(57)【要約】      （修正有）【課題】定電流制御回路と定電圧電源を用いて、交流や直流信号を直流電源に重畳させ、端末部側から電源部側へ容易且つ確実に該信号を伝送する事、及び双方向通信を行なう。【解決手段】電源部側１に、可変定電圧電源回路１１、信号分離又は重畳回路１２及び信号処理回路１３を備えて、伝送ライン２に接続され、同じく伝送ライン２に接続された端末部側３には前記同様、信号重畳又は分離回路３１、負荷側部４への電圧及び電流を制御する回路へ電圧を供給する定電圧回路３２、負荷への電源を供給する定電圧回路３４、電源３２と３４間を流れる電流を検知する抵抗３３、負荷電流の変化分を流入または流出させる抵抗３５、基準電圧を設定する抵抗３７，３８及び電流制御回路３６が備えられ、定電圧回路３４に接続された負荷４１が、信号処理回路３９に電源部側への信号を出力したり、電源部側からのコマンドを信号処理回路３９から受取り、所定の動作を行なう。【選択図】図１
2010114867.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源と負荷を１対のケーブルで接続し、電源部側から負荷側へ電圧を供給するよう構成して成る負荷の極近傍に、直列に端末部を挿入し、端末部には負荷側に流れる最大の電流を常時、電源部から流出するように電流制御回路を設け、負荷変動があっても、端末部までの伝送ケーブルの電圧及び電流には全く変動が無いように設定した当該ケーブルに、双方向の通信データを乗せることを特徴とする電源重畳システム。
【請求項２】
伝送ケーブルの電圧、電流の変化が全く無い電源重畳システムの、端末部からは交流データ信号を電源側に送り、電源側からはレベル制御信号を端末部に送り、制御信号とデータ信号の同時通信を行なうことを特徴とする電源重畳システム。
【請求項３】
伝送ラインから送られてくるレベル信号を、基準電圧と比較することによって検出するよう構成された回路において、伝送ラインの無信号時の温度ドリフト電圧を、基準となる定電流回路からの電流を分流して生ずる基準電圧と比較することで、自動補正をすることを特徴とするレベル通信システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】本発明は電源重畳方式の通信手段に関する。
【背景技術】
【０００２】電源重畳方式が用いられている例として一般によく知られているのが、防犯用としてのカメラとモニタ間の信号伝送形態である。
電源部側では同軸ケーブルを用いて、カメラ側に電源を供給すると同時にカメラからの映像信号を分離受信し、カメラ側では電源を受給し、映像信号をケーブル上に重畳するものである。【０００３】図２は従来の電源重畳方式の構成を示すものである。
電源部側１０２の電源回路１２５は抵抗１２４及び同軸ケーブル１０３を通って、カメラ側の定電圧化回路１４５に接続されて、カメラ部１４３と駆動回路１４６に電源を供給する。【０００４】カメラ側では抵抗１４１及びコンデンサ１４２を用いて同軸ケーブルに映像信号を乗せ、電源部側でも同じ様に抵抗及びコンデンサ１２２で該信号を受取りモニタへ出力するものである。
本出願に関する参考文献として特許文献１を参照されたい。
【特許文献１】特開平０６−２７６４２５
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】図２のカメラ側の定電圧化回路１４５の負荷の変動が微小ならば、映像信号は電源部側へ正しく伝わるものと考えられる。
しかし、例えば夜間に照明用のＬＥＤや冬季にヒーターなどをオン／オフするような場合には、電流の変動が大きくなり、電源回路１２５が定電流の場合は電圧が、定電圧の場合は電流が変化して、映像信号に雑音として入り込み、映像が乱れたり、映像信号が消えてしまう可能性がある。
更に、抵抗１２４と１４４は伝送ケーブルの最大の長さを制約するので、伝送距離が長くなるとケーブルの径を太くする以外に方法が無い。【０００６】本発明はこうした難点を解消するためになされるものである。
