JP6120217B2 - 可視光通信装置およびそれを用いた照明器具 - Google Patents

Description

本発明は、可視光通信装置およびそれを用いた照明器具に関するものである。

従来から、発光ダイオードを用いた光源から振幅変調した光を出力することによって通信信号（以下、可視光通信信号）を送信可能な照明器具が知られている。

また、近年、この種の照明器具として、図７に示す構成を有する照明光通信装置９０が提案されている（特許文献１）。

照明光通信装置９０は、定電流源９１と、平滑コンデンサ９２と、直列接続された複数個の発光ダイオード９７を有する負荷回路９３と、抵抗器で構成される負荷変動要素９４と、スイッチ要素９６と、スイッチ要素９６のオンオフを切り替える光通信信号Ｓ１を発生する信号発生回路（図示せず）とを備えている。

定電流源９１は、直流電源８１を入力とするＤＣ−ＤＣコンバータ８２と、電流検出抵抗８３および誤差増幅器８４を有するフィードバック回路８５と、ＤＣ−ＤＣコンバータ８２の出力を制御する出力制御部８６とを備えている。

ＤＣ−ＤＣコンバータ８２の出力端間には、平滑コンデンサ９２が接続されている。平滑コンデンサ９２の両端間には、負荷回路９３および電流検出抵抗８３の直列回路が接続されている。負荷変動要素９４は、一部の発光ダイオード９７に並列接続されている。スイッチ要素９６は、負荷変動要素９４を構成する上記抵抗器と直列に接続されている。

特許文献１には、電流検出抵抗８３が、負荷回路９３に流れる負荷電流に応じて電圧降下を発生する旨が記載されている。また、特許文献１には、照明光通信装置９０が、フィードバック回路８５および出力制御部８６によって、発光ダイオード９７に流れる電流を定電流に制御する旨が記載されている。

また、特許文献１には、スイッチ要素９６が、光通信信号Ｓ１に応じてオンオフすることで、負荷変動要素９４を負荷回路９３に付加するか否かを切り替える旨が記載されている。そして、特許文献１には、スイッチ要素９６が、負荷変動要素９４を負荷回路９３に付加するか否かを切り替えることで、発光ダイオード９７の負荷特性を変化させることができ、発光ダイオード９７に流れる電流を、光通信信号Ｓ１の波形に忠実に変調することができる旨が記載されている。

特開２０１２−６９５０５号公報

上述の照明光通信装置９０は、電流検出抵抗８３により電圧降下が発生すると、フィードバック回路８５および出力制御部８６によって、発光ダイオード９７に流れる電流を定電流に制御する。

ところで、可視光通信信号（光通信信号Ｓ１）は、一般的に、図８（ａ）に示すように、スタート部（ＳＯＦ：Start of Frame）と情報部（ＰＡＹＬＯＡＤ）と終端部（ＥＯＦ：End of Frame）とで、１つのフレーム構造を構成している〔電子情報技術産業協会（ＪＥＩＴＡ）規格の「可視光ＩＤシステム（ＪＥＩＴＡ ＣＰ−１２２２）」参照〕。なお、図８（ｂ）は、可視光通信信号のフレーム構造を含む振幅変調された電流の波形を表している。

可視光通信信号のフレーム構造を含む振幅変調された電流は、可視光通信信号のスタート部に、比較的長い間、電流値が小さくなる期間Ｔ１が存在する。このとき、上述の照明光通信装置９０では、発光ダイオード９７に流れる電流が減少するので、フィードバック回路８５および出力制御部８６によって、発光ダイオード９７に流れる電流を定電流に制御する。このため、照明光通信装置９０では、ＤＣ−ＤＣコンバータ８２の出力電圧が上昇する可能性があり、発光ダイオード９７に流れる電流の波形に歪みが発生する可能性がある。

本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、固体発光素子を用いた光源への出力電流の波形歪みを抑制可能な可視光通信装置およびそれを用いた照明器具を提供することにある。

本発明の可視光通信装置は、光源から振幅変調した光を出力することによって可視光通信信号を送信可能な可視光通信装置であって、固体発光素子を含む負荷回路からなる前記光源と、前記光源を点灯させる点灯装置と、前記点灯装置から前記光源への出力電流を振幅変調する変調装置とを備え、前記点灯装置は、前記出力電流を一定にする定電流源であり、少なくとも、第１スイッチング素子と、前記第１スイッチング素子を制御する第１制御回路とを有し、前記第１制御回路は、前記出力電流を検出する検出抵抗と、前記検出抵抗により検出された前記出力電流の大きさに従って前記出力電流を一定にするためのアナログ信号からなるフィードバック信号を出力するフィードバック回路と、前記フィードバック回路からの上記フィードバック信号に従って前記第１スイッチング素子のオンオフを制御するスイッチング制御部とを有し、前記変調装置は、前記光源に付加されることで前記光源の負荷特性を変化させ前記出力電流を振幅変調する負荷変動部と、前記負荷変動部により前記出力電流を振幅変調させるために前記光源に前記負荷変動部を付加するか否かを切り替えるための第２スイッチング素子と、前記第２スイッチング素子を制御する第２制御回路とを有し、前記第２制御回路は、前記可視光通信信号のフレーム構造におけるスタート部の期間であることを前記第１制御回路に通知するための通知信号を出力する通知部を有し、振幅変調した前記出力電流が、前記可視光通信信号のフレーム構造の前記スタート部において小さくなるとき、前記第１制御回路が前記フィードバック回路からの前記フィードバック信号の出力レベルを低下させて前記第１スイッチング素子のデューティ比を小さくするように、前記第１制御回路を制御することを特徴とする。

