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JP2005522089A - Optical communications transceiver and a data receiving method - Google Patents

Optical communications transceiver and a data receiving method

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JP2005522089A
JP2005522089A JP2003581384A JP2003581384A JP2005522089A JP 2005522089 A JP2005522089 A JP 2005522089A JP 2003581384 A JP2003581384 A JP 2003581384A JP 2003581384 A JP2003581384 A JP 2003581384A JP 2005522089 A JP2005522089 A JP 2005522089A
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JP
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Patent type
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Application number
JP2003581384A
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Japanese (ja)
Inventor
イェラズニス、ウィリアム・エス
ヴァヌッチ、ジョバンニ
ディーツ、ポール・エイチ
リー、ダーレン・エル
Original Assignee
三菱電機株式会社
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    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04BTRANSMISSION
    • H04B10/00Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
    • H04B10/40Transceivers
    • H04B10/43Transceivers using a single component as both light source and receiver, e.g. using a photoemitter as a photoreceiver
    • HELECTRICITY
    • H01BASIC ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H01L31/00Semiconductor devices sensitive to infra-red radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus peculiar to the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/12Semiconductor devices sensitive to infra-red radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus peculiar to the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof structurally associated with, e.g. formed in or on a common substrate with, one or more electric light sources, e.g. electroluminescent light sources, and electrically or optically coupled thereto
    • H01L31/125Composite devices with photosensitive elements and electroluminescent elements within one single body

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。 An optical communication transceiver includes an LED coupled to a resistor in series.
【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。 A microprocessor has a single I / O pin connected the LED. 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。 In the first mode i.e. the transmission mode, LED transmits data by emitting by driving by periodically forward bias. 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。 In the second or reception mode, LED, except periodically reverse bias, it is driven in reverse bias or zero bias, for example. 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。 Subsequently LED, the charge amount of the electrostatic capacitance of the junction of the LED by using the light current is varied. 充電量の変化はタイマを用いて測定される。 Change in charge amount is measured using a timer. 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。 When a change in the charge amount exceeds the predetermined threshold value, the input light is read. 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。 Thus, LED is able to be used for receiving data in a 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 a light emitting diode (LED), in particular, to an LED that is used for two-way communications.

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。 Light emitting diodes (LED) are inexpensive, it is widely used as light sources. 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。 As a variety of applications, numeric display, flash light, a liquid crystal backlight, a vehicle brake lights, traffic lights, backlight, and has a power-on indicator light in almost everywhere in every electronic equipment and the current appliances.

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。 LED In most cases, because it is used as a light emitter, a photo diode, that is, easy to forget that can operate as an optical detector. 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。 Most LED is designed as a light emitter, although it is not designed as a photodetector, all of the LED can operate at virtually any on-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。 The compatibility between the solid-state light-emitting and light detecting has been described for the first time in the 1970s, has been largely forgotten ever since LED user. 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。 Mims al., "Siliconnections: Coming of Age in the Electronic Era" McGraw-Hill, New York, NY, 1986, and Mims al., "LED Circuits and Projects" Howard W. Sams and Co., Inc., New York, NY, 1973 see.

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。 LED, when a small current is applied to diode in the appropriate direction, that is, when forward biased and emits a fairly narrow frequency band. 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。 Its current - the voltage characteristic is exponential, sufficiently exactly to obtain the desired current, it is difficult to control the voltage to be directly applied across the LED.

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。 Therefore, it must be provided some means to limit the current. 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。 Discrete electronic circuit system, which is usually done by placing a resistor in series with the LED. 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。 Most microprocessors I / O pins, it is possible to suck a greater current than can be supplied, the configuration shown in FIG. 1 is the most common way to drive the LED from the 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。 Figure 1 shows a typical prior art LED light emitting circuit 100. 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。 I / O pins 101 of the microprocessor controller 100 uses a resistor 103 to limit the amount of current is used to carry out the suction of current through LED 102.

