JP5842090B2 - 照明光通信装置 - Google Patents
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Description
実施形態1の照明光通信装置を図1に基づいて説明する。図1(a)は照明光通信装置10の回路図であり、この照明光通信装置10は、定電流源11と、平滑コンデンサC11(平滑回路)と、負荷回路12と、負荷変動要素13と、信号発生回路14と、スイッチ要素Q2とを備える。
照明光通信装置の実施形態2を図3に基づいて説明する。図3(a)は照明光通信装置10の回路図であり、実施形態1で説明した図1(a)の回路と共通する構成要素には同一の符号を付して、その説明は省略する。本実施形態では、平滑コンデンサC11の両端間に、複数の発光ダイオードLD1と抵抗器R12が接続されており、抵抗器R12の両端間にスイッチ要素Q2が接続されている。ここにおいて、複数の発光ダイオードLD1と直列に接続された抵抗器R12から負荷変動要素13が構成され、スイッチ要素Q2が光通信信号に応じてオン/オフすることによって、発光ダイオードLD1の負荷特性が変動したのと同様の効果が得られる。
照明光通信装置の実施形態3を図4に基づいて説明する。本実施形態の照明光通信装置10は、実施形態1又は2で説明した照明光通信装置10と負荷変動要素13の構成のみが異なっており、図4では負荷変動要素13とスイッチ要素Q2の部分のみ図示し、それ以外の部分については図示を省略してある。
照明光通信装置の実施形態4を図5に基づいて説明する。本実施形態の照明光通信装置10は、実施形態1〜3で説明した照明光通信装置10と、負荷回路12の構成が異なっている。本実施形態の照明光通信装置10は、図5(a)に示すように、複数の発光ダイオードLD1が直列に接続された直列回路4aと、複数の発光ダイオードLD2が直列に接続された直列回路4bとを備えている。ここで、平滑コンデンサC11の両端間に負荷変動要素13を介して接続された2つの直列回路4a,4bで負荷回路12は構成されている。本回路では、負荷変動要素13と並列にスイッチ要素Q2が接続されており、光通信信号に応じてスイッチ要素Q2がオン/オフすることで、実施形態1〜3と同様、発光ダイオードLD1,LD2に流れる電流に変調が加えられる。
照明光通信装置の実施形態5を図6に基づいて説明する。本実施形態の照明光通信装置10は、実施形態1〜4で説明した照明光通信装置10と負荷回路の構成が異なっている。尚、実施形態1〜4と共通する構成要素には同一の符号を付して、その説明は省略する。
照明光通信装置の実施形態6を図7〜図8に基づいて説明する。本実施形態の照明光通信装置10は、実施形態1〜5で説明した照明光通信装置10と負荷回路の構成が異なっている。尚、実施形態1〜5と共通する構成要素には同一の符号を付して、その説明は省略する。
照明光通信装置の実施形態7を図9に基づいて説明する。実施形態5で説明した図6の回路では平滑コンデンサC11の両端間に、複数の発光ダイオードと負荷変動要素の直列回路が複数並列に接続され、各直列回路の負荷変動要素と並列にスイッチ要素が接続されている。それに対して本実施形態では図9の回路図に示すように、平滑コンデンサC11の両端間に、複数の発光ダイオードLD1の直列回路4aと、複数の発光ダイオードLD2の直列回路4bと、複数の発光ダイオードLD3の直列回路4cとが並列に接続されている。すなわち、平滑コンデンサC11の両端間には、複数の負荷回路(直列回路4a,4b,4cからなる)が並列に接続されている。そして、発光ダイオードLD1には赤色発光ダイオードが、発光ダイオードLD2には緑色発光ダイオードが、発光ダイオードLD3には青色発光ダイオードが用いられ、負荷回路毎に発光色の異なる発光ダイオードが使用されるものとする。
