JP4768022B2 - 可視光通信装置 - Google Patents

Description

本発明は、可視光による通信を行う可視光通信装置に関する。

可視光通信は、人間の目に見える表示器や照明などの可視光を利用して、可視光情報として付加した情報を伝送するものである。可視光通信においては、送信側では光源から出射する可視光を伝送情報に応じて変調して情報を重畳した状態で発信し、受信側では受光した可視光を復調することで伝送情報を取得するようになっている。従来の可視光通信においては、可視であることが最大の特徴であるにもかかわらず、利用者が可視光通信によって情報が伝送されているかどうか、及び、どのような情報が伝送されているかを認識することは困難であった。

可視光を利用した通信装置として、例えば特許文献１には、赤外線通信等の不可視光による無線通信を行うものにおいて、可視光を赤外線等の照射領域のガイドに用いる無線通信装置が開示されている。この従来例の無線通信装置は、赤外線照射領域の中心等に可視光光軸を合わせるよう配置することにより、目に見えない赤外線の照射領域の代わりに可視光の光ビームの照射位置を目で確認することで、赤外線が送信可能な位置にあることを判断するものである。この特許文献１に記載の従来例は、通信を行う赤外線等のガイドに可視光を利用するものであり、利用者は伝送される情報内容が何であるかを実際に通信が成功するまで認識することができない。

可視光通信装置としては、例えば特許文献２に可視光通信表示システムおよび可視光通信照明システムが開示されている。この可視光通信表示システムにおける表示装置は、複数の可視光を発する光源から構成された図形を表示すると共に可視光通信で情報を発信するものであり、上記表示装置において、発信用の可視光情報と共に受信した所定の識別情報と当該装置の識別情報とが一致するかを判定し、一致した場合に光源を変調して可視光情報を発信するようになっている。

この特許文献２に記載の従来例は、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）などを用いた表示板において可視光通信をする場合の構成を示したものである。この従来例の表示装置を天井などに設置する場合は、ユーザが上を見上げないと可視光通信している内容を把握できない。また、表示装置の照度を上げると、文字や図形として見えなくなってしまう。

図１１は赤外線と可視光とを用いた通信装置における出力光の帯域を示す説明図である。この図１１の例は、特許文献１に記載された構成を模擬したもので、赤外線光源１０１からの赤外線によって通信を行い、可視光光源１０２からの可視光を表示にのみ用いる場合に対応する。この場合、赤外線受光素子の受光帯域１０５は、赤外線光源１０１から出射される赤外線帯域λｘ１の光のみに対応している。また、可視光光源１０２から出射される可視光帯域λｘ２の光にはデータが重畳されていない状態である。この状態では、利用者は通信を行っている赤外線の照射エリアを実際には正確に視認できなく、また情報内容も視認することはできない。

図１２は２つの可視光を用いた通信装置における出力光の帯域を示す説明図である。この図１２の例は、可視光通信と図１１の例とを組み合わせたもので、第１の可視光光源１１１からの第１の可視光によって通信を行い、第２の可視光光源１１２からの第２の可視光を表示にのみ用いる場合に対応する。この場合、人間の可視帯域に第１の可視光光源１１１から出射される第１の可視光の可視光帯域λｘ１と第２の可視光光源１１２から出射される第２の可視光の可視光帯域λｘ２とが含まれ、これらの２つの帯域の光が視認可能である。また、第１の可視光光源１１１から送出される第１の可視光のみでデータを伝送しており、第２の可視光光源１１２からの第２の可視光にはデータが重畳されていない状態である。この状態では、可視光帯域全域を受光帯域１０６として持つ一般的な可視光用受光素子で受光した場合に、第２の可視光光源１１２からの第２の可視光はノイズになってしまい、通信用の第１の可視光光源１１１からの第１の可視光にとっては、ＣＮ劣化を招くことになる。

特開平９−６９８１５号公報 特開２００６−５０５２８号公報

従来の可視光通信装置では、可視光通信を行っている際の伝送情報の内容を容易に視認することができなかった。また、照明を利用して可視光通信を行う場合に、データ送信をしている照明としていない照明との識別ができなかった。さらに、通信内容を視認可能に表示するために、他の帯域の可視光を用いるようにした場合は、可視光通信にとっては表示用の可視光がノイズとなってしまい、ＣＮが劣化するという不具合が生じる。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、可視光通信の有無及び通信内容を利用者が容易に視認可能にできるとともに、通信内容の可視表示によるＣＮ劣化を防止することが可能な可視光通信装置を提供することを目的とする。

本発明の可視光通信装置は、可視光光源を含み、異なる複数の色の可視光を出力するもので、前記複数の色の出力光のうち、少なくとも一つを第１の可視光とし、他の少なくとも一つを第２の可視光として出力する可視光出力部と、前記第１の可視光と前記第２の可視光の双方において送信する第１データを含むように前記可視光光源を駆動する光源制御部と、前記第１の可視光または前記第２の可視光に対して、前記第１データに関連する表示情報の内容に対応した領域を遮断または透過するよう制御する透過領域制御部と、前記第１の可視光及び前記第２の可視光を投影面に投影する投影部と、を備え、前記透過領域制御部は、送信するデータが前記第１データから第２データに変更された場合、前記第１の可視光または前記第２の可視光に対して、前記第２データに関連する表示情報の内容に対応した領域を遮断または透過するように変更するものである。

これにより、可視光通信用の出力光を照射する際、可視光通信用の情報に関連する表示情報を投影面に視認可能に表示することによって、波長帯域の異なる第１の可視光と第２の可視光による表示情報に基づいて可視光通信を行っているかどうか、及びその通信内容を利用者が目視で容易に認識可能となる。また、第１の可視光と第２の可視光の双方に可視光通信用の情報を含むようにすることで、通信内容の可視表示の際に第１の可視光による画像または第２の可視光による画像がノイズ成分となることなく、ＣＮ劣化を防止できる。

