JP5354995B2

JP5354995B2 - 可視光通信システム

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Publication number: JP5354995B2
Application number: JP2008216887A
Authority: JP
Inventors: 和史長添
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2008-08-26
Filing date: 2008-08-26
Publication date: 2013-11-27
Anticipated expiration: 2028-08-26
Also published as: JP2010056644A

Description

本発明は、放電灯の光の周波数を変調することによってデータの通信を行う可視光通信システムに関する。

この種の可視光通信システムとして、送信データの「０」及び「１」に対応する高低１組の可視光信号の動作周波数を入力された調光レベルに応じて選択して通信する可視光通信システムが知られている（例えば、特許文献１参照）。このような可視光通信システムでは、図１４の動作周波数と光出力の関係に示されるように、放電灯の点灯回路が共振周波数ｆ０を有し、この共振曲線を基に点灯回路の動作周波数を変化させることにより放電灯の出力を調整する。また、高低１組における動作周波数の周波数間隔は調光レベルに関わらず一定とされ、調光率に対応して、例えば、高低１組の動作周波数ｆ１、ｆ２を別の高低１組の動作周波数ｆ１’、ｆ２’に切り替えることにより調光を行う。また、可視光信号を受信した受信器は、受信した可視光信号の動作周波数の変動量から「０」と「１」を認識する。これにより、可視光通信システムは、送信データを送信するときにも放電灯の動作周波数を変化させて調光レベルを変えることができる。

ところで、この種の可視光通信システムにおいては、省エネルギ化のために、例えば、ランプの劣化や照明器具の汚れにより点灯時間の経過に応じて照明器具の光出力が低下する傾向を補正して、無駄な消費電力を低減する初期照度補正制御や、窓からの自然光分だけ人工光を低減する制御、明るさセンサを用いた照度一定制御、人感センサを利用して人が不在時の無駄な消費電力を低減する人感センサ制御、及び利用時間によって光出力を制御するスケジュール制御等の調光制御が行われる。ここで、スケジュール制御の場合の光出力と時間の関係例を図１５に示し、Ａ、Ｃ、Ｅの時間領域は調光レベルが一定の状態を示し、Ｂ、Ｄの時間領域は時間と共に調光レベルが変化するフェードインやフェードアウトの状態を示す。

このような調光制御においては、一般に人が意識しないように調光レベルを急激に変化することは避け、図１５に示すように、一定の傾きで調光レベルを増減するフェードイン／フェードアウトが行われている。例えば、初期照度補正制御においては、数１００時間で１％程度の非常にゆっくりとしたフェードインであり、また、例外的に人感センサ制御においては、人感センサの検知信号が“不在”から“在”に変化したときは、急激にフェードインする。また、店舗に用いるスケジュール制御において、朝の準備時間から開店時間に移行したときには急激にフェードインすることがある。従って、可視光通信システムにおいては、このようなフェードインやフェードアウトがある場合にも可視光通信が行われることがある。

しかしながら、上記特許文献１に示されるような従来の可視光通信システムでは、調光レベルが変化しない状態（例えば、上記図１５のＡ、Ｃ、Ｅの時間領域に相当）においては、周波数の変化がないので正常に通信することができるが、フェードインやフェードアウトの状態（例えば、上記図１５のＢ、Ｄの時間領域に相当）においては、調光レベルの変化により点灯回路の動作周波数が変化するので、受信側で正確に復号化（２値化）できなくなり、正常に通信ができないという問題があった。即ち、上記図１４を参照して説明すると、光出力の周波数特性は、フェードアウト前は、放電灯の光を点灯回路の動作周波数ｆ１、ｆ２の組で変調し、フェードアウト後は動作周波数ｆ１’とｆ２’の組で変調すると仮定する。ここでは、動作周波数ｆ１とｆ１’は、各組の高光出力レベル側の周波数、動作周波数ｆ２とｆ２’は低光出力レベル側の周波数とする。このとき、通信途中にフェードアウトしたときは、例えば、動作周波数がｆ１からｆ１’に変わると、受信側では動作周波数ｆ１からｆ１’への変化と、動作周波数ｆ１からｆ２（又はｆ１’からｆ２’）への変化との区別ができないため、正確に復号化することができなくなる。
特開２００８−１０４０２０号公報

