(57)【要約】【課題】受信装置の受信エラーを生じさせにくい照明光通信装置を提供する。【解決手段】照明光通信装置であって、電源線および接地線に接続された電源回路５１ａと、電源線に接続され照明光を発する光源５３と、通信信号を発生する信号発生回路ＳＧと、光源と直列に接続され、通信信号に従ってオンおよびオフする第１スイッチ素子２と、第１平滑コンデンサ６５と、直列に接続された第２平滑コンデンサ４および第２スイッチ素子３と、電源投入時に信号発生回路ＳＧが通信信号を発生する動作を開始するまで、第２スイッチ素子３をオフにする制御部１とを備える。【選択図】図１
2017135567.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
照明光に２値の通信信号を重畳する変調を行う照明光通信装置であって、
電力を供給するための電源線および接地線に接続された電源回路と、
前記電源線に接続され前記照明光を発する光源と、
前記通信信号を発生する信号発生回路）と、
前記光源と直列に接続され、前記通信信号に従ってオンおよびオフする第１スイッチ素子と、
前記電源線および前記接地線の間に接続された第１平滑コンデンサと、
前記電源線および前記接地線の間に直列に接続された第２平滑コンデンサおよび第２スイッチ素子と、
電源投入時に前記信号発生回路が前記通信信号を発生する動作を開始するまで、前記第２スイッチ素子をオフにする制御部と
を備える
照明光通信装置。
【請求項２】
前記制御部は、前記信号発生回路が前記通信信号を発生する動作を開始した後は前記第２スイッチ素子をオン状態にする
請求項１に記載の照明光通信装置。
【請求項３】
前記制御部は、前記信号発生回路が前記通信信号を発生する動作を開始した後は前記通信信号に応じて第２スイッチ素子のオン状態およびオフ状態を切替える
請求項１に記載の照明光通信装置。
【請求項４】
前記制御部は、前記第１スイッチ素子がオン状態であるとき前記第２スイッチ素子をオフ状態にし、前記第１スイッチ素子がオフ状態であるとき前記第２スイッチ素子をオン状態にする
請求項３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、
前記光源および前記第１スイッチ素子と直列に接続され、電流設定値を超えないように、前記光源を流れる電流を抑制する電流抑制回路を備える
請求項１〜４のいずれか１項に記載の照明光通信装置。
【請求項６】
前記第１スイッチ素子は、実質的にノーマリオン型のトランジスタスイッチである
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】
照明装置が発する照明光に２値の通信信号を重畳する変調を行い、前記照明装置に着脱可能な通信モジュールであって、
前記通信信号を発生する信号発生回路と、
前記照明装置の光源と直列に接続され、前記通信信号に従ってオンおよびオフする第１スイッチ素子と、
電源線および接地線の間に接続された第１平滑コンデンサと、
前記電源線および前記接地線の間に直列に接続された第２平滑コンデンサおよび第２スイッチ素子と、
電源投入時に前記信号発生回路が前記通信信号を発生する動作を開始するまで、前記第２スイッチ素子をオフにする制御部と
を備える
通信モジュール。
【請求項８】
前記通信モジュールは、さらに、
前記光源および前記第１スイッチ素子と直列に接続され、電流設定値を超えないように、前記光源を流れる電流を抑制する電流抑制回路を備える
請求項７に記載の通信モジュール。
【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。このような照明光通信装置では照明光そのものを変調することで信号を送信するため、赤外線通信装置のような特別の機器を必要としない。また照明用光源として発光ダイオードを用いることで省電力が実現できるので、地下街などでのユビキタス情報システムへの利用が検討されている。
【０００３】
図１３Ａは、特許文献１に開示された照明光通信装置の構成を示す図である。この回路では、直流電源５１の両端間に、電流検出抵抗Ｒ３と、３個の発光ダイオードを含む負荷回路５３と、インダクタＬ１と、スイッチ素子Ｑ１が直列に接続され、スイッチＱ１は制御回路５４によってオン／オフが制御される。また負荷回路５３とインダクタＬ１との直列回路の両端間に、平滑用のコンデンサＣ３と整流ダイオードＤ２が接続され、インダクタＬ１及びスイッチ素子Ｑ１と共にＤＣ−ＤＣコンバータを構成している。制御回路５４には、定電流フィードバック回路５５からフィードバック信号が入力されており、ＤＣ−ＤＣコンバータの出力電流を略一定に制御する。ＤＣ−ＤＣコンバータは、定電流を供給するように制御される定電流フィードバック型の電源になっている。また、制御回路５４には通信信号Ｓ１が入力されており、通信信号がハイの期間にスイッチ素子Ｑ１を高周波でオン／オフさせることによって、負荷電流Ｉ１を変調している。
【０００４】