また、本発明は、上記の可視光通信装置であって、前記可視光出力部は、前記可視光光源として、前記第１の可視光を発光する第１の可視光光源と、前記第２の可視光を発光するもので前記第１の可視光光源と発光波長帯域が異なる第２の可視光光源とを備えるものを含む。

これにより、例えば異なる発光中心波長を持つ可視光ＬＥＤなどの第１の可視光光源及び第２の可視光光源によって、それぞれ第１の可視光と第２の可視光を出力することで、表示情報を視認可能に表示しつつ可視光通信を行うことができる。

また、本発明は、上記の可視光通信装置であって、前記可視光出力部は、前記第１の可視光を透過する第１のフィルタと、前記第２の可視光を透過するもので前記第１のフィルタと透過帯域が異なる第２のフィルタとを備えるものを含む。

これにより、例えば白色光ＬＥＤなどの可視光光源を用いて光路を２つに分岐し、第１のフィルタ及び第２のフィルタによって、それぞれ第１の可視光と第２の可視光を透過して出力することで、表示情報を視認可能に表示しつつ可視光通信を行うことができる。

また、本発明は、上記の可視光通信装置であって、前記可視光出力部は、白色光を出力する可視光光源と、前記第１の可視光または前記第２の可視光の一方を透過するフィルタとを少なくとも備えるものを含む。

これにより、例えば白色光ＬＥＤなどの可視光光源を用いて光路を２つに分岐し、第１の可視光と第２の可視光の少なくとも一方をフィルタによって透過して出力することで、表示情報を視認可能に表示しつつ可視光通信を行うことができる。

また、本発明は、上記の可視光通信装置であって、前記第１の可視光と前記第２の可視光とが所定値以上のコントラストを持つように出力光の色を制御するコントラスト制御部を備えるものを含む。

これにより、コントラスト制御部において、例えば、投影面からの反射光を受光してそのＲＧＢ成分を検出する受光部、前記ＲＧＢ成分から明度差及び色差を算出してコントラストを判定するコントラスト判定部、前記コントラストの値が所定値以上となるように前景用の光と背景用の光の少なくとも一方の色を調整する色調整部などを有する構成とし、出力光の色を調整することによって、第１の可視光と第２の可視光のコントラストを適正にすることができ、利用者が表示情報をより鮮明に認識可能なようにすることができる。

また、本発明は、上記の可視光通信装置であって、前記投影面における前記表示情報の合焦状態を調整する焦点調整部を備えるものとする。

これにより、焦点調整部において、例えば、表示情報の投影面上での合焦状態を検出するＡＦ部、前記ＡＦ部の出力に応じて投影部の光学レンズ等を駆動するレンズ駆動部等を備える構成とし、光学系の光路上の位置を調整することによって、表示情報の焦点調整を適正にすることができ、利用者が表示情報をより鮮明に認識可能なようにすることができる。

本発明の可視光通信方法は、可視光光源から、異なる複数の色の可視光を出力し、前記複数の色の出力光のうち、少なくとも一つを第１の可視光とし、他の少なくとも一つを第２の可視光として出力するステップと、前記第１の可視光と前記第２の可視光の双方において送信する第１データを含むように前記可視光光源を駆動するステップと、前記第１の可視光または前記第２の可視光に対して、前記送信する第１データに関連する表示情報の内容に対応した領域を遮断または透過するよう制御するステップと、前記第１の可視光及び前記第２の可視光を投影面に投影するステップと、送信するデータが前記第１データから第２データに変更された場合、前記第２データに関連する表示情報の内容に対応した領域を遮断または透過するように変更するステップと、を備えるものである。

これにより、可視光通信用の出力光を照射する際、可視光通信用の情報に関連する表示情報を投影面に視認可能に表示することによって、波長帯域の異なる第１の可視光と第２の可視光による表示情報に基づいて可視光通信を行っているかどうか、及びその通信内容を利用者が目視で容易に認識可能となる。また、第１の可視光と第２の可視光の双方に可視光通信用の情報を含むようにすることで、通信内容の可視表示の際に第１の可視光による画像または第２の可視光による画像がノイズ成分となることなく、ＣＮ劣化を防止できる。

本発明によれば、可視光通信の有無及び通信内容を利用者が容易に視認可能にできるとともに、通信内容の可視表示によるＣＮ劣化を防止することが可能な可視光通信装置を提供できる。

以下の実施形態では、可視光通信装置として照明装置に適用した構成例を示す。本実施形態の可視光通信装置の発光部としては、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）による発光素子を用いることとする。

図１は本発明の実施形態に係る可視光通信装置の概略構成を示すブロック図である。本実施形態の可視光通信装置は、表示制御部１０、第１の可視光ＬＥＤ１１、第２の可視光ＬＥＤ１２、表示情報付加部１３、フォーカス部１４を備えて構成される。

表示制御部１０は、この可視光通信装置より送信するデータの出力制御とともに、可視光通信用に照射する光の表示態様を制御するものである。表示制御部１０は、光源制御部の機能とともに表示情報付加部を制御する機能を有し、第１の可視光ＬＥＤ１１及び第２の可視光ＬＥＤ１２を変調するための可視光通信用の変調データと、表示情報付加部１３において付加して投影すべき表示情報とを出力する。ここで、変調データと表示情報は関連のあるものとする。また、変調方式としては、例えば振幅変調や位相変調などの方式を使っても良い。また、第１の可視光ＬＥＤ１１及び第２の可視光ＬＥＤ１２に出力する変調データは同一のものである。

