JP4534475B2

JP4534475B2 - 光伝送システム

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Publication number: JP4534475B2
Application number: JP2003417082A
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: JP2005176256A

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１１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。
特開昭６０−３２４４３号公報特開平６−２０７８５号公報特表２００２−５１１７２７号公報

上記特許文献１，２による技術では、調光点灯機能を持つ照明器具の場合に、送信に使用する周波数が、調光点灯を含む点灯周波数範囲内に含まれる。そして、明るさセンサを用いたフィ−ドバック制御で照度を一定に保つ場合には、調光点灯用の周波数が送信に使用する周波数に被ってしまうことになれば、送信情報を含む光が調光点灯用の光に埋もれてしまい、送信情報を復調することができなくなる。

この問題を解決するためには、送信に使用する周波数を点灯周波数範囲外に設定すればよいが、インバータの点灯周波数範囲が広くなりすぎ設計が困難となる。また、送信情報の送信時における放電灯の光出力変動が大きくなる。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た場合も同様である上、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、点灯周波数範囲を拡げることなく、送信情報の送信時における放電灯の光出力変動を抑制し、点灯用制御が受ける通信用制御の影響を低減することができる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記載の発明の光伝送システムは、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スイッチ素子、この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共振回路部、および、この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、前記スイッチ素子のオン，オフ動作を制御する信号を、前記制御信号として前記スイッチ素子に出力する一方、点灯周波数範囲内には少なくとも２種類の通信用周波数が設けられ、前記共振回路部を通して、送信情報に応じて、前記点灯周波数範囲内の所定の点灯周波数と、前記各通信用周波数との間でそれぞれ周波数が切り替えられる電流が前記放電灯に流れるように、前記スイッチ素子のオン，オフ動作を制御する信号を、前記制御信号として前記スイッチ素子に出力する制御回路部により構成される放電灯点灯装置と、前記送信情報に応じた前記制御回路部の制御によって前記放電灯の光出力に含まれる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、放電灯点灯用の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および送信情報に応じた電流を放電灯に供給するための通信用制御の双方に対して、少なくとも一つのスイッチ素子と共振回路部とが共用されるため、点灯用制御が通信用制御の影響を受けることになるが、送信情報に応じて、点灯周波数の点灯周波数範囲内における少なくとも２種類の周波数のいずれかとその点灯周波数とに切り替わる電流を放電灯に供給することにより、送信情報を受信端末で受信することが可能になるほか、点灯周波数範囲を拡げることなく、送信情報の送信時における放電灯の光出力変動を抑制し、点灯用制御が受ける通信用制御の影響を低減することができる。

また、例えば２種類の周波数が使用されるとすれば、一方の周波数と点灯周波数とに切り替わり、他方の周波数と点灯周波数とに切り替わる電流が放電灯に流れるので、２種類の周波数のうち、一方の周波数が点灯周波数と同じかそれと近い周波数となり、その一方の周波数によっては送信情報を受信端末で受信することができなくなったとしても、もう一方の周波数によって送信情報を受信端末で受信することが可能となる。したがって、少なくとも２種類の周波数が使用される場合には、少なくとももう一方の周波数によって送信情報を受信端末で受信することが可能となる。

請求項２記載の発明は、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スイッチ素子、この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共振回路部、および、この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、前記スイッチ素子のオン，オフ動作を制御する信号を、前記制御信号として前記スイッチ素子に出力する一方、点灯周波数範囲内には少なくとも２種類の通信用周波数が設けられ、前記共振回路部を通して、送信情報に応じて、前記点灯周波数範囲内の所定の点灯周波数と、当該点灯周波数との差の大きい何れかの前記通信用周波数との間で周波数が切り替えられる電流が前記放電灯に流れるように、前記スイッチ素子のオン，オフ動作を制御する信号を、前記制御信号として前記スイッチ素子に出力する制御回路部により構成される放電灯点灯装置と、前記送信情報に応じた前記制御回路部の制御によって前記放電灯の光出力に含まれる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、放電灯点灯用の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および送信情報に応じた電流を放電灯に供給するための通信用制御の双方に対して、少なくとも一つのスイッチ素子と共振回路部とが共用されるため、点灯用制御が通信用制御の影響を受けることになるが、送信情報に応じて、点灯周波数の点灯周波数範囲内における少なくとも２種類の周波数のいずれかとその点灯周波数とに切り替わる電流を放電灯に供給することにより、送信情報を受信端末で受信することが可能になるほか、点灯周波数範囲を拡げることなく、送信情報の送信時における放電灯の光出力変動を抑制し、点灯用制御が受ける通信用制御の影響を低減することができる。また、点灯周波数との差の大きい周波数を使用することにより、その周波数が点灯周波数と同じかそれと近い周波数とならないので、その周波数によって送信情報を受信端末で受信することが可能となる。

