JP2003318836A - 照明光送信装置、照明光受信装置及び蛍光体タイプ照明光通信システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 照明光通信に適する情報の分配を実現する照
明光送信装置及びその信号受信に適する照明光受信装置
を提供すること。 【解決手段】 照明光送信装置は、送信する元のデータ
を入力し、各ＬＥＤ１２ａ，１２ｂ，１２ｃの発光電力
に応じた多重数となるように入力された直列のデータを
並列の３つに分配して、各ＬＥＤに割り当てる割当器１
１、赤ＬＥＤ１２ａ，緑ＬＥＤ１２ｂ，青ＬＥＤ１２ｃ
を有する白色ＬＥＤ１２、各発光電力を調節する調節部
１６、及び、レートを変更したことの情報を送信するよ
うに制御する制御部１７を備える。照明光受信装置は、
それぞれ赤フィルタ１３ａ、緑フィルタ１３ｂ、青フィ
ルタ１３ｃを介して受光する光電気変換器１４ａ，１４
ｂ，１４ｃ、及び、復調器１５を備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、照明光を利用して
信号を伝送する照明光送信装置及びその信号受信に適す
る照明光受信装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】光源に白色発光ダイオード（Light Emit
ting Diode：ＬＥＤ）を用いた照明は、蛍光灯などの照
明と比較し、長寿命、小型、低消費電力といった優れた
特徴から、実用化が期待されている。白色ＬＥＤ照明は
その光源にＬＥＤを用いているため、蛍光灯と比べ、余
熱時間が必要なく、応答速度が非常に速いといった特徴
をもつ。この特性を利用して、白色ＬＥＤ照明にデータ
伝送機能を持たせるシステムが提案されている。白色Ｌ
ＥＤ照明によるデータ伝送システムは、データ伝送媒体
としてＬＥＤによる白色光を用いるものである。白色Ｌ
ＥＤ照明の発光強度を送信データに応じて変調し、受信
側ではその光の強弱をフォトダイオードなどの光電気変
換器（Ｏ／Ｅ）にて検波することでデータ伝送を実現す
る。このように白色ＬＥＤ照明によるデータ伝送システ
ムは、照明として利用される白色ＬＥＤ照明を同時にデ
ータ伝送に用いることができるだけでなく、一般的な電
波を利用した無線伝送技術、あるいは赤外線を用いた光
無線伝送技術と比較して、照明に利用している大きな電
力をデータ伝送にも用いることができるので、良好な通
信特性を得ることができ、非常に注目を集めている。ま
た、照明はその照明設計の段階で部屋全体に影を生じな
いように配置されるので、赤外線通信にありがちな陰を
生じることなく、部屋全体でのデータ伝送が可能とな
る。こうした大電力、豊富な光源配置は、赤外光データ
伝送や無線データ伝送では許されない場合が多い。赤外
線通信と共通の長所としては、電波を利用しにくい環
境、例えば、病院、列車内、飛行機、宇宙船、ペースメ
ーカーの利用者の居る環境でも利用可能で、しかも、無
線局免許の対象外である。

【０００３】一方で、白色ＬＥＤには大きく分けると２
種類のタイプがある。一つは、ＧａＮ（窒化ガリウム）
系青色ＬＥＤの周囲にＹＡＧ（イットリウム・アルミニ
ウム・ガーネット）系蛍光体を配置し、一つのパッケー
ジに納めたものである（蛍光体タイプ）。これは中心に
配置された青色ＬＥＤを発光させることで青色光を発光
し、これにより蛍光体を励起し発光させることで白色光
を得るものである。もう一つは、赤、緑、青の光の３原
色に相当するＬＥＤを一つのパッケージに収め、同時に
発光させることで白色光を得るものである（３原色タイ
プ）。ＬＥＤ照明としては蛍光体タイプのものの方が高
い輝度を得られるものの、白色と言っても青い光がベー
スとなり、温かみに欠けるなどの欠点がある。一方、３
原色タイプは赤みがかった白にしたり、緑に近くした
り、青に近くしたりと好みに応じた調整ができ、白色か
ら離れた色での照明も可能となる。また、時間によって
色を変えることも可能になる。さらに、照明光通信シス
テムを考えた場合に、蛍光体タイプの白色ＬＥＤでは、
中心のＬＥＤを発光させてから蛍光体を発光させるとい
う２段階のステップを経るため、３原色タイプの白色Ｌ
ＥＤに比べて高速データ伝送の面で難があり、伝送速度
の上限は現在のところ１Ｍｂｐｓ程度である。しかしな
がら、３原色タイプの白色ＬＥＤでは照明と同時にデー
タ伝送する場合に、蛍光体タイプよりも、伝送スピード
が速くできる。なぜならば、蛍光体を励起するという過
程がなく、直接に白色の照明をするからである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】蛍光体と青色ＬＥＤの
組み合わせ、そして、そのＬＥＤを変調するデータ伝送
方式は、中心の青色ＬＥＤを発光してから蛍光体を励起
する２段階のステップを経るために、データ伝送速度を
大きくできないという欠点がある。これを高速にするに
は３原色を利用した白色照明光をデータ伝送に利用する
ことが考えられる。３原色タイプの白色ＬＥＤにおいて
実際に白色光を実現する場合、赤、緑、青の３種類のＬ
ＥＤを用い、それらを混合して白色光を得るが、この場
合、３つのＬＥＤそれぞれの発光電力を変える必要があ
る。それはすなわち人間の視感度特性に波長依存性があ
るからである。人間の視感度特性を図２に示す。人の眼
は５５５ｎｍに最大感度を持ち、４００〜７００ｎｍあ
たりまでが可視領域である。このような特性があるため
に人間の眼から見て白色光と思われる光を得るために
は、赤、緑、青３色の発光電力の混合率を変える必要が
ある。たとえば、ＣＩＥ標準色度図（図３参照）におい
てｘ＝０.３１、ｙ＝０.３３の白色を得るためには、表
１に示すような割合で３原色を発光させる必要がある。
つまり同じ白色光を得る組み合わせにも何通りかの方法
が存在し、また発光効率もその組み合わせによって異な
る。

