JP2008206086A - 可視光通信システム - Google Patents

Abstract

【課題】可視光通信システムにおいて、照明器具と受信器との間の通信を確実に行なう。
【解決手段】可視光通信システム１の受信器３は、照明器具２に通信要求信号を送信する送信手段３３を有する。照明器具２は、受信器３からの通信要求信号を受信する受信手段２２と、通信信号を生成する通信信号生成部２３と、受信手段２２により受信された通信要求信号に基づき、調光信号を生成する調光信号生成部２４と、ＬＥＤ２１に供給する電流のパルス幅を制御するパルス幅制御手段２５と、ＬＥＤ２１に供給する電流のパルス高さを制御するパルス高さ制御手段２６とを有する。パルス幅制御手段２５が、通信信号に対応した電流制御を行ない、パルス高さ制御手段２６が、ＬＥＤ２１の光出力を増加させるように調光信号に対応した電流制御を行なう。このため、受信器が照明器具からの信号を確実に受信できるので、照明器具と受信器との間の通信を確実に行なうことができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、発光ダイオードに供給される電流を制御することにより該発光ダイオードを明滅させ、その光を受光して解析することにより可視光通信を行なう可視光通信システムに関する。

従来から、可視光通信照明システムとして、可視光領域の光を発するＬＥＤが点灯時間及び消灯時間を所定の割合で固定されて点滅動作し、受信器がこのＬＥＤの光を受信するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。このシステムでは、ＬＥＤの点灯時間及び消灯時間が所定の割合で固定されているので、データ通信のためＬＥＤの点灯周波数が変化した場合においても、照明光の明るさが変化しない。

しかしながら、特許文献１に記載の技術では、照明器具は、通常、消灯されていたり、照明光の光量が少なくなるように調光点灯されていたりすることが多いので、このような状態で可視光通信動作すなわち発光ダイオードの明滅動作が行なわれた場合、光出力が不足し、受信器がＬＥＤからの信号を確実に受信できない虞があった。
特開２００４−１２０１０１号公報

本発明は、上記の従来の問題を解決するためになされたものであり、照明器具と受信器との間の通信を確実に行なうことができる可視光通信システムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために請求項１の発明は、発光ダイオードに供給される電流を制御することにより該発光ダイオードを明滅させる照明器具と、前記発光ダイオードの光を受光して解析することにより可視光通信を行なう受信器と、を備えた可視光通信システムにおいて、前記受信器は、前記照明器具に対して通信を要求するための通信要求信号を送信する送信手段を有し、前記照明器具は、前記受信器の送信手段からの通信要求信号を受信する受信手段と、前記受信手段により受信された通信要求信号に基づき、前記発光ダイオードを調光するための調光信号を生成する調光信号生成部と、前記発光ダイオードに供給する電流のパルス幅を制御するパルス幅制御手段と、前記発光ダイオードに供給する電流のパルス高さを制御するパルス高さ制御手段と、を有し、前記パルス幅制御手段及びパルス高さ制御手段の一方が、前記発光ダイオードの光出力を増加させるように前記調光信号に対応した電流制御を行なうものである。

請求項２の発明は、請求項１に記載の可視光通信システムにおいて、前記照明器具は、通信信号を生成する通信信号生成部を有し、前記パルス幅制御手段及びパルス高さ制御手段の他方が、前記通信信号に応じた電流制御を行なうものである。

請求項３の発明は、請求項１又は請求項２に記載の可視光通信システムにおいて、前記受信器の送信手段は、前記発光ダイオードの光出力が前記照明器具との間で通信可能な程度になったとき、該照明器具に対して通信が可能になったことを通知する通知信号を送信し、前記照明器具の受信手段は、前記通知信号を受信し、前記パルス幅制御手段及びパルス高さ制御手段のうち、前記調光信号に対応した電流制御を行なう一方は、前記受信部により受信された通知信号に基づいて、前記発光ダイオードの光出力の増加を停止するものである。

請求項１の発明によれば、照明器具は、受信器からの通信要求信号を受信すると、発光ダイオードの光出力を増加させるので、光出力の不足を防ぐことができる。このため、受信器が照明器具からの信号を確実に受信できる。従って、照明器具と受信器との間の通信を確実に行なうことができる。

