(57)【要約】【課題】変調度を容易に変更することのできる可視光通信装置を提供する。【解決手段】インピーダンス素子を有し、光源部Ａ１に直列に接続されるインピーダンス要素２と、インピーダンス要素２に並列に接続され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Ａ１の出力する照明光の光強度を変調する第１制御部３と、インピーダンス要素２に接続されるスイッチング素子Ｑ２と、スイッチング素子Ｑ２を制御してインピーダンス要素２のインピーダンスを変更する第２制御部４とを備え、第１制御部３及び第２制御部４を、同一のハードウェアで兼用する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
インピーダンス素子を有し、発光素子から成る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第１制御部と、前記インピーダンス要素に接続されて前記インピーダンス要素のインピーダンスを変化させるインピーダンス可変部と、前記インピーダンス可変部を制御して前記インピーダンス要素のインピーダンスを変更する第２制御部とを備え、
前記第１制御部及び前記第２制御部は、同一のハードウェアで兼用することを特徴とする可視光通信装置。
【請求項２】
前記光源部に印加される電圧を測定する電圧測定部を備え、前記第２制御部は、前記電圧測定部の測定結果に基づいて前記インピーダンス要素のインピーダンスを変更す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】
前記光源部に印加される電圧を測定する電圧測定部と、前記光源部に流れる電流を測定する電流測定部とを備え、前記第２制御部は、前記電流測定部の測定値に対応した１乃至複数の閾値と、前記電圧測定部の測定値との比較結果に基づいて前記インピーダンス要素のインピーダンスを変更す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】
外光を検知する外光検知部を備え、前記第２制御部は、前記外光検知部の検知結果に基づいて前記インピーダンス要素のインピーダンスを変更す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５】
前記インピーダンス素子は、ＭＯＳＦＥＴのボディダイオードから成ることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の可視光通信装置。
【請求項６】
前記インピーダンス素子は、バイポーラトランジスタから成ることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に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、負荷回路に付加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】
しかしながら、上記従来例では、負荷変動要素である抵抗器が固定抵抗のみで構成されているため、変調度を容易に変更することができないという問題があった。例えば、新設の建物に屋内照明を設置する場合、照明の設計が設置作業の途中でも変更されることがある。このような場合、従来の照明光通信装置を用いると、必要な変調度に応じて抵抗器を交換せねばならず、変調度を容易に変更することができない。
【０００６】
本発明は、上記の点に鑑みて為されたもので、変調度を容易に変更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】
【０００７】
本発明の可視光通信装置は、インピーダンス素子を有し、発光素子から成る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第１制御部と、前記インピーダンス要素に接続されて前記インピーダンス要素のインピーダンスを変化させるインピーダンス可変部と、前記インピーダンス可変部を制御して前記インピーダンス要素のインピーダンスを変更する第２制御部とを備え、前記第１制御部及び前記第２制御部は、同一のハードウェアで兼用することを特徴とする。
【０００８】
この可視光通信装置において、前記光源部に印加される電圧を測定する電圧測定部を備え、前記第２制御部は、前記電圧測定部の測定結果に基づいて前記インピーダンス要素のインピーダンスを変更することが好ましい。
【０００９】
この可視光通信装置において、前記光源部に印加される電圧を測定する電圧測定部と、前記光源部に流れる電流を測定する電流測定部とを備え、前記第２制御部は、前記電流測定部の測定値に対応した１乃至複数の比較値と、前記電圧測定部の測定値との比較結果に基づいて前記インピーダンス要素のインピーダンスを変更することが好ましい。
【００１０】
この可視光通信装置において、外光を検知する外光検知部を備え、前記第２制御部は、前記外光検知部の検知結果に基づいて前記インピーダンス要素のインピーダンスを変更することが好ましい。
【００１１】
この可視光通信装置において、前記インピーダンス素子は、ＭＯＳＦＥＴのボディダイオードから成ることが好ましい。
【００１２】
この可視光通信装置において、前記インピーダンス素子は、バイポーラトランジスタから成ることが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明は、第２制御部によりインピーダンス要素のインピーダンスを変更することで、通信信号を重畳する際に光源部を流れる負荷電流を容易に変更することができる。したがって、本発明は、変調度を容易に変更することができる。
