JP2009260953A

JP2009260953A - 可視光通信装置

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Publication number: JP2009260953A
Application number: JP2009071293A
Authority: JP
Inventors: Fumitaka Murayama; 文孝村山; Hiroyuki Kurokawa; 裕之黒川; Naonori Furuta; 尚之古田
Original assignee: Planners Land Co Ltd
Current assignee: Planners Land Co Ltd
Priority date: 2008-03-28
Filing date: 2009-03-24
Publication date: 2009-11-05
Anticipated expiration: 2029-03-24
Also published as: JP5374202B2; US8131154B2; US20090245806A1; EP2106041A1

Abstract

【課題】可視光を用いて高速通信を行うことができ、送信器、受信器共に簡単な回路を用いて構成可能な可視光通信装置を提供する。
【解決手段】情報信号を重畳した可視光を照明投光する送信器１と、送信器１から照明投光された可視光を受光し、可視光に重畳された情報信号を取り出す受信器５とを備える。送信器１は、信号を変調して送信情報信号を生成する変調回路と、投光素子３を駆動して送信情報信号を可視光に重畳させ、青色光成分を含む白色光を可視照明光として照射する灯具２とを備える。受信器５は、送信器１の灯具２から照射された青色光成分を含む白色光を受光する受光器６と、受光器６から出力された受光信号から受信情報信号を生成する受信回路７とを備える。受光器の受光素子２３として、青色光を高感度に且つ高速応答性をもって受光する青色光用フォトダイオードが使用される。
【選択図】図２

Description

本発明は、空間に照射された可視光を使用して通信を行なう可視光通信装置に関し、特に比較的簡易な回路でより高速化を実現することができる可視光通信装置に関する。

電波を通信媒体とした無線通信は、携帯電話網、無線ＬＡＮ、近距離無線通信など多くの分野で使用されている。

しかしながら、電波を媒体として使用する無線通信は、人の近くで送受信を行なう場合、電磁波の人体への影響を考慮して、送信電力を上げることができない。また、無線通信に使用される電波の周波数帯域は、既に多くの使用分野において割り振られ、使用されていることもあって、広帯域の周波数帯を自由に使用することはできない。さらに、病院などの特殊な環境下においては、電波の使用に制限が加えられるなどの制約がある。

そこで、近年、可視光を通信媒体として用いる可視光通信が開発され、下記特許文献１などにおいて、可視光通信システムが提案されている。

この従来の可視光通信システムは、照明光として可視光を使用しながら可視光通信を行なうために、照明光として違和感のない昼光色などの白色光を使用して情報を送受信する。このため、送信器側の投光素子には白色光を投光するＬＥＤ（白色発光ダイオード）が使用され、受信器側の受光器にも白色光を受光し受光信号を出力する受光素子が使用される。

特開２００７−２６６７９４号公報

しかし、白色光を投光するＬＥＤは、通常、その白色光を合成するために、発光ダイオードの発光色と補色関係にある色の光を蛍光体で発生させるが、その蛍光体の応答性が低いために、白色光に重畳する高周波信号の周波数が低く抑えられ、また、白色光を受光する受光素子においても、高周波信号を重畳した可視光の受光時、高速動作が難しく、通信速度が抑えられていた。

このため、従来の可視光通信装置において、例えば、デジタル化した情報量の大きい音声信号や画像信号を可視光に重畳させて送受信する場合、通信速度が遅く、良好な音質の音声情報を送受信し、或いは良好の画質の画像情報を送受信することが難しいという課題があった。

本発明は、上述の課題を解決するものであり、可視光を用いて高速通信を行うことができ、送信器、受信器共に簡単な回路を用いて構成可能な可視光通信装置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、本発明の請求項１の可視光通信装置は、情報信号を重畳した可視光を照明投光する送信器と、送信器から照明投光された可視光を受光し、可視光に重畳された情報信号を取り出す受信器とを備えた可視光通信装置において、送信器は、信号を変調して送信情報信号を生成する変調回路と、投光素子を駆動して送信情報信号を可視光に重畳させ、青色光成分を含む白色光を可視照明光として照射する灯具とを備える一方、受信器は、送信器の灯具から照射された青色光成分を含む白色光を受光する受光器と、受光器から出力された受光信号から受信情報信号を生成する受信回路とを備え、受光器の受光素子として、青色光を最も高感度に受光し、受光信号を出力する青色光用フォトダイオードを使用することを特徴とする。

