(57)【要約】【課題】広い範囲に効率良く可視光を送信することができる可視光送信装置を提供する。【解決手段】可視光送信装置は、情報信号を重畳した可視光を投光器１０の投光素子１２により放射して送信する。投光器１０は、信号を変調して送信情報信号を生成する変調回路２と、投光素子１２と、送信情報信号を可視光に重畳させるように投光素子１２を駆動する投光駆動回路１３と、を備える。投光素子１２からの投光をファイバの端部から導入しファイバの外周方向に可視光を拡散放射する拡散光ファイバ１１が投光素子１２に接続される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
送信情報信号を重畳した可視光を投光器により放射して送信する可視光送信装置であって、
信号を変調して送信情報信号を生成する変調回路と、該送信情報信号を可視光に重畳させるように投光素子を駆動する投光駆動回路と、該投光素子を設けた投光器と、を備え、
該投光素子に拡散光ファイバの端部が接続され、該投光素子から投光される可視光を該拡散光ファイバに導入し、該拡散光ファイバの外周方向に可視光を拡散放射することを特徴とする可視光送信装置。
【請求項２】
前記拡散光ファイバは、可視光通信を行う空間内で、長尺状にまたは任意の曲線状に延設されたことを特徴とする請求項１記載の可視光送信装置。
【請求項３】
前記拡散光ファイバは、可視光通信を行う空間内で、略水平方向に敷設されたことを特徴とする請求項２記載の可視光送信装置。
【請求項４】
前記拡散光ファイバは、可視光通信を行う空間内で、略鉛直方向に敷設されたことを特徴とする請求項２記載の可視光送信装置。
【請求項５】
前記拡散光ファイバは、可視光通信を行う空間内で、略渦巻状に敷設されたことを特徴とする請求項２記載の可視光送信装置。
【請求項６】
前記拡散光ファイバは、可視光通信を行う空間内で、略螺旋状に敷設されたことを特徴とする請求項２記載の可視光送信装置。
【請求項７】
前記拡散光ファイバは、回転可能な回転体の外周部に円環状に装着され、該回転体から外側に向けて可視光を拡散放射することを特徴とする請求項１記載の可視光送信装置。
【請求項８】
前記拡散光ファイバは、回転可能な回転体の外側に配置された固定部の内側に、円環状に装着され、該外側の固定部から該内側の回転体に向けて可視光を拡散放射することを特徴とする請求項１記載の可視光送信装置。
【請求項９】
前記拡散光ファイバは、複数の該拡散光ファイバが、複数のセグメントに分割され、各々の該拡散光ファイバの端部に、前記投光素子が可視光を入射するために接続されたことを特徴とする請求項２記載の可視光送信装置。
【請求項１０】
前記投光素子として、発光ダイオードまたは半導体レーザが前記拡散光ファイバの端部に接続されたことを特徴とする請求項１記載の可視光送信装置。
【請求項１１】
前記拡散光ファイバは、複数の該拡散光ファイバが、ファイバカプラを介して相互に接続され、該拡散光ファイバ内の可視光が該ファイバカプラを介して分岐し、或いは合流することを特徴とする請求項２記載の可視光送信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空間に可視光を照射して通信を行なう可視光通信用の可視光送信装置に関し、特に広い範囲に効率良く可視光を送信することができる可視光送信装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電波を通信媒体とした無線通信は、携帯電話網、無線ＬＡＮ、近距離無線通信など多くの分野で使用されている。
【０００３】
しかしながら、電波を媒体として使用する無線通信は、人の近くで送受信を行なう場合、電磁波の人体への影響を考慮して、送信電力を上げることができない。また、無線通信に使用される電波の周波数帯域は、既に多くの使用分野において割り振られ、使用されていることもあって、広帯域の周波数帯を自由に使用することはできない。さらに、病院などの特殊な環境下においては、電波の使用に制限が加えられるなどの制約がある。
