JP5000327B2

JP5000327B2 - 可視光通信システム

Info

Publication number: JP5000327B2
Application number: JP2007042853A
Authority: JP
Inventors: 淳郎七原; 真二松田
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2007-02-22
Filing date: 2007-02-22
Publication date: 2012-08-15
Anticipated expiration: 2027-02-22
Also published as: JP2008206087A

Description

本発明は、発光ダイオードに供給される電流を制御することにより該発光ダイオードを明滅させ、その光を受光して解析することにより可視光通信を行なう可視光通信システムに関する。

従来から、可視光通信照明システムを構成する照明器具として、ＬＥＤと、ＬＥＤを変調駆動するスイッチング素子と、ＬＥＤを流れる平均電流を検出する平均電流検出部とが電圧源に接続されているものが知られている（例えば、特許文献１参照）。この照明器具において、ＬＥＤは、スイッチング素子により変調駆動されるとき、点滅制御又は光量制御され、通信信号が重畳された変調光を放出する。このＬＥＤの変調駆動により、ＬＥＤから放出される平均光量は低減する。平均電流検出部は、ＬＥＤを流れる平均電流を検出し、ＬＥＤを流れる平均電流がほぼ一定となるように電圧源の出力電圧を制御する。このため、ＬＥＤの変調の有無にかかわらず、平均光量をほぼ一定に保つことができる。

また、可視光通信システムとして、可視光領域の光を発するＬＥＤが点灯時間及び消灯時間を所定の割合で固定されて点滅動作し、受信器がこのＬＥＤの光を受信するものが知られている（例えば、特許文献２参照）。このシステムでは、ＬＥＤの点灯時間及び消灯時間が所定の割合で固定されているので、データ通信のためＬＥＤの点灯周波数が変化した場合においても、照明光の明るさが変化しない。

しかしながら、特許文献１及び特許文献２に記載の技術では、発光ダイオードに供給される電流を通信信号に応じて制御することにより、発光ダイオードによる通信が可能となるが、発光ダイオードを調光するための調光信号に応じて上記の電流を制御することにより発光ダイオードを調光することは難しかった。このため、発光ダイオードに供給される１つの電流信号を制御することにより発光ダイオードの調光と該発光ダイオードによる可視光通信とを両立することは困難であった。
特開２００６−１２０９１０号公報特開２００４−１２０１０１号公報

本発明は、上記の従来の問題を解決するためになされたものであり、発光ダイオードに供給される１つの電流信号を制御することにより、発光ダイオードの調光と該発光ダイオードによる通信とを両立させることができる可視光通信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本発明は、発光ダイオードに供給される電流を制御することにより該発光ダイオードを明滅させ、その光を受光して解析することにより可視光通信を行なう可視光通信システムにおいて、通信信号を生成する通信信号生成部と、前記発光ダイオードを調光するための調光信号を生成する調光信号生成部と、前記発光ダイオードに供給する電流のパルス幅を制御するパルス幅制御手段と、前記発光ダイオードに供給する電流のパルス高さを制御するパルス高さ制御手段と、を備え、前記パルス幅制御手段及びパルス高さ制御手段のうち、いずれか一方が、前記通信信号に対応した電流制御を行ない、他方が、前記電流のパルス幅／パルス高さの最大値に対する比率が、前記調光信号により示される調光度と等しくなるように、該パルス幅／パルス高さを制御して、該調光信号に対応した電流制御を行なうことを特徴とする。

本発明によれば、パルス幅制御手段とパルス高さ制御手段の一方が、発光ダイオードに対する調光信号に対応した電流制御を行ない、他方が、通信信号に対応した電流制御を行なうので、発光ダイオードに供給される１つの電流信号を用いて発光ダイオードの調光制御及び通信制御を独立して行なうことが可能となる。従って、発光ダイオードの調光と該発光ダイオードによる通信とを両立させることができる。

本発明の一実施形態に係る可視光通信システムについて図面を参照して説明する。図１は、この可視光通信システム１の構成を示す。この可視光通信システム１は、発光ダイオード（以下、ＬＥＤという）２１に供給される電流を制御することによりＬＥＤ２１を明滅させる照明器具２と、ＬＥＤ２１の光を受光して解析することにより可視光通信を行なう受信器３とを備える。以下、照明器具２及び受信器３の詳細な構成を示す。