なお、ここでいう青色光とは、純粋な青色光のみではなく、波長の比較的短い青紫色光、波長の比較的長い青緑色光を含む概念である。また、青色光は青色レーザー光を含む概念であり、青色レーザー光用フォトダイオードを使用することもできる。

この発明の可視光通信装置によれば、送信器の灯具からは青色光成分を含む白色光を照明投光し、受光器では、青色光を最も高感度で受光する青色光用フォトダイオードの受光素子がこの白色光を受光する。このとき、受光器の受光素子は、照射された白色光の青色光成分を高感度で受光し、且つ高速応答性をもって受光する。このため、送信器から高速化された情報信号を重畳した可視光（白色光）を照明投光した場合、受光器の受光素子はその高速の情報信号を受信し、受信回路は受信情報信号を生成することができる。

また、灯具は、青色光成分を含む白色光を照射し、青色光のみを照射するものではないため、通常の照明としての用途を維持したまま、高速の可視光通信を行なうことができる。つまり、灯具は白色光を照射するため、照明器具として違和感なく使用することができ、高速の可視光通信と照明を両立することが可能となる。

さらに、可視光として青色光成分を含む白色光を使用するので、黄色光や白色光用のフォトダイオードに比べ、高感度で高速応答性の青色光用フォトダイオードを、受信器の受光素子に使用することが可能となる。

請求項２の発明は、上記請求項１の可視光通信装置において、上記変調回路が信号をＰＷＭ変調するＰＷＭ変調回路とすることを特徴とする。

この発明によれば、受信機側に複雑な復調回路や検波回路が不要となり、受信機が出力する音声の音質などを良好に保ちつつ、受信側の電気回路を非常に簡単化、簡素化することができる。

請求項３の発明は、上記請求項２の可視光通信装置において、上記送信器の灯具が、青色光成分を含む白色光を照明投光する白色発光ダイオードと、白色発光ダイオードの電源電流を直接抵抗器に流すように、白色発光ダイオードのカソードとグランド間に抵抗器を接続して白色発光ダイオードを駆動する第２駆動回路とを備え、第２駆動回路の入力側には第１駆動回路を接続し、第１駆動回路にはＰＷＭ変調された変調信号を増幅する増幅回路を設け、第１駆動回路から出力される送信信号を第２駆動回路の抵抗器の両端に印加するように構成することを特徴とする。

この発明によれば、送信器の第２駆動回路において、灯具となる白色発光ダイオードに流れる電源電流は、そのカソードとグランド間に接続された抵抗器に直接流れ、第１駆動回路から出力された送信信号はその抵抗器の両端に印加されて白色発光ダイオードが点灯駆動される。

従来、可視光通信の送信器で通常使用されるＬＥＤ駆動回路は、ＦＥＴなどのスイッチング素子にＬＥＤの電流を直接流すため、スイッチング素子に大電力用の素子を必要とし、高速動作が可能で且つ大電力用の素子は、その価格が高く選択の幅が少ないのが現状である。

しかし、この発明では、白色発光ダイオードの電流を抵抗器に流すため、抵抗器の抵抗値を変えてその電流を任意に調整し、それにより、可視光に重畳させる情報信号の変調率を浅く或いは深く、任意に調整することができる。例えば、抵抗器に流す電流を小さくして変調率を浅くした場合、より高速の可視光通信が可能となる。

また、第２駆動回路の抵抗器の両端に送信信号を印加する第１駆動回路には、ＰＷＭ変調された変調信号を増幅する増幅回路が設けられるが、この増幅回路に使用されるＦＥＴなどの半導体素子には、白色発光ダイオードに流れる電流が直接流れることはなく、第１駆動回路の半導体素子には、低電力で高速動作可能な素子を使用することができ、高速動作可能な発光ダイオードの駆動回路を安価に構成することができる。

さらに、白色発光ダイオードの灯具には、抵抗器とインピーダンス整合素子などの極めて簡単な回路のみを付属させればよいため、灯具を極めて小型化することができる。また、第１駆動回路についても、低電力で高速動作可能な素子を使用して小型化が可能となり、且つ灯具とは離れた任意の位置に第１駆動回路を設置することもできる。

さらに、白色発光ダイオードとして、高速で動作する青色発光ダイオードの青色光を黄色の蛍光体に当てて白色光を投光する構成のものを、投光素子に使用することが可能となり、これにより、可視光通信に、数百ＫＨｚから数ＭＨｚの高い周波数信号により変調を行なうＰＷＭ変調を採用することが可能となる。

