特許 7133814 カラーシフトキーイング用の可視光通信送信器、可視光通信受信器、可視光通信システム、及び可視光通信の方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-09-01

(45)【発行日】2022-09-09

(54)【発明の名称】カラーシフトキーイング用の可視光通信送信器、可視光通信受信器、可視光通信システム、及び可視光通信の方法

(51)【国際特許分類】

   H04B 10/116 20130101AFI20220902BHJP

   H04B 10/67 20130101ALI20220902BHJP

   H04B 10/572 20130101ALI20220902BHJP

   H01L 31/10 20060101ALI20220902BHJP

【ＦＩ】

H04B10/116

H04B10/67

H04B10/572

H01L31/10 A

【請求項の数】 14

(21)【出願番号】P 2019525845

(86)(22)【出願日】2017-12-22

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2020-02-06

(86)【国際出願番号】 EP2017084469

(87)【国際公開番号】W WO2018115483

(87)【国際公開日】2018-06-28

【審査請求日】2020-11-24

(31)【優先権主張番号】16206756.5

(32)【優先日】2016-12-23

(33)【優先権主張国・地域又は機関】EP

(73)【特許権者】

【識別番号】513121384

【氏名又は名称】ベステル エレクトロニク サナイー ベ ティカレト エー．エス．

(73)【特許権者】

【識別番号】519217777

【氏名又は名称】オジェイン ユニヴェルシテシ

(74)【代理人】

【識別番号】110000408

【氏名又は名称】弁理士法人高橋・林アンドパートナーズ

(72)【発明者】

【氏名】ギュルバハール，バルハン

(72)【発明者】

【氏名】メミソグル，ゴルケム

【審査官】鴨川 学

(56)【参考文献】

【文献】特開２００４－２９７４２５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１１－１７７１４３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－０２５３５６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－０４５６２９（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１２／０９７８８５（ＷＯ，Ａ１）

【文献】Xiaomu Wang, et al.，A spectrally tunable all-graphene-based flexible field-effect light-emitting device，NATURE COMMUNICATIONS，2015年07月，vol. 6，pp.1-6，https://www.nature.com/articles/ncomms8767.pdf

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０４Ｂ １０／１１６

Ｈ０４Ｂ １０／６７

Ｈ０４Ｂ １０／５７２

Ｈ０１Ｌ ３１／１０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ピーク送信波長が互いに異なる少なくとも６つのグラフェン系発光装置（ＬＥＤ－１、ＬＥＤ－２、・・・ＬＥＤ－８）を少なくとも備え、
前記少なくとも６つのグラフェン系発光装置（ＬＥＤ－１、ＬＥＤ－２、・・・ＬＥＤ－８）の各々は、少なくとも６つの基本色の色座標を用いて符号化された情報を送信し、前記少なくとも６つの基本色の各々は、前記グラフェン系発光装置の前記ピーク送信波長の各々に対応する、カラーシフトキーイング用の可視光通信送信器（１３）。

【請求項2】

前記グラフェン系発光装置（ＬＥＤ－１、ＬＥＤ－２、・・・ＬＥＤ－８）のうちの少なくとも１つが電界効果発光ダイオードを含む、請求項１に記載の可視光通信送信器。

【請求項3】

前記グラフェン系発光装置（ＬＥＤ－１、ＬＥＤ－２、・・・ＬＥＤ－８）のうちの少なくとも１つの前記ピーク送信波長が調整可能である、請求項１または２に記載の可視光通信送信器。

【請求項4】

少なくとも１つのグラフェン系発光装置（ＬＥＤ－１、ＬＥＤ－２、・・・ＬＥＤ－８）に関連する少なくとも１つのそれぞれのゲート電圧チューナ（ＶＧ）をさらに備え、
それぞれのグラフェン系発光装置のピーク送信波長を調整するように動作可能である、請求項３に記載の可視光通信送信器。

【請求項5】

カラーシフトキーイングを使用して情報を符号化するために、前記グラフェン系発光装置（ＬＥＤ－１、ＬＥＤ－２、・・・ＬＥＤ－８）のうちの選択された１つをオン／オフに切り替えるように動作可能な変調器をさらに備える、請求項１に記載の可視光通信送信器。

