JP2005174877A - 放電灯点灯装置、照明器具並びに照明システム - Google Patents

Abstract

【課題】照明光の調光とともに照明光によるデータ伝送を可能とする。
【解決手段】発振回路４１の出力をトリガ信号として所望のオンデューティ比を有する矩形波パルスを出力するデューティ比設定回路４５をインバータ制御回路４に具備し、デューティ比設定回路４５を制御してオンデューティ比を変調することで照明光にデータを重畳する信号制御インタフェース部５を備える。スイッチング周波数を変調して調光するとともにオンデューティ比を変調してデータ伝送を行うため、従来例のように調光のためのスイッチング周波数変化と、データ伝送のためのスイッチング周波数変化との見分けがつかない、あるいは両者のスイッチング周波数が一致してしまうということがなく、照明光の調光とともに照明光によるデータ伝送が可能となる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、放電灯の発する光にデータ信号を重畳させることで照明とデータ伝送を行う放電灯点灯装置、照明器具並びに照明システムに関するものである。

従来より、放電灯の発する光にデータ信号を重畳させることで照明とデータ伝送を行う放電灯点灯装置が種々提案されている。例えば、特許文献１に記載されている従来装置では、放電灯に高周波交流を供給するインバータ回路の駆動周波数を外部からのデータ信号で変調して放電灯の発する光（照明光）にデータ信号を重畳しており、受信側で照明光の特定の周波数成分からデータ信号を復調することによりデータ伝送が行われていた。ここで、データ信号の変調速度は、変調による照明光の変動（ちらつき）が人の目に感じられない程度に高速化する必要がある。また、デジタルのデータを伝送することから、放電灯を点灯するための基準の周波数（高周波交流電圧の周波数）に対して高い方と低い方の両方の側波帯に同じ量だけシフトさせて情報（０と１）を伝達することにより、平均として明るさ（照明光のレベル）の変化がなくなり、ちらつきを抑制することが可能である。

また、外部から与えられる調光信号に応じて連続的に調光可能な放電灯点灯装置が従来から提供されており、その一例を図１１に示す。この従来装置は、商用の交流電源ＡＣから電源供給を受けて直流電圧・電流を作成する直流電源部１と、直流電源部１の直流出力を高周波交流に変換して蛍光灯などからなる放電灯３に出力するインバータ回路２とを備える。

直流電源部１は、交流電源ＡＣに漏れ出す高調波成分を除去するフィルタ回路１１と、ダイオードブリッジなどからなる整流回路１２と、力率改善用の昇圧チョッパ回路（以下、チョッパ回路と略す）１３と、チョッパ回路１３の出力を平滑する平滑コンデンサＣ１と、チョッパ回路１３が具備するスイッチング素子（図示せず）をＰＷＭ（パルス幅変調）制御することで直流電源部１の直流出力電圧Ｖdcを調整するチョッパ制御回路１４とで構成される。チョッパ制御回路１４は、平滑コンデンサＣ１の両端電圧（直流出力電圧）Ｖdcを検出して指令値と比較する比較回路１４１と、直流出力電圧Ｖdcの目標値を設定する目標値設定回路１４２と、比較回路１４１の比較結果に応じて直流出力電圧Ｖdcを目標値に一致させるようにチョッパ回路１３をＰＷＭ制御する制御回路１４３とを具備する。なお、チョッパ回路１３の具体的な回路構成並びに動作については従来周知であるから図示並びに説明を省略する。

インバータ回路２は所謂ハーフブリッジ型であって、直流電源部１の出力端間に直列接続された２つのスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２と、ローサイドのスイッチング素子Ｑ２のドレイン・ソース間にカップリングコンデンサＣｃを介して直列接続されたインダクタＬ及びコンデンサＣからなる共振回路とで構成され、コンデンサＣの両端（出力端）に放電灯３が接続される。なお、２つのスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２はインバータ制御回路４によりほぼ５０％のオンデューティ比でスイッチング制御される。

インバータ制御回路４は、無安定マルチバイブレータからなる発振回路４１と、発振回路４１の発振周波数を制御する発振制御回路４２と、外部から与えられる調光信号（例えば、１００Ｈｚ〜１ｋＨｚのＰＷＭ調光信号）Ｓａで指示された調光レベルに応じて発振回路４１の発振周波数を調整する調光信号インタフェース部４３と、発振回路４１から出力される矩形波パルスから駆動信号を作成してスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のゲートにそれぞれ出力するドライバ回路４４とを具備し、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２を交互（相補的）にオン・オフするものである。そして、インバータ制御回路４にてスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２を高周波でスイッチングすることにより、インバータ回路２で直流電力を高周波交流電力に変換して放電灯３に供給し放電灯３を点灯させるとともに、高周波交流電力の供給量を調整して放電灯３を調光している。すなわち、放電灯３の点灯時におけるインバータ回路２の周波数特性が共振回路と放電灯３を含む負荷の固有共振周波数に一致したときにピークとなる山形の波形となり、通常、インバータ制御回路４ではスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のスイッチング周波数（駆動信号の周波数）を固有共振周波数よりも高い値に設定し、いわゆる遅相動作させる。したがって、スイッチング周波数を増加すると共振回路のインピーダンスが増大して高周波交流出力が減少し、放電灯３への供給電力が減少して光出力も低下するから、定格点灯時のスイッチング周波数を固有共振周波数に近い値に設定しておき、調光レベルに応じてスイッチング周波数を増加する（固有共振周波数から遠ざける）ことにより、放電灯３の光出力を定格点灯時よりも減少させる、つまり調光することができるものである。

