JP4534474B2

JP4534474B2 - 放電灯点灯装置および光伝送システム

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Publication number: JP4534474B2
Application number: JP2003417081A
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: 2003-12-15
Filing date: 2003-12-15
Publication date: 2010-09-01
Anticipated expiration: 2023-12-15
Also published as: JP2005176255A

Description

本発明は、放電灯を点灯するとともに、放電灯の光を利用して光通信で所望の送信情報を受信端末に送信する放電灯点灯装置および光伝送システムに関するものである。

この種の従来の光伝送システムとしては、例えば、特許文献１に、照明用蛍光灯の駆動周波数を送信すべきデータのレベルに応じて所定の周波数にすることにより、送信すべきデータを蛍光灯からの光の形態で送信する光によるデータ伝送方式が開示されている。このデータ伝送方式では、ＦＳＫ変調方式が使用されている。

特許文献２には、放電灯を送信信号に応じて変調された所定の周波数で点灯すると共にこの放電灯からの光を受光して復調する情報伝送装置が開示されている。この情報伝送装置の送信部分は、制御回路が信号源から送出された送信信号により発振回路による発振周波数に変調をかけ、ハーフブリッジ回路のスイッチング素子をその変調のかかった周波数で駆動するようになっている。受信部分は、フォトダイオードで送信側から送られる信号を受信し、復調回路で、送出された信号の形式に復調するようになっている。また、特許文献２には、ガラス管の内面及び／又は外面の一部に赤外線発光膜又は赤外線透過膜を設けた放電灯が記載されており、赤外線を利用した伝送を可能にしている。なお、放電灯の光出力とランプ電流（インバータの動作周波数）との関係は図１７に示すような関係となるので、復調回路に例えばバンドパスフィルタを使用する場合、インバータの動作周波数の２倍の周波数を中心周波数に設定する必要がある。

ところで、ある一定の周波数に限らず、周波数を変更することにより調光を実現している放電灯点灯装置では、特許文献２に記載されているように、インバータの発振周波数帯域は、リモコンから送出される制御信号の周波数帯域（３３ＫＨＺ〜４０ＫＨＺ）とは離れた帯域に設定される。これは、リモコンの発振（送信）側に分光感度が８５０ｎｍ〜１０３０ｎｍのガリウムひ素（ＧａＡｓ）発光ダイオードが用いられ、受光（受信）側に分光感度が６００ｎｍ〜１２００ｎｍのシリコンフォトダイオードが用いられており、これに対して、例えば水銀及び希ガスが封入された蛍光灯などの放電灯からはインバータ点灯回路の発振周波数で変調された１０１４ｎｍ，１１２９ｎｍを主成分とする水銀輝線が放射されており、インバータ点灯回路による放電灯の点灯によってリモコンが誤動作を起こすためである。

また、蛍光灯などを負荷とする放電灯点灯装置は、通常、点灯始動時に回路に大きな電流が流れ部品に大きなストレスが加わるのを防止するため、ＬＣ共振周波数よりも高い周波数で動作するように構成される。

なお、特許文献３には、マンチェスター符号を応用して、放電灯を点灯するための周波数と送信情報を伝送するための周波数との発生する確率を、送信情報によらずに常に一定にする制御方法が記載されている。

また、特許文献４には、伝送信号をインバータ用の変調信号に変換する信号電送装置が記載されている。
特開昭６０−３２４４３号公報特開平６−２０７８５号公報特表２００２−５１１７２７号公報特開平１１−３１３０３４号公報

上記特許文献１，２による技術では、インバータのスイッチング（スイッチ）素子のオン，オフ動作をＦＳＫ変調などで制御するため、インバータの共振回路部（点灯用共振回路部）の共振カーブに沿ってランプ電流が変化するので、人の眼に対してチラツキが生じないように何らかの対策を講じなければならない。例えば、周波数が約１００Ｈｚ以上で変化する光は人の眼にチラツキと感じないので、周波数の変化を１００Ｈｚ以上にして、信号の伝送スピードを１００ｂｐｓ以上とすればよい。

しかしながら、周波数の変化を１００Ｈｚ以上にしたとしてもチラツキと感じる。例えば、点灯（調光点灯含む）周波数を、ある情報を示す“Ｌｏｗ”に対応させ、それよりも１００Ｈｚ以上高い周波数を、別の情報を示す“Ｈｉｇｈ”に対応させると、放電灯の光出力が点灯（調光点灯含む）周波数範囲内の光出力となり、例えば双方の周波数が同じ確率で発生した場合には両光出力の平均になる。つまり、信号の伝送中に調光が行われることになり、点灯周波数が定格点灯の全点灯周波数であれば、光出力が変化してチラツキと感じる。特に、同じ場所に別の照明器具が設置されていると、そのチラツキがより一層目立ってしまう。

この課題は、例えば、人の眼にチラツキと感じない程度の短時間（１０ｍｓ以下）に伝送を済ませるような構成にすれば、解決可能となるが、十分な伝送休止期間を設ける必要があるため、実効的な伝送速度が低下するという問題が生じる。

また、伝送休止期間を設けずに伝送し続ける構成も考えられるが、送信する情報によって光出力が僅かに変化するため、光の“ゆれ”を感じる。この構成は、特許文献３に記載の技術のように、マンチェスター符号を応用して、上記のような両周波数の発生する確率を一定にすれば、改善可能である。しかし、伝送の必要ないときにもダミー情報を伝送する必要があるほか、１ビットの情報量に対して上記のような両周波数をペアで用いなければならず、伝送速度が遅くなる。

また、インバータの動作周波数は、リモコンから送出される制御信号の周波数帯域およびラジオ（特にＡＭラジオ）の周波数を考慮して、一般に４５〜１００ｋＨｚに設定されるので、１０ｋｂｐｓ程度が伝送速度の限界となる。