【請求項6】

異なるピーク受信波長の少なくとも６個のグラフェン系光検出器（ＰＤ－１、ＰＤ－２、・・・ＰＤ－８）を少なくとも備え、
前記少なくとも６つのグラフェン系光検出器（ＬＥＤ－１、ＬＥＤ－２、・・・ＬＥＤ－８）の各々は、少なくとも６つの基本色の色座標を用いて符号化された情報を受信し、前記少なくとも６つの基本色の各々は、前記グラフェン系光検出器の前記ピーク受信波長の各々に対応する、カラーシフトキーイング用の可視光通信受信器（１４）。

【請求項7】

前記グラフェン系光検出器（ＰＤ－１、ＰＤ－２、・・・ＰＤ－８）のうちの少なくとも１つは、少なくとも一対の積層グラフェン単分子層を含むフォトトランジスタを含む、請求項６に記載の可視光通信受信器。

【請求項8】

前記グラフェン系光検出器（ＰＤ－１、ＰＤ－２、・・・ＰＤ－８）のうちの少なくとも１つのピーク受信波長は調整可能である、請求項６または７に記載の可視光通信受信器。

【請求項9】

前記少なくとも１つのグラフェン系光検出器（ＰＤ－１、ＰＤ－２、・・・ＰＤ－８）に関連する少なくとも１つのそれぞれのチューナをさらに含み、前記チューナは、グラフェン系光検出器のピーク受信波長を調整するように構成されたプラズモン共鳴周波数を有するプラズモニックナノ構造を含む、請求項８に記載の可視光通信受信器。

【請求項10】

カラーシフトキーイングを使用して情報が符号化された可視光を受光した結果として、前記グラフェン系光検出器（ＰＤ－１、ＰＤ－２、・・・ＰＤ－８）によって出力される電気信号に符号化された情報を復号するように動作可能な復調器をさらに備える、請求項６から９のいずれか一項に記載の可視光通信受信器。

【請求項11】

請求項１から５のいずれか一項に記載の可視光通信送信器（１３）と、
請求項６から１０のいずれか一項に記載の可視光通信受信器（１４）と、を少なくとも有し、
少なくとも６つのグラフェン系光検出器（ＰＤ－１、ＰＤ－２、・・・ＰＤ－８）のそれぞれ異なるピーク受信波長のそれぞれは、少なくとも６つのグラフェン系発光装置（ＬＥＤ－１、ＬＥＤ－２、・・・ＬＥＤ－８）の異なるピーク送信波長のうちのそれぞれ１つに対応する、カラーシフトキーイング用の可視光通信システム（２）。

【請求項12】

少なくとも６つの異なる波長の可視光を、少なくとも６つのグラフェン系発光装置のそれぞれから送信させ、これらの発光装置のそれぞれは、他のそのようなデバイスのピーク送信波長とは異なるそれぞれの送信波長を有し、
少なくとも６つのグラフェン系光検出器のそれぞれ１つにおいて少なくとも６つの異なる波長の可視光を受光し、その各々は、少なくとも６つのグラフェン系発光装置のピーク送信波長のそれぞれに対応するピーク受信波長を有し、
少なくとも６つの基本色の色座標を用いて情報を符号化するカラーシフトキーイングを使用し、
前記情報を符号化するためにカラーシフトキーイングを使用してその送信の前に少なくとも６つの異なる波長の可視光を変調すること、及び
カラーシフトキーイングを使用して可視光に符号化され、前記グラフェン系光検出器によって受信された情報を復号するために前記グラフェン系光検出器によって出力された電気信号を復調することを特徴とする可視光通信の方法。

【請求項13】

ゲート電圧チューニングを使用して、少なくとも１つのグラフェン系発光装置のピーク送信波長を調整すること、及び
プラズモニックナノ構造を使用して、少なくとも１つのグラフェン系光検出器のピーク受信波長を調整することの少なくとも１つをさらに含む、請求項１２に記載の方法。

【請求項14】

少なくとも７つの基本色の色座標を使用することを少なくとも含む、請求項１２又は１３に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、請求項１に記載の可視光通信送信器、請求項６に記載の可視光通信受信器、請求項１１に記載の可視光通信システム、請求項１２に記載の可視光通信方法、請求項１５に記載の色変調の方法に関する。

