JP5891392B2

JP5891392B2 - 照明光通信装置

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Publication number: JP5891392B2
Application number: JP2010284009A
Authority: JP
Inventors: 迫　浩行; 浩行迫
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2010-12-21
Filing date: 2010-12-21
Publication date: 2016-03-23
Anticipated expiration: 2030-12-21
Also published as: JP2012134691A

Description

本発明は、照明光通信装置に関するものである。

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（例えば、特許文献１）。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、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が提供されている。この照明光通信装置の回路構成図を図３に示す。

従来の照明光通信装置１１０は、直流電源１０１を入力とするＤＣ−ＤＣコンバータ１０２と整流回路１０３と平滑コンデンサＣ１０１とを備える。ＤＣ−ＤＣコンバータ１０２は、直流電源１０１からの直流電圧をスイッチ素子Ｑ１０１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１０３と平滑コンデンサＣ１０１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。

平滑コンデンサＣ１０１の出力間に、電流検出抵抗１０５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１０４ａ，１０４ｂ，１０４ｃが、複数並列に接続されている。そして、各種類の直列回路１０４ａ，１０４ｂ，１０４ｃ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。

電流検出抵抗１０５の電圧降下は誤差増幅器Ａ１０１の反転入力端子に入力される。誤差増幅器Ａ１０１は、電流検出抵抗１０５の電圧降下と、非反転入力端子に入力された基準電圧Ｅ１０１とを比較し、その差分を増幅した信号を、出力制御部１０７に出力する。出力制御部１０７では、誤差増幅器Ａ１０１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Ｑ１０１のオン／オフを制御することで、負荷電流を制御する。尚、誤差増幅器Ａ１０１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Ｒ１０１とコンデンサＣ１０２からなる位相補償回路１０６ａが接続されており、誤差増幅器Ａ１０１，抵抗Ｒ１０１，コンデンサＣ１０２などで定電流フィードバック回路１０６が構成される。

ここで、光通信信号Ｓ１０１，Ｓ１０２，Ｓ１０３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、光出力が変調される。

特開２００４−３６３７５６号公報

従来の照明光通信装置１１０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０２の出力電流をＬＤ１，ＬＤ２，ＬＤ３に分流した方式であり、各発光色の発光ダイオードＬＤ１，ＬＤ２，ＬＤ３の一部を短絡させることで、変調した光出力信号が得られ、光通信を行うことができる。したがって、従来の照明光通信装置１１０は、各発光色の発光ダイオードＬＤ１，ＬＤ２，ＬＤ３の照明光を合成した光の色温度を変化させることなく、光通信を行っていた。

しかし、従来の照明光通信装置１１０は、各発光色の発光ダイオードＬＤ１，ＬＤ２，ＬＤ３に流れる電流を個別に制御することが出来ないので、各発光色の発光ダイオードＬＤ１，ＬＤ２，ＬＤ３の照明光を合成した光の色温度を調色制御することができなかった。

本発明は、上記事由に鑑みてなされたものであり、その目的は、光の色温度を変化させると共に、光通信を行うことができる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、所望の直流電流を出力する直流電力出力部と、前記直流電力出力部の出力に接続された複数の発光ダイオードを含む負荷回路と、前記直流電力出力部から前記負荷回路に供給される負荷電流を検出する電流検出部と、前記電流検出部の検出値に基づいて、前記負荷電流が目標電流値と一致するように前記直流電流を制御する出力制御部と、送信するデータに応じて前記複数の発光ダイオードのうち一部に並列接続されるスイッチング素子とを具備する複数の照明光通信部を備え、前記直流電力出力部の出力間に、前記電流検出部と前記スイッチング素子とが直列接続され、前記複数の照明光通信部に具備された各々の前記負荷回路の前記発光ダイオードは、前記照明光通信部毎に互いに発光色が異なり、前記出力制御部は、自己宛の調光信号に基づいて前記目標電流値を設定することを特徴とする照明光通信装置。

