JP4566839B2 - 可視光通信装置、可視光通信システム、及び見かけの照度変更方法 - Google Patents

可視光通信装置、可視光通信システム、及び見かけの照度変更方法 Download PDF

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Description

本発明は可視光通信装置、可視光通信システム、及び見かけの照度変更方法に関し、例えば可視光通信システムにおいて発する可視光の見かけの照度を変更するための技術にする。
赤・青・緑(光3原色)の発光素子にそれぞれ通信チャネルを対応させ、各発光素子の明滅又は照度の変動により3つの通信チャネルでのデジタル信号通信を行う可視光通信システムが知られている。このような可視光通信システムでは、発光素子の照度(光に照らされた面の単位面積が受ける光束の量)が、通信信号の受信強度となる。
なお、特許文献1には、このような可視光通信システムの例が記載されている。
特開2004−72365号公報
可視光通信システムにおいて、各発光素子の発する光の合成により得られる合成光を、照明光やディスプレイ等の表示装置の表示光としても利用しようとする場合、合成光の照度は各発光素子の照度の合計で表される。そして、合成光の照度の調節は各発光素子の照度の調節により行うことができる。
しかしながら、このように各発光素子の照度の調節により照明光の照度の調節を行うと、照度の調節が通信信号の受信強度に影響してしまうという問題があった。
本発明は上記課題を解決するためになされたもので、本発明の目的の一つは、通信信号の受信強度に影響を与えることなく、可視光通信システムにおける可視光の人間が感じる明るさ(見かけの照度)を調節することを可能にする可視光通信装置、可視光通信システム、及び見かけの照度変更方法を提供することにある。
上記課題を解決するための本発明に係る可視光通信装置は、複数の発光素子を備え、前記各発光素子は視感度が互いに異なる色の光を発する発光素子であり、各発光素子の明滅又は照度の変動により、各通信チャネルによる送信を行う可視光通信装置であって、複数の通信チャネルにてそれぞれ異なるビット列を送信するに際し、デューティー比に応じて前記通信チャネルを前記各発光素子のいずれかに対応させて入れ替えることにより、各発光素子の発する光の合成光の見かけの照度を変更する見かけの照度変更手段、を含むことを特徴とする。
視感度とは、光に対する目の感度である。この視感度は、光の色によって異なることが知られている。このため、合成光の照度と人間が感じる明るさ(見かけの照度)とは必ずしも一致しない。
また、デューティー比とは、ビット列中「1」が占める割合である。発光素子の見かけの照度は、このデューティー比によって変わる。例えば、「1」が「点灯」、「0」が「消灯」である場合、デューティー比が高いほど発光素子の見かけの照度は明るくなる。
そこで本発明によれば、光の色とデューティー比との対応付けを変更できるので、通信信号の受信強度に影響を与えることなく、見かけの照度を変更することができる。
本発明によれば、前記視感度が互いに異なる色の光を発する少なくとも2つの発光素子について、対応する通信チャネルを入れ替えることにより、光の色とデューティー比との対応付けを変更できる。
また、上記可視光通信装置において、前記各通信チャネルのデューティー比が、それぞれの所定値になるよう制御するデューティー比制御手段、をさらに含むこととしてもよい。
このようにすることにより、各通信チャネルのデューティー比を所定値とすることができるので、各通信チャネルが対応する前記視感度が互いに異なる色の光を発する少なくとも2つの発光素子の照度を一定に保つことができる。
また、上記可視光通信装置において、見かけの照度を示す見かけ照度データの入力を受け付ける見かけ照度データ入力手段、をさらに含み、前記見かけの照度変更手段は、前記各通信チャネルのデューティー比を示すデューティー比データに基づいて、前記視感度が互いに異なる色の光を発する少なくとも2つの発光素子について、通信チャネルとの対応付けを入れ替えた場合の合成光の見かけの照度を示す見かけ照度予測データを生成する見かけ照度予測データ取得手段、を含み、前記見かけの照度変更手段は、前記生成される見かけ照度予測データにより示される見かけの照度が、前記入力される見かけ照度データにより示される見かけの照度になるよう、前記視感度が互いに異なる色の光を発する少なくとも2つの発光素子について、対応する通信チャネルを入れ替える、こととしてもよい。
このようにすることにより、入力される見かけ照度データにより示される見かけの照度になるよう、前記視感度が互いに異なる色の光を発する少なくとも2つの発光素子について、対応する通信チャネルを変更することができる。
また、上記可視光通信装置において、前記見かけの照度変更手段による通信チャネルの入れ替えに応じて、前記視感度が互いに異なる色の光を発する少なくとも2つの発光素子とは色度座標が異なる色であって、さらに互いに色度座標が異なる色の光を発する少なくとも2つの発光素子のいずれか一方について、ビット列を送信するための通信チャネルを対応させ、該ビット列に含まれるビットに応じた該一方の発光素子の明滅又は照度の変動により該通信チャネルによる通信を行う、こととしてもよい。
前記見かけの照度変更手段による通信チャネルの入れ替えを行うと、それぞれの照度が変化するので、合成光の色味が変化してしまう。本発明によれば、この通信チャネルの入れ替えに応じて、前記互いに色度座標が異なる色の光を発する少なくとも2つの発光素子の通信チャネルの対応付けを変更することができるので、合成光の色味の調整を行うことが可能になる。
また、上記可視光通信装置において、前記見かけの照度変更手段による通信チャネルの入れ替えに応じて、所定の通信チャネル入替情報を送信する送信手段、をさらに含むこととしてもよい。
このようにすることにより、送信した信号を受信する装置に対し、通信チャネルの入替を通知することができる。
また、本発明の別の一側面に係る可視光通信システムは、複数の発光素子を備え、前記各発光素子は視感度が互いに異なる色の光を発する発光素子であり、各発光素子の明滅又は照度の変動により、各通信チャネルによる通信を行う可視光通信システムにおいて、当該可視光通信システムは、少なくとも前記視感度が互いに異なる色の光を発する発光素子を備える送信装置と、少なくとも前記視感度が互いに異なる色の光を発する発光素子が発する光を受光する受光素子を備える受信装置と、を含み、前記送信装置は、複数の通信チャネルにてそれぞれ異なるビット列を送信するに際し、デューティー比に応じて前記通信チャネルを前記各発光素子のいずれかに対応させて入れ替えることにより、各発光素子の発する光の合成光の見かけの照度を変更する見かけの照度変更手段と、前記見かけの照度変更手段による通信チャネルと発光素子の対応付けを示す通信チャネル対応情報を前記受信装置に対し送信する送信手段と、を含み、前記受信装置は、前記送信される通信チャネル対応情報を受信する受信手段と、前記受信される通信チャネル対応情報に応じて、当該受信装置に備えられる各受光素子において、それぞれ受信する通信チャネルを決定する通信チャネル決定手段と、を含む、ことを特徴とする。