図１３Ｂは、図１３Ａの定電流フィードバック回路５５の具体例を含む回路部分を示す図である。定電流フィードバック回路５５は、負荷電流Ｉ１が流れる抵抗Ｒ３の電圧降下と、基準源Ｅ１との高低を誤差増幅器Ａ１で比較し、その差分を増幅して制御回路５４に出力する。また、誤差増幅器Ａ１の反転入力端子と出力端子の間に接続された抵抗Ｒ４及びコンデンサＣ２の直列回路は、当該フィードバック系の安定度を確保するための位相補償回路を構成する。このような位相補償回路には、一巡伝達関数における利得と位相を調整するために積分要素を含む補償回路が一般的に用いられ、古典情報理論のＰＩ制御或いはＰＩＤ制御として知られている。例えば、図１３Ｃは、特許文献２に開示された平均電流検出回路を含む照明光通信装置を示す図である。電流検出抵抗Ｒ３の両端間に接続された積分回路５６（抵抗Ｒ５及びコンデンサＣ３からなる）は、出力平均化手段として上述したＰＩ制御を用いたものといえる。
【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、通信用のキャリア信号を授受しない非通信時と、キャリア信号を授受する通信時との何れにおいても照明の明るさを一定にするとともに、低コストで、光源の利用効率および電力効率の高い照明光通信用電源を開示している。
【０００６】
さらに、特許文献４の照明光通信装置は、昇圧モードと降圧モードとを有するＤＣ−ＤＣコンバータ、定電流クランプスイッチおよび定電流クランプ制御回路を備え、定電流クランプスイッチのオン・デューティが予め記憶されている最大値（または最小値）になったときに、電流の制限を開始し、最大値より小さく（または最小値より大きく）なったときに制限を停止することを開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１２−６９５０５号公報
【特許文献２】特開２００６−１２０９１０号公報
【特許文献３】特開２０１０−２８３６１６号公報
【特許文献４】特開２０１１−１３０５５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
図１４は、定電流フィードバック型の電源を用いた１００％変調の回路構成における、断続信号、変調時の出力電圧、及び負荷電流（ＬＥＤ電流）の波形を模式的に示す図である。ここで、１００％変調は、点灯状態、消灯状態の２状態で照明光を変調することをいう。断続信号は、スイッチのオンおよびオフを制御する変調信号である。出力電圧は、定電流フィードバック型の電源の出力電圧である。ＬＥＤ電流は、ＬＥＤを流れる電流である。
【０００９】
同図において、断続信号（変調信号）がローの期間では、スイッチはオフとなり、ＬＥＤが消灯する。このオフの期間が長いほど平滑コンデンサ両端の出力電圧は大きく上昇する。断続信号（変調信号）がハイとなった瞬間、ＬＥＤ電流には大きなオーバーシュートが発生する。すなわち、断続信号（変調信号）がハイとなった瞬間、出力電圧が高くなっているのでＬＥＤ電流のピーク値が高くなり、出力電圧の低下とともにＬＥＤ電流も低下する。
【００１０】
このように、スイッチの断続に伴って、ＬＥＤ電流のオーバーシュートが大きくなるという問題がある。一般的に光通信の受信装置は、光信号の変化を読取るものであり、オーバーシュートが大きい場合、誤動作（例えば受信エラー）の主要因となる。このように、定電流型電源を用いて１００％変調を行う場合は受信装置に誤動作させ得るという問題がある。
【００１１】
本発明は、定電流フィードバック型の電源を用いて１００％変調の光通信をする場合でも、受信装置の受信エラーを生じさせにくい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】
【００１２】
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、照明光に２値の通信信号を重畳する変調を行う照明光通信装置であって、電力を供給するための電源線および接地線に接続された電源回路と、前記電源線に接続され前記照明光を発する光源と、前記通信信号を発生する信号発生回路と、前記光源と直列に接続され、前記通信信号に従ってオンおよびオフする第１スイッチ素子と、前記電源線および前記接地線の間に接続された第１平滑コンデンサと、前記電源線および前記接地線の間に直列に接続された第２平滑コンデンサおよび第２スイッチ素子と、電源投入時に前記信号発生回路が前記通信信号を発生する動作を開始するまで、前記第２スイッチ素子をオフにする制御部とを備える。
【００１３】
また、本発明に係る通信モジュールの一形態は、照明装置が発する照明光に２値の通信信号を重畳する変調を行い、前記照明装置に着脱可能な通信モジュールであって、前記通信信号を発生する信号発生回路と、前記照明装置の光源と直列に接続され、前記通信信号に従ってオンおよびオフする第１スイッチ素子と、電源線および接地線の間に接続された第１平滑コンデンサと、前記電源線および前記接地線の間に直列に接続された第２平滑コンデンサおよび第２スイッチ素子と、電源投入時に前記信号発生回路が前記通信信号を発生する動作を開始するまで、前記第２スイッチ素子をオフにする制御部とを備える。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係る照明光通信装置および通信モジュールによれば、定電流フィードバック型の電源を用いて１００％変調の光通信をする場合でも、受信装置の受信エラーを生じさせにくいという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【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、図１における制御部の第１変形例を有する通信モジュールを示す回路図である。
