(57)【要約】【課題】  太陽光に由来する高強度光をフォトダイオードが受光しても、その高強度光の受光に伴う受信不良を防止する。【解決手段】  本発明の光受信回路１６は、無線通信のための光信号を受光して電気信号に変換するフォトダイオードＰＤｉと、このフォトダイオードＰＤｉの出力を増幅する１つ又は複数の増幅器２８，２９と、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フォトダイオードＰＤｉ又は増幅器２８，２９の出力から除去する除去回路３０とを備える。【選択図】      図６
2009272902.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
無線通信のための光信号を受光して電気信号に変換するフォトダイオードと、
このフォトダイオードの出力を増幅する１つ又は複数の増幅器と、
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前記フォトダイオード又は前記増幅器の出力から除去する除去回路と、
を備えていることを特徴とする光受信回路。
【請求項２】
前記出力レベルの変動には、次の（ａ）又は（ｂ）のいずれかの場合若しくはこれらの双方の場合が含まれる請求項１に記載の光受信回路。
（ａ）  定常的に低い出力レベルが高強度光によって急激に上昇する場合
（ｂ）  高強度光の受光で生じていた定常的に高い出力レベルが急激に減少する場合
【請求項３】
前記除去回路は、前記高強度光によって生じる出力成分を検出して出力する検出回路と、１対の入力端子とこの端子間の差分又はこの差分を増幅した信号を出力する出力端子とを有する差動出力回路とからなり、
この差動出力回路の一方の入力端子に前記フォトダイオード又は前記増幅器の出力が入力され、他方の入力端子に前記検出回路の出力が入力されている請求項１又は２に記載の光受信回路。
【請求項４】
前記検出回路は、前記差動出力回路の出力端子と他方の入力端子にフィードバック接続されたアナログ積分器よりなる請求項３に記載の光受信回路。
【請求項５】
前記検出回路は、前記フォトダイオード又は前記増幅器の出力から必要出力成分をカットして前記高強度光によって生じる出力成分を取り出し、取り出した当該出力成分を前記差動出力回路の他方の入力端子に入力するローパスフィルタよりなる請求項３に記載の光受信回路。
【請求項６】
前記検出回路は、前記フォトダイオード又は前記増幅器の出力をデジタル変換したデジタル信号に基づいて前記高強度光によって生じる出力成分を検出し、検出した当該出力成分を前記差動出力回路の他方の入力端子に入力するデジタル回路よりなる請求項３に記載の光受信回路。
【請求項７】
道路の所定範囲に設定された通信領域において、車両に搭載された車載機と光信号による路車間通信を行う光ビーコンであって、
前記通信領域に含まれるアップリンク領域で前記車載機が発光したアップリンク光を受信する光受信回路を備えており、
前記光受信回路が、前記アップリンク光を受光して電気信号に変換するフォトダイオードと、このフォトダイオードの出力を増幅する１つ又は複数の増幅器と、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前記フォトダイオード又は前記増幅器の出力から除去するための除去回路と、を有することを特徴とする光ビーコン。
【請求項８】
道路の所定範囲に設定された通信領域において、路側に設置された光ビーコンのビーコンヘッドと光信号による路車間通信を行う、車両に搭載された車載機であって、
前記通信領域に含まれるダウンリンク領域に向かって前記ビーコンヘッドが発光したダウンリンク光を受信する光受信回路を備えており、
前記光受信回路が、前記ダウンリンク光を受光して電気信号に変換するフォトダイオードと、このフォトダイオードの出力を増幅する１つ又は複数の増幅器と、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前記フォトダイオード又は前記増幅器の出力から除去するための除去回路と、を有することを特徴とする車載機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線通信のための光信号をフォトダイオードで受光する光受信回路と、この光受信回路を路車間通信に応用した光ビーコン及び車載機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
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：（財）道路交通情報通信システムセンターの登録商標）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、車載機との双方向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を含むアップリンク情報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を含むダウンリンク情報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）。
【０００３】
