JPWO2010038303A1 - 情報提供システム - Google Patents

Abstract

この情報提供システム１００は、送信すべき所定情報をデジタル信号に変換するデジタル変換器７４と、直流電源２及び照明灯６０と直列に接続された磁気エネルギー回生スイッチ（ＭＥＲＳ）３０と、磁気エネルギー回生スイッチ（ＭＥＲＳ）３０に接続され、デジタル信号に基づき磁気エネルギー回生スイッチ（ＭＥＲＳ）３０が照明灯６０に供給する高周波電流の周波数を変えることによって照明灯６０の明暗変化を高速に制御することにより、照明灯６０の明暗変化に基づく所定情報の送信を実現する制御部４０とを備えている。

Description

本発明は、情報提供システムに関するものである。

近年、携帯電話機に代表される携帯情報端末機器（以下、単に端末という。）にＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）測位機能が搭載されたものが登場している。この端末には、ＧＰＳ衛星との通信を可能とする通信手段が備えられ、端末とＧＰＳ衛星との間で測位のための情報送受信が行われるようになっている。そして、利用者は、端末の位置、換言すれば、端末を所持する利用者の現在地がすぐに判るようになっている。

そのため、旅行先などの不案内な場所に出かけた場合や、現在地と目的地との位置関係が判らない場合に、この端末のＧＰＳ測位機能を利用することにより、現在地や現在地と目的地との位置関係を簡単かつ便利に把握することができるようになっている。

しかしながら、端末とＧＰＳ衛星との通信は、屋外では問題なく行えるものの、端末が屋内に位置する場合には、ＧＰＳ衛星との通信を良好に行うことができないという問題がある。そのような場合、端末の現在地に誤差を生じたり、現在地の測位ができず、利用者は不便を感じてしまう。

また、例えば、博物館や美術館などにおいて、館内の利用者に種々の情報（例えば、展示物の説明など）を提供することができれば便利である。展示物ごとに異なる情報を提供することができたり、利用者ごとに個別的に情報提供ができればより一層便利である。

一方、工場内において作業する作業員や稼働するロボット等に向けて、区域別、部屋別にそれぞれ異なる情報提供をして必要な指示を与えることができれば、生産効率向上や品質管理の向上を図ることができて好ましい。

その他、館内での人の呼び出しや緊急時の避難指示等の場面において、屋内に所在する利用者に対して様々な情報提供を、特に利用者ごとに個別に異なる情報提供を行うことができれば、利便性、安全性等の面において非常に好ましい。

そして、こうした館内・室内での通信ニーズに対応するため、無線メッシュネットワークの技術が提案されている（特許文献１及び２参照）。また、超広域（Ｕｌｔｒａ Ｗｉｄｅ−ｂａｎｄ：ＵＷＢ）通信方式を利用した室内近距離通信ネットワークシステムも提案されている（特許文献３参照）。

一方、既存の蛍光灯を用いた照明光によるデータ通信方法も提案されている（特許文献４参照）。また、照明灯具に設けた発光ダイオードからの光によるデータ通信方法も提案されている（特許文献５参照）。

また、回路技術として、４個の逆阻止能力を持たない、すなわち逆導通型の半導体素子（以下逆導通型半導体スイッチという）を用いて順逆両方向の電流をゲート制御のみでオン・オフ可能であり、かつ電流を遮断した際の電流の持つ磁気エネルギーをコンデンサに蓄積し、オンゲートが与えられた半導体素子を通して負荷側に放電して電流を回生することで、電流順逆両方向制御が可能な、かつ回路の持つ磁気エネルギーをロスなく回生できるスイッチ（以下、磁気エネルギー回生スイッチ（Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｅｎｅｒｇｙ Ｒｅｃｏｖｅｒｙ Ｓｗｉｔｃｈ：ＭＥＲＳ）という）が提案されている。磁気エネルギー回生スイッチ（ＭＥＲＳ）には、逆導通型の半導体素子として、例えば、パワーＭＯＳＦＥＴやダイオードを逆並列接続したトランジスタ等の順方向制御が可能な半導体素子が用いられている。磁気エネルギー回生スイッチ（ＭＥＲＳ）は、この逆導通型の半導体素子４つで構成されるブリッジ回路と、ブリッジ回路の正極、負極に磁気エネルギーを吸収、放出するコンデンサを接続して構成される。そして、磁気エネルギー回生スイッチ（ＭＥＲＳ）は、これら４つの逆導通型の半導体素子のゲート位相を制御することで、電流をどちらの方向にも流すことが可能となっている。（特許文献６参照）
特開２００６−３３３１１７号公報 特開２００６−３５２４３６号公報 特開２００４−３５０２８４号公報 特開平１１−１２７１７０号公報 特開２００５−３１８１４８号公報 特許第３６３４９８２号公報

しかしながら、無線技術を用いた通信は、別途わざわざアンテナを設置する必要があり、コスト高になったり、設置したアンテナの見栄えと通信の確保（シャドウイング対応など）が背反事項になり設置の自由度が制限されるという問題や、隣の部屋、または区域同士の電波の干渉やマルチパスにより、適正に伝達情報できないという問題もある。

各部屋、または各区域の照明灯具を用いた通信によれば、これらの問題は緩和されるが、これらの照明灯具はインバータを用いているので、高周波ノイズを発生するという問題点がある。すなわち、インバータは、インバータに使用されているパワーＭＯＳＦＥＴやＩＧＢＴなどの半導体電力素子の高速オン・オフにより、浮遊キャパシタンスを経由してノイズ電流が大地に放出され、このノイズ電流が電源を介して還流することで電源電圧にノイズ成分が重畳される、という伝導ノイズに加えて、半導体電力素子のスイッチングにおいてｄｖ／ｄｔによる高周波ノイズ電流により、入出力配線やインバータの筐体等がアンテナになって空中を伝播する放射ノイズが発生する。また、場合によっては、電磁誘導や静電誘導によって伝播する誘導ノイズも発生する。これらによって、その部屋、区域の通信機器、電子機器に、雑音、画像の乱れ、機器の誤作動を発生させることがある。また、インバータの高周波ノイズに関しては、ＥＭＣ（電磁波環境両立性）の観点からも、外部放出レベルの低減が求められている。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、照明設備を利用して、かつ高周波ノイズ発生を抑えて、部屋、または区域に所在する利用者に対して、必要な情報提供を行うことのできる情報提供システムを提供することを例示的課題とする。

