特許 7196423 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】

(24)【登録日】2022-12-19

(45)【発行日】2022-12-27

(54)【発明の名称】照明光通信装置

(51)【国際特許分類】

   H04B 10/116 20130101AFI20221220BHJP

   H05B 47/00 20200101ALI20221220BHJP

【ＦＩ】

H04B10/116

H05B47/00

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2018103444

(22)【出願日】2018-05-30

(65)【公開番号】P2019208162

(43)【公開日】2019-12-05

【審査請求日】2021-05-13

【前置審査】

(73)【特許権者】

【識別番号】000006013

【氏名又は名称】三菱電機株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】390014546

【氏名又は名称】三菱電機照明株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110003199

【氏名又は名称】弁理士法人高田・高橋国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 浩士

(72)【発明者】

【氏名】大津 定治

(72)【発明者】

【氏名】相場 明穂

【審査官】前田 典之

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１４－０１４１１９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２００６－５２７５５９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－２５１８６４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０４Ｂ １０／１１６

Ｈ０５Ｂ ４７／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

主光源と、
前記主光源を点灯させる点灯装置と、
通信光源と、
前記点灯装置から電力を供給され、前記通信光源の出射光の強度を変化させることで通信信号を送信する照明光通信ユニットと、
を備え、
前記点灯装置は、前記主光源が接続される第１端子部と、前記照明光通信ユニットが接続される第２端子部を有し、
前記通信光源は、前記照明光通信ユニットを介して前記第２端子部に接続されることを特徴とする照明光通信装置。

【請求項2】

前記通信光源に入力される電流に対する前記通信光源の出射光の応答速度は、前記主光源に入力される電流に対する前記主光源の出射光の応答速度よりも速いことを特徴とする請求項１に記載の照明光通信装置。

【請求項3】

前記照明光通信ユニットは、前記通信光源を点滅させることで前記通信信号を送信することを特徴とする請求項１または２に記載の照明光通信装置。

【請求項4】

前記照明光通信ユニットは、
前記点灯装置から電力の供給を受ける一対の電源端子と、
前記一対の電源端子と前記通信光源とを繋ぐ線路上に設けられた第１スイッチング素子と、
前記第１スイッチング素子をオンオフさせることで前記通信光源を点滅させる通信制御部と、
を備えることを特徴とする請求項３に記載の照明光通信装置。

【請求項5】

前記照明光通信ユニットは、外部からプログラムが入力される外部入力端子を有し、前記プログラムに応じて前記通信信号を送信することを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載の照明光通信装置。

【請求項6】

前記点灯装置は、第２スイッチング素子のオンオフにより前記主光源を点灯させ、
前記照明光通信ユニットは、前記第２スイッチング素子を駆動させる制御電源から電力を供給されることを特徴とする請求項１から５の何れか１項に記載の照明光通信装置。

【請求項7】

前記照明光通信ユニットは、人の目が検知できない振幅または周波数で、前記通信光源の出射光の強度を変化させることを特徴とする請求項１から６の何れか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、照明光通信装置に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、可視光通信システムが開示されている。この可視光通信システムでは、データ送信装置が受信されたデータを変調し、ＬＥＤ照明部からの照明光の搬送波としてデータ受信装置に送信する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２００８－２２７９４４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１のような照明光通信装置では、一般に、照明光として利用する主光源の光を、人の目がちらつきとして感じない周波数で強度変化させる。しかしながら、この方式では、一組の光源及び点灯装置で、照明器具としての本来の役割である照度確保と、通信の為の光強度変化を同時に行わなければならない。このため、制御回路が複雑化し、専用設計が必要となる可能性がある。このような点灯装置は、通信機能を持たない照明器具の点灯装置との共用が難しいことが考えられる。よって、照明器具の製造コストが増大し、照明光通信装置の普及を妨げる一因となる恐れがある。