【０００４】
そこで、近年、可視光を通信媒体として用いる可視光通信が開発され、下記特許文献などにおいて、可視光通信装置が提案されている。
【０００５】
この従来の可視光通信装置は、照明光として可視光を使用しながら可視光通信を行なうために、通信範囲が照明光の照射範囲内に限られ、電波通信のように伝送範囲が広範囲に広がることがないため、セキュリティの面で有効である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−１１７８９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、照明光を投光用に使用する可視光送信装置は、ある程度、長い距離に渡り或いは広い範囲に渡って可視光を送信したい場合、投光器として多数の照明器具を設置し、各照明器具に送信回路を接続する必要があった。
【０００８】
また、可視光通信に使用する照明光は、通常、下方をダウンライトやスポットライトのように、光源からスポット状に照射されるため、例えば移動中のユーザーの可視光受信装置に、通信用の可視光を送信する場合、可視光の光量が光源からの距離が離れるほど減少し、照射範囲から外れると、通信が途切れる虞があった。
【０００９】
さらに、例えば照明光のように、広範囲に照射される可視光を照射して、可視光通信を行う場合、可視光を受光して送信信号を受信する、受光素子を有した受光器の受信装置は、必然的に外乱光の影響を受けやすくなり、外乱光によるノイズが受信性能に悪影響を与える不具合があった。
【００１０】
本発明は、上述の課題に鑑みなされたもので、広い範囲に或いは必要な範囲内で、高い信頼性をもって、効率良く安定して可視光を送信することができる可視光送信装置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】
【００１１】
上記目的を達成するために、本発明の請求項１の可視光送信装置は、送信情報信号を重畳した可視光を投光器により放射して送信する可視光送信装置であって、
信号を変調して送信情報信号を生成する変調回路と、該送信情報信号を可視光に重畳させるように投光素子を駆動する投光駆動回路と、該投光素子を設けた投光器と、を備え、
該投光素子に拡散光ファイバの端部が接続され、該投光素子から投光される可視光を該拡散光ファイバに導入し、該拡散光ファイバの外周方向に可視光を拡散放射することを特徴とする。
【００１２】
なお、上記拡散光ファイバは、一端部から導入された可視光を他端部側に送りながら、単位長さ当たり一定割合の可視光を、外周方向に拡散放出させる機能を有する光ファイバである。
【００１３】
この発明の可視光送信装置によれば、投光素子からの投光を、拡散光ファイバに導入し、拡散光ファイバの外周方向に可視光を拡散放射するので、例えば拡散光ファイバを屋内或いは屋外の通路に沿って略水平状、長尺状に、または任意の曲線状に敷設し、受信装置を設けた移動体が通路を移動する際、長い距離であっても、従来の点光源状の投光素子から投光する場合に比して、投光素子からの可視光を、通路に沿って均一に拡散放射することができる。これにより、送信信号強度を広い範囲で均一化し、安定して且つ効率良く可視光を送信することができる。
【００１４】
またここで、例えば高い空間のある屋内などで、可視光通信を行う場合、その空間の高さ方向に拡散光ファイバを鉛直に敷設し、高さ方向に移動する受信装置に対し信号を送信するように構成することができる。
【００１５】
また、上記拡散光ファイバは、複数の拡散光ファイバが、ファイバカプラを介して相互に接続され、拡散光ファイバ内の可視光がファイバカプラを介して分岐し、或いは合流するように構成することができる。これによれば、例えば複数系統の投光器から投光される相違した波長の光に、相違した送信情報信号を重畳させた投光を、同一の拡散光ファイバを通して一度に投光することができ、複数の受光器に対し相違した送信情報信号を重畳させた可視光を投光して、効率良く可視光通信を行うことができる。
