路車間通信システム及び方法とこれに用いる車載装置
【課題】 ダウンリンク光の照射領域が通常よりも上流側に広がっている場合でも、車両側から無駄なアップリンク光が送信されないようにする。
【解決手段】 本発明は、光ビーコン４のビーコンヘッド８との間で、光信号による双方向通信を行う車両Ｃの車載装置２に関する。この車載装置２は、ビーコンヘッド８が道路Ｒに向けて照射するダウンリンク光ＤＯを受光する受光素子１９と、道路Ｒに対する実際のダウンリンク光ＤＯの照射領域ＩＡのうちでその上流側部分に照射される当該ダウンリンク光ＤＯが受光素子１９に入射するのを制限する制限部材４１とを備える。
【解決手段】 本発明は、光ビーコン４のビーコンヘッド８との間で、光信号による双方向通信を行う車両Ｃの車載装置２に関する。この車載装置２は、ビーコンヘッド８が道路Ｒに向けて照射するダウンリンク光ＤＯを受光する受光素子１９と、道路Ｒに対する実際のダウンリンク光ＤＯの照射領域ＩＡのうちでその上流側部分に照射される当該ダウンリンク光ＤＯが受光素子１９に入射するのを制限する制限部材４１とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、路側に設置した光ビーコンと、車両に搭載された車載装置との間で光信号による双方向通信を行う、路車間通信システム及び方法とこれに用いる車載装置に関する。
【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、車載装置との双方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装置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装置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】
上記光ビーコンは、車載装置との間で双方向通信を行う投受光器（ビーコンヘッド）を備えており、この投受光器には、道路側に向けてダウンリンク光を照射する発光ダイオード（ＬＥＤ）等よりなる発光素子と、車両側からのアップリンク光を受光するフォトダイオード（ＰＤ）等よりなる受光素子とが搭載されている。
また、車載装置にも、ビーコンヘッドとの間で光信号による双方向通信を行うために、上記発光素子と受光素子を有する投受光器（車載ヘッド）が搭載されている。
【０００４】
ここで、例えば図３に示すように、光ビーコン４のビーコンヘッド８では、規格上、その直下よりも車両進行方向の上流側よりに通信領域Ａが設定されることになっている。
この規格上の通信領域Ａは、アップリンク情報を受信可能なアップリンク領域ＵＡ（点線のハッチングで示す範囲）と、ダウンリンク情報を送信するダウンリンク領域ＤＡ（実線のハッチングで示す範囲）とからなる。この各領域ＵＡ，ＤＡの車両進行方向長さや位置は、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」によって規定されている。
【０００５】
上記規格によれば、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）と重複しており、ダウンリンク領域ＤＡとアップリンク領域ＵＡの上流端は互いに一致するものとされている。
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の同方向長さと一致するものとされている。
【０００６】
上記路車間通信システムの通信領域Ａにおいて、光ビーコン４と車載装置２との間では次のような通信が行われる。
すなわち、まず、光ビーコン４のビーコンヘッド８は、第１の情報として車線通知情報（車両ＩＤ、車線番号無し）を含む第１のダウンリンク情報（ダウンリンク光ＤＯ）を道路のダウンリンク領域ＤＡに所定の送信周期で常時送信している。
【０００７】
次に、車両Ｃの車載ヘッド２７がダウンリンク領域ＤＡに進入すると、その車載ヘッド２７は第１のダウンリンク情報を受信する。これをトリガーとして、車載装置２は自己の車両ＩＤを格納したアップリンク情報（アップリンク光ＵＯ）の送信を開始する。
ビーコンヘッド８が上記アップリンク情報を受信すると、ダウンリンクの切り替えを行い、車載ヘッド２７に対して、車両ＩＤと車線情報とを含む第２のダウンリンク情報（ダウンリンク光ＤＯ）の送信を開始し、この第２のダウンリンク情報の送信を所定時間内において可能な限り繰り返す。
【０００８】
車載装置２は、第２のダウンリンク情報に、自己の車両ＩＤが格納されていることを確認すると、当該第１のダウンリンク情報が自身に対して送信されていると認識し、当該第２のダウンリンク情報から必要な情報を得ることができる。
また、車載装置２は、第２のダウンリンク情報に、自己の車両ＩＤが格納されていることを確認するまで、アップリンク情報を繰り返し送信する。
【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】
【０００９】
上記従来の路車間通信システムにおいて、実際に運用されている光ビーコン４のビーコンヘッド８では、例えば図１４に示すように、車載装置２による第１のダウンリンク情報の検出精度を上げるため、道路に対して実際に照射されるダウンリンク光ＤＯの領域（以下、「照射領域」という。）ＩＡが、インタフェース規格による規格上のダウンリンク領域ＤＡ（通信領域Ａと同じ範囲）の車両進行方向の寸法範囲よりも上流側に広がっている場合がある。
従って、この場合、上記照射領域ＩＡは、アップリンク領域ＵＡよりも上流側に広がったはみ出し領域ＲＡを有することになる。
【００１０】
しかし、前述の通り、光ビーコン４の路車間通信では、車載ヘッド２７での最初のダウンリンク光ＤＯの受光を契機としてアップリンク光ＵＯを返すようになっているので、ダウンリンク光ＤＯの照射領域ＩＡが上流側に広がっているために、アップリンク領域ＵＡの上流側に上記はみ出し領域ＲＡがある場合には、当該はみ出し領域ＲＡにおいて、車載ヘッド２７の発光素子が無駄なアップリンク光ＵＯを送出してしまうという問題がある。
すなわち、はみ出し領域ＲＡに位置する車載ヘッド２７からアップリンク光ＵＯを照射しても、この時は車載ヘッド２７が未だアップリンク領域ＵＡに至っていないので、ビーコンヘッド８がアップリンク光ＵＯを受信することができず、当該アップリンク光ＵＯが無駄打ちとなる。
【００１１】
このように、はみ出し領域ＲＡで照射されたアップリンク光ＵＯは、送信タイミングが早過ぎるためにビーコンヘッド８には届かないので、はみ出し領域ＲＡを有する光ビーコン４を車載ヘッド２７が通過するごとに、無駄なアップリンク光ＵＯの照射が発生することになり、車載Ｃ側の発光素子の寿命が短くなるという問題がある。
特に、渋滞等の原因により、車載ヘッド２７がはみ出し領域ＲＡにある状態で車両Ｃが停止すると、この停止時に無駄なアップリンク光ＵＯが多数回に渡って送出され続けることになり、発光素子の短寿命化がよりいっそう顕著となる。
【００１２】
一方、発光素子の長寿命化対策として、アップリンク光ＵＯの送信回数を制限する制御処理を車載装置２が実行する場合がある。
しかし、この場合、はみ出し領域ＲＡに照射されたダウンリンク光ＤＯの検出に基づいて送出される、無駄なアップリンク光ＵＯによって回数制限を超えてしまい、車載ヘッド２７がアップリンク領域ＵＡに到達した頃にはアップリンク光ＵＯを送信できなくなって、結局、アップリンク光ＵＯがビーコンヘッド８に届かず通信が成立しないということもあり得る。
【００１３】
本発明は、このような実情に鑑み、ダウンリンク光の照射領域が通常よりも上流側に広がっている場合でも、車両側から無駄なアップリンク光が送信されないようにして、車両側の発光素子の寿命低下を抑制できる路車間通信システム及び方法と、これに用いる車載装置と提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の車載装置（請求項１）は、光ビーコンのビーコンヘッドとの間で、光信号による双方向通信を行う車両の車載装置であって、前記ビーコンヘッドが道路に向けて照射するダウンリンク光を受光する受光素子と、前記道路に対する実際の前記ダウンリンク光の照射領域のうちでその上流側部分に照射される当該ダウンリンク光が前記受光素子に入射するのを制限する制限部材とを備えていることを特徴とする。
【００１５】
本発明の車載装置によれば、上記制限部材が、道路に対する実際のダウンリンク光の照射領域のうちでその上流側部分に照射される当該ダウンリンク光が受光素子に入射するのを制限するので、車両側の受光素子が照射領域の上流側部分を通過する間は、その受光素子によるダウンリンク光の受光が妨げられる。
このため、道路に対して実際に照射されるダウンリンク光の領域である上記照射領域の上流側部分がアップリンク領域よりも広がったはみ出し領域である場合に、このはみ出し領域に照射されたダウンリンク光を車両側の受光素子が受光しなくなり、車載装置による無駄なアップリンク光の送信が防止される。従って、発光素子が必要以上にアップリンク光を発光することに伴う、発光素子の寿命の低下を抑制することができる。
【００１６】
また、本発明の車載装置によれば、はみ出し領域でのアップリンク光の送信が防止されるので、アップリンク光の送信回数を制限する制御機能を有する車載装置の場合には、その回数制限の範囲内で適切にアップリンク光を送信することができ、路車間通信をより確実に行えるようになる。
本発明の車載装置において、前記制限部材は、例えば、前記受光素子の前方に配置された遮蔽部材により構成することができる。かかる遮蔽部材としては、具体的には、前記受光素子に対する入射角度が所定値以上である前記ダウンリンク光の入射を許容し、その入射角度が所定値未満の前記ダウンリンク光を遮蔽する構造を有するものを採用することができる（請求項２）。
【００１７】
また、本発明の車載装置は、前記ビーコンヘッドに向けてアップリンク光を発光する発光素子と、前記遮蔽部材が入射を許容する前記ダウンリンク光の受信開始を契機として、前記発光素子に前記アップリンク光を送信させる通信制御部とを備える（請求項３）。
この場合、遮蔽部材が入射を許容するダウンリンク光の受信開始時点では、車両側の受光素子は照射領域の上流側部分を既に通過している。このため、照射領域の上流側部分がはみ出し領域になっていても、このはみ出し領域で無駄なアップリンク光が送信されることがない。
【００１８】
一方、本発明の車載装置において、照射領域の車両進行方向長さが個々のビーコンヘッドごとに相違していても、上記遮蔽部材が入射を許容するダウンリンク光の受信開始時点における入射角度は、当該遮蔽部材に設定された制限角度（所定値）とほぼ一致する。
このため、上記ダウンリンク光の受信開始時点での車両側の受光素子は、遮蔽部材に設定した制限角度に対応する正接相当の距離だけビーコンヘッドの直下位置より上流側に位置すると見なすことができ、これにより、ダウンリンク光の受信開始時点の車両の自車位置をほぼ正確に特定可能となる。
【００１９】
そこで、本発明の車載装置において、前記遮蔽部材が入射を許容する前記ダウンリンク光の受信開始時点における前記ビーコンヘッドに対する相対位置関係に基づいて、前記車両の自車位置を特定する位置特定部を備えていることが好ましい（請求項４）。
この場合、当該位置特定部により、ダウンリンク光を利用した自車位置の特定を、車両側において自律的かつ正確に行えるようになる。
【００２０】
なお、本発明の車載装置において、ダウンリンク光の受信開始時点を特定する方法としては、次の２つの方法が考えられる。
（１） 遮蔽部材が入射を許容するダウンリンク光の受光強度に基づいて、当該ダウンリンク光の受信開始時点を特定する。
（２） 遮蔽部材が入射を許容するダウンリンク光に含まれるデジタル信号を検出した時点を、当該ダウンリンク光の受信開始時点とする。
【００２１】
本発明の車載装置において、前記制限部材は、前記遮蔽部材の他に更に第２の遮蔽部材を有していてもよい。
この場合、前記第２の遮蔽部材は、前記道路に対する実際の前記ダウンリンク光の照射領域のうちでその下流側部分に照射される前記ダウンリンク光が前記受光素子に入射するのを遮蔽するものを採用することができる（請求項５）。
【００２２】
また、前記第２の遮蔽部材が、前記車両の搭乗室内に入射した前記ダウンリンク光の乱反射光が前記受光素子に入射しないように、当該受光素子の上方を覆う形状に形成されておれば（請求項６）、その乱反射光を受光素子が検出することに伴うダウンリンク光の誤検出を防止することができる。
このため、搭乗室で生じた乱反射光によって通信制御部が誤った送信タイミングでアップリンク光を送信するのを未然に防止することができる。
【００２３】
更に、上記２種類の遮蔽部材を設ける場合には、この２種類の前記遮蔽部材の双方が入射を許容する前記ダウンリンク光の受信開始時点及び受信終了時点における前記ビーコンヘッドに対する相対位置関係に基づいて、前記車両の自車位置を特定する位置特定部とすることが好ましい（請求項７）。
この場合、ダウンリンク光の受信開始時点におけるビーコンヘッドに対する相対位置関係の信頼性を、受信終了時点におけるビーコンヘッドに対する相対位置関係を利用して判定することができ、これにより、自車位置の特定精度を向上することができる。
【００２４】
ところで、実際の道路を走行中の車両は、道路の凹凸状態、荷物や搭乗者の荷重及び加減速の状況等により、必ずしも道路の走行面と平行には走行しておらず、約±５度の変動範囲でピッチ方向の傾きを変化させながら道路を走行している。
このため、車両に搭載された前記遮蔽部材に生じるピッチ方向の傾きの変化を考慮しないと、位置特定部が特定する自車位置に誤差が生じる。
そこで、本発明の車載装置は、前記車両のピッチ方向の傾きを検出する傾き検出部を更に備えていることが好ましく、この場合、前記位置特定部は、前記遮蔽部材が入射を許容する前記ダウンリンク光の受信開始時点又は受信終了時点における前記ビーコンヘッドに対する相対位置関係を、検出された前記ピッチ方向の傾きによって補正することが好ましい（請求項８）。
