WO2010134154A1

WO2010134154A1 - 光通信システムおよび光通信方法

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Publication number: WO2010134154A1
Application number: PCT/JP2009/059141
Authority: WO
Inventors: 一希渡邊; 定樹中野; 健夫芝
Original assignee: 株式会社日立製作所
Priority date: 2009-05-18
Filing date: 2009-05-18
Publication date: 2010-11-25
Also published as: JPWO2010134154A1

Abstract

　高周波信号を用いる無線ＩＣタグシステムでは、無線ＩＣタグシステムの利用者が、質問器から出力される電磁波を視認することができず、多数の無線ＩＣタグの中から選択した特定の無線ＩＣタグのみからデータを取得することが困難であった。搬送波に光(特に、可視光)を用い、光通信装置に電力とデータを送信し、光通信装置が表示する画像等を撮像することでデータを取得する。これにより、光通信システムの利用者自身が光を視認することができるため、多数ある光通信装置の中から、質問器とデータのやり取りを行う光通信装置を特定することが可能になる。

Description

光通信システムおよび光通信方法

　本発明は、光から発電した電圧で動作する非接触光通信装置を用い、物品に貼り付けられた非接触光通信装置と質問器との間で、光を用いてデータのやり取りを行う非接触光通信システムに関するものである。

　近年、ＩＣチップとアンテナを内蔵した無線ＩＣタグは、物品管理等の様々な処理を電子化する装置として利用されている。この無線ＩＣタグは、質問器とＩＣチップとの間で電磁波を用いて情報の交換を行い、質問器から送信されたデータの保持や、無線ＩＣタグが保持しているデータの送信など様々な機能を実現する。

　具体的には、無線ＩＣタグに搭載されたＩＣチップは電池を内蔵しないため、質問器から供給された高周波信号（電磁波）をアンテナで受信し、高周波信号から内部回路の動作に必要な内部電圧を生成する。更に、高周波信号は搬送波と搬送波に重畳される情報信号から形成され、搬送波に重畳された情報信号を復調し、その情報信号に従った処理を実行し、処理結果を搬送波に重畳することで質問器にデータを送信する。

　このような質問器と無線ＩＣタグのデータ通信を可能にする無線ＩＣタグシステムは、質問器から物品に貼り付けられた無線ＩＣタグに保存されているデータの読取りや、無線ＩＣタグへのデータの書込みを行うことが可能であるため、製造ラインや物流倉庫等における物品管理や入出庫管理等に利用される。この物品管理や入出庫管理等に利用される無線ＩＣタグシステムの規格としてＩＳＯ／ＩＥＣ－１８０００－６、ＩＳＯ／ＩＥＣ－１５６９３が代表的である。

　ＩＳＯ／ＩＥＣ－１８０００－６では、キャリア信号には８６０ＭＨｚ～９６０ＭＨｚの周波数帯域（所謂、ＵＨＦ帯）の高周波信号を利用する。下り通信方式は、キャリア信号の振幅が部分的に下り通信データによって変調（振幅変調）される。下り通信データは、副搬送波を利用したミラーコード等によって符号化される。また、データレートは、ＵＨＦ帯のキャリア信号には依存せず、質問器から指定された通信速度に応じて決定される。

　ＩＳＯ／ＩＥＣ－１５６９３では、キャリア信号には１３．５６ＭＨｚ帯の高周波信号を利用する。下り通信方式は、キャリア信号の振幅が部分的に下り通信データによって変調（振幅変調）される。下り通信データは、マンチェスタコードや副搬送波を利用したマンチェスタコードによって符号化される。また、データレートは、１３．５６ＭＨｚのキャリア信号を分周して得られる周波数によって規定される。

　以上のような無線ＩＣタグシステムにおいて、特許文献１、２のように、無線ＩＣタグに搭載されるアンテナや無線ＩＣタグへの電力供給手段などの様々な視点から、質問器と無線ＩＣタグとの通信範囲を拡大する技術が開示されており、長い通信距離を必要とする物品管理システム等においては好適な技術である。

　特許文献１には、給電部から両側に伸びる１対の蛇行した線状の導体である蛇行部と、前記１対の蛇行部のそれぞれの外側の端部に接続された１対の放射部とを具備し、前記蛇行部は、当該蛇行部の伸びる方向である長手方向に配列された複数の辺を備え、前記各放射部の前記蛇行部側の端部と、前記蛇行部の複数の辺のうちの最も前記放射部側に位置する辺とが対向する部分の、長手方向に垂直な方向の長さが前記放射部の最も幅の広い部分よりも短くすることで、広帯域化と所望の波長帯の放射効率を向上させると共に、放射部の蛇行部側の端部と、蛇行部の複数の辺のうちの最も放射部側に位置する辺とが対向する部分において発生する静電的結合を抑え、所望の波長帯における放射効率の低下を抑えることを可能にするアンテナ技術が開示されている。

　特許文献２には、無電源ＲＦタグ（無線ＩＣタグ）を、質問器から供給される可視のレーザやＬＥＤ等の光をエネルギー源として動作させると共に、質問器と無電源ＲＦタグがデータのやり取りでマイクロ波等の電波を用いることで、質問器と無線ＩＣタグの通信距離を拡大する技術が開示されている。

　特許文献３には、光学信号から復号したデジタル・データをアプリケーションへ利用することが開示されている。

特開２００７－２２８３２５号公報特開２００５－１９８０３２号公報特開２００４－２２１９２４号公報

　上述のように、高周波信号を搬送波として利用する無線ＩＣタグシステムにおいて、質問器と無線ＩＣタグとの通信距離を拡大するためには特許文献１等に開示されているようなアンテナの改善等によって、無線ＩＣタグが動作するために必要な最低動作電力を低減する必要があると共に、質問器は、可能な限り大きな電力を持つ高周波信号を出力する必要がある。但し、質問器の出力電力等は、電波法等によって規定がされているのが通例である。

　このように、質問器が大きな電力を持つ高周波信号を出力することで、無線ＩＣタグと質問器との通信範囲を拡大することが可能になるが、その一方で、質問器を用いて通信を行う無線ＩＣタグを、無線ＩＣタグシステムの利用者が特定することは困難になる。