LEDを使用する1つの重要な応用例は光信号通信である。 One important application that uses the LED is an optical signal communication. 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。 In most optical communication applications of the prior art, LED is used in the transmitter, a photodiode is used in the receiver. 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。 Furthermore, each component is usually individually driven by a circuit which is specially designed. 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。 Photodiode in most cases, are designed specifically to receive optical signals of a specific narrow frequency range. 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。 Most of the photo diode can not emit light. 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。 As a result, the one of the circuits for driving the transmitter, and another circuit for driving the receiver is present. 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。 This increases the cost and complexity of the communications 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。 Therefore, it is desirable to provide a light-emitting diode can be used for both transmitter and receiver in an optical communication system.
光通信送受信器は、抵抗と直列に結合したLEDを含む。 Optical communication transceiver includes an LED coupled to a resistor in series. 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。 The microprocessor has at least one I / O pin is connected the LED. 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。 In the first mode i.e. the transmission mode, LED transmits data by emitting by driving by periodically forward bias. 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。 In the second or reception mode, LED, except periodically reverse bias, for example driven in reverse bias or zero bias, the charge amount of the subsequently capacitance of the junction of the LED using a photocurrent (capacitance, Capacitance) There are varied. 充電量の変化はタイマを用いて測定される。 Change in charge amount is measured using a timer. 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。 When a change in the charge amount exceeds the predetermined threshold value, the input light is read. 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。 Thus, LED is able to be used for receiving data in a 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。 Dual pin LED data transceiver Figure 2 shows a LED emitter / detector circuit according to the present invention. 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。 Here, LED 202 and a resistor 203 are coupled in series between the two I / O pins 201 of the microprocessor or microcontroller 200. 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。 In this case, both ends of the LED / resistor circuits 202-203 are connected to the microprocessor 200. 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。 Using conventional programming techniques, I / O pins, low (0V), it can be set to high (5V), or pins can be used as input.

動作モード action mode
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。 Figures 3a~ Figure 3c, the circuits, forward bias or "emission" indicates whether operable how in non-forward bias or "reverse bias", and "discharge" or three of reading modes . 図3aの発光モードでは、LEDは従来通り動作して発光する。 In the light emitting mode of FIG. 3a, LED emits light operates conventionally. 放出された光は、データを送信するために変調され得る。 The emitted light may be modulated to transmit data. 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。 In the reverse bias mode 3b, the conventional light emitting polarity is switched to apply a reverse bias to the junction of the diode. 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。 Then, to release one end in the discharge mode of Fig. 3c, i.e. by setting the one end so that the input to the microprocessor, photocurrent generated optically is, the amount of received light or light to be read it can be discharged optically junction at a rate proportional to. 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。 If the reading light is modulated, it is possible to receive the data. 容量性放電は容易に測定可能である。 Capacitive discharge is readily measurable. 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。 Since Q = a CV C is known, to measure the change in the charge amount will measure changes in virtually 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。 At some point, the voltage applied to the input pin exceeds a predetermined input threshold T. 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。 By counting how how much time this takes, the high resolution measurement of the reading light level is performed. 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。 The time measurement may be done simply by the counter 210 or clock signal of the microprocessor 200. 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。 For example, a small program loop increments alternately to counter 210 to greater than the threshold value T.

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。 Circuit according to the invention, without the need for additional components, not only consumes a very small amount of power during reading. 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。 By switching the light emission mode and read mode, LED can operate as both a transmitter and a receiver in an optical communication network (transceivers).

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。 Figure 4 shows two such transceivers 401-402 which are connected by an optical link 403. 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。 Link 403 could be with any transparent medium such as air or an optical fiber cable.

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。 That single pin LED transceiver Surprisingly, as shown in FIG. 5, by using only a single I / O pin of the microprocessor, it is possible to constitute a single LED transceiver.

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。 As shown in FIG. 5, a microprocessor or microcontroller 500 has one I / O pin 501 that is connected to the input of the LEDs 502, the output of the LED is connected to a current limiting resistor 503. 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。 In this circuit, it is impossible to apply a reverse bias to the LED502, as in the case of the circuit of Figure 2 above. 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。 LED instead is shorted to zero bias by setting the I / O pin 501 low.

続いて、ピン501は入力に設定される。 Subsequently, the pin 501 is configured as an input. 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。 Input when the photocurrent induced by the incident light is read, charges the capacitance of the junction the LED. 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。 This voltage across the LED is continued only junction sufficient total light current in the LED to run out effectively to forward biasing. 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。 If this voltage is to exceed a predetermined digital input threshold, the basic clocking technique similar to the above can be used to receive data.

しかし、これは困難な制約である。 However, this is a difficult constraint. 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。 Standard red, green, orange and yellow LED is usually turned "on" at about 1.5V~2V, which generally than digital input threshold at 5V system such as a microprocessor 500 Low. 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。 However, a recent high luminance LED blue LED, and some may have a forward voltage drop of about 3V, which is higher by enough to be charged beyond the input threshold. 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。 Lower voltage systems, for example, 3V system and less system, because it has a lower input threshold, further amenable to this technique.