本発明は、上記の問題を解決するためになされたものであり、調光率が切替わる毎に通信信号に対応する高低１組の可視光信号の周波数を選択して通信する可視光通信システムにおいて、ユーザの要望に応じた調光レベルで光源を漸増又は漸減して調光しているときであっても、データの通信を行うことができる可視光通信システムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために請求項１の発明は、光源と、この光源からの光の周波数による通信信号を設定する通信信号設定部と、前記光源からの光の調光率を設定する調光設定部と、前記通信信号設定部からの通信信号及び前記調光設定部からの調光率に基づいて光源を点灯制御する点灯制御部と、を有する照明器具と、前記光源からの光を受けて通信信号を復調する受信器と、を備え、前記通信信号は、調光率毎に通信信号に対応する少なくとも高低１組の周波数を有しており、調光率が切替わる毎に通信信号に対応する少なくとも高低１組の周波数を選択して通信する可視光通信システムであって、前記点灯制御部は、光源からの光の調光率が切替わる段階で調光率が漸増又は漸減するように制御し、前記調光率を漸増又は漸減するとき、前記通信信号であって、一連のスタート信号、デジタルデータ及びストップ信号で構成される１のパケットデータを送信している単位パケット期間内では、選択された高低１組の周波数を変更することなく維持し、単位パケット期間と次の単位パケット期間との間において、非通信部分を有している場合には該非通信部分において調光率を漸増又は漸減し、非通信部分を有していない場合には階段状に調光率を漸増又は漸減するものである。

請求項２の発明は、請求項１に記載の可視光通信システムにおいて、前記非通信部分において調光率が漸増又は漸減されるとき、前記点灯制御部は、前記非通信部分においては、前の通信部分で用いられる光源から光の周波数のうちの高い周波数又は低い周波数のいずれかから、後の通信部分で用いられる光源から光の周波数のうちの高い周波数又は低い周波数のいずれかに向けて、光の周波数を漸増又は漸減させるものである。

請求項１の発明によれば、光源からの光の調光率が漸増又は漸減されるときにあっても、通信信号の単位パケット期間内においては、選択された高低１組の周波数が変更されず、一定周波数に保持されるので、通信信号の単位パケットの信号を壊すことなく正常に通信することができる。

請求項２の発明によれば、非通信部分と、その前後の通信部分とにおける光の出力レベルが離散的にならずに繋がるので、光の調光率が切替る段階で、光の出力レベルをスムーズに変化させることができ、ちらつきを抑制することができる。

本発明の第１の実施形態に係る可視光通信システムについて図１乃至図９を参照して説明する。図１は可視光通信システム１の概要構成を示す。可視光通信システム１は、位置情報等を含む可視光信号を送出する調光機能付きの照明器具２と、照明器具２からの可視光信号を受けて位置情報等を復調する受信器３と、ネットワーク等で接続された照明器具２に調光制御用の調光信号を送出する調光コントローラ（調光設定部）４とを備える。

この可視光通信システム１は、例えば、歩行者のナビゲーション用に設置されるもので、照明器具２は、照明器具２が設置された場所の位置情報を可視光通信によって歩行者に送信する。受信器３は、例えば携帯電話やＰＤＡ（携帯端末）であり、照明器具２からの可視光信号を受信し、位置情報を表示や音声によって出力する。歩行者は、受信器３を所持し、照明器具２からの可視光信号を受信することにより現在位置を知ることができる。調光制御コントローラ４は、例えば調光レベルに応じてオンデューティの割合が変動する例えば、１ｋＨｚのＰＷＭ（Pulse Width Modulation）信号よりなる調光信号を送出する。なお、調光信号は上記のようなＰＷＭ信号に限定されるものではなく、例えば調光レベルに応じて直流電圧を１〜１０Ｖに変化させられた信号でもよい。

図２は、可視光通信システム１の電気的構成を示す。照明器具２は、光源となる放電灯２０と、点灯制御部２１に送信データを送出する信号源２２と、送信データを基に通信信号を設定すると共に、この通信信号及び調光信号に基づいて放電灯２０を点灯制御する点灯制御部２１と、照明器具２内の各部、回路に直流電源を供給する直流電源回路２５とを備える。点灯制御部２１は、送信データを基に通信信号を設定する制御回路（通信信号設定部）２３と、制御回路２３からの周波数制御信号に基づいて放電灯２０を点灯させる点灯回路２４とを有する。制御回路２３は、通信信号と調光信号とに基づいて点灯制御のための周波数制御信号を生成する。

この照明器具２は、放電灯２０に供給する高周波電力の周波数を制御することにより調光制御すると共に、放電灯２０の光の周波数を変調し、変調した光を可視光信号として可視光通信によりデータを送信するものである。また、放電灯２０は、省エネルギ化や照明による演出効果のために、調光制御コントローラ４として省エネルギ調光制御コントローラや演出用調光制御コントローラなどを用いて調光制御される。

