JP4506502B2

JP4506502B2 - 照明光伝送システム

Info

Publication number: JP4506502B2
Application number: JP2005047704A
Authority: JP
Inventors: 和史長添
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2005-02-23
Filing date: 2005-02-23
Publication date: 2010-07-21
Anticipated expiration: 2025-02-23
Also published as: JP2006237869A

Description

本発明は、光を出力する照明負荷と、送信信号を生成する信号源と、信号源が生成する送信信号をビットパターンに変調する制御回路と、制御回路が変調するビットパターンに基づいて照明負荷が出力する光出力波形を制御する点灯回路と、照明負荷が出力する光出力波形を受信信号に復調する受信端末と、を備えた照明光伝送システムに関するものである。

従来から、光を出力する照明負荷と、送信信号を生成する信号源と、信号源が生成する送信信号をビットパターンに変調する制御回路と、制御回路が変調するビットパターンに基づいて照明負荷が出力する光出力波形を制御する点灯回路と、照明負荷が出力する光出力波形を受信信号に復調する受信端末と、を備えた照明光伝送システムとして特開昭６０−３２４４３号公報（特許文献１）及び特開平６−２０７８５号公報（特許文献２）に記載されている技術が知られている。これは、放電灯の動作周波数を送信信号に応じて制御して、受信側で復調する、ＦＳＫ方式と称される周波数変調方式による伝送技術である。

この場合、放電灯の動作周波数を送信信号に応じて変えると、送信信号によってはビットパターンの高低の発生確率が一方に偏る場合があり、放電灯の光出力の変動が、人間の目に許容できないチラツキとして感じられることから、照明器具としての使用に実用上の問題が生じる可能性があった。

これに対する技術として、特表２００２−５１１７２７号公報（特許文献３）に記載されている技術が知られている。これは、送信信号をビットパターンに変調する場合に、マンチェスター符号を用いることでチラツキを抑制するものである。

ここでマンチェスター符号とは、ビット１は正電位から負電位への反転に、ビット０は負電位から正電位への反転に、それぞれ対応させるもので、送信信号によらず正電位と負電位の発生確率が同じであることから、放電灯の光出力の変動が、人間に許容できないチラツキとして感じられにくいという特徴を有するものである。
特開昭６０−３２４４３号公報特開平６−２０７８５号公報特表２００２−５１１７２７号公報

しかしながら、照明光光伝送システムにおいて、送信信号をビットパターンに変調する場合にマンチェスター符号を用いると、これを応用するアプリケーションや環境によって以下の課題が生じる可能性がある。

すなわち、第一に、受信側が移動する場合など速い伝送速度が必要な場合に、十分な速度で伝送できない、第二に高い伝送信頼性（受信感度）が必要な場合、十分な伝送信頼性を確保できない、第三に、照明器具としての光出力を上げたい場合に、点灯回路の設計が従来の伝送機能を有しない照明器具をベースにした状態では、十分な光出力を得ることができない、第四に、必要な場合のみ伝送する場合に、伝送前後での光出力の変動が、人間の目に許容できないチラツキとして感じられる、といったものである。

本願発明は、上記背景技術に鑑みてなされたものであり、その課題は、第一に、受信側が移動する場合など速い伝送速度が必要な場合に、十分な速度で伝送でき、第二に高い伝送信頼性（受信感度）が必要な場合、十分な伝送信頼性を確保でき、第三に、照明器具としての光出力を上げたい場合に、点灯回路の設計が従来の伝送機能を有しない照明器具をベースにした状態でも、十分な光出力を得ることができ、第四に、必要な場合のみ伝送する場合に、伝送前後での光出力の変動が、人間に許容できないチラツキとして感じらない、照明光伝送システムを提供することである。

請求項１に記載された発明は、光を出力する照明負荷と、送信信号を生成する信号源と、信号源が生成する送信信号をビットパターンに変調する制御回路と、制御回路が変調するビットパターンに基づいて照明負荷が出力する光出力波形を制御する点灯回路と、照明負荷が出力する光出力波形を受信信号に復調する受信端末と、を備えた照明光伝送システムであって、光出力波形は、ビットパターンの高低の比率が常に３：１であり、かつ送信信号における１のレベルに対応するビットパターンと０のレベルに対応するビットパターンが異なるものによって制御されるものであることを特徴とする照明光伝送システムである。

