(57)【要約】【課題】複数のＬＥＤを用いるなど多重化を行わず、かつ送信側ＬＥＤが発した光を、受信側が無駄にすることなく、受光波長に応じて受信処理を最適化することが可能な受信装置および可視光通信システムを提供する。【解決手段】可視光通信の受信装置３０、任意の波長帯域の光を透過する第１のフィルタＦＬＴ３１を備えた第１の受光センサ３１と、任意の波長帯域とは異なる帯域の光を透過する第２のフィルタＦＬＴ３２を備えた第２の受光センサ３２と、第１の受光センサ３１および第２の受光センサ３２の出力信号を受けて信号処理を行う信号処理部３３と、を有し、信号処理部３３は、第１の受光センサ３１および第２の受光センサ３２のうちいずれか一方の信号のみが受信できている場合にはその一方の信号を、両方の信号が受信できている場合には信頼性が高いほうの信号を用いて信号処理を行う。【選択図】図３
2011205571.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
任意の波長帯域の光を透過するフィルタを備えた第１の受光センサと、
前記任意の波長帯域とは異なる帯域の光を透過するフィルタを備えた第２の受光センサと、
前記第１の受光センサおよびもしくは第２の受光センサの出力信号を受けて信号処理を行う信号処理部と、を有し、
前記信号処理部は、
前記第１の受光センサおよび第２の受光センサのうちいずれか一方の信号のみが受信できている場合には当該一方の信号を、両方の信号が受信できている場合には信頼性が高いほうの信号を用いて信号処理を行う
可視光通信の受信装置。
【請求項２】
前記信号処理部は、
前記第１の受光センサが備えたフィルタが透過する光より前記第２の受光センサが備えたフィルタが透過する光のほうが波長が長く、前記信号処理部において前記第１の受光センサおよび第２の受光センサの両方の信号が受信できている場合に、
前記第１の受光センサの信号を用いて信号処理を行う
請求項１に記載の可視光通信の受信装置。
【請求項３】
可視光通信用光源と、
前記可視光通信用光源による光を受信する受信装置と、を有し、
前記可視光通信用光源は、
発光ダイオード（ＬＥＤ）と、
前記ＬＥＤの発光を受けて、当該ＬＥＤベアチップより長波長の発光をする蛍光体と、
前記ＬＥＤの点滅を制御する発光制御部と、を含み、
前記受信装置は、
前記ＬＥＤの光を含む波長帯域の光を透過するフィルタを備えた第１の受光センサと、
前記波長帯域とは異なる帯域で前記蛍光体の光を含む帯域の光を透過するフィルタを備えた第２の受光センサと、
前記第１の受光センサおよびもしくは第２の受光センサの出力信号を受けて信号処理を行う信号処理部と、を有し、
前記信号処理部は、
前記第１の受光センサおよび第２の受光センサのうちいずれか一方の信号のみが受信できている場合には当該一方の信号を、両方の信号が受信できている場合には第１の受光センサの信号を用いて信号処理を行う
可視光通信システム。
【請求項４】
前記受信装置に、
送信部を、前記可視光通信用光源に前記送信部の送信信号の受信部を、それぞれさらに有し、
前記送信部は、
前記信号処理部において前記第１の受光センサの信号が受信できている場合に、前記第１の受光センサによる受信が可能である旨の通信可能信号を送信し、
前記受信部は、
前記通信可能信号を受信すると前記発光制御部にて可視光通信の通信速度を上げる制御を行う
請求項３に記載の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、たとえば蛍光体を含む発光素子を利用する可視光通信に採用可能な受信装置および可視光通信システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、輝度特性の向上により、発光ダイオード（ＬＥＤ）は蛍光灯や白熱灯に代わる照明用光源の利用と共に、可視光通信の光源としての利用が注目されている。
【０００３】