【0005】

また、一般にＬＥＤは入力される電流に対し光の応答が速い。しかし、実際には蛍光体の特性またはＬＥＤ内部のキャパシタンス等の影響により、入力電流に対し応答が遅延する場合がある。このためＬＥＤの種類によっては、周波数の上昇に伴い、応答の遅れにより通信エラーが生じる可能性がある。

【0006】

本発明は、上述の課題を解決するためになされたもので、制御部を簡略化できる照明光通信装置を得ることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明に係る照明光通信装置は、主光源と、該主光源を点灯させる点灯装置と、通信光源と、該点灯装置から電力を供給され、該通信光源の出射光の強度を変化させることで通信信号を送信する照明光通信ユニットと、を備え、該点灯装置は、該主光源が接続される第１端子部と、該照明光通信ユニットが接続される第２端子部を有し、該通信光源は、該照明光通信ユニットを介して該第２端子部に接続される。

【発明の効果】

【0008】

本発明に係る照明光通信装置では、主光源を点灯させる点灯装置と、通信光源の出射光の強度を変化させることで通信信号を送信する照明光通信ユニットとが別に設けられる。このため、制御部を簡略化できる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】実施の形態１に係る照明光通信装置の回路ブロック図である。

【図2】実施の形態１に係る照明光通信装置の光強度の時間推移を示す図である。

【図3】実施の形態１に係る照明光通信装置の斜視図である。

【図4】実施の形態１の変形例に係る照明光通信装置の回路ブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

本発明の実施の形態に係る照明光通信装置について図面を参照して説明する。同じ又は対応する構成要素には同じ符号を付し、説明の繰り返しを省略する場合がある。

【0011】

実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係る照明光通信装置１００の回路ブロック図である。照明光通信装置１００は、照明器具１００ａと通信用照明器具１００ｂとを備える。照明器具１００ａは、点灯装置１０と主光源２０とを備える。点灯装置１０は、商用電源ＡＣに接続される端子部ＣＮ１、主光源２０に接続される端子部ＣＮ２および照明光通信ユニット３０に接続される端子部ＣＮ３を備える。

【0012】

通信用照明器具１００ｂは、照明光通信ユニット３０と通信光源４０を備える。照明光通信ユニット３０は、点灯装置１０と接続される端子部ＣＮ４、通信光源４０に接続される端子部ＣＮ５および外部からプログラムが入力される外部入力端子ＣＮ６を備えている。

【0013】

点灯装置１０は、整流器ＤＢと、昇圧チョッパ回路を備える。整流器ＤＢは、商用電源ＡＣを整流する。昇圧チョッパ回路は、整流された脈流電圧を昇圧し、コンデンサＣ１に予め定められた直流高電圧を充電する。

【0014】

昇圧チョッパ回路は、コイルＬ１、スイッチング素子Ｑ１およびダイオードＤ１で構成される。整流器ＤＢの出力の一端にはコイルＬ１の一端が接続される。コイルＬ１の他端には、スイッチング素子Ｑ１のドレインと、ダイオードＤ１のアノードが接続される。スイッチング素子Ｑ１のソースは、整流器ＤＢの出力の他端に接続される。スイッチング素子Ｑ１のゲートは、ＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ－ｏｘｉｄｅ－ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ｆｉｅｌｄ－ｅｆｆｅｃｔ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）ドライバーに接続される。

【0015】

ダイオードＤ１のカソードには、コンデンサＣ１の正極が接続される。コンデンサＣ１の負極は、整流器ＤＢの出力の他端に接続される。コンデンサＣ１と並列に、抵抗Ｒ２、Ｒ３の直列回路が接続される。コンデンサＣ１に充電されている電圧は、抵抗Ｒ２、Ｒ３により分圧され、主制御部ＩＣ１のＰ１端子に入力される。

【0016】

主制御部ＩＣ１は、例えばマイコンである。主制御部ＩＣ１は、Ｐ１端子の電圧が予め定められた一定電圧になるように、Ｖｇ１端子からスイッチング素子Ｑ１のスイッチング信号を出力する。ここで、一般にマイコンの動作電圧は、ＭＯＳＦＥＴであるスイッチング素子Ｑ１のゲート駆動電圧に足りない。このため、スイッチング信号はＶｇ１端子から一旦ＭＯＳＦＥＴドライバーに入力される。ＭＯＳＦＥＴドライバーは、スイッチング素子Ｑ１に安定なスイッチング駆動電圧を供給する。

