DE112010005415T5

DE112010005415T5 - Sender zur Kommunikation mit sichtbarem Licht und System zur Kommunikation mit sichtbarem Licht

Info

Publication number: DE112010005415T5
Application number: DE112010005415T
Authority: DE
Inventors: Kousuke Nakamura; Masashi Yamada
Original assignee: Taiyo Yuden Co Ltd
Current assignee: Taiyo Yuden Co Ltd
Priority date: 2010-03-24
Filing date: 2010-12-15
Publication date: 2013-02-28
Anticipated expiration: 2030-12-16
Also published as: US8849127B2; DE112010005415B4; KR101408816B1; JP5583999B2; KR20120099074A; JP2011205223A; US20120257901A1; WO2011118097A1

Abstract

Unter Anwendung einer kosteneffizienten weißen Licht emittierenden Diode (LED) des Typs mit Blaulichtanregung für Allgemeinzwecke kann eine Zerstörung von Bauelementen verhindert werden, und es kann eine Datenkommunikation mit sichtbarem Licht mit ausreichender Übertragungsrate ausgeführt werden. Die weiße LED des Typs mit Blaulichtanregung wird auf der Grundlage eines Treiberstromsignals angesteuert, das auf der Grundlage von Übertragungsdaten erzeugt ist. Während ein Signal aus sichtbarem Licht an einen Empfänger ausgegeben wird, wird ein Mehrton-Treiberstromsignal durch einen ansteigenden Puls und einen abfallenden Puls an einer ansteigenden Flanke bzw. einer abfallenden Flanke der Übertragungsdaten erzeugt. Die Pulsbreite jeweils des ansteigenden Pulses und des abfallenden Pulses ist gleich einem Einheitsintervall der Übertragungsdaten.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Sender zur Kommunikation mit sichtbarem Licht und betrifft ein System zur Kommunikation mit sichtbarem Licht, wobei ein Signal unter Verwendung von sichtbarem Licht übertragen wird, und insbesondere betrifft die Erfindung einen Sender zur Kommunikation mit sichtbarem Licht und ein System zur Kommunikation mit sichtbarem Licht, wobei eine weiße Licht emittierende Diode (die im Weiteren als „weiße LED” bezeichnet wird) mit Lumineszenz bzw. Leuchtanregung eines fluoreszenten bzw. fluoreszierenden Materials bei der Kommunikation verwendet wird.
2. Beschreibung des Stands der Technik
In jüngerer Zeit werden weiße LEDs aktiv entwickelt und Anwendungen dafür beinhalten die Beleuchtung, fahrzeugmontierte Leuchten und Hintergrundleuchten für Flüssigkristalle. Die weiße LED besitzt eine Charakteristik mit einer signifikant hohen Ein/Aus-Schaltantwortgeschwindigkeit bzw. Schaltansprechgeschwindigkeit im Vergleich zu anderen weißen Lichtquellen, etwa zu Fluoreszenzleuchten. Aus diesem Grunde wurde ein Kommunikationssystem mit sichtbarem Licht vorgeschlagen, in welchem Beleuchtungslicht der weißen LED eine Datenübertragungsfunktion hat, d. h. das Licht der weißen LED dient als Datenübertragungsmedium (siehe unten stehendes Patentdokument 1). D. h., ein Sender des Kommunikationssystems für sichtbares Licht moduliert eine Leuchtintensität der weißen LED entsprechend zu Übertragungsdaten und der Empfänger wandelt die Intensität des Lichts in ein elektrisches Signal mittels eines fotoelektrischen Wandlers, etwa einer Fotodiode (die im Weiteren al seine ”PD” bezeichnet wird) um, um Daten zu senden.
Wie beispielsweise in dem unten aufgeführten Nicht-Patentdokument 1 beschrieben ist, kann die weiße LED in drei Typen entsprechend ihrem Lumineszenzschema eingeteilt werden.
(1) weiße LED des Typs mit Anregung mit blauem Licht
In dieser LED wird eine blaue LED mit einem fluoreszierenden Material kombiniert, das im Wesentlichen gelbes Licht aussendet. Beispielsweise wird fluoreszierendes Material auf Basis der Gruppe aus Yttrium-Aluminium-Granat (YAG) um die blaue LED herum angeordnet, die in einem einzelnen Gehäuse aufgenommen ist. In dieser Art von LED wird das umgebende fluoreszierende Material durch blaues Licht angeregt, das von der blauen LED, die in der Mitte angeordnet ist, ausgegeben wird, und das Licht (hauptsächlich gelb), das im Wesentlichen komplementär zu blau ist, wird von dem fluoreszierenden Material ausgegeben. Durch Mischen der gelben Fluoreszenzstrahlung aus dem Fluoreszenzmaterial und des blauen Lichts aus der blauen LED wird ein pseudo-weißes Licht gewonnen.
Die weißen LED mit Blaulichtanregung bzw. die Blaulicht angeregte weiße LED besitzt die folgenden Vorteile: a) sie hat eine hohe Energieeffizienz und einen hohe Strahlintensität im Vergleich zu anderen Arten und b) aufgrund ihres einfachen Aufbaus kann sie unter geringen Kosten hergestellt werden. Andererseits ist es nachteilig, dass sie eine schlechte Farbwiedergabe besitzt. Farbwiedergabe bzw. Farb-Rendering bezeichnet Eigenschaften der Farberscheinung eines Objekts unter Beleuchtung, und je näher die Farbe an jener Farbe angesiedelt ist, die unter natürlichem Licht wahrgenommen wird, desto besser ist die Farbwiedergabe.
(2) weiße LED des Typs, der mit Ultraviolett-Licht angeregt ist
In dieser LED wird ultraviolettes Licht mit fluoreszierenden. Materialien kombiniert, die Licht dreier Primärfarben rot (R), grün (G) und blau (B) aussenden. Die fluoreszierenden Materialien, die die drei Primärfarben R, G und B aussenden sind um eine ultraviolette LED herum angeordnet, die in einem einzelnen Gehäuse untergebracht ist. In dieser Art von LED werden die umgebenden fluoreszierenden Materialien durch das Ultraviolett-Licht, das von der in der Mitte angeordneten Ultraviolett-LED ausgegeben wird, angeregt, und das Licht mit den drei Primärfarben R, G und B wird von den fluoreszierenden Materialien ausgegeben. Durch Mischung des Lichtes mit R, G und B kann weißes Licht gewonnen werden.
Diese Art der weißen LED mit Ultraviolett-Lichtanregung ist vorteilhaft dahingehend, dass die LED die gute Farbwiedergabe besitzt. Andererseits ist die LED nachteilig dahingehend, dass a) sie eine geringe Energieeffizienz und eine geringe Leuchtstärke besitzt im Vergleich zu der weißen LED des Typs mit Blaulichtanregung, und b) eine Ansteuerspannung der LED aufgrund der ultravioletten Lumineszenz hoch ist.
