JP2009005192A

JP2009005192A - 点灯装置とそれを備えた照明器具及び可視光通信システム

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Publication number: JP2009005192A
Application number: JP2007165623A
Authority: JP
Inventors: Minoru Maehara; 稔前原
Original assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2007-06-22
Filing date: 2007-06-22
Publication date: 2009-01-08
Anticipated expiration: 2027-06-22
Also published as: JP4922081B2

Abstract

【課題】点灯装置とそれを備えた照明器具及び可視光通信システムにおいて、定格の光出力で可視光通信を行う。
【解決手段】点灯装置５は、ランプ４Ａ、４Ｂをランプ電流ｉＬａ、ｉＬｂを用いて点滅させるインバータ回路５３Ａ、５３Ｂと、これらを制御する可視光制御部５４とを備える。可視光制御部５４は、通信信号に応じて、インバータ回路５３Ａ、５３Ｂが、略同一の周波数で且つ略同一の位相でランプ４Ａ、４Ｂを点滅させ、又は略同一の周波数で且つ所定の位相差を持たせてランプ４Ａ、４Ｂを点滅させるように切替制御する。この切替制御では、ランプ電流ｉＬａ、ｉＬｂの周波数が略同一であるため、インバータ回路５３Ａ、５３Ｂの共振特性等に起因するランプ電流ｉＬａ、ｉＬｂの振幅低下を防ぐことができ、ランプ４Ａ、４Ｂの光出力低下を防ぐことができる。従って、ランプ４Ａ、４Ｂの各々から定格の値で光を出力しつつ、可視光通信を行うことができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、可視光通信が可能な点灯装置とそれを備えた照明器具及び可視光通信システムに関する。

従来から、送信すべき可視光通信信号（以下、通信信号という）のレベルの各々に対して予め所定の周波数を割り当て、蛍光灯を駆動するための高周波信号の周波数を通信信号のレベルに応じて上記の所定の周波数にすることにより、蛍光灯の光を用いて通信信号を送信する照明器具が知られている（例えば、特許文献１参照）。この照明器具における高周波信号の変調方式は、ＦＳＫ（ＦｒｅｑｕｅｎｃｙＳｈｉｆｔＫｅｙｉｎｇ）方式と呼ばれるものである。この照明器具によれば、既設の蛍光灯を可視光通信に利用することができ、可視光通信系の設置コストを低減することが可能となる。

また、可視光通信機能を有する他の照明器具として、光源を駆動するためのＰＷＭ（ＰｕｌｓｅＷｉｄｔｈＭｏｄｕｌａｔｉｏｎ）信号を通信信号の値に応じて位相反転する位相反転回路と、この位相反転回路の出力に基づいて光源を駆動する駆動回路とを有する照明器具が知られている（例えば、特許文献２参照）。上記のＰＷＭ信号のパルス幅は、ＰＷＭ回路により所望の光量に応じて変調される。位相反転回路は、通信信号が０と１の値を有する場合、例えば、通信信号の値が０のときにＰＷＭ信号をそのまま出力し、通信信号の値が１のときにＰＷＭ信号の位相を反転して出力する。

ところで、ＦＳＫ方式で変調した可視光を用いて可視光通信を行う照明器具においては、高周波信号であるランプ電流の周波数が変化した場合に、照明器具の点灯回路の特性に起因して、ランプ電流の振幅が変化することがある。例えば、図１１に示されるように、通信信号の２値のレベルに対して周波数ｆ１とｆ２とが割り当てられており、これらの間にｆ１＜ｆ２の関係が在る場合に、周波数がｆ２であるときのランプ電流ｉＬの振幅が、周波数がｆ１であるときと比べ、小さくなることがある。この原因としては、例えば、点灯回路のリアクタンス成分やインダクタンス成分に基づく共振特性の影響が挙げられる。この影響によってランプ電流ｉＬの振幅が小さくなった場合、もともとランプ電流ｉＬの振幅と蛍光灯の光出力とは略比例していることから、蛍光灯の光出力が低下する。このため、ランプ電流の周波数によっては、蛍光灯の光出力が定格の値よりも小さくなる虞がある。特許文献１や特許文献２に記載の技術では、この問題を解決することが困難である。
特開昭６０−３２４４３号公報特開２００６−３２５０８５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、定格の光出力で可視光通信が可能な点灯装置とそれを備えた照明器具及び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、可視光通信を可能とする点灯装置において、第１及び第２の光源と、前記第１の光源を高周波信号を用いて点滅させる第１の点灯回路部と、前記第２の光源を高周波信号を用いて点滅させる第２の点灯回路部とを備え、前記第１及び第２の点灯回路部は、略同一の周波数で且つ略同一の位相で前記第１及び第２の光源を点滅させる第１の点灯モードと、略同一の周波数で且つ所定の位相差を持たせて前記第１及び第２の光源を点滅させる第２の点灯モードとを有し、前記第１及び第２の点灯モードを切替えて可視光通信を行うものである。

