JP4722564B2

JP4722564B2 - 無線通信システム、無線発信装置、および無線受信装置

Info

Publication number: JP4722564B2
Application number: JP2005158036A
Authority: JP
Inventors: 徹須永; 泰行入江
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2005-05-30
Filing date: 2005-05-30
Publication date: 2011-07-13
Anticipated expiration: 2025-05-30
Also published as: US7697848B2; JP2006333395A; US20060269293A1

Description

本発明は、光の偏波面を制御して光通信を行う無線通信システム、無線発信装置、および無線受信装置に関するものである。

従来より、光を利用する無線通信技術が知られていて、携帯電話機等の情報通信機器に応用されている。

光を利用する無線通信技術の具体例としては、赤外線等によって光強度を変化させてパルス信号を生成し、このパルス信号を利用してデータを送受信するものや、ＬＥＤあるいはレーザダイオードの変調光を利用して、受信側で光の強度を解析してデータを取得するもの等が知られている（たとえば、特許文献１参照）。
特開２００４−７２３６５号公報

しかしながら、特許文献１に記載されたような従来の無線通信技術は、使用する光源が限られているので、無線通信技術を適応する分野が限られていた。

本発明は、どのような光源にも適用が可能で、多様な分野に応用できる無線通信システム、無線発信装置、および無線受信装置を提供することにある。

本発明の第１の観点の無線通信システムは、無線発信装置と、無線受信装置と、有し、前記無線発信装置は、外部から入る外来光を反射する反射面に対して、入射する光の偏波面を回転させて透過する偏波面可変手段と、入射する光についての所定の偏波面の光のみを透過する偏波面限定手段とが重ねて配置され、前記外来光について、前記偏波面可変手段および前記偏波面限定手段を透過させ、前記反射面で反射させ、さらに、前記偏波面限定手段および前記偏波面可変手段を再度透過させることにより、前記外来光に基づく特定の偏波面の光を外部へ出力し、前記偏波面可変手段は、発信する情報を示すために、前記情報に対応させて前記特定の偏波面の光の当該偏波面の角度を変え、前記無線受信装置は、前記無線発信装置からの前記特定の偏波面の光を検知する検知手段と、前記検知手段で検知された前記特定の偏波面の光の当該偏波面の角度の変化に基づいて前記無線発信装置から発信された情報を抽出する情報抽出手段と、を含む。

好適には、前記検知手段は、特定の偏波面の光のみを透過させる偏光板または偏光フィルターと、この偏光板または偏光フィルターを透過した光を検知するセンサと、を有する。

好適には、前記検知手段は、互いに異なる偏波面を透過させる複数の偏光板または偏光フィルターと、前記複数の偏光板または偏光フィルターの各々に設けられた、当該偏光板または偏光フィルターを透過した光を検知する複数のセンサと、を有し、前記情報抽出手段は、前記複数のセンサで各々検知した光の強度を比較し、外乱光分の強度を除去する制御手段を有する。

本発明の第２の観点の無線発信装置は、外部から入る外来光を反射する反射面に対して、入射する光の偏波面を回転させて透過する偏波面可変手段と、入射する光についての所定の偏波面の光のみを透過する偏波面限定手段とが重ねて配置され、前記外来光について、前記偏波面可変手段および前記偏波面限定手段を透過させ、前記反射面で反射させ、さらに、前記偏波面限定手段および前記偏波面可変手段を再度透過させることにより、前記外来光に基づく特定の偏波面の光を外部へ出力し、前記偏波面可変手段は、発信する情報を示すために、前記情報に対応させて前記特定の偏波面の光の当該偏波面の角度を変える。

本発明の第３の観点の無線受信装置は、外部から入る外来光を反射する反射面に対して、入射する光の偏波面を回転させて透過する偏波面可変手段と、入射する光についての所定の偏波面の光のみを透過する偏波面限定手段とが重ねて配置され、前記外来光について、前記偏波面可変手段および前記偏波面限定手段を透過させ、前記反射面で反射させ、さらに、前記偏波面限定手段および前記偏波面可変手段を再度透過させることにより、前記外来光に基づく特定の偏波面の光を外部へ出力する、無線発信装置から発信された情報を抽出する無線受信装置であって、前記情報は、前記無線発信装置の前記偏波面可変手段により、前記特定の偏波面の光についての当該偏波面の角度の変化に対して重畳されたものであって、前記無線発信装置から発信された、前記情報が重畳された光を検知する検知手段と、前記検知手段で検知された前記特定の偏波面の光の当該偏波面の角度の変化に基づいて前記情報を抽出する情報抽出手段と、を備える。