第１の可視光ＬＥＤ１１、第２の可視光ＬＥＤ１２は、それぞれ可視光を発光する可視光光源であり、可視光出力部の機能を実現するものである。第１の可視光ＬＥＤ１１と第２の可視光ＬＥＤ１２とは出力光の波長が異なり、互いに異なる色を発光するものである。これらの第１の可視光ＬＥＤ１１、第２の可視光ＬＥＤ１２は、それぞれ表示制御部１０からの変調データによってＬＥＤの出力光を変調する。

表示情報付加部１３は、変調データで変調された第１の可視光ＬＥＤ１１の出力光に、表示制御部１０から受信した表示情報を付加する。具体的には、表示情報付加部１３は、スリット、マスクなどの、第１の可視光ＬＥＤ１１の出力光を透過する部分と透過しない部分とを有し、これらの透過／非等化部分を変更可能な透過領域制御部材を備え、表示制御部１０からの表示情報に応じて文字、記号、図形などの表示情報を付加する。また、表示情報付加部１３の透過領域制御部材として、スリット、マスクなどの代わりに、液晶パネルを用いれば、より多様な表示情報を付加することができる。

フォーカス部１４は、出射光学系を備え、投影部の機能を有するもので、変調データで変調され表示情報が付加された第１の可視光ＬＥＤ１１の出力光を、床面、壁面などの投影面に投影し、焦点を合わせて結像させる。具体的には、フォーカス部１４は出射光学系として投影用の光学レンズなどを有して構成される。また、フォーカシングのための投影用レンズの駆動機構などを備えていてもよい。

図２は本発明の実施形態に係る可視光通信装置の出力光の帯域を示す説明図、図３は本発明の実施形態における可視光通信装置の出力光の投影状態を模式的に示す説明図である。

本実施形態では、可視光光源から異なる複数の波長の光（第１の可視光と第２の可視光）を出力し、一方を文字等の表示情報を付加した前景の光とし、他方を背景の光として床や壁等の投影面に投影する。これにより、可視光通信の内容を背景と前景による表示情報として可視的に表示することができる。

図２に示すように、人間の可視帯域において、第１の可視光ＬＥＤ１１から発光中心波長が波長λ１の前景となる表示情報が付加された光を出力し、第２の可視光ＬＥＤ１２から発光中心波長が波長λ２の背景となる光を出力する。また、これらの色の異なる第１の可視光ＬＥＤ１１の出力光と第２の可視光ＬＥＤ１２の出力光のそれぞれを同一の変調データによって変調し、可視光通信用のデータを重畳して送信する。これらの出力光の波長λ１、λ２は、人間の可視帯域内のもので、互いに異なる色であればよく、認識が容易なように所定値以上のコントラストを持つ色の組み合わせであれば、λ１とλ２の大小関係や値などは任意である。

そして、図３に示すように、これら第１の可視光ＬＥＤ１１からの情報表示（前景表示）用の出力光と第２の可視光ＬＥＤ１２からの背景表示用の出力光は、床面、壁面などの投影面１５に合焦状態で投影される。このとき、第１の可視光ＬＥＤ１１からの出力光と第２の可視光ＬＥＤ１２からの出力光を重ねた状態で投影する。これにより、利用者は背景と前景による表示情報によって可視光通信の内容を目視で容易に認識できる。また、携帯電話機などの携帯機器１６では、可視光ＬＥＤ１１、１２からの可視光の照射領域１７において変調された可視光を受信して復調することによって、可視光通信によるデータを取得できる。

この場合、受信側の携帯機器１６における可視光用受光素子の受信帯域Ｂ１には、表示情報が付加された前景の光の波長λ１と背景の光の波長λ２の双方が含まれているが、両方の光にデータが重畳されているため、情報表示用に設けた一方の可視光がノイズとなる不具合が生じない。よって、携帯機器１６の受光部が可視光通信用の投影光における文字、図形等の表示情報部分に位置する場合であっても、ＣＮ劣化無くデータ通信が可能である。

このように本実施形態では、第１の可視光ＬＥＤ１１からの出力光に付加された表示情報よって、可視光通信の内容を可視的に表示し、利用者が容易に認識することが可能である。また、前景用及び背景用の２つの可視光ＬＥＤ１１、１２からの出力光によって、可視光通信用に変調された光の強度を増加させることができる。さらに、第１の可視光ＬＥＤ１１からの出力光と第２の可視光ＬＥＤ１２からの出力光とは同一の変調データによって変調されているので、通信内容の表示によるＣＮ劣化を無くすことができ、可視光通信の通信品質を高く保持できる。

以下に、可視光通信装置の構成例をいくつかの実施形態において示す。
（第１の実施形態）
図４は本発明の第１の実施形態に係る可視光通信装置の詳細構成を示すブロック図である。第１の実施形態の可視光通信装置２０は、通信機能部２１、表示制御部２２、光学系２３を備えて構成される。

通信機能部２１は、送信部２４と受信部２５とを有し、ネットワーク網２６と有線または無線にて接続されており、他の通信機器２７と双方向通信が可能である。ネットワーク網２６としては、例えば、Ｗ−ＬＡＮ（Wireless Local Area Network：無線ＬＡＮ）、ＵＷＢ（Ultra Wide Band）、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、ＺｉｇＢｅｅ（商標）、携帯電話網、インターネット網などの各種無線または有線による通信手段の接続形態が利用可能である。

表示制御部２２は、ＬＥＤ制御部２９、送信制御部３０、受信制御部３１、液晶制御部３２を有して構成され、可視光光源である可視光ＬＥＤ１１、１２に対する出力制御、及び可視光用受光素子である可視光用ＰＤ（Photo Diode）３３からの入力信号処理を行う。また、データの記憶を行うメモリ２８を備え、通信機能部２１と表示制御部２２に接続されている。

