CN103947137A - 可见光通信用照明器具和使用该器具的可见光通信系统 - Google Patents

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Abstract

可见光通信用照明器具配备有：照明器具本体，其具有由LED构成的光源部；以及可见光通信信号输出部，用于将调制信号输出至照明器具本体。照明器具本体还包括：电源电路部，用于对光源部进行调光；开关元件，用于对从电源电路部向着光源部供给的输出电流进行调制；电阻器，其与开关元件并联连接；以及光电耦合器，用于接收来自可见光通信信号输出部的调制信号。可见光通信信号输出部设置在照明器具本体外，并经由光电耦合器传输调制信号。作为该结构的结果，仅用于驱动光电耦合器的微小电流从可见光通信信号输出部向着照明器具本体流动，因而可降低辐射噪声，容易地确保信号的传输部位的绝缘性并且简化电路结构。

Description

可见光通信用照明器具和使用该器具的可见光通信系统
技术领域
本发明涉及被配置为调制照明光的光强度以将通信信号叠加在该照明光上的可见光通信用照明器具和使用该器具的可见光通信系统。
背景技术
传统上，已知有被配置为利用照明光来传输通信信号的可见光通信系统。在该可见光通信系统中，在多个照明器具配置在预定空间内并且各照明器具具有可见光通信功能的情况下，来自各照明器具的通信信号可能彼此干扰，因此存在接收机无法正确地接收通信信息的情况。
有鉴于此，已知有如下光学传输系统(例如，参见日本特开2005-176257)，其中在该光学传输系统中，即使在从多个照明器具各自输出包含通信信号的照明光的空间内，接收机也可以正确地接收通信信息。在该光学传输系统中，照明器具配备有接收单元，其中该接收单元被配置为接收来自其它光源部的照明光中所包含的通信信号。照明器具被配置为判断接收单元所接收到的通信信号与要从自身的光源部输出的通信信号是否一致，并且如果这些通信信号彼此不一致，则再次输出相同的通信信号。
然而，上述文献中的光学传输系统需要向照明器具设置被配置为接收通信信号的接收单元，因此系统结构的成本提高。另一方面，作为防止通信信号的干扰的方法，存在使相同区域内的多个照明器具与一个信号同步的方法。根据该方法，一个通信信号电路部经由电线连接至各照明器具的点亮电路，并且该通信信号电路部被配置为将叠加有用于调制各光源部的光强度的调制信号的调光信号输出至各照明器具。然而，在该方法中，由于叠加有调制信号的相对较大的电流流经用于将通信信号电路部和各照明器具相连接的电线，因此辐射噪声增加，因而存在通信信号电路部无法正确地传输调制信号的情况。另外，由于通用的电线和通用的照明器具大多为非绝缘型，因此不容易确保连接这两者时的绝缘性。
发明内容
本发明的目的是提供一种可见光通信用照明器具和使用该器具的可见光通信系统，其中该可见光通信用照明器具和该可见光通信系统在传输叠加在照明光上的调制信号时，可以抑制辐射噪声的生成并且正确地传输通信信号，并且还可以容易地确保调制信号的传输部位的绝缘性。
根据本发明的一方面的一种可见光通信用照明器具，其被配置为对照明光的光强度进行调制以将通信信号叠加在照明光上，所述可见光通信用照明器具包括：照明器具本体，其包括由固体发光元件构成的光源部；以及可见光通信信号输出部，其被配置为输出调制信号，所述调制信号用于将所述通信信号叠加在所述光源部所发射的照明光上，其中，所述照明器具本体还包括：电源电路部，其被配置为基于调光信号来控制流经所述光源部的负载电流，以对所述光源部进行调光；开关元件，其被配置为响应于接收到所述调制信号来进行接通和断开操作，以对从所述电源电路部向着所述光源部所供给的输出电流进行调制；阻抗元件，其与所述开关元件并联连接；以及光电耦合器，其被配置为接收从所述可见光通信信号输出部所输出的调制信号，所述可见光通信信号输出部设置在所述照明器具本体的外部，并且经由信号线连接至所述照明器具本体的所述光电耦合器，以及所述照明器具本体被配置为根据从所述可见光通信信号输出部经由所述光电耦合器所传输来的所述调制信号，来使接通电流流过所述开关元件的栅极。
