JP5068680B2

JP5068680B2 - 光受信機及び可視光通信装置

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Publication number: JP5068680B2
Application number: JP2008027659A
Authority: JP
Inventors: 雅司山田; 公亮中村
Original assignee: Taiyo Yuden Co Ltd
Current assignee: Taiyo Yuden Co Ltd
Priority date: 2008-02-07
Filing date: 2008-02-07
Publication date: 2012-11-07
Anticipated expiration: 2028-02-07
Also published as: JP2009188813A

Description

本発明は，可視光を用いて信号を伝送するデータ伝送システムに関し、特に、蛍光体の発光のような応答速度の異なる光を含む場合に好適な光受信機及び可視光通信装置に関する。

近年、電波や赤外線を利用した無線通信に加えて、室内の照明器具，屋外広告照明，信号機，自動車のヘッドライトなどの可視光を利用した通信が注目されている。最近は、白色ＬＥＤ（発光ダイオード）の開発が盛んに行われ、照明，車載用ランプ，液晶バックライト等多岐に亘る。この白色ＬＥＤは、例えば蛍光灯などの白色光源と比較して、オン／オフの切り替え応答速度が非常に速いといった特徴を持っている。そこで、データ伝送媒体としてＬＥＤによる白色光を用い、白色ＬＥＤの照明光にデータ伝送機能を持たせる可視光通信システムが提案されている（下記特許文献１参照）。すなわち、白色ＬＥＤの発光強度を送信データに応じて変調し、受信側ではその光の強弱をＰＤ（Photo Diode：フォトダイオード）などの光電変換器により電気信号に変換することで、データ伝送を実現する。

ところで、白色ＬＥＤは，例えば下記非特許文献１にあるように、発光方式により主に３種類に分類することができる。

(1)青色光励起型白色ＬＥＤは、青色ＬＥＤと、主に黄色を発光する蛍光体を組み合わせたものである。これは、青色ＬＥＤの周囲にＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）系に代表されるような蛍光体を配置し、一つのパッケージに納めた構造となっている。この方式では、中心に配置された青色ＬＥＤから出力された青色光によって周囲の蛍光体が励起され、この蛍光体から主に青色と補色関係のある光（主に黄色）が出力される。この蛍光体による黄色蛍光と、前記青色ＬＥＤによる青色光とを混色することで、擬似的に白色光を得ている。

このような青色光励起型白色ＬＥＤの長所としては、(a)他の方式と比較してエネルギー利用効率が高く、高い照度が得易いこと，(b)構成が簡便なため安価に作製が可能であること，が挙げられる。一方、短所としては、演色性が悪いことが挙げられる。この演色性とは、照明による物体の色の見え方の特性を指し、色が自然光で見た場合に近いほど演色性がよいという。

図７(A)には、青色光励起型白色ＬＥＤの一例が示されている。同図に示すように、青色ＬＥＤ９００は、樹脂ケース９０２の主面上に設けられている。青色ＬＥＤ９００の駆動電圧印加端子（図示せず）は、引出し電極９０４，９０６にそれぞれ接続されている。これら引出し電極９０４，９０６に駆動電圧を印加すると、青色ＬＥＤ９００から青色光が出力されるが、その一部が黄色蛍光体９０８に入射する。これにより黄色蛍光体９０８が励起され、蛍光が出力される。青色ＬＥＤ９００には、種々の波長の発光特性を持つものがあるが、例えば、ピーク波長が４４０〜４７０ｎｍの範囲にあるものが使用される。黄色蛍光体９０８は、青色ＬＥＤ９００のピーク波長より長波長側の光を発光するものが使用される。そして、青色ＬＥＤ９００が発光する光をさえぎらないように、放射状で厚みのある透光性樹脂中に蛍光体粒子９０８が配置される。図７(B)には、一般的な青色光励起型白色ＬＥＤの発光スペクトル（波長スペクトル）特性が示されている。点線ＳＡで囲んだ部分がＬＥＤによる青色光の部分であり、点線ＳＢで囲んだ部分が蛍光体による発光の部分である。このように蛍光体による発光は、青色ＬＥＤ９００の発光のピーク波長より長波長側に存在する。

(2)紫外光励起型白色ＬＥＤは、紫外ＬＥＤとＲ，Ｇ，Ｂ（赤，緑，青）の３原色を発光する蛍光体を組み合わせたものである。紫外光ＬＥＤの周囲にＲ，Ｇ，Ｂの３原色を発光する蛍光体をそれぞれ配置し、一つのパッケージに納めた構造となっている。この方式では、中心に配置された紫外光ＬＥＤから出力された紫外光によって周囲の蛍光体が励起され、これらの蛍光体からＲ，Ｇ，Ｂの３原色の光がそれぞれ出力される。これらのＲ，Ｇ，Ｂの光を混色することで白色光を得ている。

