(57)【要約】【課題】コストの増加を抑え、電力を節減し、高電圧絶縁の問題を解決した無線通信インタフェース付の高周波安定器を提供する。【解決手段】本発明は、無線通信インタフェース付の高周波（ＨＦ）安定器の新規のアーキテクチャである。この新規のアーキテクチャは、ＲＦ無線インタフェースを安定器に統合したものである。ユーザ・コントローラは、安定器側にある第１アンテナにＲＦ制御信号を送信して、第１アンテナはこのＲＦ信号を安定器に供給して、安定器は蛍光ランプを作動させる。この安定器は、トランシーバ／受信機、通信デコーダ、電力段コントローラ、及び電力段を具えている。このトランシーバ／受信機はＲＦ信号を受信して、この信号を通信デコーダに伝えて、通信デコーダは電力段コントローラへのインタフェースとして作用する。電力段コントローラは、蛍光ランプを作動させる電力段を制御する。これらの通信デコーダ、電力段コントローラ、電力段、及びトランシーバ／受信機は安定器筐体内に配置して、この安定器筐体が本発明の重要部分である。前記電力段コントローラがディジタルの場合には、この電力段コントローラを前記通信デコーダと組み合わせて１つのマイクロプロセッサまたはＡＳＩＣのようなディジタル・コントローラにすることができる。前記通信デコーダはシリアル・インタフェースとすることができる。前記トランシーバ／受信機はＲＦ集積回路である。前記安定器はさらに、前記トランシーバ／受信機を前記第１アンテナから絶縁する絶縁器を具えている。この絶縁器は容量性にすることができる。
2005510026.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
蛍光ランプを作動させる装置であって、この装置が、第１アンテナ及び安定器を具えて、前記第１アンテナが、ＲＦ制御信号を受信して、前記ＲＦ制御信号を前記安定器に供給する蛍光ランプの作動装置において、
前記蛍光ランプを作動させるための高電圧信号を供給する電力段と、
前記電力段を制御する電力段コントローラと、
前記電力段コントローラへのインタフェースとして作用する通信デコーダと、
前記ＲＦ制御信号を受信して、前記ＲＦ制御信号を前記通信デコーダに供給するトランシーバ／受信機と、
前記通信デコーダ、前記電力段コントローラ、前記電力段、及び前記トランシーバ／受信機を含む安定器ボックスと
を具えていることを特徴とする蛍光ランプの作動装置。
【請求項２】
前記通信デコーダがシリアル・インタフェースであることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記トランシーバ／受信機がＲＦ集積回路であることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記安定器がさらに、前記トランシーバ／受信機を前記第１アンテナから絶縁する絶縁回路を具えていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記絶縁回路が容量性であることを特徴とする請求項５に記載の装置。
【請求項６】
第２アンテナからＲＦ制御信号を前記第１アンテナに送信するユーザ・コントローラを具えていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項７】
前記電力段コントローラがディジタル電力段コントローラであることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項８】
前記トランシーバ／受信機、前記通信デコーダ、前記電力段コントローラ、及び前記電力段を単一の集積回路（ＩＣ）に集積したことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（発明の背景）
（発明の分野）
本発明は、蛍光ランプを作動させる無線通信付の安定器のアーキテクチャに関するものである。本発明は特に、通信デコーダ（復号化器）、ランプ・ドライバ（駆動回路）、及びトランシーバ／受信機を安定器の筐体内に具えた安定器に関するものである。
【０００２】
（関連技術の説明）
オフィスあるいは商業ビルディング内の照明制御は、いくつかの段階を経てきた。従来の制御法は、図１に示すように、安定器の外部の独立した制御ボックスを用いている。ビルディング全体の集中管理制御も、ネットワークを通して照明を制御することができる。
【０００３】