【課題を解決するための手段】前述の目的を達成するため、電源部側に可変定電圧電源、端末部側に電流を制御するための回路及び該回路を駆動するための定電圧回路、負荷に電源を供給するための定電圧回路をそれぞれ持つことを特徴とする。【０００７】更に言えば、端末側に電流を制御する回路を設ける事によって、電源部から流出する端末側への負荷電流が、ケーブルの長さに無関係に一定であり、従って負荷変動による電源部側の電圧及び電流は変動しないことを特徴とする。【０００８】信号を伝送する回路は、信号を搬送波に乗せる方式ではなく、トランスやインダクタ、抵抗及びコンデンサを使用するだけの簡単な回路で構成されるので、専門的な知識が無くても、製造や調整が簡単に出来る特徴がある。【０００９】双方向レベル通信の場合は、電源部側から端末へは電圧を、端末部側から電源部側へは電流を、それぞれ変化させて伝送することを特徴とする。【００１０】電圧でレベル通信を行なう場合は、伝送ケーブルの抵抗値の変化で、無信号時のレベルが変動するので、端末部側に定電流回路を用いて自動補正することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】本発明によれば、端末部側で電流の変化、例えばソレノイド、リレー及びＬＥＤなどの動作によって急激に負荷変動があっても電源部側での電圧及び電流には変化が無いので、回路が簡単で安価であるにも拘らず、伝送ケーブルは質の良い信号の送受信を行なうことが出来、交流信号だけではなく、直流のレベル信号をも送ることが可能となる。【００１２】質の良い信号の送受信を行なうことが出来るので、防犯機器や火災報知などの複数のセンサー類に電源を供給すると同時に、該センサーに付与したアドレスから、発生源を特定することも出来るし、防犯カメラであれば、端末部側に接続した複数台のカメラを電源部側から選択特定し、該カメラの映像信号を電源部側のモニターに映し出すことも可能になる。
更に、映像を見ながらカメラを上下左右に動かすことも可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】以下、本発明の実施形態を図面に基づいて順次説明する。【００１４】図１は本発明の一実施形態に係るシステム構成を示すブロック図であり、先ず端末部側から電源部側への片方向通信について説明する。【００１５】図１の１は電源部側であり、可変定電圧電源部１１と信号分離部１２とで構成される。
この電源部側１は伝送ケーブル２を介して端末部側３に接続され、端末部側３は信号重畳回路３１と、定電流制御回路３６及び定電圧回路３４に電源を供給するための定電圧回路３２で構成されている。
更に、定電圧回路３４は前述したセンサー類やカメラなどの負荷に電源を供給するように構成される。【００１６】今、抵抗３３に流れる電流が変化すると、抵抗３３の出口側の電圧が変わり、この電圧は抵抗３７、３８によって設定された基準電圧と比較され、差が小さければ抵抗３５に流れる電流値を減少させ、大きければ逆に抵抗３５に流れる電流値を増加させ、抵抗３３に流れる電流を常に一定に保つように、定電流制御回路３６は働くものである。
今、定電圧回路３４に負荷４１を接続して、負荷に電流を流すと、前述したように、抵抗３３の電圧が下がり、抵抗３５に流れる電流を、負荷への電流分だけ減少させる様に電流制御回路３６は働き、その結果、抵抗３３に流れる電流は常に一定に保たれる。
この一定電流を、負荷４１が消費する最大電流に設定しておけば、負荷が変動しても抵抗３３に流れる電流に変化は無い。
又、抵抗３３に流れる電流は、定電圧回路３２を流れる電流であり、伝送ケーブル２を流れる電流でもある。