請求項３記載の発明は、請求項１または２記載の光伝送システムにおいて、前記受信端末は、前記放電灯からの光を受光して入力信号を得る受光回路部と、この受光回路部で得られた入力信号から、前記各通信用周波数に対応する周波数の成分をそれぞれ含む各信号を抽出することにより、前記入力信号に含まれる送信情報を得るための復調回路部とを備え、この復調回路部で抽出された各信号から得られる送信情報が有効であるか否かを判別し、有効であると判別された信号から送信情報が得られることを特徴とする。この構成では、請求項１記載の発明の構成であっても、放電灯の光出力に含められる送信情報を受信することができるほか、請求項２記載の発明の構成であっても、放電灯の光出力に含められる送信情報を受信することができる。

請求項４記載の発明は、請求項１記載の光伝送システムにおいて、前記受信端末は、前記放電灯からの光を受光して入力信号を得る受光回路部と、何れかの前記通信用周波数に対応する周波数を設定周波数とし、この設定周波数の成分を含む信号を、前記受光回路部で得られた入力信号から抽出することにより、前記入力信号に含まれる送信情報を得るための復調回路部とを備え、前記制御回路部は、前記送信情報に応じて、前記制御信号をデータ用制御信号として前記スイッチ素子に出力する前に、前記通信用周波数の各々と前記点灯周波数とに順次切り替わる電流が前記放電灯に流れるように、前記スイッチ素子のオン，オフ動作を制御する信号を、リーダ用制御信号として前記スイッチ素子に出力し、前記受信端末は、前記受光回路部での前記リーダ用制御信号による前記放電灯からの光の受光時に、前記復調回路部で復調された信号が有効であるか否かの判別をし、この判別結果が有効でなければ、前記設定周波数を、前記通信用周波数のうち残りの別の周波数に順次切り替えていく一方、有効であれば、前記データ用制御信号による前記放電灯からの光の受光時に、前記設定周波数を使用することを特徴とする。この構成では、受信端末において、リーダ用制御信号による放電灯からの光の受光時にデータ用制御信号による放電灯からの光を受光するための周波数に設定されるので、データ用制御信号による放電灯からの光に含まれる送信情報を取りこぼし無く受信することが可能となる。

請求項５記載の発明は、請求項２記載の光伝送システムにおいて、前記受信端末は、前記放電灯からの光を受光して入力信号を得る受光回路部と、何れかの前記通信用周波数に対応する周波数を設定周波数とし、この設定周波数の成分を含む信号を、前記受光回路部で得られた入力信号から抽出することにより、前記入力信号に含まれる送信情報を得るための復調回路部とを備え、前記制御回路部は、前記送信情報に応じて、前記制御信号を前記スイッチ素子に出力する際に、次回の制御信号に対して、何れの前記通信用周波数を用いるかを示す情報を含め、前記受信端末は、前記設定周波数の成分を含む信号から得られた送信情報に含められた情報により示される周波数に、前記設定周波数を更新することを特徴とする。この構成では、放電灯の光出力に次回の制御信号に対して用いられる周波数の情報が含められるので、その周波数に設定周波数を更新することにより、放電灯からの光に含まれる送信情報を取りこぼし無く受信することが可能となる。

本発明によれば、点灯周波数範囲を拡げることなく、送信情報の送信時における放電灯の光出力変動を抑制し、点灯用制御が受ける通信用制御の影響を低減することができる。

（実施形態１）
図１は本発明による実施形態１の光伝送システムにおける放電灯点灯装置の構成図、図２は同光伝送システムにおける受信端末の構成図、図３は同放電灯点灯装置の動作説明図、図４は同受信端末の動作説明図である。

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、放電灯ＤＬの予熱、始動および点灯をするとともに、光通信で所望の送信情報を送信するものであり、図１に示すように、インバータ１１と、制御回路部１２とを備えている。ここで、点灯には全（定格）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、放電灯ＤＬの予熱、始動および点灯（調光点灯含む）の制御を実行するほか、光通信で所望の送信情報を送信する制御を実行するものであり、送信源１２０と、発振回路部１２１と、制御回路本体部１２２とを備えている。

