(57)【要約】【課題】簡単な構成で外乱光の影響を抑制して所望の通信品質を確保することができる車車間光通信装置を提供すること。【解決手段】車両１の後部左右と前部中央に光通信送受信器２，３，４をそれぞれ設置し、先行車１Ｆの後部左右に設置された光通信送受信器２，３の各発光部から出射される入射光を後続車１Ｒの前部中央に設置された光通信送受信器４の受光素子６によって受光することによって先行車１Ｆと後続車１Ｒとの間で光通信を行う車車間光通信装置を、先行車１Ｆの後部左右に設置された光通信送受信器２，３の一方の発光部からの入射光を受光した後続車１Ｒの受光素子６に流れる受光電流が一定の閾値を超えた場合には、後続車１Ｒの受光部５は先行車１Ｆの他方の発光部からの光を受光して両者間で光通信を行うよう構成する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両の後部左右と前部中央に光通信送受信器をそれぞれ設置し、先行車の後部左右に設置された光通信送受信器の各発光部から出射される入射光を後続車の前部中央に設置された光通信送受信器の受光素子によって受光することによって先行車と後続車との間で光通信を行う装置であって、
先行車の後部左右に設置された光通信送受信器の一方の発光部からの入射光を受光した後続車の受光素子に流れる受光電流の無信号時の値が一定の閾値を超えた場合には、後続車の受光部は先行車の他方の発光部からの光を受光して両者間で光通信を行うようにしたことを特徴とする車車間光通信装置。
【請求項２】
先行車の後部左右に設置された光通信送受信器の各発光部から位相差をもって交互に光変調された信号を後続車の前部中央に設置された光通信送受信器の受光素子に入射光として入力し、左右の受光素子から位相差をもって入力される２つの受光電流の無信号時の値を閾値と比較することを特徴とする請求項１記載の車車間光通信装置。
【請求項３】
後続車の前部中央に設置された光通信送受信器の受光部を覆う鏡筒又は／及びフードを設けたことを特徴とする請求項１又は２記載の車車間光通信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光通信によって先行車両と後続車両との間で種々の情報を送受するための車車間光通信装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、光通信によって他の車両に搭載された同種の光通信装置との間で種々の情報を送受する車車間光通信装置が提案されている（例えば、特許文献１，２参照）。この車車間光通信装置は、光通信に用いられる通信光を送出する発光器と、該発光器が送出された通信光を受光する受信器とを備えるものであって、例えば、発光器を点滅させることによって前後を走行する先行車と後続車に対して所定のメッセージを送出し、そのメッセージを先行車と後続車が受光器によって受信することができるようにしたものである。
【０００３】
ところで、車車間光通信技術は、２００５年に開催された愛知万博において次世代交通システムＩＭＴＳ（Intelligent
Multimode Transit System）として採用された（非特許文献１，２参照）。
【０００４】
而して、斯かる車車間光通信装置は、路上を走行する車両に搭載されるために屋外での使用が前提となる。このため、車車間光通信装置による光通信が太陽光等の外乱光の影響を受け易く、通信品質が悪化する可能性がある。このような外乱光の影響を緩和する手法として、光学フィルタを用いたり、通信データに周波数変調を掛ける方法が用いられているが、太陽光等の強力な外乱光の影響を完全に無くすことは不可能である。
【０００５】
そこで、特許文献３には、車両の進行方向、勾配、標高等の車両位置情報及び現在の時刻データや車両の現在地点における座標データ等に基づいて算出された太陽の軌道位置並びに太陽光による照度に基づいて、太陽光が光通信に影響を与える状態であるか否かを判定し、太陽光の影響があると判定されると、光通信に使用される通信光の受信感度を下げるとともに、通信光の受光部での発光出力を上げるようにした光通信装置が提案されている。
【０００６】
特許文献４，５には、通信装置周囲の外乱光の強度を測定し、通信データを外乱光の強度に応じた発光強度の光通信信号に変換するよう発光素子を制御するようにした光通信装置が提案されている。
【０００７】