(3) weiße LEDs des Typs mit drei Farbenemission
In dieser LED werden drei Arten von LEDs, d. h. LEDs mit R, G und B, kombiniert. Die drei Arten von LEDs, d. h. die rote LED, die grüne LED und die blaue LED, werden in einem einzelnen Gehäuse untergebracht. In dieser Art von LED wird weißes Licht dadurch gewonnen, dass gleichzeitig die LEDs angesteuert werden, um jeweils die drei Primärfarben auszusenden.
Die weiße LED des Typs mit drei Farbenemission ist vorteilhaft dahingehend, dass die LED eine bessere Farbwiedergabe ähnlich zu der Art der weißen LED mit Ultraviolett-Anregung besitzt. Andererseits ist sie nachteilig dahingehend, dass die weiße LED hohe Fertigungskosten aufgrund der drei Arten von LEDs mit sich bringt, die in einem einzelnen Gehäuse angeordnet sind, wenn diese Art der LED mit anderen Arten von LEDs verglichen wird.
Eine konventionelle Vorrichtung für die optische Kommunikation unter Verwendung einer weißen LED ist in 13A gezeigt. Wenn in der in 13A gezeigten optischen Kommunikationsvorrichtung Übertragungsdaten einem Treiber 902 eines Senders 900 zugeleitet werden, wird der entsprechende Treiberstrom einer weißen LED 904 zugeführt und die weiße LED 904 sendet Licht aus. Beispielsweise blinkt die weiße LED 904, wenn diese beispielsweise durch OOK (ein-aus-Tastung) moduliert wird. Ein von der weißen LED 904 ausgegebenes Lichtsignal fällt auf eine PD 912 eines Empfängers 910. Das Lichtsignal wird mittels der PD 912 in ein Stromsignal umgewandelt und das Stromsignal wird in ein Spannungssignal mittels eines Transimpedanz-Verstärkers (Strom-Spannungs-Umwandlungsverstärker) 914 umgewandelt. Das Spannungssignal wird einem gewünschten Entzerrungsprozess mittels eines Entzerrers bzw. Equalizer 916 unterzogen und wird dann einem begrenzenden Verstärker 918 zur Erzeugung eines Binärsignals zugeführt, das als empfangene Daten ausgegeben wird.
Wenn der Typ weißer LED mit Blaulichtanregung als die weiße LED 904 verwendet wird, ist die Antwortgeschwindigkeit bzw. Ansprechgeschwindigkeit des von dem fluoreszierenden Material ausgesandten Lichts gering und somit kann lediglich eine Übertragungsgeschwindigkeit von höchstens mehreren Mbps erreicht werden (siehe das Nicht-Patentdokument 2 unten). Zur Überwindung dieses Nachteils ist ein Verfahren vorgeschlagen worden, in welchem ein LED-Lichtübertragungsfarbfilter, durch den lediglich das blaue Licht durchgelassen wird, vor einem photoelektrischen Wandler zur Entfernung einer optischen Komponente mit einer geringen Antwortgeschwindigkeit, die von dem fluoreszierenden Material ausgegeben wird, montiert ist, um damit eine höhere Geschwindigkeit zu erreichen (siehe Patentdokument 1 unten). 13B zeigt eine Konfiguration einer derartigen Einrichtung, wobei ein blauer Farbfilter 922 auf einer Lichteinfallsseite der PD 912 des Empfängers 920 angeordnet ist. Mit dem blauen Farbfilter 922 wird das Licht in dem optischen Signal, das von dem fluoreszierenden Material mit der geringen Antwortgeschwindigkeit ausgesandt wird, entfernt. Folglich fällt nur das Licht der blauen LED auf die PD 912, wodurch eine schnellere Datenübertragung als in der zuvor beschriebenen Konfiguration erreicht wird. Aber selbst unter Verwendung dieses Verfahrens kann lediglich eine Übertragungsgeschwindigkeit von höchstens einigen 10 Mbps erreicht werden.
Ähnlich zu der weißen LED des Typs mit Blaulichtanregung beträgt ferner eine Übertragungsgeschwindigkeit lediglich einige Mbps, wenn die weiße LED des Typs mit Ultraviolett-Lichtanregung als die weiße LED 904 verwendet wird. Ferner ist die Ansteuerspannung der LED höher, woraus sich Schwierigkeiten bei der Gestaltung einer Ansteuerschaltung bzw. Treiberschaltung ergeben. Ein Verfahren zum Erreichen einer Zunahme der Antwortgeschwindigkeit des von dem fluoreszierenden Material ausgesandten Lichts durch Verbesserung des fluoreszierenden Materials ist aktuell Gegenstand der Forschung. Jedoch sind Probleme, dass eine gewünschte Leuchtstärke nicht erreicht wird und hohe Kosten des fluoreszierenden Materials selbst vorliegen, bislang nicht gelöst.
Wenn ferner die zuvor beschriebene weiße LED des Typs mit drei Farbenemission als die weiße LED 904 verwendet wird, gibt es keine fluoreszierende Komponente im Vergleich zu anderen LEDs und es ist möglich, Daten durch Ausführen einer Wellenlängenbündelung bzw. Multiplex-Verarbeitung zu übertragen, wodurch die jeweiligen LEDs unterschiedliche Signale übertragen, um eine hohe Übertragungsgeschwindigkeit zu erreichen (siehe Patendokument 2 unten). Da jedoch mehrere LEDs verwendet werden, steigen die Kosten.
Wie beschrieben, kann eine Hochgeschwindigkeitsübertragung von einer preisgünstigen weißen LED des Typs mit Blaulichtanregung für allgemeine Zwecke erwartet werden. Als Verbesserung in dieser Hinsicht gibt es einen „Sender für optische Kommunikation, einen Empfänger, ein System und ein Kommunikationsgerät”, die in dem unten stehenden Patentdokument 3 offenbart sind. Wie schematisch in 13C gezeigt ist, besitzt ein Sender 930 eine Spitzenwertschaltung 932. Der Sender 930 erzeugt Treiberstromsignalformen und stellt diese so ein, dass eine optimale Ansteuerstromsignalform erreicht wird, die für eine Hochgeschwindigkeitsmodulation geeignet ist. Daher kann der Sender 930 ein optisches Signal ausgeben, das für eine hohe Übertragungsgeschwindigkeit selbst bei Sonnenlicht und bei Anwesenheit einer Fluoreszenzleuchte geeignet ist. Nachfolgend ist eine Liste von Dokumenten des Stands der Technik angegeben. Aus diesen Dokumenten des Stands der Technik wird nachfolgend auf die Patendokumente 4 bis 6 Bezug genommen.
[Dokumente des Stands der Technik]
[Patentdokumente]

