(57)【要約】   【課題】  簡単な構成で信号の干渉や衝突のない可視光データ通信を実現する。  【解決手段】  送信装置１０は、光を放射する光源１１と、与えられたデータを変調して変調信号を生成し、当該変調信号により光源１１を駆動して、光源１１から変調光を発光させて、データを送信する送信処理部１４と、光を受光する受光部１２と、受光部１２により受光された光に、他の送信装置の光源から放射された変調光が含まれていない場合に、送信処理部１４によるデータ送信を実行させるタイミング制御部１３と、を備える。光源１１から照射される光の照射角と、受光部１２により受光可能な光の範囲を特定する視野角との間では、照射角≦視野角、より望ましくは照射角≒視野角が成り立つ。【選択図】  図１
2008252465.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を放射する光源と、
与えられたデータを変調して変調信号を生成し、当該変調信号により前記光源を駆動して、前記光源から変調光を発光させて、前記データを送信する送信処理手段と、
光を受光する受光手段と、
前記受光手段により受光された光に、他の送信装置の光源から放射された変調光が含まれていない場合に、前記送信処理手段によるデータ送信を実行させるタイミング制御手段と、を備えたことを特徴とする光送信装置。
【請求項２】
前記光源から照射される光の照射角と、前記受光手段により受光可能な光の範囲を特定する視野角との間で、
照射角≦視野角
が成り立つことを特徴とする請求項１に記載の光送信装置。
【請求項３】
前記照射角と前記視野角とがほぼ同一であることを特徴とする請求項２に記載の光送信装置。
【請求項４】
光によってデータを送信する光送信装置と、前記光を受光してデータを取り出す受信装置とを備えた光通信システムにおいて、
前記光送信装置が、
光を放射する光源と、
与えられたデータを変調して変調信号を生成し、当該変調信号により前記光源を駆動して、前記光源から変調光を発光させて、前記データを送信する送信処理手段と、
光を受光する受光手段と、
前記受光手段により受光された光から、他の送信装置の光源から放射された変調光が含まれていない場合に、前記送信処理手段によるデータ送信を実行させるタイミング制御手段と、を備え、
前記受信装置が、
前記光送信装置から放射された光を受光する受光手段と、
前記受光手段からの、前記受光された光に基づく信号を復調して、前記データを取り出す受信処理手段と、を備えたことを特徴とする光通信システム。
【請求項５】
前記光送信装置において、
前記光源から照射される光の照射角と、前記受光手段により受光可能な光の範囲を特定する視野角との間で、
照射角≦視野角
が成り立つことを特徴とする請求項４に記載の光通信システム。
【請求項６】
前記光送信装置において、
前記照射角と前記視野角とがほぼ同一であることを特徴とする請求項５に記載の光通信システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空間中に放射される光信号を通信媒体として用いる光通信システムおよび光送信装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＬＤ（レーザーダイオード）やＬＥＤ（発光ダイオード）の発達に伴い、照明器具から発せられる可視光を通信媒体として用いる方式が提案されている（たとえば、特許文献１、２参照）。照明器具は至るところに存在するので、照明器具からの照明光を通信に用いることができれば、照明器具に新たな機能を付加するだけで無線通信を実現することができる。
【０００３】
図７は、送信機能を有する照明器具を利用した光通信システムの例を示す図である。照明器具はデータ送信機能を有するため、送信装置と考えることもできる。したがって、以下、この照明器具を送信装置とも称する。
【０００４】
送信装置１００−１〜１００−３においては、それぞれ、可視光を情報に基づいて変調した変調光を放射することができる。したがって、受信装置１１０は、変調光を受光して、復調することにより情報を取り出すことができる。
【０００５】
しかしながら、送信装置が複数存在する場合には、受信装置１１０が、複数の送信装置からの光を同時に受光する場合がある。たとえば、図７に示す例では、受信装置１１０は、送信装置１００−１〜１００−３からの光を全て受光する可能性がある。このような場合に、それぞれの送信装置１００−１〜１００−３が勝手にデータを送信すると、互いの信号が干渉、衝突してしまって、受信装置１１０において正しくデータを得ることができないという問題点があった。