本発明によれば、どのような光源にも適用が可能で、多様な分野に応用できる無線通信システム、無線発信装置、および無線受信装置を提供することができる。

以下、本発明の実施形態を図面に関連付けて説明する。

図１は、本実施形態に係る無線通信システムの基本構成を示す図である。

本無線通信システム１は、情報発信源となる媒体（既存の視覚情報であり、図1の例では「絵」として例示しており、以下の説明では媒体２の情報を視覚情報と呼ぶ）２と、たとえば電灯、太陽その他の自然光源、人口光源からなる一般的な光源３と、光源２による光の偏波をそろえ、赤外線、可視光、紫外線などの光の偏波面を制御（偏波変調）することにより、一般的な反射光による視覚情報に人に不可視の別の情報を重畳して光無線信号として送信する無線発信装置（送信系）４と、無線発信装置３より送信された光無線信号を受信し、光の偏波面の向きの変化を信号の情報として捉えることが可能な無線受信装置５（受信系）と、を有している。

無線発信装置４は、情報発信源となる媒体２の近傍に配置され、媒体２から放射される光について特定の偏波面の光のみを透過させる偏波面限定手段としての光濾波器４１と、光濾波器４１で特定された偏波面の光の偏波面を、発信する視覚情報に応じて可変させる偏波面可変手段としての液晶装置４２と、電磁気的データ信号を出力する通信信号源４３と、通信信号源４３からの電磁気的データ信号Ｓ４３に応じて透過光の偏波面を可変するように液晶装置４２を制御するための制御装置４４と、を備えている。
光濾波器４１は、たとえば偏光フィルター、偏光板により構成され、図１の例では偏光板として例示している。

無線発信装置４の配置および機能について説明する。
まず、既存の視覚情報（図１の例では「絵」）を含む媒体２がある。
この媒体２は、光源を持たず、外部からの一般的な光源（電球、蛍光灯などの人口光や、太陽、月などの自然光、またはこれらを反射もしくは透過させることにより光を散乱させる媒体を経た光、その他統一された偏波面を持たない光を放つもの）２からの光を反射することにより、視覚情報を与えている。

媒体２の近傍(図１ではその上)に、光源２からの光に含まれる、あらゆる偏波面の内、特定の偏波面のみ透過させるような光濾波器（偏光フィルター、偏光板）４１を配置している。
光濾波器４１自体は、たとえば液晶装置４２の画面表面に張られている。
光濾波器４１の近傍（図１のではその上）に、電気的に光の偏波面を可変するような素子、たとえば図１のような液晶装置（一般に言われる液晶表示装置では無く、偏光板を含まず、導電性ガラスに挟まれた液晶物質を構成するもの）４２を配置している。
この液晶装置４２は、通信信号源４３からの電磁気的データ信号Ｓ４３に応じて透過光の偏波面を可変するように制御するための制御装置４４により制御される。
すなわち、この液晶装置４２は、光濾波器４１、たとえば偏光板で特定の偏波面に限定した反射光の当該偏波面の角度を、任意に変えるための装置として機能する。
これらにより、反射光（光源ではない２次的な光）による既存の視覚情報に、人の目に認識できないかたちで別の情報（データ）を重畳させる。
以上の構成により貢畳された情報を取り出すためには、偏光板を設けた光センサを用い、光センサが受ける光の強さおよびその変化により情報を、無線受信装置５により読み取る。

ここで、本実施形態の無線発信装置４が反射光を変調できる仕組みについて説明する。

図２は、本無線発信装置４が反射光を変調できる仕組みについて説明するための図である。
一般的な光源２から来た光（図２では左上）には、様々な偏波面が含まれている。
これらの光が液晶装置４２を通過すると、おのおのの光に対し、液晶装置４２を制御している情報関連付けられた偏波変調が加えられる。
ここで偏波変調とは、この段階では、単に偏波面の回転方向が可変することを意味する。すなわち、様々な角度の偏波面を有する光が液晶を通過することによって各々の偏波面がそれぞれ回転する。
なお、この時点では、様々な（角度の）偏波面を含んだ光であることに変わりない。
そして、上記の光が偏光板(光濾波器)４１に達した時、偏光板４１によりある特定の偏波面の光のみ透過することとなる。

