特許 6979588 照明光通信装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6979588

(24)【登録日】2021年11月18日

(45)【発行日】2021年12月15日

(54)【発明の名称】照明光通信装置

(51)【国際特許分類】

   H05B 47/195 20200101AFI20211202BHJP

   H05B 45/345 20200101ALI20211202BHJP

【ＦＩ】

   H05B47/195

   H05B45/345

【請求項の数】8

【全頁数】18

(21)【出願番号】特願2018-31365(P2018-31365)

(22)【出願日】2018年2月23日

(65)【公開番号】特開2019-145479(P2019-145479A)

(43)【公開日】2019年8月29日

【審査請求日】2020年12月16日

(73)【特許権者】

【識別番号】314012076

【氏名又は名称】パナソニックＩＰマネジメント株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100109210

【弁理士】

【氏名又は名称】新居 広守

(74)【代理人】

【識別番号】100137235

【弁理士】

【氏名又は名称】寺谷 英作

(74)【代理人】

【識別番号】100131417

【弁理士】

【氏名又は名称】道坂 伸一

(72)【発明者】

【氏名】西野 博之

(72)【発明者】

【氏名】後藤 弘通

(72)【発明者】

【氏名】伊藤 和雄

(72)【発明者】

【氏名】木戸 正二郎

(72)【発明者】

【氏名】武田 輝人

【審査官】 大橋 俊之

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１３−１１０６３４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−０６９５０５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０５Ｂ ４７／１９５

Ｈ０５Ｂ ４５／３４５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

電圧源と、
前記電圧源に接続される平滑回路と、
前記電圧源に接続され、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るインピーダンス回路と、
前記インピーダンス回路両端の電圧降下と基準電位との誤差をフィードバック信号として前記電圧源にフィードバックするフィードバック回路と、
２値の通信信号を生成する信号源と、
前記通信信号に従って前記断続スイッチの断続を駆動する駆動回路と、
電気的に絶縁した状態で電力を伝達する絶縁回路と、
前記電圧源の２つの出力端子間に接続され補助電源電圧を生成し、生成した補助電源電圧に基づく電力を、前記絶縁回路を介して前記断続スイッチおよび前記駆動回路に供給する補助電源回路と、を備える
照明光通信装置。

【請求項2】

前記補助電源回路は、前記絶縁回路を介さないで前記信号源に電力を供給し、
前記照明光通信装置は、さらに、前記信号源により生成された前記通信信号をレベルシフトして前記駆動回路に出力するレベルシフタ回路を備える
請求項１に記載の照明光通信装置。

【請求項3】

前記補助電源回路は、前記絶縁回路を介して前記信号源に電力を供給する
請求項１に記載の照明光通信装置。

【請求項4】

前記駆動回路は、前記断続スイッチの断続を駆動し、かつ、前記断続スイッチのオン期間に流れる電流が所望のレベルを超えないように抑制する
請求項１または２に記載の照明光通信装置。

【請求項5】

前記フィードバック回路は、可変の前記基準電位を生成する基準電圧源を有し、調光比に応じて前記基準電位を生成することによって、前記電圧源の出力電流を前記調光比に応じて制御する
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】

前記インピーダンス回路は、前記電圧降下を発生し、かつ、調光比に応じて自身を流れる電流を制限する
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】

前記インピーダンス回路は、
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たトランジスタと、
前記トランジスタと直列に接続され、負荷回路を流れる電流の大きさを前記電圧降下として検出するための電流検出抵抗と、
前記調光比に応じて前記基準電位を生成する基準電圧生成回路と、
前記電圧降下と前記基準電圧との誤差に応じた制御信号を生成し、前記トランジスタに前記制御信号を供給する誤差増幅器とを備える
請求項６に記載の照明光通信装置。

【請求項8】

前記インピーダンス回路は、前記電圧降下を生成する抵抗素子である
請求項１〜３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 Emitted Diode）等を光源として備える照明器具において、照明光を断続する変調を行うことによって可視光通信の信号を送信する照明光通信装置を開示している。

【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、可視光通信を行わない場合と比べて、ＬＥＤ電流を断続して可視光通信を行う場合に、変調器を流れる電流（以下、内部電流と呼ぶ）分だけＬＥＤ電流が減少し、調光特性、特に暗い領域における調光特性が損なわれるという問題がある。例えば、同じタイプの照明器具であって、可視光通信を行わない照明器具と、行う照明器具とが混在している場合に、調光による照明光のアンバランスが生じて、ユーザに違和感を与える。

【0005】

なお、可視光通信を行わない場合とは、例えば、可視光用通信用の変調器を備えない場合をいう。可視光通信を行う場合とは、例えば、上記の変調器を備える場合をいう。

【0006】

本発明は、可視光通信を行わない場合と比べて可視光通信を行う場合に調光特性が損なわれることを低減する照明光通信装置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】

