JP2010232912A - 照明光伝送システム - Google Patents

Abstract

【課題】交流電源ＡＣの周波数変動に伴う伝送エラーを防止し、データを効率よく伝送することが可能な照明光伝送システムを提供する。
【解決手段】光源３から照射する照明光にデータを重畳させて伝送する照明器具Ｔと、照明光に重畳されたデータを受信する受信装置Ｒとを有する照明光伝送システムであって、照明器具Ｔは、交流電源ＡＣから電源の供給を受けて光源３を点灯させる点灯手段５と、該点灯手段５を制御して光源３から照射される照明光に前記データを重畳する制御手段２と、交流電源ＡＣのゼロクロス点を含む所定期間を検出するゼロクロス点検出手段６と、を備え、制御手段２は、ゼロクロス点検出手段６が検出した所定期間において、前記データに該データ内容とは異なるダミーデータを割り込ますように制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、光源から照射する照明光にデータを重畳させて伝送する照明器具と、照明光に重畳されたデータを受信する受信装置と、を有する照明光伝送システムに関する。

従来から、蛍光灯や発光ダイオードなどの光源から照射する照明光にデータを重畳させて伝送する照明器具と、照明光に重畳されたデータを受信する受信装置とを有する照明光伝送システムの研究開発が行われている。

この種の照明光伝送システムに用いられる照明器具として、たとえば、図５（ａ）に、光源３として蛍光灯ＦＬを用いた照明器具Ｔの構成例を示す。照明器具Ｔは、商用電源よりなる交流電源ＡＣからの交流電力を整流平滑する直流電源回路４と、直流電源回路４からの電力で蛍光灯ＦＬを点灯させる点灯手段５と、点灯手段５を制御して蛍光灯ＦＬから照射される照明光にデータを重畳させる制御手段２’を備えている。

照明器具Ｔの直流電源回路４は、交流電源ＡＣを整流する整流器ＤＢと、該整流器ＤＢと並列接続され前記整流器ＤＢからの出力を平滑にする平滑用の電解コンデンサＣ２とを備えている。

また、照明器具Ｔの点灯手段５は、直流電源回路４の出力端間に直列接続されたＭＯＳＦＥＴからなるスイッチング素子Ｑ１およびスイッチング素子Ｑ２を備え、スイッチング素子Ｑ２の両端間には、チョークコイルＬ１およびコンデンサＣ４が直列に接続されている。蛍光灯ＦＬは、コンデンサＣ４と並列接続されるかたちで、蛍光灯ＦＬの各フィラメントがチョークコイルＬ１およびコンデンサＣ４のＬＣ直列共振回路上に設けられている。なお、コンデンサＣ３は、蛍光灯ＦＬへ流れる電流から直流成分を除去するための直流カット用にチョークコイルＬ１と直列接続されたものであり、コンデンサＣ４よりも大きい容量に設定されている。

点灯手段５の駆動回路７は、蛍光灯ＦＬの予熱、始動および点灯用の周波数の駆動信号を出力する。駆動信号に基づいて、点灯手段５のスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２が交互にオン、オフすることにより、蛍光灯ＦＬが点灯する。制御手段２’は、照明光に重畳させるデータを出力する信号源１および明るさセンサ端末からの調光信号を受信する調光信号受信部８の情報に基づいて、駆動回路７を制御する。

かかる照明器具Ｔでは、ＬＣ共振型の点灯手段５が、直流電源回路４からの直流電源電圧を高周波電圧に変換して蛍光灯ＦＬを高周波点灯する。そのため、蛍光灯ＦＬの点灯時における点灯手段５の出力特性は、図６に示すように蛍光灯ＦＬを点灯させる点灯手段５の動作周波数に対して点灯手段５から蛍光灯ＦＬへ供給するランプ電力が共振周波数ｆ０にピークを持つ山型の波形となる。たとえば、点灯手段５の動作周波数を定格点灯時の周波数ｆ１（＞ｆ０）から変調させた変調周波数ｆ２（＞ｆ１）に上昇させることで、点灯手段５から蛍光灯ＦＬへのランプ電力を減少させて蛍光灯ＦＬの光出力を低下させることができる。なお、点灯手段５の動作周波数は、通常、蛍光灯ＦＬの発光効率や点灯手段５を構成する回路部品の寸法、発熱、ノイズ規制等を考慮して、４０ｋＨｚから１００ｋＨｚに設定してある。

そのため、図５（ｂ）に示すように点灯手段５は、信号源１からの送信データ“０”に対応する制御手段２’からの周波数制御信号が“Ｈｉｇｈ”のときに、動作周波数を周波数ｆ１として蛍光灯ＦＬを定格点灯させる。また、点灯手段５は、信号源１からの送信データ“１”に対応する制御手段２’からの周波数制御信号が“Ｌｏｗ”のときに、動作周波数を変調周波数ｆ２として蛍光灯ＦＬからの光出力を低下させることができる。

したがって、制御手段２’は、点灯手段５の動作周波数を変調させる周波数偏移変調（frequency shift keying;以下、ＦＳＫという。）を行うことで、信号源１からの送信データを蛍光灯ＦＬから照射する照明光に重畳することができる。

一方、照明光伝送システムにおける受信装置では、照明器具Ｔ側からの照明光を光電変換素子により電気信号に変換するとともに、該電気信号から帯域通過フィルタを利用して変調周波数ｆ２の周波数成分を弁別し、弁別された周波数成分から元のデータを復調することができる。

