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INFORMATION TRANSMITTER, INFORMATION RECEIVER, INFORMATION TRANSMISSION SYSTEM AND PROGRAM, POSITIONING SYSTEM, LIGHTING FIXTURE AND ILLUMINATION SYSTEM

Patent code P160013520
File No. S2016-0668-N0
Posted date Nov 25, 2016
Application number P2016-163574
Publication number P2017-192122A
Date of filing Aug 24, 2016
Date of publication of application Oct 19, 2017
Priority data
  • P2016-078894 (Apr 11, 2016) JP
Inventor
  • (In Japanese)橋爪 宏達
  • (In Japanese)杉本 雅則
  • (In Japanese)秋山 尚之
  • (In Japanese)熊木 逸人
Applicant
  • (In Japanese)大学共同利用機関法人情報・システム研究機構
  • (In Japanese)国立大学法人北海道大学
Title INFORMATION TRANSMITTER, INFORMATION RECEIVER, INFORMATION TRANSMISSION SYSTEM AND PROGRAM, POSITIONING SYSTEM, LIGHTING FIXTURE AND ILLUMINATION SYSTEM
Abstract PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an information transmission system or the like capable of performing visible light communication at a higher speed than in a conventional art.
SOLUTION: An information transmitter is for an information transmission system including: an information receiver having a moving image camera for receiving a visible light signal; and an information transmitter having a light source for transmitting a visible light signal modulated by a modulation signal having a fundamental frequency of a waveform of 1/integer m of a frame frequency of the moving image camera. The information transmitter includes modulation means for generating the modulation signal by performing quadrature amplitude modulation by using a virtual sinewave obtained by performing Fourier transformation of m pieces of frame output signals outputted from the moving image camera according to an inputted digital data signal. The information receiver includes demodulation means for receiving the visible light signal by photographing the visible light signal with the moving image camera, and demodulating the digital data signal by performing inverse Fourier transformation of m pieces of frame output signals outputted from the moving image camera.
Outline of related art and contending technology (In Japanese)

可視光通信は古くから試行されているが、その開発研究が盛んになったのは、タブレット端末やスマートフォンの普及した2010年以降である。

日本国内で製品化に先鞭をつけたのは、カシオのPicapicameraである(例えば、特許文献1及び2参照)。発光源は組み込み型のマイコンボードであり、スマートフォンでアプリソフトとともに受信する。光源とカメラのビデオフレームは必ずしも同期していない。伝送速度は10bps程度以下である。

パナソニックはスマートフォンに広く採用されているCMOS動画カメラのローリングシャッター動作の特性を利用した可視光通信技術を試みている(例えば、特許文献3参照)。通常、可視光通信では点光源の信号源を使用するが、ローリングシャッター動作と併用するため面光源の発光体を光源として使うところに特色がある。また光源の高速な輝度変化を受信するため、カメラの電子シャッター開度(1/60秒のビデオフレーム中、実質的に何秒間、受光素子が受光動作をしているかの、時間割合)を数パーセントと、ごく短く設定しているのも特色である。その効果により市販カメラでも10kbps程度の伝送が可能であると標榜している。

この方法に使われる短いシャッター開度でのカメラ動作は、光源の高速変調信号を受信するには有効であるが、雑音を大きくし、また感度を低くしてしまうため、暗い光源では使いにくい、あるいは一般の撮影とは両立しないなどの欠点を持つものである。またローリングシャッター機能を前提に設計されているため、光源形状は面光源に限られる。これは点光源の信号源は簡単に設営できること、あるいは点光源なら簡単に多数を並べて多重化し、通信速度を向上させられること、などと対比すると、やはり使用形態を狭めるものである。

米国インテル社は点光源の信号源を使い、30fpsのカメラを使い、カメラに同期させた光源からの信号で15bpsの伝送を可能とする技術を発表している(例えば、非特許文献1参照)。これはIEEE802.15(近距離無線通信)の国際規格の範疇に可視光通信を含めて規格化することを意図して提案されたものである。点光源を使うので、それを複数個使って多重化し、高速な通信をすることができる。この手法でも高速な信号変化を受信するため、ビデオのシャッター開度は10パーセント程度以下に小さく設定している。

Field of industrial application (In Japanese)

本発明は、例えば可視光通信を用いて情報を伝送する情報伝送システムに関し、また、上記情報伝送システムのための情報送信装置、情報受信装置及びプログラム、測位システム、照明器具並びに照明システムに関する。