また請求項２に記載された発明は、光を出力する照明負荷と、送信信号を生成する信号源と、信号源が生成する送信信号をビットパターンに変調する制御回路と、制御回路が変調するビットパターンに基づいて照明負荷が出力する光出力波形を制御する点灯回路と、照明負荷が出力する光出力波形を受信信号に復調する受信端末と、を備えた照明光伝送システムであって、光出力波形は、ビットパターンの高低の比率が常に２：１であり、かつ送信信号における１のレベルに対応するビットパターンと０のレベルに対応するビットパターンが異なるものによって制御されるものであることを特徴とする照明光伝送システムである。

請求項１に記載された発明によれば、光出力波形は、ビットパターンの高低の比率が常に３：１であり、かつ送信信号における１のレベルに対応するビットパターンと０のレベルに対応するビットパターンが異なるものによって制御されるものであるので、１ビット単位で全点灯周波数ｆ１と調光点灯周波数ｆ２の発生確率が同じで照明負荷のチラツキが抑制される。

また、全点灯周波数ｆ１と調光点灯周波数ｆ２の比率が常に３：１であり照明器具としての平均光出力が高く、点灯回路を構成する部品のサイズやコスト面で有利になる。逆に、調光時の周波数を他の方式に比べて高く出来るため、全点灯時周波数との差を大きく取れ受信信頼性が向上する。

また、データがクロック成分を含んであるため、信号の同期がとりやすく、受信端末で周波数だけでなく時間幅、回数でも確認でき、受信信頼性が高い。

また、４ビット単位のためマイコンソフト開発が容易となる。

また、請求項２に記載された発明によれば、光出力波形は、ビットパターンの高低の比率が常に２：１であり、かつ送信信号における１のレベルに対応するビットパターンと０のレベルに対応するビットパターンが異なるものによって制御されるものであるので、１ビット単位で全点灯周波数ｆ１と調光点灯周波数ｆ２の発生確率が同じで照明負荷２のチラツキが抑制される。

また、全点灯周波数ｆ１と調光点灯周波数ｆ２の比率が常に２：１であり照明器具としての平均光出力が高く、点灯回路を構成する部品のサイズやコスト面で有利になる。逆に、調光時の周波数を他の方式に比べて高く出来るため、全点灯時周波数との差を大きく取れ受信信頼性が向上する。

また、３ビット単位のためマイコンソフト開発が容易となる。

本願発明の実施形態を説明する前に、参考形態として第一乃至第三参考形態を説明する。まず、本願発明の第一参考形態の照明光伝送システム１について図１、図２及び図８により説明する。

本第一参考形態の照明光伝送システム１は、図１、図２及び図８に示す如く、光を出力する照明負荷２と、送信信号を生成する信号源３と、信号源３が生成する送信信号をビットパターンに変調する制御回路４と、制御回路４が変調するビットパターンに基づいて照明負荷２が出力する光出力波形を制御する点灯回路５と、照明負荷２が出力する光出力波形を受信信号に復調する受信端末６と、を備えた照明光伝送システム１であって、光出力波形は、ＮＲＺ方式によって変調するビットパターンによって制御され、かつ人間の目が照明負荷の明暗の切り替りを認識可能である周波数より高い周波数で同一の送信信号を繰り返すものであることを特徴とする。さらに伝送しない状態から伝送状態へ、又は伝送状態から伝送しない状態へ、切り替わる場合に、連続的に光出力を変化させる。

以下、本第一参考形態による照明光伝送システム１を、より具体的詳細に説明する。

最初に、照明負荷２であるが、これは蛍光灯が例示される。ただし、蛍光灯に限られず発光ダイオード、高輝度放電灯、無電極放電灯、白熱灯など高周波で点灯できる照明用光源であれば何を用いても良く、照明器具を設置する部位（住宅、事務所、店舗、屋外等）や、用途（一般照明、演出用途等）、面積によって最適な光源を選択すれば良い。