請求項４の発明は、上記請求項２の可視光通信装置において、上記受信器の受信回路が、受光信号を増幅した後、波形整形して矩形波信号とし、この矩形波信号をローパスフィルターに通してアナログの受信情報信号を出力するように構成されることを特徴とする。

この発明によれば、受信器側に複雑な復調回路や検波回路が不要となり、受信側の回路構成を非常に簡単化、簡素化し、受信器のワンチップ化を実現することも可能となる。また、これにより、可視光通信装置の製造コストを極めて低減することができる。

本発明の可視光通信装置によれば、灯具からは青色光成分を含む白色光を可視照明光として照射し、青色光を最も高感度で受光する青色光用フォトダイオードによりこの白色光を受光し、白色光に含まれる青色光成分を高感度で受光し、且つ高速応答性をもって受光することができる。このため、灯具は白色光を照射して通常の照明器具として機能しつつ、白色光に含まれる青色光成分により高速の可視光通信が可能となり、情報量の大きいデジタルの音声信号や画像信号を良好に送受信することができる。また、送信器、受信器共にその回路を簡単に構成することができる。

さらに、請求項３の発明によれば、送信器の灯具は、簡単な第２駆動回路のみを投光素子の近くに内蔵し、増幅回路などを含む第１駆動回路は灯具からは離した位置に設置すればよいため、小型化が可能となり、受信器の受信回路も一層簡単化、簡素化することができる。

本発明の実施形態を示す可視光通信装置の概略構成図である。送信器のブロック図である。送信器における投光素子の駆動回路の回路図である。白色光の波長と強度を示すスペクトル図である。三角波と音声信号を用いてＰＷＭ変調を行ったときの波形説明図である。受信器のブロック図である。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。図１は可視光通信装置の概略構成図を示し、図２はその送信器１のブロック図を示し、さらに図６はその受信器５のブロック図を示している。

この可視光通信装置は、例えば地下街などにおいて使用され、送信器１が、灯具２により地下街の店舗或いは通路の照明を行う一方、音声案内など各種の情報信号を灯具２の可視光（白色光）に重畳させて送信する。受信器５は、地下街の通路或いは店舗などの任意の場所に設置され、或いは使用者により携帯されて使用され、送信器１の灯具２から照明投光される可視光を受光し、その可視光に重畳して送信された音声案内などの情報信号を取り出して出力するように構成される。

送信器１は、図２に示すように、音声案内などのアナログ音声信号を出力する音源装置１７と、青色光成分を含む白色光を照明投光する白色発光ダイオードの投光素子３を備えて可視光（白色光）を照明投光する灯具２と、音源装置１７から出力されアナログ音声信号を入力し、アナログ音声信号をＰＷＭ変調して音声送信信号を生成するＰＷＭ変調回路１５と、音声送信信号を可視光に重畳させるように投光素子３を駆動する第１駆動回路１４と第２駆動回路１３とを備え、第２駆動回路１３は灯具２に内蔵され、灯具２の投光素子３から白色光の照明投光を行いつつ、音声信号を可視光に重畳させて送信するように構成される。

音源装置１７は、音声案内などの音声信号を出力する装置であり、例えば録音メディアとしてのＭＤ、ＣＤ、半導体メモリ、或いはハードディスクなどに記録されたデジタル音声信号を読み出して再生し、アナログオーディオ音声信号として出力する形式の音声再生装置、ネットワークを通して送られた音声信号をアナログ音声信号に変換して出力する装置、或いは人が話す音声を、マイクを通して音声信号として出力する装置などを使用することができる。図２のように、音源装置１７の出力側はＰＷＭ変調回路１５に入力側に接続され、ＰＷＭ変調回路１５の三角波の入力側には、さらに三角波発振回路１６が接続される。

三角波発振回路１６は、例えば５ＭＨｚ程度の高い周波数の三角波搬送信号を発振し出力する回路であり、ＰＷＭ変調回路１５は、この三角波発振回路１６から三角波搬送信号を取り込み、音源装置１７からはアナログ音声信号を取り込む。そして、両信号をコンパレータの反転入力側と非反転入力側に各々入力し、コンパレータから、それらの信号の大小関係に応じてスイッチングするＰＷＭ信号が出力され、ＰＷＭ変調を行う。

