JP5767228B2 - 符号化光の送信及び受信 - Google Patents

Description

本発明は、符号化照明システムに関する。特に、本発明は、符号化照明システムにおける光源への識別子の割り当て及び識別子の検出に関する方法及び装置に関する。

現在、光源は、多数の光源からなる照明システムにおいて適用されている。固体状態照明の導入以来、これらの光源のいくつかのパラメータは、光源のシステムにおいて変化及び制御され得る。このようなパラメータは、光強度、光の色、光の色温度及び光の方向さえも含む。様々異なる光源のこれらのパラメータを変化及び制御することによって、システムの照明設計者又はユーザは、照明シーンを生成することを可能にされる。この工程は、多くの場合、シーンセッティングと呼ばれ、そして、制御されるべき多数の光源及びパラメータが原因により、通常かなり複雑な工程である。通常、１つのコントローラ、すなわち制御チャネル、が各光源に対して必要とされる。このことは、１０個より多い光源のシステムを制御するのを困難にする。

光源のより直感的及び簡素な制御を可能にするために、及び、シーンを生成するために、照明器具の光出力において目に見えない識別子を埋め込むことが、以前から提案されている。このような識別子の埋め込みは、照明器具の可視光（ＶＬ）の固有の変調に基づき得る、又は、照明器具において追加的な赤外線（ＩＲ）光源を配置し且つ固有にこのＩＲ光を変調することにより得る。光における識別子の埋め込みは、符号化光（ＣＬ：coded light）として呼ばれ得る。

符号化光の送信に関しては、大抵の場合、妥当な高変調周波数及び帯域幅を可能にする発光ダイオード（ＬＥＤ）が検討される。このことは、制御システムの高速な応答をもたらし得る。しかし、識別子は、白熱灯、ハロゲン、蛍光体（ＦＬ）、及び高輝度放電（ＨＩＤ）ランプなどの、他の光源の光においても埋め込まれ得る。

符号とも呼ばれるこれらの光源識別子は、個別のローカル照明寄与の識別化及び強度推定を可能にする。このことは、試運転、光源選択、及びインタラクティブシーンセッティングなどの、照明制御応用例において適用され得る。これらの応用例は、例えば、家庭、オフィス、店舗及び病院などにおいての使用を含む。したがって、これらの光源識別子は、それがない場合に非常に複雑になり得るような照明システムの簡単で直感的な制御操作を可能にする。

ＬＥＤに基づく照明システムは、通常、例えば、数百などの、多数の空間的に分布されるＬＥＤからなる。このことは、部分的には、従来技術の単一のＬＥＤでは十分な照明を提供することが可能で無いこと、及び、ＬＥＤが点光源であること、が理由である。多数のＬＥＤ及び各ＬＥＤによって支えられ得る広範囲の照明レベルにより、このような照明システムの較正及び制御の複雑性は、かなり高い。従来技術によると、制限された数（例えば、100個まで）のみの光源が、符号化照明システムにおいて識別され得る。

本発明の目的の一つは、この課題を克服すること、及び、光源識別子の割り当て及び検出においての符号化照明システムにおける光源の数への依存性を軽減する方法、装置及びシステムの着想を提供することである。

概して、上述の目的は、添付の独立請求項に従う装置及び方法によって達成される。

第１の態様に従うと、上述の目的は、符号化照明システムにおける光源へ識別子を割り当てる方法であって、当該方法が、利用可能な周波数帯域をＮ個の非均一周波数領域へ分割するステップと、各光源に関して、前記非均一周波数領域のうちの１つにおける均一に間隔を空けられる周波数の一群から１つの固有の周波数を選択するステップと、を有し、前記固有の周波数が、前記各光源によって出力されるべき光を変調するために使用され、これにより、識別子を前記各光源へ割り当てる、方法により達成される。このことは、多数の固有の識別子が割り当てられるのを可能にする効率的な割り当て工程を提供する。これにより、固有の識別子を有する多数の光源が、照明システムにおいて使用され得る。概して、割り当て工程は、多重調波（multiple harmonics）が識別子の検出において使用され得るように、行われる。このことは、割り当てられる識別子に関する効率的な推定を可能にする。

前記均一に間隔を空けられる周波数間における間隔は、前記周波数領域のうちの異なる周波数領域間において相違し得る。このことは、柔軟な割り当て方法を提供する。

前記均一に間隔を空けられる周波数間における間隔は、高周波数領域に関してよりも低周波数領域に関して大きくあり得る。より大きい間隔はより正確な推定を可能にするので、このことは、非同等エラー堅牢性を可能にする割り当て工程を提供し得る。しかし、同等エラー堅牢性は、受信器に依存して達成され得る。

前記周波数帯域は、正規化周波数値０と１との間において、前記N個の周波数領域に分割され得る。１≦n≦N-1に関して、周波数領域nの幅は、正規化周波数値2/((n+1)(n+2))により与えられ得る。このような幅は、調波の幅に対応する。