【０００５】このような特性を持つ３原色タイプの白色
ＬＥＤを用いて白色照明光データ伝送システムを実現す
る場合、赤、緑、青の各ＬＥＤの発光電力が異なるた
め、その通信特性は各波長において異なったものとな
る。たとえば、表１において、最下段の組み合わせの場
合、赤、緑、青各色のＬＥＤから送信されるデータの通
信品質は、ＳＮ比換算で最大１０ｄＢ以上の差が生じる
ことになる。

【０００６】

【表１】 このように、３原色タイプのＬＥＤを用いた照明光通信
システムにおいては、３つのＬＥＤによって白色光が作
られ、３色が同じ発光電力で発光している場合、人間の
眼には白色に感じない。したがって、３色が異なる発光
電力となるように、しかも各波長の選び方でその比率も
変化するように３原色を選ばなければならない。この場
合、各ＬＥＤによって送信されるデータの品質に不平等
が生じることになる。本発明は、上記問題点に鑑み、照
明光通信に適する情報の分配を実現する照明光送信装置
及びその信号受信に適する照明光受信装置を提供するこ
とを目的とする。

【課題を解決するための手段】本発明の照明光送信装置
は、送信するデータを３つに分配して３原色の各波長に
割り当てる割当器と、該割当器で割り当てられたデータ
により各発光強度に応じたレートで変調される３原色の
照明用ＬＥＤとを備える。また、前記照明用ＬＥＤの各
発光強度を調節する強度調節手段を更に備え、前記照明
用ＬＥＤは該強度調節手段により調節される発光強度に
応じたレートで変調されることで、任意の色で照明する
演出をすることができる。また、前記強度調節手段によ
り発光強度が変更された際に３原色の光を変調するレー
トを変更した情報を送信するように制御する制御手段を
更に備えることで、受信装置でレートを検出していなく
てもレートの変更後に速やかに正常な受信を開始するこ
とができる。また、本発明の照明光受信装置は、３原色
の光信号をそれぞれ電気信号に変換する光電気変換器
と、該光電気変換器から出力されたそれぞれ異なるレー
トの電気信号を復調する復調器とを備える。また、本発
明の照明光送信装置は、送信するデータをその重要度に
応じて、強度が異なる３原色の各波長に割り当てる割当
器と、該割当器で割り当てられたデータにより変調され
る３原色の照明用ＬＥＤとを備える。また、本発明の照
明光受信装置は、３原色の光信号をそれぞれ電気信号に
変換する光電気変換器と、該光電気変換器から出力され
た電気信号にそれぞれ異なる重みを付けて合成する合成
器と、該合成器から出力された電気信号を復調する復調
器とを備える。また、本発明の照明光受信装置は、蛍光
体タイプ白色ＬＥＤ照明装置の青色ＬＥＤに対応する光
を選択的に透過する青色フィルタと、該青色フィルタを
介して光を検出する光検出器と、該光検出器から出力さ
れた電気信号を復調する復調器とを備える。

