WO2013077314A1

WO2013077314A1 - 照明器具及びこれを用いた可視光通信システム

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Publication number: WO2013077314A1
Application number: PCT/JP2012/080048
Authority: WO
Inventors: 正二郎木戸; 塩濱　英二
Original assignee: パナソニック株式会社
Priority date: 2011-11-22
Filing date: 2012-11-20
Publication date: 2013-05-30
Also published as: US9294189B2; JP2013110634A; CN103988583A; JP5842161B2; US20140286645A1; CN103988583B

Abstract

　照明器具は、発光素子（２）を備える光源（１１）の光強度を変調して通信信号を光源（１１）の照明光に重畳するように構成される。照明器具は、調光信号に基づいて光源（１１）を調光するように構成される主電源（３）と、主電源（３）から光源（１１）へ供給される出力電流を変調するためのスイッチ要素（Ｑ１）と、インピーダンス要素（Ｒｘ）と、通信回路（７）と、制御電源（８）とを含む。通信回路（７）は、スイッチ要素（Ｑ１）を制御して光源（１１）が出射する照明光に変調信号を重畳するように構成される。制御電源（８）は、通信回路（７）へ電力を供給するように構成される。制御電源（８）の両入力端の１端が、インピーダンス要素の１端に接続されている。

Description

照明器具及びこれを用いた可視光通信システム

　本発明は、光源の光強度を変調して光源の照明光に通信信号を重畳して可視光通信を行なうように構成される照明器具及びこれを用いた可視光通信システムに関する。

　日本国特許出願公開番号２０１１－３４７１３（以下「文献１」という）は、照明光を用いて通信信号を伝送する可視光通信機能を搭載した照明器具を開示する。この照明器具は、光源部が配設される光源部基板と、この光源部基板と電気的に接続されて光源部を点灯制御する点灯回路基板と、光源部からの出射光に通信信号を重畳する可視光通信制御基板とを備える。この照明器具は、可視光通信制御基板を、点灯回路基板と光源部基板との間に分離可能に配置することにより、可視光通信機能の搭載器具と非搭載器具との間で設計を共通化することができる。可視光通信制御基板の制御用電源は、点灯回路基板の出力端子部から供給されている。

　しかしながら、上記文献１の照明器具においては、可視光通信制御基板における変調用のスイッチング要素がオフであるとき、光源部の発光素子（ＬＥＤ）への負荷電圧が遮断されるので、光源部への実質的な負荷が無い状態になる。ところが、光源部が無負荷状態になると、点灯回路基板における電源部の出力端子部の両端電圧が急上昇し易くなる。すなわち、商用電源ＡＣを電源とする一般的な電源部には、入力電流の歪みを改善するために昇圧機能を有するＰＦＣ回路が用いられているので、光源部が無負荷状態になると、ＰＦＣ回路の出力電圧付近まで電源部の出力端子の両端電圧が上昇する。また、電源部の出力端子部の両端電圧が上昇すると、可視光通信制御基板の制御用電源部への入力電圧も上昇し、回路損失の原因となる。このような回路損失を抑制するには、電源部や制御用電源部に耐圧性の高い高価な部品や多数の部品を用いる必要があるので、コスト高となり、また、それらを実装するために複雑な回路設計を要するので、点灯回路が大型化し、照明器具の小型化が困難になる。

　本発明は、主電源の電源電圧及び制御電源への入力電圧を安定化し、主電源や制御電源に汎用の回路部品を用いることができ、回路設計が簡素で、低コスト化及び小型化を実現できる照明器具及びこれを用いた可視光通信システムを提供することを目的とする。

　本発明は、発光素子（２）を備える光源（１１）の光強度を変調して通信信号を前記光源（１１）の照明光に重畳させて可視光通信を行なうように構成される照明器具である。照明器具は、調光信号に基づいて前記光源（１１）に流れる負荷電流を制御して前記光源（１１）を調光するように構成される主電源（３）と、前記主電源（３）から前記光源（１１）へ供給される出力電流を変調するためのスイッチ要素（Ｑ１）と、前記スイッチ要素（Ｑ１）と並列に接続されたインピーダンス要素（Ｒｘ）と、前記スイッチ要素（Ｑ１）のオン及びオフを制御して前記光源（１１）が出射する照明光に変調信号を重畳するように構成される通信回路（７）と、前記通信回路（７）へ電力を供給するように構成される制御電源（８）とを備える。前記制御電源（８）の両入力端の１端が、前記インピーダンス要素の１端に接続されている。

