(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
時分割多重方式の光通信を行う光通信装置であって、
所定のコンテンツを複数のデータで構成し、時分割で送信される当該所定のコンテンツを構成する各データに対応する光信号の強度をそれぞれ異なる強度で出力する出力手段を備えることを特徴とする光通信装置。
【請求項２】
時分割多重方式の光通信を行う光通信装置であって、
時分割で送信される各データに対応する光信号の強度がそれぞれ異なる強度で出力される光信号を受光する受光手段と、
前記受光手段により受光された強度がそれぞれ異なる光信号を解析して、その解析結果により前記各データを取得して、当該取得したデータの全てを用いて所定のコンテンツを出力する手段と、
を備えることを特徴とする光通信装置。
【請求項３】
時分割多重方式の光通信を行う光通信方法であって、
所定のコンテンツを複数のデータで構成し、時分割で送信される当該所定のコンテンツを構成する各データに対応する光信号の強度をそれぞれ異なる強度で出力するステップを備えることを特徴とする光通信方法。
【請求項４】
時分割多重方式の光通信を行う光通信方法であって、
時分割で送信される各データに対応する光信号の強度がそれぞれ異なる強度で出力される光信号を受光する受光ステップと、
前記受光された強度がそれぞれ異なる光信号を解析して、その解析結果により前記各データを取得して、当該取得したデータの全てを用いて所定のコンテンツを出力するステップと、
を備えることを特徴とする光通信方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光通信装置、光通信方法及び光通信システムに関し、特に、可視光を用いて光通信を行うと共に、その可視光を照明光として利用する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、赤外線や可視光を用いた光通信が利用されつつある。このうち、赤外線通信においては、アイ・セイフティ（目の保護）の観点から高い電力での送信ができず、通信速度の向上に限界があるという問題等がある。一方、可視光通信においては、色が可変の発光ダイオード（ＬＥＤ：Light Emitting Diode）等の可視光素子を光源としているため、上記赤外線通信の問題を解消し、可視光素子が高速で点滅するという特性を利用してデータを送信できるという利点等がある（非特許文献１参照）。
【０００３】
このような可視光素子は、光通信としてだけでなく、照明光としても用いられる。例えば、特許文献１に記載の装置は、光３原色の赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）それぞれの光を発光する３種のＬＥＤを用いて、混色により白色光で照明する共に、各ＬＥＤに個別のデータを載せて多重色通信を行うようにしている。
【０００４】
この場合において、可視光素子の通信に用いられる光量は、照明光としての光量を十分に満たすことが求められる。例えば、特許文献２に記載の装置においては、パルス領域で発光（オン）し、フラット領域で発光しない（オフ）ようにしたパルス信号列について、そのオンオフ位置を反転させた反転パルス位置変調に基づいて、ＬＥＤを発光させることにより、パルスのオン時間を長くして、照明の光度を向上させて通信を行うようにしている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】“可視光通信とは”、[online]、可視光通信コンソーシアム、[平成１６年９月７日検索]、インターネット<http://www.vlcc.net/about.html>
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−２９０３３５号公報
【特許文献２】特開２００４−７２３６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
光源によって一定の強度で可視光信号が発光される場合、受信装置と光源との距離が近い場合は、受信装置は十分な光強度を受信することができる。このため、正確な信号を受信することができ、誤り訂正等に必要な冗長成分や再送等が少なく済み、高スループットの通信を行うことができる。しかし、光源から遠くなると強度が落ち、その他の光がノイズ成分として受信されるため、冗長成分や再送等を十分考慮しないと受信装置はデータを受信することができない。このため受信装置と光源の距離が離れるほど、スループットが低下する。
【０００８】
このような場合、光源より遠い距離にある受信装置に合わせて、冗長成分や再送を多くすると、近距離にある受信装置は、高スループットで通信ができるにもかかわらず、少ない情報しか得られない。一方、近距離の受信装置にあわせて冗長成分を少なくすると、遠距離の受信装置は、全くデータを受け取れない可能性がある。
【０００９】
本発明は、上述したような問題点を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、受信装置との距離に応じた適切な通信が可能な光通信装置、光通信方法及びそれらを含む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】
【００１０】
前記問題点に対して、本発明は、データに対応する光信号を送信する光通信装置であって、前記光信号に対して、前記データを到達させるべき距離に応じた強度に変調する強度変調手段と、前記強度変調手段により強度変調された光信号を出力する出力手段とを有する。
【００１１】
この構成により、データに対応する対応する光信号が、そのデータが到達すべき距離に応じた強度に変調されて出力されるため、受信装置まで確実にデータを到達させることが可能となる。
【００１２】
また、本発明は、前記強度変調手段が、前記光信号の強度を該光信号の波長毎に変化させる。
【００１３】
この構成により、データが到達すべき距離に応じて異なる波長の光信号が出力される。
