(57)【要約】【課題】受信可能なデータ速度が異なる複数種類の受信機に対して簡易且つ略同時に光通信信号を送信可能とする。【解決手段】制御回路７は、複数のスイッチ要素Q1，Q2を互いに異なるスイッチング周波数でスイッチングすることにより、周波数が異なる複数種類の光通信信号を互いに重畳するように構成されている。フォトダイオードのように受光素子の応答速度が駆動信号S1の周波数よりも十分に高い場合、当該受光素子を搭載した受信機は、高周波の光通信信号を受信することができる。一方、ＣＭＯＳイメージセンサのように受光素子の応答速度が駆動信号S1の周波数よりも低い場合、当該受光素子を搭載した受信機は、例えば、ローパスフィルタによって低周波の光通信信号を分離して受信することができる。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光ダイオードを含み、平滑回路を介して定電流源に接続される負荷回路と、前記負荷回路に付加されることで前記負荷回路の負荷特性を部分的に変化させる複数の負荷変動要素と、２値の光通信信号に応じて前記複数の負荷変動要素を各別に前記負荷回路に付加するか否かを切り替える複数のスイッチ要素と、光通信信号に応じて前記複数のスイッチ要素をスイッチングする制御回路とを備え、
前記制御回路は、前記複数のスイッチ要素を互いに異なるスイッチング周波数で且つ同期してスイッチングし、且つ前記スイッチング周波数が相対的に高い方の前記スイッチ要素で切り替えられる前記負荷変動要素による負荷特性の変化を、前記スイッチング周波数が相対的に低い方の前記スイッチ要素で切り替えられる前記負荷変動要素による負荷特性の変化よりも大きくすることにより、周波数が異なる複数種類の光通信信号を互いに重畳するように構成されることを特徴とする可視光通信装置。
【請求項２】
前記複数の負荷変動要素の少なくとも何れか１つが抵抗器であることを特徴とする請求項１記載の可視光通信装置。
【請求項３】
前記複数の負荷変動要素の少なくとも何れか１つが発光ダイオード又はダイオードであることを特徴とする請求項１又は２記載の可視光通信装置。
【請求項４】
前記複数の負荷変動要素の少なくとも何れか１つが定電圧素子を含む定電圧回路部で構成されることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の可視光通信装置。
【請求項５】
前記発光ダイオードが有機発光ダイオードからなることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の可視光通信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、可視光通信装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、照明器具(可視光通信装置)から放射される可視光(照明光)を変調して当該照明器具に固有のID情報などを送信し、前記可視光を受光する受信機でID情報を復調するようにした可視光通信システム(可視光IDシステム)が実用化されている。
【０００３】
ここで、可視光通信システムを構成する可視光通信装置の従来例として、特許文献１に記載されている照明光通信装置を例示する。この照明光通信装置10は、図７に示すように定電流源１と、平滑コンデンサ２と、ＬＥＤ光源３と、負荷変動要素４と、信号発生回路６と、スイッチ要素５とを備える。
【０００４】
平滑コンデンサ２は定電流源１の出力端間に接続されて、定電流源１の出力を平滑する。ＬＥＤ光源３は、定電流源１の出力端間に直列接続された複数の発光ダイオードを含み、平滑コンデンサ２で平滑された定電流源１の出力が供給される。負荷変動要素４は、ＬＥＤ光源３に付加されることでＬＥＤ光源３の負荷特性を部分的に変化させるものであり、例えば一部の発光ダイオードに並列接続された抵抗器で構成される。信号発生回路６は２値の光通信信号を発生する。スイッチ要素５は、例えば負荷変動要素４を構成する抵抗器と直列に接続されたスイッチング素子(例えばＭＯＳＦＥＴ)からなる。スイッチ要素５は、２値の光通信信号によりオン／オフが切り替えられることによって、負荷変動要素４をＬＥＤ光源３に付加するか否かを切り替える。
