JP2009004321A - 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、可視光通信を行う照明器具を、ユーザが目で見ることによって通常の照明器具から容易に区別でき、かつ、ちらつき等の違和感を生じないようにする。
【解決手段】可視光通信を行う照明器具において、放電ランプに流れるランプ電流の周波数を、ｆ１とｆ２の間で変化させることによって放電ランプが照射する光強度の振幅を変動させて通信信号を送信し、情報受信端末が該振幅の変動に基づいて通信信号を抽出する。通信信号を送信する送信期間Ｄｓと送信しない非送信期間Ｄｎとが交互に繰り返され、繰り返される期間の周期Ｔが１秒以上になるように構成される。非送信期間Ｄｎでは光強度がゼロになる。通信用照明器具から照射される光強度が送信期間Ｄｓと非送信期間Ｄｎにおいてユーザが目で見て分かる程度に変化するので容易に通信用照明器具を通常の照明器具と区別でき、光強度の変化の周期Ｔが長いのでちらつき感を生じない。
【選択図】図４

Description

本発明は、可視光通信システムに関する。

オフィス等の天井に複数の照明器具が設けられる照明システムにおいて可視光通信を行う場合、通常は、大部分の照明器具が可視光通信を行わない通常の照明器具（以下、通常照明器具という）とされ、一部の照明器具のみが可視光通信を行う照明器具（以下、通信用照明器具という）とされる。また、同じ部屋に設けられる複数の照明器具は、通常、デザイン上の要請から、通信用照明器具、通常照明器具の別に関わらず、全く同一のデザインに形成される。

一方、火災発生時等の特別な場合において、できるだけクリアに情報を受信できるようにするために、ユーザが、情報受信端末を通信用照明器具の近傍に移動する場合、あるいは、照明システムが完成した後に、ユーザが情報受信端末の設置位置を決定しようとする場合に、ユーザが複数の照明器具の中から目で見て通信用照明器具を判別しなくてはならない場合がある。

上記のような場合に、ユーザがオフィスの天井に設けられた複数の照明器具の外形を見て通信用照明器具と通常照明器具とを区別することは困難であるので、照明器具を点灯した状態で、通信用照明器具が可視光通信を行うときには、通信用照明器具と通常照明器具との間で、光強度に相当な違いが生じるようにして両者を区別できるようにした照明システムが知られている（例えば、特許文献１参照）。

上記の照明システムでは、通信用照明器具と通常照明器具を統括して制御するコントローラを備え、該コントローラが警報機からトリガ信号を受信したときに制御モードを切替えて、通信用照明器具は、予め記憶されたパターンに従って動作周波数を変更して可視光通信を行い、通常照明器具は、光出力を１０％か１００％のいずれかに固定して、ユーザが通信用照明器具と通常照明器具とを光強度の違いから容易に区別できるように構成している。
特開２００６−３３１８３３号公報

上記特許文献１に記載の照明システムは、通信用照明器具が可視光通信を行うときに、コントローラが通信用照明器具と通常照明器具の光強度を強制的に変更するので、ユーザが通信用照明器具と通常照明器具とを容易に区別できるという長所を有するが、通信用照明器具と通常照明器具を統括して制御するコントローラが必用である上に、通信用照明器具が可視光通信を行うときには通常照明器具の光強度が固定されてしまうことから、火災発生等の特別な場合に一時的に可視光通信を行う照明システムとしては有用であっても、通信用照明器具が定常的に可視光通信を行う照明システムとして用いることは困難である。

また、通信用照明器具がほぼ定常的に可視光通信を行う場合、ユーザが通信用照明器具を通常照明器具と容易に区別できるようにするために、通信用照明器具から出力される光の周波数や振幅を特別なものにすることによって、ユーザが通信用照明器具からの照射光にちらつき等の違和感を感じてしまうことも避けなければならない。要するに、通信用照明器具と通常照明器具とが混在した照明システムにおいて、ユーザがそれらの照明器具の点灯状態を見て通信用照明器具を判別しようとするときには容易に区別でき、かつ、通常時には、ユーザが通信用照明器具の照射光からちらつき等の違和感を感じないことが望ましい。

そこで、本発明は、可視光通信システムにおいて、簡単な構成であるにも関わらず、ユーザが目で見て通信用照明器具を通常照明器具から容易に区別でき、かつ、ちらつき等の違和感を生じることなく良好な照明を得る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、照射光の光強度の振幅を変動することによって通信信号を送信する可視光通信システムにおいて、通信信号を送信する送信期間と通信信号を送信しない非送信期間とが交互に繰り返され、その繰り返される期間の周期が１秒以上となるように構成されていることを特徴とする。