【００２５】
本発明の路車間通信システム（請求項９）は、本発明の車載装置（請求項１）を用いた路車間通信システムであり、当該車載装置（請求項１）と同じ作用効果を奏する。
また、本発明の路車間通信方法（請求項１０）は、本発明の車載装置（請求項１）を用いて行われる路車間通信方法であって、当該車載装置（請求項１）と同じ作用効果を奏する。
【発明の効果】
【００２６】
以上の通り、本発明によれば、ダウンリンク光の照射領域が通常よりも上流側に広がっている場合であっても、車両側から無駄なアップリンク光が送信されないので、車両側に搭載された発光素子の寿命が低下するのを抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
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Ｒを走行する各車両Ｃに搭載された車載装置２とから構成されている。
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とから構成されており、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装置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。
【００２８】
〔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）等よりなる発光素子１０と、フォトダイオード等よりなる受光素子１１を、筐体９の内部に収納することによって構成されている（図３参照）。このうち、発光素子１０は、近赤外線よりなるダウンリンク光ＤＯを道路Ｒ側に向けて照射し、受光素子１１は、車載装置２からの近赤外線よりなるアップリンク光ＵＯを受光する。
【００２９】
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Ｒ１〜Ｒ４を有する道路Ｒに設置されており、各車線Ｒ１〜Ｒ４に対応して設けられた前記複数のビーコンヘッド８と、これらのヘッド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。
上記ビーコン制御機７は、ＣＰＵ、メモリ（ＲＡＭ）及び記憶装置（ＲＯＭ）を有するプログラマブルなマイコンよりなり、通信部６による中央装置３との双方向通信と、各投受光器８による車載装置２との路車間通信の制御を行う通信制御部としての機能を有する。なお、このビーコン制御機７による路車間通信の内容については後述する。
【００３０】
ビーコン制御機７は、道路脇に立設した支柱１２に設置されており、各ビーコンヘッド８は、支柱１２から道路Ｒ側に水平に架設した架設バー１３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の発光素子１０は、各車線Ｒ１〜Ｒ４の直下よりも上流側に向けて近赤外線を発光しており、これにより、車載装置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（図２の右側）に設定されている。
【００３１】
図３は、光ビーコン４の規格上の通信領域Ａを示すための道路Ｒの側面図である。
図３に示すように、この規格上の通信領域Ａは、後述する車載装置２の車載ヘッド（投受光器）２０がダウンリンク情報を受信することができるダウンリンク領域（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がアップリンク情報を受信することができるアップリンク領域（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。
【００３２】
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」では、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）と重複しており、ダウンリンク領域ＤＡとアップリンク領域ＵＡの上流端ｃは互いに一致している。
従って、ダウンリンク領域ＤＡの車両進行方向長さは、規格上では、通信領域Ａ全体の同方向長さと一致する。
【００３３】
また、上記規格では、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、投受光器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、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。この場合、通信領域Ａの車両進行方向の全長は３．７ｍとなる。
【００３４】
もっとも、上記各領域ＤＡ，ＵＡの車両進行方向長さは、規格通りの上記各数値に限定されるものではない。
また、図３に仮想線で示すように、実際に運用されている光ビーコン４のビーコンヘッド８では、例えばダウンリンク情報の検出精度を向上させるために、道路Ｒに対して実際に照射されるダウンリンク光ＤＯの領域（照射領域）ＩＡの上流端ｃ’ を、アップリンク領域ＵＡの上流端ｃよりも更に上流側（図３の右側）に位置させてある場合もある。この場合、実際のダウンリンク光ＤＯの照射領域ＩＡは、アップリンク領域ＵＡよりも上流側に広がったはみ出し領域ＲＡを有することになる。
【００３５】
〔車載装置及び車両の構成〕
図４は、光ビーコン４と路車間通信する前記車載装置２と、この車載装置２が搭載された車両Ｃの概略構成図である。
図４に示すように、この車両Ｃは、ドライバの搭乗席（図示せず）を有する車体２１と、この車体２１に搭載された前記車載装置２と、車両Ｃの各部を統合制御する電子制御装置（ＥＣＵ）２２と、車体２１を駆動するエンジン２３と、車体２１を制動するブレーキ装置２４と、車両Ｃの現時の速度を常時検出している速度検出器２５とを備えている。
【００３６】
このうち、ＥＣＵ２２は、ドライバのアクセル操作に基づくエンジン２３の駆動制御や、ブレーキ操作に基づく制動制御等、車両Ｃに対する各種の制御を行う。
車載装置２は、車載コンピュータ２６と、このコンピュータ２６のセンサ用インタフェースに接続された車載ヘッド（投受光器）２７と、搭乗席のドライバに対するヒューマンインタフェースとしてのディスプレイ２８及びスピーカ装置２９とを備えている。
【００３７】
上記車載ヘッド２７は、ビーコンヘッド８の場合と同様に、発光ダイオード（ＬＥＤ）等よりなる発光素子１８と、フォトダイオード（ＰＤ）等よりなる受光素子１９とを備えている。
この車載ヘッド２７の発光素子１８は、近赤外線よりなるアップリンク光ＵＯ（アップリンク情報３５）を発光し、受光素子１９は、ビーコンヘッド８で発光された近赤外線よりなるダウンリンク光ＤＯ（ダウンリンク情報３４，３６）を受光する。
【００３８】
車載コンピュータ２６は、ＣＰＵ、メモリ（ＲＡＭ）及び記憶装置（ＲＯＭ）を有するプログラマブルなマイコンよりなり、車載ヘッド２７による光ビーコン４との路車間通信の制御処理を行う。
また、車載コンピュータ２６は、所定の各機能を実行するプログラムを記憶装置に格納しており、このプログラムが実行する機能部として、路車間通信のための通信制御部３０と、自車位置の特定のための位置特定部３１とを備えている。なお、これらの各機能部３０，３１の処理内容については後述する。
【００３９】
また、車載装置２は、車両Ｃのピッチ方向の傾きを検出する傾き検出器（傾き検出部）３３を備えており、この傾き検出器３３は、ジャイロセンサ、Ｇセンサ又は加速度センサを利用して水平面に対する車両Ｃのピッチ方向の傾斜度合いを常時監視する。
ジャイロセンサは、物体の角速度を測定するセンサであり、その検出信号を積分すれば角度（傾き）が求まる。Ｇセンサは、物体の加速度を測定するセンサであり、このＧセンサでは重力加速度も加算される。他方、加速度センサは、Ｇセンサと同義とする場合も多いが、本明細書では、周波数特性を持つ加速度成分だけを感知し、静的な加速度（重力加速度）を感知しないものを加速度センサと呼ぶ。
【００４０】
図１３は、上記センサで実施可能な車両Ｃの傾きの検出原理を示す説明図である。
このうち、図１３（ａ）は、３軸Ｇセンサと３軸加速度センサを組み合わせた傾き検出器３３の検出原理を示している。
物体が水平面上に置かれている場合には、３Ｇセンサの出力は、ｇｚ＝Ｇ（Ｇ：重力加速度）、ｇｘ＝ｇｙ＝０になるが、物体が水平面から傾いている場合には、ｇｚ＜Ｇで、かつ、ｇｘ≠０ or ｇｙ≠０となる。従って、３Ｇセンサの３つの出力のうち、ｇｚとその他のｇｘ，ｇｙとの比を用いることにより、水平面に対する物体の傾きを算出できる。
【００４１】
しかし、車両Ｃが加速している場合などのように、物体に動的加速度が発生していると、ｇｘ，ｇｙ，ｇｚにはその動的加速度が重畳される。そこで、重力加速度（静的加速度）を検出しない３軸加速度センサを同時に使用する。
すなわち、３軸加速度センサの各方向の出力をそれぞれａｘ，ａｙ，ａｚとすれば、この出力成分を各方向で差し引き、（ｇｘ−ａｘ），（ｇｙ−ａｙ），（ｇｚ−ａｚ）の比を用いた次の式（１）により、水平面に対する物体のピッチ方向の傾きの絶対値を算出できる。
【００４２】
【数１】
【００４３】
そして、ピッチ方向の傾きの向きについては、（ｇｙ−ａｙ）の正負により、車両Ｃの前方が水平面に対して上向きか下向きかを判断することができる。
なお、１軸Ｇセンサと１軸加速度センサを用い、（ｇｚ−ａｚ）の値だけで簡易的にピッチ方向の傾きの絶対値を求めることもできる。
【００４４】
図１３（ｂ）は、１軸ジャイロセンサと１軸ないし３軸加速度センサを組み合わせた傾き検出器３３の検出原理を示している。
１軸ジャイロセンサが、水平面を基点として図１３（ｂ）の矢印の方向の角速度を検出するものとすると、この角速度を積分すれば、水平面に対する物体のピッチ方向の傾きを検出することができる。しかし、その積分値は時間の経過とともに誤差が蓄積するので、定期的にゼロ点補正を行う必要がある。
【００４５】
そこで、１軸、２軸又は３軸Ｇセンサを同時に使用する。すなわち、この場合、Ｇセンサの出力を監視しておき、その出力がｇｚ＝Ｇ（さらにｇｘ＝ｇｙ＝０）となって値が安定したときに物体が水平状態で安定したと判断し、ジャイロセンサの出力のゼロ点を補正するようにすればよい。
なお、傾き検出器３３の他の例としては、道路Ｒを撮像する車載カメラと、撮像された画像データを分析して道路Ｒに対する相対的な傾きを求める画像処理装置とから構成することもできる。
【００４６】
〔路車間通信：通信制御部の処理内容〕
図５は、ビーコンヘッド８と車載ヘッド２７との間で行われる双方向の路車間通信の手順を示している。以下、図５を参照しつつ、本実施形態の路車間通信の内容を説明する。
まず、光ビーコン４のビーコン制御機７は、各車線Ｒ１〜Ｒ４に対応するビーコンヘッド８から、ダウンリンクの切り替え前の第１情報として、車線通知情報を含む第１のダウンリンク情報３４を所定の送信周期で常に送信し続けている（図５のＦ１）。なお、この段階では、車線通知情報には未だ車両ＩＤは格納されていない。
【００４７】
その後、車両Ｃの車載ヘッド２７がダウンリンク光ＤＯの照射領域ＩＡに進入すると、車載ヘッド２７の受光素子１９が、車線通知情報（車両ＩＤ無し）を含む第１のダウンリンク情報３４を受信する。
このさい、車載コンピュータ２６の通信制御部３０は、当該車両Ｃがビーコンヘッド８と通信可能な領域に到達したことを認識する。その後、通信制御部３０は、車載ヘッド２７の発光素子１８にアップリンク情報３５の送信を開始させ（図５のＦ２）、このアップリンク情報３５をビーコンヘッド８に対して所定の送信周期（アップリンク送信周期）で送信する（図５のＦ３）。
【００４８】
車載コンピュータ２６の通信制御部３０は、車両Ｃに特定の車両ＩＤを上記アップリンク情報３５に格納して当該アップリンク情報３５を送信し、ビーコン間の旅行時間情報を有している場合には、この情報もアップリンク情報３５に含ませる。
また、通信制御部３０は、光ビーコン４のビーコン制御機７がダウンリンクの切り替えを行ったことを認識するまで、当該アップリンク情報３５を発光素子１８から送信させ続ける。
【００４９】
一方、ビーコンヘッド８の受光素子１１がアップリンク情報３５受信すると（図５のＦ４）、ビーコン制御機７は、ダウンリンクの切り替えを行った上で、第２情報として、車両ＩＤ情報を有する車線通知情報を含む第２のダウンリンク情報３６の送信を、発光素子１０に開始させる（図５のＦ５）。このダウンリンク情報３６の送信は、所定時間内において可能な限り繰り返される（図５のＦ６）。
上記車線通知情報には、車線Ｒ１〜Ｒ４（図２）ごとに車両ＩＤを格納するフィールドがあり、各車両ＩＤに対して車線番号を付与することができる。
【００５０】
このため、異なる車線Ｒ１〜Ｒ４を走行する各車両Ｃの車載コンピュータ２６は、その格納フィールド内のいずれに自車両の車両ＩＤが含まれるかを判断することにより、自車両がどの車線Ｒ１〜Ｒ４を走行しているかを認識できる。
第２のダウンリンク情報３６には、車両ＩＤを含む車線通知情報の他に、渋滞情報、区間旅行時間情報及び事象規制情報が含まれている。なお、当該第２のダウンリンク情報３６に、光ビーコン４より下流側の信号機の灯色が変わるタイミング情報である信号情報を含ませることもできる。
【００５１】
図５に示すように、第２のダウンリンク情報３６は、単一又は複数の最小フレーム３７で構成されている。前記「近赤外線式インタフェース規格」によれば、この最小フレーム３７のデータ量は合計１２８バイトと規定され、ヘッダ部３８に５バイト、実データ部３９に１２３バイトが割り当てられている。
