CN103873143A

CN103873143A - 可见光通信装置

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Publication number: CN103873143A
Application number: CN201310666474.5A
Authority: CN
Inventors: 木户正二郎
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2012-12-11
Filing date: 2013-12-10
Publication date: 2014-06-18
Anticipated expiration: 2033-12-10
Also published as: EP2744124A1; US9385806B2; US20140159586A1; CN103873143B; JP2014135716A; EP2744124B1

Abstract

本发明涉及一种可见光通信装置。可变阻抗电路(2)具有阻抗装置并且与光源(A1)串联连接。开关电路(Q1)与可变阻抗电路(2)并联连接。第一控制器(3)用于对开关电路(Q1)进行ON和OFF控制，由此对从光源(A1)发出的照明光的强度进行调制。阻抗改变电路(Q2)与可变阻抗电路(2)相连接。第二控制器(4)用于对阻抗改变电路(Q2)进行控制以改变可变阻抗电路(2)的阻抗。第一控制器(3)和第二控制器(4)共用同一硬件。

Description

可见光通信装置

技术领域

本发明涉及一种可见光通信装置。

背景技术

传统上，提出了如下照明光通信装置，其中该照明光通信装置适用于具有发光二极管(LED)作为光源的照明器具，并且被配置为对照明光的强度进行调制以发送信号(例如，参见日本特开2012-69505(以下称为“文献1”))。在该照明光通信装置中，由于对照明光本身进行调制并由此发送信号，因此不需要诸如红外线通信装置等的特殊装置。另外，可以通过采用发光二极管作为光源来节省电力，因此已经研究了该照明光通信装置在地下商场内普遍存在的信息系统中的利用。

文献1所述的照明光通信装置包括恒流源、平滑电容器、负载电路、负载改变元件、信号生成电路和开关元件。平滑电容器被配置为减少恒流源的输出的纹波。负载电路包括发光二极管并且供给有恒流源的输出。负载改变元件由与发光二极管的一部分并联连接的电阻器构成，并且被配置为添加至负载电路，由此部分地改变负载电路的负载特性(阻抗特性)。信号生成电路被配置为生成二值的光通信信号。开关元件由与作为负载改变元件的电阻器串联连接的开关装置构成，并且根据光通信信号而接通和断开，由此切换是否将负载改变元件添加至负载电路。结果，由于负载电路的负载特性根据光通信信号而改变，因此将流经发光二极管的负载电流调制为具有与光通信信号相对应的波形的电流。

然而，在现有技术中，存在由于作为负载改变元件的电阻器包括固定电阻器、因此无法容易地改变调制率(或因数)的问题。例如，在新的建筑物内安装照明系统的情况下，可以在该照明系统的安装期间进行该照明系统的照明的设计改变。在这种情况下，如果采用现有技术作为照明系统，则需要根据所需的调制率来更换电阻器。结果，无法容易地改变调制率。

发明内容

本发明是有鉴于以上情形而实现的，并且本发明的目的是提供一种能够容易地改变调制率的可见光通信装置。

本发明的一种可见光通信装置，包括：可变阻抗电路(2)，其具有阻抗装置(20)，并且与包括发光装置(LD1)的光源(A1)串联连接；开关电路(Q1)，其与所述可变阻抗电路(2)并联连接，并且用于切换是否使所述可变阻抗电路(2)连接至所述光源(A1)；第一控制器(3)，用于对所述开关电路(Q1)进行接通和断开控制，由此对从所述光源(A1)所发出的照明光的强度进行调制以将二值的通信信号叠加在所述照明光上；阻抗改变电路(Q2)，其与所述可变阻抗电路(2)相连接，并且用于改变所述可变阻抗电路(2)的阻抗；以及第二控制器(4)，用于对所述阻抗改变电路(Q2)进行控制以改变所述可变阻抗电路(2)的阻抗，其中，所述第一控制器(3)和所述第二控制器(4)共用同一硬件。

在实施例中，所述可见光通信装置还包括电压测量单元(9)，所述电压测量单元(9)用于测量施加到所述光源(A1)两端的电压，其中，所述第二控制器(4)基于所述电压测量单元(9)的测量结果来改变所述可变阻抗电路(2)的阻抗。

在实施例中，所述可见光通信装置还包括：电压测量单元(9)，用于测量施加到所述光源(A1)两端的电压；以及电流测量单元(15)，用于测量流经所述光源(A1)的电流，其中，所述第二控制器(4)基于如下两者之间的比较结果，来改变所述可变阻抗电路(2)的阻抗：与所述电流测量单元(15)的测量结果相对应的一个以上阈值；以及所述电压测量单元(9)的测量结果。

在实施例中，所述可见光通信装置还包括光传感器(10)，所述光传感器(10)用于检测环境光，其中，所述第二控制器(4)基于所述光传感器(10)的检测结果来改变所述可变阻抗电路(2)的阻抗。

在实施例中，所述阻抗装置(20)由MOSFET的体二极管构成。

在实施例中，所述阻抗装置(20)由双极型晶体管构成。

在本发明中，经由第二控制器来改变可变阻抗电路的阻抗，由此可以在将通信信号叠加在从光源发出的照明光上的情况下容易地改变流经光源的负载电流。因此，本发明可以容易地改变调制率。