【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を示す図で、（ａ）はブロック図で、（ｂ）は可視光通信の動作を示すタイムチャート図である。
【図２】同上の可視光通信装置の回路概略図である。
【図３】同上の可視光通信装置における他の可視光通信の動作を示すタイムチャート図である。
【図４】（ａ）〜（ｃ）は、同上の可視光通信装置におけるインピーダンス要素の他の構成を示す図である。
【図５】本発明に係る可視光通信装置の実施形態２を示す図で、（ａ）は回路概略図で、（ｂ）は変調動作を示すタイムチャート図である。
【図６】本発明に係る可視光通信装置の実施形態３を示す回路概略図である。
【図７】本発明に係る可視光通信装置の実施形態４を示す回路概略図である。
【図８】本発明に係る可視光通信装置の実施形態５を示す回路概略図である。
【図９】(ａ)，(ｂ)は負荷電流(調光レベル)と負荷電圧との関係を説明するための波形図である。
【図１０】同上の動作説明用のフローチャートである。
【図１１】本発明に係る可視光通信装置の実施形態６を示す回路概略図である。
【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。本実施形態は、図１（ａ），図２に示すように、電源部１と光源部Ａ１との間に接続されるもので、インピーダンス要素２と、スイッチング素子Ｑ１と、スイッチング素子Ｑ２と、第１制御部３と、第２制御部４とを備える。
【００１６】
電源部１は、後述する光源部Ａ１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、例えばＰＦＣ回路と降圧コンバータ回路とを備えるスイッチング電源から成り、商用電源ＡＣ１から供給される交流電流を直流電流に変換して出力する。なお、図２に示すように、電源部１の出力端には平滑コンデンサＣ１を並列に接続している。この平滑コンデンサＣ１により、電源部１から出力される直流電流のリプルを除去する。
【００１７】
光源部Ａ１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Ａ１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Ａ１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２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Ａ１に直列に接続される。本実施形態では、図２に示すように、インピーダンス要素２は、インピーダンス素子である抵抗ＲＸ１及び抵抗ＲＸ２の直列回路から成る。そして、抵抗ＲＸ２と並列に、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴから成るスイッチング素子Ｑ２を接続している。スイッチング素子Ｑ２のゲートには、後述する第２制御部４から２値の切替信号が入力される。
【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第１制御部２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２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２を介さずに光源部Ａ１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２を介して光源部Ａ１に負荷電流が流れる。
【００２０】
スイッチング素子Ｑ２（インピーダンス可変部）は、ハイレベルの切替信号が入力されるとオンに切り替わり、ローレベルの切替信号が入力されるとオフに切り替わる。そして、スイッチング素子Ｑ２がオフの場合、インピーダンス要素２のインピーダンスは、抵抗ＲＸ１，ＲＸ２の合成抵抗値となる。一方、スイッチング素子Ｑ２がオンの場合、インピーダンス要素２のインピーダンスは、抵抗ＲＸ１の抵抗値となる。すなわち、スイッチング素子Ｑ２のオン／オフを切り替えることで、インピーダンス要素２のインピーダンスを変化させることができる。
【００２１】
第１制御部３及び第２制御部４は、図２に示すように、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ＭＣ１を主な構成要素とし、それぞれ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、マイクロコントローラＭＣ１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。
【００２２】
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（図２参照）。
【００２３】
第１制御部３は、図１（ａ）に示すように、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。
【００２４】
第２制御部４は、図１（ａ）に示すように、スイッチング素子Ｑ２に対して２値の切替信号を出力する。この切替信号のレベルは、例えば本実施形態に設けられた操作部（図示せず）を操作することで、マイクロコントローラＭＣ１のメモリに入力することができる。したがって、光源部Ａ１の構成が決まった時点で、操作部を操作して切替信号のレベルを変更することができる。
【００２５】
