JP2009542497A - 照明装置の光放射を調整する方法及び装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、照明装置の制御に関し、より詳細には固体素子照明（ＳＳＬ）装置により生成される光の変調に関する。本発明は、拡散符号に従い、制御信号（１０）に含まれるパルス・シーケンス（１６）の各パルス（１４）を変調することにより、照明装置の光放射を変調する方法及び装置を提供する。従って、照明装置の光放射は、光放射を変調するために用いられる拡散符号を検出するために識別される。本発明は、特に、多数のＬＥＤを有するＬＥＤ電光板のような幾つかの照明装置を有する照明手段に適する。何故なら、各照明装置の光放射は、光放射を変調するために用いられた拡散符号により検出されるからである。

Description

本発明は、照明装置の光放射の変調に関し、より詳細には固体素子照明（ＳＳＬ）装置により生成される光の変調に関する。

ＬＥＤ電光板又はモジュールのような幾つかの独立照明装置を有する光源は、次第に普及してきている。ＬＥＤ電光板又はモジュールは、標準的に幾つかの独立に制御可能なＬＥＤを有する。照明装置としてのＬＥＤは、電球又はハロゲン灯のような従来の照明装置よりも長寿命であるという利点を有する。更に、ＬＥＤは切り替え時間が速く、方形パルス信号のような低電圧電子信号により制御されうる。更に高度な光源は、周囲光に応じて光放射を調光するような特定の制限に従って、光源に含まれる照明装置の光放射を適応させうる。

特許文献１は、ＬＥＤシステムを開示している。当該システムは、パルス幅変調（ＰＷＭ）を用い照度を制御し、パルス符号変調（ＰＣＭ）を用い放射される光を調整し、無線データ通信でデータを伝達する。このシステムでは、制御信号がＬＥＤに供給される。制御信号は、ＬＥＤの照明、及びデータ送信を制御する。ＬＥＤの照度は、デューティー・サイクル又は制御信号の平均「オン」時間により制御される。制御信号はデータ信号により更に変調され、一方で、データを送信している間もＬＥＤの照度が制御されるように、制御信号のデューティー・サイクルは維持される。制御信号の変調は、照度のためのＰＷＭ制御信号とデータ送信のためのＰＣＭ制御信号との排他的論理和（ＸＯＲ）を取ることにより実行される。データ信号を制御信号で変調するＰＣＭの代わりに、特許文献１によると制御信号を変調するためにパルス位置変調（ＰＰＭ）が用いられてもよい。
国際公開第０２／２５８４２ Ａ２公報

本発明の目的は、照明装置の光放射を調整する改善された方法及び装置を提供することである。

本発明の上述の目的を達成するために、本発明は、照明装置の光放射を変調する方法を提供する。当該方法は、
−制御信号は、前記照明装置の光放射を制御するために生成され、
−前記制御信号の各フレームは、前記照明装置をオン又はオフに切り替えるパルスを有し、及び
−前記制御信号に含まれるパルス・シーケンスの各パルスは、前記照明装置の光放射を変調する拡散符号に従い変調される、ことを特徴とする。

本発明の上述の目的を達成するために、本発明は、照明装置の光放射を変調する装置を更に提供する。当該装置は、
−前記照明装置の光放射を制御する制御信号を生成する制御信号生成手段、を有し、
−前記制御信号は、等しい時間期間のフレームを有し、
−前記制御信号の各フレームは、前記照明装置をオン又はオフに切り替えるパルスを有し、及び
−前記制御信号生成手段は、前記制御信号に含まれるパルス・シーケンスの各パルスを、前記照明装置の光放射を変調する拡散符号に従い変調する、ことを特徴とする。

本発明の特徴によると、有利なことに、照明装置から放射された変調された光は、拡散符号でパルス・シーケンスの各パルスを変調した形式の少量のデータを有してよい。データ量は、望ましくは、特定の光源からの放射を簡単に識別するために用いられてよい。当該識別は、制御信号のパルスを変調するために用いられた拡散符号を検出することにより実行されてよい。更に、制御信号のパルスを変調することにより、及び従って、例えば放射光を符号分割多重アクセス（ＣＤＭＡ）携帯電話システムで用いられるような拡散符号で変調することにより、複数の照明装置の中から照明装置を、例えば数十個のＬＥＤを備えた電光板の特定のＬＥＤからの放射光を識別することが可能である。これは、本発明により変調された放射光を、例えば適応型照明装置を作成するために適用する種々の可能性を提供する。更に、本発明は、照明装置の放射光を検出することにより、照明装置、特に放射光、例えば照度をより精密に制御すること、及び例えば照度を調整するために照明装置の制御信号のデューティー・サイクルを調整することを可能にする。

本願明細書で用いられる用語「照明装置」は、ＳＳＬ、例えばＬＥＤ又は半導体レーザー・ダイオードのような、パルス・シーケンスにより放射光が制御される照明装置を含む。基本的に、速い変調が可能な、特に切り替え時間が高速な各照明装置は、本発明の目的に適している。例えば、適切な装置は、有機ＬＥＤ（ＯＬＥＤ）又は蛍光若しくはＨＩＤランプでもよい。ＨＩＤ及び蛍光灯の場合には、望ましくは、変調のために光強度レベルを完全にオン及びオフに選択せず、非ゼロだが十分に異なる２つの光レベルは、電子感知器により区別可能である。

