(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
可視光送信装置において、
互いに異なる色に発光する発光部と、
デジタル値をエンコーディング用マトリックス値に対応させる光エンコーディング部と、
前記エンコーディング用マトリックス値に対応する発光パターンを生成する発光制御部と、
前記発光パターンによって互いに異なる色に発光する発光部と、を含み、
前記エンコーディング用マトリックスは、０から１までの間の実数値が行列要素である３行ｎ列マトリックスであり、
ｎは、３以上の自然数であり、
前記発光制御部は、毎周期を前記エンコーディング用マトリックスの列の数ｎの時間区間に分け、毎周期ごとに与えられた前記エンコーディング用マトリックスに対応して光源の出力光量を制御するが、
エンコーディング用マトリックスの１行目の数字に対応し、第１カラー光源の発光を制御し、
エンコーディング用マトリックスの２行目の数字に対応し、第２カラー光源の発光を制御し、
エンコーディング用マトリックスの３行目の数字に対応し、第３カラー光源の発光を制御することを特徴とするフリッカーフリーのカラー可視光送信装置。
【請求項２】
可視光受信装置において、
光を感知する受光部と、
前記受光部の受光量パターンから、デコーディングされたマトリックス値を計算する受光計算部と、
前記受光計算部で計算されたデコーディングされたマトリックス値をデジタル値に対応させる光デコーディング部と、を含み、
前記デコーディングされたマトリックスは、０から１までの間の実数値が行列要素である３行ｎ列マトリックスであり、
ｎは、３以上の自然数であり、
前記受光計算部は、毎周期を前記デコーディングされたマトリックスの列の数ｎの時間区間に分け、毎周期ごとに、
受光された第１カラー光の光量のパターンからデコーディングされたマトリックスの１行目の数字を計算し、
受光された第２カラー光の光量のパターンからデコーディングされたマトリックスの２行目の数字を計算し、
受光された第３カラー光の光量のパターンからデコーディングされたマトリックスの３行目の数字を計算することを特徴とするフリッカーフリーカラー可視光受信装置。
【請求項３】
可視光通信をする送信部と受信部とを含む通信システムにおいて、
前記送信部は、
デジタル値をエンコーディング用マトリックス値に対応させる光エンコーディング部と、
前記エンコーディング用マトリックス値に対応する発光パターンを生成する発光制御部と、
前記発光パターンによって、互いに異なる色に発光する発光部と、を含み、
前記受信部は、
光を感知する受光部と、
前記受光部の受光量パターンから、デコーディングされたマトリックス値を計算する受光計算部と、
前記受光計算部で計算されたデコーディングされたマトリックス値を、前記デジタル値に対応させる光デコーディング部と、を含み、
前記エンコーディング用マトリックスと、デコーディングされたマトリックスは、０から１までの間の実数値が行列要素である３行ｎ列マトリックスであり、
ｎは、３以上の自然数であり、
前記発光制御部は、毎周期を前記エンコーディング用マトリックスの列の数ｎの時間区間に分け、毎周期ごとに与えられた前記エンコーディング用マトリックスに対応して光源の出力光量を制御するが、
エンコーディング用マトリックスの１行目の数字に対応し、第１カラー光源の発光を制御し、
エンコーディング用マトリックスの２行目の数字に対応し、第２カラー光源の発光を制御し、
エンコーディング用マトリックスの３行目の数字に対応し、第３カラー光源の発光を制御し、
前記受光計算部は、毎周期を前記デコーディングされたマトリックスの列の数ｎの時間区間に分け、毎周期ごとに、
受光された第１カラー光の光量のパターンから、デコーディングされたマトリックスの１行目の数字を計算し、
受光された第２カラー光の光量のパターンから、デコーディングされたマトリックスの２行目の数字を計算し、
受光された第３カラー光の光量のパターンから、デコーディングされたマトリックスの３行目の数字を計算することを特徴とするフリッカーフリーのカラー可視光通信システム。
【請求項４】
第１カラー、第２カラー、第３カラーは、三原色であることを特徴とする請求項３に記載のフリッカーフリーのカラー可視光通信システム。
【請求項５】
前記発光制御部が光源を点滅させるために参照するエンコーディング用マトリックスの各行の数字の総和は、０から１までの間の定数値であり、その値は、全ての周期で同一であることを特徴とする請求項３に記載のフリッカーフリーのカラー可視光通信システム。
【請求項６】
前記発光制御部は、ｉ番目時間区間では、前記エンコーディング用マトリックスのｉ番目列の数字に比例する光量を出力するように光源の発光を制御し、
前記受光計算部は、ｉ番目時間区間で受光した光量に比例した値を、前記デコーディングされたマトリックスのｉ番目列の数字として計算し、
ｉは１、以上ｎ以下の自然数であることを特徴とする請求項３に記載のフリッカーフリーのカラー可視光通信システム。
【請求項７】
前記発光部は、照明用光源またはディスプレイであることを特徴とする請求項３に記載のフリッカーフリーのカラー可視光通信システム。
【請求項８】
発光部は、映像を出力するディスプレイであり、
前記発光制御部は、ｉ番目時間区間では、ｉ番目区間映像を出力するが、
ｉ番目区間の映像は、与えられた周期の間に出力する本来映像の各ピクセルの三原色成分値（Ｒ，Ｇ，Ｂ）を、その各ピクセルの三原色成分値に、エンコーディング用マトリックスのｉ番目列の３つの数字（Ｒｉ，Ｇｉ，Ｂｉ）をそれぞれ乗じた新たなピクセル値（Ｒ＊Ｒｉ，Ｇ＊Ｇｉ，Ｂ＊Ｂｉ）に変えた映像であることを特徴とする請求項６に記載のフリッカーフリーのカラー可視光通信システム。
【請求項９】