【背景技術】

【0002】

異なる色星座（ｃｏｌｏｕｒ ｃｏｎｓｔｅｌｌａｔｉｏｎ）を使用して情報を符号化することによって、可視光を使用して情報を伝達することが知られている。これは、色変調（Ｃｏｌｏｕｒ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ；ＣＳＫ）として知られている。従来技術のシステムは、３つ又は４つの基本色の色星座を使用することがある。そのようなシステムは、異なる色のＬＥＤを用いて具現化することができ、ＬＥＤは３個でもよく、その場合、システムは、ｔｒｉ－ＬＥＤまたはＴ－ＬＥＤシステムとして知られ、またはＬＥＤは４個でもよく、その場合、システムはｑｕａｄ－ＬＥＤまたはＱ－ＬＥＤシステムとして知られる。例えば、国際公開第２０１２／０９７８８５号は、可視光通信システムにおける色変調星座のためのコーディング方式および方法を記載している。国際公開第２０１２／１２３５７２号は、可視光通信のためのシステムにおける通知のための方法および装置を記載している。"Ａｎ Ｅｎｈａｎｃｅｄ Ｃｏｌｏｕｒ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ Ｓｃｈｅｍｅ ｆｏｒ Ｈｉｇｈ－Ｓｐｅｅｄ Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｖｉｓｉｂｌｅ Ｌｉｇｈｔ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ" ｂｙ Ｒ． Ｓｉｎｇｈ， Ｔ． Ｏ'Ｆａｒｒｅｌｌ ａｎｄ Ｊ．Ｐ．Ｒ． Ｄａｖｉｄ， Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｖｏｌ．３２，ｎｏ．１４，ｐｐ．２５８２－２５９２（２０１４）には、４色ＬＥＤ色変調星座について説明している。これらの異なるＣＳＫ方式によれば、他の色は基本色を混合することによって得られる。

【0003】

しかしながら、３つまたは４つの基本色のみを使用すると、混合色が単一のＬＥＤのみによって直接生成されるのではなく、少なくとも２つのＬＥＤの使用を必要とするので、電力効率が悪くなる。さらに、伝統的な光検出器は一般に広範囲の波長にわたって可視光を受光することができる。したがって、従来の可視光通信システムにおける光検出器はそれぞれ、それぞれのＬＥＤによって放射される光のピーク送信波長のうちの１つに対応する波長帯を画定するカラーフィルタを備えている。

【0004】

さらに、３つまたは４つの基本色のみを使用することは、混合によって利用可能な異なる可能な色の組み合わせの範囲を制限し、したがってＣＳＫを使用する色によって表すことができる異なるシンボルの数を対応して減少させる。

【0005】

"Ａ ｓｐｅｃｔｒａｌｌｙ ｔｕｎａｂｌｅ ａｌｌ－ｇｒａｐｈｅｎｅ－ｂａｓｅｄ ｆｌｅｘｉｂｌｅ ｆｉｅｌｄ－ｅｆｆｅｃｔ ｌｉｇｈｔ－ｅｍｉｔｔｉｎｇ ｄｅｖｉｃｅ" ｂｙ Ｘｉａｏｍｕ Ｗａｎｇ， Ｈｅ Ｔｉａｎ， Ｍｏｈａｍｍａｄ Ａｌｉ Ｍｏｈａｍｍａｄ， Ｃｈｅｎｇ Ｌｉ， Ｃａｎ Ｗｕ， Ｙｉ Ｙａｎｇ ＆ Ｔｉａｎ－Ｌｉｎｇ Ｒｅｎ， Ｎａｔｕｒｅ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ，Ｖｏｌ．６，ｐ． ７７６７（２０１５），ｄｏｉ：１０．１０３８／ｎｃｏｍｍｓ８７６７は、調整可能な全グラフェン系発光装置を説明している。

【0006】

"Ｐｌａｓｍｏｎ ｒｅｓｏｎａｎｃｅ ｅｎｈａｎｃｅｄ ｍｕｌｔｉｃｏｌｏｕｒ ｐｈｏｔｏｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｂｙ ｇｒａｐｈｅｎｅ" ｂｙ Ｙｕａｎ Ｌｉｕ， Ｒｕｉ Ｃｈｅｎｇ， Ｌｅｉ Ｌｉａｏ， Ｈａｉｌｏｎｇ Ｚｈｏｕ， Ｊｉｎｇｗｅｉ Ｂａｉ， Ｇａｎｇ Ｌｉｕ， Ｌｉｘｉｎ Ｌｉｕ， Ｙｕ Ｈｕａｎｇ ＆ Ｘｉａｎｇｆｅｎｇ Ｄｕａｎ， Ｎａｔｕｒｅ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ，Ｖｏｌ．２，ｐ．５７９（２０１１），ｄｏｉ：１０．１０３８／ｎｃｏｍｍｓ１５８９は、グラフェン系光検出器を記載している。