【０００６】
そこで、上述した問題を解決するために多元接続方式を考える必要がある。電波を用いた従来の無線通信では長年にわたり多元接続について研究が行われているが、可視光を用いた通信では、多元接続に関する研究が始められたばかりであるのが現状である。
【特許文献１】特開２００４−１４７０６３号公報
【特許文献２】特開２００４−１８５３５９号公報
【特許文献３】特開２００６−２０３６６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
送信機能を備えた照明器具を送信装置として用いる場合には、従来の無線通信の送信装置とは異なる点があるため可視光通信に適した多元接続方式を採用する必要がある。具体的には、以下の点を考慮することが望ましい。
（１）ダウンリンクのみで、送信装置が情報を送信可能であること。
（２）送信装置の間で同期を考慮しないでよいこと。
（３）照明器具に送信機能を付加するだけで単純で安価であること。
【０００８】
従来から研究されている多元接続方式には、ＴＤＭＡ（時分割多元接続）、ＳＤＭＡ（空間分割多元接続）、ＣＳＭＡ（搬送波感知多元接続）、ＷＤＭＡ（波長分割多元接続）、ＦＤＭＡ（周波数分割多元接続）、ＣＤＭＡ（符号分割多元接続）などがある。これらの方式のうち、ダウンリンクのみで実現できる多元接続としては、ＷＤＭＡ、ＦＤＭＡ，ＣＤＭＡが考えられる。
【０００９】
しかしながら、これらの多元接続方式を採用した場合であっても、以下のような問題が生じる。ダウンリンクのみであるため、波長、副搬送波、符号を無線通信のように動的に割り当てることができず、それぞれの送信装置に固定して割り当てざるを得ない。
【００１０】
また、近接して配置された送信装置に、同一の波長、副搬送波、符号が割り当てられた場合には、信号の干渉や衝突が発生し、多元接続が実現できなくなってしまう。したがって、従来の多元接続方式を採用して、送信装置を設置する場合には、同じ波長、副搬送波、符号の送信装置は近接して配置しないような工夫をする必要がある。このような工夫は設置者にとって煩雑な作業となる。
【００１１】
その一方、複数の送信装置において、データの送信タイミングをランダムに変化させて送信し、かつ、受信装置において衝突の有無を判定し、信号の衝突がない場合に、データを出力するようなシステムが提案されている（特許文献３）。この方式を採用すると、送信装置間の同期を考慮せず、ダウンリンクのみで情報を送信することができ、また、単純で安価に構成可能である。しかしながら、送信装置の数が多くなればなるほど、信号の衝突の可能性は大きくなるという問題点がある。また、信号の衝突する可能性はあるため、受信装置において、信号の衝突を検知する構成を設ける必要がある。
【００１２】
本発明は、簡単な構成で信号の干渉や衝突のないデータ通信を実現可能な光通信システムおよび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】
【００１３】
本発明の目的は、光を放射する光源と、
与えられたデータを変調して変調信号を生成し、当該変調信号により前記光源を駆動して、前記光源から変調光を発光させて、前記データを送信する送信処理手段と、
光を受光する受光手段と、
前記受光手段により受光された光に、他の送信装置の光源から放射された変調光が含まれていない場合に、前記送信処理手段によるデータ送信を実行させるタイミング制御手段と、を備えたことを特徴とする光送信装置により達成される。
【００１４】
好ましい実施態様においては、前記光源から照射される光の照射角と、前記受光手段により受光可能な光の範囲を特定する視野角との間で、照射角≦視野角が成り立つ。
【００１５】
より好ましい実施態様においては、前記照射角と前記視野角とがほぼ同一である。
【００１６】
また、本発明の目的は、光によってデータを送信する光送信装置と、前記光を受光してデータを取り出す受信装置とを備えた光通信システムにおいて、
前記光送信装置が、
光を放射する光源と、
与えられたデータを変調して変調信号を生成し、当該変調信号により前記光源を駆動して、前記光源から変調光を発光させて、前記データを送信する送信処理手段と、
光を受光する受光手段と、