光学系２３は、第１の可視光ＬＥＤ１１、第２の可視光ＬＥＤ１２、可視光用ＰＤ３３、偏光板３４、液晶パネル３５、光学レンズ３６を有して構成される。ここで、第１の可視光ＬＥＤ１１と第２の可視光ＬＥＤ１２は、図２に示したように、発光波長は可視光領域であるが、発光中心波長がそれぞれλ１とλ２と異なっている。なお、必須の構成要素ではないが、第１の可視光ＬＥＤ１１からの出力光を投影面において合焦させるフォーカシングのための構成として、表示制御部２２にレンズ位置調整部３７を、光学系２３にレンズ駆動部３８をそれぞれ設け、光学レンズ３６の位置調整が可能なようにしてもよい。

ここで、第１の可視光ＬＥＤ１１、第２の可視光ＬＥＤ１２が可視光出力部の機能を実現する。また、ＬＥＤ制御部２９、送信制御部３０が光源制御部の機能を実現する。また、液晶制御部３２、液晶パネル３５が表示情報付加部の機能を実現する。また、光学レンズ３６が照射部の機能を実現する。

このような構成の可視光通信装置２０において、通信機能部２１は、送信部２４及び受信部２５によってネットワーク網２６を介して通信機器２７との間で通信を行い、データの送信、受信を行う。通信機能部２１において受信したデータは、メモリ２８に送られ、ここに情報として記憶されて蓄積される。

表示制御部２２のＬＥＤ制御部２９は、メモリ２８より、伝達すべき情報（音楽や天気予報などのコンテンツ）や表示すべき文字、図形等の情報のデータを取得し、このデータに基づく表示データを液晶制御部３２に出力する。また同時に、ＬＥＤ制御部２９は、伝達すべき情報や表示すべき文字、図形等の情報のデータに基づいて送信信号の変調データを生成し、送信制御部３０に対して変調データを出力する。液晶制御部３２は、表示データに基づいて表示すべき文字、図形等を表示できるように、所定部分が透過可能となるよう液晶パネル３５を制御する。

送信制御部３０は、ＬＥＤ制御部２９からの変調データを第１の可視光ＬＥＤ１１及び第２の可視光ＬＥＤ１２に出力し、これらの可視光ＬＥＤ１１、１２を発光駆動する。これにより、可視光ＬＥＤ１１、１２からは、それぞれの発光波長によって、伝達すべき情報に対応する変調データで変調された可視光が出射される。ここで、第１の可視光ＬＥＤ１１と第２の可視光ＬＥＤ１２は、同じ情報（コンテンツ）を可視光通信により送信するため、同期してオン、オフを行う。なお、２つの可視光ＬＥＤ１１、１２において、可視光通信により伝送するデータ（可視光に重畳する変調データ）の伝送レートは、上記のように同期させて同じレートとするが、各ＬＥＤで発光電力が異なる場合など、装置構成や使用状態に応じて異なる伝送レートとすることも可能である。

第１の可視光ＬＥＤ１１からの出力光は、偏光板３４を透過して所定の偏光を持つ光となった後、液晶パネル３５を透過して表示内容に対応した所定部分が透過、遮断される。そして、液晶パネル３５を透過した光が光学レンズ３６を介して出射され、前景の情報表示用の光として投影面に投影される。第２の可視光ＬＥＤ１２からの出力光は、そのまま出射されて背景の光として投影面に投影される。このとき、可視光通信用のデータ及びこれに関連する表示情報は、他の通信機器２７などからネットワーク網２６を介して送信し、通信内容を適宜変更することが可能である。

また、可視光用ＰＤ３３は、携帯機器１６などから上り方向の光通信信号を受信し、受信信号を受信制御部３１に出力する。受信制御部３１は、プリアンプ、誤り訂正などの受信信号処理を行い、受信データを通信機能部２１に出力する。この受信データは、送信データとして通信機能部２１の送信部２４から送信され、ネットワーク網２６を経由して対象の通信機器２７へ伝送される。

上記のように、第１の実施形態では、可視光光源として２つの可視光ＬＥＤを設け、第１の可視光ＬＥＤ１１によって通信内容などを示す文字等の表示情報を表示する前景の光を出力し、第２の可視光ＬＥＤ１２によって前記表示情報に対する背景の光を出力する。また、第１の可視光ＬＥＤ１１及び第２の可視光ＬＥＤ１２の両方の出力光を、伝送すべき情報に対応する変調データで変調し、可視光通信用のデータを重畳する。

これにより、前景と背景による表示情報によって可視光通信の内容を可視的に表示し、利用者が容易に通信内容を認識することができる。また、２つの可視光ＬＥＤ１１、１２からの出力光は共に可視光通信用の変調データで変調されているため、これら２つの出力光が加算されることで可視光通信用の光の強度を増加できるとともに、可視光の照射領域内ではどこでもデータを受信できる。したがって、通信内容の表示を行うようにした場合でも可視光帯域のノイズを削減でき、可視光通信におけるＣＮ劣化を防止することができる。

（第２の実施形態）
図５は本発明の第２の実施形態に係る可視光通信装置の主要部の詳細構成を示すブロック図である。図６は可視光通信装置における可視光光源及び出力光の帯域を示す説明図である。

第２の実施形態は、第１の実施形態の光学系の構成を変更し、可視光光源として単一の光源を用いた例である。第１の実施形態と同様の構成要素は同一の符号を付し、同一の構成及び動作に関する説明を省略し、ここでは第１の実施形態と異なる部分を中心に説明する。

可視光通信装置４０の光学系４３は、可視光ＬＥＤ４１、光分岐器４２、第１のフィルタ４５、第２のフィルタ４６、可視光用ＰＤ３３、偏光板３４、液晶パネル３５、光学レンズ３６を有して構成される。