　一実施形態において、前記制御電源（８）の両入力端が、前記インピーダンス要素（Ｒｘ）の両端に接続されている。

　一実施形態において、前記制御電源（８）の両入力端が、前記光源（１１）の両端に接続されている。

　一実施形態において、前記制御電源（８）の両入力端が、前記主電源（３）の両端に接続されている。

　一実施形態において、照明器具は、前記インピーダンス要素（Ｒｘ）の両端、前記光源（１１）の両端又は前記主電部（３）の両端のうち、前記通信回路（７）の電源電圧に最も近い電圧となる両端を選択して、前記制御電源（８）の入力端に接続するように構成される切換スイッチ回路（９）を有する。

　一実施形態において、前記スイッチ要素（Ｑ１）は、ＭＯＳＦＥＴから成る第１スイッチ要素であり、該第１スイッチ要素（Ｑ１）と前記インピーダンス要素（Ｒｘ）との間に、前記第１スイッチ要素（Ｑ１）とは別の第２スイッチ要素（Ｑ２）が設けられている。望ましくは、前記第１及び第２スイッチ要素（Ｑ１及びＱ２）の各々はＮｃｈ－ＭＯＳＦＥＴを含む。

　本発明の可視光通信システムは、上記照明器具と、前記照明器具から送信される通信信号を受信するように構成される受信機（２０）とを備える。

　本発明によれば、スイッチ要素（Ｑ１）がオフであるときに、スイッチ要素（Ｑ１）と並列に接続されたインピーダンス要素（Ｒｘ）により光源（１１）が無負荷状態にならないので、主電源（３）の電源電圧及び制御電源（８）への入力電圧が安定化する。また、主電源（３）や制御電源（８）に汎用の回路部品を用いることができ、回路設計が簡素で、照明器具の低コスト化及び小型化を実現できる。

　本発明の好ましい実施形態をさらに詳細に記述する。本発明の他の特徴および利点は、以下の詳細な記述および添付図面に関連して一層良く理解されるものである。
図１Ａ、１Ｂ及び１Ｃは、それぞれ、本発明の一実施形態に係る照明器具の上面図、側面図及び下面図である。同照明器具に用いられる点灯回路の回路図である。図３Ａ～３Ｃは同照明器具の光源の負荷電流とこれに重畳される変調信号の動作波形を例示する。一実施形態における点灯回路の回路図である。一実施形態における点灯回路の回路図である。一実施形態における点灯回路の回路図である。一実施形態における点灯回路の回路図である。一実施形態における点灯回路の回路図である。一実施形態における点灯回路の回路図である。一実施形態における点灯回路の回路図である。図１１Ａは本発明の一実施形態に係る可視光通信システムを表す側面図、図１１Ｂは同システムに用いられる受信機の正面図である。

　本発明の第１実施形態に係る照明器具について、図１～３を参照して説明する。ここでは、図１Ａ乃至１Ｃに示すように、本実施形態の照明器具１０の構成例として、天井等に埋め込まれるダウンライトを示す。照明器具１０は、光源１１、本体１２、フランジフレーム１３、端子台１４及び取付バネ１５を含む。光源１１は、回路基板上に搭載された複数の発光素子を含み、これらの各々は、例えば発光ダイオード（ＬＥＤ）２である。本体１２は、複数のＬＥＤ２を点灯又は消灯し或いは調光するように構成される点灯回路１（後述する図２参照）を収容する。フランジフレーム１３は、内周縁から上方に延出される円筒部１３１を含み、その円筒部１３１が天井等に形成された開口部に嵌め込まれて光源１１等を収容する本体１２を天井等に固定するように構成される。端子台１４は、商用電源ＡＣから電源供給を受けるための電源線と接続される。取付バネ１５は、フランジフレーム１３を天井等に固定するのに使用される。

　図２は、光源１１の強度を変調して光源１１の照明光に通信信号を重畳して可視光通信を行なうように構成される点灯回路１の回路構成を示す。点灯回路１は、調光信号に基づいて複数のＬＥＤ２から成る光源１１に流れる負荷電流を制御して光源１１を点灯又は消灯し或いは調光するように構成される主電源３を備える。主電源３は、商用電源からのＡＣ電力をＤＣ電力に変換するように構成されるＡＣ／ＤＣコンバータ３１と、光源１１に直列に接続された電流検出抵抗４と、電流検出抵抗４における降下電圧分を増幅して増幅信号を得るように構成される定電流回路５と、その増幅信号に基づいて光源１１への負荷電流を制御するように構成される出力制御部６とを備える。図２の例では、光源１１及びインピーダンス要素（Ｒｘ）が互いに直列に接続され、これら１１及びＲｘの直列回路が電流検出抵抗４と直列に接続され、１１、Ｒｘ及び４の組合せ回路が、ＡＣ／ＤＣコンバータ３１の両出力端間に接続されている。

