JP2006509477A - 通信装置を備える発光ダイオード照明装置およびそのような装置を備える設備 - Google Patents

Abstract

照明装置は、一次放射（１）および二次放射（２）によって生成される白色光（９）の少なくとも１つの発光体（１０）と、照明を制御するために使用される電子制御手段（１１）と、通信回路（１２）とを備えている。電子回路（１１）は、通信信号（１３）にしたがって上記一次放射の変調のための光信号（３，４，３１，３６）を発するために光送信器の電源を制御する。光変調信号は、一次放射（１）に対して感度が良い光信号受信器（１８）によって受けられる。照明設備は、給電ラインと、少なくとも１つの照明装置（８）と、一次放射（１）に対して感度が良いセンサ（１９）を有する受信器（１８）に接続された少なくとも１つの電気装置（９５，９６）とを備えている。

Description

本発明は、一次放射と、上記一次放射に反応する材料から成る少なくとも１つの層の励起によって生じる二次放射とを生成することにより白色光を発するように設計された少なくとも１つの発光ダイオード発光体と、上記少なくとも１つの発光ダイオード発光体に接続され照明を制御する電子制御手段と、上記制御手段に接続された少なくとも第１の通信手段とを備えた照明装置に関する。また、本発明は、そのような少なくとも１つの装置に給電するための電源ラインを備えた照明設備に関する。

通信装置を備える既知の照明装置は、光通信信号を発するために発光ダイオードを使用する。

そのような装置は、特に米国特許出願２００２／０，０４８，１７７号に記載されている。これらの装置は、サウンドタイプまたはビジュアルタイプの受信器に関連して情報ディスプレイまたは表示装置と共に使用される。

しかしながら、これらの既知の装置は、良質な照明において適用することができない。着色ダイオードを有するこれらの照明装置は、実際には、良好な演色（color rendering）を得ることができない。また、通信信号の重ね合わせによって、光の質が低下するとともに、色および強度に変化が見られるようになる。

白色光を発する発光ダイオード照明装置において、ダイオードは、青色に近い第１の光放射、すなわち紫外線を発する。第１の放射は、特に、燐または他の蛍光材料から成る層を励起し、この層は、目に見えるより高い波長の色、例えば黄色または緑色に近い色の第２の放射を発する。第１の放射と第２の放射とを混合することにより、照明に使用される良質な白色光が得られる。

しかしながら、白色光を発する発光ダイオードを制御して照明用の光を発すると同時に通信信号を送信すると、光の質および伝送速度において問題が生じる。実際に、燐（蛍光体）の蛍光発光は、応答時間が非常に長いため、毎秒１メガビットを超える速度で信号を送信することができない。また、更に速度が低いと、第１の放射の変調により、第１の放射と第２の放射との混合によって生じる白色が変わってしまう。

本発明の目的は、高い伝送速度および／または良質な白色発光を可能とする通信装置を備えた照明装置およびそのような装置を備えた設備を提供することである。

本発明に係る装置において、電子制御手段は、第１の通信手段によって供給される通信信号にしたがって、上記一次放射の変調光信号を発するために少なくとも１つの発光ダイオード発光体の電力供給を制御し、上記変調光信号は、上記一次放射に対して感度の高い光信号受信手段によって受信されるように設計されている。

好ましい実施形態において、照明装置は、一次放射に対して感度が高くかつ受信信号処理手段に接続されたセンサを有する受信手段を備えている。

有利なことには、上記受信手段は、一次放射に対応する光信号を通過させかつ二次放射を受け入れない光学フィルタ手段を備えている。

上記受信手段は、この受信手段によって受信される光信号を表わす信号のＤＣ成分を減少させ或いは排除するための電子フィルタ手段を備えていることが好ましい。

上記電子制御手段は、通信信号を表わす変調信号とＤＣ成分とを重ね合わせることによって上記一次放射の変調光信号を発するために少なくとも１つの発光ダイオード発光体の電力供給を制御することが好ましい。

