WO2024062617A1 - 光通信システム - Google Patents

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WO2024062617A1
WO2024062617A1 PCT/JP2022/035463 JP2022035463W WO2024062617A1 WO 2024062617 A1 WO2024062617 A1 WO 2024062617A1 JP 2022035463 W JP2022035463 W JP 2022035463W WO 2024062617 A1 WO2024062617 A1 WO 2024062617A1
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event
optical
transmitting
optical signal
station
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PCT/JP2022/035463
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English (en)
French (fr)
Inventor
学 古屋
健司 黒木
洋 菊地
Original Assignee
株式会社センチュリーアークス
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    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
    • H04B10/11—Arrangements specific to free-space transmission, i.e. transmission through air or vacuum
    • H04B10/112—Line-of-sight transmission over an extended range

Definitions

  • the present invention relates to an optical communication system in which a single receiving station receives optical signals individually transmitted via free space from a plurality of transmitting stations.
  • WiFi and mobile carrier communications enable one-to-many communication between many mobile terminals and base stations, but setting up each communication is difficult. Furthermore, with WiFi and the like, there is a limit to the number of communications per access point, and the throughput changes when the number of communicators increases. Even in the case of carrier communications, when many people gather together, congestion occurs and communication becomes difficult. Another problem is that communication using radio waves cannot be used in places where the use of radio waves is regulated, such as in factories, or in places where there is a lot of electromagnetic noise. Even in environments where communication using radio waves is difficult, optical communication via free space can be used. However, in order to properly send and receive optical signals between multiple communication stations and the central station, it is necessary to set the locations of both stations in advance, and it is possible to add more communication stations or change the location of the communication stations later. It's not easy to do.
  • Patent Document 1 In order to carry out optical communications between multiple user bases and one central distribution station, a data distribution system has been proposed in which multiple local distribution nodes connected to the central distribution station by optical lines are distributed and free-space optical communications are carried out between these local distribution nodes and multiple user bases (see, for example, Patent Document 1).
  • the invention described in Patent Document 1 has the advantage that it is easy to increase user bases later or to accommodate changes in the location of user bases by increasing the number of local distribution nodes or changing the location of the local distribution nodes.
  • an object of the present invention is to provide an optical communication system that can be easily handled by one receiving station even if the number of transmitting stations increases or decreases or the location of the transmitting stations changes.
  • the present invention provides an optical communication system in which one receiving station receives optical signals individually transmitted from a plurality of transmitting stations via free space.
  • the transmitting station includes: a light emitting unit capable of controlling switching between lighting and extinguishing; a modulating unit that generates light emission control data in which digital data for transmission is replaced with a change in luminance of light based on a predetermined modulation method; and a light emission control means for controlling lighting and extinguishing of the light emitting means based on the light emission control data generated by the modulation means and outputting the optical signal, and one of the receiving stations includes a plurality of the light emitting stations.
  • the optical signal from the transmitting station is captured in a photographing area, and an event signal containing pixel brightness change information, pixel position coordinates, and brightness change detection time is asynchronously generated from a pixel that detects a brightness change occurring within the photographing area.
  • image processing means that individually recognizes and identifies the optical signal from each transmitting station; and converting the optical signal into original digital data based on the modulation method for each transmitting station identified by the image processing means.
  • the present invention is characterized by comprising a demodulating means for restoring, and a received data acquisition means for extracting the digital data restored for each transmitting station by the demodulating means as received data from each transmitting station.
  • the modulation method may be amplitude modulation, and the optical signal may be used in which "0" and "1" in each bit of the digital data for transmission correspond to different lighting time lengths.
  • the modulation method may be frequency modulation, and the optical signal may be used in which "0" and "1" in each bit of the digital data for transmission correspond to different lighting/extinguishing cycles.
  • the light emitting means of the transmitting station may be capable of emitting light in an infrared wavelength range
  • the event-based vision sensor of the receiving station may be capable of detecting a change in brightness in the infrared wavelength range.
  • the optical communication system of the present invention if the transmitting station is arranged so that the optical signal can be captured in the photographing area of the event-based vision camera of the receiving station, the optical signal from each transmitting station can be transmitted by one receiving station. I can receive everything. Therefore, even if the number of transmitting stations increases or decreases or the positions of the transmitting stations change, within the photographing area of the event-based vision camera, one receiving station can easily handle the change.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an optical communication system including a plurality of transmitting stations and one receiving station distributed in a factory.
  • FIG. 2 is a block diagram showing an example of internal functions of a transmitting station and a receiving station.
  • FIG. 2 is a schematic explanatory diagram of optical communication using amplitude modulation.
  • FIG. 2 is a schematic explanatory diagram of optical communication performed using frequency modulation.
  • FIG. 1 shows an example in which an optical communication system 1 is applied to information collection within a factory.
  • This optical communication system 1 includes first to fifteenth transmitting stations 2-1 to 2-15 (hereinafter simply referred to as transmitting station 2 unless there is a particular need to distinguish) distributed within a factory, and one receiving station. Consists of station 3.