請求項２の発明によれば、パルス幅制御手段とパルス高さ制御手段の一方が、発光ダイオードの光出力の増加に対応した電流制御を行ない、他方が通信信号に対応した電流制御を行なうので、１つの電流信号を用いて発光ダイオードの光出力制御と通信制御とを独立して行なうことが可能となる。

請求項３の発明によれば、受信器は、発光ダイオードの光出力が照明器具との間で通信可能な程度になったとき、そのことを照明器具に通知するので、通信可能な最低限度の光出力で発光ダイオードを明滅させることができる。このため、省エネルギー化を図ることができる。

本発明の一実施形態に係る可視光通信システムについて図面を参照して説明する。図１は、この可視光通信システム１の構成を示す。この可視光通信システム１は、発光ダイオード（以下、ＬＥＤという）２１に供給される電流を制御することによりＬＥＤ２１を明滅させる照明器具２と、ＬＥＤ２１の光を受光して解析することにより可視光通信を行なう受信器３とを備える。受信器３は、可視光通信に際して、通信を要求するための通信要求信号を照明器具２に送信する。照明器具２は、この通信要求信号に基づいて、ＬＥＤ２１の光出力すなわち発光量を増加させる。ＬＥＤ２１の光出力が通信可能な程度になったとき、受信器３は、そのことを通知する通知信号を照明器具２に送信する。以下、照明器具２及び受信器３の詳細な構成を示す。

照明器具２は、ＬＥＤ２１に加え、受信器３から送信された上記の通信要求信号及び通知信号を受信する受信手段２２と、通信信号を生成する通信信号生成部２３と、ＬＥＤ２１を調光するための調光信号を生成する調光信号生成部２４と、ＬＥＤ２１に供給する電流のパルス幅を制御するパルス幅制御手段２５と、ＬＥＤ２１に供給する電流のパルス高さを制御するパルス高さ制御手段２６と、商用電源６０からの交流電力を、照明器具２内部で使用するための直流電力に変換するＡＣ／ＤＣコンバータ２７とを有する。このＡＣ／ＤＣコンバータ２７は、照明器具２内の各部に電力を供給する。

ＬＥＤ２１は、照明用の光源としての役割を果たし、例えば、青色発光ダイオードと黄蛍光体とを組み合わせた高輝度白色ＬＥＤにより構成される。このＬＥＤ２１は、供給される電流により駆動され、発光する。この電流は、ＬＥＤ２１の発光強度を制御するため、電流信号の形態でＬＥＤ２１に供給される。この電流信号は、例えば、パルス列から成るパルス信号により構成される。電流信号のパルス高さを変更することにより、ＬＥＤ２１の発光強度は変化する。また、電流信号の周波数を一定とした場合、単位時間当たりの電流通電時間すなわち電流信号のパルス幅を変更することにより、ＬＥＤ２１の見かけ上の発光強度すなわち平均発光量を変化させることが可能である。

受信手段２１は、フォトダイオード等の受光素子と、受光素子により受信した信号を判別する可能なマイクロコンピュータ（以下、マイコンと称す）等のデバイスとにより構成される。これらの受光素子及びマイコンは、少なくとも通信要求信号と通知信号の２種類の信号を受信及び判別可能である。受信手段２１は、通信要求信号を受信したとき、この信号を通信信号生成部２３及び調光信号生成部２４に送出する。また、受信手段２１は、通知信号を受信したとき、この信号を調光信号生成部２４に送出する。

通信信号生成部２３は、周波数の比較的高い弱電パルス信号を通信信号として生成可能なマイコン等のデバイスにより構成される。弱電パルス信号の周波数は、例えば数十ｋＨｚ〜数百ＭＨｚである。この弱電パルス信号は、Ｈｉｇｈレベル及びＬｏｗレベル（以下、それぞれ、Ｈレベル、Ｌレベルという）の２値の電圧レベルを有する弱電圧信号から成る。ＬレベルとＨレベルの並び方を変えることにより、弱電パルス信号すなわち通信信号が形成される。この並び方は、外部Ｉ／Ｆ（Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）機器（図示せず）を介して任意に変更可能である。上記の並び方は、固定されており、その情報が不図示の記憶部に予め記憶されていてもよい。通信信号生成部２３は、受信手段２１からの通信要求信号をトリガとして通信信号を生成し、その通信信号をパルス幅制御手段２５に送出する。

