JP2009117892A - 可視光通信装置 - Google Patents

Abstract

【課題】調光制御が可能なＬＥＤ照明を利用して、可視光通信による安定かつ多様なデータ通信を実現できる可視光通信装置を提供することにある。
【解決手段】ＬＥＤ照明機器１から発光する照明光１００を利用して可視光データを送信する可視光通信装置において、照明光１００の調光制御に影響なく、変調した送信データを照明光１００に重畳させて送信する送信制御手段を有する可視光通信装置である。
【選択図】 図１

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照明光を利用して、データを送信する可視光通信装置に関する。

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。可視光通信装置は、建物内や道路等に多数存在する既存のＬＥＤ照明機器に通信装置を付加するのみで、容易にデータ通信を実現することが可能である。可視光通信の方法としては、ＬＥＤから発光する照明光を搬送波として、それに副搬送波を用いて送信するためのデータを変調させる方法が一般的である。

ところで、ＬＥＤ照明機器には、パルス幅制御（ＰＷＭ）方法を利用して、パルス波形の駆動電流でＬＥＤを駆動することにより、照明光の調光制御が可能な照明機器がある。このような調光制御の可能なＬＥＤ照明機器の場合には、そのままでは、可視光通信により安定なデータ通信はできない。また、複数のデータを多重させて送信する場合には、照明光のキャリアは１種類で、また、時分割する場合はデータとは別に同期信号が必要となるという問題がある。

また、電波による無線システムでは、電波によるデータは広い範囲で届くため、セキュリティ上の問題がある。このようなセキュリティ上の問題を解決するために、暗号化技術と光通信を利用した方式が提案されている（例えば、特許文献１を参照）。また、認証処理を利用した通信システムが提案されている（例えば、特許文献２を参照）。
特開２００４−２５４３２０号公報 特開２００６−３４５０８２号公報

前述したように、照明光の調光制御が可能なＬＥＤ照明を単に使用するだけでは、可視光通信による安定したデータ通信や、データの多重送信も実現できない。また、電波による無線システムと、可視光通信とを組合せることにより、セキュリティ効果の優れた通信システムの構築が可能である。

そこで、本発明の目的は、調光制御が可能なＬＥＤ照明を利用して、可視光通信による安定かつ多様なデータ通信を実現できる可視光通信装置を提供することにある。

本発明の観点は、ＬＥＤ照明の調光制御と、可視光データ通信を同時に実現する可視光通信装置である。

本発明の観点に従った可視光通信装置は、照明光を発光する発光素子と、パルス波形の駆動電流を出力して、前記発光素子を駆動する駆動手段と、前記照明光を搬送波とする可視光通信を行なうときに、送信データを変調する変調手段と、前記駆動電流のパルス幅を変化させて、前記照明光を調光制御する調光制御手段と、前記変調手段により変調された送信データを調光制御された前記照明光に重畳させて送信するときに、前記駆動電流のオン期間とオフ期間に基づいて、前記送信データの有意信号を識別するオンとオフのレベルを切り換える送信制御手段とを備えた構成である。

また別の観点に従った可視光通信装置は、指定のキーデータに基づいてデータベースから指定のデータを検索する機能、及び電波によりデータの送受信を実行する機能を有する電波データ装置と、キーデータを前記電波データ装置に送信することにより、前記データベースから検索された指定のデータを前記電波データ装置を介して受信するデータ受信装置とを有する無線通信システムに適用し、照明光を搬送波として前記キーデータを可視光により前記データ受信装置に送信するように構成されている。

本発明によれば、調光制御が可能なＬＥＤ照明を利用して、可視光通信による安定かつ多様なデータ通信を実現できる可視光通信装置を提供することができる。

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、本実施形態に関する可視光通信装置の要部を示す図である。図２は、可視光通信装置のデータ送信・照明制御部の構成を説明するためのブロック図である。

本実施形態の可視光通信装置は、図１に示すように、ＬＥＤ照明機器１と、データ送信・照明制御部２と、ネットワーク３と、データ受信装置４とからなる。ＬＥＤ照明機器１は、図２に示すように、発光ダイオード（ＬＥＤ）を発光素子１０として使用する照明機器であり、送信データが重畳された照明光１００を発光する。

即ち、ＬＥＤ照明機器１は、照明光１００を搬送波として、デジタル又はアナログ変調されたデータを直接重畳させたベースバンド方式で可視光データを出力する。あるいは、副搬送波を用いて、デジタル又はアナログ変調されたデータを照明光１００を搬送波として出力する。