請求項２の発明は、請求項１に記載の点灯装置において、前記第１及び第２の光源は蛍光灯であり、前記所定の位相差は略９０度であるものである。

請求項３の発明は、請求項１に記載の点灯装置において、前記第１及び第２の光源は発光ダイオードであり、前記所定の位相差は略１８０度であるものである。

請求項４の発明は、請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の点灯装置を備える照明器具である。

請求項５の発明は、請求項４に記載の照明器具と、前記第１及び第２の光源が発する光の合成出力を受信し、その光の合成出力の強弱を検知することにより、その強弱の周波数を検出し、それに基づいて可視光通信信号を解読する受信器と、を備える可視光通信システムである。

請求項１の発明によれば、第１及び第２の点灯モードにおいて高周波信号の周波数は略同一であるため、点灯回路部の共振特性等に起因して高周波信号の振幅がその周波数の変化に応じて低下することを防ぐことができる。従って、高周波信号の振幅低下に伴う光源の光出力低下を防ぐことができる。このため、第１及び第２の光源の各々から定格の値で光を出力しつつ、第１及び第２の点灯モードを切替えることにより可視光通信を行うことが可能となる。

請求項２の発明によれば、第１及び第２の光源である蛍光灯に交流のランプ電流が高周波信号として供給される場合、これらの蛍光灯が発する光の合成出力に２値の周波数を持たせることができる。従って、この周波数の切替えにより、蛍光灯の光を用いた可視光通信が可能となる。

請求項３の発明によれば、第１及び第２の光源である発光ダイオードにパルス信号が高周波信号として供給される場合、これらの発光ダイオードが発する光の合成出力に２値の周波数を持たせることができる。従って、この周波数の切替えにより、発光ダイオードの光を用いた可視光通信が可能となる。

請求項４の発明によれば、上述請求項１と同等の効果が得られる。

請求項５の発明によれば、照明器具と受信器との間で可視光通信が可能となる。

本発明の第１の実施形態に係る点灯装置とそれを備えた照明器具及び可視光通信システムについて図１乃至図５を参照して説明する。図１及び図２は、本実施形態に係る可視光通信システムの構成を示す。この可視光通信システム１は、通信信号を送信可能な照明器具２と、この通信信号を受信可能な受信器３とにより構成される。通信信号の授受により、照明器具２と受信器３との間で可視光通信が行われる。

照明器具２は、照明光を輻射するランプ４Ａ（第１の光源）及びランプ４Ｂ（第２の光源）を有する点灯装置５を備える。ランプ４Ａ及びランプ４Ｂは、例えば、蛍光灯から成る。ランプ４Ａ及びランプ４Ｂは、蛍光灯に限定されず、ＨＩＤ（ＨｉｇｈＩｎｔｅｎｓｉｔｙＤｉｓｃｈａｒｇｅ）ランプ等の放電灯により構成されていてもよい。ランプの灯数は、２灯に限定されず、３灯以上であってもよい。

点灯装置５は、直流電源５１と、この直流電源５１に接続された昇圧チョッパ回路５２と、この昇圧チョッパ回路５２と並列に接続されたインバータ回路５３Ａ、５３Ｂと、インバータ回路５３Ａ、５３Ｂを制御する可視光制御部５４をさらに有する。インバータ回路５３Ａ、５３Ｂは互いに並列に接続されている。インバータ回路５３Ａは、ランプ４Ａを高周波信号を用いて点滅させる回路（第１の点灯回路部）であり、インバータ回路５３Ｂは、ランプ４Ｂを高周波信号を用いて点滅させる回路（第２の点灯回路部）である。可視光制御部５４は、インバータ回路５３Ａ、５３Ｂに接続されており、これらが２つの点灯モードのうちいずれかの点灯モードで動作するように切替制御を行う。

直流電源５１では、商用電源５１ａの交流電圧が全波整流回路５１ｂにより整流されて直流電圧に変換される。この直流電圧が昇圧チョッパ回路５２に出力される。昇圧チョッパ回路５２では、スイッチング制御回路５２ａにより、例えばＭＯＳＦＥＴから成るスイッチング素子Ｑ１がスイッチング制御される。このスイッチング制御により、直流電源５１から出力された直流電圧は高周波化される。この高周波化された直流電圧はコンデンサＣ１により平滑化される。この平滑化された直流電圧は、昇圧チョッパ回路５２の出力電圧としてインバータ回路５３Ａ、５３Ｂのそれぞれに印加される。