有利なことには、上記ＤＣ成分は、通信信号を表わす値に依存している。

有利なことには、上記変調信号の振幅は、通信信号を表わす値に依存している。

有利なことには、上記電子制御手段は、照明色ずれを補償するための補償手段を備えている。

特定の実施形態において、照明装置は、上記電子制御手段によって制御される少なくとも１つの赤色発光ダイオード発光体および／または少なくとも１つの青色発光ダイオード発光体を備えている。

上記電子制御手段は、光の色温度（color temperature）を制御するための手段を備えていることが好ましい。

有利なことには、照明装置は、上記制御手段に接続され、照明用の光の光度(light intensity)、演色評価数（color rendering index）および／または色温度を調整する少なくとも１つの光センサを備えている。

有利なことには、照明装置は、少なくとも１つの発光体を流れる電流を表わす信号を上記制御手段に供給しかつ上記発光体に供給される電流を調整する少なくとも１つの電流センサを備えている。

有利なことには、本発明の一実施形態に係る照明設備は、前述した少なくとも１つの照明装置に給電するための電源ラインと、一次放射に対して感度の高いセンサを備えた受信器に接続された少なくとも１つの電気機器とを備えている。

有利なことには、上記受信器は、上記少なくとも１つの電気器具と一体を成している。

他の利点および特徴は、非制限的な単なる例として与えられかつ添付図面に示された本発明の特定の実施形態の以下の説明から更に明らかとなる。

図１は、本発明に係る装置で使用可能な白色発光ダイオードによって発することができる光スペクトルを示している。そのようなダイオードにおいて、第１の放射は、青色或いは紫外で発せられ、例えば４６０ナノメートルの波長を中心とするものである。第２の放射は、特に第１の放射によって励起される蛍光体から成る蛍光層によって再放射される。第２の放射は、例えば緑色または黄色であり、例えば５５０ナノメートルを中心とするものである。これらの２つの放射を混合すると、照明のために使用できる白色光が生じる。

図２は、白色発光ダイオードによって放射される第１の放射を変調可能な通信信号フレームの一例を示している。第１の放射１は、応答時間が速く、速い伝送速度でデータを送信することができる。

図３において、曲線４で示される第１の放射１は応答が速く、曲線５で示される第２の放射は、更にゆっくりとした応答をもって第１の放射に続く。通信信号３が図３の第１の部分６における場合のようにほとんど変化しない場合には、第２の放射２は、十分な値に達することができ、白色光を過度に弱めることはない。図３の曲線の第２の部分７における場合のように変化が速い場合には、第１の放射はその最大値にあるが、第２の放射はその通常の照明値に達することができない。部分７においては、装置の輝度が減少し、演色が弱くなる。これは、白色光の成分が大きく減少するためである。また、第２の放射のゆっくりとした反応は、光通信信号を受けるように設計された放射センサを乱す傾向にある。

図４に示される本発明の実施形態に係る照明装置８において、白色光９を発するように形成された発光ダイオード発光体１０は、電子制御回路１１に対して接続されている。通信回路１２は、通信信号１３を供給するために上記制御回路に接続され、かつ、送信される信号を受信するために通信ライン１４に接続されている。電子制御回路１１は、電力を受けるために電源ライン１５に接続されている。これらの発光体１０に対して制御回路により電力が供給されると、発光体１０は、一次放射１を生じるとともに、上記一次放射に反応する材料から成る少なくとも１つの層１６の励起に起因して二次放射２を生じる。このようにして、制御回路は、照明を制御するとともに、発光ダイオード発光体１０の電力供給を管理して、第１の通信手段１２によって供給される通信信号１３にしたがって上記一次放射１の変調光信号１７を発する。上記変調光信号１７は、一次放射１に対して感度の高い光信号受信器１８によって受信されるように設計されている。

受信器１８は、受信信号２１を処理するための処理回路２０に対して接続されており、一次放射に対して感度の高いセンサ１９を備えている。センサ１９の手前には光学フィルタ２２が配置されており、この光学フィルタ２２は、一次放射１に対応する光信号を通過させかつ二次放射２を除去する。

有利なことには、処理回路２０は、受信器のセンサ１９によって受信される光信号を表わす信号のＤＣ成分を減少させ或いは排除するための電子フィルタ２８を備えている。処理回路の出力信号９８は受信器の通信回路２３に対して供給され、通信回路２３は、次に受信器の機能モジュール２５によって使用可能な信号２４を供給する。

