JP4470785B2 - 照明制御システム - Google Patents

Description

本発明は、照明制御システムに関するものである。

従来の照明制御システムを用い、可視光によって信号伝送を行うものがあり、その信号伝送の構成を図１３，図１４に示す。まず、伝送すべき信号をパーソナルコンピュータ５０から変調部５１を介してＬＥＤを用いた照明器具５２に出力する。ここで、変調部５１は、入力されたデータを増幅する信号増幅部５１ａと、信号を変調する重畳部５１ｂとから構成されており、照明器具５２を駆動する。照明器具５２では、電源５２ａに接続されたＬＥＤ５２ｂが変調部５１からの信号で駆動され、光出力受信端末５３との間で可視光通信を行う。光出力受信端末５３では、受光した信号を復調してプリンタ５４を制御する。

このように、光通信媒体に照明器具を用いることで、特別な通信媒体を用いることなく、光通信を実現している。（例えば、特許文献１，２参照）
特開２００２−２９０３３５号公報 特開２００３−３１８８３６号公報

しかしながら、通常は照明用途で用いられている照明器具を通信媒体として利用するため、照明調光システムで用いる照明用の配線（電源線、調光信号線）とは別に通信用の配線を施工する必要があり、非住宅諸施設用途等に導入される大規模照明システムでは配線が複雑になるうえ、施工上の制約も多く発生する。また、照明調光システムとは別途にデータ伝送用のパーソナルコンピュータを設ける必要があり、上記配線上の問題と同様の問題が発生していた。

本発明は、上記事由に鑑みてなされたものであり、その目的は、通信用の配線を設置することなく、既存の照明調光システムを用いて容易に可視光通信を行なうことができる照明制御システムを提供することにある。

請求項１の発明は、複数の照明器具と、複数の照明器具に接続してオンデューティを可変とした調光信号を送信することで各照明器具の光出力を変化させる照明制御装置とを備え、照明制御装置は、トリガ信号が入力されると調光信号の送信を停止し、トリガ信号の入力時に発生する既定信号と、当該既定信号の後に続く情報信号とを調光信号と同一の伝送線路を用いて送信し、各照明器具は、照明制御装置からの既定信号を受信するとオンデューティを１００％にした調光信号を生成し、照明制御装置からの情報信号を周波数変調して調光信号に重畳させた変調信号に応じて点滅することを特徴とする。

この発明によれば、既存の照明調光システムに可視光通信制御を導入する際に、可視光通信用の専用線を別途設置する必要がなく、既存のシステム構成を用いて導入可能となる。また、可視光通信用制御装置を別途設置しなくても、既存の調光機能を有する照明制御システムのソフトを変更するのみで可視光通信制御を実現することができる。また、調光信号の信号幅に制約されない自由なデータ量を可視光通信で伝送することができる。

請求項２の発明は、請求項１において、前記照明制御装置は、情報信号を外部から設定する手段を備えることを特徴とする。

この発明によれば、システム管理者やシステム運営者が場所や時節に合わせて伝送する情報を変更可能であり、システム変更を容易に行うことができる。

請求項３の発明は、請求項１において、前記照明制御装置は、トリガ信号を外部から取得する手段を備えることを特徴とする。

この発明によれば、任意のタイミングで情報伝送を行なうことができる。

請求項４の発明は、請求項１において、前記照明制御装置は、変調信号に応じて点滅する各照明器具の光出力を一定値以上に設定することを特徴とする。

この発明によれば、可視光通信時に一定以上の明るさを意図的に確保することができ、可視光通信の通信精度の向上を図ることができる。

以上説明したように、本発明では、通信用の配線を設置することなく、既存の照明調光システムを用いて容易に可視光通信を行なうことができ、また、調光信号の信号幅に制約されない自由なデータ量を可視光通信で伝送することができるという効果がある。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

（基本構成１）
本基本構成の照明制御システムは、図１に示すように、商用電源ＡＣを供給される照明制御装置１に複数の照明器具２が調光信号線Ｌ１を介して接続されており、各照明器具２には電源線Ｌ２を介して点灯用の電源である商用電源ＡＣが接続されている。

照明制御装置１は、図２に示すように、商用電源ＡＣから電源を生成する電源部１ａと、照明制御装置１の各部の動作を制御する制御部１ｂと、データ等を記憶する記憶部１ｃと、外部の赤外線リモコンから送信された赤外線信号を検出して制御部１ｂへ出力する赤外線リモコン入力部１ｄと、外部の警報機４からの警報信号を検出して制御部１ｂへ出力する外部入力部１ｅと、制御部１ｂの指示により調光信号線Ｌ１を介して調光信号を各照明器具２へ送信する調光信号駆動部１ｆとを備える。