　つまり、無線ＩＣタグシステムの利用者が、多数存在する無線ＩＣタグの中から特定の無線ＩＣタグを選択し、その無線ＩＣタグが保持しているデータのみを取得したい場合においても、質問器からの高周波信号が供給される範囲に存在する無線ＩＣタグが応答してしまうため、多数の無線ＩＣタグが応答した結果の中から、特定の無線ＩＣタグが応答した結果を、利用者自身が選別する必要がある。

　これに対して、質問器が出力する高周波信号の電力を抑制することが考えられる。しかし、質問器の出力電力や無線ＩＣタグの最低動作電力の性能誤差等を考慮すると、ＵＨＦ帯等の高周波信号を利用した無線ＩＣタグシステムにおける無線ＩＣタグとの通信範囲は比較的広くなってしまい、利用者が多数の無線ＩＣタグの中から特定の無線ＩＣタグを選択して、その無線ＩＣタグのみとの通信を行うことは困難である。

　また、仮に質問器が出力する高周波信号の電力を所望のレベルに抑制できている場合であっても、利用者が質問器が高周波信号を出力する際の放射特性を把握する必要があり、利用者が選択した無線ＩＣタグに隣接する無線ＩＣタグからデータを取得してしまう可能性がある。

　以上のように、高周波信号を用いる無線ＩＣタグシステムは、無線ＩＣタグシステムの利用者が、特定の無線ＩＣタグのみからデータ取得を行うことが困難であった。これは、電磁波が視認できるものではないため、利用者が特定の無線ＩＣタグにのみ、電磁波を供給することができないことが大きな要因となっている。

　本発明の目的は、非接触光通信システムの利用者自身が、質問器とデータのやり取りを行う非接触光通信装置を特定することを可能にする光を用いた非接触光通信システムを提供することにある。

　また、無線ＩＣタグは、通信特性が劣化するため、金属等に貼り付けるには不向きである。更に、電磁波の使用が制限される医療現場などでは、無線ＩＣタグを使用することができない。本発明の他の目的は、このように無線ＩＣタグの使用に適さない環境下においても使用可能な認識デバイスを提供することにある。

　本願において開示される発明のうち代表的なものの概要を簡単に説明すれば、下記の通りである。すなわち、本発明は、質問器と非接触光通信装置を有する非接触光通信装置システムである。質問器は、発光装置と撮像装置を有する。非接触光通信装置は受光装置と電源装置と受信装置と制御装置と表示装置とを有する。質問器内の発光装置は、第１情報信号に応じて光強度を変調した光信号を照射する。非接触光通信装置内の受光装置は、光信号を受光し、受光した光信号を電気信号へ変換する。非接触光通信装置内の電源装置は、受信装置と制御装置と表示装置を駆動する電源電圧を、電気信号から生成する。非接触光通信装置内の受信装置は、電気信号から第１情報信号を復調する。非接触光通信装置内の制御装置は、第１情報信号に従い情報処理を行い、その処理結果を第２情報信号として表示装置へ供給する。非接触光通信装置内の表示装置は、所定の表示方法により第２情報信号を表示する。

　本願において開示される発明のうち代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、下記の通りである。すなわち、本発明によれば、非接触光通信システムの利用者自身が、質問器とデータのやり取りを行う非接触光通信装置を特定することが可能になる。また、無線ＩＣタグの使用に適さない環境下においても使用可能な認識デバイスを提供することが可能になる。

非接触光通信システムの実施の形態１の基本構成である。非接触光通信装置Ｂ２に搭載される受光装置Ｂ５の基本的回路構成図である。非接触光通信装置Ｂ２に搭載される受信回路Ｂ８の基本的回路構成図である。図１に示した非接触光通信システムにおける発光装置Ｂ２から出力される光信号Ｌ１と非接触光通信装置Ｂ２の内部波形の一例である。非接触光通信装置Ｂ２に搭載されるデータ表示装置Ｂ１０の基本的回路構成図である。非接触光通信システムの実施の形態２の基本構成である。図６に示した非接触光通信システムの具体的な利用例である。図６に示した非接触光通信システムの具体的な利用例である。非接触光通信システムの実施の形態３の基本構成である。非接触光通信装置Ｂ２に搭載される受信回路Ｂ８の基本的回路構成図である。図９に示した非接触光通信システムにおける発光装置Ｂ２から出力される光信号Ｌ１と非接触光通信装置Ｂ２の内部波形の一例である。実施の形態４を示す非接触光通信装置Ｂ２の斜視図とその利用例である。実施の形態５を示す情報携帯端末の外観図である。

　以下、光を用いた非接触光通信システムについて、添付図面を参照しながら説明する。

　（実施の形態１）
　図１に、光を用いた非接触光通信システムの実施の形態１の基本構成を示す。図１において、Ｂ１は質問器、Ｂ２は非接触光通信装置（光ＩＤタグ、可視光ＩＤタグ）である。図１では、非接触光通信装置Ｂ２を１つのみ図示しているが、非接触光通信装置Ｂ２は複数個存在していても構わない。

　質問器Ｂ１は、発光装置Ｂ３、撮像装置Ｂ４を具備する。発光装置Ｂ３は、前段の信号処理装置からの情報信号Ｓ１に応じて変調された光信号Ｌ１を出力する。このとき、光信号Ｌ１は可視光で形成される。撮像装置Ｂ４は、非接触光通信装置Ｂ２から光学的に出力される表示信号Ｌ２を撮像し、撮像した画像信号を非接触光通信装置Ｂ２から送信された応答信号Ｓ２として、後段に接続される信号処理装置に伝達する。信号処置装置は、利用者等によって制御される上位システムからの制御を受けて信号処理を行う装置である。具体例としては、上位システムからの要求によって、非接触光通信装置Ｂ２へ送信するコマンドやデータを生成し、情報信号Ｓ１として発光装置Ｂ３に出力したり、撮像装置Ｂ４によって伝達された応答信号Ｓ２の上位システムへの伝達や、応答信号Ｓ２によって形成される受信データに応じて、次に非接触光通信装置Ｂ２へ送信するコマンドやデータを生成したりすることで、質問器Ｂ１と非接触光通信装置Ｂ２との間の通信処理を行う。