本願明細書で用いられる「照明装置をオン又はオフに切り替える」は、装置を完全にオフ又はオンに切り替えること、例えばオフは０％、オンは１００％に限定されず、それぞれオフに切り替えられた装置及びオンに切り替えられた装置の強度レベルとして定められる照明装置の強度レベルも意味する。換言すると、本願明細書で用いられる「照明装置をオン又はオフに切り替える」は、照明装置を放射光の異なる強度レベルの間で切り替えることを意味する。特に、ＨＩＤランプでは、オフに切り替えることは、ＨＩＤランプがオンに切り替えられた場合に、ＨＩＤランプに１００％ではなく９０％の電力供給を行うことを意味してよい。従って、これはＨＩＤランプが再点火することを防ぐ。照明装置としてのＬＥＤの場合には、ＬＥＤを１００％と９０％との間で切り替えることは、結果としてＬＥＤ光源効率の良好な性能をもたらす。

本発明の更なる実施例によると、各フレーム内の特定の開始位置は制御信号のパルスに割り当てられてよい。これは、照明装置の制御信号のパルスを変調するために用いられた拡散符号を検出することによってだけでなく、制御信号のために用いられるフレームのタイミングに対して照明装置の光放射のパルス開始位置を識別することによっても、特定の照明装置の光放射を識別することを可能にする。

標準的な例は、変調方式として制御信号のパルスに適用される波形である。当該例では、各フレームの一部のみが変調用に用いられ、ＣＤＭＡ拡散符号の組み合わせにより、及び／又はＴＤＭＡ（時分割多重アクセス）と同様のフレーム内のパルスの異なる開始位置を用いることにより、異なる照明装置からの異なる放射光を分離することが可能である。１つの標準的な例では、フレームの一部のみが変調の目的に供され、フレームの他の部分は照明の目的に供される。別の例では、変調用にフレームの一部を予約する代わりに、変調は個々のフレーム内のパルスの開始位置を変化させることにより行われてもよい。変調は、例えばパルス変調のために用いられる拡散符号を定める波形を適用することにより行われてよい。特に、波形は、制御信号に含まれるパルス・シーケンスの各パルスを変調するために用いられる拡散符号自体であってよい。

本発明の実施例によると、パルス位置変調ＰＭＭ、又はオン・オフ・キーイングＯＫＫは、制御信号のパルスに適用される変調方式として用いられてよい。

ＯＫＫが変調方式として用いられる場合、パルスは、ＯＫＫ変調に供される第１の部分、及び本発明の実施例により照明装置の照射を制御するために供される第２の部分を有してよい。実際には、これは、データと照射の両方がパルス期間を定めるある種のＰＷＭとして解釈されうる。従って、照射は平均パルス幅を定め、データは各特定のフレーム内の実際の値を定める。

ＰＰＭが変調方式として用いられる場合、フレーム内のパルスの開始位置は、本発明の実施例に従い変調に依存して選択されてよい。

本発明の実施例によると、平均パルス幅は、所望の照射が達成されるように選択されてよい。

本発明の更なる実施例によると、幾つかの照明装置の光放射は、照明装置毎に制御信号を生成することにより、及び各制御信号をユニークな拡散符号に割り当てることにより変調されてよい。例えば、本発明は、数十個のＬＥＤを備えた電光板の各ＬＥＤを制御することを可能にする。特に、各ＬＥＤの強度が個々に制御される。

本発明の更なる実施例によると、少なくとも１つの第１の制御信号のフレーム内のパルス開始位置は、少なくとも１つの第２の制御信号のフレーム内のパルス開始位置と異なる。従って、異なる照明装置からの光放射は、個々の制御信号のパルスを変調するために用いられる拡散符号によってだけでなく、フレーム内の位置を決定することによっても区別され、制御信号を変調するために用いられた異なる拡散符号だけでなく更に異なる照明装置を区別することを可能にする。例えば、制御信号のパルスを変調するためにＣＤＭＡ拡散符号が用いられた場合、異なる制御信号の異なるパルス開始位置は、異なる照明装置からの光放射を区別するＴＤＭＡ方式と考えられてよい。

本発明の更なる実施例によると、コンピューター・プログラムが提供される。当該コンピューター・プログラムは、コンピューターにより実行された場合に本発明の方法を実行する。例えば、コンピューター・プログラムは、制御信号をデジタルで生成してよい。生成された制御信号は、次にコンピューターのインターフェースを介し、ＬＥＤのような照明装置又は電光板の特定のＬＥＤへ出力されてよい。

本発明のある実施例によると、本発明のコンピューター・プログラムを格納するＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ＋Ｒ、メモリー・カード、フロッピー（登録商標）・ディスクのような記録担体、又は同様の記憶媒体が提供される。

本発明の更なる実施例は、本発明の方法を実行するよう設定され、制御信号生成手段を有し、少なくとも１つの照明装置を制御するコンピューターを提供する。制御信号生成手段は、例えばコンピューターを１又は複数の照明装置と結合し、当該照明装置の光放射を制御するインターフェース・カードにより実施されてよい。標準的な例は、数千個のＬＥＤを有する電光板であってよい。各ＬＥＤは、本発明の方法を実施するプログラムを実行するコンピューターにより制御される。