【００１４】
また、本発明は、前記強度変調手段が、前記光信号の強度を該光信号に対応する時分割多重方式におけるタイムスロット毎に変化させる。
【００１５】
この構成により、データが到達すべき距離に応じて異なる強度の各タイムスロットに対応する光信号が出力される。
【００１６】
また、本発明は、前記出力手段が、出力すべき前記光信号の強度に応じて前記タイムスロットを可変にする。
【００１７】
この構成により、光信号の波形が崩れることが防止される。
【００１８】
同様に、本発明は、前記出力手段が、連続して出力すべき前記光信号の強度がハイレベルからローレベルに変化する際において強度差が所定値以上である場合に、前記ハイレベルの光信号を出力してから所定時間経過後に前記ローレベルの光信号を出力する。
【００１９】
同様に、本発明は、前記出力手段が、連続して出力すべき前記光信号の強度差が所定値以上である際に、出力順序を入れ替えて前記所定値未満とする。
【００２０】
また、本発明は、前記出力手段が、可視光領域の波長を有する光信号を発する。
【００２１】
また、本発明は、前記出力手段が、照明装置である。
【００２２】
また、本発明は、前記出力手段が、照明光に、前記強度変調手段により強度変調された光信号を重畳して出力する。
【００２３】
また、本発明は、前記出力手段が、ディスプレイ装置である。
【００２４】
また、本発明は、前記出力手段が、画像光に、前記強度変調手段により強度変調された光信号を重畳して出力する。
【００２５】
また、本発明は、前記データが、該データを到達させるべき距離を特定する情報が付加されており、前記強度変調手段が、前記距離を特定する情報に基づいて、前記光信号に対して、前記データを到達させるべき距離に応じた強度に変調する。
【００２６】
また、本発明は、前記出力手段が、発光ダイオードを光源として有する。
【００２７】
また、本発明は、データに対応する光信号を送信する光通信装置であって、前記データを到達させるべき距離に応じて強度が変調された光信号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信号を解析して、その解析結果により前記データを取得する解析手段とを有する。
【００２８】
この構成により、上述の光通信装置からの光信号を受光してデータを得ることができる。
【００２９】
また、本発明は、前記受光手段が、強度が波長毎に変化された光信号を受光し、前記解析手段が、前記受光手段により受光された光信号を波長毎に解析する。
【００３０】
また、本発明は、前記受光手段が、強度が時分割多重方式におけるタイムスロット毎に変化された光信号を受光し、前記解析手段が、前記受光手段により受光された光信号をタイムスロット毎に解析する。
【００３１】
また、本発明は、前記受光手段が、可視光領域の波長を有する光信号を受光する。
【００３２】
また、本発明は、前記受光手段が、データを到達させるべき距離に応じて強度が変調された光信号を重畳した照明光を受光し、前記解析手段が、前記受光手段により受光された照明光から前記光信号を抽出して解析する。
【００３３】
また、本発明は、前記受光手段が、データを到達させるべき距離に応じて強度が変調された光信号を重畳した画像光を受光し、前記解析手段が、前記受光手段により受光された画像光から前記光信号を抽出して解析する。
【００３４】
また、本発明は、前記解析手段により取得された前記データに付加される画面構成データに基づいて、前記データを利用した画像表示を行う画像表示手段を有する。
【００３５】
また、本発明は、データに対応する光信号を送信する光通信方法であって、前記光信号に対して、前記データを到達させるべき距離に応じた強度に変調する強度変調ステップと、前記強度変調ステップにより強度変調された光信号を出力する出力ステップとを有する。
【００３６】
また、本発明は、前記強度変調ステップが、前記光信号の強度を該光信号の波長毎に変化させる。
【００３７】
また、本発明は、前記強度変調ステップが、前記光信号の強度を該光信号に対応する時分割多重方式におけるタイムスロット毎に変化させる。
【００３８】
また、本発明は、前記出力ステップが、出力すべき前記光信号の強度に応じて前記タイムスロットを可変にする。
【００３９】
また、本発明は、前記出力ステップが、連続して出力すべき前記光信号の強度がハイレベルからローレベルに変化する際において強度差が所定値以上である場合に、前記ハイレベルの光信号を出力してから所定時間経過後に前記ローレベルの光信号を出力する。
【００４０】
また、本発明は、前記出力ステップが、連続して出力すべき前記光信号の強度差が所定値以上である際に、出力順序を入れ替えて前記所定値未満とする。
【００４１】
また、本発明は、前記出力ステップが、可視光領域の波長を有する光信号を発する。
【００４２】
また、本発明は、前記出力ステップが、照明光に、前記強度変調ステップにより強度変調された光信号を重畳して出力する。
【００４３】
また、本発明は、前記出力ステップが、画像光に、前記強度変調ステップにより強度変調された光信号を重畳して出力する。
【００４４】
また、本発明は、前記データが、該データを到達させるべき距離を特定する情報が付加されており、前記強度変調ステップが、前記距離を特定する情報に基づいて、前記光信号に対して、前記データを到達させるべき距離に応じた強度に変調する。
【００４５】
また、本発明は、データに対応する光信号を送信する光通信方法であって、前記データを到達させるべき距離に応じて強度が変調された光信号を受光する受光ステップと、前記受光ステップにより受光された光信号を解析して、その解析結果により前記データを取得する解析ステップとを有する。
【００４６】
また、本発明は、前記受光ステップが、強度が波長毎に変化された光信号を受光し、前記解析ステップが、前記受光ステップにより受光された光信号を波長毎に解析する。
【００４７】