しかしながら、上述の蛍光灯ＦＬを用いた照明器具Ｔにおいて、直流電源回路４に設けられる平滑用の電解コンデンサＣ２が理想的なコンデンサであれば、その両端電圧は完全な直流電圧となるが、電解コンデンサＣ２の内部抵抗による影響や照明器具Ｔのサイズ制約により十分な容量の電解コンデンサＣ２が搭載できない場合もあり、実質的には電解コンデンサＣ２の両端電圧に、その大きさが時間の経過とともに変化する変動電圧（以下、リップルという。）が生じる。

その結果、点灯手段５から蛍光灯ＦＬへの出力電力も交流電源ＡＣの周波数変動における交流電力のゼロ地点（以下、ゼロクロス点という）、ここでは、交流電圧のゼロボルト付近で低下する。このような点灯手段５における出力電力のリップルによる低下を防止するため、一部の照明器具Ｔにおいては、点灯手段５の出力電圧を検出し該検出した電圧がリップルにより低下した場合には、点灯手段５の動作周波数を下げ点灯手段５から蛍光灯ＦＬへの出力電力を一定の値とするフィードバック制御を行うものもある。

ところで、照明器具Ｔ側の光源３からの光出力が交流電源ＡＣのゼロクロス点付近で低下することを防止するために、点灯手段５の動作周波数を調整してフィードバック制御すると、照明器具Ｔ側の光源３から照射される照明光に信号源１からのデータを重畳させて伝送する場合に受信装置側で伝送エラーを生ずる場合がある。

照明器具Ｔ側におけるフィードバック制御は、図６に示す蛍光灯ＦＬの電力周波数特性からわかるように、蛍光灯ＦＬの動作周波数を低下させランプ電力を増加させて蛍光灯ＦＬからの光出力を向上させるように行う。そのため、定格点灯時の周波数ｆ１は、より低い周波数ｆ１’に移行する。同様に、変調周波数ｆ２は、より低い周波数ｆ２’へ連続的に移行する。したがって、照明器具Ｔ側では、交流電源ＡＣのゼロクロス点付近で点灯手段５から蛍光灯ＦＬに供給される動作周波数が下がり、周波数ｆ２’が定格点灯時の周波数ｆ１に近づくことになる。これに対して、受信装置側では、定格点灯時の周波数ｆ１と周波数ｆ２’との差が定格点灯時の周波数ｆ１と変調周波数ｆ２とを弁別する２値化の判定値より小さくなると、ＦＳＫ変復調方式における２値化で誤判定が生じ照明光に重畳されたデータを復元できない場合がある。

また、最近では照明用の光源として、発光ダイオードが注目されており、発光ダイオードを光源とする照明器具Ｔを利用した照明光伝送システムも提案されている。この種の発光ダイオードを光源とする照明器具Ｔは、たとえば、図７（ａ）に示すように商用電源よりなる交流電源ＡＣを整流平滑して直流電力に変換する直流電源回路４と、直流電源回路４からの電流により複数個の発光ダイオード３ａを用いた光源３’を点灯させる点灯手段５’と、点灯手段５’を制御する制御手段２”とを備えている。

ここで、光源３’は、複数個の発光ダイオード３ａの直列回路を並列接続して構成している。また、点灯手段５’は、複数個の発光ダイオード３ａの直列回路にそれぞれ接続される限流用の抵抗Ｒ０と、光源３’に直列接続されたＭＯＳＦＥＴからなるスイッチング素子Ｑ３と、スイッチング素子Ｑ３を駆動する駆動回路７とで構成している。制御手段２”は、信号源１からの出力に基づいてデータを照明光に重畳させるように駆動回路７を制御する。なお、直流電源回路４は、ダイオードブリッジを用いた整流器と平滑用の電解コンデンサとの組み合わせや昇圧チョッパ回路と平滑用の電解コンデンサとの組み合わせなどにより構成できる。

このような発光ダイオード３ａを用いた照明器具Ｔの動作を図７（ｂ）に示す。たとえば、点灯手段５’の駆動回路７は、信号源１からの送信データ“１”に対応する制御手段２”からの駆動回路制御信号が“Ｌｏｗ”のときに、スイッチング素子Ｑ３をオンする。これにより、照明器具Ｔでは、光源３’側にＬＥＤ電流を流し、光源３’から光出力を得ることができる。また、点灯手段５の駆動回路７は、信号源１からの送信データ“０”に対応する制御手段２”からの駆動回路制御信号が“Ｈｉｇｈ”のときに、スイッチング素子Ｑ３をオフにする。これにより、照明器具Ｔでは、光源３’側へ流れるＬＥＤ電流を停止させ光源３’を消灯する。

したがって、制御手段２”は、点灯手段５からのＬＥＤ電流量を制御する振幅偏移変調（Amplitude-shiftkeying; 以下、ＡＳＫという）を行うことができ、信号源１から出力された送信データを光源３’から照射する照明光に重畳することができる。

しかしながら、発光ダイオード３ａを光源３’とする照明器具Ｔは、上述の蛍光灯ＦＬを用いた照明器具Ｔと同様に、交流電源ＡＣを直流電源回路４によって整流平滑し、点灯手段５”を介して光源３’に電力を供給する。そのため、直流電源回路４から出力される直流電力には、直流電源回路４に設けられる平滑用の電解コンデンサの影響によりリップルが生ずる。その結果、照明器具Ｔの制御手段２”は、信号源１からの送信データに基づき光源３’からの光出力が所定の闘値より高くなるように駆動回路制御信号により点灯手段５’を制御するにもかかわらず、光源３’からの光出力が交流電源ＡＣのゼロクロス点付近でリップルにより低下する。これに対して、受信装置側では、照明光に重畳されたデータである光源３’からの光出力の差がリップルにより、光源３’からの光出力の差を弁別する２値化の判定の値より小さくなると、ＡＳＫ変復調方式における２値化で誤判定が生じ照明光に重畳されたデータを復元できない場合がある。