附图说明

现在将进一步详细说明本发明的优选实施例。通过以下的详细说明以及附图将更好地理解本发明的其它特征和优点，其中：

图1是根据本发明的实施例1的可见光通信装置的框图；

图2是实施例1中的可见光通信的操作示例的时序图；

图3是实施例1中的可见光通信装置的示意电路图；

图4是示出实施例1中的可见光通信的其它操作示例的时序图；

图5A～5C示出可变阻抗电路的示例；

图6是根据本发明的实施例2的可见光通信装置的示意电路图；

图7是示出实施例2中的调制操作的示例的时序图；

图8是根据本发明的实施例3的可见光通信装置的示意电路图；

图9是根据本发明的实施例4的可见光通信装置的示意电路图；

图10是根据本发明的实施例5的可见光通信装置的示意电路图；

图11A和11B是示出负载电流(调光水平)和负载电压之间的关系的图；

图12是示出实施例5中的操作的流程图；以及

图13是根据本发明的实施例6的可见光通信装置的示意电路图。

具体实施方式

实施例1

以下参考附图来说明根据本发明的实施例1的可见光通信装置。在本实施例中，如图1和3所示，可见光通信装置连接在电源1和光源A1之间，并且包括可变阻抗电路2、开关装置Q1、开关装置Q2、第一控制器3和第二控制器4。

电源1例如是用于向光源A1供给恒定的负载电流的恒流源。电源1例如由包括PFC(功率因数校正)电路和降压转换电路的开关电源构成，并且被配置为将从商用电源AC1供给的AC(交流)电流转换成DC(直流)电流以输出该DC电流。在图3的示例中，平滑电容器C1与电源1的输出并联连接，或者连接在电源1的输出端之间。利用该平滑电容器C1，可以减少从电源1供给的DC电流的纹波。

光源A1包括一个发光二极管LD1或彼此串联连接的多个发光二极管LD1。然而，光源A1的结构不限于此。例如，光源A1的结构可以是各自作为发光二极管LD1的串联电路的多个串联电路彼此并联连接的结构。在本实施例中，光源A1的发光装置是发光二极管LD1，但不限于此。例如，发光装置可以是诸如有机EL装置或半导体激光器等的其它发光装置。

可变阻抗电路2具有例如电阻器等的阻抗装置20，并且与光源A1串联连接。在本实施例中，如图3所示，可变阻抗电路2由构成阻抗装置20的电阻器RX1和电阻器RX2的串联电路构成。开关装置Q2(阻抗改变(变化)电路)例如是n沟道MOSFET，并且与电阻器RX2并联连接。该阻抗改变电路被配置成开关装置Q2的栅极从第二控制器4接收二值的切换信号。

开关装置Q1(开关电路)例如是n沟道MOSFET，并且被配置成该n沟道MOSFET的栅极从第一控制器3接收通信信号。在图3的示例中，开关装置Q1与可变阻抗电路2并联连接。因此，在开关装置Q1接通的情况下，负载电流在无需流经可变阻抗电路2的情况下流经光源A1。另一方面，在开关装置Q1断开的情况下，负载电流经由可变阻抗电路2流经光源A1。

开关装置Q2(阻抗改变电路)在接收到HIGH(高)电平的切换信号的情况下接通，并且在接收到LOW(低)电平的切换信号的情况下断开。在开关装置Q2断开的情况下，可变阻抗电路2的阻抗具有电阻器RX1和电阻器RX2的合成电阻(值)。另一方面，在开关装置Q2接通的情况下，可变阻抗电路2的阻抗具有电阻器RX1的电阻(值)。简言之，可以通过接通或断开开关装置Q2来改变可变阻抗电路2的阻抗。

如图3所示，第一控制器3和第二控制器4包括具有存储有各种程序的内置存储器的微控制器MC1(以下还称为“CPU”)作为主要组件。该CPU执行存储器中所存储的程序，由此实现如以下所述的功能。微控制器MC1利用从控制用电源5供给的控制用电压进行工作。

控制用电源5例如由DC/DC转换器构成，并且被配置为将经由二极管D1从电源1所供给的电压转换成5V的控制用电压以输出该控制用电压(参见图3)。

如图1所示，第一控制器3被配置为将二值的通信信号供给至开关装置Q1。该通信信号是通过对例如与室内照明器具有关的位置信息或如照明器具的产品代码那样的设备信息等的信息进行二值化所获得的。用户可以通过经由用户的接收终端(例如，移动电话等)接收叠加有通信信号的照明光来利用该通信信号的信息。CPU(第一控制器3)被配置为将通信信号经由高频驱动电路6和辅助电路7供给至开关装置Q1。

如图1所示，第二控制器4被配置为将二值的切换信号供给至开关装置Q2。例如可以通过对本实施例中的作为操作单元(未示出)的控制台进行操作来将切换信号的电平存储在微控制器MC1的存储器中。因此，在确定了光源A1的结构的情况下，可以通过对控制台进行操作来改变切换信号的电平。

在结构示例中，可以经由诸如远程控制单元等的无线终端(未示出)来改变切换信号的电平。在该结构中，可以在无需直接操作控制台的情况下改变调制率(或因数)，因此可以提高便利性。

在图3的示例中，高频驱动电路6由开关装置Q10～Q12以及电阻器R1和R2构成。开关装置Q10是n沟道MOSFET，并且被配置成该n沟道MOSFET的栅极从第一控制器3接收二值的通信信号。开关装置Q10的漏极经由电阻器R1连接至控制用电源5。开关装置Q11和开关装置Q12分别是NPN晶体管和PNP晶体管。开关装置Q11和Q12构成了推拉式电路。开关装置Q11和Q12的基极连接至电阻器R1与开关装置Q10的漏极的连接点。开关装置Q11的集电极连接至控制用电源5，并且开关装置Q12的集电极连接至接地端(GND)。开关装置Q11和Q12的发射极经由电阻器R2连接至开关装置Q1。