1. Japanisches Patent Nr. 3465017
2. Japanische Patent-Offenlegungsschrift Nr. 2002-290335
3. Japanische Patent-Offenlegungsschrift Nr. 2007-43592
4. US Patent mit der Nr. 4,486,739
5. Japanisches Patent mit der Nr. 3985173
6. Japanische Patent-Offenlegungsschrift Heisei 7-183849

[Nicht-Patentdokumente]

1. Japanese CMC Publishing Co., "Anwendungen und Zukunftsaussichten für Technologien mit weißen LED-Beleuchtungssystemen"
2. Japanischer IEICE Technikbericht ICD 2005-44, Band 105, Nr. 184, Seiten 25 bis 30, "Prototypen LED-Treiber zur Kommunkation mit sichtbarem Licht und Bewertung des Antwortverhaltens von LEDs des sichtbaren Lichts".

ÜBERBLICK ÜBER DIE ERFINDUNG
In dem Stand der Technik, wie er im Patentdokument 3 beschrieben ist, wird, da jedoch eine analoge Spitzenwertschaltung verwendet ist, ein Überstrom erzeugt, der einen Nennstrom der LED übersteigt, wodurch die LED geschädigt wird. Da ferner passive Komponenten, etwa Widerstände und Kondensatoren verwendet sind, ist es schwierig, Einstellungen zum Erhalten optimaler Ansteuerbedingungen auszuführen.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Datenkommunikation mit sichtbarem Licht mit ausreichender Übertragungsgeschwindigkeit auszuführen, während eine Schädigung von Bauelementen verhindert wird und wobei eine weiße LED des Typs mit Blaulichtanregung verwendet wird. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Datenkommunikation mit sichtbarem Licht mit ausreichender Übertragungsgeschwindigkeit auszuführen, ohne dass ein blauer Farbfilter auf der Empfängerseite verwendet wird.
Um die zuvor genannten Aufgaben zu erfüllen, wird ein Sender zur Kommunikation mit sichtbarem Licht bereitgestellt, der ein Signal aus sichtbarem Licht aus einer weißen LED des Typs mit Blaulichtanregung ausgibt, die von einem Treiberstromsignal angesteuert ist, das auf der Grundlage von Übertragungsdaten für einen Empfänger erzeugt ist, wobei der Sender umfasst: eine Mehrton-Treibereinrichtung, die ausgebildet ist, das Treiberstromsignal mit mehreren Tönen bzw. Frequenzen zu erzeugen, indem ein ansteigender Puls und ein abfallender Puls einer ansteigenden Flanke und einer abfallenden Flanke der Übertragungsdaten entsprechend hinzugefügt werden, wobei jeweils die Pulsbreite des ansteigenden Pulses und des abfallenden Pulses gleich ist zu einem Einheitsintervall der Übertragungsdaten.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung betragen ein Verhältnis eines Stroms eines Datenpulses, der den Übertragungsdaten entspricht, zu einem Strom des ansteigenden Pulses und ein Verhältnis des Stroms des Datenpulses zu einem Strom des abfallenden Pulses 4/5 oder weniger, wenn kein Farbfilter auf einer Empfängerseite vorgesehen ist. Ferner beträgt gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ein Verhältnis des Stroms des abfallenden Pulses zu dem Strom des ansteigenden Pulses 1,9 ± 0,2. Ferner sind gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung, wenn ein Farbfilter im Empfänger installiert ist, das Verhältnis des Stroms des Datenpulses, der den Übertragungsdaten entspricht, zu dem Strom des ansteigenden Pulses und das Verhältnis des Stroms des Datenpulses zu dem Strom des abfallenden Pulses 5 oder kleiner.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein System zur Kommunikation mit sichtbarem Licht bereitgestellt, das einen Sender zur Kommunikation mit sichtbarem Licht gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und einen Empfänger zur Kommunikation mit sichtbarem Licht umfasst, der ausgebildet ist, ein sichtbares Lichtsignal mehrerer Töne bzw. Frequenzen zu empfangen, das von dem Sender zur Kommunikation mit sichtbarem Licht ausgegeben wird. Der Empfänger zur Kommunikation mit sichtbarem Licht ist ausgebildet, das Signal aus sichtbarem Licht mehrerer Frequenzen, das von dem Sender zur Kommunikation mit sichtbarem Licht empfangen wird, in ein elektrisches Signal umzuwandeln, um empfangene Daten auszugeben. In einem System zur Kommunikation mit sichtbarem Licht gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Modulationskodierer in einem Sender installiert, ein Modulationsdekodierer ist in einem Empfänger montiert und 8B10B wird als Modulationscode verwendet. In einem System zur Kommunikation mit sichtbarem Licht gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Modulationskodierer in einem Sender angeordnet, ein Modulationsdekodierer ist in einem Empfänger angeordnet und es werden Daten, die gemäß einem inversen „keine Rückkehr zu Null”-Schema (NRZI)-moduliert sind, übertragen und empfangen unter Anwendung eines gleichstromfreien lauflängenbegrenzten (RLL)-Codes mit eine Code-Rate von 2/3 und einem minimalen Lauf bzw. Durchlauf von 1 als ein Modulationscode. Die vorgehenden und andere Zwecke, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung gehen aus der folgenden detaillierten Beschreibung und den begleitenden Zeichnungen hervor.
Gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist es möglich, da eine weiße LED von einem Mehrton-Treiberstromsignal angesteuert ist, dem entsprechende Pulse hinzugefügt sind, wenn die Übertragungsdaten ansteigen und abfallen, eine Datenkommunikation mit sichtbarem Licht mit einer einfach steuerbaren Systemkonfiguration mit ausreichender Übertragungsgeschwindigkeit auszuführen, während eine Zerstörung von Bauelementen ohne Verwendung eines blauen Farbenfilters verhindert wird. Da ferner die Pulsbreite des ansteigenden Pulses und das abfallenden Pulses gleich dem Einheitsintervall der Übertragungsdaten ist, kann ein Datentakt als ein Taktsignal verwendet werden, das erforderlich ist, um ein Mehrton-Ansteuersignal zu erzeugen, und es kann eine hohe Übertragungsgeschwindigkeit erreicht werden, ohne dass eine Schaltung hinzugefügt wird, die zum Erzeugen eines Umschaltsignals und dergleichen erforderlich ist.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1A und 1B sind Schaltungsblockansichten, in denen eine Konfiguration einer Vorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt ist.
2 ist ein Graph, der beispielhaft ein Emissionsspektrum einer weißen LED des Typs mit Blaulichtanregung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
3 ist ein Zeitablaufdiagramm, das Signalformen von Hauptbereichen gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
4 ist ein Schaltbild, das eine Schaltungskonfiguration der wesentlichen Bereiche in der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beispielhaft zeigt.
5A und 5B sind Graphen, die beispielhaft ein Augendiagramm gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen, wobei 5A beispielhaft ein fehlerfreies Augendiagramm und 5B beispielhaft ein Augendiagramm während des Auftretens eines Fehlers zeigt.
6 ist ein Blockschaltbild, in welchem eine Konfiguration einer Vorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt ist.
7 ist ein Graph, der beispielhaft Durchlasseigenschaften eines Farbfilters gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
8A und 8B sind Graphen, die beispielhaft ein Augendiagramm gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen, wobei 8A beispielhaft ein fehlerfreies Augendiagramm und 8B beispielhaft ein Augendiagramm beim Auftreten eines Fehlers zeigt.
9 ist ein Blockschaltbild, in welchem eine Konfiguration einer Vorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt ist.
10A und 10B sind Graphen, die beispielhaft ein Augendiagramm gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen, wobei 10A beispielhaft ein Augendiagramm im Falle eines Modulationscodes aus 8B10B und 10B beispielhaft ein Augendiagramm im Falle eines Modulationscodes aus 17PP zeigt.
11 ist ein Blockschaltbild, in welchem eine Konfiguration einer Vorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt ist.
12A und 12B sind Graphen, die anschaulich ein Augendiagramm der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen, wobei 12A beispielhaft ein Augendiagramm im Falle eines Modulationscodes aus 8B10B und 12B beispielhaft ein Augendiagramm im Falle eines Modulationscodes aus 17PP zeigen.
