JP4089370B2 - 照明装置及び照明システム - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばLED(発光ダイオード)などの発光素子を照明用光源として用いる照明システムに関する。
【0002】
【従来の技術】
蛍光灯やLED(発光ダイオード)などを用いた照明装置は、主に照明、つまり「あかり」を提供するものである。
照明装置として利用されるLEDは、可視光帯域で発光するものが使用されるのに対して、例えば赤外線帯域などで発光するものは、データ通信などに利用されている。データ通信を行うためにLEDを点滅させると、データの変化(周波数の変化)に応じて光出力が変わるため、「あかり」としては使用できない。
照明装置に、あかりとデータ通信という二つの利用用途を持たせる技術は、既に存在する。(例えば、特許文献1参照)
特許文献1に示されている技術は、蛍光灯の駆動周波数を送信すべきデータのレベルに応じて所定周波数にすることで、送信すべきデータを蛍光灯からの光の形態で送信する技術である。
【0003】
【特許文献1】
特開昭60−32443号公報(第2頁、図1,図2)
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献1に示されている技術の場合、蛍光灯の駆動周波数をFM変調するため、周波数が高い部分と低い部分とで蛍光灯の明るさが変わってしまう。このようにデータ通信のために明るさが変化するのでは、「あかり」を提供する照明装置としては致命的であるという問題があった。
【0005】
本発明はこのような課題を解決するためになされたもので、照明光の明るさを変化させることなく任意の周波数を伝送することのできる照明システムを提供することを目的としている。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記した課題を解決するために、本発明の照明システムは、直流電源と、光源を点灯する周波数が変化してもインピーダンスが変化しにくいインピーダンス素子と、前記直流電源より前記インピーダンス素子を介して直流電流が通電されることにより可視光領域で発光する照明用光源と、前記照明用光源を点滅動作させるスイッチング回路とを有する照明装置を少なくとも2台備える照明システムにおいて、前記照明装置が、他の装置とは異なる点滅周波数でかつ前記点滅周波数の一周期内のオン期間とオフ期間とのデューティー比を他の装置と同じにして前記照明用光源を点滅させるように前記スイッチング回路を制御するスイッチング制御回路を具備している。
【0007】
本発明の照明システムは、請求項1記載の照明システムにおいて、前記照明装置の照明光を受光する受光器と;前記受光器で受けた光の周波数を解読するデコーダと;を具備している。
【0008】
本発明では、スイッチング制御回路がスイッチ回路を駆動して照明用光源を可視光領域で発光させる際に、スイッチング制御回路は、他の装置とは異なる点滅周波数でかつ点滅周波数の一周期内のオン期間とオフ期間とのデューティー比を他の装置と同じにして照明用光源を点滅させるようにスイッチング回路を制御するので、照明用光源の点灯周波数を変えても照明用光源の発光量には変化は無く、照明光の明るさを変化させることなく任意の周波数を伝送することができる。
【0009】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。図1は本発明に係る照明装置の一つの実施の形態の照明システムの構成を示す図である。
この照明システムは、図1に示すように、建物の内部のある区画、例えば区画Aなどの天井に設置された照明器具1aと、区画Aに隣接する区画Bなどの天井に設置された照明器具1bと、人、搬送車などの移動体に携帯される(取り付けられる)受光器3とから構成されている。照明器具1a,1bには複数の発光素子としてのLED12が下方に発光するように配置されている。LED12は照明のための可視光を発光する。照明器具1aのLED12は、例えば1kHzなどの周期で点滅発光する。照明器具1bのLED12は、例えば2kHzなどの周期で点滅発光する。受光器3は、フォトダイオードなどの受光素子とデコーダとを有している。フォトダイオードは、光の受光量に応じた電気信号を発生するものである。デコーダは、フォトダイオードで受光される光の点滅間隔から照明器具1a,1bそれぞれの周波数を検出及び解読する。
つまり、受光器3は、それぞれの照明器具1a,1bから発光される可視光領域の光を受光する機能と、受光した光の周波数を解読するデコーダとしての機能とを有するものである。
【0010】