このような交流電源ＡＣのゼロクロス点付近で受信装置側が誤判定することを回避可能な照明光伝送システムとして、照明器具Ｔが、交流電源ＡＣのゼロクロス点を含む所定期間では、光源３たる蛍光灯ＦＬからの照明光に信号源１からのデータを重畳せることを避けた照明光伝送システムが提案されている（たとえば、特許文献１参照）。

この照明光伝送システムでは、前記所定期間に光源３たる蛍光灯ＦＬからの照明光に信号源１からのデータを重畳せることを避け、代わりに点灯手段５から蛍光灯ＦＬに供給されるランプ電流の周波数を、定格点灯時の周波数ｆ１および変調周波数ｆ２に対応する光出力の平均値に一致した光出力となる周波数ｆ３となるように制御手段２で点灯手段５を制御している。これにより、照明器具Ｔ側が、データを伝送していないときにおいても、データの伝送時と非伝送時における照明光の光出力変動を抑制することが可能としてある。

特開２００７−２６７０４０号公報

しかしながら、照明器具Ｔ側が、受信装置側の誤判定を避けるために、交流電源ＡＣにおけるゼロクロス点付近で単に送信データの伝送を避ける伝送の禁止期間を設けると、データのデータ長やデータの送信タイミングに制約が生じ、効率よくデータを伝送できない場合がある。近年、伝送されるデータ量は、画像データなど、より大きくなる傾向にある。そのため、照明光伝送システムにおいても、より効率よくデータを伝送する必要性がある。

本発明は上記事由に鑑みてなされたものであり、その目的は、交流電源の周波数変動に伴う伝送エラーを防止し、データを効率よく伝送することが可能な照明光伝送システムを提供することにある。

請求項１の発明は、光源から照射する照明光にデータを重畳させて伝送する照明器具と、照明光に重畳されたデータを受信する受信装置とを有する照明光伝送システムであって、前記照明器具は、交流電源から電源の供給を受けて前記光源を点灯させる点灯手段と、該点灯手段を制御して前記光源から照射される照明光に前記データを重畳する制御手段と、前記交流電源のゼロクロス点を含む所定期間を検出するゼロクロス点検出手段と、を備え、前記制御手段は、前記ゼロクロス点検出手段が検出した所定期間において、前記データに該データ内容とは異なるダミーデータを割り込ますことを特徴とする。

この発明によれば、交流電源のゼロクロス点を含む所定期間において、データに該データ内容とは異なるダミーデータを割り込ますことで、交流電源の周波数変動に伴う伝送エラーを防止し、データを効率よく伝送することが可能な照明光伝送システムとすることができる。すなわち、交流電源のゼロクロス点を考慮してデータの長さや伝送するタイミングを決定する必要もなく、データにおける一部の伝送エラーで、データにおける他の有効なデータを含めて全体が伝送エラーとなることを防ぐこともできる。

請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記制御手段は、前記ダミーデータによって臨界融合周波数の逆数となる時間における前記照明光の平均出力値が略一定となるように前記点灯手段を制御することを特徴とする。

この発明によれば、前記ダミーデータを利用して照明光の平均出力値を略一定としているので、データが重畳された照明光のチラツキにより快適性が阻害されることを抑制することができる。

請求項１の発明は、照明器具の制御手段が、ゼロクロス点検出手段が検出したゼロクロス点を含む所定期間において、データに該データ内容とは異なるダミーデータを割り込ますことにより、交流電源の周波数変動に伴う伝送エラーを防止し、データを効率よく伝送することが可能な照明光伝送システムにできるという効果がある。

本実施形態の照明光伝送システムを示し、（ａ）は照明器具のブロック図、（ｂ）は受信装置のブロック図である。 同上の照明器具の回路図である。 同上のタイミングチャートである。 同上の動作説明図である。 従来の照明光伝送システムを示し、（ａ）は照明器具のブロック図、（ｂ）は動作説明図を示す。 同上の蛍光灯を用いた照明器具における電力周波数特性の説明図である。 従来の別の照明光伝送システムを示し、（ａ）は照明器具のブロック図、（ｂ）は動作説明図を示す。

（実施形態１）
以下、本実施形態の照明光伝送システムについて、図１および図２を用いて説明する。

本実施形態の照明光伝送システムは、光源３から照射する照明光にデータを重畳させて伝送する照明器具Ｔと、照明光に重畳されたデータを受信する受信装置Ｒとを有する照明光伝送システムであって、照明器具Ｔは、商用電源よりなる交流電源ＡＣからの交流電力を整流平滑にして直流電力に変換する直流電源回路４と、直流電源回路４からの電力に基づいて光源３たる蛍光灯ＦＬを点灯させる点灯手段５と、蛍光灯ＦＬからの照射される照明光に重畳させるデータを出力する信号源１と、交流電源ＡＣのゼロクロス点を含む所定期間を検出するゼロクロス点検出手段６と、信号源１とゼロクロス点検出手段６からの出力に基づいて点灯手段５を制御する制御手段２と、を備え、制御手段２は、ゼロクロス点検出手段６が検出した所定期間において、前記データに該データ内容とは異なるダミーデータを割り込ますように構成している。