上記課題を解決するために、本発明の例示的側面としての情報提供システムは、送信すべき所定情報をデジタル信号に変換する信号変換手段と、直流電源と、誘導性負荷を有する照明灯と、４個の逆導通型半導体スイッチにて構成されるブリッジ回路と、ブリッジ回路の直流端子間に接続され、電流遮断時の電流の持つ磁気エネルギーを蓄積する磁気エネルギー蓄積コンデンサを備えた磁気エネルギー回生スイッチであって、ブリッジ回路の直流端子が直流電源に、ブリッジ回路の交流端子が照明灯に、それぞれ接続される磁気エネルギー回生スイッチ（ＭＥＲＳ）と、磁気エネルギー回生スイッチ（ＭＥＲＳ）に接続され、各逆導通型半導体スイッチのゲートに制御信号を与えて、対角線上に位置する一方ペアの逆導通型半導体スイッチをオン、他方のペアの逆導通型半導体スイッチをオフにする動作を同時に、かつ照明灯に供給する、誘導性負荷のインダクタンスと磁気エネルギー蓄積コンデンサの静電容量とで決まる共振周波数よりも低い周波数の高周波電流に同期して逆導通型半導体スイッチをオンにするペアとオフにするペアを高速で交互に切り替えるように制御するとともに、制御信号に基づき高周波電流の周波数を変化させ、照明灯の明滅の速度を制御することにより、照明灯の高速の明暗変化に基づく所定情報の送信を実現する制御手段と、を備えている。

磁気エネルギー回生スイッチ（ＭＥＲＳ）と制御手段とを用いることにより、照明設備を利用して情報提供システムを構築することができる。したがって、低コストでシステム構築を行うことができる。照明灯の明暗変化により所定情報を送信するので、簡単な構成で所定情報の送信を行うことができ、所定情報を受信する受信機も受光センサーを用いて簡単に構成することができる。明暗変化を高い周波数で行い、肉眼では明暗変化に気付かないようにすれば、この照明灯を視認する者に違和感を与えないようにすることができる。

デジタル信号に、例えば、この情報提供システムの設置位置を指標するために予め設定されたＧＰＳ測位情報が含まれていれば、ＧＰＳ衛星との情報通信ができない屋内においても、受信機を所持する利用者に対して、ＧＰＳ情報を提供することができる。

なお、磁気エネルギー回生スイッチ（ＭＥＲＳ）を用いて高周波電流を発生させ照明灯の明暗変化を実現しているので、スイッチングに伴う高調波ノイズは基本的に発生がなく、情報送受信へのノイズ等の悪影響を大幅に低減することができる。

回路の直流電源は、電池（バッテリー）でもよいが、交流電源より整流手段を介して整流した直流電力を供給するものであってもよい。

また、磁気エネルギー回生スイッチ（ＭＥＲＳ）が、２個の逆導通型半導体スイッチ及び該逆導通型半導体スイッチに対向する２個のダイオードにより構成されたブリッジ回路と、２個のダイオードのそれぞれに対して並列に接続され都合２個の直列に接続された磁気エネルギー蓄積コンデンサと、を有する構成で置き換えたものであってもよい。

また、磁気エネルギー回生スイッチ（ＭＥＲＳ）が、逆直列に接続された２個の逆導通型半導体スイッチと、直列に接続された２個の磁気エネルギー蓄積コンデンサと、を並列に接続し、該２個の逆導通型半導体スイッチの中点と該２個の磁気エネルギー蓄積コンデンサの中点同士に結線された配線と、を有する構成で置き換えたものであってもよい。

その情報提供システムが、照明灯より送信された所定情報を受信する受信機を更に備えていてもよい。照明灯による情報送信と、受信機によるその情報受信とを１つのシステム内で行うことができる。したがって、システム全体としての整合性が良好となり、仕様やインターフェースの不整合による通信不良の発生を防止することができる。なお、受信機は、照明灯からの照明光を受光する受光センサーを有するのが一般的である。

情報提供システムが、照明灯より送信された所定情報を受信する受信機の存在を検知する受信機センサーを更に備えていてもよい。

受信機センサーが受信機の存在を検知するので、受信機の存在／非存在に応じて、情報提供の開始／停止を行うように構成することができる。また、受信機センサーが受信機の存在の検知のみならず複数の受信機の識別も行えるように構成すれば、検知した受信機ごとに異なる情報提供を行うように構成することもできる。

制御手段が、受信機センサーにより受信機の存在が検知された場合に照明灯の明暗変化に基づく所定情報の送信を行い、受信機センサーにより受信機の存在が検知されない場合に照明灯の明暗変化に基づく所定情報の送信を行わないことが好ましい。

受信機が存在しない場合に、不要な情報提供を停止することができる。したがって、省電力に寄与することもでき、他の送信情報との無用な混信も避けることができる。なお、複数の部屋に各々照明灯と受信機センサーとが配置され、部屋ごとに受信機の存在の有無を検知するように構成することもできる。それにより、受信機が存在する（すなわち、利用者が所在する）部屋にのみ情報提供を行い、誰もいない部屋の情報提供を停止することができる。

所定情報が、受信機を識別する識別情報を含んでいてもよい。

所定情報が識別情報を含んでいれば、複数の受信機に向けて個別に各々異なる情報提供を行うことができる。この識別情報は、例えば受信機を識別するためのＩＰアドレスであってもよいし、受信機が携帯電話機の場合はその電話番号であってもよい。

