JP6184776B2 - 可視光通信システム - Google Patents

Description

本発明は、可視光通信システムに関する。

従来より、短距離無線通信の規格としてＩｒＤＡ［infrared data association］が広く一般に知られている。

なお、本発明に関連する従来技術の一例としては、特許文献１を挙げることができる。

特開２０１２−０９９００９号公報

しかしながら、ＩｒＤＡは赤外光を用いて通信を行うので、赤外光以外の可視光をセット側またはモジュール側で遮断する必要があり、専用の赤外光通信モジュールが必要であった。また、現状ＩｒＤＡは海外で殆ど使用されていないことから、世界統一モデルの電子機器には適用し難いという一面もあった。

なお、近年では赤外光に代えて可視光を用いた可視光通信システムも提案されている。しかしながら、電子機器に可視光通信機能を実装するための具体的な手法については、種々検討の余地があった。

例えば、電子機器に可視光通信機能を実装する際、最も単純な手法は、専用の可視光通信モジュールを別途組み込むことである。しかしながら、このような手法では、電子機器の大型化やコストアップを招くという課題があった。

本発明は、本願の発明者らにより見出された上記の問題点に鑑み、送信側ないし受信側となる電子機器の大型化やコストアップを抑えることのできる可視光通信システム、並びに、これに用いられる電子機器及びその制御プログラムを提供することを目的とする。

本明細書中に開示された可視光通信システムは、表示部を含む第１電子機器と、照度センサを含む第２電子機器と、を有し、前記表示部から出力される可視光を前記照度センサで検出することにより、前記第１電子機器と前記第２電子機器との間で可視光通信を行う構成（第１の構成）とされている。

上記第１の構成から成る可視光通信システムにおいて、前記第１電子機器は、可視光通信によるデータ送信時に送信データに応じて前記表示部の点消灯制御を行う構成（第２の構成）にするとよい。

また、上記第２の構成から成る可視光通信システムにおいて、前記第１電子機器は、可視光通信によるデータ送信時に前記表示部の駆動電流を通常時よりも増大させる構成（第３の構成）にするとよい。

また、上記第２または第３の構成から成る可視光通信システムにおいて、前記第１電子機器は、可視光通信によるデータ送信時に前記表示部で全白画面を表示する構成（第４の構成）にするとよい。

また、上記第１〜第４いずれかの構成から成る可視光通信システムにおいて、前記第２電子機器は、可視光通信によるデータ受信時か否かに応じて前記照度センサの出力を照度検出及び可視光通信のいずれに用いるかを切り替える構成（第５の構成）にするとよい。

また、本明細書中に開示された電子機器は、表示部と、前記表示部の駆動制御を行う表示駆動部と、可視光通信によるデータ送信時に送信データに応じて前記表示部の点消灯制御を行うように前記表示駆動部を制御する制御部と、を有する構成（第６の構成）とされている。

また、本明細書中に開示された電子機器は、照度センサと、照度検出用の第１受光回路と、可視光通信用の第２受光回路と、前記照度センサの接続先を前記第１受光回路及び前記第２受光回路のいずれか一方に切り替えるセレクタと、可視光通信によるデータ受信時か否かに応じて前記セレクタを制御する制御部と、を有する構成（第７の構成）とされている。

また、本明細書中に開示された電子機器は、表示部と、照度センサと、前記表示部の駆動制御を行う表示駆動部と、照度検出用の第１受光回路と、可視光通信用の第２受光回路と、前記照度センサの接続先を前記第１受光回路及び前記第２受光回路のいずれか一方に切り替えるセレクタと、可視光通信によるデータ送信時に送信データに応じて前記表示部の点消灯制御を行うように前記表示駆動部を制御する一方で前記可視光通信によるデータ受信時か否かに応じて前記セレクタを制御する制御部と、を有する構成（第８の構成）とされている。