この可視光通信装置において、光源から振幅変調した光を出力することによって可視光通信信号を送信可能な可視光通信装置であって、固体発光素子を含む負荷回路からなる前記光源と、前記光源を点灯させる点灯装置と、前記点灯装置から前記光源への出力電流を振幅変調する変調装置とを備え、前記点灯装置は、前記出力電流を一定にする定電流源であり、少なくとも、第１スイッチング素子と、前記第１スイッチング素子を制御する第１制御回路とを有し、前記第１制御回路は、前記出力電流を検出する検出抵抗と、前記検出抵抗により検出された前記出力電流の大きさに従って前記出力電流を一定にするためのアナログ信号からなるフィードバック信号を出力するフィードバック回路と、前記フィードバック回路からの上記フィードバック信号に従って前記第１スイッチング素子のオンオフを制御するスイッチング制御部とを有し、前記変調装置は、前記光源に付加されることで前記光源の負荷特性を変化させ前記出力電流を振幅変調する負荷変動部と、前記負荷変動部により前記出力電流を振幅変調させるために前記光源に前記負荷変動部を付加するか否かを切り替えるための第２スイッチング素子と、前記第２スイッチング素子を制御する第２制御回路とを有し、前記スイッチング制御部は、前記フィードバック回路からの前記フィードバック信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換回路と、前記Ａ／Ｄ変換回路の出力を保持するサンプルホールド回路と、前記サンプルホールド回路の出力に従って前記第１スイッチング素子のデューティ比を制御するデューティ制御部と、前記デューティ制御部の出力に従って前記第１スイッチング素子を駆動する駆動回路とを有し、前記第２制御回路は、前記可視光通信信号のフレーム構造におけるスタート部の期間であることを前記第１制御回路に通知するための通知信号を出力する通知部を有し、振幅変調した前記出力電流が、前記可視光通信信号のフレーム構造の前記スタート部において小さくなるとき、前記第１制御回路が前記サンプルホールド回路もしくは前記デューティ制御部の動作を一時的に停止させるように、前記第１制御回路を制御することが好ましい。

この可視光通信装置において、前記フィードバック回路は、前記検出抵抗により検出された前記出力電流に対応する検出電圧と予め設定された基準電圧との差分を増幅して前記フィードバック信号を出力する誤差増幅器を有し、前記第２制御回路は、振幅変調した前記出力電流が、前記可視光通信信号のフレーム構造の前記スタート部において小さくなるとき、前記第１制御回路が前記誤差増幅器の前記基準電圧を小さくするように、前記第１制御回路を制御し、前記第１制御回路は、振幅変調した前記出力電流が前記スタート部において小さくなるとき、前記誤差増幅器の前記基準電圧を小さくして前記検出電圧と前記基準電圧との差分を小さくすることにより前記フィードバック信号の出力レベルを低下させることが好ましい。

この可視光通信装置において、前記第１制御回路と前記第２制御回路とが、１つの回路により構成されてなることが好ましい。

本発明の照明器具は、前記可視光通信装置と、前記可視光通信装置を保持する器具本体とを備えることを特徴とする。

本発明の可視光通信装置においては、固体発光素子を用いた光源への出力電流の波形歪みを抑制することが可能となる。

本発明の照明器具においては、固体発光素子を用いた光源への出力電流の波形歪みを抑制可能な可視光通信装置を備えた照明器具を提供することができる。

実施形態１の可視光通信装置において、（ａ）は概略回路図、（ｂ）は第１制御回路の概略回路図である。 比較例の可視光通信装置の概略回路図である。 比較例の可視光通信装置に関し、（ａ）は可視光通信信号の説明図、（ｂ）は平滑コンデンサの容量が相対的に小さい場合の振幅変調された出力電流の説明図、（ｃ）は平滑コンデンサの容量が相対的に大きい場合の振幅変調された出力電流の説明図である。 実施形態１の照明器具を示し、（ａ）は上面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は下面図である。 実施形態２の可視光通信装置における第１制御回路の概略回路図である。 実施形態３の可視光通信装置における第１制御回路の概略回路図である。 従来例の照明光通信装置の概略回路図である。 （ａ）は可視光通信信号のフレーム構造の説明図、（ｂ）は振幅変調された出力電流の説明図である。

（実施形態１）
以下、本実施形態の可視光通信装置１０について、図１を参照しながら説明する。

可視光通信装置１０は、光源３から振幅変調した光を出力することによって可視光通信信号を送信可能な可視光通信装置であって、固体発光素子１５を含む負荷回路からなる光源３と、光源３を点灯させる点灯装置１と、点灯装置１から光源３への出力電流Ｉ１を振幅変調する変調装置１７とを備え、点灯装置１は、出力電流Ｉ１を一定にする定電流源であり、少なくとも、第１スイッチング素子Ｑ１と、第１スイッチング素子Ｑ１を制御する第１制御回路２とを有し、第１制御回路２は、出力電流Ｉ１を検出する検出抵抗Ｒ１と、検出抵抗Ｒ１により検出された出力電流Ｉ１の大きさに従って出力電流Ｉ１を一定にするためのアナログ信号からなるフィードバック信号を出力するフィードバック回路４と、フィードバック回路４からの上記フィードバック信号に従って第１スイッチング素子Ｑ１のオンオフを制御するスイッチング制御部２２とを有し、変調装置１７は、光源３に付加されることで光源３の負荷特性を変化させ出力電流Ｉ１を振幅変調する負荷変動部２３と、負荷変動部２３により出力電流Ｉ１を振幅変調させるために光源３に負荷変動部２３を付加するか否かを切り替えるための第２スイッチング素子Ｑ２と、第２スイッチング素子Ｑ２を制御する第２制御回路１４とを有し、第２制御回路１４は、振幅変調した出力電流Ｉ１が、可視光通信信号のフレーム構造のスタート部において小さくなるとき、第１制御回路２がフィードバック回路４からの上記フィードバック信号の出力レベルを低下させるように、第１制御回路２を制御することを特徴とする。

光源３は、例えば、複数個の固体発光素子１５を備えている。

固体発光素子１５としては、例えば、発光ダイオードなどを用いることができる。各固体発光素子１５の接続関係は、直列接続としているが、並列接続であってもよいし、直列接続と並列接続とを組み合わせた接続であってもよい。