インバータ回路５３Ａ、５３Ｂは、例えばハーフブリッジ式のインバータ回路により構成される。この回路では、例えばＭＯＳＦＥＴから成るスイッチング素子Ｑ２、Ｑ３が、これらを駆動するための駆動回路５３ａに接続されている。スイッチング素子Ｑ３には、直列接続されたコンデンサＣ２、インダクタＬ１及びランプ４Ａ又はランプ４Ｂが並列接続されている。ランプ４Ａ、４Ｂのそれぞれには、コンデンサＣ３が並列接続されている。上記の回路構成において、駆動回路５３ａは、可視光制御部５４による制御の下、スイッチング素子Ｑ２、Ｑ３を駆動させてスイッチング制御を行う。このスイッチング制御に基づき、スイッチング素子Ｑ２、Ｑ３は交互にオン・オフする。昇圧チョッパ回路５２から直流電圧として入力されたエネルギーは、このスイッチング制御により、高周波の交流電流（高周波信号）すなわちランプ電流ｉＬａ、ｉＬｂとしてランプ４Ａ、４Ｂに供給される。

可視光制御部５４は、インバータ回路５３Ａ、５３Ｂが２つの点灯モードのうちいずれかの点灯モードで動作するように、点灯モードの切替制御を行う。この切替制御は、受信器３に送る通信信号に応じて行われる。例えば、可視光制御部５４は、通信信号の値が０のとき、インバータ回路５３Ａ、５３Ｂが第１点灯モード（第１の点灯モード）で動作するように、また、通信信号の値が１のとき、インバータ回路５３Ａ、５３Ｂが第２点灯モード（第２の点灯モード）で動作するようにインバータ回路５３Ａ、５３Ｂを制御する。このような切替制御を目的として、可視光制御部５４は、インバータ回路５３Ａ、５３Ｂに点灯モードに応じた制御信号を送出する。この制御信号に基づき、第１点灯モードにおいて、インバータ回路５３Ａ、５３Ｂは、略同一の周波数ｆ１（以下、基本周波数ｆ１という）で且つ略同一の位相のランプ電流ｉＬａ、ｉＬｂを供給してランプ４Ａ、４Ｂを点灯させる。また、第２点灯モードにおいて、インバータ回路５３Ａ、５３Ｂは、基本周波数ｆ１で且つ所定の位相差θを持たせたランプ電流ｉＬａ、ｉＬｂを供給してランプ４Ａ、４Ｂを点灯させる。基本周波数ｆ１は、例えば数十ｋＨｚである。

上記２つの点灯モード間での位相変化は、インバータ回路５３Ａ、５３Ｂのそれぞれの駆動回路５３ａが、制御信号に基づいて、スイッチング制御のタイミング、すなわちスイッチング素子Ｑ２、Ｑ３のオン・オフのタイミングを制御することにより生じる。上記の位相変化に起因して、ランプ４Ａ、４Ｂの光の合成出力は、その周波数が変化する。なお、可視光制御部５４の詳細な構成については後述する。

受信器３は、受光素子３０と、受光素子３０から出力される電気信号を増幅する増幅回路３１と、増幅回路３１により増幅された電気信号から、所定の周波数成分の電気信号を抜き出すフィルタ３２と、フィルタ３２により抜き出された電気信号をパルス信号に変換する波形整形回路３３と、波形整形回路３３出力のパルス信号を所定の時間だけ通過させるゲート回路３４と、を備える。受光素子３０は、例えばＰＩＮフォトダイオードから成る。この受光素子３０は、ランプ４Ａ、４Ｂが発した光の合成出力を受信し、その光の合成出力の強弱を検知し、その強さに応じて電気信号を出力する。電気信号の値は、光の合成出力の強さに対応している。受光素子３０の前段には、受信精度向上のため、特定波長の光のみを透過させる光学フィルタが設けられていてもよい。フィルタ３２は、例えばバンドパスフィルタから成る。受光素子３０、増幅回路３１及びフィルタ３２は、受光部３ａを構成する。ゲート回路３４は、ゲート信号に基づいて駆動する。

また、受信器３は、水晶発振回路により構成されるクロック発生回路３５と、クロック発生回路３５出力のクロック信号につき、その発振周波数を分周して周波数を低め、且つ、所定のパルス幅を持たせることによりゲート信号を生成するゲート信号生成回路３６と、このゲート信号をゲート回路３４に加えるタイミングを制御するゲート制御回路３７と、を備える。

さらに、受信器３は、所定の期間にゲート回路３４を通過したパルスの数を計測することにより周波数を検出する計数回路３８と、計数回路３８の出力に基づき、照明器具２出力の通信信号を解読する解読部３９と、を備える。計数回路３８は、上記の周波数検出により、ランプ４Ａ、４Ｂの合成光出力の強弱の周波数を検出する。解読部３９は、ＣＰＵを含むマイクロコンピュータ等により構成される。この解読部３９は、周波数に対応付けされた通信信号の値を記憶している。ランプ４Ａ、４Ｂの合成光の周波数は通信信号に応じて変化するので、その周波数を検知することにより、通信信号の解読が可能となる。

