JP2020096227A

JP2020096227A - 照明装置

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Publication number: JP2020096227A
Application number: JP2018230924A
Authority: JP
Inventors: 信一芝原; Shinichi Shibahara; 信介船山; Shinsuke Funayama
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2018-12-10
Filing date: 2018-12-10
Publication date: 2020-06-18
Anticipated expiration: 2038-12-10
Also published as: JP7155976B2

Abstract

【課題】本発明は照明装置に関し、可視光通信の機能を有し、小型化が可能な照明装置を得ることを目的とする。【解決手段】本発明に係る照明装置は、光源と、スイッチング素子のオンオフにより該光源を点灯させる点灯回路と、調光指令値に応じた明るさの光を該光源が出力するように、該点灯回路を制御する第１制御部と、複数の調光指令値を順番に該第１制御部に送信する第２制御部と、を備え、該光源は、該複数の調光指令値に応じた明るさの光を順番に出力することで、可視光通信データを出力する。【選択図】図１

Description

本発明は、照明装置に関する。

特許文献１には、照明光の光強度を変調して照明光に通信信号を重畳させる可視光通信用照明器具が開示されている。

特許第５８４２１０１号公報

可視光通信用照明器具において、可視光通信により送信するデータを照明器具内のメモリに保存することが考えられる。この場合、膨大なデータを保持するためにメモリが大型化するおそれがある。

本発明は、上述の課題を解決するためになされたもので、可視光通信の機能を有し、小型化が可能な照明装置を得ることを目的とする。

本発明に係る照明装置は、光源と、スイッチング素子のオンオフにより該光源を点灯させる点灯回路と、調光指令値に応じた明るさの光を該光源が出力するように、該点灯回路を制御する第１制御部と、複数の調光指令値を順番に該第１制御部に送信する第２制御部と、を備え、該光源は、該複数の調光指令値に応じた明るさの光を順番に出力することで、可視光通信データを出力する。

本発明に係る照明装置では、第２制御部は、可視光通信データに対応する複数の調光指令値を順番に第１制御部に送信する。このため第１制御部は、複数の調光指令値に応じた明るさの光を、順番に光源に出力させれば良く、可視光通信により送信するデータの全てを記憶する必要がない。従って、第１制御部のメモリを小型化でき、照明装置を小型化できる。

実施の形態１に係る照明装置の回路ブロック図である。実施の形態１に係るＬＥＤ出力の一例を示す図である。図２の時刻Ｔ１からＴ２の範囲を拡大した図である。

本発明の実施の形態に係る照明装置について図面を参照して説明する。同じ又は対応する構成要素には同じ符号を付し、説明の繰り返しを省略する場合がある。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係る照明装置１００の回路ブロック図である。照明装置１００は、光源部３０、第１ユニット１０および第２ユニット４０を備える。

光源部３０は複数の光源３１を有する。光源３１は、例えばＬＥＤ等の発光素子である。光源部３０において、複数の光源３１は直列に接続されている。これに限らず、複数の光源３１は、並列または直並列に接続されても良い。また、光源部３０は光源３１を１つ以上有すれば良い。

第１ユニット１０は、外部電源ＡＣから電力を供給され、光源３１を点灯させる点灯装置である。外部電源ＡＣは、例えば商用電源等の交流電源である。第１ユニット１０は、端子部ＣＮ１、点灯回路２０、第１制御部ＩＣ１、端子部ＣＮ２及び端子部ＣＮ３を備える。端子部ＣＮ１には外部電源ＡＣが接続される。端子部ＣＮ２には光源部３０が接続される。端子部ＣＮ３には第２ユニット４０が接続される。

点灯回路２０は、外部電源ＡＣから電力供給を受け、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２のオンオフにより光源３１を点灯させる。点灯回路２０は整流器ＤＢ、第１スイッチング電源部２１および第２スイッチング電源部２２を備える。整流器ＤＢは、端子部ＣＮ１に接続され、外部電源ＡＣの交流電力を整流する。