１≦n≦N-1に関して、周波数領域nの下限は、正規化周波数値(n-1)/(n+1)により与えられ得る。このことは、順序付けられる調波に対応する各周波数領域を提供する。

出力されるべき光は、パルス幅変調に従い変調され得、前記パルス幅変調のデューティサイクルは、前記光源の前記固有の周波数及び調光のうちの少なくとも１つに依存し得る。このことは、識別子が、光源の変調方法と関連付けられることを提供する。

第２の態様に従うと、上述の目的は、符号化照明システムにおいて光源へ割り当てられる識別子を推定する方法であって、前記識別子は、上述の方法に従い割り当てられており、当該方法は、光を受信するステップと、利用可能な周波数帯域のN個の非均一周波数領域のうちの１つにおける均一に間隔を空けられる周波数の一群から選択される均一周波数を、周波数領域n（1≦n≦N-1）に関して、前記受信光の調波(n+1)に基づき前記固有の周波数を推定するステップ、及び、前記固有の周波数から前記識別子を決定するステップ、により決定するステップと、を有する方法により達成される。このことは、上記に従い割り当てられる識別子を推定するための効率的且つ低計算負荷の方法を提供する。

前記方法は、更に、前記受信光から、前記受信光の振幅を推定するステップを含み得る。前記方法は、更に、前記受信光から、前記受信光の位相を推定するステップを含み得る。振幅及び位相は、固有の周波数から識別子をより正確に決定するために使用され得る。

前記方法は、更に、前記振幅に基づき、前記光源の個別の照明寄与を決定するステップを含み得る。

前記方法は、更に、周波数領域n+1に関して前記固有の周波数を推定する前に、周波数領域nにおける一つの周波数を割り当てられる全推定信号を減算するステップを含み得る。このことは、識別子を推定する方法を提供する。概して、周波数領域nの調波は、周波数領域n+1の調波と相関化され得る。しかし、周波数領域n+1に関して前記固有の周波数を推定する前に、周波数領域nに関して全推定信号を減算することによって、周波数領域n+1の周波数を推定する場合に周波数領域nの調波の影響は、最小化される。したがって、最も控えめな計算負荷要件を必要とする一方でなお正確な推定結果を提供する推定工程が可能にされる。

第３の態様に従うと、上述の目的は、符号化照明システムにおける光源へ識別子を割り当てる光源ドライバであって、当該光源ドライバが、識別子を前記光源へ割り当てるように構成される処理ユニットであって、これにより、各光源に関して、前記識別子は、前記各光源によって出力されるべき光を変調するために使用されるべき固有の周波数を、利用可能な周波数帯域をＮ個の非均一周波数領域へ分割するステップと、前記非均一周波数領域のうちの１つにおける均一に間隔を空けられる周波数の一群から１つの固有の周波数を選択するステップと、を実行することによって、決定する処理ユニット、を含む光源ドライバにより達成される。

前記光源ドライバは、符号化照明システムにおける光源へ識別子を割り当てる方法の効率的な実施化を可能にする。

第４の態様に従うと、上述の目的は、符号化照明システムにおいて光源へ割り当てられる識別子を推定する受信器であって、当該受信器は、光受信器と、利用可能な周波数帯域のN個の非均一周波数領域のうちの１つにおける均一に間隔を空けられる周波数の一群から選択される均一周波数を、周波数領域n（1≦n≦N-1）に関して、前記光受信器によって受信される光の調波(n+1)に基づき前記固有の周波数を推定するステップ、及び、前記固有の周波数から前記識別子を決定するステップ、により決定するステップ、を実行するように構成される処理ユニットと、を有する受信器により達成される。

上記受信器は、符号化照明システムにおける光源へ識別子を割り当てる方法の効率的な実施化を可能にする。

本発明は、請求項に記載の構成の全ての可能な組み合わせに関連することを特記される。同様に、第１の態様の有利な点は、第２の態様、第３の態様、及び第４の態様に適用され得、逆も成立する。

図１は、実施例に従う照明システムである。 図２（ａ）は、実施例に従う光源である。 図２（ｂ）は、別の実施例に従う光源である。 図３は、実施例に従う受信器である。 図４は、実施例に従うフロー図である。 図５は、実施例に従うフロー図である。 図６は、パルス幅変調信号の例を示す。 図７は、異なる様々な調波に関する周波数領域の例示である。 図８は、連続的な反復工程を例示する。

以下の実施例は、この開示が詳細且つ完全であるように、且つ、本発明の範囲を当業者へ完全に伝達し得るように、例として提供される。同様の参照符号は、本文書を通して同様な要素を参照する。

