JP2019041299A - 照明光通信装置および通信モジュール - Google Patents

Abstract

【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、自身を流れる電流が、調光比に基づいて定められた第１設定値となるよう制御することによって調光する調光回路７３と、調光回路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に供給する定電圧フィードバック回路６７ａと、調光回路７３と並列に接続され、調光回路７３を流れる電流において断続スイッチＳＷの断続によって第１設定値から減少した分に相当する補充電流を、可視光通信時に負荷回路５３に供給する補充回路１７３とを備える。【選択図】図１Ａ

Description

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。

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。

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。

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。

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。

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。

特開２０１５−２１６５８０号公報 特開２０１４−８２２２６号公報 特開２０１０−２８３６１６号公報 特開２０１７−１３９２１１号公報

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。

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を提供することを目的とする。

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、可視光通信用の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、自身を流れる電流が、調光比に基づいて定められた第１設定値を超えないように制御することによって調光する調光回路と、前記負荷回路、前記断続スイッチおよび前記調光回路からなる直列回路に直流電圧を供給する電圧源と、前記調光回路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、前記調光回路と並列に接続され、前記調光回路を流れる電流において前記断続スイッチの断続によって前記第１設定値から減少した分に相当する補充電流を、可視光通信時に前記負荷回路に供給する補充回路とを備える。

また、本発明の通信モジュールは、前記負荷回路および前記調光回路と直列に接続される断続スイッチと、前記照明光を変調するために前記断続スイッチの断続を制御する２値の通信信号を発生する信号発生回路と、前記調光回路と並列に接続され、前記調光回路を流れる電流において前記断続スイッチの断続によって前記第１設定値から減少した分に相当する補充電流を、可視光通信時に前記負荷回路に供給する補充回路とを備える。

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１Ａ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１Ｂは、可視光通信機能を有しない照明器具の構成例を示す回路図である。 図２は、実施の形態１における通信モジュールの構成例を示す回路図である。 図３は、実施の形態１における調光回路、補充回路および負荷回路のそれぞれを流れる電流を示す説明図である。 図４は、実施の形態１における調光比に対する第１設定値および第２設定値の設定例を示す図である。 図５は、実施の形態１における調光比に対する第２基準値の設定例を示す図である。 図６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７は、実施の形態２における照明光通信装置における各部の信号波形の例を示す図である。 図８Ａは、実施の形態２における、オンデューティ比が９０％のときの調光比に対するＬＥＤ電流、調光回路の電流および補充回路の電流を示す図である。 図８Ｂは、実施の形態２における、オンデューティ比が７５％のときの調光比に対するＬＥＤ電流、調光回路の電流および補充回路の電流を示す図である。 図８Ｃは、実施の形態２における、オンデューティ比が６０％のときの調光比に対するＬＥＤ電流、調光回路の電流および補充回路の電流を示す図である。 図９は、実施の形態３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１０は、実施の形態３における照明光通信装置における各種信号波形の例を示す図である。 図１１Ａは、実施の形態３における、オンデューティ比が９０％のときの調光比に対するＬＥＤ電流、調光回路の電流および補充回路の電流を示す図である。 図１１Ｂは、実施の形態３における、オンデューティ比が７５％のときの調光比に対するＬＥＤ電流、調光回路の電流および補充回路の電流を示す図である。 図１１Ｃは、実施の形態３における、オンデューティ比が６０％のときの調光比に対するＬＥＤ電流、調光回路の電流および補充回路の電流を示す図である。 図１２は、実施の形態４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１３は、実施の形態４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。

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。

（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。

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。

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。各実施の形態の調光機能は、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。

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。

［１．１ 照明光通信装置の構成］
図１Ａ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照明装置であって、可視光通信における電流の断続による明るさの低下を軽減するために、可視光通信時に光源に補充電流を追加するよう構成されている。そのため照明光通信装置は、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。

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、調光回路７３を備える。

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。

調光回路７３は、ＭＯＳＦＥＴであるトランジスタ７４、ソース抵抗７５、誤差増幅器７７、および、第１基準源７６を備える。

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、補充回路１７３を備える。

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。電圧源の出力端子間に平滑コンデンサ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、調光回路７３とからなる直列回路が接続されている。

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および調光回路７３からなる直列回路に直流電圧を供給する。

定電圧フィードバック回路６７ａは、調光回路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、調光回路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調光回路７３にかかる電圧を一定にするように制御する。

調光回路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、調光比に基づいて定められた第１設定値を超えないように制御することによって調光する。言い換えれば、調光回路７３は、自身を流れる電流が、第１設定値を超えないように制限する。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。

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。このように第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。

