(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に直列に接続され、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に直列に接続され、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７と、電流検出回路７の前記電圧降下と基準値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ツェナーダイオード１０を含む出力検出回路６００とを備える。【選択図】図１
2019160755.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、
前記光源に直列に接続され、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、
前記スイッチに直列に接続され、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前記電圧降下と基準値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ツェナーダイオードを含む電圧制限回路とを備える
照明光通信装置。
【請求項２】
前記ツェナーダイオードの降伏電圧は、前記スイッチを断続しない照明動作におけるＤＣ−ＤＣコンバータの最大出力電圧よりも大きい
請求項１に記載の照明光通信装置。
【請求項３】
前記電流検出回路は、電流検出抵抗であり、
前記電圧制限回路は、前記ツェナーダイオードと抵抗と入力抵抗とを備え、
前記ツェナーダイオード、前記抵抗および入力抵抗は直列に接続され、かつ、前記光源と前記スイッチとの直列回路と並列に接続され、
前記ツェナーダイオードのカソードは、前記ＤＣ−ＤＣコンバータの高電位側の出力端子に接続され、かつ、前記光源の一端に接続され、
前記入力抵抗は、前記電流検出抵抗のスイッチ側の一端に接続され、
前記入力抵抗と前記抵抗との接続点は、前記フィードバック回路に接続される
請求項１または２に記載の照明光通信装置。
【請求項４】
前記照明光通信装置は、さらに、
前記光源および前記スイッチと直列に接続され、前記光源を流れる電流を所定値を超えないように制限する制限回路を備える
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】
前記照明光通信装置は、さらに、前記光源と直列に接続され、前記光源を流れる電流を所定値を超えないように制限する制限回路を備え、
前記スイッチは、トランジスタであり、
前記制限回路は、
前記スイッチに直列に接続された抵抗と、
基準電位を生成する電圧源と、
前記抵抗の電位と前記基準電位との誤差に応じたゲート信号を生成して前記スイッチに供給する演算増幅器とを備える
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】
前記電流検出回路は、定電流回路であり、
前記定電流回路は、
前記スイッチと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抵抗と、
基準電位を生成する電圧源と、
前記抵抗の電位と前記基準電位との誤差に応じたゲート信号を生成して前記トランジスタに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、前記トランジスタおよび前記抵抗の直列回路の両端に生じる電圧であり、
前記定電流回路は、前記光源を流れる電流を、前記基準電位に応じた値に制限し、
前記基準電位は、照明光の明るさを指示する調光率に応じて設定される
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７】
前記電圧制限回路は、前記ツェナーダイオードと抵抗と第１分圧抵抗と第２分圧抵抗とを備え、
前記第１分圧抵抗と前記第２分圧抵抗は直列に接続され、かつ、前記電流検出回路に並列に接続され、
前記ツェナーダイオードのカソードは、前記ＤＣ−ＤＣコンバータの高電位側の出力端子に接続され、かつ、前記光源の一端に接続され、
前記抵抗は、前記ツェナーダイオードのアノードと、前記第１分圧抵抗および前記第２分圧抵抗の接続点との間に接続され、
前記第１分圧抵抗および前記第２分圧抵抗の接続点は、前記フィードバック回路に接続される
請求項１または２に記載の照明光通信装置。
【請求項８】
前記電流検出回路は、定電流回路であり、
前記定電流回路は、
前記スイッチと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抵抗と、
基準電位を生成する電圧源と、
前記抵抗の電位と前記基準電位との誤差に応じたゲート信号を生成して前記トランジスタに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、前記トランジスタおよび前記抵抗４２の直列回路の両端に生じる電圧であり、
前記定電流回路は、前記光源を流れる電流を、前記基準電位に応じた値に制限し、
