(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
可視光通信送信機（100）であって、
前記可視光通信送信機にデータを提供するデータ入力部と、
データを格納するバッファ（108）と、
パルスを生成するパルス生成器（114）と、
搬送波信号を提供する信号生成器（110）と、
前記パルス生成器、前記バッファ、及び前記信号生成器に結合された変調器（112）であって、前記パルスが生じている間に前記バッファからデータを読み出し、前記バッファから読み出されたデータに従って前記搬送波信号を変調して、変調搬送波信号を生成する変調器と、
前記変調搬送波信号を前記パルスに加えて、変調パルスを生成する加算器（120）と、
前記変調パルスに従って動作する発光ダイオード（「ＬＥＤ」）光源（134）であって、可視光通信システム内において使用されるパルス幅変調（「ＰＷＭ」）光信号を生成する発光ダイオード光源
とを備える、可視光通信送信機。
【請求項２】
前記データ入力部と前記バッファとの間に配置されたデータパケット構成器（102）とコーダー（104）とを更に備える、請求項１に記載の可視光通信送信機。
【請求項３】
前記コーダーと前記バッファとの間に配置されたインタリーバ（106）を更に備える、請求項２に記載の可視光通信送信機。
【請求項４】
前記発光ダイオード光源がディスプレイのバックライトである、請求項１に記載の可視光通信送信機。
【請求項５】
前記ディスプレイが、パーソナルコンピュータか、ノート型コンピュータか、ラップトップ型コンピュータか、携帯端末か、又は携帯電話のディスプレイである、請求項１に記載の可視光通信送信機。
【請求項６】
前記バックライトが白色光放出ダイオードからなる、請求項４に記載の可視光通信送信機。
【請求項７】
前記発光ダイオード光源の発光ダイオードは、赤色放出ＬＥＤ、緑色放出ＬＥＤ、及び青色放出ＬＥＤを含む着色ＬＥＤであり、それらＬＥＤの出力が組み合わされて前記ディスプレイのパネルを照明するための白色光が生成されることからなる、請求項４に記載の可視光通信送信機。
【請求項８】
前記赤色、緑色、及び青色放出ＬＥＤのそれぞれが、前記変調パルスに従って動作して、可視光通信システム内において使用される白色光の前記パルス幅変調光信号が生成される、請求項７に記載の可視光通信送信機。
【請求項９】
前記発光ダイオード光源内の複数色の前記ＬＥＤのうちの第１の色のＬＥＤが、前記変調パルスに従って動作して、可視光通信システム内において使用される第１の変調着色光信号を生成する、請求項７に記載の可視光通信送信機。
【請求項１０】
前記発光ダイオード光源内の複数色の前記ＬＥＤのうちの第２の色のＬＥＤが、第２の変調パルスに従って動作して、可視光通信システム内において使用される第２の変調着色光信号を生成する、請求項９に記載の可視光通信送信機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パルス幅変調された可視光線を用いる通信のための方法と装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
パーソナルコンピュータ、携帯端末、及び携帯（「セル」）電話に使用されるようなディスプレイパネルは、液晶ディスプレイ（「ＬＣＤ」）パネルを照明するために拡散パネルと組み合わされたバックライトを使用することが多い。バックライトは、カラーディスプレイをもたらすためにＬＣＤパネルにより制御される白色光を提供する。冷陰極蛍光灯（「ＣＣＦＬ（cold-cathode fluorescent lamp）」）が、ディスプレイパネルのバックライトとして存在する場合が多い。
【０００３】
ＣＣＦＬは一般に、ガス又は蒸気で充てんされ、蛍光体を内側に塗布した管である。電流が管を通過することにより、ガス又は蒸気が蛍光体により他の波長に変換されて白色光を生成する光を放出する。ＣＣＦＬは一般に正弦波信号により駆動され、輝度は管を流れる電流を制御することにより調整される。使用中、ＣＣＦＬをＯＮ状態に維持することが一般に望ましい。
【０００４】