このため、上記光ビーコンは、光信号により車載機との間で双方向通信を行うビーコンヘッド（投受光器）を備えており、この投受光器には、ダウンリンク光を送出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フォトダイオード（ＰＤ）とが搭載されている。
また、ビーコンヘッドには、ビーコン制御機からの送信信号を発光ダイオードに入力してダウンリンク光を発光させる光送信部と、フォトダイオードが受光したアップリンク光を電気信号に変換してビーコン制御機に送る光受信部とが搭載されている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−２６８９２５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
アップリンク光を受信する上記光受信部は、通常、フォトダイオードと、このダイオードの出力信号を増幅する増幅回路と、この増幅回路に接続されたコンパレータとから構成される。このコンパレータは、増幅回路からの出力信号を閾値と比較してデジタル信号に変換する。
このため、上記コンパレータが出力するデジタル信号を、ＣＤＲ（Clock Data Recovery）機能やＣＲＣ（Cyclic Redundancy Check）機能を有する処理プロセッサに入力すれば、アップリンク光に含まれるデータ信号を取り出すことができる。
【０００６】
かかる光ビーコンの光受信部では、無線通信のために大気中に発光された近赤外線光であるアップリンク光を受光するため、他の光通信分野の場合に比べてフォトダイオードの出力電圧が非常に小さいという特質がある。
例えば、光ビーコンのインタフェース規格で規定されている下限の光量を受光した場合には、近赤外線用のフォトダイオードからの出力電圧は１０μＶ以下という非常に小さい電圧になるため、処理プロセッサにおいて正常なデータ復調を行うためには、概ね十万倍オーダの増幅率が必要となる。
【０００７】
従って、例えば図９（ａ）に示すように、光ビーコンの光受信部では、複数の増幅器を直列に多段接続してなる増幅回路が採用されている。この場合、フォトダイオードからの微弱な出力電圧は、各増幅器によってそれぞれ逓倍されて上記オーダまで増幅され、この増幅出力がコンパレータに入力される。
ところが、図９（ｂ）に示すように、太陽光に由来する高強度光（直射日光やその反射光等）がアップリンク光と同時にフォトダイオードに入射した場合、高強度光に伴う電圧増加によって信号成分を復調できなくなることがある。
【０００８】
すなわち、例えば、直射日光の光強度は１０万ルクス程度であり、太陽光の反射光の光強度は反射率の高い車両などで反射された場合に８万ルクス程度に達することがあるが、このような高強度光がフォトダイオードに入射すると、その出力電圧として、信号出力成分ｘに対して約１０００倍にも達する異常出力成分ｙが急激に発生する。
そして、上記異常出力成分ｙによって急増したフォトダイオードの出力電圧が後段の増幅器で増幅されると、いずれかの増幅器の出力側でサチュレーション（Saturation：飽和）が生じ、この飽和点以降においては、増幅器が再び安定するまでアップリンク光の信号を復調できなくなる。
【０００９】
また、例えば、夏場の路面の照り返しによる高強度光（２万ルクス程度）が定常的にビーコンヘッドのフォトダイオードに入射し、これが原因で増幅器の出力電圧が飽和する手前で定常的に高いレベルになることがある。
この状態で、暗色系の車両やその他の車両の影が通過したことで路面の照り返しが遮られると、高強度光の受光に伴う高い出力レベルが急激に減少するので、この場合にも、コンパレータが出力レベルの変動に追従できず、アップリンク光の信号を正確に復調できなくなる場合がある。
本発明は、上記の問題点に鑑み、太陽光に由来する高強度光をフォトダイオードが受光しても、その高強度光の受光に伴う受信不良を防止することができる光受信回路等を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の光受信回路（請求項１）は、無線通信のための光信号を受光して電気信号に変換するフォトダイオードと、このフォトダイオードの出力信号を増幅する１つ又は複数の増幅器と、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前記フォトダイオード又は前記増幅器の出力から除去する除去回路と、を備えていることを特徴とする。
【００１１】
本発明の光受信回路によれば、上記除去回路が、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フォトダイオード又は増幅器の出力から除去するので、フォトダイオードが太陽光に由来する高強度光を受光しても、フォトダイオードの後段の増幅器の出力レベルの変動を最小限に抑えることができ、素早く元の出力レベルに戻すことができる。このため、本発明の光受信回路によれば、増幅器の飽和に伴う復調不能に代表される受信不良を未然に防止することができる。
なお、上記出力レベルの変動には、次の（ａ）又は（ｂ）のいずれかの場合若しくはこれらの双方の場合が含まれる（請求項２）。
（ａ）  定常的に低い出力レベルが高強度光によって急激に上昇する場合
（ｂ）  高強度光の受光で生じていた定常的に高い出力レベルが急激に減少する場合
【００１２】
