(57)【要約】【課題】従来必要とされてきた波長に対応した光を透過させるフィルタが不要であり、波長分解機構部の能力向上が容易な照明光受信装置及び照明光通信システムを実現する。【解決手段】照明光受信装置１００（又は２００）は、３原色の波長に割り当てられた光信号データを含む照明光４を３原色の波長ごとに分解する波長分解機構１６０（又は１７０）と、分解した３原色の波長ごとに単独で照射され、光信号データを電気信号に変換して取り出す受光部３ａ・３ｂ・３ｃと、を備え、波長分解機構１６０（又は１７０）は、プリズム２、あるいは回折格子９を含んでおり、受光部３ａ・３ｂ・３ｃは、フォトダイオードアレイである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
３原色の波長に割り当てられた光信号データを含む可視光を前記３原色に係る波長ごとに分解する波長分解機構と、分解した前記３原色の波長ごとに単独で照射され、上記光信号データを電気信号に変換して取り出す受光部と、を備えることを特徴とする照明光受信装置。
【請求項２】
前記波長分解機構は、プリズムを含むことを特徴とする請求項１に記載の照明光受信装置。
【請求項３】
前記波長分解機構は、回折格子と、回折格子に入射する光を平行光にするレンズと、を含むことを特徴とする請求項１に記載の照明光受信装置。
【請求項４】
前記受光部は、フォトダイオードアレイであることを特徴とする請求項１に記載の照明光受信装置。
【請求項５】
前記照明光受信装置が、請求項１ないし４の何れかに記載の照明光受信装置であることを特徴とする照明光通信システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、照明光を利用して信号を伝達する照明光受信装置及び照明光通信システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の照明光通信システムについて、図３に基づいて説明すると以下の通りである。
【０００３】
すなわち、図３は、従来の照明光通信システムを示す。従来の照明光通信システムは、変調器１１０、照明光送信装置１２０、照明光受信装置１３０、および復調器１５０を備える。照明光受信装置１３０は、それぞれ赤フィルタ１３０ａ、緑フィルタ１３０ｂ、青フィルタ１３０ｃ、および各フィルタを介して受光する受光素子１４０ａ、１４０ｂ、１４０ｃを有する。赤フィルタ１３０ａ、緑フィルタ１３０ｂ、青フィルタ１３０ｃは、それぞれ、照明光の波長成分を選択的に透過させる構造を備えている。受光素子１４０ａ、１４０ｂ、１４０ｃは、それぞれ赤フィルタ１３０ａ、緑フィルタ１３０ｂ、青フィルタ１３０ｃを介して受光した赤い光、緑の光、青い光を電気信号に変換する。復調器１５０は、赤い光、緑の光、青い光に対応する、異なるレートで変調された電気信号を入力して、それぞれ復調して元のデータに変換して出力する。
【０００４】
このように構成された従来の照明光通信システムの動作を説明する。
【０００５】
送信する元データが変調器１１０に入力される。次に、変調器１１０は、照明光送信装置１２０内に設けられた図示しない赤ＬＥＤ、緑ＬＥＤ、青ＬＥＤの発光電力に応じた多重数となるように入力された直列データを並列の３つのデータに分配し、その分配した並列データを各ＬＥＤに割り当て、それぞれの多重数に応じたレートで出力する。
【０００６】
変調器１１０を用いて照明光送信装置１２０に入力されたデータは、照明光にデータを乗せるために、照明光送信装置１２０より照明光と同時に発信され、照明光受信装置１３０に照射される。照明光受信装置１３０は、照明光の波長成分を選択的に透過させる赤フィルタ１３０ａ、緑フィルタ１３０ｂ、青フィルタ１３０ｃを備えた構造となっており、照明光に混在して発信された光信号データを各フィルタ１３０ａないし１３０ｃを介して波長毎に受信し、それを受光素子１４０ａ、１４０ｂ、１４０ｃによって電気信号に変換する。復調器１５０は、赤い光、緑の光、青い光に対応する、異なるレートで変調されている電気信号を並列に入力し、それぞれ復調して元の直列データに変換して出力する。
【０００７】