さらに、照度センサを用いて、照明器具と外光との合成照度が一定になるようにフィードバック制御を行う構成では、照明器具の点灯（調光点灯）周波数が上記“Ｈｉｇｈ”に対応する周波数になった場合に照明器具の光に邪魔され、照明器具の放電灯からの光信号による情報を受信端末で受信することができなくなる。この問題は、通常の調光時の点灯周波数が上記“Ｈｉｇｈ”に対応する周波数になった場合にも生じる。

このような問題は、上記“Ｈｉｇｈ”に対応する周波数を点灯周波数範囲外に設定すれば解決できるが、インバータの調光範囲が広くなりすぎ、設計が困難となる。また、周波数の変化幅が大きくなり、伝送しないときとの光出力が大きく、チラツキがより大きくなる。マンチェスター符号を応用した場合も同様な問題がある上に、照明器具としての光出力を最適に調光するために複雑な制御が必要となる。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、送信情報を放電灯の光出力に含めるべく、インバータのスイッチ素子のオン，オフ動作をＦＳＫ変調などで制御する従来方式に比べて、放電灯の光出力変動を容易に抑制することが可能となり、通信速度の高速化が可能となる放電灯点灯装置および光伝送システムを提供することを目的とする。

上記課題を解決するための請求項１記載の発明の放電灯点灯装置は、点灯制御信号に従ってオン，オフ動作をする少なくとも一つの点灯用スイッチ素子と、この点灯用スイッチ素子のオン，オフ動作と連動して直流電源からの直流電力を高周波電力に変換し、この高周波電力を放電灯に供給する点灯用共振回路部と、この点灯用共振回路部の共振周波数よりも高い前記放電灯を点灯するための点灯周波数の電流が前記放電灯に流れるように、前記点灯用スイッチ素子のオン，オフ動作を制御する信号を、前記点灯制御信号として前記点灯用スイッチ素子に出力する点灯用制御回路部と、送信情報に応じて、前記点灯用共振回路部による高周波電力の電流よりも小さく前記点灯周波数よりも高い周波数を含む電流を別途生成して前記放電灯に供給する送信電流重畳回路部とを備えることを特徴とする。

この構成では、所定の点灯周波数の電流が放電灯に供給されるとともに、点灯周波数よりも高い周波数を含む電流が送信情報に応じて別途生成されて放電灯に供給されるため、送信情報に応じた電流の生成の仕方に関係なく、その電流が放電灯に重畳している間も、点灯周波数の電流が放電灯に供給されるので、点灯周波数の電流を放電灯に供給するための点灯用制御が、送信情報に応じた電流を放電灯に重畳するための通信用制御の影響を受けなくなる。つまり、通信用制御が点灯用制御の影響を受けなくなる。これにより、送信情報を放電灯の光出力に含めるべく、インバータのスイッチ素子のオン，オフ動作をＦＳＫ変調などで制御する従来方式に比べて、放電灯の光出力変動を容易に抑制することが可能となる。また、点灯周波数よりも高い周波数が送信情報の通信に使用されるので、通信速度の高速化が可能となる。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の放電灯点灯装置において、前記送信電流重畳回路部は、通信制御信号に従ってオン，オフ動作をする少なくとも一つの通信用スイッチ素子と、この通信用スイッチ素子のオン，オフ動作と連動して直流電源からの直流電力を前記点灯用共振回路部による高周波電力よりも周波数の高い高周波電力に変換し、この高周波電力を前記放電灯に供給する通信用共振回路部と、前記送信情報に応じて、前記点灯用共振回路部による高周波電力の電流よりも小さく前記点灯周波数よりも高い周波数の電流が前記放電灯に重畳するように、前記通信用スイッチ素子のオン，オフ動作を制御する信号をその通信用スイッチ素子に出力する通信用制御回路部とにより構成されることを特徴とする。この構成では、通信用スイッチ素子が、通信用制御回路部からの通信制御信号に従って、点灯用共振回路部による高周波電力の電流よりも小さく点灯周波数よりも高い周波数の電流が放電灯に重畳するようにオン，オフ動作をするので、放電灯の光出力変動を抑制することができる。

請求項３記載の発明は、請求項２記載の放電灯点灯装置において、前記通信用共振回路部に直流電力を供給する直流電源は、前記点灯用共振回路部に直流電力を供給する直流電源とは別に設けられた定電圧源であることを特徴とする。この構成では、送信電流重畳回路部により別途生成される電流が、点灯用スイッチ素子および点灯用共振回路部側の影響を受け難くなるので、安定した通信が可能となる。

請求項４記載の発明は、請求項２または３記載の放電灯点灯装置において、前記送信電流重畳回路部は、前記送信情報に応じて、前記点灯周波数よりも高い少なくとも２種類の周波数の一方の周波数と他方の周波数とに切り替わる電流を別途生成して前記放電灯に供給することを特徴とする。この構成では、通信制御信号の急激な変化による部品ストレスを抑えることができる。

請求項５記載の発明の光伝送システムは、請求項１から４のいずれかに記載の放電灯点灯装置と、前記放電灯からの光を受光して前記送信情報を受信するための受信端末とを備えることを特徴とする。この構成では、送信情報を放電灯の光出力に含めるべく、インバータのスイッチ素子のオン，オフ動作をＦＳＫ変調などで制御する従来方式に比べて、放電灯の光出力変動を容易に抑制することが可能となり、通信速度の高速化が可能となる。

本発明によれば、送信情報を放電灯の光出力に含めるべく、インバータのスイッチ素子のオン，オフ動作をＦＳＫ変調などで制御する従来方式に比べて、放電灯の光出力変動を容易に抑制することが可能となり、通信速度の高速化が可能となる。

（実施形態１）
図１は放電灯点灯装置の構成図、図２は受信端末の構成図、図３は放電灯点灯装置の動作説明図であり、これらの図を参照しながら本発明による実施形態１について説明する。