調光信号生成部２４は、弱電パルス信号又は弱電アナログ信号を調光信号として生成可能であり、且つ、弱電パルス信号のパルス幅変更又は弱電アナログ信号の波高値変更が可能なマイコン等のデバイスにより構成される。弱電パルス信号及び弱電アナログ信号は、弱電圧信号から成る。調光信号において、調光度を示す要素がパルス幅すなわちデューティ比である場合、調光信号生成部２４は弱電パルス信号のパルス幅変更可能なデバイスにより構成され、上記要素が波高値である場合、弱電アナログ信号の波高値変更が可能なデバイスにより構成される。調光度は、受信手段２１や外部の調光器、リモートコントローラ等（図示せず）からの信号に基づいて設定される。調光信号生成部２４は、受信手段２１から通信要求信号を受信した場合、この信号に基づき、光出力の漸進的な増加を指示する調光信号を生成する。また、調光信号生成部２４は、受信手段２１から通知信号を受信した場合、この信号に基づき、光出力増加動作の停止を指示する調光信号を生成する。調光信号生成部２４は、生成した調光信号をパルス高さ制御手段２６に送出する。なお、通信信号生成部２３及び調光信号生成部２４がマイコンにより構成される場合、通信信号生成部２３及び調光信号生成部２４が同じマイコンを共用してもよい。

パルス幅制御手段２５は、例えばＦＥＴやトランジスタ等の半導体スイッチング素子により構成される。この半導体スイッチング素子は、ＬＥＤ２１に直列に接続されており、通信信号生成部２３からの通信信号を受信し、この通信信号に応じて、ＬＥＤ２１に供給される電流を制御する。具体的には、半導体スイッチング素子が、通信信号におけるＨレベル及びＬレベルの切り替わりタイミングに合わせてスイッチング動作を行ない、ＬＥＤ２１への通電時間を制御することにより、ＬＥＤ２１に供給される電流信号のパルス幅すなわちデューティ比を制御する。

パルス高さ制御手段２６は、例えばシャントレギュレータ、ＩＰＤ（Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ Ｐｏｗｅｒ Ｄｅｖｉｃｅ）等の、電流制御を行なうデバイスにより構成される。このデバイスは、調光信号生成部２４からの調光信号を受信し、この調光信号に応じて、ＬＥＤ２１に供給される電流を制御する。具体的には、上記のデバイスが、調光信号のパルス幅や波高値に応じて、ＬＥＤ２１に供給される電流信号のパルス高さを制御する。パルス高さ制御手段２６は、光出力の増加を指示する調光信号を調光信号生成部２４から受信した場合、この調光信号に基づき、ＬＥＤ２１の光出力を増加させるように上記電流信号のパルス高さを高くする。また、パルス高さ制御手段２６は、光出力増加動作の停止を指示する調光信号を調光信号生成部２４から受信した場合、この調光信号に基づき、上記電流信号のパルス高さを高める動作を停止する。

一方、受信器３は、ＬＥＤ２１の光を受光する受光手段３１と、ＬＥＤ２１の光に重畳されている通信信号を、受光手段３１の出力を解析することにより得ると共に、照明器具２に対して通信を要求するための通信要求信号と、ＬＥＤ２１の光出力増加によりその光出力が通信可能な程度になったときにそのことを照明器具２に通知するための通知信号とを生成する制御部３２と、通信信号要求信号及び通知信号を照明器具２に送信する送信手段３３と、を有する。