照明光通信装置の実施形態8を図10〜図12に基づいて説明する。実施形態6で説明した図8の回路では、平滑コンデンサC11の両端間に、複数の発光ダイオードLD1の直列回路4aと、複数の発光ダイオードLD2の直列回路4bが接続されている。一方の直列回路4bを構成する発光ダイオードLD2の一部(1個の発光ダイオードLD2)にはスイッチ要素Q2が並列接続されている。それに対して本実施形態では図10の回路図に示すように、平滑コンデンサC11の両端間に、複数の発光ダイオードLD1の直列回路4aが接続されている。また平滑コンデンサC11の両端間には、光通信信号S1に応じてオン/オフされるスイッチ要素Q2を介して、複数の発光ダイオードLD2の直列回路4bが接続されている。光通信信号に応じてスイッチ要素Q2がオンすると、平滑コンデンサC11の両端間に、発光ダイオードLD1の直列回路4aと、発光ダイオードLD2の直列回路4bが並列に接続されることになる。一方、光通信信号に応じてスイッチ要素Q2がオフすると、平滑コンデンサC11の両端間には、発光ダイオードLD1の直列回路4aのみが接続されることになる。なお、過電圧の発生を抑制するためには、全ての負荷(発光ダイオードLD1,LD2)が定電流源11から同時に切り離される無負荷状態を回避する必要がある。そのためにはスイッチ要素Q2によって発光ダイオードLD2が定電流源11から切り離された状態でも、定電流源11から電流供給を受ける負荷(発光ダイオード)を残しておく必要がある。本実施形態では、複数の発光ダイオードLD1がスイッチ要素Q2を介さずに定電流源11に接続されているから、発光ダイオードLD1には常に負荷電流が供給されることになり、無負荷状態が発生することはなく、過電圧の発生を抑制することができる。
照明光通信装置の実施形態9を図13及び図14に基づいて説明する。尚、照明光通信装置10の回路構成は、実施形態1で説明した図1(a)の回路と同様であるから、図示及び説明は省略する。
照明光通信装置の実施形態10を図16に基づいて説明する。上述した実施形態1〜9の照明光通信装置10では発光ダイオードの電源を定電流源11として説明しているが、本実施形態では定電流源11の具体回路を説明する。
照明光通信装置の実施形態11を図18に基づいて説明する。上述の各実施形態において、定電流源11と、平滑コンデンサC11と、平滑コンデンサC11の両端間に接続される負荷回路4(発光ダイオードLD1からなる)は、発光ダイオードを負荷とする照明器具が一般的に備える基本回路といえる。したがって、負荷回路に付加されることによって負荷回路の負荷特性を部分的に変化させる負荷変動要素13と、光通信信号S1に応じてオン/オフが切り替えられることで負荷変動要素13が負荷回路に付加されるか否かを切り替えるスイッチ要素Q2からなる照明光通信のブロックを、既設の照明器具に後付けで付加できるようにすれば、既設の一般的な照明器具に対して光通信機能を容易に追加することができ、光通信機能の普及が期待できる。
照明光通信装置の実施形態12を図20に基づいて説明する。実施形態11で説明した通信ユニット30は、1台の照明器具100に接続されて、この照明器具100に光通信機能を付与するものである。それに対して、本実施形態では通信ユニットを複数台の照明器具に接続可能とし、複数台の照明器具に光通信機能を付与できるようになっている。
照明光通信装置の実施形態13を図21及び図22に基づいて説明する。
実施形態14の照明光通信装置を図23〜図27に基づいて説明する。図23(a)は照明光通信装置10の回路図であり、この照明光通信装置10は、直流電源1を入力とするDC−DCコンバータ2(コンバータ部)と整流回路3と平滑コンデンサC1(平滑回路)を備える。DC−DCコンバータ2は、直流電源1からの直流電圧をスイッチ素子Q1でスイッチングし、その出力がダイオードを含む整流回路3と平滑コンデンサC1で整流、平滑されることによって、所定の電圧値の直流電圧に変換される。DC−DCコンバータの出力間、すなわち平滑コンデンサC1の両端間には、複数個(例えば8個)の発光ダイオードLD1〜LD8と電流検出抵抗5(電流検出部)が直列に接続されている。電流検出抵抗5の電圧降下は誤差増幅器A1(差分増幅部)の反転入力端子に入力される。誤差増幅器A1は、電流検出抵抗5の電圧降下と、非反転入力端子に入力された基準電圧E1とを比較し、その差分を増幅した信号を、出力制御部7(制御部)に出力する。出力制御部7では、誤差増幅器A1から入力されたフィードバック信号に基づいて、スイッチ素子Q1のオン/オフを制御することで、負荷電流I1を制御する。尚、誤差増幅器A1の出力端子と反転入力端子の間には、積分要素である抵抗R1とコンデンサC2からなる位相補償回路6aが接続されており、誤差増幅器A1,抵抗R1,コンデンサC2などで定電流フィードバック回路6が構成される。