  • the receiving station 3 includes, for example, an event-based vision camera 4 and an information processing device 5, and is arranged so that the photographing area PA of the event-based vision camera 4 captures a plurality of transmitting stations 2.
  • the event signal ES output from the event-based vision camera 4 is input to the information processing device 5 (for example, configured by running a processing program on a personal computer) via the communication cable 6, and the information processing device 5 Received data is acquired by performing appropriate data processing.
  • the event-based vision camera 4 includes an event-based vision sensor 4a that asynchronously outputs an event signal ES from a pixel that detects a change in brightness caused by a movement of a subject or a change in the surrounding environment in the photographing area PA.
  • the event signal ES is a data signal that includes at least pixel brightness change information, pixel position coordinates, and brightness change detection time, and is output only from pixels that have captured a change in the photographing area PA, and is output from pixels that have not changed.
  • the event signal ES is not output from.
  • the event-based vision camera 4 is equipped with an optical system 4b such as a telephoto lens, and the width and focal length of the photographing area PA can be adjusted.
  • first to fifteenth transmitting stations 2-1 to 2-15 are provided to transmit information acquired by sensors placed at appropriate locations in the factory, and the first to fifteenth transmitting stations are Information from stations 2-1 to 2-15 can be transmitted to receiving station 3 by optical communication.
  • the transmitting station 2 is not particularly limited as long as it can convert the transmitted information into an optical signal represented by blinking light, and may use a light-emitting device dedicated to the transmitting station 2, or a mobile device such as a smartphone with a light-emitting function.
  • the transmitting station 2 may also be a wireless terminal device. However, if the event-based vision camera 4 cannot capture the luminance changes caused by the lighting and turning off of the transmitting station 2, optical communication cannot be performed.
  • the optical communication system 1 has the advantage that it is possible to determine whether or not optical communication is possible depending on whether the object is captured by the event-based vision camera 4 or the transmitting station 2.
  • the fourteenth transmitting station 2-14 and the fifteenth transmitting station 2-15 which are located far from the event-based vision camera 4, are configured so that the event-based vision sensor 4a can capture these changes in brightness and output the event signal ES. communication becomes possible.
  • the event-based vision sensor 4a cannot stably capture the brightness changes of the 14th transmitting station 2-14 and 15th transmitting station 2-15, -15, it is necessary to take measures such as increasing the brightness of the light source or increasing the area of the light source.
  • the communication area is too wide, such as in a large-scale factory, it may be divided into areas that can be covered by the receiving station 3, and the optical communication system 1 may be allocated to each divided area.
  • FIG. 2 shows an example of internal functions in the transmitting station 2 and receiving station 3 used in the optical communication system 1 described above.
  • the optical signals emitted by all the transmitting stations 2 can be captured by the event-based vision camera 4 of the receiving station 3.
  • the transmitting station 2 includes, for example, a modulation means 21, a light emission control means 22, and a light emission means 23. Note that if the transmission information acquired from a sensor or the like is an analog value, it also has a function to convert this into digital data for transmission.
  • the modulating means 21 generates light emission control data in which digital data for transmission is replaced with a change in luminance of light based on a predetermined modulation method.
  • the light emission control means 22 controls the lighting and extinguishing of the light emission means 23 based on the light emission control data generated by the modulation means 21, and outputs an optical signal.
  • a high brightness LED or an organic EL panel that can be controlled to turn on and off at high speed can be used, and a high speed switching element such as an IGBT can be used to turn on/off the power to the light emitting means 23. If this is done, a data transfer rate of about 1200 bps to 11520 bps can be achieved.
  • the event-based vision camera 4 in the receiving station 3 captures optical signals from the plurality of transmitting stations 2 in the photographing area PA, and collects pixel brightness change information from the pixels that have detected the brightness change occurring within the photographing area PA. It includes an event-based vision sensor 4a that asynchronously outputs an event signal including pixel position coordinates and brightness change detection time. If the event-based vision camera 4 and the information processing device 5 connected by the communication cable 6 can achieve a communication processing speed of about 12 Mbit/s, which is equivalent to a general high-speed LAN, the data transmission speed from each transmitting station 2 can be increased. Assuming that is 1200 bps, optical signals from 100 transmitting stations 2 can be processed simultaneously.
  • the information processing device 5 in the receiving station 3 includes, for example, an image processing means 51, a demodulation means 52, and a received data acquisition means 53.
  • the image processing means 51 performs image processing based on the event signal ES acquired from the event-based vision camera 4 to individually recognize the transmitting stations 2 dispersed within the photographing area PA, and from each transmitting station 2. Identify the optical signal of The demodulating means 52 restores the optical signal to the original digital data based on a predetermined modulation method for each transmitting station 2 specified by the image processing means 51.
  • the received data acquisition means 53 extracts the digital data restored for each transmitting station 2 by the demodulating means 52 as received data from each transmitting station 2, visualizes it and displays it on the display 54, or records it in the memory 55. do.