照明器具２は、ＬＥＤ２１に加え、通信信号を生成する通信信号生成部２２と、ＬＥＤ２１を調光するための調光信号を生成する調光信号生成部２３と、ＬＥＤ２１に供給する電流のパルス幅を制御するパルス幅制御手段２４と、ＬＥＤ２１に供給する電流のパルス高さを制御するパルス高さ制御手段２５と、商用電源６０からの交流電力を、照明器具２内部で使用するための直流電力に変換するＡＣ／ＤＣコンバータ２６とを有する。このＡＣ／ＤＣコンバータ２６は、照明器具２内の各部に電力を供給する。

ＬＥＤ２１は、照明用の光源としての役割を果たし、例えば、青色発光ダイオードと黄蛍光体とを組み合わせた高輝度白色ＬＥＤにより構成される。このＬＥＤ２１は、供給される電流により駆動され、発光する。この電流は、ＬＥＤ２１の発光強度を制御するため、電流信号の形態でＬＥＤ２１に供給される。この電流信号は、例えば、パルス列から成るパルス信号により構成される。電流信号のパルス高さを変更することにより、ＬＥＤ２１の発光強度は変化する。また、電流信号の周波数を一定とした場合、単位時間当たりの電流通電時間すなわち電流信号のパルス幅を変更することにより、ＬＥＤ２１の見かけ上の発光強度すなわち平均発光量を変化させることが可能である。

通信信号生成部２２は、周波数の比較的高い弱電パルス信号を通信信号として生成可能なマイクロコンピュータ等のデバイスにより構成される。弱電パルス信号の周波数は、例えば数十ｋＨｚ〜数百ＭＨｚである。この弱電パルス信号は、Ｈｉｇｈレベル及びＬｏｗレベル（以下、それぞれ、Ｈレベル、Ｌレベルという）の２値の電圧レベルを有する弱電圧信号から成る。ＬレベルとＨレベルの並び方を変えることにより、弱電パルス信号すなわち通信信号が形成される。この並び方は、外部Ｉ／Ｆ（Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）機器（図示せず）を介して任意に変更可能である。上記の並び方は、固定されており、その情報が不図示の記憶部に予め記憶されていてもよい。通信信号生成部２２は、生成した通信信号をパルス幅制御手段２４に送出する。

調光信号生成部２３は、弱電パルス信号又は弱電アナログ信号を調光信号として生成可能であり、且つ、弱電パルス信号のパルス幅変更又は弱電アナログ信号の波高値変更が可能なマイクロコンピュータ等のデバイスにより構成される。弱電パルス信号及び弱電アナログ信号は、弱電圧信号から成る。調光信号において、調光度を示す要素がパルス幅すなわちデューティ比である場合、調光信号生成部２３は弱電パルス信号のパルス幅変更可能なデバイスにより構成され、上記要素が波高値である場合、弱電アナログ信号の波高値変更が可能なデバイスにより構成される。調光度は、外部の調光器やリモートコントローラ等（図示せず）からの信号に基づいて設定される。調光信号生成部２３は、生成した調光信号をパルス高さ制御手段２５に送出する。なお、通信信号生成部２２及び調光信号生成部２３がマイクロコンピュータにより構成される場合、通信信号生成部２２及び調光信号生成部２３が同じマイクロコンピュータを共用してもよい。

パルス幅制御手段２４は、例えばＦＥＴやトランジスタ等の半導体スイッチング素子により構成される。この半導体スイッチング素子は、ＬＥＤ２１に直列に接続されており、通信信号生成部２２からの通信信号を受信し、この通信信号に応じて、ＬＥＤ２１に供給される電流を制御する。具体的には、半導体スイッチング素子が、通信信号におけるＨレベル及びＬレベルの切り替わりタイミングに合わせてスイッチング動作を行ない、ＬＥＤ２１への通電時間を制御することにより、ＬＥＤ２１に供給される電流信号のパルス幅すなわちデューティ比を制御する。