【図３】図３は、図１における制御部の第２変形例を有する通信モジュールを示す回路図である。
【図４】図４は、図１における照明光通信装置の電源投入時の主要部の各部電圧、電流の時間経緯を示すタイムチャートである。
【図５】図５は、比較参照例における光通信照明装置の構成例を示す回路図である。
【図６】図６は、図５の比較参照例における光通信照明装置の第１のシミュレーション結果を示す図である。
【図７】図７は、図５の比較参照例における光通信照明装置の第２のシミュレーション結果を示す図である。
【図８】図８は、図５の比較参照例における光通信照明装置の第３のシミュレーション結果を示す図である。
【図９】図９は、図５の比較参照例における光通信照明装置の電源投入時の主要部の各部電圧、電流の時間経緯を示すタイムチャートである。
【図１０Ａ】図１０Ａ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１０Ｂ】図１０Ｂは、実施の形態２における照明光通信装置の他の構成例を示す回路図である。
【図１１】図１１は、電流抑制回路の構成例を示す回路図である。
【図１２】図１２は、電流抑制回路の変形例を示す回路図である。
【図１３Ａ】図１３Ａは、特許文献１に開示された照明光通信装置の構成を示す図である。
【図１３Ｂ】図１３Ｂは、図１３Ａの定電流フィードバック回路の具体例を含む回路部分を示す図である。
【図１３Ｃ】図１３Ｃは、特許文献２に開示された平均電流検出回路を含む照明光通信装置を示す図である。
【図１４】図１４は、定電流フィードバック型の電源を用いた１００％変調の回路構成における、断続信号、変調時の出力電圧、及び負荷電流（ＬＥＤ電流）の波形を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
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、数値を表すものではない。
【００１７】
以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１８】
（実施の形態１）
［１．１  照明光通信装置の構成例］
まず、実施の形態１における照明光通信装置の回路構成の例について説明する。
【００１９】
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。この照明光通信装置は、出力を定電流化する機能を有した電源回路５１ａと、第１平滑コンデンサ６５と、負荷回路５３と、通信モジュール１０とを備える。
【００２０】
電源回路５１ａは、整流ブリッジ６２、コンデンサ６３、ＤＣ−ＤＣコンバータ６４、検出抵抗６６、定電流フィードバック回路６７を備える。定電流フィードバック回路６７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。
【００２１】
電源回路５１ａ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、ＤＣ−ＤＣコンバータ６４で所望の直流電圧に変換する。ＤＣ−ＤＣコンバータ６４の出力両端間に第１平滑コンデンサ６５が接続されている。つまり、電源回路５１ａの電源線と接地線との間に第１平滑コンデンサ６５が接続されている。電源回路５１ａの電源線と接地線との間に負荷回路５３と第１スイッチ素子２とが直列に接続されている。
【００２２】
電源回路５１ａは、負荷回路５３を流れる電流を直接、或いは間接的に検出し、その電流値を一定にするよう制御する機能を有する。この機能は、図１においては、負荷回路５３の電流を直接検出するための検出抵抗６６および定電流フィードバック回路６７による。定電流フィードバック回路６７は、増幅器６９と、増幅器６９のプラス入力端子に接続された基準電圧源７２と、増幅器６９のマイナス入力端子に接続された入力抵抗６８と、増幅器６９の出力端子と増幅器６９のマイナス入力端子間に接続された利得調整用の抵抗７１、および位相補償用のコンデンサ７０備える。定電流フィードバック回路６７は、検出抵抗６６の電圧降下と基準電圧源７２の電圧との高低を増幅器６９で比較し、その差分を増幅し、ＤＣ−ＤＣコンバータ６４の制御部に帰還する。つまり、検出抵抗６６の電圧降下と前記基準電圧が一致するよう、ＤＣ−ＤＣコンバータ６４に負帰還制御をかけている。また、増幅器６９のマイナス入力端子と出力端子の間に接続された抵抗７１と入力抵抗６８との分圧比で利得が設定され、抵抗７１と並列に設けられたコンデンサ７０は位相補償のための積分要素として機能する。