照明器具２は、図３または図４の構成を備えて可視光を照射するものであり、図３に示す照明器具２は蛍光灯２ｄを用いており、商用電源ＡＣから電源を生成する電源部２ａと、出力電力の発振周期を制御する発振周期制御部２ｂと、発振周期制御部２ｂによって発振周期を制御された電力を蛍光灯２ｄへ供給する発振回路部２ｃと、照明制御装置１から調光信号線Ｌ１を介して送信された信号を入力される調光信号入力部２ｅと、調光信号入力部２ｅに入力された信号から調光信号を分離して発振周期制御部２ｂに出力する信号分離部２ｆとを備える。そして、発振周期制御部２ｂは、調光信号に応じて出力電力の発振周期を変化させて、蛍光灯２ｄの光出力を変化させる。

図４に示す照明器具２はＬＥＤ２ｉを用いており、商用電源ＡＣから電源を生成する電源部２ｇと、出力電流を制御してＬＥＤ２ｉへ供給する電流制御部２ｈと、照明制御装置１から調光信号線Ｌ１を介して送信される調光信号を電流制御部２ｈに出力する調光信号入力部２ｊとを備える。そして、電流制御部２ｈは、調光信号に応じて出力電流の大きさを変化させて、ＬＥＤ２ｉの光出力を変化させる。

図５に本基本構成の調光信号の波形を示す。この調光信号は、周期Ｔ０のＰＷＭ波形であり、周期Ｔ０内で振幅Ｖ１となるオン期間Ｔ１と振幅０となるオフ期間Ｔ２とが存在する。この周期Ｔ０に対するオン期間Ｔ１の割合Ｔ１／Ｔ０（以後、オンデューティ幅と称す）によって、照明器具２の光出力が一意に決定される。このオンデューティ幅Ｔ１／Ｔ０と光出力との関係は照明器具毎に特有の特性を有しており、図６（ａ）（ｂ）に照明器具毎の特性例として特性Ｓ１（●），Ｓ２（◆），Ｓ３（▲）を示す。ここで、特性Ｓ１は、オンデューティ幅５％、光出力１００％の点と、オンデューティ幅９５％、光出力０％の点とを通る直線であり、特性Ｓ２は、オンデューティ幅１００％〜８４％までは光出力１０％で、オンデューティ幅８４％以下では特性Ｓ１と一致する。また、特性Ｓ３は、オンデューティ幅０％、光出力１００％の点と、オンデューティ幅１００％、光出力０％の点とを通る直線である。

次に、警報機４から警報信号が発信された場合の動作について説明する。警報機４から警報信号が発信されると、照明制御装置１の制御部１ｂは外部入力部１ｅを介して警報信号を検出し、この警報信号をトリガ信号として通常モードとは異なる情報伝送モードへ移行する。情報伝送モードに移行すると、制御部１ｂは、工場出荷時に予め記憶部１ｃに書き込まれている非常警報を示すコードを読み出す。そして、非常警報コードに対応した情報信号として調光信号の周波数ｆ０（＝１／Ｔ０）よりも極めて高い周波数ｆｓの信号を、調光信号のオン期間Ｔ１に周波数変調で重畳させる。図７（ａ）は、非常警報の情報信号を重畳した調光信号（以下、変調信号と称す）の波形を示しており、情報信号の伝送信号幅Ｔ３は、調光信号のオン期間Ｔ１より短くなる。なお、図７（ｂ）は、図７（ａ）のＡ部拡大図であり、Ｂ部に非常警報の情報信号が重畳されている。

そして、図４に示すＬＥＤ２ｉを用いた照明器具２では、図８（ａ）に示す変調信号（周期Ｔ０，オン期間Ｔ１，オフ期間Ｔ２，情報信号の伝送信号幅Ｔ３）が送信された場合、図８（ｂ）に示すように、図８（ａ）示す信号と同様のパターンの光出力パターンで光源の点滅を行う。

一方、図３に示す蛍光灯２ｄを用いた照明器具２では、図８（ａ）に示す変調信号（周期Ｔ０，オン期間Ｔ１，オフ期間Ｔ２，情報信号の伝送信号幅Ｔ３）が送信された場合、図８（ｃ）に示すように、周期Ｔ０のうち、情報信号の伝送信号幅Ｔ３の間は周波数が極めて高く（周波数ｆｓ）、幅Ｔ３以外の期間は周波数が低い（周波数ｆ０）交流波形で光出力パターンが表される。