この照明光通信装置において、前記電流検出部は、前記負荷電流に応じた電圧降下を発生する抵抗で構成されており、前記出力制御部は、前記目標電流値に応じた基準電圧を設定し、前記電流検出部の前記電圧降下と前記基準電圧との誤差を増幅する誤差増幅器および積分要素を含む位相補償回路を有するフィードバック回路を備え、前記出力制御部は、前記フィードバック回路の出力に基づいて、前記負荷電流が前記目標電流値と一致するように前記直流電力出力部が出力する前記直流電流を制御することが好ましい。

この照明光通信装置において、交流電圧を整流平滑した整流電圧を生成する電源部を備え、前記電源部は、前記整流電圧を前記複数の照明光通信部に具備された前記直流電圧出力部の各々に供給し、前記直流電力出力部は前記整流電圧を入力電源として前記直流電流を生成することが好ましい。

この照明光通信装置において、交流電圧を整流平滑し、入力電圧を昇圧した直流電源電圧を生成して力率を改善させる昇圧チョッパ回路を含む電源部を備え、前記電源部は、前記直流電源電圧を前記複数の照明光通信部に具備された前記直流電圧出力部の各々に供給し、前記直流電力出力部は、前記直流電源電圧を入力電源として前記直流電流を生成することが好ましい。

以上説明したように、本発明では、光の色温度を変化させると共に、光通信を行うことができるという効果がある。

本発明の実施形態１の照明光通信装置の回路構成図である。同上の実施形態の２の照明光通信装置の回路構成図である。従来の照明光通信装置の回路構成図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

（実施形態１）
本実施形態の照明光通信装置の回路構成図を図１に示す。

本実施形態の照明光通信装置は、電源部１と、３つの照明光通信部１０ａ，１０ｂ，１０ｃとで構成されている。

電源部１は、ダイオードブリッジと平滑コンデンサとを含んで構成されており、商用電源７から供給される交流電圧を整流平滑して整流電圧を生成し、整流電圧を各照明光通信部１０ａ，１０ｂ，１０ｃに供給する。

照明光通信部１０ａ，１０ｂ，１０ｃは、同一の回路構成であり、照明光通信部１０ａ，１０ｂ，１０ｃを構成する各部の符号の末尾をａ，ｂ，ｃとすることで個別に識別する。なお、本実施形態では照明光通信部１０ａの構成について説明する。

照明光通信部１０ａは、直流電力出力部２ａと負荷回路３ａと電流検出抵抗４ａとフィードバック回路５ａと出力制御部６ａとスイッチング素子Ｑ２ａとで構成されている。

直流電力出力部２ａは、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１ａと整流回路２２ａと平滑コンデンサＣ１ａとで構成されており、電源部１の出力電圧を変換した直流電圧を生成する。ＤＣ／ＤＣコンバータ２１ａは、スイッチング素子Ｑ１ａを具備しており、出力制御部６ａによって、スイッチング素子Ｑ１ａがオン・オフ駆動されることで、電源部１の出力電圧を変換して直流電圧を生成する。そして、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１ａの出力を、ダイオードを有する整流回路２２ａと平滑コンデンサＣ１ａとで整流平滑することで、平滑コンデンサＣ１ａの両端に直流電圧が生成される。

直流電力出力部２ａの出力には、負荷回路３ａと電流検出抵抗４ａ（電流検出部）との直列回路が接続されている。負荷回路３ａは、発光色が赤色の発光ダイオード４１ａが複数個直列接続されることで構成されている。そして、直流電力出力部２ａから負荷回路３ａにＬＥＤ電流Ｉ１ａ（直流電流）が供給されて、発光ダイオード４１ａが点灯する。また、電流検出抵抗４ａは、ＬＥＤ電流Ｉ１ａに応じた電圧降下が発生する。

フィードバック回路５ａは、エラーアンプＡ１ａ（誤差増幅器）と基準電圧生成部５１ａと位相補償回路５２ａとで構成されている。

エラーアンプＡ１ａは、非反転入力端子が基準電圧生成部５１ａに接続され、反転入力端子が電流検出抵抗４ａの一端に接続されている。そして、エラーアンプＡ１ａは、基準電圧生成部５１ａが出力する基準電圧Ｖ１ａと、ＬＥＤ電流Ｉ１ａによる電流検出抵抗４ａの電圧降下とを比較し、その差分を増幅した信号を出力制御部６ａに出力する。