第１スイッチング電源部２１は整流器ＤＢの出力に接続される。第１スイッチング電源部２１は、整流器ＤＢで整流された脈流電圧を昇圧し、コンデンサＣ１に予め定められた直流高電圧を充電する。第１スイッチング電源部２１は、例えば昇圧チョッパ回路等の昇圧回路である。第１スイッチング電源部２１はコイルＬ１を備える。コイルＬ１の一端は、整流器ＤＢの出力の高電位側と電気的に接続される。コイルＬ１の他端には、スイッチング素子Ｑ１のドレインおよびダイオードＤ１のアノードが接続される。

スイッチング素子Ｑ１は例えばＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ−ＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒＦｉｅｌｄ−ＥｆｆｅｃｔＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ）である。スイッチング素子Ｑ１のソースは、整流器ＤＢの出力の低電位側に接続される。スイッチング素子Ｑ１のゲートはＭＯＳＦＥＴドライバー１３に接続される。ダイオードＤ１のカソードは、コンデンサＣ１の正極に接続される。

コンデンサＣ１の負極は、整流器ＤＢの出力の低電位側に接続される。コンデンサＣ１と並列に、抵抗Ｒ２、Ｒ３の直列回路が接続される。抵抗Ｒ２、Ｒ３の接続点は、第１制御部ＩＣ１のＰ１端子に接続される。第１制御部ＩＣ１は、点灯回路２０を制御する。第１制御部ＩＣ１は、例えばマイコンである。

第１スイッチング電源部２１の出力電圧は、コンデンサＣ１に充電される。コンデンサＣ１の両端電圧は、抵抗Ｒ２、Ｒ３で分圧され、第１制御部ＩＣ１に入力される。第１制御部ＩＣ１は、Ｐ１端子の電圧が予め定められた目標値と一致するように、Ｖｇ１端子からスイッチング素子Ｑ１をオンオフするスイッチング信号を出力する。

ここで、一般にマイコンの出力電圧はＭＯＳＦＥＴの駆動電圧よりも小さい。このため、第１制御部ＩＣ１からのスイッチング信号はＭＯＳＦＥＴドライバー１３に入力される。ＭＯＳＦＥＴドライバー１３はスイッチング信号に応じて、スイッチング素子Ｑ１をオンオフする。これにより、安定なスイッチングを実現できる。

コンデンサＣ１には第２スイッチング電源部２２が接続される。第２スイッチング電源部２２は、第１スイッチング電源部２１が生成した定電圧から光源３１を点灯させる電力を生成する。第２スイッチング電源部２２は、例えばバックコンバータ回路等の降圧回路である。第２スイッチング電源部２２において、コンデンサＣ１の正極には、スイッチング素子Ｑ２のドレインが接続される。スイッチング素子Ｑ２は、例えばＭＯＳＦＥＴである。スイッチング素子Ｑ２のソースには、ダイオードＤ２のカソードおよびコイルＬ２の一端が接続される。スイッチング素子Ｑ２のゲートは、ＭＯＳＦＥＴドライバー１３に接続される。

ダイオードＤ２のアノードには、コンデンサＣ１の負極および抵抗Ｒ４の一端が接続される。コイルＬ２の他端には、コンデンサＣ３の正極が接続される。コンデンサＣ３の負極には抵抗Ｒ４の他端が接続される。また、抵抗Ｒ４の他端は、第１制御部ＩＣ１のＰ２端子に接続される。コンデンサＣ３と並列に、端子部ＣＮ２を介して光源部３０が接続される。第２スイッチング電源部２２の出力電圧は、コンデンサＣ３で平滑され、光源部３０に供給される。