根据该结构，由于在从可见光通信信号输出部向照明器具本体传输调制信号时，仅用于驱动光电耦合器的微小电流流动，因此可以降低辐射噪声并且正确地传输调制信号。此外，由于使用光电耦合器来传输调制信号，因此可以容易地确保该信号的传输部位的绝缘性并且简化电路结构。
在上述可见光通信用照明器具中，优选地，所述照明器具本体还包括高频信号生成部，所述高频信号生成部被配置为将频率比从所述可见光通信信号输出部所传输来的调制信号的频率高的高频调制信号输出至所述开关元件。
在上述可见光通信用照明器具中，优选地，所述照明器具本体由多个照明器具本体构成，以及所述可见光通信信号输出部经由多个信号线分别连接至所述多个照明器具本体的多个光电耦合器。
在上述可见光通信用照明器具中，优选地，所述可见光通信信号输出部包括调制信号生成部，所述调制信号生成部被配置为根据从外部所输入的二值信息信号来生成所述调制信号，以及将所述调制信号的频率设置得至少高于所述调光信号的频率，以使得在所述调光信号的一个周期内包括多个波形。
优选地，上述可见光通信用照明器具用在可见光通信系统中，所述可见光通信系统包括接收机，所述接收机被配置为接收从所述可见光通信用照明器具所传输来的通信信号。
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。
图1是根据本发明的实施例1的可见光通信用照明器具的电路图。
图2A是示出根据本发明的实施例1的可见光通信用照明器具中的、光源部的负载电流和叠加在该负载电流上的调制信号的操作波形示例的图，图2B是示出根据本发明的实施例1的可见光通信用照明器具中的、光源部的负载电流和叠加在该负载电流上的调制信号的操作波形示例的图，并且图2C是示出根据本发明的实施例1的可见光通信用照明器具中的、光源部的负载电流和叠加在该负载电流上的调制信号的操作波形示例的图。
图3是根据本发明的实施例2的可见光通信用照明器具的电路图。
图4A是示出从根据本发明的实施例2的可见光通信用照明器具中的可见光通信信号电路部和高频生成部出射的调制信号的操作波形示例的图，并且图4B是示出从根据本发明的实施例2的可见光通信用照明器具中的可见光通信信号电路部和高频生成部出射的调制信号的操作波形示例的图。
图5A是示出使用根据本发明的实施例2的可见光通信用照明器具的可见光通信系统的侧视图。
图5B是使用根据本发明的实施例2的可见光通信用照明器具的可见光通信系统中所使用的接收机的正视图。
具体实施方式
实施例1
将参考图1和图2来说明根据本发明的实施例1的可见光通信用照明器具。如图1所示，本实施例的可见光通信用照明器具1包括多个照明器具本体10和经由多个信号线20分别连接至多个照明器具本体10的可见光通信信号输出部30。可见光通信信号输出部30设置在照明器具本体10的外部，并且被配置为输出用于将通信信号叠加在各照明器具本体的光源部11所发射的照明光上的调制信号。
各照明器具本体10包括：光源部11，其包括固体发光元件(LED2)作为光源；以及点亮电路，其被配置为调制光源部11所发射的照明光的光强度并且将通信信号叠加在该照明光上以进行可见光通信。各照明器具本体10的点亮电路包括电源电路部3，其中该电源电路部3被配置为基于调光信号来控制流经光源部11的负载电流以对光源部11进行调光。电源电路部3包括：AC(交流)/DC(直流)转换器，用于从商用电源AC接收输入电力；以及输出控制器(未示出)，其被配置为控制流经光源部11的负载电流。
此外，各照明器具本体10的点亮电路包括：阻抗元件(调制用电阻器Rx)，其与光源部11串联连接；以及开关元件(调制用开关元件Q1)，用于对要从电源电路部3供给至光源部11的输出电流进行调制。例如，对于调制用开关元件Q1，使用nMOSFET。调制用电阻器Rx与调制用开关元件Q1并联连接。光源部11的一端连接至用于向调制用开关元件Q1供给栅极电压的控制用电源电路部4的输入端中的一端。控制用电源电路部4的输入端中的另一端连接至光电耦合器PC。光电耦合器PC经由DC电阻器R10连接至与可见光通信信号输出部30相连接的相应信号线20。此外，控制用电源电路部4的输入端中的至少一端连接至调制用电阻器Rx的一端。