データ送信・照明制御部２は、後述するように、送信データを作成する送信データ作成部や、ＬＥＤ照明機器１の駆動電源を供給する電源部を有する（図２を参照）。また、データ送信・照明制御部２は、例えば建物内に設けられているＬＡＮ（ローカルエリアネットワーク）などのネットワーク３に接続されて、例えばパーソナルコンピュータからなる端末装置とデータ通信を行なう。

データ受信装置４は、例えば携帯型情報端末であり、フォトセンサ等の受光素子５を有し、ＬＥＤ照明機器１からの照明光１００を受光する。データ受信装置４は、受光した照明光１００から送信データを復調する。データ受信装置４は表示部を有し、復調した送信データに含まれる文字や絵、画像等を表示部に表示する。また、データ受信装置４は音声出力部を有し、復調した送信データに含まれる音声や音楽等のデータを再生し、音声出力部から出力する。

データ送信・照明制御部２は、電源部２０と、送信データ作成部２１と、データ変調部２２と、波形合成部２３と、調光制御部２４と、ＬＥＤ駆動部２５とを有する。電源部２０は、ＬＥＤ照明機器１の駆動電源や、可視光通信装置の各種電源を供給する。

送信データ作成部２１は、ネットワーク３を介して端末装置から伝送される送信データ３０に基づいて、可視光送信用のデータ信号波形を作成する。データ変調部２２は、送信データ作成部２１により作成された送信データ（データ信号波形）に対して、例えば副搬送波等を用いた変調や、直接的なパルス変調などの変調処理を実行する。

波形合成部２３は、データ変調部２２により変調された送信データの信号波形と、調光制御部２４から出力される調光制御用の駆動パルス波形とを波形合成して、ＬＥＤ駆動部２５に出力する。調光制御部２４は、例えば外部のスイッチ回路から、明るさの調光制御を指示する調光制御信号４０に基づいて、パルス幅制御（ＰＷＭ）方法により、ＬＥＤ照明機器１の駆動電源パルス幅を変化させた駆動パルス波形を生成する。

ＬＥＤ駆動部２５は、波形合成部２３から出力される合成波形信号を駆動電流波形に変換し、ＬＥＤからなる発光素子１０に駆動電流を供給する。発光素子１０は、可視光データが重畳された照明光１００を発光する。

（第１の実施形態の作用効果）
図３（Ａ），（Ｂ）は、データ送信・照明制御部２の動作を説明するためのタイミングチャートである。

データ送信・照明制御部２では、データ変調部２２は、送信データ作成部２１により作成された送信データ３０を変調した送信データの信号波形を出力する。波形合成部２３は、当該変調された送信データの信号波形と、調光制御部２４から出力される駆動パルス波形とを波形合成して、ＬＥＤ駆動部２５に出力する。ＬＥＤ駆動部２５は、合成波形に基づいて、図３（Ａ）に示すように、発光素子１０を駆動するための駆動電流（ＬＥＤドライブ電流）を生成する。

ここで、調光制御部２４は、照明光１００の明るさを変化させる場合、また、照明機器１の消費電力を低減する場合、あるいは照明機器１の放熱を低減する場合等に、発光素子１０からの照明光１００を調光制御するための駆動パルス波形を出力する。即ち、図３（Ａ）に示すように、調光制御部２４は、パルス幅の変化、即ち１サイクルのデューティ（Duty）比により調光制御を行う。

波形合成部２３は、図３（Ｂ）に示すように、変調された送信データ３０の信号波形と、調光制御部２４から出力される駆動パルス波形とを合成するときに、駆動電流がオン（ＯＮ）になる期間（発光素子１０の発光期間）では、信号波形のオフ（ＯＦＦ）側で送信データの有意（真値：１）が識別されるような送信データ３０の信号波形を重畳させる。一方、波形合成部２３は、駆動電流がオフになる期間（発光素子１０の消灯期間）では、信号波形のオン側で送信データの有意（真値：１）が識別されるような送信データ３０の信号波形を重畳させる。ＬＥＤ駆動部２５は、図３（Ａ）に示すような駆動電流を生成して、発光素子１０を駆動することになる。

以上のように本実施形態のデータ送信・照明制御部２によれば、ＬＥＤ照明機器１の発光素子１０から照明光１００を発光させて、ＬＥＤ照明を行なうことができる。この場合、調光制御部２４により、照明光１００の調光制御を行なうことができる。即ち、図３（Ａ）に示すように、駆動電流のパルス波形のパルス幅を変化させることで、照明光１００の明るさ、消費電流、放熱を調整することができる。

