JP2009206598A

JP2009206598A - 照明光伝送システム

Info

Publication number: JP2009206598A
Application number: JP2008044432A
Authority: JP
Inventors: Kazufumi Nagasoe; 和史長添
Original assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2008-02-26
Filing date: 2008-02-26
Publication date: 2009-09-10
Anticipated expiration: 2028-02-26
Also published as: JP5191761B2

Abstract

【課題】照明光伝送システムにおいて、通信効率を落とさずに通信エラーを検出可能とする。
【解決手段】照明光伝送システム１は、光源１１の光出力に送信信号を含めて点灯させる点灯装置１２を有する複数の照明器具１０と、光源１１の光出力に含まれる送信信号を受信する受信端末２とを備える。受信端末２は、受光角の中心軸が略平行である複数の受光素子３１乃至３３を有する受光部３により受光した光出力を、復調部５により各受光素子ごとの二値化データに復調する。判断部７は、各受光素子ごとの二値化データに互いに一致するデータがある場合、そのデータが正しい二値化データであると判断する。これにより、誤り検出符号をデータに付加する必要がなく、通信効率を落とさずに通信エラーを検出することが可能となる。
【選択図】図１

Description

本発明は、光源の光出力にデータを含めて送信する複数の照明器具と、光出力に含まれるデータを受信する受信端末とを備える照明光伝送システムに関する。

従来この種の照明光伝送システムとして、照明用蛍光灯の駆動周波数を送信するデータのレベルに応じて所定の周波数にすることにより、送信するデータを蛍光灯からの照明光により送信するデータ伝送方式が知られている（例えば、特許文献１参照）。このデータ伝送方式ではＦＳＫ（Frequency Shift Keying）変調方式が用いられている。

また、放電灯を送信信号に応じて変調された所定の周波数で点灯すると共に、この放電灯からの光を受光して復調する情報伝送装置が知られている（例えば、特許文献２参照）。この情報伝送装置の送信部分は、制御回路が信号源から送出された送信信号により発振回路による発振周波数に変調をかけ、ハーフブリッジ回路のスイッチング素子をその変調のかかった周波数で駆動している。受信部分は、フォトダイオードにより送信側から送られる信号を受信し、復調回路で、送出された信号の形式に復調している。

しかしながら、上述したような従来の技術では、複数の照明器具を配置して、各照明器具に光伝送機能を持たせる場合に、情報を受信することができない状況が発生する可能性があり、各照明器具からシームレスに情報を取得することが難しい。例えば、図１１に示すように、通路の天井８４に複数の照明器具８０Ａ乃至８０Ｄが配置され、各照明器具８０Ａ乃至８０Ｄから同じ休止期間Ｔｓ（例えば１ｓ）、同じ送信期間Ｔ（例えば１０ｍｓ）、同じ周波数で光出力に所定ビット（例えば１２ビット）のデータを含めて所定の伝送速度（例えば１２００ｂｐｓ）で送信する場合、照明器具８０Ａからの情報を受信する受信端末９２を携帯する人が、互いに隣接する照明器具８０Ａ及び８０Ｂの間に来たとき、両方の照明器具８０Ａ及び８０Ｂからの情報が衝突し、受信端末９２でいずれの照明器具からの情報も受信することができなくなる。その原因は、図１２（ａ）（ｂ）に示すように、同時に１個の受光素子９３により複数の照明器具８０Ａ及び８０Ｂからの照明光８３Ａ及び８３Ｂを受光するからであり、照明光８３Ａ及び８３Ｂが相互干渉する。

このような相互干渉を解決する照明光伝送システムとして、照明器具が隣の照明器具から発信された信号を受信し、信号が衝突した場合は、一定時間後に送信することで、配光エリアが重なっても受信可能であるシステムが知られている（例えば、特許文献３参照）。また、ゼロクロス検出信号を利用した時分割通信により、相互干渉を解決するシステムも知られている（例えば、特許文献４参照）。同システムでは、1個の受光素子が受光する時間をずらすことにより相互干渉を解決している。