パルス高さ制御手段２５は、例えばシャントレギュレータ、ＩＰＤ（ＩｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔＰｏｗｅｒＤｅｖｉｃｅ）等の、電流制御を行なうデバイスにより構成される。このデバイスは、調光信号生成部２３からの調光信号を受信し、この調光信号に応じて、ＬＥＤ２１に供給される電流を制御する。具体的には、上記のデバイスが、調光信号のパルス幅や波高値に応じて、ＬＥＤ２１に供給される電流信号のパルス高さを制御する。

一方、受信器３は、ＬＥＤ２の光を受光するフォトダイオード等により構成される受光手段３１と、受光手段３１の出力を解析することにより、ＬＥＤ２１の光に重畳されている通信信号を得る制御部３２とを有する。制御部３２は、例えば、マイクロコンピュータにより構成される。

図２は、可視光通信システム１における各箇所の信号波形を示す。以下、各箇所の信号波形を説明しつつ、可視光通信システム１の動作を説明する。ここで、通信信号生成部２２には、外部Ｉ／Ｆ機器４が接続されており、調光信号生成部２３には、調光器５が接続されているとする。可視光通信システム１の動作においては、まず、照明器具２の各部に、ＡＣ／ＤＣコンバータ２６（図２において図示せず）から電力が供給され、受信器３、外部Ｉ／Ｆ機器４及び調光器５の電源がオンされる。

次に、調光信号生成部２３が、調光器５から入力された、調光度を示す信号に基づき、調光信号を生成する。また、調光信号生成部２３が、この調光信号をパルス高さ制御手段２５に送出する。パルス高さ制御手段２５は、調光信号生成部２３からの調光信号に基づいて駆動され、電流信号をＬＥＤ２１に供給する。ＬＥＤ２１は、この電流信号に応じた発光強度で発光する。

ここで、調光信号生成部２３及びパルス高さ制御手段２５の動作の一例を示す。例えば、調光器５が、最大発光強度の３０％でＬＥＤ２１を点灯させるように指示する信号を調光信号生成部２３に入力したとする。この信号は、ＬＥＤ２１の３０％点灯を示す波高値の電圧信号から成る（破線枠Ａ内に示す）。この信号を受信した調光信号生成部２３は、弱電パルス信号のパルス幅すなわちデューティ比を３０％に設定し、この弱電パルス信号をパルス高さ制御手段２５に送信する（破線枠Ｂ内に示す）。パルス高さ制御手段２５は、ＬＥＤ２１に供給される電流信号のパルス高さが最大パルス高さの３０％になるような信号をＬＥＤ２１に送出する。この信号は、例えば、ＬＥＤ２１の３０％点灯に対応した波高値の電流信号から成る（破線枠Ｃ内に示す）。ＬＥＤ２１は、この電流信号に応じて最大発光強度の３０％で発光する。

一方、通信信号生成部２２は、外部Ｉ／Ｆ機器４からの信号入力が無い場合、電圧レベルが常にＨレベルの弱電パルス信号をパルス幅制御手段２４に送出する。パルス幅制御手段２４は、パルス高さが常にパルス高さ制御手段２５により設定された値である電流信号がＬＥＤ２１に供給されるように電流制御を行なう。また、通信信号生成部２２は、外部Ｉ／Ｆ機器４からの信号入力が有った場合、外部Ｉ／Ｆ機器４からの信号に応じてパルス列が並べられた通信信号を、パルス幅制御手段２４に送出する。この通信信号は、電圧レベルがＨレベルとＬレベルとの間でパルス列に応じて切り替わる。

パルス幅制御手段２４は、通信信号生成部２２からの通信信号に応じてＬＥＤ２１に電流供給を行なう。すなわち、この通信信号の電圧レベルがＨレベルである間、パルス高さがパルス高さ制御手段２５により設定された値の電流がＬＥＤ２１に供給される。また、電圧レベルがＬレベルである間、ＬＥＤ２１への電流供給が遮断される。このようにして、通信信号に応じて、ＬＥＤ２１に供給される電流の通電時間が制御され、ＬＥＤ２１に供給される電流信号のパルス幅が変更される。