13A bis 13C sind Blockschaltungsbilder konventioneller Systeme zur Kommunikation mit sichtbarem Licht.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Im Weiteren werden die besten Arten zum Implementieren der vorliegenden Erfindung detailliert auf der Grundlage von Ausführungsformen beschrieben.
(Erste Ausführungsform)
Zunächst wird eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit Bezug zu den 1A und 1B beschrieben. 1A zeigt eine Schaltungskonfiguration der ersten Ausführungsform. In 1A werden die zu übertragenden Übertragungsdaten einem Treibersignalgenerator 110 eines Senders 100 eingespeist. Eine Ausgangsseite des Treibersignalgenerators 110 ist mit einer weißen LED des Typs mit Blaulichtanregung 140 über einen Mehrton-Treiber bzw. Mehr-Frequenztreiber 120 verbunden. Eine weiße LED, beispielsweise mit einer Wellenlänge bei einem Intensitätsmaximum im Bereich von 440 bis 470 nm, wie dies in 2 gezeigt ist, kann als weiße LED des Typs mit Blaulichtanregung 140 verwendet werden.
Eine Empfangsseite ist in ähnlicher Weise aufgebaut wie im Stand der Technik, der zuvor beschrieben ist. Beispielsweise wird ein optisches Signal, das von dem Sender 100 ausgegeben wird, auf eine PD 210 eines Empfängers 200 gerichtet, wobei eine Si-PIN-Fotodiode für Allgemeinzwecke und dergleichen mit eingeschlossen ist. Eine Ausgangsseite für elektrische Signale der PD 210 ist mit einer Eingangsseite eines begrenzenden Verstärkers 216 verbunden, der eine Umwandlung in Binärsignale über einen Transimpedanzverstärker 212, der ein Stromsignal in ein Spannungssignal umwandelt, und über einen Entzerrer bzw. Equalizer 214 durchführt, der eine Entzerrung des Spannungssignals ausführt. Der begrenzende Verstärker 216 gibt empfangene Daten aus. Gemäß der Ausführungsform wird eine OOK (ein-aus-Tastung) eines Basisbandverfahrens als ein Übertragungsschema (Modulationsschema) angewendet und eine Übertragungsgeschwindigkeit liegt im Bereich von 50 bis 125 Mbps.
Die Schaltung, die den Treibersignalgenerator 110 und den Mehrton-Treiber 120 des Senders 100 aus den zuvor beschriebenen Komponenten beinhaltet, erzeugt die in 3 in (B) gezeigte Ansteuerstromform aus einem Übertragungsdatensignal, das beispielhaft in (A) aus 3 gezeigt ist. D. h., es wird ein Treiberstrom bzw. Ansteuerstrom mit der in (B) aus 3 gezeigten Signalform durch Synthese von Signalen erhalten, die in 3(C) bis (F) gezeigt sind. (G) aus 3 zeigt einen Taktpuls.
Insbesondere umfasst der Treibersignalgenerator 110 beispielsweise digitale Schaltungen, etwa eine PLL (nicht gezeigt), die ein mit einem Übertragungsdatenpuls synchronisiertes Taktsignal erzeugt, einen Flankendetektor (nicht gezeigt) für einen ansteigenden und abfallenden Puls und ein D-Flip-Flop (nicht gezeigt), und der Generator erzeugt Mehrton-Signale bzw. Mehrfach-Frequenzsignale mit mehreren Werten (hier vier Werte), die in (C) bis (F) aus 3 gezeigt sind, auf der Grundlage der Übertragungsdaten aus (A) aus 3.
Anstelle der PLL, die das Taktsignal in dem Treibersignalgenerator 110 erzeugt, kann ein Datentaktsignal extern in ähnlicher Weise wie bei dem Treibersignalgenerator 130, der in 1B gezeigt ist, bereitgestellt werden. Der Mehrton-Treiber 120 umfasst eine Oder-Schaltung und synthetisiert Signale aus (C) bis (F) aus 3, die von dem Treibersignalgenerator 110 (oder dem Treibersignalgenerator 130) ausgegeben werden, um damit den Treiberstrom bzw. Ansteuerstrom mit der Signalform auszugeben, die in (B) aus 3 gezeigt ist.
4 zeigt anschaulich Hauptbereiche des Treibersignalgenerators 110 und des Mehrton-Treibers 120. Wie in 4 gezeigt ist, gehören zu den Hauptbereichen Mehrton-Signalerzeugungsschaltungen 112A bis 112D, wozu Operationsverstärker, Transistoren, Schalter und Widerstände gehören, und Ausgangs-Mehrton-Signale SA bis SD, die in (C) bis (F) aus 3 gezeigt sind. Pulshöhen HA bis HD der Mehrton-Signale sind durch Spannungen VHA bis VHD der nicht-invertierenden Eingänge Vin1 bis Vin4 der jeweiligen Operationsverstärker festgelegt. Das zeitliche Anstiegsverhalten und Abfallverhalten ist durch Steuersignale KWA bis KWD festgelegt, die den Steuereingängen EN1 bis EN4 der jeweiligen Schalter zugeleitet sind. Beispielsweise steigt in der Mehrton-Signalerzeugungsschaltung 112A das Steuersignal KWA an einer ansteigenden Flanke der Übertragungsdaten, die in (A) aus 3 gezeigt sind, an und fällt nach einer vorbestimmten Zeitdauer, die einer Pulsbreite WA entspricht, ab. Während der Zeitdauer wird daher der Schalter eingeschaltet und die Spannung VHA wird als das Mehrton-Signal SA ausgegeben. In ähnlicher Weise werden die Mehrton-Signale SB bis SD aus den Mehrton-Signalerzeugungsschaltungen 112B bis 112D entsprechend ausgegeben.
Die Steuersignale KWA bis KWD können als ein 4-Bit-Digitalsignal betrachtet werden, das auf der Grundlage von Logikwerten der Übertragungsdaten festgelegt ist. Beispielsweise wird das 4-Bit-Digitalsignal (KWA, KWB, KWC und KWD) zu (1, 1, 1, 1) zu einem Zeitpunkt (die ansteigende Flanke), wenn ein Logikwert der Übertragungsdaten aus 4A sich von L auf H ändert, das Signal wird zu (0, 1, 1, 1) nach Ablauf der Zeitperiode, die der Pulsbreite WA des Tonsignals SA von der ansteigenden Flanke entspricht, das Signal wird zu (0, 0, 0, 1) zu dem Zeitpunkt (die abfallende Flanke), wenn der Logikwert der Übertragungsdaten sich von H auf L ändert, und wird zu (0, 0, 1, 1) nach Ablauf der Zeitdauer, die der Pulsbreite WC des Tonsignals SC nach der abfallenden Flanke entspricht.
Die Mehrton-Signale SA bis SD, die von den Mehrton-Signalerzeugungsschaltungen 112A bis 112D ausgegeben werden, werden mittels einer verdrahteten Oder-Schaltung addiert und das addierte Signal wird der weißen LED des Typs mit Blaulichtanregung 140 über eine Stromspiegelschaltung 114 zugeleitet.
Als nächstes werden die Mehrton-Signalpulse SA bis SD, die in (C) bis (F) aus 3 gezeigt sind, beschrieben. Zunächst ist die Pulsbreite WA des ansteigenden Pulses SA, der zur selben Zeit wie die ansteigende Flanke der Übertragungsdaten erzeugt wird, die gleiche wie bei einem Einheitszeitintervall der Übertragungsdaten. In ähnlicher Weise ist die Pulsbreite WC des Mehrton-Signals SC, das mit dem gleichen Zeitablauf wie der Abfall der ansteigenden Flanke der Übertragungsdaten erzeugt wird, die gleiche wie das Einheitsintervall der Übertragungsdaten.
Die Pulsbreite WB des Datenpulses SB ist die gleiche wie jene der Übertragungsdaten. Die Pulshöhe HD des Vorspannungstroms SD ist unabhängig von den Übertragungsdaten konstant. Im Hinblick auf eine Impulshöhe (Größe des Stroms) gilt, dass die Summe der Höhen der Pulse (HA + HB + HC + HD) auf den Nennstrom einer anzusteuernden LED oder auf eine obere Grenze des Treiberstroms der Treiberschaltung begrenzt ist. Gemäß der ersten Ausführungsform wird, wenn eine Übertragungsrate von 50 Mbps oder höher eingerichtet wird, die Höhe HB des Datenpulses SB auf HB/HA ≤ 4/5 und HB/HC ≤ 4/5 in Bezug auf die Höhe HA des ansteigenden Pulses SA und die Höhe HC des abfallenden Pulses SC festgelegt. Eine derartige Einstellung kann eine Interferenz bzw. Störung zwischen Codes unterdrücken und die Bitfehlerrate verringern.
Ferner ist der Mehrton-Treiber 120 in der Lage, die LED in der Größenordnung von Nanosekunden strommäßig anzusteuern und ist auch in der Lage, eine Vorspannung auszugeben, die höher ist als eine Durchlassvorspannung (ungefähr 3,6 V), die zum Ansteuern der weißen LED mit Blaulichtanregung 140 erforderlich ist.
Es wird eine gattungsgemäße weiße LED mit einem Nennstrom von ungefähr 500 mA (bei Pulsansteuerung) als die weiße LED mit Blaulichtanregung 140 verwendet. Die weiße LED wird unter Ansteuerbedingungen für den Treiberstrom angesteuert, wie sie nachfolgend in Tabelle 1 gezeigt sind.
Beispielsweise wird unter den Bedingungen gemäß der Einstellung Nr. 4 die weiße LED unter den folgenden Bedingungen angesteuert.