【００２３】
第１平滑コンデンサ６５は、電源回路５１ａの電源線と接地線との間に接続され、電源回路５１ａの出力を平滑する。
【００２４】
負荷回路５３は、直列接続された複数の発光ダイオードを含む。複数の発光ダイオードは、照明光を発する光源である。この照明光は、２値の通信信号により変調される。
【００２５】
通信モジュール１０は、制御部１、第１スイッチ素子２、第２スイッチ素子３、第２平滑コンデンサ４、バッファ５および信号発生回路ＳＧを備える。
【００２６】
第１スイッチ素子２は、光源である負荷回路５３と直列に接続され、オンおよびオフすることにより光源が発する照明光を１００％変調する。ここでいう１００％変調は、点灯状態、消灯状態の２状態で照明光を変調することをいう。第１スイッチ素子２の制御端子（つまりゲート）には信号発生回路ＳＧからバッファ５を介して通信信号が入力される。
【００２７】
第２スイッチ素子３および第２平滑コンデンサ４は、電源回路５１ａの電源線および接地線の間に直列に接続される。
【００２８】
制御部１は、第１平滑コンデンサ６５に対して第２平滑コンデンサ４を並列に接続するかしないか、つまり、第２スイッチ素子３をオンにするかオフにするかを制御する。例えば、制御部１は、電源投入時に信号発生回路ＳＧが通信信号を発生する動作を開始するまで、第２スイッチ素子３をオフにし、信号発生回路ＳＧが通信信号を発生する動作を開始した後は、第２スイッチ素子３をオンにする。
【００２９】
信号発生回路ＳＧは、２値の通信信号を発生する。この通信信号は、例えば、ＪＥＩＴＡ−ＣＰ１２２３で規定されている反転４ＰＰＭ信号であってもよい。信号発生回路ＳＧは、例えば、照明光通信装置のＩＤ（つまり識別情報）を含む通信信号を繰り返し発生してもよいし、ＩＤと他の情報とを含む通信信号を発生してもよい。また、信号発生回路ＳＧは、通信信号を発生する動作期間と、通信信号を発生しない非動作期間を有していてもよい。
【００３０】
［１．２  制御部１の構成例］
次に、制御部１の構成例について説明する。
【００３１】
図１に示すように制御部１は、バッファ６、判定回路７および保持回路８を備える。
【００３２】
判定回路７は、信号発生回路ＳＧが通信信号を発生する動作をしているか否かを判定する。例えば、判定回路７は、照明光通信装置の電源投入時に、信号発生回路ＳＧが通信信号を発生する動作を開始したか否かを判定する。
【００３３】
保持回路８は、判定回路７の判定結果を保持する。例えば、保持回路８は、信号発生回路ＳＧが通信信号を発生する動作をしているとの判定結果を論理値１として保持し、信号発生回路ＳＧが通信信号を発生する動作をしていないとの判定結果を論理値０として保持する。あるいは、保持回路８は、照明光通信装置の電源投入時に、信号発生回路ＳＧが通信信号を発生する動作を開始したとの判定結果を論理値１として保持し、開始していないとの判定結果を論理値０として保持する。
【００３４】
バッファ６は、保持回路８に保持された論理値を第２スイッチ素子３の制御端子に出力する。
【００３５】
このような構成により、制御部１は、信号発生回路ＳＧの動作状態に応じて第２スイッチ素子をオンまたはオフにする。例えば、制御部１は、信号発生回路ＳＧが通信信号を発生する動作をしていないときは、第２スイッチ素子３をオフにし、信号発生回路ＳＧが通信信号を発生する動作をしているときは、第２スイッチ素子３をオンにする。
【００３６】
次に、制御部１の第１および第２変形例について説明する。
【００３７】
図２は、図１における制御部１の第１変形例を有する通信モジュール１０を示す回路図である。図２の制御部１は、抵抗９およびコンデンサ９ａを備える。抵抗９およびコンデンサ９ａは、一種の積分回路であり、信号発生回路ＳＧが通信信号を発生する動作をしているときは、コンデンサ９ａにハイレベルが保持される。コンデンサ９ａにハイレベルを保持している間は、第２スイッチ素子３がオン状態になる。一方、信号発生回路ＳＧが通信信号を発生する動作をしていないときは、コンデンサ９ａにローレベルを保持し、あるいは、ハイレベルを維持できずにやがてローレベルになる。コンデンサ９ａがローレベルを保持している間は、第２スイッチ素子３がオフ状態になる。
【００３８】
このように、図２は、抵抗９およびコンデンサ９ａからなる積分回路として、図１の判定回路７および保持回路８の機能を実現している。
【００３９】
続いて、制御部１の第２変形例について説明する。
【００４０】
図３は、図１における制御部１の第２変形例を有する通信モジュール１０を示す回路図である。図３の制御部１は、図１と比べて、バッファ６の代わりにアンド回路１１およびインバータ１２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。
【００４１】
インバータ１２は、信号発生回路ＳＧからの通信信号を反転する。
【００４２】
アンド回路１１は、保持回路８に保持された論理値と、インバータ１２からの反転された通信信号との論理積をとる。アンド回路１１の出力信号は、照明光通信装置の電源投入時に、信号発生回路ＳＧが通信信号を発生する動作を開始するまでは、ローレベルになる。また、アンド回路１１の出力信号は、信号発生回路ＳＧが通信信号を発生する動作を開始した後は、通信信号を反転した信号になる。
