JP2010034952A - 可視光通信システム及び可視光通信方法 - Google Patents

Abstract

【課題】単一光源方式を利用して、構成が簡単で確実な双方向可視光通信を実現することにある。
【解決手段】単一光源方式での双方向可視光通信を実現する可視光通信システムである。一方の可視光通信装置２０からは、送信用データを重畳した可視光１００が発光される。他方の可視光通信装置１０は、受光した空データの可視光１００から再帰反射光２００を生成し、この再帰反射光２００に送信用データを重畳して送信する。一方の可視光通信装置２０は、再帰反射光２００を受光したときに、それに重畳された送信用データの識別情報に基づいて他方の可視光通信装置１０からの送信用データを識別する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、双方向可視光通信を実現する可視光通信技術に関する。

近年、発光ダイオード素子（以下、ＬＥＤと表記する場合がある）などを使用する光源（発光源）からの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。発光源からの可視光は、広がりをもって受信側に到達する。このため、受信側から発信側の位置を正確に把握し、発信側に対して焦点を絞って可視光を発光することで返信することは容易なことではなかった。このような理由から、可視光通信では、発信側から受信側への片方向通信が実用化されている（例えば、特許文献１を参照）。

可視光を利用した双方通信を実現する場合、光が拡大しにくい赤外線発信源を使用する赤外線通信を組み合わせるハイブリッド方式が提案されている。しかしながら、このハイブリッド方式では、赤外線発信源をマニュアルまたは自動で制御して、可視光発信側にフォーカスする機構を設けて返信を行なう必要がある。このような赤外発信源やフォーカス機構を設けるために、双方向通信システムとしては、構成が複雑となり、かつコストが高くなる。

また、一方の通信装置側の光源から発光された可視光を受光する他方の通信装置側が、その反射光を利用してデータを送信する単一光源方式が提案されている（例えば、特許文献２を参照）。この単一光源方式は、赤外発信源やフォーカス機構が不要であり、構成が簡単で低コストの双方向通信システムを実現することが可能である。さらに、他方の通信装置側として、光源用の電力が不要になり、低消費電力特性の携帯端末などに適用できる利点もある。
特開２００２−２０２７４１号公報 特開２００４−２２１７４７号公報

単一光源方式により、低消費電力特性の携帯端末などを通信装置とする双方向可視光通信の実現が可能になっている。しかしながら、単一光源方式では、送信側から発光された可視光には送信データが重畳されているため、単にその反射光を利用してデータを送信することは混信などの通信障害を招く要因となる。

そこで、本発明の目的は、単一光源方式を利用して、構成が簡単で確実な双方向可視光通信を実現することにある。

本発明の観点は、単一光源方式での双方向可視光通信を実現するための可視光通信装置であり、可視光に重畳させる送信データを識別する機能を有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、通信対象から発光された可視光で、データを識別する識別情報を含む第１の送信用データが重畳された前記可視光を受光する受光手段と、前記可視光から前記第１の送信用データを復調する復調手段と、前記識別情報に基づいて前記第１の送信用データが有意なデータであると判定された場合に、受信データとして処理する受信手段と、前記第１の送信用データと識別するための識別情報を含む第２の送信用データを出力する手段と、前記識別情報に基づいて前記第１の送信用データが無効データであると判定された場合、前記受光手段により受光した可視光の再帰反射光を前記第２の送信用データで変調して送信する送信手段とを備えた構成である。

本発明によれば、単一光源方式を利用して、構成が簡単で確実な双方向可視光通信を実現することができる。

以下図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。

（可視光通信システムの構成）
図１は、本実施形態に関する可視光通信システムの構成を説明するためのブロック図である。図１に示すように、本実施形態の可視光通信システムは、一方の可視光通信装置１０と他方の可視光通信装置２０とを有し、可視光を利用した双方向通信を行なうように構成されている。

本実施形態では、一方の可視光通信装置１０は、例えば携帯電話などに組み込まれた通信装置であり、便宜的に携帯端末１０と表記する。また、他方の可視光通信装置２０は、例えば建物内の天井などに固定されている照明機器に組み込まれた通信装置であり、便宜的に可視光送受信装置２０と表記する。

可視光送受信装置２０は、発光部２１と、受光部２２と、データ送信部２３と、データ受信部２４とを有する。発光部２１は、ＬＥＤ素子からなる光源及びＬＥＤ素子を駆動するＬＥＤドライバを有する。発光部２１は、データ送信部２３から出力される送信用データ（便宜的に第１の送信用データと表記する場合がある）で変調した可視光、即ち第１の送信用データを重畳した可視光１００を発光する。データ送信部２３は、図示しないネットワークに接続されており、このネットワークを介して情報発信源であるサーバなどからの情報に基づいて送信用データを生成する。