一般的に、可視光通信に利用されるＬＥＤは、送信機能と照明機能を兼用している。
このため、可視光通信では、通信可能な範囲は少なくとも照明の領域内に限定される。
これは、通信範囲を限定することが可能で、かつそれを視覚的に容易に認識できるという可視光通信の特徴になっている。
【０００４】
ところで、可視光通信で利用するＬＥＤは送信機能と照明機能を兼ねるため、照明機器として送信機には白色光が求められる。
しかし、ＬＥＤ単体で白色光を出すものは存在しないため、紫色発光ＬＥＤや青色発光ＬＥＤに蛍光体を組み合わせて白色を出す手法が取られている。
このＬＥＤを以下、蛍光型ＬＥＤと呼ぶ。
【０００５】
可視光通信では、ＬＥＤを高速にオン・オフ（点灯、消灯）させることにより、デジタルデータの送信が行われる。
しかしながら、蛍光型ＬＥＤは、高速にオン・オフさせる制御には限界がある。
これは、蛍光型ＬＥＤには、ＬＥＤから放出された光エネルギーを蛍光体が吸収・励起して可視光線を放射するまでに、ある程度の遅延があるためである。
このため、蛍光型ＬＥＤに電流を供給しても、発光される可視光の光量が最大になるまでにある程度の時間を要する。
【０００６】
また、蛍光型ＬＥＤは、ＬＥＤに対する電流がオフして光エネルギーが途絶えても可視光線の放射がある程度持続する。
このため、蛍光型ＬＥＤに供給する電流を遮断しても、光量がゼロになり、消灯（オフ）するまでにある程度の時間を要する。
【０００７】
このような特性により、蛍光型ＬＥＤを使用した可視光通信では、非蛍光型ＬＥＤを使用した場合と比較して、通信速度の限界が１桁以上低くなる。
また、送信信号に対応する受信信号の波形が変形し、受信側の復調処理におけるエラーレートが高くなるなど、安定した通信特性が得られない可能性がある。
要するに、蛍光型ＬＥＤを使用した可視光通信では、通信速度および安定した通信動作は、蛍光体の材料特性に依存するといっても過言ではない。
【０００８】
このような可視光通信の問題、特に通信速度限界を打破するために、たとえば特許文献１によれば、蛍光型ＬＥＤを含む複数のＬＥＤを利用する方法が提案されている。
この先行技術文献１による方法は、ＬＥＤおよびフォトダイオードをアレイ状に配置して、それぞれが並列して動作することでデータ伝送の多重化を図るものである。
【０００９】
また別の方法として、特許文献２に開示されている技術が知られている。
これは、前記受信信号の波形の変形に影響する４７０ｎｍ以上の波長成分を除去するフィルタを受信側の直前に配置することにより、高速化を図ろうとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００１−２９２１０７号公報
【特許文献２】特開２００９−０７７３４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
前述の特許文献１の方法であれば、ＬＥＤの数を増やして、多重度を上げるだけで通信速度を向上させることが可能である。
しかしながら、このような多重化方法には、以下のような問題がある。
すなわち、複数のＬＥＤと複数のフォトダイオードとをそれぞれ対応づけるための光学レンズと、その光学レンズの焦点合わせ操作が必要不可欠であるため、送信装置と受信装置の位置関係が可変となる用途には適さない。
また、多重度を上げることにより、フォトダイオードやそれに付随する受光回路等に要するコストが増大する。
【００１２】
また、前述の特許文献２の方法であれば、問題となる波長の光を取り除くことができるが、逆に受信に使用できる光量が大きく減少してしまい、図１に示すように、通信距離が大幅に減少したり、受信側の復調処理におけるエラーレートが高くなったりするなど、問題点が明らかである。
【００１３】