上記の諸課題に鑑みて、本発明の一態様における照明光通信装置は、電圧源と、前記電圧源に接続される平滑回路と、前記電圧源に接続され、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る断続スイッチと、前記負荷回路と直列に接続されるインピーダンス回路と、前記インピーダンス回路（両端の電圧降下と基準電位との誤差を、前記電圧源の出力が所望の値になるよう制御するフィードバック信号として、前記電圧源にフィードバックするフィードバック回路と、２値の通信信号を生成する信号源と、前記通信信号に従って前記断続スイッチの断続を駆動する駆動回路と、電気的に絶縁した状態で電力を伝達する絶縁回路と、前記電圧源の２つの出力端子間に接続され補助電源電圧を生成し、生成した補助電源電圧に基づく電力を、前記絶縁手段を介して前記断続スイッチ及び前記駆動回路に供給する補助電源回路と、を備える。

【発明の効果】

【0008】

本発明の照明光通信装置によれば、可視光通信を行わない場合と比べて可視光通信を行う場合の調光特性が損なわれることを低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1A】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ブロック図である。

【図1B】図１Ｂは、実施の形態１における変調器の構成例を示す回路図である。

【図2A】図２Ａは、実施の形態１における照明光通信装置内の電流経路を示す図である。

【図2B】図２Ｂは、実施の形態１における変調器内の電流経路を示す図である。

【図3】図３は、実施の形態１における調光目盛りに対するＬＥＤ電流の大きさを示す図である。

【図4】図４は、実施の形態１における調光比に対するＬＥＤ電流の大きさを示す図である。

【図5】図５は、実施の形態２における変調器の構成例を示す回路図である。

【図6】図６は、実施の形態２における変調器内の電流経路を示す図である。

【図7】図７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ブロック図である。

【図8A】図８Ａは、本発明者の知見に係る比較例１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8B】図８Ｂは、比較例１における変調器の構成例を示す回路図である。

【図9】図９は、比較例１における断続信号およびＬＥＤ電流の波形を模式的に示す図である。

【図10】図１０は、比較例１において調光目盛りに対する負荷電流の大きさを示す図である。

【図11】図１１は、比較例１において調光比に対する負荷電流の大きさを示す図である。

【図12A】図１２Ａは、本発明者の知見に係る比較例２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12B】図１２Ｂは、比較例２における変調器の構成例を示す回路図である。

【図13】図１３は、比較例２における断続信号およびＬＥＤ電流の波形を模式的に示す図である。

【図14】図１４は、比較例２における変調器内部の電流経路を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

（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。

【0011】

図８Ａは、本発明者の知見に係る比較例１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、電源回路５２、負荷回路５３、平滑コンデンサ６５および変調器１００を備える。

【0012】

電源回路５２は、商用電源６０からの入力を整流ブリッジ６２で全波整流し、平滑手段を内蔵したＤＣ−ＤＣコンバータ６４に入力され、その出力両端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、照明光を発する発光ダイオードを含む負荷回路５３と電流検出用の抵抗であるインピーダンス回路７３の直列回路が形成される。検出抵抗であるインピーダンス回路７３の両端電圧がフィードバック回路６７を介して、ＤＣ−ＤＣコンバータ６４の制御部に帰還され、ＤＣ−ＤＣコンバータ６４は、出力電流の平均を一定に保とうとする定電流電源として機能する。

【0013】

なおフィードバック回路６７は、誤差増幅器６９、基準電圧源７２、当該誤差増幅器６９の反転入力端子と出力端子の間に接続された抵抗７１及びコンデンサ７０等で形成される。

【0014】

このような構成において、基準電圧源７２が生成する基準電位を可変することで調光機能を得ることができる。即ち１００％点灯時の基準電位の値を小さくすると、インピーダンス回路７３の電圧降下が低下してＬＥＤ負荷電流が減少する。

【0015】

このような電源回路５２を用いて光通信を行う場合、負荷回路５３と直列に変調器１００を設け、変調制御部３は、変調制御部３で生成した２値の通信信号（断続信号とも呼ぶ）で断続スイッチ２の断続を駆動し、ＬＥＤ電流を断続する。

【0016】

図８Ｂは、比較例１における変調器１００の構成例を示す回路図である。この変調器１００は、断続スイッチ２と変調制御部３を備える。変調制御部３は、信号源３０１、駆動回路３０２および補助電源回路３０３をそなえる。信号源３０１は上記の通信信号を生成する。駆動回路３０２は、信号源３０１からの通信信号を、断続スイッチ２のオン及びオフを駆動する信号として断続スイッチ２に供給するバッファ回路である。補助電源回路３０３は、信号源３０１および駆動回路３０２に動作電力を供給する。補助電源回路３０３は、既設の照明器具に後付けで光通信機能を付加可能にすることや断続スイッチ２の駆動が容易なことから、負荷回路５３及び断続スイッチ２の直列回路と並列に設けられる。補助電源回路３０３は降圧コンバータで構成され、スイッチ素子３０４、その駆動回路３０５、インダクター３０７、回生ダイオード３０６、平滑コンデンサ３０８などから成る。

【0017】

図９は、比較例１における断続信号およびＬＥＤ電流の波形を模式的に示す図である。同図の（ａ）断続信号は信号源３０１に生成される通信信号である。（ｂ）ＬＥＤ電流は、負荷回路５３を流れる電流である。

