JP2008219773A - 送信装置，受信装置，および光通信方法 - Google Patents

Abstract

【課題】受光素子間に受光タイミングを有する受光部を利用して光通信を行う送信装置，受信装置，光通信システム，および光通信方法を提供する。
【解決手段】受信装置が，互いに異なる時刻で受光を繰り返す複数の受光素子を有し，かつ光源から送信情報に対応して輝度が変化する光を受光する受光部と，前記受光部から出力される受光信号を前記送信情報に復号する復号部と，を具備する。
【選択図】図１

Description

本発明は，光源の輝度変化によって光通信を行う送信装置，受信装置および光通信方法に関する。

ＬＥＤ照明を利用した光通信が提案されている（非特許文献１参照）。この光通信では，照明としての機能を保持するため，人に知覚されない高周波で光の輝度を変化させ，信号を伝達する。フォトトランジスタ，フォトダイオードなど高速の受信器によって，輝度の変化を信号に変換する。
なお，行方向および列方向に配列された複数の受光素子の行を選択して走査する撮像装置の技術が開示されている（特許文献１参照）。
信学技報WBS2003-38 SAT2003-30(2003-06) 特開２００５−１９１８１４号公報

ここで，フォトトランジスタやフォトダイオードのような単一の受光素子では，明るさに対する情報だけしか取り出せない。このため，複数の送信データの取得や，明滅光源の位置の特定は困難である。
明滅光源の位置の特定が可能なセンサとして，イメージセンサ（ＣＭＯＳイメージセンサやＣＣＤイメージセンサ等）が存在する。しかし，これらの内，早い周期でセンシングするものは高価であり，かつシステムとして小さくすることが困難である。
本発明は，受光素子間に受光タイミングを有する受光部を利用して光通信を行う送信装置，受信装置，光通信システム，および光通信方法を提供することを目的とする。

本発明の一態様に係る受信装置は，互いに異なる時刻で受光を繰り返す複数の受光素子を有し，かつ送信する情報に対応して輝度が変化する光を光源から受光する受光部と，前記受光部から出力される受光信号を前記送信情報に復号する復号部と，を具備することを特徴とする。

本発明の一態様に係る送信装置は，互いに異なる時刻で受光を繰り返す複数の受光素子を有する受信装置に情報を送信する送信装置であって，第１の光源と，前記送信する情報と対応して，前記光源の輝度を制御する第１の制御部と，を具備することを特徴とする。

本発明の一態様に係る光通信方法は，送信情報と対応して，光源の輝度を制御するステップと，互いに異なる時刻で受光を繰り返す複数の受光素子を有する受光部が前記光源からの光を受光するステップと，前記受光部から出力される受光信号を前記送信情報に復号するステップと，を具備することを特徴とする。

本発明によれば，受光素子間に受光タイミングを有する受光部を利用して光通信を行う送信装置，受信装置，光通信システム，および光通信方法を提供できる。

以下に，本発明にかかる光通信システムを図面に基づいて詳細に説明する。なお，この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

（第１の実施の形態）
図１は本発明の第１実施形態に係る光通信システム１００を表すブロック図である。光通信システム１００は，送信装置１１０，受信装置１２０から構成される。送信装置１１０は，送信信号記憶部１１１，信号変換部１１２，発光信号記憶部１１５，発光部１１６を有し，発光部１１６での光の輝度変化により信号を送信する。受信装置１２０は，光学系１２１，受光部１２２，受光信号記憶部１２３，光源信号抽出部１２４，信号復号部１２５，受信信号記憶部１２８を有し，送信装置１１０からの信号を受信する。

（送信装置１１０の詳細）
以下，送信装置１１０の詳細を説明する。

送信信号記憶部１１１は，送信装置１１０から送信される信号（送信信号（送信情報））を記憶する記憶装置，例えば，メモリである。送信信号は，例えば，“１００”等のディジタル情報として表される。

この送信信号は，通信単位毎に区分されて送信装置１１０から送信される。この通信単位は，後述する一の光源１１７で一度に送信される情報長［ビット］を意味する。例えば，光源１１７の輝度の明暗で１ビットを表す場合には，通信単位は１ビットである。この場合，送信信号“１００”は，“１”，“０”，“０”に区分され，順に送信される。ここでは，通信単位を１ビットとする。後述のように，光源１１７の輝度の明暗の段階で多ビットを表すことが可能である。

信号変換部１１２は，送信信号を発光信号（発光部１１６の輝度を制御する輝度制御信号）に変換するものであり，アドレス信号付加部１１３および色別信号分離部１１４を有する。なお，アドレス信号付加部１１３および色別信号分離部１１４の詳細は後述する。
発光信号記憶部１１５は，信号変換部１１２で変換された発光信号を記憶する。