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照しながら本
発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。図１
は、本発明の第１実施の形態による照明光送信装置及び
照明光受信装置の構成を示す図である。照明光送信装置
は、割当器１１、赤ＬＥＤ１２ａ，緑ＬＥＤ１２ｂ，青
ＬＥＤ１２ｃを有する白色ＬＥＤ１２、調節部１６、及
び、制御部１７を備える。照明光受信装置は、それぞれ
赤フィルタ１３ａ、緑フィルタ１３ｂ、青フィルタ１３
ｃを介して受光する光電気変換器１４ａ，１４ｂ，１４
ｃ、及び、復調器１５を備える。割当器１１は、送信す
る元のデータを入力し、白色ＬＥＤ１２の赤ＬＥＤ１２
ａ，緑ＬＥＤ１２ｂ，青ＬＥＤ１２ｃの発光電力に応じ
た多重数となるように入力された直列のデータを並列の
３つに分配して、各ＬＥＤに割り当てて、各多重数に応
じたレートで出力する。表１の最下段の場合、たとえ
ば、赤ＬＥＤ１２ａに対して多重数を１、緑ＬＥＤ１２
ｂに対して多重数を１１、青ＬＥＤ１２ｃに対して多重
数を７として、それぞれのレートで出力する。白色ＬＥ
Ｄ１２は、赤ＬＥＤ１２ａ，緑ＬＥＤ１２ｂ，青ＬＥＤ
１２ｃの発光電力の比が照明用に調節されており、各発
光電力に応じた多重数、すなわち、レートのデータを入
力して、それぞれのレートのデータで赤ＬＥＤ１２ａ，
緑ＬＥＤ１２ｂ，青ＬＥＤ１２ｃが変調されて発光す
る。光電気変換器１４ａ，１４ｂ，１４ｃは、それぞれ
赤フィルタ１３ａ、緑フィルタ１３ｂ、青フィルタ１３
ｃを介して受光したそれぞれ赤い光、緑の光、青い光を
選択的に電気信号に変換する。復調器１５は、赤い光、
緑の光、青い光に対応する異なるレートで変調されてい
る電気信号を並列に入力して、それぞれ復調して元の直
列のデータに変換する。調節部１６は、白色ＬＥＤ１２
の赤ＬＥＤ１２ａ，緑ＬＥＤ１２ｂ，青ＬＥＤ１２ｃの
各発光電力を調節して、自然な白の照明光を得るための
ものである。また、白色を離れて、調節により他の色を
演出することもできる。さらに、時間帯に応じて照明光
の色を変えることもできる。制御部１７は、調節部１６
により白色ＬＥＤ１２の赤ＬＥＤ１２ａ，緑ＬＥＤ１２
ｂ，青ＬＥＤ１２ｃの発光電力が調節されて変更された
際に３原色の光を変調するレートを変更したことの情報
を送信するように制御する。たとえば、赤、緑、青の多
重数が、１：１１：７であったものが、調節により、
１：８：５になった場合には、その１：８：５となった
ことを情報として送信する。これにより、照明光受信装
置は直ちに新たなレートの信号を正常に受信することが
できる。もっとも、照明光受信装置で絶えずレートを検
出しておき、レートが変わった場合にはそのことを検出
して新たなレートで信号を復調するように構成してもよ
い。この場合には制御部１７を必要としない。また、白
色の照明光を使うものとして、調節部１６は半固定にし
ておき、ユーザは照明光の色の調節ができない構成とし
てもよい。この場合にも制御部１７を必要としない。図
４は、３原色ＬＥＤの各変調レートの例を示す図であ
る。上述した白色ＬＥＤ１２の赤ＬＥＤ１２ａ，緑ＬＥ
Ｄ１２ｂ，青ＬＥＤ１２ｃの異なる変調レートの例とし
て、図４に示すように、２：８：４とすると、それぞれ
が伝送する情報の量も当然に２：８：４となる。各ＬＥ
ＤでのＳＮ比が異なるため、このように割り当てるデー
タ量を異なるものとしても等しいビット誤り率を達成す
ることができる。図５は、３原色ＬＥＤに割り当てるデ
ータの各通信品質の例を示す図である。白色ＬＥＤ１２
の赤ＬＥＤ１２ａ，緑ＬＥＤ１２ｂ，青ＬＥＤ１２ｃの
波長多重数を等しくして各ＬＥＤから送信されるデータ
の品質を変える構成とすることができる。つまり、送信
するデータの重要性によって送信を担うＬＥＤを異なる
ものとする。緑に最も重要なデータを割りつけ、次に重
要なのは青、そして、最も重要でないものは赤に割りつ
ける方法である。これは今後、さまざまな種類の情報が
同時に含まれるようなマルチメディア情報を取り扱うよ
うになるであろう（室内）データ伝送システムにおい
て、非常に有効である。図６は、本発明の第２実施の形
態による照明光送信装置及び照明光受信装置の構成を示
す図である。照明光送信装置は、赤ＬＥＤ２１ａ，緑Ｌ
ＥＤ２１ｂ，青ＬＥＤ２１ｃを有する白色ＬＥＤ２１を
備える。照明光受信装置は、それぞれ赤フィルタ２２
ａ、緑フィルタ２２ｂ、青フィルタ２２ｃを介して受光
する光電気変換器２３ａ，２３ｂ，２３ｃ、係数器２４
ａ，２４ｂ，２４ｃ、加算器２５、及び、復調器２６を
備える。白色ＬＥＤ２１は、赤ＬＥＤ２１ａ，緑ＬＥＤ
２１ｂ，青ＬＥＤ２１ｃの発光電力の比が照明用に調節
されており、それぞれが入力される元のデータで同時に
変調されて発光する。光電気変換器２３ａ，２３ｂ，２
３ｃは、それぞれ赤フィルタ２２ａ、緑フィルタ２２
ｂ、青フィルタ２２ｃを介して受光したそれぞれ赤い
光、緑の光、青い光を選択的に電気信号に変換する。係
数器２４ａ，２４ｂ，２４ｃは、光電気変換器２３ａ，
２３ｂ，２３ｃから入力される電気信号に白色ＬＥＤ２
１の各ＬＥＤの混合率に応じた係数を乗じて出力する。
加算器２５は、各係数器２４ａ，２４ｂ，２４ｃから入
力される、係数による重み付きの電気信号をそのまま加
算して出力する。復調器２６は、加算器２５から入力さ
れる電気信号を復調して、元のデータを出力する。この
場合は多重化ではないので、複数のＬＥＤによってトー
タルのデータ速度を高めることはできないが、各ＬＥＤ
の発光電力を受信側では加えて、安定な伝送ができる。
また、３つのＬＥＤの発光電力比を変更した場合はそれ
を受光部で測定し、係数器の値を自動的に変更する構成
にしてもよい。図７は、本発明の第３実施の形態による
照明光送信装置の構造を示す図である。本実施の形態は
上述の蛍光体タイプであり、照明光送信装置は、基盤３
１の窪みの中に載置される青色ＬＥＤ３２の周囲に蛍光
体３３を配置した構成である。図８は、蛍光体タイプの
白色ＬＥＤのスペクトルを示す図である。青色ＬＥＤ３
２の発光に刺激され青色以外が蛍光体３３で発光し、青
色ＬＥＤ３２の直接光と蛍光体３３による光スペクトル
は図８のようになる。青色ＬＥＤ３２の直接光と蛍光体
３３の発光する双方が混合されて、人間は白く認識する
ので、照明などに利用できるわけである。図１０は、従
来の蛍光体タイプの照明光送信装置及び照明光受信装置
の構成を示す図である。変調器４１により白色ＬＥＤ４
２を例えばＯＮ−ＯＦＦなどで、変調すると白色光は点
滅し、その点滅を離れた位置の光検出器４３で検出し、
復調器４４で復調すれば、デジタル信号を無線伝送でき
る。このＯＮ−ＯＦＦを低速で行えば蛍光体によるＯＮ
−ＯＦＦ波形の劣化は生じないが、高速になると、図１
０に示すように蛍光体による波形歪みが顕著になる。図
１０では高速データで変調されたために、光検出器の出
力波形が歪んだ例が示される。この歪みがデータの誤り
を引き出すことになる。図９は、本発明の第３実施の形
態による照明光送信装置及び照明光受信装置の構成を示
す図である。本実施の形態の照明光受信装置では光検出
器４３の前に青色フィルタ４５を設けた点が従来と異な
る。この青色フィルタ４５によって青色以外の光は遮断
される。青色のみが通過し、その強度が検出される。青
色以外の光は蛍光体３３の発光により生じた遅れのある
特性を持つがために、波形歪みを引き起こした光であ
り、青色光は青色ＬＥＤ３２からの直接光であり、高速
な変調にも歪みにくい成分である。青色光を青色フィル
タ４５で取り出し検出すれば、蛍光体３３による時間応
答歪の影響なしに、高速な無線伝送が行われる。ただ
し、検出される光の強度は白色光として検出するよりも
小さくなるが、高速伝送では、歪みによる影響を除去で
きることのほうが効果が大きい。なお、本発明は上記実
施の形態に限定されるものではない。

