(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
照明光の光強度を変調して通信信号を重畳させる可視光通信用照明器具であって、
固体発光素子から成る光源部を有する照明器具本体と、前記光源部が出射する照明光に通信信号を重畳するための変調信号を出力する可視光通信信号出力部と、を備え、
前記照明器具本体は、調光信号に基づいて前記光源部に流れる負荷電流を制御して前記光源部を調光する電源回路部と、前記電源回路部から前記光源部へ供給される出力電流を変調させるスイッチ要素と、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、前記可視光通信信号出力部から出力された変調信号を受信するフォトカプラと、を備え、
前記可視光通信信号出力部は、前記照明器具本体の外部に設けられ、前記フォトカプラを介して前記変調信号を伝送することを特徴とする可視光通信用照明器具。
【請求項２】
前記照明器具本体は、前記可視光通信信号出力部から伝送された前記変調信号の周波数よりも高い周波数の変調信号を前記スイッチ要素へ出力する高周波信号生成部を更に有することを特徴とする請求項１に記載の可視光通信用照明器具。
【請求項３】
前記照明器具本体が複数用いられていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の可視光通信用照明器具。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の可視光通信用照明器具と、この可視光通信用照明器具から送信される通信信号を受信する受信機と、を備えることを特徴とする可視光通信システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、照明光の光強度を変調して通信信号を重畳させる可視光通信用照明器具及び同器具を用いた可視光通信システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、照明光を用いて通信信号を伝送する可視光通信システムが知られている。可視光通信システムにおいては、所定空間に複数の照明器具を配置して、各照明器具に可視光通信機能を持たせる場合、各照明器具間からの通信信号が混信し、受信機において通信情報を正確に受信できないことがある。
【０００３】
そこで、複数の照明器具の各々から通信信号を含む照明光が出力されている空間においても、受信機で通信情報を正確に受信できるようにした光伝送システムが知られている（例えば、特許文献１参照）。この光伝送システムは、照明器具に他の光源部からの照明光に含まれる通信信号を受信する受信部を設け、受信部で受信された通信信号と自身の光源部から出力する通信信号とが一致するか判別し、不一致であれば同じ通信信号を再出力する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−１７６２５７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、上記特許文献１の光伝送システムにおいては、照明器具に通信信号を受信する受信部を設ける必要があるので、システム構成がコスト高となる。一方、通信信号の混信を防ぐ方法として、同じエリア内で複数の照明器具を１つの信号で同期させる方法がある。この方法では、一つの通信信号回路部と各照明器具の点灯回路とを電線で結び、通信信号回路部から、各照明器具に対して各々の光源部の光強度を変調する変調信号を重畳した調光信号を出力する。ところが、この方法では、通信信号回路部及び各照明器具間を結ぶ電線には、変調信号が重畳された比較的大きな電流が流れるので、放射ノイズが大きくなり、変調信号を正確に伝送できないことがある。また、汎用の電線や照明器具は、非絶縁型のものが多いので、これらを接続するときの絶縁性の確保が容易でない。
【０００６】
本発明は、上記課題を解決するものであり、照明光に重畳される変調信号の伝送において、放射ノイズの発生を抑制して通信信号を正確に伝送することができ、変調信号の伝送箇所における絶縁性の確保が容易な可視光通信用照明器具及び同器具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。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するため、本発明は、照明光の光強度を変調して通信信号を重畳させる可視光通信用照明器具であって、固体発光素子から成る光源部を有する照明器具本体と、前記光源部が出射する照明光に通信信号を重畳するための変調信号を出力する可視光通信信号出力部と、を備え、前記照明器具本体は、調光信号に基づいて前記光源部に流れる負荷電流を制御して前記光源部を調光する電源回路部と、前記電源回路部から前記光源部へ供給される出力電流を変調させるスイッチ要素と、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、前記可視光通信信号出力部から出力された変調信号を受信するフォトカプラと、を備え、前記可視光通信信号出力部は、前記照明器具本体の外部に設けられ、前記フォトカプラを介して前記変調信号を伝送することを特徴とする。