さらに、本実施形態では、照明光１００の調光制御時に、図３（Ｂ）に示すように、駆動電流のパルス波形のオン，オフ毎に、データの判別方式、即ち送信データの有意（真値：１）の識別方法を切り替えることにより、送信データを照明光１００に重畳させて送信することができる。従って、照明機器１の調光制御に影響を与える事無く、照明光１００を利用した可視光データ通信を行なうことができる。

ここで、駆動電流のパルス波形のオン期間では、照明光１００が発光されている。このとき、照明光１００に重畳されている送信データの信号波形の変化は、人間の目には認識できない。また、同様に、パルス波形のオフ期間である照明の消灯時においても、送信データの信号波形の変化は、人間の目には認識できない。データ受信装置４は、ＬＥＤ照明機器１から調光制御時の照明光１００を受光し、図３（Ａ）に示すように、駆動電流のパルス波形の１サイクルでのデータ判別方式の切り替えに基づいて、送信データの信号波形から送信データ３０を復調する。

［第２の実施形態］
図４（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）は、第２の実施形態に関するデータ送信・照明制御部２の動作を説明するためのタイミングチャートである。なお、本実施形態に関する可視光通信装置の構成については、前述の第１の実施形態での図１及び図２に示す構成と同様であるため、説明及び図示を省略する。

本実施形態では、調光制御部２４は、調光制御信号４０に基づいて、図４（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）に示すように、１サイクルのデューティ比を変化させることで、照明光１００の明るさを調整する照明機器１の調光制御を行なう。即ち、図４（Ａ）に示すように、駆動電流のパルス波形を５０％のデューティ比にすることで、照明光１００を中程度の明るさに調光する。また、図４（Ｂ）に示すように、駆動電流のパルス波形のデューティ比を相対的に小さくすることで、照明光１００が暗くなるように調光する。さらに、図４（Ｃ）に示すように、駆動電流のパルス波形のデューティ比を相対的に大きくすることで、照明光１００が、中程度より明るくなるように調光する。

このような照明光１００の調光制御において、波形合成部２３は、変調された送信データ３０の信号波形と、調光制御部２４から出力される駆動パルス波形とを合成する。このとき、波形合成部２３は、図４（Ａ）に示すように、駆動電流ＯＮ期間において、駆動電流のパルス波形の立上り時点に近い位置で、立ち上がりのエッジ部分から時間Ｔ１のタイミングで送信データ３０を送信するように信号波形を重畳させる。また、波形合成部２３は、駆動電流ＯＦＦ期間において、立ち上り部分の手間側に近い部分で、立ち上りエッジ部分から時間Ｔ２で送信データ３０を送信するように信号波形を重畳させる。

ＬＥＤ駆動部２５は、波形合成部２３からの合成波形に対応する駆動電流を生成して、発光素子１０を駆動することになる。これにより、発光素子１０は、図４（Ａ）に示すように、中程度の明るさに調光された照明光１００を発光する共に、信号波形として重畳された送信データ３０を可視光データとして送信する。また、発光素子１０は、図４（Ｂ）に示すように、相対的に暗く調光された照明光１００を発光する共に、信号波形として重畳された送信データ３０を可視光データとして送信する。さらに、発光素子１０は、図４（Ｃ）に示すように、中程度以上の明るさに調光された照明光１００を発光する共に、信号波形として重畳された送信データ３０を可視光データとして送信する。

以上のように本実施形態によれば、照明光１００の調光制御時に、発光素子１０を駆動するための駆動電流のパルス幅（デューティ比）を変化させて、照明光１００の調光制御を行なう場合でも、当該調光制御に影響を与える事無く、照明光１００を利用した可視光データ通信を行なうことができる。

［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装置の要部を示す図である。図６は、当該可視光通信装置のデータ送信・照明制御部の構成を説明するためのブロック図である。なお、前述の第１の実施形態での図１及び図２に示す構成と同様の要素については、同一符号を付して説明を省略する。

本実施形態の可視光通信装置は、ＬＥＤ照明機器１からの照明光１００を搬送波として、多重化された送信データを送信する構成である。データ受信装置としては、図５に示すように、照明光１００から送信される多重化された送信データ（可視光データ）から、異なる種類毎のデータを受信する複数のデータ受信装置４Ａ，４Ｂを使用することが可能となる。

各データ受信装置４Ａ，４Ｂはそれぞれ、例えば携帯型情報端末であり、フォトセンサ等の受光素子５Ａ，５Ｂを有し、ＬＥＤ照明機器１からの照明光１００を受光する。また、各データ受信装置４Ａ，４Ｂは表示部を有し、送信データに含まれる文字や絵、画像等を表示部に表示する。また、各データ受信装置４Ａ，４Ｂは音声出力部を有し、送信データに含まれる音声や音楽等のデータを再生し、音声出力部から出力する。