送信源１２０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。

発振回路部１２１は、発振信号を生成して上記制御信号としてスイッチ素子ＳＷ１１に出力するものであり、予熱、始動および点灯用の周波数の制御信号を出力するほか、さらに制御回路本体部１２２の周波数変調制御により、通信用の少なくとも２種類の周波数の制御信号を出力する。例えば、図３に示すように、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、始動および点灯をするための周波数の電力が放電灯ＤＬに供給されるように、スイッチ素子ＳＷ１１のオン，オフ動作を制御する信号が、制御信号としてスイッチ素子ＳＷ１１に出力される。つまり、予熱時には、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。なお、予熱、始動および点灯用の周波数の切替えは、従来と同様に発振回路部１２１自体により行われる構成でもよいが、制御回路本体部１２２により行われる構成でもよい。

図１に示す制御回路本体部１２２は、例えばマイコンなどにより構成され、送信回路部および周波数変調回路部を備え、送信情報に応じて、それら送信回路部および周波数変調回路部により、発振回路部１２１に対して周波数変調制御を実行する。すなわち、送信情報に応じて、点灯（調光点灯含む）周波数ｆ_Lの点灯周波数範囲Ａ内における少なくとも２種類の周波数のいずれかと点灯周波数ｆ_Lとに切り替わる電流が放電灯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、制御信号として発振回路部１２１を介してスイッチ素子ＳＷ１１に出力される。実施形態１では、図３に示すように、少なくとも２種類の周波数として、周波数ｆ_R1，ｆ_R2が使用される。周波数ｆ_R1は点灯周波数範囲Ａの下限値と中間値との間に設定され、周波数ｆ_R2は点灯周波数範囲Ａの中間値と上限値との間に設定される。そして、送信情報に応じて、２種類の周波数ｆ_R1，ｆ_R2の各々についてその周波数と点灯周波数ｆ_Lとに順次切り替わる電流が放電灯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、制御信号としてスイッチ素子ＳＷ１１に出力される。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、送信情報の内容が“１”であるとき、２種類の周波数ｆ_R1，ｆ_R2の一方と他方とに所定時間ずつ順次切り替わり、“０”であるとき、所定時間、点灯周波数ｆ_Lに切り替わる電流が放電灯ＤＬに流れるように、制御信号を出力するようにしてもよい。あるいは、送信情報の内容が“１”であるとき、所定時間、２種類の周波数ｆ_R1，ｆ_R2の一方に切り替わり、“０”であるとき、所定時間、点灯周波数ｆ_Lに切り替わり、送信情報を送信し終えた後、同じ送信情報の内容が“１”であるとき、所定時間、２種類の周波数ｆ_R1，ｆ_R2の他方に切り替わり、“０”であるとき、所定時間、点灯周波数ｆ_Lに切り替わる電流が放電灯ＤＬに流れるように、制御信号を出力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が、周波数ｆ_R1，ｆ_R2用の所定時間を点灯周波数ｆ_L用の所定時間よりも短くすることが望ましい。また、各周波数と“１”，“０”との関係は逆でもよい。

受信端末２は、上記送信情報に応じた制御回路部１２の制御により放電灯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、図２に示すように、受光回路部２１、復調回路部２２および判断部２３などにより構成される。なお、２４は制御部であり、２５は各種機器ないし表示部である。

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なる光電変換部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とを複数組み（図２の例では二組み）備えている。

複数のフィルタ回路部は、それぞれ、受光回路部２１で得られた入力信号から、少なくとも２種類の周波数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る、実施形態１では、両フィルタ回路部２２１，２２１は、それぞれ、周波数ｆ_R1，ｆ_R2の２倍の周波数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。より具体的には、両フィルタ回路部２２１，２２１は、それぞれ、受光回路部２１で受光された光の周波数が周波数ｆ_R1，ｆ_R2に対応する周波数である場合に“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”となるように構成される。

各復調回路出力部２２２は、同じ組みのフィルタ回路部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り、例えばコンパレータにより構成される。つまり、一方の復調回路出力部２２２の出力は、図４（ａ）に示すように、受光回路部２１で受光された光の周波数が周波数ｆ_R1に対応する周波数（２×ｆ_R1）である場合には“Ｈｉｇｈ”となり、そうでなければ“Ｌｏｗ”となる。他方の復調回路出力部２２２は、図４（ｂ）に示すように、受光回路部２１で受光された光の周波数が周波数ｆ_R2に対応する周波数（２×ｆ_R2）である場合には“Ｈｉｇｈ”となり、そうでなければ“Ｌｏｗ”となる。なお、図４の例では、“Ｈｉｇｈ”，“Ｌｏｗ”がそれぞれ“１”，“０”に対応付けられているが、逆の対応付けでもよい。

