(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
照明システムであって、
複数の光源であって、当該光源から発される光に光源識別コードを含ませるように構成される符号化器を備えられる複数の光源と、
前記光源から発されて他の物体を照らす前記光の照明スポットの画像を記録するように構成されるカメラと、
記録される画像から前記光源識別コードを導出するように構成される信号処理器と、
を有する照明システムにおいて、
前記符号化器は、速いコードを含むために所定の高レベルより上の周波数で、及び、低速コードを含むために所定の低レベルより下の周波数で、発される前記光を変調するように構成されることを特徴とする、
照明システム。
【請求項２】
請求項１に記載の照明システムであって、前記高レベルは100Hzであって、前記低レベルは10Hzである、照明システム。
【請求項３】
請求項１に記載の照明システムであって、関連付けられる前記光源に関連される前記速いコード及び少なくとも１つの発光特性を検出するように構成される光センサを含み、当該照明システムとのユーザの迅速な相互作用を可能にする遠隔制御装置を更に含む、照明システム。
【請求項４】
請求項１に記載の照明システムであって、前記低速コードの変調は、人間の目には不可視である一方で前記カメラに対して検出可能であるようにさせる所定の変調度の範囲にあるように構成される、照明システム。
【請求項５】
請求項１に記載の照明システムであって、少なくとも４つの光源が光モジュールに含まれ、これらの光源のそれぞれは原色を発するように構成され、前記光モジュールは、所望な強度及び色点で光を発するように構成され、更に、前記符号化器は、前記強度及び色点に対する前記原色の各寄与度に基づいて前記低速コードを生成するように構成される、照明システム。
【請求項６】
請求項１に記載の照明システムであって、前記符号化器は、前記高速コード及び前記低速コードを、拡散スペクトル技術を用いて実行するように構成される、照明システム。
【請求項７】
複数の光源であって、当該光源から発される光に光源識別コードを含ませるように構成される符号化器を備えられる複数の光源、
を含む請求項１乃至６のいずれか１項に記載の照明システムに用いられる光モジュールにおいて、
前記符号化器は、高速コードを含むために所定の高レベルより上の周波数で、及び、低速コードを含むために所定の低レベルより下の周波数で、発される前記光を変調するように構成されることを特徴とする、
光モジュール。
【請求項８】
請求項７に記載の光モジュールであって、前記高レベルは100Hzであって、前記低レベルは10Hzである、光モジュール。
【請求項９】
構造物における照明システムから生じる光を処理する方法であって、前記照明システムは複数の光源を含み、
照明スポットを形成する光を発するために前記光源を駆動させるステップと、
発される前記光において光源識別コードを埋め込むステップと、
前記光源から発されて他の物体を照らす前記照明スポットを記録させるカメラを前記構造体に配置させるステップと、
記録される前記画像から前記光源識別コードを導出するステップと、
を含む方法において、
高速コードとして所定の高レベルより上の周波数で、及び、低速コードとして所定の低レベルより下の周波数で、前記発される光に前記光源識別コードを埋め込むステップ、
を含むことを特徴とする、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光を処理する照明システム及び方法に関する。このようなシステム及び方法は、照明支援環境の生成及びシステムの光源の光効果試運転において特に有用である。
【背景技術】
【０００２】
例えば部屋又はその一部、ロビー及び車両などの構造物において光を処理するための（例えば、欧州特許出願書類第07112664.3号などに記載の）このようなシステム及び方法は、通常、構造物においていくつかの光源の配置を含む。光源は、光源を識別する個別のコードを担持する光を発する。構造物におけるカメラ位置にカメラを配置すること、及び、光のスポットの画像を記録することは、個別のコードの識別により、どの光源が照明パターンに寄与するかを可能にする。スポットは、例えば、床、壁又は天井に照らされる領域であり得る。画像は、光源の直接光画像をも含み得る。信号処理装置は、記録された画像から個別のコードを導出することに加えて、関連付けられる光源に関しての１つ以上の特性（例えば、光源位置、光強度、又は色点など）をも決定し得る。システム及び方法の通常の応用例は、光効果試運転及びリアルタイム・フットプリント測定である。