　また、点灯回路１は、光源１１に直列に接続された変調用のインピーダンス要素としての抵抗（Ｒｘ）と、主電源３から光源１１へ供給される出力電流を変調させるための変調用のスイッチ要素（Ｑ１）とを備える。スイッチ要素（Ｑ１）には、例えば、ｎＭＯＳＦＥＴ（Ｎ-ｃｈ　ＭＯＳＦＥＴ）が用いられる。抵抗（Ｒｘ）は、スイッチ要素（Ｑ１）と並列に接続されている。また、点灯回路１は、通信回路７及び制御電源８を含む。通信回路７は、可視光通信回路（ＶＬＣ回路）を構成する回路であり、スイッチ要素（Ｑ１）のオン及びオフを制御して光源１１が出射する照明光に変調信号を重畳するように構成される。制御電源８は、通信回路７への電力を供給するように構成される。これら通信回路７及び制御電源８といった可視光通信回路は、主電源３の出力端間に接続された回路から分離可能となるように、主電源３の回路基板及び光源１１の配線基板とは別の制御基板に構成されている。要するに、インピーダンス要素（Ｒｘ）及びスイッチ要素（Ｑ１）は互いに並列に接続され、これらＲｘ及びＱ１の並列回路は光源１１と直列に接続され、これらＲｘ、Ｑ１及び１１の組合せ回路は、電源回路３の両出力端間に接続される。詳しくは、抵抗（Ｒｘ）の両端（第１及び第２端）がそれぞれスイッチ要素（Ｑ１）の両端（第１及び第２端）に接続され、抵抗（Ｒｘ）及びスイッチ要素（Ｑ１）の第１端が光源１１を介して電源回路３の第１端に接続されている一方、抵抗（Ｒｘ）及びスイッチ要素（Ｑ１）の第２端が電源回路３の第２端（電流検出抵抗４の第２端）に接続されている。図２の例では、制御電源８は、三端子レギュレータであり、両入力端（第１及び第２入力端）と両出力端（第１及び第２出力端）のうち第２入力端及び第２出力端は共通端子である。

　制御電源８の両入力端の１端（共通端子）は、抵抗（Ｒｘ）の１端（第２端）に接続されている。本実施形態においては、制御電源８の両入力端が抵抗（Ｒｘ）の両端に接続されている。詳しくは、抵抗（Ｒｘ）の第１端と制御電源８の第１入力端との間には、電流の逆流を防止するためのダイオード（Ｄ１）が接続され、また、制御電源８の入力部と並列に平滑化のためのコンデンサＣ１が接続されている。換言すると、インピーダンス要素（Ｒｘ）の第１端は、ダイオード（Ｄ１）を介して、制御電源８の第１入力端に接続されている一方、インピーダンス要素（Ｒｘ）の第２端は、制御電源８の第１入力端に（詳しくは直接）接続されている。

　ＡＣ／ＤＣコンバータ３１は、商用電源（ＡＣ）からの交流電圧を整流回路（不図示）により整流し、例えば、ＭＯＳＦＥＴから成るスイッチ素子（Ｑ０）でスイッチングして平滑コンデンサ（不図示）で平滑化することによって直流電圧に変換するように構成される。

　光源１１の複数のＬＥＤ２には、照明器具１０から所望の光色の照明光を出射するためのＬＥＤ、例えば、ＧａＮ系青色ＬＥＤチップにＹＡＧ系黄色蛍光体が被覆され、青色光と黄色光とを混光させて白色光を出射する白色ＬＥＤが用いられる。なお、白色ＬＥＤに限らず、赤、緑及び緑の発光色が異なる複数のＬＥＤが適宜に組み合わされて用いられてもよく、また、光源に有機発光材料を用いたＯＬＥＤが用いられてもよい。