本発明は、複数のＬＥＤを用いるなど多重化を行わず、かつ送信側ＬＥＤが発した光を、受信側が無駄することなく、受光波長に応じて受信処理を最適化することが可能な受信装置および可視光通信システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の第１の観点の受信装置は、任意の波長帯域の光を透過するフィルタを備えた第１の受光センサと、前記任意の波長帯域とは異なる帯域の光を透過するフィルタを備えた第２の受光センサと、前記第１の受光センサおよびもしくは第２の受光センサの出力信号を受けて信号処理を行う信号処理部と、を有し、前記信号処理部は、前記第１の受光センサおよび第２の受光センサのうちいずれか一方の信号のみが受信できている場合には当該一方の信号を、両方の信号が受信できている場合には信頼性が高いほうの信号を用いて信号処理を行う。
【００１５】
好適には、前記信号処理部は、前記第１の受光センサが備えたフィルタが透過する光より前記第２の受光センサが備えたフィルタが透過する光のほうが波長が長く、前記信号処理部において前記第１の受光センサおよび第２の受光センサの両方の信号が受信できている場合に、前記第１の受光センサの信号を用いて信号処理を行う。
【００１６】
本発明の第２の観点の可視光通信システムは、可視光通信用光源と、前記可視光通信用光源による光を受信する受信装置と、を有し、前記可視光通信用光源は、発光ダイオード（ＬＥＤ）と、前記ＬＥＤの発光を受けて、当該ＬＥＤベアチップより長波長の発光をする蛍光体と、前記ＬＥＤの点滅を制御する発光制御部と、を含み、前記受信装置は、前記ＬＥＤの光を含む波長帯域の光を透過するフィルタを備えた第１の受光センサと、前記波長帯域とは異なる帯域で前記蛍光体の光を含む帯域の光を透過するフィルタを備えた第２の受光センサと、前記第１の受光センサおよびもしくは第２の受光センサの出力信号を受けて信号処理を行う信号処理部と、を有し、前記信号処理部は、前記第１の受光センサおよび第２の受光センサのうちいずれか一方の信号のみが受信できている場合には当該一方の信号を、両方の信号が受信できている場合には第１の受光センサの信号を用いて信号処理を行う。
【００１７】
好適には、前記受信装置に、送信部を、前記可視光通信用光源に前記送信部の送信信号の受信部を、それぞれさらに有し、前記送信部は、前記信号処理部において前記第１の受光センサの信号が受信できている場合に、前記第１の受光センサによる受信が可能である旨の通信可能信号を送信し、前記受信部は、前記通信可能信号を受信すると前記発光制御部にて可視光通信の通信速度を上げる制御を行う。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、複数のＬＥＤを用いるなど多重化を行わず、かつ送信側ＬＥＤが発した光を、受信側が無駄にすることなく、受光波長に応じて受信処理を最適化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】青色ＬＥＤおよび黄色蛍光体の発光スペクトル例を示す図である。
【図２】本発明の実施形態に係る可視光通信システムの構成例を示す図である。
【図３】本実施形態に係る可視光通信システムの可視光通信用光源および受信装置の構成例を示す図である。
【図４】第１および第２のフィルタを通して、第１のフォトダイオード、第２のフォトダイオードが受ける光波を示す図である。
【図５】本実施形態に係る可視光通信システムの受信装置側の基本的な動作を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施形態を図面に関連付けて説明する。
【００２１】
図２は、本発明の実施形態に係る可視光通信システムの構成例を示す図である。
図３は、本実施形態に係る可視光通信システムの可視光通信用光源および受信装置の構成例を示す図である。
【００２２】
本実施形態に係る可視光通信システム１０は、可視光通信用光源２０と、可視光通信用光源２０による光を受信する受信装置３０と、を有する。
【００２３】