本発明の更なる実施例によると、少なくとも１つの照明装置を備えた適応型照明を生成する方法が提供される。少なくとも１つの照明装置の光放射は、上述の本発明の方法に従い変調される。照明は、照明装置に割り当てられた拡散符号手段により、少なくとも１つの照明装置による放射光を検出することにより適応され、検出された光に依存して及び所定の制御アルゴリズムに従い光放射を調節する。この実施例は、例えば所定の制御アルゴリズムに従い適応型照明を実施することを可能にする。例えば、制御アルゴリズムは、検出された光を評価するため、及び制御アルゴリズムに実装された照明機能に応じて光放射を調整するために実施される。制御アルゴリズムは、種々の照明機能、例えば周囲光に応じて照明装置の照射を制御することを実施することを可能にする。

本発明のある実施例によると、本発明による装置が提供される。当該装置では、制御信号生成手段は、本発明の方法を実行する。

本発明の更なる実施例によると、装置は複数の照明装置を有し、制御信号生成手段は照明装置に対応する数の制御信号を生成する。望ましくは、幾つかの生成された制御信号は、拡散符号に依存する。従って、照明装置からの放射光は、他の照明装置からの放射光と区別される。

本発明の更なる実施例によると、前記制御信号生成手段は、
−特定の照明装置のための基本信号を生成する信号源、
−特定の照明装置に割り当てられた拡散符号を生成する拡散符号生成手段、
−前記信号源により生成された前記基本信号と前記拡散符号生成手段により生成された拡散符号をチップのシーケンスに結合する結合手段、
−前記チップのシーケンスに従い変調された制御信号を生成するパルス生成器、及び
−光放射の強度を制御する強度制御部、を有する。

制御信号生成手段は、例えばプロセッサーにより実行されるアルゴリズムにより実施されてよい。しかしながら、制御信号生成手段は、例えばＬＥＤ電光板のＬＥＤを直接制御する制御信号生成手段を具えた本発明による装置を有するＬＥＤ電光板のマイクロコントローラーの形式で、ハードウェアにより実施されてもよい。

最後に、本発明の更なる実施例は検出装置に関する。当該検出装置は、本発明の方法により変調された光を検出し、前記検出装置は、
−例えばフォトダイオードのような感光センサーを有し、変調された光を受信し、前記変調された光を対応する変調された電気信号に変換する光受信部、
−前記変調された光を生成するために、前記制御信号を変調するために用いられた前記拡散符号に従い、前記変調された電気信号を復調する復調部、を有する。

本発明の上述の及び他の態様は、本願明細書に記載される実施例から、及びその説明から明らかである。

本発明は、以下に例である実施例を参照して更に詳細に記載される。しかしながら、本発明はこれらの例である実施例に限定されない。

以下に、本発明はＬＥＤを照明手段として備えた実施例を例として説明されるが、当該例は本発明を限定するものではない。

本発明によると、２つの機能を同時に実行する効率的な方法が提供される。つまり、照明装置からの光を適応して調光し、当該光によりデータを通信する。光強度は、約ゼロから約全電力の間で変化しうる。

通信機能は、多くの、例えば数千個のＬＥＤのそれぞれが少量のデータを伝達するよう設計される。全てのＬＥＤからのデータ・ストリームは、種々の方法で用いられる。例えばＬＥＤを一意に識別するため、及び照明システムで用いられる制御データを交換するために用いられる。他の用途は、全ての（又は多くの）ＬＥＤが連帯して１つの高速データ信号を伝達し、同時に各ＬＥＤはデータの一部を個々に伝達することである。

本発明の適用例を以下に示す。
−適応型照明。センサーが各ＬＥＤからの光貢献度を実時間で測定し、照明設定を適応して最適化する。
−信号機。光は局所的（交通）情報により変調される。ここで、信号機システムは利用可能な最大出力の近くに設定され、照明出力のほんの一部だけがデータを有する光を変調するために使われる。
−照明装置としてＬＥＤを有する車両のヘッド・ライト及びバック・ライト。放射光は、例えば別の車両へデータを送信するよう変調される。
−美術館又は店舗。照明は、それぞれ、ナレーションを送信することにより、照明の照明装置を調整することにより、展示された物に関するナレーションを伝達する。
−伝搬損失を測定することによる屋内の位置決め。従って多数の照明装置との「距離」を定める。
−試運転。照明が設置された後に、変調方法が用いられ、各ＬＥＤが光を供しているか識別する。

ＬＥＤのような固体素子照明（ＳＳＬ）装置の調光は、標準的に、ＬＥＤを高速に切り替えることにより行われる。従って、ＬＥＤがオンである時間の比率ｐ（０≦ｐ≦１）として定められるデューティー・サイクルは、適切な光量を保証する。

データの光波通信では、本願明細書に記載されるように種々の変調方法が用いられる。特に、パルス幅変調（ＰＷＭ）及びパルス位置変調（ＰＰＭ）は適切な方式である。

本発明は、照明装置が照明の目的だけでなく、通信の目的にも用いられる場合に関する。特に、本発明による照明装置の光放射の変調方法は、以下の要件の殆どを満たす。
−オン−オフ切り替え、パルス振幅制御（照明装置の効率曲線を最適に「乗せる」）。
−変調は平均デューティー・サイクルｐに影響を与えない。ｐは所望の照明により指示される。
−如何なるフリッカも目に見えない（例えば、ＤＣ成分のない符号）。
−切り替え（オフからオン、オンからオフ）毎にＣＶ２／２の熱を生成する。遷移のための消費量が固定される（ＣはＬＥＤの有効キャパシタンス、ＶはＬＥＤにかかる電圧）。
−色ずれを防ぐため、切り替えは、パルスの数％以内に渡る。
−少なくとも１：２５６（８ビット）の範囲で調光する。
−帯域幅は、ＬＥＤが照明装置として用いられるかを制限する。
−数千個のＬＥＤに対し複数のユーザーの検出を可能にする。
−相互干渉に対し堅牢である。
−周囲光に対し堅牢である。
−高速ＳＳＬ装置が用いられる場合、２００ｍｓｅｃの時定数より速く照明を制御する。

