JP4777030B2 - 送信装置、受信装置、通信方法及び光通信システム - Google Patents

Description

本発明は、送信装置、受信装置、通信方法及び光通信システムに関し、特に、可視光を用いた通信を行う技術に関する。

時間、場所に捕らわれずに必要な情報にアクセス可能ないわゆるユビキタス社会においては、ユーザが常に通信機器を持ち歩くことが想定され、ユーザ間での情報のやり取りや他の機器からの情報の受信等の機器間の無線通信技術が必要不可欠である。現在は、電波を用いた無線通信が最も一般的であるが、電波は人体への影響が懸念されている他、精密機器等に影響を与えるため、病院、電車等での使用が制限されている。

また、他の無線通信方式として赤外線通信がある。赤外線通信とは、可視光線の周波数帯域とミリ波の周波数帯域の間にある赤外線を利用して無線通信を実現する技術である。赤外線通信モジュールにはアンテナがなくハードウェアがコンパクトであり、更には低コストであるため、テレビ、ノートパソコン、デジタルカメラ、ＰＤＡ等の各種デジタル機器に採用されている。特に携帯電話端末に赤外線通信モジュールを装着することは、世界的にも標準化されつつある。

上述した赤外線通信の利用方法は、リモコンを用いてテレビのチャンネルを変える、エアコンの温度の調節を行う、携帯端末同士で電話帳、写真等のデータ通信をする等、機器へ向けての使用に限られている。

近年、地上波デジタル放送が全国で開始され、一般家庭に普及しつつある。図１１は、地上はデジタル放送の受像機に用いられる液晶ディスプレイの基本的な構成図である。図１１に示す液晶ディスプレイ９００は、表示制御部９１０、画像情報記憶部９１１、発光制御部９１２、発光部９１３、第１偏光部９１４、液晶部９１５及び第２偏光部９１６を有する。ユーザの目３００は、この液晶ディスプレイ９００からの画像光信号９１２を捕らえることができる。

地上波デジタル放送の普及に伴って、テレビ放送の情報と共に送られてきた情報を携帯端末等で受け取るという状況が考えられる。また、医療の現場においても、電子カルテの普及により、必要な情報を患者の携帯端末に送信する等、テレビやパソコン等のディスプレイから携帯端末等に情報を送信する状況が考えられる。また、現在、携帯電話端末等の無線通信機器の使用が制限されている、電車等の公共交通機関において、車内の案内用液晶ディスプレイや、ユーザの持つ端末（携帯電話端末、ＰＤＡ等）の液晶ディスプレイを用いて無線通信を実現すること等が考えられる。具体的には、例えば、電車内の表示ディスプレイから乗り継ぎの情報、ニュース、天気予報等を放送するサービス等が考えられる。

しかし、このような情報送信では、受信側では、ユーザが受信用端末を手に持っていることが想定される。このため、赤外線を用いて通信を行う場合には、ユーザの目に赤外線が入ってしまうことが考えられ、赤外線が目に入ることで水晶体のたんぱく質に作用し、白内障を起こす可能性を有している。このような可能性を回避するためには、送信電力を下げざるを得ず、その結果、通信速度を上げることができず、通信可能な範囲も限られてしまう。

従って、現在は、可視光等を用いた情報通信が検討されている（例えば、特許文献１参照）。
特開平１１−２１５０６２号公報

しかし、上述した情報送信では、画像表示のためのディスプレイの他に、情報を送信するための送信装置が必要であり、装置の大型化を招く。

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、装置の小型化を図った送信装置、受信装置、通信方法及び光通信システムを提供することにある。

本発明は、通信用の画素と画像用の画素とによって構成される液晶部と、前記通信用の画素に向けて、通信用の光を照射する通信用発光部と、前記画像用の画素に向けて、画像用の光を照射する画像用発光部と、前記通信用発光部からの通信用の光のうち１つの偏光のみを前記通信用画素へ向けて通過させ、前記画像用発光部からの画像用の光のうち１つの偏光のみを前記画像用画素へ通過させる第１の偏光部と、通信情報に基づいて、前記通信用画素に入射される通信用の光を偏光させるとともに、画像情報に基づいて、前記画像用画素に入射される画像用の光を偏光させる偏光制御手段と、少なくとも前記画像用画素において偏光された画像用の光のうち１つの偏光のみを通過させる第２の偏光部と、を有し、前記第１の偏光部及び前記第２の偏光部のうち、少なくとも一方において、前記画像用の光に適用される偏光変換と同じ偏光変換が、前記通信用の光に適用されないことを特徴とする送信装置である。

