JP2015170530A - 照明光通信装置 - Google Patents

Abstract

【課題】通信のために付加される回路が簡素であり、コストを抑えながらもより正確に信号を送信できるように出力光の変調が可能な照明光通信装置を提供する。
【解決手段】照明光通信装置１０は、補助負荷１３が負荷回路１２に付加されることで負荷回路１２の負荷特性を変化させるように構成される。スイッチＱ２は、２値の光通信信号によって制御され、２値の光通信信号に応じて補助負荷１３を負荷回路１２に付加する、または付加しないように構成される。定電流源１１は、光源に流れる電流の定電流化制御を行うように構成される。定電流源１１が定電流化制御を行うときの、平滑回路も含めた定電流源１１の時定数Ｔは、変調回路１６がスイッチＱ２を駆動する変調周波数ｆに対して、Ｔ＞１／ｆの関係を満たすように設定されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、照明光通信装置に関する。

従来から、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。

また、このような通信を簡素で安価な回路構成で実現する照明光通信装置が提案されている（例えば特許文献１参照）。この特許文献１に記載される照明光通信装置では、照明用光源である発光ダイオードを用いて変調を行う場合、照明光は低周波側（例えば、１００Ｈｚ）で変調されることがある。

特開２０１２−６９５０５号公報

しかしながら、従来の照明光通信装置では、発光ダイオードに流れる電流を定電流化にするための制御が行われており、低周波側で変調されると当該制御が変調時における発光ダイオードの電流の変化にも追従してしまうという問題があった。その結果、変調時における発光ダイオードの電流波形は、図１２に示されるように、駆動信号に対してパルス状に歪み、ピーク電流が発光ダイオードの定格電流を超えてしまうことがあった。このようなピーク電流の超過は、発光ダイオードの寿命が低下する要因となる。そのため、従来の照明光通信装置では、この問題を回避するために発光ダイオードの大容量化を図る必要があり、結果としてコストが高くなる可能性があった。また、このような電流波形の歪みに依存して照明光の強度が適切に変調されないため、光受信器が信号を受信しにくいという問題もあった。

本発明は上記の点に鑑みて為された発明であり、本発明の目的は、通信のために付加される回路が簡素であり、コストを抑えながらもより正確に信号を送信できるように出力光の変調が可能な照明光通信装置を提供することにある。

本発明の照明光通信装置は、定電流源と、前記定電流源の出力にそれぞれ接続される平滑回路、及び、光源を含む負荷回路と、補助負荷と、スイッチを含んだ変調回路と、を備え、前記補助負荷が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変化させるように構成され、前記スイッチは、２値の光通信信号によって制御され、前記２値の光通信信号に応じて前記補助負荷を前記負荷回路に付加する、または付加しないように構成され、前記定電流源は、前記光源に流れる電流の定電流化制御を行うように構成され、前記定電流源が定電流化制御を行うときの、前記平滑回路も含めた前記定電流源の時定数Ｔは、前記変調回路が前記スイッチを駆動する変調周波数ｆに対して、Ｔ＞１／ｆの関係を満たすように設定されていることを特徴とする。

この照明光通信装置において、前記定電流源は、直流電源と、前記直流電源から入力される直流電圧を所定の電圧値の直流電圧に変換し、前記平滑回路に出力するＤＣ−ＤＣコンバータと、前記光源に流れる電流に応じて発生する電圧降下と基準電圧との差分を増幅してフィードバック信号として出力するフィードバック回路と、前記フィードバック信号に基づいて、前記電圧降下が前記基準電圧に一致するように前記ＤＣ−ＤＣコンバータの出力を制御する出力制御部と、を備え、前記時定数Ｔは、前記平滑回路の時定数と前記フィードバック回路の時定数の合算であることが好ましい。

この照明光通信装置において、さらに前記光源を覆うように配置された色変換部材を備え、前記光源は、発光ダイオードであり、前記発光ダイオードから放射された光と、前記色変換部材に含まれる蛍光体から放射された光は、前記色変換部材を通じて混合されて白色光として放射され、前記変調周波数ｆは、３ＭＨｚ以下であることが好ましい。