在图3的示例中，辅助电路7由电阻器R3和R4的串联电路以及与电阻器R4并联连接的齐纳二极管ZD1构成。辅助电路7与电源1并联连接。开关装置Q1的栅极连接至电阻器R3和齐纳二极管ZD1的连接点。通过设置辅助电路7，例如即使在微控制器MC1不工作的情况下，也可以强制接通开关装置Q1。结果，可以防止负载电流连续地流经可变阻抗电路2以防止光源A1的光输出减少。

以下说明本实施例中的可见光通信的操作。在本实施例中，通过利用通信信号对光源A1的光强度进行调制来进行可见光通信。作为可见光通信中的调制方法，采用SC-4PPM。根据4PPM(4值脉冲位置调制)，可以通过将被定义为符号时间的固定时间分割成四个时段以在这四个时段的任一时段中放置脉冲来发送2位的数据。具体参见JEITA(日本电子信息技术产业协会)的CP-1221和CP-1222。

在图2和3中，在通信信号的电平低的情况下，开关装置Q10、Q11和Q12分别为断开、接通和断开。在这种情况下，将高电平的信号供给至开关装置Q1的栅极。结果，开关装置Q1接通，并且负载电流I1(在本示例中为100mA)在无需流经可变阻抗电路2的情况下流经光源A1。

在图2和3中，在通信信号的电平高的情况下，开关装置Q10、Q11和Q12分别为接通、断开和接通。在这种情况下，将低电平的信号供给至开关装置Q1的栅极。结果，开关装置Q1断开，并且负载电流经由可变阻抗电路2流经光源A1。因而，通过根据通信信号对开关装置Q1进行ON(接通)和OFF(断开)控制，可以对光源A1的光强度进行调制以将该通信信号叠加在要从光源A1发出的照明光上。

在向着开关装置Q2的切换信号的电平高的情况下，负载电流I20(在本示例中为80mA)仅经由电阻器RX1流经光源A1。因此，在切换信号的电平高的情况下的调制率为0.2(=(100-80)/100)。另一方面，在切换信号的电平低的情况下，负载电流I21(在本示例中为60mA)经由电阻器RX1和RX2流经光源A1。因此，在切换信号的电平低的情况下的调制率为0.4(=(100-60)/100)。在本实施例中，通过根据切换信号对开关装置Q2进行ON和OFF控制，可以改变可变阻抗电路2的阻抗以改变负载电流，由此改变调制率。本实施例的调制率是ON状态电流和OFF状态电流之间的差相对于ON状态电流之比(减少比)，其中ON状态电流是在根据通信信号使开关装置Q1接通的情况下的负载电流I1，并且OFF状态电流是在根据通信信号使开关装置Q1断开的情况下的负载电流I20或I21。

在本实施例的图2的示例中，在开关装置Q1接通的情况下使开关装置Q2在ON和OFF之间切换，由此改变可变阻抗电路2的阻抗。在开关装置Q1接通的情况下，没有电流流经可变阻抗电路2。因此，在可变阻抗电路2的阻抗改变之前和之后，负载电流没有改变。结果，可以减少对电源1的影响。在图2的示例中，在开关装置Q1接通的情况下，切换信号的电平从高改变为低，结果在开关装置Q1断开的情况下流动的负载电流从负载电流I20切换为负载电流I21。同样，在开关装置Q1接通的情况下，切换信号的电平从低改变为高，结果在开关装置Q1断开的情况下流动的负载电流从负载电流I21切换为负载电流I20。

如图4的示例所示，可以在与通信信号的相邻帧之间的边界相对应的时刻接通或断开(第二)开关装置Q2。通信信号包含例如14位的“帧开始(SOF)”、512位的“实际数据(有效载荷(PAYLOAD))”和16位的“文件末尾(EOF)”等的帧(参见JEITA的CP-1222)。也就是说，在图4的示例中，在与通信信号的相邻帧即EOF和SOF之间的文件末尾的终止相对应的时刻接通或断开开关装置Q2。在该结构中，在通信信号的任意帧内，调制率没有改变。因此，可以降低接收侧处的通信信号的接收错误的概率。

在本实施例中，通过根据向着阻抗改变电路的切换信号来改变可变阻抗电路2的阻抗，在通信信号叠加在照明光上的情况下，可以容易地改变流经光源A1的负载电流。因此，在本实施例中可以容易地改变调制率。在本实施例中，例如，即使紧挨在安装具有光源A1的照明器具之前，也可以通过操作控制台或无线终端来改变切换信号的电平。因此，即使在突然改变照明设计的情况下，也可以在无需更换可变阻抗电路2的阻抗装置20的情况下恰当地进行可见光通信的环境设计。

在本实施例中，如上所述，第一控制器3的功能和第二控制器4的功能由同一微控制器来实现。也就是说，在本实施例中，第一控制器3和第二控制器4共用同一硬件。因此，与第一控制器3和第二控制器4各自由单独的控制电路构成的情况相比，可以降低制造成本。作为示例，第一控制器3和第二控制器4各自可以利用嵌入一个IC内的单独的逻辑电路来设计。

在本实施例中，使开关装置Q2在ON和OFF之间进行切换，由此改变可变阻抗电路2的阻抗，但对于可见光通信装置，还可以采用其它方法。作为这些方法的示例，可以通过改变开关装置Q1的栅极-源极间电压以改变绕过开关装置Q2的电流来改变负载电流。在该方法中，可以精细地改变可变阻抗电路2的阻抗。