紫外ＬＥＤには、種々の波長の発光特性を持つものがあるが、ピーク波長が、３８０〜４１０ｎｍの範囲にあるものが使用される。蛍光体は、紫外ＬＥＤのピーク波長より長波長側の光を発光するものが使用される。そして、紫外ＬＥＤが発光する光を十分に吸収して励起するように、放射状で厚みのある透光性樹脂中に光の３原色を発光する多数の蛍光体粒子が配置される。

このような紫外光励起型白色ＬＥＤの長所としては、上述した演色性が良好であることが挙げられる。一方、短所としては、(a)前記青色光励起型白色ＬＥＤと比較してエネルギーの利用効率が低く、高い照度が得られにくいこと，(b)紫外発光であるため、ＬＥＤの駆動電圧が高いこと，が挙げられる。

(3)３色発光型白色ＬＥＤは、Ｒ，Ｇ，ＢのＬＥＤを組み合わせたものである。赤色ＬＥＤ，緑色ＬＥＤ，青色ＬＥＤの３種類のＬＥＤを一つのパッケージに収めた構造となっている。この方式では、３原色であるそれぞれのＬＥＤを同時に発光させることで、白色光が得られる。このような３色発光型白色ＬＥＤの長所としては、前記紫外光励起型白色ＬＥＤと同様に演色性が良いことが挙げられる。一方、短所としては、(a)３種類のＬＥＤを一つのパッケージに実装することになるので、他の方式と比較して高価となってしまうこと，(b)異なるＬＥＤをそれぞれ独立に駆動することになるため、駆動回路が複雑となること，が挙げられる。

現在市場に供給されている白色ＬＥＤの中で最も普及しているのは、上述した(1)の青色光励起型白色ＬＥＤであり、この青色光励起型白色ＬＥＤを用いて回路等を構成すると、コスト的に有利となって好ましい。

図８(A)には、以上のような白色ＬＥＤを使用したデータ伝送システムの一形態が示されている。同図の例は、送受信機を1対1に対向配置したピアトゥピアのデータ伝送形態であり、その送信源となる白色ＬＥＤが１個の場合，すなわち単光源の場合を想定したものである。同図において、ノートパソコンなどのデータ端末９２０Ａ，９２０Ｂは、送受信機９２２Ａ，９２２Ｂにそれぞれ接続されている。送受信機９２２Ａ，９２２Ｂは、送信機９３０Ａ，９３０Ｂと、受信機９４０Ａ，９４０Ｂをそれぞれ備えている。送信機９３０Ａから出力された光は受信機９４０Ｂによって受光され、送信機９３０Ｂから出力された光は受信機９４０Ａによって受光される。

図８(B)には、送信機９３０Ａ，９３０Ｂの一例が示されており、伝送対象のデータは、変調器９３２に入力されて所定の変調処理が行われ、変調信号が青色光励起型白色ＬＥＤ９３４に供給される。これにより、青色光励起型白色ＬＥＤ９３４の出力光が、例えばＯＯＫ（On-Off Keying）などの変調方式で変調されて点滅する。図８(C)には、受信機９４０Ａ，９４０Ｂの一例が示されており、受光した光信号は、光電変換器９４２によって電気信号（電流）に変換される。変換後の電気信号は、増幅器９４４により、電圧信号への変換及び増幅が行なわれる。増幅後の信号は、等化器９４６により、それ以前の系の伝達関数の周波数依存性が補正され、伝送に必要充分な帯域の確保が行なわれる。変調方式が前記OOKの場合においては、主に高域を強調し、補償する処理が行なわれる。この等化器９４６による等化処理の後、識別再生回路（復調器）９４８で識別再生処理が行われる。すなわち、等化器出力に対して論理値の０／１の判定が行なわれ、送信元のデータが再生される。

ところで、青色光励起型白色ＬＥＤは、一般的に、その放射パターンにおいて青色と黄色とからなる同心円状の色ムラが生じる（下記非特許文献１参照）。図９(A)にはその様子が示されており、送信機９３０Ａ，９３０Ｂの青色光励起型白色ＬＥＤ９３４から出力された光は、遠ざかるに従って放射状に広がり、位置ＰＡ，ＰＢにおける色分布は、同図(B)，(C)にそれぞれ示すようになる。これは、青色ＬＥＤ９００の放射パターンと黄色蛍光体９０８の放射パターンが異なることに起因しており、市販されている青色光励起型白色ＬＥＤにおいては、中心付近で青色が強く、周辺で黄色が強い色分布になっていることが多い。従って、受信機９４０Ａ，９４０Ｂの光電変換器９４２の受光面には、同図(B)，(C)に点線で示す光が入射することになり、色分布を拡大して示すと、同図(D)，(E)にそれぞれ示すように受光位置によって光の色分布が異なるようになる。詳述すると、送受信機間距離が比較的近い位置ＰＡでは、受光面の中央が青色，周囲に黄色が分布し、黄色蛍光体９０８からの発光分である黄色成分を相対的に多く含む。これに対し、送受信機間距離が比較的遠い位置ＰＢでは、受光面の全面がほぼ青色の分布となり、青色ＬＥＤ９００からの発光分である青色成分を多く含むことになる。なお、どの程度の距離でこのような関係になるのかについては、放射角や色ムラの分布によって異なるため、一概には言えない。