ところで、前記した通り、太陽光に由来する高強度光の受光に伴う異常出力成分は、本来必要とされる出力成分（例えば信号出力成分）に比べて非常に大きいので、受動的なフィルタ回路だけではかかる大きな異常出力成分をカットするのは困難である。
そこで、本発明の光受信回路に採用する除去回路としては、前記高強度光によって生じる出力成分を検出して出力する検出回路と、１対の入力端子とこの端子間の差分又はこの差分を増幅した信号を出力する出力端子とを有する差動出力回路とから構成することが好ましい（請求項３）。
【００１３】
この場合、上記差動出力回路の一方の入力端子に前記フォトダイオード又は前記増幅器の出力を入力し、他方の入力端子に前記検出回路の出力を入力するようにすれば、差動出力回路がそれらの差分又はこの差分を増幅した信号を能動的に出力するので、フォトダイオード又は前記増幅器の出力に含まれる必要出力成分のみを有効に取り出すことができる。
【００１４】
上記差動出力回路を用いた能動的な除去回路を採用する場合、前記検出回路は、例えば、前記差動出力回路の出力端子と他方の入力端子にフィードバック接続されたアナログ積分器により構成することができる（請求項４）。
また、前記検出回路は、前記フォトダイオード又は前記増幅器の出力から必要出力成分をカットして前記高強度光によって生じる出力成分を取り出し、取り出した当該出力成分を前記差動出力回路の他方の入力端子に入力するローパスフィルタにより構成することもできる（請求項５）。
【００１５】
更に、前記検出回路は、前記フォトダイオード又は前記増幅器の出力をデジタル変換したデジタル信号に基づいて前記高強度光によって生じる出力成分を検出し、検出した当該出力成分を前記差動出力回路の他方の入力端子に入力するデジタル回路により構成することもできる（請求項６）。
もっとも、かかるデジタル回路の場合には、少なくとも、Ａ／Ｄコンバータ、Ｄ／Ａコンバータ及び高強度光によって生じる出力成分を認識できる広帯域のデータ処理が可能なデジタル処理部（ＣＰＵ）が必要であり、この点で大規模な回路構成になるので、デジタル変換の必要のない前記アナログ積分器やローパスフィルタを採用することが好ましい。
【００１６】
本発明の光受信回路は、種々の光通信装置の光受信部として利用できるが、例えば、アップリンク光とダウンリンク光を用いて双方向に路車間通信を行う、光ビーコン又は車載機に適用するのが好適である。
すなわち、本発明の光ビーコン（請求項７）は、道路の所定範囲に設定された通信領域において、車両に搭載された車載機と光信号による路車間通信を行う光ビーコンであって、前記通信領域に含まれるアップリンク領域で前記車載機が発光したアップリンク光を受信する光受信回路を備えており、この光受信回路が前記した本発明の光受信回路（請求項１）よりなることを特徴とする。
【００１７】
また、本発明の車載機（請求項８）は、道路の所定範囲に設定された通信領域において、路側に設置された光ビーコンのビーコンヘッドと光信号による路車間通信を行う、車両に搭載された車載機であって、前記通信領域に含まれるダウンリンク領域に向かって前記ビーコンヘッドが発光したダウンリンク光を受信する光受信回路を備えており、この光受信回路が前記した本発明の光受信回路（請求項１）よりなることを特徴とする。
従って、本発明の光ビーコン及び車載機（請求項７及び８）は、本発明の光受信回路（請求項１）と同様の作用効果を奏する。
【発明の効果】
【００１８】
以上の通り、本発明によれば、太陽光に由来する高強度光をフォトダイオードが受光しても増幅器の出力レベルの変動を最小限に抑えることができるので、高強度光の受光に伴う受信不良を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
〔路車間通信システムの全体構成〕
図１は、本発明の光ビーコンを利用した路車間通信システムの全体構成を示すブロック図である。
図１に示すように、この路車間通信システムは、インフラ側の交通管制システム１と、道路Ｗを走行する各車両Ｃに搭載された車載機２とを備えて構成されている。
交通管制システム１は、管制室に設けられた中央装置３と、道路Ｗの各所に多数設置された光ビーコン（光学式車両感知器）４とを有している。光ビーコン４は、近赤外線を通信媒体とした光通信によって車載機２との間で双方向通信を行う。なお、中央装置３は交通管制室に設けられている。
【００２０】
〔光ビーコンの構成〕
光ビーコン４は、電話回線等の通信回線５を介して中央装置３と接続された通信インタフェースである通信部６と、この通信部６が接続されたビーコン制御機７と、このビーコン制御機７のセンサ用インタフェースに接続された複数（図例では４つ）のビーコンヘッド（投受光器）８とを備えている。
各ビーコンヘッド８は、発光ダイオード（ＬＥＤ）１０を含む光送信部と、複数のフォトダイオード（ＰＤ）１１を含む光受信部１７とを筐体の内部に収納している（図３参照）。
【００２１】
このうち、発光ダイオード１０は、近赤外線よりなるダウンリンク光ＤＯ（ダウンリンク情報を構成する光信号）を後述する通信領域Ａに発光し、フォトダイオード１１は、車載機２からの近赤外線よりなるアップリンク光ＵＯ（アップリンク情報を構成する光信号）を受光する。
ビーコンヘッド８には、後述するアップリンク領域ＵＡの各分割領域ＵＡ１〜ＵＡ４に対応して複数（図例では４つ）のフォトダイオード１１が設けられており、この各フォトダイオード１１は、その電気出力信号を増幅する増幅回路１９等とともに、アップリンク光ＵＯの光受信部１７を構成している（図４参照）。