発光部１１６は，光源１１７ａ〜１１７ｃおよび制御部１１８ａ〜１１８ｃを有する。光源１１７ａ〜１１７ｃは，ＬＥＤ等の発光素子であり，互いに異なる第１〜第３の色（例えば，Ｒ（赤），Ｇ（緑），Ｂ（青））の光を発する。制御部１１８ａ〜１１８ｃはそれぞれ，発光信号記憶部１１５に記憶された発光信号に基づいて，光源１１７ａ〜１１７ｃの輝度を制御する。このとき，輝度は所定の間隔で変化する。

アドレス信号付加部１１３は，送信信号の通信単位毎にアドレス信号を付加する。アドレス信号は通信単位を互いに識別するための情報である（通信単位毎に順序を付与すると言っても良い）。

例えば，送信信号“１００”を通信単位に区分し，通信単位毎にアドレス信号を付加することで，次の信号Ｓ１が生成される。
（００１），（０１０），（１００） ……信号Ｓ１
ここでは，通信単位に区分された送信信号“１”，“０”，“０”それぞれに２ビットのアドレス信号“（００）”，“（０１）”，“（１０）”が付加されている。なお，ここでは，（１１）はアドレスとして使用していないが，使用しても差し支えない。

この例では，送信信号は３ビットである。より長い情報長の送信信号を送信するときには，アドレス信号“（００）”，“（０１）”，“（１０）”を再度使用すれば良い。

色別信号分離部１１４は，送信信号およびアドレス信号を発光部１１６の発光色毎に分離する。発光部１１６の表示色が３色（例えば，Ｒ，Ｇ，Ｂ）の場合，例えば，送信信号に１色（あるいは２色），アドレス信号に残りの２色（あるいは１色）を割り当て，信号を分離する。ここでは，送信信号に１色，アドレス信号に残りの２色を割り当てることとする。この色の割当は，光源１１７ａ〜１１７ｃそれぞれへの信号の割当を意味する。

色別信号分離部１１４によって，先の信号Ｓ１は次の信号Ｓ２ａ〜Ｓ２ｃに分離される。
“０，０，１” ……信号Ｓ２ａ
“０，１，０” ……信号Ｓ２ｂ
“１，０，０” ……信号Ｓ２ｃ

信号Ｓ２ａ〜Ｓ２ｃはそれぞれ，アドレス信号１（アドレス信号の上位ビット），アドレス信号２（アドレス信号の下位ビット），および送信信号の組み合わせを意味する。信号Ｓ２ａ〜Ｓ２ｃはそれぞれ，光源１１７ａ〜１１７ｃの輝度制御に用いられ，輝度制御信号として機能する。

信号Ｓ２ａ〜Ｓ２ｃに基づいて，制御部１１８ａ〜１１８ｃが光源１１７ａ〜１１７ｃの輝度を制御することで，送信装置１１０からアドレス信号が付加された送信信号が繰り返し送信される。

このとき，後述する図５に示すように，光源１１７ａ〜１１７ｃは通常状態は明状態で，所定の周期でパルス的に輝度が変化する。光源１１７ａ〜１１７ｃの通常状態を明状態とすることで，送信装置１１０を照明装置として機能させることが可能となる。光源１１７ａ〜１１７ｃの輝度が変化している時間（パルス幅Δｔｐ）を短時間とすることで，光源１１７ａ〜１１７ｃの輝度変化を人間が認識することなく，光通信が可能である。

図５に示すように，光源１１７ａ〜１１７ｃの輝度変化は同期している（ほぼ同時に輝度が変化）。後述のように，光源信号抽出部１２４によって，光源１１７ａ〜１１７ｃそれぞれからの信号を分離することができる。

（受信装置１２０の詳細）
以下，受信装置１２０の詳細を説明する。

光学系１２１は，受光部１２２上に発光部１１６の像を結像する。即ち，受光部１２２の一部（後述の画素アレー１３１）上に光源１１７ａ〜１１７ｃからの光が集光される。後述のように，この結像（集光）の結果，受光部１２２からの信号を光源１１７ａ〜１１７ｃそれぞれからの信号に分離することが容易となる。

受光部１２２は，発光部１１６から発せられた光をイメージとして受光し，受光信号を出力する装置，例えば，ＣＭＯＳイメージセンサである。
図２は，受光部１２２の内部構成の一例を表す模式図である。なお，本図には，光源１１７ａ〜１１７ｃの像（集光領域）Ｉａ〜Ｉｃが表されている。

受光部１２２は，画素アレー１３１，タイミングジェネレータ１３２，走査回路１３３，信号取出回路１３４を有する。

画素アレー１３１は，行方向（行数：ｍ）および列方向（列数：ｎ）に配置される複数の画素（受光素子１４１）を有する。受光素子１４１はそれぞれ，光源１１７ａ〜１１７ｃからの光を受光できる。