特許文献６には、太陽光に由来する高強度光によって生じる出力レベルの変動を除去回路によってフォトダイオード又は増幅器の出力から除去する光受信回路が提案されている。
【０００８】
特許文献７には、デジタル信号の１信号と０信号を互いに異なる波長の光信号を利用して空間部を無線伝送することによって外乱光の影響を小さく抑えた光無線通信システムが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平１１−０５３６８９号公報
【特許文献２】特許第４０３２２５３号公報
【特許文献３】特開２００７−３０４６９６号公報
【特許文献４】特開２００１−０７７７５９号公報
【特許文献５】特開２００２−３００１１３号公報
【特許文献６】特開２００９−２２７２９０２号公報
【特許文献７】特開２００５−１２３８００号公報
【非特許文献１】TOYOTA Technical Review Vol.51 No.2
【非特許文献２】Railway Research Review 2008年２月号「自動運転バスＩＭＴＳの開発現状について」（財）鉄道技術研究所  刊
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、特許文献３において提案された光通信装置において、車両の位置情報はＧＰＳ装置と地図ＤＢ（データベース）を用いて取得されるが、その位置情報は精度に欠けるという問題がある。即ち、例えばトンネルや山間部等のように必要な個数のＧＰＳ衛星が見通せない場所では車両の位置情報を取得することは不可能である。又、太陽位置情報によって外乱光の除去動作を行うと、曇天時や日陰の走行等のように太陽光等の外乱光が存在しない状態では逆にＳ／Ｎ比が悪化してしまうという問題がある。そして、システム全体の構成として光通信装置以外の部分を構成する位置情報取得装置や方位取得装置、太陽位置演算装置等が必要になるため、装置が大型化及びコストアップする。
【００１１】
特許文献４において提案された光通信装置によれば、周囲の外乱光の強度を測定する光センサを別途備える必要があり、装置の大型化とコストアップを招き、特許文献５において提案された光通信装置においては、背景光強度検知手段を設け、該背景光強度検知手段から得られた情報を当該光通信装置へとフィードバックする必要があるため、通信路が増えて装置が大型化及び複雑化する他、コストアップを招くという問題がある。
【００１２】
特許文献６において提案された光通信回路においては、太陽光に由来する高強度光によって生じる出力レベルの変動を除去回路によって除去する際に低周波成分の急峻な立ち上がりに対して或る程度の追従時間を要し、出力波形に乱れが生じて正しいデータを受信することができないという問題がある。
【００１３】
特許文献７において提案された光無線通信システムにおいては、送受信に２つの異なる波長の光源と受光部が必要であるため、装置の大型化とコストアップを招くという問題がある。
【００１４】
本発明は上記問題に鑑みてなされたもので、その目的とする処は、簡単な構成で外乱光の影響を抑制して所望の通信品質を確保することができる車車間光通信装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記目的を達成するため、請求項１記載の発明は、車両の後部左右と前部中央に光通信送受信器をそれぞれ設置し、先行車の後部左右に設置された光通信送受信器の各発光部から出射される入射光を後続車の前部中央に設置された光通信送受信器の受光素子によって受光することによって先行車と後続車との間で光通信を行う装置であって、先行車の後部左右に設置された光通信送受信器の一方の発光部からの入射光を受光した後続車の受光素子に流れる受光電流の無信号時の値が一定の閾値を超えた場合には、後続車の受光部は先行車の他方の発光部からの光を受光して両者間で光通信を行うようにしたことを特徴とする。
【００１６】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、先行車の後部左右に設置された光通信送受信器の各発光部から位相差をもって交互に光変調された信号を後続車の前部中央に設置された光通信送受信器の受光素子に入射光として入力し、左右の受光素子から位相差をもって入力される２つの受光電流の無信号時の値を閾値と比較することを特徴とする。
【００１７】
