駆動制御装置、受信装置及び駆動制御方法
【課題】光空間伝送における伝送距離を長くすること。
【解決手段】光空間伝送を行う通信装置の送信制御部３１では、拡散部１２０によって、送信データ信号が所定の拡散符号系列で直接スペクトラム拡散変調され、パルス変換部１３０によって、拡散変調信号が拡散符号系列に同期したパルス信号に変換され、発光制御部１４０によって、このパルス信号に応じたパターンの通信電流Ｉｂが、信号灯器１０のＬＥＤ部１２に供給される。つまり、ＬＥＤ部１２には、灯器駆動部２０によって供給される信号を現示するための灯器電流Ｉａに、この通信電流Ｉｂが重畳されて供給される。
【解決手段】光空間伝送を行う通信装置の送信制御部３１では、拡散部１２０によって、送信データ信号が所定の拡散符号系列で直接スペクトラム拡散変調され、パルス変換部１３０によって、拡散変調信号が拡散符号系列に同期したパルス信号に変換され、発光制御部１４０によって、このパルス信号に応じたパターンの通信電流Ｉｂが、信号灯器１０のＬＥＤ部１２に供給される。つまり、ＬＥＤ部１２には、灯器駆動部２０によって供給される信号を現示するための灯器電流Ｉａに、この通信電流Ｉｂが重畳されて供給される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄道又は交通用のＬＥＤ式信号灯器の駆動制御装置等に関する。
【背景技術】
【０００２】
通信用の光信号を空間に伝搬させる光空間伝送の技術として、通信データを符号化したデジタルデータの各ビットを、光信号のオン／オフに変換して送信する方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平６−２５２８６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
光空間伝送における伝送距離は、発光源の発光強度によって決まる。発光源としては主にＬＥＤ（発光ダイオード）が利用されるが、このＬＥＤには定格電流が定められているため発光強度に上限があり、その結果、伝送距離が制限されることになる。本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、光空間伝送における伝送距離を長くすることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するための第１の形態は、
鉄道又は交通用のＬＥＤ式信号灯器の駆動制御装置（例えば、図１の通信装置３０及び灯器駆動部２０）であって、
前記ＬＥＤ式信号灯器のＬＥＤ部に信号を現示させるための電源電力として、電流が前記ＬＥＤ部の定格電流以下の電力を供給する電源電力供給手段（例えば、図３の灯器駆動部２０）と、
電流が前記ＬＥＤ部のピーク定格電流以下で且つ前記定格電流を超えるパルス波であって、デューティ比が当該ピーク定格電流の使用条件に沿ったデューティ比以下で、且つ、デューティ比とビットレートとの関係が滅灯時にも肉眼で視認不可能な関係に定められたパルス波の電力を前記ＬＥＤ部に印加することで、所与の通信データを搬送する光学的信号を前記ＬＥＤ部に発信させるパルス波印加手段（例えば、図３の送信制御部３１）と、
を備える駆動制御装置である。
【０００６】
また、他の形態として、
鉄道又は交通用のＬＥＤ式信号灯器の駆動制御方法であって、
電流が前記ＬＥＤ式信号灯器のＬＥＤ部の定格電流を超え且つピーク定格電流以下のパルス波であって、デューティ比が当該ピーク定格電流の使用条件に沿ったデューティ比以下で、且つ、デューティ比とビットレートとの関係が滅灯時にも肉眼で視認不可能な関係に定められたパルス波の電力を前記ＬＥＤ部に印加することで、所与の通信データを搬送する光学的信号を前記ＬＥＤ部に発信させるステップを含む駆動制御方法を構成しても良い。
【０００７】
この第１の形態等によれば、既設の鉄道又は信号用のＬＥＤ式信号灯器を利用して、光学的信号によるデータ通信（光空間通信）が行えるようになる。すなわち、ＬＥＤ式信号灯器のＬＥＤ部には、信号を現示させるための電源電力が供給されるとともに、パルス波の電力がＬＥＤ部に印加されて所与の通信データを搬送する光学的信号がＬＥＤ部から発信される。つまり、ＬＥＤ式信号灯器は、信号を現示しつつ、通信データを搬送する光学的信号を発信することとなる。
【０００８】
このとき、信号を現示させるための電源電力は、電流がＬＥＤ部の定格電流以下の電力である。一方、光学的信号を発信させるための電力は、電流がＬＥＤ部のピーク電流以下で且つ定格電流を超えるパルス波であって、デューティ比がピーク定格電流の使用条件に沿ったデューティ比以下のパルス波の電力である。このように、パルス波を印加することで、通信データの１ビット当たりの発光時間を短くしてＬＥＤ部に流れる電流を定格電流以上とすることができ、その結果、ＬＥＤ部から送信される光学的信号の送信距離を長くすることができる。また、ＬＥＤ部から発信される光学的信号は可視光となるが、パルス波はデューティ比とビットレートとの関係が滅灯時にも肉眼で視認不可能な関係に定められているため、ＬＥＤ式信号灯器における信号現示に影響を与えない。
【０００９】
第２の形態は、
複数のＬＥＤ部を有する信号鉄道又は交通用のＬＥＤ式信号灯器の駆動制御装置であって、
前記複数のＬＥＤ部のうち現示させるＬＥＤ部を選択する選択手段と、
前記選択手段により選択されたＬＥＤ部に電源電力を供給する電源電力供給手段と、
前記選択手段により選択されたＬＥＤ部に、前記電源電力に重畳させて、光学的信号を発信させるためのパルス波の電力を印加するパルス波印加手段と、
を備える駆動制御装置である。
【００１０】
また、他の形態として、
複数のＬＥＤ部を有する信号鉄道又は交通用のＬＥＤ式信号灯器の駆動制御方法であって、
前記複数のＬＥＤ部のうち現示させるＬＥＤ部を選択する選択ステップと、
前記選択されたＬＥＤ部に電源電力を供給する電源電力供給ステップと、
前記選択されたＬＥＤ部に、前記電源電力に重畳させて、光学的信号を発信させるためのパルス波の電力を印加するパルス波印加ステップと、
を含む駆動制御方法を構成しても良い。
【００１１】
この第２の形態等によれば、複数のＬＥＤ部を有する鉄道又は交通用のＬＥＤ式信号灯器を利用して、光学的信号によるデータ通信（光空間通信）が行えるようになる。すなわち、ＬＥＤ式信号灯器が有する複数のＬＥＤ部のうち、信号を現示させるとして選択されたＬＥＤ部には、信号を現示させるための電源電力が供給されるとともに、この電源電力に重畳させて光学的信号を発信させるためのパルス波の電力が印加される。これにより、ＬＥＤ式信号灯器に信号を現示しつつ、通信データを搬送する光学的信号を発信させることが可能となる。
【００１２】
また、第３の形態として、第１又は第２の形態の駆動制御装置であって、
前記電源電力供給手段は、商用電源を整流して前記電源電力を生成し、
前記パルス波印加手段は、前記商用電源の周波数より高い周期のビットレートでなるパルス波を前記ＬＥＤ部に印加する、
駆動制御装置を構成しても良い。
【００１３】
この第３の形態によれば、ＬＥＤ式信号灯器のＬＥＤ部に信号を現示させるための電源電力は商用電源を整流して生成され、通信データを搬送するための光学的信号を発信させるための電力として、この商用電源の周波数より高い周期のビットレートでなるパルス波の電力がＬＥＤ部に印加される。
【００１４】
また、第４の形態として、第１〜第３の何れかの形態の駆動制御装置であって、
前記パルス波印加手段は、１００ｋｂｐｓ以下のビットレートでなるパルス波を前記ＬＥＤ部に印加する、
駆動制御装置を構成しても良い。
【００１５】