また、複数の照明器具の配光が重なったエリアで相互干渉による受信エラーが生じるだけでなく、人間が歩行状態で受信する場合は、受信中に受光素子が必ずしも照明器具の方向を向いているとは限らず、受信エラーが生じる。同じデータを複数回送信する場合は、受信エラーが発生しても次回に正常に受信できていれば、その受信データを採用すればよい。従って、ここで問題になるのは、受信したデータが正常に受信したか否かを判断する方法である。受信した信号の正誤を検出する方法として、従来から誤り検出符号を送信データに付加して、受信側で検出する方法がある。誤り検出符号は、例えば、“パリティ”がある。図１３は、誤り検出符号として奇数パリティを付加した信号の例であり、この例では奇数パリティビット（送信する“１”の数が奇数になるように付加するビット）を付加して送信するため、受信した二値化データの“１”の数が奇数であれば、正しいデータと判断する。誤り検出符号は、パリティだけでなく、ＣＲＣ（Cyclic Redundancy Check：巡回冗長検査）符号等でもよい。

しかしながら、上述のように複数の照明器具から照明光に重畳して送信されたデータが衝突して受信装置で正常に受信できない状況を避けるために、特許文献３に記載されているシステムでは、各照明器具が受信手段を具備しなければならず、しかも、隣の照明器具から発信されたデータを受信するためには、壁や床などで照明光を反射させる必要があり、例えば、壁面や床面の反射率が低いと照明光が受光できないために正常に機能しない。また、特許文献４に記載されているシステムでは、時分割通信をするために、事前にグループ分けの設定を行う必要がある。また、時分割通信のトリガ信号を取出す回路やグループ分けの設定回路などが余分に必要になる。またＦＳＫ方式での２つの周波数の差が十分に大きくなければ、受信側で配光エリアが重なった場合に正常に復号化できない。

また、誤り検出符号を送信データに付加する方法では、誤り検出符号を送信データに付加することで通信効率が低下する。図１３に示されるような最も簡単なパリティ方式においても、８ビットの送信データに１ビットのパリティを付加しており、通信効率が８÷９×１００＝８８．９〔％〕に低下する。さらに、パリティは、偶数ビットの誤りは検出できないので不完全である。ＣＲＣは、誤り検出率は高くなるが、誤り検出符合が長くなるので、通信効率が落ち、装置での演算数も増える。
特開昭６０−３２４４３号公報特開平６−２０７８５号公報特開２００５−１７６２５７号公報特開２００７−２６７０３７号公報

本発明は、上記問題を解決するためになされたもので、通信効率を落とさずに通信エラーを検出可能な照明光伝送システムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために請求項１に記載の発明は、光源と、前記光源の光出力に送信情報に対応する送信信号を含ませて点灯させる点灯装置とを有する照明器具を複数備えると共に、前記光源の光出力に含まれる送信信号を受信する受信端末を備える照明光伝送システムであって、前記受信端末は、受光角の中心軸が略平行である複数の受光素子を有する受光部と、前記受光部により受光した前記光出力を前記各受光素子ごとの二値化データに復調する復調部と、前記復調部が復調した二値化データの正誤を判断する判断部と、を備え、前記判断部は、前記各受光素子ごとの二値化データに互いに一致するデータがある場合、そのデータが正しい二値化データであると判断するものである。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の照明光伝送システムにおいて、前記受信端末は、前記受光部を複数備え、前記受光部の各々における受光素子の受光角の中心が受光部相互で異なるものである。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の照明光伝送システムにおいて、前記送信信号のパターンは、人間がチラツキを認識できない単位時間内で光出力が一定であるものである。

請求項１に記載の発明によれば、受光角の中心軸が略平行である複数の受光素子からの二値化データに互いに一致する二値化データがある場合、その二値化データを干渉されていない正しい二値化データであると判断するので、誤り検出符号を付加する必要がなく、通信効率を落とさずに通信エラーを検出することができる。

請求項２に記載の発明によれば、１つの受光部で複数の照明器具からの照明光を同時に受光する確率が低くなり、照明器具が設置される環境に左右されることなく、データを正しく受信する確率が上がる。

