(57)【要約】【課題】ＬＥＤ電流を断続する動作を小さいオン・デューティ比で行う場合に生じ得る光源の信頼性を損なうことを軽減する照明光通信装置を提供する。【解決手段】照明光通信装置は、光源２０と直列接続され、通信信号に従って光源２０を流れる電流を断続するスイッチ２２と、スイッチ２２と直列接続され、光源２０を流れる電流の大きさを電圧降下として検出するための電流検出回路６０と、電流検出回路６０の電圧降下と第１基準電圧との誤差を示すフィードバック信号を生成するフィードバック回路５と、光源２０に電流を出力し、前記フィードバック信号に基づいて出力電流の平均値を一定に保つＤＣ−ＤＣコンバータ３と、光源２０を流れる電流のピーク値が光源２０の最大定格を超えないように、光源２０に印加される電圧を制限するシャント回路７０とを備える。【選択図】図１
2019160756.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
照明光を発する光源と、
二値の通信信号を発生する信号発生回路と、
前記光源と直列接続され、前記通信信号に従って前記光源を流れる電流を断続するスイッチと、
前記スイッチと直列接続され、前記光源を流れる電流の大きさを電圧降下として検出するための電流検出回路と、
前記電流検出回路の電圧降下と第１基準電圧との誤差を示すフィードバック信号を生成するフィードバック回路と、
前記光源に電流を出力し、前記フィードバック信号に基づいて出力電流の平均値を一定に保つＤＣ−ＤＣコンバータと、
前記光源を流れる電流のピーク値が前記光源の最大定格を超えないように、前記光源に印加される電圧を制限するシャント回路とを備える
照明光通信装置。
【請求項２】
前記シャント回路は、前記光源に印加される電圧を検出し、検出した電圧に応じて前記ＤＣ−ＤＣコンバータの出力電流の一部を吸い込むことによって、前記光源に印加される電圧を制限する
請求項１に記載の照明光通信装置。
【請求項３】
前記シャント回路は、前記光源および前記スイッチからなる直列回路に並列に接続され、前記電流検出回路に直列に接続される
請求項１または２に記載の照明光通信装置。
【請求項４】
前記電流検出回路は、前記スイッチに直列に接続された電流検出抵抗を有し、
前記電圧降下は、前記電流検出抵抗の両端の電圧である
請求項１〜３のいずれか1項に記載の照明光通信装置。
【請求項５】
前記電流検出回路は、
前記スイッチに直列に接続されたトランジスタと、
前記トランジスタに直列に接続された電流検出抵抗と、
前記電流検出抵抗の電位と、調光率に対応する第２基準電圧との誤差に応じたゲート信号を前記トランジスタ供給する演算増幅器とを備え、
前記電流検出回路の前記電圧降下は、前記トランジスタと前記電流検出抵抗とからなる直列回路の両端の電圧である
請求項１〜３のいずれか１項に記載の照明光通信装置。
【請求項６】
前記照明光通信装置は、さらに、
前記シャント回路が前記出力電流から吸い込む電流量を一定にするように前記第２基準電圧を調整する調整回路を備える
請求項５に記載の照明光通信装置。
【請求項７】
前記照明光通信装置は、さらに、前記シャント回路が前記ＤＣ−ＤＣコンバータの出力電流から吸い込んだ電流量に応じて、前記通信信号のパルス幅を大きくするパルス制御回路を備え、
前記スイッチは、前記パルス制御回路からの通信信号に従って前記光源を流れる電流を断続する
請求項１〜６のいずれか１項に記載の照明光通信装置。
【請求項８】
前記照明光通信装置は、さらに、前記光源を流れる電流の尖頭値を検出する尖頭値検出回路を備え、
前記シャント回路は、前記尖頭値に応じて、前記ＤＣ−ＤＣコンバータの出力電流から吸い込み可能な電流量を変更する
請求項１〜７のいずれか１項に記載の照明光通信装置。
【請求項９】
前記照明光通信装置は、さらに、前記光源を流れる電流の尖頭値を検出する尖頭値検出回路を備え、
前記シャント回路は、前記尖頭値に応じて、前記ＤＣ−ＤＣコンバータの出力電流から吸い込む電流量を変更し、かつ、前記出力電流から吸い込んだ電流量に応じて前記第１基準電圧の大きさを変更する
請求項１〜５、７のいずれか１項に記載の照明光通信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、照明光を変調することにより可視光通信を行う照明光通信装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１は、発光ダイオード（ＬＥＤ、Light Emitting Diode）等を光源として備える照明器具において、光源を流れる電流を断続することによって照明光の変調を行う照明光通信装置を開示している。この照明光通信装置は、照明光の明るさを安定させるために、光源を流れる電流の平均値を一定に制御する定電流フィードバック制御を行う電源回路を備える。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１７−１３９２１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来技術によれば、光源を流れる電流（以下ＬＥＤ電流と呼ぶ）を断続するオン・デューティ比が小さいほどＬＥＤ電流のピーク値が大きくなり、光源の信頼性を損なうという問題がある。
【０００５】
より詳しく説明すると、従来の照明光通信装置は、定電流フィードバック制御によってＬＥＤ電流の平均値をほぼ一定に保つ動作をする。例えば、断続のオン・デューティ比が５０％のとき、ＬＥＤ電流のピーク値は、断続しない場合のＬＥＤ電流の２倍になる。また、断続のオン・デューティ比が１０％のとき、ＬＥＤ電流のピーク値は、断続しない場合のＬＥＤ電流の１０倍になる。