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。

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。

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。

補充回路１７３は、調光回路７３と並列に接続され、調光回路７３を流れる電流において断続スイッチＳＷの断続によって上記の第１設定値から減少した分に相当する補充電流を、可視光通信時に負荷回路５３に供給する。このとき、補充回路１７３は、断続スイッチＳＷのオンデューティ比及び調光回路７３を流れる電流の大きさに応じて、補充電流の大きさを制御する。これにより、可視光通信時の明るさの低下を軽減する。補充回路１７３は、電流値を可変に制御できる電流源として構成される。

調光回路７３について補足すれば、当該調光回路７３は負荷回路５３及び断続スイッチＳＷと直列に接続され、負荷回路５３に流れる電流の大きさが第１設定値を超えないように抑制する。この調光回路７３はトランジスタ７４、ソース抵抗７５、誤差増幅器７７、第１基準源７６で構成される。誤差増幅器７７のプラス入力端子には第１基準源７６が接続され、マイナス入力端子にはトランジスタ７４のソース端子が接続される。ソース端子の電位は、ソース抵抗７５の電圧降下に相当し、調光回路７３自身を流れる電流の大きさを示す。誤差増幅器７７は、ソース端子の電位と第１基準値との誤差をトランジスタ７４のゲート信号として出力する。トランジスタ７４を流れる電流は、ゲート信号によって第１設定値を超えないように制限される。第１設定値は、第１基準源７６に生成される第１基準値に対応して定まる。それゆえ、第１基準源７６からプラス入力端子に入力される第１基準値を可変することで負荷回路５３の電流を調整し、負荷回路５３が発する照明光の調光が可能である。なお調光回路７３はこの構成に限定されるものではない。

定電圧フィードバック回路６７ａについて補足すれば、調光回路７３に印加される電圧を、入力抵抗６８を介して誤差増幅器６９のマイナス入力端子に接続すると共に、当該誤差増幅器６９のプラス端子には基準電圧源７２が接続される。また、誤差増幅器６９の出力端子と当該誤差増幅器のマイナス入力端子間には利得調整用の抵抗７１と、位相補償用のコンデンサ７０が接続される。

［１．２ 補充回路および通信モジュールの構成］
次に、補充回路１７３の回路構成例および通信モジュール１０について説明する。

図２は、実施の形態１における通信モジュール１０の構成例を示す回路図である。この通信モジュール１０は、断続スイッチＳＷと、信号発生回路ＳＧと、補充回路１７３とを備える。

補充回路１７３は、調光回路７３と類似の構成であり、トランジスタ１７４、ソース抵抗１７５、誤差増幅器１７７、および第２基準源１７６を備える。誤差増幅器１７７のプラス入力端子は第２基準源１７６に接続され、マイナス入力端子はＭＯＳＦＥＴ７４のソース端子に接続される。第２基準源１７６は、補充電流に対応する第２基準値を生成する。つまり、第２基準源１７６は、断続スイッチＳＷのオンデューティ比及び負荷回路５３を流れる電流の大きさに応じた第２基準値を生成する。

また、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。図１Ｂは、可視光通信機能を有していないが調光機能を有する照明器具の構成例を示すブロック図である。既存の照明器具には図１Ｂのような構成をものが多く存在する。

例えば、図１Ｂのような照明器具に、図２の通信モジュール１０を接続することにより、図１Ａの照明光通信装置を得ることができる。具体的には、図１Ｂの照明器具の負荷回路５３と調光回路７３とを接続する配線の一部を切断して端子Ｔ１、Ｔ２を追加し、さらにグランド線に端子Ｔ３を追加し、負荷回路５３および調光回路７３に対して通信モジュール１０の断続スイッチＳＷを端子Ｔ１およびＴ２を介して直列に接続し、さらに、調光回路７３に対して、補充回路１７３を端子Ｔ２およびＴ３を介して並列に接続すればよい。

［１．３ 照明光通信装置の動作］
次に、上記の照明光通信装置の動作説明として、特に調光回路７３、補充回路１７３および負荷回路５３のそれぞれを流れる電流について説明する。

図３は、実施の形態１における調光回路７３、補充回路１７３および負荷回路５３のそれぞれを流れる電流を示す説明図である。同図の（ａ）、（ｂ）および（ｃ）における縦軸は電流の大きさを、横軸は時間を示す。同図の（ａ）は、調光回路７３を流れる電流ｉ１を示す。同図の（ｂ）は補充回路１７３を流れる電流ｉ２を示す。同図の（ｃ）は負荷回路５３を流れる電流つまりＬＥＤ電流を示す。ＬＥＤ電流は、電流ｉ１と電流ｉ２の加算値になる。

