JP2012147316A - 可視光通信装置 - Google Patents

Abstract

【課題】外乱光による通信への影響を抑え、高速で安定したデータ通信が可能な可視光通信装置を提供すること。
【解決手段】本発明は、送信装置となる照明器具２と、照明器具２との間で可視光通信を行う受信装置３とを備える可視光通信装置１であって、変調制御２１は、所定の１つのダイオードが発光する光の強弱を送信データに応じて変調し、クロック制御部２３は残りの２つの発光ダイオードが発光する光の強弱を互いに同期させてあり且つ反転させており、クロック生成部４７は、クロック用の２つの色の光信号の差を合成してクロック信号を生成し、データ信号合成部４９はクロック用の２つの色の光信号の和を合成してデータ光の強弱の基準にしてデータ光の強弱を判定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ；発光ダイオード）を用いた照明器具と受信装置との間で可視光通信を行う可視光通信装置に関するものである。

特許文献１には、赤色発光ダイオードと、緑色発光ダイオードと、青色発光ダイオードとを有する光源において、赤色発光ダイオードが発する赤色光にデータ信号を載せ、データ信号に応じて赤色光を強弱することが開示されている。また、青色発光ダイオードが発する青色光に青色光の強弱によるクロック信号（トリガ信号）を載せることが開示されている。

この特許文献１の技術では、データ信号が載せられている赤色光のみの強弱を判定することにより、例えば２値（０、１）の信号強度が基準よりも大きいか小さいかで「１」なのか「０」なのかを判定している。

特開２００９−２９０３６１号公報

しかし、照明器具と通信装置との間の空間には外部から種々の光が侵入し、それが外乱光となって可視光通信を阻害するという問題がある。
例えば、周辺光に含まれている青色光、赤色光や緑色光、又は可視光通信を行っている他の照明器具の青色光、赤色光や緑色光により、データ信号を送っている赤色光の２値の強弱（Ｈ／Ｌ）の基準にぶれが生じることがある。
また、クロック信号を発する色の光のパルス信号においても、上述した外乱光によりクロック信号に乱れを生じて通信を阻害することがある。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、外乱光による通信への影響を抑え、高速で安定したデータ通信が可能な可視光通信装置の提供を目的とする。

上記課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、送信装置となる照明器具と、照明器具との間で可視光通信を行う受信装置とを備える可視光通信装置であって、照明器具は、赤色発光ダイオードと、緑色発光ダイオードと、青色発光ダイオードとを有する光源と、各発光ダイオードが発光する光の強弱のデューティ比を設定する点灯制御部と、所定の１つのダイオードが発光する光の強弱を送信データに応じて変調する変調制御部と、残りの２つの発光ダイオードの発光を所定の周期で強弱するクロック制御部とを備え、クロック制御部は２つの発光ダイオードが発光する光の強弱を互いに同期させてあり且つ反転させており、受信装置は、クロック用の２つの色の光信号の差を合成してクロック信号を生成するクロック生成部と、クロック用の２つの色の光信号の和を合成してデータ光の強弱の基準にしてデータ光の強弱を判定するデータ信号合成部とを備えることを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、データ光は青色発光ダイオードが発する青色光であり、クロック信号光は赤色発光ダイオードが発する赤色光と緑色発光ダイオードが発する緑色光であることを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の発明において、変調制御部は、データを２値の複数ビットに変換しており且つデータ信号のビット数を設定したビット数より多いビット数に変換するビット変換部を備え、ビット変換部では全てのビットを一定長以上連続して同値にしないことを特徴とする。

請求項１に記載の発明によれば、クロック生成部では、互いに同期かつ論理を反転させた２色のクロック信号光の強度差を用いているので、図３（ａ）に示すように２倍振幅のクロック信号となる。従って外乱光の影響を受けにくく、データ取得のタイミングを安定に得ることができる。
更に、データ信号合成部では、データ信号光と同時に受けた２色のクロック信号光強度の和をデータ信号光のＨ／Ｌ判定基準値としているので、多くの場合白色である外乱光が加わっても、基準値とデータ信号光との相対的強弱に関わらないので影響を受け難く、高速送受信が可能である。

請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載の発明と同様な作用効果を奏すると共に、白色や昼光色光下において、青色光の強度変化は他色に比べて照射物の色味を大きく変化させることはないので、データ信号光を青色とすることによって、照射物に対する演色性変化を最小限に抑えることができる。

請求項３に記載の発明によれば、請求項１又は２に記載の発明と同様な作用効果を奏すると共に、データ信号を載せた色のパルス信号において、０が全てのビットで一定長以上連続しないので、パルス信号が一定長以上連続して弱（Ｌ）にならない。これにより、消灯が連続しないから、照明のちらつきを防止できる。

