JP4661771B2 - Lighting device for visible light communication and visible light communication lighting system - Google Patents
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Description
本発明は、照明用の可視光を用いて通信を行う可視光通信用照明器具及び可視光通信照明システムに関するものである。 The present invention relates to a visible light communication lighting apparatus and a visible light communication lighting system that perform communication using visible light for illumination.
照明用の可視光を用いて通信を行う従来の可視光通信用照明器具及び可視光通信照明システムとして、特許文献1には、照明用光源としてのLED(Light Emitting Diode)と、LEDを駆動するスイッチング制御回路とを備える照明器具及び照明システムが開示されている。特許文献1の照明器具及び照明システムは、LEDの点灯及び消灯を制御することで可視光通信を行うものであり、LEDの点灯時間と消灯時間を所定の割合で固定することで、可視光通信時の点灯及び消灯による照明環境の変化を小さくすることができる。
しかしながら、上記従来の可視光通信用照明器具及び可視光通信照明システムには、光源(LED)を形成する樹脂などの劣化によって、光源が発光する光束が徐々に減っていくという現象(光束減退)が発生する。光源の発光光束が可視光通信の通信距離に大きく依存することから、従来の可視光通信用照明器具及び可視光通信照明システムには、光源の光束減退によって、通信距離が短くなる場所が発生したり、通信範囲が狭くなったりする可能性が高くなるという問題があった。 However, in the conventional visible light communication lighting apparatus and visible light communication lighting system, the light beam emitted from the light source gradually decreases due to deterioration of the resin or the like forming the light source (LED) (light beam decrease). Will occur. Since the luminous flux of the light source greatly depends on the communication distance of visible light communication, the conventional visible light communication lighting fixture and visible light communication lighting system have a place where the communication distance is shortened by the decrease of the light flux of the light source. There is a problem that there is a high possibility that the communication range becomes narrow.
本発明は上記の点に鑑みて為されたものであり、その目的とするところは、可視光通信の通信距離及び通信範囲を初期状態に対して一定範囲内に長期に渡って保つことができる可視光通信用照明器具及び可視光通信照明システムを提供することにある。 The present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to maintain the communication distance and communication range of visible light communication within a certain range with respect to the initial state over a long period of time. An object of the present invention is to provide a lighting device for visible light communication and a visible light communication lighting system.
請求項1の可視光通信用照明器具に係る発明は、可視光を発光する光源と、送信情報に基づいて前記光源の点灯及び消灯を切り換えて当該送信情報を送信する送信手段と、前記光源の発光照度が予め設定された一定範囲内となるように前記光源を制御する点灯制御手段と、前記光源の通算発光時間を計時するタイマと、前記発光照度が前記一定範囲内となるように前記通算発光時間ごとに前記光源への供給電流の電流値を示すデータテーブルを記憶する記憶手段とを備え、前記点灯制御手段が、前記タイマで計時される前記通算発光時間及び前記記憶手段に記憶されている前記データテーブルに基づいて前記光源への供給電流の電流値を制御することを特徴とする。
The invention relating to the lighting device for visible light communication according to
請求項2の可視光通信照明システムに係る発明は、請求項1記載の可視光通信用照明器具と、前記可視光通信用照明器具からの可視光を受光して送信情報を受信する受信器とを備えることを特徴とする。
The visible light communication lighting system according to
請求項1の発明によれば、光源の光束減退を補正して、光源の発光照度を初期状態に対して一定範囲内に維持することができるので、可視光通信の通信距離及び通信範囲を初期状態に対して一定範囲内に長期に渡って保つことができる。 According to the first aspect of the present invention, the luminous flux decrease of the light source can be corrected and the light emission intensity of the light source can be maintained within a certain range with respect to the initial state. It can be kept for a long time within a certain range with respect to the state.
さらに、請求項1の発明によれば、光源の通算発光時間ごとに光源の光束減退を予測し、この予測に基づいて電流値が設定された電流を光源に供給することができる。 Further, according to the first aspect of the present invention, it is possible to predict the light flux decrease of the light source for each total light emission time of the light source, and supply a current having a current value set to the light source based on this prediction.
