JP5083189B2

JP5083189B2 - 照明光通信装置、及び照明光通信システム

Info

Publication number: JP5083189B2
Application number: JP2008313069A
Authority: JP
Inventors: 雅宣山下; 健太郎飯田; 諭姫田; 聡志麻生; 謙吉井; 重晃今井
Original assignee: Konica Minolta Inc
Current assignee: Konica Minolta Inc
Priority date: 2008-12-09
Filing date: 2008-12-09
Publication date: 2012-11-28
Anticipated expiration: 2028-12-09
Also published as: JP2010141393A

Description

本発明は、照明光通信装置、及び照明光通信システムに関し、特に、ＬＥＤ（発光ダイオード）等の発光素子を照明用光源として用いる照明光通信装置、及び照明光通信システムに関する。

近年、ＬＥＤ（発光ダイオード）等の発光素子を用いた照明装置おいては、本来の照明、つまり「あかり」を提供するとともに、データ通信等にも利用されている。しかしながら、データ通信を行う為にＬＥＤを点滅させると、通信時の光出力（輝度）が、データを送信しない非通信時の光出力、すなわち一定の直流電流によって定常的に点灯している時の光出力よりも低下することにより、ちらつき（輝度変化）が発生する。そこで、このようなちらつきを抑える為の方法が種々検討されている。

例えば、通信時におけるＬＥＤの点灯時に該ＬＥＤに流れる電流を、非通信時にＬＥＤに流れる電流よりも大きくするように制御し、通信時と非通信時とでＬＥＤの光出力を等しくすることで、ちらつきを低減する方法が知られている（特許文献１参照）。
特開２００８−３４９８８号公報

しかしながら、特許文献１に記載の方法は、通信時におけるＬＥＤの消灯時の光出力の低下を、通信時におけるＬＥＤの点灯時のみで補うには、非常に高い光出力を要する。すなわち、ＬＥＤの光出力が飽和する程の非常に大きな電流を流す必要があり、効率が低下するという問題がある。さらに、ＬＥＤに流す電流を大きくするにつれて、点灯と消灯の切替え時に発生するオーバーシュートも大きくなり、さらにちらつきを増大させるという問題がある。

具体的には、図６を用いて説明する。図６は、一般的なＬＥＤの駆動電流と光出力（輝度）との関係を示す図である。図６に示すように、輝度が約８０％程度までは、駆動電流と輝度との関係は概ね直線的であるが、８０％を超えると、非線形となり急激に傾斜が緩くなる。この為、ＬＥＤを高輝度領域で使用すると急激に効率が低下する。

本発明は、上記課題を鑑みてなされたもので、効率の低下を招くことなく、通信時と非通信時との間の輝度変化を低減することができる照明光通信装置、及び照明光通信システムを提供することを目的とする。

上記目的は、下記の１から５の何れか１項に記載の発明によって達成される。

１．照明用の光源を用い、送信情報に基づいて前記光源を点灯および消灯させることにより通信を行う照明光通信装置において、
前記送信情報に基づいて送信信号を生成し、生成した該送信信号を前記光源に出力する送信信号生成部と、
前記送信信号生成部からの前記送信信号に係る情報または前記送信信号に基づいてダミー信号を生成し、生成した該ダミー信号を前記光源に出力するダミー信号生成部と、を有し、
前記送信信号が出力される送信信号出力期間と前記ダミー信号が出力されるダミー信号出力期間とは連続し、
前記ダミー信号生成部は、
前記送信信号出力期間および前記ダミー信号出力期間を通した通信時の前記光源の光出力の平均値が、前記送信情報に基づいた前記通信を行わない非通信時の前記光源の光出力に等しくなるように前記ダミー信号を生成することを特徴とする照明光通信装置。

２．前記ダミー信号は、直流信号であることを特徴とする前記１に記載の照明光通信装置。

３．前記ダミー信号は、前記送信信号のオンとオフの位相を反転させたパルス信号あることを特徴とする前記１に記載の照明光通信装置。

４．前記光源は、発光ダイオードであることを特徴とする前記１から３の何れか１項に記載の照明光通信装置。

５．前記１から４の何れか１項に記載の照明光通信装置と、
前記照明光通信装置からの光を受光して前記送信情報を受信する受信器と、を有することを特徴とする照明光通信システム。

本発明によれば、送信信号出力期間に連続してダミー信号出力期間を設け、該ダミー信号出力期間のダミー信号により、送信信号出力期間およびダミー信号出力期間を通した通信時の光源の光出力の平均値が、送信情報に基づいた通信を行わない非通信時の光源の光出力に等しくなるようにした。

