JP2009005168A

JP2009005168A - 通信装置および送信装置および受信装置

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Publication number: JP2009005168A
Application number: JP2007165206A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiko Ueno; 一彦上野; Hideki Urabe; 秀樹浦邊
Original assignee: Stanley Electric Co Ltd
Current assignee: Stanley Electric Co Ltd
Priority date: 2007-06-22
Filing date: 2007-06-22
Publication date: 2009-01-08
Anticipated expiration: 2027-06-22
Also published as: JP4950778B2

Abstract

【課題】蛍光体を備えたＬＥＤからの光を用いて通信を行う場合に、高速かつ良好な光通信を行なうことが可能な通信装置を提供する。
【解決手段】本発明の通信装置は、蛍光体を備えたＬＥＤ１と、送信データを変調して変調信号にする変調手段２と、前記変調手段２からの変調信号に所定の基準信号を付加して前記ＬＥＤ１を駆動する駆動手段３と、前記ＬＥＤ１からの光を受光する受光手段４と、前記受光手段４からの出力信号から所定の基準信号を検出し、検出した所定の基準信号を時間軸の基準として用いて、前記受光手段４からの出力信号から、前記変調信号を復調する復調手段５とを備えている。
【選択図】図１５

Description

本発明は、蛍光体を備えたＬＥＤからの光を用いて通信を行う通信装置および送信装置および受信装置に関する。

一般照明やディスプレイ用バックライト光源，電光表示板には、さまざまな光源が利用されている。前記光源には、現在は主に白熱電球と蛍光灯が利用されている。しかしながら、近年、消費電力の少なさから白色発光ダイオード（以下、白色ＬＥＤと称す）が利用され始めている。白色ＬＥＤは、その低消費電力性に加え、長寿命，高速応答性，色純度の高さを持ち、将来的には照明などさまざまな分野の光源として広く利用される可能性がある。特に白熱電球や蛍光灯等の照明器具は、エネルギー消費効率とライフサイクルの環境面から、将来はすべて白色ＬＥＤに置き換わる可能性が高く、代替が実現できれば、消費電力が現状より３割以上削減できるので、ＣＯ_２削減に貢献でき、蛍光灯に使用されている水銀の使用を中止することもできるので、環境にやさしい光源として期待ができる。現時点においても、すでに交通信号灯や自動車のブレーキランプなどに一部利用され始めている。

一般照明としても、すでに一部の室内灯や街路灯に白色ＬＥＤが利用され始めようとしている。これら白色ＬＥＤを光源として用いた照明は、人間の目に認識できないほど高速にパルス駆動を行うことが可能である。この特性を利用し、照明の機能と同時に、パルス駆動によるデータの送信を行うことが可能で、可視光通信装置としてさまざまな提案がなされている。

白色ＬＥＤ照明によるデータ通信は、照明として利用される大きな電力エネルギーをそのままデータ通信に利用することが出来るので、効率が良く、良好な通信特性を得ることができ、近年非常に注目を集めている。

白色ＬＥＤは大きく分けると、２種類（第１のタイプ，第２のタイプ）のものに分けることが出来る。第１のタイプのものは、ＧａＮ（窒化ガリウム）系青色ＬＥＤの周囲に黄色を発色する蛍光体（例えば、ＹＡＧ系蛍光体やオキソ窒化物ガラス蛍光体など）を配置し、青色ＬＥＤを発光させることで青色光を発光し、これにより前記蛍光体を励起し発光させ、青色光と蛍光体の黄色光との混色により白色光を得るものである。

第２のタイプのものは、光の３原色である赤色，緑色，青色の各色のＬＥＤを同時に発光させ、３色を混色し、白色を得るものである。

第１のタイプ（すなわち、蛍光体タイプ）の白色ＬＥＤは、第２のタイプ（すなわち、ＲＧＢタイプ）の白色ＬＥＤよりも電気エネルギーを光エネルギーにする発光効率が良く、高い輝度が得られやすいため、一般照明としては、第１のタイプ（蛍光体タイプ）のものが主に利用されている。