また、本発明は、前記受光ステップが、強度が時分割多重方式におけるタイムスロット毎に変化された光信号を受光し、前記解析ステップが、前記受光ステップにより受光された光信号をタイムスロット毎に解析する。
【００４８】
また、本発明は、前記受光ステップが、可視光領域の波長を有する光信号を受光する。
【００４９】
また、本発明は、前記受光ステップが、データを到達させるべき距離に応じて強度が変調された光信号を重畳した照明光を受光し、前記解析ステップが、前記受光ステップにより受光された照明光から前記光信号を抽出して解析する。
【００５０】
また、本発明は、前記受光ステップが、データを到達させるべき距離に応じて強度が変調された光信号を重畳した画像光を受光し、前記解析ステップが、前記受光ステップにより受光された画像光から前記光信号を抽出して解析する。
【００５１】
また、本発明は、前記解析ステップにより取得された前記データに付加される画面構成データに基づいて、前記データを利用した画像表示を行う画像表示ステップを有する。
【発明の効果】
【００５２】
本発明によれば、データに対応する光信号が、そのデータが到達すべき距離に応じた強度に変調されて出力されるため、受信装置まで確実にデータを到達させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】光源から送信される信号の第１の例を示す図である。
【図２】反転ＰＰＭによる変調の一例を示す図である。
【図３】光源から送信される信号の第２の例を示す図である。
【図４】光源から送信される信号の第３の例を示す図である。
【図５】送信装置の第１の構成を示す図である。
【図６】データシーケンスの一例を示す図である。
【図７】光源からの距離と光強度との対応関係を示す図である。
【図８】光調整部の処理を示す図である。
【図９】受信装置の第１の構成を示す図である。
【図１０】送信装置の第２の構成を示す図である。
【図１１】受信装置の第２の構成を示す図である。
【図１２】送信装置の第３の構成を示す図である。
【図１３】送信装置を適用した情報提供システムの第１の実施例を示す図である。
【図１４】情報提供システムにおける受信端末の画面表示の一例を示す図である。
【図１５】受信端末の構成を示す図である。
【図１６】受信端末の第１の動作を示すフローチャートである。
【図１７】送信装置を適用した情報提供システムの第２の実施例を示す図である。
【図１８】受信端末の第２の動作を示すフローチャートである。
【図１９】タイムスロット調整の第１の例を示す図である。
【図２０】タイムスロット調整の第２の例を示す図である。
【図２１】タイムスロット調整における問題点を示す図である。
【図２２】タイムスロット調整の第３の例を示す図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５４】
本発明は、可視光通信の技術に関するものであり、特に距離による情報の差別化を行う技術を提案する。
【００５５】
図１に本発明に係る通信システムにおいて送信装置から送信される信号の第１の例を示す。ここでは、送信装置は、単色のＬＥＤで構成されている照明装置とする。また、信号変調手段として、図２に示すような反転ＰＰＭ（Inverted Pulse Position Modulation）の手法が用いられるものとする。
【００５６】
図１は、３段階の距離に対応した信号の例であり、送信装置が近距離には送信データ１０１を、中距離には送信データ１０２を、遠距離には送信データ１０３を送信する場合、送信データ１０１は光強度１、送信データ１０２は光強度１よりも大きい光強度２、送信データ１０３は光強度２よりも更に大きい光強度３となる。送信装置は、このようにパワー制御された信号（光）について、Time slot1では送信データ１０１、Time Slot2では送信データ１０２、Time Slot3では送信データ１０３を送信する。
【００５７】
その後、送信装置は、光強度を１、２、３と周期的に変化させて時分割を施す。図１の塗り潰し部分は発光ＯＮ、隙間部分は発光ＯＦＦに対応し、反転ＰＰＭの手法が実現されている。これにより、一定の光強度では、実現できなかった距離による情報の差別化が可能となる。
【００５８】
また、単色光の場合、強度の異なる光が同時に発光されると、弱い（暗い）光は、強い（明るい）光に埋もれてしまい、弱い光に付加した信号が判別できない可能性がある。このため、送信装置は、発光する光強度に応じた時分割を施し、弱い信号が埋もれないようにする。
【００５９】
更に、タイムスロットを以下に示すように十分小さくとることにより、ちらつきを低減し、照明としての機能を低下させることなく発光させることができる。ＬＥＤの応答時間は最も長くなる緑色系のＬＥＤでも３μｓ程度である。また、受光素子として考えられるフォトトランジスタの応答速度は２〜４μｓ程度である。すなわち、光の強度がハイレベルからローレベルへあるいはその逆にローレベルからハイレベルへ切り替わる際のトータルの応答時間は１０μｓ程度である。この程度の時間であれば、人の視覚では光の点滅を感じることができない。このため、タイムスロットを１０μｓ程度に設定することにより、照明として機能を損なうことなく通信を行うことが可能である。また、最小の光強度にオフセット成分を持たせる手段を用いても、ちらつきを低減することができる。
【００６０】
また、送信データ１０１を受信することができる位置にある受信装置は、送信データ１０１、１０２、１０３のすべてを、送信データ１０２を受信することができる位置にある受信装置は、送信データ１０２、１０３を、送信データ１０３を受信することができる位置にある受信装置は、送信データ１０３のみを、それぞれ受信することが可能となる。これにより、送信装置から遠い受信装置は、少しの情報しか得ることができないが、送信装置に近い受信装置は、より多くの情報を得ることが可能である。
【００６１】
図３に本発明に係る通信システムにおいて送信装置から送信される信号の第２の例を示す。ここでは、送信装置は、３色のＬＥＤ、例えば赤（Ｒ）、青（Ｂ）、緑（Ｇ）の光を発する照明装置である。また、信号変調手段として、反転ＰＰＭの手法が用いられるものとする。