可变阻抗电路2的结构不限于本实施例的结构。例如，可变阻抗电路2可以由电阻器的串联电路、电阻器的并联电路、或者该串联电路和该并联电路的组合电路构成。开关装置Q2的结构也不限于本实施例的结构。例如，开关装置Q2可以单独地与阻抗装置并联连接，并且各自可以在ON和OFF之间进行切换。在该结构中，由于可以分多个阶段改变可变阻抗电路2的阻抗，因此可以精细地改变调制率。

阻抗装置不限于电阻器。例如，代替电阻器，可以通过控制基极电流来采用双极型晶体管作为可变电阻器。可选地，可以采用MOSFET的体二极管作为可变阻抗电路2的阻抗装置。例如，如图5A所示，可以利用由p沟道MOSFET构成的开关装置Q20替换开关装置Q2，由此代替电阻器RX2而采用体二极管BD1。如图5B所示，还可以利用二极管D2替换电阻器RX1。因而，通过采用二极管作为阻抗装置，由于构成光源A1的发光二极管LD1是一种二极管、并且作为阻抗装置的二极管具有与发光二极管相似的温度特性，因此便于进行温度校正。

在该可变阻抗电路2的结构中，经由被配置为使切换信号反转的反转电路来向开关装置Q20的栅极供给切换信号。如图5A所示，该反转电路由NPN晶体管TR1、以及电阻器R10和R11的串联电路构成。NPN晶体管TR1被配置成其基极和发射极分别接收切换信号和控制用电压(在本示例中为-5V)。NPN晶体管TR1的集电极连接至电阻器R10和R11的串联电路。开关装置Q20的栅极连接至电阻器R10和电阻器R11的连接点。

在该结构中，在向着NPN晶体管TR1的切换信号的电平高的情况下，将低电平的信号供给至开关装置Q20的栅极并且开关装置Q20接通。在切换信号的电平低的情况下，将高电平的信号供给至开关装置Q20的栅极并且开关装置Q20断开。

作为示例，构成可变阻抗电路2的阻抗装置的各组件可以由MOSFET的体二极管构成。在图5C的示例中，两个以上(在该图中为三个)的开关装置Q20～Q22的串联电路与开关装置Q1并联连接。在这种情况下，开关装置Q20～Q22的体二极管BD1～BD3作为阻抗装置构成可变阻抗电路2。

以与开关装置Q20相同的方式，开关装置Q21和Q22各自被配置成其自身的栅极经由被配置为使切换信号反转的反转电路来接收切换信号。连接至开关装置Q21的反转电路由电阻器R20和R21的串联电路以及NPN晶体管TR2构成。连接至开关装置Q22的反转电路由电阻器R30和R31的串联电路以及NPN晶体管TR3构成。各反转电路具有与连接至开关装置Q20的反转电路相同的结构。

供给至开关装置Q20～Q22的切换信号彼此不同。也就是说，开关装置Q20～Q22被配置为各自单独在ON和OFF之间进行切换。由于可以分多个阶段改变可变阻抗电路2的阻抗，因此在该结构中可以精细地改变调制率。

在该结构中，可以减少造成大型化的电阻器的数量并且可以将阻抗装置嵌入IC内。结果，可以缩减安装面积。

实施例2

以下参考附图来说明根据本发明的实施例2的可见光通信装置。向相同种类的元件分配与实施例1所述相同的附图标记，并且省略了详细说明。在本实施例中，如图6和7所示，经由两个以上(在附图中为两个)的光源A1来进行可见光通信。各光源A1单独与第一负载单元B1和第二负载单元B2相连接。

第一负载单元B1由可变阻抗电路2、控制用电源5、开关装置Q1和开关装置Q2构成。可变阻抗电路2由电阻器RX1和RX2的串联电路构成。开关装置Q1由n沟道MOSFET构成，并且被配置成该n沟道MOSFET的栅极经由光电耦合器PC1接收通信信号。开关装置Q2由n沟道MOSFET构成并且与电阻器RX2并联连接。开关装置Q2还被配置成其栅极经由光电耦合器PC2接收如以下所述的第一切换信号。控制用电源5被配置为向光电耦合器PC1和PC2供给控制用电压。

第二负载单元B2由可变阻抗电路2、控制用电源5、开关装置Q3和开关装置Q4构成。第二负载单元B2的可变阻抗电路2由电阻器RX3和RX4的串联电路构成。开关装置Q3由n沟道MOSFET构成，并且被配置成该n沟道MOSFET的栅极经由光电耦合器PC3接收通信信号。开关装置Q4由n沟道MOSFET构成并且与电阻器RX4并联连接。开关装置Q4还被配置成其栅极经由光电耦合器PC4接收如以下所述的第二切换信号。第二负载单元B2的控制用电源5被配置为向光电耦合器PC3和PC4供给控制用电压。

在本实施例中，代替微控制器MC1而采用微控制器MC2，并且微控制器MC2被配置为对负载单元B1和B2进行整体控制。控制用电源5A被配置为向微控制器MC2供给控制用电压。例如，控制用电源5A由AC/DC转换器构成，并且被配置为将从商用电源AC1供给的电压转换成5V的控制用电压以输出该控制用电压。

微控制器MC2通过执行内部所存储的程序来实现第一控制器3的功能和第二控制器4的功能。微控制器MC2被配置为输出通信信号、用于对第一负载单元B1的开关装置Q2的ON和OFF进行切换的第一切换信号、以及用于对第二负载单元B2的开关装置Q4的ON和OFF进行切换的第二切换信号。

