JP2013223047A - 伝送システム、送信装置および受信装置 - Google Patents

Abstract

【課題】より簡易に可視光通信を行う伝送システム、ならびに、これに用いられる送信装置および受信装置を提供する。
【解決手段】実施形態によれば、伝送システムは、送信装置および受信装置を備える。前記送信装置は、送信データを所定のチップレートで変調して変調信号を生成する変調部と、前記変調信号に応じた可視光を照射する１または複数の光源と、を有する。前記受信装置は、１ライン以上の受光素子を有し、前記可視光を含む所定の範囲の光を受光する受光部と、前記受光部が受光した光に応じて生成された画像データを保持するフレームバッファと、前記画像データを復調して前記送信データに対応する受信データを生成する復調部と、を有する。そして、下式を満たす。
ｆｆ＜ｆｍ
ここで、ｆｍは前記チップレート、ｆｆは前記受光部のフレームレートである。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、伝送システム、送信装置および受信装置に関する。

可視光にデータを重畳して送信装置から受信装置へデータを伝送するシステムが知られている。送信装置では、可視光を照射するＬＥＤ（Light Emitting Diode）等の光源を、送信すべきデータに応じて点滅させる。受信装置では、光源から照射された可視光をＰＤ（Photo Diode）やイメージセンサで撮影および復調し、データを受信する。特にイメージセンサを用いた受信装置では、受信時に光源をセンサ上にとらえておく必要があり、ユーザビリティ向上のため受信と同時に全画角のプレビューを実現することが望ましい。

この伝送システムでは、送信装置の光源の周波数を高くして光源の点滅を不可視とすることで、通常の照明やディスプレイ本来の動作を妨げずに情報伝送が可能である。一方、受信装置は低電力かつ低コストでの実装が望まれることから、そのフレームレートが低いのが望ましい。一般に、高周波数での光源の点滅を、フレームレートが低い受信装置で捉えるのは困難である。

実効的なフレームレートを高めるために、受信装置で撮影可能な領域のうちの一部のみにアクセスする手法が考えられる。しかしながら、光源の周囲にはアクセスしないため、全画角をプレビューできないという問題がある。この場合、光源の位置を探すことや、複数光源への対応が困難となる。一方、特殊な構造のイメージセンサを用いてプレビューを可能にすると、実装コストが高くなってしまうという問題がある。

Md. Shakowat Zaman Sarker et. al, "A CMOS Imager and 2-D Light Pulse Receiver Array for Spatial Optical Communication", IEEE Asian Solid-State Circuits Conference, November 16 - 18, 2009, p. 113 - 116. Shinya Itoh et .al, " A COMS Image Sensor for 10Mb/s 70m-Range LED Based Spatial Optical Communication ", IEEE International Solid State Circuit Conference 2010 Dig. of Tech. Papers, pp. 402 - 403.

より簡易に可視光通信を行う伝送システム、ならびに、これに用いられる送信装置および受信装置を提供する。

実施形態によれば、伝送システムは、送信装置および受信装置を備える。前記送信装置は、送信データを所定のチップレートで変調して変調信号を生成する変調部と、前記変調信号に応じた可視光を照射する１または複数の光源と、を有する。前記受信装置は、１ライン以上の受光素子を有し、前記可視光を含む所定の範囲の光を受光する受光部と、前記受光部が受光した光に応じて生成された画像データを保持するフレームバッファと、前記画像データを復調して前記送信データに対応する受信データを生成する復調部と、を有する。そして、下式を満たす。

ｆｆ＜ｆｍ
ここで、ｆｍは前記チップレート、ｆｆは前記受光部のフレームレートである。

第１の実施形態に係る伝送システムの概略構成を示すブロック図。 第１の実施形態に係る伝送システムの処理動作の一例を示すフローチャート。 送信装置１００の動作を説明する図。 受信装置２００の受光部２１の概略構成を示す図。 受光部２１の動作の概略を説明する図。 図５の受光部２１の撮影結果に基づいて、フレームバッファ２２が生成する画像データ２２ａを示す図。 ｆｍ＝ｆｒｘ／２の場合の変調信号の一例を示す図。 図７の変調信号に応じて照射される可視光を撮影した画像データ２２ａを示す図。 第２の実施形態に係る伝送システムの受信装置２０１の内部構成を示すブロック図。 第２の実施形態に係る伝送システムの処理動作の一例を示すフローチャート。 光源検出部２３１の処理動作の概略を説明する図。 第３の実施形態に係る変調信号の生成手順を示すフローチャート。 変調信号の生成手順を説明する図。 変調信号の生成手順を説明する図。 マンチェスタ符号化を説明する図。 バーカー系列を説明する図。 バーカー系列の逆拡散を示す図。 第４の実施形態に係る変調信号の生成手順を示すフローチャート。 変調信号の生成手順を説明する図。 変調信号の生成手順を説明する図。 図２０のタイミングＡで撮影された場合の画像データを示す図。 図２０のタイミングＢで撮影された場合の画像データを示す図。 図２０のタイミングＣで撮影された場合の画像データを示す図。 第５の実施形態に係る受信装置２０２の内部構成を示すブロック図。 第５の実施形態に係る伝送システムの処理動作の一例を示すフローチャート。 受光部２１により撮影された光源１２と受信データＤｒとの関係を示す図。 第６の実施形態に係る受信装置２０３の内部構成を示すブロック図。 調整部２５の処理動作の一例を示すフローチャート。 図２８の変形例であるフローチャート。 調整部２５の処理動作の一例を示すフローチャート。 図３０の変形例であるフローチャート。

以下、実施形態について、図面を参照しながら具体的に説明する。

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る伝送システムの概略構成を示すブロック図である。伝送システムは、送信装置１００および受信装置２００を備えている。