この構成により、液晶部の一部の画素が通信用に使用され、通信情報が送信されるため、従来のように液晶ディスプレイの他に送信装置を設けることなく無線通信を実現することが可能となり、装置の小型化を図ることができる。

また、本発明は、前記通信情報に基づいて、前記通信用発光部による発光を制御する通信用発光制御手段を有する。

また、本発明は、前記第２の偏光部が、前記通信用画素において偏光された通信用の光を、偏光せずに通過させる。

また、本発明は、前記第１の偏光部が、前記通信用発光部からの通信用の光と、前記画像用発光部からの画像用の光とを、偏光角度が互いに直交するように偏光させ、前記第２の偏光部が、前記通信用画素において偏光された通信用の光と、前記画像用画素において偏光された画像用の光とを、偏光角度が互いに直交するように偏光させる。

また、本発明は、前記通信用画素が、前記液晶部の外縁部に配置される。

また、本発明は、前記通信用発光制御手段が、各通信情報に対応して、前記通信用発光部を構成する複数の光源のうち同一数の光源を発光させるとともに、該発光させる光源を周期的に切り替える。

また、本発明は、前記通信用の光が可視光領域の光である。

また、本発明は、通信情報に基づいて偏光された光とともに他の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の偏光角度に基づいて、前記通信情報を特定する通信情報特定手段と、前記受光手段によって受光された光が前記通信情報の通信時に対応するものであるか非通信時に対応するものであるかを判定する通信時判定手段とを有し、前記通信情報特定手段は、通信時に前記受光手段によって受光される光の偏光ベクトルと、非通信時に前記受光手段によって受光される光の偏光ベクトルとの差分に基づいて、前記通信情報を特定することを特徴とする受信装置である。

この構成により、上述した送信装置から出力される通信情報に基づいて偏光された光を受けて、その通信情報を取得することができる。

また、本発明は、前記受光手段が、到達する光のうち１つの偏光を受光する第１の受光部と、到達する光のうち前記第１の受光部により受光される偏光と偏光角度が直交する偏光を受光する第２の受光部とを有する。

また、本発明は、液晶部を構成する通信用の画素に向けて、通信用の光を照射する通信用発光ステップと、前記液晶部を構成する画像用の画素に向けて、画像用の光を照射する画像用発光ステップと、前記通信用発光ステップにより照射された前記通信用の光のうち１つの偏光のみを前記通信用画素へ向けて通過させ、前記画像用発光ステップにより照射された前記画像用の光のうち１つの偏光のみを前記画像用画素へ通過させる第１の偏光ステップと、通信情報に基づいて、前記通信用画素に入射される通信用の光を偏光させるとともに、画像情報に基づいて、前記画像用画素に入射される画像用の光を偏光させる偏光制御ステップと、前記偏光制御ステップにおいて、少なくとも前記画像用画素において偏光された画像用の光のうち１つの偏光のみを通過させる第２の偏光ステップと、を有し、前記第１の偏光ステップ及び前記第２の偏光ステップのうち、少なくとも一方において、前記画像用の光に適用される偏光変換と同じ偏光変換が、前記通信用の光に適用されない、ことを特徴とする通信方法である。

また、本発明は、前記通信情報に基づいて、前記通信用発光ステップによる発光を制御する通信用発光制御ステップを有する。

また、本発明は、前記通信用発光制御ステップが、各通信情報に対応して、前記通信用発光ステップにより発光される複数の光源のうち同一数の光源を発光させるとともに、該発光させる光源を周期的に切り替える。

また、本発明は、前記通信用の光が可視光領域の光である。

また、本発明は、通信情報に基づいて偏光された光とともに他の光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の偏光角度に基づいて、前記通信情報を特定する通信情報特定ステップと、前記受光ステップによって受光された光が前記通信情報の通信時に対応するものであるか非通信時に対応するものであるかを判定する通信時判定ステップとを有し、前記通信情報特定ステップは、通信時に前記受光ステップによって受光される光の偏光ベクトルと、非通信時に前記受光ステップによって受光される光の偏光ベクトルとの差分に基づいて、前記通信情報を特定する。

