JP4929126B2

JP4929126B2 - 可視光通信システム

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Publication number: JP4929126B2
Application number: JP2007288966A
Authority: JP
Inventors: 浩一竹根; 徹高仲
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2007-11-06
Filing date: 2007-11-06
Publication date: 2012-05-09
Anticipated expiration: 2027-11-06
Also published as: JP2009118180A

Description

本発明は、発光ダイオードなどの発光素子から発光する可視光を利用した可視光通信システムに関する。

近年、特に発光ダイオード（ＬＥＤ）を使用した発光素子から発光する可視光を利用した可視光通信技術の開発が推進されている（例えば、特許文献１を参照）。特許文献１では、信号機の光源として発光ダイオードを利用し、それを高速で点滅させることで、交通情報などを車両に伝送する装置が提案されている。

発光ダイオードは、照明用の光源、自動車の赤色灯や前照灯、表示器のバックライト、懐中電灯、信号機などの各種の光源として利用が推進されている。

可視光通信では、可視光通信で利用する発光ダイオードは送信機能と照明機能を兼ねているため、通信が可能な範囲は、少なくとも照明の領域内に限定される。これは、通信範囲を限定することが可能で、かつそれを視覚的に容易に認識できるという可視光通信の特徴でもある。一方で、可視光通信では、照明機能が働いていないときは、通信ができないという問題が生じる。

具体例として、自動車のテールランプから発光する可視光に信号パルスを重畳させて、この可視光により後続車に対して危険度ランクを示すデータを伝送する車両用通信装置が提案されている（例えば、特許文献２を参照）。この可視光通信では、データ伝送はテールランプが点灯状態にあるときに限られ、消灯状態ではデータ伝送ができない。

このような問題は、例えば、車両の前照灯や屋外照明による可視光通信にも該当する。即ち、消灯中、例えば昼間の明るい時間帯などでは通信ができない。このような問題に対する対策としては、照明を常時点灯することが考えられる。しかしながら、本来、点灯が不要な場所や状況での常時点灯は、環境問題などの別の問題が発生する。また、自動車のテールランプを利用する通信では、テールランプの本来の機能が点灯・消灯状態でブレーキのオン・オフ状態を示すため、常時点灯は採用できない。

以上のように、現状の可視光通信は、常時点灯が前提となる場所や状況であること、もしくは、消灯時に通信を行う必要がない場所や状況に限られる。前者の場合では、トンネル内の照明光を利用した可視光通信による交通情報案内システムがある。この場合には、トンネル内の照明は昼夜を問わず、常時点灯が前提であるため、可視光通信システムが成立する。また、後者の場合では、屋内の対人向け情報提供システムへの適用が挙げられる。この場合には、情報受益者が居る場所は、照明が点灯しているという前提により、可視光通信システムが成立する。逆に、情報受益者が居ない場合には、消灯により通信ができなくなっても何ら差し支えないからである。

ところで、ＰＷＭ変調回路による調光機能を備えた可視光通信装置が提案されている（例えば、特許文献３を参照）。この装置は、光源の明るさを多段階又は無段階に調整した上で通信する。このような調光機能を備えた可視光通信装置は、屋内照明、特に部屋の雰囲気を重視するリビングや店舗にて使用する場合は有効である。
特許第３３９１２０４号公報特開２００６−３２３７６６号公報特開２００６−３２５０８５号公報

可視光通信システムとしては、照明の点灯・消灯状態に関係なく通信を行うことができることが望ましい。しかしながら、前述したように、通信機能だけでなく、本来の照明機能（例えば、テールランプによるブレーキのオン・オフ状態を示す機能も含む）を兼ねるため、実現は容易でない。先行技術として、調光機能を備えた可視光通信装置が提案されているが、調光機能は、通常の照明機能を利用する利用者からは、複雑な制御が必要となり、無駄なコスト負担となる。即ち、通常の照明機能としては、点灯と消灯状態の２段階、もしくはそれらに点灯状態より少し輝度を下げた状態を加えた３段階程度の制御で十分である。

そこで、本発明の目的は、調光機能のような複雑な制御を要することなく、照明の点灯と消灯状態とは無関係に、可視光通信を行なうことができる可視光通信システムを提供することにある。

本発明によれば、調光機能のような複雑な制御を要することなく、照明の点灯と消灯状態とは無関係に可視光通信を実現する可視光通信システムを提供できる。これにより、可視光通信の応用範囲を拡大することが可能となる。

