JP7311262B2 - 可視光通信システム - Google Patents

Description

本発明は、可視光域の光を用いて通信を行う、可視光通信システムに関する。

従来、可視光通信システムにおいては、送信・受信ともに別々の独立した２系統の光学レンズが必要であった。

特許第６２４７４１１号明細書

光学レンズを共通のものとするため、ハーフミラー等を用いた光学系の送受共用装置があるが（引用文献１）、ハーフミラーを用いるために、コスト、重量の観点から不利であった。
そこで、本発明は、光学系を２系統使用せず低コストで同等の性能を実現可能とする可視光通信システムを提供することを目的とする。

上述の課題を解決するため、本発明の請求項１に係る可視光通信システムは、レンズ、発光素子を有する送信基板、および、受光素子を有する受信基板を備え、外部の通信対象と通信を行う可視光通信システムであって、前記受光素子は前記レンズの焦点位置に実装され、前記送信基板は送信基板開口部を有し、前記発光素子は前記レンズの焦点位置の周囲に実装されることを特徴とする、可視光通信システムである。
本構成により、送信用レンズが不要になり装置の小型化・低廉化が期待できる。特に大口径レンズを用いた長距離通信システムに用いる場合、光学系の削減はコストメリットが非常に高い。

本発明の請求項２に係る可視光通信システムは、前記発光素子は前記レンズの焦点位置方向に傾けて実装されることを特徴とする、請求項１に記載の可視光通信システムである。
本構成により、発光素子による光がより効率的に送信される。

本発明の請求項３に係る可視光通信システムは、前記送信基板開口部は前記送信基板に設けられた穴であることを特徴とする、請求項１または２のいずれかに記載の可視光通信システムである。

本発明の請求項４に係る可視光通信システムは、前記送信基板は複数の送信基板副部を有し、複数の前記送信基板副部の間に前記送信基板開口部が形成されていることを特徴とする、請求項１ないし３のいずれかに記載の可視光通信システムである。
本構成により、送信基板に穴を設けることなく、複数の送信基板副部を実装するだけで、送信基板開口部を形成することができる。

本発明の請求項５に係る可視光通信システムは、前記発光素子が前記レンズの焦点位置に実装され、前記受光素子が前記レンズの焦点位置の周囲に実装されることを特徴とする、請求項１ないし４のいずれかに記載の可視光通信システムである。
本構成により、高価な発光素子を用いる場合に、単一の発光素子で可視光通信システムを形成することができ、コストを抑えることができる。

本発明の請求項６に係る可視光通信システムは、移動体に搭載するための移動体接続端子および可視光システム固定部を有することを特徴とする、請求項１ないし５のいずれかに記載の可視光通信システムである。

本発明の請求項７に係る可視光通信システムは、請求項１ないし６のいずれかに記載の可視光通信システムを備えた移動体。
本構成により、小型化された可視光通信システムで軽量化が図られるため、移動体において有利である。

本発明の一実施例における可視光通信システムの構成を示す。 本発明の一実施例における可視光通信システムの構成を示す。 本発明の一実施例における可視光通信システムの構成を示す。 本発明の一実施例における可視光通信システムの送信基板の構成を示す。 本発明の一実施例における可視光通信システムの送信基板の構成を示す。 本発明の一実施例における可視光通信システムの送信基板の構成を示す。 本発明の一実施例における可視光通信システムの送信基板の構成を示す。 本発明の一実施例における可視光通信システムの送信基板の構成を示す。 本発明の一実施例における可視光通信システムの送信基板の構成を示す。 本発明の一実施例における可視光通信システムの構成を示す。 本発明の一実施例における可視光通信システムの構成を示す。 本発明の一実施例における可視光通信システムの構成を示す。 本発明の一実施例における可視光通信システムを搭載した移動体の構成例を示す。

図１および図２は、本発明の一実施例における、可視光通信システムの構成例を示す。
可視光通信システム１００は、レンズ２００、発光素子３００を有する送信基板４００、および、受光素子５００を有する受信基板６００を備え、外部の通信対象と通信を行う。

受光素子５００はレンズ２００の焦点位置に実装されている。
送信基板４００は送信基板開口部４１０を有し、発光素子３００はレンズ２００の焦点位置の周囲に実装される。

本構成により、従来は送信用レンズおよび受信用レンズの２つのレンズが必要であったところ、送信用レンズが不要になり装置の小型化・低廉化が期待できる。特に大口径レンズを用いた長距離通信システムに用いる場合には、高価な大口径レンズが不要となり、コストを削減するとともに、軽量化を図ることも可能となる。
また、図２に記載のように、受信基板６００と送信基板４００との間に、放熱板４２０を有する構成とすることもできる。これにより、受光素子５００や発光素子３００に対して効率的に放熱を行うことができる。