請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の発明において、後続車の前部中央に設置された光通信送受信器の受光部を覆う鏡筒又は／及びフードを設けたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
請求項１記載の発明によれば、例えば、先行車の後部左右に設置された光通信送受信器の何れか一方の発光部と後続車の前部中央に設置された光通信送受信器の受光部とを結んだ直線の延長上に外乱光の原因である太陽が存在する場合、その一方の発光部からの入射光には高強度の外乱光を含むため、この光を受光した後続車の受光素子に流れる受光電流が閾値を超える可能性があるが、受光素子に流れる受光電流が閾値を超えると後続車の受光部は先行車の他方の発光部からの光を受光して両者間で光通信を行うようにしたため、両者間での光通信が外乱光の影響を受けることがなく、簡単な構成で所望の通信品質を確保することができる。
【００１９】
請求項２記載の発明によれば、先行車の後部左右に設置された光通信送受信器の各発光部からそれぞれ出射される入射光の変調周波数に位相差を設けたため、後続車の前部中央に設置された光通信送受信器は、周波数分離によって先行車の左右何れの発光部から出射された入射光を受光したかを判別することができる。
【００２０】
請求項３記載の発明によれば、後続車の前部中央に設置された光通信送受信器の受光部を鏡筒又は／及びフードで覆うことによって、太陽光等の外乱光の受光部への入射を鏡筒やフードによって抑制することができ、外乱光による通信品質の低下を一層確実に防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明に係る車車間光通信装置を搭載した車両を示す図であって、(ａ)は平面図、（ｂ）は側面図である。
【図２】図１（ｂ）のＡ部拡大詳細図である。
【図３】図２の矢視Ｂ方向の図である。
【図４】車車間光通信を行っている先行車と後続車の平面図である。
【図５】本発明に係る車車間光通信装置の光通信送受信器の受光素子部の回路構成図である。
【図６】受光電流の時間変化と閾値との関係を示す図であって、（ａ）は外乱光がない場合、（ｂ）は外乱光がある場合をそれぞれ示す。
【図７】本発明に係る車車間光通信装置の光通信手順を示すフローチャートである。
【図８】車間距離が離れた先行車と後続車及び太陽との位置関係を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
【００２３】
図１は本発明に係る車車間光通信装置を搭載した車両を示す図であって、(ａ)は平面図、（ｂ）は側面図、図２は図１（ｂ）のＡ部拡大詳細図、図３は図２の矢視Ｂ方向の図である。
【００２４】
本発明に係る車車間光通信装置は、光通信によって先行車両と後続車両との間で種々の情報を送受するためのものであって、図１に示すように、車両１の後部左右のテールランプの位置に設置された光通信送受信器２，３と、車両１の前部中央（車幅方向中央）に設置された光通信送受信器４を含んで構成されている。
【００２５】
ここで、車両１の前部中央に設置された光通信送受信器４の受光部５は、図２及び図３に示すように受光素子６を備えており、この受光素子６は、光を電流に変換するフォトダイオード等の素子であって、矩形の実装基板７上に実装されている。そして、本実施の形態では、受光部５の上方は太陽光等の外乱光を遮るためのフード８によって覆われており、受光素子６の周囲は円筒状の鏡筒９によって覆われている。尚、本実施の形態では、外乱光を遮るためにフード８と鏡筒９を設けたが、これらの少なくとも一方だけを設けても良い。又、鏡筒９の高さは受光必要範囲から決定される。
【００２６】
次に、本発明に係る車車間光通信装置による先行車１Ｆと後続車１Ｒとの光通信を図４〜図７に基づいて以下に説明する。
【００２７】
図４は車車間光通信を行っている先行車と後続車の平面図、図５は本発明に係る車車間光通信装置の光通信送受信器の受光素子部の回路構成図、図６は受光電流の時間変化と閾値との関係を示す図であって、（ａ）は外乱光がない場合、（ｂ）は外乱光がある場合をそれぞれ示す図、図７は本発明に係る車車間光通信装置の光通信手順を示すフローチャートである。
【００２８】