図３は、照明器具２の外観を示す。照明器具２は、ランプ４Ａ及びランプ４Ｂを有する点灯装置５に加え、点灯装置５を収納するケース６を備える。ケース６の形状は例えば横長であり、ランプ４Ａ及びランプ４Ｂは、ケース６の下面に平行に配置され、ソケット６１により保持されている。照明器具２は、例えば、下方照明用として天井に設置される。照明器具２の設置場所は、天井に限定されず、壁等であっても構わない。

図４（ａ）（ｂ）は、可視光制御部５４の構成例及び各点における信号波形を示す。可視光制御部５４は、インバータ回路５３Ａ、５３Ｂの点灯モードを切替制御するものである。可視光制御部５４による制御の下、インバータ回路５３Ａ、５３Ｂは、第１点灯モードにおいて、基本周波数ｆ１で且つ略同一の位相のランプ電流を供給してランプ４Ａ、ランプ４Ｂを点灯させ、第２点灯モードにおいて、基本周波数ｆ１で且つ所定の位相差θを持たせたランプ電流を供給してランプ４Ａ、ランプ４Ｂを点灯させる。

可視光制御部５４は、基本周波数ｆ１の２倍の周波数を有するクロック信号ＣＬＫ（Ａ点）を発生させるクロック発生回路５４ａと、このクロック信号ＣＬＫを二分周し、その二分周した信号ＴＦＦ１（Ｂ点）をインバータ回路５３Ａに出力するＴフリップフロップ５４ｂと、ランプ電流の位相シフト制御を行うための位相制御信号ＳＴ（Ｃ点）を生成する位相制御回路５４ｃとを備える。Ｔフリップフロップ５４ｂは、その出力がクロック信号ＣＬＫの立ち上がりで反転するので、その出力である信号ＴＦＦ１は、クロック信号ＣＬＫを二分周して得た信号となる。この信号ＴＦＦ１は、インバータ回路５３Ａの駆動回路５３ａに対する制御信号となる。位相制御信号ＳＴは、Ｈｉ又はＬｏｗの２値を有する。

さらに、可視光制御部５４は、クロック信号ＣＬＫと位相制御信号ＳＴの論理和を出力するＡＮＤ回路５４ｄと、クロック信号ＣＬＫと位相制御信号ＳＴの論理積を反転させて出力するＮＯＲ回路５４ｅと、ＡＮＤ回路５４ｄの出力とＮＯＲ回路５４ｅの出力の論理積を出力するＯＲ回路５４ｆと、ＯＲ回路５４ｆの出力信号ＣＬＫ２（Ｄ点）を二分周し、その二分周した信号ＴＦＦ２（Ｅ点）をインバータ回路５３Ｂに出力するＴフリップフロップ５４ｇと、クロック発生回路５４ａと位相制御回路５４ｃとを制御するマイコン５４ｈとを備える。Ｔフリップフロップ５４ｇは、その出力がＯＲ回路５４ｆの出力信号ＣＬＫ２の立ち上がりで反転するので、その出力である信号ＴＦＦ２は、出力信号ＣＬＫ２を二分周して得た信号となる。この信号ＴＦＦ２は、インバータ回路５３Ｂの駆動回路５３ａに対する制御信号となる。

上記の構成において、クロック信号ＣＬＫとＯＲ回路５４ｆの出力信号ＣＬＫ２とを比較すると、それらは周波数が同一であり、それらの間の位相差φは、位相制御信号ＳＴがＨｉのときに０度となり、位相制御信号ＳＴがＬｏｗのときに、出力信号ＣＬＫの位相が変化することにより略１８０度となる。このため、Ｔフリップフロップ５４ｂの出力信号ＴＦＦ１とＴフリップフロップ５４ｇの出力信号ＴＦＦ２との間の位相差θは、位相制御信号ＳＴがＨｉのときに０度となり、位相制御信号ＳＴがＬｏｗのときに、出力信号ＴＦＦ２の位相が遅れることにより略９０度となる。この位相差θは、ランプ４Ａのランプ電流ｉＬａとランプ４Ｂのランプ電流ｉＬｂとの間の位相差に反映される。すなわち、ランプ電流ｉＬａ、ｉＬｂ間の位相差がθとなる。従って、位相制御信号ＳＴの値の制御により、ランプ電流ｉＬａ、ｉＬｂ間の位相差、強いてはランプ４Ａ、４Ｂの合成光の周波数を制御することが可能となる。

図５は、ランプ４Ａ、４Ｂのランプ電流ｉＬａ、ｉＬｂの波形と、受光素子３０の出力Ｖ０の波形とを示す。これらの波形は、照明器具２が受信器３へ送信する通信信号に応じて変化する。