【００６２】
図３は、３段階の距離に対応した信号の例であり、送信装置が近距離には送信データ１０４を、中距離には送信データ１０５を、遠距離には送信データ１０６を送信する場合、ＲＢＧ３色のＬＥＤは、青色ＬＥＤが送信データ１０４を、赤色ＬＥＤが送信データ１０５を、緑色ＬＥＤが送信データ１０６を、それぞれ送信する。送信データ１０４は、青色の光にＰＰＭ変調が施され、光強度１で発光される。また、送信データ１０５は、赤色の光にＰＰＭ変調が施され、光強度２で発光され、送信データ１０６は、緑色の光にＰＰＭ変調が施され、光強度３で発光される。図３の塗り潰し部分は発光ＯＮ、隙間部分は発光ＯＦＦに対応し、反転ＰＰＭの手法が実現されている。これにより、一定の光強度では、実現できなかった距離による情報の差別化が可能となる。
【００６３】
図４に本発明に係る通信システムにおいて送信装置から送信される信号の第３の例を示す。ここでは、送信装置は、３色のＬＥＤ、例えば赤（Ｒ）、青（Ｂ）、緑（Ｇ）の光を発する照明装置である。また、信号変調手段として、反転ＰＰＭの手法が用いられるものとする。
【００６４】
図４は、３段階の距離に対応した信号の例であり、送信装置が近距離には送信データ１０７、１１０、１１３を、中距離には送信データ１０８、１１１、１１４を、遠距離には送信データ１０９、１１２、１１５を送信する場合、近距離への送信データ１０７は青色ＬＥＤ、送信データ１１０は赤色ＬＥＤ、送信データ１１３は緑色ＬＥＤによって送信されるものであり、それぞれＰＰＭ変調が施され、光強度１で発光される。また、中距離への送信データ１０８は青色ＬＥＤ、送信データ１１１は赤色ＬＥＤ、送信データ１１４は緑色ＬＥＤによって送信されるものであり、それぞれＰＰＭ変調が施され、光強度２で発光され、長距離への送信データ１０９は青色ＬＥＤ、送信データ１１２は赤色ＬＥＤ、送信データ１１５は緑色ＬＥＤによって送信されるものであり、それぞれＰＰＭ変調が施され、光強度３で発光される。図４の塗り潰し部分は発光ＯＮ、隙間部分は発光ＯＦＦに対応し、反転ＰＰＭの手法が実現されている。これにより、一定の光強度では、実現できなかった距離による情報の差別化が可能となる。
【００６５】
また、同じ波長（同色）の光の場合、強度の異なる光が同時に発光された場合、弱い（暗い）光は、強い（明るい）光に埋もれてしまい、弱い光に付加した信号が判別できない可能性がある。このため、送信装置は、発光する光強度に応じた時分割を施し、弱い信号が埋もれないようにする。
【００６６】
また、短距離、中距離、長距離への送信のそれぞれに際し、３色のＬＥＤによってそれぞれの色に別のデータが割り当てられることにより、単色光で通信を行う場合より多くのデータを送信することが可能となる。
【００６７】
更には、図３の例では、距離により到達する光の波長が異なるため、距離により色味が異なる可能性があるが、図４の例では、各距離に３色の光が到達するため、すべての距離で光の色味を同じにすることが可能となる。
【００６８】
図５に本発明の送信装置の構成図を示す。送信装置は、単色のＬＥＤで構成されている照明装置である。また、信号変調手段として、反転ＰＰＭの手法が用いられ、図１に示す信号が送信される。
【００６９】
送信装置は、クロック部２０１、記憶部２０２、送信制御部２０３、信号時分割部２０４、ＰＰＭ変調部２０５、パルス反転部２０６、増幅部２０７、光電変換部２０８、光フィルタ２０９、光学調整部２１０、照明発光部２１１及び照明制御部２１２からなる。
【００７０】
データシーケンスには、ヘッダ情報、近距離への送信データ（近距離用データ）、中距離への送信データ（中距離用データ）、遠距離への送信データ（遠距離用データ）等の各種データが含まれている。
【００７１】
クロック部２０１は、同期を取ることが必要な構成要素間のタイミングを合わせるためのクロックを送信制御部２０３に供給する。送信制御部２０３は、記憶部２０２、信号時分割分離部２０４、増幅部２０７を制御し、送信される信号の制御を行う。また、送信制御部２０３は、照明制御部２１２にも接続されており、信号の強度に応じて照明光の強度の調整を実施することができる。
【００７２】
記憶部２０２は、図示していない主記憶装置より送られてきた「０」、「１」のデータ列であるデータシーケンスを一時保存する。信号時分割分離部２０４は、近距離用、中距離用、遠距離用の各データ毎にタイムスロットの割り当てを行う。ＰＰＭ変調部２０５は、データシーケンスを、ＯＮ／ＯＦＦのパルスに変換して、ＰＰＭ変調を行う。パルス反転部２０６は、ＰＰＭ変調部２０５で変調されたＰＰＭ信号のＯＮ／ＯＦＦを反転させ反転ＰＰＭ信号を生成する。
【００７３】
増幅部２０７は、反転ＰＰＭ信号を増幅し、通信に耐えうる信号とする。光電変換部２０８は、増幅器２０７の出力信号（電気信号）を光信号に変換する。光フィルタ２０９は、この光信号から余分な周波数成分を除去し、所望の発光色に対応する周波数成分を取り出す。光学調整部２１０は、反射鏡やレンズ、光の指向性を制御する照明用の傘等の光学系から構成され、光フィルタ２０９からの光信号（可視光）を照射する。照明発光部２１１は、ＬＥＤ等で構成された発光手段と、光学調整部２１０が照射する可視光をユーザが照明として所望している光強度とすべく、オフセットを乗せる手段とを有し、発光を行う。これにより、光学調整部２１０は、光フィルタ２０９からの光信号の強度にオフセットを加えた強度の可視光（照明光）を照射することになる。
【００７４】
以下、図５の送信装置における送信手順を示す。送信対象のデータは、図示していない主記憶部に格納されている。図示していないＣＰＵは、この送信対象のデータに対して、送信したい距離に応じて、図６に示すように、送信データ３０２にはデータ識別フラグ３０１、送信データ３０４にはデータ識別フラグ３０３、送信データ３０６にはデータ識別フラグ３０５を付加してデータシーケンスを作成し、記憶部２０２に送る。これらデータ識別フラグ３０１、３０３、３０５により送信対象のデータを送信すべき距離の判別が可能となる。