蛍光体タイプの白色ＬＥＤは、蛍光体の種類や量を調整することにより、白色発光色の色温度を変化させることが可能で、温かみのある電球色照明のような色温度が低い照明や、鮮やかな色温度の高い照明など、さまざまな色温度の照明を実現することが可能である。

例えば特許文献１には、蛍光体タイプ照明光通信システムが提案されている。

図１は特許文献１に示されている蛍光体タイプ照明光通信システムのブロック図である。図１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、蛍光体による黄色発光色を除去し、青色ＬＥＤの青色発光色のみを通信に利用している。
特許第３４６５０１７号公報

ＬＥＤ単体は、その高速性により、例えば１００ＭＨｚ以上の通信速度で光空間通信を行うことが可能である。しかしながら、ＬＥＤによる励起された蛍光体の応答速度はＬＥＤに比べると遅い。そのため、上記特許文献１には、白色ＬＥＤの白色光を利用した光空間通信速度は１ＭＨｚ程度と記載されている。

白色ＬＥＤに利用されている蛍光体（例えば、ＹＡＧ系蛍光体やオキシ窒化物ガラス蛍光体）は、青色ＬＥＤの青色光で励起され、黄色光を発光し、２つの色が混ざることによって、白色発光となる。

一般に白色ＬＥＤに利用されている蛍光体の応答速度は、励起されたときに発光するまでの発色時間と励起光がなくなった後の蛍光体が消光するまでの消光時間は同じではなく、消光時間に対して発色時間は短い。

図２には、一般的な蛍光体であるＹＡＧ系蛍光体の励起された光強度、および励起光である半導体レーザー光の光強度が示されている。なお、図２において、横軸は時間であり、縦軸が光強度である。

また、図３には、図２の光強度を測定するための測定系が示されている。図３の測定系は、被測定物である例えばＹＡＧ系蛍光体３０１と、被測定物である蛍光体３０１を励起するための半導体レーザー３０２と、励起された光を分光する分光器３０３と、高速な時間分解能をもつストリークカメラ３０４とにより構成されている。

図２において、約５ｎ（ナノ）秒幅の半導体レーザーのパルスによって励起された前記ＹＡＧ系蛍光体の消光時間は約６０ｎ秒となっている。ここで、消光時間とは、ピーク光強度に対して、１／ｅの強度になった時間を表す。ＹＡＧ系蛍光体を用いる場合、その消光時間は約６０ｎ秒であるので、その消光時間の逆数である１６．７ＭＨｚ以上の光空間通信を行うことは出来ない。なお、図２において、前記ＹＡＧ系蛍光体の発色時間は、測定限界に近く、一般的なＬＥＤの光立ち上がり時間となんら遜色はない。

上記のように、一般的なＹＡＧ系蛍光体タイプ白色ＬＥＤの応答時間、つまり発色時間と消光時間を合わせた時間は、数十ｎ秒と長く、ＹＡＧ系蛍光体タイプ白色ＬＥＤを用いる場合、一般的には１６．７ＭＨｚ以上の高速な光空間通信を行うことが出来ない。

特許文献１では、前記蛍光体の応答速度の遅さを鑑みて、光検出器４３の前に青色フィルタ４５を設けることによって、応答時間の遅い蛍光体による黄色発光色を除去し、光空間高速通信を成し遂げようというものである。

しかしながら、前記特許文献１の仕方では、青色フィルタを利用するため、光検出器４３が受信する光強度が青色フィルタ４５によって少なくなってしまう。これは、蛍光体タイプ白色ＬＥＤの青色光成分の光パワーは全体の光パワーに対して、約１／３であり、データ検出する受光素子に一般的なシリコン系のフォトダイオードを用いると、検出される青色光の強度は、全体の４分の１以下となってしまう。従って、光通信におけるＳ／Ｎ比が白色光すべてを受信する場合よりも−６ｄＢ悪化することになる。

以下に、上述の内容を詳細に述べる。

図４には、ＹＡＧ系蛍光体とＧａＮ系青色ＬＥＤとを組み合わせた、一般的な蛍光体タイプ白色ＬＥＤの波長スペクトルの一例が示されている。図４から、青色光成分の発光ピーク強度は黄色光成分よりも高いことがわかる。

