可視光通信装置、可視光通信方法及びプログラム
【課題】可視光通信の送受信装置間の距離を高精度に算出する可視光通信装置を実現することが求められる。
【解決手段】本実施形態によれば、可視光通信装置は、受信部と、遅延時間算出部と、距離算出部とを備えた構成である。受信部は、可視光に重畳された送信データを受信する。遅延時間算出部は、前記送信データの送信時間に対する前記受信手段での受信時間の遅延時間を示す遅延時間データを算出する。距離算出部は、前記遅延時間データに基づいて、前記送信データの送信位置と受信位置との距離を示す距離データを算出する。
【解決手段】本実施形態によれば、可視光通信装置は、受信部と、遅延時間算出部と、距離算出部とを備えた構成である。受信部は、可視光に重畳された送信データを受信する。遅延時間算出部は、前記送信データの送信時間に対する前記受信手段での受信時間の遅延時間を示す遅延時間データを算出する。距離算出部は、前記遅延時間データに基づいて、前記送信データの送信位置と受信位置との距離を示す距離データを算出する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、可視光を利用したデータ通信を実現する可視光通信装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＬＥＤ（発光ダイオード）を使用するＬＥＤ照明が普及されつつある。このＬＥＤ照明は応答特性や制御特性が優れているため、可視光通信への利用が推進されている。
【０００３】
可視光通信は、ＬＥＤ照明機器などから発光される照明光（可視光）を搬送波（キャリア）として、送信データで変調することによりデータ通信を実現する通信方法である。即ち、可視光通信は、可視光に送信データを重畳して送信するデータ通信方法である。
【０００４】
ＬＥＤ照明機器などの照明機器は、建物内や道路等に多数設置されている。従って、新たに可視光の発光設備を準備することなく、既存の照明機器を利用して可視光通信を容易に実現することが可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−３１７２１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ＬＥＤ照明を利用した可視光通信は、電波による通信方式とは異なり、送信元であるＬＥＤ照明の方向などを目視で確認することが可能である。さらに、送信元から受信位置（受信装置の位置）までの距離を目視により推測することも可能である。この距離を高精度に求めることが可能であれば、可視光通信の利用分野によっては有用である。
【０００７】
そこで、可視光通信の送受信装置間の距離を高精度に算出する可視光通信装置を実現することが求められる。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本実施形態によれば、可視光通信装置は、受信手段と、遅延時間算出手段と、距離算出手段とを備えた構成である。受信手段は、可視光に重畳された送信データを受信する。遅延時間算出手段は、前記送信データの送信時間に対する前記受信手段での受信時間の遅延時間を示す遅延時間データを算出する。距離算出手段は、前記遅延時間データに基づいて、前記送信データの送信位置と受信位置との距離を示す距離データを算出する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】第１の実施形態に関する可視光通信システムの構成を説明するためのブロック図。
【図２】第１の実施形態に関するデータ受信装置の動作を説明するためのタイミングチャート。
【図３】第１の実施形態に関するデータ送信装置の構成を説明するためのブロック図。
【図４】第１の実施形態に関するデータ受信装置の構成を説明するためのブロック図。
【図５】第１の実施形態に関する距離算出処理の手順を説明するためのフローチャート。
【図６】第２の実施形態に関する可視光通信システムの構成を説明するためのブロック図。
【図７】第２の実施形態に関するデータ送受信装置の動作を説明するためのタイミングチャート。
【図８】第２の実施形態に関するデータ送受信装置の構成を説明するためのブロック図。
【図９】第２の実施形態に関する距離算出処理の手順を説明するためのフローチャート。
【図１０】第３の実施形態に関する可視光通信システムの構成を説明するためのブロック図。
【図１１】第３の実施形態に関するデータ受信装置の動作を説明するためのタイミングチャート。
【図１２】第３の実施形態に関するデータ送信装置の構成を説明するためのブロック図。
【図１３】第１の実施形態に関するデータ受信装置の構成を説明するためのブロック図。
【図１４】第３の実施形態に関する距離算出処理の手順を説明するためのフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下図面を参照して、実施形態を説明する。
【００１１】
［第１の実施形態］
図１は、本実施形態の可視光通信システムの構成を示す図である。
【００１２】
図１に示すように、可視光通信システムは、データ送信装置１０及びデータ受信装置２０から構成されている。本実施形態の可視光通信システムは、例えば車両と道路上の照明灯との可視光通信を行なうシステムや、船舶と灯台との可視光通信を行なうシステムなどに適用できる。
【００１３】
データ送信装置１０は、ＬＥＤ（発光ダイオード）素子を使用するＬＥＤ照明器１１からの可視光２００を搬送波としてデータ（可視光データと表記する場合がある）を送信する。ここで、データ送信装置１０は、可視光２００である搬送波にデジタルの送信データを直接重畳させるベースバンド方式の可視光送信を行なう。データ送信装置１０は、例えば、ＬＥＤ照明器１１を有する道路上の照明灯に組み込まれている。
【００１４】
また、データ受信装置２０は、フォトセンサやＣＭＯＳセンサ等の受光素子２１により可視光２００を受信し、可視光２００に重畳されている送信データを復調して出力する。データ受信装置２０は、例えば、道路上を走行する車両に搭載されている。
【００１５】
本実施形態では、データ送信装置１０及びデータ受信装置２０はそれぞれ、ＧＰＳ（global positioning system）人工衛星１００が発信しているＧＰＳ信号を受信するＧＰＳ受信器１２，２２を有する。データ送信装置１０及びデータ受信装置２０はそれぞれ、ＧＰＳ受信器１２，２２により受信したＧＰＳ信号に含まれる高精度の時計データを取得する。即ち、データ送信装置１０及びデータ受信装置２０はそれぞれ、ＧＰＳ信号の時計データに同期して送受信動作を実行する。
【００１６】
（データ送信装置とデータ受信装置）
図３は、データ送信装置１０の要部を示すブロック図である。
【００１７】
データ送信装置１０は、時計処理部１３と、同期タイミング生成部１４と、送信データ作成部１５と、変調部１６と、送信データ出力部１７と、ＬＥＤ駆動部１８と、電源部１９とを有する。
【００１８】
時計処理部１３は時計回路を含み、ＧＰＳ受信器１２により受信したＧＰＳ信号から時計データを抽出し、当該時計データに基づいて時計回路から出力される時計データを調整して出力する。同期タイミング生成部１４は、時計処理部１３から出力される時計データに基づいて同期送信タイミング信号を生成する。送信データ出力部１７は、同期送信タイミング信号に同期して、データ受信装置２０との間で予め設定される送信タイミングで、送信データ（可視光データ）をＬＥＤ駆動部１８に出力する。
【００１９】
送信データ作成部１５は、例えば図示しないサーバから転送された送信データＴＤから所定の送信データフレームを作成する。変調部１６は、送信データ作成部１５により作成された送信データフレームを可視光通信用に変調した送信データ（可視光データ）を出力する。
【００２０】
ＬＥＤ駆動部１８は、送信データ出力部１７から予め設定された送信タイミングで出力される送信データ（可視光データ）に応じてＬＥＤ照明器１１の駆動電流を制御する。これにより、ＬＥＤ照明器１１は、送信データＴＤ（可視光データ）を重畳した可視光２００を発光する。電源部１９は、ＬＥＤ駆動部１８及びそれ以外の要素１３〜１７に対して電源を供給する。
【００２１】
図４は、データ受信装置２０の要部を示すブロック図である。
【００２２】
データ受信装置２０は、時計処理部２３と、同期遅延算出部２４と、距離算出部２５と、復調部２６と、データ出力部２７と、データ入力部２８と、電気信号変換部２９と、電源部３０とを有する。
【００２３】
時計処理部２３は時計回路を含み、ＧＰＳ受信器２２により受信したＧＰＳ信号から時計データを抽出し、当該時計データに基づいて時計回路から出力される時計データを調整して出力する。同期遅延算出部２４は、時計データに基づいて予め設定される送信タイミング（ＧＰＳ受信同期信号ＧＳ）と、データ入力部２８から出力されるデータ信号の受信タイミングとを比較し、その遅延時間Ｔを算出する。
