(57)【要約】  本発明は、非接触給電（ＩＰＴ）システムにおける１つまたは複数の動作ユニットの制御を提供する。各動作ユニットは、１次導体または導電路（１０１）からエア・ギャップを介して電力を取り込むピックアップ・コイル（１０４）を含む。この動作ユニットは、１次導体電源（１００）を周波数変調して、該動作ユニットによって解読される制御命令を送信することによって制御される。前記命令は、動作ユニット内のローカル発振器（１２４）を使用して信号を生成し、この信号を使用して、１次導体（１０１）の電流周波数の変化を検出することによって解読される。適用例として、例えば路上交通を規制する独立制御の光源（１１１）を含む誘導給電型道路鋲の制御を挙げることができる。狭帯域変調データ送信システム、および動作ユニットの制御方法も提供される。
2007507991.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
非接触給電（ＩＰＴ）システムに関連して使用される誘導給電型動作ユニットを制御する方法であって、前記ＩＰＴシステムの１次導体回路内の電流を周波数変調するステップと、前記動作ユニットにおいて、
（ａ）前記１次導体回路内の電流の周波数を検出するステップ、
（ｂ）ローカル発振器信号を生成するステップ、
（ｃ）前記ローカル発振器信号を使用して、前記１次回路電流の周波数の変化を検出するステップ、および
（ｄ）前記検出された変化を使用して、前記動作ユニットを制御するステップとを含む方法。
【請求項２】
前記ローカル発振器信号の周波数を確認するために、前記検出された周波数を使用するステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記ローカル発振器を生成するステップは、前記１次回路電流の非変調周波数に関連する既知の周波数のローカル発振器を生成するステップを含む、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記１次回路電流の周波数の変化を検出するステップは、前記検出された周波数から前記ローカル発振器信号を減算して情報信号を提供するステップと、当該情報信号の周波数の変化を検出するステップとを含む、請求項１または３に記載の方法。
【請求項５】
前記１次回路電流の周波数の変化を検出するステップは、前記ローカル発振器信号を使用して前記検出された周波数をエイリアス・ダウンし、情報信号を提供するステップと、当該情報信号の周波数の変化を検出するステップとを含む、請求項１または３に記載の方法。
【請求項６】
前記エイリアスするステップまたは減算するステップは、前記検出周波数信号をサンプリングして前記情報信号を提供するために、サンプル・アンド・ホールド回路を使用するステップを含む、請求項４または５に記載の方法。
【請求項７】
前記ローカル発振器信号の周波数で前記検出された周波数をサンプリングするステップを含む、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記情報信号の各サイクルまたは部分サイクルにおいて、周波数が一定の発振器信号のサイクルまたは部分サイクルの数をカウントすることによって、前記情報信号の周波数を検出するステップを含む、請求項４から７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
前記情報信号の各サイクルまたは部分サイクル内で、前記１次導体回路内の電流のサイクルまたは部分サイクルの数をカウントするステップを含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記１次導体回路内の電流の周波数を用いて前記ローカル発振器信号の周波数を較正するステップを含む、前記請求項のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
前記較正は、前記情報信号の周波数を検出するステップと、前記周波数を所定の時間にわたって分析して周波数基準を取得するステップと、前記周波数基準をデータと比較するステップと、較正を達成するために前記ローカル発振器信号を増減するステップとを含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記情報信号の周波数に関連して少なくとも１つの所定の閾値を設定するステップと、前記動作ユニット制御用のデジタル出力信号を提供するために、前記情報信号の周波数を前記閾値と比較するステップとを含む、前記請求項のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１３】
