JP2010539769A - 発光ダイオード空間照明によるデータ伝送 - Google Patents

Abstract

発光ダイオードによりデータ伝送するように構成されたランプは、大きな電力を高周波数でスイッチングしなければならない。所要の電子回路を簡素化するために、発光ダイオードが複数の群に分けられ、この群が異なる形式で変調される。マルチレベル変調によってシンボル速度を、データ速度は同じであっても低減することができる。このことはスイッチング速度および回路コストを低減する。

Description

本発明は、データを複数の発光ダイオードにより送信する方法、ならびにデータを送信するように構成された、複数の発光ダイオードを備える装置に関する。

発光ダイオードはＬＥＤとも称され、その光効率およびエネルギー効率に関しても、その価格に関してもますます開発が進められている。発光ダイオードが照明目的でも普及するのは近い将来である。

白熱ランプおよび発光物質管のような従来の発光手段とは異なり、発光ダイオードは非常に急速にモジュール化されている。したがって発光ダイオードはデータ伝送に対しても、照明と平行して優れて適する。

空間照明に用いる、簡単に言えばランプとして用いる発光ダイオードを、アナログおよび／またはデジタルデータの送信のために発光ダイオードの強度変調によって同時に使用することが公知である。ここでは変調が人には知覚できないように実行することが適切である。これは発光ダイオードのランプとしての機能を損なわないようにするためである。変調に対する簡単な例は、数ＭＨｚの周波数による明暗クロッキングである。無線技術的に公知の複素変調を使用することもできる。

このために個々の発光ダイオードについては、小さな電力を切り換えるだけでよい。現実の空間照明のためには、所要の光強度を達成するためにとりわけ多数の発光ダイオードが必要である。したがって大きな空間では、数１００Ｗの電力が必要なことが前提である。この電力をデータ伝送のために、数ＭＨｚの高い周波数で切り換えなければならない。しかしこのことは、比較的高い技術的および経済的コストを掛けなければ実施できない。

本発明の基礎とする課題は、簡単な電子回路によって実施することのできる、複数の発光ダイオードによるデータ送信方法を提供することである。さらに本発明の課題は、簡単な電子回路によりデータ伝送するのに適した、複数の発光ダイオードを備える装置を提供することである。

この課題は方法に関しては請求項１の特徴を備えた方法によって解決される。さらに前述の課題は装置に関しては、請求項７の特徴を有する装置によって解決される。従属請求項に、本発明の方法および装置の有利な実施形態が記載されている。

複数の発光ダイオードによってデータを送信する方法では、データが発光ダイオードの強度変調によって送信される。さらに発光ダイオードは変調に関して、少なくとも２つの群にまとめられる。それぞれの群の発光ダイオードは共通に同じ形式で変調され、両群の変調は情報が変調に関連して符号化されるように相互に整合されている。

変調は有利には人には知覚できないように行われる。なぜなら知覚可能な変調は一般的に障害的に作用するからである。これとは択一的に、変調を少なくとも部分的に知覚可能に構成することもできる。これにより例えばユーザに、発光ダイオードがデータを送信していることを直接指示することができる。データは有利には、デジタルデータである。

本発明の手段によって、マルチレベルデータ伝送、すなわち多段データ送信が可能になる。ここでは群の変調の関連によって複数のビットを同時に伝送することができる。すべての発光ダイオードが同形式で、すなわち群に分けられることなく変調される場合と比較して、これによりデータ速度が同じであっても電気的スイッチング過程の速度が低減される。電子回路もこれにより簡単になる。

本方法の有利な実施形態では、情報に基づいて設定された数の群がデータの符号化のためにそれぞれスイッチオン・オフされる。例えばＮビットの値を伝送するために、すなわち「０」から「２^Ｎ−１」の整数を伝送するために発光ダイオードは２^Ｎ−１の群に分けられる。このために適切には、少なくとも２^Ｎ−１個の発光ダイオードが存在しなければならない。「０」に対してはいずれの群も暗制御されず、「１」に対しては１つの群が暗制御される等々。「２^Ｎ−１」に対してはすべての群、すなわちすべての発光ダイオードが暗制御される。

ＮビットをＮの群だけにより伝送することも考えられる。所定数Ａの群、ただし１＜Ａ＜Ｎの暗制御を、２進で表現するとＡ個の群の暗制御を必要とする種々異なる値の伝送に使用することができる。ここでこの値は、生じる明度に基づいてだけ区別されるものではないことに注意すべきである。この値を分解するには、例えば位置検出のような付加コストを必要とする。

データ送信方法は有利には、空間照明のための方法で同時に使用される。ここで発光ダイオードは、実質的に一定の強度による空間照明のために駆動される。一定の強度は適切には、有利には人には知覚することのできない変調によってのみ調整される。