　非接触光通信装置Ｂ２は、受光装置Ｂ５、電源回路Ｂ６、内部回路Ｂ７から構成される。受光装置Ｂ５は、質問器Ｂ１から出力された光信号Ｌ１を受け、光信号Ｌ１を電気信号Ｓ３及びＳ４へ変換し、電気信号Ｓ３及びＳ４を電源回路Ｂ６及び受信回路Ｂ８へ出力する。ここで、受光装置Ｂ５が受ける光エネルギーが強い場合には、大きな電流の電気信号Ｓ３及びＳ４が出力される。受光装置Ｂ５が受ける光エネルギーが微弱な場合には、微小な電流の電気信号Ｓ３及びＳ４が出力される。また、特に限定はされないが、受光装置Ｂ５として、光エネルギーを電気エネルギーへ変換する素子である太陽電池やフォトダイオードが利用される。

　電源回路Ｂ６は、受光素子Ｂ５から供給された電気信号Ｓ３から所望の電圧ＶＤＤを生成し、内部回路Ｂ７に動作電源電圧として供給する。代表的には、電源回路Ｂ６には、電源電圧を保持する容量素子や、電源電圧を所望の電圧に抑制するレギュレータ回路、または小さな電圧から高い電圧を生成するチャージポンプ回路等が搭載される。

　内部回路Ｂ７は、受信回路Ｂ８、制御回路Ｂ９、データ表示装置Ｂ１０を具備する。受信回路Ｂ８は、受光装置Ｂ５が受けた光信号Ｌ１を変換した電気信号Ｓ４に重畳された情報信号を復調することでディジタル信号の情報信号Ｓ５を再生し、制御回路Ｂ９に供給する。制御回路Ｂ９は、受信回路Ｂ８から供給された情報信号Ｓ５について信号処理を行い、その処理結果をディジタル信号の情報信号Ｓ６としてデータ表示装置Ｂ１０に供給する。データ表示装置Ｂ１０は、制御回路Ｂ９から出力される情報信号Ｓ６を所定の表示方法により光学的に表示することで、表示信号Ｌ２を出力する。このとき、データ表示装置Ｂ１０は、発光することで表示信号Ｌ２を表示しても良いし、質問器Ｂ１から照射された光信号Ｌ１等を利用（反射・透過）することで表示信号Ｌ２を表示するものであっても良い。また、データ表示装置Ｂ１０が表示する情報信号は、アルファベットや数字等の文字でも良いし、バーコードやＱＲコードのような幾何学的なパターンでも良く、特に限定されるものではない。いずれの場合であっても、表示信号Ｌ２は可視光で形成される。

　以上の動作により、非接触光通信装置Ｂ２に搭載されるデータ表示装置Ｂ１０が情報信号Ｓ６を光学的に表示することで出力される表示信号Ｌ２を、質問器Ｂ１が内部に搭載される撮像装置Ｂ４によって撮像し、撮像した画像信号を非接触光通信装置Ｂ２から送信された応答信号Ｓ２として、後段に接続される信号処理装置に伝達する。

　図２に、非接触光通信装置Ｂ２に搭載される受光装置Ｂ５の基本的回路構成図を示す。

　図２に示す受光装置Ｂ５は、Ｎ個が直列接続された単位受光素子Ｂ１１と、Ｍ個が直列接続された単位受光素子Ｂ１１によって構成され、電気信号Ｓ３及びＳ４を生成する。図２では、同一の単位受光素子Ｂ１１をそれぞれ直列接続することによって電気信号Ｓ３及びＳ４を生成する例を示しているが、異なった単位受光素子で構成することも可能である。また、直列接続される個数は、電気信号Ｓ３及びＳ４に必要な電圧レベルや電流供給能力に応じて設定すれば良く、特に限定されるものではない。更には、図２では示していないが、単位受光素子Ｂ１１を並列接続することで、出力電流レベル等を調整しても構わない。

　これにより、質問器Ｂ１によって照射された光信号Ｌ１をそれぞれの単位受光素子Ｂ１１が受けることで、各単位受光素子Ｂ１１が電圧を発生し、所望の電気信号Ｓ３及びＳ４を出力することが可能になる。

　図３に、非接触光通信装置Ｂ２に搭載される受信回路Ｂ８の基本的回路構成図を示す。図３に示す受信回路Ｂ８は、抵抗Ｒ１、インバータ回路Ｇ１～Ｇ３、ローパスフィルタ回路Ｂ１２、電圧比較回路Ｂ１３、データ保持回路Ｂ１４から構成される。受信回路Ｂ８の入力信号は、受光装置Ｂ５から供給される電気信号Ｓ４であり、電気信号Ｓ４は、受光装置Ｂ５に照射される光信号Ｌ１が強い光エネルギーを持つときは電流が大きく、受光装置Ｂ５に照射される光信号Ｌ１が弱い光エネルギーを持つときは電流が微小になる。この電気信号Ｓ４は抵抗Ｒ１によって電圧信号に変換された形態で、インバータ回路Ｇ１に入力される。受光装置Ｂ５に照射される光信号Ｌ１が強い光エネルギーを持つときは、インバータ回路Ｇ１及びＧ２によって高レベル信号“Ｈ”が出力される。受光装置Ｂ５に照射される光信号Ｌ１が弱い光エネルギーを持つときは、インバータ回路Ｇ１及びＧ２によって低レベル信号“Ｌ”が出力される。これにより、光信号Ｌ１が持つ光エネルギーの変化がクロック信号Ｓ７として生成される。

