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JP4872682B2 - 照明光伝送システム - Google Patents
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Description

本発明は、照明負荷から出射する光に光出力の増減としてディジタルデータを重畳することによって受信端末へ信号を伝送する照明光伝送システムに関する。
従来から、蛍光灯等の照明器具から出力される光を送信すべきデータに基づいてFSK(Frequency Shift Keying)方式によって変調し、受信器側において復調することによってデータを伝送する照明光によるデータ伝送システムが知られている(例えば、特許文献1参照)。
ところが、特許文献1に記載されたようなデータ伝送方式では、送信するデータの中に「1」又は「0」が偏在する部分がある場合には、照明器具からの光の出力(周波数)が切替わるタイミングが人間の目によってちらつきとして認識されるという問題があった。
そこで、上記問題を解決するために送信すべきデータをマンチェスター符号を用いて「1」と「0」の発生確率が等しいデータに変換した上で変調する伝送システム(例えば、特許文献2参照)や、人間の目が明暗の切替わりを認識可能な周波数よりも高い周波数で送信信号を送信する伝送システム(例えば、特許文献3参照)が開発されている。
特開昭60−32443号公報 特表2002−511727号公報 特開2006−237869号公報
ところが、上記のいずれの伝送システムでも、FSK方式によって変調される光出力は、送信すべきデータの値が切替わるときに周波数が急激に切替えられるので、照明器具に内蔵された蛍光灯等の照明負荷の周波数を制御するためのLC共振回路を有するインバータ回路(点灯回路)に過大な電流や電圧が発生し、最大定格以上の電圧・電流ストレスがかかって部品の破損や寿命の短縮が生じる虞がある。
また、点灯回路を流れる電流や電圧の急激な変化によって不要輻射ノイズや電源帰還ノイズが発生したり、チョークコイルに異音が発生するトラブルに繋がる虞がある。
そこで、本発明は、信号源が生成するディジタルデータを照明負荷の光出力の変化パターンに変換し、その変化パターンに基づいて点灯回路が照明負荷の光出力を制御する照明光伝送システムにおいて、点灯回路に過大な電流や電圧が生じて部品の破損や寿命の短縮が引き起こされることを防止することができる照明光伝送システムを提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、請求項1の発明は、出力光の周波数が可変である照明負荷と、送信信号をディジタルデータとして生成する信号源と、前記信号源が生成するディジタルデータを前記照明負荷の出力光の周波数の変化パターンに変換する制御回路と、共振回路を有し、前記制御回路が変換した変化パターンに基づいて前記照明負荷の出力光の周波数を制御する点灯回路と、前記照明負荷の出力光を受信して信号を復調する受信端末と、を備え、前記照明負荷の出力光の周波数切替えることによって前記受信端末へ信号を送信するFSK(Frequency Shift Keying)方式による照明光伝送システムにおいて、前記変化パターン、前記照明負荷の出力の周波数が切替わる部分に、中間周波数を経て漸増、又は漸減する部分を有し、前記点灯回路は、前記制御回路が変換した変化パターンに基づいて前記照明負荷の出力光の周波数を、異なる2つの周波数値の間で中間周波数を経て漸増、又は漸減することを特徴とする。
請求項2の発明は、請求項1の照明光伝送システムにおいて、前記変化パターンの1単位区間における前記照明負荷の出力光の周波数の平均値が、全ての変化パターンにおいて同等であることを特徴とする。
請求項1の発明によれば、制御回路がディジタルデータから変換して生成する光出力の変化パターンに照明負荷の光出力値が漸増、又は漸減する部分を有し、点灯回路が、該変化パターンに基づいて照明負荷の光出力を、異なる2つの出力値の間で漸増、又は漸減するので点灯回路に過大な電流や電圧が生じて部品の破損や寿命の短縮が引き起こされることを防止することができる。
