JP2012010269A - 可視光通信送信機 - Google Patents

Abstract

【課題】高速大容量の可視光通信を行うことができるバックライト装置を用いた可視光通信送信機を提供する。
【解決手段】可視光通信送信機は、ディスプレイのバックライト装置として使用されるＬＥＤ光源１を用いて可視光通信を行なうバックライト装置を用いた可視光通信送信機である。多数のＬＥＤ７を並列及び直列に接続したＬＥＤ光源１と、ＬＥＤ光源１に直流電力を供給するＬＥＤ駆動回路２と、ＬＥＤ光源１とＬＥＤ駆動回路２との間に接続される変調信号重畳回路３と、を備える。変調信号重畳回路３には、トランス１０がその二次側をＬＥＤ光源１とＬＥＤ駆動回路２間に直列して設けられ、トランス１０の二次側の入力側とグランド間にコンデンサ１１が接続される。トランス１０の一次側には、送信情報信号により搬送波を変調してなる高周波信号を供給する変調信号回路６が接続される。
【選択図】図１

Description

本発明は、ディスプレイに用いられるバックライト装置のＬＥＤ光源を使用して、高速の可視光通信を行うことができる可視光通信送信機に関するものである。

液晶テレビ等のディスプレイに用いられるバックライト装置は、従来、冷陰極管が通常使用され、インバータ回路により高電圧を発生させ、高電圧で冷陰極管を点灯駆動してバックライトを照射している。

近年、冷陰極管を用いたバックライト装置に比べ、薄型化が可能で、駆動電圧が低く、低電力での駆動が可能で、より高輝度のバックライトを行なうことができる、ＬＥＤを用いたバックライト装置が、液晶ディスプレイなどで採用されつつある。

ＬＥＤは、通常、直流により駆動され、連続光を発光するが、ＦＥＴなどのスイッチング素子によりパルス状に点灯駆動した場合、非常に高い高速応答性を示し、高周波の変調光を照射することができる。

そこで、従来、ＬＥＤを用いたバックライト装置を使用して、データ信号を高周波信号により変調した変調信号を、可視光のバックライトに重畳させて送信し、受信機側の受光素子でその可視光を受光し、受光信号に重畳されたデータ信号を復調して、可視光通信を行なう可視光通信送信機が、下記特許文献１で提案されている。

特開２００７-４３７０６号公報

この従来の可視光通信送信機は、バックライト装置のＬＥＤがＬＥＤドライバにより点灯駆動されるが、ＬＥＤドライバは、通常、ＬＥＤを直流駆動するための直流電源回路として構成され、ＬＥＤドライバ回路内にコンデンサ、コイルが使用されるため、データ信号を高周波信号により変調した変調信号をＬＥＤドライバに印加する送信機では、静電容量、リアクタンスなどの影響により、ＬＥＤに高周波電流を流して高速動作させることが困難となる。このため、従来のディスプレイのＬＥＤバックライト装置を使用する可視光通信送信機では、可視光通信の通信速度が制限され、高速大容量の通信を行うことができないという課題があった。

本発明は、上記の点にかんがみ、高速大容量の可視光通信を行うことができるバックライト装置を用いた可視光通信送信機を提供することを目的とする。

本発明の請求項１のバックライト装置を用いた可視光通信送信機は、ディスプレイのバックライト装置として使用されるＬＥＤ光源を用いて可視光通信を行なう可視光通信送信機において、
多数のＬＥＤを並列及び直列に接続したＬＥＤ光源と、
該ＬＥＤ光源に直流電力を供給するＬＥＤ駆動回路と、
該ＬＥＤ光源と該ＬＥＤ駆動回路との間に接続される変調信号重畳回路と、
を備え、該変調信号重畳回路には、トランスがその二次側を該ＬＥＤ光源と該ＬＥＤ駆動回路間に直列に接続して設けられ、該トランスの二次側の入力側とグランド間にコンデンサが接続され、該トランスの一次側には、送信情報信号により搬送波を変調した高周波信号を供給する変調信号回路が接続されたことを特徴とする。

この発明によれば、変調信号回路が接続された変調信号重畳回路を、ＬＥＤ光源とＬＥＤ駆動回路との間に接続し、その変調信号重畳回路を通してＬＥＤに変調信号を供給するので、直流電源であるＬＥＤ駆動回路のコンデンサやコイルの影響を受けずに、ＬＥＤに高周波信号を印加して、ＬＥＤから照射される可視光に送信情報信号を重畳して、高速大容量の可視光通信を行うことができる。