前記発光制御部は、ディスプレイの全体領域を１個または多数の部分領域に分け、各部分領域に、互いに異なる通信チャネルを割り当て、同時に多数の通信を行うように、画面の発光を制御することを特徴とする請求項８に記載のフリッカーフリーのカラー可視光通信システム。
【請求項１０】
前記受信部は、映像撮影手段を含み、
受信された情報を、前記映像撮影手段に撮影された映像上に表示することを特徴とする請求項３に記載のフリッカーフリーのカラー可視光通信システム。
【請求項１１】
可視光通信を行う発光部を含む送信部と、受光部を含む受信部とを含む通信システムの通信方法において、
前記送信部により、
デジタル値を、エンコーディング用マトリックス値に対応させる光エンコーディングを行う段階と、
前記送信部により、
前記エンコーディング用マトリックス値に対応する発光パターンを生成する発光制御を行う段階と、
前記受信部により、
前記受光部の受光量パターンから、デコーディングされたマトリックス値を計算する受光計算段階と、
前記受信部により、
前記受光計算段階で計算されたデコーディングされたマトリックス値を、前記デジタル値に対応させる光デコーディング段階と、を含み、
前記エンコーディング用マトリックスと、デコーディングされたマトリックスは、０から１までの間の実数値が行列要素である３行ｎ列マトリックスであり、
ｎは、３以上の自然数であり、
前記送信部は、発光制御を行う前記段階において、毎周期を前記エンコーディング用マトリックスの列の数ｎの時間区間に分け、毎周期ごとに与えられた前記エンコーディング用マトリックスに対応して光源の出力光量を制御するが、
エンコーディング用マトリックスの１行目の数字に対応し、第１カラー光源の発光を制御し、
エンコーディング用マトリックスの２行目の数字に対応し、第２カラー光源の発光を制御し、
エンコーディング用マトリックスの３行目の数字に対応し、第３カラー光源の発光を制御し、
前記受信部は、前記受光計算段階において、毎周期を前記デコーディングされたマトリックスの列の数ｎの時間区間に分け、毎周期ごとに、
受光された第１カラー光の光量のパターンから、デコーディングされたマトリックスの１行目の数字を計算し、
受光された第２カラー光の光量のパターンから、デコーディングされたマトリックスの２行目の数字を計算し、
受光された第３カラー光の光量のパターンから、デコーディングされたマトリックスの３行目の数字を計算することを特徴とするフリッカーフリーのカラー可視光通信方法。
【請求項１２】
発光部を含む可視光送信装置の可視光通信方法において、
デジタル値をエンコーディング用マトリックス値に対応させる光エンコーディング段階と、
前記エンコーディング用マトリックス値に対応する発光パターンを生成する発光制御段階と、を含み、
前記エンコーディング用マトリックスは、０から１までの間の実数値が行列要素である３行ｎ列マトリックスであり、
ｎは、３以上の自然数であり、
前記可視光送信装置は、前記発光制御段階において、毎周期を前記エンコーディング用マトリックスの列の数ｎの時間区間に分け、毎周期ごとに与えられた前記エンコーディング用マトリックスに対応して光源の出力光量を制御するが、
エンコーディング用マトリックスの１行目の数字に対応し、第１カラー光源の発光を制御し、
エンコーディング用マトリックスの２行目の数字に対応し、第２カラー光源の発光を制御し、
エンコーディング用マトリックスの３行目の数字に対応し、第３カラー光源の発光を制御することを特徴とするフリッカーフリーのカラー可視光通信方法。
【請求項１３】
受光部を含む可視光受信装置の可視光通信方法において、
前記受光部の受光量パターンから、デコーディングされたマトリックス値を計算する受光計算段階と、
前記受光計算段階で計算されたデコーディングされたマトリックス値を、デジタル値に対応させる光デコーディング段階と、を含み、
前記デコーディングされたマトリックスは、０から１までの間の実数値が行列要素である３行ｎ列マトリックスであり、
ｎは、３以上の自然数であり、
前記可視光受信装置は、前記受光計算段階において、毎周期を前記デコーディングされたマトリックスの列の数ｎの時間区間に分け、毎周期ごとに、
受光された第１カラー光の光量のパターンから、デコーディングされたマトリックスの１行目の数字を計算し、
受光された第２カラー光の光量のパターンから、デコーディングされたマトリックスの２行目の数字を計算し、
受光された第３カラー光の光量のパターンから、デコーディングされたマトリックスの３行目の数字を計算することを特徴とするフリッカーフリーのカラー可視光通信方法。
【請求項１４】
さまざまな周期のうち先頭の一部の周期に対応する前記エンコーディング用マトリックス及び前記デコーディングされたマトリックスは、周期開始を表示する定められたカラーである列を含むことを特徴とする請求項６に記載のフリッカーフリーのカラー可視光通信システム。
【請求項１５】
全ての周期のそれぞれに対応する前記エンコーディング用マトリックス及び前記デコーディングされたマトリックスのそれぞれにおいて多数の列のうち一つの列は、周期開始を表示する定められたカラーであることを特徴とする請求項６に記載のフリッカーフリーのカラー可視光通信システム。
【請求項１６】
前記周期開始を表示する定められたカラーは、黒または灰色であることを特徴とする請求項１４または１５に記載のフリッカーフリーのカラー可視光通信システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、色（color）を利用した可視光通信のフリッカを除去する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