前記基準電位は、照明光の明るさを指示する調光率に応じて設定される
請求項７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、前記光源と直列に接続され、前記光源を流れる電流を所定値を超えないように制限する制限回路を備え、
前記スイッチは、トランジスタであり、
前記制限回路は、
前記スイッチに直列に接続された抵抗と、
基準電位を生成する電圧源と、
前記抵抗の電位と前記基準電位との誤差に応じたゲート信号を生成して前記スイッチに供給する演算増幅器とを備える
請求項７または８に記載の照明光通信装置。
【請求項１０】
前記ＤＣ−ＤＣコンバータは、商用電源を整流した電圧を入力とする
請求項１〜９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、光源の信頼性を低下させるという問題がある。
【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、前記光源に直列に接続され、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、前記スイッチに直列に接続され、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前記電圧降下と基準値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ツェナーダイオード）を含む電圧制限回路とを備える。
【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２Ａ】図２Ａ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平均電流の特性を示す図である。
【図２Ｂ】図２Ｂ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ピーク電流の特性を示す図である。
【図３】図３は、実施の形態１に係る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。
【図４】図４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５】図５は、実施の形態２に係る照明光通信装置のより詳細な構成例を示すブロック図である。
【図６Ａ】図６Ａ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ＬＥＤ平均電流の特性を示す図である。
【図６Ｂ】図６Ｂ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ＬＥＤピーク電流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。
【図８】図８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９Ａ】図９Ａ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ＬＥＤ平均電流の特性を示す図である。
【図９Ｂ】図９Ｂ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ＬＥＤピーク電流の特性を示す図である。
【図１０】図１０は、実施の形態４に係る照明光通信装置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１１Ａ】図１１Ａは、実施の形態４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平均電流の特性を示す図である。
【図１１Ｂ】図１１Ｂは、実施の形態４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１２】図１２は、実施の形態４に係る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。
【図１３】図１３は、比較例の照明光通信装置の構成例を示すブロック図である。
【図１４Ａ】図１４Ａ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１４Ｂ】図１４Ｂ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１５】図１５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１３は、本発明者の知見に係る比較例の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７との直列回路が形成される。電流検出抵抗７の電圧降下が入力抵抗８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。
【００１６】
