JP2005522089A - Optical communication transceiver and data transmission / reception method - Google Patents
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Abstract
【課題】光通信送受信器は、抵抗と直列に結合したLEDを含む。
【解決手段】マイクロプロセッサは、LEDに接続される1つのI/Oピンを有する。第1モードすなわち送信モードでは、LEDは、周期的に順バイアスで駆動することにより発光してデータを送信する。第2すなわち受信モードでは、LEDは、周期的に逆バイアス以外、例えば逆バイアスまたはゼロバイアスで駆動される。続いてLEDは、光電流を用いてLEDの接合部の静電容量の充電量が変化させられる。充電量の変化はタイマを用いて測定される。充電量の変化が所定しきい値を超えた時、入力光が読み取られる。こうして、LEDは第2モードにおいてデータを受信するために使用されることが可能である。An optical communication transceiver includes an LED coupled in series with a resistor.
The microprocessor has one I / O pin connected to the LED. In the first mode, that is, the transmission mode, the LED emits light by periodically driving with forward bias and transmits data. In the second or receive mode, the LED is periodically driven with something other than reverse bias, eg, reverse bias or zero bias. Subsequently, in the LED, the charge amount of the electrostatic capacitance at the joint portion of the LED is changed using the photocurrent. The change in the amount of charge is measured using a timer. When the change in charge exceeds a predetermined threshold, the input light is read. Thus, the LED can be used to receive data in the second mode.
Description
本発明は、包括的には、発光ダイオード(LED)に関し、特に、双方向光通信のために使用されるLEDに関する。 The present invention relates generally to light emitting diodes (LEDs), and more particularly to LEDs used for two-way optical communication.
発光ダイオード(LED)は、安価であり、光源として広く使用されている。その多様な応用例として、数字ディスプレイ、フラッシュライト、液晶バックライト、車両ブレーキ灯、交通信号、バックライト、ならびにほとんどあらゆる電子機器や現在の電気器具の至る所にある電源オンインジケータライトがある。 Light emitting diodes (LEDs) are inexpensive and are widely used as light sources. Its various applications include numeric displays, flashlights, liquid crystal backlights, vehicle brake lights, traffic signals, backlights, and power-on indicator lights throughout almost every electronic device and current appliance.
LEDはほとんどの場合、発光器として使用されるので、フォトダイオード、すなわち光検出器としても動作することができることを忘れがちである。ほとんどのLEDは発光器として設計されており、光検出器として設計されてはいないが、すべてのLEDは事実上いずれのモードでも動作することができる。 Since LEDs are most often used as light emitters, it is easy to forget that they can also operate as photodiodes, or photodetectors. Most LEDs are designed as light emitters and not as photodetectors, but all LEDs can operate in virtually any mode.
固体発光と光検出の間のこの互換性は1970年代にはじめて記載されたが、それ以来LED利用者には概ね忘れられている。Mims著「Siliconnections: Coming of Age in the Electronic Era」McGraw-Hill, New York, NY, 1986、およびMims著「LED Circuits and Projects」 Howard W. Sams and Co., Inc., New York, NY, 1973を参照されたい。 This compatibility between solid state emission and light detection was first described in the 1970s, but has since been largely forgotten by LED users. Mims "Siliconnections: Coming of Age in the Electronic Era" McGraw-Hill, New York, NY, 1986, and Mims "LED Circuits and Projects" Howard W. Sams and Co., Inc., New York, NY, 1973 Please refer to.
発光ダイオードは、小電流がダイオードを適当な方向に加えられる時、すなわち順バイアス時には、かなり狭い周波数帯で発光する。その電流−電圧特性は指数関数的であるので、所望の電流を得るのに十分に正確に、LEDの両端に直接印加される電圧を制御することは困難である。 Light emitting diodes emit light in a fairly narrow frequency band when a small current is applied to the diode in the proper direction, ie forward bias. Because its current-voltage characteristics are exponential, it is difficult to control the voltage applied directly across the LEDs with sufficient accuracy to obtain the desired current.
