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明細書 :照明光通信装置及び照明光通信システム

発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2015-154426 (P2015-154426A)
公開日 平成27年8月24日(2015.8.24)
発明の名称または考案の名称 照明光通信装置及び照明光通信システム
国際特許分類 H04B  10/116       (2013.01)
H04B  10/524       (2013.01)
H05B  37/02        (2006.01)
FI H04B 9/00 116
H04B 9/00 524
H05B 37/02 J
請求項の数または発明の数 5
出願形態 OL
全頁数 8
出願番号 特願2014-028983 (P2014-028983)
出願日 平成26年2月18日(2014.2.18)
発明者または考案者 【氏名】植村 渉
出願人 【識別番号】597065329
【氏名又は名称】学校法人 龍谷大学
個別代理人の代理人 【識別番号】100121337、【弁理士】、【氏名又は名称】藤河 恒生
審査請求 未請求
テーマコード 3K273
5K102
Fターム 3K273PA10
3K273QA31
3K273TA08
3K273TA15
3K273TA36
3K273TA55
3K273TA59
3K273TA61
3K273UA15
3K273UA22
5K102AA21
5K102AH23
5K102AH31
5K102AL23
5K102AL28
5K102MA01
5K102MB02
5K102PB02
要約 【課題】オン状態の時間とオフ状態の時間の比率がデータの内容に応じては変化せずに周波数帯域を広くしないデータ信号の伝送が可能な照明光通信装置を提供する。
【解決手段】この照明光通信装置1は、照明灯2の照明光によって照明とともにデータ信号の伝送を行うものであって、照明灯2は、照明光を放射するオン状態と、照明光を放射しないか又は光量がオン状態よりも少なく放射するオフ状態と、を切り換え可能であり、データ信号は、それを構成するシンボルSyが1個又は複数個の区切り用スロットSP1と複数個のデータ用スロットSD1~SD4に分割されたものであり、区切り用スロットSP1は、シンボルSyの最初又は最後に設けられており、オフ状態となる期間が1個入っており、複数個のデータ用スロットSD1~SD4は、データの内容に応じていずれか1個にオフ状態となる期間が1個入り、その他の前記データ用スロットがオン状態になっている。
【選択図】図1
特許請求の範囲 【請求項1】
照明灯の照明光によって照明とともにデータ信号の伝送を行う照明光通信装置であって、
前記照明灯は、前記照明光を放射するオン状態と、前記照明光を放射しないか又は光量がオン状態よりも少なく放射するオフ状態と、を切り換え可能であり、
前記データ信号は、それを構成するシンボルが1個又は複数個の区切り用スロットと複数個のデータ用スロットに分割されたものであり、
前記区切り用スロットは、前記シンボルの最初又は最後に設けられており、オフ状態となる期間が1個入っており、
前記複数個のデータ用スロットは、データの内容に応じていずれか1個にオフ状態となる期間が1個入り、その他の前記データ用スロットがオン状態になっていることを特徴とする照明光通信装置。
【請求項2】
請求項1に記載の照明光通信装置において、
前記複数個のデータ用スロットは、4個以上であることを特徴とする照明光通信装置。
【請求項3】
請求項1又は2に記載の照明光通信装置において、
前記区切り用スロットは、1個であることを特徴とする照明光通信装置。
【請求項4】
請求項1~3のいずれか1項に記載の照明光通信装置において、
前記データ信号は、変調回路によってデータが変換されたものであることを特徴とする照明光通信装置。
【請求項5】
請求項4に記載の照明光通信装置と、
前記照明光通信装置からの前記照明光を電気信号に変換する受光器、低周波ノイズを取り除くハイパスフィルタ、前記変調回路に対応する復調の処理をする復調回路、を有する受信装置と、
を備えることを特徴とする照明光通信システム。
発明の詳細な説明 【技術分野】
【0001】
本発明は、照明灯の照明光によって照明とともにデータ信号の伝送を行う照明光通信装置、及び照明光通信システムに関する。
【背景技術】
【0002】
近年、照明灯の照明光を本来の照明の目的とともにデータ信号の伝送に用いる照明光通信装置或いは照明光通信システムが提案されている。これらは、照明光が届く範囲にデータ信号の伝送が限定されることを利用して、様々な特徴的な応用が可能である。例えば、商品や芸術品などの展示スポットエリアにおいて照明とともに音声データを伝送してイヤホーンなどで解説を聞けるようにしたり、公衆無線LANエリアにおいて照明とともにパスワードなどのセキュリティデータを伝送してネットワークへの不正侵入を防止したりすることができる。
【0003】
このような照明光通信装置或いは照明光通信システムは、データ信号の伝送のために照明灯をオンオフするのであるが、オン状態の時間とオフ状態の時間の比率が変化しなければ、人間の目にはちらつきのない照明とすることができる。このため、望ましいのは、それらの比率がデータの内容に応じては変化しないよう変調の処理をしてから、データ信号の伝送を行うことである。ここで、オン状態とは、オフ状態よりも光量が多い状態とし、オフ状態とは、照明灯が消灯している状態か或いは光量がオン状態よりも少ない状態とする。
【0004】
そのための変調として、特許文献1~3などには、反転パルス位置変調(Inverted PPM)の記載がある。例えば、4値の反転パルス位置変調では、図6に示すように、伝送するデータ信号を構成するシンボル(図6においてはSyで示す。)の時間(例えば、0.1ミリ秒~0.4ミリ秒程度)を4個のスロット(図6においてはS1~S4で示す。)に分割し、これらのスロットS1~S4のうちの1個のスロットにオフ状態となる期間を入れ、その他のスロットをオン状態にするようにして、2ビットのデータ、すなわち「00」、「01」、「10」、「11」の4種類のデータを4種類のデータ信号に変換する。
【0005】
その他、シンボルを2個のスロットに分割して1ビットのデータ、すなわち「0」、「1」の2種類のデータを2種類のデータ信号に変換する2値の反転パルス位置変調が可能である。また、シンボルを8個のスロットに分割して3ビットのデータ、すなわち「000」~「111」の8種類のデータを8種類のデータ信号に変換する8値の反転パルス位置変調が可能である。同様にして、16値以上の反転パルス位置変調も可能である。なお、1個のスロットに入れるオフ状態となる期間は、特許文献3に記載されているように、パルス列(副搬送波)という形で複数の場合も有る。
【0006】
このような照明光通信装置或いは照明光通信システムにおいては、照明光通信装置からの照明光を受けた受信装置は、その照明光をフォトダイオード又はフォトトランジスタなどから構成される受光器で電気信号に変換し、それから、照明光通信装置での変調に対応する復調の処理をすることでデータを復元する。
【先行技術文献】
【0007】