実際の隊列走行においては、図４に示すように先行車１Ｒと後続車１Ｒは車間距離を４〜１０ｍ程度に保って走行するが、先行車１Ｆと後続車１Ｒ間の光通信は、先行車１Ｆの後部左右に設置された光通信送受信器２，３の各発光部から出射される入射光を後続車１Ｒの前部中央に設置された光通信送受信器４の受光素子６（図２及び図３参照）によって受光することによってなされる。この場合、先行車１Ｆの後部左右に設置された光通信送受信器２，３の各発光部からは位相差をもって交互に光変調された信号が後続車１Ｒの前部中央に設置された光通信送受信器４の受光素子６に入射光として入力される。
【００２９】
ここで、車両１（先行車１Ｆ及び後続車１Ｒ）の前部中央に設置された光通信送受信器５の受光素子６部分の回路構成を図５に示すが、先行車１Ｆの左右の各発光部から位相差をもって後続車１Ｒの受光素子６に入射する光は該受光素子６によって受光電流ｉに変換され、この受光電流ｉは増幅器１０によって低歪で増幅されて外乱光検出判定部１１に入力される。すると、外乱光検出判定部１１は、ＦＰＧＡ等の集積回路を用い、先行車１Ｆの後部左右に設けられた各発光部から位相差をもって交互に入力される２つの受光電流ｉの無信号時（光通信が行われていないとき）の値によって入射光に外乱光が含まれているか否かを以下の方法によって判定する。
【００３０】
即ち、図６（ａ）に示すように無信号時での受光電量ｉが一定の閾値より小さい場合には、外乱光検出判定部１１は入射光に外乱光が含まれていないものと判定し、そのデータを復号部１２に送信し、先行車１Ｆの何れか一方の発光部と後続車１Ｒの受光部５との間で光通信を行うようにする。例えば、２つの受光電流ｉの無信号時の値がより小さい方の信号を選択し、その信号を出力する先行車１Ｆの左又は右の発光部との間で光通信を行うようにする。或いは、２つの受光電流ｉの無信号時の値が何れも検出下限値まで微小である場合には、何れか一方の発光部と光通信を行うことを決めておく。その決め方としては、外乱光検出判定部１１の集積回路等に予めプログラムしておいたり、マニュアルによる設定によって何れか一方の発光部と光通信を行う等の方法が考えられる。
【００３１】
他方、図６（ｂ）に示すように無信号時の受光電量ｉが一定の閾値を超える場合には、外乱光検出判定部１１は入射光に外乱光が含まれているものと判定し、そのデータを復号部１２に送信し、先行車１Ｆの左右の発光部のうち外乱光を含まない光を出射する方との間で光通信を行うようにする。この場合、先行車１Ｆの後部左右の各発光部から位相差をもって交互に光変調された信号を後続車１Ｒの受光素子６に入射光として入力し、左右の受光素子６から位相差をもって入力される２つの受光電流ｉの無信号時の値を閾値と比較するようにしたため、外乱光検出判定部１１は、周波数分離によって先行車１Ｆの左右何れの発光部から出射された入射光を受光したかを判別することができる。
【００３２】
例えば、図４に示すように、先行車１Ｆの後部右側に設置された光通信送受信器３の発光部と後続車１Ｒの前部中央に設置された光通信送受信器４の受光部５とを結んだ直線の延長上に外乱光の原因である太陽が存在する場合、右側の発光部からの入射光には高強度の外乱光を含むため、この光を受光した後続車１Ｒの受光素子６に流れる無通信時の受光電流ｉが閾値を超える。このように、後続車１Ｒの受光素子６に流れる無通信時の受光電流ｉが閾値を超えると、外乱光検出判定部１１は、先行車１Ｆの左側の発光部からの光を受光して光通信を行うようにする。このため、先行車１Ｆと後続車１Ｒ間での光通信が外乱光の影響を受けることがなく、簡単な構成で所望の通信品質を確保することができる。例えば、受光素子６としてフォトダイオードを用いた場合、フォトダイオードの最大許容放射強度は約０．１ｍＷ／ｍｍ２であるのに対して、真夏の太陽光エネルギーの放射強度は約１ｍＷ／ｍｍ２であって、フォトダイオードの最大許容放射強度よりも格段に大きい。このため、本発明に係る車車間光通信装置においては、高速なキャリア周波数を利用してキャリア周波数のＯＮ／ＯＦＦに合わせて外乱光を相殺し、差分出力を積分するようにしたため、受光素子６が飽和することなく、外乱光に埋もれた信号を複合化することができる。
【００３３】
ここで、本発明に係る車車間光通信装置の光通信手順を図７に示すフローチャートに基づいて以下に説明する。
【００３４】