図３は、本発明の一実施例における、可視光通信システム１００の構成例を示す。
本実施例においては、発光素子３００はレンズ２００の焦点位置方向に傾けて実装されている。この構成により、発光素子３００による光が、レンズ２００を通してより効率的に送信される。本実施例では、開口傾斜部４１１に配置された発光素子３００が、受光素子５００に近いため、受光素子の周囲に受光素子用遮蔽板６１０を設けているが、発光素子３００と受光素子５００の位置関係によっては、受光素子用遮蔽板６１０を用いない構成とすることもできる。
本実施例においては、送信基板４００における開口部４１０において、レンズ２００の焦点位置方向へ傾斜した開口傾斜部４１１を有する。これに代えて、送信基板４００は開口傾斜部を有さない構成とし、発光素子３００の台座を傾斜させる構成としてもよい。

図４、図５は、本発明の一実施例における、送信基板を示す。
本実施例において、送信基板開口部４１０は送信基板４００に設けられた円形の穴であり、レンズ２００の焦点位置の周囲に、複数の発光素子３００が円の周囲に等間隔に配置されている。
発光素子３００は、図４では４つであるが、図５では３つであり、それ以外の複数の発光素子３００でも、単一の発光素子３００でもよい。回路の設計上、等間隔に配置しないものとしてもよく、この場合、発光素子３００の強度を均一にする代わりに、発光素子３００の光の送信方向や配置場所に応じて、発光素子３００の強度を個々に設定してもよい。

図６は、本発明の一実施例における、送信基板を示す。
本実施例において、送信基板開口部４１０は送信基板４００に設けられた正方形の穴であり、レンズ２００の焦点位置の周囲に、４つの発光素子３００が等間隔に配置されている。
送信基板開口部４１０の形状は、円形や正方形以外に、楕円形、長方形や多角形など、回路の設計などに応じて選択することができる。
また、送信基板開口部４１０は穴である必要はない。つまり、例えば図７に示すように、送信基板４００はコの字状であり、その中央に開口を有するものとしてもよい。

図８は、本発明の一実施例における、送信基板を示す。
本実施例において、送信基板４００は２つの送信基板副部４０１、４０２から構成され、複数の送信基板副部（４０１、４０２）の間に送信基板開口部４１０が形成されている。個々の送信基板副部（４０１、４０２）は、それぞれ２つの発光素子３００を有する。
本構成により、送信基板４００に穴を設けることなく、複数の送信基板副部４０１、４０２を実装するだけで、送信基板開口部４１０を形成することができる。

図９は、本発明の一実施例における、送信基板を示す。
本実施例において、送信基板４００は４つの送信基板副部（４０３、４０４、４０５、４０６）から構成され、複数の送信基板副部（４０３、４０４、４０５、４０６）の間に送信基板開口部４１０が形成されている。そして、個々の送信基板副部（４０３、４０４、４０５、４０６）は、それぞれ１つの発光素子３００を有している。
送信基板副部（４０３、４０４、４０５、４０６）には、例えば、既成の、発光素子３００を有する発光ユニットを用いることができる。この場合、送信基板４００に穴を設けることなく、また、別途、複数の送信基板副部を製造する必要なく、複数の発光ユニットを実装するだけで、送信基板開口部（４０３、４０４、４０５、４０６）を形成することができる。

以上の例においては、受光素子５００がレンズ２００の焦点位置に、受光素子５００が焦点位置の周囲に配置されているため、受信信号の精度は１００％であるのに対し、送信信号の精度は受信信号の精度に比べると例えば７０％程度となる可能性がある。このため、例えば各センサからの信号を受信することがメインであり、必要に応じて各センサに信号を送信するような機器など、可視光信号の受信機能を主として利用し、発信機能を従として利用する場合にも、利用できる。

図１０は、本発明の一実施例における、可視光通信システム１００の構成例を示す。
本実施例においては、発光素子３００がレンズ２００の焦点位置に実装され、受光素子５００がレンズ２００の焦点位置の周囲に実装されている。この場合、図１に示される例における受信基板６００、送信基板４００、送信基板開口部４１０を、それぞれ、送信基板、受信基板、送信基板開口部として形成することもできる。
本構成により、高価な発光素子３００を用いる場合に、単一の発光素子３００で可視光通信システム固定部１００を形成することができ、コストを抑えることができる。

本構成においては、発光素子３００がレンズ２００の焦点位置に、受光素子５００が焦点位置の周囲に配置されているため、送信信号の精度は１００％であるのに対し、受信信号の精度は送信信号の精度に比べると例えば７０％程度となる可能性がある。このため、例えば通常は通信のハブとなる親機に測定信号を送信するのがメインであり、必要に応じて親機から信号を受信するようなセンサなど、可視光信号の発信機能を主として利用し、受信機能を従として利用する場合にも、利用できる。
別の実施例として、送信性能、つまり、発光性能が重視される場合には、発光素子３００を中心に配置する構成を採用し、受信性能、つまり、受光性能が重視される場合には、受光素子５００を中心に配置する構成を採用することができる。

