(57)【要約】【課題】平滑部を構成する部品の要求される耐圧を低くすることのできる可視光通信装置を提供する。【解決手段】光源部２と、光源部２に直列に接続されるインピーダンス要素３と、インピーダンス要素３を光源部２に接続するか否かを切り替えるスイッチング素子Ｑ１と、スイッチング素子Ｑ１のオン／オフを制御して光源部２の出力する照明光に２値の通信信号を重畳させる制御部４と、電源部１に接続されて負荷電流を平滑化する平滑コンデンサＣＸ１とを備え、光源部２が電源部１に接続されると平滑コンデンサＣＸ１が電源部１に接続され、光源部２が電源部１から外されると平滑コンデンサＣＸ１が電源部１から切り離される接続構造を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光素子から成る光源部と、前記光源部に直列に接続されるインピーダンス要素と、前記インピーダンス要素に並列に接続されて前記インピーダンス要素を前記光源部に接続するか否かを切り替えるスイッチ要素と、前記スイッチ要素のオン／オフを制御することで前記光源部の出力する照明光の光強度を変調して２値の通信信号を重畳させる制御部と、前記光源部に負荷電流を供給する電源部に接続されて前記負荷電流を平滑化する平滑部とを備え、
前記光源部は、前記電源部に着脱自在に接続され、
前記光源部が前記電源部に接続されると前記平滑部が前記電源部に接続され、前記光源部が前記電源部から外されると前記平滑部が前記電源部から切り離される接続構造を有することを特徴とする可視光通信装置。
【請求項２】
前記接続構造は、前記光源部及び前記平滑部を同一の第１基板に実装する構造から成ることを特徴とする請求項１記載の可視光通信装置。
【請求項３】
前記接続構造は、前記制御部及び前記平滑部を同一の第２基板に実装する構造と、前記光源部を介して前記第２基板を前記電源部に接続する構造とから成ることを特徴とする請求項１記載の可視光通信装置。
【請求項４】
前記インピーダンス要素及び前記スイッチ要素は、前記第１基板に実装されることを特徴とする請求項２記載の可視光通信装置。
【請求項５】
前記制御部が動作しないときに前記スイッチ要素を強制的にオンに切り替える補助回路を備え、前記補助回路は、前記第１基板に実装されることを特徴とする請求項３又は４記載の可視光通信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、可視光通信装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、発光ダイオード（ＬＥＤ）を光源として備える照明器具において、照明光の強度を変調することによって信号を送信するものが提案されており、例えば特許文献１に開示されている。このような照明光通信装置では照明光そのものを変調することで信号を送信するため、赤外線通信装置のような特別の機器を必要としない。また、照明用光源として発光ダイオードを用いることで省電力が実現できるから、地下街などでのユビキタス情報システムへの利用が検討されている。
【０００３】
特許文献１に記載の照明光通信装置は、定電流源と、平滑コンデンサと、負荷回路と、負荷変動要素と、信号発生回路と、スイッチ要素とを備える。平滑コンデンサは、定電流源の出力を平滑するものである。負荷回路は、複数の発光ダイオードを含み、定電流源の出力が供給される。負荷変動要素は、一部の発光ダイオードに並列接続された抵抗器から成り、負荷回路に負荷されることで負荷回路の負荷特性を部分的に変化させる。信号発生回路は、２値の光通信信号を発生する。スイッチ要素は、負荷変動要素である抵抗器と直列に接続されたスイッチング素子から成り、光通信信号によりオン／オフが切り替えられることで、負荷変動要素を負荷回路に付加するか否かを切り替える。これにより、負荷回路の負荷特性が光通信信号に応じて変化するため、発光ダイオードを流れる負荷電流が光通信信号の波形に変調される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−６９５０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記従来例では、負荷回路が定電流源から切り離されて無負荷となった場合に、定電流源の出力電圧が上昇する。そして、上記従来例では、無負荷の場合でも平滑コンデンサ（平滑部）が定電流源に接続されるため、平滑コンデンサに通常時よりも高い電圧が印加されることになる。特に、定電流源がＰＦＣ（Power Factor Correction）回路と降圧コンバータ回路とから構成される場合、降圧コンバータ回路のスイッチング素子が故障すると、非常に高い電圧が平滑コンデンサに印加される。
