JP2014014119A - Device and system for illumination light communication - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、照明光通信装置および照明光通信システムに関するものである。 The present invention relates to an illumination light communication apparatus and an illumination light communication system.
従来、発光ダイオード(LED)を光源として備える照明器具において、照明光の強度を変調することによって信号を送信するものが提案されている。このような照明光通信装置では照明光そのものを変調することで信号を送信するため、赤外線通信装置のような特別の機器を必要としない。また照明用光源として発光ダイオードを用いることで省電力が実現できるから、地下街などでのユビキタス情報システムへの利用が検討されている。 2. Description of the Related Art Conventionally, a lighting fixture that includes a light emitting diode (LED) as a light source has been proposed that transmits a signal by modulating the intensity of illumination light. In such an illumination light communication device, a signal is transmitted by modulating the illumination light itself, so that a special device such as an infrared communication device is not required. In addition, since a power saving can be realized by using a light emitting diode as a light source for illumination, use for a ubiquitous information system in an underground shopping mall is being studied.
図44は従来の照明光通信装置の回路図であり、直流電源51の両端間に、定電流回路52と3個の発光ダイオード53とスイッチ素子Q1が直列接続されている。光通信信号S1のハイ/ローに応じてスイッチ素子Q1がオン/オフすることで、発光ダイオード53に流れる負荷電流I1が、定電流性を保ちながら変調される(図45参照)。
FIG. 44 is a circuit diagram of a conventional illumination light communication apparatus. A constant
この回路では、動作抵抗の小さい発光ダイオード53を安定点灯させるために設けられた定電流回路52の回路損失が大きくなる。例えば、負荷電流I1が500mAである場合を前提に、定電流ダイオードで定電流回路52を構成した場合を試算すると、回路損失は約2.3Wにもなり、低消費電力の発光ダイオードを用いる利点が損なわれてしまう。
In this circuit, the circuit loss of the constant
そこで、図46(a)に示すように、定電流回路52の代わりにDC−DCコンバータを備え、DC−DCコンバータをPWM制御することで、回路損失を低減することが考えられる。この回路では、直流電源51の両端間に、電流検出抵抗R3と、3個の発光ダイオード53と、インダクタL1と、スイッチ素子Q1が直列に接続され、スイッチ素子Q1は制御回路54によってオン/オフが制御される。また、3個の発光ダイオード53とインダクタL1との直列回路の両端間に、平滑コンデンサC3と整流ダイオードD2が接続され、インダクタL1及びスイッチ素子Q1と共にDC−DCコンバータを構成している。制御回路54には、定電流フィードバック回路55からフィードバック信号が入力されており、DC−DCコンバータの出力電流を略一定に制御する。また、制御回路54には光通信信号S1が入力されており、光通信信号S1がハイの期間にスイッチ素子Q1を高周波でオン/オフさせることによって、負荷電流I1を変調している(図47(a)〜(c)参照)。
Therefore, as shown in FIG. 46A, it is conceivable to reduce the circuit loss by providing a DC-DC converter instead of the constant
ところで、図46(b)は定電流フィードバック回路55の具体回路を示し、負荷電流I1が流れる抵抗R3の電圧降下と、基準電圧E1との高低を誤差増幅器A1で比較し、その偏差分を増幅して制御回路54に出力する。また、誤差増幅器A1の反転入力端子と出力端子の間に接続された抵抗R4及びコンデンサC2の直列回路は、当該フィードバック系の安定度を確保するための位相補償回路を構成する。このような位相補償回路には、一巡伝達関数における利得と位相を調整するために積分要素を含む補償回路が一般的に用いられ、古典情報理論のPI制御或いはPID制御として知られている。例えば、図46(c)は特許文献1に開示された平均電流検出回路の回路図であり、電流検出抵抗R3の両端間に接続された積分回路56(抵抗R5及びコンデンサC3からなる)は、出力平均化手段として上述したPI制御を用いたものといえる。
FIG. 46B shows a specific circuit of the constant
上述した図46(a)の照明光通信装置では、光通信信号S1に応じてDC−DCコンバータを断続的に動作させることで、負荷電流I1を変調しているが、光通信信号S1を忠実に再現した電流波形とするためには、以下の2つの条件が必要になる。この条件とは、DC−DCコンバータの動作周波数を光通信信号に比べて高周波とすること(条件1)と、負荷電流I1を平滑しないこと(条件2)の2つである。 In the illumination optical communication apparatus of FIG. 46A described above, the load current I1 is modulated by intermittently operating the DC-DC converter according to the optical communication signal S1, but the optical communication signal S1 is faithfully reproduced. In order to obtain a current waveform reproduced in the following, the following two conditions are required. The two conditions are that the operating frequency of the DC-DC converter is higher than that of the optical communication signal (condition 1) and that the load current I1 is not smoothed (condition 2).
上記の条件1を満足するには、例えば通信速度が9.6kbpsであれば、DC−DCコンバータの動作周波数は100kHz以上(通信速度の約10倍)、好ましくは1MHz以上(約100倍以上)とする必要がある。しかしながら、DC−DCコンバータの動作周波数を高周波とすると、DC−DCコンバータを構成するスイッチ素子Q1の損失が大きくなり、またノイズ低減の対策が必要になるという問題がある。
In order to satisfy the
また、上記の条件2は、発光ダイオード53と並列に平滑コンデンサを接続すると、DC−DCコンバータのスイッチ素子Q1を断続させても、負荷電流I1が断続されず、光通信信号に応じた負荷電流I1の変調が困難になるからである。一方、負荷電流I1を平滑しなければ、DC−DCコンバータの動作周波数成分に応じたリップル電流が負荷電流I1に発生するので、配線などからの雑音対策が必要になる。負荷電流I1を平滑しないように、できるだけ小さな容量の平滑コンデンサで動作周波数成分のリップルを抑制するには、DC−DCコンバータの動作周波数を高くすることが好ましい。しかし、動作周波数を高くするとスイッチ素子Q1の損失が増加するという問題があった。
The
また従来、定電流フィードバック回路を付加したDC−DCコンバータを用いる照明光通信装置として図48に示すような回路構成を有するものも提案されている。この回路では、DC−DCコンバータ62が直流電源61からの入力で動作し、その出力は整流回路63及び平滑コンデンサC4により所望の電圧値の直流電圧に変換される。平滑コンデンサC4の両端間には、3個の発光ダイオード64と電流検出用の抵抗R4とが直列に接続されている。負荷電流I1が流れることによって抵抗R4に発生した電圧降下は誤差増幅器A2により基準電圧E1と比較、増幅されて、DC−DCコンバータ62の出力制御部65にフィードバックされており、負荷電流I1を定電流に制御している。尚、誤差増幅器A2の反転入力端子と出力端子の間には、抵抗R5及びコンデンサC5の直列回路が接続されて位相補償回路を構成しており、低周波領域での利得を上げるとともに、高周波領域での利得を抑制しながら、帰還信号の位相を調整している。
Conventionally, an illumination optical communication apparatus using a DC-DC converter to which a constant current feedback circuit is added has been proposed having a circuit configuration as shown in FIG. In this circuit, a DC-
図49(a)は本回路の出力特性を示すボード線図であり、利得(図49(a)のL1)は周波数の上昇と共に直線的に低下する。また、位相角(図49(a)のL2)は約10kHzまで90度付近を維持し、位相余裕を確保しているので、フィードバック制御系の安定度は良好である。 FIG. 49A is a Bode diagram showing the output characteristics of this circuit, and the gain (L1 in FIG. 49A) decreases linearly with increasing frequency. Further, the phase angle (L2 in FIG. 49 (a)) is maintained around 90 degrees up to about 10 kHz and the phase margin is secured, so the stability of the feedback control system is good.
図48の回路では、誤差増幅器A2の非反転入力端子にスイッチSW1を介して基準電圧E1又はE2が接続され、光通信信号S1に応じてスイッチSW1を切り替えることで、負荷電流I1を変調できるようになっている。すなわち、一方の基準電圧E1を、通常の照明として使用する場合の負荷電流I1となるように設定し、他方の基準電圧E2を、負荷電流I1が通常時に比べて小さい電流値となるような値に設定してある。そして、光通信信号S1に応じてスイッチSW1が切り替えられることで、負荷電流が変調されるようになっている。ここで、基準電圧E1における負荷電流を500mA、基準電圧E2における負荷電流を100mAとし、10kHzの光通信信号に応じてスイッチSW1が切り替えられた場合の負荷電流I1のシミュレーション結果を図49(b)に示す。このシミュレーション結果では、負荷電流I1が、基準電圧E1のときの電流値(500mA)と基準電圧E2のときの電流値(100mA)の中間値(約300mA)に平均化されており、光通信信号に応じた負荷電流I1の変調ができていない。 In the circuit of FIG. 48, the reference voltage E1 or E2 is connected to the non-inverting input terminal of the error amplifier A2 via the switch SW1, and the load current I1 can be modulated by switching the switch SW1 according to the optical communication signal S1. It has become. That is, one reference voltage E1 is set to be the load current I1 when used as normal illumination, and the other reference voltage E2 is set to a value such that the load current I1 is smaller than the normal value. It is set to. The load current is modulated by switching the switch SW1 according to the optical communication signal S1. Here, the simulation result of the load current I1 when the load current at the reference voltage E1 is 500 mA, the load current at the reference voltage E2 is 100 mA, and the switch SW1 is switched according to the optical communication signal of 10 kHz is shown in FIG. Shown in In this simulation result, the load current I1 is averaged to an intermediate value (about 300 mA) between the current value (500 mA) at the reference voltage E1 and the current value (100 mA) at the reference voltage E2, and the optical communication signal The load current I1 is not modulated according to the above.
これは図49(a)のボード線図からも判るように、光通信信号の周波数が10kHz付近ではPI制御によって誤差増幅器A2の利得が期待できない領域であり、出力制御が追従できず基準電圧E1,E2の時の負荷電流を平均した負荷電流しか得られない。ここで、図48の回路から位相補償回路を除去すれば、周波数の高い領域でも誤差増幅器A2の利得を確保でき、光通信信号に応じた負荷電流の変調が期待できるが、フィードバック系が不安定になって異常発振が発生する可能性があった。そのため、誤差増幅器A2に付加した位相補償回路の回路定数を変化させることで、負荷電流I1を変調することは難しいという問題があった。 As can be seen from the Bode diagram of FIG. 49A, when the frequency of the optical communication signal is around 10 kHz, the gain of the error amplifier A2 cannot be expected by PI control, and the output control cannot follow and the reference voltage E1 cannot be followed. , Only the load current obtained by averaging the load currents at E2 can be obtained. Here, if the phase compensation circuit is removed from the circuit of FIG. 48, the gain of the error amplifier A2 can be secured even in a high frequency region, and modulation of the load current according to the optical communication signal can be expected, but the feedback system is unstable. This could cause abnormal oscillation. Therefore, there is a problem that it is difficult to modulate the load current I1 by changing the circuit constant of the phase compensation circuit added to the error amplifier A2.
本発明は上記課題に鑑みて為されたものであり、その目的とするところは、通信のために付加する回路が簡素であり、高周波の光通信信号に応じて忠実に出力光を変調できる照明光通信装置および照明光通信システムを提供することにある。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a simple circuit to be added for communication, and capable of faithfully modulating output light in accordance with a high-frequency optical communication signal. An object of the present invention is to provide an optical communication device and an illumination light communication system.
上記課題を解決するために、本発明の照明光通信装置は、スイッチング電源と、前記スイッチング電源の出力間に接続される、発光ダイオードを含む負荷回路と、前記負荷回路に付加させることで前記負荷回路に流れる負荷電流を変化させる負荷変動要素と、2値の光通信信号に応じて前記負荷変動要素を前記負荷回路に付加するか否かを切り替える負荷変動部とを備えたことを特徴とする。 In order to solve the above-described problems, the illumination light communication apparatus of the present invention includes a switching power supply, a load circuit including a light emitting diode connected between outputs of the switching power supply, and the load circuit added to the load circuit. A load fluctuation element that changes a load current flowing in the circuit, and a load fluctuation section that switches whether to add the load fluctuation element to the load circuit according to a binary optical communication signal. .
この照明光通信装置において、前記負荷変動要素が前記負荷回路に付加されるか否かにかかわらず、前記負荷電流の平均値が一定になるように制御するフィードバック回路を備えることも好ましい。 The illumination light communication apparatus preferably further includes a feedback circuit that controls the average value of the load current to be constant regardless of whether or not the load variation element is added to the load circuit.
この照明光通信装置において、前記光通信信号は、オンデューティが調整される矩形波信号であり、前記負荷変動要素が前記負荷回路に接続された状態で、前記負荷電流の平均値とボトム値の差をd1、前記負荷電流のピーク値と前記平均値の差をd2とした場合に、前記光通信信号のオンデューティが50%であればd1=d2となり、前記光通信信号のオンデューティが50%よりも大きければd1>d2となり、前記光通信信号のオンデューティが50%よりも小さければd1<d2となるように構成されることも好ましい。 In this illumination optical communication device, the optical communication signal is a rectangular wave signal whose on-duty is adjusted, and in the state where the load variation element is connected to the load circuit, an average value and a bottom value of the load current are obtained. When the difference is d1, and the difference between the peak value and the average value of the load current is d2, if the on-duty of the optical communication signal is 50%, d1 = d2, and the on-duty of the optical communication signal is 50 It is also preferable that d1> d2 if it is larger than%, and d1 <d2 if the on-duty of the optical communication signal is smaller than 50%.
この照明光通信装置において、前記負荷変動要素がサーミスタからなることも好ましい。 In this illumination light communication apparatus, it is also preferable that the load variation element is a thermistor.
本発明の照明光通信システムは、上記した何れかの照明光通信装置と、前記照明光通信装置からの光出力を受信する受信器とを備えたことを特徴とする。 The illumination light communication system of the present invention includes any one of the illumination light communication devices described above and a receiver that receives light output from the illumination light communication device.
本発明によれば、通信のために付加する回路が簡素であり、高周波の光通信信号に応じて忠実に出力光を変調することができる。 According to the present invention, a circuit added for communication is simple, and output light can be modulated faithfully according to a high-frequency optical communication signal.
