JP5364239B2

JP5364239B2 - 無線制御式照明システム

Info

Publication number: JP5364239B2
Application number: JP2007043008A
Authority: JP
Inventors: 和史長添
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: 2013-12-11
Anticipated expiration: 2027-02-22
Also published as: JP2008204926A

Description

本発明は、無線信号により複数の照明器具の調光を制御する無線制御式照明システムに関する。

従来から、信号線等の配線を用いることなく、無線信号により複数の照明器具の調光を制御する照明システムが知られている。例えば、特許文献１に示されるように、複数の蛍光灯器具の夫々が赤外線送受信器を備え、赤外線通信を用いて隣接する蛍光灯器具に次々と調光制御信号を中継することにより、複数の蛍光灯器具を連動して調光制御できるようにした照明システムが知られている。

また、例えば、特許文献２に示されるように、光通信装置が有線ネットワーク端子から送られてきた情報を光の信号として出射し、照明器具は、この光を受光して情報を取得して、その情報に従って変調された照明光を放射する照明光通信システムが知られている。また、上記の特許文献２に示された照明光通信システムでは、送受信される情報のヘッダにアドレスを付すことができ、このアドレスに従って照明器具間で通信を行えるようにしている。
特開２００２−２６０８７４号公報特開２００４−２９７２９５号公報

しかしながら、特許文献１に示される照明システムでは、複数の蛍光灯器具の夫々に赤外線送受信器を備える必要があるので、システムがコスト高となる。また、蛍光灯からは赤外線に近い波長域の光が放出され、これがノイズとなって赤外線信号の受信効率を低下させることがあった。また、特許文献２に示される照明光通信システムでは、通信信号を含まない通常の照明光が、通信信号を含む光を干渉することにより、照明器具間における通信性能を低下させることがあった。

本発明は、上記課題を解決するものであり、照明器具から出射された通信時の光が、非通信時の光によって干渉されることがなく、照明器具間における信号の送受信が確実に行われ、通信信頼性の高い無線制御式照明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、請求項１の発明は、相互に無線通信を行うための送信部及び受信部を有する複数の照明器具を備え、該複数の照明器具は各々に所定のアドレスが割り当てられ、該アドレスに従って任意の照明器具間で通信する無線制御式照明システムであって、前記送信部は、前記照明器具に備えられた照明用光源を点灯制御して、該照明用光源から出射される光の点灯周波数を変調することにより、前記光に信号を重畳し、前記受信部は、前記照明用光源からの光を受光して該光に重畳された信号を解読し、前記複数の照明器具のうち通信時の照明器具は、信号を重畳した光の点灯周波数を、該照明器具とは別の非通信時の照明器具における信号を重畳していない通常の光の点灯周波数と異なるようにし、且つアドレス未設定の照明器具の点灯出力及び点灯周波数が、アドレス設定された照明器具の点灯出力及び点灯周波数と異なるようにしたものである。

請求項２の発明は、請求項１に記載の無線制御式照明システムにおいて、通信時の前記照明用光源からの光の点灯周波数の平均値を、非通信時の光の点灯周波数と同じになるようにしたものである。

請求項１の発明によれば、非通信時の光が通信時の光を干渉しないので、照明器具間における通信性能を低下させることがない。また、受信部に周波数フィルタを設けることにより、非通信時の光を容易に除去することができ、受信部は通信時の光から効率的に通信情報を抽出することができる。また、アドレスが設定されていな照明器具は、アドレスが設定された照明器具よりも暗く点灯されるので、ユーザは、照明器具の明るさを見ることにより、各照明器具にアドレスが設定されているか否かを識別することができる。

請求項２の発明によれば、通信中の照明器具と非通信の照明器具との間で、点灯周波数が変動しないので、ユーザにチラツキ等を感じさせることがない。

本発明の第１の実施形態に係る無線制御式照明システム（以下、照明システム）について、図１及び図２を参照して説明する。本実施形態の照明システム１は、相互に無線通信を行うための送信部３及び受信部４を有する複数の照明器具２を備え、各照明器具２は、電源線Ｅにより商用電源ＡＣに接続される。また、これら複数の照明器具２には、各々に所定のアドレスが割り当てられ、各照明器具２は、このアドレスに従って任意の照明器具２間で通信をすることができる。これら照明器具２間の通信は、照明器具２の送信部３から出射される光Ｌにより行われ、光Ｌは直接的に又は床面Ｆで反射されて他の照明器具２の受信部４に受信される。