一方、駆動方法にもよるが、青色光励起型白色ＬＥＤの出力光における青色ＬＥＤによる発光分（青色成分）は、その周波数応答がおおよそ数１０ＭＨｚであるのに対し、蛍光体による発光分（主に黄色）は、高々数ＭＨｚであり、ＬＥＤの光に対して蛍光体の光は応答時間が遅いことが知られている（下記非特許文献２参照）。このように、青色光励起型白色ＬＥＤから出力される光は、異なる時間応答特性を持つ光の合成となり、光源の光分布に上述したような色ムラがある。このため、その受光位置により、受信する信号波形の時間応答特性が異なる可能性があり、送受信間距離によって受信側の信号波形に変化が生じることになる。具体的には、送受信間距離が近い場合には、応答速度の遅い蛍光体からの発光分を多く含んだ光を受光するため、出力波形の応答速度が遅くなる。逆に、送受信間距離が遠い場合には、応答速度の速いＬＥＤからの発光分を多く含んだ光を受光するため、出力波形の応答速度が速くなる。

図１０には、以上のような信号波形の一例が示されている。同図(A)は、白色ＬＥＤに入力される本来の信号波形である。これに対し、青色ＬＥＤからは同図(B)に実線で示す波形の光が出力され、蛍光体からは同図(B)に破線で示す波形の光が出力される。一方、送受信間距離が比較的遠い場合の受光波形は同図(C)に示すようになるのに対し、送受信間距離が比較的近い場合の受光波形は同図(D)に示すようになる。両者を比較すると、蛍光体からの光の影響を受ける同図(D)の場合のほうが、同図(C)の場合よりも波形が鈍って応答速度が遅くなっているのが分かる。

図８に示したように、一般的な受信機構成においては等化器が存在する場合が多いが、図１０のような現象が発生した場合、送受信間距離によって適切な等化器の条件が異なってしまうことになる。すなわち、ある送受信間距離では適切な等化を行うことができても、他の送受信間距離では適切な等化を行うことができず、例えばビットエラーレートに代表されるような信号受信品質が悪化する可能性が出てくる。

また、一般に、白色ＬＥＤを用いた場合に限らず、ＬＥＤのような拡散光源とＰＤのような受光素子の組み合わせにおいて空間光伝送を行う場合には、受光素子で受光する光量が距離の二乗に反比例する（例えば、下記非特許文献３ないし非特許文献４参照）。このため、ある程度の伝送距離範囲を確保するためには、受信機側に大きなダイナミックレンジが要求されることになる。

更に、送信機側と受信機側の距離が近接しており、受光素子に入射する光量が大きい場合には、空間電荷効果（Space Charge Effect，下記非特許文献５参照）により、図７(C)に示すように、受信パルス波形の立下りに波尾が発生し、これが符号間干渉の要因となって、良好な伝送品質の確保の妨げとなる場合がある。

以上のように、青色光励起型白色ＬＥＤを使用する場合には、
ａ，受信機の位置による青色ＬＥＤと蛍光体の光分布の変化に起因する等化条件の変動，
ｂ，送受信間の距離による受光光量の変動，
ｃ，送受信間の距離が近いときにおける空間電荷効果，
が影響し、信号品質が悪化する恐れがある。
特許第３４６５０１７号公報シーエムシー出版，「白色ＬＥＤ照明システム技術の応用と将来展望」信学技報 ICD2005-44，Vol.105, No.184，25-30p，「可視光通信用ＬＥＤドライバーの試作と可視光ＬＥＤの応答性能の評価」水曜社，「空間伝送光学」，第６章 2005年電子情報通信学会，通信ソサイエティ大会，「並列光空間伝送方式の受信特性の光学的解析」光学図書，「光通信素子工学」，第6章

本発明は、以上のような点に着目したもので、可視光光源に用いて空間光伝送を行う際に、良好な伝送品質を得るとともに、広ダイナミックレンジも確保することができる光受信機及び可視光通信装置を提供することを、その目的とする。