なお、本実施形態では、固体発光素子１５として、発光ダイオードを用いているが、これに限らず、例えば、有機エレクトロルミネッセンス素子、半導体レーザ素子などを用いてもよい。また、本実施形態では、固体発光素子１５の個数を複数個としているが、１個であってもよい。

点灯装置１は、交流電源ＡＣ１からの交流電流を直流電流に変換する第１変換回路１１と、第１変換回路１１により変換された直流電流を所定の直流電流に変換する第２変換回路１２とを有する定電流源である。

第１変換回路１１としては、例えば、ＡＣ／ＤＣコンバータなどを用いることができる。

第１変換回路１１の一対の入力端間には、交流電源ＡＣ１が接続されている。交流電源ＡＣ１としては、例えば、商用電源などを採用すればよい。なお、本実施形態では、交流電源ＡＣ１を構成要件として含まない。

第２変換回路１２としては、例えば、ダイオード（図示せず）と、インダクタ（図示せず）と、コンデンサ（図示せず）と、第１スイッチング素子Ｑ１と、第１スイッチング素子Ｑ１を制御する第１制御回路２とを有するＤＣ／ＤＣコンバータなどを用いることができる。

第２変換回路１２の一対の入力端には、第１変換回路１１の一対の出力端が接続されている。

第１スイッチング素子Ｑ１としては、例えば、ノーマリオフ型のｎチャネルＭＯＳＦＥＴなどを用いることができる。第１スイッチング素子Ｑ１のスイッチング周波数は、例えば、４０ｋＨｚ〜２００ｋＨｚとするのが好ましい。

第１制御回路２は、例えば、第１マイクロコンピュータに、適宜の第１プログラムを搭載することにより構成することができる。上記第１プログラムは、第１制御回路２として用いる上記第１マイクロコンピュータに予め設けられた第１記憶部（図示せず）に、記憶されている。

また、第１制御回路２は、第２変換回路１２からの上記所定の直流電流（つまり、点灯装置１からの出力電流Ｉ１）を一定にするためのフィードバック制御機能を有している。具体的に説明すると、第１制御回路２は、図１（ｂ）に示すように、点灯装置１からの出力電流Ｉ１を検出する検出抵抗Ｒ１と、出力電流Ｉ１を一定にするためのアナログ信号からなるフィードバック信号を出力するフィードバック回路４と、フィードバック回路４からの上記フィードバック信号に従って第１スイッチング素子Ｑ１のオンオフを制御するスイッチング制御部２２とを備えている。

検出抵抗Ｒ１の一端は、第２変換回路１２の一対の出力端のうちの低電位側に接続されている。検出抵抗Ｒ１の他端は、接地されている。

フィードバック回路４は、抵抗Ｒ２と、誤差増幅器１６と、基準電源Ｖ_Sとを有している。

誤差増幅器１６は、検出抵抗Ｒ１により検出された出力電流Ｉ１に対応する検出電圧と、基準電源Ｖ_Sにより予め設定された基準電圧との差分を増幅する。

誤差増幅器１６の反転入力端子は、検出抵抗Ｒ１の上記一端に接続されている。また、誤差増幅器１６の反転入力端子は、抵抗Ｒ２を介して、誤差増幅器１６の出力端子に接続されている。誤差増幅器１６の非反転入力端子は、基準電源Ｖ_Sのプラス側に接続されている。基準電源Ｖ_Sのマイナス側は、接地されている。基準電源Ｖ_Sは、誤差増幅器１６の基準電圧を可変とするものである。

スイッチング制御部２２は、上記フィードバック信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換回路５と、Ａ／Ｄ変換回路５の出力を保持するサンプルホールド回路６と、サンプルホールド回路６の出力に従って第１スイッチング素子Ｑ１のデューティ比を制御するデューティ制御部７と、デューティ制御部７の出力に従って第１スイッチング素子Ｑ１を駆動する駆動回路８とを備えている。

Ａ／Ｄ変換回路５の入力端は、誤差増幅器１６の出力端子に接続されている。

サンプルホールド回路６の入力端は、Ａ／Ｄ変換回路５の出力端に接続されている。

デューティ制御部７の入力端は、サンプルホールド回路６の出力端に接続されている。

駆動回路８の入力端は、デューティ制御部７の出力端に接続されている。駆動回路８の出力端は、第１スイッチング素子Ｑ１の制御端子（本実施形態では、ゲート端子）に接続されている。

変調装置１７は、ダイオードＤ１と、５個の抵抗Ｒ３〜Ｒ７と、コンデンサＣ１と、電源回路１３と、第２制御回路１４と、４個のスイッチング素子Ｑ２〜Ｑ５と、ツェナーダイオードＺＤ１と、変調抵抗Ｒｘからなる負荷変動部２３とを備えている。ここにおいて、以下では、説明の便宜上、スイッチング素子Ｑ２、スイッチング素子Ｑ３、スイッチング素子Ｑ４およびスイッチング素子Ｑ５を、第２スイッチング素子Ｑ２、第３スイッチング素子Ｑ３、第４スイッチング素子Ｑ４および第５スイッチング素子Ｑ５とそれぞれ称する。また、本実施形態では、第２スイッチング素子Ｑ２として、例えば、ノーマリオフ型のｎチャンネルＭＯＳＦＥＴを用いている。また、本実施形態では、第３スイッチング素子Ｑ３として、例えば、ｎｐｎ型のトランジスタを用いている。また、本実施形態では、第４スイッチング素子Ｑ４として、例えば、ｐｎｐ型のトランジスタを用いている。また、本実施形態では、第５スイッチング素子Ｑ５として、例えば、ノーマリオフ型のｎチャンネルＭＯＳＦＥＴを用いている。

