JP7199005B2 - 照明光通信装置 - Google Patents

Description

本発明は、照明光を変調することにより可視光通信を行う照明光通信装置に関する。

特許文献１は、発光ダイオード（ＬＥＤ、Light Emitting Diode）を光源として備える照明器具において、光源を流れる電流を断続することによって照明光の変調を行う照明光通信装置を開示している。この照明光通信装置は、照明光の明るさを安定させるために、光源を流れる電流の平均値を一定に制御する定電流フィードバック制御を行う電源回路を備える。

特開２０１７－１３９２１１号公報

しかしながら、従来技術によれば調光機能によって照明光を暗くするほど、受信装置が受信しにくくなるという問題がある。

本発明は、暗いときほど受信装置が受信しにくくなることを軽減する照明光通信装置を提供する。

上記課題を解決するため本発明の一態様における照明光通信装置は、照明光を発する光源と、２値の通信信号を発生する信号源と、前記光源に直列に接続され、前記通信信号に従って前記光源を流れる電流を断続することにより前記照明光を変調する変調回路と、調光率を指示する調光信号に応じて可変の出力電流を前記光源に供給し、一定の調光率の下で出力電流の平均を一定に保つ電源回路と、前記調光率が第１のしきい値を下回ったとき、前記通信信号の平均デューティ比を小さくするように前記信号源を制御する信号制御回路とを備える。

本発明に係る照明光通信装置によれば、暗いときほど受信装置が受信しにくくなることを軽減することができる。

図１Ａは、実施の形態１に係る照明光通信装置の構成例を示すブロック図である。 図１Ｂは、実施の形態１に係る変調回路の構成例を示す回路図である。 図１Ｃは、実施の形態１に係る変調回路の他の構成例を示す回路図である。 図２は、実施の形態１に係る照明光通信装置における調光率とＬＥＤ電流の特性の一例を示す図である。 図３は、実施の形態１に係る照明光通信装置における調光率とＬＥＤ電流の特性の他の例を示す図である。 図４は、実施の形態１に係る信号制御回路の処理例を示すフローチャートである。 図５は、実施の形態２に係る照明光通信装置における調光率とＬＥＤ電流のヒステリシス特性の一例を示す図である。 図６は、図５のヒステリシス特性を示す説明図である。 図７は、実施の形態２に係る信号制御回路の処理例を示すフローチャートである。 図８Ａは、実施の形態３に係る信号制御回路による移行期間を示す説明図である。 図８Ｂは、実施の形態３に係る信号制御回路による移行期間を示す説明図である。 図９は、実施の形態４に係る照明光通信装置における調光率とＬＥＤ電流の特性の一例を示す図である。 図１０は、実施の形態４に係る照明光通信装置におけるＬＥＤ電流の波形を模式的に示す図である。 図１１は、実施の形態５に係る照明光通信装置における調光率とＬＥＤ電流の特性の一例を示す図である。 図１２は、実施の形態５に係る照明光通信装置におけるＬＥＤ電流の波形を模式的に示す図である。 図１３は、実施の形態６に係る照明光通信装置における調光率とＬＥＤ電流の特性の一例を示す図である。 図１４は、比較例に係る照明光通信装置の構成を示すブロック図である。 図１５は、比較例に係る照明光通信装置の断続信号およびＬＥＤ電流の波形を示す説明図である。 図１６は、比較例に係る照明光通信装置の平均デューティ比に対するＬＥＤピーク電流の特性を示す図である。 図１７は、比較例に係る照明光通信装置の調光率に対するＬＥＤピーク電流の特性を示す図である。

（本発明の基礎となった知見）
本発明者は、「背景技術」の欄において記載した照明光通信装置に関し、以下の問題が生じることを見出した。

図１４は、本発明者の知見に係る比較例の照明光通信装置の構成例を示すブロック図である。同図の照明光通信装置は、変調回路１、電源回路５２、平滑コンデンサ６５および光源５３を備える。また、電源回路５２は、整流ブリッジ６２、ＤＣ－ＤＣコンバータ６４およびフィードバック回路６７を備える。

光源５３は、照明光を発する1つ以上のＬＥＤを含む。

変調回路１は、スイッチ１１を有し、照明光に通信信号（同図の断続信号）を重畳する変調を行う。照明光への通信信号の重畳は、スイッチ１１の断続による。つまり、変調回路１は、光源５３を流れる電流を断続することによって、照明光を変調する。

同図の照明光通信装置は、商用電源からの交流電圧を整流ブリッジ６２で全波整流し、ＤＣ－ＤＣコンバータ６４に入力する。ＤＣ－ＤＣコンバータ６４の出力端子間に平滑コンデンサ６５が接続されている。また平滑コンデンサ６５と並列に、照明光を発する発光ダイオードを含む光源５３と、断続信号に応じて当該光源５３の電流を断続する変調回路１と、電流検出抵抗７３から成る直列回路が形成される。電流検出抵抗７３の電圧降下は、演算増幅器６９などで構成されるフィードバック回路６７を介してＤＣ-ＤＣコンバータ６４に負帰還される。電流検出抵抗７３の電圧降下はフィードバック回路６７の入力抵抗６８を介して演算増幅器６９の負入力端子に入力され、正入力端子には基準電圧源７２の基準電圧が入力され、エラーアンプとして動作する。

上記演算増幅器６９の負入力端子と出力端子間には利得調整用の抵抗７１および積分コンデンサ７０が接続され、その結果、上記の発光ダイオードを含む光源５３を流れる電流、即ち上記電流検出抵抗７３の電圧降下の平均値が、上記基準電圧源７２の基準電圧に応じた値になるように平均化制御される。このような制御によれば、変調回路１によって光源５３の電流を断続した場合の平均電流値と、断続しない場合の平均電流値を略同一とすることができるので、断続信号の有無に係わらず照明光を一定に維持することができる。