請求項2の発明によれば、請求項1の発明の効果に加えて、照明負荷の光出力の平均値が全ての変化パターンにおいて同等であるので、照明が人間の目にちらつきとなって見えることを防止できる。
以下、本発明の一実施形態に係る照明光伝送システムについて、図1乃至図7を参照して説明する。本実施形態の照明光伝送システム1は、図1に示されるように、商用電源2によって電源を供給されて点灯する照明器具3と、照明器具3からの光を受光して光に重畳された位置情報等のデータを検出して液晶パネル等の表示装置4に表示する受信端末5とを備える。
例えば、照明器具3が建物内の複数個所に設置され、各照明器具3から出射される光に照明器具3の設置された場所を示す位置情報が重畳され、ユーザは、受信端末5を持って建物内を移動するときに受信端末5の表示装置4に表示される位置情報(階の区別、場所の区別等)を見てユーザ自身の現在位置を確認する。
次に、照明器具3について、図2及び図3を参照して説明する。本実施形態の照明器具3は、出力周波数が可変である放電灯(照明負荷)6と、送信信号(階、場所等の位置情報信号)をディジタルデータとして生成するマイクロコンピュータから構成される信号源7と、信号源7が生成するディジタルデータを放電灯6の出力周波数の変化パターンに変換するマイクロコンピュータから構成される制御回路8と、制御回路8が変換した変化パターンに基づいて放電灯6の出力周波数を制御する点灯回路9と、点灯回路9に電源を供給する直流電源回路11とを備える。信号源7を構成するマイクロコンピュータと制御回路8を構成するマイクロコンピュータは、共通のものであってもよい。
点灯回路9と直流電源回路11について、図3を参照してさらに説明する。直流電源回路11は、ダイオードブリッジDBと、コンデンサC1とから構成され、点灯回路9は、ダイオードブリッジDBの2次側に接続されたスイッチング素子Q1、Q2と、スイッチング素子Q1、Q2の各ゲートに接続され制御回路8から出力される変化パターンに基づいてスイッチング素子Q1、Q2のオンオフ周波数を制御する発振回路12と、共振チョークL1と、直列カットコンデンサC2と、共振コンデンサC3とを備える。
発振回路12は、スイッチング素子Q1、Q2を、制御回路8から出力される変化パターンに基づいて2つの周波数f1、f2間に亘って連続的に切替えて制御する。例えば、いま、信号源7から出力されたディジタルデータが「10011」であり、そのディジタルデータを変換して制御回路8から出力される変化パターンが図4に示される形状である場合について説明する。
第1区間s1はディジタルデータの「1」を表す矩形であり、スイッチング素子Q1、Q2が比較的高い周波数f2に切替えられて放電灯6が周波数f2の光出力で継続して点灯し、第2区間s2はディジタルデータの「0」を表す三角形であり、スイッチング素子Q1、Q2が比較的低い周波数f1から中間の周波数f3を経て周波数f2に連続的に切替えられて放電灯6の光出力が比較的低い周波数f1から中間の周波数f3を経て比較的高い周波数f2に連続的に変化する。
以下、同様に、ディジタルデータの「0」を表す第3区間s3では放電灯6の光出力が比較的低い周波数f1から中間の周波数f3を経て比較的高い周波数f2に連続的に変化され、ディジタルデータの「1」を表す第4、第5区間s4、s5では、放電灯6が周波数f2の光出力で継続して点灯される。
上記のように、制御回路8は、信号源7が出力するディジタルデータ(例えば、「10011」)を、制御回路8自体のROM(不図示)内に記憶する所定のプログラムに基づいて矩形、又は三角形等の変化パターンに変換する。ディジタルデータに対する変化パターンの形状は、ROM内に記憶するプログラムを変更することによって種々に変更可能であり、変化パターンの変形例については後述する。
次に、受信端末5について、図5乃至図7を参照して説明する。本実施形態の受信端末5は、図5に示されるように、照明器具3からの光を受光して光出力を電圧に変換する光電変換部13と、光電変換部13によって生成された電圧を増幅する増幅回路14と、増幅回路14によって増幅された電圧を復調して2値化する復調回路15と、復調回路15によって生成された2値(ディジタル値)を所定のプログラムに基づいて処理して具体的な情報(階、場所等の情報)にするマイクロコンピュータから構成されたデータ処理回路16と、表示装置4とを備える。