また、図5の回路は図2の回路よりも概して優れている。 The circuit of Figure 5 is generally superior to the circuit of FIG. というのは、しきい値が、電源電圧V DD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。 Because the threshold value is because it is often biased near ground than the power supply voltage V DD. 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。 Incidentally, the 1 pin version, as in the case of FIG. 1, it should be noted that it is also possible to operate connected to the I / O pin 501 to turn in the opposite of the resistor.

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。 The advantage of this pin transceiver, any suitable LED indicators driven by a single pin of the microprocessor, simply firmware or software only be modified to operate as described above, as now many transceiver and its it is that it is also possible to operate. ハードウェアの改変は不要である。 Modification of the hardware is not required. 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。 Therefore, the software changes, it is easy to upgrade a standard LED indicators to serve as a transceiver. 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。 This embodiment is also suitable for systems in which 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。 In two-way communication one communication applications, two unsynchronized transceivers are synchronized in phase with each other, to exchange a pulse width modulation data in both directions. 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。 In this protocol, the two receivers are operating in transmit and receive modes by turns, a relatively short optical pulses represents 0 That space (space) state, a relatively long light pulses 1 or mark (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。 Idle cycles This protocol transceiver is initiated by the idle cycles to perform the idle cycle. 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。 In idle cycle, after the transceiver transmits the optical pulses of 1 millisecond, a receive period of four milliseconds. 受信期間中に、送受信器は複数回の光測定を実行する。 During the reception period, the transceiver will perform multiple optical measurements. 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。 These optical measurements, resolution of only one bit, i.e. the light fluxes arriving to provide above or below a predetermined threshold (nominally 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。 Locked loop idle cycle, the at least two consecutive measurements continue until indicating "photodetector (light Seen)". 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。 At this point, the transceiver assumes that the light pulses coming from the other side transceiver is detected, the idling loop, slightly shifts to high speed synchronization loop than that. 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。 During the synchronization loop, but the transmitted light pulse is still 1 msec ON, followed by a light measurement indefinite number. 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。 During locked loop, the microprocessor, in any of when or after the measurement of the predetermined number of times or the falling edge of the optical pulse, is detected, it ends its measurement set. 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 falling edge is considered to have been detected, after a one-to-continuous measurement of showed both "light detection" is when there is no "light detection" at 10 measurements.

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。 Therefore, execution pattern in synchronization loop, LED of one transceiver is turned on 1 millisecond, followed LED of both transceivers are becomes 1 millisecond off, followed by LED of the other transceivers 1 It becomes milliseconds on, and finally both LED is constructed from becoming 1 millisecond off. 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。 Even transceivers have up to 25% of the clock frequency error, these transceivers can still be synchronized. 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。 Nominal locked loop pulse rate is 250 Hz, 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。 During data communication the communication, the data bits are transmitted asynchronously format. 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。 For example, it shows the optical pulses of 1 millisecond MARK, showing the SPACE light pulses of 0.5 ms. 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。 System typically idling while sending the MARK bit. 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。 Here, operation of the data transfer loop is the same as the synchronization loop. 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。 During data transmission, format, after at least 16 MARK bits for enabling synchronization, there is one SPACE bit as a start bit, followed by an 8-bit data, followed by one as a stop bit there is the MARK. 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。 This is similar to a 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。 For decoding an optical pulse, the transceiver on the receiving side holds the count of "photodetector" measurement number for each execution of the synchronization loop. 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。 If the count light detection measurement is 7 or less is SPACE is recorded, when the count pulses is 8 or more may MARK is recorded. 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。 (Dropping i.e. the beginning of the SPACE start bit and the end of the MARK stop bit) normal asynchronous deframing is executable. 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。 8-bit data word resulting are possible then available to an application-level program. 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。 A simple data communication, can also be combined with error correction and encryption. 他の光通信プロトコルも可能である。 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。 As shown in FIG. 6, the two transceivers 601 to exchange optical modulation data through a double-convex lens 602, to provide an electrically isolated communication link. この場合、1MHzを超えるデータレートが達成可能である。 In this case, it is achievable data rates in excess of 1 MHz.

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。 Transceiver according to the programmable keys present invention can also be used as a programmable key (programmable key) and a programmable lock (programmable lock). 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。 Many other techniques intelligent key (e.g., RFID, card key etc.) have been used in, transceiver according to the invention does not require a physical contact, there is no different wear part of the card key system , nor a magnetic stripe. 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。 Also unlike RF system, to have a directivity, it is possible to reach a short distance, the user, what can be completely controlled or is unlocked. 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。 Thus, simply without the possibility of unlocking the lock the wrong simply because in the vicinity, it is possible to use for a number of different tablets to a single key. 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。 Transceiver because it is inherently interactive, challenge / response, and encryption protocol is available and can thus be very difficult to replicate and counterfeit key. LEDの可視性はユーザインタフェースを可能にする。 LED visibility allows the user interface. 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。 Minimum, the user, whether the transceiver is operating, i.e. whether the battery has expired can be easily determined. 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。 Furthermore, when using the key, the transceiver acts as a flashlight simultaneously.