【００２４】
距離算出部２５は、同期遅延算出部２４により算出される遅延時間Ｔに基づいて、データ送信装置１０とデータ受信装置２０との距離を算出し、その距離データＤＤを出力する。同期遅延算出部２４及び距離算出部２５は、マイクロプロセッサ及びソフトウェアから構成されている。
【００２５】
電気信号変換部２９は、受光素子２１により受光される可視光２００を電気信号に変換する。データ入力部２８は、電気信号変換部２９からの電気信号に対する波形整形処理やノイズ除去処理などの信号処理を実行し、可視光データ（送信データ）を復元するためのデータ信号を抽出する。復調部２６は、データ入力部２８からのデータ信号から可視光データ（送信データ）を復調する。データ出力部２７は、復調部２６により復調された送信データから、例えば文字や画像等の所定のフォーマットの受信データＲＤに変換して出力する。電源部３０は、電気信号変換部２９及びそれ以外の要素２３〜２８に対して電源を供給する。
【００２６】
（送受信動作と距離算出処理）
以下、図２のタイミングチャート及び図５のフローチャートを参照して、本実施形態のデータ送受信動作と距離算出処理を説明する。
【００２７】
まず、データ送信装置１０は、ＬＥＤ照明器１１から送信データＴＤ（可視光データ）を重畳した可視光２００を発光する。このとき、データ送信装置１０は、前述したように、ＧＰＳ信号の時計データに基づいて生成される同期送信タイミング信号に同期し、データ受信装置２０との間で予め設定される送信タイミングで送信データ（可視光データ）を送信する。
【００２８】
一方、データ受信装置２０は、受光素子２１により送信された可視光２００を受信し、データ入力部２８により可視光データ（送信データ）を復元するためのデータ信号を抽出する。即ち、図５に示すように、データ受信装置２０は、ＧＰＳ信号の時計データに同期した可視光データを受信する（ステップＳ１）。データ受信装置２０は、復調部２６により可視光データ（送信データＴＤ）を復調し、データ出力部２７から受信データＲＤを出力する（ステップＳ２）。
【００２９】
ここで、本実施形態では、データ送信装置１０及びデータ受信装置２０はそれぞれ、ＧＰＳ受信器１２、２２からの高精度の時計データに同期して送信及び受信動作を実行している。データ送信装置１０は、ＧＰＳ信号の時計データに基づいて、データ受信装置２０との間で予め設定される送信タイミングで送信データ（可視光データ）を送信する。
【００３０】
データ受信装置２０では、同期遅延算出部２４は、図２に示すように、ＧＰＳ信号の時計データに基づいて予め設定される送信タイミングをＧＰＳ受信同期信号ＧＳとして取得する。これにより、同期遅延算出部２４は、図２に示すように、送信タイミング（ＧＰＳ受信同期信号ＧＳ）と、実際の受信タイミング（可視光同期受信データＲＤ）との遅延時間Ｔを示す遅延時間データを算出する（ステップＳ３）。
【００３１】
さらに、データ受信装置２０では、距離算出部２５は、同期遅延算出部２４により算出される遅延時間Ｔに基づいて、データ送信装置１０とデータ受信装置２０との距離を算出する（ステップＳ４）。具体的には、距離算出部２５は、計算式「遅延時間Ｔ×空間伝播速度Ｃ＝距離（ｍ）」により、その距離データＤＤを算出する。ここで、空間伝播速度Ｃとは、可視光２００の伝播速度である。
【００３２】
以上のようにして本実施形態の可視光通信システムによれば、データ受信装置２０は、データ送信装置１０から送信された送信データＴＤ（可視光データ）に対応する受信データＲＤと共に、距離データＤＤを算出して出力する（ステップＳ５）。この距離データＤＤは、データ送信装置１０とデータ受信装置２０との距離を示すデータである。
【００３３】
本実施形態の可視光通信システムを、例えば車両と道路上の照明灯との可視光通信を行なうシステムに適用した場合に、車両に搭載されたデータ受信装置２０は、移動中の車両と可視光データを送信する照明灯との距離を出力できる。照明灯に設けられたデータ送信装置１０は、可視光データにより照明灯の位置情報を送信できる。このため、移動中の車両は、照明灯の位置（固定位置）に対する距離の変化をリアルタイムで認識することが可能となり、例えば照明灯の位置まで到達できる時間を把握できる。このような効果については、本実施形態の可視光通信システムを、例えば船舶と灯台との可視光通信を行なうシステムに適用した場合でも同様である。
【００３４】
また、本実施形態の可視光通信システムを、例えば複数の車両間での可視光通信を行なうシステムに適用した場合に、車両間の距離の変化をリアルタイムで出力できる。従って、例えば距離データＤＤにより、相互間の接近距離が許容範囲を超えたことを検知して、車両の速度を自動的に低下させる衝突回避用システムを構築することが可能である。このような衝突回避用システムが車両に搭載されていれば、車両間の衝突回避を実現できる。
【００３５】
なお、本実施形態において、送受信装置１０，２０においてＧＰＳ信号に基づいて同期する時計データを使用する場合について説明したが、ＧＰＳ信号の代わりに電波時計データを利用しても良い。但し、一般的に、電波時計データは、ＧＰＳ信号に含まれる時計データと比較して精度が低い。
【００３６】
また、データ送信装置１０は、データを送信する場合に、予め予告的に次の送信時間を示す送信時間データを送信データに付加してもよい。これにより、データ受信装置２０は、送信タイミングを正確に取得することが可能となる。
【００３７】
［第２の実施形態］
図６は、本実施形態の可視光通信システムの構成を示す図である。
【００３８】
図６に示すように、本実施形態の可視光通信システムは、一方（便宜的にＡ側）のデータ送受信装置４０Ａと、他方（便宜的にＢ側）のデータ送受信装置４０Ｂとから構成されている。
【００３９】
Ａ側のデータ送受信装置４０Ａは、ＬＥＤ（発光ダイオード）素子を使用するＬＥＤ照明器４１Ａからの可視光３００Ａを搬送波としてデータ（可視光データ）を送信する。また、Ａ側のデータ送受信装置４０Ａは、フォトセンサやＣＭＯＳセンサ等の受光素子４２Ａにより可視光３００Ｂを受信し、可視光３００Ｂに重畳されている送信データを復調して出力する。
【００４０】
同様に、Ｂ側のデータ送受信装置４０Ｂは、ＬＥＤ（発光ダイオード）素子を使用するＬＥＤ照明器４１Ｂからの可視光３００Ｂを搬送波としてデータ（可視光データ）を送信する。また、Ｂ側のデータ送受信装置４０Ｂは、フォトセンサやＣＭＯＳセンサ等の受光素子４２Ｂにより可視光３００Ａを受信し、可視光３００Ａに重畳されている送信データを復調して出力する。
【００４１】
（データ送受信装置）
図８は、データ送受信装置４０Ａ，４０Ｂの要部を示すブロック図である。両者は、同一構成であるため、便宜的にＡ側のデータ送受信装置４０Ａの場合について説明する。
【００４２】
図８に示すように、データ送受信装置４０Ａは、送信データ作成部４３Ａと、変調部４４Ａと、送信データ出力部４５Ａと、ＬＥＤ駆動部４６Ａと、遅延時間算出部４７Ａと、距離算出部４８Ａと、電気信号変換部４９Ａと、データ入力部５０Ａと、復調部５１Ａと、受信データ出力部５２Ａと、遅延制御部５３Ａとを有する。
【００４３】
送信データ作成部４３Ａは、例えば図示しないサーバから転送された送信データＴＤ-Aから所定の送信データフレームを作成する。変調部４４Ａは、送信データ作成部４３Ａにより作成された送信データフレームを可視光通信用に変調した送信データ（可視光データ）を出力する。送信データ出力部４５Ａは、変調部４４Ａにより変調された送信データまたは後述する返信データをＬＥＤ駆動部４６Ａに出力する。返信データの場合には、送信データ出力部４５Ａは、遅延制御部５３Ａの制御に基づいて、データ受信後の予め設定された固定遅延時間を介して返信データをＬＥＤ駆動部４６Ａに出力する。
【００４４】
ＬＥＤ駆動部４６Ａは、送信データ出力部４５Ａからの送信データ又は返信データに応じてＬＥＤ照明器４１Ａの駆動電流を制御する。これにより、ＬＥＤ照明器４１Ａは、送信データ又は返信データを重畳した可視光３００Ａを発光する。電気信号変換部４９Ａは、受光素子４２Ａにより可視光３００Ｂを受光し、その受光信号を電気信号に変換する。
【００４５】
データ入力部５０Ａは、電気信号変換部４９Ａからの電気信号に対する波形整形処理やノイズ除去処理などの信号処理を実行し、可視光データ（送信データ）を復元するためのデータ信号を抽出する。復調部５１Ａは、データ入力部５０Ａからのデータ信号から可視光データ（送信データ）を復調する。受信データ出力部５２Ａは、復調部５１Ａにより復調された送信データから、例えば文字や画像等の所定のフォーマットの受信データＲＤ-Aに変換して出力する。