なお、上記第６〜第８いずれかの構成から成る電子機器は、携帯機器として供される構成（第９の構成）にするとよい。

また、本明細書中に開示された制御プログラムは、表示部と、照度センサと、前記表示部の駆動制御を行う表示駆動部と、照度検出用の第１受光回路と、可視光通信用の第２受光回路と、前記照度センサの接続先を前記第１受光回路及び前記第２受光回路のいずれか一方に切り替えるセレクタと、前記表示駆動部及び前記セレクタを制御する制御部を有する電子機器用の制御プログラムであって、前記制御部で実行されることにより、可視光通信によるデータ送信時に送信データに応じて前記表示部の点消灯制御を行うように前記表示駆動部を制御する一方で前記可視光通信によるデータ受信時か否かに応じて前記セレクタを制御する手段として、前記制御部を機能させる構成（第１０の構成）とされている。

本発明によれば、送信側ないし受信側となる電子機器の大型化やコストアップを抑えることのできる可視光通信システム、並びに、これに用いられる電子機器及びその制御プログラムを提供することが可能となる。

可視光通信システムの一構成例を示す図 電子機器１０の一構成例を示すブロック図 第１受光回路１４ａの一構成例を示す回路図 第２受光回路１４ｂの一構成例を示す回路図 ４ＰＰＭ方式の概要を説明するためのテーブル 駆動電流Ｉｄｒｖの一制御例を示すタイムチャート 可視光通信時の表示例を示すテーブル 可視光通信システムの変形例を示すテーブル

＜可視光通信システム＞
図１は、可視光通信システムの一構成例を示す図である。本構成例の可視光通信システム１は、電子機器１０及び２０を含んでおり、両機器間で可視光（図中の実線矢印及び破線矢印を参照）を用いた１：１の双方向通信を行う。

電子機器１０及び２０は、それぞれ、表示部１１及び２１と、照度センサ１２及び２２を含む。なお、図１では、電子機器１０及び２０として、いずれもスマートフォン（多機能型携帯電話端末）を用いた構成を例示したが、電子機器１０及び２０としては、その他にもタブレット型情報端末やデジタルカメラなどの携帯機器全般を好適に用いることが可能である。また、後述するように、可視光通信システム１を構成する電子機器として、非携帯機器（据置型テレビや天井照明など）を用いることも何ら妨げられるものではない。

表示部１１及び２１は、文字や画像などを表示するための手段であり、ＬＣＤ［liquid crystal display］パネルや、ＯＥＬＤ［organic electroluminescence display］パネルなどを用いることができる。

照度センサ１２及び２２は、周囲の照度を検出する手段であり、フォトダイオードやフォトトランジスタなどを用いることができる。なお、電子機器１０及び２０は、それぞれ照度センサ１２及び２２の出力に応じて表示部１１及び２１の輝度を自動調整する機能を備えている。

ここで、本構成例の可視光通信システム１は、電子機器１０の表示部１１から出力される可視光（実線矢印を参照）を電子機器２０の照度センサ２２で検出することにより、電子機器１０から電子機器２０へのデータ送信を行う一方、電子機器２０の表示部２１から出力される可視光（破線矢印を参照）を電子機器１０の照度センサ１２で検出することにより、電子機器２０から電子機器１０へのデータ送信を行う。

より具体的に述べると、電子機器１０及び２０は、それぞれ、可視光通信によるデータ送信時に送信データに応じて表示部１１及び１２の点消灯制御を行うと共に、可視光通信によるデータ受信時か否かに応じて照度センサ１２及び２２の出力を照度検出及び可視光通信のいずれに用いるかを切り替える。

このような構成とすることにより、電子機器１０及び２０では、専用の可視光通信モジュールを別途組み込むことなく、表示部１１及び２１を可視光送信部として利用し、照度センサ１２及び２２を可視光受信部として利用することができる。従って、電子機器１０及び２０の大型化やコストアップを招くことのない可視光通信システム１を実現することが可能となる。

なお、上記の双方向通信としては、電子機器１０と電子機器２０との間で互いにデータ送信を行う場合だけでなく、送信側から受信側へデータ送信を行う際に受信側から送信側へアクノリッジ返信を行う場合なども含まれる。