前記受光手段により受光された光に、他の送信装置の光源から放射された変調光が含まれていない場合に、前記送信処理手段によるデータ送信を実行させるタイミング制御手段と、を備え、
前記受信装置が、
前記光送信装置から放射された光を受光する受光手段と、
前記受光手段からの、前記受光された光に基づく信号を復調して、前記データを取り出す受信処理手段と、を備えたことを特徴とする光通信システムにより達成される。
【００１７】
好ましい実施態様においては、前記光送信装置において、前記光源から照射される光の照射角と、前記受光手段により受光可能な光の範囲を特定する視野角との間で、照射角≦視野角が成り立つ。
【００１８】
また、より好ましい実施態様においては、前記光送信装置において、前記照射角と前記視野角とがほぼ同一である。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、簡単な構成で信号の干渉や衝突のないデータ通信を実現可能な光通信システムおよび光送信装置を提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。本実施の形態においても、図５に示した例と同様に、光通信システムは、送信機能を有する複数の照明器具（送信装置）を備え、送信装置が、データを含むような光（変調光）を放射することができる。受信装置は、変調光を受光して、受光した光に基づく電気信号を復調することでデータを取り出すことができる。
【００２１】
図１は、本発明の実施の形態にかかる送信装置の構成例を示すブロックダイヤグラムである。図１に示すように、本実施の形態にかかる送信装置１０は、光源１１、受光部１２、タイミング制御部１３、送信処理部１４、および、メモリ１５を有している。
【００２２】
光源１１は、可視光や赤外光を発光する。光源１１として、たとえば、ＬＥＤ、ＬＤなどを利用することができる。また、光源１１として、単一のＬＥＤやＬＤを採用しても良いし、複数のＬＥＤやＬＤからなるアレイを採用しても良い。無論、白熱球や蛍光灯などを光源１１として利用できる。受光部１２は、ＰＩＮフォトダイオードやアバランシェフォトダイオードを有し、光を受光することができる。
【００２３】
タイミング制御部１３は、データを含む光（変調光）を生成するために動作する。送信処理部１４は、与えられたデータを変調した変調信号を生成して、光源１１を駆動する。これにより、光源１１は変調光を放射する。変調方式として、たとえば、サブキャリアＰＰＭ（パルス位相変調）、ＦＳＫ（周波数シフトキーイング）などを使用することができる。他の変調方式を採用できることはいうまでもない。
【００２４】
メモリ１５は、変調光として送信すべキデータや、タイミング制御部１３により実行されるプログラムなどを記憶する。
【００２５】
図２は、本実施の形態にかかる受信装置の構成例を示すブロックダイヤグラムである。図２に示すように、本実施の形態にかかる受信装置３０は、受光部３１、受信処理部３２、制御部３３、メモリ３４および表示装置３５を有する。
【００２６】
受光部３１は、ＰＩＮフォトダイオードやアバランシェフォトダイオードを有し、光を受光して、受光した光を電気信号に変換する。受信処理部３２は、受光部３１から出力された電気信号を復調して、データを取り出す。なお、受信処理部３２における復調方式は、図１の送信装置１０の送信処理部１４の変調方式と同等である。
【００２７】
制御部３３は、受信装置３０の種々の構成部分を制御する。たとえば、受信処理部３２により得られたデータをメモリ３４に格納するための処理を実行し、或いは、メモリ３４に格納されたデータを含む画像を表示装置３５の画面上に表示するための処理を実行する。メモリ３４は、受信したデータや制御部３３により実行されるプログラムを記憶する。
【００２８】
図３に示すように、たとえば、送信装置１０−１〜１０−３は天井に設置され、下方に光を放射することができる。受信装置３０は、何れかの送信装置（たとえば、１０−１）から放射された光を受光して、変調光を復調することでデータを取得する。
【００２９】
本実施の形態において、送信装置１０の受光部１２（たとえば、送信装置１０−１の受光部１２−１）は、送信装置１０中、或いは、送信装置１０に近接して配置される。受光部１２は、床３０１を反射した光（符号３１１参照）や机３０２の表面３０３を反射した光（符号３１２参照）を受光することができる。本実施の形態においては、受光部１２は他の送信装置から放射された光を受光することができ、これにより、送信装置１０は、他の送信装置から放射された光にデータが含まれていないかを判断する。