したがって、電流を制限するために何らかの手段を設けなければならない。ディスクリート電子回路システムでは、これは通常、LEDと直列に抵抗を配置することによって行われる。ほとんどのマイクロプロセッサI/Oピンは、供給することができるよりも大きい電流を吸い込むことができ、図1に示す構成は、マイクロプロセッサまたはマイクロコントローラからLEDを駆動する最も一般的な方法である。 Therefore, some means must be provided to limit the current. In discrete electronic circuit systems, this is usually done by placing a resistor in series with the LED. Most microprocessor I / O pins can sink more current than can be supplied, and the configuration shown in FIG. 1 is the most common way to drive LEDs from a microprocessor or microcontroller.
図1は、典型的な従来技術のLED発光器回路100を示している。マイクロプロセッサコントローラ100のI/Oピン101は、電流の量を制限する抵抗103を用いて、LED102を通して電流の吸い込みを行うのに使用される。
FIG. 1 shows a typical prior art
LEDを使用する1つの重要な応用例は光信号通信である。ほとんどの従来技術の光通信の応用例では、LEDが送信器で使用され、フォトダイオードが受信器で使用される。さらに、各構成要素は通常、専用に設計された回路によって個別に駆動される。フォトダイオードはほとんどの場合、特定の狭い周波数範囲の光信号を受信するように専用に設計される。ほとんどのフォトダイオードは発光することができない。その結果、送信器を駆動する1つの回路と、受信器を駆動する別の回路とが存在することになる。これは、通信システムのコストおよび複雑さを増大させる。 One important application that uses LEDs is optical signal communication. In most prior art optical communication applications, LEDs are used in the transmitter and photodiodes are used in the receiver. In addition, each component is typically driven individually by a dedicated circuit. Photodiodes are most often designed specifically to receive light signals in a specific narrow frequency range. Most photodiodes cannot emit light. As a result, there will be one circuit that drives the transmitter and another circuit that drives the receiver. This increases the cost and complexity of the communication system.
したがって、光通信システムにおいて送信器および受信器の両方に使用可能な発光ダイオードを提供することが望ましい。
光通信送受信器は、抵抗と直列に結合したLEDを含む。マイクロプロセッサは、LEDに接続される少なくとも1つのI/Oピンを有する。第1モードすなわち送信モードでは、LEDは、周期的に順バイアスで駆動することにより発光してデータを送信する。第2すなわち受信モードでは、LEDは、周期的に逆バイアス以外、例えば逆バイアスまたはゼロバイアスで駆動し、続いて光電流を用いてLEDの接合部の静電容量(キャパシタンス、capacitance)の充電量が変化させられる。充電量の変化はタイマを用いて測定される。充電量の変化が所定しきい値を超えた時、入力光が読み取られる。こうして、LEDは第2モードにおいてデータを受信するために使用されることが可能である。
Accordingly, it is desirable to provide a light emitting diode that can be used for both a transmitter and a receiver in an optical communication system.
The optical communication transceiver includes an LED coupled in series with a resistor. The microprocessor has at least one I / O pin connected to the LED. In the first mode, that is, the transmission mode, the LED emits light by periodically driving with forward bias and transmits data. In the second or receive mode, the LED is periodically driven at a non-reverse bias, eg, reverse or zero bias, followed by photocurrent to charge the capacitance of the LED's junction (capacitance). Is changed. The change in the amount of charge is measured using a timer. When the change in charge exceeds a predetermined threshold, the input light is read. Thus, the LED can be used to receive data in the second mode.