【００１６】
またここで、上記可視光送信装置において、上記拡散光ファイバは、回転する回転体の外周部に円環状に装着され、該回転体から外側に向けて可視光を拡散放射するように構成することができる。これによれば、回転体の外周部を、空間を介して覆うように配置された固定部に、受信装置の受光器を配置すれば、可視光の照射範囲を、制限された空間内に限定して可視光通信を行うことができ、外乱光によるノイズの影響を最少に抑えることができる。
【００１７】
またここで、上記可視光送信装置において、回転可能な回転体の外側を囲うように、空間を介して固定部を配置し、その固定部の内側に円環状に、上記拡散光ファイバを装着し、該外側の固定部から該内側の回転体に向けて、可視光を拡散放射するように構成することができる。
【００１８】
これによれば、固定部から回転体に向けて、拡散光ファイバから可視光を円環状に、円周上で均一に放射することができ、回転体の外周部に受信装置の受光器を配置すれば、可視光の照射範囲を、制限された空間内に限定して、受光器と投光器間で安定した可視光通信を行うことができ、外乱光によるノイズの影響を最少に抑え、良好な可視光通信を行うことができる。つまり、従来の可視光通信のように点光源を投光器として使用する可視光送信に比して、信号強度を空間的に均一にすることができ、これにより、可視光通信を安定化することができる。
【００１９】
またここで、上記可視光送信装置において、上記拡散光ファイバは、複数の拡散光ファイバが、複数のセグメントに分割され、各々の拡散光ファイバの端部に投光素子が可視光を入射するために接続された構成とすることができる。さらに、上記投光素子として、発光ダイオードまたは半導体レーザ等の発光素子を使用して、端部から拡散光ファイバ内に可視光を効率良く入射することができる。これによれば、非常に長い距離の通路等に沿って敷設された拡散光ファイバから、有効な可視光を安定して放射して可視光送信を行うことができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の可視光送信装置によれば、広い範囲に或いは必要な範囲内で、高い信頼性をもって、効率良く可視光を安定して送信することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の実施形態を示す可視光送信装置の概略構成ブロック図である。
【図２】投光器の拡散光ファイバを敷設した状態を示す、平面方向からの断面説明図である。
【図３】垂直面方向から見た同断面説明図である。
【図４】回転体の外周部に投光器を設置した場合の断面説明図である。
【図５】回転体の周囲を覆うように配置した固定部の内側に、投光器を取り付けた場合の断面説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。図１は可視光送信装置１の概略構成ブロック図を示し、図２は投光器１０の拡散光ファイバ１１の配置状態を示している。この可視光送信装置１は、図１に示すように、信号を変調して送信情報信号を生成する変調回路２と、送信情報信号を可視光に重畳させるように投光素子１２を駆動する投光駆動回路１３と、投光素子１２を設けた投光器１０と、各回路に直流安定化電源を供給する電源回路３とを備え、送信情報信号を重畳した可視光を投光器１０により放射して送信するように構成される。
【００２３】
投光器１０の投光素子１２には、拡散光ファイバ１１の端部が接続され、投光素子１２から投光される可視光を、拡散光ファイバ１１に導入し、拡散光ファイバ１１の外周方向に可視光を拡散放射する。
【００２４】
拡散光ファイバ１１は、例えばコアの周囲を、所定の屈折率を有するクラッドにより、覆うように形成して構成され、クラッドは、導光された光を軸方向に反射させて、軸方向に光を送るとともに、単位長さ当たり一定割合の可視光を、外周方向に拡散放出させる。例えば、長さ１０ｍの拡散光ファイバ１１の場合、１０ｍの光ファイバ内を可視光が進む間、１０ｍの長さの光ファイバの外周部から、約９０％の光量の可視光が外周方向に拡散放射される。