【0007】

"Ｇｒａｐｈｅｎｅ ｐｈｏｔｏｄｅｔｅｃｔｏｒｓ ｗｉｔｈ ｕｌｔｒａ－ｂｒｏａｄｂａｎｄ ａｎｄ ｈｉｇｈ ｒｅｓｐｏｎｓｉｖｉｔｙ ａｔ ｒｏｏｍ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ" ｂｙ Ｃｈａｎｇ－Ｈｕａ Ｌｉｕ， Ｙｏｕ－Ｃｈｉａ Ｃｈａｎｇ， Ｔｈｅｏｄｏｒｅ Ｂ． Ｎｏｒｒｉｓ ＆ Ｚｈａｏｈｕｉ Ｚｈｏｎｇ， Ｎａｔｕｒｅ Ｎａｎｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｖｏｌ．９，ｐｐ．２７３－２７８（２０１４），ｄｏｉ：１０．１０３８／ｎｎａｎｏ．２０１４．３１もグラフェン系光検出器を記載している。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

したがって、本発明の目的は、可視光通信送信器、可視光通信受信器、可視光通信システム、および可視光通信方法を提供することであり、ここで送信器、受信器、システムおよび方法は、色変調（ＣＳＫ）に適しているだけでなく、色変調の方法を提供することにも適している。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明の目的は、請求項１に記載の可視光通信送信器によって解決される。可視光通信送信器は、色変調に適しており、好ましくは互いに異なるピーク送信波長の６つのグラフェン系発光装置（ｇｒａｐｈｅｎｅ－ｂａｓｅｄ ｌｉｇｈｔ ｅｍｉｔｔｉｎｇ ｄｅｖｉｃｅ）を少なくとも含む。

【0010】

本明細書では、用語「可視光」は、約３５０～約７５０ｎｍ、特に約３９０～約７００ｎｍの波長を有する光を指す。

【0011】

この解決法は、少なくとも６色、場合によっては７色、さらには８色の基本色の色星座を有する色変調に送信器を使用することができるので有益である。これらは、Ｔ－ＬＥＤまたはＱ－ＬＥＤ送信器を使用して、それぞれ３個又は４個の基本色のみの色星座を生成する色変調を使用する可視光通信の従来の方法と比較して、増加した数のシンボル、減少したシンボルエラーレート、及び改善された信号対雑音比を提供することができる。従来技術の色変調システムでは、少なくとも６つの基本色のうちのいくつかが混色に置き換わるため、グラフェン系発光装置はまた、従来の発光ダイオードよりも高い送信電力効率を有する。

【0012】

本発明の有利な実施形態は、任意の請求項および／または以下の説明の一部に従って構成することができる。

【0013】

グラフェン系発光装置のうちの少なくとも１つは電界効果発光ダイオードを含むことができる。好ましくは、それらの各々は電界効果発光ダイオードを含む。

【0014】

少なくとも１つのグラフェン系発光装置のピーク送信波長は調整可能であり得る。好ましくは、すべてのグラフェン系発光装置のピーク送信波長は調整可能である。これは、ピーク送信波長を調整することによってシンボル誤り率および信号対雑音比を最適化するためにＣＳＫ色星座の基本色を有利に選択することを可能にするので有益である。

【0015】

好ましくは、送信器は、少なくとも１つのグラフェン系発光装置に関連する少なくとも１つのそれぞれのゲート電圧チューナ（ｇａｔｅ ｖｏｌｔａｇｅ ｔｕｎｅｒ）をさらに含み、チューナは、それぞれのグラフェン系発光装置のピーク送信波長を調整するように動作可能である。

【0016】

好ましくは、送信器は、色変調を使用して情報を符号化するために、グラフェン系発光装置のうちの選択されたものをオンおよびオフに切り替えるように動作可能な変調器をさらに含む。これは、グラフェン系発光装置によって情報を符号化する電気信号を可視光に変換することを可能にするので有益であり、可視光は色変調を使用して電気信号と同じ情報を符号化する。

【0017】

本発明は、請求項６に記載の可視光通信受信器にも関する。可視光通信受信器は色変調に適しており、好ましくは互いに異なるピーク受信波長の少なくとも６つのグラフェン系光検出器を少なくとも含む。