図１４Ａ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１４Ａ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、デューティ比がいくつ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電流の約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１４Ｂ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１４Ａ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、断続に伴う過大なピーク電流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１５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１５においても、図１４Ａ、図１４Ｂ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、前記光源に直列に接続され、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、前記スイッチに直列に接続され、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前記電圧降下と基準値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ツェナーダイオード）を含む電圧制限回路とを備える。
【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、および出力検出回路６００を備える。
【００２６】
整流ブリッジ２は、商用電源から入力される交流電圧を全波整流してＤＣ−ＤＣコンバータ３に出力する。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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、出力検出回路６００の検出値と基準電圧源５２によって生成される基準値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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
出力検出回路６００は、２つの機能を兼用する。１つは、ＤＣ−ＤＣコンバータ３の出力電圧、電流を検出する機能である。もう１つは、電圧制限回路としての機能であり、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。そのため、出力検出回路６００は、電流検出抵抗７、入力抵抗８、抵抗９およびツェナーダイオード１０を備える。電流検出抵抗７は、スイッチ２２に直列に接続され、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抵抗である。入力抵抗８は、電流検出抵抗７の電圧降下をフィードバック回路５に入力するための入力抵抗である。
【００３３】
ツェナーダイオード１０、抵抗９および入力抵抗８は直列に接続される。ツェナーダイオード１０、抵抗９および入力抵抗８からなる直列回路は、光源２０とスイッチ２２との直列回路と並列に接続される。ツェナーダイオード１０のカソードは、ＤＣ−ＤＣコンバータ３の高電位側の出力端子に接続され、かつ、光源２０の一端（アノード側）に接続される。入力抵抗８は、電流検出抵抗７のスイッチ２２側の一端に接続される。入力抵抗８と抵抗９との接続点は、フィードバック回路５に接続される。ツェナーダイオード１０の降伏電圧は、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。
【００３４】
出力検出回路６００において、ＤＣ−ＤＣコンバータ３の出力電圧（つまり光源２０に印加される電圧が）がツェナーダイオード１０の降伏電圧よりも小さいとき、ツェナーダイオード１０が逆方向に非導通状態になる。このとき、光源２０に印加される電圧はＤＣ−ＤＣコンバータ３の出力電圧となる。
【００３５】
また、出力検出回路６００において、ＤＣ−ＤＣコンバータ３の出力電圧（つまり光源２０に印加される電圧が）がツェナーダイオード１０の降伏電圧よりも大きいとき、ツェナーダイオード１０が逆方向に導通する。この導通によって、光源２０に印加される電圧は、ＤＣ−ＤＣコンバータ３の出力電圧よりも低い電圧、つまり、ツェナーダイオード１０の降伏電圧と抵抗９および入力抵抗８の電圧降下とにより定まる電圧となる。このとき、抵抗９と入力抵抗８との接続点の分圧値が、電流検出抵抗７の電圧降下に重畳されてフィードバック回路５に入力される。ＤＣ−ＤＣコンバータ３は、ツェナーダイオード１０が降伏したときに、重畳された分圧値の分だけ電流ピーク値をフィードバック制御によって減少させる。これにより、出力検出回路６００に生じる損失を低減させる。
【００３６】
なお、フィードバック回路５内の基準電圧源５２が生成する基準値は、照明光の明るさを示す調光率に応じた可変値にしてもよい。