次に、信号源３について説明する。これは送信信号をデジタル値で生成し、送信するもので、照明負荷２が取り付けられる照明器具の位置情報をディップスイッチで設定することで１０数ビットのデジタル値とし、これを制御回路４に送信するものが例示される。

次に、制御回路４について説明する。これは周波数変調回路を有するもので、これにより送信信号をビットパターンに変調するものである。

なお本第一参考形態では、図２に示すごとく、ビットパターンは符号化技術としては最も簡単で通信効率が良い（通信速度が速い）ＮＺＲ符号を採用し、送信信号における０のレベルに照明負荷２の全点灯周波数ｆ１が、１のレベルに全点灯用周波数ｆ１より高周波である調光点灯周波数ｆ２が、それぞれ対応するものとしている。

またビットパターンは人間の目が照明負荷の明暗の切り替りを認識可能である周波数（ＣＦＦ：ｃｒｉｔｉｃａｌｆｕｓｉｏｎｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）より高い周波数で、同一の位置情報を繰り返し絶え間なく送信する。ここでＣＦＦは年齢（高年齢になると光の変化への応答性が悪くなる）や個人差によって異なると言われているが、少なくとも１２０Ｈｚ以上であれば問題ない（このビットパターンに応じて光出力波形が制御されるが、５０／６０Ｈｚの商用電源に接続された白熱灯や銅鉄安定器で点灯する蛍光灯の光出力波形の周波数は１００／１２０Ｈｚで点灯しており、これと同水準であればチラツキとして感じない）。従って、１２０Ｈｚの逆数である８．３ｍ秒以下で上記位置情報を繰り返し送れば良い。

さらに伝送開始時と伝送終了時は、図８に示すごとく、一定時間フェードモード（アナログ的なフェード動作）を設けている。すなわちフェードモード中、全点灯周波数ｆ１から調光点灯周波数ｆ２へ徐々に増加又は減少させる。

次に、点灯回路５について説明する。これは直流電源と、発振回路と、インバータ回路と、を有するものである。

直流電源は、商用電源をダイオードで整流後、コンデンサで平滑して直流に変換される。入力電流歪み改善のため昇圧型チョッパー回路で高周波電流に変換してコンデンサで平滑しても良い。当然電池でも良い。

発振回路は、ビットパターンに従って、全点灯用周波数ｆ１又は全点灯用周波数ｆ１より高周波である調光点灯周波数ｆ２でインバータ回路のスイッチング素子を駆動する回路である。

インバータ回路は従来からあるハーブリッジ式やフルブリッジ式、一石式など放電灯点灯回路として利用できる方式のものが例示される。また上記チョッパー回路と一部の部品を兼用したチョッパー兼用インバータ回路でも良い。インバータ回路は、発振回路がビットパターンに従って発振する全点灯用周波数ｆ１又は全点灯用周波数ｆ１より高周波である調光点灯周波数ｆ２にて照明負荷２に流れるランプ電流波形を制御する。また照明付加２の出す光出力波形の周波数はランプ電流波形の２倍になる。
次に、受信端末６について説明する。これは光電変換部と、増幅回路と、バンドパスフィルタと、比較部と、判断部と、を有するものである。

光電変換部はＰＩＮフォトダイオードが例示され、照明負荷２からの光出力波形を電気信号に変換する。ここで光電変換部に特定の波長のみを透過させる光学フィルタが備えられることは受信精度を維持する上で好適である。

増幅回路は汎用のものが例示され、光電変換部が変換する電気信号を増幅する。

バンドパスフィルタは汎用のものであり、増幅回路が増幅する電気信号を調光点灯周波数ｆ２の２倍の周波数を中心周波数としてフィルタリングするものである。

比較部はコンパレータが例示され、フィルタリングする信号を任意の電圧と比較することによりデジタル信号に変換するものである。すなわち、受光した光の周波数が調光点灯周波数ｆ２の２倍であれば“Ｈｉｇｈ” 信号を、それ以外では“Ｌｏｗ”信号を出力するものである。判断部は汎用の演算装置が例示され、比較部の出力信号より受信信号として有効な信号を判断するものである。

従って、本第一参考形態によれば、光出力波形は、ＮＲＺ方式によって変調するビットパターンによって制御され、かつ人間の目が照明負荷の明暗の切り替りを認識可能である周波数より高い周波数で同一の送信信号を繰り返すものであるので照明光のチラツキを抑制しつつ通信効率が良くなる（通信速度が速くなる）。