ここで、可視光ＬＥＤ４１、光分岐器４２、第１のフィルタ４５、第２のフィルタ４６が可視光出力部の機能を実現する。

可視光光源としての可視光ＬＥＤ４１は、白色光を発光するものを用い、発光波長が図６（ａ）に示すような人間の可視帯域ほぼ全域にわたるような出力帯域特性を有する。ここで、可視光ＬＥＤ４１には、送信制御部３０から伝達すべき情報に対応する変調データが入力され、この変調データで変調された可視光が可視光ＬＥＤ４１から出射される。光分岐器４２は、プリズムなどによって構成され、可視光ＬＥＤ４１からの出力光を２つの光路に分岐させる。第１のフィルタ４５と第２のフィルタ４６は、光分岐器４２から分岐された２つの出射光路上にそれぞれ配置される。

第１のフィルタ４５は、透過帯域が図６（ｂ）に示すような中心波長λ１となるような出力帯域特性を有し、波長λ１の光を選択的に透過させる。第２のフィルタ４６は、透過帯域が図６（ａ）に示すような可視帯域ほぼ全域、あるいは図６（ｃ）に示すような中心波長λ２となるような出力帯域特性を有し、可視光ＬＥＤ４１からの出力光をそのまま透過させるか、あるいは波長λ２の光を選択的に透過させる。

第１のフィルタ４５を透過した波長λ１の光は、偏光板３４を透過して所定の偏光を持つ光となった後、液晶パネル３５を透過して伝達すべき情報に関連する表示内容に対応した所定部分が透過、遮断される。このとき、液晶パネル３５は、液晶制御部３２によって表示データに基づいて所定部分が透過可能となるよう制御され、透過光によって表示すべき文字、図形等を表示できるように駆動される。そして、液晶パネル３５を透過した光が光学レンズ３６を介して出射され、前景の情報表示用の光として床や壁等の投影面に投影される。第２のフィルタ４６を透過した白色光または波長λ２の光は、そのまま出射されて背景の光として投影面に投影される。

なお、上記の例では、第１のフィルタ４５を透過する前景用の光を波長λ１の光、第２のフィルタ４６を透過する背景用の光を白色光または波長λ２の光としたが、背景用の光を波長λ２の光とした場合は、第１のフィルタ４５が可視帯域ほぼ全域をそのまま透過させるものとして、通信内容などを示す文字等の表示情報を表示する前景用の光を白色光としてもよい。白色光を出力光とする場合は、第１のフィルタ４５や第２のフィルタ４６を設けないようにしてもよい。

このように、第２の実施形態では、１つの可視光光源を用いて光路を２つに分岐し、それぞれフィルタで特定の波長帯域を透過して抽出する構成とすることで、第１の実施形態の複数の可視光光源を持つ場合と同様の機能を実現できる。すなわち、前景用と背景用とで異なる色の出力光を出射し、双方の光に可視光通信用のデータを重畳した状態で、前景と背景による表示情報を投影面に投影することによって、可視光通信の内容を可視的に表示することが可能となる。これにより、可視光通信におけるＣＮ劣化を防止しつつ、利用者が容易に通信内容を認識することができる。

（第３の実施形態）
図７は本発明の第３の実施形態に係る可視光通信装置の詳細構成を示すブロック図である。図８は第３の実施形態における可視光通信装置のコントラスト調整の動作手順を示すフローチャートである。

第３の実施形態は、第２の実施形態の光学系及び表示制御部の構成を変更し、表示情報を含む出力光における前景と背景のコントラスト調整機能を設けた例である。第１及び第２の実施形態と同様の構成要素は同一の符号を付し、同一の構成及び動作に関する説明を省略し、ここでは第１及び第２の実施形態と異なる部分を中心に説明する。

可視光通信装置５０の表示制御部５２は、ＬＥＤ制御部２９、送信制御部３０、受信制御部３１、液晶制御部３２に加えて、コントラスト分析部５４、フィルタ制御部５５を備えている。光学系５３には、光分岐器４２から分岐された２つの出射光路上にそれぞれ第１の波長可変フィルタ５７、第２の波長可変フィルタ５８が配置される。波長可変フィルタ５７、５８は、フィルタ制御部５５からの制御信号に応じて透過する光の波長帯域を変更可能なように構成される。また、可視光用ＰＤ３３の入射光路上に、光をＲ、Ｇ、Ｂの各色の波長に分離するＲＧＢフィルタ５９が挿抜自在に配置される。

ここで、可視光ＬＥＤ４１、光分岐器４２、第１の波長可変フィルタ５７、第２の波長可変フィルタ５８が可視光出力部の機能を実現する。また、ＲＧＢフィルタ５９、可視光用ＰＤ３３、コントラスト分析部５４、フィルタ制御部５５、第１の波長可変フィルタ５７、第２の波長可変フィルタ５８がコントラスト制御部の機能を実現する。

可視光用ＰＤ３３の出力信号は、受信制御部３１とともにコントラスト分析部５４に入力される。ＲＧＢフィルタ５９は、移動機能を持ち、コントラスト分析部５４による入射光のコントラスト分析を行うときのみ可視光用ＰＤ３３の前に配置され、コントラスト調整後には可視光用ＰＤ３３の入射光路上から退避する。すなわち、コントラスト分析を行わない通常動作時には、外部の携帯機器等からの送信光がＲＧＢフィルタ５９を通過しないでそのまま可視光用ＰＤ３３に入射するようにＲＧＢフィルタ５９が移動する。

フィルタ制御部５５は、コントラスト分析部５４による分析結果を入力し、このコントラスト分析結果に応じて波長可変フィルタ５７、５８の透過波長帯域を制御する。これにより、波長可変フィルタ５７、５８で透過する光の波長帯域（出力する可視光の色）の調整を行う。