受光手段３１は、フォトダイオード等の受光素子により構成される。この受光素子は、ＬＥＤ２１の光出力に応じた信号を制御部３２に出力する。送信手段３３は、例えばＬＥＤにより構成される。このＬＥＤは、供給される電流により駆動され、発光する。この電流は、ＬＥＤの発光強度を制御するため、電流信号の形態でＬＥＤに供給される。この電流信号は、例えば、パルス列から成るパルス信号により構成される。送信手段３３は、このパルス信号に重畳された通信要求信号や通知信号等の信号を、可視光を用いて照明器具２に送信する。

制御部３２は、マイコンにより構成される。このマイコンは、例えばユーザによる操作部（図示せず）の操作に基づいて通信要求信号を生成し、この通信要求信号を重畳したパルス信号を送信手段３３に送出する。また、上記のマイコンは、受光手段３１からの出力と、照明器具２のＬＥＤ２１の光出力が通信可能な程度であるか否かを判断するための判断基準とを比較し、受光手段３１の出力がこの判断基準を超えたとき、通知信号を生成し、この通知信号を重畳したパルス信号を送信手段３３に出力する。上記の判断基準は、例えば、受光手段３１の出力の波高値、すなわち、照明器具２のＬＥＤ２１の発光強度に基づいて設定されている。なお、照明器具２のＬＥＤ２１を駆動するパルス信号と、受信器３のＬＥＤを駆動するパルス信号とは、ＬＥＤの出射光の干渉を避けるため、周波数が異なることが好ましい。

図２は、照明器具２のＬＥＤ２１に供給される電流信号のパルス高さの時間的変化を示す。以下、この時間的変化を説明しつつ、可視光通信システム１の動作を説明する。ここで、通信信号生成部２３には、外部Ｉ／Ｆ機器４が接続されており、調光信号生成部２４には、調光器５が接続されているとする。可視光通信システム１の動作においては、まず、照明器具２の各部に、ＡＣ／ＤＣコンバータ２７（図２において図示せず）から電力が供給され、受信器３、外部Ｉ／Ｆ機器４及び調光器５の電源がオンされる。

次に、調光信号生成部２４が、調光器５から入力された、調光度を示す信号に基づき、調光信号を生成する。また、調光信号生成部２４が、この調光信号をパルス高さ制御手段２６に送出する。パルス高さ制御手段２６は、調光信号生成部２４からの調光信号に基づいて駆動され、電流信号をＬＥＤ２１に供給する。ＬＥＤ２１は、この電流信号に応じた発光強度で発光する。

ここで、調光信号生成部２４及びパルス高さ制御手段２６の動作の一例を示す。例えば、調光器５が、最大発光強度の３０％でＬＥＤ２１を点灯させるように指示する信号を調光信号生成部２４に入力したとする。この信号は、ＬＥＤ２１の３０％点灯を示す波高値の電圧信号から成る。この信号を受信した調光信号生成部２４は、弱電パルス信号のパルス幅すなわちデューティ比を３０％に設定し、この弱電パルス信号をパルス高さ制御手段２６に送信する。パルス高さ制御手段２６は、ＬＥＤ２１に供給される電流信号のパルス高さが最大パルス高さの３０％になるような信号をＬＥＤ２１に送出する。この信号は、例えば、ＬＥＤ２１の３０％点灯に対応した波高値の電流信号から成る。ＬＥＤ２１は、この電流信号に応じて最大発光強度の３０％で発光する。

ＬＥＤ２１が所定の発光強度で発光しているときに、受信器３の制御部３２が、送信手段３３を介して照明器具２に通信要求信号を送信した場合、照明器具２の受信手段２２は、この通信要求信号を通信信号生成部２３及び調光信号生成部２４に送出する。受信器３による通信要求信号の送出は、例えばユーザによる受信器３の操作部（図示せず）の操作に基づいて行なわれる。

調光信号生成部２４は、受信手段２２からの通信要求信号に応じて、光出力の漸進的な増加を指示する調光信号を生成し、この調光信号をパルス高さ制御手段２６に送出する。パルス高さ制御手段２６は、この調光信号に基づき、ＬＥＤ２１に供給される電流のパルス高さが徐々に高くなるようにパルス高さを制御する。例えば、受信手段２２による通信要求信号の受信前まで、ＬＥＤ２１に供給する電流信号のパルス高さが最大値の３０％（図においてＩ_３０で示す）であった場合、最大値（図においてＩ_１００で示す）に向けて徐々に高くなるように電流制御を行なう。