本発明の実施では、図１乃至図５に示される少なくとも１つのパルスを有する制御信号１０は、ＬＥＤを制御するために生成される。周波数ｆでクロックを供給されるＬＥＤは、本発明により毎秒ｆビットのスループットを達成する。また、ｌ個のＬＥＤからの照明の毎秒ｎ回の独立した測定が同時に実行される。つまりｎ×ｌがｆに等しい。

本発明の変調方法は、各パルスが拡散符号に従い変調されるＰＷＭ方式と考えられる。更に、符号だけでなくパルスの開始位置も選択され、本発明の方法により制御される複数の照明装置を有する照明システムに、多くの異なる送信機を収容してよい。更に、平均パルス幅が適宜選択され、照明の仕様を満たしてよい。

本願明細書では、時間スケールに関し以下の表記が用いられる（ＬＥＤの光放射を制御する制御信号の標準的なパルスを示す図１、及び制御信号１０の標準的なパルス・シーケンス１６、２２、２４を示す図４及び図５も参照のこと）。
−Ｔ_１（Ｔ_１＝１／ｆ）は、ＬＥＤをオン及びオフに切り替えるために用いられる精細な時間分解能を表す。例えば、Ｔ_１は数十ナノ秒であってよい。更に、照明制御アプリケーションでは、ＬＥＤにクロックを供給するために、Ｔ_１は約１ミリ秒で十分であろう。
−Ｔ_２＝Ｎ_１Ｔ_１は、ＬＥＤの１回のオン及び１回のオフの切り替え動作が行われる期間を表す。期間Ｔ_２はフレーム１２と称される。
−Ｔ_３＝Ｎ_２Ｔ_２は、１つのユーザー・シンボル（特定のコード、例えば図４及び図５に示されるデジタル・コード「０１１０」）の送信のために用いられる、又は光チャンネル送信の１回の測定のための時間間隔を表す。

本発明によると、照明システムは、照明の制約が、Ｎ時間単位を有する期間Ｔ_２に渡り定められた制御信号１０の波形により満たされるように設計される。照明は（平均で）ｐ_ｉ ^’ｌＮ_１単位時間の間、オンに切り替えられる。ｐ_ｉ ^’ｌはｉ番目の期間ｉＴ_３．．．（ｉ＋１）Ｔ_３の内のｌ番目のＬＥＤのデューティー・サイクルである。ＬＥＤにより送信された信号のデータ・ペイロードは、期間Ｔ_３の符号化シーケンスにより伝達される。期間Ｔ_３は、それぞれ期間Ｔ_２の基本パルスをＮ_２個有する。

本発明の実施例では、各ＬＥＤは、信号Ｓ１の時分割多重の組み合わせを送信してよい。信号Ｓ１は、主に照明のバーストＳ２に続くデータ通信を目的とする。バーストＳ２は、主に所望の照明強度を満たすことを目的とする。この目的に適した変調方式は、オン・オフ・キーイング（ＯＯＫ）方式である。何故なら、データはＬＥＤを制御するためにパルスの一部、つまり信号Ｓ１を、伝達されるべきデータに応じてオン又はオフに切り替えることにより伝達されるからである。しかしながら、制御信号のデータ通信機能は、パルス位置変調（ＰＰＭ）のような別の変調方式によって実施されてもよい。本発明による変調方式ＰＰＭは、以下により詳細に記載される。ゼロ復帰パルスのような他のパルス形状も、基本的に適用されてよい。幾つかの光源は、望ましくは、幾つかの間隔の間に完全に光源をオフに切り替える代わりに、より小さい変調度で振幅変調される。

各ＬＥＤの制御信号は、Ｔ_２秒毎に繰り返される期間ｋＴ_１秒（Ｔ_２＞ｋＴ_１）、つまり１フレーム（図１の参照符号１２）の周期的時間間隔を有する。Ｔ_２の間に、ＯＯＫに基づき１チップのデータが送信されてよい。「１」チップの間、照明は「オン」に切り替えられ、「０」の間、照明は「オフ」に切り替えられる。ｋは正の整数であり、望ましくはｋ＝１である。

Ｎ２個の連続するチップのグループに対する符号化方法は、１チップと０チップとの間の比が一定になることを保証してよい。望ましくは、この比はｑ＝１／２であり、従って５０％の「１」と５０％の「０」を有する。