ここで、調光信号Ｓａは定格点灯（調光レベル１００％）のときにオンデューティ比が最も小さくなり、調光レベルが低下するに従ってオンデューティ比が大きくなるように設定されており、調光信号インタフェース部４３では、調光信号を整流した後、立ち上がり及び立ち下がりの整形、振幅の一定化を行うとともにコンデンサで平滑することによってオンデューティ比に比例したレベルを持つ直流電圧に変換し、この直流電圧の電圧レベルで発振回路４１の発振周波数を制御している。すなわち、調光信号Ｓａのオンデューティ比が小さい（調光レベルが大きい）ときには調光信号インタフェース部４３の出力電圧も小さくなって発振周波数が減少して放電灯３の光出力が増加し、調光信号Ｓａのオンデューティ比が大きい（調光レベルが小さい）ときには調光信号インタフェース部４３の出力電圧も大きくなって発振周波数が増加して放電灯３の光出力が減少することになる。
特表２００２−５１１７２７号公報

ところで、特許文献１に記載されている従来装置は非調光型であり、上述のような調光型の放電灯点灯装置で放電灯３の光出力によるデータ伝送を行う場合、調光のためのスイッチング周波数変化と、データ伝送のためのスイッチング周波数変化との見分けがつかない、あるいは両者のスイッチング周波数が一致してしまうことがあり、データ伝送を行うことが非常に困難であった。

本発明は上記事情に鑑みて為されたものであり、その目的は、照明光の調光とともに照明光によるデータ伝送が可能な放電灯点灯装置、照明器具並びに照明システムを提供することにある。

請求項１の発明は、上記目的を達成するために、直流電源と、１乃至複数のスイッチング素子並びに共振回路を具備し直流電源の直流出力を高周波交流に変換して放電灯に出力するインバータ回路と、スイッチング素子のスイッチング周波数を変調する第１の変調手段と、スイッチング素子のオンデューティ比を変調する第２の変調手段とを備え、これら２つの手段の一方では外部から与えられる調光信号に応じた変調を行うことでインバータ回路から放電灯への供給電力を変化させて調光するとともに、他方の手段では外部から与えられるデータ信号に応じた変調を行うことで放電灯の発する光を媒体としたデータ伝送を行うことを特徴とする。

この発明によれば、例えば、スイッチング周波数を変調して調光する場合にはオンデューティ比を変調してデータ伝送を行い、オンデューティ比を変調して調光する場合にはスイッチング周波数を変調してデータ伝送を行うというように調光とデータ伝送を各々異なる方法で行うことにより、照明光の調光とともに照明光によるデータ伝送が可能な放電灯点灯装置が提供できる。

請求項２の発明は、上記目的を達成するために、直流電源と、１乃至複数のスイッチング素子並びに共振回路を具備し直流電源の直流出力を高周波交流に変換して放電灯に出力するインバータ回路と、外部から与えられる調光信号に応じて直流電源の直流出力電圧を調整することによりインバータ回路から放電灯への供給電力を変化させて調光する調光制御手段と、スイッチング素子のスイッチング周波数又はオンデューティ比の何れか一方を外部から与えられるデータ信号に応じて変調することにより放電灯の発する光を媒体としたデータ伝送を行うデータ伝送制御手段とを備えたことを特徴とする。

この発明によれば、直流電源の直流出力電圧を調整して調光するとともに、スイッチング素子のスイッチング周波数又はオンデューティ比の何れか一方を変調してデータ伝送を行うから、照明光の調光とともに照明光によるデータ伝送が可能な放電灯点灯装置が提供できる。しかも、調光によってはスイッチング周波数が変化しないから、データ伝送のための変調周波数を比較的自由に設定できる。

請求項３の発明は、上記目的を達成するために、直流電源と、１乃至複数のスイッチング素子並びに共振回路を具備し直流電源の直流出力を高周波交流に変換して放電灯に出力するインバータ回路と、外部から与えられる調光信号に応じてスイッチング素子のスイッチング周波数を変調してインバータ回路から放電灯への供給電力を変化させて調光する調光制御手段と、外部から与えられるデータ信号に応じてスイッチング素子のスイッチング周波数を変調することにより放電灯の発する光を媒体としたデータ伝送を行うデータ伝送制御手段とを備え、データ伝送制御手段は、調光制御手段における変調周波数と重ならない範囲でスイッチング周波数を変調することを特徴とする。