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、前記送信期間の光強度の振幅が、非送信期間の光強度の振幅よりも大きいことを特徴とする。

請求項１の発明によれば、通信用照明器具が、通信信号を送信する送信期間と通信信号を送信しない非送信期間とを１秒以上の周期で交互に繰り返すので、簡単な構成であるにも関わらず、ユーザが目で見て通信用照明器具を通常照明器具から容易に区別でき、かつ、ちらつき等の違和感を生じることなく良好な照明を得ることができる。

請求項２の発明によれば、送信期間の光強度の振幅が、非送信期間の光強度の振幅よりも大きいので、可視光通信による送信の安定性が向上する。

（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態に係る可視光通信システムについて、図１乃至図４を参照して説明する。本実施形態の可視光通信システム１は、図１に示されるように、室内の天井に設けられた多数の照明器具のうち一隅に配置された１台の照明器具Ｌａ（通信用照明器具）に適用される。残りの照明器具は、全て可視光通信を行わない通常の照明器具Ｌｂである。通信用照明器具Ｌａから可視光通信によって情報を受信する情報受信端末Ｒについては、詳細な説明を省略する。

通信用照明器具Ｌａの構成について、図２を参照して説明する。本実施形態に係る通信用照明器具Ｌａの点灯回路は、商用の交流電源Ｖｓを直流に変換する全波整流器ＤＢと、全波整流器ＤＢからの直流出力を昇圧する昇圧チョッパ回路２と、昇圧チョッパ回路２のスイッチング素子Ｑ１のオンオフ周波数を変更して昇圧チョッパ回路２の出力電圧Ｖｄｃを制御する電圧制御部ＣＶと、ハーフブリッジインバータ回路３（以下、インバータ回路という）と、インバータ回路３に発振信号ａを出力してインバータ周波数を変更するインバータ制御部ＣＩと、を備える。

インバータ回路３は、２つのスイッチング素子Ｑ２、Ｑ３と、各スイッチング素子Ｑ２、Ｑ３のオンオフ周波数を制御するドライバ回路ＤＲと、を備え、インバータ制御部ＣＩからドライバ回路ＤＲに出力される発振信号ａに基づいてドライバ回路ＤＲがスイッチング素子Ｑ２、Ｑ３のオンオフ周波数を変更することによって、放電ランプｌａに流れるランプ電流Ｉｌａの周波数が変更される。ランプ電流Ｉｌａの周波数が変更されることによって放電ランプｌａから出力される照射光の光強度の振幅が変動する。

インバータ制御部ＣＩは、ユーザが外部データ書込み端末４を操作して出力した通信データｄを受信して一時的に該通信データｄを記憶するデータ書込部５と、不揮発性メモリから構成されデータ書込部５に記憶された通信データを格納するデータ格納部６と、データ格納部６から通信データに対応する周波数データを読出す周波数データ読出部７と、周波数データ読出部７から出力される電圧に応じた周波数の発振信号ｂを出力する電圧制御発振器（ＶＣＯ）８と、電圧制御発振器８からの発振信号ｂと通信期間制御部９からのハイロー信号ｃのアンドをとるＡＮＤ素子１１と、を備える。

データ格納部６は、格納した通信データｄに対応する周波数データのパターンを記憶している。例えば、格納された通信データｄが「１０１０１０」である場合に、「１」に対応する周波数がｆ１、「０」に対応する周波数がｆ２であるとすると、データ格納部６は、通信データｄを、周波数がｆ１、ｆ２、ｆ１、ｆ２、ｆ１、ｆ２と変化するパターンとして記憶している。

通信期間制御部９は、予め設定した周期（本実施形態では１秒）に基づいてハイロー信号ｃを交互に出力し、ハイ信号を出力するときは、電圧制御発振器８からの発振信号ｂがＡＮＤ素子１１を介してインバータ回路３に入力し、放電ランプｌａのランプ電流Ｉｌａの周波数が通信データｄの通りのパターンで変動され、それに伴って放電ランプｌａの光強度が変動される。通信期間制御部９がロー信号を出力するときは、電圧制御発振器８からの発振信号ｂがインバータ回路３に入力せず、放電ランプｌａは発光を停止する。