このようなＤＣ－ＤＣコンバータ６４を用いて照明光を変調する可視光通信を行う場合、光源５３と直列に接続された変調回路１は、通信信号（断続信号）に従ってスイッチ１１を断続する。

次に、比較例において断続信号とＬＥＤ電流について説明する。

図１５は、比較例に係る照明光通信装置の断続信号およびＬＥＤ電流の波形を示す説明図である。同図の横軸は時間軸である。（ａ）断続信号の縦軸は二値の信号レベル（例えば電圧など）を示す。断続信号は、通信信号であり、例えば、ＩＤ信号や送信すべきデータを含む。（ｂ）ＬＥＤ電流の縦軸は電流を示す。ＬＥＤ電流は、光源５３を流れる電流であり、スイッチ１１により断続され、同図のようにパルス状になる。照明光は、人の目には、同図の平均値に対応する明るさと感じられるが、実際には、高速な断続信号に従って点灯（発光）と消灯（非発光）を繰り返す。スイッチ１１がＬＥＤ電流を断続している場合でも、電源回路５２におけるフィードバック制御によって、ＬＥＤ電流の平均値は一定に保たれる。

次に、調光機能および断続信号の平均デューティ比によってＬＥＤ電流がどのように変化するのかを説明する。調光機能は、照明光の明るさを調整する機能である。断続信号のデューティ比は、断続信号の１サイクルの時間中のスイッチ１１のオンにする時間の割り合いをいう。図１５では、デューティ比は１サイクル時間に対するハイレベル時間の割り合いをいう。平均デューティ比は、単位時間または通信信号の単位送信ブロックに対する合計オン時間の割り合いをいう。

図１６は、比較例に係る照明光通信装置の平均デューティ比に対するＬＥＤピーク電流の特性を示す図である。同図の横軸は、断続信号の平均デューティ比を示す。縦軸のＬＤＥピーク電流は、光源５３の流れる電流のピーク値（つまりハイレベル区間の電流値）を示す。縦軸の単位は、平均デューティ比が１００％かつ調光率１００％のとき（断続しないときの最も明るいとき）のＬＥＤ電流を１とする倍率を示す。同図では、調光率が１００％、８０％、６０％、４０％、２０％、１０％の場合のそれぞれのＬＥＤピーク電流の特性を示している。

同図のように、平均デューティ比が一定であれば、調光率が小さいほどＬＥＤピーク電流は小さくなる。例えば、平均デューティ比６０％では、調光率２０％のときの、ＬＥＤピーク電流は１＊０．２／０．６＝０．３３倍である。平均デューティ比８０％では、調光率２０％のときの、ＬＥＤピーク電流は１＊０．２／０．８＝０．２５倍である。

このように、調光率が小さいほど、つまり、調光により照明光が暗いほど、ＬＥＤピーク電流は小さくなる。ＬＥＤピーク電流が小さいほど、変調された照明光の明暗の差が小さくなり、つまり、変調された照明光の信号強度およびＳ／Ｎ比が小さくなる。そうすると、受信装置において受信しにくくなり、受信不良を生じさせるという問題がある。

また、図１７は、比較例に係る照明光通信装置の調光率に対するＬＥＤピーク電流の特性を示す図である。同図の横軸は、調光率を示す。縦軸は図１７と同じである。

同図では、平均デューティ比（図中のＤと表記）が１００％、８０％、６０％、４０％、２０％、１０％の場合のそれぞれのＬＥＤピーク電流の特性を示している。

同図において、図１６と同様に、同じ平均デューティ比では、調光率が小さいほどＬＥＤピーク電流は小さくなっている。例えば、平均デューティ比６０％では、調光率２０％のときの、ＬＥＤピーク電流は１＊０．２／０．６＝０．３３倍である。平均デューティ比６０％では、調光率１０％のときの、ＬＥＤピーク電流は１＊０．１／０．６＝０．１７倍である。ＬＥＤピーク電流が０．３３倍、０．１７倍など小さくなるほど、変調された照明光のＳ／Ｎ比が劣化する。こうして、暗いほど照明光のＳ／Ｎ比が劣化する。照明光のＳ／Ｎ比の劣化により受信装置が受信しにくくなるという問題がある。

このような課題を解決するために、本発明の一態様における照明光通信装置は、照明光を発する光源と、２値の通信信号を発生する信号源と、前記光源に直列に接続され、前記通信信号に従って前記光源を流れる電流を断続することにより前記照明光を変調する変調回路と、調光率を指示する調光信号に応じて可変の出力電流を前記光源に供給し、一定の調光率の下で出力電流の平均を一定に保つ電源回路と、前記調光率が第１のしきい値を下回ったとき、前記通信信号の平均デューティ比を小さくするように前記信号源を制御する信号制御回路とを備える。

この構成によれば、調光率が第１のしきい値を下回ったとき、通信信号の平均デューティ比を小さくする。図１７に示したように、平均デューティ比が小さいほど、ＬＥＤピーク電流は大きくなる。これにより、変調された照明光のＳ／Ｎ比が向上し、暗いときほど受信しにくくなることを軽減することができる。例えば、受信装置における暗い照明光の従来の受信限界よりも、もっと暗い照明光でも正常な受信を可能にする。また例えば、受信装置における暗い照明光での受信エラーを低減することができる。

（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも本発明の好ましい一具体例を示す。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置および接続形態、ステップおよびステップの順序等は、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。また、以下の実施の形態における構成要素のうち、本発明の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、より好ましい形態を構成する任意の構成要素として説明する。また、各図は、模式図であり、必ずしも厳密な寸法を表すものではない。