なお、例えばリモコン等の無線端末（図示せず）を用いて、切替信号のレベルを変更する構成であってもよい。この構成では、操作部を直接操作せずとも変調度を変更することができるため、利便性を向上させることができる。
【００２６】
高周波駆動回路６は、スイッチング素子Ｑ１０〜Ｑ１２と、抵抗Ｒ１，Ｒ２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、そのゲートには第１制御部３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Ｒ１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Ｒ１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Ｒ２を介してスイッチング素子Ｑ１に接続している。
【００２７】
補助回路７は、抵抗Ｒ３，Ｒ４の直列回路と、抵抗Ｒ４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、電源部１と並列に接続される。また、抵抗Ｒ３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、例えばマイクロコントローラＭＣ１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２に連続して負荷電流が流れるのを防止し、光源部Ａ１の光出力が低下するのを防止することができる。
【００２８】
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Ａ１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。
【００２９】
通信信号がローレベルの場合、図２に示すように、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２を介さずに光源部Ａ１に負荷電流Ｉ１（ここでは、１００ｍＡ）が流れる。
【００３０】
通信信号がハイレベルの場合、図２に示すように、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２を介して光源部Ａ１に負荷電流が流れる。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Ａ１の光強度を変調し、光源部Ａ１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。
【００３１】
ここで、切替信号がハイレベルの場合、抵抗ＲＸ１のみを介して光源部Ａ１に負荷電流Ｉ２０（ここでは、８０ｍＡ）が流れる。したがって、切替信号がハイレベルの場合の変調度は、（１００−８０）／１００＝０．２となる。一方、切替信号がローレベルの場合、抵抗ＲＸ１，ＲＸ２を介して光源部Ａ１に負荷電流Ｉ２１（ここでは、６０ｍＡ）がながれる。したがって、切替信号がローレベルの場合の変調度は、（１００−６０）／１００＝０．４となる。すなわち、本実施形態では、切替信号によりスイッチング素子Ｑ２のオン／オフを制御することで、インピーダンス要素２のインピーダンスを変更して負荷電流を変化させ、変調度を変更することができる。
【００３２】
本実施形態では、図１（ｂ）に示すように、スイッチング素子Ｑ１がオンしているタイミングで、スイッチング素子Ｑ２のオン／オフを切り替えることでインピーダンス要素２のインピーダンスを変更している。これは、スイッチング素子Ｑ１がオンの間は、インピーダンス要素２に電流が流れないため、インピーダンス要素２のインピーダンスの変更の前後で負荷電流が変動せず、電源部１への影響を小さくすることができるからである。
【００３３】
また、図３に示すように、通信信号のフレームが区切られるタイミングで第２のスイッチング素子Ｑ２のオン／オフを切り替えるように構成してもよい。通信信号のフレーム（ＪＥＩＴＡのＣＰ−１２２２参照）は、１４ビットのスタート部（ＳＯＦ）、５１２ビットの情報部（ＰＡＹＬＯＡＤ）、１６ビットの終端部（ＥＯＦ）から構成されている。すなわち、通信信号のフレームが区切られる終端部の末端のタイミングで、スイッチング素子Ｑ２のオン／オフを切り替える。この構成では、同一フレーム内で変調度が変更されることがないので、受信側で通信信号の受信を失敗する確率を低減することができる。
【００３４】
上述のように、本実施形態では、切替信号によりインピーダンス要素２のインピーダンスを変化させることで、通信信号を重畳する際に光源部Ａ１を流れる負荷電流を容易に変更することができる。したがって、本実施形態では、変調度を容易に変更することができる。本実施形態では、例えば光源部Ａ１を有する照明器具を設置する直前でも、操作部や無線端末を操作すれば切替信号のレベルを変更することができる。したがって、急に照明設計を変更する場合でも、インピーダンス要素２のインピーダンス素子を交換することなく、適切な可視光通信の環境を設計することができる。
【００３５】
また、本実施形態では、上述のように第１制御部３の機能と第２制御部４の機能とを同一のマイクロコントローラを用いて実現している。すなわち、本実施形態では、第１制御部３と第２制御部４とを同一のハードウェアで兼用している。これにより、第１制御部３と第２制御部４とを別々の制御回路で構成する場合と比較して、製造コストを低減することができる。なお、第１制御部３及び第２制御部４をそれぞれ個別のロジック回路で設計し、これらロジック回路を１つのＩＣに組み込んで構成してもよい。
【００３６】