可視光通信（「ＶＬＣ」）を用いて、一方の電子装置から別の電子装置へデータを伝達する。いくつかのシステムは、ノート型コンピュータ又はラップトップ型コンピュータのような送信コンピュータにより制御される補助発光ダイオード（「ＬＥＤ」）ランプを使用して、受信コンピュータの光受信機を照明する。しかしながら、これは、繁雑であり、ノート型コンピュータ又はラップトップ型コンピュータのような携帯型電子装置で制限されることが多い追加の電力を浪費する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従って、従来技術の問題を回避するＶＬＣ技術が望まれる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
可視光通信送信機は、変調された搬送波信号をパルス生成器からのパルスと組み合わせる。搬送波信号は、パルスの間にバッファから読み出されたデータに従って変調される。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、ディスプレイのＬＥＤバックライト等を用いた可視光通信（「ＶＬＣ」）が可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
ＬＥＤバックライトは、ディスプレイパネルに使用するためのＣＣＦＬに対する代案を提供する。ＬＥＤバックライトは、非常に広範囲の色を提供することができ、ユーザにバックライトの白色点のタイプの変更または選択の自由を提供することができる。ディスプレイのバックライトのＬＥＤは、ディスプレイの所望のカラーバランス及び輝度を提供するために制御される。
【０００９】
ＬＥＤバックライトのようなＬＥＤ光源の輝度を制御する主な方法は、パルス幅変調（「ＰＷＭ」）による。基本的には、光源のＬＥＤは高速でＯＮ／ＯＦＦされる。人間の目は、光源の明るいＯＮ状態と暗いＯＦＦ状態を平均化して、本質的に一定の輝度を有するディスプレイを知覚する。パルスは、ＬＥＤ光源を駆動するＰＷＭ生成器により生成される。ＬＥＤ光源がＯＮされている時間の長さは、パルス（単数または複数）の幅により制御される。ユーザがより明るいディスプレイを望む場合、調整値（ユーザ入力）により、ＰＷＭ生成器がより長い持続時間のパルスを生成するように命令される。
【００１０】
しかしながら、ＬＥＤ光源のＰＷＭは、ＬＥＤが特定の時間帯にスイッチオフされることを意味する。これは、ＶＬＣ用途にＬＥＤ光源を使用するための課題を生じさせる。ＬＥＤ光源のＬＥＤは常にＯＮではないので、連続した態様で情報を送ることができない。しかしながら、パケットベースのプロトコル又は不連続シリアルプロトコルのような非連続通信プロトコルは、ＶＬＣ送信機を提供するために、ディスプレイ用途のＬＥＤバックライトのようなＬＥＤ光源と使用され得る。
【００１１】
図１Ａは、本発明の実施形態によるＶＬＣ送信機１００の線図である。データが、データパケット構成器１０２に入力されて、データパケットに編成される。コーダー１０４が、リードソロモン符号化、及び／又は畳み込み符号化のような適切なコーダー方式を用いて、パケット化データを符号化する。特定の実施形態において、リードソロモン符号化方式は、受信装置において順方向誤り修正を行うために使用される（図２の参照符号２０８を参照）。順方向誤り修正は基本的に、所定のアルゴリズムを用いて、送信される情報に冗長性を追加する。
【００１２】
任意のインタリーバ１０６が、所定のシーケンスのデータビットを記録し、送信される際に、受信プロセスを瞬間的に中断させる可能性がある周囲照明からのちらつき又は任意の突然の閃光または送信リンクの障害のような干渉の周期的なバーストに実質的に免疫のあるデータビットの擬似ランダムパターンのシーケンスを提供する。
【００１３】