近年の、ＲＦ（radio frequency：無線周波数）技術及び半導体技術の進歩により、無線制御は照明産業の関係者にますます注目されるようになった。現在、いくつかの無線制御システムが市場で入手可能である。図２に、代表的なＲＦ制御構造を示す。この図に見られるように、壁面ユニットと図１の制御ボックスとの間の配線を、送信機及び受信機で置き換えている。このことは垂直方向の配線をなくして、無線の利点をもたらす。しかし、安定器の外部にはまだ制御ボックスが存在する。
【０００４】
【特許文献１】米国特許 US 5,680,017
【特許文献２】米国特許 US 5,559,395  これに加えて、従来技術のＲＦシステムには絶縁の問題がある。安全上の理由で、ＲＦ受信機／トランシーバを安定器に配線接続する際には、何らかの高電圧絶縁用のインタフェースがなければならない。これにより、システム全体のコスト及び複雑性が増加する。この問題を図３に示す。現在の技術状況では、変圧器または光絶縁を用いている。図３には、安定器の構造も示す。ディジタルデコーダ（復号化器）を用いて、制御ボックスから来る制御コマンドを復号化し、このディジタルデコーダはマイクロプロセッサとすることができる。ランプ・ドライバは、電力段及び制御ＩＣから構成される。電力段は、高電圧ドライバ、保護回路、蓄電器、及びフィルタ素子を具えている。現在技術状況における制御ＩＣは、電力段制御用のアルファ−ベース・アナログＩＣである。アルファＩＣについての参考文献は、米国特許 US 5,680,017及び米国特許 US 5,559,395である。
【０００５】
現在の照明制御の方法は、次の挑戦課題に直面している：
１．コスト：安定器接続用の独立したボックスを追加すれば、コストが増加する。
２．電力節減：電力消費情報を安定器からフィードバックする（帰還させる）ことができれば、集中管理によってエネルギー利用を容易に改善することができる。しかし、アナログの安定器では、追加コストなしに双方向通信リンクを構築することは容易でない。
３．前述した高電圧絶縁の問題の解決。
【０００６】
（発明の概要）
本発明は、無線通信インタフェース付の高周波（ＨＦ）安定器の新規のアーキテクチャである。この新規のアーキテクチャは、ＲＦ無線インタフェースを安定器に統合したものである。ユーザのコントローラが、安定器側にある第１アンテナにＲＦ制御信号を送信して、この第１アンテナは、このＲＦ制御信号を、蛍光ランプを作動させる安定器に供給する。この安定器は、トランシーバ／受信機、通信デコーダ、電力段コントローラ（制御器）、及び電力段を具えている。このトランシーバ／受信機は、ＲＦ信号を受信して、このＲＦ信号を前記通信デコーダに伝えて、前記通信デコーダは、前記電力段コントローラへのインタフェースとして作用する。前記電力段コントローラは、蛍光ランプを作動させる前記電力段を制御する。前記通信デコーダ、前記電力段コントローラ（アナログまたはディジタル）、前記電力段、及び前記トランシーバ／受信機は安定器筐体内に位置して、これらは本発明の主要部分である。電力段コントローラがディジタルの場合には、前記通信デコーダと組み合わせて１つのマイクロプロセッサにすることができる。前記通信デコーダはシリアル・インタフェースとすることができる。前記トランシーバ／受信機はＲＦ集積回路である。前記安定器はさらに絶縁器を具えて、前記トランシーバ／受信機を前記第１アンテナから絶縁する。この絶縁器は容量性とすることができる。
【０００７】
（実施例の詳細な説明）
図１に、安定器の外部の独立した制御ボックスを用いる従来技術の制御方法を示す。制御ボックス１０は、１つ以上の安定器１２に配線接続されている。制御ボックス１０は壁面ユニット１４にも接続され、壁面ユニット１４は、図１に示す優先ネットワーク１６を通してビルディング全体用の集中管理制御装置と通信するためのネットワーク・インタフェースとして作用する。制御ボックス１０は通常、ディジタル−アナログ変換器（ＤＡＣ：digital to analog converter）２０を内蔵するマイクロプロセッサ１８を有する。ビルディング全体用の集中管理制御装置は、前記ネットワークを通して照明を制御することもできる。
【０００８】
図２に、図１の壁面ユニット１４と制御ボックス１０を送信機２４と受信機２６に置き換えた図を示す。このことは、垂直方向の配線をなくして無線の利点をもたらす。しかし、制御ボックス２８はまだ安定器１２の外部にある。
【０００９】