なお，例えば，Ｒ，Ｇ，Ｂ何れかのカラーフィルターを受光素子１４１に取り付けることで，受光素子１４１がＲ，Ｇ，Ｂ何れかの光を受光可能となる。Ｒ，Ｇ，Ｂの光を受光する受光素子１４１を平面的に配列できる。この結果，光源１１７ａ〜１１７ｃを色によって識別することが可能となる。

タイミングジェネレータ１３２は，走査回路１３３，信号取出回路１３４を駆動する制御信号を生成する。
走査回路１３３は，タイミングジェネレータ１３２からの制御信号に基づいて，画素アレー１３１の行を順に選択する（走査）。走査回路１３３によって行番号１から行番号ｍの受光素子１４１が順に選択されることで，全ての受光素子１４１からの信号が出力される。
信号取出回路１３４は，タイミングジェネレータ１３２からの制御信号に基づいて，走査回路１３３で選択された行の受光素子１４１から信号を取り出す。

以上のように，受光部１２２から出力される信号には，互いに異なる時刻に光を受光する各行の受光素子１４１からの信号成分が含まれる。このため，受光部１２２からの信号によって，発光部１１６の輝度の時間変化を把握することができる。

ここで，走査回路１３３が一の行を選択している時間を選択時間Δｔとする（図５参照）。即ち，受光部１２２での信号の時間分解の限界が選択時間Δｔとなる。選択時間Δｔは，信号の送信間隔ΔＴより十分小さい（Δｔ＜ΔＴ）。
走査回路１３３が全ての行の選択に要する時間（画素アレー１３１全面からの信号の読み出しに要する時間（１フレーム時間））Ｔｆは，次の式（１）で表される。
Ｔｆ＝Δｔ＊ｍ …… 式（１）

図２に示されるように，受光部１２２に光源１１７ａ〜１１７ｃそれぞれの像Ｉａ〜Ｉｃが結像される。このことは，受光部１２２の行および列を選択することで，光源１１７ａ〜１１７ｃそれぞれからの信号光を分離できることを意味する。後述のように，光源信号抽出部１２４が光源１１７ａ〜１１７ｃそれぞれからの光（信号成分）を分離，抽出する。

受光信号記憶部１２３は，受光部１２２から出力される信号（受光信号Ｓ３）を一時的に記憶する，例えば，バッファメモリである。この受光信号Ｓ３は，受光素子１４１毎での光の強度の情報が含まれる。

光源信号抽出部１２４は，受光信号Ｓ３から光源１１７ａ〜１１７ｃそれぞれからの光に対応する信号成分Ｓ４ａ〜Ｓ４ｃを抽出する。即ち，受光信号Ｓ３から光源１１７ａ〜１１７ｃに対応する受光素子１４１からの信号を抽出する。図２では，光源１１７ｂの像Ｉｂが行番号ａ〜（ａ＋３），列番号ｂ〜（ｂ＋３）の範囲の受光素子１４１上に結像している。このため，この範囲の受光素子１４１が光源１１７ａからの光を受光できる。即ち，光源信号抽出部１２４は，受光信号Ｓ３から，像Ｉａ〜Ｉｃに対応する受光素子１４１からの信号成分Ｓ４ａ〜Ｓ４ｃを抽出する。

発光部１１６と受光部１２２の位置関係が一定であれば，画素アレー１３１中の第１〜第３の範囲は固定値として，記憶しておけば足りる。
ここで，発光部１１６と受光部１２２の位置関係が変化する可能性がある。この変化に対応するためには，光源信号抽出部１２４が画素アレー１３１中の像Ｉａ〜Ｉｃの範囲（第１〜第３の範囲）を動的に決定することが好ましい。例えば，次の１）〜３）のようにして，像Ｉａ〜Ｉｃの範囲を決定することができる。

１）像Ｉａ〜Ｉｃの範囲全体の決定
一定期間の測定の結果，信号強度が所定範囲を超えて変化している受光素子１４１を特定することで，像Ｉａ〜Ｉｃの範囲全体を決定する。この範囲は，受光素子１４１の群によって特定される。なお，この段階では，像Ｉａ〜Ｉｃの範囲は一体的に取り扱われる。

２）像Ｉａ〜Ｉｃの範囲の区分
像Ｉａ〜Ｉｃの範囲全体から像Ｉａ〜Ｉｃの範囲それぞれを区分する。この区分には例えば次のような手法を用いることができる。

・一般的に，像Ｉａ〜Ｉｃの範囲それぞれに対応する受光素子１４１の群は互いに分離される。従い，この群が互いに分離されていることに基づいて，像Ｉａ〜Ｉｃの範囲を区分することができる。
・また，色の相違によって，像Ｉａ〜Ｉｃの範囲を区分することもできる。この場合，受光部１２２が受光した光の色を識別する必要がある（例えば，受光素子１４１がＲ，Ｇ，Ｂ何れかの光を受光可能とする）。