【特許文献1】特開2004-072365号公報
【特許文献2】特開2007-274566号公報
【特許文献3】特開2008-283446号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
ところで、このような照明光通信装置或いは照明光通信システムにおいては、照明光通信装置の照明光以外の光(例えば、蛍光灯の光)が混入したり、照明光が所望外の周波数成分を含んでいたりすることがあり、それらはノイズとなる。そのノイズは多くの場合、低周波ノイズ(例えば、50Hz又は60Hzの倍数などの周波数のノイズ)である。低周波ノイズによる影響を取り除くためには、受信装置において復調の処理をする前に、ハイパスフィルタを用いることになる。
【0009】
しかし、特許文献1~3などに示す反転パルス位置変調した照明光は、周波数帯域が広く、低周波数の方向に広がっている。例えば、4値の反転パルス位置変調で、図7に示すように、1番目のスロットS1にオフ状態となる期間を有するシンボルSyの次に、4番目のスロットS4にオフ状態となる期間を有するシンボルSyが来ることも有り、そうするとシンボルSyの時間のほぼ2倍の周期の低周波数成分が発生する。この照明光は、周波数帯域が低周波数の方向に広がっている。照明光の周波数帯域が低周波数の方向に広がっていると、上述した低周波ノイズとの周波数の差が小さく余裕がないために、ハイパスフィルタで適切に低周波ノイズの影響を取り除くのが容易でない場合も生じ得る。
【0010】
本発明は、係る事由に鑑みてなされたものであり、その目的は、オン状態の時間とオフ状態の時間の比率がデータの内容に応じては変化せず、かつ、周波数帯域を広くしないデータ信号の伝送が可能な照明光通信装置及び照明光通信システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0011】
上記目的を達成するために、請求項1に記載の照明光通信装置は、照明灯の照明光によって照明とともにデータ信号の伝送を行う照明光通信装置であって、前記照明灯は、前記照明光を放射するオン状態と、前記照明光を放射しないか又は光量がオン状態よりも少なく放射するオフ状態と、を切り換え可能であり、前記データ信号は、それを構成するシンボルが1個又は複数個の区切り用スロットと複数個のデータ用スロットに分割されたものであり、前記区切り用スロットは、前記シンボルの最初又は最後に設けられており、オフ状態となる期間が1個入っており、前記複数個のデータ用スロットは、データの内容に応じていずれか1個にオフ状態となる期間が1個入り、その他の前記データ用スロットがオン状態になっていることを特徴とする。
【0012】
請求項2に記載の照明光通信装置は、請求項1に記載の照明光通信装置において、前記複数個のデータ用スロットは、4個以上であることを特徴とする。
【0013】
請求項3に記載の照明光通信装置は、請求項1又は2に記載の照明光通信装置において、前記区切り用スロットは、1個であることを特徴とする。
【0014】
請求項4に記載の照明光通信装置は、請求項1~3のいずれか1項に記載の照明光通信装置において、前記データ信号は、変調回路によってデータが変換されたものであることを特徴とする。
【0015】
請求項5に記載の照明光通信システムは、請求項4に記載の照明光通信装置と、前記照明光通信装置からの前記照明光を電気信号に変換する受光器、低周波ノイズを取り除くハイパスフィルタ、前記変調回路に対応する復調の処理をする復調回路、を有する受信装置と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【0016】
本発明の照明光通信装置及び照明光通信システムによれば、オン状態の時間とオフ状態の時間の比率がデータの内容に応じては変化せず、かつ、周波数帯域を広くしないデータ信号の伝送が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【0017】
【図1】本発明の実施形態に係る照明光通信装置及び照明光通信システムを示す模式図である。
【図2】同上の照明光通信装置のデータ信号の構成を示す信号図である。
【図3】同上の照明光通信装置のデータ信号の例を示す信号図である。
【図4】同上の照明光通信システムの実験の構成を示す模式図である。
【図5】同上の照明光通信システムの実験結果を示す波形図である。
【図6】従来の照明光通信装置のデータ信号の構成を示す信号図である。
【図7】図6の照明光通信装置のデータ信号の例を示す信号図である。
【発明を実施するための形態】
【0018】
以下、本発明に係る照明光通信装置及び照明光通信システムを実施するための形態について説明する。本発明の実施形態に係る照明光通信装置1は、図1に示すように、照明灯2の照明光によって照明とともにデータ信号の伝送を行うものである。

