JP5498574B2 - ランプを駆動する方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明は、一般に、ランプの駆動の分野に関する。本発明は、排他的にではないが、詳細には、ガス放電ランプを駆動する分野に関し、本発明は、以下では、高輝度放電ランプの場合に関して説明される。

光源を駆動するために、様々な電流の形状が可能である。白熱ランプ及び幾つかの種類のガス放電ランプは、交流によって駆動されることができ、ＬＥＤは、直流によって駆動されることができる。ＨＩＤランプは、典型的には、直流の方向を転換することによって駆動され、即ち、このことは、電流の振幅が一定であるが、前記電流の方向が規則的に反転していることを意味する。平均電流がゼロであることが望ましいので、一方向への電流の流れの継続期間は、反対方向への電流の流れの継続期間に等しい。別の表現で言うと、電流の周期において、電流の流れは、前記周期の５０％にわたって一方の方向を有していると共に、前記周期の５０％にわたって他方の方向を有している。このような転換電流は、これ自体は知られているので、更なる説明は、ここでは省略される。

一般的に言って、デザイナーは、電流周波数の選択において幾らかの自由度を有している。しかしながら、幾らかの制約が、存在する。低い周波数（例えば、１００Ｈｚ未満）は、可視的なフリッカーに至り得る。より高い周波数において、音響共振は、ランプの損傷をもたらし得るので、動作周波数は、音響共振が発生しそうにない周波数範囲において選択されなければならない。勿論、これらの範囲は、ランプの種類に依存する。

前記ランプによって発される可視光を使用してデータを送信することができるようにありたいという願望が存在する。１つの例において、送信されるデータは、固有のランプ識別番号に関するものであることができ、この結果、ランプの光を受け取る受信器は、前記光を発した前記ランプを識別することができる。他の例において、送信される前記データは、寿命、電圧等の、ランプのパラメータに関するものであることができ、この結果、メンテナンスの人員が、実際に接近して前記ランプを調べることを必要とせずに、前記ランプの状態を検査し前記ランプの交換を決定することができる。「符号化された光」を提供するためにランプ電流を変調することは、既に知られているが、ＨＩＤランプの場合、前記電流振幅を変調することは、望ましくなく、周波数変調に利用可能な帯域幅は限られている。

本発明の目的は、ＨＩＤランプと共に使用するのに適切な、光源によって生成される出力光にデータを符号化するための方法を提供することにある。

この目的は、添付の請求項１の方法によって達成される。

更に有利な仕上げは、添付の従属請求項に記載されている。

本発明のこれら及び他の見地、フィーチャ及び有利な点は、添付図面を参照して、以下の１つ以上の好ましい実施例の記載によって更に説明される。添付図面において、同じ符号は、同一又は類似の部分を示している。

ガス放電ランプを駆動するドライバを模式的に示している。 転換電流の形態における従来の電流波形を模式的に示しているグラフである。 電流転換器を模式的に示しているブロック図である。 タイミング図である。 データ符号化を伴う転換電流の従来の電流波形を模式的に示しているグラフである。 本発明によるデータ符号化による転換電流を模式的に示しているグラフである。

図１は、ガス放電ランプ２を駆動するドライバ１００の実施例の例を模式的に示している。この実施例は、電流源１１０を有しており、電流源１１０は、適切な電力源（単純さの目的のために図示略）から電力を受け取り、或る振幅Ｉ_Ｍを有する定電流Ｉ_{ＣＯＮＳＴ}を生成することができる。この実施例のドライバ１００は、電流転換器１２０を更に有しており、電流転換器１２０は、電流源１１０から定電流Ｉ_{ＣＯＮＳＴ}を受け取り、電流の方向を繰り返し変化させる一方で振幅Ｉ_Ｍを維持するように設計されている。ランプ電流の方向転換を提供するドライバの他の実施例も可能であることに留意されたい。

図２は、電流転換器１２０によりランプ２に提供される転換電流Ｉ_ＣＯＭＭの従来の電流波形を模式的に示しているグラフである。時間ｔ_０において、前記電流は、負の方向から正の方向へと変化している。時間ｔ_０とｔ_１との間で、前記電流は、一定の振幅Ｉ_Ｍ及び正の方向を有しており、＋Ｉ_Ｍとして示されている。時間ｔ_１において、前記電流は、正の方向から負の方向へ変化している。時間ｔ_１とｔ_２との間において、前記電流は、一定の振幅Ｉ_Ｍ及び負の方向を有しており、−Ｉ_Ｍとして示されている。時間ｔ_２において、前記電流は、負の方向から正の方向へ再び変化し、上述のものが繰り返される。どちらの電流の方向が「正」と示され、どちらの電流の方向が「負」と示されるかは、任意であることに留意されたい。