【0018】

図中のレベル０は、比較例１の照明光通信装置が変調器１００を備えず、ＬＥＤ電流の断続を行わない場合のＬＥＤ電流（平均値）を表す。

【0019】

２値の断続信号(ａ)により断続スイッチ２を断続すると、負荷回路５３を流れる電流は、図９の（ｂ）ＬＥＤ電流のようにオーバーシュートを伴うパルス状の波形となる。この場合、断続の周期がフィードバック回路６７の積分回路時定数よりも十分に短くすれば、波形の如何に係わらずその平均値はフィードバック制御によって断続しない場合のレベル０に等しい。

【0020】

図中のレベル１は、図８Ｂに示した変調器１００を流れる内部電流の平均値を示す。

【0021】

図中のレベル２は、比較例１の照明光通信装置においてＬＥＤ電流の断続を行う場合のＬＥＤ電流（平均値）を表す。上記の内部電流は負荷回路５３を介さないため、その分だけＬＥＤ電流の平均値が減少することになる。つまり、レベル２＝（レベル０）−（レベル１）になっている。フィードバック回路６７は、どの経路を流れた電流かに係わらず、その合成電流の平均値が所定の値になるように制御するので、当該内部電流が多いほどＬＥＤ電流の減少分も多くなる。ＬＥＤ電流の平均値の減少は、照明光の見た目の明るさの減少の原因となる。

【0022】

図１０は、比較例１において調光目盛りに対するＬＥＤ電流の大きさを示す図である。調光目盛りは、ユーザによる調光操作を受け付け回転式またはスライド式のつまみの位置を示す。ここでは、調光目盛り１０は調光比１００％を、調光目盛り０は調光比０％に対応する。

【0023】

図１０では、１００％点灯時（調光目盛１０）の平均電流が約２１０ｍＡとなる負荷回路５３並びに電源回路５２を前提とし、（Ａ）変調器１００がある場合と（Ｂ）ない場合において、調光度合い（調光目盛１０から０まで）とＬＥＤ電流の平均値との関係を実測した結果を示す。ちなみに用いた変調器１００の内部電流は約６ｍＡである。

【0024】

図１０の上段に示すように、（Ａ）と（Ｂ）とでそれほど顕著な差異とはいえないまでも、（Ｂ）と比べて（Ａ）（変調器１００がある場合）は調光目盛り全領域にわたって内部電流分だけ線図が下方シフトしている。

【0025】

図１０の下段は、上段における調光目盛り５（１４%調光）以下の領域を拡大したものである。（Ａ）（変調器１００がある場合）、調光目盛り１〜４付近の滑らかな調光特性が損なわれ、（Ａ）と（Ｂ）とでは調光目盛りが同じ値であっても明るさが異なっていることが分かる。

【0026】

図１１は、比較例１における調光比に対するＬＥＤ電流の大きさを示す図である。図１１は、図１０と同じ条件で、調光器からの信号（調光電圧）と調光比の関係を実測した結果を示している。調光電圧の０〜５Ｖは、調光目盛り１０〜０に対応し、比例している。調光比（％）は、１００％点灯（調光目盛り１０、調光電圧０V）でのＬＥＤ電流の平均値に対する電流の比をとしている。（Ｂ）変調器１００のない場合（図１１の上段）に対して、（Ａ）変調器１００のある場合（図１１の下段）は調光電圧が３．３Ｖ以上での制御性が損なわれていることが分かる。つまり、暗い領域での調光特性が損なわれている。このように、（Ａ）可視光用通信用の変調器を備える場合と（Ｂ）備えない場合とで、特に暗い領域での調光特性が異なってしまう。別源すれば、可視光用通信用の変調器を備えることによって調光特性が損なわれてしまうという問題がある。

【0027】

図１２Ａは、本発明者の知見に係る比較例２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１２Ａは、図８Ａと比べて、電流検出抵抗４が追加された点と、駆動回路３０２の構成が異なる点とが異なっている。以下では主に異なる点を説明する。

【0028】

電流検出抵抗４は、負荷回路５３および断続スイッチ２と直列に接続にされ、ＬＥＤ電流（ここでは電流検出抵抗４自身を流れる電流と同じ）の大きさを検出するための抵抗である。

【0029】

駆動回路３０２は、信号源３０１からの通信信号を、断続スイッチ２のオンおよびオフを駆動する信号として断続スイッチ２に供給する機能と、電流検出抵抗４で検出された電位に基づいて、断続スイッチ２の電流を抑制する機能とを有している。

【0030】

図１２Ｂは、比較例２における変調器１００の構成例を示す回路図である。断続スイッチ２は、演算増幅器３０９によって駆動され、演算増幅器３０９の＋入力には基準電圧源３１０の基準電位が、−入力には電流検出抵抗４の電圧降下を抵抗３１１と抵抗３１２で分圧した電位が入力される。これにより、駆動回路３０２は、断続スイッチ２のオン期間に流れる電流が所望のレベルを超えないように抑制する。所望のレベルは基準電圧源３１０の基準電位によって定まる。所望レベルおよび基準電位は、例えば、図９の（ｂ）のようなＬＥＤ電流の波形におけるオーバーシュートを抑制するように設定される。