　インバータ回路Ｇ３にはクロック信号Ｓ７が入力され、クロック信号Ｓ７の反転信号Ｓ８をローパスフィルタ回路Ｂ１２に入力する。

　ローパスフィルタ回路Ｂ１２は、抵抗Ｒ２及び容量Ｃ１によって構成され、反転信号Ｓ８の高周波成分を除去した電圧信号Ｓ９を電圧比較回路Ｂ１３に入力する。

　電圧比較回路Ｂ１３は、ローパスフィルタ回路Ｂ１２から出力された電圧信号Ｓ９が基準電圧ＶＴより低ければ高レベル信号“Ｈ”を出力する。ローパスフィルタ回路Ｂ１２から出力された電圧信号Ｓ９が基準電圧ＶＴより高ければ低レベル信号“Ｌ”を出力し、検出信号Ｓ１０を出力する。

　データ保持回路Ｂ１４には、インバータ回路Ｇ１及びＧ２によって生成されたクロック信号Ｓ７と電圧比較回路Ｂ１３から出力される検出信号Ｓ１０が入力される。クロック信号Ｓ７が低レベル信号“Ｌ”から高レベル信号“Ｈ”に変化した時点での検出信号Ｓ１０を保持し、質問器Ｂ１から送信された信号として情報信号Ｓ５を生成し、後段に接続される制御回路Ｂ９へ出力する。

　以上の動作によって、非接触光通信装置Ｂ２は質問器Ｂ１から送信される情報信号を再生することが可能になり、再生された情報信号Ｓ５が、制御回路Ｂ９に供給され、制御回路Ｂ９は情報信号Ｓ５に応じた信号処理を行う。

　更には、制御回路Ｂ９の信号処理によって生成される情報信号Ｓ６がデータ表示装置Ｂ１０に供給され、データ表示装置Ｂ１０が情報信号Ｓ６を光学的に表示することで、表示信号Ｌ２を出力する。このデータ表示装置Ｂ１０が情報信号Ｓ６を光学的に表示することで出力される表示信号Ｌ２を、質問器Ｂ１が内部に搭載される撮像装置Ｂ４によって撮像し、撮像した画像信号を非接触光通信装置Ｂ２から送信された応答信号Ｓ２として、後段に接続される信号処理装置に伝達する。

　以上の構成及び各部の動作により、質問器Ｂ１から出力された光信号Ｌ１によって、電池が搭載されていない非接触光通信装置Ｂ２の内部回路Ｂ７が動作するために必要な電源電圧の生成を可能にするエネルギーを供給すると共に、質問器Ｂ１から非接触光通信装置Ｂ２へのデータ通信、及び、データ表示装置Ｂ１０によって非接触光通信装置Ｂ２から質問器Ｂ１へのデータ通信が可能になる。

　これにより、光信号Ｌ１が可視光で形成されることから、非接触光通信システムを利用する利用者は、光信号Ｌ１が非接触光通信装置Ｂ２に照射されていることをリアルタイムに確認することができるようになるため、意図しない非接触光通信装置Ｂ２への光信号Ｌ１の照射を防止することが可能になる。

　図４に、図１に示した非接触光通信システムにおける発光装置Ｂ３から出力される光信号Ｌ１と非接触光通信装置Ｂ２の内部波形の一例を示す。図４において、（Ａ）は質問器Ｂ１が送信する情報信号Ｓ１、（Ｂ）は質問器Ｂ１に搭載される発光装置Ｂ３から出力される光信号Ｌ１であり、（Ｃ）は電源回路Ｂ６によって電気信号Ｓ３を保持や抑制等することで生成された電源電圧ＶＤＤ、（Ｄ）は受光装置Ｂ５から出力される電気信号Ｓ４をインバータ回路Ｇ１及びＧ２によって２値化することで生成されるクロック信号Ｓ７、（Ｅ）はインバータ回路Ｇ３によって生成されるクロック信号Ｓ７の反転信号Ｓ８、（Ｆ）はローパスフィルタ回路Ｂ１２によって反転信号Ｓ８の高周波成分が除去された電圧信号Ｓ９、（Ｇ）は電圧比較回路Ｂ１３によってローパスフィルタ回路Ｂ１２から出力される電圧信号Ｓ９を２値化した検出信号Ｓ１０、（Ｈ）はデータ保持回路Ｂ１４によって検出信号Ｓ１０を保持することで生成される情報信号Ｓ５（＝質問器Ｂ１から送信された情報信号Ｓ１）を表している。

　また、図４では、質問器Ｂ１から非接触光通信装置Ｂ２に送信する情報信号は時間Ｔ０毎に１ビットの周期で送信する。質問器Ｂ１から非接触光通信装置Ｂ２に送信する情報信号が“１”の場合には、時間Ｔ０における光信号Ｌ１が持つ光エネルギーが微小に抑制される時間をＴ１とする。質問器Ｂ１から非接触光通信装置Ｂ２に送信する情報信号が“０”の場合には、時間Ｔ０における光信号Ｌ１が持つ光エネルギーが微小に抑制される時間をＴ２とする。時間Ｔ１よりも時間Ｔ２が十分に長いことで、情報信号の“１”と“０”を区別して送信する。勿論、上記情報信号の生成手段については限定されるものではない。

　図５に、非接触光通信装置Ｂ２に搭載されるデータ表示装置Ｂ１０の基本的回路構成図を示す。データ表示装置Ｂ１０は、マトリックス状に並べられた複数の単位表示装置Ｂ１８（Ｂ１８（ａ）及びＢ１８（ｂ）を含む）と、それぞれの単位表示装置Ｂ１８の表示データを伝達するデータ伝達回路Ｂ１９、データ伝達回路Ｂ１９から伝達される表示データの伝達先を選択するアドレス選択回路Ｂ２０から構成される。

　アドレス選択回路Ｂ２０とデータ伝達回路Ｂ１９は連動して動作し、アドレス選択回路Ｂ２０は、制御回路Ｂ９から伝達された情報信号Ｓ６から抽出されたデータの伝達先を選択する回路であり、データ伝達回路Ｂ１９は、制御回路Ｂ９から伝達された情報信号Ｓ６からアドレス毎のデータを抽出し、アドレス選択回路Ｂ２０が選択しているアドレスのデータを出力し、アドレス毎の表示データを伝達する回路である。