本発明の観点は、通信中に可視光の状況に応じて変調方式の変更を可能にして、照明の点灯と消灯状態に関係なく、常にデータ通信を実現できる可視光通信システムである。

本発明の観点に従った可視光通信システムに適用する送信装置は、照明機器と兼用する発光素子から発光する可視光に送信信号を重畳して送信する可視光通信システムにおいて、前記照明機器の点灯と消灯とを切り替えるスイッチ手段と、前記スイッチ手段による前記消灯の指示に応じて所定レベルの第１のタイミング変更信号を出力し、前記点灯の指示に応じてその反転レベルの第２のタイミング変更信号を出力するタイミング変更手段と、前記タイミング変更手段からの前記第１及び第２のタイミング変更信号に応じて前記送信信号を変調して第１及び２の変調信号を出力する変調手段と、前記変調手段から出力される前記第１及び２の変調信号に基づいて前記発光素子を駆動する駆動手段とを具備し、前記変調手段は、前記第１のタイミング変更信号の出力期間に、前記送信信号の第１の論理レベルに応じて第１の論理レベルに変化し、一定のタイミングで第１の論理レベルから第２の論理レベルに変化する前記第１の変調信号を出力し、前記第２のタイミング変更信号の出力期間に、前記送信信号の第１の論理レベルに応じて第１の論理レベルに変化し、第１の論理レベルから第２の論理レベルに変化するタイミングが可変である前記第２の変調信号を出力するように構成されている。

以下図面を参照して、本発明の各実施形態を説明する。

［第１の実施形態］
図１は、第１の実施形態に関する可視光通信システムの構成を説明するためのブロック図である。

システムは、図１に示すように、送信装置１及び受信装置２を組み合わせたものである。送信装置１は、信号を可視光１４０に重畳させて送信する送信機能と照明機能とを兼ねる発光素子１３を有する。発光素子１３は、発光ダイオード（ＬＥＤ）からなり、発光素子駆動回路１２により駆動制御されて点灯又は消灯し、点灯により可視光１４０を発光する。

さらに、送信装置１は、変調回路１０及び反転・非反転回路１１を有する。変調回路１０は、送信すべきディジタルデータである送信信号１００を、所定の変調方式の変調信号１１０に変換する。ここで、変調回路１０の変調方式としては、変調信号１１０の信号レベルの平均値が信号レベルの中間値からかけ離れる方式が望ましい。具体的には、変調信号１１０の信号レベルが「０」から「１」の範囲を取るとき、その平均値が中間値である０．５からかけ離れた値、すなわち０．１のように極力「０」に近い値、もしくは０．９のように極力「１」に近い値を取る変調方式が望ましい。本実施形態では、図２に示すように、変調信号１１０の信号レベルは「０」と「１」の２値しか取らない場合で、その平均値が極力「１」に近い値を取る変調方式を想定する。

反転・非反転回路１１は、信号レベルを非反転のまま又は反転した変調信号１１０を、駆動信号１２０に変換する。反転・非反転回路１１は、反転・非反転制御回路１４から出力される反転・非反転制御信号（以下、単に制御信号）１３０に応じて、変調信号１１０の信号レベルを反転するか否かを決定する。反転・非反転制御回路１４は、例えば、照明の消灯と点灯とを切り替えるスイッチ回路である。

即ち、本実施形態では、発光素子１３は、送信機能と共に照明機能を兼ねているため、スイッチ回路のオンにより点灯し、またオフにより消灯する。このスイッチ回路が、反転・非反転制御回路１４の機能を兼ねる構成である。なお、当然ながら、反転・非反転制御回路１４は、当該スイッチ回路とは独立したスイッチ回路でもよい。

発光素子駆動回路１２は、反転・非反転回路１１から出力される駆動信号１２０により、発光素子１３を駆動する。具体的には、発光素子駆動回路１２は、図２に示すように、駆動信号１２０の信号レベルが「１」のときに発光素子１３を点灯し、駆動信号１２０の信号レベルが「０」のときに発光素子１３を消灯させる。

発光素子１３は、点灯により可視光１４０を発光する。送信装置１は、送信信号１００を可視光１４０に重畳させて送信する送信機能を実現している。なお、前述したように、発光素子１３は、点灯により可視光１４０を発光させることで照明機能も実現している。