  • the reception data acquired by the reception data acquisition means 53 may be used in any manner; for example, the reception data may be transferred from the reception station 3 to a central processing unit or the like, and the central processing unit may handle each data in an integrated manner.
  • the image processing means 51 described above acquires all the event signals ES from the event-based vision camera 4, so the larger the range of receiving the transmitted light from the transmitting station 2, the more pixels will correspond to the same optical signal.
  • An event signal ES is obtained. If the pixels that output the event signal ES of the same change mode at the same time are adjacent at the conversion timing when the optical signal from each transmitting station 2 turns on/off, the pixel area of these units will be transmitted from one transmitting station 2. can be regarded as a group receiving optical signals. Therefore, a pixel located at the center of a group of pixel areas may be determined as a representative pixel, and the event signal ES from the representative pixel may be treated as an optical signal received from the transmitting station 2.
  • each transmitting station 2 if the position of each transmitting station 2 is fixed, a calibration operation is performed to identify the pixel area that receives each optical signal from the transmitting stations 2 dispersed within the photographing area PA, and the corresponding If event signals ES of the same change mode are obtained simultaneously from the pixel regions, these can be easily identified as optical signals from the corresponding transmitting station 2.
  • the optical signal from each transmitting station 2 is changed based on the pixel area that outputs the event signal ES of the same change mode at the same time at the turning on/off conversion timing. What is necessary is to perform a process of sequentially specifying the .
  • the transmitting station 2 can be identified without error from the identification information of the received data. can.
  • the identification information is transmitted from each transmitting station 2 as an optical signal, even if multiple transmitting stations 2 that are moving intersect, the receiving station 3 can identify each transmitting station 2. There is a possibility that it can be done.
  • the optical signal from the transmitting station 2 is used as digital communication in which the two states of on/off correspond to the binary values of on/off.
  • the event-based vision sensor 4a outputs an event signal ES every time the change in luminance exceeds a predetermined threshold, it is also possible to perform a variety of optical communications by gradually increasing or decreasing the luminance.
  • an optical signal is received from the transmitting station 2 in which "0" and "1" in each bit of the digital data for transmission correspond to different lighting time lengths.
  • ASK Amplitude Shift Keying
  • Morse coding is performed, which represents the letters using two types of sounds, “ton” (short sound) and “tsu” (long sound).
  • Digital data for transmission is generated by replacing the short sounds in this Morse code with short pulses and the long sounds with long pulses.
  • Modulation means 21 generates light emission control data (amplitude modulation signal) in the digital data for transmission that assigns OFF to off and ON to on. Based on this light emission control data, light emission control means 22 controls the on/off of light emission means 23, and an optical signal is output.
  • the change information " ⁇ " when the optical signal changes from off to on and the change information " ⁇ " when the optical signal changes from on to off are the event signal ES.
  • This change information is supplied from the image processing means 51 to the demodulation means 52.
  • the demodulation means 52 obtains demodulated data (the same signal as the digital data for transmission) by replacing the ON/OFF change in the optical signal with the ON/OFF change in the digital signal.
  • This demodulated signal is passed to the received data acquisition means 53 and visualized and displayed on the display 54 or stored in the memory 55.
  • the received data acquisition means 53 decodes the demodulated digital data as a Morse code, identifies the received character from this Morse code, and displays it on the display 54, the character information transmitted from the transmitting station 2 can be transmitted to the receiving station. You can check it in 3.
  • the transmitting station transmits an optical signal in which “0” and “1” in each bit of the digital data for transmission correspond to different on/off cycles.
  • FSK frequency shift keying
  • the binary data replaced with the ON/OFF pulse potential is used as the digital data for transmission.
  • the frequency of bit "1" is modulated as twice the frequency of bit "0".
  • the modulating means 21 performs similar frequency modulation to generate a frequency modulated signal in which the pulse period of bit "1" and bit "0" are different. If the ON/OFF of this frequency modulation signal is made to correspond to the lighting/extinguishing of the light emitting means 23, it becomes light emission control data. Based on this light emission control data, the light emission control means 22 controls lighting/extinguishing of the light emission means 23, thereby outputting an optical signal.
  • the change information " ⁇ " when the optical signal changes from off to on and the change information " ⁇ " when the optical signal changes from on to off are the event signal ES.
  • This change information is supplied from the image processing means 51 to the demodulation means 52.
  • the demodulation means 52 reproduces the frequency modulation signal generated by the modulation means 21 of the transmitting station 2 by replacing the ON/OFF changes in the optical signal with the ON/OFF changes in the digital signal, and converts the length of the pulse period into bits. 1" and bit "0", a demodulated signal (the same signal as the digital data for transmission) is obtained.
  • This demodulated signal is passed to the received data acquisition means 53 and visualized and displayed on the display 54 or stored in the memory 55.
  • each transmitting station One receiving station 3 can receive all the optical signals from 2. Therefore, within the photographing area PA of the event-based vision camera 4, even if the number of transmitting stations 2 increases or decreases or the positions of the transmitting stations 2 change, one receiving station 3 can easily handle the situation.