Ｓ２の期間は次のように設定されてよい。

ＬＥＤからの所望の照明は、ＬＥＤのデューティー・サイクルがｐ^’ _ｉ ^ｌである必要があると仮定する。ＬＥＤのデータ変調は、平均デューティー・サイクルにｋ／（２Ｎ_１）の量だけ貢献する。そして、Ｔ_２の残りの期間、つまり（Ｔ_２−１／（２Ｎ_１））の期間は、照明のために用いられてよい。従って、望ましくは（ｋ／（２Ｎ_１））≦ｐ^’ _ｉ ^ｌ≦（Ｔ_２−１／（２Ｎ_１））である。しかしながら、データ変調のために割り当てられた期間の部分期間でＬＥＤがオンに切り替えられることが許される場合には、当該範囲外の値も認識されうる。データ検出の最良の性能のために、望ましくはｐ^’ _ｉ ^ｌの値は各Ｔ_３の間隔の間、固定されている。

図１は、ＬＥＤに提供される「光力」の基本形状を、方形パルスとして示す。パルス１４は、本発明の実施例に従い、制御信号１０のフレーム１２内にある。パルスの第１の部分１８（図１のスロット４及び５、ｋ＝２）はＯＯＫデータ変調のために設けられる。第２の部分２０（残りのスロット６、７、．．．）は照明を制御するために設けられる。従って、信号Ｓ１はパルス１４の第１の部分１８により伝達され、信号Ｓ２は第２の部分２０により伝達される。パルス幅とパルス振幅の積は、ＬＥＤによる所望の照明のために用いられる電力を決定する。通常動作では、このパルスはフレーム期間Ｔ_２の間、繰り返される。図３は、チップ「０」及びチップ「１」に対し、異なるパルス１４を示す。図３の上の図では、チップ「０」のパルス１４は高レベルを有する第１の部分１８を有する。図３の下の図では、チップ「１」のパルス１４は低レベルを有する第１の部分１８を有する。両方のパルス１４の第２の部分２０は、常に高レベルであり、基本的に照度を決定する。

複数のＬＥＤを有する照明装置に適用されると、タイミング・オフセットτ_ｌ ^ｌ（τ_ｌ ^ｌ∈｛０，１，．．．，Ｎ_ｌ−１｝）は、ＬＥＤｌのパルスのデータ変調された部分の位置を定めてよい。ＬＥＤが変調のために異なる位置を用いる場合、それらＬＥＤのデータ信号は異なる間隔になり、後述されるように検出器により区別されてよい。

図１に示されるような第１及び第２の部分を有するパルス１４を用いる代わりに、図１及び図４に示されるように、パルスに対しＰＰＭ変調方式が用いられてもよい。図２では、「０」及び「１」に対し２つのパルス１４が示される。ここで、パルスにより伝達されるべきデータはパルス開始位置２６に依存する。換言すると、ＰＰＭは、データを制御信号１０のパルス１４に変調するために用いられる。図２では、上の図に示されるパルス１４はチップ「０」を伝達し、時間フレームＴ_２内で図２に示されるようにスロット０で開始する。上の図のパルス１４の開始は、下の図に示されるチップ「１」を伝達しフレーム１２の始まりに対しｋＴ_１だけ遅れて開始するパルス１４より早い。図２に示される変調方式では、有利なことに、各フレーム１２内でパルス１４によりＬＥＤへ供給される電気エネルギーは一定であり、パルスにより伝達されるデータに依存しない。これと対照的に、ＯＯＫ変調では、パルス１４の期間が伝達されるデータに依存するので、ＬＥＤへ供給されるエネルギーはパルスにより伝達されるデータに依存する。しかしながら、ＯＯＫでは、符号内の「０」及び「１」の数の比が分かっている場合、パルス幅は平均して一定である。望ましくは、一式の直交符号が用いられてよく、全ての「１」（又はＤＣ（直流）符号）が除去されてよい。この場合には、全ての残りの使用された符号は、ＤＣ成分がなく、当然に同数の「０」と「１」を有する。これは、各間隔Ｔ_３毎に、平均デューティー・サイクルが、照明パルスと、パルスのデータ変調された部分の期間の１／２倍との和と等しい。

図４及び図５を参照し、制御信号１０のパルス・シーケンス１６が、本発明に従いＬＥＤの光放射を変調するために、拡散符号に従いどのように変調されるかを説明する。変調された光放射は、例えば１ビットのデータを送信してよい。ここで用いられる拡散符号は、短い４チップ符号「０１１０」である。パルス・シーケンス１６は、次の２つの目的の少なくとも１つに対し用いられる。
−データ、例えば情報のビットを転送するため。
−検出器に、当該ＬＥＤから照明の局所的強度を測定可能にするため。

図４では、ＰＰＭが、シーケンスのパルス１４の変調方式として用いられる。一方、図５では、ＯＯＫが変調方式として適用される。

図４では、シーケンス１６の第１及び第４のパルス１４は、それらそれぞれの「０」チップを示すフレームの始まりで開始している。一方、シーケンス１６の第２及び第３のパルス１４は、「１」チップを示すフレームの始まりからｋＴ_１（ｋ＝２）だけ遅れて開始している。

図５では、シーケンス１６の第１及び第４のパルス１４は、スロットの５倍のパルス幅を有し、「０」チップを示すそれらそれぞれのフレームの始まりからｋＴ_１（ｋ＝２）だけ遅れて開始する。一方、第２及び第３のパルス１４は、スロットの３倍のパルス幅だけを有し、「１」チップを示すそれらそれぞれのフレームの始まりからｋＴ_１（ｋ＝４）だけ遅れて開始している。