送信装置１００は、変調部１１と、光源１２とを有する。変調部１１は、送信データＤｔを変調し、変調信号を光源１２に供給する。光源１２は、例えばＬＥＤであり、変調信号に応じて可視光を照射する。すなわち、この可視光には送信データＤｔが重畳されている。光源１２は、照明装置の光源であってもよいし、液晶ディスプレイ等のバックライトであってもよい。なお、同図では１つの光源１２を描いているが、受信装置２００が複数の光源１２を有してもよい。

受信装置２００は、受光部２１と、フレームバッファ２２と、復調部２３と、表示部２４とを有する。受光部２１はＣＣＤカメラやＣＭＯＳセンサ等のイメージセンサである。この受光部２１は光源１２が照射する可視光およびその周囲の範囲の光を受光（撮影）する。フレームバッファ２２は受光部２１が受光・光電変換した光の輝度情報から画像データを生成し、生成された画像データを保持する。復調部２３は、画像データを復調して、送信データＤｔに対応する受信データＤｒを生成する。表示部２４は画像データの全画角に対応する画像を表示する。画像データの全画角に対応する画像は、画像データを適宜リサイズしたものであってもよい。

図２は、第１の実施形態に係る伝送システムの処理動作の一例を示すフローチャートである。まず、送信装置１００の変調部１１は送信データＤｔを変調して変調信号を生成する（ステップＳ１）。そして、光源１２は変調信号に応じて可視光を照射する（ステップＳ２）。次いで、受信装置２００の受光部２１は可視光を受光する（ステップＳ３）。そして、フレームバッファ２２は受光した光に応じた画像データを生成する（ステップＳ４）。さらに、復調部２３は画像データを復調して受信データＤｒを生成する（ステップＳ５）。また、必要に応じて表示部２４は画像データを表示する。以下、各部の処理動作を詳しく説明する。

図３は、送信装置１００の動作を説明する図である。同図では送信データＤｔ＝“０１０１”の例を示している。同図（ａ）に示すように、変調部１１は、送信データＤｔに応じて、変調信号を、時刻ｔ１でロウ、時刻ｔ２でハイ、時刻ｔ３でロウ、時刻ｔ４でハイに設定する。この時刻ｔ１とｔ２の差の時間は光源の明滅制御の単位時間であり、ここではチップ時間Ｔｍと定義する。またその逆数をチップレートｆｍと定義する。また、以降では、同図（ｂ）に示すように、変調信号がハイであれば光源１２は点灯し、ロウであれば光源１２は消灯するものとする。

変調部１１は光源１２が点滅していることが人間に認識されないような変調信号を生成するのが望ましい。そのためには、チップレートｆｍはある程度高く、例えば１００Ｈｚ以上である。

図４は、受信装置２００の受光部２１の概略構成を示す図である。受光部２１はマトリクス状に並ぶ複数の受光素子（イメージセンサピクセル）を有する。より具体的には、スキャン方向である垂直方向にはＮ個、これと垂直な水平方向にはＭ個の受光素子が並ぶ（Ｎ，Ｍは１以上の整数）。そして、水平方向に並ぶＭ個の受光素子からなる１ラインをスキャン（受光、撮影）し始めてから次のラインをスキャンし始めるまでの時間をラインスキャン周期Ｔｒｘとし、ラインスキャン周波数をｆｒｘ（＝１／Ｔｒｘ）とする。ここで、受光部２１の同一のラインにアクセスする周期の最小値をフレーム周期Ｔｆとし、フレームレートをｆｆ（＝１／Ｔｆ）と定義する。例えば受信装置２００では、フレームレートｆｆはほぼｆｒｘ／Ｎ（＝１／（Ｎ＊Ｔｒｘ））であり、例えば３０ｆｐｓ（frame per second）あるいは６０ｆｐｓである。

ここで、本実施形態の特徴の１つとして、チップレートｆｍおよびフレームレートｆｆは下記（１）式を満たす。
ｆｆ＜ｆｍ ・・・（１）

以下では、説明を簡略化するために、受光部２１の受光素子数を８ｘ８（Ｎ＝Ｍ＝８）とし、中央の４ｘ４個の受光素子で光源１２が照射する可視光を受光するものとする。

図５は、受光部２１の動作の概略を説明する図であり、図３および図４と対応している。そして、時刻ｔ１〜ｔ４で、受光部２１の第３〜６ライン３１〜３４がそれぞれ撮影を行うものとする。また、チップレートｆｍ＝ラインスキャン周波数ｆｒｘの例を示している。

図５（ａ）に示すように、時刻ｔ１では光源１２は消灯しているため、受光部２１の第３ライン３１では光源１２は撮影されない。同図（ｂ）に示すように、時刻ｔ２では光源１２は点灯しているため、受光部２１の第４ライン３２の位置に対応する光源１２の一部が撮影される。同様に、時刻ｔ３では光源１２は撮影されず（同図（ｃ））、時刻ｔ４では光源１２の一部が撮影される（同図（ｄ））。なお、特に図示していないが、時刻ｔ１より前に第１ラインおよび第２ラインが撮影されており、時刻ｔ４より後に第７ライン目および第８ラインが撮影される。

図６は、図５の受光部２１の撮影結果に基づいて、フレームバッファ２２が生成する画像データ２２ａを示す図である。この画像データ２２ａの各画素は、受光部２１の各受光素子と１対１で対応している。よって、画像データ２２ａは、それぞれがＭ画素を有するＮ本の走査線から構成される。