  • the modulation method used in optical communication between the transmitting station 2 and the receiving station 3 is not particularly limited, and any modulation method may be used as long as it can be applied to optical communication. For example, quadrature phase shift keying (QPSK) can also be used as the modulation method.
  • QPSK quadrature phase shift keying
  • the event-based vision sensor 4a of the receiving station 3 can detect infrared light up to a wavelength of about 1000 nm.
  • Optical communication will become possible in the area.
  • optical communication is carried out in the visible wavelength range in a factory or the like, there is a possibility that workers and the like may feel dazzled by the communication light, but if optical communication is carried out in the infrared wavelength range, there is no such fear.
  • communicating in the invisible infrared wavelength range has the advantage of increasing the confidentiality of communication.
  • optical communication system 1 of this embodiment an example of one-way one-to-many communication between a plurality of transmitting stations 2 and one receiving station 3 has been shown, but in order to perform bidirectional optical communication, each transmitting If the station 2 is also provided with an optical receiving function and the receiving station 3 is also provided with an optical transmitting function, optical communication from the receiving station 3 to the transmitting station 2 becomes possible. In that case, by including the identification information of the destination in the optical signal from the receiving station 3, it is possible to control so that only the transmitting station 2 that corresponds to the identification information receives the optical signal from the receiving station 3. .
  • the present invention is not limited to this embodiment, and the present invention can be applied without changing the configuration described in the claims. , it may be implemented by diverting known and existing equivalent technical means.

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Abstract

送信局の数が増減したり送信局の位置が変わっても、１つの受信局で簡単に対応できる光通信システムを提供する。　受信局３が備えるイベントベースビジョンカメラ４の撮影エリアＰＡ内に複数の送信局２の発光手段２３を捉えると、受信局３は複数の送信局２から受信した光信号の明滅の変化をそれぞれイベント信号として得られるので、情報処理装置５でイベント信号を処理することにより、複数の送信局２からの光信号を一斉に受信できる。

Description

光通信システム
　本発明は、複数の送信局から自由空間を介して個別に送信される光信号を、１つの受信局にて受信する光通信システムに関する。