ランプ電流ｉＬａ、ｉＬｂの周波数は、従来のＦＳＫと異なり、通信信号に拘らず略一定で、ｆ１（基本周波数）である。一方、ランプ電流ｉＬａ、ｉＬｂ間の位相差θは、通信信号すなわち点灯モードに応じて変化する。例えば、通信信号の値が０で、点灯モードが第１点灯モードのとき、位相差θ＝０度となる。通信信号の値が１で、点灯モードが第２点灯モードのときには、ランプ電流ｉＬｂの位相はランプ電流ｉＬａに対して略９０度遅れ、位相差θ＝９０度となる。ランプ４Ａ、４Ｂの光出力は、ランプ電流ｉＬａ、ｉＬｂに応じて変動し、照明器具２の光出力は、変動するランプ４Ａ、４Ｂの光出力が合成されたものとなる。

受信器３の受光素子３０は、上記の合成出力を受信し、これに応じて電気信号を出力する。この出力のリップル周波数は、ランプ電流ｉＬａ、ｉＬｂ間の位相差θに応じて異なる。受光素子３０にランプ４Ａ、４Ｂ以外の光源からの光が入射しない場合、受光素子３０の出力のリップル周波数は、位相差θ＝０度（第１点灯モード）のとき、基本周波数ｆ１の２倍すなわち２ｆ１となり、位相差θ＝９０度（第２点灯モード）のとき、基本周波数ｆ１の４倍すなわち４ｆ１となる。ランプ電流ｉＬａ、ｉＬｂ間の位相差θが０度又は１８０度である場合、受光素子３０の出力のリップル周波数は２ｆ１で略一定となってしまう。従って、本実施形態においては、ランプ電流ｉＬａ、ｉＬｂ間の位相差θが０度又は９０度であるため、ランプ４Ａ、４Ｂが発する光の合成出力に、通信信号の値に対応した２値の周波数２ｆ１、４ｆ１を持たせることができる。このため、この周波数の切替えにより、ランプ４Ａ、４Ｂを構成する蛍光灯の光を用いた可視光通信が可能となる。また、ｆ１が数十ｋＨｚである場合、人間は、周波数２ｆ１又は４ｆ１での光出力変動を視認することが困難であるため、その光出力は略一定なものとして人間に映る。このため、通信信号の送信を行いながらも、ちらつきを抑えて照明機能の確保を図ることができる。

受光素子３０には、ランプ４Ａ、４Ｂ以外の光源からの光も入射する。このため、２ｆ１及び４ｆ１以外の周波数成分を除去することを目的として、フィルタ３２は２ｆ１及び４ｆ１が中心周波数となるように構成されている。従って、フィルタ３２の出力すなわち受光部３ａの出力Ｖ０は、リップル周波数が、位相差θ＝０度のときに２ｆ１となり、位相差θ＝９０度のときに４ｆ１となる。

解読部３９は、リップル周波数に対応付けされた通信信号の値を記憶している。例えば、解読部３９は、リップル周波数が２ｆ１のときに通信信号の値が０で、リップル周波数が４ｆ１のときに通信信号の値が１であることを記憶している。解読部３９は、この記憶した情報と実際のリップル周波数とを照らし合わせて通信信号を解読する。このようにして、照明器具２と受信器３との間で可視光通信が可能となる。

上記のように、第１及び第２点灯モードにおいてランプ電流ｉＬａ、ｉＬｂの周波数は略同一である。すなわち、その周波数は通信信号の値に拘らず略同一である。従って、インバータ回路５３Ａ、５３ＢにおけるコンデンサＣ２、Ｃ３のリアクタンス成分及びインダクタＬ１のインダクタンス成分による共振特性等に起因してランプ電流ｉＬａ、ｉＬｂの振幅がその周波数に応じて低下することを防ぐことができる。ランプ電流ｉＬａ、ｉＬｂの振幅とランプ４Ａ、４Ｂの光出力とは略比例するので、上記の振幅低下の防止により、ランプ４Ａ、４Ｂの光出力低下を防ぐことができる。このため、ランプ４Ａ、４Ｂの各々から定格の値で光を出力しつつ、第１及び第２点灯モードを切替えることにより可視光通信を行うことができる。

次に、本発明の第２の実施形態に係る可視光通信システム１について図６（ａ）（ｂ）及び図７を参照して説明する。この可視光通信システム１は、第１の実施形態の構成と比べ、光源として、ランプ４Ａ、４Ｂの代わりにＬＥＤ７が用いられる点で異なる。また、光源の変更に伴い、光源を点滅させる点灯回路部の構成も異なる。