同図に示すように、時刻ｔ２で撮影された受光部２１の第４ライン３２に対応する４本目の走査線４２、および、時刻ｔ４で撮影された受光部２１の第６ライン３４に対応する６本目の走査線４４には光源１２の一部が現れるが、時刻ｔ１で撮影された受光部２１の第３ライン３１に対応する３本目の走査線４１、および、時刻ｔ３で撮影された受光部２１の第５ライン３３に対応する５本目の走査線４３には光源１２が現れない。

同図の画像データ２２ａが表示部２４に表示される。よって、本実施形態では、光源１２のみではなく、受光部２１が撮影した全画角をプレビューすることができる。

また、図６は、復調部２３の処理動作も示している。本実施形態では画像データ２２ａにおける光源１２に対応する領域、すなわち、光源１２が撮影される位置および大きさが既知であると仮定している。図６では、ｆｍ＝ｆｒｘであるから、復調部２３は、光源１２に対応する領域において、各走査線の輝度をサンプリングする。そして、復調部２３は、サンプリング値を結合することにより、受信データＤｒを生成する。より具体的には、走査線４１〜４４のサンプリング値は、それぞれ、０（暗）、１（明）、０（暗）、１（明）である。そして、これらを結合した“０１０１”が受信データＤｒである。このようにして、図３の送信データＤｔと等価な受信データＤｔが受信装置２００において得られる。

以上はｆｍ＝ｆｒｘである例であるが、上記（１）式を満たしていれば、チップレートｆｍはラインスキャン周波数ｆｒｘより低くてもよい。ｆｍ＝ｆｒｘ／２の場合について、図３〜図６との相違点を中心に説明する。

図７は、ｆｍ＝ｆｒｘ／２の場合の変調信号の一例を示す図であり、送信データＤｔ＝“０１”である例を示している。送信データＤｔのチップ時間をＴｍ＝２＊Ｔｒｘで表現する。

図８は、図７の変調信号に応じて照射される可視光を撮影した画像データ２２ａを示す図である。図示のように、時刻ｔ３，ｔ４で撮影された受光部２１の第５ライン３３および第６ライン３４に対応する５本目の走査線４３および６本目の走査線４４に光源１２の一部が現れる。そして、ｆｍ＝ｆｒｘ／２であるから、復調部２３は、光源１２に対応する領域において、連続する２ラインの走査線につき１本の走査線、例えば走査線４１および走査線４３の輝度をサンプリングする。そして、復調部２３はサンプリング値を結合した“０１”を受信データＤｒとする。

より一般的には、ｆｍ＝ｆｒｘ／ｐ、すなわち、Ｔｍ＝ｐ＊Ｔｒｘの場合、復調部２３は、光源１２に対応する領域において、始点となる走査線からｐの倍数本目のラインの走査線をサンプリングすればよい。ｐの倍数が整数でない場合は四捨五入などでｐの倍数の最近傍のラインの走査線をサンプリングすればよい。

このように、第１の実施形態では、変調信号のチップレートｆｍを、受光部２１のフレームレートｆｆより大きくする。そして、チップレートｆｍとラインスキャン周波数ｆｒｘとの比に応じて、画像データの輝度をサンプリングして受信データＤｒを生成する。受信装置２００では、受光部２１で全画角の画像を取得しながら（プレビューしながら）、受光部２１のフレームレートｆｆより高い周波数で点滅する光源１２からの情報を伝送できる。また、特殊な受光部２１を用いるわけではなく、既存のイメージセンサとの互換性を確保できるので、実装コストの上昇を抑制できる。

なお、送信装置１００内に複数の光源１２が存在する場合、チップレートは光源１２ごとに異なっていても構わない。また、輝度の階調は“０”と“１”の２値だけではなく３値以上であっても構わない。

（第２の実施形態）
以下に説明する第２の実施形態は、画像データから光源１２の位置を検出し、受信データＤｒを生成するものである。

図９は、第２の実施形態に係る伝送システムの受信装置２０１の内部構成を示すブロック図である。図９では、図１と共通する構成部分には同一の符号を付しており、以下では相違点を中心に説明する。受信装置２０１の復調部２３は、光源検出部２３１と、結合部２３２とを有する。

本実施形態では、送信装置１００が生成する変調信号は、予め定めたパターンの同期信号を含む。そして、光源検出部２３１は、画像データから同期信号を探索することにより、光源１２に対応する領域を検出する。結合部２３２は、検出された領域において、輝度のサンプリングおよびサンプリング値の結合を行って、受信データＤｒを生成する。

図１０は、第２の実施形態に係る伝送システムの処理動作の一例を示すフローチャートである。本実施形態では、画像データ生成（ステップＳ４）後に、光源検出部２３１が光源１２に対応する領域を検出する（ステップＳ５１）。そして、結合部２３２は、光源１２に対応する領域の画像データを復調して、受信データＤｒを生成する（ステップＳ５２）。より具体的には、光源１２に対応する領域の画像データにおいて、結合部２３２は、輝度のサンプリングおよびサンプリング値の結合を行って、受信データＤｒを生成する。

図１１は、光源検出部２３１の処理動作の概略を説明する図である。同図では、同期信号Ｓｙｎｃ＝“１１０１”の４ビットであり、ｆｍ＝ｆｒｘである場合の、画像データ２２ａを示している。光源検出部２３１は、同図の一点鎖線で示すように、連続する４ラインの走査線の輝度を順次サンプリングして同期信号“１１０１”を探索する。例えば、光源検出部２３１はサンプリング値と同期信号との内積演算等を行って探索する。

そして、同図の符号２３ｂに示すように、同期信号Ｓｙｎｃが見つかると、結合部２３２は、同期信号Ｓｙｎｃに引き続く走査線の輝度をサンプリングおよび結合し、受信信号Ｄｒを生成する。

