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ERFINDUNGSGEBIET
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Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Beleuchtungslicht-Kommunikationseinrichtungen.
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ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
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Herkömmlicherweise wurde in einer Beleuchtungsvorrichtung mit einer Leuchtdiode (LED) als Lichtquelle eine Beleuchtungslicht-Kommunikationseinrichtung vorgeschlagen, die konfiguriert ist zum Übertragen eines Signals durch Modulieren der Intensität von Beleuchtungslicht. Weil eine derartige Beleuchtungslicht-Kommunikationseinrichtung konfiguriert ist zum Übertragen des Signals durch Modulieren des Beleuchtungslichts selbst, ist eine spezielle Einrichtung, wie etwa eine Infrarotstrahl-Kommunikationseinrichtung, nicht erforderlich. Weil die Leuchtdiode als Lichtquelle zum Beleuchten verwendet wird, kann zudem eine Stromeinsparung implementiert werden. Deshalb wurde untersucht, dass die Beleuchtungslicht-Kommunikationseinrichtung für das allgegenwärtige Informationssystem in Untergrund-Ladenstraßen verwendet wird.
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Außerdem wurde eine Beleuchtungslicht-Kommunikationseinrichtung vorgeschlagen, die eine derartige Kommunikation durch eine einfache und preiswerte Schaltungskonfiguration implementieren kann (z. B.
JP 2012-69505 A ). Bezüglich der Beleuchtungslicht-Kommunikationseinrichtung in diesem Dokument kann, wenn die Modulation mit einer Leuchtdiode als Lichtquelle zum Beleuchten durchgeführt wird, das Beleuchtungslicht auf einer niederfrequenten Seite (z. B. 100 Hz) moduliert werden.
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Weil jedoch die herkömmliche Einrichtung eine Konstantstromsteuerung durchführt, um einen Konstantstrom zu erzeugen, der durch die Leuchtdiode fließt, gibt es ein Problem dahingehend, dass, wenn die Modulation des Beleuchtungslichts auf der niederfrequenten Seite durchgeführt wird, die Konstantstromsteuerung auch einer Änderung bei dem in Abhängigkeit von der Modulation durch die Leuchtdiode fließenden Strom folgen kann. Dementsprechend kann, wie in 12 gezeigt, eine Stromwellenform des während der Modulation durch die Leuchtdiode fließenden Stroms hinsichtlich einer Impulsgestalt im Vergleich zu einem Ansteuersignal (einer Rechteckwelle) verzerrt werden, und deshalb kann ein Spitzenstrom einen Nennstrom der Leuchtdiode übersteigen. Ein derartiges Übersteigen des Spitzenstroms bewirkt eine Reduktion bei der Lebensdauer der Leuchtdiode. Aus diesem Grund ist es bei der herkömmlichen Einrichtung erforderlich, die Kapazität der Leuchtdiode zu steigern, um dieses Problem zu verhindern, und deshalb können Kosten steigen. Weil die Intensität des Beleuchtungslichts aufgrund einer derartigen Verzerrung der Stromwellenform nicht angemessen moduliert wird, gibt es außerdem ein Problem, dass es für einen optischen Empfänger schwierig ist, ein Signal zu empfangen.
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KURZE DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
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Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung einer Beleuchtungslicht-Kommunikationseinrichtung, die auszugebendes Licht modulieren kann, um ein Signal präziser zu übertragen, während eine zusätzliche Schaltung für die Kommunikation einfach ist und Kosten unterdrückt werden.
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Eine Beleuchtungslicht-Kommunikationseinrichtung gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung enthält eine Konstantstromquelle, eine Glättungsschaltung, eine Lastschaltung mit einer Lichtquelle, eine Hilfslast und eine Modulationsschaltung mit einem Schalter. Die Glättungsschaltung und die Lastschaltung sind mit einem Ausgang (z. B. einem Ausgangsanschluss) der Konstantstromquelle verbunden. Die Beleuchtungslicht-Kommunikationseinrichtung ist konfiguriert zum Ändern einer Lastcharakteristik der Lastschaltung, indem die Hilfslast zur Lastschaltung hinzugefügt wird. Der Schalter ist konfiguriert, um mit einem binären optischen Kommunikationssignal gesteuert zu werden. Der Schalter ist konfiguriert, gemäß dem binären optischen Kommunikationssignal zu gestatten oder nicht zu gestatten, dass die Hilfslast zur Lastschaltung hinzugefügt wird. Die Konstantstromquelle ist konfiguriert zum Durchführen einer Konstantstromsteuerung des Stroms, der durch die Lichtquelle fließt. Eine Zeitkonstante „T” der Konstantstromquelle, einschließlich der Glättungsschaltung (d. h., einschließlich auch einer Zeitkonstanten der Glättungsschaltung), auf der Konstantstromsteuerung der Konstantstromquelle ist so eingestellt, dass sie einer Beziehung von „T > 1/f” genügt, wobei „f” eine Modulationsfrequenz bezeichnet, mit der die Modulationsschaltung den Schalter ansteuert.
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Gemäß dem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Zeitkonstante „T” der Konstantstromquelle, einschließlich der Glättungsschaltung, auf der Konstantstromsteuerung der Konstantstromquelle auf mehr als „1/f” eingestellt (d. h., den Kehrwert der Modulationsfrequenz „f” in der Modulationsschaltung). So ist es möglich, eine Verzerrung einer Stromwellenform eines Stroms zu unterdrücken, der durch Lichtquelle fließt, und dementsprechend auszugebendes Licht zu modulieren, um ein Signal präziser zu übertragen, während eine zusätzliche Schaltung für die Kommunikation einfach ist und Kosten unterdrückt werden.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die Figuren zeigen eine oder mehrere Implementierungen gemäß der vorliegenden Lehre lediglich beispielhaft, nicht als Beschränkungen. In den Figuren beziehen sich gleiche Bezugszahlen auf die gleichen oder ähnliche Elemente.
