(57)【要約】  【課題】照明のための十分な照度を維持しつつ、安定した光通信を実現することのできる通信手段としての照明装置及びシステムを比較的簡易な構成で提供する。  【解決手段】光通信システムに用いられる照明装置（１０）は、交流商用電源（５０）からの電力を受け、発光素子（２０）を発光する。交流商用電源（５０）のゼロクロス時間を検知し、そのゼロクロス時間に同期した一定の予約時間の間に、照明装置（１０）からの信号の送信あるいは通信機器相互間の通信が行われる。【選択図】図１
2006074323.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電源により発光する照明装置、及び通信端末を含む光通信システムにおいて、
前記照明装置は、前記交流電源の電圧のゼロクロス時間に同期した一定期間に、光通信の信号伝送のみに利用される予約時間を提供し、該予約時間内では、前記照明装置の発光がオフ状態とされ、
前記通信端末は、前記照明装置に設定される予約時間に信号の送受信を行うことを特徴とする光通信システム。
【請求項２】
前記照明装置は、前記予約時間の長さを変更可能とし、前記通信端末は、前記照明装置に設定される予約時間に従って信号の送受信時間を変更可能とすることを特徴とする、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記照明装置は、所定の空間内に、共通の予約時間を設定する複数の照明装置を含むことを特徴とする、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記予約時間は、前記ゼロクロス時間から始まることを特徴とする、請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記予約時間は、ゼロクロス時間の間隔の１／２０以下とされることを特徴とする、請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
前記照明装置は、前記通信端末と可視光通信を行うための通信手段を有することを特徴とする、請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
交流電源により発光する照明手段を含む照明装置において、
前記交流電源の電圧のゼロクロス時間に同期した一定期間に、光通信の信号伝送に利用される予約時間を設け、該予約時間内に照明をオフにすることを特徴とする照明装置。
【請求項８】
前記照明装置は、ともに発光ダイオードとされる照明用発光素子と通信用発光素子とを含むことを特徴とする、請求項７に記載の照明装置。
【請求項９】
前記照明用発光素子及び前記通信用発光素子は、共通の素子とされることを特徴とする、請求項８に記載の照明装置。
【請求項１０】
前記予約時間に、前記通信用発光素子を用いて通信設定情報の信号が送信されることを特徴とする、請求項８に記載の照明装置。  
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光通信のためのシステムに関し、特に可視光を発光する照明装置を利用した光通信のシステム、及びそれに用いられる照明装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従前より、赤外光あるいは可視光を利用した、空間を信号の伝達媒体とする通信手段が知られている（特許文献１）。この型の通信手段は、ケーブルやファイバ等の配設が不要であり、設定の変更にも柔軟に対応できる等のメリットがある。通信は、発光側から出射された光を受光側が受ける形式で一方向または双方向の通信が可能である。光源としては、典型的には、レーザあるいは発光ダイオード等の半導体デバイスが用いられ得る。
【０００３】
一方で、蛍光灯或いは発光ダイオード等の屋内照明のための照明装置を通信装置に用いることも検討されている（特許文献２、特許文献３、特許文献４、特許文献５）。かかる技術によれば、照明装置と並置される通信手段を利用して、部屋内に置かれる各端末との通信が可能とされる。
【特許文献１】特開平１−２６４４２０号
【特許文献２】特開平１−２９２９１８号
【特許文献３】特開平１１−１６３７９５号
【特許文献４】特開２０００−２０９１５６号