前記目的を達成するため、本発明の光受信機は、第１の波長域の光を出力する発光体と、これから出力された光により励起されて応答速度の異なる第２の波長域の光を出力する蛍光体とを備えた発光手段から出力された光信号を受光する光受信機であって、前記発光手段から出力された光信号の分布に対応して配置された複数の光電変換手段，該複数の光電変換手段のうちの少なくとも１つについて選択的に設けられており、前記光電変換手段による変換後の電気信号を、受光波長帯域の応答速度に対応して波形等化する複数の等化手段，前記発光手段を備えた光送信機と前記光受信機の距離に応じて、前記光電変換手段に入射する光の波長帯域に対応するように前記複数の等化手段を切り換える切換手段，を備え、前記複数の光電変換手段は、前記発光手段の出力光のうち、中央部分の光を受光する中央光電変換部と、前記中央部分の周囲の光を受光する周辺光電変換部とを備えており、この周辺光電変換部の等化手段が、前記切換手段によって切り換えられることを特徴とする。

他の形態の一つでは、前記等化手段は、前記第１の波長域の光を出力する発光体の光に対応する波形等化を行う第１の等化器と、前記第２の波長域の光を出力する蛍光体の光に対応する波形等化を行う第２の等化器とを含むことを特徴とする。

更に他の形態の一つは、前記切換手段は、前記送信機と前記受信機とが近いときは、前記第２の等化器に切り換え、前記送信機と前記受信機とが遠いときは、前記第１の等化器に切り換えることを特徴とする。あるいは、前記切換手段は、前記送信機と前記受信機とが近接しているときは、中央光電変換部の信号出力を使用しないようにすることを特徴とする。更には、前記切換手段は、前記光受信機における識別再生前の信号レベルを検出する信号レベル検出手段，前記光受信機における識別再生前の信号波形状態を検出する信号波形状態検出手段，前記光受信機における識別再生後のエラーを検出するエラー検出手段，のいずれかであることを特徴とする。

更に他の形態の一つは、前記発光手段が青色光励起型白色ＬＥＤであって、前記第１の波長域の光を出力する発光体が青色ＬＥＤであることを特徴とする。

本発明の可視光通信装置は、前記いずれかに記載の光受信機と、前記発光手段を含む光送信機とを備えたことを特徴とする。本発明の前記及び他の目的，特徴，利点は、以下の詳細な説明及び添付図面から明瞭になろう。

本発明によれば、光受信機の光電変換手段を複数の光電変換部によって構成し、その変換後の信号に対する等化処理を、光送信機と光受信機の距離に対応して切り換えるとともに、前記複数の光電変換手段は、発光手段の出力光のうち、中央部分の光を受光する中央光電変換部と、前記中央の周囲の光を受光する周辺光電変換部とを備えており、この周辺光電変換部の等価手段が切り換えられることとしたので、良好な伝送品質を得ることができる。また、光送信機と光受信機が近接して入るときは、光電変換部の出力を選択することとしたので、広いダイナミックレンジを確保することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を、実施例に基づいて詳細に説明する。

最初に、図１を参照しながら、本発明の実施例１について説明する。図１には、本実施例における受信機側の光電変換器１０の受光面が示されており、中央に位置する円形の受光面を有する中央光電変換部１２Ｃと、その周辺を取り囲む環状の受光面を有する周辺光電変換部１２Ｓによって構成されている。これらのうち、中央光電変換部１２Ｃの電気信号出力側は、増幅器１４Ｃを介して等化器１６Ｃの入力側に接続されている。一方、周辺光電変換部１２Ｓの電気信号出力側は、増幅器１４Ｓを介して切換スイッチ１５の入力側に接続されている。切換スイッチ１５の２つの切換出力側は、等化器１６ＳＢ，１６ＳＹの入力側に接続されている。等化器１６Ｃ，１６ＳＢ，１６ＳＹの出力側は、加算器１８の加算入力側にそれぞれ接続されている。この加算器１８の加算出力側は、識別再生回路２０及び信号レベル検出器２２の入力側にそれぞれ接続されている。信号レベル検出器２２の検出出力側は、切換スイッチ１５の制御側に接続されている。

以上の各部のうち、増幅器１４Ｃ，１４Ｓは、光電変換部１２Ｃ，１２Ｓからそれぞれ供給された電流信号を電圧信号に変換して増幅するためのものである。切換スイッチ１５は、増幅器１４Ｓの出力信号を、信号レベル検出器２２による検出結果に応じて等化器１６ＳＢ，１６ＳＹに振り分けるためのものである。等化器１６Ｃ，１６ＳＢは、青色光励起型白色ＬＥＤの出力光のうち、青色ＬＥＤの発光分を多く含んだ光の信号に対して適切な等化処理を施すことができるように特性が設定されている。一方、等化器１６ＳＹは、青色光励起型白色ＬＥＤの出力光のうち、蛍光体の発光分を多く含んだ光の信号に対して適切な等化処理を施すことができるように特性が設定されている。信号レベル検出器２２は、入力信号の振幅レベルの大きさを検出し、その結果をスイッチ切換の制御信号として出力する機能を備えており、例えば、ログアンプを利用したＲＳＳＩ（Received Signal Strength Indicator）やピークボトム検出器などが利用される。