＜電子機器＞
図２は電子機器１０の一構成例（特に可視光通信機能に関連する部分のみ）を示すブロック図である。本構成例の電子機器１０は、表示部１１と、照度センサ１２と、表示駆動部１３と、受光部１４と、制御部１５とを含む。なお、電子機器２０は、電子機器１０と同一構成であることから重複した説明は割愛する。

表示部１１は、文字や画像などを表示するための手段であり、ＬＣＤパネル１１ａとＬＥＤ［light emitting diode］バックライト１１ｂを含む。ＬＣＤパネル１１ａは、マトリクス状に配列された液晶素子毎の光透過率を制御することにより、任意の表示像を形成する。ＬＥＤバックライト１１ｂは、ＬＣＤパネル１１ａを背面から照射するための白色光を出力する。

照度センサ１２は、周囲の照度を検出する手段であり、本構成例ではフォトダイオードが用いられている。照度センサ１２は、周囲の照度に応じた光電流Ｉｐｄを生成する。なお、図２では、説明の便宜上、照度センサ１２をディスクリート部品として描写したが、照度センサ１２は、受光部１４と共に単一のパッケージ（ないしはモジュール）に集約することも可能である。

表示駆動部１３は、表示部１１の駆動制御を行う手段であり、ＬＣＤドライバ１３ａとＬＥＤドライバ１３ｂを含む。ＬＣＤドライバ１３ａは、制御部１５からの指示に応じてＬＣＤパネル１１ａの駆動制御を行う。ＬＥＤドライバ１３ｂは、制御部１５からの指示に応じてＬＥＤバックライト１１ｂの駆動制御を行う。

受光部１４は、照度センサ１２で生成された光電流Ｉｐｄを検出する手段であり、第１受光回路１４ａと、第２受光回路１４ｂと、セレクタ１４ｃと、を含む。第１受光回路１４ａは、照度検出用の受光回路であり、光電流Ｉｐｄから照度検出信号Ｓ１を生成する。第２受光回路１４ｂは、可視光通信用の受光回路であり、光電流Ｉｐｄから受信データＳ２を生成する。セレクタ１４ｃは、制御部１５からの指示に応じて照度センサ１２の接続先を第１受光回路１４ａ及び第２受光回路１４ｂのいずれか一方に切り替える。

制御部１５は、電子機器１０を統括的に制御する手段であり、マイコン１５ａと可視光通信ＩＣ１５ｂを含む。マイコン１５ａは、不図示の映像ソースから入力される表示データに応じてＬＣＤドライバ１３ａを制御する機能や、第１受光回路１４ａから入力される照度検出信号Ｓ１に応じてＬＥＤバックライト１１ｂの輝度を自動調整する機能を備えている。また、マイコン１５ａは、不図示のメモリから所定の制御プログラム（可視光通信機能実装プログラム）を読み出して実行することにより、可視光通信ＩＣ１５ｂの動作を制御すると共に、可視光通信ＩＣ１５ｂとの間で可視光通信データ（送信データ及び受信データ）の授受を行う機能も備えている。

可視光通信ＩＣ１５ｂは、可視光通信機能に特化した半導体装置であり、可視光通信によるデータ送信時には、マイコン１５ａから入力される送信データに応じてＬＥＤバックライト１１ｂの点消灯制御を行うようにＬＥＤドライバ１３ｂを制御する機能を備えている。また、可視光通信ＩＣ１５ｂは、可視光通信によるデータ受信時か否かに応じてセレクタ１４ｃを制御する機能も備えている。さらに、可視光通信ＩＣ１５ｂは、第２受光回路１４ｂから入力される受信データＳ２をマイコン１５ａに伝達する機能も備えている。

＜第１受光回路＞
図３は、第１受光回路１４ａの一構成例を示す回路図である。本構成例の第１受光回路１４ａは、本構成例の第１受光回路１４ａは、オペアンプａ１と、キャパシタａ２と、Ａ／Ｄ［analogue to digital］コンバータａ３と、を含む。