この照明光通信装置において、前記光源は、有機ＥＬ素子であり、前記変調周波数ｆは、１０ｋＨｚ以下であることが好ましい。

この照明光通信装置において、前記補助負荷は、前記光源に直列接続された抵抗器であり、前記スイッチは、前記抵抗器に並列接続されたことが好ましい。

この照明光通信装置において、前記補助負荷は、前記光源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で構成され、前記スイッチは、前記定電圧回路に並列接続されたことが好ましい。

この照明光通信装置において、前記変調周波数ｆは、５００Ｈｚ以上であることが好ましい。

本発明によれば、定電流源が定電流化制御を行うときの、平滑回路も含めた定電流源の時定数Ｔが、変調回路における変調周波数ｆの逆数である１／ｆよりも大きくなるように設定されているので、光源の電流波形の歪みを抑制することができる。そのため、通信のために付加される回路が簡素であり、コストを抑えながらもより正確に信号を送信できるように出力光の変調が可能となる。

実施形態１に係る照明光通信装置の回路図である。 実施形態１に係る照明光通信装置が備えるＬＥＤチップと色変換部材の斜視図である。 実施形態１に係る照明光通信装置を示し、（ａ）は概略回路図、（ｂ）は（ａ）の概略回路図をさらにシミュレーション用にモデル化した回路図である。 （ａ）（ｂ）はシミュレーション結果を示す波形図である。 （ａ）（ｂ）は実施形態１に係る照明光通信装置における、デューティ比率が７５％で変調時の発光ダイオードの電流波形図である。 （ａ）（ｂ）は実施形態１に係る照明光通信装置における、デューティ比率が９０％で変調時の発光ダイオードの電流波形図である。 実施形態１に係る照明光通信装置において光源を有機ＥＬ素子とした回路図である。 （ａ）〜（ｅ）は実施形態１に係る照明光通信装置において、光源を有機ＥＬ素子としたときの変調時の光波形の応答性を説明するための波形図である。 実施形態２に係る照明光通信装置の回路図である。 実施形態３に係る照明光通信装置の概略回路図である。 （ａ）〜（ｅ）は実施形態４に係る照明光通信装置における補助負荷と変調回路の回路図である。 従来の照明光通信装置における、変調時の発光ダイオードの電流波形図である。

以下、図面を参照しながら、実施形態１〜４に係る照明光通信装置の詳細について説明する。

（実施形態１）
本実施形態に係る照明光通信装置１０を図１〜８に基づいて説明する。図１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Ｃ１（平滑回路）と、負荷回路１２と、補助負荷１３と、信号発生回路１４と、変調回路１６とを備える。

平滑コンデンサＣ１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。

負荷回路１２は、図１に示すように、光源として、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（例えば青色光の発光ダイオード）を含み、定電流源１１の出力が供給される。なお、本実施形態の照明光通信装置１０は、図２に示すように、複数の発光ダイオードＬＤ１を含むＬＥＤチップ８が実装される実装基板２１と、ＬＥＤチップ８を覆うように実装基板２１に実装される色変換部材９と、を備える。色変換部材９は、ガラスやシリコーン樹脂などの透光性材料によってドーム状に形成されて、その中に蛍光体（例えば黄色蛍光体）が混合されている。そして、ＬＥＤチップ８から放射された青色光と、色変換部材９に含まれる蛍光体から放射された黄色光は、色変換部材９を通じて混合されて白色光として外部に放射される。

補助負荷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（例えばインピーダンス特性）を部分的に変化させるものである。補助負荷１３は、例えば複数の発光ダイオードＬＤ１のうちの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。

信号発生回路１４は、２値の光通信信号Ｓ１を発生するように構成されている。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Ｓ１を発生するものでもよい。

変調回路１６は、スイッチＱ２を含む。スイッチＱ２は、例えば補助負荷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。変調回路１６は、信号発生回路１４から出力される２値の光通信信号Ｓ１に応じてスイッチＱ２を駆動するように構成される。つまり、スイッチＱ２は、オン／オフが切り替えられることによって、補助負荷１３を負荷回路１２に付加する、または付加しないように構成される。

定電流源１１は、図１に示すように、直流電源１と、ＤＣ−ＤＣコンバータ２と、出力制御部７と、フィードバック回路１５と、を備えている。

ＤＣ−ＤＣコンバータ２の出力には、平滑コンデンサＣ１が接続されている。平滑コンデンサＣ１の両端間には、負荷回路１２が接続されている。ＤＣ−ＤＣコンバータ２は、直流電源１から入力される直流電圧をスイッチング素子Ｑ１でスイッチングし、その出力が平滑コンデンサＣ１で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２の出力間、すなわち平滑コンデンサＣ１の両端間には、複数の発光ダイオードＬＤ１と後述の電流検出抵抗５が直列に接続されている。