【００４６】
遅延時間算出部４７Ａは、送信データ出力部４５Ａからのデータ送信タイミングと、データ入力部５０Ａからの受信タイミング（返信データ）との遅延時間（送受信遅延時間Ｔ）を算出する。距離算出部４８Ａは、遅延時間算出部４７Ａにより算出される送受信遅延時間Ｔに基づいて、データ送受信装置４０Ｂとの距離を算出し、その距離データＤＤを出力する。なお、遅延時間算出部４７Ａ及び距離算出部４８Ａは、マイクロプロセッサ及びソフトウェアから構成されている。
【００４７】
（送受信動作と距離算出処理）
以下、図７のタイミングチャート及び図９のフローチャートを参照して、本実施形態のデータ送受信動作と距離算出処理を説明する。
【００４８】
図７に示すように、データ送受信装置４０Ａは、ＬＥＤ照明器４１Ａから発光される可視光３００Ａに重畳した送信データＴＤ-Aを送信する（ステップＳ１１）。他方のデータ送受信装置４０Ｂは、データ送受信装置４０Ａから送信された可視光３００Ａを受光素子４２Ｂにより受信し、送信データＴＤ-Aを復調して受信データＲＤ-Bを出力する（図８を参照）。この場合、図７に示すように、送信データＴＤ-Aの送信タイミングと、受信データＲＤ-Bの受信タイミングとは、空間光伝播速度に応じた空間遅延時間ｚを有する。
【００４９】
本実施形態では、他方のデータ送受信装置４０Ｂは、受信データＲＤ-Bに応じた返信データを送信データ作成部（４３Ｂ）により作成し、ＬＥＤ照明器４１Ｂから発光される可視光３００Ｂに重畳した送信データＴＤ-Bとして送信する。このとき、返信データ（送信データＴＤ-B）は、遅延制御部（５３Ｂ）の制御に基づいて、データ受信後の予め設定された固定遅延時間ｔだけ遅延して送信される。
【００５０】
一方のデータ送受信装置４０Ａは、データ送受信装置４０Ｂから送信された可視光３００Ｂを受光素子４２Ａにより受信し、返信データ（送信データＴＤ-B）を復調して受信データＲＤ-Aとして出力する（ステップＳ１２）。ここで、図７に示すように、データ送受信装置４０Ａでは、遅延時間算出部４７Ａは、送信データＴＤ-Aの送信タイミングと返信データ（受信データＲＤ-A）の受信タイミングとの送受信遅延時間Ｔを算出する（ステップＳ１３）。即ち、最初に一方のデータ送受信装置４０Ａからデータ送信した時点から、他方のデータ送受信装置４０Ｂからの返信データを受信した時点までの送受信遅延時間Ｔを計測する。
【００５１】
次に、データ送受信装置４０Ａでは、距離算出部４８Ａは、遅延時間算出部４７Ａにより算出される送受信遅延時間Ｔに基づいて、データ送受信装置４０Ｂとの距離を算出する（ステップＳ１４）。具体的には、距離算出部４８Ａは、計算式「（送受信遅延時間Ｔ−固定値円時間ｔ）／２×空間伝播速度Ｃ＝距離（ｍ）」により、その距離データＤＤを算出する。即ち、予め決められた固定遅延時間ｔを除いた時間が、データ送受信装置４０Ａからデータ送受信装置４０Ｂまでの送信遅延時間と、その逆方向の返信遅延時間となる。従って、往復のデータ通信遅延時間を求めて、この１／２の値と空間光伝播速度Ｃから、データ送受信装置４０Ａ，４０Ｂ間の距離を求めることができる。この場合、データ送受信装置４０Ａ，４０Ｂの各内部における電気信号の処理遅延時間等を考慮して、通信遅延時間を補正することで距離を高精度に算出することが可能となる。
【００５２】
以上のようにして本実施形態の可視光通信システムによれば、データ送受信装置４０Ａ，４０Ｂはそれぞれ、受信データＲＤ-A，ＲＤ-B共に、相手側との距離を示す距離データＤＤを出力する（ステップＳ１５）。即ち、データ送受信装置４０Ａ，４０Ｂはそれぞれ、最初にデータを送信した送信タイミングと、相手側からの返信データの受信タイミングとの送受信遅延時間に基づいて、相互間の距離を示す距離データＤＤを算出できる。
【００５３】
本実施形態の可視光通信システムを、それぞれデータ送受信装置を搭載する車両間で可視光通信を行なうシステムに適用すれば、移動中の各車両はそれぞれ、相互間の距離の変化をリアルタイムで認識することが可能となる。これにより、相互間の接近距離が許容範囲を超えたことを検知して、車両の速度を自動的に低下させる衝突回避用システムを構築することが可能である。このような衝突回避用システムが車両に搭載されていれば、車両間の衝突回避を実現できる。
【００５４】
なお、データ送受信装置４０Ａ（または４０Ｂ）は、最初にデータを送信する場合に、予め予告的に次の送信時間を示す送信時間データを送信データに付加してもよい。これにより、データ送受信装置４０Ｂ（または４０Ａ）は、返信データを送信するタイミングを安定化させることが可能となる。
【００５５】
［第３の実施形態］
図１０は、本実施形態の可視光通信システムの構成を示す図である。
【００５６】
図１０に示すように、可視光通信システムは、データ送信装置６０及びデータ受信装置８０から構成されている。データ送信装置１０は、ＬＥＤ（発光ダイオード）素子を使用するＬＥＤ照明器６１からの可視光４００を搬送波として送信データを変調して送信する。また、データ送信装置１０は、並行して音波発生器６２からも音波５００を搬送波として送信データを変調して送信する。
【００５７】
データ受信装置８０は、フォトセンサやＣＭＯＳセンサ等の受光素子８１により可視光４００を受信し、可視光４００に重畳されている送信データ（可視光データ）を復調して出力する。また、データ受信装置８０は、マイクロホン等を受音素子８２により音波５００を受信し、音波５００に重畳されている音波データを復調して出力する。
【００５８】
（データ送信装置とデータ受信装置）
図１２は、データ送信装置６０の要部を示すブロック図である。
【００５９】
データ送信装置６０は、送信データ作成部６３，６５と、変調部６４，６６と、送信データ出力部６７，６９と、ＬＥＤ駆動部６８と、音波駆動部７０とを有する。送信データ作成部６３は、例えば図示しないサーバから転送された可視光送信データＴＤから所定の送信データフレームを作成する。一方、送信データ作成部６５は、図示しないサーバから転送された音波送信データＳＴから送信データフレームを作成する。
【００６０】
変調部６４は、送信データ作成部６３により作成された送信データフレーム（可視光送信データＴＤ）を変調し、送信データ出力部６７に出力する。変調部６６は、送信データ作成部６５により作成された送信データフレーム（音波送信データＳＴ）を変調し、送信データ出力部６９に出力する。送信データ出力部６７，６９は、可視光データ（可視光４００）と音波データ（音波５００）を同時に出力させるために、出力同期部７１からの同期信号に同期して動作する。
【００６１】
ＬＥＤ駆動部６８は、送信データ出力部６７から出力される可視光送信データ（送信データＴＤの変調データ）に応じてＬＥＤ照明器６１の駆動電流を制御する。これにより、ＬＥＤ照明器６１は、可視光送信データを重畳した可視光４００を発光する。音波駆動部７０は、送信データ出力部６９から出力される音波送信データ（送信データＳＴの変調データ）に応じてスピーカまたは超音波発生器等の音波発生器６２を駆動制御する。これにより、音波発生器６２は、音波送信データを重畳した音波５００を発生する。
【００６２】
図１３は、データ受信装置８０の要部を示すブロック図である。
【００６３】
データ受信装置８０は、電気信号変換部８３と、データ入力部８４と、復調部８５と、データ出力部８６とを有する。電気信号変換部８３は、受光素子８１により受光される可視光４００を電気信号に変換する。データ入力部８４は、電気信号変換部８３からの電気信号に対する波形整形処理やノイズ除去処理などの信号処理を実行し、可視光データを復元するためのデータ信号を抽出する。復調部８５は、データ入力部８４からのデータ信号から可視光データ（送信データＴＤ）を復調する。データ出力部８６は、復調部８５により復調された送信データから、例えば文字や画像等の所定のフォーマットの受信データ（可視光受信データ）ＲＤに変換して出力する。
【００６４】
一方、データ受信装置８０は、電気信号変換部８７と、データ入力部８８と、復調部８９と、データ出力部９０とを有する。電気信号変換部８７は、マイクロホン等の受音素子８２により音波５００を受信し、その音波信号を電気信号に変換する。データ入力部８８は、音波信号（電気信号）に対する波形整形処理やノイズ除去処理などの信号処理を実行し、音波データを復元するためのデータ信号を抽出する。復調部８９は、データ入力部８８からのデータ信号から音波データ（送信データＳＴ）を復調する。データ出力部９０は、復調部８９により復調された送信データから、例えば文字や画像等の所定のフォーマットの受信データ（音波受信データ）ＳＲに変換して出力する。
【００６５】