オペアンプａ１の非反転入力端（＋）は基準電位端に接続されている。オペアンプａ１の反転入力端（−）は、セレクタ１４ｃを介して照度センサ１２に接続されている。オペアンプａ１の反転入力端（−）と出力端との間には、キャパシタａ２が接続されている。オペアンプａ１の出力端は、Ａ／Ｄコンバータａ３の入力端に接続されている。Ａ／Ｄコンバータａ３の出力端は、照度検出信号Ｓ１の出力端に相当する。

上記構成から成る第１受光回路１４ａは、照度センサ１２で生成される光電流Ｉｐｄを積分して照度検出信号Ｓ１を生成する。このような構成とすることにより、光電流Ｉｐｄの中長期的な変動を抽出して、周囲の照度に応じた照度検出信号Ｓ１を生成することが可能となる。

＜第２受光回路＞
図４は、第２受光回路１４ｂの一構成例を示す回路図である。本構成例の第２受光回路１４ｂは、シュミットトリガｂ１と、抵抗ｂ２と、キャパシタｂ３と、を含む。

抵抗ｂ２の第１端は、電源端に接続されている。抵抗ｂ２の第２端とキャパシタｂ３の第１端は互いに接続されており、その接続ノード（電圧信号Ｖｐｄの印加端）は、セレクタ１４ｃを介して照度センサ１２に接続されている。キャパシタｂ３の第２端は、シュミットトリガｂ１の入力端に接続されている。シュミットトリガｂ１の出力端は、受信データＳ２の出力端に相当する。

上記構成から成る第２受光回路１４ｂは、光電流Ｉｐｄに応じた電圧信号Ｖｐｄをシュミットトリガｂ１に入力して受信データＳ２を生成する。すなわち、受信データＳ２は、電圧信号Ｖｐｄがシュミットトリガｂ１の閾値電圧よりも高いときにハイレベルとなり、電圧信号Ｖｐｄがシュミットトリガｂ１の閾値電圧よりも低いときにローレベルとなる。このような構成とすることにより、非常に短い周期でパルス駆動される光電流Ｉｐｄから受信データＳ２を生成することが可能となる。

＜駆動電流制御＞
次に、可視光通信時（データ送信時）におけるＬＥＤバックライト１１ｂの駆動電流制御（点消灯制御）について詳述する。図５は、４値パルス位置変調方式（以下では、４ＰＰＭ［4 pulse position modulation］方式と呼ぶ）の概要を説明するためのテーブルであり、左から順に、送信データ（２ビットデータ）、４ＰＰＭデータ、及び、ＬＥＤバックライト１１ｂに流れる駆動電流Ｉｄｒｖの波形が描写されている。

図５で示したように、４ＰＰＭ方式では、所定の周期Ｔ（例えば５００ｎｓ）を４つの期間に均等分割し、パルス位置（パルス生成期間）を４通りに切り替えることにより、２ビットの送信データを伝達する。より具体的に述べると、送信データが「００」であれば４ＰＰＭデータが「１０００」となり、１番目（最先）の分割期間に駆動電流Ｉｄｒｖが流される。送信データが「０１」であれば４ＰＰＭデータが「０１００」となり、２番目の分割期間に駆動電流Ｉｄｒｖが流される。送信データが「１０」であれば４ＰＰＭデータが「００１０」となり、３番目の分割期間に駆動電流Ｉｄｒｖが流される。送信データが「１１」であれば４ＰＰＭデータが「０００１」となり、４番目（最後）の分割期間に駆動電流Ｉｄｒｖが流される。

このように、４ＰＰＭ方式によってＬＥＤバックライト１１ｂの駆動電流Ｉｄｒｖを制御すれば、周期Ｔ毎に２ビットの送信データを出力することが可能となる。

図６は、駆動電流Ｉｄｒｖの一制御例を示すタイムチャートである。４ＰＰＭ方式でＬＥＤバックライト１１ｂの駆動電流Ｉｄｒｖを制御する場合、駆動電流Ｉｄｒｖのオンデューティ（所定の周期Ｔに占める駆動電流Ｉｄｒｖのオン期間の割合）が１／４となる。そのため、通常時（時刻ｔ１以前）に設定されていた駆動電流Ｉｄｒｖの電流値を何ら変化させずに可視光通信を開始した場合、可視光通信時（時刻ｔ１〜ｔ２）に表示部１１の輝度が大きく低下してユーザに違和感を感じさせてしまう。

