CN106717123A - 驱动光源的方法、驱动器系统和包含光源和驱动器系统的照明器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于驱动光源的方法，所述方法包括以下步骤：a.提供由所述光源发送的代码；b.将所述代码转换成不同的电流电平的序列，所述电流电平被维持一预定的时间周期；以及c.将所述不同电流电平的所述序列提供至所述光源，使得所述光源以不同强度水平发射光，其中，使用具有设置点更新周期的设置点更新速率来执行所述光源的驱动，其特征在于：在所述不同的电流电平之间的变迁花费多于一个设置点更新周期。

Description

驱动光源的方法、驱动器系统和包含光源和驱动器系统的照 明器

技术领域

本发明涉及用于驱动光源的方法、用于驱动光源的驱动器系统以及涉及包括光源和用于驱动光源的驱动器系统的照明器，其中，方法、驱动器系统和照明器具体地被用于使用由光源所发射的光来发送代码。

背景技术

光源被使用在各个地方以产生光。示例是室内/室外灯、电视(TV)、交通标志、商用显示器、汽车前灯/尾灯等。代码(即，数字信息)可以通过调制光源(打开光源和关闭光源)被合并至所发射的光中。这个原理可以被称为可见光通信或VLC。当调制足够快时，即当迅速完成对光源打开和关闭时，将数字信息合并至所发射的光中对于人的眼睛是不可察觉的。

因此，VLC使用了这样的现象：在间歇光激励频率高于所谓闪烁融合阈值之上时，间歇光激励对于普通人类观察者而言表现出完全固定不变。然而，因为检测闪烁的能力主要取决于人类观察者的诸如年龄和疲劳的生理因素，所以仍存在人类观察者的在当前VLC系统中检测闪烁的高风险。另外，即使没有观察到闪烁，但是光源的调制可能引起恶心。

除了对人类观察者的负面影响之外，光源的调制可能会干扰例如条形码读取器、智能电话相机等的光学读出设备，该光学读出装置在检测诸如条形码的其它代码和信息时接收由光源发射的光。

因此，本发明的目标是降低VLC中的光源的调制的上述负面影响中的一个或多个负面影响。

发明内容

通过提供用于驱动光源的方法来实现这个目标，其中所述方法包括以下步骤：

a.提供通过所述光源来发送的代码；

b.将代码转换成不同电流电平的序列，将该电流电平维持一预定的时间周期；以及

c.将不同电流电平的序列提供至光源，使得光源以不同强度水平来发射光，

其中，使用具有设置点更新周期的设置点更新速率来执行驱动光源，

其特征在于

不同电流电平之间的变迁长于一个设置点更新周期。

根据本发明，通过使用设置点的方式来驱动光源，由此，以设置点更新速率来提供所述设置点。当驱动光源时，此更新速率可被固定，或者可被预定，或者可被改变。通常在设置点更新周期流逝后更新设置点。此类设置点更新周期还可以被固定或可以被改变。因为生成连续的设置点可能需要一些处理时间，所以通常应用最小设置点更新周期。根据本发明，渐进地施加不同电流电平之间的变迁，即跨越多于一个设置点更新周期。在实施例中，从一个电流电平至另一个不同的电流电平的此类变迁包括使用至少一个中间设置点值，该至少一个中间设置点值处于与一个电流电平相对应的第一设置点值和与其它电流电平相对应的第二设置点值的范围之间，但该范围不包括第一设置点值和第二设置点值。

将变迁延展(spreading)为跨越多于一个设置点更新周期的优点是：与在单个设置点更新周期中执行的传统变迁相比，降低了从一个电流电平至另一个电流电平的变迁期间的电流的平均坡度。降低平均坡度具有这样的优点：所发射的光的强度水平变化较慢，导致由人类观察者感觉到的闪烁较少。降低平均坡度并且因此获得所发射的光的强度水平的较慢变化还可以有利于降低对光学读出设备的干扰，例如装置的自动校准现可以能够遵循变化足够快的环境光和/或装置能够获得具有改进对焦的图像。

限制电流的坡度(即，将变迁延展为跨越多于一个设置点更新周期)与目的在于在不同电流电平之间尽可能快速地进行切换的光源驱动常规方式相矛盾，使得所获得的波形尽可能地类似方波。

在实施例中，仅使用两个不同的电流电平，这两个不同的电流电平是交替的，其中，改变两个不同的电流电平的交替频率以形成代码。换言之，需要分析两个不同电流电平的交替频率，以获得包含于调制后的光内的代码。贯穿代码发送过程的占空比可以是常数，以将通过光源发射的平均光强度设置在期望水平。