上記図８（ｂ）または図８（ｃ）のパターンで表される各照明器具２の光出力は図９に示す光出力受信端末５で検出されて、情報信号が伝送される。光出力受信端末５は、電源を生成する電源部５ａと、光出力受信端末５の各部の動作を制御する制御部５ｂと、照明器具２の光出力を受信する受光部５ｃと、照明制御装置１で行った周波数変調の周波数でのフィルタ機能を有して、受信した光出力から情報信号を分離するフィルタ５ｄと、情報信号に対応した情報等を表示する表示部５ｅとを備える。そして、光出力受信端末５は、フィルタ５ｄを介して取り出した非常警報コードに基づいて、表示部５ｅから端末使用者に警報報知を行う。

このように、本基本構成では、調光信号の周波数ｆ０よりも極めて高い周波数ｆｓの情報信号を、調光信号のオン期間Ｔ１に周波数変調で重畳させており、既存の照明調光システムで用いている調光信号線Ｌ１を介して調光信号だけでなく情報信号も照明器具２に送信できる。したがって、既存の照明調光システムに可視光通信制御を導入する際に、可視光通信用の専用線を別途設置する必要がなく、既存のシステム構成を用いて導入可能となる。また、可視光通信用制御装置を別途設置しなくても、既存の調光機能を有する照明制御システムのソフトを変更するのみで可視光通信制御を実現することができる。

なお、本基本構成では、制御部１ｂで情報信号を調光信号に重畳させる周波数変調を行っているが、制御部１と調光信号駆動部１ｆとの間に信号変調部を設けて、この信号変調部で周波数変調を行ってもよい。

（基本構成２）
本基本構成の照明制御システムは、図１０に示すように基本構成１の構成から警報機４と、照明制御装置１の外部入力部１ｅとを省略したもので、記憶部１ｃに記憶されるデータと、制御部１ｂでの制御が基本構成１とは異なる。

基本構成１では、記憶部１ｃに記憶されているデータの中に、可視光通信で伝送する情報（非常警報等を示すコード）が予め記憶されていた。しかし、本基本構成では情報を記憶する領域は確保されているが、データは当初、記憶されておらず、伝送する情報を赤外線リモコン３から照明制御装置１へ送信し、制御部１ｂは、赤外線リモコン入力部１ｄを介して検出した情報を記憶部１ｃの予め確保された所定領域に書き込む。

そして、本基本構成において、通常モードから情報伝送モードへ移行するためのトリガ信号は、赤外線リモコン３から照明制御装置１へ送信され、制御部１ｂは、赤外線リモコン入力部１ｄを介して検出したトリガ信号によって、情報伝送モードへ移行し、以降、基本構成１と同様に情報信号を含む変調信号を光出力受信端末５に伝送する可視光通信を行う。

本基本構成では、照明制御装置１に記憶された情報を、光出力受信端末５側で一時的に取得することを目的としているため、情報伝送モードに移行して情報信号を含む変調信号を伝送した後、一定時間が経過すると情報伝送モードを終了して通常モードに戻る。

なお、記憶部１ｃはＥＥＰＲＯＭやＦｌａｓｈＲＯＭのような揮発性記憶デバイスであることが必要となる。

上記本基本構成では、照明制御システムのシステム管理者やシステム運営者が場所や時節に合わせて伝送する情報を変更可能であり、システム変更を容易に行うことができる。

（基本構成３）
本基本構成の照明制御システムは、基本構成１と同様の構成を備えるが、情報伝送モードでの照明制御方法が基本構成１とは異なる。

本基本構成において、制御部１ｂは、警報機４からの警報信号を検出すると、この警報信号をトリガ信号として通常モードから情報伝送モードに移行するとともに、調光信号駆動部１ｆから送信する調光信号のオンデューティ幅Ｔ１／Ｔ０を強制的に規定の幅（例えば、Ｔ１／Ｔ０＝５０％）に固定し、基本構成１と同様の方法でこの調光信号に情報信号を重畳した変調信号を照明器具２へ送信する。また、情報伝送モード中は、赤外線リモコン３から使用者の意思で送信される光出力を変更するコードを全てキャンセルし、調光信号のオンデューティ幅Ｔ１／Ｔ０を強制的に上記規定幅に固定しておく。なお、上記オンデューティ幅の規定幅は、可視光通信時に照明器具２の光出力が一定以上となるように設定され、記憶部１ｃに記憶されている。

したがって、可視光通信時に、一定以上の明るさを意図的に確保することができ、可視光通信の通信精度の向上を図ることができる。また、可視光通信時に、調光信号のオンデューティ幅を規定の幅に固定できるため、伝送したい情報の量を固定することができる。あるいは、情報量に合わせて調光信号のオンデューティ幅を設定すれば、伝送すべき情報を確実に伝送することができる。