【発明の効果】以上のように、請求項１に係る本発明に
よれば、各波長で送られるデータにそれぞれ役割を持た
せることが可能である。具体的には、高帯域な伝送が必
要なリアルタイム画像情報などを緑色ＬＥＤで送信し、
それほどの帯域を必要としないデータを赤色ＬＥＤで送
信することができる。受信側においては光フィルタを用
いて各色を分離し、それぞれのデータに応じた処理を行
えばよい。また、請求項５に係る本発明によれば、３原
色それぞれの通信品質が異なることを利用して、データ
の重要度に応じて送信に使用する波長を変えることがで
き、異なる伝送速度要求に応じたデータ伝送を可能とす
る。一方で、たとえば音声とコンピュータ用データなど
要求される通信品質が異なる場合に、それらのデータ種
別に応じて異なる品質でデータを多重することが可能で
ある。これらは光無線伝送におけるリソースの有効利用
にも資する。また、異なる品質のチャネルを同時に持つ
ことができるということは、上位レイヤーのたとえばＭ
ＡＣプロトコルを構成する場合にも優位に働く。たとえ
ば、送信予約型のＭＡＣプロトコル（Reservation ＡＬ
ＯＨＡなどに代表される）では、予約パケットは狭い帯
域しか消費せず、これを赤色ＬＥＤの持つチャネルのよ
うな帯域の狭いチャネルに割り当てて、またデータ等十
分な帯域を必要とするパケットには青色ＬＥＤの持つチ
ャネルのような広帯域なチャネルに割り当てることで、
予約パケットとデータパケットを異なるチャネルで効果
的に伝送することが可能であり、スループットを向上す
ることができる。また、請求項７に係る本発明によれ
ば、蛍光体タイプの照明光通信システムに特有の照明光
としての良好な発光効率と装置の簡易性を生かしつつ、
蛍光体タイプの弱点である伝送速度を飛躍的に向上する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施の形態による照明光送信装置
及び照明光受信装置の構成を示す図である。

【図２】人間の視感度特性を示す図である。

【図３】ＣＩＥ標準色度図を示す図である。

【図４】３原色ＬＥＤの各変調レートの例を示す図であ
る。

【図５】３原色ＬＥＤに割り当てるデータの各通信品質
の例を示す図である。

【図６】本発明の第２実施の形態による照明光送信装置
及び照明光受信装置の構成を示す図である。

【図７】本発明の第３実施の形態による照明光送信装置
の構造を示す図である。

【図８】蛍光体タイプの白色ＬＥＤのスペクトルを示す
図である。

【図９】本発明の第３実施の形態による照明光送信装置
及び照明光受信装置の構成を示す図である。

【図１０】従来の蛍光体タイプの照明光送信装置及び照
明光受信装置の構成を示す図である。

【符号の説明】

４５ 青色フィルタ

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成１４年１０月２４日（２００２．１０．
２４）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】特許請求の範囲

【補正方法】変更

【補正内容】

【特許請求の範囲】

【請求項２】 前記強度調節手段により発光強度が変更
された際に３原色の光を変調するレートを変更した情報
を送信するように制御する制御手段を更に備えることを
特徴とする請求項１記載の照明光送信装置。

【請求項３】 ３原色の光信号をそれぞれ電気信号に変
換する光電気変換器と、 該光電気変換器から出力された電気信号にそれぞれ異な
る重みを付けて合成する合成器と、 該合成器から出力された電気信号を復調する復調器とを
備えることを特徴とする照明光受信装置。

【請求項４】 蛍光体タイプ白色ＬＥＤ照明装置の青色
ＬＥＤに対応する光を選択的に透過する青色フィルタ
と、 該青色フィルタを介して光を検出する光検出器と、 該光検出器から出力された電気信号を復調する復調器と
を備えることを特徴とする照明光受信装置。