実施形態１の光伝送システムは、図１，図２に示すように、直流電源ＤＣに接続され、例えば蛍光灯などの放電灯ＤＬが装着される放電灯点灯装置１と、受信端末２とを備え、放電灯点灯装置１により、直流電源ＤＣからの電力を使用して放電灯ＤＬを点灯するとともに、放電灯ＤＬの光を利用して光通信で所望の送信情報を受信端末２に送信するものである。

直流電源ＤＣは、交流電源からの交流電力を整流ダイオードおよび平滑コンデンサなどにより整流および平滑などして、直流電力に変換するものである。なお、入力電流歪みを改善するために、交流電源からの交流電力を直流電力に変換して平滑コンデンサに出力する昇圧型チョッパでもよく、あるいは電池であってもよい。また、直流電源ＤＣは、放電灯点灯装置１に含まれる構成でも構わない。

放電灯点灯装置１は、図１に示すように、放電灯ＤＬの予熱、始動および点灯をするための手段として、インバータ１１と、点灯用の制御回路（発振回路）部１２とを備えているほか、光通信で所望の送信情報を送信するための手段として、送信電流重畳回路部１３を備えている。ここで、点灯には、全（定格点灯）点灯に限らず、調光点灯も含まれるとする。

インバータ１１は、制御回路部１２からの制御信号に従ってオン，オフ動作をする少なくとも一つの点灯用のスイッチ素子ＳＷ１１と、このスイッチ素子ＳＷ１１のオン，オフ動作と連動して直流電源ＤＣからの直流電力を高周波電力に変換し、この高周波電力を放電灯ＤＬに供給する点灯用の共振回路部１１０とにより構成される。具体構成としては、一石式に限らず、ハーフブリッジやフルブリッジ回路構成でもよく、上記昇圧型チョッパと一部回路を兼用する構成でもよい。

制御回路部１２は、図１，図３に示すように、スイッチ素子ＳＷ１１のオン，オフ動作を制御して共振回路部１１０の共振特性を利用することにより、放電灯ＤＬの予熱、始動および点灯をするものである。つまり、予熱時には、共振回路部１１０の共振周波数ｆ₀よりも高い放電灯ＤＬの予熱をするための周波数（後述の点灯周波数ｆ_Lよりも高い周波数）の電圧が放電灯ＤＬに印加するように、スイッチ素子ＳＷ１１のオン，オフ動作を制御する信号が、予熱制御信号としてスイッチ素子ＳＷ１１に出力される。始動時には、共振周波数ｆ₀よりも高い放電灯ＤＬを始動するための周波数の高電圧が放電灯ＤＬに印加するように、スイッチ素子ＳＷ１１のオン，オフ動作を制御する信号が、始動制御信号としてスイッチ素子ＳＷ１１に出力される。点灯時には、共振周波数ｆ₀よりも高い放電灯ＤＬを点灯（調光点灯含む）するための点灯周波数範囲Ａ内における所定の点灯周波数ｆ_Lの電流が放電灯ＤＬに流れるように、スイッチ素子ＳＷ１１のオン，オフ動作を制御する信号が、点灯制御信号としてスイッチ素子ＳＷ１１に出力される。

送信電流重畳回路部１３は、送信情報に応じて、共振回路部１１０による高周波電力の電流よりも小さく点灯周波数範囲Ａ内の点灯周波数ｆ_Lよりも高い周波数ｆ_Rを含む電流を別途生成して放電灯ＤＬに供給するものであり、送信源１３０と、重畳電流発生回路部１３１と、通信用の制御回路本体部１３２とを備えている。

送信源１３０は、上記送信情報を出力するものであり、例えばＲＯＭなどの記憶装置により構成される。なお、同一の送信情報を繰り返し出力する構成の場合には、例えばディップスイッチなどでもよい。

重畳電流発生回路部１３１は、制御回路本体部１３２からの通信制御信号に従って、直流電源からの直流電力を共振回路部１１０による高周波電力よりも周波数の高い高周波電力に変換し、この高周波電力を放電灯ＤＬに供給するものである。なお、直流電源は、インバータ１１と接続する直流電源ＤＣでもよく、別の電源でもよい。

制御回路本体部１３２は、送信情報に応じて、共振回路部１１０による高周波電力の電流よりも小さく点灯周波数ｆ_Lよりも高い周波数ｆ_Rの電流が放電灯ＤＬに重畳するように、上記通信制御信号を重畳電流発生回路部１３１に出力するものであり、発振回路部１３２ａと、マイコンなどで構成される送信回路部１３２ｂおよび周波数変調回路部１３２ｃとを備えている。周波数ｆ_Rは、例えば点灯周波数ｆ_Lの１０倍程度に設定される。

発振回路部１３２ａは、所定周波数の信号を生成するものであり、周波数変調回路部１３２ｃから周波数変調を受けることにより、上記通信制御信号を重畳電流発生回路部１３１に出力する。送信回路部１３２ｂは、送信源１３０からの送信情報に応じて送信信号を周波数変調回路部１３２ｃに出力するものである。周波数変調回路部１３２ｃは、送信回路部１３２ｂからの送信信号に応じて、発振回路部１３２ａで生成される信号を周波数変調することにより、発振回路部１３２ａから出力される通信制御信号に送信源１３０からの送信情報を付加するものである。例えば、所定ビットの送信情報をビット毎に順次送信する場合、その内容が“１”であるとき、所定時間、ある周波数に切り替わり、“０”であるとき、所定時間、上記所定周波数に切り替わる電流が放電灯ＤＬに流れるように、制御信号が出力される。ここで、上記ある周波数を周波数ｆ_Rに設定すればよいが、これに限らず、上記所定周波数を周波数ｆ_Rに設定するようにしてもよい。なお、所定時間は同じでも同じでなくてもよい。