更には、電源部側１の定電圧電源回路１１より流出する電流であり、この電流が一定である限り、ケーブル２の入口と出口の両端の電圧には、負荷に起因する変動は無い。【００１７】ケーブル２の入口と出口の両端は、双方向通信をする場合の信号検出ポイントであり、負荷に起因する変動が無ければ、ケーブルに信号を乗せようとする場合に、非常に有利であり、且つ好条となる。
信号が交流である場合でも、直流レベル信号を送る場合でも、負荷変動に依る影響は全く無くなるのである。【００１８】抵抗３３に流れる電流が一定であれば、定電圧回路３４の入力側の電圧が一定になるので、一見定電圧回路３４は不用と思われがちであるが、負荷４１が制限電流値を越えて動作した場合、負荷への電圧が仕様書に記載する規定電圧より下回り、正規の結果を期待できないまま動作を継続することになりかねないので、電流値が規定の範囲内である限り、電圧は一定であるという事の保証の為に、定電圧回路３４は必要不可欠となる。
言ってみれば定電圧回路３４は責任の分界点である。【００１９】交流信号の伝送について図３に基づいて説明する。
電源部側１の１２ａはフイルタ回路で、定電圧電源回路１１への交流信号の流入を防ぐ為のものであり、同様のフィルターが端末部側３の３１ｂに設置されそれぞれ伝送ケーブル２に接続される。
更に、電源部側１の１２ｂ及び端末側３の３１ａは信号重畳または分離するための結合トランスとコンデンサーで構成される回路であり、同じく伝送ケーブル２に接続される。
このトランスの一次側と二次側は完全に分離しているので、図３の様に結線すれば一次側駆動部の伝送ラインへの影響が無くなるので、予期しない信号の回り込みを予防する事が出来る。
双方向の通信を行なう場合には、最初に端末部側３の信号送受切換スイッチ３９ｄを受信側に、電源部側１の信号送受切換スイッチ１５を送信側にしておいて、電源部側から端末へコマンドを送信し、その後、スイッチを切り換えて、逆方向への通信を行い、再び、最初の状態に戻す。
上記動作を繰り返し、双方向通信を行なうものである。【００２０】図４は信号重畳及び分離回路をＣＲで構成したもので、原理的には図３と同様である。
但し、図４の場合は伝送ラインのリターン回路と信号のリターン回路を分離する必要があるので、互いに干渉しないようにプリント基板上或いは結線上、注意を払う必要が生じるが、安価に送受信を行なう場合には、この方法が良い。【００２１】図３、図４のいずれの場合も、ケーブル２が長くなると路線抵抗が増して来て、一定であるとは言え、電流を流している関係上、端末部側の入力電圧が下がるので、ケーブル敷設時に、電源部側１の可変定電圧回路１１の電圧を調整することで、端末部側の動作最低入力電圧を確保する。
このようにすれば、電源対ケーブル長間の制約は無くなり、伝送ケーブルの特性インピーダンスによる信号の減衰のみを考慮すればよい事になる訳である。【００２２】図５はレベル通信を行なう場合の一実施例を示すものである。
レベル通信を行なう場合には、フィルターは不用となり信号重畳、分離回路は更に簡単になる。【００２３】今、図５の回路構成とした場合、電源部側１の１１の可変電圧回路の電圧を上げると、電圧の増加分は端末部側３の定電圧回路３２の入力側に現れる。
定電圧回路３２の出力側以降は、入力の電圧が変わっただけなので、変化は全く無い。
この電圧の変化は抵抗３ａ、３ｂによって分圧され、受信回路３９ａの他方の基準入力電圧と比較されて、差があれば信号として取り出される。
一方、端末部側から信号を送出する場合は、例えば図示するようにホトカプラ−回路３ｃのダイオードに電流を流して電源部側１の抵抗１２の電位を変化させ、端末部側３の受信回路３９ａと同じように、受信回路１７で基準電圧と入力信号を比較し、差が出たら信号として処理する。
前述したように、電源部側１の抵抗１２を流れる電流を増減させても、定電圧回路３２の入力電圧が増減するのみで、負荷への影響は全く無い。【００２４】図５の構成の場合は比較的遅いパルスの双方向通信も可能となる。【００２５】また、例えば電源部側からの送信をレベル信号にして、受信を交流信号とすることも可能である。