図１は、参照符号１０２により概略的に示される少なくとも１つの光源を含む。光源１０２は、照明制御システムの一部であり得、したがって、照明システム１００は、符号化照明システムとして示され得る。「光源」という用語は、部屋における対象物を照らす目的に関する、部屋において光を提供するために使用される装置を意味することを特記されるべきである。このような光提供装置の例は、照明装置及び照明器具を含む。部屋は、この文脈において、通常、アパートの部屋、オフィスの部屋、ジムのホール、公共の場所における部屋、又は、通りの一部などの屋外環境の一部である。各光源１０２は、矢印１０６によって概略的に示されるように、光を発することが可能である。

多数の光源１０２及び各光源１０２によってサポートされ得る広範囲の照明レベルが原因により、このような照明システム１００を較正及び制御する複雑性は極めて高い。従来技術に従うと、制限された数の（例えば100個まで）光源１０２が、符号化光に基づく照明システム１００において識別され得る。この課題は、光源１０２の識別子の割り当て及び検出においての符号化照明システムにおける光源の数への依存性を軽減する、以下に開示される方法、装置及びシステムの着想により克服され得る。

発される光は、光源識別子を含む符号化光と関連付けられる変調部分を含む。光源へ識別子を割り当てる方法は、以下に開示される。発される光は、照明寄与と関連付けられる非変調部分も含み得る。各光源１０２は、ある数の照明セッティング、とりわけ、発される光の色、色温度、及び強度などの、光源の照明寄与に関する、照明セッティングと関連付けられ得る。一般的な用語において光源の照明寄与は、光源１０２によって発される光の時間平均出力として規定され得る。

照明システム１００は、更に、光源１０２によって発される光源識別子を含む符号化光などの光、及び照明システム１００の外の光源によって発される光、を検出及び受信するための機器１０４（又は受信器）を含む。

照明システム１００は、更に、光源１０２へ識別子を割り当てるための機器１１０（すなわち光源ドライバ）を含み得る。矢印１１２により概略的に示されるこのような構成を達成するために、光源ドライバ１１０は、ある数の機能性を実行するように構成され得る。これらの機能性は、以下に、図５のフロー図を参照にして説明され得る。光源ドライバ１１０は、中央コントローラの一部であり得る。光源ドライバ１１０は、処理ユニットを含み得る、又はその一部であり得る。例えば、光源ドライバ１１０の機能性は、光源１０２の製造において実装され得る。

図１を参照にすると、ユーザは、受信器１０４を用いることによって照明システム１００における光源１０２を選択及び制御することを望み得る。この目的のために、光源１０２は、可視光１０６を介して固有の識別子を発する。受信器１０４は、指し示す際に、異なる様々な光源の光寄与を区別し、関連する光源１０２を選択し得る（指向性工学的）光センサを有する。この光源１０２は、この場合、ZigBee等に基づく無線周波数リンク１０８などの、通信リンクを介して制御され得る。

代替的に、図１を参照すると、ユーザは、特定の位置で及び／又は所要な強度で及び／又は光の色で光を生成するために、照明システム１００における光源１０２を制御することを望み得る。この目的のために、光源１０２は、可視光１０６を介して固有の識別子を発する。受信器１０４は、光受信器を有し、その場における異なる様々な光源１０２の光寄与の大きさを区別し、且つ推定することが可能である。受信器１０４は、この場合、識別される光源１０２の所要な寄与を推定し得、図１において矢印１０８により示されるように新しい光セッティングを光源１０２へ伝達し得る。

図２（ａ）及び図２（ｂ）は、概略的に、上述の図１の光源１０２などの、光源２００ａ・２００ｂの機能ブロック図を例示する。光源２００ａ・２００ｂは、したがって、照明光及び符号化光を発するように構成され得、この場合、符号化光は、光源２００ａ・２００ｂの光源識別子を含む。光源２００ａ・２００ｂは、符号化光を発するエミッタ２０２を含む。エミッタ２０２は、１つ又は複数のＬＥＤを含み得るが、同様に、１つ又は複数のＦＬ又はＨＩＤ光源なども含み得る。赤外線の場合、通常、赤外線ＬＥＤが、一次光源の近傍に配置され得る。一次光源は、光源照明機能と関連付けられ（すなわち照明光を発することに関する）、そしていずれの光源でもあり得、そして二次光源は、光源識別子と関連付けられる（すなわち、符号化光を発することに関する）。好ましくは、この二次光源は、ＬＥＤである。光源２００ａ・２００ｂは、更に、修正された光源識別子を光源２００ａ・２００ｂへ割り当てるために、識別子などの情報を受信する受信器２０８を含む。受信器２０８は、符号化光を受信するように構成される受信器であり得る。受信器２０８は、赤外線光を受信する赤外線インターフェイスを含み得る。代替的に、受信器２０８は、無線送信情報を受信する無線受信器であり得る。更に代替的に、受信器２０８は、有線で送信される情報を受信するコネクタを含み得る。有線は、電源ラインケーブルであり得る。