【０００６】
したがって、上記従来例では、上記の場合に対応するために、平滑コンデンサとして高耐圧の部品を用いなければならず、コストの増大や部品の大型化を招くという問題があった。
【０００７】
本発明は、上記の点に鑑みて為されたもので、平滑部を構成する部品の要求される耐圧を低くすることのできる可視光通信装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の可視光通信装置は、発光素子から成る光源部と、前記光源部に直列に接続されるインピーダンス要素と、前記インピーダンス要素に並列に接続されて前記インピーダンス要素を前記光源部に接続するか否かを切り替えるスイッチ要素と、前記スイッチ要素のオン／オフを制御することで前記光源部の出力する照明光の光強度を変調して２値の通信信号を重畳させる制御部と、前記光源部に負荷電流を供給する電源部に接続されて前記負荷電流を平滑化する平滑部とを備え、前記光源部は、前記電源部に着脱自在に接続され、前記光源部が前記電源部に接続されると前記平滑部が前記電源部に接続され、前記光源部が前記電源部から外されると前記平滑部が前記電源部から切り離される接続構造を有することを特徴とする。
【０００９】
この可視光通信装置において、前記接続構造は、前記光源部及び前記平滑部を同一の第１基板に実装する構造から成ることが好ましい。
【００１０】
この可視光通信装置において、前記接続構造は、前記制御部及び前記平滑部を同一の第２基板に実装する構造と、前記光源部を介して前記第２基板を前記電源部に接続する構造とから成ることが好ましい。
【００１１】
この可視光通信装置において、前記インピーダンス要素及び前記スイッチ要素は、前記第１基板に実装されることが好ましい。
【００１２】
この可視光通信装置において、前記制御部が動作しないときに前記スイッチ要素を強制的にオンに切り替える補助回路を備え、前記補助回路は、前記第１基板に実装されることが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明は、光源部が電源部に接続されると平滑部が電源部に接続され、光源部が電源部から外されると平滑部が電源部から切り離される接続構造を有する。したがって、本発明では、無負荷の場合でも平滑部に通常時よりも高い電圧が印加されることがないので、平滑部を構成する部品の要求される耐圧を低くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明に係る可視光通信装置の実施形態１を示す回路概略図である。
【図２】同上の可視光通信装置において降圧コンバータ回路のスイッチング素子が故障した場合を示す図で、（ａ）はＰＦＣ回路の出力電圧の波形図で、（ｂ）は無負荷の場合の電源部の出力電圧の波形図で、（ｃ）は光源ユニットが接続されている場合の電源部の出力電圧の波形図である。
【図３】（ａ），（ｂ）は、同上の可視光通信装置における光源ユニットを示す平面図である。
【図４】本発明に係る可視光通信装置の実施形態２を示す回路概略図である。
【図５】同上の可視光通信装置において制御ユニットを外した場合の回路概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
（実施形態１）
以下、本発明に係る可視光通信装置の実施形態１について図面を用いて説明する。本実施形態１は、図１に示すように、電源部１に接続されるものであって、光源部２と、インピーダンス要素３と、制御部４と、スイッチング素子Ｑ１と、平滑コンデンサＣＸ１（平滑部）とを備える。
【００１６】
電源部１は、光源部２に一定の負荷電流を供給する定電流源である。電源部１は、ＰＦＣ回路１０と、降圧コンバータ回路１１とを備えるスイッチング電源から成る。ＰＦＣ回路１０は、昇圧チョッパ回路から成り、商用電源ＡＣ１から供給される交流電圧を昇圧（本実施形態では、４１０Ｖに昇圧）して出力する（図２（ａ）参照）。降圧コンバータ回路１１は、ＰＦＣ回路１０の出力電圧を降圧して出力する。
【００１７】