放電灯２０は、高周波電流により点灯する照明用光源であり、例えば蛍光灯や高輝度放電灯や無電極放電灯等である。信号源２２は、例えばＤＩＰスイッチやＲＯＭメモリであり、制御回路２３へ送出するための位置情報の送信データを記憶しており、制御回路２３へ送信データを出力する。また、信号源２２は、ＬＡＮ等に接続されて外部装置から位置情報を取得してもよい。

制御回路２３は、マイコン等を有し、調光制御コントローラ４からの調光信号が入力され、調光信号のオンデューティ及び調光レベルに基づき、予め制御回路２３に含まれるＲＯＭ（不図示）等に記憶されたオンデューティと調光率の関係テーブルを基に調光率を求める。また、制御回路２３は、調光率毎に設定される通信信号に対応する高低１組の周波数からなる周波数テーブル（不図示）をＲＯＭ内に記憶している。また、この高低の周波数の差は一定とする。制御回路２３は、この周波数テーブルを基に調光率が切替わる毎に通信信号に対応する高低１組の可視光信号の周波数を選択して通信する。この選択された周波数に基づく周波数制御信号により、可視光信号は、周波数で変調される。さらに、制御回路２３は、放電灯２０の調光率が切替わる段階で調光率が漸増（フェードイン）又は漸減（フェードアウト）するように制御し、調光率を漸増又は漸減するとき、通信信号の単位パケット期間内では、調光率に対応して選択された高低１組の周波数を変更することなく維持するように制御する。

また、制御回路２３は、信号源２２からの送信データを「０」「１」のデジタルデータに変換して通信信号を作成すると共に、この通信信号と調光率に基づく可視光信号の高低１組の周波数とに基づいて点灯回路２４を点灯制御する。点灯回路２４は、直流電源回路２５から直流電力が供給され、交流電力を作成するインバータ回路２７と、インバータ回路２７を駆動させる駆動信号を作成する駆動回路２６とを有している。ここでは、調光率に対応して設定される高低１組の周波数における周波数差は、常に一定となるようにしている。

受信器３は、放電灯２０からの可視光信号を受光して電気信号に変換する光電変換部３１と、変換された電気信号を増幅する増幅部３２と、増幅された電気信号を帯域通過させるバンドパスフィルタ３３と、バンドパスフィルタ３３から取り出された電気信号をデジタル信号に変換する比較部３４と、比較部出力信号の周波数を算出し、この周波数を基に電気信号の復号化を行う判断部３５を備えている。

光電変換部３１は、例えばＰＩＮフォトダイオード等を有する。また、光電変換部３１は特定の波長の光のみを透過させる光学フィルタを有してもよい。光学フィルタによって可視光信号の受信精度が良くなる。増幅部３２は、例えばオペアンプやトランジスタ等を有している。バンドパスフィルタ３３は、増幅部３２によって増幅された電気信号から所定の周波数の電気信号を取り出す。比較部３４は、例えばコンパレータなどで構成され、フィルタリングされた電気信号の周波数を所定の周波数と比較し、電気信号をデジタル信号に変換し、判断部３５に出力する。

判断部３５は、マイコン等を有し、比較部３４の出力信号を基準のクロック信号のタイミング（例えば、立ち上りのタイミング）でカウントすることによって、比較部出力信号の周波数を算出し、その周波数を基に符号化方式を逆変換して、受信信号を復号化する。このとき、クロック信号は、放電灯２０を点灯させる動作周波数の２倍の周波数より高い周波数を成す。なお、比較部３４は、判断部３５におけるマイコン搭載のコンパレータ機能を利用することにより、判断部３５と兼用してもよい。

図３は、照明器具２の電気回路を示す。直流電源回路２５は、商用電源からの交流電流をダイオードＤｌ乃至Ｄ４によって整流し、コンデンサＣ１によって平滑にする。駆動回路２６は制御回路２３からの周波数制御信号に基づいてインバータ回路２７のスイッチング素子Ｑｌ、Ｑ２をオンオフして任意の周波数の交流を作成し、放電灯２０を点灯させる。ここで、インバータ回路２７はチョークコイルＬｌとコンデンサＣ３とにより共振周波数を有している。コンデンサＣ２はＤＣカット用のコンデンサである。このインバータ回路２７はハーフブリッジ式であるが、例えばフルブリッジ式や一石式でもよい。