本発明によれば、光の色とデューティー比との対応付けを変更できるので、見かけの照度を変更することができるとともに、送信装置と受信装置の双方において、発光素子又は受光素子と対応する通信チャネルを入れ替えることができるようになる。
本発明によれば、前記視感度が互いに異なる色の光を発する発光素子と同光を受光する受光素子の少なくとも2つの組み合わせについて、対応する通信チャネルを入れ替えることにより、光の色とデューティー比との対応付けを変更できる。
また、本発明に係る見かけの照度変更方法は、複数の発光素子のうちの少なくとも2つであって、視感度が互いに異なる色の光を発する発光素子のそれぞれについて通信チャネルを1つずつ対応させ、各通信チャネルの通信内容に応じて各発光素子を明滅させ、又は各発光素子の照度を変動させることにより各通信チャネルによる通信を行う可視光通信であって、該視感度が互いに異なる色の光を発する少なくとも2つの発光素子が発する光単独での照度が互いに異なる可視光通信において、前記各発光素子の発する光の合成光の見かけの照度を変更するための見かけの照度変更方法であって、前記視感度が互いに異なる色の光を発する少なくとも2つの発光素子について、対応する通信チャネルを入れ替えることにより、前記各発光素子の発する光の合成光の見かけの照度を変更することを特徴とする。
本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
図1は、本実施の形態に係る可視光通信システム1のシステム構成図である。同図に示すように、本実施の形態に係る可視光通信システム1は、少なくとも1つの送信装置10と少なくとも1つの受信装置20とを含み、送信装置10が受信装置20に対して通信信号を送信することにより、可視光を通信媒体とする片方向の可視光通信を行っている。
送信装置10は、データ処理部12と、制御部14と、発光部16と、を含んで構成される。また、発光部16は、複数の発光素子160を含んで構成されている。この送信装置10は、複数の通信チャネルをそれぞれ各発光素子160に対応付ける。そして各通信チャネルを使用して複数の通信を行う。
データ処理部12は、制御部14に対して、受信装置20に対して可視光通信により各通信チャネルにおいて送信すべき通信信号を出力する。制御部14は、データ処理部12から入力された通信信号に基づいて発光部16から送信すべき信号であるビット列を取得する。そして取得した通信信号を、該通信信号を送信すべき通信チャネルに対応する発光部16に対して出力する。発光部16は、制御部14から入力されたビット列に応じて各発光素子の明滅又は照度の変更を行う。なお、以下では発光部16は、制御部14から入力されたビット列に応じて発光素子の明滅を行うものとして説明する。
また、各発光素子160には、LED(Light Emitting Diode,発光ダイオード)、電球、薄膜トランジスタなど、発光することのできる発光素子を使用することができる。そして、各発光素子は通信用として使用されるとともに、照明用や表示用としても使用される。換言すれば、可視光通信システム1は、照明用や表示用として使用される発光素子160を、通信用としても使用できるようにしている。そして本実施の形態では、各発光素子160の照度の調節により照明光の照度の調節を行っても、該照度の調節が通信信号の受信強度に影響することがないようにしている。
受信装置20は、データ処理部22と、制御部24と、受光部26と、を含んで構成される。また、受光部26は、複数の受光素子262を含んで構成されている。
受光部26は、各受光素子262において、発光部16における発光素子の明滅又は照度の変更を取得してビット列に変換し制御部24に出力する。このとき受光素子262において受光される光の照度が通信信号の受信強度である。制御部24は、後述する所定の処理によって、入力されたビット列に基づいて各通信チャネルにおける通信信号を取得し、データ処理部22に出力する。データ処理部22は、入力された通信信号に応じた所定の処理を行う。
可視光通信について、より詳細に説明する。
各発光素子160は、それぞれ制御部14から入力された、複数の「0」又は「1」のいずれかのビットから構成されるビット列を取得する。そして、ビット列に含まれるビットを順次取得し、取得されるビットに応じて、順次該発光素子160の明滅を行う。
この具体的な例を図2に示す。同図は、発光素子160の出力と時間との関係を示す図である。また、「0」と「1」の数字は、順次取得されるビットである。同図に示すように送信装置10は、「1」のビットが取得された場合には、発光素子160の出力を「明」の状態に、「0」のビットが取得された場合には、発光素子の出力を「滅」の状態にしている。
ここで、デューティー比について説明する。デューティー比とは、ビット列中において「1」が含まれる割合で表される値である。このため、このデューティー比は発光素子160の明滅の割合に影響する。すなわち、デューティー比の高低に応じて、発光素子160の明出力率(出力が「明」である割合)の割合が変化する。
この具体的な例を図3に示す。同図は、発光素子160の出力の移動平均の時間変化を示したものである。発光素子160の出力の移動平均は、「明」、「滅」をそれぞれ「1」、「0」として順次算出される。すなわち、発光素子160の出力の移動平均は、所定時間内の明出力率を示す数値である。同図に示すように送信装置10の発光素子160の出力の移動平均は時間によって変化する。具体的には、所定時間内の発光素子160の明出力率が高いほど大きくなる。
発光素子160の照度は、当該発光素子160の出力の移動平均によって表される。すなわち、照度は所定時間内の明出力率に応じて変化する。さらには、発光素子160の照度は、該発光素子160において送信されるビット列の所定時間内のデューティー比に応じて変化する。このため、送信されるビット列のデューティー比が大きいほど照度が大きくなる(明るくなる)。逆に、送信ビット列のデューティー比が小さいほど照度が小さくなる(暗くなる)。