受光部２２は、受光した可視光２００を電気信号に変換する光電変換部を有し、電気信号をデータ受信部２４に出力する。データ受信部２４は、受光部２２から出力される電気信号から、受光した可視光２００に重畳されているデータ（便宜的に第２の送信用データと表記する場合がある）を復調する。

一方、携帯端末１０は、光入出力部１１と、再帰反射装置（以下、ＣＣＲと表記する場合がある）１３と、光センサ１６と、データ受信部１７と、データ送信部１８と、制御部１９と、メモリ１８０とを有する。

光入出力部１１は、可視光送受信装置２０から発光された可視光を受光、集束するためのレンズ１２Ａ、及びＣＣＲ１３からの再帰反射光を受光・集束するためのレンズ１２Ｂからなるレンズセットを有する。ＣＣＲ１３は、コーナーキューブ・レフレクタ（corner-cube reflector）を構成するプリズム１４、及び液晶シャッタで構成される光シャッタ部１５を有する。光シャッタ部１５は、光入出力部１１で入力された可視光の透過率を、データ送信部１８からのデータに応じて変化させる。プリズム１４は、光シャッタ部１５での透過率の変化に基づいて変調された再帰反射光２００を、光入出力部１１から出力する。即ち、再帰反射光２００は、データ送信部１８からのデータ（第２の送信用データ）が重畳された可視光として、可視光送受信装置２０に再帰反射される。

光センサ１６は、可視光送受信装置２０から発光されて、光入出力部１１のレンズ１２Ａにより受光、集束された可視光１００を電気信号に変換する光電変換部を有し、電気信号をデータ受信部１７に出力する。データ受信部１７は、後述するように、可視光１００に重畳された第１の送信用データを復調する。

データ送信部１８は、制御部１９の制御に応じて、メモリ１８０に格納されたデータ（第２の送信用データ）を取り出して、ＣＣＲ１３に出力する。ＣＣＲ１３では、光シャッタ部１５は、データ送信部１８からのデータに応じて、プリズム１４に入光する可視光の透過率を変化させる。制御部１９は、後述するように、データ受信部１７及びデータ送信部１８を制御し、可視光送受信の切換え制御を実行する。さらに、制御部１９は、データ（第２の送信用データ）を生成して、メモリ１８０に格納する。この場合、制御部１９は、例えばデータ受信部１７で復調された第１の送信用データに対する応答データとして、第２の送信用データを生成する。

（可視光通信システムの動作）
以下、図２から図５を参照して、本実施形態の可視光通信システムの動作を説明する。ここで、図２は、携帯端末１０の動作を説明するためのフローチャートである。また、図５は、可視光送受信装置２０の動作を説明するためのフローチャートである。

携帯端末１０では、光入出力部１１は、可視光送受信装置２０から発光された可視光１００を受光する（ステップＳ１）。ここで、可視光送受信装置２０は、図３に示すように、有意なデータが存在しない空データ３２の送信用データ３０と、有意なデータ（送信用として有効なデータ）４２を有する送信用データ４０とを時分割した第１の送信用データを発信する。即ち、可視光送受信装置２０は、発光部２１から、第１の送信用データとして送信用データ３０，４０が重畳された可視光１００を交互に発光する。

送信用データ３０，４０は、先頭部に設けられた識別情報である識別フラグにより識別される。即ち、空データ３２の送信用データ３０は、識別情報として空データフラグ３１により識別される。また、有意なデータ４２を有する送信用データ４０は、識別情報として送信フラグ（Ｔ）４１により識別される。

光センサ１６は、光入出力部１１のレンズセットにより受光、集束された可視光１００を電気信号に変換し、データ受信部１７に出力する（ステップＳ２）。データ受信部１７は、可視光１００に重畳された第１の送信用データの識別情報を復調し、制御部１９に出力する。制御部１９は、図３に示すように、復調された識別情報に基づいて、当該送信用データが空データ３２または有意データ４２のいずれであるかを判定する（ステップＳ３）。

制御部１９は、識別情報が送信フラグ（Ｔ）４１の場合には、データ受信部１７での有意データ４２の復調処理を続行させて、その復調結果を入力する（ステップＳ３のＮＯ，Ｓ７）。制御部１９は、復調した有意データ４２に基づいて、例えば応答データを生成してメモリ１８０に格納する（ステップＳ８）。具体的には、可視光送受信装置２０から送信された第１の送信用データが、例えば携帯端末１０のユーザのＩＤ情報を照会する質問データの場合に、制御部１９は、当該ユーザのＩＤ情報を応答データとしてメモリ１８０に格納する。