【0017】

直流高電圧を充電されたコンデンサＣ１にはバックコンバータ回路が接続される。バックコンバータ回路は、スイッチング素子Ｑ２、コイルＬ２およびダイオードＤ２から構成される。コンデンサＣ１の正極にはスイッチング素子Ｑ２のドレインが接続される。スイッチング素子Ｑ２のソースには、ダイオードＤ２のカソードと、コイルＬ２の一端が接続される。スイッチング素子Ｑ２のゲートはＭＯＳＦＥＴドライバーに接続される。

【0018】

ダイオードＤ２のアノードはコンデンサＣ１の負極に接続される。コイルＬ２の他端はコンデンサＣ３の正極に接続される。コンデンサＣ３の負極は抵抗Ｒ４の一端に接続される。また、抵抗Ｒ４の一端は、主制御部ＩＣ１のＰ３端子に接続される。抵抗Ｒ４の他端は、コンデンサＣ１の負極に接続される。コンデンサＣ３と並列に、端子部ＣＮ２を介して主光源２０が接続される。

【0019】

コンデンサＣ３で平滑された電圧は主光源２０に供給される。主光源２０に流れる電流は、抵抗Ｒ４にて電圧に変換され、Ｐ３端子に入力される。主制御部ＩＣ１は、Ｐ３端子の電圧が一定になるようにＶｇ２端子からスイッチング素子Ｑ２のスイッチング信号を出力する。これにより、主光源２０は定電流制御により点灯する。Ｖｇ２端子からのスイッチング信号は、昇圧チョッパ回路と同様に、ＭＯＳＦＥＴドライバーを介して、スイッチング素子Ｑ２を駆動させる。これにより、スイッチング素子Ｑ２に安定なスイッチング駆動電圧を供給できる。

【0020】

このように、点灯装置１０は、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２のオンオフにより主光源２０を点灯させる。主光源２０は、直列に接続された複数の光源２１を有する。複数の光源２１は例えばＬＥＤである。複数の光源２１は、並列または直並列に接続されていても良い。また、主光源２０が備える光源２１は１つ以上であれば良い。

【0021】

コンデンサＣ１の正極には制御電源回路部が接続される。制御電源回路部の出力と、コンデンサＣ１の負極との間には、コンデンサＣ２が接続される。制御電源回路部はコンデンサＣ２の両端に電圧Ｖ１を生成する。電圧Ｖ１は、ＭＯＳＦＥＴドライバーと、主制御部ＩＣ１の制御電源である。制御電源は、ＭＯＳＦＥＴドライバーに供給され、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２を駆動させる。また、制御電源は降圧回路部によって降圧され、主制御部ＩＣ１のＶＤＤ端子に入力される。主制御部ＩＣ１は制御電源から電力を供給され動作する。ＶＤＤ端子の電圧は例えば５Ｖである。

【0022】

端子部ＣＮ３は、コンデンサＣ２の正極に接続された制御電源ラインと、コンデンサＣ２の負極に接続された接地用端子を有する。端子部ＣＮ３の接地用端子の電位は、点灯装置１０の回路基準電位に等しい。端子部ＣＮ３において、制御電源ラインと接地用端子との間には電圧Ｖ１が印加される。

【0023】

照明光通信ユニット３０の端子部ＣＮ４は、端子部ＣＮ３に対応した端子を有する。端子部ＣＮ３の制御電源ラインと接地用端子との間には、端子部ＣＮ４を介してコンデンサＣ４が接続される。このように端子部ＣＮ４は、点灯装置１０から電力の供給を受ける一対の電源端子を有する。照明光通信ユニット３０は点灯装置１０の制御電源から電力を供給される。

