JP4573885B2

JP4573885B2 - 照明光受信装置及び照明光通信システム

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Publication number: JP4573885B2
Application number: JP2008167395A
Authority: JP
Inventors: 隆三白木
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2008-06-26
Filing date: 2008-06-26
Publication date: 2010-11-04
Anticipated expiration: 2028-06-26
Also published as: US20090324248A1; US8050571B2; CN101615955A; JP2010011028A

Description

本発明は、照明光（可視光）を利用してデータ信号を伝達する照明光受信装置及び照明光通信システムに関するものである。

図２は、照明光通信システムの一従来例を示す概略図である。本従来例の照明光通信システムにおいて、照明光送信装置２００は、変調器１００を介して入力されるデータ信号Ｄに基づいて、白色発光素子（例えば、赤色光、緑色光、青色光を各々発光する発光ダイオード群）の駆動制御を行うことにより、データ信号Ｄが重畳された照明光Ｘ（データ信号Ｄに基づいて変調処理が施された白色光）を生成し、これを照明光受信装置３００に照射する。照明光受信装置３００は、照明光Ｘに含まれる各波長成分（先の例では、赤色光成分、緑色光成分、青色光成分）を選択的に透過させるフィルタ（図中のハッチング部分を参照）を備えた受光部３１０（受光チップ）を有して成り、データ信号Ｄが重畳された照明光Ｘを各波長成分毎に受光して電気信号に変換する。このようにして得られた電気信号は、復調器４００で元のデータ信号Ｄに復調される。

なお、上記に関連する従来技術の一例としては、特許文献１や特許文献２を挙げることができる。
特開２００８−９２３０３号公報特開２０００−２５３２１１号公報

確かに、上記従来の照明光通信システムであれば、例えば、室内照明用の可視光を用いてデータ信号Ｄの伝達を行うことが可能である。

しかしながら、上記従来の照明光通信システムでは、照明光受信装置３００の受光部３１０に対して、全ての波長成分を含む照明光Ｘが同時に照射されていた。そのため、照明光Ｘに含まれる各波長成分を互いに分離して受光するためには、各々を選択的に透過させるフィルタを受光部３１０に形成することが不可欠であった。

このフィルタは、通常、樹脂を用いて形成されているため、機械的な外力に対して弱いという欠点があり、受光部３１０に使用する受光素子の表面に傷が入った場合には、特性不良を起こす危険性があった。また、受光素子の製造工程には、フィルタの形成工程が付加されるため、受光素子の製造プロセスが長くなり、製造コストの上昇や良品率の低下などが招かれていた。

上記の問題を解決するため、図３に示すように、プリズムや回折格子から成る波長分解機構部３２０を用いて、入射した照明光Ｘを受光部３１０に照射する前に、予め単色光に分解する方法があるが、この場合、分解された光は分散して拡がるため、光の照射領域が大きくなり、受光部３１０（延いては照明光受信装置３００）の小型化が不可能になる、という問題点があった。

本発明は、上記の問題点に鑑み、装置の大型化を招くことなく、受光部に使用する受光素子の製造工程を簡略化することが可能な照明光受信装置及び照明光通信システムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係る照明光受信装置は、３原色の波長に割り当てられた光信号データを含む可視光を前記３原色に係る波長ごとに分解する波長分解機構部と、前記波長分解機構部の出力光の分散を抑制する分散抑制機構部と、分解した前記３原色の波長毎に前記分散抑制機構部の出力光が単独で照射され、前記光信号データを電気信号に変換して取り出す受光部と、を有して成る構成（第１の構成）とされている。

なお、上記第１の構成から成る照明光受信装置において、前記波長分解機構部は、プリズムを有して成り、前記分散抑制機構部は、反射鏡を有して成る構成（第２の構成）にするとよい。

また、上記第１の構成から成る照明光受信装置において、前記波長分解機構部は、プリズム又は回折格子を有して成り、前記分散抑制機構部は、光ファイバまたはフレネルレンズによる導波路を有して成る構成（第３の構成）にするとよい。

また、上記第１の構成から成る照明光受信装置において、前記波長分解機構部は、プリズム又は回折格子を有して成り、前記分散抑制機構部は、干渉フィルタを有して成る構成（第４の構成）にするとよい。

また、上記第１の構成から成る照明光受信装置において、前記波長分解機構部は、回折格子を有して成り、前記分散抑制機構部は、反射鏡を有して成る構成（第５の構成）にするとよい。