以下において、これらの定義が、使用される。
１）時間ｔ_０、ｔ_１、ｔ_２においてなされているような、電流の方向の反転は、「転換」として示される。転換は、無限に高速なものとして示されている。即ち前記転換過程の継続期間はゼロであるが、実際には、前記転換に幾らかの有限な時間がかかる。
２）転換が生じている時間ｔ_０、ｔ_１、ｔ_２は、「転換時点」と称される。
３)正の電流から負の電流への変化は、「負」の転換として示され、対応する転換時点（ｔ_１）は、「負」の転換時点として示される。同様に、負の電流から正の電流への変化は、「正」の転換として示され、対応する転換時点（ｔ_０、ｔ_２）は、「正」の転換時点として示される。
４）当該電流信号の周波数は、転換周波数ｆ_ＣＯＭＭとして示され、この逆関数は、転換周期Ｔ_ＣＯＭＭ＝１／ｆ_ＣＯＭＭ＝（ｔ_２−ｔ_０）として示される。
５）前記転換は、転換周期を２つの転換時間セグメントに、即ち正の転換時点と後続する転換時点との間の継続期間ｔ_Ｐ＝（ｔ_１−ｔ_０）を有する「正の」転換時間セグメントと、負の転換時点と後続する正の転換時点との間の継続期間ｔ_Ｎ＝（ｔ_２−ｔ_１）を有する「負」の転換時間セグメントとに分割する。Ｔ_ＣＯＭＭ＝ｔ_Ｐ＋ｔ_Ｎであることは、明らかなはずである。

従来は、ｔ_Ｐ＝ｔ_Ｎ＝０．５＊Ｔ_ＣＯＭＭであり、従って、平均的電流がゼロである（直流成分がない）ことが明らかなはずである。

図３は、電流転換器１２０の可能な実施例を模式的に示しているブロック図である。電流転換器の他の実施例も可能であることに留意されたい。電流転換器１２０は、定電流Ｉ_{ＣＯＮＳＴ}を受け取る２つの電力線１２１及び１２２を有している。２つの制御可能スイッチ１２３、１２４の第１の直列配置が、間に第１のノードＡを有して、電力線１２１及び１２２の間に接続されている。２つの制御可能スイッチ１２５、１２６の第２の直列配置が、間に第２のノードのＢを有して、電力線１２１及び１２２の間に接続されている。ランプ２は、ノードＡ及びＢ間に接続されている。スイッチ１２３、１２４、１２５、１２６は、例えば、最適にプログラムされたマイクロプロセッサ又はコントローラ制御装置１３０によって制御され、２つの状態のうちの一方において動作することができる。第１の状態において、スイッチ１２３及び１２６は導通状態である一方で、スイッチ１２４及び１２５は非導通状態であり、この結果、前記ランプを通る電流はＡからＢへと流れる。第２の状態において、スイッチ１２３及び１２６は非導通状態である一方で、スイッチ１２４及び１２５が導通状態であり、この結果、前記ランプを通る電流は、ＢからＡへと流れる。これらの２つのコントローラ状態が、前述の転換時間セグメントに対応することは、明らかなはずである。更に、この第１のコントローラ状態から第２のコントローラ状態へ又は第２のコントローラ状態から第１のコントローラ状態への遷移のタイミングが、前記転換時点のタイミングを決定することは、明らかなはずである。

制御装置１３０はクロック装置１５０を備えており、転換周波数ｆ_ＣＯＭＭに対応する時間基準を規定するためのクロック信号Ｓｃを供給する。前記時間基準によって、制御デバイス１３０が前記転換時点を決定することができる。明確さのために、クロック装置１５０は、制御デバイス１３０の外付けであるように示されているが、制御デバイス１３０内に組み込まれても良い。

図３は、ランプ２によって発される光を受け取るように配されている受信器２００も模式的に示している。受信器２００は、図４のタイミング図を参照して後述されるように、転換時点を検出することができることに留意されたい。図４において、曲線４１は、転換ランプ電流を示している。曲線４２は、対応するランプ出力を示しており、転換が無限に高速であることはできないので、転換時点に一致している電力ディップを示している。曲線４３は、対応する出力光レベルを示しており、前記出力光レベルは、前記ランプの物理学の固有の慣性を考慮して必ずしもゼロまで下がるというわけではないが、前記電力ディップに対応するディップも示している。図４から、光のディップの周波数は、前記ランプの電流の周波数よりも２倍より高いことが明らかなはずである。当業者にとっては、更なる説明の必要なしに明らかであろうが、受信器２００は、光輝度ディップを検出することができるであろう。