【００７５】
送信制御部２０３は、記憶部２０２に保存されている送信対象のデータについて、その送信対象のデータに付加されたデータ識別フラグに基づいて、図１に示すように時分割処理を行い、同期を取る為のプリアンブル等のパケットヘッダをそれぞれの送信データに付加する。ＰＰＭ変調部２０５は、このヘッダが付加された送信データについてＰＰＭ変調を行い、更にパルス反転部２０６は、反転ＰＰＭ信号を生成する。
【００７６】
送信制御部２０３は、タイムスロット毎に、近距離用データは光強度１、中距離用データは光強度２、遠距離用データは光強度３の光となるように、増幅部２０７に対して電圧増幅の指示を行う。これにより、可視光信号を受信可能な距離の差別化を行うことができる。
【００７７】
図７に示すように、光は距離の２乗に反比例して減衰していく。このため、送信装置（光源）からの距離ｄで光強度ａを得ようとした場合、光源の光強度はａ×ｄ＾２／ｂ(ｂはある波長の光の減衰係数)となる。光強度は、この式に基づいて決定される。
【００７８】
照明制御部２１２は、照明光全体の光強度を照明として使用する光強度にするために必要な電圧を決め、照明発光部２１１に指示を出す。具体的には図８に示す。ユーザが必要としている光強度を得るためには、破線で示した電圧（平均）をＬＥＤに印加する必要があるとする。しかし、送信データを増幅しただけの出力３０７では十分でない。この場合、照明発光部２１１は、ＯＮ部分にオフセット３０８を乗せ、平均の電圧が必要な電圧になるようにする。なお、図８では、ＯＮの部分にのみオフセットを乗せたが、ＯＦＦの部分にも同じ電圧のオフセットを乗せてもよい。
【００７９】
照明発光部２１１は、照明制御部２１２に指示された電圧により、発光を行う。この際、光学調整部２１０の光学系によって発光する光に指向性を持たせてもよい。また、オフセットを乗せる操作は、増幅部２０７において行われてもよい。光学調整部２１０は、光フィルタ２０９からの光信号の強度にオフセットを加えた強度の照明光を照射する。以上の手順により、図１に示す可視光信号を生成することが可能となる。
【００８０】
図９に本発明の受信装置の構成図を示す。図９の受信装置は、光学調整部４０１、光電変換部４０２、増幅部４０３、パルス反転部４０４、ＰＰＭ復調部４０５、クロック同期部４０６、時分割信号復調部４０７、記憶部４０８及び受信制御部４０９からなる。
【００８１】
光学調整部４０１は、鏡やレンズ等の光学系と、光フィルタ等から構成されており、送信データに対応する光信号のみを抽出する。光電変換部４０２は、フォトダイオード、ＣＣＤカメラ等に代表される受光素子等で構成されており、光信号を電気信号に変換する。増幅部４０３は、光電変換部４０２で変換された電気信号を復調可能なレベルに増幅する。パルス反転部４０４は、増幅後の信号（反転ＰＰＭ信号）のＯＮ／ＯＦＦの反転を行いＰＰＭ信号に戻す。ＰＰＭ復調部４０５は、このＰＰＭ信号を「０」、「１」のデータ列であるデータシーケンスに復調する。受信制御部４０９は、クロック同期部４０６、時分割信号復調部４０７、記憶部４０８の制御を行う。クロック同期部４０６は、クロック発生部を内蔵しており、復調されたデータの同期を取る。時分割信号復調部４０７は、時分割多重されて送られてきたデータの復調を行う。記憶部４０８は、データを一時保持する。なお、光電変換部４０２と増幅部４０３は、フォトトランジスタで代表されるように一体となったものでもよい。
【００８２】
以下、図９の受信装置における受信手順を示す。光学調整部４０１において受光された光は、内蔵される光フィルタによってフィルタリングされ、必要な周波数の光のみが取り込まれる。取り込まれた光は、光電変換部４０２において電気信号に変換され、増幅部４０３において増幅される。パルス反転部４０４、ＰＰＭ復調部４０５は、増幅された信号
（反転ＰＰＭ信号）を反転してＰＰＭ信号とし、更に、「０」、「１」のデータ列であるデータシーケンスに復調する。その後、時分割信号復調部４０７は、データシーケンスをヘッダ毎に分割し、送信対象のデータを生成する。
【００８３】
図１０に本発明の送信装置の他の構成の例を示す。図１０の送信装置は、３色のＬＥＤ（赤色ＬＥＤ、青色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ）で構成される照明装置である。この送信装置は、記憶部２０２、信号分離部２１３、ＰＰＭ変調部２１４、２１５、２１６、パルス反転部２１７、２１８、２１９、増幅部２２０、２２１、２２２、光電変換部２２３、２２４、２２５、光フィルタ２２６、２２７、２２８、光学調整部２１０、照明発光部２１１、照明制御部２１２、送信制御部２０３、クロック部２０１からなる。
【００８４】
クロック部２０１は、同期を取ることが必要な構成要素間のタイミングを合わせるためのクロックを送信制御部２０３に供給する。送信制御部２０３は、記憶部２０２、信号分離部２１３、増幅部２２０、２２１、２２２を制御し、送信される信号の制御を行う。また、送信制御部２０３は、照明制御部２１２にも接続されており、信号の強度に応じて照明光の強度の調整を実施することができる。
【００８５】
記憶部２０２は、図示していない主記憶装置より送られてきた「０」、「１」のデータ列であるデータシーケンスを一時保存する。信号分離部２１３は、データシーケンスを近距離用、中距離用、遠距離用のデータ毎に分割し、それぞれの距離に応じたパスに信号を送出する。
【００８６】
