JP2009528750A - 照明装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、照明装置のための方法、とりわけ、ＬＣＤ−ＴＶ、プロジェクタなどといった表示装置のための方法であり、ＬＥＤ１又はＯＬＥＤである、照明目的のための平均光度を有する放射線を放射する少なくとも１つの発光素子１を用いて、照明のために、少なくとも可視光を含む放射線を生成する方法であり、前記発光素子１に結合される制御器２が、前記照明目的に合わせて同時にデータ転送のために前記放射線を変調する方法であって、前記発光素子１の生成される前記放射線を介して同時にデータ信号が送信され、且つ前記変調が観察者には見えないように、前記制御器２が構成され、前記データ信号が検出ユニット３に送信される方法に関する。

Description

この発明は、照明を供給するために少なくとも可視光を含む放射線を生成するための照明装置及び方法であって、生成される前記放射線を介して、同時に、データ信号が送信される照明装置及び方法に関する。

可視照明を含む放射線を生成する照明装置は良く知られている。また、最新技術は、従来のアプリケーション、例えば照明のための、生成される放射線、例えば可視光であって、生成される放射線を介して、同時に、人間の目には検出できない情報を送信するという付加的なアプリケーションと組み合される放射線を用いている。

米国特許出願公開第2003/00303386 A1号は、照明を供給し、データ情報を送信するために可視光を生成する照明装置を記載している。前記データ情報は、発光素子において交流の周波数を変えることによって変調される。データ信号送信中の目に見えるちらつきを取り除くためにマンチェスタコーディングに基づくコーディング方式が提案されている。マンチェスタコーディングは、発光素子を駆動する電流の規定された遷移を持つビット周期の中間点に固定サンプリングモーメントを有する。遷移の方向が、ビットが、論理「０」であるか、又は論理「１」であるかを決定する。

本発明の目的は、前記方法及び前記照明装置を改善することであり、詳細には、あらゆるちらつきのないよう、供給される照明の質を上げるために、特に、前記照明の質を変えずに又は下げずに、照明供給源にデータを付加するために、前記方法及び前記照明装置を改善し、それによって、前記方法及び前記照明装置が、単純化され、満足な光学的データ伝送が達成可能であるようにすることである。

前記目的は、本発明の請求項１によって教示されているような方法によって達成される。本発明の方法の有利な実施例は、サブクレームにおいて規定されている。

従って、照明装置のための方法、とりわけ、ＬＣＤ−ＴＶ、プロジェクタなどといった表示装置のための方法であり、ＬＥＤ又はＯＬＥＤである、照明目的のための平均光度を有する放射線を放射する少なくとも１つの発光素子を用いて、照明のために、少なくとも可視光を含む放射線を生成する方法であり、前記発光素子に結合される制御器が、前記照明目的に合わせて同時にデータ転送のために前記放射線を変調する方法であって、前記発光素子の生成される前記放射線を介して同時にデータ信号が送信され、且つ前記変調が観察者には見えないように、前記制御器が構成され、前記データ信号が検出ユニットに送信される方法が提供される。

発光素子は、非常に高速で変調される可能性を持ち、従って、データ信号のような情報が、前記放射線に付加的に埋め込まれ得る。有利には、特別に設計された変調方式を用いると、データ信号が、前記照明装置の光出力に加えられ得る。従って、通常の照明又は画像が生成され得る一方で、同時に、検出ユニットに送信される追加のデータ信号が送出され得る。好ましくは、前記制御器は、前記観察者には見えない高い周波数（又はスイッチング時間）において前記放射線を変調する。本発明の或る実施例においては、同時に、データ信号を生成するために、前記発光素子は、非常に高速でオン及びオフに切り替えられる。他の例においては、前記発光素子をオフに切り替えない特別に設計された方式を用いることも可能である。この場合には、前記制御器は、前記生成される放射線の強度が、前記観察者には見えない周波数で変えられるように、前記発光素子を駆動する。

有利には、放射線が、パルス周波数変調、パルス位置変調、強度変調又はパルス幅変調をされるような、放射線を生成するための幾つかの変調技術があり得る。好ましくは、可視光を有する前記放射線、及び前記生成される放射線を介して送信されるデータ信号は、適応符号化方式(adapted coding system)を含み、ここで、送信されるビットの量が削減され得る。パルス幅変調（ＰＷＭ）される放射線の場合には、パルス幅及び／又は各部間の時間が変えられ得る。別の好ましい実施例によれば、或る一定のパルス幅及び／又は前記パルス間の時間が、データの規定された情報に対応し得る。