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1 ist ein Schaltplan, der eine Beleuchtungslicht-Kommunikationseinrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform darstellt;
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2 ist eine Perspektivansicht eines LED-Chips und eines Farbumwandlungsglieds der Beleuchtungslicht-Kommunikationseinrichtung gemäß der ersten Ausführungsform;
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3A ist ein schematischer Schaltplan, der die Beleuchtungslicht-Kommunikationseinrichtung gemäß der ersten Ausführungsform darstellt;
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3B ist ein Schaltplan zur Simulation, durch Modellieren des schematischen Schaltplans von 3A erhalten;
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4A und 4B sind Wellenformdiagramme, die Simulationsergebnisse zeigen;
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5A und 5B sind Wellenformdiagramme eines Stroms, der durch eine Leuchtdiode fließt, während eine Modulation mit einem Tastverhältnis von 75% durchgeführt wird, in der Beleuchtungslicht-Kommunikationseinrichtung gemäß der ersten Ausführungsform;
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6A und 6B sind Wellenformdiagramme eines Stroms, der durch die Leuchtdiode fließt, während eine Modulation mit einem Tastverhältnis von 90% durchgeführt wird, in der Beleuchtungslicht-Kommunikationseinrichtung gemäß der ersten Ausführungsform;
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7 ist ein Schaltplan, der die Beleuchtungslicht-Kommunikationseinrichtung darstellt, mit einem organischen EL-Element als Lichtquelle, gemäß der ersten Ausführungsform;
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8A bis 8E sind Wellenformdiagramme zum Erläutern der Ansprechempfindlichkeit von Lichtwellenformen während der Modulation in der Beleuchtungslicht-Kommunikationseinrichtung mit dem organischen EL-Element als Lichtquelle gemäß der ersten Ausführungsform;
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9 ist ein Schaltplan, der eine Beleuchtungslicht-Kommunikationseinrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform darstellt;
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10 ist ein schematischer Schaltplan, der eine Beleuchtungslicht-Kommunikationseinrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform darstellt;
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11A bis 11E sind Schaltpläne von verschiedenen Hilfslasten und Modulationsschaltungen in einer Beleuchtungslicht-Kommunikationseinrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform; und
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12 ist ein Wellenformdiagramm eines Stroms, der während einer Modulation durch eine Leuchtdiode fließt, in einer herkömmlichen Beleuchtungslicht-Kommunikationseinrichtung.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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Im Folgenden werden Beleuchtungslicht-Kommunikationseinrichtungen gemäß einer ersten bis vierten Ausführungsform unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ausführlich beschrieben.
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(Erste Ausführungsform)
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Eine Beleuchtungslicht-Kommunikationseinrichtung 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird unter Bezugnahme auf die 1 bis 8E beschrieben. 1 zeigt einen Schaltplan der Beleuchtungslicht-Kommunikationseinrichtung 10. Die Beleuchtungslicht-Kommunikationseinrichtung 10 enthält eine Konstantstromquelle 11, einen Glättungskondensator C1 (eine Glättungsschaltung), eine Lastschaltung 12, eine Hilfslast 13, eine Signalgenerierungsschaltung 14 und eine Modulationsschaltung 16.
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Der Glättungskondensator C1 ist zwischen Ausgänge (z. B. zwischen Ausgangsanschlüsse) der Konstantstromquelle 11 geschaltet und ist konfiguriert zum Glätten von Leistung, die von der Konstantstromquelle 11 ausgegeben wird.
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Wie in 1 gezeigt, enthält die Lastschaltung 12 als Lichtquelle Leuchtdioden LD1 (z. B. blaue Leuchtdioden), die in Reihe zwischen die Ausgänge der Konstantstromquelle 11 geschaltet sind, und ist konfiguriert zum Empfangen der von der Konstantstromquelle 11 ausgegebenen Leistung. Wie in 2 gezeigt, enthält die Beleuchtungslicht-Kommunikationseinrichtung 10 der vorliegenden Ausführungsform weiterhin ein Montagesubstrat 21, auf dem ein LED-Chip 8 mit den Leuchtdioden LD1 montiert ist, und ein Farbumwandlungsglied 9, das so auf dem Montagesubstrat 21 montiert ist, dass es den LED-Chip 8 bedeckt. Das Farbumwandlungsglied 9 ist aus einem lichtdurchlässigen Material, wie etwa Glas oder Silikonharz, zu einer Kuppelgestalt ausgebildet, in die Leuchtstoffe (z. B. gelbe Leuchtstoffe) gemischt sind. Über das Farbumwandlungsglied 9 wird weißes Licht nach außen emittiert, indem von dem LED-Chip 8 emittiertes blaues Licht und über die in dem Farbumwandlungsglied 9 enthaltenen Leuchtstoffe emittiertes gelbes Licht gemischt werden.
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Die Hilfslast 13 ist bestimmt zum teilweisen Ändern einer Lastcharakteristik (z. B. Impedanzcharakteristik) der Lastschaltung 12, indem sie zur Lastschaltung 12 hinzugefügt wird. Die Hilfslast 13 enthält beispielsweise einen Widerstand, der mit einem Teil der Leuchtdioden LD1 parallel geschaltet ist.
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Die Signalgenerierungsschaltung 14 ist konfiguriert zum Generieren eines binären optischen Kommunikationssignals S1. Man beachte, dass die Signalgenerierungsschaltung 14 konfiguriert sein kann zum Generieren des binären optischen Kommunikationssignals S1 gemäß einem Übertragungssignal, das von einer externen Einrichtung übertragen wird.
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Die Modulationsschaltung 16 enthält einen Schalter Q2. Der Schalter Q2 ist beispielsweise ein Schaltelement (z. B. ein MOSFET), das mit dem Widerstand der Hilfslast 13 in Reihe geschaltet ist. Die Modulationsschaltung 16 ist konfiguriert zum Ansteuern des Schalters Q2 gemäß dem von der Signalgenerierungsschaltung 14 ausgegebenen binären optischen Kommunikationssignal S1. Das heißt, der Schalter Q2 ist konfiguriert, durch Ein-/Ausschalten des Schalters Q2 zu gestatten oder nicht zu gestatten, dass die Hilfslast 13 zur Lastschaltung 12 hinzugefügt wird.
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Wie in 1 gezeigt, enthält die Konstantstromquelle 11 eine Gleichstromversorgung 1, einen DC-DC-Wandler 2, einen Ausgangs-Controller 7 und eine Rückkopplungsschaltung 15.