また、本発明に係る照明光通信システムは、上記第１〜第５いずれかの構成から成る照明光受信装置を有して成る構成（第６の構成）とされている。

本発明に係る照明光受信装置、及び、これを用いた照明光通信システムであれば、受光部の前段に波長分解機構部を設けたことにより、従来必要とされていたフィルタが不要となるので、受光素子の製造工程を簡略化することが可能となり、延いては、受光特性の改善、製造コストの低減、良品率の向上などに貢献することが可能となる。

また、分散抑制機構部を設けたことにより、波長分解機構部によって分解された光の分散を抑制することができるので、光の照射領域を小さく絞り、受光部（延いては照明光受信装置）の小型化を実現することが可能となる。

また、波長分解機構部に回折格子を用いたり、分散抑制機構部に干渉フィルタを用いることで、簡便に迷光を除去することが可能となり、必要とされる分解能に応じて、照明光通信システムの能力を向上させ、より正確なデータ通信を実現することが可能となる。

図１は、本発明に係る照明光通信システムの一実施形態を示す概略図である。図１に示す通り、本実施形態の照明光通信システムは、変調器１０と、照明光送信装置２０と、照明光受信装置３０と、復調器４０と、を有して成る。

変調器１０は、データ信号Ｄに基づいて照明光Ｘに変調処理を施すための制御信号を生成し、これを照明光送信装置２０に送出する手段である。

照明光送信装置２０は、天井や壁面、或いは、机上などに設置され、被照明空間を照明光Ｘ（可視光）で照らすとともに、複数の波長成分を含む照明光Ｘにデータ信号Ｄを重畳して送信する手段であり、本実施形態では、変調器１０から入力される制御信号（データ信号Ｄに相当）に基づいて、白色発光素子（例えば、赤色光、緑色光、青色光を各々発光する発光ダイオード群）の駆動制御を行うことにより、データ信号Ｄが重畳された照明光Ｘ（データ信号Ｄに基づいて変調処理が施された白色光）を生成し、これを照明光受信装置３０に照射する構成とされている。すなわち、データ信号Ｄは、照明光Ｘに含まれる各波長成分（上記の例では、赤色光、緑色光、青色光）に分配されて送信される。

照明光受信装置３０は、照明光Ｘを受光してこれに重畳されたデータ信号Ｄを受信する手段であり、本実施形態では、データ信号Ｄが重畳された照明光Ｘをこれに含まれる複数の波長成分毎に分解する波長分解機構部３１と、波長分解機構部３１の出力光の分散を抑制する分散抑制機構部３２と、分散抑制機構部３２の出力光（３原色に係る波長ごとに分解された照明光Ｘ）を個別に受光して電気信号に変換する受光部３３と、を有して成る構成とされている。

復調器４０は、照明光受信装置３０で得られた電気信号から元のデータ信号Ｄを復調する手段である。

次に、上記構成から成る照明光受信装置３０の動作に関して、波長分解機構部３１及び分散抑制機構部３２の作用・効果を中心に説明する。

波長分解機構部３１は、プリズムによる屈折作用や回折格子による光干渉作用により、照明光送信装置２０から照射された照明光Ｘを一定の波長分布幅毎に分解して、複数の単色光（上記の例では、赤色光、緑色光、青色光）を生成する。

分散抑制機構部３２は、反射鏡、光ファイバまたはフレネルレンズによる導波路、或いは、干渉フィルタを有して成り、これに入射された波長分解機構部３１の出力光（複数の単色光）は、各々に対応する受光素子に導かれるようにその進行方向が適宜変更される。

受光部３３は、分散抑制機構部３２の出力光を個別に受光し得る位置に、各々受光素子（例えば、フォトダイオードを複数個並べたフォトダイオードアレイ）を有して成り、各々を電気信号に変換して出力する。

このように、受光部３３の前段に波長分解機構部３１を設け、照明光送信装置２０から照射された照明光Ｘを予め複数の単色光に分解しておけば、従来必要とされていたフィルタが不要となるので、受光素子の製造工程を簡略化することが可能となり、延いては、受光特性の改善、製造コストの低減、良品率の向上などに貢献することが可能となる。

また、波長分解機構部３１と受光部３３との間に分散抑制機構部３２を設け、波長分解機構部３１の出力光の分散を抑制する構成であれば、分散して拡がる波長分解機構部３１の出力光の照射領域を絞ることができるので、受光部３３では、その限定された照射領域内に全ての受光素子を集約して配置すれば足りることになり、延いては、照射光受信装置３０の小型化を図ることが可能となる。