【0018】

この解決方法は、少なくとも６つ、場合によっては７つ、あるいは８つの基本色の色星座を有する色変調のために受信器を使用することができるので有益である。これらは、３つまたは４つの基本色のみの色星座を検出するために伝統的なの光検出器を含む受信器を使用する色変調を使用する可視光通信の従来の方法と比較して、増加したシンボルの数、減少したシンボルエラーレート、及び改善された信号対雑音比を提供することができる。グラフェン系光検出器はまた、伝統的な光検出器よりもより良くそしてより効率的な検出を提供する。

【0019】

グラフェン系光検出器のうちの少なくとも１つは、少なくとも一対の積層グラフェン単分子層（ｓｔａｃｋｅｄ ｇｒａｐｈｅｎｅ ｍｏｎｏｌａｙｅｒｓ）を含むフォトトランジスタを含むことができる。このようなフォトトランジスタはグラフェン二重層ヘテロ構造を有する。好ましくは、グラフェン系光検出器のそれぞれは、少なくとも一対の積層グラフェン単分子層を含むフォトトランジスタを含む。そのようなフォトトランジスタは、可視光に対して非常に高レベルの応答性を提供できるので有益である。

【0020】

グラフェン系光検出器のうちの少なくとも１つのピーク受信波長は調整可能であり得る。好ましくは、すべてのグラフェン系光検出器のピーク受信波長は調整可能である。グラフェン系光検出器のピーク受信波長を可視光通信トランスミッタのピーク送信波長と一致するように調整することを可能にするので、これは有益である。

【0021】

好ましくは、受信器は、グラフェン系光検出器のうちの少なくとも１つに関連する少なくとも１つのそれぞれのチューナをさらに備える。チューナは、グラフェン系光検出器のピーク受信波長を調整するように構成されたプラズモン共鳴周波数を有するプラズモンナノ構造を含むことが好ましい。

【0022】

好ましくは、受信器は、情報が色変調を使用して符号化された可視光を受信した結果としてグラフェン系光検出器によって出力された電気信号に符号化された情報を復号するように動作可能な復調器をさらに備える。色変調を使用して可視光で符号化された情報を回復するために電気信号を復号することが可能になるので、これは有益である。

【0023】

本発明はさらに可視光通信システムに関する。可視光通信システムは色変調に適しており、好ましくは少なくとも上記のような可視光通信送信器および上記のような可視光通信受信器を含む。少なくとも６つのグラフェン系光検出器のそれぞれ異なるピーク受信波長は、少なくとも６つのグラフェン系発光装置のそれぞれ異なるピーク送信波長に対応する。

【0024】

この解決方法は、少なくとも６つ、場合によっては７つ、あるいは８つの基本色の色星座を有する色変調のためにシステムを使用することができるので有益である。これらは、３つ又は４つの基本色のみの色星座を使用する色変調のための従来の可視光通信システムと比較して、送信および受信の両方においてより大きな電力効率、より多くのシンボル、より少ないシンボルエラーレートおよび改善された信号対雑音比を提供することができる。

【0025】

本発明はまた、可視光通信方法に関する。この方法は、少なくとも６つのグラフェン系発光装置のそれぞれから少なくとも６つの異なる波長の可視光を送信することを少なくとも含み、その各々は、他のそのようなデバイスのピーク送信波長とは異なるそれぞれのピーク送信波長を有し、少なくとも６つのグラフェン系光検出器のそれぞれ１つにおいて少なくとも６つの異なる波長の可視光を受光し、その各々は少なくとも６つのグラフェン系発光装置のピーク送信波長のそれぞれに対応するそれぞれのピーク受信波長を有する。

【0026】

好ましくは、この方法は、情報を符号化するために色変調を使用して伝送前に少なくとも６つの異なる波長の可視光を変調すること、および色変調を使用してグラフェン系光検出器によって受信された可視光で符号化された情報を復号するためにグラフェン系光検出器によって出力された電気信号を復調することをさらに含む。

【0027】

好ましくは、本方法は、ゲート電圧チューニング（ｇａｔｅ ｖｏｌｔａｇｅ ｔｕｎｉｎｇ）を使用して少なくとも１つのグラフェン系発光装置のピーク送信波長を調整すること、およびプラズモニックナノ構造を使用して、グラフェン系光検出器のうちの少なくとも１つのピーク受信波長を調整することをさらに含む。