このように、第２の実施形態では、光源検出部２３１を設け、光源１２の位置を特定する。よって、高精度に受信データＤｒを生成できる。

なお、同期信号は０値および１値を組み合わせたものではなく、光源１２が照射する可視光の輝度を変調したものであってもよい。

（第３の実施形態）
以下に説明する第３の実施形態は、第２の実施形態の具体例である。

第２の実施形態で説明した同期信号Ｓｙｎｃを含む変調信号は、送信装置１００の変調部１１により生成される。

図１２は、第３の実施形態に係る変調信号の生成手順を示すフローチャートである。また、図１３および図１４は、変調信号の生成手順を説明する図である。

まず、変調部１１は送信データＤｔにヘッダを付与する（ステップＳ１１）。ヘッダは、例えば変調信号の先頭であることを示すとともに、データ信号Ｄｔの長さを示す１バイトの信号である。また、データ信号Ｄｔの長さは、例えば１バイト単位であり、１〜２５５バイトとする。これにより、図１３（ａ）に示す信号が生成される。

続いて、変調部１１は、ステップＳ１１により生成された、ヘッダおよび送信データＤｔから構成される信号を４ビットずつに分割する（ステップＳ１２）。これにより、図１３（ｂ）に示す信号が生成される。

そして、変調部１１は、ステップＳ１２により生成された、分割された４ビットから構成される信号に、ヘッダ識別ビットＨＤを付与する（ステップＳ１３）。ヘッダ識別ビットＨＤは１ビットであり、付与される４ビットがヘッダであれば１値、ヘッダではなく送信データＤｔ（またはその一部）であれば０値とする。これにより、図１３（ｃ）に示す信号が生成される。

次に、変調部１１は、ステップＳ１３により生成された、ヘッダ識別ビットＨＤおよび分割された４ビットから構成される信号をマンチェスタ符号化する（ステップＳ１４）。これにより、図１３（ｄ）に示す信号が生成される。以下では、この信号を単にデータ信号と呼ぶ。

さらに、変調部１１は、ステップＳ１４により生成されたデータ信号に、同期信号Ｓｙｎｃを付与する（ステップＳ１５）。同期信号は、例えば５以上のバーカー（Barker）系列であり、例えば“１１１０１”のバーカー５である。これにより、図１３（ｅ）に示す信号が生成される。この信号をフレームセットと呼ぶ。このフレームセットは受光部２１の１フレームで少なくとも１回撮影されるべき信号である。さらに、変調部１１は、ステップＳ１５により生成されたフレームセットを所定数繰り返す（ステップＳ１６）。これにより、図１３（ｆ）に示す信号が生成される。繰り返す回数は、同一のフレームセットを繰り返す時間が、フレームレートｆｆの逆数であるフレーム周期Ｔｆと同等またはそれ以上になるように定められる。より具体的には、図１３（ｅ）のフレームセットの時間をＴｂとすると、繰り返す数Ｃは、下記（２）式を満たすようにする。
Ｃ＊Ｔｂ≧１／ｆｆ ・・・（２）

変調部１１は、以上のステップＳ１３〜Ｓ１６を、ステップＳ１２で生成された全ての４ビットの信号に対して行う。そして、ステップＳ１６で生成された繰り返し後の信号を連結して、図１４に示す変調信号を生成する。

ここで、データ信号をマンチェスタ符号化し、同期信号を５以上のバーカー（Barker）系列とする理由を説明する。

図１５は、マンチェスタ符号化を説明する図である。マンチェスタ符号化では、０値を“０１”に、１値を“１０”に符号化する。この符号化方式によると、デューティ比、すなわち、０値と１値との比が５０％であるから、光源１２が照射する可視光が変調されていることが人間の目に認識されにくい。また、マンチェスタ符号をどのように並べても、０値が３つ以上連続することはないし、１値が３つ以上連続することはない。よって、データ信号には“１１１”は現れない。

図１６は、バーカー系列を説明する図である。５以上のバーカー系列として、図示のように、バーカー５，バーカー７，バーカー１１およびバーカー１３が知られている。これらは、いずれも少なくとも１つの“１１１”というパターンを含む。よって、マンチェスタ符号化されたデータ信号に同期信号Ｓｙｎｃがデータ信号に現れることはない。これにより、同期信号Ｓｙｎｃの検出エラーを防止できる。

バーカー系列は自己相関ピークが最大となる系列であり、高精度に時間同期を行うことに適している。図１７はバーカー系列の逆拡散を示す図である。図示のように、自己相関値は大きくなるが、その他の相関値は小さくなる。そのため、光源検出部２３１はバーカー逆拡散処理を行い、そのピーク位置を取得することで、光源１２の位置を検出できる。また、検出された位置に基づいて、結合部２３２はマンチェスタ逆拡散処理を行って、受信データＤｒを生成すればよい。

このように、第３の実施形態では、同期信号を５以上のバーカー系列とし、データ信号をマンチェスタ符号化する。よって、高精度に同期信号Ｓｙｎｃを検出できる。

なお、上記説明したマンチェスタ符号化およびバーカー系列は、あくまで一例に過ぎない。フレームセットは、符号化されたデータ信号と、これには現れないパターンの同期信号を含んでいればよい。また、少なくとも同期信号Ｓｙｎｃおよび送信データＤｔを含んでいればよく、さらに誤り訂正用の情報等を含んでいてもよい。

（第４の実施形態）
以下に説明する第４の実施形態は、送信データＤｔに、さらにフレーム判別ビットを付与するものである。

図１８は、第４の実施形態に係る変調信号の生成手順を示すフローチャートである。また、図１９および図２０は、変調信号の生成手順を説明する図である。以下、第３の実施形態（図１２〜図１４）との違いについて主に説明する。

