(57)【要約】    【課題】  光通信を阻害することなく蛍光ランプの寿命到達を速やかに検出ようにした光通信システムを提供する。    【解決手段】  光通信システムは、蛍光ランプ10、この蛍光ランプを点灯する放電ランプ点灯装置11および変調手段13を備え、蛍光ランプ10の光出力を変調期間と非変調期間とを含む変調信号で変調して通信信号を生成する送信手段1と、この送信手段から得られる蛍光ランプ10の光出力を受光して通信信号を受信する受信手段2と、通信信号の非変調期間中に作動して蛍光ランプ10の寿命を判定する寿命判定手段とを具備している。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
蛍光ランプ、この蛍光ランプを点灯する放電ランプ点灯装置および変調手段を備え、蛍光ランプの光出力を変調期間と非変調期間とを含む変調信号で変調して通信信号を生成する送信手段と；
送信手段から得られる蛍光ランプの光出力を受光して通信信号を受信する受信手段と；
通信信号の非変調期間中に作動して蛍光ランプの寿命を判定する寿命判定手段と；
を具備していることを特徴とする光通信システム。
【請求項２】
通信信号は、隣接する変調期間の間に非変調期間が介在している４値ＰＰＭ方式に準拠していることを特徴とする請求項１記載の光通信システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蛍光ランプの光出力を変調して光通信を行なうのに適した光通信システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
ビル内などの構内を照明するのに用いられる蛍光ランプの光出力を例えば周波数変調して通信する光通信システムは既知である（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
一方、可視光を使ったデータ通信技術が規格化され、ＩＤ情報を送信する可視光通信について標準化されている（非特許文献１参照）。この規格で採用している変調方式は、４値ＰＰＭ方式であって、図１に示すように変調の周波数（主搬送周波数）fmdl1中に副搬送波周波数fmdl2を設け、このfmdl2で変調している期間を1とし、変調していない期間を0とすると、データが00のときの４値ＰＰＭ信号（4PPM信号）が1000、情報データが01のときの4PPM信号が0100、情報データが10のときの4PPM信号が0010、情報データが11のときの4PPM信号が0001の4状態となり、fmdl1の時間で２bitの情報を伝送することができる。そして、ランプ電流との関係においては、4PPM信号が１のときにランプ電流を遮断し、０のときにランプ電流を流して変調する。すなわち、4PPM信号が０のときはランプを点灯状態に維持して変調を行わない、換言すれば無変調とする。例えば、CP-1222では主搬送周波数fmdl1=2.4kHz、副搬送波周波数fmdl2=28.8kHzに選択することで、4.8kbpsの通信速度を実現することができる。また、4PPM信号の送信信号を送出するに際には最初に信号開始信号を送出する。信号開始信号には4PPM信号が０の期間における無変調時間より長い所定時間の無変調期間が含まれている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−１７４８７８号公報
【非特許文献１】電子情報技術産業協会（JEITA）規格「可視光IDシステム」（CP-1222）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
蛍光ランプを光源とする光通信システムの送信手段においては、蛍光ランプが寿命に到達すると照明目的に対して支障を来たすばかりでなく、通信信号を送出できなくなるので、寿命到達を早期に検出して新品の蛍光ランプに交換する必要がある。したがって、光通信システムにおいては、特に蛍光ランプの寿命検出が重要である。
【０００６】
本発明は、光通信を阻害することなく蛍光ランプの寿命到達を速やかに検出ようにした光通信システム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】
【０００７】
本発明の光通信システムは、蛍光ランプ、この蛍光ランプを点灯する放電ランプ点灯装置および変調手段を備え、蛍光ランプの光出力を変調期間と非変調期間とを含む変調信号で変調して通信信号を生成する送信手段と；通信手段から得られる蛍光ランプの光出力を受光して通信信号を受信する受信手段と；通信信号の非変調期間中に作動して蛍光ランプの寿命を判定する寿命判定手段と；を具備していることを特徴としている。