【0028】

本発明はまた、少なくとも６色、好ましくは７色、より好ましくは８色の基本色の色星座を使用することを少なくとも含む、色変調の方法に関する。

【0029】

本発明はさらに、本明細書に記載の方法のうちの１つまたは複数を実行するためのコンピュータプログラム製品またはプログラムコードもしくはシステムに関する。

【0030】

次に、本発明のさらなる特徴、目的および利点を、本発明の例示的な構成要素が示されている添付の図面と関連して説明する。それらの機能に関して互いに本質的に少なくとも同等である本発明による装置および方法の構成要素は、同じ参照符号によって示すことができ、そのような構成要素は、すべての図面においてマークまたは記述される必要はない。

【図面の簡単な説明】

【0031】

以下の説明において、本発明は、添付の図面に関して単なる例として説明される。

【0032】

【図1】（Ａ）色変調のための従来技術の可視光通信システムの要素を概略的に示す図である。（Ｂ）３色ＬＥＣの色星座についてのＣＩＥ １９３１ ｘ－ｙ色度図である。（Ｃ）４色ＬＥＤの色星座についてのＣＩＥ １９３１ ｘ－ｙ色度図である。（Ｄ）４色ＬＥＤの色星座を混合することによって生成される色のいくつかの例を概略的に示すＣＩＥ １９３１ ｘ－ｙ色度図である。

【図2】色変調用の可視光通信システムの一実施形態の要素を概略的に示す図である。

【図3】（Ａ）色変調のための可視光通信送信器の要素を、それに関連する電力出力を概略的に表すグラフと共に概略的に示す図である。（Ｂ）色変調のための可視光光通信受信器の要素を、それに関連する応答性を概略的に表すグラフと共に概略的に示す図である。（Ｃ）可視光通信システムを使用する色変調の方法で使用するための７つの基本色を有する色星座の一例を概略的に示すＣＩＥ １９３１ ｘ－ｙ色度図である。

【発明を実施するための形態】

【0033】

図１（Ａ）は、色変調用の従来技術の可視光通信システム１の要素を概略的に示す。可視光通信システム１は、送信器３と受信器４とを備える。送信器３は、３つであってもよい複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）を含み、この場合、システムは、ｔｒｉ－ＬＥＤまたはＴ－ＬＥＤとして知られ、４つの場合、システムはｑｕａｄ－ＬＥＤまたはＱ－ＬＥＤシステムとして知られている。波長λに対してＬＥＤの出力電力をプロットした図１（Ａ）のグラフの滑らかな曲線で表されるように、光はそれぞれのピーク送信波長で各発光ダイオードによって放射される。これらのピーク送信波長は、例えば赤－緑－青（ＲＧＢ）色空間とすることができる色星座の基本色を表す。しかしながら、可視光は３つまたは４つのピーク波長のみでＬＥＤによって放射されるので、ピーク波長によって定義される以外の色の光は、３つまたは４つのＬＥＤからの光を混合することによってしか得られない。このような混色を生成するために少なくとも２つのＬＥＤの電力を使用しなければならないので、これは色生成にとって非効率的である。さらに、全部で３つまたは４つのＬＥＤしかないので、これもまた基本色を混合することによって得られることができる異なる色の範囲を制限し、したがって色変調を使用して符号化できる限られた数のシンボルだけを提供する。

【0034】

受信器４は、複数の光検出器６と復調器８とを備える。各光検出器６は、送信器３の発光ダイオードによって放射された光のピーク送信波長の１つに対応する波長帯のうちの１つに対応する波長帯を規定するカラーフィルタを備える。これらの定義された波長帯は、図１（Ａ）のグラフにおいて二乗関数によって表される。したがって、各光検出器６は、複数のＬＥＤのうちの１つによって放射された光のみを受光することができる。光検出器はそれぞれ、定義された波長帯のそれぞれの１つにおいて光を受光することに応答して電気信号を生成する。すべての光検出器６によって生成された電気信号は次に復調器８に渡され、復調器８はこれらの電気信号を復号化して色変調を使用して送信器３の発光ダイオードによって放射される光に符号化された情報を導出する。しかしながら、光検出器６は一般に広いスペクトルの波長にわたって可視光を検出することができるので、各光検出器の受信波長帯を送信器内の各ＬＥＤのピーク送信波長に一致させるためにフィルタリングが必要である。可視光のスペクトルにわたって光検出器６の受光率をこのように意図的に減少させることは非効率的であり、信号対雑音比の増大を招く。