図６（ａ）（ｂ）は、本実施形態に係る照明器具２の構成を示す。照明器具２は、光源として、例えば８個のＬＥＤ７を備える点灯装置８を搭載する。これらのＬＥＤ７は、４個ずつに直列接続されてＬＥＤユニット７Ａ、７Ｂ（第１の光源、第２の光源）を構成する。ＬＥＤユニット７Ａ、７Ｂのそれぞれにおいて、ＬＥＤ７は、例えば一列に配列されて基板７１に実装されており、ＬＥＤユニット７Ａ、７Ｂは平行に配設されている。ＬＥＤ７の個数と配置及びＬＥＤユニットの数は、上記に限定されない。

点灯装置８は、ＬＥＤユニット７Ａ、７Ｂを高周波の駆動電流（高周波信号）を用いて点滅させるＬＥＤ点灯回路８１（第１の点灯回路部、第２の点灯回路部）と、ＬＥＤ点灯回路８１が２つの点灯モードのうちいずれかの点灯モードで動作するように切替制御を行う可視光制御部８２と、ＬＥＤユニット７Ａ、７Ｂ及び可視光制御部８２に電力を供給する直流電源８３とをさらに有する。

ＬＥＤ点灯回路８１は、パルス信号を生成する発振回路８１ａと、発振回路８１ａから出力されたパルス信号の位相をシフト可能な位相シフト回路８１ｂとを備える。発振回路８１ａは、可視光制御部８２からの制御信号に基づき、パルス信号の周波数及び／又はデューティ比を変更する。基本的に、その周波数はｆ１（基本周波数）である。発振回路８１ａ生成のパルス信号は、スイッチング素子Ｑ４と位相シフト回路８１ｂとに出力される。スイッチング素子Ｑ４への出力は、スイッチング制御のためである。

スイッチング素子Ｑ４は、例えばＭＯＳＦＥＴにより構成され、このＭＯＳＦＥＴは、発振回路８１ａから送出されたパルス信号Ｓ１に応じてスイッチング動作する。このスイッチング動作により、ＬＥＤユニット７Ａの駆動電流Ｉａが制御される。従って、駆動電流Ｉａはパルス列の信号となり、パルス信号Ｓ１のデューティ比及び位相は駆動電流Ｉａのデューティ比及び位相に反映される。

位相シフト回路８１ｂは、発振回路８１ａからのパルス信号の位相を遅延させ、そのパルス信号をスイッチング素子Ｑ５に出力する。この位相遅延量は、可視光制御部５４からの制御信号に基づいて変化するものであり、０度又は所定の値θ１である。本実施形態においてθ１は略１８０度である。スイッチング素子Ｑ５は、例えばＭＯＳＦＥＴにより構成され、位相シフト回路８１ｂの出力信号Ｓ２に応じてスイッチング動作する。このスイッチング動作により、ＬＥＤユニット７Ｂの駆動電流Ｉｂが制御される。従って、駆動電流Ｉｂはパルス列の信号となり、出力信号Ｓ２の位相は駆動電流Ｉｂに反映される。このため、位相シフト回路８１ｂがパルス信号の位相を略１８０度だけ遅延させたときには、スイッチング素子Ｑ４、Ｑ５をスイッチング動作させるパルス信号Ｓ１と出力信号Ｓ２との間の位相に略１８０度の差が生じる。従って、駆動電流Ｉａ、Ｉｂ間の位相差θは略１８０度となる。また、出力信号Ｓ２のデューティ比は駆動電流Ｉｂのデューティ比に反映される。なお、上記の値θ１は、１８０度に限定されず、駆動電流Ｉａ、Ｉｂのデューティ比＝０．７５である場合、９０度＜θ１＜２７０度を満たしていればよい。

可視光制御部８２は、ＣＰＵを含むマイクロコンピュータにより構成される。このマイクロコンピュータは、受信器３に送る通信信号に応じてＬＥＤ点灯回路８１の点灯モードの切替制御を行う。例えば、マイクロコンピュータは、通信信号の値が０のとき、ＬＥＤ点灯回路８１が第１点灯モード（第１の点灯モード）で動作するように、また、通信信号の値が１のとき、ＬＥＤ点灯回路８１が第２点灯モード（第２の点灯モード）で動作するようにインバータ回路５３Ａ、５３Ｂを制御する。このような切替制御を目的として、可視光制御部８２は、点灯モードに対応した制御信号をＬＥＤ点灯回路８１（発振回路８１ａ、位相シフト回路８１ｂ）に送出する。

