JP2014207628A - 光ビーコン - Google Patents

Abstract

【課題】 光ビーコンの長寿命化とダウンリンク方向の通信の確保とを両立させる。
【解決手段】 本発明は、走行中の車両２０の車載機２との間で光通信を行う光ビーコン４に関する。光ビーコン４は、ダウンリンク方向の通信のためのダウンリンク光ＤＯを送出する発光ユニット１３と、下記の第１期間Ｔ１における発光ユニット１３の発光量を、下記の第２期間Ｔ２における発光ユニット１３の発光量よりも増加させる制御部（ビーコン制御機７）と、を備える。
第１期間Ｔ１：アップリンク信号の受信を契機として開始する所定時間長の期間
第２期間Ｔ２：第１期間Ｔ１以外の期間
【選択図】 図５

Description

本発明は、走行中の車両の車載機との間で光通信を行う光ビーコンに関する。

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：（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である。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る。

逆に、光ビーコンからは、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車載機に送信される。
このため、光ビーコンは、車載機との間で光信号を投受光する投受光器（「ビーコンヘッド」ともいう。）を備えており、この投受光器の筐体内には、ダウンリンク光を道路に向けて送出する発光素子と、車載機が送出したアップリンク光を受信する受光素子とを有する光通信用の送受信ユニットが搭載されている（特許文献１参照）。

特開２００５−２６８９２５号公報

上記従来の光ビーコンでは、光通信対応の車載機にダウンリンク領域に入ったことを察知させるために、ダウンリンク光の送出を常に継続している。
しかし、ダウンリンク光の送出を継続すると、経年劣化によって発光素子の寿命が低下し易いという問題がある。特に、複数の受光素子を密集させて縦横に配列した発光ユニットを採用する場合には、複数の発光素子がすべて発光することで発光ユニットが温度上昇し易く、発光素子の経年劣化が早まるおそれがある。

そこで、光ビーコンの長寿命化を図る方策の１つとして、車載機が受信できる最小限の発光量となるように、すべての発光素子の駆動電流を調整しておくことが考えられる。しかし、この方策では、車載機がダウンリンク領域を通過する間に必要なダウンリンク信号を取り逃がす可能性が増大するので、余り適切な方策とは言い難い。
本発明は、かかる従来の問題点に鑑み、光ビーコンの長寿命化とダウンリンク方向の通信の確保とを両立させることを目的とする。

（１） 本発明の光ビーコンは、走行中の車両の車載機との間で光通信を行う光ビーコンであって、ダウンリンク方向の通信のためのダウンリンク光を送出する発光ユニットと、下記の第１期間における前記発光ユニットの発光量を、下記の第２期間における前記発光ユニットの発光量よりも増加させる制御部と、を備えている。
第１期間：アップリンク信号の受信を契機として開始する所定時間長の期間
第２期間：第１期間以外の期間

なお、この解決手段の欄では、下記に定義する用語も使用する。
第１発光量：第１期間における発光ユニットの発光量
第２発光量：第２期間における発光ユニットの発光量
第１素子：第１期間に発光量を増大させる発光素子
第２素子：第２期間に既に発光しており、第１期間に発光量を増加させない発光素子（すなわち、発光量が一定の発光素子）

また、光ビーコンの直近のインタフェース規格によれば、光ビーコンから車載機へのダウンリンク到達光量は、尖頭値で４．５μＷ／ｃｍ^２ 以上（減衰率に影響するものは、除くものとする。：以下、「規格光量」という。）が必要とされている。
従って、第１発光量と第２発光量は、いずれも、少なくとも上記の規格光量を満たしている必要がある。

本発明の光ビーコンによれば、制御部が、第１発光量を第２発光量よりも増加させるので、アップリンク信号の受信後の第１期間では高めの第１発光量でダウンリンク光が車載機に提供され、それ以外の第２期間では発光ユニットが低めの第２発光量に抑えられる。
従って、第２発光量を車載機が受信可能な最低限に設定することで、発光素子の経年劣化を抑えつつ、増加させた第１発光量にて車載機にダウンリンク光を確実に伝送でき、光ビーコンの長寿命化とダウンリンク方向の通信の確保とを両立させることができる。

（２） 本発明の光ビーコンにおいて、前記第１期間の開始時点は、アップリンク信号の受信の検出と同時であってもよいが、遅くとも、車両ＩＤを格納した車線通知情報を含む下りフレーム（折り返しフレーム）を、ダウンリンク切り替え後に最初に連送する前の時点に設定すればよい。
その理由は、上記連送の前に第１発光量に増加すれば、折り返しフレームを車載機が受信できる可能性が増し、光ビーコンとの通信確立を車載機が察知し易くなるからである。

（３） また、本発明の光ビーコンにおいて、前記第１期間の開始時点は、ダウンリンク切り替え後に最初に連送される、車両ＩＤを格納した車線通知情報を含む下りフレーム（折り返しフレーム）の次の下りフレームを送信する前の時点に設定してもよい。
その理由は、通常、上記折り返しフレームの次の下りフレームにも、車両ＩＤを格納した車線通知情報を含まれているので、当該下りフレームの送信前に第１発光量に増加することにしても、車線通知情報を含む下りフレームを車載機が受信できる可能性が増し、光ビーコンとの通信確立を車載機が察知し易くなるからである。

（４） 本発明の光ビーコンにおいて、前記第１期間の終了時点は、例えば、アップリンク信号の受信から３５０ｍ秒が経過した時点に設定すればよい。
その理由は、光ビーコンの通信規約では、アップリンク信号の受信から３５０ｍ秒だけダウンリンク切り替え後の下りフレームの送信を継続することになっているので、第１期間の終了時点を３５０ｍ秒後に設定すれば、アップリンク信号を送信した車載機に対して、少なくとも規約上必要とされる所定時間長にて高めの第１発光量のダウンリンク光を提供できるからである。

（５） 本発明の光ビーコンは、ダウンリンク領域の下流側に入射光を送出して反射光を検出することにより、前記車両を感知するセンサユニットを更に備えていてもよい。
この場合、前記第１期間の終了時点は、前記センサユニットがアップリンク信号の受信から所定時間（例えば、１秒）以内に前記車両を感知した時点に設定することにしてもよい。

その理由は、センサユニットがアップリンク受信から所定時間以内に車両を感知した場合には、アップリンク信号を送信した車載機がダウンリンク領域を通り抜けたと推定できるので、第１期間の終了時点を車両感知時点に設定すれば、アップリンク信号を送信した車載機がダウンリンク領域を通過している間は、高めの第１発光量のダウンリンク光を確実に当該車載機に提供できるからである。

（６） 本発明の光ビーコンにおいて、前記発光ユニットが、前記第１素子と前記第２素子とを個別に有する場合には、前記第２期間に前記第１素子を消灯し、前記第１期間に前記第１素子を発光させることにより、前記発光ユニットの発光量を増加させることにすればよい。

この場合、第２期間に第１素子が消灯するので、発光時間が減少する分だけ第１素子の経年劣化の進行を抑制できる。また、第１及び第２素子が常に発光する場合に比べて、温度上昇し難くなるので、第２素子の温度上昇に伴う経年劣化の進行を抑制できる。

（７） また、前記発光ユニットが、前記第１素子と前記第２素子とを個別に有する場合には、前記制御部は、前記第２期間に前記第１素子に流す電流値よりも、前記第１期間に前記第１素子に流す電流値を増やすことにより、前記発光ユニットの発光量を増加させることにしてもよい。

この場合、第２期間に第１素子の電流値が低めに設定されるので、電流値が減少する分だけ第１素子の経年劣化の進行を抑制できる。
また、第１及び第２素子が常に高めの電流値で発光する場合に比べて、発光ユニット全体の消費電力が減少して発熱量も小さくなり、温度上昇し難くなるので、第２素子の温度上昇に伴う経年劣化の進行を抑制できる。

（８） 本発明の光ビーコンにおいて、前記発光ユニットが、複数の前記第１素子を所定パターンで配列した第１素子群と、複数の前記第２素子を所定パターンで配列した第２素子群とを有する場合には、前記第２素子群の発光方向が前記第１素子群の発光方向よりも上流側を指向していることが好ましい。