判断部２３は、例えば、復調回路部２２の各出力が“Ｈｉｇｈ”，“Ｌｏｗ”に切り替わるか否かを見て、復調回路部２２で復調された各信号が有効であるか否かの判別をし、この判別結果が有効となった信号を制御部２４に出力するものである。例えば、点灯周波数ｆ_Lが周波数ｆ_R1，ｆ_R2のいずれにも近似しておらず、両フィルタ回路部２２１，２２１で遮断される周波数であれば、各信号の判別結果が有効となるので、少なくとも一方の信号が制御部２４に出力される。点灯周波数ｆ_Lが周波数ｆ_R1，ｆ_R2の一方に近似しており、一方のフィルタ回路部２２１を通過する周波数であれば、その一方の信号が“Ｈｉｇｈ”，“Ｌｏｗ”に切り替わらずに“Ｈｉｇｈ”の固定状態になることから、一方の信号の判別結果が無効となり、他方の信号の判別結果が有効となるので、他方の信号が制御部２４に出力される。制御部２４は、判断部２３からの信号から上記送信情報を得る。

ここで、各信号が有効であるか否かはＮＡＮＤ演算後に反転すればよい。この場合、ともに有効であれば同一となるので、ＮＡＮＤ演算結果を反転した信号も同じ信号になる。点灯周波数ｆ_Lが周波数ｆ_R1，ｆ_R2の一方に近似していれば、一方の出力が常に“Ｈｉｇｈ”であるので、ＮＡＮＤ演算結果を反転した信号は有効な他方の出力と同一になる。なお、送信情報は、例えば“Ｈｉｇｈ”，“Ｌｏｗ”を一定期間繰り返すリーダ部に続いて送信され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１２０から送信情報が出力され、制御回路本体部１２２が、送信情報に応じて、点灯周波数ｆ_L用の制御信号を出力している発振回路部１２１を変調することにより、周波数ｆ_R1，ｆ_R2のいずれかと点灯周波数ｆ_Lとに切り替わる電流が放電灯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発振回路部１２１から出力される。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_R1，ｆ_R2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。これらの信号は、判断部２３に取り込まれて有効な信号が制御部２４に出力される。

以上、実施形態１では、放電灯点灯用の点灯周波数ｆ_Lの電流を放電灯ＤＬに供給するための点灯用制御および送信情報に応じた電流を放電灯ＤＬに供給するための通信用制御の双方に対して、スイッチ素子ＳＷ１１と共振回路部１１０とが共用されるため、点灯用制御が通信用制御の影響を受けることになるが、送信情報に応じて、点灯周波数ｆ_Lの点灯周波数範囲Ａ内における少なくとも２種類の周波数ｆ_R1，ｆ_R2のいずれかと点灯周波数ｆ_Lとに切り替わる電流を放電灯ＤＬに供給することにより、送信情報を受信端末２で受信することが可能になるほか、点灯周波数範囲を拡げることなく、送信情報の送信時における放電灯ＤＬの光出力変動を抑制し、点灯用制御が受ける通信用制御の影響を低減することができる。

また、少なくとも２種類の周波数ｆ_R1，ｆ_R2の一方の周波数と点灯周波数ｆ_Lとに切り替わり、他方の周波数と点灯周波数ｆ_Lとに切り替わる電流が放電灯ＤＬに流れるので、２種類の周波数ｆ_R1，ｆ_R2のうち、一方の周波数が点灯周波数ｆ_Lと同じかそれと近い周波数となり、その一方の周波数によっては送信情報を受信端末２で受信することができなくなったとしても、もう一方の周波数によって送信情報を受信端末２で受信することが可能となる。

（実施形態２）
図５は本発明による実施形態２の光伝送システムの構成図、図６は同光伝送システムにおける放電灯点灯装置の構成図、図７は同放電灯点灯装置の動作説明図、図８は同光伝送システムにおける受信端末の構成図である。

実施形態２の光伝送システムは、図５に示すように、明るさセンサ端末３と、この明るさセンサ端末３と通信線Ｌを介して接続される複数の照明器具４と、携帯式の受信端末２とを備えている。

明るさセンサ端末３は、机上面照度を検出する図略の明るさセンサを有し、この明るさセンサの出力（アナログ電圧）が予め設定した基準照度（に相当するアナログ電圧）になるように、調光率を含む信号を、通信線Ｌを介して各照明器具４に出力することにより、各照明器具４の調光率をフィードバック制御するものである。例えば、明るさセンサの出力が基準照度より高ければ、調光率を下げる信号が出力され、基準照度より低ければ、調光率を上げる信号が出力される。