【0031】

図１３は、比較例２における断続信号およびＬＥＤ電流の波形を模式的に示す図である。

【0032】

同図のレベル０は、比較例２の照明光通信装置が変調器１００を備えず、ＬＥＤ電流の断続を行わない場合のＬＥＤ電流（平均値）を示す。２値の断続信号（ａ）により負荷電流を断続すると、ＬＥＤ電流（ｂ）は同図のように矩形波の電流波形となる。

【0033】

図中のレベル１は、図１２Ｂに示した補助電源回路３０３へ流れ込む内部電流の平均値を示す。この電流は負荷回路５３を介さないため、その分だけＬＥＤ電流の平均値が減少することになる。つまり、ＬＥＤ電流の断続を行う場合のＬＥＤ電流（平均値）は、レベル２＝（レベル０）−（レベル１）になっている。このようなＬＥＤ電流の平均値の減少は、照明光の見た目の明るさの減少の原因となる。

【0034】

図１２Ｂで示したような、電流抑制機能を付加して断続する場合も、調光目盛りとＬＥＤ電流の関係、調光比と調光電圧の関係は図１０及び図１１とほぼ同様となる。変調器１００がある場合、深い調光領域（つまり暗い領域）における滑らかな調光特性が損なわれる。

【0035】

続いて、上記課題について、図１４を用いて補足説明する。図１４は、比較例２における変調器１００内部の電流経路を示す図である。図１４は、図１２Ａに、各部の電流経路を追記している。電圧源（ＤＣ−ＤＣコンバータ６４）の出力電流は、負荷回路５３側に流れる電流ｉ１と変調器１００の変調制御部３に流れる電流ｉ２に分流する。これら電流は合流して電流検出抵抗用のインピーダンス回路７３を流れる。つまり、インピーダンス回路７３には電流（ｉ１＋ｉ２）が流れる。その電圧降下は、ＬＥＤ電流の大きさを示す信号として、フィードバック回路６７を介して電圧源（ＤＣ−ＤＣコンバータ６４）の出力を制御する。このように、比較例２の照明光通信装置においても、変調器１００を備えない場合に比べてその内部電流ｉ２の分だけＬＥＤ電流が減少する。その結果、比較例２の照明光通信装置においても、可視光通信を行わない場合と比べて可視光通信を行う場合に調光特性が損なわれる。

【0036】

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、電圧源と、前記電圧源に接続される平滑回路と、前記電圧源に接続され、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るインピーダンス回路と、前記インピーダンス回路両端の電圧降下と基準電位との誤差を、前記電圧源の出力が所望の値になるよう制御するフィードバック信号として、前記電圧源にフィードバックするフィードバック回路と、２値の通信信号を生成する信号源と、前記通信信号に従って前記断続スイッチの断続を駆動する駆動回路と、電気的に絶縁した状態で電力を伝達する絶縁回路と、前記電圧源の２つの出力端子間に接続され補助電源電圧を生成し、生成した補助電源電圧に基づく電力を、前記絶縁手段を介して前記断続スイッチ及び前記駆動回路に供給する補助電源回路とを備える。

【0037】

（実施の形態１）
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、いずれも包括的または具体的な例を示すものである。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接続形態、ステップ、ステップの順序などは、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、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、任意の構成要素として説明される。

【0038】

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ブロック図である。図１Ａは、図１２Ａと比べて、変調器１００の代わりに変調器１を備える点が異なっている。変調器１は、内部に絶縁回路を有する点で変調器１００と大きく異なっている。

【0039】

図１Ａにおいて照明光通信装置は、電源回路５２、負荷回路５３、平滑コンデンサ６５および変調器１を備える。

【0040】

電源回路５２は、整流ブリッジ６２、ＤＣ−ＤＣコンバータ６４（電圧源）、フィードバック回路６７、およびインピーダンス回路７３を備える。変調器１は、断続スイッチ２、変調制御部３、および電流検出抵抗４を備える。電源回路５２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、変調器1に内蔵された断続スイッチ2および検出抵抗4の直列回路が接続されている。

【0041】

フィードバック回路６７は、誤差増幅器６９と、誤差増幅器６９のプラス入力端子に接続された基準電圧源７２と、誤差増幅器６９のマイナス入力端子に接続された入力抵抗６８と、誤差増幅器６９の出力端子と誤差増幅器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。フィードバック回路６７は、インピーダンス回路７３の電圧降下と基準電圧源７２の電圧との高低を誤差増幅器６９で比較し、その差分を増幅し、ＤＣ−ＤＣコンバータ６４に帰還する。つまり、インピーダンス回路７３の電圧降下と基準電圧源７２の基準電圧とが一致するよう、ＤＣ−ＤＣコンバータ６４にフィードバック制御をかけている。このフィードバック制御により、電源回路５２は、出力電流の平均値を一定に保とうとする定電流電源として機能する。

【0042】

なおフィードバック回路６７内の基準電圧源７２の基準電位を可変することで調光機能を実現することができる。即ち１００％点灯時の基準電位に対して、その値を小さくすると、フィードバック制御によってＬＥＤ電流が減少する。