送信部３は、照明器具２に備えられた光源２１を点灯制御して、この光源２１から出射される光Ｌの点灯周波数を変調することにより、アドレス情報や調光制御情報等を含む所定の信号を光Ｌに重畳するものであり、アドレス設定部３１と、制御部３２と、周波数変調部３３と、発振回路３４と、インバータ回路３５と、直流電源回路ＤＣと、を備える。

光源２１には、汎用の蛍光灯が用いられる。なお、光源２１は、高周波で点灯する照明用光源であれば、高輝度放電灯、無電極放電灯等であってもよく、照明器具２の用途や設置環境に応じて適宜に選択される。

アドレス設定部３１は、マイコン、ＥＥＰＲＯＭ、フラッシュメモリ等から成り、照明器具２のアドレス情報等を二値化されたデータとして生成・記憶し、これを制御部３２へ送信する。アドレス情報は、照明システム１で通信時に使用される送信先アドレスであり、各照明器具についてシステム内で重複しないように設定される。このアドレス情報は、アドレス設定用リモコン（以下、リモコン５）により、又は照明器具２に備えられた手動スイッチ（図示せず）をユーザが操作することにより設定される。また、照明システム１が、歩行者の携帯端末器等に地図情報等を送信する歩行者ナビゲーションとして使用されるとき、アドレス設定部３１には、照明器具２の位置情報や地図情報等を記憶させることもできる。これらの種々の情報は、ディップスイッチ等で設定されるようにしてもよく、１０数ビットのデジタル値としてアドレス設定部３１に記憶される。

制御部３２は、マイコン等から成り、受信部４からの信号に基づいて、アドレス設定部３１へアドレス情報等を送信すると共に、アドレス設定部３１のアドレス情報等に基づいて、周波数変調部３３へ所定の制御信号を出力する。

周波数変調部３３は、周波数変調（ＦＳＫ方式）での通信を行うために、制御部３２からの制御信号に応じて、発振回路３４の周波数を変調する。発振回路３４は、インバータ回路３５に接続されたスイッチング素子（例えば、パワーＭＯＳ−ＦＥＴやバイポーラトランジスタ）を駆動する回路であって、周波数変調部３３が変調する周波数に従って、通信用の点灯周波数又は非通信用の点灯周波数で交互にオンオフ動作をする。

インバータ回路３５は、少なくとも一つのスイッチ素子及び共振回路部等から成り、発振回路３４の動作周波数に従って、直流電源回路ＤＣからの直流電流を高周波電流に変換し、これを光源２１に供給する。本実施形態において、インバータ回路３５は、ハーブリッジ式やフルブリッジ式、一石式等、放電灯点灯回路として利用できる汎用のインバータ回路が用いられる。

直流電源回路ＤＣは、汎用のダイオードブリッジ及びコンデンサ（図示せず）等から成り、商用電源ＡＣから供給される交流電力を、ダイオードブリッジで整流した後、コンデンサで平滑化して直流電力に変換する。なお、直流電源回路ＤＣは、入力電流の歪みを改善するため、昇圧型チョッパー回路で高周波電流に変換してからコンデンサで平滑するようにしてもよい。

受信部４は、光源２１から出射される光Ｌを受信して、光Ｌの点灯周波数に対応する二値化データを復調するものであり、光電変換部４１と、増幅回路４２と、バンドパスフィルタ４３と、復調部４４と、を備える。なお、本実施形態では、アナログ回路方式の受信部４を示しているが、デジタル回路方式のものであってもよい。

光電変換部４１は、フォトダイオードやフォトＩＣ等から成り、光源２１から出射される光Ｌを電気信号に変換し、これを増幅回路４２へ出力する。増幅回路４２は、オペアンプやトランジスタ等から成り、光電変換部４１が出力した電気信号の微小な電圧を増幅する。バンドパスフィルタ４３は、汎用のオペアンプ等から成り、増幅回路４２で増幅された電気信号のうち、特定の周波数帯の信号のみを通過させる。復調部４４は、オペアアンプ等から成る微分回路等を備え、バンドパスフィルタ４３でフィルタリングされた電気信号の周波数の変化量をアナログ信号として送信部３へ出力する。

