(57)【要約】【課題】スイッチの断続による明るさの低下を軽減し、小型化および低コスト化に適した照明光通信装置を提供する。【解決手段】照明光通信装置は、照明光を発する負荷回路５３および断続スイッチＳＷと直列に接続され、第１基準値に対応する第１設定値を超えないように、自身を流れる電流を抑制する抑制回路７３と、負荷回路５３、断続スイッチＳＷおよび抑制回路７３からなる直列回路に直流電圧を印加する電圧源６４と、抑制回路７３に印加される電圧を一定にするためのフィードバック信号を電圧源６４に供給する定電圧フィードバック回路６７と、負荷回路５３、断続スイッチＳＷおよび抑制回路７３からなる直列回路に並列に接続された第１平滑コンデンサ６５と、負荷回路５３および断続スイッチＳＷからなる直列回路と並列に接続された第２平滑コンデンサ１６５とを備える。【選択図】図１
2019041296.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
照明光を発する発光ダイオードを含む負荷回路と、
前記負荷回路と直列に接続され、２値の通信信号に応じて断続する断続スイッチと、
前記負荷回路および前記断続スイッチと直列に接続され、第１基準値に対応する第１設定値を超えないように、自身を流れる電流を抑制する抑制回路と、
前記第１基準値を生成する第１基準源と、
前記負荷回路、前記断続スイッチおよび前記抑制回路からなる直列回路に直流電圧を印加する電圧源と、
前記抑制回路に印加される電圧を一定にするためのフィードバック信号を前記電圧源に供給する定電圧フィードバック回路と、
前記負荷回路、前記断続スイッチおよび前記抑制回路からなる直列回路に並列に接続された第１平滑コンデンサと、
前記負荷回路および前記断続スイッチからなる直列回路と並列に接続された第２平滑コンデンサと
を備える照明光通信装置。
【請求項２】
前記第１基準源は、前記照明光の明るさを指示する調光比に応じて前記第１基準値を生成する
請求項１に記載の照明光通信装置。
【請求項３】
前記負荷回路および断続スイッチと直列に接続され、前記負荷回路に流れるオーバーシュート電流を制限するリミッター回路を備える
請求項１または２に記載の照明光通信装置。
【請求項４】
前記リミッター回路は、
前記断続スイッチのソース端子に直列に接続され、ソース電流の大きさを電圧として検出するための抵抗と、
前記抵抗で検出された電圧と第２基準値との誤差を増幅し、増幅信号を前記断続スイッチＳＷのゲート端子に出力する演算増幅器と、
前記ゲート端子の電圧を、前記通信信号がオフの期間を示すとき、前記断続スイッチＳＷの閾値以下の電圧に変更するスイッチトランジスタと
を有する
請求項３に記載の照明光通信装置。
【請求項５】
前記リミッター回路は、
前記断続スイッチＳＷの導通時における前記リミッター回路の電圧降下を分圧および積分する積分回路を有し、
前記積分回路による積分値を第２基準値として生成する
請求項３に記載の照明光通信装置。
【請求項６】
前記負荷回路、前記抑制回路、前記第１基準源、前記電圧源、前記第１平滑コンデンサおよび前記定電圧フィードバック回路を有する照明器具と、
前記断続スイッチおよび前記第２平滑コンデンサを有する通信モジュールと
を備え、
前記通信モジュールは前記照明器具に着脱可能である
請求項１〜５のいずれか１項に記載の照明光通信装置。
【請求項７】
可視光通信機能を有しない照明器具に付加され、可視光通信機能を追加する通信モジュールであって、
前記照明器具は、
照明光を発する発光ダイオードを含む負荷回路と、
前記負荷回路および前記断続スイッチと直列に接続され、第１基準値に対応する第１設定値を超えないように、自身を流れる電流を抑制する抑制回路と、
前記第１基準値を生成する第１基準源と、
前記負荷回路、前記断続スイッチおよび前記抑制回路からなる直列回路に直流電圧を印加する電圧源と、
前記抑制回路に印加される電圧を一定にするためのフィードバック信号を前記電圧源に供給する定電圧フィードバック回路と、
前記電圧源の出力用の２端子間に接続された第１平滑コンデンサとを備え、
前記通信モジュールは、
前記負荷回路と直列に接続され、２値の通信信号に応じて断続する断続スイッチと、
前記負荷回路および前記断続スイッチの直列回路と並列に接続された第２平滑コンデンサとを備える
通信モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、照明光通信装置および通信モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、発光ダイオード（ＬＥＤ：Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｅｄ  Ｄｉｏｄｅ）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可視光通信が提案されている。
