JP2007019584A - 光通信システム、及びそれに使用される照明装置、端末装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高速の信号伝送が可能である、照明光を利用した通信システムを提供する。
【解決手段】通信システムは、相互に異なる波長の光を発光する複数の発光素子２１を備える送信手段を備えた照明装置２０と、光信号を異なる波長ごとに受光する複数の受光素子を備えた受信手段を含む端末装置とを含む。照明装置２０における送信手段は、一連の入力信号を異なる波長の光に対応する複数の信号に分割し、それぞれを複数の発光素子２１に提供して、受信手段における複数の受光素子との間で発光強度変調による符号分割多重通信を行う。端末装置の受信手段は、複数の受光素子の受信信号から信号を再生する。
【選択図】図２

Description

本発明は、主に可視光を用いた光通信システムに関し、特に照明装置を光源として使用する型の光通信システムに関する。

近年、発光ダイオードを用いた照明装置が実用化されつつある。一般に、照明装置からの照明光の色は、白色とされる。通常、照明の用途で発光ダイオードを光源とした場合、色調を制御できること、色再現性が優れていること等の理由から、複数の異なる色（通常、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ））を発光する発光ダイオードの組合せが用いられる。それらの異なる波長の光が混色されることにより、演色性の良好な白色の照明が得られる。

一方で、そのような照明装置を用いて光通信を行う試みが行われている（特許文献１参照）。このシステムでは、例えば、室内の照明に用いられる照明装置は、複数の発光ダイオードを含む。複数の発光ダイオードは、通常異なる色を発光して発光色の混色として照明光を提供し、同時に所定の様式にして変調させた信号光を提供する。照明された環境下に置かれる端末が、これを受光し、変調された情報信号を抽出する。

照明光としての白色が十分な演色性を維持するようにするには、各発光色の成分を適当な割合に維持する必要がある。従って、変調は、照明光が人間の視覚に与える影響を最小にしつつ行われるべきである。また、光源を照明用途に用いる場合には、照明として十分な照度が確保されるべきことも要求される。
特開２００４−１４７０６３号

しかしながら、この種のシステムにおける従来の変調方式では、照明光の演色性又は色温度を維持しながら、高速のベースバンド信号伝送を行うことは困難であった。即ち、従来の強度変調方式によれば、多量の情報について信号伝送しようとすると、照明の照度、或いは混合された光の色味に影響を与えることとなった。そこで、本発明は、高速での信号伝送を可能とする、照明光を利用した通信システム及びそのための照明装置、端末装置を提供することをその目的とする。

本発明は、上述の問題を解決するための、新規の光通信システム、及びそれに使用される照明装置を提供する。当該光通信システム及び照明装置では、符号分割方式の多重通信が行われる。

本発明による光通信システムは、相互に異なる波長の光を発光する複数の発光素子を備えた送信手段を含み、異なる波長の光の２以上の組合せにより照明光を実現する照明装置を含む。照明装置からの光は、端末装置における受信手段により受光される。受信手段は、送信手段からの光信号を対応する波長ごとに受光する複数の受光素子を備える。送信手段は、一連の入力信号を異なる波長の光に対応する複数の信号に分割し、複数の信号のそれぞれを複数の発光素子に提供し、複数の発光素子と受信手段における複数の受光素子との間で発光強度変調による符号分割多重通信を行う。端末装置の受信手段は、複数の受光素子の受信信号から出力信号を生成する。複数の発光素子は、発光ダイオード素子から構成されて、複数の受光素子は、フォトディテクタから構成され得る。

好ましくは、送信手段及び受信手段は、通信のための予約時間を設定するようにしても良い。また、端末装置は、照明装置に信号を送信できる送信手段をさらに備え、照明装置は、端末装置からの信号を受信できる受信手段をさらに備えても良い。

さらに、本発明による照明装置は、相互に異なる波長の光を発光する複数の発光素子を備える送信手段を含み、異なる波長の光の２以上の組合せにより照明光を実現する。送信手段は、当該送信手段からの光信号を対応する波長ごとに受光する複数の受光素子を備えた受信手段を含む端末装置の受信手段との間で通信を行えるように構成される。送信手段と受信手段との通信は、発光強度変調による符号分割多重通信により行われる。複数の発光素子は、発光ダイオード素子から構成され得る。

好ましくは、変調手段は、入力信号を分割するための並べ替えを行うスクランブラ、及び符号分割多重通信のために各波長の信号強度を変調するための拡散符号を提供する拡散信号発生手段を含む。照明装置内の複数の発光素子は、３以上設けられ、混色により白色又は暖色の照明光を構成しても良い。

さらに、本発明による光通信のための端末装置は、相互に異なる波長の光を発光する複数の発光素子を備える送信手段を含み、異なる波長の光の２以上の組合せにより照明光を実現する照明装置の送信手段からの光信号を、対応する波長ごとに受光する複数の受光素子を備えた受信手段を含む。受信手段は、照明装置の送信手段との間で、発光強度変調による符号分割多重通信を行うよう変調された信号の復調を行う信号復調手段を備える。受信手段は、複数のフォトダイオードを備えても良い。