別の実施例によれば、前記制御器は、ヒステリシス制御器(hysteretic controller)であることができ、前記ヒステリシス制御器は、放射線のために、前記発光素子の平均電流を事実上変えずに、前記発光素子を駆動する電流を、少なくとも２つのヒステリシスバンド幅を用いて、変調するものであり、第１バンド幅は、データの少なくとも第１の情報を有し、第２バンド幅は、データの少なくとも第２の情報を有する。

有利には、提案した前記制御器は、前記発光素子の電流のためのドライバとして役立ち、それ故、前記発光素子の光出力のためのドライバとして役立つだけでなく、前記生成される放射線の変調器として役立つ。好ましくは、前記ヒステリシスバンド幅は、例えば、広いヒステリシスバンド幅が、論理「１」に対応し、狭いバンド幅が、論理「０」に対応する、又はその逆であるようにして変調される。この実施例においては、前記発光素子はＬＥＤであり、前記発光素子は、前記変調方式によりオフに切り替えられない。前記ヒステリシス制御器は、生成される前記放射線の瞬時強度しか変えず、単純なＬＥＤドライバ回路が利用される。有利には、前記ＬＥＤドライバ回路及び前記変調方式は、平均ＬＥＤ電流とは独立して、従って、前記発光装置の平均照明とは独立して、ＬＥＤ放射線を変調することが可能である。好ましくは、前記ＬＥＤの前記電流の周波数は、20kHzより高い。これによって、前記発光装置の前記生成される放射線を介した前記データ転送は、前記観察者には見えない。同じバンド幅を有する前記電流の２つの後続最小値(following minima)又は２つの後続最大値の発生が、データの１ビットに対応することは更に好ましい。他の例においては、ほぼ同じ電流量を持つ前記電流の２つの後続最小値又は２つの後続最大値の発生が、データの１ビットを表わす。

上記のデータ信号は、アナログデータ及び／又はデジタルデータ及び／又は制御コード及び／又は開始コードであるデータから成り得る。

好ましい本発明は、ＬＥＤ又はＯＬＥＤである、照明目的のための平均光度を有する放射線を放射する少なくとも１つの発光素子を用いて、照明を供給するために、少なくとも可視光を含む放射線を生成する照明装置であり、前記発光素子に結合される制御器が、前記照明目的に合わせて同時にデータ転送のために前記放射線を変調する照明装置であって、前記発光素子の生成される前記放射線を介して同時にデータ信号が送信され、且つ前記変調が観察者には見えないように、前記制御器が構成され、前記データ信号が検出ユニットに送信され、前記制御器が、ヒステリシス制御器であり、前記ヒステリシス制御器が、放射線のために、前記発光素子の平均電流を事実上変えずに、前記発光素子を駆動する電流を、少なくとも２つのヒステリシスバンド幅を用いて、変調するものであり、第１バンド幅がデータの第１の情報を有し、第２バンド幅がデータの第２の情報を有し、前記ヒステリシス制御器が、光変調回路と、発光素子ドライバとを有する照明装置に関する。

本発明の好ましい実施例は、サブクレームにおいて規定されている。

上記で言及した前記照明装置及び前記方法は、ミュージアム、スタジオ、会議室のような、光学的情報伝送もあり得る場所で、様々なシステム、中でも、自動車用システム、家庭用照明システム、ディスプレイ用バックライティングシステム、アンビエント照明システム、店舗用照明システム、プロジェクタ照明システムであるシステムにおいて用いられ得る。伝送される前記データ信号は、複数のアプリケーションのために用いられ得る。有利には、前記検出ユニットは、前記データ信号を検出し、これらのデータ信号を復調してデータのビットストリームにするものである。本発明の或るあり得るアプリケーションにおいては、前記データ信号は、コピープロテクションのために供給される。

上記の構成要素、並びに請求項に記載の構成要素及び記載されている実施例において本発明に従って用いられている構成要素は、関連する分野において既知の選択基準が制約なしに適用され得るように、技術概念として、大きさ、形状、材料選択に関して、如何なる特別な例外も受けない。