また、伝送開始時と伝送終了時に、一定時間フェードモード（アナログ的なフェード動作）を設けているので急激な照度変化を防止することが出来る。

そのため、本第一参考形態における照明光伝送システムは照明負荷２からは経度、緯度、高度情報など個別の位置情報を繰り返し送信して、その下を通った人が手に持ったＰＤＡや携帯電話受信端末６で受信して、現在の位置情報や案内情報を携帯端末に表示或いは音声出力する位置情報・案内システムに応用することができる。

続いて、本願発明の第二参考形態の照明光伝送システム１について図１、図３及び図９により説明する。

本第二参考形態の照明光伝送システム１は、図１、図３及び図９に示す如く、光を出力する照明負荷２と、送信信号を生成する信号源３と、信号源３が生成する送信信号をビットパターンに変調する制御回路４と、制御回路４が変調するビットパターンに基づいて照明負荷２が出力する光出力波形を制御する点灯回路５と、照明負荷２が出力する光出力波形を受信信号に復調する受信端末６と、を備えた照明光伝送システム１であって、光出力波形は、ＮＲＺ方式によって変調するビットパターンと、ＮＲＺ方式によって反転信号で変調するビットパターンと、を組み合わせたものによって制御されるものであることを特徴とする。さらに伝送しない状態から伝送状態へ、又は伝送状態から伝送しない状態へ、切り替わる場合に、連続的に光出力を変化させる。

以下、本第二参考形態による照明光伝送システム１を、より具体的詳細に説明するが、制御回路４が変調するビットパターン以外は第一実施形態と同じであるので省略する。

本第二参考形態では、図３に示すごとく、ビットパターンは基本単位時間の前半を送信信号自体に、後半は送信信号のビットを反転したビットに符号化するものとしている。ここで同一信号の繰り返し送信の場合は８．３ｍ秒以下を単位時間、非繰り返し送信の場合は４．１ｍ秒以下を単位時間とする。

さらに伝送開始時と伝送終了時は、図９に示すごとく、一定時間フェードモード（デジタル的なフェード動作）を設けている。すなわちフェードモード中、全点灯周波数ｆ１から調光点灯周波数ｆ２へ徐々に増加又は減少させる。従って、本第二参考形態によれば、受信端末６で前半の送信信号自体と後半の反転した送信信号を比較することによって、受信信号の確認ができ、信頼性が高くなる。また送信信号によらず正電位と負電位の発生確率が同じであることから、送信信号に関わらず照明負荷２のチラツキを抑制することができる。

また、伝送開始時と伝送終了時に、一定時間フェードモード（デジタル的なフェード動作）を設けているので急激な照度変化を防止することが出来る。

続いて、本願発明の第三参考形態の照明光伝送システム１について図１、図４、図５及び図８により説明する。

本第三参考形態の照明光伝送システム１は、図１、図４、図５及び図８に示す如く、光を出力する照明負荷２と、送信信号を生成する信号源３と、信号源３が生成する送信信号をビットパターンに変調する制御回路４と、制御回路４が変調するビットパターンに基づいて照明負荷２が出力する光出力波形を制御する点灯回路５と、照明負荷２が出力する光出力波形を受信信号に復調する受信端末６と、を備えた照明光伝送システム１であって、光出力波形は、送信信号における１のレベルに対応するビットパターンのパルス幅が、０のレベルに対応するビットパターンのパルス幅の２倍である、又は送信信号における０のレベルに対応するビットパターンのパルス幅が、１のレベルに対応するビットパターンのパルス幅の２倍である、ように変調するビットパターンによって制御されるものであることを特徴とする。さらに伝送しない状態から伝送状態へ、又は伝送状態から伝送しない状態へ、切り替わる場合に、連続的に光出力を変化させることを特徴とする。