図４及び図５では、Ｎ_２＝４チップを有する完全な符号長は、Ｔ_３（Ｔ_３＝４Ｔ_２）の期間を有する。実際の情報の１ビットは、この期間内に受信機へ送信される。ビットの反対の極性は、当該符号の補完符号（「１００１」）を用いて送信されてよい。全ての１の符号が除去された場合、この期間Ｎ_２の間、２つの他のＬＥＤがそれらのデータを位置付けるためにフレーム内の同一の位置τ_ｉ ^ｌを用いる場合でさえ、当該２つの他のＬＥＤが１ビットを送信できる。更に、ＬＥＤの更なるグループにＮ_１／ｋを割り当てることにより、Ｎ_２−１個の他のＬＥＤのＮ_１／ｋ−１個のグループは、それぞれ１ビットを送信でき、各ＬＥＤの強度測定を可能にする。

本発明による照明システムは、多数のＬＥＤを収容してよい。従って、異なる符号（本願明細書では、署名として参照される）は、それらの信号、つまり各ＬＥＤの光放射を区別するために、異なるＬＥＤに割り当てられなければならない。換言すると、異なるＬＥＤが互いに干渉を生じることなくシステム内で共存することを保証するため、符号分割多重アクセス方法（ＣＤＭＡ）が本発明に従い用いられてよい。特に都合の良いことに、システム全体で同期が維持されている場合に、直交符号は、複数ユーザー・インターフェース（ＭＵＩ）がゼロ復帰することを保証する。このため、全てのＬＥＤは、光検出器と共に、共通クロックを共有してよい。実際の方法では、全てのＬＥＤの同期を取るため、電力線を介しクロック・パルスを送信してよい。検出器は、全てのＬＥＤに、検出器に分かっている同一の基準パルスを送信させることにより、周期的に同期を取られてよい。更に、符号シーケンスは、望ましくは、完全に直交していてよく、例えばウォルシュ・アダマール符号であってよい。別の種類の符号、つまり線形帰還シフト・レジスタ（ＬＦＳＲ）符号が用いられてもよい。後者の種類に属するシーケンスは、完全にヌルではないが非常にゼロに近い相互相関関数により特徴付けられる。ＬＦＳＲの利点は、これらが性能に有意な影響を及ぼすことなく同期誤りの発生を許容することである。異なるＬＥＤは、同一符号の異なる循環シフトを割り当てられる。

図６は、本発明の実施例によるＬＥＤの光照射を変調する装置１００の送信機のアーキテクチャのブロック図を示す。装置１００は、ＬＥＤ１１２の光放射１１４を制御する制御信号１０を生成する制御信号生成手段を有する。制御信号生成手段は、以下を有する。
−ＬＥＤｌのための基本信号ｂ_ｉ ^ｌを生成する信号源１０２。
−特定のＬＥＤｌにそれぞれ割り当てられた拡散符号Ｃ^ｌを生成する拡散符号生成手段１０４。
−信号減０２により生成された基本信号ｂ_ｉ ^ｌと拡散符号生成手段により生成された核酸符号Ｃ^ｌをチップのシーケンスａ_ｉ，ｊ ^ｌに結合する結合手段１０８。
−チップのシーケンスａ_ｉ，ｊ ^ｌに従い変調された制御信号ｓ^ｌ（ｔ）１０を生成するパルス生成器１１０。
−光放射の強度を制御する強度制御部１０６。

パルス生成器１１０は、ＯＯＫ ＣＤＭＡ（符号分割多重アクセス）で変調された制御信号１０を生成する。しかしながら、パルス生成器１１０は符号変調ＰＰＭされた制御信号１０を生成するために用いられてもよい。

装置１００は、ｌ個の異なるＬＥＤのために制御信号を生成可能である。

纏めると、特定のＬＥＤのために変調され、装置１００で生成された制御信号１０は、次式で表すことができる。

ここで、ｓ^ｌ _{ｉ，ｊ，ｎ}＝ｓ^ｌ（ｉＴ_３＋ｊＴ_２＋ｎＴ_１）である。ｉは情報ビットのシーケンスｂ_ｉ ^ｌ（ｂ_ｉ ^ｌ∈｛１，−１｝）を表し、ｊはフレームを示す。各チップａ_ｉ，ｊ ^ｌは、現在の情報ビットを符号シーケンスＣ^ｌ＝（ｃ_０ ^ｌ，ｃ_１ ^ｌ，．．．，ｃ_ｊ ^ｌ，．．．，ｃ_Ｎ１−１ ^ｌ）内の要素で乗算することにより得られる。ここでｃ_ｊ ^ｌ∈｛１，−１｝である。換言すると、ａ_ｉ，ｊ ^ｌ＝ｂ_ｉ ^ｌｃ_ｊ ^ｌである。従って、データ及び符号の要素は、パルスの第１の部分が存在するか否かに影響を与え、従ってフレーム内のパルスの開始位置に影響を与える。生成された後、電気信号ｓ（ｔ）は、ＬＥＤ１１２により光パルスに変換され、次に例えば伝送チャンネルを介して放射される。