本実施形態の照明システム１の動作について、上述の図面に加えて図３及び図４を参照して説明する。ここでは、複数の照明器具２（２Ａ〜２Ｄ）が設置された環境において、ユーザがリモコン５を用いて、ある照明器具２Ａにアドレス（例えば、１００１）を設定し、この照明器具２Ａを親機として、各照明器具２Ｂ〜２Ｄに順次アドレス（例えば、１００２，１００３，１００４）が設定される場合を例とする。

アドレス設定前、照明器具２Ａ〜２Ｄの光源２１は、図３に示される点灯周波数ｆ４で点灯する。ユーザはリモコン５を操作して、親機である照明器具２Ａに向けてアドレス設定開始信号を送信する。このアドレス設定開始信号は、照明光通信を用いたものあってもよいが、赤外線リモコン信号又は電波を用いた無線信号等であってもよい。アドレス開始信号を受信した照明器具２Ａは、図３に示されるｆ１、ｆ２の点灯周波数を切り替えた点灯を行うことにより、所定の信号を重畳した光（以下、通信時の光Ｌ）を出力する。

ここで照明器具２Ａの送信部３は、通信時において以下の動作を行う。図４に示されるように、所定ビットの制御データをビット毎に順次送信するとき、その内容が“１”であるとき、“１”に対応する制御部３２からの周波数制御信号“Ｈｉｇｈ”に応じて、所定時間、点灯周波数がｆ１に切り替わり、制御データが“０”であるとき、“０”に対応する制御部３２からの周波数制御信号“Ｌｏｗ”に応じて、所定時間、点灯周波数がｆ２に切り替わる。なお、上記の“１”，“０”及び“Ｈｉｇｈ”，“Ｌｏｗ”の関係は逆でもよく、“Ｈｉｇｈ”，“Ｌｏｗ”と各周波数との関係も同様である。

照明器具２Ｂの受信部４は、照明器具２Ａの送信部３から出力された光Ｌを受信すると、その制御データを解読し、照明器具２Ｂの送信部３は、アドレス設定部２２に、所定のアドレス（例えば、１００２）を記憶させる。また、照明器具２Ｂの送信部３は、信号の制御データに応じて、更に他の照明器具２Ｃに向けて信号を重畳した光Ｌを出力する。照明器具２Ｃ、２Ｄの間でも上述と同様に信号を重畳した光Ｌの送受信が行われる。一度アドレスが設定された照明器具２Ａ〜２Ｄは、通信時、図３に示されるｆ１、ｆ２の点灯周波数を切り替えて点灯し、非通信時、すなわち通常の照明光を点灯させるときは、図３に示されるｆ３の点灯周波数で点灯する。

上述のように、本実施形態において、アドレスが設定されていない照明器具２の点灯周波数ｆ４は、通信時の点灯周波数（ｆ１、ｆ２）と異なっている。そのため、非通信時の光（ｆ４）が、通信時の光（ｆ１、ｆ２）を干渉することがなく、照明器具２間における通信性能を低下させることもない。また、受信部４に周波数フィルタを設けることにより、非通信時の光（ｆ４）を容易に除去することができ、通信時の光Ｌ（ｆ１、ｆ２）から効率的に制御データ等を抽出することができる。

また、アドレスが設定されていない照明器具２の点灯出力（ｆ４）は、通信時の点灯出力（ｆ１、ｆ２）よりも低く設定される。例えば、親機となる照明器具２の光Ｌが、直接又は他の照明器具２を中継して末端の照明器具２まで届かず、末端の照明器具２にアドレスが設定されていないとき、この末端の照明器具２は、アドレスが設定された照明器具２よりも暗く点灯する。そのため、ユーザは、照明器具２の明るさを見ることにより、照明器具２がアドレス未設定を識別することができる。なお、アドレスが設定されていない照明器具２について、ユーザはリモコン５を用いて、又は照明器具２に備えられた手動スイッチ等を操作して個別にアドレスを設定することができる。

また、アドレスが設定された照明器具２において、非通信時の点灯周波数（ｆ３）は、通信時の点灯周波数（ｆ１、ｆ２）の平均値と等しくなるよう設定される。そのため、通信中の照明器具２と非通信の照明器具２との間で、見た目の点灯周波数に変動がなく、ユーザにチラツキ等を感じさせることがない。