制御回路１１は、光センサ２７によって供給される信号２６を受信するための入力を備えていることが好ましい。したがって、回路１１は、上記センサにより受信される光にしたがって、光度、演色および色温度を動的な手法で調整することができる。そのような調整により、生成される光だけでなく照明されている部屋内に存在し得る周辺光をも考慮することができる。このセンサは、フォトダイオードから成っていても良く、あるいは、色センサ型のものであっても構わない。この場合、信号２６は、３つの色、例えば赤、緑および青を表わす３つの信号を含んでいる。

図５Ａ〜図５Ｃは、非補償型装置における信号を示している。図５Ａの曲線３０は通信信号１３を示しており、図５Ｂの曲線３１は一次放射１によって生成される光信号を示している。また、曲線３２は二次放射２の態様を示している。一次放射１は、通信のために受け取られ使用される。二次放射は、白色光を生成するために、一次放射と組み合わせて使用される。図５Ａ〜図５Ｃの場合には、通信が迅速に行なわれるが、演色が依然として乱れる場合がある。

有利な実施形態において、制御回路１１は、通信信号を表わす変調信号とＤＣ成分とを重ね合わせることによって上記一次放射の光信号を放射するために発光ダイオード発光体１０を制御する。

図６Ａ〜図６Ｃは、補償型装置における信号を示している。図６Ａの曲線３３は、ＤＣ成分３４と変調部分３５とを含む通信信号または制御信号１３を示しており、図６Ｂの曲線３６は、一次放射１によって生成されかつＤＣ部分３７および可変部分３８を有する光信号を示している。また、曲線３９は二次放射２の態様を示している。二次放射はあまり乱れず、ＤＣ成分３４またはＤＣ成分３７の値を変えることにより調整を更に容易に行なうことができる。したがって、輝度、演色、色温度は、非常に安定しており、通信信号によって殆ど左右されない。

演色および色温度の制御を向上させるため、図７に示される本発明の実施形態に係る装置は、制御回路１１によって制御される赤色光４１の発光ダイオード発光体４０および青色光４３の発光ダイオード発光体４２を備えている。

図８は制御回路１１のブロック図を示している。この図において、ライン１５に接続された電源回路は、電子電力回路４６，４７および４８をそれぞれ介して、発光体１０，４０および４２に対して給電する。

制御・調整回路４９は、通信信号１３を受信するとともに、上記信号を表わす値にしたがって電子電力回路に命令を送る。電流センサ５０，５１および５２は、発光体１０，４０および４２をそれぞれ流れる電流を表わす信号を回路４９に供給する。回路４９に対して供給されるパラメータ５３にしたがって制御および調整が行なわれることが好ましい。例えば、このパラメータは記憶回路に記憶される。

光度の有効な調整、演色評価数の有効な調整および／または色温度の有効な調整を可能にするために、光センサ２７が回路４９に接続されている。他のセンサ５４が回路４９に対して制御信号５５を供給することができる。例えば、センサ５４は、検出領域内における人の存在の有無に応じて照明装置をＯＮまたはＯＦＦに切り換えることができる存在検出器であっても良い。センサの配置は用途によって決めることができ、例えば、センサは、照明装置の近傍に配置することができ、あるいは、より適した場所に離れて配置することができる。また、センサは、作業台や机の上に配置されても良い。この場合、センサは、無線リンクにより、特にラジオリンクまたは赤外線リンクによって制御装置に対し連結されることが有利である。

このように、回路４９により電子電力回路４６，４７および４８に対してそれぞれ与えられる制御信号６０，６１および６２は、幾つかの信号または事象に依存することができる。

図９の図は、白色光を発する発光ダイオードの機能の態様を示している。ブロック７０は、発光体から出力される一次放射１の発生器を示しており、また、ブロック７１は、蛍光体から成る蛍光層によって生成される二次放射２の発生器を示している。その結果として得られる白色光９は、放射１と放射２との組み合わせである。