【０００８】
本発明は、以下の態様を許容する。
【０００９】
〔送信手段について〕    送信手段は、蛍光ランプ、放電ランプ点灯装置および変調手段を備え、蛍光ランプの光出力を変調期間と非変調期間とを含む変調信号で変調して通信信号を生成するように構成されている。以下、上記構成要素について許容される態様を説明する。
【００１０】
（蛍光ランプについて）    蛍光ランプは、気密容器、蛍光体層、放電生起手段および放電媒体を主たる構成要素として構成されていて、気密容器の内部に封入された後述する放電媒体の低圧蒸気またはガス放電により放射された紫外線が蛍光体層に照射されることで蛍光体が励起されて可視光を発生する。
【００１１】
気密容器は、ガラスバルブなどから形成され、直管状、環状、Ｕ字状、Ｗ字状、スパイラル状など既知の多様な形態をなしていることが許容される。また、気密容器の外径および長さは、蛍光ランプの種別および定格などに応じて多様に設定することができる。
【００１２】
蛍光体層は、蛍光ランプ用として既知の蛍光体を用いて形成することができる。なお、使用する蛍光体は、本発明において特段限定されない。例えば、一般に多用されている３波長発光形蛍光体やハロリン酸蛍光体などを用いることができる。蛍光体層は、常法により形成することができる。
【００１３】
放電生起手段は、気密容器内に封入された放電媒体の低圧金属蒸気またはガス放電を生起するための手段であり、例えば電極または高周波磁界発生手段などをもって構成することができる。電極の場合、内部電極および外部電極が知られているが、そのどちらでもよい。
【００１４】
放電媒体は、低圧金属蒸気放電またはガス放電により紫外線が放射されるのであればよく、一般照明用の蛍光ランプとしては水銀およびアルゴンなどの希ガスが用いられる。なお、水銀は、純水銀またはアマルガムとして封入される。
【００１５】
希ガスは、蛍光ランプの種別、定格および製造者などに応じてヘリウム（Ｈｅ）、ネオン（Ｎｅ）、アルゴン（Ａｒ）、クリプトン（Ｋｒ）およびキセノン（Ｘｅ）の一種または複数種が用いられる。なお、放電媒体は、所望により水銀を含まないで、キセノンなどの希ガスや希ガスのハロゲン化物などのみであってもよい。
【００１６】
また、放電媒体は、低圧放電により紫外線のみでなく、可視光のスペクトル線を放射する。このスペクトル線を選択的に受光して変調された光出力に含まれる通信信号を受信する場合には、蛍光体層から発生する可視光の波長領域に重なる波長であることが許容されるが、その放射エネルギー強度が、同一波長における蛍光体からの発光の放射エネルギー強度より大きければよい。両者の放射エネルギー強度差は大きいほど通信信号の識別が容易になるので好都合であり、好ましくは蛍光体発光の放射エネルギー強度の１．５倍以上、より好ましくは２倍以上である。しかし、所望により蛍光体から放射される可視光を受光して受信することもできる。
【００１７】
（放電ランプ点灯装置について）    放電ランプ点灯装置は、蛍光ランプを点灯する手段である。そして、好ましくはインバータ回路および負荷回路を主体として構成され、蛍光ランプを高周波点灯する。
【００１８】
インバータ回路は、直流−交流変換回路であり、既知の各種回路方式を所望により選択して用いることができる。例えば、ハーフブリッジ形インバータ、フルブリッジ形インバータおよび並列形インバータなどである。なお、放電ランプ点灯装置の電源として低周波交流電源を用いる場合、所望の直流電源電圧を得るために、整流化直流電源回路または／およびアクティブフィルタなどを備えることができる。なお、アクティブフィルタとしては、昇圧または降圧チョッパを用いることができる。
【００１９】
負荷回路は、インバータ回路と蛍光ランプの間に介在して蛍光ランプを始動して点灯する回路手段をいう。また、負荷回路は、バラスト機能を有する限流手段、始動に先立ち蛍光ランプのフィラメント電極を所要に加熱するフィラメント予熱機能、始動時に蛍光ランプに印加される電圧を高めて始動を促進する始動回路機能および蛍光ランプに印加される電圧波形を正弦波にする波形整形回路機能などを備えることができる。
【００２０】
（変調手段について）    変調手段は、を情報データに基づいて変調信号を形成し、蛍光ランプからの光出力をこの変調信号で変調して通信信号を生成するための手段である。そして、後述する情報データ受入手段が情報データを受け入れたら、情報データを所定の変調方式に基づいた変調信号に変換し、蛍光ランプから発生する光出力を当該変調信号で変調する。変調方式は、本発明において特段限定されないが、変調信号が変調期間と非変調期間とを含むものでなければならない。この条件を満たす変調としては、パルス位置変調（ＰＰＭ）方式、好ましくは４値ＰＰＭ方式を用いるのがよい。