本実施形態の変調部１１は、データ信号に、ヘッダ識別ビットＨＤに加え、フレーム判別ビットＳ０，Ｓ１を付与する（ステップＳ１３’）。図１９（ａ）に示すように、フレーム判別ビットＳ０，Ｓ１はそれぞれ１ビットであり、ヘッダ識別ビットＨＤの前および後、より具体的にはデータ信号の最上位ビットおよび最下位ビットとして付与される。

フレーム判別ビットＳ０，Ｓ１は、分割された各４ビットが、分割前の１バイトの上位４ビットであれば１値、下位４ビットであれば０値とする。結果として、ある４ビットに付与されるフレーム判別ビットＳ０，Ｓ１は互いに値が等しいが、ある４ビットに付与されるフレーム判別ビットＳ０，Ｓ１の値は引き続く４ビットに付与されるフレーム判別ビットＳ０，Ｓ１の値とは異なる。

そして、変調部１１は、ステップＳ１３’により生成された信号をマンチェスタ符号化し（ステップＳ１４）、さらに、同期信号Ｓｙｎｃを付与する（ステップＳ１５）。これにより、図１９（ｂ）に示すフレームセットが生成される。

次いで、変調部１１は、フレームセットを所定数繰り返し（ステップＳ１６、図１９（ｃ））および連結（ステップＳ１７）して、図２０に示す変調信号を生成する。

図２０に示す変調信号は、撮影タイミングや、光源１２と受光部２１との距離等に応じて、種々の位相で受光部２１に撮影されることが想定される。

図２１は、図２０のタイミングＡで撮影された場合の画像データを示す図である。同図では、２回の同期信号Ｓｙｎｃ、および、これらの間のデータＤ０（送信データＤｔの一部）が重畳された可視光が撮影されている。この場合、結合部２３２は、２回の同期信号Ｓｙｎｃが撮影された走査線間の走査線の輝度をサンプリングすることで、データＤ０を復号できる。

図２１のようなタイミングで撮影された場合は、比較的簡易に復号処理を実行できる。ところが、異なるタイミングで変調信号が撮影されることもある。

図２２は、図２０のタイミングＢで撮影された場合の画像データを示す図である。同図は、１回の同期信号Ｓｙｎｃ、同期信号Ｓｙｎｃより前のデータＤ０の一部、および、同期信号Ｓｙｎｃより後のデータ信号Ｄ０の一部が重畳された可視光が撮影されている。すなわち、同期信号Ｓｙｎｃの前のデータおよび後のデータは、同一のデータＤ０の一部である。この場合、同期信号Ｓｙｎｃの前のフレーム判別ビットＳ０の値は、同期信号Ｓｙｎｃの後のフレーム判別ビットＳ０の値と等しい。

フレーム判別ビットＳ０，Ｓ１の値が互いに等しいことに基づいて、結合部２３２は、同期信号Ｓｙｎｃより前のデータおよび後のデータは、同一データの一部であることを認識できる。よって、結合部２３２は、フレーム判別ビットＳ１より下の走査線から光源１２の下部に相当する走査線、および、光源１２の上部に相当する走査線からフレーム判別ビットＳ０より上の走査線を、循環的にサンプリングおよび結合することで、データＤ０を復号できる。

図２３は、図２０のタイミングＣで撮影された場合の画像データを示す図である。この場合、期間ｃ１に撮影されたフレームＦ１（同図（ａ））では、データＤ０の後半、同期信号ＳｙｎｃおよびデータＤ１の前半が現れる。そして、期間ｃ２において撮影されたフレームＦ２（同図（ｂ））では、データＤ１の後半、同期信号Ｓｙｎｃおよび引き続くデータＤ１の前半が現れる。この場合、同図（ａ）に示すフレームＦ１では、データＤ０に付されるフレーム判別ビットＳ０の値とデータＤ１に付されるフレーム判別ビットＳ１の値は異なる。一方、同図（ｂ）に示すフレームＦ２では、判別ビットＳ０，Ｓ１は、ともにデータＤ１に付されているので、値は互いに等しい。

フレーム判別ビットＳ０，Ｓ１の値が互いに異なることに基づいて、結合部２３２は、同期信号Ｓｙｎｃより前のデータおよび後のデータは、異なるデータの一部であることを認識できる。よって、結合部２３２は、フレームＦ１の画像データについては、図２２のような循環的なサンプリングを行わない。そして、フレームＦ１の画像データにおける、フレーム判別ビットＳ１より下の走査線から光源１２の下部に相当する走査線、および、フレームＦ２の画像データにおける、光源１２の上部に相当する走査線からフレーム判別ビットＳ０より上の走査線を、サンプリングおよび結合することで、データＤ１を復号できる。あるいは、フレームＦ１については復号処理を行わず、フレームＦ２を用いて循環的にサンプリングおよび結合することで、データＤ１を復号してもよい。

このように、第４の実施形態では、変調信号が同期信号Ｓｙｎｃの前後に付与されるフレーム判別ビットＳ０，Ｓ１を含む。よって、撮影された光源１２に含まれる同期信号Ｓｙｎｃの前後が、同一データの一部か異なるデータの一部かを判別できる。そのため、受光部２１が撮影した光源１２が小さい場合であっても、安定的に受信データＤｒを生成できる。

なお、本実施形態では、判別データとして、判別ビットを同期信号Ｓｙｎｃの前後に付与する例を示したが、分割された送信データの前、内部および後の少なくとも２か所に付与すればよい。また、必ずしも１ビットの判別ビットでなく複数ビットから構成されるビット列を判別データとして付与してもよい。