一方、受信装置２は、受光素子２０と、受光信号整形回路２１と、反転・非反転回路２２と、反転・非反転判定回路２３と、復調回路２４とを有する。受光素子２０は、発光素子１３から発光された可視光１４０を受けて、電気信号（以下受光信号と表記）に変換する。

受光信号整形回路２１は、受光素子２０から出力される信号を、後段の復調回路２４に適した受光信号２００に整形する。具体的には、受光信号整形回路２１は、受光素子２０から出力される微弱な信号を増幅する機能や、当該信号から不要なノイズを除去するフィルタ機能を有する。

反転・非反転回路２２は、受光信号２００の信号レベルを非反転の状態で、または反転して変調信号２１０に変換する。このとき、反転・非反転回路２２は、反転・非反転判定回路２３から反転・非反転判定信号２２０に基づいて、受光信号２００の信号レベルを反転するか否かを決定する。反転・非反転判定回路２３の決定方法については、後述する。

復調回路２４は、反転・非反転回路２２から出力される変調信号２１０から送信信号１００を復調し、受信信号２３０として出力する。

（システムの動作）
以下、図２のタイミングチャートを参照して、本実施形態の可視光通信システムの動作を説明する。

まず、送信装置１は、例えばＬＡＮなどのネットワークから、図２に示すようなディジタルの送信信号１００が有線又は無線により伝送されると、発光素子１３から可視光１４０に当該信号を重畳させて送信する。ここで、発光素子１３は、例えば施設などの照明機器としての照明機能と、送信装置１の送信機能とを兼ねている。

一方、受信装置２は、可視光１４０を受光し、後述するように、送信信号１００を復調した受信信号２３０を、例えばパーソナルコンピュータや携帯端末に出力する。このような送信装置１と受信装置２により、可視光１４０を利用して、例えばネットワークに接続されたサーバと携帯端末との間でデータ通信を行なうことが可能となる。以下、さらに、システムの動作を具体的に説明する。

送信装置１では、変調回路１０は送信信号１００を変調信号１１０に変換する。本実施形態では、変調回路１０は、図２に示すように、変調信号１１０の信号レベルは「０」と「１」の２値しか取らない場合で、その平均値が極力「１」に近い値を取る変調方式の構成である。

反転・非反転回路１１は、変調信号１１０を非反転状態のまま、あるいは反転した駆動信号１２０として出力する。反転・非反転回路１１は、反転・非反転制御回路１４からの制御信号１３０に基づいて、変調信号１１０の信号レベルを反転するか否かを決定する。本実施形態では、照明の消灯・点灯を切り替えるスイッチのオン・オフ動作に連動して、反転・非反転制御回路１４は制御信号１３０を出力する。

例えば、照明を消灯させるために、スイッチをオフさせたときに、反転・非反転制御回路１４は、図２に示すように、反転を示す制御信号１３０を出力する。また、照明を点灯させるために、スイッチをオンさせたときに、反転・非反転制御回路１４は、図２に示すように、非反転を示す制御信号１３０を出力する。反転・非反転回路１１は、反転を示す制御信号１３０に応じて、変調信号１１０の信号レベルを反転させた駆動信号１２０を出力する。

図２に示すように、反転された駆動信号１２０が出力されている期間、発光素子１３は、大部分の時間で消灯状態にある。このとき、信号レベルが反転された変調信号１１０に対応する駆動信号１２０に応じて、発光素子１３は、短時間だけ点灯状態になる。但し、点灯する時間が非常に短いため、人間には点灯状態を認識できず、照明としては消灯している状態となる。

一方、非反転された駆動信号１２０が出力されている期間、発光素子１３は、大部分の時間で点灯状態にある。このとき、変調信号１１０に対応する駆動信号１２０に応じて、発光素子１３は、短時間だけ消灯状態になる。但し、消灯の時間が非常に短いため、人間には、照明としては完全に点灯している状態として認識される。

次に、受信装置２は、図２に示すように、受光素子２０及び受光信号整形回路２１により、送信装置１の発光素子１３から発光した可視光１４０を受けて、駆動信号１２０に対応する受光信号２００を生成する。本実施形態では、復調回路２４により、受光信号２００から送信信号１００を復調する場合に、反転・非反転判定回路２３が、受光信号２００から、変調信号１１０の信号レベルが反転されているか否かを判定する。