ＰＰＭ変調部、パルス反転部、増幅部、光電変換部、光フィルタは、それぞれ赤色、青色、緑色のそれぞれに１つ、すなわち３つずつ備えられている。ＰＰＭ変調部２１４、２１５、２１６は、入力データを、ＯＮ／ＯＦＦのパルスからなるＰＰＭ信号に変換する。パルス反転部２１７、２１８、２１９は、前段のＰＰＭ変調部２１４、２１５、２１６の変調によって得られたＰＰＭ信号のＯＮ／ＯＦＦを反転させ、反転ＰＰＭ信号を生成する。増幅部２２０、２２１、２２２は、反転ＰＰＭ信号を増幅し、通信に耐えうる信号とする。光フィルタ２２６、２２７、２２８は、増幅後の信号から余分な周波数成分を除去し、所望の発光色に対応する周波数成分を取り出す。光学調整部２１０は、反射鏡やレンズ、照明用の指向性を制御する傘等の光学系から構成され、光フィルタ２２６、２２７、２２８からの光信号（可視光）を照射する。照明発光部２１１は、ＬＥＤ等で構成された発光手段と、光学調整部２１０が照射する可視光をユーザが照明として所望している光強度とすべく、オフセットを乗せる手段とを有し、発光を行う。これにより、光学調整部２１０は、光フィルタ２０９からの光信号の強度にオフセットを加えた強度の可視光（照明光）を照射することになる。
【００８７】
以下、図３に示す信号を送信する場合の図１０の送信装置における送信手順を示す。送信対象のデータは、図示していない主記憶部に格納されており、図示していないＣＰＵは、この送信対象のデータに対して、送信したい距離に応じて、図６に示すようにデータ識別フラグ３０１、３０３、３０５を付加してデータシーケンスを作成し、記憶部２０２に送る。データシーケンスには、ヘッダ情報、近距離用データ、中距離用データ、遠距離用データ等の各種データが含まれている。
【００８８】
信号分離部２１３は、データ識別フラグにより、送信すべき信号の振り分けを行う。ここでは、近距離用データはパスＢへ、中距離用データはパスＲへ、遠距離用データはパスＧへ振り分けられる。また、信号分離部２１３は、振り分けの際、同期を取る為のプリアンブル等のパケットヘッダをそれぞれの送信データに付加する。ＰＰＭ変調部２１４、２１５、２１６は、このヘッダが付加された送信データについてＰＰＭ変調を行い、更にパルス反転部２１７、２１８、２１９は、反転ＰＰＭ信号を生成する。
【００８９】
送信制御部２０３は、パスＢの近距離用データは光強度１、パスＲの中距離用データは光強度２、パスＧの遠距離用データは光強度３の光となるように、増幅部２２０、２２１、２２２に対して電圧増幅の指示を行う。これにより、可視光信号を受信可能な距離の差別化を行うことができる。
【００９０】
また、図４に示す信号を送信する場合には、送信装置は、図１０における信号分離部２１３に代えて時分割信号分離部を備え、時分割多重を行うことで実現可能である。この場合、送信時には、光学調整部２１０は、３色の光の同期を取る。これにより、送信装置からの距離によらずに、色味を一定にし、強度調整の手順を簡便にすることができる。
【００９１】
図１１に本発明の受信装置の他の構成の例を示す。図１１の受信装置は、光学調整部４０１、光波長分割部４１０、光電変換部４１１、４１２、４１３、増幅部４１４、４１５、４１６、パルス反転部４１７、４１８、４１９、ＰＰＭ復調部４２０、４２１、４２２、クロック同期部４０６、時分割信号復調部４０７、記憶部４０８及び受信制御部４０９からなる。
【００９２】
光学調整部４０１は、鏡やレンズ等の光学系と、光フィルタ等から構成されている。光波長分割部４１０は、光フィルタから構成されており、複数の波長を有する光を単一の周波数の光に分光する。光電変換部４１１、４１２、４１３は、フォトダイオード、ＣＣＤカメラ等に代表される受光素子等で構成されており、光信号を電気信号に変換する。増幅部４１４、４１５、４１６は、光電変換部４１１、４１２、４１３で変換された電気信号を復調可能なレベルに増幅する。パルス反転部４１７、４１８、４１９は、増幅後の信号（反転ＰＰＭ信号）のＯＮ／ＯＦＦの反転を行いＰＰＭ信号に戻す。ＰＰＭ復調部４２０、４２１、４２２は、このＰＰＭ信号を「０」、「１」のデータ列であるデータシーケンスに復調する。受信制御部４０９は、クロック同期部４０６、時分割信号復調部４０７、記憶部４０８の制御を行う。クロック同期部４０６は、クロック発生部を内蔵しており、復調されたデータの同期を取る。時分割信号復調部４０７は、時分割多重されて送られてきたデータの復調を行う。記憶部４０８は、データを一時保持する。
【００９３】
以下、図１１の受信装置における受信手順を示す。なお、送信装置からは、赤色、青色、緑色の３色の光が送出されるものとする、光学調整部４０１によって受光された光は、光波長分割部４１０の光フィルタでフィルタリングされ、赤色、青色、緑色の周波数の光のみが取り込まれ、赤色の光はパスＲへ、青色の光はパスＢへ、緑色の光はパスＧへ分配される。これらの光は、光電変換部４１１、４１２、４１３において電気信号に変換され、増幅部４１４、４１５、４１６において増幅される。パルス反転部４１７、４１８、４１９、ＰＰＭ復調部４２０、４２１、４２２は、増幅された信号（反転ＰＰＭ信号）を反転してＰＰＭ信号とし、更に、「０」、「１」のデータ列であるデータシーケンスに復調する。その後、時分割信号復調部４０７は、データシーケンスをヘッダ毎に分割し、送信対象のデータを生成する。
【００９４】
なお、図１１の受信装置は、多色のＬＥＤを含む照明装置からの光を受信する場合のみならず、ＬＥＤディスプレイ、液晶等からの光を受信する場合にも適用することができる。
【００９５】
また、送信装置は、図１０に示す多色の照明装置における増幅部２２０、２２１、２２２、光電変換部２２３、２２４、２２５、光フィルタ２２６、２２７、２２８、光学調整部２１０、照明発光部２１１、照明制御部２１２を、図１２に示すように、ＬＥＤディスプレイ表示用演算部２３２、ＬＥＤディスプレイ制御部２３３、ＬＥＤディスプレイ駆動部２３５、ＬＥＤディスプレイ表示用記憶部２３４からなるＬＥＤディスプレイ通信送信器折衝ユニット２３１とＬＥＤディスプレイ２３６で構成されたＬＥＤディスプレイやＬＥＤ液晶等であってもよい。
【００９６】
図１３に本発明の送信装置を適用した情報提供システムの第１の実施例を示す。図１３では、送信装置は、単一の光源のみを有するものとする。送信装置としては、ＬＥＤディスプレイのようなものが用いられ、送信装置の光学調整部は、凸型レンズにより広範囲に光を放出するものとする。図１３では、送信装置から距離によって３種類のデータが送信される。送信されるデータとしては、図１４に示すように、遠距離用データは見出しのデータのみ（図１４（１））、中距離用データは詳細な説明のデータ（図１４（２））、近距離用のデータは図画データ等を含むデータ（図１４（３））というように、距離に応じて内容が異ならせることが可能である。なお、遠距離用データのヘッダ部分には、取得したデータの度合いによる画面構成の情報および、音声出力方法を含ませるようにすることができる。