前記規格によれば、第２のダウンリンク情報３６は、１〜８０個の最小フレーム３７で構成することができ、送信可能時間は２５０ｍｓに設定されている。また、このダウンリンク情報３６は送信すべき情報量に対応した任意数の最小フレーム３７で構成され、上記送信可能時間の範囲内で繰り返し送信される。
【００５２】
最小フレーム３７の送信周期は約１ｍｓである。従って、例えば、３つの最小フレーム３７で一つのダウンリンク情報３６を構成する場合には、ダウンリンク情報３６の送信周期は約３ｍｓになるので、当該ダウンリンク情報３６は所定の送信可能時間（２５０ｍｓ）の間に約８０回繰り返して送信されることになる。
車載装置２の車載コンピュータ２６は、第２のダウンリンク情報３６を受信した時点（図５のＦ７）で光ビーコン４でのダウンリンクの切り替えを認識し、この時点でアップリンク情報３５の送信を停止する。
【００５３】
〔制限部材による入射制限〕
本実施形態の車載装置２は、道路Ｒに対して実際に照射されるダウンリンク光ＤＯの領域である照射領域ＩＡのうちで、その上流側部分に照射されるダウンリンク光ＤＯが、車載ヘッド２７の受光素子１９に入射するのを制限する制限部材４１を備えている。
図６は、この制限部材４１の構成例を示す側面図である。
図６に示すように、本実施形態の制限部材４１は、車載ヘッド２７の受光素子１９の前方に配置された板状の遮蔽部材４２よりなる。
【００５４】
この遮蔽部材４２は、後上がりに傾斜した状態で受光素子１９の前方に立設された板材よりなり、この遮蔽部材４２の上端縁と受光素子１９の車両進行方向の上流端縁とで成す角により、ダウンリンク光ＤＯの入射制限のための制限角度α（図例では、α＝４５°）が設定されている。
従って、ビーコンヘッド８から照射される、入射角度θが相違するダウンリンク光ＤＯのうち、受光素子１９に対する入射角度θが制限角度α未満のダウンリンク光ＤＯは、遮蔽部材４２によって遮蔽され、入射角度θが制限角度α以上であるダウンリンク光ＤＯのみが、受光素子１９に対して入射可能となっている。
【００５５】
なお、遮蔽部材４２の側面形状その他の構造は、上記制限角度αを固定的に設定できるものであれば特に限定されるものではなく、例えば図６の下部に示すように、水平板形状のものや、側面視逆Ｌ字形状のものであってもよく、或いは、側面視円弧状のものであってもよい。
また、上記遮蔽部材４２の制限角度αは、ビーコンヘッド８の発光素子１０とアップリンク領域ＵＡの上流端ｃとを結ぶ線分の傾斜角度θｕ（図３及び図７参照：以下、アップリンク上流傾斜角という。）と、ほぼ一致する値に設定されている。
【００５６】
図７は、単一の遮蔽部材４２よりなる上記制限部材４１の作用説明図である。
図７に示す例では、実線で囲まれた領域が実際のダウンリンク光ＤＯの照射領域ＩＡであり、この領域ＩＡは、規格上の通信領域Ａよりも上流側に広範囲となっている。また、破線で囲まれた部分はアップリンク領域ＵＡである。
従って、この場合の照射領域ＩＡでは、その上流側の端部がアップリンク領域ＵＡよりも上流側に広がったはみ出し領域ＲＡになっている。
【００５７】
ここで、図７（ａ）に示すように、車両Ｃ側の受光素子１９が照射領域ＩＡのはみ出し領域ＲＡに突入すると、本来ならば、その車両Ｃ側の受光素子１９は、はみ出し領域ＲＡに照射されたダウンリンク光ＤＯを受光する。
しかし、本実施形態では、受光素子１９に対する入射角度θが制限角度α未満のダウンリンク光ＤＯについては、遮蔽部材４２で遮蔽されるようになっており、その制限角度αはアップリンク上流側傾斜角θｕとほぼ同値である。従って、車両Ｃ側の受光素子１９は、はみ出し領域ＲＡを通過する間はダウンリンク光ＤＯを受光しない。
【００５８】
その後、図７（ｂ）に示すように、車両Ｃ側の受光素子１９がアップリンク領域ＵＡへの突入を開始すると、受光素子１９に対するダウンリンク光ＤＯの入射角度θが制限角度α（＝θｕ）以上となって、受光素子１９がダウンリンク光ＤＯの受光を開始する。
このため、図７（ｃ）に示すように、車両Ｃ側の受光素子１９は、アップリンク領域ＵＡの上流端よりも下流側に照射されたダウンリンク光ＤＯを前記第１のダウンリンク情報３４として受光し、この受光を契機としてビーコン側との路車間通信が行われる。
【００５９】
このように、本実施形態の車載装置２によれば、上記遮蔽部材４２が、実際のダウンリンク光ＤＯの照射領域ＩＡの上流側部分に向けて照射されたダウンリンク光ＤＯが受光素子１９に入射するのを制限する。
このため、図７に示すような、照射領域ＩＡがはみ出し領域ＲＡを含んでいる場合でも、車両Ｃ側の受光素子１９が当該はみ出し領域ＲＡを通過するまでは、受光素子１９によるダウンリンク光ＤＯの受光が妨げられる。
【００６０】
従って、図５に示す路車間通信において、車載コンピュータ２６の通信制御部３０が、はみ出し領域ＲＡに照射されたダウンリンク光ＤＯを検知してアップリンク情報３５の送信を開始（図５のＦ２）することはなく、遮蔽部材４２が入射を許容するダウンリンク光ＤＯ（入射角度θが制限角度α以上のダウンリンク光ＤＯ）を検出して初めて、アップリンク情報３５の送信を開始（図５のＦ２）することになる。
すなわち、本実施形態の通信制御部３０は、ビーコンヘッド８との間で行う路車間通信において、遮蔽部材４２が入射を許容するダウンリンク光ＤＯの受信開始を契機として、発光素子１８にアップリンク光ＵＯの発光を開始させる。
【００６１】
従って、車載装置２の発光素子１８がはみ出し領域ＲＡにおいて無駄なアップリンク光ＵＯを発光するのが有効に防止され、これにより、発光素子１８がアップリンク光ＵＯを必要以上に発光することに伴う、発光素子１８の寿命の低下が抑制される。
また、例えば、渋滞等の原因により、発光素子１８がはみ出し領域ＲＡにある状態で車両Ｃが停止すると、発光素子１８が無駄なアップリンク光ＵＯを多数回に渡って送信し続け、発光素子１８の短命化がよりいっそう助長されることになるが、本実施形態では、このようなアップリンク光ＵＯの無駄打ちも、未然に防止することができる。
【００６２】
一方、上記のようなアップリンク光ＵＯの無駄打ちは、アップリンク光ＵＯの送信回数の制限機能を車載コンピュータ２６に設定することによっても実行可能である。しかし、この制限方法では、はみ出し領域ＲＡに照射されたダウンリンク光ＤＯを検出したために、無駄なアップリンク光ＵＯの送信回数が嵩むと、この送信回数だけで制限回数を超えることがある。
そして、この場合には、車載ヘッド２７がアップリンク領域ＵＡに到達した頃にはアップリンク光ＵＯを送信できなくなるので、結局、アップリンク光ＵＯがビーコンヘッド８に届かず通信が成立しないことになる。
【００６３】
この点、本実施形態の車載装置２によれば、はみ出し領域ＲＡにおけるアップリンク光ＵＯの送信が規制されるので、予め設定された制限回数の範囲内で適切にアップリンク光ＵＯを送信することができる。
従って、アップリンク光ＵＯの送信回数の制限によってビーコンヘッド８へのアップリンク光ＵＯの未達が発生するのが防止され、路車間通信をより確実に行うことができる。
【００６４】
〔位置特定部の処理内容〕
次に、前記車載コンピュータ２６の位置特定部３１の処理内容を説明する。
ここで、遮蔽部材４２が入射を許容するダウンリンク光ＤＯの受信開始時点（図７（ｂ））の入射角度θは、照射領域ＩＡの車両進行方向長さの相違に関係なく、当該遮蔽部材４２に予め設定された制限角度αとほぼ一致する筈である。
従って、図７（ｂ）に示すように、ダウンリンク光ＤＯの受信開始時点における車両Ｃ側の受光素子１９は、遮蔽部材４２の制限角度αに対応する正接相当の距離Ｌ１だけ、ビーコンヘッド８の直下位置よりも上流側に位置する。
【００６５】
すなわち、図７（ｂ）において、ビーコンヘッド８の直下位置から受光素子１９までの距離をＬ１、ビーコンヘッド８の設置高さをＨ０、受光素子１９の設置高さをＨ１とすると、次の式（２）が成立する。
Ｌ１＝（Ｈ０−Ｈ１）×ｔａｎ（９０−α） ……（２）
そして、上記式（２）において、制限角度αと設置高さＨ０，Ｈ１はいずれも一定であるから、ダウンリンク光ＤＯの受信開始時点に成立する上記式（２）に基づく距離Ｌ１もほぼ一定値となる。
【００６６】
そこで、本実施形態の位置特定部３１は、ダウンリンク光ＤＯの受信開始時点におけるビーコンヘッド８に対する上記相対位置関係（式（２））に基づき、車両Ｃの自車位置を特定する。
すなわち、位置特定部３１は、距離Ｌ１とその方位角とから、ビーコンヘッド８の直下からダウンリンク光ＤＯの受信開始地点までの座標変化量（Δｘ１，Δｙ１）を算出し、この変化量（Δｘ１，Δｙ１）をビーコンヘッド８の直下の位置座標（ｘ０，ｙ０）に加算することにより、ダウンリンク光ＤＯの受信開始時点における車両Ｃの自車位置（ｘ０＋Δｘ１，ｙ０＋Δｙ１）を算出する。
【００６７】
かかる自車位置（ｘ０＋Δｘ１，ｙ０＋Δｙ１）は、例えばＧＰＳ受信機で得られる座標よりも正確であるから、位置特定部３１で特定した自車位置でＧＰＳ座標を補正するようにすれば、自車位置の評定精度を向上することができる。
また、交差点信号の切り替えタイミングに関する信号情報を車載装置２が取得している場合には、その信号情報と、位置特定部３１で特定された自車位置から下流側の交差点位置までの距離に基づいて、車両Ｃの制動をドライバに促したり、車両Ｃを強制的に減速させたりする安全運転のための支援制御を行うこともできる。
【００６８】
なお、上記ビーコン直下の位置座標（ｘ０，ｙ０）は、予め車載装置２の記憶装置に記憶させておいてもよいし、ビーコン側からのダウンリンク情報３４，３６に含ませて車載装置２に通知することにしてもよい。
【００６９】
〔受信開始時点の特定方法〕
前記通信制御部３０と位置特定部３１の処理では、遮蔽部材４２が入射を許容するダウンリンク光ＤＯの受信開始時点を、車載コンピュータ２６において特定する必要があるが、この受信開始時点の特定方法としては次の２つが考えられる。
図８は、受光素子１９の車両進行方向位置と受光強度との関係を示すグラフの一例である。この図８に示すように、受光素子１９の受光強度は、ダウンリンク光ＤＯの受信開始位置において急激に上昇し、その後、最大値が暫く続いてから、ビーコン直下に向かうに従って次第に低下する。
【００７０】
そこで、車載コンピュータ２６において受光素子１９の受光強度をモニタリングしておき、その受光強度が急激に上昇した時点を、遮蔽部材４２が入射を許容するダウンリンク光の受信開始時点として特定することができる。
もっとも、車載コンピュータ２６は、通信領域Ａでの路車間通信において、遮蔽部材４２が入射を許容するダウンリンク光ＤＯに含まれるデジタル信号を抽出するから、このデジタル信号を車載コンピュータ２６が検出した時点をもって、当該ダウンリンク光ＤＯの受信開始時点とすることにしてもよい。
【００７１】
〔制限部材の変形例〕
図９は、制限部材４１の変形例を示す側面図である。
図９に示すように、この変形例の制限部材４１は、受光素子１９に対する入射角度θが所定値未満のダウンリンク光ＤＯを遮蔽する第１の前記遮蔽部材４２に加えて、受光素子１９に対する入射角度θが別の所定値を超えるダウンリンク光ＤＯを遮蔽する第２の遮蔽部材４３を備えている。
【００７２】
この２種類の遮蔽部材４２，４３のうち、第１の遮蔽部材４２は、ほぼ直立した状態で受光素子１９の前方に立設された板材よりなり、第２の遮蔽部材４３は、第１の遮蔽部材４２の上方に所定寸法の隙間をあけて配置された、ほぼ直立した板材よりなる。
そして、第２の遮蔽部材４３には、その下端縁と受光素子１９の車両進行方向の下流端縁とで成す角により、ダウンリンク光ＤＯの入射制限のための制限角度β（図例では、β＝７５°）が設定されている。
【００７３】
従って、２種類の遮蔽部材４２，４３の間の隙間から入射するダウンリンク光ＤＯの、受光素子１９に対する入射角度θは、α≦θ≦βの範囲に制限されており、入射角度θがこの範囲を外れるダウンリンクＤＯについては、各遮蔽部材４２，４３によって遮蔽されるようになっている。
なお、各遮蔽部材４２，４３の側面形状その他の構造は、上記制限範囲α≦θ≦βを固定的に設定できるものであれば特に限定されるものではなく、例えば図９の下部に示すように、第２の遮蔽部材４３が水平に延びる平板状であってもよく、各遮蔽部材４２，４３が側面視円弧状のものであってもよい。また、図９では、第１及び第２の遮蔽部材４２，４３の遮蔽機能を表すために両者を別体に描写しているが、これらの遮蔽部材４２，４３を実質的に単一の部材で一体形成することもできる。
【００７４】
図９の下部に示す第２の遮蔽部材４３の場合には、受光素子１９の上方を覆う形状及び配置になっているので、車両Ｃの搭乗室内に入射した前記ダウンリンク光ＤＯの乱反射光が受光素子１９に入射しないようになっている。
このため、乱反射光を受光素子１９が検出することに伴うダウンリンク光ＤＯの誤検出が防止され、乱反射光によって通信制御部３０が誤った送信タイミングでアップリンク光ＵＯを送信するのを未然に防止することができる。
【００７５】
図１０は、２種類の遮蔽部材４２，４３よりなる上記制限部材４１の作用説明図である。
図１０に示す例では、実線で囲まれた領域が実際のダウンリンク光ＤＯの照射領域ＩＡであり、この領域ＩＡは、規格上の通信領域Ａよりも上流側及び下流側の双方で広範囲となっている。また、破線で囲まれた部分は、前記インタフェース規格通りのダウンリンク領域ＤＡ（通信領域Ａと同じ範囲）である。
従って、この場合の照射領域ＩＡは、規格上のダウンリンク領域ＤＡよりも上流側に広がったはみ出し領域ＲＡ１と、規格上のダウンリンク領域ＤＡよりも下流側に広がったはみ出し領域ＲＡ２とを有する。
【００７６】
そして、図９に示す制限部材４１では、ビーコンヘッド８から照射されるダウンリンク光ＤＯの受光素子１９に対する入射角度θの範囲が、２種類の遮蔽部材４２，４３によってα≦θ≦βの範囲に絞られている。
従って、車両Ｃ側の受光素子１９が、上流側のはみ出し領域ＲＡ１や下流側のはみ出し領域ＲＡ２を通過する間は、ダウンリンク光ＤＯの入射が制限され、ダウンリンク領域ＤＡを通過する間だけ、ダウンリンク光ＤＯの入射が許容される。