発光ダイオードは、空間照明として使用される場合には適切には発光体、すなわちランプを形成する。形状の自由度が発光ダイオードの場合、とりわけ従来の発光手段に対して格段に高まっている。これにより発光体の個別のインゼルが空間全体にわたって延在することができるが、このインゼルは共通に駆動される。本発明の有利な構成および改善形態では、発光ダイオードが、形成する発光体の広がり全体にわたりできるだけ均等に分散されるように、発光ダイオードがそれぞれの群に組分けされる。これにより種々異なる群が不均一に変調されることにより、照明が不均質になることが回避される。このような不均一な変調は上記の例では、１つの群が「０」より大きな値の時に暗制御され、一方別の群が値「２^Ｎ−１」の時だけ暗制御される場合に発生する。この場合、後者の群が暗制御されることは非常にまれであり、このことは全体として時間平均での強度を上昇させる。しかし発光体上に均等に分散させると、この不均一な強度の知覚が阻止される。

前記方法は有利にはデータ伝送に使用される。送信された情報は受信装置、とりわけＰＣ、移動電話またはＰＤＡにより受信される。受信装置はこのために適切な受信器、例えば相応の電子回路を備えるフォトダイオードを使用することができる。このことは赤外線信号の受信でも公知であるのと同じである。

データ送信装置は複数の発光ダイオードを有する。この装置は、発光ダイオードの強度変調によって情報が伝送されるように構成されている。ここで発光ダイオードは変調に関して少なくとも２つの群にまとめられており、それぞれの群の発光ダイオードは共通かつ同形式で変調される。群の変調は、情報が変調に関連して符号化されるように相互に整合することができる。この変調は有利にはヒトには知覚不能である。

方法のために記述された構成は装置に対しても適用可能である。

本発明のさらなる利点および詳細を、図に示されている実施例を参照しながら説明する。

発光ダイオードからなるランプならびに受信用のＰＤＡを示す概略図である。 発光ダイオードの複数の群の強度変調を示す図である。

図１は実施例として空間照明のためのランプ３を示し、このランプ３はそれぞれ６つの発光ダイオード５からなる４つのブロック４を有する。ここでブロック４の発光ダイオード５は、２×３の矩形に配置されている。ブロック４は照明すべき空間内で、この空間の天井の長さにわたり分散されているが、１つの共通の電子回路により駆動される。

この実施例で発光ダイオード５は、それぞれ３つの発光ダイオード５からなる８つの群にまとめられており、それらのうち３つの群６、７、８が図１に示されている。群６、７、８の発光ダイオード５は、ランプ３のブロック４にわたり、すなわち空間の天井にわたりできるだけ均等に分散されている。

ランプ３は空間照明のためにスイッチオンされていることを前提とする。したがってランプ３の発光ダイオード５は、実質的に一定である適切な強度により発光する。データ２を送信するために、発光ダイオード５の強度が変調される。ここでは群６、７、８のそれぞれ４つの発光ダイオード５が共通に変調される。

例としての変調形態が、６つの群のうちの３つの群６、７、８の変調に基づき図２に概略的に示されている。データを送信するために、発光ダイオードは知覚されないように短時間、例えば１ｍｓの間、暗制御される。暗制御の後、次の暗制御まで例えば１９ｍｓの間隔が置かれる。

図２に例として示された３つの群６、７、８により、シンボル「０」から「３」を伝送することができる。すなわち各暗制御により２ビットの情報量が伝送される。そのために、「０」に対しては群６、７、８は暗制御されず、「１」に対しては群の１つが、「２」に対しては群の２つが、そして「３」に対して３つの群６、７、８が暗制御される。

前記の群６、７、８の数とシンボルとの割当てを変更してもかまわない。例えばもっとも頻繁に発生するシンボルをいずれの群６、７、８も暗制御されないことにより伝送すれば、必要な暗制御をもっとも少なくすることができる。同様にシンボルと群６、７、８の数との割当てを変更するか、または暗制御される具体的な群６、７、８を、所定数の群６、７、８ごとにランダムに選択することができる。これによりスイッチング過程による発光ダイオード５の負荷が均等になる。別の構成では受信器の良好な同期化を達成するために、各値に対して群６、７、８の少なくとも１つを暗制御する。しかしこれにより必要な群の数は上昇する。

伝送すべきシンボルに応じて、相応の数の群が暗制御される。例えば図２によれば、「１」を伝送するために第１の群６が暗制御され、「０」を伝送するためには３つの群のいずれも暗制御されない。続いて「２」を伝送するために、最初の２つの群６、７が暗制御される。暗制御を群６、７、８に均等に分散するために、さらなる「２」に対しては第２と第３の群７、８が暗制御される。後続の「０」に対しては再び、３つの群６、７、８のいずれもが暗制御されない。

