JP2009218898A - 可視光通信システム - Google Patents

Abstract

【課題】可視光通信システムにおいて、高速通信を行うと共に、簡易な構成で製造コストを抑制する。
【解決手段】可視光通信システムは、発光装置と受光装置とを備える。受光装置は、複眼撮像装置と制御用マイコンとを備える。複眼撮像装置は、１つのＣＣＤ４４と、９つの光学レンズ４１と、不要な外光入射を遮断するための９つの絞り孔４２１が設けられた絞り部材４２と、特定の波長帯域の光を透過させる９つのバンドパスフィルタ４３とを有する。発光装置が可視光を発光させると、各バンドパスフィルタを透過した光は、ＣＣＤ４４上の区画領域に結像される。そして、ＣＣＤ４４は、各区画領域に結像された像に基づく画像信号を制御用マイコン３０に送信し、制御用マイコンが送信された通信データを復号する。
【選択図】図５

Description

本発明は、可視光通信システムに関し、特に複眼撮像装置を用いた可視光通信システムに関する。

従来から、光を受光する受光素子を有する受信装置と、発光するＬＥＤを有する送信装置とを備える可視光通信システムが知られている（例えば、特許文献１参照）。この種の通信システムは、アレイ状に並べられたＬＥＤ（信号源）から発光される光を受光素子が撮像し、撮像された光の受光素子上における位置から、どの桁のビットについて情報の送信がされたかを読み取り、パラレルに送られた信号をシリアルに変更して通信を行う可視光通信システムである。しかし、この種の通信システムでは、送信装置と受信装置との互いの位置関係が所定の位置に固定されていない場合、正常な通信を行うことができないため、使い勝手が悪いという問題がある。

これに対して、カメラを受信装置として用いると共に、特定の波長帯域の光を通過させるフィルタをさらに備えた可視光通信システムが知られている（例えば、特許文献２参照）。この種の可視光通信システムでは、各カラーフィルタを介した受光量に基づいて分割ビット列を特定する演算を行うことにより情報の通信を行う。この種の可視光通信システムでは、送信装置と受信装置との互いの位置関係が完全に固定されている必要がないため、使い勝手が悪いという上記問題を解決できる。しかし、この種の可視光通信システムでは、複雑な演算を行うことにより情報の通信を行うので構成が複雑となり、製造コストを抑制できないという問題がある。

また、可視光通信システムにおいて高速な情報通信を行いたいという要望がある。一般的に、受光装置であるカメラのフレームレートを大きくすると通信速度が速くなる。しかし、フレームレートを大きくした場合、製造コストが抑制できないという問題がある。また、この種のカメラで撮像した画像は、露光時間が短いため、カメラで撮像した画像としては暗い画像になるという問題もある。

ところで、特許文献３（２００６−６７５００）には、複眼撮像装置を備える可視光通信システムが開示されている。しかし、このシステムは可視光通信の通信速度を上げるものではないので上記問題を解決できない。

また、特許文献４には、データ送信側が、転送したい２進数のデータを、時間と共に色が変化する円心円色成分コードに変換し、データ受信側が撮像装置を用いて、この円心円色成分コードを連続して撮像することにより、各トラックの色情報から２進数のデータを取り出す可視光通信システムが開示されている。しかし、この種の可視光通信システムでは、可視光通信の通信速度を上げるものではないので、上記問題を解決できない。
特開２００１−２９２１０７号公報 特開２００７−１９８７０号公報 特開２００６−６７５００号公報 特開２００７−１３７８６号公報