その理由は、次の通りである。すなわち、限られた通信領域での路車間通信をより確実に行うためには、できるだけダウンリンク領域の上流側で車載機がダウンリンク信号を検出することが望ましい。
この場合、第２期間に消灯又は発光量が低下する第１素子群の発光方向を上流側に設定すると、ダウンリンク領域の上流端を所定位置に確定できないのに対して、期間を通じて発光量が一定の第２素子群の発光方向を上流側に設定すれば、ダウンリンク領域の上流端を所定位置に確定できるからである。

（９） 本発明の光ビーコンにおいて、前記発光ユニットが、複数の前記第１素子を所定パターンで配列した第１素子群と、複数の前記第２素子を所定パターンで配列した第２素子群とを有する場合には、前記第１素子群と前記第２素子群が、いずれもダウンリンク領域のほぼ全体にダウンリンク光を送出可能となるように、同じ回路基板面に混在状態で交互に配列されていてもよい。

この場合、第１素子群と第２素子群が、いずれもダウンリンク領域のほぼ全体にダウンリンク光を送出可能であるから、発光ユニットの発光量は、第２期間に小さくかつ第１期間に大きくなるように、ダウンリンク領域のほぼ全範囲が調光されることになる。

以上の通り、本発明によれば、走行中の車両の車載機との間で光通信を行う光ビーコンにおいて、当該光ビーコンの長寿命化とダウンリンク方向の通信の確保とを両立させることができる。

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。 光ビーコンの設置部分を上から見た道路の平面図である。 光ビーコンの通信領域と入射領域を示す道路の側面図である。 光ビーコンの回路構成の一例を示す機能ブロック図である。 路車間通信の通信手順の一例を示すシーケンス図である。 （ａ）は設置状態のビーコンヘッドを斜め下方から見た場合の斜視図であり、（ｂ）は設置状態のビーコンヘッドの側面図である。 ビーコンヘッドの内部構造を示す斜視図である。 ダウンリンク光の照射範囲を示す道路の側面図である。 ビーコン制御機が行う調光制御の一例を示すフローチャートである。 第１素子群と第２素子群の配列パターンの一例を示す説明図である。 第１素子群と第２素子群の配列パターンの他例を示す説明図である。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施形態を説明する。
〔システムの全体構成〕
図１は、本発明の実施形態に係る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は、本実施形態の光ビーコン４の設置部分を上から見た道路Ｒの平面図である。
図１に示すように、本実施形態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Ｒを走行する車両２０（図３参照）に搭載された車載機２とを備えている。

交通管制システム１は、交通管制室等に設けられた中央装置３と、道路Ｒ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とを備え、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との間で無線通信を行うことができる。
光ビーコン４は、通信制御などを行うビーコン制御機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１の例では、４つ）のビーコンヘッド（投受光器）８とを有している。

ビーコン制御機７は、インフラ側の通信部６に接続されており、通信部６は、電話回線等の通信回線５によって中央装置３と接続されている。
通信部６は、例えば、信号灯器の灯色を制御する交通信号制御機や、インフラ側における交通情報の中継処理を行う情報中継装置等より構成することができる。

本実施形態の光ビーコン４は、全二重通信方式を採用している。すなわち、後述のビーコン制御機７は、光通信用の発光ユニット１３に対するダウンリンク方向の送信制御と、通信用の受光ユニット１４に対するアップリンク方向の受信制御を同時に行う。
これに対して、本実施形態の車載機２は、半二重通信方式を採用している。すなわち、後述の車載制御機２１は、光送信部２３に対するアップリンク方向の送信制御と、光受信部２４に対するダウンリンク方向の受信制御とを同時には行わない。

〔光ビーコンの全体構成〕
光ビーコン４のビーコンヘッド８は、光通信用の送受信ユニット１１と、車両感知用のセンサユニット１２とを筐体３１の内部に備えている（図３参照）。
このように、本実施形態では、１つビーコンヘッド８の筐体３１に、光通信と車両感知のための各ユニット１１，１２をそれぞれ組み込むことにより、光通信機能と車両感知機能を併有する光ビーコン４が構成されている。

送受信ユニット１１は、車載機２との間で光信号を無線で送受信する光トランシーバである。
図１に示すように、送受信ユニット１１は、ダウンリンク光ＤＯを送出する光通信用の発光ユニット１３と、アップリンク光ＵＯを受光して電気信号に変換する光通信用の受光ユニット１４とを有する。

光通信用の発光ユニット１３（以下、「通信用発光ユニット１３」ともいう。）は、ビーコン制御機７から送出される下りフレームを所定の伝送速度のシリアルな送信信号に変換する送信回路と、出力された送信信号をダウンリンク方向の光信号に変換する、発光ダイオード（ＬＥＤ：Light Emitting Diode）からなる発光素子とを有する。
通信用発光ユニット１３の発光素子は、近赤外線の光信号であるダウンリンク光ＤＯ（図３参照）を上流側に向かって斜め下方に送出する。

また、光通信用の受光ユニット１４（以下、「通信用受光ユニット１４」ともいう。）は、フォトダイオード（ＰＤ：Photo Diode）等からなる受光素子と、この受光素子が出力する電気信号を増幅してデジタル信号を生成する受信回路とを有する。
通信用受光ユニット１４の受光素子は、車載機２が送出した近赤外線の光信号であるアップリンク光ＵＯ（図３参照）を受光し、通信用受光ユニット１４の受信回路は、受光したアップリンク光ＵＯを電気信号に変換してビーコン制御機７に送る。

センサユニット１２は、ビーコンヘッド８のほぼ直下を通過する車両２０の存在を非接触で感知するための光感知センサである。
図１に示すように、センサユニット１２は、入射光ＩＯを送出する車両感知用の発光ユニット１５と、反射光ＲＯを受光して電気信号に変換する車両感知用の受光ユニット１６とを有する。

車両感知用の発光ユニット１５（以下、「感知用発光ユニット１５」ともいう。）は、所定周期の光パルス信号である入射光ＩＯ（図３参照）を下方向に送出する。
また、車両感知用の受光ユニット１６（以下、「感知用受光ユニット１６」ともいう。）は、上記入射光ＩＯの道路Ｒや車両２０に対する反射光ＲＯ（図３参照）を受光し、受光した反射光ＲＯを電気信号に変換してビーコン制御機７に送る。

ビーコン制御機７は、信号処理部、ＣＰＵ及びメモリなどを有するコンピュータ装置よりなり、中央装置３との通信や所定の通信インタフェース規格に従って車載機２と路車間通信を行う通信制御部としての機能と、車両２０の感知制御部としての機能とを有する。
また、ビーコン制御機７は、通信制御や感知制御のためのコンピュータプログラムを記憶装置に格納しており、このプログラムをＣＰＵが読み出して実行することにより、当該ＣＰＵが上記通信制御部及び感知制御部として機能する。

例えば、ビーコン制御機７は、車両ＩＤなしの車線通信情報を含むダウンリンク信号を通信用発光ユニット１３に所定周期で送出させており、ダウンリンク信号の受信を契機として車載機２が送信する車両ＩＤを含むアップリンク信号を待つ。
ビーコン制御機７は、通信用受光ユニット１４にてアップリンク信号を受信すると、そのアップリンク信号から抽出した車両ＩＤを格納した車線通知情報と、当該車両ＩＤ向けの提供情報とを含めた別のダウンリンク信号を生成してダウンリンクの切り替えを行い、生成したダウンリンク信号を通信用発光ユニット１３に所定周期で送出させる。

また、ビーコン制御機７は、プローブ情報などの交通信号制御に有用な情報がアップリンク信号に含まれておれば、その情報を中央装置３に転送する。
更に、ビーコン制御機７は、所定波長の入射光ＩＯを感知用発光ユニット１５に一定の強度及びパルス周期で送出させ、感知用受光ユニット１６が受光する反射光ＲＯの受光強度が閾値以上か否かにより、車両２０の存在を感知する。なお、この閾値は固定値とは限らず、例えば、反射光ＲＯの受光強度に応じた追従処理によって変動することもある。

すなわち、ビーコン制御機７は、感知用受光ユニット１６において閾値以上の反射光ＲＯの受光強度が検出された場合に、車両２０の感知信号を生成し、その感知信号を中央装置３に送信する。
なお、感知用発光ユニット１５が送出する入射光ＩＯの波長は、通信用発光ユニット１３が送出するダウンリンク光ＤＯの波長と同じか、或いは、そのダウンリンク光ＤＯと干渉が生じ得る程度に近接した波長（例えば、８５０ｎｍ）である。