　定電流回路５は、電流検出抵抗４の一端（第１端）に負極が接続された基準電圧源（Ｅ１）と、基準電源（Ｅ１）の正極及び電流検出抵抗４の他端（第２端）にそれぞれ非反転入力端子及び反転入力端子が接続された誤差増幅器５１と、誤差増幅器５１の出力端子と反転入力端子との間に配置された位相補償回路５２とを備える。この構成により、誤差増幅器５１は、電流検出抵抗４の電圧降下分と基準電圧源（Ｅ１）の電源電圧との差分に応じた増幅信号を出力制御部６に出力する。位相補償回路５２は、積分要素である抵抗（Ｒ１）及びコンデンサ（Ｃ２）の直列回路から成り、低周波領域での利得を上げる共に、高周波領域での利得を抑制しながら、帰還信号の位相を調整する。なお、電流検出抵抗４には、例えば、主電源３のＭＯＳＦＥＴ等のスイッチ素子のオン抵抗等が用いられてもよく、定電流回路５等の光源１１を定電流制御するため構成が、主電源３に組み込まれていてもよい。

　出力制御部６は、汎用のマイコン等から成り、誤差増幅器５１からの増幅信号に基づいて、スイッチ素子（Ｑ０）のオン及びオフ（スイッチング）を制御して、光源１１に流れる負荷電流を一定に保つように構成される。また、出力制御部６は、例えば、リモコン等の調光操作を入力する外部装置（不図示）から送信される調光信号に基づいて、ＡＣ／ＤＣコンバータ３１のスイッチ素子（Ｑ０）をスイッチングすることで、光源１１をＰＷＭ制御により調光する。すなわち、出力制御部６は、図３Ａに示すように、光源１１に負荷電流が流れる期間（オン期間Ｔ１）と、光源１１に負荷電流が流れない期間（オフ期間Ｔ２）とを交互に繰り返す。また、出力制御部６は、オン期間（Ｔ１）及びオフ期間（Ｔ２）の和である周期（Ｔ）に対するオン期間（Ｔ１）の比率（オンデューティ比）を調光信号に対応させることによって光源１１を調光制御する。なお、上記ＰＷＭ制御は、主として非通信時の調光制御の例であり、後述する可視光通信時には、図３Ａに示した上記調光信号とは異なる調光制御信号に変調信号を重畳させるものであってもよい。

　通信回路７は、汎用のマイコン等から成り、照明器具１０の外部から入力された２値の情報信号に応じて、図３Ｂに示すように、光源１１の光強度を変調させて照明光に重畳する所定の変調信号を生成して、その変調信号をスイッチ要素（Ｑ１）の制御端子に供給するように構成される。変調信号の周波数は、調光信号の一周期内に複数の波形が含まれるように、少なくとも調光信号の周波数よりも高く設定される。制御電源８は、ＤＣ／ＤＣコンバータを備え、主電源３（本実施形態では抵抗（Ｒｘ）の両端電圧）からの直流電圧を、通信回路７に適した所定の電圧値の直流電圧に変換するように構成される。

　この構成において、通信回路７は、制御電源８からの給電を受けて、所定の変調信号に基づいてスイッチ要素（Ｑ１）のオン及びオフを制御することによって、抵抗（Ｒｘ）が光源１１に接続されるか否かの切り替えを行なうように構成される。具体的には、スイッチ要素（Ｑ１）がオンのとき、光源１１には抵抗（Ｒｘ）を介さずに負荷電流（Ｉ１）が流れる。一方、スイッチ要素（Ｑ１）がオフのとき、光源１１には抵抗（Ｒｘ）を介して負荷電流（Ｉ２）が流れる。そのため、図３Ｃに示すように、スイッチ要素（Ｑ１）がオンのときの負荷電流（Ｉ１）の電流値は、スイッチ要素（Ｑ１）がオフのときの負荷電流（Ｉ２）の電流値よりも大きくなる。このように、光源１１に流れる負荷電流の大きさを変化させることで、光源１１の光強度に変調を付与し、光源１１の照明光に通信信号を重畳させることができる。