ダイオードＤ１のアノード側は、第２変換回路１２の一対の出力端のうちの高電位側に接続されている。また、ダイオードＤ１のアノード側は、光源３のアノード側に接続されている。ダイオードＤ１のカソード側は、抵抗Ｒ３の一端に接続されている。抵抗Ｒ３の他端は、コンデンサＣ１の高電位側に接続されている。コンデンサＣ１の低電位側は、第２変換回路１２の一対の出力端のうちの低電位側に接続されている。

電源回路１３は、コンデンサＣ１の両端電圧を所定の直流電圧（例えば、５Ｖ）に変換して上記所定の直流電圧を第２制御回路１４へ出力する。電源回路１３としては、例えば、３端子レギュレータなどを用いることができる。

電源回路１３は、コンデンサＣ１の高電位側に接続されている。また、電源回路１３は、コンデンサＣ１の低電位側に接続されている。また、電源回路１３は、第２制御回路１４に接続されている。

第２制御回路１４は、例えば、第２マイクロコンピュータに、適宜の第２プログラムを搭載することにより構成することができる。上記第２プログラムは、第２制御回路１４として用いる上記第２マイクロコンピュータに予め設けられた第２記憶部（図示せず）に、記憶されている。

第２制御回路１４は、第２変換回路１２の一対の出力端のうちの低電位側に接続されている。

抵抗Ｒ４の一端は、電源回路１３に接続されている。抵抗Ｒ４の他端は、第５スイッチング素子Ｑ５の第１主端子（本実施形態では、ドレイン端子）に接続されている。第５スイッチング素子Ｑ５の第２主端子（本実施形態では、ソース端子）は、第２変換回路１２の一対の出力端のうちの低電位側に接続されている。第５スイッチング素子Ｑ５の制御端子（本実施形態では、ゲート端子）は、第２制御回路１４に接続されている。

第３スイッチング素子Ｑ３の第１主端子（本実施形態では、コレクタ端子）は、電源回路１３に接続されている。第３スイッチング素子Ｑ３の第２主端子（本実施形態では、エミッタ端子）は、第４スイッチング素子Ｑ４の第１主端子（本実施形態では、エミッタ端子）に接続されている。第４スイッチング素子Ｑ４の第２主端子（本実施形態では、コレクタ端子）は、第２変換回路１２の一対の出力端のうちの低電位側に接続されている。

第３スイッチング素子Ｑ３の制御端子（本実施形態では、ベース端子）および第４スイッチング素子Ｑ４の制御端子（本実施形態では、ベース端子）は、第５スイッチング素子Ｑ５のドレイン端子にそれぞれ接続されている。

第３スイッチング素子Ｑ３および第４スイッチング素子Ｑ４それぞれのエミッタ端子は、抵抗Ｒ５の一端に接続されている。抵抗Ｒ５の他端は、抵抗Ｒ６の一端に接続されている。

抵抗Ｒ６の一端は、ツェナーダイオードＺＤ１のカソード側に接続されている。抵抗Ｒ６の他端は、第２変換回路１２の一対の出力端のうちの低電位側に接続されている。ツェナーダイオードＺＤ１のアノード側は、第２変換回路１２の一対の出力端のうちの低電位側に接続されている。

ツェナーダイオードＺＤ１のカソード側は、抵抗Ｒ７の一端に接続されている。抵抗Ｒ７の他端は、ダイオードＤ１のアノード側に接続されている。また、抵抗Ｒ７の他端は、光源３のアノード側に接続されている。

また、ツェナーダイオードＺＤ１のカソード側は、第２スイッチング素子Ｑ２の制御端子（本実施形態では、ゲート端子）に接続されている。第２スイッチング素子Ｑ２の第１主端子（本実施形態では、ドレイン端子）は、光源３のカソード側に接続されている。第２スイッチング素子Ｑ２の第２主端子（本実施形態では、ソース端子）は、第２変換回路１２の一対の出力端のうちの低電位側に接続されている。

第２スイッチング素子Ｑ２におけるドレイン端子とソース端子との間には、変調抵抗Ｒｘが接続されている。

可視光通信装置１０では、第２変換回路１２の一対の出力端のうちの高電位側に、光源３のアノード側が接続されている。また、可視光通信装置１０では、第２変換回路１２の一対の出力端のうちの低電位側に、第２スイッチング素子Ｑ２を介して、光源３のカソード側に接続されている。これにより、可視光通信装置１０では、第２スイッチング素子Ｑ２がオン状態のとき、点灯装置１からの出力電流Ｉ１によって、光源３を点灯させることが可能となる。

第２制御回路１４は、第５スイッチング素子Ｑ５のオンオフを制御するための制御信号を出力する。第２制御回路１４は、上記制御信号により第５スイッチング素子Ｑ５をオンすると、第３スイッチング素子Ｑ３がオフ状態、且つ、第４スイッチング素子Ｑ４がオン状態となり、第２スイッチング素子Ｑ２がオフ状態となる。また、第２制御回路１４は、上記制御信号により第５スイッチング素子Ｑ５をオフすると、第３スイッチング素子Ｑ３がオン状態、且つ、第４スイッチング素子Ｑ４がオフ状態となり、第２スイッチング素子Ｑ２がオン状態となる。すなわち、第２制御回路１４は、上記制御信号により第５スイッチング素子Ｑ５をオン状態にすると、第２スイッチング素子Ｑ２をオフすることが可能となる。また、第２制御回路１４は、上記制御信号により第５スイッチング素子Ｑ５をオフ状態にすると、第２スイッチング素子Ｑ２をオンすることが可能となる。