〔光ビーコンの設置状態〕
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Ｒ１〜Ｒ４を有する道路Ｒに設置されている。
光ビーコン４は、その車線Ｒ１〜Ｒ４にそれぞれ対応して設けられた複数の前記ビーコンヘッド８と、これらのビーコンヘッド８を一括制御する制御部である１台の前記ビーコン制御機７とを備えている。

ビーコン制御機７は、道路脇に立設した支柱１７に設置されている。また、各ビーコンヘッド８は、支柱１７から道路Ｒ側に水平に架設した架設バー（梁部材）１８に取り付けられ、道路Ｒの各車線Ｒ１〜Ｒ４の直上に配置されている。
各ビーコンヘッド８の通信用発光ユニット１３は、自機の直下よりも車両進行方向の上流側に向けてダウンリンク光ＤＯ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が当該ビーコンヘッド８の上流側に設定されている。

また、各ビーコンヘッド８の感知用発光ユニット１５は、自機の直下に向けて入射光ＩＯを発光しており、これにより、道路Ｒの所定の車線Ｒ１〜Ｒ４を通行する車両２０の感知エリアである入射領域Ｂが当該ビーコンヘッド８のほぼ直下に設定されている。

〔光ビーコンの通信領域と入射領域〕
図３は、光ビーコン４の通信領域Ａと入射領域Ｂを示す道路Ｒの側面図である。
図３に示すように、送受信ユニット１１の通信領域Ａは、車載機２によるダウンリンク光ＤＯの受光可能範囲であるダウンリンク領域ＤＡ（実線のハッチング部分）と、ビーコンヘッド８によるアップリンク光ＵＯの受光可能範囲であるアップリンク領域ＵＡ（破線のハッチング部分）とからなる。

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、双方の領域ＤＡ，ＵＡの上流端ｃ０は互いに一致することとされている。
また、上記規格における各領域ＤＡ，ＵＡの上下流端位置の規格値（一般道路の場合）を例示すると、次の通りである。ただし、この規格値は、道路面からの高さＨが１．０ｍでかつ投受光器８の直下位置（原点Ｏ）から上流方向を正の数とした場合の値である。

ダウンリンク領域ＤＡの下流端位置ａ０：＋１．３ｍ
アップリンク領域ＵＡの下流端位置ｂ０：ａ０＋２．１ｍ（＝３．４ｍ）
双方領域ＤＡ，ＵＡの上流端位置ｃ０ ：ｂ０＋１．６ｍ（＝５．０ｍ）

センサユニット１２の入射領域Ｂは、感知用発光ユニット１５が道路Ｒに向けて入射する入射光ＩＯの照射範囲である。
ここで、入射光ＩＯの発光方向Ｅ１を厳密に真下（鉛直方向の下方）に設定すると、例えば降雨時に路面に水溜まりができた場合などに、路面からの反射光ＲＯの強度が増加し、誤検出が多くなって適切な車両感知ができない可能性が高くなる。そこで、通常は、入射光ＩＯの発光方向Ｅ１を、鉛直方向に対して所定角度α（例えば、４．５°）だけ上流側（プラス側）に指向させている。

なお、発光方向Ｅ１を上記のように指向させた場合における、路面高さＨ＝１．０ｍにおける入射領域Ｂの上下流端位置ｘ０，ｙ０の設定値を例示すると、次の通りである。
入射領域Ｂの下流端位置ｘ０：−０．１５ｍ
入射領域Ｂの上流端位置ｙ０：＋０．９３ｍ

なお、入射光ＩＯの発光方向Ｅ１は、上記とは逆に、鉛直方向に対して所定角度（例えば、４．５°）だけ下流側（マイナス側）に指向させることにしてもよい。
このようにすれば、発光方向Ｖ１が鉛直方向に対して上流側を指向する上記の場合に比べて、入射光ＩＯがダウンリンク光ＤＯと干渉するのを更に軽減できる。
また、発光方向Ｅ１を下流側に指向させれば、ダウンリンク領域ＤＡの下流端位置ａ０をより下流側に設定でき、ダウンリンク領域ＤＡの車両進行方向長さを拡張することができる。このため、光通信機能と車両感知機能を併有する光ビーコン４において、ダウンリンク通信容量を拡大できるという利点もある。

〔車載機の構成〕
図３に示すように、本実施形態の車載機２は、車載制御機２１と車載ヘッド２２とを備えている。車載ヘッド２２の内部には、光送信部２３と光受信部２４が収容されている。
このうち、光送信部２３は、近赤外線よりなるアップリンク光ＵＯ（アップリンク方向の光信号）を発光する発光素子を有し、光受信部２４は、ダウンリンク領域ＤＡに送出された近赤外線よりなるダウンリンク光ＵＯ（ダウンリンク方向の光信号）を受光する受光素子を有する。

光送信部２３は、車載制御機２１から出力される上りフレームを所定の伝送速度のシリアルな送信信号に変換する送信回路と、出力された送信信号をアップリンク方向の光信号に変換する、発光ダイオード等よりなる発光素子とを有する。
現行の前記規格によれば、車載機２の光送信部２３が送信するアップリンク光ＵＯの伝送速度は、６４ｋｂｐｓである。

光受信部２４は、フォトダイオード等よりなる受光素子と、この受光素子が出力する電気信号を増幅してデジタルの受信信号を生成する受信回路とから構成されている。
現行の前記規格によれば、光受信部２４が受信するダウンリンク光ＤＯの伝送速度は、１０２４ｋｂｐｓである。

車載制御機２１は、信号処理部、ＣＰＵ及びメモリなどを有するコンピュータ装置よりなり、光ビーコン４との路車間通信を行う通信制御部としての機能を有する。
また、車載制御機２１は、通信制御のためのコンピュータプログラムを記憶装置に格納しており、このプログラムをＣＰＵが読み出して実行することにより、当該ＣＰＵが上記通信制御部として機能する。

更に、車載制御機２１は、アップリンクデータとして、自車両の走行データ（例えば、通過位置と通過時刻を時系列に並べた走行軌跡データであるプローブ情報など）を生成して、光送信部２３にアップリンク送信させる機能も有する。
この場合、例えばアップリンク速度を高速化することにすれば、より多くのプローブ情報（走行軌跡を記録する道路区間を長くしたり、同一道路区間における通過位置と通過時刻の記録密度を高くしたりした情報）を送信することが可能になる。

なお、本実施形態の車載制御機２１は、上記ＣＰＵを含む本体制御部とは別に、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit ）等を含む簡易制御部を設けた回路構成であってもよい。
この簡易制御部は、例えば、光受信部２４が何らかの下りフレームを受信した場合に、自車両の車両ＩＤを含む上りフレーム（従来の伝送速度６４ｋｂｐｓの上りフレーム）を１つだけ、光送信部２３にアップリンク送信させる機能を有する。

〔光ビーコンの回路構成〕
図４は、光ビーコン４の回路構成の一例を示す機能ブロック図である。
図４に示すように、ビーコンヘッド８は、光通信用の発光ユニット１３及び受光ユニット１４と、車両感知用の発光ユニット１５及び受光ユニット１６とを備える。
また、ビーコン制御機７は、通信制御用の通信ＩＣ６９と、感知制御用の感知処理部７１と、デジタル信号処理を行うメインＣＰＵ７０及び感知ＣＰＵ７２とを有する。

光通信用の発光ユニット１３は、光通信用の発光部材４２及び駆動回路６１を含み、光通信用の受光ユニット１４は、光通信用の受光部材４３、増幅器６２、フィルタ回路６３及びコンパレータ６４を含む。
通信ＩＣ６９は、メインＣＰＵ７０から取得した下りデータを所定の符号化方式（例えば、マンチェスター符号）にて変換して、所定周期のシリアルな電気信号よりなるパルス信号Ｐ１を生成し、このパルス信号Ｐ１を駆動回路６１に出力する。

駆動回路６１は、通信ＩＣ６９から入力されたパルス信号Ｐ１をベースとして、発光素子の駆動電圧を発生するスイッチング素子を含み、発生した駆動電圧を発光部材４２に出力してその発光素子を駆動する。