在可替代的实施例中，使用三个或更多个不同电流电平，其中，以大体上固定的频率来在不同的电流电平之间进行交替，其中，三个或更多个不同的电流电平的顺序形成代码。换言之，需要分析波形的形状以获得包含于调制后的光内的代码。

在实施例中，通过调制后的光源的占空比来确定发射的光的平均强度。因此，通过调节调制后的光源的占空比，可以调节由光源发射的光的平均强度。

在实施例中，监测发射光的平均强度并且将占空比适配为补偿从期望平均强度的偏差。

在实施例中，将代码转换成不同的非零电流电平的序列。因此，不使用零电流电来驱动光源。这将防止电流源的强度下降至零(暗)，使得感觉到的闪烁较少。另外，因为所述光源总是以一些非零强度的发射光，所以总是存在对于其它光学读出装置可用的光以执行它们的读出功能。因此，降低了干扰的风险。使用非零电流电平将通常导致不同的电流电平之间的差的绝对值被降低，这也有助于降低闪烁和干扰的风险。

在实施例中，不同的电流电平之间的交替频率高于120Hz，优选地高于150Hz并且更优选地高于200Hz。

在实施例中，通过光源发送代码序列，其中，在各个代码的传输之间，以预定的时间段向光源提供恒定的电流。这在所述发送代码相对较短时特别有益。代码序列可以是一遍遍地重复的同一代码序列，比如，当代码包括与建筑内的光源的位置相关的信息时，但是该代码还可以在存在更多交互时进行变化。

本发明还涉及一种驱动器系统，包含：供电电源、将来自供电电源的能量转换成适应于被供应至光源的形式的光驱动器，和用于控制由光驱动器输出的能量的量的控制单元，其中，控制单元被配置为使用光驱动器和调制器来执行根据本发明的方法。在实施例中，所述驱动器系统包括调制器以在控制单元的控制下调制通过光源驱动器输出的所述能量，其中，控制单元被配置以使用光驱动器和调制器执行根据本发明的所述方法。

本发明还涉及一种照明器，包括根据本发明的光源和驱动器系统。

附图说明

现将参考附图描述以非限制性方式描述本发明，其中，通过相同的附图标记指示相同的部件。其中：

图1a示意性地描述了使用可见光通信的房间；

图1b示意性地描述了表示代码的被保持一预定的时间周期的电流电平序列；

图2a描述了表示光源调制的现有技术的图；

图2b描述了包括用于获得应用在现有技术中的电流调制的设置点(set-points)阵列的图；

图3根据本发明的实施例描述了表示光源的调制的图；以及

图4根据本发明的实施例示意性地描述了照明器。

具体实施方式

图1a示意性地描述了具有两个高架照明器LU的房间RO，每个照明器包括光源和驱动器系统，以发射用于照明房间RO的光L。

图1a还描述了位于房间RO内部并且持有诸如智能电话之类的电子设备EA的人类观察者HO。

当以传统方式使用照明器LU时，它们发射恒定强度水平或以固定频率调制的光源，其频率优选地足够高，以使人类观察者HO不可察觉，例如高于120Hz，优选地高于150Hz并且更优选地高于200Hz。然而，照明器LU可以具有附加功能以发对于人类观察者HO仍然不可察觉，但是能够由电子设备EA检测到的代码。能够通过改变光源的调制来完成将代码合并至被发射的光中。比如，调制频率可以在高频率和低频率之间变化，其中，低频率表示数字零或“0”并且高频率表示数字一或“1”，以使得可以通过由在低调制频率和高调制频率之间适当切换的照明器获得并且广播数字二进制代码。这个附加功能通常被称为可见光通信并且从现在开始将被缩写为VLC。

电子设备EA包括能够从照明器接收光L并且确定光L中所包含的代码的照相机或其它光学检测设备。已知机构使用将所发射的光线转换为图像中的暗线和明线的卷闸机构，该暗线和明线能够由电子设备的处理器进行处理，以确定包含于图像中的代码。

当由电子设备EA接收并且确定了代码时，代码就可以由电子设备进行使用，以将例如关于其在房间RO内部的位置通知给人类观察者HO。出于这个目的，电子设备包含专用软件或者该电子设备与另一个装置进行通信，该另一装置包含专用软件并且使用该代码以(例如通过使用电子设备EA上的显示器)将信息发送至人类观察者HO。