具体的には、反転・非反転判定回路２３は、受光信号２００の移動平均値２００Ａを算出し、この移動平均値２００Ａが中間値２００Ｒより低いレベルの場合には反転していると判定し、高いレベルの場合には非反転状態であると判定する。別の判定方法として、反転・非反転判定回路２３は、受光信号２００をローパスフィルタ（ＬＰＦ）に入力し、このＬＰＦの通過前の信号レベルＬ１と通過後の信号レベルＬ２の大小関係の比率をみて、「Ｌ１＜Ｌ２」の比率が多い場合には、反転していると判定する。また、「Ｌ１＞Ｌ２」の比率が多い場合には、非反転状態であると判定する。

本実施形態では、反転・非反転判定回路２３は、前者の判定方法により、受光信号２００の信号レベルが反転されているか否かを判定する。いずれの判定方法も、その判定動作に遅れが生じるため、反転・非反転判定回路２３は判定信号２２０を切り替えてから、しばらくの間は、図２に示すように、受信エラー２３０Ｅの発生が予想される。しかし、可視光通信システムでは、原理的な側面からも、通信用の光源以外による光量変化が受光素子２０に及ぶ影響による受信エラーの発生が予想されている。従って、本実施形態に関する受信エラーも含めて、多少の受信エラー２３０Ｅの発生はそれほどの問題にはならない。当然ながら、可視光通信システムにおいても、他の通信システムと同様に、受信エラーの対処として、各種のエラー検知機能やエラー訂正機能が組み込まれることが想定されている。

なお、照明の点灯・消灯の切り替えスイッチの頻度に伴って、制御信号１３０による反転と非反転の切り替えが、連続的かつ頻繁に行なわれる場合には、許容範囲外の受信エラーの発生が問題となるが、実際上の可能性はきわめて低い。

反転・非反転回路２２は、反転・非反転判定信号２２０に基づいて、受光信号２００の信号レベルを非反転の状態で、または反転して変調信号２１０に変換する。復調回路２４は、反転・非反転回路２２から出力される変調信号２１０から送信信号１００を復調し、受信信号２３０として出力する。このとき、前述したように、判定信号２２０を切り替えに伴って、受信信号２３０に含まれる受信エラー２３０Ｅについては、エラー検知機能やエラー訂正機能により復元処理がなされる。

以上のように本実施形態の可視光通信システムであれば、調光機能のような複雑な制御を要することなく、照明の点灯と消灯の状態とは無関係に、可視光通信を実現することができる。従って、本実施形態の可視光通信システムは、発光素子１３を照明機能と送信機能を兼ねて使用する環境において、低コストでかつ応用範囲の拡大が可能となる。なお、本実施形態での消灯状態というのは、人間の目では点灯している状態が認識できない状態のことを意味する。

［第２の実施形態］
図３は、第２の実施形態に関する可視光通信システムの構成を示すブロック図である。

なお、図１に示す第１の実施形態に関する可視光通信システムと同様の構成要素については同一符号を付して説明を省略する。

本実施形態の関する可視光通信システムでは、送信装置１は、変調方式が異なる第１から第３の変調回路１０ａ〜１０ｃ、及び変調信号選択回路１５を有する。第１から第３の変調回路１０ａ〜１０ｃは、送信すべきディジタルデータである送信信号１００を、それぞれの所定の変調方式により変調する。即ち、送信信号１００は、第１から第３の変調回路１０ａ〜１０ｃから、複数種の変調信号１１０ａ〜１１０ｃに変換される。

第１から第３の変調回路１０ａ〜１０ｃの各変調方式の種類としては、変調信号１１０ａ〜１１０ｃの各信号レベルの平均値が異なることが望ましい。具体的には、変調信号の信号レベルが「０」から「１」の範囲をとるとき、第１の変調回路１０ａとしては、変調信号１１０ａは、その平均値が０．１のように極力「０」に近い値を取る変調方式が望ましい。また、第２の変調回路１０ｂとしては、変調信号１１０ｂは、その平均値が０．５のように中間値に近い値を取る変調方式が望ましい。さらに、第３の変調回路１０ｃとしては、変調信号１１０ｃは、その平均値が０．９のように極力１に近い値を取る変調方式が望ましい。本実施形態では、図４に示すように、変調信号１１０ａ〜１１０ｃの各信号レベルは「０」と「１」の２値しか取らない場合で、各平均値が異なるような変調方式を想定する。