【００２１】
蛍光ランプの光出力を変調信号で変調するためには、放電ランプ点灯装置のインバータ回路に駆動信号を提供する駆動信号発生回路を変調信号に基づいて制御して、インバータ回路のスイッチング素子に対する駆動信号の供給をオン、オフし、この駆動信号によってインバータ回路の動作をオン、オフすることでインバータ回路の出力を情報データに基づく変調信号で変調して光出力を媒体とする通信信号を生成するのがよい。上記光出力の制御としては、上述の変調方式に応じてパルス位相を変化させることができる。しかし、所望により放電ランプ点灯装置を制御しないで、放電ランプ点灯装置と蛍光ランプの間に放電ランプ点灯装置とは別設の変調回路を介在させることもできる。
【００２２】
（情報データ受入手段について）    情報データ受入手段は、情報データを送信手段に受け入れる際の受入部として配設することが許容される手段であり、インターフェイス回路などからなる。また、所望によりバッファなどを備えることもできる。なお、情報データは、ディジタルの形式であるのが好ましいが、これに限定されない。また、所望によりディジタルおよびアナログの組み合わせであってもよい。なお、情報データは、例えば映像、音声およびコンピュータデータなどの多様なデータから選択されたものであることを許容する。
【００２３】
〔受信手段について〕    受信手段は、受光手段を備えていて、蛍光ランプの光出力を受光して、その中に含まれている通信信号を抽出して送信手段との間で通信を行う手段である。受信手段は、蛍光ランプの光出力中に含まれている通信信号の中から情報データを抽出するために、復調手段を備えることができる。所望により受光手段と復調手段の間に通信信号を選択的に抽出するための振動成分抽出手段を介在させることができる。また、受光手段の出力レベルを所望のレベルに高めるために、増幅器を受光手段と変調手段の間に介在させることができる。
【００２４】
（受光手段について）    受光手段は、蛍光ランプの光出力を受光する手段である。蛍光ランプの光出力に含まれている通信信号を抽出しやすくするために、所望により蛍光ランプに封入されている放電媒体の主要なスペクトル線を選択的に受光し得る受光感度特性を付与することができる。
【００２５】
蛍光ランプ中の放電媒体の主要なスペクトル線としては、例えば主として一般照明用の低圧水銀蒸気放電による蛍光ランプの場合、前述のように波長４０５、４３５および４３６ｎｍのスペクトル線は、殆ど全ての種別の蛍光ランプにおいて共通に存在しており、蛍光体発光との識別が容易であるので、極めて好都合である。
【００２６】
上述のように蛍光ランプの放電媒体の主要なスペクトル線を選択的に受光するための受光感度特性を受光手段に付与するためには、例えば蛍光ランプの蛍光体からの発光の波長領域の殆ど全体ないし一部にわたる比較的広帯域の受光感度特性を有する受光素子と所望の狭い選択透過特性を有する光学フィルタとを組み合わせて受光手段を構成することができる。
【００２７】
光学フィルタとして半値幅５０ｎｍ程度のものを用いることにより、波長４３５ｎｍおよび４３６ｎｍの発光が一つのスペクトル線として検出されるとともに、青色光を発光する青色発光素子を備えるＬＥＤ光源からの通信信号を含む光出力をも受信することが可能になる。すなわち、上記の態様によれば、蛍光ランプおよびＬＥＤに共通して使用可能な受光手段を得ることができる。
【００２８】
また、受光手段は、光電変換素子を用いて構成するのがよく、例えばフォトダイオード、フォトトランジスタなどを用いることができる。フォトダイオードとしては、例えばＰＩＮフォトダイオード、フォトＰＮダイオード、Ｓｉフォトダイオードなどを用いることができる。
【００２９】
（復調手段について）    復調手段は、受光手段の受光出力中の通信信号を復調してその中から情報データを抽出する手段であるが、変調方式に適合する復号方式を用いる。したがって、適用された変調方式と対をなす復号方式を用いればよい。
【００３０】
（振動成分抽出手段について）    振動成分抽出手段は、受光手段の出力中から送信信号を選択的に抽出するための手段であり、所望により配設することができる。そして、振動成分抽出手段は、例えば受光手段と復調手段の間に介在される。しかし、所望により受光手段の出力を増幅器で増幅した後段に配設することもできる。振動成分抽出手段を帯域濾波形フィルタにより構成することができる。この場合、濾波する帯域は、送信信号の周波数帯域である。