同図の（ａ）の電流値Ｉｏｐは、調光比に応じて定められた第１設定値である。電流ｉ１は、断続スイッチＳＷが断続しない場合つまり可視光通信していない場合には電流値Ｉｏｐの直流となる。可視光通信している場合にはＬＥＤ電流が断続スイッチＳＷによって断続され、調光回路７３の電流ｉ１は、図３の（ａ）のように矩形波になる。同図のＴは断続スイッチＳＷが断続する１周期を、Ｔｏｎは１周期内のオンの期間を、Ｔｏｆｆは１周期内のオフの期間を示す。オンの期間Ｔｏｎでは電流値Ｉｏｐの電流が流れ、ＯＦＦの期間Ｔｏｆｆでは同図の（ａ）のハッチングした部分Ａのように、電流が流れない。つまり、可視光通信している場合の調光回路７３の電流ｉ１は、非断続時と比べて周期Ｔ毎に部分Ａの分だけ減少する。部分Ａは、電流値Ｉｏｐと、可視光通信時に調光回路を流れる電流ｉ１の平均電流Ｉａｖｅとの差分に相当する。

この平均電流Ｉａｖｅは次のように表される。

Ｉａｖｅ＝Ｉｏｐ×Ｄｏｎ／１００

ここで、Ｄｏｎ＝１００×Ｔｏｎ／Ｔであり、オンデューティ比である。

すなわち、可視光通信している場合の調光回路７３の平均電流Ｉａｖｅは、オフ期間の分だけ、電流値Ｉｏｐよりも減少し、もし補充回路１７３が補充しなければ、減少した分だけ明るさも低下することになる。

可視光通信時の明るさを非可視光通信時と同じにするためには、その減少分に相当する電流を補充する必要がある。つまり、図３の（ｃ）に示すように、減少した部分Ａに相当する部分Ｂを補充電流としてＬＥＤ電流に追加する必要がある。部分Ｂの電流値を補充電流値Ｉｓとすると、以下のように表される。

Ｉｓ＝Ｉｏｐ×（１００／Ｄｏｎ−１）＝Ｉｏｐ×Ｄｏｆｆ／Ｄｏｎ・・・（式１）

Ｄｏｆｆ＝１００×Ｔｏｆｆ／Ｔであり、オフデューティ比である。図３の（ａ）、（ｂ）および（ｃ）のオンデューティ比は、いずれも通信信号のオンデューティ比と同じものとする。

この式を満たすように、補充回路１７３を流れる電流ｉ２は、図３の（ｂ）に示すように、オン期間では電流値Ｉｓになり、オフ期間では０になる。補充電流値Ｉｓは、図２では第２基準源１７６の第２基準値に対応して定められる。第２基準値は、調光比およびオンデューティ比に応じて定めることができる。

図３の（ｃ）に示すように、負荷回路５３を流れる電流つまりＬＥＤ電流は（ｉ１＋ｉ２）であり、その平均電流はＩｏｐになる。

次に、照明光通信装置における調光比、電流値Ｉｏｐ、補充電流値Ｉｓの数値例について説明する。

図４は、実施の形態１における照明光通信装置の調光比、電流値Ｉｏｐおよび補充電流値Ｉｓの数値例を示す図である。

同図の調光比は、１００％から０％まで１０％刻みで１１段階の例を示している。調光比は、調光回路７３の第１基準値によって定められる。

電流値Ｉｏｐは、調光回路７３の第１基準値に対応する第１設定値として定められ、調光比に比例して定められる。同図の電流値Ｉｏｐ（つまり第１設定値）の数値は、調光回路７３のソース抵抗７５が１Ωであると仮定した場合の第１基準値（単位はｍＶ）と読み替えることができる。

補充電流値Ｉｓは、補充回路１７３の第２設定値として定められる。図４は、オンデューティ比Ｄｏｎが９０％、７５％、６０％および４５％の各場合における補充電流値Ｉｓを記している。

負荷回路５３を流れるＬＥＤ電流は、例えば図４で調光比が５０％でオンデューティ比Ｄｏｎが７５％である場合には、図３の（ｃ）のように、オン期間では（Ｉｏｐ＋Ｉｓ＝１２５＋４１．７＝１６６．７ｍＡ）の電流が流れ、オフ期間では流れない。この場合のＬＥＤ電流の平均値は、調光比５０％での第１設定値と同じ１２５ｍＡとなり、非可視光通信時も可視光通信時と同程度の明るさにすることができる。また、図４の電流値Ｉｓ（つまり第２設定値）の数値についても、補充回路１７３のソース抵抗１７５が１Ωであると仮定した場合の第２基準値（単位はｍＶ）と読み替えることができる。