抵抗Ｒ４に印加される電圧は、光源部３０を流れる電流に対応する。ＬＥＤに流れる電流は、抵抗Ｒ４にて電圧に変換される。第１制御部ＩＣ１は、抵抗Ｒ４に印加される電圧をＰ２端子から検出する。第１制御部ＩＣ１は、Ｐ２端子の電圧が予め定められた目標値と一致するように、Ｖｇ２端子からスイッチング素子Ｑ２をオンオフするスイッチング信号を出力する。スイッチング素子Ｑ１と同様に、第１制御部ＩＣ１はＭＯＳＦＥＴドライバー１３を介して、スイッチング素子Ｑ２をオンオフする。これにより、光源３１は定電流制御で点灯する。

また、コンデンサＣ１の正極には、制御電源部１１が接続される。制御電源部１１は、第１スイッチング電源部２１の出力電圧から制御電源Ｖ１を生成する。制御電源部１１は、バックコンバータ回路などの降圧コンバータ回路でも良い。また、制御電源部１１はフライバック回路などの昇降圧コンバータでも良い。コンデンサＣ１に蓄えられた電荷は、制御電源部１１から制御電源Ｖ１に供給される。制御電源Ｖ１の電圧は、例えばＤＣ１５Ｖである。

制御電源部１１の出力とコンデンサＣ１の負極との間には、コンデンサＣ２が接続される。制御電源Ｖ１の電圧は、コンデンサＣ２の両端に印加される電圧である。制御電源Ｖ１は、ＭＯＳＦＥＴドライバー１３に供給される。つまり、制御電源Ｖ１はスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２を駆動させる電力を供給する。

また、制御電源Ｖ１は、降圧回路部１２により降圧され、第１制御部ＩＣ１のＶＤＤ１端子に入力される。ＶＤＤ１端子に入力される電圧は、例えばＤＣ５Ｖである。第１制御部ＩＣ１は制御電源Ｖ１から電源を供給される。

端子部ＣＮ３は、制御電源Ｖ１と接続された制御電源端子、接地用端子であるＧＮＤ端子、ｉｎｐｕｔ端子およびｏｕｔｐｕｔ端子を有する。ＧＮＤ端子の電位は回路基準電位に等しい。制御電源端子とＧＮＤ端子との間には、制御電源Ｖ１と等しい電圧が印加される。ｉｎｐｕｔ端子は第１制御部ＩＣ１のＲＸ１端子と接続され、ｏｕｔｐｕｔ端子は第１制御部ＩＣ１のＴＸ１端子と接続される。

第２ユニット４０は、端子部ＣＮ４と第２制御部ＩＣ２を備える。第２制御部ＩＣ２は例えばマイコンである。第２制御部ＩＣ２はメモリ４１を有する。メモリ４１は例えば不揮発性メモリである。メモリ４１には、第１ユニット１０が光源３１を調光制御するための調光指令値が記憶されている。端子部ＣＮ３は、第２制御部ＩＣ２のＶＤＤ２端子と接続されたＶＤＤ端子、接地用端子であるＧＮＤ端子、ｉｎｐｕｔ端子およびｏｕｔｐｕｔ端子を有する。ｉｎｐｕｔ端子は第２制御部ＩＣ２のＲＸ２端子と接続され、ｏｕｔｐｕｔ端子は第２制御部ＩＣ２のＴＸ２端子と接続される。

第１ユニット１０と第２ユニット４０は、端子部ＣＮ３と端子部ＣＮ４を介して接続される。端子部ＣＮ３の制御電源端子およびＧＮＤ端子は、端子部ＣＮ４のＶＤＤ端子およびＧＮＤ端子とそれぞれ接続される。これにより制御電源Ｖ１が第２制御部ＩＣ２に供給される。第２制御部ＩＣ２は、ＶＤＤ２端子に制御電源Ｖ１の電圧が印加されると動作を開始する。

また、端子部ＣＮ３のｉｎｐｕｔ端子は、端子部ＣＮ４のｏｕｔｐｕｔ端子と接続される。端子部ＣＮ３のｏｕｔｐｕｔ端子は、端子部ＣＮ４のｉｎｐｕｔ端子と接続される。これにより、第１制御部ＩＣ１のＲＸ１端子と第２制御部ＩＣ２のＴＸ２端子が接続される。また、第１制御部ＩＣ１のＴＸ１端子と第２制御部ＩＣ２のＲＸ２端子が接続される。よって、第１制御部ＩＣ１と第２制御部ＩＣ２の通信が可能になる。