电源电路部3的AC/DC转换器(未示出)被配置为利用整流电路对从商用电源AC供给的AC电压进行整流，进行例如由MOSFET构成的开关元件的切换，并且利用平滑电容器进行平滑化，由此将AC电压转换成DC电压。
例如，作为光源部11的LED2，采用作为照明器具本体10中的用于发射具有期望光色的照明光的LED的白色LED，其中在这些白色LED的每一个中，GaN系蓝色LED芯片被YAG系黄色荧光体覆盖并且通过使蓝色光和黄色光混合来发射白色光。然而，LED2不限于白色LED。可以任意组合具有诸如红色、绿色和绿色等的不同发光色的多个LED，或者可以使用各自采用有机发光材料作为光源部的OLED。
可见光通信信号输出部30包括：调制信号生成部31，其被配置为生成调制信号；控制用电源电路部32，其被配置为对从商用电源AC供给的电压进行整流和平滑化以将DC电压供给至调制信号生成部31；以及输出用晶体管TR，用于输出从调制信号生成部31接收到的调制信号。对于调制信号生成部31，使用通用微计算机。例如，在使用具有10个引脚的微计算机的情况下，这10个引脚中的一个引脚作为输入端连接至控制用电源电路部32，另一个引脚作为输出端连接至输出用晶体管TR的基极，并且另一个引脚接地。此外，另外三个引脚用于进行可见光通信信号输出部30的内部调整。其余四个引脚用于连接至例如在可见光通信信号输出部30的外部所进行的信息处理所用的USB端子。可见光通信信号输出部30包括馈电电路，其中该馈电电路用于利用从控制用电源电路部32所供给的电压来驱动光电耦合器PC的发光二极管。该馈电电路配备有电位调整所用的电阻器R30。
电源电路部3的输出控制器由通用微计算机等构成。例如，该输出控制器基于从诸如远程控制器等的输入调光操作的外部装置(未示出)所发送的调光信号，来进行AC/DC转换器内的开关元件的切换，以通过PWM控制对光源部11进行调光。也就是说，如图2A所示，该输出控制器交替重复负载电流流经光源部11的时间段(ON(接通)时间段T1)和负载电流没有流经光源部11的时间段(OFF(断开)时间段T2)。该输出控制器还根据调光信号，通过调整ON时间段T1相对于作为ON时间段T1和OFF时间段T2的总和的时间段T的比率(ON占空比)来对光源部11进行调光控制。上述PWM控制是作为主要的非通信期间的调光控制的示例，并且在后面所述的可见光通信期间，可以将调制信号叠加在与图2A所示的上述调光信号不同的调光控制信号上。
调制信号生成部31被配置为根据从可见光通信信号输出部30的外部所输入的二值信息信号，如图2B所示生成预定的调制信号，其中所生成的调制信号用于调制光源部11的照明光的光强度以将通信信号叠加在该照明光上。将调制信号的频率设置为至少高于调光信号的频率，以使得在调光信号的一个周期内包括多个波形。控制用电源电路部4包括DC/DC转换器，并且被配置为将来自电源电路部3(在本实施例为调制用电阻器Rx两端的电压)的DC电压转换成具有预定电压值的DC电压。
根据该结构，调制信号生成部31被配置为根据从可见光通信信号输出部30的外部所输入的二值信息信号，如图2B所示生成预定的调制信号，其中所生成的调制信号用于调制光源部11的照明光的光强度以将通信信号叠加在该照明光上。在信号线20上传输该调制信号，并且将该调制信号输入至各照明器具本体10的光电耦合器PC。此时，内置于光电耦合器PC的发光二极管发光，并且该光电耦合器中的光电晶体管通过该发光变得导通。此时，由于光电耦合器PC的光电晶体管的集电极连接有负载，因此ON电流流经调制用开关元件Q1的栅极。在调制用开关元件Q1处于ON状态的情况下，负载电流I1没有经由调制用电阻器Rx流经光源部11。另一方面，在调制用开关元件Q1处于OFF状态的情况下，负载电流I2经由调制用电阻器Rx流经光源部11。因此，如图2C所示，调制用开关元件Q1处于ON状态的情况下的负载电流I1的电流值大于调制用开关元件Q1处于OFF状态的情况下的负载电流I2的电流值。因而，可以通过改变流经光源部11的负载电流的大小来调制光源部11的照明光的光强度，以将通信信号叠加在光源部11的照明光上。