微控制器MC2被配置为将通信信号经由上拉电路PU1和光电耦合器PC1供给至第一负载单元B1的开关装置Q1，并且经由上拉电路PU1和光电耦合器PC3供给至第二负载单元B2的开关装置Q3。微控制器MC2还被配置为进行以下操作：将第一切换信号经由上拉电路PU2和光电耦合器PC2供给至第一负载单元B1的开关装置Q2；并且将第二切换信号经由上拉电路PU3和光电耦合器PC4供给至第二负载单元B2的开关装置Q4。

上拉电路PU1由电阻器R5和NPN晶体管Q5的串联电路构成，并且被配置为使通信信号反转以输出反转后的通信信号。上拉电路PU2由电阻器R6和NPN晶体管Q6的串联电路构成，并且被配置为使第一切换信号反转以输出反转后的第一切换信号。上拉电路PU3由电阻器R7和NPN晶体管Q7的串联电路构成，并且被配置为使第二切换信号反转以输出反转后的第二切换信号。

微控制器MC2与接收单元8相连接，其中该接收单元8被配置为接收从无线终端RT1发送来的无线信号。微控制器MC2被配置为基于经由接收单元8所接收到的无线信号来改变第一切换信号或第二切换信号的电平。在示例中，微控制器MC2可以与作为操作单元(未示出)的控制台相连接，并且被配置为基于通过操作该控制台所获得的信息来改变第一切换信号或第二切换信号的电平。

以下参考图6和7来说明本实施例中的可见光通信的操作。在通信信号的电平低的情况下，将高电平的信号供给至负载单元B1的开关装置Q1和负载单元B2的开关装置Q3的各栅极。在这种情况下，开关装置Q1和Q3接通，并且负载电流I1(在本实施例中为100mA)在无需流经可变阻抗电路2的情况下流经负载单元B1和B2中的各光源A1。

在通信信号的电平高的情况下，将低电平的信号供给至负载单元B1的开关装置Q1和负载单元B2的开关装置Q3的各栅极。在这种情况下，开关装置Q1和Q3断开，并且负载电流经由负载单元B1的可变阻抗电路2流经负载单元B1的光源A1，同时负载电流经由负载单元B2的可变阻抗电路2流经负载单元B2的光源A1。因而，通过根据通信信号对开关装置Q1和Q3进行ON和OFF控制，可以对负载单元B1和B2的各光源A1的光强度进行调制，以将该通信信号叠加在各光源A1的照明光上。

在第一切换信号的电平高的情况下，第一负载单元B1的开关装置Q2断开，并且(第一)负载电流I21(在本实施例中为60mA)经由电阻器RX1和RX2流经连接至第一负载单元B1的光源A1。因此，在第一切换信号的电平高的情况下的调制率为0.4(=(100-60)/100)。另一方面，在第一切换信号的电平低的情况下，第一负载单元B1的开关装置Q2接通，并且(第一)负载电流I20(在本实施例中为80mA)仅经由电阻器RX1流经第一负载单元B1的光源A1。因此，在第一切换信号的电平低的情况下的调制率为0.2(=(100-80)/100)。

在第二切换信号的电平高的情况下，第二负载单元B2的开关装置Q4断开，并且(第二)负载电流I21(在本实施例中为60mA)经由电阻器RX3和RX4流经连接至第二负载单元B2的光源A1。因此，在第二切换信号的电平高的情况下的调制率为0.4(=(100-60)/100)。另一方面，在第二切换信号的电平低的情况下，第二负载单元B2的开关装置Q4接通，并且(第二)负载电流I20(在本实施例中为80mA)仅经由电阻器RX3流经第二负载单元B2的光源A1。因此，在第二切换信号的电平低的情况下的调制率为0.2(=(100-80)/100)。

在本实施例中，即使设置两个以上的光源A1，也可以容易地改变这些光源A1的各调制率。

实施例3

以下参考附图来说明根据本发明的实施例3的可见光通信装置。本实施例具有与实施例1相同的基本结构，因此向相同种类的元件分配与实施例1所述相同的附图标记，并且省略了详细说明。如图8所示，本实施例还包括电压测量单元9，其中该电压测量单元9被配置为测量施加到光源A1的两端间的电压。本实施例的第二控制器4被配置为基于从电压测量单元9所获得的测量结果来改变可变阻抗电路2的阻抗。

电压测量单元9例如由两个以上的电阻器(未示出)的串联电路构成并且与电源1并联连接。电压测量单元9被配置为对电源1的输出电压进行分压以将分压后的电压供给至微控制器MC1。在开关装置Q1接通的情况下，施加到光源A1的两端间的电压几乎等于电源1的输出电压。因此，从电源1的输出电压所获得的分压后的电压与施加到光源A1的两端间的电压成比例。

例如，第二控制器4被配置为进行以下操作：将经由电压测量单元9测量到的电压(值)与预先存储在微控制器MC1中的阈值(值)进行比较；然后在该电压(值)超过该阈值(值)的情况下，将切换信号的电平改变为高，此外在该电压(值)小于该阈值(值)的情况下，将切换信号的电平改变为低。因此，在本实施例中，可以响应于光源A1两端的电压来将调制率自动改变为适当的比率。例如，即使将光源(第一光源)A1更换为具有彼此串联连接的并且在数量上与第一光源A1不同的发光二极管LD1的第二光源A1，也可以将调制率自动改变为适合第二光源A1的比率。

实施例4

以下参考附图来说明根据本发明的实施例4的可见光通信装置。本实施例具有与实施例1相同的基本结构，因此向相同种类的元件分配与实施例1所述相同的附图标记，并且省略了详细说明。如图9所示，本实施例还包括光传感器10，其中该光传感器10被配置为检测环境光。本实施例的第二控制器4被配置为基于从光传感器10所获得的检测结果来改变可变阻抗电路2的阻抗。