以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
(実施形態1)
実施形態1の照明光通信装置を図1に基づいて説明する。図1(a)は照明光通信装置10の回路図であり、この照明光通信装置10は、定電流源11と、平滑コンデンサC11(平滑回路)と、負荷回路12と、負荷変動要素13と、信号発生回路14と、スイッチ要素Q2とを備える。
(Embodiment 1)
The illumination light communication apparatus of
平滑コンデンサC11は定電流源11の出力間に接続されて、定電流源11の出力を平滑する。
The smoothing capacitor C11 is connected between the outputs of the constant
負荷回路12は、定電流源11の出力間に直列接続された複数の発光ダイオードLD1を含み、定電流源11の出力が供給される。
The
負荷変動要素13は、負荷回路12に付加されることで負荷回路12の負荷特性を部分的に変化させるものであり、例えば一部の発光ダイオードLD1に並列接続された抵抗器で構成される。
The
信号発生回路14は2値の光通信信号を発生する。尚、信号発生回路14は、外部の装置から入力された送信信号に応じて、2値の光通信信号を発生するものでもよい。
The
スイッチ要素Q2は、例えば負荷変動要素13を構成する抵抗器と直列に接続されたスイッチング素子(例えばMOSFET)からなる。スイッチ要素Q2は、2値の光通信信号によりオン/オフが切り替えられることによって、負荷変動要素13を負荷回路12に付加するか否かを切り替える。
The switch element Q2 includes a switching element (for example, a MOSFET) connected in series with a resistor constituting the
図1(b)は、同図(a)の回路をシミュレーション用にモデル化した回路図であり、図1(a)の回路部品に対応する要素には同一の符号が付されている。なお、発光ダイオードLD1は、一定のオン電圧を有するツェナーダイオードZD11とオン抵抗R11の直列回路で等価的に置き換えられている。また負荷変動要素13としては、スイッチ要素Q2がオンのときに、上記のオン抵抗R11に並列に接続される抵抗器R12が用いられている。すなわち、オン抵抗R11の両端間に抵抗器R12及びスイッチ要素Q2の直列回路が接続されている。また信号発生回路14は、光通信信号S1に相当する10kHzの矩形波信号を発生する発振器14aで等価的に置き換えられている。
FIG. 1B is a circuit diagram in which the circuit of FIG. 1A is modeled for simulation. Elements corresponding to the circuit components of FIG. 1A are denoted by the same reference numerals. The light emitting diode LD1 is equivalently replaced by a series circuit of a zener diode ZD11 having a constant on-voltage and an on-resistance R11. As the
図2(a)(b)は、図1(b)の回路を用いて負荷電流I1をシミュレーションした結果を示している。図2(a)は、光通信信号S1を停止させた状態で、負荷電流I1をシミュレーションした結果を示し、その平均電流は約500mAとなっている。図2(b)は発光ダイオードLD1に流れる負荷電流I1の波形図を示している。この波形図は、発振器14aから10kHzの矩形波信号が出力され、スイッチ要素Q2により抵抗器R12をオン抵抗R11に並列接続する状態と、抵抗器R12をオン抵抗R11に接続しない状態とを交互に切り替えて、負荷電流I1に変調を付与した場合の波形図である。ここで、負荷電流I1はスイッチ要素Q2のオン時は約600mA、スイッチ要素Q2のオフ時は約400mAであり、光通信信号S1に忠実な変調波形が得られるとともに、その平均電流は光通信信号S1を停止させた状態の約500mAを保っている。
FIGS. 2A and 2B show the results of simulating the load current I1 using the circuit of FIG. FIG. 2A shows the result of simulating the load current I1 with the optical communication signal S1 stopped, and the average current is about 500 mA. FIG. 2B shows a waveform diagram of the load current I1 flowing through the light emitting diode LD1. In this waveform diagram, a rectangular wave signal of 10 kHz is output from the
照明光通信装置10からの光出力である光通信信号は、フォトICを有する受信器20によって受信され、受信器20では光通信信号が重畳されていない光出力と、光通信信号が重畳された光出力との差分を検出することで光通信信号を受け取る方式を採用している。このような方式を採用することで微少な変調光でも検出が可能になる。
An optical communication signal that is an optical output from the illumination
以上説明したように、本実施形態の照明光通信装置10は、定電流源11と、平滑回路(平滑コンデンサC11からなる)と、負荷回路12と、負荷変動要素13と、スイッチ要素Q2とを備える。平滑回路、及び、発光ダイオードLD1を含む負荷回路12は、定電流源11の出力にそれぞれ接続されている。負荷変動要素13は、前記負荷回路12に付加されることで前記負荷回路12の負荷特性を部分的に変化させる。スイッチ要素Q2は、2値の光通信信号に応じて前記負荷変動要素13を前記負荷回路12に付加するか否かを切り替える。
As described above, the illumination
これにより、負荷回路12の負荷特性が光通信信号に応じて変化しているから、発光ダイオードLD1を流れる負荷電流が光通信信号の波形に忠実に変調されることになる。
Thereby, since the load characteristic of the
ところで、図2(b)のシミュレーション回路では、発光ダイオードLD1の等価回路を構成するオン抵抗R11に、負荷変動要素13による変動分を付加しているが、ツェナーダイオードZD1の電圧値に変動分を付加した場合でも、上述と同様、負荷電流I1を変調できる。
By the way, in the simulation circuit of FIG. 2B, the variation due to the
(実施形態2)
照明光通信装置の実施形態2を図3に基づいて説明する。図3(a)は照明光通信装置10の回路図であり、実施形態1で説明した図1(a)の回路と共通する構成要素には同一の符号を付して、その説明は省略する。本実施形態では、平滑コンデンサC11の両端間に、複数の発光ダイオードLD1と抵抗器R12が接続されており、抵抗器R12の両端間にスイッチ要素Q2が接続されている。ここにおいて、複数の発光ダイオードLD1と直列に接続された抵抗器R12から負荷変動要素13が構成され、スイッチ要素Q2が光通信信号に応じてオン/オフすることによって、発光ダイオードLD1の負荷特性が変動したのと同様の効果が得られる。
(Embodiment 2)
図3(b)は、図3(a)の回路をシミュレーション用にモデル化した回路図であり、図3(a)の回路部品に対応する要素には同一の符号が付されている。このシミュレーション用回路においても、発光ダイオードLD1は、一定のオン電圧を有するツェナーダイオードZD11とオン抵抗R11の直列回路で等価的に置き換えられている。また信号発生回路14は、光通信信号S1に相当する10kHzの矩形波信号を発生する発振器14aで等価的に置き換えられている。
FIG. 3B is a circuit diagram in which the circuit of FIG. 3A is modeled for simulation. Elements corresponding to the circuit components of FIG. 3A are denoted by the same reference numerals. Also in this simulation circuit, the light emitting diode LD1 is equivalently replaced by a series circuit of a Zener diode ZD11 having a constant ON voltage and an ON resistance R11. The
図3(b)の回路を用いて負荷電流I1をシミュレーションした結果は図2(a)(b)のシミュレーション結果と同じになり、光通信信号S1を停止させた状態での負荷電流I1は直流の約500mAとなっている。また、光通信信号S1として10kHzの矩形波信号がスイッチ要素Q2に入力された状態では、スイッチ要素Q2がオン/オフすることによって、抵抗器R12の両端間が短絡又は開放されることで、発光ダイオードLD1に流れる電流I1に変調が付与される。これにより、負荷電流I1はスイッチ要素Q2のオン時は約600mA、スイッチ要素Q2のオフ時は約400mAとなり、光通信信号S1の変化に忠実な変調波形が得られ、その平均電流は光通信信号S1を停止させた状態の約500mAとほぼ同じになる。 The result of simulating the load current I1 using the circuit of FIG. 3B is the same as the simulation result of FIGS. 2A and 2B, and the load current I1 when the optical communication signal S1 is stopped is DC. It is about 500mA. Further, in a state where a 10 kHz rectangular wave signal is input to the switch element Q2 as the optical communication signal S1, the switch element Q2 is turned on / off, whereby both ends of the resistor R12 are short-circuited or opened to emit light. Modulation is applied to the current I1 flowing through the diode LD1. As a result, the load current I1 is about 600 mA when the switch element Q2 is turned on and about 400 mA when the switch element Q2 is turned off, and a modulation waveform faithful to the change of the optical communication signal S1 is obtained. This is substantially the same as about 500 mA in a state where S1 is stopped.
以上のように、本実施形態の照明光通信装置10によれば、定電流源11に、発光ダイオードLD1と負荷変動要素13たる抵抗器R12が接続され、この抵抗器R12を負荷回路12に付加させるか否かがスイッチ要素Q2によって切り替えられている。すなわち、負荷変動要素13が、発光ダイオードLD1に直列接続された抵抗器R12からなり、スイッチ要素Q2は抵抗器R12に並列接続されている。
As described above, according to the illumination
これにより、抵抗器R12を負荷回路12に付加させるか否かをスイッチ要素Q2が切り替えることで、発光ダイオードLD1の負荷特性を光通信信号に応じて変化させることができ、負荷電流を光通信信号の波形に忠実に変調することができる。
Thereby, the switch element Q2 switches whether or not the resistor R12 is added to the
(実施形態3)
照明光通信装置の実施形態3を図4に基づいて説明する。本実施形態の照明光通信装置10は、実施形態1又は2で説明した照明光通信装置10と負荷変動要素13の構成のみが異なっており、図4では負荷変動要素13とスイッチ要素Q2の部分のみ図示し、それ以外の部分については図示を省略してある。
(Embodiment 3)
図4(a)の回路では負荷変動要素13としてダイオードD21が用いられ、このダイオードD21が発光ダイオードLD1と直列に接続されている。またダイオードD21と並列にスイッチ要素Q2が接続されている。スイッチ要素Q2のオン時にはダイオードD21の両端間がスイッチ要素Q2を介して短絡され、発光ダイオードLD1にダイオードD21が接続されない状態となる。一方、スイッチ要素Q2のオフ時には発光ダイオードLD1にダイオードD21が接続された状態となる。而して、光通信信号S1に応じてスイッチ要素Q2がオン/オフすることによって、発光ダイオードLD1からなる負荷回路12の負荷特性が変化したのと同様の効果が得られる。よって、実施形態1,2で説明したように、発光ダイオードLD1に流れる負荷電流を光通信信号の波形に忠実に変調させることができる。
In the circuit of FIG. 4A, a diode D21 is used as the
また図4(b)の回路では負荷変動要素13としてツェナーダイオードZD2が用いられ、このツェナーダイオードZD2が発光ダイオードLD1と直列に接続されている。またツェナーダイオードZD2と並列にスイッチ要素Q2が接続されている。本回路でも光通信信号S1に応じてスイッチ要素Q2がオン/オフすることによって、発光ダイオードLD1を含む負荷回路12の負荷特性が変化したのと同様の効果が得られる。さらに本回路ではツェナーダイオードZD2のツェナー電圧を選定することで、発光ダイオードLD1に流れる負荷電流I1の変調幅を容易に調整することができる。
In the circuit of FIG. 4B, a Zener diode ZD2 is used as the
また図4(c)の回路では負荷変動要素13としてサーミスタ抵抗Rh1が用いられ、このサーミスタ抵抗Rh1が発光ダイオードLD1と直列に接続されている。またサーミスタ抵抗Rh1と並列にスイッチ要素Q2が接続されている。本回路でも光通信信号S1に応じてスイッチ要素Q2がオン/オフすることによって、発光ダイオードLD1を含む負荷回路12の負荷特性が変化したのと同様の効果が得られる。さらに本回路では発光ダイオードLD1に流れる負荷電流I1の変調度合いに温度特性を持たせたり、温度補正を加えることができる。
In the circuit of FIG. 4C, the thermistor resistor Rh1 is used as the
また図4(d)の回路では負荷変動要素13として抵抗器R13とダイオードD22との並列回路が用いられ、この並列回路が発光ダイオードLD1と直列に接続されており、この並列回路と並列にスイッチ要素Q2が接続されている。本回路でも光通信信号S1に応じてスイッチ要素Q2がオン/オフすることによって、発光ダイオードLD1を含む負荷回路12の負荷特性が変化したのと同様の効果が得られる。また発光ダイオードLD1と直列に抵抗器R13及びダイオードD22の並列回路が接続されており、例えば抵抗器R13の抵抗値を調整することによって発光ダイオードLD1に流れる負荷電流I1の変調幅を微調整することができる。
Further, in the circuit of FIG. 4D, a parallel circuit of a resistor R13 and a diode D22 is used as the
また図4(e)の回路では負荷変動要素13として抵抗器R13とダイオードD22との直列回路が用いられ、この直列回路が発光ダイオードLD1と直列に接続されており、この直列回路の両端間にスイッチ要素Q2が接続されている。本回路でも光通信信号S1に応じてスイッチ要素Q2がオン/オフすることによって、発光ダイオードLD1を含む負荷回路12の負荷特性が変化したのと同様の効果が得られる。また発光ダイオードLD1と直列に抵抗器R13及びダイオードD22の直列回路が接続されており、例えば抵抗器R13の抵抗値を調整することによって発光ダイオードLD1に流れる負荷電流I1の変調幅を微調整することができる。
In the circuit of FIG. 4E, a series circuit of a resistor R13 and a diode D22 is used as the
以上説明したように本実施形態では、負荷変動要素13が、発光ダイオードLD1に直列接続された定電圧素子(例えばダイオードD21、D22、ツェナーダイオードZD2など)を含む定電圧回路、或いは、発光ダイオードLD1に直列接続された抵抗素子(例えば抵抗器R12、サーミスタ抵抗Rh1など)を含むインピーダンス回路で構成されている。そして、スイッチ要素Q2は、上記の定電圧回路部に並列に接続されてる。
As described above, in the present embodiment, the
これにより、スイッチ要素Q2が光通信信号に応じてオン/オフすることによって、発光ダイオードLD1を含む負荷回路12の負荷特性が部分的に変化させられるので、負荷回路12に流れる電流の波形を光通信信号に対して忠実に変調することができる。また本実施形態では、負荷変動要素13として各種の回路要素やその組み合わせ回路を用いることで、発光ダイオードLD1に流れる負荷電流I1の変調特性を調整することができる。
As a result, when the switch element Q2 is turned on / off according to the optical communication signal, the load characteristic of the
(実施形態4)
照明光通信装置の実施形態4を図5に基づいて説明する。本実施形態の照明光通信装置10は、実施形態1〜3で説明した照明光通信装置10と、負荷回路12の構成が異なっている。本実施形態の照明光通信装置10は、図5(a)に示すように、複数の発光ダイオードLD1が直列に接続された直列回路4aと、複数の発光ダイオードLD2が直列に接続された直列回路4bとを備えている。ここで、平滑コンデンサC11の両端間に負荷変動要素13を介して接続された2つの直列回路4a,4bで負荷回路12は構成されている。本回路では、負荷変動要素13と並列にスイッチ要素Q2が接続されており、光通信信号に応じてスイッチ要素Q2がオン/オフすることで、実施形態1〜3と同様、発光ダイオードLD1,LD2に流れる電流に変調が加えられる。
(Embodiment 4)
尚、図5(a)の回路では、平滑コンデンサC11の両端間に複数の発光ダイオードを直列接続した回路が2組並列接続されているが、個々の回路は1個の発光ダイオードで構成されていてもよく、その個数は問わない。また、発光ダイオードの直列回路が2つ並列接続されているが、発光ダイオードの直列回路の数は2つに限定されるものではなく、その個数は任意に設定できる。 In the circuit of FIG. 5A, two sets of circuits in which a plurality of light emitting diodes are connected in series are connected in parallel between both ends of the smoothing capacitor C11, but each circuit is composed of one light emitting diode. There may be any number. Two series circuits of light emitting diodes are connected in parallel. However, the number of series circuits of light emitting diodes is not limited to two, and the number can be arbitrarily set.
また図5(a)の回路では、発光ダイオードLD1の直列回路4aと発光ダイオードLD2の直列回路4bの両方が負荷変動要素13に接続されているが、この回路構成に限定されるものではない。例えば図5(b)に示すように発光ダイオードLD1の直列回路4aには負荷変動要素13を介在させず、発光ダイオードLD2の直列回路4bのみが負荷変動要素13を介して平滑コンデンサC11の両端間に接続されていてもよい。負荷変動要素13にはスイッチ要素Q2が並列接続されており、光通信信号S1に応じてスイッチ要素Q2がオン/オフすることで、発光ダイオードLD2に流れる電流に変調が加えられる。尚、負荷変動要素13を介在させる発光ダイオード、及び、負荷変動要素13を介在させない発光ダイオードは、それぞれ、負荷電流に与える変調レベルなどの条件に合わせて適宜の個数が接続されていればよい。
Further, in the circuit of FIG. 5A, both the
また図5(c)の回路では、平滑コンデンサC1の両端間に、2個の発光ダイオードLD1の直列回路と2個の発光ダイオードLD2の直列回路とが並列接続された回路ブロックを4つ直列に接続することで、梯子状の回路が構成されている。そして、ローサイドの回路ブロックを構成する発光ダイオードLD2と直列に負荷変動要素13が接続され、この負荷変動要素13の両端間にスイッチ要素Q2が接続されている。ここで、スイッチ要素Q2が光通信信号S1に応じてオン/オフすることで、負荷変動要素13(例えば抵抗器からなる)が負荷回路12に付加されるか否かが切り替えられるので、発光ダイオードLD1,LD2に流れる電流に変調を付与することができる。
In the circuit of FIG. 5 (c), four circuit blocks in which a series circuit of two light emitting diodes LD1 and a series circuit of two light emitting diodes LD2 are connected in parallel between both ends of the smoothing capacitor C1 are connected in series. By connecting, a ladder-like circuit is configured. A
以上説明したように、本実施形態の照明光通信装置10においても、スイッチ要素Q2が光通信信号に応じてオン/オフすることによって、負荷回路12に負荷変動要素13を付加するか否かが切り替えられる。したがって、実施形態1〜3と同様、光通信信号に応じて負荷回路12の負荷特性が部分的に変化するから、発光ダイオードに流れる負荷電流を光通信信号の波形に忠実に変調することができる。また、本装置の負荷である発光ダイオードの構成を変更することで負荷電流に付与する変調レベルを調整できるから、所望の変調レベルに応じて発光ダイオードの構成を選択すればよい。
As described above, also in the illumination
また、図5(b)(c)の回路では、定電流源11の出力間に、発光ダイオードの直列回路(負荷回路)が複数並列に接続され、負荷変動要素13及びスイッチ要素Q2は、複数の負荷回路のうち少なくとも1つに設けられている。
5B and 5C, a plurality of light emitting diode series circuits (load circuits) are connected in parallel between the outputs of the constant
このように、負荷変動要素13及びスイッチ要素Q2は、複数の負荷回路のうち少なくとも1つに設けられているので、負荷変動要素13及びスイッチ要素Q2が設けられた負荷回路の負荷特性を変化することで、全体として負荷回路の負荷特性を変調できる。
Thus, since the
(実施形態5)
照明光通信装置の実施形態5を図6に基づいて説明する。本実施形態の照明光通信装置10は、実施形態1〜4で説明した照明光通信装置10と負荷回路の構成が異なっている。尚、実施形態1〜4と共通する構成要素には同一の符号を付して、その説明は省略する。
(Embodiment 5)
照明光通信装置10は、図6の回路図に示すように、定電流源11と、定電流源11の両端間に接続された平滑コンデンサC11を備えている。平滑コンデンサC11の両端間には、複数の発光ダイオードLD1及び負荷変動要素13aの直列回路と、複数の発光ダイオードLD2及び負荷変動要素13bの直列回路と、複数の発光ダイオードLD3及び負荷変動要素13cの直列回路が並列に接続される。ここにおいて、複数の発光ダイオードLD1の直列回路4aと、複数の発光ダイオードLD2の直列回路4bと、複数の発光ダイオードLD3の直列回路4cとでそれぞれ負荷回路が構成されている。そして、負荷変動要素13a,13b,13cの各々と並列にスイッチ要素Q2a,Q2b,Q2cが接続されている。スイッチ要素Q2a,Q2b,Q2cは、それぞれ対応する信号発生回路14A,14B,14Cから入力される光通信信号S1,S2,S3によってオン/オフが切り替えられる。
As shown in the circuit diagram of FIG. 6, the illumination
ここで、発光ダイオードLD1には赤色発光ダイオードが、発光ダイオードLD2には緑色発光ダイオードが、発光ダイオードLD3には青色発光ダイオードがそれぞれ用いられた場合、対応するスイッチ要素Q2a,Q2b,Q2cが個別の光通信信号S1,S2,S3によってオンオフされることで各色の発光ダイオードの出力を変調する。而して、受信器20側で照明光通信装置10から出力される光の色温度を識別できれば、混信を生じることなく3種類の信号を受信できるので、単色の発光ダイオードの場合に比べて光通信により送信可能な情報量を3倍に増やすことができる。
Here, when a red light emitting diode is used for the light emitting diode LD1, a green light emitting diode is used for the light emitting diode LD2, and a blue light emitting diode is used for the light emitting diode LD3, the corresponding switch elements Q2a, Q2b, Q2c are individually provided. The output of each color light emitting diode is modulated by being turned on / off by the optical communication signals S1, S2, S3. Thus, if the color temperature of the light output from the illumination
以上説明したように、本実施形態の照明光通信装置10では、定電流源11の出力間に複数の負荷回路(直列回路4a,4b,4c)が並列接続されている。複数の負荷回路(直列回路4a,4b,4c)は、負荷回路毎に発光色が異なる発光ダイオード(発光ダイオードLD1,LD2,LD3)で構成され、発光色の異なる負荷回路毎にスイッチ要素Q2a,Q2b,Q2cが設けられている。
As described above, in the illumination
これにより、スイッチ要素Q2a,Q2b,Q2cによって、対応する負荷変動要素13を負荷回路に付加するか否かが切り替えられるから、発光色の異なる発光ダイオード毎に負荷特性を変調させることができ、各色の発光ダイオードの出力を光通信信号に応じて変調することができる。
Accordingly, whether or not the corresponding
而して、受信器20側で照明光通信装置10から出力される光の色温度を識別できれば、混信を生じることなく3種類の信号を受信できるので、発光ダイオードの発光色が単色の場合に比べて光通信により送信可能な情報量を増やすことができる。
Thus, if the color temperature of the light output from the illumination
(実施形態6)
照明光通信装置の実施形態6を図7〜図8に基づいて説明する。本実施形態の照明光通信装置10は、実施形態1〜5で説明した照明光通信装置10と負荷回路の構成が異なっている。尚、実施形態1〜5と共通する構成要素には同一の符号を付して、その説明は省略する。
(Embodiment 6)
照明光通信装置10は、図7(a)の回路図に示すように、定電流源11と、定電流源11の両端間に接続された平滑コンデンサC11を備えている。平滑コンデンサC11の両端間には、複数(本実施形態では例えば8個)の発光ダイオードLD1〜LD8の直列回路4が接続されており、発光ダイオードLD8と並列にスイッチ要素Q2が接続されている。ここにおいて、平滑コンデンサC11と並列に接続された発光ダイオードLD1〜LD8の直列回路4で負荷回路が構成される。また、スイッチ要素Q2が並列に接続されて、負荷回路4の一部をなす発光ダイオードLD8により負荷変動要素13が構成されている。
The illumination
図7(b)は、図7(a)の回路をシミュレーション用にモデル化した回路を示し、図7(a)の回路部品に対応する要素には同一の符号が付されている。このシミュレーション用回路では、発光ダイオードLD1〜LD8が、予め発光ダイオードの特性をモデリングしたシミュレーションデバイスで等価的に置き換えられている。 FIG. 7B shows a circuit obtained by modeling the circuit of FIG. 7A for simulation, and elements corresponding to the circuit components of FIG. 7A are given the same reference numerals. In this simulation circuit, the light emitting diodes LD1 to LD8 are equivalently replaced with a simulation device in which the characteristics of the light emitting diode are modeled in advance.