次に、本実施形態の通信用照明器具Ｌａにおける放電ランプｌａが点灯されてから可視光通信を行うまでのランプ電流Ｉｌａの周波数の変化について、図３を参照して説明する。本説明においては、データ格納部６に、前記の例と同様に、通信データ「１０１０１０」が格納されているとする。まず、電源が投入されると、インバータ回路３によって放電ランプｌａのランプ電流Ｉｌａが比較的高い周波数ｆ０になるように制御され、ランプ電流Ｉｌａの周波数が低下していく間において放電ランプｌａが点灯する（ｔ１）。所定時間が経過して放電ランプｌａの点灯状態が安定したときに、インバータ制御部ＣＩが動作を開始する（ｔ２）。

インバータ制御部ＣＩの動作開始と同時に通信期間制御部９がハイ信号ｃを出力し、インバータ回路３は、インバータ制御部ＣＩから出力される発振信号ａに基づいて放電ランプｌａのランプ電流Ｉｌａの周波数をｆ１、ｆ２、ｆ１、ｆ２、ｆ１、ｆ２の順に変動させる（送信期間Ｄｓ）。通信期間制御部９が時刻ｔ３に出力をロー信号に切替えると、電圧制御発振器８から出力される発振信号ｂがインバータ回路３に入力せず、放電ランプｌａは、時刻ｔ４まで発光を停止する（非送信期間Ｄｎ）。時刻ｔ２から時刻ｔ４までの期間Ｔが１周期であり、通信期間制御部９がハイ信号とロー信号を交互に出力する周期（１秒）と同一になる。時刻ｔ４以後においては、時刻ｔ２から時刻ｔ４までの１周期の動作と同様に送信期間Ｄｓと非送信期間Ｄｎが繰り返される。

送信期間Ｄｓと非送信期間Ｄｎにおける放電ランプｌａの光強度の振幅は、図４に示される。すなわち、図４に示されたランプ電流Ｉｌａの振幅は、放電ランプｌａの光強度の振幅と対応し、送信期間Ｄｓにおけるランプ電流Ｉｌａの周波数が小さい期間（周波数ｆ１）では光強度の振幅が大きく、送信期間Ｄｓにおけるランプ電流Ｉｌａの周波数が大きい期間（周波数ｆ２）では光強度の振幅が小さい。また、非送信期間Ｄｎでは光強度の振幅はゼロになる。情報受信端末Ｒは、上記のように変動する放電ランプｌａからの照射光を受光し、送信期間Ｄｓにおける光強度の振幅の変動に基づいて通信データ（前記の例では「１０１０１０」）を抽出する。

以上のように、本実施形態の可視光通信システム１では、可視光通信を行う通信用照明器具Ｌａからの照射光が送信期間Ｄｓと非送信期間Ｄｎを交互に繰り返すので、照射光の照度に変化が生じ、ユーザが目で見て通信用照明器具Ｌａを他の通常照明器具Ｌｂと容易に識別することができる（図１参照）。また、送信期間Ｄｓと非送信期間Ｄｎとの繰り返し周期が１秒以上の緩やかなものであるので、通信用照明器具Ｌａが定常的に可視光通信を行っても、ユーザがちらつき等の違和感を感じることがない。なお、本実施形態のインバータ制御部ＣＩでは、データ書込部５を備えて、ユーザが通信データｄを適宜に入力することができるように構成されていたが、データ書込部５を備えず、データ格納部６に予め複数のデータが格納され、ユーザがそれらのデータの中から選択するように構成されてもよい。

（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態に係る可視光通信システムについて、図５、６を参照して説明する。第２の実施形態の可視光通信システム１は、第１の実施形態の可視光通信システム１と略同一のハード構成を備える。第２の実施形態が第１の実施形態と異なる点は、通信用照明器具Ｌａのインバータ制御部ＣＩがマイクロコンピュータによって構成され、インバータ回路３に対して出力する発振信号ａがマイクロコンピュータによって生成される点である。マイクロコンピュータから構成されるインバータ制御部ＣＩは、放電ランプｌａのランプ電流Ｉｌａの周波数が予め設定された任意のパターンに従って変動するように発振信号ａを出力することができ、非送信期間Ｄｎにおいても放電ランプｌａに所定のランプ電流Ｉｌａを与えることができる。また、通信データの送信期間Ｄｓと非送信期間Ｄｎの繰り返し周期は、第１の実施形態と同様に、１秒以上に設定される。

次に、第２の実施形態において通信データが前記の例と同じく「１０１０１０」である場合に、放電ランプｌａが点灯されてから可視光通信を行うまでのランプ電流Ｉｌａの周波数の変化について、図５を参照して説明する。