なお，Ｓ／Ｎ比の向上のため，像Ｉａ〜Ｉｃの範囲を限定することが考えられる。例えば，像Ｉａ〜Ｉｃの範囲それぞれの重心を求め，これらの重心から所定の画素数以内を新たな像Ｉａ〜Ｉｃの範囲とする。このようにすることで，光源１１７ａ〜１１７ｃ以外からの外乱光を除外できる。

３）像Ｉａ〜Ｉｃと光源１１７ａ〜１１７ｃの対応関係の決定
以上の１），２）では，像Ｉａ〜Ｉｃと光源１１７ａ〜１１７ｃの対応関係は不明である。従い，信号成分Ｓ４ａ〜Ｓ４ｃと，送信信号およびアドレス信号の対応関係も定まらず，送信信号を復号できない。
このため，像Ｉａ〜Ｉｃと光源１１７ａ〜１１７ｃの対応関係を決定する必要がある。例えば，光源１１７ａ〜１１７ｃの色の相違によって，この決定が可能となる。また，光源１１７ａ〜１１７ｃと受光部１２２の位置関係を用いて，この決定をしても良い。

以上のようにして，像Ｉａ〜Ｉｃが結像される受光素子１４１が判定される。既述のように，これは光源１１７ａ〜１１７ｃからの光を同時に受信できることを意味する。

一方，このことは光源１１７ａ〜１１７ｃからの光を受光する受光素子１４１が限定されることを意味する。即ち，受光部１２２からの受信信号は光源１１７ａ〜１１７ｃの輝度変化の一部に留まる。例えば，画素アレー１３１の全行数をｍ，像Ｉｂが結像される受光素子１４１の範囲をΔｍ行とすると，輝度変化が検出可能な時間帯は全時間帯の（Δｍ／ｍ）となる。
送信信号を繰り返し送信するのは，限られた検出可能時間帯内で送信信号を受信可能とするためである。

信号復号部１２５は，光源信号抽出部１２４で抽出された３つの信号成分Ｓ４ａ〜Ｓ４ｃに基づき，送信信号を復号するものであり，信号順序整理部１２６，受信信号記録部１２７を有する。

信号順序整理部１２６は，発光部１１６での輝度変化の間隔ΔＴ（情報の送出速度）に基づいて，信号成分を時間的に分解し，通信単位毎に，送信信号（受信信号）とアドレス信号に変換する。また，信号順序整理部１２６は，アドレス信号に基づいて，受信信号を整列する。この結果，受信信号が復号される。

ここで，（アドレス１，アドレス２，信号）の組が繰り返し受信されることから，同一のアドレス信号とデータ情報の対が出現することになる。このように，同一の対は無視し，一連の（アドレス，信号）の組（例えば，（００１），（０１０），（１００））に基づいて，受信信号（例えば，“１００”）を決定する。

信号順序整理部１２６は，受信信号の切れ目を判断する。同一のアドレス信号で，前と異なる受信信号が復号されたことで，受信信号の切れ目が判断される。既述のように，送信信号は繰り返し送信されため，同一のアドレス信号，受信信号の組が繰り返し復号される可能性がある。一方，ある程度長いビット長の情報が送信されるときには，同一のアドレスが再使用される。この場合には，同一アドレスにも関わらず，異なる値を持った受信信号（送信情報）が復号されることになる。

受信信号記録部１２７は，復号された受信信号を受信信号記憶部１２８に記憶させる。
受信信号記憶部１２８は，信号復号部１２５で復号された受信情報を記憶する。

（光通信システム１００の動作手順）
光通信システム１００の動作手順を説明する。
図３，図４はそれぞれ，送信装置１１０および受信装置１２０での動作手順を表すフローチャートである。また，図５は，光通信システム１００で送信される信号の時間的変化を表すタイミングチャートである。

Ａ．送信装置１１０の動作
送信装置１１０での動作手順を説明する。
（１）送信信号の取り出し（ステップＳ１１）
送信したい情報が送信信号記憶部１１１から取り出され，信号変換部１１２に出力される。例えば，送信信号“００１”が出力される。

（２）送信信号へのアドレス信号の付加（ステップＳ１２）
信号変換部１１２のアドレス信号付加部１１３は，送信信号にアドレス信号を付加する。例えば，送信信号“００１”を通信単位に区分し，通信単位毎にアドレス信号を付加することで，既述の信号Ｓ１が生成される。

（３）光源１１７ａ〜１１７ｃ毎への送信信号，アドレス信号の分離（ステップＳ１３）
色別信号分離部１１４が，信号Ｓ１を光源１１７ａ〜１１７ｃ毎に分離する。この結果，輝度制御信号たる信号Ｓ２ａ〜Ｓ２ｃが生成される。変換された輝度制御信号が発光信号記憶部１１５に記憶される。

