(57)【要約】  受信装置（１０）は、第１変換部（１１）と、増幅部（１２）と、マイクロコンピュータ（１３）とを具備し、マイクロコンピュータ（１３）は、サンプリング時間毎に電圧信号をＡＤ変換値にＡＤ変換する第２変換部（１４）と、差分演算により差分デジタル値を算出する第１演算部（１５）と、＋側基準値と−側基準値とを算出する第２演算部（１６）と、差分デジタル値が＋側基準値よりも大きくなる立上ポイントと差分デジタル値が−側基準値よりも小さくなる立下ポイントとを検出する検出部（１７）と、第１サンプル期間と第２サンプル期間とを算出する第３演算部（１８）と、第１サンプル期間と第２サンプル期間とに基づいてシンボル時間毎の復調信号を算出する第４演算部（１９）と、を有する。
2013150716.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シンボル時間毎に位置変調した変調信号に応じて強弱変化する可視光を受光し、前記可視光の受光光量に応じた電圧信号を出力する第１変換部と、
前記電圧信号に含まれる直流分をカットすると共に交流分を増幅して出力する増幅部と、
前記増幅部から出力された電圧信号を処理して、前記変調信号に対応する復調信号を出力する処理部と、を具備し、
前記処理部は、
サンプリング時間毎に、前記増幅部から出力された前記電圧信号をＡＤ変換値にＡＤ変換する第２変換部と、
複数の前記ＡＤ変換値を用いた差分演算により、差分デジタル値を算出する第１演算部と、
複数個の前記差分デジタル値のピーク値に応じた＋側基準値と−側基準値とを算出する第２演算部と、
前記差分デジタル値が前記＋側基準値よりも大きくなる立上ポイントと、前記差分デジタル値が前記−側基準値よりも小さくなる立下ポイントとを検出する検出部と、
前記立上ポイントと該立上ポイントの直後に検出される前記立下ポイントとの間の第１サンプル期間と、前記立下ポイントと該立下ポイントの直後に検出される立上ポイントとの間の第２サンプル期間と、を算出する第３演算部と、
時系列的に交互に生じる前記第１サンプル期間と前記第２サンプル期間とに基づいて、前記シンボル時間毎の前記復調信号を算出する第４演算部と、を有する、
可視光受信装置。
【請求項２】
前記第１変換部は、さらに、
前記処理部から出力されるシフト指示信号に基づいてオン又はオフとなる回路を備え、
前記処理部は、
前記第２変換部によるＡＤ変換を実行する前に、前記回路をオンにするシフト指示信号を出力し、
少なくとも前記ＡＤ変換を実行した後に、前記回路をオフにするシフト指示信号を出力する、
請求項１に記載の可視光受信装置。
【請求項３】
前記第２演算部は、前記差分デジタル値のピーク値の最大値または平均値に比例した＋側基準値および−側基準値を算出する、
請求項１または２に記載の可視光受信装置。
【請求項４】
前記検出部は、２個の立下ポイントが時系列的に連続した場合に、連続する２個の前記立下ポイントのうちの２番目の立下ポイントおよび前記２番目の立下ポイントに後続する立上ポイントを、検出対象から除外する、
請求項１から３のいずれか１項に記載の可視光受信装置。
【請求項５】
前記検出部は、２個の立上ポイントが時系列的に連続した場合に、連続する２個の前記立上ポイントのうちの２番目の立上ポイントおよび前記２番目の立上ポイントに後続する立下ポイントを、検出対象から除外する、
請求項１から３のいずれか１項に記載の可視光受信装置。
【請求項６】
前記検出部は、
２個の立下ポイントが時系列的に連続した場合に、連続する２個の前記立下ポイントのうちの１番目の立下ポイントの直前または２番目の立下ポイントの直後の立上ポイントから、前記１番目の立下ポイントまでの前記第１サンプル期間および該立上ポイントから前記２番目の立下ポイントまでの前記第２サンプル期間を計測し、
前記第１サンプル期間および前記第２サンプル期間のうちスロット時間の整数倍の長さの時間に近い側の一方の立下ポイントを検出すると共に、他方の立下ポイントを検出対象から除外する、
請求項１から３のいずれか１項に記載の可視光受信装置。
【請求項７】
前記検出部は、２個の立上ポイントが時系列的に連続した場合に、連続する２個の前記立上ポイントのうちの１番目の立上ポイントの直前または２番目の立上ポイントの直後の立下ポイントから、前記１番目の立上ポイントまでの前記第１サンプル期間および該立下ポイントから前記２番目の立上ポイントまでの前記第２サンプル期間を計測し、
前記第１サンプル期間および前記第２サンプル期間のうちスロット時間の整数倍の長さの時間に近い側の一方の立上ポイントを検出すると共に、他方の立上ポイントを検出対象から除外する、
請求項１から３のいずれか１項に記載の可視光受信装置。
【請求項８】
前記第１演算部は、一のサンプリング時点の前記ＡＤ変換値と該一のサンプリング時点から２サンプリング間隔以上離れた他のサンプリング時点の前記ＡＤ変換値とを差分演算して前記差分デジタル値を算出し、
前記サンプリング時間を前記シンボル時間の１／１２以下にする、
請求項１から７のいずれか１項に記載の可視光受信装置。
【請求項９】
請求項１から８のいずれか１項に記載の可視光受信装置と、
可視光送信装置と、から構成された、
可視光通信システム。
【請求項１０】
請求項１から８のいずれか１項に記載の可視光受信装置を内蔵した、
携帯端末。
【請求項１１】
可視光に含まれる情報を取得する可視光受信方法であって、
前記可視光受信方法は、
受光した可視光に応じた電圧信号を、第１変換部によりサンプリング時間毎にＡＤ変換値にＡＤ変換する第１ステップと、
複数の前記ＡＤ変換値を用いた差分演算により、差分デジタル値を算出する第２ステップと、
複数の前記差分デジタル値のピーク値に応じた＋側基準値と−側基準値とを算出する第３ステップと、
前記差分デジタル値が前記＋側基準値よりも大きくなる立上ポイントと、前記差分デジタル値が前記−側基準値よりも小さくなる立下ポイントと、を検出する第４ステップと、
前記立上ポイントと該立上ポイントの直後に検出される前記立下ポイントとの間の第１サンプル期間と、前記立下ポイントと該立下ポイントの直後に検出される立上ポイントとの間の第２サンプル期間と、を算出する第５ステップと、
時系列的に交互に生じる前記第１サンプル期間と前記第２サンプル期間とに基づいて、シンボル時間毎の前記電圧信号に対応する復調信号を算出する第６ステップと、を含む、
可視光受信方法。
【請求項１２】
前記可視光受信方法は、さらに、
前記第１ステップを実行する前に、回路をオンにするシフト指示信号を出力する第１１モニタステップを含み、
少なくとも前記第１１を実行した後に、前記回路をオフ支持にするシフト指示信号を出力する第１３ステップを含む、
請求項１１に記載の可視光受信方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、可視光照明の変化に基づいて識別ＩＤ情報を検出する可視光受信装置および可視光受信方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＧＰＳ（Global Positioning System）は、携帯端末の位置を計測する目的で利用されている。ＧＰＳは、複数個の衛星からの電波を受信することで、携帯端末の位置を測位する。そのため、衛星からの電波が遮られる地下街や建物内においては、ＧＰＳを利用することが難しい。【０００３】
そこで、地下街や建物内における携帯端末の位置を検出するために、照明器具を用いた可視光通信システムが検討されている（例えば、特許文献１、２参照）。【０００４】
特許文献１には、照明器具として利用可能な可視光通信システムが記載されている。図９に、特許文献１にかかる可視光通信システムの構成を示す。【０００５】
この可視光を用いた通信システム１００は、送信装置１１０と受信装置１３０から構成される。この通信システム１００は、送信装置１１０の発光素子１１７から出力される可視光を、高周波の搬送波を用いたＱＡＭ（Quadrature Amplitude Modulation）信号に応じて変調させた後、受信装置１３０の受光素子１３３によって受信したＱＡＭ変調信号を、復調する構成である。ここで、ＱＡＭ変調信号は、ＱＡＭ変調された可視光の信号である。この通信システム１００は、受信信号のレベルを、ＡＧＣ（Automatic Gain Control）１３６を用いて一定に保つ機能を有する。ＡＧＣ１３６は、強いレベルの信号が入力されたときは利得（Gain）を下げて信号飽和を防ぎ、弱いレベルの信号が入力されたときは利得（Gain）を上げて信号を増強することで、信号のレベルを一定に保つ機能を有する。【０００６】