この発明によれば、データ伝送制御手段による変調周波数と調光制御手段による変調周波数が重ならないから、照明光の調光とともに照明光によるデータ伝送が可能な放電灯点灯装置が提供できる。

請求項４の発明は、請求項３の発明において、データ伝送制御手段は、調光制御手段における変調周波数に応じて変調周波数を調整することを特徴とする。

この発明によれば、データ伝送制御手段で変調されたスイッチング周波数と調光制御手段で変調されたスイッチング周波数との差を小さくすることができるから、データ伝送時における照明光の変化を小さくしてちらつきを抑えることができる。

請求項５の発明は、請求項３の発明において、調光制御手段並びにデータ伝送制御手段は、発振周波数を可変とした発振回路を共有し、発振回路から出力する発振パルスからスイッチング素子を駆動するための駆動信号が作成されることを特徴とする。

この発明によれば、回路構成の簡素化と低コスト化が図れる。

請求項６の発明は、請求項１又は２又は３の発明において、互いに周期が異なる調光信号とデータ信号を重畳した変調制御信号が外部から入力され、この変調制御信号の周期を検出して調光信号とデータ信号を判別する信号判別手段を備えたことを特徴とする。

この発明によれば、外部から調光信号を与えるための信号線とデータ信号を与えるための信号線を共用化できるため、回路構成の簡素化と低コスト化が図れる。

請求項７の発明は、上記目的を達成するために、複数の放電灯を支持する器具本体と、何れかの放電灯を点灯する請求項１〜６の何れかに記載の放電灯点灯装置と、インバータ回路から放電灯への供給電力を調整して残りの他の放電灯を調光点灯し且つデータ伝送を行わない点灯専用の放電灯点灯装置とを備え、点灯専用の放電灯点灯装置では、外部から与えられるデータ信号に応じて請求項１〜６の何れかに記載の放電灯点灯装置によって放電灯の光出力が変化したときに、当該光出力の変化を相殺するようにインバータ回路から残りの他の放電灯への供給電力を調整することを特徴とする。

この発明によれば、照明光の調光とともに照明光によるデータ伝送が可能な照明器具が提供でき、しかも、データ伝送中も照度を略一定に保つことができる。

請求項８の発明は、上記目的を達成するために、放電灯並びに請求項１〜６の何れかに記載の放電灯点灯装置を具備する複数の照明器具からなり、照明光の到達範囲が少なくとも一部で重複する複数の照明器具が存在する場合には当該複数の照明器具のうちの１台のみで照明光によるデータ伝送を行うことを特徴とする。

この発明によれば、照明光の調光とともに照明光によるデータ伝送が可能な照明システムが提供でき、しかも、複数の照明器具からデータが重畳された照明光が照射された場合に照明光同士の相互干渉を抑制して確実にデータを伝送することができる。

請求項９の発明は、請求項８の発明において、データ伝送を行う前記１台の照明器具は、他の照明器具よりも光出力を大きくすることを特徴とする。

この発明によれば、光出力の大小に基づいてデータ伝送を行っている照明器具が容易に特定でき、データ伝送を確実に行うことができる。

請求項１０の発明は、上記目的を達成するために、放電灯並びに請求項１〜６の何れかに記載の放電灯点灯装置を具備するデータ伝送兼用の照明器具と、インバータ回路からの供給電力を調整して放電灯を調光点灯し且つデータ伝送を行わない放電灯点灯装置を具備する点灯専用の照明器具とで構成され、データ伝送兼用の照明器具が具備する放電灯と点灯専用の照明器具が具備する放電灯との分光特性を異ならせたことを特徴とする。

この発明によれば、照明光の調光とともに照明光によるデータ伝送が可能な照明システムが提供でき、しかも、データ伝送兼用の照明器具が具備する放電灯の分光特性に合わせて、受信側ではデータが重畳された特定の周波数の光を容易に弁別することができるから、受信感度の向上やデータの認識率の向上が図れる。

本発明によれば、照明光の調光とともに照明光によるデータ伝送が可能な放電灯点灯装置、照明器具並びに照明システムが提供できるという効果がある。

（実施形態１）
本実施形態の放電灯点灯装置は、従来例と同様に外部から与えられる調光信号に応じて放電灯３の光出力を可変、すなわち調光可能とした調光型のものであって、図１に示すような構成を有する。但し、従来例と共通の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。

本実施形態は、単安定マルチバイブレータからなり、発振回路４１の出力をトリガ信号として所望のオンデューティ比を有する矩形波パルスを出力するデューティ比設定回路４５をインバータ制御回路４に具備し、デューティ比設定回路４５を制御してオンデューティ比を変調することで照明光にデータを重畳する信号制御インタフェース部５を備えた点に特徴がある。なお、ドライバ回路４４では、デューティ比設定回路４３から出力される矩形波パルスから駆動信号を作成してスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のゲートにそれぞれ出力し、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２を交互（相補的）にオン・オフする。