なお、照明システム１が、例えば、比較的狭い屋内に設置され、図５に示されるように、親機となる照明器具２の光Ｌが、子機となる他の照明器具２にも十分に届くときは、子機となる照明器具２は、信号の送信手段を有さず、信号を受信して点灯制御される機能のみを有するようにしてもよい。

次に、本発明の第２の実施形態に係る照明システムについて、図６を参照して説明する。本実施形態の照明システム１は、人検知センサ又は照度センサ等のセンサ部３６と、センサ部３６が検知したデータをデジタルデータに変換・処理するデータ処理部３７と、を更に備えた点が上述の第１の実施形態と異なる。また、本実施形態では、Ａ／Ｄ変換部４５を備えたデジタル回路方式の受信部４の構成を示しているが、上述のアナログ回路方式であってもよい。また、センサ部３６は、全ての照明器具２に備えられる必要はなく、照明システム１の設置環境に応じて適宜に備えられる。

ここで、上記のセンサ部３６が人検知センサであるときの動作について、図７を参照して説明する。ここでは、複数の照明器具２Ａ〜２Ｅのうち、照明器具２Ｃに人検知センサが設けられているものとする。本実施形態の照明システム１は、周囲に人が不在のときは省エネのために消灯又は低出力で点灯するように設定されている。そして、センサ部３６が人Ｍの存在を検知すると、照明器具２Ｃは、点灯周波数をｆ１及びｆ２に切り替えて点灯することにより人検知信号を重畳した光Ｌを出力する。この光Ｌを受信した照明器具２Ｂ、２Ｄは、照明器具２Ｃと同様の点灯制御がされ、照明器具２Ａ、２Ｅへ光Ｌを送信する。人検知信号の送信を終えた照明器具２Ａ〜２Ｅは、点灯周波数をｆ３に切り替えて点灯する。

また、センサ部３６は、上記の人検知信号の送信された後、一定時間、人Ｍの存在を検知しないとき、照明器具２Ｃは、消灯信号を送信する。この消灯信号は、上記の人検知信号と同様に、各照明器具２Ａ、２Ｂ、２Ｄ、２Ｅへ送信される。本実施形態においても、照明器具２の夫々にアドレスが設定され、このアドレスに基づいて、上記の信号の送信範囲が決定されるようにしてもよい。

センサ部３６が、照度センサであるときも上記と同様に、照度センサが検知した照度データを各照明器具２に送信される。また、上述のように、非通信時の光の点灯周波数と通信時の点灯周波数が異なっているので、本実施形態では、照度データを通信時の光で各照明器具２へ送信すると共に、この照度データに基づいて各照明器具２の光（非通信時の光）を調光制御するフィードバック制御が可能である。

アドレスが設定された照明器具２Ａ〜２Ｅは、非通信時において、点灯周波数ｆ１及びｆ２の平均点灯周波数であるｆ３で点灯するが、点灯周波数の平均値は、器具特性の違い等により、各照明器具２間で不一致となることがある。しかし、上記の照度センサが検知した照度データに基づいて、各照明器具２をフィードバック制御することにより、器具特性の違いがあっても、通信時の照明器具及び非通信の照明器具との間で、明るさを一致させることができる。なお、このようなフィードバック制御は、各照明器具２の制御部３２内のＲＯＭ等に、上述の図３に示された点灯出力と点灯周波数の関係を記憶させておき、制御部３２が、上記の照度センサの照度データ及びＲＯＭ等に記憶された点灯周波数のデータを参照として、適切な点灯周波数を割り出し、この点灯周波数で光源２１を点灯制御することにより実現される。

次に、本発明の第３の実施形態に係る照明システムについて、図８及び図９（ａ）（ｂ）を参照して説明する。本実施形態の照明システム１は、受信部４が、２つのバンドパスフィルタ４３ａ、４３ｂと、これらのバンドパスフィルタ４３ａ、４３ｂを通過した所定の周波数の電気信号をデジタル信号に変換する比較部４７ａ、４７ｂと、これらの信号を復調する判断部４８と、を備えた点が、上記第１及び第２の実施形態と異なる。

上記２つのバンドパスフィルタ４６ａ、４６ｂのうち、一方の透過周波数域は、図９（ａ）に示されるｆ１又はｆ２に設定され、他方の透過周波数域は、図９（ｂ）に示されるｆ１’又はｆ２’に設定される。