光電変換部13と復調回路15について、図6を参照してさらに具体的に説明する。光電変換部13は、光学フィルタ17と、フォトダイオードPDと、I/V変換回路18とを備え、復調回路15は、中心周波数が周波数f3である広域のバンドパスフィルタ21と、中心周波数が周波数f2である狭域のバンドパスフィルタ22と、両バンドパスフィルタ21、22で検波された出力に基づいて比較的高い周波数については「1」を出力し、比較的低い周波数については「0」を出力するコンパレータ23を備える。コンパレータ23から出力されるディジタル値がデータ処理回路16によって処理される。
広域バンドパスフィルタ21の出力特性f21、及び狭域バンドパスフィルタ22の出力特性f22が、それぞれ図7に示される。広域バンドパスフィルタ21は、検波の支障となるノイズ成分を除去する。
いま、照明器具3の放電灯6が図4に示された変化パターンに基づいて光出力(周波数)を変化されているとき、受信端末5の復調回路15は、第1区間s1について継続して周波数f2を検出するので「1」を出力し、第2区間s2について周波数f1からf3へと変化する周波数を検出するので「0」を出力し、以後第3区間s3、第4区間s4、第5区間s5についても同様にして、それぞれ「0」「1」「1」を出力する。これらの出力「1」「0」「0」「1」「1」がデータ処理回路16によって具体的な位置情報に変換される。
以上のように、本実施形態の照明光伝送システム1は、照明器具3の制御回路8がディジタルデータを変換して生成する変化パターンに、放電灯6の光出力値が漸増する部分(周波数f1から周波数f3を経て周波数f2へ変化する部分)を有し、点灯回路9は、光出力値が漸増する部分を有する変化パターンに基づいて放電灯6の光出力(周波数)を制御するので、点灯回路9に過大な電流や電圧が生じることが抑制され、部品の破損や寿命の短縮が引き起こされることが防止される。
次に、制御回路8がディジタルデータを変換して生成する変化パターンの変形例について、図8乃至図18を参照して説明する。
ディジタルデータの「1」に対する変化パターンが周波数f1を継続するフラットなラインであり、ディジタルデータの「0」に対する変化パターンが周波数f1からf3を経てf2に漸増する三角形である変化パターンが図8に示される。
この図8に示される変化パターンにおいても、放電灯6の光出力が漸増するように制御されるので、点灯回路9に過大な電流や電圧が生じることが抑制され、部品の破損や寿命の短縮が引き起こされることが防止され、図4に示される変化パターンに比べて周波数がf1からf2に急増する区間、及びf2からf1に急減する区間が少ないので、部品の破損や寿命の短縮が引き起こされることを防止する効果が高い。
次に、ディジタルデータの「1」に対する変化パターンは周波数がf2からf3を経てf1に漸減する三角形であり、ディジタルデータの「0」に対する変化パターンは周波数がf1からf3を経てf2に漸増する三角形である変化パターンが図9に示される。
この図9に示される変化パターンにおいても、放電灯6の光出力が漸増、漸減するように制御されるので、点灯回路9に過大な電流や電圧が生じることが抑制され、部品の破損や寿命の短縮が引き起こされることが防止される。
また、図9に示される変化パターンにおいては、変化パターンの各区間s1、s2、・・における周波数の平均値が、全ての区間において周波数f3に同等になるので、ディジタルデータの「1」又は「0」が偏って連続する場合であっても、放電灯6からの光が人間の目にちらつきとなって見えることが防止される。
次に、ディジタルデータの「1」に対する変化パターンは周波数がf2からf3を経てf1に漸減する円弧状であり、ディジタルデータの「0」に対する変化パターンは周波数がf1からf3を経てf2に漸増する円弧状である変化パターンが図10に示される。
この図10に示される変化パターンにおいても、放電灯6の光出力が漸増、漸減するように制御されるので、点灯回路9に過大な電流や電圧が生じることが抑制され、部品の破損や寿命の短縮が引き起こされることが防止され、変化パターンの各区間s1、s2、・・における周波数の平均値が、全ての区間において同等になるので、ディジタルデータの「1」又は「0」が偏って連続する場合であっても、放電灯6からの光が人間の目にちらつきとなって見えることが防止される。