また図５は、図４の調光比に対する補充電流値Ｉｓの数値例をグラフ化した図である。縦軸の補充電流値は補充回路１７３の第２設定値として定められる。また、同図の補充電流値は、ソース抵抗１７５が１Ωであると仮定した場合の第２基準値（単位はｍＶ）と読み替えることができる。

［１．４ その他、効果等］
以上説明してきたように本実施の形態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、可視光通信用の２値の通信信号に応じて断続するする断続スイッチ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、自身を流れる電流が、調光比に基づいて定められた第１設定値となるよう制御することによって調光する調光回路７３と、負荷回路５３、断続スイッチＳＷおよび調光回路７３からなる直列回路に直流電圧を供給する電圧源６４と、調光回路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に供給する定電圧フィードバック回路６７ａと、調光回路７３と並列に接続され、調光回路７３を流れる電流において断続スイッチＳＷの断続によって第１設定値から減少した分に相当する補充電流を、可視光通信時に負荷回路５３に供給する補充回路１７３とを備える。

これによれば、通信時の明るさの低下を軽減することができる。また、断続のオンデューティ比に大きさに関わりなく、通信時の明るさの低下を軽減することができる。

ここで、調光回路７３は、第１設定値に対応する第１基準値を生成する第１基準源７６を有し、第１基準源は、調光比に応じて第１基準値を生成し、補充回路１７３は、補充電流に対応する第２基準値を生成する第２基準源１７６を有し、第２基準源は、調光比およびオンデューティ比に応じて第２基準値を生成してもよい。

ここで、第２基準源１７６は、次式を満たす補充電流に対応する第２基準値を生成してもよい。

Ｉs＝Ｉop×（１００／Ｄｏｎ−１） ・・・（式１）

式中のＩsは補充電流、Ｉopは第１設定値、Ｄｏｎは可視光通信時の通信信号のオンデューティ比（単位は％）である。

これによれば、調光比が変更された場合であっても、通信信号のオンデューティ比が変更された場合であっても、可視光通信による明るさの低下を軽減することができる。

また、本実施の形態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、自身を流れる電流が、調光比に基づいて定められた第１設定値を超えないように制御することによって調光する調光回路７３と、を備える。通信モジュール１０は、負荷回路５３および調光回路７３と直列に接続される断続スイッチＳＷと、照明光を変調するために断続スイッチＳＷの断続を制御する２値の通信信号を発生する信号発生回路ＳＧと、調光回路７３と並列に接続され、調光回路７３を流れる電流において断続スイッチＳＷの断続によって第１設定値から減少した分に相当する補充電流を、可視光通信時に負荷回路５３に供給する補充回路１７３とを備える。

これによれば、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。

（実施の形態２）
実施の形態２では、補充回路１７３の第２基準源１７６を簡単な回路構成で具体化した例について説明する。

［２．１ 照明光通信装置の構成］
図６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。同図の照明光通信装置は、図１Ａおよび図２と比較して、通信モジュール１０内の補充回路１７３の回路構成が異なっている。以下、同じ点は説明を繰り返さないで、異なる点を中心に説明する。

補充回路１７３は、図２の補充回路１７３と比べて第２基準源１７６の回路構成をより具体化している点が異なっている。

第２基準源１７６は、ダイオード７８、抵抗回路および容量回路を備える。

ダイオード７８は、断続スイッチＳＷの両端のうちの電位の高い方の一端、または、負荷回路５３の両端のうちの電位の低い方の一端に接続されたアノード端子を有する。

抵抗回路は、ダイオード７８のカソード端子の電圧を分圧する複数の抵抗７９、８１および８２を有する。抵抗７９、８１および８２は、ダイオード７８のカソード端子とグランドとの間に直列に接続されている。

容量回路は、抵抗回路により分圧された電圧を平滑する１つ以上の容量素子を有する。１つ以上の容量素子は、コンデンサ８０、８３を含む。コンデンサ８０は、抵抗８１と抵抗８２とからなる直列回路に並列に接続され、この直列回路にかかる分圧を平滑し保持する。また、容量回路は、断続スイッチＳＷの両端のうちの電位の高い方の一端の電圧を分圧した値、つまり、抵抗８１および抵抗８２にかかる分圧値を、オフ期間に積分する作用を有する。したがって、この分圧値は、オフ期間が長ければ大きくなる。

コンデンサ８３は、抵抗８２に並列に接続され、抵抗８２にかかる分圧値を平滑し保持する。コンデンサ８３に保持される分圧値は、誤差増幅器１７７のプラス入力端子の入力レンジに適合するようスケーリングされたものであり、第２基準値として誤差増幅器１７７のプラス入力端子に入力される。

