信用赤外線３２が高所から道路へ向けて発光する領域を示している。感知用赤外光はダウンライトとなり、通信用赤外光はダウンリンクとなる。道路上で、Ａ：感知用赤外線３１とＢ：通信用赤外線３２とが重複するＣ：領域３３が存在する。ここで走行車両に搭載された車載器が受光すると、Ａ：感知用赤外線３１とＢ：通信用赤外線３２の両方を同時に受光することになる。受光された光は電気信号に変換されるがそこには感知用赤外光と通信用赤外光に含まれる信号が重複しているので感知用赤外光の信号が通信用赤外光での通信に与える影響が問題となる。

図４は、通信用赤外光に含まれる信号の周波数スペクトラムである。約１ＭＨＺのクロックで駆動されるランダム符号が入力されたマンチェスター信号についてのスペクトラムである。クロック周波数が主周波数となりその倍数にピークが見られる。奇数次のピークが大きいことが分かる。またピークの両側にランダム符号に伴う側帯波が観測される。時間波形を形成するパワーは１次、３次、５次と奇数次の高調波成分で、その殆どが最初の１ＭＨＺのピークの近傍の周波数成分によるものである。１次の成分の低周波側には０Ｈｚ付近までそのパワーが存在している。感知光のスペクトラムは０Ｈｚ付近の低域に存在するので、低域での感知光と通信光の干渉が問題になる。

感知用赤外光の変調が通信用赤外光に干渉しないためには、感知用赤外光の変調周波数を下げることと、変調波形を鈍らせることがポイントになる。図５（Ａ）に従来型の感知用赤外光の変調波形を示す。変調はパルス変調で繰り返し周期は１．６ｍｓであり、パルス波形の経ち上がりと立ち下がりはかなり急峻である。この急峻な波形を改良した波形を図５（Ｂ）に示す。繰り返しの周期が７ｍｓ以下になるとフレームエラーが観測されるので、今回、繰り返しの周期は８．０ｍｓとして、同時にパルス波形の立ち上がり及び立ち下がりを緩やかにしている。

図６に、パルス波形を鈍らせたことによる周波数スペクトラムの変化を示す。図６（Ａ）上段は従来型のパルス波形で下段にその周波数スペクトラムを示す。図６（Ｂ）上段は改良型のパルス波形で下段にその周波数スペクトラムを示す。改良により５ＫＨｚ以上のスペクトラムが抑えられていることが分る。

図７にパルス波形及び繰り返し周波数を変えた場合の比較を示す。図７（Ａ）上段は従来型の波形で、下段はその周波数スペクトラムである。大きな周波数成分が５ＫＨｚを超えて存在している。図７（Ｂ）上段は改良型の波形で、下段はその周波数スペクトラムである。繰り返し周波数の低下と波形を鈍らせたことによりそのスペクトラムは３ＫＨｚ以下に抑えられている。

図８に信号光と感知光が重複して受信される場合の様子を示す。図８（Ａ）上段は従来型の波形に通信用赤外光の信号が重複した図で、下段はその周波数スペクトラムである。
画面の横軸中央付近のピークは通信用信号の低域のスペクトラムで感知光のスペクトラムと干渉している様子が見える。

図８（Ｂ）は上段は繰り返し周波数の低下と波形を鈍らせた改良型の波形に通信用赤外光の信号が重複した図で、下段はその周波数スペクトラムである。画面の横軸中央付近のピークは通信用信号の低域のスペクトラムで感知光のスペクトラムと干渉していない様子が分る。

今回の改良のポイントは感知用赤外光の変調波形の立ち上がりと立ち下がりを独立して制御して通信用の赤外光の信号との干渉防止した点にある。立ち上がり制御用コンデンサＣ１と立ち下がり用コンデンサＣ２を変えて通信への妨害の様子を調べた結果を次表に示す。

負荷抵抗Ｒｓを６８Ωにした実験によれば、立ち上がりコンデンサを２０μＦ以下にするとフレームエラーが急増する。また、立ち上がりコンデンサ２５μＦのときに立ち下がりコンデンサＣ２を１μＦ以上にすることでフレームエラーを実用上差支えない値にすることが出来た。これのことから、コンデンサの値の推奨値としてＣ１を２０μＦ以上、Ｃ２を１μＦ以上にすることが好ましい。この値は、抵抗ＲｓとコンデンサＣ１及びＣ２で決まる時定数として、Ｔ１＝Ｒｓ＊Ｃ１及びＴ２＝Ｒｓ＊Ｃ２となり、それぞれ、Ｔ１＞１．３６ｍｓ、Ｔ２＞０．０６８ｍｓが好ましい。

上述の感知用赤外線の変調回路を有する光ビーコンを構成することができる。具体的には図２の光ビーコンの電気系のダウンライトを発生する部分に図１の回路などを用いて感知用赤外光の変調を所定の繰り返し周波数で行い、その波形を所定の形にすることで、通信用赤外光と重複する領域でも、通信に妨害を与えることが無い光ビーコンを提供することができる。

以上、本発明の実施の形態を図面によって説明してきたが、具体的な構成は実施の形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における変更は追加があっても本発明の範囲に含まれる。

１ 負荷抵抗Ｒｓ
２ ＬＥＤ群
３ 立ち上がりコンデンサＣ１
４ 制御素子（ＦＥＴ）
５ 立ち下がりコンデンサＣ２
１０ 光ビーコンの電気系
１１ 通信発光部
１２ 通信発光ドライブ部
１３ 通信インタフェース部
１４ 通信受光部
１５ 通信受光増幅部
１６ 感知発光部
１７ 遅延回路部
１８ 感知発光ドライブ部
１９ 感知発光制御部
２０ 感知受光部
２１ 感知受光増幅部
２２ 感知レベル信号インタフェース部
３０ 光ビーコン
３１ Ａ：感知用赤外線（ダウンライト）
３２ Ｂ：通信用赤外線（ダウンリンク）
３３ Ｃ：ＡとＢが重なる領域

Claims (5)

1. 高所に置かれ感知用赤外線及び通信用赤外線を発光して下方に位置する車両の感知及び該車両との通信を行う光ビーコンの、感知用赤外線の変調回路であって、
   前記感知用赤外線及び前記通信用赤外線の一部が前記車両の通過する位置で重複するように発光され、
   前記感知用赤外線及び前記通信用赤外線が同時に受光された際に前記感知用赤外線が前記通信用赤外線による通信を妨害しないように変調する感知用赤外線の変調回路。
2. 前記感知用赤外線が順方向に接続された複数のＬＥＤからなるＬＥＤ群から発光され、前記ＬＥＤ群への通電を制御する制御素子が、抵抗Ｒｓを介して電源に接続された前記ＬＥＤ群に直列に接続され、前記ＬＥＤ群及び前記制御素子それぞれ並列にコンデンサＣ１及びＣ２が接続される請求項１に記載の感知用赤外線の変調回路。
3. 前記Ｒｓと前記Ｃ１及びＣ２で決まる時定数がＴ１＝Ｒｓ＊Ｃ１及びＴ２＝Ｒｓ＊Ｃ２となり、それぞれ、Ｔ１＞１．３６ｍｓ、Ｔ２＞０．０６８ｍｓである請求項２に記載の感知用赤外線の変調回路。
4. 前記感知用赤外線がデジタル信号で変調され、そのクロック周波数が前記通信用赤外線を変調する主周波数の１／８０００以下である請求項１乃至３何れかに記載の感知用赤外線の変調回路。
5. 請求項1乃至４何れかに記載された感知用赤外線の変調回路を用いた光ビーコン。

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