［１．１ 照明光通信装置の構成例］
図１Ａは、実施の形態１に係る照明光通信装置の構成例を示すブロック図である。同図の照明光通信装置は、電源回路５２、光源５３、変調回路１、調光器３、信号源５および信号制御回路９を備える。電源回路５２は、整流ブリッジ６２、ＤＣ－ＤＣコンバータ６４、平滑コンデンサ６５、フィードバック回路６７、および電流検出抵抗７３を備える。フィードバック回路６７は、入力抵抗６８、演算増幅器６９、コンデンサ７０、抵抗７１、および基準電圧源７２を備える。信号源５および信号制御回路９は、マイコン８により構成してもよい。

マイコン８は、プログラムを記憶するメモリ、プログラムを実行するプロセッサ、ＡＤ（Analog-Digital）変換回路、ＤＡ（Digital-Analog）変換回路、入出力ポート等を備えるいわゆるマイクロコンピュータまたはマイクロコントローラである。マイコン８は、信号源５および信号制御回路９の機能の全部または一部をソフトウェアにより実現する。機能の一部をソフトウェアで実現する場合、機能の残部は、マイコン８内にハードウェア（つまり回路）として備えてもよいし、マイコン８外部の回路として照明光通信装置に備えてもよい。

電源回路５２は、調光率を指示する調光信号に応じて可変の出力電流を光源５３に供給し、一定の調光率の下で出力電流の平均を一定に保つ制御を行う。具体的には、電源回路５２は、商用電源からの交流電圧を整流ブリッジ６２で全波整流し、ＤＣ－ＤＣコンバータ６４に入力する。ＤＣ－ＤＣコンバータ６４の出力端子間に平滑コンデンサ６５が接続されている。また平滑コンデンサ６５と並列に、照明光を発する発光ダイオードを含む光源５３と、断続信号に応じて当該光源５３の電流を断続する変調回路１と、電流検出抵抗７３から成る直列回路が形成される。電流検出抵抗７３の電圧降下は、演算増幅器６９などで構成されるフィードバック回路６７を介してＤＣ-ＤＣコンバータ６４に負帰還される。電流検出抵抗７３の電圧降下はフィードバック回路６７の入力抵抗６８を介して演算増幅器６９の負入力端子に入力され、正入力端子には基準電圧源７２の基準電圧が入力され、エラーアンプとして動作する。

上記演算増幅器６９の負入力端子と出力端子間には利得調整用の抵抗７１および積分コンデンサ７０が接続され、その結果、上記の発光ダイオードを含む光源５３を流れる電流、即ち上記電流検出抵抗７３の電圧降下の平均値が、上記基準電圧源７２の基準電圧に応じた値になるように平均化制御される。このような制御によれば、変調回路１によって光源５３の電流を断続した場合の平均電流値と、断続しない場合の平均電流値を略同一とすることができるので、断続信号の有無に係わらず照明光を一定に維持することができる。

光源５３は、照明光を発する１つ以上の発光ダイオード（ＬＥＤ）を含む。なお、光源５３は、発光ダイオードの代わりに有機ＥＬ発光素子、またはレーザ発光素子を備えていてもよい。

変調回路１は、信号源５からの通信信号（断続信号とも呼ぶ）に従って断続するスイッチ１１を有し、照明光に通信信号を重畳する変調を行う。そのため、変調回路１は、光源５３に直列に接続され、信号源５からの通信信号に従って光源５３を流れる電流を断続することにより照明光を変調する。

調光器３は、調光率を指示する調光信号を出力する。調光率は、照明光の明るさを示し、例えば、０％（非点灯）～１００％（最も明るい点灯）で表される。調光器３は、例えば、ユーザによる調光操作を受け付ける回転式またはスライド式のつまみを有し、つまみの位置に応じた調光信号を出力する。また、調光器３は、外部コントローラからの信号に基づいて調光信号を出力してもよい。

信号源５は、二値の通信信号を発生する。２値の通信信号は、照明光通信装置に固有のＩＤを繰り返すＩＤ信号であってもよいし、外部から入力された信号に基づく信号であってもよい。

信号制御回路９は、調光率が第１のしきい値を下回ったとき、通信信号の平均デューティ比を小さくするように信号源５を制御する。例えば、信号制御回路９は、調光率が第１のしきい値を下回ったとき、通信信号の平均パルス幅を小さくすることによって、通信信号の平均デューティ比を小さくするように信号源５を制御する。また、信号制御回路９は、調光率が第１のしきい値を上回ったとき、小さくしていた平均デューティ比を元に戻すように信号源５を制御する。通信信号の平均デューティ比を小さくすれば、ＬＥＤ電流のピーク値は大きくなる。なお、「調光率が第１のしきい値を下回ったとき」というのは、「調光率が減少してきて第１のしきい値より小さくなったとき」という意味である。「調光率が第１のしきい値を上回ったとき」というのは、「調光率が増加してきて第１のしきい値より大きくなったとき」という意味である。信号制御回路９は、ＬＥＤ電流のピーク値を大きくすることによって、変調された照明光のＳ／Ｎ比を向上させることができる。また、第１のしきい値は、例えば、照明光が暗いことによって受信装置における通信信号の受信が困難になり始める暗さに対応する照明率の値としてよい。

次に、変調回路１の回路例について説明する。変調回路１は、例えば図１Ｂまたは図１Ｃのような回路構成としてもよい。

図１Ｂは、実施の形態１に係る変調回路１の構成例を示す回路図である。同図の変調回路１は、スイッチトランジスタであるスイッチ１１およびバッファ回路１３を備える。信号源５の断続信号は、バッファ回路１３でより高い駆動能力の信号に変換されてスイッチ１１のゲートに入力される。変調回路１は、図１Ｂのような簡単な回路構成としてもよい。

図１Ｃは、実施の形態１に係る変調回路の他の構成例を示す回路図である。同図の変調回路１は、スイッチ１１、電流検出抵抗１５、演算増幅器１６、基準電圧源１７および入力抵抗１８を備える。