　ＷｉＦｉや携帯会社のキャリア通信では、多くの携帯端末と基地局との一対多通信が可能であるが、それぞれの通信のセットアップが大変である。さらに、ＷｉＦｉ等は１つのアクセスポイント当たりの通信数に限度があり、通信者が増えた場合などスループットが変化する。キャリア通信の場合でも、多くの人が集まる場合などは、輻輳が発生して通信が困難になる。また、工場内などで電波の使用が規制されている場所、あるいは電磁ノイズが多いところでは、電波による通信を使用できないという問題もある。このように電波による通信が困難な環境でも、自由空間を介して行う光通信であれば使用できる。しかし、複数の通信局と中央局とで適切な光信号の授受を行うためには、両局の配置を予め設定する必要があり、あとから通信局を増やしたり、通信局の位置を変えたりすることは容易でない。
　複数のユーザ基地と１つの中央配信局とで光通信を行うために、中央配信局と光回線で接続された複数のローカル配信ノードを分散配置しておき、これらのローカル配信ノードと複数のユーザ基地とで自由空間光通信を行うデータ配信システムが提案されている（例えば、特許文献１を参照）。特許文献１に記載の発明であれば、ローカル配信ノードを増やしたり、ローカル配信ノードの位置を変えたりすることで、あとからユーザ基地を増やしたり、ユーザ基地の位置変更に対応させたりしやすいという利点がある。
特表２００３－５２２４６８号公報
　しかしながら、上述した特許文献１に記載の発明においては、中央配信局と各ユーザ基地との直接的な接続調整を行う必要はないものの、ローカル配信ノードとユーザ基地とで適切な光信号の授受ができるように、事前の調整が必要である。よって、ローカル配信ノードとユーザ基地との接続調整が完了した後に、ユーザ基地を増やしたり、ローカル配信ノードあるいはユーザ基地の位置を変更したりすることは容易ではない。しかも、経年の使用により、ローカル配信ノードとユーザ基地の相対位置が変化して、両者間の光軸がずれると、適切な光信号の授受ができなくなってしまうため、定期的なメンテナンスも欠かせない。
　そこで、本発明は、送信局の数が増減したり送信局の位置が変わっても、１つの受信局で簡単に対応できる光通信システムの提供を目的とする。
　上記の課題を解決するために、本発明は、複数の送信局から自由空間を介して個別に送信される光信号を、１つの受信局にて受信する光通信システムであって、複数の前記送信局は、点灯と消灯の切り替え制御が可能な発光手段と、予め定めた変調方式に基づいて、送信用のデジタルデータを光の輝度変化に置き換えた発光制御データを生成する変調手段と、前記変調手段により生成された前記発光制御データに基づいて、前記発光手段の点灯および消灯の制御を行い、前記光信号を出力させる発光制御手段と、を備え、１つの前記受信局は、複数の前記送信局からの前記光信号を撮影エリアに捉え、該撮影エリア内で生じた輝度変化を検出した画素から、画素の輝度変化情報、画素の位置座標及び輝度変化検出時刻を含むイベント信号が非同期で出力されるイベントベースビジョンセンサを備えたイベントベースビジョンカメラと、前記イベントベースビジョンカメラから取得した前記イベント信号に基づいて画像処理を行うことで、前記撮影エリア内に分散している前記送信局を個別に認識し、各送信局からの前記光信号を特定する画像処理手段と、前記画像処理手段により特定された前記送信局ごとに、前記変調方式に基づいて前記光信号を元のデジタルデータに復元する復調手段と、前記復調手段により前記送信局毎に復元されたデジタルデータを、各送信局からの受信データとして取り出す受信データ取得手段と、を備えることを特徴とする。
　また、上記構成において、前記変調方式は振幅変調とし、前記送信用のデジタルデータの各ビットにおける“０”と“１”を異なる点灯時間長に対応させた前記光信号を用いても良い。
　また、上記構成において、前記変調方式は周波数変調とし、前記送信用のデジタルデータの各ビットにおける“０”と“１”を異なる点灯・消灯サイクルに対応させた前記光信号を用いても良い。
　また、上記構成において、前記送信局の前記発光手段は、赤外線の波長域で発光可能とし、前記受信局の前記イベントベースビジョンセンサは、前記赤外線の波長域での輝度変化を検出可能としても良い。
　本発明の光通信システムによれば、受信局のイベントベースビジョンカメラの撮影エリアに光信号を捉えられるように送信局が配置されていれば、各送信局からの光信号を１つの受信局で全て受信できる。よって、イベントベースビジョンカメラの撮影エリア内であれば、送信局の数が増減したり送信局の位置が変わっても、１つの受信局で簡単に対応できる。
工場内に分散配置した複数の送信局と１つの受信局よりなる光通信システムの概略構成図である。 送信局と受信局の内部機能の一例を示すブロック図である。 振幅変調を用い行う光通信の概略説明図である。 周波数変調を用いて行う光通信の概略説明図である。
　以下、本発明の実施形態を、添付図面に基づいて詳細に説明する。図１は、光通信システム１を工場内の情報収集に適用した例を示す。この光通信システム１は、工場内に分散配置された第１～第１５送信局２－１～２－１５（以下、特に区別する必要が無い場合、単に送信局２という）と、１つの受信局３よりなる。受信局３は、例えば、イベントベースビジョンカメラ４と情報処理装置５とで構成し、イベントベースビジョンカメラ４の撮影エリアＰＡが複数の送信局２を捉えるように配置する。イベントベースビジョンカメラ４より出力されたイベント信号ＥＳは、通信ケーブル６を介して情報処理装置５（例えば、パーソナルコンピュータにて処理プログラムを実行させることで構成）に入力され、この情報処理装置５が適宜なデータ処理を行うことによって、受信データを取得する。