図２（ａ）に示すように、オンデューティ比が５０％のときにはインバータ回路２から放電灯３に供給されるランプ電流Ｉlaがほぼ正弦波状の波形となるが、同図（ｂ）に示すように、オンデューティ比が５０％からずれて２つのスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のオン期間に差が生じるとランプ電流Ｉlaの波形に歪みが生じるから、波形歪みの高調波成分の有無によってデータを伝送することができる。例えば、信号制御インタフェース部５では、外部から与えられるデータ信号がＬレベルあるいは入力がない場合にはオンデューティ比を５０％に設定してドライバ回路４４から出力される駆動信号Ｓ１，Ｓ２のオン期間とオフ期間を互いに等しくし、データ信号がＨレベルの場合にはオンデューティ比を５０％からずらして一方のスイッチング素子Ｑ２に対する駆動信号Ｓ２のオン期間を他方のスイッチング素子Ｑ１に対する駆動信号Ｓ１のオン期間よりも長くすることによって照明光にデータを重畳させている。ここで、スイッチング周波数（駆動信号Ｓ１，Ｓ２の周波数をいう。以下同じ）の基本周波数を５０ｋＨｚ程度とすると、スイッチング周波数の変調による調光は５０ｋＨｚ〜１００ｋＨｚ程度の範囲で行われるが、ランプ電流の高調波歪みの成分はそれよりも高い周波数帯域（基本周波数の２倍以上、１００ｋ〜５００ｋＨｚ程度）に発生するため、受信側でフィルタ等を用いて光出力の２種類の周波数成分（基本周波数の成分と高調波歪み成分）を弁別することによりデータを取り出すことができる。

上述のように本実施形態では、スイッチング周波数を変調して調光するとともにオンデューティ比を変調してデータ伝送を行うため、従来例のように調光のためのスイッチング周波数変化と、データ伝送のためのスイッチング周波数変化との見分けがつかない、あるいは両者のスイッチング周波数が一致してしまうということがなく、照明光の調光とともに照明光によるデータ伝送が可能な放電灯点灯装置が実現できる。なお、本実施形態とは逆に、オンデューティ比を変調して調光する場合にはスイッチング周波数を変調してデータ伝送を行うようにしても構わない。

（実施形態２）
実施形態１ではスイッチング周波数を変調することで調光するとともに、オンデューティ比を変調することで照明光にデータを重畳していたが、本実施形態は直流電源部１の直流出力電圧Ｖdcを調整することで調光するとともに、スイッチング周波数を変調することで照明光にデータを重畳する点に特徴がある。なお、本実施形態の構成並びに基本的な動作は従来例と共通であるから、共通の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。

直流電源部１のチョッパ制御回路１４は、直流出力電圧Ｖdcを検出して指令値と比較する比較回路１４１と、比較回路１４１の比較結果に応じて直流出力電圧Ｖdcを目標値に一致させるようにチョッパ回路１３をＰＷＭ制御する制御回路１４２と、外部から与えられる調光信号Ｓａに応じて直流出力電圧Ｖdcの指令値を作成する調光信号インタフェース部１４３と、調光信号インタフェース部１４３から与えられる指令値に応じて比較回路１４１における目標値を設定する目標値設定回路１４４とを具備する。すなわち、直流出力電圧Ｖdcに比例してインバータ回路２の高周波交流出力も増減するから、調光信号Ｓａに応じて直流電源部１の直流出力電圧Ｖdcを調整することによって放電灯３の光出力を変化させて調光することができる。

また本実施形態では、信号制御インタフェース部５が外部から与えられるデータ信号Ｓｄでインバータ回路２の高周波交流出力の周波数を変調することにより放電灯３の光出力にデータを重畳させてデータ伝送を行っている。すなわち、信号制御インタフェース部５は、データ信号の内容（ＨとＬ）に応じて発振回路４１の発振周波数を変化させてスイッチング周波数を高低２段階に切り換えており、放電灯３の光出力には２種類の周波数（変調周波数）成分が含まれ、受信側でフィルタ等を用いて光出力の２種類の周波数成分を弁別することにより２種類の周波数の変化をデータとして取り出すことができる。

而して、本実施形態においても照明光の調光とともに照明光によるデータ伝送が可能な放電灯点灯装置が実現できる。しかも、調光によってはスイッチング周波数が変化しないから、データ伝送のための変調周波数を比較的自由に設定できるという利点がある。

なお、実施形態１と同様にオンデューティ比を変調することで照明光にデータを重畳する構成とすれば、調光及びデータ伝送の何れによってもスイッチング周波数が変化しないため、ノイズ対策が比較的容易となり、直流電源部１のフィルタ回路１１が安価に構成できるという利点がある。

（実施形態３）
本実施形態の放電灯点灯装置は、照明光の調光並びにデータ重畳を何れもスイッチング周波数の変調により行うものであって、図４に示すような構成を有する。但し、従来例と共通の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。

本実施形態は、データ信号の内容（ＨとＬ）に応じて発振回路４１の発振周波数を変化させるデータ信号インタフェース部４６をインバータ制御回路４に具備し、データ伝送制御手段たるデータ信号インタフェース部４６が、調光制御手段たる調光信号インタフェース部４３における変調周波数と重ならない範囲でスイッチング周波数を変調する点に特徴がある。