なお、本実施形態では、スイッチング素子Ｑ２のオン／オフを切り替えることでインピーダンス要素２のインピーダンスを変更しているが、他の方法であってもよい。例えば、スイッチング素子Ｑ２のゲート−ソース間電圧を変化させてスイッチング素子Ｑ２をバイパスする電流を変化させる方法でも、負荷電流を変化させることができる。この方法では、より細やかにインピーダンス要素２のインピーダンスを変更することができる。
【００３７】
また、インピーダンス要素２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。また、スイッチング素子Ｑ２の構成も本実施形態の構成に限定される必要はない。例えば、複数のインピーダンス素子に個別にスイッチング素子Ｑ２を並列に接続し、各スイッチング素子Ｑ２のオン／オフを個別に制御するように構成してもよい。この構成では、インピーダンス要素２のインピーダンスを複数の段階に分けて変更することができるため、より細やかに変調度を変更することができる。
【００３８】
また、インピーダンス素子は抵抗器に限定されるものではなく、例えばバイポーラトランジスタを抵抗器の代わりに用い、ベース電流を制御することでバイポーラトランジスタを可変抵抗として用いてもよい。更に、ＭＯＳＦＥＴのボディダイオードを、インピーダンス要素２のインピーダンス素子としてもよい。例えば、図４（ａ）に示すように、スイッチング素子Ｑ２をＰチャネルＭＯＳＦＥＴから成るスイッチング素子Ｑ２０に置き換え、そのボディダイオードＢＤ１を抵抗ＲＸ２の代わりに用いてもよい。また、図４（ｂ）に示すように、抵抗ＲＸ１をダイオードＤ２に置き換えてもよい。このようにインピーダンス素子としてダイオードを用いれば、光源部Ａ１を構成する発光ダイオードＬＤ１もダイオードの一種であることから、温度特性が似ており、温度補正が容易になる。
【００３９】
上記のインピーダンス要素２の構成では、切替信号を反転する反転回路を介してスイッチング素子Ｑ２０のゲートに切替信号を入力している。この反転回路は、図４（ａ）に示すように、ＮＰＮトランジスタＴＲ１と、抵抗Ｒ１０，Ｒ１１の直列回路とで構成される。ＮＰＮトランジスタＴＲ１は、ベースに切替信号を、エミッタに制御用電圧（ここでは、−５Ｖ）を入力し、コレクタを抵抗Ｒ１０，Ｒ１１の直列回路に接続している。そして、抵抗Ｒ１０と抵抗Ｒ１１との接続点をスイッチング素子Ｑ２０のゲートに接続している。
【００４０】
この構成により、切替信号がハイレベルであれば、スイッチング素子Ｑ２０のゲートにローレベルが入力され、スイッチング素子Ｑ２０がオンに切り替わる。また、切替信号がローレベルであれば、スイッチング素子Ｑ２０のゲートにハイレベルが入力され、スイッチング素子Ｑ２０がオフに切り替わる。
【００４１】
更に、インピーダンス要素２のインピーダンス素子を全てＭＯＳＦＥＴのボディダイオードで構成してもよい。例えば、図４（ｃ）に示すように、複数（図示では３つ）のスイッチング素子Ｑ２０〜Ｑ２２の直列回路をスイッチング素子Ｑ１と並列に接続する。そして、各スイッチング素子Ｑ２０〜Ｑ２２のボディダイオードＢＤ１〜ＢＤ３をインピーダンス素子としてインピーダンス要素２を構成する。
【００４２】
スイッチング素子Ｑ２１，Ｑ２２のゲートには、スイッチング素子Ｑ２０と同様に、切替信号を反転する反転回路を介して切替信号を入力する。スイッチング素子Ｑ２１に接続される反転回路は、ＮＰＮトランジスタＴＲ２と、抵抗Ｒ２０，Ｒ２１の直列回路とで構成される。スイッチング素子Ｑ２２に接続される反転回路は、ＮＰＮトランジスタＴＲ３と、抵抗Ｒ３０，Ｒ３１の直列回路とで構成される。何れの反転回路も、スイッチング素子Ｑ２０に接続される反転回路と同じ構成である。
【００４３】
なお、各スイッチング素子Ｑ２０〜Ｑ２２に入力する切替信号は、それぞれ互いに異なる切替信号である。すなわち、この構成では、各スイッチング素子Ｑ２０〜Ｑ２２のオン／オフを個別に制御する。したがって、この構成では、インピーダンス要素２のインピーダンスを複数の段階に分けて変更することができるため、より細やかに変調度を変更することができる。
【００４４】
この構成では、大型になりがちな抵抗器を減らし、インピーダンス素子をＩＣで設計することができるので、実装面積を小さくすることができる。
【００４５】
（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、本実施形態において実施形態１と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５（ａ）に示すように、複数（図示では２つ）の光源部Ａ１を用いて可視光通信を行うものである。各光源部Ａ１には、それぞれ第１負荷部Ｂ１と第２負荷部Ｂ２とが接続されている。
【００４６】
第１負荷部Ｂ１は、インピーダンス要素２と、制御用電源部５と、スイッチング素子Ｑ１と、スイッチング素子Ｑ２とで構成される。インピーダンス要素２は、抵抗ＲＸ１，ＲＸ２の直列回路から成る。スイッチング素子Ｑ１は、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴから成り、そのゲートにはフォトカプラＰＣ１を介して通信信号を入力している。スイッチング素子Ｑ２は、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴから成り、抵抗ＲＸ２と並列に接続される。また、スイッチング素子Ｑ２のゲートには、フォトカプラＰＣ２を介して後述する第１切替信号を入力している。制御用電源部５は、フォトカプラＰＣ１，ＰＣ２に動作電圧を供給する。
【００４７】