【０００６】
したがって、オン・デューティ比が小さい場合、ＬＥＤ電流のピーク値が定格を超える可能性がある。ＬＥＤ電流のピーク値が定格を超えれば、ＬＥＤの経年劣化を早める、寿命を縮める、故障を誘発する等の信頼性を損なうという問題が生じる。
【０００７】
本発明は、ＬＥＤ電流を断続する動作を小さいオン・デューティ比で行う場合に、光源の信頼性を損なうことを軽減する照明光通信装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明に係る照明光通信装置の一形態は、照明光を発する光源と、二値の通信信号を発生する信号発生回路と、前記光源と直列接続され、前記通信信号に従って前記光源を流れる電流を断続するスイッチと、前記スイッチと直列接続され、前記光源を流れる電流の大きさを電圧降下として検出するための電流検出回路と、前記電流検出回路の電圧降下と第１基準電圧との誤差を示すフィードバック信号を生成するフィードバック回路と、前記光源に電流を出力し、前記フィードバック信号に基づいて出力電流の平均値を一定に保つＤＣ−ＤＣコンバータと、前記光源を流れる電流のピーク値が前記光源の最大定格を超えないように、前記光源に印加される電圧を制限するシャント回路とを備える。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に係る照明光通信装置は、ＬＥＤ電流を断続する動作を小さいオン・デューティ比で行う場合に、光源の信頼性を損なうことを軽減することできる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、実施の形態１に係る照明光通信装置の構成例を示すブロック図である。
【図２】図２は、実施の形態１に係るシャント回路の構成例を示す回路図である。
【図３Ａ】図３Ａは、実施の形態１に係る照明光通信装置におけるデューティ比に対するＬＥＤ電流の特性を示す図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、実施の形態１に係る照明光通信装置におけるデューティ比に対する出力電圧の特性を示す図である。
【図４】図４は、実施の形態１に係る照明光通信装置の変形例を示すブロック図である。
【図５Ａ】図５Ａは、変形例に係る照明光通信装置におけるデューティ比に対するＬＥＤピーク電流の特性を示す図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは、変形例に係る照明光通信装置におけるデューティ比に対する出力電圧の特性を示す図である。
【図６Ａ】図６Ａは、変形例に係る照明光通信装置におけるデューティ比に対する損失の特性を示す図である。
【図６Ｂ】図６Ｂは、変形例に係る照明光通信装置におけるデューティ比に対する損失の特性を示す図である。
【図７】図７は、実施の形態２に係る照明光通信装置の構成例を示すブロック図である。
【図８】図８は、実施の形態２に係るシャント回路、調整回路および基準電圧源の構成例を示す回路図である。
【図９】図９は、実施の形態２に係る照明光通信装置におけるデューティ比に対する損失の特性を示す図である。
【図１０】図１０は、実施の形態３に係る照明光通信装置の構成例を示すブロック図である。
【図１１】図１１は、実施の形態３に係るシャント回路およびパルス制御回路の構成例を示す回路図である。
【図１２】図１２は、実施の形態３に係るパルス制御回路における各種信号波形を示す図である。
【図１３】図１３は、実施の形態３に係る照明光通信装置におけるデューティ比に対する損失の特性を示す図である。
【図１４】図１４は、実施の形態３に係る照明光通信装置における損失を一定に保つ場合のＬＥＤ電流対デューティ比を示す図である。
【図１５】図１５は、実施の形態４に係る照明光通信装置の構成例を示すブロック図である。
【図１６】図１６は、実施の形態４に係るシャント回路および尖頭値検出回路の構成例を示す回路図である。
【図１７】図１７は、比較例における照明光通信装置の構成例を示すブロック図である。
【図１８Ａ】図１８Ａは、比較例の照明光通信装置におけるデューティ比に対するＬＥＤ電流のピーク値の特性および平均値の特性を示す図である。
【図１８Ｂ】図１８Ｂは、比較例の照明光通信装置におけるデューティ比に対する出力電圧を示す図である。
【図１９】図１９は、比較例の照明光通信装置における出力電圧の波形およびＬＥＤ電流の波形を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
（本発明の基礎となった知見）
本発明者は、「背景技術」の欄において記載した照明光通信装置に関し、以下の問題が生じることを見出した。
【００１２】
図１７は、本発明者の知見に係る比較例における照明光通信装置の構成例を示すブロック図である。同図の照明光通信装置は、整流ブリッジ２、ＤＣ−ＤＣコンバータ３、平滑コンデンサ４、フィードバック回路５、電流検出回路６、光源２０、および変調器２１を備える。
【００１３】
この照明光通信装置は、商用電源からの交流電圧を整流ブリッジ２で全波整流し、ＤＣ−ＤＣコンバータ３に入力する。ＤＣ−ＤＣコンバータ３の出力両端間に平滑コンデンサ４が接続されている。また平滑コンデンサ４と並列に、照明光を発する発光ダイオードを含む光源２０と電流検出抵抗６１との直列回路が形成される。電流検出抵抗６１の電圧降下が入力抵抗６２およびフィードバック回路５を介して、ＤＣ−ＤＣコンバータ３に帰還される。ＤＣ−ＤＣコンバータ３は、出力電流の平均を一定に保とうとするフィードバック制御を行い、定電流電源として機能する。