第１点灯モード時には、位相シフト回路８１ｂはパルス信号の位相をシフトせずに、パルス信号をそのまま出力する。その結果、ＬＥＤ点灯回路８１は、略同一の周波数ｆ１（基本周波数）で且つ略同一の位相の駆動電流Ｉａ、ＩｂをＬＥＤユニット７Ａ、７Ｂに供給してそれらを点灯させる。第２点灯モード時には、位相シフト回路８１ｂはパルス信号の位相をθだけ遅延させ、その遅延させた信号を出力する。従って、駆動電流Ｉｂの位相は、駆動電流Ｉａに対してθだけ遅れる。その結果、ＬＥＤ点灯回路８１は、基本周波数ｆ１で且つ所定の位相差θを持たせた駆動電流Ｉａ、ＩｂをＬＥＤユニット７Ａ、７Ｂに供給してそれらを点灯させる。上記の駆動電流Ｉｂの位相変化に起因して、ＬＥＤユニット７Ａ、７Ｂの光の合成出力は、その周波数が変化する。

図７は、ＬＥＤユニット７Ａ、７Ｂの駆動電流Ｉａ、Ｉｂの波形と、受光部３ａの出力Ｖ０の波形（以下、駆動電流Ｉａ、Ｉｂ波形等と称す）とを示す。これらの波形は、照明器具２が照明光を用いて受信器３へ送信する通信信号に応じて変化する。同図に示される駆動電流Ｉａ、Ｉｂの波形は、そのデューティ比が例えば０．７５のときのものである。

駆動電流Ｉａ、Ｉｂの周波数は、通信信号に拘らず略一定で、ｆ１（基本周波数）である。一方、駆動電流Ｉａ、Ｉｂ間の位相差θは、通信信号に応じて変化する。例えば、通信信号の値が０で、第１点灯モードのとき、位相差θ＝０度となり、通信信号の値が１で、第２点灯モードのとき、駆動電流Ｉｂの位相は駆動電流Ｉｂに対して略１８０度遅れ、位相差θ＝１８０度となる。ＬＥＤユニット７Ａ、７Ｂの光出力は、駆動電流Ｉａ、Ｉｂに応じて変動し、照明器具２の光出力は、変動するＬＥＤユニット７Ａ、７Ｂの光出力が合成されたものとなる。

受信器３の受光部３ａは、上記の合成出力を受信し、これに応じて電気信号を出力する。本実施形態に係る受光部３ａのフィルタ３２は、ｆ１及び２ｆ１を中心周波数とするバンドパスフィルタにより構成される。受光部３ａの出力Ｖ０のリップル周波数は、駆動電流Ｉａ、Ｉｂ間の位相差θに応じて異なる。具体的には、位相差θ＝０度（第１点灯モード）のとき、出力Ｖ０のリップル周波数はｆ１となり、位相差θ＝１８０度（第２点灯モード）のとき、リップル周波数は基本周波数ｆ１の２倍すなわち２ｆ１となる。このように、ＬＥＤユニット７Ａ、７Ｂが発する光の合成出力に、通信信号の値に対応した２値の周波数ｆ１、２ｆ１を持たせることができる。従って、これらの周波数の切替えにより、ＬＥＤユニット７Ａ、７Ｂの光を用いた可視光通信が可能となる。

解読部３９は、リップル周波数に対応付けられた通信信号の値を記憶している。例えば、解読部３９は、リップル周波数ｆ１に対して通信信号の値０を、また、リップル周波数２ｆ１に対して通信信号の値１を対応付けして記憶している。解読部３９は、この記憶した情報と実際のリップル周波数とを照らし合わせて通信信号を解読する。

図８は、上記第２の実施形態に係る可視光通信システム１の第１の変形例における駆動電流Ｉａ、Ｉｂ波形等を示す。本変形例においては、可視光制御部５４が、駆動電流Ｉａ、Ｉｂのデューティ比が０．２５となるように発振回路８１ａを制御している。駆動電流Ｉａ、Ｉｂ間の位相差θが０度（第１点灯モード）のとき、受光部３ａの出力Ｖ０の周波数はｆ１となり、位相差θが１８０度（第２点灯モード）のとき、出力Ｖ０の周波数は２ｆ１となる。このため、デューティ比＝０．７５のときと同様、出力Ｖ０の周波数の値がｆ１であるか又は２ｆ１であるかを検知することにより、通信信号の解読が可能となる。

図９は、上記第２の実施形態に係る可視光通信システム１の第２の変形例における駆動電流Ｉａ、Ｉｂ波形等を示す。本変形例においては、可視光制御部５４が、駆動電流Ｉａ、Ｉｂのデューティ比が０．５となるように発振回路８１ａを制御している。また、受信器３の受光部３ａのフィルタ３２は、略０［Ｈｚ］及びｆ１を中心周波数とするバンドパスフィルタにより構成される。

本変形例においては、受光部３ａの出力Ｖ０の周波数が、駆動電流Ｉａ、Ｉｂ間の位相差θが０度（第１点灯モード）のときにｆ１となる。位相差θが１８０度（第２点灯モード）のときには、ＬＥＤユニット７Ａ、７Ｂのいずれか一方が点灯しているので、出力Ｖ０の周波数は略０となる。このため、デューティ比＝０．７５又は０．２５のときと同様、出力Ｖ０の周波数の値が０［Ｈｚ］であるか又はｆ１であるかを検知することにより、通信信号の解読が可能となる。すなわち、周波数の非検出と周波数ｆ１の検出とに基づき、通信信号の解読が可能となる。