本発明は、照明光のフリッカを利用して情報を伝送し、光センサでそのフリッカを感知し、フリッカのパターンが意味する情報を受信する可視光通信に係わるものである。かような可視光通信の伝送速度を速めるために、さまざまな色の光源を同時に使用するカラー可視光通信が提案された。すなわち、特許文献１には、情報の高速伝送のために、異なるカラーで互いに異なる情報を表示する技術が提示されている。そして、特許文献２には、照明通信用光源のフリッカを緩和するために、輝度変化は抑制し、色変化だけで情報を表示する技術が提示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】大韓民国特許出願１０−２００９−７０２０５８１号「可視光送信装置、可視光受信装置、可視光通信システム及び可視光通信方法」
【特許文献２】大韓民国特許出願１０−２０１０−０１１６００２号「可視光通信システムにおける色差情報を利用して通信する送受信装置及び方法」
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、前記特許文献１及び２のようなカラー可視光通信の光源フリッカを緩和または除去するための技術に係わるものであり、照明用光源を利用した場合と、ＬＣＤ（liquidcrystal display）モニタ、ＯＬＥＤ（organiclight emitting diode）モニタ、ビームプロジェクタなどのようなカラーディスプレイを利用した場合とに大別される。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
前記目的を達成するために、本発明のカラー通信システムは、定められた短時間（それを本発明では、１周期（period）とする）内に、三原色（赤、緑、青）光を、それぞれ定められたパターンで点滅させて情報を出力するが、その短時間の間に出力された三原色の全光量は、常に一定輝度の白色光になるように維持することを特徴とする。そして、前記１周期は、十分に短くし（人は、１秒に１００回ほどのフリッカは、感知することができないので、１周期は、０．０１秒ほどにすることが望ましい）、その間にフリッカした三原色光源のフリッカは、肉眼では感知することができず、まさに同時に連続して放射されたように見えるようにしなければならない。かような光源は、肉眼には、連続して白色光を放射する普通照明に見えるが、高速光センサは、各カラー光の点滅を感知し、そのパターンを認識することにより、情報を受信することができる。すなわち、前記特許文献１及び２の技術は、単に１周期の間、三原色光源を一定に光を放射し、カラーで情報を表示したために、毎周期ごとに、互いに異なるカラーが出力され、フリッカまたは色の変化を肉眼が感知することができるが、本発明は、１周期の間、カラーの点滅パターンで情報を表示するが、１周期の間に放射された光の総和が常に白色光になるように、点滅パターンに制限を加え、人は、常に一定輝度の白色光を見るようにしたことが特徴である。かようにすることにより、フリッカーフリー照明の機能と高速通信機能とを同時に遂行することができる。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によるカラー通信システムを使用すれば、フリッカーフリー照明光源で、高速通信を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明の第２実施形態の図面である。
【図２】表２のビット０を、さまざまな周期の間、続けて出力するときの三原色光源から放射される光の強度を示したグラフである。
【図３】表２のビット１を、さまざまな周期の間、続けて出力するときの三原色光源から放射される光の強度を示したグラフである。
【図４】青色光源でビット１を出力した後、時刻ｓ１でビット０を出力し、さらに時刻ｓ２でビット１を出力するグラフである。
【図５】カラー平面（ＵＶ平面）上の１６個格子点の図面である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
実施形態１
可視光照明通信システムは、照明光の点滅で情報を送信し、光センサでその点滅を感知して情報を受信するシステムである。かような通信システムに使用される光源には、発光ダイオード（ＬＥＤ）が使用される。また、照明装置のＬＥＤだけではなく、ＬＣＤディスプレイのバックライトとして使用されるＬＥＤも、高速で点滅させることによって情報を送信することができる。光源を点滅させる方法としては、例えば、マンチェスターコーディングを使用することができる。マンチェスターコーディングでもってビット０を出力するためには、定められた短時間区間（それを、本発明では１周期とする。人は、１秒に１００回ほどのフリッカは、感知することができないので、１周期は、０．０１秒ほどにすることが望ましい）を二等分し、その前の区間の間は、光を放射せず、後の区間の間だけ光を放射すればよい。同様に、マンチェスターコーディングでもってビット１を出力するためには、定められた１周期を二等分し、その前の区間の間は、光を放射し、後の区間の間は、光を放射しなければよい。かような出力方式は、以下表１のように整理することができる。
【表１】
0006053822.tif 000002
【０００９】
前述表１の２列は、１行２列マトリックス（ｗ１，ｗ２）を示している。本発明では、かようなマトリックスを、光コーディングマトリックスとする。光コーディングマトリックス（ｗ１，ｗ２）の行列要素であるｗ１とｗ２は、それぞれ１周期を二等分した２区間のうち、前の区間と後の区間との間で放射される光の強度を示す値として定義される。その値が０であるならば、光が放射されていないということを意味し、１であるならば、光が最大輝度で放射されるということを意味する。もしその値が０と１との間の実数（例えば、０．５）であるならば、最大輝度の半分に、暗く光が放射されるということを意味する。かような白色光源の点滅は、三原色光源の特別な点滅であると見ることができる。すなわち、白色ＬＥＤの点滅は、赤色、青色、緑色のＬＥＤの同時点滅であると見ることが可能であり、それを光コーディングマトリックスで示せば、以下のように、３行２列マトリックスになる。