ところで、上述した発光素子160の照度は人間の目が実際に感じる明るさとは異なる。すなわち、各発光素子160はそれぞれ色を有している。そしてこの色によって人間の感じる明るさ(見かけの照度)が異なる。これは、色によって光に対する目の感度(視感度)が異なるためである。すなわち、発光素子160の照度が同じでも、その発光素子160の色によっては、明るく見える色と暗く見える色とがある。本実施の形態では、このように照度と見かけの照度が異なるという性質を利用している。
視感度の具体的な例を図4に示す。同図は、電磁波のうちの可視光域の周波数と、比視感度(最も視感度が高い周波数に対応する視感度を「1.0」とする比率で示した視感度)と、の対応関係を示したグラフである。同図に示すように、例えば緑色は、青色や赤色に比べて視感度が高い。このため、同じ照度であれば、見かけの照度は青色や赤色よりも緑色の方が大きい(明るい)。
照度と見かけの照度の違いについて、具体的に説明する。図5及び図6は、青色の発光素子160と、緑色の発光素子160と、において、それぞれ所定デューティー比のビット列を送信した場合の、照度及び見かけの照度を示すグラフである。図5では、青色の発光素子160でデューティー比25%のビット列を、緑色の発光素子160でデューティー比50%のビット列を、それぞれ送信する場合の照度と見かけの照度を示している。図6では、青色の発光素子160でデューティー比50%のビット列を、緑色の発光素子160でデューティー比25%のビット列を、それぞれ送信する場合の照度と見かけの照度を示している。両図に示すように、照度はデューティー比に応じて変化するためデューティー比の高い方が大きくなっているが、見かけの照度はそうなっていない。すなわち、見かけの照度の差は、デューティー比の高さに応じて変化しているものの、見かけの照度の値は青色の方が緑色に比べて両図ともに小さい。このように視感度が互いに異なる色の光を発する発光素子160では、照度のデューティー比に対する変化率と、見かけの照度のデューティー比に対する変化率と、が異なっている。
以上説明したようなデューティー比の変化率の差は、複数の各色の光(単色光)を合成して得られる合成光においても引き継がれる。すなわち、視感度が互いに異なる単色光を発する複数の発光素子160と、各発光素子160を使用して送信されるビット列のデューティー比と、の組み合わせを変えた場合、合成光の照度の変化率と、合成光の見かけの照度の変化率と、は異なることになる。この性質を利用し、本実施の形態では、各発光素子160で送信するビット列のデューティー比の合計を変えずに、各発光素子で送信するビット列を入れ替えることにより、合成光の見かけの照度を調節している。
次に、各色の色度座標と合成光の色味との関係について説明する。色度座標とは、各色の色度図上の座標である。図7にこの色度図の例(CIE表色系色度図)を示す。同図では白黒になっているが、実際には同図の座標と、色と、が対応付けられて表示される。さらに、無彩色(白)が色度図の中心点近傍にあり、周辺になるほど彩度が上がるようになっている。例えば緑色の光を発する発光素子160(図7の緑色LED)と、青色の光を発する発光素子160(図7の青色LED)と、赤色の光を発する発光素子160(図7の赤色LED)と、はそれぞれ色度図上では同図に示す位置にある。そして、その合成光の色は概ね色度図の中心点からの合成ベクトルによって示される位置の色となる。このため、例えば上記3色の発光素子160が発する光の合成光の色は、概ね白色となる。人間の目の彩度及び色相についての感度によれば、人間はこの合成光を白色である感じる。一方、緑色の光を発する発光素子160と、青色の光を発する発光素子160との合成光は、緑色と青色とを直線で結んだ線上の色となる。この線上のどこに来るかについては、各発光素子160の照度によって決定される。
本実施の形態では、このような合成光の色に関する性質を利用して、発光素子160に対応する通信チャネルの入れ替えにより、合成光の色味の調整も行っている。
以下、本実施の形態における送信装置10及び受信装置20の構成及び機能について、より詳細に説明する。
図8は、本実施の形態における送信装置10の機能ブロックを示す機能ブロック図である。同図に示すように、送信装置10は、データ処理部12においてCPU120、記憶部122、送信データ取得部124、調光スイッチ部126、を含み、制御部14においてフレーム化部140、送信データ列取得部142、デューティー比制御部144、スイッチ部150、スイッチ部152、デューティー比制御部148、同期フレーム生成部146、を含み、発光部16において、各色(ここでは、青、緑、赤、黄とする)の発光素子160を含んで構成されている。
なお、発光素子160としては、互いに視感度の異なる色の光を発する少なくとも2つの発光素子(ここでは、青と緑)と、及び該2つの発光素子とは異なる色であって、互いに色度座標が異なる色の光を発する少なくとも2つの発光素子(ここでは、赤と黄)と、を備えるようにすることが望ましい。なお、色度座標についても、視感度と同様に、人間が感じることのできる程度に異ならせることが望ましい。さらに言えば、互いに視感度の異なる色の光を発する少なくとも2つの発光素子の発する光と、該2つの発光素子とは異なる色であって、互いに色度座標が異なる色の光を発する少なくとも2つの発光素子のいずれか一方が発する光と、の合成光が、白色となることが望ましい。
まず、データ処理部12に含まれる各部の機能について説明する。
CPU120は、記憶部122に記憶されるプログラムを実行するための処理ユニットであり、送信装置10の各部を制御するとともに、通信用データの処理も行う。記憶部122は、本実施の形態を実施するためのプログラムを記憶している。また、CPU120のワークメモリとしても動作する。
送信データ取得部124は、図示しない通信ネットワークから送信データである通信用データ(ユーザデータ)を取得する。そして、CPU120の制御に従い、各通信チャネル(本実施の形態では通信チャネルAと通信チャネルBの2つとする)に振り分けて制御部14に出力する。
調光スイッチ部126は、可視光通信システム1のユーザが行う照明光としての発光素子の合成光の照度調節を受け付ける。具体的には、ユーザは調光スイッチ部126において所望の見かけの照度を示す見かけ照度データを入力する。ここでは簡単のため、入力される見かけ照度データは、「現状より明るくする」/「現状より暗くする」の2種類のいずれかを示すデータであるとする。調光スイッチ部126は入力される見かけ照度データをCPU120に出力する。
次に、制御部14に含まれる各部の機能について説明する。
フレーム化部140は、各通信チャネルに対応付けて複数用意される。そしてフレーム化部140は、送信データ取得部124から対応する通信チャネルにおいて順次入力される送信データをフレーム化し、送信データ列取得部142に順次出力する。具体的には、送信データを所定長ごとに区切り、さらに必要なヘッダを付加して、順次1つのフレームとする。そして取得したフレームを、送信データ列取得部142に順次出力する。なお、本実施の形態では、フレーム化部140−1には通信チャネルAにおいて送信すべき送信データが、フレーム化部140−2には通信チャネルBにおいて送信すべき送信データが、送信データ取得部124から入力されるものとして説明を進める。