そして、出力制御部６ａは、エラーアンプＡ１ａが出力する信号に基づき、直流電力出力部２ａが出力するＬＥＤ電流Ｉ１ａをフィードバック制御する。すなわち、出力制御部６ａは、基準電圧Ｖ１ａと電流検出抵抗４ａの電圧降下とが一致するように、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１ａのスイッチング素子Ｑ１ａをスイッチング制御して、ＬＥＤ電流Ｉ１ａをフィードバック制御する。

また、エラーアンプＡ１ａの反転入力端子と出力端子との間には、積分要素である抵抗Ｒ１ａとコンデンサＣ２ａとの直列回路からなる位相補償回路５２ａが接続されている。位相補償回路５２ａによって、一巡伝達関数における利得と位相を調整することができ、フィードバック制御の安定度を確保することができる。

また、基準電圧生成部５１ａが出力する基準電圧Ｖ１ａは可変自在に構成されており、出力制御部６ａは、外部から入力されるＤＭＸ信号Ｓ１（調光信号）が示す調光度に基づいて、基準電圧生成部５１ａが出力する基準電圧Ｖ１ａを制御する。ＤＭＸ信号Ｓ１はデジタル信号で構成されており、出力制御部６ａはマイクロコンピュータで構成され、ＤＭＸ信号Ｓ１を受信するインターフェースを備えている。そして、出力制御部６ａは、ＤＭＸ信号Ｓ１を受信して、自局に割り当てられた調光度のデータを取得する。そして、出力制御部６ａは、取得した調光度のデータに基づいてＬＥＤ電流Ｉ１ａの目標電流値を算出し、この目標電流値に応じた基準電圧Ｖ１ａを基準電圧生成部５１ａに設定する。例えば、調光度が１００％の場合、出力制御部６ａは基準電圧Ｖ１ａの上限値を設定する。それによって、出力制御部６ａは、発光ダイオード３１ａの調光度を、ＤＭＸ信号Ｓ１が示す調光度に制御することができる。

また、複数の発光ダイオード３１ａのうち、一部の発光ダイオード３１ａと並列にスイッチング素子Ｑ２ａが接続されている。本実施形態では負荷回路３ａの低圧側に接続された１つの発光ダイオード３１ａ（個別に識別するために、以下発光ダイオード３１Ａと称す）と並列にスイッチング素子Ｑ２ａが接続されている。スイッチング素子Ｑ２ａがオン・オフすることで、発光ダイオード３１Ａに流れる電流が断続され、スイッチング素子Ｑ２ａがオン状態では発光ダイオード３１Ａが消灯し、スイッチング素子Ｑ２ａがオフ状態では発光ダイオード３１Ａが点灯する。また、スイッチング素子Ｑ２ａのゲートにはハイレベルとローレベルとを繰り返す光通信信号Ｓ２ａが入力される。

したがって、光通信信号Ｓ２ａのデータに応じて発光ダイオード３１Ａから出力される照明光が変調される。そして、フォトＩＣ等を有する受信器は、発光ダイオード３１Ａから出力される照明光を受光することで、光通信信号Ｓ２ａのデータを受信することができる。

このように、本実施形態ではＤＭＸ信号Ｓ１に応じて負荷回路３ａの発光ダイオード３１ａの調光度を制御すると共に、光通信信号Ｓ２ａに応じて発光ダイオード３１Ａの照明光を変調させることで、外部に光通信信号Ｓ２ａのデータを送信することができる。

さらに、本実施形態では、照明光通信部１０ａと同一構成の照明光通信部１０ｂ，１０ｃを備えている。なお、照明光通信部１０ａの負荷回路３ａは発光色が赤色の発光ダイオード３１ａで構成されているのに対して、照明光通信部１０ｂの負荷回路３ｂは発光色が青色の発光ダイオード３１ｂで構成されている。また、照明光通信部１０ｃの負荷回路３ｃは発光色が緑色の発光ダイオード３１ｃで構成されている。