受信器２００は、正の電流によって生成される光と負の電流によって生成される光とを区別することができないことに留意されたい。従って、受信器２００は、正の転換時点と負の転換時点とを直接的に識別することができない。

本発明によれば、ドライバ１００は、前記転換時点のタイミングの変調によってランプの出力光内にデータを符号化することができる。このためには、制御装置１３０は、データソース１４０（図３）からバイナリデータを受け取るように結合されているデータ入力を有する。前記データソースの性質は関連していないが、一例として、データソース１４０は、識別番号を含んでいるメモリを有することができる。制御装置１３０は、時点的なデータビットに依存して転換時点のタイミングを変化させるように設計されている。この原理は、一般に、これ自体は知られているものである。図５は、初期の提案のコーディング方式を示しているグラフである。

値「０」を有するビットを符号化するために、前記転換時点のタイミングは、１つの電流周期内で、正の転換時間セグメントの正のセグメント継続期間が値ｔ_Ｐ０を有し、負の転換時間セグメントの負のセグメント継続期間が値ｔ_Ｎ０（ここで、ｔ_Ｐ０＝ｔ_Ｎ０）を有するように設定される。値「１」を有するビットを符号化するために、前記転換時点のタイミングは、１つの電流周期以内で、正の転換時間セグメントの正のセグメント継続期間が値ｔ_Ｐ１を有し、負の転換時間セグメントの負のセグメント継続期間が値ｔ_Ｎ１（ここで、ｔ_Ｐ１＝ｔ_Ｎ１）を有するように、 設定される。より更に、ｔ_Ｐ０＝ｔ_Ｎ０≠ｔ_Ｐ１＝ｔ_Ｎ１であり、示されている例では、ｔ_Ｐ０＝ｔ_Ｎ０＜ｔ_Ｐ１＝ｔ_Ｎ１である。従って、Ｔ_{ＣＯＭＭ，０}＜Ｔ_{ＣＯＭＭ，１}である。この初期のコーディング方式の有利な点は、本質的に、平均電流が常にゼロであることにある。他の有利な点は、受信器が電流周期を認識することが比較的容易であることにあるが、不利な点は、電流周期と実際に同期するのは更に困難であるということにある。更に、不利な点は、前記データレートｆ＝１／Ｔ_ＣＯＭＭは、データの内容に依存することにある。

本発明は、データレートｆ＝１／Ｔ_ＣＯＭＭがデータ内容に依存しないようにＴ_ＣＯＭＭが一定である、データ符号化方式を提案する。図６は、図５と同等のグラフであり、本発明によるデータ符号化方式の例を示している。値「０」を有するビットを符号化するために、前記転換時点のタイミングは、継続期間Ｔ_ＣＯＭＭによる１つの電流周期以内において、正の転換時間セグメントの正のセグメント継続期間が値ｔ_Ｐ０＝０．５＊Ｔ_ＣＯＭＭ−Δを有し、負の転換時間セグメントの負のセグメント継続期間は、値ｔ_Ｎ０＝０．５＊Ｔ_ＣＯＭＭ＋Δを有するように、設定される。値「１」を有するビットを符号化するために、前記転換時点のタイミングは、継続期間Ｔ_ＣＯＭＭを有する１つの電流周期において、正の転換時間セグメントの正のセグメント継続期間は、値ｔ_Ｐ１＝０．５＊Ｔ_ＣＯＭＭ＋Δを有し、負の転換時間セグメントの負のセグメント継続期間は、値ｔ_Ｎ１＝０．５＊Ｔ_ＣＯＭＭ−Δを有する。

この方式の有利な点は、前記電流周期が同じ継続期間を常に有することにある。このことは、光ディップと前記第２の連続するものとの間の時間間隔が、前記ディップが周期の境界と一致する場合に同じ値を常に有さなければならないので、同期を受信器２００に対して容易にする。

１つの電流周期の平均電流がデータの内容に依存することに留意されたい。しかしながら、長い時間スケールにおいて、前記平均電流は、或る期間内の０の数が１の数に等しい場合に再びゼロに等しいものであることができる。到来するデータストリームにおいて、勿論、０の数が如何なる時間スケールにおいても１の数に等しいことが保証されることはできないが、前記平均電流が、比較的短い時間スケールにおいて確実にゼロに等しいことが望ましい。このことを保証するために、制御装置１３０は、到来するデータビットを出ていく送信バイトに変換するように設計されており、出て行く送信バイトの各々は、何らかの適切な偶数の送信ビットを含むことができ、５０％の０及び５０％の１を含んでいる。例として、簡単な実施例において、到来するデータビット０は、出て行くデータバイト０１に対応することができ、到来するデータビット１は、出て行くデータバイト１０に対応することができる。この場合、平均電流は、電流周期の２倍に対応する時間スケールにおいて、常にゼロに等しい。当業者にとっては明らかであるはずだが、他の、更に洗練された変換の方式が可能であり、幾らか長い時間スケールにおいて、平均的電流がゼロ等しいものであることを可能にする。このような方式の例は、ウォルシュ・アダマールブロック符号又はランレングス限定ブロック符号である。