また、請求項２の発明は、上記請求項１の可視光通信送信機において、上記ＬＥＤ駆動回路には直流電力調整用のチョッパ回路が設けれ、上記ＬＥＤ光源のＬＥＤのカソード側に接続された電流検出用抵抗器の検出信号に基づき、該チョッパ回路を動作させて直流電力を一定に調整することを特徴とする。

この発明によれば、ＬＥＤの電流が変化したとき、その変化を打ち消すようにチョッパ回路が動作して、ＬＥＤの発光を安定化させることができる。

また、請求項３の発明は、上記請求項１の可視光通信送信機において、上記ＬＥＤ駆動回路に、オンオフ期間のデューティ比を変えてバックライトの調光を行なう調光回路が接続され、該調光回路に入力される調光信号を上記変調信号回路に入力し、該調光信号のオフ期間には該変調信号回路からの変調信号の出力を停止し、該調光信号のオン期間にのみ変調信号をＬＥＤ電流に重畳することを特徴とする。

この発明によれば、調光回路を備えたバックライト装置で、ＬＥＤ電流のオンオフ期間のデューティ比を調整してバックライトの調光を行なう場合、調光信号のオン期間のみ、変調信号がＬＥＤ電流に重畳されるので、ＬＥＤ電流のオフ期間の影響による送信情報信号の部分的な消失がなく、調光信号により調光を行なう場合でも、可視光通信を正常に行うことができる。

本発明のバックライト装置を用いた可視光通信送信機によれば、高速大容量の可視光通信を良好に行うことができる。

本発明の可視光通信送信機の第１実施形態を示すブロック図である。 同可視光通信送信機の回路図である。 本発明の可視光通信送信機の第２実施形態を示すブロック図である。 同可視光通信送信機の回路図である。 調光信号、ＬＥＤ電流などのタイミングチャートである。

以下、本発明の第１実施形態の可視光通信送信機の具体例を、図面に基づき説明する。図１は可視光通信送信機の第１実施形態を示すブロック図、図２は同可視光通信送信機の回路図を示している。この可視光通信送信機は、ディスプレイのバックライト装置として使用されるＬＥＤ光源１を用いて可視光通信を行なう可視光通信送信機であり、多数のＬＥＤ７を並列及び直列に接続したＬＥＤ光源１と、ＬＥＤ光源１に直流電力を供給するＬＥＤ駆動回路２と、ＬＥＤ光源１とＬＥＤ駆動回路２との間に接続される変調信号重畳回路３と、を備えて構成される。

ＬＥＤ光源１は、液晶ディスプレイなどのバックライト装置として使用される光源であり、図２のように、多数のＬＥＤ７を並列及び直列に接続して構成され、各列の複数のＬＥＤ７は直列に接続され、各列のＬＥＤ７のアノード側は変調信号重畳回路３を介して直流電源に接続され、各列のＬＥＤ７のカソード側は、電流検出用抵抗器１５を介してグランドに接続される。電流検出用抵抗器１５により、各列のＬＥＤ７を流れる電流を検出し、その検出信号をＬＥＤ駆動回路２のチョッパ回路２０に送るようになっている。各列のＬＥＤ７は複数本が並列接続され、全体で液晶ディスプレイなどのバックライト装置の光源を構成している。

ＬＥＤ駆動回路２は、ＬＥＤ光源１に直流電流を安定供給する昇圧または降圧用のチョッパ回路２０を備えて構成され、図２に示すように、直流電源２７に対しコイル２２、ダイオード２３、及びコイル２４が直列に接続され、コイル２２とダイオード２３間にトランジスタ（ＣＭＯＳ−ＦＥＴ）２６が接続される。トランジスタ２６はチョッパ用のスイッチング素子となるもので、そのゲートには、ＰＷＭ制御回路２１が接続され、そのドレインはコイル２２とダイオード２３間に接続され、そのソースはグランドに接続される。コイル２２はトランジスタ２６のスイッチング動作時に電流を保持して電圧を発生させるために接続され、コイル２４は高周波ノイズを除去するために接続され、ダイオード２３は逆流防止用である。ダイオード２３とコイル２４間に平滑用のコンデンサ２５がグランドとの間に接続される。