パケット化されて、符号化され、インタリーブされたデータ（「符号化データ」）が、変調器１１２により読み出されるまで、先入れ先出し（「ＦＩＦＯ」）バッファのようなバッファ１０８に一時的に格納される。コーダー及びデータパケット構成器は、代替の実施形態において省略されるが、順方向誤り修正を使用する実施形態では望ましい。代案として、データはバッファに直接的に入力される。バッファの非パケット化データは、不連続の態様で変調器により読み出され（即ち、パルスの間）、受信機で再構築される。さらに他の実施形態では、パケット化、符号化、及び／又はインタリーブは、パケット化／符号化／インタリーブされたデータがＶＬＣ送信機に送られる前に行われる。従って、係る実施形態において、データパケット構成器、コーダー、及びインタリーバは必要ない。
【００１４】
信号生成器１１０が、変調器１１２により変調される搬送波信号を生成する。特定の実施形態において、変調器１１２は、搬送波信号の周波数を変調する。代案として、搬送波信号の振幅が変調される。
【００１５】
ＰＷＭ生成器１１４が、ＰＷＭＬＥＤ光源１３４の輝度を調整するためのＰＷＭ制御信号１１６に従ってパルス列を生成する。ＰＷＭＬＥＤ光源１３４は、電子装置のディスプレイ１３６のＬＥＤバックライトである。例えば、閲覧者がより明るいディスプレイを望む場合、ＰＷＭ制御信号により、ＰＷＭ生成器１１４がより長い持続時間のパルスを提供するように命令される。代案として、ＰＷＭ光源は、電子装置のディスプレイのバックライトから分離されるか、又はＬＥＤベースの周囲（「部屋」）照明またはＬＥＤ光源の輝度がパルス幅変調により制御される他の用途を提供する。
【００１６】
ＰＷＭ生成器は、パルスがハイである際（即ち、ＬＥＤバックライトがＯＮである際）に変調器１１２がバッファ１０８から符号化データを読み出すように、変調器に結合される。変調器は、バッファ１０８から読み出された符号化データに従って搬送波信号を変調する。変調された搬送波信号（変調搬送波信号とも呼ぶ）１１８は、ＰＷＭ生成器１１４のパルス出力１２２に加えられる（１２０：加算器）。
【００１７】
変調器の出力１１８とＰＷＭ生成器の出力１２２の和（「変調パルス」）１２４は、ＬＥＤドライバ１２６に結合される。ＬＥＤドライバ１２６は本質的に、ディスプレイ１３６のＬＥＤバックライト１３４のＬＥＤ１２８、１３０、１３２を駆動するための適切な電流に変調パルスを変換する。変調された搬送波をパルスに加算することは、ディスプレイの出力が変調されない場合に平均輝度が本質的に同じであるので、ディスプレイの輝度に重大な影響を与えない。
【００１８】
特定の実施形態において、ＬＥＤ１２８、１３０、１３２は、白色放出ＬＥＤであり、ＶＬＣシステムで使用するための符号化データにより変調された白色光を提供するために、信号制御ライン１３８により同時に制御される。代案として、ＬＥＤは、赤色放出ＬＥＤ、緑色放出ＬＥＤ、及び青色放出ＬＥＤのような着色ＬＥＤであり、それらの出力が組み合わされて、ディスプレイパネルを照明するための白色光が生成される。
【００１９】
着色ＬＥＤは、白色光の搬送符号化データを提供するために同時に制御され得るか、又は異なる色が別個に制御され得る。特定の実施形態において、ＶＬＣシステムは、符号化データを搬送する特定の色の光を受光するために色選択性である光受信機（図２の参照符号２１０を参照）を有する。例えば、ＬＥＤバックライトは、赤、緑、及び青のＬＥＤを有し、青のＬＥＤは変調パルスで駆動されるが、緑および赤のＬＥＤは非変調パルスで駆動される。さらなる実施形態において、ＶＬＣシステムは、種々の色に対して選択性である複数の受信機を有し、ディスプレイは、符号化データを有する光の複数のチャネル（即ち、色）を送信する。さらに別の実施形態において、或る実施形態によるＶＬＣ送信機は、白色光または光の選択された色として符号化データを送信する単一チャネルモードで、又はＶＬＣシステムの受信装置（単数または複数）の特性に依存するマルチチャネルモードで選択的に動作する。
【００２０】
図１Ｂは、本発明の実施形態による変調パルスのプロットを示す。パルス１５０（図１Ａの参照符号１２２を参照）が変調搬送波信号１５２（図１Ａの参照符号１１８を参照）に加算され（図１Ａの参照符号１２０を参照）、変調パルス１５４という結果になる。加算動作は本質的に、ＤＣオフセットを変調搬送波信号１５２に加えるが、パルスの間にわたりＬＥＤバックライトの全平均輝度を大幅に変更しない。閲覧者が不快なちらつきを感知しないように、変調は非常に高い周波数で行われる。具体的に言えば、変調はパルスの範囲内で生じ、パルス繰返し数は通常、ディスプレイの不快なちらつきを回避するのに十分である。