図１０は、上記第２の実施形態に係る可視光通信システム１の第３の変形例を示す。この変形例に係る可視光通信システム１は、上記第２の実施形態の構成と比べ、照明器具２の構成が異なる。本変形例に係る照明器具２には、ＬＥＤ７が９個設けられており、これらは正方形状に３行３列に並べられている。例えば、図中で一番右の列に並べられた３個のＬＥＤ７と、中央の列で最下行に配置されたＬＥＤ７と、その上のＬＥＤ７とがＬＥＤユニット７Ａを構成する。また、一番左の列に並べられた３個のＬＥＤ７と、中央の列で最上行に配置されたＬＥＤ７とがＬＥＤユニット７Ｂを構成する。この変形例においても、ＬＥＤユニット７Ａ、７Ｂの光を用いた通信信号の送信が可能である。

なお、本発明は、上記の第１及び第２の実施形態の構成に限定されるものでなく、使用目的に応じ、様々な変形が可能である。例えば、インバータ回路５３Ａ、５３Ｂは、ハーフブリッジ式に限定されず、フルブリッジ式、一石式又は定電流プッシュプル式のインバータ回路であってもよい。また、スイッチング素子Ｑ１乃至Ｑ５は、ＭＯＳＦＥＴに限定されず、トランジスタ、ＧＴＯ（ＧａｔｅＴｕｒｎ−Ｏｆｆｔｈｙｒｉｓｔｏｒ）又はＩＧＢＴ（ＩｎｓｕｌａｔｅｄＧａｔｅＢｉｐｏｌａｒＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ）により構成されてもよい。また、第２の実施形態においては、駆動電流Ｉａ、Ｉｂのデューティ比が０．７５、０．２５又は０．５であるときの３例を示したが、デューティ比はこれらに限定されず、上記に示した値以外であってもよい。

本発明の第１の実施形態に係る可視光通信システムを示す構成図。上記可視光通信システムの受信器を示す構成図。上記照明器具の斜視図。（ａ）は上記照明器具の可視光制御部の構成図、（ｂ）は同可視光制御部における各点の信号波形図。上記照明器具の動作を説明するための信号波形を示す図。（ａ）は本発明の第２の実施形態に係る可視光通信システムを示す構成図、（ｂ）は同可視光通信システムの照明器具の平面図。上記照明器具の動作を説明するための信号波形を示す図。上記可視光通信システムの第１の変形例に係る照明器具の動作を説明するための信号波形を示す図。上記可視光通信システムの第２の変形例に係る照明器具の動作を説明するための信号波形を示す図。上記可視光通信システムの第３の変形例に係る照明器具の平面図。従来の照明器具のランプ電流波形を示す図。

符号の説明

１可視光通信システム
２照明器具
３受信器
４Ａランプ（第１の光源）
４Ｂランプ（第２の光源）
５点灯装置
５３Ａインバータ回路（第１の点灯回路部）
５３Ｂインバータ回路（第２の点灯回路部）
５４可視光制御部
７ＡＬＥＤユニット（第１の光源）
７ＢＬＥＤユニット（第２の光源）
８点灯装置
８１ＬＥＤ点灯回路（第１及び第２の点灯回路部）
８２可視光制御部

Claims

可視光通信を可能とする点灯装置において、
第１及び第２の光源と、
前記第１の光源を高周波信号を用いて点滅させる第１の点灯回路部と、
前記第２の光源を高周波信号を用いて点滅させる第２の点灯回路部とを備え、
前記第１及び第２の点灯回路部は、略同一の周波数で且つ略同一の位相で前記第１及び第２の光源を点滅させる第１の点灯モードと、略同一の周波数で且つ所定の位相差を持たせて前記第１及び第２の光源を点滅させる第２の点灯モードとを有し、前記第１及び第２の点灯モードを切替えて可視光通信を行うことを特徴とする点灯装置。
前記第１及び第２の光源は蛍光灯であり、前記所定の位相差は略９０度であることを特徴とする請求項１に記載の点灯装置。
前記第１及び第２の光源は発光ダイオードであり、前記所定の位相差は略１８０度であることを特徴とする請求項１に記載の点灯装置。
請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の点灯装置を備えることを特徴とする照明器具。
請求項４に記載の照明器具と、
前記第１及び第２の光源が発する光の合成出力を受信し、その光の合成出力の強弱を検知することにより、その強弱の周波数を検出し、それに基づいて可視光通信信号を解読する受信器と、を備えることを特徴とする可視光通信システム。