第２負荷部Ｂ２は、インピーダンス要素２と、制御用電源部５と、スイッチング素子Ｑ
３と、スイッチング素子Ｑ４とで構成される。インピーダンス要素２は、抵抗ＲＸ３，ＲＸ４の直列回路から成る。スイッチング素子Ｑ３は、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴから成り、そのゲートにはフォトカプラＰＣ３を介して通信信号を入力している。スイッチング素子Ｑ４は、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴから成り、抵抗ＲＸ４と並列に接続される。また、スイッチング素子Ｑ４のゲートには、フォトカプラＰＣ４を介して後述する第２切替信号を入力している。制御用電源部５は、フォトカプラＰＣ３，ＰＣ４に動作電圧を供給する。
【００４８】
本実施形態では、マイクロコントローラＭＣ１の代わりに、各負荷部Ｂ１，Ｂ２を一括して制御するマイクロコントローラＭＣ２を用いる。マイクロコントローラＭＣ２の制御電圧は、制御用電源部５’から供給する。制御用電源部５’は、例えばＡＣ／ＤＣコンバータから成り、商用電源ＡＣ１から入力される電圧を５Ｖの制御用電圧に変換して出力する。
【００４９】
マイクロコントローラＭＣ２は、格納されたプログラムを実行することにより第１制御部３及び第２制御部４の機能を実現するものである。マイクロコントローラＭＣ２は、通信信号と、第１負荷部Ｂ１のスイッチング素子Ｑ２のオン／オフを切り替える第１切替信号と、第２負荷部Ｂ２のスイッチング素子Ｑ４のオン／オフを切り替える第２切替信号を出力する。
【００５０】
通信信号は、プルアップ回路ＰＵ１及びフォトカプラＰＣ１を介して第１負荷部Ｂ１のスイッチング素子Ｑ１に入力される。また、通信信号は、プルアップ回路ＰＵ１及びフォトカプラＰＣ２を介して第２負荷部Ｂ２のスイッチング素子Ｑ３にも入力される。第１切替信号は、プルアップ回路ＰＵ２を介して第１負荷部Ｂ１のスイッチング素子Ｑ２に入力される。第２切替信号は、プルアップ回路ＰＵ３を介して第２負荷部Ｂ２のスイッチング素子Ｑ４に入力される。
【００５１】
プルアップ回路ＰＵ１は、抵抗Ｒ５及びＮＰＮトランジスタＱ５の直列回路から成り、通信信号を反転して出力する。プルアップ回路ＰＵ２は、抵抗Ｒ６及びＮＰＮトランジスタＱ６の直列回路から成り、第１切替信号を反転して出力する。プルアップ回路ＰＵ３は、抵抗Ｒ７及びＮＰＮトランジスタＱ７の直列回路から成り、第２切替信号を反転して出力する。
【００５２】
マイクロコントローラＭＣ２には、無線端末ＲＴ１から送信される無線信号を受信する受信部８を接続している。マイクロコントローラＭＣ２は、受信部８で受信した無線信号に基づいて、第１切替信号又は第２切替信号のレベルを変更する。勿論、マイクロコントローラＭＣ２に操作部（図示せず）を接続し、操作部の操作に基づいて第１切替信号又は第２切替信号のレベルを変更する構成でもよい。
【００５３】
以下、本実施形態の可視光通信の動作について図５（ａ），（ｂ）を用いて説明する。通信信号がローレベルの場合、各負荷部Ｂ１，Ｂ２の各スイッチング素子Ｑ１，Ｑ３のゲートにハイレベルの信号が入力される。このため、各スイッチング素子Ｑ１，Ｑ３がオンになり、インピーダンス要素２を介さずに各負荷部Ｂ１，Ｂ２の各光源部Ａ１に負荷電流Ｉ１（ここでは、１００ｍＡ）が流れる。
【００５４】
通信信号がハイレベルの場合、各負荷部Ｂ１，Ｂ２の各スイッチング素子Ｑ１，Ｑ３のゲートにローレベルの信号が入力される。このため、各スイッチング素子Ｑ１，Ｑ３がオフになり、インピーダンス要素２を介して各負荷部Ｂ１，Ｂ２の各光源部Ａ１に負荷電流が流れる。このように、通信信号により各スイッチング素子Ｑ１，Ｑ３のオン／オフを制御することで、各負荷部Ｂ１，Ｂ２の各光源部Ａ１の光強度を変調し、照明光に通信信号を重畳させることができる。
【００５５】
ここで、第１切替信号がハイレベルの場合、第１負荷部Ｂ１のスイッチング素子Ｑ２はオフになり、抵抗ＲＸ１，ＲＸ２を介して光源部Ａ１に負荷電流Ｉ２１（ここでは、６０ｍＡ）が流れる。したがって、第１切替信号がハイレベルの場合の変調度は、（１００−６０）／１００＝０．４となる。一方、第１切替信号がローレベルの場合、第１負荷部Ｂ１のスイッチング素子Ｑ２はオンになり、抵抗ＲＸ１のみを介して光源部Ａ１に負荷電流Ｉ２１（ここでは、８０ｍＡ）が流れる。したがって、第１切替信号がローレベルの場合の変調度は、（１００−８０）／１００＝０．２となる。
【００５６】
第２切替信号がハイレベルの場合、第２負荷部Ｂ２のスイッチング素子Ｑ４はオフになり、抵抗ＲＸ３，ＲＸ４を介して光源部Ａ１に負荷電流Ｉ２１が流れる。したがって、第２切替信号がハイレベルの場合の変調度は、（１００−６０）／１００＝０．４となる。一方、第２切替信号がローレベルの場合、第２負荷部Ｂ２のスイッチング素子Ｑ４はオンになり、抵抗ＲＸ３のみを介して光源部Ａ１に負荷電流Ｉ２１が流れる。したがって、第２切替信号がローレベルの場合の変調度は、（１００−８０）／１００＝０．２となる。
【００５７】
上述のように、本実施形態では、複数の光源部Ａ１を用いる場合でも、光源部Ａ１毎に変調度を容易に変更することができる。
【００５８】
（実施形態３）
以下、本発明に係る可視光通信装置の実施形態３について図面を用いて説明する。但し、本実施形態の基本的な構成は実施形態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６に示すように、光源部Ａ１に印加される電圧を測定する電圧測定部９を備える。そして、第２制御部４は、電圧測定部９の測定結果に基づいてインピーダンス要素２のインピーダンスを変更する。