　そして、スイッチ要素（Ｑ１）がオフのときにおいても、スイッチ要素（Ｑ１）と並列に接続されている抵抗（Ｒｘ）が存在しているので、主電源３から光源１１への負荷電圧が遮断されない。そのため、点灯回路１の回路上で光源１１が無負荷状態にならず、主電源３の電源電圧が上昇することもない。また、抵抗（Ｒｘ）の両端が制御電源８の両入力端の側に接続されているので、制御電源８の両入力端の電圧が、光源１１に流れる電流と抵抗（Ｒｘ）によって定まる電圧に抑えられる。例えば、制御電源８の出力電圧が５Ｖであり、光源１１に流れる電流が５００ｍＡであれば、抵抗（Ｒｘ）を１０Ωにすれば、制御電源８の出力電圧が抵抗（Ｒｘ）の電圧と同等となり、電圧差が少なくなるので、通信信号の重畳時の電力損失も抑えられる。従って、主電源３の電源電圧及び制御電源８への入力電圧を安定化すると共に、回路損失を低減することができる。また、主電源３や制御電源８に、耐圧性の高い高価な部品や多数の部品ではなく、汎用の安価な回路部品を用いることができ、しかも回路設計が簡素なので、点灯回路１及びこれを用いた照明器具１０の低コスト化及び小型化を実現することができる。

　次に、上述した実施形態の例について、図４及び５を参照して説明する。これらの例における点灯回路１は、主電源３からの電流を光源１１と並列に接続された抵抗（Ｒ２及びＲ３）へ分流させる構成を有する。

　図４に示す構成においては、インピーダンス要素（Ｒｘ）及びスイッチ要素（Ｑ１）は互いに並列に接続され、これらＲｘ及びＱ１の並列回路は抵抗（Ｒ２及びＲ３）の直列回路と直列に接続され、これらＲｘ、Ｑ１、Ｒ２及びＲ３の組合せ回路は、電源回路３の両出力端間に接続される一方、光源１１と並列に接続されている。また、ダイオード（Ｄ１）及びコンデンサ（Ｃ１）の直列回路が抵抗（Ｒ３及びＲｘ）と並列に接続され、そのコンデンサ（Ｃ１）が制御電源８の両入力端間に接続されている。詳しくは、抵抗（Ｒｘ）の両端（第１及び第２端）がそれぞれスイッチ要素（Ｑ１）の両端（第１及び第２端）に接続され、抵抗（Ｒｘ）及びスイッチ要素（Ｑ１）の第１端が抵抗（Ｒ２及びＲ３）の直列回路を介して電源回路３の第１端に接続されている一方、抵抗（Ｒｘ）及びスイッチ要素（Ｑ１）の第２端が電源回路３の第２端（電流検出抵抗４の第２端）に接続されている。

　図５に示す構成においては、インピーダンス要素（Ｒｘ）及びスイッチ要素（Ｑ１）は互いに並列に接続され、これらＲｘ及びＱ１の並列回路は、光源１１と直列に接続され、また抵抗（Ｒ２及びＲ３）の直列回路と直列に接続され、これらＲｘ、Ｑ１、１１、Ｒ２及びＲ３の組合せ回路は、電源回路３の両出力端間に接続されている。また、ダイオード（Ｄ１）及びコンデンサ（Ｃ１）の直列回路が抵抗（Ｒ３）及びスイッチ要素（Ｑ１）と並列に接続され、そのコンデンサ（Ｃ１）が制御電源８の両入力端間に接続されている。詳しくは、抵抗（Ｒｘ）の両端（第１及び第２端）がそれぞれスイッチ要素（Ｑ１）の両端（第１及び第２端）に接続され、抵抗（Ｒｘ）及びスイッチ要素（Ｑ１）の第１端が抵抗（Ｒ２及びＲ３）の直列回路と光源１１を介して電源回路３の第１端に接続されている一方、抵抗（Ｒｘ）及びスイッチ要素（Ｑ１）の第２端が電源回路３の第２端（電流検出抵抗４の第２端）に接続されている。

　要するに、図４に示す構成においては、抵抗（Ｒｘ）が抵抗（Ｒ２及びＲ３）の直列回路と直列に接続されている。図５に示す構成においては、抵抗（Ｒｘ）が光源１１と直列に接続されている。いずれの構成においても、スイッチ要素（Ｑ１）は、抵抗（Ｒ２及びＲ３）の直列回路と直列に接続され、抵抗（Ｒｘ）と並列に接続されている。他の構成は、上述した実施形態と同様である。