一方、識別情報が空データフラグ３１の場合には、制御部１９は、第１の送信用データとして空データ３２を受信したと認識し、データ送信部１８を制御して、データ受信動作からデータ送信動作に切り換える（ステップＳ３のＹＥＳ）。データ送信部１８は、メモリ１８０からデータ５２を取り出して、第２の送信用データを生成してＣＣＲ１３に出力する（ステップＳ４）。ここで、メモリ１８０からのデータ５２は、例えばユーザのＩＤ情報を示す応答データである。データ送信部１８は、図４に示すように、データ５２に識別情報として送信フラグ（Ｒ）５１を付加した第２の送信用データ５０を生成する。

ＣＣＲ１３では、プリズム１４には、空データ３２の第１の送信用データ３０が重畳された可視光１００が入光されている。データ送信部１８は、生成した第２の送信用データ５０の２進数列に応じて光シャッタ部１５をＯＮ／ＯＦＦさせて、可視光１００の透過率を変化させる（ステップＳ５）。これにより、プリズム１４では、空データの可視光１００に第２の送信用データ５０が重畳された再帰反射光２００が生成される。

従って、携帯端末１０の光入出力部１１からは、レンズセット１１により受光、集束された再帰反射光２００が、可視光送受信装置２０に送られる（ステップＳ６）。即ち、携帯端末１０からは、第２の送信用データ５０（応答データ）が、再帰反射光２００に重畳されて、可視光送受信装置２０に送信される。

ここで、ＣＣＲ１３には、プリズム１４に対して、空データ３２の第１の送信用データ３０が重畳された可視光１００と交互に、図３に示すように、有意データ４２の第１の送信用データ４０が重畳された可視光１００が入光されている。従って、ＣＣＲ１３からは、図４に示すように、第２の送信用データ５０（応答データ）が重畳された再帰反射光２００と共に、可視光送受信装置２０から送信された第１の送信用データ４０が重畳された再帰反射光２００が可視光送受信装置２０に送信される（ステップＳ９）。

次に、図５のフローチャートを参照して、可視光送受信装置２０の動作を説明する。

可視光送受信装置２０は、前述したように、空データ３２の送信用データ３０と有意データ４２の送信用データ４０とを時分割した第１の送信用データが重畳された可視光１００を、発光部２１から発光する（ステップＳ１１）。一方、可視光送受信装置２０は、発光した可視光１００の再帰反射光２００を、携帯端末１０から受光部２２で受光する（ステップＳ１２）。受光部２２は、受光した可視光２００を電気信号に変換して、データ受信部２４に出力する（ステップＳ１３）。

データ受信部２４は、受光した再帰反射光（可視光）２００に重畳されているデータの識別情報を復調する（ステップＳ１４）。携帯端末１０からは、図４に示すように、第２の送信用データ５０（応答データ）及び第１の送信用データ４０が重畳された再帰反射光２００が送信されている。データ受信部２４は、識別情報に基づいて、受信したデータが第２の送信用データ５０または第１の送信用データ４０のいずれであるかを判定する（ステップＳ１５）。

データ受信部２４は、識別情報が送信フラグ（Ｒ）５１の場合には、携帯端末１０から送信された第２の送信用データ５０を復調して、その応答データ５２の受信処理を実行する（ステップＳ１６）。一方、データ受信部２４は、識別情報が送信フラグ（Ｔ）４１の場合には、自身から送信した第１の送信用データ４０であると判定し、無効（破棄）にする処理を実行する（ステップＳ１７）。

以上のようにして本実施形態であれば、情報の発信源である可視光送受信装置２０に設けられた単一光源（発光部２１）により、例えば携帯端末１０との間で、双方向可視光通信を確実に行なうことができる。従って、赤外発信源やフォーカス機構などの複雑な構成を要することなく、簡単な構成で確実な双方向可視光通信を実現できる。

具体的には、可視光送受信装置２０は、送信用データ（第１の送信用データ）として、空データと有意データとを時分割して可視光１００に重畳して送信する。携帯端末１０は、受光した可視光１００から空データに対応する可視光の再帰反射光２００を利用して、送信用データ（第２の送信用データ）を重畳して送信する。ここで、携帯端末１０は、受信した送信用データ（第１の送信用データ）の識別情報（送信フラグＴ）とは異なる識別情報（送信フラグＲ）を付加した送信用データ（第２の送信用データ）を送信する。