【０００３】
光源識別コードを組み込むのに必要な光変調は、通常、（人間の目に不可視であるのと同時にデータ転送に関して広帯域幅を可能にする）1000Hzより十分高いので、既知のシステムは、照明システムにおける異なる光のコード及び結果としてフットプリントを区別するために、ハイスピードカメラを組み込む必要がある。このことは、高費用な解決法を生じさせる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、簡素な低コストのカメラシステムの使用を可能にさせる一方で、埋め込まれるコードが人間の目に不可視であるのと同時にデータ転送に関して十分な広帯域幅をなお維持する、上述の種類の光を処理する照明システム及び方法を提供する目的を有する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この目的は、請求項１に記載の本発明の第１の態様に従う照明システムを用いて達成される。照明システムは、複数の光源であって、当該光源から発される光に光源識別コードを含ませるように構成される符号化器を備えられる複数の光源と、前記光源から発される前記光の照明スポットの画像を記録するように構成されるカメラと、記録される画像から前記光源識別コードを導出するように構成される信号処理器と、を有し、当該照明システムは、前記符号化器は、高速コードを含むために所定の高レベルより上の周波数で、及び、低速コードを含むために所定の低レベルより下の周波数で、発される前記光を変調するように構成されることを特徴とする。本発明は、光源の光効果試運転及びフットプリントの決定に関して安い低速カメラシステムの使用を有利に可能にする照明システムを提供する。
【０００６】
ある実施例において、前記高レベルは100Hzであって、前記低レベルは10Hzである。有利には、このことは、光モジュールが、人間の目に対して実用的には不可視であるようにさせる。この値は、人間の目の時間的感度が高度に非線形であるという洞察に基づく。100−500luxの通常の照明レベルにおいて、光フラッシュの長さ（すなわち、コードスイッチング周波数の逆数）の関数としての人間の目の感度は、0.01sより下（100Hzより上）の非常に低い感度を示す。このことは、高速コードが不可視であることを可能にする。更に、目の感度は、0.1sより上（10Hzより下）のパルス持続時間に関して急速に低下し、低感度の長いパルステールへレベルが低下する。したがって、長いパルステールは０へと低下しないので、人間の視覚系は、十分に小さい振幅で発される光における低速コードの組み込みがカメラに対して可視であるようにさせる一方で、人間の目に対しては不可視であるようにさせる。低コストの低速カメラシステムは、通常、フットプリント画像における低速コードの検出に関して優れて適している、25〜50フレーム/sのフレームレートを有する。
【０００７】
ある実施例に従うと、当該照明システムとのユーザの迅速な相互作用を可能にする、前記高速コード及び関連付けられる前記光源に関連される少なくとも１つの発光特性を検出するように構成される光センサを含む遠隔制御装置を更に含む。
【０００８】
ある実施例において、前記低速コードの変調は、人間の目には不可視である一方で前記カメラに対して検出可能であるようにさせる所定の深さ範囲にあるように構成される。
【０００９】
