JP2013541885A

JP2013541885A - 符号化光放射装置

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Publication number: JP2013541885A
Application number: JP2013527727A
Authority: JP
Inventors: トニロペス; ジョージザウアーランデル
Original assignee: Koninklijke Philips NV; Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2010-09-14
Filing date: 2011-09-08
Publication date: 2013-11-14
Anticipated expiration: 2031-09-08
Also published as: RU2613430C2; RU2013116898A; EP2617143A1; CN103098553A; US20130272716A1; EP2617143B1; BR112013005767A2; JP5952820B2; US9686011B2; TW201225548A; WO2012035469A1; CN103098553B

Abstract

本発明は、照明装置であって、前記照明装置の輝度出力にデータ信号のデータシンボルを埋め込むための照明装置に関する。前記装置は、共通の電極を持ち、個々に制御可能であるセグメントを少なくとも２つ有するＬＥＤを含む。前記ＬＥＤは、駆動信号に応じて前記輝度出力を生成するよう構成される。前記装置は、前記装置の光出力に前記データ信号のデータシンボルを埋め込むために前記データ信号に応じて前記セグメントのうちの１つをオン又はオフへ切り替えるよう構成される制御器を更に含む。このような手法の利点の１つは、提案している装置は、前記駆動信号を変調するための付加的な電子回路が必要ないことから、従来のＬＥＤドライバと互換性があり、このことは、簡単な実施及びコストの低減を可能にすることである。

Description

本発明の実施例は、広くは、照明システムの分野に関し、より詳細には、このような照明システムの光出力にデータを埋め込むためのシステム及び方法に関する。

可視光通信は、光源によって生成される光出力を介してデータを通信することを指す。このような通信は、将来において局所的無線データ交換を可能にする有望な方法である。なぜなら、これのために、幅広い認可を受けていない周波数帯域が利用可能であり、通信を供給するために、部屋又は空間を照明するのに用いられる発光ダイオード（ＬＥＤ）が利用され得るからである。もしかしたら、将来の全ての光源が通信源になるかもしれない。

或る可視光通信技術は、照明装置の光出力をデータ信号に応じて変調することによって、照明装置の光出力にデータを埋め込むことに基づいている（このような光出力は、時として、「符号化光」と呼ばれ、「ＣＬ」と略記される）。好ましくは、変調が人間の目には見えないように、光出力は、高い周波数で、且つ／又は特別な変調方式を用いて、変調される。

この種の可視光通信システムの実現のために、照明システムは、通常、ＬＥＤ駆動信号にデータ信号を重畳することを可能にする専用のドライバ電子回路を用いる。図１は、このような照明システム１００の概略図である。示されているように、照明システム１００は、専用のドライバ回路１１０及びＬＥＤ１２０を含み、照明設定に従って光出力１２５を生成するよう構成される。専用のドライバ回路１１０は、駆動信号生成器１１２及びドライバコントローラ１１４を含む。照明システム１００は、以下のように動作するよう構成される。図１に示されているように、照明システム１００のための照明設定が、駆動信号生成器１１２に供給される。照明設定は、平均光出力１２５が、例えば、色及び例えばルーメンで規定される光のパワーの観点で、どれくらいであるべきかを示す。駆動信号生成器１１２は、照明設定をＬＥＤ１２０のための駆動信号（例えば駆動電流）に変換し、駆動信号をドライバコントローラ１１４に供給する。

ドライバコントローラ１１４は、更に、データ供給源１３０から信号１３５を受け取るよう構成される。信号１３５は、ＬＥＤ１２０の光出力１２５に埋め込まれるべきデータビットを含む。ドライバコントローラ１１４は、光出力１２５に信号１３５のデータビットを埋め込むために、ＬＥＤ１２０に加えられるべき駆動信号を、信号１３５に応じて変調するよう構成される。光源の光出力にデータを埋め込むために駆動信号が変調され得る様々な技術は、当業者には知られているので（パルス幅変調、振幅変調など）、これ以上詳細には記載しない。

このような方法に関する問題の１つは、従来のＬＥＤドライバを上記の専用のドライバ回路１１０のように機能するよう改造することは、実施するには複雑であり、コストが高くつくことである。それ故、当業界で必要とされているのは、ＬＥＤに加えられる駆動信号の変調を必要としない、ＬＥＤの光出力にデータを埋め込むための技術である。