本実施形態では、一方のデータ受信装置４Ａは、受光した照明光１００に重畳されている多重化データから、例えば日本語に関する送信データを復調し、文字や音声を出力する。また、他方のデータ受信装置４Ｂは、受光した照明光１００に重畳されている多重化データから、例えば英語に関する送信データを復調し、文字や音声を出力する。

本実施形態のデータ送信・照明制御部２は、送信する複数のデータの種類に応じた送信データ３１〜３ｎに対応する可視光送信用のデータ信号波形を作成する送信データ作成部２１-1〜２１-nを有する。データ多重部２６は、送信データ３１〜３ｎにより作成された各データ信号波形を多重化する。

データ変調部２２は、データ多重部２６により多重化された送信データ（データ信号波形）に対して、例えば副搬送波等を用いた変調や、直接的なパルス変調などの変調処理を実行する。波形合成部２３は、データ変調部２２により変調された多重化送信データの信号波形と、調光制御部２４から出力される調光制御用の駆動パルス波形とを波形合成して、ＬＥＤ駆動部２５に出力する。ＬＥＤ駆動部２５は、波形合成部２３から出力される合成波形信号を駆動電流波形に変換し、ＬＥＤからなる発光素子１０に駆動電流を供給する。発光素子１０は、可視光データが重畳された照明光１００を発光する。

（第３の実施形態の作用効果）
図７から図９はそれぞれ、本実施形態のデータ送信・照明制御部２の動作において、第１の多重化送信方法から第３の多重化送信方法を説明するためのタイミングチャートである。

まず、図７を参照して、第１の多重化送信方法を説明する。

前述したように、調光制御部２４は、調光制御信号４０に基づいて、１サイクルのデューティ比を変化させることで、照明光１００の明るさ、消費電流、放熱を調整するＬＥＤ照明機器１の調光制御を行なう。

このような照明光１００の調光制御において、波形合成部２３は、変調された多重化送信データ３ｎの信号波形と、調光制御部２４から出力される駆動パルス波形とを合成する。このとき、波形合成部２３は、図７に示すように、駆動電流ＯＮ期間において、駆動電流のパルス波形の立ち上りのエッジ部分から時間Ｔ１のタイミングで送信データ３１を送信するように信号波形を重畳させる。

また、波形合成部２３は、駆動電流ＯＦＦ期間において、駆動電流のパルス波形の立下がりのエッジ部分から時間Ｔ２で、送信データ３１とは異なる種類の送信データ３２を送信するように信号波形を重畳させる。

ＬＥＤ駆動部２５は、波形合成部２３からの合成波形に対応する駆動電流を生成して、発光素子１０を駆動することになる。これにより、発光素子１０は、調光された照明光１００を発光する共に、異なる種類の送信データ３１，３２が多重化された信号波形として重畳された可視光データを送信する。

以上のようにして、複数の種類のデータを３１，３２を多重化した送信データを、照明光１００に重畳させて可視光データとして送信することができる。データ送信は、駆動電流のパルス波形のサイクル毎に実行される。各データ受信装置４Ａ，４Ｂは、多重化送信データから種類毎に受信して復調することができる。また、１台のデータ受信装置において、各サイクル毎に送られてくる複数種のデータを、データの種類ごとに合成することも可能である。

次に、図８を参照して、第２の多重化送信方法を説明する。

照明光１００の調光制御において、波形合成部２３は、変調された多重化送信データ３ｎの信号波形と、調光制御部２４から出力される駆動パルス波形とを合成する。このとき、波形合成部２３は、図８に示すように、駆動電流ＯＮ期間において、駆動電流のパルス波形の立ち上りのエッジ部分から時間Ｔ１のタイミングで送信データ３１を送信し、当該立ち上りエッジ部分から時間Ｔ２で、送信データ３１とは異なる種類の送信データ３２を送信するように信号波形を重畳させる。

また、波形合成部２３は、駆動電流ＯＦＦ期間において、駆動電流のパルス波形の立ち上がりのエッジ部分から時間Ｔ３で、送信データ３１，３２とは異なる種類の送信データ３３を送信し、当該立ち上りエッジ部分から時間Ｔ４で、送信データ３３とは異なる種類の送信データ３４を送信するように信号波形を重畳させる。

以上のようにして、複数の種類のデータ３１〜３４を多重化した送信データを、照明光１００に重畳させて可視光データとして送信することができる。データ送信は、駆動電流のパルス波形のサイクル毎に実行される。各データ受信装置４Ａ，４Ｂは、多重化送信データから種類毎に受信して復調することができる。