切換スイッチ１５は、前記信号レベル検出器２２の出力信号レベルの大きさが、予め設定した所定の閾値を越えたかどうかにより、以下のような切り換え動作を行なう。
ａ，所定の閾値を越えない場合は、入射光量が小さい、すなわち、送受信間距離が遠いことから、信号レベル検出器２２の制御信号により等化器１６ＳＢ側に切り換える。
ｂ，所定の閾値を越えた場合は、入射光量が大きい、すなわち、送受信間距離が近いことから、信号レベル検出器２２の制御信号により等化器１６ＳＹ側に切り換える。

次に、以上のように構成された実施例１の作用について説明する。送信機側の青色光励起型白色ＬＥＤ３０の光分布には、上述したように、その放射パターンが影響して、青色と黄色の同心円状の色ムラが生じている。まず、図１(B)に示すように、送受信機間の距離が近い場合は、図９(B)に示したような光分布となり、周辺光電変換部１２Ｓでは、蛍光体からの黄色の光成分を多く含んだ光を受けるようになる。なお、中央光電変換部１２Ｃは、ＬＥＤからの青色の光成分を多く含んだ光を受ける。一方、光電変換部１２Ｃ，１２Ｓが送信機に近いため、信号レベル検出器２２の検出信号レベルは所定の閾値を越えるようになる。このため、信号レベル検出器２２の制御信号によって切換スイッチ１５が等化器１６ＳＹ側に切り換えられる。

従って、青色成分が多い中央光電変換部１２Ｃの出力は、増幅器１４Ｃによる増幅の後、等化器１６Ｃで等化されて加算器１８に供給され、黄色成分が多い周辺光電変換部１２Ｓの出力は、増幅器１４Ｓによる増幅の後、等化器１６ＳＹで等化されて加算器１８に供給される。加算器１８では、それらの入力信号が加算され、加算後の信号に基づいて識別再生回路２０でデータの識別・再生処理が行なわれる。

逆に、図１(C)に示すように、送受信機間の距離が遠い場合は、図９(C)に示したような光分布となり、周辺光電変換部１２Ｓでも、中央光電変換部１２Ｃと同様に、ＬＥＤからの青色の光成分を多く含んだ光を受けるようになる。一方、光電変換部１２Ｃ，１２Ｓが送信機から遠いため、信号レベル検出器２２の検出信号レベルは所定の閾値を越えない。このため、信号レベル検出器２２の制御信号によって切換スイッチ１５が等化器１６ＳＢ側に切り換えられる。

従って、青色成分が多い中央光電変換部１２Ｃの出力は、増幅器１４Ｃによる増幅の後、等化器１６Ｃで等化されて加算器１８に供給され、周辺光電変換部１２Ｓの出力は、増幅器１４Ｓによる増幅の後、等化器１６ＳＢで等化されて加算器１８に供給される。加算器１８では、それらの入力信号が加算され、加算後の信号に基づいて識別再生回路２０でデータの識別・再生処理が行なわれる。

このように、本実施例によれば、信号レベルに基づいて、送受信機間の距離が判定され、
ａ，距離が近いときは、周辺光電変換部１２Ｓの出力に対して黄色の光成分に好適な特性の等化処理が行なわれる。
ｂ，逆に距離が遠いときは、周辺光電変換部１２Ｓの出力に対しても、中央光電変換部１２Ｃと同様の等化処理が行なわれる。

すなわち、送受信間距離に応じて、周辺光電変換部１２Ｓの信号に対する等化特性を切り換えることで、受光信号に対して最適な等化状態を常に保ち、良好な伝送品質を維持することができる。また、青色光励起型白色ＬＥＤは、汎用で価格が安いので、コスト的に有利である。

次に、図２及び図１１を参照しながら、本発明の実施例２について説明する。なお、上述した実施例１と同一ないし対応する構成要素には同一の符号を用いることとする（実施例３以降についても同様）。本実施例では、図２に示すように、前記実施例１の信号レベル検出器２２の代わりに信号波形状態検出器４０を接続した構成となっている。信号波形状態検出器４０としては、例えば、波形鈍り検出器や、ＦＦＴ（Fast Fourie Transform）により周波数応答特性を検出する回路などが使用される。