請求項３に記載の発明によれば、送信信号のパターンは、人間がチラツキを認識できない単位時間内で光出力が一定であるため、光源のチラツキを防止することができる。また、１つの受光部の複数の受光素子がどれも照明器具の配光範囲に入っていない場合や、太陽光など強力な外光で受光素子が飽和した場合は、どちらも二値化信号が全てローレベル（”Ｌ”）になる。これらの場合、信号同士は一致するが、正常な信号ではありえないパターンであるので、通信エラーを検出することができる。

以下、本発明の第１の実施形態に係る照明光伝送システムについて説明する。図１は、本実施形態の照明光伝送システム１のブロック図である。照明光伝送システム１は、光源１１と、光源１１の光出力に送信情報に対応する送信信号を含めて点灯させる点灯装置１２とを有する照明器具１０を複数備えると共に、光源１１の光出力に含まれる送信信号を受信する受信端末２とを備える。受信端末２は、受光角の中心軸が略平行である複数の受光素子３１乃至３３を有する受光部３と、受光部３により受光した光出力を各受光素子毎のデータに復調する復調部５と、復調部５が復調したデータの正誤を判断する判断部７とを備える。

１つの受光部３は、受光角の中心軸が略平行である１組の受光素子３１乃至３３を有する。各受光素子は、送信信号が含まれる光源１１からの光出力の光波長成分を透過する光学フィルタと、光学フィルタを透過した照明光を電気信号に変換するＰＩＮフォトダイオード（p-intrinsic-n photo diode）のような光電変換素子を備え、照明器具１０からの照明光（光源１１からの光出力）を受光して電気信号に変換する（光電変換）。ＰＩＮフォトダイオードの代わりにフォトトランジスタやフォトダイオードと増幅回路を集積したフォトＩＣを用いてもよい。

受光素子３１から出力される電気信号（受信信号）は、増幅回路４１によって増幅される。同様に、受光素子３２及び３３から出力される電気信号は、それぞれ増幅回路４２及び４３によって増幅される。各増幅回路は、例えば、汎用のオペアンプＩＣ等で構成される差動増幅回路であるが、オペアンプＩＣの代わりにトランジスタで構成されるものであってもよい。但し、光電変換部がフォトＩＣ等で構成されている場合など、受光部３から出力される電気信号が、復調部５への入力に十分なレベルであれば、増幅回路４１乃至４３を省略してもよい。

受光部３から出力される電気信号は、増幅回路を経由して復調部５によって各受光素子３１乃至３３毎の二値化信号のデータ（ローレベル”Ｌ”とハイレベル”Ｈ”との二値化データ）に復調される。復調部は、複数の受光素子３１乃至３３に対応する複数の復調回路５１乃至５３を備える。受光素子３１から出力される電気信号は、復調回路５１によって二値化データに復調される。同様に、受光素子３２及び３３から出力される電気信号は、それぞれ復調回路５２及び５３によって二値化データに復調される。各復調回路は、例えばバンドパスフィルタと、バンドパスフィルタを通過した電気信号の信号レベルを閾値と比較する比較回路とを備える。バンドパスフィルタは、オペアンプＩＣ等で構成され、変調周波数の２倍の周波数を通過帯域の中心周波数とした汎用のフィルタである。バンドパスフィルタの回路の例として、図２に一般的なＤＡＢＰ（Dual-Amplifier Band Pass）型のバンドパスフィルタ回路を示す。但し、定格点灯時の周波数の２倍の周波数を通過帯域の中心周波数としてもよく、その場合は復調される受信データの論理が反転しているので受信データ処理部でさらに反転する必要がある。比較回路はコンパレータＩＣ等からなり、変調周波数の２倍の周波数成分がバンドパスフィルタを通過したときにＨレベルの信号を出力するとともにその他のときにＬレベルの信号を出力することで、照明器具１０の光源１１から照射される光出力に含まれるデータを復調する。

上記のように、受信端末２は、各々の受光素子に対応する増幅回路と復調回路とを備えており、受光素子と増幅回路と復調回路とが受信部を構成する。すなわち、受信部６１は、受光素子３１と増幅回路４１と復調回路５１とを備え、同様に、受信部６２は、受光素子３２と増幅回路４２と復調回路５２とを備える。受信部６３についても同様である。