例えば、特定の利用者を呼び出す場合に、その特定の利用者が所持する受信機のＩＰアドレスを含む呼出し信号を照明灯から送信すれば、他の人の受信機に何も表示させることなく、その特定の利用者の受信機にのみ呼出し情報を表示させることができる。

本発明の更なる目的またはその他の特徴は、以下添付図面を参照して説明される好ましい実施の形態によって明らかにされるであろう。

本発明によれば、照明灯の明暗変化により、屋内に所在する利用者に対して、必要な情報提供を行うことができる。照明設備を利用して情報提供システムを構成することができるので、低コストに情報提供を実現することができる。また、屋内の利用者に対し、ＧＰＳ測位情報の提供や展示物の説明情報を提供したり、部屋ごと、または利用者ごとに個別に情報を提供したりすることができるので、屋内にいる利用者の利便性が向上する。

照明灯駆動部の基本構成を示す図である。 制御部による磁気エネルギー回生スイッチ（ＭＥＲＳ）のスイッチング制御を説明するための図である。 磁気エネルギー回生スイッチ（ＭＥＲＳ）のスイッチング制御によって誘導性負荷に加わる負荷電圧、及び誘導性負荷を流れる負荷電流を示すグラフである。 磁気エネルギー回生スイッチ（ＭＥＲＳ）の他の態様を示す図である。 磁気エネルギー回生スイッチ（ＭＥＲＳ）の他の態様を示す図である。 本発明の実施の形態に係る情報提供システムの概略構成を示すブロック構成図である。 図６に示す情報提供システムにおける調光制御部の概略構成を説明するためのブロック構成図である。 図６に示す情報提供システムに用いられ、利用者が所持する携帯情報端末の外観図である。 デジタル信号と照明灯の輝度変化との対応状態を説明する説明図である。 本発明の実施の形態に係る情報提供システムの動作を説明するためのフローチャートである。

符号の説明

ＡＣ、ＡＣ：交流端子
ＤＣ（Ｐ）、ＤＣ（Ｎ）：直流端子
Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３、Ｇ４：ゲート
Ｒ１〜Ｒ３：部屋
ＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３、ＳＷ４、ＳＷ５、ＳＷ６、ＳＷ７、ＳＷ８：逆導通型半導体スイッチ
２：直流電源
３、３１、３２：平滑用コイル
５：誘導性負荷
１０：照明灯駆動部
１２、１３、１４、１５、１６：磁気エネルギー蓄積コンデンサ
２０：交流電圧源（交流電源）
２３：整流手段
３０、３０ａ、３０ｂ：磁気エネルギー回生スイッチ（ＭＥＲＳ）
４０：制御部（制御手段）
６０：照明灯
７０：調光制御部
７２：受信部
７４：デジタル変換器（信号変換手段）
８０：受信機センサー
９０：携帯情報端末（受信機）
９２：受光センサー
９３：表示画面
９４：メモリ
９５：演算素子
９６：通信素子
１００：情報提供システム

発明を実施するための形態

以下、本発明に係る好適な実施の形態について、図面を参照しながら説明する。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は、発明を限定するものではなく例示であって、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組合せは、必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。

図１は、本実施形態に係る照明灯駆動部の構成を示す回路ブロック図である。

図１に示すように、本実施形態に係る照明灯駆動部１０は、直流電源２と、インダクタンスのある誘導性負荷５を備える。直流電源２は、交流電源２０、及び交流電源２０と直列に接続される、例えば、ブリッジダイオードの整流器２３とで構成される。直流電源２は、図示しない直流電池（バッテリー）であってもよい。誘導性負荷５としては、１次巻き線６１、２次巻き線６２を有する昇圧トランス６を介して接続された、例えば、１１０Ｗの蛍光灯２０灯を並列に接続した照明灯６０でよい。直流電源２と誘導性負荷５の間には、磁気エネルギー回生スイッチ（ＭＥＲＳ）３０が挿入されている。また、また、照明灯駆動部１０は、磁気エネルギー回生スイッチ（ＭＥＲＳ）３０のスイッチングを制御する制御部４０を備える。

磁気エネルギー回生スイッチ（ＭＥＲＳ）３０は、順逆両方向の電流を制御可能であり、磁気エネルギーをロスなく負荷側に回生できる。磁気エネルギー回生スイッチ（ＭＥＲＳ）３０は、４つの逆導通型半導体スイッチＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３、ＳＷ４にて構成されるブリッジ回路と、ブリッジ回路の逆導通型半導体スイッチ遮断時に回路に流れる電流の磁気エネルギーを吸収する磁気エネルギー蓄積コンデンサ１２とを備える。

ブリッジ回路は、逆導通型半導体スイッチＳＷ１と逆導通型半導体スイッチＳＷ２とが直列に接続され、逆導通型半導体スイッチＳＷ３と逆導通型半導体スイッチＳＷ４とが直列に接続され、それらが並列に接続されて形成されている。

磁気エネルギー蓄積コンデンサ１２は、逆導通型半導体スイッチＳＷ１と逆導通型半導体スイッチＳＷ４との接続点にある直流端子ＤＣ（Ｐ）と、逆導通型半導体スイッチＳＷ２と逆導通型半導体スイッチＳＷ３との接続点にある直流端子ＤＣ（Ｎ）とに接続されている。また、逆導通型半導体スイッチＳＷ１と逆導通型半導体スイッチＳＷ２との接続点にある交流端子ＡＣ、及び逆導通型半導体スイッチＳＷ３と逆導通型半導体スイッチＳＷ４との接続点にある交流端子ＡＣには、誘導性負荷５が、接続されている。更に、逆導通型半導体スイッチＳＷ１と逆導通型半導体スイッチＳＷ４との接続点にある直流端子ＤＣ（Ｐ）、及び逆導通型半導体スイッチＳＷ２と逆導通型半導体スイッチＳＷ３との接続点にある直流端子ＤＣ（Ｎ）には、直流電源２が、それぞれの極性の通り接続されている。