【0035】

図１（Ｂ）は、Ｔｒｉ－ＬＥＤ（Ｔ－ＬＥＤ）色星座の一例についての国際照明委員会（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｍｍｉｓｓｉｏｎ ｏｎ Ｉｌｌｕｍｉｎａｔｉｏｎ；ＣＩＥ）１９３１ｘ－ｙ色度図（ｃｈｒｏｍａｔｉｃｉｔｙ ｃｈａｒｔ）であり、言い換えれば、図１（Ａ）の可視光通信システム１が３つのＬＥＤを有する場合、その色は、図１（Ｂ）においてＬＥＤ－１、ＬＥＤ－２およびＬＥＤ－３とラベル付けされた黒丸によって表される。

【0036】

図１（Ｂ）とは対照的に、図１（Ｃ）は、ｑｕａｄ－ＬＥＤ（Ｑ－ＬＥＤ）色星座の一例についてのＣＩＥ １９３１ ｘ－ｙ色度図であり、言い換えれば、図１（Ａ）の可視光通信システム１が４つのＬＥＤを有する場合、その色は、図１（Ｃ）においてラベルＬＥＤ－１、ＬＥＤ－２、ＬＥＤ－３、およびＬＥＤ－４によって表される。

【0037】

図１（Ｄ）は、Ｑ－ＬＥＤの色星座からの光を混合することによって生成される色のいくつかの例を概略的に示すＣＩＥ １９３１ ｘ－ｙ色度図である。図１（Ｃ）において、黒丸１０はＱ－ＬＥＤの色星座の４つの基本色を表し、白丸１２はこれら４つの基本色を混合することによって得られる色を表す。図１（Ｄ）のものと同様のＣＩＥ １９３１ ｘ－ｙ色度図は、図１（Ｂ）に示されるＴ－ＬＥＤ色星座について構築され得る。

【0038】

図２は、色変調のための可視光通信システム２の実施形態の要素を概略的に示す。可視光通信システム２は、送信器１３および受信器１４を備える。送信器１３は、図２においてＬＥＤ－１、ＬＥＤ－２、・・・ＬＥＤ－８とラベル付けされた少なくとも６つのグラフェン系発光装置を備える。グラフェン系発光装置は、互いに異なるピーク送信波長を有する。グラフェン系発光装置はそれぞれ電界効果発光ダイオードを含み、そのような各デバイスのピーク送信波長は異なる波長に調整可能である。各グラフェン系発光装置は、図２においてＶＧとラベル付けされたそれぞれのゲート電圧チューナをそれに関連付けており、ゲート電圧チューニングを使用して、そのグラフェン系発光装置のピーク送信波長を他のそのようなデバイスとは異なる波長に調整するように動作可能である。グラフェン系発光装置はすべて変調器に接続されており、変調器は選択されたもののオンとオフを切り替えて色変調を使用して情報を符号化するように動作可能である。少なくとも６つのグラフェン系発光装置があり、それらのすべてが互いに異なるピーク透過波長を有するので、それによってより広い範囲の基本色が生成され、それによってこれらの基本色のいくつかが可能になり、その各々は、図１（Ａ）に示す従来技術のシステムにおいてＬＥＤの組み合わせを照明することによって生成された対応する混色のうちの１つを置き換えるために、１つのグラフェン系発光装置によってのみ生成される。より広い範囲の基本色はまた、他の混合色を生成するのにより効率的であり、図１（Ａ）に示される従来技術のシステムと比較してより多数の可能な混合色を可能にする。

【0039】

受信器１４は、互いに異なるピーク受信波長を有し、図２においてＰＤ－１、ＰＤ－２、・・・ＰＤ－８とラベル付けされた少なくとも６つのグラフェン系光検出器を備える。グラフェン系光検出器はそれぞれ、一対の積層グラフェン単分子層を含むフォトトランジスタを含む。このような各光検出器のピーク受信波長は異なる波長に調整され、各グラフェン系光検出器は、その光検出器のピーク受信波長を他の光検出器とは異なる波長に調整するように構成された、それぞれ異なるプラズモニックナノ構造を含むそれぞれのチューナと関連付けられている。グラフェン系光検出器はすべて復調器に接続され、復調器は、情報が色変調を使用して符号化された可視光を受光した結果としてグラフェン系光検出器によって出力される電気信号に符号化される情報を復号するように動作する。