【0024】

コンデンサＣ４の正極には、通信制御部ＩＣ７０のＶｃｃ端子と、端子部ＣＮ５の一端が接続される。コンデンサＣ４の負極には、通信制御部ＩＣ７０の接地用端子と、トランジスタＱ３のエミッタが接続される。トランジスタＱ３のコレクタは、端子部ＣＮ５の他端と接続される。トランジスタＱ３のベースには、通信制御部ＩＣ７０のＤＲＶ端子が接続される。ＤＲＶ端子からはトランジスタＱ３を駆動させる信号が出力される。

【0025】

通信制御部ＩＣ７０はＤＢＧ端子を有する。ＤＢＧ端子は、外部入力端子ＣＮ６と接続される。通信制御部ＩＣ７０には、外部入力端子ＣＮ６およびＤＢＧ端子を介して、外部からプログラムの書込みが行われる。

【0026】

端子部ＣＮ５には通信光源４０が接続される。通信光源４０は、直列に接続された複数の光源４１を有する。複数の光源４１は例えばＬＥＤである。複数の光源４１は、並列または直並列に接続されていても良い。また、通信光源４０が備える光源４１は１つ以上であれば良い。

【0027】

通信光源４０のカソード側は、端子部ＣＮ５を介してトランジスタＱ３のコレクタと接続される。通信制御部ＩＣ７０のＤＲＶ端子からは、矩形波のデジタル信号が出力される。矩形波のデジタル信号は、トランジスタＱ３のベースに入力される。これにより、トランジスタＱ３はオンオフが切り替わる。このとき、通信光源４０は通信制御部ＩＣ７０のデジタル信号に応じて、点灯、消灯が切り替わる。

【0028】

このように、照明光通信ユニット３０は、端子部ＣＮ４が有する一対の電源端子と、通信光源４０とを繋ぐ線路上に設けられたスイッチング素子であるトランジスタＱ３を備える。通信制御部ＩＣ７０は、トランジスタＱ３をオンオフさせることで通信光源４０を点滅させる。これにより、照明光通信ユニット３０は、外部に通信信号を送信する。照明光通信ユニット３０は、人の目が検知できない振幅または周波数で、通信光源４０の出射光の強度を変化させ、外部に通信信号を送信する。

【0029】

図２は、実施の形態１に係る照明光通信装置１００の光強度の時間推移を示す図である。図２の破線８１は、主光源２０の光強度、破線８２は通信光源４０の光強度、実線８３は照明光通信装置１００としての光強度を示す。

【0030】

破線８１に示される主光源２０の光強度は、トランジスタＱ３のオンオフに関わらず、定電流制御により一定の光強度ｄ１に維持される。また、破線８２に示されるように、通信光源４０はトランジスタＱ３がオンの場合、光強度ｄ２で点灯する。このため、トランジスタＱ３がオンの場合、実線８３に示される照明光通信装置１００としての光強度は、ｄ１＋ｄ２となる。

【0031】

これに対し、トランジスタ３がオフの場合、破線８２に示されるように、通信光源４０は消灯状態である。このため、トランジスタＱ３がオフの場合、実線８３に示される照明光通信装置１００としての光強度は、ｄ１となる。このように、トランジスタＱ３がオンの場合とオフの場合との、照明光通信装置１００としての光強度の差分はｄ２となる。

【0032】

図示しない外部受光素子は、照明光通信装置１００の出射光を受光し、光強度の差分ｄ２を検出する。外部受光素子は、照明光通信装置１００の出射光をデジタル信号として変換する。このとき、図２に示されるように、照明光通信装置１００の出射光の光強度ｄ１＋ｄ２が１、光強度ｄ１が０に対応する。これにより、照明光通信装置１００と外部受光素子を備えた端末との間で通信が行われる。