【００１４】
このようなＤＣ−ＤＣコンバータ３を用いて光通信を行う場合、光源２０と直列に変調器２１を設け、信号発生回路２３で生成した２値の通信信号（断続信号とも呼ぶ）でスイッチ２２の断続を駆動する。変調器２１は、ＬＥＤ電流を断続することによって、照明光に通信信号を重畳する変調を行う。
【００１５】
次に、比較例において断続信号のデューティ比に対して光源２０を流れる電流（以下ＬＥＤ電流と呼ぶ）がどのように変化するかについて説明する。なお、デューティ比の用語は、特に断りのない限り、オン・デューティ比の意味、すなわち、１サイクル中のＬＥＤ電流が流れる期間の割り合いを意味するものとする。
【００１６】
図１８Ａは、比較例の照明光通信装置におけるデューティ比に対するＬＥＤ電流のピーク値の特性および平均値の特性を示す図である。同図の横軸は、断続信号のデューティ比、つまり、スイッチ２２をオンにする割合を示す。縦軸はＬＥＤ電流を示し、デューティ比１００％（つまりスイッチ２２が常時オン）のときのＬＥＤ電流を１とした場合の相対的な倍率を示している。
【００１７】
図１８ＡのようにＬＥＤ電流の平均値は、デューティ比に関わらず一定である。これは、ＤＣ−ＤＣコンバータ３におけるフィードバック制御による。比較例の照明光通信装置では、デューティ比がいつくであっても照明光の見かけ上の明るさは同じになっている。
【００１８】
これに対して、ＬＥＤのピーク値は、デューティ比が小さいほど大きくなっている。例えば、デューティ比が１０％だとすると、ＬＥＤ電流のピーク値は、断続しない場合のＬＥＤ電流の１０倍になっている。このようなＬＥＤ電流の大きなピーク値は、光源２０の定格を超える可能性がある。
【００１９】
図１８Ｂは、比較例の照明光通信装置におけるデューティ比に対する出力電圧を示す図である。同図の横軸は図１８Ａと同じくデューティ比を示す。縦軸は、ＤＣ−ＤＣコンバータ３の出力電圧を示す。出力電圧も、デューティ比が小さいほど大きくなっている。このような大きい出力電圧は、スイッチ２２がオンする期間でＬＥＤ電流にオーバーシュートを生じる原因となり、光源２０の定格を超える可能性がある。
【００２０】
図１９は、比較例の照明光通信装置における出力電圧の波形およびＬＥＤ電流の波形を示す図である。同図の横軸は時間を示す。同図上段の縦軸は、ＤＣ−ＤＣコンバータ３の出力電圧を示す。同図下段の縦軸はＬＥＤ電流を示す。同図では、断続信号のデューティ比が２０％、４０％、６０％、８０％である場合のそれぞれの波形を記してある。
【００２１】
図１９においても、図１８Ａ、図１８Ｂと同様に、出力電圧、ＬＥＤ電流ともにデューティ比が小さい程大きくなっている。
【００２２】
比較例の照明光通信装置のように、フィードバック制御によってＬＥＤ電流の平均値をほぼ一定に保つ動作をするＤＣ−ＤＣコンバータ３を備える照明光通信装置では、デューティ比が小さい場合、ＬＥＤ電流のピーク値が定格を超える可能性がある。ＬＥＤ電流のピーク値が定格を超えれば、ＬＥＤの経年劣化を早める、寿命を縮める、故障を誘発する等の信頼性を損なうという問題が生じる。
【００２３】
このような課題を解決するために、本発明の一態様における照明光通信装置は、照明光を発する光源と、二値の通信信号を発生する信号発生回路と、前記光源と直列接続され、前記通信信号に従って前記光源を流れる電流を断続するスイッチと、前記スイッチと直列接続され、前記光源を流れる電流の大きさを電圧降下として検出するための電流検出回路と、前記電流検出回路の電圧降下と第１基準電圧との誤差を示すフィードバック信号を生成するフィードバック回路と、前記光源に電流を出力し、前記フィードバック信号に基づいて出力電流の平均値を一定に保つＤＣ−ＤＣコンバータと、前記光源を流れる電流のピーク値が前記光源の最大定格を超えないように、前記光源に印加される電圧を制限するシャント回路とを備える。
【００２４】
（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも本発明の好ましい一具体例を示す。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置および接続形態、ステップおよびステップの順序等は、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。また、以下の実施の形態における構成要素のうち、本発明の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、より好ましい形態を構成する任意の構成要素として説明する。また、各図は、模式図であり、必ずしも厳密な寸法を表すものではない。
【００２５】
［１．１  照明光通信装置の構成］
図１は、実施の形態１に係る照明光通信装置の構成例を示すブロック図である。同図の照明光通信装置は、整流ブリッジ２、ＤＣ−ＤＣコンバータ３、平滑コンデンサ４、フィードバック回路５、光源２０、変調器２１、電流検出回路６０、およびシャント回路７０を備える。
【００２６】
ＤＣ−ＤＣコンバータ３は、整流ブリッジ２によって全波整流された電圧を所望の電圧に変換する。また、ＤＣ−ＤＣコンバータ３は、光源２０に電流を出力し、フィードバック信号に基づいて出力電流の平均値を一定に保つフィードバック制御を行う。
【００２７】
平滑コンデンサ４は、ＤＣ−ＤＣコンバータ３の出力電圧を平滑化する。
【００２８】