【００３７】
［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。
【００３８】
図２Ａ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平均電流の特性を示す図である。また、図２Ｂ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ピーク電流の特性を示す図である。図２Ａ、図２Ｂ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。図２Ａの縦軸はＬＥＤ平均電流を示し、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平均電流を１とした場合の相対的な倍率を示している。図２Ｂの縦軸はＬＥＤピーク電流を示し、デューティ比１００％のときのＬＥＤピーク電流を１とした場合の相対的な倍率を示している。
【００３９】
図２Ａ、図２Ｂにおける（Ａ）の特性曲線は、本実施の形態における照明光通信装置のシミュレーション結果を示す。（ＣＣ）の特性は、本実施の形態における照明光通信装置ではなく、比較例のように出力電流の平均値を一定にするフィードバック制御を行う照明光通信装置のシミュレーション結果を示す。（ＣＶ）の特性は、本実施の形態における照明光通信装置ではなく、出力電圧の平均値を一定にするフィードバック制御を行う照明光通信装置のシミュレーション結果を示す。（ＣＣ）の特性および（ＣＶ）の特性は、（Ａ）の特性曲線と対比するために示してある。
【００４０】
（ＣＣ）の特性が示すように、出力電流の平均値を一定にするフィードバック制御を行う照明光通信装置では、図２Ａのように、ＬＥＤ平均電流がデューティ比に関わらず一定になるが、図２Ｂのように、デューティ比が小さいほどＬＥＤピーク電流が大きくなる。（ＣＣ）の特性では、背景技術で説明した課題が存在する。
【００４１】
また、（ＣＶ）の特性が示すように、出力電圧の平均値を一定にするフィードバック制御を行う照明光通信装置では、図２ＢのようにＬＥＤピーク電流がデューティ比に関わらず一定になるが、図２Ａのように、デューティ比が小さいほどＬＥＤ平均電流が小さくなる。（ＣＶ）の特性では、デューティ比が小さいほどどんどん暗くなるという問題がある。
【００４２】
これに対して、（Ａ）の特性曲線では、照明光通信装置の動作として、デューティ比が約４０％を境にして定電流動作と定電圧動作とが切り替わっていると言える。すなわち、デューティ比が約４０％よりも大きいときには、ほぼ定電流動作をしている。デューティ比が約４０％よりも小さいときには、ほぼ定電圧動作をしている。
【００４３】
このように、図２Ａ、図２Ｂではデューティ比が約４０％よりも小さいときには、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、光源２０に印加される電圧を制限している。
【００４４】
図３は、実施の形態１に係る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。
【００４５】
図３の上段に示す出力電圧について、比較例で示した図１５と比較して説明する。図１５の上段では、デューティ比２０％のときの出力電圧は、約５８〜５９Ｖである。これに対して、図３の上段では、デューティ比２０％のときの出力電圧は、約５６〜５７Ｖである。つまり、本実施の形態における照明光通信装置では、デューティ比２０％のときの出力電圧が、約２Ｖ小さい値に抑制されている。これは、出力検出回路６００のツェナーダイオード１０が逆方向に導通したことによる。
【００４６】
次に、図３の下段に示すＬＥＤ電流について、比較例で示した図１５と比較して説明する。図１５の下段では、デューティ比２０％のときのＬＥＤピーク電流は、約９００ｍＡである。これに対して、図３の下段では、デューティ比２０％のときのＬＥＤピーク電流は、約８００ｍＡである。つまり、本実施の形態における照明光通信装置では、デューティ比２０％のときのピーク電流が、約１００ｍＡ小さい値に抑制されている。これは、出力検出回路６００のツェナーダイオード１０が逆方向に導通したことによる。
【００４７】
このように実施の形態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。これにより、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の光源の信頼性を損なうことを軽減できる。言い換えれば、オン・デューティ比が小さい場合でも光源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するので、ＬＥＤの経年劣化を早めない、寿命を縮めない、故障を誘発しにくくするという効果がある。
【００４８】