フィードバック回路１５は、図１に示すように、電流検出抵抗５及び誤差増幅器Ａ１などで構成される。電流検出抵抗５は、負荷回路１２に流れる負荷電流Ｉ１に応じて電圧降下を発生する。電流検出抵抗５の電圧降下は、誤差増幅器Ａ１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（フィードバック信号）を、出力制御部７に出力する。

出力制御部７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、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）、スイッチング素子Ｑ１のオン／オフを制御する。その結果、複数の発光ダイオードＬＤ１に流れる電流の定電流化制御が行われる。

なお、フィードバック回路１５は、図１に示すように、さらに位相補償回路６を備えることが好ましく、より実用に即した定電流源１１を実現できる。位相補償回路６は、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Ｒ１及びコンデンサＣ２からなる積分要素を含む。位相補償回路６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。

以下、変調時の発光ダイオードＬＤ１の電流波形が定電流源１１による定電流化制御から影響を受けることを考慮しないシミュレーションの結果に基づいて、補助負荷１３を備えた照明光通信装置１０の動作について、図３および図４を参照しながら説明する。なお、図３（ａ）に図示される照明光通信装置１０において定電流源１１の図示は簡略化されている。

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。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。また補助負荷１３としては、スイッチ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。

図４（ａ）及び４（ｂ）は、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を示している。図４（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４（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Ｑ２のオン時は約６００ｍＡ、スイッチ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と略同じ値を保っている。

なお、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（図１および図３（ａ）を参照）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。

つまり、照明光通信装置１０では、負荷回路１２の負荷特性（例えばインピーダンス特性）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Ｉ１が光通信信号の波形に忠実に変調されることになる。

上述のように、定電流化制御による影響を考慮しないシミュレーションの結果において、照明光通信装置１０は、変調時の負荷電流Ｉ１の平均値と非変調時の負荷電流Ｉ１の平均値とが略一致するように制御することができる。その結果、照明光の平均的な明るさは変調時と非変調時とで変わることがない。

しかしながら、実際には負荷電流Ｉ１は、変調時において定電流源１１の定電流化制御の影響を受けている。そのため、従来の照明光通信装置においては、発光ダイオードの電流波形がパルス状に歪み、変調時の負荷電流の平均値と非変調時の負荷電流の平均値とが一致していなかった。つまり、変調時において定電流化制御が負荷電流の変化に対しても瞬時に追従してしまい、発光ダイオードの電流波形は、矩形波とならずに、図１２に示すようにパルス状に歪んでしまう。

一般に、定電流化制御系において、その回路に含まれる抵抗器の抵抗値とコンデンサの容量の積に依存する時定数が小さいほど、電流制御の応答は速くなる。定電流化制御系の応答速度は、変調回路内のスイッチによって電流が変調される速度を上回ると、当該スイッチのオンによる負荷電流の上昇後、当該スイッチのオフによる負荷電流の降下よりも先に、定電流化制御により負荷電流の降下が起こる。また、定電流化制御系の応答が速い場合、負荷に流れる電流値を元に戻そうとするゲインも大きい。そのため、発光ダイオードの電流波形は、パルス状に大きく歪んでしまう。

これに対して、定電流源１１が定電流化制御を行うときの、平滑コンデンサＣ１（平滑回路）も含めた定電流源１１の時定数をＴとすると、本実施形態の照明光通信装置１０では、時定数ＴがＴ＞１／ｆの関係を満たすように設定されている。ここで、ｆは変調回路１６がスイッチＱ２を駆動する変調周波数である。言い換えれば、変調周波数ｆの逆数を変調回路１６における時定数と考えたとき、当該時定数よりも定電流源１１の時定数Ｔの方が十分に大きくなるように設定される。