したがって、第２制御回路１４は、第２スイッチング素子Ｑ２をオンすると、点灯装置１からの出力電流Ｉ１が、光源３と第２スイッチング素子Ｑ２とを介して、第２変換回路１２の一対の出力端のうちの低電位側に流れる。また、第２制御回路１４は、第２スイッチング素子Ｑ２をオフすると、点灯装置１からの出力電流Ｉ１が、光源３と変調抵抗Ｒｘとを介して、第２変換回路１２の一対の出力端のうちの低電位側に流れる。これにより、第２制御回路１４は、負荷変動部２３のインピーダンス成分（本実施形態では、変調抵抗Ｒｘの抵抗値）を光源３に加えることが可能となり、点灯装置１からの出力電流Ｉ１を振幅変調することが可能となる。よって、可視光通信装置１０では、光源３から照射される光（可視光）からなる通信信号（以下、可視光通信信号）に、例えばデータ信号などを重畳させることが可能となり、可視光通信を行うことが可能となる。なお、本実施形態では、第２制御回路１４として用いる上記第２マイクロコンピュータの上記第２記憶部に、可視光通信に必要な識別ＩＤが記憶されている。

可視光通信信号としては、例えば、光源３への影響を抑制するために、電子情報技術産業協会（ＪＥＩＴＡ）規格の「可視光ＩＤシステム（ＪＥＩＴＡ ＣＰ−１２２２）」に規定された４値のパルス位置変調（ＰＰＭ：Pulse Position Modulation）方式が用いられる。

可視光通信信号は、図８（ａ）に示すように、スタート部（ＳＯＦ：Start of Frame）と、情報部（ＰＡＹＬＯＡＤ）と、終端部（ＥＯＦ：End of Frame）とで、１つのフレーム構造を構成している。また、可視光通信信号のスタート部は、プリアンブル部（プリアンブル）と、フレーム部情報（フレームタイプ）とに区分される。ここにおいて、可視光通信信号のスタート部、情報部、終端部、プリアンブルおよびフレームタイプの各々は、電子情報技術産業協会（ＪＥＩＴＡ）規格の「可視光ＩＤシステム（ＪＥＩＴＡ ＣＰ−１２２２）」に定義されている。

第２制御回路１４は、第２スイッチング素子Ｑ２のスイッチング状態（オン状態またはオフ状態）を制御することによって、点灯装置１からの出力電流Ｉ１を、図８（ｂ）に示すように、可視光通信信号のフレーム構造を含む振幅変調した出力電流Ｉ１とすることが可能となる。

また、第２制御回路１４は、振幅変調した出力電流Ｉ１が可視光通信信号のフレーム構造におけるスタート部の期間であることを通知するための、通知信号を出力する通知部１８を有している。通知部１８は、第２変換回路１２の第１制御回路２に接続されている。

また、第２制御回路１４は、振幅変調した出力電流Ｉ１が可視光通信信号のフレーム構造におけるスタート部の期間であるとき、通知部１８から上記通知信号を第２変換回路１２の第１制御回路２へ出力する。

ところで、本願発明者らは、図２に示す構成を有する比較例の可視光通信装置２０を考えた。

比較例の可視光通信装置２０は、可視光通信装置１０における変調装置１７とは異なる構成の変調装置２１を備えている。なお、比較例の可視光通信装置２０では、可視光通信装置１０と同様の構成要素に同一の符号を付して説明を適宜省略する。

変調装置２１は、平滑コンデンサＣ２と、ダイオードＤ１と、５個の抵抗Ｒ３〜Ｒ７と、コンデンサＣ１と、電源回路１３と、第３制御回路１９と、４個のスイッチング素子Ｑ２〜Ｑ５と、ツェナーダイオードＺＤ１と、変調抵抗Ｒｘからなる負荷変動部２３とを備えている。

平滑コンデンサＣ２の高電位側は、第２変換回路１２の一対の出力端のうちの高電位側に接続されている。また、平滑コンデンサＣ２の高電位側は、ダイオードＤ１のアノード側に接続されている。平滑コンデンサＣ２の低電位側は、第２変換回路１２の一対の出力端のうちの低電位側に接続されている。また、平滑コンデンサＣ２の低電位側は、コンデンサＣ１の低電位側に接続されている。

第３制御回路１９は、例えば、第３マイクロコンピュータに、適宜の第３プログラムを搭載することにより構成することができる。上記第３プログラムは、第３制御回路１９として用いる上記第３マイクロコンピュータに予め設けられた第３記憶部（図示せず）に、記憶されている。

第３制御回路１９は、電源回路１３に接続されている。また、第３制御回路１９は、第２変換回路１２の一対の出力端のうちの低電位側に接続されている。また、第３制御回路１９は、第５スイッチング素子Ｑ５のゲート端子に接続されている。

比較例の可視光通信装置２０では、第３制御回路１９が、可視光通信装置１０における第２制御回路１４と同様に、第２スイッチング素子Ｑ２をオンオフすることによって、点灯装置１からの出力電流Ｉ１を振幅変調することが可能となる。

よって、第３制御回路１９は、可視光通信装置１０における第２制御回路１４と同様に、第２スイッチング素子Ｑ２のスイッチング状態（オン状態またはオフ状態）を制御することによって、点灯装置１からの出力電流Ｉ１を、図８（ｂ）に示すように、可視光通信信号のフレーム構造を含む振幅変調した出力電流Ｉ１とすることが可能となる。

比較例の可視光通信装置２０では、第３制御回路１９により振幅変調された出力電流Ｉ１が、可視光通信信号のフレーム構造におけるスタート部の期間であるとき、比較的長い間、出力電流Ｉ１が減少する期間Ｔ１（図３参照）が存在するので、第１制御回路２は、点灯装置１からの出力電流Ｉ１を一定にするためにフィードバック制御を行う（図３中のＴ１の期間）。これにより、比較例の可視光通信装置２０では、点灯装置１の出力電圧Ｖ１が上昇する可能性がある。

また、比較例の可視光通信装置２０では、点灯装置１の出力電圧Ｖ１が上昇する（点灯装置１からの出力電流Ｉ１が増加する）ときに、第２スイッチング素子Ｑ２がオン状態になると（図３中のｔ１の時点）、出力電流Ｉ１が急激に増加する可能性があり、振幅変調された出力電流Ｉ１の波形に歪みが発生する可能性がある。これにより、比較例の可視光通信装置２０では、受信端末の性能によって可視光通信信号を受信できない場合があったり、受信エリアが狭くなったりする可能性がある。