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】発明の詳細な説明

【補正方法】変更

【補正内容】

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、照明光を利用して
信号を伝送する照明光送信装置及びその信号受信に適す
る照明光受信装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】光源に白色発光ダイオード（Light Emit
ting Diode：ＬＥＤ）を用いた照明は、蛍光灯などの照
明と比較し、長寿命、小型、低消費電力といった優れた
特徴から、実用化が期待されている。白色ＬＥＤ照明は
その光源にＬＥＤを用いているため、蛍光灯と比べ、余
熱時間が必要なく、応答速度が非常に速いといった特徴
をもつ。この特性を利用して、白色ＬＥＤ照明にデータ
伝送機能を持たせるシステムが提案されている。白色Ｌ
ＥＤ照明によるデータ伝送システムは、データ伝送媒体
としてＬＥＤによる白色光を用いるものである。白色Ｌ
ＥＤ照明の発光強度を送信データに応じて変調し、受信
側ではその光の強弱をフォトダイオードなどの光電気変
換器（Ｏ／Ｅ）にて検波することでデータ伝送を実現す
る。このように白色ＬＥＤ照明によるデータ伝送システ
ムは、照明として利用される白色ＬＥＤ照明を同時にデ
ータ伝送に用いることができるだけでなく、一般的な電
波を利用した無線伝送技術、あるいは赤外線を用いた光
無線伝送技術と比較して、照明に利用している大きな電
力をデータ伝送にも用いることができるので、良好な通
信特性を得ることができ、非常に注目を集めている。ま
た、照明はその照明設計の段階で部屋全体に影を生じな
いように配置されるので、赤外線通信にありがちな陰を
生じることなく、部屋全体でのデータ伝送が可能とな
る。こうした大電力、豊富な光源配置は、赤外光データ
伝送や無線データ伝送では許されない場合が多い。赤外
線通信と共通の長所としては、電波を利用しにくい環
境、例えば、病院、列車内、飛行機、宇宙船、ペースメ
ーカーの利用者の居る環境でも利用可能で、しかも、無
線局免許の対象外である。

【０００３】一方で、白色ＬＥＤには大きく分けると２
種類のタイプがある。一つは、ＧａＮ（窒化ガリウム）
系青色ＬＥＤの周囲にＹＡＧ（イットリウム・アルミニ
ウム・ガーネット）系蛍光体を配置し、一つのパッケー
ジに納めたものである（蛍光体タイプ）。これは中心に
配置された青色ＬＥＤを発光させることで青色光を発光
し、これにより蛍光体を励起し発光させることで白色光
を得るものである。もう一つは、赤、緑、青の光の３原
色に相当するＬＥＤを一つのパッケージに収め、同時に
発光させることで白色光を得るものである（３原色タイ
プ）。ＬＥＤ照明としては蛍光体タイプのものの方が高
い輝度を得られるものの、白色と言っても青い光がベー
スとなり、温かみに欠けるなどの欠点がある。一方、３
原色タイプは赤みがかった白にしたり、緑に近くした
り、青に近くしたりと好みに応じた調整ができ、白色か
ら離れた色での照明も可能となる。また、時間によって
色を変えることも可能になる。さらに、照明光通信シス
テムを考えた場合に、蛍光体タイプの白色ＬＥＤでは、
中心のＬＥＤを発光させてから蛍光体を発光させるとい
う２段階のステップを経るため、３原色タイプの白色Ｌ
ＥＤに比べて高速データ伝送の面で難があり、伝送速度
の上限は現在のところ１Ｍｂｐｓ程度である。しかしな
がら、３原色タイプの白色ＬＥＤでは照明と同時にデー
タ伝送する場合に、蛍光体タイプよりも、伝送スピード
が速くできる。なぜならば、蛍光体を励起するという過
程がなく、直接に白色の照明をするからである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】蛍光体と青色ＬＥＤの
組み合わせ、そして、そのＬＥＤを変調するデータ伝送
方式は、中心の青色ＬＥＤを発光してから蛍光体を励起
する２段階のステップを経るために、データ伝送速度を
大きくできないという欠点がある。これを高速にするに
は３原色を利用した白色照明光をデータ伝送に利用する
ことが考えられる。３原色タイプの白色ＬＥＤにおいて
実際に白色光を実現する場合、赤、緑、青の３種類のＬ
ＥＤを用い、それらを混合して白色光を得るが、この場
合、３つのＬＥＤそれぞれの発光電力を変える必要があ
る。それはすなわち人間の視感度特性に波長依存性があ
るからである。人間の視感度特性を図２に示す。人の眼
は５５５ｎｍに最大感度を持ち、４００〜７００ｎｍあ
たりまでが可視領域である。このような特性があるため
に人間の眼から見て白色光と思われる光を得るために
は、赤、緑、青３色の発光電力の混合率を変える必要が
ある。たとえば、ＣＩＥ標準色度図（図３参照）におい
てｘ＝０.３１、ｙ＝０.３３の白色を得るためには、表
１に示すような割合で３原色を発光させる必要がある。
つまり同じ白色光を得る組み合わせにも何通りかの方法
が存在し、また発光効率もその組み合わせによって異な
る。

【０００５】このような特性を持つ３原色タイプの白色
ＬＥＤを用いて白色照明光データ伝送システムを実現す
る場合、赤、緑、青の各ＬＥＤの発光電力が異なるた
め、その通信特性は各波長において異なったものとな
る。たとえば、表１において、最下段の組み合わせの場
合、赤、緑、青各色のＬＥＤから送信されるデータの通
信品質は、ＳＮ比換算で最大１０ｄＢ以上の差が生じる
ことになる。

【０００６】

【表１】 このように、３原色タイプのＬＥＤを用いた照明光通信
システムにおいては、３つのＬＥＤによって白色光が作
られ、３色が同じ発光電力で発光している場合、人間の
眼には白色に感じない。したがって、３色が異なる発光
電力となるように、しかも各波長の選び方でその比率も
変化するように３原色を選ばなければならない。この場
合、各ＬＥＤによって送信されるデータの品質に不平等
が生じることになる。

【０００７】本発明は、上記問題点に鑑み、照明光通信
に適する情報の分配を実現する照明光送信装置及びその
信号受信に適する照明光受信装置を提供することを目的
とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の照明光送信装置
は、送信するデータを３つに分配して３原色の各波長に
割り当てる割当器と、該割当器で割り当てられたデータ
により各発光強度に応じたレートで変調される３原色の
照明用ＬＥＤと、前記照明用ＬＥＤの各発光強度を調節
する強度調節手段とを備え、前記照明用ＬＥＤは該強度
調節手段により調節される発光強度に応じたレートで変
調される。