【特許文献５】特開２００４−１４７０６３号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従前より、光通信の技術では、発光の周期性等を利用して、通信に与える照明光の影響を低減させることが検討されてきた（特に、特許文献１、特許文献２、及び特許文献３参照）。しかし、可視光を用いた通信の場合には、照度の比較的低い場所でも、通信にとってノイズを生じ信頼性の高い通信を行うことはできない。例えば、赤外線通信の場合は、照明の照度を一時的に落として、その間に通信を行うことも可能であるが、可視光の場合はそれでは不充分である。また、端末間の赤外線通信の場合であっても、更なるノイズの低減が求められている。
【０００５】
かかる問題は、特に、双方向通信が必要である場合に重要となる。照明器具が光通信に使われ、照明器具から一方的に変調光波形の放出（アプリケーションとしては地域情報の放送とか、場所を特定する情報の放射など）を行うのであれば、その照明装置は光を放出し続ければ問題は生じにくい。しかし、他に通信装置があって、それらと照明器具、あるいは他の通信装置同士で通信をする場合には、照明器具の発する光パワーはそれらの通信の障害になる。
【０００６】
さらに、光通信の手段として使用される照明装置は、通信の機能のみでなく照明の機能も維持する必要がある。すなわち、その照明装置がオン状態のときは、その装置は、通信機能のオン・オフにかかわらず、適度な明るさを維持する必要がある。通常、照明装置は交流電源により電力の供給を受ける。
【０００７】
そこで、本発明は、照明装置と端末、或いは端末相互間での光通信で、信頼性の高い情報交換が可能である光通信のシステム、およびそれに用いられる照明装置を、比較的簡易な構成で実現することをその目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の光通信システムは、照明装置と端末とを含み、照明装置が消燈している期間（以下「予約時間」という）を設けることによって、照明装置及び端末間の双方向通信や、通信端末間の相互通信を可能にする。商用電源の電圧波形に同期して予約時間を発生させるので、複数の照明器具間で同期して予約時間を発生することができる。従って、ある部屋の中にあるすべての照明装置が、予約時間による消燈時間を発生していれば、予約時間内では室内は光レベルが低く抑えられるので、他の可視光等による光通信が容易に行えるようになる。あるいは、照明器具に光通信機能を持たせれば、照明器具同士、あるいは照明器具とパソコンの間の可視光あるいは赤外線通信がこの予約時間内に実現できる。
【０００９】
即ち、本発明による光通信システムは、交流電源により発光する照明装置、及び通信端末を含み、照明装置が、交流電源の電圧のゼロクロス時間に同期した一定期間に、信号伝送のみに利用される予約時間を提供し、その予約時間内では信号伝送の照明装置による発光がオフ状態とされる。通信端末は、照明装置に設定される予約時間に信号送受信を行う。予約時間の長さは変更可能とされる。
【００１０】
このとき、照明装置に設定される予約時間に従って、通信端末における信号の送受信時間を変更可能である。ユーザは、通信端末にアクセスして、照明装置に設定される予約時間に従って信号の送受信期間を設定することができるが、通信端末が、予約時間を自動的に検知して設定・切替えを行うこともできる。
【００１１】
予約時間は、ゼロクロス時間から始まることができる。照明の機能を維持するために、予約時間は、ゼロクロス時間の間隔の１／２０以下とされるのが好ましい。
【００１２】
照明装置は、所定の空間内に、共通の予約時間を設定する複数の照明装置を含むようにしても良い。また、照明装置は、通信端末と可視光通信を行うための通信手段を含む。一例では、予約時間の最初の一定期間に、端末識別情報等の追加の通信設定情報が送信され得る。
【００１３】
さらに、本発明による、光通信に用いられるための交流電源により発光する照明手段を含む照明装置は、交流電源の電圧のゼロクロス時間に同期した一定期間に光通信の信号伝送に利用される予約時間を設け、予約時間内に照明をオフにするよう構成される。
【００１４】
通信装置は、照明用の発光素子と、通信用の発光素子とを有する。両者は別個の素子でも兼用の素子でも良い。両発光素子は、典型的には発光ダイオードにより構成される。照明用の発光素子の少なくとも一部は、通信用の発光素子と発光スペクトルを異にし得る。通信用の発光素子は、異なる波長の光を発光する複数の発光素子を含むこともできる。
通信用発光素子は、予約時間に、通信設定等のための追加情報の信号を送信することもできる。
【発明の効果】
【００１５】