本発明によれば、液晶部の一部の画素が通信用に使用され、通信情報が送信されるため、装置の小型化を図ることができる。

以下、本発明の実施例を、図面を用いて説明する。

（第１実施例）
図１は、本発明の第１実施例における可視光通信システムの基本的な構成図である。図１において、送信装置としての液晶ディスプレイ１０１は、液晶の画素と対応付けられ、画像描画用に発光する画像用発光部１０７、及び、通信情報用に発光する通信用発光部１０８とから構成される発光部１０３と、１つの偏光のみが通過する第１偏光部１０４と、画素毎に偏光角度を変える液晶部１０５と、所定の偏光のみが通過する偏光部に、通信用に１つ以上の間隙１０９を設けた第２偏光部１０６と、通信情報を保持している通信情報記憶部１１３と、画像情報を保持している画像情報記憶部１１４と、画像情報と通信情報を１つの描画情報に合成し、液晶部１０５に対し画素毎に偏光角度を制御する表示通信制御部１１０と、描画情報に基づいて通信用発光部１０８を制御する通信用発光制御部１１２から構成されている。

画像用発光部１０７は、画像用発光制御部１１１の制御に基づき発光する。画像用発光部１０７から照射された光は、第１偏光部１０４によって１つの偏光にされた後、液晶部１０５に入射される。表示通信制御部１１０は、画像情報と通信情報を１つの描画情報に合成し、この合成した描画情報に含まれる画像情報に基づいて、液晶部１０５を構成する液晶を画素毎に制御して偏光の角度を決定する。これにより、液晶部１０５を通過した光のうちの１つの偏光のみが第２偏光部１０６を通過して画面上に画像が描画され、画像光信号１９１がユーザの目３００によって視覚される。

一方、通信用発光部１０８は、通信用発光制御部１１２の制御に基づき発光する。通信用発光部１０８から照射された光は、第１偏光部１０４によって１つの偏光にされた後、液晶部１０５に入射される。表示通信制御部１１０は、合成した描画情報に含まれる通信情報に基づいて、液晶部１０５を構成する液晶を画素毎に制御して偏光の角度を決定する。これにより、液晶部１０５への入射光は、当該液晶部１０５で任意の角度に偏光された後、第２偏光部１０６に設けられた間隙１０９を通過する。

従って、液晶ディスプレイ１０１は、第２偏光部１０６を通過した、画面上に画像を描画するための偏光である画像光信号１９１と、第２偏光部１０６の間隙１０９を通過した、通信情報を伝送するための任意の角度の偏光である可視光領域の信号（可視光信号）１９０とを合成して出力することになる。

また、液晶ディスプレイ１０１では、通信用発光制御部１１２は、通信用発光部１０８が光を照射する通信時と、光を照射しない非通信時とが交互に連続するように、当該通信用発光部１０８を制御する。

受信装置１０２は、１つの偏光信号のみを受光する第１受光部１１５と、当該第１受光部１１５によって受光される偏光信号と直交する偏光信号のみを受光する第２受光部１１６と、第１受光部１１５と第２受光部１１６とによって受光された偏光信号に基づいて、通信情報１８０を取り出す通信情報取得部１１７とから構成される。

第１受光部１１５と第２受光部１１６は、互いに直交する偏光信号のみを受光する。通信情報取得部１１７は、第１受光部１１５と第２受光部１１６によって受光された偏光信号について、通信時と非通信時の差分を取ることによって通信情報を抽出することができる。

図２は、受信装置１０２の通信情報取得部１１７の構成図である。図２において、通信情報取得部１１７は、第１受光部１１５によって受光された偏光信号である第１受信信号２０４の通信情報の有無を判断する第１通信情報有無判定部２０１と、第２受光部１１６によって受光された偏光信号である第２受信信号２０５の通信情報の有無を判断する第２通信情報有無判定部２０２と、通信情報を持たない基準信号２０６と通信情報を有する通信信号２０８との差分、通信情報を持たない基準信号２０７と通信情報を有する通信信号２０９との差分をそれぞれ求める比較部２０３とから構成される。

第１通信情報有無判定部２０１は、第１受信信号２０４から交互に連続した通信時及び非通信時のそれぞれに対応する偏光信号を選別し、非通信時の偏光信号を第１基準信号２０６として比較部２０３へ出力するとともに、その第１基準信号２０６の直後の通信時の偏光信号を第１通信信号２０８として比較部２０３へ出力する。同様に、第２通信情報有無判定部２０２は、第２受信信号２０５から交互に連続した通信時及び非通信時のそれぞれに対応する偏光信号を選別し、非通信時の偏光信号を第２基準信号２０７として比較部２０３へ出力するとともに、その第２基準信号２０７の直後の通信時の偏光信号を第２通信信号２０９として比較部２０３へ出力する。比較部２０３は、非通信時の第１基準信号２０６及び第２基準信号２０７と、第１通信信号２０８及び第２通信信号２０９との差分を求め、これら差分に基づいて、通信情報１８０を特定する。