一方、可視光送受信装置２０は、携帯端末１０からは携帯端末１０の送信用データ（第２の送信用データ）が重畳された再帰反射光２００だけでなく、自身が送信した送信用データ（第１の送信用データ）が重畳された再帰反射光２００も受光して復調する。この場合、可視光送受信装置２０は、復調した送信用データに含まれる識別情報により、第１と第２の送信用データを識別できる。

従って、本実施形態のシステムであれば、情報の発信源の単一光源（発光部２１）からの可視光１００とその再帰反射光２００を利用して双方向可視光通信を行なう場合に、可視光送受信装置２０は、再帰反射光２００に重畳された自身の送信用データ（第１の送信用データ）を受信データとしては無効にすることができる。これにより、携帯端末１０及び可視光送受信装置２０の各通信装置において、相手側からの送信用データを確実に識別して受信処理を行なうことができる。

なお、本実施形態では、携帯端末１０は、空データが重畳された可視光１００の受信タイミングで、メモリ１８０に格納された応答データを送信する場合について説明したが、これに限ることなく、応答データ以外の送信用データを可視光１００の再帰反射光２００に重畳して送信してもよい。また、携帯端末１０のデータ送信部１８は、メモリ１８０に格納された送信用データではなく、制御部１９が生成した送信用データを再帰反射光２００に重畳して送信する構成でもよい。

さらに、再帰反射光２００を利用してデータを送信する通信装置として、携帯端末１０を想定したが、当然ながら、これに限ることなく、例えば自動車などに固定された可視光通信装置にも適用できる。この場合、可視光送受信装置２０に相当する相手側の可視光通信装置としては、例えば道路上の照明機器などに設置されて、道路交通情報などを発信する固定型の情報発信装置を想定し、双方向可視光通信システムを構築することができる。

（変形例）
図６及び図７はそれぞれ、本実施形態の第１及び第２の変形例を示す図である。

本実施形態は、ＣＣＲ１３において、プリズム１４からの再帰反射光を送信用データで変調するための光シャッタ部１５を、図１に示すように、プリズム１４の反射側に配置した構成である。これに対して、第１の変形例は、光シャッタ部１５を、図６に示すように、プリズム１４の出力光側に配置した構成である。また、第２の変形例は、光シャッタ部１５を、図７に示すように、プリズム１４の入力光側に配置した構成である。

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。

本発明の実施形態に関する可視光通信システムの構成を説明するためのブロック図。 本実施形態に関する可視光通信の動作を説明するためのフローチャート。 本実施形態に関する第１の送信用データの構成を示す図。 本実施形態に関する第２の送信用データの構成を示す図。 本実施形態に関するデータ受信動作を説明するためのフローチャート。 本実施形態に関する第１の変形例を説明するための図。 本実施形態に関する第２の変形例を説明するための図。

符号の説明

１０…一方の可視光通信装置（携帯端末）、１１…光入出力部、
１２Ａ，１２Ｂ…レンズ、１３…再帰反射装置（ＣＣＲ）、１４…プリズム、
１５…光シャッタ部（液晶シャッタ）、１６…光センサ、１７…データ受信部、
１８…データ送信部、１９…制御部、
２０…他方の可視光通信装置（可視光送受信装置）、２１…発光部、２２…受光部、
２３…データ送信部、２４…データ受信部、１００…可視光、２００…再帰反射光。

Claims (12)