スイッチ１１は、トランジスタであり、ＬＥＤ電流を断続する機能とＬＥＤ電流を制限する機能を兼用している。つまり、このトランジスタは、ＬＥＤ電流を断続するだけでなく、ゲート電圧に応じた抵抗値を有しこれによりＬＥＤ電流を制限する。

演算増幅器１６は、電流検出抵抗１５の電位（および断続信号からの入力抵抗１８の電位）と基準電圧源１７の基準電位との誤差に応じたゲート電圧を生成してスイッチ１１のゲートに供給する。

電流検出抵抗１５は、ＬＥＤ電流の大きさを検出するための抵抗である。

抵抗１９は、電流検出抵抗１５の電位を演算増幅器１６の負入力端子に伝える入力抵抗である。

入力抵抗１８は、信号源５から入力される通信信号（断続信号）を演算増幅器１６の負入力端子に伝える入力抵抗である。

基準電圧源１７は、基準電位を演算増幅器１６の正入力端子に入力する。基準電位は、例えば、所定値（例えば、ＬＥＤ電流の立ち下がりエッジにおける高い方の値）に対応するように設定される。

図１Ｃの変調回路１によれば、スイッチ１１における光源５３を流れる電流を制限する機能は、電流波形に生じるオーバーシュートを抑制することができる。

［１．２ 照明光通信装置の動作例］
次に、実施の形態１に係る照明光通信装置の動作について説明する。

図２は、実施の形態１に係る照明光通信装置における調光率とＬＥＤ電流の特性の一例を示す図である。同図において横軸は、調光率を１００分率で示す。縦軸のＬＥＤ電流は、光源５３を流れる電流を示す。縦軸の電流値は、調光率１００％におけるＬＥＤ電流の平均値を１とした場合の倍率を示す。

図中の一点鎖線はＬＥＤ電流の平均値を示し、一定の調光率の下では平均デューティ比に関わらず、ＬＥＤ電流の平均値は、一定（つまり同じ明るさ）である。

同図の破線（調光率０％から５０％の区間）および太線（調光率５０％から１００％の区間）からなる直線は、通信信号の平均デューティ比が５０％であると仮定した場合のＬＥＤ電流のピーク値を示す。平均デューティ比５０％の下で調光率を変化させた場合、ＬＥＤ電流のピーク値は、この直線のように調光率に比例する。

また、図２では、上記の第１のしきい値Ｔｈ１が調光率で５０％である場合を示している。第１のしきい値Ｔｈ１（調光率５０％）を境に通信信号の平均デューティ比が切り替えられている。すなわち、第１のしきい値Ｔｈ１より大きい調光率５０％から１００％の範囲では、通信信号の平均デューティ比が５０％である。第１のしきい値Ｔｈ１より小さい調光率０％から５０％の範囲では、通信信号の平均デューティ比が３３％である。

ＬＥＤ電流のピーク値は、暗い調光範囲（図２では５０％以下の範囲）では、平均デューティ比５０％の場合と比べて、大きくなっている。これにより、変調された照明光のＳ／Ｎ比が向上し、暗いときほど受信しにくくなることを軽減することができる。

図３は、実施の形態１に係る照明光通信装置における調光率とＬＥＤ電流の特性の他の例を示す図である。図２では、平均デューティ比が３３％および５０％の例を示したが、
図３では、平均デューティ比が３０％および７０％の例を示す。

図３においても、ＬＥＤ電流のピーク値は、暗い調光範囲（図３では５０％以下の範囲）では、平均デューティ比７０％の場合と比べて、大きくなっている。これにより、変調された照明光のＳ／Ｎ比が向上し、暗いときほど受信しにくくなることを軽減することができる。

図４は、実施の形態１に係る信号制御回路の処理例を示すフローチャートである。同図のフローチャートは、調光率が第１のしきい値Ｔｈ１を下回ったとき、通信信号の平均デューティ比を小さくし、調光率が第１のしきい値Ｔｈ１を上回ったとき、通信信号の平均デューティ比を元に戻す処理例を示す。

まず、マイコン８は、調光信号に変化があるか否かを判定する（Ｓ４１）。この調光信号は、マイコン８が判別可能であればよく、デジタル信号であっても、アナログ信号であってよい。

調光信号に変化がないと判定した場合、マイコン８は、Ｓ４１の判定に戻る。調光信号に変化があると判定した場合、マイコン８は、変化範囲が第１のしきい値Ｔｈ１を含むか否かを判定する（Ｓ４２）。

変化範囲が第１のしきい値Ｔｈ１を含むと判定した場合、マイコン８は、変化範囲で調光率が増加したか否かを判定する（Ｓ４３）。

変化範囲で調光率が増加したと判定した場合、マイコン８は、通信信号の平均デューティ比を小さくする、具体的には、平均デューティ比３３％の通信信号に変更する（Ｓ４４）。

変化範囲で調光率が増加していないと判定した場合、マイコン８は、通信信号の平均デューティ比を元に戻す、具体的には、平均デューティ比５０％の通信信号に変更する（Ｓ４５）。

以上のように実施の形態１に係る照明光通信装置は、照明光を発する光源５３と、２値の通信信号を発生する信号源５と、光源５３に直列に接続され、通信信号に従って光源５３を流れる電流を断続することにより照明光を変調する変調回路１と、調光率を指示する調光信号に応じて可変の出力電流を光源５３に供給し、一定の調光率の下で出力電流の平均を一定に保つ電源回路５２と、調光率が第１のしきい値を下回ったとき、通信信号の平均デューティ比を小さくするように信号源５を制御する信号制御回路９とを備える。

これによれば、調光率が第１のしきい値を下回ったとき、通信信号の平均デューティ比を小さくする。平均デューティ比が小さいほど、ＬＥＤピーク電流は大きくなる。これにより、変調された照明光のＳ／Ｎ比が向上し、暗いときほど受信しにくくなることを軽減することができる。その結果、受信装置における暗い照明光の従来の受信限界よりも、もっと暗い照明光でも正常な受信を可能にする。また例えば、受信装置における暗い照明光での受信エラーを低減することができる。