受信端末２は、図２に示すように、上記送信情報に応じた制御回路本体部１３２の制御によって放電灯ＤＬの光出力に含まれる送信情報を受信するためのものであり、受光回路部２１および復調回路部２２などにより構成される。なお、２３は、復調回路部２２からの信号を伝送する伝送回路部であり、２４は、その伝送回路部２３により伝送された信号から得られる送信情報を基に、所定の処理を実行する各種機器である。

受光回路部２１は、放電灯ＤＬからの光を受光して入力信号を得るものであり、例えば、放電灯ＤＬからの光を電気信号に変換するフォトダイオードおよびこの出力電流を電圧に変換する電流電圧変換器などにより構成される光電変換部２１１と、この光電変換部２１１で得られた電圧信号を増幅して上記入力信号を得る増幅回路部２１２とにより構成される。

復調回路部２２は、受光回路部２１で得られた入力信号を復調してそれに含まれる送信情報を得るためのものであり、フィルタ回路部２２１と、復調回路出力部２２２とにより構成される。

フィルタ回路部２２１は、受光回路部２１で得られた入力信号から、周波数ｆ_Rに対応する周波数の成分を含む信号を抽出するものであり、例えば、周波数ｆ_Rを中心周波数とするバンドパスフィルタにより構成される。つまり、フィルタ回路部２２は、受光回路部２１で受光された光の周波数が周波数ｆ_Rである場合には“Ｈｉｇｈ”となり、それ以外の場合ではバンドパスフィルタの通過帯域外の周波数となって“Ｌｏｗ”となる。なお、フィルタにとって、点灯周波数ｆ_Lの成分は２×ｆ_Lの周波数成分となるので、少なくとも点灯周波数範囲Ａの２倍の周波数帯域外を通過帯域とするフィルタであればよい。

復調回路出力部２２２は、フィルタ回路部２２１の出力に応じて、送信情報を得るための信号（送信情報に対応する信号）を出力するものである。

ここで、受光回路部２１および復調回路部２２は、一般的な赤外線リモコン受光モジュールと同じ構成であるので、フィルタ回路部２２１の中心周波数を上記周波数ｆ_Rに対応する周波数（ｆ_R）に変更するだけで、赤外線リモコン受光モジュールを使用することができるので、安価な部品を使用することができる。なお、このように赤外線を利用すれば広く普及している部品を流用できる利点があるが、本発明の受信端末は、赤外線に限定されるものではない。例えば、放電灯ＤＬの光出力レベルの高い成分を選択すれば、伝送距離が伸びることを期待できるので、可視光や紫外線などの光を光通信に利用するために、光電変換部２１１内の光学フィルタをそれに合わせて選択するようにしてもよい。

次に実施形態１の光伝送システムの動作について説明する。放電灯点灯装置１が直流電源ＤＣに接続されると、制御回路部１２からインバータ１１に予熱制御信号が出力され、放電灯ＤＬの予熱が行われる。この後、始動制御信号が出力され、放電灯ＤＬに高電圧が印加する。これにより、放電灯ＤＬが始動すると、制御回路部１２からインバータ１１に点灯制御信号が出力され、放電灯ＤＬが所定の点灯周波数ｆ_Lに対応するランプ電流で点灯する。

この後、送信源１３０から送信情報が出力され、制御回路本体部１３２が、その送信情報に応じた通信制御信号を重畳電流発生回路部１３１に出力することにより、重畳電流発生回路部１３１が、共振回路部１１０による電流よりも小さく点灯周波数ｆ_Lよりも高い周波数ｆ_Rを含む電流を放電灯ＤＬに重畳する。これにより、放電灯ＤＬから送信情報を含む光が照射される。

この光が受信端末２で受光されると、受光回路部２１で入力信号が得られ、復調回路部２２で、その入力信号から、周波数ｆ_Rに対応する周波数の成分を含む信号が抽出され、送信情報に対応する信号が出力される。この信号は、伝送回路部２４により各種機器２５に伝送され、その信号から得られる送信情報を基に、各種機器２５により所定の処理が実行される。

以上、実施形態１によれば、所定の点灯周波数ｆ_Lの電流が放電灯ＤＬに供給されるとともに、点灯周波数ｆ_Lよりも高い周波数ｆ_Rを含む電流が送信情報に応じて別途生成されて放電灯ＤＬに供給されるため、送信情報に応じた電流の生成の仕方に関係なく、その電流が放電灯ＤＬに重畳している間も、点灯周波数ｆ_Lの電流が放電灯ＤＬに供給されるので、点灯周波数ｆ_Lの電流を放電灯ＤＬに供給するための点灯用制御が、送信情報に応じた電流を放電灯ＤＬに重畳するための通信用制御の影響を受けなくなり、通信用制御が点灯用制御の影響を受けなくなる。これにより、送信情報を放電灯ＤＬの光出力に含めるべく、インバータのスイッチ素子のオン，オフ動作をＦＳＫ変調などで制御する従来方式に比べて、放電灯ＤＬの光出力変動を容易に抑制することが可能となる。

また、点灯周波数ｆ_Lよりも高い周波数ｆ_Rが送信情報の通信に使用されるので、通信速度の高速化が可能となる。

さらに、共振回路部１１０による高周波電力の電流よりも小さく点灯周波数ｆ_Lよりも高い周波数ｆ_Rを含む電流が放電灯ＤＬに重畳するように、通信制御信号を重畳電流発生回路部１３１に出力することにより、放電灯ＤＬの光出力変動（チラツキ）を抑制することができる。

（実施形態２）
図４は放電灯点灯装置の構成図、図５は同放電灯点灯装置におけるインバータの動作周波数の説明図、図６は同放電灯点灯装置の各信号波形を示す図、図７，図８は同放電灯点灯装置の動作説明図であり、これらの図を参照しながら本発明による実施形態２について説明する。