次に、ディジタルデータの「1」に対する変化パターンは周波数がf1からf3を経てf2に漸増する三角形であり、ディジタルデータの「0」に対する変化パターンは周波数が1区間内でf1からf2を経てf1に増減する二等辺三角形である変化パターンが図11に示される。
この図11に示される変化パターンにおいても、放電灯6の光出力が漸増、漸減するように制御されるので、点灯回路9に過大な電流や電圧が生じることが抑制され、部品の破損や寿命の短縮が引き起こされることが防止され、変化パターンの各区間s1、s2、・・における周波数の平均値が、全ての区間において周波数f3になるので、ディジタルデータの「1」又は「0」が偏って連続する場合であっても、放電灯6からの光が人間の目にちらつきとなって見えることが防止される。
次に、ディジタルデータの「1」に対する変化パターンは、周波数がf1からf2に漸増、又はf2からf1に漸減する傾斜ラインであり、ディジタルデータの「0」に対する変化パターンは、周波数が1区間内でf1からf2を経てf1に増減する二等辺三角形、又はf2からf1を経てf2に減増する倒立した二等辺三角形である変化パターンが図12に示される。
この図12に示される変化パターンにおいては、各区間s1、s2、・・の変化パターンは、当該区間の前の区間における最後の光出力値が維持するように選択される。
具体的には、前の区間の最後の光出力値が周波数f1である場合には、当該区間のディジタルデータ「1」に対する変化パターンは、周波数がf1からf2に漸増する傾斜ラインが選択され(例えば、図12の区間s1)、ディジタルデータ「0」に対する変化パターンは、周波数が1区間内でf1からf2を経てf1に増減する二等辺三角形が選択される(例えば、図12の区間s7)。
前の区間の最後の光出力値が周波数f2である場合には、当該区間のディジタルデータ「1」に対する変化パターンは、周波数がf2からf1に漸減する傾斜ラインが選択され(例えば、図12の区間s4)、ディジタルデータ「0」に対する変化パターンは、周波数が1区間内でf2からf1を経てf2に減増する倒立した二等辺三角形が選択される(例えば、図12の区間s2)。
この図12に示される変化パターンにおいても、放電灯6の光出力が漸増、漸減するように制御されるので、点灯回路9に過大な電流や電圧が生じることが抑制され、部品の破損や寿命の短縮が引き起こされることが防止され、変化パターンの各区間s1、s2、・・における周波数の平均値が、全ての区間において周波数f3になるので、ディジタルデータの「1」又は「0」が偏って連続する場合であっても、放電灯6からの光が人間の目にちらつきとなって見えることが防止される。
また、この図12に示される変化パターンにおいては、周波数がf1からf2に急増する区間、及びf2からf1に急減する区間がないので、部品の破損や寿命の短縮が引き起こされることを防止する効果が高い。
次に、ディジタルデータの「1」に対する変化パターンは、周波数が1区間内でf3からf2を経てf3に増減する三角形であり、ディジタルデータの「0」に対する変化パターンは、周波数が1区間内でf3からf1を経てf3に減増する倒立した三角形である変化パターンが図13に示される。
この図13に示される変化パターンにおいても、放電灯6の光出力が漸増、漸減するように制御されるので、点灯回路9に過大な電流や電圧が生じることが抑制され、部品の破損や寿命の短縮が引き起こされることが防止され、周波数がf1からf2に急増する区間、及びf2からf1に急減する区間がないので、部品の破損や寿命の短縮が引き起こされることを防止する効果が高い。
次に、ディジタルデータの「1」に対する変化パターンは、周波数がf1からf2に漸増、又はf2からf1に漸減する傾斜ラインであり、ディジタルデータの「0」に対する変化パターンは、周波数がf3を継続するラインである変化パターンが図14に示される。
この図14に示される変化パターンにおいては、ディジタルデータが「1」である区間の変化パターンは、当該区間の前の区間における最後の光出力値がf1である場合には、周波数がf1からf2に漸増する傾斜ラインが選択され(例えば、図14の区間s4)、当該区間の前の区間における最後の光出力値がf2、又はf3である場合には、周波数がf2からf1に漸減する傾斜ラインが選択される(例えば、図14の区間s3)。