【００３０】
たとえば、図３において、送信装置１０−１から放射された光は、机３０２の表面３０３を反射して、送信装置１０−２の受光部１２−２に受光され得る。また、送信装置１０−２から放射された光は、床３０１を反射して、送信装置１０−３の受光部１２−３に受光され得る。
【００３１】
図４は、本実施の形態にかかる送信装置において実行されるデータ送信処理の例を示すフローチャートである。なお、本明細書において、データを変調した変調信号で光源を駆動して変調光を放射することを、データ送信とも称する。
【００３２】
図４に示すように、タイミング制御部１３は、データ送信要求があると（ステップ４０１）、以下の処理を実行する。ここで、データ送信要求は、ネットワークを介して外部から通知されても良い。或いは、予め定められたタイミング（たとえば、ある時間間隔）でタイミング制御部１３がデータ送信すべきと判断しても良い。
【００３３】
受光部１２が光を検知すると（ステップ４０２）、タイミング制御部１３は、受光部１２により受光された光に基づいて、他の送信装置がデータ送信しているか否か、つまり多野送信装置から放射された変調光が含まれるか否かを判断する（ステップ４０３）。ステップ４０３は、たとえば、以下のように実現される。
【００３４】
送信装置１０において、他の送信装置がデータ送信をしているときの、そのデータ送信波形を選択的に検出する。より具体的には、変調方式としてサブキャリアＰＰＭを採用する場合には、受光部１２で受光された光を電気信号に変換したのち、タイミング制御部１３が、周波数フィルタでデータ送信の副搬送波周波数のみを通過させる。周波数フィルタを通過した信号成分の有無により、他の送信装置によるデータ送信の実行の有無を検知することができる。或いは、タイミング制御部１３が、データ送信波形と時間的な相関をとって相関値の高いもののみを検出するように構成しても良い。
【００３５】
ステップ４０３で「Ｎｏ」、つまり、他の送信装置がデータ送信していないと判断されるまで、送信装置１０におけるデータ送信は待機となる。ステップ４０３で「Ｎｏ」と判断された場合に、タイミング制御部１３は、データ送信を実行する（ステップ４０４）。データ送信においては、送信処理部１４がメモリ１５からのデータを変調して変調信号を生成し、光源１１を駆動する。これにより、変調光が光源１１から放射される。なお、送信処理部１４に与えられるデータは、メモリ１５に記憶されているものに限定されず、たとえば、ネットワーク（図示せず）を介して外部から送信されたデータを送信処理部１４に与えても良い。
【００３６】
次に、光源１１の放射角と、受光部１２により受光可能な光の範囲を特定する視野角について説明する。本実施の形態においては、受光部１２は、送信装置１０中或いは送信装置１０に隣接して配置される。光源１１の光の放射方向と、受光部１２が受光する光の方向とは、ほぼ反対の向きになる。つまり、向きを除けば、光源１１の光の放射方向と、受光部が受光する光の方向はほぼ一致する。
【００３７】
図５に示すように、送信装置１０が光を放射する範囲を特定する放射角（立体角）をａとし、その一方、受光部１２が受光可能な光の範囲を特定する視野角（立体角）をｂとする。本実施の形態では、少なくとも、ａ≦ｂが成立している。上記立体角ａと視野角ｂとが略一致している（ａ≒ｂ）のがより望ましい。
【００３８】
放射角ａと視野角ｂとを略一致させることにより、他の送信装置により干渉され得る範囲を受光部１３が検知できるようになる。干渉され得る範囲とは、自己の送信装置の光が照射される範囲であって、かつ、他の送信装置の光も照射される可能性のある範囲をいう。
【００３９】
図５において、たとえば、送信装置１０−１および送信装置１０−２がデータ送信中であり、新たに送信装置１０−３がデータ送信したい場合を考える。送信装置１０−３から放射される光は、送信装置１０−２から放射される光の干渉をうけるが、送信装置１０−１から放射される光の干渉を受けることはない。したがって、図５の例では、送信装置１０−３の受光部１２−３は、送信装置１０−２から放射される光（符号５０２参照）を検出し、送信装置１０−２がデータ送信しているか否かを判断する必要があるが、送信装置１０−１から放射される光（符号５０１参照）を検出する必要は無い。
【００４０】