調光信号インタフェース部４３、データ信号インタフェース部４６並びに発振回路４１の具体回路構成を図５に示す。発振回路４１は、汎用のタイマ回路（例えば、日本電気製 ＣＭＯＳタイマ回路μＰＤ５５５５など）ＩＣと、タイマ回路ＩＣの６ピン（スレッシュホールド端子）及び２ピン（トリガ端子）とグランドの間に接続されたコンデンサＣｐと、コンデンサＣｐに充電電流を供給するカレントミラー回路４１ａと、タイマ回路ＩＣの２ピン（トリガ端子）と７ピン（ディスチャージ端子）にそれぞれコレクタ及びエミッタが接続されたトランジスタＱａとを具備する。３ピン（出力端子）の出力電圧がＨレベルのときにはコンデンサＣｐがカレントミラー回路４１ａから供給される電流で充電され、コンデンサＣｐの両端電圧が上限のしきい値電圧に達すると６ピン（スレッシュホールド端子）がオン状態となって出力電圧がＬレベルとなる。このとき、コンデンサＣｐの電荷はトランジスタＱａを介して放電し、コンデンサＣｐの両端電圧が下限のしきい値電圧まで低下すると２ピン（トリガ端子）がオン状態になり、出力電圧がＨレベルとなり、再びコンデンサＣｐにカレントミラー回路４１ａより充電電流が流れ始める。このような動作を繰り返すことにより、コンデンサＣｐの両端にはのこぎり波状の電圧が発生し、カレントミラー回路４１ａにより両端電圧が上限のしきい値電圧に達するまでコンデンサＣｐを充電するのに要する時間を変えることでタイマ回路ＩＣから出力される矩形波パルス電圧の周波数（発振回路４１の発振周波数）が調整可能となっている。なお、矩形波パルス電圧のデューティはトランジスタＱａを介してコンデンサＣｐの電荷を放電するのに要する時間を変えることで任意の値に設定可能である。

調光信号インタフェース部４３は、調光信号Ｓａを全波整流する整流回路４３ａと、整流回路４３ａの出力端に接続されたフォトカプラＰＣと、フォトカプラＰＣの出力によってオン・オフされるスイッチ素子Ｑｂと、スイッチ素子Ｑｂが反転入力端子に接続されるとともに基準電圧Ｖr1が非反転入力端子に印加されたコンパレータＣＰ１と、コンパレータＣＰ１の出力端とグランドの間に接続された平滑用のコンデンサＣｄと、発振回路４１のカレントミラー回路４１ａと並列に接続されコンデンサＣｄに充電電流を供給するカレントミラー回路４３ｂとを具備する。既に説明したように、調光信号Ｓａは定格点灯（調光レベル１００％）のときにオンデューティ比が最も小さくなり、調光レベルが低下するに従ってオンデューティ比が大きくなるようにパルス幅変調された矩形波パルスからなる。そして、調光信号インタフェース部４３では、調光信号Ｓａの立ち上がり及び立ち下がり部分の整形と振幅の一定化を行うとともにコンデンサＣｄにより平滑化することにより、調光信号Ｓａをそのオンデューティ比に比例した直流電圧（以下、「調光指令値」と呼ぶ）に変換している。つまり、調光レベルが１００％に近付くにつれて調光指令値が低下し、調光レベルが１００％から低下するにつれて調光指令値が上昇することになる。ここで、調光信号Ｓａがノイズ等によって変動すると調光指令値も変動し、放電灯３の光出力が変化してちらつきが発生するため、コンデンサＣｄの両端電圧の変化に数十ｍｓから１秒程度の時定数を持たせて調光信号Ｓａに含まれるノイズ成分をフィルタリングしている。したがって、仮に調光信号インタフェース部４３に１ｋＨｚ以上のデータ信号が誤って入力してもフィルタリングされて発振回路４１には伝達されることがない。

一方、データ信号インタフェース部４６は、データ信号Ｓｄ（Ｈ、Ｌの２値信号）と基準電圧Ｖr2を比較するコンパレータＣＰ２と、コンパレータＣＰ２の出力端とグランドの間に接続されるとともに発振回路４１のカレントミラー回路４１ａから充電電流が供給されるコンデンサＣｓとを具備し、データ信号Ｓｄの立ち上がり及び立ち下がり部分の整形と振幅の一定化を行っている。ここで、コンデンサＣｓの両端電圧の変化における時定数は調光信号インタフェース部４３の平滑用のコンデンサＣｄの場合に比較して十分に小さく設定されており、１ｋＨｚ以上のデータ信号Ｓｄがフィルタリングされることなく発振回路４１に伝達されるようになっている。