このようなＰＷＭ変調によって、アナログ音声信号のレベルに応じてパルス幅を有するパルス状のＰＷＭ矩形信号が、図５のように、ＰＷＭ変調回路１５から第１駆動回路１４に出力される。ＰＷＭ変調回路１５の出力側には、図２の如く、第１駆動回路１４が接続され、第１駆動回路１４の出力側が灯具２内の第２駆動回路１３に接続される。灯具２は、例えば店舗や通路の天井部分に取り付けられ、凹状に形成されたリフレクタ１２の内側に、単数または複数の投光素子３を配置し、白色の照明光を照明投光するものである。

灯具２には、投光素子３と第２駆動回路１３のみを内蔵し、第１駆動回路１４は、ＰＷＭ変調回路１５、三角波発振回路１６、音源装置１７を含む送信器主回路４内に内蔵し、送信器主回路４は灯具２と離れた位置に設置することができる。これにより、灯具２を小型化することが可能となる。

灯具の投光素子３として、白色光を照明投光する白色発光ダイオードが使用されるが、この白色発光ダイオードは、高速応答性を有する青色発光ダイオードの青色光を黄色の蛍光体に当て、青色光と黄色光により白色光を投光するように動作する。つまり、この投光素子３に使用される白色発光ダイオードは、青色発光ダイオードを用いた所謂擬似白色発光ダイオードであり、例えばＧａＮを半導体にドープした青色発光ダイオードの発光部をＹＡＧ系などの赤緑蛍光体で覆った構造の発光ダイオードである。この白色発光ダイオードは、青色発光ダイオードで発光した青色光が赤緑蛍光体を励起して黄色光を発光させ、蛍光体を透過した青色光と黄色光が混合し、補色関係にある２色光の混合により白色光を発生させる。

図４はこの白色発光ダイオードつまり、送信器１の灯具２に設けられた投光素子３の投光スペクトルを示している。図４に示すように、この投光素子３の発光スペクトルは、青色光成分である約４６０ｎｍの波長で非常に高いピーク値を有し、黄色光部分である５４０ｎｍ〜５８０ｎｍの波長でなだらかなピークを有し、全体的には、青っぽい白色光として人が認識する光となっている。

上述のように、送信器１は、音源装置１７から出力された音声信号により、三角波発振回路１６で発振した高周波の三角波信号（搬送波信号）をＰＷＭ変調し、その被変調波信号を増幅して投光素子３を投光駆動するが、上述の如く、例えば５ＭＨｚ程度と非常に高い高周波搬送波信号を含む被変調波信号により、白色発光ダイオードの投光素子３を駆動すると、そこからは青色光成分を含む白色光が放射され、投光素子３の発光スペクトルは、図４に示すように、青色光成分である約４６０ｎｍの波長で非常に高いピーク値を示し、青色光成分が含まれた発光スペクトルとなる。

図３に示すように、送信器１における投光素子３の駆動回路は、第１駆動回路１４と第２駆動回路１３とから構成され、第１駆動回路１４は、入力部１８からＰＷＭ変調された変調信号を増幅するＦＥＴの増幅回路を設け、微弱なＰＷＭ変調信号を入力部１８から入力し、当該変調信号を増幅して第２駆動回路１３に出力する。この第１駆動回路１４で使用されるＦＥＴは、デジタルの高周波信号を増幅する機能のみを持つもので、灯具２の投光素子３に直接流れる直流電流がＦＥＴに流れることはないため、低電力用ＦＥＴの使用が可能となる。このため、低価格で選択幅が広い高周波特性の良好な低電力用ＦＥＴを使用することができる。

図３の第１駆動回路１４において、入力部１８とＦＥＴのゲート間には、インピーダンスマッチング用トランスＴ１，ＦＥＴのダミーロードＲ１，Ｒ２がコンデンサＣ１と共に接続され、ＦＥＴのバイアス電圧を印加する定電圧回路がゲートに接続される。また、ＦＥＴのドレインには、インピーダンスマッチング用トランスＴ２、インピーダンスマッチング用のπ型マッチング回路が出力側の回路に接続される。第１駆動回路１４の出力側は、第２駆動回路１３に接続されるが、上記の如く、第１駆動回路１４と第２駆動回路１３は物理的に近接して配置する必要はなく、例えば、第２駆動回路１３は灯具２内に内蔵し、第１駆動回路１４は、図１に示す如く、別に設置した送信器主回路４内に内蔵し、離れた両駆動回路を同軸ケーブルで接続することもできる。