本発明は、上述した問題点を解決するためになされたものであり、高速通信を行うことができると共に、簡易な構成で製造コストを抑制することができる可視光通信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の発明は、可視光を発光する発光装置と、前記発光装置から発光された可視光を受光して撮像する複眼撮像装置と、前記複眼撮像装置から出力された画像信号に基づいて通信データを復号する復号手段とを備える可視光通信システムにおいて、前記複眼撮像装置は、前記可視光を受光して光電変換を行い、画像信号を出力する１つのエリアセンサと、前記エリアセンサに対して、前記可視光を結像させるように配置された複数の光学系と、特定の波長帯域の光を透過させる複数の光学フィルタとを有し、前記複数の光学フィルタの各々は、それぞれ、可視光に含まれる波長帯域のうちのいずれかの波長帯域の光を透過させ、前記発光装置から可視光が発光されると、前記複数の光学フィルタの各々が、該可視光に含まれる波長帯域のうち、自己が透過させることができる波長帯域の光を、前記複数の光学系のうちの、自己に光を入射させる光学系を用いて前記エリアセンサに結像させ、前記復号手段が、該エリアセンサから出力された画像信号に基づいて通信データを復号するものである。

請求項２の発明は、上記請求項１の発明において、前記複数の光学フィルタの各々を透過して前記エリアセンサに結像された画像の画像信号に基づいて、該エリアセンサにより撮像された被写体の撮像画像を生成する画像生成手段をさらに備えたものである。

請求項３の発明は、上記請求項２の発明において、前記複数の光学フィルタは、それぞれ、Ｒ、Ｇ、Ｂ各色のバンドパスフィルタから構成され、前記各バンドパスフィルタは、ベイヤー配列されたものである。

請求項１の発明によれば、複数の光学フィルタの各々が、可視光に含まれる波長帯域のうち、自己が透過させることができる波長帯域の光を、自己に光を入射させる光学系を用いてエリアセンサに結像させ、復号手段が通信データを復号する。これにより、１回の可視光の受信によって、各光学フィルタに対応した複数のビットの通信データを受信することができるので、高速通信を行うことができる。また、簡易な構成により高速通信を行うことができるため製造コストを抑制することができる。

請求項２及び３の発明によれば、高速通信を行いながら撮像画像を得ることができる。

本発明の一実施形態に係る可視光通信システムについて、図１乃至図４を参照して説明する。図１は、可視光通信システム１の概略構成を示し、図２は、発光装置２の概略構成を示し、図３は、受光装置３の概略構成を示し、図４は、発光装置２の正面を示す。

可視光通信システム１は、可視光を発光する発光装置２と、発光装置２から発光された可視光を受光する受光装置３とを備え、可視光を用いてデータの通信を行うシステムである。

発光装置２は、図２に示すように、可視光の発光を行う発光部２１と、ユーザにより操作され、発光装置２に対して可視光の発光の開始／終了等の指示を行うための操作部２２と、パソコン（ＰＣ）５等の外部機器と接続するための接続部２３と、発光装置２の各部を制御する制御用マイコン２０と、制御用マイコン２０の動作プログラム等のデータを格納する記憶部２４とを備える。

発光部２１は、図４に示すように、可視光を発光する９つのＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）２１ａ〜２１ｉを有する。従って、発光部２１は、同時に９つのビットのオン・オフ情報を送信することができる。各ＬＥＤ２１ａ〜２１ｉから発光される可視光の波長帯域はそれぞれ異なっており、具体的には、例えば、ＬＥＤ２１ａから発光される光は赤色、ＬＥＤ２１ｂから発光される光は橙色のように、各ＬＥＤ２１ａ〜２１ｉのそれぞれから異なる色の光が発光される。なお、ここでは、可視光を発光する光源としてＬＥＤを示したが、これに限られない。また、発光部２１が有する光源は９つに限られず、任意の数であってもよい。

接続部２３にＰＣ５が接続されているとき、ＰＣ５は発光装置２に対して各種動作の指示を行うことができる。ＰＣ５により各種動作の指示を受けた発光装置２は、ＰＣ５から送信される通信データに基づいて可視光の発光を行う。