ある実施例において、少なくとも４つの光源が光モジュールに含まれ、これらの光源のそれぞれは原色を発するように構成され、前記光モジュールは、所望な強度及び色点(xyY)で光を発するように構成され、更に、前記符号化器は、前記強度及び色点(xyY)に対する前記原色の相対的寄与において変調として前記低速コードを実行するように構成される。有利には、人間の目は、この変調スキームに従い論理「１」及び「０」の(i)強度(Y)及び(ii)色点(xy)におけるいかなる差も見え得ない。言い換えると、何のフリッカも観察されない。更には、コーディング／データがxyY点に対する原色の相対寄与に埋め込まれるので、異なる光モジュールの照明フットプリントを記録するために色感知カメラを使用する必要はない（単純な白・黒カメラで十分である）。唯一の要件は、論理「１」及び論理「０」が異なる出力レベルを生じるように、カメラ／センサがVλとは異なる波長依存応答を有することである。このことは、通常のカメラ及び光センサに関する場合に当てはまる。色カメラ／センサが使用される場合、追加的に、フットプリントの色が測定され得る。
【００１０】
本発明のある実施例において、前記符号化器20は、前記高速コード及び前記低速コードを、拡散スペクトル技術を用いて実行するように構成される。有利には、このことは、高速及び低速コードが２つの間において不利益な干渉なしに検出されることを可能にする。
【００１１】
第２の態様に従うと、本発明は、光モジュールであって、複数の光源であって、当該光源から発される光に光源識別コードを含ませるように構成される符号化器を備えられる複数の光源、を含む光モジュールにおいて、前記符号化器は、高速コードを含むために所定の高レベルより上の周波数で、及び、低速コードを含むために所定の低レベルより下の周波数で、発される前記光を変調するように構成されることを特徴とする光モジュールを提供する。
【００１２】
第３の態様に従うと、本発明は、構造物における照明システムから生じる光を処理する方法であって、前記照明システムは複数の光源を含み、(i)照明スポットを形成する光を発するために前記光源を駆動させるステップと、(ii)発される前記光において光源識別コードを埋め込むステップと、(iii)前記構造体において、前記照明スポットを記録させるカメラを配置させるステップと、(iv)記録される前記画像から前記光源識別コードを導出するステップと、(v)高速コードとして所定の高レベルより上の周波数で、及び、低速コードとして所定の低レベルより下の周波数で、前記発される光に前記光源識別コードを埋め込むステップと、を含む方法を提供する。
【００１３】
本発明のこれら及び他の態様は、以下に説明される実施例から明らかであり、これらを参照にして説明される。
【００１４】
本発明の更なる詳細、構成及び有利な点は、図面と関連させて例示的及び好ましい実施例の以下の説明において開示される。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、構造物に導入される照明システムの実施例を示す。
【図２】図２は、光源から発される光における高速コード及び低速コードの生成に関する符号化器の実施例を示す。
【図３】図３は、照明システムの実施例を示す。
【図４】図４は、光源によって発される光に高速コードを埋め込む変調スキームを示す。
【図５】図５は、光源によって発される光に低速コードを埋め込む変調スキームを示す。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図１は、照明システムが導入される、構造物２００（この場合部屋）を示す。照明システムは、複数の光源１０であって、当該光源から発される光に光源識別コードを含ませるように構成される符号化器（図２の２０参照）を備えられる複数の光源１０を含む。光源は、例えば、高／低圧ガス放電バルブ、無機／有機ＬＥＤ、又はレーザダイオードであり得る。可能な場合、いくつかの光源１０は、光モジュール３０に組み合わせられ得る。照明システムは、更に、構造物２００に配置され、光源１０から発される光の照明スポット１１の画像を記録させるように構成されるカメラ４０を含む。カメラ４０又は照明システム１００のマスタ制御器（図３の１１０参照）などに組み込まれる信号処理器１１１は、記録される画像から光源識別コードを導出するように構成される。光源識別コードの決定を通じて、光源１０をその照明スポット１１と相関化させることは可能である。光効果試運転としても知られる、この相関化をすることにより、ユーザが、光センサ５１を含む遠隔制御装置５０を用いて直感的に照明環境を生成することを可能にさせる。遠隔制御装置は、無線ＲＦリンクなどを介してシステムと相互作用する。