ここで、通信信号生成部２２及びパルス幅制御手段２４の動作の一例を示す。例えば、外部Ｉ／Ｆ機器４から通信信号生成部２２に、Ｈレベル及びＬレベルの２値の電圧値を有するパルス信号が入力されたとする。この信号は、信号に重畳された情報に応じてパルス幅が変動する（破線枠Ｄ内に示す）。通信信号生成部２２は、外部Ｉ／Ｆ機器４からの信号に応じて電圧レベルが変動する通信信号を、パルス幅制御手段２４に送出する（破線枠Ｅ内に示す）。ＬＥＤ２１に供給される電流信号のパルス高さがパルス高さ制御手段２５により最大値の３０％に設定されている場合、パルス幅制御手段２４は、通信信号生成部２２からの通信信号の電圧レベルがＨレベルである間、パルス高さ制御手段２５により設定されたそのパルス高さのままでＬＥＤ２１に電流信号が供給されるように電流制御を行なう。パルス幅制御手段２４は、上記の通信信号の電圧レベルがＬレベルである間、ＬＥＤ２１への電流供給を遮断する（破線枠Ｆ内に示す）。

ＬＥＤ２１は、パルス高さ制御手段２５により調光信号に応じてパルス高さが制御され、且つ、パルス幅制御手段２４により通信信号に応じてパルス幅が制御された電流信号に基づいて駆動され、明滅する。この電流信号の周波数は、ＬＥＤ２１の光のちらつきが人間に視認不可能となるように高く設定されている。このため、人間に不快感を与えずに、可視光を用いた通信が可能になる。

受信器３の受光手段３１は、ＬＥＤ２の光を受光する。制御部３２は、受光手段３１の出力に応じてＬＥＤ２の発光強度の変化を時系列で認識し、通信信号を得る。例えば、制御部３２は、ＬＥＤ２の発光強度が最大値の３０％であるときの受光手段３１の出力をＨレベルに対応させ、ＬＥＤ２が消灯しているときの受光手段３１の出力をＬレベルに対応させて信号を生成する。このため、外部Ｉ／Ｆ機器４からの信号、すなわち通信信号生成部２２生成の通信信号と同一の信号を生成することができる。このようにして、可視光通信システム１において、照明器具２と受信器３との間の通信が可能となる。

上記構成においては、パルス高さ制御手段２５が、ＬＥＤ２１に対する調光信号に対応した電流制御を行ない、パルス幅制御手段２４が、通信信号に対応した電流制御を行なうので、ＬＥＤ２１に供給される１つの電流信号を用いてＬＥＤ２１の調光制御及び通信制御を独立して行なうことが可能となる。従って、ＬＥＤ２１の調光とＬＥＤ２１による通信とを両立させることができる。

なお、本発明は、上記の実施形態の構成に限られず、使用目的に応じ、様々な変形が可能である。例えば、パルス高さ制御手段２５が、通信信号生成部２２からの通信信号に応じて、ＬＥＤ２１に供給される電流の制御を行ない、パルス幅制御手段２４が、調光信号生成部２３からの調光信号に応じて、上記電流の制御を行なってもよい。

本発明の一実施形態に係る可視光通信システムの構成図。上記システムの各箇所における信号波形を示す図。

符号の説明

１可視光通信システム
２照明器具
２１ＬＥＤ
２２通信信号生成部
２３調光信号生成部
２４パルス幅制御手段
２５パルス高さ制御手段
３受信器

Claims

発光ダイオードに供給される電流を制御することにより該発光ダイオードを明滅させ、その光を受光して解析することにより可視光通信を行なう可視光通信システムにおいて、
通信信号を生成する通信信号生成部と、
前記発光ダイオードを調光するための調光信号を生成する調光信号生成部と、
前記発光ダイオードに供給する電流のパルス幅を制御するパルス幅制御手段と、
前記発光ダイオードに供給する電流のパルス高さを制御するパルス高さ制御手段と、を備え、
前記パルス幅制御手段及びパルス高さ制御手段のうち、いずれか一方が、前記通信信号に対応した電流制御を行ない、他方が、前記電流のパルス幅／パルス高さの最大値に対する比率が、前記調光信号により示される調光度と等しくなるように、該パルス幅／パルス高さを制御して、該調光信号に対応した電流制御を行なうことを特徴とする可視光通信システム。