【０００３】
たとえば、特許文献１は、情報送信機能を備えた調光型の照明装置において、光量が少ない場合のフリッカおよび通信速度を改善する構成を提案している。
【０００４】
特許文献２は、光源を流れる電流を分流して発熱を分散し、光源に定電流を流す構成を提案している。
【０００５】
また、特許文献３は、照明光を用いた可視光通信において、非通信時と通信時とで照明の明るさを一定にする照明光通信用電源を提案している。
【０００６】
さらに、特許文献４は、照明光を１００％変調したときに光源を流れるパルス状の電流に生じるオーバーシュートを低減する技術を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１５−２１６５８０号公報
【特許文献２】特開２０１４−８２２２６号公報
【特許文献３】特開２０１０−２８３６１６号公報
【特許文献４】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】
【０００８】
しかしながら、従来技術によれば、可視光通信の通信時には光源を流れる電流を断続または増減することから、非通信時と比べて光源を流れる平均電流が減少して明るさが低下する。また、通信時においては通信信号のオンデューティが小さければ小さい程明るさが低下する。特許文献３は、通信時と非通信時とで照明の明るさを一定にすることを開示しているが、そのための構成が複雑である。
【０００９】
そこで本発明は、小型化および低コスト化に適した回路構成により、可視光通信時におけるスイッチの断続による明るさの低下を軽減する照明光通信装置および通信モジュール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】
【００１０】
上記の諸課題に鑑みて、本発明の照明光通信装置は、照明光を発する発光ダイオードを含む負荷回路と、前記負荷回路と直列に接続され、２値の通信信号に応じて断続する断続スイッチと、前記負荷回路および前記断続スイッチと直列に接続され、第１基準値に対応する第１設定値を超えないように、自身を流れる電流を抑制する抑制回路と、前記第１基準値を生成する第１基準源と、前記負荷回路、前記断続スイッチおよび抑制回路からなる直列回路に直流電圧を印加する電圧源と、前記抑制回路に印加される電圧を一定にするためのフィードバック信号を前記電圧源に供給する定電圧フィードバック回路と、前記負荷回路、前記断続スイッチおよび前記制限回路からなる直列回路に並列に接続された第１平滑コンデンサと、前記負荷回路および前記断続スイッチの直列回路と並列に接続された第２平滑コンデンサとを備える。
【００１１】
また、本発明の通信モジュールは、前記負荷回路と直列に接続され、２値の通信信号に応じて断続する断続スイッチと、前記負荷回路および前記断続スイッチの直列回路と並列に接続された第２平滑コンデンサとを備える。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、可視光通信における断続スイッチの断続による明るさの低下を軽減することができる。しかも、小型化および低コスト化に適している。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、実施の形態１における照明光通信装置の構成例を示す回路図である。
【図２】図２は、実施の形態１におけるオンデューティ比に対する平均電流を示す図である。
【図３】図３は、実施の形態１における第２平滑コンデンサの容量毎の各種信号波形を示す図である。
【図４Ａ】図４Ａは、実施の形態１における調光比に対するＬＥＤ電流を示す図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、実施の形態１におけるオンデューティ比に対するＬＥＤ電流を示す図である。
【図５】図５は、実施の形態２における照明光通信装置の構成例を示す回路図である。
【図６】図６は、実施の形態２におけるリミッター回路１０１の他の構成例を含む通信モジュールの回路図である。
【図７】図７は、実施の形態２の照明光通信装置においてオンデューティ比が一定にある場合の各種信号波形を示す図である。
【図８】図８は、実施の形態２の照明光通信装置において調光比が一定にある場合の各種信号波形を示す図である。
【図９Ａ】図９Ａは、実施の形態２における調光比とＬＥＤ電流の尖頭値および平均値との関係を示す図である。
【図９Ｂ】図９Ｂは、実施の形態２における調光比とリミッター回路の回路損失との関係を示す図である。
【図９Ｃ】図９Ｃは、実施の形態２におけるオンデューティ比とＬＥＤ電流の尖頭値および平均値との関係を示す図である。