図7(c)は、図7(b)の回路を用いて負荷電流I1をシミュレーションした結果を示している。尚、光通信信号S1を停止させた状態での負荷電流I1は直流の約500mAに設定されている。 FIG. 7C shows the result of simulating the load current I1 using the circuit of FIG. 7B. The load current I1 when the optical communication signal S1 is stopped is set to about 500 mA of direct current.
光通信信号S1として10kHzの矩形波信号がスイッチ要素Q2に入力された状態では、スイッチ要素Q2がオン/オフすることによって、負荷回路12から発光ダイオードLD8が外されるか否かが切り替えられ、負荷電流I1の波形に変調が付与される。負荷電流I1は、スイッチ要素Q2のオン時には約700mA、スイッチ要素Q2のオフ時には約300mAとなり、光通信信号S1の波形に忠実な変調波形が得られ、その平均電流は変調を行わない場合の平均電流である約500mAと略同じ値を保っている。
In a state where a 10 kHz rectangular wave signal is input to the switch element Q2 as the optical communication signal S1, whether or not the light emitting diode LD8 is removed from the
ところで、本実施形態では平滑コンデンサC11の両端間に発光ダイオードLD1〜LD8の直列回路が接続されているが、上記の回路に限定されるものではなく、図8(a)に示すような回路でもよい。この回路では、平滑コンデンサC11の両端間に、複数の発光ダイオードLD1からなる直列回路4aと、複数の発光ダイオードLD2からなる直列回路4bが並列接続されている。そして、直列回路4bを構成する一部(例えば1個)の発光ダイオードLD2と並列にスイッチ要素Q2が接続されている。この場合は、直列回路4bを構成する複数の発光ダイオードLD2のうち、スイッチ要素Q2が並列接続された発光ダイオードLD2により負荷変動要素13が構成される。尚、図8(a)の回路では、平滑コンデンサC11の両端間に、複数の発光ダイオードの直列回路が2つ並列接続されているが、並列接続される発光ダイオードの直列回路は2つに限定されるものではなく、任意の個数の直列回路を並列接続すればよい。
By the way, in this embodiment, the series circuit of the light emitting diodes LD1 to LD8 is connected between both ends of the smoothing capacitor C11. However, the present invention is not limited to the above circuit, and the circuit shown in FIG. Good. In this circuit, a
また図8(b)に示すように、平滑コンデンサC11の両端間に、2個の発光ダイオードLD1の直列回路と2個の発光ダイオードLD1の直列回路とが並列接続された回路ブロックを4つ直列に接続することで、梯子状の回路を構成しても良い。この回路では、一部の発光ダイオードLD1(例えば右側の列に属する1個の発光ダイオードLD1)と並列にスイッチ要素Q2が接続されている。光通信信号S1に応じてスイッチ要素Q2がオン/オフすることによって、負荷回路の負荷特性が変調され、それによって負荷電流が変調される。 Further, as shown in FIG. 8B, four circuit blocks in which a series circuit of two light emitting diodes LD1 and a series circuit of two light emitting diodes LD1 are connected in parallel between both ends of the smoothing capacitor C11 are connected in series. A ladder-like circuit may be configured by connecting to the circuit. In this circuit, a switch element Q2 is connected in parallel with a part of the light emitting diodes LD1 (for example, one light emitting diode LD1 belonging to the right column). When the switch element Q2 is turned on / off in response to the optical communication signal S1, the load characteristic of the load circuit is modulated, thereby modulating the load current.
以上のように、本実施形態の照明光通信装置10では、負荷回路が、直列接続された複数の発光ダイオードを備えており、スイッチ要素Q2は、複数の発光ダイオードの一部に並列接続されている。
As described above, in the illumination
これにより、スイッチ要素Q2が並列接続された発光ダイオード自体が負荷変動要素13となり、新たに負荷変動要素13を追加することなく、発光ダイオードの負荷電流を光通信信号の波形と忠実に変調させることができる。
As a result, the light emitting diode itself connected in parallel with the switch element Q2 becomes the
(実施形態7)
照明光通信装置の実施形態7を図9に基づいて説明する。実施形態5で説明した図6の回路では平滑コンデンサC11の両端間に、複数の発光ダイオードと負荷変動要素の直列回路が複数並列に接続され、各直列回路の負荷変動要素と並列にスイッチ要素が接続されている。それに対して本実施形態では図9の回路図に示すように、平滑コンデンサC11の両端間に、複数の発光ダイオードLD1の直列回路4aと、複数の発光ダイオードLD2の直列回路4bと、複数の発光ダイオードLD3の直列回路4cとが並列に接続されている。すなわち、平滑コンデンサC11の両端間には、複数の負荷回路(直列回路4a,4b,4cからなる)が並列に接続されている。そして、発光ダイオードLD1には赤色発光ダイオードが、発光ダイオードLD2には緑色発光ダイオードが、発光ダイオードLD3には青色発光ダイオードが用いられ、負荷回路毎に発光色の異なる発光ダイオードが使用されるものとする。
(Embodiment 7)
直列回路4aを構成する複数の発光ダイオードLD1のうちの一部(例えば1個の発光ダイオードLD1)には、光通信信号S1に応じてオン/オフされるスイッチ要素Q2aが接続されている。スイッチ要素Q2aがオンすると、スイッチ要素Q2aが並列接続された発光ダイオードLD1の両端間が短絡されるので、スイッチ要素Q2aのオン/オフに応じて負荷回路(直列回路4a)の負荷特性が部分的に変化する。
A switch element Q2a that is turned on / off in response to the optical communication signal S1 is connected to a part (for example, one light emitting diode LD1) of the plurality of light emitting diodes LD1 constituting the
また直列回路4bを構成する複数の発光ダイオードLD2のうちの一部(例えば1個の発光ダイオードLD2)にも、光通信信号S2に応じてオン/オフされるスイッチ要素Q2bが接続されている。スイッチ要素Q2bがオンすると、スイッチ要素Q2bが並列接続された発光ダイオードLD2の両端間が短絡されるので、スイッチ要素Q2bのオン/オフに応じて負荷回路(直列回路4b)の負荷特性が部分的に変化する。
Also, a switch element Q2b that is turned on / off in response to the optical communication signal S2 is connected to a part (for example, one light-emitting diode LD2) of the plurality of light-emitting diodes LD2 constituting the
また直列回路4cを構成する複数の発光ダイオードLD3のうちの一部(例えば1個の発光ダイオードLD3)にも、光通信信号S3に応じてオン/オフされるスイッチ要素Q2cが接続されている。スイッチ要素Q2cがオンすると、スイッチ要素Q2cが並列接続された発光ダイオードLD3の両端間が短絡されるので、スイッチ要素Q2cのオン/オフに応じて負荷回路(直列回路4c)の負荷特性が部分的に変化する。
Also, a switch element Q2c that is turned on / off in response to the optical communication signal S3 is connected to a part (for example, one light-emitting diode LD3) of the plurality of light-emitting diodes LD3 constituting the
上述のように本実施形態では、負荷回路が、直列接続された複数の発光ダイオードを備えており、複数の発光ダイオードの一部にスイッチ要素が並列接続されている。すなわち、スイッチ要素が並列接続された発光ダイオードにより負荷変動要素が構成されている。 As described above, in this embodiment, the load circuit includes a plurality of light emitting diodes connected in series, and a switch element is connected in parallel to a part of the plurality of light emitting diodes. That is, the load variation element is configured by a light emitting diode in which switch elements are connected in parallel.
これにより、スイッチ要素が光通信信号に応じてオン/オフすることで、負荷回路の負荷特性が部分的に変調されるから、光通信信号に応じて負荷電流が変調されることになり、新たに負荷変動要素を追加することなく光通信が可能となる。 As a result, when the switch element is turned on / off according to the optical communication signal, the load characteristic of the load circuit is partially modulated. Therefore, the load current is modulated according to the optical communication signal. Optical communication is possible without adding a load fluctuation element.
また本実施形態では、定電流源11の出力間に複数の負荷回路(直列回路4a,4b,4cからなる)が並列接続され、負荷回路の各々は、直列接続された複数の前記発光ダイオードを備えている。そして、負荷回路毎に発光ダイオードの発光色が異なり、負荷回路の各々で、複数の発光ダイオードの一部と並列にスイッチ要素が接続されている。
Further, in the present embodiment, a plurality of load circuits (comprising
これにより、各負荷回路に設けられたスイッチ要素がオン/オフすることで、各負荷回路の負荷特性が変調されるから、各色の発光ダイオードの出力を変調できる。而して、受信器20側で照明光通信装置10から出力される光の色温度を識別できれば、混信を生じることなく3種類の信号を受信できるので、単色の発光ダイオードの場合に比べて光通信により送信可能な情報量を3倍に増やすことができる。
As a result, when the switch element provided in each load circuit is turned on / off, the load characteristic of each load circuit is modulated, so that the output of each color light emitting diode can be modulated. Thus, if the color temperature of the light output from the illumination
(実施形態8)
照明光通信装置の実施形態8を図10〜図12に基づいて説明する。実施形態6で説明した図8の回路では、平滑コンデンサC11の両端間に、複数の発光ダイオードLD1の直列回路4aと、複数の発光ダイオードLD2の直列回路4bが接続されている。一方の直列回路4bを構成する発光ダイオードLD2の一部(1個の発光ダイオードLD2)にはスイッチ要素Q2が並列接続されている。それに対して本実施形態では図10の回路図に示すように、平滑コンデンサC11の両端間に、複数の発光ダイオードLD1の直列回路4aが接続されている。また平滑コンデンサC11の両端間には、光通信信号S1に応じてオン/オフされるスイッチ要素Q2を介して、複数の発光ダイオードLD2の直列回路4bが接続されている。光通信信号に応じてスイッチ要素Q2がオンすると、平滑コンデンサC11の両端間に、発光ダイオードLD1の直列回路4aと、発光ダイオードLD2の直列回路4bが並列に接続されることになる。一方、光通信信号に応じてスイッチ要素Q2がオフすると、平滑コンデンサC11の両端間には、発光ダイオードLD1の直列回路4aのみが接続されることになる。なお、過電圧の発生を抑制するためには、全ての負荷(発光ダイオードLD1,LD2)が定電流源11から同時に切り離される無負荷状態を回避する必要がある。そのためにはスイッチ要素Q2によって発光ダイオードLD2が定電流源11から切り離された状態でも、定電流源11から電流供給を受ける負荷(発光ダイオード)を残しておく必要がある。本実施形態では、複数の発光ダイオードLD1がスイッチ要素Q2を介さずに定電流源11に接続されているから、発光ダイオードLD1には常に負荷電流が供給されることになり、無負荷状態が発生することはなく、過電圧の発生を抑制することができる。
(Embodiment 8)
図11(a)は、図10の回路をシミュレーション用にモデル化した回路を示し、図10の回路部品に対応する要素には同一の符号が付されている。このシミュレーション用回路では、発光ダイオードLD1,LD2が、予め発光ダイオードの特性をモデリングしたシミュレーションデバイスで等価的に置き換えられている。 FIG. 11A shows a circuit obtained by modeling the circuit of FIG. 10 for simulation, and elements corresponding to the circuit components of FIG. 10 are denoted by the same reference numerals. In this simulation circuit, the light emitting diodes LD1 and LD2 are equivalently replaced with a simulation device that models the characteristics of the light emitting diodes in advance.
図11(b)は同図(a)の回路を用いて負荷電流I1をシミュレーションした結果を示しており、光通信信号S1を停止させた状態での負荷電流I1(直列回路4aに流れる電流と直列回路4bに流れる電流との合成電流)は直流の約1Aに設定している。10kHzの矩形波信号からなる光通信信号S1がスイッチ要素Q2に入力され、スイッチ要素Q2がオン/オフすることで、発光ダイオードLD2の回路4bが断続されると、負荷電流I1の波形は、スイッチ要素Q2のオン時は約1.3A、スイッチ要素Q2のオフ時は約0.7Aの矩形波となり、光通信信号S1に忠実な変調波形が得られる。また負荷電流I1の平均電流は、光通信信号S1を停止させた状態での電流値(約1A)と略同じ値を保っている。
FIG. 11B shows the result of simulating the load current I1 using the circuit of FIG. 11A, and the load current I1 (the current flowing in the
以上説明したように本実施形態では、発光ダイオードを含む負荷回路が定電流源11の出力間に複数並列接続され、スイッチ要素は、複数の負荷回路のうち少なくとも1つを除く、1乃至複数の負荷回路に設けられている。
As described above, in the present embodiment, a plurality of load circuits including light emitting diodes are connected in parallel between the outputs of the constant
これにより、スイッチ要素が接続された負荷回路で負荷変動要素が構成されるから、新たに負荷変動要素を追加することなく、発光ダイオードの負荷電流を光通信信号の波形と忠実に変調させることができる。またスイッチ要素は、複数の負荷回路のうち少なくとも1つには設けられていないので、全てのスイッチ要素が同時にオフになったとしても、無負荷状態となることはない。 As a result, since the load variation element is configured by the load circuit to which the switch element is connected, it is possible to faithfully modulate the load current of the light emitting diode with the waveform of the optical communication signal without adding a new load variation element. it can. In addition, since the switch element is not provided in at least one of the plurality of load circuits, even if all the switch elements are turned off at the same time, the load element is not in a no-load state.