この第４の形態によれば、通信データを搬送する光学的信号を発信させるための電力として、１００ｋｂｐｓ以下のビットレートでなるパルス波がＬＥＤ部に印加される。
【００１６】
また、第５の形態として、第１〜第４の何れかの形態の駆動制御装置であって、
送信データを所与の拡散符号系列で直接スペクトラム拡散変調して通信データを生成する通信データ生成手段（例えば、図３の拡散部１２０）を更に備え、
前記パルス波印加手段は、前記拡散符号系列のチップレートを前記ビットレートとするパルス波を前記ＬＥＤ部に印加する、
駆動制御装置を構成しても良い。
【００１７】
この第５の形態によれば、送信データを所与の拡散符号系列で直接スペクトラム拡散変調して通信データが生成され、この通信データを搬送する光学的信号を発信させるための電力として、拡散符号系列のチップレートをビットレートとするパルス波がＬＥＤ部に印加される。
【００１８】
また、第６の形態として、第１〜第５の何れかの形態の駆動制御装置により駆動されたＬＥＤ式信号灯器の発光信号を受光する受光手段（例えば、図５の受光素子２１０）と、
前記受光された光信号を電気信号に変換する光電変換手段（例えば、図５の受光素子２１０）と、
前記変換された電気信号から前記通信データを復元する復元手段（例えば、図５のデータ復旧部２３０）と、
を備えた受信装置（例えば、図５の受信制御部３２）を構成しても良い。
【００１９】
この第６の形態によれば、第１〜第５の何れかの形態の駆動制御部により駆動されたＬＥＤ式信号灯器の発光信号を受信して通信データに復元することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】無線通信システムの設置例。
【図２】通信装置の内部構成図。
【図３】送信制御部の内部構成図。
【図４】信号灯器のＬＥＤ部に供給される電流波形。
【図５】受信制御部の内部構成図。
【図６】通信装置の動作を説明するタイムチャート。
【図７】送信制御部の他の構成例。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。なお、以下では、本発明を交通用のＬＥＤ式信号灯器に適用した場合を説明するが、本発明の適用可能な実施形態がこれに限定されるものではない。
【００２２】
［構成］
図１は、本実施形態における無線通信システムの設置例を示す図である。この無線通信システムは、例えば隣接交差点間の無線通信に用いられ、交差点毎に設置された複数の通信装置３０を備えて構成される。通信装置３０は、交差点における交通信号の制御などを行う制御装置（いわゆる交通信号制御機）に内蔵或いは別途設置され、該制御装置の制御のもと、光通信方式のデータ通信を行う。図１においては、通信装置３０は制御装置内に設けられることとし、当該交差点に１台設置されているとして図示しているが、当該交差点の各ＬＥＤ式信号灯器１０近傍にそれぞれ設置することとしても良い。また、この通信装置３０は、図２に示すように、送信制御部３１と、受信制御部３２とを有する。
【００２３】
送信制御部３１は、入力される送信データに基づいてＬＥＤ式信号灯器１０に光学的信号を発信させるためのパルス波の信号（パルス信号）を生成し、このパルス信号の電力を信号灯器１０に印加する。図３は、送信制御部３１のブロック図である。図３に示すように、送信制御部３１は、クロック生成部１１０と、拡散部１２０と、パルス変換部１３０と、発光制御部１４０とを有する。
【００２４】
クロック生成部１１０は、周期が同じで位相が異なる２種類のクロック信号φ１，φ２を生成する。
【００２５】
拡散部１２０は、拡散符号発生器１２１と、乗算器１２２とを有し、１ビットのｎｒｚ信号として入力された送信データの信号（送信データ信号）を、所定の拡散符号系列（例えば、ＰＮ符号系列）で直接スペクトラム拡散変調する。拡散符号発生器１２１は、クロック信号φ１に同期した拡散符号系列を発生する。ここで発生する拡散符号系列は、例えば、光通信を行う交差点間の通信装置３０の組合せ毎に定められた符号配列のものとする。乗算器１２２は、入力された送信データ信号と拡散符号発生器１２１により発生された拡散符号系列とを乗算（合成）し、送信データ信号を直接スペクトラム拡散変調した拡散変調信号を生成する。
【００２６】
パルス変換部１３０は、ＡＮＤゲート１３１と、パルス幅整形部１３２とを有し、拡散変調信号をパルス信号に変換する。ＡＮＤゲート１３１は、乗算器１２２による拡散変調信号とクロック信号φ２との論理和を演算する。これにより、ＮＲＺ信号である拡散変調信号が、クロック信号φ２に同期したパルス信号に変換される。パルス幅整形部１３２は、ＡＮＤゲート１３１から出力されるパルス信号のパルス幅を所定幅とし、デューティ比を所定値とする波形整形を行う。パルス幅とデューティ比については、図４を参照して後述する。
【００２７】
発光制御部１４０は、パルス変換部１３０から入力されるパルス信号（発光制御信号）に従って、光通信用の発光素子の発光を制御して光学的信号を発信させる。本実施形態では、この光通信用の発光素子として、ＬＥＤ式信号灯器１０が有するＬＥＤ部１２を利用する。ＬＥＤ式信号灯器１０は、交差点に設置されて交通信号現示を表示するものであり、各色（例えば、車両用では、赤、青及び黄の三色）のＬＥＤ部１２を有する。この複数のＬＥＤ部１２のうち、何れか一つを、光通信用の発光素子として利用する。
【００２８】
発光制御部１４０は、通信用ＤＣ電源１４１と、発光切替スイッチ１４２と、抵抗１４３と、逆流防止用ダイオード１４４とを有する。
【００２９】
通信用ＤＣ電源１４１は、発光切替スイッチ１４２、抵抗１４３及び逆流防止用ダイオード１４４を介して、ＬＥＤ式信号灯器１０のＬＥＤ部１２に光通信用の電力を印加する。この通信用ＤＣ電源１４１は、該通信用ＤＣ電源１４１からの電力によってＬＥＤ部１２の各ＬＥＤに供給される通信電流Ｉａが、該ＬＥＤの定格電流を超え且つピーク定格電流を超えないように設計されている。
【００３０】
発光切替スイッチ１４２は、発光制御信号（パルス信号）に従ってそのスイッチング動作（オン／オフ）が制御されるスイッチング素子である。すなわち、発光切替スイッチ１４２がオンのときに、通信用ＤＣ電源１４１からの供給電力がＬＥＤ部１２に印加されることとなるが、発光制御信号はパルス信号であってそのオン時間が短時間であるため、ＬＥＤ部１２に電力が印加されるのは極めて短い時間である。つまり、ＬＥＤ部１２に印加される電力はパルス信号である発光制御信号に応じたパルス状の電力であり、従って、ＬＥＤ部１２に供給される通信電流Ｉａはパルス状の電流となる。この電力によって、ＬＥＤ部１２は高強度に発光する。
【００３１】
灯器駆動部２０は、ＬＥＤ式信号灯器１０における各ＬＥＤ部１２を駆動して所定の信号現示を表示させるものであり、灯器用ＤＣ電源２１と、灯色切替スイッチ２２と、抵抗２３及び逆流防止用ダイオード２４とを有する。
【００３２】
灯器用ＤＣ電源２１は、商用電源を整流した脈流電力を供給する。この灯器用ＤＣ電源２１からの脈流電力は、灯色切替スイッチ２２、抵抗２３及び逆流防止用ダイオード２４を介して、信号灯器１０の各ＬＥＤ部１２に印加される。ここで、灯器用ＤＣ電源２１は、該灯器用ＤＣ電源２１からの脈動電力によってＬＥＤ部１２に供給される灯器電流Ｉａが、ＬＥＤ部１２の各ＬＥＤの定格電流を超えないように設計されている。
【００３３】
灯色切替スイッチ２２は、所定の現示信号（不図示）に従ってそのスイッチング動作（オン／オフ）が制御されるスイッチング素子である。すなわち、灯色切替スイッチ２２がオンのときには、灯器用ＤＣ電源２１からの脈流電力がＬＥＤ部１２に印加され、該脈流電力に応じた灯器電流ＩａがＬＥＤ部１２に供給される。