受光装置３は、図３に示すように、発光装置２から発光された可視光を受光して撮像する複眼撮像装置４と、撮像画像や各種メッセージを表示するための表示部３１と、ユーザによって操作され、受光装置３に対して受光（通信）の開始／終了の指示を行うための操作部３２と、パソコン（ＰＣ）６等の外部機器と接続するための接続部３３と、受光装置３の各部を制御する制御用マイコン３０（復号手段、画像生成手段）と、制御用マイコン３０の動作プログラム等のデータを格納する記憶部３４とを備える。

複眼撮像装置４は、受光装置３に着脱自在である。なお、複眼撮像装置４と受光装置３とを、伝送ケーブルや無線通信方式により接続することにより、受光装置３から離れた位置に複眼撮像装置４を設置してもよい。

制御用マイコン３０は、複眼撮像装置４によって撮像された画像信号から通信データを復号して取得する。また、制御用マイコン３０は、複眼撮像装置４によって撮像された画像信号から被写体の撮像画像を生成する。

表示部３１は、複眼撮像装置４によって撮像された被写体の像を表示する。これにより、ユーザは表示部３１を見ながら複眼撮像装置４を可視光が発光される方向に容易に向けることができる。なお、表示部３１が複眼撮像装置４に設けられていてもよい。

接続部３３に接続されたＰＣ６等の外部機器は、受光装置３によって受光された可視光に基づく通信データを、接続部３３を介して受信することができる。

次に、複眼撮像装置４の概略構成について、図５乃至図７を参照して説明する。図５は、複眼撮像装置４の概略構成を示し、図６は、複眼撮像装置４の正面図を示し、図７は、バンドパスフィルタ４３の構成を示す。

複眼撮像装置４は、可視光を受光して光電変換を行い、画像信号を出力する１つのＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ；請求項におけるエリアセンサ）４４と、ＣＣＤ４４に対して、可視光を結像させるように配置された９つの光学レンズ４１（光学系）と、ＣＣＤ４４に対して、不要な外光入射を遮断するための９つの絞り孔４２１が設けられた絞り部材４２と、特定の波長帯域の光を透過させる９つのバンドパスフィルタ（光学フィルタ）４３とを有する。レンズ４１から入射した光は、絞り部材４２の絞り孔４２１と通った後、バンドパスフィルタ４３を透過してＣＣＤ４４に結像する。なお、光学レンズ４１、絞り孔４２１、及びバンドパスフィルタ４３は、９つに限られず、任意の個数であってもよい。

ＣＣＤ４４の上には、９つのバンドパスフィルタ４３が設けられている。バンドパスフィルタ４３の上に絞り部材４２が設けられている。そして、絞り部材４２の上に９つの光学レンズ４１が設けられている。

９つの光学レンズ４１は、図６に示すように、３行３列の光学レンズ４１ａ〜４１ｉから構成される。

９つのバンドパスフィルタ４３は、図７に示すように、３行３列のバンドパスフィルタ４３ａ〜４３ｉから構成される。各バンドパスフィルタ４３ａ〜４３ｉは、それぞれ、可視光に含まれる波長帯域のうちのいずれかの波長帯域の光を透過させ、バンドパスフィルタ４３ａ〜４３ｉを透過した光のみがＣＣＤ４４上に結像する。

ＬＥＤ２１ａから発光される可視光がバンドパスフィルタ４３ａを透過し、ＬＥＤ２１ｂから発光される可視光がバンドパスフィルタ４３ｂを透過し、ＬＥＤ２１ｃから発光される可視光がバンドパスフィルタ４３ｃを透過する。ＬＥＤ２１ｄから発光される可視光がバンドパスフィルタ４３ｄを透過し、ＬＥＤ２１ｅから発光される可視光がバンドパスフィルタ４３ｅを透過し、ＬＥＤ２１ｆから発光される可視光がバンドパスフィルタ４３ｆを透過する。ＬＥＤ２１ｇから発光される可視光がバンドパスフィルタ４３ｇを透過し、ＬＥＤ２１ｈから発光される可視光がバンドパスフィルタ４３ｈを透過し、ＬＥＤ２１ｉから発光される可視光がバンドパスフィルタ４３ｉを透過する。