図６の構成にすると、図３や図４にある受信−送信の切換スイッチが省略出来るので回路が更に簡単になる。【００２６】図６において、端末側部３から電源部側１への信号の伝達方法は既述の通りである。
電源部側１から端末側部３への通信については、先ず電源側１の制御回路１８に入力された制御入力信号は、可変定電圧電源回路１１に送られて出力電圧を変化させる。
この変化は端末側３の定電圧回路３２の入力側に現れるが、これも前述したように、定電圧回路３２の出力側以降の電圧や電流に何ら影響を及ぼさない。
この変化した電圧は抵抗３ａ、３ｂで分圧され、受信回路３９ａに入力され、更に処理回路３９ｂで処理されて負荷４１に送られる。
この受信回路３９ａの例を、より具体的に説明するものが図７である。【００２７】図７において、定電圧回路３２の入力電圧は、抵抗３ａ、３ｂによって分圧され、３０８群で示される電圧コンパレータの（＋）側及び３１０の（−）側入力端子に接続される。
一方、定電圧回路３２の出力を定電流回路３０７に入力し、出力をコンパレータ３０８群の（−）側の入力端子に、抵抗群３０５を介してそれぞれ接続する。
この抵抗群３０５の他端をコンパレータ３１０の（＋）側入力端子に接続し、更に手動スイッチ３１４、抵抗３０６及びダイオード３１３を介してコンパレータ３１０の出力段に接続する。
同様に、コンパレータ３１０の（＋）側入力端子を、可変抵抗器３１２の可変タップ端子及び手動スイッチ３１４’を介して可変抵抗器３１２’の可変タップ端子に接続して、定電流を流しておく。
今、連動して動作するスイッチ３１４，３１４’が図示されている状態の時、発光ダイオード３１１が点灯から消灯に変る点に、可変抵抗器３１２、３１２’をセットし、当該スイッチ３１４、３１４’を反転させると、可変抵抗器３１２’に流れていた電流が全て抵抗３０６に流れるように、コンパレータ３１０は動作して平衡する。【００２８】この時、レベル信号によって、コンパレータ３０８ｄの（＋）入力端子電圧Ｖｚが
Ｖｚ＝Ｖｚｂ＋Δｖ
となった場合に、３０８ｄの（−）入力端子の設定電圧Ｖｄが
Ｖｄ＝Ｖｚｂ＋１／２ΔＶ
となるように、予め設定して置けば、Ｖｚ＞Ｖｄとなるので、３０８ｄの出力は（＋）となる。一方、コンパレータ３０８ｃの（−）入力端子Ｖｃが
Ｖｃ＝Ｖｚｂ＋３／２ΔＶ
となるように予め設定しておけば、Ｖｚ＜Ｖｃなので、コンパレータ３０８ｃの出力は（０）となり、従ってコンパレータ３０９ｃの出力は（＋）となる。
以下同様に設定すれば、信号の変化がΔＶ、２ΔＶ、３ΔＶ．．．となるに従ってコンパレータ３０９ｃ、３０９ｂ、３０９ａ．．．の出力が順次（＋）となって行く。
ΔＶはレベル信号間の電位差であり、２つ以上のコンパレータが、同時に（＋）出力となることは無い。【００２９】ところで、伝送ケーブル２は、電流を流す事によって生じるジュール熱や周囲温度によって、時間と共に抵抗値が変動する。
これは、レベル信号伝達を不安定にする最大の因子となる。
このことによって、無信号時の電圧Ｖｚｂは変化し、コンパレータ３０８群の＋入力側、及び３１０の（−）側の入力端子の電圧が変動する。
図７において、定電流回路３０７からの定電流は、コンパレータ３１０の（＋）入力端子の所で、抵抗３１２と３０６とに分流されて、平衡している
今、この平衡状態から、コンパレータ３１０の（−）入力端子電圧Ｖｚｂが（＋）方向に変化すれば、コンパレータ３１０は、抵抗３０６に流れる電流を減少させ、（−）方向に変化すれば抵抗３０６に流れる電流を増加させ、コンパレータ３１０の（＋）入力端子の電圧を変えて、両方の入力電圧の差がなくなるように自動補正をする。
レベル信号が入力された場合には、コンパレータ３１０の（−）入力端子の電位が、（＋）の入力端子電位よりも更にプラス方向へ大きく変化し、出力が０となるので他への影響は全く無い。【００３０】可変抵抗器３１２に最大電流が流れた場合は（＋）側に最大変動、抵抗３０６に最大電流が流れた場合には（−）に最大変動があった場合なので、３０６の抵抗値を、可変抵抗器３１２の設定値の１／３にすれば、補正範囲は２Ｖｚｂ〜１／２Ｖｚｂとなる。【００３１】上記は説明の便宜のためであって、実際には可変抵抗器３１２を固定抵抗に変え、可変抵抗３１２’及びスイッチ３１４，３１４’を取り除き、計算値から抵抗３１２、３０６を設定しても良い。