上述の実施例において、電流周期は、２つの連続した正の転換時点間に規定され、前記負の転換時点のタイミングは、符号化されるデータビットに従って＋Δ又はーΔによって変調される。電流周期を２つの連続した負の転換時点間に規定することも可能であり、前記正の転換時点のタイミングが変調される。

上述の実施例において、電流周期内の転換時点のタイミングは、符号化されるべきデータビットに従って＋Δ又は−Δによって変調される。即ち、この転換時点のタイミングは、前記電流周期の５０％にある、通常の、変調されていないタイミングに対して、シフトされる。以下の記載において、通常の、変調されていないタイミングに対するシフトの距離は、変調距離として示される。前記変調距離は、前記変調が遅延を含む場合には正であり、前記変調が前倒し（advance）を含む場合には負であるように、規定される。

上述の実施例において、前記変調距離の絶対値は、１つの値を有することができるのみであり、この結果、１つの送信データビットを１つの電流周期内に符号化することが可能である。複数の送信データビットを１つの電流周期内に符号化することができる順序において、前記変調距離の絶対値に対して複数の可能な値を可能にすることもできる。例えば、変調距離−２Δ、−Δ、＋Δ、＋２Δは、１つの電流周期内に２つのビット（００、０１、１０、１１）を符号化することができる。

上述の実施例において、前記転換時点の半分（負の転換時点）のみが時間変調され、前記転換時点の他の半分（前記正の転換時点）は、時間変調されない。上述の説明において、変調されるべき転換時点は、各周期の５０％に位置されているものとして説明されている一方で、前記周期は、変調されていない転換時点によって規定されるものとして説明されている。しかしながら、このことは、必須ではない。上述したように、制御装置１３０は、クロック信号Ｓｃを利用可能にし、０．５＊Ｔ_ＣＯＭＭの固定された相互間隔を有する、元の変調されていない転換時点の時間基準を規定するのを可能にする。この時間基準を基準として考慮し、前記正の転換時点と同様に前記負の転換時点を時間変調することも、可能である。このことは、２倍のデータレートを可能にするであろう。

受信器２００の同期を容易にするために、前記データストリーム内に、一定の時間間隔で、固定されたデータパターンが、含められ、前記受信器に知られていることが好ましい。このようなデータパターンは、例えば、一連の「０１」の系列を含むことができる。

要約すると、本発明は、ランプ２を駆動するための方法であって、
一定の振幅を有するランプ電流Ｉ_{ＣＯＮＳＴ}を生成するステップと、
継続期間Ｔ_ＣＯＭＭを有する転換周期を規定するステップと、
０．５＊Ｔ_ＣＯＭＭの固定された相互間隔を有する、元の転換時点の時間基準を規定するステップと、
前記光出力内に埋め込まれるデータを受け取るステップと、
転換時点に前記ランプ電流の方向を転換するステップと、
を有する方法であって、個々の転換は、受信された前記データを符号化するように時間変調される、方法を提供することにある。

好ましくは、転換時点は、
− 埋め込まれるべきデータがない場合に元の転換時点に等しく、
− 第１の値「０」を有するデータを符号化するためには、対応する元の転換時点に対して変調距離Δにわたって早められ、又は
− 第２の値「１」を有するデータを符号化するためには、対応する元の転換時点に対して変調距離Δにわたって遅延させられる。

本発明は、添付図面及び上述の記載において詳細に説明され記載されたが、当業者であれば、このような図面及び記載が、限定的ではなく説明的又は例示的なものであると考えられるべきであることは、明らかである。本発明は、開示されている実施例に限定されるものではない。むしろ、幾つかの変形及び変更は、添付の請求項に規定されている本発明の保護範囲内で可能である。