【０００５】
すなわち、負荷変動要素４がＬＥＤ光源３に付加されていないときと付加されているときとで発光ダイオードに流れる負荷電流の大きさが変化することにより、照明光通信装置10の光出力に光通信信号を重畳して送信することができる(図８参照)。
【０００６】
照明光通信装置10から送信される光通信信号は、受光素子を有する受信機20によって受信される。受信機20は、光通信信号が重畳されていない光出力と、光通信信号が重畳された光出力との差分を検出することで光通信信号を受け取る方式を採用している。このような方式を採用することで微少な変調光でも検出が可能になる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１２−６９５０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、受信機20は、光通信信号の受信のみを行う専用機でなくても構わない。例えば、携帯電話機やスマートフォンには動画撮影が可能なカメラが搭載されているので、このカメラで光通信信号を受信(受光)することも可能である。
【０００９】
しかしながら、前記カメラに使用される固体撮像素子(ＣＭＯＳイメージセンサなど)は、通常、撮影速度(フレームレート)が１００〜５００フレーム毎秒程度であるため、データ速度が数キロビット毎秒の光通信信号を実質的に受信できない。なお、専用機などで使用される受光素子(フォトダイオードなど)であれば、固体撮像素子よりも応答速度が十分に速いために光通信信号を受信することができる。
【００１０】
すなわち、従来の可視光通信装置(照明光通信装置10)では、受信機20に使用される受光素子の種類に対応したデータ速度の光通信信号を送信しなければならない。そのため、同一内容の光通信信号を異なるデータ速度で時分割して送信したり、光通信信号のデータ速度が異なる複数種類の可視光通信装置を設置しなければならなかった。
【００１１】
本発明は、上記課題に鑑みて為されたものであり、受信可能なデータ速度が異なる複数種類の受信機に対して簡易且つ略同時に光通信信号を送信することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の可視光通信装置は、発光ダイオードを含み、平滑回路を介して定電流源に接続される負荷回路と、前記負荷回路に付加されることで前記負荷回路の負荷特性を部分的に変化させる複数の負荷変動要素と、２値の光通信信号に応じて前記複数の負荷変動要素を各別に前記負荷回路に付加するか否かを切り替える複数のスイッチ要素と、光通信信号に応じて前記複数のスイッチ要素をスイッチングする制御回路とを備え、前記制御回路は、前記複数のスイッチ要素を互いに異なるスイッチング周波数で且つ同期してスイッチングし、且つ前記スイッチング周波数が相対的に高い方の前記スイッチ要素で切り替えられる前記負荷変動要素による負荷特性の変化を、前記スイッチング周波数が相対的に低い方の前記スイッチ要素で切り替えられる前記負荷変動要素による負荷特性の変化よりも大きくすることにより、周波数が異なる複数種類の光通信信号を互いに重畳するように構成されることを特徴とする。
【００１３】
この可視光通信装置において、前記複数の負荷変動要素の少なくとも何れか１つが抵抗器であることが好ましい。
【００１４】
この可視光通信装置において、前記複数の負荷変動要素の少なくとも何れか１つが発光ダイオード又はダイオードであることが好ましい。
【００１５】
この可視光通信装置において、前記複数の負荷変動要素の少なくとも何れか１つが定電圧素子を含む定電圧回路部で構成されることが好ましい。
【００１６】
この可視光通信装置において、前記発光ダイオードが有機発光ダイオードからなることが好ましい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の可視光通信装置は、周波数が異なる複数種類の光通信信号を重畳して送信することにより、受信可能なデータ速度が異なる複数種類の受信機に対して簡易且つ略同時に光通信信号を送信することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明に係る可視光通信装置の実施形態を示す回路図である。