補償装置において、ＤＣ成分の値は、ほぼ一定の光特性を維持するように調整される。図１０は、通信信号を表わす信号１３にクランプされる白色発光体に対して制御信号６０を供給することができる調整システムを示している。したがって、検出・補正モジュール７２は、信号１３を受けるとともに、ＤＣ成分信号７３を演算子７４に対して供給する。上記演算子７４は、信号１３と信号７３とを組み合わせて、回路４６を制御する制御信号６０を供給する。特に信号１３の平均値、ｒｍｓ値、周波数および／またはデューティサイクルにしたがってＤＣ成分７３を決定することができる。

図１１に示される調整システムにおいて、モジュール７２は、信号７３を供給することによりＤＣ成分の補正を行い、また、信号１３を受けるモジュール７５は、変調信号７６を供給することにより可変信号の振幅の補正を行ない、その振幅は入力信号１３にしたがって変化する。信号７３および７６が演算子７７に対して加えられ、演算子７７は、入力信号１３にしたがって補正される可変通信信号およびＤＣ成分を含む信号７８を供給する。信号７８は、制御信号６０として回路４６へ与えられ得る。しかしながら、演色および／または色温度を補正するために信号１３を受信して信号８０を供給する色補正モジュール７９により補正を完了することができる。制御信号６０を供給するために、演算子８１内で信号８０が信号７８と組み合わせられる。また、モジュール７９は、制御信号６１および６２を供給することにより青色光ダイオードまたは赤色光ダイオードを制御することができる。

図１２は、発光体を流れる電流にしたがって調整も行なう調整システムを示している。したがって、調整モジュール８５は、通信信号１３と、センサ５０によって供給される白色発光ダイオードに流れる電流を表わす信号８６とを受信する。モジュール８５は、調整を行なうとともに、信号１３および電流信号８６に依存する可変部分およびＤＣ成分を含む信号８７を供給する。色補正モジュール８８は、光センサまたは色センサ２７からの信号２６および電流センサ５１および５２のそれぞれによって供給される信号８９および９０を受信する。モジュール８８は、信号２６，８９および９０にしたがって色補正を行なうとともに、補正信号９１を供給することにより白色発光体の補正制御を行ない、並びに、信号６１および６２を供給することにより赤色発光体および青色発光体を制御する。演算子９２は、信号８７と信号９１とを組み合わせて、白色発光体の制御信号６０を供給する。有利なことには、そのような装置は、光度の非常に効果的な補償を行なうとともに、演色評価数および色温度の非常に効果的な補償を行なう。

図１３は、電源ライン１５に接続された本発明の一実施形態に係る照明装置８と、一次放射１に対して感度の高いセンサを含む受信器１８に接続された電機機器９５とを備える設備を示している。また、上記受信器１８は、通信光信号を受信するために受信器９６と一体化することができる。

電気器具は、特に、コンピュータ、マルチメディア装置、または、ポータブル装置、特にビデオ装置またはサウンド装置であっても良い。

図１４は、パルス幅変調またはダイオード照明サイクルの変化によって輝度の変更および調整が行なわれる照明装置において用いられ得る信号を示している。このように、照度を制御するためにＤＣ成分３７を低い周波数で変調することができ、また、放射によって発せられる通信信号を表わす可変成分３８が信号３７に重ね合わされる。

前述した装置において、発光体は、直接的な照明で作動するように示されている。しかしながら、これらの発光体は、光の質を向上させるために、光学的な光または色の配分、拡散および／または混合装置を有利に備えることができる。さらに、発光体は、多数あっても良く、並びに、マトリクスの形態で配置されても良く、および／または、配分装置の周囲に配置される複数の高出力発光体によって構成されていても良い。

白色発光ダイオード発光体によって放射可能な光スペクトルを示している。 通信信号の一例を示している。 通信信号を表わす信号によって制御される一次および二次放射の光度の態様を示している。 本発明の一実施形態に係る照明装置を示している。 図５Ａ，５Ｂ，５Ｃは、補償の無い本発明の一実施形態に係る照明装置の信号を示している。 図６Ａ，６Ｂ，６Ｃは、補償を伴った本発明の一実施形態に係る照明装置の信号を示している。 着色光を発するダイオードも備える本発明の一実施形態に係る照明装置を示している。 本発明の一実施形態に係る照明装置の制御回路の略図を示している。 白色光を発するダイオードの機能のモデル図を示している。 本発明の一実施形態に係る照明装置の第１の補償図を示している。 本発明の一実施形態に係る照明装置の第２の補償図を示している。 本発明の一実施形態に係る照明装置の調整図を示している。 本発明の一実施形態に係る装置と器具とを備えた設備を示している。 本発明の一実施形態に係る装置によって発することができる信号を示している。