光源２００ａ・２００ｂは、更に、中央処理ユニット（ＣＰＵ）などの処理ユニット２０４及びメモリ２０６などの他のコンポーネントを含み得る。図２（ｂ）において例示されるように、光源ドライバ１１０は、処理ユニット２０４の一部であり得る。代替的に、図２（ｂ）に例示されるように、光源２００ａは、光源ドライバを含まない。光源ドライバは、この場合、図１を参照して上述されるように、照明システム１００の一部であり得る。更に代替的に、光源２００ａ・２００ｂは、光源２００ａ・２００ｂの製造時に識別子を提供されてあり得る。図２（ａ）に例示されるように、光源ドライバ２１０は、動作可能に、受信器２０８、メモリ２０６及びエミッタ２０２へ接続され得る。光源ドライバ１１０は、受信器２０８から、光源２００への識別子の割り当てに関する情報を受信し得る。処理ユニット２０４などを活用することにより、光源ドライバ２１０は、符号化光の符号化を、エミッタ２０２により発される符号化光が識別子を含むように、変更し得る。このような割り当てを達成するために、光源ドライバ２１０は、ある数の機能性を実行するように構成され得る。これらの機能性は、図５のフロー図を参照にして以下に説明され得る。識別子及び符号パラメータなどの識別子に関する情報は、メモリ２０６に記憶され得る。したがって、光源ドライバを含まない図２（ａ）の光源２００ａの例において、光源２００ａは、受信器２０８によって受信され、メモリ２０６に記憶される、識別子及び符号パラメータに関する情報に基づき、新しい識別子を光源２００ａへ割り当て得る。

照明器具（図示されず）は、少なくとも1つの光源２００ａ・２００ｂを含み得、この場合、各光源は、個別の光源識別子を割り当てられ得る。好ましくは、この光源は、ＬＥＤに基づく光源である。

図６は、例示的な光源１及び２に関するパルス幅変調（ＰＷＭ）駆動信号の例を示す。ＰＷＭは、光源の光出力を調光する効率的な手法である。ＰＷＭ手法において、光源は、時間のある部分において定格電流レベルで駆動され（すなわち光を出力し）、残りの時間において駆動されない（すなわち、光を出力しない）。ＰＷＭ信号は、結果的に、反復されるパルスの列からなる。オンの比率は、多くの場合、デューティサイクルpとして示される。図６の上部分において、光源１に関するデューティサイクル（p₁として示される）は、光源２のデューティサイクル（p₂として示される）と同一である。より具体的には、p₁=p₂=0.5である。図２の下部分において、デューティサイクルは、p₁=p₂=0.25である。高いデューティサイクルを用いると、平均的により多くの電流が、光源へ伝達され、これにより、高い強度を有する光が光源から出力される。光源の光出力は、電流信号に緊密に追従し、図において示される信号に類似し得る。通常、ＰＷＭ信号の周波数は、光のオン及びオフが人間の視覚系には見えないように、数百ヘルツ(Hz)より大きい。図６における光源１に関して、ＰＷＭ信号の周波数は、f₁として示される。同様に、図６における光源２に関して、ＰＷＭ信号の周波数は、f₂として示される。この例示的な例において、f₁＜f₂である。

図６は、LEDが光源に関する符号化光識別子として作用する、ＰＷＭ信号の固有の周波数f_iを割り当てられ得ることを例示する。この固有の周波数は、光源から生じる光を個別に識別可能であるようにする。この符号化光の方法は、周波数分割多重化（ＦＤＭ）として示される。光出力はデューティサイクルによってのみレギュレートされるので、すなわち周波数によってではないので、このデューティサイクルを変動させることによって、光源は調光され得る。

本発明の実施例に従う受信器３００に関する機能的ブロック図は、図３に与えられる。受信器３００は、受信器３００の光受信器３０４により受信される光に基づき光源１０２へ割り当てられる識別子を推定するように構成され処理ユニットを含み、この処理ユニットは、参照符号３０２により概略的に例示される。このような検出を達成するために、処理ユニット３００は、ある数の機能性を実行するように構成される。これらの機能性は、図７のフロー図を参照にして以下に説明される。受信器３００は、更に、メモリ３０６及び送信器３０８を含む。メモリ３０６は、割り当てられる識別子を推定するために機能性に関する命令を記憶し得る。送信器３０８は、照明システム１００における光源１０２へ更新された識別子を伝達するために、使用され得る。