以下、本実施形態の照明光伝送システムに用いられる各構成について詳述する。照明光伝送システムの照明器具Ｔについて最初に説明する。

照明光伝送システムにおける照明器具Ｔは、光源３から照明光を照射させるほか、光源３から照射させる照明光にデータを重畳させて伝送することができるものである。

照明器具Ｔの直流電源回路４としては、光源３を点灯せるために交流電源ＡＣから点灯手段５に電力の供給を行う直流電力を生成するものである。より具体的には、直流電源回路４は、図２に示すように交流電源ＡＣからの交流電力をダイオードブリッジＤＢ（Ｄ１からＤ４）からなる整流器によって全波整流し、ダイオードブリッジＤＢの出力端間に接続した平滑用の電解コンデンサＣ２により、電圧を平滑にして直流電力に変換している。なお、図２の構成に限らず入力電流歪みを改善するために交流電源ＡＣからの交流電力を直流電力に変換して、平滑用の電解コンデンサＣ２に出力する昇圧型チョッパ回路を用いてもよい。また、光源３として発光ダイオードを用いる場合は、ＤＣ−ＤＣコンバータ回路を挿入して降圧することにより直流電力を得ることもできる。

照明器具Ｔ側から照明光を照射する光源３としては、データを重畳可能な照明光が照射できる光源３であればよく、蛍光灯ＦＬだけでなく、発光ダイオードや有機ＥＬ素子などの半導体発光素子を用いることもできる。半導体発光素子を光源３とした場合、高速に点滅駆動できるため照明光を制御しやすく照明光にデータを比較的容易に重畳させることができる。

照明器具Ｔの点灯手段５は、光源３を点灯させるものであって、たとえば、光源３として蛍光灯ＦＬを用いる場合は、ハーフブリッジ式インバータ回路など調光制御可能な放電灯点灯用のインバータ回路を用いることができる。また、光源３として、発光ダイオードを用いる場合は、パルス点灯が可能な発光ダイオード用の点灯手段を用いればよい。点灯手段５は、制御手段２からの制御信号に従って直流電源回路４からの直流電力を光源３に供給することができる。より具体的には、点灯手段５は、直流電源回路４の出力端間に直列に接続されたＭＯＳＦＥＴからなるスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２を備え、光源３たる蛍光灯ＦＬ用の共振回路部としてスイッチング素子Ｑ２の両端間に直列に接続されるチョークコイルＬ１およびコンデンサＣ４を備える構成とすることができる。

ここで、点灯手段５に接続される蛍光灯ＦＬは、点灯手段５のコンデンサＣ４と並列に接続され、蛍光灯ＦＬの各フィラメントが点灯手段５のチョークコイルＬ１およびコンデンサＣ４のＬＣ直列共振回路上に直列に設けられている。点灯手段５のコンデンサＣ３は、蛍光灯ＦＬへ流れる電流から直流成分を除去するための直流カット用にチョークコイルＬ１と直列接続されたものであり、コンデンサＣ４よりも大きい容量（たとえば、１０倍以上）に設定してある。そして、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２は、制御手段２からの制御信号に基づいた駆動回路７からの駆動信号によって交互にオン、オフされ高周波電力を生成する。

点灯手段５の駆動回路７は、制御手段２からの制御信号に基づいて駆動信号によってスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２を駆動するものである。たとえば、駆動回路７は、蛍光灯ＦＬの予熱、始動および点灯用の駆動信号をスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２に出力するほか、周波数変調によりデータを重畳するための駆動信号をスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２に出力する。より具体的には、駆動回路７は、蛍光灯ＦＬを点灯するために前記共振回路部における共振周波数よりも高い周波数の電力が蛍光灯ＦＬに供給されるようにスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２のオン、オフ動作を制御する。このような駆動回路７は、パワーＭＯＳＦＥＴからなるスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２を駆動する回路であって、たとえば点灯手段５がハーフブリッジ式インバータ回路の場合は、２つのスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２を所定の周波数で交互にオンとオフとを制御することが可能なものである。なお、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２は、パワーＭＯＳＦＥＴの代わりにバイポーラトランジスタなどにより構成させてもよい。

本実施形態において、信号源１は照明光伝送システムで伝送されるデータを出力するものであり、たとえば、メモリ回路としてＥＥＰＲＯＭなどの不揮発性メモリにより構成することができる。なお、同一のデータを繰り返し出力する構成の場合には、たとえば、ディップスイッチなどにより構成させることができる。信号源１から出力するデータとして、たとえば、歩行者ナビゲーション用の位置アドレス情報や位置アドレスに応じた音声情報や画像情報などが挙げられる。

照明器具Ｔのゼロクロス点検出手段６は、照明器具Ｔ側が受信装置Ｒ側での伝送エラーを避けるために、交流電源ＡＣのゼロクロス点を含む所定期間を検出可能なものである。ゼロクロス点検出手段６は、前記所定期間を検出するために、たとえば、交流電源ＡＣを整流した直流電源回路４の電圧に対して、所定電圧以下を検出する回路で構成することができる。すなわち、前記所定電圧以下の期間を、交流電源ＡＣのゼロクロス点を含む所定期間とみなしており、照明器具Ｔ側が受信装置Ｒ側での伝送エラーを避けるために適宜設定することができる。また、ゼロクロス点検出手段６は、所定電圧以下を検出した場合にゼロクロス点検出信号を出力させることができるように構成してある。