また、通信信号生成部２３は、受信手段２１からの通信要求信号の入力があったとき、外部Ｉ／Ｆ機器４からの信号に応じてパルス列が並べられた通信信号を、パルス幅制御手段２５に送出する。この通信信号は、電圧レベルがＨレベルとＬレベルとの間でパルス列に応じて切り替わる。なお、通信信号生成部２３は、受信手段２１の通信要求信号の入力が無い場合、電圧レベルが常にＨレベルの弱電パルス信号をパルス幅制御手段２５に送出する。パルス幅制御手段２５は、パルス高さが常にパルス高さ制御手段２６により設定された値である電流信号がＬＥＤ２１に供給されるように電流制御を行なう。

パルス幅制御手段２５は、通信信号生成部２３からの通信信号に応じてＬＥＤ２１に電流供給を行なう。すなわち、この通信信号の電圧レベルがＨレベルである間、パルス高さがパルス高さ制御手段２６により設定された値の電流がＬＥＤ２１に供給される。また、電圧レベルがＬレベルである間、ＬＥＤ２１への電流供給が遮断される。このようにして、通信信号に応じて、ＬＥＤ２１に供給される電流の通電時間が制御され、電流信号のパルス幅が変更される。

ＬＥＤ２１は、パルス高さ制御手段２６により調光信号に応じてパルス高さが制御され、且つ、パルス幅制御手段２５により通信信号に応じてパルス幅が制御された電流信号に基づいて駆動され、明滅する。この電流信号の周波数は、ＬＥＤ２１の光のちらつきが人間に視認不可能となるように高く設定されている。このため、人間に不快感を与えずに、可視光を用いた通信が可能になる。

受信器３の受光手段３１は、ＬＥＤ２１の光出力に応じた信号を制御部３２に出力する。制御部３２は、受光手段３１からの出力と、照明器具２のＬＥＤ２１の光出力が通信可能な程度であるか否かを判断するための判断基準とを常に比較する。ＬＥＤ２１に供給される電流信号のパルス高さが漸進的に高まると、それに伴って、照明器具２のＬＥＤ２１の光出力が大きくなる。その結果、受光手段３１の出力が大きくなる。受光手段３１の出力が上記の判断基準を超えたとき、制御部３２は、通知信号を重畳したパルス信号を送信手段３３を介して出力する。

また、制御部３２は、受光手段３１の出力に応じてＬＥＤ２の発光強度の変化を時系列で認識し、通信信号を得る。例えば、制御部３２は、ＬＥＤ２の発光強度が最大であるときの受光手段３１の出力をＨレベルに対応させ、ＬＥＤ２が消灯しているときの受光手段３１の出力をＬレベルに対応させて信号を生成する。このため、外部Ｉ／Ｆ機器４からの信号、すなわち通信信号生成部２３生成の通信信号と同一の信号を生成することができる。このようにして、可視光通信システム１において、照明器具２と受信器３との間の通信が可能となる。

受信器３による通知信号送出後、照明器具２の受信手段２１がこの通知信号を受信し、調光信号生成部２４に送出する。調光信号生成部２４は、通知信号をトリガとして、光出力増加動作の停止を指示する調光信号をパルス高さ制御手段２６に送出する。パルス高さ制御手段２６は、光出力増加動作の停止を指示する調光信号を調光信号生成部２４から受信し、ＬＥＤ２１に供給される電流信号のパルス高さを高める動作を停止し、さらに、停止した時点でのパルス高さを維持する（図においてＩ_ｒで示す）。受信器３は、通知信号送出後に、ノイズ等の外乱により通信が乱れた場合、再度、通知要求信号を送信手段３３から照明器具２に送出する。