【００１７】
符号化器２０（図２）は、３つの要素を含む光源１０へ駆動信号を提供するように構成される。符号化器２０は、(i)所望な照明を生成する光信号生成器２１と、(ii)光源１０から発される光を、高速コード１２を含むために所定の高レベルより上の周波数で変調する高速コード信号生成器２２と、(iii)低速コード１３を含むために所定の低レベルより下の周波数で変調する低速コード信号生成器２３と、を含む。好ましくは、高速コード１２は、100Hzより上の周波数でクロックされ、低速コード１３は10Hzより下でクロックされる。全ての3つの信号は、合成器２５で合成され、光源１０の駆動装置（図示されず）へ供給される。
【００１８】
ある実施例において、マスタ制御器１１０は、信号処理器１１１、同期化ユニット１１２、及び制御ユニット１１３（図３）を含む。この実施例において、照明システムは、完全に同期化される、すなわち、光源１０（符号化器２０を介して）及びカメラ４０は全て、同期化ユニット１１２、本質的には参照周波数生成器、へ接続され及び、同期化ユニット１１２によって同期化される。より具体的には、符号化器２０における高速コード信号生成器２２及び低速コード信号生成器２３が、同期化ユニット１１２と接続される。符号化器によるコード信号の実行は、以下に説明される。制御ユニット１１３は、例えば、強度及び／又は色などに関して、光源１０の光出力を制御するための光信号生成器２１へ接続される。
【００１９】
代替的な実施例において、照明システム１００は、非同期的に動作する。上述のように、ある時点で単一の光源から発される光を検出することが可能であるために、異なる光源１０からの光の放射を時間的に分離することが、しばし望ましくあった。しかし、光源識別コードの使用により、光源の時間的な同期に関する必要性はない。代わりに、光源１０は、識別コードを非同期的に埋め込む非同期モードで動作し得る。
【００２０】
有利には、光源１０及びその照明フットプリント11の光効果試運転は、低コストのカメラ４０と組み合わせて低速コード１３を使用する。光効果試運転は、構造物２００における照明システム１００の導入の後の（又は、構造物２００内の、カップボード、いす、テーブル、又は光源などのオブジェクトを再配置する構造物の改装の後の）初期化ステップにおいてのみ実行される必要があることは明らかである。したがって、ユーザは、例えば、遠隔制御装置５０などを使用して、低速コードを埋め込む照明システム１００をオン又はオフにトグルし得る。光効果試運転が実行されると、ユーザは、（照明フットプリントと光源を相関化する光効果試運転データは、制御ユニット１１３などに含まれるシステムにおけるメモリ装置に記憶されそこから取得され得る）遠隔制御装置５０を用いて所望な照明環境、及び光源１０から発される光に埋め込まれる高速コード１２を生成し得る。遠隔制御装置に含まれる光センサ５１は、光源１０に関連される高速コード及び少なくとも１つの発光特性（強度、及び色点など）を検出することを可能にする。照明システム１００の遠隔制御装置５０及びマスタ制御器１１０間の無線リンクを通じて、ユーザは、システムに所望な照明を提供するように要求し得、照明の発光特性を制御し得、所望な発光特性からのいずれかのずれをも補正するために、システムへフィードバック信号を提供し得る。
【００２１】
適切な設定なしに発される光に高速コード１２及び低速コード１３を同時に埋め込むことは、所望な照明環境を実現することに関して有害であるような、２つのコーディング信号間における干渉を生じさせる。ある実施例において、高速及び低速コード１２・１３は、拡散スペクトル技術を用いて実施化される。このような技術は、「符号分割多重化アクセス」（ＣＤＭ又はＣＤＭＡ）として知られている。固有のコードが、各光源１０へ、又は１つ以上の光源の各群へ、割り当てられる。コードは、直交である、すなわち、コードの自己相関化の値は、２つの異なるコードの交差相関の値よりも相当高くなければならない。カメラ４０又は光センサ５１などの感知装置は、その後、異なる光源１０による変調光の同時的な送信の間を区別することが可能であり、これにより、感知装置は、これらの送信のそれぞれを識別し得るようにされる。更に、感知装置は、識別された光源１０から受信される変調光の発光特性（強度、色点など）を測定し得る。変調光の各感知された放射に関して、感知装置は、発する光源１０の識別子及び測定された発光特性の値を含むデータをマスタ制御器１１０へ転送する。マスタ制御器は、このようなデータを取得すると、光源１０を制御することが可能であり、感知装置の周囲の領域における所望な光効果を充足させるために発される光の強度又は色点を変更する。