(1) Strom des ansteigenden Pulses SA: 82,2 mA
(2) Strom des Datenpulses SB: 13,9 mA
(3) Strom des abfallenden Pulses SC: 88,3 mA
(4) Vorspannungsstrom: 5,2 mA

Als nächstes wird die Funktionsweise der ersten Ausführungsform nachfolgend beschrieben. Beispielsweise werden die in (A) aus 3 gezeigten Übertragungsdaten dem Treibersignalgenerator 110 des Senders 100 eingespeist. Auf der Grundlage der eingespeisten Übertragungsdaten erzeugen der Treibersignalgenerator 110 und der Mehrton-Treiber 120 das in (B) aus 3 gezeigte Mehrton-Ansteuersignal bzw. Mehrton-Treibersignal. Das erzeugte Mehrton-Treibersignal wird der weißen LED des Typs mit Blaulichtanregung 140 zugeleitet, so dass die weiße LED des Typs mit Blaulichtanregung 140 angesteuert ist, so dass sie Licht aussendet. Das von der weißen LED des Typs mit Blaulichtanregung 140 ausgesendete optische Signal wird von Linsen (nicht gezeigt) oder dergleichen so gesammelt, dass das Licht auf den PD 210 des Empfängers 200 fällt. Das empfangene optische Signal wird in ein Stromsignal mittels der PD 210 umgewandelt. Das Stromsignal wird mittels des Transimpedanzverstarkers 212 in ein Spannungssignal umgewandelt. Der Entzerrer 214 entzerrt das Spannungssignal. Der bregrenzende Verstärker 216 erzeugt aus dem entzerrten Spannungssignal ein binäres Signal, um damit Ausgangsdaten zu gewinnen. Gemäß der zweiten Ausführungsform wird ein Empfänger mit einem Empfangsband für moduliertes Licht, das für das Übertragungssignal ausreichend ist, und mit einer flachen Frequenzcharakteristik in einem Band, das für den Empfang erforderlich ist, verwendet.
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung führten Sende- und Empfangsexperimente unter Anwendung eines Prototypensystems zur Kommunikation mit sichtbarem Licht gemäß der Ausführungsform aus. Bei Übertragungsraten, die auf 50 Mbps, 75 Mbps, 100 Mbps und 125 Mbps festgelegt waren, wurden Bitfehlerraten unter den in Tabelle 1 vorgezeigten Einstellungen gemessen. Es wurde die Pseudo-Zufalls-Bit-Sequenz (PRBS) 2⁷ – 1 als Übertragungsdaten verwendet, und die Menge an Übertragungsdaten betrug 10¹⁰ Bits. Die Messergebnisse sind unten in Tabelle 2 gezeigt.
Wenn die Übertragungsrate auf 50 Mbps festgelegt wurde, wurde ein fehlerfreier Zustand unter den Bedingungen der Einstellung Nr. 1 bis Einstellung Nr. 10 erreicht und somit konnten Daten problemlos übertragen werden. Unter der Bedingung der Einstellung Nr. 10 ist ein Verhältnis des Datenpulsstroms HB zu dem Stromwert des ansteigenden Pulses HA (HB/HA) gleich 0,99 und ein Verhältnis HB/HC (HB/HC) beträgt 0,88. Ferner ist unter den Bedingungen der Einstellung Nr. 1 bis Einstellung Nr. 9 jedes Verhältnis 4/5 oder kleiner. Aus diesem Grunde ist eine Übertragung bei 50 Mbps möglich, wenn das Verhältnis HB/HA und das Verhältnis des Stromwerts des Datenpulses HB zu dem Stromwert des abfallenden Pulses HC 4/5 oder kleiner ist.
Gemäß den Ergebnissen aus Tabelle 2 gibt es, selbst wenn die Übertragungsrate gleich oder höher als 75 Mbps ist, keine Zweifel im Hinblick auf die Notwendigkeit dafür, dass das Verhältnis des Stromwertes des Datenpulses HB zu dem Stromwert des ansteigenden Pulses HA und das Verhältnis des Stromwertes des Datenpulses HB zu dem Stromwert des abfallenden Pulses HC 4/5 oder kleiner sein sollte, bis auf Unterschiede im Hinblick auf optimale Werte der Ansteuerbedingungen.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verhältnis des Stromwertes des abfallenden Pulses HC zu dem Stromwert des ansteigenden Pulses HA (HC/HA) vorzugsweise auf 1,0 ± 0,2 festgelegt.
Als nächstes sind unter den Ansteuerbedingungen der Einstellung Nr. 7 bis Einstellung Nr. 11 Ergebnisse einer Messung eines Augendiagramms während einer 50 Mbps-Übertragung in 5A und 5B gezeigt. Unter der Bedingung der Einstellung Nr. 7, die einem fehlerfreien Zustand entspricht, wurde ein bevorzugtes Augendiagramm erhalten (siehe 5A). Jedoch wurde unter den Ansteuerbedingungen der Einstellung Nr. 11, bei welcher die Bitfehlerrate schlechter wurde bis zum Wert 8,0 × 10^–3, eine Störung zwischen Codes beobachtet (siehe 5B). Somit sollte beachtet werden, dass die Interferenz bzw. Störung zwischen Codes ein negativer Faktor für Bitfehlerraten ist.
(zweite Ausführungsform)
Als nächstes wird mit Bezug zu 6 bis 8B eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Im Vergleich zu der oben beschriebenen ersten Ausführungsform wird ein Farbfilter hinzugefügt, und die LED wird gemäß der zweiten Ausführungsform unter einer anderen Ansteuerstrombedingung betrieben.
6 zeigt eine Schaltungskonfiguration der zweiten Ausführungsform. Ein Aufbau einer Senderseite mit einer weißen LED ist der gleiche wie in der ersten Ausführungsform mit Ausnahme der Ansteuerbedingung der LED. Auf einer Empfängerseite ist ein Farbfilter 208 mit einer Durchlasseigenschaft, die in 7 gezeigt ist, vor der PD 210 der ersten Ausführungsform angeordnet. Ein von dem Sender 100 ausgegebenes optisches Signal fällt auf die PD 210, nachdem der größte Anteil des von dem fluoreszierenden Material ausgesendeten Lichts von dem Farbfilter 208 ausgefiltert ist. Die Verarbeitung nach dem Transimpedanzverstärker 212 ist die gleiche wie in der ersten Ausführungsform.
Entsprechend der Ausführungsform ist ein Übertragungsschema (Modulationsschema) das OOK-Schema, das gleich ist wie in der ersten Ausführungsform, und die Übertragungsrate beträgt 50 bis 125 Mbps. Des weiteren ist die Anzahl von Tönen bzw. Frequenzen und eine Pulsbreite von Pegelsignalen, die von dem Treibersignalgenerator 110 und dem Mehrton-Treiber 120 erzeugt warden, gleich wie in der ersten Ausführungsform. Wenn jedoch gemäß der zweiten Ausführungsform die Übertragungsrate von 50 Mbps oder höher verwirklicht wird, wird ein Verhältnis der Höhe HB des Datenpulses SB zu der Höhe HA des ansteigenden Pulses SA (HB/HA) so festgelegt, dass gilt: HB/HA ≤ 5, und ein Verhältnis der Höhe HB des Datenpulses SB zu der Höhe HC des abfallenden Pulses SC (HB/HC) wird so festgelegt, dass gilt: HB/HC ≤ 5. Derartige Einstellungen können die Störung zwischen Codes unterdrücken und eine Bitfehlerrate verringern.
Eine allgemeine weiße LED mit einem Nennstrom von ungefähr 500 mA (bei Pulsbetrieb) wird als die weiße LED mit Blaulichtanregung 140 verwendet. Die weiße LED wird unter Ansteuerstromeinstellungsbedingungen betrieben, wie sie nachfolgend in Tabelle 3 gezeigt sind.
Beispielsweise wird unter den Bedingungen der Einstellung Nr. 6 in Tabelle 3 die weiße LED unter den folgenden Bedingungen angesteuert.