第２制御部ＩＣ２は、ＴＸ２端子から調光指令値を第１制御部ＩＣ１のＲＸ１端子に出力する。調光指令値を受信した第１制御部ＩＣ１は、調光指令値に従ってスイッチング素子Ｑ２を制御する。これにより第１制御部ＩＣ１は、Ｐ２端子に入力される電圧を変化させて、光源３１を調光制御する。

また、メモリ４１には、可視光通信により光源３１から送信するデータに対応する複数の調光指令値が記憶されている。この調光指令値は光源３１の明るさを制御するものである。光源３１の明るさは光源３１の調光率に対応する。第１制御部ＩＣ１は、調光指令値を受信すると、この調光指令値に応じた明るさの光を光源３１が出力するように点灯回路２０を制御する。従って、可視光通信データ３５が光源３１から出力される。

可視光通信データ３５は端末５０の受光部５１で受信される。端末５０は専用端末でも良く、汎用の携帯端末等でも良い。

図２は、実施の形態１に係るＬＥＤ出力の一例を示す図である。ＬＥＤ出力は、ＬＥＤ電流またはＬＥＤ電力に比例し、光源３１が出射する光の強弱を示す。ＬＥＤ出力は、光出力とも呼ばれる。時間に対して光源３１が出射する光の明るさが変化する。端末５０は、光源３１が出射する光の明るさの変化をデータとして取得する。なお、使用者は光源３１が出射する光の平均値を照明として使用する。従って、光源３１からの光は目視でも認識される。

図３は、図２の時刻Ｔ１からＴ２の範囲を拡大した図である。第２制御部ＩＣ２は、メモリ４１に記憶された複数の調光指令値を一定時間ΔＴ毎に順番に第１制御部ＩＣ１に送信する。複数の調光指令値の各々は、例えば一つの調光率に対応する。第１制御部ＩＣ１は、一つの調光指令値を受信すると、その調光指令値に応じた明るさの光を光源３１に出力させる。つまり、第１制御部ＩＣ１は、矢印８１に示されるΔＴ時間毎にＬＥＤ電流を変化させる。従って、光源３１は、複数の調光指令値に応じた明るさの光を一定時間ΔＴずつ順番に出力する。これにより、光源３１から可視光通信データ３５が出力される。

光出力は一定時間ΔＴ毎に変化する。光出力は例えば１００Ｈｚで変化する。つまりΔＴ＝１／１００秒である。調光指令値は、符号付きのコマンド信号でも良く、ＰＷＭ（ＰｕｌｓｅＷｉｄｔｈＭｏｄｕｌａｔｉｏｎ）信号でも良い。調光指令値がコマンド信号の場合、図３の矢印８２で示される期間がコマンドの送信期間である。コマンドは例えば、１２０Ｈｚで送信される。つまり、コマンドの送信期間は１／１２０秒である。第２制御部ＩＣ２は一定時間ΔＴ毎にコマンドを出力する。第１制御部ＩＣ１はコマンドに応答してＬＥＤ電流を変化させる。

本実施の形態では、第２制御部ＩＣ２は、第１制御部ＩＣ１をストリーミング制御する。これにより、第１ユニット１０は、可視光通信により送信するデータを全てメモリ１４に記憶する必要がない。従って、照明装置１００を小型化できる。

なお、一定時間ΔＴは、第２制御部ＩＣ２が１つの調光指令値の送信を開始してから、その調光指令値に応じて光源３１の明るさが変化するまでの時間よりも長い。これにより、第１制御部ＩＣ１は、前の調光指令値を光源３１の明るさに反映させてから次の調光指令値を受信する。従って、複数の調光指令値に応じた明るさの光を、光源３１から安定して順番に出力させることができる。また、第１制御部ＩＣ１のメモリ１４に複数の調光指令値を記憶する必要がなく、メモリ１４を小型化できる。