　これらの例によれば、スイッチ要素（Ｑ１）と並列に接続されている抵抗（Ｒｘ）、及び抵抗（Ｒ１及びＲ２）から成る分流回路が存在しているので、点灯回路１の回路上で主電源３の両出力端間が無負荷状態にはならない。そのため、上述した図２の実施形態と同様に、スイッチ要素（Ｑ１）がオフのときにおいても、主電源３の電源電圧が上昇することもなく、上述した実施形態と同様の効果が得られる。また、主電源３からの電流を抵抗（Ｒ２及びＲ３）から成る分流回路へ分流させるので、光源１１が開放した場合でも、主電源３からの電流経路が確保される。このとき、スイッチ要素（Ｑ１）への印加電圧は、抵抗（Ｒ２及びＲ３）の負荷電圧分だけ小さくなるので、スイッチ要素（Ｑ１）に負荷されるストレスを低減することができる。

　次に、上述した実施形態の例について、図６を参照して説明する。この例における点灯回路１では、インピーダンス要素（Ｒｘ）及びスイッチ要素（Ｑ１）は互いに並列に接続され、これらＲｘ及びＱ１の並列回路は光源１１と直列に接続され、これらＲｘ、Ｑ１及び光源１１の組合せ回路は、電源回路３の両出力端間に接続される。詳しくは、抵抗（Ｒｘ）の両端（第１及び第２端）がそれぞれスイッチ要素（Ｑ１）の両端（第１及び第２端）に接続され、抵抗（Ｒｘ）及びスイッチ要素（Ｑ１）の第１端が電源回路３の第１端に接続されている一方、抵抗（Ｒｘ）及びスイッチ要素（Ｑ１）の第２端が光源１１を介して電源回路３の第２端（電流検出抵抗４の第２端）に接続されている。通信回路７に電力を供給する制御電源８の両入力端（第１入力端と共通端子）が、光源１１の両端に接続されている。スイッチ要素（Ｑ１）のオン及びオフによる変調時においても、光源１１への負荷電流の電流値は２値なので、定電流回路から成る主電源３から供給される平均電流は一定であり、光源１１に流れる平均電流も一定になる。従って、図６の例によれば、制御電源８の両入力端を、一定の平均電流が流れる光源１１の両端に接続することにより、制御電源８において安定した入力電圧が得られる。

　次に、上述した実施形態の例について、図７を参照して説明する。この例における点灯回路１では、インピーダンス要素（Ｒｘ）及びスイッチ要素（Ｑ１）は互いに並列に接続され、これらＲｘ及びＱ１の並列回路は光源１１と直列に接続され、これらＲｘ、Ｑ１及び１１の組合せ回路は、電源回路３の両出力端間に接続され、またダイオード（Ｄ１）及びコンデンサ（Ｃ１）の直列回路と並列に接続されている。詳しくは、抵抗（Ｒｘ）の両端（第１及び第２端）がそれぞれスイッチ要素（Ｑ１）の両端（第１及び第２端）に接続され、抵抗（Ｒｘ）及びスイッチ要素（Ｑ１）の第１端が光源１１を介して電源回路３の第１端に接続されている一方、抵抗（Ｒｘ）及びスイッチ要素（Ｑ１）の第２端が電源回路３の第２端（電流検出抵抗４の第２端）に接続されている。通信回路７に電力を供給する制御電源８の両入力端が、主電源３の両端に接続されている。具体的には、制御電源８の第１入力端はダイオード（Ｄ１）を介して電源回路３の第１端に接続され、制御電源８の第２入力端は電源回路３の第２端に接続されている。図６の例で述べた通り、定電流回路から成る主電源３から供給される平均電流は一定である。従って、図７の構成によれば、制御電源８の両入力端を一定の平均電流を供給する主電源３の両端に接続することにより、制御電源８において安定した入力電圧が得られる。

　次に、上述した実施形態の例について、図８を参照して説明する。この例における点灯回路１では、例えば図２の構成に加えて、比較選択回路としての切換スイッチ回路９を有している。切換スイッチ回路９は、抵抗（Ｒｘ）の両端、光源１１の両端又は主電源３の両端のうち、通信回路７の電源電圧に最も近い電圧となる両端を選択して、制御電源８の入力端に接続するように構成される。光源１１は、ＬＥＤ２の点灯状態や温度等により、その両端電圧が変化することがある。また、主電源３の両出力端間の回路部内に不具合等が発生すれば、その両端電圧が変化することがある。図８の構成によれば、制御電源８の入力端を、抵抗（Ｒｘ）、光源１１又は主電源３の両端のうち、通信回路７の電源電圧に最も近い電圧となる両端に接続することにより、制御電源８において安定した入力電圧が得られる。