【００５９】
電圧測定部９は、例えば複数の抵抗（図示せず）の直列回路から成り、電源部１に並列に接続される。電圧測定部９は、電源部１の出力電圧を分圧し、分圧した電圧をマイクロコントローラＭＣ１に与える。ここで、スイッチング素子Ｑ１がオンの場合、電源部１の出力電圧は光源部Ａ１に印加される電圧とほぼ等しくなる。したがって、電源部１の出力電圧を分圧した電圧は、光源部Ａ１に印加される電圧に比例する。
【００６０】
第２制御部４は、例えば、電圧測定部９で測定した電圧値と、マイクロコントローラＭＣ１で予め記憶してある閾値とを比較し、閾値を上回れば切替信号をハイレベルに、閾値を下回れば切替信号をローレベルに切り替える。したがって、本実施形態では、光源部Ａ１に印加される電圧に応じて適切な変調度に自動的に変更することができる。例えば、直列接続された発光ダイオードＬＤ１の素子数が異なる光源部Ａ１に交換した場合でも、交換後の光源部Ａ１に適した変調度に自動的に変更することができる。
【００６１】
（実施形態４）
以下、本発明に係る可視光通信装置の実施形態４について図面を用いて説明する。但し、本実施形態の基本的な構成は実施形態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、外光を検知する外光検知部１０を備える。そして、第２の制御部４は、外光検知部１０の検知結果に基づいてインピーダンス要素２のインピーダンスを変更する。
【００６２】
外光検知部１０は、例えば既知の照度センサから成る。外光検知部１０は、受光デバイスで受光した外光の照度に比例する信号をマイクロコントローラＭＣ１に与える。なお、外光検知部１０は、光源部Ａ１が設置される場所の照度を検出できる位置に設置するのが望ましい。
【００６３】
第２制御部４は、例えば、外光検知部１０で検知した照度と、マイクロコントローラＭＣ１で予め記憶してある閾値とを比較し、閾値を上回れば切替信号をローレベルに、閾値を下回れば切替信号をハイレベルに切り替える。したがって、本実施形態では、外光に応じて適切な変調度に自動的に変更することができる。例えば明るい外光が入る時間帯や場所では、変調度を大きくすることで受信端末での受信性能を向上させることができる。
【００６４】
(実施形態５)
ところで、近年のＬＥＤ照明器具は、大別して、ＬＥＤ光源が交換可能なタイプと、ＬＥＤ光源が交換不可能なタイプとがある。前者のタイプのＬＥＤ照明器具用のＬＥＤ光源としては、ＬＥＤ電球や直管形ＬＥＤランプなどが提供されている。そして、これら交換型のＬＥＤ光源は、光量の大小に応じた複数種類のものが存在する。なお、これらの種類を表す指標として、各種類のＬＥＤ光源の消費電力の定格値が用いられることが多い。例えば、直管形ＬＥＤランプには、定格出力が１３Ｗ、１９Ｗ、２２Ｗの３種類のものが存在し、ワット数が大きいほど光量が大きく、且つランプ電圧(負荷電圧)の定格値も高くなる。
【００６５】
上述した実施形態３の可視光通信装置では、第２制御部４が、電圧測定部９で測定した電圧値(定格値)と閾値を比較し、その比較結果に応じて変調度を変更している。したがって、前記３種類の直管形ＬＥＤランプ毎に変調度を切り替えるとすれば、電圧測定部９の測定値(電圧値)を大中小３種類の閾値Vth1，Vth2，Vth3と比較することにより、３種類の直管形ＬＥＤランプに対応した変調度を選択することができる(図９(ｂ)参照)。
【００６６】
ところが、照明器具が調光型のものであった場合、調光レベル(例えば、定格時を１００％としたときの光量比＜電流比＞)が低くなるにつれて、光源部Ａ１の印加電圧も低下する(図９(ｂ)参照)。なお、図９(ｂ)における３本の実線α，β，γは、定格出力が１３Ｗ、１９Ｗ、２２Ｗの３種類の直管形ＬＥＤランプの調光レベル(負荷電流)と負荷電圧(印加電圧)の関係を示している。
【００６７】
例えば、定格出力が１９Ｗの直管形ＬＥＤランプを光源部Ａ１に用いた場合、調光レベルが１００％のときは負荷電圧が閾値Vth2を上回り且つ閾値Vth3を下回っているので、定格出力１９Ｗの直管形ＬＥＤランプであると正しく判別できる(実線β参照)。
【００６８】
しかしながら、調光レベルが低下して下限値(２０％)に近付いていくと、負荷電圧が閾値Vth2を下回ってしまう。そのため、負荷電圧が閾値Vth1を上回り且つ閾値Vth2を下回っているので、定格出力１３Ｗの直管形ＬＥＤランプであると誤判別されてしまう。
【００６９】
そこで本実施形態の可視光通信装置は、図９(ａ)に示すように調光レベルに応じた負荷電圧の変化に対応して、各種類を判別するための閾値Vth1，Vth2，Vth3を変化させるように構成されている。ここで、ＬＥＤ光源の定格出力は、使用されるＬＥＤチップの個数で決まるので、例えば、定格出力が１３Ｗ、１９Ｗ、２２Ｗの３種類の直管形ＬＥＤランプの場合、定格の負荷電流は同じ値になる。
【００７０】
以下、本発明に係る可視光通信装置の実施形態５について、図面を参照して詳細に説明する。ただし、本実施形態の基本的な構成は実施形態３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適宜説明を省略する。
【００７１】