以上のように実施の形態１に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に直列に接続され、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に直列に接続され、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（例えば電流検出抵抗７）と、電流検出回路の電圧降下と基準値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ツェナーダイオード１０を含む電圧制限回路（出力検出回路６００）とを備える。
【００４９】
これによれば、断続のオン・デューティ比が小さい場合でも、光源の信頼性を損なうことを軽減するという効果がある。
【００５０】
ここで、ツェナーダイオード１０の降伏電圧は、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くてもよい。
【００５１】
ここで、電流検出回路は、電流検出抵抗７であり、電圧制限回路６００は、ツェナーダイオード１０と抵抗９と入力抵抗８とを備え、ツェナーダイオード１０、抵抗９および入力抵抗８は直列に接続され、かつ、光源２０とスイッチ２２との直列回路と並列に接続され、ツェナーダイオード１０のカソードは、ＤＣ−ＤＣコンバータ３の高電位側の出力端子に接続され、かつ、光源２０の一端に接続され、入力抵抗８は、電流検出抵抗７のスイッチ２２側の一端に接続され、入力抵抗８と抵抗９との接続点は、フィードバック回路５に接続されてもよい。
【００５２】
これによれば、ツェナーダイオード１０が降伏していないとき、フィードバック回路５には、電流検出抵抗７による電圧降下が入力される。また、ツェナーダイオード１０が降伏したとき、フィードバック回路５には、上記の電圧降下に、入力抵抗８と抵抗９とによる分圧値が重畳して入力される。ツェナーダイオード１０が降伏したときに、電流ピーク値をフィードバック制御によって下げることができる。
【００５３】
ここで、ＤＣ−ＤＣコンバータ３は、商用電源を整流した電圧を入力としてもよい。
【００５４】
（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、実施の形態１の照明光通信装置に対して、さらに、ＬＥＤ電流を制限する機能を有する照明光通信装置について説明する。
【００５５】
［２．１  照明光通信装置の構成］
図４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１と比較して、制限回路３１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。
【００５６】
制限回路３１は、光源２０およびスイッチ２２と直列に接続され、光源２０を流れる電流つまりＬＥＤ電流を、所定値を超えないように制限する。ＬＥＤ電流の波形は、図３の下段に模式的に示したように、スイッチ２２の断続によって立ち上がりエッジにオーバーシュートを伴う。このオーバーシュートも、スイッチ２２が小さいオン・デューティ比で断続する場合に光源の信頼性を損なう原因となり得る。制限回路３１は、例えば、上記の所定値を、ＬＥＤ電流の立ち下がりエッジにおけるピーク値に設定することによって、ＬＥＤ電流波形のオーバーシュートをカットまたは抑制する。
【００５７】
次に、実施の形態２に係る照明光通信装置のより具体的な構成例について説明する。
【００５８】
図５は、実施の形態２に係る照明光通信装置のより詳細な構成例を示すブロック図である。同図は、図４と比べて、スイッチ２２が制限回路３１に統合されている点が異なっている。
【００５９】
制限回路３１は、スイッチ２２、演算増幅器２６、電流検出抵抗２７、抵抗２８、抵抗２９、および基準電圧源３０を備える。
【００６０】
スイッチ２２は、トランジスタであり、ＬＥＤ電流を断続する機能とＬＥＤ電流を制限する機能を兼用している。つまり、このトランジスタは、ＬＥＤ電流を断続するだけでなく、ゲート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。
【００６１】
演算増幅器２６は、電流検出抵抗２７の電位と基準電圧源３０の基準電位との誤差に応じたゲート電圧を生成してスイッチ２２のゲートに供給する。
【００６２】
電流検出抵抗２７は、ＬＥＤ電流の大きさを検出するための抵抗である。
【００６３】
抵抗２８は、電流検出抵抗２７の電位を演算増幅器２６の負入力端子に伝える入力抵抗である。
【００６４】
抵抗２９は、信号発生回路２３から反転回路２４を介して入力される通信信号（断続信号）を演算増幅器２６の負入力端子に伝える入力抵抗である。
【００６５】
基準電圧源３０は、基準電位を演算増幅器２６の正入力端子に入力する。基準電位は、例えば、所定値（例えば、ＬＥＤ電流の立ち下がりエッジにおける値）に対応するように設定される。
【００６６】
これによれば、光源２０を流れる電流波形におけるオーバーシュートを抑制することができ、かつ、スイッチ２２をオーバーシュート抑制用に兼用することで回路部品数を減らすことができる。
【００６７】
［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。
【００６８】