本発明の目的は、ＬＥＤに供給される駆動信号を変調せずにＬＥＤの光出力にデータを埋め込むのに適したシステム及び方法を提供することである。

本発明の或る態様によれば、照明装置の輝度出力にデータ信号の１つ以上のデータシンボルを埋め込むための照明装置が開示されている。前記照明装置は、少なくとも第１セグメント及び第２セグメントを有するＬＥＤを含む。前記第１セグメント及び前記第２セグメントは、共通の電極を持ち、個々に制御可能である。前記ＬＥＤは、駆動信号に応じて輝度出力を生成するよう構成される。前記照明装置は、前記データ信号の前記１つ以上のデータシンボルを埋め込むために前記データ信号に応じて前記第２セグメントをオン又はオフへ切り替えるよう構成される制御器を更に含む。

本願明細書で用いられているような（ＬＥＤの）「セグメントをオフへ切り替える」という表現は、前記セグメントに供給される前記駆動信号を中断させることを指す。同様に、（ＬＥＤの）「セグメントをオンへ切り替える」という表現は、前記セグメントに前記駆動信号を供給することを指す。セグメントがオフへ切り替えられる場合、前記セグメントは光を生成しない。セグメントがオンへ切り替えられる場合、前記セグメントは光を生成する。前記ＬＥＤの輝度出力は、前記セグメントの各々の輝度出力を合成したものである。

本発明は、共通の電極を持ち、個々に制御可能である少なくとも２つのセグメント（即ち、それらが個々にオン又はオフへ切り替えられることができる）に分けられるＬＥＤを供給することは、前記セグメントの前記共通の電極に供給される前記駆動信号を変化させる必要なしに前記ＬＥＤによって生成される前記光出力を変化させることを可能にするという認識に基づいている。前記共通の電極に駆動信号が印加されているとき、前記セグメントのうちの１つをオフへ切り替えることは、他のセグメントを流れる電流密度の増加をもたらし、これは、公称動作においては、光出力性能の低下を引き起こす。なぜなら、前記ＬＥＤの内部量子効率（ＩＱＥ）が低下するからである（この作用は、「ドループ作用（droop effect）」としてよく知られている）。前記光出力性能の変化は、データシンボルを埋め込むために用いられ得る。この方法においては、前記２つのセグメントの前記共通の電極に駆動信号を供給するのに従来のＬＥＤドライバが用いられてもよく、前記光出力の変調は、例えば、前記ＬＥＤドライバの外部にあるスイッチを用いて、前記セグメントのうちの１つをオン及びオフへ切り替えることによって実施される。この手法は、このような装置は、前記駆動信号を変調するための付加的な電子回路が必要ないことから、従来のＬＥＤドライバと互換性があり、このことは、簡単な実施及びコストの低減を可能にするという点で、従来技術より優れた利点を提供する。

本願明細書で用いられている「公称動作」という用語は、望ましくはＬＥＤの最大ＩＱＥをもたらすような電流密度におけるＬＥＤの動作を記述するのに用いられている。

本願明細書に記載されている光源は、無機又は有機発光ダイオードを含み得る。前記照明システムの前記光出力に埋め込まれるデータは、前記光源の局所識別情報、それらの性能及び／若しくは設定、又は前記光源に関する他のタイプの情報を含み得る。しかしながら、前記照明システムは、必ずしも、空間又は領域を照明する目的で利用されず、データ通信のためにも利用され得ることに注意されたい。一例として、前記照明システムは、ネットワークに対するアクセスポイントを構成し得る。このような用途のためには、前記照明システムによって生成される前記光出力の少なくとも一部は、可視スペクトルの外にあり得る（即ち、前記システムの前記光源のうちの１つの光出力は、前記可視スペクトルの外にあり得る）。

本発明の他の態様によれば、照明装置の輝度出力にデータ信号の１つ以上のデータシンボルを埋め込むための対応する方法、及び１つ以上の照明装置を有する照明システムが、提供される。

請求項２、３、９及び１０の実施例は、前記照明装置のための変調度を規定する方法を提供する。本願明細書で用いられている「変調度」という用語は、前記ＬＥＤの前記輝度出力の振幅又は強さにおける変化の範囲を指し、ここで、振幅又は強さにおける異なるレベルは、前記輝度出力において符号化された異なるデータビットに対応する。