サブクレーム、及び例示的なようにして本発明の好ましい実施例を示している各々の図の以下の説明において、本発明の目的の更なる詳細、特徴及び利点を開示する。

図１ａは、少なくとも１つのＬＥＤの放射線を変調するためのパルス幅変調信号を図示している。設計オン／オフ方式は、同時にデータ信号が送信される照明を供給するのに用いられる。図１ａは、或るＬＥＤの変調信号を示しており、前記ＬＥＤは、交互に、オンに切り替えられ、オフに切り替えられる。示されている実施例においては、パルス幅変調は、ほぼ８０％の人間の目によって知覚される明るさの強度を供給する。換言すれば、ＬＥＤは、常に、完全にオン（１００％の強度）又は完全にオフ（０％の強度）である。人間の目によって８０％「知覚される」強度は、ちょうど８０％の時間の間、１００％の強度においてＬＥＤがオンに切り替えられることによってもたらされる。図１ｂ及び図１ｃにおいて、同様に、人間の目によって知覚される８０％強度が達成されるが、パルス幅７ａ及び各パルス間の時間７ｂは変えられる。特定のＬＥＤで達成され得るスイッチング時間に依存して、データの情報量は、ほぼ直線的に増大する。パルス幅７ａ及び／又は２つの後続パルスの間の時間７ｂは、データの或る一定の情報に対応し得る。図１ｂ又は図１ｃに従う特定の方式でＬＥＤを駆動すると、通常の照明にデータ情報が埋め込まれ得る。生成される放射線を介して送信される付加的に生成されるデータ信号は高い周波数のため見えない。しかしながら、ずっと高い周波数、約1MHzにおいては、全く異なる信号が送信され得る。更に、空間的分解(spatial resolution)はなく、依然として、多くの情報が送信され得る。前記放射線を生成するＬＥＤをベースとしたプロジェクタを用いると、人間の目は、これらの高い周波数を有する送信データ信号を検出せずに、ビデオコンテンツだけを見る。

生成される照明に埋め込まれる前記データ情報は、様々な目的のために役立ち得る。家庭用照明システムは、このデータ信号に反応するよう構築され得る。従って、重畳不可視データ信号を備える生成放射線を有するビデオコンテンツに従って、雰囲気が作成され得る。例えば、ビデオ映画における爆発に、家庭用照明システムのフラッシュが伴い得る。更に、あらゆる映画の開始時に、「全て減光する」データ信号が埋め込まれ得る。この方法においては、家庭用照明システムと、プロジェクタ又はテレビとの間の配線の必要性がない。他の例においては、プロジェクタは、生成される放射線を介して、検出ユニットである遠隔制御装置にデータ信号を送信することが出来る。また、生成されるデータ信号は、コピープロテクションのために供給され得る。映画館における映画は、映画を不法にコピーするために映画館内にあるカメラに送信される、データ信号に埋め込まれる「コピー不可」フラグを含むことが出来る。「コピー不可」信号のため、カメラは、前記映画を記録することを拒否する。更に、この発明は、ＬＥＤをベースとしたプロジェクタと同じ原理を用いるＬＥＤバックライトを備えるＬＣＤ−ＴＶにも適用され得る。

図２乃至５に記載されている本発明の第２実施例においては、ＬＥＤ１に結合される制御器２は、電流８が、少なくとも２つのヒステリシスバンド幅８ａ、８ｂを用いて、変調され、それが、放射線のために、ＬＥＤ１の平均電流８ｃを事実上変えずに、ＬＥＤ１を駆動するように構成される。この場合には、ＬＥＤ１はオフに切り替えられず、ヒステリシス制御器２の特定の変調によって強度だけが変えられる。生成される電流８は、データの少なくとも第１の情報を有する第１バンド幅８ａと、データの少なくとも第２の情報を有する第２バンド幅８ｂとを持つ。図４に図示されているようなヒステリシス制御器２は、この種の変調方式を実現する。生成される照明を介してデータ信号を送信するために、同じバンド幅８ａ、８ｂの後続最大値又は２つの後続最小値の発生は、データの１ビットに対応する。第１の広いバンド幅８ａの後続の最大値又は最小値の発生は、論理「１」を表わすことができ、第２の狭いバンド幅８ｂの後続の最大値又は最小値の発生は、論理「０」を相当することができ、又はその逆であり得る。