(1) Strom des ansteigenden Pulses SA: 45,6 mA
(2) Strom des Datenpulses SB: 42,7 mA
(3) Strom des abfallenden Pulses SC: 67,0 mA
(4) Vorspannungsstromwert: 5,2 mA

Als nächstes wird eine Funktionsweise der Ausführungsform beschrieben. Beispielsweise werden die in (A) aus 3 gezeigten Übertragungsdaten dem Treibersignalgenerator 110 des Senders 100 eingespeist. Auf der Grundlage der eingespeisten Übertragungsdaten erzeugen der Treibersignalgenerator 110 und der Mehrton-Treiber 120 das Mehrton-Treibersignal, das in (B) aus 3 gezeigt ist. Das erzeugte Mehrton-Treibersignal wird der weißen LED des Typs mit Blaulichtanregung 140 zugeleitet, so dass die weiße LED des Typs mit Blaulichtanregung 140 dadurch angesteuert wird, Licht auszusenden. Das von der weißen LED des Typs mit Blaulichtanregung 140 ausgegebene optische Signal fällt auf den Farbfilter 208 des Empfängers 200. Somit wird der Hauptanteil des von einem fluoreszierenden Material ausgegebenen Lichts aus dem Anteil an Licht, das von der weißen LED des Typs mit Blaulichtanregung 140 ausgegeben wird, herausgefiltert. Das durch den Farbfilter 208 durchlaufende Licht wird mittels einer Linse (nicht gezeigt) oder dergleichen so gebündelt, dass es auf die PD 210 fällt. Das einfallende optische Signal wird dann in ein Stromsignal mittels der PD 210 umgewandelt. Das Stromsignal wird in ein Spannungssignal mittels des Transimpedanzverstärkers 212 umgewandelt. Der. Entzerrer 214 entzerrt das Spannungssignal. Der begrenzende Verstärker 216 wandelt das entzerrte Spannungssignal in ein binäres Signal um, um Ausgangsdaten zu erhalten. Gemäß der zweiten Ausführungsform wird ein Empfänger mit einem Empfangsband für moduliertes Licht, das für das Übertragungssignal ausreichend ist, und mit einer flachen Frequenzcharakteristik in einem Band, das für den Empfang erforderlich ist, verwendet.
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung führten Experimente zum Senden und Empfangen unter Anwendung eines Prototyps eines Systems für die Kommunikation mit sichtbarem Licht gemäß der Ausführungsform aus. Mit Übertragungsraten, die auf 50 Mbps, 75 Mbps, 100 Mbps und 125 Mbps festgelegt waren, wurden Bitfehlerraten unter den in Tabelle 3 oben gezeigten Einstellungen gemessen. Die PRBS 2⁷ – 1 wurde als Übertragungsdaten verwendet und die Menge an Übertragungsdaten betrug 10¹⁰ Bits. Die Messergebnisse sind nachfolgend in Tabelle 4 gezeigt.
Wenn die Übertragungsrate auf 50 Mbps festgelegt war, wurde ein fehlerfreier Zustand unter den Bedingungen der Einstellung Nr. 2 bis Einstellung Nr. 11 erreicht, und somit können Daten ohne Probleme übertragen werden. Unter der Bedingung der Einstellung Nr. 11 beträgt ein Verhältnis des Datenpulsstroms HB zu dem Strom des ansteigenden Pulses HA (HB/HA) 5,27 und ein Verhältnis des Datenpulsstroms HB zu dem Strom des abfallenden Pulses HC (HB/HC) beträgt 4,21. Unter den Bedingungen der Einstellung Nr. 2 bis Einstellung Nr. 10 war ferner jedes der Verhältnisse gleich 5 oder kleiner. Aus diesem Grunde ist, wenn das Verhältnis HB/HA des Datenpulsstromwertes HB zu dem Stromwert des ansteigenden Pulses HA und das Verhältnis HB/HC des Datenpulsstromwertes HB zu dem Stromwert des abfallenden Pulses HC 5 oder weniger betragen, Übertragungen mit 50 Mbps möglich.
Gemäß den Ergebnissen aus Tabelle 4 gibt es ferner keinen Zweifel an der Notwendigkeit, dass das Verhältnis des Datenpulsstromwertes HB zu dem Stromwert des ansteigenden Pulses HA und das Verhältnis des Datenpulsstromwertes HB zu dem Stromwert des abfallenden Pulses HC 5 oder weniger betragen sollte, mit Ausnahme unterschiedlicher optimaler Werte für die Ansteuerbedingungen, selbst wenn die Übertragung bei einer Rate von 75 Mbps oder höher erfolgt.
Schließlich sind unter den Ansteuerbedingungen der Einstellung Nr. 8 bis Einstellung Nr. 12 Ergebnisses der Messung eines Augendiagramms während einer Übertragung mit 50 Mbps in 8A und 8B gezeigt. Unter der Ansteuerbedingung der Einstellung Nr. 8, die dem fehlerfreien Zustand entspricht, wurde ein bevorzugtes Augendiagramm erhalten, wie es in 8A gezeigt ist. Jedoch wurde unter der Ansteuerbedingung der Einstellung Nr. 12, bei der eine Bitfehlerrate sich auf 6,3 × 10^–7 verschlechtert hat, eine Störung zwischen Codes beobachtet, wie dies in 8B gezeigt ist. Es sollte daher beachtet werden, dass die Störung zwischen Codes ein beeinträchtigender Faktor im Hinblick auf die Bitfehlerraten ist.
(dritte Ausführungsform)
Mit Bezug zu 9 bis 10B wird nunmehr eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Die dritte Ausführungsform und eine nachfolgende vierte Ausführungsform sind in gleicher Weise aufgebaut wie die erste und die zweite Ausführungsform mit Ausnahme, dass ein Modulationskodierer und ein Modulationsdekodierer hinzugefügt sind.