【図９Ｄ】図９Ｄは、実施の形態２におけるオンデューティ比とリミッター回路の回路損失との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。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及びおよび接続形態等は、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。
【００１５】
（実施の形態１）
以下、実施の形態１に係る照明光通信装置について説明する。
【００１６】
実施の形態１における照明光通信装置は、調光機能を有するが可視光通信機能を有しない照明器具に対して通信モジュールを追加することによって可視光通信機能を付加した照明光通信装置を例として説明する。
【００１７】
ここで、調光機能は、ユーザ操作等に基づいて照明光の明るさを変更する機能であり、例えば最も明るい点灯状態を調光比１００％、最も暗い消灯状態を調光比０％で表す。各実施の形態における調光機能は、光源を流れる電流量のアナログ的な調整によって照明光の明るさを調整するものとする。言い換えれば、デジタル的に電流を断続することによって調光するものではない。
【００１８】
また、可視光通信機能は、照明光の明るさを変調することによって２値の通信信号を照明光に重畳することをいう。各実施の形態における可視光通信は、変調率１００％つまり２値の通信信号を照明光の点灯と消灯の２状態に対応させて、光源を流れる電流をデジタル的に断続する変調を行うものとする。
【００１９】
［１．１  照明光通信装置の構成］
図１は、実施の形態１における照明光通信装置の構成例を示す回路図である。同図の照明光通信装置は、照明光の明るさを変更する調光機能と可視光通信機能とを有する。この照明光通信装置は、可視光通信における電流の断続によって減少する電流を補充するためのコンデンサを備え、これにより、明るさの低下を軽減する。そのため図１の照明光通信装置は、電源回路５２ｂ、負荷回路５３、および、通信モジュール１０を備える。
【００２０】
電源回路５２ｂは、定電圧フィードバック機能を有する電源回路であって、整流ブリッジ６２、コンデンサ６３、電圧源６４、第１平滑コンデンサ６５、定電圧フィードバック回路６７ａ、および、抑制回路７３を備える。
【００２１】
定電圧フィードバック回路６７ａは、入力抵抗６８、増幅器６９、コンデンサ７０、抵抗７１および基準電圧源７２を備える。
【００２２】
抑制回路７３は、ＭＯＳＦＥＴであるトランジスタ７４、ソースに接続された抵抗７５、誤差増幅器７７、および、第１基準源７６を備える。
【００２３】
通信モジュール１０は、信号発生回路ＳＧ、断続スイッチＳＷ、および、第２平滑コンデンサ１６５を備える。
【００２４】
電源回路５２ｂは、商用電源（例えば、交流１００Ｖ）を整流ブリッジ６２で全波整流し、コンデンサ６３で平滑した後、電圧源６４で直流電圧に変換する。電圧源６４の出力端子間に第１平滑コンデンサ６５が接続されている。また平滑コンデンサ６５と並列に、負荷回路５３と、断続スイッチＳＷと、抑制回路７３とからなる直列回路が接続されている。
【００２５】
電圧源６４は、ＤＣ−ＤＣコンバータであって、負荷回路５３、断続スイッチＳＷおよび抑制回路７３からなる直列回路に直流電圧を供給する。
【００２６】
抑制回路７３は、負荷回路５３および断続スイッチＳＷと直列に接続され、自身を流れる電流が、第１設定値を超えないように抑制する抑制回路７３の第１設定値は、第１基準源７６に生成される第１基準値に対応する。すなわち、第１基準値に対応する第１設定値を定めることができる。
【００２７】
第１基準源７６は、ユーザ操作等に基づく調光比に応じて可変の第１基準値を生成する。第１基準源７６は、第１基準値を可変とすることで負荷電流の調整つまり調光を可能としている。第１基準値が可変である場合、抑制回路７３は、照明光を任意の明るさに調整する調光回路として機能する。
【００２８】
定電圧フィードバック回路６７ａは、抑制回路７３にかかる電圧を一定にするためのフィードバック信号を電圧源６４に出力する。このフィードバック信号は、抑制回路７３にかかる電圧と基準電圧源７２の基準電圧との誤差を示す。電圧源６４は、フィードバック信号に基づいて抑制回路７３にかかる電圧を一定にするように制御する。
【００２９】
負荷回路５３は、照明光を発する複数の発光ダイオードを含む光源である。負荷回路５３は、アノード側の端子とカソード側の端子を有する。アノード側の端子は、電圧源６４の電位の高い方の出力端子に接続され、カソード側の端子は、断続スイッチＳＷの一端に接続される。
【００３０】
断続スイッチＳＷは、負荷回路５３と直列に接続され、電圧源６４から負荷回路５３に供給される電流を、信号発生回路ＳＧからの２値の通信信号に従って断続する。断続スイッチＳＷの断続によって、照明光が変調される、つまり照明光に通信信号が重畳される。
【００３１】