　このように、アドレス選択回路Ｂ２０とデータ伝達回路Ｂ１９の動作によって、マトリックス状に並べられた複数の単位表示装置Ｂ１８に、それぞれの表示データが伝達される。

　単位表示装置Ｂ１８は、データ伝達回路Ｂ１９及びアドレス選択回路Ｂ２０によって伝達された表示データを保持すると共に、非表示状態Ｂ１８（ａ）と表示状態Ｂ１８（ｂ）を切替えることで、伝達された表示データを表示する。このような単位表示装置Ｂ１８をマトリックス状に並べることによって、制御回路Ｂ９から伝達された情報信号Ｓ６を光学的に表示する。

　以上の動作により、データ表示装置Ｂ１０は、制御回路Ｂ９から出力される情報信号Ｓ６を光学的に表示し、表示信号Ｌ２を出力する。また、特に限定されるものではないが、複数の単位表示装置Ｂ１８をマトリックス状に並べることで、アルファベットや数字等の文字、バーコードやＱＲコードのような幾何学的なパターン等の表示ができる。

　（実施の形態２）
　図６に、光を用いた非接触光通信システムの実施の形態２の基本構成を示す。図６の非接触光通信システムと図１の非接触光通信システムとの違いは、図６の質問器Ｂ１では、照射範囲制御装置Ｂ１５を具備する点である。照射範囲制御装置Ｂ１５は、発光装置Ｂ３が出力する光信号Ｌ１が照射される範囲を制御するものであり、光信号Ｌ１を広い領域に照射したり、光信号Ｌ１を狭い領域に集中して照射したりする機能を有する。

　図７、８に、図６に示した非接触光通信システムの具体的な利用例を示す。図７では、図６に示した質問器Ｂ１と非接触光通信装置Ｂ２を簡略的に示しており、多数の非接触光通信装置Ｂ２が隣接配置されている。図７は多数の非接触光通信装置Ｂ２に光信号Ｌ１を照射している状態を表している。図８は多数の非接触光通信装置Ｂ２の中から利用者が選択した１つの非接触光通信装置Ｂ２のみに光信号Ｌ１を照射している状態を表している。

　質問器Ｂ１に照射範囲制御装置Ｂ１５を備え、発光装置Ｂ３が出力する光信号Ｌ１の照射範囲を利用者が制御できる機能を有することで、利用者が情報信号を取得したい非接触光通信装置Ｂ２を選択して動作させることが可能になる。

　つまり、図７に示したように、利用者が多数の非接触光通信装置Ｂ２からの情報信号を取得したい場合には、照射範囲制御装置Ｂ１５を制御することにより、可視光で形成される光信号Ｌ１を多数の非接触光通信装置Ｂ２に照射する。非接触光通信装置Ｂ２が光学的に表示することで出力されるそれぞれの表示信号Ｌ２を、質問器Ｂ１に内蔵される撮像装置Ｂ４で一括撮像することで、多数の非接触光通信装置Ｂ２からの情報信号を取得することが可能になる。

　逆に、図８に示したように、利用者が多数の非接触光通信装置Ｂ２の中から選択した特定の非接触光通信装置Ｂ２のみから情報信号を取得したい場合には、照射範囲制御装置Ｂ１５を制御することにより、可視光から形成される光信号Ｌ１を選択した非接触光通信装置Ｂ２のみに照射する。その非接触光通信装置Ｂ２が光学的に表示することで出力される表示信号Ｌ２を、質問器Ｂ１に内蔵される撮像装置Ｂ４で撮像することで、特定の非接触光通信装置Ｂ２からの情報信号を取得することが可能になる。

　これらの効果は、光信号Ｌ１が可視光で形成されることから、非接触光通信システムを利用する利用者自身が、光信号Ｌ１が非接触光通信装置Ｂ２に照射されていることをリアルタイムに確認することができるようになることから得られる効果である。

　また、図７、８では特に示していないが、利用者が選択する非接触光通信装置Ｂ２の個数に制約はない。以上の機能を利用すれば、例えば、特定の３つの非接触光通信装置Ｂ２からの情報信号を取得すること等も可能である。

　（実施の形態３）
　図９に、光を用いた非接触光通信システムの実施の形態３の基本構成を示す。図９において、Ｂ１は質問器、Ｂ２は非接触光通信装置である。図９では、非接触光通信装置Ｂ２を１つのみ図示しているが、非接触光通信装置Ｂ２は複数個存在していても構わない。

　質問器Ｂ１は、発光装置Ｂ３、撮像装置Ｂ４を具備する。発光装置Ｂ３は、送信する情報信号Ｓ１に応じて変調された光信号Ｌ１を出力する。このとき、光信号Ｌ１は可視光で形成される。撮像装置Ｂ４は、非接触光通信装置Ｂ２が光学的に出力される表示信号Ｌ２を撮像し、撮像した画像信号を非接触光通信装置Ｂ２から送信された応答信号Ｓ２として、後段に接続される信号処理装置に伝達する。

　非接触光通信装置Ｂ２は、受光装置Ｂ５、電源回路Ｂ６、内部回路Ｂ７から構成される。

　受光装置Ｂ５は、質問器Ｂ１から出力された光信号Ｌ１を受け、光信号Ｌ１が持つ光の強度に応じた電気エネルギーを発生する素子であり、発生した電気信号Ｓ３及びＳ４を電源回路Ｂ６及び受信回路Ｂ８へ出力する。ここで、受光装置Ｂ５が出力する電気信号Ｓ３及びＳ４は、受光装置Ｂ５が受ける光エネルギーが強い場合には大きな電流が出力され、受光装置Ｂ５が受ける光エネルギーが微弱な場合には微小な電流が出力されるものである。また、特に限定はされないが、受光装置Ｂ５には、光エネルギーを電気エネルギーに変換する素子である太陽電池やフォトダイオードが利用される。