図３は、液晶ディスプレイ１０１の送信出力信号を示す図である。図３において、横軸は時間を示す。また、図３の上段は、画像描画部分より出力された画像信号であり、矢印はその偏光ベクトルを示す。一方、図３の下段は、第２偏光部１０６に設けられた間隙１０９を通過した通信信号であり、矢印はその偏光ベクトルを示す。なお、図３における格子網掛け部分は、出力信号が通信情報を持たない非通信時に対応する信号であることを示す。

時間ｔ１（非通信時）において、液晶ディスプレイ１０１は、１つの偏光信号である画像信号のみを出力する。次の時間ｔ２（通信時）においては、液晶ディスプレイ１０１は、１つの偏光信号である画像信号と、任意の角度の偏光信号である通信信号との双方を出力する。更に、時間ｔ３では再び非通信時となるため、液晶ディスプレイ１０１は、時間ｔ１の時と同様、１つの偏光信号である画像信号のみを出力する。このように、液晶ディスプレイ１０１は、時間ｔ１、ｔ３のように通信信号を持たない非通信時における信号出力と、時間ｔ２、ｔ４のように通信信号を持つ通信時における信号出力とを交互に連続して行っている。

図４は、受信装置１０２における差分処理を説明する図である。図４において、横軸は時間を示す。また、図４の上段は、受信装置１０２の第１受光部１１５によって受光された１つの偏光信号であり、矢印はその偏光ベクトル（第１受光部偏光ベクトル）を示す。図４の中段は、受信装置１０２の第２受光部１１６によって受光された１つの偏光信号であり、矢印はその偏光ベクトル（第２受光部偏光ベクトル）を示す。図４の下段は、非通信時と通信時の第１受光部偏光ベクトルと第２受光部偏光ベクトルの差分信号を示す。なお、図４における格子網掛け部分は、受光信号が通信情報を持たない非通信時であることを示す。

受信装置１０２では、それぞれ直交する偏光信号を受光する第１受光部１１５と第２受光部１１６は、非通信時に対応する偏光信号と通信時に対応する偏光信号とを交互に連続して受光する。第１通信情報有無判定部２０１及び第２通信情報有無判定部２０２は、これら受光された偏光信号について通信情報の有無を判断し、非通信時の偏光信号を比較部２０３に送ると共に、その第１基準信号２０６の直後の通信時の偏光信号を比較部２０３に送る。比較部２０３は、非通信時に対応する第１通信情報有無判定部２０１からの偏光信号の偏光ベクトル（第１受光部偏光ベクトル）と、その直後の通信時に対応する第１通信情報有無判定部２０１からの偏光信号の偏光ベクトル（第１受光部偏光ベクトル）との差分を取るとともに、第２通信情報有無判定部２０２からの偏光信号の偏光ベクトル（第２受光部偏光ベクトル）と、その直後の通信時に対応する第２通信情報有無判定部２０２からの偏光信号の偏光ベクトル（第２受光部偏光ベクトル）との差分を取り、これら差分のベクトルを合成することにより、通信情報を特定する。

以上により、液晶ディスプレイ１０１が通信信号を持たない非通信時に対応する偏光信号と通信情報を持つ通信時の偏光信号とを交互に連続して出力し、受信装置１０２がこれらの差分を取ることにより、通信情報を抽出することが可能となる。なお、受信装置１０２は、ユーザが手に持つことが想定されるが、上述したような通信方式を用いることにより、受信装置１０２の受光面が液晶ディスプレイ１０１の画面と対面していれば、ユーザの持ち方に依存せずに確実に通信情報を受信することが可能になる。例えば、液晶ディスプレイ１０１に表示される画像に関連する通信情報が送受されることにより、ユーザは、その画像に通信情報の内容を認知することが可能となる。

図５は、通信信号である偏光信号のベクトル（偏光ベクトル）に割り当てられる２ビットの情報の例を示す。図５では、通信信号の４通りの偏光角度のそれぞれに２ビットの通信情報が割り当てられており、一度に２ビットの通信情報の送受が可能である。なお、伝送路の通信状況が良好な場合には、通信信号の偏光角度を８通りあるいは１６通りにすることにより、３ビットあるいは４ビットの通信情報が一度に送受されることも可能になる。

上述したように、第１実施例における液晶ディスプレイ１０１では、一部の画素が通信用ポートとして使用され、受信装置１０２へ通信情報が送信されるため、従来のように液晶ディスプレイ１０１の他に通信用ポートを設けることなく、無線通信を実現することが可能となり、装置の小型化を図ることができる。また、液晶ディスプレイ１０１から受信装置１０２への通信情報の送信には、可視光領域の光が用いられるため、赤外線を用いて通信を行う場合のように送信電力を下げる必要がなく、通信速度を向上させるとともに、通信可能な範囲を広くすることができる。