【００２２】
図２は、上記光ビーコン４の平面図である。
図２に示すように、本実施形態の光ビーコン４は、同じ方向の複数（図例では４つ）の車線Ｗ１〜Ｗ４を有する道路Ｗに設置されており、各車線Ｗ１〜Ｗ４に対応して設けられた前記複数のビーコンヘッド８と、これらビーコンヘッド８を一括制御する制御部である一台の前記ビーコン制御機７とを備えている。
【００２３】
また、ビーコン制御機７は、後述する処理プロセッサ２３や、ＲＡＭ及びＲＯＭ等よりなる記憶装置２４を含むプログラマブルなマイコンよりなり（図４参照）、記憶装置２４には、所定の各機能を実行するコンピュータプログラムが格納されている。
上記処理プロセッサ２３がそのコンピュータプログラムを実行することにより、通信部６（図１）による中央装置３との双方向通信と、ビーコンヘッド８による車載機２との路車間通信が行われるようになっている。
【００２４】
図２に示すように、ビーコン制御機７の筐体は、道路脇に立設した支柱１３に設置されており、各ビーコンヘッド８の筐体は、支柱１３から道路Ｗ側に水平に架設した架設バー１４に取り付けられ、道路Ｗの各車線Ｗ１〜Ｗ４の直上に配置されている。
各ビーコンヘッド８のＬＥＤ１０は、各車線Ｗ１〜Ｗ４の直下よりも車両進行方向の上流側に向けて近赤外線を発光しており、これにより、車載機２との間で路車間通信を行うための通信領域Ａが当該ヘッド８の上流側に設定されている。
【００２５】
〔通信領域について〕
図３は、光ビーコン４の通信領域Ａを示す側面図である。
図２及び図３に示すように、光ビーコン４の通信領域Ａは、車載機２の投受光器である車載ヘッド（図示略）がダウンリンク光ＤＯを受信可能なダウンリンク領域（図３において実線のハッチングを設けた領域）ＤＡと、光ビーコン４のビーコンヘッド８が車載ヘッドからのアップリンク光ＵＯを受信可能なアップリンク領域（図３において破線のハッチングを設けた領域）ＵＡとからなる。
【００２６】
ダウンリンク領域ＤＡは、ビーコンヘッド８の投受光位置ｄ、道路Ｗ上の位置ａ及びｃを頂点とする△ｄａｃで示された範囲に設定されている。また、アップリンク領域ＵＡは、前記位置ｄと、道路Ｗ上の位置ｂ及びｃを頂点とする△ｄｂｃで示された範囲に設定されている。
従って、ダウンリンク領域ＤＡとアップリンク領域ＵＡの上流端ｃは互いに一致し、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（図３の右側部分）と重複している。また、ダウンリンク領域ＤＡの車両進行方向長さは通信領域Ａ全体の同方向長さと一致している。
【００２７】
光ビーコン（光学式車両感知器）４の「近赤外線式インタフェース規格」によれば、ダウンリンク領域ＤＡ及びアップリンク領域ＵＡの正式な領域寸法が規定されている。この規定では、一般道向けの光ビーコン４の場合で、ダウンリンク領域ＤＡの下流端ａは、ビーコンヘッド８の直下の１．０〜１．３ｍ上流側に位置し、ダウンリンク領域ＤＡの下流端ａからアップリンク領域ＵＡの下流端ｂまでの距離は２．１ｍと規定されている。
また、アップリンク領域ＵＡの下流端ｂから同領域ＵＡの上流端ｃまでの距離は１．６ｍと規定されている。従って、正式な通信領域Ａの車両進行方向の全長（ａｃ間の長さ）は３．７ｍとなる。
【００２８】
しかしながら、本実施形態では、アップリンク領域ＵＡの下流端ｂから同領域ＵＡの上流端ｃまでの距離は、上記規定よりも上流側及び下流側へ長く設定されている。その結果、アップリンク領域ＵＡは上記規定よりも車両進行方向に広がり、同時にダウンリンク領域ＤＡも上記規定よりも車両進行方向に広がっている。
このようにアップリンク領域ＵＡ及びダウンリンク領域ＤＡが広くなると、車載機２と光ビーコン４との間のアップリンク情報及びダウンリンク情報の送受信の確実性が増すことになる。
【００２９】
更に、アップリンク領域ＵＡは、車両Ｃの走行位置が特定可能な程度に当該領域ＵＡを車両進行方向に複数に分割してなる分割領域ＵＡ１〜ＵＡ４よりなる。具体的には、本実施形態のアップリンク領域ＵＡは、位置ｄを上端とし、道路Ｗ上の位置ｅ１〜ｅ３を下端とする３本の境界線（境界部）ＢＬによって４つに分割されている。
ビーコンヘッド８に設けられた４つのフォトダイオード１１は、それぞれアップリンク領域ＵＡの各分割領域ＵＡ１〜ＵＡ４を受信領域としている。
【００３０】
すなわち、車両Ｃの車載機２は、アップリンク領域ＵＡを通過する途中で、同じデータ信号のアップリンク光ＵＯを車載ヘッドから繰り返し送信するが、この繰り返し送信されるアップリンク光ＵＯのうちのいずれか１つを受信するために、各分割領域Ｕ１〜ＵＡ４に対応する４つのフォトダイオード１１が設けられている。
例えば図３に実線で示すように、最も上流側に位置する分割領域ＵＡ１内において車載機２の車載ヘッドがアップリンク光ＵＯを送信した場合は、分割領域ＵＡ１に対応するフォトダイオード１１がそのアップリンク光ＵＯを受光する。
【００３１】
〔光受信回路の回路構成〕
図４は、本発明に係る光受信回路の回路構成の一例を示すブロック図である。
なお、以下において、最上流側の分割領域ＵＡ１に対応するフォトダイオード１１をＰＤ１と定義し、上流側から２番目、３番目及び４番目の分割領域ＵＡ２〜ＵＡ４に対応するフォトダイオード１１を、それぞれＰＤ２、ＰＤ３及びＰＤ４と定義する。