也就是说，在可见光通信用照明器具1中，可见光通信信号输出部30设置在照明器具本体10的外部，并且经由多个信号线20分别连接至多个照明器具本体10各自的光电耦合器PC。各照明器具本体10被配置为根据从可见光通信信号输出部30经由光电耦合器PC所传输来的调制信号，来将ON电流馈给至调制用开关元件Q1的栅极。换句话说，调制用开关元件Q1被配置为响应于从可见光通信信号输出部30接收到调制信号而接通和断开。结果，将通信信号叠加在照明光上。根据该结构，基于从可见光通信信号输出部30输出的调制信号，来调制来自可见光通信用照明器具1中所使用的多个照明器具本体10的照明光。因此，使叠加在照明光上的通信信号同步，由此可以抑制通信信号的干扰。也就是说，在多个照明器具本体10是子机的情况下，可见光通信信号输出部30用作被配置为使这些子机同步并且进行调制的母机，并且母机控制多个子机的通信信号。
另外，仅用于驱动光电耦合器PC的发光二极管的微小电流流经用于将可见光通信信号输出部30和各照明器具本体10相连接的信号线20，并且大到足以对照明器具本体10进行调制和调光的电流没有流经各信号线。因此，可以降低辐射噪声。此外，由于各照明器具本体10包括光电耦合器PC，因此可以简化需要绝缘性的部位的电路结构，并且即使对于现有非绝缘型照明器具，也可以容易地并入可见光通信系统内。因此，根据可见光通信用照明器具1，可以抑制叠加在照明光上的通信信号的干扰和噪声的生成，正确地传输通信信号，并且容易地确保通信信号的传输部位的绝缘性。
此外，由于在上述结构中设置有与调制用开关元件Q1并联连接的调制用电阻器Rx，因此即使在调制用开关元件Q1处于OFF状态的情况下，从电源电路部3向着光源部11的负载电压也没有被遮断。因此，在点亮电路的电路上防止了光源部11陷入无负载状态，并且防止了电源电路部3的电源电压上升。此外，由于控制用电源电路部4的输入端连接至调制用电阻器Rx的一端，因此将控制用电源电路部4的输入端的电压抑制为利用流经光源部11的电流和调制用电阻器Rx的电阻值所确定的电压。因此，可以使电源电路部3的电源电压和要输入至控制用电源电路部4的电压稳定，并且进一步减少电路损失。此外，关于电源电路部3和控制用电源电路部4，可以不采用耐压性高的昂贵组件或多个组件，而是采用通用的廉价电路组件。另外，由于电路设计简单，因此可以实现点亮电路和使用该点亮电路的照明器具本体10的低成本化和小型化。
实施例2
将参考图3和图4来说明根据本发明的实施例2的可见光通信用照明器具。如图3所示，在本实施例的可见光通信用照明器具1中，各照明器具本体10还包括高频信号生成部5，其中该高频信号生成部5被配置为将频率高于从可见光通信信号输出部30所传输来的调制信号的频率的高频调制信号输出至调制用开关元件Q1。其它结构与上述实施例的结构相同。
各照明器具本体10(子机)的高频信号生成部5将从可见光通信信号输出部30(母机)经由光电耦合器PC所传输来的调制信号(图4B)分割成多个子载波，并且将高频调制信号(图4B)输出至调制用开关元件Q1。在本实施例中，从可见光通信信号输出部30所传输来的调制信号的频率例如约为5～10kHz，并且从高频信号生成部5输出的高频调制信号的频率例如约为30～40kHz。这多个子载波即使在频率轴上紧密配置而足以彼此重叠的情况下，也相互处于正交关系并且彼此不干扰。因此，可以提高频率利用效率，使大容量的通信信息串行化，并且以高速传输串行化的信息。
根据该结构，调制信号中的高频子载波成分不是由可见光通信信号输出部30而是由照明器具本体10生成的。因此，由于没有高频信号流经用于将可见光通信信号输出部30和照明器具本体10相连接的各信号线20，因此可以防止在信号线20上生成辐射噪声。
接着，将参考图5A和5B来说明使用可见光通信用照明器具1的可见光通信系统的结构示例。除上述的照明器具本体10和可见光通信信号输出部30以外，可见光通信用照明器具1还包括接收机40。接收机40被配置为接收从照明器具本体10传输来的通信信号。如图5A所示，各照明器具本体10是嵌入天花板C的筒灯，并且各光源部11向着地板F上的预定区域照射照明光L。可见光通信信号输出部30可以内置于配电板或各种调光器内。