請求項４、５、１１及び１２の実施例は、前記共通の電極が陰極又は陽極であり得ることを明示している。

請求項６及び１３の実施例は、前記照明装置において用いられるべき前記ＬＥＤの有利なタイプを示している。

以下に、本発明の実施例を更に詳細に記載する。しかしながら、この実施例は、本発明の保護の範囲を限定するものとして解釈されるべきではないことは理解されたい。

従来技術による照明システムの概略図である。本発明の或る実施例による構造物において取り付けられる照明システムの概略図である。本発明の或る実施例による照明システムの概略図である。本発明の或る実施例によるセグメント化ＬＥＤ手法の実施の概略図である。ドループ作用の概略図である。

本発明のより完全な理解を供給するために、以下の記載において、多数の具体的詳細を記載する。しかしながら、本発明が、これらの具体的詳細のうちの１つ以上を伴わずに実施され得ることは、当業者には明らかだろう。他の例においては、本発明を分かりにくくするのを防止するために、よく知られている特徴は記載されていない。

図２は、照明システム２１０が取り付けられている構造物２００（この場合には部屋）を示している。照明システム２１０は、１つ以上の光源２２０と、光源２２０を制御する（図１には示されていない）１つ以上の制御器とを有する。光源２２０は、電気信号で駆動される場合、構造物２００の一部を照明する。光源２２０は、無機及び／又は有機発光装置を含み得る。照明システム２１０は、ユーザが光源２２０を制御することを可能にする遠隔制御装置２３０を更に有してもよい。

図３は、本発明の或る実施例による照明システム３００の概略図である。照明システム３００は、図２に図示されている構造物２００における照明システム２１０として用いられ得る。示されているように、照明システム３００は、共通の電極を持つ、少なくとも２つの個々に制御可能なセグメントを含むＬＥＤ３２０と、ＬＥＤ３２０に駆動信号を供給するよう構成されるＬＥＤドライバ３１０と、ＬＥＤ３２０の光出力に埋め込まれるべきデータを供給するよう構成されるデータ供給源３３０とを含む。

照明システム３００は、以下のように動作するよう構成される。図３に示されているように、照明システム３００のための照明設定がＬＥＤドライバ３１０に供給される。照明設定は、例えば、ユーザによって遠隔制御装置２３０を介して供給されてもよく、又はシーン設定を制御する外部ユニットから供給されてもよい。他の例においては、照明設定は、予めプログラムされ、ＬＥＤドライバ３１０内又は照明システム３００内のメモリに記憶されてもよい。ＬＥＤドライバ３１０は、照明設定をＬＥＤ３２０のための駆動信号に変換する。

或る実施例においては、ＬＥＤドライバ３１０は、駆動信号を駆動電流の形態で供給する電流源を有する。このような実施例においては、ＬＥＤ３２０は、図４に図示されているように実施され得る。図４に示されているように、ＬＥＤ３２０は、放射部４２２と、スイッチング部４２４とを含む。放射部４２２は、ＬＥＤチップ領域のｎ個の一部が、他のものから部分的に絶縁されることができ、ｎ個のセグメントであって、ｎ個のセグメントの各々が駆動信号に応じて光を放射するよう構成される、Ｄ１、Ｄ２、…Ｄｎとして示されるｎ個のセグメントをもたらすようにして、製造される。本願明細書で用いられているｎは、２以上の任意の整数を示す。セグメントＤ１、Ｄ２、…Ｄｎは共通の電極を持つ。図４においては、共通の電極は、陽極４２６であるよう示されているが、この回路に修正を加える他の実施例においては、共通の電極は陰極であり得ることは、当業者には明らかだろう。

スイッチング部４２４は、図４においてはＳ２、…Ｓｎと示されている（ｎ−１）個のスイッチであって、スイッチＳ２、…Ｓｎの各々が放射部４２２の対応するセグメントＤ２、…Ｄｎをオン又はオフへ切り替えるために用いられる（ｎ−１）個のスイッチを含む。従って、スイッチＳ２はセグメントＤ２に対応し、スイッチＳ３はセグメントＤ３に対応する。図４においてはＩｄｒｖと示されている一定の駆動電流が、ＬＥＤドライバ３１０から供給され、共通の電極４２６に加えられ、スイッチＳ２、…Ｓｎの全てが閉じられる（即ち、対応する回路が閉じられ、対応するセグメントがオンへ切り替えられる）場合、図４においてはＩ１、Ｉ２、…Ｉｎと示されているセグメントの各々を流れる電流はセグメントに光を放射させる。各放射セグメントからの光寄与の合計が、ＬＥＤ３２０の輝度出力を有する。

本願明細書で用いられている（「一定の駆動電流」を含む）「一定の駆動信号」という表現は、駆動信号はデータビットを埋め込むようには変調されないという事実を反映するために用いられている。これは、パルスが、従来技術において行われていたようにデータ信号を埋め込むよう変調されていない限り、パルスから成る駆動信号を除外しない。