（第２実施例）
図６は、本発明の第２実施例における可視光通信システムの基本的な構成図である。図６において、送信装置としての液晶ディスプレイ１０１は、画像用発光部２５０及び通信用発光部２５１から構成される発光部２１５と、第１の画像用の偏光部２６０及び第１の通信用の偏光部２６１から構成される第１の偏光部２１６と、液晶部２１７と、第２の画像用の偏光部２８０及び第２の通信用の偏光部２８１から構成される第２の偏光部２１８と、筐体２１９と、保護膜２２０と、通信情報を保持している通信情報記憶部１１３と、画像情報を保持している画像情報記憶部１１４と、画像情報と通信情報に基づいて液晶部２１７を制御する表示通信制御部１１０と、通信用発光部２５１を制御する通信用発光制御部１１２とから構成されている。

表示通信制御部１１０は、画像情報記憶部１１４に記憶されている画像情報を読み出し、液晶部２１７の画像を描画する領域に読み出した画像を形成する。画像用発光部２５０は、画像用発光制御部１１１の制御に基づき発光する。画像用発光部２５０から照射された光は、第１画像用偏光部２６０によって１つの偏光にされた後、液晶部２１７に入射される。表示通信制御部１１０は、画像情報に基づいて、液晶部２１７を構成する液晶を画素毎に制御して偏光の角度を決定する。これにより、液晶部２１７を通過した光のうちの１つの偏光のみが第２画像用偏光部２８０を通過して画面上に画像が描画され、画像光信号１９１がユーザ３００の目によって視覚される。

更に、表示通信制御１１０は、通信情報記憶部１１３に記憶されている通信情報を読み出し、当該通信情報に基づいて液晶部２１７の通信用の液晶領域の偏光角度を制御する。通信用発光制御部１１２は、表示通信制御部１１０からの液晶部２１７の通信用の領域の制御に応じて、通信用発光部２５１の発光制御を行う。通信用発光部２５１は、通信用発光制御部１１２から発光要求がある場合に発光する。通信用発光部２５１から照射された光は、第１通信用偏光部２６１によって１つの偏光にされた後、液晶部２１７に入射される。表示通信制御部１１０は、通信情報に基づいて、液晶部２１７を構成する液晶を画素毎に制御して偏光の角度を決定する。これにより、液晶部２１７を通過した光のうち、１つの偏光のみが第２通信用偏光部２８１を通過し、通信情報を伝送するための可視光領域の信号（可視光信号１９０）として出力される。

なお、第１偏光部２１６の第１画像用偏光部２６０の偏光角度と第１通信用偏光部２６１の偏光角度は直交する。また、第２偏光部２１８の第２画像用偏光部２８０の偏光角度と第２通信用偏光部２８２の偏光角度は直交する。更に、第１画像用偏光部２６０と第２画像用偏光部２８０の偏光角度は直交する。従って、第２画像用偏光部２８０を通過した光（画像光信号１９１）と、第２通信用偏光部２８１を通過した光（可視光信号１９０）の偏光角度は直交していることになる。

一方、受信装置１０２は、外部からの光信号を受光する第１受光部２３０及び第２受光部２３３と、受光された２つの光信号を遅延させるための第１バッファ２３１及び第２バッファ２３４と、２つの光信号の差分を算出する第１差分処理部２３２及び第２差分処理部２３５と、第１差分処理部２３２及び第２差分処理部２３５によって求められた２つの差分から通信情報１８０を解析、出力する受光信号解析部２３６とから構成される。

上述したように、画像光信号１９１と可視光信号１９０の偏光角度は直交している。すなわち、液晶ディスプレイ１０１から出力される光は、画像光信号１９１と、当該画像光信号１９１に直交する偏光成分の可視光信号１９０とを合成したものである。一方、第１受光部２３０と第２受光部２３３は互いに直交する偏光信号を受光するものであり、到来した光を各々偏光成分に分離する。そして、第１受光部２３０は、偏光信号を第１バッファ２３１及び第１差分処理部２３２へ出力し、第２受光部２３３は偏光信号を第２バッファ２３４及び第２差分処理部２３５へ出力する。第１差分処理部２３２は、第１受光部２３０からの偏光信号と第１バッファ２３１からの遅延された偏光信号の差分を算出する。同様に、第２差分処理部２３５は、第２受光部２３３からの偏光信号と第２バッファ２３４からの遅延された偏光信号の差分を算出する。受光信号解析部２３６は、これらの差分に対応する通信情報１８０を得る。