さらに、データ受信装置８０は、遅延時間算出部９１及び距離算出部９２を有する。遅延時間算出部９１は、データ入力部８４からの可視光データの受信タイミングと、データ入力部８８からの音波データの受信タイミングとの遅延時間Ｔを算出する。距離算出部２５は、遅延時間算出部９１により算出される遅延時間Ｔに基づいて、データ送信装置６０とデータ受信装置８０との距離を算出し、その距離データＤＤを出力する。なお、遅延時間算出部９１及び距離算出部９２は、マイクロプロセッサ及びソフトウェアから構成されている。
【００６６】
（送受信動作と距離算出処理）
以下、図１１のタイミングチャート及び図１４のフローチャートを参照して、本実施形態のデータ送受信動作と距離算出処理を説明する。
【００６７】
まず、データ送信装置６０は、ＬＥＤ照明器６１から可視光データ（送信データＴＤ）を重畳した可視光４００を送信する。ここで、同時タイミングで、データ送信装置６０は、音波発生器６２からも音波５００を搬送波として音波データ（送信データＳＴ）を送信する。
【００６８】
一方、データ受信装置２０は、受光素子８１により送信された可視光４００を受信し、また受音素子８２により音波５００を受信する（ステップＳ２１）。データ受信装置２０は、復調部８５，８９により、可視光送信データおよび音波データを復調する（ステップＳ２２）。さらに、データ受信装置２０は、データ出力部８６から可視光受信データＲＤを出力する（ステップＳ２３）。
【００６９】
図１１に示すように、遅延時間算出部９１は、可視光受信データＲＤの受信タイミングと、音波受信データＳＲの受信タイミングとの遅延時間Ｔを算出する（ステップＳ２４）。即ち、可視光受信データＲＤ及び音波受信データＳＲは、データ送信装置６０から同時の送信タイミングで送信された可視光データ及び音波データを復調したものである。
【００７０】
距離算出部９２は、算出された遅延時間Ｔに基づいて、データ送信装置６０とデータ受信装置８０との距離を算出する（ステップＳ２５）。具体的には、距離算出部９２は、計算式「遅延時間Ｔ×音波伝播速度Ｐ＝距離（ｍ）」により、その距離データＤＤを算出する。ここで、音波伝播速度Ｐとは、音波５００の伝播速度である。データ受信装置８０は、距離データＤＤと音波受信データＳＲを出力する（ステップＳ２６）。ここで、音波受信データＳＲは、可視光受信データＲＤと比較して、遅延時間Ｔだけ遅れて出力される。
【００７１】
以上のようにして本実施形態の可視光通信システムによれば、可視光４００の空間光伝播速度Ｃに対して、音波５００の空間伝播速度Ｐは極めて遅いため、その伝播速度差から距離を算出することができる。この場合、さらに算出した距離データＤＤから空間光伝播速度Ｃの遅延分を補正することで、距離データＤＤを高精度で算出できる。
【００７２】
なお、本実施形態において、音波発生器６２から発生する音波５００は、超音波などのように聴音できない周波数の音波でも良い。
【００７３】
また、本実施形態の可視光通信システムでは、可視光送信データ（ＴＤ）と音波送信データ（ＳＴ）は、同時タイミングで送信される同一内容のデータである。本実施形態の変形例として、音波送信データ（ＳＴ）は、可視光送信データ（ＴＤ）のデータ内容を通知するデータでも良い。本変形例の可視光通信システムであれば、例えば、データ送信装置６０から案内情報を可視光送信データ（ＴＤ）として配信するシステムに適用した場合に、ユーザは携帯型機器に組み込まれたデータ受信装置８０で受信する音波により、可視光送信データ（ＴＤ）として配信される案内情報の内容を音声で認識できる。
【００７４】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００７５】
１０…データ送信装置、１１…ＬＥＤ照明器、１２…ＧＰＳ受信器、
２０…データ受信装置、２１…受光素子、２２…ＧＰＳ受信器、
４０Ａ…データ送受信装置、４１Ａ…ＬＥＤ照明器、４２Ａ…受光素子、
４０Ｂ…データ送受信装置、４１Ｂ…ＬＥＤ照明器、４２Ｂ…受光素子、
６０…データ送信装置、６１…ＬＥＤ照明器、６２…音波発生器、
８０…データ受信装置、８１…受光素子、８２…受音素子。
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、可視光を利用したデータ通信を実現する可視光通信装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＬＥＤ（発光ダイオード）を使用するＬＥＤ照明が普及されつつある。このＬＥＤ照明は応答特性や制御特性が優れているため、可視光通信への利用が推進されている。
【０００３】
可視光通信は、ＬＥＤ照明機器などから発光される照明光（可視光）を搬送波（キャリア）として、送信データで変調することによりデータ通信を実現する通信方法である。即ち、可視光通信は、可視光に送信データを重畳して送信するデータ通信方法である。
【０００４】
ＬＥＤ照明機器などの照明機器は、建物内や道路等に多数設置されている。従って、新たに可視光の発光設備を準備することなく、既存の照明機器を利用して可視光通信を容易に実現することが可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−３１７２１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ＬＥＤ照明を利用した可視光通信は、電波による通信方式とは異なり、送信元であるＬＥＤ照明の方向などを目視で確認することが可能である。さらに、送信元から受信位置（受信装置の位置）までの距離を目視により推測することも可能である。この距離を高精度に求めることが可能であれば、可視光通信の利用分野によっては有用である。
【０００７】
そこで、可視光通信の送受信装置間の距離を高精度に算出する可視光通信装置を実現することが求められる。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本実施形態によれば、可視光通信装置は、受信手段と、遅延時間算出手段と、距離算出手段とを備えた構成である。受信手段は、可視光に重畳された送信データを受信する。遅延時間算出手段は、前記送信データの送信時間に対する前記受信手段での受信時間の遅延時間を示す遅延時間データを算出する。距離算出手段は、前記遅延時間データに基づいて、前記送信データの送信位置と受信位置との距離を示す距離データを算出する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】第１の実施形態に関する可視光通信システムの構成を説明するためのブロック図。
【図２】第１の実施形態に関するデータ受信装置の動作を説明するためのタイミングチャート。
【図３】第１の実施形態に関するデータ送信装置の構成を説明するためのブロック図。
【図４】第１の実施形態に関するデータ受信装置の構成を説明するためのブロック図。
【図５】第１の実施形態に関する距離算出処理の手順を説明するためのフローチャート。
【図６】第２の実施形態に関する可視光通信システムの構成を説明するためのブロック図。
【図７】第２の実施形態に関するデータ送受信装置の動作を説明するためのタイミングチャート。
【図８】第２の実施形態に関するデータ送受信装置の構成を説明するためのブロック図。
【図９】第２の実施形態に関する距離算出処理の手順を説明するためのフローチャート。
【図１０】第３の実施形態に関する可視光通信システムの構成を説明するためのブロック図。
【図１１】第３の実施形態に関するデータ受信装置の動作を説明するためのタイミングチャート。
【図１２】第３の実施形態に関するデータ送信装置の構成を説明するためのブロック図。
【図１３】第１の実施形態に関するデータ受信装置の構成を説明するためのブロック図。
【図１４】第３の実施形態に関する距離算出処理の手順を説明するためのフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下図面を参照して、実施形態を説明する。
【００１１】
［第１の実施形態］
図１は、本実施形態の可視光通信システムの構成を示す図である。
【００１２】
図１に示すように、可視光通信システムは、データ送信装置１０及びデータ受信装置２０から構成されている。本実施形態の可視光通信システムは、例えば車両と道路上の照明灯との可視光通信を行なうシステムや、船舶と灯台との可視光通信を行なうシステムなどに適用できる。
【００１３】
データ送信装置１０は、ＬＥＤ（発光ダイオード）素子を使用するＬＥＤ照明器１１からの可視光２００を搬送波としてデータ（可視光データと表記する場合がある）を送信する。ここで、データ送信装置１０は、可視光２００である搬送波にデジタルの送信データを直接重畳させるベースバンド方式の可視光送信を行なう。データ送信装置１０は、例えば、ＬＥＤ照明器１１を有する道路上の照明灯に組み込まれている。