　次に、本発明の第２実施形態に係る照明器具について、図９及び１０を参照して説明する。本実施形態の照明器具１０に用いられる点灯回路１は、スイッチ要素（Ｑ１）がｎＭＯＳＦＥＴ（Ｎ－ｃｈ　ＭＯＳＦＥＴ）から成る第１スイッチ要素であり、第１スイッチ要素（Ｑ１）と抵抗（Ｒｘ）との間に、第１スイッチ要素（Ｑ１）とは別の第２スイッチ要素（Ｑ２）が設けられている。

　上述したように、通信回路７及び制御電源８といった可視光通信用回路は、主電源３の出力端間に接続された回路から分離可能となるように、主電源３の回路基板及び光源１１の配線基板とは別の制御基板に構成されている。つまり、照明器具１０は、可視光通信機能を付与する制御基板をユーザが後付けすることができる。しかしながら、ユーザがこの制御基板を、主電源３の回路基板及び光源１１の配線基板に対して間違えて、逆接続してしまうことがある。このとき、スイッチ要素（Ｑ１）としてＭＯＳＦＥＴが用いられると、ＭＯＳＦＥＴは内部ダイオードを有するので、逆接続した場合にこの内部ダイオード側に電流が流れ、抵抗（Ｒｘ）側に電流が流れない。そのため、光源１１の付加電流が抵抗（Ｒｘ）によって設定される変調率（変調幅）にならず、可視光通信に必要な変調率（変調幅）が得られない。

　そこで、図９に示す構成においては、図２の構成に加えて、スイッチ要素（Ｑ１）と抵抗（Ｒｘ）との間に、ｎＭＯＳＦＥＴから成るスイッチ要素（Ｑ２）が設けられている。詳しくは、スイッチ要素（Ｑ２）の両端（第１及び第２端）は、それぞれ抵抗（Ｒｘ）の第２端とスイッチ要素（Ｑ１）の第２端に接続されている。スイッチ要素（Ｑ２）の制御端子（ゲート）は、抵抗（Ｒ４）及び逆流防止用のダイオード（Ｄ２）を介して制御電源８に接続されている。また、抵抗（Ｒ４）と光源１１（抵抗（Ｒｘ）の第１端）との間には逆流防止用のダイオードＤ３が接続され、抵抗（Ｒ４）とスイッチ要素（Ｑ１）の第２端との間にも、逆流防止用のダイオードＤ４が接続されている。この構成においては、可視光通信機能を付与する制御基板が正しく接続され、スイッチ要素（Ｑ２）のゲートに正電圧がかかった状態でなければ、スイッチ要素（Ｑ１）と抵抗（Ｒｘ）との間が接続されない。

　また、図１０に示す基本構成においては、インピーダンス要素（Ｒｘ）及びスイッチ要素（Ｑ１）は互いに並列に接続され、これらＲｘ及びＱ１の並列回路は光源１１と直列に接続され、これらＲｘ、Ｑ１及び１１の組合せ回路は、電源回路３の両出力端間に接続される。詳しくは、抵抗（Ｒｘ）の両端（第１及び第２端）がそれぞれスイッチ要素（Ｑ１）の両端（第１及び第２端）に接続され、抵抗（Ｒｘ）及びスイッチ要素（Ｑ１）の第１端が光源１１を介して電源回路３の第１端に接続されている一方、抵抗（Ｒｘ）及びスイッチ要素（Ｑ１）の第２端が電源回路３の第２端（電流検出抵抗４の第２端）に接続されている。この基本構成において、スイッチ要素（Ｑ２）がスイッチ要素（Ｑ１）と直列に接続され、Ｑ２及びＱ１の直列回路が抵抗（Ｒｘ）と並列に接続されている。図１０の例では、スイッチ要素（Ｑ１）のドレインと抵抗（Ｒｘ）の第１端との間に、ｐＭＯＳＦＥＴから成るスイッチ要素（Ｑ２）が接続されている。この構成においては、スイッチ要素（Ｑ１）のゲートに正電圧がかかり、スイッチ要素（Ｑ２）のゲートに負電圧がかかった状態でなければ、スイッチ要素（Ｑ１）は通電しない。

　つまり、本実施形態においては、可視光通信機能を付与する制御基板が正しく接続されなければ、スイッチ要素（Ｑ１）が実質的に機能せず、照明光に通信信号を重畳させること自体ができない。つまり、ユーザは、照明器具１０に可視光通信機能を付与する制御基板を後付けし、通信信号が何ら送信されないときに、制御基板が正しく接続されていないことを認知することができる。