同様に、直流電源回路４が交流原電ＡＣを半波整流する場合、ゼロクロス点検出手段６は、所定電圧以上から所定電圧未満に低下した電圧変化を検出する立下りトリガの検出を行う回路で構成することができる。この場合、ゼロクロス点検出手段６が交流電源ＡＣのゼロクロス点を検出可能なのは、半波整流の立下りポイントだけになる。

そのため、交流電源ＡＣの立ち上がりポイントは、ゼロクロス点検出手段６にタイマー機能を別途内蔵させ、交流電源ＡＣの立下りポイントから交流電源ＡＣの半周期後（たとえば、５０Ｈｚの場合、１０μｓ）をゼロクロス点検出手段６の前記タイマー機能を用いて検出することもできる。直流電源回路４が全波整流の場合、ゼロクロス点検出手段６は、所定電圧以下を検出しても良いし、半波整流との同様の立下りトリガを検出することのどちらの検出方法でも選択することができる。

このようなゼロクロス点検出手段６によって、交流電源ＡＣの周波数変動における周期的なゼロクロス点を含む所定期間を検出することが可能となる。そのためゼロクロス点検出手段６は、たとえば、図２に示す直流電源回路４のダイオードブリッジＤＢと並列に接続された分圧抵抗Ｒ１，Ｒ２と、定電圧回路（図示しない）で作成された制御電圧Ｖｃｃを分圧する分圧抵抗Ｒ３，Ｒ４と、分圧抵抗Ｒ１，Ｒ２と分圧抵抗Ｒ３，Ｒ４で分圧された値をそれぞれ入力されるコンパレータＣＰで構成することができる。

ゼロクロス点検出手段６のコンパレータＣＰは、分圧抵抗Ｒ１、Ｒ２で分圧した検出電圧Ｖｘと、定電圧回路で作成された制御電圧Ｖｃｃを分圧抵抗Ｒ３，Ｒ４で分圧した基準電圧Ｖｔｈと、を比較する。コンパレータＣＰは、検出電圧Ｖｘが基準電圧Ｖｔｈよりも低いときに“Ｈｉｇｈ”のゼロクロス点検出信号を制御手段２に出力する。なお、分圧抵抗Ｒ１と平滑用の電解コンデンサＣ２との間には、平滑用の電解コンデンサＣ２の充電電荷が分圧抵抗Ｒ１、Ｒ２を介して放電しないよう直流電源回路４から整流平滑された電力が流れる向きにダイオードＤ５が挿入されている。また、分圧抵抗Ｒ２と並列に接続されているコンデンサＣ１によって脈流電圧に含まれる高調波成分がコンパレータＣＰに入力されることを防いでいる。

なお、ゼロクロス点検出手段６は、分圧抵抗Ｒ１，Ｒ２を用いた電圧検出手段による電圧検出でゼロクロス点を検出するだけでなく、カレントトランスなどを用いた電流検出手段による電流検出でゼロクロス点を検出するようにしてもよい。

次に、本実施形態の照明器具Ｔにおける制御手段２は、光源３たる蛍光灯ＦＬの始動および点灯のほか、蛍光灯ＦＬからの照明光に信号源１から出力された送信データを重畳させるよう点灯手段５の駆動回路７を制御するものであってマイクロコンピュータ等で構成することができる。

照明器具Ｔが周波数変調制御により蛍光灯ＦＬからの照明光にデータを重畳させる場合、制御手段２は、信号源１から出力された送信データに対応する周波数制御信号に応じて、点灯手段５の駆動回路７を周波数変調することにより、蛍光灯ＦＬからの光出力を変化させ前記送信データを蛍光灯ＦＬからの照明光に重畳させる制御を行う。

たとえば、照明器具Ｔ側が所定ビットのデータを蛍光灯ＦＬからの照明光に重畳させてビット毎に順次伝送する場合、信号源１からの送信データの内容が“１”であるとき、制御手段２は、送信データ“１”に対応する制御信号“Ｈｉｇｈ”に応じて、蛍光灯ＦＬを所定時間、定格点灯時の周波数ｆ１よりも高く変調した変調周波数ｆ２に切り替える。同様に、信号源１からの送信データの内容が“０”であるとき、制御手段２は、送信データ“０”に対応する制御信号“Ｌｏｗ”に応じて、蛍光灯ＦＬを所定時間、定格点灯時の周波数ｆ１に切り替える。このように制御手段２が蛍光灯ＦＬの動作周波数を切り替えるように点灯手段５を制御することで、データを順次伝送することができる。なお、送信データの“１”，“０”と制御信号の“Ｈｉｇｈ”，“Ｌｏｗ”との関係は逆でもよい。また、制御信号の“Ｈｉｇｈ”，“Ｌｏｗ”と動作周波数ｆ１，ｆ２との関係は逆であってよい。

本実施形態において制御手段２は、ゼロクロス点検出手段６からのゼロクロス点検出信号により、交流電源ＡＣのゼロクロス点を含む所定期間において信号源１からのデータに割り込むように該データ内容とは異なるダミーデータを送る。そのため、所定期間中において信号源１からのデータは、一時的にダミーデータに置き換えられ、照明光にダミーデータが重畳されて照明器具Ｔ側から受信装置Ｒ側に伝送される。ここで、ダミーデータとは、信号源１から出力される歩行者ナビゲーション用の位置アドレス情報や位置アドレス情報に応じた音声情報や画像情報などのデータの内容とは異なるものである。