ここで、時定数Ｔに影響を与える要素としては、以下の第１の要素と第２の要素とが挙げられる。第１の要素は、フィードバック回路１５における電流検出抵抗５の抵抗値、位相補償回路６の抵抗Ｒ１の抵抗値、および位相補償回路６のコンデンサＣ２の容量である。第２の要素は、平滑コンデンサＣ１の容量である。つまり、時定数Ｔは、フィードバック回路１５の時定数と平滑コンデンサＣ１（平滑回路）の時定数の合算として考えられる。時定数Ｔは、上記の抵抗値や容量を調整することにより、Ｔ＞１／ｆの関係を満たすように設定される。なお、時定数Ｔ（周波数の逆数）を計測する方法としては、例えば周波数特性分析器を利用して所定の正弦波信号をフィードバック回路１５および平滑回路に入力してその周波数応答を計測すればよい。

上記関係を満たすように時定数Ｔが設定されることで、出力電流の変調に対して、定電流源１１の定電流化制御が追従できなくなり、図５（ａ）（ｂ）および図６（ａ）（ｂ）に示すように、発光ダイオードの電流波形の歪みが抑制される。その結果、ピーク電流が発光ダイオードの定格電流を超えるという問題を防止することができる。また、変調時の負荷電流の平均値が非変調時の負荷電流の平均値とより一致するように制御することができる。したがって、通信のために付加される回路が簡素であり、コストを抑えながらもより正確に信号を送信できるように出力光の変調が可能となる。

なお、図５は、デューティ比率が７５％で変調されたときの駆動信号（つまり光通信信号Ｓ１）に対する発光ダイオードＬＤ１に流れる電流の波形図である。図５（ａ）と５（ｂ）は、それぞれ変調周波数ｆが１ｋＨｚと５００Ｈｚの場合の波形図である。また、図６は、デューティ比率が９０％で変調されたときの駆動信号（つまり光通信信号Ｓ１）に対する発光ダイオードＬＤ１に流れる電流の波形図である。図６（ａ）と６（ｂ）は、それぞれ変調周波数ｆが１ｋＨｚと５００Ｈｚの場合の波形図である。

実際に、時定数Ｔと変調周波数ｆとをそれぞれ変更したときの発光ダイオードの電流波形を測定した。その結果を以下の表１に示す。この表１からＴ＞１／ｆの関係を満たす場合の電流波形は、上記関係を満たさない場合の電流波形に比べて、歪みが小さくなる（矩形波により近くなる）ことが分かる。なお、表１では、受信器２０が光通信信号を受信可能か不可能かに基づいて電流波形の歪みの大小判定を行なっている。すなわち、受信できない状態の電流波形に対して「歪み：大」とし、受信可能な状態の電流波形に対して「歪み：小」としている。歪みの大小判定については、波形の歪み率や立ち上り特性に基づいて行われてもよい。

なお、上述の通り、本実施形態では、発光ダイオードＬＤ１から放射された青色光と黄色蛍光体から放射された黄色光は、色変換部材９を通じて混合されて白色光として放射される。しかし、変調回路１６の変調周波数ｆが３ＭＨｚを超えると、黄色蛍光体による発光動作の遅延に起因して発光ダイオードの電流波形に対して実際の光出力波形が遅延する恐れがある。つまり、変調時において、光出力がピークに達するタイミングは、負荷電流が立ち上がり、ピーク電流に達するタイミングに対して遅延する。そのため、発光ダイオードと蛍光体とを用いて白色光を得る構成の場合、変調周波数ｆは３ＭＨｚ以下であることが好ましい。

また、照明光通信装置１０の光源は、図７に示すように、発光層が有機化合物からなる有機ＥＬ素子３０であってもよい（この場合、照明光通信装置１０は色変換部材９を備えていなくてもよい）。ただし、変調時における有機ＥＬ素子３０の光出力の応答性は、上記の発光ダイオードＬＤ１よりもさらに低い。図８（ａ）〜８（ｅ）に示すように変調回路１６の変調周波数ｆが１０ｋＨｚを超えると、光出力がピークに達するタイミングは、負荷電流がピーク電流に達するタイミングに対して遅延し、光出力のピーク時間も短い。そのため、有機ＥＬ素子を用いた構成の場合、変調周波数ｆは１０ｋＨｚ以下であることが好ましい。