実施形態15の照明光通信装置を図27〜図30に基づいて説明する。図27は本実施形態の回路動作を検証するシミュレーション回路である。この回路では、DC−DCコンバータ2の出力間に、電流検出抵抗5を介して、8個の発光ダイオードLD11〜LD18の直列回路4aと、8個の発光ダイオードLD21〜LD28の直列回路4bとが並列接続されている。そして、一方の直列回路4bを構成する発光ダイオードLD21〜LD28の一部(例えば発光ダイオードLD28)と並列に、光通信信号に応じてオン/オフされるスイッチ素子Q2が接続されている。ここで、図27のシミュレーション回路では、光通信信号に相当する10kHzの発振信号を出力する信号源8でスイッチ素子Q2をオン/オフしている。尚、発光ダイオードLD11〜LD18、LD21〜LD28よりなる負荷回路以外の回路構成は実施形態14と同様であるので、共通する構成要素には同一の符号を付して、その説明は省略する。
実施形態16の照明光通信装置を図31及び図32に基づいて説明する。図31は本実施形態の回路動作を検証するシミュレーション回路である。この回路では、DC−DCコンバータ2の出力間に、電流検出抵抗5を介して、2個の発光ダイオードLD1,LD2の直列回路4を複数(例えば4組)並列接続した回路ブロックB1〜B4を4個直列に接続してある。そして、本回路では回路ブロックB4を構成する4組の直列回路4のうち、1組の直列回路4の発光ダイオードLD1,LD2の一部、すなわち発光ダイオードLD2と並列にスイッチ素子Q2が接続されている。スイッチ素子Q2は光通信信号に応じてオン/オフされるのであるが、図31のシミュレーション回路では、光通信信号に相当する10kHzの発振信号を出力する信号源8でスイッチ素子Q2をオン/オフしている。尚、回路ブロックB1〜B4で構成される負荷回路以外の回路構成は実施形態15と同様であるので、共通する構成要素には同一の符号を付して、その説明は省略する。
実施形態17の照明光通信装置を図33及び図34に基づいて説明する。図33(a)は本実施形態の回路図である。この照明光通信装置10では、DC−DCコンバータ2の出力間(すなわち平滑コンデンサC1の両端間)に、電流検出抵抗5を介して、複数個(例えば4個)の発光ダイオードLD1〜LD4の直列回路4と、限流要素9(負荷変動要素)とが直列に接続されている。そして、限流要素9の両端間には、光通信信号に応じてオン/オフされるスイッチ素子Q2が接続されている。尚、発光ダイオードLD1〜LD4および限流要素9からなる負荷回路以外の回路構成は、実施形態14で説明した図23(a)の回路と同様であるので、共通する構成要素には同一の符号を付して、その説明は省略する。
実施形態18の照明光通信装置を図35に基づいて説明する。図35(a)は本実施形態の回路図である。この照明光通信装置10では、DC−DCコンバータ2の出力間(すなわち平滑コンデンサC1の両端間)に、電流検出抵抗5を介して、複数種類の発光ダイオードLD1,LD2,LD3が複数個ずつ(例えば4個ずつ)直列接続されている。尚、3種類の発光ダイオードLD1,LD2,LD3は、互いに発光色が異なっており(例えばR,G,Bの3種類)、発光色毎にまとめて直列接続されている。そして、各種類の発光ダイオードLD1,LD2,LD3毎に、一部(例えば1個)の発光ダイオードLD1,LD2,LD3と並列に、個別の光通信信号S1,S2,S3によってオン/オフされるスイッチ素子Q21,Q22,Q23が接続されている。尚、発光ダイオードLD1〜LD3よりなる負荷回路以外の回路構成は、実施形態1で説明した図23(a)の回路と同様であるので、共通する構成要素には同一の符号を付して、その説明は省略する。
実施形態19の照明光通信装置を図36〜図39に基づいて説明する。
実施形態20の照明光通信装置を図42に基づいて説明する。
実施形態21の照明光通信装置を図43に基づいて説明する。上述した各実施形態の照明光通信装置では、発光ダイオードと並列又は直列に接続したスイッチ素子Q2を、光通信信号に応じてオン/オフさせることで、負荷電流に変調を与えて、光出力を変調させている。したがって、既存のLED照明器具に、スイッチ素子Q2を付加することで、光通信機能を容易に付加できると考えられるが、安全面から光通信信号を発生する光通信信号系統と点灯回路の間は電気的に絶縁しておくことが望ましい。
11 定電流源
12 負荷回路
13 負荷変動要素
C11 平滑コンデンサ
LD1 発光ダイオード
Q2 スイッチ要素
Claims (16)
- 定電流源と、
前記定電流源の出力にそれぞれ接続される平滑回路、及び、発光ダイオードを含む負荷回路と、