【0033】

外部受光素子を備えた端末は、照明光通信装置１００の出射光のデジタル信号として、例えばＵＲＬ（Ｕｎｉｆｏｒｍ Ｒｅｓｏｕｒｃｅ Ｌｏｃａｔｏｒ）を受信する。外部受光素子を備えた端末では、当該ＵＲＬに対応するウェブサイトを閲覧することができる。外部受光素子を備えた端末は、また、照明光通信装置１００から送信された消費電力量等の情報を受信して、端末の画面に表示することができる。更に、外部受光素子を備えた端末に代えて、例えばカメラ部を備えたスマートフォンまたはタブレットにインストールされたアプリを用いて、照明光通信装置１００から送信されたデータを受信しても良い。

【0034】

通信制御部ＩＣ７０から出力されるデジタル信号は、予め通信制御部ＩＣ７０の記憶部に記憶されている。記憶部は例えば不揮発性メモリである。通信光源４０は、予め決められたアルゴリズムでの点灯および消灯を繰り返す。これにより、通信制御部ＩＣ７０の記憶部に記憶された情報を、通信光源４０の出射光の強度データとして、外部に出力することができる。

【0035】

また、外部入力端子ＣＮ６に外部書込み装置を接続することで、ＤＢＧ端子から通信制御部ＩＣ７０のプログラムの書換えが実施される。これにより、照明光通信ユニット３０が出力する通信信号を変更できる。このように照明光通信ユニット３０は、外部入力端子ＣＮ６から入力されるプログラムに応じて通信信号を送信しても良い。

【0036】

照明光通信ユニット３０において、例えばトランジスタＱ３がオンの場合に１が出力され、オフの場合に０が出力される。このため、照明光通信ユニット３０のデータ転送速度は、トランジスタＱ３の変調周波数が高いほど速くなる。つまり、照明光通信ユニット３０のデータ転送速度は、トランジスタＱ３の変調周波数が１００Ｈｚで１００ｂｐｓ、１ｋＨｚで１Ｋｂｐｓ、１ＭＨｚで１Ｍｂｐｓとなる。トランジスタＱ３の周波数を上げるほど、通信可能な情報量を増加させることができる。

【0037】

また、本実施の形態では、主光源２０と通信光源４０に用いるＬＥＤの種類を使い分けることができる。一般に、照明光として使用されるＬＥＤは、発光効率は良いが応答が遅いことがある。一方で、通信用のＬＥＤは、発光効率は悪いが応答が早いことがある。本実施の形態では、通信光源４０に入力される電流に対する通信光源４０の出射光の応答速度は、主光源２０に入力される電流に対する主光源２０の出射光の応答速度よりも速い。また、主光源２０の発光効率は、通信光源４０の発光効率よりも高い。これにより、主光源２０では高い発光効率を確保しつつ、通信光源４０では高速の応答を実現できる。

【0038】

主光源２０と通信光源４０が分かれていない場合、高い発光効率と高速な応答の両方を実現することは難しい可能性がある。本実施の形態では照明光としての主光源２０と通信用の通信光源４０が分かれている。このため、主光源２０と通信光源４０とで使用するＬＥＤを使い分けることができる。これにより、高い発光効率と高速な応答の両方を実現できる。なお、１０Ｍｂｐｓ以上での通信を行う場合は、照度確保用の主光源２０と通信用の通信光源４０とでＬＥＤを分けることが望ましい。

【0039】

また、コンデンサＣ４は容量の大きいほうが良い。コンデンサＣ４の容量は例えば１００μＦである。通信光源４０の点灯、消灯の周期により、照明光通信ユニット３０が消費する電力は変動する。コンデンサＣ４の容量を大きくすることで、通信光源４０に供給される電圧Ｖ１を安定させることができる。

【0040】

また、光源２１、４１はＬＥＤまたは有機ＥＬで構成されることが望ましい。これに限らず、主光源２０で安定した点灯状態を実現でき、通信光源４０で信号を送信できれば、光源２１、４１としてどのような光源を使用しても良い。

【0041】

また、本実施の形態の照明光通信ユニット３０は、定電圧駆動回路である。これに限らず、通信光源４０から矩形波を出力できれば、照明光通信ユニット３０として別の回路を採用しても良い。例えば、照明光通信ユニット３０は定電流制御回路でもよい。