ところで、上記の直列回路4a,4bにおいて発光ダイオードLD1,LD2の接続点同士が1個おきに互いに接続されることで、図12(a)に示すような梯子状の回路が構成されてもよい。この回路では光通信信号S1に応じてスイッチ要素Q2がオン/オフされることによって、発光ダイオードLD2の一部が断続されており、無負荷状態となることはない。
By the way, every other connection point of the light emitting diodes LD1 and LD2 in the
また図12(b)の回路では、平滑コンデンサC11の両端間に、複数の発光ダイオードLD1及びスイッチ要素Q2aの直列回路と、複数の発光ダイオードLD2及びスイッチ要素Q2bの直列回路と、複数の発光ダイオードLD3及びスイッチ要素Q2cの直列回路が並列に接続されている。スイッチ要素Q2a,Q2b,Q2cには、それぞれ、別個の光通信信号S1,S2,S3が入力されており、対応する光通信信号S1,S2,S3に応じてオン/オフが切り替えられる。ここで、発光ダイオードLD1には赤色発光ダイオードが、発光ダイオードLD2には緑色発光ダイオードが、発光ダイオードLD3には青色発光ダイオードが用いられ、それぞれに流れる電流が光通信信号S1,S2,S3によって変調されている。而して受信器20側で、照明光通信装置10から出力される光の色温度を識別できれば、混信を生じることなく3種類の信号を受信できるので、単色の発光ダイオードの場合に比べて光通信により送信可能な情報量を3倍に増やすことができる。尚、全てのスイッチ要素Q2a,Q2b,Q2cが同時にオフすると無負荷状態となるため、スイッチ要素Q2a,Q2b,Q2cが同時にオフしないように光通信信号S1,S2,S3は設定されている。
In the circuit of FIG. 12B, a series circuit of a plurality of light emitting diodes LD1 and a switch element Q2a, a series circuit of a plurality of light emitting diodes LD2 and a switch element Q2b, and a plurality of light emitting diodes are provided between both ends of the smoothing capacitor C11. A series circuit of the
(実施形態9)
照明光通信装置の実施形態9を図13及び図14に基づいて説明する。尚、照明光通信装置10の回路構成は、実施形態1で説明した図1(a)の回路と同様であるから、図示及び説明は省略する。
(Embodiment 9)
実施形態1の信号発生回路14はオンデューティが一定の光通信信号S1を発生している。それに対して、本実施形態の信号発生回路14はデューティ調整部14bを備えている。デューティ調整部14bでは、外部から入力されるオンデューティが一定の矩形波信号からなる光通信信号S1をもとに、周波数は維持しながらオンデューティを変化させた信号S11を発生する。スイッチ要素Q2は、信号発生回路14から入力される信号S11によってオン/オフが切り替えられ、負荷変動要素13を負荷回路12に付加するか否かを切り替えている。したがって、負荷回路12に流れる負荷電流I1の波形は、光通信信号S1をもとに生成された信号S11に応じて変調されることになる。
The
図13は信号発生回路14から出力される信号S11と負荷電流I1の波形図を示し、同図(a)は光通信信号S1のオンデューティが約50%、同図(b)はオンデューティが約75%、同図(c)はオンデューティが約25%の場合の波形図である。オンデューティが50%の場合の負荷電流I1を図13(a)に示すような波形とすると、オンデューティが75%に拡大した場合は負荷電流I1の波形が図13(b)に示すようにピーク値が抑制され、且つ、ボトム値が低下したような波形となり、変調幅は拡大している。また、オンデューティが25%に狭まった場合の負荷電流I1の波形は、図13(c)に示すようにピーク値及びボトム値ともに大きくなり、変調幅は縮小している。
FIG. 13 is a waveform diagram of the signal S11 and the load current I1 output from the
また図14(a)は、本実施形態の回路動作をシミュレーションするためにモデル化したシミュレーション用の回路であり、負荷回路12としては実施形態6で説明した図7(a)の回路を使用している。すなわち、負荷回路12は、平滑コンデンサC11の両端間に直列接続された発光ダイオードLD1〜LD8で構成され、発光ダイオードLD8と並列にスイッチ要素Q2が接続されている。スイッチ要素Q2が並列接続された発光ダイオードLD8により負荷変動要素13が構成されている。また、このシミュレーション用回路では、発光ダイオードLD1〜LD8が、予め発光ダイオードの特性をモデリングしたシミュレーションデバイスで置き換えられている。
FIG. 14A is a simulation circuit modeled for simulating the circuit operation of the present embodiment. As the
図15(a)〜(c)は、図14の回路を用いてシミュレーションを行った結果を示している。 FIGS. 15A to 15C show results of simulation using the circuit of FIG.
図15(a)は、信号発生回路14から出力される信号S11の周波数が10kHz、オンデューティが50%の場合に負荷回路4に流れる電流I1の波形図である。電流I1のピーク値は約700mA、ボトム値は約300mA、変調幅は約400mA、平均値は約500mAとなっている。
FIG. 15A is a waveform diagram of the current I1 flowing through the
図15(b)は、信号発生回路14から出力される信号S11の周波数が10kHz、オンデューティが75%の場合の電流I1の波形図である。電流I1のピーク値は約630mA、ボトム値は約120mA、変調幅が約510mA、平均値が約500mAとなっている。
FIG. 15B is a waveform diagram of the current I1 when the frequency of the signal S11 output from the
図15(c)は、信号発生回路14から出力される信号S11の周波数が10kHz、オンデューティが25%の場合の電流I1の波形図である。電流I1のピーク値は約710mA、ボトム値は約430mA、変調幅が約280mA、平均値が約500mAとなっている。
FIG. 15C is a waveform diagram of the current I1 when the frequency of the signal S11 output from the
これらの結果から、信号発生回路14が、光通信信号S1の周波数を維持しながらオンデューティを変化させた信号S11を生成し、この信号S11に応じて負荷電流I1を変調した場合、オンデューティの値によって変調幅を調整できることが分かった。
From these results, when the
以上説明したように、本実施形態の照明光通信装置10は、光通信信号のオン/オフのデューティ比を変化させるデューティ調整部14bを備えている。
As described above, the illumination
これにより、デューティ調整部14bでデューティ比が変化された信号によりスイッチ要素がオン/オフされ、それによって負荷回路の負荷特性を変調させることができる。しかも。オンデューティを変化させることで、負荷回路に流れる負荷電流の変調幅を所望の値に調整することができる。
As a result, the switch element is turned on / off by the signal whose duty ratio is changed by the
(実施形態10)
照明光通信装置の実施形態10を図16に基づいて説明する。上述した実施形態1〜9の照明光通信装置10では発光ダイオードの電源を定電流源11として説明しているが、本実施形態では定電流源11の具体回路を説明する。
(Embodiment 10)
図16(a)は照明光通信装置10の回路図を示している。本実施形態では定電流源11が、直流電源1を入力とするDC−DCコンバータ2(コンバータ部)と、電流検出抵抗5(電流検出部)及び誤差増幅器A1(差分増腹部)などで構成したフィードバック回路15と、出力制御部7(制御部)とを備えている。
FIG. 16A shows a circuit diagram of the illumination
電流検出抵抗5は、負荷回路4に流れる負荷電流に応じて電圧降下を発生する。誤差増幅器A1は、電流検出抵抗5に生じる電圧降下と基準電圧E1とを比較増幅する。誤差増幅器A1の出力は出力制御部7に送られる。出力制御部7は、電流検出抵抗5に生じる電圧降下が基準電圧E1に一致するように(すなわち誤差増幅器A1の出力が小さくなるように)、DC−DCコンバータ2の出力を制御する。
The
この回路ではDC−DCコンバータ2の出力に平滑コンデンサC11が接続されている。平滑コンデンサC11の両端間には、複数の発光ダイオードLD1の直列回路からなる負荷回路4が接続されている。ここで、スイッチ要素Q2が光通信信号S1に応じてオン/オフすることで、負荷変動要素13が負荷回路12に付加されるか否かが切り替えられており、これにより負荷回路4の負荷特性が部分的に変化させられる。
In this circuit, a smoothing capacitor C11 is connected to the output of the DC-
尚、DC−DCコンバータ2には種々の方式を採用でき、図16(b)に示す回路では、DC−DCコンバータ2が、スイッチング素子Q1と出力トランスT1とダイオードD20からなるフライバックコンバータで構成されている。
Various systems can be adopted for the DC-
また図16(c)に示す回路では、DC−DCコンバータ2が、スイッチング素子Q1とチョークコイルL21とダイオードD21からなるバックコンバータで構成されている。
In the circuit shown in FIG. 16C, the DC-
また図16(d)に示す回路では、DC−DCコンバータ2が、スイッチング素子Q1とチョークコイルL21とダイオードD22からなるインバースバックコンバータ回路で構成されている。すなわち、発光ダイオードLD1の直列回路からなる負荷回路4と並列に平滑コンデンサC11が接続されており、発光ダイオードLD1に流れる負荷電流を検出する電流検出抵抗5は、スイッチング素子Q1のソース側に設けられている。誤差増幅器A1は、スイッチング素子Q1のソース電流によって電流検出抵抗5に生じる電圧降下と基準電圧E1との差分を増幅しており、これらフィードバック回路15及び出力制御部7によって発光ダイオードLD1に流れる電流が定電流に制御される。
In the circuit shown in FIG. 16D, the DC-
図16(a)〜(d)に示す回路では定電流源11から定電流が出力されており、光通信信号S1に応じてスイッチ要素Q2がオン/オフされることで、負荷変動要素13が負荷回路4に付加されるか否かが切り替えられる。これにより、負荷回路4の負荷特性が部分的に変調されるから、光通信信号に応じて負荷電流が変調されることになり、負荷電流の波形を光通信信号S1に忠実に変調することができる。
In the circuits shown in FIGS. 16A to 16D, a constant current is output from the constant
ところで、本実施形態で説明した定電流源11の具体回路(図16(a)〜(d)参照)において、定電流フィードバック系に位相補償要素を追加することも好ましく、より実用に即した定電流源11を実現できる。図17は、図16(a)の回路に位相補償要素が追加された回路を示しており、誤差増幅器A1の出力端子と反転入力端子の間に接続された抵抗R21及びコンデンサC21からなる積分要素を含む位相補償回路6bを備えている。位相補償回路6bは低周波領域での利得を高めるとともに、高周波領域での利得を抑制し、フィードバック系の一巡伝達関数の安定性を確保している。
Incidentally, in the specific circuit of the constant
なお、上記の各実施形態で説明した、負荷特性を変動させることで光通信のための変調を行う方法は、定電流フィードバック系の応答性には依存せず、誤差増幅器A1などで構成された定電流フィードバック回路は、変調時と非変調時とで負荷電流の平均値を略一定に制御する機能を有している。ここで、光通信信号S1に忠実に変調された変調波形を得るための応答性は、発光ダイオードLD1に並列接続された平滑コンデンサC11と発光ダイオードLD1との間の配線インダクタンスによって決定されると予想される。したがって、配線インダクタンスを考慮した配線を行うことで高速通信も期待できる。尚、DC−DCコンバータ2の具体構成としては、図16(b)〜(d)に示されるような各種の回路を適用することが可能である。
The method for performing modulation for optical communication by varying the load characteristics described in each of the above embodiments does not depend on the responsiveness of the constant current feedback system, and is configured with an error amplifier A1 or the like. The constant current feedback circuit has a function of controlling the average value of the load current substantially constant during modulation and non-modulation. Here, it is expected that the responsiveness for obtaining a modulation waveform that is modulated faithfully to the optical communication signal S1 is determined by the wiring inductance between the smoothing capacitor C11 connected in parallel to the light emitting diode LD1 and the light emitting diode LD1. Is done. Therefore, high-speed communication can be expected by performing wiring in consideration of wiring inductance. As a specific configuration of the DC-
以上説明したように、本実施形態では定電流源11が、直流出力を生成するコンバータ部(DC−DCコンバータ2)と、負荷回路に流れる負荷電流に応じた電圧降下を発生する電流検出部(電流検出抵抗5)と、電流検出部で発生する電圧降下と所定の基準電圧との差分を増幅する差分増幅部(誤差増幅器A1)と、差分増幅部の出力に応じて負荷電流の平均値が略一定となるようにコンバータ部の出力を制御する制御部(出力制御部7)とを備えた定電流フィードバック系を有している。
As described above, in the present embodiment, the constant
これにより、制御部が、負荷電流をフィードバックしてコンバータ部の出力を制御することにより、変調時と非変調時とで負荷電流の平均値を略一定に制御する機能をことができる。 As a result, the control unit feeds back the load current and controls the output of the converter unit, whereby the function of controlling the average value of the load current at the time of modulation and the time of non-modulation can be made substantially constant.
さらに本実施形態では、積分要素を含み差分増幅部(誤差増幅器A1)の出力の位相を調整する位相補償回路6bが定電流フィードバック系に設けられている。
Further, in the present embodiment, a
このように本実施形態では位相補償回路6bを備えることで、低周波領域での利得が高まるとともに、高周波領域での利得が抑制され、フィードバック系の一巡伝達関数の安定性を確保することができる。
As described above, in the present embodiment, by providing the
(実施形態11)
照明光通信装置の実施形態11を図18に基づいて説明する。上述の各実施形態において、定電流源11と、平滑コンデンサC11と、平滑コンデンサC11の両端間に接続される負荷回路4(発光ダイオードLD1からなる)は、発光ダイオードを負荷とする照明器具が一般的に備える基本回路といえる。したがって、負荷回路に付加されることによって負荷回路の負荷特性を部分的に変化させる負荷変動要素13と、光通信信号S1に応じてオン/オフが切り替えられることで負荷変動要素13が負荷回路に付加されるか否かを切り替えるスイッチ要素Q2からなる照明光通信のブロックを、既設の照明器具に後付けで付加できるようにすれば、既設の一般的な照明器具に対して光通信機能を容易に追加することができ、光通信機能の普及が期待できる。
(Embodiment 11)
図18は本実施形態の照明光通信装置10の回路図であり、この照明光通信装置10は既設の照明器具100と、照明器具100に後付けで接続可能な通信ユニット30とで構成される。
FIG. 18 is a circuit diagram of the illumination
照明器具100は、定電流源11と、定電流源11の出力端に接続された平滑コンデンサC11と、平滑コンデンサC11の両端間に接続された負荷回路4とを備え、負荷回路4は、複数の発光ダイオードLD1を直列接続することによって構成されている。
The
通信ユニット30は、光通信信号S1を発生する信号発生回路14と、照明器具100の負荷回路4に付加されることによって負荷回路4の負荷特性を部分的に変化させる負荷変動要素13と、光通信信号S1に応じてオン/オフされることで負荷変動要素13を負荷回路4に付加するか否かを切り替えるスイッチ要素Q2とを備えている。また通信ユニット30は、照明器具100が備えるコネクタCN1に着脱自在に接続されるコネクタCN2を備え、コネクタCN2をコネクタCN1に接続すると、負荷回路4に対して負荷変動要素13が電気的に接続されるようになっている。
The
而して、通信ユニット30のコネクタCN2を既設の照明器具100のコネクタCN1に接続することで、光通信機能を持たない既設の照明器具100に対して、光通信の機能を後付けで容易に追加することができる。
Thus, by connecting the connector CN2 of the
なお本実施形態の通信ユニット30において、図19(a)に示されるように、光通信信号S1を発生する信号発生回路14とスイッチ要素Q2との間を電気的に絶縁する絶縁部16を備えることも好ましい。
In addition, in the
図19(b)(c)は絶縁部16の具体例を示し、図19(b)の回路では絶縁部16がフォトカプラPC11で構成され、図19(c)の回路では絶縁部16が絶縁トランスT21で構成されている。図19(b)(c)の回路では、絶縁部16を構成するフォトカプラPC11又は絶縁トランスT21からバッファーIC4を介してスイッチ要素Q2が駆動されるようになっている。
19 (b) and 19 (c) show specific examples of the insulating
上述のように本実施形態では、照明光通信の機能を実現するために必要な信号発生回路14と負荷変動要素13とスイッチ要素Q2とが同じケース30a内に収納された通信ユニット30を備えている。この通信ユニット30は、接続用の機構部品(コネクタCN1,CN2)を介して負荷回路4に接続されるようになっている。
As described above, the present embodiment includes the
これにより、通信ユニット30を既設の照明器具100に後付けで接続することができ、既設の照明器具100に対して照明光通信の機能を容易に追加することができる。
Thereby, the
また上述の通信ユニット30には、信号発生回路14とスイッチ要素Q2の間を電気的に絶縁する絶縁部16が設けられている。
The
これにより、通信ユニット30がコネクタCN1,CN2を介して照明器具100に接続されている場合においても、信号発生回路14が照明器具100から電気的に絶縁されているので、信号発生回路14を外部の制御システムに接続して、外部の制御システムから入力される信号を光通信信号S1に変換するといった操作が容易になる。
As a result, even when the
(実施形態12)
照明光通信装置の実施形態12を図20に基づいて説明する。実施形態11で説明した通信ユニット30は、1台の照明器具100に接続されて、この照明器具100に光通信機能を付与するものである。それに対して、本実施形態では通信ユニットを複数台の照明器具に接続可能とし、複数台の照明器具に光通信機能を付与できるようになっている。
図20(a)は本実施形態の照明光通信装置10の回路図であり、照明光通信装置10は、3台の既設の照明器具100A,100B,100Cと、照明器具100A,100B,100Cに接続される通信ユニット30とで構成される。
FIG. 20A is a circuit diagram of the illumination
照明器具100A,100B,100Cは同一の構成を有し、定電流源11と、定電流源11の両端間に接続された平滑コンデンサC11と、平滑コンデンサC11の両端間に直列接続された複数の発光ダイオードLD1からなる負荷回路4とで構成されている。
The
通信ユニット30は、信号発生回路14からの光通信信号S1を受けて、複数台の照明器具の負荷特性に変調を付与して光通信を行わせるものであり、負荷変動要素及びスイッチ要素を複数系統備えた多チャンネル用の通信ユニットとして構成されている。通信ユニット30は、例えば3系統の負荷変動要素13a,13b,13c、スイッチ要素Q2a,Q2b,Q2c、絶縁部16a,16b,16cと、コネクタCN2a,CN2b,CN2cと、信号発生回路14とを同一のケース30aに保持させることで、ユニット化されている。負荷変動要素13a,13b,13cは、それぞれ照明器具の負荷回路4に付加されることで、負荷回路4の特性を部分的に変更する。コネクタCN2a,CN2b,CN2cは、それぞれ照明器具のコネクタCN1に着脱自在に接続されて、対応する負荷変動要素13a,13b,13cを照明器具の負荷回路4に接続する。信号発生回路14は2値の光通信信号S1を発生する。スイッチ要素Q2a,Q2b,Q2cは、それぞれ信号発生回路14からの光通信信号S1に応じてオン/オフされ、対応する負荷変動要素13a,13b,13cを負荷回路4に付加するか否かを切り替える。絶縁部16a,16b,16cは、それぞれ、信号発生回路14と、対応するスイッチ要素Q2a,Q2b,Q2cとの間を電気的に絶縁しており、例えば図19(b)(c)に示されるような回路で構成される。
The
上述のように本実施形態では、照明光通信の機能を実現するために必要な信号発生回路と負荷変動要素とスイッチ要素とが同じケース30a内に収納された通信ユニット30を備えている。この通信ユニット30は、接続用の機構部品(コネクタCN1,CN2a〜CN2c)を介して照明器具の負荷回路4に接続されるようになっている。
As described above, the present embodiment includes the
これにより、通信ユニット30を既設の照明器具100に後付けで接続することができ、既設の照明器具100に対して照明光通信の機能を容易に追加することができる。
Thereby, the
しかも本実施形態では、信号発生回路14からの光通信信号S1を複数台の照明器具に出力できるように、負荷変動要素及びスイッチ要素を複数系統備えているので、1台の通信ユニット30で複数台の照明器具の光出力に変調を付与することができる。
In addition, in the present embodiment, a plurality of load variation elements and switch elements are provided so that the optical communication signal S1 from the
また複数系統のスイッチ要素Q2a,Q2b,Q2cは、それぞれ対応する絶縁部16a,16b,16cを介して信号発生回路14に接続されている。したがって、通信ユニット30に接続される複数の照明器具の間が電気的に絶縁され、照明器具の間の相互干渉を抑制できる。
The switch elements Q2a, Q2b, Q2c of a plurality of systems are connected to the
尚、図20(a)の回路では信号発生回路14から出力される光通信信号S1を複数台の照明器具へ出力しているが、図20(b)に示すように、信号発生回路14により複数種類(例えば3種類)の光通信信号S1,S2,S3を発生させ、各々の光通信信号S1,S2,S3を別個の照明器具に出力してもよい。図20(b)の回路では、スイッチ要素Q2a,Q2b,Q2cに、それぞれ対応する絶縁部16a,16b,16cを介して光通信信号S1,S2,S3が入力されるようになっている。
