JP2009005304A - 照明システム - Google Patents

Abstract

【課題】照明システムにおいて、隣接する照明器具から光が重複して照射される領域においても高精度な可視光通信を可能とする。
【解決手段】照明システムは、可視光通信用信号を送信可能な照明器具２Ａ、２Ｂを備える。照明器具２Ａ、２Ｂは隣接している。照明器具２Ａ、２Ｂの各々は、それらから出力される可視光通信用信号が同期するように構成されている。また、照明器具２Ａ、２Ｂの各々は、それらから出力される可視光通信用信号の送信タイミングが相互にずれるように制御されている。このため、可視光通信用信号が同時に送信されることがなくなる。従って、隣接する照明器具２Ａ、２Ｂから光が重複して照射される領域においても、高精度な可視光通信が可能となる。
【選択図】図４

Description

本発明は、可視光通信用信号を送信可能な複数の照明器具を備えた照明システムに関する。

従来から、図６に示されるような照明システム１００が知られている。この照明システム１００は、可視光通信用信号を光源を用いて出力可能な複数の照明器具１０１と、照明器具１０１から送信された可視光通信用信号を受信可能な受信端末１０２とを備えている。この照明システム１００において、受信端末１０２が、隣接する照明器具１０１により重複して光照射される領域Ａ内に位置した状態で、照明器具１０１が同時に可視光通信用信号を出力した場合、受信端末１０２は、複数の可視光通信用信号のそれぞれから通信信号を高精度に抽出することは困難となる。

また、照明器具の各々が、可視光通信用信号を受信可能な受信部を有し、受信部により受信された可視光通信用信号に含まれる信号と、自身が出力した可視光通信用信号に含まれる通信信号とに基づいて、双方の一致、不一致の判別を行う照明システムが知られている（例えば、特許文献１参照）。この照明システムにおいては、判別結果が不一致である場合、照明器具は、他の照明器具と異なる所定時間の経過後に、同じ可視光通信用信号を再送信する。

しかしながら、特許文献１に記載の技術では、隣接する照明器具が同時に可視光通信用信号を出力した後の対策を施すことは可能であるが、それらの照明器具による可視光通信用信号の同時出力を防ぐことはできない。このため、隣接する照明器具により光が重複して照射される領域内では、依然として高精度な可視光通信を行うことが難しい。
特開２００５−１７６２５７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、隣接する照明器具から光が重複して照射される領域においても、高精度な可視光通信が可能な照明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、可視光通信用信号を送信可能な複数の照明器具を備えた照明システムにおいて、各照明器具は、それらから出力される可視光通信用信号が同期するように構成され、隣接する各照明器具は、それらから出力される可視光通信用信号の送信タイミングが相互にずれるように制御されているものである。

請求項１の発明によれば、可視光通信用信号が同時に送信されることがなくなるので、隣接する照明器具から光が重複して照射される領域においても、高精度な可視光通信が可能となる。

本発明の一実施形態に係る照明システムについて図面を参照して説明する。図１及び図２は、本実施形態に係る照明システム１の構成を示し、特に照明システム１の照明器具及び同期信号生成部の構成を示す。この照明システム１は、照明光により可視光通信用信号（以下、通信用信号という）を送信可能な複数の照明器具２と、照明器具２における通信用信号の送信動作を同期させるための同期信号を生成する同期信号生成部３と、照明器具２からの通信用信号を受信する受信器４とを備える。隣接する各照明器具２は、それらから出力される通信用信号の送信タイミングが相互にずれるように、すなわち通信用信号の送信期間（以下、通信期間という）が重複しないように制御されている。同図においては、隣接する２個の照明器具２として照明器具２Ａ、２Ｂが図示されている。照明器具２の個数は上記に限定されない。

照明器具２（照明器具２Ａ、２Ｂ）は、照明光を輻射するランプ２１と、ランプ２１に電力を供給するための直流電源２２とを備える。直流電源２２とランプ２１との間には、直流電源２２に接続された昇圧チョッパ回路２３と、この昇圧チョッパ回路２３と並列に接続され、さらにランプ２１が接続されたインバータ回路２４とが設けられている。インバータ回路２４は、高周波信号を用いてランプ２１を点滅させる回路である。