而して、発振回路４１のコンデンサＣｐを充電する電流の大きさは調光信号インタフェース部４３の調光指令値に応じた電流と、データ信号インタフェース部４６の出力電圧（コンデンサＣｓの両端電圧）に応じた電流とが加算された大きさとなるから、発振回路４１の発振周波数は調光指令値によって決まる周波数を基本周波数としてデータ信号Ｓｄによって決まる周波数で変調され、調光された照明光にデータが重畳されることになる。ここで、放電灯３の点灯時におけるインバータ回路２の周波数特性は、図６（ａ）に示すように共振回路と放電灯３を含む負荷の固有共振周波数ｆｏに一致したときにピークとなる山形の波形となり、通常、インバータ制御回路４では定格点灯時のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のスイッチング周波数ｆを固有共振周波数ｆｏよりも高い値（例えば、ｆ＝ｆａ）に設定し、いわゆる遅相動作させる。したがって、調光指令値に応じてスイッチング周波数ｆを増加すると共振回路のインピーダンスが増大して高周波交流出力が減少し、放電灯３への供給電力が減少して調光されることになる。調光レベルの下限値に対応するスイッチング周波数ｆをｆｂとすると、調光のためのスイッチング周波数ｆの変調範囲（ｆａ〜ｆｂ）に対してデータ伝送のための周波数ｆｄは調光範囲の上限の周波数（調光レベルの下限の周波数）ｆｂと受信側で弁別可能な周波数分だけ離して設定する必要があるが、そうするとデータ伝送のための周波数ｆｄをかなり大きくしなければならず、データ伝送時に光出力が大きく変動してしまうことになる。

しかしながら本実施形態では、上述のように調光信号インタフェース部４３の調光指令値に応じた周波数を基本周波数としてデータ信号Ｓｄによって決まる周波数で変調しているため、図６（ｂ）に示すように調光のためのスイッチング周波数ｆの変調に合わせてデータ伝送のための周波数ｆｄも変化し、例えば、調光指令値に応じた周波数が下限値ｆａであるときには周波数ｆｄも下限値ｆｄ_minとなり、調光指令値に応じた周波数が上限値ｆｂであるときには周波数ｆｄも上限値ｆｄ_maxとなる。故に、データ伝送のための周波数ｆｄを固定する場合に比較して各調光レベルにおけるデータの伝送時と非伝送時のスイッチング周波数の差が小さくなり、データ伝送に伴う照明光の変動を小さくしてちらつきを抑えることができる。また、本実施形態では調光制御手段たる調光信号インタフェース部４３とデータ伝送制御手段たるデータ信号インタフェース部４６とで、発振周波数を可変とした発振回路４１を共有しているため、インバータ制御回路４の回路構成の簡素化と低コスト化が図れるという利点がある。

（実施形態４）
本実施形態の放電灯点灯装置は、照明光の調光並びにデータ重畳を何れもスイッチング周波数の変調により行うものであって、図７に示すような構成を有する。但し、従来例と共通の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。

本実施形態では、図８に示すように互いに周期が異なる調光信号Ｓａとデータ信号Ｓｄを重畳した変調制御信号がインバータ制御回路４が具備する信号インタフェース部４７の信号入力端子に入力されており、調光信号Ｓａの周期に比べてデータ信号Ｓｄの周期が短くなっている。信号インタフェース部４７はマイコンを主構成要素とし、調光信号Ｓａ並びにデータ信号Ｓｄの周期よりも短い周期で入力信号（変調制御信号）の状態（Ｈレベル又はＬレベル）を逐次検出する、いわゆるインプットキャプチャによって変調制御信号の周期を測定しており、その測定結果から変調制御信号に重畳されている調光信号Ｓａとデータ信号Ｓｄを弁別する機能を有している。

また信号インタフェース部４７は、実施形態３と同様に調光レベルによってパルス幅変調されている調光信号Ｓａを調光レベルに比例した直流電圧からなる調光指令値に変換する機能を有しており、入力信号（変調制御信号）が調光信号Ｓａと判断したときは調光指令値に変換して発振回路４１に出力し、調光指令値により発振回路４１の発振周波数を調整することでインバータ回路２のスイッチング周波数を変化させて供給電力を増減することによって放電灯３を調光する。

一方、入力信号（変調制御信号）がデータ信号Ｓｄと判断したとき、信号インタフェース部４７は直前の調光指令値にデータ信号Ｓｄをそのまま重畳して出力することにより、調光指令値に応じた周波数を基本周波数としてデータ信号Ｓｄによって決まる周波数で変調し、直前の調光レベルで調光したまま照明光にデータを重畳する。

このように本実施形態では、互いに周期が異なる調光信号Ｓａとデータ信号Ｓｄを重畳した変調制御信号の周期を検出して調光信号Ｓａとデータ信号Ｓｄを判別する信号判別手段たる信号インタフェース部４７を備えているため、調光信号Ｓａ用の信号線とデータ信号Ｓｄ用の信号線が共用化でき、回路構成の簡素化と低コスト化が図れるという利点がある。

（実施形態５）
本実施形態は、実施形態１〜４の何れかの放電灯点灯装置を具備する複数の照明器具５０からなる照明システムであって、介護施設や病院における視覚障害者向けの自立支援に利用されるものである。