図１１は、本発明の一実施例における、可視光通信システム１００の構成例を示す。本実施例においては、監視カメラ７１１とモニタ７１２において、光通信が用いられている。
一般に、監視カメラ７１１からモニタシステム７１０へ送信されるデータ量は、モニタシステム７１０から監視カメラ７１１へ送信されるデータ量より多く、有線回線などであれば太い回線が必要であり、無線回線などであれば広い帯域が必要である。
本実施例においても、矢印Ｍで示される、監視カメラ７１１からモニタシステム７１０へ送信されるデータ量は、矢印Ｓで示される、モニタシステム７１０から監視カメラ７１１へ送信されるデータ量より多く、例えば１０倍から１０００倍、またはそれ以上である。
監視カメラ７１１からは主にデータの送信が行われるため、発光素子３００を中心に配置する構成を採用している。他方、モニタシステム７１０では主にデータの受信が行われるため、受光素子５００を中心に配置する構成を採用している。

図１２は、本発明の一実施例における可視光通信システム１００の構成例を示し、図１３は、本発明の一実施例における、可視光通信システム１００を搭載した移動体の構成例を示す。
本実施例において、可視光通信システム１００は、移動体に搭載するための移動体接続端子１０１および可視光システム通信固定部（１０２、１０３）を有し、移動体接続端子１０１は移動体７２０に接続され、可視光通信システム１００は可視光システム固定部（１０２、１０３）により移動体７２０に固定されている。

可視光通信システム固定部１００を備えた移動体は、例えば車両であり、車両の左右前方に２つ、後方に１つの可視光通信システム１００を有する。これにより、前方、左右、後方のいずれとも通信を行うことができる。
本実施例においては、可視光通信システム１００が小型化され軽量化が図られているため、車両自体も軽量化できる。

本発明は以上の実施例に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で様々な実施例を含むことは言うまでもない。
例えば、霧など光通信が困難となる状況に備えて、電波通信システムを別途設け、可視光通信システムと電波通信システムを併用する構成とすることもできる。

１００ 可視光通信システム
１０１ 可視光通信システム固定部
１０２ 可視光通信システム固定部
１０３ 可視光通信システム固定部
１１０ 送信主型可視光通信システム
１２０ 受信主型可視光通信システム
２００ レンズ
３００ 発光素子
４００ 送信基板
４０１ 送信基板副部
４０２ 送信基板副部
４０３ 送信基板副部
４０４ 送信基板副部
４０５ 送信基板副部
４０６ 送信基板副部
４１０ 送信基板開口部
４１１ 開口傾斜部
４２０ 放熱板
５００ 受光素子
６００ 受信基板
６１０ 受信基板開口部
６２０ 受光素子用遮蔽板
７１０ モニタシステム
７１１ 監視カメラ
７１２ モニタ
７２０ 移動体

Claims (7)

1. レンズ、発光素子を有する送信基板、および、受光素子を有する受信基板を備え、外部の通信対象と通信を行う可視光通信システムであって、
   前記受光素子は前記レンズの焦点位置に実装され、
   前記送信基板は、
   前記受信基板と前記レンズの間に配置され、
   送信基板開口部を有し、
   前記発光素子は前記レンズの焦点位置の周囲に実装され、
   前記受光素子は前記レンズを通る光を、前記送信基板開口部を通して受光し、
   前記送信基板は、前記発光素子による光を、前記レンズを通して送信することを特徴とする、可視光通信システム。
2. 前記発光素子は前記レンズの焦点位置方向に傾けて実装されることを特徴とする、請求項１に記載の可視光通信システム。
3. 前記送信基板開口部は前記送信基板に設けられた穴であることを特徴とする、請求項１または２のいずれかに記載の可視光通信システム。
4. 前記送信基板は複数の送信基板副部を有し、複数の前記送信基板副部の間に前記送信基板開口部が形成されていることを特徴とする、請求項１ないし３のいずれかに記載の可視光通信システム。
5. レンズ、発光素子を有する送信基板、および、受光素子を有する受信基板を備え、外部の通信対象と通信を行う可視光通信システムであって、
   前記発光素子が前記レンズの焦点位置に実装され、
   前記受信基板は、
   前記送信基板と前記レンズの間に配置され、
   受信基板開口部を有し、
   前記受光素子が前記レンズの焦点位置の周囲に実装され
   前記発光素子は前記レンズを通る光を、前記受信基板開口部を通して送信し、
   前記受信基板は、前記レンズを通る光を前記受光素子により受信することを特徴とする、可視光通信システム。
6. 移動体に搭載するための移動体接続端子および可視光システム固定部を有することを特徴とする、請求項１ないし５のいずれかに記載の可視光通信システム。
7. 請求項１ないし６のいずれかに記載の可視光通信システムを備えた移動体。
   

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