本発明によれば、照明機能を有しつつ、高速な信号伝送が可能になる光通信システム、照明装置及び端末装置が提供される。特に、拡散信号は、擬似雑音信号を使うので、高速での変調を行うことにより、色温度を大きく変えることなく照明光としての白色を維持することができる。すなわち、信号のビット幅をより小さく、あるいは、弁別する波長の数を増やすことによっても、信号の冗長性が高まり、確実な通信を行うことが可能になる。

本発明によれば、符号ドメインによる、複数の通信が可能になる。同時に無関係な単一波長の通信が同時に行われていても、上位層のプロトコールを適正化することによって、混信を受けた場合でも、通信の有効性を高めることができる。なお、必要な場合には、誤り補正と、送出データと拡散符号間の変調の際のタイミングをばらつかせる等の対応を行うことができる。

さらに、本発明によれば、周波数変換等の複雑なシステムを必要とせず、電気的なフィルタも必要としないため、実現コストが安価である。

以下に添付図面を参照して、本発明の好適実施形態となる光通信システム、照明装置及び端末装置について、詳細に説明する。

図１は、本発明による光通信システムの概略構成を説明する図である。図１に示すように、システム１０は、照明装置２０、及び照明環境下で使用される端末３０ａ、３０ｂを有する。端末３０ａ、３０ｂは、受光素子を有する受信手段３１を有する。後述のように、照明装置２０は、照明光中に変調された信号を含む。端末は、受信手段３１によって信号を抽出する。図１に示す照明光による通信では、信号は、照明装置２０から端末３０へと一方向に伝送されるが、後述のように、追加の手段として可視光又は赤外線を利用して、端末３０同士、あるいは端末３０から照明装置２０への通信もできるよう構成することもできる。

図２は、本発明による照明装置の構成を説明する概略図である。照明装置２０は、複数の発光素子２１を含み、それぞれに対して駆動回路２２が設けられる。発光素子２１は、半導体素子とされ、典型的には発光ダイオードにより構成される。これらの複数の発光素子２１は、それぞれ異なる波長の光（λ１、λ２…）を発光する。駆動回路２２は、各発光素子２１に対して所定の電力を提供する。

照明装置２０は、発光素子２１を介して、照明用の光に重畳させて、情報信号を含ませることができる。情報信号は、符号分割多重方式によって導入される。照明装置２０は、データ入力２５、スクランブラ２６、拡散信号発生器２７、及び乗算器２８を有する。

図中のｋはデータのビット数を示し、ｍは拡散信号のビット数を示す。すなわち、本実施形態では、照明装置２０から送出されるためのｋビットのデータが、スクランブラ２６（例えば、４Ｂ５Ｄ回路）に入力される。その際、信号のＤＣ成分が除去される。信号は、拡散信号発生器２７からのｍビットの拡散符号と乗算される。乗算器２８からの出力は、駆動回路２２に提供される。駆動回路２２は、乗算器２８からの信号によって、照明及び信号伝送に必要な駆動電流を発光素子２１に提供する。なお、ｍはｋより大きな数値で選択されるのが好ましい。また、発光素子の数ｎは、ｍに等しい値とされる。

図３は、本発明の端末における受信手段の構成を説明する概略図である。端末３０は、フィルタ３３に結合された複数の受光素子３１、受光素子３１に接続されるＡ/Ｄ変換器３４を含む。Ａ/Ｄ変換器３４からの出力は、相関検出回路３６及び乗算器３８へと入力される。複数の受光素子３１に対応するフィルタ３３は、相互に異なる波長を透過できるようにされ、よって各受光素子３１は、異なる波長又は色の光を受光する。

さらに、端末３０は、拡散信号発生器３７に接続される制御遅延回路３２を有する。拡散信号発生器３７は、照明装置２０で信号送出の際に用いた拡散符号列と同じ拡散符号列を発生する。制御遅延回路３２からは、ｍビットの拡散符号が、相関検出回路３６及び乗算器３８に提供される。制御遅延回路３２は、相関検出回路３６から相関検出結果信号ＣＳが提供される。相関検出結果信号ＣＳを受けた制御遅延回路３２は、当該信号に基づいて、発生する拡散信号に必要な遅延を提供する。

乗算器３８では、各受光素子３１からの出力と拡散符号との乗算による信号処理が成される。乗算器３８からのｋビットの出力は、デスクランブラ４５に入力されて、デスクランブルされる。これにより、照明装置２０から送出されるデータが再生され、出力４６に出力される。

上述のシステムで通信には、例えば双方向通信のために、予約時間を設けても良い。図４には、予約時間を設けた場合の信号伝送の例がタイムチャートで示される。照明装置２０における一つの発光素子の発光状態が予約時間と合わせて示される。同一の照明装置２０における他の発光素子の照明も同期して行われる。