また、直流電源２と磁気エネルギー回生スイッチ（ＭＥＲＳ）３０の間には、直流電源２からの直流電流を平滑化するための平滑用コイル３を備える。

磁気エネルギー回生スイッチ（ＭＥＲＳ）３０に配設された対角線上に位置する逆導通型半導体スイッチＳＷ１、ＳＷ３からなる第１のペアと、同じく対角線上に位置する逆導通型半導体スイッチＳＷ２、ＳＷ４からなる第２のペアが、照明灯６０に供給しようとする高周波電流に同期して交互にオン・オフされる。すなわち、片方のペアがオンのとき他方のペアはオフとなる。

磁気エネルギー回生スイッチ（ＭＥＲＳ）３０には、従来の直列力率改善コンデンサと異なり、直流のコンデンサを用いることができる。逆導通型半導体スイッチＳＷ１〜ＳＷ４は、例えば、パワーＭＯＳＦＥＴからなり、それぞれゲートＧ１、Ｇ２、Ｇ３、Ｇ４を有する。逆導通型半導体スイッチＳＷ１〜ＳＷ４のチャネルには、それぞれボディダイオード（寄生ダイオード）が並列接続されている。

磁気エネルギー回生スイッチ（ＭＥＲＳ）３０には、ボディダイオードに加えて、逆導通型半導体スイッチＳＷ１〜ＳＷ４と逆並列にダイオードを加えてもよい。なお、逆導通型半導体スイッチＳＷ１〜ＳＷ４としては、例えば、ＩＧＢＴやダイオードを逆並列接続したトランジスタ等の素子を用いることもできる。

制御部４０は、磁気エネルギー回生スイッチ（ＭＥＲＳ）３０の逆導通型半導体スイッチＳＷ１〜ＳＷ４のスイッチングを制御する。具体的には、磁気エネルギー回生スイッチ（ＭＥＲＳ）３０のブリッジ回路における対角線上に位置する逆導通型半導体スイッチＳＷ１、ＳＷ３からなるペアのオン・オフ動作と、逆導通型半導体スイッチＳＷ２、ＳＷ４からなるペアのオン・オフ動作とを、一方がオンのとき他方がオフとなるように、半サイクル毎にそれぞれ同時に行うようゲートＧ１〜Ｇ４に制御信号を送信する。

照明灯６０に供給される高周波電流の周波数は、制御部４０の送信する制御信号の周波数に等しくなり、制御部４０の送信する制御信号の周波数を変えることによって、照明灯６０に供給される高周波電流の周波数を変えることができる。照明灯６０に供給される高周波電流の周波数は、例えば、４２ＫＨｚ、４５ＫＨｚ、及び５０ＫＨｚである。これらは、誘導性負荷５のインダクタンスと磁気エネルギー蓄積コンデンサ１２の静電容量とで決まる回路の共振周波数よりも低い周波数である。

続いて、制御部４０による磁気エネルギー回生スイッチ（ＭＥＲＳ）３０のスイッチング制御について詳細に説明する。

図２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、制御部４０による磁気エネルギー回生スイッチ（ＭＥＲＳ）３０のスイッチング制御を説明するための図である。図２において、直流電源２は、等価な直流電池（バッテリー）を示し、また、誘導性負荷５は、等価な誘導性負荷Ｌと抵抗成分Ｒにて示す。

また、図３は、制御部４０による磁気エネルギー回生スイッチ（ＭＥＲＳ）３０のスイッチング制御によって誘導性負荷５に加わる負荷電圧、及び誘導性負荷５を流れる負荷電流を示すグラフである。グラフ上部に示す時期（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、図２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）にそれぞれ対応する。

図２（ａ）は、逆導通型半導体スイッチＳＷ２、ＳＷ４のペアがオンに、逆導通型半導体スイッチＳＷ１、ＳＷ３のペアがオフになっている状態において、磁気エネルギー蓄積コンデンサ１２が充電された状態を示し、磁気エネルギー蓄積コンデンサ１２に充電されていた電荷は、ＳＷ２、及びＳＷ４を介して誘導性負荷５に放電を開始する（電流は矢印方向に流れる）。このとき、負荷電流は、図３に示す通り、磁気エネルギー蓄積コンデンサ１２の電圧により急速に立ち上がって行き、時期（ａ）の終期には極大値に達する。一方、負荷電圧は、電荷の誘導性負荷５への放電に従い減少し、時期（ａ）の終期には負荷電圧ゼロになる。

次に、図２（ｂ）は、同じく、逆導通型半導体スイッチＳＷ２、ＳＷ４のペアがオンに、逆導通型半導体スイッチＳＷ１、ＳＷ３のペアがオフになっている状態において、磁気エネルギー蓄積コンデンサ１２に充電されていた電荷が誘導性負荷５に放電し終わり、負荷電圧がゼロになっている状態を示す。ここで、逆導通型半導体スイッチＳＷ１、ＳＷ３のペアはオフになっているが、逆導通型半導体スイッチＳＷ１、ＳＷ４の方向、及び逆導通型半導体スイッチＳＷ２、ＳＷ３の方向の両方に電流が流れることができる（電流の流れは、矢印方向参照）。図３に示す通り、負荷電流の流れは、回路の抵抗成分Ｒにより、徐々に減衰する。