【００３１】
〔寿命判定手段について〕    寿命判定手段は、蛍光ランプの寿命を判定する手段であるが、本発明においては通信信号の非変調期間中に作動するように構成されている。寿命判定のための具体的な構成は本発明において特段限定されないので、既知の各種寿命判定回路の中から適宜選択して採用することができる。例えば、特開２００１−１２６８８９号公報に記載されている回路構成を採用して蛍光ランプの点灯中に、その寿命を判定することができる。そして、所望により上記に加えてランプ装着を蛍光ランプの予熱時に検出し、始動時に点灯を検出し、寿命判定、ランプ装着および点灯検出を共通の検出手段を用いて行うことができる。
【００３２】
〔その他の構成について〕    本発明においては、所望により以下の構成を付加することができる。
【００３３】
１．（照明器具について）    照明器具は、本発明の構成要素である蛍光ランプおよびその点灯装置を具備していて、所要の照明目的に供されるとともに、光通信システムの送信手段の全部または一部をそこに配設する。照明器具は、光通信を行うエリアが屋内であれば主として屋内用の照明器具であり、また光通信を行うエリアが屋外であれば主として屋外用の照明器具が用いられる。
【００３４】
複数の照明器具を離間配設して各照明器具から送信信号を光出力に含めて発信するように構成して、受信手段が移動しても光通信が可能なようにすることもできる。
【発明の効果】
【００３５】
本発明においては、送信手段が蛍光ランプの光出力を、変調期間と非変調期間とを含む変調信号で変調して通信信号を生成し、寿命判定手段が通信信号の非変調期間中に作動して蛍光ランプの寿命到達を判定することにより、光通信に影響することなしに蛍光ランプの寿命を判定して素早いメンテナンス対応が可能で、特に４値ＰＰＭ方式に好適な光通信システムを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３６】
以下、図面を参照して本発明を実施するための形態を説明する。
【００３７】
図２および図３は、本発明の光通信システムを実施するための一形態を示し、図２は光通信システム全体のブロック回路図、図３は送信手段の回路図である。光通信システムは、送信手段１、受信手段２および寿命判定手段を具備して構成されている。
【００３８】
送信手段１は、蛍光ランプ１０、放電ランプ点灯装置１１、情報データ受入手段１２、変調手段１３および駆動信号発生手段／寿命判定手段１４からなる。なお、変調手段１３および駆動信号発生手段／寿命判定手段１４は、図３において制御手段１５を構成する。
【００３９】
蛍光ランプ１０は、ガラスバルブ、その内面側に形成された蛍光体層、ガラスバルブの両端内部に封装された一対のフィラメント電極およびガラスバルブの内部に封入された放電媒体を具備している。そして、放電媒体は、適量の水銀および数百Ｐａ程度のアルゴンなどの希ガスからなり、一般照明用のものである。
【００４０】
放電ランプ点灯装置１１は、図３に示すように、直流電源１１ａおよびインバータ回路１１ｂおよび負荷回路１１ｃを備えて構成されている。なお、図１において、インバータ回路１１ｂおよび負荷回路１１ｃは、一つの回路ブロックとして図示されている。
【００４１】
直流電源１１ａは、ブリッジ形全波整流回路１１ａ１およびアクティブフィルタ１１ａ２からなる。ブリッジ形全波整流回路１１ａ１は、交流入力端が低周波交流電源４に接続し、直流出力端に脈流の直流電圧を出力する。アクティブフィルタ１１ａ２は、昇圧チョッパからなり、その入力端がブリッジ形全波整流回路１１ａ１の直流出力端に接続する。そして、平滑コンデンサＣ１の両極間に、所望電圧に昇圧されるとともに、平滑化された直流電圧を出力する。
【００４２】
インバータ回路１１ｂは、ハーフブリッジ形インバータ回路からなり、一対のスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２の直列回路を直流電源１１ａの両端すなわち平滑コンデンサＣ１の両極間に接続している。そして、スイッチング素子Ｑ２の両端間に交流が出力される。
【００４３】
負荷回路１１ｃは、インダクタＬ１および共振コンデンサＣ２の直列回路を主体として構成されており、直流カットコンデンサＣ３を介してインバータ回路１１ｂの上記出力端に接続している。前記蛍光ランプ１０は、図３に示すように、その一対の電源側端子が共振コンデンサＣ２の両端間に並列接続している。なお、一対の非電源側端子間には電極予熱回路としてのコンデンサ（図示を省略している。）など既知の回路を適宜接続することができる。