以下、本第三参考形態による照明光伝送システム１を、より具体的詳細に説明するが、制御回路４が変調するビットパターン以外は第一実施形態と同じであるので省略する。

本第三参考形態では、図４に示すごとく、送信信号における０のレベル及び１のレベルともに常に全点灯周波数ｆ１→調光点灯周波数ｆ２の順で、周期は送信信号における０のレベルが2ｔ、１のレベルが4ｔとする（ｔは基本時間）。なお上記では全点灯周波数ｆ１→調光転倒周波数ｆ２の順で説明したが、調光点灯周波数ｆ２→全点灯周波数ｆ１の順でも良い。また周期を送信信号における０のレベルが４ｔ、１のレベルが２ｔでも良い。ここで、図５に示すごとく、図４における1ビットあたりの時間を等しくしたものでもよい。この場合、送信データに関わらず送信時間が一定になり、マイコンでの時間管理が容易になる。

さらに伝送開始時と伝送終了時は、図９に示すごとく、一定時間フェードモード（アナログ的なフェード動作）を設けている。すなわちフェードモード中、全点灯周波数ｆ１から調光点灯周波数ｆ２へ徐々に増加又は減少させる。

従って、本第三参考形態によれば、１ビット単位で全点灯周波数ｆ１と調光点灯周波数ｆ２の発生確率が同じであり、従来例のマンチェスター符号と同等に照明負荷２のチラツキを抑制することができる。

また、送信信号がクロック成分を含んであるため信号の同期がとりやすく、かつ受信端末６で周波数だけでなく時間幅でも確認でき、受信信頼性が高くなる。

また、送信信号に関わらず立ち下がりから立ち下がり（調光点灯周波数ｆ２→全点灯周波数ｆ１）の時間が必ず１ビットになるので、特に蛍光灯照明器具の特性として、蛍光体の蓄光現象や点灯回路の制御応答性等により、“暗”から“明”への変化（調光点灯周波数ｆ２→全点灯周波数ｆ１）と“明”から“暗”への変化（全点灯周波数ｆ１→調光転倒周波数ｆ２）の時間に差が生じることがあるが、信号“１０”（ｆ１、ｆ２、ｆ２、ｆ１）と“１１”（ｆ１、ｆ２、ｆ１、ｆ２）の違いを判別する場合に、調光点灯信号ｆ２の時間バラツキによる誤受信を軽減することができる。

また、従来例のマンチェスター符号と同等に非繰り返し信号にも対応することができる。

続いて、本願発明の第一実施形態として、本願の請求項１に対応した照明光伝送システム１について図１、図６及び図９により説明する。

本第一実施形態の照明光伝送システム１は、図１、図６及び図９に示す如く、光を出力する照明負荷２と、送信信号を生成する信号源３と、信号源３が生成する送信信号をビットパターンに変調する制御回路４と、制御回路４が変調するビットパターンに基づいて照明負荷２が出力する光出力波形を制御する点灯回路５と、照明負荷２が出力する光出力波形を受信信号に復調する受信端末６と、を備えた照明光伝送システム１であって、光出力波形は、ビットパターンの高低の比率が常に３：１であり、かつ送信信号における１のレベルに対応するビットパターンと０のレベルに対応するビットパターンが異なるものによって制御されるものであることを特徴とする。さらに伝送しない状態から伝送状態へ、又は伝送状態から伝送しない状態へ、切り替わる場合に、連続的に光出力を変化させることを特徴とする。

以下、本第一実施形態による照明光伝送システム１を、より具体的詳細に説明するが、制御回路４が変調するビットパターン以外は第一実施形態と同じであるので省略する。

本第一実施形態では、図６に示すごとく、送信信号のスタートをに対応するビットパターンを“低高高高高高高低”、１のレベルに対応するビットパターンを“高低高高”、０のレベルに対応するビットパターンを “高高低高”（高は全点灯周波数ｆ１、低を調光点灯周波数ｆ２とする）、なお“高”が６個続くのは送信信号のスタートのみであり送信信号と判別できる。

さらに伝送開始時と伝送終了時は、図９に示すごとく、一定時間フェードモード（デジタル的なフェード動作）を設けている。すなわちフェードモード中、全点灯周波数ｆ１から調光点灯周波数ｆ２へ徐々に増加又は減少させる。