透過した光は、視覚情報源である媒体２の表面で反射し、反射した光は、再び偏光板４１により、特定の偏波面の光のみ透過する。なお、視覚情報源である媒体２の表面で反射した際の散乱により、偏波面の異なる波が発生する場合、この時点で除去される。
偏波面が限定された反射光は、液晶装置４２により重畳情報（発信する情報）に関連付けられた偏波変調を加える。
この場合の偏波変調を加えるとは、偏波面の向き（角度）の変化（偏波面の回転方向の変化）に情報をのせるということを意味する（光の振幅や時間軸位相に情報をのせることを意味するものではない）。
具体的には、たとえば、偏波面が９０度回転すれば「０」で、偏波面の角度が０度になれば「１」というように予め取り決めておき、この「０」と「１」の組み合せの変化、具体的には、「０」から「１」または「１」から「０」に変わるときには「１」という信号を、「０」のまま、または「１」のままの場合には「０」という信号を算出するようにして、この算出された「０」と「１」の組み合わせに基づいて、音声データ等の情報にする、という意味である。

次に、本実施形態の無線受信装置５について説明する。

本無線受信装置５は、図１に示すように、無線発信装置４から送信された特定の偏波面の光のみを透過させる光濾波器（たとえば偏光板）５１，５２と、偏光板５１，５２を透過した光をそれぞれ検知する光センサ５３，５４と、光センサ５３，５４での特定の偏波面の光の検知に基づいて偏波面の角度の変化に応じた信号を生成し、この信号に基づいて無線発信装置４から発信された情報を抽出する情報抽出部５５とを備えている。
また、情報抽出部５５は、複数の光センサ５３，５４で各々検知した光に基づいて、外乱光成分のデータを除去する。

ここで、本実施形態の無線受信装置５の仕組みについて図３に関連付けて説明する。

上述したように、本実施形態の無線受信装置５は、２つの偏光板５１，５２と、各偏光板５１，５２の透過光を検知する２つの光センサ５３，５４を設け、偏光板５１と５２の、各々の透過する偏波面を直交関係となるように配置している。
なお、ここでは、２つの偏光板５１，５２と、この２つの偏光板５１，５２に対応する光センサを、２つ用いているが、本発明では、互いに透過する偏波面が直交する関係となる３つ以上の偏光板と、この偏光板に対応するように３つ以上の光センサを設けることも可能である。
これにより、無線受信装置５が移動等しても無線発信装置４からの特定の偏波面の光を確実に受けることができる。

次に、本実施形態の無線受信装置５の妨害光に対する耐性について説明する。

図４は、本実施形態の無線受信装置の妨害光に対する耐性を説明するため図である。
図５は、偏波面が図４と９０゜違う場合の例である。

無線受信装置５には、変調波のほかに、一般的な光源やその他の散乱物から放射された特定の偏波面に統一されていない光が到来する。この光は通信を目的とする変調波に対し妨害となる。これらの一部は、無線受信装置５の偏光板５１，５２を透過する。一般的な光源はあらゆる偏波面を均一に含んでいると考えられるため、光センサ５３，５４おのおので受ける強度は光源毎にほぼ同一となる。
光センサ５３，５４が受ける光の強度は、妨害光によりセンサ間で同値となる強度と、無線発信装置４により情報が重畳された光による強度が加算される。
よって、信号解読（判定）に、２つのセンサ５３，５４が得る光の強度差を利用することにより、妨害光（外乱光）となる送信系（無線発信装置）以外からの光に対する耐性を持たせることができる。
なお、本実施形態では、２つの偏光板５１，５２と、この２つの偏光板５１，５２に対応するように光センサを、２つ用いているが、本発明では、前述したように、互いに透過する偏波面が直交関係となる３つ以上の偏光板と、この偏光板に対応するように３つ以上のセンサを設けることにより、妨害光の強度を精度よく検出することができる。したがって、より妨害光の影響の無い信号の算出が無線受信装置５で可能となる。