光源部２は、１乃至複数の発光ダイオードＬＤ１を直列に接続して成る。なお、光源部２の構成はこれに限定されるものではなく、例えば発光ダイオードＬＤ１の直列回路を複数並列に接続した構成でもよい。また、本実施形態では、光源部２を構成する発光素子として発光ダイオードＬＤ１を用いているが、これに限定される必要はなく、例えば有機ＥＬ素子や半導体レーザなどの他の発光素子を用いてもよい。
【００１８】
インピーダンス要素３は、例えば抵抗器などのインピーダンス素子を有し、光源部２に直列に接続される。本実施形態では、インピーダンス要素３は、インピーダンス素子である抵抗ＲＸ１から成る。なお、インピーダンス要素３の構成は本実施形態の構成に限定される必要はなく、複数の抵抗器の直列回路又は並列回路、若しくはこれらの組み合わせから構成してもよい。更に、インピーダンス素子としては、抵抗器の代わりにダイオードを用いてもよい。
【００１９】
スイッチング素子Ｑ１（スイッチ要素）は、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴから成り、そのゲートには後述する制御部４から通信信号が入力される。スイッチング素子Ｑ１は、インピーダンス要素３と並列に接続されている。したがって、スイッチング素子Ｑ１がオンの場合は、インピーダンス要素３を介さずに光源部２に負荷電流が流れる。一方、スイッチング素子Ｑ１がオフの場合は、インピーダンス要素３を介して光源部２に負荷電流が流れる。
【００２０】
平滑コンデンサＣＸ１は、光源部２及びインピーダンス要素３の直列回路と並列に接続される。平滑コンデンサＣＸ１は、電源部１から光源部２に供給される負荷電流のリプルを除去することで、負荷電流を平滑化する。
【００２１】
制御部４は、各種プログラムを格納するメモリを内蔵したマイクロコントローラを主な構成要素とし、メモリに記憶されたプログラムをＣＰＵで実行することにより後述する機能を実現する。なお、制御部４は、制御用電源部５から制御用電圧を供給されることにより動作する。制御用電源部５は、例えばＤＣ／ＤＣコンバータから成り、電源部１からダイオードＤ１、抵抗Ｒ１、コンデンサＣ１を介して入力される電圧を５Ｖの制御用電圧に変換して出力する。
【００２２】
制御部４は、スイッチング素子Ｑ１に対して２値の通信信号を出力する。通信信号は、例えば屋内における照明器具の位置情報や、照明器具の商品コードといった機器情報などを２値化したものである。この通信信号を重畳した照明光をユーザが所有する受信端末（例えば、携帯電話など）で受信することで、通信信号の有する情報をユーザが利用することができる。通信信号は、後述する高周波駆動回路６及び補助回路７を介してスイッチング素子Ｑ１に入力される。
【００２３】
高周波駆動回路６は、スイッチング素子Ｑ１０〜Ｑ１２と、抵抗Ｒ２，Ｒ３とから構成される。スイッチング素子Ｑ１０は、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴから成り、そのゲートには制御部４から２値の通信信号が入力される。また、スイッチング素子Ｑ１０のドレインは、抵抗Ｒ２を介して制御用電源部５に接続している。スイッチング素子Ｑ１１，Ｑ１２は、それぞれＮＰＮトランジスタ、ＰＮＰトランジスタから成る。スイッチング素子Ｑ１１，Ｑ１２はプッシュプル回路を構成している。各スイッチング素子Ｑ１１，Ｑ１２のベースは、抵抗Ｒ２とスイッチング素子Ｑ１０のドレインとの接続点に接続している。また、スイッチング素子Ｑ１１のコレクタは制御用電源部５に、スイッチング素子Ｑ１２のコレクタはグラウンド（ＧＮＤ）に接続している。また、各スイッチング素子Ｑ１１，Ｑ１２のエミッタは、抵抗Ｒ３を介してスイッチング素子Ｑ１に接続している。
【００２４】
補助回路７は、抵抗Ｒ４，Ｒ５の直列回路と、抵抗Ｒ５と並列に接続されるツェナーダイオードＺＤ１とから構成される。補助回路７は、光源部２及びインピーダンス要素３の直列回路と並列に接続される。また、抵抗Ｒ４とツェナーダイオードＺＤ１との接続点は、スイッチング素子Ｑ１のゲートに接続されている。補助回路７を設けることで、例えば制御部４が動作しない場合でも、スイッチング素子Ｑ１を強制的にオンに切り替えることができる。これにより、インピーダンス要素３に連続して負荷電流が流れるのを防止し、光源部２の光出力が低下したり、抵抗ＲＸ１が発熱したりするのを防止することができる。
【００２５】