請求項2の発明によれば、可視光通信用照明器具において、光源の光束減退を補正して、光源の発光照度を初期状態に対して一定範囲内にすることができるので、可視光通信の通信距離及び通信範囲を初期状態に対して一定範囲内に長期に渡って保つことができる。 According to the second aspect of the present invention, in the lighting device for visible light communication, the luminous flux reduction of the light source can be corrected so that the light emission illuminance of the light source can be within a certain range with respect to the initial state. The communication distance and communication range can be kept within a certain range with respect to the initial state over a long period of time.
(実施形態1)
まず、本発明の実施形態1に係る可視光通信照明システムの構成について図1〜4を用いて説明する。この可視光通信照明システムは、照明用の可視光を用いて通信を行うものであり、図1に示すように、可視光を発光して送信情報を送信する可視光通信用照明器具1と、可視光通信用照明器具1からの可視光を受光して送信情報を受信する受信器2とを備えている。
(Embodiment 1)
First, the structure of the visible light communication illumination system according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. This visible light communication illumination system performs communication using visible light for illumination, and as shown in FIG. 1, a visible light
可視光通信用照明器具1は、可視光を発光する光源10と、光源10を発光させるための電流を作成する電源部11と、電源部11からの電流を定電流にする定電流回路部12と、定電流回路部12からの定電流に送信情報を重畳する信号発振部13と、光源10の発光照度を検出する明るさセンサ14と、明るさセンサ14のセンサ電圧の目標値を記憶する第1の記憶部15と、送信情報を記憶する第2の記憶部16と、光源10の点灯及び消灯を切り換えて送信情報を送信させる制御部17とを器具本体18(図2参照)に収納して備えている。
The visible light
図2に示す器具本体18は、下面180及び発光面181が露出するように天井面3に埋め込まれて設置されている。
2 is embedded and installed in the
図1に示す光源10はLEDであり、電流が供給されると可視光を発光する。このLEDは半導体発光素子であるためフィラメントなどはなく、放電灯や白熱灯に比べて比較的長寿命ではあるが、LEDチップやこのLEDチップを封止している樹脂などの材料が劣化することによって、図3に示すように、光の透過率が低下して光束減退が発生する。光源10の光束減退の度合いは器具全体の放熱や樹脂の組成などによって一概には決定することができないが、一例として通算点灯時間が約40000時間で初期状態の50%まで低下するといわれている。初期状態の50%まで低下すると可視光通信の通信距離及び通信範囲は初期状態の半分以下になると想定される。
The
図1に示す電源部11は例えばダイオードブリッジなどで構成され、交流電源ACと接続している。交流電源ACは例えば商用電源などである。電源部11は交流電源ACからの交流電流を整流し、平滑化して定電流回路部12に出力する。
The
定電流回路部12は例えばシャントレギュレータ又はカレントミラー回路などで構成され、電源部11からの電流の電流値を一定にし、所定の電流値aの直流電流である定電流I1(図4(a)参照)を信号発振部13に出力する。定電流回路部12から出力される定電流I1の電流値aによって光源10の発光光束が変化する。
The constant
信号発振部13は、例えばバイポーラトランジスタ若しくはFET(Field Effect Transistor)などの半導体スイッチ素子又は水晶などの発振子から構成されたものである。この信号発振部13に、送信情報を含む後述の情報信号が制御部17から入力されると、信号発振部13は、入力された情報信号を定電流回路部12からの定電流I1(図4(a)参照)に重畳し、重畳したパルス電流I2(図4(b)参照)を光源10に出力する。このパルス電流I2の振幅は定電流I1の電流値aと同じである。上記のような動作によって、信号発振部13は、送信情報に基づいたパルス電流I2にしたがって光源10の点灯及び消灯を切り換えて、光源10から上記送信情報を送信させることができる(図4(c)参照)。
The
明るさセンサ14は例えばフォトダイオードやフォトトランジスタのような受光半導体素子などであり、光源10の発光照度を検出し、検出した発光照度に基づくセンサ電圧V(図4(d)参照)を制御部17に出力する。このため、明るさセンサ14は、図2に示すように、光源10が設置されている発光面181に受光面140を向けて器具本体18に固定されている。なお、センサ電圧Vの電圧値と光源10の発光光束とはほぼ比例の関係にある。