　内部回路Ｂ７は、受信回路Ｂ８、制御回路Ｂ９、データ表示装置Ｂ１０、クロック信号発生回路Ｂ１６を具備する。受信回路Ｂ８は、受光装置Ｂ５が受けた光信号Ｌ１を変換した電気信号Ｓ４に重畳された情報信号を復調することでディジタル信号の情報信号Ｓ５を再生し、制御回路Ｂ９に供給する。クロック信号発生回路Ｂ１６は、電源回路Ｂ６から出力される電源電圧ＶＤＤによって動作し、電源電圧ＶＤＤがクロック信号発生回路Ｂ１６の動作に必要な電圧を上回っていればクロック信号Ｓ１１を生成し、受信回路Ｂ８、制御回路Ｂ９、データ表示装置Ｂ１０に供給する。

　制御回路Ｂ９は、受信回路Ｂ８から供給された情報信号Ｓ５に従って信号処理を行い、その処理結果をディジタル信号の情報信号Ｓ６としてデータ表示装置Ｂ１０に供給する。データ表示装置Ｂ１０は、制御回路Ｂ９から出力される情報信号Ｓ６を光学的に表示することで、表示信号Ｌ２を出力する。このとき、データ表示装置Ｂ１０は、発光することで表示信号Ｌ２を出力しても良いし、質問器Ｂ１から照射された光信号Ｌ１等を利用（反射・透過）することで表示信号Ｌ２を出力するものであっても良い。また、データ表示装置Ｂ１０が表示する情報信号は、アルファベットや数字等の文字でも良いし、バーコードやＱＲコードのような幾何学的なパターンでも良く、特に限定されるものではない。

　図１０に、非接触光通信装置Ｂ２に搭載される受信回路Ｂ８の基本的回路構成図を示す。図１０に示す受信回路Ｂ８は、抵抗Ｒ１、インバータ回路Ｇ１，Ｇ２、データ抽出回路Ｂ１７から構成される。受信回路Ｂ８の入力信号は、受光装置Ｂ５から供給される電気信号Ｓ４であり、電気信号Ｓ４は、受光装置Ｂ５に照射される光信号Ｌ１が強い光エネルギーを持つときは電流が大きく、受光装置Ｂ５に照射される光信号Ｌ１が弱い光エネルギーを持つときは電流が微小になる。この電気信号Ｓ４は抵抗Ｒ１によって電圧信号に変換された形態で、インバータ回路Ｇ１に入力されるため、受光装置Ｂ５に照射される光信号Ｌ１が強い光エネルギーを持つときは、インバータ回路Ｇ１及びＧ２によって高レベル信号“Ｈ”が出力され、受光装置Ｂ５に照射される光信号Ｌ１が弱い光エネルギーを持つときは、インバータ回路Ｇ１及びＧ２によって低レベル信号“Ｌ”が出力される。これにより、光信号Ｌ１が持つ光エネルギーの変化が検出信号Ｓ１２として生成される。

　データ抽出回路Ｂ１７は、インバータ回路Ｇ１及びＧ２によって生成された検出信号Ｓ１２とクロック信号発生回路Ｂ１６から供給されるクロック信号Ｓ１１が入力され、クロック信号Ｓ１１によって、検出信号Ｓ１２が高レベル信号“Ｈ”である期間と検出信号Ｓ１２が低レベル信号“Ｌ”である期間を判定することで、質問器Ｂ１から送信された信号として情報信号Ｓ５を生成し、後段に接続される制御回路Ｂ９へ出力する。図１１では、検出信号Ｓ１２（図１１（Ｅ））が高レベル信号“Ｈ”である期間の間に、クロック信号Ｓ１１（図１１（Ｄ））が低レベル信号“Ｌ”から高レベル信号“Ｈ”へ２回変化したら情報信号の“１”として認識し、検出信号Ｓ１２が低レベル信号“Ｌ”である期間の間に、クロック信号Ｓ１１が低レベル信号“Ｌ”から高レベル信号“Ｈ”へ２回変化したら情報信号の“０”として認識する場合を表した。

　更には、制御回路Ｂ９の信号処理によって生成される情報信号Ｓ６をデータ表示装置Ｂ１０に供給し、データ表示装置Ｂ１０が情報信号Ｓ６を光学的に表示することで、表示信号Ｌ２を出力する。このデータ表示装置Ｂ１０が情報信号Ｓ６を光学的に表示することで出力される表示信号Ｌ２を、質問器Ｂ１が内部に搭載される撮像装置Ｂ４によって撮像し、撮像した画像信号を非接触光通信装置Ｂ２から送信された応答信号Ｓ２として、後段に接続される信号処理装置に伝達する。

　以上の構成及び各部の動作により、質問器Ｂ１から出力された光信号Ｌ１によって、電池が搭載されていない非接触光通信装置Ｂ２の内部回路Ｂ７が動作するために必要な電源電圧の生成を可能にするエネルギーを供給すると共に、質問器Ｂ１から非接触光通信装置Ｂ２へのデータ通信、及びデータ表示装置Ｂ１０によって非接触光通信装置Ｂ２から質問器Ｂ１へのデータ通信が可能になる。

　また、クロック信号発生回路Ｂ１６によって安定したクロック信号Ｓ１１が内部回路Ｂ７に供給されるため、非接触光通信装置Ｂ２に具備される回路を同期して動作させることも可能になる。

　図１１に、図９および図１０に示した非接触光通信システムにおける発光装置Ｂ３から出力される光信号Ｌ１と非接触光通信装置Ｂ２の内部波形の一例を示す。図１１において、（Ａ）は質問器Ｂ１が送信する情報信号Ｓ１、（Ｂ）は質問器Ｂ１に搭載される発光素子Ｂ３から出力される光信号Ｌ１であり、（Ｃ）は電源回路Ｂ６によって電気信号Ｓ３を保持や抑制等することで生成された電源電圧ＶＤＤ、（Ｄ）はクロック信号発生回路Ｂ１６から供給されるクロック信号Ｓ１１、（Ｅ）は受光装置Ｂ５から出力される電気信号Ｓ４をインバータ回路Ｇ１及びＧ２によって２値化することで生成される検出信号Ｓ１２、（Ｆ）はデータ抽出回路Ｂ１７によって検出信号Ｓ１２を保持することで生成される情報信号Ｓ５（＝質問器Ｂ１から送信された情報信号Ｓ１）を表している。