【００３２】
図４に示すように、本実施形態の光受信回路１６は、各車線Ｗ１〜Ｗ４に対応するビーコンヘッド８の筐体内にそれぞれ収納された前記光受信部１７と、ビーコン制御機７の筐体内に収納されたデジタル処理部１８とから構成されている。各ビーコンヘッド８の光受信部１７とビーコン制御機７のデジタル処理部１８とは、伝送ケーブルで互いに接続されている。
上記光受信部１７は、各分割領域ＵＡ１〜ＵＡ４に対応する複数の前記フォトダイオード１１（ＰＤ１〜ＰＤ４）と、各ダイオード１１にそれぞれ接続された複数の増幅回路１９と、この各増幅回路１９の後段側に接続されたアナログ加算器２０とを備えている。
【００３３】
また、光受信部１７は、アナログ加算器２０の後段側に接続されたコンパレータ２１と、各増幅回路１９の後段側にそれぞれ接続された複数の検波回路２２とを備えている。
一方、デジタル処理部１８は、光受信部１７からの入力信号に対してデジタル信号処理を行う前記処理プロセッサ２３と、この処理プロセッサ２３が実行する処理プログラムを記憶している前記記憶装置２４と、Ａ／Ｄコンバータ２５とを備えている。
【００３４】
光受信部１７の各増幅回路１９は、ｎ型ＭＯＳＦＥＴよりなる増幅素子２８や、この素子２８の出力電圧を更に増幅する複数のオペアンプ２９等を含み、各ＰＤ１〜ＰＤ４の出力電圧を例えば１万〜１０万倍オーダで増幅することができる。
この各増幅回路１９の出力信号は、後段の前記アナログ加算器２０に入力され、１つのアナログ加算信号Ｓ１に重畳される。従って、ＰＤ１〜ＰＤ４に接続された各増幅回路１９とその後段のアナログ加算器２０は、各フォトダイオード１１の出力信号を増幅して１つの加算信号Ｓ１に加算する加算部として機能している。
【００３５】
図５（ａ）は、アナログ加算器２０の回路構成の一例を示しており、ここではオペアンプ（演算増幅器）２６を利用した加算器を例示している。
この図５（ａ）に示すアナログ加算器２０は、ＰＤ１〜ＰＤ４に対応する各増幅回路１９からの入力電圧をＶ１〜Ｖ４とすると、次式で算出される出力電圧Ｖout を出力する。
Ｖout ＝−（Ｖ１／Ｒ１＋ ……＋ Ｖ４／Ｒ４）・Ｒｆ
【００３６】
従って、この場合、抵抗値Ｒ１〜Ｒ４をすべて同じ値Ｒｃに設定すれば、アナログ加算信号Ｓ１の出力電圧Ｖout として、入力電圧Ｖ１〜Ｖ４をすべて加算した値を更に（Ｒｆ／Ｒｃ）倍で増幅した値が得られる。
なお、かかるオペアンプ２６を利用したアナログ加算器２０の場合には、オペアンプ２６の開ループゲインが十分に大きく、前段の出力インピーダンスが十分に小さいことが必要である。
【００３７】
図４に戻り、アナログ加算器２０後段のコンパレータ２１は、アナログ加算信号Ｓ１を所定の閾値（例えば０ボルト）と比較してデジタル信号Ｓ２を生成するもので、例えば、オペアンプを用いた反転比較回路で構成されている。このコンパレータ２１で生成されたデジタル信号Ｓ２は、デジタル処理部１８の処理プロセッサ２３に伝送される。
また、各増幅回路１９の出力側はそれぞれ分岐して前記検波回路２２に接続されている。この検波回路２２は、例えば、図５（ｂ）に示すダイオード検波回路よりなり、増幅回路１９から入力される入力電圧Ｖin を平滑化した包絡線電圧Ｖout を出力する。
【００３８】
各検波回路２２の出力側はデジタル処理部１８の前記Ａ／Ｄコンバータ２５に接続され、このコンバータ２５は包絡線電圧Ｖout をデジタル値に変換する。
このため、各増幅回路４２の出力電圧は、その後段の検波回路２２で包絡線検波されてから、更にその後段のＡ／Ｄコンバータ２５でデジタル信号に変換され、デジタル処理部１８の処理プロセッサ２３に送られる。
【００３９】
〔デジタル処理部の処理内容〕
デジタル処理部１８の処理プロセッサ２３は、ＣＤＲ機能やＣＲＣ機能を有しており、アナログ加算信号Ｓ１をコンパレータ２１によりデジタル化したデジタル信号Ｓ２から、車載機２が生成した送信信号（電気信号）に同期して、この送信信号に含まれるデータ信号（通信制御信号を含む）を抽出する。
このように、処理プロセッサ２３は、上記アナログ加算信号Ｓ１に基づいて光信号に含まれるデータ信号を取得するデータ取得部としての機能を有する。
【００４０】
また、処理プロセッサ２３は、複数のフォトダイオードＰＤ１〜ＰＤ４のうちでどれがアップリンク光ＵＯを受光したかによってアップリンク領域ＵＡ内における車両Ｃの走行位置を特定する位置特定部としての機能も有している。
すなわち、処理プロセッサ２３は、Ａ／Ｄコンバータ２５のデジタル信号からＰＤ１〜ＰＤ４の受信レベルを検出し、この受信レベルを所定の閾値と比較することで、複数のフォトダイオードＰＤ１〜ＰＤ４のうちでどれが実際にアップリンク光ＵＯを受光したかを判定する。
【００４１】
すなわち、処理プロセッサ２３は、アップリンク領域ＵＡを走行中の車両Ｃ（車載機２）がいずれの分割領域ＵＡ１〜ＵＡ４でアップリンク光ＵＯを受光したかを特定する。
従って、本実施形態の光ビーコン４を使用すれば、インフラ側である光ビーコン４が、アップリンク領域ＵＡ内においてアップリンク光ＵＯを発光した車両Ｃ（車載機２）の走行位置を、分割領域ＵＡ１〜ＵＡ４の車両進行方向の長さ以下の精度で求めることができる。
【００４２】
更に、デジタル処理部１８の処理プロセッサ２３は、記憶装置２４に格納されたコンピュータプログラムを実行して、ビーコンヘッド８の光受信部１７と光送信部を制御し、車載機２との間で路車間通信を行う。