実施形態２の直流電源ＤＣは、図４に示すように、実施形態１と同様に、交流電源ＡＣからの交流電力を全波整流する整流器ＤＢと、この出力を平滑する平滑コンデンサＣ０とにより構成され、送信電流重畳回路部１３の重畳電流発生回路部１３１にも電力を供給するようになっている。なお、重畳電流発生回路部１３１にも電力を供給することで、インバータ１１に与える影響が小さくなる。

そして、実施形態２の光伝送システムは、実施形態１の具体例として、インバータ１１がハーフブリッジ回路およびＬＣ直列共振回路により構成され、送信電流重畳回路部１３の重畳電流発生回路部１３１がスイッチ素子および通信用の共振回路部により構成されている。

すなわち、実施形態２のインバータ１１は、点灯用のスイッチ素子として、直流電源ＤＣの出力端間に直列に接続されるスイッチ素子Ｑ１，Ｑ２（図では逆並列接続のダイオードＤ１，Ｄ２を持つＭＯＳ型ＦＥＴ）を備えているほか、共振回路部１１０として、スイッチ素子Ｑ２の両端間に直列に接続されるチョークコイルＬ１およびコンデンサＣ１を備えている。放電灯ＤＬは、コンデンサＣ１と並列に接続されるかたちで、各フィラメントがチョークコイルＬ１およびコンデンサＣ１のＬＣ直列共振回路上に直列に介設される。なお、Ｃ１１は、放電灯ＤＬの電流から直流成分を除去するための直流カット用のコンデンサであり、コンデンサＣ１よりも大きい（例えば１０倍以上）容量に設定される。

スイッチ素子Ｑ１，Ｑ２は、制御回路部１２からの制御信号によって交互にオン，オフされる。具体的には、図５に示すように、電源オンの後、予熱制御信号の時間とともに変化する発振周波数により、オン，オフされる。所定の予熱時間が経過すると、始動制御信号により、動作周波数が、コンデンサＣ１の両端に放電灯ＤＬを始動するための高電圧を印加する周波数になるように、オン，オフされる。そして、放電灯ＤＬが放電を開始して始動した後、点灯制御信号により、動作周波数が点灯周波数ｆ_Lとなるように、オン，オフされる。図５の例では、全点灯の点灯周波数となるようにオン，オフされ、その後、あるレベルの調光点灯の点灯周波数となるようにオン，オフされている。

図４に示す重畳電流発生回路部１３１は、制御回路本体部１３２からの通信制御信号に従ってオン，オフ動作をする通信用のスイッチ素子Ｑ１３（図では逆並列接続のダイオードＤ１３を持つＭＯＳ型ＦＥＴ）と、このオン，オフ動作と連動して直流電源ＤＣからの直流電力を共振回路部１１０による高周波電力よりも周波数の高い高周波電力に変換し、この高周波電力を放電灯ＤＬに供給する通信用の共振回路部１３１ａとを備えている。具体的には、共振回路部１３１ａは、直流電源ＤＣの正極性出力端子とチョークコイルＬ１およびコンデンサＣ１の接続点との間に、直列に接続されるチョークコイルＬ２およびコンデンサＣ２により構成されている。スイッチ素子Ｑ１３は、チョークコイルＬ２およびコンデンサＣ２の接続点と直流電源ＤＣの負極性出力端子との間に接続されている。

ここで、図６に示すように、約４５〜１００ｋＨｚのＱ１駆動信号，Ｑ２駆動信号をスイッチ素子Ｑ１，Ｑ２にそれぞれ付与する点灯制御信号による放電灯ＤＬの点灯時において、送信源１３０から送信情報が出力されると、送信情報に応じた送信信号により、発振回路部１３２ａから出力される通信制御信号に周波数変調で送信情報が付加される。図６の例では、“１”，“０”のデータ列からなる送信情報に応じて、“Ｈｉｇｈ”，“Ｌｏｗ”にそれぞれ切り替わる送信信号により、“Ｈｉｇｈ”の期間に１００ｋＨｚ以上の周波数でスイッチ素子Ｑ１３をオン，オフさせる周波数成分と、“Ｌｏｗ”の期間にスイッチ素子Ｑ１３をオフに保持する周波数成分とを含む通信制御信号に変調される。そして、通信制御信号に従ってスイッチ素子Ｑ１３がオン，オフ動作をすることにより、“Ｈｉｇｈ”の期間において、点灯制御信号による高周波の正弦波状のランプ電流に、通信制御信号によるさらに周波数が高く電流が小さい高周波の正弦波状のランプ電流が重畳する。これにより、放電灯ＤＬから、点灯周波数ｆ_Lの２倍の周波数成分と、“１”に応じたｆ_Rの周波数成分または“０”に応じた周波数成分とを含む光が出力される。図では、“０”に応じた周波数成分は、点灯制御信号による高周波の正弦波状のランプ電流に対してゼロになっている。

上記通信制御信号により重畳する電流は、点灯制御信号によるランプ電流よりも比較的小さく、交流で平均するとゼロになるように設定される。図６の例では、点灯制御信号によるランプ電流の各半波の大きさよりも小さくなっている。なお、“１”，“０”および“Ｈｉｇｈ”，“Ｌｏｗ”の関係は上記に限らず、逆でもよいことは言うまでもない。

受信端末２は、図６に示すランプ電流で点灯する放電灯ＤＬの光から、送信情報を得ることができるように構成される。すなわち、フィルタ回路部２２１は、中心周波数が周波数ｆ_Rに設定され、点灯周波数ｆ_Lの２倍の周波数の成分をカットするバンドパスフィルタにより構成される。これにより、フィルタ回路部２２１の出力は、“１”に応じたｆ_Rの周波数成分を含む信号が入力したときに“Ｈｉｇｈ”となり、“０”に応じた周波数成分を含む信号が入力したときに“Ｌｏｗ”となる。そして、復調回路出力部２２２は、例えばコンパレータなどにより構成され、フィルタ回路部２２１の出力“Ｈｉｇｈ”，“Ｌｏｗ”に応じて、送信情報“１”，“０”を得るための信号を出力する。