【００２５】
投光器１０の投光素子１２には、例えば白色光、赤色光、青色光、黄色光等の可視光を投光する発光ダイオード或いは半導体レーザが使用され、投光素子１２には、拡散光ファイバ１１の端部が、光ファイバ内に可視光を導入するように接続される。投光素子１２と拡散光ファイバ１１の接続には、ファイバコネクタ１４を用いて、着脱可能に接続することができる。
【００２６】
また、拡散光ファイバ１１は、複数の拡散光ファイバ１１が、ファイバカプラ（溶融ファイバカプラ）を介して相互に接続され、拡散光ファイバ１１内の可視光がファイバカプラを介して分岐し、或いは合流するように構成することができる。これにより、例えば複数系統の投光器１０から投光される相違した波長の光に、相違した送信情報信号を重畳させた投光を、同一の拡散光ファイバ１１を通して、一度に投光することができ、複数の受光器に対し相違した送信情報信号を重畳させた可視光を投光して、効率良く可視光通信を行うことができる。
【００２７】
図１に示すように、可視光送信装置１には、投光素子１２を投光動作させる投光駆動回路１３と、送信情報信号を取り込む情報入力部７と、例えば２８．８ｋＨｚの副搬送波を発振し出力する副搬送波発振器４と、送信情報信号により、副搬送波を変調して伝送信号を生成し、投光駆動回路１３に出力する伝送信号生成部６と、予め送信情報を記憶する送信情報記憶部５と、各回路に定電圧安定化電源を供給する電源回路３と、が設けられる。なお、上記副搬送波を発振出力する副搬送波発振器４は、伝送媒体である光を主搬送波とする場合の称呼であり、単に搬送波を発振出力する搬送波発振器でもある。
【００２８】
変調回路２の伝送信号生成部６及び送信情報記憶部５は、例えばワンチップ型のマイクロコンピュータ８から構成され、伝送信号生成部６は、予めメモリに記憶されたプログラムデータに基づき、送信情報記憶部５に記憶された送信情報を読み出し、或いは情報入力部７から入力されたデータに基づき伝送信号を生成し、副搬送波発振器４からの副搬送波信号を、送信情報信号により、例えば４値ＰＰＭ変調（パルスポジション変調）にて変調し、変調された送信伝送信号を、投光駆動回路１３に出力する。
【００２９】
送信情報記憶部５は、例えばロボット等の移動体に制御信号等の情報を、可視光を媒体として送信する場合、各種制御信号、ＩＤ情報などの予め決められた情報を記憶する記憶部である。情報入力部７は、例えば、外部からの信号線が接続されるコネクタ及びフォトカプラ等から構成され、図示は省略されているが、移動体等の状態を示すセンサから送られた位置情報信号等が入力される。
【００３０】
伝送信号生成部６は、副搬送波発振器４から入力する副搬送波を、送信情報を含むデータにより、例えば４値ＰＰＭ変調して、情報伝送信号を出力する。４値ＰＰＭの変調回路２は、伝送するデータを２ビット単位に区切り、例えば「００」を「１０００」、「０１」を「０１００」、「１０」を「００１０」、「１１」を「０００１」とするように、４個の２ビットデータに応じて、パルスの位置を特定するパルスを発生させ、副搬送波をそのデータパルスで変調するように動作する。
【００３１】
なお、伝送信号生成部６では、副搬送波を情報伝送信号により４値ＰＰＭ変調し、伝送信号を生成しているが、ＡＳＫ変調、ＦＳＫ変調、ＰＳＫ変調、或いはＰＷＭ変調等を行なって、伝送信号を生成することもできる。若しくは搬送波の変調なしに、ベースバンド方式で情報伝送信号をパルス化し、パルス化した伝送信号を空間光に重畳して伝送することもできる。
【００３２】
投光駆動回路１３は、伝送信号生成部６から送られる変調された情報伝送信号を入力し、投光器１０の投光素子１２を駆動して送信情報信号を可視光に重畳させ、その可視光を拡散光ファイバ１１に投光するように構成される。
【００３３】