可視光通信用光源２０は、図３に示すように、単一または複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）２１と、ＬＥＤ２１の発光を受けて、ＬＥＤベアチップより長波長の発光をする蛍光体２２と、ＬＥＤ２１の点滅を制御する発光制御部２３と、を含んで構成される。
また、可視光通信用光源２０は、受信装置３０から送信されてくる高速通信可能信号を含む送信信号ＳＮＤを受信し、受信信号に応じた指示を発光制御部２３に出力する受信部２４を有する。
受信部２４は、通信可能信号を受信すると発光制御部２３にて可視光通信の通信速度を上げるように制御を行う。
【００２４】
受信装置３０は、第１の受光センサ３１、第２の受光センサ３２、信号処理部３３、および送信部３４を有する。
【００２５】
第１の受光センサ３１は、光源２０のＬＥＤ２１の光を含む波長帯域の光を透過する第１のフィルタＦＬＴ３１と、第１のフィルタＦＬＴ３１を透過した光を受光して電気信号を信号処理部３３に出力する第１のフォトダイオードＰＤ３１と、を有する。
【００２６】
第２の受光センサ３２は、第１のフィルタＦＬＴ３１が透過させる波長帯域とは異なる帯域で蛍光体２２の光を含む帯域の光を透過する第２のフィルタＦＬＴ３２と、第２のフィルタＦＬＴ３２を透過した光を受光して電気信号を信号処理部３３に出力する第２のフォトダイオードＰＤ３２と、を有する。
【００２７】
信号処理部３３は、第１の受光センサ３１および第２の受光センサ３２の出力信号を受けて信号処理を行う。
具体的には、信号処理部３３は、第１の受光センサ３１および第２の受光センサ３２のうちいずれか一方の信号のみが受信できている場合にはその一方の信号を、両方の信号が受信できている場合には信頼性の高い第１の受光センサ３１の信号を用いて信号処理を行う。
【００２８】
送信部３４は、信号処理部３３において第１の受光センサ３１の信号が受信できている場合に、第１の受光センサ３１による受信が可能である旨の通信可能信号を光源２０の受信部２４に送信する。
なお、この送信部３４と受信部２４間の通信は、無線通信で行うことも可能であり、また、有線により通信を行うことも可能である。
【００２９】
以上のように、本実施形態の可視光通信システム１０は、送信側となる光源２０に「蛍光型ＬＥＤ」が１つ配置されている。
受信装置３０における、第１のフィルタＦＬＴ３１はハイパスフィルタ（ＨＰＦ）の特性を有する。
第２のフィルタＦＬＴ３２は、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）の特性を有する。
ここで、たとえば第１のフィルタＦＬＴ３１の遮断波長を４７０ｎｍ、第２のフィルタＦＬＴ３２の遮断波長を５００ｎｍとした場合の、各々のフィルタを通して、第１のフォトダイオードＰＤ３１、第２のフォトダイオードＰＤ３２が受ける光波を表したのが図４となる。
【００３０】
この図４は市販されている白色ＬＥＤ照明のスペクトルを実測したもので、周波数が４５０ｎｍ近辺にピークが一つと、５２０〜６００ｎｍにかけてなだらかにピークが一つあるため、青色発光ＬＥＤと黄色蛍光体を組み合わせたものということが分かる。
このような特性を有する蛍光型ＬＥＤに対して、４７０ｎｍでハイパスフィルタをかけると、第１のフォトダイオードＰＤ３１は図４中のＡで示す網掛け部分の受光を行うものとなる。
同様に、５００ｎｍでローパスフィルタを使用する第２のフォトダイオードＰＤ３２は、図４中のＢで示す網掛け部分の受光を行う。
【００３１】
この例にもあるように、一般に蛍光型ＬＥＤは、蛍光体が発した光量の方が、ＬＥＤ２１が発した光量よりも大きい。
また、蛍光体２２は励起に使用された光波よりも長波長の光のみしか出せないという特徴がある。同じ光量であっても、長波長の光の方がより空気中を伝播し易い。
これらにより、本可視光通信システム１０においては、第２のフォトダイオードＰＤ３２の方が先に通信開始が可能な状態になるということが分かる。
【００３２】