　イベントベースビジョンカメラ４は、撮影エリアＰＡにおける被写体の動きや周囲環境の変化により生じた輝度変化を検出した画素から非同期でイベント信号ＥＳが出力されるイベントベースビジョンセンサ４ａを備える。イベント信号ＥＳは、少なくとも、画素の輝度変化情報、画素の位置座標及び輝度変化検出時刻を含むデータ信号であり、撮影エリアＰＡ内での変化を捉えた画素のみから出力され、変化の無かった画素からイベント信号ＥＳは出力されない。また、イベントベースビジョンカメラ４には、望遠レンズ等の光学系４ｂを取り付けてあり、撮影エリアＰＡの広さや焦点距離を調整できる。
　図１の光通信システム１においては、工場内の適所に配置したセンサなどの取得情報を送信するために第１～第１５送信局２－１～２－１５を設け、第１～第１５送信局２－１～２－１５からの情報を光通信によって受信局３へ送信できる。なお、送信局２は、送信情報を光の明滅で表す光信号に変換できるものなら特に限定されず、送信局２専用の発光装置を用いても良いし、発光機能の付いたスマートフォンなどの携帯無線端末装置を使って送信局２としても良い。ただし、送信局２の点灯および消灯による輝度変化をイベントベースビジョンカメラ４が捉えることができないと、光通信を行うことができないので、図１において、撮影エリアＰＡから外れている第１送信局２－１および第１３送信局２－１３は、受信局３へ検出情報などを送ることができない。このように、光通信システム１においては、イベントベースビジョンカメラ４に写っているか送信局２か否かで、光通信の可否を判断できるという利点もある。
　また、イベントベースビジョンカメラ４から遠い位置にある第１４送信局２－１４や第１５送信局２－１５は、これらの輝度変化をイベントベースビジョンセンサ４ａが捉えて、イベント信号ＥＳを出力できる場合には、通信可能となる。一方、イベントベースビジョンセンサ４ａが第１４送信局２－１４や第１５送信局２－１５の輝度変化を安定して捉えられない場合には、第１４送信局２－１４や第１５送信局２－１５における発光源の輝度を上げたり光源の面積を大きくしたりする対応が必要となる。なお、規模の大きい工場などで通信エリアが広すぎる場合には、受信局３がカバーできるエリア毎に分割しておき、各分割エリアに光通信システム１を割り当てる運用としても構わない。
　上述した光通信システム１に用いる送信局２と受信局３における内部機能の一例を図２に示す。図２においては、全ての送信局２が発する光信号を、受信局３のイベントベースビジョンカメラ４にて捉えることができる。
　送信局２は、例えば、変調手段２１と発光制御手段２２と発光手段２３を備える。なお、センサなどから取得した送信情報がアナログ値であった場合には、これを送信用のデジタルデータに変換する機能も備える。変調手段２１は、予め定めた変調方式に基づいて、送信用のデジタルデータを光の輝度変化に置き換えた発光制御データを生成する。発光制御手段２２は、変調手段２１により生成された発光制御データに基づいて、発光手段２３の点灯および消灯の制御を行い、光信号を出力させる。なお、発光手段２３としては、点灯と消灯の高速切り替え制御が可能な高輝度ＬＥＤや有機ＥＬパネルなどを用いることができ、ＩＧＢＴなどの高速スイッチング素子を用いて発光手段２３への通電／遮断を行えば、１２００ｂｐｓ～１１５２０ｂｐｓ程度のデータ転送速度を実現できる。
　一方、受信局３におけるイベントベースビジョンカメラ４は、複数の送信局２からの光信号を撮影エリアＰＡに捉え、撮影エリアＰＡ内で生じた輝度変化を検出した画素から、画素の輝度変化情報、画素の位置座標及び輝度変化検出時刻を含むイベント信号が非同期で出力されるイベントベースビジョンセンサ４ａを備える。このイベントベースビジョンカメラ４と通信ケーブル６により接続される情報処理装置５とで、一般的な高速ＬＡＮに相当する１２Ｍｂｉｔ／ｓ程度の通信処理スピードが出せれば、各送信局２からのデータ送信速度が１２００ｂｐｓと仮定すると、１００箇所の送信局２からの光信号を同時に処理できる。
　また、受信局３における情報処理装置５は、例えば、画像処理手段５１と復調手段５２と受信データ取得手段５３を備える。画像処理手段５１は、イベントベースビジョンカメラ４から取得したイベント信号ＥＳに基づいて画像処理を行うことで、撮影エリアＰＡ内に分散している送信局２を個別に認識し、各送信局２からの光信号を特定する。復調手段５２は、画像処理手段５１により特定された送信局２ごとに、予め定めた変調方式に基づいて光信号を元のデジタルデータに復元する。受信データ取得手段５３は、復調手段５２により送信局２毎に復元されたデジタルデータを、各送信局２からの受信データとして取り出し、可視化してディスプレイ５４に表示したり、メモリ５５に記録したりする。なお、受信データ取得手段５３により取得した受信データの使い方は任意であり、例えば、受信局３から中央処理装置などへ転送し、中央処理装置が各データを統括的に扱うようにしても良い。
　上述した画像処理手段５１は、イベントベースビジョンカメラ４から全てのイベント信号ＥＳを取得するので、送信局２からの送信光を受光する範囲が大きければ、それだけ多くの画素から同じ光信号に該当するイベント信号ＥＳが得られる。各送信局２からの光信号が点灯／消灯する変換タイミングで、同時に同じ変化態様のイベント信号ＥＳを出力した画素が隣接していれば、これら一纏まりの画素領域は、１つの送信局２からの光信号を受信しているグループと看做すことができる。よって、一纏まりの画素領域の中心に位置する画素などを代表画素に定め、代表画素からのイベント信号ＥＳを送信局２から受信した光信号として扱えば良い。
