近年、照明は白熱電球や蛍光灯のように空間を照らすだけの比較的ローテクな分野から、急速にハイテク市場として成長しています。このような照明の変革を可能にしたのは、低消費電力のLED と、高効率でインテリジェントなライトドライバの登場に他なりません。
光でデータを伝送するというアイデアは、新しい概念と思われるかもしれませんが、1880 年に電話の発明者であるアレクサンダー・グラハム・ベル（Alexander Graham Bel）が可視光で音声を伝送する「光線電話（photophone）」を開発して以来、すでに存在しています。
その後、光では不可能だった長距離伝送が可能になるなどの理由から、長距離データ伝送の媒体として高周波（RF）が最も普及しました。しかし近年では、RF のスペクトルが混み合ってきたこともあり、光をデータ伝送媒体として利用することが注目されています。
実際、可視光をデータに利用することには、特に屋内では多くの利点があります。RF スペクトルが混雑していると、隣接する周波数からの干渉が大きくなり、シールドやフィルタリングが必要となり、設計コストが高くなってしまいます。可視光のスペクトルは、430 テラヘルツから790 テラヘルツの帯域をカバーしており、規制されておらず、完全に利用可能です。
図1.VLCシステムは一般的に可視光域を使用
多くの通信システムでは、V2V （Vehicle-to-Vehicle）通信のように、低遅延の動作が求められます。ブレーキランプを変調して、後続車にブレーキ操作を知らせることができます。これは瞬時に行われますが、RF の場合は遅延があると悲惨なことになります。RF は傍受されやすいですが、光は局所的な性質を持っているため、セキュリティ上有利です。
既存のLED 照明器具の光の強さや周波数を変調させることで、RF の搬送波を変調させるのと同じ方法でデータを送信することができます。これにより、光を利用したWi-Fi スタイルのネットワークや水中での利用など、さまざまな用途が考えられます。また、RF は、爆発性雰囲気のある石油、ガス、鉱業、敏感な機器への干渉を避けなければならない病院や航空機内など、特定の環境と相容れません。
光でデータを伝送する機能は、LED が必要とする以上の電力をほとんど必要とせず、多くの場合、すでに照明が設置されているため設置コストも低く抑えられます。また、光の明滅はスマートフォンなどの受信機で容易に検知できますが、使用されている周波数は人間の視覚の持続性により感知できないため、ユーザーへの影響はありません。
光でデータを伝送できるようになると、さまざまな面白い、革新的なアプリケーションが生まれます。例えば、光を利用した屋内測位システムは、GPS と同様の機能を備えていますが、従来の方法では問題がありました。一般に、GPS 信号を建物内に通すことは難しく、信号が壁で反射すると、マルチパス伝搬により正確な測位ができなくなります。また、Bluetooth® Low Energy （Bluetooth LE）をはじめとする他のRF ベースのアプローチでも同様の反射の問題があり、精度は数メートル以内に制限されます。
LED バラストに固有の識別子またはアドレスを埋め込み、これをLED ドライバに変調することで、建物内の各照明器具は正確な位置に関連付けられた固有のコードを送信することができます。この信号は、スマートフォンのカメラなどで検出でき、比較的シンプルなアルゴリズムにより、3 つ（またはそれ以上）の照明器具の信号を三角測量して、30cm 以内の精度を実現します。
可視光通信（VLC）システムでは、効率性と小型化が2 つの重要なポイントとなりますが、この分野の経験が浅い人にとっては、設計が難しい場合があります。しかし、オン・セミコンダクターが開発した先進のライトエンジン「NCL31000」は、可視光通信に必要なすべての機能をコンパクトなIC に集積しています。
図2. アドバンスト・ライト・エンジン「NCL31000」
NCL31000 は、電流ゼロまでのPWM 調光に対応した高効率97% のLED ドライバーに加え、センサなどのシステム部品を駆動するための高効率でEMI にも対応したDC-DC コンバータを搭載しています。また、正確な調光によりVLC の動作を可能にし、真の暗闇まで調光できるため、「ゴースト」のない光を実現しています。さらに、ADC （アナログ・デジタル・コンバータ）を搭載しているため、正確で詳細な診断が可能で、内蔵のI2C またはSPI バスを介してローカルMCU に送信することができます。NCL31000 は、マルチチャンネルLED アプリケーションに対応したNCL31001 とともに提供されます。
オン・セミコンダクターは、NCL31000 LED ドライバで屋内測位技術のサポートを追加することで、コネクテッド照明の明るい未来をサポートする準備ができています。
デザインリソース
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