そのため、前記ダミーデータを用いて、照明器具Ｔ側の光源３から照射される照明光の平均出力が一定となるように構成するなど他の機能を持たせることもできる。信号源１から出力されたデータに該データ内容とは異なるダミーデータを割り込ませ、信号源１から出力されるデータの伝送が一時的に停止させる交流電源ＡＣのゼロクロス点を含む所定期間は、少なくとも受信装置Ｒ側でデータを誤判定など伝送エラーが生ずる可能性のある期間とし、直流電源回路４における平滑用の電解コンデンサＣ２の両端電圧に生ずるリップルの期間とすることができる。

なお、本実施形態において、信号源１からのデータはパケット通信方式によって伝送することができる。パケット通信方式では、データを複数個の送信先アドレスなどの制御情報が付加された小さなかたまりとなるパケットに分割して送受信する。ここで、スタートビットからストップビットまでのデータのまとまりとなる送信パケットは、受信装置Ｒでデータを誤判定など伝送エラーが生ずるリップルの期間を避けて伝送するよう設定すればよいが、前記所定期間をまたいで送信パケットが続く場合は、パケットを分割してもよい。パケットを分割させる場合は、送信先アドレスなどの制御情報が増えることになるので、送信パケットに停止ビットと再開ビットを定義してその期間のデータを無視すればよい。

なお、交流電源ＡＣの電源電圧波形は、負荷となる光源３側の入力インピーダンスや給電線の線路インピーダンス等の影響で位相が変化して交流電力ＡＣのゼロクロス点がずれる場合がある。また、照明器具Ｔから発生するノイズ等の影響で交流電力ＡＣのゼロクロス点がずれる場合もある。その結果、ゼロクロス点検出信号６からのゼロクロス検出信号の出力タイミングもずれてしまう場合もある。この場合、送信データに割り込ませたダミーデータ部分以外のデータ部分が正常に受信することができない可能性がある。また、日本国内においては、商用電源よりなる交流電源ＡＣの電源周波数は、５０Ｈｚまたは６０Ｈｚの何れかしか存在しないから、ゼロクロス点検出手段６は、必ずしも全ての交流電力ＡＣのゼロクロス点を含む所定期間を検出する必要もない。

そこで、制御手段２にゼロクロス点検出手段６から入力するゼロクロス点検出信号を無効とする休止期間を設定し、この休止期間中、制御手段２が休止期間外（たとえば、交流電源ＡＣの投入時）に検出されたゼロクロス点を基準とした一定の周期中は、照明光に重畳されるデータに該データ内容とは異なるダミーデータを割り込ますように設定しても良い。この期間を調整することにより、たとえば、交流電源ＡＣのゼロクロス点がずれても、データにおける一部の伝送エラーでデータにおける他の有効なデータを含めてデータ全体を無効とすることなく照明光に重畳してデータを適切に伝送することができる。

すなわち、制御手段２においては、電源投入時からゼロクロス点検出手段６で検出される複数回分のゼロクロス点検出信号の間隔を調べ、その間隔がほぼ一定とみなせるときにゼロクロス点検出信号に同期した周期的な基準信号を内部で発生させる。また、制御手段２は、前記基準信号の立ち上がり時点から計時回路に遅延時間の計時を開始させ、計時回路による遅延時間の計時が完了するまでの期間中、信号源１から出力され照明光に重畳しているデータ中のデータ内容をダミーデータに切り替えればよい。さらに、制御手段２では、ゼロクロス点検出手段６が出力するゼロクロス点検出信号を常時監視し、ゼロクロス点検出信号の間隔がほぼ一定と判断されたときに基準信号の周期をゼロクロス点検出信号に基づいて修正してもよい。

次に、本実施形態の照明光伝送システムにおける受信装置Ｒについて説明する。

受信装置Ｒは、照明光伝送システムにおける照明器具Ｔ側の光源３が照射した照明光に重畳されたデータを受信可能なものである。そのため、受信装置Ｒは、図１（ｂ）に示すように前記照明光を電気信号に変換する光電変換回路２０と、光電変換回路２０から出力される電気信号を増幅する増幅回路２１と、増幅回路２１で増幅された電気信号から照明光に重畳されたデータを照明光から復調する復調回路２２と、復調回路２２で復調されたデータ（受信データ）を処理する受信データ処理回路２３とを備えている。たとえば、受信装置Ｒは、照明光を光電変換した電気信号からＡＳＫ復調方式あるいはＦＳＫ復調方式によって、２値化信号にしたデジタルデータに変換する。このとき、ダミーデータをデータの復元から無視あるいは除去すればよい。

受信装置Ｒに用いられる光電変換回路２０は、光源３からの照明光を受光して入力信号を得ることができるものである。光電変換回路２０は、たとえば、照明光に重畳されているデータの周波数成分を透過する光学フィルタと、光学フィルタを透過した周波数成分を電気信号に変換する光電変換素子と、光電変換素子からの出力電流を電圧に変換する電流電圧変換器と、を備えている。光電変換素子としては、ｐｉｎ型フォトダイオード、フォトトランジスタや増幅器を集積したフォトＩＣなどを用いることができる。

増幅回路２１は、光電変換回路２０の出力が復調回路２２で処理できない低レベルの場合に、増幅するため好適に設けられるものであり、汎用のオペアンプＩＣで構成される差動増幅回路を用いることができるし、オペアンプＩＣの代わりにトランジスタで構成させてもよい。