【0043】

変調器１は、負荷回路５３と直列に接続され、２値の断続信号に従って断続スイッチ２を駆動し、ＬＥＤ電流を断続することにより、照明光を変調する。変調器１は、内部に絶縁回路を備えることによって、変調器１内部電流をインピーダンス回路７３に極力流さないように構成される。

【0044】

次に、変調器１の構成について説明する。

【0045】

図１Ｂは、実施の形態１における変調器１の構成例を示す回路図である。同図の変調器１は、断続スイッチ２、電流検出抵抗４、および変調制御部３を備える。

【0046】

断続スイッチ２は、負荷回路５３を流れる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。断続スイッチ２の断続は、変調制御部３によって制御される。

【0047】

電流検出抵抗４は、負荷回路５３および断続スイッチ２と直列に接続にされ、ＬＥＤ電流（ここでは電流検出抵抗４自身を流れる電流と同じ）の大きさを検出するための抵抗である。

【0048】

変調制御部３は、絶縁回路３００、信号源３０１、駆動回路３０２、および補助電源回路３０３を備え、負荷回路５３が発する照明光を変調するために断続スイッチ２の断続を制御する。図１Ｂ中の端子Ｔ１およびＴ２は、ＤＣ−ＤＣコンバータ６４の２つの出力端子に接続される。つまり、端子Ｔ１は、ＤＣ−ＤＣコンバータ６４の高電圧側の出力端子に接続される。端子Ｔ２は、ＤＣ−ＤＣコンバータ６４のグランドレベルの出力端子に接続される。また、端子Ｔ３は、負荷回路５３に接続される。端子Ｔ４は、インピーダンス回路７３の一端、およびフィードバック回路６７の入力抵抗６８の一端に接続される。

【0049】

絶縁回路３００は、電気的に絶縁した状態で電力を伝達する回路である。図１Ｂにおける絶縁回路３００の回路例は、矩形波発振器３０、ドライバー３１、コンデンサ３２、絶縁トランス３３、ダイオード３４、ダイオード３５、コンデンサ３６、コンデンサ３７、および三端子レギュレータ５を備える。矩形波発振器３０は、矩形波を発振し、ドライバー３１を介して絶縁トランス３３の一次巻線側に矩形波を供給する。言い換えれば、矩形波発振器３０は、絶縁トランス３３の一次巻線に電力を供給する。矩形波発振器３０は、例えば、矩形波の周波数を任意に設定可能な自走式の発振回路でよい。矩形波の周波数は、絶縁トランス３３の小型化を図るには適度に高い周波数が好ましい。絶縁トランス３３の一端にはドライバー３１から矩形波が入力される。絶縁トランス３３の一次巻線の他端（グランド側）にはカップリング用にコンデンサ３２が付加される。絶縁トランス３３の二次巻線の出力は、ダイオード３４、３５、コンデンサ３６、３７で倍電圧整流され、一次巻線とは絶縁された直流電圧が得られる。二次巻線の直流電圧は、三端子レギュレータ５を介して信号源３０１および駆動回路３０２に供給される。

【0050】

信号源３０１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。図１Ｂの信号源３０１は、絶縁トランス３３の二次巻線から三端子レギュレータ５を介して電力供給を受ける。また、信号源３０１は、例えば、論理回路を含むハードウェアにより構成してもよいし、マイコンを含むハードウェアおよびソフトウェアにより構成してもよい。

【0051】

駆動回路３０２は、通信信号に従って断続スイッチ２の断続を駆動し、かつ、電流検出抵抗４で検出された電位に基づいて断続スイッチ２の電流を抑制する。電流の抑制については、駆動回路３０２は、断続スイッチ２のオン期間に流れる電流が所望のレベルを超えないように抑制する。所望のレベルは基準電圧源３１０の基準電位によって定まる。所望レベルおよび基準電位は、例えば、負荷回路５３を流れるＬＥＤ電流の波形におけるオーバーシュートを抑制するように設定される。具体的には、駆動回路３０２は、演算増幅器３０９を中心に構成される。この演算増幅器３０９は、演算増幅器３０９の＋入力には基準電圧源３１０の基準電位が、−入力には電流検出抵抗４の電圧降下を抵抗３１１と抵抗３１２で分圧した電圧が入力される。

【0052】

補助電源回路３０３は、ＤＣ−ＤＣコンバータ６４の２つの出力端子間に接続され補助電源電圧を生成し、生成した補助電源電圧に基づく電力を、絶縁回路３００を介して断続スイッチ２および駆動回路３０２に供給する。図１Ｂでは、補助電源回路３０３は、絶縁回路３００を介して信号源３０１にも電力を供給する。そのため、補助電源回路３０３は、スイッチ素子３０４、その駆動回路３０５、回生ダイオード３０６、インダクター３０７、平滑コンデンサ３０８を備え、いわゆるバックコンバータを形成している。