デュアルピンLEDデータ送受信器
図2は、本発明によるLED発光器/検出器回路を示している。ここで、LED202および抵抗203が、マイクロプロセッサまたはマイクロコントローラ200の2個のI/Oピン201の間に直列に結合される。この場合、LED/抵抗回路202−203の両端がマイクロプロセッサ200に接続される。従来のプログラミング技法を用いて、I/Oピンは、ロー(0V)、ハイ(5V)に設定されることが可能であり、またはピンは入力として使用されることが可能である。
Dual Pin LED Data Transceiver FIG. 2 shows an LED emitter / detector circuit according to the present invention. Here, an
動作モード
図3a〜図3cはそれぞれ、この回路が、順バイアスすなわち「発光」、非順バイアスすなわち「逆バイアス」、および「放電」すなわち読み取りという3つのモードでどのように動作し得るかを示している。図3aの発光モードでは、LEDは従来通り動作して発光する。放出された光は、データを送信するために変調され得る。図3bの逆バイアスモードでは、通常の発光極性が、ダイオードの接合部に逆バイアスをかけるように切り替えられる。続いて、図3cの放電モードで一端を解放する、すなわちその一端をマイクロプロセッサへの入力となるように設定することにより、光学的に生成される光電流が、受信光すなわち読み取られる光の量に比例するレートで接合部から光学的に放電することができる。その読み取り光が変調されている場合、データを受信することができる。容量性放電は容易に測定可能である。Q=CVでありCは既知であるので、充電量の変化を測定することが事実上電圧の変化を測定することになる。
action mode
FIGS. 3a-3c each illustrate how this circuit can operate in three modes: forward bias or “light emission”, non-forward bias or “reverse bias”, and “discharge” or read. . In the light emission mode of FIG. 3a, the LED operates as usual and emits light. The emitted light can be modulated to transmit data. In the reverse bias mode of FIG. 3b, the normal emission polarity is switched to reverse bias the diode junction. Subsequently, by releasing one end in the discharge mode of FIG. 3c, i.e., setting one end as an input to the microprocessor, the optically generated photocurrent is the amount of received or read light. Can be optically discharged from the joint at a rate proportional to. If the reading light is modulated, data can be received. Capacitive discharge can be easily measured. Since Q = CV and C is known, measuring the change in the amount of charge effectively measures the change in voltage.
ある時点で、入力ピンに加わる電圧が所定入力しきい値Tを超える。これにどのくらいの時間がかかるかを計時することにより、読み取り光レベルの高分解能測定がなされる。この時間測定は、マイクロプロセッサ200内のカウンタ210すなわちクロック信号によって簡単になされ得る。例えば、小さなプログラムループが、しきい値Tを超えるまでカウンタ210を代わる代わるインクリメントする。
At some point, the voltage applied to the input pin exceeds a predetermined input threshold T. By measuring how long this takes, high-resolution measurement of the reading light level is performed. This time measurement can be simply made by a
本発明による回路は、追加的構成要素を必要とせず、読み取り中に極めて少量の電力しか消費しない。発光モードと読み取りモードを切り替えることにより、LEDは光通信ネットワークにおいて送信器および受信器の両方(送受信器)として動作することができる。 The circuit according to the invention requires no additional components and consumes very little power during reading. By switching between the light emitting mode and the reading mode, the LED can operate as both a transmitter and a receiver (transmitter / receiver) in the optical communication network.
図4は、光リンク403によって接続された2個のこのような送受信器401−402を示している。リンク403は、空気または光ファイバケーブル等のいかなる透明媒質とすることも可能である。
FIG. 4 shows two such transceivers 401-402 connected by an
単一ピンLED送受信器
驚くべきことに、図5に示すように、マイクロプロセッサの単一のI/Oピンのみを使用することによって、単一のLED送受信器を構成することも可能である。
Single Pin LED Transceiver Surprisingly, it is also possible to construct a single LED transceiver by using only a single I / O pin of the microprocessor, as shown in FIG.