さらに、図９を参照して、第３の多重化送信方法を説明する。

照明光１００の調光制御において、波形合成部２３は、変調された多重化送信データ３ｎの信号波形と、調光制御部２４から出力される駆動パルス波形とを合成する。このとき、波形合成部２３は、図９に示すように、駆動電流ＯＮ期間において、駆動電流のパルス波形の立ち上りのエッジ部分から時間Ｔ１のタイミングで送信データ３１を送信し、当該立ち上りエッジ部分から時間Ｔ２で、送信データ３１とは異なる種類の送信データ３２を送信するように信号波形を重畳させる。

また、波形合成部２３は、駆動電流ＯＦＦ期間において、駆動電流のパルス波形の立ち下がりのエッジ部分から時間Ｔ１で、送信データ３１を送信し、当該立ち下がりエッジ部分から時間Ｔ２で、送信データ３１とは異なる種類の送信データ３２を送信するように信号波形を重畳させる。

以上のようにして、複数の種類のデータ３１，３２を多重化した送信データを、照明光１００に重畳させて可視光データとして送信することができる。データ送信は、駆動電流のパルス波形のサイクル毎に実行される。各データ受信装置４Ａ，４Ｂは、多重化送信データから種類毎に受信して復調することができる。

［第４の実施形態］
図１０は、第４の実施形態に関する可視光通信装置のデータ送信・照明制御部の構成を説明するためのブロック図である。なお、前述の第３の実施形態での図６に示す構成と同様の要素については、同一符号を付して説明を省略する。また、本実施形態に関する可視光通信装置の構成については、前述の第３の実施形態での図５に示す構成と同様であるため、説明及び図示を省略する。

本実施形態のデータ送信・照明制御部２では、図１０に示すように、データ変調部２２は、調光制御部２４に対して時間制御に必要な制御信号２２０を出力する構成である。以下、図１１から図１３のタイミングチャートを参照して、本実施形態のデータ送信・照明制御部２の動作において、第１の多重化送信方法から第３の多重化送信方法を説明する。

まず、図１１を参照して、第１の多重化送信方法を説明する。

前述したように、調光制御部２４は、調光制御信号４０に基づいて、１サイクルのデューティ比を変化させることで、照明光１００の明るさ、消費電流、放熱を調整するＬＥＤ照明機器１の調光制御を行なう。

このような照明光１００の調光制御において、波形合成部２３は、変調された多重化送信データ３ｎの信号波形と、調光制御部２４から出力される駆動パルス波形とを合成する。このとき、波形合成部２３は、図１１に示すように、駆動電流のＯＮ期間でのパルス幅時間Ｔ１に対応する送信データ３１を、駆動電流のＯＦＦ期間に送信するように信号波形を重畳させる。同様に、駆動電流のＯＮ期間でのパルス幅時間Ｔ２に対応し、送信データ３１とは異なる種類の送信データ３２を、駆動電流のＯＦＦ期間に送信するように信号波形を重畳させる。さらに、駆動電流のＯＮ期間でのパルス幅時間Ｔ３に対応し、送信データ３１，３２とは異なる種類の送信データ３３を、駆動電流のＯＦＦ期間に送信するように信号波形を重畳させる。

この場合、本実施形態では、データ変調部２２は、調光制御部２４に対してパルス幅時間Ｔ１〜Ｔ３に対応する送信データ３１〜３３の送信タイミングに関する時間制御に必要な制御信号２２０を出力する。

ＬＥＤ駆動部２５は、波形合成部２３からの合成波形に対応する駆動電流を生成して、発光素子１０を駆動することになる。これにより、発光素子１０は、調光された照明光１００を発光する共に、異なる種類の送信データ３１〜３３が多重化された信号波形として重畳された可視光データを送信する。

以上のようにして、複数の種類のデータを３１〜３３を多重化した送信データを、照明光１００に重畳させて可視光データとして送信することができる。データ送信は、駆動電流のパルス波形のサイクル毎に繰り返し実行される。各データ受信装置４Ａ，４Ｂは、多重化送信データから種類毎に受信して復調することができる。

次に、図１２を参照して、第２の多重化送信方法を説明する。

照明光１００の調光制御において、波形合成部２３は、変調された多重化送信データ３ｎの信号波形と、調光制御部２４から出力される駆動パルス波形とを合成する。このとき、波形合成部２３は、図１２に示すように、駆動電流のパルス幅時間Ｔ１に対応する送信データ３１を駆動電流のＯＮ期間に送信し、駆動電流のＯＦＦ時間幅Ｔ２に対応し、送信データ３１とは異なる種類の送信データ３２を駆動電流のＯＦＦ期間に送信するように信号波形を重畳させる。