In the circuit of FIG. 20A, the optical communication signal S1 output from the
このように、光通信信号を発生する信号発生回路14は、互いに異なる複数種類の光通信信号(本実施形態では3種類の光通信信号S1,S2,S3)を発生する。光通信信号の種類毎に個別のスイッチ要素(スイッチ要素Q2a,Q2b,Q2c)が設けられ、且つ、複数のスイッチ要素の間を電気的に絶縁する絶縁部(絶縁部16a,16b,16c)が設けられている。
As described above, the
これにより、複数種類の光通信信号を別々の照明器具に出力することができ、1つの通信ユニット30で多チャンネルの光通信を行うことができる。
Thereby, a plurality of types of optical communication signals can be output to separate lighting fixtures, and multi-channel optical communication can be performed with one
(実施形態13)
照明光通信装置の実施形態13を図21及び図22に基づいて説明する。
(Embodiment 13)
図21は本実施形態の照明光通信装置10の回路図である。本実施形態は、実施形態11で説明した通信ユニット30に、搬送波生成部32と変調部33と絶縁トランスT1と制御電源部34と復調部35を追加したものである。
FIG. 21 is a circuit diagram of the illumination
搬送波生成部32は、タイマー用IC31と抵抗R11,R12とコンデンサC10とで無安定マルチバイブレータを構成し、光通信信号S1の周波数に対して十分高い周波数(例えば1MHz)で発振させる。尚、タイマー用IC31としては、例えばナショナルセミコンダクター社のLMC555などが使用される。
The
タイマー用IC31の出力信号は変調部33に入力され、ANDゲートIC1の一方の入力端に入力される。ANDゲートIC1の他方の入力端には光通信信号S1が入力されており、光通信信号S1とタイマー用IC31の出力信号との論理和がバッファーIC2に入力され、カップリングコンデンサC11を介して絶縁トランスT1の一次巻線を励磁する。
The output signal of the
絶縁トランスT1の二次巻線には、光通信信号S1を例えば1MHzの搬送波で変調した高周波電圧が誘起され、ダイオードD11,D12及びコンデンサC12,C13からなる倍電圧整流回路で構成された制御電源部34で整流平滑される。この倍電圧整流回路の出力電圧でスイッチ要素Q2のゲートを駆動するバッファーIC3の電源が生成される。
A high frequency voltage obtained by modulating the optical communication signal S1 with a carrier of 1 MHz, for example, is induced in the secondary winding of the isolation transformer T1, and a control power supply configured by a voltage doubler rectifier circuit including diodes D11 and D12 and capacitors C12 and C13. Rectification and smoothing are performed by the
また絶縁トランスT1の二次巻線に誘起される電圧は復調部35に入力される。復調部35では、絶縁トランスT1の二次巻線に誘起される電圧が抵抗R13,R14で分圧され、コンデンサC14で搬送波成分が除去されることによって、光通信信号S1が再現される。復調部35は再現した光通信信号S1をバッファーIC3の入力に供給することでMOSFETよりなるスイッチ要素Q2のゲートを駆動する。
The voltage induced in the secondary winding of the insulating transformer T1 is input to the
図22(a)〜(e)は、上述した回路動作を説明するための各部の波形図であり、図22(a)は信号発生回路14から出力される光通信信号S1(例えば10kHz)の波形図である。図22(b)は搬送波信号(例えば1MHz)の波形図、図22(c)はANDゲートIC1(変調部33)の出力波形であり、搬送波信号が光通信信号S1にて変調されている。図22(d)は制御電源部34の出力波形を示し、倍電圧整流回路で整流平滑された直流電源がバッファーIC3に供給される。図22(e)はバッファーIC3の出力波形(復調部35で復調された信号波形)を示し、MOSFETからなるスイッチ要素Q2のゲート端子に入力される。
22A to 22E are waveform diagrams of the respective parts for explaining the above-described circuit operation. FIG. 22A is a diagram illustrating the optical communication signal S1 (for example, 10 kHz) output from the
本実施形態の照明光通信装置10では、通信ユニット30が搬送波生成部32と変調部33と絶縁トランスT1と復調部35とを備えている。搬送波生成部32は、光通信信号S1と分離できるように光通信信号S1の周波数よりも十分高い周波数に設定された搬送波を生成する。変調部33は、光通信信号S1を搬送波にて変調する。絶縁トランスT1は、変調部33とスイッチ要素Q2の間に接続される。復調部35は、絶縁トランスT1の出力から搬送波を除去して得た信号をスイッチ要素Q2に出力する。
In the illumination
このように、搬送波生成部32とトランス駆動部33と制御電源部34と復調部35とを備えているので、信号発生回路14とスイッチ要素Q2の間に設けられた絶縁部16を構成する絶縁トランスT1として小型のトランスを使用できる。またスイッチ要素Q2の駆動電力を確保するのが容易であるから、照明器具から制御電源を確保する必要がなく、独立性の高い通信ユニット30を実現できる。なお、負荷変動要素13やスイッチ要素Q2などの部品を通信ユニット30として一体に構成することで、既設の照明器具100に対して光通信機能を後付けで容易に付加することができる。また本実施形態の通信ユニットの構成を実施形態12で説明した多チャンネルの通信ユニットに適用しても良いことはいうまでもない。
As described above, since the carrier
(実施形態14)
実施形態14の照明光通信装置を図23〜図27に基づいて説明する。図23(a)は照明光通信装置10の回路図であり、この照明光通信装置10は、直流電源1を入力とするDC−DCコンバータ2(コンバータ部)と整流回路3と平滑コンデンサC1(平滑回路)を備える。DC−DCコンバータ2は、直流電源1からの直流電圧をスイッチ素子Q1でスイッチングし、その出力がダイオードを含む整流回路3と平滑コンデンサC1で整流、平滑されることによって、所定の電圧値の直流電圧に変換される。DC−DCコンバータの出力間、すなわち平滑コンデンサC1の両端間には、複数個(例えば8個)の発光ダイオードLD1〜LD8と電流検出抵抗5(電流検出部)が直列に接続されている。電流検出抵抗5の電圧降下は誤差増幅器A1(差分増幅部)の反転入力端子に入力される。誤差増幅器A1は、電流検出抵抗5の電圧降下と、非反転入力端子に入力された基準電圧E1とを比較し、その差分を増幅した信号を、出力制御部7(制御部)に出力する。出力制御部7では、誤差増幅器A1から入力されたフィードバック信号に基づいて、スイッチ素子Q1のオン/オフを制御することで、負荷電流I1を制御する。尚、誤差増幅器A1の出力端子と反転入力端子の間には、積分要素である抵抗R1とコンデンサC2からなる位相補償回路6aが接続されており、誤差増幅器A1,抵抗R1,コンデンサC2などで定電流フィードバック回路6が構成される。
(Embodiment 14)
The illumination light communication apparatus of
そして、本回路では直列接続された発光ダイオードLD1〜LD8の一部、すなわち1灯の発光ダイオードLD8と並列にスイッチ素子Q2(スイッチ要素)が接続されており、このスイッチ素子Q2は外部から入力される光通信信号S1によってオン/オフされる。 In this circuit, a switch element Q2 (switch element) is connected in parallel with a part of the light-emitting diodes LD1 to LD8 connected in series, that is, one light-emitting diode LD8, and this switch element Q2 is inputted from the outside. Is turned on / off by the optical communication signal S1.
また、図23(b)は回路動作を検証するためのシミュレーション回路を示している。この回路ではDC−DCコンバータ2として降圧チョッパ回路を用いている。また、発光ダイオードLD8に接続されたスイッチ素子Q2を、光通信信号に相当する10kHzの発振信号を出力する信号源8でオン/オフしている。
FIG. 23B shows a simulation circuit for verifying the circuit operation. In this circuit, a step-down chopper circuit is used as the DC-
図24(a)(b)に、上記のシミュレーション回路を用いて負荷電流I1をシミュレーションした結果を示す。図24(a)は信号源8を停止させた状態での負荷電流I1を示し、負荷電流I1は直流の約500mAに設定されている。図24(b)は信号源8から10kHzの矩形波信号を出力して、発光ダイオードLD8に流れる電流を断続させたときの負荷電流I1を示している。この場合の負荷電流I1は、スイッチ素子Q2のオン時は約700mA、スイッチ素子Q2のオフ時は約300mAであり、平均電流は約500mAとなっている。尚、スイッチ素子Q2が並列接続された発光ダイオードLD8には、スイッチ素子Q2のオン時には0、スイッチ素子Q2のオフ時には約300mAの矩形波電流が流れることになる。
FIGS. 24A and 24B show the results of simulating the load current I1 using the above simulation circuit. FIG. 24A shows the load current I1 when the
以上のように直列接続された発光ダイオードLD1〜LD8の一部と並列にスイッチ素子Q2を接続し、このスイッチ素子Q2を光通信信号に応じてオン/オフすることで、一部の発光ダイオードに流れる電流が断続される。したがって、光通信信号に応じて発光ダイオードLD1〜LD8に流れる負荷電流が変調され、発光ダイオードLD1〜LD8から出力される照明光が光通信信号に応じて変調されるのである。照明光通信装置10からの光出力である光通信信号は、フォトICを有する受信器20によって受信される。受信器20では、光通信信号が重畳されていない光出力と、光通信信号が重畳された光出力との差分を検出することによって、光通信信号を受け取る方式を採用しており、このような方式を採用することで微少な変調光でも検出が可能になる。またDC−DCコンバータ2は、負荷電流I1の平均値が略一定になるよう制御しているので、電力損失を低減することができる。ここにおいて、スイッチ素子Q2が並列接続された発光ダイオードLD8により負荷変動要素が構成される。
As described above, the switch element Q2 is connected in parallel with a part of the light-emitting diodes LD1 to LD8 connected in series, and the switch element Q2 is turned on / off according to the optical communication signal, so that a part of the light-emitting diodes is formed. The flowing current is interrupted. Therefore, the load current flowing through the light emitting diodes LD1 to LD8 is modulated according to the optical communication signal, and the illumination light output from the light emitting diodes LD1 to LD8 is modulated according to the optical communication signal. An optical communication signal that is an optical output from the illumination
ところで、上述のシミュレーション回路では8灯のうちの1灯と並列にスイッチ素子Q2を接続したが、8灯のうちの2灯と並列にスイッチ素子Q2を接続し、このスイッチ素子Q2を信号源8で断続的にオン/オフさせた場合の負荷電流I1を図25(a)に示す。図25(a)のシミュレーション結果から、スイッチ素子Q2で断続する発光ダイオードの個数を増やすと(1灯→2灯)、負荷電流I1のピーク値が高く、またボトム値が小さくなって、光出力をより大きく変調できることが判明した。また、この場合でも平均電流は、変調していない状態と同じ値(500mA)にできることが判明した。尚、スイッチ素子Q2が10kHz程度の高周波でオン/オフされることによって、発光ダイオードの出力光が変調されるが、人間の目には10kHz程度の高周波の光変調は認識できないため、違和感を抱くことはない。
In the above simulation circuit, the switch element Q2 is connected in parallel with one of the eight lamps. However, the switch element Q2 is connected in parallel with two of the eight lamps, and the switch element Q2 is connected to the
また、上記のシミュレーション回路ではスイッチ素子Q2のオンデューティを50%としたが、オンデューティを75%とした場合のシミュレーション結果を図25(b)(c)に示す。図25(b)はスイッチ素子Q2で1灯の発光ダイオードを断続した場合の負荷電流I1、図25(c)はスイッチ素子Q2で2灯の発光ダイオードを断続した場合の負荷電流I1である。このシミュレーション結果から、スイッチ素子Q2のオンデューティを50%よりも大きくすると、スイッチ素子Q2が並列接続された1灯又は複数灯の発光ダイオードの消灯期間を長くできる。それによって、矩形波電流となる負荷電流I1のピーク値は抑制しつつ、その平均電流を変調していない状態と同じ値にでき、スイッチ素子Q2のオンデューティを変えることで発光ダイオードのピーク電流定格に対する余裕度の調整や受信感度の調整が行える。 Further, in the above simulation circuit, the on-duty of the switch element Q2 is set to 50%, but the simulation results when the on-duty is set to 75% are shown in FIGS. FIG. 25B shows the load current I1 when one light emitting diode is intermittently connected with the switching element Q2, and FIG. 25C shows the load current I1 when two light emitting diodes are intermittently connected with the switching element Q2. From this simulation result, when the on-duty of the switch element Q2 is made larger than 50%, the extinguishing period of one or a plurality of light emitting diodes to which the switch element Q2 is connected in parallel can be lengthened. Thereby, while suppressing the peak value of the load current I1 which is a rectangular wave current, the average current can be made the same value as the unmodulated state, and the peak current rating of the light emitting diode can be changed by changing the on-duty of the switch element Q2. Can be adjusted and the reception sensitivity can be adjusted.
また、上述のシミュレーション回路では発光ダイオードLD1…の灯数を8灯としているが、12灯の発光ダイオードを直列接続し、そのうちの1〜4灯の発光ダイオードと並列にスイッチ素子Q2を接続した場合のシミュレーション結果を図26に示す。図26(a)は信号源8を停止させた状態(すなわちスイッチ素子Q2がオフの状態)での負荷電流I1を示し、負荷電流I1は直流の約500mAに設定されている。図26(b)は発光ダイオードが1灯断続された場合の負荷電流I1、図26(c)は2灯断続された場合の負荷電流I1、図26(d)は3灯断続された場合の負荷電流I1、図26(e)は4灯が断続された場合の負荷電流I1である。尚、何れの場合もスイッチ素子Q2のオンデューティは50%に設定されている。このシミュレーション結果から、スイッチ素子Q2で断続される発光ダイオードの個数が多いほど、負荷電流I1の変調度合いが大きくなっているが、負荷電流I1の平均電流は一定に保たれることが確認できた。
In the above simulation circuit, the number of light-emitting diodes LD1 is eight, but when twelve light-emitting diodes are connected in series and the switch element Q2 is connected in parallel with one to four of the light-emitting diodes. The simulation results are shown in FIG. FIG. 26A shows the load current I1 in a state where the
上述のように本実施形態では、直列接続された複数灯の発光ダイオードのうち、一部の発光ダイオードと並列にスイッチ素子Q2を接続し、このスイッチ素子Q2を光通信信号に応じてオン/オフさせている。スイッチ素子Q2がオンになると、スイッチ素子Q2が並列接続された発光ダイオードの一部は、その両端間が短絡される。この時、直列接続された発光ダイオードのオン電圧が、短絡された個数分だけ低下し、DC−DCコンバータ2の出力電圧(すなわち平滑コンデンサC1の両端電圧)との間に差分ΔVが生じる。したがって、残りの発光ダイオードに流れる負荷電流I1は、その動作抵抗と上記した電圧の差分ΔVで決まる値だけ増加することになる。この増加分は、誤差増幅器A1を介するフィードバック系(定電流フィードバック回路6)によるものでないので瞬時に負荷電流I1が増加し、光通信信号に対して良好な追従性が得られる。また、短絡された発光ダイオードの個数が多いほど、負荷電流の増加分が大きくなる。一方、スイッチ素子Q2がオフの期間では、光通信信号により変調されていない場合より負荷電流I1が低下するが、この電流値は定電流フィードバック回路6による平均化制御によって、平均電流が変調前と同じ値となるように決定された電流値に制御される。
As described above, in the present embodiment, among a plurality of light-emitting diodes connected in series, a switch element Q2 is connected in parallel with some of the light-emitting diodes, and this switch element Q2 is turned on / off according to an optical communication signal. I am letting. When the switch element Q2 is turned on, a part of the light emitting diodes to which the switch element Q2 is connected in parallel is short-circuited between both ends. At this time, the ON voltage of the light emitting diodes connected in series is reduced by the number of short-circuits, and a difference ΔV is generated between the output voltage of the DC-DC converter 2 (that is, the voltage across the smoothing capacitor C1). Therefore, the load current I1 flowing through the remaining light emitting diodes increases by a value determined by the difference ΔV between the operating resistance and the voltage. This increase is not due to the feedback system (constant current feedback circuit 6) via the error amplifier A1, so the load current I1 increases instantaneously and good followability to the optical communication signal is obtained. Further, the larger the number of light-emitting diodes that are short-circuited, the greater the increase in load current. On the other hand, while the switch element Q2 is off, the load current I1 is lower than when it is not modulated by the optical communication signal, but this current value is controlled by the constant
この照明光通信装置では、照明用途に使用される、直列接続された複数灯の発光ダイオードLD1〜LD8の一部を、光通信信号に応じて断続的に短絡するだけで、光通信信号に忠実な負荷電流I1の変調が行える。また回路効率を損ねるような損失が発生することもなく、光通信信号による変調が加えられた場合でも負荷電流I1の平均値は変化しないので、照明の質を損ねる虞もない。 In this illuminating light communication device, a part of a plurality of light emitting diodes LD1 to LD8 connected in series, which are used for lighting, is short-circuited intermittently according to the optical communication signal, and faithful to the optical communication signal. Modulation of the load current I1 can be performed. In addition, there is no loss that impairs circuit efficiency, and even when modulation by an optical communication signal is applied, the average value of the load current I1 does not change, so there is no risk of impairing the quality of illumination.