図5に示すように、マイクロプロセッサまたはマイクロコントローラ500は、LED502の入力に接続された1個のI/Oピン501を有し、LEDの出力は電流制限抵抗503に接続される。この回路では、上記の図2の回路の場合のようにLED502に逆バイアスをかけることは不可能である。その代わりにLEDは、I/Oピン501をローに設定することによりゼロバイアスに短絡される。
As shown in FIG. 5, the microprocessor or
続いて、ピン501は入力に設定される。入力は、入射光により誘起される光電流が読み取られる時、LEDの接合部の静電容量を充電する。これは、LEDの両端の電圧が、LED内の全光電流を事実上使い果たすのに足りるだけ接合部に順バイアスをかけるまで継続する。この電圧が所定のディジタル入力しきい値を超えるようにされる場合、上記と同様の基本的計時技法が、データを受信するために使用可能である。
Subsequently, the
しかし、これは困難な制約である。標準的な赤色、緑色、オレンジ色および黄色のLEDは通常、約1.5V〜2Vで「オン」になるが、これはマイクロプロセッサ500のような5Vシステムでのディジタル入力しきい値よりも概して低い。しかし、青色LED、および一部の最近の高輝度LEDは約3Vの順電圧降下を有することがあり、これは入力しきい値を超えて充電され得るに足りるだけ高い。より低電圧のシステム、例えば3Vシステムおよびそれ以下のシステムは、より低い入力しきい値を有するので、さらにこの技法になじみやすい。
However, this is a difficult limitation. Standard red, green, orange and yellow LEDs are typically “on” at about 1.5V to 2V, which is generally more than the digital input threshold in 5V systems such as the
また、図5の回路は図2の回路よりも概して優れている。というのは、しきい値が、電源電圧VDDよりもグラウンドの近くでバイアスされることが多いからである。なお、この1ピンバージョンは、図1の場合と同様に、抵抗との順番を逆にしてI/Oピン501に接続されて動作することも可能であることに留意すべきである。
Also, the circuit of FIG. 5 is generally superior to the circuit of FIG. This is because the threshold is often biased closer to ground than the supply voltage V DD . It should be noted that this one-pin version can be operated by being connected to the I /
このピン送受信器の利点は、マイクロプロセッサの単一ピンによって駆動されるいかなる適当なLEDインジケータも、単にファームウェアまたはソフトウェアを上記のごとく動作するように変更するだけで、今度はそれと同数の送受信器としても動作することが可能であることである。ハードウェアの改変は不要である。したがって、ソフトウェア変更によって、送受信器としても機能するように標準的なLEDインジケータをアップグレードすることが容易となる。この実施形態は、I/Oピンの個数が制限されているシステムにも適している。 The advantage of this pin transceiver is that any suitable LED indicator driven by a single pin of the microprocessor simply changes the firmware or software to operate as described above, this time as the same number of transceivers. Is also able to work. No hardware modification is required. Thus, a software change makes it easy to upgrade a standard LED indicator to also function as a transceiver. This embodiment is also suitable for systems where the number of I / O pins is limited.
双方向通信
1つの通信応用例では、2個の同期していない送受信器が相互に位相同期して、パルス幅変調データを双方向に交換する。このプロトコルでは、2個の受信器は交代で送信および受信モードで動作し、比較的短い光パルスが0すなわちスペース(space)状態を示し、比較的長い光パルスが1すなわちマーク(mark)状態を示す。
Bidirectional communication In one communication application, two non-synchronized transceivers are phase synchronized with each other to exchange pulse width modulated data in both directions. In this protocol, the two receivers operate alternately in transmit and receive mode, with a relatively short light pulse indicating 0 or a space state and a relatively long light pulse indicating 1 or a mark state. Show.
アイドルサイクル
このプロトコルは、送受信器がアイドリングサイクルを実行するアイドルサイクルで開始される。アイドルサイクルにおいては、送受信器が1ミリ秒の光パルスを送信した後、4ミリ秒の受信期間がある。受信期間中に、送受信器は複数回の光測定を実行する。これらの光測定は、1ビットのみの分解能、すなわち到来する光束が所定しきい値(公称約1.5V)の上か下かを提供する。
Idle Cycle This protocol begins with an idle cycle in which the transceiver performs an idle cycle. In the idle cycle, there is a 4 millisecond reception period after the transceiver transmits a 1 millisecond optical pulse. During the reception period, the transceiver performs multiple light measurements. These light measurements provide only 1-bit resolution, ie whether the incoming light flux is above or below a predetermined threshold (nominal about 1.5V).