図４は、放電灯２０を点灯させる動作周波数と放電灯２０の光出力との関係を示す。ここでは、動作周波数範囲に対応して、光出力は略１００％点灯から調光下限点灯まで変化する。インバータ回路２７が共振周波数ｆ０を有しているので、その動作周波数が共振周波数ｆ０から離れるに従って放電灯出力は小さくなる。ここでは、高低１組の動作周波数ｆ２、ｆ１（ｆ２＞ｆ１）により調光下限点灯に近い低い調光レベルの光出力が出力され、高低１組の動作周波数ｆ２’、ｆ１’（ｆ２’＞ｆ１’）により１００％点灯に近い高い調光レベルの光出力が出力される。このとき、高低１組内の動作周波数の差は一定となっている。このように、放電灯２０からは、調光レベルに対応して高低１組の動作周波数を変化させて可視光信号が送出される。なお、動作周波数は、照明光のチラツキ防止等から４０ｋＨｚから１００ｋＨｚの間に設定されるのが望ましいが、その範囲に限定されない。

また、放電灯２０においては、動作周波数１サイクルの間に電流方向は１度反転するので、放電灯２０は電流方向が反転するまでに１回点灯し、電流方向が反転した後に１回点灯する。従って、照明光の周波数はインバータ回路２７の動作周波数の２倍になる。

ここで、可視光信号により通信信号を送信するためのデジタルデータの符号化について図面を参照して説明する。図５（ａ）乃至（ｆ）は、スター卜信号とストップ信号、及びデジタルデータ「００」、「０１」、「１０」、「１１」に対応する可視光信号のビットパターンを示す。また、符号化の方式は、所謂４値ＰＰＭ（パルス位置変調）と呼ばれるものであり、４パルスで２ビットのデジタルデータを表す。

可視光信号は、１シンボルが４スロットより成っている。スター卜信号は、シンボルの１番目のスロットが動作周波数ｆ２に、２番目のスロットは動作周波数ｆ１の、３番目のスロットは動作周波数ｆ２に、４番目のスロットは動作周波数ｆ１にそれぞれ符号化され（動作周波数ｆ２→ｆｌ→ｆ２→ｆｌに符号化されると略記、以下同様）、ストップ信号はｆ１→ｆｌ→ｆｌ→ｆｌに符号化される。また、デジタルデータの「００」は、動作周波数ｆ２→ｆｌ→ｆｌ→ｆｌに符号化され、「０１」は動作周波数ｆｌ→ｆ２→ｆｌ→ｆｌに符号化され、「１０」は動作周波数ｆｌ→ｆｌ→ｆ２→ｆｌに符号化され、「１１」は動作周波数ｆｌ→ｆｌ→ｆｌ→ｆ２に符号化される。

上記より、データの取り得るすべてのビットパターンを、「ハイ」（ｆ２に対応）と「ロー」（ｆ１に対応）との比率が１：３となる変換パターンに変換することができる。この変換は、データに関わらずｆ２とｆ１の発生確率が同じになるので、光出力が変らず、通信中にチラツキを感じないようにできる。これにより、制御回路２３は、動作周波数ｆｌ、ｆ２のパルス光をデジタルデータでパルス位置変調した可視光信号を形成する。

次に、可視光通信システム１の動作について説明する。制御回路２３は、可視光通信を行なうときは、上述したように動作周波数ｆｌとｆ２で駆動されたパルス光からなる可視光信号を放電灯２０から送信する。可視光信号を受信した受信器３は、光電変換部３１で電気信号に変換し、増幅部３２で増幅する。バンドパスフィルタ３３は、増幅部３２で増幅された電気信号から動作周波数の２倍の周波数を通すようにフィルタリングする。ここで、動作周波数の２倍を中心としてフィルタリングするのは、前述したように、放電灯２０の照明光の周波数は放電灯２０を発光させる動作周波数の２倍になっており、光電変換部３１で変換された電気信号の周波数はインバータ回路２７の動作周波数の２倍の状態になっていることによる。

比較部３４は、フィルタリングされた電気信号の周波数の変化量と、高出力照明光の動作周波数ｆ１と低出力照明光の動作周波数ｆ２との差の（ｆ１−ｆ２）の絶対値として定められる閾値とをコンパレータで比較してデジタル信号に変換する。つまり、比較部３４は、放電灯２０からの光の周波数の変化量と、動作周波数ｆ１と動作周波数ｆ２との差分から定められる閾値との比較を行う。