（実施形態１）
本実施形態の照明制御システムは、基本構成１と同様の構成を備えるが、情報伝送モードでの照明制御方法が基本構成１とは異なる。

本実施形態において、制御部１ｂは、警報機４からの警報信号を検出すると、この警報信号をトリガ信号として通常モードから情報伝送モードに移行するとともに、調光信号駆動部１ｆが送信する調光信号を停止させる。そして、図１１（ａ）に示すような、トリガ入力時ｔ０に発生する伝送信号幅Ｔ４の既定信号と、この既定信号に続いて周期Ｔ０毎に発生する伝送信号幅Ｔ３の情報信号とを調光信号駆動部１ｆから照明器具２へ送信する。

このとき、照明器具２の点灯状態は、調光信号がないので、伝送する情報（図１１（ａ）参照）のみによって光出力が変化し、一定出力とはならない。その場合でも可視光通信は可能であるが、光出力がばらつくため伝送性能は確保されない。

そこで、図１２に示すような、図４の構成に制御部２ｋを設けた照明器具２を用いて、調光信号入力部２ｊに入力された信号に応じて、各照明器具２が動作を判断して光出力を制御する。すなわち、制御部２ｋは、調光信号入力部２ｊに入力される信号を常に監視し、図１１（ａ）中の伝送信号幅Ｔ４の既定信号を検出すると、情報伝送モードへの移行と判断し、ＬＥＤ２ｉの光出力を１００％ベースに変化させるオンデューティ幅１００％の調光信号を生成する。そして、その１００％ベースの調光信号に伝送信号幅Ｔ３の情報信号を周波数変調で重畳させて、図１１（ｂ）に示すように最初の伝送信号幅Ｔ４の間は１００％点灯させ、その後は伝送信号幅Ｔ３の情報信号に応じた点滅と１００％点灯とを周期Ｔ０毎に繰り返す。以降は、基本構成１と同様に光出力受信端末５との可視光通信を行う。

このように、光出力を最大限にして可視光通信を行うので、通信の精度を確保することができ、さらには調光信号の信号幅に制約されない自由なデータ量を可視光通信で伝送することができる。

また、本実施形態では、調光信号出力を停止して情報伝送のみを行うため、調光信号線Ｌ１を情報伝送のための専用線とみなして、最初の伝送信号幅Ｔ４以降は独自の通信プロトコルで通信することも可能である。但し、照明制御装置１の制御部１ｂと照明器具２の制御部２ｋに同様の通信プロトコルを具備する必要がある。

本発明の基本構成１の照明制御システムを示す構成図である。 同上の照明制御装置を示す構成図である。 同上の蛍光灯を用いた照明器具を示す構成図である。 同上のＬＥＤを用いた照明器具を示す構成図である。 同上の調光信号の波形を示す図である。 同上の負荷特性を示す図であり、（ａ）はグラフ、（ｂ）は表である。 同上の変調信号の波形を示す図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ部拡大図である。 （ａ）は同上の変調信号の波形を示す図であり、（ｂ）（ｃ）は光出力パターンを示す図である。 同上の光出力受信端末を示す構成図である。 本発明の基本構成２の照明制御システム、および照明制御装置を示す構成図である。 （ａ）は本発明の実施形態１の信号波形を示す図であり、（ｂ）は光出力パターンを示す図である。 同上のＬＥＤを用いた照明器具を示す構成図である。 従来の照明制御システムを示す構成図である。 従来の変調部を示す構成図である。

１ 照明制御装置
２ 照明器具
Ｌ１ 調光信号線
Ｌ２ 電源線
ＡＣ 商用電源

Claims (4)

1. 複数の照明器具と、複数の照明器具に接続してオンデューティを可変とした調光信号を送信することで各照明器具の光出力を変化させる照明制御装置とを備え、
   照明制御装置は、トリガ信号が入力されると調光信号の送信を停止し、トリガ信号の入力時に発生する既定信号と、当該既定信号の後に続く情報信号とを調光信号と同一の伝送線路を用いて送信し、
   各照明器具は、照明制御装置からの既定信号を受信するとオンデューティを１００％にした調光信号を生成し、照明制御装置からの情報信号を周波数変調して調光信号に重畳させた変調信号に応じて点滅する
   ことを特徴とする照明制御システム。
2. 前記照明制御装置は、情報信号を外部から設定する手段を備えることを特徴とする請求項１記載の照明制御システム。
3. 前記照明制御装置は、トリガ信号を外部から取得する手段を備えることを特徴とする請求項１記載の照明制御システム。
4. 前記照明制御装置は、変調信号に応じて点滅する各照明器具の光出力を一定値以上に設定することを特徴とする請求項１記載の照明制御システム。

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