図７は、液晶ディスプレイ１０１の送信処理を説明する図である。図７において、横軸は時間を示し、上段から順に、通信情報記憶部１１３から読み出され送信される通信情報、通信用発光部２５１の点灯、通信情報に対応する可視光信号１９０の偏光ベクトル、画像光信号１９１の偏光ベクトル、液晶ディスプレイ１０１から出力される光信号の偏光ベクトルを示している。

画像光信号１９１は通常のＮＴＳＣ信号（３０[frame／sec]）とする。一方、通信用発光部２５１の点滅速度は２０[MHz]とする。通信情報＝０の場合、通信用発光部２５１は消灯し（Ｔk+4〜Ｔk+6）、通信情報＝１の場合、通信用発光部２５１は消灯及び点灯（Ｔk〜Ｔk+2）とする。通信用発光部２５１の点滅速度、換言すれば、通信情報に対応する可視光信号１９０の通信速度に比較して、画像光信号１９１の更新は非常に遅い。このため、画像光信号１９１の更新タイミング以外の時間（Ｔk+4〜Ｔk+13）では、画像光信号１９１は一定値となり、可視光信号１９０のみが変動していることになる。従って、受信装置１０２において受光された変更信号の時間差分が算出される場合、画像光信号の成分は時間差分にて０となり、可視光信号１９０の変動分のみが時間差分として算出されることになる。なお、画像光信号１９１の更新タイミングにおいては、それを示す特定の情報を通信情報に含ませることにより、受信装置１０２において画像光信号１９１の更新タイミングでの可視光信号１９０の変動分の算出の誤りを排除することが可能となる。

図８は、受信装置１０２の受信処理を説明する図である。図８において、横軸は時間を示し、上段から順に、第１受光部２３０での受光信号、第２受光部２３３での受光信号、第１差分処理部２３２の出力信号、第２差分処理部２３５の出力信号、通信情報を示している。第１受光部２３０での受光信号と第２受光部２３３での受光信号とは互いに直交している。第１差分処理部２３２は、第１受光部２３０からの偏光信号と第１バッファ２３１からの遅延された偏光信号の差分（第１差分値）を算出し、第２差分処理部２３５は、第２受光部２３３からの偏光信号と第２バッファ２３４からの遅延された偏光信号の差分（第２差分値）を算出する。受光信号解析部２３６は、これらの差分値が連続的に所定値未満の場合、通信情報を０とし（Ｔj+5〜Ｔj+7）、連続的に所定値以上の場合、通信情報を１とする（Ｔj+1〜Ｔj+3）。

図９及び図１０は、液晶ディスプレイ１０１の通信用発光制御部１１２の動作を説明する図であり、図９は液晶ディスプレイ１０１の画面の正面図、図１０は通信用発光制御部１１２の制御例を示す図である。図９に示す液晶ディスプレイ１０１の画面は、中央部に配置される画像を表示する領域（画像用領域２７２）と、当該画像用領域２７２と筐体部２７０との間に配置される通信に用いる領域（通信用領域２７１）とにより構成される。通信用領域２７１の一部は、通信用発光画素１０〜１５を含む。

図１０において、横軸は時間を示し、上段から順に、通信情報、通信用発光画素１０〜１５の点灯、液晶ディスプレイ１０１が出力する通信情報に対応する可視光信号１９０を示している。

通信用発光制御部１１２は、通信情報が１となる時間Ｔk〜Ｔk+2では通信用発光画素１０及び１３を点滅させ、次に通信情報１となる時間Ｔk+2〜Ｔk+4では通信用発光画素１１及び１４を点滅させ、更に次に通信情報が１となる時間Ｔk+6〜Ｔk+8では通信用発光画素１２及び１５を点滅させる。これにより、通信情報が１の場合に点滅する画素の数は一定となるとともに、点滅する画素が周期的に入れ替わるため、照射される可視光信号１９０の光量を一定としつつ、液晶部２１７の寿命を長くすることが可能となる。また、各画素の時間当たりの発光回数が少ないと、その画素は黒に、多いと白に視覚されることになる。このため、通信用領域２７１の各画素の時間当たりの発光回数を少なくすることにより、通信用領域２７１が黒帯と視覚されるようになり、画像用領域２７２に描画されている画像の視覚に影響を与えない。例えば、時間Ｔk〜Ｔk+13の期間では、通信用発光画素１０は、時間Ｔk+1〜Ｔk+2の期間のみ点滅している。結果的に、通信用発光画素１０の明るさは、単純には常に発光している場合と比較して１３分の１の明るさになる。