このとき、比較部３４は、電気信号の周波数の変化量が、上記のように定められる閾値を越えて増加した場合、光出力の動作周波数ｆ２から動作周波数ｆ１に切り替わったものとして、デジタル信号を「ハイ」から「ロー」に切り替える。ここでは、送り側で、デジタル信号の「ハイ」をｆ２に対応させ、「ロー」をｆ１に対応させて送信するものとする。一方、電気信号の周波数の変化量が上記の閾値を越えて減少した場合、動作周波数ｆ１からの動作周波数ｆ２に切り替わったものとして、デジタル信号を「ロー」から「ハイ」に切り替える。また、電気信号の周波数の変化量が上記の閾値に満たない場合、動作周波数の切り替えがなかったものとして、デジタル信号を「ハイ」のときは「ハイ」のまま、「ロー」のときは「ロー」のままとする。

ここで、比較部３４の比較部出力信号の周波数は、送信側における動作周波数の２倍としてカウントされるので、受信側では、閾値（｜ｆ１−ｆ２｜）は、送り側における動作周波数の２倍の周波数の変化量と比較される。

続いて、判断部３５は、比較部３４の比較結果を基に、送信側の制御回路２３が行なったデジタルデータ「０」「１」からパルス光への変換と逆の変換を行なって復号する。ここで、判断部３５は、比較部３４からの「０」「１」のデー夕を、さらに位置情報に変換する。このようにして、受信器３は受信した可視光信号を位置情報に復調し、表示部（図示なし）等から位置情報を出力する。

ここで、制御回路２３による調光率を漸増又は漸減するときの可視光信号の制御について、図６乃至図８を参照して説明する。

放電灯２０の光出力と調光信号のオンデューティ（パルス幅）との関係は、図６に示すように、ＪＩＳ・Ｃ８１２０−２に記載された横軸がオンデューティ（％）、縦軸が光出力（％）の調光カーブで表されており、光出力の範囲は、この調光カーブに基づいて設定される。

図７（ａ）、（ｂ）に、上記調光カーブに基づいて設定された光出力の９０％点灯時及び２５％点灯時におけるインバータ回路２７の動作周波数のタイミングチャートを示す。ここでは、９０％及び２５％の調光率に対応する動作周波数ｆ１、ｆ２の組をそれぞれ１００ｋＨｚと１３０ｋＨｚ、及び１５５ｋＨｚと１８５ｋＨｚとして設定している。また、受信側でのパケットの開始の判定は、４スロット以上続くｆ１をストップビットとし、これに続くｆ２（ハイ）→ｆ１（ロー）→ｆ２（ハイ）→ｆ１（ロー）をスタートビットとして定義する。

このとき、制御回路２３は、信号源２２から１バイトの２進数「１０１１０１００」からなるデータが入力されると、ストップ及びスタートビットを含め４値ＰＰＭのビット構成に変換する。これらストップ及びスタートビットと、「１０」「１１」「０１」「００」の各シンボルビットとにより１パケットが形成される。

ここで、フェードイン・フェードアウト動作を含む可視光信号の制御について図８（ａ）、（ｂ）を参照して説明する。図８（ａ）は、時間ｔ１までの領域Ａと、時間ｔ２〜ｔ３の領域Ｃ及び時間ｔ４以降の領域Ｅは、調光率が一定の点灯状態であり、時間ｔ１〜ｔ２の領域Ｂは、調光率が漸増して明るくなって行くフェードインの状態を示す。また、時間ｔ３〜ｔ４の領域Ｄは、調光率が漸減して暗くなって行くフェードアウトの状態を示す。領域Ｂ、領域Ｄにおいては、調光率は階段状に漸増、漸減し、通信信号の周波数が調光率と共に段階的に変化し、各階段上では、光出力は一定となる。なお、図８（ａ）のグラフの太い黒線部分は通信されている状態を示す。

ここでは、フェードインの状態を例に、調光率の漸増に伴う周波数の変化について説明する。ここでのフェードインの状態は、例えば、初期照度補正制御のように数１００時間で１％変化のフェードインするようなゆっくりとした調光制御を前提としている。なお、初期照度補正制御の場合はフェードインのみでフェードアウトはない。図８（ｂ）に示すように、通信信号の単位パケットの間では，選択された高低１組の動作周波数を変更することなく維持する。具体的には、通信状態の通信部分１の「ｆ１とｆ２の組」から通信部分５の「ｆ１’’’’とｆ２’’’’の組」等の各通信部分に向けて１パケットを最小単位として順に動作周波数の組を変化させる。

このとき、通信信号の単位パケット期間内では、調光率に対応して選択された高低１組の周波数は変更することなく維持され、通信状態において全て定出力となっている。従って、単位パケット信号の伝送の途中で、動作周波数が切替わることがないので、パケット信号が乱されることがない。なお、各組での平均光出力は調光比に換算すると１％の差を持たせている。