【0042】

図３は、実施の形態１に係る照明光通信装置１００の斜視図である。本実施の形態では、主光源２０と通信光源４０は隣接して設けられる。通信光源４０は、主光源２０の長手方向の側面に設けられる。点灯装置１０は主光源２０と同じ筐体に収納される。また、照明光通信ユニット３０は、通信光源４０と同じ筐体に収納される。照明光通信装置１００の構成はこれに限らない。

【0043】

本実施の形態では、点灯装置１０と、照明光通信ユニット３０とが別に設けられる。このため、点灯装置１０は主光源２０の点灯を制御すれば良く、通信用の制御を行う必要が無い。このため、主制御部ＩＣ１を簡略化できる。また、主光源２０で安定した照度を実現できる。また、通信制御部ＩＣ７０は、不揮発性メモリに記憶したプログラムに応じて通信光源４０を点滅させれば良い。このため、通信制御部ＩＣ７０を簡略化できる。また、照明光通信ユニット３０を簡易な構成で実現できる。

【0044】

さらに、点灯装置１０と照明光通信ユニット３０は、端子部ＣＮ３、ＣＮ４を介して着脱可能に設けられる。このため、通信機能を有さない通常の照明器具１００ａに、後から照明光通信ユニット３０を接続できる。このため、点灯装置１０を標準化できる。従って、製造コストを低減できる。

【0045】

本実施の形態では、照明光通信ユニット３０は通信光源４０を点滅させる。この変形例として、照明光通信ユニット３０は、通信光源４０の出射光の強度を変化させるものとしても良い。また、照明光通信ユニット３０は、通信光源４０の出射光を変調させるものとしても良い。この場合、通信光源４０の出射光の強度の変化または変調を、外部受光素子が検出することで、可視光通信が実現される。

【0046】

また、通信光源４０から送信される通信信号は、例えば照明器具１００ａの識別情報を含んでも良い。この場合、受光素子を備えた端末器は、通信信号を受信することで照明器具１００ａの識別情報を取得する。端末器は、識別情報を用いて照明器具１００ａを制御しても良い。

【0047】

また、照明光通信ユニット３０は点灯装置１０と通信を行っても良い。例えば、照明光通信ユニット３０は点灯装置１０から受信した情報を通信信号として、通信光源４０から外部に送信しても良い。

【0048】

図４は、実施の形態１の変形例に係る照明光通信装置２００の回路ブロック図である。照明光通信装置２００は照明光通信ユニット２３０を備える。照明光通信ユニット２３０は、通信制御部ＩＣ２７０を備える。通信制御部ＩＣ２７０は、外部からプログラムの書込みが行われる端子として、Ｒｘ端子を備えている。これ以外の構成は、照明光通信ユニット３０と同様である。

【0049】

通信制御部ＩＣ２７０のＲｘ端子は、外部からのシリアル通信信号を受信する端子である。通信制御部ＩＣ２７０は、Ｒｘ端子により外部から定期的にプログラムを受信する。これにより、通信制御部ＩＣ２７０は、定期的にアルゴリズムを変更する。従って、通信データの変更を容易に行うことができる。

【0050】

なお、本実施の形態で説明した技術的特徴は適宜に組み合わせて用いてもよい。

【符号の説明】

【0051】

ＣＮ１、ＣＮ２、ＣＮ３、ＣＮ４、ＣＮ５ 端子部、ＣＮ６ 外部入力端子、ＡＣ 商用電源、ＤＢ 整流器、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４ 抵抗、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４ コンデンサ、Ｌ１、Ｌ２ コイル、Ｄ１、Ｄ２ ダイオード、Ｑ１、Ｑ２ スイッチング素子、Ｑ３ トランジスタ、ＩＣ１ 主制御部、ＩＣ７０、ＩＣ２７０ 通信制御部、１０ 点灯装置、２０ 主光源、３０、２３０ 照明光通信ユニット、４０ 通信光源、２１、４１ 光源、１００、２００ 照明光通信装置、１００ａ 照明器具、１００ｂ 通信用照明器具

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】