上述したように、第２実施例における液晶ディスプレイ１０１では、第１実施例と同様、一部の画素が通信用ポートとして使用され、受信装置１０２へ通信情報が送信されるため、従来のように液晶ディスプレイ１０１の他に通信用ポートを設けることなく、無線通信を実現することが可能となり、装置の小型化を図ることができる。また、液晶ディスプレイ１０１から受信装置１０２への通信情報の送信には、可視光領域の光が用いられるため、赤外線を用いて通信を行う場合のように送信電力を下げる必要がなく、通信速度を向上させるとともに、通信可能な範囲を広くすることができる。

以上、説明したように、本発明に係る送信装置、受信装置及び通信方法は、装置の小型化を図ることができ、送信装置等として有用である。

第1実施例における可視光通信システムの基本的な構成図である。 受信装置の通信情報取得部の構成図である。 液晶ディスプレイの送信出力信号を示す図である。 受信装置における差分処理を説明する図である。 偏光信号のベクトルに割り当てられる２ビットの情報の例を示す。 第２実施例における可視光通信システムの基本的な構成図である。 液晶ディスプレイの送信処理を説明する図である。 受信装置の受信処理を説明する図である。 液晶ディスプレイの画面の正面図である。 通信用発光制御部の制御例を示す図である。 従来の液晶ディスプレイの基本的な構成図である。

符号の説明

１０，１１，１２，１３，１４，１５ 通信用発光画素、１０１ 液晶ディスプレイ、１０２ 受信装置、１０３，２１５ 発光部、１０４，２１６ 第１偏光部、１０５，２１７ 液晶部、１０６，２１８ 第２偏光部、１０７，２５０ 画像用発光部、１０８，２５１ 通信用発光部、１０９ 間隙、１１０ 表示通信制御部、１１１ 画像用発光制御部、１１２ 通信用発光制御部、１１３ 通信情報記憶部、１１４ 画像情報記憶部、１１５，２３０ 第１受光部、１１６，２３３ 第２受光部、１１７ 通信情報取得部、２０１ 第１通信情報有無判定部、２０２ 第２通信情報有無判定部、２０３ 比較部、２１９ 筐体、２２０ 保護膜、２３１ 第１バッファ、２３２ 第１差分処理部、２３４ 第２バッファ、２３５ 第２差分処理部、２３６ 受光信号解析部、２６０ 第１画像用偏光部、２６１ 第１通信用偏光部、２７０ 筐体部、２７１ 通信用領域、２７２ 画像用領域、２８０ 第２画像用偏光部、２８１ 第２通信用偏光部。

Claims (15)