本提案の機能をもった照明器具が普及することにより、照明器具によって照明される空間でも、信頼性の高い光空間通信が可能になる。端末からの信号の出射のために、赤外線通信等も利用されるが、照明器具からの信号の出射は、可視光により行われ得る。局所的な時間同期が可能になるので、半二重通信（双方向通信だが、時間的に送信と受信を切り替えて通信する。ハーフ・デュープレックス通信[Half Duplex Communication]）や、時分割多次元接続（ＴＤＭＡ）が可視光通信でも可能になる。これらにより、従来よりもさらに高度な光空間通信が実現される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下に添付図面を参照して、本発明の最良の好適実施形態となる光通信システム及びその照明装置について詳細に説明する。図１は、本発明の第１の好適実施形態となる光通信システムを表す概略構成図である。また、図２は、本実施形態で用いられる照明装置の動作を示すタイムチャートである。
【００１７】
図１によれば、システムは、照明装置１０と、情報端末１００、２００とを含む。照明装置１０は、少なくとも可視光による通信が可能である通信装置としても作用する。例えば、照明装置１０は、特定の部屋の中を照明するべく、その部屋の天井に装着される。図中には、端末は、参照番号１００、２００で示す２台が示されるが、端末は１台でもあるいは３台以上でも良い。また、図１中には、端末１００のみが照明装置１０と通信する態様を示すが、２以上の端末が共通の照明装置１０との間で通信を行うこともできる。
【００１８】
照明装置１０は、照明を行うための発光素子２０、発光素子２０に必要な電力を供給するための電源回路３０、及び発光素子２０の発光をオン・オフ制御するためのスイッチ素子９０を有する。スイッチ素子９０は、タイミング回路８０により制御される。後の説明から理解されるように、発光素子２０は、照明のために利用されるとともに、データ送信または他の追加情報を含む信号の送信にも用いられる。発光素子２０は、白色光を発光する素子、あるいは相互に混合されて白色を構成するよう異なる波長の光を発光する複数の素子として構成されても良い。
【００１９】
電源回路３０への電力は、商用電源５０から提供される。図中には、商用電源５０は、家庭用の電気プラグとして図示されるが、壁内配線等種々の手段を利用することができる。また、必要に応じて商用電源５０と電源回路との間には、トランス４０が配置される。
【００２０】
タイミング回路８０には、ゼロクロス検出回路７０、及びデータ入力が相互接続される。ゼロクロス検出回路７０は、商用電源５０から提供される交流電流からゼロクロス時間の時間軸上の位置を検出し、その情報をタイミング回路８０に提供する。タイミング回路は、そのゼロクロス時間に同期して一定の予約時間を設ける。予約時間の間は、スイッチ素子９０はオープンにされ、発光素子２０はオフ状態となる。
【００２１】
本実施形態で、データ入力は、商用電源５０とは別個の入力端子を介して行われる。照明装置１０へのデータの提供は、他の種々の方式が考えられ、電気的なものに限らず、ファイバを用いた光学的な手段であっても良い。他の場合に、データは電源の配線を介して提供され、トランス等を介してこれを抽出し、タイミング回路に送るようにしても良い。
【００２２】
タイミング回路８０の作用の一例が、図２に示される。この例では、商用電源は、５０Ｈｚの交流電源である。図示されるように、この例では、ゼロクロス時間の直後の一定期間内に予約時間が設定される。予約時間の間に無信号状態であれば、発光素子２０は、オフ状態とされる。図示の便宜上、予約時間を比較的長く表しているが、十分な照度を確保するべく、予約時間は、ゼロクロス時間の周期の１／２０以下であることが望ましい。なお、予約時間は、必ずしもゼロクロス時間に開始される必要はなく、ゼロクロス時間に同期して一定時間の遅延の後に開始されても良い。
【００２３】
予約時間の間は、発光素子２０は、データ通信のためにのみオン状態とされ得る。通信用の発光素子と照明用の発光素子とは、別個の素子としても良いが、本実施形態に示すように、兼用のものであっても良い。図２中には、データ通信の信号がない状態が示されるので、通信のための発光素子のオン・オフは表されていない。
【００２４】