すなわち、処理プロセッサ２３は、車載機２との間の路車間通信をビーコンヘッド８に行わせるための通信制御部としての機能を併有している。
【００４３】
そして、この路車間通信を行うに当たり、処理プロセッサ２３は、自身が特定した車両位置に関する情報を、ダウンリンク切替後に送信するダウンリンク光ＤＯに含めるようになっており、このダウンリンク光ＤＯを受信した車載機２は、自身の車両Ｃの走行位置を認識することができる。
この場合、図３に示すように、分割領域ＵＡｉ（ｉ＝１〜４）の基準位置Ｐｉからその下流側の所定位置Ｐ０（例えば、停止線５０の位置）までの距離Ｌｉ（ｉ＝１〜４）に関する情報を、ダウンリンク光ＤＯに含ませることにしてもよい。
【００４４】
〔増幅回路の回路構成（第１実施形態）〕
図６は、第１実施形態に係る増幅回路１９の内部構成を示す回路図である。
なお、図６においては、後段増幅器２９とコンパレータ２１の出力波形を図示するために、前記アナログ加算器２０（図４参照）の図示を省略してある。この点については、後述する第２実施形態の増幅回路１９に関する図７、及び、第３実施形態に関するの図８の場合も同様である。
【００４５】
図６に示すように、この第１実施形態に係る各増幅回路１９は、フォトダイオードＰＤｉ（ｉ＝１〜４）にそれぞれ接続されたｎ型ＭＯＳＦＥＴ等の増幅素子よりなる前段増幅器２８と、この前段増幅器２８の出力電圧を更に増幅するオペアンプ等よりなる後段増幅器２９と、これらの増幅器２８，２９間に設けられた、高強度光による出力レベルの変動を除去するための除去回路３０と、後段増幅器２９の更に後段に設けられたトラップ回路３１とを備えている。
【００４６】
本実施形態の除去回路３０は、直射日光やその反射光のような太陽光に由来する高強度光の受光に伴う出力レベルの変動（例えば、図９の異常出力成分ｙ）を、前段増幅器２８の出力から除去するためのものであり、具体的には、前段増幅器２８と後段増幅器２９との間に介在された差動出力回路３２と、この差動出力回路３２を構成するオペアンプ３４の非反転入力端子と出力端子にフィードバック接続されたアナログ動作の積分回路（アナログ積分器）３３とから構成されている。
上記差動出力回路３２は、オペアンプ３４と、入力側抵抗３５と、フィードバック抵抗３６とから構成されており、入力側抵抗３５は、前段増幅器２８の出力端子とオペアンプ３４の反転入力端子に接続されている。
【００４７】
フィードバック抵抗３６は、上記オペアンプ３４の出力端子とその反転入力端子とに接続され、これによって当該オペアンプ３４に抵抗による負帰還がかけられている。図６に示す例では、入力側抵抗３５とフィードバック抵抗３６の抵抗値Ｒは同じ値であり、差動出力回路３２には増幅機能がない。
このため、図６に示す差動出力回路３２は、１対の入力端子間の差分を増幅せずにそのまま出力する差分演算機能を有する。
【００４８】
すなわち、差動増幅回路３２の一方の入力端子への入力電圧（前段増幅器２８の出力電圧）をＶAとし、他方の入力端子への入力電圧（オペアンプ３４の非反転入力端子への入力電圧）をＶBとし、かつ、当該差動増幅回路３２の出力電圧（オペアンプ３４の出力電圧）をＶCとすると、ＶC＝ＶB−ＶAの関係が成立するようになっている。もっとも、図６に示す差動出力回路３２において、フィードバック抵抗３６の抵抗値を入力抵抗３５の抵抗値よりも大きくすることで、増幅機能を持たせることもできる。
一方、前記アナログ積分器３３は、オペアンプ３７と、入力側抵抗３８と、フィードバックコンデンサ３９とから構成されており、入力側抵抗３８は、前記差動出力回路３２の出力端子と当該オペアンプ３４の反転入力端子に接続されている。
【００４９】
フィードバックコンデンサ３９は、上記オペアンプ３７の出力端子とその反転入力端子とに接続され、これによって当該オペアンプ３７にコンデンサによる負帰還がかけられている。
アナログ積分器３３を構成するオペアンプ３７の出力端子は、前記差動出力回路３２を構成するオペアンプ３４の非反転入力端子に繋がっている。また、このアナログ積分器３３のＲＣ時定数は、必要な出力成分である高周波成分（アップリンク光ＵＯに含まれる信号出力成分）が平滑化され、かつ、高強度光の受光に伴う低周波成分のみが積算されるように設定されている。
【００５０】
このため、アナログ積分器３３の出力電圧ＶBは、低周波成分が差動出力回路３２の出力電圧ＶCに含まれていれば、その低周波成分の挙動にほぼ追従するが、差動出力回路３２の出力電圧ＶCに含まれる高周波成分には追従しない。
従って、図６下段のタイムチャートに示すように、フォトダイオードＰＤｉが高強度光を受光したために前段増幅器２８の出力電圧ＶAが大きく変化しても、アナログ積分器３３が低周波成分の変化に追従した出力電圧ＶBを出力する。
【００５１】
そして、差動出力回路３２によって差分ＶC（＝ＶB−ＶA）が出力され、これによって前段増幅器２８の出力電圧ＶAに含まれる信号出力成分のみが出力されることになる。
このように、本実施形態の除去回路３０は、直射日光やその反射光といった太陽光に由来する高強度光の受光に伴う低周波成分ＶBを前段増幅器２８の出力電圧ＶAから除去し、その除去後の差分ＶCを後段に出力する機能を有する。
【００５２】
もっとも、上記アナログ積分器３３においては、低周波成分の急激な立ち上がりに対してある程度の追従時間を要するため、図６におけるＶCの波形に示すように、実際の差分ＶCには多少の乱れ４０が生じる。