図５には、上記蛍光体タイプ白色ＬＥＤの青色光成分の波長スペクトルが示されており、これは、上記蛍光体タイプ白色ＬＥＤの発光を、青色フィルタを通した後の波長スペクトルを表している。

また、図６には、上記蛍光体タイプ白色ＬＥＤの黄色光成分の波長スペクトルが示されており、これは、上記蛍光体タイプ白色ＬＥＤの発光を、黄色フィルタを通した後の波長スペクトルを表している。

図５，図６において、青色光成分，黄色光成分の光強度は、それぞれの波長スペクトルの積分値、つまり面積とほぼ一致し、面積比は青色光成分を１とすると、黄色光成分は約２となり、黄色光成分は青色光成分の倍の大きさであることがわかる。

図７は一般的なシリコン系受光素子であるフォトダイオードの分光感度曲線を示す図である。図７を参照すると、シリコン系受光素子の吸収ピーク波長である９５０ｎｍから短波長側では、緩やかに感度が下がっている。

図７に示すフォトダイオードの分光感度曲線と図５に示す前記蛍光体タイプ白色ＬＥＤの青色光成分の波長スペクトルとを掛け合わせることによって、計算上、上記フォトダイオードが受光する蛍光体タイプ白色ＬＥＤの青色光成分の強度を求めることが可能である。

図８には、図７に示すフォトダイオードの分光感度曲線と図５に示す蛍光体タイプ白色ＬＥＤの青色光成分とを掛け合わせたものが示されている。

図８において、分光感度曲線が表す面積が、上記フォトダイオードが受光する蛍光体タイプ白色ＬＥＤの青色光成分の受信信号強度となる。

また、図７に示すフォトダイオードの分光感度曲線と図６に示す蛍光体タイプ白色ＬＥＤの黄色光成分の波長スペクトルとを掛け合わせることによって、計算上、上記フォトダイオードが受光する蛍光体タイプ白色ＬＥＤの黄色光成分の強度を求めることが可能である。

図９には、図７に示すフォトダイオードの分光感度曲線と図６に示す蛍光体タイプ白色ＬＥＤの黄色光成分とを掛け合わせたものが示されている。

図９において、分光感度曲線が表す面積が、上記フォトダイオードが受光する蛍光体タイプ白色ＬＥＤの黄色光成分の受信信号強度となる。

図８と図９を比較し、シリコン系のフォトダイオードを受光素子として用いたときに検出される、青色光成分と黄色光成分の強度比は、およそ１対３となる。

従って、可視光通信において、通信データを検出する受光素子に一般的なシリコン系のフォトダイオードを用いて、青色フィルタを用いた特許文献１の手法では、検出される青色光成分の光強度は、白色光全体の光強度の４分の１以下となり、Ｓ／Ｎ比に換算すると白色光全体を受信するよりも−６ｄＢ悪化することになる。このため、特許文献１の仕方では、良好な光通信を行なうことができないという問題があった。

本発明は、蛍光体を備えたＬＥＤからの光を用いて通信を行う場合に、高速かつ良好な光通信を行なうことが可能な通信装置および送信装置および受信装置を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、蛍光体を備えたＬＥＤと、送信データを変調して変調信号にする変調手段と、前記変調手段からの変調信号に所定の基準信号を付加して前記ＬＥＤを駆動する駆動手段と、前記ＬＥＤからの光を受光する受光手段と、前記受光手段からの出力信号から所定の基準信号を検出し、検出した所定の基準信号を時間軸の基準として用いて、前記受光手段からの出力信号から、前記変調信号を復調する復調手段とを備えていることを特徴とする通信装置である。

また、請求項２記載の発明は、請求項１記載の通信装置において、前記蛍光体を備えたＬＥＤは、青色ＬＥＤの周囲に黄色を発色する蛍光体が配置され、青色ＬＥＤからの青色光により前記蛍光体を励起し発光させて、青色光と蛍光体の黄色光との混色により白色光を得る蛍光体タイプ白色ＬＥＤであることを特徴としている。

また、請求項３記載の発明は、請求項２記載の通信装置において、前記受光手段は、前記ＬＥＤからの白色光を直接受光する１つの受光手段により構成されていることを特徴としている。