なお、照明光通信装置１０の光源が発光ダイオードＬＤ１であっても有機ＥＬ素子３０であっても、変調周波数ｆは５００Ｈｚ以上であることが好ましい。

以上説明した本実施形態に係る照明光通信装置１０は、定電流源１１と、定電流源１１の出力にそれぞれ接続される平滑回路、及び、光源を含む負荷回路１２と、補助負荷１３と、スイッチＱ２を含んだ変調回路１６と、を備える。照明光通信装置１０は、補助負荷１３が負荷回路１２に付加されることで負荷回路１２の負荷特性を変化させるように構成される。スイッチＱ２は、２値の光通信信号によって制御され、２値の光通信信号に応じて補助負荷１３を負荷回路１２に付加する、または付加しないように構成される。定電流源１１は、光源に流れる電流の定電流化制御を行うように構成される。定電流源１１が定電流化制御を行うときの、平滑回路も含めた定電流源１１の時定数Ｔは、変調回路１６がスイッチＱ２を駆動する変調周波数ｆに対して、Ｔ＞１／ｆの関係を満たすように設定されている。

照明光通信装置１０において、定電流源１１は、直流電源１と、直流電源１から入力される直流電圧を所定の電圧値の直流電圧に変換し、平滑回路に出力するＤＣ−ＤＣコンバータ２と、光源に流れる電流に応じて発生する電圧降下と基準電圧との差分を増幅してフィードバック信号として出力するフィードバック回路１５と、フィードバック信号に基づいて、電圧降下が基準電圧に一致するようにＤＣ−ＤＣコンバータ２の出力を制御する出力制御部７と、を備えることが好ましい。この場合、時定数Ｔは、平滑回路の時定数とフィードバック回路１５の時定数の合算であることが好ましい。

また、照明光通信装置１０は、さらに光源を覆うように配置された色変換部材９を備え、光源は、発光ダイオードＬＤ１であり、発光ダイオードＬＤ１から放射された光と、色変換部材９に含まれる蛍光体から放射された光は、色変換部材９を通じて混合されて白色光として放射されることが好ましい。この場合、変調周波数ｆは、３ＭＨｚ以下であることが好ましい。

また、照明光通信装置１０において、光源は、有機ＥＬ素子であり、変調周波数ｆは、１０ｋＨｚ以下であることが好ましい。

また、照明光通信装置１０において、変調周波数ｆは、５００Ｈｚ以上であることが好ましい。

（実施形態２）
本実施形態に係る照明光通信装置１０を図９に基づいて説明する。図９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。

本実施形態の平滑回路は、平滑コンデンサＣ１に加えて、電流検出抵抗５よりも負荷回路１２側に平滑コンデンサＣ３を備える。平滑コンデンサＣ３は、負荷回路１２に並列接続され、且つ電流検出抵抗５に直列接続されている。より具体的には、平滑コンデンサＣ３の第１端は、平滑コンデンサＣ１の第１端と負荷回路１２の第１端との間の接続点Ｐ１に接続される。平滑コンデンサＣ３の第２端は、負荷回路１２の第２端と電流検出抵抗５の第１端との間の接続点Ｐ２に接続される。なお、平滑コンデンサＣ１の第２端は、電流検出抵抗５の第２端に接続されている。

このように構成される本実施形態の照明光通信装置１０では、時定数Ｔに影響を与える要素として、実施形態１で説明した第１の要素と第２の要素に加えて、さらに平滑コンデンサＣ３の容量（第３の要素）が含まれる。この場合、時定数Ｔは、フィードバック回路１５の時定数と平滑コンデンサＣ１（平滑回路）の時定数と平滑コンデンサＣ３（平滑回路）の時定数の合算として考えられる。

そして、時定数Ｔは、第１〜第３の要素の抵抗値や容量を調整することで、Ｔ＞１／ｆの関係を満たすように設定されて、実施形態１と同様に、光源の電流波形の歪みが抑制される。その結果、ピーク電流が発光ダイオードの定格電流を超えるという問題を防止することができる。また、変調時の負荷電流の平均値が非変調時の負荷電流の平均値とより一致するように制御することができる。したがって、通信のために付加される回路が簡素であり、コストを抑えながらもより正確に信号を送信できるように出力光の変調が可能となる。

特に、本実施形態の場合、時定数Ｔに影響を与える要素（平滑コンデンサＣ３）が負荷回路側１２側に配置されている点が重要である。つまり、定電流源１１や平滑コンデンサＣ１を含んだ高価な点灯装置側を交換することなく、光源と所望の容量を有する平滑コンデンサＣ３とを含んだ負荷側を交換することで、時定数Ｔを調整することができる。その結果、既存の照明光通信装置１０に対してコストを抑えながら、時定数Ｔを調整することができる。