The
図1に示す第1の記憶部15は、例えばEEPROM(Electrically Erasable Programmable Read Only Memory)やフラッシュメモリなどの不揮発性メモリであり、明るさセンサ14のセンサ電圧Vの目標値bを中心とする目標範囲B(図5(b)参照)を記憶している。目標範囲Bは、目標値bを中心とする所定の範囲又は目標値bそのものであり、実施形態1では目標値bを中心に上下10%以内の範囲に予め設定されている。この目標範囲Bを第1の記憶部15に書き込む手段としては、製造段階での書き込み並びに外部機器(例えばリモコンや外部通信インタフェースなど)からの書き込み又は書き換えなどがある。
The
第2の記憶部16は、例えばEEPROMやフラッシュメモリなどの不揮発性メモリであり、可視光通信で送信するための送信情報を記憶している。送信情報を第2の記憶部16に書き込む手段としては、製造段階での書き込み並びに外部機器(例えばリモコンや外部通信インタフェースなど)からの書き込み又は書き換えなどがある。
The
制御部17は例えばマイコンなどで構成され、送信情報に基づいて光源10の点灯及び消灯を切り換えて上記送信情報を送信するものである。具体的に説明すると、まず、制御部17は、電源が投入されると同時に第2の記憶部16から送信情報を読み取る。その後、この制御部17は、読み取った送信情報を所定の方式(例えばマンチェスター方式やバイポーラ方式など)でパターン化して情報信号を作成し、このパターン化した情報信号を一定の時間間隔で信号発振部13に出力する。上記より、制御部17は、情報信号のパターンに基づいて光源10を発光させることができるので、第2の記憶部16に記憶されている送信情報を可視光通信で送信することができる。
The
また、制御部17は、少なくとも非通信時における光源10の発光照度が一定範囲内となるように光源10を制御する。具体的に説明すると、まず、制御部17は、電源が投入されると同時に第1の記憶部15から明るさセンサ14のセンサ電圧Vの目標範囲B(図5(b)参照)を読み取り、少なくとも制御部17が情報信号を信号発振部13に出力していない間(非通信時)において明るさセンサ14から逐次入力されるセンサ電圧Vの電圧値と上記目標範囲Bを比較する。その後、制御部17は、非通信時に行った比較の結果に基づいて、定電流回路部12を制御して定電流I1の電流値aを増減させることで、センサ電圧Vの電圧値が目標範囲B内となるように光源10を制御する。
Moreover, the
続いて、実施形態1に係る受信器2の構成について説明する。受信器2は、光源10からの可視光を受光する受光部20と、受光部20で受光した可視光から送信情報を復調する復調部21とを備えている。
Then, the structure of the
受光部20は例えばフォトダイオードや抵抗などで構成され、光源10からの可視光を受光する。受光後、この受光部20は、受光した可視光に基づいて電気信号を作成し、この電気信号を復調部21に出力する。
The
復調部21は受光部20からの電気信号を増幅し、増幅した電気信号から送信情報を復調し、復調した送信情報を表示する。
The
次に、実施形態1に係る可視光通信照明システムの動作について図1,4,5を用いて説明する。まず、図1に示す可視光通信用照明器具1の光源10が信号発振部13からのパルス電流I2(図4(b)参照)によって可視光を発光する(図5(a)参照)。一方、受信器2では、受光部20が光源10からの可視光を受光し、この可視光に含まれている送信情報を復調部21が検出する。このとき、可視光通信用照明器具1において、明るさセンサ14が光源10の発光照度を検出し、センサ電圧Vを制御部17に出力する(図5(b)参照)。制御部17は、非通信時におけるセンサ電圧Vの電圧値が目標範囲B(図5(b)参照)内となるか否かを比較し、目標範囲Bから外れた場合(図5のt11,t12,t13,t14,t15)、センサ電圧Vが目標範囲B内となるように、定電流回路部12を制御して定電流I1の電流値aを変化させる(図5(c)参照)。具体的には、センサ電圧Vの電圧値が目標範囲Bを下回ると定電流I1の電流値aを増大させる。
Next, the operation of the visible light communication illumination system according to the first embodiment will be described with reference to FIGS. First, the
以上、実施形態1によれば、図1に示す可視光通信用照明器具1において、制御部17が定電流回路部12を制御して定電流I1の電流値aを増大させることによって(図5(c)参照)、光源10の光束減退を補正して(図5(a)参照)、光源10の発光照度を初期状態に対して一定範囲内に維持することができるので(図5(b)参照)、受信器2がそのままの状態で、可視光通信の通信距離及び通信範囲を初期状態に対して一定範囲内に長期に渡って保つことができる。
As described above, according to the first embodiment, in the lighting device for visible
また、光源10の発光照度を明るさセンサ14で検出することができるので、検出した発光照度を用いて光源10の発光照度を容易に一定範囲内に維持することができる。