ここで、信号制御回路９は、調光率が第１のしきい値を上回ったとき、小さくしていた平均デューティ比を元に戻すように信号源５を制御してもよい。

これによれば、第１のしきい値を境界にして、平均デューティ比の変更を容易に実施することができる。

（実施の形態２）
実施の形態２では、実施の形態１における第１のしきい値近傍における平均デューティ比の切替動作にいわゆるヒステリシス特性を持たせる例について説明する。

［２．１ 照明光通信装置の構成例］
実施の形態２に係る照明光通信装置は、実施の形態１に係る照明光通信装置とほぼ同じである。ただし、実施の形態１に係る照明光通信装置に対して、第１のしきい値近傍において平均デューティ比の切替動作にいわゆるヒステリシス特性を持たせる機能が追加されている。

［２．２ 照明光通信装置の動作例］
次に、実施の形態に係る照明光通信装置の動作について説明する。

図５は、実施の形態２に係る照明光通信装置における調光率とＬＥＤ電流のヒステリシス特性の一例を示す図である。図５の横軸および縦軸は、図２と同じである。図５は、図２と比べて、ヒステリシス特性が追加されている点が異なる。以下、異なる点を中心に説明する。

信号制御回路９は、調光率が第１のしきい値（図５ではＴＬ）を下回ったとき、平均デューティ比を小さくするように信号源５を制御する。また、信号制御回路９は、調光率が第１のしきい値とオフセット値だけ異なる第２のしきい値（図５ではＴＨ）を上回ったとき、小さくしていた平均デューティ比を元に戻すように信号源５を制御する。

図６は、図５のヒステリシス特性を示す説明図である。同図は、図５のしきい値ＴＬおよびしきい値ＴＨの近傍を拡大した図である。図６のしきい値ＴＡ１、ＴＡ２は図５のしきい値ＴＬ、ＴＨにそれぞれ対応する。

図６のＡ０、Ａ１、Ａ３の矢線のように、信号制御回路９は、調光率が減少してきて第１のしきい値ＴＡ１より小さくなったとき、平均デューティ比を小さくするように信号源５を制御する。図６のＡ４、Ａ５、Ａ７の矢線のように、信号制御回路９は、調光率が増加してきて第２のしきい値ＴＡ２より大きくなったとき、小さくしていた平均デューティ比を元に戻すように信号源５を制御する。

図７は、実施の形態２に係る信号制御回路の処理例を示すフローチャートである。同図のフローチャートは、図５および図６に対応する処理例を示す。

まず、マイコン８は、調光信号に変化があるか否かを判定する（Ｓ７１）。この調光信号は、マイコン８が判別可能であればよく、デジタル信号であっても、アナログ信号であってよい。

調光信号に変化がないと判定した場合、マイコン８は、Ｓ７１の判定に戻る。調光信号に変化があると判定した場合、マイコン８は、調光信号の変化が増加であるか否かを判定する（Ｓ７２）
調光信号の変化が増加でないと判定した場合、マイコン８は、変化範囲が第１のしきい値ＴＡ１を含むか否かを判定する（Ｓ７３）。

変化範囲が第１のしきい値ＴＡ１を含むと判定した場合、マイコン８は、通信信号の平均デューティ比を小さくする、具体的には、平均デューティ比３３％の通信信号に変更する（Ｓ７４）。

調光信号の変化が増加であると判定した場合、マイコン８は、変化範囲が第２のしきい値ＴＡ２を含むか否かを判定する（Ｓ７５）。

変化範囲が第２のしきい値ＴＡ２を含むと判定した場合、マイコン８は、通信信号の平均デューティ比を大きくする、具体的には、平均デューティ比５０％の通信信号に変更する（Ｓ７６）。

このような処理により、通信信号の平均デューティ比の切替において、ヒステリシス特性を容易に持たせることができる。

以上のように実施の形態２に係る照明光通信装置は、信号制御回路９は、調光率が第１のしきい値を下回ったとき、通信信号の平均パルス幅を小さくすることによって、通信信号の平均デューティ比を小さくするように信号源５を制御する。

これによれば、調光率が第１のしきい値を下回ったとき、通信信号の平均パルス幅を小さくすることによって、通信信号の平均デューティ比を小さくする。平均デューティ比が小さいほど、ＬＥＤピーク電流は大きくなる。これにより、変調された照明光のＳ／Ｎ比が向上し、暗いときほど受信しにくくなることを軽減することができる。その結果、受信装置における暗い照明光の従来の受信限界よりも、もっと暗い照明光でも正常な受信を可能にする。また例えば、受信装置における暗い照明光での受信エラーを低減することができる。

ここで、信号制御回路９は、調光率が第１のしきい値とオフセット値だけ異なる第２のしきい値を上回ったとき、小さくしていた平均デューティ比を元に戻すように信号源５を制御してもよい。

これによれば、平均デューティ比を小さくするときの調光率と、元に戻すときの調光率とが異なるので、調光率と平均デューティ比の変化の関係は、いわゆるヒステリシス特性を有する。その結果、平均デューティ比を小さくして元に戻すことによるばたつきを防止することができる。

（実施の形態３）
実施の形態３では、平均デューティ比の切替において移行期間を設ける例について説明する。

［３．１ 照明光通信装置の構成例］
実施の形態３に係る照明光通信装置は、実施の形態１または実施の形態２に係る照明光通信装置とほぼ同じである。ただし、平均デューティ比の切替において移行期間を設ける機能が追加されている点が異なっている。