すなわち、送信信号出力期間において、点灯／消灯を繰返し点滅する光源の消灯時の光出力の低下を、送信信号出力期間内で補うことなく、別途設けたダミー信号出力期間で補うようにした。これにより、例えばダミー信号出力期間を調整することにより、光源の光出力が飽和する程の大きな電流を流すことなく、送信信号出力期間において低下した光出力を充分に補うことができる。その結果、効率の低下を招くことなく、通信時と非通信時との間の輝度変化を低減することができる。

以下図面に基づいて、本発明に係る照明光通信装置、及び照明光通信システムの実施の形態を説明する。尚、本発明を図示の実施の形態に基づいて説明するが、本発明は該実施の形態に限られない。
（実施形態１）
最初に、実施形態１による照明光通信システムの概略構成を図１を用いて説明する。図１は、実施形態１による照明光通信システム１の概略構成を示すブロック図である。

照明光通信システム１は、図１に示すように、照明光通信装置２、及び受信器３等から構成され、照明光通信装置２に外部から入力された送信情報に基づき照明用の光源を点灯及び消灯（以下ＯＮ／ＯＦＦとも記する）させることにより、受信器３との間で通信を行うものである。

照明光通信装置２は、光源駆動信号生成部２０１、送信信号生成部２０２、ダミー信号生成部２０３、信号切替え部２０５、及び光源２０６等から構成される。

光源駆動信号生成部２０１は、外部から入力された送信情報に基づいた通信を行わない非通信時に、光源２０６を定常的に点灯させる一定の直流信号（定常信号）を生成する。

送信信号生成部２０２は、外部から入力された送信情報に基づいて光源２０６をＯＮ／ＯＦＦさせるパルス状の送信信号を生成する。

ダミー信号生成部２０３は、送信信号生成部２０２から出力された送信信号に係る情報（例えば、パルス信号のＯＮ時間／ＯＦＦ時間、信号レベル等）に基づき光源２０６を点灯させる直流のダミー信号を生成する。

ここで、送信信号生成部２０２による送信信号が出力される後述の送信信号出力期間ｔｗｓとダミー信号生成部２０３によるダミー信号が出力されるダミー信号出力期間ｔｗｄとは、信号切替え部２０５により連続するように設定されている。そして、ダミー信号生成部２０３は、送信信号出力期間ｔｗｓおよびダミー信号出力期間ｔｗｄを通した通信時の光源２０６の光出力の平均値が、送信情報に基づいた通信を行わない非通信時（非通信期間ｔｗ）の光源２０６の光出力に等しくなるようにダミー信号を生成する。尚、定常信号、送信信号、及びダミー信号の詳細は後述する。

信号切替え部２０５は、光源駆動信号生成部２０１、送信信号生成部２０２、及びダミー信号生成部２０３からそれぞれ入力された定常信号、送信信号、及びダミー信号のうち何れかを、送信信号生成部２０２からの切替え信号により選択して光源２０６に出力する。尚、切替え信号は、外部からの送信情報が入力されていないときは、定常信号を選択させ、送信情報が入力されているときは、最初に送信信号、続いてダミー信号を選択させる。

光源２０６は、例えばＬＥＤ（発光ダイオード）等の発光素子を有し、本来の照明、つまり「あかり」を提供するとともに、データ通信等を行うものである。

受信器３は、例えばフォトダイオード等の光電変換素子を有し、照明光通信装置２からの光を受光して送信情報を受信する。

ここで、定常信号、送信信号、及びダミー信号の一例を図２に示すタームチャートを用いて説明する。

最初に、送信情報が入力されていない非通信期間ｔｗには、光源２０６の光出力（輝度）が例えば５０％になるような定常信号が光源駆動信号生成部２０１により生成され信号切替え部２０５を介して光源２０６に出力されている。

次に、時刻ｔ１に送信情報が入力されると、送信信号生成部２０２は、入力された送信情報に基づいて光源２０６をＯＮ／ＯＦＦさせるパルス状の送信信号を生成し、送信信号出力期間ｔｗｓにて信号切替え部２０５を介して光源２０６に出力する。また、出力した送信信号に係る情報（例えば、パルス信号のＯＮ時間／ＯＦＦ時間、信号レベル等）をダミー信号生成部２０３に出力する。

次に、時刻ｔ２に送信信号出力期間ｔｗｓが終了すると、ダミー信号生成部２０３は、送信信号生成部２０２から出力された送信信号に係る情報に基づき光源２０６を点灯させえるダミー信号を生成し、ダミー信号出力期間ｔｗｄにて信号切替え部２０５を介して光源２０６に出力する。このとき、ダミー信号生成部２０３は、送信信号出力期間ｔｗｓおよびダミー信号出力期間ｔｗｄを通した通信時の光源２０６の光出力の平均値が、送信情報に基づいた通信を行わない非通信時（非通信期間ｔｗ）の光源２０６の光出力８（例えば５０％）に等しくなるようにダミー信号を生成する。