光传感器10由例如已知的照度传感器等的光电检测器构成。光传感器10被配置为向微控制器MC1供给与经由光电检测器所接收到的环境光的照度成比例的信号。期望光传感器10安装在能够检测光源A1的安装场所的照度的位置处。

例如，第二控制器4被配置为进行以下操作：将经由光传感器10所检测到的照度(值)与预先存储在微控制器MC1中的阈值(值)进行比较；然后在该照度(值)超过该阈值(值)的情况下，将切换信号的电平改变为低，此外在该照度(值)小于该阈值(值)的情况下，将切换信号的电平改变为高。因此，在本实施例中，可以响应于环境光来将调制率自动改变为适当的比率。例如，在明亮的光照射的时间段或场所，可以通过增大调制率来提高接收终端的接收性能。

实施例5

近年来，提供了将LED光源分类成可更换型和固定型的LED照明器具。可更换型LED光源的示例包括LED灯泡和直管型LED灯等。可更换型LED光源还包括光强度不同的各种光源。在各种LED光源中，经常采用光源的电力消耗的额定值作为用于表示光源的类型的指标。例如，作为各种LED光源，提供了额定功率为13W、19W和22W的三种直管型LED灯。LED光源的瓦数越大，LED光源所具有的光强度越大且额定电压(负载电压)越高。

在实施例3的可见光通信装置中，第二控制器4被配置为将经由电压测量单元9所测量到的电压(额定电压)与阈值进行比较，以响应于该比较结果来改变调制率。因此，为了响应于三种直管型LED灯中的作为光源A1的直管型LED灯的类型来改变调制率，可以通过将经由电压测量单元9所测量到的电压(值)与第一阈值Vth1、第二阈值Vth2和第三阈值Vth3进行比较，来选择与该直管型LED灯的类型相对应的调制率(参见图11B)。在图11B的示例中，第二阈值Vth2大于第一阈值Vth1，并且第三阈值Vth3大于第二阈值Vth2。

然而，在照明器具为调光型的情况下，调光水平越低，施加到光源A1的两端间的电压下降得越多，其中调光水平是光量比(电流比)，并且光量比例如在额定功率的情况下为100%(参见图11B)。在图11B中，三条实线α、β和γ分别示出额定功率为13W、19W和22W的三种直管型LED灯的调光水平(负载电流)和负载电压之间的关系。

例如，在采用额定功率为19W的直管型LED灯作为光源A1的情况下，调光水平为100%的负载电压大于阈值Vth2且小于阈值Vth3。因此，可以正确地判断为光源A1是额定功率为19W的直管型LED灯(参见实线β)。

然而，在调光水平下降为接近下限值(20%)的情况下，负载电压变得小于阈值Vth2。也就是说，负载电压大于阈值Vth1且小于阈值Vth2，因此误判断为光源A1是额定功率为13W的直管型LED灯。

如图11A所示，本实施例的可见光通信装置被配置为使阈值Vth1、Vth2和Vth3随着与调光水平相对应的负载电压波动而改变，从而正确地判断作为光源A1的直管型LED灯的类型。LED光源的额定功率依赖于构成该LED光源的LED芯片的数量。因此，额定功率为13W、19W和22W的三种直管型LED灯的额定负载电流相同。

以下参考附图来说明根据本发明的实施例5的可见光通信装置。本实施例具有与实施例3相同的基本结构，因此向相同种类的元件分配与实施例3所述相同的附图标记，并且省略了详细说明。

如图10所示，电源1是由功率因数校正(PFC)电路100、恒流电路101、用于控制这些电路100和101的控制器102、以及调光信号接收器103等构成的开关电源。恒流电路101例如由诸如降压斩波电路等的DC/DC转换器构成。调光信号接收器103被配置为接收从外部的调光控制器104所供给的调光信号，以将根据所接收到的调光信号推导出的调光水平供给至控制器102。控制器102被配置为对恒流电路101进行控制，以使得流经光源A1的负载电流与同来自调光信号接收器103的调光水平相对应的电流一致。也就是说，电源1的输出电压(负载电压)和输出电流(负载电流)在调光水平为100%(额定功率)的情况下为变为最大，并且随着调光水平的下降而减少。在LED光源(例如，额定功率为13W、19W和22W的三种直管型LED灯)由同种装置(LED芯片)构成的情况下，流经这些LED光源的负载电流具有相同的值，而这些LED光源的负载电压根据各自的额定功率而具有不同的值(参见图11A)。因此，通过将要与负载电压进行比较的阈值Vth1、Vth2和Vth3设置为与负载电流相对应的值(例如，随着负载电流而改变的值)，可以与调光水平无关地，不断地判断作为光源A1的LED光源的类型以选择适当的调制率。