この実施例で使用される変調により、２０ｍｓで２ビットが伝送される。すなわち１００Ｂｉｔ／ｓの伝送速度が達成される。

すべての発光ダイオード５が同形式で変調される場合、暗制御当たりで１ビットしか伝送されないこととなる。前記の実施例によれば暗制御当たりで２ビットが伝送されるから、伝送速度が同じであればスイッチング速度を半分に低減することができる。このことは電子的構造を簡単にする。ここで群６、７、８の数を増やすと、必要なスイッチング速度が、群の数の２進対数だけほぼ低下する。

送信されたデータは例えばＰＤＡ１により受信される。このためにＰＤＡ１は、相応の光学系と電子回路を有し、これにより空間照明の変調からデータを検出する。

例えば昼間に空間の窓から、ランプ３が形成するよりも明るい光が入射するのでランプ３がスイッチオフされると、データ２の送信が簡単には可能でなくなる。この状況に対処する措置はランプ３を、スイッチオフされた状態でも、昼間の光の下ではヒトに識別されない低減された強度により駆動することである。しかし送信されたデータはそれでも受信装置により受信することができる。ここではデータ速度を高めることも考えられる。なぜなら一方ではスイッチングすべき電力が強度が低いため小さく、他方では変調による照明機能の障害が生じないからである。なぜならこの場合、ランプ３は照明にはまったく用いられないからである。

昼間光の場合、受信器が中間光により飽和することがあり得る。このことは信号品質の劣化につながる。ランプ３への受信器の配向を、例えば障害を回避するために使用することができる。

ランプ３をスイッチオフした場合の駆動のさらなる手段は、ランプがスイッチオンされている場合に、暗制御ではなく明制御することである。明制御が十分な間隔で実行されれば、ランプ３はほぼ暗いままに映る。

Claims (11)

1. 複数の発光ダイオード（５）によってデータ（２）を送信する方法であって、
   ・データを発光ダイオード（５）の強度の変調、とりわけ不可視の変調によって伝送し、
   ・前記発光ダイオード（５）を少なくとも２つの群（６、７、８）にまとめ、
   ・それぞれの群（６、７、８）の発光ダイオード（５）を共通に同じ形式で変調し、
   ・前記群（６、７、８）の変調は、データが変調に関連して符号化されるように相互に整合されているデータの送信方法。
2. 請求項１記載の方法であって、
   データを符号化するために、データに基づいて設定可能な数の群（６、７、８）を暗制御または明制御する方法。
3. 複数の発光ダイオード（５）によってデータ（２）を送信し、空間を照明する方法であって、
   発光ダイオード（５）が空間照明のために実質的に一定の強度で駆動され、さらにデータ（２）の送信のために請求項１または２記載の方法が使用される方法。
4. 請求項３記載の方法であって、
   それぞれの群（６、７、８）の発光ダイオード（５）が、発光体（３）、とりわけ発光ダイオード（５）が形成するランプ（３）の広がり全体にわたり均等に分散されるように前記発光ダイオード（５）は前記群（６、７、８）にまとめられている方法。
5. 複数の発光ダイオード（５）によってデータ（２）を伝送する方法であって、
   データが請求項１の方法によって送信され、受信装置（１）、とりわけＰＣ、移動電話、またはＰＤＡ（１）により受信される方法。
6. 複数の発光ダイオード（５）によってデータ（２）を伝送し、空間を照明する方法であって、
   前記発光ダイオード（５）は、空間照明と情報の送信のために請求項３または４の方法により駆動され、データが受信装置（１）により受信される方法。
7. 複数の発光ダイオード（５）によってデータ（２）を送信する装置であって、
   データが発光ダイオード（５）の強度の変調、とりわけ不可視の変調によって伝送されるように構成されており、
   ・前記発光ダイオード（５）を少なくとも２つの群（６、７、８）にまとめ、
   ・それぞれの群（６、７、８）の発光ダイオード（５）が共通に同じ形式で変調され、
   ・前記群（６、７、８）の変調は、データが当該変調に関連して符号化されるように相互に整合されている装置。
8. 請求項７にしたがい複数の発光ダイオード（５）によってデータ（２）を送信し、空間を照明する装置であって、
   前記発光ダイオード（５）は１つまたは複数のランプ（３）に配置されており、該発光ダイオード（５）は空間照明のために実質的に一定の強度で駆動される装置。
9. 請求項８記載の装置であって、
   それぞれの群（６、７、８）の発光ダイオード（５）が、ランプ（３）の広がり全体にわたり均等に分散されるように前記発光ダイオード（５）は前記群（６、７、８）にまとめられている装置。
10. データを伝送する装置であって、
    ・請求項７記載の複数の発光ダイオード（５）と、
    ・受信装置（１）、とりわけＰＣ、移動電話、またはＰＤＡ（１）とを備え、
    前記発光ダイオード（５）によって送信されたデータが受信装置（１）により受信されるように構成された装置。
11. 請求項１０記載のデータ伝送装置によりデータ（２）を送信し、空間を照明する装置であって、
    請求項８または９により空間を照明するように構成された装置。

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