【００４３】
これにより、図３の制御部１は、照明光通信装置の電源投入時に、信号発生回路ＳＧが通信信号を発生する動作を開始するまでは、第２スイッチ素子３をオフにする、つまり、第２平滑コンデンサ４を接続しない。また、制御部１は、信号発生回路ＳＧが通信信号を発生する動作を開始した後は、第２スイッチ素子３を第１スイッチ素子２と排他的なスイッチング動作をさせる。その結果、第１スイッチ素子２がオンのとき第２スイッチ素子３がオフになり、第１スイッチ素子２がオフのときに第２スイッチ素子３がオンになる。第２平滑コンデンサ４は、第１スイッチ素子２がオフの期間にのみ接続され、電源回路５１ａの出力電圧の上昇を抑えることにより、光源を流れる電流のオーバーシュートを低減する。
【００４４】
［１．３  動作］
以上のように構成された実施の形態１における照明光通信装置について、その動作を説明する。
【００４５】
図４は、図１における照明光通信装置の電源投入時の主要部の各部電圧、電流の時間経緯を示すタイムチャートである。同図において、（ａ）コンバータ発振出力は、ＤＣ−ＤＣコンバータ６４内のスイッチング動作を表す、例えばスイッチング電圧の時間経緯を示す。（ｂ）出力電圧は、第１平滑コンデンサ６５の両端の電圧、つまり電源回路５１ａの出力電圧の時間経緯を示す。（ｃ）ＬＥＤ電流は、光源つまり負荷回路５３を流れる電流の時間経緯を示す。破線Ｌ１は、電源回路５１ａにおける過電圧保護レベルを示し、例えば、出力電圧がこのレベルを超えると電源回路５１ａが停止する。
【００４６】
図４中の時刻ｔ１は、電源回路５１ａの電源投入のタイミングを示す。時刻ｔ１から（ａ）コンバータ発振出力は有効に出力を開始し、これにより（ｂ）出力電圧が上昇し始める。
【００４７】
時刻ｔ２において、（ｃ）ＬＥＤ電流が流れ始め、これにより（ｂ）出力電圧が少し低下する。時刻ｔ１から時刻ｔ２までの遅延は、電源回路５１ａの出力電圧が、光源を構成する直列接続のＬＥＤにおける順方向電圧の和を超えるまでの時間を示す。また、第１スイッチ素子２に実質的にノーマリオン型のスイッチトランジスタであるものとする。第１スイッチ素子２が実質的にノーマリオン型であることから、時刻ｔ１〜ｔ３の期間では第１スイッチ素子２はオン状態になっている。
【００４８】
時刻ｔ２からｔ３の期間は、（ｃ）ＬＥＤ電流が増加していく。
【００４９】
時刻ｔ３において信号発生回路ＳＧが通信信号を発生する動作を開始する。これにより、（ｃ）ＬＥＤ電流がスイッチングされる。
【００５０】
制御部１は、電源投入時に信号発生回路ＳＧが通信信号を発生する動作を開始するまで（時刻ｔ３まで）、第２スイッチ素子をオフにし、時刻ｔ３において第２スイッチ素子３をオンにする。時刻ｔ３まで第２スイッチ素子３がオフであることから、電源投入時の信号発生回路の立ち上がり時間（ｔ１からｔ３までに時間）が第２平滑コンデンサ４によって間延びすることを回避することができる。
【００５１】
なお、第１スイッチ素子２が実質的にノーマリオン型のスイッチトランジスタであるというのは次の意味である。すなわち、第１スイッチ素子２は、第１スイッチ素子２がノーマリオン型のスイッチトランジスタである場合だけでなく、ノーマリオフ型のスイッチトランジスタに対してバイアス信号を供給することによって見かけ上ノーマリオン型のスイッチトランジスタとして動作する場合も含む。
【００５２】
［１．４  照明光通信装置の比較参照例］
次に、制御部１を備えていない照明光通信装置を比較参照例として想定し、実施の形態１と比較して説明する。
【００５３】
図５は、比較参照例における光通信照明装置の構成例を示す回路図である。図５の照明光通信装置は、図１と比べて、制御部１、第２スイッチ素子３および第２平滑コンデンサ４を備えていない点が異なっている。また、平滑コンデンサ７３は、追加可能なオプションである。まず、平滑コンデンサ７３を備えないケース、つまり、図５の照明光通信装置は、平滑コンデンサとして第１平滑コンデンサ６５を１つだけ備えるケースについて説明する。
【００５４】
このケースの比較参照例の動作について、図５のシミュレーション結果を用いて説明する。
【００５５】
図６は、図５の比較参照例における光通信照明装置の第１のシミュレーション結果を示す図である。同図では、信号発生回路ＳＧからの通信信号の周波数及びオン・デューティ比を２．４ｋＨｚ、７５％に設定している。第1平滑コンデンサ６５の容量値を１０、２０、３０μＦの３通りに設定している。第１平滑コンデンサ６５が１０μＦのとき、ＬＥＤ電流には第１スイッチ素子２のオンしたときに大きなオーバーシュートが発生し、出力電圧（つまり第１平滑コンデンサ６５の両端の電圧）はオフ期間で大きく上昇している。つまり、第１スイッチ素子２がオフからオンに変化する時点の出力電圧が大きいほど、ＬＥＤ電流のオーバーシュートが大きくなっている。このオーバーシュートは、可視光通信の受信装置に対して受信エラーを発生させ得る。
【００５６】