（４）光源１１７ａ〜１１７ｃ毎の輝度制御（ステップＳ１４）
発光信号記憶部１１５に記憶された輝度制御信号に基づいて，発光部１１６の光源１１７ａ〜１１７ｃが発光する。この結果，送信信号およびアドレス信号が送信される。図５に示すように，ここでは，次の（アドレス１，アドレス２，信号）の組が繰り返し送信されるものとする。
（０，０，１），（０，１，０），（１，０，０）
なお，より長いビット数の情報を送信するときには，アドレス信号“（０，０）”，“（０，１）”，“（１，０）”を再度使用し，（アドレス１，アドレス２，信号）の組を繰り返し送信すれば良い。

Ｂ．受信装置１２０の動作
受信装置１２０での動作手順を説明する。
（１）受光部１２２からの受光信号の出力（ステップＳ２１）
受光部１２２が，光源１１７ａ〜１１７ｃからの光を受光する。受光部１２２から受光信号Ｓ３が出力され，受光信号記憶部１２３に記憶される。

（２）光源１１７ａ〜１１７ｃ毎の信号成分の抽出（ステップＳ２２）
光源信号抽出部１２４が，受光信号から光源１１７ａ〜１１７ｃからの光に対応する信号成分Ｓ４ａ〜Ｓ４ｃを抽出する。

（３）受信信号，アドレス信号への変換（ステップＳ２３）
信号復号部１２５の信号順序整理部１２６が，信号成分Ｓ４ａ〜Ｓ４ｃを通信単位毎にアドレス信号と受信信号の対に変換する。

（４）受信信号の整列（ステップＳ２４）
信号順序整理部１２６が，アドレス信号に基づいて受信信号の順序を整列させることで，受信信号を復号する。

（５）受信信号の切れ目の検出（ステップＳ２５）
同一アドレスで，異なる受信信号が復号されたときに，信号順序整理部１２６が信号の切れ目を検出する。その他，送信の繰り返し回数Ｋに基づいて，送信信号の切れ目を検出しても良い。
送信信号の切れ目が検出されたときには，それ以前のデータを整理完了したデータとして，受信信号記録部１２７を用いて受信信号記憶部１２８に記憶させる。

以上のように，本実施形態では，受光タイミングずれを有する複数の受光素子１４１を用いることで，受光部１２２での撮像周期（フレーム時間Ｔｆ）より速い周期（間隔ΔＴ）で明滅する光明滅信号を受信できる。また，複数の受光素子１４１を用いることで，複数の光源１１７から同時に信号を取得できる。

（第２の実施の形態）
図６は本発明の第２実施形態に係る光通信システム２００を表すブロック図である。光通信システム２００は，送信装置２１０，受信装置２２０から構成される。送信装置２１０は，送信信号記憶部２１１，信号変換部２１２，発光信号記憶部２１５，発光部２１６を有し，発光部２１６での光の輝度変化により信号を送信する。受信装置２２０は，光学系２２１，受光部２２２，受光信号記憶部２２３，光源信号抽出部２２４，信号復号部２２５，受信信号記憶部２２８を有し，送信装置２１０からの信号を受信する。

（送信装置２１０の詳細）
以下，送信装置２１０の詳細を説明する。

信号変換部２１２は，送信信号を発光信号（発光部１１６の輝度を制御する輝度制御信号）に変換するものであり，スタート信号付加部２１３および制御信号修正部２１４を有する。

スタート信号付加部２１３は，送信信号のはじめにスタート信号を付加する。スタート信号は，送信信号の開始を表す一種の制御信号である。制御信号は，信号の送信を制御するために用いられる信号であり，その信号自体の送信を目的とする送信信号とは異なる。制御信号は，スタート信号以外にデータ識別信号がある。

データ識別信号は，その後に続く信号がスタート信号等の制御信号ではなく，データそのものであることを表す信号である。データ識別信号を用いることで，制御信号と同一の信号を送信することが可能となる。

制御信号修正部２１４は，送信信号内にスタート信号やデータ識別信号等の制御信号と同じ型の信号が有るか無いかをチェックする。送信信号内に制御信号と同じ型の信号があれば，その部分の前にデータ識別信号を付与し，送信信号としての送信を可能とする。

スタート信号付加部２１３および制御信号修正部２１４によって処理された信号は，後述の光源２１７の輝度制御に用いられ，輝度制御信号として機能する。
発光部２１６は，光源２１７および制御部２１８を有する。即ち，本実施形態では，輝度が制御される光源２１７は１つである。