特許文献１は、図３に示す構成を備えた照明光通信システムを用いて、異なる波長によって送信されたデータにそれぞれ役割を持たせている。より具体的には、高帯域な伝送が必要なリアルタイム画像情報などを緑色ＬＥＤで送信し、それほどの帯域を必要としないデータを赤色ＬＥＤで送信する。受信側においては光フィルタを用いて色ごとに波長を分解し、それぞれのデータに応じた処理を行っている。つまり、３原色それぞれの通信品質が異なることを利用して、データの重要度に応じて送信に使用する波長を変え、異なる伝送速度要求に応じたデータ伝送を可能としている。一方で、たとえば音声とコンピュータ用データなど要求される通信品質が異なる場合に、それらのデータ種別に応じて異なる品質でデータを多重することも可能にしている。
【０００８】
特許文献２は、照明装置の制御を行う照明制御装置が、配信情報の内容と照明装置の位置に応じて、情報配信の要否、および付加情報の要否を判定して照明装置の制御を行い、その制御によって携帯電話通信可能エリア外に設置された照明装置が可視光を出射し、携帯電話通信可能エリア外にある携帯通信端末がその可視光を受信することにより、緊急／警告情報の配信を行う情報配信システム、照明制御装置、携帯通信端末、及び情報配信方法を提供している。そして、携帯通信端末は、受光した可視光（照明光と信号光とからなる）から信号光のみを取得するための波長選択フィルタを受光部に備えた構成を有している。
【０００９】
特許文献３は、光学レンズによって可視光画像と不可視光画像とを含む光学画像を取り込んで、これを波長分解光学系によって近赤外光光学画像と、可視光光学画像と、紫外光光学画像と、に分離すると共に、撮像部によってこれら近赤外光光学画像、可視光光学画像、紫外光光学画像を映像信号に変換した後、増幅部によって赤色映像信号、緑色映像信号、青色映像信号に変換してモニタに供給し、疑似カラー画像として表示している。
【００１０】
特許文献４は、入射光を偏光方向分解・波長分解する機能を有するフィルタ部と、偏光方向が変化しない第１のモードと、偏光方向を他の偏光方向に変化、または上記他の偏光方向を上記偏光方向に変化させる第２のモードとを切り換える切換部と、を有するフィルタ手段と、第１のモードと第２のモードにより透過した複数の透過波長光をそれぞれ受光し、電気信号に変換して記録手段に出力する光電変換手段と、記録手段からの複数の電気信号に基づいて映像信号を出力する信号処理手段とを備えたテレビカメラ装置を提供している。
【００１１】
特許文献５は、回析格子と、レンズと、導波路アレイ素子と、を用いた光合分波器において、合・分波される光信号を伝搬させる各導波路の間隔が数十μｍ以下に狭められるように火炎堆積法、反応性イオンエッチングの技法によって製作された導波路アレイ素子を利用することによって、回析格子のピッチの細線化やレンズの長焦点距離化を図ることなく、高分解能な特性の合分波器を提供している。
【特許文献１】特開２００３−３１８８３６号公報（平成１５年１１月７日（２００３．１１．７）公開）
【特許文献２】特開２００６−１３５８５９号公報（平成１８年５月２５日（２００６．５．２５）公開）
【特許文献３】特開平６−１２１３２５号公報（平成６年（１９９４）４月２８日公開）
【特許文献４】特開平９−２４７６９３号公報（平成９年（１９９７）９月１９日公開）
【特許文献５】特開平７−７７６２７号公報（平成７年（１９９５）３月２０日公開）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、例えば、特許文献１に記載される従来の照明光受信システムは、全ての波長の照明光が受信装置１３０に同時に照射されるため、信号の分解のため、それぞれの波長に対応した光を透過させるフィルタ１３０ａ〜１３０ｃの形成が不可欠であった。
【００１３】
このフィルタ１３０ａ〜１３０ｃは、通常は樹脂によって形成されており、機械的な外力に対して弱いという欠点がある。また、受光素子１４０ａ〜１４０ｃの表面にキズが入った場合に、特性不良を起こす危険性がある。また、フィルタ１３０ａ〜１３０ｃの形成工程が付加されるため、受光素子１４０ａ〜１４０ｃの製造工程が長くなり、製造コストが高くなる、あるいはチップの良品率が低下する、という問題があった。
【００１４】
また、特許文献３に記載される波長分解光学機構は、不可視光画像と可視光画像とを同時に取り込みかつ分離するために、特殊な干渉機構を利用した光学フィルタを介して波長分離を行う必要があった。
【００１５】
また、回折格子を用いて光信号を合・分波する特許文献５では、分解した光を波長ごとに導波するために導波路アレイが必要不可欠な要素であり、また光ファイバーにより導いた光を照射する必要があった。