以上のように、本実施形態では、通信のために付加する回路が簡素でありながら、高周波の光通信信号に応じて忠実に出力光を変調でき、しかも電力損失の少ない照明光通信装置を提供することができる。 As described above, this embodiment provides an illumination optical communication apparatus that can modulate output light faithfully in accordance with a high-frequency optical communication signal and has low power loss, while a circuit added for communication is simple. can do.
(実施形態15)
実施形態15の照明光通信装置を図27〜図30に基づいて説明する。図27は本実施形態の回路動作を検証するシミュレーション回路である。この回路では、DC−DCコンバータ2の出力間に、電流検出抵抗5を介して、8個の発光ダイオードLD11〜LD18の直列回路4aと、8個の発光ダイオードLD21〜LD28の直列回路4bとが並列接続されている。そして、一方の直列回路4bを構成する発光ダイオードLD21〜LD28の一部(例えば発光ダイオードLD28)と並列に、光通信信号に応じてオン/オフされるスイッチ素子Q2が接続されている。ここで、図27のシミュレーション回路では、光通信信号に相当する10kHzの発振信号を出力する信号源8でスイッチ素子Q2をオン/オフしている。尚、発光ダイオードLD11〜LD18、LD21〜LD28よりなる負荷回路以外の回路構成は実施形態14と同様であるので、共通する構成要素には同一の符号を付して、その説明は省略する。
(Embodiment 15)
The illumination light communication apparatus of
図28(a)〜(c)に、上記のシミュレーション回路を用いて、直列回路4a,4bに流れる負荷電流I1,I2と、その合成電流I3(=I1+I2)をシミュレーションした結果を示す。図28(a)は信号源8を停止させた状態での電流I1〜I3を示し、負荷電流I1,I2は直流の約500mAに設定され、その合成電流I3は直流の約1Aに設定されている。
28A to 28C show the results of simulating the load currents I1 and I2 flowing through the
また図28(b)は信号源8から10kHzの矩形波信号(オンデューティが50%)を出力して、1個の発光ダイオードLD28を断続させたときの負荷電流I1,I2及び合成電流I3を示している。ここで、スイッチ素子Q2によって発光ダイオードが断続されない方の直列回路4aに流れる負荷電流I1は略直流で変調されていない。一方、スイッチ素子Q2によって発光ダイオードLD28が断続される方の直列回路4bに流れる負荷電流I2は、平均電流(約500mA)を基準にして変調されている。而して、負荷電流I1,I2の和である合成電流I3は、平均値(1A)を基準にして変調されることになる。
FIG. 28B shows a 10 kHz rectangular wave signal (on-duty is 50%) output from the
なお上述のシミュレーション回路では、スイッチ素子Q2で1個の発光ダイオードLD28をオン/オフしているが、スイッチ素子Q2で2個の発光ダイオードを断続した場合の電流I1〜I3をシミュレーションした結果を図28(c)に示す。この結果より、スイッチ素子Q2で断続する発光ダイオードの個数を増やした方が、変調幅を大きくできることを確認できた。これは、スイッチ素子Q2がオンになると、スイッチ素子Q2に並列接続された発光ダイオードの一部は、その両端間が短絡される。この時、直列接続された発光ダイオードのオン電圧が、短絡された個数分だけ低下し、DC−DCコンバータ2の出力電圧(すなわち平滑コンデンサC1の両端電圧)との間に差分ΔVが生じる。したがって、残りの発光ダイオードに流れる負荷電流I1は、その動作抵抗と上記した電圧の差分ΔVで決まる値だけ増加する。この増加分は、誤差増幅器A1を介するフィードバック系によるものでないので瞬時に負荷電流I1が増加し、光通信信号に対して良好な追従性が得られる。なお、短絡された発光ダイオードの個数が多いほど、負荷電流の増加分は大きくなる。一方、スイッチ素子Q2がオフの期間では、光通信信号により変調されていない場合より負荷電流I1が低下するが、この電流値は定電流フィードバック回路6による平均化制御によって、平均電流が変調前と同じ値となるように決定された電流値に制御される。
In the above simulation circuit, one light-emitting diode LD28 is turned on / off by the switching element Q2, but the results of simulating currents I1 to I3 when two light-emitting diodes are intermittently connected by the switching element Q2 are shown in FIG. It is shown in 28 (c). From this result, it was confirmed that the modulation width can be increased by increasing the number of light emitting diodes intermittently connected by the switching element Q2. This is because when the switch element Q2 is turned on, both ends of a part of the light emitting diodes connected in parallel to the switch element Q2 are short-circuited. At this time, the ON voltage of the light emitting diodes connected in series is reduced by the number of short-circuits, and a difference ΔV is generated between the output voltage of the DC-DC converter 2 (that is, the voltage across the smoothing capacitor C1). Accordingly, the load current I1 flowing through the remaining light emitting diodes increases by a value determined by the difference ΔV between the operating resistance and the voltage described above. Since this increase is not due to the feedback system via the error amplifier A1, the load current I1 increases instantaneously, and good followability to the optical communication signal can be obtained. As the number of light-emitting diodes that are short-circuited increases, the increase in load current increases. On the other hand, while the switch element Q2 is off, the load current I1 is lower than when it is not modulated by the optical communication signal, but this current value is controlled by the constant
ところで、複数個の発光ダイオードの直列回路を並列に接続する個数は2個に限定されるものではなく、3個以上並列接続してもよい。図29に示す回路では、DC−DCコンバータ2の出力間に、電流検出抵抗5を介して、各8個の発光ダイオードLD11〜LD18、LD21〜LD28、LD31〜LD38を直列に接続した直列回路4a,4b,4cが並列に接続されている。そして、1つの直列回路4cを構成する発光ダイオードLD31〜LD38の一部(例えば発光ダイオードLD38)と並列に、光通信信号に応じてオン/オフされるスイッチ素子Q2が接続されている。
By the way, the number of parallel connection of a series circuit of a plurality of light emitting diodes is not limited to two, but three or more may be connected in parallel. In the circuit shown in FIG. 29, a
図30(a)〜(c)に、上記のシミュレーション回路を用いて、直列回路4a,4b,4cに流れる負荷電流I1,I2,I3と、その合成電流I4(=I1+I2+I3)をシミュレーションした結果を示す。図30(a)は信号源8を停止させた状態での電流I1〜I4を示し、負荷電流I1〜I3は直流の約500mAにそれぞれ設定され、その合成電流I4は直流の約1.5Aに設定されている。
FIGS. 30A to 30C show results of simulating the load currents I1, I2, and I3 flowing through the
また図30(b)は信号源8から10kHzの矩形波信号(オンデューティが50%)を出力して、1個の発光ダイオードLD38を断続させたときの負荷電流I1〜I3及び合成電流I4を示している。ここで、スイッチ素子Q2によって発光ダイオードが断続されない直列回路4a,4bに流れる負荷電流I1,I2は略直流で変調されていない。一方、スイッチ素子Q2によって発光ダイオードLD38が断続される直列回路4cに流れる負荷電流I3は、平均電流(約500mA)を基準にして変調されている。而して、負荷電流I1〜I3の和である合成電流I4は、平均値(1.5A)を基準にして変調されることになる。
FIG. 30B shows a 10 kHz rectangular wave signal (on-duty is 50%) output from the
なお上述のシミュレーション回路では、スイッチ素子Q2で1個の発光ダイオードLD38をオン/オフしているが、スイッチ素子Q2で2個の発光ダイオードLD37,LD38を断続した場合の電流I1〜I4をシミュレーションした結果を図30(c)に示す。この結果より、実施形態1と同様、スイッチ素子Q2で断続する発光ダイオードの個数を増やした方が、変調幅を大きくできることを確認できた。 In the above simulation circuit, one light-emitting diode LD38 is turned on / off by the switching element Q2, but the currents I1 to I4 when the two light-emitting diodes LD37 and LD38 are intermittently connected by the switching element Q2 are simulated. A result is shown in FIG.30 (c). From this result, it was confirmed that the modulation width can be increased by increasing the number of light emitting diodes intermittently connected by the switching element Q2, as in the first embodiment.
(実施形態16)
実施形態16の照明光通信装置を図31及び図32に基づいて説明する。図31は本実施形態の回路動作を検証するシミュレーション回路である。この回路では、DC−DCコンバータ2の出力間に、電流検出抵抗5を介して、2個の発光ダイオードLD1,LD2の直列回路4を複数(例えば4組)並列接続した回路ブロックB1〜B4を4個直列に接続してある。そして、本回路では回路ブロックB4を構成する4組の直列回路4のうち、1組の直列回路4の発光ダイオードLD1,LD2の一部、すなわち発光ダイオードLD2と並列にスイッチ素子Q2が接続されている。スイッチ素子Q2は光通信信号に応じてオン/オフされるのであるが、図31のシミュレーション回路では、光通信信号に相当する10kHzの発振信号を出力する信号源8でスイッチ素子Q2をオン/オフしている。尚、回路ブロックB1〜B4で構成される負荷回路以外の回路構成は実施形態15と同様であるので、共通する構成要素には同一の符号を付して、その説明は省略する。
(Embodiment 16)
The illumination light communication apparatus of
図32(a)(b)に、上記のシミュレーション回路を用いて、負荷回路に流れる電流I1〜I4をシミュレーションした結果を示す。ここで、電流I2はスイッチ素子Q2が並列接続された発光ダイオードLD2に流れる電流である。電流I1は、スイッチ素子Q2が並列接続された発光ダイオードLD2と直列に接続された発光ダイオードLD1に流れる電流である。電流I3は、スイッチ素子Q2が接続された発光ダイオードLD2を含む直列回路4と、同じ回路ブロックB4に属する他の直列回路4に流れる電流である。電流I4は、負荷回路に流れる電流の合成電流である。
FIGS. 32A and 32B show the results of simulating the currents I1 to I4 flowing through the load circuit using the above simulation circuit. Here, the current I2 is a current flowing through the light emitting diode LD2 to which the switch element Q2 is connected in parallel. The current I1 is a current that flows through the light emitting diode LD1 connected in series with the light emitting diode LD2 to which the switch element Q2 is connected in parallel. The current I3 is a current that flows through the
図32(a)は信号源8を停止させた状態、すなわちスイッチ素子Q2がオフした状態での電流I1〜I4を示し、負荷電流I1〜I3は直流の約500mAに設定されている。各回路ブロックB1〜B4を構成する4組の直列回路4に流れる負荷電流は直流の500mAに設定されているから、合成電流I4は直流の約2Aとなる。
FIG. 32A shows currents I1 to I4 in a state where the
図32(b)は信号源8から10kHzの矩形波信号(オンデューティが50%)を出力して、スイッチ素子Q2をオン/オフさせることで、上記の発光ダイオードLD2を断続させたときの負荷電流I1〜I3及び合成電流I4を示している。ここで、断続される発光ダイオードLD2に流れる電流I2は、スイッチ素子Q2のオフ時には500mAとなり、オン時には0Aとなる。一方、この発光ダイオードLD2と直列に接続された発光ダイオードLD1に流れる電流I1は、スイッチ素子Q2のオフ時には500mAとなり、オン時にはオン電圧の低下分によって決まる変化分だけ増加した値となる。同じ回路ブロックB4に属する他の直列回路4に流れる電流は、スイッチ素子Q2のオン時に電流I1の増加に伴って若干減少するが、合成電流I4は変調されない場合の電流値(約2A)を基準にして変調されることになる。
FIG. 32B shows a load when the light emitting diode LD2 is intermittently turned by outputting a 10 kHz rectangular wave signal (on duty is 50%) from the
本回路でも、上述の各実施形態と同様に、スイッチ素子Q2がオンすることによって、負荷回路のオン電圧が低下し、これによって負荷電流が瞬時に増加する。この増加分は、誤差増幅器A1を介するフィードバック系によるものでないので瞬時に負荷電流I1が増加し、光通信信号に対して良好な追従性が得られる。一方、スイッチ素子Q2がオフの期間では、光通信信号により変調されていない場合より負荷電流I1が低下するが、この電流値は定電流フィードバック回路6による平均化制御によって、平均電流が変調前と同じ値となるように決定された電流値に制御される。したがって、通信のために付加する回路が簡素でありながら、高周波の光通信信号に応じて忠実に出力光を変調でき、しかも電力損失の少ない照明光通信装置を提供することができる。
Also in this circuit, as in each of the above-described embodiments, when the switch element Q2 is turned on, the on-voltage of the load circuit is lowered, and thereby the load current is instantaneously increased. Since this increase is not due to the feedback system via the error amplifier A1, the load current I1 increases instantaneously, and good followability to the optical communication signal can be obtained. On the other hand, while the switch element Q2 is off, the load current I1 is lower than when it is not modulated by the optical communication signal, but this current value is controlled by the constant
なお本回路では、32灯の発光ダイオードのうち、1灯のみが光通信信号に応じて断続されるため、合成電流I4の変調度合いは小さいが、断続的に短絡される発光ダイオードの個数を増やせば、強い変調を得ることができる。どの程度の変調が必要になるかは、受信側の感度に依存しており、受信側が照明光の強さの差分を検出するような受信方式であれば、微少な変調であっても光の変調信号を受信することは可能である。 In this circuit, only one of the 32 light emitting diodes is interrupted in response to the optical communication signal, so the degree of modulation of the combined current I4 is small, but the number of light emitting diodes that are intermittently short-circuited can be increased. If so, strong modulation can be obtained. How much modulation is required depends on the sensitivity on the receiving side. If the receiving side detects a difference in the intensity of illumination light, even if it is a minute modulation, It is possible to receive a modulated signal.