【0040】

受信器１４内の少なくとも６つのグラフェン系光検出器ＰＤ－１、ＰＤ－２、・・・ＰＤ－８のそれぞれ異なるピーク受信波長は、送信器１３内の少なくとも６つのグラフェン系発光装置ＬＥＤ－１、ＬＥＤ－２、・・・ＬＥＤ－８のそれぞれ異なるピーク送信波長に対応する。このようにして、光検出器のピーク受信波長がグラフェン系発光装置のピーク透過波長と一致するので、図１（Ａ）に示す従来技術のシステムよりも送信器からのより多くの出力電力が受信器によって受信されることを意味し、より良好かつより効率的な検出及び低減された信号対雑音比をもたらす。

【0041】

図３（Ａ）は、可視光通信送信器１３のグラフェン系発光装置を、それらに関連する電力出力を概略的に表すグラフと共に概略的に示す。図３（Ａ）のグラフから分かるように、６、７、または８つの異なる基本色は、可視光のスペクトル内で６、７または８つのそのようなグラフェン系発光装置によって生成され得る。従来の可視光通信システムよりも多いこの数の発光装置は、それぞれ３つ又は４つの基本色だけの色星座を使用する従来のＴ－ＬＥＤまたはＱ－ＬＥＤの色変調よりも、より電力効率の良い色基準を与え、さらに基本色の混合によってより多くの色を生成することを可能にする。

【0042】

図３（Ｂ）は、可視光通信受信器１４のグラフェン系光検出器のいくつかを、図３（Ａ）のグラフに示すグラフェン系発光装置の電力出力に重ね合わせてそれらの関連する応答性を概略的に表すグラフと共に概略的に示す。図３（Ｂ）のグラフからわかるように、グラフェン系光検出器のピーク受信波長をグラフェン系発光装置のピーク送信波長と一致するように調整することができることにより、グラフェン系光検出器を使用することが可能となり、グラフェン系発光装置による可視光出力のより良好でより効率的な検出につながる。

【0043】

少なくとも３つの基本色の色星座を使用することを少なくとも含み、色変調の方法で使用するための８つの基本色を有する色星座の例を概略的に示すＣＩＥ １９３１ ｘ－ｙ色度図である。そのような方法は、例えば、図２に示すような可視光通信システムを使用して実施することができる。図３（Ｃ）において、黒丸１０は色星座の８つの基本色を表し、黒丸１２はこれら７つの基本色を混合した色を表している。図１（Ｂ）及び図１（Ｃ）に示すような従来技術の色星座よりも基本的な色を使用することにより、より効率的なシンボルカラーを生成し、より広い範囲のシンボルを符号化することを可能にし、より低い信号対雑音比を与える。

【0044】

したがって、要約すると、本発明は、可視光通信送信器、可視光通信受信器、可視光通信システム、および可視光通信方法を提供し、ここで、送信器、受信器、システムおよび方法は、色変調（ＣＳＫ）、並びに色変調の方法を提供するのに適している。可視光通信送信器は、互いに異なるピーク送信波長の少なくとも６つ、好ましくは７つ、より好ましくは８つのグラフェン系発光装置を含む。可視光通信受信器は、互いに異なるピーク受信波長の対応する数のグラフェン系光検出器を備える。本発明に係る可視光通信システムは、６つのグラフェン系光検出器の異なるピーク受信波長のそれぞれが、グラフェン系発光装置の異なるピーク送信波長のそれぞれに対応するような送信器およびそのような受信器を備える。このようなシステムは、好ましくは色変調を使用して、少なくとも６つ、場合によっては７つ、あるいは８つの基本色の色星座を有する可視光通信の方法を可能にする。これらは、３つまたは４つの基本色のみの色星座を使用する色変調のための従来の可視光通信システムと比較して、増加したシンボル数、減少したシンボルエラー率および改善した信号対雑音比を提供できる。

【符号の説明】

【0045】

１ 従来技術の可視光通信システム
２ 可視光通信システムの実施形態
３ 送信器
４ 受信器
６ 光検出器
８ 復調器
１０ 基本色
１２ 基本色を混合して生成された色
１３ 送信器
１４ 受信器
ＬＥＤ－１、ＬＥＤ－２、・・・ＬＥＤ－８ グラフェン系発光装置
ＰＤ－１、ＰＤ－２、・・・ＰＤ－８ グラフェン系光検出器

【図1】

【図2】

【図3】