図６Ａ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ＬＥＤ平均電流の特性を示す図である。また、図６Ｂ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ＬＥＤピーク電流の特性を示す図である。図６Ａおよび図６Ｂの横軸および縦軸は、図２Ａおよび図２Ｂと同様である。図６Ａ、図６Ｂにおける（Ａ）の特性曲線は、本実施の形態における照明光通信装置のＬＥＤ電流のシミュレーション結果を示す。（ＣＣ）の特性は、本実施の形態における照明光通信装置ではなく、比較例のように出力電流の平均値を一定にするフィードバック制御を行う照明光通信装置のシミュレーション結果を示す。（ＣＶ）の特性は、本実施の形態における照明光通信装置ではなく、出力電圧の平均値を一定にするフィードバック制御を行う照明光通信装置のシミュレーション結果を示す。（ＣＣ）の特性および（ＣＶ）の特性は、（Ａ）の特性曲線と対比するために示してある。
【００６９】
図６Ａ、図６Ｂでは、約５０％のデューティ比を境にして定電流動作と定電圧動作とが切り替わっていると言える。すなわち、デューティ比が約５０％よりも大きいときには、ほぼ定電流動作をしている。デューティ比が約５０％よりも小さいときには、ほぼ定電圧動作をしている。
【００７０】
一方、図２Ａ、図２Ｂでは、約４０％のデューティ比を境にして定電流動作と定電圧動作とが切り替わっている。すなわち、デューティ比が約４０％よりも大きいときには、ほぼ定電流動作をしている。デューティ比が約４０％よりも小さいときには、ほぼ定電圧動作をしている。
【００７１】
このように、図６Ａ、図６Ｂでは、図２Ａ、図２Ｂよりも、小さいオン・デューティ比で（約５０％以下で）、ＬＥＤ電流のピーク値をより抑制している。
【００７２】
図７は、実施の形態２に係る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。図７の上段に示す出力電圧は、デューティ比が２０％の場合、図３の上段と比べて、より低い電圧（約２Ｖ低い電圧）になっている。また、図７の下段に示すＬＥＤ電流は、デューティ比が２０％の場合、図３の下段と比べて、より小さい値（約２００ｍＡ小さい値）になっている。
【００７３】
このように、図７では、図３よりも、小さいオン・デューティ比で（約５０％以下で）、ＬＥＤ電流のピーク値をより抑制している。言い換えれば、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より軽減することができる。
【００７４】
以上のように実施の形態２に係る照明光通信装置は、さらに、光源２０およびスイッチ２２と直列に接続され、光源２０を流れる電流を、所定値を超えないように制限する制限回路３１を備える。
【００７５】
これによれば、光源２０を流れる電流波形におけるオーバーシュートを抑制することができ、光源の信頼性を損なうことをより軽減することができる。
【００７６】
ここで、照明光通信装置は、さらに、光源２０と直列に接続され、光源２０を流れる電流を、所定値を超えないように制限する制限回路３１を備え、スイッチ２２は、トランジスタであり、制限回路３１は、スイッチ２２に直列に接続された抵抗２７と、基準電位を生成する電圧源３０と、抵抗２７の電位と基準電位との誤差に応じたゲート信号を生成してスイッチ２２に供給する演算増幅器２６とを備えてもよい。
【００７７】
これによれば、スイッチ２２をオーバーシュート抑制用と断続用とに兼用することで回路部品数および規模の増加を抑制することができる。
【００７８】
（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。実施の形態２では、ＬＥＤ電流のオーバーシュートを抑制するためにＬＥＤ電流を制限する制限回路３１を備える例を説明した。実施の形態３では、調光するためにＬＥＤ電流を制限する機能を有する構成例について説明する。
【００７９】
［３．１  照明光通信装置の構成］
図８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８の照明光通信装置は、図１と比較して、平滑コンデンサ４ａが追加された点、出力検出回路６００の内部構成が異なる点、および定電流回路４０が追加された点とが異なっている。以下、異なる点を中心に説明する。
【００８０】
平滑コンデンサ４ａは、光源２０およびスイッチ２２からなる直列回路に対して、並列に接続され、当該直列回路に供給される電源電圧を平滑化する。この平滑コンデンサ４ａは、主としてＬＥＤ電流波形に生じるオーバーシュートを抑制するために設けられる。
【００８１】
出力検出回路６００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、光源２０に印加される電圧を制限する。ただし、図１の出力検出回路６００におけるＬＥＤ電流の大きさを検出する機能（電流検出抵抗７）は削除されている。
【００８２】
定電流回路４０は、ＬＥＤ電流の大きさを検出する電流検出回路としての機能と、ＬＥＤ電流を制限する機能とを有している。そのため、定電流回路４０は、トランジスタ４１、電流検出抵抗４２、演算増幅器４３、抵抗４４、および基準電圧源４５を備える。