信号発生回路ＳＧは２値の通信信号を発生する。２値の通信信号は、例えば、照明光通信装置または通信モジュール等を識別するためのＩＤ信号であって、繰り返し発生されてもよい。なお、信号発生回路ＳＧは、外部の装置からの入力信号に応じて、２値の通信信号を発生するものでもよい。
【００３２】
第２平滑コンデンサ１６５は、負荷回路５３および断続スイッチＳＷからなる直列回路と並列に接続される。この第２平滑コンデンサ１６５は、断続スイッチＳＷの断続によるＬＥＤ電流つまり負荷回路５３を流れる電流の減少分を補充する。すなわち、断続スイッチＳＷのオフ期間に充電した電荷をオン期間に放電することによって、断続スイッチＳＷのオン期間の電流を増加させる。これにより、断続スイッチＳＷの断続による明るさの低下を軽減することができる。
【００３３】
次に、通信モジュール１０について説明する。通信モジュール１０は、端子Ｔ１〜Ｔ３を介して、可視光通信機能を有しない既存の照明器具に追加可能である。可視光通信機能を有しない既存の照明器具は、例えば、図１の通信モジュール１０を削除し、端子Ｔ２とＴ３とを直結した構成である。
【００３４】
このような 既存の照明器具に通信モジュール１０を接続することにより、図１の照明光通信装置を得ることができる。
【００３５】
［１．２  照明光通信装置の動作］
次に、本実施の形態における照明光通信装置の動作を検証するためのシミュレーション結果について説明する。
【００３６】
図２は、実施の形態１におけるオンデューティ比に対するＬＥＤ電流を示す図である。また、図３は、実施の形態１における第２平滑コンデンサの容量毎の各種信号波形を示す図である。
【００３７】
このシミュレーションでは、第２平滑コンデンサ１６５の容量Ｃは０μＦ、２２μＦ、３３μＦ、４７μＦ、６８μＦ、８２μＦの６通りとする。図２では、この６通りについてオンデューティ比を変化させたときのＬＥＤ電流の変化を示している。図３では、この６通りについての各種信号波形を示している。なお、図２ではＬＥＤ電流の平均電流を示している。
【００３８】
図２に示すように、オンデューティ比が１００％のとき、つまり断続スイッチＳＷが常時オンのときのＬＥＤ電流は直流の２７０ｍＡである。また、容量Ｃ＝０μＦのとき、つまり第２平滑コンデンサ１６５がないとき、断続スイッチＳＷの断続によって、オンデューティ比が小さくなるにつれて平均電流が低下している。この低下分だけ照明光の明るさが減少する。
【００３９】
一方、第２平滑コンデンサ１６５の容量Ｃが大きいほど、オンデューティ比が小さい領域でも平均電流の低下が小さくなっていることが分かる。つまり、第２平滑コンデンサ１６５の容量Ｃを適切な値にすれば、断続スイッチＳＷの断続による明るさの低減を十分軽減できる。
【００４０】
また、図３では、各種信号波形として、ＬＥＤ電流、検出電流、コンデンサ電流、出力電圧を示している。ＬＥＤ電流は、負荷回路５３を流れる電流である。検出電流は、ＬＥＤ電流とコンデンサ電流との和であり、抑制回路７３を流れる電流である。コンデンサ電流は、第２平滑コンデンサ１６５を流れる電流である。出力電圧は、電源回路５２ｂの出力端子間に接続された第１平滑コンデンサ６５の電圧である。
【００４１】
図３では、（ａ）〜（ｆ）のいずれの場合もオンデューティ比を７５％、断続スイッチＳＷを断続する通信信号の周波数を２．４ｋＨｚにしている。第２平滑コンデンサ１６５がない場合（ａ）には、ＬＥＤ電流波形には断続に伴うひげ状のパルス電流が見られるが、第２平滑コンデンサ１６５がある場合（ｂ）〜（ｆ）には、ＬＥＤ電流にひげ状のパルス電流がなくなり、幅の広いオーバーシュート状の波形となる。なお、ひげ状のパルス電流はスパイク電流とも呼ばれる。
【００４２】
また、第２平滑コンデンサ１６５がない場合（ａ）には出力電圧に脈動が見られるが、第２平滑コンデンサ１６５がある場合（ｂ）〜（ｆ）には、脈動が小さくなっている。第２平滑コンデンサ１６５の容量を増やすほど、コンデンサ電流が増加し、かつ、検出電流におけるオフ期間の落込みが小さくなり、やがて（ｅ）および（ｆ）のようにフラットな直流となる。その状態では、ＬＥＤ電流のオーバーシュートも低減し、ほぼ矩形波の形状となっている。すなわち、断続に伴って生じるＬＥＤ電流が流れないオフ期間の電流減少分を第２平滑コンデンサ１６５がオン期間に補充することになる。また、電圧源６４および定電圧フィードバック回路６７ａによる定電圧フィードバック制御系も断続の影響を受けずに安定して動作する。
【００４３】
次に、抑制回路７３の第１基準源７６を可変にすることにより調光した場合のＬＥＤ電流について説明する。
【００４４】
図４Ａは、実施の形態１における調光比に対するＬＥＤ電流を示す図である。また、図４Ｂは、実施の形態１におけるオンデューティ比に対するＬＥＤ電流を示す図である。
【００４５】