【００１４】
また、データ受信装置２０は、フォトセンサやＣＭＯＳセンサ等の受光素子２１により可視光２００を受信し、可視光２００に重畳されている送信データを復調して出力する。データ受信装置２０は、例えば、道路上を走行する車両に搭載されている。
【００１５】
本実施形態では、データ送信装置１０及びデータ受信装置２０はそれぞれ、ＧＰＳ（global positioning system）人工衛星１００が発信しているＧＰＳ信号を受信するＧＰＳ受信器１２，２２を有する。データ送信装置１０及びデータ受信装置２０はそれぞれ、ＧＰＳ受信器１２，２２により受信したＧＰＳ信号に含まれる高精度の時計データを取得する。即ち、データ送信装置１０及びデータ受信装置２０はそれぞれ、ＧＰＳ信号の時計データに同期して送受信動作を実行する。
【００１６】
（データ送信装置とデータ受信装置）
図３は、データ送信装置１０の要部を示すブロック図である。
【００１７】
データ送信装置１０は、時計処理部１３と、同期タイミング生成部１４と、送信データ作成部１５と、変調部１６と、送信データ出力部１７と、ＬＥＤ駆動部１８と、電源部１９とを有する。
【００１８】
時計処理部１３は時計回路を含み、ＧＰＳ受信器１２により受信したＧＰＳ信号から時計データを抽出し、当該時計データに基づいて時計回路から出力される時計データを調整して出力する。同期タイミング生成部１４は、時計処理部１３から出力される時計データに基づいて同期送信タイミング信号を生成する。送信データ出力部１７は、同期送信タイミング信号に同期して、データ受信装置２０との間で予め設定される送信タイミングで、送信データ（可視光データ）をＬＥＤ駆動部１８に出力する。
【００１９】
送信データ作成部１５は、例えば図示しないサーバから転送された送信データＴＤから所定の送信データフレームを作成する。変調部１６は、送信データ作成部１５により作成された送信データフレームを可視光通信用に変調した送信データ（可視光データ）を出力する。
【００２０】
ＬＥＤ駆動部１８は、送信データ出力部１７から予め設定された送信タイミングで出力される送信データ（可視光データ）に応じてＬＥＤ照明器１１の駆動電流を制御する。これにより、ＬＥＤ照明器１１は、送信データＴＤ（可視光データ）を重畳した可視光２００を発光する。電源部１９は、ＬＥＤ駆動部１８及びそれ以外の要素１３〜１７に対して電源を供給する。
【００２１】
図４は、データ受信装置２０の要部を示すブロック図である。
【００２２】
データ受信装置２０は、時計処理部２３と、同期遅延算出部２４と、距離算出部２５と、復調部２６と、データ出力部２７と、データ入力部２８と、電気信号変換部２９と、電源部３０とを有する。
【００２３】
時計処理部２３は時計回路を含み、ＧＰＳ受信器２２により受信したＧＰＳ信号から時計データを抽出し、当該時計データに基づいて時計回路から出力される時計データを調整して出力する。同期遅延算出部２４は、時計データに基づいて予め設定される送信タイミング（ＧＰＳ受信同期信号ＧＳ）と、データ入力部２８から出力されるデータ信号の受信タイミングとを比較し、その遅延時間Ｔを算出する。
【００２４】
距離算出部２５は、同期遅延算出部２４により算出される遅延時間Ｔに基づいて、データ送信装置１０とデータ受信装置２０との距離を算出し、その距離データＤＤを出力する。同期遅延算出部２４及び距離算出部２５は、マイクロプロセッサ及びソフトウェアから構成されている。
【００２５】
電気信号変換部２９は、受光素子２１により受光される可視光２００を電気信号に変換する。データ入力部２８は、電気信号変換部２９からの電気信号に対する波形整形処理やノイズ除去処理などの信号処理を実行し、可視光データ（送信データ）を復元するためのデータ信号を抽出する。復調部２６は、データ入力部２８からのデータ信号から可視光データ（送信データ）を復調する。データ出力部２７は、復調部２６により復調された送信データから、例えば文字や画像等の所定のフォーマットの受信データＲＤに変換して出力する。電源部３０は、電気信号変換部２９及びそれ以外の要素２３〜２８に対して電源を供給する。
【００２６】
（送受信動作と距離算出処理）
以下、図２のタイミングチャート及び図５のフローチャートを参照して、本実施形態のデータ送受信動作と距離算出処理を説明する。
【００２７】
まず、データ送信装置１０は、ＬＥＤ照明器１１から送信データＴＤ（可視光データ）を重畳した可視光２００を発光する。このとき、データ送信装置１０は、前述したように、ＧＰＳ信号の時計データに基づいて生成される同期送信タイミング信号に同期し、データ受信装置２０との間で予め設定される送信タイミングで送信データ（可視光データ）を送信する。
【００２８】
一方、データ受信装置２０は、受光素子２１により送信された可視光２００を受信し、データ入力部２８により可視光データ（送信データ）を復元するためのデータ信号を抽出する。即ち、図５に示すように、データ受信装置２０は、ＧＰＳ信号の時計データに同期した可視光データを受信する（ステップＳ１）。データ受信装置２０は、復調部２６により可視光データ（送信データＴＤ）を復調し、データ出力部２７から受信データＲＤを出力する（ステップＳ２）。
【００２９】
ここで、本実施形態では、データ送信装置１０及びデータ受信装置２０はそれぞれ、ＧＰＳ受信器１２、２２からの高精度の時計データに同期して送信及び受信動作を実行している。データ送信装置１０は、ＧＰＳ信号の時計データに基づいて、データ受信装置２０との間で予め設定される送信タイミングで送信データ（可視光データ）を送信する。
【００３０】
データ受信装置２０では、同期遅延算出部２４は、図２に示すように、ＧＰＳ信号の時計データに基づいて予め設定される送信タイミングをＧＰＳ受信同期信号ＧＳとして取得する。これにより、同期遅延算出部２４は、図２に示すように、送信タイミング（ＧＰＳ受信同期信号ＧＳ）と、実際の受信タイミング（可視光同期受信データＲＤ）との遅延時間Ｔを示す遅延時間データを算出する（ステップＳ３）。
【００３１】
さらに、データ受信装置２０では、距離算出部２５は、同期遅延算出部２４により算出される遅延時間Ｔに基づいて、データ送信装置１０とデータ受信装置２０との距離を算出する（ステップＳ４）。具体的には、距離算出部２５は、計算式「遅延時間Ｔ×空間伝播速度Ｃ＝距離（ｍ）」により、その距離データＤＤを算出する。ここで、空間伝播速度Ｃとは、可視光２００の伝播速度である。
【００３２】
以上のようにして本実施形態の可視光通信システムによれば、データ受信装置２０は、データ送信装置１０から送信された送信データＴＤ（可視光データ）に対応する受信データＲＤと共に、距離データＤＤを算出して出力する（ステップＳ５）。この距離データＤＤは、データ送信装置１０とデータ受信装置２０との距離を示すデータである。
【００３３】
本実施形態の可視光通信システムを、例えば車両と道路上の照明灯との可視光通信を行なうシステムに適用した場合に、車両に搭載されたデータ受信装置２０は、移動中の車両と可視光データを送信する照明灯との距離を出力できる。照明灯に設けられたデータ送信装置１０は、可視光データにより照明灯の位置情報を送信できる。このため、移動中の車両は、照明灯の位置（固定位置）に対する距離の変化をリアルタイムで認識することが可能となり、例えば照明灯の位置まで到達できる時間を把握できる。このような効果については、本実施形態の可視光通信システムを、例えば船舶と灯台との可視光通信を行なうシステムに適用した場合でも同様である。
【００３４】
また、本実施形態の可視光通信システムを、例えば複数の車両間での可視光通信を行なうシステムに適用した場合に、車両間の距離の変化をリアルタイムで出力できる。従って、例えば距離データＤＤにより、相互間の接近距離が許容範囲を超えたことを検知して、車両の速度を自動的に低下させる衝突回避用システムを構築することが可能である。このような衝突回避用システムが車両に搭載されていれば、車両間の衝突回避を実現できる。
【００３５】
なお、本実施形態において、送受信装置１０，２０においてＧＰＳ信号に基づいて同期する時計データを使用する場合について説明したが、ＧＰＳ信号の代わりに電波時計データを利用しても良い。但し、一般的に、電波時計データは、ＧＰＳ信号に含まれる時計データと比較して精度が低い。
【００３６】
また、データ送信装置１０は、データを送信する場合に、予め予告的に次の送信時間を示す送信時間データを送信データに付加してもよい。これにより、データ受信装置２０は、送信タイミングを正確に取得することが可能となる。
【００３７】
［第２の実施形態］
図６は、本実施形態の可視光通信システムの構成を示す図である。