本発明の実施の形態に係る可視光通信装置のブロック図である。 照明器具における各色の発光ダイオードが発する発光光のパルス波形の図であり、（ａ）は赤色発光ダイオードが発する赤色光（Ｒ）のパルス波形、（ｂ）は緑色発光ダイオードが発する緑色光（Ｇ）のパルス波形、（ｃ）は青色発光ダイオードが発する青色光（Ｂ）のパルス波形である。尚、図２において（ｃ）に付記している数値は、２値のデータ信号を示している。 受信部における受信光を合成した波形を示し、（ａ）は赤色光のパルス波形と緑色光のパルス波形の差（Ｒ−Ｇ）を合成した波形であり、（ｂ）は赤色光のパルス波形と緑色光のパルス波形の和（Ｒ＋Ｇ）を合成した波形であり、（ｃ）は２Ｂ−（Ｒ＋Ｂ）による青色光のパルス波形と基準値Ｓとの関係を示す波形である。

以下に、図１〜図３を参照して本発明の実施形態を説明する。本実施の形態に係る可視光通信装置１は、室内に設置した照明器具２とその室内にある受信装置３との間でデータ通信を行うものである。

照明器具２は光源として、赤色発光ダイオード５、緑色発光ダイオード７、青色発光ダイオード９とを備えており、各発光ダイオードで照明を行うものである。この照明器具２は、これらの発光ダイオード５、７、９の点灯を制御する点灯制御部１１、送信制御部１３、通信設定部１５及びデータ部１７を備えている。

データ部１７には、文字や画像又は音声データ等のデータが収納されている。
通信設定部１５は、データ部１７から受けたデータを送信用の信号に変調しており、送信するデータに応じて所定のＬＥＤ５、７、９の光を強弱することにより生じるパルス光に変調する。通信設定部１５では、例えば、マンチェスター方式によりデータを２値の８Ｂ（ビット）信号に変調する。

点灯制御部１１は、各ＬＥＤに供給する電流を制御し、所定のデューティ比や調光係数で各ＬＥＤ５、７、９を点灯するようにしている。
送信制御部１３には、ビット変調部１９、変調制御部２１及びクロック制御部２３が設けてある。

ビット変換部１９は、通信設定部１５で変調したビット数よりも多い数のビット数に変換するものであり、本実施の形態では、８Ｂ（ビット）を１０Ｂに変換し且つ全てのビットが連続した状態が生じないようにしているが、本実施の形態では連続して４ビット以上で同じ値（１又は０）が連続しないようにしている（いわゆる８Ｂ１０Ｂ変換）。
変調制御部２１は、ビット変換部１９で変換後のデータ信号を、青色ＬＥＤ９の発光が所定の強弱信号となるように変調するものである。

データ部１７に収納されているデータは、通信設定部１５及びビット変換部１９で変調変換した後、ドライバ回路２５を介して青色ＬＥＤ９の発光を強弱するように電流を流すことにより、図２（ｃ）で示すような青色光（Ｂ）のパルス波形になる。

クロック制御部２３では、データ信号を付与した青色ダイオード９のパルス波形に対するクロック信号を送るものであり、赤色ＬＥＤ５と緑色ＬＥＤ７とが同期して所定周期で発光が強弱するパルス信号を発する共に、図２（ａ）及び（ｂ）で示すように、赤色ＬＥＤ５が発するパルス信号Ｒと、緑色ＬＥＤ７が発するパルス信号Ｇとは互い強弱を反転させたパルス波形として生成する。
尚、赤色ＬＥＤ５及び緑色ＬＥＤ７は、各々ドライバ回路２７、２６により流れる電流が制御されることにより、クロック制御部２３からの信号にもとづいて強弱発光する。

次に、受信装置３について説明する。受信装置３は、各色の光フィルタ３３、３５、３７を介して、各対応する赤色光受光部３９、緑色光受光部４１、青色光受光部４３によりそれぞれの色のパルス信号を受光し、合成処理部４５で演算処理する。

合成処理部４５には、クロック生成部４７、データ信号合成部４９設けられており、各光信号を処理する。

クロック生成部４７では、互いに同期して且つ強弱が反転している赤色光（Ｒ）と緑色光（Ｇ）との差を取り、図３（ａ）に示すようにＲ−Ｇの処理をする。更に、クロック生成部４７では、図３（ｂ）に示すように赤色光（Ｒ）と緑色光（Ｇ）との和（Ｒ＋Ｇ）を演算処理し、基準レベルＳを設定する。

データ信号合成部４９では、青色光を２倍に増幅し、クロック生成部４７で得た基準レベルＳを元にして青色光の強（＋１）弱（−１）を判定する。即ち、データ信号合成部４９では、図３（ｃ）に示すように、２Ｂ−（Ｒ＋Ｇ）を演算処理し、青色光の強弱を判定する。

合成処理部４５のデータ信号合成部４９で得た強（＋１）、弱（−１）の２値データは、復調制御５１で復調され、データ信号として生成する。このデータ信号は、文字や画像データであればディスプレイ５３に表示し、音声データの場合にはスピーカ５５から増幅して出力する。