また、第１ユニット１０と第２ユニット４０は端子部ＣＮ３、ＣＮ４を介して着脱可能に設けられる。このため、照明装置１００から第２ユニット４０を取り外すことで、可視光通信の機能を有さない照明器具が得られる。従って、用途に応じて使用者は容易に可視光通信を止めることができる。また、可視光通信を行うために、第１ユニット１０に追加の部品を設ける必要がなく、可視光通信の機能を有さない照明器具を標準化できる。従って、照明装置１００の生産性を向上できる。

また、可視光通信を行うために、第１制御部ＩＣ１の機能またはメモリ１４のサイズを変更する必要がない。このため、可視光通信を行わない場合に、第１制御部ＩＣ１の利用率が低下することを抑制できる。

また、第２ユニット４０を変更することで、可視光通信データ３５を容易に変更できる。また、第２ユニット４０に外部との通信部４２を設けても良い。これにより、第２ユニット４０は、通信部４２から新たな可視光通信データ３５を取得できる。

また、第１制御部ＩＣ１は、第２ユニット４０が接続されていないとき、予め定められた調光率の光を光源３１が出力するように、点灯回路２０を制御する。予め定められた調光率は、メモリ１４に記憶されている。第１制御部ＩＣ１は、ＲＸ１端子への信号の入力の有無を判定する。第１制御部ＩＣ１はＲＸ１端子に信号が入力されない場合、予め定められた調光率で光源３１を点灯制御する。第１制御部ＩＣ１はＲＸ１端子から適切な調光指令値を受信すると、その調光指令値に従って光源３１を点灯制御する。

このように、本実施の形態では可視光通信を行わないための制御または回路が必要ない。このため、回路損失を抑制できる。第１制御部ＩＣ１は、一定時間ΔＴ毎に調光指令値を受信しない場合、予め定められた明るさの光を光源３１が出力するように、点灯回路２０を制御しても良い。

本実施の形態では、図３に示されるように、光源３１の明るさが期間ΔＴｎ毎に変化する。図３には期間ΔＴ１〜ΔＴ７が示されている。第１制御部ＩＣ１は、直前の期間ΔＴｎ−１に受信した調光指令値に応じて、期間ΔＴｎにおける光源３１の明るさを制御する。例えば、図３の期間ΔＴ３での光源３１の明るさには、１つ前の期間ΔＴ２で第１制御部ＩＣ１が受信した調光指令値が反映される。

これに限らず、ある時刻における光源３１の明るさには、その時刻より前に第１制御部ＩＣ１が受信した調光指令値が反映されれば良い。例えば、期間ΔＴｎにおける光源３１の明るさに、２つ前の期間ΔＴｎ−２で第１制御部ＩＣ１が受信した調光指令値が反映されても良い。また、光源３１の明るさに、３つ以上前の期間ΔＴｎ−ｍで第１制御部ＩＣ１が受信した調光指令値が反映されても良い。

この場合、第１制御部ＩＣ１は、ｍ個前の期間ΔＴｎ−ｍから現在までに受信した複数の調光指令値を記憶する。このとき、第１制御部ＩＣ１が記憶する調光指令値は、第２制御部ＩＣ２が記憶する調光指令値の一部であれば良い。これにより、可視光通信により送信するデータの全てを第１制御部ＩＣ１が記憶する場合と比較して、第１制御部ＩＣ１のメモリ１４を小型化できる。

第２制御部ＩＣ２は、可視光通信データ３５に対応する複数の調光指令値のうち、第１調光指令値に応じた明るさの光を光源３１が出力している間に、複数の調光指令値のうち第２調光指令値を第１制御部ＩＣ１に送信すれば良い。

また、本実施の形態では第２制御部ＩＣ２が一定時間ΔＴ毎に調光指令値を送信することで、一定時間ΔＴが決定された。これに限らず、第１制御部ＩＣ１が、第２制御部ＩＣ２から受信した複数の調光指令値に応じた明るさの光を、一定時間ずつ順番に光源３１に出力させても良い。