第２駆動回路１３では、図３に示す如く、灯具２の投光素子３（白色発光ダイオード）のアノードに定電圧電源が接続され、投光素子３のカソードとグランド間に抵抗器ＲＳが接続され、この抵抗器ＲＳの両端に、第１駆動回路１４から送られる送信情報信号（ＰＷＭ変調された変調信号）を印加するように構成される。投光素子３のカソードは、浮遊容量を打ち消すためのリアクトル回路ＬＲ、直流成分カット用のコンデンサＣ３、及びインピーダンスマッチング用トランスＴ３を介して、第２駆動回路１３の入力部つまり第１駆動回路１４の出力側に接続される。

ＰＷＭ変調された交流の矩形信号（デジタル情報信号）は、第１駆動回路１４の入力部１８に入力されると、ＦＥＴにより増幅された後、第２駆動回路１３の抵抗器ＲＳの両端に印加され、投光素子３から投光される白色光に、送信情報信号（音声信号で三角波信号をＰＷＭ変調した被変調波信号）が重畳されて送信されることとなる。

受信器５は、送信器１の灯具２から照明投光された可視光を受光し、その受光信号に含まれる情報信号を受信するために、受光器６を備え、受光器６は、可視光を受光して光電変換を行い、受光信号を出力する受光素子２３、及び受光素子２３の前面に集光レンズ２２を配置して、前方から入射する可視光を集光して受光素子２３に当てるようになっている。

受光素子２３には、青色光用フォトダイオードが使用される。青色光用フォトダイオードは、青色の可視光を最も高感度で受光し、高い変換効率で光電変換を行い、且つ高い応答性を有して、受光信号を出力するフォトダイオードである。なお、青色光には通常の青色光にほかに青色レーザー光が含まれ、受光素子２３として、例えばＤＶＤ，Ｒ／ＲＷ／−ＲＡＭのレーザー光モニタに使用される青色レーザー光用フォトダイオードを使用することもできる。また、青色光には純粋の青色光と共に青紫色光も含まれ、素子の受光感度のピークが４０５ｎｍ（青紫色の波長）または受光感度のピークが４６０ｎｍ（青色光の波長）となる青色光用フォトダイオードを使用することができる。

このような青色光用フォトダイオードは、具体的には、長さ２．８ｍｍ、幅１．４ｍｍ、高さ１．１ｍｍのパッケージ上に、直径が約０．６ｍｍの大きさの受光部を設けて形成される。通常の白色光用フォトダイオードにおける受光部の直径は、０．２ｍｍ程度であるが、その約３倍の大きさである。したがって、青色光用フォトダイオードは、通常の白色光用フォトダイオードより、遥かに大径の受光部を有しており、このような受光部の大形化により、青色光用フォトダイオードの受光感度は（波長が４０５ｎｍ時）０．２８Ａ／Ｗと高感度になっている。また、青色光用フォトダイオードは、大径の受光部を備える一方、逆バイアス電圧が２Ｖのときの応答速度は、例えば約４００ＭＨｚと非常に高速応答性の高い素子である。

このように、受光部の大きさが通常の白色光用フォトダイオードより遥かに大きい、直径約０．６ｍｍの受光部を有する青色光用フォトダイオードを使用する場合、受光器６において、集光レンズ２２により集光した光の微小な焦点を受光部に当てる必要がなく、焦点位置が多少ずれた状態の光でも高感度で受光することができる。これにより、焦点位置のフォトダイオードの受光部における過度の集熱を回避することができ、さらに被写界の深度を深くして、受光器６の受光状態を、灯具２からの距離や位置のずれに対しあまり影響を受けないように、良好に保持することができる。

従来、一般に使用されていた赤色或いは黄色の可視光または赤外線を受光するフォトトランジスタなどの受光素子は、青色レーザー用を含む青色光用フォトダイオードを用いた受光素子２３に比べて、その感度や応答速度が低く、本発明のように、例えば５ＭＨｚという高い周波数の搬送波信号を音声信号等でＰＷＭ変調して出力した、被変調信号を重畳した可視光を受光し、そこから忠実度が高く音質や画質などの優れた情報信号を取り出すことは不可能であったが、受光素子２３に青色光用フォトダイオードを使用することにより、そのような高い周波数でＰＷＭ変調された可視光を受光し、そこから忠実度が高い情報信号を取り出すことが可能となる。