また、特許文献２にかかる通信システムは、副搬送波を変調する変調部と、変調信号に基づいて可視光を点滅させる点滅制御部と、発光時間の比率を変化させて可視光を発光させる比率制御部を有する。【０００７】
特許文献１または特許文献２に記載された可視光通信システムでは、高周波の搬送波を用いた変調信号を使用することで、安定したデータ通信を行うことができる。具体的には、特許文献１では、搬送波を用いて周波数を多重化したＱＡＭ変調信号を使用し、特許文献２では、副搬送波を用いた変調信号により可視光を点滅させることで、安定したデータ通信を可能としている。【０００８】
これらの通信システムを用いて、地下街に設置された照明器具（送信装置）からの識別ＩＤ情報を含む可視光を、携帯端末（受信装置）により受信すれば、地下街においても携帯端末の位置を計測することが可能である。【０００９】
ここで、照明器具と携帯端末の間の通信距離は、携帯端末の使用者の位置によって変化し、使用者の歩行時には時々刻々と変化する。可視光通信では、送信装置と受信装置の間の通信距離が長くなるにつれて、受信信号のレベルが急激に減衰する。例えば、通信距離０．５ｍの場合の受信信号のレベルに比べて、通信距離４ｍの場合の受信信号のレベルは、およそ１／６４に減衰する。このような大幅な受信信号のレベルの変化に対して、特許文献１では、ＡＧＣ１３６により出力信号のレベルを一定に自動調整し、その後にＡＧＣ回路の出力信号を使って可視光信号の復調を行っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２０１０−２３９３５０号公報
【特許文献２】特開２００７−９７０７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、このような従来の通信システムでは、ＡＧＣの回路構成が複雑である。例えば、信号のレベルが１から１／６４まで変化する受信信号に対して、安定に動作するＡＧＣを実現することは、非常に難しい。また、高周波の搬送波を用いた場合、ＡＧＣの構成は簡易になるが、発信器や受信器の回路構成が複雑になる。【００１２】
また、ＡＧＣを用いて利得の自動調整を行った場合、回路応答に遅れが生じて、ＡＧＣの出力信号に歪みを生じさせることがある。例えば、送信装置から受信装置への通信路（可視光路）が遮蔽から接続に切り替わった場合は、ＡＧＣの過渡応答遅れによって数秒間にわたって復調不能になり、受信装置が動作するまでの待ち時間が長くなることがある。【００１３】
すなわち、従来の可視光受信装置は、回路構成が複雑で応答が遅い場合があるという課題を有していた。【００１４】
本発明は、上記従来の課題を解決するためのものであり、ＡＧＣを用いずに、可視光の信号のレベルの大きな変化に対応でき、かつ、短時間に可視光の信号を受信し復調することができる可視光受信装置および可視光受信方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記課題を解決するために、本発明の可視光受信装置は、シンボル時間毎に位置変調した変調信号に応じて強弱変化する可視光を受光し、前記可視光の受光光量に応じた電圧信号を出力する第１変換部と、前記電圧信号に含まれる直流分をカットすると共に交流分を増幅して出力する増幅部と、前記増幅部から出力された電圧信号を処理して、前記変調信号に対応する復調信号を出力する処理部と、を具備し、前記処理部は、サンプリング時間毎に、前記増幅部から出力された前記電圧信号をＡＤ変換値にＡＤ変換する第２変換部と、複数の前記ＡＤ変換値を用いた差分演算により、差分デジタル値を算出する第１演算部と、複数個の前記差分デジタル値のピーク値に応じた＋側基準値と−側基準値とを算出する第２演算部と、前記差分デジタル値が前記＋側基準値よりも大きくなる立上ポイントと、前記差分デジタル値が前記−側基準値よりも小さくなる立下ポイントとを検出する検出部と、前記立上ポイントと該立上ポイントの直後に検出される前記立下ポイントとの間の第１サンプル期間と、前記立下ポイントと該立下ポイントの直後に検出される立上ポイントとの間の第２サンプル期間と、を算出する第３演算部と、時系列的に交互に生じる前記第１サンプル期間と前記第２サンプル期間とに基づいて、前記シンボル時間毎の前記復調信号を算出する第４演算部と、を有することを特徴とする。【００１６】
また、上記課題を解決するために、本発明の可視光受信方法は、可視光に含まれる情報を取得する可視光受信方法であって、前記可視光受信方法は、受光した可視光に応じた電圧信号を、第１変換部によりサンプリング時間毎にＡＤ変換値にＡＤ変換する第１ステップと、複数の前記ＡＤ変換値を用いた差分演算により、差分デジタル値を算出する第２ステップと、複数の前記差分デジタル値のピーク値に応じた＋側基準値と−側基準値とを算出する第３ステップと、前記差分デジタル値が前記＋側基準値よりも大きくなる立上ポイントと、前記差分デジタル値が前記−側基準値よりも小さくなる立下ポイントと、を検出する第４ステップと、前記立上ポイントと該立上ポイントの直後に検出される前記立下ポイントとの間の第１サンプル期間と、前記立下ポイントと該立下ポイントの直後に検出される立上ポイントとの間の第２サンプル期間と、を算出する第５ステップと、時系列的に交互に生じる前記第１サンプル期間と前記第２サンプル期間とに基づいて、シンボル時間毎の前記電圧信号に対応する復調信号を算出する第６ステップと、を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、ＡＧＣを用いずに、可視光の信号のレベルの大きな変化に対応でき、かつ、短時間に可視光の信号を受信し復調することができる可視光受信装置および可視光受信方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１は、実施の形態１にかかる受信装置を含む可視光通信システムの構成図である。
【図２Ａ】図２Ａは、実施の形態１にかかるマイクロコンピュータの構成図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、実施の形態１にかかるマイクロコンピュータの処理ステップを示すフローチャートである。
【図３】図３は、実施の形態１にかかる受信装置の動作を説明するための波形図であって、（ａ）は照明光Ｌｍと外乱光Ｄｔを示す図であり、（ｂ）は電圧信号Ｊｍを示す図であり、（ｃ）は増幅信号Ｋｍを示す図であり、（ｄ）は立上ポイントＲｍと立下ポイントＦｍを示す図である。
【図４】図４は、実施の形態１の変形例にかかる受信装置の動作を説明するための波形図であって、（ａ）は照明光Ｌｍと外乱光Ｄｔを示す図であり、（ｂ）は電圧信号Ｊｍを示す図であり、（ｃ）は増幅信号Ｋｍを示す図であり、（ｄ）は立上ポイントＲｍと立下ポイントＦｍを示す図である。
【図５】図５は、実施の形態２にかかる受信装置を含む可視光通信システムの構成図である。
【図６】図６は、実施の形態２にかかるマイクロコンピュータ部の処理ステップを示すフローチャートである。
【図７】図７は、実施の形態２にかかる受信装置の動作を説明するための波形図であって、（ａ）は照明光Ｌｍと外乱光Ｄｔを示す図であり、（ｂ）は電圧信号Ｊｍを示す図であり、（ｃ）は増幅信号Ｋｍを示す図であり、（ｄ）は立上ポイントＲｍと立下ポイントＦｍを示す図である。
【図８】図８は、実施の形態３にかかる受信装置を接続した携帯端末を含む位置情報提供システムの構成図である。
【図９】図９は、従来の通信システムの構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、同じ構成要素には同じ符号を付しており、説明を省略する場合もある。また、図面は理解しやすくするために、それぞれの構成要素を主体に模式的に示している。
【００２０】
なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも本発明の一具体例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、ステップ、ステップの順序などは、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。また、以下の実施の形態における構成要素のうち、最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。
【００２１】
（実施の形態１）
図１は、実施の形態１にかかる受信装置１０を含む可視光通信システムの構成図である。受信装置１０は、可視光受信装置の一例である。図２Ａは、実施の形態１にかかるマイクロコンピュータ１３の構成図である。マイクロコンピュータ１３は、処理部の一例である。図２Ｂは、マイクロコンピュータ１３の処理ステップを示すフローチャートである。図３の（ａ）〜（ｄ）は、受信装置１０の動作を説明するための波形図である。