図４Ａは、断続のオンデューティ比を７５％固定として調光比とＬＥＤ電流の尖頭値および平均値との関係を調べたものである。縦軸のＬＥＤ電流は、調光比１００％でのＬＥＤ電流を１００％とする相対値である。オンデューティ比７５％で断続しても、調光比１００％における平均電流は断続しない場合の値（つまりオンデューティ比１００％の場合の値）となっているが、尖頭値は１４０％近くまで上昇している。この特性は、定電流性を有する抑制回路７３の負荷断続に見られるもので、誤差増幅器７７へのフィードバックの応答性にも関連するが、断続スイッチＳＷによる断続を加えても平均電流を維持しようと動作する結果、尖頭値はオンデューティ比に逆比例して上昇する。
【００４６】
図４Ｂは、調光比１００％固定としてオンデューティ比とＬＥＤ電流の尖頭値および平均値との関係を示したもので、上記の通り断続を加えてもＬＥＤ電流の平均値は維持されるが、尖頭値は上昇している。実施の形態１の照明光通信装置によれば、簡単な構成で、断続に伴うＬＥＤ平均電流すなわち明るさの低下を軽減でき、さらに、断続に伴うＬＥＤ電流のひげ状パルス電流をなくすことができる。
【００４７】
［１．３  その他、効果等］
以上説明してきたように実施の形態１における照明光通信装置は、照明光を発する発光ダイオードを含む負荷回路５３と、負荷回路５３と直列に接続され、２値の通信信号に応じて断続する断続スイッチＳＷと、負荷回路５３および断続スイッチＳＷと直列に接続され、第１基準値に対応する第１設定値を超えないように、自身を流れる電流を抑制する抑制回路７３と、第１基準値を生成する第１基準源７６と、負荷回路５３、断続スイッチＳＷおよび抑制回路７３からなる直列回路に直流電圧を印加する電圧源６４と、抑制回路７３に印加される電圧を一定にするためのフィードバック信号を電圧源６４に供給する定電圧フィードバック回路６７と、負荷回路５３、断続スイッチＳＷおよび抑制回路７３からなる直列回路に並列に接続された第１平滑コンデンサ６５と、負荷回路５３および断続スイッチＳＷからなる直列回路と並列に接続された第２平滑コンデンサ１６５とを備える。
【００４８】
この構成によれば、断続に伴う明るさの低下を軽減できる。しかも、回路の小型化および低コスト化に適している。さらに、断続に伴うＬＥＤ電流のひげ状パルス電流をなくすことができる。
【００４９】
ここで、第１基準源７６は、照明光の明るさを指示する調光比に応じて第１基準値を生成してもよい。
【００５０】
この構成によれば、調光比に応じた明るさを維持しつつ、断続による明るさの低下を軽減することができる。
【００５１】
ここで、照明光通信装置は、負荷回路５３、抑制回路７３、第１基準源７６、電圧源６４、第１平滑コンデンサ６５および定電圧フィードバック回路６７ａを有する照明器具と、断続スイッチＳＷおよび第２平滑コンデンサ１６５を有する通信モジュール１０とを備え、通信モジュール１０は照明器具に着脱可能であってもよい。
【００５２】
この構成によれば、可視光通信機能を有しない既存の照明器具に対して、通信モジュール１０を付加することによって、可視光通信機能を追加することができる。しかも、断続に伴う明るさの低下を軽減でき、回路の小型化および低コスト化に適しており、断続に伴うＬＥＤ電流のひげ状パルス電流をなくすことができる。
【００５３】
また、実施の形態１における通信モジュール１０は、可視光通信機能を有しない照明器具に付加され、可視光通信機能を追加する通信モジュールである。前記照明器具は、照明光を発する発光ダイオードを含む負荷回路５３と、負荷回路５３および断続スイッチＳＷと直列に接続され、第１基準値に対応する第１設定値を超えないように、自身を流れる電流を抑制する抑制回路７３と、第１基準値を生成する第１基準源７６と、負荷回路５３、断続スイッチＳＷおよび抑制回路７３からなる直列回路に直流電圧を印加する電圧源６４と、抑制回路７３に印加される電圧を一定にするためのフィードバック信号を前記電圧源に供給する定電圧フィードバック回路６７と、電圧源６４の出力用の２端子間に接続された第１平滑コンデンサ６５とを備える。通信モジュール１０は、負荷回路５３と直列に接続され、２値の通信信号に応じて断続する断続スイッチＳＷと、負荷回路５３および断続スイッチＳＷの直列回路と並列に接続された第２平滑コンデンサ１６５とを備える。
【００５４】
この構成によれば、通信モジュール１０を小型化および低コスト化することができ、既存の照明器具に容易に追加することが可能である。また、可視光通信における断続スイッチＳＷの断続による明るさの低下を軽減することができる。さらに、断続に伴うＬＥＤ電流のひげ状パルス電流をなくすことができる。
【００５５】
（実施の形態２）