［３．２ 照明光通信装置の動作例］
次に、実施の形態３に係る照明光通信装置の動作について説明する。

図８Ａは、実施の形態３に係る信号制御回路による移行期間を示す説明図である。同図の横軸は時間を示す。縦軸はＬＥＤ電流を示す。図８Ａでは、平均デューティ比を５０％からの３０％に小さくする切替における移行期間の例を示す。移行期間は、同図の時刻ｔ１から時刻ｔ２までの期間である。時刻ｔ１は、移行期間の開始時刻であり、調光率が第１のしきい値を下回った時刻である。時刻ｔ２は、移行期間の終了時刻である。

信号制御回路９は、同図のように、調光率が第１のしきい値Ｔｈ１（またはＴＡ１）を下回ったとき、平均デューティ比を第１の値（同図では５０％）から、第１の値より小さい第２の値（同図では３０％）に変更するための移行期間を設けるように信号源５を制御する。信号源５は、移行期間の開始時刻ｔ１から終了時刻ｔ２にかけて第１の値から第２の値に連続的にまたは多段階的に変化する平均デューティ比を有する一定周波数の信号を発生する。移行期間における信号は、ＩＤ信号等の情報を担う通信信号でなくてもよく、何らの情報も担っていない信号でよい。

また、図８Ｂは、実施の形態３に係る信号制御回路による移行期間を示す説明図である。同図は、図８Ａとは逆に、平均デューティ比を３０％からの５０％に大きくする切替における移行期間の例を示す。

図８Ａ、図８Ｂによれば、移行期間がない場合と比べて、移行期間ではＬＥＤ電流のピーク値が連続的または多段階的に変化するので、平均デューティ比切替時のＬＥＤ電流のピーク値の急変を抑制できるため、急変により生じるちらつき等を低減することができる。

以上のように実施の形態３に係る信号制御回路９は、調光率が第１のしきい値を下回ったとき、平均デューティ比を第１の値から、第１の値より小さい第２の値に変更するための移行期間を設けるように信号源５を制御し、信号源５は、移行期間の開始から終了にかけて第１の値から第２の値に連続的にまたは多段階的に変化する平均デューティ比を有する一定周波数の通信信号を発生する。

これによれば、移行期間がない場合と比べて、平均デューティ比の切替の照明光の変化におけるちらつきを低減することができる。

（実施の形態４）
実施の形態４では、通信信号にオフ期間を挿入することによって、通信信号の平均デューティ比を小さくして、ＬＥＤ電流のピーク値を大きくする例について説明する。なお、オフ期間は、通信信号に対して人が知覚できない速度で周期的に挿入される期間であって光源５３を流れる電流を切断する期間をいう。なお、「人に知覚できない速度で周期的な」というのは、例えば、周波数でいえば１００Ｈｚ以上の周波数でよい。

なお、「人に知覚できない速度で周期的な」というのは、例えば、周波数でいえば５００Ｈｚ以上の周波数でもよい。ここで、「人が知覚できない速度で周期的な」は「人にちらつきを知覚させない」ことを意味している。ＬＥＤ照明のちらつき対策については、例えば、電気用品安全法(PSE)の解説書類である、「電気用品安全法の改正政省令施行について（平成２４年７月１日から施行）」（経済産業省商務流通グループ製品安全課による）に基準が示されている。同解説書類２８頁の「光出力のちらつき（フリッカー）対策」では、「光出力はちらつきを感じないものであること」に相当する効果をもたらす周波数を次のように解釈している。すなわち、同解説書類においては、「光出力はちらつきを感じないものであること」を満たすのは、（１）繰り返し周波数が１００Ｈｚ以上で光出力に欠落部がない、（２）繰り返し周波数が５００Ｈｚ以上、のいずれかと解釈されている。

本実施の形態の照明光光通信装置では、１００％変調（つまり点灯と消灯との組み合わせた変調）を採用するので、上記（２）に該当する場合が多いと考えられる。そのため、本実施の形態における照明光通信装置は、上記（２）を満たすように動作してもよい。

すなわち、本実施の形態の照明光通信装置における、「調光率が第１のしきい値を下回ったとき、人が知覚できない速度で周期的なオフ期間であって光源５３を流れる電流を遮断するオフ期間を通信信号に挿入する」という動作は、言い換えると、「調光率が第１のしきい値を下回ったとき、人がちらつきを感じない速度で周期的なオフ期間であって光源５３を流れる電流を遮断することに相当するオフ期間を通信信号に挿入する」という動作でもある。このとき、オフ期間を含む通信信号の平均的な周波数は、５００Ｈｚ以上であってもよい。

［４．１ 照明光通信装置の構成例］
実施の形態４に係る照明光通信装置は、実施の形態１または実施の形態２に係る照明光通信装置とほぼ同じである。ただし、通信信号にオフ期間を挿入する機能が追加されている点が異なっている。

［４．２ 照明光通信装置の動作例］
次に、実施の形態４に係る照明光通信装置の動作について説明する。

図９は、実施の形態４に係る照明光通信装置における調光率とＬＥＤ電流の特性の一例を示す図である。同図は、図２と比べて、区間（ａ）と区間（ｂ）に対応する動作が異なっている。以下異なる点を中心に説明する。

信号制御回路９は、調光率が第１のしきい値（図９では区間（ａ）の上限値）を下回ったとき、通信信号に対して人が知覚できない速度で周期的なオフ期間であって光源５３を流れる電流を切断するオフ期間を挿入することによって、通信信号の平均デューティ比を小さくするように信号源５を制御する。また、信号制御回路９は、調光率が第２のしきい値（図９では区間（ａ）の下限値）を下回ったとき、オフ期間の挿入を停止するように信号源５を制御する。言い換えれば、信号制御回路９は、調光率が所定範囲（図９では区間（ａ））にあるとき、オフ期間を挿入するように信号源５を制御する。図９の区間（ｂ）についても、調光率が所定範囲（図９では区間（ｂ））にあるとき、図９の区間（ａ）と同様にオフ期間を挿入するように信号源５を制御する。