以下、本実施形態における可視光通信の動作について説明する。本実施形態では、通信信号により光源部２の光強度を変調することで可視光通信を行なっている。この可視光通信における変調方式として、ＳＣ−４ＰＰＭを採用している。４ＰＰＭ（４値パルス位置変調）は、シンボル時間として定義される一定時間を４つのスロットに分割し、これらのスロットのうち何れか１つのスロットにパルスが入力されることにより、２ビットのデータを送信するものである。詳しくは、ＪＥＩＴＡ（電子情報技術産業協会規格）のＣＰ−１２２１、ＣＰ−１２２２を参照されたい。
【００２６】
通信信号がローレベルの場合、スイッチング素子Ｑ１０がオフ、スイッチング素子Ｑ１１がオン、スイッチング素子Ｑ１２がオフになり、スイッチング素子Ｑ１のゲートにハイレベルの信号が入力される。このため、スイッチング素子Ｑ１がオンになり、インピーダンス要素３を介さずに光源部２に負荷電流Ｉ１が流れる。
【００２７】
通信信号がハイレベルの場合、スイッチング素子Ｑ１０がオン、スイッチング素子Ｑ１１がオフ、スイッチング素子Ｑ１２がオンになり、スイッチング素子Ｑ１のゲートにローレベルの信号が入力される。このため、スイッチング素子Ｑ１がオフになり、インピーダンス要素３を介して光源部２に負荷電流Ｉ２（Ｉ２＜Ｉ１）が流れる。このように、通信信号によりスイッチング素子Ｑ１のオン／オフを制御することで、光源部２の光強度を変調し、光源部２の出力する照明光に通信信号を重畳させることができる。
【００２８】
ここで、本実施形態では、光源部２と、抵抗ＲＸ１（インピーダンス要素３）と、スイッチング素子Ｑ１と、平滑コンデンサＣＸ１と、後述する補助回路７とで光源ユニットＡ１を構成している。また、本実施形態では、制御部４と、制御用電源部５と、高周波駆動回路６とで制御ユニットＡ２を構成している。
【００２９】
光源ユニットＡ１は、図３（ａ）に示すように、光源部２と、平滑コンデンサＣＸ１と、抵抗ＲＸ１やスイッチング素子Ｑ１を含む電子部品Ｐ１０を第１基板Ｐ１に実装して成る。第１基板Ｐ１は、光源部２の発光時の発熱を放熱するために、高い放熱性を有する樹脂製基板から成る。なお、同図において、光源部２の実装領域を囲む円形状の領域（同図の破線参照）は、光源部２の発光時の発熱により高温となるため、平滑コンデンサＣＸ１や電子部品Ｐ１０の実装が禁止されている。
【００３０】
ここで、万が一、補助回路７が働かずに、スイッチング素子Ｑ１がオフに切り替わった状態を維持した場合、抵抗ＲＸ１に負荷電流が流れ続けるため、抵抗ＲＸ１の発熱が問題となる。そこで、従来では、抵抗ＲＸ１の放熱性を高めるべく、抵抗ＲＸ１を多数（例えば、８〜１０個）の抵抗で構成していた。本実施形態では、上述のように高い放熱性を有する第１基板Ｐ１に抵抗ＲＸ１を実装している。このため、抵抗ＲＸ１の放熱性が高くなり、抵抗ＲＸ１を少数（例えば、２〜４個）の抵抗で構成することが可能となるので、回路の簡素化を図ることができる。
【００３１】
また、第１基板Ｐ１には、電源部１や制御ユニットＡ２と接続するためのコネクタＰ１１を実装している。このコネクタＰ１１と、電源部１や制御ユニットＡ２に設けられたコネクタ（図示せず）とをワイヤハーネス（図示せず）で繋ぐことで、電源部１や制御ユニットＡ２が光源ユニットＡ１に着脱自在に接続される。
【００３２】
制御ユニットＡ２は、図３（ｂ）に示すように、制御部４と、制御用電源部５と、高周波駆動回路６を構成する電子部品Ｐ２０とを第２基板Ｐ２に実装して成る。なお、制御ユニットＡ２は、上述のようにワイヤハーネスを介して光源ユニットＡ１と接続してもよいが、図３（ｂ）に示す方法で接続してもよい。すなわち、第１基板Ａ１にコネクタＰ１２を実装し、当該コネクタＰ１２に第２基板Ｐ２を直接接続してもよい。この場合、ワイヤハーネスが不要となることから、構造が簡素化され、装置の小型化を図ることができる。
【００３３】
以下、本実施形態の特徴について説明する。既に述べたように、電源部１の出力電圧は、商用電源ＡＣ１の交流電圧をＰＦＣ回路１０で昇圧した後に、降圧コンバータ回路１１で降圧することで生成している。仮に、ある時点で降圧コンバータ回路１１のスイッチング素子（図示せず）が故障した場合、図２（ｂ）に示すように、電源部１の出力電圧はＰＦＣ回路１０が昇圧した高電圧となる。
【００３４】
ここで、無負荷の場合、すなわち光源ユニットＡ１が電源部１に接続されない場合は、平滑コンデンサＣＸ１が光源ユニットＡ１に設けられているため、平滑コンデンサＣＸ１には高電圧が印加されない。また、光源ユニットＡ１が電源部１に接続されている場合は、電源部１の出力電圧は、光源部２の両端電圧（概ね、発光ダイオードＬＤ１の順方向電圧の総和に相当）にクランプされる（図２（ｃ）参照）。本実施形態では、このクランプされる電圧は２２０Ｖ程度となる。したがって、この場合にも平滑コンデンサＣＸ１には高電圧が印加されない。