【０００９】また、前記強度調節手段により発光強度が
変更された際に３原色の光を変調するレートを変更した
情報を送信するように制御する制御手段を更に備えるこ
とで、受信装置でレートを検出していなくてもレートの
変更後に速やかに正常な受信を開始することができる。

【００１０】 また、本発明の照明光受信装置は、３原色
の光信号をそれぞれ電気信号に変換する光電気変換器
と、該光電気変換器から出力された電気信号にそれぞれ
異なる重みを付けて合成する合成器と、該合成器から出
力された電気信号を復調する復調器とを備える。

【００１１】また、本発明の照明光受信装置は、蛍光体
タイプ白色ＬＥＤ照明装置の青色ＬＥＤに対応する光を
選択的に透過する青色フィルタと、該青色フィルタを介
して光を検出する光検出器と、該光検出器から出力され
た電気信号を復調する復調器とを備える。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照しながら本
発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。

【００１３】図１は、本発明の第１実施の形態による照
明光送信装置及び照明光受信装置の構成を示す図であ
る。照明光送信装置は、割当器１１、赤ＬＥＤ１２ａ，
緑ＬＥＤ１２ｂ，青ＬＥＤ１２ｃを有する白色ＬＥＤ１
２、調節部１６、及び、制御部１７を備える。照明光受
信装置は、それぞれ赤フィルタ１３ａ、緑フィルタ１３
ｂ、青フィルタ１３ｃを介して受光する光電気変換器１
４ａ，１４ｂ，１４ｃ、及び、復調器１５を備える。

【００１４】割当器１１は、送信する元のデータを入力
し、白色ＬＥＤ１２の赤ＬＥＤ１２ａ，緑ＬＥＤ１２
ｂ，青ＬＥＤ１２ｃの発光電力に応じた多重数となるよ
うに入力された直列のデータを並列の３つに分配して、
各ＬＥＤに割り当てて、各多重数に応じたレートで出力
する。表１の最下段の場合、たとえば、赤ＬＥＤ１２ａ
に対して多重数を１、緑ＬＥＤ１２ｂに対して多重数を
１１、青ＬＥＤ１２ｃに対して多重数を７として、それ
ぞれのレートで出力する。

【００１５】白色ＬＥＤ１２は、赤ＬＥＤ１２ａ，緑Ｌ
ＥＤ１２ｂ，青ＬＥＤ１２ｃの発光電力の比が照明用に
調節されており、各発光電力に応じた多重数、すなわ
ち、レートのデータを入力して、それぞれのレートのデ
ータで赤ＬＥＤ１２ａ，緑ＬＥＤ１２ｂ，青ＬＥＤ１２
ｃが変調されて発光する。

【００１６】光電気変換器１４ａ，１４ｂ，１４ｃは、
それぞれ赤フィルタ１３ａ、緑フィルタ１３ｂ、青フィ
ルタ１３ｃを介して受光したそれぞれ赤い光、緑の光、
青い光を選択的に電気信号に変換する。

【００１７】復調器１５は、赤い光、緑の光、青い光に
対応する異なるレートで変調されている電気信号を並列
に入力して、それぞれ復調して元の直列のデータに変換
する。

【００１８】調節部１６は、白色ＬＥＤ１２の赤ＬＥＤ
１２ａ，緑ＬＥＤ１２ｂ，青ＬＥＤ１２ｃの各発光電力
を調節して、自然な白の照明光を得るためのものであ
る。また、白色を離れて、調節により他の色を演出する
こともできる。さらに、時間帯に応じて照明光の色を変
えることもできる。

【００１９】制御部１７は、調節部１６により白色ＬＥ
Ｄ１２の赤ＬＥＤ１２ａ，緑ＬＥＤ１２ｂ，青ＬＥＤ１
２ｃの発光電力が調節されて変更された際に３原色の光
を変調するレートを変更したことの情報を送信するよう
に制御する。たとえば、赤、緑、青の多重数が、１：１
１：７であったものが、調節により、１：８：５になっ
た場合には、その１：８：５となったことを情報として
送信する。これにより、照明光受信装置は直ちに新たな
レートの信号を正常に受信することができる。もっと
も、照明光受信装置で絶えずレートを検出しておき、レ
ートが変わった場合にはそのことを検出して新たなレー
トで信号を復調するように構成してもよい。この場合に
は制御部１７を必要としない。

【００２０】また、白色の照明光を使うものとして、調
節部１６は半固定にしておき、ユーザは照明光の色の調
節ができない構成としてもよい。この場合にも制御部１
７を必要としない。

【００２１】図４は、３原色ＬＥＤの各変調レートの例
を示す図である。上述した白色ＬＥＤ１２の赤ＬＥＤ１
２ａ，緑ＬＥＤ１２ｂ，青ＬＥＤ１２ｃの異なる変調レ
ートの例として、図４に示すように、２：８：４とする
と、それぞれが伝送する情報の量も当然に２：８：４と
なる。各ＬＥＤでのＳＮ比が異なるため、このように割
り当てるデータ量を異なるものとしても等しいビット誤
り率を達成することができる。

【００２２】図５は、３原色ＬＥＤに割り当てるデータ
の各通信品質の例を示す図である。白色ＬＥＤ１２の赤
ＬＥＤ１２ａ，緑ＬＥＤ１２ｂ，青ＬＥＤ１２ｃの波長
多重数を等しくして各ＬＥＤから送信されるデータの品
質を変える構成とすることができる。つまり、送信する
データの重要性によって送信を担うＬＥＤを異なるもの
とする。緑に最も重要なデータを割りつけ、次に重要な
のは青、そして、最も重要でないものは赤に割りつける
方法である。これは今後、さまざまな種類の情報が同時
に含まれるようなマルチメディア情報を取り扱うように
なるであろう（室内）データ伝送システムにおいて、非
常に有効である。