なお、インバータ１１の１周期分の動作は図７，図８に示す通りである。すなわち、インバータ１１の動作は、図７（ａ）〜（ｄ）に示すようにスイッチ素子Ｑ１がオンでコンデンサＣ１を充電するモードと、図７（ｅ）〜（ｈ）に示すようにチョークコイルＬ１のエネルギーでダイオードＤ２をオンにするモードと、図８（ａ）〜（ｄ）に示すようにスイッチ素子Ｑ２がオンでコンデンサＣ１が放電するモードと、図８（ｅ）〜（ｈ）に示すようにチョークコイルＬ１のエネルギーでダイオードＤ１をオンにするモードとに大別される。

送信電流重畳回路部１３による動作は、図７（ａ），（ｅ），図８（ａ），（ｅ）に示すようにスイッチ素子Ｑ１３をオンにするモードと、図７（ｂ），（ｆ），図８（ｂ），（ｆ）に示すようにスイッチ素子Ｑ１３がオフでコンデンサＣ２を充電するモードと、図７（ｃ），（ｇ），図８（ｃ），（ｇ）に示すようにスイッチ素子Ｑ１３がオフでコンデンサＣ２を放電するモードと、図７（ｄ），（ｈ），図８（ｄ），（ｈ）に示すようにチョークコイルＬ２のエネルギーでダイオードＤ１３をオンにするモードとに大別される。

また、各スイッチ素子の状態は、図７（ａ）では、Ｑ１，Ｑ１３がオン、Ｑ２，Ｄ１，Ｄ２，Ｄ１３がオフである。図７（ｂ），（ｃ）ではＱ１のみがオン、図７（ｄ）ではＱ１，Ｄ１３のみがオン、図７（ｅ）ではＱ１３，Ｄ２のみがオン、図７（ｆ），（ｇ）ではＤ２のみがオン、図７（ｈ）ではＤ２、Ｄ１３のみがオンである。

図８（ａ）ではＱ２，Ｑ１３のみがオン、図８（ｂ），（ｃ）ではＱ２のみがオン、図８（ｄ）ではＱ２，Ｄ１３のみがオン、図８（ｅ）ではＱ１３，Ｄ１のみがオン、図８（ｆ），（ｇ）ではＤ１のみがオン、図８（ｈ）ではＤ１，Ｄ１３のみがオンである。

以上、実施形態２でも、実施形態１と同様の効果を奏することができる。すなわち、点灯周波数ｆ_Lと周波数ｆ_Rが離れているために、送信電流重畳回路部１３の動作がインバータ１１の共振動作にほとんど影響を及ぼさないので、放電灯ＤＬの光出力が見かけ上、インバータ１１だけのランプ電流による光出力とほぼ同等にできる。これにより、送信情報の内容の変化によるチラツキを抑え、調光機能を有する場合には送信情報に関係なく調光制御が可能となる。また、周波数ｆ_Rが従来の制限値となる約１００ｋＨｚよりも高く設定されるので、従来よりも伝送速度を高速にできる。

さらに、実施形態２では、通信制御信号により重畳する電流が、点灯制御信号によるランプ電流に比べて大幅に小さいので、周辺のラジオなどに与える影響をより一層低減することができる。

（実施形態３）
図９は放電灯点灯装置の構成図、図１０は同放電灯点灯装置の各信号波形を示す図であり、これらの図を参照しながら本発明による実施形態３について説明する。

実施形態３の光伝送システムは、実施形態２との相違点として、図９に示すように、インバータ１１が、スイッチ素子Ｑ２、チョークコイルＬ１，Ｌ１１、コンデンサＣ１，Ｃ１１，Ｃ１２により構成される１石式になっている。

そして、図１０に示すように、約４５〜１００ｋＨｚのＱ２駆動信号をスイッチ素子Ｑ２に付与する点灯制御信号による放電灯ＤＬの点灯時において、送信源１３０から送信情報が出力されると、送信情報に応じた送信回路部１３２ｂからの送信信号により、周波数変調回路部１３２ｃが発振回路部１３２ａから出力される通信制御信号に周波数変調で送信情報を付加するように構成される。図１０の例では、“１”，“０”のデータ列からなる送信情報に応じて、“Ｈｉｇｈ”，“Ｌｏｗ”にそれぞれ切り替わる送信信号により、“Ｈｉｇｈ”の期間に１００ｋＨｚ以上の周波数ｆ_R1でスイッチ素子Ｑ１３をオン，オフさせる周波数成分と、“Ｌｏｗ”の期間にスイッチ素子Ｑ１３を１００ｋＨｚ以上の周波数ｆ_R2(＜ｆ_R1)でスイッチ素子Ｑ１３をオン，オフさせる周波数成分とを含む通信制御信号に変調される。

重畳電流発生回路部１３１は、制御回路本体部１３２からの通信制御信号に従ってスイッチ素子Ｑ１３がオン，オフ動作をすることにより、“Ｈｉｇｈ”の期間において、点灯制御信号による高周波の正弦波状のランプ電流に、通信制御信号による周波数ｆ_R1の正弦波状のランプ電流を重畳する一方、“Ｌｏｗ”の期間において、点灯制御信号による高周波の正弦波状のランプ電流に、通信制御信号による周波数ｆ_R2の正弦波状のランプ電流を重畳する。これにより、放電灯ＤＬから、点灯周波数ｆ_Lの２倍の周波数成分と、“１”に応じたｆ_R1の周波数成分または“０”に応じたｆ_R2の周波数成分とを含む光が出力される。