符号化照明システムにおける光源への識別子を割り当てる方法は、以下に、図４のフロー図を参照にして説明され得る。開示される方法は、ＦＤＭの文脈において表される。

利用可能な周波数帯域は、ステップ４０２において、N個の非均一な（非重複）周波数領域へ分割される。したがって、利用可能な周波数帯域は、利用可能な帯域幅によって規定され得る。利用可能な帯域は、下限周波数と上限周波数との間で規定される。周波数帯域をN個の（非重複）周波数領域へ分割することによって、全Ｎ番目の調波までの周波数領域は、受信器３００における検出及び推定において使用され得る。下限周波数は、周波数値0を含み得る。しかし、ＶＬ符号化光に関して、通常、低い方の周波数は、可視性を防ぐために、100Hzより高くあり得る。高い方の周波数は、光源ドライバ１１０・２１０の帯域幅及び光源の特性によって制限され、通常、1〜10MHｚのオーダである。最下限周波数領域の下限周波数及び上限周波数に関する実用的な値は、それぞれ2kHz及び4kHzである。光源は、N個の（非重複）グループへも対応して分割され得る。

概して、各非均一周波数領域の周波数は、周波数領域ごとに異なり得る。すなわち、周波数領域は、特定の幅に関連付けられ得る。一般性を失うこと無く説明を簡素化するために、以下において、正規化周波数値が仮定され得る。より具体的には、（正規化）下限周波数値は、値0を取るように仮定され得、（正規化）上限周波数値は、値1を取るように仮定され得る。

更に、非均一周波数領域の幅は、高周波数領域の幅よりも低周波数領域に関して大きくあり得る。すなわち、周波数領域は、特定の順序に関連付けられ得る。より更に同様に、非均一周波数領域の幅は、その非均一周波数領域における周波数の内容が増加するに連れて減少し得る。すなわち、周波数領域は、特定の幅及び順序と関連付けられ得る。具体的には、周波数領域nの幅（ここで、1≦n≦N-1）は、正規化周波数値2/((n+1)(n+2))により与えられ得る。周波数領域Nの幅は、この場合に関して、2/(N+1)により与えられる。具体的には、周波数領域nに関する下限は、1≦n≦N-1に関して、正規化周波数値(n-1)/(n+1)により与えられ得る。周波数領域Nの幅が2/(N+1)により与えられ得、（正規化）全利用可能な帯域の幅が1であるので、周波数領域Nに関する下限は、1-2/(N+1)により与えられ得る。

各光源に関する固有の周波数は、この場合、ステップ４０４において、非均一周波数領域のうちの１つにおける一群の均一に間隔を空けられる周波数から選択される。すなわち、周波数は、各周波数領域内において均一に間隔を空けられる。しかし、均一に間隔を空けられる周波数間の間隔は、周波数領域のうちの異なるものの間において相違し得る。具体的には、均一な周波数間隔の間の間隔は、高周波数領域に関してよりも低周波数領域に関して大きくあり得る。

概して、各非均一周波数領域の周波数の数は、周波数領域ごとに相違し得る。具体的には、L_nにより、領域nにおける均一に間隔を空けられる周波数の数を示す。L_n及びL_n+1の間の比率は、L_n/L_n+1=(2+n)/(1+n)として与えられ得る。したがって、領域nにおける均一に間隔を空けられる周波数の数が与えられるので、領域n+1における均一に間隔を空けられる周波数の数は見つけられ得、逆もそうである。具体的には、領域1において均一に間隔を空けられる周波数値L₁の数に関する値を規定することによって、残りのN-1個の領域に関する均一に間隔を空けられる周波数値の数も見つけられ得る。通常、各領域は、数百までの均一に間隔を空けられる周波数値を含み得る。

この場合、固有の周波数は、各光源によって出力されるべき光を変調するために使用される。これにより、識別子は、ステップ４０６において、各光源へ割り当てられ得る。光源により発されるべき光は、パルス幅変調に従い変調され得る。パルス幅変調のデューティサイクルは、各光源へ割り当てられるべき識別子と関連付けられる固有の周波数に依存し得る。p_iにより、周波数領域nにおける光源iのデューティサイクルを示し、ここで1≦n≦N-1である。この場合、sin(π(n+1)p_i)≠0であることが必要とされ得る。グループNに関して、sin(πNp_i)≠0ということが必要とされ得る。これらの条件に関する1つの理由は、信号の(n+1)番目の調波に基づきn番目のグループの識別子を検出することが望ましいことであり得る。しかし、sin(π(n+1)p_i)＝0に関して、(n+1)番目の調波における供給源iの寄与は0である。結果的に、検出は不可能であり得る。例えば、グループ１におけるいずれかの光源のデューティサイクルは、1/2に等しくあるべきでなく、その理由は、このことが、振幅が0に等しい第2の調波を生じさせ得るからである。このことは、推定を可能にさせない。