フィードバック回路５は、演算増幅器５１、基準電圧源５２、コンデンサ５３、抵抗５４を備える。これによりフィードバック回路５は、電流検出抵抗７の電圧降下と基準電圧源５２によって生成される基準値（第１基準電圧とも呼ぶ）との誤差を示すフィードバック信号を生成し、ＤＣ−ＤＣコンバータ３に出力する。フィードバック回路５は、例えば、フィードバック信号が示す誤差が０になるように制御する。
【００２９】
光源２０は、照明光を発する１つ以上の発光ダイオードを含む。なお、光源２０は、発光ダイオードの代わりに有機ＥＬ発光素子、またはレーザ発光素子を備えていてもよい。
【００３０】
変調器２１は、スイッチ２２と信号発生回路２３とを備える。信号発生回路２３は、２値の通信信号（断続信号とも呼ぶ）を生成する。２値の通信信号は、照明光通信装置に固有のＩＤを示すＩＤ信号であってもよいし、外部の装置から入力された信号に基づく通信信号であってもよい。変調器２１は、光源２０と直列に接続され、信号発生回路２３により生成される２値の通信信号に従ってスイッチ２２を断続してＬＥＤ電流を断続することにより、照明光を変調する。
【００３１】
電流検出回路６０は電流検出抵抗６１と入力抵抗６２とを備える。電流検出抵抗６１は、光源２０を流れる電流の大きさを電圧降下として検出するための抵抗素子である。入力抵抗６２は、電流検出抵抗６１の電圧降下をフィードバック回路５に入力する。
【００３２】
シャント回路７０は、光源２０を流れる電流（以下、ＬＥＤ電流と呼ぶ）のピーク値が光源２０の最大定格を超えないように、光源２０に印加される電圧を制限する回路である。具体的には、シャント回路７０は、光源２０およびスイッチ２２からなる直列回路に並列に接続され、電流検出回路６０に直列に接続される。シャント回路７０は、光源２０に印加される電圧を検出し、検出した電圧に応じてＤＣ−ＤＣコンバータ３の出力電流の一部を吸い込むことによって、光源２０に印加される電圧を制限する。制限される電圧は、スイッチ２２を断続しない照明動作におけるＤＣ−ＤＣコンバータ３の最大出力電圧よりも大きい値に設定される。
【００３３】
次に、シャント回路７０の具体例について説明する。
【００３４】
図２は、実施の形態１に係るシャント回路の構成例を示す回路図である。同図においてシャント回路７０は、トランジスタ７１、抵抗７２、演算増幅器７３、抵抗７４、抵抗７５、抵抗７６、抵抗７７、基準電圧源７８を備える。同図の端子Ｔ１は光源２０のアノードに接続され、端子Ｔ２はスイッチ２２の一端に接続される。
【００３５】
トランジスタ７１および抵抗７２の直列回路は、ＤＣ−ＤＣコンバータ３の出力電流の一部を吸い込む回路である。トランジスタ７１および抵抗７２の直列回路が吸い込み可能な電流量は、トランジスタ７１のゲート信号の電圧に応じて定まり、抵抗７２によって調整される。
【００３６】
演算増幅器７３は、基準電圧源７８からの基準電圧と、光源２０に印加される電圧の大きさを示す信号との誤差を増幅し、ゲート信号としてトランジスタ７１に供給する。誤差が大きいほど、上記の吸い込み可能な電流量が大きくなる。
【００３７】
抵抗７６および抵抗７７からなる直列回路は、光源２０に印加される電圧の大きさを示す信号を演算増幅器７３のプラス入力端子に出力する。具体的には、抵抗７６および抵抗７７からなる直列回路は、光源２０に印加される電圧（より正確には光源２０およびスイッチ２２に印加される電圧）を検出し、抵抗７６および抵抗７７の接続点に生じる分圧値を、光源２０に印加される電圧の大きさを示す信号として、演算増幅器７３のプラス入力端子に出力する。
【００３８】
基準電圧源７８は、基準電圧を生成する。基準電圧は、光源２０を流れる電流のピーク値が光源２０の最大定格を超えないように定められる。
【００３９】
このような構成により、シャント回路７０は、光源２０に印加される電圧を検出し、検出した電圧に応じてＤＣ−ＤＣコンバータ３の出力電流の一部を吸い込むことによって、光源２０に印加される電圧を制限する。
【００４０】
［１．２  照明光通信装置の動作］
次に、照明光通信装置の動作について、照明光通信装置のシミュレーション結果を用いて説明する。
【００４１】
図３Ａは、実施の形態１に係る照明光通信装置におけるデューティ比に対するＬＥＤ電流の特性を示す図である。また、図３Ｂは、実施の形態１に係る照明光通信装置におけるデューティ比に対する出力電圧の特性を示す図である。図３Ａ、図３Ｂの横軸は、スイッチ２２の断続するデューティ比を示す。図３Ａの縦軸は、ＬＥＤ電流のピーク値を示し、デューティ比１００％のときの電流を１とした相対的な倍率を示している。図３Ｂの縦軸は、ＤＣ−ＤＣコンバータ３の出力電圧（つまり平滑コンデンサ４の電圧）を示す。
【００４２】
図３Ａ、図３Ｂ中のシャントレベルＬ１〜Ｌ４は、基準電圧源７８により生成される４通りの基準電圧に対応する。シャントレベルＬ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４は、この順に吸い込み電流量が大きくなっている。
【００４３】
シャントレベルＬ１のピーク電流は、デューティ比が１０％のときに、デューティ比が１００％のときの約９倍になっている。シャントレベルＬ１の出力電圧は、デューティ比が１０％のときに、デューティ比が１００％のときの４５Ｖから約７８Ｖに上昇している。このシャントレベルＬ１のピーク電流および出力電圧は、図１８Ａ、図１８Ｂに示した比較例とほとんど変わりなく、シャント回路７０によるＬＥＤ電流のピーク値を抑制する効果をほとんど得られていない。つまりシャント回路７０として基準電圧が不適切な例である。
【００４４】