【０００８】
上記可視光通信用照明器具において、前記照明器具本体は、前記可視光通信信号出力部から伝送された前記変調信号の周波数よりも高い周波数の変調信号を前記スイッチ要素へ出力する高周波信号生成部を更に有することが好ましい。
【０００９】
上記可視光通信用照明器具において、前記照明器具本体が複数用いられていることが好ましい。
【００１０】
上記可視光通信用照明器具は、この可視光通信用照明器具から送信される通信信号を受信する受信機を備えた可視光通信システムに用いられることが好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、可視光通信信号出力部から照明器具本体への変調信号の伝送には、フォトカプラを駆動する微小な電流が流れるだけなので、放射ノイズを低減でき、変調信号を正確に伝送することができる。また、変調信号の伝送にフォトカプラを用いたので、信号の伝送箇所の絶縁性の確保が容易で、回路構成を簡素化できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る可視光通信用照明器具の回路図。
【図２】（ａ）乃至（ｃ）は同可視光通信用照明器具における光源部の負荷電流とこれに重畳される変調信号の動作波形例を示す図。
【図３】本発明の第２の実施形態に係る可視光通信用照明器具の回路図。
【図４】（ａ）（ｂ）は同可視光通信用照明器具における可視光通信信号回路部及び高周波発生部から出射される変調信号の動作波形例を示す図。
【図５】（ａ）は同可視光通信用照明器具を用いた可視光通信システムを表す側面図、（ｂ）は同システムに用いられる受信機の正面図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明の第１の実施形態に係る可視光通信用照明器具について、図１及び図２を参照して説明する。図１に示すように、本実施形態の可視光通信用照明器具１は、複数の照明器具本体１０と、これら照明器具本体１０と信号線２０を介して接続された可視光通信信号出力部３０と、を備える。可視光通信信号出力部３０は、照明器具本体１０の外部に設けられ、光源部１１が出射する照明光に通信信号を重畳するための変調信号を出力する。
【００１４】
照明器具本体１０は、固体発光素子（ＬＥＤ２）を光源とする光源部１１と、この光源部１１から出力される照明光の強度を変調して通信信号を重畳させて可視光通信を行なうための点灯回路と、を備える。照明器具本体１０の点灯回路は、調光信号に基づいて光源部１１に流れる負荷電流を制御して光源部１１を調光する電源回路部３を備える。電源回路部３は、商用電源ＡＣを入力とするＡＣ／ＤＣコンバータと、光源部１１への負荷電流を制御する出力制御部（不図示）と、を備える。
【００１５】
また、照明器具本体１０の点灯回路は、光源部１１に直列に接続されたインピーダンス要素（変調用抵抗Ｒｘ）と、電源回路部３から光源部１１へ供給される出力電流を変調させるスイッチ要素（変調用スイッチ素子Ｑ１）と、を備える。変調用スイッチ素子Ｑ１には、例えば、ｎＭＯＳＦＥＴが用いられる。変調用抵抗Ｒｘは、変調用スイッチ素子Ｑ１に対して並列に接続されている。また、光源部１１の一端が、変調用スイッチ素子Ｑ１にゲート電圧を供給するための制御用電源回路部４の入力端の一端に接続されている。制御用電源回路部４の他端はフォトカプラＰＣに接続される。このフォトカプラＰＣは、可視光通信信号出力部３０に繋がった信号線２０に直流抵抗Ｒ１０を介して接続される。また、制御用電源回路部４の入力端の少なくとも１端が変調用抵抗Ｒｘの１端に接続される。
【００１６】
電源回路部３のＡＣ／ＤＣコンバータ（不図示）は、商用電源ＡＣからの交流電圧を整流回路により整流し、例えば、ＭＯＳＦＥＴから成るスイッチ素子でスイッチングして平滑コンデンサで平滑化することによって直流電圧に変換する。
【００１７】
光源部１１のＬＥＤ２には、照明器具本体１０における所望の光色の照明光を出射できる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、発光部に有機発光材料を用いたＯＬＥＤが用いられてもよい。
【００１８】
可視光通信信号出力部３０は、変調信号を生成する変調信号発生部３１と、商用電源ＡＣを整流及び平滑化して直流電圧を変調信号発生部３１に供給する制御用電源回路部３２と、変調信号発生部３１からの変調信号を出力する出力用トランジスタＴＲと、を備える。変調信号発生部３１には、汎用のマイコンが用いられる。例えば、１０ピンのマイコンを用いた場合、それらのピンのうちの１本が制御用電源回路部３２に接続される入力端として、他の一本が出力用トランジスタＴＲのベースに接続される出力端として用いられる。また、他の１本により接地がされる。更に、３本が可視光通信信号出力部３０の内部調整用ピンとして用いられ、残る４本が、可視光通信信号出力部３０外への情報処理のため、例えばＵＳＢ端子への接続に用いられる。なお、可視光通信信号出力部３０は、制御用電源回路部３２からフォトカプラＰＣの発光ダイオードを駆動する給電回路を有し、この給電回路に電位調整用の抵抗Ｒ３０が設けられている。