【００２２】
図４は、高速コード１２を用いて光源１０によって発される光を変調する拡散スペクトル変調技術を説明する時間図を示す。光源は発される光が変調され得る最大周波数を有するので、最大周波数の逆数は、最小変調間隔を規定する。最小変調間隔より大きい周期時間を有するパルスを提供するクロック信号が生成される。この場合、クロック周期時間は、期間T1であると仮定される。各周期T2において、データビットは、パルス幅変調（ＰＷＭ）などを用いて送信される。この変調スキームを用いて、照明パルスは、論理「１」が送信される場合に、論理「０」が送信される場合の照明パルスに対して延長され（パルスの灰色部分を参照）。期間T3において、光源１０を識別する完全コード（この場合、コード「１０１」）が、送信される。T3は、人間の目によって知覚可能でない光パルスのオン／オフ変調を作成するのに十分短くあるように選択される。送信されるデューティサイクルは、平均して、照明制限要件（所望な強度、色又は光束レベル）を満たすべきであるので、ウォルシュ・アダマール（Walsh  Hadamard）のようなバランスされたコードの使用は有益である。
【００２３】
図５は、低速コード１３を実施化するステップを説明する。上述のように、低速コードは、人間の目に対して不可視である一方で、同時に低コストのカメラによって検出可能であるように維持するために、約10Hz以下の周波数を有する必要がある。高速及び低速コード１２・１３が干渉しないためにT4がT3の倍数に等しいような、低速コード１３のビットの送信に関する期間T4を規定する場合に、完全な低速コードは、期間T5において（T5自体はT4の倍数である）において送信され得る。この実施例において、低速コードは、パルス振幅変調（ＰＡＭ）を用いて実施化され、この場合、照明パルスの高さ（すなわち、発される光の強度）は、論理「１」を送信するために、論理「０」を送信するパルスの高さに対して増加される。図から識別され得るように、高速コード１２及び低速コード１３の両方は、光源識別子（この場合「１０１」）を含む。したがって、高速コード１２は、光源識別コードの倍数を（光源識別コードの長さに依存して：この場合、６）、低速コード１３において同一の光源識別コードの送信において伝達する。高速コード１２に関して、バランスされたコード化スキームの使用（すなわち、ウォルシュ・アダマールスキームのような直流（ＤＣ）フリーコード）は、このようなスキームが、感知装置が監視する環境光の長周期ＤＣ期間に対して直交性を提供するので、低速コード１３に関して特に有益である。低速コード１３は、高速コード１２検出に影響を与えないが、その理由は、低速コード１３は、光センサ５１などの感知装置が動作するＴ３周期に関して本質的にＤＣオフセットであるからである。ウォルシュ・アダマールなどのバランスされたコード化スキームは、このような疑似一定オフセットを除去する。
【００２４】
図４及５は、例証目的のみに関して、コード化スキームを説明している。代替的なスキームは、本発明の着想から逸脱することなく実施化される。例えば、低速コードも、ＰＷＭスキームを用いて実施化され得る。上述の代替態様として、オン−オフキーイング（ＯＯＫ）二位相変調が、高速及び低速コードを実施化するために適用され得る。低速コードに関する二位相変調は、光信号（すなわち、照明を生じさせる信号）はT5周期の後の代わりに2×T4周期毎に変化され得るという有利な点を有することを特記される。このことは、照明システム１００が非常に多くの光源１０を有し、結果的に光源識別コードが長い状況において特に有利である。この洞察は、所望な照明は一定であるべきであるので、低速コードのデューティサイクルは周期T5にわたり一定であるべきであるという事実に基づく。二位相変調を用いて、この制限要件は、2×T4周期へ緩和され得る。