照明器具４は、図６に示すように、交流電源ＡＣからの交流電力を整流する整流器ＤＢおよびこの出力を平滑する平滑コンデンサＣ０により構成される直流電源ＤＣと、蛍光灯などの放電灯ＤＬとを備えているほか、インバータ１１および制御回路部１２により構成される放電灯点灯装置１を備えている。

実施形態２のインバータ１１は、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。

実施形態２の制御回路部１２は、明るさセンサ端末３からの信号（調光信号）を受信する調光信号受信部１２３を備えているほか、送信源１２０と、発振回路部１２１と、制御回路本体部１２２とを備えている。なお、上記信号は、例えば０Ｖから１０Ｖの間のアナログ直流電圧（欧米で普及）や１ｋＨｚや１００Ｈｚのデューティ信号（国内で普及）である。

送信源１２０は、当該照明器具４の位置情報（３次元の座標データ）を送信情報として出力するものであり、例えば１０数ビットのデジタル値を保持できるＤＩＰスイッチにより構成され、そのＤＩＰスイッチの設定は施工時に行われる。例えば、８階建てのビルの各階を、１６×１６に分割した座標に割り当てる場合には、１１（＝３＋４＋４）ビットが使用される。

発振回路部１２１は、予熱、始動および点灯（調光点灯含む）のうち、少なくとも点灯の制御が制御回路本体部１２２を通じて行われる以外は、実施形態１の発振回路部１２１と同様に構成される。ここでは、予熱、始動および点灯の制御は、制御回路本体部１２２を通じて行われるとする。

制御回路本体部１２２は、実施形態１の制御回路本体部１２２との相違点として、例えば、図７に示すように、発振回路部１２１を介して、放電灯ＤＬの予熱、始動および点灯をするための制御信号をスイッチ素子Ｑ１，Ｑ２に出力する。調光点灯については、調光信号受信部１２３で受信された信号に含まれる調光率に基づいて、発振回路部１２１に対して、点灯周波数ｆ_Lを上記明るさセンサの出力が基準照度になるような周波数に動的に設定する制御が実行される。なお、図７の例では、電源オン後の予熱時において、スイッチ素子Ｑ１，Ｑ２が、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、共振回路部１１０の共振周波数を時間とともに変化させるように、オン，オフされている。

また、制御回路本体部１２２は、送信情報に応じて、発振回路部１２１を介して、少なくとも２種類の周波数のうち、点灯周波数ｆ_Lとの差の大きい周波数と点灯周波数ｆ_Lとに切り替わる電流が放電灯ＤＬに流れるように、スイッチ素子Ｑ１，Ｑ２のオン，オフ動作を制御する信号を、制御信号としてそれらスイッチ素子Ｑ１，Ｑ２に出力する。少なくとも２種類の周波数としては、実施形態１と同様に、周波数ｆ_R1，ｆ_R2が使用される。この場合、点灯周波数ｆ_Lが点灯周波数範囲Ａの中間値よりも高ければ周波数ｆ_R1が使用され、低ければ周波数ｆ_R2が使用される。また、点灯周波数ｆ_Lとこれとの差の大きい周波数との切替えは、人の眼にチラツキと感じない程度の周期で行われ、送信情報としての位置情報は繰り返し送信される。一般に、１００Ｈｚ以上の周波数ではチラツキと感じないので、上記周期は１０ｍ秒以内に設定される。

受信端末２は、図５，図８に示すように、上記送信情報に応じた制御回路部１２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、復調回路部２２、マイコンＭＣおよびマップ表示部２５により構成されている。

受光回路部２１は、フォトダイオード（ＰＩＮフォトダイオード）２１１ａおよび電流電圧変換器２１１ｂによりなる光電変換部２１１と、増幅回路部２１２とを実施形態１と同様に備えているほか、フォトダイオード２１１ａの前面に設けられ、特定波長（例えば赤外線）の光を通過させる光学フィルタ２１３を備えている。なお、光学フィルタ２１３は、フォトダイオード２１１ａと一体でもよい。

復調回路部２２は、実施形態１と同様に、フィルタ回路部２２１と、復調回路出力部２２２とを複数組み備えている。判断部２３および制御部２４は、マイコンＭＣによりソフト的に構成されている。マップ表示部２５は、例えば液晶表示パネルなどにより構成される。