同様に、波形合成部２３は、駆動電流のパルス幅時間Ｔ３に対応する送信データ３３を駆動電流のＯＮ期間に送信し、駆動電流のＯＦＦ時間幅Ｔ４に対応し、送信データ３３とは異なる種類の送信データ３４を駆動電流のＯＦＦ期間に送信するように信号波形を重畳させる。

なお、前述と同様に、データ変調部２２は、調光制御部２４に対してパルス幅時間Ｔ１，Ｔ３及びＯＦＦ時間幅Ｔ２，Ｔ４に対応する送信データ３１〜３４の送信タイミングに関する時間制御に必要な制御信号２２０を出力する。

以上のようにして、複数の種類のデータ３１〜３４を多重化した送信データを、照明光１００に重畳させて可視光データとして送信することができる。データ送信は、駆動電流のパルス波形のサイクル毎に繰り返し実行される。各データ受信装置４Ａ，４Ｂは、多重化送信データから種類毎に受信して復調することができる。

さらに、図１３を参照して、第３の多重化送信方法を説明する。

照明光１００の調光制御において、波形合成部２３は、変調された多重化送信データ３ｎの信号波形と、調光制御部２４から出力される駆動パルス波形とを合成する。このとき、波形合成部２３は、図１３に示すように、駆動電流の１サイクル時間Ｔ１に対応する送信データ３１を駆動電流のＯＮ期間に送信し、また駆動電流のＯＦＦ期間に送信データ３１とは異なる種類の送信データ３２を送信するように信号波形を重畳させる。

同様に、波形合成部２３は、駆動電流の１サイクル時間Ｔ２に対応する送信データ３３を駆動電流のＯＮ期間に送信し、また駆動電流のＯＦＦ期間に送信データ３３とは異なる種類の送信データ３４を送信するように信号波形を重畳させる。

なお、前述と同様に、データ変調部２２は、調光制御部２４に対して駆動電流の１サイクル時間Ｔ１，Ｔ２に対応する送信データ３１〜３４の送信タイミングに関する時間制御に必要な制御信号２２０を出力する。

以上のようにして、複数の種類のデータ３１〜３４を多重化した送信データを、照明光１００に重畳させて可視光データとして送信することができる。データ送信は、駆動電流のパルス波形のサイクル毎に繰り返し実行される。各データ受信装置４Ａ，４Ｂは、多重化送信データから種類毎に受信して復調することができる。

［第５の実施形態］
図１４は、第５の実施形態に関する可視光通信装置の構成を説明するためのブロック図である。なお、本実施形態のデータ送信・照明制御部２の構成は、前述の第１の実施形態での図２に示す構成と同様であるため、説明及び図示を省略する。

本実施形態は、可視光通信装置とは別に、電波１４０によりデータの送受信を行う電波データ装置７が設けられた無線通信システムである。電波データ装置７は、各種のデータを蓄積しているデータベース８に接続し、当該データベース８から検索したデータを電波信号に変換して、電波アンテナ９から送信する。

一方、データ受信装置４は、前述したように、可視光通信装置のＬＥＤ照明機器１からの照明光１００を受光する受光素子５を有し、受光した照明光１００から送信データを復調する。また、データ受信装置４は、電波アンテナ６を有し、電波データ装置７からの電波１４０を受信し、電波データを復調する。

以上のような構成の無線通信システムにおいて、作用効果を説明する。

まず、電波データ装置７から送信される電波データは、広域においてデータ受信が可能であると共に、高速でのデータ送受信が可能である。一方、可視光通信装置からの可視光データは、照明光１００により照明される狭い範囲でしか受信することができない。

本実施形態では、データ受信装置４は、可視光通信装置のＬＥＤ照明機器１からの照明光１００を受光することにより、照明光１００に重畳されているキーデータを受信して復調する。データ受信装置４は、復調したキーデータを電波信号に変換し、電波アンテナ６を介して電波データ装置７に送信する。

電波データ装置７は、電波アンテナ９を介してデータ受信装置４からキーデータを受信すると、当該キーデータを復号化して、当該キーデータに対応する指定のデータをデータベース８から検索する。電波データ装置７は、検索した指定のデータを電波信号１４０に変換して、電波アンテナ９を介してデータ受信装置４に送信する。