なお、本実施形態の無線発信装置（送信系）４が重畳する光の偏波面に対する無線発信装置（受信系）５の向きが、固定されていなくても情報を正しく受信する方法として、位相変化に情報をのせる位相変調方式を用いることが考えられる。
これにより、送信系からの光の偏波面に対する向きが変化する利用方法においても、その速度が変調方式の持つ位相補正により対応できれば受信できる。

たとえば、光センサ５３の受信強度が光センサ５４の受信強度より大きい場合（センサ５３＞センサ５４）はデータ“０”、光センサ５３の受信強度が光センサ５４の受信強度より小さい場合（センサ５３＜センサ５４）はデータ“１”と割り振った場合、受信系の向きが入射面を維持したまま９０°傾くと“０”、”１”の関係が入れ替わるため、送信機に対する向きを把握する機構が必要となる。
これに対し、偏波面の変化自体を情報として扱えば、０から１または１から０に変化する場合はデータ“１”」、０もしくは１を維持する場合はデータ“０”と扱えるので、ＰＣＭ（ＰｕｌｓｅＣｏｄｅＭｏｄｕｌａｔｉｏｎ）的に情報を伝送できる。

なお、本発明において特定の偏波面の光に限定した理由は、無線発信装置４の送る光自体にあらゆる方向の偏波面が含まれていると、偏光フィルター通過後の光の強度に変化が現れないため、情報として認識できなくなるおそれがあるからである。

また、本発明では、送信系・受信系ともに、偏光板を用いて特定の偏波面に対応するように構成したので、送受信ともに、扱う光の瞬時的な偏向面を限定することにより、偏波面の統一されていないあらゆる偏波面を含む光源との識別を可能とすることができる。
また、送信系においてはさらに液晶装置を備えた構成にしたことにより、上記のとおり、識別可能となった光に情報を重畳することが可能となる。

また、液晶を用いないで、偏光板を回転させるなどして、偏波面を可変させるように構成してもよい。
本実施形態においては、媒体２が発光するものではなく、自然光等を媒体２に反射させるように構成しているが、これに限定されるものではなく、媒体自体を発光させるもので構成してもよい。

本実施形態においては、外側に向かう光（反射光であるか直接光であるかを問わない）について、特定の偏波面を有するようにしていることから、特定の偏波面を可変（回転制御）させることにより、所定の情報を発信するとともに、受信側では、このような特定の偏波面の光の偏波面の可変を認識（受信する光の有無等）することで情報（データ）を抽出する。

図６は、図１の装置構成を用いた、実際の使用イメージを示す図である。
図６においては、絵など自ら光を放たない視覚情報源に、本無線発信装置４を取り付け、その上から一般的な光源２である、照明で照らしている。
絵を見ている観覧者は、本無線受信装置５を備えた情報端末５Ａを持ち、情報端末の受信部を、観覧したい絵に向けることにより、その絵固有の重畳情報（たとえば作者、解説など）を得ることができる。
この際、一般的な光源に何か特別な加工や工夫を必要としない。
また、人間には、偏波面の異なる光を識別できないため、重畳情報が元の視覚情報に影響しない。

以上説明したように、本実施形態によれば、情報発信源となる媒体２と、たとえば電灯、太陽その他の自然光源、人口光源からなる一般的な光源３と、光源２による光の偏波をそろえ、赤外線、可視光、紫外線などの光の偏波面を制御（偏波変調）することにより、一般的な反射光による視覚情報に人に不可視の別の情報を重畳して光無線信号として送信する無線発信装置４と、無線発信装置３より送信された光無線信号を受信し、光の向きの変化を信号の情報として捉えることが可能な無線受信装置５と、を有することから、以下の効果を得ることができる。

既存かつ一般的な可視情報、たとえば壁に貼り付けられた広告、璧床などの視覚的質感、窓から取り込まれる風景など、人への視覚を維持したまま、特定の装置にのみ読み取ることのできる情報を光に情報として付加することができる。この際、点滅、減光、色彩の変化などを起こさないため、人へ不快感を与えることがない。
これまで有った視覚情報に、本装置を取り付けるだけで、付加情報を重畳させることができ、その上、情報が、元の視覚情報に目立った影響を与えることがない。
本実施形態により可視光通信の分野を、自ら光を発することの無い媒体にまで広げることができる。
すなわち、光源であって欲しくない場合があるもの（床、壁等）や、直接光源が見えない場所（間接照明）なども応用できる。
明るさなどの制御が特性上困難な大出力の光源（例：高圧水銀灯など）が使用される環境への応用ができる。
既存の光源（視覚情報源）を加工することなく利用できる。