増幅器６２は、受光部材４３の受光素子にて光電変換された電気信号を増幅し、増幅後の電気信号をフィルタ回路６３に出力する。フィルタ回路６３は、少なくともアップリンク方向の伝送速度（本実施形態では、６４ｋｂｐｓ）の高速信号成分を抽出し、抽出した高速信号をコンパレータ６４に出力する。
コンパレータ６４は、入力された高速信号を閾値と比較し、この比較によって抽出したデジタルの受信信号（ビットデータ）を通信ＩＣ６９に出力する。

通信ＩＣ６９は、先頭５バイトのアイドルパターンを用いて受信信号の伝送速度を判定および受信クロックを生成し、生成したクロックにてビットデータをサンプリングし、上りフレームに含まれる上りデータを再生する。そして、通信ＩＣ６９は、再生した上りデータをメインＣＰＵ７０に送る。

車両感知用の発光ユニット１５は、車両感知用の発光部材４５及び駆動回路６５を含み、車両感知用の受光ユニット１６は、車両感知用の受光部材４６、増幅器６６、フィルタ回路６７及びピークホールド回路６８を含む。
感知処理部７１は、所定周期のパルス信号Ｐ２を自律的に生成し、このパルス信号Ｐ２を駆動回路６５に出力する。

駆動回路６５は、感知処理部７１から入力されたパルス信号Ｐ２をベースとして、発光素子の駆動電圧を発生するスイッチング素子を含み、発生した駆動電圧を発光部材４５に出力してその発光素子を駆動する。
増幅器６６は、受光部材４６の受光素子にて光電変換された電気信号を増幅し、増幅後の電気信号をフィルタ回路６７に出力する。フィルタ回路６７は、少なくとも入射光ＩＯと同じ周波数成分の信号を抽出し、抽出した信号をピークホールド回路６８に出力する。

ピークホールド回路６８は、入力された電気信号の包絡線を検波し、検波信号を感知処理部７１に出力する。
感知処理部７１は、入力された検波信号が所定の閾値以上であるか否かを判定し、検波信号が閾値以上となる期間のパルス信号を感知データとして、感知ＣＰＵ７２に出力する。そして、感知ＣＰＵ７２は、感知処理部７１から取得した感知データをメインＣＰＵ７０に出力する。

〔路車間通信の内容と入射光の送出タイミング〕
図５は、通信領域Ａで行われる路車間通信の通信手順を示すシーケンス図である。
ここで、図５において、白丸を付したフレームは、車両ＩＤを含まないフレーム（車両ＩＤなしの「車線通知情報」を有するフレーム）であることを示し、黒丸を付したフレームは、車両ＩＤを含むフレーム（車両ＩＤありの「車線通知情報」を有するフレーム）であることを示している。

また、以下の路車間通信の説明では、動作主体が光ビーコン４と車載機２であるとして説明するが、実際の通信制御は、光ビーコン４のビーコン制御機（通信制御部）７と、車載機２の車載制御機（通信制御部）２１が実行する。

図５に示すように、光ビーコン４は、車線Ｒ１〜Ｒ４ごとに設けられたビーコンヘッド８から、下りフレームＤＬ１を所定の送信周期で送信し続けている。この段階では、車線通知情報に車両ＩＤが格納されていない。
車両２０がダウンリンク領域ＤＡに入ると、車載機２が車線通知情報（車両ＩＤ無し）を含む下りフレームＤＬ１或いはその他の下りフレームＤＬ１を受信し、車両２０が光ビーコン４の通信領域Ａ内に入ったことを察知する。

この際、車載機２は、車線通知情報に車両ＩＤを格納した上りフレームＵＬ１（以下、「ＩＤ格納フレームＵ１」ともいう。）を生成し、この上りフレームＵＬ１をアップリンク送信する。
なお、旅行時間情報などの光ビーコン４に提供すべき情報がある場合には、ＩＤ格納フレームＵ１の実データ部にその情報が格納される。

受信フレームのＣＲＣチェック等を経てＩＤ格納フレームＵ１が光ビーコン４において正規に受信されると、光ビーコン４は、遅くとも１０ｍ秒以内でダウンリンク切り替えを行ったあと、下りフレームＤＬ２の繰り返し送信を開始する。
繰り返して下り送信される複数の下りフレームＤＬ２には、先頭部分で連送される車線通知情報に車両ＩＤを含めた下りフレーム（黒丸付きの下りフレームＤＬ２：以下、「折り返しフレーム」ともいう。）と、その後に繰り返し送信される所定の提供情報を含む通常の下りフレームＤＬ２とからなる。

すなわち、光ビーコン４は、ＩＤ格納フレームＵ１を車載機２から受信すると、取得した車両ＩＤの値を車線通知情報に含めた折り返しフレームを生成し、生成した折り返しフレームを、ダウンリンク切り替え後に繰り返し送信する複数の下りフレームＤＬ２に織り交ぜることにより、車載機２が通知してきた車両ＩＤを自身が察知したことを、相手方の車載機２に通知するようになっている。

なお、ダウンリンク切り替え後に繰り返し送信する下りフレームＤＬ２には、例えば、渋滞情報、区間旅行時間情報、事象規制情報、信号情報（交通信号機の灯色時間等）及び充電ステーションの位置情報などの、上りフレームＵＬ１のヘッダ情報やデータ内容に応じて提供すべきと判定された所定の情報が含まれる。

上記の下りフレームＤＬ２の繰り返し送信は、前記した所定時間内において可能な限り繰り返される。
また、図５に示すように、折り返しフレーム（黒丸付きの下りフレームＤＬ２）は、提供情報の送信期間中においてダウンリンク情報を構成する一連の複数の下りフレームＤＬ２（例えば５個の下りフレームＤＬ２）の１つとしても送信され、一連の複数の下りフレームＤＬ２の先頭にのみ含まれて繰り返し（図５の例では５フレームごと）送信される。

なお、ダウンリンク情報を構成する一連の下りフレームＤＬ２は最大で８０個まで格納できるため、ＩＤ格納フレーム（黒丸付きの下りフレームＤＬ２）は、最も少ない頻度の場合には８０フレームに１つの割合で格納されることとなる。
車載機２は、光ビーコン４から複数の下りフレームＤＬ２を受信し、その複数の下りフレームＤＬ２の中で、自車両の車両ＩＤが記された車線通知情報を含むものがあるか否かを判定する。

車載機２は、その判定結果が肯定的である場合に、自車両の車両ＩＤのループバックが成功したことを確認し、この時点で自機の通信を送信から受信に切り替える。
逆に、車載機２は、その判定結果が否定的である間は、自車両の車両ＩＤのループバックが成功していないと判断し、自機の通信を送信のままにする。この場合、車載機２は、例えば、先に送信した上りフレームＵ１の送信後所定時間（例えば３０ｍｓ）後に、再び上フレームＵＬ１を送信する。車載機２は、この再送の動作を車両ＩＤのループバックが成功するまで繰り返す。

なお、図５において、「光ビーコン（車両感知）」から右側に延びる時間軸は、車両感知機能を有する本実施形態の光ビーコン４による、感知用発光ユニット１５が送出する入射光ＩＯの送出タイミングを示している。
この送出タイミングに示すように、車両感知のために道路Ｒに送出される入射光ＩＯは、光通信のために道路Ｒに送出されるダウンリンク光ＤＯとは別個に、所定の送信周期で常に道路Ｒに送出される。

また、図５において、下りフレームＤＬ１が細線矢印で示され、下りフレームＤＬ２が太線矢印で示されているのは、後述の「調光制御」（図９）により、第１期間Ｔ１に送出する下りフレームＤＬ２の方が、第２期間Ｔ２に送出する下りフレームＤＬ１よりも通信用発光ユニット１３の発光量が増加することを意味している。
なお、第１期間Ｔ１及び第２期間Ｔ２の具体的内容や、この期間Ｔ１，Ｔ２ごとに発光量を切り替える調光制御の詳細については、後述する。

〔ビーコンヘッドの外観構成〕
図６は、ビーコンヘッド８の設置状態における外観構成を示す。すなわち、図６（ａ）は、設置状態のビーコンヘッド８を斜め下方から見た場合の斜視図であり、図６（ｂ）は、設置状態のビーコンヘッド８の側面図である。

図６に示すように、ビーコンヘッド８は、底部に傾斜面３６が形成された筐体３１と、この筐体３１の左右両側面を支持する門型のブラケット３２とを有する。このブラケット３２の左右方向中央部は、クランプ３３を介して梁部材１８に固定されており、これにより、筐体３１が梁部材１８の下方に吊り下げ状態で取り付けられている。