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。 Perhaps the most interesting advantage is that transceivers are capable peer-to-peer communication. 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。 Any transceiver can also convey information or permission counterpart transceiver. 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。 In this case, the transceiver may know the unlocking code, it is possible to communicate the code to the other transceivers. 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。 This ability can convey information is unique, not the capabilities of the smart card or RFID tag.

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。 In applications of the authentication and security part, a peer-to-peer capability to transfer information or permission desirable. 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。 In another application, such as the secure transaction of financial, etc., authentication is as important as the data transfer itself, it must be prevented to tell the permission without control. 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。 Unfortunate side effect associated with the programmability of the transceiver is that there is no guarantee that counterpart transceiver to respect it when "Transfer Prohibited (do not forward)" data tag is inserted by the application. 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。 Transfer non authorization and unforgeable identification proof is a difficult problem 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。 However, it can be simple encryption, it can be used to Keep transceiver transactions eavesdropping and from spoofing. 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。 Microprocessors used has sufficient power to carry out the ordinary symmetric encryption algorithm. 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。 Since such an algorithm is the transmitter and receiver needs to share a secret key, communication between any two transceivers also preset is made. 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。 Transceiver, it is possible to provide sufficient memory to hold a large number of symmetric encryption key, it can 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)。 According to zero-knowledge proof zero-knowledge proof (ZKP) and the public key (i.e. asymmetric) cryptography, transceiver, be in communication with the identification securely prove, and accessible transceiver on published information can (Schneier, "Applied Cryptography," 2nd edition, John Wiley and Sons, New York, NY, 1996, see pp.101-111). 共有秘密は不要である。 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。 According to transceiver according to the present invention, any LED also readily convertible to the communication transceiver. このことは広範な意味合いを有する。 This has a wide range of implications. 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。 Since, LED is because widely used as power supply indicator in transceiver microprocessor system. 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。 Indicator is usually rather than being connected directly to the power supply, because it is connected through a microprocessor, minimal user interface (e.g. some flashing) are 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。 The following describes some applications that can use LED transceiver according to the present invention.

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。 CRT monitor, blink the power lamp may indicate a "sleep" state of low power consumption. 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。 Recent CRT monitors typically, USB also includes, both of which control the monitor settings. 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。 By adding a transceiver circuit according to the present invention, it is possible to provide a full data path to a nearby computer from the power LED, the transceiver becomes possible to use as a key as described above. 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。 This is in place of the password to log into the computer, or may be used in addition to, or can be used as a cryptographic authentication transceiver for e-commerce. 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。 Similar techniques can also be used in the 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。 The transceiver, the user through the power-on LED, copy the full diagnostic status of the failed device can transmit diagnostic information to the service site. 器具に、特別なディスプレイやコネクタは不要である。 The instrument, a special display and connector is not required.

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。 Transceiver can be used to exchange personal information such as phone numbers by using the mobile phone, power indicator and LED backlight such as a PDA. 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。 One interesting application, by embedding the transceiver in the toy (for example, stuffed animals) can toy each other to "communicate" with each other.

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。 Although the present invention has been described by way of examples of preferred embodiments, within the spirit and scope of the present invention, it is to be understood that can make various other adaptations and modifications. 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。 Accordingly, the object of the appended claims is to cover all such variations and modifications as come within the true spirit and scope of the invention.

従来技術の発光器回路の概略図である。 It is a schematic diagram of the emitter circuit of the prior art. 本発明によるLED発光器/検出器回路の概略図である。 It is a schematic view of an LED emitter / detector circuit according to the present invention. 順バイアスで動作する図2の回路を示す図である。 Is a diagram showing a circuit of FIG. 2 operating in a forward bias. 非順バイアスで動作する図2の回路を示す図である。 Is a diagram showing a circuit of FIG. 2 operating in non-forward bias. 放電モードで動作する図2の回路を示す図である。 Is a diagram showing a circuit of FIG. 2 operating in the discharge mode. 結合して通信ネットワークをなす複数のLED型送受信器を示す図である。 It is a diagram illustrating a plurality of LED-based transceiver which forms a bond to a communication network. 本発明による単一I/Oピンを使用したLED発光器/検出器回路の別の実施形態の図である。 It is a diagram of another embodiment of an LED emitter / detector circuit using a single I / O pin according to the present invention. 2個の送受信器が二重凸レンズを通して光変調データを交換することを示す図である。 Two transceivers is a diagram illustrating the exchange of optical modulation data through a double convex lens.