このため、図１０に示すように、上流側と下流側にそれぞれはみ出し領域ＲＡ１，ＲＡ２が含まれている場合であっても、これらの領域ＲＡ１，ＲＡ２を除いた車両進行方向の範囲内だけで路車間通信を行うことができる。
【００７７】
〔２種類の遮蔽部材がある場合の位置特定部の処理内容〕
上記のように、２種類の遮蔽部材４２，４３を設けた場合、ダウンリンク光ＤＯの受信開始時点（図１０（ａ））の入射角度θは、第１の遮蔽部材４２に予め設定された制限角度αとほぼ一致する。また、ダウンリンク光ＤＯの受信終了時点（図１０（ｂ））の入射角度θは、第２の遮蔽部材４３に予め設定された制限角度βとほぼ一致する。
【００７８】
そして、ダウンリンク光ＤＯの受信開始時点（図１０（ａ））における車両Ｃ側の受光素子１９は、第１の遮蔽部材４２の制限角度αに対応する正接相当の距離Ｌ１だけ、ビーコンヘッド８の直下位置より上流側に位置するが、この距離Ｌ１は、次の式（２）で算出することができる。
Ｌ１＝（Ｈ０−Ｈ１）×ｔａｎ（９０−α） ……（２）
【００７９】
また、ダウンリンク光ＤＯの受信終了時点（図１０（ｂ））における車両Ｃ側の受光素子１９は、第２の遮蔽部材４３の制限角度βに対応する正接相当の距離Ｌ２だけ、ビーコンヘッド８の直下位置より上流側に位置するが、この距離Ｌ２は、次の式（３）で算出することができる。
Ｌ２＝（Ｈ０−Ｈ１）×ｔａｎ（９０−β） ……（３）
【００８０】
一方、ダウンリンク光ＤＯの受信開始時点をｔ１、その受信終了時点をｔ２、これらの時間差をΔｔ（＝ｔ２−ｔ１）、この間の車両速度をＶとすると、ダウンリンク光ＤＯの受信開始時点（図１０（ａ））から受信終了時点（図１０（ｂ））までの間の車両Ｃの走行距離ΔＬは、次の式（４）で表すことができる。
Ｌ＝Ｖ×Δｔ ……（４）
そして、この走行距離Ｌは、理論的には、式（２）及び式（３）で得られる距離差ΔＬ（＝Ｌ１−Ｌ２）と一致する筈である。
【００８１】
しかし、例えば、ダウンリンク光ＤＯの受信開始時点ｔ１の検出遅れが生じたような場合には、前記式（２）の関係が成立しなくなるので、当該式（２）に基づく距離Ｌ１の算出が不適切になる。
そこで、本実施形態の位置特定部３１は、距離差ΔＬ（＝Ｌ１−Ｌ２）が式（４）の走行距離Ｌとほぼ同じか否かにより、受信開始時点ｔ１の信頼性を判定する。具体的には、位置特定部３１は、式（２）に基づく自車位置の特定に先立ち、まず、式（４）で得られる走行距離Ｌと、式（２）及び式（３）で得られる距離差ΔＬ（＝Ｌ１−Ｌ２）との差が所定の閾値内であるか否かを判定する。
【００８２】
上記判定結果が閾値内である場合には、ダウンリンク光ＤＯの受信開始時点ｔ１が適正に検出されたものと見なせるので、位置特定部３１は、ダウンリンク光ＤＯの受信開始時点ｔ１におけるビーコンヘッド８に対する相対位置関係（式（２））に基づいて、その受信開始時点ｔ１における車両Ｃの自車位置（ｘ０＋Δｘ１，ｙ０＋Δｙ１）を算出する。
このように、本実施形態の位置特定部３１は、受信終了時点ｔ２におけるビーコンヘッド８に対する相対位置関係（式（３））から得られる距離Ｌ２を用いて、受信開始時点ｔ１の信頼性を判定し、その上で、受信開始時点ｔ１におけるビーコンヘッド８に対する相対位置関係（式（２））を用いて自車位置を特定するので、不正な受信開始時点ｔ１を用いた自車位置の特定が行われるのを防止でき、この点で、自車位置の特定精度を向上することができる。
【００８３】
〔受信終了時点の特定方法〕
上記位置特定部３１の処理では、２種類の遮蔽部材４２，４３で入射角度θが絞られたダウンリンク光ＤＯの受信開始時点ｔ１だけでなく、そのダウンリンク光ＤＯの受信終了時点ｔ２を車載コンピュータ２６において特定する必要があるが、この受信終了時点ｔ２については、受光素子１９の受光強度によって特定することができる。
図１１は、制限部材４１が２種類の遮蔽部材４２，４３で構成されている場合の、受光素子１９の車両進行方向位置と受光強度との関係を示すグラフの一例である。
【００８４】
この図１１に示すように、受光素子１９の受光強度は、ダウンリンク光ＤＯの受信開始位置において急激に上昇し、その後、最大値を経て、ビーコン直下に至る手前で急激に下降し、受光強度が０に戻る。
そこで、車載コンピュータ２６において、受光強度が急激に上昇した時点を、各遮蔽部材４２，４３が入射を許容するダウンリンク光ＤＯの受信開始時点ｔ１として特定するとともに、受光強度が０に戻った時点を、ダウンリンク光ＤＯの受信終了時点ｔ２として特定することができる。
【００８５】
〔ピッチ方向の傾きによる補正処理〕
ところで、実際の道路Ｒを走行中の車両Ｃは、道路の凹凸状態、荷物や搭乗者の荷重及び加減速の状況等により、必ずしも道路Ｒの走行面と平行には走行しておらず、約±５度の変動範囲でピッチ方向の傾きを動的に変化させながら道路Ｒを走行している。
このため、車両Ｃに搭載された遮蔽部材４２に生じるピッチ方向の傾きの変化を考慮しないと、位置特定部３１が特定する自車位置にも誤差が生じることになる。
【００８６】
図１２は、ピッチ方向の傾きを考慮した自車位置の特定方法を示す作用説明図である。
図１２に示すように、ここでの車両Ｃには、アップリンク領域ＵＡへの突入時に、前下がりのピッチ方向の傾きφが生じているものとする。
この場合、車両Ｃに搭載されている第１の遮蔽部材４２は、車両Ｃが水平方向に走行している場合に比べて、ピッチ方向の傾きφ分だけ前下がりに傾斜しているので、第１の遮蔽部材４２が入射を許容するダウンリンク光ＤＯの受信開始時点の入射角度θは、第１の遮蔽部材４２に予め設定された制限角度αに対して、ピッチ方向の傾きφ（前上がりの場合は負の数）の分だけ加えたものとなる。
【００８７】
従って、図１２示すように、ダウンリンク光ＤＯの受信開始時点における車両Ｃ側の受光素子１９は、第１の遮蔽部材４２の制限角度αに傾きφを加えた角度に対応する正接相当の距離Ｌ３だけ、ビーコンヘッド８の直下位置より上流側に位置する。
すなわち、図１２において、ビーコンヘッド８の直下位置から受光素子１９までの距離をＬ３、ビーコンヘッド８の設置高さをＨ０、受光素子１９の設置高さをＨ１とすると、次の式（５）が成立する。
Ｌ３＝（Ｈ０−Ｈ１）×ｔａｎ（９０−α−φ） ……（５）
【００８８】
そこで、本実施形態の位置特定部３１は、前記傾き検出器３３からピッチ方向の傾きφを常時取得しており、ダウンリンク光ＤＯの受光開始時点での傾きφを上記式（５）に代入することにより、ダウンリンク光ＤＯの受信開始時点におけるビーコンヘッド８に対する距離Ｌ３を求め、この距離Ｌ３に基づいて車両Ｃの自車位置を特定する。
このように、本実施形態の位置特定部３１は、第１の遮蔽部材４２が入射を許容するダウンリンク光ＤＯの受信開始時点におけるビーコンヘッド８に対する相対位置関係を、その受信開始時点におけるたピッチ方向の傾きφによって補正するので、距離Ｌ３の把握が正確になり、自車位置の特定精度を向上することができる。
【００８９】
なお、本実施形態の位置特定部３１は、図示は省略するが、上記と同様の方法で、第２の遮蔽部材４３が入射を許容したダウンリンク光ＤＯの受信終了時点におけるビーコンヘッド８に対する相対位置関係を、その受信終了時点におけるピッチ方向の傾きφによって補正することもできる。
すなわち、本実施形態の位置特定部３１において、ダウンリンク光ＤＯの受光終了時点での傾きφを次の式（６）に代入して、ダウンリンク光ＤＯの受信終了時点でのビーコンヘッド８に対する距離Ｌ４を求めることにより、ダウンリンク光ＤＯの受信終了時点でのビーコンヘッド８に対する相対位置関係（前記式（３）の距離Ｌ２）を補正することができる。
Ｌ４＝（Ｈ０−Ｈ１）×ｔａｎ（９０−β−φ） ……（６）
【００９０】
〔その他の変形例〕
これまで開示した実施形態はすべて例示であって制限的なものではない。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲の構成と均等の範囲内のすべての変更が本発明に含まれる。
【００９１】
例えば、上記実施形態では、制限部材４１を板状の遮蔽部材４２，４３で構成しているが、当該制限部材４１を、所定範囲内の入射角度の光だけを透過する性質を有するルーバーフィルムで構成することもできる。このルーバーフィルムの場合には、受光素子１９の表面に貼り付けるだけで入射制限効果を発揮するので、制限部材４１を簡単に製作及び設置できるという利点がある。
また、上記実施形態において、車載コンピュータ２６の各機能部３０，３１を、車両Ｃの電子制御装置（ＥＣＵ）２２に組み込むこともできる。
【図面の簡単な説明】
【００９２】
【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】光ビーコンの規格上の通信領域を示すための道路の側面図である。
【図４】車載装置とこの車載装置が搭載された車両の概略構成図である。
【図５】路車間通信の手順とデータ内容を示す概念図である。
【図６】制限部材の構成例を示す側面図である。
【図７】制限部材の作用説明図であり、（ａ）ははみ出し領域への突入時、（ｂ）はアップリンク領域への突入時、（ｃ）はアップリンク領域の通過中をそれぞれ示している。
【図８】受光素子の車両進行方向位置と受光強度との関係を示すグラフである。
【図９】制限部材の変形例を示す側面図である。
【図１０】２種類の遮蔽部材よりなる制限部材の作用説明図であり、（ａ）は規格領域への突入時、（ｂ）は規格領域からの退出時をそれぞれ示している。
【図１１】受光素子の車両進行方向位置と受光強度との関係を示すグラフである。
【図１２】ピッチ方向の傾きを考慮した自車位置の特定方法を示す作用説明図である。
【図１３】車両の傾きの検出原理を示す説明図である。
【図１４】はみ出し領域の課題を示すための道路の側面図である。
【符号の説明】
【００９３】
４ 光ビーコン
７ ビーコン制御機
８ ビーコンヘッド
１０ 発光素子（ビーコン側）
１１ 受光素子（ビーコン側）
１８ 発光素子（車両側）
１９ 受光素子（車両側）
３０ 通信制御部
３１ 位置特定部
３３ 傾き検出器（傾き検出部）
３４ 第１のダウンリンク情報
３５ アップリンク情報
３６ 第２のダウンリンク情報
４１ 制限部材
４２ 第１の遮蔽部材
４３ 第２の遮蔽部材
Ａ 通信領域
Ｃ 車両
Ｒ 道路
ＩＡ 照射領域
ＵＡ アップリンク領域
ＤＡ ダウンリンク領域
ＲＡ はみ出し領域
ＵＯ アップリンク光
ＤＯ ダウンリンク光
【技術分野】
【０００１】
本発明は、路側に設置した光ビーコンと、車両に搭載された車載装置との間で光信号による双方向通信を行う、路車間通信システム及び方法とこれに用いる車載装置に関する。
【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、車載装置との双方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装置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装置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】
上記光ビーコンは、車載装置との間で双方向通信を行う投受光器（ビーコンヘッド）を備えており、この投受光器には、道路側に向けてダウンリンク光を照射する発光ダイオード（ＬＥＤ）等よりなる発光素子と、車両側からのアップリンク光を受光するフォトダイオード（ＰＤ）等よりなる受光素子とが搭載されている。
また、車載装置にも、ビーコンヘッドとの間で光信号による双方向通信を行うために、上記発光素子と受光素子を有する投受光器（車載ヘッド）が搭載されている。
【０００４】
ここで、例えば図３に示すように、光ビーコン４のビーコンヘッド８では、規格上、その直下よりも車両進行方向の上流側よりに通信領域Ａが設定されることになっている。
この規格上の通信領域Ａは、アップリンク情報を受信可能なアップリンク領域ＵＡ（点線のハッチングで示す範囲）と、ダウンリンク情報を送信するダウンリンク領域ＤＡ（実線のハッチングで示す範囲）とからなる。この各領域ＵＡ，ＤＡの車両進行方向長さや位置は、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」によって規定されている。
【０００５】
上記規格によれば、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）と重複しており、ダウンリンク領域ＤＡとアップリンク領域ＵＡの上流端は互いに一致するものとされている。
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の同方向長さと一致するものとされている。
【０００６】
上記路車間通信システムの通信領域Ａにおいて、光ビーコン４と車載装置２との間では次のような通信が行われる。
すなわち、まず、光ビーコン４のビーコンヘッド８は、第１の情報として車線通知情報（車両ＩＤ、車線番号無し）を含む第１のダウンリンク情報（ダウンリンク光ＤＯ）を道路のダウンリンク領域ＤＡに所定の送信周期で常時送信している。
【０００７】
次に、車両Ｃの車載ヘッド２７がダウンリンク領域ＤＡに進入すると、その車載ヘッド２７は第１のダウンリンク情報を受信する。これをトリガーとして、車載装置２は自己の車両ＩＤを格納したアップリンク情報（アップリンク光ＵＯ）の送信を開始する。
ビーコンヘッド８が上記アップリンク情報を受信すると、ダウンリンクの切り替えを行い、車載ヘッド２７に対して、車両ＩＤと車線情報とを含む第２のダウンリンク情報（ダウンリンク光ＤＯ）の送信を開始し、この第２のダウンリンク情報の送信を所定時間内において可能な限り繰り返す。
【０００８】
車載装置２は、第２のダウンリンク情報に、自己の車両ＩＤが格納されていることを確認すると、当該第１のダウンリンク情報が自身に対して送信されていると認識し、当該第２のダウンリンク情報から必要な情報を得ることができる。