次に、ＣＣＤ４４上に結像する像について、図８を参照して説明する。図８は、ＣＣＤ４４上に結像する像のイメージを示す。上記図４に示した発光部２１の全てのＬＥＤ２１ａ〜２１ｉが同時に可視光を発光し、複眼撮像装置４が受光した場合において、ＣＣＤ４４上には、９つの（ビットの）像が結像される。ＣＣＤ４４上の面領域は、光学レンズ４１、絞り部材４２、及びバンドパスフィルタ４３によって、図８に示すように、９つの領域（以下、区画領域という）４４ａ〜４４ｉに区画される。これにより、各区画領域４４ａ〜４４ｉ上に各ＬＥＤ２１ａ〜２１ｉに対応した（ビットの）像がそれぞれ結像する。

次に、可視光通信システム１による可視光通信の手順について、図９及び図１０を参照して説明する。図９は、発光部２１による発光状態の例を示し、図１０（ａ）（ｂ）は、それぞれＣＣＤ４４上の区画領域４４ａと４４ｇに結像する像を示す。

図９に示すように、発光部２１のＬＥＤ２１ａとＬＥＤ２１ｇが可視光を発光させると、ＬＥＤ２１ａの光がバンドパスフィルタ４３ａを透過して、図１０（ａ）に示すように、ＣＣＤ４４上の区画領域４４ａに結像され、ＬＥＤ２１ｇの光がバンドパスフィルタ４３ｇを透過して、図１０（ｂ）に示すように、ＣＣＤ４４上の区画領域４４ｇ上に結像される。そして、ＣＣＤ４４は、結像された像に基づいて画像信号を制御用マイコン３０に送信する。

制御用マイコン３０は、ＣＣＤ４４の各区画領域４４ａ〜４４ｉに発光部２１から送られた可視光の信号に相当する像があるか否かを判断して送信された通信データを復号する。また、各バンドパスフィルタ４３ａ〜４３ｉは、自己が透過させる波長帯域以外の波長帯域の光を十分に遮ることができない等の理由により、ＣＣＤ４４の同一区画領域４４ａ〜４４ｉ内に２つ以上のビットを表す像ができることがある。このとき、制御用マイコン３０は、同一の区画領域４４ａ〜４４ｉに結像した２つ以上のビットの像について、受光強度が最大のビットの像のみを採用する。

次に、撮像画像の生成処理について、図１１に示すフローチャートを参照して説明する。ここでは、既に複眼撮像装置４によって撮像が行われ、ＣＣＤ４４から出力された画像信号が制御用マイコン３０に送信されたものとする。

制御用マイコン３０は、ＣＣＤ４４から出力された画像信号を受信すると（Ｓ１）、この画像信号に基づいて、ＣＣＤ４４により撮像された被写体の撮像画像を生成する（Ｓ２）。これにより、受光装置３は可視光通信を行うことができると共に、撮像画像を取得することができる。

次に、バンドパスフィルタの変形例について、図１２を参照して説明する。図１２に示す９つのバンドパスフィルタ７３は、Ｒ，Ｇ、Ｂ各色の波長帯域の光を透過させるバンドパスフィルタ７３ａ〜７３ｉから構成され、各バンドパスフィルタ７３ａ〜７３ｉは、ベイヤー配列形式で配列されている。

これにより、発光装置２から可視光が発光されると、同時に複数のビットの信号を受信することができると共に、バンドパスフィルタ７３がベイヤー配列であるため、制御用マイコン３０が容易に撮像画像を生成することができる。

上述したように、本実施形態に係る可視光通信システム１によれば、複数のバンドパスフィルタ４３の各々が、可視光に含まれる波長帯域のうち、自己が透過させることができる波長帯域の光を、自己に光を入射させる光学系を用いてＣＣＤ４４に結像させ、制御用マイコン３０が通信データを復号する。これにより、１回の可視光の受信によって、各バンドパスフィルタに対応した複数のビットの通信データを受信することができるので、高速通信を行うことができる。また、簡易な構成により高速通信を行うことができるため製造コストを抑制することができる。