【００３８】
図６に示すように、本実施形態の可視光通信システムは、一方（便宜的にＡ側）のデータ送受信装置４０Ａと、他方（便宜的にＢ側）のデータ送受信装置４０Ｂとから構成されている。
【００３９】
Ａ側のデータ送受信装置４０Ａは、ＬＥＤ（発光ダイオード）素子を使用するＬＥＤ照明器４１Ａからの可視光３００Ａを搬送波としてデータ（可視光データ）を送信する。また、Ａ側のデータ送受信装置４０Ａは、フォトセンサやＣＭＯＳセンサ等の受光素子４２Ａにより可視光３００Ｂを受信し、可視光３００Ｂに重畳されている送信データを復調して出力する。
【００４０】
同様に、Ｂ側のデータ送受信装置４０Ｂは、ＬＥＤ（発光ダイオード）素子を使用するＬＥＤ照明器４１Ｂからの可視光３００Ｂを搬送波としてデータ（可視光データ）を送信する。また、Ｂ側のデータ送受信装置４０Ｂは、フォトセンサやＣＭＯＳセンサ等の受光素子４２Ｂにより可視光３００Ａを受信し、可視光３００Ａに重畳されている送信データを復調して出力する。
【００４１】
（データ送受信装置）
図８は、データ送受信装置４０Ａ，４０Ｂの要部を示すブロック図である。両者は、同一構成であるため、便宜的にＡ側のデータ送受信装置４０Ａの場合について説明する。
【００４２】
図８に示すように、データ送受信装置４０Ａは、送信データ作成部４３Ａと、変調部４４Ａと、送信データ出力部４５Ａと、ＬＥＤ駆動部４６Ａと、遅延時間算出部４７Ａと、距離算出部４８Ａと、電気信号変換部４９Ａと、データ入力部５０Ａと、復調部５１Ａと、受信データ出力部５２Ａと、遅延制御部５３Ａとを有する。
【００４３】
送信データ作成部４３Ａは、例えば図示しないサーバから転送された送信データＴＤ-Aから所定の送信データフレームを作成する。変調部４４Ａは、送信データ作成部４３Ａにより作成された送信データフレームを可視光通信用に変調した送信データ（可視光データ）を出力する。送信データ出力部４５Ａは、変調部４４Ａにより変調された送信データまたは後述する返信データをＬＥＤ駆動部４６Ａに出力する。返信データの場合には、送信データ出力部４５Ａは、遅延制御部５３Ａの制御に基づいて、データ受信後の予め設定された固定遅延時間を介して返信データをＬＥＤ駆動部４６Ａに出力する。
【００４４】
ＬＥＤ駆動部４６Ａは、送信データ出力部４５Ａからの送信データ又は返信データに応じてＬＥＤ照明器４１Ａの駆動電流を制御する。これにより、ＬＥＤ照明器４１Ａは、送信データ又は返信データを重畳した可視光３００Ａを発光する。電気信号変換部４９Ａは、受光素子４２Ａにより可視光３００Ｂを受光し、その受光信号を電気信号に変換する。
【００４５】
データ入力部５０Ａは、電気信号変換部４９Ａからの電気信号に対する波形整形処理やノイズ除去処理などの信号処理を実行し、可視光データ（送信データ）を復元するためのデータ信号を抽出する。復調部５１Ａは、データ入力部５０Ａからのデータ信号から可視光データ（送信データ）を復調する。受信データ出力部５２Ａは、復調部５１Ａにより復調された送信データから、例えば文字や画像等の所定のフォーマットの受信データＲＤ-Aに変換して出力する。
【００４６】
遅延時間算出部４７Ａは、送信データ出力部４５Ａからのデータ送信タイミングと、データ入力部５０Ａからの受信タイミング（返信データ）との遅延時間（送受信遅延時間Ｔ）を算出する。距離算出部４８Ａは、遅延時間算出部４７Ａにより算出される送受信遅延時間Ｔに基づいて、データ送受信装置４０Ｂとの距離を算出し、その距離データＤＤを出力する。なお、遅延時間算出部４７Ａ及び距離算出部４８Ａは、マイクロプロセッサ及びソフトウェアから構成されている。
【００４７】
（送受信動作と距離算出処理）
以下、図７のタイミングチャート及び図９のフローチャートを参照して、本実施形態のデータ送受信動作と距離算出処理を説明する。
【００４８】
図７に示すように、データ送受信装置４０Ａは、ＬＥＤ照明器４１Ａから発光される可視光３００Ａに重畳した送信データＴＤ-Aを送信する（ステップＳ１１）。他方のデータ送受信装置４０Ｂは、データ送受信装置４０Ａから送信された可視光３００Ａを受光素子４２Ｂにより受信し、送信データＴＤ-Aを復調して受信データＲＤ-Bを出力する（図８を参照）。この場合、図７に示すように、送信データＴＤ-Aの送信タイミングと、受信データＲＤ-Bの受信タイミングとは、空間光伝播速度に応じた空間遅延時間ｚを有する。
【００４９】
本実施形態では、他方のデータ送受信装置４０Ｂは、受信データＲＤ-Bに応じた返信データを送信データ作成部（４３Ｂ）により作成し、ＬＥＤ照明器４１Ｂから発光される可視光３００Ｂに重畳した送信データＴＤ-Bとして送信する。このとき、返信データ（送信データＴＤ-B）は、遅延制御部（５３Ｂ）の制御に基づいて、データ受信後の予め設定された固定遅延時間ｔだけ遅延して送信される。
【００５０】
一方のデータ送受信装置４０Ａは、データ送受信装置４０Ｂから送信された可視光３００Ｂを受光素子４２Ａにより受信し、返信データ（送信データＴＤ-B）を復調して受信データＲＤ-Aとして出力する（ステップＳ１２）。ここで、図７に示すように、データ送受信装置４０Ａでは、遅延時間算出部４７Ａは、送信データＴＤ-Aの送信タイミングと返信データ（受信データＲＤ-A）の受信タイミングとの送受信遅延時間Ｔを算出する（ステップＳ１３）。即ち、最初に一方のデータ送受信装置４０Ａからデータ送信した時点から、他方のデータ送受信装置４０Ｂからの返信データを受信した時点までの送受信遅延時間Ｔを計測する。
【００５１】
次に、データ送受信装置４０Ａでは、距離算出部４８Ａは、遅延時間算出部４７Ａにより算出される送受信遅延時間Ｔに基づいて、データ送受信装置４０Ｂとの距離を算出する（ステップＳ１４）。具体的には、距離算出部４８Ａは、計算式「（送受信遅延時間Ｔ−固定値円時間ｔ）／２×空間伝播速度Ｃ＝距離（ｍ）」により、その距離データＤＤを算出する。即ち、予め決められた固定遅延時間ｔを除いた時間が、データ送受信装置４０Ａからデータ送受信装置４０Ｂまでの送信遅延時間と、その逆方向の返信遅延時間となる。従って、往復のデータ通信遅延時間を求めて、この１／２の値と空間光伝播速度Ｃから、データ送受信装置４０Ａ，４０Ｂ間の距離を求めることができる。この場合、データ送受信装置４０Ａ，４０Ｂの各内部における電気信号の処理遅延時間等を考慮して、通信遅延時間を補正することで距離を高精度に算出することが可能となる。
【００５２】
以上のようにして本実施形態の可視光通信システムによれば、データ送受信装置４０Ａ，４０Ｂはそれぞれ、受信データＲＤ-A，ＲＤ-B共に、相手側との距離を示す距離データＤＤを出力する（ステップＳ１５）。即ち、データ送受信装置４０Ａ，４０Ｂはそれぞれ、最初にデータを送信した送信タイミングと、相手側からの返信データの受信タイミングとの送受信遅延時間に基づいて、相互間の距離を示す距離データＤＤを算出できる。
【００５３】
本実施形態の可視光通信システムを、それぞれデータ送受信装置を搭載する車両間で可視光通信を行なうシステムに適用すれば、移動中の各車両はそれぞれ、相互間の距離の変化をリアルタイムで認識することが可能となる。これにより、相互間の接近距離が許容範囲を超えたことを検知して、車両の速度を自動的に低下させる衝突回避用システムを構築することが可能である。このような衝突回避用システムが車両に搭載されていれば、車両間の衝突回避を実現できる。
【００５４】
なお、データ送受信装置４０Ａ（または４０Ｂ）は、最初にデータを送信する場合に、予め予告的に次の送信時間を示す送信時間データを送信データに付加してもよい。これにより、データ送受信装置４０Ｂ（または４０Ａ）は、返信データを送信するタイミングを安定化させることが可能となる。
【００５５】
［第３の実施形態］
図１０は、本実施形態の可視光通信システムの構成を示す図である。
【００５６】
図１０に示すように、可視光通信システムは、データ送信装置６０及びデータ受信装置８０から構成されている。データ送信装置１０は、ＬＥＤ（発光ダイオード）素子を使用するＬＥＤ照明器６１からの可視光４００を搬送波として送信データを変調して送信する。また、データ送信装置１０は、並行して音波発生器６２からも音波５００を搬送波として送信データを変調して送信する。
【００５７】
データ受信装置８０は、フォトセンサやＣＭＯＳセンサ等の受光素子８１により可視光４００を受信し、可視光４００に重畳されている送信データ（可視光データ）を復調して出力する。また、データ受信装置８０は、マイクロホン等を受音素子８２により音波５００を受信し、音波５００に重畳されている音波データを復調して出力する。
【００５８】
（データ送信装置とデータ受信装置）
図１２は、データ送信装置６０の要部を示すブロック図である。
【００５９】