いずれにしても、定電流を固定抵抗に流して基準の電圧を発生させ、信号検出を行なうと同時に、該電流を分流して抵抗に流し、電位を上下させ、無信号時の伝送ケーブルの周囲環境による抵抗変化を検知、補正するものである。【００３２】図８は図７のコンパレータ３０８，３０９群及び３１０の動作を説明するための真理値表である。
コンパレータ４０１は、Ｖ＋＞Ｖ−の時のみ出力は（＋）となりその他は全て（０）である。【００３３】以上のような回路構成にすれば、カメラを上下左右に動かし、雲台の雑音を含まない良質な映像を見たり、水平或いは垂直同期信号を抽出し、この信号に合わせて、複数台のカメラを切り換えて、特定のカメラの映像を見たりする事が出来る。【００３４】いずれの場合も、端末部側に電流制御回路を設けることによって成り立つものであり、この事は本発明の根幹を成すものである。【００３５】また、上述した実施形態では防犯機器やカメラなどを例にあげて説明したが、本発明はこれに限定されること無く、様々な分野における通信についても適用することが出来る。
【産業上の利用可能性】
【００３６】防犯、防災機器は勿論、医療機器、原子力産業或いはロボット工学など、遠隔制御を必要とするあらゆる分野での利用が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】電源を重畳して信号伝送を行なう場合のブロック図である。
【図２】従来技術における電源重畳通信方式のブロック図である。
【図３】トランスを用いた交流信号通信方式のブロック図である。
【図４】コンデンサと抵抗による交流信号通信方式のブロック図である。
【図５】レベル通信をする場合のブロック図である。
【図６】レベル通信と交流信号通信方式とを混在させたブロック図である。
【図７】レベル通信用のレベル検出回路のブロック図である。
【図８】コンパレータの動作を説明する真理値表である。
【符号の説明】
１、１０２．．．電源部側
１１．．．可変定電圧電源回路
１２．．．信号重畳、分離回路及びフィルタ回路
１２ａ．．．フイルタ回路
１２ｂ．．．信号分離、重畳回路
１３、３９．．．信号処理回路
１５、３９ｄ．．．送受信切換スイッチ
１６、３９ｃ．．．送信回路
１７、３９ａ．．．受信回路
１８．．．制御回路
１９ａ、１９ｂ、３３、３５、３６ｂ、３７、３８、３ａ、３ｂ．．．抵抗
１２３、１２４、３０５ａ〜３０５ｄ．．．抵抗
２、１０３．．．伝送路
３．．．端末部側
３１．．．信号重畳、分離回路及びフィルタ回路
３１ａ．．．．信号分離、重畳回路
３１ｂ．．．フィルタ回路
３ｃ．．．ホトカプラ回路
３２、３４．．．定電圧回路
３６ｃ．．．トランジスタ
３９ｂ．．．信号処理回路
４．．．負荷側
４１．．．負荷
１０１．．．モニタ
１０４．．．カメラ側
１２１．．．映像信号増幅回路
１２２．．．コンデンサ
３０７．．．定電流回路
３０８ａ〜３０８ｄ、３０９ａ〜３０９ｃ、３１０、４０１．．．コンパレータ
３１１．．．発光ダイオード
３１２、３１２’．．．２連可変抵抗器
３１４、３１４’．．．２回路手動スイッチ
４０２．．．動作表
【図１】
2010114867.tif 000003
【図２】
2010114867.tif 000004
【図３】
2010114867.tif 000005
【図４】
2010114867.tif 000006
【図５】
2010114867.tif 000007
【図６】
2010114867.tif 000008
【図７】
2010114867.tif 000009
【図８】
2010114867.tif 000010