接收机40例如是如图5B所示的移动终端，并且包括用于接收照明器具本体10所照射的照明光的由光电二极管等所构成的光接收部41。接收机40例如还包括：显示部42，其包括液晶显示器等；操作部43；以及信号处理电路(未示出)，其被配置为基于光接收部41所接收到的照明光L的光强度来读取通信信号。如果对于显示部42使用具有触摸面板功能的显示器，则操作部43的功能可以由该显示部42来实现。光接收部41可以是包括CMOS传感器的照相机。也就是说，对于接收机40，可以使用安装有用于读取通信信号的信号处理软件的一般移动电话。接收机40不限于上述移动终端，并且还可以是具有其它结构的接收机。
根据该结构，如图5A所示，用户U可以通过使用接收机40，在照明器具本体10的照明区域内接收叠加在来自照明器具本体10的照明光上的通信信号。该通信信号包括位置信息、图像信息和语音信息等。用户U可以通过使用接收机40来经由显示部42等获得通信信号中所包括的信息。另外，由于各照明器具本体10所输出的通信信号与可见光通信信号输出部30所输出的调制信号同步，因此用户U即使在安装有可见光通信系统的空间内的任何位置处，也可以正确地接收通信信息。
此外，本发明不限于上述实施例，并且可以进行多种变形。例如，控制用电源电路部4可以配备有备用电源(未示出)，其中该备用电源包括二次电池和用于利用AC/DC转换器的输出对二次电池进行充电的充电电路。此外，除调制用电阻器Rx以外，还可以使用LED作为阻抗元件。在这种情况下，例如，在由于灾害等所引起的停电而导致商用电源AC不可用的情况下，可以通过利用从上述备用电源所供给的电力点亮LED来使LED用作辅助光源。
尽管已经参考特定优选实施例说明了本发明，但本领域技术人员可以在没有背离本发明的真实精神和范围、即权利要求书的情况下进行多种修改和改变。

Claims (6)

1.一种可见光通信用照明器具，其被配置为对照明光的光强度进行调制以将通信信号叠加在照明光上，所述可见光通信用照明器具包括：
照明器具本体，其包括由固体发光元件构成的光源部；以及
可见光通信信号输出部，其被配置为输出调制信号，所述调制信号用于将所述通信信号叠加在所述光源部所发射的照明光上，
其中，所述照明器具本体还包括：
电源电路部，其被配置为基于调光信号来控制流经所述光源部的负载电流，以对所述光源部进行调光；
开关元件，其被配置为响应于接收到所述调制信号来进行接通和断开操作，以对从所述电源电路部向着所述光源部所供给的输出电流进行调制；
阻抗元件，其与所述开关元件并联连接；以及
光电耦合器，其被配置为接收从所述可见光通信信号输出部所输出的调制信号，
所述可见光通信信号输出部设置在所述照明器具本体的外部，并且经由信号线连接至所述照明器具本体的所述光电耦合器，以及
所述照明器具本体被配置为根据从所述可见光通信信号输出部经由所述光电耦合器所传输来的所述调制信号，来使接通电流流过所述开关元件的栅极。
2.根据权利要求1所述的可见光通信用照明器具，其中，
所述照明器具本体还包括高频信号生成部，所述高频信号生成部被配置为将频率比从所述可见光通信信号输出部所传输来的调制信号的频率高的高频调制信号输出至所述开关元件。
3.根据权利要求1所述的可见光通信用照明器具，其中，
所述照明器具本体由多个照明器具本体构成，以及
所述可见光通信信号输出部经由多个信号线分别连接至所述多个照明器具本体的多个光电耦合器。
4.根据权利要求2所述的可见光通信用照明器具，其中，
所述照明器具本体由多个照明器具本体构成，以及
所述可见光通信信号输出部经由多个信号线分别连接至所述多个照明器具本体的多个光电耦合器。
5.根据权利要求1所述的可见光通信用照明器具，其中，
所述可见光通信信号输出部包括调制信号生成部，所述调制信号生成部被配置为根据从外部所输入的二值信息信号来生成所述调制信号，以及
将所述调制信号的频率设置得至少高于所述调光信号的频率，以使得在所述调光信号的一个周期内包括多个波形。
6.一种可见光通信系统，包括：
根据权利要求1至5中任一项所述的可见光通信用照明器具；以及
接收机，其被配置为接收从所述可见光通信用照明器具所传输来的通信信号。
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