上記通信制御信号により重畳する電流は、点灯制御信号によるランプ電流よりも比較的小さく、交流で平均するとゼロになるように設定される。図１０の例では、ｆ_R1，ｆ_R2による電流は、いずれも点灯制御信号によるランプ電流の各半波の大きさよりも小さくなっている。

受信端末２のフィルタ回路部２２１は、中心周波数が周波数ｆ_R1に設定され、点灯周波数ｆ_Lの２倍の周波数の成分およびｆ_R2の周波数の成分をカットするバンドパスフィルタにより構成される。これにより、フィルタ回路部２２１の出力は、“１”に応じたｆ_R1の周波数成分を含む信号が入力したときに“Ｈｉｇｈ”となり、“０”に応じたｆ_R2の周波数成分を含む信号が入力したときに“Ｌｏｗ”となる。

以上、実施形態３によれば、実施形態２と同様の効果が得られるほか、送信電流重畳回路部１３が、送信情報に応じて、点灯周波数ｆ_Lよりも高い周波数ｆ_R1または周波数ｆ_R2を含む電流を別途生成して放電灯ＤＬに供給するので、通信制御信号の急激な変化による部品ストレスを抑えることができる。

（実施形態４）
図１１は放電灯点灯装置の構成図であり、この図を参照しながら本発明による実施形態４について説明する。

実施形態４の光伝送システムは、実施形態２，３との相違点として、図１１に示すように、重畳電流発生回路部１３１がトランスＴ１３を介して通信制御信号による電流を放電灯ＤＬに重畳する構成になっている。

すなわち、インバータ１１は、チョークコイルＬ１およびコンデンサＣ１の配列が逆でチョークコイルＬ１が直流電源ＤＣの正極性出力端子に接続される以外は実施形態２と同様に構成されている。そして、重畳電流発生回路部１３１は、コンデンサＣ２と、これに並列に接続されるスイッチ素子Ｑ１３（Ｄ１３）とを備えているほか、直流電源ＤＣの出力端間にコンデンサＣ２を介して１次巻線ｎ１を直列に接続し、直流電源ＤＣの正極性出力端子とチョークコイルＬ１との間に２次巻線ｎ２を介設した状態で、上記トランスＴ１３を備えている。このような構成の実施形態４でも、実施形態２，３と同様の効果を奏することができる。

（実施形態５）
図１２は放電灯点灯装置の構成図であり、この図を参照しながら本発明による実施形態５について説明する。

実施形態５の光伝送システムは、実施形態４との相違点として、図１２に示すように、重畳電流発生回路部１３１に対して定電圧の直流電源Ｖccをさらに設けた構成になっている。すなわち、トランスＴ１３の１次巻線ｎ１が直流電源ＤＣの正極性出力端子から切り離されて直流電源Ｖccの正極性出力端子に接続され、直流電源Ｖccの負極性出力端子が直流電源ＤＣの負極性出力端子と接続されている。直流電源Ｖccの電圧は、スイッチ素子Ｑ１３を駆動するために必要となる例えばＤＣ１２Ｖに設定される。

以上、実施形態５によれば、実施形態４と同様の効果を奏することができるほか、送信電流重畳回路部１３により別途生成される電流が、点灯用のスイッチ素子および共振回路部１１０側の影響を受け難くなるので、安定した通信が可能となる。また、スイッチ素子Ｑ１３に耐圧の低い素子を使用することができ、小型化およびコスト低減が可能となる。さらに、耐圧の低い素子ではオン抵抗が低いので回路損失の低減が可能となる。

（実施形態６）
図１３は放電灯点灯装置の構成図であり、この図を参照しながら本発明による実施形態６について説明する。

実施形態６の光伝送システムは、実施形態２の変形例であって、図１３に示すように、チョークコイルＬ２を介してインバータ１１と重畳電流発生回路部１３１とを接続する構成になっている。すなわち、インバータ１１は、チョークコイルＬ１およびコンデンサＣ１の配列が逆である以外は実施形態２と同様に構成されている。そして、重畳電流発生回路部１３１は、チョークコイルＬ１の両端間に直列に接続されるチョークコイルＬ２およびコンデンサＣ２と、このコンデンサＣ２に並列に接続されるスイッチ素子Ｑ１３（Ｄ１３）とを備えている。

実施形態６では、重畳電流発生回路部１３１の電源がインバータ１１と同じ直流電源ＤＣであるため、重畳電流がインバータ１１の回路電流に比例するので、受信性能が落ちるが、実施形態２とほぼ同様の効果を奏することができる。

なお、実施形態６において、実施形態３と同様の制御回路本体部１３２を備えるように構成してもよい。この構成によれば、通信制御信号の急激な変化による部品ストレスを抑えることができる。

（実施形態７）
図１４は放電灯点灯装置の構成図であり、この図を参照しながら本発明による実施形態７について説明する。

実施形態７の光伝送システムは、実施形態２，３との相違点として、図１４に示すように、インバータ１１がフルブリッジになっている。すなわち、インバータ１１は、フルブリッジ回路構成のスイッチ素子Ｑ１（Ｄ１）〜Ｑ４（Ｄ４）と、これらの出力端間に直列に接続されるチョークコイルＬ１およびコンデンサＣ１とを備えている。重畳電流発生回路部１３１は、チョークコイルＬ１およびコンデンサＣ１の接続点と直流電源ＤＣの負極性出力端子との間に直列に接続されるチョークコイルＬ２およびコンデンサＣ２と、このコンデンサＣ２に並列に接続されるスイッチ素子Ｑ１３（Ｄ１３）とを備えている。このような構成の実施形態７でも、実施形態２，３と同様の効果を奏することができる。