変調信号選択回路１５は、変調信号１１０ａ〜１１０ｃから、いずれか１つを選択して駆動信号１２０として出力する。変調信号選択回路１５は、変調信号指定回路１６からの選択信号１５０に応じて、変調信号１１０ａ〜１１０ｃからの選択を決定する。変調信号指定回路１６は、例えば、照明の消灯、輝度が小さい点灯、輝度が大きい点灯のいずれかに切り替えるスイッチ回路の動作に連動して選択信号１５０を出力する構成である。

発光素子駆動回路１２は、変調信号選択回路１５から出力される駆動信号１２０により、発光素子１３を駆動する。発光素子駆動回路１２は、図４に示すように、駆動信号１２０の信号レベルが「１」のときに発光素子１３を点灯し、駆動信号１２０の信号レベルが「０」のときに発光素子１３を消灯させる。

一方、受信装置２は、受光素子２０及び受光信号整形回路２１以外に、第１から第３の復調回路２４ａ〜２４ｃ及び受信信号選択回路２５を有する。受光素子２０は、発光素子１３から発光された可視光１４０を受けて、受光信号に変換する。受光信号整形回路２１は、受光素子２０から出力される信号を、後段の第１から第３の復調回路２４ａ〜２４ｃに適した変調信号２１０（駆動信号１２０と同一波形）に整形する。

第１から第３の復調回路２４ａ〜２４ｃは、変調信号２１０を復調して、それぞれ受信信号２３０ａ〜２３０ｃを出力する。ここで、第１から第３の復調回路２４ａ〜２４ｃはそれぞれ、第１から第３の変調回路１０ａ〜１０ｃに対応している。受信信号選択回路２５は、受信信号２３０ａ〜２３０ｃから1つを選択して、それを送信信号１００に対応する受信信号２３０として出力する。

受信信号選択回路２５は、後述するように、受信信号２３０ａ〜２３０ｃに含まれるエラー判定結果に基づいて、許容範囲外の受信エラーを含む受信信号を選択して、受信信号２３０として出力する。

（システムの動作）
以下、図４のタイミングチャートを参照して、本実施形態の可視光通信システムの動作を説明する。

本実施形態においても、第１の実施形態と同様に、送信装置１は、例えばＬＡＮなどのネットワークから、図４に示すようなディジタルの送信信号１００が有線又は無線により伝送されると、発光素子１３から可視光１４０に当該信号を重畳させて送信する。ここで、発光素子１３は、例えば施設などの照明機器としての照明機能と、送信装置１の送信機能とを兼ねている。

一方、受信装置２は、可視光１４０を受光し、後述するように、送信信号１００を復調した受信信号２３０を、例えばパーソナルコンピュータや携帯端末に出力する。このような送信装置１と受信装置２により、可視光１４０を利用して、例えばネットワークに接続されたサーバと携帯端末との間でデータ通信を行なうことが可能となる。以下、さらに、本実施形態のシステムの動作を具体的に説明する。

送信装置１では、第１から第３の変調回路１０ａ〜１０ｃは、送信すべきディジタルデータである送信信号１００から、図４に示すように、複数種の変調信号１１０ａ〜１１０ｃに変換する。変調信号選択回路１５は、選択信号１５０に基づいて、変調信号１１０ａ〜１１０ｃからいずれか１つを選択して、駆動信号１２０として出力する。

ここで、変調信号指定回路１６は、照明の消灯、輝度が小さい点灯、輝度が大きい点灯のいずれかに切り替えるスイッチ回路の選択動作に連動して選択信号１５０を出力する。具体的には、照明の消灯時に出力される選択信号１５０（図４の１の期間）に応じて、変調信号選択回路１５は、変調信号１１０ａを選択して駆動信号１２０として出力する。この期間では、発光素子１３は、短時間だけ点灯状態であり、ほとんどの時間で消灯状態である。従って、点灯する時間が非常に短いため、人間には点灯状態を認識できず、照明としては消灯状態となる。