【００３４】
図４は、信号灯器１０の各ＬＥＤへの供給電流の一例を示す図である。図４に示すように、ＬＥＤ部１２への供給電流は、灯器用ＤＣ電源２１による灯器電流Ｉａに、通信用ＤＣ電源１４１による通信電流Ｉｂが重畳された電流となる。灯器電流Ｉａは、商用電源の周波数で脈動する波形となっている。
【００３５】
また、通信電流Ｉｂは、灯器電流Ｉａの周波数（すなわち、商用電源の周波数）より高い周波数のパルス状の波形となっている。この通信電流Ｉｂのパルス間隔は、拡散符号系列のチップレートによって決まる。具体的には、通信電流Ｉｂの周波数は、灯器電流Ｉａの周波数の１０〜１０００倍程度とする。例えば、１００倍とした場合、商用電源の周波数を５０Ｈｚ又は６０Ｈｚとすると、通信電流Ｉｂの周波数は５〜６ｋＨｚ程度となる。
【００３６】
また、通信電流Ｉｂのパルス幅（すなわち、デューティ比）は、ＬＥＤ部１２における通信電流Ｉｂによる発光が人間の肉眼では認識できない程度に短い時間とする。この通信電流Ｉｂのパルス幅は、パルス変換部１３０によって調整される。具体的には、通信電流Ｉｂのデューティ比は１／１００程度とする。この場合、通信データの１ビット幅を１ｍｓとすると、通信電流Ｉｂのパルス幅は１０μｓとなる。なお、通信電流Ｉｂのパルス幅には、発光切替スイッチ１４２の性能（スイッチング速度）によって決まる下限がある。
【００３７】
また、通信電流Ｉｂの振幅（大きさ）は灯器電流Ｉａの振幅よりも大きい。これは、灯器用ＤＣ電源２１が基本的には定電圧であり（実際には脈動しているが）、灯器電流ＩａがＬＥＤ部１２の各ＬＥＤの定格電流を超えないように設計されているのに対して、通信電流Ｉｂは、デューティ比が小さいパルス電流であるため、ＬＥＤの定格電流を超える電流を流すことができるためである。但し、通信電流Ｉｂは、瞬時に流せる最大電流であるピーク定格電流以下となる。具体的には、例えば、灯器電流Ｉａの大きさは「２０ｍＡ」程度であり、通信電流Ｉｂの大きさは「１Ａ」程度である。
【００３８】
このように、送信制御部３１では、通信データをデューティ比が小さいパルス信号に変換することで、ＬＥＤ部１２に供給する通信電流Ｉｂを大きくして発光強度を高めることで、光信号として伝送できる距離を長くすることができる。
【００３９】
受信制御部３２は、他の通信装置３０からの光信号を受信し、もとの送信データに復元して受信データとする。図５は、受信制御部３２の内部構成図である。図５に示すように、受信制御部３２は、受光素子２１０と、フィルタ回路部２２０と、データ復旧部２３０と、逆拡散部２４０とを有する。
【００４０】
受光素子２１０は、受信した光信号を電気信号に変換する光電変換素子であり、入射光の光量に応じた電流を発生する。この受光素子２１０を有する受光部は、受信する光信号の発信元、すなわち隣接交差点の信号灯器１０に向けられて配置される。従って、この受信部は、通信装置３０内でなく、例えば信号灯器１０が備え付けられた柱の上部に、通信相手となる隣接交差点の信号灯器１０に向けて設置されるとしても良い。
【００４１】
フィルタ回路部２２０は、受光素子２１０にて光電変換された受信信号（電気信号）に含まれる低周波成分を遮断する。このフィルタ回路部２２０は、オペアンプ２２１と、抵抗Ｒｆ，Ｒｂと、ＬＰＦ２２２と、飽和防止用のショットキーダイオード２２３とを有して構成され、フィルタ回路部２２０では、オペアンプ２２１の出力をＬＰＦ２２２を介してフィードバックすることで、入力信号に含まれる低周波成分を除去するように構成されている。
【００４２】
データ復旧部２３０は、ビット復旧カウンタ２３１と、ＯＲゲート２３２と、Ｄ−ＦＦ２３３と、波形整形部２３４を有し、ＲＺ信号である受信信号をもとのＮＲＺ信号である通信データ信号に変換（復旧）する。
【００４３】
ビット復旧カウンタ２３１は、通信データ信号の１ビット幅（すなわち、拡散符号系列の１ビット幅）に相当する時間に設定されており、不図示のクロック信号に同期してカウントアップしたカウント値が設定値に達すると、タイムアップ信号を出力する。また、このビット復旧カウンタ２３１には、リセット信号としてＯＲゲート２３２の出力信号が入力される。ＯＲゲート２３２には、フィルタ回路部２２０を通した受信信号と、ビット復旧カウンタ２３１からのカウントアップ信号とが入力される。つまり、ビット復旧カウンタ２３１は、受信信号のパルスが入力された場合、或いは、該ビット復旧カウンタ２３１のカウント値が設定値に達した（タイムアップとなった）場合にリセットされる。
【００４４】
Ｄ−ＦＦ２３３のデータ端子Ｄには、常時「Ｈ」レベルの信号が入力され、クロック端子ＣＬには、フィルタ回路部２２０を通した受信信号が入力され、リセット端子Ｒには、ビット復旧カウンタ２３１からのタイムアップ信号が入力される。つまり、Ｄ−ＦＦ２３３は、データ端子Ｄに受信信号のパルスが入力されると出力信号Ｑを「Ｈ」レベルとし、リセット端子Ｒにビット復旧カウンタ２３１からのタイムアップ信号が入力されると出力信号Ｑをリセットして「Ｌ」レベルとする。このＤ−ＦＦ２３３の出力端子Ｑからの出力信号が、ＲＺ信号である受信信号を、もとのＮＲＺ信号に復旧した信号（復旧信号）となる。
【００４５】
波形整形部２３４は、データ復旧部２３０によって復旧された信号（復旧信号）に対する波形整形を行う。この波形整形部２３４からの信号が、復旧受信信号となる。
【００４６】
逆拡散部２４０は、波形整形部２３４からの復旧受信信号に対する逆拡散を行って、送信データ信号を復調する。この逆拡散部２４０は、クロックジェネレータ２４１と、拡散符号発生器２４２と、乗算器２４３と、積分器２４４と、比較器２４５とを有する。
【００４７】
クロックジェネレータ２４１は、当該通信装置３０の内部で生成される内部基準クロックをもとに、拡散符号クロックを生成する。また、クロックジェネレータ２４１は、比較器２４５により非同期と判定されたときには、同期と判定されるまで、拡散符号クロックの生成タイミングを少しずつずらし、復旧受信信号に同期させた拡散符号クロックを生成する。
【００４８】
拡散符号発生器２４２は、クロックジェネレータ２４１によって生成された拡散符号クロックに同期した基準符号系列を生成する。ここで生成される基準符号系列は、受信しようとする通信装置３０との組合せに割り当てられた拡散符号系列と同じものである。乗算器２４３は、波形整形部２３４からの復旧受信信号と、拡散符号発生器２４２によって発生された基準符号系列とを乗算（合成）して相関値を算出する。
【００４９】
積分器２４４は、乗算器２４３によって算出された相関値を、基準符号系列の１符号周期に亘って積算する。比較器２４５は、積分器２４４によって算出された積算値と所定の相関閾値とを比較して、復旧受信信号と基準符号系列とが同期しているか否かを判定する。そして、同期していると判定したならば、積分器２４４による積算値の正負に基づき、送信データ信号を復調する。
【００５０】
［タイムチャート］
図６は、通信装置３０における送受信動作を説明するタイムチャートである。図６では、横方向を時間軸として、上から順に、送信側の通信装置３０の送信制御部３１における信号波形として、送信データ信号、拡散変調に用いられる拡散符号系列、拡散変調信号、クロック生成部１１０からのクロックφ１，φ２、ＬＥＤ部１２から送信される光信号（送信波）を示し、更に、受信側の通信装置３０における信号波として、フィルタ回路部２２０を通した受信信号、ビット復旧カウンタ２３１のカウント値、データ復旧部２３０による復旧受信信号、逆拡散部２４０により復調された送信データ信号を示している。
【００５１】