ＰＷＭ制御回路２１は、図２に示すように、各電流検出用抵抗器１５に流れる電流を電圧信号として入力し、その電流値（電圧値）に基づき、トランジスタ２６のスイッチング間隔を変えて、出力されるパルス幅のデューティ比を調整し、ＬＥＤ７に流れる電流を一定にして、ＬＥＤ７の動作の安定化を図るように構成される。

ＬＥＤ駆動回路２の出力側は、図２の如く、変調信号重畳回路３を介してＬＥＤ光源１が接続される。つまり、ＬＥＤ駆動回路２とＬＥＤ光源１との間に、変調信号重畳回路３が接続される。この変調信号重畳回路３は、変調信号回路６から送られる変調信号、つまり高周波の搬送波を、送信しようとする送信情報信号により変調した変調信号を、ＬＥＤ駆動用の直流電流に重畳する回路であり、トランス１０とコンデンサ１１とから構成される。

変調信号重畳回路３のトランス１０は、その一次側の一端が変調信号回路６の出力側に接続され、トランス１０の一次側の他端はグランド接続される。トランス１０の二次側はＬＥＤ駆動回路２の出力側とＬＥＤ光源１の入力側つまり、各ＬＥＤ７の各列のアノード側に接続されている。トランス１０の二次側の入力側に、高周波電流の逆流を阻止するためのコンデンサ１１がグランド間に接続されている。この変調信号重畳回路３の動作により、送信しようとする送信情報信号により変調した変調信号が、ＬＥＤ駆動回路２からの直流電流に重畳され、ＬＥＤ光源１に出力されるようになっている。

図２に示すように、変調信号回路６は、変調回路４とアンプ５とから構成される。変調回路４は、例えば高周波（数ＭＨｚ〜数十ＭＨｚ）の三角波搬送信号を発振する三角波発振回路とＰＷＭ変調回路とから構成され、ＰＷＭ変調回路は、送信しようとするアナログの送信情報信号と三角波搬送信号を入力し、高周波の三角波搬送信号を送信情報信号により変調し、変調信号として出力するように構成される。

変調回路４から出力された変調信号はリニアに増幅するアンプ５により増幅され、変調信号重畳回路３に送られ、トランス１０を通して変調信号がＬＥＤ駆動回路２からの直流電流に重畳されるようになっている。このとき、変調信号重畳回路３のコンデンサ１１は、変調信号がＬＥＤ駆動回路２側に流れ込まないように作用する。

次に、上記構成のバックライト装置を用いた可視光通信送信機の動作を説明すると、ディスプレイのバックライト装置が点灯動作する通常時には、ＬＥＤ駆動回路２からＬＥＤ光源１に直流電流が供給され、ＬＥＤ光源１の各ＬＥＤ７は直流電流により点灯駆動され、発光する。

このとき、電流検出用抵抗器１５で検出された、各列のＬＥＤ７を流れる電流の検出信号がＬＥＤ駆動回路２のチョッパ回路２０に入力され、チョッパ回路２０のＰＷＭ制御回路２１は、検出信号の電圧値に基づき、トランジスタ２６のスイッチング間隔を変えて、出力されるパルス幅のデューティ比を調整し、ＬＥＤ７に流れる電流を一定にするように、電流制御が行なわれ、照射光の安定化が図られる。

一方、音声信号或いは各種データ信号などの送信情報信号を、可視光通信送信機から送信する場合、送信情報信号を変調回路４に入力する。変調回路４では、内蔵されるＰＷＭ変調回路が、送信しようとする送信情報信号と、例えば三角波発振回路から出力される数ＭＨｚ〜数十ＭＨｚの高周波の三角波搬送信号を入力して、この三角波搬送信号を送信情報信号により変調し、変調信号として出力する。

変調信号はアンプ５で増幅された後、変調信号重畳回路３のトランス１０に入力され、これにより、トランス１０の二次側を流れる直流駆動電流に変調信号が重畳され、ＬＥＤ光源１の各ＬＥＤ７に供給される。このとき、変調信号は、ＬＥＤ駆動回路２とＬＥＤ光源１の間に接続された変調信号重畳回路３のトランス１０を通して、直流電流に重畳されるので、変調信号が数ＭＨｚ〜数十ＭＨｚの高周波信号であっても、ＬＥＤ駆動回路２のコンデンサの静電容量やコイルのインダクタンスの影響を受けず、正常に変調信号を重畳した直流駆動電流がＬＥＤ光源１の各ＬＥＤ７に供給され、ＬＥＤ光源１からは変調信号を重畳した可視光が照射される。そして、図示しない可視光通信受信機の受光器で、照射された可視光が受光され、その受光信号に含まれる情報信号が復調されて取り出される。