本実施形態における照明器具５０は、図９（ｂ）に示すように天井に直接取り付けられる直付け形であって、特に直管形の蛍光灯（放電灯）３を２灯有する「富士型器具」と呼ばれるものや、環形の蛍光灯を有する「シーリングライト」と呼ばれるものである。これらの照明器具５０は、例えば、図９（ａ）に示すようにデータ伝送機能を有しない放電灯点灯装置を具備した一般の照明器具５１とともに、介護施設のラウンジ１００や廊下１０１の天井に一定の間隔を空けて配設されている。

データ伝送用の照明器具５０では、その配設場所を特定するための位置情報、例えば、ラウンジ、男性トイレ前、女性トイレ前、階段前、廊下の突き当たりなどを示す位置情報のデータを照明光に重畳して常時又は定期的に伝送している。

一方、照明器具５０の蛍光灯３から照射する照明光に重畳されたデータは、介護施設で介護を受ける被介護者（視覚障害者）Ｈが携帯する受信端末６０で受信される。この受信端末６０は、照明光を受光する受光部、受光部で受光した照明光からデータ伝送用の変調周波数成分を取り出して照明光に重畳されているデータを復調するデータ復調部、介護施設内の位置情報を音声で伝えるためのメッセージデータを格納したメモリ部、メッセージを聞かせるためのスピーカ、データ復調部で復調されたデータから位置情報を取得し、その位置情報に対応したメッセージデータをメモリ部から読み出す処理や読み出したメッセージデータを再生してスピーカから音声メッセージを出力する処理等を行う演算処理部を備えている。ここで、受光部は光電変換機能を有する受光素子と、所定の受光角φ（例えば、φ＝３０度）で光を受光素子に集光する光学系とを具備しており、受光角φ内で入射する光だけが受光素子に受光されるようになっている。

また、照明光の到達範囲Ｗ（図９（ａ）参照）が少なくとも一部で重複する複数の照明器具５０が存在する場合、これらの照明器具５０が同一の位置情報を送信していると変調周波数やオンデューティ比のずれによる干渉が発生して受信感度の低下やデータの誤認識等が生じる虞があるため、上述のように照明光の到達範囲Ｗが少なくとも一部で重複する複数の照明器具５０については各々異なる位置情報を送信するようにして、受信感度の向上並びにデータの誤認識の低減を図っている。

次に、本システムの動作について説明する。例えば、被介護者Ｈがラウンジから男性トイレに移動しようとした場合、受信端末６０の受光部を進行方向に向けて廊下を移動し、受光角φ内で男性トイレ前に配設されている照明器具５０からの照明光を受光すると照明光に重畳されているデータが受信端末６０で受信され、受信端末６０のスピーカから「男性トイレ前です」というような位置情報に対応した音声メッセージが出力される。従って、被介護者Ｈには受信端末６０から出力される音声メッセージによって目的地（この場合は男性トイレ）の位置を正確に知ることができ、被介護者Ｈが自らの判断で目的地へ安全に移動することを支援することが可能である。

なお、データ伝送用の照明器具５０が具備する放電灯３の分光特性を一般の照明器具５１が具備する放電灯の分光特性と異ならせる、具体的には、照明器具５０の照明光には照明器具５１の照明光よりも赤外光の波長成分が多く含まれるようにし、受信端末６０の受光素子（通常は赤外線に高感度を有するフォトダイオードなど）における受光感度を向上させ、一般の照明器具５１の照明光による影響を抑えるようにしてもよい。

また、データ伝送用の照明器具５０において、データ伝送機能を有する放電灯点灯装置とデータ伝送機能を有しない放電灯点灯装置の双方を備え、それぞれの放電灯点灯装置で放電灯３を点灯する構成とし、データ伝送用の放電灯点灯装置で点灯する放電灯３の光出力がデータ伝送に伴って変動するときに、データ伝送用でない他方の放電灯点灯装置で放電灯３を調光して変動を補正すれば、照明器具５０としてのトータルの明るさを一定に保つことができる。具体的には、２種類の放電灯点灯装置にそれぞれデータ信号を与え、データ伝送用の放電灯点灯装置では実施形態３で説明したように調光のためのスイッチング周波数ｆの変調範囲（ｆａ〜ｆｂ）よりも高い周波数範囲でスイッチング周波数ｆを変調することで照明光にデータを重畳し、データ伝送用でない放電灯点灯装置ではスイッチング周波数ｆを調光の変調範囲（ｆａ〜ｆｂ）よりも低い周波数ｆｃに設定して放電灯３の光出力を増加させるようにすればよい（図１０参照）。

ところで、データ伝送用の照明器具５０と一般の照明器具５１とは見かけ上の差異がないため、外観から両者を判別することは困難である。そこで、データ伝送用の照明器具５０において、調光のための変調範囲よりも低い周波数をデータ伝送の変調周波数とすることにより一般の照明器具５１よりも光出力を大きくすれば、光出力の大小に基づいてデータ伝送を行っている照明器具５０が容易に特定でき、受信端末６０の受光部をデータ伝送用の照明器具５０に向けてデータ伝送を確実に行うことができる。