（第５の実施形態）
上述した第２の実施形態は、画像データの全体から同期信号を探索するものであった。これに対し、以下に説明する第５の実施形態は、画像データから光源１２の位置の候補領域を検出し、候補領域内で同期信号を探索するものである。

図２４は、第５の実施形態に係る受信装置２０２の内部構成を示すブロック図である。図２４では、図９と共通する構成部分には同一の符号を付しており、以下では相違点を中心に説明する。受信装置２０２の復調部２３は、さらに、候補領域検出部２３０を有する。

候補領域検出部２３０は、画像データから、光源１２に対応する領域の候補となる候補領域を検出する。例えば、候補領域検出部２３０は、画像データから、走査線と直交する方向（以下、便宜上縦方向ともいう）のエッジを検出し、エッジが密集している領域を候補領域とする。あるいは、候補領域検出部２３０は、画像データから走査線方向（以下、便宜上横方向ともいう）の輝度の相関が高い領域を候補領域とする。光源１２が周囲より十分明るい可視光を照射する場合、図６等に示すように、光源１２に対応する領域では、光源１２とその周囲との間に縦方向のエッジが生じたり、光源１２内で横方向に同じ値が連続して横縞が現れたりするためである。

そして、光源検出部２３１は、候補領域内で同期信号Ｓｙｎｃを探索することにより、光源１２に対応する領域を検出する。

図２５は、第５の実施形態に係る伝送システムの処理動作の一例を示すフローチャートである。本実施形態では、画像データ生成（ステップＳ４）後に、候補領域検出部２３０が光源１２の候補領域を検出する（ステップＳ５０）。そして、光源検出部２３１は、画像データ全体ではなく、候補領域内で、光源１２に対応する領域を検出する（ステップＳ５１’）。

このように、第５の実施形態では、予め光源１２に対応する領域の候補領域を絞り、画像データ全体ではなく、候補領域内で同期信号を探索する。そのため、光源１２の位置をより正確に検出できるとともに、光源検出部２３１の処理量および演算時間を低減できる。

（第６の実施形態）
以下に説明する第６の実施形態は、受信データＤｒに応じて、受光部２１の焦点距離を調整するものである。

図２６は、受光部２１により撮影された光源１２と受信データＤｒとの関係を示す図であり、送信データＤｔ＝“００１００１”である例を示している。また、同期信号Ｓｙｎｃと送信データＤｔのみを描いている。

同図（ｂ）は焦点距離が適切に設定されている場合の画像データ２２ａを描いている。すなわち、２つの同期信号Ｓｙｎｃの間で、送信データＤｔと等価な１フレームセットの受信データＤｒ＝“００１００１”が過不足なく生成される。

同図（ａ）は、焦点距離が遠すぎる場合の画像データ２２ａを描いている。この場合、２つの同期信号Ｓｙｎｃの間のデータ“００１００１”に加え、２つ目の同期信号Ｓｙｎｃの後にデータ“００１０”が生成される。これは１フレームセットより長い。この場合、光源１２が大きく撮影されるため、光源１２が暗く撮影されて誤った受信データＤｒが生成されるおそれがある。また、送信データＤｔが重畳された可視光を照射する光源１２が複数ある場合に、１つの光源１２しか撮影できないおそれがある。よって、図２６（ａ）の場合には焦点距離を近くして、光源１２をより小さく撮影するよう調整するのが望ましい。

同図（ｃ）は、焦点距離が近すぎる場合の画像データ２２ａを描いている。この場合、同期信号Ｓｙｎｃの後には１フレームセットより短いデータ“００１”しかなく、受信データＤｒはビット落ちした誤った値となる。よって、図２３（ｃ）の場合には焦点距離を遠くして、光源１２をより大きく撮影するよう調整するのが望ましい。

以上を考慮に入れ、第６の実施形態について説明する。

図２７は、第６の実施形態に係る受信装置２０３の内部構成を示すブロック図である。同図の受信装置２０３は、さらに、調整部２５を有する。調整部２５は、まず、受信データＤｒが適切か否かを判定する。そして、調整部２５は、判定結果に基づいて、受光部２１の焦点距離を調整する。受信データＤｒが適切か否かの判定は種々考えられる。簡易な手法の例として、変調信号にパリティを付与しておき、調整部２５がパリティチェックを行うことで判定できる。また、調整部２５は受信データＤｒのデータ長に基づいて判定してもよい。すなわち、調整部２５は、受信データＤｒのデータ長が１フレームセットのデータ長を含む所定範囲内であれば適切、この範囲より長ければ長すぎ、この範囲より短ければ短すぎ、と判定してもよい。

図２８は、調整部２５の処理動作の一例を示すフローチャートである。まず、調整部２５は復調部２３が生成した受信データＤｒを取得する（ステップＳ２１）。そして、調整部２５は受信データＤｒが適切か否かを判定する（ステップＳ２２）。受信データＤｒがほぼ１フレームセット分である等、受信データＤｒが適切であれば（ステップＳ２２のＹＥＳ）、調整部２５は焦点距離が適切であると判定し、焦点距離の調整を行わない。

一方、受信データＤｒが長すぎる場合（ステップＳ２２のＮＯ，ステップＳ２３のＹＥＳ）、調整部２５は受光部２１の焦点距離を近づけるための焦点距離調整信号を生成する（ステップＳ２４）。

他方、受信データＤｒが短すぎる場合（ステップＳ２２のＮＯ，ステップＳ２３のＮＯ）、調整部２５は受光部２１の焦点距離を遠ざけるための焦点距離調整信号を生成する（ステップＳ２５）。

そして、調整部２５は焦点距離調整信号に応じて受光部２１の焦点距離を調整する（ステップＳ２６）。以上のフィードバック動作を繰り返すことにより、受光部２１の焦点距離は適切に設定される。