次に、上記構成の可視光送信装置１の動作を説明する。可視光送信装置１は、図２、図３のように、投光器１０の拡散光ファイバ１１が、例えば建物内の通路内の天井等に設置され、例えばロボット等の移動体が移動する通路に沿って敷設される。或いは、屋内空間の高さが高く、移動体が高さ方向に移動する場合、図３の仮想線に示す如く、拡散光ファイバ１１を空間内に鉛直に敷設する。
【００３４】
なお、移動範囲が非常に長い場合、拡散光ファイバ１１を複数のセグメントに分割して配設し、各拡散光ファイバ１１の端部に投光素子１２を接続することもできる。また、移動体の移動空間が広い場合、拡散光ファイバ１１は、可視光通信を行う空間内で、略渦巻状または略螺旋状に敷設することもできる。
【００３５】
マイクロコンピュータ８は、例えばロボット等の移動体に制御信号等の情報を、可視光を媒体として送信する場合、各種制御信号、ＩＤ情報などの予め決められた情報を、送信情報記憶部５から読み出し、或いは、情報入力部７から入力された情報を取り込み、伝送信号生成部６が、入力されたデータに基づき伝送信号を生成する。さらに伝送信号生成部６は、副搬送波発振器４からの副搬送波信号を、伝送信号により、例えば４値ＰＰＭ変調（パルスポジション変調）にて変調し、変調された送信情報信号を、投光駆動回路１３に出力する。
【００３６】
投光駆動回路１３は、伝送信号生成部６からの変調された情報伝送信号を入力し、投光器１０の投光素子１２を駆動して送信情報信号を可視光に重畳させ、その可視光を拡散光ファイバ１１の一端からファイバ内に投光照射する。可視光は拡散光ファイバ１１内を他端方向に進み、ファイバの外周部から可視光を外側に拡散放射させる。
【００３７】
これにより、長尺の拡散光ファイバ１１から、送信情報信号を重畳した可視光が、例えば移動体の移動方向に沿って均一に効率良く照射される。このとき、拡散光ファイバ１１は、導光された光を軸方向に反射させて、軸方向に光を送るとともに、単位長さ当たり一定割合の可視光を、外周方向に拡散放出させる。このため、１個の投光器１０であっても、均一の光量の可視光を、移動体の長い移動範囲に渡り照射し、可視光送信が行われる。
【００３８】
一方、移動体に設置された可視光受信装置は、その受光器が、送信情報信号を重畳した可視光を受光し、受光信号を増幅した後、受信信号を復調し、受信した情報を制御系などに出力することとなる。
【００３９】
このように、可視光送信装置１は、投光素子１２からの投光を、長尺の拡散光ファイバ１１に導入し、拡散光ファイバ１１の外周方向に可視光を拡散放射するので、拡散光ファイバ１１を屋内或いは屋外の通路に沿って長く敷設し、受信装置を有した移動体が通路を移動する際、投光素子１２からの可視光を通路に沿って均一に効率良く放射することができる。これにより、可視光通信に有効な可視光を、長い距離に渡って均一に放射することができ、広い範囲に効率良く可視光を送信することができる。
【００４０】
図４は他の実施形態の可視光送信装置を示している。この可視光送信装置の投光器２０は、図４に示すように、回転可能な回転体Ｒに取り付けられ、投光器２０の拡散光ファイバ２１は、回転体Ｒの外周部に、円環状に巻回するように装着される。固定部Ｆは、回転体Ｒの周囲に、空間を介して配置され、固定部Ｆの内側に、可視光受信装置の受光器２５が、拡散光ファイバ２１に向けて取り付けられる。
【００４１】
図４に示す如く、回転体Ｒの横断面が円形の場合、拡散光ファイバ２１は、回転体Ｒの外周面に沿って巻回され、円環状に良好に取り付けることができる。
【００４２】
拡散光ファイバ２１の一端に、投光素子２２が接続され、投光素子２２から投光される可視光を、拡散光ファイバ２１に導入し、拡散光ファイバ２１の外周方向に可視光を拡散放射する。なお、拡散光ファイバ２１は、回転体Ｒの外面で、円周上のほか、軸方向に配設することもできる。
【００４３】
拡散光ファイバ２１は、例えば、コアの周囲を、所定の屈折率を有するクラッドにより、覆うように形成して構成され、クラッドは、導光された光を軸方向に反射させて、軸方向に光を送るとともに、単位長さ当たり一定割合の可視光を、外周方向に拡散放出させる。