時刻ｔ１において放電ランプｌａが点灯し、点灯状態が安定した後の時刻ｔ２から時刻ｔ３の間（送信期間Ｄｓ）において、第１の実施形態と同様に、ランプ電流Ｉｌａの周波数が通信データに応じてｆ１、ｆ２、ｆ１、ｆ２、ｆ１、ｆ２のパターンで変動される。時刻ｔ３から時刻ｔ４の間（非送信期間Ｄｎ）において、第１の実施形態では、インバータ制御部ＣＩが発振信号ａの出力を停止し、放電ランプｌａの発光が中断したが、第２の実施形態では、インバータ制御部ＣＩが発振信号ａの出力を継続し、放電ランプｌａは発光を継続する。具体的には、インバータ制御部ＣＩは、非送信期間Ｄｎにおいて発振信号ａを出力し、ランプ電流Ｉｌａの周波数がｆ３に変更される。周波数ｆ３は、周波数ｆ１、ｆ２よりも大きい値に設定されている。時刻ｔ４以後において時刻ｔ２から時刻ｔ４までの動作と同様に送信期間Ｄｓと非送信期間Ｄｎが繰り返される。周波数の大きさの順序は、ｆ１＜ｆ２＜ｆ３である。

従って、本実施形態における放電ランプｌａの光強度の振幅は、図６に示されるようになる。具体的には、放電ランプｌａの光強度の振幅は、ランプ電流Ｉｌａの周波数の大きさに反比例して小さくなり、本例の場合、周波数ｆ１の期間で光強度の振幅が最も大きく、次に、周波数ｆ２の期間、周波数ｆ３の期間の順で光強度の振幅が小さくなる。

以上のように、第２の実施形態の可視光通信システム１でも、通信用照明器具Ｌａからの照射光が送信期間Ｄｓと非送信期間Ｄｎを交互に繰り返すので、照射光の照度に変化が生じ、ユーザが目で見て通信用照明器具Ｌａを他の通常照明器具Ｌｂと容易に識別することができる。また、放電ランプｌａは、第１の実施形態とは異なり、非送信期間Ｄｎにおいても発光を継続するので、放電ランプｌａが照射する光の平均的な強度が大きく低下することがなく、通信用照明器具Ｌａではあっても、通常照明器具Ｌｂとほぼ同様に充分な照度を得ることができる。さらに、送信期間Ｄｓにおける放電ランプｌａからの照射光の光強度の振幅が、非送信期間Ｄｎにおける放電ランプｌａからの照射光の光強度の振幅よりも大きくなるように設定してあるので、情報受信端末Ｒにおいて確実に通信データを抽出することができ、可視光通信の安定性が向上する。

（第３の実施形態）
本発明の第３の実施形態に係る可視光通信システムについて、図７、及び図８（ａ）、（ｂ）、（ｃ）を参照して説明する。第３の実施形態の通信用照明器具Ｌａは、第１の実施形態の通信用照明器具Ｌａと略同一のハード構成を備え、同一部分には同一の番号を付して説明を省略する。第３の実施形態が第１の実施形態と異なる点は、電圧制御部ＣＶが昇圧チョッパ回路２の出力電圧Ｖｄｃを鋸歯状に変動制御する点（図８（ａ））と、マイクロコンピュータによって構成されたインバータ制御部ＣＩが電圧制御部ＣＶと接続され、インバータ制御部ＣＩが、昇圧チョッパ回路２の出力電圧Ｖｄｃの大きさに応じて、通信データに従った発振信号ａを出力する期間（送信期間Ｄｓ）と、ランプ電流Ｉｌａの周波数が予め与えられた値（本例ではｆ２）になるように一定の発振信号ａを出力する期間（非送信期間Ｄｎ）とを切替える点である。

以下、電圧制御部ＣＶによって変動制御される昇圧チョッパ回路２の出力電圧Ｖｄｃと、ランプ電流Ｉｌａの周波数の変化について、それぞれ図８（ａ）、（ｂ）を参照して説明する。電圧制御部ＣＶは、昇圧チョッパ回路２のスイッチング素子Ｑ１のオンオフ周波数を変更して出力電圧Ｖｄｃを、図８（ａ）に示された鋸歯状に変動制御する。当該変動の周期Ｔは１秒以上になるように設定されている。インバータ制御部ＣＩは、電圧制御部ＣＶによって出力電圧Ｖｄｃが所定値Ｖｓを超える電圧に制御される期間（送信期間Ｄｓ）については、予め記憶した通信データ（例えば、「１０１０１０」）に従ったパターンの発振信号ａをインバータ回路３へ出力し、ランプ電流Ｉｌａの周波数がｆ１、ｆ２、ｆ１、ｆ２、ｆ１、ｆ２の順に変動する（図８（ｂ））。また、インバータ制御部ＣＩは、出力電圧Ｖｄｃが所定値Ｖｓ以下の期間（非送信期間Ｄｎ）については、ランプ電流Ｉｌａの周波数がｆ２になるように一定の発振信号ａを出力する。