同期ループ
アイドリングサイクルは、連続する少なくとも2回の測定が「光検出(light seen)」を示すまで継続する。この時点で、送受信器は、相手側送受信器から到来する光パルスが検出されたと仮定し、アイドリングループから、それよりもわずかに高速な同期ループに移行する。同期ループの間、送信光パルスは依然として1ミリ秒間オンであるが、その後に不定個数の光測定が続く。同期ループ中に、マイクロプロセッサは、所定回数の測定後か、または光パルスの立下りエッジが検出された時のいずれかに、その測定セットを終了する。立下りエッジが検出されたとみなされるのは、1対の連続する測定が両方とも「光検出」を示した後に、10回の測定で「光検出」がない時である。
The synchronized loop idling cycle continues until at least two consecutive measurements indicate “light seen”. At this point, the transceiver assumes that an optical pulse coming from the counterpart transceiver has been detected and transitions from the idlin group to a slightly faster synchronized loop. During the locked loop, the transmitted light pulse is still on for 1 millisecond, but is followed by an indefinite number of light measurements. During the synchronous loop, the microprocessor terminates its measurement set either after a predetermined number of measurements or when a falling edge of an optical pulse is detected. A falling edge is considered detected when there is no “light detection” in 10 measurements after both pairs of consecutive measurements indicate “light detection”.
したがって、同期ループ内の実行パターンは、一方の送受信器のLEDが1ミリ秒間オンになり、続いて両方の送受信器のLEDが1ミリ秒間オフになり、続いて他方の送受信器のLEDが1ミリ秒間オンになり、そして最後に両方のLEDが1ミリ秒間オフになることから構成される。送受信器が最大25%のクロック周波数誤差を有していても、それらの送受信器は依然として同期することができる。公称の同期ループパルスレートは250Hzであり、デューティサイクルは25%である。 Thus, the execution pattern in the synchronous loop is that one transceiver LED is on for 1 millisecond, followed by both transceiver LEDs off for 1 millisecond, and then the other transceiver LED is 1 It consists of turning on for milliseconds and finally turning off both LEDs for 1 millisecond. Even if the transceivers have a clock frequency error of up to 25%, they can still be synchronized. The nominal synchronous loop pulse rate is 250 Hz and the duty cycle is 25%.
データ通信
通信中、データビットは非同期形式で送信される。例えば、1ミリ秒の光パルスがMARKを示し、0.5ミリ秒の光パルスがSPACEを示す。システムは通常、MARKビットを送信している状態でアイドリングする。ここで、データ転送ループの動作は同期ループと同じである。データ送信中、フォーマットは、同期を可能にするための少なくとも16個のMARKビットの後、スタートビットとして1個のSPACEビットがあり、続いてデータの8ビットがあり、続いてストップビットとして1個のMARKがある。これは、一般的な8−N−1 RS−232フォーマットに類似している。
Data communication During communication, data bits are transmitted in an asynchronous format. For example, an optical pulse of 1 millisecond indicates MARK, and an optical pulse of 0.5 millisecond indicates SPACE. The system typically idles while sending the MARK bit. Here, the operation of the data transfer loop is the same as that of the synchronous loop. During data transmission, the format is at least 16 MARK bits to enable synchronization, followed by 1 SPACE bit as a start bit, followed by 8 bits of data, followed by 1 as a stop bit. There is a MARK. This is similar to the general 8-N-1 RS-232 format.
光パルスをデコードするため、受信側の送受信器は、同期ループのそれぞれの実行ごとに「光検出」測定回数のカウントを保持する。カウントされた光検出測定が7個以下である場合にはSPACEが記録され、カウントされたパルスが8個以上である場合にはMARKが記録される。通常の非同期デフレーミング(すなわち先頭のSPACEスタートビットおよび末尾のMARKストップビットを落とす)が実行可能である。結果として得られる8ビットデータワードが、その後アプリケーションレベルのプログラムに利用可能である。簡易なデータ通信を、誤り訂正および暗号化と組み合わせることも可能である。他の光通信プロトコルも可能である。 In order to decode the optical pulse, the receiving transceiver maintains a count of the number of “light detection” measurements for each execution of the synchronization loop. SPACE is recorded when the number of photodetection measurements counted is 7 or less, and MARK is recorded when the number of counted pulses is 8 or more. Normal asynchronous deframing (ie, dropping the leading SPACE start bit and the trailing MARK stop bit) can be performed. The resulting 8-bit data word is then available for application level programming. Simple data communication can also be combined with error correction and encryption. Other optical communication protocols are possible.