筐体３１は、上方が開口した平面視ほぼ長方形状のケーシング３４と、このケーシング３４の上方開口部のフランジ部分に接合する天井プレート３５とから構成されている。
ケーシング３４の底部には、上流側に位置する第１底面部３６と、下流側に位置する第２底面部３７が形成されている。第１底面部３６は、第２底面部３７の上流縁から更に上流側に向かうに従って上方に傾斜した傾斜面となっており、第２底面部３７は、図６の設置状態においてほぼ水平にセットされている。

第１底面部３６には、左右一対の長方形状の透過窓部３６Ｌ，３６Ｒが間隔をおいて左右方向に並設されている。
これらの透過窓部３６Ｌ，３６Ｒは、第１底面部３６に形成した左右一対の開口部を、車載機２との光通信に用いる所定波長（光ビーコンの「近赤外線式インタフェース規格」に準拠する波長帯）の光を主として透過させる光透過シートで閉塞することによって構成されている。

２つの透過窓部３６Ｌ，３６Ｒのうち、左側窓部３６Ｌは、アップリンク光ＵＯの受光窓であり、光通信用の受光部材４３（図７参照）に対応する。従って、車載機２が送出したアップリンク光ＵＯは、左側窓部３６Ｌを透過して当該受光部材４３に到達する。
これに対して、右側窓部３６Ｒは、ダウンリンク光ＤＯの投光窓であり、光通信用の発光部材４２（図７参照）に対応する。従って、当該発光部材４２が送出するダウンリンク光ＤＯは、右側窓部３６Ｒを透過して筐体３１の外部に照射される。

第２底面部３７にも、左右一対の長方形状の透過窓部３７Ｌ，３７Ｒが間隔をおいて左右方向に並設されている。
これらの透過窓部３７Ｌ，３７Ｒは、第２底面部３７に形成した左右一対の開口部を、車両感知に用いる所定波長の光を主として透過させる光透過シートで閉塞することによって構成されている。

２つの透過窓部３７Ｌ，３７Ｒのうち、左側窓部３７Ｌは、入射光ＩＯの投光窓であり、車載感知用の発光部材４５（図７参照）に対応する。従って、当該発光部材４５が送出する入射光ＩＯは、左側窓部３７Ｌを透過して筐体３１の外部に照射される。
これに対して、右側窓部３７Ｒは、反射光ＲＯの受光窓であり、車両感知用の受光部材４６（図７参照）に対応する。従って、道路Ｒや車両２０などに当たって反射した入射光ＩＯの反射光ＲＯは、右側窓部３７Ｒを透過して当該受光部材４６に到達する。

〔ビーコンヘッドの内部構成〕
図７は、ビーコンヘッド８の内部構造を示す斜視図である。
具体的には、図７は、図６（ａ）に示す筐体３１を上下反転させ、その反転状態の筐体３１からケーシング３４を取り外した場合の内部構造を示す斜視図である。
なお、図６（ａ）と図７を対比すれば明らかな通り、図７における上流側／下流側と左側／右側の方向定義は、図６（ａ）に示す設置状態の場合に倣っている。

図７に示すように、送受信ユニット１１は、平板状の回路基板４１と、この回路基板４１の右側に配置された光通信用の発光部材４２と、その回路基板４１の左側に配置された光通信用の受光部材４３とを有する。
光通信用の発光部材４２は、例えばＤＩＰ（Dual Inline Package）型の近赤外線ＬＥＤよりなる多数の発光素子４２Ａよりなる発光素子群を有し、これらの発光素子４２Ａを回路基板４１の右側部分の所定範囲に縦横に配列することによって構成されている。

発光部材４２の発光素子群は、回路基板４１の右側部分に形成されたマウント部４０に配置されている。マウント部４０は、車両進行方向（図７の上流側／下流側方向）の中央部で山形に折れ曲がった回路実装面を有し、その折れ曲がり線を境として、下流側の第１部分４０Ａと上流側の第２部分４０Ｂとに区分されている。
下流側の第１部分４０Ａの回路実装面は、回路基板４１よりも勾配がやや小さく、上流側の第２部分４０Ｂの回路実装面は、回路基板４１よりも勾配がやや大きくなっている。

発光部材４２の発光素子群は、マウント部４０の第１部分４０Ａに配列された第１素子群Ｇ１と、第２部分４０Ｂに配列された第２素子群Ｇ２とから構成されている。
すなわち、第１素子群Ｇ１は、第１部分４０Ａの回路実装面に対して、車両進行方向（図７の上流側／下流側方向）の縦列と道路幅方向（図７の左側／右側方向）の横列に２次元配列された複数の発光素子４２Ａを含む。

また、第２素子群Ｇ１は、第２部分４０Ｂの回路実装面に対して、車両進行方向（図７の上流側／下流側方向）の縦列と道路幅方向（図７の左側／右側方向）の横列に２次元配列された複数の発光素子４２Ａを含む。
なお、図７の例では、第１及び第２素子群Ｇ１，Ｇ２が、縦５列×横１０列に配列された合計５０個の発光素子４２Ａを含むが、発光素子４２Ａの配列パターンはこれに限定されるものではなく、例えば、複数の発光素子４２Ａをいわゆる千鳥状に配列することにしてもよい。

光通信用の受光部材４３は、回路基板４１の左側部分に取り付けられた例えばＰＤよりなる受光素子４３Ａと、この受光素子４３Ａの受光面にアップリンク光ＵＯを集光するレンズ４３Ｂとから構成されている。
送受信ユニット１１の回路基板４１は、ケーシング３４の第１底面部３６と同様に、設置状態において上流側ほど上位となるように傾斜している。

図７に示す天井プレート３５の外周縁部にケーシング３４のフランジ部分を接合して、筐体３１を組み立てると、光通信用の発光部材４２を構成するすべての発光素子４２Ａが、第１底面部３６の右側窓部３６Ｒ（図６参照）の光透過シートに近接し、右側窓部３６Ｒの枠内に収まるように配置される。
また、この場合、光通信用の受光部材４３のレンズ４３Ｂが、第１底面部３６の左側窓部３６Ｌ（図６参照）の光透過シートに近接し、左側窓部３６Ｌの枠内に収まるように配置される。

一方、センサユニット１２は、左右一対の平板状の回路基板４４Ｌ，４４Ｒと、左側の回路基板４４Ｌに設けられた車両感知用の発光部材４５と、右側の回路基板４４Ｒに設けられた車両感知用の受光部材４６とを有する。
車両感知用の発光部材４５は、例えばＤＩＰ型の近赤外線ＬＥＤよりなる多数の発光素子４５Ａを備え、これらの発光素子４５Ａを回路基板４４Ｌの所定範囲に縦横に配列することによって構成されている。

より具体的には、車両感知用の発光部材４５は、回路基板４４Ｌに対して、車両進行方向（図７の上流側／下流側方向）の縦列と、道路幅方向（図７の左側／右側方向）の横列とに、発光素子４５Ａを２次元配列することによって構成されている。
なお、図７の例では、合計２０個の発光素子４５Ａが、縦４列×横５列に配列されているが、発光素子４５Ａの配列パターンはこれに限定されるものではなく、例えば、複数の発光素子４５Ａをいわゆる千鳥状に配列することにしてもよい。

車両感知用の受光部材４６は、回路基板４４Ｒに取り付けられた例えばＰＤよりなる受光素子４６Ａと、この受光素子４６Ａの受光面に反射光ＲＯを集光するレンズ４６Ｂとから構成されている。
なお、図７の例では、センサユニット１２の回路基板４４Ｌ，４４Ｒが発光用と受光用に分離されているが、それらの用途別に基板を分離せず、発光部材４５と受光部材４６を一体物の回路基板に実装することにしてもよい。

図７に示す天井プレート３５の外周縁部にケーシング３４のフランジ部分を接合して、筐体３１を組み立てると、車両感知用の発光部材４５を構成するすべての発光素子４５Ａが、第２底面部３７の左側窓部３７Ｌ（図６参照）の光透過シートのほぼ真上に位置し、左側窓部３７Ｌの枠内に収まるように配置される。
また、この場合、車両感知用の受光部材４６のレンズ４６Ｂが、第２底面部３７の右側窓部３７Ｒ（図６参照）の光透過シートのほぼ直上に近接し、右側窓部３７Ｒの枠内に収まるように配置される。