【0053】

なお、矩形波発振器３０は任意の周波数で絶縁トランス３３を駆動できるので、絶縁トランス３３の設計が容易で、小型化の最適設計を可能とする。

【0054】

次に、照明光通信装置内の電流経路について説明する。

【0055】

図２Ａは、実施の形態１における照明光通信装置内の電流経路を示す図である。図２Ａは、図１Ａに電流経路を追記したものである。ＤＣ−ＤＣコンバータ６４の出力電流は、負荷回路５３に流れるＬＥＤ電流ｉ１と、変調器１に流れる電流ｉ２に分流する。この電流ｉ２は、ＬＥＤ電流ｉ１を検出するインピーダンス回路７３を介さないので、フィードバック制御によってＬＥＤ電流が低減することはない。図２Ｂは、実施の形態１における変調器１内の電流経路を示す図である。図２Ｂは、図１Ｂに電流経路を追記したものである。変調器１に流れる内部電流ｉ２は、絶縁トランス３３の一次巻線側の回路を経由してＤＣ−ＤＣコンバータ６４のグランドに流れ込み、インピーダンス回路7７３を介さないので、ＬＥＤ電流を低減する要因とはならない。。絶縁トランス３３の二次巻線側の電流ｉ３は、信号源３０１および駆動回路３０２を流れる。変調器１をながれる内部電流ｉ２は、ＤＣ−ＤＣコンバータ６４のグランドに流れ込むことがない。その結果、内部電流ｉ２は、ＬＥＤ電流を低減する要因とはならない。

【0056】

図３は、実施の形態１における調光目盛りに対するＬＥＤ電流の大きさを示す図である。縦軸はＬＥＤ電流を示す。横軸の「調光目盛り」は、ユーザによる調光操作を受け付けて調光信号を出力する調光器における、例えば回転式またはスライド式のつまみの位置を示す。調光目盛り１０は調光比１００％を、調光目盛り０は調光比０％に対応するものとする。

【0057】

図３は、１００％点灯時（調光目盛１０）の平均電流が約２１０ｍＡとなる負荷回路５３並びに電源回路５２を用いて、変調器１がある場合とない場合において、調光度合い（調光目盛１０から０まで）とＬＥＤ電流の平均値の関係を実測した結果である。ちなみに用いた変調器１の内部電流は約６ｍＡであった。図３の上段に示すように、変調器１の有無による差異は認められない。図３の下段は、上段の調光目盛り５（１４%調光）以下の領域を拡大したものである。深い調光領域においても変調器の有無による差異は認められず、滑らかな調光特性が損なわれることはない。本実施形態における照明光通信装置は、図３では変調器１がある場合に調光特性を損なっていない。

【0058】

図４は、実施の形態１における調光比に対するＬＥＤ電流の大きさを示す図である。縦軸の調光電圧は、０Ｖ（１００％の明るさ）〜５Ｖ（０％の明るさ）の範囲で明るさを指示する電圧である。横軸の調光比は、１００％の明るさでのＬＥＤ電流に対する電流の比を表す。図４は、図３と同じ条件で、調光器からの信号（調光電圧）と調光比の関係を実測した結果を示している。ここでは１００％点灯（調光目盛り１０、調光電圧０V）でのＬＥＤ電流の平均値に対する比を調光比（%）として、調光電圧を可変した場合の調光比をプロットしている。この図からも、変調器１の有無による調光特性への影響は認められない。本実施形態における照明光通信装置は、変調器１がある場合に調光特性を損なっていない。

【0059】

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、電圧源６４と、電圧源６４に接続される平滑回路６５と、電圧源６４に接続され、発光ダイオードを含む負荷回路５３と、負荷回路５３と直列に接続される断続スイッチ２と、負荷回路５３および断続スイッチ２と直列に接続されるインピーダンス回路７３と、インピーダンス回路７３／７３ａ両端の電圧降下と基準電位との誤差をフィードバック信号として電圧源６４にフィードバックするフィードバック回路６７と、２値の通信信号を生成する信号源３０１と、通信信号に従って断続スイッチの断続を駆動する駆動回路３０２と、電気的に絶縁した状態で電力を伝達する絶縁回路３００と、電圧源６４の２つの出力端子間に接続され補助電源電圧を生成し、生成した補助電源電圧に基づく電力を、絶縁回路３００を介して断続スイッチ２および駆動回路３０２に供給する補助電源回路３０３と、を備える。

【0060】

これによれば、可視光通信を行わない場合と比べて可視光通信を行う場合の調光特性が損なわれることを低減することができる。

【0061】

ここで、補助電源回路３０３は、絶縁回路３００を介して信号源３０１に電力を供給してもよい。

【0062】

これによれば、さらに、信号源３０１と駆動回路３０２のグランドレベルが同じなので、信号源３０１および駆動回路３０２の回路設計が容易であり、回路構成を単純化できる。

【0063】

ここで、駆動回路３０２は、断続スイッチ２の断続を駆動し、かつ、断続スイッチ２のオン期間に流れる電流が所望のレベルを超えないように抑制してもよい。

【0064】

これによれば、さらに、ＬＥＤ電流波形のオーバーシュートを抑制することができる。

【0065】

ここで、フィードバック回路６７は、可変の基準電位を生成する基準電圧源７２を有し、調光比に応じて基準電位を生成することによって、電圧源６４の出力電流を調光比に応じて制御してもよい。