しかし、光源p_iのデューティサイクルが許されない値であるように設定されることが必要とされる場合、デューティサイクルは、小さい値δ_pにより調整され得る。この場合、周波数領域n（1≦n≦N-1）における光源iのデューティサイクルp_iは、|(sin(π(n+1)p_i))/(π(n+1))|>δ_pであるように、p_i+δ_pに調整され得る。同様に、周波数帯域Nに関して、周波数帯域Nにおける光源iのデューティサイクルp_iは、|(sin(πNp_i))/(πN)|>δ_pであるように、p_i+δ_pへ調整され得る。δ_pの典型的な値は、δ_p≒0.001である。

光源によって発されるべき光は、光源の相対的光強度に対応する調光レベルとも関連付けられ得る。パルス幅変調のデューティサイクルは、光源の調光レベルに依存し得る。

図７は、受信器により受信される光の異なる様々な調波の周波数領域を示す。周波数領域は重複していることが確認され得る。例えば、第3の調波範囲は、第2の調波範囲に部分的に重複している。この重複の性質は、異なる様々な光源からの信号は相関化されることを示す。したがって、これらの調波を利用する光源の識別子の推定量（estimator）はこの相関化を問題とし、したがって推定性能は制限され得る。更に、異なる様々な光源間の相関化は、位相及び周波数などの未知のパラメータに依存するものであり得る。

したがって、良好に機能する推定量を生成するのは一筋縄では無い。図７を更に注視すると、第２の調波範囲の（おおよその）最初の半分において何の周波数の重複もないことが示される。このことは、第２の調波範囲の最初の半分において、他の光源の他の調波からの何の干渉も無いことを意味する。言い換えると、推定量は、他の識別子の影響を検討することなく、この調波のみに基づいてこの周波数領域において展開され得る。このことを、我々は、個別の推定量と呼ぶ。加えて、異なる様々な光源からの第２の調波間における周波数分離が2/Tであるように設定される限りは（ここで、Tは受信器の応答時間）、例えばフィルタバンクなどに基づき、三角窓関数を用いて、個別の推定量が使用され得る。同等に、基本周波数間の周波数分離は、1/Tである。したがって、第２の調波の仕様を通じて、光源は、基本周波数に基づき検出を適用するシステムと比較して、２の因数によってより近くに詰められる。更に、最初の半分における光源の第４の調波が、対応する第２の調波から推定され得る場合、これらの第４の調波信号は、全受信光信号から減算され得、そして第３の調波周波数の特定の一部は、周波数重複からは解放され得る。

周波数が基本周波数における調波において更に話されて間隔を空けられるので、多重の調波が検討され得、これにより、周波数識別子のパラメータが区別され且つ正確に推定され得るようにされる。推定工程は、以下の一般原理に基づく。周波数領域1における光源のパラメータは、（図７の上部分に例示されるように）第２の調波の使用により推定され得る。全ての調波を含む、全受信光信号は、この場合、全受信信号から減算され得る。この後において、推定工程は、第３の調波を使用して、光源の第２のグループにおける光源に関する識別子の推定で継続し得る。第１グループに関する周波数領域の幅は、したがって、第３及び第２の調波範囲間の重複が、図７における暗い領域により例示されるように、除去され得るように決定され得る。図７の例示される例において、第１周波数領域は、全周波数帯域の約最初の三分の一を占める。同様に、全周波数帯域の約三分の一から約半分への周波数領域、すなわち全スペクトルの約1/6は、第２のグループへ割り当てられる。第２のグループにおける光源信号のパラメータは、第３の調波(図７の下部分に例示されるように)に基づき推定され得る。この場合、後の続く光源の信号のパラメータは、少なくとも１つの第４の調波に基づき推定され得る。この工程は全てのN個のグループへまで体系的に拡張され得る。

符号化照明システムにおける光源へ割り当てられる識別子を推定する方法は、以下に、図５のフロー図を参照にして説明され得る。

ステップ５０１において、光は、受信器１０４・３００により受信される。利用可能な周波数帯域のうちのN個の非均一周波数領域のうちの１つにおける一群の均一に間隔を空けられる周波数から選択される固有の周波数は、ステップ５０２において、推定される。このステップは、ある数のサブステップを有する。各周波数領域nに関して（1≦n≦N-1）、固有の周波数は、ステップ５０４において、受信光の調波(n+1)に基づき推定される。正確な周波数の推定は、光源ドライバ２０４において発生する周波数オフセットが原因により、必要とされ得る。これらは、例えば、光源ドライバ２０４のコンポーネントにおける非同一性などにより引き起こされ得る。概して、受信光信号、又は照明寄与の推定、は、連続的に実行されると言及され得る。n=1から開始しn=N-1まで、グループnにおける周波数、振幅及び／又は位相などのある数のパラメータは、受信光信号の調波(n+1)に基づき推定され得る。n=Nに関して、グループNにおける各光源のパラメータは、調波Nに基づき推定され得る。識別子は、ステップ５０６において、固有の周波数から決定される。