(実施形態17)
実施形態17の照明光通信装置を図33及び図34に基づいて説明する。図33(a)は本実施形態の回路図である。この照明光通信装置10では、DC−DCコンバータ2の出力間(すなわち平滑コンデンサC1の両端間)に、電流検出抵抗5を介して、複数個(例えば4個)の発光ダイオードLD1〜LD4の直列回路4と、限流要素9(負荷変動要素)とが直列に接続されている。そして、限流要素9の両端間には、光通信信号に応じてオン/オフされるスイッチ素子Q2が接続されている。尚、発光ダイオードLD1〜LD4および限流要素9からなる負荷回路以外の回路構成は、実施形態14で説明した図23(a)の回路と同様であるので、共通する構成要素には同一の符号を付して、その説明は省略する。
(Embodiment 17)
The illumination light communication apparatus of Embodiment 17 is demonstrated based on FIG.33 and FIG.34. FIG. 33A is a circuit diagram of this embodiment. In this illumination
この照明光通信装置10においても、光通信信号に応じてスイッチ素子Q2がオン/オフすることで、限流要素9の両端間が短絡又は開放されるから、発光ダイオードに流れる負荷電流I1を光通信信号に応じて変調することができる。
Also in this illumination
図33(b)〜(d)は限流要素9の具体構成を示し、図33(b)に示すようにダイオードD1で限流要素9を構成してもよい。このダイオードD1は一般のダイオードであり、必要とする変調度合いに応じて、その数や種類を選択すればよい。ダイオードD1を、可視光を照射する発光ダイオードとしたものが上述の実施形態14であるが、ダイオードD1を可視光以外の発光ダイオードとしてもよく、赤外発光ダイオードとすれば、赤外光の受信器で受信可能になる。
33 (b) to 33 (d) show a specific configuration of the current limiting
また図33(c)は限流要素9を抵抗R2で構成したものであり、必要とする変調度合いに応じて、その抵抗値を設定すればよい。
FIG. 33 (c) shows that the current limiting
また図33(d)は限流要素9をダイオードD1と抵抗R2の並列回路で構成したものであり、場合によってはダイオードD1と抵抗R2の直列回路で構成してもよい。
FIG. 33 (d) shows that the current limiting
また図34(a)(b)は複数個(例えば4個)の発光ダイオードの直列回路4a,4bが複数(例えば2組)並列に接続された回路例を示している。図34(a)の回路例では、2つの直列回路4a,4bが合流した箇所に限流要素9が接続され、この限流要素9と並列にスイッチ素子Q2が接続されている。図34(b)の回路例では、一方の直列回路4bのみに限流要素9が直列接続され、この限流要素9と並列にスイッチ素子Q2が接続されている。また図34(c)の回路例では、複数(例えば2個)の発光ダイオードの直列回路が複数(例えば2組)並列接続された回路ブロックB1〜B4が複数(例えば4個)直列に接続されている。この回路例では、回路ブロックB4を構成する一方の直列回路と直列に限流要素9が接続されており、この限流要素9と並列にスイッチ素子Q2が接続されている。
34A and 34B show circuit examples in which a plurality (for example, two sets) of
このように、発光ダイオードと直列に限流要素9を接続し、この限流要素9と並列に接続されたスイッチ素子Q2が光通信信号に応じてオフしている間は、限流要素9に電圧降下或いは分担電圧を生じる結果、その分だけ発光ダイオードに印加する電圧が低下して負荷電流が低下する。またスイッチ素子Q2が光通信信号に応じてオンすると、限流要素9の電圧降下或いは分担電圧が無くなって、発光ダイオードに印加する電圧が増加し、負荷電流が増加する。この発光ダイオードに印加する電圧の増減は限流要素9の入切によるものであり、誤差増幅器A1を介するフィードバック系(定電流フィードバック回路6)によるものではないので瞬時に負荷電流を増減でき、光通信信号に対して良好な追従性が得られる。なお、負荷電流の平均値は、定電流フィードバック回路6による平均化制御によって、変調がない場合と同じ値に制御される。
In this manner, the current limiting
また既設のLED照明器具にも、限流要素9とスイッチ素子Q2を追加することで、照明光による通信機能を容易に付加することができる。また限流要素9に所望の特性を有するものを選択することで、必要な調光度合い、換言すれば受信器20の感度に応じて変調光の微細な調整が実現できるから、最適な光通信を実現できる。
Moreover, the communication function by illumination light can be easily added to the existing LED lighting fixture by adding the current limiting
尚、上述した実施形態14〜16の各回路において、発光ダイオードの一部と並列にスイッチ素子Q2を接続する代わりに、この発光ダイオードと直列に限流要素9を接続し、限流要素9に並列接続されたスイッチ素子Q2を光通信信号に応じてオン/オフさせてもよい。この場合にも上述した各実施形態の回路と同様、光通信信号に応じて負荷電流を変調することができる。
In each of the circuits of the fourteenth to sixteenth embodiments described above, instead of connecting the switch element Q2 in parallel with a part of the light emitting diode, a current limiting
また本実施形態において発光ダイオードは必ずしも複数である必要はなく、極端な例として発光ダイオード1個と直列に限流要素9を接続するとともに、限流要素9にスイッチ素子Q2を並列接続し、スイッチ素子Q2で限流素子9の両端間をオン/オフしてもよい。
In the present embodiment, the number of light emitting diodes is not necessarily plural, and as an extreme example, the current limiting
(実施形態18)
実施形態18の照明光通信装置を図35に基づいて説明する。図35(a)は本実施形態の回路図である。この照明光通信装置10では、DC−DCコンバータ2の出力間(すなわち平滑コンデンサC1の両端間)に、電流検出抵抗5を介して、複数種類の発光ダイオードLD1,LD2,LD3が複数個ずつ(例えば4個ずつ)直列接続されている。尚、3種類の発光ダイオードLD1,LD2,LD3は、互いに発光色が異なっており(例えばR,G,Bの3種類)、発光色毎にまとめて直列接続されている。そして、各種類の発光ダイオードLD1,LD2,LD3毎に、一部(例えば1個)の発光ダイオードLD1,LD2,LD3と並列に、個別の光通信信号S1,S2,S3によってオン/オフされるスイッチ素子Q21,Q22,Q23が接続されている。尚、発光ダイオードLD1〜LD3よりなる負荷回路以外の回路構成は、実施形態14で説明した図23(a)の回路と同様であるので、共通する構成要素には同一の符号を付して、その説明は省略する。
(Embodiment 18)
An illumination light communication apparatus according to the eighteenth embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 35A is a circuit diagram of the present embodiment. In this illumination
ここで、光通信信号S1,S2,S3に応じてスイッチ素子Q21,Q22,Q23をオン/オフさせると、各発光色の発光ダイオードLD1,LD2,LD3の一部が短絡されることで、実施形態1と同様に、光出力が変調される。而して、受信器20側で照明光通信装置10から出力される光の色温度を識別できれば、混信を生じることなく3種類の信号を受信できるので、単色の発光ダイオードの場合に比べて光通信により送信可能な情報量を3倍に増やすことができる。
Here, when the switch elements Q21, Q22, Q23 are turned on / off according to the optical communication signals S1, S2, S3, a part of the light emitting diodes LD1, LD2, LD3 of each emission color is short-circuited. As in the first mode, the optical output is modulated. Thus, if the color temperature of the light output from the illumination
尚、上述の回路では発光色の異なる複数種類の発光ダイオードが直列接続されているが、図35(b)に示すように、DC−DCコンバータ2の出力間に、種類毎に複数直列接続された発光ダイオードの直列回路を、複数並列に接続してもよい。この回路では、DC−DCコンバータ2の出力間に、電流検出抵抗5を介して、発光色が異なる複数種類(例えばR,G,Bの3種類)の発光ダイオードLD1,LD2,LD3を複数直列に接続した直列回路4a,4b,4cが、複数並列に接続されている。そして、各種類の直列回路4a,4b,4c毎に、一部(例えば1個)の発光ダイオードLD1,LD2,LD3と並列にスイッチ素子Q21,Q22,Q23が接続されている。この回路においても、光通信信号S1,S2,S3に応じてスイッチ素子Q21,Q22,Q23をオン/オフさせると、各発光色の発光ダイオードLD1,LD2,LD3の一部が短絡されることで、実施形態1と同様に、光出力が変調される。而して、受信器20側で照明光通信装置10から出力される光の色温度を識別できれば、混信を生じることなく3種類の信号を受信できるので、単色の発光ダイオードの場合に比べて光通信により送信可能な情報量を3倍に増やすことができる。また本回路において、実施形態17で説明したように、発光ダイオードと直列に限流要素9を接続し、この限流要素9と並列に接続されるスイッチ素子でオン/オフさせることで、負荷電流を変調させてもよい。
In the above circuit, a plurality of types of light emitting diodes having different emission colors are connected in series. However, as shown in FIG. 35B, a plurality of types of light emitting diodes are connected in series between the outputs of the DC-
(実施形態19)
実施形態19の照明光通信装置を図36〜図39に基づいて説明する。
(Embodiment 19)
An illumination light communication apparatus according to the nineteenth embodiment will be described with reference to FIGS.
図36(a)は本実施形態の回路図である。この照明光通信装置10では、DC−DCコンバータ2の出力間に、電流検出抵抗5を介して、それぞれ発光ダイオードLD1,LD2が複数直列接続された直列回路4a,4bが複数(例えば2組)並列に接続されている。そして、一方の直列回路4bを構成する発光ダイオードLD2と直列に、光通信信号に応じてオン/オフされるスイッチ素子Q2が接続されている。尚、発光ダイオードLD1,LD2よりなる負荷回路以外の回路構成は、実施形態14で説明した図23(a)の回路と同様であるので、共通する構成要素には同一の符号を付して、その説明は省略する。
FIG. 36A is a circuit diagram of the present embodiment. In this illumination
また図36(b)は、同図(a)に示す回路の動作を検証するためのシミュレーション回路を示している。この回路ではDC−DCコンバータ2として降圧チョッパ回路を用いている。また、DC−DCコンバータ2の出力間に、電流検出抵抗5を介して、それぞれ発光ダイオードLD1,LD2が8個ずつ直列接続された直列回路4a,4bを並列に接続してある。また、発光ダイオードLD2に直列接続されたスイッチ素子Q2を、光通信信号に相当する10kHzの発振信号を出力する信号源8でオン/オフしている。
FIG. 36B shows a simulation circuit for verifying the operation of the circuit shown in FIG. In this circuit, a step-down chopper circuit is used as the DC-
図37(a)(b)に、上記のシミュレーション回路を用いて負荷電流I1〜I3をシミュレーションした結果を示す。尚、負荷電流I1は発光ダイオードLD1の直列回路4aに流れる電流、負荷電流I2は発光ダイオードLD2の直列回路4bに流れる電流、負荷電流I3は電流I1,I2の合成電流である。
FIGS. 37A and 37B show the results of simulating the load currents I1 to I3 using the above simulation circuit. The load current I1 is a current flowing through the
図37(a)は信号源8を停止させた状態(スイッチ素子Q2はオン)での電流I1〜I3を示し、負荷電流I1,I2は直流の約500mAに設定され、その合成電流I3は直流の約1Aに設定されている。
FIG. 37 (a) shows the currents I1 to I3 when the
また図37(b)は信号源8から10kHzの矩形波信号(オンデューティが50%)を出力して、発光ダイオードLD2の直列回路4bを断続させた状態での電流I1〜I3を示している。ここで、スイッチ素子Q2が接続されていない直列回路4aに流れる電流I1の電流波形は約700mAの直流電流となる。一方、スイッチ素子Q2が接続された直列回路4bに流れる電流I2の電流波形は、ピーク値が約700mAで、ボトム値が0Aの矩形波電流となる。したがって、合成電流I3は、平均値(1A)を基準にして約300mAの振幅で正負に振動したような電流波形となる。また、図37(c)は信号源8から出力される矩形波信号のオンデューティを75%とした場合の電流I1〜I3を示している。オンデューティを50%よりも大きくとると、オンデューティが50%の場合に比べて、平均電流は一定でありながら、合成電流I3のピーク電流を低減することができる。
FIG. 37B shows currents I1 to I3 in a state where a 10 kHz rectangular wave signal (on duty is 50%) is output from the
ところで、図36の回路ではDC−DCコンバータ2の出力間に、発光ダイオードの直列回路4a,4bが2組並列に接続されているが、並列接続する発光ダイオードの直列回路を2組に限定する趣旨のものではない。例えば図38に示すように、DC−DCコンバータ2の出力間に、それぞれ発光ダイオードLD1,LD2,LD3が8個ずつ直列接続された直列回路4a,4b,4cを3組並列に接続してもよい。この回路では、発光ダイオードLD3からなる直列回路4cと直列に、光通信信号に応じてオン/オフされるスイッチ素子Q2が接続されている。
Incidentally, in the circuit of FIG. 36, two sets of
ここで、各直列回路4a,4b,4cに流れる負荷電流I1,I2,I3と、その合成電流I4をシミュレーションした結果を図39に示す。
Here, FIG. 39 shows the result of simulating the load currents I1, I2, and I3 flowing through the
図39(a)は信号源8を停止させた状態(スイッチ素子Q2はオン)での電流I1〜I4を示し、負荷電流I1,I2,I3は直流の約500mAに設定され、その合成電流I4は直流の約1.5Aに設定されている。
FIG. 39A shows currents I1 to I4 in a state where the
また図39(b)は信号源8から10kHzの矩形波信号(オンデューティが50%)を出力し、スイッチ素子Q2により発光ダイオードLD3の直列回路4cを断続させた状態での電流I1〜I4を示している。ここで、スイッチ素子Q2が接続されていない直列回路4a,4bに流れる電流I1,I2の電流波形は約600mAの直流電流となる。一方、スイッチ素子Q2が接続された直列回路4cに流れる電流I3の電流波形は、ピーク値が約600mAで、ボトム値が0Aの矩形波電流となる。したがって、合成電流I4は、平均値(1.5A)を基準にして約300mAの振幅で正負に振動したような電流波形となる。また、図39(c)は信号源8から出力される矩形波信号のオンデューティを75%とした場合の電流I1〜I4を示している。この場合、スイッチ素子Q2が接続された直列回路4cに流れる電流I3の電流波形は、ピーク値が約550mAで、ボトム値が0Aの矩形波電流となる。合成電流I4は平均値(約1.5A)を基準にして変調信号となるが、電流I3のピーク値が抑制されることで、合成電流I4のピーク値も約1.65Aに抑制されている。このように、オンデューティを50%よりも大きくとると、オンデューティが50%の場合に比べて、平均電流は一定でありながら、合成電流I4のピーク電流を低減することができる。
FIG. 39 (b) outputs a 10 kHz rectangular wave signal (on-duty 50%) from the
尚、DC−DCコンバータ2の出力間に並列接続される発光ダイオードの回路数が3組以上の場合、1つの回路を除いて、複数の回路が一括された箇所にスイッチ素子Q2を接続してもよい。この場合でも、光通信信号に応じてスイッチ素子Q2がオン/オフすることで、スイッチ素子Q2が接続された複数の回路を断続的にオン/オフして、負荷電流に変調を与えることができる。
When the number of light emitting diode circuits connected in parallel between the outputs of the DC-
上述のように本実施形態ではDC−DCコンバータ2の出力端に発光ダイオードを複数並列に接続し、一部の発光ダイオードと直列にスイッチ素子Q2を接続しているが、複数の発光ダイオードを並列接続した回路が前提となる理由について以下に検討する。
As described above, in the present embodiment, a plurality of light emitting diodes are connected in parallel to the output terminal of the DC-
図40に示すようにDC−DCコンバータ2の出力端に複数の発光ダイオードLD1が直列接続され、この発光ダイオードLD1と直列にスイッチ素子Q2が接続された回路について、負荷電流をシミュレーションした結果を図41に示す。図41(a)は信号源8を停止させた状態(スイッチ素子Q2はオン)での負荷電流I1とDC−DCコンバータ2の出力電圧V1を示し、電流I1は直流の約500mA、出力電圧V1は直流の約26Vとなっている。
As shown in FIG. 40, a simulation result of the load current is shown for a circuit in which a plurality of light emitting diodes LD1 are connected in series to the output end of the DC-
一方、図41(b)は信号源8から10kHzの矩形波信号(オンデューティが50%)を出力し、スイッチ素子Q2により発光ダイオードLD3の直列回路4を断続させた状態での負荷電流I1と出力電圧V1を示している。このシミュレーション結果では、負荷電流I1はピーク値が約6.5A、出力電圧V1は約140Vとなっており、実用に耐えないものとなっている。この現象は定電流の平均化制御によって出力電圧V1は負荷電流I1の平均値に応じて制御されるので、負荷電流I1を遮断した場合は出力電圧V1のフィードバック機能や保護機能を付加しない限り、DC−DCコンバータ2が最大電圧を出力することに起因する。したがって、負荷回路が完全に遮断された無負荷状態は避ける必要がある。
On the other hand, FIG. 41B shows a load current I1 in a state in which a 10 kHz rectangular wave signal (on duty is 50%) is output from the
このような観点から、複数並列に接続された発光ダイオードのうち一部の回路のみを高速で断続してオン/オフした場合に、負荷電流I1に適当な変調が得られる理由は以下のように説明できる。すなわち、一部の回路をオフした状態は、DC−DCコンバータ2の負荷が軽くなった状態であるが、DC−DCコンバータ2による定電流制御が正常に機能していれば、発光ダイオードに流れる負荷電流を増加させる方向でフィードバック制御されるはずである。しかしながら、断続的なオン/オフが10kHzという高速でなされると、定電流フィードバック回路6のPI制御によって誤差増幅器A1の利得が得られず、結果的に負荷電流I1は減少し、出力電圧V1は上昇する。次にスイッチ素子Q2がオン状態になった場合、オフ期間に出力電圧V1が上昇した分だけ負荷電流が増加するが、時間軸を広げると、定電流の平均化制御が機能して、負荷電流の平均値が所定の電流値(目標値)になるように制御される。
From this point of view, when only some of the light emitting diodes connected in parallel are intermittently turned on / off at high speed, the reason why the load current I1 can be appropriately modulated is as follows. I can explain. That is, a state in which some of the circuits are turned off is a state in which the load of the DC-
このように、10kHz程度の高周波でスイッチ素子Q2をオン/オフすることによって一部の回路をオフする場合、定電流フィードバック回路6のフィードバック制御が機能しない高周波領域であるため、LED負荷の増減だけで決まる条件によって負荷電流が決定されることになり、極めて高速に負荷電流を変調することができる。したがって、通信のために付加する回路が簡素でありながら、高周波の光通信信号に応じて忠実に出力光を変調でき、しかも電力損失の少ない照明光通信装置を提供することができる。
In this way, when a part of the circuits is turned off by turning on / off the switching element Q2 at a high frequency of about 10 kHz, since the feedback control of the constant
なお本実施形態において、発光ダイオードは必ずしも複数直列に接続されている必要はなく、1個の発光ダイオードからなる回路を複数並列に接続し、何れかの発光ダイオードと直列にスイッチ素子Q2を接続してもよい。 In the present embodiment, a plurality of light emitting diodes do not necessarily have to be connected in series. A plurality of circuits composed of one light emitting diode are connected in parallel, and a switch element Q2 is connected in series with any of the light emitting diodes. May be.
(実施形態20)
実施形態20の照明光通信装置を図42に基づいて説明する。
(Embodiment 20)
The illumination light communication apparatus according to the twentieth embodiment will be described with reference to FIG.