現在の技術状況のＲＦ無線システムには、絶縁の問題が加わり、これを図３に示す。図３では、安全上の理由で、ＲＦ受信機２６を含む制御ボックス２８を安定器３０に配線接続する際に、ランプ・ドライバ（駆動回路）３４からの高電圧絶縁用の何らかのインタフェースがなければならない。この絶縁は、変圧器または光絶縁３２を用いて行う、というのは、信号が低周波ディジタル信号としてインタフェースを通るからである。このことは、システム全体のコスト及び複雑性を増加させる。
【００１０】
図４に、本発明による、無線通信インタフェース付の高周波（ＨＦ）安定器用の新規のアーキテクチャを示す。ＲＦ信号は、第２アンテナを有するユーザ・コントローラ（操作器）９６から、この新規のアーキテクチャ内の第１アンテナ１１２に送信される。ユーザ・コントローラ９６は、壁面ユニット９８及び第２アンテナ９７を具えるか、あるいはハンドヘルド・リモートコントローラ（手持ち型遠隔操作器）１５０（図１０）を具えることができる。この新規のアーキテクチャは、ＲＦ無線インタフェースを安定器１００内に統合したものである。安定器１００は、絶縁器１０２、ＲＦ集積回路（ＩＣ）であるトランシーバ／受信機１０４、通信デコーダ１０５、及びランプ・ドライバ１０６から構成される。ランプ・ドライバ１０６は、電力段１０７及び電力段制御ＩＣ１０８から構成される。通信デコーダ１０５はディジタルである。電力段制御ＩＣ１０８は、ディジタルまたはアナログＩＣとすることができる。ディジタル電力段制御ＩＣを使用する場合には、通信デコーダ１０５とディジタル電力段制御ＩＣ１０８とを組み合わせて、マイクロプロセッサまたはＡＳＩＣのような１つのディジタル・コントローラ１１０にすることができる。電力段制御ＩＣ１０８がアナログである場合には、通信デコーダ１０５から分離する。これらの制御ＩＣ及びデコーダは別個のＩＣ上に載せるか、あるいはこれらを組み合わせて混成の信号ＡＳＩＣとすることができる。通信デコーダ１０５は、シリアル・インタフェースとすることができる。ディジタル・コントローラ１１０は例えば、米国ニューヨーク州Briarcliff ManorにあるPhilips Research USAで開発したP6LV IC、あるいはＡＤＣ（analog to digital converter：アナログ−ディジタル変換器）またはＰＷＭ（pulse width modulation：パルス幅変調）のような必要な周辺回路か、あるいはユーザがこれらの周辺回路を自前で構成することを可能にするリソースを有する他のマイクロコントローラとすることができる。第１アンテナ１１２は他の回路から絶縁する必要があり、従って絶縁器１０２は、第１アンテナ１１２とトランシーバ／受信機１０４との間の絶縁を提供する。絶縁器１０２は、一対のキャパシタで作製した容量性回路網１１６とす
ることができる。絶縁は単純な容量性回路網で構成することができる、というのは信号が無線周波数（ＲＦ）だからである。これに加えて、プラスチック筐体を安定器用に用いて、アンテナを安定器の筐体外に突出させる必要がない場合には、この絶縁を回避することができる。このことは、前に参照した従来技術とは対照的であり、従来技術では、トランシーバ／受信機が安定器の外部にあり、配線で安定器に接続している。安定器とトランシーバ／受信機との間に高電圧絶縁を必要とする場合には、複雑性及びコストが増加する。
【００１１】
トランシーバ／受信機１０４はフロントエンドとして用いられ、ベースバンド信号を変調／復調する。トランシーバ／受信機１０４は、通信デコーダ１０５を通してディジタル・コントローラ１１０とインタフェースする。通信デコーダ１０５と電力段制御ＩＣ１０８（ディジタルの場合）とを組み合わせて、２つの独立したマイクロプロセッサの代わりに１つのマイクロプロセッサにして、これにより、余分な構成要素をなくすことができる。P6LV ICは、照明用に設計された標準的な8051ベースの専用マイクロコントローラである。このマイクロコントローラは、標準的な8051マイクロプロセッサの能力を有するだけでなく、ランプ器具を制御するのに必要な周辺回路も有する。他の代案であるP8XC51マイクロコントローラも、8051ファミリである。トランシーバ／受信機から出るベースバンド信号は、ディジタル・コントローラＩＣ１１０によって処理されて、蛍光ランプに給電するための高電圧出力を有する電力段１０７に供給される。
【００１２】