この図14に示される変化パターンにおいても、放電灯6の光出力が漸増、漸減するように制御されるので、点灯回路9に過大な電流や電圧が生じることが抑制され、部品の破損や寿命の短縮が引き起こされることが防止され、変化パターンの各区間s1、s2、・・における周波数の平均値が、全ての区間において周波数f3になるので、ディジタルデータの「1」又は「0」が偏って連続する場合であっても、放電灯6からの光が人間の目にちらつきとなって見えることが防止される。
次に、ディジタルデータの2ビットに対して4種類の変化パターンが対応付けられる例について、図15乃至図18を参照して説明する。
ディジタルデータの「00」に対して周波数f1が継続するフラットなラインが対応付けられ、ディジタルデータの「01」に対して周波数f2が継続するフラットなラインが対応付けられ、ディジタルデータの「10」に対して周波数がf2からf3を経てf1に漸減する傾斜ラインが対応付けられ、ディジタルデータの「11」に対して周波数がf1からf3を経てf2に漸増する傾斜ラインが対応付けられる変化パターンが図15に示される。
この図15に示される変化パターンにおいても、放電灯6の光出力が漸増、漸減するように制御されるので、点灯回路9に過大な電流や電圧が生じることが抑制され、部品の破損や寿命の短縮が引き起こされることが防止され、変化パターンの1区間にディジタルデータの2ビット分のデータが表されるので伝送効率が高い。
次に、ディジタルデータの「00」に対して変化パターンの1区間内で周波数がf1からf2に段階的に増加する形状が対応付けられ、ディジタルデータの「01」に対して変化パターンの1区間内で周波数がf2からf1に段階的に減少する形状が対応付けられ、ディジタルデータの「10」に対して周波数がf2からf3を経てf1に漸減する傾斜ラインが対応付けられ、ディジタルデータの「11」に対して周波数がf1からf3を経てf2に漸増する傾斜ラインが対応付けられる変化パターンが図16に示される。
この図16に示される変化パターンにおいても、放電灯6の光出力が漸増、漸減するように制御されるので、点灯回路9に過大な電流や電圧が生じることが抑制され、部品の破損や寿命の短縮が引き起こされることが防止され、変化パターンの1区間にディジタルデータの2ビット分のデータが表されるので伝送効率が高い。また、変化パターンの各区間s1、s2、・・における周波数の平均値が、全ての区間において周波数f3になるので、ディジタルデータの2ビットの4つの組合わせのいずれかが偏って連続する場合であっても、放電灯6からの光が人間の目にちらつきとなって見えることが防止される。
次に、ディジタルデータの「00」に対して周波数がf1からf3を経てf2に漸増する傾斜ラインが対応付けられ、ディジタルデータの「01」に対して周波数がf2からf3を経てf1に漸減する傾斜ラインが対応付けられ、ディジタルデータの「10」に対して周波数が1区間内でf1からf2を経てf1に増減する二等辺三角形が対応付けられ、ディジタルデータの「11」に対して周波数が1区間内でf2からf1を経てf2に減増する倒立した二等辺三角形が対応付けられる変化パターンが図17に示される。
この図17に示される変化パターンにおいても、放電灯6の光出力が漸増、漸減するように制御されるので、点灯回路9に過大な電流や電圧が生じることが抑制され、部品の破損や寿命の短縮が引き起こされることが防止され、変化パターンの1区間にディジタルデータの2ビット分のデータが表されるので伝送効率が高く、変化パターンの各区間s1、s2、・・における周波数の平均値が、全ての区間において周波数f3になるので、ディジタルデータの2ビットの4つの組合わせのいずれかが偏って連続する場合であっても、放電灯6からの光が人間の目にちらつきとなって見えることが防止される。
次に、ディジタルデータの「00」に対応する変化パターンは、周波数がf1を継続するフラットなラインであり、ディジタルデータの「01」に対応する変化パターンは、周波数がf3を継続するフラットなラインであり、ディジタルデータの「10」に対応する変化パターンは、周波数がf2からf3を経てf1に漸減する傾斜ラインであり、ディジタルデータの「11」に対応する変化パターンは、周波数がf1からf3を経てf2に漸増する傾斜ラインである変化パターンが図18に示される。