【数１】
0006053822.tif 000003
【００１０】
前記マトリックスの１，２，３行は、それぞれ赤色、緑色、青色の光源が放射する光の強度（輝度）を示す。そして、前述のマトリックスの１列と２列は、それぞれ１周期の前と後ろとの区間において放射される光の輝度を示す。三原色光源を、同一クロック信号に合わせ、それぞれマンチェスターコーディングを行えば（すなわち、三原色光源を、それぞれ独立した通信チャネルとして使用すれば）、白色光源１個を利用した場合より３倍早く通信が可能である。また、マンチェスターコーディングを行えば、１周期を二等分した２区間のうち１区間には、必ず三原色光源が光を放出するので、肉眼は、白色光を見ることになるので、照明の機能も遂行することが可能である。しかし、高速光センサは、光が、１周期の前の区間及び後の区間のうちいずれにおいて放出されたかということを感知して情報を受信することができる。
【００１１】
１周期の二等分を、ｎ等分することと一般化することもできる。ここで、ｎは、２より大きい自然数である。その場合、光コーディングマトリックスは、以下のように、３行ｎ列マトリックスになる。
【数２】
0006053822.tif 000004
【００１２】
例えば、ｎ＝３である場合、
【数３】
0006053822.tif 000005
のような光コーディングマトリックスは、赤色光源は、１周期を三等分した最初の区間の間、最大に明るく出力した後、残りの２区間の間は、光を放出しないということを意味し、緑色光源は、後の２区間の間、輝度を半分に暗く調節して光を放出するということを意味し、青色光源は、最初の２区間の間、輝度を半分に暗く調節して光を放出するということを意味する。赤色は、輝度を最大にする代わりに、１区間の間のみ出力し、緑色と青色は、輝度を半分に暗く調節する代わりに、２区間の間出力することにより、１周期の間に放出された全ての光の和は、白色になる。それを数式で表現すれば、以下のように、光コーディングマトリックスの各行の値をいずれも加えた値は、１になるものと示すことが可能である。
【数４】
0006053822.tif 000006
【００１３】
本発明のカラー通信システムは、１周期をｎ個の区間に分割（このとき、各区間は、同一時間間隔とすることが、システムを簡単にするので望ましい）して伝送する情報（例えば、ｍ進数の数字）に対応する前記３行ｎ列光のコーディングマトリックスが示す三原色光源の点滅パターンによって、三原色光源を点滅させて情報を伝送するが、そのとき１周期は、人がフリッカを感じることができないほど十分に短く決め、前記３行ｎ列の光コーディングマトリックスの各行の値の和が１になるように、点滅パターンを制限し、肉眼には、点滅する三原色光が白色光に見えることを特徴とする。
【００１４】
受信部は、送信部で利用した１周期の時間間隔と、１周期を何等分したかという情報とを用いて受信された三原色光信号から、クロック信号を復元し、各周期の開始瞬間を知り、毎周期の各区間ごとに、三原色光の強度を調べ、点滅パターンを認識し、光コーディングマトリックスを求め、そのマトリックスに割り当てられた情報を出力する。受信部において、クロック信号を復元しやすいように送信する情報を、適切にブロックコーディング（例えば、４ｂ／５ｂコーディング）した後で伝送することが望ましい。そして、各周期の開始瞬間検出が容易になるように、伝送するデータフレームの前にあらかじめ定義し、送信機及び受信機がその情報を共有している同期化パターン（ｓｙｎｃｗｏｒｄ）またはプリアンブル（ｐｒｅａｍｂｌｅ）を追加して伝送することが望ましい。
【００１５】
前記特許文献１及び２の技術は、本発明で定義した光コーディングマトリックスが、３行１列である場合に該当し、毎周期ごとに任意の色が出力され、肉眼に色のフリッカが見られ、通信用光源としては可能であるが、照明用光源としては不適である。かように本発明によるカラー照明通信システムは、光源としてフリッカのない照明の機能及び通信機能をいずれも遂行することが可能である。
【００１６】
前記数式４を、以下のように一般化することが可能である。
【数５】
0006053822.tif 000007
【００１７】
すなわち、毎周期の間に放射された三原色の輝度和が白色ではない任意の色（赤色がＣ１、緑色がＣ２、青色がＣ３である色）に一定にすることができる。Ｃ１、Ｃ２及びＣ３は、０から１までの間の実数である。もしＣ１＝Ｃ２＝Ｃ３＝１であるならば、そのように１周期間に放射した光は、肉眼に白色と見えるであろう。しかし、Ｃ１、Ｃ２及びＣ３が毎周期ごとにその値が一定であるならば、光源が白色ではない他の色に見えるとしても、フリッカは見えない。例えば、Ｃ１＝０．９、Ｃ２＝０．７、Ｃ３＝０．７であるならば、人は、フリッカーフリーのやや赤味がかった白色光を見ることになる。
【００１８】
本発明のカラー可視光通信システムの受信機は、送信機からの距離が変われば、受信された光の強度が変わることがあるが、三原色光源の光がいずれも同一に強度が変わるので、受信された三原色光の強度の比率（すなわち赤色光、青色光、緑色光の強度比）は維持される。従って、受信された三原色光の輝度の絶対値よりは、三原色光の有無または三原色光の強度比を感知して情報を受信することが望ましい。
【００１９】
実施形態２