周波数領域nにおいて一つの周波数を割り当てられている全推定信号は、周波数領域n+1に関する固有の周波数を推定する前に減算され得る。この反復工程は、図８において例示される。具体的には、周波数領域nにおける各固有の周波数は、周波数領域nにおける各識別子iに関して、近隣の周波数で推定された調波(n+1)を減算することによって推定され得る。

固有の周波数は、ステップ５０８において、(n+1)fから所定の距離内にある周波数ピークを位置特定することによって再推定され得、ここで、fは、固有周波数の以前の推定である。

上記において、連続的な推定量が使用される。推定量の各ステップにおいて、グループnにおける光源の信号パラメータは、調波のうちの１つにおいて推定され、その後、光源信号の全ての調波は、全受信信号から減算される。このような減算を行うために、全ての信号パラメータは、高精度で推定される必要があり得る。このセクションにおいて、我々は、いかにしてこのようなコンポーネントパラメータ推定量のそれぞれが作用するかを説明する。

周波数領域n（1≦n≦N-1）を検討してみる。1からn-1までの以前のグループからの信号は、上記のように減算されている。n番目のグループにおける光源の(n+1)番目の調波内における、F_n(f)により記される周波数スペクトルのみが、検討される必要がある。このために、減算後に、生じる信号へフィルタが適用され得る。初期ステップにおいて、各光源の推定される周波数

は、周波数オフセットのない理想的な周波数

に等しいと仮定される。この場合、受信信号のフーリエ変換F( )が決定され、

が考慮される。

更に、受信光の振幅は、ステップ５１０において推定され得る。受信光の位相も、ステップ５１２において推定され得る。振幅に関する推定値は、

であり、ここで、b_i,nはn番目の調波の大きさであり、(n+1)番目の位相は、

である。この推定量は、基本的には、提案された受信器を実施化(実行)する個別の推定量である。

提案される推定工程の実行を改善させるために、以下の対処法を用いて拡張することが可能であり得る。この対処法は、以下の反復がN_I回にわたり実行され得る反復アルゴリズムの使用を検討する。

各反復において、以下のステップは、i=1からL_nまで実行され得る。各i番目の光源に関して、光源の推定される(n+1)番目の調波信号は、近隣の光源を用いて減算される。具体的には、|j-i|<L_neighborであるjに関して、j番目の光源の(n+1)番目の調波スペクトル

は、

及び

に基づき再構築され得る。この場合、

が得られ得る。

のピークは位置特定され、対応する周波数は、更新された

である。この場合、

は更新され得、

である。高速フーリエ変換が使用される場合、

のみが、離散周波数ビンにおいて値を取る。この場合、周波数のピークは、以下の補間工程を通じて位置特定され得る。

２つの周波数ビンf₁及びf₂は、

及び

が、値に最も近くある値であるように、すなわち、εmax

であるように、位置特定され得、この場合、max

は、全ての周波数ビンから推定され、且つ0＜ε＜0は一定である。このことは、エッジを検出するために使用され得る。εの典型的な値は、ε=0.8である。この場合、

＝(f₁+f₂)/2である。

位相はより高い調波で推定されるので、位相の不明瞭性は、対応するより低い調波及び基本周波数に関して発生し得る。位相不明瞭性は、以下のようにして解消され得る。n番目のグループにおける各iに関して

を用いると、

は、それでもなお決定され得ないが、その理由は、位相不明瞭性が原因によりn+1個の可能な候補位相が存在するからである。推定

は、他の調波信号を再構築するために使用され得、これにより、連続的な周波数領域の信号パラメータは、推定され得る。位相不明瞭性は、n番目のグループのn番目の調波範囲を用いることによって解決され得る。

、

及び

に基づいて、

、

及び

に関する候補位相の全ての可能な組合わせが列挙され得る。この場合、この組合わせのそれぞれに関して、

、

、

、

、

及び

を用いて、

前後のスペクトルは、再構築され得る。

前後のスペクトルは、この周波数領域における以前のグループによりスペクトルを減算することによっても得られ得る。これら２つの推定されるスペクトルは、比較され得る。２つのスペクトルのうちの最良の一致を与える組合わせから、i番目の光源に関する候補位相は、更新された

として決定され得る。

振幅

(の推定)は、ステップ５１４において、光源の個別の照明寄与を決定するために使用され得る。各光源の調波(n+1)の位相から、基本周波数コンポーネントに関する(n+1)個の候補位相、及びしたがって調波nに関する(n+1)個の候補位相が得られ得る。各光源に関する候補位相は、ある規準に従い選択され得る。この規準は、調波nの再構築される信号が受信信号に最も一致するべきことを特定する。最良の一致は、距離規準によって規定され得る。