この図18に示される変化パターンにおいても、放電灯6の光出力が漸増、漸減するように制御されるので、点灯回路9に過大な電流や電圧が生じることが抑制され、部品の破損や寿命の短縮が引き起こされることが防止され、変化パターンの1区間にディジタルデータの2ビット分のデータが重畳されるので伝送効率が高い。
なお、上記の実施形態では、受信端末5が、照明器具3からの光の出力(周波数)をバンドパスフィルタ21、22及びコンパレータ23によってディジタルデータに復調するアナログ方式のものであったが、次に説明するディジタル方式のものであってもよい。
すなわち、受信端末5は、図19に示されるように、光電変換部13と、増幅回路14と、増幅回路14によって増幅されたアナログの電気量をディジタル値に変換するAD変換部24と、AD変換部24によって変換されたディジタル値をディジタルデータに再生するマイクロコンピュータ25から構成されてもよい。
さらに、上記の実施形態では、照明器具3の照明負荷6として放電灯を用いているが、放電灯に代えてLEDであってもよい。
本発明の一実施形態に係る照明光伝送システムの概略構成を示す図。 同照明光伝送システムにおける照明器具の概略構成を示すブロック図。 同照明光伝送システムにおける照明器具の直流電源回路と点灯回路の回路図。 同照明光伝送システムにおける変化パターンの例を示す図。 同照明光伝送システムにおける受信端末の概略構成を示すブロック図。 同照明光伝送システムにおける受信端末の光電変換部と復調回路の機能ブロック図。 同照明光伝送システムにおける広域バンドパスフィルタと狭域バンドパスフィルタの特性を示す図。 同照明光伝送システムにおける変化パターンの他の例を示す図。 同照明光伝送システムにおける変化パターンの他の例を示す図。 同照明光伝送システムにおける変化パターンの他の例を示す図。 同照明光伝送システムにおける変化パターンの他の例を示す図。 同照明光伝送システムにおける変化パターンの他の例を示す図。 同照明光伝送システムにおける変化パターンの他の例を示す図。 同照明光伝送システムにおける変化パターンの他の例を示す図。 同照明光伝送システムにおける変化パターンの他の例を示す図。 同照明光伝送システムにおける変化パターンの他の例を示す図。 同照明光伝送システムにおける変化パターンの他の例を示す図。 同照明光伝送システムにおける変化パターンの他の例を示す図。 同照明光伝送システムにおける受信端末の他の例を示すブロック図。
符号の説明
1 照明光伝送システム
6 放電灯(照明負荷)
7 信号源
8 制御回路
9 点灯回路
f1、f2、f3 周波数(出力値)
s1、s2 区間

Claims (2)

  1. 出力光の周波数が可変である照明負荷と、
    送信信号をディジタルデータとして生成する信号源と、
    前記信号源が生成するディジタルデータを前記照明負荷の出力光の周波数の変化パターンに変換する制御回路と、
    共振回路を有し、前記制御回路が変換した変化パターンに基づいて前記照明負荷の出力光の周波数を制御する点灯回路と、
    前記照明負荷の出力光を受信して信号を復調する受信端末と、を備え、前記照明負荷の出力光の周波数切替えることによって前記受信端末へ信号を送信するFSK(Frequency Shift Keying)方式による照明光伝送システムにおいて、
    前記変化パターン、前記照明負荷の出力光の周波数が切替わる部分に、中間周波数を経て漸増、又は漸減する部分を有し、
    前記点灯回路は、前記制御回路が変換した変化パターンに基づいて前記照明負荷の出力光の周波数を、異なる2つの周波数値の間で中間周波数を経て漸増、又は漸減することを特徴とする照明光伝送システム。
  2. 前記変化パターンの1単位区間における前記照明負荷の出力光の周波数の平均値が、全ての変化パターンにおいて同等であることを特徴とする請求項1に記載の照明光伝送システム。
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