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Der Glättungskondensator C1 ist an Ausgänge (z. B. Ausgangsanschlüsse) des DC-DC-Wandlers 2 angeschlossen. Die Lastschaltung 12 ist zwischen beide Enden des Glättungskondensators C1 geschaltet. Der DC-DC-Wandler 2 ist konfiguriert zum Schalten einer von der Gleichstromversorgung 1 empfangenen Gleichspannung mit einem Schaltelement Q1. Die von dem DC-DC-Wandler 2 ausgegebene Gleichspannung wird dann durch den Glättungskondensator C1 geglättet, um in eine Gleichspannung mit einem vorgeschriebenen Spannungswert umgewandelt zu werden. Die Leuchtdioden LD1 und ein später beschriebener Stromerfassungswiderstand 5 sind in Reihe zwischen die Ausgänge des DC-DC-Wandlers 2 geschaltet, nämlich zwischen beide Enden des Glättungskondensators C1.
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Wie in 1 gezeigt, enthält die Rückkopplungsschaltung 15 einen Stromerfassungswiderstand 5, einen Fehlerverstärker A1. Im Stromerfassungswiderstand 5 erfolgt ein Spannungsabfall je nach einem Laststrom I1, der durch die Lastschaltung 12 fließt. Der Spannungsabfall im Stromerfassungswiderstand 5 wird in einen invertierenden Eingangsanschluss des Fehlerverstärkers A1 eingegeben. Der Fehlerverstärker A1 ist konfiguriert zum Vergleichen des Spannungsabfalls im Stromerfassungswiderstand 5 mit einer in einen nichtinvertierenden Eingangsanschluss davon eingegebenen Referenzspannung E1 und dann Ausgeben eines Signals (eines Rückkopplungssignals), erhalten durch Verstärken seiner Differenz, an den Ausgangs-Controller 7.
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Der Ausgangs-Controller 7 ist konfiguriert zum Steuern des Ein-/Aus-Betriebs des Schaltelements Q1 gemäß dem vom Fehlerverstärker A1 empfangenen Rückkopplungssignals, so dass der im Stromerfassungswiderstand 5 auftretende Spannungsabfall mit der Referenzspannung E1 übereinstimmt (d. h., so dass ein Spannungswert des Signals vom Fehlerverstärker A1 reduziert ist). Dementsprechend wird eine Konstantstromsteuerung des durch die Leuchtdioden LD1 fließenden Stroms durchgeführt.
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Man beachte, dass, wie in 1 gezeigt, die Rückkopplungsschaltung 15 bevorzugt eine Phasenkompensationsschaltung 6 enthält und es entsprechend möglich ist zu bewirken, dass die Konstantstromquelle 11 für den praktischen Einsatz geeigneter ist. Die Phasenkompensationsschaltung 6 enthält ein integrales Element, das durch einen Widerstand R1 und einen Kondensator C2 konfiguriert ist, die zwischen den invertierenden Eingangsanschluss und einen Ausgangsanschluss des Fehlerverstärkers A1 geschaltet sind. Die Phasenkompensationsschaltung 6 sichert die Stabilität einer Schleifentransferfunktion in einem Rückkopplungssystem, während der Gewinn in einem niederfrequenten Bereich gesteigert und der Gewinn in einem hochfrequenten Gebiet blockiert wird.
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Im Folgenden wird der Betrieb der Beleuchtungslicht-Kommunikationseinrichtung 10 mit der Hilfslast 13 unter Bezugnahme auf die 3A und 3B und 4A und 4B auf der Basis eines Simulationsergebnisses ohne Berücksichtigung der Tatsache beschrieben, dass eine Wellenform eines durch die Leuchtdioden LD1 während der Modulation fließenden Stroms durch die durch die Konstantstromquelle 11 durchgeführte Konstantstromsteuerung beeinflusst wird. Man beachte, dass in 3A die Konstantstromquelle 11 der Beleuchtungslicht-Kommunikationseinrichtung 10 durch eine vereinfachte Darstellung gezeigt wird.
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3B ist ein Schaltplan für die Simulation, erhalten durch Modellieren der in 3A gezeigten Schaltung, und Schaltungskomponenten von 3B entsprechend jenen von 3A sind die gleichen Bezugszahlen zugewiesen. Man beachte, dass die Leuchtdioden LD1 äquivalent durch eine Reihenschaltung aus einem Ein-Widerstand R11 und einer Zener-Diode ZD11 mit einer konstanten Ein-Spannung ersetzt sind. Als Hilfslast 13 wird ein Widerstand R12 verwendet. Der Widerstand R12 ist konfiguriert, um mit dem Ein-Widerstand R11 parallel geschaltet zu werden, um elektrisch zu leiten, wenn sich der Schalter Q2 in einem EIN-Zustand befindet. Das heißt, eine Reihenschaltung aus dem Widerstand R12 und dem Schalter Q2 ist zwischen beide Enden des Ein-Widerstands R11 geschaltet. Außerdem ist die Signalgenerierungsschaltung 14 äquivalent durch einen Oszillator 14a ersetzt, der konfiguriert ist zum Generieren eines Rechteckwellensignals mit einer Frequenz von 10 kHz entsprechend dem optischen Kommunikationssignal S1.
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Die 4A und 4B zeigen Simulationsergebnisse bezüglich des Laststroms I1 unter Verwendung der in 3B gezeigten Schaltung. 4A zeigt ein Simulationsergebnis bezüglich des Laststroms I1 in einem Zustand, wenn das Übertragen des optischen Kommunikationssignals S1 gestoppt wird, und ein mittlerer Wert davon beträgt etwa 500 mA. 4B zeigt ein Wellenformdiagramm des durch die Leuchtdioden LD1 fließenden Lastsstroms I1. Dieses Wellenformdiagramm zeigt den Laststrom I1, der durch abwechselndes Schalten moduliert wird: einen Verbindungszustand, wo das Rechteckwellensignal mit der Frequenz 10 kHz vom Oszillator 14a ausgegeben wird und dementsprechend der Widerstand R12 durch den Schalter Q2 parallel zum Ein-Widerstand R11 geschaltet wird; und einen Nicht-Verbindungszustand, wo der Widerstand R12 nicht mit dem Ein-Widerstand R11 verbunden ist. In diesem Fall beträgt ein Wert des Laststroms I1 etwa 600 mA, wenn sich der Schalter Q2 im EIN-Zustand befindet, und beträgt etwa 400 mA, wenn sich der Schalter Q2 in einem AUS-Zustand befindet. Somit ist es möglich, eine Modulationswellenform zu erhalten, die dem optischen Kommunikationssignal S1 getreu ist, und sein mittlerer Stromwert wird auf etwa 500 mA gehalten, was im Wesentlichen gleich dem Wert des Laststroms I1 in dem Zustand ist, wenn das Übertragen des optischen Kommunikationssignals S1 gestoppt ist.