さらに、照明器具２は、インバータ回路２４における高周波信号の周波数を制御することにより通信制御を行う可視光制御部２５と、隣接する照明器具２との間で通信期間が重ならないように、同期信号生成部３からの同期信号に応じて可視光制御部２５を制御する排他制御回路２６と、を備える。この排他制御回路２６は、通信用信号の送信又はその停止を指示するための制御信号を可視光制御部２５に送出する。可視光制御部２５は、制御信号の内容が通信用信号の送信を指示するものである場合、所定の期間、通信用信号の値に応じて高周波信号の周波数を変化させる。このようにして、通信用信号が周波数変調されて受信器４に送信され、受信器４との間で通信が行われる。この間、ランプ２１は、通信用信号の送信手段及び照明手段として機能する。この期間は通信期間となる。また、可視光制御部２５は、制御信号の内容が通信用信号の送信停止を指示するものである場合、所定の期間、高周波信号の周波数を通信時とは異なる値とし、通信用信号の送信を停止する。この間、ランプ２１は照明手段としてのみ機能する。この期間は非通信期間となる。通信期間と非通信期間の時間的長さは略等しい。

ランプ２１は、例えば蛍光灯から成る。ランプ２１は、蛍光灯に限定されず、ＨＩＤ（High Intensity Discharge）ランプ等の放電灯により構成されていてもよい。ランプ２１の灯数は、１灯に限定されず、複数であってもよい。

直流電源２２では、商用電源２２ａの交流電圧が全波整流回路２２ｂ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２３に出力される。昇圧チョッパ回路２３では、スイッチング制御回路２３ａ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２２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２３の出力電圧としてインバータ回路２４のそれぞれに印加される。

インバータ回路２４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。この回路は、例えばＭＯＳＦＥＴから成るスイッチング素子Ｑ２、Ｑ３と、これらを駆動するための駆動回路２４ａとを有している。スイッチング素子Ｑ２、Ｑ３と駆動回路２４ａとは電気的に接続されている。この駆動回路２４ａは、スイッチング素子Ｑ２、Ｑ３の駆動のため、それらの素子への出力電圧をシフト可能なレベルシフト機能を有する。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２１が並列接続されている。ランプ２１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２４ａは、可視光制御部２５により制御されたスイッチング周波数でスイッチング素子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２３から直流電圧として入力されたエネルギーは、スイッチング素子Ｑ２、Ｑ３のオン・オフにより、高周波の交流電流（高周波信号）すなわちランプ電流ｉＬとしてランプ２１に供給される。以下、照明器具２Ａにおけるランプ電流ｉＬをｉＬａといい、照明器具２Ｂにおけるランプ電流ｉＬをｉＬｂという。

可視光制御部２５は、ＣＰＵを含むマイクロコンピュータ等により構成される。このマイクロコンピュータは、駆動回路２４ａによるスイッチング制御時のスイッチング周波数を制御することにより、ランプ電流ｉＬの周波数を制御する。この周波数制御は、排他制御回路２６からの制御信号及び受信器４へ送信する通信用信号に応じて行われる。

例えば、通信用信号がＨｉｇｈ、Ｌｏｗの２値を有し、制御信号の内容が通信用信号の送信を指示するものである場合、可視光制御部２５は、通信用信号の値Ｈｉｇｈに対応してランプ電流ｉＬの周波数が所定の期間だけｆ１となるようにスイッチング周波数を制御する。また、可視光制御部２５は、通信用信号の値Ｌｏｗに対応してランプ電流ｉＬの周波数が所定の期間だけｆ２となるようにスイッチング周波数を制御する。これらの期間の長さは略等しい。このため、通信期間中、所定の周期で、ランプ電流ｉＬの周波数がｆ１又はｆ２となることにより、ランプ２１の光出力の周波数がｆ１又はｆ２となる。その結果、通信用信号が周波数変調されて受信器４に送信される。通信用信号の値とランプ電流ｉＬの周波数との対応関係は上記に限定されない。

また、制御信号の内容が通信用信号の送信停止を指示するものである場合、可視光制御部２５は、ランプ電流ｉＬの周波数がｆ３となるようにスイッチング周波数を制御する。この非通信期間と通信期間との長さは略等しい。周波数ｆ１、ｆ２及びｆ３は、例えば数十ｋＨｚ程度であり、これらはｆ１≠ｆ２≠ｆ３を満たしている。また、ｆ１とｆ２の比は整数比になる。可視光制御部２５は、制御信号が２値を有する場合、制御信号を、その値に対応して通信用信号の送信指示又はその送信停止の指示として認識する。

排他制御回路２６は、ディップスイッチを含む。この排他制御回路２６は、専用線やＬＡＮケーブル等の電気通信線により同期信号生成部３と電気的に接続されており、同期信号生成部３からの同期信号を上記の電気通信線を介して受信する。排他制御回路２６は、ディップスイッチがオン状態であるか又はオフ状態であるかに応じて同期信号の値と制御信号の値との対応関係を変え、その制御信号を可視光制御部２５に出力する。