図６及び図７において、「Ｖ１」は第１素子群Ｇ１によるダウンリンク光ＤＯの「発光方向」を示し、「Ｖ２」は第２素子群Ｇ２によるダウンリンク光ＤＯの「発光方向」を示している。
ここで、「発光方向」とは、所定パターンで配列された複数の発光素子４２Ａを、１つの光源とみなした場合に、その１つの光源から送出されるダウンリンクＤＯの光軸方向のことをいう。

従って、第１素子群Ｇ１の発光方向Ｖ１は、第１部分４０Ａにおける第１素子群Ｇ１の実装エリアの中心を通過し、かつ、その第１部分４０Ａの回路実装面を垂直に貫通する中心線の方向とほぼ一致する。
また、第２素子群Ｇ２の発光方向Ｖ２は、第２部分４０Ｂにおける第２素子群Ｇ２の実装エリアの中心を通過し、かつ、その第２部分４０Ｂの回路実装面を垂直に貫通する中心線の方向とほぼ一致する。

〔第１素子群と第２素子群の照射範囲〕
図８は、第１素子群Ｇ１と第２素子群Ｇ２によるダウンリンク光ＤＯの照射範囲ＤＡ１，ＤＡ２を示す道路の側面図である。
図８に示すように、第１素子群Ｇ１の発光方向Ｖ１は、ダウンリンク領域ＤＡの下流側よりを指向しており、第２素子群Ｇ２の発光方向Ｖ２は、ダウンリンク領域ＤＡの上流側よりを指向している。

従って、第１素子群Ｇ１によるダウンリンク光ＤＯの照射範囲ＤＡ１は、ダウンリンク領域ＤＡの下流側部分を構成しており、第２素子群Ｇ２によるダウンリンク光ＤＯの照射範囲ＤＡ２は、ダウンリンク領域ＤＡの上流側部分を構成している。
なお、図８中のハッチングを施した領域は、下流側の照射範囲ＤＡ１と上流側の照射範囲ＤＡ２が重複する領域を示している。

また、本実施形態では、Ｈ＝１．０ｍ高さでの照射領域ＤＡ１の下流端位置ａ０及び上流端位置ｃ１と、その高さでの照射領域ＤＡ２の上流端位置ｃ２が、それぞれ次の値となるように、第１及び第２素子群Ｇ１，Ｇ２の発光方向Ｖ１，Ｖ２が調整されている。
照射範囲ＤＡ１の下流端位置ａ０：＋１．３ｍ
照射範囲ＤＡ１の上流端位置ｃ１：＋４．０ｍ
照射範囲ＤＡ２の上流端位置ｃ２：＋６．０ｍ

〔全発光素子を常に一律に発光させる場合の問題点〕
前述の通り、光ビーコン４と車載機２の間の路車間通信では、車載機２が通信領域Ａを通過する間に、図５に示すように、下りフレームＤＬ１の受信成功→上りフレームＵＬ１の受信成功→ダウンリンク切り替え→下りフレームＤＬ２の受信成功の順序でフレームのやり取りが進行し、下りフレームＤＬ１がその通信開始の端緒となる。

従って、光ビーコン４は、特定の車両２０のための、ダウンリンク切り替え後の下りフレームＤＬ２の送信が終了した後も、後続の車両２０との光通信に備えて、下りフレームＤＬ１の送信を継続する必要がある。
すなわち、光ビーコン４は、光通信対応の車載機２が下りフレームＤＬ１を受信することにより、ダウンリンク領域ＤＡに入ったことを察知できるように、所定の発光量のダウンリンク光ＤＯの送出を常に継続せねばならない。

しかし、この場合、従来の光ビーコンでは、通信用の発光部材４２を構成するすべての発光素子４２Ａを一律に発光させているので、経年劣化によって発光素子４２Ａの寿命が低下し易いという問題があった。
特に、通信用発光ユニット１３の発光部材４２は、通常、複数の発光素子４２Ａを密集させて所定パターンで回路基板に配列した構造（図７参照）であるから、すべての発光素子４２Ａを発光させると、発光ユニット１３全体の温度が上昇し易い。

このため、すべての発光素子４２Ａを発光させる運用では、温度上昇によって発光素子４２Ａの劣化がより早まる可能性も懸念される。
そこで、本実施形態では、光ビーコン４のビーコン制御機７が、アップリンク信号を受信した後の所定の第１期間Ｔ１（図５参照）は大きめの発光量で発光部材４２を発光させるが、それ以外の第２期間Ｔ２（図５参照）では小さめの発光量で発光部材４２を発光させる「調光制御」を行い、これにより、発光部材４２を構成する発光素子４２Ａの経年劣化を抑制し、上述の問題点を解決するようにしている。

〔調光制御の内容〕
図９は、ビーコン制御機７が行う調光制御の一例を示すフローチャートである。以下、図９を参照しつつ、調光制御の内容を説明する。
図９に示すように、ビーコン制御機７は、車載機２からのアップリンク信号の受信があるか否かを常時判定しており（ステップＳＴ１）、その受信がない場合には、第２素子群Ｇ２のみを発光させる（ステップＳＴ４）。

図４を参照して、上記の処理を具体的に説明すると、メインＣＰＵ７０は、受信フレームのＣＲＣチェック等によって「ＩＤ格納フレームＵ１」（図５参照）の受信を検出していない場合は、発光部材４２を構成する発光素子４２Ａのうちの、第２素子群Ｇ２に対応する駆動回路６１のスイッチング素子にパルス信号Ｐ１を出力する。

これにより、第２素子群Ｇ２を構成する発光素子４２Ａだけから、車線通知情報（車両ＩＤなし）を格納したダウンリンク切り替え前の下りフレームＤＬ１（図５参照）が、ダウンリンク光ＤＯとして外部に送出される。
また、本実施形態の光ビーコン４では、第２素子群Ｇ２がダウンリンク領域ＤＡの上流側部分の照射範囲ＤＡ２（図８参照）に対応しているので、上記下りフレームＤＬ１のダウンリンク光ＤＯは、当該照射範囲ＤＡ２だけに送出される。

一方、ビーコン制御機７は、車載機２からのアップリンク信号の受信があった場合（ステップＳＴ２でＹｅｓ）には、第１素子群Ｇ１と第２素子群Ｇ２の双方を発光させる（ステップＳＴ２）。
具体的には、メインＣＰＵ７０は、受信フレームのＣＲＣチェック等によって「ＩＤ格納フレームＵ１」（図５参照）の受信を検出すると、ダウンリンク切り替えを行うとともに、第２素子群Ｇ２だけでなく、第１素子群Ｇ１に対応する駆動回路６１のスイッチング素子にもパルス信号Ｐ１を出力する。

これにより、第１素子群Ｇ１及び第２素子群Ｇ２を構成するすべての発光素子４２Ａから、車線通知情報（車両ＩＤあり）を格納したダウンリンク切り替え後の下りフレームＤＬ２（図５参照）が、ダウンリンク光ＤＯとして外部に送出される。
また、本実施形態の光ビーコン４では、第１素子群Ｇ１がダウンリンク領域ＤＡの下流側部分の照射範囲ＤＡ１（図８参照）に対応し、第２素子群Ｇ２がダウンリンク領域ＤＡの上流側部分の照射範囲ＤＡ２（図８参照）に対応しているので、上記下りフレームＤＬ２のダウンリンク光ＤＯは、ダウンリンク領域ＤＡの全体範囲に送出される。

次に、ビーコン制御機７は、所定の第１期間Ｔ１が経過したか否かを判定し（ステップＳＴ３）、経過した場合には、第２素子群Ｇ２のみによる発光に切り替える（ステップＳＴ４）。
具体的には、メインＣＰＵ７０は、ＩＤ格納フレームＵ１の受信時点からのタイマー値が予め設定された第１期間Ｔ１を経過した場合に、パルス信号Ｐ１の出力を、第２素子群Ｇ２に対応する駆動回路６１のスイッチング素子のみに切り替える。

従って、ＩＤ格納フレームＵ１の受信から所定の第１期間Ｔ１が経過するまでの間は、第１及び第２素子群Ｇ１，Ｇ２の双方が発光し、それ以外の第２期間Ｔ２では、第２素子群Ｇ２のみが発光する。
なお、上記の調光制御において、アップリンク信号の受信検出、駆動回路６１に対するスイッチング制御及び第１期間Ｔ１の経過の判定は、メインＣＰＵ７０が単独で行う場合に限らず、通信ＩＣ６９が単独で行ってもよいし、両者が分担して行ってもよい。