送信データ列取得部142は、フレーム化部140においてフレーム化された送信データを、「0」又は「1」のビットからなるビット列として順次取得する。そして取得したビット列をデューティー比制御部144に順次出力する。
デューティー比制御部144は、入力されたビット列のデューティー比を制御し、所定のデューティー比のビット列になるよう、入力されたビット列を変換する。通常、送信データであるビット列を所定長ごとに区切った場合、そのデューティー比は一定していない。そこで、例えばビット列が所定長ごとに所定のデューティー比となるよう、デューティー比の変換制御を行っている。すなわち、各通信チャネルにおいて送信されるビット列のデューティー比が、それぞれの所定値になるよう、制御している。
具体的には、所定長の送信データであるビット列を、所定デューティー比の置換用ビット列と置換することにより、ビット列のデューティー比が一定になるよう制御するPPM制御を使用することとしてもよい。また、所定長の送信データであるビット列に対し、得たいデューティー比に応じたデューティー比の予め記憶される演算用ビット列による可逆な排他的論理和演算を施すことにより、デューティー比が一定になるよう制御することとしてもよい。
なおこのデューティー比制御処理のために、デューティー比制御部144は、受信装置20との間で共通な置換用ビット列や演算用ビット列及び制御規則を保持している。そしてデューティー比制御部144は、各ビット列を、各通信チャネルにおいて1タイムスロットで送信されるデータである通信ペイロードに含めて、スイッチ部150又はスイッチ部152に対して出力する。本実施の形態では、デューティー比制御部144−1はビット列のデューティー比を50%としてスイッチ部150に対して出力し、デューティー比制御部144−1はビット列のデューティー比を50%としてスイッチ部152に対して出力する。
同期フレーム生成部146は、CPU120の指示に従って、送信装置10と受信装置20との間で同期通信を行うために送信する同期フレームを生成する。この同期フレームは、同期通信の制御のために設けられる同期制御チャネルにおいてその送信が行われるフレームである。具体的には、同期フレーム生成部146は、各通信チャネルの通信ペイロード開始タイミングで、該通信チャネルを識別するためのユニークワードを含める。このユニークワードは、予め記憶部122に通信チャネルと対応付けて記憶されているものをCPU120が取得する。そして、受信装置20はこのユニークワードに応じたタイミングで通信チャネルの受信を行うことにより、送信装置10との間での同期を確立する。
同期フレームは同期制御チャネルで送信すべき送信データである。この同期フレームの詳細については、後に説明するが、同期制御チャネルは、送信されるデータの内容がユーザデータではなく同期フレームである通信チャネルである。そして同期フレーム生成部146は、同期フレームを「0」又は「1」のビットからなるビット列として順次取得する。そして同期フレーム生成部146は、取得したビット列をデューティー比制御部148に順次出力する。
デューティー比制御部148は、入力されたビット列のデューティー比を制御し、所定のデューティー比のビット列になるよう、入力されたビット列を変換する。具体的な処理はデューティー比制御部144と同様である。本実施の形態では、デューティー比制御部148はビット列のデューティー比を25%としてスイッチ部150に対して出力する。
スイッチ部150は、デューティー比制御部148から入力される同期制御チャネルで送信すべき送信データであるビット列と、デューティー比制御部144−1から入力される通信チャネルAで送信すべき送信データであるビット列と、をCPU120からの指示に応じて、青色発光素子160−1、緑色発光素子160−2のいずれかに出力する。
スイッチ部152は、デューティー比制御部144−1から入力される通信チャネルBで送信すべき送信データであるビット列を、CPU120からの指示に応じて、黄色発光素子160−3、赤色発光素子160−4のいずれかに出力する。
そして、発光部16に含まれる各発光素子160は、入力されたビット列に応じて明滅を行うことにより、各通信チャネルにおけるデータの送信を行う。
ここで、再度CPU120の機能について説明する。CPU120では、調光スイッチ部126から入力された見かけ照度データに応じて、同期制御チャネル、通信チャネルA、通信チャネルBをそれぞれ送信すべき発光素子160を決定する。より具体的には、視感度が互いに異なる色の光を発する少なくとも2つの発光素子(ここでは青色発光素子160−1と緑色発光素子160−2)のいずれにおいて、同期制御チャネルと、通信チャネルAと、をそれぞれ送信するかを決定する。すなわち、視感度が互いに異なる色の光を発する少なくとも2つの発光素子について、対応する通信チャネルを入れ替えることを決定する通信チャネル入替決定処理を行う。この通信チャネル入替決定処理の詳細については、後述する。
また、この決定に応じて、視感度が互いに異なる色の光を発する少なくとも2つの発光素子とは色度座標が異なる色であって、さらに互いに色度座標が異なる色の光を発する少なくとも2つの発光素子(ここでは黄色発光素子160−3と赤色発光素子160−4)のいずれにおいて、通信チャネルBを送信するかを決定する。すなわち、視感度が互いに異なる色の光を発する少なくとも2つの発光素子とは色度座標が異なる色であって、さらに互いに色度座標が異なる色の光を発する少なくとも2つの発光素子のいずれか一方について、ビット列を送信するための通信チャネルを対応させることを決定する通信チャネル対応変更決定処理を行う。この通信チャネル対応変更決定処理の詳細についても、後述する。
そしてCPU120は、上記処理により決定した態様で信号送信を行うよう指示するための指示情報を、スイッチ部150とスイッチ部152に対して出力している。
さらにCPU120は、同期フレーム生成部146において生成される同期フレームに含める内容を生成する。具体的には、通信チャネルと発光素子の対応付けを示す通信チャネル入替情報(通信チャネル対応情報)を生成する。この通信チャネル入替情報は、受信装置20に対して、視感度が互いに異なる色の光を発する少なくとも2つの発光素子についての対応する通信チャネルの入れ替え、及び、視感度が互いに異なる色の光を発する少なくとも2つの発光素子とは色度座標が異なる色であって、さらに互いに色度座標が異なる色の光を発する少なくとも2つの発光素子のいずれか一方について、ビット列を送信するための通信チャネルの対応付けの変更、を通知するための情報である。この通信チャネル入替情報には、さらに通信チャネル入替のタイミングを示すタイミング情報も含まれる。そして、この通信チャネル入替情報を同期フレーム生成部146に対して出力する。