照明器具２は、受信手段２２が受信器３からの信号を受信しないまま、所定の時間が経過したとき、調光信号生成部調光信号生成部２４が、光出力を通信要求信号受信前までの値に戻すように光出力の漸進的な低減を指示する調光信号を生成し、この調光信号をパルス高さ制御手段２６に送出する。パルス高さ制御手段２６は、この調光信号に基づき、ＬＥＤ２１に供給される電流のパルス高さが徐々に低くなるようにパルス高さを制御する。このパルス高さ制御により、パルス高さは、通信要求信号受信前までの値に戻る。

上記構成において、照明器具２は、受信器３からの通信要求信号を受信すると、ＬＥＤ２１の光出力を増加させるので、照明器具２が消灯されていたり、光量が少なくなるように調光点灯されていたりする場合においても、光出力の不足を防ぐことができる。このため、受信器３が照明器具２からの通信信号を確実に受信できる。従って、照明器具２と受信器３との間の通信を確実に行なうことができる。また、パルス幅制御手段２５が通信信号に対応した電流制御を行ない、パルス高さ制御手段２６がＬＥＤ２１の光出力の増加に対応した電流制御を行なうので、１つの電流信号を用いてＬＥＤ２１の光出力制御と通信制御とを独立して行なうことが可能となる。さらに、受信器３は、ＬＥＤ２１の光出力が照明器具２との間で通信可能な程度になったとき、通知信号によりそのことを照明器具２に通知するので、通信可能な最低限度の光出力でＬＥＤ２１を明滅させることができる。このため、省エネルギー化を図ることができる。

本発明は、上記の実施形態の構成に限られず、使用目的に応じ、様々な変形が可能である。例えば、パルス高さ制御手段２６が、通信信号生成部２３からの通信信号に応じて、ＬＥＤ２１に供給される電流の制御を行ない、パルス幅制御手段２５が、調光信号生成部２４からの調光信号に応じて、上記電流の制御を行なってもよい。また、受信器３の送信手段３３と照明器具２の受信手段２１との間の通信は、光に限定されず、赤外線や特定小電力電波等により行なわれてもよい。

本発明の一実施形態に係る可視光通信システムの構成図。 上記システムのＬＥＤに供給される電流のパルス高さの時間的変化を示す図。

符号の説明

１ 可視光通信システム
２ 照明器具
２１ ＬＥＤ
２２ 受信手段
２３ 通信信号生成部
２４ 調光信号生成部
２５ パルス幅制御手段
２６ パルス高さ制御手段
３ 受信器
３３ 送信手段

Claims (3)

1. 発光ダイオードに供給される電流を制御することにより該発光ダイオードを明滅させる照明器具と、
   前記発光ダイオードの光を受光して解析することにより可視光通信を行なう受信器と、を備えた可視光通信システムにおいて、
   前記受信器は、前記照明器具に対して通信を要求するための通信要求信号を送信する送信手段を有し、
   前記照明器具は、
   前記受信器の送信手段からの通信要求信号を受信する受信手段と、
   前記受信手段により受信された通信要求信号に基づき、前記発光ダイオードを調光するための調光信号を生成する調光信号生成部と、
   前記発光ダイオードに供給する電流のパルス幅を制御するパルス幅制御手段と、
   前記発光ダイオードに供給する電流のパルス高さを制御するパルス高さ制御手段と、を有し、
   前記パルス幅制御手段及びパルス高さ制御手段の一方が、前記発光ダイオードの光出力を増加させるように前記調光信号に対応した電流制御を行なうことを特徴とする可視光通信システム。
2. 前記照明器具は、通信信号を生成する通信信号生成部を有し、
   前記パルス幅制御手段及びパルス高さ制御手段の他方が、前記通信信号に応じた電流制御を行なうことを特徴とする請求項１に記載の可視光通信システム。
3. 前記受信器の送信手段は、前記発光ダイオードの光出力が前記照明器具との間で通信可能な程度になったとき、該照明器具に対して通信が可能になったことを通知する通知信号を送信し、
   前記照明器具の受信手段は、前記通知信号を受信し、
   前記パルス幅制御手段及びパルス高さ制御手段のうち、前記調光信号に対応した電流制御を行なう一方は、前記受信部により受信された通知信号に基づいて、前記発光ダイオードの光出力の増加を停止することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の可視光通信システム。

Images