前記負荷回路に付加されることで前記負荷回路の負荷特性を部分的に変化させる負荷変動要素と、
2値の光通信信号に応じて前記負荷変動要素を前記負荷回路に付加するか否かを切り替えるスイッチ要素とを備えたことを特徴とする照明光通信装置。 - 前記負荷変動要素は、前記発光ダイオードに直列接続された抵抗器であり、前記スイッチ要素は前記抵抗器に並列接続されたことを特徴とする請求項1記載の照明光通信装置。
- 前記負荷変動要素は、前記発光ダイオードに直列接続された定電圧素子を少なくとも含む定電圧回路部で構成され、前記スイッチ要素は前記定電圧回路部に並列接続されたことを特徴とする請求項1記載の照明光通信装置。
- 前記定電流源の出力間に複数の前記負荷回路が並列接続され、前記負荷変動要素及び前記スイッチ要素は、前記複数の前記負荷回路のうち少なくとも1つに設けられたことを特徴とする請求項1乃至3の何れか1つに記載の照明光通信装置。
- 複数の前記負荷回路は、負荷回路毎に発光色の異なる前記発光ダイオードで構成され、発光色の異なる前記負荷回路毎に前記スイッチ要素が設けられたことを特徴とする請求項4記載の照明光通信装置。
- 前記負荷回路は、直列接続された複数の前記発光ダイオードを備え、前記スイッチ要素は、複数の前記発光ダイオードの一部に並列接続されたことを特徴とする請求項1記載の照明光通信装置。
- 前記定電流源の出力間に複数の前記負荷回路が並列接続され、
前記負荷回路の各々は、直列接続された複数の前記発光ダイオードを備え、
前記負荷回路毎に前記発光ダイオードの発光色が異なり、
前記負荷回路の各々で、複数の前記発光ダイオードの一部と並列に前記スイッチ要素が接続されたことを特徴とする請求項1記載の照明光通信装置。 - 前記定電流源の出力間に複数の前記負荷回路が並列接続され、
前記スイッチ要素は、複数の前記負荷回路のうち少なくとも1つを除く、1乃至複数の前記負荷回路と直列に接続され、
前記負荷変動要素が、前記スイッチ要素に直列接続された前記負荷回路であることを特徴とする請求項1記載の照明光通信装置。 - 前記光通信信号のオン/オフのデューティ比を変化させるデューティ調整部を備えたことを特徴とする請求項1乃至8の何れか1項に記載の照明光通信装置。
- 前記定電流源が、直流出力を生成するコンバータ部と、前記負荷回路に流れる負荷電流に応じた電圧降下を発生する電流検出部と、前記電流検出部で発生する電圧降下と所定の基準電圧との差分を増幅する差分増幅部と、前記差分増幅部の出力に応じて前記負荷電流の平均値が略一定となるように前記コンバータ部の出力を制御する制御部とを備えた定電流フィードバック系を有することを特徴とする請求項1乃至9の何れか1項に記載の照明光通信装置。
- 積分要素を含み前記差分増幅部の出力の位相を調整する位相補償回路が前記定電流フィードバック系に設けられたことを特徴とする請求項10記載の照明光通信装置。
- 前記光通信信号を発生する信号発生回路と前記負荷変動要素と前記スイッチ要素とを同じケース内に収納した通信ユニットを備え、前記通信ユニットが、接続用の機構部品を介して前記負荷回路に接続されることを特徴とする請求項1乃至11の何れか1項に記載の照明光通信装置。
- 前記光通信信号を発生する信号発生回路と前記スイッチ要素とを電気的に絶縁する絶縁部が設けられたことを特徴とする請求項1乃至12の何れか1項に記載の照明光通信装置。
- 前記光通信信号を発生する信号発生回路は、互いに異なる複数種類の前記光通信信号を発生し、前記光通信信号の種類毎に個別の前記スイッチ要素が設けられ、且つ、複数の前記スイッチ要素の間を電気的に絶縁する絶縁部が設けられたことを特徴とする請求項13記載の照明光通信装置。
- 前記光通信信号と分離できるように前記光通信信号の周波数よりも高い周波数に設定された搬送波を生成する搬送波生成部と、前記光通信信号を前記搬送波にて変調する変調部と、前記変調部と前記スイッチ要素の間に接続される絶縁トランスと、前記絶縁トランスの出力から前記搬送波を除去して得た信号を前記スイッチ要素に出力する復調部とを備えたことを特徴とする請求項1乃至14の何れか1項に記載の照明光通信装置。
- 前記発光ダイオードが有機発光ダイオードからなることを特徴とする請求項1乃至15の何れか1項に記載の照明光通信装置。
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