第１平滑コンデンサ６５が２０μＦのとき、オーバーシュートの大きさ、出力電圧の上昇は、１０μＦのときよりも小さくなっている。第１平滑コンデンサ６５が３０μＦのとき、オーバーシュートの大きさ、出力電圧の上昇は、さらに小さくなっている。このように、図６は、第１スイッチ素子２のスイッチング動作により発生するＬＥＤ電流のオーバーシュートは、第１平滑コンデンサ６５の容量を比較的大きくすれば低減できることを示している。
【００５７】
図７は、図５の比較参照例における光通信照明装置の第２のシミュレーション結果を示す図である。同図の横軸は第１平滑コンデンサ６５の容量（μＦ）、縦軸はＬＥＤ電流のピーク値（ｍＡ）を示す。ＬＥＤ電流のピーク値は、オン・デューティ比が５０％、６０％、７０％、８０％、９０％、１００％のそれぞれのシミュレーション結果を示す。
【００５８】
図８は、図５の比較参照例における光通信照明装置の第３のシミュレーション結果を示す図である。同図の横軸は第１平滑コンデンサ６５の容量（μＦ）、縦軸はＬＥＤ電流のピーク値（ｍＡ）を示す。出力電圧（つまり第１平滑コンデンサ６５の両端の電圧）のピーク値は、オン・デューティ比が５０％、６０％、７０％、８０％、９０％、１００％のそれぞれのシミュレーション結果を示す。
【００５９】
図７、図８において、オン・デューティ比が小さいほど、つまり、オフ期間が長いほど、ＬＥＤ電流のピーク値、出力電圧のピーク値は大きくなることがわかる。ＬＥＤ電流のオーバーシュートおよび出力電圧の上昇は、第１平滑コンデンサ６５の容量を比較的大きくすれば低減できることを示している。
【００６０】
さらに、図５において平滑コンデンサ７３を備えない場合と備える場合の動作を比較して説明する。
【００６１】
図９は、図５の比較参照例における光通信照明装置の電源投入時の主要部の各部電圧、電流の時間経緯を示すタイムチャートである。図９の（ａ）コンバータ発振出力は、ＤＣ−ＤＣコンバータ６４内のスイッチング動作を表す、例えばスイッチング電圧の時間経緯を示し、平滑コンデンサ７３を備えない場合も備える場合も同じである。図９の（ｂ）、（ｃ）は、平滑コンデンサ７３を備えない照明光通信装置の出力電圧、ＬＥＤ電流の時間経緯を示す。図９の（ｂｘ）、（ｃｘ）は、平滑コンデンサ７３を備える照明光通信装置の出力電圧、ＬＥＤ電流の時間経緯を示す。
【００６２】
時刻ｔ１は、電源回路５１ａの電源投入のタイミングを示す。時刻ｔ１から（ａ）コンバータ発振出力は有効に出力を開始し、これにより（ｂ）（ｂｘ）出力電圧が上昇し始める。
【００６３】
時刻ｔ２において（ｃ）ＬＥＤ電流が流れ始め、これにより（ｂ）出力電圧が少し低下する。時刻ｔ１から時刻ｔ２までの遅延は、電源回路５１ａの出力電圧が、光源を構成する直列接続のＬＥＤにおける順方向電圧の和を超えるまでの時間を示す。
【００６４】
時刻ｔ３において信号発生回路ＳＧが通信信号を発生する動作を開始する。これにより、（ｃ）ＬＥＤ電流がスイッチングされる。
【００６５】
一方、平滑コンデンサ７３を備える照明光通信装置の信号波形を示す時刻ｔ２ｄ、ｔ３ｄにおいても、時刻ｔ２、ｔ３と同様の動作をするが、時間（ｔ２ｄ−ｔ１）は時間（ｔ２−ｔ１）よりも大きく、時間（ｔ３ｄ−ｔ１）は、時間（ｔ３−ｔ１）よりも大きい。これは、平滑コンデンサ７３によって（ｂｘ）出力電圧の立ち上がり時間が（ｂ）よりも長くなるからである。例えば、平滑コンデンサ７３を備えない照明光通信装置と、平滑コンデンサ７３を備える照明光通信装置とが混在し、同時に電源投入された場合には、発光を開始するタイミングがずれてしまうとい不具合が生じる。
【００６６】
これに対して、図１の照明光通信装置は、直列接続された第２スイッチ素子３および第２平滑コンデンサ４を備え、第２スイッチ素子３は、電源投入時に前記信号発生回路が前記通信信号を発生する動作を開始するまでオフである。これにより、通信モジュール１０を備える照明光通信装置と、通信モジュール１０を備えない照明装置とが混在し、同時に電源投入された場合に、発光を開始するタイミングのずれを小さくすることができる。
【００６７】
（実施の形態２）
本実施の形態では、実施の形態１に対して、さらに、光源である負荷回路５３および第１スイッチ素子２と直列に接続され、電流設定値を超えないように光源を流れる電流を抑制する機能を追加した照明光通信装置について説明する。
【００６８】
［２．１  照明光通信装置の構成］
図１０Ａ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。同図は、図１と比べて、電流抑制回路１００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。
【００６９】
電流抑制回路１００は、光源である負荷回路５３および第１スイッチ素子２と直列に接続され、電流設定値を超えないように、光源を流れる電流を抑制する。
【００７０】
図１１は、電流抑制回路１００の構成例を示す回路図である。この電流抑制回路１００は、ＭＯＳＦＥＴであるトランジスタ２２、ソースに接続された抵抗２３、増幅器２５、基準源２４および制御回路２６で構成される。
【００７１】