Further, since the light emission illuminance of the
さらに、光源10の光束減退を補正するのに、非通信時に明るさセンサ14で検出した発光照度を用いるので、送信情報によって光源10の一定時間あたりの平均発光光束がばらつく可視光通信中に比べて、光源10の発光照度をより正確に検出することができ、精度の高いフィードバックを行うことができる。
Furthermore, since the light emission illuminance detected by the
(実施形態2)
まず、本発明の実施形態2に係る可視光通信照明システムの構成について図6,7を用いて説明する。この可視光通信照明システムは、受信器2(図1参照)を実施形態1の可視光通信照明システム(図1参照)と同様に備え、実施形態1の可視光通信用照明器具1(図1参照)に代えて図6に示すような可視光通信用照明器具1aを備えている。実施形態2の可視光通信用照明器具1aは、図6に示すように、光源10と、電源部11と、定電流回路部12と、信号発振部13と、第2の記憶部16とを実施形態1の可視光通信用照明器具1と同様に備えているが、実施形態1の可視光通信用照明器具1にはない以下に記載の特徴部分を有する。
(Embodiment 2)
First, the structure of the visible light communication illumination system according to
可視光通信用照明器具1aは、実施形態1の明るさセンサ14、第1の記憶部15及び制御部17(図1参照)に代えて、タイマカウントを行うタイマ19と、タイマ19によるタイマカウントのカウント値cと定電流I1の電流値aとの関係を示すタイマテーブル(図7参照)を記憶する第1の記憶部15aと、タイマカウント及びタイマテーブルに基づいて定電流回路部12を制御する制御部17aとを備えている。
The visible light
タイマ19は、例えばIC化されたマルチバイブレータのようなもの又はマイコンにハードリソースとして実装されたものなどであり、初めて電源が投入されて光源10が発光したときにタイマカウントを開始し、その後、光源10の発光中にタイマカウントを継続する。タイマ19のタイマカウントのカウント値c(図7参照)は制御部17aに出力される。このタイマカウントは一定時間間隔で行われていることから、タイマ19は、タイマカウントを行うことによって光源10の通算発光時間を計時し、カウント値cを制御部17aに出力することによって光源10の通算発光時間を制御部17aに出力していることになる。
The
第1の記憶部15aは、実施形態1のセンサ電圧Vの目標範囲B(図5(b)参照)に代えて、図7に示すタイマテーブルを記憶している。このタイマテーブルは、光源10(図6参照)の発光照度が一定範囲内となるように、タイマ19によるタイマカウントのカウント値cごとに1対1に対応する定電流I1(図4(a)参照)の電流値aを示している。つまり、このタイマテーブルは、光源10の発光照度が一定範囲内となるように、光源10の通算発光時間ごとに光源10に供給するパルス電流I2(図4(b)参照)の電流値を示すデータテーブルである。なお、第1の記憶部15aは上記以外の点において実施形態1の第1の記憶部15(図1参照)と同様である。
The
図6に示す制御部17aは、電源が投入されると同時に第1の記憶部15aのタイマテーブル(図7参照)から定電流I1の初期の電流値a1を読み取り、読み取った電流値a1を定電流回路部12に出力して定電流I1の電流値aをa1に変更させる。その後、制御部17aは、タイマ19によるタイマカウントのカウント値cに応じて定電流I1の電流値aをタイマテーブルから読み取り、読み取った電流値aを定電流回路部12に出力する。具体的には、カウント値cがc1に達すると定電流I1の電流値aをa2とし、カウント値cがc2に達すると定電流I1の電流値aをa3とし、カウント値cがc3に達すると定電流I1の電流値aをa4に変更する。定電流I1は信号発振部13によって振幅値が電流値aと同じパルス電流I2(図4(b)参照)となるから、制御部17aは、光源10の通算発光時間及びデータテーブルに基づいて光源10への供給電流(パルス電流I2)の電流値を制御していることになる。上記の動作によって、制御部17aは、少なくとも非通信時における光源10の発光照度が一定範囲内となるように光源10を制御していることになる。なお、制御部17aは上記以外の点において実施形態1の制御部17と同様である。
ここで、タイマカウントのカウント値cは制御部17aによって一定のタイミングで第1の記憶部15aに記憶され、一旦電源が遮断されて光源10の発光が停止した後に電源が再投入された場合でも、電源遮断前のカウント値cからタイマカウントを再開することができる。
Here, the count value c of the timer count is stored in the
次に、実施形態2に係る可視光通信照明システムの動作について図6〜8を用いて説明する。まず、図6に示す可視光通信用照明器具1aの電源投入時に、制御部17aが定電流I1の初期の電流値a1(図7参照)を定電流回路部12に出力し、定電流回路部12が電流値a1の定電流I1を出力することによって、光源10が可視光を発光する(図8(a)参照)。また、電源投入時にタイマ19がタイマカウントを開始する。制御部17aはタイマカウントのカウント値cを監視し、このカウント値cがタイマテーブルのカウント値c1〜c5のそれぞれに達すると(図8のt21,t22,t23,t24,t25)、定電流回路部12を制御して定電流I1の電流値aをa2〜a5に変更する。例えば、カウント値cがc1以下までは初期の電流値a1で給電しているが、時間t21にカウント値cがc1に達すると(図8(b)参照)、タイマテーブル(図7参照)にしたがい、定電流I1の電流値aをa2に変更する(図8(c)参照)。これにより、光源10の発光光束が補正される(図8(a)参照)。