図6に示すように、2個の送受信器601が二重凸レンズ602を通して光変調データを交換し、電気的に絶縁された通信リンクを提供する。この場合、1MHzを超えるデータレートが達成可能である。
As shown in FIG. 6, two
プログラム可能鍵
本発明による送受信器は、プログラム可能鍵(programmable key)およびプログラム可能錠(programmable lock)としても使用可能である。他の多くの技術がインテリジェントキー(例えば、RFID、カードキー等)で使用されているが、本発明による送受信器は物理接触を必要としないため、一部のカードキーシステムとは異なり摩耗がなく、また磁気ストライプもない。またRFシステムとは異なり、指向性を持たせ、到達距離を短距離にすることができるため、ユーザは、何が解錠されるかを完全に制御することができる。これにより、単に付近にあるというだけで誤った錠を解錠するという可能性なしに、単一の鍵を多数の異なる錠のために使用することが可能となる。送受信器は本質的に双方向性であるので、チャレンジ/レスポンスおよび暗号化のプロトコルが使用可能であり、これにより鍵の複製および偽造を非常に困難にすることができる。LEDの可視性はユーザインタフェースを可能にする。最低限、ユーザは、送受信器が動作しているかどうか、すなわちバッテリが切れているかどうかを容易に判断することができる。さらに、鍵の使用時に、送受信器は同時にフラッシュライトとしても作用する。
Programmable Key The transceiver according to the invention can also be used as a programmable key and a programmable lock. Many other technologies are used in intelligent keys (eg, RFID, card keys, etc.), but the transceiver according to the present invention does not require physical contact and thus is not worn unlike some card key systems. There is no magnetic stripe. In addition, unlike the RF system, directivity can be provided and the reach distance can be shortened, so that the user can completely control what is unlocked. This allows a single key to be used for many different locks without the possibility of unlocking the wrong lock simply because it is in the vicinity. Because the transceiver is bidirectional in nature, challenge / response and encryption protocols can be used, which can make key duplication and forgery very difficult. The visibility of the LED allows a user interface. At a minimum, the user can easily determine whether the transceiver is operating, that is, whether the battery is dead. Furthermore, when using the key, the transceiver also acts as a flashlight at the same time.
おそらく最も興味深い利点は、送受信器がピアツーピア通信可能であるという点である。いかなる送受信器も、相手側送受信器に情報または許可を伝えることができる。この場合、送受信器は、解錠コードを知り、そのコードを他の送受信器に伝えることができる。情報を伝えることができるというこの能力は独自のものであり、スマートカードやRFIDタグの能力ではない。 Perhaps the most interesting advantage is that the transceiver is capable of peer-to-peer communication. Any transceiver can communicate information or permissions to the other transceiver. In this case, the transceiver can know the unlocking code and communicate the code to other transceivers. This ability to convey information is unique and not the ability of smart cards or RFID tags.
認証とセキュリティ
一部の応用例では、情報または許可を転送するピアツーピア能力は望ましい。金融等の安全なトランザクションのような別の応用例では、認証がデータ転送自体と同じくらい重要であり、統制なしに許可を伝えることは防止しなければならない。送受信器のプログラム可能性に伴う残念な副作用は、「転送禁止(do not forward)」データタグがアプリケーションによって挿入された場合に相手側送受信器がそれを尊重するという保証がないことである。移転不能な許可および偽造不能な識別証明は、多くの微妙な点を伴う困難な問題である。
Authentication and security In some applications, a peer-to-peer capability to transfer information or authorization is desirable. In other applications, such as secure transactions such as finance, authentication is as important as the data transfer itself and must be prevented from communicating permissions without control. An unfortunate side effect associated with transceiver programmability is that there is no guarantee that if a "do not forward" data tag is inserted by the application, the partner transceiver will respect it. Non-transferable permissions and non-forgeable identification credentials are difficult problems with many subtleties.
しかし、簡単な暗号化が可能であり、送受信器トランザクションを盗聴およびなりすましから安全に保つために使用することができる。使用されるマイクロプロセッサは、普通の対称暗号アルゴリズムを実施するのに十分なパワーを有する。このようなアルゴリズムは送信器および受信器が秘密鍵を共有することを必要とするため、いかなる2個の送受信器間の通信も事前に設定がなされる。送受信器は、多数の対称暗号鍵を保持するのに十分なメモリを備えることができるため、多数の他の送受信器と通信するように設定されることが可能である。 However, simple encryption is possible and can be used to keep transceiver transactions safe from eavesdropping and spoofing. The microprocessor used has enough power to implement a normal symmetric encryption algorithm. Since such an algorithm requires the transmitter and receiver to share a secret key, communication between any two transceivers is pre-configured. The transceiver can be equipped with sufficient memory to hold a large number of symmetric encryption keys and can therefore be configured to communicate with a number of other transceivers.