　次に、本発明の一実施形態に係る可視光通信システムについて、図１１Ａ及び１１Ｂを参照して説明する。本実施形態の可視光通信システムは、上述したいずれかの実施形態の照明器具１０と、照明器具１０から送信される通信信号を受信するように構成される受信機２０とから構成される。図１１Ａに示すように、照明器具１０は天井（Ｃ）に埋め込まれ、光源１１から床（Ｆ）の方向の所定範囲に照明光（Ｌ）を照射する。

　受信機２０は、例えば、図１１Ｂに示すような携帯端末から成り、照明器具１０から照射される照明光を受光するためのフォトダイオード等から成る受光部２１を備える。また、受信機２０は、例えば、液晶ディスプレイ等から成る表示部２２と、操作部２３と、受光部２１で受光し、照明光（Ｌ）の光強度に基づいて通信信号を読み取る信号処理回路（不図示）とを備える。なお、表示部２２にタッチパネル機能を有するディスプレイを用いれば、操作部２３の機能をこの表示部２２において実現することができる。また、受光部２１は、ＣＭＯＳセンサから成るカメラであってもよい。すなわち、受信機２０には、一般的な携帯電話に、通信信号を読み取る信号処理用のソフトウェアをインストールしたものを用いることができる。なお、受信機２０は上記携帯端末に限定されず、他の構成から成る受信機であってもよい。

　この構成によれば、図１１Ａに示したように、ユーザ（Ｕ）は、受信機２０を用いれば、照明器具１０の照明範囲内において照明器具１０からの照明光に重畳された通信信号を受信することができる。通信信号には、位置情報、画像情報及び音声情報等が含まれ、ユーザ（Ｕ）は、受信機２０を用いてこれら通信信号に含まれる情報を表示部２２に表示させる等により得ることができる。

　なお、本発明は、上記実施形態に限らず種々の変形が可能である。例えば、制御電源８には、２次電池、及びＡＣ／ＤＣコンバータ３１の出力により２次電池を充電させる充電回路から成るバックアップ電源（不図示）が設けられてもよい。また、インピーダンス要素として、抵抗（Ｒｘ）に加えてＬＥＤが用いられてもよく、このＬＥＤを、例えば、上記バックアップ電源からの給電により点灯させれば、災害時等により停電が発生して商用電源ＡＣを喪失したときの補助光源として機能させることができる。

　本発明を幾つかの好ましい実施形態について記述したが、この発明の本来の精神および範囲、即ち請求の範囲を逸脱することなく、当業者によって様々な修正および変形が可能である。

Claims

　発光素子を備える光源の光強度を変調して通信信号を前記光源の照明光に重畳させて可視光通信を行なうように構成される照明器具であって、
　調光信号に基づいて前記光源に流れる負荷電流を制御して前記光源を調光するように構成される主電源と、
　前記主電源から前記光源へ供給される出力電流を変調するためのスイッチ要素と、
　前記スイッチ要素と並列に接続されたインピーダンス要素と、
　前記スイッチ要素のオン及びオフを制御して前記光源が出射する照明光に変調信号を重畳するように構成される通信回路と、
　前記通信回路へ電力を供給するように構成される制御電源と
　を備え、
　前記制御電源の両入力端の１端が、前記インピーダンス要素の１端に接続されていることを特徴とする照明器具。
　前記制御電源の両入力端が、前記インピーダンス要素の両端に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の照明器具。
　前記制御電源の両入力端が、前記光源の両端に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の照明器具。
　前記制御電源の両入力端が、前記主電源の両端に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の照明器具。
　前記インピーダンス要素の両端、前記光源の両端又は前記主電部の両端のうち、前記通信回路の電源電圧に最も近い電圧となる両端を選択して、前記制御電源の入力端に接続するように構成される切換スイッチ回路を有することを特徴とする請求項１に記載の照明器具。
　前記スイッチ要素は、ＭＯＳＦＥＴから成る第１スイッチ要素であり、該第１スイッチ要素と前記インピーダンス要素との間に、前記第１スイッチ要素とは別の第２スイッチ要素が設けられていることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の照明器具。
　前記第１及び第２スイッチ要素の各々はＮｃｈ－ＭＯＳＦＥＴを含むことを特徴とする請求項６記載の照明器具。
　請求項１乃至７のいずれか一項に記載の照明器具と、
　前記照明器具から送信される通信信号を受信するように構成される受信機と
を備えることを特徴とする可視光通信システム。