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Man beachte, dass als ein optischer Ausgang ein optisches Kommunikationssignal von der Beleuchtungslicht-Kommunikationseinrichtung 10 von einem Empfänger 20 (siehe 1 und 3A) mit einem Foto-IC empfangen wird. Im Empfänger 20 wird ein Verfahren zum Empfangen des optischen Kommunikationssignals durch Detektieren einer Differenz zwischen einer optischen Ausgabe, der das optische Kommunikationssignal nicht überlagert ist, und einer optischen Ausgabe, der das optische Kommunikationssignal überlagert ist, angewendet. Der Empfänger 20 kann durch Anwendung eines derartigen Verfahrens sogar eine winzige Modulationslichtmenge detektieren.
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Das heißt, weil in der Beleuchtungslicht-Kommunikationseinrichtung 10 die Lastcharakteristik (z. B. Impedanzcharakteristik) der Lastschaltung 12 gemäß dem optischen Kommunikationssignal S1 geändert wird, wird der durch die Leuchtdioden LD1 fließende Laststrom I1 getreu gemäß einer Wellenform des optischen Kommunikationssignals S1 moduliert.
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Hinsichtlich des Simulationsergebnisses ohne Berücksichtigung eines Einflusses durch die Konstantstromsteuerung wie oben, kann die Beleuchtungslicht-Kommunikationseinrichtung 10 einen Mittelwert des Laststroms I1 während der Modulation so steuern, dass er im Wesentlichen mit dem während einer Nicht-Modulation übereinstimmt. Infolgedessen ist die mittlere Helligkeit des Beleuchtungslichts während der Modulation die gleiche wie die während der Nicht-Modulation.
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Praktisch jedoch wird der Laststrom I1 während der Modulation durch die durch die Konstantstromquelle 11 durchgeführte Konstantstromsteuerung beeinflusst. Hinsichtlich einer herkömmlichen Einrichtung ist deshalb eine Wellenform des durch Leuchtdioden fließenden Stroms hinsichtlich ihrer Impulsgestalt verzerrt, und dementsprechend stimmt ein Mittelwert des Laststroms während der Modulation mit dem während der Nicht-Modulation nicht überein. Mit anderen Worten, folgt die Konstantstromsteuerung während der Modulation sofort auch einer Änderung beim Laststrom, und dementsprechend ist die Wellenform des durch die Leuchtdioden fließenden Stroms hinsichtlich Impulsgestalt verzerrt, wie in 12 gezeigt, ohne als eine Rechteckwelle ausgebildet zu sein.
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Allgemein wird in einem Konstantstrom-Steuersystem, wenn eine Schaltung davon einen Widerstand und einen Kondensator enthält, eine Antwortgeschwindigkeit der Stromsteuerung höher, wenn eine Zeitkonstante (die von dem Produkt aus einem Widerstandswert und einer Kapazität davon abhängt) kleiner wird. Wenn eine Antwortgeschwindigkeit im Konstantstrom-Steuersystem eine Geschwindigkeit übersteigt, mit der der Strom durch einen Schalter in einer Modulationsschaltung moduliert wird, erfolgt, nachdem der Laststrom je nach einem EIN-Zustand des Schalters erhöht ist, eine Abnahme bei dem Laststrom in Abhängigkeit von der Konstantstromsteuerung vor einer Abnahme beim Laststrom in Abhängigkeit von einem AUS-Zustand des Schalters. Wenn die Antwortgeschwindigkeit in dem Konstantstrom-Steuersystem hoch ist, ist außerdem auch die Verstärkung (Empfindlichkeit) groß, um einen Wert des durch eine Last fließenden Stroms auf einen Originalwert zurückzuführen. Deshalb ist die Wellenform des durch die Leuchtdioden fließenden Stroms hinsichtlich der Impulsgestalt stark verzerrt.
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Im Gegensatz dazu ist in der Beleuchtungslicht-Kommunikationseinrichtung 10 der vorliegenden Ausführungsform eine Zeitkonstante „T” der Konstantstromquelle 11, einschließlich des Glättungskondensators C1 (Glättungsschaltung), bei der die Konstantstromsteuerung der Konstantstromquelle 11 so eingestellt ist, dass sie einer Beziehung von „T > 1/f” genügt, wobei „f” eine Modulationsfrequenz bezeichnet, mit der die Modulationsschaltung 16 den Schalter Q2 ansteuert. Mit anderen Worten wird unter Berücksichtigung des Kehrwerts der Modulationsfrequenz „f” als Zeitkonstante der Modulationsschaltung 16 die Zeitkonstante „T” der Konstantstromquelle 11 so eingestellt, dass sie ausreichend größer ist als die Zeitkonstante der Modulationsschaltung 16.
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Hier werden als Elemente, die die Zeitkonstante „T” beeinflussen, das folgende erste Element und zweite Element betrachtet. Das erste Element ist ein Widerstandswert des Stromerfassungswiderstands 5 in der Rückkopplungsschaltung 15, ein Widerstandswert des Widerstands R1 in der Phasenkompensationsschaltung 6 und eine Kapazität des Kondensators C2 in der Phasenkompensationsschaltung 6. Das zweite Element ist eine Kapazität des Glättungskondensators C1. Das heißt, die Zeitkonstante „T” wird als eine Summe aus einer Zeitkonstanten des Glättungskondensators C1 (Glättungsschaltung) und einer Zeitkonstanten der Rückkopplungsschaltung 15 definiert. Die Zeitkonstante „T” wird so eingestellt, dass sie der Beziehung „T > 1/f'” genügt, indem die oben erwähnten Widerstandswerte und Kapazitäten eingestellt werden. Man beachte, dass beispielsweise ein Frequenzantwortanalysator als ein Verfahren zum Messen der Zeitkonstante „T” (dem Kehrwert einer Frequenz) benutzt werden kann. In diesem Fall kann unter Verwendung des Frequenzantwortanalysators eine Frequenzantwort durch Eingeben eines vorgeschriebenen Sinuswellensignals in die Rückkopplungsschaltung 15 und die Glättungsschaltung gemessen werden.