基準源２４は、増幅器２５のプラス入力端子に基準値を出力する。基準値は、光源である負荷回路５３を流れる電流の上限（電流設定値）を規定する。例えば、基準値は電流設定値に比例する。なお、基準源２４は、基準値を固定値として出力してもよいし、信号発生回路ＳＧが発生する通信信号の配列パターン（例えばビットパターン）に応じて可変の基準値を出力してもよい。
【００７２】
トランジスタ２２は、光源である負荷回路５３および第１スイッチ素子２に直列に接続され、負荷回路５３に流れる電流を基準値に基づいて抑制する。
【００７３】
抵抗２３は、負荷回路５３を流れる電流の大きさを検出するためのソース抵抗である。抵抗２３のソース側端子は、増幅器２５のマイナス入力端子に接続される。
【００７４】
増幅器２５は、プラス入力端子に基準源２４が接続され、マイナス入力端子にトランジスタ２２のソースが接続される。増幅器２５は、基準値と抵抗２３で検出されて電流値との差分を増幅し、増幅した信号をトランジスタ２２のゲートに出力する。
【００７５】
制御回路２６は、基準源２４から可変の基準値を出力させるために、通信信号の配列パターンに応じて基準源２４の基準値を変更する制御を行う。例えば、制御回路２６は、通信信号の部分的なオン・デューティ比を算出し、算出した部分的なオン・デューティ比が第１の比率のとき前記基準値を第１の値にし、部分的なオン・デューティ比が前記第１の比率より大きい第２の比率のとき前記基準値を前記第１の値より小さい第２の値にする。このとき、制御回路２６は、通信信号の部分的なオン・デューティ比に反比例するように、基準値を変更してもよい。「部分的なオン・デューティ比」は、例えば、直近のオフ期間と、当該オフ期間の直前のオン期間とを合わせた期間に対する当該オン期間の割合である。あるいは、「部分的なオン・デューティ比」は、通信信号のうちの直近のｎビットの移動平均値で代用してもよい。こうすれば、負荷回路５３を流れる電流に発生するオーバーシュートの大きさが部分的なオン・デューティ比に依存する場合に、オーバーシュートの抑制をより適切にすることができる。
【００７６】
電流抑制回路１００は、光源を流れる電流を抑制することよって、オーバーシュートを低減することができる。低減したオーバーシュートに相当する回路損失を低減することができる。実施の形態２では、オーバーシュート低減の効果は、第２平滑コンデンサ４、電流抑制回路１００の２者による。この２者のバランスをとることにより、より効果的にオーバーシュートを低減することができる。
【００７７】
次に、電流抑制回路１００の変形例について説明する。
【００７８】
図１２は、電流抑制回路１００の変形例を示す回路図である。図１２に示した電流抑制回路１００は、バイポーラトランジスタ３１、３２、基準源２４、抵抗３４および制御回路２６を備える。バイポーラトランジスタ３１及び３２は、カレントミラー回路を構成する。バイポーラトランジスタ３２を流れる電流は、基準源２４と抵抗３４で決まる。この電流のミラー比倍の電流（つまり電流設定値）を超えない範囲で、バイポーラトランジスタ３１は電流を流すことができる。制御回路２６は、信号発生回路ＳＧから出力される通信信号の信号配列に応じて、基準源２４、或いは抵抗３４を変更する。
【００７９】
この構成によっても、電流抑制回路１００は電流設定値を超えないように、光源を流れる電流を抑制する。
【００８０】
この構成によれば、光源を流れる電流の抑制によってもオーバーシュートを低減することができ、低減したオーバーシュートに相当する回路損失を低減することができる。
【００８１】
次に、図１０Ａの他の構成例について説明する。
【００８２】
図１０Ｂは、実施の形態２における照明光通信装置の他の構成例を示す回路図である。図１０Ａでは、電流抑制回路１００が通信モジュール１０の外部であるのに対して、図１０Ｂでは、電流抑制回路１００が通信モジュール１０の内部である点が異なる。つまり、通信モジュール１０が電流抑制回路１００を備えている。
【００８３】
なお、通信モジュール１０は、図１、図１０Ａ、図１０Ｂに示したように、端子Ｔ１〜Ｔ３に着脱可能である。つまり、図１等の照明光通信装置において通信モジュール１０を備えないで、端子Ｔ１、Ｔ２間にショート線Ｓ１を追加した場合は、可視光通信機能を有しない照明装置として機能する。
【００８４】
以上説明してきたように実施の形態における照明光通信装置は、照明光に２値の通信信号を重畳する変調を行う照明光通信装置であって、電力を供給するための電源線および接地線に接続された電源回路５１ａと、前記電源線に接続され前記照明光を発する光源である負荷回路５３と、前記通信信号を発生する信号発生回路ＳＧと、前記光源と直列に接続され、前記通信信号に従ってオンおよびオフする第１スイッチ素子２と、前記電源線および前記接地線の間に接続された第１平滑コンデンサ６５と、前記電源線および前記接地線の間に直列に接続された第２平滑コンデンサ４および第２スイッチ素子３と、電源投入時に前記信号発生回路が前記通信信号を発生する動作を開始するまで、前記第２スイッチ素子をオフにする制御部１とを備える。
【００８５】