　なお、各送信局２の位置が固定されている場合には、撮影エリアＰＡ内に分散している送信局２の各光信号を受信する画素領域を特定するキャリブレーション動作を行っておき、該当する画素領域から同時に同じ変化態様のイベント信号ＥＳを得た場合、これを対応する送信局２からの光信号として簡単に識別できる。無論、送信局２が移動している場合には、各送信局２からの光信号が点灯／消灯の変換タイミングで同時に同じ変化態様のイベント信号ＥＳを出力した画素領域に基づいて、送信局２を逐次特定する処理を行えば良い。また、各送信局２に割り当てられた識別情報（ユニークなＩＤ番号など）を、通信中の適宜なタイミングで光信号に含ませておけば、受信データの識別情報から送信局２を誤りなく特定できる。また、各送信局２から識別情報を光信号で送信するようにしておけば、移動している複数の送信局２が交差してしまった場合でも、受信局３にて各送信局２を判別できる可能性がある。
　上述した送信局２から受信局３へ光信号で情報を送信する具体例を説明する。ここでは、説明を簡単にするため、送信局２からの光信号を発光／消灯の２状態をＯＮ／ＯＦＦの二値に対応させたデジタル通信として用いる。しかしながら、イベントベースビジョンセンサ４ａは、輝度変化が所定の閾値を超える毎にイベント信号ＥＳを出力するので、段階的に輝度を上げたり、段階的に輝度を下げたりすることで、多様な光通信を行うことも可能である。
　先ず、変調方式として振幅変調（ASK:Amplitude Shift Keying）を用い、送信用のデジタルデータの各ビットにおける“０”と“１”を異なる点灯時間長に対応させた光信号を送信局２から受信局３へ送信する場合を、図３に基づいて説明する。
　例えば、送信情報として文字「イ」「ロ」を送信局２から送信する場合、トン（短音）とツー（長音）の２種類で表すモールス符号化を行う。このモールス符号の短音を短パルスに、長音を長パルスに置き換えることで、送信用のデジタルデータが生成される。変調手段２１は、送信用のデジタルデータにおけるＯＦＦを消灯に、ＯＮを点灯に割り当てた発光制御データ（振幅変調信号）を生成する。この発光制御データに基づいて、発光制御手段２２が発光手段２３の点灯／消灯を制御することで、光信号が出力される。
　この光信号を受けた受信局３では、光信号が消灯から点灯に変化したときの変化情報「↑」と、光信号が点灯から消灯に変化したときの変化情報「↓」が、イベント信号ＥＳによって得られ、この変化情報が画像処理手段５１から復調手段５２に供給される。復調手段５２は、光信号における点灯／消灯の変化をデジタル信号のＯＮ／ＯＦＦ変化に置き換えることで、復調データ（送信用のデジタルデータと同じ信号）を得る。この復調信号が受信データ取得手段５３に渡され、可視化してディスプレイ５４に表示したり、メモリ５５に保存したりする。例えば、受信データ取得手段５３によって、復調されたデジタルデータをモールス信号として復号化し、このモールス信号から受信文字を特定し、ディスプレイ５４に表示すれば、送信局２から送信された文字情報を受信局３にて確認できる。
　次に、変調方式として周波数変調（FSK:frequency shift keying）を用い、送信用のデジタルデータの各ビットにおける“０”と“１”を異なる点灯・消灯サイクルに対応させた光信号を送信局２から受信局３へ送信する場合を、図４に基づいて説明する。
　例えば、「１０１１０」の５ビットの信号を送信局２から送信する場合、ＯＮ／ＯＦＦのパルス電位に置き換えた二値化データを送信用のデジタルデータとする。図４に参考として示すアナログの周波数変調信号では、ビット「１」の周波数はビット「０」の２倍の周波数として変調している。変調手段２１は、同様の周波数変調を行うことで、ビット「１」とビット「０」のパルス周期を異ならせた周波数変調信号を生成する。この周波数変調信号のＯＮ／ＯＦＦを発光手段２３の点灯／消灯に対応させれば発光制御データとなる。この発光制御データに基づいて、発光制御手段２２が発光手段２３の点灯／消灯を制御することで、光信号が出力される。
　この光信号を受けた受信局３では、光信号が消灯から点灯に変化したときの変化情報「↑」と、光信号が点灯から消灯に変化したときの変化情報「↓」が、イベント信号ＥＳによって得られ、この変化情報が画像処理手段５１から復調手段５２に供給される。復調手段５２は、光信号における点灯／消灯の変化をデジタル信号のＯＮ／ＯＦＦ変化に置き換えることで、送信局２の変調手段２１が生成した周波数変調信号を再現し、パルス周期の長短をビット「１」とビット「０」に割り当てることで、復調信号（送信用のデジタルデータと同じ信号）を得る。この復調信号が受信データ取得手段５３に渡され、可視化してディスプレイ５４に表示したり、メモリ５５に保存したりする。
　上述したように、本実施形態の光通信システム１においては、受信局３のイベントベースビジョンカメラ４の撮影エリアＰＡに光信号を捉えられるように送信局２が配置されていれば、各送信局２からの光信号を１つの受信局３で全て受信できる。よって、イベントベースビジョンカメラ４の撮影エリアＰＡ内であれば、送信局２の数が増減したり送信局２の位置が変わっても、１つの受信局３で簡単に対応できる。また、送信局２と受信局３との光通信で用いる変調方式も特に限定されるものではなく、光通信に適用できれば何でも良い。例えば、変調方式として四位相偏移変調（QPSK:Quadrature Phase Shift Keying）を用いることもできる。
　しかも、送信局２の発光手段２３が、赤外線の波長域で発光可能とすれば、受信局３のイベントベースビジョンセンサ４ａは、１０００ｎｍ程度の波長までの赤外線を検出可能であるから、赤外線の波長域での光通信が可能になる。工場などで可視光域の波長域で光通信を行った場合、作業員等が通信光を眩しく感じる可能性もあるが、赤外線の波長域で光通信を行えば、そのようなおそれが無い。加えて、目に見えない赤外線の波長域で通信を行えば、通信の秘匿性を高められるという利点もある。