【００１９】
電源回路部３の出力制御部は、汎用のマイコン等から成り、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コンバータ内のスイッチ素子をスイッチングすることで、光源部１１をＰＷＭ制御により調光する。すなわち、出力制御部は、図２（ａ）に示すように、光源部１１に負荷電流が流れる期間（オン期間Ｔ１）と、光源部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部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２（ａ）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。
【００２０】
変調信号発生部３１は、可視光通信信号出力部３０の外部から入力された２値の情報信号に応じて、図２（ｂ）に示すように、光源部１１の光強度を変調させて照明光に重畳する所定の通信信号を生成する。通信信号の周波数は、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。制御用電源回路部４は、ＤＣ／ＤＣコンバータを備え、電源回路部３（本実施形態では変調用抵抗Ｒｘの両端電圧）からの直流電圧を、所定の電圧値の直流電圧に変換する。
【００２１】
この構成において、変調信号発生部３１は、可視光通信信号出力部３０の外部から入力された２値の情報信号に応じて、図２（ｂ）に示すように、光源部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する。この変調信号は、信号線２０に伝送され、照明器具本体１０のフォトカプラＰＣに入力される。このとき、フォトカプラＰＣに内蔵された発光ダイオードが発光し、その発光を受けてフォトトランジスタが導通する。このとき、フォトカプラＰＣのフォトトランジスタのコレクタに負荷が繋がれているので、変調用スイッチ素子Ｑ１のゲートにオン電流が流れる。変調用スイッチ素子Ｑ１がオンのとき、光源部１１には変調用抵抗Ｒｘを介さずに負荷電流Ｉ１が流れる。一方、変調用スイッチ素子Ｑ１がオフのとき、光源部１１には変調用抵抗Ｒｘを介して負荷電流Ｉ２が流れる。そのため、図２（ｃ）に示すように、変調用スイッチ素子Ｑ１がオンのときの負荷電流Ｉ１の電流値は、変調用スイッチ素子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、光源部１１に流れる負荷電流の大きさを変化させることで、光源部１１の光強度に変調を付与し、光源部１１の照明光に通信信号を重畳させることができる。
【００２２】
つまり、可視光通信用照明器具１では、可視光通信信号出力部３０が照明器具本体１０の外部に設けられ、可視光通信信号出力部３０から出力される変調用スイッチ素子Ｑ１をオンオフする変調信号が、照明器具本体１０のフォトカプラＰＣを介して伝送される。この構成によれば、可視光通信用照明器具１に用いられる複数の照明器具本体１０からの照明光が、可視光通信信号出力部３０から出力される変調信号に基づいて変調されるので、照明光に重畳される通信信号が同期され、信号の混信を抑制することができる。すなわち、複数の照明器具本体１０を子機としたとき、可視光通信信号出力部３０は、これら子機を同期させて変調する親機として機能し、親機が複数の子機の通信信号を制御する。
【００２３】
また、可視光通信信号出力部３０と各照明器具本体１０を結ぶ信号線２０には、フォトカプラＰＣの発光ダイオードを駆動する微小な電流が流れるだけで、照明器具本体１０を変調調光するような大きな電流は流れないので、放射ノイズを低減することができる。また、フォトカプラＰＣを照明器具本体１０に設けているので、絶縁性が必要とされる部分の回路構成を簡素化でき、既存の非絶縁型の照明器具にも可視光通信システムを容易に組み込むことができる。従って、可視光通信用照明器具１によれば、照明光に重畳された通信信号の混信やノイズの発生を抑制して通信信号を正確に伝送することができ、通信信号の伝送箇所において絶縁性を容易に確保することができる。
【００２４】
また、上記構成においては、変調用スイッチ素子Ｑ１がオフのときにおいても、変調用スイッチ素子Ｑ１と並列に接続されている変調用抵抗Ｒｘが存在しているので、電源回路部３から光源部１１への負荷電圧が遮断されない。そのため、点灯回路１の回路上で光源部１１が無負荷状態にならず、電源回路部３の電源電圧が上昇することもない。また、変調用抵抗Ｒｘの一端に制御用電源回路部４の入力端が接続されているので、制御用電源回路部４の入力端の電圧が、光源部１１に流れる電流と変調用抵抗Ｒｘによって定まる電圧に抑えられる。従って、電源回路部３の電源電圧及び制御用電源回路部４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、電源回路部３や制御用電源回路部４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本体１０の低コスト化及び小型化を実現することができる。