本実施の形態によれば、クロック生成部４７は、互いに同期かつ論理を反転させた赤色光（Ｒ）と緑色光（Ｇ）の２色の光信号の強度差（Ｒ−Ｇ）をクロック信号（タイミング信号）とすることで、２倍のクロック信号の振幅を得る。従って、クロック信号が外乱光の影響を受けにくく、データ取得のタイミングを安定に得ることができる。

同時に、クロック生成部４７では、赤色光（Ｒ）と緑色光（Ｇ）の信号の和である（Ｒ＋Ｇ）を演算して基準レベルＳを合成している。このＳをデータ信号光（２Ｂ）のＨ／Ｌ判定基準値としているので、多くの場合白色である外乱光が加わっても、基準値とデータ信号光との相対的強弱に関わらないので影響を受け難い。

また基準レベルＳは、赤色光（Ｒ）と緑色光（Ｇ）の２色の光強度の和であるので、１色の光（赤又は緑）のパルス信号を基準にする場合と比較して外乱による基準値の変動を受け難い。さらに基準レベルＳが振幅２Ｂの中心付近ではなく、外乱により上下にシフトしても、これを手掛かりに容易にＢの大小を比較判定することができる。したがって、本実施の形態によれば、外乱光による影響を受け難く、高速かつ安定したデータ通信が可能である。

本実施の形態では、白色や昼光色光下において、青色光の強弱変化は他色に比べて照射物の色味を大きく変化させることはないので、データ信号光を青色とすることによって、照射物に対する演色性変化を最小限に抑えることができる。

更に、本実施の形態において、送信制御部１３では、８Ｂ１０Ｂ（８ビットを１０ビットに変換）などのビット変換を行って、２値の０または１が一定長以上連続しないようにしている。これにより青色光Ｂだけが視覚的に明る過ぎるか暗過ぎることによりＲＧＢの色バランスが崩れることと、フリッカ（ちらつき）を防止する。

また、２値のうちの一方の値（０又は１）が全てのビットで一定長以上連続しないので、各ＬＥＤの発光に際して誤動作を防止できる。
各色のＬＥＤによる光信号は、光の強弱信号としているので、高速送受信が可能である。

本発明は上述した実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形可能である。

例えば、データ信号を載せる光の色は、青色光（Ｂ）に限らず、赤色光（Ｒ）や緑色光（Ｂ）であっても良く、データ信号の載せた色の光以外の２つの色の光をクロック信号として用いても良い。
データ信号長は８ビット（８Ｂ）に限らず、４ビット（４Ｂ）等の他のビット数でもよく、ビット数は制限されない。また、ビット変換部１９では、通信設定部１５で設定されたビット数よりも多い数のビット数を設定すればよく、例えば、いわゆる４Ｂ５Ｂであっても良い。
照明器具と端末（受信装置）それぞれが送信機能と受信機能を持つ双方向通信システムを構成しても良い。この場合アップリンクとダウンリンクの２チャンネル通信となるが、全２重（Ｆｕｌｌ Ｄｕｐｌｅｘ）通信を行う時は、クロック信号光とデータ信号光の色をチャンネル毎に変えることでクロストークを抑制することができる。

１ 可視光通信装置
２ 照明器具
３ 受信装置
５ 赤色発光ダイオード
７ 緑色発光ダイオード
９ 青色発光ダイオード
１１ 点灯制御部
１３ 送信制御部
１５ 通信設定部
１７ データ部
１９ ビット変換部
２１ 変調制御部
２３ クロック制御部
４７ クロック生成部
４９ データ信号合成部

Claims (3)

1. 照明器具と、照明器具との間で可視光通信を行う受信装置とを備える可視光通信装置であって、
   照明器具は、赤色発光ダイオードと、緑色発光ダイオードと、青色発光ダイオードとを有する光源と、各発光ダイオードが発光する光の強弱のデューティ比を設定する点灯制御部と、所定の１つのダイオードが発光する光の強弱を送信データに応じて変調する変調制御部と、残りの２つの発光ダイオードの発光を所定の周期で強弱するクロック制御部とを備え、クロック制御部は２つの発光ダイオードが発光する光の強弱を互いに同期させてあり且つ反転させており、
   受信装置は、クロック用の２つの色の光信号の差を合成してクロック信号を生成するクロック生成部と、クロック用の２つの色の光信号の和を合成してデータ光の強弱の基準にしてデータ光の強弱を判定するデータ信号合成部とを備えることを特徴とする可視光通信装置。
2. データ光は青色発光ダイオードが発する青色光であり、クロック信号光は赤色発光ダイオードが発する赤色光と緑色発光ダイオードが発する緑色光であることを特徴とする請求項１に記載の可視光通信装置。
3. 変調制御部は、データを２値の複数ビットに変換しており且つデータ信号のビット数を設定したビット数より多いビット数に変換するビット変換部を備え、ビット変換部では全てのビットを一定長以上連続して同値にしないことを特徴とする請求項１又は２に記載の可視光通信装置。

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