本実施の形態では、照明として使用される照明光に可視光通信データ３５が重畳される。可視光通信データ３５の信号振幅は、人の目に認識できない大きさである。このため、使用者は第２ユニット４０を有さない照明器具と比較して違和感なく照明装置１００を使用できる。

第２制御部ＩＣ２は、予め照明光と可視光通信データ３５を足し合わせた明るさに対応する調光指令値を第１制御部ＩＣ１に送信しても良い。また、第２制御部ＩＣ２は可視光通信データ３５に対応する調光指令値のみを第１制御部ＩＣ１に送信しても良い。この場合、第１制御部ＩＣ１は、予め定められた照明光の調光率と、第２制御部ＩＣ２から受信した調光指令値に対応する調光率とを足し合わせ、足し合わせた調光率で光源３１を点灯させる。

また、光源３１が照明光を出力する期間と、可視光通信データ３５を出力する期間を別に設けても良い。この場合、可視光通信データ３５を出力する期間を、人の目に認識できない程度に短くしても良い。

可視光通信データ３５として端末５０に送信する情報は、例えば照明装置１００の機種情報である。また、可視光通信データ３５として照明装置１００の消費電力等を送信しても良い。さらに、可視光通信データ３５は照明装置１００に関連する情報以外の情報でも良い。例えば、照明装置１００が設置される場所に適した音声データ、位置データ、または、照明装置１００が照射する物体の情報でも良い。

なお、本実施の形態で説明した技術的特徴は適宜に組み合わせて用いてもよい。

１００照明装置、１０第１ユニット、１１制御電源部、１２降圧回路部、１３ＭＯＳＦＥＴドライバー、１４メモリ、２０点灯回路、２１第１スイッチング電源部、２２第２スイッチング電源部、３０光源部、３１光源、３５可視光通信データ、４０第２ユニット、４１メモリ、４２通信部、５０端末、５１受光部、ＡＣ外部電源、ＣＮ１、ＣＮ２、ＣＮ３、ＣＮ４端子部、ＩＣ１第１制御部、ＩＣ２第２制御部、Ｌ１、Ｌ２コイル、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３コンデンサ、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４抵抗、Ｑ１、Ｑ２スイッチング素子、Ｄ１、Ｄ２ダイオード

Claims

光源と、
スイッチング素子のオンオフにより前記光源を点灯させる点灯回路と、
調光指令値に応じた明るさの光を前記光源が出力するように、前記点灯回路を制御する第１制御部と、
複数の調光指令値を順番に前記第１制御部に送信する第２制御部と、
を備え、
前記光源は、前記複数の調光指令値に応じた明るさの光を順番に出力することで、可視光通信データを出力することを特徴とする照明装置。
前記第２制御部は、前記光源が前記複数の調光指令値のうち第１調光指令値に応じた明るさの光を出力している間に、前記複数の調光指令値のうち第２調光指令値を前記第１制御部に送信することを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
前記第２制御部は、前記複数の調光指令値を一定時間毎に順番に前記第１制御部に送信することを特徴とする請求項１または２に記載の照明装置。
前記第１制御部は、前記複数の調光指令値に応じた明るさの光を、一定時間ずつ順番に前記光源に出力させることを特徴とする請求項１または２に記載の照明装置。
前記一定時間は、前記第２制御部が前記調光指令値の送信を開始してから、前記調光指令値に応じて前記光源の明るさが変化するまでの時間よりも長いことを特徴とする請求項３または４に記載の照明装置。
前記第１制御部は、前記一定時間毎に前記調光指令値を受信しない場合、予め定められた明るさの光を前記光源が出力するように、前記点灯回路を制御することを特徴とする請求項３に記載の照明装置。
前記第２制御部はメモリを備え、
前記複数の調光指令値は前記メモリに記憶されることを特徴とする請求項１から６の何れか１項に記載の照明装置。