【００１６】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、従来必要とされてきたそれぞれの波長に対応した光を透過させるフィルタが不要となり、照明光受信装置に使用する受光素子の製造工程を簡略化することにより製造コストを抑えることができ、さらにチップの良品率を高い水準で確保することができ、さらに波長分解機構部の能力向上が容易であり、必要とされる分解能に応じたシステム能力の向上が簡便にできる照明光受信装置及び照明光通信システムを実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明に係る照明光受信装置及び照明光通信システムは、前記課題を解決するために、３原色の波長に割り当てられた光信号データを含む可視光を前記３原色に係る波長ごとに分解する波長分解機構と、分解した前記３原色の波長ごとに単独で照射され、上記光信号データを電気信号に変換して取り出す受光部と、を備えることを特徴とする。
【００１８】
前記の構成によれば、照明光受信装置が可視光を３原色の波長ごとに分解する機構を備えていることにより、照明光受信装置に入射した照明光は、３原色の波長ごとに分解され、分解された各波長に対応した位置に配置された受光部に単独で照射される。従って、受光部には特定の波長を透過させるためのフィルタが必要なく、受光素子の製造過程においてフィルタ形成工程は不要となり、チップ製造プロセスの簡略化を図ることができるため製造コストを抑えることができ、チップの良品率を高い水準で確保することもできる。
【００１９】
本発明に係る照明光受信装置及び照明光通信システムでは、前記波長分解機構は、プリズムを含むことが好ましい。
【００２０】
前記照明光受信装置がプリズムによって波長を分解する機構を備えることにより、波長に応じた角度で光信号データを含む可視光が各受光部に照射され、その結果、該受光部は特定の波長を透過させるためのフィルタを必要とせず、受光素子の製造過程においてフィルタ形成工程が不要となる。また波長の分解機構にプリズムを用いることにより、波長の分解能を向上させることが可能となる。
【００２１】
本発明に係る照明光受信装置及び照明光通信システムでは、前記波長分解機構は、回折格子と、回折格子に入射する光を平行光にするレンズと、を含むことが好ましい。
【００２２】
前記照明光受信装置が、照明光発信装置から入射した光を平行光にするレンズと、入射した光を波長ごとに分解する回折格子と、を備えることにより、光信号データを含む可視光は、３原色の波長ごとに分解され、分解された各波長に対応した位置に配置された受光部にそれぞれ照射され、その結果、該受光部は特定の波長を透過させるためのフィルタを必要とせず、受光素子の製造過程においてフィルタ形成工程は不要となる。また波長の分解機構に回折格子を用いることにより、波長の分解能を向上させることが可能となる。
【００２３】
本発明に係る照明光受信装置及び照明光通信システムでは、前記受光部は、フォトダイオードアレイであることが好ましい。
【００２４】
前記受光部がフォトダイオードアレイであることにより、必要とされる分解能に応じて、システムの能力を向上させ、より正確なデータ通信を実現することができる。また、将来的に３原色ではなくより多くの波長を発信することのできる素子が開発され利用できるようになった場合に、利用可能な波長の種類に応じてデータ量を増やすことができ、より効率的な通信を簡便に実現することができる。
【００２５】
本発明に係る照明光通信システムでは、照明光受信装置が、上述した照明光受信装置であることが好ましい。
【００２６】
照明光通信システムが上述した照明光受信装置であることにより、照明光受信装置に可視光が入射する部分に波長の分解機構を有しているため、従来必要とされてきた特定の波長を透過させるためのフィルタが不要となり、受光部に使用する受光素子の製造工程を簡略化できるため製造コストを抑えることができるとともに、チップの良品率を高い水準で確保することができ、また波長の分解機構の能力向上が容易であり、必要とされる分解能に応じたシステム能力の向上が簡便な照明光通信システムを実現することができる。
【発明の効果】
【００２７】
本発明に係る照明光受信装置は、以上のように、従来必要とされてきたフィルタが不要となり、照明光受信装置に使用する受光素子の製造工程を簡略化できるため製造コストを抑えることができるとともに、チップの良品率を高い水準で確保することができる。さらに、波長の分解機構の能力向上が容易であり、必要とされる分解能に応じたシステム能力の向上が簡便にできる照明光受信装置を実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