データ送信装置６０は、送信データ作成部６３，６５と、変調部６４，６６と、送信データ出力部６７，６９と、ＬＥＤ駆動部６８と、音波駆動部７０とを有する。送信データ作成部６３は、例えば図示しないサーバから転送された可視光送信データＴＤから所定の送信データフレームを作成する。一方、送信データ作成部６５は、図示しないサーバから転送された音波送信データＳＴから送信データフレームを作成する。
【００６０】
変調部６４は、送信データ作成部６３により作成された送信データフレーム（可視光送信データＴＤ）を変調し、送信データ出力部６７に出力する。変調部６６は、送信データ作成部６５により作成された送信データフレーム（音波送信データＳＴ）を変調し、送信データ出力部６９に出力する。送信データ出力部６７，６９は、可視光データ（可視光４００）と音波データ（音波５００）を同時に出力させるために、出力同期部７１からの同期信号に同期して動作する。
【００６１】
ＬＥＤ駆動部６８は、送信データ出力部６７から出力される可視光送信データ（送信データＴＤの変調データ）に応じてＬＥＤ照明器６１の駆動電流を制御する。これにより、ＬＥＤ照明器６１は、可視光送信データを重畳した可視光４００を発光する。音波駆動部７０は、送信データ出力部６９から出力される音波送信データ（送信データＳＴの変調データ）に応じてスピーカまたは超音波発生器等の音波発生器６２を駆動制御する。これにより、音波発生器６２は、音波送信データを重畳した音波５００を発生する。
【００６２】
図１３は、データ受信装置８０の要部を示すブロック図である。
【００６３】
データ受信装置８０は、電気信号変換部８３と、データ入力部８４と、復調部８５と、データ出力部８６とを有する。電気信号変換部８３は、受光素子８１により受光される可視光４００を電気信号に変換する。データ入力部８４は、電気信号変換部８３からの電気信号に対する波形整形処理やノイズ除去処理などの信号処理を実行し、可視光データを復元するためのデータ信号を抽出する。復調部８５は、データ入力部８４からのデータ信号から可視光データ（送信データＴＤ）を復調する。データ出力部８６は、復調部８５により復調された送信データから、例えば文字や画像等の所定のフォーマットの受信データ（可視光受信データ）ＲＤに変換して出力する。
【００６４】
一方、データ受信装置８０は、電気信号変換部８７と、データ入力部８８と、復調部８９と、データ出力部９０とを有する。電気信号変換部８７は、マイクロホン等の受音素子８２により音波５００を受信し、その音波信号を電気信号に変換する。データ入力部８８は、音波信号（電気信号）に対する波形整形処理やノイズ除去処理などの信号処理を実行し、音波データを復元するためのデータ信号を抽出する。復調部８９は、データ入力部８８からのデータ信号から音波データ（送信データＳＴ）を復調する。データ出力部９０は、復調部８９により復調された送信データから、例えば文字や画像等の所定のフォーマットの受信データ（音波受信データ）ＳＲに変換して出力する。
【００６５】
さらに、データ受信装置８０は、遅延時間算出部９１及び距離算出部９２を有する。遅延時間算出部９１は、データ入力部８４からの可視光データの受信タイミングと、データ入力部８８からの音波データの受信タイミングとの遅延時間Ｔを算出する。距離算出部２５は、遅延時間算出部９１により算出される遅延時間Ｔに基づいて、データ送信装置６０とデータ受信装置８０との距離を算出し、その距離データＤＤを出力する。なお、遅延時間算出部９１及び距離算出部９２は、マイクロプロセッサ及びソフトウェアから構成されている。
【００６６】
（送受信動作と距離算出処理）
以下、図１１のタイミングチャート及び図１４のフローチャートを参照して、本実施形態のデータ送受信動作と距離算出処理を説明する。
【００６７】
まず、データ送信装置６０は、ＬＥＤ照明器６１から可視光データ（送信データＴＤ）を重畳した可視光４００を送信する。ここで、同時タイミングで、データ送信装置６０は、音波発生器６２からも音波５００を搬送波として音波データ（送信データＳＴ）を送信する。
【００６８】
一方、データ受信装置２０は、受光素子８１により送信された可視光４００を受信し、また受音素子８２により音波５００を受信する（ステップＳ２１）。データ受信装置２０は、復調部８５，８９により、可視光送信データおよび音波データを復調する（ステップＳ２２）。さらに、データ受信装置２０は、データ出力部８６から可視光受信データＲＤを出力する（ステップＳ２３）。
【００６９】
図１１に示すように、遅延時間算出部９１は、可視光受信データＲＤの受信タイミングと、音波受信データＳＲの受信タイミングとの遅延時間Ｔを算出する（ステップＳ２４）。即ち、可視光受信データＲＤ及び音波受信データＳＲは、データ送信装置６０から同時の送信タイミングで送信された可視光データ及び音波データを復調したものである。
【００７０】
距離算出部９２は、算出された遅延時間Ｔに基づいて、データ送信装置６０とデータ受信装置８０との距離を算出する（ステップＳ２５）。具体的には、距離算出部９２は、計算式「遅延時間Ｔ×音波伝播速度Ｐ＝距離（ｍ）」により、その距離データＤＤを算出する。ここで、音波伝播速度Ｐとは、音波５００の伝播速度である。データ受信装置８０は、距離データＤＤと音波受信データＳＲを出力する（ステップＳ２６）。ここで、音波受信データＳＲは、可視光受信データＲＤと比較して、遅延時間Ｔだけ遅れて出力される。
【００７１】
以上のようにして本実施形態の可視光通信システムによれば、可視光４００の空間光伝播速度Ｃに対して、音波５００の空間伝播速度Ｐは極めて遅いため、その伝播速度差から距離を算出することができる。この場合、さらに算出した距離データＤＤから空間光伝播速度Ｃの遅延分を補正することで、距離データＤＤを高精度で算出できる。
【００７２】
なお、本実施形態において、音波発生器６２から発生する音波５００は、超音波などのように聴音できない周波数の音波でも良い。
【００７３】
また、本実施形態の可視光通信システムでは、可視光送信データ（ＴＤ）と音波送信データ（ＳＴ）は、同時タイミングで送信される同一内容のデータである。本実施形態の変形例として、音波送信データ（ＳＴ）は、可視光送信データ（ＴＤ）のデータ内容を通知するデータでも良い。本変形例の可視光通信システムであれば、例えば、データ送信装置６０から案内情報を可視光送信データ（ＴＤ）として配信するシステムに適用した場合に、ユーザは携帯型機器に組み込まれたデータ受信装置８０で受信する音波により、可視光送信データ（ＴＤ）として配信される案内情報の内容を音声で認識できる。
【００７４】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００７５】
１０…データ送信装置、１１…ＬＥＤ照明器、１２…ＧＰＳ受信器、
２０…データ受信装置、２１…受光素子、２２…ＧＰＳ受信器、
４０Ａ…データ送受信装置、４１Ａ…ＬＥＤ照明器、４２Ａ…受光素子、
４０Ｂ…データ送受信装置、４１Ｂ…ＬＥＤ照明器、４２Ｂ…受光素子、
６０…データ送信装置、６１…ＬＥＤ照明器、６２…音波発生器、
８０…データ受信装置、８１…受光素子、８２…受音素子。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
可視光に重畳された送信データを受信する受信手段と、
前記送信データの送信時間に対する前記受信手段での受信時間の遅延時間を示す遅延時間データを算出する遅延時間算出手段と、
前記遅延時間データに基づいて、前記送信データの送信位置と受信位置との距離を示す距離データを算出する距離算出手段と
を具備したことを特徴とする可視光通信装置。
【請求項２】
外部から前記送信時間と同期するための時間データを取得する同期時間取得手段を有し、
前記遅延時間算出手段は、
前記送信時間を示す送信時間データ及び前記時間データに基づいて前記受信時間を示す受信時間データを取得し、
前記送信時間データと受信時間データを使用して前記遅延時間データを算出するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の可視光通信装置。
【請求項３】
前記同期時間取得手段は、
ＧＰＳまたは電波時計システムから発信される時間信号を受信し、当該時間信号から前記時間データを生成するように構成されていることを特徴とする請求項２に記載の可視光通信装置。
【請求項４】
可視光に重畳された送信データを送信する送信手段を有し、
前記遅延時間算出手段は、
前記受信手段により前記送信データに対する返信データを受信した場合に、前記送信データの送信時間に対する前記返信データの受信時間の遅延時間を示す遅延時間データを算出するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の可視光通信装置。