【0066】

これによれば、フィードバック回路６７内の基準電圧源７２の基準電圧によって調光するので、調光機能を実現するために複雑な回路を追加する必要がない。すなわち、調光機能を簡単な回路（つまり可変の基準電圧源７２）で容易に実現することができる。

【0067】

ここで、インピーダンス回路７３は、電圧降下を生成する抵抗素子であってもよい。

【0068】

これによれば、さらに、インピーダンス回路７３を簡単な回路で構成することができる。

【0069】

（実施の形態２）
実施の形態１では信号源３０１のグランドレベルが絶縁側（つまり絶縁トランス３３の二次巻線側）のグランドレベルと同じである例を示した。これに対して、実施の形態２では、信号源３０１のグランドレベルが非絶縁側（つまり絶縁トランス３３の一次巻線側）のグランドレベルと同じである例について説明する。

【0070】

図５は、実施の形態２における変調器１の構成例を示す回路図である。図５は、図１Ｂと比較して、補助電源回路３０３に三端子レギュレータ５ａが追加された点と、信号源３０１が絶縁回路３００の配置が絶縁側から非絶縁側（つまり絶縁トランス３３の二次巻線側から一次巻線側）に変更された点と、通信信号をレベルシフトするレベルシフタ回路３２０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。

【0071】

補助電源回路３０３内の三端子レギュレータ５ａは、補助電源回路３０３で生成された補助電源電圧に基づいて安定した電源電圧を信号源３０１に供給する。

【0072】

信号源３０１は、非絶縁側（つまり絶縁トランス３３の一次巻線側）のグランドレベルを基準に動作する。この信号源３０１は、マイコンにより構成され、通信信号の生成だけでなく、調光信号を入力し調光信号に応じた制御も行うことができる。

【0073】

レベルシフタ回路３２０は、信号源３０１により生成された通信信号をレベルシフトして駆動回路３０２に出力する。そのため、レベルシフタ回路３２０は、抵抗４０、ＮＰＮトランジスタ４１、４２、抵抗４３、ＮＰＮトランジスタ４４、４５、抵抗４６、バッファ４７を備える。信号源３０１からの断続信号（つまり通信信号）は抵抗４０を介して、ミラー構成に接続された２つのＮＰＮトランジスタ４１、４２に供給され、抵抗４３を介してミラー構成に接続された２つのＰＮＰトランジスタ４４、４５に供給される。供給された断続信号は、ＰＮＰトランジスタ４５のコレクタ側に接続された抵抗４６両端の電圧として生成され（つまりレベルシフトされ）、バッファ４７を介して駆動回路３０２に供給される。

【0074】

図５において、実施の形態１の図１Ｂと主に異なるのは、信号源３０１を駆動回路３０２の前段で絶縁回路３００の絶縁側（つまり絶縁トランス３３の二次巻線側）から、非絶縁側（つまり絶縁トランス３３の一次巻線側）に配置を変更したことである。これは、信号源３０１内のマイコンによる、調光に伴う変調器の制御性を高めることを目的としている。外部調光器からの調光信号は、電源回路５２の回路グランド電位を基準に供給される。例えば、信号源３０１が調光レベルに応じて変調条件を変えるような用途においては、調光信号を取り込む信号源３０１内のマイコンは、調光信号と同じグランドを起点に構成するのが合理的である。この場合、信号源３０１内のマイコンから出力される断続信号を、グランド電位の異なる断続スイッチ２側に合わせる必要があるので、レベルシフタ回路３２０を設けている。

【0075】

断続信号をレベルシフトする代わりに、外部からの調光信号をレベルシフトすることも可能であるが、調光信号がアナログ信号としてのＤＣレベルで与えられると、その場合のレベルシフタはＤＣレベルを正確に伝達する必要がある。これに対して、図５のように断続信号をレベルシフトする場合は断続信号の変化のタイミングの伝達で足り、レベルシフタ回路３２０の設計および回路構成が容易となる。

【0076】

図６は、実施の形態２における変調器１内の電流経路を示す図である。図６は、図５に電流経路を追記したものである。補助電源回路３０３に入力される分流ｉ２は電源回路５２のグランドに流れ込むのでＬＥＤ電流を低減する要因とはならない。また絶縁トランス３３の出力側に流れる電流ｉ３は、その大部分は駆動回路３０２を流れるだけであるが、その一部はレベルシフタ回路３２０に電流ｉ４として分流し、負荷電流検出用のインピーダンス回路７３を逆方向に流れると予想される。従って、この電流ｉ４だけＬＥＤ電流が増加するが、断続信号の伝達に必要なレベルシフタ回路３２０の電流ｉ４は極めて小さい値とすることが可能である。具体例として、レベルシフタ回路の電流ｉ４を１００ｎＡ程度に設定して、調光特性を実測した結果、実施の形態１で示した調光特性（図３、図４）と差異が認められなかった。

【0077】

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において、補助電源回路３０３は、絶縁回路３００を介さないで信号源３０１に電力を供給し、照明光通信装置は、さらに、信号源３０１により生成された通信信号をレベルシフトして駆動回路３０２に出力するレベルシフタ回路３２０を備える。