ＬＥＤドライバ３１０によって供給される全駆動電流は一定のままであることから、スイッチＳ２、…Ｓｎのうちの１つが開状態になる（即ち、対応するセグメントＤ２、…Ｄｎがオフへ切り替えられる）場合には、オンになっているままであるセグメント内の電流密度は増大するだろう。ＬＥＤ３２０を公称動作電流（公称動作は、ここでは、全てのセグメントがオンであることを指す）で駆動すると、少なくとも１つの他のセグメントをオフへ切り替えた後のセグメントを流れる電流密度の増加は、ドループ作用による放射セグメントの光出力性能の低下をもたらす。この作用は、図５において曲線５１０で図示されており、図５においては、ｘ軸は、駆動電流の値を（mA単位で）示すために用いられており、ｙ軸は、約1mm²の活性領域を用いる市販のＬＥＤ装置に対応する壁コンセント効率の値を（%単位で）示すために用いられる。曲線５１０の右側は、電流の増加が効率の低下をもたらすことを明らかにしている。

それ故、公称動作において、セグメントＤ２、…Ｄｎのうちの１つがオフへ切り替えられる場合、他のセグメントを流れる電流密度が増加するので、ドループ作用により、ＬＥＤ３２０によって生成される光出力３２５は減少するだろう。この作用を利用するために、図３及び４に示されているように、ＬＥＤ３２０は制御器３４０を更に含む。制御器３４０は、データ供給源３３０からデータ信号を受け取るよう構成される。信号３３５は、（少なくとも）ＬＥＤ３２０の光出力３２５に埋め込まれるべきデータビットを含む。本記載においては、シンボルはビットと呼ばれる。しかしながら、本願において「ビット」という単語が用いられている場合はいつでも、単一のシンボルによって表わされる複数のビットも含み得る「シンボル」のより広い語義が当てはまることは認識されたい。例えば、データを埋め込むために０及び１しか存在しないのではなく、データを表わすために多数の別々のレベルが規定されるマルチレベルシンボルが当てはまる。

制御器３４０は、光出力３２５に信号３３５のデータビットを埋め込むために、信号３３５に応じてセグメントＤ２、…Ｄｎをオン又はオフへ切り替えるよう構成される。異なるセグメントの各々に対応する放射領域の量が、光出力変調の輝度レベルを規定する。オン又はオフへ切り替えられることができるセグメントの数が、変調レベルの数を規定する。例えば、２レベル変調（即ち、埋め込まれるべき各ビットが「１」又は「０」である）の場合は、ＬＥＤ３２０内には２つのセグメント、即ち、常にオンになっている或るセグメント及びデータビットを埋め込むためにオン又はオフへ切り替えられ得る別のセグメントしか必要とされない。図４を参照すれば、このような実施例は、２つの放射セグメントＤ１及びＤ２しか含まない放射部４２２に対応する。続いて、この例では、ＬＥＤ３２０の光出力の１０％減少が、検出側において、二進値の「０」と決定され得ると考える。このような例示的な実施例においては、セグメントＤ２のサイズは、放射部４２２の総面積の約１０％となるよう作成されてもよく、信号３３５からの二進値の「０」を埋め込むために、制御器３４０は、セグメントＤ２をオフへ切り替えるだろう（即ち、対応するスイッチＳ２を開けるだろう）。

当業者は、照明システムの光出力にデータを埋め込むために信号３３５に応じてセグメントをオン及びオフへ切り替えるための他の方法に気付くだろう。例えば、２個より多くのセグメントを用い、切り替えることによって、光出力のマルチレベル変調が実施されてもよい。レベル数が多ければ多いほど、高いビットレートを得ることができる。従って、別の実施例においては、放射部４２２はセグメントＤ１、…Ｄｎを有する。実際には、ｎは、３と１０と間の、より好ましくは、６又は７などの５と８との間の整数である。スイッチＳ２、…Ｓｎを用いてセグメントＤ２、…Ｄｎを切り替えることは、ＬＥＤ３２０の光出力３２５において多数の別々のレベルを持つデータを実現することを可能にする。或る実施例においては、セグメントＤ２、…Ｄｎの相対的なサイズＡ２、…Ａｎは全て等しい。別の実施例においては、相対的なサイズＡ２、…Ａｎは、それらが連続的に増大／減少するような所定の関係にある互いに関連している。例えば、Ａｎ−１＝２×Ａｎであり、故に、Ａ２＝２×Ａ３＝２×（２×Ａ４）＝２×（２×（２×Ａ５））などのようになる。別の実施例においては、セグメントＤ２、…Ｄｎは、それらの公称動作電流密度が、上でサイズについて記載したのと同様に互いに関連するように、設計される。