ヒステリシス制御器２は、光変調回路９と、ＬＥＤドライバ回路１０とを有する。光変調回路９は、前記２つのヒステリシスバンド幅８ａ、８ｂを用いる伝達関数を含む２つのＮＡＮＤゲート９ｂ及び一対の比較器９ａから成る。ＬＥＤドライバ回路１０は、２つのトランジスタ１１と、ＤＣ電源１２と、ＭＯＳＦＥＴドライバ１３とを有する。ＬＥＤ１の前には、インダクタ素子１４が配置される。更に、ヒステリシス制御器２は、シャント抵抗Ｒｓ １５、抵抗Ｒｓ １５の両端間の電圧の高周波ノイズを除去するフィルタＣｆ １６、Ｒｆ １７を有する。

フィルタをかけられたシャント電圧は、２つの基準電圧ｉ_１＋ｘＲｓ及びｉ_１−ｘＲｓ又はｉ_２＋ｘＲｓ及びｉ_２−ｘＲｓと比較される。この実施例によれば、変調回路９は、ＬＥＤドライバ１０を２つの状態に切り替える。従って、図３に示されているような伝達関数を用いることによって、図２に従う電流波形が達成され得る。ヒステリシス制御器２の或る状態において、トランジスタｔ１がオンに切り替えられ、電圧Ｖ_ｄｃがインダクタＬ １４及びＬＥＤ１の直列接続を駆動する。Ｖ_ｄｃ≫Ｖ_ＬＥＤという条件下で、ＬＥＤ電流８は直線的に増加する。図４に従う伝達関数に依存して、トランジスタｔ２がオンに切り替えられ、それによって、電圧Ｕ_ｏｕｔ＝０が、インダクタＬ １４、ＬＥＤ１及びシャント抵抗Ｒｓ １５の直列接続に印加される。この場合には、ＬＥＤ電流８は直線的に減少する。

ヒステリシス制御器の伝達関数に依存して、トランジスタｔ１は、ＬＥＤ電流ｉ_−１又はｉ_−２においてオンに切り替えられるのに対して、トランジスタｔ２は、ＬＥＤ電流ｉ_＋２又はｉ_＋１においてオンに切り替えられる。このようにして、図２に従うジグザグＬＥＤ電流パターンが達成可能である。図２及び図３の示されている実施例においては、広いヒステリシスバンド幅８ａが論理「１」に対応し、狭いバンド幅８ｂが論理「０」に対応する。電流８の周波数は、好ましくは、20kHzより高い。各ＬＥＤ１を駆動する電流を図２に従って変えることによって、ＬＥＤ１を通る平均電流８ｃを変えずに、光出力及びデータ信号が生成され得る。

図５は、データ信号を検出する検出素子３ａと、データのビットストリーム３ｃを生成するためにデータ信号を復調する信号解析器３ｂとを有する検出ユニット３の好ましい実施例を示している。

固定レートパルス幅変調放射線を示す。 変動パルス幅変調放射線を示す。 他のパルス幅変調放射線を示す。 ２つのヒステリシスバンド幅を有するＬＥＤ電流を時間の関数として示す。 ２つのヒステリシスバンド幅を用いるヒステリシス制御器の伝達関数を示す。 ＬＥＤドライバ回路及び光変調回路を備えるＬＥＤを示す。 生成される放射線を介して送信されるデータ信号のための検出ユニットを示す。

符号の説明

１：発光素子、ＬＥＤ
２：制御器、ヒステリシス制御器
３：検出ユニット
３ａ：検出素子
３ｂ：信号解析器
３ｃ：ビットストリーム
７ａ：パルス幅
７ｂ：２つの隣接パルスの間の時間
８：電流
８ａ：ヒステリシスバンド幅
８ｂ：ヒステリシスバンド幅
８ｃ：平均電流
９：光変調回路
９ａ：比較器
９ｂ：ＮＡＮＤゲート
１０：ＬＥＤドライバ回路
１１：トランジスタｔ１、ｔ２
１２：電源
１３：ＭＯＳＦＥＴドライバ
１４：インダクタ素子Ｌ
１５：シャント抵抗Ｒｓ
１６：フィルタＣｆ
フィルタＲｆ