【００３５】
上述のように、本実施形態では、光源部２及び平滑コンデンサＣＸ１を同一の第１基板Ｐ１に実装している。このため、本実施形態は、光源部２が電源部１に接続されると平滑コンデンサＣＸ１が電源部１に接続され、光源部２が電源部１から外されると平滑コンデンサＣＸ１が電源部１から切り離される接続構造を有する。したがって、本実施形態では、無負荷の場合でも平滑コンデンサＣＸ１に通常時よりも高い電圧が印加されることがないので、平滑コンデンサＣＸ１の要求される耐圧を低くすることができる。これにより、本実施形態では、平滑コンデンサＣＸ１として耐圧の低いコンデンサを使用できるので、コストを低減し、且つコンデンサの小型化を図ることができる。
【００３６】
更に、本実施形態では、光源部２及び平滑コンデンサＣＸ１を同一の第１基板Ｐ１に実装している。すなわち、本実施形態では、高い放熱性を有する第１基板Ｐ１に平滑コンデンサＣＸ１を実装しているので、平滑コンデンサＣＸ１の放熱性を高めることができる。
【００３７】
（実施形態２）
以下、本発明に係る可視光通信装置の実施形態２について図面を用いて説明する。但し、本実施形態の構成は実施形態１と共通であるので、共通する部位には同一の番号を付して説明を省略する。本実施形態は、図４に示すように、制御ユニットＡ２に平滑コンデンサＣＸ１を設け、制御ユニットＡ２を、光源ユニットＡ１を介して電源部１に接続する構造としている。本実施形態では、制御部４及び平滑コンデンサＣＸ１を同一の第２基板Ｐ２に実装することで、制御ユニットＡ２に平滑コンデンサＣＸ１を設けている。
【００３８】
以下、電源部１の出力電圧が高電圧となった場合における本実施形態の特徴について説明する。無負荷の場合、すなわち光源ユニットＡ１が電源部１に接続されない場合は、制御ユニットＡ２が光源ユニットＡ１を介して電源部１に接続される構造であるため、制御ユニットＡ２は電源部１に接続されない（図５参照）。そして、平滑コンデンサＣＸ１が制御ユニットＡ２に設けられているため、平滑コンデンサＣＸ１には高電圧が印加されない。また、光源ユニットＡ１が電源部１に接続されている場合は、電源部１の出力電圧は、光源部２の両端電圧にクランプされる。したがって、この場合にも平滑コンデンサＣＸ１には高電圧が印加されない。
【００３９】
上述のように、本実施形態では、制御部４及び平滑コンデンサＣＸ１を同一の第２基板Ｐ２に実装し、且つ制御ユニットＡ２を光源ユニットＡ１を介して電源部１に接続している。すなわち、本実施形態は、制御部４及び平滑コンデンサＣＸ１を同一の第２基板Ｐ２に実装する構造と、光源部２を介して第２基板Ｐ２を電源部１に接続する構造とから、実施形態１で述べた接続構造を構成している。したがって、本実施形態では、無負荷の場合でも平滑コンデンサＣＸ１に通常時よりも高い電圧が印加されることがないので、平滑コンデンサＣＸ１の要求される耐圧を低くすることができる。これにより、本実施形態では、平滑コンデンサＣＸ１として耐圧の低いコンデンサを使用できるので、コストを低減し、且つコンデンサの小型化を図ることができる。
【００４０】
ここで、光源ユニットＡ１用の第１基板Ｐ１では、光源部２が実装されているために、その発熱により高温となる。このため、第１基板Ｐ１に平滑コンデンサＣＸ１を実装する場合には、平滑コンデンサＣＸ１として耐熱性の高いコンデンサを用いる必要がある。一方、本実施形態では、第２基板Ｐ２に平滑コンデンサＣＸ１を実装するため、第１基板Ｐ１に実装する場合と比較して、平滑コンデンサＣＸ１の耐熱性を要求されない。第２基板Ｐ２が、第１基板Ｐ１と熱的に分離されているからである。したがって、本実施形態では、耐熱性は低いが、高容量の電解コンデンサを平滑コンデンサＣＸ１として用いることが容易である。
【符号の説明】
【００４１】
１  電源部
２  光源部
３  インピーダンス要素
４  制御部
Ａ１  光源ユニット
Ａ２  制御ユニット
Ｑ１  スイッチング素子（スイッチ要素）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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