同期信号生成部３は、商用電源３１と、商用電源３１の交流電圧が正から負に又は負から正になるゼロクロスタイミングを検知するゼロクロス検知回路３２と、このゼロクロス検知回路３２の検知出力に応じてパルス信号を生成し、このパルス信号を同期信号として照明器具２に送信するパルス信号生成回路３３とを備える。

パルス信号生成回路３３は、パルス信号すなわち同期信号が、例えば、交流電圧が負から正になるゼロクロスタイミングに立ち上がり、交流電圧が正から負になるゼロクロスタイミングに立ち下がるようにそれを生成する。このようにして生成される同期信号は、Ｈｉｇｈ、Ｌｏｗの２値を有する。パルス信号生成回路３３は、複数の照明器具２に、例えば照明器具２Ａ、２Ｂに、この同じ同期信号を送出する。同期信号は、値が商用電源３１の交流電圧の周期でＨｉｇｈ又はＬｏｗに交互に変化するので、照明器具２の通信期間と非通信期間とは上記の周期で交互に切り替わる。このように、照明器具２の通信期間と非通信期間とは同期信号に応じて所定の周期で切り替わり、通信期間中には、ランプ電流ｉＬの周波数が所定の周期で通信用信号に対応した値となるので、複数の照明器具２で、それらから出力される通信用信号を同期させることができる。

次に、照明器具２の可視光制御部２５及び排他制御回路２６の動作の一例を説明する。ここで、同期信号はＨｉｇｈ、Ｌｏｗの２値を有するとする。また、可視光制御部２５は、制御信号の値がＨｉｇｈのときにそれを通信用信号の送信指示として認識し、制御信号の値がＬｏｗのときにそれを通信用信号の送信停止指示として認識するとする。なお、制御信号の値とその指示内容との対応関係は上記に限定されない。

同期信号の値がＨｉｇｈとなったとき、排他制御回路２６は、ディップスイッチがオン状態である場合、制御信号の値をＨｉｇｈにして出力する。この制御信号に応じて、可視光制御部２５は受信器４への通信用信号の送信を開始する。一方、ディップスイッチがオフ状態である場合、排他制御回路２６は、制御信号の値をＬｏｗにして出力する。この制御信号に応じて、可視光制御部２５は通信用信号の送信を停止する。

同期信号の値がＬｏｗとなったとき、排他制御回路２６は、ディップスイッチがオン状態である場合、制御信号の値をＬｏｗにして出力する。この制御信号に応じて、可視光制御部２５は通信用信号の送信を停止する。一方、ディップスイッチがオフ状態である場合、排他制御回路２６は、制御信号の値をＨｉｇｈにして出力する。この制御信号に応じて、可視光制御部２５は受信器４への通信用信号の送信を開始する。

従って、隣接する照明器具２において、一方の照明器具２のディップスイッチをオン状態とし、他方の照明器具２のディップスイッチをオフ状態とすることにより、同一の同期信号に基づいて、一方の照明器具２から通信用信号を送信させ、他方の照明器具２では通信用信号の送信を停止させることができる。このため、隣接する照明器具２において、それらから出力される通信用信号の送信タイミングを相互にずらすことができる。すなわち、通信期間が重複しないようにすることができる。なお、同期信号の値と、ディップスイッチのオン／オフ状態に応じた制御信号の値との対応関係は上記に限定されない。

図３は、受信器４の構成を示す。受信器４は、受光素子４０と、受光素子４０から出力される電気信号を増幅する増幅回路４１と、増幅回路４１により増幅された電気信号から、通信用信号に対応する周波数成分を抜き出すフィルタ４２と、フィルタ４２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４３と、波形整形回路４３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４４とを備える。受光素子４０は、例えばＰＩＮ（Positive Intrinsic Negative）フォトダイオードから成る。この受光素子４０は、ランプ２１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４０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４２は、例えばバンドパスフィルタから成り、通信用信号の値に対応する周波数ｆ１及びｆ２の成分を抜き出す。ゲート回路４４は、ゲート信号に基づいて駆動する。

また、受信器４は、水晶発振回路により構成されるクロック発生回路４５と、クロック発生回路４５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４６と、このゲート信号をゲート回路４４に加えるタイミングを制御するゲート制御回路４７と、を備える。

さらに、受信器４は、所定の期間にゲート回路４４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４８と、計数回路４８の出力に基づき、照明器具２出力の通信用信号を解読する解読部４９と、を備える。計数回路４８は、上記の周波数検出により、ランプ２１の光出力の強弱の周波数を検出する。解読部４９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４９は、周波数に対応付けされた通信用信号の値を記憶している。ランプ２１の光出力の周波数は通信用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、通信用信号の解読が可能となる。