　また、図１１では、質問器Ｂ１から非接触光通信装置Ｂ２に送信する情報信号は時間Ｔ０毎に１ビットの周期で送信するものとする。質問器Ｂ１から非接触光通信装置Ｂ２に送信する情報信号が“１”の場合には、時間Ｔ０の間、光信号Ｌ１が持つ光エネルギーを強くする。質問器Ｂ１から非接触光通信装置Ｂ２に送信する情報信号が“０”の場合には、時間Ｔ０における光信号Ｌ１が持つ光エネルギーを微小に抑制する。こうすることにより、情報信号の“１”と“０”を区別して送信する。勿論、上記情報信号の生成手段については限定されるものではない。

　（実施の形態４）
　図１２に、実施の形態１～実施の形態３に示した非接触光通信装置Ｂ２のいずれかをフレキシブル性（柔軟性）を有する基板上に形成した場合の斜視図とその利用例を示す。

　図１２に示す非接触光通信装置Ｂ２は、フレキシブル性を有する基板Ｕ１（例えば、プラスチック基板）の上に、受光装置Ｂ５、データ表示装置Ｂ１０、電源回路Ｂ６及び内部回路Ｂ７が形成されており、それぞれが基板Ｕ１の上に形成される配線によって接続されている。

　電源回路Ｂ６や内部回路Ｂ７は、抵抗、容量、トランジスタ等によって構成される。特に限定されるものではないが、電源回路Ｂ６や内部回路Ｂ７は、公知の半導体集積回路装置の製造技術によって、単結晶シリコン等のような１個の半導体基板上に形成されても良いし、有機半導体や金属インク等を利用して形成される抵抗、容量、トランジスタ等によって形成されても良い。但し、図１２に示されるように、電源回路Ｂ６や内部回路Ｂ７を単結晶シリコンのような半導体基板上に形成する場合は、フレキシブル性を有する基板Ｕ１に形成されることを考慮し、基板Ｕ１が湾曲された場合においても、半導体基板が割れることのないような大きさとする必要がある。

　受光装置Ｂ５は、質問器Ｂ１から照射される光信号Ｌ１を受け、光信号Ｌ１を電気信号Ｓ３及びＳ４に変換する機能を有する。光信号Ｌ１を十分に受けるために、受光装置Ｂ５は、電源回路Ｂ６や内部回路Ｂ７に比べて大きな面積が必要になる。図１２に示されるように、有機半導体や金属インク等を利用して、基板Ｕ１の上に、受光装置Ｂ５として太陽電池素子やフォトダイオード素子が形成される。

　データ表示装置Ｂ１０は、光学的にデータを表示した情報信号を質問器Ｂ１に内蔵される撮像装置Ｂ４によって撮像させるため、撮像装置Ｂ４の撮像解像度に応じた面積が必要になる。このため、データ表示装置Ｂ１０は、電源回路Ｂ６や内部回路Ｂ７に比べて大きな面積が必要になる。図１２に示されるように、有機半導体や金属インク等を利用して、データ表示装置Ｂ１０としての表示デバイスが基板Ｕ１の上に形成される。

　以上の構成によって、非接触光通信装置Ｂ２はフレキシブル性を有する基板Ｕ１の上に形成することができるため、図１２に示されるように、薬品などが格納されている瓶の曲面にも貼付することが可能になる。

　（実施の形態５）
　図１３に、実施の形態１～実施の形態３に示した質問器Ｂ１のいずれかが組み込まれた情報携帯端末の外観図を示す。図１３において、（Ａ）は情報携帯端末Ｕ２の表面から見た外観図、（Ｂ）は情報携帯端末Ｕ２の裏面から見た外観図を表している。

　図１３において、Ｕ３は情報携帯端末Ｕ２の筐体であり、情報携帯端末Ｕ２の筐体Ｕ３の表面には、データ入力装置Ｕ４と表示装置Ｕ５が設けられる。情報携帯端末Ｕ２の筐体Ｕ３の裏面には、質問器Ｂ１を構成する発光装置Ｂ３と撮像装置Ｂ４が設けられる。勿論、実施の形態２で示した照射範囲制御装置Ｂ１５を設けることも可能である。

　情報携帯端末Ｕ２に内蔵された質問器Ｂ１を利用して情報信号を取得する場合、撮像装置Ｂ４から得られた画像情報を表示装置Ｕ５にリアルタイムに表示することで情報を取得したい非接触光通信装置Ｂ２を選択し、照射範囲制御装置Ｂ１５を利用することで、選択した非接触光通信装置Ｂ２のみに発光装置Ｂ３から出力される光信号Ｌ１を照射することができる。また、これらの処理は、データ入力装置Ｕ４によって、その実行や実行内容を制御することができる。

　また、情報携帯端末Ｕ２は、質問器Ｂ１を利用して取得された情報信号を用いて計算処理を行い、その計算結果を表示装置Ｕ５に表示することが可能である。勿論、表示装置Ｕ５には、情報携帯端末Ｕ２によって処理される様々なデータ等を表示することが可能である。

　以上の構成により、発光装置Ｂ３や撮像装置Ｂ４を利用して、実施の形態１～実施の形態４に示した非接触光通信装置Ｂ２から情報信号を取得し、得られた情報信号を情報携帯端末Ｕ２によって計算処理し、表示装置Ｕ５に表示することで非接触光通信装置Ｂ２が有するデータを知ることが可能になり、非接触光通信システムの利便性を向上させることが可能になる。

　尚、本実施の形態で示した情報携帯端末Ｕ２は、携帯電話や手帳タイプのパーソナルコンピュータ（所謂、ＰＤＡ）、ノート型パーソナルコンピュータ、更にはそれらに接続される外部機器等、情報携帯端末の全般を示すものであり、実施の形態１～実施の形態３に示した質問器Ｂ１は様々な情報携帯端末に内蔵することが可能である。