【００２１】
特定の実施形態において、変調器（図１Ａの参照符号１１２を参照）は、符号化データがバッファ（図１Ａの参照符号１０８を参照）から読み出される前にパルスが十分にハイ（従って、ＯＮである場合のディスプレイ）であることを保証するために、パルス１５０の立ち上がりエッジ１５６の後の選択された期間だけ待機する。さらなる実施形態において、変調器は、パルス１５０の立ち下がりエッジ１５８の前にバッファからのデータの読み出しを停止させ、それによりＬＥＤバックライトがＯＦＦされる前に符号化データが送信されることを保証する。
【００２２】
図２は、本発明の実施形態による通信システム２００を示す。パーソナルコンピュータ、ノート型コンピュータ、ラップトップコンピュータ、携帯端末（「ＰＤＡ」）装置、又は携帯電話のような第１の電子装置２０２は、本発明の実施形態に従って動作するＬＥＤバックライト（図１Ａの参照符号１３４を参照）を備えるディスプレイ２０４を有する。第２の電子装置２０８は、光受信機２１０を有する。特定の実施形態において、第２の電子装置２０８は、第２のパーソナルコンピュータ、ノート型コンピュータ、ラップトップコンピュータ、ＰＤＡ装置、携帯電話、又は単にデジタルシステムのデータ入力ポートである。第２の電子装置２０８は、第１のデジタル装置２０２からの符号化データ２１４を含む変調光信号を、データに戻すように変換するＶＬＣ受信機（別個に示されず）を有する。
【００２３】
特定の実施形態において、符号化データ２１４を含む変調光信号は、変調された白色光である。代替の実施形態において、ディスプレイ２０４のバックライトは白色光を生成し、変調光信号は、第１の変調された色の光信号を包含する。さらなる実施形態において、光受信機２１０は、色選択性のある光受信機である。さらに別の実施形態において、変調光信号は、第２の変調された色の光信号を包含する。
【００２４】
図３は、パルス幅変調された可視光を用いる通信の方法３００のフローチャートである。データは符号化され（ステップ３０２）、必要に応じてインタリーブされる（ステップ３０４）。符号化データはバッファに格納される（ステップ３０６）。パルス生成器は、変調器に結合されるパルスを生成する（ステップ３０８）。変調器は、パルスの間にバッファから符号化データを読み出し（ステップ３１０）、符号化データに従って搬送波信号を変調する（ステップ３１２）。変調搬送波信号は、パルスに組み合わされて、変調パルスを生成する（ステップ３１４）。変調パルスは、ＶＬＣシステムで使用するためのディスプレイからの変調された光を生成するように、ディスプレイのＬＥＤバックライトに結合される（ステップ３１６）。
【００２５】
本発明の好適な実施形態が詳細に説明されたが、これらの実施形態に対する修正および改変が特許請求の範囲に記載された本発明の範囲から逸脱せずに行われ得ることは当業者には明らかであろう。
【００２６】
以下においては、本発明の種々の構成要件の組み合わせから成る例示的な実施形態を示す。
１．可視光通信送信機であって、
前記可視光通信送信機にデータを提供するデータ入力と、
データを格納するバッファと、
パルスを生成するパルス生成器と、
搬送波信号を提供する信号生成器と、
前記パルス生成器、前記バッファ、及び前記信号生成器に結合され、前記パルスの間に前記バッファからデータを読み出し、前記バッファから読み出されたデータに従って前記搬送波信号を変調して、変調搬送波信号を生成する変調器と、
前記変調搬送波信号を前記パルスに加えて、変調パルスを生成する加算器と、
可視光通信システムで使用するのに適した変調光信号を生成するように、前記変調パルスに従って動作するパルス幅変調（「ＰＷＭ」）発光ダイオード（「ＬＥＤ」）光源とを含む、可視光通信送信機。
２．前記データ入力と前記バッファとの間に配置されたデータパケット構成器とコーダーとをさらに含む、上記１に記載の可視光通信送信機。