車車間光通信装置が稼動すると（図７のステップＳ１）、先行車１Ｆの左右の発光部から位相差をもって交互に光変調された光が出射される（ステップＳ２）。すると、その光は後続車１Ｒの前部中央に設置された光通信送受信器４の受光素子６に入射光として入力され、その入射光は受光素子６によって受光電流ｉに変換される（ステップＳ３）。
【００３５】
次に、外乱光検出判定部１１においては、先行車１Ｆの後部左右の各発光部から位相差をもって交互に入力される２つの受光電流ｉの無信号時の値が一定の閾値を超えているか否かを判定する（ステップＳ４）。受光電流ｉの無信号時の値が図６（ａ）に示すように一定の閾値を超えていない場合（ステップＳ４での判定結果がＮｏである場合）には、後続車１Ｒの受光素子６は先行車１Ｆの何れか一方の発光部から入力される入射光を受光して光通信を行い（ステップＳ５）、以後、同様の処理を繰り返す（ステップＳ９）。
【００３６】
他方、図６（ｂ）に示すように無信号時の受光電量ｉが一定の閾値を超える場合（ステップＳ４での判定結果がＹｅｓである場合）には、外乱光検出判定部１１は入射光に外乱光が含まれているものと判定し、外乱光が含まれる光を出射している発光部は左右の何れであるかを判定する（ステップＳ６）。そして、外乱光を含む光が左側の発光部である場合には、反対側の右側の発光部との間で光通信を行い（ステップＳ７）、外乱光を含む光が図４に示すように右側の発光部である場合には、反対側の左側の発光部との間で光通信を行い（ステップＳ８）、以後、同様の処理を繰り返す（ステップＳ９）。
【００３７】
ところで、図８の平面図に示すように先行車１Ｆと後続車１Ｒの車間距離が大きい場合には、太陽の位置によっては後続車１Ｒから見て先行車１Ｆの左右２つの光通信送受信器２，３の延長線上に太陽が位置し、強い外乱光が後続車１Ｒの光通信送受信器４に入力されることが懸念される。しかしながら、この問題は隊列走行での車間距離によって回避される。
【００３８】
即ち、隊列走行時の車間距離は、後続車１Ｒの空気抵抗を低く抑えることによる燃費の向上や隊列への割り込み防止等の観点から、先行車１Ｆと後続車１Ｒの車間距離は図４に示すように４〜１０ｍ程度に設定されている。この程度の車間距離が維持されると、後続車１Ｒから見て先行車１Ｆの左右２つの光通信送受信器２，３の延長線上に太陽が位置することはなく、前記問題が発生することはない。
【００３９】
以上のように、本発明に係る車車間光通信装置においては、例えば、先行車１Ｆの後部左右に設置された光通信送受信器２，３の何れか一方の発光部と後続車１Ｒの前部中央に設置された光通信送受信器４の受光部５とを結んだ直線の延長上に外乱光の原因である太陽が存在する場合、その一方の発光部からの入射光には高強度の外乱光を含むため、この光を受光した後続車１Ｒの受光素子６に流れる受光電流が閾値を超える可能性があるが、受光素子６に流れる無通信時の受光電流が閾値を超えると、後続車１Ｒの外乱光検出判定部１１は先行車１Ｆの他方の発光部との間で光通信を行うようにしたため、両者間での光通信が外乱光の影響を受けることがなく、簡単な構成で所望の通信品質を確保することができる。
【００４０】
そして、本発明に係る車車間光通信装置においては、先行車１Ｆの後部左右に設置された光通信送受信器２，３の各発光部からそれぞれ出射される入射光の変調周波数に位相差を設けたため、後続車１Ｒの外乱光検出判定部１１は、周波数分離によって先行車１Ｆの左右何れの発光部から出射された入射光を受光したかを判別することができる。
【００４１】
又、本実施の形態においては、後続車１Ｒの前部中央に設置された光通信送受信器４の受光部５をフード８と鏡筒９で覆うようにしたため、太陽光等の外乱光の受光部５への入射をフード８や鏡筒９によって抑制することができ、外乱光による通信品質の低下を一層確実に防ぐことができる。
【符号の説明】
【００４２】
１        車両
１Ｆ      先行車
１Ｒ      後続車
２〜４    光通信送受信器
５        光通信送受信器の受光部
６        受光素子
７        実装基板
８        フード
９        鏡筒
１０      増幅器
１１      外乱光検出判定部
１２      復号部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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