Scope of claims (In Japanese)
【請求項1】
 
可視光信号を受信する動画カメラを有する情報受信装置と、上記動画カメラのフレーム周波数の整数m分の1の波形の基本周波数をもつ変調信号で変調された可視光信号を送信する光源を有する情報送信装置とを備えた情報伝送システムのための情報送信装置であって、
上記情報送信装置は、入力されるデジタルデータ信号に従って、上記動画カメラから出力されるm個のフレーム出力信号をフーリエ変換して得られる仮想正弦波を用いて直交振幅変調することにより、上記変調信号を発生する変調手段を備えたことを特徴とする情報送信装置。

【請求項2】
 
入力されるデジタルデータ信号を第1及び第2のデジタルデータ信号に分割する分割手段をさらに備え、
上記変調手段は、
(1)上記第1のデジタルデータ信号に従って、上記仮想正弦波を用いて直交振幅変調し、かつ
(2)上記第2のデジタルデータ信号に従って、上記仮想正弦波を用いて直流バイアス変調することにより、
上記変調信号を発生することを特徴とする請求項1記載の情報送信装置。

【請求項3】
 
上記整数mは偶数であり、
上記情報送信装置は、入力されるデジタルデータ信号を第1、第2及び第3のデジタルデータ信号に分割する分割手段をさらに備え、
上記変調手段は、
(1)上記第1のデジタルデータ信号に従って、上記動画カメラのフレーム周波数の整数m分の1の波形の基本周波数をもつ上記仮想正弦波を用いて直交振幅変調し、
(2)上記第2のデジタルデータ信号に従って、上記動画カメラのフレーム周波数の整数m分の(m/2)の波形の基本周波数をもつ上記仮想正弦波を用いて直交振幅変調し、かつ
(3)上記仮想正弦波を用いて直流バイアス変調することにより、
上記変調信号を発生することを特徴とする請求項1記載の情報送信装置。

【請求項4】
 
上記変調手段は、上記光源から出力されるフレーム周波数の整数倍の高調波成分は直流分と等価のものとして検出されるように、当該高調波成分に直流で伝送すべきデジタルデータ信号を伝送するように変調することを特徴とする請求項2又は3記載の情報送信装置。

【請求項5】
 
上記デジタルデータ信号は、基本周波数の周期のmフレームにさらに1フレームのガードフレームを含むように構成されたことを特徴とする請求項1~4のうちのいずれか1つに記載の情報送信装置。

【請求項6】
 
可視光信号を受信する動画カメラを有する情報受信装置と、上記動画カメラのフレーム周波数の整数m分の1の波形の基本周波数をもつ変調信号で変調された可視光信号を送信する光源を有する情報送信装置とを備えた情報伝送システムのための情報受信装置であって、
上記可視光信号を上記動画カメラにより撮影して受信して、上記動画カメラから出力されるm個のフレーム出力信号を逆フーリエ変換してデジタルデータ信号を復調する復調手段を備えたことを特徴とする情報受信装置。

【請求項7】
 
上記復調手段は、上記フレーム出力信号に基づいて同期タイミング信号を発生し、上記同期タイミング信号に基づいて上記デジタルデータ信号を復調することを特徴とする請求項6記載の情報受信装置。

【請求項8】
 
上記復調手段は、上記フレーム出力信号を復調するときに、上記動画カメラのシャッター開度に従って補正されたフレーム出力信号の参照信号を用いることを特徴とする請求項6又は7記載の情報受信装置。

【請求項9】
 
請求項4記載の情報送信装置から送信された可視光信号を受信する請求項6~8のうちのいずれか1つに記載の情報受信装置であって、
上記復調手段は、上記光源から出力されるフレーム周波数の整数倍の高調波成分は直流分と等価のものとして検出することを特徴とする情報受信装置。

【請求項10】
 
請求項4記載の情報送信装置から送信された可視光信号を受信する請求項6~8のうちのいずれか1つに記載の情報受信装置であって、
上記復調手段は、上記光源から出力されるフレーム周波数の整数倍の高調波成分は直流分と等価で、またフレーム周波数に対し剰余をもつ高調波成分はその剰余の周波数と等価なものとして検出することを特徴とする情報受信装置。

【請求項11】
 
請求項5記載の情報送信装置から送信された可視光信号を受信する請求項6~8のうちのいずれか1つに記載の情報受信装置であって、
上記復調手段は、上記ガードフレームを破棄して復調することを特徴とする情報受信装置。
情報受信装置。