【００８３】
トランジスタ４１および電流検出抵抗４２は、スイッチ２２と直列に接続される。トランジスタ４１および電流検出抵抗４２からなる直列回路は定電流回路を形成し、その両端には電圧降下を生じるので、その定電流値と電圧降下の積は損失となる。損失低減のため、電圧降下を最適値、すなわち定電流機能を維持できる最低限の値となるように制御する。
【００８４】
演算増幅器４３は、電流検出抵抗４２の電圧降下（つまりスイッチ２２とトランジスタ４１との接続点の電位）と基準電圧源４５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４１に供給する。トランジスタ４１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。
【００８５】
基準電圧源４５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。
【００８６】
出力検出回路６００は、ツェナーダイオード１０、抵抗９、第１分圧抵抗１１、および第２分圧抵抗１２とを備える。
【００８７】
第１分圧抵抗１１と第２分圧抵抗１２は直列に接続され、かつ、定電流回路４０に並列に接続される。
【００８８】
ツェナーダイオード１０のカソードは、ＤＣ−ＤＣコンバータ３の高電位側の出力端子に接続され、かつ、光源２０の一端（アノード側）に接続される。
【００８９】
抵抗９は、ツェナーダイオード１０のアノードと、第１分圧抵抗１１および第２分圧抵抗１２の接続点との間に接続される。
【００９０】
第１分圧抵抗１１および第２分圧抵抗１２の接続点は、フィードバック回路５に接続される。第１分圧抵抗１１および第２分圧抵抗１２の接続点の電位は、定電流回路４０の電圧降下（つまりトランジスタ４１および電流検出抵抗４２の電圧降下）を分圧した値であり、調光率によらず概ね一定値に制御される。すなわち、トランジスタ４１および電流検出抵抗４２の電圧降下が一定値になるように、フィードバック回路５を介してＤＣ−ＤＣコンバータ３の出力が制御される。
【００９１】
［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。
【００９２】
図９Ａ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ＬＥＤ平均電流の特性を示す図である。また、図９Ｂ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ＬＥＤピーク電流の特性を示す図である。図９Ａ、図９Ｂは、いずれも調光率が１００％（最も明るい状態）の場合の特性を示す。図９Ａ、図９Ｂ中の（Ａ）、（ＣＣ）、（ＣＶ）の特性は、既に説明した図２Ａ、図２Ｂと同様である。図９Ａ、図９Ｂにおいて、本実施の形態における照明光通信装置のＬＥＤ電流の特性（Ａ）は、図２Ａ、図２Ｂとほぼ同じであり、同じ効果が得られる。
【００９３】
本実施の形態では、図９Ａ、図９Ｂの最も明るい状態から調光機能を働かせて照明光を暗くするほど、ＬＥＤ電流が減少し、ＤＣ−ＤＣコンバータ３の出力電圧が低くなり、出力検出回路６００の動作（光源２０に印加される電圧を制限する動作）には余裕が生じることになる。
【００９４】
以上のように実施の形態３係る照明光通信装置において、電流検出回路は、定電流回路４０であり、定電流回路４０は、スイッチ２２と直列に接続されたトランジスタ４１と、トランジスタ４１に直列に接続された電流検出抵抗４２と、基準電位を生成する基準電圧源４５と、電流検出抵抗４２の電位と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４１に供給する演算増幅器４３とを備え、電流検出回路の電圧降下は、トランジスタ４１および電流検出抵抗４２の直列回路の両端に生じる電圧であり、定電流回路４０は、光源２０を流れる電流を、基準電位に応じた値に制限し、基準電位は、照明光の明るさを指示する調光率に応じて設定される。
【００９５】
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。
【００９６】
ここで、電圧制限回路６００は、ツェナーダイオード１０と抵抗９と第１分圧抵抗１１と第２分圧抵抗１２とを備え、第１分圧抵抗１１と第２分圧抵抗１２は直列に接続され、かつ、電流検出回路に並列に接続され、ツェナーダイオード１０のカソードは、ＤＣ−ＤＣコンバータ３の高電位側の出力端子に接続され、かつ、光源２０の一端に接続され、抵抗９は、ツェナーダイオード１０のアノードと、第１分圧抵抗１１および第２分圧抵抗１２の接続点との間に接続され、第１分圧抵抗１１および第２分圧抵抗１２の接続点は、フィードバック回路５に接続されてもよい。
【００９７】