前述のように、本発明による照明システムは、多数のＬＥＤを収容してよい。従って、異なる符号（本願明細書では、「署名」として参照される）は、それらの信号又は光放射をそれぞれ区別するために、異なるＬＥＤに割り当てられなければならない。換言すると、異なるＬＥＤが互いに干渉を生じることなくシステム内で共存することを保証するため、符号分割多重アクセス方法（ＣＤＭＡ）が用いられる。図７は、照明システムとして、多数のＬＥＤを有するＬＥＤ電光板を示す。電光板１１６の異なるＬＥＤの光放射は、ＬＥＤの光放射に感応するフォトダイオードのようなセンサー１１８により検出される。センサー１１８により検出された信号は、センサー１１８から、例えば（例えば、ＺｉｇｂｅｅＲＦ規格に従い）無線周波数（ＲＦ）接続を介し、主制御部１２０へ送信されてよい。主制御部１２０は、センサー１１８から出力された、検知された光に対応する変調された電気信号を復調する。主制御部１２０は、検出された光放射に従いＬＥＤの光放射を制御するために用いられてよい。従って、電光板１１６の照明を制御する外部制御ループが実施されてもよい。各ＬＥＤの光放射は、ＬＥＤの光放射を変調するために用いられた拡散符号を検出することにより他のＬＥＤの光放射と区別されるので、幾つかのセンサー１１８を用いることにより電光板１１６の単一のＬＥＤの光放射を制御することが可能である。

以上の記載から明らかなように、本システムは、ＴＤＭＡ（時分割多重アクセス）とＣＤＭＡ方式の組み合わせにより、ＬＥＤの区別を保証する。より詳細には、ＬＥＤｌ_１及びｌ_２がデータ変調された部分の同一の位置を共有する場合（τ_１ ^ｌ＝τ_２ ^ｌ）、それらの信号は、（一式の直交シーケンスから選択された）異なる符号を用いて区別される。同一の一式の符号シーケンスは再利用されてよく、データ変調された部分が異なる位置に存在するＬＥＤにより如何なる干渉も引き起こさない。後者の場合には、ＬＥＤはＴＤＭＡに基づき識別される。従って、各ＬＥＤは、２つの値のセット｛τ_ｉ ^ｌ，Ｃ^ｌ｝を有する。ここで、τ_ｉ ^ｌはＴＤＭＡ署名を表し、Ｃ^ｌはＣＤＭＡ署名を表す。

システムは、直交（つまり干渉しない）ユーザー又は信号をそれぞれ最大Ｎ_１／ｋＮ_２まで割り当ることができる。幾つかの署名は、望ましくは、特別な理由のために割り当てられないままである（例えば、Ｃｌ＝［１，１，．．．，１］はＤＣ信号を表す）。ＤＣ符号を割り当てないまま残すことは、システムを如何なるＤＣ干渉（太陽光、及び照射パルスを送出する他のＬＥＤ）に対し強靱にする。従ってＬＥＤの数は、実際にはより少なく割り当てられる。

この方式は、パルスの照射変調された部分（換言すると、パルスの終わりの部分）が、Ｔ_２フレームの右の境界に跨り、ｋ_ｉ ^’ｌＮ_１／２≦ｐ_ｉ ^’ｌ≦Ｎ_１（１−ｋ_ｉ ^’ｌ／２）の範囲の任意のデューティー・サイクルを提供することを可能にする。上述のように、パルスの終わりの部分はＤＣ成分を表し、符号は干渉と直交するので、これは、如何なる干渉の問題も引き起こさずに実行されうる。

明らかに、本システムは、一定の照射パルスがデータ・パルスの直後ではなく、データ・パルスの直前に位置付けられるように設計されてもよい。また、システムは、代案として、照射パルス及びデータ・パルスが直接連結しないように設計されてもよい。本システムは、電力消費の観点からはあまり好ましくないより多くのオン−オフ遷移を要求することを除き、同じように動作する。

本発明の実施例であるＬＥＤ電光板の設計上の選択の標準的な例は、次の通りである。
Ｔ１＝１マイクロ秒
Ｎ１＝１０２４（調光範囲１０ビット）
符号サイズＮ２＝１６、符号セット：ウォルシュ・アダマール、全て１の符号ｋ＝１を除く。
ＬＥＤの数：最大約１６０００
デューティー・サイクル：室内制御部により設定された照射要件に従い、ＬＥＤ毎に任意に選択される。

本発明の主な利点は、照明装置、例えば単一のＬＥＤ、複数のＬＥＤ、又は多数のＬＥＤを有する電光板の光放射を、光放射の変調のために用いられる拡散符号を検出することにより、特定の照明装置の光放射が識別されるように、変調可能にすることである。本発明は、数十又は数百個のＬＥＤを有するＬＥＤ電光板のような複数の照明装置を有する照明手段に特に適する。何故なら、各照明装置の光放射は、光放射を変調するために用いられた拡散符号により検出され、従って、例えば室内で用いられるＬＥＤ電光板の照明を制御するために用いられる室内制御部のような光放射制御手段により制御されうるからである。本発明の他の利点は、選択的に、異なる拡散符号を送信することにより、及び／又はフレーム内のパルスの異なる開始位置を用いることにより、異なる光源からの光を識別することである。

留意すべき点は、拡散符号による変調が、ユーザー情報を伝達するデータ信号を有することなく用いることができることである。例えば、データ・シーケンスが全て「１」のシーケンスである場合、受信機は各光源からの個々の光成分を測定し、照射を制御することができる。