また、請求項４記載の発明は、請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の通信装置において、前記復調手段は、前記所定の基準信号に同期させて、所定の決められた時間間隔ごとに前記受光手段からの出力信号の強弱を比較することによって、前記変調信号を復調することを特徴としている。

また、請求項５記載の発明は、請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の通信装置において、前記復調手段は、前記受光手段からの出力信号から所定の基準信号を検出したとき、該所定の基準信号の立ち上がりエッジを時間軸の基準として用いることを特徴としている。

また、請求項６記載の発明は、蛍光体を備えたＬＥＤと、送信データを変調して変調信号にする変調手段と、復調に用いるための所定の基準信号を前記変調手段からの変調信号に付加して前記ＬＥＤを駆動する駆動手段とを備えていることを特徴とする送信装置である。

また、請求項７記載の発明は、蛍光体を備えたＬＥＤからの光を受光する受光手段と、前記蛍光体を備えたＬＥＤが、送信データを変調した変調信号に所定の基準信号が付加された信号によって駆動されるものであるとき、前記受光手段からの出力信号から所定の基準信号を検出し、検出した所定の基準信号を時間軸の基準として用いて、前記受光手段からの出力信号から、前記変調信号を復調する復調手段とを備えていることを特徴とする受信装置である。

本発明によれば、送信側に、蛍光体を備えたＬＥＤと、送信データを変調して変調信号にする変調手段と、前記変調手段からの変調信号に所定の基準信号を付加して前記ＬＥＤを駆動する駆動手段とを備え、
受信側に、前記ＬＥＤからの光を受光する受光手段と、前記受光手段からの出力信号から所定の基準信号を検出し、検出した所定の基準信号を時間軸の基準として用いて、前記受光手段からの出力信号から、前記変調信号を復調する復調手段とを備えているので、
蛍光体を備えたＬＥＤからの光を用いて通信を行う場合に、高速かつ良好な光通信を行なうことができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。

前述したように、励起された黄色光の立ち上がり時間，発色時間は、消光時間に比べて高速である。つまり、このことは、受信側において、光空間通信（光通信）の受信立ち上がり信号は高速に受信することが可能であることを示している。

本発明では、蛍光体タイプ白色ＬＥＤを用いた照明において光空間通信を行うために、送信側では、ある一定期間毎に所定の基準信号（例えばガイド信号パルス）を変調信号に挿入して蛍光体タイプ白色ＬＥＤを駆動する。そして、受信側では、蛍光体タイプ白色ＬＥＤからの光を受光手段で受光するとき、蛍光体の応答速度の性質を利用し、受光手段からの出力信号から、所定の基準信号の高速な立ち上がり時間のエッジを捉え、これを時間軸の基準として用いて、受光手段からの出力信号から、前記変調信号を復調する。これにより、受信側においては、光強度が低減していないことから、Ｓ／Ｎ比を低下させることなく、送信側からの変調信号を信頼性良く高速に復調することができ、高速かつ良好な光空間通信を行うことが可能となる。

以下に、本発明を詳細に説明する。

ＬＥＤを利用した可視光通信において、ＬＥＤをデジタル変調する方式の１つにＲＺ（ＲｅｔｕｒｎｔｏＺｅｒｏ）方式がある。さらに、ＲＺ方式には、送信するデータを符号化するいくつかの符号化方式がある（例えば、２値符号化やマンチェスター符号化などがある）。

図１０は２値符号化によるＬＥＤの変調方法を説明するための図である。図１０を参照すると、２値符号化によるＬＥＤの変調方法では、送信するデジタルデータ、つまりデータが“０”の時はＬＥＤを消灯させ、データが“１”の時にはＬＥＤを点灯させる。

これに対して、図１１はマンチェスター符号化によるＬＥＤの変調方法を説明するための図である。図１１を参照すると、マンチェスター符号化によるＬＥＤの変調方法では、送信するデジタルデータに対して、データが“０”の時には、ＬＥＤを点灯から消灯へ、データが“１”の時には、ＬＥＤを消灯から点灯へと変化させる。