シャントレベルＬ２のピーク電流は、デューティ比が１０％のときに、デューティ比が１００％のときの約６倍弱に抑制されている。シャントレベルＬ２の出力電圧は、デューティ比が１０％のときに、デューティ比が１００％のときの約４５Ｖから約６５Ｖに上昇している。このシャントレベルＬ２のピーク電流は、図１８Ａに示した比較例よりも抑制されており、シャント回路７０によるＬＥＤ電流のピーク値を抑制する効果を奏している。また、シャントレベルＬ２の出力電圧は、図１８Ｂに示した比較例よりも抑制されており、シャント回路７０による出力電圧を制限する効果を奏している。つまりシャント回路７０として基準電圧が適切な例である。
【００４５】
シャントレベルＬ３では、シャントレベルＬ２よりもＬＥＤ電流のピーク値を抑制する効果が強く表れ、かつ、出力電圧を制限する効果も強く表れている。シャントレベルＬ３の例も、シャント回路７０としての基準電圧が適切な例である。
【００４６】
シャントレベルＬ４では、さらに、シャントレベルＬ３よりもＬＥＤ電流のピーク値を抑制する効果が強く表れ、かつ、出力電圧を制限する効果も強く表れている。シャントレベルＬ４の例も、シャント回路７０としての基準電圧が適切な例である。
【００４７】
基準電圧をシャントレベルＬ２〜Ｌ４のいずれに対応させるかについては、光源２０の定格に応じて選択すればよい。
【００４８】
このように構成された実施の形態１に係る照明光通信装置によれば、光源２０を流れる電流のピーク値が光源２０の最大定格を超えないように、光源２０に印加される電圧を制限することができるので、断続のオン・デューティ比が小さくなった場合でも光源の信頼性を損なうことを軽減することができるという効果がある。
【００４９】
次に、実施の形態１に係る照明光通信装置の変形例について説明する。
【００５０】
図４は、実施の形態１に係る照明光通信装置の変形例を示すブロック図である。図４は、図１と比べて、電流検出回路６０内の回路構成が異なっている。以下、異なる点を中心に説明する。
【００５１】
図４の電流検出回路６０は、図１と比べてＬＥＤ電流を制限する機能が追加されている。このＬＥＤ電流を制限する機能は、照明光の明るさを指示する調光機能を実現するためである。つまり、電流検出回路６０は、ＬＥＤ電流の大きさを検出する機能と、ＬＥＤ電流を制限する機能とを有している。そのため、電流検出回路６０は、トランジスタ６１１、電流検出抵抗６１２、演算増幅器６１３、抵抗６１４、および基準電圧源６１５を備える。
【００５２】
トランジスタ６１１および電流検出抵抗６１２は、スイッチ２２と直列に接続される。トランジスタ６１１および電流検出抵抗６１２からなる直列回路は、ＬＥＤ電流の大きさを、両端の電圧降下として、検出するための回路である。つまり、スイッチ２２とトランジスタ６１１との接続点の電位は、ＬＥＤ電流の大きさを示す。
【００５３】
演算増幅器６１３は、電流検出回路６０の電流検出抵抗６１２の電圧降下と基準電圧源６１５の基準電位との誤差に応じたゲート信号を生成してトランジスタ６１１に供給する。トランジスタ６１１は、ゲート信号の電圧に応じた抵抗値を有し、これによりＬＥＤ電流を制限する。なお、電流検出回路６０の電圧降下（つまりスイッチ２２とトランジスタ６１１との接続点の電位）は、入力抵抗６２を介してフィードバック回路5に入力され、当該電圧降下が一定値を保つようＤＣ-ＤＣコンバータ３の出力を制御する。
【００５４】
基準電圧源６１５は、照明光の明るさを指示する調光率に応じた基準電圧を生成する。
【００５５】
次に、実施の形態１に係る照明光通信装置の変形例の動作について、照明光通信装置のシミュレーション結果を用いて説明する。
【００５６】
図５Ａは、変形例に係る照明光通信装置におけるデューティ比に対するＬＥＤピーク電流の特性を示す図である。また、図５Ｂは、変形例に係る照明光通信装置におけるデューティ比に対する出力電圧の特性を示す図である。図５Ａ、図５Ｂは、図３Ａ、図３Ｂとほぼ同じである。
【００５７】
以上のように、調光機能を有する図４の変形例においても、図１と同じ効果、つまり、光源２０を流れる電流のピーク値が光源２０の最大定格を超えないように、光源２０に印加される電圧を制限することができるので、断続のオン・デューティ比が小さくなった場合でも光源の信頼性を損なうことを軽減することができるという効果がある。
【００５８】
以上のように実施の形態１係る照明光通信装置は、照明光を発する光源２０と、二値の通信信号を発生する信号発生回路２３と、光源２０と直列接続され、通信信号に従って光源２０を流れる電流を断続するスイッチ２２と、スイッチ２２と直列接続され、光源２０を流れる電流の大きさを電圧降下として検出するための電流検出回路６０と、電流検出回路６０の電圧降下と第１基準電圧との誤差を示すフィードバック信号を生成するフィードバック回路５と、光源２０に電流を出力し、フィードバック信号に基づいて出力電流の平均値を一定に保つＤＣ−ＤＣコンバータ３と、光源２０を流れる電流のピーク値が光源２０の最大定格を超えないように、光源２０に印加される電圧を制限するシャント回路７０とを備える。
【００５９】
これによれば、調光機能を有する照明光通信装置においても、ＬＥＤ電流を断続する動作を小さいオン・デューティ比で行う場合に、光源の信頼性を損なうことを軽減することができる。
【００６０】
ここで、シャント回路７０は、光源２０に印加される電圧を検出し、検出した電圧に応じてＤＣ−ＤＣコンバータ３の出力電流の一部を吸い込むことによって、光源２０に印加される電圧を制限してもよい。
【００６１】