この新規のアーキテクチャは、次の特徴を有する：すべての制御用モジュールが１つの安定器ボックス１１８内にある。独立したコントロールボックスは不要である。これらの特徴により、コストが大幅に低減される。これに加えて、無線制御により、配線のコストをなくして、従来装置の市場に向けた、非常に好適な解決法となる。また、通信デコーダ１０５及び電力段コントローラ１０８（またはディジタル・コントローラ１１０）が安定器内にあるので、例えば複数ランプのグループを１つのリモートコントローラに結び付けることのような、さらなる制御の特徴を実現することができる。通信は双方向にすることもできる。電力消費のようなランプ動作についての情報は、リアルタイム（実時間）でフィードバックする（帰還させる）ことができる。これにより、有効な電力利用及び節減が行われる。これに加えて、絶縁器１０２を通る信号は高周波であるので、絶縁器１０２は単純な容量性回路網で構成することができる。ＲＦ部分１０４が安定器内部にあることにより、絶縁インタフェースをずっと単純化することができる。
【００１３】
図４ａに、図４の動作をブロック図で示す。図４ａの動作ブロック図は、３つの部分、即ち無線トランシーバ１０４、マイクロコントローラ１１０、及びランプ・ドライバ１０６を含む。無線トランシーバ１０４は、空間インタフェースにある第１アンテナ１１２からデータを受信／送信する。受信モードでは、無線トランシーバ１０４は、復調したデータをマイクロコントローラ１１０に、処理用に渡す。送信モードでは、無線トランシーバ１０４は、マイクロコントローラ１１０からのデータを変調して、第１アンテナ１１２から空間インタフェースに送る。マイクロコントローラ１１０は無線を制御して、ベースバンド処理を行う。マイクロコントローラ１１０は、通信プロトコルの最上位にアプリケーション・プログラムを具えて、このアプリケーション・プログラムは、ランプを特定方法で作動させる指示を安定器に対して行うものである。マイクロコントローラ１１０の他の役割は、ランプ・ドライバ１０６を制御することであり、ランプ・ドライバ１０６は安定器の高電圧段を駆動する。この高電圧段はランプ（図示せず）に直接接続する。
【００１４】
図５に、ＲＦインタフェース付の、ディジタルでやり取り可能な安定器を実現する機能ブロック図を示す。この安定器は２枚のボード（基板）を具え、即ちメインボード（主基板）１１７及びＲＦインタフェース・ボード１１９である。メインボード１１７は、ランプ・ドライバ１０６（図４）を含み、ランプ・ドライバ１０６は、整流器１２０、アップコンバータ１２２、ハーフブリッジ１２４、及びランプ電流検出回路１２６を具えている。ハーフブリッジ整流器１２４の出力が蛍光ランプ１２７に行く。インタフェース・ボード１１９、即ちＨＦ−Ｒディジタル・モジュールは、ＲＦトランシーバ１２８、マイクロプロセッサ１３０、及びＥＥＰＲＯＭ（electrically erasable programmable read-only memory：電気的に消去可能なプログラム可能な読出し専用メモリ）１３２を具えている。
【００１５】
図６に、ＲＦトランシーバ１２８と安定器コントローラ１３０との間のインタフェースの実現例の詳細ブロック図である。図に示すように、Ｕ１（TR1001）はRF Monolithics社による無線トランシーバ１２８であり、ＩＳ２（P8XC51-QFP）はPhilips Semiconductor社によるマイクロコントローラ１３０であり、これは安定器コントローラとして働き、ＲＦトランシーバ１２８を制御する。マイクロコントローラ１３０からの制御信号（ピン９、１０、４０、及び４３）もランプ・ドライバ１０６に行くが、図には示していない。マイクロコントローラ１３０が使用するメモリ１３２も図に示してある。アンテナはＡＮＴ１及びＡＮＴ２であり、これらはトランシーバ（Ｕ１）のR_IOピンに接続する。
【００１６】
ＲＦインタフェースを統合した安定器についての１つの重要な問題は、安定器外の放射を取得することである。アンテナを設計する方法はいくつか存在する。図７に埋め込みアンテナ１４０を示し、これはプリント回路ボード（ＰＣＢ）１４２上に載せた金属トレース（線）である。このアンテナは、図８に示すように、ＲＦ信号が安定器１００のプラスチックケース、及びライト固定具のプラスチックカバー１４４を通ることにより動作する。他の選択肢は、図９に示す半波長スロットアンテナ１４６である。これは金属ケースの安定器向きの解決法である。
【００１７】