ここで、受信端末２には、各送信源１２０から出力される送信情報としての位置情報に対応付けられた地図情報を各種記憶する不揮発性の記憶装置（図示せず）が具備される。そして、マイコンＭＣの制御部２４は、判断部２３で判別結果が有効となった信号から送信情報としての位置情報を取得し、その位置情報に対応付けられた地図情報を上記記憶装置から読み出し、その地図情報に現在位置を付加した情報をマップ表示部２５に表示する処理を行うように構成される。

次に実施形態２の特徴となる動作について説明する。放電灯ＤＬの始動後、制御回路部１２において、調光信号受信部１２３で受信された信号に含まれる調光率を基に、発振回路部１２１に対して点灯周波数ｆ_Lが設定され、共振回路部１１０の共振周波数ｆ₀よりも高い上記設定した点灯周波数ｆ_Lの電流が放電灯ＤＬに流れるように、スイッチ素子Ｑ１，Ｑ２のオン，オフ動作を制御する制御信号が出力される。これにより、机上面照度が基準照度に対応する明るさに保たれる。

この後、制御回路部１２において、送信源１２０から送信情報が出力されると、送信情報に応じて、点灯周波数ｆ_L用の制御信号を出力している発振回路部１２１を変調することにより、２種類の周波数ｆ_R1，ｆ_R2のうち点灯周波数ｆ_Lとの差の大きい周波数と点灯周波数ｆ_Lとに切り替わる電流が放電灯ＤＬに流れるように、スイッチ素子Ｑ１，Ｑ２のオン，オフ動作を制御する制御信号が出力される。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。

放電灯ＤＬからの送信情報を含む光が受信端末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_R1，ｆ_R2のうち点灯周波数ｆ_Lとの差の大きい周波数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。この信号からマイコンＭＣの判断部２３により有効な送信情報がマイコンＭＣの制御部２４に取り込まれ、位置情報が取得される。この後、位置情報に対応付けられた地図情報が記憶装置から読み出され、その地図情報に現在位置を付加した情報がマップ表示部２５に表示される。

以上、実施形態２によれば、点灯周波数ｆ_Lとの差の大きい周波数を使用することにより、その周波数が点灯周波数ｆ_Lと同じかそれと近い周波数とならないので、その周波数によって送信情報を受信端末で受信することが可能となる。

また、例えばデパートなどのビルや地下街などの幾層にも入り組んだ場所において、受信端末２を携帯することにより、現在位置を知ることができる。

（実施形態３）
図９は本発明による実施形態３の光伝送システムにおける受信端末の構成図、図１０は同光伝送システムの動作説明図である。

実施形態３の光伝送システムでは、実施形態１との相違点１として、図１０の「データ部」に示すように、制御回路部１２が、送信情報に応じて、位置情報を送信するための制御信号をデータ用制御信号としてスイッチ素子ＳＷ１１に出力する前に、同図の「リーダ部」に示すように、“１”，“０”の反復データからなる送信情報に応じて、少なくとも２種類の周波数の各々と点灯周波数ｆ_Lとに順次切り替わる電流が放電灯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を、リーダ用制御信号としてスイッチ素子ＳＷ１１に出力するようになっている。図では、少なくとも２種類の周波数として周波数ｆ_R1，ｆ_R2が使用され、周波数ｆ_R1と点灯周波数ｆ_Lとに切り替わり、この後、周波数ｆ_R2と点灯周波数ｆ_Lとに切り替っている。

そして、受信端末２は、図９に示すように、受光回路部２１およびマップ表示部２５を実施形態２と同様に備えているほか、実施形態１との相違点２として、復調回路部２２およびマイコンＭＣを備えている。

復調回路部２２は、周波数ｆ_Ｒ１，ｆ_Ｒ２のいずれかに対応する周波数を設定周波数とし、この設定周波数の成分を含む信号を、受光回路部２１で得られた入力信号から抽出することにより、入力信号に含まれる送信情報を得るための回路であり、通過帯域が可変式のバンドパスフィルタからなるフィルタ回路部２２１と、コンパレータからなる復調回路出力部２２２と、マイコンＭＣからの制御信号に従ってフィルタ回路部２２１の通過帯域を調整制御するＢＰＦ周波数制御回路部２２３とを備えている。

マイコンＭＣは、判断部２３および制御部２４を含んでいる。判断部２３は、受光回路部２１での上記リーダ用制御信号による放電灯ＤＬからの光の受光時においても、復調回路部２２で復調された信号が有効であるか否かの判別をするように構成される。そして、制御部２４は、判別結果が有効でなければ、上記設定周波数を、周波数ｆ_R1，ｆ_R2のうち残りの別の周波数に切り替え、有効であれば、上記データ用制御信号による放電灯ＤＬからの光の受光時に、上記設定周波数を使用するように構成される。