【請求項５】
前記距離算出手段は、
前記遅延時間データに基づいて、前記送信データの送信位置と前記送信データに対する前記返信データの送信位置との距離を示す距離データを算出するように構成されていることを特徴とする請求項４に記載の可視光通信装置。
【請求項６】
可視光に重畳された送信データを受信する可視光データ受信手段と、
前記送信データの送信タイミングと同一タイミングで送信される音波データを受信する音波データ受信手段と、
前記可視光受信手段の受信タイミングと前記音波データ受信手段受信タイミングとの遅延時間を示す遅延時間データを算出する遅延時間算出手段と、
前記遅延時間データに基づいて、前記送信データの送信位置と受信位置との距離を示す距離データを算出する距離算出手段と
を具備したことを特徴とする可視光通信装置。
【請求項７】
前記距離算出手段は、
前記遅延時間データ及び前記音波データを搬送する音波の空間音波伝播速度に基づいて、前記距離データを算出するように構成されていることを特徴とする請求項６に記載の可視光通信装置。
【請求項８】
請求項１に記載の可視光通信装置と、当該可視光通信装置に対して可視光に重畳された送信データを送信するデータ送信装置とを有する可視光通信システムであって、
前記可視光通信装置の受信動作と前記データ送信装置の送信動作の同期時間を取得するための同期時間取得手段を有し、
前記可視光通信装置の前記遅延時間算出手段は、
前記同期時間取得手段により取得される前記データ送信装置の送信時間と前記可視光通信装置の受信時間との遅延時間を示す遅延時間データを算出するように構成されている可視光通信システム。
【請求項９】
可視光に重畳された送信データを送信する送信手段及び前記送信データを受信する受信手段を含む第１及び第２の可視光送受信装置からなる可視光通信システムであって、
前記第１及び第２の可視光送受信装置はそれぞれ、
前記受信手段により前記送信データに対する返信データを受信した場合に、前記送信データの送信時間に対する前記返信データの受信時間の遅延時間を示す遅延時間データを算出する遅延時間算出手段と、
前記遅延時間データに基づいて、前記送信データの送信位置と受信位置との距離を示す距離データを算出する距離算出手段と
を具備したことを特徴とする可視光通信システム。
【請求項１０】
可視光に重畳された送信データを受信する受信手段を有する可視光通信装置に適用する可視光通信方法であって、
前記送信データの送信時間に対する前記受信手段での受信時間の遅延時間を示す遅延時間データを算出する処理と、
前記遅延時間データに基づいて、前記送信データの送信位置と受信位置との距離を示す距離データを算出する処理と
を実行する可視光通信方法。
【請求項１１】
可視光に重畳された送信データを受信する受信手段を有する可視光通信装置に組み込まれるコンピュータにより実行されるプログラムであって、
前記送信データの送信時間に対する前記受信手段での受信時間の遅延時間を示す遅延時間データを算出する手段と、
前記遅延時間データに基づいて、前記送信データの送信位置と受信位置との距離を示す距離データを算出する手段と
して動作させるプログラム。
【請求項１】
可視光に重畳された送信データを受信する受信手段と、
前記送信データの送信時間に対する前記受信手段での受信時間の遅延時間を示す遅延時間データを算出する遅延時間算出手段と、
前記遅延時間データに基づいて、前記送信データの送信位置と受信位置との距離を示す距離データを算出する距離算出手段と
を具備したことを特徴とする可視光通信装置。
【請求項２】
外部から前記送信時間と同期するための時間データを取得する同期時間取得手段を有し、
前記遅延時間算出手段は、
前記送信時間を示す送信時間データ及び前記時間データに基づいて前記受信時間を示す受信時間データを取得し、
前記送信時間データと受信時間データを使用して前記遅延時間データを算出するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の可視光通信装置。
【請求項３】
前記同期時間取得手段は、
ＧＰＳまたは電波時計システムから発信される時間信号を受信し、当該時間信号から前記時間データを生成するように構成されていることを特徴とする請求項２に記載の可視光通信装置。
【請求項４】
可視光に重畳された送信データを送信する送信手段を有し、
前記遅延時間算出手段は、
前記受信手段により前記送信データに対する返信データを受信した場合に、前記送信データの送信時間に対する前記返信データの受信時間の遅延時間を示す遅延時間データを算出するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の可視光通信装置。
【請求項５】
前記距離算出手段は、
前記遅延時間データに基づいて、前記送信データの送信位置と前記送信データに対する前記返信データの送信位置との距離を示す距離データを算出するように構成されていることを特徴とする請求項４に記載の可視光通信装置。
【請求項６】
可視光に重畳された送信データを受信する可視光データ受信手段と、
前記送信データの送信タイミングと同一タイミングで送信される音波データを受信する音波データ受信手段と、
前記可視光受信手段の受信タイミングと前記音波データ受信手段受信タイミングとの遅延時間を示す遅延時間データを算出する遅延時間算出手段と、
前記遅延時間データに基づいて、前記送信データの送信位置と受信位置との距離を示す距離データを算出する距離算出手段と
を具備したことを特徴とする可視光通信装置。
【請求項７】
前記距離算出手段は、
前記遅延時間データ及び前記音波データを搬送する音波の空間音波伝播速度に基づいて、前記距離データを算出するように構成されていることを特徴とする請求項６に記載の可視光通信装置。
【請求項８】
請求項１に記載の可視光通信装置と、当該可視光通信装置に対して可視光に重畳された送信データを送信するデータ送信装置とを有する可視光通信システムであって、
前記可視光通信装置の受信動作と前記データ送信装置の送信動作の同期時間を取得するための同期時間取得手段を有し、
前記可視光通信装置の前記遅延時間算出手段は、
前記同期時間取得手段により取得される前記データ送信装置の送信時間と前記可視光通信装置の受信時間との遅延時間を示す遅延時間データを算出するように構成されている可視光通信システム。
【請求項９】
可視光に重畳された送信データを送信する送信手段及び前記送信データを受信する受信手段を含む第１及び第２の可視光送受信装置からなる可視光通信システムであって、
前記第１及び第２の可視光送受信装置はそれぞれ、
前記受信手段により前記送信データに対する返信データを受信した場合に、前記送信データの送信時間に対する前記返信データの受信時間の遅延時間を示す遅延時間データを算出する遅延時間算出手段と、
前記遅延時間データに基づいて、前記送信データの送信位置と受信位置との距離を示す距離データを算出する距離算出手段と
を具備したことを特徴とする可視光通信システム。
【請求項１０】
可視光に重畳された送信データを受信する受信手段を有する可視光通信装置に適用する可視光通信方法であって、
前記送信データの送信時間に対する前記受信手段での受信時間の遅延時間を示す遅延時間データを算出する処理と、
前記遅延時間データに基づいて、前記送信データの送信位置と受信位置との距離を示す距離データを算出する処理と
を実行する可視光通信方法。
【請求項１１】
可視光に重畳された送信データを受信する受信手段を有する可視光通信装置に組み込まれるコンピュータにより実行されるプログラムであって、
前記送信データの送信時間に対する前記受信手段での受信時間の遅延時間を示す遅延時間データを算出する手段と、
前記遅延時間データに基づいて、前記送信データの送信位置と受信位置との距離を示す距離データを算出する手段と
して動作させるプログラム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２０１２−１６３４３１（Ｐ２０１２−１６３４３１Ａ）
【公開日】平成２４年８月３０日（２０１２．８．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２３８１３（Ｐ２０１１−２３８１３）
【出願日】平成２３年２月７日（２０１１．２．７）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年８月３０日（２０１２．８．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年２月７日（２０１１．２．７）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]