ここで、同期制御チャネル、通信チャネルA、通信チャネルBにおいてそれぞれ送信される信号の内容について、より具体的に説明する。
図10は、同期制御チャネル、通信チャネルA、通信チャネルBのフレーム構成を示す図である。同図に示すように、同期制御チャネルはユニークワード(図では「UW」と記す)及び通信チャネル入替情報(図では「入替情報」と記す)を含む。同図におけるユニークワードは、通信チャネルAを識別するためのUWAと、通信チャネルBを識別するためのUWBと、がある。また、通信チャネルAに関する通信チャネル入替情報を含むチャネルA入替情報と、通信チャネルBに関する通信チャネル入替情報を含むチャネルB入替情報と、が送信される。これらの情報は所定の順序で繰り返し同期制御チャネルに含められる。なお、1つのタイムスロットには、少なくとも1つずつこれらの情報が含まれるようにしている。また、通信ペイロードAは、通信チャネルAにおいて送信すべき所定長のビット列である。通信ペイロードBは、通信チャネルBにおいて送信すべき所定長のビット列である。これらの通信ペイロードの長さは、時分割多重におけるタイムスロットの長さと等しくなるように設計されている。
まず、CPU120は、UWB1100−1を同期フレーム生成部146において同期制御チャネルに含めさせる。そして、UWB1100−1の送信終了時点が通信チャネルBにおける通信ペイロードB1012−1の送信開始時点となるように、送信データ取得部124に対して、通信ペイロードBに含めるべき送信データをフレーム化部140−2に出力させる指示を行う。以下CPU120は、順次送信される通信ペイロードBについて同様の処理を順次行う。
次に、CPU120は、通信チャネル入替情報を生成した否かを判断する。チャネルB入替情報1110−1の送信時には生成していないので、チャネルB入替情報1110−1には通信チャネル入替情報がないことを示す情報を含めるよう、同期フレーム生成部146に対して指示を行う。以下同様に、順次送信されるチャネルA入替情報又はチャネルB入替情報の送信時において、通信チャネル入替情報を生成していないと判断する場合には、チャネルA入替情報又はチャネルB入替情報に通信チャネル入替情報がないことを示す情報を含めるよう、同期フレーム生成部146に対して指示を行う。
次に、CPU120は、UWA1000−1を同期フレーム生成部146において同期制御チャネルに含めさせる。そして、UWA1000−1の送信終了時点が通信チャネルAにおける通信ペイロードA1002−1の送信開始時点となるように、送信データ取得部124に対して、通信ペイロードAに含めるべき送信データをフレーム化部140−1に出力させる指示を行う。以下CPU120は、順次送信される通信ペイロードAについて同様の処理を順次行う。
同図では、このUWA1000−1を送信している間に、調光スイッチ部126からCPU120に対して、見かけ照度データが入力され、CPU120が通信チャネル入替情報を生成している。
このため、UWA1000−1の次に送信するチャネルA入替情報1010−1の送信時には通信チャネル入替情報が生成されており、チャネルA入替情報1010−1には通信チャネル入替情報を含めるよう、同期フレーム生成部146に対して指示を行う。
通信チャネル入替情報には、以下の情報が含まれる。すなわち、上記タイミング情報と、入れ替え後の通信チャネルと発光素子との対応を示す通信チャネル対応情報と、が含まれる。具体的には、タイミング情報は、入れ替えまでのタイムスロット数で示される。また、通信チャネル対応情報は、通信チャネルのユニークワードと、該通信チャネルを送信する発光素子の波長を識別するための発光素子識別情報と、が含まれる。
図10では、チャネルA入替情報1010−1には、同期制御チャネルを識別するユニークワードに対応付けて緑色発光素子160−2の波長を識別するための発光素子識別情報が含まれる。また、UWAに対応付けて青色発光素子160−1の波長を識別するための発光素子識別情報が含まれる。さらに、UWBに対応付けて黄色発光素子160−3の波長を識別するための発光素子識別情報が含まれる。そしてその他に、2タイムスロット後に入れ替えがあることを示すタイミング情報が含まれる。
同様に、チャネルB入替情報1110−2には、まず、同期制御チャネルを識別するユニークワードに対応付けて緑色発光素子160−2の波長を識別するための発光素子識別情報が含まれる。また、UWAに対応付けて青色発光素子160−1の波長を識別するための発光素子識別情報が含まれる。さらに、UWBに対応付けて黄色発光素子160−3の波長を識別するための発光素子識別情報が含まれる。そしてその他に、2タイムスロット後に入れ替えがあることを示すタイミング情報が含まれる。
以下同様に、各タイムスロットにおいて送信されるチャネルA入替情報及びチャネルB入替情報にユニークワード、発光素子識別情報、タイミング情報、を含める。そして、タイミング情報によるタイミングが到来した場合、通信チャネル対応情報に含まれるユニークワードにより示される通信チャネルと、発光素子識別情報に示される発光素子と、が対応するよう、通信チャネルを入れ替える。このようにチャネルA入替情報及びチャネルB入替情報を送信しておくことにより、送信装置20において通信チャネルの入れ替え及び対応付けの変更を行った場合、受信装置20でも同様に入れ替え及び対応付けを行うことができるようにしている。
次に、受信装置20の構成及び機能について説明する。図9は、本実施の形態における受信装置20の機能ブロックを示す機能ブロック図である。同図に示すように、受信装置20は、データ処理部22においてCPU220、記憶部222、データ取得部224、を含み、制御部24においてスイッチ部240、ユニークワード検出部242、デューティー比制御部244、チャネル入れ替え検出部246、同期回路248、デューティー比制御部250、を含み、受光部26において、複数の受光素子262と、各受光素子262に対応する光フィルタ260と、等化回路264と、を含んで、構成されている。
まず、データ処理部22に含まれる各部の機能について説明する。
CPU220は、記憶部222に記憶されるプログラムを実行するための処理ユニットであり、受信装置20の各部を制御するとともに、通信用データの処理も行う。記憶部222は、本実施の形態を実施するためのプログラムを記憶している。また、CPU220のワークメモリとしても動作する。