【００２２】
図１に示すように、本実施の形態にかかる可視光通信システムは、受信装置１０と、照明装置２０とから構成される。照明装置２０は、可視光照明装置（可視光送信装置）の一例である。
【００２３】
受信装置１０は、第１変換部１１と、増幅部１２と、マイクロコンピュータ１３とにより構成されている。第１変換部１１は、光を電圧（電気信号）に変換する光電圧変換部の一例である。増幅部１２は、電圧信号の直流成分をカットして交流成分を増幅する直流カット増幅部の一例である。
【００２４】
第１変換部１１は、受光素子（図示せず）を有している。受光素子は、受光した照明光を電気信号に変換する。本実施の形態１における照明光は、照明装置２０から照射された可視光である。また、本実施の形態１において、照明光は、副搬送波を使用しない光であり、所定のシンボル時間毎に位置変調した変調信号に応動して強弱する光である。第１変換部１１は、受光した照明光の強弱に応じた電圧信号Ｊｍを、増幅部１２に出力する。なお、本実施の形態１では、変調信号を構成する単位パルスの幅を、スロット時間と定義し、４スロット時間分の期間を、１シンボル時間と定義している。
【００２５】
また、第１変換部１１から出力された電圧信号Ｊｍの直流成分を増幅部１２でカットすることにより、電圧信号Ｊｍに含まれる電圧信号のうち、一定強度を有する外乱光に応じた直流成分がカットされる。このように、増幅部１２を用いて直流成分をカットすることで、電圧信号からノイズ成分を除去することができる。また、増幅部１２は、電圧信号Ｊｍの直流成分をカットすると共に、電圧信号Ｊｍの交流成分を所定の利得（Gain）で増幅する。このように、増幅部１２を用いて電圧信号Ｊｍの交流成分を増幅することで、識別ＩＤ情報に応じた電圧信号が、より検出し易くなる。増幅された電圧信号Ｊｍの交流成分は、出力信号Ｋｍとして、マイクロコンピュータ１３に出力される。
【００２６】
マイクロコンピュータ１３は、第２変換部１４と、第１演算部１５と、第２演算部１６と、検出部１７と、第３演算部１８と、第４演算部１９とを有している。ここで、第２変換部１４はＡＤ変換部の一例である。また、第１演算部１５は差分演算部の一例であり、第２演算部１６は基準演算部の一例であり、検出部１７はポイント検出部の一例であり、第３演算部１８は間隔演算部の一例であり、第４演算部１９は復調演算部の一例である。
【００２７】
ＡＤ変換部の一例である第２変換部１４は、所定のサンプリング時間Ｔｓ毎に、増幅部１２から出力された出力信号ＫｍをＡＤ変換値にＡＤ変換し、変換されたＡＤ変換値を第１演算部１５に出力する。ここで、出力信号Ｋｍはアナログ信号であり、ＡＤ変換値はデジタル信号である。
【００２８】
第１演算部１５は、複数のサンプリング時点それぞれにおける複数のＡＤ変換値を用いて、これら複数のＡＤ変換値の差分を演算する。そして、第１演算部１５は、この差分の演算により得られた差分デジタル値を、第２演算部１６に出力する。
【００２９】
第２演算部１６は、４シンボル時間以上連続する差分デジタル値を抽出し、抽出した差分デジタル値のピーク値（もしくは、絶対ピーク値）を算出する。そして、＋側のピーク値（もしくは、＋側の絶対ピーク値）に応じた＋側基準値と、−側のピーク値（もしくは、−側の絶対ピーク値）に応じた−側基準値とを、検出部１７に出力する。
【００３０】
なお、ピーク値とは、抽出した差分デジタル値の極値（部分的に突出した値）を意味し、絶対ピーク値とは、抽出した差分デジタル値の絶対値の極値を意味する。また、本実施の形態１における＋側基準値とは、例えば、所定値とピーク値（もしくは、絶対ピーク値）の最大値のおよそ１／３とを加算した値である。また、−側基準値とは、例えば、＋側基準値に−１を乗算した値である。なお、所定値とは、０を含む正の値であり、０であってもよい。
【００３１】
検出部１７は、時系列における立上ポイントと立下ポイントの中から、時系列的に交互に生じる立上ポイントと立下ポイントとを、選出立上ポイントと選出立下ポイントとして検出する。ここで、本実施の形態１では、時系列において差分デジタル値が＋側基準値よりも大きくなる時点を立上ポイントとし、時系列において差分デジタル値が−基準値よりも小さくなる時点を立下ポイントとしている。そして、検出した選出立上ポイントと選出立下ポイントとを、第３演算部１８に出力する。
【００３２】
また、第３演算部１８は、第１サンプル期間を、レベル１サンプル数として検出する。第１サンプル期間は、選出立上ポイントから直後の選出立下ポイントの間における差分デジタル値のサンプル数（第１サンプル期間）である。同様に、第３演算部１８は、第２サンプル期間を、レベル０サンプル数として検出する。第２サンプル期間は、選出立下ポイントから直後の選出立上ポイントの間における差分デジタル値のサンプル数（第２サンプル期間）である。そして、検出されたレベル１サンプル数又はレベル０サンプル数を、第４演算部１９に出力する。
【００３３】
第４演算部１９は、時系列的に交互に生じる第１サンプル期間および第２サンプル期間、すなわち、レベル１サンプル数とレベル０サンプル数に基づいて、シンボル時間毎の復調コード（復調信号）を算出する。これにより、増幅部１２から出力された出力信号Ｋｍに応じた復調信号が、マイクロコンピュータ１３から出力される。この復調信号に基づいて、受信装置１０において、当該受信装置１０の位置が検出される。
【００３４】
可視光送信装置である照明装置２０は、駆動部２１と、照明部２２により構成されている。
【００３５】
駆動部２１は、位置変調駆動部の一例であり、識別ＩＤ情報を有する変調信号を生成する。本実施の形態１に係る駆動部２１は、例えば、副搬送波を使用しないものであり、識別ＩＤ情報をシンボル時間毎に４ＰＰＭ（Pulse Position Modulation）方式で位置変調した変調信号を、作成する。
【００３６】
照明部２２は、駆動部２１の変調信号に応じて照明光の強弱を変化させる。照明部２２は、白色ＬＥＤ（Light-Emitting Diode）を含んで構成され、変調信号に対応して白色可視光の発光光量を強弱させる。発光光量の強弱の周期は、例えば１ｋＨｚ程度である。なお、照明部２２は、赤色ＬＥＤや青色ＬＥＤなどの有色の可視光ＬＥＤにより構成されていてもよい。
【００３７】
また、一般的に、照明装置２０の近くには、蛍光灯や表示ディスプレイ等、パルス的な外乱光を発生させる外乱光源２５が存在していることが多い。
【００３８】
ここで、本実施の形態１の可視光通信システムを使用している状況について考える。
【００３９】
受信装置１０は、使用されている場所における照明装置２０からの照明光と、その近くの外乱光源２５からの外乱光の両方を受光する。
【００４０】
照明光と外乱光を受光すると、受信装置１０の第１変換部１１は、電圧信号Ｊｍを出力する。電圧信号Ｊｍは、受光した照明光や外乱光などの可視光の受光光量に応じて変化する。
【００４１】
電圧信号Ｊｍが入力された増幅部１２は、増幅信号Ｋｍを出力する。増幅信号Ｋｍは、第１変換部１１の電圧信号Ｊｍの交流分を所定の利得（Gain）にて増幅した信号である。
【００４２】
マイクロコンピュータ１３は、図２Ｂに示すように、後述するＡＤ変換ステップである第１ステップＳ０１と、差分演算ステップである第２ステップＳ０２と、基準演算ステップである第３ステップＳ０３と、ポイント検出ステップである第４ステップＳ０４と、間隔演算ステップである第５ステップＳ０５と、復調演算ステップである第６ステップＳ０６とを含むＩＤ検出ステップ（後述する第１２ステップ）を実行する。マイクロコンピュータ１３は、これら第１ステップＳ０１〜第６ステップＳ０６を行うことで、増幅部１２の増幅信号をＡＤ変換入力して、信号の復調動作を行う。
【００４３】
本実施の形態１にかかる受信装置１０は、このようにして、受信装置１０と照明装置２０との通信距離が変化した場合でも、照明装置２０の識別ＩＤ情報を精度よく復調することができる。
【００４４】
識別ＩＤ情報を精度よく復調することができる理由は、本実施の形態１では、受信装置１０と照明装置２０との通信距離の変化に応じた受信信号である第１変換部１１の電圧信号Ｊｍが変化しても、識別ＩＤ情報の復調への影響が小さい構成としているためである。そのため、本実施の形態１にかかる受信装置１０は、従来の可視光受信装置で必要であったＡＧＣ（Automatic Gain Control）を使用することなく、受光光量が大きく変化した場合でも対応できる構成となっている。
【００４５】
さらに、本実施の形態１にかかる受信装置１０は、マイクロコンピュータ１３の処理ステップの動作を工夫しているため、外乱光源２５のパルス的な外乱光にも対応できる構成である。