图1b示意性地示出了不同的电流电平的具体序列，每个电流电平被维持一预定的时间周期，此类序列例如表示可以由诸如图1a中所示的装置EA的电子设备检索的具体代码或消息。如图1b中所示的序列由分别被维持周期T1、T2、T3和T4的电流I1、I2(等于零)、I3和I4的序列组成。此类序列可以例如表示消息或代码的一个或多个特征。为了生成此类电流电平序列，照明器的驱动器系统通常生成表示期望电流的设置点序列或设置点阵列。通过电流设置点的此类变化(也被称为电流调制)生成不同强度水平，这可以由诸如图1a中的装置EA的电子设备进行观察。通常，通过驱动器系统的处理速度限制设置点更新或重新生成的速率。

图2a描述了表示调制光源的现有技术的图。驱动光源的驱动器系统可以被特征化为：利用相应的设置点更新周期Δt来限定设置点更新速率，该相应的设置点更新周期Δt在一个实施例中是从第一设置点值变化至第二设置点值的可能的最小时间周期。在本发明的含义中，所述最小时间周期可能可以被称为最小设置点更新周期。在数字系统中，可以通过采样速率和/或相应控制单元的时钟速率来确定设置点更新速率。在此类系统中，设置点更新周期可以是固定的、预定的的或预定义的周期。在模拟系统中，设置点更新周期可以例如与从一个设置点变化至另一个设置点所需要的最小稳定时间周期相对应。

图形描述了针对通过光源的电流而生成的设置点SP，所述设置点SP在标称设置点值Nsp和零(0)值之间替换。设置点SP因此是理想方波。试图跟随电流设置点SP的驱动器系统实际上会通过在与标称设置点值Nsp相对应的标称电流Inom和零(0)值之间变换的光源而获得电流波形CW。因此，由于电流需要特定时间周期以进行稳定，所以驱动器系统实际上不会输出理想方波，用于进行稳定的时间周期优选地小于数字系统中的设置点更新周期。在图2a中未示出的是，由于诸如电感滞回之类的电气现象，电流波形CW的静态部分可以具有一些纹波(ripple)。

在现有技术中，为了尽可能地接近理想方波，设置点尽可能快地从零变化至Nsp，即电流电平零和Inom之间的变迁、或普通的被维持以第一周期的第一电流电平与被维持与不同的第二电流电平之间的变迁至多花费单个设置点更新周期Δt。当在VLC中使用此波形时，人类观察者可能仍察觉到可以导致的闪烁或恶心，和/或VLC仍可以干扰例如条形码读取器的其它光学读出装置。

在现有技术中，因此通过将设置点从与第一电流电平对应的一个值变化至与第二电流电平对应的另一个值来实现从第一电流电平至第二不同电流电平的变迁，该变迁在一个设置点更新周期Δt内。这在图2b中进行了图示。

图2b示意性地描述了设置点阵列200，该设置点阵列200应用在用于从等于零的电流电平到等于Inom的电流电平并且返回等于零的电流电平的变迁的现有技术中。由箭头210、箭头212(箭头212表示设置点值等于零)示意性地指示的设置点被等于如图2a所示的设置点更新周期Δt的周期分隔。

如图2a，虚线图形SP示出了所应用的设置点阵列的包线，而图形CW示出了通过在与标称设置点值Nsp对应的标称电流Inom和零(0)值之间的替换的光源的对应电流波形CW。

图3a根据本发明描述了光源的表示性调制的图。根据本发明和驱动光源的驱动器系统被特征化为：利用相应的设置点更新周期Δt来限定设置点更新速率，该更新周期Δt是不同设置点值之间的可能的最小时间周期。设置点更新周期Δt可以是比如26μs，优点是其与50Hz、60Hz和高速(3.3ms)视频照相机兼容。

当通过光源发射代码时，代码被转换成不同的电流电平序列，该电流电平被维持一预定的时间周期。在此示例中，组成代码的电流电平分别是与标称设置点值Nsp和零(0)值相对应的Inom值和零(0)值。

根据本发明，需要注意的是实现第一电流电平和不同的第二电流电平之间的渐进变化，从而利用第一设置点值(与第一电流值相关或对应)与第二设置点值(与第二电流值相关或对应)之间(但不包括)的范围内的一个或更多中间设置点值。

如图3a所示，当在Nsp值和零值之间进行切换时，生成的设置点SP针对一个设置点更新周期Δt使用值为0.5Nsp的中间电平。作为结果，不同的构成代码的电流电平之间的变迁花费多于一个的设置点更新周期Δt，使得变迁期间的平均坡度小于例如图2a或2b中所示的调制光源的现有技术方法陡峭度。比较图2b和3a，图3a中的电流CW花费大约两倍设置点更新周期Δt以达到标称值Inom，然而，在图2b中，标称值在大约一个设置点更新周期Δt之后达到。