本願発明者らは、比較例の可視光通信装置２０における平滑コンデンサＣ２の容量を比較的大きくする（例えば、平滑コンデンサＣ２の容量を、数百μＦとする）ことを考えた。これにより、比較例の可視光通信装置２０では、図３（ｃ）に示すように、点灯装置１の出力電圧Ｖ１が上昇する場合であっても、第３制御回路１９により振幅変調された出力電流Ｉ１が急激に増加するのを抑制することが可能となり、振幅変調された出力電流Ｉ１の波形歪みを抑制することが可能となる。

しかしながら、比較例の可視光通信装置２０では、平滑コンデンサＣ２として、比較的容量の大きなものを使用する必要があるので、可視光通信装置２０の大型化が懸念される。

本実施形態の可視光通信装置１０では、第２制御回路１４が、振幅変調した出力電流Ｉ１が可視光通信信号のフレーム構造におけるスタート部の期間であるとき、上記通知信号を第２変換回路１２の第１制御回路２へ出力する。

第１制御回路２は、第２制御回路１４からの上記通知信号が入力されると、誤差増幅器１６における基準電源Ｖ_Sの出力電圧（誤差増幅器１６の基準電圧）を低下させる。よって、本実施形態の可視光通信装置１０では、第２制御回路１４により振幅変調された出力電流Ｉ１が、可視光通信信号のフレーム構造におけるスタート部の期間であるとき、点灯装置１からの出力電流Ｉ１が減少したとしても、フィードバック回路４からの上記フィードバック信号の出力レベルを低下させることが可能となる。これにより、可視光通信装置１０では、第２制御回路１４により振幅変調された出力電流Ｉ１が、可視光通信信号のフレーム構造におけるスタート部の期間で、且つ、第２スイッチング素子Ｑ２がオンされたときに、点灯装置１からの出力電流Ｉ１が急激に増加するのを抑制することが可能となり、振幅変調された出力電流Ｉ１の波形歪みを抑制することが可能となる。

また、本実施形態の可視光通信装置１０では、比較例の可視光通信装置２０における平滑コンデンサＣ２を用いることなく、振幅変調された出力電流Ｉ１の波形歪みを抑制することが可能となるので、比較例の可視光通信装置２０に比べて、可視光通信装置１０の小型化を図ることが可能となる。

ここにおいて、本実施形態の可視光通信装置１０では、第１制御回路２と、第２制御回路１４とを異なる回路により構成しているが、１つの回路（例えば、第１制御回路２および第２制御回路１４の両方の機能を有する制御ＩＣなど）により構成してもよい。これにより、本実施形態の可視光通信装置１０では、可視光通信装置１０の小型化をより図ることが可能となる。

以上説明した本実施形態の可視光通信装置１０は、光源３から振幅変調した光を出力することによって可視光通信信号を送信可能な可視光通信装置であって、固体発光素子１５を含む負荷回路からなる光源３と、光源３を点灯させる点灯装置１と、点灯装置１から光源３への出力電流Ｉ１を振幅変調する変調装置１７とを備え、点灯装置１は、出力電流Ｉ１を一定にする定電流源であり、少なくとも、第１スイッチング素子Ｑ１と、第１スイッチング素子Ｑ１を制御する第１制御回路２とを有し、第１制御回路２は、出力電流Ｉ１を検出する検出抵抗Ｒ１と、検出抵抗Ｒ１により検出された出力電流Ｉ１の大きさに従って出力電流Ｉ１を一定にするためのアナログ信号からなるフィードバック信号を出力するフィードバック回路４と、フィードバック回路４からの上記フィードバック信号に従って第１スイッチング素子Ｑ１のオンオフを制御するスイッチング制御部２２とを有し、変調装置１７は、光源３に付加されることで光源３の負荷特性を変化させ出力電流Ｉ１を振幅変調する負荷変動部２３と、負荷変動部２３により出力電流Ｉ１を振幅変調させるために光源３に負荷変動部２３を付加するか否かを切り替えるための第２スイッチング素子Ｑ２と、第２スイッチング素子Ｑ２を制御する第２制御回路１４とを有し、第２制御回路１４は、振幅変調した出力電流Ｉ１が、可視光通信信号のフレーム構造のスタート部において小さくなるとき、第１制御回路２がフィードバック回路４からの上記フィードバック信号の出力レベルを低下させるように、第１制御回路２を制御する。また、フィードバック回路４は、検出抵抗Ｒ１により検出された出力電流Ｉ１に対応する検出電圧と予め設定された基準電圧との差分を増幅する誤差増幅器１６を有し、第２制御回路１４は、振幅変調した出力電流Ｉ１が、可視光通信信号のフレーム構造のスタート部において小さくなるとき、第１制御回路２が誤差増幅器１６の基準電圧を小さくするように、第１制御回路２を制御する。これにより、本実施形態の可視光通信装置１０では、固体発光素子１５を用いた光源３への出力電流Ｉ１の波形歪みを抑制することが可能となる。

以下では、上述の可視光通信装置１０を備えた照明器具３０を、図４に基づいて簡単に説明する。

照明器具３０は、例えば、ダウンライトであり、図示しない天井材に予め形成された埋込孔（図示せず）に埋め込み配置して用いられる。照明器具３０は、可視光通信装置１０と、可視光通信装置１０を保持する器具本体３１とを備えている。

器具本体３１は、下面開口した有底筒状（本実施形態では、有底円筒状）に形成されている。器具本体３１の材料としては、例えば、金属（例えば、アルミニウム、ステンレス、鉄など）などを用いることができる。