これによれば、第２スイッチ素子をオンにすれば第１平滑コンデンサに対して第２平滑コンデンサが並列に追加されるので、第１スイッチ素子のスイッチング動作時に、光源を流れる電流のオーバーシュートを低減することができる。その結果、定電流フィードバック型の電源回路５１ａを用いて１００％変調の光通信をする場合でも、受信装置での受信エラーを生じさせにくくすることができる。さらに、信号発生回路ＳＧが前記通信信号を発生する動作を開始するまで、前記第２スイッチ素子をオフにするので、電源投入時の前記信号発生回路ＳＧの立ち上がり時間の増加を回避することができる。
【００８６】
ここで、制御部１は、信号発生回路ＳＧの動作状態に応じて前記第２スイッチ素子をオンまたはオフにしてもよい。
【００８７】
ここで、制御部１は、信号発生回路ＳＧが通信信号を発生する動作をしていないときは、第２スイッチ素子３をオフにし、信号発生回路ＳＧが通信信号を発生する動作をしているときは、前記第２スイッチ素子をオンにしてもよい。
【００８８】
ここで、前記制御部１は、前記信号発生回路が前記通信信号を発生する動作を開始した後は前記第２スイッチ素子をオン状態にしてもよい。
【００８９】
ここで、前記制御部１は、前記信号発生回路が前記通信信号を発生する動作を開始した後は前記通信信号に応じて第２スイッチ素子のオン状態およびオフ状態を切替えてもよい。
【００９０】
ここで、前記制御部１は、前記第１スイッチ素子がオン状態であるとき前記第２スイッチ素子をオフ状態にし、前記第１スイッチ素子がオフ状態であるとき前記第２スイッチ素子をオン状態にしてもよい。
【００９１】
ここで、前記照明光通信装置は、さらに、前記光源および前記第１スイッチ素子と直列に接続され、電流設定値を超えないように、前記光源を流れる電流を抑制する電流抑制回路１００を備えてもよい。
【００９２】
これによれば、光源を流れる電流の抑制によってもオーバーシュートを低減することができ、低減したオーバーシュートに相当する回路損失を低減することができる。
【００９３】
ここで、前記第１スイッチ素子は、実質的にノーマリオン型のトランジスタスイッチであってもよい。
【００９４】
これによれば、第１スイッチ素子２が実質的にノーマリオン型であることにより、電源投入直後に電流が流れないことにより出力電圧が高くなり過ぎることを回避することができる。例えば、出力電圧が高くなり過ぎることにより生じ得る過電圧保護回路の誤作動を回避することができる。
【００９５】
また、実施の形態における通信モジュールは、照明装置が発する照明光に２値の通信信号を重畳する変調を行い、前記照明装置に着脱可能な通信モジュールであって、前記通信信号を発生する信号発生回路ＳＧと、前記照明装置の光源と直列に接続され、前記通信信号に従ってオンおよびオフする第１スイッチ素子２と、電源線および接地線の間に接続された第１平滑コンデンサ６５と、前記電源線および前記接地線の間に直列に接続された第２平滑コンデンサ４および第２スイッチ素子３と、電源投入時に前記信号発生回路が前記通信信号を発生する動作を開始するまで、前記第２スイッチ素子をオフにする制御部１とを備える。
【００９６】
ここで、前記通信モジュールは、さらに、前記光源および前記第１スイッチ素子と直列に接続され、電流設定値を超えないように、前記光源を流れる電流を抑制する電流抑制回路を備えてもよい。
【００９７】
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。
【符号の説明】
【００９８】
１  制御部
２  第１スイッチ素子
３  第２スイッチ素子
４  第２平滑コンデンサ
１０  通信モジュール
５１ａ  電源回路
５３  負荷回路（光源）
６５  第１平滑コンデンサ
１００  電流抑制回路
ＳＧ  信号発生回路
【図１】
2017135567.tif 000003
【図２】
2017135567.tif 000004
【図３】
2017135567.tif 000005
【図４】
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【図５】
2017135567.tif 000007
【図６】
2017135567.tif 000008
【図７】
2017135567.tif 000009
【図８】
2017135567.tif 000010
【図９】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
2017135567.tif 000013
【図１１】
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【図１２】
2017135567.tif 000015
【図１３Ａ】
2017135567.tif 000016
【図１３Ｂ】
2017135567.tif 000017
【図１３Ｃ】
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【図１４】
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