ゼロ知識証明
ゼロ知識証明(ZKP)および公開鍵(すなわち非対称)暗号によれば、送受信器は、その識別を安全に証明すること、および公開された情報にアクセス可能な送受信器と通信することができる(Schneier「Applied Cryptography」 2nd edition, John Wiley and Sons, New York, NY, 1996, pp.101-111を参照されたい)。共有秘密は不要である。
Zero Knowledge Proof Zero Knowledge Proof (ZKP) and public key (ie, asymmetric) cryptography allow a transceiver to securely prove its identity and to communicate with a transceiver that has access to the published information. Yes (see Schneier “Applied Cryptography” 2nd edition, John Wiley and Sons, New York, NY, 1996, pp. 101-111). A shared secret is not required.
本発明による送受信器によれば、いかなるLEDも容易に通信用送受信器に変換可能である。このことは広範な意味合いを有する。というのは、LEDは、マイクロプロセッサ方式の送受信器における電源インジケータとして広く使用されているからである。インジケータは通常、電源に直接結線されているのではなく、マイクロプロセッサを通して接続されているため、最小限のユーザインタフェース(例えば何らかの点滅)が利用可能である。 With the transceiver according to the invention, any LED can be easily converted into a communications transceiver. This has broad implications. This is because LEDs are widely used as power indicators in microprocessor-type transceivers. Since the indicator is typically connected through a microprocessor rather than directly connected to a power source, a minimal user interface (eg, some blinking) is available.
以下、本発明によるLED送受信器を使用可能ないくつかの応用例について説明する。 In the following, several application examples in which the LED transceiver according to the present invention can be used will be described.
CRTモニタは、その電源ランプを点滅させて、低消費電力の「スリープ」状態を示すことができる。最近のCRTモニタは通常、USBも備えており、その両方がモニタ設定を制御する。本発明による送受信器回路を追加することにより、電源LEDから近くのコンピュータへの完全なデータパスを提供することができ、送受信器を上記のように鍵として使用することが可能となる。これは、コンピュータにログインするためのパスワードに代えて、もしくはそれに加えて使用可能であり、または電子商取引のための暗号認証送受信器として使用することも可能である。同様の技法が、キーボードインジケータライトでも使用可能である。 The CRT monitor can blink its power lamp to indicate a low power "sleep" state. Modern CRT monitors typically also have a USB, both of which control the monitor settings. By adding a transceiver circuit according to the present invention, a complete data path can be provided from the power LED to a nearby computer, allowing the transceiver to be used as a key as described above. It can be used instead of or in addition to a password for logging in to a computer, or it can be used as a cryptographic authentication transceiver for electronic commerce. Similar techniques can be used with keyboard indicator lights.
送受信器により、ユーザは電源オンLEDを通して、故障した器具の完全な診断状態をコピーし、その診断情報をサービスサイトへ送信することができる。器具に、特別なディスプレイやコネクタは不要である。 The transceiver allows the user to copy the complete diagnostic status of the failed instrument through the power on LED and send the diagnostic information to the service site. No special display or connector is required for the instrument.
送受信器は、携帯電話機、PDA等の電源インジケータやLEDバックライトを用いて電話番号等の個人情報を交換するために使用可能である。1つの興味深い応用例として、玩具(例えば動物のぬいぐるみ)に送受信器を埋め込めば、玩具どうしが相互に「通信」することができる。 The transceiver can be used for exchanging personal information such as a telephone number using a power indicator such as a mobile phone or PDA or an LED backlight. One interesting application is that the toys can “communicate” with each other if the transceiver is embedded in a toy (eg, a stuffed animal).