次に、図２（ｃ）は、時期（ｃ）の最初の時点で、逆導通型半導体スイッチＳＷ１、ＳＷ３のペアがオンに、逆導通型半導体スイッチＳＷ２、ＳＷ４のペアがオフに切り替わった状態で、電荷が逆導通型半導体スイッチＳＷ１、及びＳＷ３を介して磁気エネルギー蓄積コンデンサ１２に充電される状態を示す（電流の流れは、矢印方向参照）。図３に示す通り、負荷電流は磁気エネルギー蓄積コンデンサ１２に充電され、電流が停止するまで磁気エネルギー蓄積コンデンサ１２の電圧は上昇する。電流が停止したところで、電流の磁気エネルギーが磁気エネルギー蓄積コンデンサ１２に移動したことになる。ここで、時期（ｃ）の終期には、磁気エネルギー蓄積コンデンサ１２は、図２（ａ）の最初の状態に戻る。

このときコンデンサの電圧極性は電流の方向に拠らず常に同じであるが、逆導通型半導体スイッチＳＷ１、ＳＷ３のペアがオンに、逆導通型半導体スイッチＳＷ２、ＳＷ４のペアがオフの場合は、負荷電圧、負荷電流は、上記の時期（ａ）の場合と比べ逆向きになる。従って、時期（ｃ）の後の負荷電圧、負荷電流は、時期（ａ）の負荷電圧、負荷電流のグラフを上下逆向きの対称形にしたグラフになり、その後も同様であり、以後、これを繰り返す。このように、磁気エネルギー回生スイッチ（ＭＥＲＳ）３０は、制御部４０の送信する制御信号の周波数に等しい周波数の高周波電流を発生することができ、制御部４０の送信する制御信号の周波数を変えることによって、照明灯６０に供給される高周波電流の周波数を変えることができる。

磁気エネルギー回生スイッチ（ＭＥＲＳ）３０に用いられる磁気エネルギー蓄積コンデンサ１２は、従来の電圧型インバータと異なり、スイッチング周波数の半周期分の回路にあるインダクタンスの磁気エネルギーを蓄積するためだけのものである。そのため、コンデンサ容量を従来の電圧型インバータの電圧源コンデンサに比べて著しく小さくできる。コンデンサ容量は、誘導性負荷５のインダクタンスとで決まる共振周波数がスイッチング周波数より十分高くなるように選定する。このため、逆導通型半導体スイッチＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３、ＳＷ４は、いずれも、ほぼ、ゼロ電圧でのオフ、ゼロ電流でのオンになっている。そのため、従来の電圧型インバータで問題となりやすい高調波ノイズは、磁気エネルギー回生スイッチ（ＭＥＲＳ）３０におけるスイッチングでは殆ど発生しない。従って、精密機器や計測機器等に対する高調波ノイズによる悪影響が、磁気エネルギー回生スイッチ（ＭＥＲＳ）３０においては殆ど発生せず、磁気エネルギー回生スイッチ（ＭＥＲＳ）３０を病院等においても安心して使用することができる。また、ソフトスイッチングであることから、電力損失が少なく、発熱も少ない。

発生した高周波電流は、誘導性負荷５の誘導コイルに含まれる抵抗成分Ｒ、または電磁誘導された２次抵抗にエネルギーが消費されて電流は減衰する。減衰分を補うエネルギーの注入は、電源２により行われる（図３）。

平滑用コイル３は、大きなインダクタンスを持たせることにより、直流電源２を定電流電源にすることができる。この場合、電源電流が平滑用コイル３によりリップルの少ない直流になり、高周波電流の波形が乱れない。

また、磁気エネルギー回生スイッチ（ＭＥＲＳ）３０をゲートパルス発生装置として用いた場合、各磁気エネルギー回生スイッチ（ＭＥＲＳ）３０に固有のＩＤナンバーを付与することができ、これを用いて外部からの制御信号を受信して各磁気エネルギー回生スイッチ（ＭＥＲＳ）３０を制御することができる。例えば、インターネットなどの通信回線を利用して無線で制御信号を送り、磁気エネルギー回生スイッチ（ＭＥＲＳ）３０を無線制御できる。

上述の照明灯駆動部１０では、磁気エネルギー回生スイッチ（ＭＥＲＳ）３０は４つの逆導通型半導体スイッチＳＷ１〜ＳＷ４で形成されるブリッジ回路と、ブリッジ回路の直流端子間に接続された磁気エネルギー蓄積コンデンサ１２とからなる構成であったが、磁気エネルギー回生スイッチ（ＭＥＲＳ）３０は次のような構成であってもよい。

図４及び図５は、磁気エネルギー回生スイッチ（ＭＥＲＳ）３０の他の態様を示す図である。図４に示す磁気エネルギー回生スイッチ（ＭＥＲＳ）３０ａは、上述の４つの逆導通型半導体スイッチＳＷ１〜ＳＷ４と１つの磁気エネルギー蓄積コンデンサ１２とからなるフルブリッジ型の磁気エネルギー回生スイッチ（ＭＥＲＳ）３０に対して、２つの逆導通型半導体スイッチと２つのダイオード、及び２つのコンデンサで構成される縦型のハーフブリッジ型となっている。

より詳細には、この縦型のハーフブリッジ構造の磁気エネルギー回生スイッチ（ＭＥＲＳ）３０ａは、直列に接続された２つの逆導通型半導体スイッチＳＷ５、ＳＷ６と、この２つの逆導通型半導体スイッチＳＷ５、ＳＷ６と並列に設けられた、直列に接続された２つのコンデンサ１３、１４と、この２つのコンデンサ１３、１４それぞれと並列に接続された２つのダイオードＤ１、Ｄ２と、を含んでいる。

図５に示す磁気エネルギー回生スイッチ（ＭＥＲＳ）３０ｂは、横型のハーフブリッジ型である。横型のハーフブリッジ型磁気エネルギー回生スイッチ（ＭＥＲＳ）３０ｂは、２つの逆導通型半導体スイッチと２つのコンデンサで構成されている。

