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情報伝送システム

国内特許コード P200017132
整理番号 (S2017-0873-N0)
掲載日 2020年8月7日
出願番号 特願2019-529060
出願日 平成30年7月2日(2018.7.2)
国際出願番号 JP2018025024
国際公開番号 WO2019013023
国際出願日 平成30年7月2日(2018.7.2)
国際公開日 平成31年1月17日(2019.1.17)
優先権データ
  • 特願2017-135654 (2017.7.11) JP
発明者
  • 橋爪 宏達
  • 杉本 雅則
  • 秋山 尚之
  • 熊木 逸人
  • 嶋田 祥太
出願人
  • 大学共同利用機関法人情報・システム研究機構
  • 国立大学法人北海道大学
発明の名称 情報伝送システム
発明の概要 情報伝送システムは、情報受信装置のローリングシャッター方式の動画カメラのフレーム周波数の波形の基本周波数及びその倍数の周波数を有する、互いに異なる複数の各次搬送波を用いて変調された変調信号に従って変調された面形状の可視光信号を、面光源を用いて送信する情報送信装置と、動画カメラを用いて可視光信号を受信する情報受信装置とを備える。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、各次搬送波を直交振幅変調した後、逆フーリエ変換することにより変調信号を発生する変調手段を備える。変調手段は、デジタルデータ信号に従って、フレーム出力信号を等間隔に分割した複数の区画で得られる強度信号が所定の設定値となるように各次搬送波を直交振幅変調することにより変調信号を発生する。
従来技術、競合技術の概要

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。

これに対して、発明者らは点光源の発光を用いて、前記に比較してより高速の可視光通信を行う「可視光通信を用いた時間同期方法」について非特許文献1において開示されている。

ところで、パナソニック株式会社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)。この特許の場合、可視光通信の光源に点光源でなく面光源を使用し、カメラのローリングシャッター動作と併用している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)を数パーセントと以下、ごく短く設定して、発光をストロボのように行い、ローリングシャッターの走査線で2値の明線、暗線を区別して得ようとしているのが特色である。その効果により市販カメラで数kbps度の伝送が可能であると標榜している。

また、非特許文献2において開示された「可視光通信方法」も同様に、短時間発光の光源とシャッター開度を短くとった動画カメラで数kbpsの通信速度を得ているが、白黒パターンの変調法において、特許文献3に開示された発明とは異なる電気的特性を用いている。

産業上の利用分野

本発明は、例えば面発光の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、前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に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
情報受信装置のローリングシャッター方式の動画カメラのフレーム周波数の波形の基本周波数及びその倍数の周波数を有する、互いに異なる複数の各次搬送波を用いて変調された変調信号に従って変調された面形状の可視光信号を、面光源を用いて送信する情報送信装置と、前記動画カメラを用いて前記可視光信号を受信する前記情報受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、
前記情報送信装置は、入力されるデジタルデータ信号に従って、前記各次搬送波を直交振幅変調した後、逆フーリエ変換することにより前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】
前記変調手段は、前記デジタルデータ信号に従って、前記動画カメラのフレーム出力信号を等間隔に分割した複数の区画で得られる強度信号が所定の設定値となるように前記各次搬送波を直交振幅変調することにより前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】
前記変調手段は、前記フレーム出力信号を等間隔に分割した複数の区画で得られる強度信号により決定される三角波ピークの位置が変更されるように前記変調信号を発生することを特徴とする請求項2記載の情報送信装置。

【請求項4】
前記変調手段は、所定の低次の搬送波を除く各次搬送波を用いて変調することを特徴とする請求項1~3のうちのいずれか1つに記載の情報送信装置。

【請求項5】
情報受信装置のローリングシャッター方式の動画カメラのフレーム周波数の波形の基本周波数及びその倍数の周波数を有する、互いに異なる複数の各次搬送波を用いて変調された変調信号に従って変調された面形状の可視光信号を、面光源を用いて送信する情報送信装置と、前記動画カメラを用いて前記可視光信号を受信する前記情報受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、
前記情報受信装置は、前記動画カメラから出力される可視光信号のフレーム出力信号をフーリエ変換した後、直交振幅復調することにより、デジタルデータ信号に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6】
前記復調手段は、前記可視光信号のフレーム出力信号に対して、前記情報送信装置と前記情報受信装置との間に存在する障害物の伝達関数のフーリエ変換の逆畳み込みを乗算することで、前記障害物に関する情報を除去することを特徴とする請求項5記載の情報受信装置。

【請求項7】
前記情報受信装置は、前記可視光信号に含まれる同期信号を用いて、前記動画カメラの動作タイミングを修正することで、前記情報送信装置と前記情報受信装置との間の動作タイミングを調整することを特徴とする請求項5又は6記載の情報受信装置。

【請求項8】
前記情報受信装置は、複数の前記復調手段を備え、前記同期信号を用いて複数の前記復調手段の動作を互いに同期させることを特徴とする請求項7記載の情報受信装置。

【請求項9】
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と、
請求項5~8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10】
前記変調手段は、特定の情報受信装置に向けて、前記特定の情報受信装置に対応する搬送波次数の調波を用いて搬送波を変調し、
前記復調手段は、前記搬送波次数に対応する所定のシャッター開度を前記動画カメラに設定することで、前記特定の情報受信装置でのみ選択的に前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9記載の情報伝送システム。

【請求項11】
前記情報送信装置は、
前記デジタルデータ信号を、送信する画面を複数の分割画面に分割したときの当該複数の分割画面に対応して、複数のデジタルデータ信号に分割するデータ分割手段と、
前記分割された各デジタルデータ信号に従って搬送波を複数の前記変調信号に変調する複数の前記変調手段と、
複数の前記変調信号に従って駆動される複数の前記面光源とを備え、
前記情報受信装置は、
前記複数の分割画面に対応する各デジタルデータ信号を復調する複数の前記復調手段と、
複数の前記復調手段からのデジタルデータ信号を1つのデジタルデータ信号に合成する合成手段とを備えたことを特徴とする請求項9又は10記載の情報伝送システム。

【請求項12】
前記情報送信装置は、
前記デジタルデータ信号を、送信する画面を複数の色情報に分割したときの当該複数の色情報に対応して、複数のデジタルデータ信号に分割するデータ分割手段と、
前記分割された各デジタルデータ信号に従って搬送波を複数の前記変調信号に変調する複数の前記変調手段と、
複数の前記変調信号に従って対応する複数の色情報でそれぞれ駆動される複数の前記面光源とを備え、
前記情報受信装置は、
前記複数の色情報に対応する各デジタルデータ信号を復調する複数の前記復調手段と、
複数の前記復調手段からのデジタルデータ信号を1つのデジタルデータ信号に合成する合成手段とを備えたことを特徴とする請求項9又は10記載の情報伝送システム。

【請求項13】
情報受信装置のローリングシャッター方式の動画カメラのフレーム周波数の波形の基本周波数及びその倍数の周波数を有する、互いに異なる複数の各次搬送波を用いて変調された変調信号に従って変調された面形状の可視光信号を、面光源を用いて送信する情報送信装置と、前記動画カメラを用いて前記可視光信号を受信する前記情報受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、
前記情報受信装置が、前記動画カメラから出力される可視光信号のフレーム出力信号をフーリエ変換した後、直交振幅復調することにより、デジタルデータ信号に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14】
前記情報受信装置は、電子機器であることを特徴とする請求項13記載のプログラム。
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2019529060thum.jpg
出願権利状態 公開
※ 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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