また、車載装置２は、第２のダウンリンク情報に、自己の車両ＩＤが格納されていることを確認するまで、アップリンク情報を繰り返し送信する。
【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】
【０００９】
上記従来の路車間通信システムにおいて、実際に運用されている光ビーコン４のビーコンヘッド８では、例えば図１４に示すように、車載装置２による第１のダウンリンク情報の検出精度を上げるため、道路に対して実際に照射されるダウンリンク光ＤＯの領域（以下、「照射領域」という。）ＩＡが、インタフェース規格による規格上のダウンリンク領域ＤＡ（通信領域Ａと同じ範囲）の車両進行方向の寸法範囲よりも上流側に広がっている場合がある。
従って、この場合、上記照射領域ＩＡは、アップリンク領域ＵＡよりも上流側に広がったはみ出し領域ＲＡを有することになる。
【００１０】
しかし、前述の通り、光ビーコン４の路車間通信では、車載ヘッド２７での最初のダウンリンク光ＤＯの受光を契機としてアップリンク光ＵＯを返すようになっているので、ダウンリンク光ＤＯの照射領域ＩＡが上流側に広がっているために、アップリンク領域ＵＡの上流側に上記はみ出し領域ＲＡがある場合には、当該はみ出し領域ＲＡにおいて、車載ヘッド２７の発光素子が無駄なアップリンク光ＵＯを送出してしまうという問題がある。
すなわち、はみ出し領域ＲＡに位置する車載ヘッド２７からアップリンク光ＵＯを照射しても、この時は車載ヘッド２７が未だアップリンク領域ＵＡに至っていないので、ビーコンヘッド８がアップリンク光ＵＯを受信することができず、当該アップリンク光ＵＯが無駄打ちとなる。
【００１１】
このように、はみ出し領域ＲＡで照射されたアップリンク光ＵＯは、送信タイミングが早過ぎるためにビーコンヘッド８には届かないので、はみ出し領域ＲＡを有する光ビーコン４を車載ヘッド２７が通過するごとに、無駄なアップリンク光ＵＯの照射が発生することになり、車載Ｃ側の発光素子の寿命が短くなるという問題がある。
特に、渋滞等の原因により、車載ヘッド２７がはみ出し領域ＲＡにある状態で車両Ｃが停止すると、この停止時に無駄なアップリンク光ＵＯが多数回に渡って送出され続けることになり、発光素子の短寿命化がよりいっそう顕著となる。
【００１２】
一方、発光素子の長寿命化対策として、アップリンク光ＵＯの送信回数を制限する制御処理を車載装置２が実行する場合がある。
しかし、この場合、はみ出し領域ＲＡに照射されたダウンリンク光ＤＯの検出に基づいて送出される、無駄なアップリンク光ＵＯによって回数制限を超えてしまい、車載ヘッド２７がアップリンク領域ＵＡに到達した頃にはアップリンク光ＵＯを送信できなくなって、結局、アップリンク光ＵＯがビーコンヘッド８に届かず通信が成立しないということもあり得る。
【００１３】
本発明は、このような実情に鑑み、ダウンリンク光の照射領域が通常よりも上流側に広がっている場合でも、車両側から無駄なアップリンク光が送信されないようにして、車両側の発光素子の寿命低下を抑制できる路車間通信システム及び方法と、これに用いる車載装置と提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の車載装置（請求項１）は、光ビーコンのビーコンヘッドとの間で、光信号による双方向通信を行う車両の車載装置であって、前記ビーコンヘッドが道路に向けて照射するダウンリンク光を受光する受光素子と、前記道路に対する実際の前記ダウンリンク光の照射領域のうちでその上流側部分に照射される当該ダウンリンク光が前記受光素子に入射するのを制限する制限部材とを備えていることを特徴とする。
【００１５】
本発明の車載装置によれば、上記制限部材が、道路に対する実際のダウンリンク光の照射領域のうちでその上流側部分に照射される当該ダウンリンク光が受光素子に入射するのを制限するので、車両側の受光素子が照射領域の上流側部分を通過する間は、その受光素子によるダウンリンク光の受光が妨げられる。
このため、道路に対して実際に照射されるダウンリンク光の領域である上記照射領域の上流側部分がアップリンク領域よりも広がったはみ出し領域である場合に、このはみ出し領域に照射されたダウンリンク光を車両側の受光素子が受光しなくなり、車載装置による無駄なアップリンク光の送信が防止される。従って、発光素子が必要以上にアップリンク光を発光することに伴う、発光素子の寿命の低下を抑制することができる。
【００１６】
また、本発明の車載装置によれば、はみ出し領域でのアップリンク光の送信が防止されるので、アップリンク光の送信回数を制限する制御機能を有する車載装置の場合には、その回数制限の範囲内で適切にアップリンク光を送信することができ、路車間通信をより確実に行えるようになる。
本発明の車載装置において、前記制限部材は、例えば、前記受光素子の前方に配置された遮蔽部材により構成することができる。かかる遮蔽部材としては、具体的には、前記受光素子に対する入射角度が所定値以上である前記ダウンリンク光の入射を許容し、その入射角度が所定値未満の前記ダウンリンク光を遮蔽する構造を有するものを採用することができる（請求項２）。
【００１７】
また、本発明の車載装置は、前記ビーコンヘッドに向けてアップリンク光を発光する発光素子と、前記遮蔽部材が入射を許容する前記ダウンリンク光の受信開始を契機として、前記発光素子に前記アップリンク光を送信させる通信制御部とを備える（請求項３）。
この場合、遮蔽部材が入射を許容するダウンリンク光の受信開始時点では、車両側の受光素子は照射領域の上流側部分を既に通過している。このため、照射領域の上流側部分がはみ出し領域になっていても、このはみ出し領域で無駄なアップリンク光が送信されることがない。
【００１８】
一方、本発明の車載装置において、照射領域の車両進行方向長さが個々のビーコンヘッドごとに相違していても、上記遮蔽部材が入射を許容するダウンリンク光の受信開始時点における入射角度は、当該遮蔽部材に設定された制限角度（所定値）とほぼ一致する。
このため、上記ダウンリンク光の受信開始時点での車両側の受光素子は、遮蔽部材に設定した制限角度に対応する正接相当の距離だけビーコンヘッドの直下位置より上流側に位置すると見なすことができ、これにより、ダウンリンク光の受信開始時点の車両の自車位置をほぼ正確に特定可能となる。
【００１９】
そこで、本発明の車載装置において、前記遮蔽部材が入射を許容する前記ダウンリンク光の受信開始時点における前記ビーコンヘッドに対する相対位置関係に基づいて、前記車両の自車位置を特定する位置特定部を備えていることが好ましい（請求項４）。
この場合、当該位置特定部により、ダウンリンク光を利用した自車位置の特定を、車両側において自律的かつ正確に行えるようになる。
【００２０】
なお、本発明の車載装置において、ダウンリンク光の受信開始時点を特定する方法としては、次の２つの方法が考えられる。
（１） 遮蔽部材が入射を許容するダウンリンク光の受光強度に基づいて、当該ダウンリンク光の受信開始時点を特定する。
（２） 遮蔽部材が入射を許容するダウンリンク光に含まれるデジタル信号を検出した時点を、当該ダウンリンク光の受信開始時点とする。
【００２１】
本発明の車載装置において、前記制限部材は、前記遮蔽部材の他に更に第２の遮蔽部材を有していてもよい。
この場合、前記第２の遮蔽部材は、前記道路に対する実際の前記ダウンリンク光の照射領域のうちでその下流側部分に照射される前記ダウンリンク光が前記受光素子に入射するのを遮蔽するものを採用することができる（請求項５）。
【００２２】
また、前記第２の遮蔽部材が、前記車両の搭乗室内に入射した前記ダウンリンク光の乱反射光が前記受光素子に入射しないように、当該受光素子の上方を覆う形状に形成されておれば（請求項６）、その乱反射光を受光素子が検出することに伴うダウンリンク光の誤検出を防止することができる。
このため、搭乗室で生じた乱反射光によって通信制御部が誤った送信タイミングでアップリンク光を送信するのを未然に防止することができる。
【００２３】
更に、上記２種類の遮蔽部材を設ける場合には、この２種類の前記遮蔽部材の双方が入射を許容する前記ダウンリンク光の受信開始時点及び受信終了時点における前記ビーコンヘッドに対する相対位置関係に基づいて、前記車両の自車位置を特定する位置特定部とすることが好ましい（請求項７）。
この場合、ダウンリンク光の受信開始時点におけるビーコンヘッドに対する相対位置関係の信頼性を、受信終了時点におけるビーコンヘッドに対する相対位置関係を利用して判定することができ、これにより、自車位置の特定精度を向上することができる。
【００２４】
ところで、実際の道路を走行中の車両は、道路の凹凸状態、荷物や搭乗者の荷重及び加減速の状況等により、必ずしも道路の走行面と平行には走行しておらず、約±５度の変動範囲でピッチ方向の傾きを変化させながら道路を走行している。
このため、車両に搭載された前記遮蔽部材に生じるピッチ方向の傾きの変化を考慮しないと、位置特定部が特定する自車位置に誤差が生じる。
そこで、本発明の車載装置は、前記車両のピッチ方向の傾きを検出する傾き検出部を更に備えていることが好ましく、この場合、前記位置特定部は、前記遮蔽部材が入射を許容する前記ダウンリンク光の受信開始時点又は受信終了時点における前記ビーコンヘッドに対する相対位置関係を、検出された前記ピッチ方向の傾きによって補正することが好ましい（請求項８）。
【００２５】
本発明の路車間通信システム（請求項９）は、本発明の車載装置（請求項１）を用いた路車間通信システムであり、当該車載装置（請求項１）と同じ作用効果を奏する。
また、本発明の路車間通信方法（請求項１０）は、本発明の車載装置（請求項１）を用いて行われる路車間通信方法であって、当該車載装置（請求項１）と同じ作用効果を奏する。
【発明の効果】
【００２６】
以上の通り、本発明によれば、ダウンリンク光の照射領域が通常よりも上流側に広がっている場合であっても、車両側から無駄なアップリンク光が送信されないので、車両側に搭載された発光素子の寿命が低下するのを抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
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Ｒを走行する各車両Ｃに搭載された車載装置２とから構成されている。
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とから構成されており、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装置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。
【００２８】
〔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）等よりなる発光素子１０と、フォトダイオード等よりなる受光素子１１を、筐体９の内部に収納することによって構成されている（図３参照）。このうち、発光素子１０は、近赤外線よりなるダウンリンク光ＤＯを道路Ｒ側に向けて照射し、受光素子１１は、車載装置２からの近赤外線よりなるアップリンク光ＵＯを受光する。
【００２９】
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Ｒ１〜Ｒ４を有する道路Ｒに設置されており、各車線Ｒ１〜Ｒ４に対応して設けられた前記複数のビーコンヘッド８と、これらのヘッド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。
上記ビーコン制御機７は、ＣＰＵ、メモリ（ＲＡＭ）及び記憶装置（ＲＯＭ）を有するプログラマブルなマイコンよりなり、通信部６による中央装置３との双方向通信と、各投受光器８による車載装置２との路車間通信の制御を行う通信制御部としての機能を有する。なお、このビーコン制御機７による路車間通信の内容については後述する。
【００３０】
ビーコン制御機７は、道路脇に立設した支柱１２に設置されており、各ビーコンヘッド８は、支柱１２から道路Ｒ側に水平に架設した架設バー１３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の発光素子１０は、各車線Ｒ１〜Ｒ４の直下よりも上流側に向けて近赤外線を発光しており、これにより、車載装置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（図２の右側）に設定されている。
【００３１】
図３は、光ビーコン４の規格上の通信領域Ａを示すための道路Ｒの側面図である。
図３に示すように、この規格上の通信領域Ａは、後述する車載装置２の車載ヘッド（投受光器）２０がダウンリンク情報を受信することができるダウンリンク領域（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がアップリンク情報を受信することができるアップリンク領域（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。
【００３２】
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」では、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）と重複しており、ダウンリンク領域ＤＡとアップリンク領域ＵＡの上流端ｃは互いに一致している。
従って、ダウンリンク領域ＤＡの車両進行方向長さは、規格上では、通信領域Ａ全体の同方向長さと一致する。
【００３３】