白色ＬＥＤをバックライトとして使用するＬＣＤディスプレイにおいて、白色バックライトＬＥＤを高速に点滅させて情報を伝送し、光センサで点滅パターンを感知して情報を受信する技術は、三星電子ソフトウェアメンバーシップサイトであるhttp://www.secmem.org/exhibition/ssm2011ex/w/viewProject.aspp_num=40に、「可視光通信基盤スマートディスプレイ」という技術で紹介されている。本実施形態は、前記技術のように、単に白色光の点滅ではなく、ＬＣＤ（liquidcrystal display）やＯＬＥＤ（organiclight emitting diode）、またはビームプロジェクタのようなカラーディスプレイ画面のカラーの変化で情報を伝送し、光センサでそのカラー変化を感知し、情報を受信する技術に係わり、かようなカラー変化がディスプレイ画面に出力されている本来映像の画質を低下させずに、画面のフリッカを誘発しないことを特徴とする。
【００２０】
そのために、高速ディスプレイに、前記実施形態１の場合のように、１周期をｎ等分し、各区間に、本来出力する映像の三原色成分値を変化させて生成した映像（それを、本発明では、区間映像という）を出力することにより、肉眼には、本来のカラー映像が出力されるように見える、が高速光センサは、カラー変化を感知して情報を受信することが可能である。すなわち、１周期を十分に短く決めることにより、その１周期の間に出力される多数の区間映像が、肉眼には重なり、本来の１つのカラー映像に見えることになる。かような区間映像は、前記実施形態１で定義した光コーティングマトリックスの行列要素値を、本来映像の三原色成分に乗ずることによって生成される。例えば、前記実施形態１の数式３のような光コーディングマトリックスが与えられたならば、１周期を三等分した最初の区間の間に出力する区間映像（それを、第１区間映像とする）は、本来映像の全ピクセルの赤色、緑色、青色の成分値（Ｒ，Ｇ，Ｂ）に、前記マトリックスの初列の３つの数字（１，０，０．５）をそれぞれ乗じた３つの数（Ｒ＊１，Ｇ＊０，Ｂ＊０．５）に本来ピクセル値を変えた映像である（本発明で＊は、乗算を意味する）。同様に、第２区間の間に出力する第２区間映像は、本来映像の全ピクセルの赤色、緑色、青色の成分値（Ｒ，Ｇ，Ｂ）に、前記マトリックスの２列目の３つの数字（０，０．５，０．５）をそれぞれ乗じた３つの数（Ｒ＊０，Ｇ＊０．５，Ｂ＊０、５）に本来ピクセル値を変えた映像である。そして、第３区間の間に出力する区間映像は、本来映像の全ピクセルの赤色、緑色、青色の成分値（Ｒ，Ｇ，Ｂ）に、前記マトリックスの３列目の３つの数字（０，０．５，０）をそれぞれ乗じた３つの数（Ｒ＊０，Ｇ＊０．５，Ｂ＊０）に本来ピクセル値を変えた映像である。かように、３区間にかけて、それぞれ出力された３つの区間の映像は、肉眼に重なって本来の１つのカラー映像に見えることになるが、高速光センサは、カラー変化を感知することができ、カラー変化が表示する情報を受信することができる。ディスプレイに出力される本来映像のカラーは、予測し難く変わるので、前記実施形態１のように、三原色の比率で情報を載せて送り難い。従って、１周期内の各区間に、三原色成分のうちいずれの成分の光が検出されているかということ（すなわち、光コーディングマトリックスの行列要素の値が、０であるか否かということ）のみ検出して情報を受信することが望ましい。また、本来映像が黒色である場合には、区間映像も黒色であるので、カラー変化を利用して情報を送信することができないので、暗い灰色を本来映像の代わりに合成し、区間映像を設けることが望ましい。
【００２１】
かように、１周期内のそれぞれの区間に、光コーディングマトリックスを利用して生成した区間映像を出力するが、数式４のような拘束条件を、光コーディングマトリックスに付加することにより、肉眼には、本来のカラー映像が見えるようにすることができる。ただし、さまざまな区間にわたって、本来の映像を分けて出力するために、全体的に輝度が低下することがあるので、本来映像の輝度を明るく調整した後、区間映像を生成して出力することも可能である（または、ディスプレイ装置の輝度値を、さらに明るく調整することもできる）。たとえ映像の輝度が低下するとしても、全体的な三原色の比率は維持されるので、画質の低下や色感の変質はない。
【００２２】
数式２のように、１周期をｎ等分した場合の光コーディングマトリックスが与えられた場合、ｉ番目区間のイメージは、次のように求めることが可能である（ｉは、１以上ｎ以下の自然数である）。すなわち、与えられた周期の間に出力する本来映像の各ピクセルの赤色、緑色、青色の成分値に、数式２の光コーディングマトリックスのｉ列の３つの数字（Ｒｉ，Ｇｉ，Ｂｉ）をそれぞれ乗じた新たな赤色、緑色、青色の成分映像を求める。それを数式で表示すれば、以下の通りである。
ｉ番目区間イメージでの座標が（ｘ，ｙ）であるピクセルの赤色成分値＝
本来イメージでの座標が（ｘ，ｙ）であるピクセルの赤色成分値＊Ｒｉ
ｉ番目区間イメージでの座標が（ｘ，ｙ）であるピクセルの緑色成分値＝
本来イメージでの座標が（ｘ，ｙ）であるピクセルの緑色成分値＊Ｇｉ
ｉ番目区間イメージでの座標が（ｘ，ｙ）であるピクセルの青色成分値＝
本来イメージでの座標が（ｘ，ｙ）であるピクセルの青色成分値＊Ｂｉ
【００２３】
かような区間映像の生成は、ディスプレイ装置内に別途の回路を含み、動画再生と併行し、リアルタイムで具現することもでき、あらかじめ準備した動画ファイルの毎フレーム映像を利用して、ソフトウェアプログラムで区間映像を生成した後、毎フレーム映像の代わりに、新たに生成した区間映像で、新たな動画ファイルを設けた後、一般的な高速ディスプレイで再生することもできる。
【００２４】