本実施形態に係る無線通信システムの基本構成を示す図である。本実施形態の無線発信装置が反射光を変調できる仕組みについて説明するための図である。本実施形態の無線受信装置の仕組みについて説明するための図である。本実施形態の無線受信装置の妨害光に対する耐性を説明するため図である。偏波面が図４と９０゜違う場合の例である。図１の装置構成を用いた、実際の使用イメージを示す図である。

符号の説明

１・・・無線通信システム、２・・・媒体、３・・・光源、４・・・無線発信装置、４１・・・光濾波器(偏光板等)、４２・・・液晶装置、４４・・・制御装置、５・・・無線受信装置、５１，５２・・・偏光板(光濾波器)、５３，５４・・・光センサ、５５・・・情報抽出部。

Claims

無線発信装置と、無線受信装置と、有し、
前記無線発信装置は、
外部から入る外来光を反射する反射面に対して、入射する光の偏波面を回転させて透過する偏波面可変手段と、入射する光についての所定の偏波面の光のみを透過する偏波面限定手段とが重ねて配置され、
前記外来光について、前記偏波面可変手段および前記偏波面限定手段を透過させ、前記反射面で反射させ、さらに、前記偏波面限定手段および前記偏波面可変手段を再度透過させることにより、前記外来光に基づく特定の偏波面の光を外部へ出力し、
前記偏波面可変手段は、
発信する情報を示すために、前記情報に対応させて前記特定の偏波面の光の当該偏波面の角度を変え、
前記無線受信装置は、
前記無線発信装置からの前記特定の偏波面の光を検知する検知手段と、
前記検知手段で検知された前記特定の偏波面の光の当該偏波面の角度の変化に基づいて前記無線発信装置から発信された情報を抽出する情報抽出手段と、を含む、
ことを特徴とする無線通信システム。
前記検知手段は、
特定の偏波面の光のみを透過させる偏光板または偏光フィルターと、
この偏光板または偏光フィルターを透過した光を検知するセンサと、を有する
ことを特徴とする請求項１に記載の無線通信システム。
前記検知手段は、
互いに異なる偏波面を透過させる複数の偏光板または偏光フィルターと、
前記複数の偏光板または偏光フィルターの各々に設けられた、当該偏光板または偏光フィルターを透過した光を検知する複数のセンサと、を有し、
前記情報抽出手段は、前記複数のセンサで各々検知した光の強度を比較し、外乱光分の強度を除去する制御手段を有する
ことを特徴とする請求項１に記載の無線通信システム。
外部から入る外来光を反射する反射面に対して、入射する光の偏波面を回転させて透過する偏波面可変手段と、入射する光についての所定の偏波面の光のみを透過する偏波面限定手段とが重ねて配置され、
前記外来光について、前記偏波面可変手段および前記偏波面限定手段を透過させ、前記反射面で反射させ、さらに、前記偏波面限定手段および前記偏波面可変手段を再度透過させることにより、前記外来光に基づく特定の偏波面の光を外部へ出力し、
前記偏波面可変手段は、
発信する情報を示すために、前記情報に対応させて前記特定の偏波面の光の当該偏波面の角度を変える
ことを特徴とする無線発信装置。
外部から入る外来光を反射する反射面に対して、入射する光の偏波面を回転させて透過する偏波面可変手段と、入射する光についての所定の偏波面の光のみを透過する偏波面限定手段とが重ねて配置され、前記外来光について、前記偏波面可変手段および前記偏波面限定手段を透過させ、前記反射面で反射させ、さらに、前記偏波面限定手段および前記偏波面可変手段を再度透過させることにより、前記外来光に基づく特定の偏波面の光を外部へ出力する、無線発信装置から発信された情報を抽出する無線受信装置であって、
前記情報は、前記無線発信装置の前記偏波面可変手段により、前記特定の偏波面の光についての当該偏波面の角度の変化に対して重畳されたものであって、
前記無線発信装置から発信された、前記情報が重畳された光を検知する検知手段と、
前記検知手段で検知された前記特定の偏波面の光の当該偏波面の角度の変化に基づいて前記情報を抽出する情報抽出手段と、
を備えたことを特徴とする無線受信装置。