データ取得部224は、制御部24から受信データである通信用データを取得する。そして、CPU220の制御に従い、所定の通信処理を行う。
次に、受光部26に含まれる各部の機能について説明する。
まず、光フィルタ260は、特定の波長の光のみを通過させるフィルタである。チャネル入れ替え検出部246からの指示に従って、受信する光の波長を切り替える。このようにして波長を切り替えることにより、各受光素子262において、特定の色の光のみを受光できるようにしている。
受光素子262は、例えば光センサであり、発光素子160の明滅の速さ以上の時間分解能で、対応して設けられる光フィルタ260を通過する光を受光している。そして、受光した光を電気信号に変えて対応する等化回路264に出力する。
等化回路264は、受光素子262から出力された電気信号の周波数を、制御部24で取り扱うための周波数に変換する。そして、変換された電気信号をスイッチ部240に対して出力する。
次に、制御部24に含まれる各部の機能について説明する。
スイッチ部240は、チャネル入れ替え検出部246からの指示に従い、各等化回路264から入力された信号を、ユニークワード検出部242又は同期回路248のいずれかに出力する。このとき、通信チャネルにおいて送信された信号は同期回路248に、同期制御チャネルにおいて送信された信号はユニークワード検出部242に、それぞれ出力される。
ユニークワード検出部242は、スイッチ部240から入力される信号である同期フレームに含まれるユニークワードを取得する。具体的には、信号中ユニークワードであると予想される部分と、予め記憶している複数のユニークワードと、の相関をそれぞれ計算することにより、相関が高いユニークワードが受信されたとして判断する。そして、同期フレームをビット列としてデューティー比制御部244に出力するとともに、各同期回路248に対して、通信チャネルの同期タイミングを通知する。
デューティー比制御部244は、入力されたビット列に対して、デューティー比制御部148で行われたデューティー比制御の逆変換を行い、デューティー比制御部148でデューティー比制御が行われる前のビット列を取得する。なおこのために、デューティー比制御部244は、送信装置10との間で共通な置換用ビット列や演算用ビット列及び制御規則を保持している。そしてデューティー比制御部244は、取得したビット列を、チャネル入れ替え検出部246に対して出力する。
チャネル入れ替え検出部246は、入力されたビット列に含まれるチャネルA入替情報又はチャネルB入替情報に含まれる通信チャネル入替情報を取得する。そして、通信チャネル入替情報に含まれるタイミング情報により示されるタイミングでチャネル入れ替えがあることを検出する。また、通信チャネル入替情報に含まれるユニークワードと発光素子識別情報とにより、チャネル入れ替えタイミング以降の通信チャネルと光の波長との対応付けを示す対応付け情報を取得する。
なお、チャネルA入替情報又はチャネルB入替情報は同じものが複数回送信されている。このうちのひとつでも受信すれば、チャネル入れ替え検出部246は、下記の処理を行う。
チャネル入れ替え検出部246は、チャネル入れ替えタイミングに応じて、以下の指示処理を行う。すなわち、上記対応付け情報に基づいて、各光フィルタ260において透過させるべき波長を決定し、各光フィルタ260に対して決定した波長の光を透過させるよう指示を行う。また、各光フィルタ260において透過させるべきであるとして指示した波長と、上記対応付け情報とに基づいて、スイッチ部240における各等化回路264から入力される信号の出力先を決定し、スイッチ部240に対して決定した出力先に各等化回路264から入力される信号を出力するよう指示を行う。
このようにして、受信装置20は、チャネル入れ替えタイミング以前及び以降において、ユニークワード検出部242には同期制御チャネルにおける通信信号が、同期回路248−1には通信チャネルAにおける通信信号が、同期回路248−2には通信チャネルBにおける通信信号が、それぞれ入力されるようにしている。
そして、各同期回路248は、ユニークワード検出部242により通知される通信チャネルの同期タイミングに応じてスイッチ部240から入力された信号を取得する。このようにして各同期回路248は、通信ペイロードを取得している。そして、取得した通信ペイロードをビット列としてデューティー比制御部250に対して出力する。
デューティー比制御部250は、入力されたビット列に対して、デューティー比制御部144で行われたデューティー比制御の逆変換を行い、デューティー比制御部144でデューティー比制御が行われる前のビット列を取得する。なおこのために、デューティー比制御部250は、送信装置10との間で共通な置換用ビット列や演算用ビット列及び制御規則を保持している。そしてデューティー比制御部250は、取得したビット列を、データ取得部224に対して出力する。
以上のようにして受信装置20は、送信装置10において通信チャネルの入れ替え及び対応付けの変更が行われた場合に、通信チャネル入替情報に応じて通信チャネルの入れ替え及び対応付けを行うことが可能になるようにしている。
次に、CPU120における通信チャネル入替決定処理及び通信チャネル対応変更決定処理の詳細について説明する。
まず、通信チャネル入替決定処理について説明する。
記憶部122は、送信装置10が備える各発光素子160の比視感度を記憶する。また、各通信チャネルに対応付けて、該各通信チャネルにおいて送信されるビット列のデューティー比を示すデューティー比データを記憶している。このデューティー比データは、例えばデューティー比そのものであってもよいし、各通信チャネルのデューティー比の比率であってもよい。また、単に大小を示すデータであってもよい。また、ここで記憶されるデューティー比は、デューティー比制御部144又はデューティー比制御部148において変換され、所定値となったデューティー比である。
そしてCPU120は、上記デューティー比データに基づいて、視感度が互いに異なる色の光を発する少なくとも2つの発光素子160(ここでは青色発光素子160−1と緑色発光素子160−2)について、通信チャネルとの対応付けを入れ替えた場合の合成光の見かけの照度を示す見かけ照度予測データを生成する。
見かけ照度予測データの具体的な生成は、以下の式(1)により行われる。
[見かけ照度予測データ]=[通信チャネルAにおいて送信されるビット列のデューティー比でビット列を送信した場合の照度]×[通信チャネルAに対応する発光素子が発する光の色の比視感度]+[通信チャネルBにおいて送信されるビット列のデューティー比でビット列を送信した場合の照度]×[通信チャネルBに対応する発光素子が発する光の色の比視感度] ・・・(1)