図42は本実施形態の照明光通信装置10の回路図である。本装置では、DC−DCコンバータ2の出力間に、電流検出抵抗5を介して、発光色の異なる複数種類(例えば3種類)の発光ダイオードLD1,LD2,LD3を種類毎に複数直列に接続した直列回路4a,4b,4cが、複数並列に接続されている。また各種類の直列回路4a,4b,4cと直列に、個別の光通信信号S1,S2,S3に応じてオン/オフされるスイッチ素子Q21,Q22,Q23が接続されているが、これらのスイッチ素子Q21,Q22,Q23は同時にオフしないように制御されている。尚、発光ダイオードLD1,LD2,LD3よりなる負荷回路以外の回路構成は、実施形態14で説明した図23(a)の回路と同様であるので、共通する構成要素には同一の符号を付して、その説明は省略する。
FIG. 42 is a circuit diagram of the illumination
本実施形態においても、光通信信号S1,S2,S3に応じてスイッチ素子Q21,Q22,Q23をオン/オフさせると、各発光色の発光ダイオードLD1,LD2,LD3が断続的にオン/オフされることで、実施形態1と同様に、光出力が変調される。而して、受信器20側で照明光通信装置10から出力される光の色温度を識別できれば、混信を生じることなく3種類の信号を受信できるので、単色の発光ダイオードの場合に比べて光通信により送信可能な情報量を3倍に増やすことができる。尚、この場合には全ての発光ダイオードLD1〜LD3の直列回路4a〜4cが同時にオフされて、無負荷状態とならないように、各スイッチ素子Q21,Q22,Q23が同時にオフしないように制御する必要がある。
Also in this embodiment, when the switching elements Q21, Q22, Q23 are turned on / off according to the optical communication signals S1, S2, S3, the light emitting diodes LD1, LD2, LD3 of the respective emission colors are intermittently turned on / off. Thus, similarly to the first embodiment, the optical output is modulated. Thus, if the color temperature of the light output from the illumination
なお本実施形態において、各種類の発光ダイオードLD1,LD2,LD3は必ずしも複数直列に接続されている必要はなく、極端な例として、各種類の発光ダイオードがそれぞれ1個で構成されていてもよい。 In the present embodiment, a plurality of types of light-emitting diodes LD1, LD2, and LD3 are not necessarily connected in series. As an extreme example, each type of light-emitting diode may be configured by one. .
(実施形態21)
実施形態21の照明光通信装置を図43に基づいて説明する。上述した各実施形態の照明光通信装置では、発光ダイオードと並列又は直列に接続したスイッチ素子Q2を、光通信信号に応じてオン/オフさせることで、負荷電流に変調を与えて、光出力を変調させている。したがって、既存のLED照明器具に、スイッチ素子Q2を付加することで、光通信機能を容易に付加できると考えられるが、安全面から光通信信号を発生する光通信信号系統と点灯回路の間は電気的に絶縁しておくことが望ましい。
(Embodiment 21)
The illumination light communication apparatus of
図43(a)は、既存の照明器具10Aに通信ユニット30を付加して実現される照明光通信装置の回路図である。尚、図23(a)に示す照明光通信装置10と共通する構成要素には同一の符号を付して、その説明は省略する。
FIG. 43A is a circuit diagram of an illumination light communication apparatus realized by adding a
この照明器具10Aは、DC−DCコンバータ2の出力間に、通信ユニット30が接続されるコネクタCN1を備えている。そして、DC−DCコンバータ2の高圧側の出力間(すなわち平滑コンデンサC1の高圧側端)とコネクタCN1との間には、複数個(例えば4個)の発光ダイオードLD1が直列に接続されている。またDC−DCコンバータ2の低圧側の出力間(すなわち平滑コンデンサC1の低圧側端)とコネクタCN1との間には、電流検出抵抗5が直列に接続されている。
This
図43(b)は通信ユニット30の具体回路図であり、この通信ユニット30は、コネクタCN1に着脱自在に接続されるコネクタCN2を有し、コネクタCN2の端子間に実施形態17で説明した限流要素9とスイッチ素子Q2が並列に接続されている。この通信ユニット30では、外部の通信装置40から入力端子t1に入力さる光通信信号S1に基づいて、スイッチ素子Q2をオン/オフさせるのであるが、内蔵したトランスT1によって、通信回路40と照明器具10Aの間を電気的に絶縁してある。本回路では、タイマー用IC31(例えばナショナルセミコンダクター社のLMC555)と抵抗R11,R12とコンデンサC10で無安定マルチバイブレータを構成し、光通信信号S1の周波数に対して十分高い周波数(例えば1MHz)で発振させる。タイマー用IC31の出力信号は、ANDゲートIC1の一方の入力端に入力される。ANDゲートIC1の他方の入力端には光通信信号S1が入力されており、光通信信号S1とタイマー用IC31の出力信号との論理和がバッファー素子IC2に入力され、カップリングコンデンサC11を介して絶縁トランスT1の一次巻線を励磁する。絶縁トランスT1の二次巻線に誘起される、1MHzのキャリア周波数が9.6kHzの光通信信号S1で変調された高周波電圧は、ダイオードDl1,D12及びコンデンサC12,C13からなる倍電圧整流回路で整流平滑される。この倍電圧整流回路の出力電圧でスイッチ素子Q2のゲートを駆動するバッファーIC3の電源が形成される。また絶縁トランスT1の二次巻線に誘起される電圧は、抵抗R13,R14とコンデンサC14とで分圧、整形されたのち、バッファー素子IC3に入力される。この波形整形によって1MHzの周波数成分が除去されて光通信信号S1が再現され、パワーMOSFETよりなるスイッチ素子Q2のゲートが駆動される。なお、光通信信号S1のみで絶縁トランスT1を駆動し、その出力で直接スイッチ素子Q2を駆動する方法も当然考えられる。この場合は、絶縁トランスT1の大型化や光通信信号S1に忠実な駆動波形を得るための工夫などに配慮を要する。
FIG. 43B is a specific circuit diagram of the
ところで、上述の回路では通信ユニット30を図23(a)の回路に適用しているが、上述した実施形態1〜5の照明光通信装置に上記の通信ユニット30を適用してもよい。その場合は、図33(b)〜(d)に示すような構成を有する限流要素9を通信ユニット39に内蔵させ、この限流要素9をスイッチ素子Q2と並列に接続させればよい。また、本実施形態の通信ユニット30を実施形態6,7の照明光通信装置に適用してもよく、その場合にはスイッチ素子Q2と並列に限流要素9を接続する必要はない。
By the way, in the above-described circuit, the
このように、通信ユニット30は、限流要素9をスイッチ素子Q2と共に内蔵し、接続用の機構部品であるコネクタCN1,CN2を介して負荷回路4に接続されている。
As described above, the
これにより、光通信機能をもたない既存の照明器具10Aに光通信機能を追加する場合に、既存の照明器具10Aに対してコネクタCN1を設ける以外に特別な加工をする必要がない。
Thereby, when adding an optical communication function to the existing
また、光通信信号S1を発生する通信回路40とスイッチ素子Q2とが絶縁トランスT1により電気的に絶縁されているので、通信回路40と照明器具10Aの間の絶縁が確保できる。しかも、スイッチ素子Q2を駆動する電源は、通信回路40から、絶縁部たる絶縁トランスT1を介して供給されているので、スイッチ素子Q2の駆動電源を既存の照明器具10A側に設けるなどの特別の加工を必要としない。
Further, since the
尚、図43(c)は通信ユニット30の他の回路例を示し、外部から入力される光通信信号S1をフォトカプラPC1でゲート素子IC3の入力端に伝達し、ゲート素子IC3でスイッチ素子Q2を駆動するものである。この回路では、照明器具側のDC−DCコンバータ2からゲート素子IC3やフォトカプラPC1の駆動電源を確保する必要があるが、図43(b)の回路に比べて通信ユニット30の回路構成を簡素化できる。また図43(d)は通信ユニット30のさらに別の回路例を示し、光通信信号S1をパルストランスT2でゲート素子IC3の入力端に伝達し、スイッチ素子Q2を駆動するものであり、この場合も通信ユニット30の回路構成を簡素化できる。
FIG. 43 (c) shows another circuit example of the
尚、上記の各実施形態では光源として発光ダイオードを用いているが、発光ダイオードの代わりに、有機エレクトロルミネッセンス(有機発光ダイオード)を用いてもよい。 In each of the above embodiments, a light emitting diode is used as a light source, but organic electroluminescence (organic light emitting diode) may be used instead of the light emitting diode.
上述の照明光通信装置は、定電流源と、平滑回路及び負荷回路と、負荷変動要素と、スイッチ要素とを備えることを特徴とする。前記定電流源の出力には、平滑回路、及び、発光ダイオードを含む負荷回路がそれぞれ接続されている。前記負荷変動要素は、前記負荷回路に付加されることで前記負荷回路の負荷特性を部分的に変化させる。前記スイッチ要素は、2値の光通信信号に応じて前記負荷変動要素を前記負荷回路に付加するか否かを切り替える。 The illumination light communication apparatus described above includes a constant current source, a smoothing circuit and a load circuit, a load variation element, and a switch element. A smoothing circuit and a load circuit including a light emitting diode are connected to the output of the constant current source. The load variation element is added to the load circuit to partially change the load characteristic of the load circuit. The switch element switches whether to add the load variation element to the load circuit according to a binary optical communication signal.
この照明光通信装置において、前記負荷変動要素は、前記発光ダイオードに直列接続された抵抗器であり、前記スイッチ要素は前記抵抗器に並列接続されることが好ましい。 In this illumination optical communication device, it is preferable that the load variation element is a resistor connected in series to the light emitting diode, and the switch element is connected in parallel to the resistor.
この照明光通信装置において、前記負荷変動要素は、前記発光ダイオードに直列接続された定電圧素子を少なくとも含む定電圧回路部で構成され、前記スイッチ要素は前記定電圧回路部に並列接続されることも好ましい。 In this illumination optical communication device, the load variation element is configured by a constant voltage circuit unit including at least a constant voltage element connected in series to the light emitting diode, and the switch element is connected in parallel to the constant voltage circuit unit. Is also preferable.
この照明光通信装置において、前記定電流源の出力間に複数の前記負荷回路が並列接続され、前記負荷変動要素及び前記スイッチ要素は、前記複数の前記負荷回路のうち少なくとも1つに設けられることも好ましい。 In the illumination light communication apparatus, a plurality of the load circuits are connected in parallel between outputs of the constant current source, and the load variation element and the switch element are provided in at least one of the plurality of load circuits. Is also preferable.
この照明光通信装置において、複数の前記負荷回路は、負荷回路毎に発光色の異なる前記発光ダイオードで構成され、発光色の異なる前記負荷回路毎に前記スイッチ要素が設けられたことも好ましい。 In the illumination light communication apparatus, it is also preferable that the plurality of load circuits are configured by the light emitting diodes having different emission colors for each load circuit, and the switch element is provided for each of the load circuits having different emission colors.
この照明光通信装置において、前記負荷回路は、直列接続された複数の前記発光ダイオードを備え、前記スイッチ要素は、複数の前記発光ダイオードの一部に並列接続されることも好ましい。 In this illumination optical communication device, the load circuit preferably includes a plurality of light emitting diodes connected in series, and the switch element is preferably connected in parallel to a part of the plurality of light emitting diodes.
この照明光通信装置において、前記定電流源の出力間に複数の前記負荷回路が並列接続されている。前記負荷回路の各々は、直列接続された複数の前記発光ダイオードを備え、前記負荷回路毎に前記発光ダイオードの発光色が異なり、前記負荷回路の各々で、複数の前記発光ダイオードの一部と並列に前記スイッチ要素が接続されることも好ましい。 In the illumination light communication apparatus, a plurality of the load circuits are connected in parallel between the outputs of the constant current source. Each of the load circuits includes a plurality of the light emitting diodes connected in series, and the light emission color of the light emitting diode is different for each load circuit, and each of the load circuits is parallel to a part of the plurality of light emitting diodes. It is also preferable that the switch element is connected to the switch.
この照明光通信装置において、前記定電流源の出力間に複数の前記負荷回路が並列接続されている。前記スイッチ要素は、複数の前記負荷回路のうち少なくとも1つと直列に接続され、前記負荷変動要素が、前記スイッチ要素に直列接続された前記負荷回路であることも好ましい。 In the illumination light communication apparatus, a plurality of the load circuits are connected in parallel between the outputs of the constant current source. Preferably, the switch element is connected in series with at least one of the plurality of load circuits, and the load variation element is the load circuit connected in series to the switch element.
この照明光通信装置において、前記光通信信号のオン/オフのデューティ比を変化させるデューティ調整部を備えることも好ましい。 In this illumination light communication device, it is also preferable to include a duty adjustment unit that changes the on / off duty ratio of the optical communication signal.
この照明光通信装置において、前記定電流源が、コンバータ部と、電流検出部と、差分増幅部と、制御部とを備えた定電流フィードバック系を具備することも好ましい。コンバータ部は直流出力を生成する。電流検出部は、前記負荷回路に流れる負荷電流に応じた電圧降下を発生する。差分増幅部は、前記電流検出部で発生する電圧降下と所定の基準電圧との差分を増幅する。制御部は、前記差分増幅部の出力に応じて前記負荷電流の平均値が略一定となるように前記コンバータ部の出力を制御する。 In this illumination optical communication device, it is also preferable that the constant current source includes a constant current feedback system including a converter unit, a current detection unit, a differential amplification unit, and a control unit. The converter unit generates a direct current output. The current detector generates a voltage drop corresponding to the load current flowing through the load circuit. The difference amplifying unit amplifies a difference between a voltage drop generated in the current detection unit and a predetermined reference voltage. The control unit controls the output of the converter unit so that the average value of the load current becomes substantially constant according to the output of the difference amplifying unit.
この照明光通信装置において、積分要素を含み前記差分増幅部の出力の位相を調整する位相補償回路が前記定電流フィードバック系に設けられることも好ましい。 In this illumination light communication apparatus, it is also preferable that a phase compensation circuit that includes an integration element and adjusts the phase of the output of the differential amplifier is provided in the constant current feedback system.
この照明光通信装置において、前記光通信信号を発生する信号発生回路と前記負荷変動要素と前記スイッチ要素とを同じケース内に収納した通信ユニットを備え、前記通信ユニットが、接続用の機構部品を介して前記負荷回路に接続されることも好ましい。 The illumination optical communication apparatus includes a communication unit that houses the signal generation circuit that generates the optical communication signal, the load variation element, and the switch element in the same case, and the communication unit includes a mechanical part for connection. It is also preferable to be connected to the load circuit via
この照明光通信装置において、前記光通信信号を発生する信号発生回路と前記スイッチ要素とを電気的に絶縁する絶縁部が設けられることも好ましい。 In this illumination optical communication device, it is also preferable that an insulating portion for electrically insulating the signal generation circuit for generating the optical communication signal and the switch element is provided.
この照明光通信装置において、前記光通信信号を発生する信号発生回路は、互いに異なる複数種類の前記光通信信号を発生する。前記光通信信号の種類毎に個別の前記スイッチ要素が設けられ、且つ、複数の前記スイッチ要素の間を電気的に絶縁する絶縁部が設けられることも好ましい。 In this illumination optical communication device, a signal generation circuit that generates the optical communication signal generates a plurality of different types of optical communication signals. It is also preferable that the individual switch elements are provided for each type of the optical communication signal, and that an insulating portion that electrically insulates the plurality of switch elements is provided.
この照明光通信装置において、搬送波生成部と、変調部と、絶縁トランスと、復調部とを備えることも好ましい。搬送波生成部は、前記光通信信号と分離できるように前記光通信信号の周波数よりも高い周波数に設定された搬送波を生成する。変調部は、前記光通信信号を前記搬送波にて変調する。絶縁トランスは、前記変調部と前記スイッチ要素の間に接続される。復調部は、前記絶縁トランスの出力から前記搬送波を除去して得た信号を前記スイッチ要素に出力する。 The illumination light communication apparatus preferably includes a carrier wave generation unit, a modulation unit, an insulating transformer, and a demodulation unit. The carrier wave generation unit generates a carrier wave set to a frequency higher than the frequency of the optical communication signal so as to be separated from the optical communication signal. The modulation unit modulates the optical communication signal with the carrier wave. The insulating transformer is connected between the modulation unit and the switch element. The demodulator outputs a signal obtained by removing the carrier from the output of the isolation transformer to the switch element.
この照明光通信装置において、前記発光ダイオードが有機発光ダイオードからなることも好ましい。 In this illumination optical communication device, it is also preferable that the light emitting diode is an organic light emitting diode.
10 照明光通信装置
11 定電流源
12 負荷回路
13 負荷変動要素
C11 平滑コンデンサ
LD1 発光ダイオード
Q2 スイッチ要素
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記スイッチング電源の出力間に接続される、発光ダイオードを含む負荷回路と、
前記負荷回路に付加させることで前記負荷回路に流れる負荷電流を変化させる負荷変動要素と、
2値の光通信信号に応じて前記負荷変動要素を前記負荷回路に付加するか否かを切り替える負荷変動部とを備えたことを特徴とする照明光通信装置。 A switching power supply;
A load circuit including a light emitting diode connected between the outputs of the switching power supply;
A load variation element that changes the load current flowing in the load circuit by being added to the load circuit;
An illumination optical communication apparatus comprising: a load changing unit that switches whether to add the load changing element to the load circuit according to a binary optical communication signal.
前記光通信信号のオンデューティが50%であればd1=d2となり、前記光通信信号のオンデューティが50%よりも大きければd1>d2となり、前記光通信信号のオンデューティが50%よりも小さければd1<d2となるように構成されたことを特徴とする請求項1又は2の何れかに記載の照明光通信装置。 The optical communication signal is a rectangular wave signal whose on-duty is adjusted, and in a state where the load variation element is connected to the load circuit, a difference between an average value and a bottom value of the load current is d1, and the load current When the difference between the peak value and the average value is d2,
If the on-duty of the optical communication signal is 50%, d1 = d2, and if the on-duty of the optical communication signal is larger than 50%, d1> d2, and the on-duty of the optical communication signal is smaller than 50%. 3. The illumination light communication apparatus according to claim 1, wherein d1 <d2 is satisfied.
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