（実施形態３）
本実施形態に係る照明光通信装置１０を図１０に基づいて説明する。図１０は照明光通信装置１０の概略回路図であり、実施形態１で説明した図１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。

実施形態１の補助負荷１３は、複数の発光ダイオードＬＤ１のうちの一部、または複数の有機ＥＬ素子３０のうちの一部に並列接続された抵抗器（図３（ｂ）の抵抗器Ｒ１２）で構成される。これに対して、本実施形態の補助負荷１３は、図１０に示すように、負荷回路１２の光源（複数の発光ダイオードＬＤ１または複数の有機ＥＬ素子３０）に直列接続される抵抗器Ｒ１３で構成される。この場合、スイッチＱ２は、抵抗器Ｒ１３に並列接続されている。

スイッチＱ２のオン時には抵抗器Ｒ１３の両端間がスイッチＱ２を介して短絡され、負荷回路１２に抵抗器Ｒ１３が接続されない状態となる。一方、スイッチＱ２のオフ時には負荷回路１２に抵抗器Ｒ１３が接続された状態となる。したがって、スイッチＱ２が光通信信号Ｓ１に応じてオン／オフすることによって、実施形態１と同様に、負荷回路１２の負荷特性が光通信信号に応じて変化する。その結果、光源を流れる負荷電流Ｉ１が光通信信号の波形に忠実に変調されることになる。

以上説明した本実施形態に係る照明光通信装置１０では、補助負荷１３は、光源に直列接続された抵抗器Ｒ１３であり、スイッチＱ２は、抵抗器Ｒ１３に並列接続される。

（実施形態４）
本実施形態に係る照明光通信装置１０を図１１（ａ）〜１１（ｅ）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３で説明した照明光通信装置１０に対して、補助負荷１３の構成のみが異なっている。図１１（ａ）〜１１（ｅ）では、補助負荷１３と変調回路１６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。

本実施形態の補助負荷１３は、図１１（ａ）〜１１（ｅ）に示すように、負荷回路１２の光源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）を少なくとも含む定電圧回路、あるいは負荷回路１２の光源に直列接続された抵抗素子（例えば抵抗器Ｒ１４、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。

具体的には、図１１（ａ）の回路では、補助負荷１３としてダイオードＤ２１が用いられている。ダイオードＤ２１は、負荷回路１２の光源（複数の発光ダイオードＬＤ１または複数の有機ＥＬ素子３０）と直列接続されている。またダイオードＤ２１と並列にスイッチＱ２が接続されている。スイッチＱ２のオン時にはダイオードＤ２１の両端間がスイッチＱ２を介して短絡され、負荷回路１２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Ｑ２のオフ時には負荷回路１２にダイオードＤ２１が接続された状態となる。したがって、スイッチＱ２が光通信信号Ｓ１に応じてオン／オフすることによって、負荷回路１２の負荷特性が光通信信号に応じて変化する。その結果、光源を流れる負荷電流Ｉ１が光通信信号の波形に忠実に変調されることになる。

図１１（ｂ）の回路では、補助負荷１３としてツェナーダイオードＺＤ２が用いられている。ツェナーダイオードＺＤ２は、負荷回路１２の光源（複数の発光ダイオードＬＤ１または複数の有機ＥＬ素子３０）と直列接続されている。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Ｑ２がオン／オフすることによって、同様に、負荷回路１２の負荷特性が光通信信号に応じて変化する。その結果、光源を流れる負荷電流Ｉ１が光通信信号の波形に忠実に変調されることになる。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、光源に流れる負荷電流Ｉ１の変調幅を容易に調整することができる。

図１１（ｃ）の回路では、補助負荷１３としてサーミスタ抵抗Ｒｈ１が用いられている。サーミスタ抵抗Ｒｈ１は、負荷回路１２の光源（複数の発光ダイオードＬＤ１または複数の有機ＥＬ素子３０）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Ｑ２がオン／オフすることによって、負荷回路１２の負荷特性が光通信信号に応じて変化する。さらに本回路では光源に流れる負荷電流Ｉ１の変調度合いに温度特性を持たせたり、温度補正を加えたりすることができる。