このように、変調信号回路６が接続された変調信号重畳回路３を、ＬＥＤ光源１とＬＥＤ駆動回路２との間に接続し、その変調信号重畳回路３を通してＬＥＤ７に変調信号を供給するので、直流電源であるＬＥＤ駆動回路２のコンデンサやコイルの影響を受けずに、ＬＥＤ７に高周波信号を印加し、ＬＥＤ７から照射される可視光に送信情報信号を重畳して、高速大容量の可視光通信を行うことができる。

図３、４は第２実施形態の可視光通信送信機を示している。この可視光通信送信機は、上記構成の可視光通信送信機に使用されるバックライト装置が調光回路３０を備え、調光信号に応じてバックライトの輝度が調光され、調光されたＬＥＤ光源１の可視光を使用して可視光通信を行なうものである。なお、上記第１実施形態と同じ構成については、上記図１，２で使用した符号と同じ符号を図３，４に付して、その説明を省略する。

図３，４に示すように、この可視光通信送信機に使用されるバックライト装置には、調光回路３０が設けられる。調光回路３０は、図４の如く、ＬＥＤ駆動回路２の前段に設けられ、直流電源２７の電源ラインに接続されるトランジスタ（ＣＭＯＳ−ＦＥＴ）３１、そのゲートに接続されるドライバ回路３３、及びコンデンサ３２を備えて構成される。トランジスタ３１は、そのドレインを直流電源２７側に接続し、そのソースを調光回路３０の出力としてＬＥＤ駆動回路２のコイル２２に接続し、トランジスタ３１のスイッチングにより制御された直流電流を、ＬＥＤ駆動回路２に流し、調光信号に応じた調光を行なうようになっている。

ドライバ回路３３は、図示しない外部から送られる調光信号を入力し、その調光信号に基づき、オンオフのデューティ比を変化させるように、トランジスタ３１のスイッチングを制御する。これにより、直流電源２７から供給される直流電力は、調光信号に応じたデューティ比でトランジスタ３１によりスイッチングされて、調光信号により調整された直流電力がＬＥＤ駆動回路２に供給されるようになっている。

さらに、図４に示す如く、上記調光信号は調光回路３０と共に変調回路４にも入力される。変調回路４は、例えば高周波（数ＭＨｚ〜数十ＭＨｚ）の三角波搬送信号を発振する三角波発振回路とＰＷＭ変調回路とから構成され、ＰＷＭ変調回路は、送信しようとするアナログの送信情報信号と三角波搬送信号を入力し、高周波の三角波搬送信号を送信情報信号により変調し、変調信号として出力する。このとき、変調回路４は、図５に示すように、調光信号がオフの期間には、変調を停止し、調光信号がオンの期間にのみ、搬送信号を送信情報信号により変調し、変調信号として出力するように構成される。

次に、上記構成の可視光通信送信機の動作を説明する。ディスプレイのバックライト装置が点灯動作する通常時には、ＬＥＤ駆動回路２からＬＥＤ光源１に直流電流が供給され、ＬＥＤ光源１の各ＬＥＤ７は直流電流により点灯駆動され、発光する。

このとき、電流検出用抵抗器１５で検出された、各列のＬＥＤ７を流れる電流の検出信号がＬＥＤ駆動回路２のチョッパ回路２０に入力され、チョッパ回路２０のＰＷＭ制御回路２１は、検出信号の電圧値に基づき、トランジスタ２６のスイッチング間隔を変えて、出力されるパルス幅のデューティ比を調整し、ＬＥＤ７に流れる電流を一定にするように、電流制御が行なわれ、照射光の安定化が図られる。

一方、外部から調光信号が調光回路３０に入力されると、調光回路３０のドライバ回路３３は、その調光信号に応じて、オンオフのデューティ比を変化させるように、トランジスタ３１のスイッチングを制御する。これにより、直流電源２７から供給される直流電力は、調光信号に応じたデューティ比でトランジスタ３１によりスイッチングされ、直流電力が調整される。そして、調光信号により調整された直流電力は、ＬＥＤ駆動回路２に送られ、ＬＥＤ駆動回路２から調整された直流電流がＬＥＤ光源１に供給され、ＬＥＤ光源１の各ＬＥＤ７は調光された輝度で可視光を照射する。