图3b示例性地示出了可应用到本发明的实施例中的设置点阵列300，该设置点阵列300用于实现如图3a所示的电流变迁。箭头310、箭头312(箭头312表示等于零的设置点值)示意性地指示的设置点被等于如图2a所示的设置点更新周期Δt的周期分隔。

如图3a，虚线图形SP示出了所应用的设置点阵列的包线，而图形CW示出了通过与标称设置点值Nsp对应的标称电流Inom和零(0)值之间替换的光源对应电流波形CW。相比较于图2a示出的设置点阵列，设置点阵列300没有立即从等于零的值变化至等于Nsp的值，而是如在实施例中所示的，存在应用在实例t＝0和t＝t1处的中间设置点值Nsp/2，从而实现当电流将从I＝0变化至I＝Inom时电流I的更渐进变化。

因为所发射的光的强度更渐进地变化，所以降低了人类观察者感觉到强度变化(诸如闪烁)的机会。另外，诸如条形码扫描器之类的其它光学读出装置具有更多时间使其自己与变化的强度相适应，从而降低了对这些装置的干扰。

因为在不同电流电平之间的变迁花费更长时间，所以它们还具有对通过光源发射的平均强度的较大影响。当仅使用两个不同电流电平时，变迁对强度的影响每次是相同的，以使得可以使用一常数补偿因子以用于适应电流电平所维持的预定时间，以便获得期望的平均强度水平。因此，可以将占空比调节为补偿从期望平均强度的偏差。

当使用多于两个的不同电流电平来形成代码时，变迁对强度的影响变为取决于电流电平之间的变化。在此类情况中，可以通过多个脉冲来完成补偿。

在实施例中，可能的是，使累积缓冲器来跟踪变迁期间的强度水平以及从理想方波的偏差，使得缓冲器数值可以用于针对观察到的偏差(例如通过调节占空比)来补偿电流电平所保持的预定周期。

图4根据本发明的实施例示意性地描述了照明器LU。照明器LU包括驱动器系统DS和光源LS。用于驱动器系统的输入是能量I，其可以是来自电源(main)并且可以通过供电电源PS整流，但是供电电源PS还可以是电池，使得不需要外部输入I。供电电源PS的输出馈送至光驱动器LD，在光驱动器LD处，例如过滤可以发生，并且在光驱动器LD处以例如适用于驱动光源的电流的形式输出能量。

图4的驱动器系统DS还包括控制单元CU和调制器M，其中，调制器M被配置为调制提供至光源的能量。调制器可以例如配置为调制提供至光源的电流，从而例如提供在不同周期期间所维持的不同电流电平的序列。在示例中，调制器M可以被配置为提供标称电流电平和零电流电平。在此类实施例，调制器M因此用作通/断开关。如在图4中示意性地示出的，由控制单元CU来控制调制器M和光驱动器LD，使得能量的预定波形被提供至光源以照明周围和用于VCL。

控制单元被配置为执行根据本发明的方法，使得控制单元确定不同电流电平以及这些不同电流电平需要被维持以使用光源发送代码的时间周期，其中，控制单元确保不同电流电平之间的变迁花费多于一个设置点更新周期，从而降低由人类观察者感觉的闪烁的风险，和/或干扰其它光学读出装置的风险。同样，在实施例中，控制单元可以被配置为确定设置点值阵列，该设置点值阵列提供了在形成代码的不同电流电平之间的渐进改变，并且该控制单元可以被配置为向光驱动器LD或者光驱动器LD和调制器M提供设置点值阵列。在实施例中，控制单元可以被配置为接收由光源发送的代码的信号表示并且将代码转换成不同的电流电平的序列，电流电平被维持一预定的时间周期。在此类实施例中，控制单元CU还可以被配置为控制光驱动器或光驱动器和调制器以向光源LS提供不同的电流电平的序列，使得光源以不同强度水平发射光。根据本发明，设置点值阵列以具有设置点更新周期的设置点更新速率进行使用，设置点阵列的连续设置点值的序列是这样的：使得不同的电流电平之间的变迁花费多于一个设置点更新周期。

如所要求的，在本文中公开了本发明的详细实施例，然而，理解的是所公开的实施例仅仅是本发明的示例，本发明的示例能够以各种形式进行实施。因此，本文中公开的具体结构和功能细节不解释为对本发明的限制，而是仅仅作为权利要求的基础，以及作为用于教导领域技术人员的代表基础，以实际上任何适当的细节结构来多样地采用本发明。