複数の受信部６１乃至６３からの二値化データは、判断部７に入力され、判断部７の出力は、信号処理部８に入力される。判断部７と信号処理部８は、マイコンを主構成要素とするものであり、マイコン以外にＤＳＰ(Digital Signal Processor)やＰＬＤ(programmable logic device)等で構成してもよい。判断部７は、受信部６１乃至６３が出力する二値化データを比較する。すなわち、受信部６１乃至６３の受光素子３１乃至３３が受光した光信号が比較されることになる。比較した二値化データに互いに一致するデータがある場合、そのデータを干渉されていない正しい二値化データであると判断する（通信エラーがなかったと判断）。受光部３が受光素子を３素子備える場合（受光素子３１乃至３３）、各受光素子に対応する二値化データの多数決によって判断する。すなわち、３つの二値化データの全てが一致する場合と、３つのうち２つの二値化データが一致する場合、それが正しい二値化データであると判断される。受光部３が受光素子を２素子備える場合（受光素子３１及び３２）、二値化データの一致によって判断する。すなわち、２つの二値化データが一致する場合、それが正しい二値化データであると判断される。判断部７は、比較した二値化データに一致がなければ、二値化データが正しくなく、通信エラーがあったと判断する。

信号処理部８は、判断部７が正しい二値化データと判断した受信データを他の電子機器（例えば、ＰＤＡ、携帯電話機など）に伝送したり、受信データに含まれる位置情報を、別途記憶している地図情報に基づいて表示デバイスの画面上に表示したり、あるいは音声で報知する処理等を行う。

次に、通信エラーの検出について判断部７の処理を中心に詳しく述べる。本実施形態における受光素子の配置例を図３に示す。この配置例は、受光素子（フォトダイオード）を２素子実装した最もシンプルなものである。受光素子３１及び３２が受信端末本体２１に配置され、受光部カバー２２でカバーされている。受光素子３１と受光素子３２は受光角の中心軸が略平行である。従って、この受光素子で受光した信号を二値化した受信データは、同一方向の光信号を復号するため、基本的に一致するはずである。図４において、データＤ１は、受光素子３１受光した光信号を復号した二値化データであり、データＤ２は、受光素子３２が受光した光信号を復号した二値化データである。これらデータＤ１及びＤ２は一致している。ところが、図５では、歩行状態での受信で受光素子３２が隣の照明器具の配光範囲との重なった範囲に入る、あるいは体のゆれの影響で配光範囲を外れた等の原因で、データＤ２のパケットＰ３の一部がＤ１と異なっている（“１”が“０”になっている）。判断部７は、受信データＤ１と受信データＤ２を比較してパケットＰ３を通信エラーと判断する。この例でのアプリケーションでは、同一データを繰り返し送信するため、信号処理部８は、通信エラーと判断されたパケットＰ３を破棄して次のパケットＰ４を採用する。

このように、本実施形態の照明伝送システム１では、受光角の中心軸が略平行である複数の受光素子からの二値化データに互いに一致するデータがある場合、そのデータを干渉されていない正しい二値化データであると判断するので、誤り検出符号を付加する必要がなく、通信効率を落とさずに通信エラーを検出することができる。

次に、本発明の第２の実施形態に係る照明光伝送システムについて説明する。図６は、本実施形態の照明光伝送システム１０１のブロック図である。照明器具１０Ａ及び１０Ｂは、第１の実施形態と同様の構成である。受信端末１０２は、６個の受光部３Ａ乃至３Ｆを備え、それらの各々における受光素子の受光角の中心が受光部相互で異なる。そして、各受光部は、第１の実施形態と同様に受光角の中心軸が略平行な２個の受光素子、例えば、受光部３Ａについて言えば、受光素子３１Ａ及び３１Ｂを有する。各受光素子３１Ａ乃至３２Ｆ（総称して受光素子３１という）の出力は、第１の実施形態と同様に各受光素子ごとの二値化データに復調されて判断部１０７に入力される。