照明として利用されているＬＥＤに変調を行うことを考えた場合、前者の２値符号化よりも後者のマンチェスター符号化の方が有効だと考えられている。

理由は、前者の２値符号化方式では、送信するデータの“０”と“１”の割合の不均等さによって、ＬＥＤの点灯している時間割合が変化して明滅が起きてしまう。

これに対し、後者のマンチェスター方式では、ＬＥＤの点灯している時間の割合は、送信するデータの“０”と“１”の均等さに無関係で一定である。従って、前記２値符号化のような明滅が起こらず、照明としての機能に不具合を起こさない。

そのため、照明光を用いた光通信において、ＬＥＤなどの光源を変調させる手法として、一般的にマンチェスター方式が有利とされている。

図１２には、マンチェスター方式で蛍光体タイプ白色ＬＥＤを高速に点滅変調させる場合における、蛍光体タイプ白色ＬＥＤを駆動する駆動波形（駆動信号，変調信号）が示されている。

また、図１３（ａ）には、図１２の駆動信号（変調信号）で高速点滅変調させた白色ＬＥＤの通信光（送信光）を、受光素子（例えばシリコンタイプのフォトダイオード）で受光した信号（受信信号）が示されている。

従来の光空間通信方法において、受光素子で受信した信号を復調するためには、適切な閾値電圧を設定する必要がある。図１３の例では、閾値電圧はＣのように設定されており、受信信号のレベルとこの閾値電圧Ｃとの大小を比較することによって、図１３（ｂ）に示すように、図１２に示す通信データ（送信データ，ＬＥＤ駆動信号（送信デジタル信号））をデジタル信号（復調信号）に復調することが可能となる。図１４は在来の受信回路（復調回路）の一例を示す図である。図１４の例では、受光素子４に通信光が入射したときに流れる電流を電流ー電圧変換部１１で電圧に変換し、アンプ１２で増幅し、アンプ１２からの電圧と所定の閾値電圧Ｃとをコンパレータ１３で比較し、アンプ１２からの電圧が閾値電圧Ｃよりも大きい時は“１”，小さい時は“０”のデジタル信号を復調信号として出力することができる。

図１３（ａ），（ｂ）から、在来のマンチェスター方式では、Ｄに示す範囲に閾値電圧Ｃを設定しなければ、復調はできないことがわかる。また、Ｄに示す範囲内に閾値電圧Ｃを設定したとしても、復調したデジタル信号（復調信号）の波形は、図１２の送信デジタル信号（ＬＥＤ駆動信号）の波形と比べて変形しており、良好な復調が困難であることがわかる。

このことは、蛍光体タイプ白色ＬＥＤを用いた光空間通信において、在来のマンチェスター方式を用いる場合、良好な高速通信が困難であることを表している。

図１５は、本発明の通信装置の構成例を示す図である。本発明の通信装置は、蛍光体タイプ白色ＬＥＤを用いた光空間通信において、良好な高速通信を実現するため、図１５に示すように、蛍光体を備えたＬＥＤ１と、送信データを変調して変調信号にする変調手段２と、前記変調手段２からの変調信号に所定の基準信号を付加して前記ＬＥＤ１を駆動する駆動手段３と、前記ＬＥＤ１からの光を受光する受光手段４と、前記受光手段４からの出力信号から所定の基準信号を検出し、検出した所定の基準信号を時間軸の基準として用いて、前記受光手段４からの出力信号から、前記変調信号を復調する復調手段５とを備えていることを特徴としている。

ここで、蛍光体を備えたＬＥＤ１と、送信データを変調して変調信号にする変調手段２と、復調に用いるための所定の基準信号を前記変調手段２からの変調信号に付加して前記ＬＥＤ１を駆動する駆動手段３とは、送信装置として構成されている。

また、蛍光体を備えたＬＥＤ１からの光を受光する受光手段４と、前記蛍光体を備えたＬＥＤ１が、送信データを変調した変調信号に所定の基準信号が付加された信号によって駆動されるものであるとき、前記受光手段４からの出力信号から所定の基準信号を検出し、検出した所定の基準信号を時間軸の基準として用いて、前記受光手段４からの出力信号から、前記変調信号を復調する復調手段５とは、受信装置として構成されている。