一方、各種データ信号などの送信情報信号を、可視光通信送信機から送信する場合、送信情報信号が変調回路４に入力され、変調回路４には、調光回路３０からの調光信号が送信情報信号と共に入力される。変調回路４は、内蔵されるＰＷＭ変調回路が、送信しようとする送信情報信号と、三角波発振回路から出力される数ＭＨｚ〜数十ＭＨｚの高周波の三角波搬送信号を入力して、この三角波搬送信号を送信情報信号により変調し、変調信号として出力するが、図５に示すように、調光信号がオフの期間には、変調を停止し、調光信号がオンの期間にのみ、搬送信号を送信情報信号により変調し、変調信号として出力する。

変調信号はアンプ５で増幅された後、変調信号重畳回路３のトランス１０に入力され、これにより、トランス１０の二次側を流れる直流駆動電流に変調信号が重畳され、ＬＥＤ光源１の各ＬＥＤ７に供給される。このとき、変調信号は、ＬＥＤ駆動回路２とＬＥＤ光源１の間に接続された変調信号重畳回路３のトランス１０を通して、直流電流に重畳されるので、変調信号が数ＭＨｚ〜数十ＭＨｚの高周波信号であっても、ＬＥＤ駆動回路２のコンデンサの静電容量やコイルのインダクタンスの影響を受けず、正常に変調信号を重畳した直流駆動電流がＬＥＤ光源１の各ＬＥＤ７に供給され、ＬＥＤ光源１からは変調信号を重畳した可視光が照射される。

また、調光信号に応じて、ＬＥＤ電流のオンオフ期間のデューティ比を調整してバックライトの調光を行なう場合、図５に示すように、調光信号がオフの期間には、変調を停止し、調光信号がオンの期間にのみ、搬送信号を送信情報信号により変調し、変調信号として出力するので、ＬＥＤ電流のオフ期間の影響による送信情報信号の部分的な消失がなく、調光を行なう場合でも、可視光通信を正常に行うことができる。

１ ＬＥＤ光源
２ ＬＥＤ駆動回路
３ 変調信号重畳回路
４ 変調回路
５ アンプ
６ 変調信号回路
７ ＬＥＤ
１０ トランス
１１ コンデンサ
１５ 電流検出用抵抗器
２０ チョッパ回路
２１ ＰＷＭ制御回路
２２ コイル
２３ ダイオード
２４ コイル
２５ コンデンサ
２６ トランジスタ
２７ 直流電源
３０ 調光回路
３１ トランジスタ
３２ コンデンサ
３３ ドライバ回路

Claims (3)

1. ディスプレイのバックライト装置として使用されるＬＥＤ光源を用いて可視光通信を行なう可視光通信送信機において、
   多数のＬＥＤを並列及び直列に接続してなるＬＥＤ光源と、
   該ＬＥＤ光源に直流電力を供給するＬＥＤ駆動回路と、
   該ＬＥＤ光源と該ＬＥＤ駆動回路との間に接続される変調信号重畳回路と、
   を備え、該変調信号重畳回路には、トランスがその二次側を該ＬＥＤ光源と該ＬＥＤ駆動回路間に直列接続して設けられ、該トランスの二次側の入力側とグランド間にコンデンサが接続され、該トランスの一次側には、送信情報信号により搬送波を変調した高周波信号を供給する変調信号回路が接続されることを特徴とする可視光通信送信機。
2. 前記ＬＥＤ駆動回路には直流電流調整用のチョッパ回路が設けられ、前記ＬＥＤ光源のＬＥＤのカソード側に接続された電流検出用抵抗器の検出信号に基づき、該チョッパ回路を動作させて直流電流を一定に調整することを特徴とする請求項１記載の可視光通信送信機。
3. 前記ＬＥＤ駆動回路に、オンオフ期間のデューティ比を変えてバックライトの調光を行なう調光回路が接続され、該調光回路に入力される調光信号を前記変調信号回路に入力し、該調光信号のオフ期間には前記変調信号回路からの変調信号の出力を停止し、該調光信号のオン期間にのみ変調信号をＬＥＤ電流に重畳することを特徴とする請求項１記載の可視光通信送信機。

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