より詳細には、この横型のハーフブリッジ構造磁気エネルギー回生スイッチ（ＭＥＲＳ）３０ｂは、第１の経路上に直列に設けられた逆導通型半導体スイッチＳＷ７及びコンデンサ１５と、第１の経路と並列な第２の経路上に直列に設けられた逆導通型半導体スイッチＳＷ８及びコンデンサ１６と、第１、第２の経路に対して並列に結線された配線と、を含んでいる。

続いて、本実施形態に係る情報提供システムについて説明する。

図６は、本発明の実施の形態に係る情報提供システム１００の概略構成を示すブロック構成図である。この情報提供システム１００は、博物館、オフィス、病院、工場等の様々な屋内施設において使用される。本実施の形態においては、博物館において使用される例について説明する。情報提供システム１００は、博物館内の照明設備を利用して構成されてもよい。

図６に示すように、本実施の形態に係る情報提供システム１００は、磁気エネルギー回生スイッチ（ＭＥＲＳ）３０、照明灯６０、調光制御部７０、受信機センサー８０を有して大略構成されている。磁気エネルギー回生スイッチ（ＭＥＲＳ）３０は、照明灯６０及び調光制御部７０に接続され、調光制御部７０には受信機センサー８０が接続されている。

博物館内の各部屋Ｒ１〜Ｒ３には、各々照明灯６０、受信機センサー８０が配置され、部屋ごとに配備された磁気エネルギー回生スイッチ（ＭＥＲＳ）３０及び調光制御部７０に接続されている。そして、各部屋の磁気エネルギー回生スイッチ（ＭＥＲＳ）３０は、交流電源２０に接続されている。

図７は、調光制御部７０の概略構成を説明するためのブロック構成図である。図７においては、この情報提供システム１００のうち部屋Ｒ１を担当する磁気エネルギー回生スイッチ（ＭＥＲＳ）３０、照明灯６０、調光制御部７０、受信機センサー８０の接続状態を示している。調光制御部７０は、内部に制御部（制御手段）４０、受信部７２、デジタル変換器（信号変換手段）７４を有して大略構成されている。

磁気エネルギー回生スイッチ（ＭＥＲＳ）３０は、照明灯６０及び調光制御部７０に接続されて、調光制御部７０から各逆導通型半導体スイッチのゲートに高速オン・オフ制御信号を与えて高速オン・オフ制御に基づき照明灯６０の明暗調整を行うものである。より具体的には、所定情報がデジタル変換器７４によりデジタル変換され、そのデジタル信号に基づき制御部４０が磁気エネルギー回生スイッチ（ＭＥＲＳ）３０のゲートに与える高速オン・オフ信号周波数を制御することにより、照明灯６０からの照明光に、明暗変化による所定情報が含まれるように構成される。所定情報と照明光６０の明暗変化の対応関係については、図９を用いて後述する。

照明灯６０は、各部屋Ｒ１〜Ｒ３に設置された照明灯具である。本情報提供システム１００においては、別途わざわざ照明灯６０を設置する必要なく、各部屋Ｒ１〜Ｒ３用の室内灯を利用することができる。照明灯６０は、一般には蛍光灯であるが、例えば水銀灯やナトリウム灯などの放電灯であってもよい。照明灯６０は、部屋Ｒ１〜Ｒ３内部を照明し、室内の明るさを維持しつつ、その明暗変化によって所定情報を送信する機能を有する。照明灯６０からの所定情報は、携帯情報端末９０の受光センサー９２（図８参照）によって検出される。

受信機センサー８０は、各部屋Ｒ１〜Ｒ３に携帯情報端末９０が存在するか否かを検知するためのセンサーであり、部屋Ｒ１〜Ｒ３ごとに設置されている。受信機センサー８０は、部屋Ｒ１〜Ｒ３内での携帯情報端末９０の存在／不存在を検知できるものであればどんなセンサーでもよく、例えば、一定距離以内の携帯情報端末９０と赤外線または電波による通信が可能な通信デバイスであってもよい。また、例えば、部屋Ｒ１〜Ｒ３内に携帯情報端末９０を所持する利用者が存在するか否かを検知するための赤外線タイプや投受光タイプの人感センサーであってもよい。

図８は、利用者が所持する携帯情報端末９０の外観図である。この携帯情報端末は、受光センサー９２、表示画面９３を有し、内部にメモリ９４、演算素子９５及び通信素子９６を備えている。受光センサー９２は、照明灯６０からの光を受光する検出素子である。照明灯６０からの光には、肉眼では視認できないレベルでの明暗変化が含まれている。受光センサー９２はその明暗変化を受光して、演算素子９５へと伝達する。演算素子９５は、受光センサー９２から送られた明暗変化、すなわち光量変動値を受信すると、その光量変動値に基づきデジタル信号を生成する。そして、デジタル信号を復号して所定情報を生成し、その所定情報を表示画面９３に表示させる。なお、メモリ９４には、この携帯情報端末９０を識別するための識別情報（例えば、ＩＰアドレスやシリアル番号等）や、受信したデジタル信号を所定情報に復号するための復号テーブルが格納されているが、詳細な説明は省略する。

所定情報は、例えば、博物館内の各部屋Ｒ１〜Ｒ３ごとに展示された展示物の説明文や説明画像の情報である。しかしながら、本実施の形態においては簡単のために、所定情報を例えば「赤」という文字と仮定し、その文字に対応するデジタル信号を「１１００１」であると仮定して説明する。

通信素子９６は、受信機センサー８０との間で電波による通信を行うためのデバイスである。受信機センサー８０からの電波信号を通信素子９６が受け取ると、演算素子９５は、通信素子９６を介して「存在」を指標する存在信号を受信機センサー８０へと返信するように構成されている。これにより、例えば部屋Ｒ１に設置された受信機センサー８０が存在信号を受信した場合に、部屋Ｒ１内に携帯情報端末９０及びそれを所持する利用者が存在することを、この情報提供システム１００が把握できるようになっている。