また、ＣＣＤ４４により撮像された被写体の撮像画像を得ることができるので、高速通信を行いながら撮像画像を得ることができる。

なお、本発明は、上記実施形態の構成に限られず、発明の趣旨を変更しない範囲で種々の変形が可能である。例えば、本発明の受光装置を、自動車の前方あるいは後方を見るカメラとすることにより、カメラにより画像を撮像しながら、可視光通信の光源が撮影範囲内に映ったときに可視光通信を行うことができる。また、本発明の複眼撮像装置は、デジタルスチルカメラ、カムコーダー、監視カメラ、又は携帯電話に搭載される複眼撮像装置等であってもよい。

本発明の一実施形態に係る可視光通信システムの概略構成を示す図。 上記可視光通信システムの発光装置の概略構成を示すブロック図。 上記可視光通信システムの受光装置の概略構成を示すブロック図。 上記発光装置の発光部を示す正面図。 上記複眼撮像装置の概略構成を示す分解傾斜図。 上記複眼撮像装置の正面図。 上記複眼撮像装置のバンドパスフィルタの正面図。 上記複眼撮像装置のエリアセンサに結像される可視光を示す説明図。 上記発光装置の発光状態を示す説明図。 （ａ）（ｂ）は、上記複眼撮像装置のＣＣＤによる受光状態を示す説明図。 上記受光装置による撮像画像の生成処理を示すフローチャート。 上記複眼撮像装置のバンドパスフィルタの変形例を示す正面図。

符号の説明

１ 可視光通信システム
２ 発光装置
３ 受光装置
４ 複眼撮像装置
３０ 制御用マイコン（復号手段、画像生成手段）
４１ 光学レンズ（光学系）
４１ａ〜４１ｉ 光学レンズ（光学系）
４３ バンドパスフィルタ
４３ａ〜４３ｉ バンドパスフィルタ
４４ ＣＣＤ（エリアセンサ）
４４ａ〜４４ｉ ＣＣＤ（エリアセンサ）
７３ バンドパスフィルタ
７３ａ〜７３ｉ バンドパスフィルタ

Claims (3)

1. 可視光を発光する発光装置と、
   前記発光装置から発光された可視光を受光して撮像する複眼撮像装置と、
   前記複眼撮像装置から出力された画像信号に基づいて通信データを復号する復号手段とを備える可視光通信システムにおいて、
   前記複眼撮像装置は、
   前記可視光を受光して光電変換を行い、画像信号を出力する１つのエリアセンサと、
   前記エリアセンサに対して、前記可視光を結像させるように配置された複数の光学系と、
   特定の波長帯域の光を透過させる複数の光学フィルタとを有し、
   前記複数の光学フィルタの各々は、それぞれ、可視光に含まれる波長帯域のうちのいずれかの波長帯域の光を透過させ、
   前記発光装置から可視光が発光されると、前記複数の光学フィルタの各々が、該可視光に含まれる波長帯域のうち、自己が透過させることができる波長帯域の光を、前記複数の光学系のうちの、自己に光を入射させる光学系を用いて前記エリアセンサに結像させ、前記復号手段が、該エリアセンサから出力された画像信号に基づいて通信データを復号することを特徴とする可視光通信システム。
2. 前記複数の光学フィルタの各々を透過して前記エリアセンサに結像された画像の画像信号に基づいて、該エリアセンサにより撮像された被写体の撮像画像を生成する画像生成手段をさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載の可視光通信システム。
3. 前記複数の光学フィルタは、それぞれ、Ｒ、Ｇ、Ｂ各色のバンドパスフィルタから構成され、
   前記各バンドパスフィルタは、ベイヤー配列されたものであることを特徴とする請求項２に記載の可視光通信システム。

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