図２９は、図２８の変形例である。焦点距離調整信号を生成した後、調整部２５は、その焦点距離調整信号に応じて調整される焦点距離が受光部２１の適正な焦点距離調整範囲内か否かを判定する（ステップＳ３１）。そして、適正な場合に限り（ステップＳ３１のＹＥＳ）、調整部２５は焦点距離を調整する（ステップＳ２６）。

このように、第６の実施形態では、調整部２５を設け、受信データＤｒに応じて受光部２１の焦点距離を調整する。そのため、光源１２を適切な大きさで撮影でき、受信データＤｒをより正確に生成できる。

（第７の実施形態）
上述した第６の実施形態は、調整部２５が受光部２１の焦点距離を調整するものであった。これに対し、以下に説明する第７の実施形態は、調整部２５が受光部２１のピントを調整するものである。なお、本実施形態における受光装置の内部構成は図２７と同様である。

図３０は、調整部２５の処理動作の一例を示すフローチャートである。同図のステップＳ４１〜Ｓ４３は、図２８のステップＳ２１〜Ｓ２３と同様である。受信データＤｒがほぼ１フレームセット分である等、受信データＤｒが適切であれば（ステップＳ４２のＹＥＳ）、調整部２５はピントの調整を行わない。

一方、受信データＤｒが長すぎる場合（ステップＳ４２のＮＯ，ステップＳ４３のＹＥＳ）、調整部２５は受光部２１のピントを合わせるためのピント調整信号を生成する（ステップＳ４４）。

他方、受信データＤｒが短すぎる場合（ステップＳ４２のＮＯ，ステップＳ４３のＮＯ）、調整部２５は受光部２１のピントを外すためのピント調整信号を生成する（ステップＳ４５）。

そして、調整部２５はピント調整信号に応じて受光部２１のピントを調整する（ステップＳ４６）。以上のフィードバック動作を繰り返すことにより、受光部２１のピントは、受信データＤｒが適切になるよう、設定される。

図３１は、図３０の変形例である。ピント調整信号を生成した後、調整部２５は、そのピント調整信号に応じて調整されるピントが受光部２１の適正なピント調整範囲内か否かを判定する（ステップＳ５１）。そして、適正な場合に限り（ステップＳ５１のＹＥＳ）、調整部２５はピントを調整する（ステップＳ２６）。

このように、第７の実施形態では、調整部２５が受信データＤｒに応じて受光部２１のピントを調整する。そのため、光源１２を適切な大きさで撮影でき、受信データＤｒをより正確に生成できる。

上述した実施形態で説明した伝送システムの少なくとも一部は、ハードウェアで構成してもよいし、ソフトウェアで構成してもよい。ソフトウェアで構成する場合には、伝送システムの少なくとも一部の機能を実現するプログラムをフレキシブルディスクやＣＤ−ＲＯＭ等の記録媒体に収納し、コンピュータに読み込ませて実行させてもよい。記録媒体は、磁気ディスクや光ディスク等の着脱可能なものに限定されず、ハードディスク装置やメモリなどの固定型の記録媒体でもよい。

また、伝送システムの少なくとも一部の機能を実現するプログラムを、インターネット等の通信回線（無線通信も含む）を介して頒布してもよい。さらに、同プログラムを暗号化したり、変調をかけたり、圧縮した状態で、インターネット等の有線回線や無線回線を介して、あるいは記録媒体に収納して頒布してもよい。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１１ 変調部
１２ 光源
１００ 送信装置
２１ 受光部
２２ フレームバッファ
２３ 復調部
２３０ 候補領域検出部
２３１ 光源検出部
２３２ 結合部
２４ 表示部
２００〜２０３ 受信装置

Claims (20)