図中のＴ１の時間帯は、照明及び信号送信に用いられる。すなわち、照明装置から各端末への信号送信が行われる。それに続くＴ２は、他の端末間または、端末から照明装置への光信号による通信を行うことができる予約時間とされる。図１中のＨＬは、ハイレベルの発光強度、ＬＬはローレベルの発光強度、ＭＬは、平均発光強度を示す。すなわち、予約時間の間は、照明のための発光は行われない。予約時間は、照明装置の照明としての機能を十分に確保するような時間幅（例えば、１サイクルの２乃至５パーセント程度の時間幅）で設定される必要がある。

図４には、２つの端末の例が示される。各端末は、予約時間Ｔ２のうち、第１の時間帯で第１の端末からの発光が行われる。例えば、第１の端末は、第２の端末へと信号を送信することができ、あるいは照明装置に受信手段を設けて、端末から照明装置へ信号を送ることもできる。これらの通信は、照明とは無関係に行われ得るので、白色光を利用する必要はなく、また可視光によらず赤外線等を利用することもできる。

予約時間Ｔ２内で、第１の端末からの信号出力が完了した後、これを検知した第２の端末から第２の時間帯で信号送信が行われ得る。第１の端末からの信号送信と同様に、第２の端末から第１の端末への信号送信が可能であり、また、第２の端末から照明装置に向けた信号送信も可能である。予約時間Ｔ２終了後は、再度照明のための時間Ｔ１とされ、発光装置からの発光がオン状態とされ、再度照明装置からの信号送信が開始される。。

以上のように、本発明の好適実施形態について詳細に示したが、これはあくまでも例示的なものであり、本発明を制限するものではない。例えば、上述の図４に関連して示した時分割多重について、端末の数をさらに３以上に増やす等してさらに複雑な通信システムを構成することもできる。

本発明による光通信システムの概略構成を説明する図である。 本発明による照明装置の構成を説明する概略図である。 本発明の端末における受信手段の構成を説明する概略図である。 予約時間を設けた場合の信号伝送の例を説明するタイムチャートである。

符号の説明

１０ 光通信システム
２０ 照明装置
２１ 発光素子
３０ａ、３０ｂ 端末装置
３１ 受光素子

Claims (10)

1. 相互に異なる波長の光を発光する複数の発光素子を備える送信手段を含み、前記異なる波長の光の２以上の組合せにより照明光を実現する照明装置と、前記送信手段からの光信号を対応する波長ごとに受光する複数の受光素子を備えた受信手段を含む端末装置とを備え、
   前記送信手段は、一連の入力信号を前記異なる波長の光に対応する複数の信号に分割し、該複数の信号のそれぞれを前記複数の発光素子に提供し、該複数の発光素子と前記受信手段における前記複数の受光素子との間で発光強度変調による符号分割多重通信を行い、前記端末装置の前記受信手段は、前記複数の受光素子の受信信号から出力信号を生成することを特徴とする光通信システム。
2. 前記複数の発光素子は、発光ダイオード素子から構成され、前記複数の受光素子は、フォトディテクタから構成されることを特徴とする、請求項１に記載の光通信システム。
3. 前記送信手段及び前記受信手段は、通信のための予約時間を設定できることを特徴とする、請求項１に記載の光通信システム。
4. 前記端末装置は、前記照明装置に信号を送信できる送信手段をさらに備え、前記照明装置は、前記端末装置からの信号を受信できる受信手段をさらに備えることを特徴とする、請求項１に記載の光通信システム。
5. 相互に異なる波長の光を発光する複数の発光素子を備える送信手段を含み、前記異なる波長の光の２以上の組合せにより照明光を実現する照明装置であって、前記送信手段は、該送信手段からの光信号を対応する波長ごとに受光する複数の受光素子を備えた受信手段を含む端末装置の前記受信手段との間で、発光強度変調による符号分割多重通信を行うよう変調を行う信号変調手段を備えることを特徴とする照明装置。
6. 前記変調手段は、前記入力信号を分割するための並べ替えを行うスクランブラ、及び符号分割多重通信のために各波長の信号強度を変調するための拡散符号を提供する拡散信号発生手段を含むことを特徴とする、請求項５に記載の照明装置。
7. 前記複数の発光素子は、発光ダイオード素子から構成されることを特徴とする、請求項５に記載の照明装置。
8. 前記照明装置内の前記複数の発光素子は、３以上設けられ、混色により白色又は暖色の前記照明光を構成することを特徴とする、請求項５に記載の照明装置。
9. 相互に異なる波長の光を発光する複数の発光素子を備える送信手段を含み、前記異なる波長の光の２以上の組合せにより照明光を実現する照明装置の前記送信手段からの光信号を、対応する波長ごとに受光する複数の受光素子を備えた受信手段を含む端末装置であって、前記受信手段は、前記照明装置の前記送信手段との間で、発光強度変調による符号分割多重通信を行うよう変調された信号の復調を行う信号復調手段を備えることを特徴とする端末装置。
10. 前記受信手段は、前記複数のフォトダイオードを備えることを特徴とする、請求項９に記載の端末装置。
    
    

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