9 zeigt eine Schaltungskonfiguration der dritten Ausführungsform. Die Schaltungskonfiguration der dritten Ausführungsform umfasst einen Modulationskodierer 108 und einen Modulationsdekodierer 218 zusätzlich zu dem Schaltungsaufbau der in 1A gezeigten ersten Ausführungsform. Hier sind beispielhaft die Verwendung von 8B10B (siehe beispielsweise Patentdokument 4) und 17PP (siehe beispielsweise Patendokument 5) als Modulationscodes in dem Modulationskodierer 108 beschrieben. Die Gründe für die Verwendung dieser Codes sind die folgenden. 1) Da diese DC-freie bzw. gleichstromfreie Codes sind, wird die Taktwiederherstellung auf der Empfangsseite vereinfacht und unnötiges Umschalten, das bei Verwendung von sichtbarem Licht als Träger problematisch sein kann, kann unterdrückt werden. Da ferner eine Gleichstromkomponente aus der Empfängerschaltung entfernt werden kann, kann der Einfluss von unmoduliertem externen Licht (Sonnenlicht) unterdrückt werden. 2) Eine Breite eines minimalen Pulses, der für die Übertragungsrate erforderlich ist, steigt im Vergleich zu dem Manchaster-Code an (siehe beispielsweise Patentdokument 6), wie in Tabelle 5 nachfolgend gezeigt ist, wodurch eine obere Grenze eines erforderlichen Modulationsbandes gesenkt wird. Hier wird die obere Grenze des Modulationsbandes durch (1/minimale Pulsbreite) × 0,7 berechnet, was aus Experimenten erhalten wird. [Tabelle 5]

Modulationscodes	Gleichstromfrei	Minimale Pulsbreite (ns)	Maximale Frequenz des Modulationsbandes (MHz)	Bit-Rate (Mbps) nach Codierung
NRZ	X	10	70	100
Manchester	O	5	140	200
8B10B	O	8	87,5	125
17PP	O	13,3	52,5	150

Im allgemeinen ist 17PP als ein (1, 7) RLL-Code (lauflängenbegrenzt) klassifiziert. Der RLL-Code wird erhalten, indem eine minimale Anzahl (minimaler Lauf bzw. Durchlauf) aufeinanderfolgenden Nullen und/oder eine maximale Anzahl (maximaler Durchlauf) von aufeinanderfolgenden Nullen zwischen zwei Einsen in einer Codesequenz vor einer NRZI(inverierte nicht-zur-Null-zurückkehrende) Modulation begrenzt werden, wobei ein Übertragungsrechtecksignal in ein Bit aus 1 invertiert wird. Wenn der minimale Durchlauf d und der maximale Durchlauf k ist, wird die NRZI-Modulation ausgedrückt als „(d, k) RLL”. Wenn beispielsweise RLL-Daten betrachtet werden, die gemäß einem (1, 7) RLL-Code kodiert sind, sind die minimale und die maximale Anzahl an aufeinanderfolgenden Nullen oder Einsen 2 bzw. 8. Wenn ferner beispielsweise ein RLL-Code ausgedrückt ist als (1, 7) RLL, dann beträgt die Anzahl aufeinanderfolgender „Nullen” oder „Einsen” 2, was das Minimum ist, bis 8, was das Maximum ist. Ferner ist die Kodierrate von 17PP (ausgedrückt als m/n, wobei m die Länge an Datenbits vor der Kodierung und n die Länge an Datenbits nach der Kodierung bezeichnet) 2/3.
10A und 10B zeigen die Augendiagramme des Ausgangs des Entzerrers 214, wenn die Datenübertragungsrate 100 Mbps beträgt und wenn 8B10B und 17PP als Modulationscodes verwendet werden, wobei 10A unter Anwendung der Ansteuerbedingung der Einstellung Nr. 4 aus Tabelle 1 erhalten wurde, und das Augendiagramm für 17PP, das in 10B gezeigt ist, unter Anwendung der Ansteuerbedingung der Einstellung Nr. 3 aus Tabelle 1 erhalten wurde. Unabhängig von den Modulationscodes wird ein günstiges Augendiagramm erhalten und es kann eine fehlerfreie Übertragung eingerichtet werden. Daraus ergibt sich, dass die Ansteuerbedingungen, die in der ersten Ausführungsform gezeigt sind, im fehlerfreien Zustand erfüllt werden.
(vierte Ausführungsform)
Als nächstes wird eine vierte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit Bezug zu 11, 12A und 12B erläutert. 11 zeigt einen Schaltungsaufbau der vierten Ausführungsform. Der Schaltungsaufbau der vierten Ausführungsform umfasst einen Modulationskodierer 108 und einen Modulationsdekodierer 218 zusätzlich zu dem Schaltungsaufbau der zweiten Ausführungsform.
12A und 12B zeigen die Augendiagramme des Ausgangs des Entzerrers 214, wenn die Datenübertragungsrate 100 Mbps beträgt und 8B10B und 17PP als Modulationscodes verwendet werden, wobei in 12A gezeigt ist, dass unter Anwendung der Ansteuerbedingung der Einstellung Nr. 6 aus Tabelle 3 das in 12A gezeigte Augendiagramm erhalten wurde, und das Augendiagramm für 17PP, das in 12B gezeigt ist, wurde unter Anwendung der Ansteuerbedingung der Einstellung Nr. 5 aus Tabelle 3 erhalten. Unabhängig von den Modulationscodes kann ein günstiges Augendiagramm erreicht werden und es kann eine fehlerfreie Übertragung eingerichtet werden. Es zeigt sich, dass die in der zweiten Ausführungsform gezeigte Ansteuerbedingung in einem fehlerfreien Zustand verwirklicht werden kann.
In der dritten und der vierten Ausführungsform wird 17PP als ein beispielhafter Modulationscode verwendet. Selbst wenn andere Codes im Vergleich zu 17PP verwendet werden, ist es dennoch möglich, die gleichen Wirkungen wie in der dritten und der vierten Ausführungsform zu erwarten, solange die Codes gleichstromfreie (1, x) RLL-Codes sind. Daher ist die vorliegende Erfindung nicht auf die Verwendung von 17PP als Modulationscode eingeschränkt.
Wie zuvor beschrieben ist, führen die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zu den folgenden Wirkungen.