本発明で提案するＲＦインタフェース付の安定器は、無線照明制御システムにおけるハンドヘルド（手持ち型）・リモートコントローラ（遠隔制御器）と共に使用することができる。このハンドヘルド・リモートコントローラは、図４のユーザ・コントローラ９６と同じＲＦトランシーバを具えて、図４のユーザ・コントローラと同じ無線通信プロトコルを用いて安定器と通信すべきである。図１０に、リモートコントローラ１５０のブロック図を示す。リモートコントローラ１５０は、ＲＦトランシーバ１５２、マイクロプロセッサ１５４または他の種類のディジタル制御ＩＣ、及びユーザ・インタフェース１５６から構成され、ユーザ・インタフェース１５６は例えば、ユーザの要求入力用のキーパッド、及び動作状態の表示を提供するある種のディスプレイ（例えばＬＥＤ）である。
【００１８】
以上では、本発明の好適な実施例について図示及び説明してきたが、当業者は多数の変形及び代案を考案することができる。従って、本発明は特許請求の範囲のみによって限定される。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】安定器の外部の独立した制御ボックスを用いる従来技術の制御方法を示す図である。
【図２】従来技術の代表的なＲＦ無線制御構造を示す図である。
【図３】従来技術の絶縁付ＲＦ無線システムを示す図である。
【図４】本発明による、無線通信インタフェース付の高周波（ＨＦ）ディジタル安定器の新規のアーキテクチャを示す図である。
【図４Ａ】本発明による図４のアーキテクチャの動作を示すブロック図である。
【図５】ＲＦインタフェースを統合した本発明の安定器の動作を実現する機能ブロック図である。
【図６Ａ】図５の機能ブロック図をより詳細に示す図である。
【図６Ｂ】図５の機能ブロック図をより詳細に示す図である。
【図７】プリント回路ボード上の埋め込みアンテナを示す図である。
【図８】ＦＲ信号がプラスチックの安定器ケース及びプラスチックの固定ライトカバーを通る様子を示す図である。
【図９】金属ケース用の半波長スロットアンテナを示す図である。
【図１０】図４の本発明のアーキテクチャ用の、ハンドヘルド・リモートコントローラの機能ブロック図である。
【符号の説明】
【００２０】
１０  制御ボックス
１２  安定器
１４  壁面ユニット
１６  優先ネットワーク
１８  マイクロプロセッサ
２０  ディジタル−アナログ変換器
２４  送信機
２６  受信機
２８  制御ボックス
３０  安定器
３２  変圧器／光絶縁
３４  ランプ・ドライバ
９６  ユーザ・コントローラ
９７  第２アンテナ
９８  壁面ユニット
１００  安定器
１０２  絶縁器
１０４  トランシーバ／受信機
１０５  通信デコーダ
１０６  ランプ・ドライバ
１０７  電力段
１０８  電力段制御ＩＣ
１１０  ディジタル・コントローラ
１１２  第１アンテナ
１１６  容量性回路網
１１７  メインボード
１１８  安定器ボックス
１１９  ＲＦインタフェース・ボード
１２０  整流器
１２２  アップコンバータ
１２４  ハーフブリッジ
１２６  ランプ電流検出回路
１２７  蛍光ランプ
１２８  ＲＦトランシーバ
１３０  マイクロプロセッサ（安定器コントローラ）
１３２  ＥＥＰＲＯＭ
１４０  埋め込みアンテナ
１４２  プリント回路ボード
１４４  プラスチックカバー
１４６  半波長スロットアンテナ
１５０  ハンドヘルド・リモートコントローラ
１５２  ＲＦトランシーバ
１５４  マイクロプロセッサ
１５６  ユーザ・インタフェース
【図１】
2005510026.tif 000003
【図２】
2005510026.tif 000004
【図３】
2005510026.tif 000005
【図４】
2005510026.tif 000006
【図４Ａ】
2005510026.tif 000007
【図５】
2005510026.tif 000008
【図６】
2005510026.tif 000009
【図６Ａ】
2005510026.tif 000010
【図６Ｂ】
2005510026.tif 000011
【図７】
2005510026.tif 000012
【図８】
2005510026.tif 000013
【図９】
2005510026.tif 000014
【図１０】
2005510026.tif 000015
【国際調査報告】
2005510026.tif 000016
2005510026.tif 000017
2005510026.tif 000018