図６に示すように、先ず、送信側の通信装置３０の送信制御部３１においては、送信データ信号に拡散符号系列を乗算することで拡散変調され、拡散変調信号が生成される。次いで、この拡散変調信号とクロックφ２とが乗算され、クロックφ２に同期したパルス信号が生成される。ここで生成されるパルス信号は、拡散変調信号が「１（Ｈ）」のときにパルス“有り”、「０（Ｌ）」のときにはパルス“無し”の信号が生成される。そして、このパルス信号が波形整形部２３４によって波形整形されることで、パルス幅が小さい（すなわち、デューティ比が小さい）発光制御信号とされ、この発光制御信号のパターンで発光する光信号が送信される。
【００５２】
そして、受信側の通信装置３０の受信制御部３２においては、受光素子２１０にて受光されて電気信号に変換された受信信号が、フィルタ回路部２２０を通すことで太陽光等による低周波成分が遮断された後、受信信号にパルスが発生するタイミングで、ビット復旧カウンタ２３１のカウント値がリセットされるとともに、Ｄ−ＦＦ２３３からの出力信号、すなわち復旧受信信号が「１（Ｈ）」に変化する。なお、ビット復旧カウンタ２３１におけるカウント値が設定値に達する毎に、すなわち拡散符号系列の１ビットに相当する時間が経過する毎に、該ビット復旧カウンタ２３１がリセットされるとともに、受信信号にパルスが発生していないときにはＤ−ＦＦ２３３がリセットされて復旧受信信号が「０（Ｌ）」に変化する。そして、この復旧受信信号と基準符号系列とが乗算されて逆拡散されて送信データ信号が復調される。
【００５３】
［作用・効果］
このように、本実施形態によれば、光空間伝送を行う通信装置３０において、送信制御部３１では、拡散部１２０によって、送信データ信号が所定の拡散符号系列で直接スペクトラム拡散変調され、パルス変換部１３０によって、拡散変調信号が拡散符号系列に同期したパルス信号に変換され、そして、発光制御部１４０によって、このパルス信号に応じたパターンの通信電流Ｉｂが、信号灯器１０のＬＥＤ部１２に供給される。つまり、ＬＥＤ部１２には、灯器駆動部２０によって供給される信号を現示するための灯器電流Ｉａに、この通信電流Ｉｂが重畳されて供給される。これにより、従来の交通用のＬＥＤ信号灯器１０を利用した光空間伝送が可能となる。また、通信データ信号をパルス信号に変換し、このパルス信号に応じた発光パターンの光信号を送信することで、通信電流ＩｂをＬＥＤ部１２の各ＬＥＤの定格電流よりも大きくすることができ、その結果、通信データを搬送する光信号の伝送距離を長くすることができる。
【００５４】
［変形例］
なお、本発明の適用可能な実施形態は上述の実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能なのは勿論である。
【００５５】
（Ａ）
例えば、上述の実施形態では、信号灯器１０が有する複数（例えば、赤青黄の三色）のＬＥＤ部１２のうちの何れかを利用することとしたが、信号灯器１０が有する複数のＬＥＤ部１２を利用することにしても良い。具体的には、図７に示すように、発光制御部１４０では、通信電流Ｉｂが、選択スイッチ１４５を介して複数のＬＥＤ部１２それぞれに供給されるように構成する。この選択スイッチ１４５のスイッチング動作（オン／オフ）は、灯色切替スイッチ２２を制御する、複数のＬＥＤ部１２のうち何れを点灯させるかを制御する灯色切替信号を利用することで、点灯しているＬＥＤ部１２にのみ通信電流Ｉｂが供給されるようにする。
【００５６】
（Ｂ）
また、上述の実施形態では、交差点等に設置される交通用のＬＥＤ式信号灯器に適用した場合に説明したが、例えば、鉄道用のＬＥＤ式信号灯器にも同様に適用可能である。
【符号の説明】
【００５７】
１０ 信号灯器、１２ ＬＥＤ部
２０ 灯器駆動部
２１ 灯器用ＤＣ電源、２２ 灯色切替スイッチ、２３ 抵抗、２４ ダイオード
３０ 通信装置
３１ 送信制御部
１１０ クロック生成部
１２０ 拡散部
１２１ 拡散符号発生器、１２２ 乗算器
１３０ パルス変換部
１３１ ＡＮＤゲート、１３２ パルス幅整形部
１４０ 発光制御部
１４１ 通信用ＤＣ電源、１４２ 発光切替スイッチ
１４３ 抵抗、１４４ ダイオード
３２ 受信制御部
２１０ 受光素子
２２０ フィルタ回路部
２２１ オペアンプ、２２２ ＬＰＦ
２３０ データ復旧部
２３１ ビット復旧カウンタ、２３２ ＯＲゲート
２３３ Ｄ−ＦＦ、２３４ 波形整形部
２４０ 逆拡散部
２４１ クロックジェネレータ、２４２ 拡散符号発生器
２４３ 乗算器、２４４ 積分器、２４５ 比較器
Ｉａ 灯器電流、Ｉｂ 通信電流
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄道又は交通用のＬＥＤ式信号灯器の駆動制御装置等に関する。
【背景技術】
【０００２】
通信用の光信号を空間に伝搬させる光空間伝送の技術として、通信データを符号化したデジタルデータの各ビットを、光信号のオン／オフに変換して送信する方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平６−２５２８６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
光空間伝送における伝送距離は、発光源の発光強度によって決まる。発光源としては主にＬＥＤ（発光ダイオード）が利用されるが、このＬＥＤには定格電流が定められているため発光強度に上限があり、その結果、伝送距離が制限されることになる。本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、光空間伝送における伝送距離を長くすることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するための第１の形態は、
鉄道又は交通用のＬＥＤ式信号灯器の駆動制御装置（例えば、図１の通信装置３０及び灯器駆動部２０）であって、
前記ＬＥＤ式信号灯器のＬＥＤ部に信号を現示させるための電源電力として、電流が前記ＬＥＤ部の定格電流以下の電力を供給する電源電力供給手段（例えば、図３の灯器駆動部２０）と、
電流が前記ＬＥＤ部のピーク定格電流以下で且つ前記定格電流を超えるパルス波であって、デューティ比が当該ピーク定格電流の使用条件に沿ったデューティ比以下で、且つ、デューティ比とビットレートとの関係が滅灯時にも肉眼で視認不可能な関係に定められたパルス波の電力を前記ＬＥＤ部に印加することで、所与の通信データを搬送する光学的信号を前記ＬＥＤ部に発信させるパルス波印加手段（例えば、図３の送信制御部３１）と、
を備える駆動制御装置である。
【０００６】
また、他の形態として、
鉄道又は交通用のＬＥＤ式信号灯器の駆動制御方法であって、
電流が前記ＬＥＤ式信号灯器のＬＥＤ部の定格電流を超え且つピーク定格電流以下のパルス波であって、デューティ比が当該ピーク定格電流の使用条件に沿ったデューティ比以下で、且つ、デューティ比とビットレートとの関係が滅灯時にも肉眼で視認不可能な関係に定められたパルス波の電力を前記ＬＥＤ部に印加することで、所与の通信データを搬送する光学的信号を前記ＬＥＤ部に発信させるステップを含む駆動制御方法を構成しても良い。
【０００７】
この第１の形態等によれば、既設の鉄道又は信号用のＬＥＤ式信号灯器を利用して、光学的信号によるデータ通信（光空間通信）が行えるようになる。すなわち、ＬＥＤ式信号灯器のＬＥＤ部には、信号を現示させるための電源電力が供給されるとともに、パルス波の電力がＬＥＤ部に印加されて所与の通信データを搬送する光学的信号がＬＥＤ部から発信される。つまり、ＬＥＤ式信号灯器は、信号を現示しつつ、通信データを搬送する光学的信号を発信することとなる。
【０００８】