【0019】
照明灯2は、照明光を放射するオン状態と、照明光を放射しないオフ状態と、を高速で(例えば、0.01ミリ秒~0.1ミリ秒以上で)切り換え可能である。オフ状態は、光量がオン状態よりも少なく放射する状態としてもよい。照明灯2は、発光ダイオード(LED)などの発光素子2a(図4参照)を複数個用いた照明灯が好適である。

【0020】
照明光通信装置1は、照明光によって伝送すべく送られて来たデータをデータ信号に変換する変調回路3を有している。変調回路3からのデータ信号は、照明灯2に入力され、光信号として放射される。変調回路3は、照明光通信装置1の外に設けられることも可能である。

【0021】
このデータ信号を構成するシンボルSyは、図2に示すような、1個の区切り用スロットSP1と複数個(具体的には、4個)のデータ用スロットSD1~SD4に分割されている。区切り用スロットSP1の時間と各々のデータ用スロットSD1~SD4の時間は、互いに等しい。

【0022】
区切り用スロットSP1は、シンボルSyの最初に設けられている。区切り用スロットSP1には、オフ状態となる期間が1個だけ入っている。オフ状態は、具体的には、図2に示すように区切り用スロットSP1に割り当てられた時間の全期間継続しているようにすればよい。区切り用スロットSP1の中では、パルス列(副搬送波)という形で複数のオフ状態となる期間は作られない。これは、パルス列(副搬送波)という形を用いると、後述する受光素子5aの応答速度の限界から区切り用スロットSP1の時間(ひいては、シンボル時間)が長くなって、データ信号の伝送速度が遅くなり易いからである。

【0023】
区切り用スロットSP1は、シンボルSyの最後に設けてもよい。

【0024】
また、区切り用スロットSP1は、単位時間に伝送するデータの量を多くするには、最初又は最後の1個とするのが好ましいが、最初又は最後に複数個設けてもよい。この場合、オフ状態となる期間は、1個の区切り用スロットSP1につき1個入ることになる。

【0025】
4個のデータ用スロットSD1~SD4は、背景技術の欄で述べた4値の反転パルス位置変調によるものと同様の構成である。すなわち、4値の反転パルス位置変調と同様に、データ信号の1個のシンボルSyにおいて2ビットのデータ、すなわち「00」、「01」、「10」、「11」の4種類のデータが4種類のデータ信号に変換される。4個のデータ用スロットSD1~SD4は、データの内容に応じていずれか1個にオフ状態となる期間が1個だけ入り、その他のデータ用スロットがオン状態になる。オフ状態は、具体的には、図2に示すように、データ用スロットSD1~SD4のうちの1個に割り当てられた時間の全期間継続しているようにすればよい。このデータ用スロットSD1~SD4のうちの1個の中では、パルス列(副搬送波)という形で複数のオフ状態となる期間が作られないのは、区切り用スロットSP1と同様である。