このように、第２基準源１７６は、断続スイッチＳＷの両端のうちの電位の高い方の一端の電圧を、抵抗回路および容量回路によって分圧、積分および平滑化し、平滑化された分圧値を第２基準値として生成する。この分圧値は、調光比およびオンデューティ比が反映された値をとる。すなわち、この分圧値は、調光比が高ければ高くなり、オンデューティ比が小さければ（つまりオフデューティ比が大きければ）高くなる。よって、この分圧値は、上記（式１）を満たす補充電流値Ｉｓに対応する第２基準値とすることができる。

［２．２ 照明光通信装置の動作］
次に、図６の補充回路１７３の動作説明として、シミュレーションした結果について説明する。

図７は、実施の形態２における照明光通信装置における各部の信号波形の例を示す図である。同図では、調光比１００％、８０％、６０％、４０％の４つのケースについて、通信信号、ＬＥＤ電流、調光回路７３を流れる電流ｉ１、補充回路１７３を流れる電流ｉ２、および第２基準値それぞれの信号波形を示す。

シミュレーションでは、第１平滑コンデンサ６５は５５μＦとし、通信信号は、周波数２．４ｋＨｘ、オンデューティ比７５％としている。

ＬＥＤ電流は、負荷回路５３を流れる電流であり、調光回路７３を流れる電流ｉ１と、補充回路１７３を流れる電流ｉ２とを加算した値になる。

第２基準値は、断続スイッチＳＷのソース抵抗７５を１Ωとしたときの値を示している。

図７において、通信信号に応じてＬＥＤ電流が断続されるが、オン期間に流れるＬＥＤ電流、電流ｉ１および電流ｉ２それぞれの電流値は図４で示した値と合致していることが分かる。すなわち、断続による平均電流の減少分は、電流ｉ２つまり補充電流によりＬＥＤ電流に補充され、各々の調光状態における非断続時のＬＥＤ電流に等しい平均電流値が得られている。これにより、可視光通信の為の断続動作による明るさ及び調光特性への影響を軽減することができる。

図７の電流ｉ１は、調光回路７３の第１基準源７６により設定された第１基準値に対応する第１設定値の電流である。本シミュレーションでは、非断続時の調光比１００％のときの電流ｉ１を２５０ｍＡに設定しているので、断続スイッチＳＷのＯＮ期間の電流ｉ１は２５０ｍＡとなる。図７では、通信信号のオンデューティ比を７５％としているので電流ｉ１の平均値は１８７．５ｍＡとなり、調光状態では２５０ｍＡに各調光比を掛けた値となる。

図７の電流ｉ２は、断続によって減少する電流ｉ１の平均電流を補充する補充電流である。補充電流の値は、図４の値と合致していることが読取れる。補充電流の値は補充回路１７３の第２基準値によって設定される。図７では、トランジスタ１７４のソース抵抗１７５の値を１Ωに設定しているので、第２基準値（単位はｍＶ）をそのまま補充電流の電流値（単位はｍＡ）として読むことができる。

図６に示したダイオード７８、抵抗７９、抵抗８１、抵抗８２、コンデンサ８０、コンデンサ８３から成る第２基準源で第２基準値を生成することにより適切な補充電流が得られることは、以下からも明らかである。既に図３で示したようにＬＥＤ電流の流れている期間Ｔｏｎは出力電圧が低下し、流れていない期間Ｔｏｆｆで元の値に戻る動作を繰返し、断続によって出力電圧にΔＶｏの脈動を生じる。この脈動電圧ΔＶｏは、電流の流れていない期間Ｔｏｆｆが長いほど、またＬＥＤ電流が大きいほど大きくなる。よって、当該脈動電圧ΔＶｏを第２基準値に利用すれば、適切な補充電流が得られることが分かる。断続スイッチＳＷの両端には、ＬＥＤ電流の流れている期間Ｔｏｎに出力電圧からＬＥＤ負荷５３のカットオン電圧を減じた電圧が印加される。当該カットオン電圧はＬＥＤ負荷構成によって決まる固定値なので、上記出力の脈動電圧ΔＶｏはＯＦＦ時の断続スイッチＳＷの両端に顕著に現われる。当該脈動電圧ΔＶｏを分圧し平滑することによって、理想の第２基準値を得ることができる。

図８Ａ〜図８Ｃは、実施の形態２における、オンデューティ比が９０％、７５％、６０％のときの調光比に対するＬＥＤ電流、調光回路の電流ｉ１および補充回路の電流ｉ２を示す図である。縦軸は、ＬＥＤ電流、調光回路の電流ｉ１および補充回路の電流ｉ２それぞれの平均電流を示す。横軸は調光比を示す。