このとき、信号を現示させるための電源電力は、電流がＬＥＤ部の定格電流以下の電力である。一方、光学的信号を発信させるための電力は、電流がＬＥＤ部のピーク電流以下で且つ定格電流を超えるパルス波であって、デューティ比がピーク定格電流の使用条件に沿ったデューティ比以下のパルス波の電力である。このように、パルス波を印加することで、通信データの１ビット当たりの発光時間を短くしてＬＥＤ部に流れる電流を定格電流以上とすることができ、その結果、ＬＥＤ部から送信される光学的信号の送信距離を長くすることができる。また、ＬＥＤ部から発信される光学的信号は可視光となるが、パルス波はデューティ比とビットレートとの関係が滅灯時にも肉眼で視認不可能な関係に定められているため、ＬＥＤ式信号灯器における信号現示に影響を与えない。
【０００９】
第２の形態は、
複数のＬＥＤ部を有する信号鉄道又は交通用のＬＥＤ式信号灯器の駆動制御装置であって、
前記複数のＬＥＤ部のうち現示させるＬＥＤ部を選択する選択手段と、
前記選択手段により選択されたＬＥＤ部に電源電力を供給する電源電力供給手段と、
前記選択手段により選択されたＬＥＤ部に、前記電源電力に重畳させて、光学的信号を発信させるためのパルス波の電力を印加するパルス波印加手段と、
を備える駆動制御装置である。
【００１０】
また、他の形態として、
複数のＬＥＤ部を有する信号鉄道又は交通用のＬＥＤ式信号灯器の駆動制御方法であって、
前記複数のＬＥＤ部のうち現示させるＬＥＤ部を選択する選択ステップと、
前記選択されたＬＥＤ部に電源電力を供給する電源電力供給ステップと、
前記選択されたＬＥＤ部に、前記電源電力に重畳させて、光学的信号を発信させるためのパルス波の電力を印加するパルス波印加ステップと、
を含む駆動制御方法を構成しても良い。
【００１１】
この第２の形態等によれば、複数のＬＥＤ部を有する鉄道又は交通用のＬＥＤ式信号灯器を利用して、光学的信号によるデータ通信（光空間通信）が行えるようになる。すなわち、ＬＥＤ式信号灯器が有する複数のＬＥＤ部のうち、信号を現示させるとして選択されたＬＥＤ部には、信号を現示させるための電源電力が供給されるとともに、この電源電力に重畳させて光学的信号を発信させるためのパルス波の電力が印加される。これにより、ＬＥＤ式信号灯器に信号を現示しつつ、通信データを搬送する光学的信号を発信させることが可能となる。
【００１２】
また、第３の形態として、第１又は第２の形態の駆動制御装置であって、
前記電源電力供給手段は、商用電源を整流して前記電源電力を生成し、
前記パルス波印加手段は、前記商用電源の周波数より高い周期のビットレートでなるパルス波を前記ＬＥＤ部に印加する、
駆動制御装置を構成しても良い。
【００１３】
この第３の形態によれば、ＬＥＤ式信号灯器のＬＥＤ部に信号を現示させるための電源電力は商用電源を整流して生成され、通信データを搬送するための光学的信号を発信させるための電力として、この商用電源の周波数より高い周期のビットレートでなるパルス波の電力がＬＥＤ部に印加される。
【００１４】
また、第４の形態として、第１〜第３の何れかの形態の駆動制御装置であって、
前記パルス波印加手段は、１００ｋｂｐｓ以下のビットレートでなるパルス波を前記ＬＥＤ部に印加する、
駆動制御装置を構成しても良い。
【００１５】
この第４の形態によれば、通信データを搬送する光学的信号を発信させるための電力として、１００ｋｂｐｓ以下のビットレートでなるパルス波がＬＥＤ部に印加される。
【００１６】
また、第５の形態として、第１〜第４の何れかの形態の駆動制御装置であって、
送信データを所与の拡散符号系列で直接スペクトラム拡散変調して通信データを生成する通信データ生成手段（例えば、図３の拡散部１２０）を更に備え、
前記パルス波印加手段は、前記拡散符号系列のチップレートを前記ビットレートとするパルス波を前記ＬＥＤ部に印加する、
駆動制御装置を構成しても良い。
【００１７】
この第５の形態によれば、送信データを所与の拡散符号系列で直接スペクトラム拡散変調して通信データが生成され、この通信データを搬送する光学的信号を発信させるための電力として、拡散符号系列のチップレートをビットレートとするパルス波がＬＥＤ部に印加される。
【００１８】
また、第６の形態として、第１〜第５の何れかの形態の駆動制御装置により駆動されたＬＥＤ式信号灯器の発光信号を受光する受光手段（例えば、図５の受光素子２１０）と、
前記受光された光信号を電気信号に変換する光電変換手段（例えば、図５の受光素子２１０）と、
前記変換された電気信号から前記通信データを復元する復元手段（例えば、図５のデータ復旧部２３０）と、
を備えた受信装置（例えば、図５の受信制御部３２）を構成しても良い。
【００１９】
この第６の形態によれば、第１〜第５の何れかの形態の駆動制御部により駆動されたＬＥＤ式信号灯器の発光信号を受信して通信データに復元することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】無線通信システムの設置例。
【図２】通信装置の内部構成図。
【図３】送信制御部の内部構成図。
【図４】信号灯器のＬＥＤ部に供給される電流波形。
【図５】受信制御部の内部構成図。
【図６】通信装置の動作を説明するタイムチャート。
【図７】送信制御部の他の構成例。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。なお、以下では、本発明を交通用のＬＥＤ式信号灯器に適用した場合を説明するが、本発明の適用可能な実施形態がこれに限定されるものではない。
【００２２】
［構成］
図１は、本実施形態における無線通信システムの設置例を示す図である。この無線通信システムは、例えば隣接交差点間の無線通信に用いられ、交差点毎に設置された複数の通信装置３０を備えて構成される。通信装置３０は、交差点における交通信号の制御などを行う制御装置（いわゆる交通信号制御機）に内蔵或いは別途設置され、該制御装置の制御のもと、光通信方式のデータ通信を行う。図１においては、通信装置３０は制御装置内に設けられることとし、当該交差点に１台設置されているとして図示しているが、当該交差点の各ＬＥＤ式信号灯器１０近傍にそれぞれ設置することとしても良い。また、この通信装置３０は、図２に示すように、送信制御部３１と、受信制御部３２とを有する。
【００２３】
送信制御部３１は、入力される送信データに基づいてＬＥＤ式信号灯器１０に光学的信号を発信させるためのパルス波の信号（パルス信号）を生成し、このパルス信号の電力を信号灯器１０に印加する。図３は、送信制御部３１のブロック図である。図３に示すように、送信制御部３１は、クロック生成部１１０と、拡散部１２０と、パルス変換部１３０と、発光制御部１４０とを有する。
【００２４】
クロック生成部１１０は、周期が同じで位相が異なる２種類のクロック信号φ１，φ２を生成する。
【００２５】
拡散部１２０は、拡散符号発生器１２１と、乗算器１２２とを有し、１ビットのｎｒｚ信号として入力された送信データの信号（送信データ信号）を、所定の拡散符号系列（例えば、ＰＮ符号系列）で直接スペクトラム拡散変調する。拡散符号発生器１２１は、クロック信号φ１に同期した拡散符号系列を発生する。ここで発生する拡散符号系列は、例えば、光通信を行う交差点間の通信装置３０の組合せ毎に定められた符号配列のものとする。乗算器１２２は、入力された送信データ信号と拡散符号発生器１２１により発生された拡散符号系列とを乗算（合成）し、送信データ信号を直接スペクトラム拡散変調した拡散変調信号を生成する。
【００２６】