なお，送信信号記憶部２１１，発光信号記憶部２１５はそれぞれ，第１の実施形態の送信信号記憶部１１１，発光信号記憶部１１５と実質的に相違する訳ではないので，詳細な説明を省略する。

（受信装置２２０の詳細）
以下，受信装置２２０の詳細を説明する。

光源信号抽出部２２４は，受光信号Ｓ３から光源２１７からの光に対応する信号成分Ｓ４を抽出する。これは，輝度が制御される光源２１７が１つであることと対応する。その他の点では，光源信号抽出部２２４は，第１の実施形態の光源信号抽出部１２４と実質的に相違するところはない。

信号復号部２２５は，光源信号抽出部２２４で抽出された信号成分Ｓ４に基づき，送信信号を復号するものであり，スタート信号検知部２２６，受信信号記録部２２７を有する。

スタート信号検知部２２６は，輝度の変化している期間（パルス幅Δｔｐ）と選択時間Δｔの比Ｒ（＝Δｔｐ／Δｔ）および送信信号の情報長Ｎに基づき，信号成分Ｓ４から受信信号を推定する。さらに，推定された受信信号中のスタート信号を検知することで，受信信号を復号する。なお，この詳細は後述する。
受信信号記録部２２７は復号された受信信号を受信信号記憶部１２８に記憶させる。

なお，光学系２２１，受光部２２２，受光信号記憶部２２３，受信信号記憶部２２８はそれぞれ，第１の実施形態の光学系１２１，受光部１２２，受光信号記憶部１２３，受信信号記憶部１２８と実質的に相違する訳ではないので，詳細な説明を省略する。

（光通信システム２００の動作手順）
光通信システム２００の動作手順を説明する。
図７，図８はそれぞれ，送信装置２１０および受信装置２２０での動作手順を表すフローチャートである。図９Ａ〜図９Ｆは，信号復号部２２５での復号時における信号を表す模式図である。

Ａ．送信装置２１０の動作
（１）送信信号の取り出し（ステップＳ３１）
送信したい情報が送信信号記憶部２１１から取り出され，信号変換部２１２に出力される。例えば，送信信号“０１１０１００１１００”が出力される。

（２）スタート信号の付加（ステップＳ３２）
信号変換部２１２のスタート信号付加部２１３が送信信号の始めにスタート信号を付加する。ここでは，信号“０１１０１００１１００”にスタート信号“０００１”が付加され，信号“０００１０１１０１００１１００”が生成されるとする。この信号が輝度制御信号として機能する。輝度制御信号が発光信号記憶部２１５に記憶される。

なお，制御信号修正部２１４が，送信信号内に制御信号と同じ型の信号が有るか無いかをチェックし，必要に応じて，データ識別信号を付与する。

（３）光源２１７の輝度制御（ステップＳ３３）
発光信号記憶部２１５に記憶された輝度制御信号に基づいて，発光部２１６が発光する。この結果，例えば，信号“０００１０１１０１００１１００”が送信される。

Ｂ．受信装置２２０の動作
受信装置２２０での動作手順を説明する。
（１）受光部２２２からの受光信号の出力（ステップＳ４１）
受光部２２２が，光源２１７からの光を受光する。受光部２２２から受光信号が出力され，受光信号記憶部２２３に記憶される。

（２）光源２１７の信号成分の抽出（ステップＳ４２）
光源信号抽出部２２４が，受光信号から光源２１７からの光に対応する信号成分Ｓ４を抽出する。ここでは，輝度の変化している期間（パルス幅Δｔｐの区間）での信号成分Ｓ４が抽出されている。なお，信号強度の変化の周期性に基づいて，信号成分から輝度の変化している期間を抽出できる。

図９Ａは，信号成分Ｓ４の一例を表す。ここで，図９Ａ中の“？”は，不明な値であり，受光部２２２が光源２２７の輝度変化を検出できないことを表す。既述のように，光源２２７の輝度変化を受光部２２２が検出できる時間帯に制限がある。

（３）受信信号の推定（ステップＳ４３）
信号復号部２２５のスタート信号検知部２２６が，信号成分Ｓ４に基づいて，受信信号を推定する。
１）通信単位毎の送信信号の推定
信号成分Ｓ４に基づき，通信単位毎に送信信号を推定する。受信信号が図９Ａで表されるとする。ここで，輝度の変化している期間（パルス幅Δｔｐ）と選択時間Δｔの比Ｒ（＝Δｔｐ／Δｔ）に基づき，送信信号を推定できる。ここでは，この比Ｒを３とする。これは一の通信単位の信号が３行の受光素子１４１によって受光されることを意味する。

図９Ａの受信信号に基づく推定結果を図９Ｂに示す。図９Ａの信号列を３つ毎に区切り，この３つの信号毎に多数決で送信信号を推定することで図９Ｂの信号列が推定される。なお，ここでは，判りやすさのため，比Ｒを整数としている。比Ｒが整数で無くても，平均等により実質的に同様の処理を実行できる。