【００９７】
図１５に情報提供システムにおける受信端末の構成図を示す。可視光受信部５０１は、図９又は図１１に示す受信装置であり、可視光信号の受信、復調を行う。ＤＳＰ（Digital Signal Processor）５０２は、可視光受信部５０１において復調されたデータの処理を行う。Ｄ／Ａ（Digital/Analog）変換部５０４は、ＤＳＰ５０２によって出力されるデジタル音声信号等をアナログ音声信号に変換して、スピーカ等の音声出力部５１３に供給する。Ａ／Ｄ（Analog/Digital）変換部５０３は、マイクロホン等の音声入力部５０５から入力されるアナログ音声信号をデジタル音声信号に変換してＤＳＰ５０２に供給する。キー操作部５０６は、例えばテンキーやオンフックキー、オフフックキー、電源ボタン、機能選択キー（ファンクションキー）等を有し、ユーザによるダイアル入力の他、各種のキー入力の取込処理を行う。画面表示部５０７は、例えば液晶ディスプレイや液晶タッチパネル等からなり、通信に関する各種表示の他、各種画像やメッセージ等の表示やメニュー画面などの表示を行う。
【００９８】
図１６に図１５の受信端末の動作のフローチャートを示す。受信端末がデータ受信のための初期設定を行った後（Ｓ１０１）、可視光受信部５０１は、可視光信号の受信、復調を行い、データシーケンスの生成を行う（Ｓ１０２）。ＣＰＵ５０８は、可視光受信部５０１により復調されたデータシーケンスに含まれるデータ識別フラグを特定する（Ｓ１０３）。
【００９９】
次に、ＣＰＵ５０８は、特定したデータ識別フラグに基づいて、データシーケンスに遠距離用データである送信データ３が含まれているか否かを判定する（Ｓ１０４）。送信データ３が含まれていなかった場合には、受信端末は、データ受信状態に戻る。一方、送信データ３が含まれていた場合には、ＣＰＵ５０８は、この送信データ３を解析し、結果をバッファメモリ５１２に格納する（Ｓ１０５）。
【０１００】
次に、ＣＰＵ５０８は、特定したデータ識別フラグに基づいて、データシーケンスに中距離用データである送信データ２が含まれているか否かを判定する（Ｓ１０６）。送信データ２が含まれていなかった場合には、ＣＰＵ５０８は、画像処理プロセッサ５１１に画像構築・表示の指示を出す。画像処理プロセッサ５１１は、この指示に従って、送信データ３に含まれている画面構成データに基づき、送信データ３のみによって図１４（１）に示すような画像の構築及び表示を行う。また、ＣＰＵ５０８は、ＤＳＰ５０２に音声出力の指示を出す。ＤＳＰ５０２は、この指示に従って、送信データ３に含まれている音声出力方法データに基づき、音声出力処理を行う（Ｓ１１０）。一方、データシーケンスに送信データ２が含まれていた場合には、ＣＰＵ５０８は、この送信データ２を解析し、結果をバッファメモリ５１２に格納する（Ｓ１０７）。
【０１０１】
次に、ＣＰＵ５０８は、特定したデータ識別フラグに基づいて、データシーケンスに近距離用データである送信データ１が含まれているか否かを判定する（Ｓ１０８）。送信データ１が含まれていなかった場合には、ＣＰＵ５０８は、画像処理プロセッサ５１１に画像構築・表示の指示を出す。画像処理プロセッサ５１１は、この指示に従って、送信データ３に含まれている画面構成データに基づき、送信データ３と送信データ２とによって図１４（２）に示すような画像の構築及び表示を行う。また、ＣＰＵ５０８は、ＤＳＰ５０２に音声出力の指示を出す。ＤＳＰ５０２は、この指示に従って、送信データ３に含まれている音声出力方法データに基づき、音声出力処理を行う（Ｓ１１０）。
【０１０２】
一方、データシーケンスに送信データ１が含まれていた場合には、ＣＰＵ５０８は、この送信データ１を解析し、結果をバッファメモリ５１２に格納する（Ｓ１０９）。更に、ＣＰＵ５０８は、画像処理プロセッサ５１１に画像構築・表示の指示を出す。画像処理プロセッサ５１１は、この指示に従って、送信データ３に含まれている画面構成データに基づき、送信データ３、送信データ２及び送信データ１とによって図１４（３）に示すような画像の構築及び表示を行う。また、ＣＰＵ５０８は、ＤＳＰ５０２に音声出力の指示を出す。ＤＳＰ５０２は、この指示に従って、送信データ３に含まれている音声出力方法データに基づき、音声出力処理を行う（Ｓ１１０）。
【０１０３】
図１７に本発明の送信装置を適用した情報提供システムの第２の実施例を示す。図１７では、ＬＥＤディスプレイである２つの送信装置である光源５５０及び５６０が存在し、受信端末がこれら２つの送信装置５５０及び５６０の前を通過する。この場合における受信端末の受信動作を図１８のフローチャートに示す。
【０１０４】
受信端末は、図１７のＡ地点で光源５５０が送信している送信データ１−３を既に受信状態である。この場合、受信端末は、送信データ１−２の受信状況を監視し（Ｓ２０１）、図１７のＢ地点において受信できた場合、タイマ５１０により計時を開始する（Ｓ２０２）。更に、受信端末は、送信データ１−１の受信状況を監視する（Ｓ２０３）。送信データ１−１を受信しておらず（Ｓ２０３で否定判断）、且つ、送信データ１−２も受信できなくなった場合（Ｓ２０４で否定判断）、受信端末は、光源５５０から離れた、すなわち、受信端末のユーザが光源５５０の発信している情報に興味がないと判断し、計時を終了し、送信データ１−２を破棄する（Ｓ２０５）。
【０１０５】
一方、図１７のＣ地点において送信データ１−１を受信することができた場合（Ｓ２０３で肯定判断）、受信端末は、送信データ１−２を受信していた時間αをバッファメモリ５１２に格納する（Ｓ２０６）。その後、受信装置が図１７のＤ地点を通過し、送信データ１−１を受信できなくなった場合（Ｓ２０７で否定判断）、送信データ１−１を受信していた時間βをバッファメモリ５１２に格納する（Ｓ２０８）。