パルス変換部１３０は、ＡＮＤゲート１３１と、パルス幅整形部１３２とを有し、拡散変調信号をパルス信号に変換する。ＡＮＤゲート１３１は、乗算器１２２による拡散変調信号とクロック信号φ２との論理和を演算する。これにより、ＮＲＺ信号である拡散変調信号が、クロック信号φ２に同期したパルス信号に変換される。パルス幅整形部１３２は、ＡＮＤゲート１３１から出力されるパルス信号のパルス幅を所定幅とし、デューティ比を所定値とする波形整形を行う。パルス幅とデューティ比については、図４を参照して後述する。
【００２７】
発光制御部１４０は、パルス変換部１３０から入力されるパルス信号（発光制御信号）に従って、光通信用の発光素子の発光を制御して光学的信号を発信させる。本実施形態では、この光通信用の発光素子として、ＬＥＤ式信号灯器１０が有するＬＥＤ部１２を利用する。ＬＥＤ式信号灯器１０は、交差点に設置されて交通信号現示を表示するものであり、各色（例えば、車両用では、赤、青及び黄の三色）のＬＥＤ部１２を有する。この複数のＬＥＤ部１２のうち、何れか一つを、光通信用の発光素子として利用する。
【００２８】
発光制御部１４０は、通信用ＤＣ電源１４１と、発光切替スイッチ１４２と、抵抗１４３と、逆流防止用ダイオード１４４とを有する。
【００２９】
通信用ＤＣ電源１４１は、発光切替スイッチ１４２、抵抗１４３及び逆流防止用ダイオード１４４を介して、ＬＥＤ式信号灯器１０のＬＥＤ部１２に光通信用の電力を印加する。この通信用ＤＣ電源１４１は、該通信用ＤＣ電源１４１からの電力によってＬＥＤ部１２の各ＬＥＤに供給される通信電流Ｉａが、該ＬＥＤの定格電流を超え且つピーク定格電流を超えないように設計されている。
【００３０】
発光切替スイッチ１４２は、発光制御信号（パルス信号）に従ってそのスイッチング動作（オン／オフ）が制御されるスイッチング素子である。すなわち、発光切替スイッチ１４２がオンのときに、通信用ＤＣ電源１４１からの供給電力がＬＥＤ部１２に印加されることとなるが、発光制御信号はパルス信号であってそのオン時間が短時間であるため、ＬＥＤ部１２に電力が印加されるのは極めて短い時間である。つまり、ＬＥＤ部１２に印加される電力はパルス信号である発光制御信号に応じたパルス状の電力であり、従って、ＬＥＤ部１２に供給される通信電流Ｉａはパルス状の電流となる。この電力によって、ＬＥＤ部１２は高強度に発光する。
【００３１】
灯器駆動部２０は、ＬＥＤ式信号灯器１０における各ＬＥＤ部１２を駆動して所定の信号現示を表示させるものであり、灯器用ＤＣ電源２１と、灯色切替スイッチ２２と、抵抗２３及び逆流防止用ダイオード２４とを有する。
【００３２】
灯器用ＤＣ電源２１は、商用電源を整流した脈流電力を供給する。この灯器用ＤＣ電源２１からの脈流電力は、灯色切替スイッチ２２、抵抗２３及び逆流防止用ダイオード２４を介して、信号灯器１０の各ＬＥＤ部１２に印加される。ここで、灯器用ＤＣ電源２１は、該灯器用ＤＣ電源２１からの脈動電力によってＬＥＤ部１２に供給される灯器電流Ｉａが、ＬＥＤ部１２の各ＬＥＤの定格電流を超えないように設計されている。
【００３３】
灯色切替スイッチ２２は、所定の現示信号（不図示）に従ってそのスイッチング動作（オン／オフ）が制御されるスイッチング素子である。すなわち、灯色切替スイッチ２２がオンのときには、灯器用ＤＣ電源２１からの脈流電力がＬＥＤ部１２に印加され、該脈流電力に応じた灯器電流ＩａがＬＥＤ部１２に供給される。
【００３４】
図４は、信号灯器１０の各ＬＥＤへの供給電流の一例を示す図である。図４に示すように、ＬＥＤ部１２への供給電流は、灯器用ＤＣ電源２１による灯器電流Ｉａに、通信用ＤＣ電源１４１による通信電流Ｉｂが重畳された電流となる。灯器電流Ｉａは、商用電源の周波数で脈動する波形となっている。
【００３５】
また、通信電流Ｉｂは、灯器電流Ｉａの周波数（すなわち、商用電源の周波数）より高い周波数のパルス状の波形となっている。この通信電流Ｉｂのパルス間隔は、拡散符号系列のチップレートによって決まる。具体的には、通信電流Ｉｂの周波数は、灯器電流Ｉａの周波数の１０〜１０００倍程度とする。例えば、１００倍とした場合、商用電源の周波数を５０Ｈｚ又は６０Ｈｚとすると、通信電流Ｉｂの周波数は５〜６ｋＨｚ程度となる。
【００３６】
また、通信電流Ｉｂのパルス幅（すなわち、デューティ比）は、ＬＥＤ部１２における通信電流Ｉｂによる発光が人間の肉眼では認識できない程度に短い時間とする。この通信電流Ｉｂのパルス幅は、パルス変換部１３０によって調整される。具体的には、通信電流Ｉｂのデューティ比は１／１００程度とする。この場合、通信データの１ビット幅を１ｍｓとすると、通信電流Ｉｂのパルス幅は１０μｓとなる。なお、通信電流Ｉｂのパルス幅には、発光切替スイッチ１４２の性能（スイッチング速度）によって決まる下限がある。
【００３７】
また、通信電流Ｉｂの振幅（大きさ）は灯器電流Ｉａの振幅よりも大きい。これは、灯器用ＤＣ電源２１が基本的には定電圧であり（実際には脈動しているが）、灯器電流ＩａがＬＥＤ部１２の各ＬＥＤの定格電流を超えないように設計されているのに対して、通信電流Ｉｂは、デューティ比が小さいパルス電流であるため、ＬＥＤの定格電流を超える電流を流すことができるためである。但し、通信電流Ｉｂは、瞬時に流せる最大電流であるピーク定格電流以下となる。具体的には、例えば、灯器電流Ｉａの大きさは「２０ｍＡ」程度であり、通信電流Ｉｂの大きさは「１Ａ」程度である。
【００３８】
このように、送信制御部３１では、通信データをデューティ比が小さいパルス信号に変換することで、ＬＥＤ部１２に供給する通信電流Ｉｂを大きくして発光強度を高めることで、光信号として伝送できる距離を長くすることができる。
【００３９】
受信制御部３２は、他の通信装置３０からの光信号を受信し、もとの送信データに復元して受信データとする。図５は、受信制御部３２の内部構成図である。図５に示すように、受信制御部３２は、受光素子２１０と、フィルタ回路部２２０と、データ復旧部２３０と、逆拡散部２４０とを有する。
【００４０】
受光素子２１０は、受信した光信号を電気信号に変換する光電変換素子であり、入射光の光量に応じた電流を発生する。この受光素子２１０を有する受光部は、受信する光信号の発信元、すなわち隣接交差点の信号灯器１０に向けられて配置される。従って、この受信部は、通信装置３０内でなく、例えば信号灯器１０が備え付けられた柱の上部に、通信相手となる隣接交差点の信号灯器１０に向けて設置されるとしても良い。
【００４１】
フィルタ回路部２２０は、受光素子２１０にて光電変換された受信信号（電気信号）に含まれる低周波成分を遮断する。このフィルタ回路部２２０は、オペアンプ２２１と、抵抗Ｒｆ，Ｒｂと、ＬＰＦ２２２と、飽和防止用のショットキーダイオード２２３とを有して構成され、フィルタ回路部２２０では、オペアンプ２２１の出力をＬＰＦ２２２を介してフィードバックすることで、入力信号に含まれる低周波成分を除去するように構成されている。
【００４２】
データ復旧部２３０は、ビット復旧カウンタ２３１と、ＯＲゲート２３２と、Ｄ−ＦＦ２３３と、波形整形部２３４を有し、ＲＺ信号である受信信号をもとのＮＲＺ信号である通信データ信号に変換（復旧）する。
【００４３】
ビット復旧カウンタ２３１は、通信データ信号の１ビット幅（すなわち、拡散符号系列の１ビット幅）に相当する時間に設定されており、不図示のクロック信号に同期してカウントアップしたカウント値が設定値に達すると、タイムアップ信号を出力する。また、このビット復旧カウンタ２３１には、リセット信号としてＯＲゲート２３２の出力信号が入力される。ＯＲゲート２３２には、フィルタ回路部２２０を通した受信信号と、ビット復旧カウンタ２３１からのカウントアップ信号とが入力される。つまり、ビット復旧カウンタ２３１は、受信信号のパルスが入力された場合、或いは、該ビット復旧カウンタ２３１のカウント値が設定値に達した（タイムアップとなった）場合にリセットされる。