（実施の形態１）
本発明の実施の形態１について、図１に基づいて説明すると以下の通りである。すなわち、図１は、本実施の形態に係るプリズム２を含む波長分解機構１６０を備えた照明光受信装置１００の概略図を示す。本実施の形態に係る照明光受信装置１００は、波長分解機構１６０と、受光部３ａ・３ｂ・３ｃと、を備える。そして、波長分解機構１６０は、集光レンズ１と、プリズム２と、を備える。
【００２９】
集光レンズ１は、照明光送信装置１２０から照射され３原色の波長に割り当てられた光信号データを含む照射光４を集光し、集光した照射光４をプリズム２に照射する。プリズム２は、集光レンズ１から入射する入射光５ａを３原色の波長ごとに分解し、波長に応じた角度で分散光６を射出する。なお、本実施の形態において、入射光５ａは、赤・緑・青（ＲＧＢ）の３原色に分解される。受光部３ａ・３ｂ・３ｃは、３原色の波長ごとに分解された前記光信号データを受光し、それぞれ電気信号に変換する。なお、図３を参照して前述した構成要素と同一の構成要素には同一の参照符号を付している。従って、これらの構成要素の詳細な説明は省略する。
【００３０】
上記構成において、３原色の波長に割り当てられた光信号データが、プリズム２を含む波長分解機構１６０によって３原色の波長ごとに分解され、分解された波長に対応した受光部３ａ・３ｂ・３ｃにおいて電気信号に変換して取り出される際の動作を、図１に基づき説明すると、以下の通りである。
【００３１】
上記の構成によれば、変調器１１０を用いて照明光送信装置１２０に入力されたデータは、照明光４と共に照明光送信装置１２０から発信される。３原色の波長に割り当てられた光信号データを含む照射光４は集光レンズ１で集光され、入射光５ａとなってプリズム２に入射する。そして、光は波長によって屈折率が異なる特性を有するため、入射光５ａはプリズム２において３原色の波長ごとに分解される。そして、分散光６が波長に応じた角度でプリズム２から射出され、角度に応じた位置に配置された受光部３ａ・３ｂ・３ｃにそれぞれ単独で照射される。受光部３ａ・３ｂ・３ｃに照射された光信号データは、電気信号に変換され、復調器１５０においてそれぞれ復調して元のデータに信号化され出力される。
【００３２】
上記構成において、３原色の波長に割り当てられた光信号データが、プリズム２を含む波長分解機構１６０によって３原色の波長ごとに分解され、分解された波長に対応した受光部３ａ・３ｂ・３ｃにおいて電気信号に変換して取り出される際の効果を、図１に基づき説明すると、以下の通りである。
【００３３】
上記の構成によれば、照明光受信装置１００が、照明光４を３原色の波長ごとに分解する波長分解機構１６０を有しているため、照明光受信装置１００に入射した照明光４は、プリズム２において３原色の波長ごとに分解される。そして、分散光６が波長に応じた角度でプリズム２から射出され、角度に応じた位置に配置された受光部３ａ・３ｂ・３ｃにそれぞれ単独で照射される。従って、受光部３ａ・３ｂ・３ｃには、従来のように特定の波長を透過させるためのフィルタが必要なく、受光素子の製造過程においてフィルタ形成工程は不要となり、チップ製造プロセスの簡略化を図ることができる。その結果、製造コストを抑えることができ、チップの良品率を高い水準で確保することもできる。
【００３４】
あるいは、受光部３ａ・３ｂ・３ｃにおいて、ＲＧＢの波長に割り当てられた光信号を個別に電気信号に変換して取り出すことができるため、信号の種類は通常のデジタル信号データ、画像データ、パルス信号データ等をもって通信を行うことができる。さらに、一定の波長ごとに付加された光信号データは、補完的なものに限定されず、ＲＧＢの波長ごとに独立したデータを送信し、個別に受信することができる。従って、従来の方法に比べてデータ量を飛躍的に増大させることが可能となる。
【００３５】
また、受光部３ａ・３ｂ・３ｃにおいて、フォトダイオードを複数個並べたフォトダイオードアレイを用いることにより、将来的に３原色ではなくより多くの波長を発信することのできる素子が開発され利用できるようになった場合に、利用可能な波長の種類に応じてデータ量を増やすことができ、より効率的な通信を簡便に実現することができる。
（実施の形態２）
本発明の実施の形態２について、図２に基づいて説明すると以下の通りである。すなわち、図２は、本実施の形態に係る回折格子９を含む波長分解機構１７０を備えた照明光受信装置２００の概略図を示す。本実施の形態に係る照明光受信装置２００は、波長分解機構１７０と、受光部３ａ・３ｂ・３ｃと、を備える。また、本実施の形態に係る波長分解機構１７０は、フレネルレンズ７と、集光鏡８と、回折格子９と、を備える。