CPU120は、式(1)によって、通信チャネル入れ替え後の見かけ照度を見かけ照度予測データとして生成している。さらに、通信チャネル入れ替え前の見かけ照度も、同様に、見かけ照度実況データとして生成している。そして、見かけ照度予測データと見かけ照度実況データとが、調光スイッチ部126から入力される見かけ照度データにより示される見かけ照度の変更内容、すなわち「現状より明るくする」/「現状より暗くする」のいずれか、を満たしているか否かを判断する。そして満たしていれば、通信チャネル入替を行うことを決定する。一方、満たしていなければ、通信チャネル入替を行うことを決定しない。この場合、他の調光手段があれば、その調光手段に対し、通信チャネル入れ替えによる調光を行わない旨を通知することとしてもよい。
次に、通信チャネル対応変更決定処理について説明する。
通信チャネル対応変更決定処理では、まずCPU120は通信チャネル入替決定処理において通信チャネル入れ替えによる調光を行うと決定したか否かを判断する。そして、通信チャネル入れ替えによる調光を行うと決定した場合に以下の処理を行う。通信チャネル入れ替えによる調光を行うと決定していない場合には以下の処理行わない。すなわち、通信チャネル対応変更決定処理は通信チャネル入替決定処理において通信チャネル入れ替えによる調光を行うと決定したことを契機として開始される処理である。
具体的には、記憶部122は、送信装置10が備える各発光素子160の色度座標を記憶する。
そしてCPU120は、該色度座標に基づいてベクトル演算を行う。具体的には、まず、上記デューティー比データに基づいて、各通信チャネルのデューティー比率(通信チャネル間でのデューティー比の比率)を取得する。そして、視感度が互いに異なる色の光を発する少なくとも2つの発光素子160(ここでは青色発光素子160−1と緑色発光素子160−2)が発する各色についての、色度図の中心点からのベクトルに、各発光素子160に対応する通信チャネル(ここでは通信チャネルA又は同期制御チャネル)で送信されるビット列のデューティー比率を乗算して第1補正後ベクトルとする。すなわち、デューティー比に応じた量だけ、各色の色味への寄与量を少なくする。そして、上記各第1補正後ベクトルを合成し、合成補正後ベクトル(図7ではベクトル1又はベクトル2)を取得する。
次に、CPU120は、視感度が互いに異なる色の光を発する少なくとも2つの発光素子とは色度座標が異なる色であって、さらに互いに色度座標が異なる色の光を発する少なくとも2つの発光素子(ここでは黄色発光素子160−3と赤色発光素子160−4)のうちからひとつの発光素子を選択し、該発光素子に対応付けられるべき通信チャネル(ここでは通信チャネルB)のデューティー比率を取得する。そして、該選択した発光素子が発する色についての、色度図の中心点からのベクトルに、取得したデューティー比率を乗算して第2補正後ベクトルとする(図7ではベクトル1’又はベクトル2’)。そして、上記合成補正後ベクトルにさらに該第2補正後ベクトルを合成し、通信チャネル対応変更判断用ベクトルを取得する。この通信チャネル対応変更判断用ベクトルを、視感度が互いに異なる色の光を発する少なくとも2つの発光素子とは色度座標が異なる色であって、さらに互いに色度座標が異なる色の光を発する少なくとも2つの各発光素子について、それぞれ取得する。
そして、この通信チャネル対応変更判断用ベクトルによって示される色が、最も望ましい色(例えば白色)となる発光素子を選択し、ビット列を送信するための通信チャネル(ここでは通信チャネルB)を対応させることを決定する。
以上説明したように、本発明によれば、視感度が互いに異なる色の光を発する少なくとも2つの発光素子について、対応する通信チャネルを入れ替えることにより、光の色とデューティー比との対応付けを変更できるので、通信信号の受信強度に影響を与えることなく、見かけの照度を変更することができる。また、通信信号の受信強度に影響があることにより、通信信号の到達距離に影響が与えられることも回避することができる。
また、各通信チャネルのデューティー比を所定値とすることができるので、各通信チャネルが対応する前記視感度が互いに異なる色の光を発する少なくとも2つの発光素子の照度を一定に保つことができる。また、入力される見かけ照度データにより示される見かけの照度になるよう、視感度が互いに異なる色の光を発する少なくとも2つの発光素子について、対応する通信チャネルを入れ替えることができる。また、この通信チャネルの入れ替えに応じて、前記互いに色度座標が異なる色の光を発する少なくとも2つの発光素子の通信チャネルの対応付けを変更することができるので、合成光の色味の調整を行うことが可能になる。さらに、送信装置と受信装置の双方においてタイミングを合わせて、発光素子又は受光素子と対応する通信チャネルを入れ替えることができるようになる。また、チャネルA入替情報及びチャネルB入替情報を、一度の通信チャネルの入れ替え又は対応付けの変更について複数回送信しているので、受信装置20でチャネルA入替情報及びチャネルB入替情報を受信し、通信チャネル入替情報を取得できる確率を高めることができる。
なお、本発明は上記実施の形態に限定されるものではない。例えは、上記実施の形態では2値(「0」と「1」)のビット列について説明したが、多値のビット列を、多値レベルに応じた発光素子の照度の変動により送信する可視光通信システムに適用してもよい。すなわち、上記可視光通信システムにおいて、視感度が互いに異なる色の光を発する少なくとも2つの発光素子が発する光単独での照度が互いに異なるので、これらの発光素子について、対応する通信チャネルを入れ替えることにより、前記各発光素子の発する光の合成光の見かけの照度を変更することができる。
また、上記実施の形態では、見かけ照度データを「現状より明るくする」/「現状より暗くする」の2種類のいずれかを示すデータであるとしたが、さらに細かく調光することを可能にするため、より多数種類のいずれかを示すデータであることとしてもよい。このような場合、上記実施の形態におけるデューティー比制御部144又は/及びデューティー比制御部148において、見かけ照度データに応じて各通信チャネルのデューティー比を大きくすることにより、発光素子の明出力率を上げ、照度を大きくすることができる。逆に、見かけ照度データに応じて各通信チャネルのデューティー比を小さくすることにより、発光素子の明出力率を下げ、照度を小さくすることができる。この各デューティー比制御部によるデューティー比制御を細かく行うことにより、より細かく発光素子の発する光の合成光の照度を調節することができる。