これによれば、ＤＣ−ＤＣコンバータ３の出力電流の一部を吸い込むことによって、光源２０に印加される電圧を制限し、ＬＥＤ電流のピーク値が光源２０の最大定格を超えないようにすることができる。
【００６２】
ここで、シャント回路７０は、光源２０およびスイッチ２２からなる直列回路に並列に接続され、電流検出回路６０に直列に接続されてもよい。
【００６３】
ここで、電流検出回路６０は、スイッチ２２に直列に接続された電流検出抵抗６１を有し、上記の電圧降下は、電流検出抵抗６１の両端の電圧であってもよい。
【００６４】
ここで、電流検出回路６０は、スイッチ２２に直列に接続されたトランジスタ６１１と、トランジスタ６１１に直列に接続された電流検出抵抗６１２と、電流検出抵抗６１２の電位と、調光率に対応する第２基準電圧との誤差に応じたゲート信号をトランジスタ６１１供給する演算増幅器６１３とを備え、電流検出回路６０の電圧降下は、トランジスタ６１１と電流検出抵抗６１２とからなる直列回路の両端の電圧であってもよい。
【００６５】
これによれば、調光機能を有する照明光通信装置においても上記と同様の効果がある。
【００６６】
次にシャント回路７０がＤＣ−ＤＣコンバータ３の出力電流の一部を吸い込むことよって生じる損失について説明する。
【００６７】
図６Ａは、変形例に係る照明光通信装置におけるデューティ比に対する損失の特性を示す図である。同図の横軸は断続のデューティ比を示す。同図の縦軸は、シャント回路７０で生じる損失を示す。図６Ａでは、ＤＣ−ＤＣコンバータ３の出力電圧が、６７．６Ｖ、６２．４Ｖ、５７．２Ｖの３つのケースについてシャント回路７０に生じる損失をシミュレーションした結果を示す。図６Ａに示すように、デューティ比が小さい場合に、出力電圧が低いほど（つまり吸い込み電流量が多く、電圧を大きく抑制するほど）損失が大きくなっていることがわかる。
【００６８】
また、図６Ｂは、変形例に係る照明光通信装置におけるデューティ比に対する損失の特性を示す図である。図６Ｂでは、調光率が１００％、７５％、５０％、２５％、１０％の５つのケースについてシャント回路７０に生じる損失をシミュレーションした結果を示す。図６Ｂに示すよう、デューティ比が小さい場合に、調光率が大きいほど（つまり照明光が明るいほど）損失が大きくなっていることがわかる。
【００６９】
シャント回路７０における吸い込み電流量は、図６Ａ、図６Ｂの損失が小さくなるように設定するべきである。以下の実施の形態では、シャント回路７０で生じる損失を抑制する例について説明する。
【００７０】
（実施の形態２）
続いて、実施の形態２に係る照明光通信装置について説明する。本実施の形態では、図４に示した変形例に対して、シャント回路７０の損失を軽減するために調光機能を連動させる構成例を説明する。
【００７１】
［２．１  照明光通信装置の構成］
図７は、実施の形態２に係る照明光通信装置の構成例を示すブロック図である。同図は、図４と比較して、調整回路５２０が追加された点が異なっている。以下、異なる点を中心に説明する。
【００７２】
調整回路５２０は、シャント回路７０が吸い込む電流量を一定にするように基準電圧源６１５の基準電圧を調整する回路である。この調整は、シャント回路７０で生じる損失を一定レベルを超えないように抑制する。
【００７３】
次に調整回路５２０の具体的な回路例について説明する。
【００７４】
図８は、実施の形態２に係るシャント回路７０、調整回路５２０および基準電圧源６１５の構成例を示す回路図である。
【００７５】
図８のシャント回路７０は、図２のシャント回路に対して、抵抗７９が追加されている。抵抗７９は、抵抗７２およびトランジスタ７１と直列に接続され、吸い込み電流（シャント電流とも呼ぶ）の大きさを検出するための電流検出抵抗である。
【００７６】
調整回路５２０は、演算増幅器５２１、基準電圧源５２２、出力抵抗５２３、発光素子５２４を備える。
【００７７】
演算増幅器５２１のプラス入力端子には、抵抗７９が接続され、シャント電流の大きさを示す信号ＳＨが入力される。演算増幅器５２１のマイナス入力端子には、基準電圧源５２２の基準電圧が入力される。演算増幅器５２１は、シャント電流の大きさを示す信号ＳＨと、基準電圧源５２２の基準電圧との誤差を出力抵抗５２３を介して発光素子５２４に出力する。
【００７８】
発光素子５２４は、信号ＳＨと基準電圧源５２２の基準電圧との誤差に応じた光量で発光する。
【００７９】
基準電圧源６１５は、抵抗６１６と受光素子６１７とを備える。受光素子６１７は、発光素子５２４とともにフォトカプラを構成し、発光素子５２４からの受光量応じた電流を流す。抵抗６１６と受光素子６１７は直列に接続され、その接続点の電位を基準電圧Ｖｒｅｆとして出力する。基準電圧源６１５の基準電圧Ｖｒｅｆは、シャント電流の大きさに応じた電圧に調整される。
【００８０】
このような構成により、照明光通信装置は、スイッチ２２の断続デューティ比が小さい場合にシャント回路７０が動作し、ＤＣ−ＤＣコンバータ３の出力電流の一部を吸い込んだ場合において、吸い込んだ電流（シャント電流）が大きくなった場合、調整回路５２０は、基準電圧源６１５の基準電圧を小さめに調整する。これにより、電流検出回路６０の電流が制限され、フィードバック回路５およびＤＣ−ＤＣコンバータ３によるフィードバック制御によって、ＤＣ−ＤＣコンバータ３の出力電流を減少させる。これにより、シャント電流も減少し、シャント回路７０に生じる損失の増加を抑制することができる。
【００８１】
［２．２  照明光通信装置の動作］
次に、照明光通信装置の動作について、照明光通信装置のシミュレーション結果を用いて説明する。
【００８２】