【００２５】
低速コード１３は人間の視覚系が（低いものの）非０感知性を示す周波数で発生するので、低速コード変調は、人間の目に対して不可視である一方で、一般的な低コストのカメラシステムに対しては検出可能であるようにさせる所定の深さ範囲にあるように構成される。
【００２６】
照明システム１００のある実施例において、照明システム１００は、光モジュール３０を含み、この場合、光モジュールは、それぞれ異なる原色の光を発する少なくとも４つの光源１０を含む。したがって、光モジュール３０は、色可変照明器具を構成する。例えば、光モジュール３０は、光源として赤色、緑色、青色及びアンバ色光を発するＬＥＤを含み得る。所定の強度及び色点（ｘｙＹに等価なＸＹＺ）は、このような四原色系は過剰に定められているという事実により、構成原色を混合することによって、様々な異なる手法で実施化され得る。人間の視覚系は、ＸＺＹ（又はｘｙＹ）座標が同一を維持する場合、光（色及び強度）がいずれの方法で生成されたかを区別しない。しかし、カメラはVλ（人間の目の光度関数）とは異なる波長選択的応答を有し、各光源１０（すなわち、この場合原色）は異なる波長応答を与えるので、異なる組合せは、カメラ４０によって区別され得る。したがって、ある実施例において、少なくとも４つの光源１０は、光モジュール３０に含まれる。光モジュールにおける光源のそれぞれは、原色を発するように構成され、光モジュール３０は、所望な強度及び色点（ｘｙＹに等価なＸＹＺ）で光を発するように構成される。更に、符号化器２０は、強度（Ｙ）及び色点（ｘｙ）に対する原色の相対的寄与において変調として低速コード１３を実行するように構成される。したがって、低速コード１３は、この実施例において、個別の構成光源１０ではなく、光モジュール３０を識別する。有利には、人間の目は、この変調スキームに従い、論理「１」及び「０」の(i)強度(Y)及び(ii)色点(xy)におけるいかなる差も見え得ない。言い換えると、何のフリッカも観察されない。更には、コーディング／データがxyY点に対する原色の相対寄与に埋め込まれるので、異なる光モジュールの照明フットプリントを記録するために色感知カメラを使用する必要はない（単純な白・黒カメラで十分である）。唯一の要件は、論理「１」及び論理「０」がカメラ／センサの出力において異なる出力レベルを生じるように、カメラ／センサが波長依存応答を有することである。このことは、通常のカメラ及び光センサに関する場合に当てはまる。色カメラ／センサが使用される場合、追加的に、フットプリントの色が測定され得る。
【００２７】
したがって、照明システム100であって、複数の光源10であって、当該光源から発される光に光源識別コードを含ませるように構成される符号化器20を備えられる複数の光源を有する照明システム100が提供される。光効果試運転、すなわち、光源10をその照明フットプリント11との相関化、を可能にするために、当該システムは、更に、照明スポット11の画像を記録するように構成されるカメラ40と、記録される画像から前記光源識別コードを導出するように構成される信号処理器111と、を有する。符号化器20を、高速コード12を含むために所定の高レベルより上の周波数で、及び、低速コード13を含むために所定の低レベルより下の周波数で、発される光を変調するように構成させることは、有益に、簡素な低コストのカメラシステムの使用を可能にする。
【００２８】
本発明は、上述の実施例を参照して説明されてきたが、代替実施例も、同一の目的を達成するように使用され得ることが明らかである。例えば、照明スポット１１を構造物２００の床又は壁に照明領域の形式で記録する代わりに、カメラ４０は、光源からの直接光を記録するために、床付近に且つ上の方へ向いて配置され得る。この場合、光のスポットは、光源の出口窓によって構成される。本発明の範囲は、したがって、上述の実施例に制限されない。したがって、本発明の精神及び範囲は、請求項及びその等価物のみによって制限されるべきである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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