器具本体３１の底壁３１ａの一表面側（図４（ｂ）では、下面側）には、光源３が取り付けられている。また、器具本体３１の底壁３１ａの他表面側（図４（ｂ）では、上面側）には、複数枚の放熱フィン３１ｂが立設されている。

器具本体３１の側壁の下端部には、側方へ延設された鍔部３１ｃが形成されている。また、器具本体３１の側壁には、複数個（図示例では、３個）の取付ばね３２が設けられている。

また、器具本体３１の底壁３１ａには、点灯装置１および変調装置１７を収納する箱状（本実施形態では、矩形箱状）の収納部材３４が取り付けられている。収納部材３４の材料としては、例えば、金属（例えば、アルミニウム、ステンレス、鉄など）などを用いることができる。

なお、本実施形態では、照明器具３０の一例として、ダウンライトを例示しているが、これを特に限定するものではない。

以上説明した本実施形態の照明器具３０は、可視光通信装置１０と、可視光通信装置１０を保持する器具本体３１とを備えている。これにより、本実施形態の照明器具３０では、固体発光素子１５を用いた光源３への出力電流Ｉ１の波形歪みを抑制可能な可視光通信装置１０を用いた照明器具３０を提供することができる。

（実施形態２）
本実施形態の可視光通信装置１０の基本構成は、実施形態１と同じであり、図５に示すように、通知部１８から出力された上記通知信号が、サンプルホールド回路６に入力される点などが実施形態１と相違する。なお、本実施形態では、実施形態１と同様の構成要素に同一の符号を付して説明を適宜省略する。

第１制御回路２は、第２制御回路１４の通知部１８からの上記通知信号が入力されたとき、サンプルホールド回路６の動作を停止させる。言い換えれば、本実施形態の可視光通信装置１０では、第２制御回路１４からの上記通知信号が第１制御回路２に入力されると、サンプルホールド回路６が、Ａ／Ｄ変換回路５からの入力を無視する。

本実施形態の可視光通信装置１０では、第１制御回路２が、第２制御回路１４の通知部１８からの上記通知信号が入力されたとき、サンプルホールド回路６の動作を停止させるので、第２制御回路１４により振幅変調された出力電流Ｉ１が、可視光通信信号のフレーム構造におけるスタート部の期間であるとき、点灯装置１からの出力電流Ｉ１が減少したとしても、フィードバック回路４からのフィードバック信号の出力を一時的に停止させることが可能となる。これにより、本実施形態の可視光通信装置１０では、第２制御回路１４により振幅変調された出力電流Ｉ１が、可視光通信信号のフレーム構造におけるスタート部の期間で、且つ、第２スイッチング素子Ｑ２がオンされたときに、点灯装置１からの出力電流Ｉ１が急激に増加するのを抑制することが可能となり、振幅変調された出力電流Ｉ１の波形歪みを抑制することが可能となる。

以上説明した本実施形態の可視光通信装置１０では、スイッチング制御部２２が、フィードバック回路４からの上記フィードバック信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換回路５と、Ａ／Ｄ変換回路５の出力を保持するサンプルホールド回路６と、サンプルホールド回路６の出力に従って第１スイッチング素子Ｑ１のデューティ比を制御するデューティ制御部７と、デューティ制御部７の出力に従って第１スイッチング素子Ｑ１を駆動する駆動回路８とを有し、第２制御回路１４は、振幅変調した出力電流Ｉ１が、可視光通信信号のフレーム構造のスタート部において小さくなるとき、第１制御回路２がサンプルホールド回路６の動作を一時的に停止させるように、第１制御回路２を制御する。これにより、本実施形態の可視光通信装置１０では、固体発光素子１５を用いた光源３への出力電流Ｉ１の波形歪みを抑制することが可能となる。

なお、本実施形態の可視光通信装置１０を、実施形態１で説明した照明器具３０に用いてもよい。

（実施形態３）
本実施形態の可視光通信装置１０の基本構成は、実施形態１と同じであり、図６に示すように、通知部１８から出力された上記通知信号が、デューティ制御部７に入力される点などが実施形態１と相違する。なお、本実施形態では、実施形態１と同様の構成要素に同一の符号を付して説明を適宜省略する。

第１制御回路２は、第２制御回路１４の通知部１８からの上記通知信号が入力されたとき、デューティ制御部７の動作を停止させる。言い換えれば、本実施形態の可視光通信装置１０では、第２制御回路１４からの上記通知信号が第１制御回路２に入力されると、デューティ制御部７が、サンプルホールド回路６からの入力を無視する。

本実施形態の可視光通信装置１０では、第１制御回路２が、第２制御回路１４の通知部１８からの上記通知信号が入力されたとき、デューティ制御部７の動作を停止させるので、第２制御回路１４により振幅変調された出力電流Ｉ１が、可視光通信信号のフレーム構造におけるスタート部の期間であるとき、点灯装置１からの出力電流Ｉ１が減少したとしても、フィードバック回路４からのフィードバック信号の出力を一時的に停止させることが可能となる。これにより、本実施形態の可視光通信装置１０では、第２制御回路１４により振幅変調された出力電流Ｉ１が、可視光通信信号のフレーム構造におけるスタート部の期間で、且つ、第２スイッチング素子Ｑ２がオンされたときに、点灯装置１からの出力電流Ｉ１が急激に増加するのを抑制することが可能となり、振幅変調された出力電流Ｉ１の波形歪みを抑制することが可能となる。

以上説明した本実施形態の可視光通信装置１０では、スイッチング制御部２２が、フィードバック回路４からの上記フィードバック信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換回路５と、Ａ／Ｄ変換回路５の出力を保持するサンプルホールド回路６と、サンプルホールド回路６の出力に従って第１スイッチング素子Ｑ１のデューティ比を制御するデューティ制御部７と、デューティ制御部７の出力に従って第１スイッチング素子Ｑ１を駆動する駆動回路８とを有し、第２制御回路１４は、振幅変調した出力電流Ｉ１が、可視光通信信号のフレーム構造のスタート部において小さくなるとき、第１制御回路２がデューティ制御部７の動作を一時的に停止させるように、第１制御回路２を制御する。これにより、本実施形態の可視光通信装置１０では、固体発光素子１５を用いた光源３への出力電流Ｉ１の波形歪みを抑制することが可能となる。