実施の形態１によれば、断続スイッチＳＷの断続に伴うＬＥＤ電流のひげ状パルス電流は低減できるが、図３からも明らかなように、多少なりともＬＥＤ電流にオーバーシュートが存在する。第２平滑コンデンサ１６５の容量値が十分に大きいならば、このオーバーシュートは殆ど無視し得る。しかし、容量値が大きいほど第２平滑コンデンサ１６５の外形寸法が大きくなる。また、実際の通信モジュール１０の形状および寸法の制約などからコンデンサ容量は極力小さくしたい場合が多い。実施の形態２においては、実施の形態１の通信モジュール１０にリミッター回路を搭載することによって、第２平滑コンデンサ１６５の容量値が小さいほど顕著となるＬＥＤ電流のオーバーシュートを制限する構成例について説明する。
【００５６】
［２．１  照明光通信装置の構成］
図５は、実施の形態２における照明光通信装置の構成例を示す回路図である。この照明光通信装置は、図１と比べて、通信モジュール１０内にリミッター回路１０１が追加された点と、断続スイッチＳＷがリミッター回路１０１内に取り込まれている点と、通信信号がインバータ１０２およびスイッチトランジスタ８４を介して断続スイッチＳＷのゲート端子に入力されている点とが異なる。以下、異なる点を中心に説明する。
【００５７】
リミッター回路１０１は、断続スイッチＳＷ、演算増幅器８６、基準源８７、抵抗８８、損失検出回路９９を備える。
【００５８】
断続スイッチＳＷであるＭＯＳＦＥＴのソース端子には抵抗８８が接続される。抵抗８８は、リミッター回路１０１を流れる電流量を電圧値として検出するための検出抵抗である。
【００５９】
演算増幅器８６のプラス入力端には基準源８７が接続され、演算増幅器８６のマイナス入力端には抵抗８８が接続される。
【００６０】
スイッチトランジスタ８４は、断続スイッチＳＷのゲート端子と基準源８７のマイナス端の間に接続され、通信信号の反転信号でオンおよびオフを制御される。通信信号がハイレベルの期間は、反転信号はローレベルなるのでスイッチトランジスタ８４はオフである。スイッチトランジスタ８４がオフのとき、断続スイッチＳＷは、演算増幅器８６の出力電圧に応じて導通する。この導通時に断続スイッチＳＷを流れる電流は、基準源８７の第２基準値に対応する電流値を超えないように制限される。
【００６１】
また通信信号がローレベルの期間は、その反転信号がハイレベルとなるのでスイッチトランジスタ８４はオンとなり、断続スイッチＳＷのゲート電圧が閾値以下となってＬＥＤ電流は遮断される。
【００６２】
このように断続スイッチＳＷは、単純なオンおよびオフの動作ではなく、オン時には自身を流れる電流が、第２基準値に対応する電流値を超えないように制限するように動作する。
【００６３】
損失検出回路９９は、リミッター回路１０１に生じる損失の大きさを検出する。損失の大きさは、断続スイッチＳＷおよび抵抗８８に生じる電圧降下として検出される。検出された損失の大きさは、基準源８７に入力され、第２基準値に反映される。つまり、基準源８７は、損失が必要最小限の値にように第２基準値を生成する。
【００６４】
このように、図５の照明光通信装置は、調光機能や可視光通信によって、ＬＥＤ電流の平均電流が一定でない場合に、基準源８７の第２基準値を調整し、リミッター回路１０１に生じる損失を低減することができる。
【００６５】
次に、リミッター回路１０１の他の構成例について説明する。
【００６６】
図６は、実施の形態２におけるリミッター回路１０１の他の構成例を含む通信モジュール１０の回路図である。同図の通信モジュール１０は、信号発生回路ＳＧ、インバータ１０２、ドライバ１０３、リミッター回路１０１および第２平滑コンデンサ１６５を備える。
【００６７】
インバータ１０２は、信号発生回路ＳＧからの通信信号を反転してリミッター回路１０１に出力する反転ドライバである。
【００６８】
ドライバ１０３は、信号発生回路ＳＧからの通信信号を反転しないで通信モジュール１０に出力する非反転ドライバである。
【００６９】
リミッター回路１０１は、図５のリミッター回路１０１と同じ機能を有するが、図５と比べて、基準源８７および損失検出回路９９を具体化した点が異なる。以下、異なる点を中心に説明する。
【００７０】
リミッター回路１０１は、断続スイッチＳＷ、演算増幅器８６、抵抗８８、抵抗８９、抵抗９０、抵抗９１、トランジスタ９２、抵抗９３、コンデンサ９４、抵抗９５、ダイオード９６、抵抗９７、コンデンサ１９３および抵抗１９４を備える。
【００７１】
ここでは図５の基準源８７および損失検出回路９９は、図６では抵抗９１と抵抗１９４及びコンデンサ１９３から成る分圧および積分回路によって構成される。またトランジスタ９２は、断続スイッチＳＷがオフの期間にリミッター回路１０１に印加される電圧が、抵抗１９４及びコンデンサ１９３から成る積分回路に回り込むのを阻止する。また、トランジスタ９２は、断続スイッチＳＷがオンの期間にはオンになり、リミッター回路１０１の電圧降下に応じて第２基準値を生成する。
【００７２】