ここで、電流検出回路は、定電流回路４０であり、定電流回路は、スイッチ２２と直列に接続されたトランジスタ４１と、トランジスタ４１に直列に接続された抵抗４２と、基準電位を生成する基準電圧源４５と、抵抗４２の電位と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４１に供給する演算増幅器４３とを備え、電流検出回路の電圧降下は、トランジスタ４１および抵抗４２の直列回路の両端に生じる電圧であり、定電流回路４０は、光源２０を流れる電流を、基準電位に応じた値に制限し、基準電位は、照明光の明るさを指示する調光率に応じて設定されてもよい。
【００９８】
（実施の形態４）
本実施の形態では、実施の形態２の照明光通信装置と、実施の形態３の照明光通信装置を組み合わせた構成例について説明する。つまり、ＬＥＤ電流のオーバーシュートを抑制する制限回路と、調光機能を実現する定電流回路とを備える照明光通信装置について説明する。
【００９９】
［４．１  照明光通信装置の構成］
図１０は、実施の形態４に係る照明光通信装置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、図８と比べて、図８の変調器２１の代わりに、図５の変調器２１を備える点が異なっている。以下、異なる点を中心に説明する。
【０１００】
図１０の変調器２１は、スイッチ２２を統合した制限回路３１を有する。制限回路３１の構成は図５と同じであり、既に説明した通りである。
【０１０１】
［４．２  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。
【０１０２】
図１１Ａは、実施の形態４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平均電流の特性を示す図である。また、図１１Ｂは、実施の形態４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。
【０１０３】
図１１Ａ、図１１Ｂにおいて、本実施の形態における照明光通信装置のＬＥＤ電流の特性（Ａ）は、実施の形態２の図６Ａ、図６Ｂとほぼ同じであり、同じ効果が得られる。
【０１０４】
また、図１２は、実施の形態４に係る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。図１２では、実施の形態２の図７と比べて、出力電圧、ＬＥＤ電流ともにやや小さくなっている。
【０１０５】
以上のように、本実施の形態における照明光通信装置によれば、光源２０を流れる電流波形におけるオーバーシュートを抑制することができ、かつ、スイッチ２２をオーバーシュート抑制用に兼用することで回路部品数を減らすことができ、調光機能も容易に実現することができる。
【０１０６】
以上のように実施の形態４に係る照明光通信装置は照明光通信装置は、さらに、光源２０と直列に接続され、光源２０を流れる電流を所定値を超えないように制限する制限回路３１を備え、スイッチ２２は、トランジスタであり、制限回路３１は、スイッチ２２に直列に接続された抵抗２７と、基準電位を生成する電圧源３０と、抵抗２７の電位と基準電位との誤差に応じたゲート信号を生成してスイッチ２２に供給する演算増幅器２６とを備える。
【０１０７】
これによれば、ＬＥＤ電流のオーバーシュートを抑制し、かつ、調光機能を容易に実転することができる。
【０１０８】
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】
【０１０９】
３    ＤＣ−ＤＣコンバータ
５    フィードバック回路
７    電流検出回路
８    入力抵抗
９    抵抗
１０    ツェナーダイオード
１１    第１分圧抵抗
１２    第２分圧抵抗
２０    光源
２２    スイッチ
２３    信号発生回路
２６    演算増幅器
２７    抵抗
３０    電圧源
３１    制限回路
４０    定電流回路
４１    トランジスタ
４２    抵抗
４３    演算増幅器
４５    基準電圧源
６００    出力検出回路
【図１】
2019160755.tif 000003
【図２Ａ】
2019160755.tif 000004
【図２Ｂ】
2019160755.tif 000005
【図３】
2019160755.tif 000006
【図４】
2019160755.tif 000007
【図５】
2019160755.tif 000008
【図６Ａ】
2019160755.tif 000009
【図６Ｂ】
2019160755.tif 000010
【図７】
2019160755.tif 000011
【図８】
2019160755.tif 000012
【図９Ａ】
2019160755.tif 000013
【図９Ｂ】
2019160755.tif 000014
【図１０】
2019160755.tif 000015
【図１１Ａ】
2019160755.tif 000016
【図１１Ｂ】
2019160755.tif 000017
【図１２】
2019160755.tif 000018
【図１３】
2019160755.tif 000019
【図１４Ａ】
2019160755.tif 000020
【図１４Ｂ】
2019160755.tif 000021
【図１５】
2019160755.tif 000022