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Indem die Zeitkonstante „T” so eingestellt wird, dass sie der Beziehung genügt, kann die Konstantstromsteuerung der Konstantstromquelle 11 der Modulation des Ausgangsstroms nicht folgen, und deshalb kann eine Verzerrung einer Wellenform des durch die Leuchtdioden fließenden Stroms unterdrückt werden, wie in 5A und 5B und 6A und 6B gezeigt. Infolgedessen ist es möglich, das Problem zu verhindern, dass ein Spitzenstrom einen Nennstrom der Leuchtdiode übersteigen kann. Weiterhin kann der Mittelwert des Laststroms während der Modulation so gesteuert werden, dass er präziser mit dem während der Nicht-Modulation übereinstimmt. Deshalb ist es möglich, auszugebendes Licht so zu modulieren, dass ein Signal präziser übertragen wird, während eine zusätzliche Schaltung für die Kommunikation einfach ist und Kosten unterdrückt werden.
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Man beachte, dass die 5A und 5B Wellenformdiagramme des gemäß einem Ansteuersignal (d. h., dem optischen Kommunikationssignal S1) durch die Leuchtdioden LD1 fließenden Stroms sind, während eine Modulation mit einem Tastverhältnis von 75% durchgeführt wird. 5A ist ein Wellenformdiagramm in einem Fall, dass die Modulationsfrequenz „f” 1 kHz beträgt, und 5B ist ein Wellenformdiagramm in einem Fall, dass die Modulationsfrequenz „f” 500 Hz beträgt. Die 6A und 6B sind Wellenformdiagramme des gemäß dem Ansteuersignal (d. h., dem optischen Kommunikationssignal S1) durch die Leuchtdioden LD1 fließenden Stroms, während die Modulation mit einem Tastverhältnis von 90% durchgeführt wird. 6A ist ein Wellenformdiagramm in einem Fall, dass die Modulationsfrequenz „f” 1 kHz beträgt, und 6B ist ein Wellenformdiagramm in einem Fall, dass die Modulationsfrequenz „f” 6'500 Hz beträgt.
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Wellenformen des durch die Leuchtdioden fließenden Stroms wurden tatsächlich bei verschiedenen Werten der Zeitkonstante „T” und der Modulationsfrequenz „f” gemessen. Das Ergebnis ist in der folgenden Tabelle 1 gezeigt. Aus Tabelle 1 geht hervor, dass die Verzerrung von Stromwellenformen in Fällen, in denen der Beziehung „T > 1/f” genügt wird, kleiner ist als in Fällen, dass der Beziehung nicht genügt wird (d. h., die Stromwellenformen in Fällen, dass der Beziehung genügt wird, sind näher an Rechteckwellen als jene in Fällen, dass der Beziehung nicht genügt wird). In Tabelle 1 wurde auf der Basis dessen, ob der Empfänger
20 das optische Kommunikationssignal empfangen oder nicht empfangen konnte, bestimmt, dass die Verzerrung der Stromwellenformen groß oder klein ist. Das heißt, eine Stromwellenform, wenn der Empfänger
20 das optische Kommunikationssignal nicht empfangen konnte, wurde als „Verzerrung: groß” bestimmt, und eine Stromwellenform, wenn der Empfänger
20 das optische Kommunikationssignal empfangen konnte, wurde als „Verzerrung: klein” bestimmt. Man beachte, dass die Bestimmung bezüglich der Verzerrung auf der Basis einer Verzerrungsrate einer Stromwellenform oder Anstiegscharakteristika einer Stromwellenform durchgeführt wird. [Tabelle 1]
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Man beachte, dass in der vorliegenden Ausführungsform von den Leuchtdioden LD1 emittiertes blaues Licht und über die gelben Leuchtstoffe emittiertes gelbes Licht über das Farbumwandlungsglied 9 gemischt und als weißes Licht emittiert werden, wie oben beschrieben. Wenn die Modulationsfrequenz „f” in der Modulationsschaltung 16 jedoch über 3 MHz liegt, kann eine tatsächliche optische Ausgabe-Wellenform bezüglich einer Wellenform des durch die Leuchtdioden fließenden Stroms aufgrund einer durch die gelben Leuchtstoffe verursachten Verzögerung der Emittieroperation verzögert werden. Mit anderen Worten kann während der Modulation eine Zeitsteuerung, wann eine optische Ausgabe eine Spitze erreicht, bezüglich einer Zeitsteuerung, wann der Laststrom nach dem Anstieg einen Spitzenstrom erreicht, verzögert werden. Aus diesem Grund wird bevorzugt, dass in der Konfiguration, bei der weißes Licht unter Verwendung der Leuchtdioden LD1 und der Leuchtstoffe erhalten wird, die Modulationsfrequenz „f” kleiner oder gleich 3 MHz ist.
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Außerdem kann es sich, wie in 7 gezeigt, bei der Lichtquelle in der Beleuchtungslicht-Kommunikationseinrichtung 10 um ein oder mehrere organische EL-Elemente 30 handeln, wo eine lichtemittierende Schicht aus einer organischen Verbindung ausgebildet ist (in diesem Fall ist das Farbumwandlungsglied 9 der Beleuchtungslicht-Kommunikationseinrichtung 10 nicht erforderlich). Während der Modulation ist jedoch das Ansprechverhalten einer optischen Ausgabe des organischen EL-Elements 30 niedriger als das der obigen Leuchtdiode LD1. Wie in 8A bis 8E gezeigt, wird, wenn die Modulationsfrequenz „f” in der Modulationsschaltung 16 über 10 kHz liegt, eine Zeitsteuerung, wann eine optische Ausgabe eine Spitze erreicht, bezüglich einer Zeitsteuerung verzögert, wann der Laststrom nach dem Anstieg eine Spitze erreicht, und eine Zeitperiode, während der die optische Ausgabe den Spitzenwert aufweist, ist ebenfalls kurz. Aus diesem Grund wird bevorzugt, dass die Modulationsfrequenz „f” in der Konfiguration mit den organischen EL-Elementen 30 kleiner oder gleich 10 kHz ist.