数式３のような光コーディングマトリックスで、区間映像を生成して映像を出力すれば、やや赤い白色（赤色が緑色や青色よりさらに明るく見える）に見える。その理由は、ディスプレイの非線形特性のためである。従って、画質低下を防ぐためには、実際に出力に使用するディスプレイのガンマ値を使用して、数式３にガンマ補正を施した光コーディングマトリックスを利用して、区間映像を生成して出力することが望ましい。例えば、ガンマ値が２．２であるディスプレイを利用するのであるならば、数式３の各行列要素値を１／２．２累乗した値に変えた新たなマトリックスを使用して、出力することが望ましい。０．５を１／２．２累乗すれば、０．７２になる。従って、緑色と青色との成分映像は、輝度が０．５である場合よりさらに明るく調整されて出力される。実施形態１の場合も、光源の入力と出力との間の非線形性（ガンマ値）を考慮して光コーディングマトリックスを補正した後、光源を駆動することが望ましい。
【００２５】
ディスプレイをさまざまな区間（例えば、多数の四角形領域）に分け、各区間ごとに互いに異なる通信チャネルとして使用することもできる。例えば、画面に、多数の商品写真をマトリックス状に配し、その写真ごとに、その写真の商品ＩＤまたはｕｒｌを、本実施形態によるカラー可視光通信で伝送することができる。かようにすることにより、既存のｑｒコードが画面に占める問題を解決することができる。ユーザは、スマートフォンにインストールされた本実施形態による通信装置の受信装置を、自分が関心ある商品写真に向けて商品情報を受信することができる。図１は、ディスプレイｄｓに表示された多数の商品写真のうち、１領域ｐｔから送信される本実施形態によるカラー光信号を、スマートフォンｓｍの光センサまたは高速カメラを使用して受信する様子である。
【００２６】
［応用例］
応用例１
受光素子として、フォトトランジスタのような光センサだけではなく、高速イメージセンサを使用することもできる。その場合、イメージセンサで撮影した映像上に、本発明による可視光通信によって受信した情報を、増強現実映像に合成して出力することも可能である。
【００２７】
応用例２
以下の表２は、数式１のように、３行２列の光コーディングマトリックスでビット値を示す例である。
【表２】
0006053822.tif 000008
【００２８】
前記表の光コーディングマトリックスの２行目は、いずれも０．５である。それは、２行目が意味する緑色光は、常に光を放射するということを意味する。それは、肉眼に三原色のうち最も明るく見える緑色を点滅させず、常に光を放射するようにすることにより、フリッカを最小化するという効果がある。そして、前記表の光コーディングマトリックスの１行目は、クロック信号に該当する。すなわち、１行１列は、常に１であり、１行２列は、常に０であるので、一定間隔で、１行目が意味する赤色光源が点滅することになる。受信部は、赤色光の点滅を感知し、クロック信号を復元することができる。クロック信号を復元するという意味は、１周期の開始瞬間を認識するという意味である。前述のマトリックスの３行目は、ビット信号である。１周期を二等分した最初の区間に、３行目が意味する青色が放射されれば、ビット１を意味し、２番目区間に青色光が放射されれば、ビット０を意味する。赤色の代わりに、青色をビット信号として利用した理由は、青色が赤色に比べ、肉眼にさらに暗く見えるので、青色の不規則なフリッカが、赤色の不規則なフリッカよりも目につかないからである。前述のマトリックスの各行の値の和が常に１であるので、常に白色と見えることになる。図２は、前記表２のビット０をさまざまな周期の間続けて出力するときの、三原色光源から放射される光の強度を、グラフで示したものであり、図３は、表２のビット１を、さまざまな周期の間続けて出力するときの、三原色光源から放射される光の強度をグラフで示したものである。
【００２９】
前述のような光コーディングマトリックスを使用して、モールス符号を伝送することもできる。すなわち、伝送する情報をモールス符号に変換し、モールス通信の電流の流れ（on）と流れず（off）とを、前記表のビット１と０とに対応させ、それに対応する光コーディングマトリックスで三原色光源を制御し、受信部は、周期的な赤色信号を検出し、赤色パルスが感知された瞬間に、青色が検出されているか否かということを調べてビット０または１を受信し、モールス符号を復元することができる。すなわち、モールス通信で、電流が流れる状態は、本応用例の通信で、ビット１を伝送する状態に該当する。モールス通信で、電流の短い流れと長い流れは、連続したビット１の持続時間の短いものと長いものとに該当する。受信部は、毎瞬間受信したビット値を調べ、その値が１であるならば、１の持続時間を調べてモールス符号を受信することができる。
【００３０】
緑色光を、前記表の青色光のように、１周期の２区間のうち１区間でのみ放射し、２チャネル通信を行うこともできる。すなわち、青色光源を利用した通信チャネルと、それと併行して、緑色光源を利用した通信チャネルとが可能である。かような光コーディングマトリックスは、前記実施形態１の光源、または前記実施形態２のディスプレイにいずれも適用することができる。
【００３１】
前記表２の通信の光のフリッカを緩和させるために、下記表３のように変形された光コーディングマトリックスを使用することもできる。
【表３】
0006053822.tif 000009
【００３２】
前記表で、Ａ、Ｚは、それぞれ０から１までの間の実数であり、ＡがＺよりも大きい。すなわち、０＜＝Ｚ＜Ａ＜＝１であり、Ａ＋Ｚ＝１である。
【００３３】