比較部４７ａ、４７ｂは、コンパレータ等から成り、電気信号の周波数の変化量と、通信用の周波数と非通信用の周波数との差の絶対値の２倍として定められる所定の閾値と、を比較してデジタル信号に変換する。すなわち、電気信号の周波数の変化量が、上述のように定められる閾値を越えて増加するものであるとき、非通信用の周波数から通信用の周波数へ切り替わったものとして“Ｌｏｗ”から“Ｈｉｇｈ”へデジタル信号を切り替え、一方、上述のように定められる閾値を越えて減少するものであるとき、通信用の周波数から非通信用の周波数へ切り替わったものとして“Ｈｉｇｈ”から“Ｌｏｗ”へデジタル信号を切り替える。また、電気信号の周波数の変化量が、上述のように定められる閾値に満たない場合は周波数の切り替りがなかったものとして、“Ｈｉｇｈ”は“Ｈｉｇｈ”のまま、“Ｌｏｗ”は“Ｌｏｗ”のままのデジタル信号とする。

上記の閾値が、通信用の周波数と非通信用の周波数との差の絶対値の２倍であるのは、光源２１から出力される光の周波数が、発振回路３４による周波数の２倍となることに基づく。なお、部品特性や周辺環境の影響を考慮して補正係数を乗じてもよく、必ずしも数学的に２倍とすることに限定されない。

判断部４８は、マイコン等から成り、比較部４７ａ、４７ｂからのデジタル信号を予め設定された通信速度から受信データに復調する。なお、復調された受信データに従って、アドレス設定部３１が生成した位置情報を表示する表示部が設けられていてもよい。

また、本実施形態では、隣り合う照明器具２は奇数又は偶数のいずれかのアドレスが交互に設定される。これらの照明器具２のうち、奇数アドレスが設定された照明器具２は、例えば、透過周波数がｆ１又はｆ２である一方のバンドパスフィルタ４６ａ（図９（ａ））を使用し、偶数アドレスが設定された照明器具２は、例えば、透過周波数がｆ１’又はｆ２’である他方のバンドパスフィルタ４６ｂ（図９（ｂ））を使用する。すなわち、隣り合う照明器具が異なる点灯周波数で通信することにより、近接する照明器具２間における信号の相互干渉が抑制されるので、通信信頼性が向上する。

なお、本発明は、上記構成に限られることなく種々の変形が可能である。例えば、受信部４を放電灯のソケットに内蔵可能とし、既存の照明器具のマイコンやメモリ等を交換又はデータの書き換え等をすることにより、既存の照明システムに本発明の無線制御システムの機能を後づけすることができる。

本発明の第１の実施形態に係る無線制御式照明システムの設置例を示す図。同システムのブロック構成図。同システムにおける点灯出力と点灯周波数の関係を示す図。同システムにおける制御データ、制御信号、電流パターン及び周波数のタイミングチャートを示す図。同システムの変形例を示す図。本発明の第２の実施形態に係る無線制御式照明システムのブロック構成図。同システムの設置例を示す図。本発明の第３の実施形態に係る無線制御式照明システムのブロック構成図。（ａ）（ｂ）は同システムにおける点灯出力と点灯周波数の関係を示す図。

符号の説明

１無線制御式照明システム
２照明器具
２１光源
３送信部
４受信部
Ｌ光

Claims

相互に無線通信を行うための送信部及び受信部を有する複数の照明器具を備え、
該複数の照明器具は各々に所定のアドレスが割り当てられ、該アドレスに従って任意の照明器具間で通信する無線制御式照明システムであって、
前記送信部は、前記照明器具に備えられた照明用光源を点灯制御して、該照明用光源から出射される光の点灯周波数を変調することにより、前記光に信号を重畳し、
前記受信部は、前記照明用光源からの光を受光して該光に重畳された信号を解読し、
前記複数の照明器具のうち通信時の照明器具は、信号を重畳した光の点灯周波数を、該照明器具とは別の非通信時の照明器具における信号を重畳していない通常の光の点灯周波数と異なるようにし、且つアドレス未設定の照明器具の点灯出力及び点灯周波数が、アドレス設定された照明器具の点灯出力及び点灯周波数と異なるようにしたことを特徴とする無線制御式照明システム。
通信時の前記照明用光源からの光の点灯周波数の平均値を、非通信時の光の点灯周波数と同じになるようにしたことを特徴とする請求項１に記載の無線制御式照明システム。