従って、本第一実施形態によれば、１ビット単位で全点灯周波数ｆ１と調光点灯周波数ｆ２の発生確率が同じで照明負荷２のチラツキが抑制される。

また、データがクロック成分を含んであるため、信号の同期がとりやすく、受信端末６で周波数だけでなく時間幅、回数でも確認でき、受信信頼性が高い。

続いて、本願発明の第二実施形態として、本願の請求項２に対応した照明光伝送システム１について図１、図７及び図８により説明する。

本第二実施形態の照明光伝送システム１は、図１、図７及び図８に示す如く、光を出力する照明負荷２と、送信信号を生成する信号源３と、信号源３が生成する送信信号をビットパターンに変調する制御回路４と、制御回路４が変調するビットパターンに基づいて照明負荷２が出力する光出力波形を制御する点灯回路５と、照明負荷２が出力する光出力波形を受信信号に復調する受信端末６と、を備えた照明光伝送システム１であって、光出力波形は、ビットパターンの高低の比率が常に２：１であり、かつ送信信号における１のレベルに対応するビットパターンと０のレベルに対応するビットパターンが異なるものによって制御されるものであることを特徴とする。さらに伝送しない状態から伝送状態へ、又は伝送状態から伝送しない状態へ、切り替わる場合に、連続的に光出力を変化させることを特徴とする。

以下、本第二実施形態による照明光伝送システム１を、より具体的詳細に説明するが、制御回路４が変調するビットパターン以外は第一実施形態と同じであるので省略する。

本第二実施形態では、図７に示すごとく、送信信号のスタートをに対応するビットパターンを“低高高高高低”、１のレベルに対応するビットパターンを“高低高”、０のレベルに対応するビットパターンを “高高低”（高は全点灯周波数ｆ１、低を調光点灯周波数ｆ２とする）、なお“高”が４個続くのは送信信号のスタートのみであり送信信号と判別できる。

従って、本第二実施形態によれば、１ビット単位で全点灯周波数ｆ１と調光点灯周波数ｆ２の発生確率が同じで照明負荷２のチラツキが抑制される。

また、全点灯周波数ｆ１と調光点灯周波数ｆ２の比率が常に２：１であり照明器具としての平均光出力が高く、点灯回路を構成する部品のサイズやコスト面で有利になる。逆に、調光時の周波数を他の方式に比べて高く出来るため、全点灯時周波数との差を大きく取れ受信信頼性が向上する。なお本第四実施形態に比して平均出力は低いが伝送効率は良くなる（通信速度が速くなる）。

本願発明の第一乃至第三参考形態、第一及び第二実施形態のブロック構成図本願発明の第一参考形態のビットパターン本願発明の第二参考形態のビットパターン本願発明の第三参考形態のビットパターン本願発明の第三参考形態のビットパターン本願発明の第一実施形態のビットパターン本願発明の第二実施形態のビットパターン本願発明の第一及び第三参考形態、第二実施形態のビットパターン本願発明の第二参考形態、第一実施形態のビットパターン従来技術のビットパターン

符号の説明

１照明光伝送システム
２照明負荷
４制御回路
５点灯回路
６受信端末

Claims

光を出力する照明負荷と、送信信号を生成する信号源と、信号源が生成する送信信号をビットパターンに変調する制御回路と、制御回路が変調するビットパターンに基づいて照明負荷が出力する光出力波形を制御する点灯回路と、照明負荷が出力する光出力波形を受信信号に復調する受信端末と、を備えた照明光伝送システムであって、光出力波形は、ビットパターンの高低の比率が常に３：１であり、かつ送信信号における１のレベルに対応するビットパターンと０のレベルに対応するビットパターンが異なるものによって制御されるものであることを特徴とする照明光伝送システム。
光を出力する照明負荷と、送信信号を生成する信号源と、信号源が生成する送信信号をビットパターンに変調する制御回路と、制御回路が変調するビットパターンに基づいて照明負荷が出力する光出力波形を制御する点灯回路と、照明負荷が出力する光出力波形を受信信号に復調する受信端末と、を備えた照明光伝送システムであって、光出力波形は、ビットパターンの高低の比率が常に２：１であり、かつ送信信号における１のレベルに対応するビットパターンと０のレベルに対応するビットパターンが異なるものによって制御されるものであることを特徴とする照明光伝送システム。