また、上記蛍光体を備えたＬＥＤ１は、具体的には、例えば、青色ＬＥＤの周囲に黄色を発色する蛍光体が配置され、青色ＬＥＤからの青色光により前記蛍光体を励起し発光させて、青色光と蛍光体の黄色光との混色により白色光を得る蛍光体タイプ白色ＬＥＤである。

また、駆動手段３は、より具体的には、ある一定期間毎に所定の基準信号（例えばガイド信号パルス）を変調信号に挿入してＬＥＤ１を駆動するようになっている。

また、上記復調手段５は、より具体的には、前記所定の基準信号に同期させて、所定の決められた時間間隔ごとに前記受光手段４からの出力信号の強弱を比較することによって、前記変調信号を復調するようになっている。

また、復調手段５は、より具体的には、前記受光手段４からの出力信号から所定の基準信号を検出したとき、該所定の基準信号の立ち上がりエッジを時間軸の基準として用いるようになっている。

また、受光手段４は、前記ＬＥＤ１からの白色光を直接受光する１つの受光手段により構成されたものとなっている。

図１６は本発明の通信装置のより具体的な構成例を示す図である。

図１６において、ＬＥＤ１には例えば照明光として利用される蛍光体タイプ白色ＬＥＤが用いられ、受光手段４には受光素子として例えばシリコン系フォトダイオードが用いられる。また、復調手段５は、所定の基準信号としてのガイド信号を検出するガイド信号検出部６と、ガイド信号検出部６で検出されたガイド信号を時間軸の基準として用いて、前記受光手段４からの出力信号から、前記変調信号を復調する復調部７とを有している。

図１７には、本発明において白色ＬＥＤ１を高速点滅変調させるためのＬＥＤ駆動信号波形が示されている。

本発明では、図１７に示すように、ある決められた一定周期ごとに所定の基準信号（ガイド信号）を付加した変調信号を駆動信号として用いるようにしている。なお、図１７の例においては、ある一定周期ごとに蛍光体タイプ白色ＬＥＤ１の駆動電流を増やすことによって、ガイド信号としている。

なお、ガイド信号の生成方法としては、一定期間の間、蛍光体タイプ白色ＬＥＤ１を消灯させて、受光素子４における受信信号の立ち上がりを明確にさせる方法もある。このとき、消灯させる一定期間の時間は、前記蛍光体タイプ白色ＬＥＤ１に使用されている蛍光体の消光時間以上であることが望ましく、一般的なＹＡＧ系蛍光体であれば、その消光時間は約６０ｎ（ナノ）秒である。

図１８（ａ）には、図１７に示した駆動信号で高速点滅変調させた蛍光体タイプ白色ＬＥＤ１からの光（光空間通信光）を、受光素子（例えばシリコン系フォトダイオード）４で受光した受信信号の波形が示されている。

図１８（ａ）に示すように、蛍光体タイプ白色ＬＥＤ１に使用されている例えばＹＡＧ系蛍光体の立ち上がり時間，発色時間は、消光時間に比べて非常に高速であるので、図１８（ａ）に示す受信信号から所定の閾値電圧Ｅを越えた信号の立ち上がりエッジを検出することで、時間軸の基準となる所定の基準信号（ガイド信号）を抽出することが容易にできる。

このようにして抽出されたガイド信号を時間的な基準として（より正確には、ガイド信号の立ち上がりエッジを時間的な基準として）、図１８（ｂ）に示すような仕方で受信信号を復調することにより、良好な復調を行うことが可能となる。

この復調は、具体的には、図１８（ａ），（ｂ）に示すように、ガイド信号の立ち上がり時間を基準とし、ある決められた時間であるＴ１時間後に受信信号をサンプリングする。

その後は、変調周波数の逆数である、送信データの単位時間であるＴ２の時間ごとに受信信号をサンプリングする。このＴ２の時間は、変調速度の２分の１の時間に一致し、送信データ１ビットごとに２回サンプリングすることによって、良好な復調が可能となる。

具体的には、図１８（ａ）に示すように、ガイド信号を受信してから（ガイド信号の立ち上がりエッジを検出してから）Ｔ１時間後に最初に受信信号をサンプリングした値をＳ１とし、次のＴ２時間後に受信信号をサンプリングした値をＳ２、ｎ番目に受信信号をサンプリングした値をＳｎとする。