Claims (13)

1. 照明装置のための方法、とりわけ、ＬＣＤ−ＴＶ、プロジェクタなどといった表示装置のための方法であり、
   −ＬＥＤ又はＯＬＥＤである、照明目的のための平均光度を有する放射線を放射する少なくとも１つの発光素子を用いて、照明のために、少なくとも可視光を含む放射線を生成する方法であり、
   −前記発光素子に結合される制御器が、前記照明目的に合わせて同時にデータ転送のために前記放射線を変調する方法であって、
   −前記発光素子の生成される前記放射線を介して同時にデータ信号が送信され、且つ前記変調が観察者には見えないように、前記制御器が構成され、
   −前記データ信号が検出ユニットに送信される方法。
2. 請求項１に記載の方法であって、前記放射線がパルス幅変調され、前記パルス幅及び／又は各パルス間の時間が変えられることを特徴とする方法。
3. 請求項１又は２に記載の方法であって、放射線が、パルス周波数変調される、又はパルス位置変調される、又は強度変調されることを特徴とする方法。
4. 請求項１乃至３のいずれか一項に記載の方法であって、前記制御器が、ヒステリシス制御器であり、前記ヒステリシス制御器が、放射線のために、前記発光素子の平均電流を事実上変えずに、前記発光素子を駆動する電流を、少なくとも２つのヒステリシスバンド幅を用いて、変調するものであり、第１バンド幅がデータの第１の情報を有し、第２バンド幅がデータの第２の情報を有することを特徴とする方法。
5. 請求項４に記載の方法であって、前記電流の周波数が、20kHzより高いことを特徴とする方法。
6. 請求項１乃至５のいずれか一項に記載の方法であって、同じバンド幅を有する前記電流の２つの後続の最小値又は最大値の発生がデータの１ビットに対応することを特徴とする方法。
7. 請求項１乃至６のいずれか一項に記載の方法であって、前記データが、アナログデータ及び／又はデジタルデータ及び／又は制御コード及び／又は開始コードから成ることを特徴とする方法。
8. 請求項１乃至７のいずれか一項に記載の方法であって、前記データ信号がコピープロテクションのために供給されることを特徴とする方法。
9. 照明装置であり、
   −ＬＥＤ又はＯＬＥＤである、照明目的のための平均光度を有する放射線を放射する少なくとも１つの発光素子を用いて、照明を供給するために、少なくとも可視光を含む放射線を生成する照明装置であり、
   −前記発光素子に結合される制御器が、前記照明目的に合わせて同時にデータ転送のために前記放射線を変調する照明装置であって、
   −前記発光素子の生成される前記放射線を介して同時にデータ信号が送信され、且つ前記変調が観察者には見えないように、前記制御器が構成され、
   −前記データ信号が検出ユニットに送信され、
   −前記制御器が、ヒステリシス制御器であり、前記ヒステリシス制御器が、放射線のために、前記発光素子の平均電流を事実上変えずに、前記発光素子を駆動する電流を、少なくとも２つのヒステリシスバンド幅を用いて、変調するものであり、
   −第１バンド幅がデータの第１の情報を有し、第２バンド幅がデータの第２の情報を有し、
   −前記ヒステリシス制御器が、光変調回路と、発光素子ドライバとを有する照明装置。
10. 請求項９に記載の照明装置であって、前記光変調回路が、少なくとも２つのヒステリシスバンド幅を用いる伝達関数を含む２つのＮＡＮＤゲート及び２つの比較器を有することを特徴とする照明装置。
11. 請求項９又は１０に記載の照明装置であって、前記検出ユニットが、前記データ信号を検出する検出素子と、データのビットストリームを生成するために前記データ信号を復調する信号解析器とを有することを特徴とする照明装置。
12. 請求項１乃至８のいずれか一項に記載の方法によって駆動される請求項９乃至１１のいずれか一項に記載の照明装置。
13. 請求項１乃至８のいずれか一項に記載の方法によって駆動される、且つ／又は請求項９乃至１１のいずれか一項に記載の照明装置を備える、投影装置又はＬＣＤテレビ。

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