復調回路２２は、光電変換回路２０で得られた電気信号を復調して、前記電気信号に含まれるデータを得るためのものである。復調回路２２は、たとえば、帯域通過フィルタを構成するフィルタ回路部と、帯域通過フィルタを通過した受信信号の信号レベルを予め設定した閾値と比較する比較回路からなる復調回路出力部と、を備えて構成することができる。

復調回路２２に用いられるフィルタ回路部は、光電変換回路２０で得られた電気信号から、たとえば、変調周波数ｆ２に対応する周波数の成分を含む信号を抽出するものである。ここで、照明器具Ｔ側の光源３たる蛍光灯ＦＬに流れるランプ電流は、交流電流であり点灯手段５の動作周波数に同期して周期的に変化する。しかしながら、蛍光灯ＦＬは、点灯手段５の動作周波数の一周期あたりに二度点滅するため、蛍光灯ＦＬの光出力となる点灯周波数は、点灯手段５における動作周波数の２倍の周波数で変化する。そのため、帯域通過フィルタにおける通過帯域の中心周波数を変調周波数ｆ２の２倍に設定してある。

復調回路２２のフィルタ回路部は、光電変換回路２０で受光した照明光の周波数が変調周波数ｆ２に対応する周波数である場合に出力し、それ以外の場合では帯域通過フィルタの通過帯域外の周波数となって出力しないように構成してある。

復調回路２２の復調回路出力部は、前記フィルタ回路部からの出力に応じて、データに対応する信号を出力するものである。たとえば、復調回路出力部は、コンパレータにより構成し、変調周波数ｆ２の２倍の周波数成分が帯域通過フィルタを透過したときに“Ｈｉｇｈ”の信号を出力する。また、復調回路出力部は、周波数成分が帯域通過フィルタを透過できないときに“Ｌｏｗ”の信号を受信データ処理回路２３に出力する。それにより、復調回路２２は、照明器具Ｔ側の光源３から照射される照明光に重畳されたデータを受信データとして復調することができる。

受信データ処理回路２３は、復調回路２２から出力された信号により得られる情報を基に、たとえば、位置アドレス情報や位置アドレス情報に応じた音声情報や画像情報の出力あるいは各種機器への通信を行うなど所定の処理を実行することができる。

このような受信装置Ｒの具体例としては、携帯電話機、デジタルカメラ、ＰＤＡ（Personal DigitalAssistant）などとして知られる携帯情報端末機器や小型ノートパソコンなどを挙げることができ、視覚障害者向け自立支援システムに応用する場合には、建物や地下鉄などの地図データベースや音声合成部などを設けることができる。

次に、本実施形態の照明光伝送システムの動作について、図３に示すタイミングチャートおよび図４に示すデータ構成を用いて説明する。ここでは、変復調方式として照明器具Ｔ側に光源３として蛍光灯ＦＬを用いたＦＳＫ変復調方式にて説明するが、発光ダイオードや有機ＥＬ素子を照明器具Ｔ側の光源３として利用する場合は、ＡＳＫ変復調方式を用いてもよい。

照明器具Ｔ側では、たとえば、リップルの影響を回避するために点灯手段５の動作周波数を調整することで光出力をフィードバック制御している。この場合、図６の蛍光灯ＦＬにおける電力周波数特性からわかるように、蛍光灯ＦＬを点灯させる点灯手段５の動作周波数を低下させ蛍光灯ＦＬへ供給するランプ電力を増加させて蛍光灯ＦＬからの光出力を向上させるように制御する。そのため、このままデータの伝送を続けると定格点灯時の周波数ｆ１は、より低い周波数ｆ１’に移行する。同様に、変調周波数ｆ２は、周波数ｆ２’へ連続的に移行する。この場合、周波数ｆ２’が定格点灯時の周波数ｆ１に近づくことになる。この場合、受信装置Ｒ側では、蛍光灯ＦＬの定格点灯時の周波数ｆ１と周波数ｆ２’との差が定格点灯時の周波数ｆ１と変調周波数ｆ２とを弁別する２値化の判定値より低くなると２値化で誤判定が生ずる。

そこで、本実施形態の照明光伝送システムは、照明器具Ｔ側において図３に示す交流電源ＡＣの電圧がゼロクロス点を含む所定期間では、ゼロクロス点検出手段６からのゼロクロス点検出信号によって、送信データにおけるデータを一時的に停止して前記データに該データ内容とは異なるダミーデータを割り込ませてある。たとえば、ダミーデータとしてゼロクロス点を含む所定期間では、照明光の出力を１００％の点灯レベルに固定する。この場合、照明器具Ｔ側にリップルの影響を回避するフィードバック制御を行い定格点灯時の周波数ｆ１が周波数ｆ１’に連続的に移行しても、受信装置Ｒ側では、ダミーデータを“Ｌｏｗ”として固定することになる。受信装置Ｒ側は、符号化のルールとして、一定ビット長以上の“Ｌｏｗ”が続くとデータとしてその間のデータは無効と定めておけば、照明器具Ｔ側における交流電源ＡＣの電圧がゼロクロス点を含む所定期間に照明光に重畳されたデータを無効として処理することができる。そして、所定期間経過後に送信データにおける一時的に停止していた残りのデータを送付することができる。

ここで、図４にＭ値ＰＰＭ（PulsePosition Modulation）信号方式として、４値ＰＰＭ信号方式の出力信号を示す。４値ＰＰＭ信号方式では、１シンボルの信号を送るときの送信信号の信号長を１フレーム、拡散符号の符号長を１スロットとし、１フレームに４つのスロットがあり、１スロットで振動（ここでは、光の強弱を変化）させることで、１フレームにおいて２ビットを表現できる。