一方、照明の輝度が大きい点灯時に出力される選択信号１５０（図４の３の期間）に応じて、変調信号選択回路１５は、変調信号１１０ｃを選択して駆動信号１２０として出力する。この期間では、発光素子１３は、大部分の時間で点灯状態にあり、消灯の時間が非常に短いため、人間には、照明としては完全に点灯している状態として認識される。また、照明の輝度が小さい点灯時に出力される選択信号１５０（図４の２の期間）に応じて、変調信号選択回路１５は、変調信号１１０ｂを選択して駆動信号１２０として出力する。この期間では、発光素子１３は、ほぼ同じ時間比率で点灯と消灯を繰り返している。人間の目ではこの短い時間の点灯と消灯の繰り返しを認識することができないため、見かけ上は点灯しているが、輝度が半分程度の点灯状態である。

次に、受信装置２は、図４に示すように、受光素子２０及び受光信号整形回路２１により、送信装置１の発光素子１３から発光した可視光１４０を受けて、駆動信号１２０に対応する変調信号２１０を生成する。

第１から第３の復調回路２４ａ〜２４ｃは、変調信号２１０を復調して、それぞれ受信信号２３０ａ〜２３０ｃを出力する。受信信号選択回路２５は、受信信号２３０ａ〜２３０ｃから1つを選択して、それを送信信号１００に対応する受信信号２３０として出力する。

ここで、各復調回路２４ａ〜２４ｃは、変調信号２１０の変化タイミングを厳密に評価し、本来であれば変化しないタイミングで変化したり、もしくは本来であれば変化すべきタイミングで変化しなかったりした際にエラーと判定し、図４に示すように、受信信号２３０ａ〜２３０ｃに対して、そのエラー判定結果を埋め込む。

受信信号選択回路２５は、受信信号２３０ａ〜２３０ｃから、エラーが発生していない受信信号の部分を選択して、受信信号２３０として出力する。選択した受信信号２３０において、判定信号１５０に対応する変調信号２１０の変化タイミングの判定に遅れが生じるため、受信エラーの発生が予想される。しかし、前述の第１の実施形態において説明したように、各種のエラー検知機能やエラー訂正機能が組み込まれることを想定するため、実際上では大きな問題にはならない。なお、図４では、変調信号選択信号１５０の切り替えを短期間に２度行っているが、これは便宜的な具体例である。

また、受信信号選択回路２５の別の選択方法としては、予め、送信信号１００にエラー検知用の冗長コードを含ませて、当該冗長コードに基づいて、受信信号２３０ａ〜２３０ｃのそれぞれにエラーが発生していないかを判定する。次に、受信信号２３０ａ〜２３０ｃのうち、エラーが発生していない受信信号が１つあれば、受信信号選択回路２５は、それを選択して受信信号２３０とする方法である。

なお、図４では、変調信号選択信号１５０を１、３、２の順で切り替えた場合の例が示されている。これは、最初に第１の変調回路１０ａの変調信号１１０ａを選択している状態から始まり、次に第３の変調回路１０ｃの変調信号１１０ｃを選択し、最後に第２の変調回路１０ｂの変調信号１１０ｂを選択していることを意味する。見かけ上、発光素子１３の状態は、変調信号選択信号１５０の切り替えに同期して、消灯状態、輝度の大きい点灯状態、輝度の小さい点灯状態に、順次切り換えられている。

以上のように本実施形態の可視光通信システムにおいても、調光機能のような複雑な制御を要することなく、照明の点灯と消灯の状態とは無関係に、可視光通信を実現することができる。従って、本実施形態の可視光通信システムは、発光素子１３を照明機能と送信機能を兼ねて使用する環境において、低コストでかつ応用範囲の拡大が可能となる。

［第３の実施形態］
図５は、第３の実施形態に関する可視光通信システムの構成を示すブロック図である。

本実施形態の関する可視光通信システムでは、送信装置１は、変調回路１０及び発光素子駆動回路１２を有する。変調回路１０は、送信すべきディジタルデータである送信信号１００を、所定の変調方式の変調信号１１０に変換する。変調回路１０は、図６に示すように、タイミング変更回路１７から出力されるタイミング変更信号１６０に基づいて、信号の立上がりタイミングまたは立下りタイミングが変化する変調信号１１０を生成する。タイミング変更回路１７は、例えば、発光素子１３により実現する照明の点灯と消灯を切り替えるスイッチ回路と連動して動作する構成である。

発光素子駆動回路１２は、変調回路１０から出力される変調信号１１０を駆動信号（１２０）として発光素子１３を駆動する。具体的には、発光素子駆動回路１２は、図６に示すように、駆動信号１２０の信号レベルが「１」のときに発光素子１３を点灯し、駆動信号１２０の信号レベルが「０」のときに発光素子１３を消灯させる。発光素子１３は、点灯により可視光１４０を発光し、送信信号１００を可視光１４０に重畳させて送信する送信機能と共に、照明機能も実現している。