受信器３側においては、比較部３４の出力信号を基準のクロック信号のタイミングで、比較部出力信号をカウントすることによって、比較部出力信号の周波数を算出する。その周波数データを周波数の差（例えば２ｆ２−２ｆ１）の差を所定の値（（２ｆ２−２ｆ１）の１／２）の閾値と比較することによって、符号化方式を逆変換して、受信信号に復号化する。

このとき、フェードイン中は、例えばパケット１（ｆ１、ｆ２）、パケット２（ｆ１’、ｆ２’）を復号する際、パケット１のストップビットがｆ１の４スロットとなり、次のパケット２のスタートビットがｆ２’からｆ１’への変化となるため、結果的にｆ１とｆ２’の差がｆ１とｆ２の差（又はｆ１’とｆ２’の差）の半分以上であることが、正確に復号化できる条件となる。本実施形態では、調光率として１％程度の変化のフェード状態としており、上記条件を満たすので受信信号を正確に復号化することができる。

このように、本実施形態によれば、光源からの光の調光率が切替る段階であっても、通信信号の単位パケット期間内においては、選択された１組の可視光信号の周波数が変更されず、一定周波数に保持されるので、通信信号の単位パケットの信号を壊すことなく正常に通信することができる。

次に、本発明の第２の実施形態に係る可視光通信システムについて、図９（ａ）、（ｂ）及び図１０を参照して説明する。本実施形態は、基本的に前記第１の実施形態と同様の構成を成す。本実施形態は、調光率が漸増又は漸減されるとき、通信部分と、非通信部分とが繰り返して配置されるように構成され、非通信部分においては、前の通信部分で用いられる光源から光の周波数のうちの高い周波数又は低い周波数のいずれかから、後の通信部分で用いられる光源から光の周波数のうちの高い周波数又は低い周波数のいずれかに向けて、光の周波数を漸増又は漸減させるものである。

本実施形態の動作について説明する。フェードイン・フェードアウト状態を含む可視光信号の制御は、図９（ａ）に示すように、領域Ａと、領域Ｃ及び領域Ｅにおいては、調光率が一定の点灯状態であり可視光通信が行われる通信部分であり、領域Ｂ、領域Ｄのフェードイン、フェードアウトの状態では通信が行われない非通信部分となる。

このとき、図９（ｂ）に示すように、最初の通信部分１での高低の動作周波数がｆ１とｆ２の組（ｆ２＞ｆ１）のときに、フェード状態（ここでは、フェードインとする）の非通信部分１になると、光の動作周波数は通信部分１の動作周波数ｆ１（又はｆ２）から、次の通信部分２における動作周波数ｆ１’とｆ２’の一方のｆ１’（又はｆ２’）まで漸増される。これにより、非通信部分の高低の動作周波数のいずれかが、この非通信部分の前後の通信部分の高低のいずれかの動作周波数に漸増又は漸減して周波数的に接続される。

ここで、本実施形態における通信信号における送信データのパケットの構成について、図１０を参照して説明する。ここでは、通信部分の送信データは、１つ以上の単位パケットの繰り返しで構成され、ストップ及びスタート信号に続いて、９０％点灯時のパケット１と、非通信部分に対応するスロットと、次の２５％点灯時のパケット２とを含む。

上記パケット１とパケット２の間には、調光率に対応する高低の周波数の変化量が、送信データの高低１組の動作周波数ｆ１（１００ｋＨｚ）とｆ２（１３０ｋＨｚ）の差の半分以下になるように設定している。具体的には、（ｆ２−ｆ１）÷２＝１５（ｋＨｚ）となるが、ここでは、フェードイン中は動作周波数が閾値より十分小さい５ｋＨｚ単位で増加するように設定している。これにより、受信側の判断部３５（図２参照）で電気信号の判別をデジタル信号が「ロー」となるｆ１（ここでは、送信側の動作周波数に換算した値とする）と認識させることができるので、パケット１のストップビットが延長されることになる。また、フェードインの最後には、次のパケットのｆ１’を４スロット続けてストップビットとして、次のパケットのスタートビットが確実に復号できるように制御している。

これにより、通信信号のパケットとパケットの間において、非通信部分における調光率に対応して選択される高低１組の周波数の周波数差を通信部分の半分以下とし、ストップビットを長く設けることができる。また、パケット間の非通信部分における調光レベルを漸増又は漸減させながら、次の通信部分の調光率による動作周波数に近づけることができる。このとき、フェードイン・フェードアウト中にｆ１とｆ２が混在して、スタートビットや４値ＰＰＭのビット構成と一致したときに、受信側で正しく復号化できないが、ここでは、パケットの最後にｆ１を連続させるかｆ２を連続させることにより、誤って復号化することがなく信頼性の高い可視光通信が可能である。