【００３６】
フレネルレンズ７は、通常のレンズを同心円状に切り厚みを減らしたレンズである。照明光送信装置１２０から照射され、３原色の波長に割り当てられた光信号データを含む照射光４はフレネルレンズ７によって入射光（平行光）５ｂを獲得し、次に集光鏡８に照射される。回折格子９は、プリズムと同じように、光の回折現象を利用して特定の波長（スペクトル）を得るための装置であり、微細な溝が平行に刻まれた板状の素子となっている。この回折格子９を回転して入射角と反射角を選択することにより、特定波長の光が取り出される。本実施の形態においては、回折格子９への入射光（集光１０）は、回折格子９においてＲＧＢの３原色の波長に分解される。なお、図３を参照して前述した構成要素と同一の構成要素には同一の参照符号を付している。従って、これらの構成要素の詳細な説明は省略する。
【００３７】
上記構成において、３原色の波長に割り当てられた光信号データが、回折格子９による波長分解機構１７０によって３原色の波長ごとに分解され、分解された波長に対応した受光部３ａ・３ｂ・３ｃにおいて電気信号に変換して取り出される際の動作を、図２に基づき説明すると、以下の通りである。
【００３８】
上記の構成によれば、変調器１１０を用いて照明光送信装置１２０に入力されたデータは、照明光４と共に照明光送信装置１２０から発信される。３原色の波長に割り当てられた光信号データを含む照射光４はフレネルレンズ７で集光され、入射光（平行光）５ｂとなって集光鏡８に照射される。入射光（平行光）５ｂは、集光鏡８によって回折格子９に向かって反射し、集光１０となって回折格子９に照射される。集光１０は、回折格子９において３原色の波長ごとに分解され、分解された各波長に対応した位置に配置された受光部３ａ・３ｂ・３ｃに、回折光１１としてそれぞれ照射される。各受光部３ａ・３ｂ・３ｃに照射した光信号データは、電気信号に変換され、復調器１５０においてそれぞれ復調して元のデータに信号化され出力される。
【００３９】
上記構成において、３原色の波長に割り当てられた光信号データが、回折格子９による波長分解機構１７０によって３原色の波長ごとに分解され、分解された波長に対応した受光部３ａ・３ｂ・３ｃにおいて電気信号に変換して取り出される際の効果は、図１を参照して前述した効果と同一であり、その詳細な説明は省略する。なお、本実施の形態で用いるフレネルレンズ７は、レンズの軽量化、コンパクト化に大きな効果を有するものであり、従って、回折格子９を含む波長分解機構１７０を備えた照明光受信装置２００自体の軽量化、コンパクト化にも有効である。なお、平行光を獲得できるレンズ系であれば、本実施の形態に用いるレンズはフレネルレンズに限定されることはない。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
本発明によって、照明光を利用して信号を伝達する照明光受信装置及び照明光通信システムに適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の実施の形態を示すものであり、プリズムによる波長分解機構を用いた照明光通信システムの模式図である。
【図２】本発明の実施の形態を示すものであり、回折格子による波長分解機構を用いた照明光通信システムの模式図である。
【図３】従来の照明光通信システムの模式図である。
【符号の説明】
【００４２】
１  集光レンズ（波長分解機構）
２  プリズム（波長分解機構）
３ａ、３ｂ、３ｃ  受光部
４  照明光（可視光）
５ａ、５ｂ  入射光
６  分散光
７  フレネルレンズ（波長分解機構）
８  集光鏡（波長分解機構）
９  回折格子（波長分解機構）
１０  集光
１１  回折光
１００、２００  照明光受信装置
１１０  変調器
１２０  照明光送信装置
１３０  照明光受信装置
１３０ａ  赤フィルタ
１３０ｂ  緑フィルタ
１３０ｃ  青フィルタ
１４０ａ、１４０ｂ、１４０ｃ  受光素子
１５０  復調器
１６０  プリズムによる波長分解機構（波長分解機構）
１７０  回折格子による波長分解機構（波長分解機構）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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