【００４６】
以下、図３の（ａ）〜（ｄ）を参照して、図１の受信装置１０の構成と動作、およびその効果を説明する。
【００４７】
図３の（ａ）では、照明装置２０による照明光Ｌｍを実線で示し、パルス的な外乱光Ｄｔを破線で示す。また、図３の（ｂ）では、照明光Ｌｍによる電圧信号Ｊｍを実線で示し、外乱光Ｄｔによる電圧信号Ｊｍｄを破線で示す。また、図３の（ｃ）では、照明光Ｌｍによる増幅信号Ｋｍを実線で示し、外乱光Ｄｔによる増幅信号Ｋｍｄを破線で示す。また、図３の（ｄ）には、立上ポイントＲｍと立下ポイントＦｍを示す。なお、図３の（ａ）〜（ｄ）において、横軸は時間を示し、縦軸は各信号の強度を示す。
【００４８】
可視光通信では、所定のコード長さの識別ＩＤ情報を、複数個のシンボル時間を時間的に連結させた変調信号により表す。そのために、可視光通信における照明装置２０は、変調信号に対応して可視光の強弱を変化させて、発光する。
【００４９】
ここで、図１に示す照明装置２０の駆動部２１は、図３の（ａ）に示すように、１シンボル時間Ｂｙ毎に４ＰＰＭ方式の変調信号を作り出し、照明部２２に供給する。１シンボル時間Ｂｙは、４個のスロット時間（スロット時間Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４）により構成される。４ＰＰＭの変調信号は、パルス状の１つのスロット時間の時間的な位置が１シンボル時間Ｂｙ内で変調された信号である。
【００５０】
例えば、図３の（ａ）において、左から１番目のシンボル時間Ｂｙ１では、４つ目のスロット時間（スロット時間Ｃ４）が位置変調している。左から２番目のシンボル時間Ｂｙ２では、２つ目のスロット時間（スロット時間Ｃ２）が位置変調している。左から３番目のシンボル時間Ｂｙ３では、１つ目のスロット時間（スロット時間Ｃ１）が位置変調している。左から４番目のシンボル時間Ｂｙ４では、３つ目のスロット時間（スロット時間Ｃ３）が位置変調している。
【００５１】
図１に示す照明装置２０の照明部２２は、変調信号に対応して強弱が変化した可視光の照明光を、発光する。その結果、照明装置２０からは、識別ＩＤ情報に基づいて、シンボル時間Ｂｙ毎に連続する４個のスロット時間Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４のいずれかのスロット時間における照明光が他のスロット時間における照明光より弱い照明光が、出力される。
【００５２】
例えば、識別ＩＤ情報がコード“００”の場合は、スロット時間Ｃ１が弱い照明光を出力する。識別ＩＤ情報がコード“０１”の場合は、スロット時間Ｃ２が弱い照明光をする。識別ＩＤ情報がコード“１０”の場合は、スロット時間Ｃ３が弱い照明光を出力する。識別ＩＤ情報がコード“１１”の場合は、スロット時間Ｃ４が弱い照明光を出力する。
【００５３】
なお、本実施の形態１では、変調信号として、高周波の副搬送波を使用していない。
【００５４】
また、本実施の形態１の照明装置２０の照明光は、強弱変化部分Ｌａ（変調信号に対応して信号強度が強弱変化する部分）と一定部分Ｌｂ（信号強度が一定の部分）とを、合成した光になっている。つまり、図３の（ａ）に実線で示すように、受信装置１０で受光（受信）する照明装置２０の照明光Ｌｍは、強弱変化部分Ｌａと一定部分Ｌｂとが合成されたものである。また、外乱光源２５はパルス状の外乱光を発生させているため、図３の（ａ）に破線で示すように、受信装置１０で受光する外乱光源２５からの外乱光Ｄｔは、パルス状である。
【００５５】
受信装置１０の第１変換部１１は、受光素子（図示せず）の受光光量に応じた電圧信号Ｊｍを出力する。
【００５６】
図３の（ｂ）に、第１変換部１１から出力された電圧信号Ｊｍを示す。第１変換部１１の受光素子は、照明装置２０の照明光Ｌｍと外乱光源２５の外乱光Ｄｔを重畳して受光するため、両者の合成光量に対応した電圧信号Ｊｍが得られる。そのため、図３の（ｂ）に示す電圧信号Ｊｍは、照明光Ｌｍの影響分と外乱光Ｄｔの影響分（図３の（ｂ）に示すＪｍｄの部分）を合成した信号になっている。
【００５７】
受信装置１０の増幅部１２は、第１変換部１１から入力された電圧信号Ｊｍに対して、電圧信号Ｊｍの直流分をカット（削除）し、交流分を所定の固定利得（固定Gain）にて増幅する。そして、増幅部１２は、増幅した増幅信号Ｋｍを出力する。
【００５８】
図３の（ｃ）に、増幅信号Ｋｍを示す。図３の（ｃ）に示す増幅信号Ｋｍは、電圧信号Ｊｍの交流分を、所定の固定利得にて反転かつ増幅した信号波形になっている。そのため、増幅信号Ｋｍは、照明光Ｌｍの影響分と外乱光Ｄｔの影響分（図３の（ｃ）に示すＫｍｄの部分）を合成した信号になっている。増幅部１２から出力された増幅信号Ｋｍは、マイクロコンピュータ１３に入力される。なお、増幅部１２の構成は、第１変換部１１の電圧信号Ｊｍの直流分を完全にカットする構成以外に、電圧信号Ｊｍの直流分の影響を大幅に低減する構成を採用することも可能である。すなわち、本実施の形態１におけるカットの意味は、大幅な低減も含んでいる。
【００５９】
マイクロコンピュータ１３に入力された増幅信号Ｋｍは、受信装置１０のマイクロコンピュータ１３において以下のように処理される。
【００６０】
マイクロコンピュータ１３は、一定時間毎もしくは使用者によるトリガ毎に、図２Ｂのフローチャートに示す処理ステップを、繰り返し実行する。すなわち、マイクロコンピュータ１３は、第１ステップ（ＡＤ変換ステップ）Ｓ０１と、第２ステップ（差分演算ステップ）Ｓ０２と、第３ステップ（基準演算ステップ）Ｓ０３と、第４ステップ（ポイント検出ステップ）Ｓ０４と、第５ステップ（間隔演算ステップ）Ｓ０５と、第６ステップ（復調演算ステップ）Ｓ０６と、を含み、これらのステップを順次または一部並行して実行する。
【００６１】
ここで、第１ステップＳ０１は、ＡＤ変換ステップの一例である。第１ステップＳ０１は、第２変換部１４により、所定のサンプリング時間Ｔｓ毎に増幅部１２から出力された増幅信号ＫｍをＡＤ変換し、ＡＤ変換値を得るステップである。
【００６２】
また、第２ステップＳ０２は、差分演算ステップの一例である。第２ステップＳ０２は、第１演算部１５により、複数のサンプリング時点のＡＤ変換値を用いて差分演算を行い、差分デジタル値を算出するステップである。
【００６３】
また、第３ステップＳ０３は、基準演算ステップの一例である。第３ステップＳ０３は、第２演算部１６により、４シンボル時間以上の連続する差分デジタル値を抽出した後、抽出した差分デジタル値のピーク値（もしくは絶対ピーク値）に応じた＋側基準値と−側基準値とを算出するステップである。
【００６４】
また、第４ステップＳ０４は、ポイント検出ステップの一例である。第４ステップＳ０４は、検出部１７により、時系列の立上ポイントと立下ポイントの中から、時系列的に交互に生じる選出立上ポイントと選出立下ポイントとを検出するステップである。
【００６５】
また、第５ステップＳ０５は、間隔演算ステップの一例である。第５ステップＳ０５は、第３演算部１８により、レベル１サンプル数とレベル０サンプル数とを検出するステップである。
【００６６】
また、第６ステップＳ０６は、復調演算ステップの一例である。第６ステップＳ０６は、第４演算部１９により、時系列的に交互に生じるレベル１サンプル数とレベル０サンプル数とに基づいて、シンボル時間毎の復調コードを算出するステップである。
【００６７】
以下、前述の各ステップについて詳しく説明する。
【００６８】
まず、第１ステップＳ０１について説明する。第１ステップＳ０１において、第２変換部１４は、入力されたアナログ信号である増幅信号Ｋｍを所定のサンプリング時間Ｔｓ毎にＡＤ変換し、デジタル化したＡＤ変換値を所定の時間長分だけ取得する。ここで、本実施の形態１では、サンプリング時間Ｔｓは、シンボル時間Ｂｙよりも十分に小さく選定されている。また、所定の時間長は、十分に長く設定され、照明装置２０の識別ＩＤ情報を十分に含む時間長になっている。第２変換部１４は、必要に応じて、第２変換部１４で変換された時系列のＡＤ変換値を記憶部の一例であるメモリ（図示せず）に記憶させる。
【００６９】
続いて、第２ステップＳ０２について説明する。第２ステップＳ０２において、第１演算部１５は、複数個のサンプリング時点のＡＤ変換値を用いて差分演算を行い、サンプリング時点毎に差分デジタル値を算出して、時系列の差分デジタル値をメモリに記憶させる。ここでは、サンプリング時点のＡＤ変換値とその２つ前のサンプリング時点のＡＤ変換値の差を演算し、演算結果をその時点の差分デジタル値としてメモリに記憶する。このように、順次、サンプリング時点を移動させてサンプリング時点毎に差分デジタル値を演算し、時系列の差分デジタル値を取得する。第１演算部１５は、必要に応じて、時系列の差分デジタル値をメモリに記憶させる。第２ステップＳ０２では、順次、サンプリング時点を移動させて、サンプリング時点毎に差分デジタル値を演算し、時系列の差分デジタル値を取得する。