図１０は、実施の形態４に係る照明光通信装置におけるＬＥＤ電流の波形を模式的に示す図である。同図のＬＥＤ電流（ａ０）は、図９の（ａ０）点に対応する。ＬＥＤ電流（ａ０）に対応する通信信号にはオフ期間が挿入されていないので、ＬＥＤ電流（ａ０）にオフ期間が挿入されていない。

図１０のＬＥＤ電流（ａ１）は、図９の（ａ１）点に対応する。ＬＥＤ電流（ａ１）に対応する通信信号にはオフ期間Ｒが挿入されるので、ＬＥＤ電流（ａ１）にもオフ期間Ｒが挿入される。区間（ａ）では、ＬＥＤ電流（ａ１）のようにオフ期間Ｒが挿入される。オフ期間Ｒの挿入によって、平均デューティ比が小さくなり、その分ＬＥＤ電流のピーク値を上昇させる。したがって、区間（ａ）では、図２と比べて破線のレベルから太線のレベルまでピーク値が上昇している。なお、区間（ａ）では、調光率が小さいほどオフ期間は長くなっている。

図１０のＬＥＤ電流（ｂ０）は、図９の（ｂ０）点に対応する。ＬＥＤ電流（ｂ０）に対応する通信信号にはオフ期間が挿入されていないので、ＬＥＤ電流（ｂ０）にオフ期間が挿入されていない。

図１０のＬＥＤ電流（ｂ１）は、図９の（ｂ１）点に対応する。ＬＥＤ電流（ｂ１）に対応する通信信号にはオフ期間Ｒが挿入されるので、ＬＥＤ電流（ｂ１）にもオフ期間Ｒが挿入される。区間（ｂ）では、ＬＥＤ電流（ｂ１）のようにオフ期間Ｒが挿入される。オフ期間Ｒの挿入によって、平均デューティ比が小さくなり、その分ＬＥＤ電流のピーク値を上昇させる。したがって、区間（ｂ）では、図２と比べて破線のレベルから太線のレベルまでピーク値が上昇している。区間（ｂ）では、調光率が小さいほどオフ期間は長くなっている。

以上のように実施の形態４に係る照明光通信装置は、信号制御回路９は、調光率が第１のしきい値を下回ったとき、通信信号に対して人が知覚できない速度で周期的なオフ期間であって光源５３を流れる電流を切断するオフ期間を挿入することによって、通信信号の平均デューティ比を小さくするように信号源５を制御する。

これによれば、調光率が第１のしきい値を下回ったとき、変調された照明光のＳ／Ｎ比の劣化を軽減することができる。というのは、出力電流の平均が一定に保たれるので、オフ期間を挿入することによってＬＥＤ電流のピーク値は維持または上昇することができる。ＬＥＤ電流のピーク値の維持または上昇により、照明光の断続による変調のＳ／Ｎ比の劣化を軽減することができる。その結果、受信装置において暗いときほど受信しにくくなることを軽減することができる。

ここで、オフ期間を含む通信信号の平均的な周波数は、人にちらつきを知覚させない範囲で可変にしてもよい。

ここで、オフ期間を含む通信信号の平均的な周波数は、１００Ｈｚ以上としてもよい。

なお、「人に知覚できない速度で周期的な」というのは、上述したように、周波数でいえば５００Ｈｚ以上の周波数でもよい。

（実施の形態５）
実施の形態５では、通信信号にオン期間を挿入することによって、通信信号の平均デューティ比を大きくして、ＬＥＤ電流のピーク値を小さくする例について説明する。なお、オン期間は、通信信号に対して人が知覚できない速度で周期的に挿入される期間であって光源５３を流れる電流を切断しない期間をいう。

［５．１ 照明光通信装置の構成例］
実施の形態５に係る照明光通信装置は、実施の形態１または実施の形態２に係る照明光通信装置とほぼ同じである。ただし、通信信号にオン期間を挿入する機能が追加されている点が異なっている。

［５．２ 照明光通信装置の動作例］
次に、実施の形態５に係る照明光通信装置の動作について説明する。

図１１は、実施の形態５に係る照明光通信装置における調光率とＬＥＤ電流の特性の一例を示す図である。同図は、図２と比べて、区間（ｃ）に対応する動作が異なっている。以下異なる点を中心に説明する。

信号制御回路９は、さらに、調光率が所定範囲（図１１では区間（ｃ））内にあるとき、通信信号に対して人が知覚できない速度で周期的なオン期間であって光源５３を流れる電流を切断しないオン期間を挿入する。

図１２は、実施の形態５に係る照明光通信装置におけるＬＥＤ電流の波形を模式的に示す図である。

同図のＬＥＤ電流（ｃ０）は、図１１の（ｃ０）点に対応する。ＬＥＤ電流（ｃ０）に対応する通信信号にはオン期間が挿入されていないので、ＬＥＤ電流（ｃ０）にオン期間が挿入されていない。

図１２のＬＥＤ電流（ｃ１）は、図１１の（ｃ１）点に対応する。ＬＥＤ電流（ｃ１）に対応する通信信号にはオン期間Ｃが挿入されるので、ＬＥＤ電流（ｃ１）にもオン期間Ｃが挿入される。区間（ｃ）では、ＬＥＤ電流（ｃ１）のようにオン期間Ｃが挿入される。オン期間Ｃの挿入によって、平均デューティ比が大きくなり、その分ＬＥＤ電流のピーク値を小さくする。したがって、区間（ｃ）では、図２と比べて破線のレベルから太線のレベルまでピーク値が小さくなっている。なお、区間（ｃ）では、調光率が大きいほどオン期間Ｃは長くなっている。

以上のように実施の形態５に係る照明光通信装置は、信号制御回路９は、さらに、調光率が所定範囲内にあるとき、通信信号に対して人が知覚できない速度で周期的なオン期間であって光源５３を流れる電流を切断しないオン期間を挿入する。