本实施例的可见光通信装置包括：电压测量单元9，用于测量从电源1施加到光源A1的两端间的负载电压；以及电流测量单元15，用于测量流经光源A1的负载电流。

本实施例的第二控制器4包括阈值设置单元40、比较器41和切换驱动器42。阈值设置单元40被配置为将要与负载电压进行比较的阈值Vth1、Vth2和Vth3设置为与经由电流测量单元15所测量到的值(负载电流值)相对应的值。具体地，阈值设置单元40被配置为将要与LED光源的负载电压进行比较的阈值设置为随着该LED光源的负载电流(值)而改变的可变值，其中该可变值被设置为比负载电流的所有可变范围(例如，20%～100%)内的负载电压低的可变值。例如，如图11A所示，阈值设置单元40被配置为将要与第一LED光源(额定功率为13W的直管型LED灯)的负载电压进行比较的阈值设置为随着该第一LED光源的负载电流α而改变的可变值Vth1，其中该可变值Vth1被设置为比负载电流α的所有可变范围内的负载电压低的可变值。阈值设置单元40被配置为将要与第二LED光源(额定功率为19W的直管型LED灯)的负载电压进行比较的阈值设置为随着该第二LED光源的负载电流β而改变的可变值Vth2，其中该可变值Vth2被设置为比负载电流β的所有可变范围内的负载电压低的可变值。阈值设置单元40被配置为将要与第三LED光源(额定功率为22W的直管型LED灯)的负载电压进行比较的阈值设置为随着该第三LED光源的负载电流γ而改变的可变值Vth3，其中该可变值Vth3被设置为比负载电流γ的所有可变范围内的负载电压低的可变值。比较器41被配置为将经由电压测量单元9所测量到的值(负载电压值)与经由阈值设置单元40所设置的阈值Vth1、Vth2和Vth3进行比较，以将比较结果供给至切换驱动器42。切换驱动器42被配置为根据来自比较器41的比较结果来对两个开关装置Q2和Q3进行ON和OFF控制。

如图10所示，本实施例的可变阻抗电路2由三个电阻器RX1、RX2和RX3的串联电路构成。电阻器RX1、RX2和RX3分别与开关装置Q1、开关装置Q2和开关装置Q3相连接。具体地，开关装置Q1与电阻器RX1、RX2和RX3的串联电路并联连接。开关装置Q2与电阻器RX2和RX3的串联电路并联连接。开关装置Q3与电阻器RX3并联连接。因此，在开关装置Q2和Q3这两者接通的情况下，所设置的调制率最低，而在开关装置Q2和Q3这两者断开的情况下，所设置的调制率最高。在开关装置Q2和Q3的其中一个断开并且另一个接通的情况下，调制率变为中间值。

以下将参考图11A的调光水平(负载电流)和负载电压的特性图以及图12的流程图来说明本实施例中的第二控制器4的操作。在图11A中，三条实线α、β和γ分别示出额定功率为13W、19W和22W的三种直管型LED灯的调光水平(负载电流)和负载电压之间的关系。

在本实施例的可见光通信装置通电的情况下，微控制器MC1工作，并且开始用于将阈值Vth1、Vth2和Vth3设置为与光源A1的类型相对应的值的处理。第二控制器4的比较器41从电压测量单元9接收负载电压的测量值V1，并且阈值设置单元40从电流测量单元15接收负载电流的测量值(图12的步骤S1)。

阈值设置单元40从存储在微控制器MC1的存储器内的数据表中读出与负载电流的测量值相对应的阈值Vth1、Vth2和Vth3，并且将这些阈值Vth1、Vth2和Vth3设置到比较器41(步骤S2)。例如，该数据表包括分配至通过利用几个百分比分割负载电流所获得的各区段的阈值Vth1、Vth2和Vth3。阈值设置单元40被配置为读出分配至与负载电流的测量值相对应的区段的阈值Vth1、Vth2和Vth3。

比较器41将来自电压测量单元9的负载电压的测量值V1与阈值设置单元40所设置的阈值Vth1、Vth2和Vth3中的最小阈值Vth1进行比较(步骤S3)。在负载电压的测量值V1小于阈值Vth1的情况下，存在光源A1中发生故障的可能性。在这种情况下，切换驱动器42接通开关装置Q1以维持ON状态，由此停止调制操作(步骤S4)。

在负载电压的测量值V1等于或大于阈值Vth1的情况下，比较器41将负载电压的测量值V1与中间的阈值Vth2进行比较(步骤S5)。在负载电压的测量值V1小于阈值Vth2的情况下，估计出光源A1是额定功率为13W的直管型LED灯。在这种情况下，切换驱动器42使开关装置Q2和Q3断开，由此将调制率设置为最高值(步骤S6)。

在负载电压的测量值V1等于或大于阈值Vth2的情况下，比较器41将负载电压的测量值V1与最大阈值Vth3进行比较(步骤S7)。在负载电压的测量值V1小于阈值Vth3的情况下，估计出光源A1是额定功率为19W的直管型LED灯。在这种情况下，切换驱动器42使开关装置Q2断开并且还使开关装置Q3接通，由此将调制率设置为中间值(步骤S8)。

在负载电压的测量值V1等于或大于阈值Vth3的情况下，估计出光源A1是额定功率为22W的直管型LED灯。在这种情况下，切换驱动器42使开关装置Q2和Q3接通，由此将调制率设置为最低值(步骤S9)。

在切换驱动器42完成开关装置Q2和Q3的切换控制的情况下，第一控制器3控制开关装置Q1以开始调制操作(通信)(步骤S10)。

如上所述，本实施例的可见光通信装置包括：电压测量单元9，用于测量施加到光源A1的两端间的电压(负载电压)；以及电流测量单元15，用于测量流经光源A1的电流(负载电流)。第二控制器4被配置为基于与电流测量单元15的测量值相对应的一个或多个阈值Vth1、Vth2和Vth3同电压测量单元9的测量值V1之间的比较结果来改变可变阻抗电路2的阻抗。

因此，本实施例的可见光通信装置响应于随着调光水平而改变的负载电压来改变判断光源A1的类型所用的阈值Vth1、Vth2和Vth3。结果，可以防止误判断并且还可以设置与光源A1的类型相对应的适当的调制率。