調光制御部７０は、内部に制御部（制御手段）４０、受信部７２、デジタル変換器（信号変換手段）７４を有しており、所定情報をデジタル信号として照明灯６０の明暗変化により提供する機能を有している。

受信部７２は、受信機センサー８０からの信号を受信するためのものである。部屋Ｒ１内に携帯情報端末９０が存在すると、受信機センサー８０は、携帯情報端末９０から存在信号を受信する。そして、受信機センサー８０は、調光制御部７０の受信部７２に向けて携帯情報端末９０の存在を指標する存在信号を転送するようになっている。

受信部７２は、存在信号を受信すると、制御部４０に対して照明灯６０がデジタル信号「１１００１」に基づく明暗変化を行うように指令を出力する。また、受信部７２が存在信号を受信しない場合は、制御部４０に対して照明灯６０がデジタル信号に基づく明暗変化を行うような指令を出力しない。その結果、照明灯６０は通常の定格負荷電力での点灯をする。

デジタル変換器７４は、送信すべき所定情報「赤」をデジタル信号「１１００１」に変換するためのデジタル変換回路である。制御部４０は、デジタル変換器７４からのデジタル信号「１１００１」に基づき、照明灯６０の明暗変化を制御する。図９に、デジタル信号「１１００１」とそれに対応する照明灯６０の明暗変化を示す。所定情報「赤」に対応してデジタル変換器７４によって「１１００１」のデジタル信号が生成される。ここでは、周波数偏移変調（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ）方式に基づくデジタル変換が行われ、搬送波に相当するスイッチング周波数の変化に応じて「０」か「１」かが判断される。より具体的には、３つのスイッチング周波数のうち２つ（Ｐｄ０、Ｐｄ１）のそれぞれに「０」「１」を割り当て、スイッチング周波数がその周波数の変移したことでデジタル信号と判断される。例えば、照明灯６０に供給される高周波電流の周波数が、４２ＫＨｚ、４５ＫＨｚ、及び５０ＫＨｚの場合、Ｐｄ０に４５ＫＨｚ、Ｐｄ１に５０ＫＨｚを割り当てることができる。

デジタル信号を送出している間はＰｄ０とＰｄ１を、デジタル信号を送信しない場合はデジタル信号の割り当てをしなかったスイッチング周波数（４２ＫＨｚ）を、磁気エネルギー回生スイッチ（ＭＥＲＳ）３０で発生させ、照明灯６０に該当の高周波電流を供給することで、高速に明暗変化をさせることができる。

この高速の明暗変化が携帯情報端末９０の受光センサー９２により検出されると、演算素子９５によって復号が行われる。明暗変化に基づいて、演算素子９５では「１１００１」のデジタル信号が生成され、そのデジタル信号「１１００１」に基づく「赤」との所定情報が生成され、表示画面９３に表示されるのである。

なお、デジタル変換器７４は、外部の所定情報の入力機器（不図示）との接続が可能に構成されており、その入力機器から種々の所定情報を入力することにより、制御部４０へ送信するデジタル信号を種々に変更することができるようになっている。

制御部４０は、受信機センサー８０からの信号が存在信号である場合に、デジタル変換器７４からのデジタル信号を取得し、そのデジタル信号を照明灯６０の照明光に重畳させる。しかしながら、受信機センサー８０からの信号が存在信号でない場合（非存在を指標する非存在信号を受信した場合、または受信機センサー８０からの信号を受信しない場合）、デジタル変換器７４からのデジタル信号を取得しない。したがって、照明灯６０の照明光にデジタル信号が重畳されない。これにより、部屋Ｒ１〜Ｒ３に携帯情報端末９０を所持する利用者がいる場合にのみ、その部屋にデジタル信号に基づく所定情報を提供するように構成することができる。不要な信号送出を停止し、省電力化や低ノイズ化に寄与することができる。

なお、所定情報は、部屋Ｒ１〜Ｒ３ごとに異なるものとされていてもよい。例えば、部屋Ｒ１〜Ｒ３ごとに展示される展示物の説明文が所定情報としてその部屋Ｒ１〜Ｒ３の照明灯６０から提供されるようになっていれば、携帯情報端末９０を所持する利用者が部屋Ｒ１から部屋Ｒ２に移動すると、携帯情報端末９０の表示画面９３に表示される説明文が部屋Ｒ１の展示物のものから部屋Ｒ２の展示物のものへと自動的に更新される。

続いて、本発明の実施の形態に係る情報提供システム１００の動作について、図１０のフローチャートに基づき説明する。

この情報提供システム１００が起動する（Ｓ１）と、照明灯６０への負荷電力が定格となるように、調光制御部７０が磁気エネルギー回生スイッチ（ＭＥＲＳ）３０のゲートに与える高速オン・オフ信号の周波数を調整する（Ｓ２）。

受信機センサー８０が検出を開始する（Ｓ２）。部屋Ｒ１に携帯情報端末９０がない場合（Ｓ３）、受信機センサー８０から非存在信号が出力され（Ｓ４）、調光制御部７０は部屋Ｒ１の照明灯６０の通常点灯（定格負荷電力での点灯）を維持する（Ｓ５）。

携帯情報端末９０を所持する利用者が部屋Ｒ１に入ってくると、受信機センサー８０と携帯情報端末９０との間で通信が行われ（Ｓ３）、受信機センサー８０から存在信号が出力される（Ｓ６）。そうすると、制御部４０は、デジタル変換器７４からデジタル信号「１１００１」を取得する（Ｓ７）。そして、デジタル信号「１１００１」に基づき、磁気エネルギー回生スイッチ（ＭＥＲＳ）３０のゲートに与える高速オン・オフ信号周波数を調整することによって、照明灯６０を高速に明暗変化制御し、照明光に高速な明暗変化に基づくデジタル信号を重畳させる（Ｓ８）。