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Man beachte, dass ungeachtet der Leuchtdioden LD1 oder der organischen EL-Elemente 30 als der Lichtquelle der Beleuchtungslicht-Kommunikationseinrichtung 10 bevorzugt wird, dass die Modulationsfrequenz „f” größer oder gleich 500 Hz ist.
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Wie oben beschrieben enthält die Beleuchtungslicht-Kommunikationseinrichtung 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform die Konstantstromquelle 11, die Glättungsschaltung, die Lastschaltung 12 mit der Lichtquelle, die Hilfslast 13 und die Modulationsschaltung 16 mit dem Schalter Q2. Die Glättungsschaltung und die Lastschaltung 12 sind mit einem Ausgang der Konstantstromquelle 11 verbunden. Die Beleuchtungslicht-Kommunikationseinrichtung 10 ist konfiguriert zum Ändern einer Lastcharakteristik der Lastschaltung 12, indem die Hilfslast 13 zur Lastschaltung 12 hinzugefügt wird. Der Schalter Q2 ist konfiguriert, um mit dem binären optischen Kommunikationssignal S1 gesteuert zu werden. Der Schalter Q2 ist konfiguriert, gemäß dem binären optischen Kommunikationssignal S1 zu gestatten oder nicht zu gestatten, dass die Hilfslast 13 zur Lastschaltung 12 hinzugefügt wird. Die Konstantstromquelle 11 ist konfiguriert zum Durchführen einer Konstantstromsteuerung des Stroms, der durch die Lichtquelle fließt. Die Zeitkonstante „T” der Konstantstromquelle 11, einschließlich der Glättungsschaltung auf der Konstantstromsteuerung der Konstantstromquelle 11, ist so eingestellt, dass sie einer Beziehung von „T > 1/f” genügt, wobei „f” die Modulationsfrequenz bezeichnet, mit der die Modulationsschaltung 16 den Schalter Q2 ansteuert.
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In der Beleuchtungslicht-Kommunikationseinrichtung 10 enthält bevorzugt die Konstantstromquelle 11 die Gleichstromversorgung 1, den DC-DC-Wandler 2, die Rückkopplungsschaltung 15 und den Ausgangs-Controller 7. Der DC-DC-Wandler 2 ist bevorzugt konfiguriert zum Umwandeln der von der Gleichstromversorgung 1 gelieferten Gleichspannung in die Gleichspannung mit dem vorgeschriebenen Spannungswert und Ausgeben der umgewandelten Gleichspannung an die Glättungsschaltung. Die Rückkopplungsschaltung 15 ist bevorzugt konfiguriert zum Generieren und Ausgeben des Rückkopplungssignals durch Verstärken der Differenz zwischen der Referenzspannung und dem Spannungsabfall, der gemäß dem Strom erfolgt, der durch die Lichtquelle fließt. Der Ausgangs-Controller 7 ist bevorzugt konfiguriert zum Steuern der Ausgabe des DC-DC-Wandlers 2 auf der Basis des Rückkopplungssignals, so dass der Spannungsabfall mit der Referenzspannung übereinstimmt. In diesem Fall ist die Zeitkonstante „T” bevorzugt definiert als die Summe aus der Zeitkonstanten der Glättungsschaltung und der Zeitkonstanten der Rückkopplungsschaltung 15.
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Die Beleuchtungslicht-Kommunikationseinrichtung 10 enthält bevorzugt weiterhin das Farbumwandlungsglied 9, das so angeordnet sein soll, dass es die Lichtquelle bedeckt. Die Lichtquelle ist bevorzugt die Leuchtdiode LD1, und über das Farbumwandlungsglied 9 wird weißes Licht durch Mischen des von der Leuchtdiode LD1 emittierten Lichts und des über den in dem Farbumwandlungsglied 9 enthaltenen Leuchtstoff emittierten Lichts emittiert. In diesem Fall ist die Modulationsfrequenz „f” bevorzugt kleiner oder gleich 3 MHz.
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Bei der Beleuchtungslicht-Kommunikationseinrichtung 10 ist bevorzugt die Lichtquelle das organische EL-Element 30, und die Modulationsfrequenz „f” ist kleiner oder gleich 10 kHz.
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In der Beleuchtungslicht-Kommunikationseinrichtung 10 ist die Modulationsfrequenz „f” bevorzugt größer oder gleich 500 Hz.
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(Zweite Ausführungsform)
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Eine Beleuchtungslicht-Kommunikationseinrichtung 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird unter Bezugnahme auf 9 beschrieben. 9 ist ein Schaltplan, der die Beleuchtungslicht-Kommunikationseinrichtung 10 darstellt. Bestandselementen ähnlich denen von 1 in der ersten Ausführungsform sind die gleichen Bezugszahlen zugewiesen, und ihre Erläuterungen sind entsprechend weggelassen worden.
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Eine Glättungsschaltung der vorliegenden Ausführungsform enthält zusätzlich zu einem Glättungskondensator C1 einen Glättungskondensator C3, der bei Betrachtung von einem Stromerfassungswiderstand 5 aus auf einer Seite einer Lastschaltung 12 angeordnet ist. Der Glättungskondensator C3 ist parallel zur Lastschaltung 12 und in Reihe mit dem Stromerfassungswiderstand 5 geschaltet. Insbesondere ist ein erstes Ende des Glättungskondensators C3 mit einem Verbindungspunkt P1 verbunden, der sich zwischen einem ersten Ende des Glättungskondensators C1 und einem ersten Ende der Lastschaltung 12 befindet. Ein zweites Ende des Glättungskondensators C3 ist mit einem Verbindungspunkt P2 verbunden, der sich zwischen einem zweiten Ende der Lastschaltung 12 und einem ersten Ende des Stromerfassungswiderstands 5 befindet. Man beachte, dass ein zweites Ende des Glättungskondensators C1 mit einem zweiten Ende des Stromerfassungswiderstands 5 verbunden ist.