３．前記コーダーと前記バッファとの間に配置されたインタリーバをさらに含む、上記２に記載の可視光通信送信機。
４．前記ＰＷＭＬＥＤ光源がディスプレイのバックライトである、上記１に記載の可視光通信送信機。
５．前記ディスプレイが電子装置のディスプレイである、上記１に記載の可視光通信送信機。
６．前記電子装置が、パーソナルコンピュータ、ノート型コンピュータ、ラップトップ型コンピュータ、携帯端末、又は携帯電話である、上記５に記載の可視光通信送信機。
７．前記バックライトが白色光放出ダイオードからなる、上記４に記載の可視光通信送信機。
８．前記ＰＷＭＬＥＤ光源が着色ＬＥＤからなる、上記１に記載の可視光通信送信機。
９．前記着色ＬＥＤの出力が組み合わされて白色光を生成する、上記８に記載の可視光通信送信機。
１０．前記着色ＬＥＤのそれぞれが、可視光通信システムで使用するのに適した変調白色光を生成するように、前記変調パルスに従って動作する、上記９に記載の可視光通信送信機。
１１．前記ＰＷＭＬＥＤ光源の第１の色のＬＥＤが、可視光通信システムで使用するのに適した第１の変調着色光信号を生成するように、前記変調パルスに従って動作する、上記９に記載の可視光通信送信機。
１２．前記ＰＷＭＬＥＤ光源の第２の色のＬＥＤが、可視光通信システムで使用するのに適した第２の変調着色光信号を生成するように、第２の変調パルスに従って動作する、上記１１に記載の可視光通信送信機。
１３．パルス幅変調された可視光を用いる通信の方法であって、
データをバッファに格納するステップと、
パルスを生成するステップと、
前記パルスの間に前記バッファからデータを読み出すステップと、
変調搬送波信号を生成するためにデータに従って搬送波を変調するステップと、
前記変調搬送波信号を前記パルスと組み合わせて変調パルスを生成するステップと、
可視光通信システムで使用するための発光ダイオード（ＬＥＤ）光源からの光を生成するように、ＬＥＤ光源に前記変調パルスを結合するステップとを含む、方法。
１４．前記搬送波を変調するステップが、搬送波の周波数変調からなる、上記１３に記載の方法。
１５．前記搬送波を変調するステップが、搬送波の振幅変調からなる、上記１３に記載の方法。
１６．前記データを読み出すステップが、前記バッファからデータを読み出す前に、前記パルスの立ち上がりエッジの後の選択された期間だけ待機することを含む、上記１５に記載の方法。
１７．前記データを読み出すステップが、前記パルスの立ち下がりエッジの前の第２の選択された期間だけ、前記バッファからデータを読み出すことを停止させることをさらに含む、上記１６に記載の方法。
１８．前記データを格納するステップの前に、
データをデータパケットにパケット化するステップと、
順方向誤り修正を行うように前記データパケットを符号化するステップとをさらに含む、上記１３に記載の方法。
１９．前記データを格納するステップの前に、
データをインタリーブするステップをさらに含む、上記１８に記載の方法。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１Ａ】本発明の実施形態によるＶＣＬ送信機の線図である。
【図１Ｂ】本発明の実施形態によるパルス幅変調された搬送波信号のプロットを示す図である。
【図２】本発明の実施形態による通信システムを示す図である。
【図３】パルス幅変調された可視光を用いる通信の方法のフローチャートである。
【符号の説明】
【００２８】
100  ＶＬＣ送信機
102  データパケット構成器
104  コーダー
106  インタリーバ
108  バッファ
112  変調器
114  ＰＷＭ生成器
120  加算器
124  ＬＥＤドライバ
128、130、132  ＬＥＤ
134  ＰＷＭＬＥＤ光源
【図１Ａ】
0004777844.tif 000002
【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３】
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