前記トラップ回路３１は、後段増幅器２９の出力電圧に含まれる、発光ダイオード１０が発光するダウンリンク光ＤＯからの回り込み成分をフィルタリングするものであり、ダウンリンクに用いられる５００ｋＨｚと１ＭＨｚの周波数帯の信号をカットするバンドパスフィルタにより構成されている。
【００５３】
〔本実施形態の光受信回路の効果〕
以上の通り、本実施形態の光受信回路１６によれば、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前段増幅器２８の出力から除去する除去回路３０が設けられているので、フォトダイオードＰＤｉ（ｉ＝１〜４）が太陽光に由来する高強度光をアップリンク光ＵＯと同時に受光しても、後段増幅器２９が飽和レベルに達することがなく、後段増幅器２９の飽和に伴う復調不能等の受信不良を未然に防止することができる。
【００５４】
また、本実施形態の光受信回路１６によれば、後段増幅器２９の出力レベルが低い状態から高い状態に急増する場合だけでなく、その出力レベルが高い状態から低い状態に急激に減少した場合でも、その変動を除去することができる。
すなわち、例えば、夏場の路面の照り返しで約２万ルクス程度の高強度光が定常的にビーコンヘッド８のフォトダイオードＰＤｉに入射し、これによって増幅器２８，２９の出力電圧が飽和する手前で定常的に高いレベルになっていることがあるが、この場合に、暗色系の車両やその他の車両の影が通過して路面の照り返しが遮られても、定常的に高い出力レベルが急激に減少することがなくなり、出力レベルの急激な減少に伴う復調不良を防止することができる。
【００５５】
また、本実施形態の光受信回路１６によれば、光受信部１７のアナログ加算器２０が、各フォトダイオードＰＤｉ（ｉ＝１〜４）の出力信号を１つのアナログ加算信号Ｓ１に加算し、デジタル処理部１８の処理プロセッサ２３が、上記アナログ加算信号Ｓ１からコンパレータ２１で生成されたデジタル信号Ｓ２に基づいてデータ信号を再生するので、フォトダイオードＰＤｉごとに生成される複数のデジタル信号の中から正しい信号を選択するという複雑なロジックを、デジタル処理部１８に実装する必要がない。
このため、光受信回路１６の実装がより簡便になり、当該回路１６の製作コストを低減することができる。
【００５６】
また、本実施形態の光受信回路１６によれば、通常よりも高速の路車間通信が可能な光ビーコン４を実現できるという利点もある。
すなわち、フォトダイオードは一般にコンデンサ成分（キャパシタンス）のインピーダンスを有することから、受光領域が大きいほど時定数も大きくなり、出力信号（電気信号）の立ち上がり時間や立ち下がり時間が鈍るという特質がある。
【００５７】
この点、本実施形態の光受信回路１６では、アップリンク領域ＵＡで車載機２が発光した光信号（アップリンク光ＵＯ）を受光するに当たって、領域ＵＡを分割してなる分割領域ＵＡ１〜ＵＡ４に対応して、複数のＰＤｉ（ｉ＝１〜４）に分割している。このため、アップリンク領域ＵＡ全体をフォローする受光領域を有する１つのフォトダイオードを使用する場合に比べて、光信号に対する出力信号（電気信号）の応答時間が短くなる。
【００５８】
従って、ＰＤｉの分割数を多くするほど信号処理も高速に行え、光ビーコン４においてもＭｂｐｓオーダの高速通信が可能になる。
一方、フォトダイオードの受光領域が小さい場合には、ノイズレベルに対する信号の大きさ（Ｓ／Ｎ比）も小さくなってしまうが、本実施形態の光受信回路１６のように、複数のＰＤｉ（ｉ＝１〜４）に対応する出力信号を加算するようにすれば、それらの受光領域を合計した１個のフォトダイオードと同等のＳ／Ｎ比を得ることができる。
【００５９】
〔増幅回路の回路構成（第２実施形態）〕
図７は、第２実施形態に係る増幅回路１９の内部構成を示す回路図である。
この第２実施形態の増幅回路１９（図７）が第１実施形態の増幅回路１９（図６）と異なる点は、高強度光によって生じる出力成分の検出回路が、前記アナログ積分器３３の代わりにローパスフィルタ４２で構成されている点にある。
【００６０】
このローパスフィルタ４２は、接地コンデンサ４３と、これに接続された抵抗４４とからなるＲＣフィルタで構成され、抵抗４４の一端は前段増幅器２８の出力端子に接続されている。
このフィルタ４２のＲＣ時定数は、前段増幅器２８の出力に含まれる高強度光の受光に伴う低周波成分は通過させるが、必要な出力成分である高周波成分（アップリンク光ＵＯに含まれる信号出力成分）は通過させないように設定されている。
【００６１】
また、ローパスフィルタ４２の出力端子は、オペアンプを倍率１の反転増幅器として用いた反転回路４５の入力端子に接続されている。なお、この反転回路４５の代わりに電圧フォロアを用いても良い。
このため、図７下段のタイムチャートに示すように、フォトダイオードＰＤｉが高強度光を受光したために前段増幅器２８の出力電圧ＶAが大きく変化しても、ローパスフィルタ４２の後段の反転回路４５が低周波成分の変化に追従した出力電圧Ｂを出力する。
【００６２】
上記反転回路４５の出力端子は、差動増幅回路３２を構成するオペアンプ３４の非反転入力端子に接続されている。このため、その差動出力回路３２によって差分ＶC（＝ＶB−ＶA）が出力され、これによって前段増幅器２８の出力電圧ＶAに含まれる信号出力成分のみが出力されることになる。