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In der Beleuchtungslicht-Kommunikationseinrichtung 10 mit der obigen Konfiguration der vorliegenden Ausführungsform ist als Elemente, die die Zeitkonstante „T” beeinflussen, eine Kapazität des Glättungskondensators C3 (ein drittes Element) zusätzlich zu dem in der ersten Ausführungsform beschriebenen ersten und zweiten Element enthalten. In diesem Fall ist die Zeitkonstante „T” definiert als eine Summe aus einer Zeitkonstanten einer Rückkopplungsschaltung 15, einer Zeitkonstanten des Glättungskondensators C1 (Glättungsschaltung) und einer Zeitkonstanten des Glättungskondensators C3 (Glättungsschaltung).
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Die Zeitkonstante „T” wird so eingestellt, dass sie der Beziehung „T > 1/f” genügt, indem Widerstandswerte und Kapazitäten als das erste bis dritte Element verstellt werden, und dementsprechend ähnlich der ersten Ausführungsform eine Verzerrung einer Wellenform des durch die Lichtquelle fließenden Stroms unterdrückt werden kann. Infolgedessen ist es möglich, das Problem zu verhindern, dass ein Spitzenstrom einen Nennstrom der Leuchtdiode übersteigen kann. Weiterhin kann der Mittelwert des Laststroms während der Modulation so gesteuert werden, dass er präziser mit dem während der Nicht-Modulation übereinstimmt. Deshalb ist es möglich, auszugebendes Licht so zu modulieren, dass ein Signal präziser übertragen wird, während eine zusätzliche Schaltung für die Kommunikation einfach ist und Kosten unterdrückt werden.
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Insbesondere ist in der vorliegenden Ausführungsform das Merkmal wichtig, dass ein Element (Glättungskondensator C3), das die Zeitkonstante „T” beeinflusst, auf der Seite der Lastschaltung 12 angeordnet ist. Das heißt, es ist möglich, die Zeitkonstante „T” zu verstellen, indem nicht eine teure Seite der Beleuchtungseinrichtung mit einer Konstantstromquelle 11 und dem Glättungskondensator C1 ausgetauscht wird, sondern eine preiswerte Lastseite mit der Lichtquelle und dem Glättungskondensator C3 mit einer gewünschten Kapazität. Bezüglich einer existierenden Beleuchtungslicht-Kommunikationseinrichtung 10 ist es deshalb möglich, die Zeitkonstante „T” zu verstellen, während die Kosten unterdrückt werden.
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(Dritte Ausführungsform)
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Eine Beleuchtungslicht-Kommunikationseinrichtung 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird unter Bezugnahme auf 10 beschrieben. 10 ist ein schematischer Schaltplan, der die Beleuchtungslicht-Kommunikationseinrichtung 10 darstellt. Bestandselementen ähnlich jenen von 1 in der ersten Ausführungsform sind die gleichen Bezugszahlen zugewiesen, und ihre Erläuterungen sind dementsprechend weggelassen worden.
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Die Hilfslast 13 der ersten Ausführungsform enthält einen Widerstand (d. h., den Widerstand R12 in 3B), der parallel zu einem Teil der Leuchtdioden LD1 oder einem Teil der organischen EL-Elemente 30 geschaltet ist. Im Gegensatz dazu enthält eine Hilfslast 13 der vorliegenden Ausführungsform, wie in 10 gezeigt, einen Widerstand R13, der in Reihe mit einer Lichtquelle (Leuchtdioden LD1 oder organischen EL-Elementen 30) einer Lastschaltung 12 geschaltet ist. In diesem Fall ist ein Schalter Q2 parallel zu dem Widerstand R13 geschaltet.
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Wenn sich der Schalter Q2 in einem EIN-Zustand befindet, kommt es zu einem Kurzschluss. Das heißt, der Strom fließt durch Schalter Q2 und nicht durch den Widerstand R13. Dementsprechend befindet sich der Widerstand R13 in einem Nicht-Verbindungszustand, mit der Lastschaltung 12 nicht verbunden zu sein. Wenn andererseits der Schalter Q2 sich in einem AUS-Zustand befindet, befindet sich der Widerstand R13 in einem Verbindungszustand, mit der Lastschaltung 12 verbunden zu sein. Deshalb wird, ähnlich wie bei der ersten Ausführungsform, die Lastcharakteristik der Lastschaltung 12 gemäß dem optischen Kommunikationssignal S1 verändert, indem der Schalter Q2 gemäß dem optischen Kommunikationssignal S1 ein-/ausgeschaltet wird. Infolgedessen wird ein durch die Lichtquelle fließender Laststrom I1 gemäß einer Wellenform des optischen Kommunikationssignals S1 getreu moduliert.
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Wie oben beschrieben enthält in der Beleuchtungslicht-Kommunikationseinrichtung 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform die Hilfslast 13 den in Reihe mit der Lichtquelle geschalteten Widerstand R13, und der Schalter Q2 ist parallel zu dem Widerstand R13 geschaltet.
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(Vierte Ausführungsform)
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Eine Beleuchtungslicht-Kommunikationseinrichtung 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird unter Bezugnahme auf die 11A bis 11E beschrieben. Die Beleuchtungslicht-Kommunikationseinrichtung 10 der vorliegenden Ausführungsform unterscheidet sich von der der dritten Ausführungsform nur in einer Konfiguration einer Hilfslast 13. Jede der 11A bis 11E zeigt nur die Hilfslast 13 und eine Modulationsschaltung 16, und Darstellungen von Bestandselementen außer jenen sind der Einfachheit halber weggelassen worden.
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Wie in 11A bis 11E gezeigt, kann die Hilfslast 13 der vorliegenden Ausführungsform eine Konstantspannungsschaltung mit mindestens einem Konstantspannungselement (z. B. einer Diode D21, einer Diode D22, einer Zener-Diode ZD2 oder dergleichen) enthalten, die mit einer Lichtquelle einer Lastschaltung 12 in Reihe geschaltet ist, oder kann eine Impedanzschaltung enthalten mit einem Widerstandselement (z. B. einen Widerstand R14, einen Thermistor-Widerstand Rh1 oder dergleichen), das in Reihe mit der Lichtquelle der Lastschaltung 12 geschaltet ist. Das heißt, die Hilfslast 13 der vorliegenden Ausführungsform enthält eine beliebige der in 11A bis 11E gezeigten Schaltungen.