図４は、同期信号と照明器具２Ａ、２Ｂのランプ電流ｉＬａ、ｉＬｂの波形の一例を示す。同期信号の値がＨｉｇｈであるとき、照明器具２Ａの排他制御回路２６は、制御信号の値をＨｉｇｈに設定し、この信号を可視光制御部２５に送出する。可視光制御部２５は、この制御信号をトリガとして、所定の期間、通信用信号に応じてランプ電流ｉＬａの周波数がｆ１又はｆ２となるように制御し、通信を行う。これに対して、照明器具２Ｂの排他制御回路２６は、制御信号の値をＬｏｗに設定し、この信号を可視光制御部２５に送出する。可視光制御部２５は、この制御信号をトリガとして、上記と同じ長さの期間、ランプ電流ｉＬｂの周波数がｆ３となるように制御し、通信を停止する。従って、照明器具２Ｂは通信について待機状態となる。

次に、同期信号の値がＬｏｗとなったとき、照明器具２Ａの排他制御回路２６は、制御信号の値をＬｏｗに設定し、この信号を可視光制御部２５に送出する。可視光制御部２５は、この制御信号をトリガとして、所定の期間、ランプ電流ｉＬａの周波数がｆ３となるように制御し、通信を停止する。従って、照明器具２Ａは通信について待機状態となる。これに対して、照明器具２Ｂの排他制御回路２６は、制御信号の値をＨｉｇｈに設定し、この信号を可視光制御部２５に送出する。可視光制御部２５は、この制御信号をトリガとして、上記と同じ期間、通信用信号に応じてランプ電流ｉＬｂの周波数がｆ１又はｆ２となるように制御し、通信を行う。

上記のように、隣接する照明器具２Ａ、２Ｂから出力される通信用信号の送信タイミングは相互にずれる。具体的には、照明器具２Ａが通信を行っている間、照明器具２Ｂは非通信状態となり、照明器具２Ｂが通信を行っている間、照明器具２Ａは非通信状態となる。このため、通信用信号が、隣接する照明器具２Ａ、２Ｂから同時に送信されることがなくなる。従って、隣接する照明器具２Ａ、２Ｂから光が重複して照射される領域においても、高精度な可視光通信が可能となる。

図５は、照明器具２におけるランプ電流ｉＬの振幅対周波数特性を示す。この特性に示されるように、ランプ電流ｉＬ（照明器具２Ａ、２Ｂにおいてはランプ電流ｉＬａ、ｉＬｂ）の振幅は特定の周波数ｆ０以上で低下する。この周波数ｆ０は共振周波数である。上述の振幅低下は、インバータ回路２４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いる。ランプ電流ｉＬの振幅とランプ２１の光出力とは略比例するので、上述の振幅低下によりランプ２１の光出力が低下する。

そこで、本実施形態においては、通信期間中のランプ電流ｉＬの周波数ｆ１、ｆ２と非通信期間中のランプ電流ｉＬの周波数ｆ３とが、共振周波数ｆ０以上の値となるように、且つ、ｆ１＜ｆ３＜ｆ２の関係を満たすように設定されている。さらに、周波数ｆ３として、そのときの振幅Ｉ３が、周波数がｆ１であるときの振幅Ｉ１とｆ２であるときの振幅Ｉ２の略中間の値となる周波数が設定されている。このため、通信期間の平均光出力と非通信期間の平均光出力を略等しくすることができる。従って、通信期間と非通信期間とで平均光出力が変動することにより生ずる光のちらつきを抑制することできる。

なお、本発明は、上記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２４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（Gate Turn-Off thyristor）又はＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）により構成されていても構わない。また、周波数ｆ３は、周波数ｆ１とｆ２の略中間の周波数であってもよい。また、照明システム１が３個以上の照明器具２を有する場合、個数に応じて所定の時間を分割し、それぞれに割り当ててもよい。

本発明の一実施形態に係る照明システムの構成図。 上記照明システムの同期信号生成部のブロック図。 上記照明システムの受信器のブロック図。 上記照明システムの動作を説明するための信号波形図。 上記照明システムの照明器具におけるランプ電流の振幅対周波数特性図。 従来の照明システムの構成図。

符号の説明

１ 照明システム
２、２Ａ、２Ｂ 照明器具
２１ ランプ
２６ 排他制御回路
３ 同期信号生成部
４ 受信器

Claims (1)

1. 可視光通信用信号を送信可能な複数の照明器具を備えた照明システムにおいて、
   各照明器具は、それらから出力される可視光通信用信号が同期するように構成され、
   隣接する各照明器具は、それらから出力される可視光通信用信号の送信タイミングが相互にずれるように制御されていることを特徴とする照明システム。

Images