図１１(A)には、波形鈍り検出器の一例が示されており、加算器１８からの加算信号は、コンパレータ４２，４４でそれぞれ比較電圧Ｖref1，Ｖref2（ただし、Ｖref1≠Ｖref2）と比較される。比較結果は、ＸＯＲ回路４６に供給されてＸＯＲ（eXclusive OR）の演算が行われ、演算結果の低周波成分がローパスフィルタ（ＬＰＦ）４８から波形鈍りの検出信号として出力される。

波形に鈍りがないときは、図１１(B-1)に示すような入力信号と比較電圧Ｖref1，Ｖref2の関係となる。このため、コンパレータ４２，４４の出力は、同図(B-2)，(B-3)にそれぞれ示すようになり、両者はほぼ一致する。従って、ＸＯＲ回路４６の出力は、同図(B-4)に示すようにほぼゼロとなり、ＬＰＦ４８の出力もほぼゼロとなる。これに対し、波形に鈍りがあるときは、図１１(C-1)に示すような入力信号と比較電圧Ｖref1，Ｖref2の関係となる。このため、コンパレータ４２，４４の出力は、同図(C-2)，(C-3)にそれぞれ示すようになり、両者は一致しなくなる。従って、ＸＯＲ回路４６の出力は、同図(C-4)に示すようになり、ＬＰＦ４８からは、波形の鈍りに応じた信号が出力されるようになる。

次に、本実施例の動作を説明すると、まず、送受信機の距離が近いときは、周辺光電変換部１２Ｓに蛍光体からの黄色成分の光が入射するようになる。このため、図７(C)に示したように、加算器１８の出力信号波形に鈍りが生ずるようになる。これが信号波形状態検出器４０で検出されると、図２(A)に示すように、切換スイッチ１５が等化器１６ＳＹ側に切り換えられ、周辺光電変換部１２Ｓの出力に対して黄色の光成分に好適な特性の等化処理が行なわれる。

逆に、送受信機の距離が遠いときは、周辺光電変換部１２Ｓにも中央光電変換部１２Ｃと同様にＬＥＤの青色成分の光が入射するようになる。このため、信号波形状態検出器４０で波形鈍りが検出されず、切換スイッチ１５は等化器１６ＳＢ側に切り換えられ、周辺光電変換部１２Ｓの出力に対して青色の光成分に好適な特性の等化処理が行なわれる。この実施例２によっても、実施例１と同様の効果を得ることができる。

次に、図３を参照しながら、本発明の実施例３について説明する。本実施例では、図３に示すように、前記実施例１の信号レベル検出器２２の代わりにエラー検出器５０を識別再生回路２０の出力側に接続した構成となっている。エラー検出器５０としては、例えば、パリティチェックによる誤り検出を行う回路，トレーニング信号を用いたエラーレートの検出を行う回路，受信側からのＡＲＱ（Automatic Repeat Request）信号を用いたエラー検出回路などが使用される。

本実施例の動作を説明すると、送受信機の距離が近いときは、周辺光電変換部１２Ｓに蛍光体からの黄色成分の光が入射するようになり、出力信号波形の応答速度が遅くなる。このため、識別再生回路２０の再生結果にエラーが発生するようになる。これがエラー検出器５０で検出されると、切換スイッチ１５が等化器１６ＳＹ側に切り換えられ、周辺光電変換部１２Ｓの出力に対して黄色の光成分に好適な特性の等化処理が行なわれる。

逆に、送受信機の距離が遠いときは、周辺光電変換部１２Ｓにも中央光電変換部１２Ｃと同様にＬＥＤの青色成分の光が入射するようになる。このため、エラー検出器５０によるエラー検出も行われなくなり、切換スイッチ１５は等化器１６ＳＢ側に切り換えられ、周辺光電変換部１２Ｓの出力に対して青色の光成分に好適な特性の等化処理が行なわれる。この実施例３によっても、実施例１と同様の効果を得ることができる。

次に、図４及び図５を参照しながら、本発明の実施例４について説明する。本実施例は、上述した実施例１において、送受信機が更に接近した状態を検出し、空間電化効果などの影響を低減する制御を行うようにしたものである。図４には、本実施例の構成が示されており、図１に示した増幅器１４Ｃと等化器１６Ｃとの間に開閉スイッチ６０が設けられている。また、信号レベル検出器６２は、加算器１８の出力信号のレベルを検出し、送受信機の距離が、前記実施例１の近い場合と遠い場合のほかに、近接している場合についても検出動作を行う機能を備えている。