図５は、本実施形態に係る可視光通信システムの受信装置側の基本的な動作を示すフローチャートである。
【００３３】
受信装置３０側は通常は通信開始合図に対して待機状態となる（ＳＴ１）。
前述の理由により、まず第２の受光センサ３２側の第２のフォトダイオードＰＤ３２の方のみ待機状態としておき、第１の受光センサ３１の第１のフォトダイオードＰＤ３１については任意となる。
第２の受光センサ３２の第２のフォトダイオードＰＤ３２の方でＳＯＦを認識するなど、通信開始合図を受け取ったら、第２のフォトダイオードＰＤ３２で受信開始するが（ＳＴ２，ＳＴ３）、この際、第１の受光センサ３１の第１のフォトダイオードＰＤ３１を待機状態に遷移させる。
第１の受光センサ３１の第１のフォトダイオードＰＤ３１でも受信が可能な状態になったら、第１のフォトダイオードＰＤ３１をメインとして受信を開始する（ＳＴ４）。
この際、第２のフォトダイオードＰＤ３２の受信は中断するのではなく、継続して受信を行っておく（ＳＴ５，ＳＴ６）。
第１の受光センサ３１の第１のフォトダイオードＰＤ３１でも受信開始が行えるようになったら、第１のフォトダイオードＰＤ３１をメインにして受信を行う（ＳＴ７〜ＳＴ９）。
蛍光体２２の発光した光波は、蛍光体２２によって強弱はあるが、燐光や遅延蛍光といった現象により、一般的に波形がなまることが知られている。
よって、第２の受光センサ３２の第２のフォトダイオードＰＤ３２で受信する光波では、長波長・大光量であるゆえの遠距離から受信できるというメリットがある。ただし、受信エラー発生の割合が高くなるおそれもある。
第１の受光センサ３１の第１のフォトダイオードＰＤ３１で受信を開始したらメインの通信を第１のフォトダイオードＰＤ３１に移行することにより、この問題を軽減できる。
【００３４】
以上説明したように、本実施形態によれば、可視光通信システム１０は、可視光通信用光源２０と、可視光通信用光源２０による光を受信する受信装置３０と、を有する。
可視光通信用光源２０は、ＬＥＤ２１と、ＬＥＤ２１の発光を受けて、そのＬＥＤベアチップより長波長の発光をする蛍光体２２と、ＬＥＤ２１の点滅を制御する発光制御部２３と、を含む。
受信装置３０は、ＬＥＤ２１の光を含む波長帯域の光を透過する第１のフィルタＦＬＴ３１を備えた第１の受光センサ３１と、波長帯域とは異なる帯域で蛍光体２２の光を含む帯域の光を透過する第２のフィルタＦＬＴ３２を備えた第２の受光センサ３２と、第１の受光センサ３１および第２の受光センサ３２の出力信号を受けて信号処理を行う信号処理部３３と、を有する。
そして、信号処理部３３は、第１の受光センサ３１および第２の受光センサ３２のうちいずれか一方の信号のみが受信できている場合には一方の信号を、両方の信号が受信できている場合には第１の受光センサ３１の信号を用いて信号処理を行う。
したがって、本実施形態によれば、以下の効果を得ることができる。
【００３５】
すなわち、本実施形態によれば、それを優先的に用いて高速において信頼性の高い可視光通信を実現でき、ＬＥＤの光の受光が困難な場合は蛍光体の光を用いることで通信できる条件である距離、光の伝播条件等は広く維持することできる。
【符号の説明】
【００３６】
１０・・・可視光通信システム、２０・・・可視光通信用光源、２１・・・ＬＥＤ、２２・・・蛍光体、２３・・・発光制御部、２４・・・受信部、３０・・・受信装置、３１・・・第１の受光センサ、３２・・・第２の受光センサ、３３・・・信号処理部、３４・・・送信部、ＦＬＴ３１・・・第１のフィルタ、ＦＬＴ３２・・・第２のフィルタ、ＰＤ３１・・・第１のフォトダイオード、ＰＤ３２・・・第２のフォトダイオード。
【図１】
2011205571.tif 000003
【図２】
2011205571.tif 000004
【図３】
2011205571.tif 000005
【図４】
2011205571.tif 000006
【図５】
2011205571.tif 000007