Claims (14)

  1. 順バイアスで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、 It means for transmitting data by the LED periodically driven in forward bias, to emit light,
    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。 The LED in the non-forward bias and means for cyclically driving, the amount of charge of the capacitance of the LED after driving the LED with non-forward bias optically varied, measuring the level of light optical communication transceiver and means for receiving data by.
  2. 前記LEDは逆バイアスで駆動され、続いて光電流を容量的に放電することによって、前記光のレベルを測定する請求項1に記載の光通信送受信器。 The LED is driven in reverse bias, followed by discharging the photocurrent capacitively, the optical communication transceiver of claim 1 for measuring the level of the light.
  3. 前記LEDはゼロバイアスで駆動され、続いて光電流を容量的に充電することによって、前記光のレベルを測定する請求項1に記載の光通信送受信器。 The LED is driven by the zero bias, followed by charging the photocurrent capacitively, the optical communication transceiver of claim 1 for measuring the level of the light.
  4. 透明媒質により結合した複数の送受信器をさらに備える請求項1に記載の光通信送受信器。 Optical communication transceiver of claim 1 further comprising a plurality of transceivers linked by a transparent medium.
  5. 前記送受信器を別の送受信器と同期させる位相同期手段をさらに備える請求項1に記載の光通信送受信器。 Optical communication transceiver of claim 1, further comprising a phase synchronization means for synchronizing the transceiver with another transceiver.
  6. 第1の送受信器がプログラム可能鍵に埋め込まれ、第2の送受信器がプログラム可能錠に埋め込まれる請求項1に記載の光通信送受信器。 First transceiver is embedded in a programmable key, the optical communication transceiver of claim 1, wherein the second transceiver is embedded in programmable tablets.
  7. 前記LEDはさらに、発光時に電源オンインジケータとして動作する請求項1に記載の光通信送受信器。 The LED further optical communication transceiver of claim 1 which operates as a power-on indicator during light emission.
  8. 前記LEDは発光時にフラッシュライトとして動作する請求項1に記載の光通信送受信器。 The LED optical communication transceiver of claim 1 which operates as a flashlight during light emission.
  9. 前記LEDは器具に埋め込まれる請求項1に記載の光通信送受信器。 Optical communication transceiver of claim 1 wherein the LED is embedded in the instrument.
  10. 前記LEDは玩具に埋め込まれる請求項1に記載の光通信送受信器。 Optical communication transceiver of claim 1 wherein the LED is embedded in the toy.
  11. 抵抗と直列に結合するLEDと、 An LED that bind to the resistor in series,
    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、 A microprocessor having a first 2I / O pins coupled to the 1I / O pins and said resistor being connected to said LED,
    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、 It means for transmitting data by the forward biasing the LED periodically driven to emit light,
    逆バイアスで前記LEDを周期的に駆動する手段と、 And means for driving the LED periodically in reverse bias,
    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。 The LED after driving the LED in reverse bias optically discharged, optical communication transceiver and means for receiving data by measuring the level of light.
  12. 抵抗と直列に結合するLEDと、 An LED that bind to the resistor in series,
    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、 A microprocessor having a ground which bind to the connected are I / O pins and the resistor to the LED,
    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、 It means for transmitting data by the said LED in forward bias by setting the I / O pins in high periodically driven to emit light,
    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、 Setting the I / O pin low, the LED by setting the input state of the I / O pins so as to charge optically, a means for driving the LED periodically at zero bias,
    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。 Optical communication transceiver and means for receiving data by measuring the level of light.
  13. 抵抗と直列に結合するLEDと、 An LED that bind to the resistor in series,
    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、 A microprocessor having a ground which bind to the connected are I / O pins and the LED on the resistance,
    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、 It means for transmitting data by the said LED in forward bias by setting the I / O pins in high periodically driven to emit light,
    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、 Setting the I / O pin low, the LED by setting the input state of the I / O pins so as to charge optically, a means for driving the LED periodically at zero bias,
    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。 Optical communication transceiver and means for receiving data by measuring the level of light.
  14. 順バイアスで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ことと、 And transmitting data by the LED periodically driven in forward bias, to emit light,
    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、 And the non-forward bias in the LED periodically driven, to vary the amount of charge of the capacitance of the LED after driving the LED with non-forward bias optically,
    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。 Data transmitting and receiving method comprising a said determining the level of charge amount, it receives the data by measuring the light.
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