次に、図５を参照して、本実施例の動作を説明する。まず、送受信機の距離が近い場合は、図５(B)のように、切換スイッチ１５が等化器１６ＳＹ側に切り換えられる。また、開閉スイッチ６０は閉となる。従って、上述した図１(B)と同様となる。次に、送受信機の距離が遠い場合は、図５(C)のように、切換スイッチ１５が等化器１６ＳＢ側に切り換えられる。また、開閉スイッチ６０は閉（ｏｎ）となる。従って、上述した図１(C)と同様となる。次に、送受信機の距離が近接している場合は、加算器１８の出力信号レベルが、図５(B)の場合よりも更に高くなる。これが信号レベル検出器６２で検出されると、切換スイッチ１５については、上述した実施例１と同様に等化器１６ＳＹ側に切り換えるとともに、開閉スイッチ６０は開（ｏｆｆ）となる（図５(A)参照）。以上の送受信機間の距離と、切換スイッチ１５の切換え，開閉スイッチ６０の開閉，の関係をまとめると、以下の表１のようになる。

次に、送受信機が近接した場合に中央光電変換部１２Ｃ側の開閉スイッチ６０を開とする理由は、以下のとおりである。送受信機が最も近接した状態においては、光電変換器１０の受光面中心近傍への入射光量が極端に大きくなる。このため、前述の空間電荷効果，逆バイアス電圧不足による出力信号レベルの低下，帯域低下，が起こり、中央光電変換部１２Ｃからの出力信号の伝送品質が悪化する。また一方で、周辺光電変換部１２Ｓへの入射光量は、データを再生するに当たって十分な光量であるものの、相対的に蛍光体からの黄色成分の割合が青色成分よりも大きい。従って、送受信機が最近接した状態では、中央光電変換部１２Ｃの出力は使用せず、周辺光電変換部１２Ｓの出力信号に対しては、蛍光体からの発光分を多く含んだ黄色の光に対して適切な等化を施す等化器１６ＳＹを用いるようにしている。こうすることで、送受信機近接時にも伝送品質が悪化せず、なおかつ、ダイナミックレンジを拡大することができることになる。

次に、図６を参照しながら、本発明の実施例５について説明する。図６(A)の実施例は、上述した図４の実施例４に、図２の実施例２を適用したもので、信号レベル検出器６２のかわりに信号波形状態検出器７０を接続した構成となっている。この例では、信号波形状態検出器７０で、送受信機が近接しているかどうかが判定される。図６(B)の実施例は、上述した図４の実施例４に、図３の実施例３を適用したもので、信号レベル検出器６２のかわりにエラー検出器８０を接続した構成となっている。この例では、エラー検出器８０で、送受信機が近接しているかどうかが判定される。

なお、本発明は、上述した実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることができる。例えば、以下のものも含まれる。
（１）前記実施例で示した送信機や受信機の構成は一例であり、公知の回路技術を適用してよい。例えば、受信機側に、フィルタ，増幅器，３Ｒ機能（Reshaping，Regeneration，Retiming）でいうところのタイミング抽出部などの回路を追加してもよい（例えば、コロン社「光通信光学(1）」第３章参照）。
（２）前記実施例で示した青色光励起型白色ＬＥＤでは、青色ＬＥＤの光により励起された蛍光体が、補色関係にある黄色の光を発光するが、蛍光体発光成分に赤色成分を含む白色ＬＥＤもあり、それらも、本発明の「青色光励起型白色ＬＥＤ」に含まれる。
（３）青色光励起型白色ＬＥＤの出力光が、ＯＯＫ（On-Off Keying）などの変調方式で変調されて点滅する場合を一例として示したが、ＰＳＫ（Phase Shift Keying），ＦＳＫ（Frequency Shift Keying），ＰＰＭ（Pulse Position Modulation），ＱＡＭ（Quadrature Amplitude Modulation）などの各種変調方式を適用することが可能である。
（４）前記実施例では、受信機側の光電変換器を中央光電変換部と周辺光電変換部の２つによって構成したが、更に複数の光電変換部を設けることを妨げるものではない。また、前記実施例では、青色光の周囲に略同心円状に黄色光が分布している場合を示したが、楕円形などの場合であっても、光電変換部の形状を光分布の形状に対応させることで、本発明を適用可能である。更に、前記実施例では、円形の受光面を有する中央光電変換部の周辺を取り囲むように環状の受光面を有する周辺光電変換部を設けたが、他の形状，例えば中央光電変換部及び周辺光電変換部をいずれも四角形とし、中央光電変換部の左右もしくは上下に周辺光電変換部を配置するなど、各種の形状・配置とすることを妨げるものではない。
（５）前記実施例では、信号レベル検出，信号波形状態検出，エラー検出という手法によって、光電変換器の出力に対する等化器の特性切換えを行ったが、それらも一例であり、他の方法を適用することを妨げるものではない。
（６）前記実施例は、青色光励起型白色ＬＥＤに対して本発明を適用した場合を主として説明したが、他の白色ＬＥＤを用いる場合、更にはＬＥＤ以外の可視光光源を用いる場合に適用することを妨げるものではない。