このように、この第２実施形態の除去回路３０も、直射日光やその反射光といった太陽光に由来する高強度光の受光に伴う低周波成分ＶBを前段増幅器２８の出力電圧ＶAから除去し、その除去後の差分ＶCを後段に出力する機能を有する。
【００６３】
〔増幅回路の回路構成（第３実施形態）〕
図８は、第３実施形態に係る増幅回路１９の内部構成を示す回路図である。
この第３実施形態の増幅回路１９（図８）が第１実施形態の増幅回路１９（図６）と異なる点は、高強度光によって生じる出力成分の検出回路として、前記アナログ積分器３３の代わりに、前段増幅器２８の出力をデジタル変換したデジタル信号に基づいて高強度光によって生じる出力成分を検出し、検出した当該出力成分を差動出力回路３２の入力端子に入力するデジタル回路４６を採用している点にある。
【００６４】
すなわち、このデジタル回路４６は、前段増幅器２８の出力をデジタル変換するＡ／Ｄコンバータ４７と、このコンバータ４７の後段に接続されたデジタル処理部（ＣＰＵ）４８と、このデジタル処理部４８の後段に接続されたＤ／Ａコンバータ４９とから構成されており、Ｄ／Ａコンバータ４９の出力端子は差動出力回路３２を構成するオペアンプ３４の非反転入力端子に接続されている。
また、デジタル処理部４８は、Ａ／Ｄコンバータ４７からのデジタル信号に基づいて低周波成分の値をリアルタイムに演算し、この演算結果は、Ｄ／Ａコンバータ４９でアナログ信号に変換されてオペアンプ３４の非反転入力端子に入力される。
【００６５】
このため、差動出力回路３２によって差分ＶC（＝ＶB−ＶA）が出力され、これによって前段増幅器２８の出力電圧ＶAに含まれる信号出力成分のみが出力される。
このように、この第３実施形態の除去回路３０も、直射日光やその反射光といった太陽光に由来する高強度光の受光に伴う低周波成分ＶBを前段増幅器２８の出力電圧ＶAから除去し、その除去後の差分ＶCを後段に出力する機能を有する。
【００６６】
〔その他の変形例〕
本発明は上記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、増幅回路１９が２つの増幅器２８，２９を含んでいる関係で、除去回路３０を前段増幅器２８と後段増幅器２９との間に配置しているが、当該除去回路３０は、フォトダイオードＰＤｉと前段増幅器２８の間に配置してもよいし、後段増幅器２９の後段に配置してもよい。また、増幅回路１９を構成する増幅器は、３つ以上あってもよいし、１つだけでもよい。
【００６７】
また、上記実施形態では、フォトダイオード１１が複数に分割されたいわゆるＰＤ分割タイプの光ビーコン４の場合を例示しているが、フォトダイオード１１が分割されていない通常の光ビーコンにも本発明を採用することができる。
【００６８】
更に、本発明の光受信回路は、光ビーコン４だけでなく車載機２（図３参照）に搭載することもできる。すなわち、光ビーコン４と路車間通信する車載機２には、ビーコンヘッド８の発光ダイオード１０がダウンリンク領域ＵＡに向けて照射したダウンリンク光ＤＯを受信する光受信回路が必要であるが、かかる車載機２の光受信回路に本発明を適用することにしてもよい。
また、本発明の光受信回路は、光ビーコン４や車載機２だけでなく、光通信を行うその他の無線通信装置に採用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】路車間通信システムの全体構成を示すブロック図である。
【図２】光ビーコンの平面図である。
【図３】光ビーコンの通信領域を示す側面図である。
【図４】光受信回路の回路構成を示すブロック図である。
【図５】（ａ）はアナログ加算器の回路図であり、（ｂ）は検波回路の回路図である。
【図６】第１実施形態に係る増幅回路の内部構成を示す回路図である
【図７】第２実施形態に係る増幅回路の内部構成を示す回路図である。
【図８】第３実施形態に係る増幅回路の内部構成を示す回路図である。
【図９】光ビーコンにおける従来の光受信部の回路構成を概略的に示す図であり、（ａ）は平常時の回路動作、（ｂ）は高強度光が入射した場合の回路動作を示す。
【符号の説明】
【００７０】
２      車載機
４      光ビーコン
７      ビーコン制御機
８      ビーコンヘッド
１０      発光ダイオード
１１      フォトダイオード
１６      光受信回路
１７      光受信部
１８      デジタル処理部
１９      増幅回路
２８      前段増幅器
２９      後段増幅器
３０      除去回路
３２      差動出力回路
３３      アナログ積分器（検出回路）
４２      ローパスフィルタ（検出回路）
４６      デジタル回路（検出回路）
Ｃ      車両
Ａ      通信領域
ＵＡ      アップリンク領域
ＤＡ      ダウンリンク領域
ＵＯ      アップリンク光
ＤＯ      ダウンリンク光
【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】
2009272902.tif 000009
【図８】
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【図９】
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