図７（ａ）（ｂ）は、受光部３Ａ乃至３Ｆの配置例を示す。受光素子の配置は、上方向からの光を受光する素子３１Ｅ、３２Ｅ、３１Ｆ、３２Ｆを中心として、その周囲にそれぞれ４方向を向いた各一対の素子（３１Ａ、３２Ａ）（３１Ｂ、３２Ｂ）（３１Ｃ、３２Ｃ）（３１Ｄ、３２Ｄ）を実装している。各一対の素子は、同一方向に実装される。また、各受光部が３素子の受光素子を備えてもよい。

次に、照明器具と受光素子３１の関係を図８（ａ）（ｂ）を参照して説明する。従来の照明光伝送システムでは、比較的広角（例えば、図１２においてφ＝６０度）の受光素子を１個使用していたため、１個の受光素子が同時に複数の照明光を受光するが、本実施形態の照明光伝送システム１０１では、受信端末１０２の受光部３Ａ乃至３Ｆは、比較的狭角（例えば、φ＝２０度）の受光素子を有する。従って、受信端末１０２が複数の照明器具１０Ａ及び１０Ｂから照明光１３Ａ及び１３Ｂを同時に受光しても、各受光部が複数の照明光１３Ａ及び１３Ｂを受光する確率が低くなり、何れかの受光部が正常に光出力を受光する確率が高い。仮に全ての受光部３Ａ乃至３Ｆが正常に受光できなくても、この受信端末１０２を所持している使用者が少し動けば、何れかの受光部が正常に受光できる。また、この照明光伝送システム１０１を位置情報を利用した歩行者ナビゲーション等に利用する場合は、同一の位置情報アドレス、位置ＩＤ、緯度経度データ等を繰り返し送信するため、一度正常に受信できなくてもそのデータが正常に受信できなかった受信データであることが受信端末で判断でき、次の送信時（長くとも１秒以内）に正常に受信できれば問題はない。

ここで、複数組の受光部３Ａ乃至３Ｆが受光して各組の受信部が出力した二値化データがどれも正常であった場合は、次にように処理する。受信したデータが同一データであった場合は、そのデータを採用する（ケース１）。受信したデータが異なる場合は、多数決処理を行う。例えば、３組の受信部の出力データの中で、２組の受信部の出力信号が同一で他の１つが異なる場合には、２組の受信部が受信した同一の出力データを採用する（ケース２）。受信したデータが異なる場合で多数決処理できない場合には、予め定めていた優先順位で選択する。例えば、中央部に受光素子を実装した受信部の出力データを優先するか、進行方向に受光素子を実装した受信部の出力データを優先する。優先順位はこの照明光伝送システムのアプリケーションによって定めればよい（ケース３）。アプリケーションによっては正常な複数の受信部の出力したデータを１つに絞らなくてもよい。また、正常なデータを出力する受信部の受光素子の実装情報も信号処理部８へ伝えることによって、受信端末１０２を所持している所有者と照明器具１０の位置関係が詳細に判断できるため、システムの利用価値が高くなる。

このように、本実施形態の照明光伝送システム１０１では、受信端末１０２が複数の受光部３Ａ乃至３Ｆを備え、これらの各々における受光素子の受光角の中心が受光部相互で異なるので、１つの受光部で複数の照明器具１０からの照明光を同時に受光する確率が低くなり、照明器具１０が設置される環境に左右されることなく、データを正しく受信する確率が上がる。

次に、本発明の第３の実施形態に係る照明光伝送システムについて図９を参照して説明する。本実施形態の構成は、第１の実施形態及び第２の実施形態と同様である。本実施形態では、送信信号のパターンは、人間がチラツキを認識できない単位時間内で光出力が一定である。図９において、（ａ）は本実施形態に係る照明光伝送システムにおける送信データ、（ｂ）は照明器具１０の点灯装置１２の動作周波数制御信号、（ｃ）は光源１１の光出力、（ｄ）は復調回路５１の出力信号（二値化データ）、（ｅ）は受信データであり、それらの関係を示している。データフォーマットは、４値ＰＰＭ（4 Pulse Position Modulation）を採用している。４値ＰＰＭは、２ビットの送信データを４スロットのパターンで表す。すなわち、２ビットの送信データ“００”に対して”ＨＬＬＬ”、送信データ“０１”に対して”ＬＨＬＬ”、送信データ“１０”に対して”ＬＬＨＬ”、送信データ“１１”に対して”ＬＬＬＨ”を割当てる。”２ビットのデータに対して、４スロットの内の“Ｈ”と”Ｌ”との各スロット数が同じであり、４スロットの単位時間は、人間がチラツキを認識できない時間であるので、人間がチラツキを認識できない単位時間内で光出力が一定となる。なお、送信データの前にはスタートビットが、後にはストップビットがあり、図１０にスタートビット（１スロットの“Ｈ”）とストップビット（７スロットの“Ｌ”）の例を図示する。