本発明によれば，青色光励起型白色ＬＥＤなどの可視光光源に用いて、良好な伝送品質と広ダイナミックレンジの確保の両立された光受信機や可視光通信装置を提供することができ、送受信系を１対１に対向配置した空間光伝送に好適である。

実施例１の光電変換器と、光伝送システムの主要構成を示す回路ブロック図である。(A)は光電変換器の受光面の構成を示す図，(B)及び(C)は実施例１の回路ブロック図である。実施例２の主要構成を示す回路ブロック図である。実施例３の主要構成を示す回路ブロック図である。実施例４の主要構成を示す回路ブロック図である。実施例４の主要構成を示す回路ブロック図である。実施例５の主要構成を示す回路ブロック図である。 (A)は青色光励起型白色ＬＥＤの構成の一例を示す図，(B)はその発光スペクトル特性を示すグラフ，(C)は信号波形の空間電荷効果による信号波形の鈍りの一例を示すグラフである。白色ＬＥＤを使用したデータ伝送システムの一例を示すブロック図である。青色光励起型白色ＬＥＤの光分布の様子を示す図である。送受信機の距離の遠近による受信側の信号波形の一例を示すグラフである。 (A)は波形鈍り検出器の一例を示すブロック図，(B)は波形鈍りがないときの動作を示すタイムチャート，(C)は波形鈍りがあるときの動作を示すタイムチャートである。

符号の説明

１０：光電変換器
１２Ｃ：中央光電変換部
１２Ｓ：周辺光電変換部
１４Ｃ，１４Ｓ：増幅器
１５：切換スイッチ
１６Ｃ，１６ＳＢ，１６ＳＹ：等化器
１８：加算器
２０：識別再生回路
２２：信号レベル検出器
３０：青色光励起型白色ＬＥＤ
４０：信号波形状態検出器
４２，４４：コンパレータ
４６：ＸＯＲ回路
４８：ローパスフィルタ
５０：エラー検出器
６０：開閉スイッチ
６２：信号レベル検出器
７０：信号波形状態検出器
８０：エラー検出器
９００：青色ＬＥＤ
９０２：樹脂ケース
９０４，９０６：引出し電極
９０８：黄色蛍光体（蛍光体粒子）
９２０Ａ，９２０Ｂ：データ端末
９２２Ａ，９２２Ｂ：送受信機
９３０Ａ，９３０Ｂ：送信機
９３２：変調器
９３４：青色光励起型白色ＬＥＤ
９４０Ａ，９４０Ｂ：受信機
９４２：光電変換器
９４４：増幅器
９４６：等化器
９４８：識別再生回路（復調器）

Claims

第１の波長域の光を出力する発光体と、これから出力された光により励起されて応答速度の異なる第２の波長域の光を出力する蛍光体とを備えた発光手段から出力された光信号を受光する光受信機であって、
前記発光手段から出力された光信号の分布に対応して配置された複数の光電変換手段，
該複数の光電変換手段のうちの少なくとも１つについて選択的に設けられており、前記光電変換手段による変換後の電気信号を、受光波長帯域の応答速度に対応して波形等化する複数の等化手段，
前記発光手段を備えた光送信機と前記光受信機の距離に応じて、前記光電変換手段に入射する光の波長帯域に対応するように前記複数の等化手段を切り換える切換手段，
を備え、
前記複数の光電変換手段は、前記発光手段の出力光のうち、中央部分の光を受光する中央光電変換部と、前記中央部分の周囲の光を受光する周辺光電変換部とを備えており、
この周辺光電変換部の等化手段が、前記切換手段によって切り換えられることを特徴とする光受信機。
前記等化手段は、前記第１の波長域の光を出力する発光体の光に対応する波形等化を行う第１の等化器と、前記第２の波長域の光を出力する蛍光体の光に対応する波形等化を行う第２の等化器とを含むことを特徴とする請求項１記載の光受信機。
前記切換手段は、前記送信機と前記受信機とが近いときは、前記第２の等化器に切り換え、前記送信機と前記受信機とが遠いときは、前記第１の等化器に切り換えることを特徴とする請求項２記載の光受信機。
前記切換手段は、前記送信機と前記受信機とが近接しているときは、中央光電変換部の信号出力を使用しないようにすることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の光受信機。
前記切換手段は、
前記光受信機における識別再生前の信号レベルを検出する信号レベル検出手段，
前記光受信機における識別再生前の信号波形状態を検出する信号波形状態検出手段，
前記光受信機における識別再生後のエラーを検出するエラー検出手段，
のいずれかであることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の光受信機。
前記発光手段が青色光励起型白色ＬＥＤであって、前記第１の波長域の光を出力する発光体が青色ＬＥＤであることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の光受信機。
請求項１〜６のいずれかに記載の光受信機と、前記発光手段を含む光送信機とを備えたことを特徴とする可視光通信装置。