図６に示すように、送信装置１０の放射角と、受光部１２の視野角とをほぼ一致させることにより、送信装置１０による放射範囲（符号６０１参照）と、受光部１２による受光可能な範囲（符号６０２参照）とをほぼ一致させることができる。放射範囲に他の送信装置からの光が入射すること（符号６０３参照）により干渉が生じるため、放射範囲が干渉され得る範囲と考えられる。そこで、放射範囲と受光可能な範囲をほぼ一致させれば、送信装置１０が干渉を受ける他の送信装置からの光だけを検出できることになる。
【００４１】
本実施の形態によれば、送信装置１０に近接して受光部１２を配置し、受光部１２が受光した光から、他の送信装置からのデータ送信の有無、つまり、他の送信装置から放射された変調光の有無を判断し、データ送信が無い場合に送信装置１０からのデータ送信を行うようにしている。これにより、干渉や衝突のない場合にのみデータ送信を行って、受信装置３０において適切にデータを取り出すことが可能となる。
【００４２】
また、本実施の形態によれば、送信装置１０の放射角と受光部１２の視野角とをほぼ一致させ、送信装置１０による放射範囲と、受光部１２による受光可能な範囲とをほぼ一致させ、受光部１２が、干渉され得る範囲の光のみを受光するように構成している。これにより、受光部１２は、干渉を防ぐために検知すべき光のみを受光することが可能であり、必要以上にデータ送信を妨げられることがないため、スループットの低下を最低限に抑えることができる。
【００４３】
また、従来の多元接続方式では、双方向通信を想定しているため、周囲の状況に応じて波長、副搬送波、符号を動的に割り当てることによって信号の干渉、衝突を防止していた。しかしながら、ダウンリンクのみの通信を考えた場合には、波長など状況に応じて動的に割り当てることは不可能であるため、固定して割り当てていた。また、タイムスロットや波長、副搬送波、符号を送信装置に固定して割り当てた場合には、信号を干渉、衝突を防止するために、複数の種類の送信装置を用意して、タイムスロットや波長、副搬送波、符号が同一の送信装置を近接して配置しないような工夫が必要であった。
【００４４】
これに対して、本発明によれば、送信装置に受光部を設けることで実現でき、かつ、それぞれの送信装置が自律的に送信タイミングを判断することで、信号の干渉、衝突を防止する。特に、本発明によれば、全ての送信装置が同じものであっても、干渉、衝突を防止することができるため、設置が容易であり、従来のように送信装置の設置を工夫する必要も無い。
【００４５】
このように、本発明によれば、簡単な構成で、信号の干渉、衝突を防止した光通信システムおよび送信装置を提供することが可能となる。
【００４６】
本発明は、以上の実施の形態に限定されることなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲内で、種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】図１は、本発明の実施の形態にかかる送信装置の構成例を示すブロックダイヤグラムである。
【図２】図２は、本実施の形態にかかる受信装置の構成例を示すブロックダイヤグラムである。
【図３】図３は、本実施の形態にかかる光通信システムの概略およびデータ通信の概略を示す図である。
【図４】図４は、本実施の形態にかかる送信装置において実行されるデータ送信処理の例を示すフローチャートである。
【図５】図５は、光源の放射角、受光部の視野角、および、送信装置による干渉を説明する図である。
【図６】図６は、光源による放射範囲および受光部により受光可能な範囲を示す図である。
【図７】図７は、送信機能を有する照明器具を利用した光通信システムの例を示す図である。
【符号の説明】
【００４８】
１０      送信装置
１１      光源
１２      受光部
１３      タイミング制御部
１４      送信処理部
１５      メモリ
３０      受信装置
３１      受光部
３２      受信処理部
３３      制御部
３４      メモリ
３５      表示装置
【図１】
2008252465.tif 000003
【図２】
2008252465.tif 000004
【図３】
2008252465.tif 000005
【図４】
2008252465.tif 000006
【図５】
2008252465.tif 000007
【図６】
2008252465.tif 000008
【図７】
2008252465.tif 000009