なお、本実施形態の可視光通信装置１０を、実施形態１で説明した照明器具３０に用いてもよい。

１ 点灯装置
２ 第１制御回路
３ 光源
４ フィードバック回路
５ Ａ／Ｄ変換回路
６ サンプルホールド回路
７ デューティ制御部
８ 駆動回路
１０ 可視光通信装置
１４ 第２制御回路
１５ 固体発光素子
１６ 誤差増幅器
１７ 変調装置
２２ スイッチング制御部
２３ 負荷変動部
３０ 照明器具
３１ 器具本体
Ｉ１ 出力電流
Ｑ１ 第１スイッチング素子
Ｑ２ 第２スイッチング素子
Ｒ１ 検出抵抗

Claims (5)

1. 光源から振幅変調した光を出力することによって可視光通信信号を送信可能な可視光通信装置であって、固体発光素子を含む負荷回路からなる前記光源と、前記光源を点灯させる点灯装置と、前記点灯装置から前記光源への出力電流を振幅変調する変調装置とを備え、前記点灯装置は、前記出力電流を一定にする定電流源であり、少なくとも、第１スイッチング素子と、前記第１スイッチング素子を制御する第１制御回路とを有し、前記第１制御回路は、前記出力電流を検出する検出抵抗と、前記検出抵抗により検出された前記出力電流の大きさに従って前記出力電流を一定にするためのアナログ信号からなるフィードバック信号を出力するフィードバック回路と、前記フィードバック回路からの上記フィードバック信号に従って前記第１スイッチング素子のオンオフを制御するスイッチング制御部とを有し、前記変調装置は、前記光源に付加されることで前記光源の負荷特性を変化させ前記出力電流を振幅変調する負荷変動部と、前記負荷変動部により前記出力電流を振幅変調させるために前記光源に前記負荷変動部を付加するか否かを切り替えるための第２スイッチング素子と、前記第２スイッチング素子を制御する第２制御回路とを有し、
   前記第２制御回路は、前記可視光通信信号のフレーム構造におけるスタート部の期間であることを前記第１制御回路に通知するための通知信号を出力する通知部を有し、振幅変調した前記出力電流が、前記可視光通信信号のフレーム構造の前記スタート部において小さくなるとき、前記第１制御回路が前記フィードバック回路からの前記フィードバック信号の出力レベルを低下させて前記第１スイッチング素子のデューティ比を小さくするように、前記第１制御回路を制御することを特徴とする可視光通信装置。
2. 光源から振幅変調した光を出力することによって可視光通信信号を送信可能な可視光通信装置であって、固体発光素子を含む負荷回路からなる前記光源と、前記光源を点灯させる点灯装置と、前記点灯装置から前記光源への出力電流を振幅変調する変調装置とを備え、前記点灯装置は、前記出力電流を一定にする定電流源であり、少なくとも、第１スイッチング素子と、前記第１スイッチング素子を制御する第１制御回路とを有し、前記第１制御回路は、前記出力電流を検出する検出抵抗と、前記検出抵抗により検出された前記出力電流の大きさに従って前記出力電流を一定にするためのアナログ信号からなるフィードバック信号を出力するフィードバック回路と、前記フィードバック回路からの上記フィードバック信号に従って前記第１スイッチング素子のオンオフを制御するスイッチング制御部とを有し、前記変調装置は、前記光源に付加されることで前記光源の負荷特性を変化させ前記出力電流を振幅変調する負荷変動部と、前記負荷変動部により前記出力電流を振幅変調させるために前記光源に前記負荷変動部を付加するか否かを切り替えるための第２スイッチング素子と、前記第２スイッチング素子を制御する第２制御回路とを有し、
   前記スイッチング制御部は、前記フィードバック回路からの前記フィードバック信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換回路と、前記Ａ／Ｄ変換回路の出力を保持するサンプルホールド回路と、前記サンプルホールド回路の出力に従って前記第１スイッチング素子のデューティ比を制御するデューティ制御部と、前記デューティ制御部の出力に従って前記第１スイッチング素子を駆動する駆動回路とを有し、
   前記第２制御回路は、前記可視光通信信号のフレーム構造におけるスタート部の期間であることを前記第１制御回路に通知するための通知信号を出力する通知部を有し、振幅変調した前記出力電流が、前記可視光通信信号のフレーム構造の前記スタート部において小さくなるとき、前記第１制御回路が前記サンプルホールド回路もしくは前記デューティ制御部の動作を一時的に停止させるように、前記第１制御回路を制御することを特徴とする可視光通信装置。
3. 前記フィードバック回路は、前記検出抵抗により検出された前記出力電流に対応する検出電圧と予め設定された基準電圧との差分を増幅して前記フィードバック信号を出力する誤差増幅器を有し、前記第２制御回路は、振幅変調した前記出力電流が、前記可視光通信信号のフレーム構造の前記スタート部において小さくなるとき、前記第１制御回路が前記誤差増幅器の前記基準電圧を小さくするように、前記第１制御回路を制御し、
   前記第１制御回路は、振幅変調した前記出力電流が前記スタート部において小さくなるとき、前記誤差増幅器の前記基準電圧を小さくして前記検出電圧と前記基準電圧との差分を小さくすることにより前記フィードバック信号の出力レベルを低下させることを特徴とする請求項１記載の可視光通信装置。
4. 前記第１制御回路と前記第２制御回路とが、１つの回路により構成されてなることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の可視光通信装置。
5. 請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の可視光通信装置と、前記可視光通信装置を保持する器具本体とを備えることを特徴とする照明器具。

Images