【０１０６】
次に、受信端末は、送信データ１−１を受信していた時間βの１／２と送信データ１−２を受信していた時間αとを比較し（Ｓ２０９）、時間βの１／２が時間α以上であった場合には、受信端末のユーザが光源５５０の発信している情報に興味があったと判断し、光源５５０からの各送信データを保持する（Ｓ２１０）。一方、時間βの１／２が時間α未満であった場合には、受信端末は、当該受信端末のユーザが光源５５０の発信している情報に興味がないと判断し、光源５５０からの各送信データを破棄する（Ｓ２１１）。
【０１０７】
更に、受信端末は、次の光源である光源５６０の受信状態が送信している送信データ２−３の受信状況を監視し（Ｓ２１２）、図１７のＥ地点において受信できた場合、受信端末のユーザが光源５５０の発信している情報に興味がなくなったと判断し、光源５５０からの各送信データを破棄する（Ｓ２１４）。一方、送信データ２−３が受信できていない場合には、受信端末は、Ｓ２１３において電源ＯＦＦとなるまで、あるいは、光通信のアプリケーションが終了するまで、送信データ２−３の受信状況の監視を継続する。以上の方法により、受信端末は、ユーザに当該ユーザが望まない不要な情報を保持しないことが可能となる。
【０１０８】
図１９にタイムスロット調整の一例を示す。可視光通信における受信装置の性能が向上すると、更に高速なＯＮ／ＯＦＦ変調がなされることが予測される。この場合、送信装置が図１及び図４のような信号を生成する場合、送信データ１０１、１０７、１１０、１１３等の信号のハイ（High）レベルからロー（Low）レベルへの応答時間を基準としたタイムスロットを設定すると、例えば送信データ１０３、１０９、１１２、１１５の信号のHighレベルからLowレベルに光強度を落としたとき、信号の残像等の影響により、受信装置において、受信している光の強度が十分に低下せず、信号の誤認識をしてしまう可能性がある。
【０１０９】
このような問題の対策として、送信装置は、例えば送信データ１０３、１０９、１１２、１１５のHighレベルからLowレベルへの応答時間を基準とした図１９のようなタイムスロットを設定する。更に、送信装置は、図２０に示すように、各送信データのHighレベルからLowレベルへの応答時間を基準としたタイムスロットを各送信データに設定するという方法をとってもよい。この場合、図１９に示したタイムスロットを一定にとる方法より、高速な情報伝達を行うことができる。しかし、図２１に示すように、送信装置が送信データ３を送信した直後に送信データ１の送信を行うと、送信データ１のHighレベルまで光度が低下できず、信号波形が崩れてしまう可能性がある。そこで、送信装置は、送信データ３を送信した直後には、余剰スロットとして、送信データ３の１ビット分の猶予を持たせる、あるいは、図２２に示すように、送信するデータの順序を送信データ１、２、３、３、２、１、１、２、・・・というように順序を入れ替えて送信を行う。これにより、単位時間あたりの各送信データに対するタイムスロットの数は同じになり、前記問題点も改善される。以上の方法により、送信装置は、高速なＯＮ／ＯＦＦ制御にも対応可能な信号を生成することができる。
【０１１０】
以上、本発明によれば、送信装置における光強度を変換させることにより、光源からの距離による情報の差別化が可能となる。更に、各信号の受信時間を計測することにより、受信端末に不要なデータを保存させないことが可能となる。また、高速な通信が行われる場合に、タイムスロットの幅を十分にとる、信号の強度毎にタイムスロット幅を可変させる、信号の送信順序を変えることにより、信号波形が崩れてしまうことを防止することが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【０１１１】
以上、説明したように、本発明に係る光通信装置及び光通信方法は、送信装置及び通信システムは、受信装置との距離に応じた適切な通信が可能であり、光通信装置及び光通信方法として有用である。
【符号の説明】
【０１１２】
１０１，１０２，１０３，１０４，１０５，１０６，１０７，１０８，１０９，１１０，１１１，１１２，１１３，１１４，１１５，３０２，３０４，３０６  送信データ、２０１  クロック部、２０２，４０８  記憶部、２０３  送信制御部、２０４  信号時分割部、２０５，２１４，２１５，２１６  ＰＰＭ変調部、２０６，２１７，２１８，２１９，４０４，４１７，４１８，４１９  パルス反転部、２０７，２２０，２２１，２２２，４０３，４１４，４１５，４１６  増幅部、２０８，２２３，２２４，２２５，４０２，４１１，４１２，４１３  光電変換部、２０９，２２６，２２７，２２８  光フィルタ、２１０，４０１  光学調整部、２１１，２２９  照明発光部、２１２  照明制御部、２１３  信号分離部、２３１  ＬＥＤディスプレイ通信送信器折衝ユニット、２３２  ＬＥＤディスプレイ表示用演算部、２３３  ＬＥＤディスプレイ制御部、２３４  ＬＥＤディスプレイ表示用記憶部、２３５  ＬＥＤディスプレイ駆動部、２３６  ＬＥＤディスプレイ、３０１，３０３，３０５  データ識別フラグ、３０７  増幅部出力、３０８  オフセット電圧、４０５，４２０，４２１，４２２  ＰＰＭ復調部、４０６  クロック同期部、４０７  時分割信号復調部、４０９  受信制御部、４１０  光波長分割部、５０１  可視光受光部、５０２  ＤＳＰ部、５０３  Ａ／Ｄ変換部、５０４  Ｄ／Ａ変換部、５０５  音声入力部、５０６  キー操作部、５０７  画面表示部、５０８  ＣＰＵ、５０９  メモリ、５１０  タイマ、５１１  画像処理プロセッサ、５１２  バッファメモリ、５１３  音声出力部、５５０，５６０  光源。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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