1. 通信対象から発光された可視光で、データを識別する識別情報を含む第１の送信用データが重畳された前記可視光を受光する受光手段と、
   前記可視光から前記第１の送信用データを復調する復調手段と、
   前記識別情報に基づいて前記第１の送信用データが有意なデータであると判定された場合に、受信データとして処理する受信手段と、
   前記第１の送信用データと識別するための識別情報を含む第２の送信用データを出力する手段と、
   前記識別情報に基づいて前記第１の送信用データが無効データであると判定された場合、前記受光手段により受光した可視光の再帰反射光を前記第２の送信用データで変調して送信する送信手段と
   を有することを特徴とする可視光通信装置。
2. 前記第２の送信用データを記憶する記憶手段を有し、
   前記送信手段は、
   前記受光手段により受光した可視光から前記再帰反射光を生成するための再帰反射手段と、
   前記記憶手段から取り出された前記第２の送信用データで、前記再帰反射光を変調する変調手段とを有す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. 前記変調手段は、前記第２の送信用データに応じて前記再帰反射光の透過率を変化させる光シャッタ手段を有する構成であることを特徴とする請求項２に記載の可視光通信装置。
4. 前記受光手段は、
   受光した可視光を前記復調手段に出力する手段と、
   前記可視光を前記再帰反射手段に伝送する手段と
   を有する構成であることを特徴とする請求項２に記載の可視光通信装置。
5. 前記受信手段により前記第１の送信用データとして有意なデータを受信したときに、当該有意なデータに対応する応答データを前記第２の送信用データとして生成し、前記記憶手段に記憶させる生成手段を有することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の可視光通信装置。
6. 前記受光手段は、前記第１の送信用データとして前記有意なデータと前記無効データとが重畳された各可視光を時分割で受光し、
   前記送信手段は、前記無効データに対応する可視光を受光したタイミングに基づいて、前記第２の送信用データで前記再帰反射光を変調して送信するように構成されていることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の可視光通信装置。
7. 第１の可視光通信装置と第２の可視光通信装置との間で双方向可視光通信を行なう可視光通信システムにおいて、
   前記第１の可視光通信装置は、有意なデータ又は無効データの一方及び当該各データを識別する識別情報を含む第１の送信用データを重畳した可視光を発光する発光手段を有し、
   前記第２の可視光通信装置は、
   前記第１の可視光通信装置から発光された可視光を受光する受光手段と、
   前記可視光から前記第１の送信用データを復調する復調手段と、
   前記識別情報に基づいて前記第１の送信用データが前記有意なデータまたは前記無効データのいずれであるかを判定し、前記有意なデータを受信データとして処理する受信手段と、
   前記第１の送信用データと識別するための識別情報を含む第２の送信用データを出力する手段と、
   前記受信手段により前記第１の送信用データが無効データであると判定された場合に、前記受光手段により受光した可視光の再帰反射光を、前記第２の送信用データで変調して送信する送信手段と
   を有する構成であることを特徴とする可視光通信システム。
8. 前記第１の可視光通信装置の前記発光手段は、前記第１の送信用データとして前記有意なデータと前記無効データとが重畳された各可視光を時分割で発光し、
   前記第２の可視光通信装置は、
   前記受光手段により受光した前記時分割の可視光から、前記受信手段により前記有意なデータを受信データとして処理すると共に、前記無効データに対応する可視光の前記再帰反射光を前記第２の送信用データで変調して送信するように構成されていることを特徴とする請求項７に記載の可視光通信システム。
9. 前記第２の可視光通信装置は、前記第２の送信用データを記憶する記憶手段を有し、
   前記送信手段は、
   前記受光手段により受光した可視光から前記再帰反射光を生成するための再帰反射手段と、
   前記記憶手段から取り出された前記第２の送信用データで、前記再帰反射光を変調する変調手段とを有することを特徴とする請求項７又は請求項８のいずれか１項に記載の可視光通信システム。
10. 前記第１の可視光通信装置は、
    前記第２の可視光通信装置の前記送信手段からの前記再帰反射光を受光する手段と、
    前記再帰反射光からデータを復調する復調手段と、
    前記復調手段により復調されたデータに含まれる識別情報に基づいて、前記第２の可視光通信装置から送信された前記第２の送信用データを受信データとして処理する手段と
    を有する構成であることを特徴とする請求項７から請求項９のいずれか１項に記載の可視光通信システム。
11. 前記第１の可視光通信装置は、
    前記復調手段により復調されたデータに含まれる識別情報に基づいて、前記第１の送信用データを受信した場合には、当該前記第１の送信用データを無効にする手段を有する構成であることを特徴とする請求項７から請求項１０のいずれか１項に記載の可視光通信システム。
12. 第１の可視光通信装置と第２の可視光通信装置との間で双方向可視光通信を行なう可視光通信システムに適用する可視光通信方法であって、
    前記第１の可視光通信装置から、有意なデータ又は無効データの一方及び当該各データを識別する識別情報を含む第１の送信用データを重畳した可視光を発光する処理と、
    前記第２の可視光通信装置により前記第１の可視光通信装置から発光された可視光を受光する処理と、
    前記可視光から前記第１の送信用データを復調する処理と、
    前記識別情報に基づいて前記第１の送信用データが前記有意なデータまたは前記無効データのいずれであるかを判定し、前記有意なデータを受信データとして処理する処理と、
    前記第１の送信用データと識別するための識別情報を含む第２の送信用データを出力する処理と、
    前記受信手段により前記第１の送信用データが無効データであると判定された場合に、前記受光した可視光の再帰反射光を、前記第２の送信用データで変調して送信する処理と
    を有する構成であることを特徴とする可視光通信方法。

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