図８Ａは断続のオンデューティ比を９０％とした場合、図８Ｂは７５％とした場合、図８Ｃは６０％とした場合に対応する。図８Ａ〜図８Ｃにおいて、ＬＥＤ電流の線図は同じ結果となっている。すなわち、ＬＥＤ電流の平均値は、調光比に応じて変化するが、断続のオンデューティ比が変化しても一定に維持されていることを示す。図８Ａ〜図８Ｃには電流ｉ１と電流ｉ２とを併せてプロットしており、ＬＥＤ電流に含まれる電流ｉ１と電流ｉ２の割合が分かる。断続のオンデューティ比が小さくなるほど、電流ｉ２つまり補充電流の割合が増えてくることが読取れる。このように補充回路１７３の電流ｉ２は、補充電流として、調光回路７３の電流ｉ１の減少分を補充して、ＬＥＤ電流の減少を抑えている。

［２．３ その他、効果等］
以上説明してきたように本実施の形態における照明光通信装置において、第２基準源１７６は、断続スイッチＳＷの両端のうちの電位の高い方の一端、または、負荷回路５３の両端のうちの電位の低い方の一端に接続されたアノード端子を有するダイオード７８と、ダイオード７８のカソード端子の電圧を分圧する複数の抵抗７９、８１、８２を有する抵抗回路と、抵抗回路により分圧された電圧を平滑する１つ以上の容量素子（例えばコンデンサ８０および８２）を有する容量回路とを備え、抵抗回路および容量回路によって分圧および平滑された分圧値を、第２基準値として生成する。

これによれば、調光比およびオンデューティ比を直接検知しなくても、調光比およびオンデューティ比に応じた適正な第２基準値を生成することができる。しかも、第２基準源１７６の回路構成を簡単することができ、小型化、低コスト化することができる。

ここで、負荷回路５３は、電圧源６４の出力端子と断続スイッチＳＷの一端との間に直列に接続され、第２基準源１７６は、断続スイッチＳＷと負荷回路５３との接続点の電位から第２基準値を生成してもよい。

（実施形態３）
本実施の形態では、補充回路１７３の第２基準源１７６を簡単な回路構成で具体化した例について説明する。

［３．１ 照明光通信装置の構成］
図９は、実施の形態３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、図６と比較して、通信モジュール１０内の第２基準源１７６の回路構成が異なっている。以下、同じ点は説明を繰り返さないで、異なる点を中心に説明する。

図９の第２基準源１７６が図６と異なっている点は、第２基準源１７６が分圧し平滑化する元の電位が、負荷回路５３と断続スイッチＳＷの接続点の電位ではなく、第１平滑コンデンサ６５の高い方の電位である点である。

第２基準源１７６は、ツェナーダイオード１８４、抵抗１７９、抵抗１８１、抵抗１８２、コンデンサ１８０、コンデンサ１８３を備える。この第２基準源１７６は、第１平滑コンデンサ６５の両端に印加される電圧を、ツェナーダイオード１８４を介して分圧及び平滑して第２基準値を生成する。

［３．２ 照明光通信装置の動作］
次に、図９の補充回路１７３の動作をシミュレーションした結果について説明する。

図１０は、実施の形態３における照明光通信装置における各部の信号波形の例を示す図である。また、図１１Ａ〜図１１Ｃは、実施の形態３における、オンデューティ比が９０％、７５％、６０％のときの調光比に対するＬＥＤ電流、調光回路の電流ｉ１および補充回路の電流ｉ２を示す図である。

図１０は、実施の形態２のシミュレーション結果を示した図７とほぼ同じ結果を示している。また、図１１Ａ〜１１Ｃは、実施の形態２のシミュレーション結果を示した図８Ａ〜図８Ｃとほぼ同じ結果を示している。ＬＥＤ電流の平均電流は、調光比に応じて変化するが、断続のオンデューティ比が変化しても一定に維持される。また、断続のオンデューティ比が小さくなるほど、電流ｉ２つまり補充電流の割合が増えている。このように補充回路１７３の電流ｉ２は、補充電流として、調光回路７３電流ｉ１の減少分を補充して、ＬＥＤ電流の減少を抑えている。

図９では、補充回路１７３の第２基準値の生成に当たり、電圧源６４の出力の脈動電圧ΔＶｏを第１平滑コンデンサ６５の両端から直接得ている。第１平滑コンデンサ６５の両端電圧には少なくとも負荷回路５３のカットオン電圧以上の直流成分が含まれるので、その部分をカットするためにツェナーダイオード１８４が用いられる。ツェナーダイオード１８４のツェナー電圧を、ＬＥＤ負荷のカットオン電圧付近の値で調整することによって、補充回路１７３においてより精密な第２基準値を生成できる。