上記の不具合を解消するためには、可視光通信によるデータ送信時においてＬＥＤバックライト１１ｂの駆動電流Ｉｄｒｖを通常時よりも増大させることが望ましい。例えば、通常時（時刻ｔ２〜ｔ３）に設定されていた駆動電流Ｉｄｒｖの電流値を１００％とした場合、可視光通信によるデータ送信時（時刻ｔ３〜ｔ４）には、その４倍（４００％）の駆動電流Ｉｄｒｖを流せばよい。このような駆動電流制御を行うことにより、可視光通信の開始前後におけるＬＥＤバックライト１１ｂの輝度変化を解消することができるので、ユーザに違和感を与えずに済む。

なお、ＬＥＤバックライト１１ｂの輝度変化を防止するよりも、通信精度の向上や通信距離の延長を優先する場合には、通常時に設定されていた駆動電流Ｉｄｒｖの電流値とは何ら無関係に、ＬＥＤバックライト１１ｂに流すことのできる最大の駆動電流Ｉｄｒｖを流すようにすればよい。

＜表示制御＞
図７は、可視光通信時（データ送信時）の表示例を示すテーブルである。（Ａ）欄では表示部１１に進捗表示Ａ１を出力する表示例が描写されている。このような進捗表示Ａ１を出力することにより、ユーザは可視光通信の進捗状況を一目で把握することが可能となる。なお、本表示例を採用する場合には、進捗表示Ａ１が可視光通信の妨げとならないように、その背景を単色表示（好ましくは白色表示）とするなど、進捗表示Ａ１のデザインを工夫することが望ましい。

（Ｂ）欄では、表示部１１に全白ウィンドウ表示Ｂ１を出力する表示例が描写されている。このような全白ウィンドウ表示Ｂ１を出力することにより、表示部１１の背景色や壁紙画像に依ることなく、表示部１１の一部を可視光送信部として専ら利用することが可能となる。なお、全白ウィンドウ表示Ｂ１の内部には、可視光通信中である旨のメッセージなどを表示してもよい。

（Ｃ）欄では、表示部１１に全白フルスクリーン表示Ｃ１を出力する表示例が描写されている。このような全白フルスクリーン表示Ｃ１を出力することにより、表示部１１の全面を可視光送信部として最大限に利用することができるので、通信精度の向上や通信距離の延長を実現することが可能となる。

＜変形例＞
なお、上記の実施形態では、２台のスマートフォンを用いて双方向の可視光通信を行う構成を例に挙げて説明を行ったが、可視光通信システムの構成は何らこれに限定されるものではなく、種々の変形を行うことが可能である。

図８は、可視光通信システムの変形例を示すテーブルである。（Ｘ）欄では、先と同じく、電子機器Ｘ１及びＸ２（スマートフォンなど）の間で双方向の可視光通信（メールアドレスの交換など）を行う構成が例示されている。本構成例の可視光通信システムでは、電子機器Ｘ１及びＸ２のそれぞれが送受信機器として機能する。

本図の（Ｙ）欄では、電子機器Ｙ１（スマートフォンやデジタルカメラなど）から電子機器Ｙ２（据置型テレビなど）に向けて一方向の可視光通信（遠隔操作信号の送信など）を行う構成が例示されている。本構成の可視光通信システムでは、電子機器Ｙ１が送信機器として機能し、電子機器Ｙ２が受信機器として機能する。

本図の（Ｚ）欄では、電子機器Ｚ１（天井照明など）から電子機器Ｚ２（スマートフォンなど）に向けて１：Ｎの可視光通信（グループ共有データの一斉送信など）を行う構成が例示されている。本構成の可視光通信システムでは、電子機器Ｚ１が送信機器として機能し、電子機器Ｚ２が受信機器として機能する。