次に、波長分解機構部３１及び分散抑制機構部３２として用いる光学素子の選定について、詳細に説明する。

波長分解機構部３１は、プリズム又は回折格子を有して成り、分散抑制機構部３２は、反射鏡、光ファイバまたはフレネルレンズによる導波路、若しくは、干渉フィルタを有して成るが、いずれの光学素子を用いるかについては、照明光通信システムに求められる精度と装置コストを勘案して、最適な組み合わせを選択することが望ましい。

この組み合わせは、照明光通信システムに必要とされる照明光Ｘの波長精度、すなわち送信データのＳＮ比に依存するもので、要求波長精度が３０［ｎｍ］程度の幅までであれば、波長分解機構部３１としてプリズムを用い、分散抑制機構部３２として反射鏡を用いた組み合わせが最適となる。

これは、反射鏡に全反射させた分解光を受光素子全面に照射し、データＤを電気信号に変換して取り出すために必要な照射面積を確保した場合に、照射領域に含まれる光の波長幅が要求波長精度を満足するためである。なお、上記の組み合わせを採用した場合に得られる波長精度は、従来技術による波長精度とほぼ同等であるが、分散を抑制する効果により、受光部３３に配置している受光素子の設置領域を１／２程度に削減できる。

同様の理由により、受光素子全面に分解光を照射した場合に、照射領域に含まれる分解光の波長幅で要求波長精度を満足するために必要かつ十分な各部材の組み合わせが最適な組み合わせとなる。

例えば、要求波長精度が１０［ｎｍ］程度の幅までであれば、波長分解機構部３１として回折格子を用い、分散抑制機構部３２として反射鏡を用いた組み合わせ、若しくは、波長分解機構部３１としてプリズムまたは回折格子を用い、分散抑制機構部３２として光ファイバまたはフレネルレンズによる導波路を用いた組み合わせが最適となる。

また、要求波長精度が上記よりも小さい場合には、波長分解機構部３１としてプリズムまたは回折格子を用い、分散抑制機構部３２として干渉フィルタを用いた組み合わせが必要となる。なお、波長分解機構部３１として回折格子を用い、分散抑制機構部３２として干渉フィルタを用いた組み合わせを採用した場合には、１［ｎｍ］以下の波長精度を得ることも可能である。

また、上記いずれの組み合わせを採用した場合であっても、従来技術による照明光受信装置と比較して、受光部３３に配置する受光素子の設置領域を縮小することができることはもちろんである。

ただし、波長精度（送信データのＳＮ比）を向上させるに従い、装置コストは上昇するため、送信するデータの種類、量、信頼性等を考慮して、上記の組み合わせを選択することが重要である。

上記のように、波長分解機構部３１として回折格子を用いたり、分散抑制機構部３２として干渉フィルタを用いることで、簡便に迷光を除去することが可能であり、必要とされる分解能に応じて、照明光通信システムの能力を向上させ、より正確なデータ通信を実現することが可能となる。

なお、本発明の構成は、上記実施形態のほか、発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えることが可能である。例えば、上記実施形態では、光の３原色（赤色、緑色、青色）を波長成分として含む白色光を照明光Ｘとして用いた構成を例に挙げて説明を行ったが、本発明の構成はこれに限定されるものではなく、照明光Ｘの発光色（すなわち、照明光Ｘに含まれる波長成分）は任意に変更することが可能である。

本発明は、照明光（可視光）を利用してデータ信号を伝達する照明光受信装置の大型化を招くことなく、受光素子の製造工程を簡略化し、延いては、受光特性の改善、製造コストの低減、良品率の向上を図る上で有用な技術である。

は、本発明に係る照明光通信システムの一実施形態を示す概略図である。は、照明光通信システムの一従来例を示す概略図である。は、照明光通信システムの別の従来例を示す概略図である。

符号の説明

１０変調器
２０照明光送信装置
３０照明光受信装置
３１波長分解機構部
３２分散抑制機構部
３３受光部
４０復調器
Ｄデータ信号
Ｘ照明光（可視光）

Claims

３原色の波長に割り当てられた光信号データを含む可視光を前記３原色に係る波長ごとに分解する波長分解機構部と、
前記波長分解機構部の出力光の分散を抑制する分散抑制機構部と、
分解した前記３原色の波長毎に前記分散抑制機構部の出力光が単独で照射され、前記光信号データを電気信号に変換して取り出す受光部と、
を有して成る照明光受信装置であって、
前記波長分解機構部は、プリズム又は回折格子を有して成り、前記分散抑制機構部は、干渉フィルタを有して成ることを特徴とする照明光受信装置。
請求項１に記載の照明光受信装置を有して成ることを特徴とする照明光通信システム。