【００７０】
続いて、第３ステップＳ０３について説明する。第３ステップＳ０３において、第２演算部１６は、シンボル時間４つ以上の連続する差分デジタル値を抽出し、抽出した差分デジタル値のピーク値（もしくは絶対ピーク値）に応じた＋側基準値と−側基準値を得る。なお、第３ステップＳ０３では、所定値を大きな正の値にしておき、時系列の差分デジタル値が所定値よりも小さくなった時に識別ＩＤ情報の復調をできないようにしてもよい。また、第３ステップＳ０３では、第２演算部１６は、抽出した差分デジタル値のピーク値（もしくは絶対ピーク値）の平均値に応じた＋側基準値と−側基準値を得ても良い。これにより、照明光Ｌｍが小さく（または大きく）なっても、照明光Ｌｍに含まれる変調信号の大きさに応動した基準値を簡単に得ることができる。その結果、第４ステップＳ０４の立上ポイントや立下ポイントの検出動作を安定させることができる。すなわち、この第３ステップＳ０３における動作により、照明光Ｌｍの平均値が１００倍変化しても、第４ステップＳ０４を安定して動作させることができる。
【００７１】
続いて、第４ステップＳ０４について説明する。第４ステップＳ０４において、検出部１７は、立上ポイントと立下ポイントとを検出する。ここで、立上ポイントは、時系列の差分デジタル値が＋側基準値よりも大きくなる時点であり、立下ポイントは、時系列の差分デジタル値が−側基準値よりも小さくなる時点である。
【００７２】
図３の（ｄ）に、立上ポイントＲｍと立下ポイントＦｍを示す。例えば、外乱光源２５の外乱光Ｄｔによって、立下ポイントＦｎ＋１と立上ポイントＲｎ＋１が発生している。検出部１７は、時系列の立上ポイントと立下ポイントの中から、時系列的に交互に生じる選出立上ポイントと選出立下ポイントとを、選出する。例えば、立上ポイントが連続的に生じていた場合や立下ポイントが連続的に生じていた場合であっても、選出立上ポイントと選出立下ポイントとは、時系列的に交互に生じるように選出される。
【００７３】
ここで、第４ステップＳ０４では、検出部１７は、立下ポイントが時系列的に連続した場合に、２番目の立下ポイントおよびそれに後続する立上ポイントを、選出立下ポイントおよび選出立上ポイントに選出しない。すなわち、検出部１７は、２番目の立下ポイントおよびそれに後続する立上ポイントを、検出対象から除外する。同様に、第４ステップＳ０４では、検出部１７は、立上ポイントが時系列的に連続した場合に、２番目の立上ポイントおよびそれに後続する立下ポイントを、選出立上ポイントおよび選出立下ポイントとして選出しない。すなわち、検出部１７は、２番目の立上ポイントおよびそれに後続する立下ポイントを、検出対象から除外する。これにより、外乱光によって生じた立下ポイントＦｎ＋１と立上ポイントＲｎ＋１を、除去できる。なお、ここで、立上ポイントとは、時系列の差分デジタル値が＋側基準値よりも大きくなる最初のサンプリング時点を意味する。また、立下ポイントとは、時系列の差分デジタル値が−側基準値よりも小さくなる最初のサンプリング時点を意味する。
【００７４】
続いて、第５ステップＳ０５について説明する。第５ステップＳ０５において、第３演算部１８は、レベル１サンプル数として検出し、レベル０サンプル数として検出する。ここで、第５ステップＳ０５では、選出立上ポイントから直後の選出立下ポイントの間の差分デジタル値のサンプル数をレベル１サンプル数とし、選出立下ポイントから直後の選出立上ポイントの間の差分デジタル値のサンプル数をレベル０サンプル数としている。
【００７５】
続いて、第６ステップＳ０６について説明する。第６ステップＳ０６において、第４演算部１９は、時系列的に交互に生じるレベル１サンプル数とレベル０サンプル数とに基づいて、シンボル時間毎の復調コードを得る。第４演算部１９は、複数個のシンボル時間にわたる復調コードに基づいて識別ＩＤ情報を検出する。これにより、受信装置１０がいずれの照明装置２０の識別ＩＤ情報を取得したのかがわかる。したがって、受信装置１０の位置を検出することができる。なお、第４演算部１９は、第６ステップＳ０６において、識別ＩＤ情報に付加されたスタートブロックコードを検出して、識別ＩＤ情報のコード復調を始める最初のシンボル時間を見つけてもよい。
【００７６】
以上、本実施の形態にかかる受信装置１０は、ＡＧＣ（Automatic Gain Control）などの複雑な回路を使用しない簡素な構成で、可視光送信装置である照明装置２０の識別ＩＤ情報を安定して検出することができる。これにより、受信装置１０をモジュール化して小形軽量の携帯端末（例えば、スマートフォンなど）に内蔵して一体化することや、スマートフォンなどの携帯端末へアタッチメント接続することができる。
【００７７】
ここで、例えば、その携帯端末が、使用者により常時携帯されている状態を考える。この状態で、増幅部１２の増幅信号Ｋｍの振幅は、使用者の保持する受信装置１０と照明装置２０との通信距離に応じて、例えば、５０〜５０００ｍＶと大幅に変化する。だが、本実施の形態１では、マイクロコンピュータ１３による第１ステップＳ０１〜第６ステップＳ０６までの一連の動作を行うことにより、受信装置１０において精度よく照明装置２０の識別ＩＤ情報を受信して復調することができる。すなわち、本実施の形態１にかかる受信装置１０は、受信した可視光信号のレベルが大幅に変化しても、正常な復調動作を行うことができる。例えば、受信信号のレベルが１００倍に変化した場合、通信距離に換算すると、距離が約１０倍に変化する。本実施の形態１にかかる受信装置１０は、この特性を利用しているため、可視光通信の通信距離が大幅に変化する用途、例えば、照明装置２０の可視光照明を受信する携帯端末等で使用する用途に適した構成になっている。
【００７８】
また、本実施の形態１にかかる増幅部１２は、単に電圧信号Ｊｍの直流分をカット（大幅な低減）しているだけなので、電圧信号Ｊｍの交流分に対する応答遅れは、ほとんど生じない。そのため、例えば、受信装置１０は、受信装置１０と照明装置２０の間の可視光の通信路が遮断されても、その通信路が回復すれば、時間遅延なく速やかに可視光信号を受信し復調することができる。その結果、本実施の形態１にかかる受信装置１０は、可視光の通信路の遮断と回復とが頻繁に行われる用途、例えば、照明装置２０の可視光照明を受信する携帯端末等で使用する用途に適した構成になっている。
【００７９】
なお、本実施の形態１にかかる受信装置１０は、照明装置２０などの可視光照明器具の識別ＩＤ情報の検出に適した構成であるが、そのような場合に限定されない。例えば、本実施の形態１にかかる受信装置１０を用いて、空間的な信号伝送の可視光通信システムを構成しても良い。
【００８０】
また、受信装置１０や照明装置２０は、１シンボル時間内に４スロット時間を有する変調信号に限らず、１シンボル時間内に３スロット時間または５スロット時間を有する変調信号に対応させても良い。
【００８１】
また、本実施の形態１では、マイクロコンピュータ１３において第１ステップＳ０１〜第６ステップＳ０６が順次処理されるように説明したが、マイクロコンピュータ１３の処理はそのような場合に限定されない。すなわち、本実施の形態１のマイクロコンピュータ１３は、これらのステップの処理を部分的に並列に行ってもよいし、必要な演算処理に限定して行ってもよい。例えば、第２ステップＳ０２と第３ステップＳ０３と第４ステップＳ０４を混在させて処理し、時系列の差分デジタル値を記憶せずに立上ポイントと立下ポイントを得てもよい。
【００８２】
また、検出部１７は、第４ステップＳ０４において、連続する２個の立上ポイント（または立下ポイント）を検出した場合に、いずれか一方の立上ポイント（または立下ポイント）を出力するようにしたが、このような構成に限定されない。例えば、検出部１７は、連続する２個の立上ポイント（または立下ポイント）を検出した場合に、マイクロコンピュータ１３におけるその後の復調処理を行わないようにしてもよい。
【００８３】
また、本実施の形態１にかかるマイクロコンピュータ１３は、第４ステップＳ０４において、時系列的に交互に生じる選出立上ポイントと選出立下ポイントを選出しているので、パルス的な外乱光ノイズが発生している場合でも精度よく復調コードと識別ＩＤ情報とを検出できる。
【００８４】
なお、上述の第４ステップＳ０４では、外乱光ノイズによる立上ポイントと立下ポイントをペアで除去する方法を説明したが、そのような構成に限定されない。以下、検出部１７の変形例について説明する。
【００８５】
（実施の形態１の変形例）