以上のような無線通信システムにより、ユーザは、データ受信装置４を操作することにより、非常に狭い範囲を照明している照明光１００を受光できる位置でのみ、可視光データにより検索に必要なキーデータを受信する。従って、セキュリティを確保した状況で、キーデータを取得することができる。

さらに、データ受信装置４は、キーデータを送信することにより、通信範囲が高域でかつ高速通信の可能な電波による無線通信を利用して、キーデータにより指定されるデータをデータベースから取得することができる。データ受信装置４は、データベースから取得したデータを使用して、文字や絵、画像等を表示部に表示し、または、音声や音楽等のデータの場合には音声出力部から音声出力することができる。

このような無線通信システムは、例えば博物館等に適用し、例えば展示物における展示物前の照明光を利用して、展示品の説明などをデータベースから自動的に検索することガ可能となる。また、国際会議等に適用する場合には、言語に対応した照明光を設け、その言語に対応する照明光の照明範囲では、言語に合わせた説明データをデータベースから検索して取得することが可能となる。

本実施形態によれば、広範囲に広がる電波による無線データを暗号化して、その復号化キーを照明光の照明範囲である狭い範囲のみ可視光データとして送信することにより、通信のセキュリティを確保することが可能となる。一方、暗号化されたデータを、高速通信の可能な電波による無線通信を利用できるため、高い効率で必要なデータを取得することができる。

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装置の要部を示す図。 第１の実施形態に関する可視光通信装置のデータ送信・照明制御部の構成を説明するためのブロック図。 第１の実施形態に関する可視光通信装置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装置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装置の要部を示す図。 第３の実施形態に関する可視光通信装置のデータ送信・照明制御部の構成を説明するためのブロック図。 第３の実施形態に関する可視光通信装置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装置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装置の動作を説明するためのタイミングチャート。 第４の実施形態に関する可視光通信装置のデータ送信・照明制御部の構成を説明するためのブロック図。 第４の実施形態に関する可視光通信装置の動作を説明するためのタイミングチャート。 第４の実施形態に関する可視光通信装置の動作を説明するためのタイミングチャート。 第４の実施形態に関する可視光通信装置の動作を説明するためのタイミングチャート。 第５の実施形態に関する可視光通信装置の要部を示す図。

符号の説明

１…ＬＥＤ照明機器、２…データ送信・照明制御部、３…ネットワーク、
４，４Ａ，４Ｂ…データ受信装置、７…電波データ装置、８…データベース、
１０…発光素子（ＬＥＤ）、２０…電源部、
２１，２１-1〜２１-n…送信データ作成部、２２…データ変調部、２３…波形合成部、
２４…調光制御部、２５…ＬＥＤ駆動部、２６…データ多重部。

Claims (13)