【図２】(ａ)〜(ｃ)は同上の動作説明用の波形図である。
【図３】同上の別の実施形態を示す回路図である。
【図４】(ａ)〜(ｄ)は同上の動作説明用の波形図である。
【図５】同上のさらに別の実施形態を示す回路図である。
【図６】(ａ)〜(ｅ)は同上における負荷変動要素の別の形態を示す回路図である。
【図７】従来例を示す回路図である。
【図８】同上の動作説明用の波形図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明に係る可視光通信装置の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００２０】
本実施形態は、図１に示すように平滑コンデンサ２とともに定電流源１の出力端間に並列接続されるＬＥＤ光源３と、複数(図示例では２個)の負荷変動要素(抵抗器R1，R2)と、複数(図示例では２つ)のスイッチ要素Q1，Q2と、制御回路７とを備える。なお、光源に使用される発光素子として、有機発光ダイオード(有機エレクトロルミネセンス素子)が用いられても構わない。
【００２１】
平滑コンデンサ２は定電流源１の出力を平滑する。ＬＥＤ光源３は、定電流源１の出力端間に直列接続された複数(図示例では５個)の発光ダイオードを含み、平滑コンデンサ２で平滑された定電流源１の出力(電流Ｉ)が供給される。
【００２２】
負荷変動要素である２個の抵抗器R1，R2は、ＬＥＤ光源３と直列に接続される。スイッチ要素Q1，Q2は、例えば、ＭＯＳＦＥＴなどの半導体スイッチング素子からなる。一方のスイッチ要素Q1は、２個の抵抗器R1，R2と並列に接続される。他方のスイッチ要素Q2は、１個の抵抗器R2と並列に接続される。
【００２３】
制御回路７は、後述するように送信データを符号化してなる光通信信号に応じて、スイッチ要素Q1を高い周波数(例えば、10kHz、デューティ比50％)でスイッチングし、スイッチ要素Q2を低い周波数(例えば、0.5kHz、デューティ比50％)でスイッチングする。図２(ｂ)は、制御回路７がスイッチ要素Q1をスイッチングするための駆動信号S1を示し、図２(ｃ)は、制御回路７がスイッチ要素Q2をスイッチングするための駆動信号S2を示している。なお、各駆動信号S1，S2がハイレベルのときにスイッチ要素Q1，Q2がオンし、各駆動信号S1，S2がローレベルのときにスイッチ要素Q1，Q2がオフする。ただし、制御回路７は、低周波の駆動信号S2と高周波の駆動信号S1を同期させている。
【００２４】
制御回路７がスイッチ要素Q1をオンすると、２個の抵抗器R1，R2が何れもスイッチ要素Q1でバイパスされるため、ＬＥＤ光源３に流れる電流Ｉが最も大きくなる(Ｉ＝I1)。また、制御回路７がスイッチ要素Q1をオフしているときにスイッチ要素Q2をオンすると、１個の抵抗器R2のみがスイッチ要素Q2でバイパスされるため、ＬＥＤ光源３に流れる電流Ｉが減少する(Ｉ＝I2＜I1)。さらに、制御回路７が２つのスイッチ要素Q1，Q2を両方ともオフすると、２個の抵抗器R1，R2が何れもバイパスされないため、ＬＥＤ光源３に流れる電流Ｉがさらに減少する(Ｉ＝I3＜I2＜I1)。図２(ａ)は、ＬＥＤ光源３に流れる電流Ｉの変化を示している。
【００２５】
すなわち、制御回路７は、複数のスイッチ要素Q1，Q2を互いに異なるスイッチング周波数でスイッチングすることにより、周波数が異なる複数種類の光通信信号を互いに重畳するように構成されている。
【００２６】
ここで、可視光通信の仕様(プロトコル)は、例えば、電子情報技術産業協会規格JEITA CP-1222(可視光IDシステム)に規定されている。この規格では、２ビットごとを単位として送信データをパルス位置に変換している。なお、このような変換(符号化)方式を４ＰＰＭ(Pulse Position Modulation：パルス位置変調)と呼ぶ。４ＰＰＭ符号化において、制御回路７は、スロットを「０」とするときに光出力を増加させ、スロットを「１」とするときに光出力を減少させる。