「伝送モード」と呼ばれ得る、制御器３４０が、データ信号３３５のデータシンボルを埋め込むためにセグメントのうちの幾つかをオン及びオフへ切り替えるモードでの動作に加えて、ＬＥＤ３２０は、スイッチＳ２乃至Ｓｎがオン状態のままである場合に他の従来のＬＥＤ装置のようなＤＣモードでも動作し得る。即ち、スイッチＳ２、…Ｓｎのオン抵抗がセグメントの動的抵抗よりずっと低い場合には、セグメントＤ１、Ｄ２、…Ｄｎを流れる電流は一様に流れるだろう。

更に、他の実施例においては、ＬＥＤドライバ３１０は、駆動信号を駆動電圧の形態で供給する電圧源を有してもよい。電圧源ＬＥＤドライバに適応させるためには上記の記述がどのように修正され得るかは当業者には容易に分かるだろう。

本発明の利点の１つは、データシンボルが、ＬＥＤの個々のセグメントのスイッチングを介して埋め込まれることから、ＬＥＤドライバによってＬＥＤに供給される駆動信号が、データシンボルを埋め込むために変調される必要がないことである。その結果として、従来のＬＥＤドライバが用いられてもよく、駆動信号を変調することが可能な複雑でコストのかかる電子回路を含む必要性をなくす。

上記は、本発明の実施例を対象にしているが、本発明の基本的な範囲から逸脱することなく、本発明の他の及び更なる実施例が考案され得る。例えば、本発明の態様は、ハードウェア、ソフトウェア、又はハードウェア及びソフトウェアの組み合わせにおいて実施され得る。それ故、本発明の範囲は、以下に続く請求項によって決定される。

Claims

照明装置であり、前記照明装置の輝度出力にデータ信号の１つ以上のデータシンボルを埋め込むための照明装置であって、前記照明装置が、
少なくとも第１セグメント及び第２セグメントを有する発光ダイオードであって、前記第１セグメント及び前記第２セグメントが、共通の電極を持ち、個々に制御可能であり、前記発光ダイオードが、駆動信号に応じて前記輝度出力を生成するよう構成される発光ダイオードと、
前記データ信号の前記１つ以上のデータシンボルを埋め込むために前記データ信号に応じて前記第２セグメントをオン又はオフへ切り替えるよう構成される制御器とを有する照明装置。
変調度が、前記第１セグメント及び／又は前記第２セグメントのサイズに比例する請求項１に記載の照明装置。
変調度が、前記第１セグメント及び／又は前記第２セグメントを流れる電流密度に比例する請求項１に記載の照明装置。
前記共通の電極が陰極を有する請求項１乃至３のいずれか一項に記載の照明装置。
前記共通の電極が陽極を有する請求項１乃至３のいずれか一項に記載の照明装置。
前記発光ダイオードが薄膜フリップチップ装置を有する請求項１乃至５のいずれか一項に記載の照明装置。
請求項１乃至６のいずれか一項に記載の照明装置を１つ以上有する照明システム。
発光ダイオードの輝度出力にデータ信号の１つ以上のデータシンボルを埋め込むための方法であって、
少なくとも第１セグメント及び第２セグメントを有する前記発光ダイオードであって、前記第１セグメント及び前記第２セグメントが、共通の電極を持ち、個々に制御可能であり、前記発光ダイオードが、駆動信号に応じて前記輝度出力を生成するよう構成される前記発光ダイオードに駆動信号を供給するステップと、
前記データ信号の前記１つ以上のデータシンボルを埋め込むために前記データ信号に応じて前記第２セグメントをオン又はオフへ切り替えるステップとを有する方法。
変調度が、前記第１セグメント及び／又は前記第２セグメントのサイズに比例する請求項８に記載の方法。
変調度が、前記第１セグメント及び／又は前記第２セグメントを流れる電流密度に比例する請求項８に記載の方法。
前記共通の電極が陰極を有する請求項８乃至１０のいずれか一項に記載の方法。
前記共通の電極が陽極を有する請求項８乃至１０のいずれか一項に記載の方法。
前記発光ダイオードが薄膜フリップチップ装置を有する請求項８乃至１２のいずれか一項に記載の方法。