開示されている前記実施例に対する他の変化は、前記添付図面、本明細書及び添付請求項の熟慮により、添付請求項に記載の本発明を実施する際に当業者によって理解され、行われることができる。「有する」という語は、請求項に記載されていない構成要素又はステップの存在を排除するものではない。単数形の構成要素は、複数のこのような構成要素を排除するものではない。単一の要素又は他のユニットが、前記請求項に列挙されている幾つかの項目の機能を実現しても良い。特定の手段が、相互に異なる従属請求項において引用されているという単なる事実は、これらの手段の組み合わせが有利になるように使用されることができないと示すものではない。添付請求項における如何なる符号も、この範囲を制限するものとしてみなしてはならない。

上述において、本発明は、本発明による装置の機能的ブロックを示しているブロック図を参照して説明された。

これらの機能的ブロックの１つ以上は、このような機能的ブロックの機能が個々のハードウェア構成要素によって実行されるハードウェアにおいて実施化されることができるが、これらの機能的ブロックの１つ以上がソフトウェアにおいて実施化されることも可能であり、この結果、このような機能的ブロックの関数が、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、デジタル信号プロセッサ等のような、コンピュータプログラム又はプログラム可能な装置の１つ以上のプログラムラインによって実施されることも可能であることを理解されたい。

Claims (13)

1. 一定の振幅を有するランプ電流を生成するステップと、
   継続期間Ｔ_ＣＯＭＭを有する転換周期を規定するステップと、
   転換時点において前記ランプ電流の方向を転換する前記ランプの光出力内に埋め込まれるべきデータを受け取るステップと、
   を有するランプを駆動する方法であって、
   ０．５＊Ｔ _ＣＯＭＭ の固定された相互間隔を有する、元の転換時点の時間基準を規定し、
   前記光において、一定のデータレートで、受け取られた前記データを符号化するために、前記元の転換時点に対して個々の転換を時間変調する、ことを特徴とする方法。
2. 前記元の転換時点の時間基準に基づいて及び受け取られた前記データに基づいて、転換時点を計算するステップであって、計算される前記転換時点は、
   − 埋め込まれるべきデータがない場合には、元の転換時点に等しく、
   − 第１の値を有するデータを符号化するためには、対応する元の転換時点に対して変調距離にわたって早められ、又は
   − 第２の値を有するデータを符号化するためには、対応する元の転換時点に対して前記変調距離にわたって遅延させられる、
   ステップを有する請求項１に記載の方法。
3. 前記変調距離は、転換時点当たりに１ビットを符号化することができるように１つの固定された値を有する、請求項２に記載の方法。
4. 転換時点当たり複数のビットを符号化することができるように所定の範囲の可能な値から前記変調距離Δの値を選択するステップを更に有する、請求項２に記載の方法。
5. 全ての第２の転換時点は、前記時間基準に常に一致し、前記第２の転換時点間の転換時点のみが時間変調される、請求項１に記載の方法。
6. 全ての転換時点が互いから独立に時間変調される、請求項１に記載の方法。
7. 一連の１つ以上の受け取られたデータビットは、偶数の出て行く送信ビットを含んでいるパケットに変換され、各パケットにおいて、第１の値を有する送信ビットの数は、第２の値を有する送信ビットの数に等しく、前記転換時点の変調は、前記送信ビットに基づいて常に実施される、請求項１に記載の方法。
8. 受信器の同期を容易にするための転換時点の所定のパターンに至る所定のデータ系列を定期的に埋め込むステップを更に有する、請求項１に記載の方法。
9. 埋め込まれるべき前記データが当該ランプの識別コードを含む、請求項１に記載の方法。
10. 定電流を生成する電流源と、この電流の方向を転換する電流転換器とを有する、光源を駆動するためのドライバであって、請求項１乃至９の何れか一項に記載の方法を実行するように設計されているドライバ。
11. 請求項１０に記載のドライバによって駆動されるランプによって発される光を受け取る受信器であって、
    受け取られた前記光の輝度における輝度ディップを認識し、
    前記輝度ディップのタイミングに基づいて相互に等しい時間間隔を有する時間基準を再現し、
    個々の輝度ディップと再現された前記時間基準との間のタイミングの違いを計算し、
    計算された前記タイミングの違いに基づいて、送信された前記データを復号化するように設計されている受信器。
12. 請求項８に記載の方法を実行するドライバと協働する請求項１１に記載の受信器であって、転換時点の所定のパターンに対応する輝度ディップの所定のパターンに基づいて再現された前記時間基準を同期させるように設計されている受信器。
13. 請求項１０に記載の対応する複数のドライバによって駆動される複数のランプと請求項１１又は１２に記載の少なくとも１つの受信器とを有するシステムであって、各ドライバは、請求項９に記載の方法を実行し、前記受信器は、少なくとも１つのランプから光を受け取る及び復号化された識別コードに基づいて受け取られた前記光を発する前記ランプを識別するように設計されている、システム。

Images