このように、本実施形態によれば、非通信部分と、その前後の通信部分とにおける光の出力レベルが離散的にならずに繋がるので、光の調光率が切替る段階で、光の出力レベルをスムーズに変化させることができ、ちらつきをより抑制することができる。

次に、本発明の第３の実施形態に係る可視光通信システムについて、図１１（ａ）、（ｂ）を参照して説明する。本実施形態は、基本的に前記第２の実施形態と同様の構成を成し、フェードイン又はフェードアウトの状態において、通信部分と非通信部分を交互に複数段段階に形成した点で異なる。

本実施形態の動作について説明する。本実施形態は、例えば、照度センサによる検知状態に応じて机上面の照度を一定に制御する場合などにおけるフェードイン・フェードアウト動作であって、比較的ゆっくりと調光レベルが変化する状態で可視光通信を行うものである。

図１１（ａ）に示すように、フェードイン・フェードアウトにおいては、光出力は、一定出力となる部分と、傾斜的に変化する部分が階段状に接続された形で、漸増又は漸減される。このとき、図１１（ｂ）に示すように、光出力状態が定出力の最初の通信部分１では、高低の動作周波数を「ｆ１、ｆ２」とし、フェードイン状態の非通信部分１ではフェード時間が短いのでｆ１とし、通信部分２では「ｆ１’、ｆ２’」とし、非通信部分２ではｆ１’とし、通信部分３では「ｆ１’’、ｆ２’’」とし、非通信部分３ではｆ１’’として、以下同様に、通信・非通信部分間で周波数が漸増されて行く。即ち、各非通信部分の動作周波数は、その前の通信部分の動作周波数の一方に一致するように設定される。また、パケットとパケットの間においては、前記と同様に、動作周波数の変化量が通信部分の高低１組の動作周波数ｆ１とｆ２の差の半分以下になるように設定されている。

このように、本実施形態によれば、フェードイン又はフェードアウトの状態において、通信部分と非通信部分を交互に形成することにより、フェードイン又はフェードアウトが特に比較的緩やかに長く変化する場合にも、可視光通信を行いながらちらつきの少ないスムーズな調光を行うことができる。

次に、本発明の第４の実施形態に係る可視光通信システムについて、図１２（ａ）、（ｂ）を参照して説明する。本実施形態は、基本的に前記第２の実施形態と同様の構成を成し、パケットとパケットの間における非通信部分の動作周波数の変化量を通信部分の変化量の１／２以上にした点で異なる。

本実施形態の動作について説明する。本実施形態は、例えば、人感センサの検知状態が人の「不在」から「在」に変化したときのフェードインのように、急速に調光レベルが変化する調光制御の状態で可視光通信を行うものである。図１２（ａ）に示すように、フェードイン、フェードアウトにおいては、傾斜が大きく、急速に光出力が増減する。このとき、図１２（ｂ）に示される通信部分１の高低の動作周波数「ｆ１、ｆ２」の組から次の通信部分２の動作周波数「ｆ１’、ｆ２’」の組への周波数変化が大きくなる。このときも、非通信部分１では、動作周波数を「ｆ１、ｆ１’」として、前記と同様に、通信部分１の動作周波数ｆ１から通信部分２の動作周波数ｆ１’への周波数的な接続が行われる。

ここでは、図１３に示すように、パケット１とパケット２は、９５％点灯時と５％点灯時を示し、光出力の差が大きい場合の送信データとなっている。ここで、パケット１とパケット２の間においては、受信側でｆ１（ここでは、送信側の動作周波数に換算した値とする）と認識してストップビットを延長するように、動作周波数の変化量が通信部分のｆ１（１００ｋＨｚ）とｆ２（１３０ｋＨｚ）の差の半分以上になるように設定している。ここで、（ｆ２−ｆ１）÷２＝１５［ｋＨｚ］であるが、フェードインの状態では、２０ｋＨｚ単位で増加するようにし、速いフェードの変化に対応させることができる。

また、前記と同様に、フェードインの最後には次のパケットのｆ１’を４スロット続けてストップビットとして、このパケットのスタートビットが確実に復号できるようにして、信頼性の高い可視光通信を可能にしている。なお、この連続するストップビットは、調光の傾きに応じて動作を選択する場合に有効である。

このように、本実施形態によれば、パケット間で動作周波数の変化量を通信部分の動作周波数の変化量の差の半分以上になるように設定したことにより、フェードイン又はフェードアウトが急速な状態においても、変動の速さに合わせて、パケット間の動作周波数を変化させることができる。