ここで、図１０の「リーダ部」において、周波数ｆ_R1と点灯周波数ｆ_Lとに切り替わる周波数ｆ_R1用の期間、並びに周波数ｆ_R2と点灯周波数ｆ_Lとに切り替わる周波数ｆ_R2用の期間は、ともに制御部２４により設定周波数を切り替えるために必要となる時間よりも長く設定される。なお、これに限らず、周波数ｆ_R1用の期間と周波数ｆ_R2用の期間とが交互に複数回連続する構成でもよい。

次に実施形態３の特徴となる動作について説明する。制御回路部１２において、送信源１２０から送信情報が出力される前に、“１”，“０”の反復データからなる送信情報に応じて、周波数ｆ_R1と点灯周波数ｆ_Lとに切り替わり、この後、周波数ｆ_R2と点灯周波数ｆ_Lとに切り替わる電流が放電灯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出力される。これにより、図１０のような「リーダ部」を含む光が放電灯ＤＬから照射される。

受信端末２において、放電灯ＤＬからのリーダ部を含む光が受光回路部２１で受光されて入力信号が得られると、復調回路部２２の出力に応じた判断部２３による判別結果を基に、制御部２４によりＢＰＦ周波数制御回路部２２３を介してフィルタ回路部２２１の設定周波数が調整される。例えば、入力信号が設定周波数の成分を含んでいるものの、復調回路部２２の出力が“Ｈｉｇｈ”固定となるか、あるいは設定周波数の成分を含んでおらず、復調回路部２２の出力が“Ｌｏｗ”固定となる場合には、判断部２３の判別結果が無効となり、制御部２４により、設定周波数が、周波数ｆ_R1，ｆ_R2のうち残りの別の周波数に切り替えられる。一方、判断部２３の判別結果が有効となった場合、あるいは上記別の周波数への切替えにより判断部２３の判別結果が有効となるに至った場合には、その設定周波数が、実施形態１と同様のデータ用制御信号による放電灯ＤＬからの光の受光時に使用される。例えば、設定周波数は、図１０（ｂ）の場合には周波数ｆ_R2に対応する周波数となり、図１０（ｃ）の場合には周波数ｆ_R1に対応する周波数となり、図１０（ｄ）の場合には周波数ｆ_R1，ｆ_R2のいずれか（例えば先に有効となった周波数）に対応する周波数となる。

以上、実施形態３によれば、受信端末２において、リーダ用制御信号による放電灯ＤＬからの光の受光時にデータ用制御信号による放電灯ＤＬからの光を受光するための周波数に設定されるので、データ用制御信号による放電灯ＤＬからの光に含まれる送信情報を取りこぼし無く受信することが可能となる。また、コスト低減、小型化が可能となる。

なお、実施形態３の変形例として、制御回路部１２が、送信情報に応じて、制御信号をスイッチ素子ＳＷ１１に出力する際に、リーダ部に代えて、次回の制御信号に対して、周波数ｆ_R1，ｆ_R2のいずれを用いるかを示す情報を含め、受信端末２が、設定周波数の成分を含む信号から得られた送信情報に含められた情報により示される周波数に設定周波数を更新するようにしてもよい。この構成でも、放電灯ＤＬからの光に含まれる送信情報を取りこぼし無く受信することが可能となるほか、データ長が短くて済むので、伝送効率が良くなる。

また、上記各実施形態では、少なくとも２種類の周波数として、周波数ｆ_R1，ｆ_R2が使用される構成になっているが、周波数ｆ_R1，ｆ_R2に限らず、３種類以上の周波数が使用される構成でもよい。周波数の種類が多くなれば制御が複雑となるが、送信情報の送信時における放電灯ＤＬの光出力変動を抑制する点で有利となる。

さらに、実施形態１，３では、点灯に調光点灯が含まれるとしたが、これに限らず、図３に示した点灯周波数範囲Ａは、各放電灯点灯装置の定格点灯周波数のばらつき範囲でもよく、あるいは放電灯ＤＬの定格出力の違いによるものであってもよい。つまり、調光機能のない放電灯点灯装置でもよい。上記いずれも場合でも、実施形態１，３と同様の効果が得られる。