1. 通信用の画素と画像用の画素とによって構成される液晶部と、
   前記通信用の画素に向けて、通信用の光を照射する通信用発光部と、
   前記画像用の画素に向けて、画像用の光を照射する画像用発光部と、
   前記通信用発光部からの通信用の光のうち１つの偏光のみを前記通信用画素へ向けて通過させ、前記画像用発光部からの画像用の光のうち１つの偏光のみを前記画像用画素へ通過させる第１の偏光部と、
   通信情報に基づいて、前記通信用画素に入射される通信用の光を偏光させるとともに、画像情報に基づいて、前記画像用画素に入射される画像用の光を偏光させる偏光制御手段と、
   少なくとも前記画像用画素において偏光された画像用の光のうち１つの偏光のみを通過させる第２の偏光部と、
   を有し、
   前記第１の偏光部及び前記第２の偏光部のうち、少なくとも一方において、前記画像用の光に適用される偏光変換と同じ偏光変換が、前記通信用の光に適用されないことを特徴とする送信装置。
2. 前記通信情報に基づいて、前記通信用発光部による発光を制御する通信用発光制御手段を有することを特徴とする請求項１に記載の送信装置。
3. 前記第２の偏光部は、前記通信用画素において偏光された通信用の光を、偏光せずに通過させることを特徴とする請求項１又は２に記載の送信装置。
4. 前記第１の偏光部は、前記通信用発光部からの通信用の光と、前記画像用発光部からの画像用の光とを、偏光角度が互いに直交するように偏光させ、前記第２の偏光部は、前記通信用画素において偏光された通信用の光と、前記画像用画素において偏光された画像用の光とを、偏光角度が互いに直交するように偏光させる、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の送信装置。
5. 前記通信用画素は、前記液晶部の外縁部に配置されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の送信装置。
6. 前記通信用発光制御手段は、各通信情報に対応して、前記通信用発光部を構成する複数の光源のうち同一数の光源を発光させるとともに、該発光させる光源を周期的に切り替えることを特徴とする請求項２に記載の送信装置。
7. 前記通信用の光は可視光領域の光であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の送信装置。
8. 通信情報に基づいて偏光された光とともに他の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の偏光角度に基づいて、前記通信情報を特定する通信情報特定手段と、
   前記受光手段によって受光された光が前記通信情報の通信時に対応するものであるか非通信時に対応するものであるかを判定する通信時判定手段とを有し、
   前記通信情報特定手段は、通信時に前記受光手段によって受光される光の偏光ベクトルと、非通信時に前記受光手段によって受光される光の偏光ベクトルとの差分に基づいて、前記通信情報を特定することを特徴とする受信装置。
9. 前記受光手段は、
   到達する光のうち１つの偏光を受光する第１の受光部と、
   到達する光のうち前記第１の受光部により受光される偏光と偏光角度が直交する偏光を受光する第２の受光部とを有することを特徴とする請求項８に記載の受信装置。
10. 液晶部を構成する通信用の画素に向けて、通信用の光を照射する通信用発光ステップと、
    前記液晶部を構成する画像用の画素に向けて、画像用の光を照射する画像用発光ステップと、
    前記通信用発光ステップにより照射された前記通信用の光のうち１つの偏光のみを前記通信用画素へ向けて通過させ、前記画像用発光ステップにより照射された前記画像用の光のうち１つの偏光のみを前記画像用画素へ通過させる第１の偏光ステップと、
    通信情報に基づいて、前記通信用画素に入射される通信用の光を偏光させるとともに、画像情報に基づいて、前記画像用画素に入射される画像用の光を偏光させる偏光制御ステップと、
    前記偏光制御ステップにおいて、少なくとも前記画像用画素において偏光された画像用の光のうち１つの偏光のみを通過させる第２の偏光ステップと、
    を有し、
    前記第１の偏光ステップ及び前記第２の偏光ステップのうち、少なくとも一方において、前記画像用の光に適用される偏光変換と同じ偏光変換が、前記通信用の光に適用されない、ことを特徴とする通信方法。
11. 前記通信情報に基づいて、前記通信用発光ステップによる発光を制御する通信用発光制御ステップを有することを特徴とする請求項１０に記載の通信方法。
12. 前記通信用発光制御ステップは、各通信情報に対応して、前記通信用発光ステップにより発光される複数の光源のうち同一数の光源を発光させるとともに、該発光させる光源を周期的に切り替えることを特徴とする請求項１１に記載の通信方法。
13. 前記通信用の光は可視光領域の光であることを特徴とする請求項１０乃至１２のいずれかに記載の通信方法。
14. 通信情報に基づいて偏光された光とともに他の光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の偏光角度に基づいて、前記通信情報を特定する通信情報特定ステップと、
    前記受光ステップによって受光された光が前記通信情報の通信時に対応するものであるか非通信時に対応するものであるかを判定する通信時判定ステップとを有し、
    前記通信情報特定ステップは、通信時に前記受光ステップによって受光される光の偏光ベクトルと、非通信時に前記受光ステップによって受光される光の偏光ベクトルとの差分に基づいて、前記通信情報を特定することを特徴とする通信方法。
15. 送信装置と受信装置とを含み、
    前記送信装置は、
    通信用の画素と画像用の画素とによって構成される液晶部と、
    前記通信用の画素に向けて、通信用の光を照射する通信用発光部と、
    前記画像用の画素に向けて、画像用の光を照射する画像用発光部と、
    前記通信用発光部からの通信用の光のうち１つの偏光のみを前記通信用画素へ向けて通過させ、前記画像用発光部からの画像用の光のうち１つの偏光のみを前記画像用画素へ通過させる第１の偏光部と、
    通信情報に基づいて、前記通信用画素に入射される通信用の光を偏光させるとともに、画像情報に基づいて、前記画像用画素に入射される画像用の光を偏光させる偏光制御手段と、
    少なくとも前記画像用画素において偏光された画像用の光のうち１つの偏光のみを通過させる第２の偏光部と、
    前記第１の偏光部及び前記第２の偏光部のうち、少なくとも一方において、前記画像用の光に適用される偏光変換と同じ偏光変換が、前記通信用の光に適用されず、
    前記受信装置は、
    前記通信情報に基づいて偏光された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の偏光角度に基づいて、前記通信情報を特定する通信情報特定手段とを有する
    ことを特徴とする光通信システム。

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