２）信号の区分・重ね合わせ
送信信号の情報長Ｎ［ビット］に基づき，信号を区分し，重ね合わせる。ここでは，送信信号の情報長Ｎを１５とする。図９Ｂの信号が区分された状態が図９Ｃに示される。図９Ｄは，区分した信号が重ね合わされ，送信信号が推定される。このとき，通信単位毎に仮の順番番号が付与される。真の順番番号は，スタート信号”０００１”を見つけることで，決定される。

図９Ｄは，３回分（１５×３＝４５ビット）の信号が受信されたときの重ね合わせ状態を表す。不明な値を無視し，第１〜第３回目の信号の平均を算出することで，受信信号の全体が推定される（図９Ｄの受信信号）。

以上のように，輝度の変化している期間（パルス幅Δｔｐ）と選択時間Δｔの比Ｒ，送信信号の情報長Ｎを用いて，受信信号の値が計算される。そして，繰り返し受信される受光信号に基づき，受信信号の値を順番番号毎に重ね合わせることで，受信信号が推定される。

（４）信号の開始位置の決定（ステップＳ４４）
推定された受信信号からスタート信号”０００１”を検出し，削除する。これと共に，スタート信号の直後を信号の一番目として読み替えることで，受信情報を復号する（図９Ｅ，図９Ｆ）。

この例では，スタート信号”０００１”は，仮の順番番号１５，１〜３に分散している。信号が繰り返し送信されることから，このようなスタート信号の分散が発生し得る。即ち，仮の順番番号の最後と最初が繋がっているものとして，推定された受信信号中からスタート信号を検索し，信号の開始位置を決定する。

（５）送信信号の切れ目の検出（ステップＳ４５）
スタート信号検知部２２６が，送信信号の切れ目を検出する。例えば，送信の繰り返し回数Ｋに基づいて，送信信号の切れ目を検出できる。また，信号の復号結果を常時監視し，復号結果が変化したことに基づいて，送信信号の切れ目を検出しても良い。
送信信号の切れ目が検出されたときには，それ以前のデータを整理完了したデータとして，受信信号記録部２２７を用いて受信信号記憶部２２８に記憶させる。

（その他の実施形態）
本発明の実施形態は上記の実施形態に限られず拡張，変更可能であり，拡張，変更した実施形態も本発明の技術的範囲に含まれる。

（１）トリガ信号の付加
第１の実施形態では，送信信号と併せて，アドレス信号を送信している。このアドレス信号に替えて，トリガ信号を送信しても良い。

図１０は，トリガ信号と送信信号を併せて送信するときの信号の時間的変化を表すタイミングチャートである。例えば，光源１１７ａ，１１７ｂそれぞれでトリガ信号，送信信号を同期して送信する。
このトリガ信号は，光源１１７ａから送信信号が送信される（輝度が変化している）期間（パルス幅Δｔｐ）を表す。トリガ信号が“０”の期間での光源１１７ｂの輝度を検知することで，送信信号の受信が容易となる。

なお，第１の実施形態に示したアドレス信号１，２は，トリガ信号として利用することができる。図５に示されるように，送信信号の送信期間（パルス幅Δｔｐ）では，アドレス信号１，２の少なくとも何れかが“０”となる。即ち，アドレス信号１，２をＡＮＤ演算することで，トリガ信号が生成される。

（２）並列送信
複数の光源１１７を用いて，並列に送信信号を送信することができる。例えば，光源１１７ａ〜１１７ｃそれぞれにトリガ信号，送信信号１，送信信号２を割り当てる。

（３）送信単位の多ビット化
送信信号を多ビット化することができる。
図１１は，送信単位を多ビット化した送信信号の時間的変化を表すタイミングチャートである。本図のように，一つの光源の輝度を多段階で変化させることで，信号単位の多ビット化を図ることができる。

（４）差分による信号送信
基準輝度との差分を用いて，送信信号を表現できる。
ここで，複数の光源の輝度同士での差分の利用，同一光源での時間的に変化した輝度での差分の二通りが考えられる。

・他の光源の輝度との差分
図１２は，基準光源の輝度（基準輝度）と信号光源の輝度の差分を送信信号に用いた時の送信信号の時間的変化を表すタイミングチャートである。ここでは，基準輝度に対して約７５％の明るさを“１”，約２５％の明るさを“０”としている。

・同一光源の輝度での差分
時間的に次のステップの輝度を基準輝度とし，基準輝度に対する輝度値の差分によって，信号を送信しても良い。
図１３は，基準光源の輝度（基準輝度）と信号光源の輝度の差分を送信信号に用いた時の送信信号の時間的変化を表すタイミングチャートである。ここでは，基準輝度に対して約７５％の明るさを“１”，約２５％の明るさを“０”としている。