【0026】
このような区切り用スロットSP1を有するデータ信号は、図3に示すように、1番目のデータ用スロットSD1にオフ状態となる期間を有するシンボルSyの次に、4番目のデータ用スロットSD4にオフ状態となる期間を有するシンボルSyが来たとしても、2個のシンボルSy、Sy同士の間には、オフ状態となる期間が1個入っている区切り用スロットSP1が必ず有るので、周波数帯域がシンボルSy1個を1周期とする周波数以上の帯域となる。

【0027】
データ用スロットは、2値の反転パルス位置変調と同様に、データ信号の1個のシンボルSyにおいて1ビットのデータ、すなわち「0」、「1」の2種類のデータを2種類のデータ信号に変換するようにすることも可能である。また、8値の反転パルス位置変調と同様に、データ信号の1個のシンボルSyにおいて3ビットのデータ、すなわち「000」~「111」の8種類のデータを8種類のデータ信号に変換するようにすることも可能である。同様にして、16値以上の反転パルス位置変調と同様にすることも可能である。

【0028】
ここで、シンボルSyは、データ用スロットとともに区切り用スロットSP1を有しているので、単位時間に伝送可能なデータの量の点においては、区切り用スロットSP1の時間の比率が比較的少なくなっているのが好ましい。よって、複数個のデータ用スロットは4個以上である(4値以上の反転パルス位置変調に対応する変調である)ことが好ましい。ただし、データ用スロットの個数が多すぎることで、シンボルSyの時間が長くなって周波数帯域が低周波数の方向に広がり、低周波ノイズに対する周波数の余裕が小さくならないようにする。1シンボルSy内のデータ用スロットの個数が多い場合、その途中で、規則的に区切り用スロットを追加することも可能である。

【0029】
照明光通信システムを構成するものとして、照明灯2からの照明光を受けた受信装置4は、図1に示すように、その照明光をフォトダイオード等の受光素子5a(図4参照)などから構成される受光器5で電気信号に変換し、それから、ハイパスフィルタ6で低周波ノイズによる影響を取り除き、変調回路3に対応する復調の処理をする復調回路7を通してデータを復元する。ハイパスフィルタ6は、設定される遮断周波数以上の周波数帯域を通過させる機能を有するものであって、バンドパスフィルタなども含まれる。

【0030】
このような照明光通信装置1或いは照明光通信システムにおいては、照明光通信装置1の照明光は、オン状態の時間とオフ状態の時間の比率が変化しないので、人間の目にはちらつきのない照明とすることができる。また、この照明光は、周波数帯域がシンボル1個を1周期とする周波数以上の帯域となるので、混入した照明光以外の光(例えば、蛍光灯の光)などの低周波ノイズに対して周波数の余裕が出来、受信装置4においてハイパスフィルタ6で適切に低周波ノイズの影響を取り除くのが容易になる。

【0031】
本願発明者が行った実験について述べる。この実験の照明光通信システムでは、図4に示すように、照明灯2は、複数個の白色発光ダイオードの発光素子2aとそれを制御する照明灯制御回路2bを有するものとした。照明灯2には、上述の図3に示したデータ信号を入力した。1シンボル時間を0.2ミリ秒(1スロット時間を0.04ミリ秒)とした。受信装置4は以下のように簡易な構成とした。すなわち、受光器5は、フォトダイオードの受光素子5aに抵抗5bを接続したものとし、ハイパスフィルタ6は、コンデンサ6aと抵抗6bとそれらの接続点の電圧を増幅する増幅器6cから構成した。受光器5における受光素子5aと抵抗5bの接続点は、ハイパスフィルタ6のコンデンサ6aの一端に接続されている。ハイパスフィルタ6は、遮断周波数を4kHzとし、また、その出力信号は増幅器6cの出力端子から出力される。

【0032】
図5は、照明灯2に入力されたデータ信号の波形を上段に、ハイパスフィルタ6の出力信号の波形を下段に示したオシロスコープの画面の写真である。左端にそれぞれグランドレベルが示されている。図5より、ハイパスフィルタ6の出力信号の波形は、グランドレベルを基準に正負に、照明灯2に入力されたデータ信号に良く追従していることが分かる。このように、受信装置4において遮断周波数を高く設定してもデータ信号の伝達が可能であるので、適切に低周波ノイズの影響を取り除くことが容易になる。

【0033】
以上、本発明の実施形態である照明光通信装置及び照明光通信システムについて説明したが、本発明は、実施形態に記載したものに限られることなく、特許請求の範囲に記載した事項の範囲内でのさまざまな設計変更が可能である。
【符号の説明】
【0034】
1 照明光通信装置
2 照明灯
3 変調回路
4 受信装置
5 受光器
5a 受光素子
6 ハイパスフィルタ
7 復調回路
Sy シンボル
SP1 区切り用スロット
SD1~SD4 データ用スロット
図面
【図1】
0
【図2】
1
【図3】
2
【図4】
3
【図6】
4
【図7】
5
【図5】
6