［３．３ その他、効果等］
以上説明してきたように本実施の形態における照明光通信装置において、第２基準源１７６は、電圧源の出力端のうちの電位の高い方の一端に接続されたカソード端子を有するツェナーダイオード１８４と、ツェナーダイオード１８４のアノード端子の電圧を分圧する複数の抵抗１７９、１８１、１８２を有する抵抗回路と、抵抗回路により分圧された電圧を平滑する１つ以上の容量素子（例えばコンデンサ１８０および１８３）を有する容量回路とを備え、抵抗回路および容量回路によって分圧および平滑された分圧値を、第２基準値として生成する。

これによれば、調光比およびオンデューティ比を直接検知しなくても、調光比およびオンデューティ比に応じた適正な第２基準値を生成することができる。しかも、第２基準源１７６の回路構成を簡単することができ、小型化、低コスト化することができる。

（実施の形態４）
本実施の形態では断続スイッチＳＷの具体的構成を示すとともに、断続スイッチＳＷおよび信号発生回路ＳＧを補充回路１７３に含めた構成例について説明する。断続スイッチＳＷと補充回路１７３のスイッチ素子であるトランジスタ１７４とはカスケード接続である。実施の形態１〜３では、断続スイッチＳＷとトランジスタ１７４とを駆動する際の基準点が同じとは限らない。もし、基準点が異なり個別に駆動電源を設ければ回路規模が大きくなりコストの課題も生じ得る。

［４．１ 照明光通信装置の構成］
図１２は、実施の形態４における照明光通信装置の構成例を示す回路図である。同図の補充回路１７３は、実施の形態２で示した図６と比べて、断続スイッチＳＷおよび信号発生回路ＳＧとが補充回路１７３に取り込まれている点が主に異なっている。以下異なる点を中心に説明する。

補充回路１７３は、トランジスタ１７４、ソース抵抗１７５、第２基準源１７６、誤差増幅器１７７、断続スイッチＳＷ、信号発生回路ＳＧ、スイッチトランジスタ８４、抵抗３１、抵抗３２を備える。この補充回路１７３は、図６の補充回路１７３と比べて、断続スイッチＳＷ、信号発生回路ＳＧ、スイッチトランジスタ８４、抵抗３１、抵抗３２が追加された点が異なっている。

断続スイッチＳＷは、ＭＯＳＦＥＴであり、負荷回路５３と直列に接続され、調光回路７３と補充回路１７３とからなる並列回路に直列に接続される。断続スイッチＳＷのゲート端子は、抵抗３２を介して信号発生回路ＳＧに接続され、信号発生回路ＳＧから通信信号がゲート制御信号として入力される。また、断続スイッチＳＷのゲート端子は、プルダウン抵抗としての抵抗３１を介してグラント線に接続されている。

実施の形態４では断続スイッチＳＷでのゲート駆動信号（つまり通信信号）の基準点と補充回路１７３の制御基準点とをグランド電位に共通にして構成される。この結果、通信モジュール１０内の信号発生回路ＳＧおよび補充回路１７３において個別に駆動電源を設ける必要がなくなるので、通信モジュール１０の小型化および低コスト化に有利となる。

一般に、カスケード接続のスイッチ素子を同一基準点から駆動する場合、通常互いの動作が干渉し、安定した駆動が難しい。実施の形態４において同一基準点からの駆動が可能なのは、一方のスイッチ素子であるトランジスタ１７４が定電流回路を構成し、しかもその両端電位がフィードバック制御によって一定に維持される為である。

すなわち、カスケード接続された断続スイッチＳＷおよびトランジスタ１７４の一方（つまりトランジスタ１７４）がスイッチング動作ではなく増幅領域でのスタテックな動作を行うため、互いの動作が干渉することが回避できる。

図１３は、実施の形態４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。同図の照明光通信装置は、図１２と比べて、図６の第２基準源１７６ではなく図９の第２基準源１７６を有する点が異なっている。図１２と図１３とは実施の形態２と３にそれぞれ対応している。この点以外は、同じであり、図１３の照明光通信装置も、断続スイッチＳＷでのゲート駆動信号の基準点と補充回路１７３の制御基準点とをグランド電位に共通にしている。

［４．２ その他、効果等］
以上説明してきたように実施の形態４における照明光通信装置は、通信信号を生成する信号発生回路ＳＧを有し、信号発生回路ＳＧ、調光回路７３および補充回路１７３のグランド電位は共通であり、断続スイッチＳＷは当該グランド電位を基点に駆動される。

これによれば、信号発生回路ＳＧおよび補充回路１７３において個別に駆動電源を設ける必要がなくなるので、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。