本発明の実施の形態に係る可視光通信システムのシステム構成図である。 本発明の実施の形態に係る発光素子の出力と時間との関係を示す図である。 本発明の実施の形態に係る発光素子の出力の移動平均の時間変化を示す図である。 本発明の実施の形態に係る電磁波のうちの可視光域の周波数と、比視感度と、の対応関係を示した図である。 本発明の実施の形態に係る青色の発光素子と、緑色の発光素子と、において、それぞれ所定デューティー比のビット列を送信した場合の、照度及び見かけの照度を示す図である。 本発明の実施の形態に係る青色の発光素子と、緑色の発光素子と、において、それぞれ所定デューティー比のビット列を送信した場合の、照度及び見かけの照度を示す図である。 本発明の実施の形態に係る色度図である。 本発明の実施の形態に係る送信装置の機能ブロック図である。 本発明の実施の形態に係る受信装置の機能ブロック図である。 本発明の実施の形態に係る通信チャネルのフレーム構成を示す図である。
符号の説明
1 可視光通信システム、10 送信装置、12 データ処理部、14 制御部、16 発光部、20 受信装置、22 データ処理部、24 制御部、26 受光部、120 CPU、122 記憶部、124 送信データ取得部、126 調光スイッチ部、140 フレーム化部、142 送信データ列取得部、144 デューティー比制御部、146 同期フレーム生成部、148 デューティー比制御部、150 スイッチ部、152 スイッチ部、160 発光素子、220 CPU、222 記憶部、224 データ取得部、240 スイッチ部、242 ユニークワード検出部、244 デューティー比制御部、246 チャネル入れ替え検出部、248 同期回路、250 デューティー比制御部、260 光フィルタ、262 受光素子、264 等化回路、1000 UWA、1002 通信ペイロードA、1010 チャネルA入替情報、1100 UWB、1102 通信ペイロードB、1110 チャネルB入替情報。

Claims (7)

  1. 複数の発光素子を備え、前記各発光素子は視感度が互いに異なる色の光を発する発光素子であり、各発光素子の明滅又は照度の変動により、各通信チャネルによる送信を行う可視光通信装置であって、
    複数の通信チャネルにてそれぞれ異なるビット列を送信するに際し、デューティー比に応じて前記通信チャネルを前記各発光素子のいずれかに対応させて入れ替えることにより、各発光素子の発する光の合成光の見かけの照度を変更する見かけの照度変更手段、
    を含むことを特徴とする可視光通信装置。
  2. 請求項1に記載の可視光通信装置において、
    前記各通信チャネルのデューティー比が、それぞれの所定値になるよう制御するデューティー比制御手段、
    をさらに含むことを特徴とする可視光通信装置。
  3. 請求項2に記載の可視光通信装置において、
    見かけの照度を示す見かけ照度データの入力を受け付ける見かけ照度データ入力手段、
    をさらに含み、
    前記見かけの照度変更手段は、
    前記各通信チャネルのデューティー比を示すデューティー比データに基づいて、前記視感度が互いに異なる色の光を発する少なくとも2つの発光素子について、通信チャネルとの対応付けを入れ替えた場合の合成光の見かけの照度を示す見かけ照度予測データを生成する見かけ照度予測データ取得手段、
    を含み、
    前記見かけの照度変更手段は、前記生成される見かけ照度予測データにより示される見かけの照度が、前記入力される見かけ照度データにより示される見かけの照度になるよう、前記視感度が互いに異なる色の光を発する少なくとも2つの発光素子について、対応する通信チャネルを入れ替える、
    ことを特徴とする可視光通信装置。
  4. 請求項1乃至3のいずれかに記載の可視光通信装置において、
    前記見かけの照度変更手段による通信チャネルの入れ替えに応じて、前記視感度が互いに異なる色の光を発する少なくとも2つの発光素子とは色度座標が異なる色であって、さらに互いに色度座標が異なる色の光を発する少なくとも2つの発光素子のいずれか一方について、ビット列を送信するための通信チャネルを対応させ、該ビット列に含まれるビットに応じた該一方の発光素子の明滅又は照度の変動により該通信チャネルによる通信を行う
    ことを特徴とする可視光通信装置。
  5. 請求項1乃至4のいずれかに記載の可視光通信装置において、
    前記見かけの照度変更手段による通信チャネルの入れ替えに応じて、所定の通信チャネル入替情報を送信する送信手段、
    をさらに含むことを特徴とする可視光通信装置。
  6. 複数の発光素子を備え、前記各発光素子は視感度が互いに異なる色の光を発する発光素子であり、各発光素子の明滅又は照度の変動により、各通信チャネルによる通信を行う可視光通信システムにおいて、
    当該可視光通信システムは、少なくとも前記視感度が互いに異なる色の光を発する発光素子を備える送信装置と、
    少なくとも前記視感度が互いに異なる色の光を発する発光素子が発する光を受光する受光素子を備える受信装置と、
    を含み、
    前記送信装置は、
    複数の通信チャネルにてそれぞれ異なるビット列を送信するに際し、デューティー比に応じて前記通信チャネルを前記各発光素子のいずれかに対応させて入れ替えることにより、各発光素子の発する光の合成光の見かけの照度を変更する見かけの照度変更手段と、
    前記見かけの照度変更手段による通信チャネルと発光素子の対応付けを示す通信チャネル対応情報を前記受信装置に対し送信する送信手段と、
    を含み、
    前記受信装置は、
    前記送信される通信チャネル対応情報を受信する受信手段と、
    前記受信される通信チャネル対応情報に応じて、当該受信装置に備えられる各受光素子において、それぞれ受信する通信チャネルを決定する通信チャネル決定手段と、
    を含む、
    ことを特徴とする可視光通信システム
  7. 複数の発光素子のうちの少なくとも2つであって、視感度が互いに異なる色の光を発する発光素子のそれぞれについて通信チャネルを1つずつ対応させ、各通信チャネルの通信内容に応じて各発光素子を明滅させ、又は各発光素子の照度を変動させることにより各通信チャネルによる通信を行う可視光通信であって、該視感度が互いに異なる色の光を発する少なくとも2つの発光素子が発する光単独での照度が互いに異なる可視光通信において、前記各発光素子の発する光の合成光の見かけの照度を変更するための見かけの照度変更方法であって、
    前記視感度が互いに異なる色の光を発する少なくとも2つの発光素子について、対応する通信チャネルを入れ替えることにより、前記各発光素子の発する光の合成光の見かけの照度を変更することを特徴とする見かけの照度変更方法。
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