　以上、本発明者よりなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。例えば、図９で示した非接触光通信システムにおいて、質問器Ｂ１から非接触光通信装置Ｂ２へのデータ送信方法に図１～４で示したデータ送信方法を用いることも可能であるし、図１、図６、図９で示した非接触光通信装置Ｂ２に不揮発性メモリ等を搭載することも可能である。また、非接触光通信装置Ｂ２が出力する表示信号Ｌ２は、質問器Ｂ１が出力する光信号Ｌ１のように可視光である必要はなく、質問器Ｂ１に内蔵される撮像装置Ｂ４が撮像できる光信号であれば良い。

　本発明は、光の形態によってデータのやり取りを実現する非接触光通信システム等に適用して好適である。

　Ｂ１　質問器
　Ｂ２　非接触光通信装置
　Ｂ３　発光装置
　Ｂ４　撮像装置
　Ｂ５　受光装置
　Ｂ６　電源回路
　Ｂ７　内部回路
　Ｂ８　受信回路
　Ｂ９　制御回路
　Ｂ１０　データ表示装置
　Ｂ１１　単位受光素子
　Ｂ１２　ローパスフィルタ回路
　Ｂ１３　電圧比較回路
　Ｂ１４　データ保持回路
　Ｂ１５　照射範囲制御装置
　Ｂ１６　クロック信号発生回路
　Ｂ１７　データ抽出回路
　Ｂ１８　単位表示装置
　Ｂ１９　データ伝達回路
　Ｂ２０　アドレス選択回路
　Ｃ１　容量
　Ｇ１～Ｇ３　インバータ回路
　Ｌ１　光信号
　Ｌ２　表示信号
　Ｒ１，Ｒ２　抵抗
　Ｓ１，Ｓ５，Ｓ６　情報信号
　Ｓ２　応答信号
　Ｓ３，Ｓ４　電気信号
　Ｓ７，Ｓ１１　クロック信号
　Ｓ８　反転信号
　Ｓ９　電圧信号
　Ｓ１０，Ｓ１２　検出信号
　Ｕ１　基板
　Ｕ２　情報携帯端末
　Ｕ３　筐体
　Ｕ４　データ入力装置
　Ｕ５　表示装置

Claims

　質問器と、光通信装置を有する光通信システムであって、
　前記質問器は、発光装置と撮像装置を有し、
　前記光通信装置は、受光装置と、電源装置と、受信装置と、制御装置と、表示装置とを有し、
　前記発光装置は、第１情報信号に応じて光強度を変調した光信号を照射し、
　前記撮像装置は、前記表示装置の表示を撮像し、
　前記受光装置は、前記光信号を受光し、受光した前記光信号を電気信号へ変換し、
　前記電源装置は、前記受信装置と前記制御装置と前記表示装置を駆動する電源電圧を、前記電気信号から生成し、
　前記受信装置は、前記電気信号から前記第１情報信号を復調し、
　前記制御装置は、前記第１情報信号に従い情報処理を行い、その処理結果を第２情報信号として前記表示装置へ供給し、
　前記表示装置は、所定の表示方法により前記第２情報信号を表示することを特徴とする光通信システム。
　請求項１に記載の光通信システムにおいて、
　前記質問器は、光照射範囲制御装置を有し、
　前記光照射範囲制御装置は、前記発光装置が照射する光信号の範囲を制御することを特徴とする光通信システム。
　請求項１に記載の光通信システムにおいて、
　前記発光装置は、１周期中における光信号の強弱の時間割合により“１”と“０”を表現し、前記光信号を照射することを特徴とする光通信システム。
　請求項１に記載の光通信システムにおいて、
　前記発光装置は、１周期中における光信号の強弱により“１”と“０”を表現し、前記光信号を照射することを特徴とする光通信システム。
　請求項１に記載の光通信システムにおいて、
　前記光信号は、可視光であることを特徴とする光通信システム。
　請求項１に記載の光通信システムにおいて、
　前記表示装置は、前記第２情報信号を幾何学パターンにより表示することを特徴とする光通信システム。
　請求項１に記載の光通信システムにおいて、
　前記受光装置と前記電源装置と前記受信装置と前記制御装置と前記表示装置は、柔軟性を持つ基板上に形成されることを特徴とする光通信システム。
　発光装置及び撮像装置を有する質問器と、受光装置及び電源装置及び受信装置及び制御装置及び表示装置を有する光通信装置からなる光通信システムにより、前記質問器と前記光通信装置との間で通信を行う通信方法であって、
　前記発光装置により、第１情報信号に応じて光強度を変調した光信号を照射し、
　前記撮像装置により、前記表示装置の表示を撮像し、
　前記受光装置により、前記光信号を受光し、受光した前記光信号を電気信号へ変換し、
　前記電源装置により、前記受信装置と前記制御装置と前記表示装置を駆動する電源電圧を、前記電気信号から生成し、
　前記受信装置により、前記電気信号から前記第１情報信号を復調し、
　前記制御装置により、前記第１情報信号に従い情報処理を行い、その処理結果を第２情報信号として前記表示装置へ供給し、
　前記表示装置により、所定の表示方法により前記第２情報信号を表示することを特徴とする光通信方法。
　請求項８に記載の光通信方法において、
　前記質問器は、光照射範囲制御装置を有し、
　前記光照射範囲制御装置により、前記発光装置が照射する光信号の範囲を制御することを特徴とする光通信方法。
　請求項８に記載の光通信方法において、
　前記発光装置により、１周期中における光信号の強弱の時間割合により“１”と“０”を表現し、前記光信号を照射することを特徴とする光通信方法。
　請求項８に記載の光通信方法において、
　前記発光装置により、１周期中における光信号の強弱により“１”と“０”を表現し、前記光信号を照射することを特徴とする光通信方法。
　請求項８に記載の光通信方法において、
　前記光信号は、可視光であることを特徴とする光通信方法。
　請求項８に記載の光通信方法において、
　前記表示装置は、前記第２情報信号を幾何学パターンにより表示することを特徴とする光通信方法。
　請求項８に記載の光通信方法において、
　前記受光装置と前記電源装置と前記受信装置と前記制御装置と前記表示装置は、柔軟性を持つ基板上に形成されることを特徴とする光通信方法。