前記表２の赤色光源は、クロック信号として使用されるために、赤色光源でもってしては、ビット情報を送信することができない。しかし、送信するビット列を、４ｂ／５ｂのようなブロックコーディングを行った後、マンチェスターコーディングで赤色光源を制御すれば、クロック信号とビット信号とをいずれも送信することができる。その場合、赤色、緑色、青色の光源をそれぞれ通信チャネルとして使用することができる。それにより、１周期に８進数の数字一つを伝送することができる。図４は、青色光源からビット１を出力した後、時刻ｓ１でビット０を出力し、さらに時刻ｓ２でビット１を出力するグラフである。かように出力されるビット値が変わる瞬間には、光が放射されない期間ｄｔ１が長いか、あるいは光が放射される期間ｄｔ２が長く、その期間を検出し、その中心時刻ｓ１，ｓ２を求めれば、その地点が周期の開始点になる。４ｂ／５ｂのようなブロックコーディングを行えば、かように出力されるビット値が、必ず一定時間内に変わり、周期の開始点を検出しやすい。
【００３４】
応用例３
図５は、特許文献２の図８を示したものであり、カラー平面（ＵＶ平面）上の１６個格子点を示したものである。各格子点は、互いに異なるカラーを示す。その格子点に該当する三原色値をｒ（ｉ）、ｇ（ｉ）、ｂ（ｉ）とし、その補色（complementary color）の三原色値をｃｒ（ｉ）、ｃｇ（ｉ）、ｃｂ（ｉ）とすれば、ｒ（ｉ）＋ｃｒ（ｉ）＝ｇ（ｉ）＋ｃｇ（ｉ）＝ｂ（ｉ）＋ｃｂ（ｉ）＝１である。ただし、ｉは、１から１６までの自然数である。
【００３５】
かようなカラーを利用して、本発明の３行２列光コーディングマトリックスを、以下のように構成することができる。
【数６】
0006053822.tif 000010
【００３６】
前記数式６のような１６個の光コーディングマトリックスで、１６進数の数字を伝送することができる。１周期を二等分した最初の区間と２番目区間とで放射された光は、互いに補色関係であるので、人は、白色光を見ることになる。図５の格子点間の間隔をさらに狭めてさらに多くの格子点を生成し、さらに高速の通信を行うこともできる。ＵＶカラー空間の代わりに、他のカラー平面で格子点を生成し、光コーディングマトリックスを構成することも可能である。
【００３７】
前記数式６を、以下のように３行３列のマトリックスに変形することもできる。
【数７】
0006053822.tif 000011
【００３８】
前記マトリックスの初列は、全カラー成分値が０である。すなわち、１周期を三等分した場合の最初の区間には、いかなる光も放射しない。受信部は、かように周期的に光が検出されない瞬間を検出し、クロックを復元（すなわち、１周期の開始瞬間を検出）することができる。そして、１周期の残りの２区間で放出された光を感知し、情報を受信することができる。それを、以下のようにさらに一般化することができる。
【数８】
0006053822.tif 000012
【００３９】
前記マトリックスにおいてｗは、０から１までの間の実数である。前述のマトリックスにおいて、初列は三原色成分の輝度比率がいずれも同じであるので、灰色に該当する。受信部は、灰色が検出された瞬間を、周期の開始点として認識して情報を受信することができる。その場合、ｗ＋ｒ（ｉ）＋ｃｒ（ｉ）＝ｗ＋ｇ（ｉ）＋ｃｇ（ｉ）＝ｗ＋ｂ（ｉ）＋ｃｂ（ｉ）＝１になるように、行列要素の値を調整しなければならない。
【００４０】
かような黒色や灰色は、周期の開始瞬間を検出するための特別なパターンの一例である。一般的に、黒色や灰色以外の既定のカラーを、周期の開始瞬間を検出するためのパターンとして使用することができる。そして、かようなパターンを毎周期ごとに出力する代わりに、さまざまな周期ごとに出力し、高速通信を行うことが可能である。
［発明の例］
［例１］
可視光通信をする送信部と受信部とを含む通信システムにおいて、
前記送信部は、
デジタル値をエンコーディング用マトリックス値に対応させる光エンコーディング部と、
前記エンコーディング用マトリックス値に対応する発光パターンを生成する発光制御部と、
前記発光パターンによって、互いに異なる色に発光する発光部と、を含み、
前記受信部は、
光を感知する受光部と、
前記受光部の受光量パターンから、デコーディングされたマトリックス値を計算する受光計算部と、
前記受光計算部で計算されたデコーディングされたマトリックス値を、前記デジタル値に対応させる光デコーディング部と、を含むことを特徴とするフリッカーフリーのカラー可視光通信システム。
［例２］
可視光送信装置において、
互いに異なる色に発光する発光部と、
デジタル値をエンコーディング用マトリックス値に対応させる光エンコーディング部と、
前記エンコーディング用マトリックス値に対応する発光パターンを生成する発光制御部と、
前記発光パターンによって互いに異なる色に発光する発光部と、を含むことを特徴とするフリッカーフリーのカラー可視光送信装置。
［例３］
可視光受信装置において、
光を感知する受光部と、
前記受光部の受光量パターンから、デコーディングされたマトリックス値を計算する受光計算部と、
前記受光計算部で計算されたデコーディングされたマトリックス値をデジタル値に対応させる光デコーディング部と、を含むことを特徴とするフリッカーフリーカラー可視光受信装置。
［例４］
前記エンコーディング用マトリックスと、デコーディングされたマトリックスは、０から１までの間の実数値が行列要素である３行ｎ列マトリックスであり、
ｎは、２以上の自然数であり、
前記発光制御部は、毎周期ごとに与えられた前記エンコーディング用マトリックスに対応して光源の出力光量を制御するが、
エンコーディング用マトリックスの１行目の数字に対応し、第１カラー光源の発光を制御し、
エンコーディング用マトリックスの２行目の数字に対応し、第２カラー光源の発光を制御し、
エンコーディング用マトリックスの３行目の数字に対応し、第３カラー光源の発光を制御し、
受光計算部は、毎周期ごとに、
受光された第１カラー光の光量のパターンから、デコーディングされたマトリックスの１行目の数字を計算し、