このように、リミッター回路１０１は、簡単なアナログ回路として構成される。
【００７３】
［２．２  照明光通信装置の動作］
次に、図６の照明光通信装置の動作について、そのシミュレーション結果を説明する。
【００７４】
図７は、実施の形態２の照明光通信装置においてオンデューティ比が一定にある場合の各種信号波形を示す図である。また、図８は、実施の形態２の照明光通信装置において調光比が一定にある場合の各種信号波形を示す図である。
【００７５】
図７および図８では、各種信号波形としてＬＥＤ電流、出力電圧、回路損失、回路電圧の各波形を示している。ＬＥＤ電流は負荷回路５３を流れる電流、出力電圧は第１平滑コンデンサ６５に保持された電圧である。回路損失はリミッター回路１０１の生じる損失である。回路電圧はリミッター回路１０１にかかる電圧である。
【００７６】
図７の（ａ）〜（ｄ）は、オンデューティ比が７５％の一定とし、調光比が１００％、７５％、５０％、２０％の場合の各種信号波形を示している。図８の（ａ）〜（ｄ）は、調光比が１００％の一定とし、オンデューティ比が９０％、７５％、５０％、３０％の場合の各種信号波形を示している。
【００７７】
図７の（ａ）の調光比１００％点灯から（ｄ）の２０％点灯まで、ＬＥＤ電流波形は矩形波を維持し、ひげ状のパルス電流やオーバーシュートは見当たらない。また調光比が小さくなるほど出力電圧の脈動は小さくなり、リミッター回路１０１の回路損失が減少していく。
【００７８】
図８の（ａ）のオンデューティ比９０％から（ｄ）の３０％までＬＥＤ電流波形は矩形波を維持し、ひげ状のパルス電流やオーバーシュートは見当たらない。出力電圧の脈動は、オンデューティ比が小さくなるほど大きくなり、リミッター回路１０１の損失は大きくなっている。
【００７９】
図９Ａ〜図９Ｄは以上の結果を線図で示したもので、図９Ａは調光比とＬＥＤ電流の尖頭値および平均値との関係を示す図である。同図は、概ね実施の形態１の図４Ａと同じ結果である。
【００８０】
図９Ｂは調光比とリミッター回路１０１の回路損失との関係を示す図である。同図のように、調光比が大きく平均電流が多いほど回路損失が増加する。この回路損失は、かなり大きな幅を有するオーバ−シュート電流を消費させるためと考えられる。第２平滑コンデンサ１６５容量値が大きいほどＬＥＤ電流のオーバーシュートが減少するので回路損失を低減することができるが、第２平滑コンデンサ１６５の形状、例えば外形寸法とのトレードオフとなる。
【００８１】
図９Ｃは、オンデューティ比とＬＥＤ電流の尖頭値および平均値との関係を示す図である。同図は、概ね実施の形態１の図４Ｂと同様である。
【００８２】
図９Ｄは、オンデューティ比とリミッター回路１０１の回路損失との関係を示す図である。同図において実オンデューティ比が小さいほど損失は大きくなり概ねＬＥＤ電流の尖頭値と近似した特性を示している。このことは、オンデューティ比が小さくなるとＬＥＤ電流の平均値は維持され尖頭値が増大することに起因している。
【００８３】
このように実施の形態２の照明光通信装置においてはＬＥＤ電流を断続しても明るさの低下を軽減し、第２平滑コンデンサ１６５の容量が小さい場合でも断続によるＬＥＤ電流のオーバーシュートを抑制して矩形波に近づけることができる。特に高精度の信号波形が要求される可視光通信においては有効である。容量の小さい小型のコンデンサを第２平滑コンデンサ１６５に用いることができ、小型化および低コスト化に適し、通信モジュール１０内に容易に実装することができ、通信モジュール１０の小型化にも適している。
【００８４】
［２．３  その他、効果等］
以上説明してきたように実施の形態２における照明光通信装置は、負荷回路５３および断続スイッチＳＷと直列に接続され、負荷回路５３に流れるオーバーシュート電流を制限するリミッター回路１０１を備える。
【００８５】
第２平滑コンデンサ１６５の容量を小さくすることができ、言い換えれば、第２平滑コンデンサ１６５を小型の容量素子にすることができ、容量の小さい小型のコンデンサを第２平滑コンデンサ１６５に用いることができる。また、断続によるＬＥＤ電流のオーバーシュートを抑制して矩形波に近づけることができる。特に高精度の信号波形が要求される可視光通信においては有効である。
【００８６】
ここで、リミッター回路１０１は、断続スイッチＳＷのソース端子に直列に接続され、ソース電流の大きさを電圧として検出するための抵抗８８と、抵抗８８で検出された電圧と第２基準値との誤差を増幅し、増幅信号を断続スイッチＳＷのゲート端子に出力する演算増幅器８６と、ゲート端子の電圧を、通信信号がオフの期間を示すとき、断続スイッチＳＷの閾値以下の電圧に変更するスイッチトランジスタ８４とを有していてもよい。
【００８７】
これによれば、断続スイッチＳＷは、２つの動作を兼用するので、通信モジュール１０の小型化および低コスト化をすることができる。２つの動作は、ＬＥＤ電流を断続する動作、および、導通時時に自身を流れる電流を、増幅信号の大きさに応じて制限する動作である。