また、上記規格では、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、投受光器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、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。この場合、通信領域Ａの車両進行方向の全長は３．７ｍとなる。
【００３４】
もっとも、上記各領域ＤＡ，ＵＡの車両進行方向長さは、規格通りの上記各数値に限定されるものではない。
また、図３に仮想線で示すように、実際に運用されている光ビーコン４のビーコンヘッド８では、例えばダウンリンク情報の検出精度を向上させるために、道路Ｒに対して実際に照射されるダウンリンク光ＤＯの領域（照射領域）ＩＡの上流端ｃ’ を、アップリンク領域ＵＡの上流端ｃよりも更に上流側（図３の右側）に位置させてある場合もある。この場合、実際のダウンリンク光ＤＯの照射領域ＩＡは、アップリンク領域ＵＡよりも上流側に広がったはみ出し領域ＲＡを有することになる。
【００３５】
〔車載装置及び車両の構成〕
図４は、光ビーコン４と路車間通信する前記車載装置２と、この車載装置２が搭載された車両Ｃの概略構成図である。
図４に示すように、この車両Ｃは、ドライバの搭乗席（図示せず）を有する車体２１と、この車体２１に搭載された前記車載装置２と、車両Ｃの各部を統合制御する電子制御装置（ＥＣＵ）２２と、車体２１を駆動するエンジン２３と、車体２１を制動するブレーキ装置２４と、車両Ｃの現時の速度を常時検出している速度検出器２５とを備えている。
【００３６】
このうち、ＥＣＵ２２は、ドライバのアクセル操作に基づくエンジン２３の駆動制御や、ブレーキ操作に基づく制動制御等、車両Ｃに対する各種の制御を行う。
車載装置２は、車載コンピュータ２６と、このコンピュータ２６のセンサ用インタフェースに接続された車載ヘッド（投受光器）２７と、搭乗席のドライバに対するヒューマンインタフェースとしてのディスプレイ２８及びスピーカ装置２９とを備えている。
【００３７】
上記車載ヘッド２７は、ビーコンヘッド８の場合と同様に、発光ダイオード（ＬＥＤ）等よりなる発光素子１８と、フォトダイオード（ＰＤ）等よりなる受光素子１９とを備えている。
この車載ヘッド２７の発光素子１８は、近赤外線よりなるアップリンク光ＵＯ（アップリンク情報３５）を発光し、受光素子１９は、ビーコンヘッド８で発光された近赤外線よりなるダウンリンク光ＤＯ（ダウンリンク情報３４，３６）を受光する。
【００３８】
車載コンピュータ２６は、ＣＰＵ、メモリ（ＲＡＭ）及び記憶装置（ＲＯＭ）を有するプログラマブルなマイコンよりなり、車載ヘッド２７による光ビーコン４との路車間通信の制御処理を行う。
また、車載コンピュータ２６は、所定の各機能を実行するプログラムを記憶装置に格納しており、このプログラムが実行する機能部として、路車間通信のための通信制御部３０と、自車位置の特定のための位置特定部３１とを備えている。なお、これらの各機能部３０，３１の処理内容については後述する。
【００３９】
また、車載装置２は、車両Ｃのピッチ方向の傾きを検出する傾き検出器（傾き検出部）３３を備えており、この傾き検出器３３は、ジャイロセンサ、Ｇセンサ又は加速度センサを利用して水平面に対する車両Ｃのピッチ方向の傾斜度合いを常時監視する。
ジャイロセンサは、物体の角速度を測定するセンサであり、その検出信号を積分すれば角度（傾き）が求まる。Ｇセンサは、物体の加速度を測定するセンサであり、このＧセンサでは重力加速度も加算される。他方、加速度センサは、Ｇセンサと同義とする場合も多いが、本明細書では、周波数特性を持つ加速度成分だけを感知し、静的な加速度（重力加速度）を感知しないものを加速度センサと呼ぶ。
【００４０】
図１３は、上記センサで実施可能な車両Ｃの傾きの検出原理を示す説明図である。
このうち、図１３（ａ）は、３軸Ｇセンサと３軸加速度センサを組み合わせた傾き検出器３３の検出原理を示している。
物体が水平面上に置かれている場合には、３Ｇセンサの出力は、ｇｚ＝Ｇ（Ｇ：重力加速度）、ｇｘ＝ｇｙ＝０になるが、物体が水平面から傾いている場合には、ｇｚ＜Ｇで、かつ、ｇｘ≠０ or ｇｙ≠０となる。従って、３Ｇセンサの３つの出力のうち、ｇｚとその他のｇｘ，ｇｙとの比を用いることにより、水平面に対する物体の傾きを算出できる。
【００４１】
しかし、車両Ｃが加速している場合などのように、物体に動的加速度が発生していると、ｇｘ，ｇｙ，ｇｚにはその動的加速度が重畳される。そこで、重力加速度（静的加速度）を検出しない３軸加速度センサを同時に使用する。
すなわち、３軸加速度センサの各方向の出力をそれぞれａｘ，ａｙ，ａｚとすれば、この出力成分を各方向で差し引き、（ｇｘ−ａｘ），（ｇｙ−ａｙ），（ｇｚ−ａｚ）の比を用いた次の式（１）により、水平面に対する物体のピッチ方向の傾きの絶対値を算出できる。
【００４２】
【数１】
【００４３】
そして、ピッチ方向の傾きの向きについては、（ｇｙ−ａｙ）の正負により、車両Ｃの前方が水平面に対して上向きか下向きかを判断することができる。
なお、１軸Ｇセンサと１軸加速度センサを用い、（ｇｚ−ａｚ）の値だけで簡易的にピッチ方向の傾きの絶対値を求めることもできる。
【００４４】
図１３（ｂ）は、１軸ジャイロセンサと１軸ないし３軸加速度センサを組み合わせた傾き検出器３３の検出原理を示している。
１軸ジャイロセンサが、水平面を基点として図１３（ｂ）の矢印の方向の角速度を検出するものとすると、この角速度を積分すれば、水平面に対する物体のピッチ方向の傾きを検出することができる。しかし、その積分値は時間の経過とともに誤差が蓄積するので、定期的にゼロ点補正を行う必要がある。
【００４５】
そこで、１軸、２軸又は３軸Ｇセンサを同時に使用する。すなわち、この場合、Ｇセンサの出力を監視しておき、その出力がｇｚ＝Ｇ（さらにｇｘ＝ｇｙ＝０）となって値が安定したときに物体が水平状態で安定したと判断し、ジャイロセンサの出力のゼロ点を補正するようにすればよい。
なお、傾き検出器３３の他の例としては、道路Ｒを撮像する車載カメラと、撮像された画像データを分析して道路Ｒに対する相対的な傾きを求める画像処理装置とから構成することもできる。
【００４６】
〔路車間通信：通信制御部の処理内容〕
図５は、ビーコンヘッド８と車載ヘッド２７との間で行われる双方向の路車間通信の手順を示している。以下、図５を参照しつつ、本実施形態の路車間通信の内容を説明する。
まず、光ビーコン４のビーコン制御機７は、各車線Ｒ１〜Ｒ４に対応するビーコンヘッド８から、ダウンリンクの切り替え前の第１情報として、車線通知情報を含む第１のダウンリンク情報３４を所定の送信周期で常に送信し続けている（図５のＦ１）。なお、この段階では、車線通知情報には未だ車両ＩＤは格納されていない。
【００４７】
その後、車両Ｃの車載ヘッド２７がダウンリンク光ＤＯの照射領域ＩＡに進入すると、車載ヘッド２７の受光素子１９が、車線通知情報（車両ＩＤ無し）を含む第１のダウンリンク情報３４を受信する。
このさい、車載コンピュータ２６の通信制御部３０は、当該車両Ｃがビーコンヘッド８と通信可能な領域に到達したことを認識する。その後、通信制御部３０は、車載ヘッド２７の発光素子１８にアップリンク情報３５の送信を開始させ（図５のＦ２）、このアップリンク情報３５をビーコンヘッド８に対して所定の送信周期（アップリンク送信周期）で送信する（図５のＦ３）。
【００４８】
車載コンピュータ２６の通信制御部３０は、車両Ｃに特定の車両ＩＤを上記アップリンク情報３５に格納して当該アップリンク情報３５を送信し、ビーコン間の旅行時間情報を有している場合には、この情報もアップリンク情報３５に含ませる。
また、通信制御部３０は、光ビーコン４のビーコン制御機７がダウンリンクの切り替えを行ったことを認識するまで、当該アップリンク情報３５を発光素子１８から送信させ続ける。
【００４９】
一方、ビーコンヘッド８の受光素子１１がアップリンク情報３５受信すると（図５のＦ４）、ビーコン制御機７は、ダウンリンクの切り替えを行った上で、第２情報として、車両ＩＤ情報を有する車線通知情報を含む第２のダウンリンク情報３６の送信を、発光素子１０に開始させる（図５のＦ５）。このダウンリンク情報３６の送信は、所定時間内において可能な限り繰り返される（図５のＦ６）。
上記車線通知情報には、車線Ｒ１〜Ｒ４（図２）ごとに車両ＩＤを格納するフィールドがあり、各車両ＩＤに対して車線番号を付与することができる。
【００５０】
このため、異なる車線Ｒ１〜Ｒ４を走行する各車両Ｃの車載コンピュータ２６は、その格納フィールド内のいずれに自車両の車両ＩＤが含まれるかを判断することにより、自車両がどの車線Ｒ１〜Ｒ４を走行しているかを認識できる。
第２のダウンリンク情報３６には、車両ＩＤを含む車線通知情報の他に、渋滞情報、区間旅行時間情報及び事象規制情報が含まれている。なお、当該第２のダウンリンク情報３６に、光ビーコン４より下流側の信号機の灯色が変わるタイミング情報である信号情報を含ませることもできる。
【００５１】
図５に示すように、第２のダウンリンク情報３６は、単一又は複数の最小フレーム３７で構成されている。前記「近赤外線式インタフェース規格」によれば、この最小フレーム３７のデータ量は合計１２８バイトと規定され、ヘッダ部３８に５バイト、実データ部３９に１２３バイトが割り当てられている。
前記規格によれば、第２のダウンリンク情報３６は、１〜８０個の最小フレーム３７で構成することができ、送信可能時間は２５０ｍｓに設定されている。また、このダウンリンク情報３６は送信すべき情報量に対応した任意数の最小フレーム３７で構成され、上記送信可能時間の範囲内で繰り返し送信される。
【００５２】
最小フレーム３７の送信周期は約１ｍｓである。従って、例えば、３つの最小フレーム３７で一つのダウンリンク情報３６を構成する場合には、ダウンリンク情報３６の送信周期は約３ｍｓになるので、当該ダウンリンク情報３６は所定の送信可能時間（２５０ｍｓ）の間に約８０回繰り返して送信されることになる。
車載装置２の車載コンピュータ２６は、第２のダウンリンク情報３６を受信した時点（図５のＦ７）で光ビーコン４でのダウンリンクの切り替えを認識し、この時点でアップリンク情報３５の送信を停止する。
【００５３】
〔制限部材による入射制限〕
本実施形態の車載装置２は、道路Ｒに対して実際に照射されるダウンリンク光ＤＯの領域である照射領域ＩＡのうちで、その上流側部分に照射されるダウンリンク光ＤＯが、車載ヘッド２７の受光素子１９に入射するのを制限する制限部材４１を備えている。
図６は、この制限部材４１の構成例を示す側面図である。
図６に示すように、本実施形態の制限部材４１は、車載ヘッド２７の受光素子１９の前方に配置された板状の遮蔽部材４２よりなる。
【００５４】
この遮蔽部材４２は、後上がりに傾斜した状態で受光素子１９の前方に立設された板材よりなり、この遮蔽部材４２の上端縁と受光素子１９の車両進行方向の上流端縁とで成す角により、ダウンリンク光ＤＯの入射制限のための制限角度α（図例では、α＝４５°）が設定されている。
従って、ビーコンヘッド８から照射される、入射角度θが相違するダウンリンク光ＤＯのうち、受光素子１９に対する入射角度θが制限角度α未満のダウンリンク光ＤＯは、遮蔽部材４２によって遮蔽され、入射角度θが制限角度α以上であるダウンリンク光ＤＯのみが、受光素子１９に対して入射可能となっている。
【００５５】
なお、遮蔽部材４２の側面形状その他の構造は、上記制限角度αを固定的に設定できるものであれば特に限定されるものではなく、例えば図６の下部に示すように、水平板形状のものや、側面視逆Ｌ字形状のものであってもよく、或いは、側面視円弧状のものであってもよい。
また、上記遮蔽部材４２の制限角度αは、ビーコンヘッド８の発光素子１０とアップリンク領域ＵＡの上流端ｃとを結ぶ線分の傾斜角度θｕ（図３及び図７参照：以下、アップリンク上流傾斜角という。）と、ほぼ一致する値に設定されている。
【００５６】
図７は、単一の遮蔽部材４２よりなる上記制限部材４１の作用説明図である。
図７に示す例では、実線で囲まれた領域が実際のダウンリンク光ＤＯの照射領域ＩＡであり、この領域ＩＡは、規格上の通信領域Ａよりも上流側に広範囲となっている。また、破線で囲まれた部分はアップリンク領域ＵＡである。
従って、この場合の照射領域ＩＡでは、その上流側の端部がアップリンク領域ＵＡよりも上流側に広がったはみ出し領域ＲＡになっている。
【００５７】
ここで、図７（ａ）に示すように、車両Ｃ側の受光素子１９が照射領域ＩＡのはみ出し領域ＲＡに突入すると、本来ならば、その車両Ｃ側の受光素子１９は、はみ出し領域ＲＡに照射されたダウンリンク光ＤＯを受光する。
しかし、本実施形態では、受光素子１９に対する入射角度θが制限角度α未満のダウンリンク光ＤＯについては、遮蔽部材４２で遮蔽されるようになっており、その制限角度αはアップリンク上流側傾斜角θｕとほぼ同値である。従って、車両Ｃ側の受光素子１９は、はみ出し領域ＲＡを通過する間はダウンリンク光ＤＯを受光しない。
【００５８】
その後、図７（ｂ）に示すように、車両Ｃ側の受光素子１９がアップリンク領域ＵＡへの突入を開始すると、受光素子１９に対するダウンリンク光ＤＯの入射角度θが制限角度α（＝θｕ）以上となって、受光素子１９がダウンリンク光ＤＯの受光を開始する。
このため、図７（ｃ）に示すように、車両Ｃ側の受光素子１９は、アップリンク領域ＵＡの上流端よりも下流側に照射されたダウンリンク光ＤＯを前記第１のダウンリンク情報３４として受光し、この受光を契機としてビーコン側との路車間通信が行われる。
【００５９】
このように、本実施形態の車載装置２によれば、上記遮蔽部材４２が、実際のダウンリンク光ＤＯの照射領域ＩＡの上流側部分に向けて照射されたダウンリンク光ＤＯが受光素子１９に入射するのを制限する。
このため、図７に示すような、照射領域ＩＡがはみ出し領域ＲＡを含んでいる場合でも、車両Ｃ側の受光素子１９が当該はみ出し領域ＲＡを通過するまでは、受光素子１９によるダウンリンク光ＤＯの受光が妨げられる。
【００６０】