【００２５】
次に、本発明の第２の実施形態に係る可視光通信用照明器具について、図３及び図４を参照して説明する。図３に示すように、本実施形態の可視光通信用照明器具１において、照明器具本体１０は、可視光通信信号出力部３０から伝送された変調信号の周波数よりも高い周波数の変調信号を変調用スイッチ素子Ｑ１へ出力する高周波信号生成部５を有する。他の構成は、上記実施形態と同様である。
【００２６】
照明器具本体１０（子機）の高周波信号生成部５は、フォトカプラＰＣを介して可視光通信信号出力部３０（親機）から伝送された変調信号（図４（ｂ））を、多数のサブキャリアに分割して、高周波の変調信号（図４（ｂ））を変調用スイッチ素子Ｑ１へ出力する。なお、本実施形態において、可視光通信信号出力部３０から伝送された変調信号は、例えば、５〜１０ｋＨｚ程度であり、高周波信号生成部５から出力される変調信号が、例えば、３０〜４０ｋＨｚ程度である。このような多数のサブキャリアは、周波数軸上で重なりが生じる程度に密に配置しても、相互に直交関係にあって干渉しないので、周波数利用効率を高くすることができ、大容量の通信情報をシリアル化して高速で伝送することができる。
【００２７】
この構成によれば、変調信号における高周波のサブキャリア成分は、可視光通信信号出力部３０ではなく、照明器具本体１０で生成される。そのため、可視光通信信号出力部３０と照明器具本体１０とを接続する信号線２０に高周波信号が流れないので、信号線２０での放射ノイズの発生を防ぐことができる。
【００２８】
次に、可視光通信用照明器具１を用いた可視光通信システムの構成例について、図５を参照して説明する。可視光通信用照明器具１は、上述した照明器具本体１０及び可視光通信信号出力部３０に加えて、照明器具本体１０から送信される通信信号を受信する受信機４０を備える。図５（ａ）に示すように、照明器具本体１０は天井Ｃに埋め込まれるダウンライトであり、光源部１１から床Ｆ方向の所定範囲に照明光Ｌを照射する。可視光通信信号出力部３０は、分電盤や各種調光器に組み込まれていてもよい。
【００２９】
受信機４０は、例えば、図５（ｂ）に示すような携帯端末から成り、照明器具本体１０から照射される照明光を受光するフォトダイオード等から成る受光部４１を備える。また、受信機４０は、例えば、液晶ディスプレイ等から成る表示部４２と、操作部４３と、受光部４１で受光しか照明光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４２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４３の機能をこの表示部４２において実現することができる。また、受光部４１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４０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４０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。
【００３０】
この構成によれば、図５（ａ）に示したように、ユーザＵは、受信機４０を用いれば、照明器具本体１０の照明範囲内において照明器具本体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４０を用いてこれら通信信号に含まれる情報を表示部４２に表示させる等により得ることができる。しかも、可視光通信信号出力部３０から出力される変調信号に基づいて各照明器具本体１０から出力される通信信号が同期されているので、ユーザＵは、可視光通信システムが用いられた空間内のいずれの場所でも、通信情報を正確に受信することができる。
【００３１】
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、制御用電源回路部４には、２次電池、及びＡＣ／ＤＣコンバータの出力により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、変調用抵抗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。
【符号の説明】
【００３２】
１      可視光通信用照明器具
１０    照明器具本体
１１    光源部
２    ＬＥＤ（固体発光素子）
３    電源回路部
３０    可視光通信信号出力部
５    高周波信号生成部
Ｑ１    変調用スイッチ素子（スイッチ要素）
Ｒｘ    変調用抵抗（インピーダンス要素）
ＰＣ    フォトカプラ
【図１】
0005842100.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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