図９は、実施の形態２に係る照明光通信装置におけるデューティ比に対する損失の特性を示す図である。同図の横軸はスイッチ２２の断続デューティ比を示し、５％から２０％までの小さいデューティ比の部分を示している。縦軸は、シャント回路７０に生じる損失を示す。同図の（Ａ）「調整あり」の特性曲線は、図８の照明光通信装置における損失特性を示す。同図の（Ｂ）「調整なし」の特性曲線は、図４の照明光通信装置における損失特性を示す。
【００８３】
同図の（Ａ）の特性曲線が示すように、本実施の形態における照明光通信装置は、デューティ比が小さくなっても、シャント回路７０で生じる損失が増加することなく抑制されている。
【００８４】
以上のように実施の形態２に係る照明光通信装置は、シャント回路７０が出力電流から吸い込む電流量を一定にするように第２基準電圧を調整する調整回路５２０を備える。
【００８５】
これによれば、調整回路５２０は、シャント回路７０が出力電流から吸い込む電流量を一定するように基準電圧源６１５の基準電圧を調整するので、シャント回路７０で生じる損失を一定レベル以下に抑制することができる。
【００８６】
（実施の形態３）
続いて、実施の形態３に係る照明光通信装置について説明する。本実施の形態では、図１に示した構成例に対して、シャント回路７０の損失を軽減するために通信信号のパルス幅を制御する構成例を説明する。
【００８７】
［３．１  照明光通信装置の構成］
図１０は、実施の形態３に係る照明光通信装置の構成例を示すブロック図である。同図は、図１と比べて、パルス制御回路２００が追加されている点が異なっている。以下、異なる点を中心に説明する。
【００８８】
パルス制御回路２００は、シャント回路７０がＤＣ−ＤＣコンバータ３の出力電流から吸い込んだ電流量に応じて、通信信号のパルス幅を調整する回路である。
【００８９】
図１１は、実施の形態３に係るシャント回路７０およびパルス制御回路２００の構成例を示す回路図である。
【００９０】
シャント回路７０は、図８で既に説明した。
【００９１】
図１１のパルス制御回路２００は、演算増幅器２２３、基準電圧源２２４、ワンショットＩＣ２２５、抵抗２２６、コンデンサ２２７、コンデンサ２２８、ダイオード２２９、抵抗２３０、反転回路２３１、および出力抵抗２３２を備える。
【００９２】
演算増幅器２２３は、シャント電流の大きさを示す信号ＳＨと、基準電圧源２２４の基準電圧との誤差を増幅し、ワンショットＩＣ２２５に供給する。
【００９３】
ワンショットＩＣ２２５は、いわゆる「５５５」タイマーＩＣであり、トリガー信号に応じてワンショットのパルスを生成する単安定マルチバイブレータを構成している。図１２に示すように、信号発生回路２３が生成した通信信号ＩＤは、コンデンサ２２８、ダイオード２２９、抵抗２３０からなる微分回路によって、立ち上がりエッジの変化が抽出される（Ａ点電位）。この立ち上がりエッジの変化は、反転回路２３１を介してワンショットＩＣ２２５のトリガー入力端子にトリガー信号として入力される。ワンショットＩＣ２２５は、トリガー信号に応じてワンショットのパルスを出力端子Ｏｕｔから出力する（Ｂ点電位）。このワンショットパルスの幅は、抵抗２２６、コンデンサ２２７および制御端子Ｃｏｎｔの電圧により定まる。例えば、ワンショットのパルス幅は、演算増幅器２２３が出力する誤差信号が０の場合、元の通信信号ＩＤのパルスと同じ幅になり、誤差信号の電圧（つまり制御端子Ｃｏｎｔの電圧）に応じて広くなる。ワンショットＩＣ２２５の出力端子Ｏｕｔから出力されたパルスは、出力抵抗２３２を介してスイッチ２２のゲートに入力される。
【００９４】
［３．２  照明光通信装置の動作］
次に、照明光通信装置の動作について、照明光通信装置のシミュレーション結果を用いて説明する。
【００９５】
図１３は、実施の形態３に係る照明光通信装置におけるデューティ比に対する損失の特性を示す図である。同図の横軸は、パルス制御回路２００から出力されるパルスのデューティ比を示す。縦軸は、シャント回路７０に生じる損失を示す。同図では、ＬＥＤ電流の平均が２０ｍＡ、５０ｍＡ、１００ｍＡの３つのケースについて、パルス制御回路２００から出力されるパルスの幅を変えた場合の損失の特性を示す。
【００９６】
ＬＥＤ電流の２０ｍＡのケースでは、パルス制御回路２００から出力されるパルスのデューティ比が、約４％、約５％、約６％、約７％、約８％である場合に対する損失を示している。
【００９７】
ＬＥＤ電流の５０ｍＡのケースでは、パルス制御回路２００から出力されるパルスのデューティ比が、約１２％、約１３％、約１４％、約１６％、約１７％である場合に対する損失を示している。
【００９８】
ＬＥＤ電流の１００ｍＡのケースでは、パルス制御回路２００から出力されるパルスのデューティ比が、約２３％、約２４％、約２５％、約２７％、約３０％である場合に対する損失を示している。
【００９９】
図１３からは、断続信号のパルス幅の少しの増加でシャント回路７０の損失が大きく減少することがわかる。例えば、パルス幅の約２％の増加で損失が半分になっている。
【０１００】
図１４は、実施の形態３に係る照明光通信装置における損失を一定に保つ場合のＬＥＤ電流対デューティ比を示す図である。図１４の横軸はＬＥＤ電流の平均を示す。縦軸は、スイッチ２２の断続デューティ比を示す。図１４は、図１３において損失が１００ｍＷである時のＬＥＤ電流（平均）と、デューティ比とを抽出したグラフである。パルス制御回路２００が図１４を満たすようにパルス幅を制御すれば、シャント回路７０に生じる損失を１００ｍＷを超えないように抑制することができる。
【０１０１】