従って、図５に示す路車間通信において、車載コンピュータ２６の通信制御部３０が、はみ出し領域ＲＡに照射されたダウンリンク光ＤＯを検知してアップリンク情報３５の送信を開始（図５のＦ２）することはなく、遮蔽部材４２が入射を許容するダウンリンク光ＤＯ（入射角度θが制限角度α以上のダウンリンク光ＤＯ）を検出して初めて、アップリンク情報３５の送信を開始（図５のＦ２）することになる。
すなわち、本実施形態の通信制御部３０は、ビーコンヘッド８との間で行う路車間通信において、遮蔽部材４２が入射を許容するダウンリンク光ＤＯの受信開始を契機として、発光素子１８にアップリンク光ＵＯの発光を開始させる。
【００６１】
従って、車載装置２の発光素子１８がはみ出し領域ＲＡにおいて無駄なアップリンク光ＵＯを発光するのが有効に防止され、これにより、発光素子１８がアップリンク光ＵＯを必要以上に発光することに伴う、発光素子１８の寿命の低下が抑制される。
また、例えば、渋滞等の原因により、発光素子１８がはみ出し領域ＲＡにある状態で車両Ｃが停止すると、発光素子１８が無駄なアップリンク光ＵＯを多数回に渡って送信し続け、発光素子１８の短命化がよりいっそう助長されることになるが、本実施形態では、このようなアップリンク光ＵＯの無駄打ちも、未然に防止することができる。
【００６２】
一方、上記のようなアップリンク光ＵＯの無駄打ちは、アップリンク光ＵＯの送信回数の制限機能を車載コンピュータ２６に設定することによっても実行可能である。しかし、この制限方法では、はみ出し領域ＲＡに照射されたダウンリンク光ＤＯを検出したために、無駄なアップリンク光ＵＯの送信回数が嵩むと、この送信回数だけで制限回数を超えることがある。
そして、この場合には、車載ヘッド２７がアップリンク領域ＵＡに到達した頃にはアップリンク光ＵＯを送信できなくなるので、結局、アップリンク光ＵＯがビーコンヘッド８に届かず通信が成立しないことになる。
【００６３】
この点、本実施形態の車載装置２によれば、はみ出し領域ＲＡにおけるアップリンク光ＵＯの送信が規制されるので、予め設定された制限回数の範囲内で適切にアップリンク光ＵＯを送信することができる。
従って、アップリンク光ＵＯの送信回数の制限によってビーコンヘッド８へのアップリンク光ＵＯの未達が発生するのが防止され、路車間通信をより確実に行うことができる。
【００６４】
〔位置特定部の処理内容〕
次に、前記車載コンピュータ２６の位置特定部３１の処理内容を説明する。
ここで、遮蔽部材４２が入射を許容するダウンリンク光ＤＯの受信開始時点（図７（ｂ））の入射角度θは、照射領域ＩＡの車両進行方向長さの相違に関係なく、当該遮蔽部材４２に予め設定された制限角度αとほぼ一致する筈である。
従って、図７（ｂ）に示すように、ダウンリンク光ＤＯの受信開始時点における車両Ｃ側の受光素子１９は、遮蔽部材４２の制限角度αに対応する正接相当の距離Ｌ１だけ、ビーコンヘッド８の直下位置よりも上流側に位置する。
【００６５】
すなわち、図７（ｂ）において、ビーコンヘッド８の直下位置から受光素子１９までの距離をＬ１、ビーコンヘッド８の設置高さをＨ０、受光素子１９の設置高さをＨ１とすると、次の式（２）が成立する。
Ｌ１＝（Ｈ０−Ｈ１）×ｔａｎ（９０−α） ……（２）
そして、上記式（２）において、制限角度αと設置高さＨ０，Ｈ１はいずれも一定であるから、ダウンリンク光ＤＯの受信開始時点に成立する上記式（２）に基づく距離Ｌ１もほぼ一定値となる。
【００６６】
そこで、本実施形態の位置特定部３１は、ダウンリンク光ＤＯの受信開始時点におけるビーコンヘッド８に対する上記相対位置関係（式（２））に基づき、車両Ｃの自車位置を特定する。
すなわち、位置特定部３１は、距離Ｌ１とその方位角とから、ビーコンヘッド８の直下からダウンリンク光ＤＯの受信開始地点までの座標変化量（Δｘ１，Δｙ１）を算出し、この変化量（Δｘ１，Δｙ１）をビーコンヘッド８の直下の位置座標（ｘ０，ｙ０）に加算することにより、ダウンリンク光ＤＯの受信開始時点における車両Ｃの自車位置（ｘ０＋Δｘ１，ｙ０＋Δｙ１）を算出する。
【００６７】
かかる自車位置（ｘ０＋Δｘ１，ｙ０＋Δｙ１）は、例えばＧＰＳ受信機で得られる座標よりも正確であるから、位置特定部３１で特定した自車位置でＧＰＳ座標を補正するようにすれば、自車位置の評定精度を向上することができる。
また、交差点信号の切り替えタイミングに関する信号情報を車載装置２が取得している場合には、その信号情報と、位置特定部３１で特定された自車位置から下流側の交差点位置までの距離に基づいて、車両Ｃの制動をドライバに促したり、車両Ｃを強制的に減速させたりする安全運転のための支援制御を行うこともできる。
【００６８】
なお、上記ビーコン直下の位置座標（ｘ０，ｙ０）は、予め車載装置２の記憶装置に記憶させておいてもよいし、ビーコン側からのダウンリンク情報３４，３６に含ませて車載装置２に通知することにしてもよい。
【００６９】
〔受信開始時点の特定方法〕
前記通信制御部３０と位置特定部３１の処理では、遮蔽部材４２が入射を許容するダウンリンク光ＤＯの受信開始時点を、車載コンピュータ２６において特定する必要があるが、この受信開始時点の特定方法としては次の２つが考えられる。
図８は、受光素子１９の車両進行方向位置と受光強度との関係を示すグラフの一例である。この図８に示すように、受光素子１９の受光強度は、ダウンリンク光ＤＯの受信開始位置において急激に上昇し、その後、最大値が暫く続いてから、ビーコン直下に向かうに従って次第に低下する。
【００７０】
そこで、車載コンピュータ２６において受光素子１９の受光強度をモニタリングしておき、その受光強度が急激に上昇した時点を、遮蔽部材４２が入射を許容するダウンリンク光の受信開始時点として特定することができる。
もっとも、車載コンピュータ２６は、通信領域Ａでの路車間通信において、遮蔽部材４２が入射を許容するダウンリンク光ＤＯに含まれるデジタル信号を抽出するから、このデジタル信号を車載コンピュータ２６が検出した時点をもって、当該ダウンリンク光ＤＯの受信開始時点とすることにしてもよい。
【００７１】
〔制限部材の変形例〕
図９は、制限部材４１の変形例を示す側面図である。
図９に示すように、この変形例の制限部材４１は、受光素子１９に対する入射角度θが所定値未満のダウンリンク光ＤＯを遮蔽する第１の前記遮蔽部材４２に加えて、受光素子１９に対する入射角度θが別の所定値を超えるダウンリンク光ＤＯを遮蔽する第２の遮蔽部材４３を備えている。
【００７２】
この２種類の遮蔽部材４２，４３のうち、第１の遮蔽部材４２は、ほぼ直立した状態で受光素子１９の前方に立設された板材よりなり、第２の遮蔽部材４３は、第１の遮蔽部材４２の上方に所定寸法の隙間をあけて配置された、ほぼ直立した板材よりなる。
そして、第２の遮蔽部材４３には、その下端縁と受光素子１９の車両進行方向の下流端縁とで成す角により、ダウンリンク光ＤＯの入射制限のための制限角度β（図例では、β＝７５°）が設定されている。
【００７３】
従って、２種類の遮蔽部材４２，４３の間の隙間から入射するダウンリンク光ＤＯの、受光素子１９に対する入射角度θは、α≦θ≦βの範囲に制限されており、入射角度θがこの範囲を外れるダウンリンクＤＯについては、各遮蔽部材４２，４３によって遮蔽されるようになっている。
なお、各遮蔽部材４２，４３の側面形状その他の構造は、上記制限範囲α≦θ≦βを固定的に設定できるものであれば特に限定されるものではなく、例えば図９の下部に示すように、第２の遮蔽部材４３が水平に延びる平板状であってもよく、各遮蔽部材４２，４３が側面視円弧状のものであってもよい。また、図９では、第１及び第２の遮蔽部材４２，４３の遮蔽機能を表すために両者を別体に描写しているが、これらの遮蔽部材４２，４３を実質的に単一の部材で一体形成することもできる。
【００７４】
図９の下部に示す第２の遮蔽部材４３の場合には、受光素子１９の上方を覆う形状及び配置になっているので、車両Ｃの搭乗室内に入射した前記ダウンリンク光ＤＯの乱反射光が受光素子１９に入射しないようになっている。
このため、乱反射光を受光素子１９が検出することに伴うダウンリンク光ＤＯの誤検出が防止され、乱反射光によって通信制御部３０が誤った送信タイミングでアップリンク光ＵＯを送信するのを未然に防止することができる。
【００７５】
図１０は、２種類の遮蔽部材４２，４３よりなる上記制限部材４１の作用説明図である。
図１０に示す例では、実線で囲まれた領域が実際のダウンリンク光ＤＯの照射領域ＩＡであり、この領域ＩＡは、規格上の通信領域Ａよりも上流側及び下流側の双方で広範囲となっている。また、破線で囲まれた部分は、前記インタフェース規格通りのダウンリンク領域ＤＡ（通信領域Ａと同じ範囲）である。
従って、この場合の照射領域ＩＡは、規格上のダウンリンク領域ＤＡよりも上流側に広がったはみ出し領域ＲＡ１と、規格上のダウンリンク領域ＤＡよりも下流側に広がったはみ出し領域ＲＡ２とを有する。
【００７６】
そして、図９に示す制限部材４１では、ビーコンヘッド８から照射されるダウンリンク光ＤＯの受光素子１９に対する入射角度θの範囲が、２種類の遮蔽部材４２，４３によってα≦θ≦βの範囲に絞られている。
従って、車両Ｃ側の受光素子１９が、上流側のはみ出し領域ＲＡ１や下流側のはみ出し領域ＲＡ２を通過する間は、ダウンリンク光ＤＯの入射が制限され、ダウンリンク領域ＤＡを通過する間だけ、ダウンリンク光ＤＯの入射が許容される。
このため、図１０に示すように、上流側と下流側にそれぞれはみ出し領域ＲＡ１，ＲＡ２が含まれている場合であっても、これらの領域ＲＡ１，ＲＡ２を除いた車両進行方向の範囲内だけで路車間通信を行うことができる。
【００７７】
〔２種類の遮蔽部材がある場合の位置特定部の処理内容〕
上記のように、２種類の遮蔽部材４２，４３を設けた場合、ダウンリンク光ＤＯの受信開始時点（図１０（ａ））の入射角度θは、第１の遮蔽部材４２に予め設定された制限角度αとほぼ一致する。また、ダウンリンク光ＤＯの受信終了時点（図１０（ｂ））の入射角度θは、第２の遮蔽部材４３に予め設定された制限角度βとほぼ一致する。
【００７８】
そして、ダウンリンク光ＤＯの受信開始時点（図１０（ａ））における車両Ｃ側の受光素子１９は、第１の遮蔽部材４２の制限角度αに対応する正接相当の距離Ｌ１だけ、ビーコンヘッド８の直下位置より上流側に位置するが、この距離Ｌ１は、次の式（２）で算出することができる。
Ｌ１＝（Ｈ０−Ｈ１）×ｔａｎ（９０−α） ……（２）
【００７９】
また、ダウンリンク光ＤＯの受信終了時点（図１０（ｂ））における車両Ｃ側の受光素子１９は、第２の遮蔽部材４３の制限角度βに対応する正接相当の距離Ｌ２だけ、ビーコンヘッド８の直下位置より上流側に位置するが、この距離Ｌ２は、次の式（３）で算出することができる。
Ｌ２＝（Ｈ０−Ｈ１）×ｔａｎ（９０−β） ……（３）
【００８０】
一方、ダウンリンク光ＤＯの受信開始時点をｔ１、その受信終了時点をｔ２、これらの時間差をΔｔ（＝ｔ２−ｔ１）、この間の車両速度をＶとすると、ダウンリンク光ＤＯの受信開始時点（図１０（ａ））から受信終了時点（図１０（ｂ））までの間の車両Ｃの走行距離ΔＬは、次の式（４）で表すことができる。
Ｌ＝Ｖ×Δｔ ……（４）
そして、この走行距離Ｌは、理論的には、式（２）及び式（３）で得られる距離差ΔＬ（＝Ｌ１−Ｌ２）と一致する筈である。
【００８１】
しかし、例えば、ダウンリンク光ＤＯの受信開始時点ｔ１の検出遅れが生じたような場合には、前記式（２）の関係が成立しなくなるので、当該式（２）に基づく距離Ｌ１の算出が不適切になる。
そこで、本実施形態の位置特定部３１は、距離差ΔＬ（＝Ｌ１−Ｌ２）が式（４）の走行距離Ｌとほぼ同じか否かにより、受信開始時点ｔ１の信頼性を判定する。具体的には、位置特定部３１は、式（２）に基づく自車位置の特定に先立ち、まず、式（４）で得られる走行距離Ｌと、式（２）及び式（３）で得られる距離差ΔＬ（＝Ｌ１−Ｌ２）との差が所定の閾値内であるか否かを判定する。
【００８２】
上記判定結果が閾値内である場合には、ダウンリンク光ＤＯの受信開始時点ｔ１が適正に検出されたものと見なせるので、位置特定部３１は、ダウンリンク光ＤＯの受信開始時点ｔ１におけるビーコンヘッド８に対する相対位置関係（式（２））に基づいて、その受信開始時点ｔ１における車両Ｃの自車位置（ｘ０＋Δｘ１，ｙ０＋Δｙ１）を算出する。
このように、本実施形態の位置特定部３１は、受信終了時点ｔ２におけるビーコンヘッド８に対する相対位置関係（式（３））から得られる距離Ｌ２を用いて、受信開始時点ｔ１の信頼性を判定し、その上で、受信開始時点ｔ１におけるビーコンヘッド８に対する相対位置関係（式（２））を用いて自車位置を特定するので、不正な受信開始時点ｔ１を用いた自車位置の特定が行われるのを防止でき、この点で、自車位置の特定精度を向上することができる。
【００８３】
〔受信終了時点の特定方法〕
上記位置特定部３１の処理では、２種類の遮蔽部材４２，４３で入射角度θが絞られたダウンリンク光ＤＯの受信開始時点ｔ１だけでなく、そのダウンリンク光ＤＯの受信終了時点ｔ２を車載コンピュータ２６において特定する必要があるが、この受信終了時点ｔ２については、受光素子１９の受光強度によって特定することができる。
図１１は、制限部材４１が２種類の遮蔽部材４２，４３で構成されている場合の、受光素子１９の車両進行方向位置と受光強度との関係を示すグラフの一例である。
【００８４】
この図１１に示すように、受光素子１９の受光強度は、ダウンリンク光ＤＯの受信開始位置において急激に上昇し、その後、最大値を経て、ビーコン直下に至る手前で急激に下降し、受光強度が０に戻る。
そこで、車載コンピュータ２６において、受光強度が急激に上昇した時点を、各遮蔽部材４２，４３が入射を許容するダウンリンク光ＤＯの受信開始時点ｔ１として特定するとともに、受光強度が０に戻った時点を、ダウンリンク光ＤＯの受信終了時点ｔ２として特定することができる。
【００８５】
〔ピッチ方向の傾きによる補正処理〕