以下に、実施の形態１の変形例について説明する。図４の（ａ）〜（ｄ）は、本変形例にかかる可視光受信装置の動作を説明する波形図である。
【００８６】
本変形例にかかる第４ステップＳ０４における検出部１７の動作について説明する。検出部１７は、２個の立下ポイントを時系列的に連続して検出した場合に、直前または直後の立上ポイントから１番目の立下ポイントまでの第１サンプル数を計測し、該立上ポイントから２番目の立下ポイントまでの第２のサンプル数を計測する。そして、検出部１７は、第１サンプル数と第２サンプル数とに基づいて、一方の立下ポイントを選出立下ポイントとして選出する。また、検出部１７は、２個の立上ポイントを時系列的に連続して検出した場合に、直前または直後の立下ポイントから１番目の立上ポイントまでの第１サンプル数を計測し、該立下ポイントから２番目の立上ポイントまでの第２サンプル数を計測し、第１サンプル数と第２サンプル数に基づいて、一方の立上ポイントを選出立上ポイントとして選出する。
【００８７】
これについて、図４の（ａ）〜（ｄ）を参照して説明する。図４の（ａ）は、照明装置２０による照明光Ｌｍを実線で示し、パルス的な外乱光Ｄｔを破線で示す。また、図４の（ｂ）は、照明光Ｌｍによる電圧信号Ｊｍを実線で示し、外乱光Ｄｔによる電圧信号Ｊｍｄを破線で示す。また、図４の（ｃ）は、照明光Ｌｍによる増幅信号Ｋｍを実線で示し、外乱光Ｄｔによる増幅信号Ｋｍｄを破線で示す。また、図４（ｄ）は、立上ポイントＲｍと立下ポイントＦｍを示す。なお、図４の（ａ）〜（ｄ）において、横軸は時間、縦軸は各信号の強度を示す。
【００８８】
図４の（ａ）に示す外乱光源２５の外乱光Ｄｔが混入すると、増幅信号Ｋｍには、図４の（ｃ）に示した外乱光の影響分Ｋｍｄが生じる。そのため、立上ポイントＲｍや立下ポイントＦｍは、図４の（ｄ）に示すようになる。
【００８９】
この例では、図４の（ｄ）に示すように、２個の立上ポイントＲｎとＲｎ＋１は、時系列的に連続して生じている。立上ポイントＲｎの直前の立下ポイントＦｎを基準にとり、立下ポイントＦｎから１番目の立上ポイントＲｎ＋１までの間隔をスロット時間（サンプリングポイント）の数で計測し、第１サンプル数Ｈ１を得る。同様に、立下ポイントＦｎから２番目の立上ポイントＲｎ＋１までの間隔をスロット時間（サンプリングポイント）の数で計測し、第２サンプル数Ｈ２を得る。
【００９０】
ここで、第１サンプル数Ｈ１よりも第２サンプル数Ｈ２の方が、スロット時間の整数倍に近い。また、第１サンプル数Ｈ１は、１スロット時間よりも短い。したがって、検出部１７は、第１サンプル数Ｈ１に対応した立上ポイントＲｎは外乱光の影響によるものと判断して、選定立上ポイントとしては選出しない。すなわち、検出部１７は、立上ポイントＲｎを、検出対象から除外する。検出部１７は、第２サンプル数Ｈ２に対応した立上ポイントＲｎ＋１を選定立上ポイントとして選出する。このようにすることで、第４ステップＳ０４において外乱光の影響による信号変化分が取り除かれ、その後の第５ステップＳ０５および第６ステップＳ０６を経て、照明装置２０の識別ＩＤ情報を精度よく得ることが可能となる。なお、この方法は、立上ポイントが３個以上連続して検出された場合にも、利用可能である。
【００９１】
本実施の形態１では、このようにして、直前の立下ポイントを信頼性の高い選出ポイントとして基準にして、後続の選出ポイントを選んでいる。しかし、本発明は、そのような場合に限定されず、例えば、立上ポイントＲｎ＋１の直後の立下ポイントＦｎ＋１を基準のポイントとしてもよい。
【００９２】
なお、本実施の形態１にかかる第１演算部１５は、第２ステップＳ０２において、一のサンプリング時点のＡＤ変換値と、該一のサンプリング時点から２サンプリング間隔離れた他のサンプリング時点のＡＤ変換値との差分演算を行い、その時点の差分デジタル値を得ている。すなわち、１個飛ばしのＡＤ変換値の差分を取ってその時点の差分デジタル値を演算し、順次サンプリング時点を移動させて時系列の差分デジタル値を得ている。このように処理することにより、検出部１７は、増幅部１２の出力信号Ｊｍに波形鈍り（なまり）が生じている場合でも、第４ステップＳ０４において、立上ポイントや立下ポイントの検出を安定かつ確実に行うことができる。なお、一のサンプリング時点と他のサンプリング時点は、２サンプリング間隔に限らず、３サンプリング間隔以上離れていてもよい。
【００９３】
ここで、１個飛ばしのＡＤ変換値の差分を取ってその時点の差分デジタル値を演算する第２ステップＳ０２を用いた場合に、第５ステップＳ０５および第６ステップＳ０６において、第３演算部１８および第４演算部１９をそれぞれ安定に動作させるためには、第１ステップＳ０１のサンプリング時間に制約があることが、発明者らの考察によりわかった。具体的には、発明者らの考察により、第１演算部１５が、一のサンプリング時点のＡＤ変換値とそれより２サンプリング間隔以上離れた他のサンプリング時点のＡＤ変換値の差を演算し、演算結果をその時点の差分デジタル値とする場合には、サンプリング時間Ｔｓはシンボル時間Ｂｙの１／１２以下にすることが効果的であることがわかった。例えば、発明者らの実験においては、可視光信号にノイズが含まれないと仮定した場合、受光した可視光信号から識別ＩＤ情報を取得できる確率は、サンプリング時間Ｔｓがシンボル時間Ｂｙの１／１２以下の場合にはほぼ１００％であったが、サンプリング時間Ｔｓがシンボル時間Ｂｙの１／１２より大きい場合には５０〜６０％程度であった。なお、本実施の形態１および本変形例では、サンプリング時間Ｔｓをシンボル時間Ｂｙのおよそ１／２０にしている。これにより、第５ステップＳ０５および第６ステップＳ０６において、第３演算部１８および第４演算部１９は、より安定した処理を行うことができると共に、識別ＩＤ情報の復調をより安定して行うことができる。
【００９４】
（実施の形態２）
次に、本発明の実施の形態２について説明する。
【００９５】
図５は、本実施の形態２にかかる受信装置５０を含む可視光通信システムの構成図である。図６は、マイクロコンピュータ５３の処理ステップを示すフローチャートである。図７の（ａ）〜（ｄ）は、受信装置５０の動作を説明するための波形図である。
【００９６】
本実施の形態２にかかる受信装置５０は、太陽光や蛍光灯などの外乱光源５５による影響を回避して、大きな光量の外乱光源５５に比べて微弱な光量の照明装置２０を用いた場合であっても、精度よく識別ＩＤ情報を検出できるようにしたものである。
【００９７】
図５に示すように、本実施の形態２にかかる可視光通信システムは、照明装置２０と、受信装置５０とから構成される。照明装置２０は、可視光通信装置（可視光送信装置）の一例であり、前述の実施の形態１に示した照明装置２０と同様であるため、詳細な説明は省略する。
【００９８】
受信装置５０は、第１変換部５１と、増幅部５２と、マイクロコンピュータ５３とにより構成される。マイクロコンピュータ５３は、前述の実施の形態１に示したマイクロコンピュータ１３と同様であるため、詳細な説明は省略する。
【００９９】
第１変換部５１は、照明光や外乱光などの可視光を電気信号に変換する受光素子６１と、抵抗６２、オペアンプ６３および直流電源６４により構成された増幅器と、電流注入回路８１とを有している。第１変換部５１は、増幅器（抵抗６２、オペアンプ６３および直流電源６４）によって、受光素子６１の吸収電流に比例した電圧信号Ｊｍを作り出す。
【０１００】
受光素子６１で受光された可視光は、電気信号に変換される。ここで、可視光とは、識別ＩＤ情報を所定シンボル時間毎に位置変調した変調信号に応動して強弱する照明光や、外乱光である。受光素子６１から出力された電気信号は、増幅器（抵抗６２、オペアンプ６３および直流電源６４）により増幅される。第１変換部５１は、受光素子６１で受光した照明光の強弱に応じた電圧信号Ｊｍを増幅部５２に出力する。
【０１０１】
電流注入回路８１は、スイッチ８２と抵抗８３とを備え、スイッチ８２を閉じることにより、電源Ｖｃｃからオペアンプ６３へ直流電流を出力する。具体的には、電流注入回路８１は、マイクロコンピュータ５３からのシフト指示信号Ｐｍに応動してスイッチ８２をオンにし、抵抗８３を介して受光素子６１に所定の直流電流を供給する。すなわち、電流注入回路８１は、マイクロコンピュータ５３のシフト指示信号Ｐｍがオンの時に受光素子６１に直流電流を注入する。外乱光が太陽光の場合、電源Ｖｃｃは、一例として３Ｖ程度である。電流注入回路８１のスイッチ８２は、アナログスイッチ回路やトランジスタ回路によって構成されている。
【０１０２】