以上のように実施の形態３係る照明光通信装置は、シャント回路７０がＤＣ−ＤＣコンバータ３の出力電流から吸い込んだ電流量に応じて、通信信号のパルス幅を大きくするパルス制御回路２００を備え、スイッチ２２は、パルス制御回路２００からの通信信号に従って光源２０を流れる電流を断続する。
【０１０２】
これによれば、上記の効果に加えて、スイッチ２２を断続する通信信号のパルス幅を少し広くすることによって、シャント回路７０に生じる損失を低減することができ、また、損失を一定レベル以下に抑制することができる。
【０１０３】
（実施の形態４）
続いて、実施の形態４に係る照明光通信装置について説明する。本実施の形態では、図１に示した構成例に対して、シャント回路７０の損失を一定レベル以下に軽減するために吸い込み電流量を変更する構成例を説明する。
【０１０４】
［４．１  照明光通信装置の構成］
図１５は、実施の形態４に係る照明光通信装置の構成例を示すブロック図である。同図は、図１と比べて、電流検出抵抗２４が追加された点と、尖頭値検出回路が追加された点とが主に異なっている。以下、異なる点を中心に説明する。
【０１０５】
電流検出抵抗２４は、光源２０およびスイッチ２２と直列に接続され、ＬＥＤ電流の大きさを検出するための抵抗素子である。
【０１０６】
尖頭値検出回路７８０は、電流検出抵抗２４の電位が入力され、光源２０を流れる電流の尖頭値（ピーク値）を検出して保持するピーク・ホールド回路である。
【０１０７】
シャント回路７０は、尖頭値検出回路７８０に保持された尖頭値に応じて、ＤＣ−ＤＣコンバータ３の出力電流から吸い込み可能な電流量を変更する。これにより、光通信に必要なＬＥＤ電流パルスの高さを維持できるようにする。例えば、ＬＥＤ電流パルスの高さが不足している場合は、シャント回路７０の吸い込み電流量を減らし、パルスが高すぎる場合は吸い込み電流量を増やす。
【０１０８】
図１６は、実施の形態４に係るシャント回路７０および尖頭値検出回路７８０の構成例を示す回路図である。
【０１０９】
尖頭値検出回路７８０は、ダイオード７８１、コンデンサ７８２、抵抗７８３、抵抗７８４、演算増幅器７８５、基準電圧源７８６、抵抗７８７、抵抗７８８、抵抗７８９、抵抗７８１０を備える。この構成による、尖頭値検出回路７８０は、変調器２１内の電流検出抵抗２４の電位（つまりＬＥＤ電流の大きさ）の尖頭値（ピーク値）を検出して、コンデンサ７８２に保持する。コンデンサ７８２の電位は、演算増幅器７８５によって増幅され、抵抗７８８、抵抗７８９および抵抗７８１０からなる抵抗回路を介してシャント回路７０に出力される。
【０１１０】
シャント回路７０は、図２における基準電圧源７８の基準電圧が演算増幅器７３のマイナス入力端子に入力される代わりに、尖頭値検出回路７８０の出力が演算増幅器７３のマイナス入力端子に入力される。これによりシャント回路７０の吸い込み可能な電流量は、ＬＥＤ電流のピーク値に応じた可変になる。
【０１１１】
さらに、シャント回路７０は、ＤＣ−ＤＣコンバータ３の出力電流から吸い込んだ電流量を示す信号ＳＨに応じて、フィードバック回路５内の基準電圧源５２の基準電圧の大きさを変更する。この場合、基準電圧源５２の基準電圧は調光率に応じた可変であり、さらに、シャント回路７０からの信号ＳＨに応じて調整される。
【０１１２】
以上のように実施の形態４に係る照明光通信装置において、光源２０を流れる電流の尖頭値を検出する尖頭値検出回路７８０を備え、シャント回路７０は、尖頭値に応じて、ＤＣ−ＤＣコンバータ３の出力電流から吸い込み可能な電流量を変更する。
【０１１３】
これによれば、ＬＥＤ電流の尖頭値に応じて、ＤＣ−ＤＣコンバータ３の出力電流から吸い込み可能な電流量を変更するので、例えば、調光率が低い場合でも（暗い場合でも）、可視光通信に必要なＬＥＤ電流の高さを確保しやすくなる。
【０１１４】
ここで、前記照明光通信装置は、光源２０を流れる電流の尖頭値を検出する尖頭値検出回路７８０を備え、シャント回路７０は、尖頭値に応じて、ＤＣ−ＤＣコンバータ３の出力電流から吸い込む電流量を変更し、かつ、出力電流から吸い込んだ電流量に応じて第１基準電圧の大きさを変更してもよい。
【０１１５】
以上、本発明に係る照明光通信装置について、実施の形態に基づいて説明したが、本発明は、実施の形態に限定されるものではない。本発明の主旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を本実施の形態に施したものや、実施の形態および変形例における一部の構成要素を任意に組み合わせて構築される別の形態も、本発明の範囲内に含まれる。
【符号の説明】
【０１１６】
３    ＤＣ−ＤＣコンバータ
５    フィードバック回路
２０    光源
２２    スイッチ
２３    信号発生回路
６０    電流検出回路
６１    電流検出抵抗
７０    シャント回路
２００    パルス制御回路
５２０    調整回路
６１１    トランジスタ
６１２    電流検出抵抗
６１３    演算増幅器
７８０    尖頭値検出回路
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８Ａ】
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【図１８Ｂ】
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【図１９】
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