これによれば、所定範囲におけるＬＥＤ電流のピーク値を抑制することができる。その結果、調光率に応じたピーク電流の設定を容易にすることができる。

ここで、所定範囲は、調光率１００％を含む範囲でもよい。

これによれば、所定範囲は最も明るい調光範囲であり、調光率が１００％のときの最も高いピーク値を抑制することができる。その結果、光源の電流上限値に対してマージンを拡げることができるため、光源の信頼性の低下を軽減することができる。

（実施の形態６）
実施の形態６では、実施の形態４と実施の形態５の組み合わせ、つまりオフ期間の挿入とオン期間の挿入とを組み合わせた例について説明する。

［６．１ 照明光通信装置の構成例］
実施の形態６に係る照明光通信装置は、実施の形態４または実施の形態５に係る照明光通信装置とほぼ同じである。ただし、通信信号にオフ期間を挿入する機能と通信信号にオン期間を挿入する機能の両方を有する点が異なっている。

［６．２ 照明光通信装置の動作例］
次に、実施の形態６に係る照明光通信装置の動作について説明する。

図１３は、実施の形態６に係る照明光通信装置における調光率とＬＥＤ電流の特性の一例を示す図である。図１３は、図９と比べて、図１１の区間（ｃ）に対応する動作を追加した点が異なっている。以下異なっている点を中心に説明する。

区間（ｃ）に対応する動作は、既に図１１において説明した通りである。

実施の形態６では、通信信号にオフ期間を挿入することと、オン期間を挿入することとを組み合わせることができる。これにより、暗い第１調光範囲ではＬＥＤ電流のピーク値を大きくし、第１の調光範囲よりも明るい第２の調光範囲ではＬＥＤ電流のピーク値を小さくすることも可能である。

以上、本開示の一つまたは複数の態様に係る照明光通信装置について、実施の形態に基づいて説明したが、本開示は、この実施の形態に限定されるものではない。本開示の趣旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を本実施の形態に施したものや、異なる実施の形態における構成要素を組み合わせて構築される形態も、本開示の範囲内に含まれてもよい。

１ 変調回路
５ 信号源
９ 信号制御回路
５２ 電源回路
５３ 光源

Claims (9)

1. 照明光を発する光源と、
   ２値の通信信号を発生する信号源と、
   前記光源に直列に接続され、前記通信信号に従って前記光源を流れる電流を断続することにより前記照明光を変調する変調回路と、
   調光率を指示する調光信号に応じて可変の出力電流を前記光源に供給し、一定の調光率の下で前記出力電流の平均を一定に保つ電源回路と、
   前記調光率が第１のしきい値を下回ったとき、前記通信信号の平均デューティ比を小さくするように前記信号源を制御する信号制御回路と、を備え、
   前記信号制御回路は、前記調光率が第１のしきい値を下回ったとき、前記通信信号に対して人が知覚できない速度で周期的なオフ期間であって前記光源を流れる電流を切断するオフ期間を挿入することによって、前記通信信号の平均デューティ比を小さくし、かつ、前記出力電流のピーク値が、前記調光率が第１のしきい値である場合における前記出力電流のピーク値以上となるように、前記信号源を制御する
   照明光通信装置。
2. 前記信号制御回路は、前記調光率が第１のしきい値を上回ったとき、小さくしていた平均デューティ比を元に戻すように前記信号源を制御する
   請求項１に記載の照明光通信装置。
3. 前記信号制御回路は、前記調光率が第１のしきい値とオフセット値だけ異なる第２のしきい値を上回ったとき、小さくしていた平均デューティ比を元に戻すように前記信号源を制御する
   請求項１または２に記載の照明光通信装置。
4. 前記信号制御回路は、前記調光率が第１のしきい値を下回ったとき、平均デューティ比を第１の値から、前記第１の値より小さい第２の値に変更するための移行期間を設けるように前記信号源を制御し、
   前記信号源は、前記移行期間の開始から終了にかけて前記第１の値から前記第２の値に
   連続的にまたは多段階的に変化する平均デューティ比を有する一定周波数の信号を発生する
   請求項１から３のいずれか１項に記載の照明光通信装置。
5. 前記信号制御回路は、さらに、前記調光率が所定範囲内にあるとき、前記通信信号に対して人が知覚できない速度で周期的なオン期間であって前記光源を流れる電流を切断しないオン期間を挿入する
   請求項１から４のいずれか１項に記載の照明光通信装置。
6. 前記所定範囲は、調光率１００％を含む範囲である
   請求項５に記載の照明光通信装置。
7. 前記オフ期間を含む前記通信信号の平均的な周波数は、人にちらつきを知覚させない範囲で可変である
   請求項１から６のいずれか１項に記載の照明光通信装置。
8. 前記オフ期間を含む前記通信信号の平均的な周波数は、１００Ｈｚ以上である
   請求項１から７のいずれか１項に記載の照明光通信装置。
9. 照明光を発する光源と、
   ２値の通信信号を発生する信号源と、
   前記光源に直列に接続され、前記通信信号に従って前記光源を流れる電流を断続することにより前記照明光を変調する変調回路と、
   調光率を指示する調光信号に応じて可変の出力電流を前記光源に供給し、一定の調光率の下で出力電流の平均を一定に保つ電源回路と、
   前記調光率が第１のしきい値を下回ったとき、前記通信信号の平均デューティ比を小さくするように前記信号源を制御する信号制御回路と、を備え、
   前記信号制御回路は、前記調光率が第１のしきい値を下回ったとき、平均デューティ比を第１の値から、前記第１の値より小さい第２の値に変更するための移行期間を設けるように前記信号源を制御し、
   前記信号源は、前記移行期間の開始から終了にかけて前記第１の値から前記第２の値に連続的にまたは多段階的に変化する平均デューティ比を有する一定周波数の信号を発生する
   照明光通信装置。

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