このとき、受信信号を受信データに復調するために、ｎ≧１とするとき、（２ｎ−１）番目の値Ｓ（２ｎ−１）と（２ｎ）番目の値Ｓ（２ｎ）とを比較し、Ｓ（２ｎ−１）＞Ｓ（２ｎ）の場合には、受信データのｎ番目のデータを“０”にし、Ｓ（２ｎ−１）＜Ｓ（２ｎ）の場合には、受信データのｎ番目のデータを“１”にする。

このように、本発明では、所定の基準信号（ガイド信号）を時間軸の基準とし、該ガイド信号に同期させて、あらかじめ決められた時間単位で受信信号をＳ１，Ｓ２，Ｓ３，・・・のようにサンプリングし、上述の仕方で受信データ（復調信号）に復調することによって、簡易にかつ良好に受信データ（復調信号）への復調を行なうことが可能となる。

図１９は図１６に示した通信装置の受信回路（受光手段４，復調手段５）の具体例を示す図である。なお、図１９において、図１４と同様の箇所には同じ符号を付している。また、図１９において、コンパレータ２３がガイド信号検出部６としての機能を有し、カウンタ２４，２５，サンプルホールド回路２６，２７，コンパレータ２８が復調部７としての機能を有している。図１９の例では、受光素子４に通信光が入射したときに流れる電流を電流ー電圧変換部１１で電圧に変換し、アンプ１２で増幅し、アンプ１２からの電圧と所定の閾値電圧Ｅとをコンパレータ２３で比較し、アンプ１２からの電圧（受信信号）が閾値電圧Ｅよりも大きくなったときに所定の基準信号（ガイド信号）として抽出することができる。そして、カウンタ２４，２５では、交互に時間間隔Ｔ２を計数する。なお、カウンタ２４では、当初、時間Ｔ１も計数する。そして、所定の基準信号（ガイド信号）から時間Ｔ１を経過後、カウンタ２４，２５で交互に計数される時間間隔Ｔ２ごとに、アンプ１２からの電圧（受信信号）をサンプルホールド回路２６，２７でそれぞれサンプリングし、コンパレータ２８でサンプルホールド回路２６，２７からの出力Ｓ（２ｎ−１），Ｓ（２ｎ）の大小を比較し、“１”または“０”のデジタル信号を復調信号として出力することができる。

また、図２０は図１６に示した通信装置の受信回路（受光手段４，復調手段５）の他の具体例を示す図であり、図２０の例では、復調手段５の復調部７にＭＰＵ（ＣＰＵ）３０を使用したものとなっている。図２１には、図２０のＭＰＵ３０を使用した復調部７の処理のフローチャートが示されている。図２１を参照すると、ＭＰＵ３０は、ガイド信号を受信すると（ステップＳ１）、時間Ｔ１を計時し（ステップＳ２）、サンプリング回数ｎを“１”に初期設定する（ステップＳ３）。

そして、受信信号をサンプリングしてＳ（２ｎ−１）とする（ステップＳ４）。次いで、時間Ｔ２を計時し（ステップＳ５）、受信信号をサンプリングしてＳ（２ｎ）とする（ステップＳ６）。そして、Ｓ（２ｎ−１）とＳ（２ｎ）とを比較し（ステップＳ７）、Ｓ（２ｎ−１）がＳ（２ｎ）よりも大きい時には受信信号を“０”として出力し（ステップＳ８）、Ｓ（２ｎ−１）がＳ（２ｎ）よりも小さい時には受信信号を“１”として出力する（ステップＳ９）。

次いで、受信データが終了したか否かを判断し（ステップＳ１０）、受信データが終了していないときには、ｎを“１”だけインクリメントし（ステップＳ１１）、さらに、時間Ｔ２を計時して（ステップＳ１２）、再びステップＳ４に戻り、ステップＳ４〜Ｓ１０の処理を繰り返し行なう。このようにして、図１８に示したような復調処理を行なうことができる。