＜その他の変形例＞
また、本明細書中に開示されている種々の技術的特徴は、上記実施形態のほか、その技術的創作の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えることが可能である。すなわち、上記実施形態は、全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきであり、本発明の技術的範囲は、上記実施形態の説明ではなく、特許請求の範囲によって示されるものであり、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内に属する全ての変更が含まれると理解されるべきである。

本発明は、例えば、多機能な電子機器（携帯電話端末など）に可視光通信機能を実装する際、その大型化やコストアップを抑えるために利用することが可能である。

１ 可視光通信システム
１０、２０ 電子機器
１１、２１ 表示部
１１ａ ＬＣＤパネル
１１ｂ ＬＥＤバックライト
１２、２２ 照度センサ
１３ 表示駆動部
１３ａ ＬＣＤドライバ
１３ｂ ＬＥＤドライバ
１４ 受光部
１４ａ 第１受光回路（照度検出用）
１４ｂ 第２受光回路（可視光通信用）
１４ｃ セレクタ
１５ 制御部
１５ａ マイコン
１５ｂ 可視光通信ＩＣ
ａ１ オペアンプ
ａ２ キャパシタ
ａ３ Ａ／Ｄコンバータ
ｂ１ シュミットトリガ
ｂ２ 抵抗
ｂ３ キャパシタ
Ａ１ 進捗表示
Ｂ１ 全白ウィンドウ表示
Ｃ１ 全白フルスクリーン表示
Ｘ１、Ｘ２ 電子機器（送受信機器）
Ｙ１、Ｚ１ 電子機器（送信機器）
Ｙ２、Ｚ２ 電子機器（受信機器）

Claims (5)

1. 表示部と、
   照度センサと、
   照度検出用の照度検出信号を出力する第１受光回路と、
   前記照度検出信号を受信するマイコンと、
   可視光通信用の受信データを出力する第２受光回路と、
   前記受信データを受信する可視光通信コントローラと、
   前記照度センサの接続先を前記第１受光回路及び前記第２受光回路のいずれか一方に切り替えるセレクタと、
   を有し、
   前記可視光通信コントローラは、可視光通信によるデータ受信時に前記照度センサの接続先が前記第２受光回路となるように前記セレクタを制御し、かつ、可視光通信時に前記マイコンから入力される送信データに応じて前記表示部の制御を行い、
   前記マイコンは、前記可視光通信コントローラが前記セレクタを前記照度センサの接続先が前記第１受光回路となるように制御したとき、前記照度検出信号に応じて前記表示部の輝度を調整することを特徴とする電子機器。
2. 前記第１受光回路は、前記照度センサで生成される光電流を積分して前記照度検出信号を生成し、
   前記第２受光回路は、前記照度センサで生成される光電流に応じた電圧信号と閾値電圧を比較して前記受信データを生成することを特徴とする請求項１に記載の電子機器。
3. 前記表示部は、可視光通信開始前の通常時には、所定の駆動電流で動作し、可視光通信時には、前記通常時に設定されていた駆動電流とは無関係に、前記表示部の最大駆動電流で動作することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電子機器。
4. 携帯機器として供されることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の電子機器。
5. 表示部と、
   照度センサと、
   照度検出用の照度検出信号を出力する第１受光回路と、
   前記照度検出信号を受信するマイコンと、
   可視光通信用の受信データを出力する第２受光回路と、
   前記受信データを受信する可視光通信コントローラと、
   前記照度センサの接続先を前記第１受光回路及び前記第２受光回路のいずれか一方に切り替えるセレクタと、
   を有する電子機器用の制御プログラムであって、
   前記マイコンで実行されることにより、前記照度検出信号に応じて前記表示部の輝度を調整する手段、可視光通信によるデータ送信時に前記マイコンから出力される送信データに応じて前記表示部の点消灯制御を行うように前記可視光通信コントローラの動作を制御する手段、並びに、前記可視光通信によるデータ受信時か否かに応じて前記セレクタを制御するように前記可視光通信コントローラの動作を制御する手段として、前記マイコンを機能させることを特徴とする制御プログラム。

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