【請求項12】
 
請求項1~3のうちのいずれか1つに記載の情報送信装置と、
請求項6~8のうちのいずれか1つに記載の情報受信装置とを備えたことを特徴とする情報伝送システム。

【請求項13】
 
請求項4記載の情報送信装置と、
請求項9記載の情報受信装置とを備えたことを特徴とする情報伝送システム。

【請求項14】
 
請求項5記載の情報送信装置と、
請求項10記載の情報受信装置とを備えたことを特徴とする情報伝送システム。

【請求項15】
 
可視光信号を受信する動画カメラを有する情報受信装置と、上記動画カメラのフレーム周波数の整数m分の1の波形の基本周波数をもつ変調信号で変調された可視光信号を送信する光源を有する情報送信装置とを備えた情報伝送システムのための情報受信装置のためのプログラムであって、
上記可視光信号を上記動画カメラにより撮影して受信して、上記動画カメラから出力されるm個のフレーム出力信号を逆フーリエ変換してデジタルデータ信号を復調するステップを含むことを特徴とする、コンピュータにより実行されるプログラム。

【請求項16】
 
可視光信号を受信する動画カメラと、音響信号を受信する受信手段とを有する受信装置と、
上記動画カメラのフレーム周波数に基づく変調方法で変調信号で変調された可視光信号を送信する光源と、上記音響信号を送信する送信手段とを有する送信装置とを備えた測位システムであって、
上記送信装置は、所定の同期信号に従って変調された光信号及び音響信号を発生して送信し、
上記受信装置は、上記光信号及び上記音響信号を受信し、
上記受信装置は、
上記動画カメラからのフレームストローブ信号と、上記フレームストローブ信号と上記可視光信号内の信号との位相差に基づいて上記受信された音響信号の同期タイミングを発生し、上記同期タイミングと,上記受信された音響信号の受信タイミングとの時間差から上記音響信号の伝搬時間を計算し、当該伝搬時間に音響信号の伝搬速度を乗算することにより、上記送信装置と上記受信装置との間の距離を計算する計測処理部を備えたことを特徴とする測位システム。

【請求項17】
 
請求項16記載の測距システムを備え、
上記送信装置は、互いに異なる位置に設けられる複数のスピーカであって、互いに異なる周波数を有する複数の音響信号、もしくは同一の周波数を有し所定の時間差で順次送信される複数の音響信号をそれぞれ送信する複数のスピーカを備え、
上記計測処理部は、複数の音響信号に基づいて、上記複数のスピーカと上記受信装置との間の各距離を計算し、上記計算した各距離に基づいて上記受信装置の位置を測位することを特徴とする測位システム。

【請求項18】
 
上記送信装置は請求項1~5のうちのいずれか1つに記載の情報送信装置であり、
上記受信装置は請求項6~10のうちのいずれか1つに記載の情報受信装置であることを特徴とする請求項16又は17記載の測位システム。

【請求項19】
 
請求項16~18のうちのいずれか1つに記載の測位システムのための送信装置を備え、照明を行うことを特徴とする照明器具。

【請求項20】
 
請求項17記載の測位システムのための送信装置を備え、
照明を行う上記光源と、
上記複数のスピーカを有し、上記光源からの可視光を上記受信装置に反射又は拡散する手段とを備えたことを特徴とする照明システム。

【請求項21】
 
請求項1~5のうちいずれか1つに記載の情報送信装置を既知の位置に複数設置し、既知の固有情報を送信させ、当該固有情報を請求項6~10のうちのいずれか1つに記載の情報受信装置で受信し、当該受信内容から上記情報送信装置を識別しつつ光学的に上記各情報送信装置の見かけの幾何学的配置を知ることで、上記情報受信装置の存在位置を測位することを特徴とする測位システム。
IPC(International Patent Classification)
F-term
Drawing

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JP2016163574thum.jpg
State of application right Published
(In Japanese)情報・システム研究機構 国立情報学研究所(NII)は、我が国唯一の情報系に特化した研究所です。NIIでは、外部資金による研究成果の社会還元を中心に、技術移転活動に積極的に取り組んでいます。上記の発明にライセンス対象や共同開発対象として関心をお持ちいただいた方は、国立情報学研究所 社会連携推進室までお気軽にお問合せください。


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