【００４４】
Ｄ−ＦＦ２３３のデータ端子Ｄには、常時「Ｈ」レベルの信号が入力され、クロック端子ＣＬには、フィルタ回路部２２０を通した受信信号が入力され、リセット端子Ｒには、ビット復旧カウンタ２３１からのタイムアップ信号が入力される。つまり、Ｄ−ＦＦ２３３は、データ端子Ｄに受信信号のパルスが入力されると出力信号Ｑを「Ｈ」レベルとし、リセット端子Ｒにビット復旧カウンタ２３１からのタイムアップ信号が入力されると出力信号Ｑをリセットして「Ｌ」レベルとする。このＤ−ＦＦ２３３の出力端子Ｑからの出力信号が、ＲＺ信号である受信信号を、もとのＮＲＺ信号に復旧した信号（復旧信号）となる。
【００４５】
波形整形部２３４は、データ復旧部２３０によって復旧された信号（復旧信号）に対する波形整形を行う。この波形整形部２３４からの信号が、復旧受信信号となる。
【００４６】
逆拡散部２４０は、波形整形部２３４からの復旧受信信号に対する逆拡散を行って、送信データ信号を復調する。この逆拡散部２４０は、クロックジェネレータ２４１と、拡散符号発生器２４２と、乗算器２４３と、積分器２４４と、比較器２４５とを有する。
【００４７】
クロックジェネレータ２４１は、当該通信装置３０の内部で生成される内部基準クロックをもとに、拡散符号クロックを生成する。また、クロックジェネレータ２４１は、比較器２４５により非同期と判定されたときには、同期と判定されるまで、拡散符号クロックの生成タイミングを少しずつずらし、復旧受信信号に同期させた拡散符号クロックを生成する。
【００４８】
拡散符号発生器２４２は、クロックジェネレータ２４１によって生成された拡散符号クロックに同期した基準符号系列を生成する。ここで生成される基準符号系列は、受信しようとする通信装置３０との組合せに割り当てられた拡散符号系列と同じものである。乗算器２４３は、波形整形部２３４からの復旧受信信号と、拡散符号発生器２４２によって発生された基準符号系列とを乗算（合成）して相関値を算出する。
【００４９】
積分器２４４は、乗算器２４３によって算出された相関値を、基準符号系列の１符号周期に亘って積算する。比較器２４５は、積分器２４４によって算出された積算値と所定の相関閾値とを比較して、復旧受信信号と基準符号系列とが同期しているか否かを判定する。そして、同期していると判定したならば、積分器２４４による積算値の正負に基づき、送信データ信号を復調する。
【００５０】
［タイムチャート］
図６は、通信装置３０における送受信動作を説明するタイムチャートである。図６では、横方向を時間軸として、上から順に、送信側の通信装置３０の送信制御部３１における信号波形として、送信データ信号、拡散変調に用いられる拡散符号系列、拡散変調信号、クロック生成部１１０からのクロックφ１，φ２、ＬＥＤ部１２から送信される光信号（送信波）を示し、更に、受信側の通信装置３０における信号波として、フィルタ回路部２２０を通した受信信号、ビット復旧カウンタ２３１のカウント値、データ復旧部２３０による復旧受信信号、逆拡散部２４０により復調された送信データ信号を示している。
【００５１】
図６に示すように、先ず、送信側の通信装置３０の送信制御部３１においては、送信データ信号に拡散符号系列を乗算することで拡散変調され、拡散変調信号が生成される。次いで、この拡散変調信号とクロックφ２とが乗算され、クロックφ２に同期したパルス信号が生成される。ここで生成されるパルス信号は、拡散変調信号が「１（Ｈ）」のときにパルス“有り”、「０（Ｌ）」のときにはパルス“無し”の信号が生成される。そして、このパルス信号が波形整形部２３４によって波形整形されることで、パルス幅が小さい（すなわち、デューティ比が小さい）発光制御信号とされ、この発光制御信号のパターンで発光する光信号が送信される。
【００５２】
そして、受信側の通信装置３０の受信制御部３２においては、受光素子２１０にて受光されて電気信号に変換された受信信号が、フィルタ回路部２２０を通すことで太陽光等による低周波成分が遮断された後、受信信号にパルスが発生するタイミングで、ビット復旧カウンタ２３１のカウント値がリセットされるとともに、Ｄ−ＦＦ２３３からの出力信号、すなわち復旧受信信号が「１（Ｈ）」に変化する。なお、ビット復旧カウンタ２３１におけるカウント値が設定値に達する毎に、すなわち拡散符号系列の１ビットに相当する時間が経過する毎に、該ビット復旧カウンタ２３１がリセットされるとともに、受信信号にパルスが発生していないときにはＤ−ＦＦ２３３がリセットされて復旧受信信号が「０（Ｌ）」に変化する。そして、この復旧受信信号と基準符号系列とが乗算されて逆拡散されて送信データ信号が復調される。
【００５３】
［作用・効果］
このように、本実施形態によれば、光空間伝送を行う通信装置３０において、送信制御部３１では、拡散部１２０によって、送信データ信号が所定の拡散符号系列で直接スペクトラム拡散変調され、パルス変換部１３０によって、拡散変調信号が拡散符号系列に同期したパルス信号に変換され、そして、発光制御部１４０によって、このパルス信号に応じたパターンの通信電流Ｉｂが、信号灯器１０のＬＥＤ部１２に供給される。つまり、ＬＥＤ部１２には、灯器駆動部２０によって供給される信号を現示するための灯器電流Ｉａに、この通信電流Ｉｂが重畳されて供給される。これにより、従来の交通用のＬＥＤ信号灯器１０を利用した光空間伝送が可能となる。また、通信データ信号をパルス信号に変換し、このパルス信号に応じた発光パターンの光信号を送信することで、通信電流ＩｂをＬＥＤ部１２の各ＬＥＤの定格電流よりも大きくすることができ、その結果、通信データを搬送する光信号の伝送距離を長くすることができる。
【００５４】
［変形例］
なお、本発明の適用可能な実施形態は上述の実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能なのは勿論である。
【００５５】
（Ａ）
例えば、上述の実施形態では、信号灯器１０が有する複数（例えば、赤青黄の三色）のＬＥＤ部１２のうちの何れかを利用することとしたが、信号灯器１０が有する複数のＬＥＤ部１２を利用することにしても良い。具体的には、図７に示すように、発光制御部１４０では、通信電流Ｉｂが、選択スイッチ１４５を介して複数のＬＥＤ部１２それぞれに供給されるように構成する。この選択スイッチ１４５のスイッチング動作（オン／オフ）は、灯色切替スイッチ２２を制御する、複数のＬＥＤ部１２のうち何れを点灯させるかを制御する灯色切替信号を利用することで、点灯しているＬＥＤ部１２にのみ通信電流Ｉｂが供給されるようにする。
【００５６】
（Ｂ）
また、上述の実施形態では、交差点等に設置される交通用のＬＥＤ式信号灯器に適用した場合に説明したが、例えば、鉄道用のＬＥＤ式信号灯器にも同様に適用可能である。
【符号の説明】
【００５７】
１０ 信号灯器、１２ ＬＥＤ部
２０ 灯器駆動部
２１ 灯器用ＤＣ電源、２２ 灯色切替スイッチ、２３ 抵抗、２４ ダイオード
３０ 通信装置
３１ 送信制御部
１１０ クロック生成部
１２０ 拡散部
１２１ 拡散符号発生器、１２２ 乗算器
１３０ パルス変換部
１３１ ＡＮＤゲート、１３２ パルス幅整形部
１４０ 発光制御部
１４１ 通信用ＤＣ電源、１４２ 発光切替スイッチ
１４３ 抵抗、１４４ ダイオード
３２ 受信制御部
２１０ 受光素子
２２０ フィルタ回路部
２２１ オペアンプ、２２２ ＬＰＦ
２３０ データ復旧部
２３１ ビット復旧カウンタ、２３２ ＯＲゲート
２３３ Ｄ−ＦＦ、２３４ 波形整形部
２４０ 逆拡散部
２４１ クロックジェネレータ、２４２ 拡散符号発生器