実施形態１の概略回路構成図である。 同上の動作説明用のタイムチャートである。 実施形態２の概略回路構成図である。 実施形態３の概略回路構成図である。 同上におけるインバータ制御回路の要部の具体回路図である。 同上の動作説明図である。 実施形態４の概略回路構成図である。 同上の動作説明図である。 実施形態５の照明システムを示し、（ａ）はシステム構成の概略図、（ｂ）は動作説明図である。 同上の動作説明図である。 従来例の概略回路構成図である。

符号の説明

１ 直流電源部
２ インバータ回路
３ 放電灯
４ インバータ制御回路
５ 信号制御インタフェース部
４１ 発振回路
４３ 調光信号インタフェース部
４４ ドライバ回路
４５ デューティ比設定回路
Ｑ１，Ｑ２ スイッチング素子

Claims (10)

1. 直流電源と、１乃至複数のスイッチング素子並びに共振回路を具備し直流電源の直流出力を高周波交流に変換して放電灯に出力するインバータ回路と、スイッチング素子のスイッチング周波数を変調する第１の変調手段と、スイッチング素子のオンデューティ比を変調する第２の変調手段とを備え、これら２つの手段の一方では外部から与えられる調光信号に応じた変調を行うことでインバータ回路から放電灯への供給電力を変化させて調光するとともに、他方の手段では外部から与えられるデータ信号に応じた変調を行うことで放電灯の発する光を媒体としたデータ伝送を行うことを特徴とする放電灯点灯装置。
2. 直流電源と、１乃至複数のスイッチング素子並びに共振回路を具備し直流電源の直流出力を高周波交流に変換して放電灯に出力するインバータ回路と、外部から与えられる調光信号に応じて直流電源の直流出力電圧を調整することによりインバータ回路から放電灯への供給電力を変化させて調光する調光制御手段と、スイッチング素子のスイッチング周波数又はオンデューティ比の何れか一方を外部から与えられるデータ信号に応じて変調することにより放電灯の発する光を媒体としたデータ伝送を行うデータ伝送制御手段とを備えたことを特徴とする放電灯点灯装置。
3. 直流電源と、１乃至複数のスイッチング素子並びに共振回路を具備し直流電源の直流出力を高周波交流に変換して放電灯に出力するインバータ回路と、外部から与えられる調光信号に応じてスイッチング素子のスイッチング周波数を変調してインバータ回路から放電灯への供給電力を変化させて調光する調光制御手段と、外部から与えられるデータ信号に応じてスイッチング素子のスイッチング周波数を変調することにより放電灯の発する光を媒体としたデータ伝送を行うデータ伝送制御手段とを備え、データ伝送制御手段は、調光制御手段における変調周波数と重ならない範囲でスイッチング周波数を変調することを特徴とする放電灯点灯装置。
4. データ伝送制御手段は、調光制御手段における変調周波数に応じて変調周波数を調整することを特徴とする請求項３記載の放電灯点灯装置。
5. 調光制御手段並びにデータ伝送制御手段は、発振周波数を可変とした発振回路を共有し、発振回路から出力する発振パルスからスイッチング素子を駆動するための駆動信号が作成されることを特徴とする請求項３記載の放電灯点灯装置。
6. 互いに周期が異なる調光信号とデータ信号を重畳した変調制御信号が外部から入力され、この変調制御信号の周期を検出して調光信号とデータ信号を判別する信号判別手段を備えたことを特徴とする請求項１又は２又は３記載の放電灯点灯装置。
7. 複数の放電灯を支持する器具本体と、何れかの放電灯を点灯する請求項１〜６の何れかに記載の放電灯点灯装置と、インバータ回路から放電灯への供給電力を調整して残りの他の放電灯を調光点灯し且つデータ伝送を行わない点灯専用の放電灯点灯装置とを備え、点灯専用の放電灯点灯装置では、外部から与えられるデータ信号に応じて請求項１〜６の何れかに記載の放電灯点灯装置によって放電灯の光出力が変化したときに、当該光出力の変化を相殺するようにインバータ回路から残りの他の放電灯への供給電力を調整することを特徴とする照明器具。
8. 放電灯並びに請求項１〜６の何れかに記載の放電灯点灯装置を具備する複数の照明器具からなり、照明光の到達範囲が少なくとも一部で重複する複数の照明器具が存在する場合には当該複数の照明器具のうちの１台のみで照明光によるデータ伝送を行うことを特徴とする照明システム。
9. データ伝送を行う前記１台の照明器具は、他の照明器具よりも光出力を大きくすることを特徴とする請求項８記載の照明システム。
10. 放電灯並びに請求項１〜６の何れかに記載の放電灯点灯装置を具備するデータ伝送兼用の照明器具と、インバータ回路からの供給電力を調整して放電灯を調光点灯し且つデータ伝送を行わない放電灯点灯装置を具備する点灯専用の照明器具とで構成され、データ伝送兼用の照明器具が具備する放電灯と点灯専用の照明器具が具備する放電灯との分光特性を異ならせたことを特徴とする照明システム。

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