【００４４】
回転体Ｒが回転する間、可視光送信装置は、変調された情報伝送信号が投光器２０に送られ、投光駆動回路が投光器２０の投光素子２２を駆動して送信情報信号を可視光に重畳させ、その可視光を拡散光ファイバ２１の一端から円環状のファイバ内に投光照射する。可視光は拡散光ファイバ２１内を他端方向に、ファイバの外周部から可視光を外周放射方向に拡散放射させる。
【００４５】
これにより、拡散光ファイバ２１から、送信情報信号を重畳した可視光が、固定部Ｆ側に向けて効率良く均一に照射される。拡散光ファイバ２１は、導光された光を軸方向に反射させて、軸方向に光を送るとともに、単位長さ当たり一定割合の可視光を、外周方向に拡散放出させる。このため、１個の投光器２０であっても、均一の光量の可視光を、固定部Ｆの内側に向けて放射し、固定部Ｆの受信装置との間で、均質な信号強度の可視光送信を行うことができる。
【００４６】
図５はさらに他の実施形態の可視光送信装置を示している。この可視光送信装置の投光器２０は、図５に示すように、回転可能な回転体Ｒの外側に配置された固定部Ｆの内側に取り付けられる。
【００４７】
つまり、固定部Ｆは、回転体Ｒの周囲に、空間を介して、覆うように配置され、投光器２０の拡散光ファイバ２１は、この固定部Ｆの凹部内側に、円環状に装着される。回転体Ｒの外周部に、可視光受信装置の受光器２５が、拡散光ファイバ２１に向けて取り付けられる。
【００４８】
図５に示す如く、固定部Ｆの内側凹部が円形の場合、拡散光ファイバ２１は、円環状に良好に曲げて取り付けられ、回転体Ｒの外側に空間を介して配置される。
【００４９】
拡散光ファイバ２１の一端に、投光素子２２が接続され、投光素子２２から投光される可視光を、拡散光ファイバ２１に導入し、円環状の拡散光ファイバ２１の内側（拡散光ファイバの外周側）に可視光を拡散放射する。
【００５０】
拡散光ファイバ２１は、例えば、コアの周囲を、所定の屈折率を有するクラッドにより、覆うように形成して構成され、クラッドは、導光された光を軸方向に反射させて、軸方向に光を送るとともに、単位長さ当たり一定割合の可視光を、外周方向に拡散放出させる。
【００５１】
回転体Ｒが回転する間、可視光送信装置は、変調された情報伝送信号が投光器２０に送られ、投光駆動回路が投光器２０の投光素子２２を駆動して送信情報信号を可視光に重畳させ、その可視光を拡散光ファイバ２１の一端から円環状のファイバ内に投光照射する。可視光は拡散光ファイバ２１内を他端方向に進み、ファイバの外周部から可視光を、内側の外周放射方向に拡散放射させる。
【００５２】
これにより、図５に示す如く、拡散光ファイバ２１から、送信情報信号を重畳した可視光が、固定部Ｆの内側の、回転体Ｒの周囲に向けて、効率良く均一に照射される。拡散光ファイバ２１は、導光された光を軸方向に反射させて、軸方向に光を送るとともに、単位長さ当たり一定割合の可視光を、外周方向に拡散放出させる。このため、１個の投光器２０であっても、均一の光量の可視光を、回転体Ｒの周囲に均一に照射し、可視光送信を行うことができる。
【符号の説明】
【００５３】
１      可視光送信装置
２      変調回路
３      電源回路
４      副搬送波発振器
５      送信情報記憶部
６      伝送信号生成部
７      情報入力部
８      マイクロコンピュータ
１０    投光器
１１    拡散光ファイバ
１２    投光素子
１３    投光駆動回路
１４    ファイバコネクタ
２０    投光器
２１    拡散光ファイバ
２２    投光素子
【図１】
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【図２】
2019114978.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2019114978.tif 000007