1. 送信装置および受信装置を備える伝送システムであって、
   前記送信装置は、
   送信データを所定のチップレートで変調して変調信号を生成する変調部と、
   前記変調信号に応じた可視光を照射する１または複数の光源と、を有し、
   前記受信装置は、
   １ライン以上の受光素子を有し、前記可視光を含む所定の範囲の光を受光する受光部と、
   前記受光部が受光した光に応じて生成された画像データを復調して前記送信データに対応する受信データを生成する復調部と、を有し、
   下記（１）式を満たすことを特徴とする伝送システム
   ｆｆ＜ｆｍ ・・・（１）
   ここで、ｆｍは前記チップレート、ｆｆは前記受光部のフレームレート。
2. 前記復調部は、前記画像データのうち、前記光源に対応する領域にて、始点となる走査線からｐの倍数の近傍の整数本目のラインの走査線をサンプリングし、サンプリング値を結合することにより、前記受信データを生成し、
   前記ｐは、ｆｒｘ／ｆｍであり、ｆｒｘは前記受光部のラインスキャン周波数であることを特徴とする請求項１に記載の伝送システム。
3. 前記復調部は、前記画像データのうち、前記光源に対応する領域を検出する光源検出部と、
   前記光源に対応する領域にて、始点となる走査線からｐの倍数の近傍の整数本目のラインの走査線をサンプリングし、サンプリング値を結合することにより、前記受信データを生成する結合部と、を有し、
   前記ｐは、ｆｒｘ／ｆｍであり、ｆｒｘは前記受光部のラインスキャン周波数であることを特徴とする請求項１に記載の伝送システム。
4. 前記変調信号は、少なくとも、前記送信データ、および、予め定めたパターンの同期信号から構成されるフレームセットを含み、
   前記光源検出部は、前記同期信号を探索することにより、前記光源に対応する領域を検出することを特徴とする請求項３に記載の伝送システム。
5. 前記変調信号は、少なくとも、符号化された前記送信データ、および、前記符号化された送信データには現れないパターンの前記同期信号から構成されるフレームセットを含むことを特徴とする請求項４に記載の伝送システム。
6. 前記変調信号は、少なくとも、マンチェスタ符号化された前記送信データ、および、５以上のバーカー系列からなる前記同期信号から構成されるフレームセットを含むことを特徴とする請求項４に記載の伝送システム。
7. 前記変調信号は、所定数繰り返された前記フレームセットを含むことを特徴とする請求項４に記載の伝送システム。
8. 前記変調信号は、下記（２）式を満たす数Ｃだけ繰り返された前記フレームセットを含むことを特徴とする請求項７に記載の伝送システム
   Ｃ＊Ｔｂ≧１／ｆｆ ・・・（２）
   ここで、Ｔｂは、前記フレームセットの時間。
9. 前記変調信号は、少なくとも、
   分割された前記送信データと、
   前記同期信号と、
   前記分割された送信データの前、内部および後の少なくとも２か所に付与される、等しい値の判別データと、から構成されるフレームセットを含み、
   １つの前記分割された送信データに付与される判別データの値は、引き続く前記分割された送信データに付与される判別データの値と異なることを特徴とする請求項４に記載の伝送システム。
10. 前記復調部は、
    前記画像データから、前記光源に対応する領域の候補を検出する候補領域検出部と、
    前記検出された候補の領域内で、前記光源に対応する領域を検出する光源検出部と、
    前記光源に対応する領域にて、始点となる走査線からｐの倍数の近傍の整数本目のラインの走査線をサンプリングし、サンプリング値を結合することにより、前記受信データを生成する結合部と、を有し、
    前記ｐは、ｆｒｘ／ｆｍであり、ｆｒｘは前記受光部のラインスキャン周波数であることを特徴とする請求項１に記載の伝送システム。
11. 前記候補領域検出部は、前記画像データにおける前記走査線と直交する方向のエッジの密度、または、前記走査線方向の輝度の相関に基づいて、前記候補を検出することを特徴とする請求項１０に記載の伝送システム。
12. 前記受信装置は、前記受信データに基づいて、前記受光部のピントもしくは焦点距離を調整する調整部を有することを特徴とする請求項１に記載の伝送システム。
13. 前記調整部は、
    前記受信データのデータ長が、第１のデータ長より短く、かつ、第２のデータ長より長い場合、前記受光部のピント調整を行わず、
    前記受信データのデータ長が、前記第１のデータ長より長い場合、前記受光部のピントを合わせ、
    前記受信データのデータ長が、前記第２のデータ長より短い場合、前記受光部のピントを外すことを特徴とする請求項１２に記載の伝送システム。
14. 前記調整部は、
    前記受信データのデータ長が、第１のデータ長より短く、かつ、第２のデータ長より長い場合、前記受光部の焦点距離調整を行わず、
    前記受信データのデータ長が、前記第１のデータ長より長い場合、前記受光部の焦点距離を近づけ、
    前記受信データのデータ長が、前記第２のデータ長より短い場合、前記受光部の焦点距離を遠ざけることを特徴とする請求項１２に記載の伝送システム。
15. 前記変調信号は、少なくとも、前記送信データ、および、予め定めたパターンの同期信号から構成されるフレームセットを含み、
    前記第１のデータ長および前記第２のデータ長は、前記フレームセットのデータ長に基づいて定められることを特徴とする請求項１３に記載の伝送システム。
16. 前記変調部は、前記変調信号に応じた可視光の点滅が人間に認識されない十分高い前記チップレートで、前記送信データを変調し、
    前記フレームレートｆｆは、略１／３０秒または１／６０秒であることを特徴とする請求項１に記載の伝送システム。
17. 前記受光部は、Ｎ（Ｎは１以上の整数）ラインの受光素子を有し、
    前記受信装置は、前記受光部が受光した光に応じて生成された、Ｎラインの走査線を有する画像データの全画角に対応する画像を表示する表示部を有することを特徴とする請求項１に記載の伝送システム。
18. １ライン以上の受光素子を有する受光部を備える受信装置へ、データを送信する送信装置であって、
    送信データを所定のチップレートで変調して変調信号を生成する変調部と、
    前記変調信号に応じた可視光を照射する１または複数の光源と、を有し、
    下記（３）式を満たすことを特徴とする送信装置
    ｆｆ＜ｆｍ ・・・（３）
    ここで、ｆｍは前記チップレート、ｆｆは前記受光部のフレームレート。
19. 送信データを所定のチップレートで変調して変調信号を生成する変調部と、
    前記変調信号に応じた可視光を照射する１または複数の光源と、を備える送信装置からのデータを受信する受信装置であって、
    １ライン以上の受光素子を有し、前記可視光を含む所定の範囲の光を受光する受光部と、
    前記受光部が受光した光に応じて生成された画像データを復調して前記送信データに対応する受信データを生成する復調部と、を有し、
    下記（４）式を満たすことを特徴とする受信装置
    ｆｆ＜ｆｍ ・・・（４）
    ここで、ｆｍは前記チップレート、ｆｆは前記受光部のフレームレート。
20. 前記復調部は、前記画像データのうち、前記光源に対応する領域にて、始点となる走査線からｐの倍数本目のラインの走査線をサンプリングし、もしくは、ｐの倍数が整数でない場合は四捨五入などで適切なラインの走査線をサンプリングし、サンプリング値を結合することにより、前記受信データを生成し、
    前記ｐは、ｆｒｘ／ｆｍであり、ｆｒｘは前記受光部のラインスキャン周波数であることを特徴とする請求項１９に記載の伝送システム。