また、本実施形態では、第１素子群Ｇ１が下流側の照射範囲ＤＡ１に送出するダウンリンク光ＤＯの到達光量と、第２素子群Ｇ２が上流側の照射範囲ＤＡ２に送出するダウンリンク光ＤＯの到達光量が、いずれも、少なくとも前述の規格光量（尖頭値で４．５μＷ／ｃｍ^２ ）以上となるように、駆動回路６１が発光素子４２Ａに出力する電流値が調整されている。

〔第１期間の開始時点と終了時点〕
上述の調光制御では、第１期間Ｔ１の開始時点を、アップリンク信号の受信時点（ＩＤ格納フレームＵ１の受信を検出した時点：図５参照）に設定しているので、車両ＩＤを格納した車線通知情報を含む下りフレームＤＬ２（折り返しフレーム）が、第１及び第２素子群Ｇ１，Ｇ２から送出される。このため、車載機２が折り返しフレームを受信する可能性が高まり、路車間通信を確実に行える。

もっとも、ダウンリンク切り替え後に最初に連送する折り返しフレームの伝送を確実にするという趣旨からすると、第１期間Ｔ１の開始時点は、必ずしもアップリンク信号の受信時点と同時である必要はなく、遅くとも、その連送を開始する前の時点であればよい。
すなわち、例えば、アップリンク信号の受信検出時点ｔｋから折り返しフレームの連送までの処理に３ｍ秒程度かかる場合には、その検出時点ｔｋから３ｍ秒以内に、第１期間Ｔ１を開始して第１素子群Ｇ１を発光させればよい。

また、通常は、ダウンリンク切り替え後に連送される折り返しフレームの次の下りフレーム（１フレームのみ）にも、車両ＩＤを格納した車線通知情報が含まれている。従って、第１期間Ｔ１の開始時点を、折り返しフレームの次の下りフレームの送信を開始する前の時点に設定してもよい。
この場合、折り返しフレームの連送を開始するのに３ｍ秒程度かかり、その連送に７ｍ秒かかるとすれば、アップリンク信号の受信検出時点ｔｋから１０ｍ秒以内に、第１期間Ｔ１を開始して第１素子群Ｇ１を発光させればよい。

一方、光ビーコンの通信規約では、アップリンク信号の受信から３５０ｍ秒だけ下りフレームＤｌ２の送信を継続する必要がある。
そこで、上述の調光制御において、第１期間Ｔ１の終了時点は、アップリンク信号の受信時点（ＩＤ格納フレームＵ１の受信を検出した時点：図５参照）から３５０ｍ秒経過した時点に設定することが好ましい。

このようにすれば、少なくとも規約上必要とされる所定時間長においては、第２素子群Ｇ２だけでなく第１素子群Ｇ１をも発光させて、双方の照射領域ＤＡ１，ＤＡ２に対してダウンリンク光ＤＯを送出できるので、上りフレームＵＬ１を送信した車載機２に対して、確実にダウンリンク情報を提供できるようになる。

また、本実施形態の光ビーコン４のように、車両感知用のセンサユニット１２を有する車両感知機能付きの光ビーコンの場合には、センサユニット１２によってアップリンク信号の受信から所定時間以内に車両２０を感知した場合には、上りフレームＵＬ１を送信した車載機２がダウンリンク領域ＤＡを通り抜けたと推定できる。
そこで、第１期間Ｔ１の終了時点を、センサユニット１２にて所定時間（例えば、１秒）以内に車両２０を感知した時点に設定してもよい。

このようにすれば、上りフレームＵＬ１を送信した車載機２がダウンリンク領域ＤＡを通過している間は、双方の照射領域ＤＡ１，ＤＡ２に対してダウンリンク光ＤＯを送出できるので、上りフレームＵＬ１を送信した車載機２に対して、確実にダウンリンク情報を提供できるようになる。

〔光ビーコンの効果〕
以上の通り、本実施形態の光ビーコン４によれば、ビーコン制御機７が、アップリンク信号を受信した後の所定の第１期間Ｔ１に、第１及び第２素子群Ｇ１，Ｇ２の双方を発光させるので（図９のステップＳＴ１〜ＳＴ３）、ダウンリンク切り替え後の下りフレームＤＬ２については、車載機２にダウンリンク光ＤＯを確実に伝送できる。
また、ビーコン制御機７が、第１期間Ｔ１以外の第２期間Ｔ２においては、第２素子群Ｇ２のみを発光させる（図２のステップＳＴ１，ＳＴ４）。

このため、第１素子群Ｇ１の発光素子４２Ａ（以下、「第１素子」ともいう。）については、発光時間が減少して長寿命化できるし、すべての発光素子４２Ａを発光する従来例に比べて、発光ユニット１３が温度上昇し難くなるので、第２素子群Ｇ２の発光素子４２Ａ（以下、「第２素子」ともいう。）についても、経年劣化を抑制することができる。
このように、本実施形態の光ビーコン４によれば、発光素子４２Ａの経年劣化を有効に抑えつつ、車載機２にダウンリンク光ＤＯを確実に伝送でき、光ビーコン４の長寿命化とダウンリンク方向の通信の確保とを両立させることができる。

また、本実施形態の光ビーコン４によれば、図８に示す通り、第１及び第２期間Ｔ１，Ｔ２を通じて発光量が一定の第２素子群Ｇ２の発光方向Ｖ２が、第１期間Ｔ１にのみ発光し第２期間Ｔ２に消灯する第１素子群Ｇ１の発光方向Ｖ１よりも上流側を指向することにより、ダウンリンク領域ＤＡの上流側部分（照射領域ＤＡ２）には、第２素子群Ｇ２がダウンリンク光ＤＯを送出する。
このため、ダウンリンク領域ＤＡの上流端ｃ２を、発光量が一定の第２素子群Ｇ２の照射領域ＤＡ２によって所定位置に確定できるという利点がある。

〔第１の変形例〕
上述の実施形態では、第１素子群Ｇ１の発光素子４２Ａ（第１素子）を第２期間Ｔ２において消灯させているが、第２期間Ｔ２においても、第１素子を比較的暗めに発光させることにしてもよい。
すなわち、第２期間Ｔ２に第１素子に流す電流値よりも、第１期間Ｔ１に第１素子に流す電流値を増やすことにより、発光部材４２（発光ユニット１３）全体の発光量を増加させることにしてもよい。

図４を参照して、上記の処理を具体的に説明すると、第２期間Ｔ２においては、駆動回路６１が発光部材４２の第１素子群Ｇ１に供給する電流値が低くなり、かつ、第１期間Ｔ１においては、駆動回路６１が発光部材４２の第１素子群Ｇ１に供給する電流値が高くなるように、メインＣＰＵ７０又は通信ＩＣが、駆動回路６１を制御すればよい。

第１の変形例によれば、第２期間Ｔ２に第１素子群Ｇ１の発光素子４２Ａ（第１素子）の電流値が低めに設定されるので、電流値が減少する分だけ第１素子にかかる負荷が低減し、第１素子の経年劣化の進行を抑制できる。
また、全発光素子４２Ａが常に高めの電流値で発光する場合に比べて、発光ユニット１３全体の消費電力が減少して発熱量も小さくなり、発光ユニット１３が全体的に温度上昇し難くなる。このため、第２素子群Ｇ２の発光素子４２Ａ（第２素子）についても、温度上昇に伴う経年劣化の進行を抑制することができる。

〔第２の変形例〕
上述の実施形態では、第１素子群Ｇ１の照射領域ＤＡ１と第２素子群Ｇ２の照射領域ＤＡ２を明確に区分し、両者がウンリンク領域ＤＡの下流側部分と上流側部分に分担してダウンリンク光ＤＯを送出するように、両素子群Ｇ１，Ｇ２の発光方向Ｖ１，Ｖ２を設定しているが、各素子群Ｇ１，Ｇ２のそれぞれが、ダウンリンク領域ＤＡのほぼ全体にダウンリンク光ＤＯを送出可能となるように、発光素子４２Ａを配列することにしてもよい。