図６に示すように、受光器６は、ヘッドアンプ２４を受光素子２３に接続し、受光素子２３から出力される受光信号を先ずヘッドアンプ２４により増幅して出力する。ヘッドアンプ２４の出力側には、アナログアンプ２５が接続され、入力された信号をそのままアナログ的に増幅する。アナログアンプ２５の出力側はコンパレータを用いた波形整形回路２６に接続され、この波形整形回路２６では、受光信号から直流分が除去され、波形整形される。

受光信号は、基本的にＰＷＭ変調された交流の矩形信号であるが、アナログアンプ２５により増幅しているため、直流分が重畳することとなり、波形整形回路２６を通すことにより、直流分を除去し、波形整形された矩形波信号として出力する。波形整形回路２６の出力側には、デジタルアンプ２７が接続され、波形整形回路２６から出力された矩形波信号は、デジタルアンプ２７に送られて、デジタル信号として増幅される。

図６のように、デジタルアンプ２７の出力側には、フィルター回路２８が接続される。フィルター回路２８は、コイル、コンデンサを用いたローパスフィルターから構成され、ＰＷＭ変調された交流の矩形波信号を、滑らかなアナログ信号とすることにより、受信した信号を、ＰＷＭ変調される前のアナログオーディオ信号に戻すように処理し、アナログの音声信号を出力する。フィルター回路２８の出力側は、スピーカー２９に接続され、スピーカー２９の駆動により、送信器１から送信された音声案内など音声が出力される。

このように、被変調波信号である情報信号を重畳して照明投光する可視光として、青色光成分を含む白色光を使用し、高感度で高速応答性の青色光用フォトダイオードを受光素子２３に使用する。これにより、送信器１の投光素子３に、高速でスイッチング動作が可能な青色発光ダイオードを使用することが可能となり、数ＭＨｚという高い周波数の搬送波信号を音声信号等により変調する可視光通信にＰＷＭ変調を採用することができる。

このため、従来、例えば音声信号を無線通信により送信する場合、一般的に採用されていたＦＭ変調、ＦＳＫ変調などを使用する場合に比べ、受信機側に複雑な復調回路や検波回路が不要となり、受信機が出力する音声の音質などを良好に保ちつつ、受信側の電気回路を非常に簡単化、簡素化することができる。

次に、上記構成の可視光通信装置の動作を説明する。可視光通信装置の送信器１は、図１のように、例えば地下街などの店舗、通路、ウインドウなどの天井部分に、その灯具２を取り付けて設置され、その音源装置１７、ＰＷＭ変調回路１５などを含む送信器主回路４は、壁部などの離れた位置に設置することができる。受信器５は、灯具２から照明投光された可視光（白色光）を受光可能な店舗、通路、ウインドウ内などに任意の位置に設置し、或いは使用者が携帯することもできる。

送信器１の音源装置１７には、商品ＰＲ、商品説明、非常時の音声案内などの音声情報が格納され、任意のタイミングで、それらの音声情報が読み出され、アナログ音声信号としてＰＷＭ変調回路１５に出力される。ＰＷＭ変調回路１５では、図５に示すように、三角波発振回路１６から送られた三角波搬送波信号とアナログ音声信号とから、アナログ音声信号のレベルに応じてパルス幅を有する、パルス状のＰＷＭ矩形信号が生成され、アナログ音声信号がＰＷＭ変調される。

ＰＷＭ変調回路１５から第１駆動回路１４に出力されたパルス状のＰＷＭ変調信号（被変調波信号）は、ＦＥＴにより増幅された後、灯具２内の第２駆動回路１３に送られ、第２駆動回路１３内の抵抗器ＲＳの両端に、送信情報信号であるＰＷＭ変調信号が印加される。第２駆動回路１３では、灯具２の投光素子３に定電圧電源から駆動電流が供給され、投光素子３のカソードから抵抗器ＲＳに流れ、投光素子３は駆動される。このとき、図５のようにパルス幅変調された送信情報信号が第２駆動回路１３の抵抗器ＲＳの両端に印加されるため、投光素子３から照明投光される可視光（白色光）には、送信情報信号が重畳されて送信されることとなる。