このように、本実施形態の照明光伝送システムでは、送信信号のパターンは、人間がチラツキを認識できない単位時間内で光出力が一定であるため、光源のチラツキを防止することができる。また、１つの受光部の複数の受光素子がどれも照明器具の配光範囲に入っていない場合や、太陽光など強力な外光で受光素子が飽和した場合は、どちらも二値化信号が全て“Ｌ”レベルになる。これらの場合、信号どうしは一致するが、正常な信号ではありえないパターンであるので、通信エラーを検出することができる。

なお、本発明は、上記の実施形態の構成に限られず、発明の要旨を変更しない範囲で種々の変形が可能である。例えば、受光部の複数の受光素子の配置間隔は適宜選択される。また、受光部の各受光素子の受光角の中心軸は、略平行であるが、完全な平行である必要はなく、若干の角度差があってもよい。

本発明の第１の実施形態に係る照明光伝送システムのブロック図。同システムの復調回路に用いられるバンドパスフィルタ例の回路図。同システムの受光素子の配置例を説明する説明図。同システムにおいて正しいデータと判断される二値化データの説明図。同システムにおいて通信エラーが発生したと判断される二値化データの説明図。本発明の第２の実施形態に係る照明光伝送システムのブロック図。（ａ）は同システムにおける受光素子の配置例の平面図、（ｂ）は同配置例の立面図。（ａ）は同システムにおける照明器具と受光素子の関係を説明する説明図、（ｂ）は同システムにおける照明器具と受信端末の関係を説明する説明図。本発明の第３の実施形態に係る照明光伝送システムにおける送信信号のパターンを説明する説明図、（ａ）は送信データ、（ｂ）は周波数制御信号、（ｃ）は光源の光出力、（ｄ）は復調回路の出力信号、（ｅ）は受信データ。同システムにおけるスタートビットとストップビットの例の説明図。（ａ）は従来の照明光伝送システムにおける相互干渉を説明する平面図、（ｂ）はその相互干渉を説明する側面図。（ａ）は同システムにおける照明器具と受光素子の関係を説明する説明図、（ｂ）は同システムにおける照明器具と受信端末の関係を説明する説明図。同システムにおける誤り検出符号の説明図。

符号の説明

１、１０１照明光伝送システム
２、１０２受信端末
３受光部
５復調部
７、１０７判断部
１０照明器具
１１光源
１２点灯装置
３１、３２、３３受光素子

Claims

光源と、前記光源の光出力に送信情報に対応する送信信号を含ませて点灯させる点灯装置とを有する照明器具を複数備えると共に、前記光源の光出力に含まれる送信信号を受信する受信端末を備える照明光伝送システムであって、
前記受信端末は、受光角の中心軸が略平行である複数の受光素子を有する受光部と、前記受光部により受光した前記光出力を前記各受光素子ごとの二値化データに復調する復調部と、前記復調部が復調した二値化データの正誤を判断する判断部と、を備え、
前記判断部は、前記各受光素子ごとの二値化データに互いに一致するデータがある場合、そのデータが正しい二値化データであると判断することを特徴とする照明光伝送システム。
前記受信端末は、前記受光部を複数備え、
前記受光部の各々における受光素子の受光角の中心が受光部相互で異なることを特徴とする請求項１に記載の照明光伝送システム。
前記送信信号のパターンは、人間がチラツキを認識できない単位時間内で光出力が一定であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の照明光伝送システム。