図１１（ｄ）の回路では、補助負荷１３として抵抗器Ｒ１４とダイオードＤ２２との並列回路が用いられている。この並列回路は、負荷回路１２の光源（複数の発光ダイオードＬＤ１または複数の有機ＥＬ素子３０）と直列に接続されている。この並列回路と並列にスイッチ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Ｑ２がオン／オフすることによって、負荷回路１２の負荷特性が光通信信号に応じて変化する。さらに本回路では例えば抵抗器Ｒ１４の抵抗値を調整することによって負荷回路１２の光源に流れる負荷電流Ｉ１の変調幅を微調整することができる。

図１１（ｅ）の回路では、補助負荷１３として抵抗器Ｒ１４とダイオードＤ２２との直列回路が用いられている。この直列回路は、負荷回路１２の光源（複数の発光ダイオードＬＤ１または複数の有機ＥＬ素子３０）と直列に接続されている。この直列回路の両端間にスイッチ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Ｑ２がオン／オフすることによって、負荷回路１２の負荷特性が光通信信号に応じて変化する。さらに本回路では例えば抵抗器Ｒ１４の抵抗値を調整することによって負荷回路１２の光源に流れる負荷電流Ｉ１の変調幅を微調整することができる。

以上説明した本実施形態に係る照明光通信装置１０では、補助負荷１３は、光源に直列接続された定電圧素子（ダイオードＤ２１、Ｄ２２、ツェナーダイオードＺＤ２など）を少なくとも含む定電圧回路で構成され、スイッチＱ２は、定電圧回路に並列接続される。あるいは、補助負荷１３は、負荷回路１２の光源に直列接続された抵抗素子（例えば抵抗器Ｒ１４、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もよい。

１０ 照明光通信装置
１１ 定電流源
１２ 負荷回路
１３ 補助負荷
１５ フィードバック回路
１６ 変調回路
Ｃ１ 平滑コンデンサ
Ｑ２ スイッチ

Claims (7)

1. 定電流源と、
   前記定電流源の出力にそれぞれ接続される平滑回路、及び、光源を含む負荷回路と、
   補助負荷と、
   スイッチを含んだ変調回路と、を備えた照明光通信装置であって、
   当該照明光通信装置は、前記補助負荷が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変化させるように構成され、
   前記スイッチは、２値の光通信信号によって制御され、前記２値の光通信信号に応じて前記補助負荷を前記負荷回路に付加する、または付加しないように構成され、
   前記定電流源は、前記光源に流れる電流の定電流化制御を行うように構成され、
   前記定電流源が定電流化制御を行うときの、前記平滑回路も含めた前記定電流源の時定数Ｔは、前記変調回路が前記スイッチを駆動する変調周波数ｆに対して、Ｔ＞１／ｆの関係を満たすように設定されていることを特徴とする照明光通信装置。
2. 前記定電流源は、
   直流電源と、
   前記直流電源から入力される直流電圧を所定の電圧値の直流電圧に変換し、前記平滑回路に出力するＤＣ−ＤＣコンバータと、
   前記光源に流れる電流に応じて発生する電圧降下と基準電圧との差分を増幅してフィードバック信号として出力するフィードバック回路と、
   前記フィードバック信号に基づいて、前記電圧降下が前記基準電圧に一致するように前記ＤＣ−ＤＣコンバータの出力を制御する出力制御部と、を備え、
   前記時定数Ｔは、前記平滑回路の時定数と前記フィードバック回路の時定数の合算であることを特徴とする請求項１記載の照明光通信装置。
3. さらに前記光源を覆うように配置された色変換部材を備え、
   前記光源は、発光ダイオードであり、
   前記発光ダイオードから放射された光と、前記色変換部材に含まれる蛍光体から放射された光は、前記色変換部材を通じて混合されて白色光として放射され、
   前記変調周波数ｆは、３ＭＨｚ以下であることを特徴とする請求項１または２記載の照明光通信装置。
4. 前記光源は、有機ＥＬ素子であり、
   前記変調周波数ｆは、１０ｋＨｚ以下であることを特徴とする請求項１または２記載の照明光通信装置。
5. 前記補助負荷は、前記光源に直列接続された抵抗器であり、
   前記スイッチは、前記抵抗器に並列接続されたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の照明光通信装置。
6. 前記補助負荷は、前記光源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で構成され、
   前記スイッチは、前記定電圧回路に並列接続されたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の照明光通信装置。
7. 前記変調周波数ｆは、５００Ｈｚ以上であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の照明光通信装置。

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