照明器具1a,1bは、図2に示すように、光源としての発光ダイオード12(以下LED12と称す)と、このLED12に直流電流を通電するための直流電源10と、この直流電源10とLED12の間に介挿接続されたインピーダンス素子としての抵抗器11と、LED12を点滅(点灯及び消灯)させるスイッチ回路としてのFET16と、LED12の発光周波数の元となる所定周波数の交流波、例えば三角波Sなどを発振する発振器13と、光出力を制御するための直流電圧Vを発生する調光制御回路14とから構成されている。抵抗器11は、コイル(放電管などを点灯させるバラスト)などとは異なり、光源が点灯する周波数の影響を受けることなく直流電流を通電する素子である。
発振器13から出力される交流波は、照明のため、少なくとも人がLED12の点滅によるちらつきを感知できない周波数以上が好ましい。人がLED12の点滅によるちらつきを感知できない周波数とは、一般に、例えば50Hz、60Hz以上、好ましくは100Hz以上とされている。この照明器具1a,1bにおいて、LED12は、FET16がオンしたときに通電されて点灯し、オフしたときの消灯する。抵抗器11は、光源が点灯する周波数が変化してもインピーダンスが変化しにくいインピーダンス素子である。
【0011】
すなわち、この照明器具1a,1bは、直流電源10より抵抗器11を介して直流電流が通電されることにより可視光領域で発光する照明用光源としてのLED12と、このLED12を点滅動作させるスイッチング回路としてのFET16と、このFET16により点滅動作されるLED12の点灯時間と消灯時間を所定の割合で固定し、点灯周波数を変化させるようにFET16を駆動するスイッチング制御回路としての発振器13、調光制御回路14、比較器15とを備えるものである。
【0012】
この照明システムでは、人などの移動体に受光器3を携帯させる。そして、区画Aでは、照明器具1aから発光された光を受光器3が受光することで、受光器3に1KHzの周波数が検知される。予め受光器3に区画毎の周波数情報を記憶しておくことで、現在の区画Aの位置を識別できる。
そして、人が、区画Aから区画Bに移動すると、区画Bでは、照明器具1bから発光された光を受光器3が受光することで、受光器3に2KHzの周波数が検知される。予め受光器3に区画毎の周波数情報を記憶しておくことで、現在の区画Bの位置を識別できる。
【0013】
図3(a),図3(b)は照明器具1a,1b内で発生する信号を示す図である。
図3(a)に示すように、各照明器具1a,1b内では、発振器13から出力される三角波Sと、調光制御回路14から出力される直流電圧Vとが比較器15に入力されると、互いの信号が比較器15により比較されて、図3(b)に示すPWM信号(パルス波)が出力されてFET16のゲートに供給される。これにより、FET16がオン/オフしてLED12が三角波Sの周波数で点滅する。この例では、照明器具1aにおいては、発振器13から出力される三角波Sの周波数は1KHzとされている。また、照明器具1bにおいては、発振器13から出力される三角波Sの周波数は2KHzとされている。調光制御回路14から出力される直流電圧Vは三角波Sの波高の1/2の電圧であり、LED12の点灯時間(図3(b)のon期間)と消灯時間(図3(b)のoff期間)との割合、つまりデューティー比は50%となる。
照明器具1aの点滅周波数と照明器具1bの点滅周波数とをそれぞれ別の周波数としても、LED12がオンする期間(点灯期間)とオフする期間(消灯期間)との割合(デューティー比)を変えなければ、全体としては光の発光量(明るさ)は変わらないため、照明としては一定の明るさが維持される。
この例のように、1KHz、2KHzといった高い周波数で点滅する光源としては、応答性のよいLEDが適しているが、この他、同性能を有するものであれば、例えば蛍光灯などでもよい。
【0014】
上述した例では、照明器具1aの点滅周波数を1KHz一定、照明器具1bの点滅周波数を2KHz一定というように照明器具毎に周波数を変えたが、一つの照明器具で、発振器13の三角波Sの周波数を変えてもよい。
この場合、発振器13の周波数を可変するに上で重要なことは、LED12の点灯期間と消灯期間とのデューティー比を一定にすることであり、図4(a)に示すような三角波Sの周波数を点灯期間と消灯期間からなる一周期毎に、1KHzと2KHzというように周期単位で周波数を可変すれば、図4(b)に示すように、LED12の点滅は、1KHzのときに比べて2KHzのときが2倍になるだけで、照明の照度全体としては変化が無く、一つの照明器具で一定の照度を保持した照明を行いながら異なる周波数を受光器3へ伝送することができる。