一方、受信装置２は、受光素子２０と、受光信号整形回路２１と、復調回路２４とを有する。受光素子２０は、発光素子１３から発光された可視光１４０を受けて、受光信号に変換する。受光信号整形回路２１は、受光素子２０から出力される信号を、後段の復調回路２４に適した受光信号２００に整形する。具体的には、受光信号整形回路２１は、受光素子２０から出力される微弱な信号を増幅する機能や、当該信号から不要なノイズを除去するフィルタ機能を有する。復調回路２４は、後述するように、受光信号２００の立上がりタイミング又はたち下がりタイミングに基づいて、送信信号１００を復調し、受信信号２３０として出力する。

（システムの動作）
以下、図６のタイミングチャートを参照して、本実施形態の可視光通信システムの動作を説明する。

本実施形態においても、第１の実施形態と同様に、送信装置１は、例えばＬＡＮなどのネットワークから、図６に示すようなディジタルの送信信号１００が有線又は無線により伝送されると、発光素子１３から可視光１４０に当該信号を重畳させて送信する。ここで、発光素子１３は、例えば施設などの照明機器としての照明機能と、送信装置１の送信機能とを兼ねている。

まず、送信装置１では、変調回路１０は、送信信号１００を変調信号１１０に変換する。変調回路１０は、タイミング変更回路１７からのタイミング変更信号１６０に基づいて、信号の立上がりタイミングは固定で、立下りタイミングが変化する変調信号１１０を生成する。

本実施形態では、照明の消灯・点灯を切り替えるスイッチのオン・オフ動作に連動して、タイミング変更回路１７は、タイミング変更信号１６０を出力する。例えば、照明を消灯させるために、スイッチをオフさせたときに、タイミング変更回路１７は、図６に示すように、「１」のレベルを示すタイミング変更信号１６０を出力する。また、照明を点灯させるために、スイッチをオンさせたときに、タイミング変更回路１７は、図６に示すように、「１」の反転である「２」のレベルを示すタイミング変更信号１６０を出力する。

具体的には、図６に示すように、送信信号１００が「１」のときに、変調信号１１０の信号レベルが「０」から「１」に変化する。ここで、変調信号１１０の信号レベルが「０」から「１」に変化するのは、送信信号１００が「１」のときに限り、その変化タイミングは常に固定で送信信号１００に同期している。

一方、変調信号１１０の信号レベルが「１」から「０」に変化するタイミングは可変で、そのタイミングは、タイミング変更回路１７から出力されるタイミング変更信号１６０により決定される。図６に示すように、タイミング変更信号１６０が「１」の状態にあるときに、変調信号１１０の信号レベルが「１」から「０」に変化するタイミングは、変調信号１１０の信号レベルが「０」から「１」に変化してから一定の短い時間が経過したときとなる。

また、タイミング変更信号１６０が「２」の状態にあるときに、変調信号１１０の信号レベルが「１」から「０」に変化するタイミングは、変調信号１１０の信号レベルが、次に「０」から「１」に変化する直前に一定の短い時間が経過したときとなる。

タイミング変更回路１７からのタイミング変更信号１６０は、結果として変調信号１１０の信号レベルの平均値を変化させる機能を有する。即ち、タイミング変更信号１６０が「１」の状態にあるとき、変調信号１１０の平均値は「０」に近い値となる。また、タイミング変更信号１６０が「２」の状態にあるとき、変調信号１１０の平均値は「１」に近い値となる。

発光素子駆動回路１２は、変調信号１１０を駆動信号（１２０）として受けて、発光素子１３を駆動する。図６に示すように、変調信号１１０の信号レベルが「１」のときに、発光素子１３は点灯し、変調信号１１０の信号レベルが「０」のときに発光素子１３は消灯する。

タイミング変更信号１６０が「１」の状態にあるとき、発光素子１３は、短時間だけ点灯状態であり、ほとんどの時間で消灯状態である。従って、点灯する時間が非常に短いため、人間には点灯状態を認識できず、照明としては消灯状態となる。一方、タイミング変更信号１６０が「２」の状態にあるとき、発光素子１３は、大部分の時間で点灯状態にあり、消灯の時間が非常に短いため、人間には、照明としては完全に点灯している状態として認識される。