【００２７】
而して、フォトダイオードのように受光素子の応答速度が駆動信号S1の周波数よりも十分に高い場合、当該受光素子を搭載した受信機は、高周波の光通信信号を受信することができる。一方、ＣＭＯＳイメージセンサのように受光素子の応答速度が駆動信号S1の周波数よりも低い場合、当該受光素子を搭載した受信機は、例えば、ローパスフィルタによって低周波の光通信信号を分離して受信することができる。
【００２８】
つまり、本実施形態では、受光素子の応答速度が異なる２種類の受信機に対して、略同時に光通信信号を送信して受信させることができる。故に、受信機の種類に応じて複数種類の送信機(可視光通信装置)を設置する必要がないので、利用効率の高い可視光通信システムが実現できる。しかも、本実施形態は、特許文献１記載の従来例に対して負荷変動要素とスイッチ要素が追加されただけであるから、簡易に実現できるという利点がある。
【００２９】
ここで、図３に示すように３個の抵抗器R1，R2，R3をＬＥＤ光源３と直列に接続し、３つのスイッチ要素Q1，Q2，Q3をそれぞれ３個の抵抗器R1〜R3、２個の抵抗器R2，R3、１個の抵抗器R3と並列に接続してもよい。この場合、制御回路７は、最も高い周波数の駆動信号S1をスイッチ要素Q1に出力し、最も低い周波数の駆動信号S3をスイッチ要素Q3に出力し、中間の周波数の駆動信号S2をスイッチ要素Q2に出力する(図４(ｂ)〜(ｄ)参照)。
【００３０】
制御回路７がスイッチ要素Q1をオンすると、３個の抵抗器R1〜R3が全てスイッチ要素Q1でバイパスされるため、ＬＥＤ光源３に流れる電流Ｉが最も大きくなる(Ｉ＝I1)。また、制御回路７がスイッチ要素Q1をオフしているときにスイッチ要素Q2をオンすると、２個の抵抗器R2，R3がスイッチ要素Q2でバイパスされるため、ＬＥＤ光源３に流れる電流Ｉが減少する(Ｉ＝I2＜I1)。さらに、制御回路７がスイッチ要素Q1，Q2をオフしているときにスイッチ要素Q3をオンすると、１個の抵抗器R3のみがスイッチ要素Q3でバイパスされるため、ＬＥＤ光源３に流れる電流Ｉがさらに減少する(Ｉ＝I3＜I2)。そして、制御回路７が３つのスイッチ要素Q1〜Q3を全てオフすると、３個の抵抗器R1〜R3が何れもバイパスされないため、ＬＥＤ光源３に流れる電流Ｉが最も少なくなる(Ｉ＝I4＜I3＜I2＜I1)。図４(ａ)は、ＬＥＤ光源３に流れる電流Ｉの変化を示している。
【００３１】
すなわち、制御回路７は、３つのスイッチ要素Q1〜Q3を互いに異なるスイッチング周波数でスイッチングすることにより、周波数が異なる３種類の光通信信号を互いに重畳することができる。
【００３２】
なお、負荷変動要素４及びスイッチ要素Qの個数は２個又は３個に限定されず、図５に示すように４個以上であっても構わない。また、負荷変動要素４は抵抗器に限定されず、例えば、図６(ａ)に示すようにダイオードＤ(または発光ダイオード)でもよい。あるいは、負荷変動要素４は、図６(ｂ)に示すように定電圧素子(ツェナーダイオードＺＤ)を含む定電圧回路部で構成されてもよい。さらに、負荷変動要素４は、図６(ｃ)に示すようにサーミスタ素子Rhでもよいし、図６(ｄ)，(ｅ)に示すように抵抗器ＲとダイオードＤの並列回路又は直列回路でも構わない。なお、全ての負荷変動要素４が同一種類のものである必要は無く、上述した複数種類の負荷変動要素４を組み合わせてもよい。
【００３３】
また、図示及び詳細な説明は省略するが、複数の負荷変動要素をＬＥＤ光源３と並列又は直列と並列を組み合わせて接続しても構わない。
【符号の説明】
【００３４】
１  定電流源
２  平滑コンデンサ(平滑回路)
３  ＬＥＤ光源(負荷回路)
７  制御回路
Q1，Q2  スイッチ要素
R1，R2  抵抗器(負荷変動要素)
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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