【0015】
このようにこの実施形態の照明システムによれば、受光器3と照明器具1a,1bとで、受光器3がちらつぎを感じない周波数応答の許容される100Hz以上の点滅周波数範囲、この例では、例えば1KHz、2KHzなどで、個々の照明器具1a,1bで下方を照明しつつその位置に存在する受光器3にて受光して個々の照明器具1a,1bの周波数を検出(識別)して受光器3の位置検出などを行うことができる。また、LED12を用いることで、外光や他の光源と区別できることから、光源の発光の有無がLED12の光の届く範囲で検知できる。したがって、このシステムは、位置検出以外にも、照明器具1a,1b自体の点灯検出や人感センサなどにも利用することができる。
【0016】
この結果、照明光の明るさを変化させることなくデータ通信を行うことができるようになる。つまり、一つの器具で照明として機能とデータ通信機器としての機能を両立させることができる。
【0017】
上記実施形態では、デューティー比が50%の場合を例に説明したが、照明器具1a,1bの照度(明るさ)を強制的に可変する場合は、調光制御回路14から出力される直流電圧Vを可変すればよいが、この場合、デューティー比が変わるため、変わったデューティー比の割合を変えないように周波数だけを可変する必要がある。
また、上記実施形態では、発振器13を単独で発信させただけの例としたが、発振器13に、ソース信号を入力し、周波数を可変(変調)してもよい。ソース信号としては、音声データやテキストデータなどが考えられる。
【0018】
また、上記実施形態では、直流電源10から直接電源供給を行う場合の例で説明したが、一般の照明システムは、商用電源、つまりAC100Vなどの交流電源から電源供給を受けるため、この場合、交流電源と抵抗器11との間にAC/DCコンバータを介在させるようになる。
なお、上記照明装置は、照明用光源に直流電流を通電して照明用光源を発光させて照明する照明装置において、照明用光源の点滅が肉眼で識別できない周波数で照明用光源の点灯動作および消灯動作を行い、かつ周波数において照明用光源を点灯させる期間と消灯させる期間からなる点滅周期のうち、それぞれの期間を同じ、あるいは互いの期間の割合を固定して照明用光源を点滅発光させる回路としてもよい。
【0019】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、他の装置とは異なる点滅周波数でかつ点滅周波数の一周期内のオン期間とオフ期間とのデューティー比を他の装置と同じにして照明用光源を点滅させるようにスイッチング回路を制御することで、照明用光源の点灯周波数を変えても照明用光源の発光量には変化は無く、照明光の明るさを変化させることなく任意の周波数を伝送することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る一つの実施の形態の照明システムの構成を示す図。
【図2】図1の照明システムにおける照明器具の回路構成の一例を示す図。
【図3】(a)は比較器に入力される三角波Sと直流電圧Vとを示す図。
(b)は比較器から出力されるPWM信号(パルス波)を示す図。
【図4】(a)は一つの照明器具で発振器出力を可変した場合の比較器に入力される三角波Sと直流電圧Vとを示す図。
(b)は一つの照明器具で発振器出力を可変した場合の比較器から出力されるPWM信号(パルス波)を示す図。
【符号の説明】
1a,1b…照明器具、3…受光器、11…抵抗器、12…LED、13…発振器、14…調光制御回路、15…比較器、16…FET。
Claims (2)
- 直流電源と、光源を点灯する周波数が変化してもインピーダンスが変化しにくいインピーダンス素子と、前記直流電源より前記インピーダンス素子を介して直流電流が通電されることにより可視光領域で発光する照明用光源と、前記照明用光源を点滅動作させるスイッチング回路とを有する照明装置を少なくとも2台備える照明システムにおいて、
前記照明装置が、
他の装置とは異なる点滅周波数でかつ前記点滅周波数の一周期内のオン期間とオフ期間とのデューティー比を他の装置と同じにして前記照明用光源を点滅させるように前記スイッチング回路を制御するスイッチング制御回路を具備していることを特徴とする照明システム。 - 請求項1記載の照明システムにおいて、
前記照明装置の照明光を受光する受光器と;
前記受光器で受けた光の周波数を解読するデコーダと;
を具備していることを特徴とする照明システム。
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