表示情報の視認性を考慮して、予め出力光の前景と背景とのコントラストが所定値以上となるように設定してあっても、投影面である床面や壁面の材料、色等によっては可視化した文字などの表示情報が見づらくなる場合がある。このため、本実施形態では、投影面からの反射光を検出して前景と背景とのコントラストを算出し、コントラストが所定値以上に高くなるように出力光の色（波長）を調整する。

ここで、投影面に投影した表示情報を持つ前景とその周囲の背景とのコントラストについて説明する。出力光のコントラストを分析する場合、前景の光と背景の光をそれぞれ出射した状態で、投影面から反射して入射し、ＲＧＢフィルタ５９を通過した光を可視光用ＰＤ３３で受光し、コントラスト分析部５４においてそれぞれの色Ｒ、Ｇ、Ｂにおける強度を測定する。その後、明度差と色差を算出する。

Ｒ、Ｇ、Ｂの各色の値から、明度Ｖは例えば以下の計算式で算出できる。
Ｖ＝((Ｒ×２９９)＋(Ｇ×５８７)＋(Ｂ×１１４))／１０００ …（１）

上記（１）式を用いて、前景の明度Ｖｆと背景の明度Ｖｂをそれぞれ算出し、これらの差を求めて明度差ΔＶを算出する。
ΔＶ＝Ｖｂ−Ｖｆ …（２）

また、前景と背景の色差ΔＥを例えば以下の計算式によって算出する。
ΔＥ＝(max(Ｒｂ，Ｒｆ)−min(Ｒｂ，Ｒｆ))＋(max(Ｇｂ，Ｇｆ)−min(Ｇｂ，Ｇｆ))
＋(max(Ｂｂ，Ｂｆ)−min(Ｂｂ，Ｂｆ)) …（３）
ここで、max()は最大値、min()は最小値を表し、Ｒｂは背景のＲ値、Ｒｆは前景のＲ値で、Ｇ，Ｂについても同様である。

そして、コントラスト分析部５４において算出した明度差及び色差を評価し、フィルタ制御部５５によって波長可変フィルタ５７、５８の透過帯域を制御することによってコントラストの調整を行う。明度差及び色差の評価は、World Wide Web Consortium（Ｗ３Ｃ）により提案されているコンピュータディスプレイ上の望ましいコントラスト値などを基準にしてもよい。本実施形態では、一例として、背景と前景の明度差が１２５以上となるように、また、背景と前景の色差が５００以上となるようにコントラストを調整する場合で説明を行う。すなわち、フィルタ制御部５５は、明度差ΔＶ≧１２５かつ色差ΔＥ≧５００となるように波長可変フィルタ５７、５８を調整する。

なお、出力光のコントラストの調整は、可視光ＬＥＤを発光中心波長が異なる複数のＬＥＤを備えるもので構成し、その複数種類のＬＥＤのうち使用するＬＥＤを切り替えることにより、投影面への投影光の波長を変化させるようにしてもよい。

次に、図８を参照してコントラスト調整の動作例を説明する。ここでは、背景を白色光とした場合を一例として示す。

まず、液晶制御部３２で液晶パネル３５を制御し、液晶パネル３５の全領域を閉じるなどして前景用の光を遮断し、背景用の光が出射されるようにする。この状態で、背景用の光としての白色光を出射して床や壁等の投影面に照射する（ステップＳ１）。そして、白色光の投影面からの反射光をＲＧＢフィルタ５９を介して可視光用ＰＤ３３で受光し、コントラスト分析部５４において分析し（ステップＳ２）、この背景の光のＲ、Ｇ、Ｂ値をそれぞれ算出する（ステップＳ３）。

次に、液晶制御部３２で液晶パネル３５を制御し、液晶パネル３５の全領域を開口するなどして前景用の光が透過されて出射されるようにする。この状態で、前景用の光としての所定の色の光を出射して床や壁等の投影面に照射する（ステップＳ４）。そして、所定の色の光の投影面からの反射光をＲＧＢフィルタ５９を介して可視光用ＰＤ３３で受光し、コントラスト分析部５４において分析し（ステップＳ５）、この前景の光のＲ、Ｇ、Ｂ値をそれぞれ算出する（ステップＳ６）。

その後、コントラスト分析部５４により、背景の光のＲ、Ｇ、Ｂ値と前景の光のＲ、Ｇ、Ｂ値とから、照明色の背景と前景の明度差ΔＶ及び色差ΔＥを算出する（ステップＳ７）。そして、これらの明度差及び色差の算出結果を判定する（ステップＳ８）。ここで、明度差ΔＶ≧１２５かつ色差ΔＥ≧５００であれば処理を終了する。一方、明度差及び色差が上記条件を満たさない場合は、フィルタ制御部５５により波長可変フィルタ５７を調整し、前景の光の色を変化させる（ステップＳ９）。また、明度差や色差があまりに小さい場合など、背景色の調整も必要かを判断し（ステップＳ１０）、必要に応じてフィルタ制御部５５により波長可変フィルタ５８を調整し、背景の光を色を変化させる（ステップＳ１１）。その後はステップＳ１に戻って同様の処理を実行して再度コントラストの分析を行い、明度差≧１２５かつ色差≧５００となるまで、Ｓ１〜Ｓ８の手順を繰り返す。

なお、前景の光のＲ、Ｇ、Ｂ値は、フィルタ制御部５５において波長可変フィルタ５７の設定値から取得することも可能である。この場合、コントラスト分析部５４で算出した背景の光のＲ、Ｇ、Ｂ値とフィルタ制御部５５で取得した前景の光のＲ、Ｇ、Ｂ値とから明度差及び色差を算出すればよい。

このように、第３の実施形態では、表示情報を含む出力光における前景と背景のコントラスト調整機能を設けることによって、表示情報によって可視光通信の内容を可視的に表示する場合に、利用者が表示情報をより鮮明に認識可能なようにすることができる。