【００４４】
送信データ受入手段１２は、例えばインターフェイスを主体として構成され、外部の情報源３から発生した情報データを受け入れる。
【００４５】
変調手段１３は、情報データ受入手段１２が受け入れた情報データに基づいて所定の変調方式により変調して変調期間と非変調期間を含む変調信号を生成し、後述する駆動信号発生手段／寿命判定手段１４の駆動信号発生手段の部分に制御入力する。
【００４６】
駆動信号発生手段／寿命判定手段１４は、駆動信号発生手段および寿命判定手段を含んでいて、図１および図３に示すように変調手段１３とともにＤＳＰ（ディジタル信号プロセッサ）を主体として構成されて制御手段１５として作用する。駆動信号発生手段は、インバータ回路１１ｂのスイッチング素子に供給する駆動信号を上述の変調手段１３の制御下で発生する。
【００４７】
寿命判定手段は、蛍光ランプ１０の点灯中の非変調期間中に作動して蛍光ランプ１０が寿命到達したか否かを判定する。蛍光ランプ１０が寿命に到達したと判定したときには、所望の保護動作をするように構成することができる。例えば、駆動信号発生手段を制御して駆動信号のインバータ回路１１ｂへの供給を停止して蛍光ランプ１０を消灯させる。
【００４８】
また、蛍光ランプ１０の寿命を判定しやすくするために、所望によりランプ電圧およびランプ電流など蛍光ランプ１０の動作状態を検出する蛍光ランプ動作状態検出手段１５を付設することができる。図示形態においては、蛍光ランプ１０のランプ電圧を直接または間接的に検出して、その検出データを寿命判定手段に制御入力している。
【００４９】
受信手段２は、受光手段２１、増幅器２２および復調手段２３を備えている。
【００５０】
受光手段２１は、蛍光ランプ１０の光出力を受光するような位置関係に配設され、好適には蛍光ランプ１０の光出力の中からガラスバルブ内に封入されている水銀が蒸発し、かつ低圧水銀蒸気放電が生起したときに放射される主要なスペクトル線、例えば４３６ｎｍの可視光を選択的に受光し得る分光受光感度特性を有している。そのため、光出力中に含まれる送信信号を高感度に受光すなわち受信することができる。
【００５１】
増幅器２２は、受光手段２１から得た送信信号を所要のレベルまで増幅する。
【００５２】
復調手段２３は、増幅された送信信号を復調して送信データを復元する。なお、得られた送信データは、受信手段２から取り出されて、例えば外部の機器５に入力して通信が行われる。
【００５３】
図４は、４値ＰＰＭ方式における通信信号における変調期間および非変調期間を説明する光出力の説明図である。図において、変調期間では、インバータ回路１１ｂが副搬送周波数の一周期（fmdl2）の間オン、オフされて光出力が光パルスとなって放射されるので、副搬送周波数の断続を行う。また、非変調期間では、変調が行なわれないためインバータ回路１１ｂが連続動作するので、連続光が放射される。そして、通信信号のデータ部においては、主搬送周波数の一周期（fmdl1）のうち、副搬送周波数の３周期（fmdl2）の間が非変調期間となる。
【００５４】
また、４値ＰＰＭ方式における通信信号には、その最初に信号開始パターンが存在し、当該信号開始パターンは、データ部における変調期間より長い変調期間とそれに続く非変調期間とからなる。なお、寿命判定手段が作動するのは、信号開始パターンおよびデータ部における非変調期間のいずれか一方または両方であることが許容される。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】光出力の４値ＰＰＭ方式による変調を説明するタイムチャート
【図２】本発明の放電ランプ点灯装置を用いる光通信システムを示すブロック回路図
【図３】同じく送信手段を示す回路図
【図４】４値ＰＰＭ方式における通信信号における変調期間および非変調期間を説明する光出力の説明図
【符号の説明】
【００５６】
１…送信手段、２…受信手段、３…情報源、４…低周波交流電源、１０…蛍光ランプ、１１…放電ランプ点灯装置、１１ａ…直流電源、１１ｂ…インバータ回路、１１ｃ…負荷回路、１２…情報データ受入手段、１３…変調手段、１４…駆動信号発生手段／寿命判定手段、１５…蛍光ランプ作動状態検出手段、２１…受光手段、２２…増幅器、２３…復調手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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