図８に示すように、電源部１は、力率改善(ＰＦＣ)回路100と、定電流回路101と、両回路100，111を制御する制御部102と、調光信号受信部103などを備えるスイッチング電源からなる。なお、定電流回路101は、例えば、降圧チョッパ回路などのＤＣ／ＤＣコンバータで構成される。調光信号受信部103は、外部の調光制御部104が出力する調光信号を取り込み、取り込んだ調光信号から調光レベルを読み取って制御部102に渡す。制御部102は、光源部Ａ１に流す負荷電流が、調光信号受信部103から受け取った調光レベルに応じた電流値となるように定電流回路101を制御する。つまり、電源部１の出力電圧(負荷電圧)及び出力電流(負荷電流)は、調光レベルが１００％(定格)のときに最大となり、調光レベルの低下に伴って減少する。そして、同種のＬＥＤ光源(例えば、定格出力が１３Ｗ、１９Ｗ、２２Ｗの３種類の直管形ＬＥＤランプ)であれば、同じ調光レベルに対して、負荷電流が同じ値となり、負荷電圧が定格出力に応じて異なる値となる(図９(ａ)参照)。故に、各種類を判別するために負荷電圧と比較する閾値Vth1，Vth2，Vth3を、負荷電流の値に応じた値に設定すれば、調光レベルに関わらず、常にＬＥＤ光源(光源部Ａ１)の種類を判別して適切な変調度が選択できる。
【００７２】
本実施形態の可視光通信装置は、電源部１から光源部Ａ１に印加される負荷電圧を測定する電圧測定部９と、光源部Ａ１に流れる負荷電流を測定する電流測定部１５とを備える。
【００７３】
また、本実施形態における第２制御部４は、閾値設定部４０、比較部４１、切替駆動部４２を有している。閾値設定部４０は、負荷電圧と比較する閾値Vth1，Vth2，Vth3を電流測定部１５の測定値(負荷電流値)に応じた値に設定する。比較部４１は、電圧測定部９の測定値(負荷電圧値)と、閾値設定部４０が設定した閾値Vth1，Vth2，Vth3とを比較し、その比較結果を切替駆動部４２に出力する。切替駆動部４２は、比較部４１の比較結果に応じて、２つのスイッチング素子Ｑ２，Ｑ３をオン・オフ制御する。
【００７４】
本実施形態におけるインピーダンス要素２は、３つの抵抗ＲＸ１，ＲＸ２，ＲＸ３の直列回路で構成されている。そして、抵抗ＲＸ１にスイッチング素子Ｑ１が並列接続され、抵抗ＲＸ２にスイッチング素子Ｑ２が並列接続され、抵抗ＲＸ３にスイッチング素子Ｑ３が並列接続されている。したがって、２つのスイッチング素子Ｑ２，Ｑ３が双方ともオンのときの変調度が最も低くなり、２つのスイッチング素子Ｑ２，Ｑ３が双方ともオフのときの変調度が最も高くなる。そして、一方のスイッチング素子Ｑ２がオフ，他方のスイッチング素子Ｑ３がオンのときの変調度が中間の値となる。
【００７５】
次に、図９(ａ)の調光レベル(負荷電流)と負荷電圧の特性図及び図１０のフローチャートを参照して、本実施形態における第２制御部４の動作を詳細に説明する。なお、図９(ａ)における３本の実線α，β，γは、定格出力が１３Ｗ、１９Ｗ、２２Ｗの３種類の直管形ＬＥＤランプの調光レベル(負荷電流)と負荷電圧の関係を示している。
【００７６】
まず、電源が投入されてマイクロコントローラＭＣ１が起動すると、閾値Vth1，Vth2，Vth3を光源部Ａ１の種類に応じた値に設定するための処理が開始される。そして、第２制御部４の比較部４１が電圧測定部９から負荷電圧の測定値Ｖ１を読み込み、閾値設定部４０が電流測定部１５から負荷電流の測定値を読み込む(図１０のステップＳ１)。
【００７７】
閾値設定部４０は、メモリに記憶されているデータテーブルを参照して負荷電流の測定値に対応した閾値Vth1，Vth2，Vth3を読み出し、読み出した閾値Vth1，Vth2，Vth3を比較部４１に対して設定する(ステップＳ２)。例えば、このデータテーブルには、負荷電流を数％刻みで区切った複数の領域毎に閾値Vth1，Vth2，Vth3が割り当てられており、閾値設定部４０は、負荷電流の測定値が属する領域の閾値Vth1，Vth2，Vth3を読み出すように構成される。
【００７８】
比較部４１は、閾値設定部４０によって設定された閾値Vth1，Vth2，Vth3のうちで最小の閾値Vth1と、電圧測定部９から読み込んだ負荷電圧の測定値Ｖ１とを比較する(ステップＳ３)。負荷電圧の測定値Ｖ１が閾値Vth1を下回っていた場合、光源部Ａ１に何からの異常が生じている可能性があるので、切替駆動部４２は、スイッチング素子Ｑ１を常時オンとして変調動作を停止する(ステップＳ４)。
【００７９】
一方、負荷電圧の測定値Ｖ１が閾値Vth1以上の場合、比較部４１は、負荷電圧の測定値Ｖ１を中間の閾値Vth2と比較する(ステップＳ５)。そして、負荷電圧の測定値Ｖ１が閾値Vth2を下回っていた場合、光源部Ａ１が定格出力１３Ｗの直管形ＬＥＤランプと推定されるので、切替駆動部４２は、２つのスイッチング素子Ｑ２，Ｑ３を双方ともオフして変調度を最も高くする(ステップＳ６)。
【００８０】
負荷電圧の測定値Ｖ１が閾値Vth2以上の場合、比較部４１は、負荷電圧の測定値Ｖ１を最大の閾値Vth3と比較する(ステップＳ７)。そして、負荷電圧の測定値Ｖ１が閾値Vth3を下回っていた場合、光源部Ａ１が定格出力１９Ｗの直管形ＬＥＤランプと推定される。故に、切替駆動部４２は、一方のスイッチング素子Ｑ２をオフし、他方のスイッチング素子Ｑ３をオンして変調度を中間の値とする(ステップＳ８)。
【００８１】
負荷電圧の測定値Ｖ１が閾値Vth3以上の場合、光源部Ａ１が定格出力２２Ｗの直管形ＬＥＤランプと推定されので、切替駆動部４２は、２つのスイッチング素子Ｑ２，Ｑ３を双方ともオンして変調度を最も低くする(ステップＳ９)。
【００８２】
そして、切替駆動部４２によるスイッチング素子Ｑ２，Ｑ３の切替制御が完了すれば、第１制御部３がスイッチング素子Ｑ１を制御して変調動作(通信)を開始する(ステップＳ１０)。
【００８３】