作为使用在本文中的术语“一”或“一个”被限定为一个或多于一个。使用在本文中的术语多个被限定为两个或多于两个。作为使用在本文中的术语另一个被限定为至少第二个或多个。作为使用在本文中的术语包括和/或具有被限定为包含(即，开放式语言，不排除其它元件或步骤)。权利要求书中的任何参考标号并不构建为限制权利要求或本发明的范围。

在互不相同的从属权利要求中引用确定手段的这个事实并不表示这些手段的组合不能被有利地使用。

作为使用在本文中的术语耦合被限定为连接，虽然不一定是直接地连接，并且不一定是机械地连接。

单个处理器或其它单元可以履行权利要求中陈述的多个项的功能。

Claims (16)

1.一种用于驱动光源的方法，所述方法包括以下步骤：

a.提供由所述光源发送的代码；

b.将所述代码转换成不同的电流电平的序列，所述电流电平被维持一预定的时间周期；以及

c.将所述不同的电流电平的所述序列提供至所述光源，使得所述光源以不同强度水平发射光，

其中，使用具有设置点更新周期的设置点更新速率来执行所述光源的驱动，

其特征在于：

在所述不同的电流电平之间的变迁花费多于一个设置点更新周期。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述设置点更新速率是预定的。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述设置点更新速率具有最小设置点更新周期，在所述不同的电流电平之间的变迁花费多于一个最小设置点更新周期。

4.根据上述权利要求中的任一权利要求所述的方法，其中，在不同的电流电平之间的变迁包括从第一电流电平变迁至不同的第二电流电平。

5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述从所述第一电流电平变迁至所述不同的第二电流电平包括使用至少一个中间设置点值，所述中间设置点值处于与所述第一电流电平相对应的第一设置点值和与所述第二电流电平相对应的第二设置点值之间的范围中，但所述中间设置点值不包括所述第一设置点值和所述第二设置点值。

6.根据权利要求5所述的方法，其中，驱动所述光源包括：

在从所述第一电流电平变迁至所述不同的第二电流电平之前，使用与所述第一电流电平相对应的所述第一设置点值，以及

在从所述第一电流电平变迁至所述不同的第二电流电平之后，使用与所述第二电流电平相对应的所述第二设置点值。

7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述序列仅包括进行交替的两个不同的电流电平，并且其中，改变两个不同的电流电平进行交替的所述频率以形成所述代码。

8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述序列包括三个或更多个以固定频率进行交替的不同的电流电平，并且其中，所述三个或更多个不同的电流电平的顺序形成所述代码。

9.根据权利要求1所述的方法，其中，通过调节调制后的光源的占空比来调节由所述光源发射的光的平均强度。

10.根据权利要求1所述的方法，其中，所述方法包括以下步骤：监视所发射的光的所述平均强度，并且调节所述占空比以对由不同的电流电平之间的所述变迁引起的强度偏差进行补偿。

11.根据权利要求1所述的方法，其中，将所述代码转换成不同的电流电平的序列而不使用零电流电平。

12.根据权利要求1所述的方法，其中，通过所述光源发送代码的序列，并且其中，在各个代码的发送之间以预定的时间周期向所述光源提供恒定电流。

13.一种被配置为驱动光源的驱动器系统，所述驱动器系统包括：

控制单元；

供电电源；以及

光驱动器，

其中，所述光驱动器将通过所述供电电源提供的能量转换成适合于所述光源的形式，并且其中，所述控制单元被配置为通过控制所述光驱动器来执行根据所述权利要求1至12中的任一权利要求所述的方法。

14.根据权利要求13所述的驱动器系统，其中，所述驱动器系统包括用于调制由所述光驱动器输出的所述能量的调制器，并且其中，所述控制单元被配置为通过控制所述光驱动器和所述调制器来执行根据权利要求1至12中的任一权利要求所述的方法。

15.根据权利要求13或14所述的驱动系统，其中，所述控制单元被配置为：

接收由所述光源发送的所述代码的信号表示，并且将所述代码转换成不同的电流电平的序列，所述电流电平被维持一预定的时间周期；以及

控制所述光驱动器或者控制所述光驱动器和所述调制器以将所述不同的电流电平的序列提供至所述光源，使得所述光源以不同强度水平发射光；

所述控制单元被配置为根据所述不同的电流电平的序列生成用于控制所述光驱动器或者用于控制所述光驱动器和所述调制器的设置点值阵列，其中，所述设置点值阵列以具有所述设置点更新周期的所述设置点更新速率进行使用，并且其中，在所述不同的电流电平之间的变迁花费多于一个设置点更新周期。

16.一种照明器，所述照明器包括根据权利要求13至15中的任一权利要求的光源和驱动器系统。