（実施形態８）
図１５は放電灯点灯装置の構成図であり、この図を参照しながら本発明による実施形態８について説明する。

実施形態８の光伝送システムは、実施形態２，３との相違点として、図１５に示すように、直流電源ＤＣに代えて、整流器ＤＢ、チョークコイルＬ１００、コンデンサＣ０、スイッチ素子Ｑ１（Ｄ１），Ｑ２（Ｄ１）、コンデンサＣ１１、チョークコイルＬ１およびコンデンサＣ１により構成されるチョッパ兼用のインバータ１１を備える構成になっている。重畳電流発生回路部１３１は、コンデンサＣ２、チョークコイルＬ２、スイッチ素子Ｑ１３（Ｄ１３）を備え、コンデンサＣ２を介して、チョッパ兼用のインバータ１１に接続される。このような構成の実施形態８でも、実施形態２，３と同様の効果を奏することができる。

（実施形態９）
図１６は放電灯点灯装置の構成図であり、この図を参照しながら本発明による実施形態９について説明する。

実施形態９の光伝送システムは、実施形態２，３との相違点として、図１６に示すように、直流電源ＤＣに代えて、ダイオードＤ１０１〜１０４、チョークコイルＬ１０１，１０２、コンデンサＣ１０１，１０２、スイッチ素子Ｑ１（Ｄ１），Ｑ２（Ｄ１）、コンデンサＣ１１、チョークコイルＬ１およびコンデンサＣ１により構成されるチョッパ兼用のインバータ１１を備える構成になっている。重畳電流発生回路部１３１は、コンデンサＣ２、チョークコイルＬ２、スイッチ素子Ｑ１３（Ｄ１３）を備え、コンデンサＣ２を介して、チョッパ兼用のインバータ１１に接続される。このような構成の実施形態８でも、実施形態２，３と同様の効果を奏することができる。

なお、上記各実施形態において、各放電灯点灯装置１を近傍の放電灯点灯装置１と送信周波数が重ならないように設定することにより、干渉を防止することができる。これにより、放電灯点灯装置１を備える照明器具のアドレス別、制御グループ別の通信が可能になる。

放電灯点灯装置の構成図である（実施形態１）。受信端末の構成図である（実施形態１）。放電灯点灯装置の動作説明図である（実施形態１）。放電灯点灯装置の構成図である（実施形態２）。同放電灯点灯装置におけるインバータの動作周波数の説明図である。同放電灯点灯装置の各信号波形を示す図である。同放電灯点灯装置の動作説明図である。同放電灯点灯装置の動作説明図である。放電灯点灯装置の構成図である（実施形態３）。同放電灯点灯装置の各信号波形を示す図である。放電灯点灯装置の構成図である（実施形態４）。放電灯点灯装置の構成図である（実施形態５）。放電灯点灯装置の構成図である（実施形態６）。放電灯点灯装置の構成図である（実施形態７）。放電灯点灯装置の構成図である（実施形態８）。放電灯点灯装置の構成図である（実施形態９）。放電灯の光出力とランプ電流との関係を示す図である。

符号の説明

１放電灯点灯装置
１１インバータ
ＳＷ１１スイッチ素子
１１０共振回路部
１２制御回路部
１３送信電流重畳回路部
１３０送信源
１３１重畳電流発生回路部
１３２制御回路本体部
１３２ａ発振回路部
１３２ｂ送信回路部
１３２ｃ周波数変調回路部
２受信端末
２１受光回路部
２１１光電変換部
２１２増幅回路部
２２復調回路部
２２１フィルタ回路部
２２２復調回路出力部
２３伝送回路部
２４各種機器

Claims

点灯制御信号に従ってオン，オフ動作をする少なくとも一つの点灯用スイッチ素子と、
この点灯用スイッチ素子のオン，オフ動作と連動して直流電源からの直流電力を高周波電力に変換し、この高周波電力を放電灯に供給する点灯用共振回路部と、この点灯用共振回路部の共振周波数よりも高い前記放電灯を点灯するための点灯周波数の電流が前記放電灯に流れるように、前記点灯用スイッチ素子のオン，オフ動作を制御する信号を、前記点灯制御信号として前記点灯用スイッチ素子に出力する点灯用制御回路部と、送信情報に応じて、前記点灯用共振回路部による高周波電力の電流よりも小さく前記点灯周波数よりも高い周波数を含む電流を別途生成して前記放電灯に供給する送信電流重畳回路部とを備えることを特徴とする放電灯点灯装置。
前記送信電流重畳回路部は、通信制御信号に従ってオン，オフ動作をする少なくとも一つの通信用スイッチ素子と、この通信用スイッチ素子のオン，オフ動作と連動して直流電源からの直流電力を前記点灯用共振回路部による高周波電力よりも周波数の高い高周波電力に変換し、この高周波電力を前記放電灯に供給する通信用共振回路部と、前記送信情報に応じて、前記点灯用共振回路部による高周波電力の電流よりも小さく前記点灯周波数よりも高い周波数の電流が前記放電灯に重畳するように、前記通信用スイッチ素子のオン，オフ動作を制御する信号をその通信用スイッチ素子に出力する通信用制御回路部とにより構成されることを特徴とする請求項１記載の放電灯点灯装置。
前記通信用共振回路部に直流電力を供給する直流電源は、前記点灯用共振回路部に直流電力を供給する直流電源とは別に設けられた定電圧源であることを特徴とする請求項２記載の放電灯点灯装置。
前記送信電流重畳回路部は、前記送信情報に応じて、前記点灯周波数よりも高い少なくとも２種類の周波数の一方の周波数と他方の周波数とに切り替わる電流を別途生成して前記放電灯に供給することを特徴とする請求項２または３記載の放電灯点灯装置。
請求項１から４のいずれかに記載の放電灯点灯装置と、前記放電灯からの光を受光して前記送信情報を受信するための受信端末とを備えることを特徴とする光伝送システム。