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。

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。

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。

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。

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。

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（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（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（ノード）が、素子を介して接続される場合も含む。

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。

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。

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。

１０ 通信モジュール
５３ 負荷回路
６４ 電圧源
６７ａ 定電圧フィードバック回路
７３ 調光回路
７６ 第１基準源
７８ ダイオード
７９ 抵抗
８０ コンデンサ（容量素子）
８１ 抵抗
８２ 抵抗
８３ コンデンサ（容量素子）
１７３ 補充回路
１７６ 第２基準源
１７９ 抵抗
１８０ コンデンサ（容量素子）
１８１ 抵抗
１８２ 抵抗
１８３ コンデンサ（容量素子）
１８４ ツェナーダイオード
ＳＷ 断続スイッチ
ＳＧ 信号発生回路

Claims (9)

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、可視光通信用の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、自身を流れる電流が、調光比に基づいて定められた第１設定値を超えないように制御することによって調光する調光回路と、
   前記負荷回路、前記断続スイッチおよび前記調光回路からなる直列回路に直流電圧を供給する電圧源と、
   前記調光回路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、
   前記調光回路と並列に接続され、前記調光回路を流れる電流において前記断続スイッチの断続によって前記第１設定値から減少した分に相当する補充電流を、可視光通信時に前記負荷回路に供給する補充回路とを備える
   照明光通信装置。
2. 前記調光回路は、前記第１設定値に対応する第１基準値を生成する第１基準源を有し、
   前記第１基準源は、前記調光比に応じて前記第１基準値を生成し、
   前記補充回路は、前記補充電流に対応する第２基準値を生成する第２基準源を有し、
   前記第２基準源は、前記調光比および前記オンデューティ比に応じて前記第２基準値を生成する
   請求項１に記載の照明光通信装置。
3. 前記第２基準源は、次式を満たす前記補充電流に対応する前記第２基準値を生成し、
   Ｉs＝Ｉop×（１００／Ｄｏｎ−１）
   ここで、Ｉsは前記補充電流、Ｉopは前記第１設定値、Ｄｏｎは可視光通信時の前記通信信号のオンデューティ比（単位は％）である
   請求項２記載の照明光通信装置。
4. 前記第２基準源は、
   前記断続スイッチの両端のうちの電位の高い方の一端、または、前記負荷回路の両端のうちの電位の低い方の一端に接続されたアノード端子を有するダイオードと、
   前記ダイオードのカソード端子の電圧を分圧する複数の抵抗を有する抵抗回路と、
   前記抵抗回路により分圧された電圧を平滑する１つ以上の容量素子を有する容量回路と
   を備え、
   前記抵抗回路および容量回路によって分圧および平滑された分圧値を、前記第２基準値として生成する
   請求項２または３に記載の照明光通信装置。
5. 前記負荷回路は、前記電圧源の出力端子と前記断続スイッチの一端との間に直列に接続され、
   前記第２基準源は、前記断続スイッチと前記負荷回路との接続点の電位から前記第２基準値を生成する
   請求項２、３または４に記載の照明光通信装置。
6. 前記第２基準源は、
   電圧源の出力端のうちの電位の高い方の一端に接続されたカソード端子を有するツェナーダイオードと、
   前記ツェナーダイオードのアノード端子の電圧を分圧する複数の抵抗を有する抵抗回路と、
   前記抵抗回路により分圧された電圧を平滑する１つ以上の容量素子有する容量回路と
   を備え、
   前記抵抗回路および容量回路によって分圧および平滑された分圧値を、前記第２基準値として生成する
   請求項２または３に記載の照明光通信装置。
7. 前記照明光通信装置は、前記通信信号を生成する信号発生回路を有し、
   前記信号発生回路、前記調光回路および前記補充回路のグランド電位は共通であり、
   前記断続スイッチは当該グランド電位を基点に駆動される
   請求項１〜６の何れか１項に記載の照明光通信装置。
8. 前記負荷回路、前記調光回路、前記第１基準源、前記電圧源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、前記補充回路および前記第２基準源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１〜７の何れか１項に記載の照明光通信装置。
9. 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、自身を流れる電流が、調光比に基づいて定められた第１設定値を超えないように制御することによって調光する調光回路と、
   を備え、
   前記通信モジュールは、
   前記負荷回路および前記調光回路と直列に接続される断続スイッチと、
   前記照明光を変調するために前記断続スイッチの断続を制御する２値の通信信号を発生する信号発生回路と、
   前記調光回路と並列に接続され、前記調光回路を流れる電流において前記断続スイッチの断続によって前記第１設定値から減少した分に相当する補充電流を、可視光通信時に前記負荷回路に供給する補充回路とを備える
   通信モジュール。