【００８８】
ここで、リミッター回路１０１は、断続スイッチＳＷの導通時におけるリミッター回路１０１の電圧降下を分圧および積分する積分回路を有し、積分回路による積分値を第２基準値として生成してもよい。
【００８９】
これによれば、基準源８７は、簡単なアナログ回路として構成されるので、リミッター回路１０１および通信モジュール１０の小型化および低コスト化することができる。
【００９０】
なお、各実施の形態における調光機能は、アナログ的に電流量を調整することを前提として説明したが、デジタル的に電流を断続することによって調光するようにしてもよい。ただし、デジタル的に電流を断続する調光による断続の周波数は、可視光通信による断続の周波数より１桁以上遅くすべきである。
【００９１】
以上、本発明に係る照明光通信装置および通信モジュールについて、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。
【００９２】
例えば、上記実施の形態に係る照明光通信装置に含まれる各回路の一部又は全ては集積回路であるＬＳＩとして実現されてもよい。これらは個別に１チップ化されてもよいし、一部又は全てを含むように１チップ化されてもよい。
【００９３】
また、集積回路化はＬＳＩに限るものではなく、専用回路又は汎用プロセッサで実現してもよい。ＬＳＩ製造後にプログラムすることが可能なＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ  Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｇａｔｅ  Ａｒｒａｙ）、又はＬＳＩ内部の回路セルの接続や設定を再構成可能なリコンフィギュラブル・プロセッサを利用してもよい。
【００９４】
つまり、上記各実施の形態において、各構成要素は、専用のハードウェアで構成されるか、各構成要素に適したソフトウェアプログラムを実行することによって実現されてもよい。各構成要素は、ＣＰＵまたはプロセッサなどのプログラム実行部が、ハードディスクまたは半導体メモリなどの記録媒体に記録されたソフトウェアプログラムを読み出して実行することによって実現されてもよい。
【００９５】
また、上記回路図に示す回路構成は、一例であり、本発明は上記回路構成に限定されない。つまり、上記回路構成と同様に、本発明の特徴的な機能を実現できる回路も本発明に含まれる。例えば、上記回路構成と同様の機能を実現できる範囲で、ある素子に対して、直列又は並列に、スイッチング素子（例えばトランジスタ）、抵抗素子、又は容量素子等の素子を接続したものも本発明に含まれる。言い換えると、上記実施の形態における「接続される」とは、２つの端子（またはノード）が直接接続される場合に限定されるものではなく、同様の機能が実現できる範囲において、当該２つの端子（またはノード）が、素子を介して接続される場合も含む。
【００９６】
また、ハイレベルおよびローレベルにより表される論理レベル又はオンおよびオフにより表されるスイッチング状態は、本発明を具体的に説明するために例示するものであり、例示された論理レベル又はスイッチング状態の異なる組み合わせにより、同等な結果を得ることも可能である。
【００９７】
また、ブロック図における機能ブロックの分割は一例であり、複数の機能ブロックを一つの機能ブロックとして実現したり、一つの機能ブロックを複数に分割したり、一部の機能を他の機能ブロックに移してもよい。また、類似する機能を有する複数の機能ブロックの機能を単一のハードウェア又はソフトウェアが並列又は時分割に処理してもよい。
【００９８】
以上、一つまたは複数の態様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、この実施の形態に限定されるものではない。本発明の趣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、異なる実施の形態における構成要素を組み合わせて構築される形態も、一つまたは複数の態様の範囲内に含まれてもよい。
【符号の説明】
【００９９】
１０  通信モジュール
５３  負荷回路
６４  電圧源
６５  第１平滑コンデンサ
６７ａ  定電圧フィードバック回路
７３  抑制回路
７６  第１基準源
８４  スイッチトランジスタ
８６  演算増幅器
８８  抵抗
１０１  リミッター回路
１６５  第２平滑コンデンサ
ＳＷ  断続スイッチ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【図９Ｄ】
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