【００２３】図６は、本発明の第２実施の形態による照
明光送信装置及び照明光受信装置の構成を示す図であ
る。照明光送信装置は、赤ＬＥＤ２１ａ，緑ＬＥＤ２１
ｂ，青ＬＥＤ２１ｃを有する白色ＬＥＤ２１を備える。
照明光受信装置は、それぞれ赤フィルタ２２ａ、緑フィ
ルタ２２ｂ、青フィルタ２２ｃを介して受光する光電気
変換器２３ａ，２３ｂ，２３ｃ、係数器２４ａ，２４
ｂ，２４ｃ、加算器２５、及び、復調器２６を備える。

【００２４】白色ＬＥＤ２１は、赤ＬＥＤ２１ａ，緑Ｌ
ＥＤ２１ｂ，青ＬＥＤ２１ｃの発光電力の比が照明用に
調節されており、それぞれが入力される元のデータで同
時に変調されて発光する。

【００２５】光電気変換器２３ａ，２３ｂ，２３ｃは、
それぞれ赤フィルタ２２ａ、緑フィルタ２２ｂ、青フィ
ルタ２２ｃを介して受光したそれぞれ赤い光、緑の光、
青い光を選択的に電気信号に変換する。

【００２６】係数器２４ａ，２４ｂ，２４ｃは、光電気
変換器２３ａ，２３ｂ，２３ｃから入力される電気信号
に白色ＬＥＤ２１の各ＬＥＤの混合率に応じた係数を乗
じて出力する。

【００２７】加算器２５は、各係数器２４ａ，２４ｂ，
２４ｃから入力される、係数による重み付きの電気信号
をそのまま加算して出力する。

【００２８】復調器２６は、加算器２５から入力される
電気信号を復調して、元のデータを出力する。

【００２９】この場合は多重化ではないので、複数のＬ
ＥＤによってトータルのデータ速度を高めることはでき
ないが、各ＬＥＤの発光電力を受信側では加えて、安定
な伝送ができる。また、３つのＬＥＤの発光電力比を変
更した場合はそれを受光部で測定し、係数器の値を自動
的に変更する構成にしてもよい。

【００３０】図７は、本発明の第３実施の形態による照
明光送信装置の構造を示す図である。本実施の形態は上
述の蛍光体タイプであり、照明光送信装置は、基盤３１
の窪みの中に載置される青色ＬＥＤ３２の周囲に蛍光体
３３を配置した構成である。

【００３１】図８は、蛍光体タイプの白色ＬＥＤのスペ
クトルを示す図である。青色ＬＥＤ３２の発光に刺激さ
れ青色以外が蛍光体３３で発光し、青色ＬＥＤ３２の直
接光と蛍光体３３による光スペクトルは図８のようにな
る。青色ＬＥＤ３２の直接光と蛍光体３３の発光する双
方が混合されて、人間は白く認識するので、照明などに
利用できるわけである。

【００３２】図１０は、従来の蛍光体タイプの照明光送
信装置及び照明光受信装置の構成を示す図である。変調
器４１により白色ＬＥＤ４２を例えばＯＮ−ＯＦＦなど
で、変調すると白色光は点滅し、その点滅を離れた位置
の光検出器４３で検出し、復調器４４で復調すれば、デ
ジタル信号を無線伝送できる。このＯＮ−ＯＦＦを低速
で行えば蛍光体によるＯＮ−ＯＦＦ波形の劣化は生じな
いが、高速になると、図１０に示すように蛍光体による
波形歪みが顕著になる。図１０では高速データで変調さ
れたために、光検出器の出力波形が歪んだ例が示され
る。この歪みがデータの誤りを引き出すことになる。

【００３３】図９は、本発明の第３実施の形態による照
明光送信装置及び照明光受信装置の構成を示す図であ
る。本実施の形態の照明光受信装置では光検出器４３の
前に青色フィルタ４５を設けた点が従来と異なる。この
青色フィルタ４５によって青色以外の光は遮断される。
青色のみが通過し、その強度が検出される。青色以外の
光は蛍光体３３の発光により生じた遅れのある特性を持
つがために、波形歪みを引き起こした光であり、青色光
は青色ＬＥＤ３２からの直接光であり、高速な変調にも
歪みにくい成分である。青色光を青色フィルタ４５で取
り出し検出すれば、蛍光体３３による時間応答歪の影響
なしに、高速な無線伝送が行われる。ただし、検出され
る光の強度は白色光として検出するよりも小さくなる
が、高速伝送では、歪みによる影響を除去できることの
ほうが効果が大きい。

【００３４】なお、本発明は上記実施の形態に限定され
るものではない。

【００３５】

【発明の効果】以上のように、請求項１に係る本発明に
よれば、任意の色で照明する演出をし、かつ、各波長で
送られるデータにそれぞれ役割を持たせることが可能で
ある。

【００３６】また、請求項３に係る本発明によれば、安
定な伝送ができる。

【００３７】 また、請求項４に係る本発明によれば、蛍
光体タイプの照明光通信システムに特有の照明光として
の良好な発光効率と装置の簡易性を生かしつつ、蛍光体
タイプの弱点である伝送速度を飛躍的に向上することが
できる。

【手続補正書】

【提出日】平成１５年１月２４日（２００３．１．２
４）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】発明の名称