　また、本実施形態の光通信システム１では、複数の送信局２と１つの受信局３で一方通行の１対多通信の例を示したが、双方向で光通信を行えるように、各送信局２にも光受信機能を設けておき、受信局３にも光送信機能を設けておけば、受信局３から送信局２への光通信も可能となる。その場合、受信局３からの光信号には、送信先の識別情報を含ませておくことで、識別情報に該当する送信局２のみが受信局３からの光信号を受信するように制御できる。
　以上、本発明に係る光通信システムの実施形態を添付図面に基づいて説明したが、本発明は、この実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載の構成を変更しない範囲で、公知既存の等価な技術手段を転用することにより実施しても構わない。
　　１　　光通信システム
　　２　　送信局
　　２１　変調手段
　　２２　発光制御手段
　　２３　発光手段
　　３　　受信局
　　４　　イベントベースビジョンカメラ
　　４ａ　イベントベースビジョンセンサ
　　４ｂ　光学系
　　５　　情報処理装置
　　５１　画像処理手段
　　５２　復調手段
　　５３　受信データ取得手段
　　５４　ディスプレイ
　　５５　メモリ
　　６　　通信ケーブル
　ＰＡ　　撮影エリア
　ＥＳ　　イベント信号

Claims (4)

  1. 　複数の送信局から自由空間を介して個別に送信される光信号を、１つの受信局にて受信する光通信システムであって、
    　複数の前記送信局は、
    　点灯と消灯の切り替え制御が可能な発光手段と、
    　予め定めた変調方式に基づいて、送信用のデジタルデータを光の輝度変化に置き換えた発光制御データを生成する変調手段と、
    　前記変調手段により生成された前記発光制御データに基づいて、前記発光手段の点灯および消灯の制御を行い、前記光信号を出力させる発光制御手段と、
    　を備え、
    　１つの前記受信局は、
    　複数の前記送信局からの前記光信号を撮影エリアに捉え、該撮影エリア内で生じた輝度変化を検出した画素から、画素の輝度変化情報、画素の位置座標及び輝度変化検出時刻を含むイベント信号が非同期で出力されるイベントベースビジョンセンサを備えたイベントベースビジョンカメラと、
    　前記イベントベースビジョンカメラから取得した前記イベント信号に基づいて画像処理を行うことで、前記撮影エリア内に分散している前記送信局を個別に認識し、各送信局からの前記光信号を特定する画像処理手段と、
    　前記画像処理手段により特定された前記送信局ごとに、前記変調方式に基づいて前記光信号を元のデジタルデータに復元する復調手段と、
    　前記復調手段により前記送信局ごとに復元されたデジタルデータを、各送信局からの受信データとして取り出す受信データ取得手段と、
    　を備えることを特徴とする光通信システム。
  2. 　前記変調方式は振幅変調とし、前記送信用のデジタルデータの各ビットにおける“０”と“１”を異なる点灯時間長に対応させた前記光信号を用いることを特徴とする請求項１に記載の光通信システム。
  3. 　前記変調方式は周波数変調とし、前記送信用のデジタルデータの各ビットにおける“０”と“１”を異なる点灯・消灯サイクルに対応させた前記光信号を用いることを特徴とする請求項１に記載の光通信システム。
  4. 　前記送信局の前記発光手段は、赤外線の波長域で発光可能とし、
    　前記受信局の前記イベントベースビジョンセンサは、前記赤外線の波長域での輝度変化を検出可能とした、
    　ことを特徴とする請求項１～請求項３の何れか１項に記載の光通信システム。
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008301345A (ja) * 2007-06-01 2008-12-11 Casio Comput Co Ltd 接続制御装置及び、ネットワーク接続制御プログラム
JP2010147527A (ja) * 2008-12-16 2010-07-01 Kyocera Corp 通信端末および情報発信源特定プログラム
JP2014515892A (ja) * 2011-03-22 2014-07-03 コーニンクレッカ フィリップス エヌ ヴェ 光検出システム及び方法
JP2019175737A (ja) * 2018-03-29 2019-10-10 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 受信装置、プログラム、送信装置、発光装置、及び通信システム
JP2020162081A (ja) * 2019-03-28 2020-10-01 本田技研工業株式会社 光送信機および光送信方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008301345A (ja) * 2007-06-01 2008-12-11 Casio Comput Co Ltd 接続制御装置及び、ネットワーク接続制御プログラム
JP2010147527A (ja) * 2008-12-16 2010-07-01 Kyocera Corp 通信端末および情報発信源特定プログラム
JP2014515892A (ja) * 2011-03-22 2014-07-03 コーニンクレッカ フィリップス エヌ ヴェ 光検出システム及び方法
JP2019175737A (ja) * 2018-03-29 2019-10-10 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 受信装置、プログラム、送信装置、発光装置、及び通信システム
JP2020162081A (ja) * 2019-03-28 2020-10-01 本田技研工業株式会社 光送信機および光送信方法

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