次に、受信装置２は、図６に示すように、受光素子２０及び受光信号整形回路２１により、送信装置１の発光素子１３から発光した可視光１４０を受けて、変調信号１１０（駆動信号１２０）に対応する受光信号２００を生成する。

復調回路２４は、受光信号２００を復調して、それを送信信号１００に対応する受信信号２３０として出力する。即ち、図６に示すように、復調回路２４は受光信号２００の信号レベルが「０」から「１」に変化するときに、「１」レベルの受信信号２３０を出力し、それ以外のときは「０」レベルの受信信号２３０を出力する。図６には、タイミング変更信号１６０を「１」から「２」に切り替えた場合の具体例を示している。この切り替えによって、変調信号１１０のレベルが「１」から「０」に変化するタイミングが変わり、結果として発光素子１３は、見かけ上において消灯状態から点灯状態に変化する。これに対して、受信装置２の復調回路２４は、消灯状態及び点灯状態の影響を受けずに、正常な受信信号２３０を出力する。

なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

本発明の第１の実施形態に関する可視光通信システムの要部を示すブロック図。本実施形態に関する可視光通信システムの動作を説明するためのタイミングチャート。第２の実施形態に関する可視光通信システムの要部を示すブロック図。第２の実施形態に関する可視光通信システムの動作を説明するためのタイミングチャート。第３の実施形態に関する可視光通信システムの要部を示すブロック図。第３の実施形態に関する可視光通信システムの動作を説明するためのタイミングチャート。

符号の説明

１…送信装置、２…受信装置、１０，１０ａ〜１０ｃ…変調回路、
１１…反転・非反転回路、１２…発光素子駆動回路、１３…発光素子、
１４…反転・非反転制御回路、１５…変調信号選択回路、１６…変調信号指定回路、
２０…受光素子、２１…受光信号整形回路、２２…反転・非反転回路、
２３…反転・非反転判定回路、２４，２４ａ〜２４ｃ…復調回路、
２５…受信信号選択回路、１４０…可視光。

Claims

照明機器と兼用する発光素子から発光する可視光に送信信号を重畳して送信する可視光通信システムにおいて、
前記照明機器の点灯と消灯とを切り替えるスイッチ手段と、
前記スイッチ手段による前記消灯の指示に応じて所定レベルの第１のタイミング変更信号を出力し、前記点灯の指示に応じてその反転レベルの第２のタイミング変更信号を出力するタイミング変更手段と、
前記タイミング変更手段からの前記第１及び第２のタイミング変更信号に応じて前記送信信号を変調して第１及び２の変調信号を出力する変調手段と、
前記変調手段から出力される前記第１及び２の変調信号に基づいて前記発光素子を駆動する駆動手段と
を具備し、
前記変調手段は、
前記第１のタイミング変更信号の出力期間に、前記送信信号の第１の論理レベルに応じて第１の論理レベルに変化し、一定のタイミングで第１の論理レベルから第２の論理レベルに変化する前記第１の変調信号を出力し、
前記第２のタイミング変更信号の出力期間に、前記送信信号の第１の論理レベルに応じて第１の論理レベルに変化し、第１の論理レベルから第２の論理レベルに変化するタイミングが可変である前記第２の変調信号を出力するように構成されていることを特徴とする送信装置。
前記変調手段は、
前記第２のタイミング変更信号の出力期間に、前記送信信号の第１の論理レベルに応じて第２の論理レベルから第１の論理レベルに変化し、次の前記送信信号の第１の論理レベルに変化する前の所定のタイミングで第１の論理レベルから第２の論理レベルに変化する前記第２の変調信号を出力することを特徴とする請求項１に記載の送信装置。
前記請求項１または２のいずれか１項に記載の送信装置を含む可視光通信システムにおいて、
前記可視光を受光する受光素子と、
前記受光素子により受光された可視光に重畳された前記第１及び２の変調信号を受光信号として抽出する受光信号処理手段と、
前記受光信号から前記送信信号を復調する復調手段と
を具備したことを特徴とする受信装置。
前記復調手段は、
前記照明機器の消灯期間に前記第１の変調信号から前記送信信号を復調し、
前記照明機器の点灯期間に前記第２の変調信号から前記送信信号を復調することを特徴とする請求項３に記載の受信装置。