２４３ 乗算器、２４４ 積分器、２４５ 比較器
Ｉａ 灯器電流、Ｉｂ 通信電流
【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉄道又は交通用のＬＥＤ式信号灯器の駆動制御装置であって、
前記ＬＥＤ式信号灯器のＬＥＤ部に信号を現示させるための電源電力として、電流が前記ＬＥＤ部の定格電流以下の電力を供給する電源電力供給手段と、
電流が前記ＬＥＤ部のピーク定格電流以下で且つ前記定格電流を超えるパルス波であって、デューティ比が当該ピーク定格電流の使用条件に沿ったデューティ比以下で、且つ、デューティ比とビットレートとの関係が滅灯時にも肉眼で視認不可能な関係に定められたパルス波の電力を前記ＬＥＤ部に印加することで、所与の通信データを搬送する光学的信号を前記ＬＥＤ部に発信させるパルス波印加手段と、
を備える駆動制御装置。
【請求項２】
複数のＬＥＤ部を有する信号鉄道又は交通用のＬＥＤ式信号灯器の駆動制御装置であって、
前記複数のＬＥＤ部のうち現示させるＬＥＤ部を選択する選択手段と、
前記選択手段により選択されたＬＥＤ部に電源電力を供給する電源電力供給手段と、
前記選択手段により選択されたＬＥＤ部に、前記電源電力に重畳させて、光学的信号を発信させるためのパルス波の電力を印加するパルス波印加手段と、
を備える駆動制御装置。
【請求項３】
前記電源電力供給手段は、商用電源を整流して前記電源電力を生成し、
前記パルス波印加手段は、前記商用電源の周波数より高い周期のビットレートでなるパルス波を前記ＬＥＤ部に印加する、
請求項１又は２に記載の駆動制御装置。
【請求項４】
前記パルス波印加手段は、１００ｋｂｐｓ以下のビットレートでなるパルス波を前記ＬＥＤ部に印加する、
請求項１〜３の何れか一項に記載の駆動制御装置。
【請求項５】
送信データを所与の拡散符号系列で直接スペクトラム拡散変調して通信データを生成する通信データ生成手段を更に備え、
前記パルス波印加手段は、前記拡散符号系列のチップレートを前記ビットレートとするパルス波を前記ＬＥＤ部に印加する、
請求項１〜４の何れか一項に記載の駆動制御装置。
【請求項６】
請求項１〜５の何れか一項に記載の駆動制御装置により駆動されたＬＥＤ式信号灯器の発光信号を受光する受光手段と、
前記受光された光信号を電気信号に変換する光電変換手段と、
前記変換された電気信号から前記通信データを復元する復元手段と、
を備えた受信装置。
【請求項７】
鉄道又は交通用のＬＥＤ式信号灯器の駆動制御方法であって、
電流が前記ＬＥＤ式信号灯器のＬＥＤ部の定格電流を超え且つピーク定格電流以下のパルス波であって、デューティ比が当該ピーク定格電流の使用条件に沿ったデューティ比以下で、且つ、デューティ比とビットレートとの関係が滅灯時にも肉眼で視認不可能な関係に定められたパルス波の電力を前記ＬＥＤ部に印加することで、所与の通信データを搬送する光学的信号を前記ＬＥＤ部に発信させるステップを含む駆動制御方法。
【請求項８】
複数のＬＥＤ部を有する信号鉄道又は交通用のＬＥＤ式信号灯器の駆動制御方法であって、
前記複数のＬＥＤ部のうち現示させるＬＥＤ部を選択する選択ステップと、
前記選択されたＬＥＤ部に電源電力を供給する電源電力供給ステップと、
前記選択されたＬＥＤ部に、前記電源電力に重畳させて、光学的信号を発信させるためのパルス波の電力を印加するパルス波印加ステップと、
を含む駆動制御方法。
【請求項１】
鉄道又は交通用のＬＥＤ式信号灯器の駆動制御装置であって、
前記ＬＥＤ式信号灯器のＬＥＤ部に信号を現示させるための電源電力として、電流が前記ＬＥＤ部の定格電流以下の電力を供給する電源電力供給手段と、
電流が前記ＬＥＤ部のピーク定格電流以下で且つ前記定格電流を超えるパルス波であって、デューティ比が当該ピーク定格電流の使用条件に沿ったデューティ比以下で、且つ、デューティ比とビットレートとの関係が滅灯時にも肉眼で視認不可能な関係に定められたパルス波の電力を前記ＬＥＤ部に印加することで、所与の通信データを搬送する光学的信号を前記ＬＥＤ部に発信させるパルス波印加手段と、
を備える駆動制御装置。
【請求項２】
複数のＬＥＤ部を有する信号鉄道又は交通用のＬＥＤ式信号灯器の駆動制御装置であって、
前記複数のＬＥＤ部のうち現示させるＬＥＤ部を選択する選択手段と、
前記選択手段により選択されたＬＥＤ部に電源電力を供給する電源電力供給手段と、
前記選択手段により選択されたＬＥＤ部に、前記電源電力に重畳させて、光学的信号を発信させるためのパルス波の電力を印加するパルス波印加手段と、
を備える駆動制御装置。
【請求項３】
前記電源電力供給手段は、商用電源を整流して前記電源電力を生成し、
前記パルス波印加手段は、前記商用電源の周波数より高い周期のビットレートでなるパルス波を前記ＬＥＤ部に印加する、
請求項１又は２に記載の駆動制御装置。
【請求項４】
前記パルス波印加手段は、１００ｋｂｐｓ以下のビットレートでなるパルス波を前記ＬＥＤ部に印加する、
請求項１〜３の何れか一項に記載の駆動制御装置。
【請求項５】
送信データを所与の拡散符号系列で直接スペクトラム拡散変調して通信データを生成する通信データ生成手段を更に備え、
前記パルス波印加手段は、前記拡散符号系列のチップレートを前記ビットレートとするパルス波を前記ＬＥＤ部に印加する、
請求項１〜４の何れか一項に記載の駆動制御装置。
【請求項６】
請求項１〜５の何れか一項に記載の駆動制御装置により駆動されたＬＥＤ式信号灯器の発光信号を受光する受光手段と、
前記受光された光信号を電気信号に変換する光電変換手段と、
前記変換された電気信号から前記通信データを復元する復元手段と、
を備えた受信装置。
【請求項７】
鉄道又は交通用のＬＥＤ式信号灯器の駆動制御方法であって、
電流が前記ＬＥＤ式信号灯器のＬＥＤ部の定格電流を超え且つピーク定格電流以下のパルス波であって、デューティ比が当該ピーク定格電流の使用条件に沿ったデューティ比以下で、且つ、デューティ比とビットレートとの関係が滅灯時にも肉眼で視認不可能な関係に定められたパルス波の電力を前記ＬＥＤ部に印加することで、所与の通信データを搬送する光学的信号を前記ＬＥＤ部に発信させるステップを含む駆動制御方法。
【請求項８】
複数のＬＥＤ部を有する信号鉄道又は交通用のＬＥＤ式信号灯器の駆動制御方法であって、
前記複数のＬＥＤ部のうち現示させるＬＥＤ部を選択する選択ステップと、
前記選択されたＬＥＤ部に電源電力を供給する電源電力供給ステップと、
前記選択されたＬＥＤ部に、前記電源電力に重畳させて、光学的信号を発信させるためのパルス波の電力を印加するパルス波印加ステップと、
を含む駆動制御方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１１−４１３１（Ｐ２０１１−４１３１Ａ）
【公開日】平成２３年１月６日（２０１１．１．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１４５１６７（Ｐ２００９−１４５１６７）
【出願日】平成２１年６月１８日（２００９．６．１８）
【出願人】（０００００１２９２）株式会社京三製作所 (324)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１月６日（２０１１．１．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年６月１８日（２００９．６．１８）
【出願人】（０００００１２９２）株式会社京三製作所 (324)
【Ｆターム（参考）】
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