図１に示すように、この予約時間に照明装置１０から送られた信号は、空間を介して端末１００に受信される（通信１）。端末１００には、信号を受けるために、フォトダイオード等の受光素子１１０が設けられる。また、詳細は図示しないが、照明装置１０が受信手段を有していれば、予約時間内には端末１００から照明装置１０へ信号を送ることもできるし（通信２）、端末１００と端末２００との間での相互通信も可能である（通信３）。端末１００には可視光或いは赤外光の光信号の送信を可能にするための発光素子１２０が設けられている。
【００２５】
照明装置１０は、予約時間の長さを切り替えるための予約時間設定スイッチ６０を含む。スイッチの切替えによって、予約時間は、択一的に複数種類の時間、例えば、０秒、５０μ秒、１００μ秒、３００μ秒の各時間に設定可能とされる。一方、端末１００のユーザは、照明装置１０に設定される予約時間に従って、端末の信号の送受信期間を設定することができる。他の場合には、端末１００は、後述の被変調波等による情報から予約時間を自動的に検知して、自らの信号の送受信期間を設定するようにしても良い。
【００２６】
なお、照明装置１０に遠隔制御機能を持たせて、遠隔制御により予約時間を設定するようにしても良い。照明装置１０が、一定の空間に複数個設けられる場合には、遠隔制御の端末を共通にできることが望ましい。
【００２７】
図３は、本発明の第２の好適実施形態となる照明装置の動作を示すタイムチャートである。本実施形態は、第１の好適実施形態の変形例であり、予約時間内に被変調波を送信する例である。例えば、発光素子は、被変調波に比例した強度で発光する。
【００２８】
被変調波は、例えば、通信の対象となる端末の識別情報を含む。即ち、照明装置による照明を受ける空間内に、複数の端末が置かれる場合に、各端末が、予約時間内に照明装置からの信号を受け、識別情報に含まれる端末のみが、通信に参加することになる。
【００２９】
被変調波に端末の識別情報を提供した場合の応用例として、通信を行う空間を単一の部屋でなく、複数の部屋にしたネットワークの実現がある。この場合、各部屋にある照明装置を介してネットワークが構成される。各部屋に設けられた照明装置を介して、特定の端末の識別情報が提供され、識別情報に対応した特定の端末のみが通信に参加するようにすることができる。この場合、各部屋の予約時間は共通の長さでなく、異なる長さであっても良い。
【００３０】
図３に示すように、端末の識別情報を提供する被変調波は、予約時間内の前半を占める。一連の信号の中で、同じ端末を識別するために、同一の被変調波が送られてもよく、また、異なる端末を選択するべく、相違する被変調波が送られても良い。
【００３１】
被変調波で送出することのできる他の情報の例としては、（１）部屋の中で（全ての）照明器具が発生している予約時間の情報、（２）その端末のある部屋の住所、部屋番号など、場所を特定する情報、（３）受光装置を含む照明器具を介して設定されるローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）への接続の可否、及び（４）ゼロクロス時刻の検出などが挙げられる。（４）によれば、ＰＬＬ回路などで被変調波の周期を時間的に追従することにより、照明装置下の通信装置が正確に予約時間の開始時刻（電源電圧波形のゼロクロス時刻）を知ることができる。特に、（４）の用途だけであれば、単なる繰り返し波形、および擬似乱数ビット列などで変調された波形も用いることができる。
【００３２】
以上のように、本発明の好適実施形態となる光通信装置、及びそれを含む通信システムについて詳細に示したが、これはあくまでも例示的なものであって、当業者によってさらに様々な変形・変更が可能である。例えば、照明装置は、必ずしもそれ自体に通信装置を備えなくても良い。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の第１の好適実施形態となる光通信システムの構成を示す概略図である。
【図２】本発明の第１の好適実施形態となる光通信システムにおける照明装置の動作を示すタイムチャートである。
【図３】本発明の第２の好適実施形態となる光通信システムにおける照明装置の動作を示すタイムチャートである。
【符号の説明】
【００３４】
１０      照明装置（または光通信装置）
２０      発光素子
３０      電源回路
５０      商用電源
７０      ゼロクロス検出回路
８０      タイミング回路
９０      スイッチ
１００、２００      通信端末
【図１】
2006074323.tif 000003
【図２】
2006074323.tif 000004
【図３】
2006074323.tif 000005