従来の蛍光体タイプ照明光通信システムのブロック図である。一般的な蛍光体であるＹＡＧ系蛍光体の励起された光強度、および励起光である半導体レーザー光の光強度を示す図である。図２の光強度を測定するための測定系図である。ＹＡＧ系蛍光体とＧａＮ系青色ＬＥＤとを組み合わせた、一般的な蛍光体タイプ白色ＬＥＤの波長スペクトルの一例を示す図である。蛍光体タイプ白色ＬＥＤの青色光成分の波長スペクトルを示す図である。蛍光体タイプ白色ＬＥＤの黄色光成分の波長スペクトルを示す図である。一般的なシリコン系受光素子であるフォトダイオードの分光感度曲線を示す図である。図７に示すフォトダイオードの分光感度曲線と図５に示す蛍光体タイプ白色ＬＥＤの青色光成分とを掛け合わせたものを示す図である。図７に示すフォトダイオードの分光感度曲線と図６に示す蛍光体タイプ白色ＬＥＤの黄色光成分とを掛け合わせたもの図である。２値符号化によるＬＥＤの変調方法を説明するための図である。マンチェスター符号化によるＬＥＤの変調方法を説明するための図である。マンチェスター方式で蛍光体タイプ白色ＬＥＤを高速に点滅変調させる場合における、蛍光体タイプ白色ＬＥＤを駆動する駆動波形（駆動信号，変調信号）を示す図である。従来の光空間通信方法において、受光素子で受信した信号を復調する仕方を説明するための図である。在来の受信回路（復調回路）の一例を示す図である。本発明の通信装置の構成例を示す図である。本発明の通信装置のより具体的な構成例を示す図である。本発明において白色ＬＥＤを高速点滅変調させるためのＬＥＤ駆動信号波形を示す図である。本発明の通信装置の動作を説明するための図である。図１６に示した通信装置の受信回路の具体例を示す図である。図１６に示した通信装置の受信回路の他の具体例を示す図である。図２０のＭＰＵを使用した復調部の処理のフローチャートを示す図である。

符号の説明

１蛍光体を備えたＬＥＤ
２変調手段
３駆動手段
４受光手段
５復調手段
６ガイド信号検出部
７復調部

Claims

蛍光体を備えたＬＥＤと、送信データを変調して変調信号にする変調手段と、前記変調手段からの変調信号に所定の基準信号を付加して前記ＬＥＤを駆動する駆動手段と、前記ＬＥＤからの光を受光する受光手段と、前記受光手段からの出力信号から所定の基準信号を検出し、検出した所定の基準信号を時間軸の基準として用いて、前記受光手段からの出力信号から、前記変調信号を復調する復調手段とを備えていることを特徴とする通信装置。
請求項１記載の通信装置において、前記蛍光体を備えたＬＥＤは、青色ＬＥＤの周囲に黄色を発色する蛍光体が配置され、青色ＬＥＤからの青色光により前記蛍光体を励起し発光させて、青色光と蛍光体の黄色光との混色により白色光を得る蛍光体タイプ白色ＬＥＤであることを特徴とする通信装置。
請求項２記載の通信装置において、前記受光手段は、前記ＬＥＤからの白色光を直接受光する１つの受光手段により構成されていることを特徴とする通信装置。
請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の通信装置において、前記復調手段は、前記所定の基準信号に同期させて、所定の決められた時間間隔ごとに前記受光手段からの出力信号の強弱を比較することによって、前記変調信号を復調することを特徴とする通信装置。
請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の通信装置において、前記復調手段は、前記受光手段からの出力信号から所定の基準信号を検出したとき、該所定の基準信号の立ち上がりエッジを時間軸の基準として用いることを特徴とする通信装置。
蛍光体を備えたＬＥＤと、送信データを変調して変調信号にする変調手段と、復調に用いるための所定の基準信号を前記変調手段からの変調信号に付加して前記ＬＥＤを駆動する駆動手段とを備えていることを特徴とする送信装置。
蛍光体を備えたＬＥＤからの光を受光する受光手段と、前記蛍光体を備えたＬＥＤが、送信データを変調した変調信号に所定の基準信号が付加された信号によって駆動されるものであるとき、前記受光手段からの出力信号から所定の基準信号を検出し、検出した所定の基準信号を時間軸の基準として用いて、前記受光手段からの出力信号から、前記変調信号を復調する復調手段とを備えていることを特徴とする受信装置。