【0078】

これによれば、可視光通信を行わない場合と比べて可視光通信を行う場合の調光特性が損なわれることを低減することができる。しかも、信号源３０１のグランドが調光信号と同じ絶縁回路３００の非絶縁側（絶縁トランス３３の一次巻線の入力側）のグランドなので、信号源３０１は調光動作に応じた変調動作を実施することが容易になり、信号源３０１の制御性を高めることができる。

【0079】

（実施の形態３）
実施の形態３では、インピーダンス回路７３にＬＥＤ電流を調光信号に応じたレベルに抑制する機能を追加する例について説明する。

【0080】

図７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ブロック図である。図７は、図１Ｂと比較して、フィードバック回路６７内の基準電圧源７２が調光信号に応じた可変から固定に変更された点と、インピーダンス回路７３の代わりにインピーダンス回路７３ａを備える点とが異なっている。以下、異なる点を中心に説明する。

【0081】

フィードバック回路６７内の基準電圧源７２は、可変である必要がなく固定としている。これは、本実施の形態では調光機能は、フィードバック回路６７ではなくインピーダンス回路７３ａで実現するためである。

【0082】

インピーダンス回路７３ａは、ＬＥＤ電流の大きさを自身の電圧降下として示す電流検出機能を有し、さらに、調光信号に応じたレベルにＬＥＤ電流を抑制する調光機能を有する。そのためインピーダンス回路７３ａは、ＭＯＳＦＥＴ７４、電流検出抵抗７７、演算増幅器７５、基準電圧源７６を備える。上記電流検出抵抗７７の電圧降下がＬＥＤ電流の大きさを示す信号として演算増幅器７５の−入力端子に、また基準電圧源７６の基準順位が演算増幅器の＋入力端子に接続される。ＭＯＳＦＥＴ７４および電流検出抵抗７７からなる直列回路の両端電圧はフィードバック回路６７を介して、ＤＣ−ＤＣコンバータ６４の制御部に帰還される。ＤＣ−ＤＣコンバータ６４はフィードバック制御により出力電流の平均を一定に保とうとする定電流電源として機能する。このような構成において、基準電圧源７６の基準電位を可変することで容易に調光機能を実現することができる。即ち１００％点灯時の基準電圧源７６の基準電位の値を小さくするとインピーダンス回路７３ａが電流を制限してその両端電圧が上昇しょうとするが、フィードバック回路によってその両端電圧が最適になるようにＤＣ−ＤＣコンバータ６４の出力が制御される。変調器１は内部に絶縁回路３００を有し、変調器１の内部電流によってＬＥＤ電流が減少するのを防ぐ。変調器１の具体的な構成や動作は、実施の形態１の図１Ｂと同様である。なお、変調器１は、実施の形態２の図５と同じであってもよい。

【0083】

以上説明してきたように実施の形態３における照明光通信装置は、インピーダンス回路７３ａは、電圧降下を発生し、かつ、調光比に応じて自身を流れる電流を制限する。

【0084】

これによれば、可視光通信を行わない場合と比べて可視光通信を行う場合の調光特性が損なわれることを低減することができる。しかも、フィードバック回路６７内の基準電圧源７２を可変にする場合と比べて、インピーダンス回路７３ａ内の基準電圧源７６の基準電位を可変することで、より容易により繊細に調光機能を実現することができる。

【0085】

ここで、インピーダンス回路７３ａは、負荷回路５３および断続スイッチ２と直列に接続されたトランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ７４）と、トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ７４）と直列に接続され、負荷回路５３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抵抗７７と、調光比に応じて基準電位を生成する基準電圧生成回路７６と、電圧降下と基準電圧との誤差に応じた制御信号を生成し、トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ７４）に制御信号を供給する誤差増幅器７５とを備えてもよい。

【0086】

なお、図１Ａにおいて、負荷回路５３、変調器１、インピーダンス回路７３は、この順に直列接続されているが、異なる順であってもよい。また、図７において、負荷回路５３、変調器１、インピーダンス回路７３ａは、この順に直列接続されているが、異なる順であってもよい。

【0087】

また、図７の変調器１に含まれる駆動回路３０２は、図１Ｂおよび図５の駆動回路３０２における電流抑制機能を有していなくてもよく、例えば図８Ｂのような単純なバッファ回路であってもよい。

【0088】

なお、図１Ａ、図７の変調器１は、照明光通信装置に着脱可能にしてもよい。

【0089】

以上、複数の実施の形態に係る照明光通信装置について説明したが、本発明は、これら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。

【0090】

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処理部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。

【0091】

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。

【0092】

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。

【符号の説明】

【0093】

２ 断続スイッチ
６４ ＤＣ−ＤＣコンバータ（電圧源）
６５ 平滑コンデンサ
５３ 負荷回路
７２ 基準電圧源
７３、７３ａ インピーダンス回路
７４ ＭＯＳＦＥＴ（トランジスタ）
７５ 演算増幅器
７６ 基準電圧源（基準電圧生成回路）
７７ 電流検出抵抗
３００ 絶縁回路
３０１ 信号源
３０２ 駆動回路

【図1A】

【図1B】

【図2A】

【図2B】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8A】

【図8B】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12A】

【図12B】

【図13】

【図14】