たとえば、１フレームの最初の１スロットを出力信号“Ｈｉｇｈ”とし、残りのスロットを出力信号“Ｌｏｗ”としたパルスを“００”に定義する（図４（ａ））。同様に、１フレームの二番目の１スロットを出力信号“Ｈｉｇｈ”として、残りのスロットを出力信号“Ｌｏｗ”としたパルスを“０１”に定義する（図４（ｂ））。また、１フレームの三番目の１スロットを出力信号“Ｈｉｇｈ”とし、残りのスロットを出力信号“Ｌｏｗ”としたパルスを“１０”に定義する（図４（ｃ））。さらに、１フレームの四番目の１スロットを出力信号“Ｈｉｇｈ”として、残りのスロットを出力信号“Ｌｏｗ”としたパルスを“１１”と定義する（図４（ｄ））。このように定義することで、１フレームで２ビットを表現することができる。

また、データを送信パケットによって伝送する場合、送信パケットをスタートビットからストップビットまでのデータのまとまりとすればよい。たとえば、１フレームの二番目の１スロットと次の１スロットをともに出力信号“Ｈｉｇｈ”とし残りのスロットを出力信号“Ｌｏｗ”にしたパルスを“スタートビット”と定義（図４（ｅ））し、１フレームの全てのスロットを出力信号“Ｌｏｗ”としたパルスを“ストップビット”と定義（図４（ｆ））とする。この場合、信号源１から出力されたデータが、ゼロクロス点を含む所定期間中に重なったとしても、その所定期間中は、データに該データ内容とは異なるダミーデータを割り込ますことで伝送エラーを防止し、信号源１から出力されたデータを効率よく伝送することができる。

ここで、図３の如くゼロクロス点を含む所定期間を３シンボルとすれば、所定期間中にデータの内容の代わりに３シンボルのダミーデータを照明光に重畳さることができる。人間の目には、点滅する光の頻度を次第に高めていくと、光の強度にもよるが約３０Ｈｚから４０Ｈｚあたりで、チラツキを感じずに点滅する光が連続光のように見え始める。このような周波数を臨界融合周波数（ＣＦＦ：Critical Fusion Frequency）といい、臨界融合周波数は、フェリー・ポータ則により求めることができる。

そのため、このようなダミーデータを用いて、３シンボルの期間に臨界融合周波数の逆数となる時間以下で照明光を点灯させるように設定すれば、チラツキを感じることなく、その平均光出力を一定とすることができる。たとえば、２つ目のシンボルにおける１フレームの最初から三番目までの３スロットを“Ｈｉｇｈ”として残りのスロットを出力信号“Ｌｏｗ”（図４（ｇ））とすることで、データ構造（ビットパターン）によらず平均出力を略一定にすることができる。すなわち、１シンボルを人間がチラツキと感じがたい周波数（臨界融合頻度）の逆数の時間として、照明光の平均出力値を略一定とすることでチラツキを感じることなく快適性を阻害することがない。

ここで、照明光の平均出力値が略一定とは、人間の目においてチラツキを感じない範囲内であれば、照明光の平均出力値がある程度の幅を持たせることができることを意味し、その範囲は、光源３からの光出力や光源３の点灯周波数、照明光伝送システムが適用される周囲の明るさによって適宜設定される。また、Ｍ値ＰＰＭ信号方式においては、伝送されるデータの完全オフと完全オンの組み合わせなどで、照明光伝送システムにおける照明効率と通信効率とを変えることもできる。

なお、制御手段２は、データの送信パケットを、ゼロクロス検出手段６によって検出したゼロクロス点を含む所定期間を避けてデータを伝送できればよいが、ゼロクロス点を含む所定期間をまたいで送信パケットが続くような場合は、ダミーデータを割り込ませて前記所定期間後に、再度送信パケットを伝送してもよい。より効率よくデータを伝送するためには、前記所定期間をまたぐことになる送信パケットを分割して、分割した送信パケットをゼロクロス点を含む所定期間の前後に分けて別々に伝送してもよい。さらに、効率よくデータを伝送するためには、送信パケットに“停止ビット”と“再開ビット”を別途定義して未伝送となる残りのデータを伝送することもできる。

このように本実施形態の照明光伝送システムは、交流電力ＡＣの周波数変動に伴う伝送エラーを防止しデータを効率よく伝送することができる。

Ｔ 照明器具
Ｒ 受信装置
１ 信号源
２ 制御手段
３ 光源
４ 直流電源回路
５ 点灯手段
６ ゼロクロス点検出手段

Claims (2)

1. 光源から照射する照明光にデータを重畳させて伝送する照明器具と、照明光に重畳されたデータを受信する受信装置とを有する照明光伝送システムであって、前記照明器具は、交流電源から電源の供給を受けて前記光源を点灯させる点灯手段と、該点灯手段を制御して前記光源から照射される照明光に前記データを重畳する制御手段と、前記交流電源のゼロクロス点を含む所定期間を検出するゼロクロス点検出手段と、を備え、
   前記制御手段は、前記ゼロクロス点検出手段が検出した所定期間において、前記データに該データ内容とは異なるダミーデータを割り込ますことを特徴とする照明光伝送システム。
2. 前記制御手段は、前記ダミーデータによって臨界融合周波数の逆数となる時間における前記照明光の平均出力値が略一定となるように前記点灯手段を制御することを特徴とする請求項１に記載の照明光伝送システム。

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