（第４の実施形態）
図９は本発明の第４の実施形態に係る可視光通信装置の詳細構成を示すブロック図である。図１０は第４の実施形態における可視光通信装置のフォーカス調整の動作手順を示すフローチャートである。

第４の実施形態は、第１の実施形態の光学系及び表示制御部の構成を変更し、表示情報を含む出力光の投影面におけるフォーカス調整機能を設けた例である。第１〜第３の実施形態と同様の構成要素は同一の符号を付し、同一の構成及び動作に関する説明を省略し、ここでは第１〜第３の実施形態と異なる部分を中心に説明する。

可視光通信装置６０の表示制御部６２は、ＬＥＤ制御部２９、送信制御部３０、受信制御部３１、液晶制御部３２に加えて、ＡＦ（オートフォーカス）部６５、レンズ位置調整部６５を備えている。ＡＦ部６５は、受光素子と演算部とを有し、投影面における表示情報の合焦状態を判定するものである。合焦状態の判定は、カメラなどで用いられる公知の位相差検出方式やコントラスト検出方式などを利用して行う。受光素子としては、ＣＣＤなどを用い、位相差検出方式の場合はラインセンサを備え、コントラスト検出方式の場合はイメージセンサを備えるようにすればよい。

光学系６３には、第１の可視光ＬＥＤ１１からの出射光路上の液晶パネル３５と光学レンズ３６との間などに、ミラー６７、ミラー６８が配置され、ミラー６８の反射光をＡＦ部６５が受光するように構成される。ミラー６７はハーフミラー等で構成され、第１の可視光ＬＥＤ１１からの出力光をそのまま透過させる一方で、反対方向から入射する床や壁等の投影面からの表示情報を持つ反射光を反射させる特性を有する。また、光学系６３は、光学レンズ３６の位置を光軸方向に調整するレンズ駆動部３８を備える。

ここで、ミラー６７、ミラー６８、ＡＦ部６５、レンズ位置調整部６５、レンズ駆動部３８が焦点調整部の機能を実現する。

例えば照明装置などに適用した可視光通信装置を天井などに設置する場合、一旦設置した後に文字などの表示情報のフォーカス調整を行うのは手間がかかる。このため、本実施形態では、表示情報のフォーカス調整を自動で行うオートフォーカス機能を設け、投影面における表示情報が合焦状態となるように調整を行う。

上記のような構成の可視光通信装置６０において、第１の可視光ＬＥＤ１１からの出力光は、偏光板３４を透過して所定の偏光を持つ光となった後、液晶パネル３５を透過して表示内容に対応した所定部分が透過、遮断される。そして、液晶パネル３５を透過した光がミラー６７を透過して光学レンズ３６を介して出射され、前景の情報表示用の光として投影面に投影される。投影面からの反射光は、光学レンズ３６を介して入射してミラー６７で反射され、さらにミラー６８で反射してＡＦ部６５で受光される。

ＡＦ部６５は、投影面からの反射光における文字等の表示情報の合焦状態を判定し、判定結果をレンズ位置調整部６５に送出する。レンズ位置調整部６５は、ＡＦ部６５の出力に応じてレンズ駆動部３８に制御信号を送出し、光学レンズ３６の位置を調整する。このとき、ＡＦ部６５の判定結果により焦点が合っていない場合は、レンズ位置調整部６５にて調整量を算出してレンズ駆動部３８に制御信号を送る。レンズ駆動部３８は、レンズ位置調整部６５からの制御信号に基づき光学レンズ３６の光軸方向の位置を調整して焦点を合致させる。このようにして、表示情報を含む前景の出力光の投影面におけるフォーカス調整を行う。

次に、図１０を参照してフォーカス調整の動作例を説明する。初めに、ＬＥＤ制御部２９は、通信機能部２１において表示すべき文字、図形等の表示情報のデータを受信したかどうかを判断する（ステップＳ２１）。表示情報を受信していない場合は、ＬＥＤ制御部２９は第２の可視光ＬＥＤ１２のみを駆動して照射する（ステップＳ２８）。これにより、可視光通信装置６０は照明として機能する。

表示情報を受信した場合は、ＬＥＤ制御部２９がこの表示情報のデータに基づく表示データを液晶制御部３２に出力し、液晶制御部３２は、表示データに基づいて表示すべき文字、図形等を表示できるように、所定部分が透過可能となるよう液晶パネル３５を制御する（ステップＳ２２）。そして、第１の可視光ＬＥＤ１１と第２の可視光ＬＥＤ１２を照射して表示情報を床や壁等の投影面に投影し（ステップＳ２３）、投影面からの表示情報を含む反射光をＡＦ部６４にて受光する（ステップＳ２４）。

そして、ＡＦ部６４において受光した表示情報が合焦状態であるかどうかを判定し（ステップＳ２５）、焦点が合っている場合は処理を終了する。一方、焦点が合っていない場合は、レンズ位置調整部６５より合焦状態となるように調整量を指示し（ステップＳ２６）、その指示に基づいてレンズ駆動部６６が光学レンズ３６の位置調整を行う（ステップＳ２７）。その後はステップＳ２４に戻って同様の処理を実行して再度合焦状態の判定、調整を行い、投影面に投影した文字、図形等の表示情報の焦点が合うまでステップＳ２４〜Ｓ２７の手順を繰り返す。

このように、第４の実施形態では、表示情報を含む出力光の投影面におけるフォーカス調整機能を設けることによって、表示情報によって可視光通信の内容を可視的に表示する場合に、利用者が表示情報をより鮮明に認識可能なようにすることができる。

なお、可視光通信装置として、上記の第１の実施形態から第４の実施形態の構成を適宜組み合わせることも可能である。

また、可視光通信装置と通信を行う携帯機器としては、携帯電話機、携帯情報端末（ＰＤＡ）、ノート型パーソナルコンピュータ（ＰＣ）、メモリ内蔵型やＨＤＤ型等の携帯音楽プレーヤー、デジタルカメラ、電子辞書、スピーカー、ヘッドフォンなどにも適用可能である。