増幅部５２は、コンデンサ７１によって第１変換部５１から増幅部１２に出力された電圧信号Ｊｍの直流分をカットし、抵抗７２と抵抗７３とオペアンプ７４によって電圧信号Ｊｍの交流分を所定の固定利得（固定Gain）にて増幅する。これにより、増幅部５２の出力信号Ｋｍは、第１変換部５１の電圧信号Ｊｍの交流分を所定利得（所定Gain）にて増幅した信号になる。ここでは、直流カット増幅部として、ハイパスフィルタ型の増幅部５２を図示しているが、バンドパス型の増幅部であってもよい。また、増幅部５２は、電圧信号Ｊｍの直流分を完全にカットする構成に限らず、直流分を大幅に低減する構成であっても良い。すなわち、本実施の形態２におけるカットの意味は、大幅な低減も含んでいる。増幅した電圧信号Ｊｍの交流分は、出力信号Ｋｍとしてマイクロコンピュータ５３に出力される。
【０１０３】
マイクロコンピュータ５３には、増幅部５２から出力された出力信号Ｋｍと第１変換部５１から出力された電圧信号Ｊｍが入力される。
【０１０４】
照明装置２０は、駆動部２１と照明部２２により構成される。駆動部２１は、副搬送波を使用せずに、識別ＩＤ情報を所定シンボル時間毎に位置変調した変調信号を作成する。照明部２２は、駆動部２１の変調信号に応じて照明光の強弱を変化させる。
【０１０５】
また、一般に、照明装置２０の近くには、太陽光や白熱電球などのような強力な光量の外乱光を発生させる外乱光源５５が存在している場合がある。
【０１０６】
図７の（ａ）は、受信装置５０の第１変換部５１の受光素子６１の場所における照明装置２０による照明光Ｌｍを実線で示し、外乱光源５５による外乱光Ｄｔを一点鎖線で示す。また、図７の（ｂ）は、照明光Ｌｍによる電圧信号Ｊｍｐを破線で示し、外乱光Ｄｔによる電圧信号Ｊｍを実線で示す。また、図７の（ｃ）は、照明光Ｌｍによる増幅信号Ｋｍｐを破線で示し、外乱光Ｄｔによる増幅信号Ｋｍを実線で示す。また、図７の（ｄ）は、立上ポイントＲｍと立下ポイントＦｍを示す。なお、図７の（ａ）〜（ｄ）の横軸は、時間、縦軸は各信号の強度を示す。
【０１０７】
照明装置２０の照明光Ｌｍは、前述の実施の形態１に示した照明装置２０と同様に、強弱変化部分Ｌａと一定部分Ｌｂとが合成されている。また、外乱光源５５は、変動の少ない強力な外乱光Ｄｔを発生させている。そのため、外乱光Ｄｔは、照明装置２０の微弱な照明光Ｌｍよりもかなり大きな光量となっている。ここでは、外乱光源５５の外乱光Ｄｔは照明光Ｌｍよりも５倍程度大きいものとする。
【０１０８】
受信装置５０の第１変換部５１は、受光素子６１の受光光量に応じた電圧信号Ｊｍを出力する。図７の（ｂ）に電圧信号Ｊｍを示す。
【０１０９】
第１変換部５１の受光素子６１は、照明装置２０の照明光Ｌｍと外乱光源５５の外乱光Ｄｔを重畳して受光するので、両者の合成光量に応動した電圧信号Ｊｍが得られる。外乱光Ｄｔの光量が非常に大きい場合、従来の可視光受信装置では、第１変換部５１は回路的な飽和を起こし、図７の（ｂ）に実線で示すように、電圧信号Ｊｍが上限電圧に張り付いた状態、つまり、電圧信号Ｊｍとして一定値（上限電圧）が出力され続ける状態になっている。そのため、増幅部５２の出力信号Ｋｍは、図７の（ｃ）に実線で示すように、一定になる。この場合、マイクロコンピュータ５３が増幅部５２から一定値の出力信号Ｋｍを入力しても、立上ポイントおよび立下ポイントを検出できないため、照明装置２０の識別ＩＤ情報を受信して復調することはできない。
【０１１０】
そこで、本実施の形態２にかかる受信装置５０のマイクロコンピュータ５３は、図６のフローチャートに示す処理ステップを実行している。この処理ステップについて説明する。
【０１１１】
マイクロコンピュータ５３は、第１変換部５１の電圧信号Ｊｍを入力し、第１変換部５１の出力電圧Ｊｍに応じてシフト指示信号Ｐｍをオンまたはオフにする電圧モニタステップである第１１ステップＳ１１と、ＩＤ検出ステップである第１２ステップＳ１２と、少なくとも第１ステップＳ０１（図２Ｂ参照）の動作の完了後にシフト指示信号Ｐｍをオフにするシフト解除ステップである第１３ステップＳ１３と、を順次または一部並行しながら実行する。
【０１１２】
第１２ステップＳ１２は、ＩＤ検出ステップの一例であり、第１１ステップＳ１１の動作後に実施する。第１２ステップＳ１２は、前述の実施の形態１に示したＩＤ検出ステップと同様であり、第１ステップＳ０１〜第６ステップＳ０６（それぞれ、図２Ｂ参照）からなる。
【０１１３】
マイクロコンピュータ５３は、まず、第１１ステップＳ１１を実行し、第１変換部５１の電圧信号Ｊｍが所定レベル以上である場合に、シフト指示信号Ｐｍをオンにする。シフト指示信号Ｐｍがオンになると、第１変換部５１の電流注入回路８１のスイッチ８２がオン（導通）に変化し、直流電源Ｖｃｃから抵抗８３を介して受光素子６１に所定の直流電流が注入される。その結果、第１変換部５１から出力される電圧信号Ｊｍの直流分のレベルが変化し、図７の（ｂ）に破線で示した電圧信号Ｊｍｐになる。すなわち、外乱光Ｄｔに対応する直流電圧が電流注入回路８１から出力される直流電流により打ち消され、第１変換部５１は、照明光Ｌｍに応動して変化する交流分を含んだ電圧信号Ｊｍｐを出力する。これに伴って、増幅部５２は、照明光Ｌｍに応動して変化する交流の増幅信号Ｋｍｐを、マイクロコンピュータ５３に出力する。
【０１１４】
マイクロコンピュータ５３は、増幅部５２の出力信号Ｋｍｐが入力されることで、第１２ステップＳ１２によって照明装置２０の識別ＩＤ情報を検出する。
【０１１５】
第１２ステップＳ１２を実施した後に、第１３ステップＳ１３において、マイクロコンピュータ５３は、シフト指示信号Ｐｍをオフにする。これにより、電流注入回路８１は、シフト指示信号Ｐｍに応動してスイッチ８２をオフ（非導通）にし、受光素子６１への電流注入を解除する。これにより、次回の識別ＩＤ情報検出時に、外乱光が低減または消滅していても、照明装置２０の識別ＩＤ情報を精度よく検出することができる。
【０１１６】
なお、第１３ステップＳ１３は、第１ステップＳ０１の動作後にシフト指示信号Ｐｍをオフにすればよく、第１２ステップＳ１２内の第２ステップＳ０２〜第６ステップＳ０６（それぞれ、図２Ｂ参照）と順序を入れ替えることが可能である。
【０１１７】
以上、本実施の形態２にかかる受信装置５０は、外乱光源５５から発光される外乱光Ｄｔが大きい場合であっても、電流注入回路８１を設けることにより、外乱光Ｄｔに対応する直流電圧が電流注入回路８１から出力される直流電流により打ち消すことができる。これにより、第１変換部５１は、照明光Ｌｍに応動して変化する交流分を含んだ電圧信号Ｊｍｐを出力することができる。
【０１１８】
（実施の形態３）
次に、本発明の実施の形態３について説明する。本実施の形態３にかかる可視光受信装置を用いた位置情報システムについて、図８を参照して説明する。図８は、本実施の形態３にかかる可視光受信装置を接続した携帯端末を含む位置情報提供システムの構成図である。本実施の形態３では、可視光受信装置として実施の形態２にかかる受信装置５０を用いた場合について説明する。なお、可視光受信装置は、前述の実施の形態２にかかる受信装置５０に限らず、前述の実施の形態１にかかる受信装置１０であってもよい。
【０１１９】
図８に示すように、モジュール化された受信装置５０は、通信接続部９２を介して携帯端末９５にアタッチメント接続される。このようにして、携帯端末９５は、受信装置５０と一体化される。受信装置５０の受光素子（図示せず）は、レンズ９１により集光された可視光照明を受光し、所定の立体角内の可視光照明装置を検出するようにしている。
【０１２０】
通信接続部９２は、例えば、ＵＳＢ（Universal Serial Bus）通信を行うＵＳＢ部である。受信装置５０は、照明装置２０の識別ＩＤ情報を、通信接続部９２を通じて携帯端末９５に伝送する。
【０１２１】
携帯端末９５は、例えば、スマートフォンなどの携帯電話やタブレットＰＣであり、伝送された照明装置２０の識別ＩＤ情報を位置情報サーバ９６に無線で問い合わせる。
【０１２２】
位置情報サーバの一例であるサーバ９６は、問い合わせのあった識別ＩＤ情報に対応する位置情報を、携帯端末９５に返信する。携帯端末９５は、サーバ９６の返信情報に基づいて、識別ＩＤ情報に対応した地図上の位置を、画面上に表示する。
【０１２３】
このようにして、使用者は、携帯端末９５にアタッチメント接続可能した受信装置５０を用いることで、地下街や建物内における自分の位置を簡易に知ることができる。特に、本実施の形態３にかかる受信装置５０は、安定かつ迅速に照明装置２０の識別ＩＤ情報を検出できるため、使用者が歩行時であっても利用することができる。
【０１２４】
なお、このような目的を実現するために、本実施の形態３では、識別ＩＤ情報の異なる複数個の照明装置２０を地下街や建物内の所要の場所に設置することを想定している。また、受信装置５０と携帯端末９５を接続する通信接続部９２は、ＵＳＢ部に限らず、シリアル通信部（ＲＳ−２３２Ｃ）や無線通信部（Bluetooth（登録商標）やＷｉ−Ｆｉ）などを用いてもよい。