上述のように本実施形態の可視光通信装置は、光源部Ａ１に印加される電圧(負荷電圧)を測定する電圧測定部９と、光源部Ａ１に流れる電流(負荷電流)を測定する電流測定部１５とを備える。第２制御部４は、電流測定部１５の測定値に対応した１乃至複数の閾値Vth1，Vth2，Vth3と、電圧測定部９の測定値Ｖ１との比較結果に基づいてインピーダンス要素２のインピーダンスを変更する。
【００８４】
したがって、本実施形態の可視光通信装置は、調光レベルに応じた負荷電圧の変化に対応して、光源部Ａ１の種類を判別するための閾値Vth1，Vth2，Vth3を変化させるので、誤判別を防止し、各種類の光源部Ａ１に対応した適切な変調度が設定できる。
【００８５】
ところで、ＬＥＤ光源の調光方式には、上述したように負荷電流の大きさを変化させる調光方式(ＤＣ調光方式)の他に、ＬＥＤ光源への通電を周期的にオン・オフし、通電期間の比率(オンデューティ比)を変化させる方式(バースト調光方式)がある。そして、電源部１の調光方式がバースト調光方式の場合、電圧測定部９及び電流測定部１５は、瞬時値ではなく、バースト周期と同程度の時間で平均した平均値を測定することが好ましい。
【００８６】
(実施形態６)
本発明に係る可視光通信装置の実施形態６について、図面を参照して詳細に説明する。ただし、本実施形態の基本的な構成は実施形態５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適宜説明を省略する。なお、本実施形態における電流検出部１５は、平滑コンデンサＣ１の低電位側と光源部Ａ１の低電位側との間に挿入された検出抵抗ＲＳの電圧降下から負荷電流を測定するように構成されている。
【００８７】
実施形態５のように、通常の抵抗器とスイッチング素子とでインピーダンス要素２を構成する場合、光源部Ａ１に使用されるＬＥＤ光源の種類に対応した抵抗値を有する抵抗器を組み合わせることが必要になる。そうすると、同種のＬＥＤ光源に定格出力が異なるものが多数存在する場合、それらのＬＥＤ光源の種類に対応するため、様々な抵抗値を有する抵抗器の組み合わせからなる多種類のインピーダンス要素２を用意しなければならない。その結果、可視光通信装置の製造費や保管費などの管理コストが上昇するという問題が生じる。
【００８８】
そこで、本実施形態は、ＮＰＮ型のバイポーラトランジスタ(以下、トランジスタと略す)Ｑ４を可変抵抗として用いるようにインピーダンス要素２を構成している。本実施形態におけるインピーダンス要素２は、図１１に示すように抵抗ＲＸ１とトランジスタＱ４とエミッタ抵抗Ｒｅと抵抗Ｒ５とで構成されている。
【００８９】
抵抗ＲＸ１は、スイッチング素子Ｑ１と光源部Ａ１の接続点と、グランドとの間に挿入されている。そして、トランジスタＱ４のコレクタがスイッチング素子Ｑ１と光源部Ａ１の接続点に接続され、トランジスタＱ４のエミッタがエミッタ抵抗Ｒｅを介してグランドに接続されている。また、トランジスタＱ４のベースが抵抗Ｒ５を介してグランドに接続され、第２制御部４の切替駆動部４２からトランジスタＱ４のベースに駆動電圧Ｖｘが印加される。
【００９０】
トランジスタＱ４のベースには、切替駆動部４２からベース電流Ｉｂ(＝(Ｖｘ−Ｖbe)／Ｒｅ)が流れる。ただし、ＶbeはトランジスタＱ４のベース・エミッタ間電圧、Ｒｅはエミッタ抵抗Ｒｅの抵抗値を示している。そして、トランジスタＱ４には、コレクタ電流Ｉｃ(＝ｈFE×Ｉｂ)が流れる。ただし、ｈFEは、直流電流増幅率である。
【００９１】
つまり、駆動電圧Ｖｘが上昇するにつれてベース電流Ｉｂが増加し、ベース電流Ｉｂの増加に伴ってコレクタ電流Ｉｃも増加する。故に、トランジスタＱ４を可変抵抗器とみなした場合、駆動電圧Ｖｘが上昇することで可変抵抗器の抵抗値が減少して電流(コレクタ電流Ｉｃ)が増加し、駆動電圧Ｖｘが下降することで可変抵抗器の抵抗値が増大して電流が減少する。
【００９２】
故に、切替駆動部４２が駆動電圧Ｖｘを変化させることにより、スイッチング素子Ｑ１がオフしているときの負荷電流を増減して変調度を調整することができる。ここで、バイポーラトランジスタの抵抗温度特性(ベース・エミッタ間電圧とコレクタ電流の温度特性)が抵抗器の抵抗温度特性よりも温度依存性が高い。したがって、切替駆動部４２は、サーミスタなどの温度センサを用いてインピーダンス要素２の温度(あるいはその周囲温度)を計測し、温度計測値に応じて駆動電圧Ｖｘを補正することが好ましい。
【００９３】
上述のように本実施形態は、インピーダンス要素２をバイポーラトランジスタＱ４で構成している。そのため、ＬＥＤ光源の種類に対応するために様々な抵抗値を有する抵抗器の組み合わせからなる多種類のインピーダンス要素２を用意する必要が無く、切替駆動部４２を実現するプログラムの変更のみで対処でき、管理コストの削減を図ることができる。
【符号の説明】
【００９４】
１  電源部
２  インピーダンス要素
３  第１制御部
４  第２制御部
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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【図６】
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【図７】
2014135716.tif 000009
【図８】
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【図９】
2014135716.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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