受光された第２カラー光の光量のパターンから、デコーディングされたマトリックスの２行目の数字を計算し、
受光された第３カラー光の光量のパターンから、デコーディングされたマトリックスの３行目の数字を計算することを特徴とする例１に記載のフリッカーフリーのカラー可視光通信システム。
［例５］
第１カラー、第２カラー、第３カラーは、三原色であることを特徴とする例４に記載のフリッカーフリーのカラー可視光通信システム。
［例６］
前記発光制御部が光源を点滅させるために参照するエンコーディング用マトリックスの各行の数字の総和は、０から１までの間の定数値であり、その値は、全ての周期で同一であることを特徴とする例４に記載のフリッカーフリーのカラー可視光通信システム。
［例７］
前記発光制御部は、毎周期を、前記エンコーディング用マトリックスの列の数ｎほどの時間区間に分け、ｉ番目時間区間では、前記エンコーディング用マトリックスのｉ番目列の数字に比例する光量を出力するように光源の発光を制御し、
前記受光計算部は、毎周期を、前記デコーディングされたマトリックスの列の数ｎほどの時間区間に分け、ｉ番目時間区間で受光した光量に比例した値を、前記デコーディングされたマトリックスのｉ番目列の数字として計算し、
ｉは１、以上ｎ以下の自然数であることを特徴とする例４に記載のフリッカーフリーのカラー可視光通信システム。
［例８］
前記発光部は、照明用光源またはディスプレイであることを特徴とする例１に記載のフリッカーフリーのカラー可視光通信システム。
［例９］
発光部は、映像を出力するディスプレイであり、
前記発光制御部は、ｉ番目時間区間では、ｉ番目区間映像を出力するが、
ｉ番目区間の映像は、与えられた周期の間に出力する本来映像の各ピクセルの三原色成分値（Ｒ，Ｇ，Ｂ）を、その各ピクセルの三原色成分値に、エンコーディング用マトリックスのｉ番目列の３つの数字（Ｒｉ，Ｇｉ，Ｂｉ）をそれぞれ乗じた新たなピクセル値（Ｒ＊Ｒｉ，Ｇ＊Ｇｉ，Ｂ＊Ｂｉ）に変えた映像であることを特徴とする例７に記載のフリッカーフリーのカラー可視光通信システム。
［例１０］
前記発光制御部は、ディスプレイの全体領域を１個または多数の部分領域に分け、各部分領域に、互いに異なる通信チャネルを割り当て、同時に多数の通信を行うように、画面の発光を制御することを特徴とする例９に記載のフリッカーフリーのカラー可視光通信システム。
［例１１］
前記受信部は、映像撮影手段を含み、
受信された情報を、前記映像撮影手段に撮影された映像上に表示することを特徴とする例１に記載のフリッカーフリーのカラー可視光通信システム。
［例１２］
可視光通信を行う発光部を含む送信部と、受光部を含む受信部とを含む通信システムの通信方法において、
前記送信部により、
デジタル値を、エンコーディング用マトリックス値に対応させる光エンコーディングを行う段階と、
前記送信部により、
前記エンコーディング用マトリックス値に対応する発光パターンを生成する発光制御を行う段階と、
前記受信部により、
前記受光部の受光量パターンから、デコーディングされたマトリックス値を計算する受光計算段階と、
前記受信部により、
前記受光計算段階で計算されたデコーディングされたマトリックス値を、前記デジタル値に対応させる光デコーディング段階と、を含むことを特徴とするフリッカーフリーのカラー可視光通信方法。
［例１３］
発光部を含む可視光送信装置の可視光通信方法において、
デジタル値をエンコーディング用マトリックス値に対応させる光エンコーディング段階と、
前記エンコーディング用マトリックス値に対応する発光パターンを生成する発光制御段階と、を含むことを特徴とするフリッカーフリーのカラー可視光通信方法。
［例１４］
受光部を含む可視光受信装置の可視光通信方法において、
前記受光部の受光量パターンから、デコーディングされたマトリックス値を計算する受光計算段階と、
前記受光計算段階で計算されたデコーディングされたマトリックス値を、デジタル値に対応させる光デコーディング段階と、を含むことを特徴とするフリッカーフリーのカラー可視光通信方法。
［例１５］
光コーディングマトリックスの列の数ｎが２であり、
第１列のカラーと第２列のカラーは、互いに補色であることを特徴とする例７に記載のフリッカーフリーのカラー可視光通信システム。
［例１６］
光コーディングマトリックスの１行１列が１あり、残りの列が０であるクロック信号であることを特徴とする例１５に記載のフリッカーフリーのカラー可視光通信システム。
［例１７］
光コーディングマトリックスの１行は、ビット情報と周期開始とを表示する信号をいずれも含むブロックコーディングされた信号を伝送する通信チャネルであることを特徴とする例１５に記載のフリッカーフリーのカラー可視光通信システム。
［例１８］
光コーディングマトリックスの列の数ｎが３であり、
かような光コーディングマトリックス内の１マトリックスは、周期開始を表示する定められたカラーである列を含むことを特徴とする例７に記載のフリッカーフリーのカラー可視光通信システム。
［例１９］
光コーディングマトリックスの列の数ｎが３であり、
かような全ての光コーディングマトリックスの１列は、周期開始を表示する定められたカラーであることを特徴とする例７に記載のフリッカーフリーのカラー可視光通信システム。
［例２０］
前記周期開始を表示する定められたカラーは、黒または灰色であることを特徴とする例１８または１９に記載のフリッカーフリーのカラー可視光通信システム。
【図１】
0006053822.tif 000013
【図２】
0006053822.tif 000014
【図３】
0006053822.tif 000015
【図４】
0006053822.tif 000016
【図５】
0006053822.tif 000017