【０１２５】
以上、本実施の形態３によれば、上記した受信装置を備えた可視光通信システムについて携帯端末９５を例として説明をした。本実施の形態３の構成により、受信装置は、安定かつ迅速かつ容易に照明装置２０の識別ＩＤ情報を検出できる。よって、使用者が歩行時であっても利用することができる。
【０１２６】
以上、本発明にかかる可視光受信装置および可視光受信方法について、上記した実施の形態に基づいて説明した。だが、本発明は、これらの実施の形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を本実施の形態に施したものや、異なる実施の形態における構成要素を組み合わせて構築される形態も、本発明の範囲内に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【０１２７】
本発明の可視光受信装置および可視光受信方法は、可視光照明器具の識別ＩＤ情報の検出が可能であり、地下街や建物内での携帯端末の位置検出等に有用である。
【符号の説明】
【０１２８】
１０、５０    受信装置
１１、５１    第１変換部
１２、５２    増幅部
１３、５３    マイクロコンピュータ
１４    第２変換部
１５    第１演算部
１６    第２演算部
１７    検出部
１８    第３演算部
１９    第４演算部
２０    照明装置
２１    駆動部
２２    照明部
２５、５５    外乱光源
６１、１３３  受光素子
６２、７２、７３、８３    抵抗
６３、７４    オペアンプ
６４    直流電源
７１    コンデンサ
８１    電流注入回路
８２    スイッチ
９５    携帯端末
９６    位置情報サーバ
１００  可視光通信システム
１１０  送信装置
１３０  受信装置
１３６  ＡＧＣ
【図１】
2013150716.tif 000003
【図２Ａ】
2013150716.tif 000004
【図２Ｂ】
2013150716.tif 000005
【図３】
2013150716.tif 000006
【図４】
2013150716.tif 000007
【図５】
2013150716.tif 000008
【図６】
2013150716.tif 000009
【図７】
2013150716.tif 000010
【図８】
2013150716.tif 000011
【図９】
2013150716.tif 000012
【手続補正書】
【提出日】平成26年8月7日(2014.8.7)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シンボル時間毎に位置変調した変調信号に応じて強弱変化する可視光を受光し、前記可視光の受光光量に応じた電圧信号を出力する第１変換部と、
前記電圧信号に含まれる直流分をカットすると共に交流分を増幅して出力する増幅部と、
前記増幅部から出力された電圧信号を処理して、前記変調信号に対応する復調信号を出力する処理部と、を具備し、
前記処理部は、
サンプリング時間毎に、前記増幅部から出力された前記電圧信号をＡＤ変換値にＡＤ変換する第２変換部と、
複数の前記ＡＤ変換値を用いた差分演算により、差分デジタル値を算出する第１演算部と、
複数個の前記差分デジタル値のピーク値に応じた＋側基準値と−側基準値とを算出する第２演算部と、
前記差分デジタル値が前記＋側基準値よりも大きくなる立上ポイントと、前記差分デジタル値が前記−側基準値よりも小さくなる立下ポイントとを検出する検出部と、
前記立上ポイントと該立上ポイントの直後に検出される前記立下ポイントとの間の第１サンプル期間と、前記立下ポイントと該立下ポイントの直後に検出される立上ポイントとの間の第２サンプル期間と、を算出する第３演算部と、
時系列的に交互に生じる前記第１サンプル期間と前記第２サンプル期間とに基づいて、前記シンボル時間毎の前記復調信号を算出する第４演算部と、を有する、
可視光受信装置。
【請求項２】
前記第１変換部は、さらに、
前記処理部から出力されるシフト指示信号に基づいてオン又はオフとなる回路を備え、
前記処理部は、
前記第２変換部によるＡＤ変換を実行する前に、前記回路をオンにするシフト指示信号を出力し、
少なくとも前記ＡＤ変換を実行した後に、前記回路をオフにするシフト指示信号を出力する、
請求項１に記載の可視光受信装置。
【請求項３】
前記第２演算部は、前記差分デジタル値のピーク値の最大値または平均値に応じた＋側基準値および−側基準値を算出する、
請求項１または２に記載の可視光受信装置。
【請求項４】
前記検出部は、２個の立下ポイントが時系列的に連続した場合に、連続する２個の前記立下ポイントのうちの２番目の立下ポイントおよび前記２番目の立下ポイントに後続する立上ポイントを、検出対象から除外する、
請求項１から３のいずれか１項に記載の可視光受信装置。
【請求項５】
前記検出部は、２個の立上ポイントが時系列的に連続した場合に、連続する２個の前記立上ポイントのうちの２番目の立上ポイントおよび前記２番目の立上ポイントに後続する立下ポイントを、検出対象から除外する、
請求項１から３のいずれか１項に記載の可視光受信装置。
【請求項６】
前記検出部は、
２個の立下ポイントが時系列的に連続した場合に、連続する２個の前記立下ポイントのうちの１番目の立下ポイントの直前または２番目の立下ポイントの直後の立上ポイントから、前記１番目の立下ポイントまでの前記第１サンプル期間および該立上ポイントから前記２番目の立下ポイントまでの前記第２サンプル期間を計測し、
前記第１サンプル期間および前記第２サンプル期間のうちスロット時間の整数倍の長さの時間に近い側の一方の立下ポイントを検出すると共に、他方の立下ポイントを検出対象から除外する、
請求項１から３のいずれか１項に記載の可視光受信装置。
【請求項７】
前記検出部は、２個の立上ポイントが時系列的に連続した場合に、連続する２個の前記立上ポイントのうちの１番目の立上ポイントの直前または２番目の立上ポイントの直後の立下ポイントから、前記１番目の立上ポイントまでの前記第１サンプル期間および該立下ポイントから前記２番目の立上ポイントまでの前記第２サンプル期間を計測し、
前記第１サンプル期間および前記第２サンプル期間のうちスロット時間の整数倍の長さの時間に近い側の一方の立上ポイントを検出すると共に、他方の立上ポイントを検出対象から除外する、
請求項１から３のいずれか１項に記載の可視光受信装置。
【請求項８】
前記第１演算部は、一のサンプリング時点の前記ＡＤ変換値と該一のサンプリング時点から２サンプリング間隔以上離れた他のサンプリング時点の前記ＡＤ変換値とを差分演算して前記差分デジタル値を算出し、
前記サンプリング時間を前記シンボル時間の１／１２以下にする、
請求項１から７のいずれか１項に記載の可視光受信装置。
【請求項９】
請求項１から８のいずれか１項に記載の可視光受信装置と、
可視光送信装置と、から構成された、
可視光通信システム。
【請求項１０】
請求項１から８のいずれか１項に記載の可視光受信装置を内蔵した、
携帯端末。
【請求項１１】
可視光に含まれる情報を取得する可視光受信方法であって、
前記可視光受信方法は、
受光した可視光に応じた電圧信号を、第１変換部によりサンプリング時間毎にＡＤ変換値にＡＤ変換する第１ステップと、
複数の前記ＡＤ変換値を用いた差分演算により、差分デジタル値を算出する第２ステップと、
複数の前記差分デジタル値のピーク値に応じた＋側基準値と−側基準値とを算出する第３ステップと、
前記差分デジタル値が前記＋側基準値よりも大きくなる立上ポイントと、前記差分デジタル値が前記−側基準値よりも小さくなる立下ポイントと、を検出する第４ステップと、
前記立上ポイントと該立上ポイントの直後に検出される前記立下ポイントとの間の第１サンプル期間と、前記立下ポイントと該立下ポイントの直後に検出される立上ポイントとの間の第２サンプル期間と、を算出する第５ステップと、
時系列的に交互に生じる前記第１サンプル期間と前記第２サンプル期間とに基づいて、シンボル時間毎の前記電圧信号に対応する復調信号を算出する第６ステップと、を含む、
可視光受信方法。
【請求項１２】
前記可視光受信方法は、さらに、
前記第１ステップを実行する前に、回路をオンにするシフト指示信号を出力する第１１モニタステップを含み、
少なくとも前記第１１を実行した後に、前記回路をオフ支持にするシフト指示信号を出力する第１３ステップを含む、
請求項１１に記載の可視光受信方法。
【国際調査報告】
2013150716.tif 000013
2013150716.tif 000014