【補正方法】変更

【補正内容】

【発明の名称】 照明光送信装置、照明光受信装置及び
蛍光体タイプ照明光通信システム

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】請求項４

【補正方法】変更

【補正内容】

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１１

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１１】また、本発明の蛍光体タイプ照明光通信シ
ステムは、（１）信号によって変調された青色光を発光
する青色ＬＥＤと、該青色ＬＥＤからの青色光によって
励起される蛍光体とを有する照明光送信装置と、（２）
前記青色ＬＥＤに対応する光を選択的に透過する青色フ
ィルタと、該青色フィルタを介して光を検出する光検出
器と、該光検出器から出力された電気信号を復調する復
調器とを有する照明光受信装置とを備える。

【手続補正４】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００３２

【補正方法】変更

【補正内容】

【００３２】図１０は、従来の蛍光体タイプの照明光送
信装置及び照明光受信装置を備える照明光通信システム
の構成を示す図である。変調器４１により白色ＬＥＤ４
２を例えばＯＮ−ＯＦＦなどで、変調すると白色光は点
滅し、その点滅を離れた位置の光検出器４３で検出し、
復調器４４で復調すれば、デジタル信号を無線伝送でき
る。このＯＮ−ＯＦＦを低速で行えば蛍光体によるＯＮ
−ＯＦＦ波形の劣化は生じないが、高速になると、図１
０に示すように蛍光体による波形歪みが顕著になる。図
１０では高速データで変調されたために、光検出器の出
力波形が歪んだ例が示される。この歪みがデータの誤り
を引き出すことになる。

【手続補正５】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００３３

【補正方法】変更

【補正内容】

【００３３】図９は、本発明の第３実施の形態による蛍
光体タイプ照明光通信システムの構成を示す図である。
本実施の形態の蛍光体タイプ照明光通信システムでは光
検出器４３の前に青色フィルタ４５を設けた点が従来と
異なる。この青色フィルタ４５によって青色以外の光は
遮断される。青色のみが通過し、その強度が検出され
る。青色以外の光は蛍光体３３の発光により生じた遅れ
のある特性を持つがために、波形歪みを引き起こした光
であり、青色光は青色ＬＥＤ３２からの直接光であり、
高速な変調にも歪みにくい成分である。青色光を青色フ
ィルタ４５で取り出し検出すれば、蛍光体３３による時
間応答歪の影響なしに、高速な無線伝送が行われる。た
だし、検出される光の強度は白色光として検出するより
も小さくなるが、高速伝送では、歪みによる影響を除去
できることのほうが効果が大きい。

【手続補正６】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】図９

【補正方法】変更

【補正内容】

【図９】本発明の第３実施の形態による蛍光体タイプ照
明光通信システムの構成を示す図である。

【手続補正７】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】図１０

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１０】従来の蛍光体タイプの照明光送信装置及び照
明光受信装置を備える照明光通信システムの構成を示す
図である。

【手続補正書】

【提出日】平成１５年４月２２日（２００３．４．２
２）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】請求項４

【補正方法】変更

【補正内容】

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１１

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１１】また、本発明の蛍光体タイプ照明光通信シ
ステムは、（１）信号によって変調された青色光を発光
する青色ＬＥＤと、該青色ＬＥＤからの青色光によって
励起される蛍光体とを有し、前記青色ＬＥＤの直接光と
前記蛍光体からの発光とにより白色照明する照明光送信
装置と、（２）前記青色ＬＥＤからの直接光を選択的に
透過する青色フィルタと、該青色フィルタを介して光を
検出する光検出器と、該光検出器から出力された電気信
号を復調する復調器とを有する照明光受信装置とを備え
る。 ─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成１５年６月１３日（２００３．６．１
３）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】特許請求の範囲

【補正方法】変更

【補正内容】

【特許請求の範囲】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小峰 敏彦 神奈川県横浜市港北区日吉３−14−１ 慶 應義塾大学 理工学部内 Ｆターム(参考） 5F088 BA20 BB01 JA13 KA10 LA03 5K102 AA21 AA27 AA51 AA52 AA61 AH00 AH31 AL21 AL23 PB02 PB15 PC11

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 送信するデータを３つに分配して３原色
   の各波長に割り当てる割当器と、 該割当器で割り当てられたデータにより各発光強度に応
   じたレートで変調される３原色の照明用ＬＥＤとを備え
   ることを特徴とする照明光送信装置。
2. 【請求項２】 前記照明用ＬＥＤの各発光強度を調節す
   る強度調節手段を更に備え、 前記照明用ＬＥＤは該強度調節手段により調節される発
   光強度に応じたレートで変調されることを特徴とする請
   求項１記載の照明光送信装置。
3. 【請求項３】 前記強度調節手段により発光強度が変更
   された際に３原色の光を変調するレートを変更した情報
   を送信するように制御する制御手段を更に備えることを
   特徴とする請求項２記載の照明光送信装置。
4. 【請求項４】 ３原色の光信号をそれぞれ電気信号に変
   換する光電気変換器と、 該光電気変換器から出力されたそれぞれ異なるレートの
   電気信号を復調する復調器とを備えることを特徴とする
   照明光受信装置。
5. 【請求項５】 送信するデータをその重要度に応じて、
   強度が異なる３原色の各波長に割り当てる割当器と、 該割当器で割り当てられたデータにより変調される３原
   色の照明用ＬＥＤとを備えることを特徴とする照明光送
   信装置。
6. 【請求項６】 ３原色の光信号をそれぞれ電気信号に変
   換する光電気変換器と、 該光電気変換器から出力された電気信号にそれぞれ異な
   る重みを付けて合成する合成器と、 該合成器から出力された電気信号を復調する復調器とを
   備えることを特徴とする照明光受信装置。
7. 【請求項７】 蛍光体タイプ白色ＬＥＤ照明装置の青色
   ＬＥＤに対応する光を選択的に透過する青色フィルタ
   と、 該青色フィルタを介して光を検出する光検出器と、 該光検出器から出力された電気信号を復調する復調器と
   を備えることを特徴とする照明光受信装置。