用于对LED光源进行调光的方法的示例包括：上述的用于改变负载电流的大小的方法(DC调光方法)；以及用于周期性地使LED光源通电和断电、由此改变通电时间段的比率(ON占空比)的方法(突发调光方法)。在电源1所用的调光方法是突发调光方法的情况下，优选电压测量单元9和电流测量单元15测量的不是瞬时值而是与突发时间周期相似的时间段内的平均值。

实施例6

以下参考附图来说明根据本发明的实施例6的可见光通信装置。本实施例具有与实施例5相同的基本结构，因此向相同种类的元件分配与实施例5所述相同的附图标记，并且省略了详细说明。如图13所示，本实施例的电流测量单元15被配置为根据插入在平滑电容器C1的低电压侧和光源A1的低电压侧之间的检测电阻器RS两端的电压下降来测量负载电流。

在如实施例5那样、可变阻抗电路2由电阻器和开关装置构成的情况下，需要将具有与采用作为光源A1的LED光源的类型相对应的电阻值的电阻器进行组合。在将可见光通信装置应用于由同种装置(LED芯片)构成但具有不同额定功率的多个LED光源的情况下，需要由具有各种电阻值的电阻器的组合所构成的多个可变阻抗电路2，以符合LED光源的类型。这导致可见光通信装置的诸如生产成本和储存费用等的管理成本的上升的问题。

因此，在本实施例中，可变阻抗电路2包括NPN双极型晶体管(以下简称为“晶体管”)Q4作为可变电阻器。在图13的示例中，可变阻抗电路2由电阻器RX1、晶体管Q4和发射极电阻器Re构成。可变阻抗电路2还可以包括电阻器R5。

电阻器RX1连接在开关装置Q1和光源A1的连接点与接地端之间。晶体管Q4的集电极连接至开关装置Q1和光源A1的连接点，并且晶体管Q4的发射极经由发射极电阻器Re连接至接地端。晶体管Q4的基极经由电阻器R5连接至接地端。在从第二控制器4的切换驱动器42输出驱动电压Vx的情况下，将该驱动电压Vx施加至晶体管Q4的基极。

将基极电流Ib(=(Vx-Vbe)/Re)从切换驱动器42供给至晶体管Q4的基极，其中“Vbe”是晶体管Q4的基极-发射极间电压，并且“Re”是发射极电阻器Re的电阻值。集电极电流Ic(=hFE×Ib)流经晶体管Q4，其中“hFE”是DC电流放大率。

也就是说，随着驱动电压Vx的上升，基极电流Ib增加。随着基极电流Ib的增加，集电极电流Ic增加。这里，将晶体管Q4视为可变电阻器。在这种情况下，在驱动电压Vx上升的情况下，可变电阻器的电阻值减少并且电流(集电极电流Ic)增加。在驱动电压Vx下降的情况下，可变电阻器的电阻值增加并且电流减少。

因而，切换驱动器42改变驱动电压Vx，由此使在开关装置Q1断开的情况下的负载电流增减。结果，可以调整调制率。双极型晶体管的电阻温度特性(基极-发射极间电压和集电极电流的温度特性)与电阻器的电阻温度特性相比，具有较高的温度依赖性。因此，优选切换驱动器42利用诸如热敏电阻器等的温度传感器测量可变阻抗电路2的温度(或环境温度)，以响应于温度测量结果(所测量到的温度)来校正驱动电压Vx。

如上所述，在本实施例中，可变阻抗电路2包括双极型晶体管Q4。因此，可以在无需由具有各种电阻值的电阻器的组合所构成的多种可变阻抗电路2的情况下，通过改变用于实现切换驱动器42的程序来应对各种LED光源的类型并且降低管理成本。

Claims

1.一种可见光通信装置，包括：

可变阻抗电路，其具有阻抗装置，并且与包括发光装置的光源串联连接；

开关电路，其与所述可变阻抗电路并联连接，并且用于切换是否使所述可变阻抗电路连接至所述光源；

第一控制器，用于对所述开关电路进行接通和断开控制，由此对从所述光源所发出的照明光的强度进行调制以将二值的通信信号叠加在所述照明光上；

阻抗改变电路，其与所述可变阻抗电路相连接，并且用于改变所述可变阻抗电路的阻抗；以及

第二控制器，用于对所述阻抗改变电路进行控制以改变所述可变阻抗电路的阻抗，

其中，所述第一控制器和所述第二控制器共用同一硬件。

2.根据权利要求1所述的可见光通信装置，其中，还包括电压测量单元，所述电压测量单元用于测量施加到所述光源两端的电压，

其中，所述第二控制器基于所述电压测量单元的测量结果来改变所述可变阻抗电路的阻抗。

3.根据权利要求1所述的可见光通信装置，其中，还包括：电压测量单元，用于测量施加到所述光源两端的电压；以及电流测量单元，用于测量流经所述光源的电流，

其中，所述第二控制器基于如下两者之间的比较结果，来改变所述可变阻抗电路的阻抗：与所述电流测量单元的测量结果相对应的一个以上阈值；以及所述电压测量单元的测量结果。

4.根据权利要求1所述的可见光通信装置，其中，还包括光传感器，所述光传感器用于检测环境光，

其中，所述第二控制器基于所述光传感器的检测结果来改变所述可变阻抗电路的阻抗。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的可见光通信装置，其中，所述阻抗装置由MOSFET的体二极管构成。

6.根据权利要求1至4中任一项所述的可见光通信装置，其中，所述阻抗装置由双极型晶体管构成。