なお、本発明は上記各実施形態の構成に限定されるものではなく、発明の趣旨を変更しない範囲で種々の変形が可能である。上記各実施形態において、調光コントローラと照明器具は分離されているが、調光コントローラを照明器具に内蔵してもよい。また、閾値を、「ローレベル」の動作周波数と「ハイレベル」の動作周波数との差分としたが、部品特性や周辺環境による影響を考慮して閾値に補正係数を乗じてもよい。また、送信側の制御部でフェードの傾きによって最適な制御方式を、実施形態１〜４から選択するようにできる。例えば、傾きが大きくなるに連れて、実施形態１＜実施形態３＜実施形態２＜実施形態４の順に選択するようにすればよい。

本発明の第１の実施形態に係る可視光通信システムの概略図。同可視光通信システムの電気的構成図。同記可視光通信システムの照明器具の回路図。同記可視光通信システムにおける放電灯を点灯させる動作周波数と放電灯出力の関係を示す図。（ａ）は同可視光通信システムにおけるスタート信号のビットパターンを示す図、（ｂ）はストップ信号のビットパターンを示す図、（ｃ）乃至（ｅ）はデジタルデータ「００」、「０１」、「１０」、及び「１１」に対応するビットパターンを示す図。ＪＩＳ・Ｃ８１２０−２に記載された調光曲線の概要を示すデューティ・光出力特性図。（ａ）は同可視光通信システムにおける９０％点灯時のインバータ回路の動作周波数タイミングチャート、（ｂ）は同可視光通信システムにおける２５％点灯時のインバータ回路の動作周波数タイミングチャート。（ａ）は同可視光通信システムの調光制御におけるスケジュール制御のタイミングチャート、（ｂ）は同可視光通信システムのフェードイン動作における通信状態と光出力状態を説明するための図。（ａ）は本発明の第２の実施形態に係る可視光通信システムの調光制御におけるスケジュール制御のタイミングチャート、（ｂ）は同可視光通信システムのフェードイン動作における通信状態と光出力状態を説明するための図。同可視光通信システムの調光レベル変更時の送信データを示す図。（ａ）は本発明の第３の実施形態に係る可視光通信システムの調光制御におけるスケジュール制御のタイミングチャート、（ｂ）は同可視光通信システムのフェードイン動作における通信状態と光出力状態を説明するための図。（ａ）は本発明の第４の実施形態に係る可視光通信システムの調光制御におけるスケジュール制御のタイミングチャート、（ｂ）は同可視光通信システムのフェードイン動作における通信状態と光出力状態を説明するための図。同可視光通信システムの調光レベル変更時の送信データを示す図。従来の可視光通信システムにおける調光制御を説明するための図。従来の可視光通信システムの調光制御におけるスケジュール制御のタイミングチャート。

符号の説明

１可視光通信システム
２照明器具
３受信器
４調光制御コントローラ（調光設定部）
２０放電灯（光源）
２１点灯制御部（通信信号設定部）
２３制御回路（通信信号設定部）

Claims

光源と、この光源からの光の周波数による通信信号を設定する通信信号設定部と、前記光源からの光の調光率を設定する調光設定部と、前記通信信号設定部からの通信信号及び前記調光設定部からの調光率に基づいて光源を点灯制御する点灯制御部と、を有する照明器具と、
前記光源からの光を受けて通信信号を復調する受信器と、を備え、
前記通信信号は、調光率毎に通信信号に対応する少なくとも高低１組の周波数を有しており、調光率が切替わる毎に通信信号に対応する少なくとも高低１組の周波数を選択して通信する可視光通信システムであって、
前記点灯制御部は、光源からの光の調光率が切替わる段階で調光率が漸増又は漸減するように制御し、前記調光率を漸増又は漸減するとき、
前記通信信号であって、一連のスタート信号、デジタルデータ及びストップ信号で構成される１のパケットデータを送信している単位パケット期間内では、選択された高低１組の周波数を変更することなく維持し、
単位パケット期間と次の単位パケット期間との間において、非通信部分を有している場合には該非通信部分において調光率を漸増又は漸減し、非通信部分を有していない場合には階段状に調光率を漸増又は漸減することを特徴とする可視光通信システム。
前記非通信部分において調光率が漸増又は漸減されるとき、
前記点灯制御部は、前記非通信部分においては、前の通信部分で用いられる光源から光の周波数のうちの高い周波数又は低い周波数のいずれかから、後の通信部分で用いられる光源から光の周波数のうちの高い周波数又は低い周波数のいずれかに向けて、光の周波数を漸増又は漸減させることを特徴とする請求項１に記載の可視光通信システム。