携帯情報端末９０の受光センサー９２が照明光を受光すると（Ｓ９）、その照明光の明暗変化に基づき演算素子９５がデジタル信号の復号を行う（Ｓ１０）。そして、復号された所定情報としての「赤」の文字が表示画面９３上に表示される（Ｓ１１）。

携帯情報端末９０を所持する利用者が部屋Ｒ１から部屋Ｒ２に移動すると、部屋Ｒ１の受信機センサー８０と携帯情報端末９０との通信が不可能となり、その結果、部屋Ｒ１に対応する制御部４０はデジタル変換器７４からデジタル信号を取得しなくなる。そして、今度は、部屋Ｒ２の受信機センサー８０が携帯情報端末９０との通信を開始し、部屋Ｒ２に対応する制御部４０が部屋Ｒ２の照明灯６０からデジタル信号の提供を開始する。

［変形例］
なお、本発明は、上述の実施の形態に限定されるものではなく、当業者の知識に基づいて各種の設計変更等の変形を加えることも可能であり、そのような変形が加えられた実施形態も本発明の範囲に含まれうるものである。

例えば、メモリ９４内のＩＰアドレス（識別情報）を利用して、特定の携帯情報端末９０にのみ特定の所定情報を提供することが可能となる。より具体的には、デジタル変換器７４によりデジタル変換される所定情報がＩＰアドレスを含むように構成する。すると、制御部４０が、照明灯６０から明暗変化により提供するデジタル信号にもＩＰアドレスが含まれることとなる。

携帯情報端末９０が、受光センサー９２でデジタル信号に基づく明暗変化を受光し、演算素子９５へと送信する。演算素子９５は、受信したデジタル信号内のＩＰアドレスとメモリ９４内のＩＰアドレスとを照合し、両者が一致した場合に限り、復号した所定情報を表示画面９３に表示する。受信したデジタル信号内のＩＰアドレスとメモリ９４内のＩＰアドレスとが相違する場合には、表示画面９３に所定情報の表示は行わない。

このように構成することにより、特定のＩＰアドレスを有する携帯情報端末９０に向けて特定の所定情報を提供することができる。例えば、特定の利用者のみを呼び出したい場合に、その利用者の携帯情報端末９０にのみ、呼出しを示すメッセージを表示させることができる。

なお、所定情報としては、展示物の説明情報の他にも様々な情報を適用することができる。所定情報は、上述のように呼出しメッセージであってもよいし、例えば、ＧＰＳ測位情報であってもよい。屋内にいる利用者に現在地情報を提供することができるので、利用者の利便性向上に寄与することができる。

Claims (8)

1. 送信すべき所定情報をデジタル信号に変換する信号変換手段と、
   直流電源と、
   誘導性負荷を有する照明灯と、
   ４個の逆導通型半導体スイッチにて構成されるブリッジ回路と、該ブリッジ回路の直流端子間に接続され、電流遮断時の電流の持つ磁気エネルギーを蓄積する磁気エネルギー蓄積コンデンサを備えた磁気エネルギー回生スイッチであって、前記ブリッジ回路の前記直流端子が前記直流電源に、前記ブリッジ回路の交流端子が前記照明灯に、それぞれ接続される磁気エネルギー回生スイッチと、
   前記磁気エネルギー回生スイッチに接続され、前記各逆導通型半導体スイッチのゲートに制御信号を与えて、対角線上に位置する一方ペアの前記逆導通型半導体スイッチをオン、他方のペアの前記逆導通型半導体スイッチをオフにする動作を同時に、かつ前記照明灯に供給する、前記誘導性負荷のインダクタンスと前記磁気エネルギー蓄積コンデンサの静電容量とで決まる共振周波数よりも低い周波数の高周波電流に同期して前記逆導通型半導体スイッチをオンにするペアとオフにするペアとを高速で交互に切り替えるように制御するとともに、前記制御信号に基づき前記高周波電流の周波数を変化させ、前記照明灯の明暗を高速に制御することにより、前記照明灯の明暗変化に基づく前記所定情報の送信を実現する制御手段と、を備えた情報提供システム。
2. 前記直流電源は、交流電源より整流手段を介して整流した直流電力を供給する、請求の範囲第１項に記載の情報提供システム。
3. 前記磁気エネルギー回生スイッチが、２個の前記逆導通型半導体スイッチ及び該逆導通型半導体スイッチに対向する２個のダイオードにより構成されたブリッジ回路と、前記２個のダイオードのそれぞれに対して並列に接続され都合２個の直列に接続された磁気エネルギー蓄積コンデンサと、を有する構成で置き換えた請求の範囲第１項または第２項のいずれか１項に記載の情報提供システム。
4. 前記磁気エネルギー回生スイッチが、逆直列に接続された２個の前記逆導通型半導体スイッチと、直列に接続された２個の磁気エネルギー蓄積コンデンサと、を並列に接続し、該２個の逆導通型半導体スイッチの中点と該２個の磁気エネルギー蓄積コンデンサの中点同士に結線された配線と、を有する構成で置き換えた請求の範囲第１項または第２項のいずれか１項に記載の情報提供システム。
5. 前記照明灯より送信された前記所定情報を受信する受信機を更に備えた請求の範囲第１項乃至第４項のいずれか１項に記載の情報提供システム。
6. 前記照明灯より送信された前記所定情報を受信する受信機の存在を検知する受信機センサーを更に備えた請求の範囲第１項乃至第４項のいずれか１項に記載の情報提供システム。
7. 前記制御手段が、
   前記受信機センサーにより前記受信機の存在が検知された場合に前記照明灯の明暗変化に基づく前記所定情報の送信を行い、
   前記受信機センサーにより前記受信機の存在が検知されない場合に前記照明灯の明暗変化に基づく前記所定情報の送信を行わない請求の範囲第６項に記載の情報提供システム。
8. 前記所定情報が、前記受信機を識別する識別情報を含む請求の範囲第６項に記載の情報提供システム。

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