本発明による実施形態１の光伝送システムにおける放電灯点灯装置の構成図である。同光伝送システムにおける受信端末の構成図である。同放電灯点灯装置の動作説明図である。同受信端末の動作説明図である。本発明による実施形態２の光伝送システムの構成図である。同光伝送システムにおける放電灯点灯装置の構成図である。同放電灯点灯装置の動作説明図である。同光伝送システムにおける受信端末の構成図である。本発明による実施形態３の光伝送システムにおける受信端末の構成図である。同光伝送システムの動作説明図である。放電灯の光出力とランプ電流との関係す図である。

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
１２０送信源
１２１発振回路部
１２２制御回路本体部
２受信端末
２１受光回路部
２２復調回路部
２３判断部
２４制御部

Claims

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スイッチ素子、この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共振回路部、および、この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、前記スイッチ素子のオン，オフ動作を制御する信号を、前記制御信号として前記スイッチ素子に出力する一方、点灯周波数範囲内には少なくとも２種類の通信用周波数が設けられ、前記共振回路部を通して、送信情報に応じて、前記点灯周波数範囲内の所定の点灯周波数と、前記各通信用周波数との間でそれぞれ周波数が切り替えられる電流が前記放電灯に流れるように、前記スイッチ素子のオン，オフ動作を制御する信号を、前記制御信号として前記スイッチ素子に出力する制御回路部により構成される放電灯点灯装置と、前記送信情報に応じた前記制御回路部の制御によって前記放電灯の光出力に含まれる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。
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スイッチ素子、この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共振回路部、および、この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、前記スイッチ素子のオン，オフ動作を制御する信号を、前記制御信号として前記スイッチ素子に出力する一方、点灯周波数範囲内には少なくとも２種類の通信用周波数が設けられ、前記共振回路部を通して、送信情報に応じて、前記点灯周波数範囲内の所定の点灯周波数と、当該点灯周波数との差の大きい何れかの前記通信用周波数との間で周波数が切り替えられる電流が前記放電灯に流れるように、前記スイッチ素子のオン，オフ動作を制御する信号を、前記制御信号として前記スイッチ素子に出力する制御回路部により構成される放電灯点灯装置と、前記送信情報に応じた前記制御回路部の制御によって前記放電灯の光出力に含まれる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。
前記受信端末は、前記放電灯からの光を受光して入力信号を得る受光回路部と、この受光回路部で得られた入力信号から、前記各通信用周波数に対応する周波数の成分をそれぞれ含む各信号を抽出することにより、前記入力信号に含まれる送信情報を得るための復調回路部とを備え、この復調回路部で抽出された各信号から得られる送信情報が有効であるか否かを判別し、有効であると判別された信号から送信情報が得られることを特徴とする請求項１または２記載の光伝送システム。
前記受信端末は、前記放電灯からの光を受光して入力信号を得る受光回路部と、何れかの前記通信用周波数に対応する周波数を設定周波数とし、この設定周波数の成分を含む信号を、前記受光回路部で得られた入力信号から抽出することにより、前記入力信号に含まれる送信情報を得るための復調回路部とを備え、前記制御回路部は、前記送信情報に応じて、前記制御信号をデータ用制御信号として前記スイッチ素子に出力する前に、前記通信用周波数の各々と前記点灯周波数とに順次切り替わる電流が前記放電灯に流れるように、前記スイッチ素子のオン，オフ動作を制御する信号を、リーダ用制御信号として前記スイッチ素子に出力し、前記受信端末は、前記受光回路部での前記リーダ用制御信号による前記放電灯からの光の受光時に、前記復調回路部で復調された信号が有効であるか否かの判別をし、この判別結果が有効でなければ、前記設定周波数を、前記通信用周波数のうち残りの別の周波数に順次切り替えていく一方、有効であれば、前記データ用制御信号による前記放電灯からの光の受光時に、前記設定周波数を使用することを特徴とする請求項１記載の光伝送システム。
前記受信端末は、前記放電灯からの光を受光して入力信号を得る受光回路部と、何れかの前記通信用周波数に対応する周波数を設定周波数とし、この設定周波数の成分を含む信号を、前記受光回路部で得られた入力信号から抽出することにより、前記入力信号に含まれる送信情報を得るための復調回路部とを備え、前記制御回路部は、前記送信情報に応じて、前記制御信号を前記スイッチ素子に出力する際に、次回の制御信号に対して、何れの前記通信用周波数を用いるかを示す情報を含め、前記受信端末は、前記設定周波数の成分を含む信号から得られた送信情報に含められた情報により示される周波数に、前記設定周波数を更新することを特徴とする請求項２記載の光伝送システム。