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Insbesondere wird in der Schaltung von 11A die Diode D21 als die Hilfslast 13 verwendet. Die Diode D21 ist in Reihe mit der Lichtquelle (Leuchtdioden LD1 oder organischen EL-Elementen 30) der Lastschaltung 12 geschaltet. Ein Schalter Q2 ist parallel zur Diode D21 geschaltet. Wenn sich der Schalter Q2 in einem EIN-Zustand befindet, kommt es zu einem Kurzschluss. Das heißt, der Strom fließt durch Schalter Q2 und nicht durch die Diode D21. Dementsprechend befindet sich die Diode D21 in einem Nicht-Verbindungszustand, mit der Lastschaltung 12 nicht verbunden zu sein. Wenn andererseits der Schalter Q2 sich in einem AUS-Zustand befindet, befindet sich die Diode D21 in einem Verbindungszustand, mit der Lastschaltung 12 verbunden zu sein. Deshalb wird die Lastcharakteristik der Lastschaltung 12 gemäß dem optischen Kommunikationssignal S1 verändert, indem der Schalter Q2 gemäß dem optischen Kommunikationssignal S1 ein-/ausgeschaltet wird. Infolgedessen wird ein durch die Lichtquelle fließender Laststrom I1 gemäß einer Wellenform des optischen Kommunikationssignals S1 getreu moduliert.
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In der Schaltung von 11B wird die Zener-Diode ZD2 als die Hilfslast 13 verwendet. Die Zener-Diode ZD2 ist in Reihe mit der Lichtquelle (Leuchtdioden LD1 oder organischen EL-Elementen 30) der Lastschaltung 12 geschaltet. Ein Schalter Q2 ist parallel zur Zener-Diode ZD2 geschaltet. Außerdem wird in dieser Schaltung die Lastcharakteristik der Lastschaltung 12 gemäß dem optischen Kommunikationssignal S1 geändert, indem der Schalter Q2 gemäß dem optischen Kommunikationssignal S1 ein-/ausgeschaltet wird. Infolgedessen wird ein durch die Lichtquelle fließender Laststrom I1 gemäß einer Wellenform des optischen Kommunikationssignals S1 getreu moduliert. Weiterhin ist es in dieser Schaltung möglich, eine Modulationsbreite des durch die Lichtquelle fließenden Laststroms I1 leicht durch Wählen einer Zener-Spannung der Zener-Diode ZD2 zu verstellen.
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In der Schaltung von 11C wird der Thermistor-Widerstand Rh1 als die Hilfslast 13 verwendet. Der Thermistor-Widerstand Rh1 ist in Reihe mit der Lichtquelle (Leuchtdioden LD1 oder organische EL-Elemente 30) der Lastschaltung 12 geschaltet. Ein Schalter Q2 ist parallel zum Thermistor-Widerstand Rh1 geschaltet. Auch in dieser Schaltung wird die Lastcharakteristik der Lastschaltung 12 gemäß dem optischen Kommunikationssignal S1 geändert, indem der Schalter Q2 gemäß dem optischen Kommunikationssignal S1 ein-/ausgeschaltet wird. Weiterhin kann in dieser Schaltung die Temperaturcharakteristik einen modulierten Pegel eines durch die Lichtquelle fließenden Laststroms I1 erhalten, und zum modulierten Pegel kann eine Temperaturkorrektur hinzugefügt werden.
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In der Schaltung von 11D wird eine Parallelschaltung aus dem Widerstand R14 und der Diode D22 als die Hilfslast 13 verwendet. Diese Parallelschaltung ist mit der Lichtquelle (Leuchtdioden LD1 oder organischen EL-Elementen 30) der Lastschaltung 12 in Reihe geschaltet. Ein Schalter Q2 ist parallel zur Parallelschaltung geschaltet. Auch in dieser Schaltung wird die Lastcharakteristik der Lastschaltung 12 gemäß dem optischen Kommunikationssignal S1 geändert, indem der Schalter Q2 gemäß dem optischen Kommunikationssignal S1 ein-/ausgeschaltet wird. Weiterhin ist es in dieser Schaltung möglich, eine Modulationsbreite des durch die Lichtquelle der Lastschaltung 12 fließenden Laststroms I1 feinzuverstellen, indem beispielsweise ein Widerstandswert des Widerstands R14 verstellt wird.
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In der Schaltung von 11E wird eine Reihenschaltung aus dem Widerstand R14 und der Diode D22 als die Hilfslast 13 verwendet. Diese Reihenschaltung ist mit der Lichtquelle (Leuchtdioden LD1 oder organischen EL-Elementen 30) der Lastschaltung 12 in Reihe geschaltet. Ein Schalter Q2 ist zwischen beide Enden der Reihenschaltung geschaltet. Auch in dieser Schaltung wird die Lastcharakteristik der Lastschaltung 12 gemäß dem optischen Kommunikationssignal S1 geändert, indem der Schalter Q2 gemäß dem optischen Kommunikationssignal S1 ein-/ausgeschaltet wird. Weiterhin ist es in dieser Schaltung möglich, eine Modulationsbreite des durch die Lichtquelle der Lastschaltung 12 fließenden Laststroms I1 feinzuverstellen, indem beispielsweise ein Widerstandswert des Widerstands R14 verstellt wird.
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In der Beleuchtungslicht-Kommunikationseinrichtung 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform, wie oben beschrieben, enthält die Hilfslast 13 bevorzugt die Konstantspannungsschaltung mit mindestens dem Konstantspannungselement (z. B. der Diode D21, der Diode D22, der Zener-Diode ZD2 oder dergleichen), die mit der Lichtquelle in Reihe geschaltet ist, und der Schalter Q2 ist bevorzugt parallel zur Konstantspannungsschaltung geschaltet. Alternativ kann die Hilfslast 13 die Impedanzschaltung mit dem Widerstandselement (z. B. dem Widerstand R14, dem Thermistor-Widerstand Rh1 oder dergleichen) enthalten, das mit der Lichtquelle der Lastschaltung 12 in Reihe geschaltet ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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