Claims (14)

1. −一次放射（１）と、前記一次放射（１）に反応する材料から成る少なくとも１つの層（１６）の励起によって生じる二次放射（２）とを生成することにより、白色光（９）を発するように設計された少なくとも１つの発光ダイオード発光体（１０）と、
   −照明を制御するために前記少なくとも１つの発光ダイオード発光体（１０）に接続された電子制御手段（１１）と、
   −前記制御手段に接続された少なくとも第１の通信手段（１２）と、を備え、
   前記電子制御手段は、前記第１の通信手段（１２）によって供給される通信信号（１３）にしたがって、前記一次放射の変調光信号（３，４，３１，３６）を発するために前記少なくとも１つの発光ダイオード発光体の電力供給を制御し、前記変調光信号は、前記一次放射（１）に対して感度の高い光信号受信手段（１８）によって受信されるように設計されたことを特徴とする照明装置。
2. 前記一次放射（１）に対して感度が高くかつ受信信号処理手段（２０）に接続されたセンサ（１９）を備えた受信手段（１８）を備えていることを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
3. 前記受信手段（１８）は、一次放射（１）に対応する光信号を通過させかつ二次放射（２）を排除する光学フィルタ手段（２２）を備えていることを特徴とする請求項２に記載の照明装置。
4. 前記受信手段（１８）は、この受信手段によって受信される光信号を表わす信号(２１)のＤＣ成分を減少させ或いは除去するための電子フィルタ手段（２８）を備えていることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の照明装置。
5. 前記電子制御手段（１１）は、通信信号(１３)を表わす変調信号（３６，７６）とＤＣ成分（３７，７３）とを重ね合わせることによって前記一次放射（１）の変調光信号（３６）を発するために少なくとも１つの発光ダイオード発光体（１０）の電力供給を制御することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の照明装置。
6. 前記ＤＣ成分（７３）は、通信信号（１３）を表わす値に依存していることを特徴とする請求項５に記載の照明装置。
7. 前記変調信号（７３）の振幅は、通信信号（１３）を表わす値に依存していることを特徴とする請求項５または請求項６に記載の照明装置。
8. 前記電子制御手段（１１）は、照明色のずれを補償するための補償手段（７２，７９，８８）を備えていることを特徴とする請求項７から請求項９のいずれか一項に記載の照明装置。
9. 前記電子制御手段（１１）によって制御される少なくとも１つの赤色発光ダイオード発光体（４０）および／または少なくとも１つの青色発光ダイオード発光体（４２）を備えていることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の照明装置。
10. 前記電子制御手段（１１）は、光の色温度を制御するための手段（７９，８８）を備えていることを特徴とする請求項１から請求項９のいずれか一項に記載の照明装置。
11. 照明用の光の光度、演色評価数および／または色温度を調整するために前記制御手段（１１）に接続された少なくとも１つの光センサ（２７）を備えていることを特徴とする請求項１から請求項１０のいずれか一項に記載の照明装置。
12. 少なくとも１つの発光体（１１）を流れる電流を表わす信号（８６，８９，９０）を前記制御手段（１１）に供給しかつ前記発光体に供給される電流を調整する少なくとも１つの電流センサ（５０，５１，５２）を備えていることを特徴とする請求項１から請求項１１のいずれか一項に記載の照明装置。
13. 少なくとも１つの照明装置に給電するための電源ライン（１５）を備える照明設備であって、 請求項１から請求項１２のいずれか一項に記載の少なくとも１つの照明装置（８）と、一次放射（１）に対して感度の高いセンサ（１９）を備えた受信器（１８）に接続された少なくとも１つの電気機器（９５，９６）とを備えていることを特徴とする照明設備。
14. 前記受信器（１８）は、前記少なくとも１つの電気機器（９５）と一体化されていることを特徴とする請求項１３に記載の照明設備。

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