ところで、実際の道路Ｒを走行中の車両Ｃは、道路の凹凸状態、荷物や搭乗者の荷重及び加減速の状況等により、必ずしも道路Ｒの走行面と平行には走行しておらず、約±５度の変動範囲でピッチ方向の傾きを動的に変化させながら道路Ｒを走行している。
このため、車両Ｃに搭載された遮蔽部材４２に生じるピッチ方向の傾きの変化を考慮しないと、位置特定部３１が特定する自車位置にも誤差が生じることになる。
【００８６】
図１２は、ピッチ方向の傾きを考慮した自車位置の特定方法を示す作用説明図である。
図１２に示すように、ここでの車両Ｃには、アップリンク領域ＵＡへの突入時に、前下がりのピッチ方向の傾きφが生じているものとする。
この場合、車両Ｃに搭載されている第１の遮蔽部材４２は、車両Ｃが水平方向に走行している場合に比べて、ピッチ方向の傾きφ分だけ前下がりに傾斜しているので、第１の遮蔽部材４２が入射を許容するダウンリンク光ＤＯの受信開始時点の入射角度θは、第１の遮蔽部材４２に予め設定された制限角度αに対して、ピッチ方向の傾きφ（前上がりの場合は負の数）の分だけ加えたものとなる。
【００８７】
従って、図１２示すように、ダウンリンク光ＤＯの受信開始時点における車両Ｃ側の受光素子１９は、第１の遮蔽部材４２の制限角度αに傾きφを加えた角度に対応する正接相当の距離Ｌ３だけ、ビーコンヘッド８の直下位置より上流側に位置する。
すなわち、図１２において、ビーコンヘッド８の直下位置から受光素子１９までの距離をＬ３、ビーコンヘッド８の設置高さをＨ０、受光素子１９の設置高さをＨ１とすると、次の式（５）が成立する。
Ｌ３＝（Ｈ０−Ｈ１）×ｔａｎ（９０−α−φ） ……（５）
【００８８】
そこで、本実施形態の位置特定部３１は、前記傾き検出器３３からピッチ方向の傾きφを常時取得しており、ダウンリンク光ＤＯの受光開始時点での傾きφを上記式（５）に代入することにより、ダウンリンク光ＤＯの受信開始時点におけるビーコンヘッド８に対する距離Ｌ３を求め、この距離Ｌ３に基づいて車両Ｃの自車位置を特定する。
このように、本実施形態の位置特定部３１は、第１の遮蔽部材４２が入射を許容するダウンリンク光ＤＯの受信開始時点におけるビーコンヘッド８に対する相対位置関係を、その受信開始時点におけるたピッチ方向の傾きφによって補正するので、距離Ｌ３の把握が正確になり、自車位置の特定精度を向上することができる。
【００８９】
なお、本実施形態の位置特定部３１は、図示は省略するが、上記と同様の方法で、第２の遮蔽部材４３が入射を許容したダウンリンク光ＤＯの受信終了時点におけるビーコンヘッド８に対する相対位置関係を、その受信終了時点におけるピッチ方向の傾きφによって補正することもできる。
すなわち、本実施形態の位置特定部３１において、ダウンリンク光ＤＯの受光終了時点での傾きφを次の式（６）に代入して、ダウンリンク光ＤＯの受信終了時点でのビーコンヘッド８に対する距離Ｌ４を求めることにより、ダウンリンク光ＤＯの受信終了時点でのビーコンヘッド８に対する相対位置関係（前記式（３）の距離Ｌ２）を補正することができる。
Ｌ４＝（Ｈ０−Ｈ１）×ｔａｎ（９０−β−φ） ……（６）
【００９０】
〔その他の変形例〕
これまで開示した実施形態はすべて例示であって制限的なものではない。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲の構成と均等の範囲内のすべての変更が本発明に含まれる。
【００９１】
例えば、上記実施形態では、制限部材４１を板状の遮蔽部材４２，４３で構成しているが、当該制限部材４１を、所定範囲内の入射角度の光だけを透過する性質を有するルーバーフィルムで構成することもできる。このルーバーフィルムの場合には、受光素子１９の表面に貼り付けるだけで入射制限効果を発揮するので、制限部材４１を簡単に製作及び設置できるという利点がある。
また、上記実施形態において、車載コンピュータ２６の各機能部３０，３１を、車両Ｃの電子制御装置（ＥＣＵ）２２に組み込むこともできる。
【図面の簡単な説明】
【００９２】
【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】光ビーコンの規格上の通信領域を示すための道路の側面図である。
【図４】車載装置とこの車載装置が搭載された車両の概略構成図である。
【図５】路車間通信の手順とデータ内容を示す概念図である。
【図６】制限部材の構成例を示す側面図である。
【図７】制限部材の作用説明図であり、（ａ）ははみ出し領域への突入時、（ｂ）はアップリンク領域への突入時、（ｃ）はアップリンク領域の通過中をそれぞれ示している。
【図８】受光素子の車両進行方向位置と受光強度との関係を示すグラフである。
【図９】制限部材の変形例を示す側面図である。
【図１０】２種類の遮蔽部材よりなる制限部材の作用説明図であり、（ａ）は規格領域への突入時、（ｂ）は規格領域からの退出時をそれぞれ示している。
【図１１】受光素子の車両進行方向位置と受光強度との関係を示すグラフである。
【図１２】ピッチ方向の傾きを考慮した自車位置の特定方法を示す作用説明図である。
【図１３】車両の傾きの検出原理を示す説明図である。
【図１４】はみ出し領域の課題を示すための道路の側面図である。
【符号の説明】
【００９３】
４ 光ビーコン
７ ビーコン制御機
８ ビーコンヘッド
１０ 発光素子（ビーコン側）
１１ 受光素子（ビーコン側）
１８ 発光素子（車両側）
１９ 受光素子（車両側）
３０ 通信制御部
３１ 位置特定部
３３ 傾き検出器（傾き検出部）
３４ 第１のダウンリンク情報
３５ アップリンク情報
３６ 第２のダウンリンク情報
４１ 制限部材
４２ 第１の遮蔽部材
４３ 第２の遮蔽部材
Ａ 通信領域
Ｃ 車両
Ｒ 道路
ＩＡ 照射領域
ＵＡ アップリンク領域
ＤＡ ダウンリンク領域
ＲＡ はみ出し領域
ＵＯ アップリンク光
ＤＯ ダウンリンク光
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ビーコンのビーコンヘッドとの間で、光信号による双方向通信を行う車両の車載装置であって、
前記ビーコンヘッドが道路に向けて照射するダウンリンク光を受光する受光素子と、
前記道路に対する実際の前記ダウンリンク光の照射領域のうちでその上流側部分に照射される当該ダウンリンク光が前記受光素子に入射するのを制限する制限部材とを備えていることを特徴とする車載装置。
【請求項２】
前記制限部材は、前記受光素子の前方に配置された遮蔽部材よりなり、
前記遮蔽部材は、前記受光素子に対する入射角度が所定値以上である前記ダウンリンク光の入射を許容し、その入射角度が所定値未満の前記ダウンリンク光を遮蔽する構造を有する請求項１に記載の車載装置。
【請求項３】
前記ビーコンヘッドに向けてアップリンク光を照射する発光素子と、
前記遮蔽部材が入射を許容する前記ダウンリンク光の受信開始を契機として、前記発光素子に前記アップリンク光を照射させる通信制御部とを備えている請求項２に記載の車載装置。
【請求項４】
前記遮蔽部材が入射を許容する前記ダウンリンク光の受信開始時点における前記ビーコンヘッドに対する相対位置関係に基づいて、前記車両の自車位置を特定する位置特定部を備えている請求項２又は３に記載の車載装置。
【請求項５】
前記制限部材は、前記遮蔽部材の他に更に第２の遮蔽部材を有しており、
前記第２の遮蔽部材は、前記道路に対する実際の前記ダウンリンク光の照射領域のうちでその下流側部分に照射される前記ダウンリンク光が前記受光素子に入射するのを遮蔽する請求項２に記載の車載装置。
【請求項６】
前記第２の遮蔽部材は、前記車両の搭乗室内に入射した前記ダウンリンク光の乱反射光が前記受光素子に入射しないように、当該受光素子の上方を覆う形状に形成されている請求項５に記載の車載装置。
【請求項７】
２種類の前記遮蔽部材の双方が入射を許容する前記ダウンリンク光の受信開始時点及び受信終了時点における前記ビーコンヘッドに対する相対位置関係に基づいて、前記車両の自車位置を特定する位置特定部を備えている請求項５又は６に記載の車載装置。
【請求項８】
前記車両のピッチ方向の傾きを検出する傾き検出部を更に備えており、
前記位置特定部は、前記遮蔽部材が入射を許容する前記ダウンリンク光の受信開始時点又は受信終了時点若しくはこれら双方の時点における前記ビーコンヘッドに対する相対位置関係を、検出された前記ピッチ方向の傾きによって補正する請求項４又は７に記載の車載装置。
【請求項９】
道路を走行する車両の車載装置と、ビーコンヘッドを有する光ビーコンとを備え、前記車載装置と前記ビーコンヘッドとの間で光信号による双方向通信を行う路車間通信システムであって、
前記車載装置は、
前記ビーコンヘッドが前記道路に向けて照射するダウンリンク光を受光する受光素子と、
前記道路に対する実際の前記ダウンリンク光の照射領域のうちでその上流側部分に照射される当該ダウンリンク光が前記受光素子に入射するのを制限する制限部材とを有することを特徴とする路車間通信システム。
【請求項１０】
道路を走行する車両の車載装置と、光ビーコンのビーコンヘッドとの間でダウンリンク光とアップリンク光よりなる光信号による双方向通信を行う路車間通信方法であって、
前記道路に対する実際の前記ダウンリンク光の照射領域のうちでその上流側部分に照射される当該ダウンリンク光の入射を制限し、この制限をクリアした当該ダウンリンク光を用いて前記双方向通信を行うことを特徴とする路車間通信方法。
【請求項１】
光ビーコンのビーコンヘッドとの間で、光信号による双方向通信を行う車両の車載装置であって、
前記ビーコンヘッドが道路に向けて照射するダウンリンク光を受光する受光素子と、
前記道路に対する実際の前記ダウンリンク光の照射領域のうちでその上流側部分に照射される当該ダウンリンク光が前記受光素子に入射するのを制限する制限部材とを備えていることを特徴とする車載装置。
【請求項２】
前記制限部材は、前記受光素子の前方に配置された遮蔽部材よりなり、
前記遮蔽部材は、前記受光素子に対する入射角度が所定値以上である前記ダウンリンク光の入射を許容し、その入射角度が所定値未満の前記ダウンリンク光を遮蔽する構造を有する請求項１に記載の車載装置。
【請求項３】
前記ビーコンヘッドに向けてアップリンク光を照射する発光素子と、
前記遮蔽部材が入射を許容する前記ダウンリンク光の受信開始を契機として、前記発光素子に前記アップリンク光を照射させる通信制御部とを備えている請求項２に記載の車載装置。
【請求項４】
前記遮蔽部材が入射を許容する前記ダウンリンク光の受信開始時点における前記ビーコンヘッドに対する相対位置関係に基づいて、前記車両の自車位置を特定する位置特定部を備えている請求項２又は３に記載の車載装置。
【請求項５】
前記制限部材は、前記遮蔽部材の他に更に第２の遮蔽部材を有しており、
前記第２の遮蔽部材は、前記道路に対する実際の前記ダウンリンク光の照射領域のうちでその下流側部分に照射される前記ダウンリンク光が前記受光素子に入射するのを遮蔽する請求項２に記載の車載装置。
【請求項６】
前記第２の遮蔽部材は、前記車両の搭乗室内に入射した前記ダウンリンク光の乱反射光が前記受光素子に入射しないように、当該受光素子の上方を覆う形状に形成されている請求項５に記載の車載装置。
【請求項７】
２種類の前記遮蔽部材の双方が入射を許容する前記ダウンリンク光の受信開始時点及び受信終了時点における前記ビーコンヘッドに対する相対位置関係に基づいて、前記車両の自車位置を特定する位置特定部を備えている請求項５又は６に記載の車載装置。
【請求項８】
前記車両のピッチ方向の傾きを検出する傾き検出部を更に備えており、
前記位置特定部は、前記遮蔽部材が入射を許容する前記ダウンリンク光の受信開始時点又は受信終了時点若しくはこれら双方の時点における前記ビーコンヘッドに対する相対位置関係を、検出された前記ピッチ方向の傾きによって補正する請求項４又は７に記載の車載装置。
【請求項９】
道路を走行する車両の車載装置と、ビーコンヘッドを有する光ビーコンとを備え、前記車載装置と前記ビーコンヘッドとの間で光信号による双方向通信を行う路車間通信システムであって、
前記車載装置は、
前記ビーコンヘッドが前記道路に向けて照射するダウンリンク光を受光する受光素子と、
前記道路に対する実際の前記ダウンリンク光の照射領域のうちでその上流側部分に照射される当該ダウンリンク光が前記受光素子に入射するのを制限する制限部材とを有することを特徴とする路車間通信システム。
【請求項１０】
道路を走行する車両の車載装置と、光ビーコンのビーコンヘッドとの間でダウンリンク光とアップリンク光よりなる光信号による双方向通信を行う路車間通信方法であって、
前記道路に対する実際の前記ダウンリンク光の照射領域のうちでその上流側部分に照射される当該ダウンリンク光の入射を制限し、この制限をクリアした当該ダウンリンク光を用いて前記双方向通信を行うことを特徴とする路車間通信方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２０１０−２６８９７（Ｐ２０１０−２６８９７Ａ）
【公開日】平成２２年２月４日（２０１０．２．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１８９４４８（Ｐ２００８−１８９４４８）
【出願日】平成２０年７月２３日（２００８．７．２３）
【出願人】（０００００２１３０）住友電気工業株式会社 (12,747)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年２月４日（２０１０．２．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年７月２３日（２００８．７．２３）
【出願人】（０００００２１３０）住友電気工業株式会社 (12,747)
【Ｆターム（参考）】
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