更に、上述のステップは、各周波数領域における最初から最後の光源まで（すなわち、周波数領域nにおける最低周波数に関連付けられる光源から、周波数領域nにおける最高周波数に関連付けられる光源へまで）反復的に繰り返され得る。更に、反復ステップは、推定結果を向上させるためにある数の回数繰り返され得る。推定の数は、所定の数によって与えられ得る、又は、推定は、２つの連続する反復からの結果の相違が所定のしきい値より少なくなるまで、継続し得る。

当業者は、本発明が上述の好ましい実施例に全くもって制限されないことを理解する。対称的に、多くの修正態様及び変更態様が、添付の請求項の範囲内において可能である。

Claims (15)

1. 符号化照明システムにおける光源から発せられる光に識別子を含ませる方法であって、当該方法が、
   利用可能な周波数帯域をＮ個の非均一周波数領域へ分割するステップと、
   各光源に関して、前記非均一周波数領域のうちの１つにおいて均一に間隔を空けられた周波数の一群から１つの固有の周波数を選択するステップと、
   前記固有の周波数を、前記各光源によって出力されるべき光を変調するために使用するステップと、
   を有する方法。
2. 請求項１に記載の方法であって、一の非均一周波数領域における前記均一な間隔は、他の非均一周波数領域における前記均一な間隔と異なる、方法。
3. 請求項１に記載の方法であって、一の非均一周波数領域における前記均一な間隔は、前記一の非均一周波数領域よりも高い周波数領域における均一な間隔に比して大きい、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、前記非均一周波数領域の幅は、高周波数領域に関してよりも低周波数領域に関して大きい、方法。
5. 請求項１乃至３のいずれか一項に記載の方法であって、前記周波数帯域は、正規化周波数値０と１との間において、前記N個の周波数領域に分割され、１≦n≦N-1に関して、周波数領域nの幅は、正規化周波数値2/((n+1)(n+2))により与えられる、方法。
6. 請求項１乃至３のいずれか一項に記載の方法であって、前記周波数帯域は、正規化周波数値０と１との間において、前記N個の周波数領域に分割され、１≦n≦N-1に関して、周波数領域nの下限は、正規化周波数値(n-1)/(n+1)により与えられる、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、周波数領域nにおけるL₁個の均一に間隔を空けられる周波数と、周波数領域n+1におけるL₂個の均一に間隔を空けられる周波数と、の間の比率は、L₁/L₂=(2+n)/(1+n)である、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、出力されるべき光は、パルス幅変調に従い変調され、前記パルス幅変調のデューティサイクルは、前記光源の前記固有の周波数及び調光のうちの少なくとも１つに依存する、方法。
9. 請求項８に記載の方法であって、周波数領域nにおける光源iのデューティサイクルpiは、sin(π(n+1)p_i)≠0であるように設定され、1≦n≦N-1である、方法。
10. 符号化照明システムにおける光源から発せられる光に含まれる識別子を推定する方法であって、前記識別子は、請求項１乃至９のいずれか一項に記載の方法に従い割り当てられており、当該方法は、
    光を受信するステップと、
    利用可能な周波数帯域をＮ個に分割した非均一周波数領域のうちの１つにおいて均一に間隔を空けられた周波数の一群から選択される周波数を、周波数領域n（1≦n≦N-1）に関して、
    前記受信光の高調波に基づき前記固有の周波数を推定するステップ、及び、
    前記固有の周波数から前記識別子を決定するステップ、
    により決定するステップと、
    を有する方法。
11. 請求項１０に記載の方法であって、更に、前記受信光から、前記受信光の振幅及び位相のうちの少なくとも１つを推定するステップを含む、方法。
12. 請求項１１に記載の方法であって、更に、前記振幅に基づき、前記光源の個別の照明寄与を決定するステップを含む、方法。
13. 請求項１０乃至１２のいずれか一項に記載の方法であって、更に、周波数領域n+1に関して前記固有の周波数を推定する前に、周波数領域nにおける周波数を割り当てられる全推定信号を減算するステップを含む、方法。
14. 符号化照明システムにおける光源から発せられる光に識別子を含ませる光源ドライバであって、当該光源ドライバが、請求項１記載の方法を実行する処理ユニット、
    を含む光源ドライバ。
15. 符号化照明システムにおける光源から発せられる光に含まれる識別子を推定する受信器であって、前記識別子は、請求項１乃至９のいずれか一項に記載の方法に従い割り当てられており、当該受信器は、
    光受信器と、
    利用可能な周波数帯域をＮ個に分割した非均一周波数領域のうちの１つにおいて均一に間隔を空けられた周波数の一群から選択される周波数を、周波数領域n（1≦n≦N-1）に関して、
    前記光受信器によって受信される光の高調波に基づき前記固有の周波数を推定するステップ、及び、
    前記固有の周波数から前記識別子を決定するステップ、
    により決定するステップ、
    を実行するように構成される処理ユニットと、
    を有する受信器。

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