具体的には、ダミー信号生成部２０３は、送信信号出力期間ｔｗｓにおいて送信信号のＯＦＦ時に低下した信号量（光量）に等しい信号量を定常信号に加算しダミー信号とする。例えば、図２に示すように、５０％の光出力に相当する信号レベルの定常信号に対し、送信信号出力期間ｔｗｓにおいて低下した信号量に相当するダミー信号出力期間ｔｗｄにおける信号レベルを３０％とすると、ダミー信号生成部２０３が生成するダミー信号のレベルは５０＋３０＝８０％の光出力に相当する値となる。

このように、本発明の実施形態１に係る照明光通信システム１においては、送信信号出力期間ｔｗｓに連続してダミー信号出力期間ｔｗｄを設け、該ダミー信号出力期間ｔｗｄのダミー信号により、送信信号出力期間ｔｗｓおよびダミー信号出力期間ｔｗｄを通した通信時の光源２０６の光出力の平均値が、送信情報に基づいた通信を行わない非通信時（非通信期間ｔｗ）の光源２０６の光出力に等しくなるようにした。

すなわち、送信信号出力期間ｔｗｓにおいて、ＯＮ／ＯＦＦを繰返し点滅する光源２０６のＯＦＦ時の光出力の低下を、送信信号出力期間ｔｗｓ内で補うことなく、別途設けたダミー信号出力期間ｔｗｄで補うようにした。これにより、例えばダミー信号出力期間を調整することにより、光源２０６の光出力が飽和する程（例えば８０％以上）の大きな電流を流すことなく、送信信号出力期間ｔｗｓにおいて低下した光出力を充分に補うことができる。その結果、効率の低下を招くことなく、通信時と非通信時との間の輝度変化を低減することができる。

また、ダミー信号は、直流信号としているので、パルス信号のようにＯＮ／ＯＦＦ切替え時に発生するオーバーシュートの影響を受けることはない。これにより、通信時と非通信時との間の輝度変化をさらに低減することができる。
（実施形態２）
実施形態２による照明光通信システムの概略構成を図３を用いて説明する。図３は、実施形態２による照明光通信システム１の概略構成を示すブロック図である。

照明光通信システム１は、実施形態１の場合と同様に、図３に示すように、照明光通信装置２、及び受信器３等から構成される。

照明光通信装置２は、光源駆動信号生成部２０１、送信データ転送部２１２、送信データ遅延部２１３、反転器２１４、信号切替え部２０５、及び光源２０６等から構成される。尚、光源駆動信号生成部２０１、信号切替え部２０５、及び光源２０６の構成、動作は、実施形態１の場合と同様なのでその説明は省略する。

送信データ転送部２１２は、本発明における送信信号生成部に該当し、外部から入力されたシリアルデータ（送信情報）を光源２０６をＯＮ／ＯＦＦさせる送信信号として信号切替え部２０５を介して光源２０６に順次出力するとともに、送信信号を送信データ遅延部２１３に出力する。送信データ転送部２１２は、最初に入ってきたデータを最初に処理し、次に入ってきたデータは最初の処理が終わるまで待たせる、所謂ＦＩＦＯ（ＦｉｒｓｔＩｎ，ＦｉｒｓｔＯｕｔ）構造の例えばシフトレジスタである。

送信データ遅延部２１３は、送信データ転送部２１２から出力された送信信号を所定の時間遅延させるＦＩＦＯ構造の例えばシフトレジスタである。

反転器２１３は、送信データ遅延部２１３から出力された送信信号のＯＮ／ＯＦＦの位相を反転させてダミー信号とする例えばインバータである。尚、送信データ遅延部２１３、及び反転器２１３は、本発明におけるダミー信号生成部に該当する。

ここで、定常信号、送信信号、及びダミー信号の一例を図４に示すタームチャートを用いて説明する。

最初に、送信情報が入力されていない非通信期間ｔｗには、光源２０６の光出力（輝度）が例えば４０％になるような定常信号が光源駆動信号生成部２０１により生成され信号切替え部２０５を介して光源２０６に出力されている。

次に、時刻ｔ１に送信情報が入力されると、送信データ転送部２１２は、入力されたシリアルデータ（送信情報）を光源２０６をＯＮ／ＯＦＦさせる送信信号として送信信号出力期間ｔｗｓにて信号切替え部２０５を介して光源２０６に順次出力するとともに、送信信号を送信データ遅延部２１３に出力する。尚、このとき送信信号のＯＮ時の信号レベルは、光源２０６の光出力（輝度）が例えば８０％となる値とする。