したがって、各出力制御部６ａ，６ｂ，６ｃがＤＭＸ信号Ｓ１を受信し、自局に割り当てられた調光度に基づいてＬＥＤ電流Ｉ１ａ，Ｉ１ｂ，Ｉ１ｃを制御することで、各発光ダイオード３１ａ，３１ｂ，３１ｃの調光度を個別に制御することができる。すなわち、各発光ダイオード３１ａ，３１ｂ，３１ｃの調光度を個別に制御することで、各発光ダイオード３１ａ，３１ｂ，３１ｃの照明光を合成した光の色温度を調色制御することができる。

また、照明光通信部１０ａと同様に、照明光通信部１０ｂ，１０ｃの発光ダイオード３１Ｂ，３１Ｃに流れる電流をスイッチング素子Ｑ２ｂ，Ｑ２ｃを用いて断続制御することで、光通信信号Ｓ２ｂ，Ｓ２ｃのデータを外部に送信することができる。

このように、本実施形態の照明光通信装置は、各発光ダイオード３１ａ，３１ｂ，３１ｃの照明光を合成した光の色温度を調色制御すると共に、光通信信号Ｓ２ａ，Ｓ２ｂ，Ｓ２ｃのデータを外部に送信する光通信を行うことができる。

また、本実施形態の電源部１はダイオードブリッジと平滑コンデンサとで構成されているので、電源部１の回路構成を簡易化することができる。

また、電源部１はダイオードブリッジと平滑コンデンサとで構成されているが、これに限定するものではない。例えば、スイッチング素子とチョークコイルとダイオードとコンデンサとスイッチング素子を駆動するドライバ回路からなる昇圧チョッパ回路で構成されていてもよい。電源部１は、交流電圧を整流平滑し、この電圧を昇圧した直流電源電圧を生成して各照明光通信部１０ａ，１０ｂ，１０ｃに供給する。また、電源部１の昇圧チョッパ回路は力率改善回路（ＰＦＣ回路）の機能を有しており、入力電流高調波歪を対策し、力率を改善することができる。なお、照明装置においては、入力電力が２５Ｗを超えると高調波歪クラスＣの要求が課せられるため、上記ＰＦＣ回路が必須となる。

また、電源部１は、フィルターやコンデンサ等によって構成される雑音防止回路や、電源投入時にコンデンサに流れる突入電流を抑制する回路を備えていてもよい。

（実施形態２）
本実施形態の照明光通信装置の回路構成図を図２に示す。

本実施形態の照明光通信装置は、電源部１と２つの照明光通信部１０ｄ，１０ｅとで構成されている。なお、照明光通信部１０ｄ，１０ｅは、実施形態１の照明光通信部１０ａと同一の回路構成であるので、説明は省略する。なお、照明光通信部１０ｄ，１０ｅを構成する各部の符号の末尾をｄ，ｅとすることで個別に識別する。

本実施形態の照明光通信部１０ｄの負荷回路３ｄは、発光色が白色の発光ダイオード３１ｄで構成され、照明光通信部１０ｅの負荷回路３ｅは、発光色が電球色の発光ダイオード３１ｅで構成されている。

また、本実施形態の出力制御部６ｄ，６ｅには、デューティ比が可変自在に構成されたデューティ信号Ｓ３が調光信号として入力される。そして、出力制御部６ｄ，６ｅは内部に積分回路を備えており、デューティ信号Ｓ３のデューティ比に基づいて、ＬＥＤ電流Ｉ１ｅ，Ｉ１ｃを制御することで発光ダイオード３１ｄ，３１ｅを調光制御する。例えば、デューティ信号Ｓ３のデューティ比（オンデューティ）が５０％の場合、出力制御部６ｄ，６ｅは、発光ダイオード３１ｄ，３１ｅの調光度を同じに設定する。また、デューティ信号Ｓ３のオンデューティを５０％から大きくするにつれて、出力制御部６ｄは発光ダイオード３１ｄの調光度を高くし、出力制御部６ｅは発光ダイオード３１ｅの調光度を低くする。