上述した各実施形態によれば、所定のコントラストを持つ前景と背景による表示情報によって可視光通信の内容を可視的に表示可能であり、これによって、可視光通信の有無及びその通信内容を利用者が容易に認識することができる。また、前景と背景の両方に変調データを重畳することによって、通信内容の可視表示によるＣＮ劣化を防止でき、通信品質の向上を図ることができる。

本発明を詳細にまた特定の実施態様を参照して説明したが、本発明の精神と範囲を逸脱することなく様々な変更や修正を加えることができることは当業者にとって明らかである。

本発明は、可視光通信の有無及び通信内容を利用者が容易に視認可能にできるとともに、通信内容の可視表示によるＣＮ劣化を防止することが可能となる効果を有し、可視光による通信を行う可視光通信装置等に有用である。

本発明の実施形態に係る可視光通信装置の概略構成を示すブロック図 本発明の実施形態に係る可視光通信装置の出力光の帯域を示す説明図 本発明の実施形態における可視光通信装置の出力光の投影状態を模式的に示す説明図 本発明の第１の実施形態に係る可視光通信装置の詳細構成を示すブロック図 本発明の第２の実施形態に係る可視光通信装置の主要部の詳細構成を示すブロック図 本実施形態の可視光通信装置における可視光光源及び出力光の帯域を示す説明図 本発明の第３の実施形態に係る可視光通信装置の詳細構成を示すブロック図 第３の実施形態における可視光通信装置のコントラスト調整の動作手順を示すフローチャート 本発明の第４の実施形態に係る可視光通信装置の詳細構成を示すブロック図 第４の実施形態における可視光通信装置のフォーカス調整の動作手順を示すフローチャート 赤外線と可視光とを用いた通信装置における出力光の帯域を示す説明図 ２つの可視光を用いた通信装置における出力光の帯域を示す説明図

符号の説明

１０ 表示制御部
１１ 第１の可視光ＬＥＤ
１２ 第２の可視光ＬＥＤ
１３ 表示情報付加部
１４ フォーカス部
１５ 投影面
１６ 携帯機器
２０、４０、５０、６０ 可視光通信装置
２１ 通信機能部
２２、５２、６２ 表示制御部
２３、４３、５３、６３ 光学系
２８ メモリ
２９ ＬＥＤ制御部
３０ 送信制御部
３１ 受信制御部
３２ 液晶制御部
３３ 可視光用ＰＤ
３４ 偏光板
３５ 液晶パネル
３６ 光学レンズ
３７、６５ レンズ位置調整部
３８、６６ レンズ駆動部
４１ 可視光ＬＥＤ
４２ 光分岐器
４５、４６ フィルタ
５４ コントラスト分析部
５５ フィルタ制御部
５７、５８ 波長可変フィルタ
５９ ＲＧＢフィルタ
６４ ＡＦ部
６７、６８ ミラー

Claims (7)

1. 可視光光源を含み、異なる複数の色の可視光を出力するもので、前記複数の色の出力光のうち、少なくとも一つを第１の可視光とし、他の少なくとも一つを第２の可視光として出力する可視光出力部と、
   前記第１の可視光と前記第２の可視光の双方において送信する第１データを含むように前記可視光光源を駆動する光源制御部と、
   前記第１の可視光または前記第２の可視光に対して、前記第１データに関連する表示情報の内容に対応した領域を遮断または透過するよう制御する透過領域制御部と、
   前記第１の可視光及び前記第２の可視光を投影面に投影する投影部と、を備え、
   前記透過領域制御部は、送信するデータが前記第１データから第２データに変更された場合、前記第１の可視光または前記第２の可視光に対して、前記第２データに関連する表示情報の内容に対応した領域を遮断または透過するように変更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であって、
   前記可視光出力部は、前記可視光光源として、前記第１の可視光を発光する第１の可視光光源と、前記第２の可視光を発光するもので前記第１の可視光光源と発光波長帯域が異なる第２の可視光光源とを備える可視光通信装置。
3. 請求項１または２に記載の可視光通信装置であって、
   前記可視光出力部は、前記第１の可視光を透過する第１のフィルタと、前記第２の可視光を透過するもので前記第１のフィルタと透過帯域が異なる第２のフィルタとを備える可視光通信装置。
4. 請求項１に記載の可視光通信装置であって、
   前記可視光出力部は、白色光を出力する可視光光源と、前記第１の可視光または前記第２の可視光の一方を透過するフィルタとを少なくとも備える可視光通信装置。
5. 請求項１から４のいずれか一項に記載の可視光通信装置であって、
   前記第１の可視光と前記第２の可視光とが所定値以上のコントラストを持つように出力光の色を制御するコントラスト制御部を備える可視光通信装置。
6. 請求項１から５のいずれか一項に記載の可視光通信装置であって、
   前記投影面における前記表示情報の合焦状態を調整する焦点調整部を備える可視光通信装置。
7. 可視光光源から、異なる複数の色の可視光を出力し、前記複数の色の出力光のうち、少なくとも一つを第１の可視光とし、他の少なくとも一つを第２の可視光として出力するステップと、
   前記第１の可視光と前記第２の可視光の双方において送信する第１データを含むように前記可視光光源を駆動するステップと、
   前記第１の可視光または前記第２の可視光に対して、前記送信する第１データに関連する表示情報の内容に対応した領域を遮断または透過するよう制御するステップと、
   前記第１の可視光及び前記第２の可視光を投影面に投影するステップと、
   送信するデータが前記第１データから第２データに変更された場合、前記第２データに関連する表示情報の内容に対応した領域を遮断または透過するように変更するステップと、
   を備える可視光通信方法。

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