Next, the operation of the visible light communication illumination system according to the second embodiment will be described with reference to FIGS. First, when the
以上、実施形態2によれば、図6に示す制御部17aが定電流回路部12を制御して定電流I1の電流値aを、タイマ19によるタイマカウント及び第1の記憶部15aに記憶されているタイマテーブルに基づいて変更することで、光源10の通算発光時間ごとに予め光源10の光束減退を予測し、この予測に基づいて電流値が設定された電流を光源10に供給することができる。これにより、光源10の発光光束をほぼ一定に保つことができ、受信器2がそのままの状態で、可視光通信の通信距離及び通信範囲を初期状態に対して一定範囲内に長期的に保つことができる。
Above, according to the second embodiment, a current value a of the
1,1a 可視光通信用照明器具
10 光源
12 定電流回路部
13 信号発振部
14 明るさセンサ
15,15a 第1の記憶部
17,17a 制御部
19 タイマ
2 受信器
I1 定電流
I2 パルス電流
V センサ電圧
DESCRIPTION OF
Claims (2)
送信情報に基づいて前記光源の点灯及び消灯を切り換えて当該送信情報を送信する送信手段と、
前記光源の発光照度が予め設定された一定範囲内となるように前記光源を制御する点灯制御手段と、
前記光源の通算発光時間を計時するタイマと、
前記発光照度が前記一定範囲内となるように前記通算発光時間ごとに前記光源への供給電流の電流値を示すデータテーブルを記憶する記憶手段とを備え、
前記点灯制御手段が、前記タイマで計時される前記通算発光時間及び前記記憶手段に記憶されている前記データテーブルに基づいて前記光源への供給電流の電流値を制御する
ことを特徴とする可視光通信用照明器具。 A light source that emits visible light;
Transmission means for switching on and off the light source based on transmission information and transmitting the transmission information;
Lighting control means for controlling the light source so that the light emission illuminance of the light source falls within a predetermined range ,
A timer for measuring the total light emission time of the light source;
Storage means for storing a data table indicating a current value of a current supplied to the light source for each of the total light emission times so that the light emission illuminance falls within the predetermined range ;
Visible light characterized in that the lighting control means controls the current value of the current supplied to the light source based on the total light emission time counted by the timer and the data table stored in the storage means. Communication lighting equipment.
前記可視光通信用照明器具からの可視光を受光して送信情報を受信する受信器と
を備えることを特徴とする可視光通信照明システム。 A lighting fixture for visible light communication according to claim 1,
A receiver that receives visible light from the lighting device for visible light communication and receives transmission information;
Visible light communication illumination system comprising: a.
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