本発明の第１実施形態に係る光通信システムを表すブロック図である。 図１の受光部の内部構成の一例を表す模式図である。 図１の送信装置での動作手順を表すフローチャートである。 図１の受信装置での動作手順を表すフローチャートである。 図１の光通信システムで送信される信号の時間的変化を表すタイミングチャートである。 本発明の第２実施形態に係る光通信システムを表すブロック図である。 図６の送信装置での動作手順を表すフローチャートである。 図６の受信装置での動作手順を表すフローチャートである。 図６の信号復号部での復号時における信号を表す模式図である。 図６の信号復号部での復号時における信号を表す模式図である。 図６の信号復号部での復号時における信号を表す模式図である。 図６の信号復号部での復号時における信号を表す模式図である。 図６の信号復号部での復号時における信号を表す模式図である。 図６の信号復号部での復号時における信号を表す模式図である。 信号の時間的変化の一例を表すタイミングチャートである。 信号の時間的変化の一例を表すタイミングチャートである。 信号の時間的変化の一例を表すタイミングチャートである。 信号の時間的変化の一例を表すタイミングチャートである。

符号の説明

１００…光通信システム，１１０…送信装置，１１１…送信信号記憶部，１１２…信号変換部，１１３…アドレス信号付加部，１１４…色別信号分離部，１１５…発光信号記憶部，１１６…発光部，１１７…光源，１２０…受信装置，１２１…光学系，１２２…受光部，１２３…受光信号記憶部，１２４…光源信号抽出部，１２５…信号復号部，１２６…信号順序整理部，１２７…受信信号記録部，１２８…受信信号記憶部

Claims (11)

1. 互いに異なる時刻で受光を繰り返す複数の受光素子を有し，かつ送信する情報に対応して輝度が変化する光を光源から受光する受光部と，
   前記受光部から出力される受光信号を前記送信情報に復号する復号部と，
   を具備することを特徴とする受信装置。
2. 前記受光部上に，前記光源からの光を集光する光学系と，
   前記受光信号から，前記集光される光に対応する受光素子の信号成分を抽出する信号抽出部と，をさらに具備し，
   前記復号部が前記信号抽出部で抽出された信号成分を前記送信情報に復号する
   ことを特徴とする請求項１記載の受信装置。
3. 前記受光部が複数の光源から輝度が変化する光を受光し，
   前記信号抽出部が，前記受光信号から，前記複数の光源の像それぞれに対応する複数の信号成分を分離して抽出する
   ことを特徴とする請求項２記載の受信装置。
4. 前記受光部がカラーフィルターをさらに有する
   ことを特徴とする請求項３記載の受信装置。
5. 互いに異なる時刻で受光を繰り返す複数の受光素子を有する受信装置に情報を送信する送信装置であって，
   第１の光源と，
   前記送信する情報と対応して，前記光源の輝度を制御する第１の制御部と，
   を具備することを特徴とする送信装置。
6. 第２の光源と，
   前記第１の制御部による前記第１の光源の輝度の制御と対応する時刻に，前記第２の光源の輝度を制御する第２の制御部と，
   をさらに具備することを特徴とする請求項５記載の送信装置。
7. 前記送信する情報が複数の通信単位に区分され，
   前記通信単位毎に付与されるアドレス情報の少なくとも一部に基づいて，前記第２の制御部が前記第２の光源の輝度を制御する，
   ことを特徴とする請求項６記載の送信装置。
8. 前記アドレス情報の一部に基づいて，前記前記第２の制御部が前記第２の光源の輝度を制御し，
   第３の光源と，
   前記第１の制御部による前記第１の光源の輝度の制御と対応する時刻に，前記アドレス情報の他の一部に基づいて，前記第３の光源の輝度を制御する第３の制御部と，
   をさらに具備することを特徴とする請求項７記載の送信装置。
9. 基準輝度の光を発する第２の光源と，
   前記基準輝度に基づき，前記送信する情報を信号に変換する変換部，をさらに具備し，
   前記変換部で変換された信号に基づいて，前記第１の制御部が前記第１の光源の輝度を制御する，
   ことを特徴とする請求項５記載の送信装置。
10. 前記送信する情報に送信開始情報を付加する情報付加部，をさらに具備し，
    前記情報付加部で送信開始情報が付加された送信情報に基づいて，前記第１の制御部が前記第１の光源の輝度を制御する，
    ことを特徴とする請求項５記載の送信装置。
11. 送信情報と対応して，光源の輝度を制御するステップと，
    互いに異なる時刻で受光を繰り返す複数の受光素子を有する受光部が前記光源からの光を受光するステップと，
    前記受光部から出力される受光信号を前記送信情報に復号するステップと，
    を具備することを特徴とする光通信方法。

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