このように、本実施形態では、発光ダイオード３１ｄ，３１ｅの調光度を相対的に制御することで、発光ダイオード３１ｄ，３１ｅの照明光を合成した光を、白色，電球色，温白色などに調色制御することができる。なお、本実施形態でも実施形態１と同様に、調色制御すると共に、発光ダイオード３１Ｄ，３１Ｅに流れる電流をスイッチング素子Ｑ２ｄ，Ｑ２ｅを用いて断続制御することで、光通信信号Ｓ２ｄ，Ｓ２ｅのデータを外部に送信することができる。

また、本実施形態では、出力制御部６ｄ，６ｅはデューティ信号Ｓ３を受信するので、ＤＭＸ信号Ｓ１等のデジタル信号を受信するためのインターフェースを備える必要がなく、回路構成を簡易化することができる。

また、本実施形態では調光信号としてデューティ信号Ｓ３を出力制御部６ｄ，６ｅに出力しているが、調光度に応じて電圧値が可変する直流電圧信号を出力制御部６ｄ，６ｅに出力してもよい。出力制御部６ｄ，６ｅは、上限値に対する直流電圧信号の比に基づいて、発光ダイオード３１ｄ，３１ｅを調光制御する。例えば、直流電圧信号の電圧値が上限値である場合、出力制御部６ｄは発光ダイオード３１ｄの調光度を上限値に制御し、出力制御部６ｅは発光ダイオード３１ｅの調光度を下限値に制御する。逆に、直流電圧信号の電圧値が下限値である場合、出力制御部６ｄは発光ダイオード３１ｄの調光度を下限値に制御し、出力制御部６ｅは発光ダイオード３１ｅの調光度を上限値に制御する。

１電源部
２ａ，２ｂ，２ｃ直流電力出力部
３ａ，３ｂ，３ｃ負荷回路
４ａ，４ｂ，４ｃ電流検出抵抗（電流検出部）
５ａ，５ｂ，５ｃフィードバック回路
６ａ，６ｂ，６ｃ出力制御部
１０ａ，１０ｂ，１０ｃ照明光通信部
３１ａ，３１ｂ，３１ｃ発光ダイオード
Ｑ２ａ，Ｑ２ｂ，Ｑ２ｃスイッチング素子

Claims

所望の直流電流を出力する直流電力出力部と、前記直流電力出力部の出力に接続された複数の発光ダイオードを含む負荷回路と、前記直流電力出力部から前記負荷回路に供給される負荷電流を検出する電流検出部と、前記電流検出部の検出値に基づいて、前記負荷電流が目標電流値と一致するように前記直流電流を制御する出力制御部と、送信するデータに応じて前記複数の発光ダイオードのうち一部に並列接続されるスイッチング素子とを具備する複数の照明光通信部を備え、
前記直流電力出力部の出力間に、前記電流検出部と前記スイッチング素子とが直列接続され、
前記複数の照明光通信部に具備された各々の前記負荷回路の前記発光ダイオードは、前記照明光通信部毎に互いに発光色が異なり、
前記出力制御部は、自己宛の調光信号に基づいて前記目標電流値を設定することを特徴とする照明光通信装置。
前記電流検出部は、前記負荷電流に応じた電圧降下を発生する抵抗で構成されており、
前記出力制御部は、前記目標電流値に応じた基準電圧を設定し、
前記電流検出部の前記電圧降下と前記基準電圧との誤差を増幅する誤差増幅器および積分要素を含む位相補償回路を有するフィードバック回路を備え、
前記出力制御部は、前記フィードバック回路の出力に基づいて、前記負荷電流が前記目標電流値と一致するように前記直流電力出力部が出力する前記直流電流を制御することを特徴とする請求項１記載の照明光通信装置。
交流電圧を整流平滑した整流電圧を生成する電源部を備え、
前記電源部は、前記整流電圧を前記複数の照明光通信部に具備された前記直流電圧出力部の各々に供給し、前記直流電力出力部は前記整流電圧を入力電源として前記直流電流を生成す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。
交流電圧を整流平滑し、入力電圧を昇圧した直流電源電圧を生成して力率を改善させる昇圧チョッパ回路を含む電源部を備え、
前記電源部は、前記直流電源電圧を前記複数の照明光通信部に具備された前記直流電圧出力部の各々に供給し、前記直流電力出力部は、前記直流電源電圧を入力電源として前記直流電流を生成す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。