1. 照明光を発光する発光素子と、
   パルス波形の駆動電流を出力して、前記発光素子を駆動する駆動手段と、
   前記照明光を搬送波とする可視光通信を行なうときに、送信データを変調する変調手段と、
   前記駆動電流のパルス幅を変化させて、前記照明光を調光制御する調光制御手段と、
   前記調光制御手段により調光制御された前記照明光に、前記変調手段により変調された送信データの信号波形を重畳させて送信するときに、前記駆動電流のオン期間とオフ期間に基づいて、前記送信データの有意信号を識別する前記信号波形のオンとオフのレベルを切り換える送信制御手段と
   を具備したことを特徴とする可視光通信装置。
2. 前記送信制御手段は、
   前記駆動電流のオン期間に前記信号波形のオフレベルを前記送信データの有意信号とし、前記駆動電流のオフ期間に前記信号波形のオンレベルを前記送信データの有意信号とするように切り換えることを特徴とする請求項１に記載の可視光通信装置。
3. 照明光を発光する発光素子と、
   パルス波形の駆動電流を出力して、前記発光素子を駆動する駆動手段と、
   前記照明光を搬送波とする可視光通信を行なうときに、送信データを変調する変調手段と、
   前記駆動電流のパルス幅を変化させて、前記照明光を調光制御する調光制御手段と、
   前記調光制御手段により調光制御された前記照明光に、前記変調手段により変調された送信データの信号波形を重畳させて送信するときに、前記送信データの送信開始タイミングを前記駆動電流の立ち上がり時点から一定時間後に設定する送信制御手段と
   を具備したことを特徴とする可視光通信装置。
4. 前記送信制御手段は、
   前記調光制御での前記駆動電流のオン期間とオフ期間のそれぞれにおいて、前記オン期間に前記駆動電流の立ち上がり時点から第１の時間後に前記送信データを送信し、前記オフ期間に前記駆動電流の立ち上がり時点から第２の時間後に前記送信データを送信するように、前記照明光に前記変調手段により変調された送信データの信号波形を重畳させて送信することを特徴とする請求項３に記載の可視光通信装置。
5. 照明光を発光する発光素子と、
   パルス波形の駆動電流を出力して、前記発光素子を駆動する駆動手段と、
   前記照明光を搬送波とする可視光通信を行なうときに、異なる種類の送信データを多重化した送信データを変調する変調手段と、
   前記駆動電流のパルス幅を変化させて、前記照明光を調光制御する調光制御手段と、
   前記調光制御手段により調光制御された前記照明光に、前記変調手段により変調された多重化送信データの信号波形を重畳させて送信するときに、前記駆動電流のオン期間とオフ期間のそれぞれにおいて、前記多重化送信データの各信号波形を重畳させる送信制御手段と
   を具備したことを特徴とする可視光通信装置。
6. 前記送信制御手段は、
   前記調光制御での前記駆動電流のオン期間とオフ期間のそれぞれにおいて、前記オン期間に前記駆動電流の立ち上がり時点から第１の時間後に第１の種類の送信データを送信し、前記オフ期間に前記駆動電流の立ち下がり時点から第２の時間後に、前記第１の種類とは異なる第２の種類の送信データを送信するように、前記照明光に前記変調手段により変調された多重化送信データの各信号波形を重畳させて送信することを特徴とする請求項５に記載の可視光通信装置。
7. 前記送信制御手段は、
   前記調光制御での前記駆動電流のオン期間とオフ期間のそれぞれにおいて、前記駆動電流の立ち上がり時点から一定時間間隔毎に、異なる種類の各送信データを送信するように、前記照明光に前記変調手段により変調された多重化送信データの各信号波形を重畳させて送信することを特徴とする請求項５に記載の可視光通信装置。
8. 前記送信制御手段は、
   前記調光制御での前記駆動電流のオン期間とオフ期間のそれぞれにおいて、前記駆動電流の立ち上がり時点から一定時間間隔毎に異なる種類の各送信データを送信し、かつ、前記駆動電流の立ち下がり時点から同一の一定時間間隔毎に異なる種類の各送信データを送信するように、前記照明光に前記変調手段により変調された多重化送信データの各信号波形を重畳させて送信することを特徴とする請求項５に記載の可視光通信装置。
9. 照明光を発光する発光素子と、
   パルス波形の駆動電流を出力して、前記発光素子を駆動する駆動手段と、
   前記照明光を搬送波とする可視光通信を行なうときに、異なる種類の送信データを多重化した送信データを変調する変調手段と、
   前記駆動電流のパルス幅を変化させて、前記照明光を調光制御する調光制御手段と、
   前記調光制御手段により調光制御された前記照明光に、前記変調手段により変調された多重化送信データの信号波形を重畳させて送信するときに、前記駆動電流のオン時間またはオフ時間に基づいて、前記多重化送信データの各信号波形を重畳させる送信制御手段と
   を具備したことを特徴とする可視光通信装置。
10. 前記送信制御手段は、
    前記調光制御での前記駆動電流のオン時間毎にデータの種類を対応させて、前記駆動電流のオフ期間に異なる種類の各送信データを送信するように、前記照明光に前記変調手段により変調された多重化送信データの各信号波形を重畳させて送信することを特徴とする請求項９に記載の可視光通信装置。
11. 前記送信制御手段は、
    前記調光制御での前記駆動電流のオン時間及びオフ時間のそれぞれにデータの種類を対応させて、前記駆動電流のオン期間及びオフ期間のそれぞれに、異なる種類の各送信データを送信するように、前記照明光に前記変調手段により変調された多重化送信データの各信号波形を重畳させて送信することを特徴とする請求項９に記載の可視光通信装置。
12. 前記送信制御手段は、
    前記調光制御での前記駆動電流のパルスサイクル時間に応じてデータの種類を対応させて、前記駆動電流のオン期間及びオフ期間のそれぞれに、異なる種類の各送信データを送信するように、前記照明光に前記変調手段により変調された多重化送信データの各信号波形を重畳させて送信することを特徴とする請求項９に記載の可視光通信装置。
13. 指定のキーデータに基づいてデータベースから指定のデータを検索する機能、及び電波によりデータの送受信を実行する機能を有する電波データ装置と、前記キーデータを前記電波データ装置に送信することにより、前記データベースから検索された指定のデータを前記電波データ装置を介して受信するデータ受信装置と有する無線通信システムに適用する可視光通信装置であって、
    照明光を搬送波として前記キーデータを可視光により前記データ受信装置に送信する構成であることを特徴とする可視光通信装置。

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