本発明による照明装置の光放射を制御する制御信号の生成のような、本発明の少なくとも幾つかの機能、又は本発明に従い光放射が変調される少なくとも１つの照明装置により適応した照射を生成する方法は、ハードウェア又はソフトウェアにより実行されてよい。ソフトウェアによる実施の場合には、単一若しくは複数の標準的なプロセッサー又はマイクロコントローラーが用いられ、本発明を実施する単一若しくは複数のアルゴリズムを処理してよい。

留意すべき点は、「有する」の語が他の要素又は段階を排除しないこと、及び単数を表す語が複数を排除しないことである。更に、請求項の参照符号は本発明の範囲を制限すると見なされるべきではない。

本発明による制御信号のパルスの例を示す。 本発明による、２つのパルスが異なる符号を有しＰＰＭに従い変調された、２つのパルスの例を示す。 本発明による、２つのパルスが異なる符号を有しＯＯＫに従い変調された、２つのパルスの例を示す。 本発明による、ＰＰＭ及びデジタル符号「０１１０」により変調されたパルス・シーケンスの例を示す。 本発明による、ＯＯＫ及びデジタル符号「０１１０」により変調されたパルス・シーケンスの例を示す。 本発明による照明装置の光照射を変調する装置の送信機のアーキテクチャの実施例のブロック図を示す。 本発明による、ＬＥＤ照明アレイ及び照明を制御する制御ループを示す。

Claims (17)

1. 照明装置の光放射を変調する方法であって、
   −制御信号は、前記照明装置の光放射を制御するために生成され、
   −前記制御信号の各フレームは、前記照明装置をオン又はオフに切り替えるパルスを有し、及び
   −前記制御信号に含まれるパルス・シーケンスの各パルスは、前記照明装置の光放射を変調する拡散符号に従い変調される、方法。
2. 各フレーム内の特定の開始位置は、制御信号のパルスに割り当てられる、請求項１記載の方法。
3. パルス位置変調（ＰＭＭ）又はオン・オフ・キーイング（ＯＫＫ）が、前記制御信号のパルスの変調方式として用いられる、請求項２記載の方法。
4. ＯＯＫが用いられる場合、パルスは、ＯＯＫ変調のために設けられた第１の部分、及び前記照明装置の光放射を制御するために設けられた第２の部分を有する、請求項３記載の方法。
5. ＰＰＭが用いられる場合、フレーム内のパルスの開始位置は、変調に従い選択される、請求項３記載の方法。
6. 平均パルス幅は、所望の照射が達成されるように選択される、請求項１乃至５の何れか一項記載の方法。
7. 幾つかの照明装置の光放射は、前記照明装置毎に制御信号を生成することにより、及び各制御信号にユニークな拡散符号を割り当てることにより変調される、請求項１乃至６の何れか一項記載の方法。
8. 少なくとも１つの第１の制御信号の前記フレーム内のパルス開始位置は、少なくとも１つの第２の制御信号の前記フレーム内のパルス開始位置と異なる、請求項７記載の方法。
9. コンピューター・プログラムであって、コンピューターにより実行されると、請求項１乃至８の何れか一項記載の方法を実行するコンピューター・プログラム。
10. 記録担体であって、請求項９記載のコンピューター・プログラムを格納する記録担体。
11. コンピューターであって、請求項１乃至８の何れか一項記載の方法を実行するよう設定され、少なくとも１つの照明装置を制御する制御信号生成手段を有するコンピューター。
12. 少なくとも１つの照明装置により適応型照明を生成する方法であって、前記少なくとも１つの照明装置の光放射は、請求項１乃至８の何れか一項に従い変調され、前記照明は、前記照明装置に割り当てられた拡散符号手段により、前記少なくとも１つの照明装置により放射された光を検出することにより適応され、検出された光に依存して及び所定の制御アルゴリズムに従い前記光放射を変調する、方法。
13. 照明装置の光放射を変調する装置であって、
    −前記照明装置の光放射を制御する制御信号を生成する制御信号生成手段、を有し、
    −前記制御信号は、等しい時間期間のフレームを有し、
    −前記制御信号の各フレームは、前記照明装置をオン又はオフに切り替えるパルスを有し、及び
    −前記制御信号生成手段は、前記制御信号に含まれるパルス・シーケンスの各パルスを、前記照明装置の光放射を変調する拡散符号に従い変調する、装置。
14. 前記制御信号生成手段は、請求項１乃至８の何れか一項記載の方法を実行する、請求項１３記載の装置。
15. 前記装置は複数の照明装置を有し、前記制御信号生成手段は前記照明装置に対応する数の制御信号を生成する、請求項１３又は１４記載の装置。
16. 前記制御信号生成手段は、
    −特定の照明装置のための基本信号を生成する信号源、
    −特定の照明装置に割り当てられた拡散符号を生成する拡散符号生成手段、
    −前記信号源により生成された前記基本信号と前記拡散符号生成手段により生成された拡散符号をチップのシーケンスに結合する結合手段、
    −前記チップのシーケンスに従い変調された制御信号を生成するパルス生成器、及び
    −光放射の強度を制御する強度制御部、を有する、請求項１３又は１４又は１５記載の装置。
17. 検出装置であって、請求項１乃至８の何れか一項記載の方法により変調された光を検出し、前記検出装置は、
    −変調された光を受信し、前記変調された光を対応する変調された電気信号に変換する光受信部、
    −前記変調された光を生成するために、前記制御信号を変調するために用いられた前記拡散符号に従い、前記変調された電気信号を復調する復調部、を有する検出装置。

Images