灯具２の投光素子３から照明投光され、送信情報信号を重畳した可視光は、白色光として照明に使用されるが、その照明光が届く範囲に設置された受信器５にはその光が受光器６に受光される。受光器６の受光素子２３は、送信器１の灯具２から照明投光された可視光を受光すると、受光信号をヘッドアンプ２４により増幅して出力し、さらにその受光信号はアナログアンプ２５により増幅される。増幅された信号は、波形整形回路２６で直流分が除去され、波形整形される。

波形整形された矩形波信号は、デジタルアンプ２７に送られて、デジタル信号として増幅される。その後、矩形波信号の受信情報信号はフィルター回路２８に送られ、フィルター回路２８ではコイル、コンデンサを用いたローパスフィルターにより、ＰＷＭ変調された交流の矩形波信号を、滑らかなアナログ信号とし、そのアナログオーディオ信号はスピーカー２９に出力され、送信器１から送信された商品ＰＲ、商品案内、非常時の音声案内などの音声が、スピーカー２９から発生する。

このように、送信器１においては、高速動作可能な青色光成分を含む白色光を照明投光する投光素子３を使用するため、ＰＷＭ変調されたＰＷＭ変調信号を送信情報信号として、そのまま第２駆動回路１３の抵抗器ＲＳに印加して、可照明視光に重畳させることができ、これにより、送信器１の回路構成を、従来のものより大幅に簡単化、簡素化することができる。

また、受信器５において受光素子として、高感度で数百ＭＨＺという高速応答性の青色光用フォトダイオードを使用するため、広帯域の伝送路を確保することが可能となる。例えば５ＭＨｚの非常に高い周波数の搬送波信号を音声信号等でＰＷＭ変調したＰＷＭ変調信号を可視光に重畳させる場合、４０次程度の高調波まで群遅延の遅延量を最小にする必要があるが、高感度で数百ＭＨＺという高速応答性の青色光用フォトダイオードを使用することにより、４０次程度の帯域である２００ＭＨｚという広帯域を伝送路に確保することができる。これにより、ＰＷＭ信号を受信する従来の受信回路で必要とされていた復調回路や同調回路が不要となり、受信器５の回路構成を大幅に簡単化、簡素化し、受信器５のワンチップ化を実現することも可能となる。

なお、上記実施形態では、送信する送信情報信号として、音声信号を例に説明したが、音声信号のほかに、画像信号,データ信号など各種の情報信号を送受信することもできる。

１送信器
２灯具
３投光素子
４送信器主回路
５受信器
６受光器
１２リフレクタ
１３第２駆動回路
１４第１駆動回路
１５ＰＷＭ変調回路
１６三角波発振回路
１７音源装置
１８入力部
２２集光レンズ
２３受光素子
２４ヘッドアンプ
２５アナログアンプ
２６波形整形回路
２７デジタルアンプ
２８フィルター回路
２９スピーカー

Claims

情報信号を重畳した可視光を照明投光する送信器と、
該送信器から照明投光された可視光を受光し、可視光に重畳された情報信号を取り出す受信器と、
を備えた可視光通信装置において、
該送信器は、信号を変調して送信情報信号を生成する変調回路と、投光素子を駆動して該送信情報信号を可視光に重畳させ、青色光成分を含む白色光を可視照明光として照射する灯具と、を備える一方、
該受信器は、該送信器の灯具から照射された青色光成分を含む白色光を受光する受光器と、受光器から出力された受光信号から受信情報信号を生成する受信回路と、を備え、
該受光器の受光素子として、青色光を最も高感度に受光し受光信号を出力する青色光用フォトダイオードを使用することを特徴とする可視光通信装置。
前記変調回路は、信号をＰＷＭ変調するＰＷＭ変調回路であることを特徴とする請求項１記載の可視光通信装置。
前記送信器の灯具は、青色光成分を含む白色光を照明投光する白色発光ダイオードと、該白色発光ダイオードの電源電流を直接抵抗器に流すように、白色発光ダイオードのカソードとグランド間に抵抗器を接続して白色発光ダイオードを駆動する第２駆動回路と、を備え、
該第２駆動回路の入力側には第１駆動回路を接続し、該第１駆動回路にはＰＷＭ変調された被変調信号を増幅する増幅回路を設け、該第１駆動回路から出力される送信信号を第２駆動回路の抵抗器の両端に印加することを特徴とする請求項２記載の可視光通信装置。
前記受信器の受信回路は、受光信号を増幅した後、波形整形して矩形波信号とし、該矩形波信号をローパスフィルターに通してアナログの受信情報信号を出力することを特徴とする請求項２記載の可視光通信装置。