なお、この場合の「ダウンリンク領域ＤＡのほぼ全体」とは、第１素子群Ｇ１がダウンリンク光ＤＯを送出する照射領域ＤＡ１と、第２素子群Ｇ２がダウンリンク光ＤＯを送出する照射領域ＤＡ２とが、いずれも所望のダウンリンク領域ＤＡと概ね一致しており、それらの領域ＤＡ１，ＤＡ２の車両進行方向のずれ量の測定値が、許容される所定の誤差（例えば１５ｃｍ）の範囲内であることを意味する。

図１０は、照射領域ＤＡ１，ＤＡ２をほぼ一致させる場合の、第１素子群Ｇ１と第２素子群Ｇ２の配列パターンの一例を示す説明図であり、図１１は、その場合の第１素子群Ｇ１と第２素子群Ｇ２の配列パターンの他例を示す説明図である。
なお、図１０及び図１１では、格子で区切られた各ボックスが発光素子４２Ａを示し、ハッチングなしのボックスが第１素子群Ｇ１の発光素子４２Ａ、ハッチングありのボックスが第２素子群の発光素子４２Ａを示している。また、図１０及び図１１における上流側／下流側と左側／右側の方向定義は、図６（ａ）に示す設置状態の場合に倣っている。

図１０（ａ）の例では、第１素子群Ｇ１の発光素子４２Ａが下流側よりに配列され、第２素子群Ｇ２の発光素子４２Ａが上流側よりに配列されている。もっとも、上流側と下流側の順序を入れ替えてもよい。
また、図１０（ｂ）の例では、第１素子群Ｇ１の発光素子４２Ａと第２素子群Ｇ２の発光素子４２Ａが、車両進行方向に交互に配列されている。この場合も、上流側と下流側の順序を入れ替えてもよい。

図１１（ａ）の例では、第１素子群Ｇ１の発光素子４２Ａと第２素子群Ｇ２の発光素子４２Ａが、車両進行方向と左右方向の双方に交互に配列されている（いわゆる千鳥状）。
また、図１１（ｂ）の例では、第１素子群Ｇ１の発光素子４２Ａと第２素子群Ｇ２の発光素子４２Ａが、配列領域の中心から周囲に向かって交互に配列されている。
これらの例に示すように、第１素子群Ｇ１と第２素子群Ｇ２を、同じ回路基板面に混在状態で交互に配列することにより、各素子群Ｇ１，Ｇ２の照射領域ＤＡ１，ＤＡ２をほぼ一致させることができる。

第２の変形例によれば、第１素子群Ｇ１と第２素子群Ｇ２がダウンリンク領域ＤＡのほぼ全体にダウンリンク光ＤＯを送出するので、発光ユニット１３の発光量が、第２期間Ｔ２では小さくかつ第１期間Ｔ１では大きくなるように、ダウンリンク領域ＤＡのほぼ全範囲が調光されることになる。
なお、第２の変形例においても、第１素子群Ｇ１は、第２期間Ｔ２において消灯してもよいし、第２期間Ｔ２において暗めに発光させることにしてもよい。

また、第２の変形例において、第１期間Ｔ１における発光ユニット１３の発光量（第１発光量：両素子群Ｇ１，Ｇ２が発光する場合の発光量）と、第２期間Ｔ２における発光ユニット１３の発光量（第２発光量：第２素子群Ｇ２だけが発光する場合の発光量）は、いずれも、前述の規格光量（尖頭値で４．５μＷ／ｃｍ^２ ）以上とする必要がある。
この場合、例えば、第２発光量については、規格光量よりも僅かに大きい光量（マージンなしの光量）に抑え、第１発光量については、規格光量に所定のマージンを加えた光量とすることにより、両者の発光量に差を付けるようにすればよい。

〔その他の変形例〕
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。本発明の権利範囲は、上述の実施形態ではなく特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲の構成及びその均等の範囲内のすべての変更が含まれる。
例えば、上述の実施形態では、車両感知機能を併有する光ビーコン４を例示したが、その機能を有しない光ビーコンにも本発明を適用できる。

上述の実施形態では、発光ユニット１３を構成する複数の発光素子４２Ａを、調光する第１素子群Ｇ１と発光量が一定の第２素子群Ｇ２とに区分しているが、すべての発光素子４２Ａについて、第１期間Ｔ１に発光量が増加するように調光することにしてもよい。
なお、この場合、第２期間Ｔ２で消灯させる調光は不可能となり、第２期間Ｔ２での発光量を、車載機２がダウンリンク信号を受信可能な程度に落とす調光制御となる。

上述の実施形態では、発光素子４２Ａとして、ＤＩＰ型の近赤外線ＬＥＤを採用しているが、これに代えて、ＳＭＤ（Surface Mount Device）型の近赤外線ＬＥＤを採用することにしてもよい。
かかるＳＭＤ型を採用すれば、回路基板の表面側で配線作業が完了するので、ＤＩＰ型の場合に必要となる、回路基板のスルーホールにリード線を貫通させて半田付けする面倒な作業が不要になり、ＤＩＰ型に比べて簡便に実装できる利点がある。

２ 車載機
４ 光ビーコン
７ ビーコン制御機（制御部）
８ ビーコンヘッド（投受光器）
１１ 送受信ユニット
１２ センサユニット
１３ 発光ユニット（通信用）
１４ 受光ユニット（通信用）
４２ 発光部材
４２Ａ 発光素子
４３ 受光部材
Ｇ１ 第１素子群
Ｇ２ 第２素子群
Ｔ１ 第１期間
Ｔ２ 第２期間

Claims (9)

1. 走行中の車両の車載機との間で光通信を行う光ビーコンであって、
   ダウンリンク方向の通信のためのダウンリンク光を送出する発光ユニットと、
   下記の第１期間における前記発光ユニットの発光量を、下記の第２期間における前記発光ユニットの発光量よりも増加させる制御部と、を備えている光ビーコン。
   第１期間：アップリンク信号の受信を契機として開始する所定時間長の期間
   第２期間：第１期間以外の期間
2. 前記第１期間の開始時点は、車両ＩＤを格納した車線通知情報を含む下りフレームを、ダウンリンク切り替え後に最初に連送する前の時点である請求項１に記載に光ビーコン。
3. 前記第１期間の開始時点は、ダウンリンク切り替え後に最初に連送される、車両ＩＤを格納した車線通知情報を含む下りフレームの次の下りフレーを送信する前の時点である請求項１に記載に光ビーコン。
4. 前記第１期間の終了時点は、アップリンク信号の受信から３５０ｍ秒経過した時点である請求項１〜３のいずれか１項に記載の光ビーコン。
5. ダウンリンク領域の下流側に入射光を送出して反射光を検出することにより、前記車両を感知するセンサユニットを更に備えており、
   前記第１期間の終了時点は、前記センサユニットがアップリンク信号の受信から所定時間以内に前記車両を感知した時点である請求項１〜３のいずれか１項に記載の光ビーコン。
6. 前記発光ユニットは、下記の第１素子と第２素子とを個別に有し、
   前記制御部は、前記第２期間に前記第１素子を消灯し、前記第１期間に前記第１素子を発光させることにより、前記発光ユニットの発光量を増加させる請求項１〜５のいずれか１項に記載の光ビーコン。
   第１素子：第１期間に発光量を増加させる発光素子
   第２素子：第２期間に既に発光しており、第１期間に発光量を増加させない発光素子
7. 前記発光ユニットは、下記の第１素子と第２素子とを個別に有し、
   前記制御部は、前記第２期間に前記第１素子に流す電流値よりも、前記第１期間に前記第１素子に流す電流値を増やすことにより、前記発光ユニットの発光量を増加させる請求項１〜５のいずれか１項に記載の光ビーコン。
   第１素子：第１期間に発光量を増加させる発光素子
   第２素子：第２期間に既に発光しており、第１期間に発光量を増加させない発光素子
8. 前記発光ユニットは、複数の前記第１素子を所定パターンで配列した第１素子群と、複数の前記第２素子を所定パターンで配列した第２素子群とを有し、
   前記第２素子群の発光方向が前記第１素子群の発光方向よりも上流側を指向している請求項６又は７に記載の光ビーコン。
9. 前記発光ユニットは、複数の前記第１素子を所定パターンで配列した第１素子群と、複数の前記第２素子を所定パターンで配列した第２素子群とを有し、
   前記第１素子群と前記第２素子群が、いずれもダウンリンク領域のほぼ全体にダウンリンク光を送出可能となるように、同じ回路基板面に混在状態で交互に配列されている請求項６又は７に記載の光ビーコン。

Images