(1) Da eine weiße LED mit mehreren Tönen bzw. Frequenzen angesteuert wird, ist es bei mehreren Tönen möglich, einen Pulshöhe günstig und geeignet auf digitale Weise einzustellen, und eine Zerstörung von Bauelementen, die durch einen zu großen Strom, der den Nennstrom der weißen LED übersteigt, hervorgerufen wird, was in einer Spitzenwertschaltung gemäß einem analogen Aufbau auftreten kann, kann vermieden werden.
(2) Im Falle einer Mehrton-Ansteuerung ist es einfach, eine optimale Signalform als die minimale Auflösung der Breite zu erhalten, wenn der Ansteuerpuls kleiner wird. Jedoch ist ein Takt, der (Einheitsintervall/minimale Ansteuerpulsbreite) mal Datentakt ist, erforderlich. Gemäß den Ausführungsformqen der vorliegenden Erfindung sind die Pulsbreiten WA und WC des ansteigenden Pulses SA und des abfallenden Pulses SC gleich zu dem Einheitsintervall, und daher kann der Takt, der zum Erzeugen einer Mehrton-Treibersignalform verwendet wird, die gleiche Frequenz wie ein Übertragungsdatentakt besitzen. Aus diesem Grunde kann ein Sender zur Kommunikation mit sichtbarem Licht gemäß den diversen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung effizient eingerichtet werden und dieser ist günstig im Hinblick auf die Kosten.
(3) Gemäß der ersten Ausführungsform und der dritten Ausführungsform wird auf der Empfängerseite kein blauer Farbfilter verwendet. Somit kann die Anzahl an Komponenten verringert werden, woraus sich geringe Fertigungskosten ergeben.
(4) Gemäß der dritten Ausführungsform und der vierten Ausführungsform werden gleichstromfreie Modulationscodes verwendet. Daraus folgt, a) dass es möglich ist, ein unnötiges Umschalten zu unterdrücken, das problematisch sein kann, wenn sichtbares Licht als Träger verwendet wird, und b) dass es möglich ist, den Einfluss des unmodulierten externen Lichtes (Sonnenlicht) zu unterdrücken, da eine DC-Komponente in der Empfangsschaltung entfernt werden kann.
(5) Da eine allgemeine Mehrton-Laserdiodentreiber-IC, die in Systemen mit optischen Medien eingesetzt wird, verwendet werden kann, kann ein System mit geringen Kosten eingerichtet werden.

Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen eingeschränkt und es können diverse Änderungen vorgenommen werden, ohne von dem Grundgedanken und dem Schutzbereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Beispielsweise sind die folgenden Möglichkeiten mit eingeschlossen.

(1) Im Allgemeinen sendet bei der weißen LED des Typs mit Blaulichtanregung 140 das fluoreszierende Material, das durch das Licht der blauen LED angeregt wird, gelbes Licht, das komplementär zu dem blauen Licht ist, aus. Jedoch enthalten aktuelle LEDs eine rote Farbkomponente als Lumineszenzkomponenten aus dem fluoreszierenden Material, um die Farbwiedergabe zu verbessern. Eine derartige LED ist ebenfalls mit eingeschlossen in der weißen LED des Typs mit Blaulichtanregung bzw. der Blaulicht angeregten weißen LED der vorliegenden Erfindung.
(2) Der Schaltungsaufbau des Treibersignalgenerators 110 und des Mehrton-Treibers 110, die in den Ausführungsformen gezeigt sind, ist lediglich ein Beispiel und es können diverse Arten bekannter Schaltungskonfigurationen eingesetzt werden, die in der gleichen Weise arbeiten.

[industrielle Anwendbarkeit]
Die vorliegende Erfindung ermöglicht eine Datenkommunikation mit sichtbarem Licht bei einer ausreichenden Übertragungsrate unter Anwendung einer weißen LED des Typs mit Blaulichtanregung und ist damit vorteilhaft für die Hochgeschwindigkeitskommunikation mit sichtbarem Licht.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 34650172 [0015]
JP 2002-2903353 [0015]
JP 2007-435924 [0015]
US 44867395 [0015]
JP 39851736 [0015]
JP 7-183849 [0015]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

Japanese CMC Publishing Co., ”Anwendungen und Zukunftsaussichten für Technologien mit weißen LED-Beleuchtungssystemen” [0016]
Japanischer IEICE Technikbericht ICD 2005-44, Band 105, Nr. 184, Seiten 25 bis 30, ”Prototypen LED-Treiber zur Kommunkation mit sichtbarem Licht und Bewertung des Antwortverhaltens von LEDs des sichtbaren Lichts” [0016]

Claims

Ein Sender zur Kommunikation mit sichtbarem Licht, der ein Signal aus sichtbarem Licht aus einer weißen LED des Typs mit Blaulichtanregung, die von einem Treiberstromsignal, das auf Grundlage von Übertragungsdaten erzeugt ist, angesteuert ist, an einen Empfänger ausgibt, wobei der Sender umfasst: eine Mehrton-Treibereinrichtung, die ausgebildet ist, das Treiberstromsignal aus mehreren Tönen zu erzeugen, indem ein ansteigender Puls und ein abfallender Puls entsprechend zu einer ansteigenden Flanke und einer abfallenden Flanke der Übertragungsraten hinzugefügt wird, wobei jeweils die Pulsbreite des ansteigenden Pulses und des abfallenden Pulses gleich ist einem Einheitsintervall der Übertragungsdaten.
Der Sender zur Kommunikation mit sichtbarem Licht gemäß Anspruch 1, wobei ein Verhältnis eines Stromes eines Datenpulses, der den Übertragungsdaten entspricht, zu einem Strom des ansteigenden Pulses und ein Verhältnis des Stroms des Datenpulses zu einem Strom des abfallenden Pulses gleich oder kleiner als 4/5 sind.
Der Sender zur Kommunikation mit sichtbarem Licht gemäß Anspruch 2, wobei ein Verhältnis des Stromes des abfallenden Pulses zu dem Strom des ansteigenden Pulses 1,0 ± 0,2 beträgt.
Ein System zur Kommunikation mit sichtbarem Licht, das umfasst: den Sender zur Kommunikation mit sichtbarem Licht gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3; und einen Empfänger zur Kommunikation mit sichtbarem Licht, der ausgebildet ist, ein Signal aus sichtbarem Licht mit mehreren Tönen, das von einem Sender zur Kommunikation mit sichtbarem Licht ausgegeben wird, zu empfangen und der ferner ausgebildet ist, das Signal aus sichtbarem Licht mit mehreren Tönen, das von dem Sender empfangen wird, in ein elektrisches Signal umzuwandeln, um empfangene Daten auszugeben.
Das System zur Kommunikation mit sichtbarem Licht gemäß Anspruch 4, wobei der Empfänger zur Kommunikation mit sichtbarem Licht ein Signal aus sichtbarem Licht durch einen Farbfilter empfängt, und ein Treiberstromwert, der den empfangenen Daten entspricht, so festgelegt ist, dass dieser gleich oder kleiner ist als das 5-fache des Stromwertes des ansteigenden Pulses und des abfallenden Pulses.
Das System zur Kommunikation mit sichtbarem Licht gemäß Anspruch 4 oder 5, wobei ein Modulationskodierer in dem Sender zur Kommunikation mit sichtbarem Licht installiert ist, und ein Modulationsdekodierer, der einen Modulationscode, der von dem Modulationskodierer moduliert ist, dekodiert, in dem Empfänger zur Kommunikation mit sichtbarem Licht installiert ist.
Das System zur Kommunikation mit sichtbarem Licht gemäß Anspruch 6, wobei 8B10B als ein Modulationscode verwendet ist.
Das System zur Kommunikation mit sichtbarem Licht nach Anspruch 6, wobei ein gleichstromfreier(DC-freier)lauflängenbegrenzter(RLL-)Code, der eine Kodierrate von 2/3 besitzt und dessen minimaler Durchlauf 1 beträgt, als ein Modulationscode verwendet ist und invertierte nicht-zu-Null-zurückkehrend-(NRZI-)modulierte Daten gesendet und empfangen werden.