以上、本発明は好ましい実施形態の例として説明されているが、本発明の精神および範囲内で、他の種々の適応および変更をなし得ることが理解されるべきである。したがって、添付の特許請求の範囲の目的は、本発明の真の精神および範囲内に入るすべてのそのような変形および変更を包含することである。 While the invention has been described by way of examples of preferred embodiments, it is to be understood that various other adaptations and modifications can be made within the spirit and scope of the invention. Accordingly, the scope of the appended claims is to encompass all such variations and modifications as fall within the true spirit and scope of the present invention.
Claims (14)
非順バイアスで前記LEDを周期的に駆動する手段であって、非順バイアスで前記LEDを駆動した後に前記LEDの静電容量の充電量を光学的に変化させ、光のレベルを測定することによりデータを受信する手段と
を備える光通信送受信器。 Means for periodically driving the LED with forward bias and transmitting data by emitting light;
A means for periodically driving the LED with a non-forward bias, wherein after the LED is driven with a non-forward bias, the charge amount of the capacitance of the LED is optically changed to measure the light level. And a means for receiving data.
前記LEDに接続される第1I/Oピンおよび前記抵抗に結合する第2I/Oピンを有するマイクロプロセッサと、
順バイアスで前記LEDを周期的に駆動し、発光することによりデータを送信する手段と、
逆バイアスで前記LEDを周期的に駆動する手段と、
逆バイアスで前記LEDを駆動した後に前記LEDを光学的に放電させ、光のレベルを測定することによりデータを受信する手段と
を備える光通信送受信器。 An LED coupled in series with a resistor;
A microprocessor having a first I / O pin connected to the LED and a second I / O pin coupled to the resistor;
Means for periodically driving the LED with forward bias and transmitting data by emitting light;
Means for periodically driving the LED with a reverse bias;
Means for optically discharging the LED after driving the LED with a reverse bias and receiving data by measuring the light level.
前記LEDに接続されるI/Oピンおよび前記抵抗に結合するグラウンドを有するマイクロプロセッサと、
前記I/Oピンをハイに設定することで順バイアスで前記LEDを周期的に駆動し、発光することによりデータを送信する手段と、
前記I/Oピンをローに設定し、前記LEDを光学的に充電させるように前記I/Oピンを入力状態に設定することで、ゼロバイアスで前記LEDを周期的に駆動する手段と、
光のレベルを測定してデータを受信する手段と
を備える光通信送受信器。 An LED coupled in series with a resistor;
A microprocessor having an I / O pin connected to the LED and a ground coupled to the resistor;
Means for periodically driving the LED with forward bias by setting the I / O pin high and transmitting data by emitting light;
Means for periodically driving the LED with zero bias by setting the I / O pin to low and setting the I / O pin to an input state to optically charge the LED;
Means for measuring the level of light and receiving data.
前記抵抗に接続されるI/Oピンおよび前記LEDに結合するグラウンドを有するマイクロプロセッサと、
前記I/Oピンをハイに設定することで順バイアスで前記LEDを周期的に駆動し、発光することによりデータを送信する手段と、
前記I/Oピンをローに設定し、前記LEDを光学的に充電させるように前記I/Oピンを入力状態に設定することで、ゼロバイアスで前記LEDを周期的に駆動する手段と、
光のレベルを測定してデータを受信する手段と
を備える光通信送受信器。 An LED coupled in series with a resistor;
A microprocessor having an I / O pin connected to the resistor and a ground coupled to the LED;
Means for periodically driving the LED with forward bias by setting the I / O pin high and transmitting data by emitting light;
Means for periodically driving the LED with zero bias by setting the I / O pin low and setting the I / O pin in an input state to optically charge the LED;
Means for measuring the level of light and receiving data.
非順バイアスで前記LEDを周期的に駆動し、非順バイアスで前記LEDを駆動した後に前記LEDの静電容量の充電量を光学的に変化させることと、
前記充電量のレベルを測定し、光を測定してデータを受信することと
を含むデータ送受信方法。 Periodically driving the LED with forward bias and transmitting data by emitting light;
Periodically driving the LED with a non-forward bias and optically changing the charge amount of the capacitance of the LED after driving the LED with a non-forward bias;
A data transmission / reception method comprising: measuring a level of the charge amount, measuring light, and receiving data.
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