次に、時刻ｔ２に送信信号出力期間ｔｗｓが終了すると、送信データ遅延部２１３は、遅延させていた送信データ転送部２１２から出力された送信信号を反転器２１４に順次出力する。続いて、反転器２１３は、送信データ遅延部２１３から出力された送信信号のＯＮ／ＯＦＦの位相を反転させダミー信号としてダミー信号出力期間ｔｗｄにて信号切替え部２０５を介して光源２０６に出力する。

このように、ダミー信号出力期間ｔｗｄにて、送信信号のＯＮ／ＯＦＦの位相ｗ反転させた信号をダミー信号とすることにより、送信信号出力期間ｔｗｓおよびダミー信号出力期間ｔｗｄを通した通信時の光源２０６の光出力の平均値を、送信情報に基づいた通信を行わない非通信時（非通信期間ｔｗ）の光源２０６の光出力８（例えば４０％）に等しくすることができる。これにより、実施形態１の場合と同様の効果を得ることがきるとともに、送信信号生成部として構成が簡易なＦＩＦＯ構造の送信データ転送部２１２、ダミー信号生成部として同様にＦＩＦＯ構造の送信データ遅延部２１３と反転器２１４を用いることにより、照明光通信装置１の回路構成を簡素化することができる。
（実施形態３）
実施形態３による照明光通信システム１の構成は、実施形態２の場合と概ね同様であり、非通信時（非通信期間ｔｗ）の定常信号の形態が異なるものである。

図５に、定常信号、送信信号、及びダミー信号の一例を示す。本実施形態による定常信号は、図５に示すように、光源２０６をＯＮ／ＯＦＦさせるパルス信号である。また、送信信号およびダミー信号の形態は実施例２の場合と同様であり、送信信号出力期間ｔｗｓおよびダミー信号出力期間ｔｗｄを通した通信時の光源２０６の光出力の平均値は、送信情報に基づいた通信を行わない非通信時（非通信期間ｔｗ）の光源２０６の光出力の平均値（例えば４０％）と等しくなっている。このような構成においても、実施形態１の場合と同様の効果を得ることがきるとともに、実施形態２の場合と同様に照明光通信装置１の回路構成を簡素化することができる。

本発明の実施形態１に係る照明光通信システムの概略構成を示すブロック図である。本発明の実施形態１に係る光源駆動信号、送信信号、及びダミー信号のタイムチャートである。本発明の実施形態２に係る照明光通信システムの概略構成を示すブロック図である。本発明の実施形態２に係る光源駆動信号、送信信号、及びダミー信号のタイムチャートである。本発明の実施形態２に係る光源駆動信号、送信信号、及びダミー信号の別例によるタイムチャートである。光源の駆動電流と輝度の関係を示す図である。

符号の説明

１照明光通信システム
２照明光通信装置
２０１光源駆動信号生成部
２０２送信信号生成部
２０３ダミー信号生成部
２０５信号切替え部
２０６光源
２１２送信データ転送部
２１３送信データ遅延部
２１４反転器
３受信器

Claims

照明用の光源を用い、送信情報に基づいて前記光源を点灯および消灯させることにより通信を行う照明光通信装置において、
前記送信情報に基づいて送信信号を生成し、生成した該送信信号を前記光源に出力する送信信号生成部と、
前記送信信号生成部からの前記送信信号に係る情報または前記送信信号に基づいてダミー信号を生成し、生成した該ダミー信号を前記光源に出力するダミー信号生成部と、を有し、
前記送信信号が出力される送信信号出力期間と前記ダミー信号が出力されるダミー信号出力期間とは連続し、
前記ダミー信号生成部は、
前記送信信号出力期間および前記ダミー信号出力期間を通した通信時の前記光源の光出力の平均値が、前記送信情報に基づいた前記通信を行わない非通信時の前記光源の光出力に等しくなるように前記ダミー信号を生成することを特徴とする照明光通信装置。
前記ダミー信号は、直流信号であることを特徴とする請求項１に記載の照明光通信装置。
前記ダミー信号は、前記送信信号のオンとオフの位相を反転させたパルス信号あることを特徴とする請求項１に記載の照明光通信装置。
前記光源は、発光ダイオードであることを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の照明光通信装置。
請求項１から４の何れか１項に記載の照明光通信装置と、
前記照明光通信装置からの光を受光して前記送信情報を受信する受信器と、を有することを特徴とする照明光通信システム。