昇圧チョッパ回路２の出力電圧Ｖｄｃ、及びランプ電流Ｉｌａの周波数が上記のように変動制御されるので、放電ランプｌａの光強度の振幅は、図８（ｃ）に示されるように変動する。すなわち、放電ランプｌａの光強度の振幅は、送信期間Ｄｓでは、比較的大きく、かつ、通信データに応じた所定の変動を有し、非送信期間Ｄｎでは、比較的小さくなる。情報受信端末Ｒは、放電ランプｌａからの照射光を受光し、送信期間Ｄｓにおける光強度の振幅の変動に基づいて通信データ（「１０１０１０」）を抽出する。

以上のように、第３の実施形態の可視光通信システム１でも、通信用照明器具Ｌａからの照射光が比較的光強度の強い送信期間Ｄｓと比較的光強度の弱い非送信期間Ｄｎを交互に繰り返すので、ユーザが目で見て通信用照明器具Ｌａを他の通常照明器具Ｌｂと容易に識別することができる。また、送信期間Ｄｓと非送信期間Ｄｎの周期が１秒以上の長い時間であるのでちらつき等の違和感を感じることがない。さらに、ランプ電流Ｉｌａの周波数の変動が２種類（ｆ１とｆ２）であるので、周波数の種類が３種類（ｆ１、ｆ２、ｆ３）である第２の実施形態に比べてインバータ回路３の制御が簡単になる。

なお、本実施形態においては、電圧制御部ＣＶが昇圧チョッパ回路２の出力電圧Ｖｄｃを鋸歯状に変動制御するように構成されていたが、電圧制御部ＣＶによる出力電圧Ｖｄｃの変動態様は、種々に変形が可能である。例えば、図９に示されるように、出力電圧Ｖｄｃが正弦波状に変動するように制御してもよいし、図１０に示されるように、出力電圧Ｖｄｃが台形状に変動するように制御してもよい。

本発明の第１の実施形態に係る可視光通信システムが天井の一隅に設けられた状態を示す説明図。 同可視光通信システムにおける通信用照明器具の構成を示すブロック図。 同可視光通信システムにおける通信用照明器具の放電ランプに与えられるランプ電流の周波数の変化を示す図。 同可視光通信システムにおける通信用照明器具の放電ランプに与えられるランプ電流の変化を示す図。 本発明の第２の実施形態に係る可視光通信システムにおける通信用照明器具の放電ランプに与えられるランプ電流の周波数の変化を示す図。 同可視光通信システムにおける通信用照明器具の放電ランプに与えられるランプ電流の変化を示す図。 本発明の第３の実施形態に係る可視光通信システムにおける通信用照明器具の構成を示すブロック図。 （ａ）は同可視光通信システムにおける昇圧チョッパ回路の出力電圧の変化を示す図、（ｂ）は同可視光通信システムにおける放電ランプに与えられるランプ電流の周波数の変化を示す図、（ｃ）は同可視光通信システムにおける放電ランプに与えられるランプ電流の変化を示す図。 同可視光通信システムの変形例における昇圧チョッパ回路の出力電圧の変動と放電ランプに与えられるランプ電流の変化を示す図。 同可視光通信システムのさらに別の変形例における昇圧チョッパ回路の出力電圧の変動と放電ランプに与えられるランプ電流の変化を示す図。

符号の説明

１ 可視光通信システム
Ｄｓ 送信期間
Ｄｎ 非送信期間
Ｔ 周期

Claims (2)

1. 照射光の光強度の振幅を変動することによって通信信号を送信する可視光通信システムにおいて、
   通信信号を送信する送信期間と通信信号を送信しない非送信期間とが交互に繰り返され、その繰り返される期間の周期が１秒以上となるように構成されていることを特徴とする可視光通信システム。
2. 前記送信期間の光強度の振幅が、非送信期間の光強度の振幅よりも大きい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。

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