前記動作ユニットに命令を与えるために、前記１次導体電流を変調するステップと、前記命令を復号するために、前記変調に関連する１つまたは複数の周波数変化を前記動作ユニットで検出するステップと、前記命令に従って前記動作ユニットを制御するステップとを含む、前記請求項のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１４】
変調電流が流れる１次導体回路を有する非接触給電（ＩＰＴ）システムに関連して使用される被制御誘導給電型ユニットであって、
（ａ）前記１次導体回路内の電流の周波数を検出する信号検出手段と、
（ｂ）ローカル発振器信号を供給するローカル発振器手段と、
（ｃ）前記ローカル発振器信号を使用して、前記１次導体電流の周波数の変化を検出するようにされた信号処理手段と、
（ｄ）前記検出された変化に応じて、前記動作ユニットを制御する制御手段とを含む被制御誘導給電型ユニット。
【請求項１５】
前記信号処理手段は、前記信号検出手段によって供給される検出周波数を使用して、前記ローカル発振器の周波数を確認する、請求項１４に記載の被制御誘導給電型ユニット。
【請求項１６】
前記ローカル発振器手段は、前記１次回路電流の非変調周波数に関連する既知の周波数のローカル発振器信号を供給する、請求項１４または１５に記載の被制御誘導給電型ユニット。
【請求項１７】
前記信号検出手段は、前記１次導体電流の周波数を表す検出周波数信号を供給し、前記ローカル発振器信号の周波数を確認するために、当該ローカル発振器信号の周波数と前記検出周波数信号の周波数とを比較する比較手段を含む、請求項１４から１６のいずれか１項に記載の被制御誘導給電型ユニット。
【請求項１８】
前記信号検出手段は、前記１次導体電流の周波数を表す検出周波数信号を供給し、該検出周波数信号から前記ローカル発振器信号を減算して、前記１次導体電流の周波数の変化を検出するための情報信号を提供する周波数減算手段を含む、請求項１４から１７のいずれか１項に記載の被制御誘導給電型ユニット。
【請求項１９】
前記信号検出手段は、前記１次導体電流の周波数を表す検出周波数信号を供給し、前記検出周波数信号をサンプリングして、前記１次導体電流の周波数の変化を検出するための情報信号を提供するサンプリング手段を含む、請求項１４から１８のいずれか１項に記載の被制御誘導給電型ユニット。
【請求項２０】
前記周波数減算手段または前記サンプリング手段は、前記ローカル発振器の周波数で前記検出周波数信号をサンプリングする、請求項１８または１９に記載の被制御誘導給電型ユニット。
【請求項２１】
前記情報信号の各サイクルまたは部分サイクル内で、周波数が一定の発振器信号のサイクルまたは部分サイクルの数をカウントすることによって、前記情報信号の周波数を検出するカウンタを含む、請求項１８から２０のいずれか１項に記載の被制御誘導給電型ユニット。
【請求項２２】
前記カウンタは、前記情報信号の各サイクルまたは部分サイクル内で、前記１次導体電流回路のサイクルまたは部分サイクルの数をカウントする、請求項２１に記載の被制御誘導給電型ユニット。
【請求項２３】
一方の入力で所定の閾値を、他方の入力で前記情報信号の周波数を表す信号を得て、前記動作ユニットの制御用のデジタル出力信号を提供する比較器を含む、請求項１８から２２のいずれか一項に記載の被制御誘導給電型ユニット。
【請求項２４】
前記ローカル発振器信号周波数を前記１次導体回路の電流の周波数を用いて較正する較正手段を含む、請求項１４から２３のいずれか１項に記載の被制御誘導給電型ユニット。
【請求項２５】
１次導体回路と、前記１次導体回路に関連づけられ、前記１次導体回路から誘導的に電力を受け取るように適合された、請求項１４から２４のいずれか一項に記載の１つまたは複数の被制御誘導給電型ユニットとを含む非接触給電（ＩＰＴ）システムであって、前記１次導体回路は、前記１次導体回路内の電流の周波数を変調する周波数変調手段を含む非接触給電（ＩＰＴ）システム。
【請求項２６】
それぞれが発光要素を含み、道路下または道路中に埋設された１次導体回路を介して誘導的に給電される複数の個別に制御可能な道路鋲と、前記１次導体回路の電流を変調するように適合された周波数変調手段とを備える道路照明システムであって、制御可能な道路鋲のそれぞれは、
（ａ）前記１次導体回路内の電流の周波数を検出する信号検出手段と、
（ｂ）ローカル発振器信号を供給するローカル発振器手段と、
（ｃ）前記ローカル発振器信号を使用して、前記１次導体電流の周波数の変化を検出するようにされた信号処理手段と、
（ｄ）検出された変化に応じて動作ユニットを制御する制御手段とを含む道路照明システム。
【請求項２７】
前記道路が、自動車道路である、請求項２６に記載の道路照明システム。
【請求項２８】
前記道路が、航空機滑走路または誘導路である、請求項２６に記載の道路照明システム。
【請求項２９】
前記道路が、道路脇の舗装された歩道または公園、庭園などの歩道である、請求項２６に記載の道路照明システム。
【請求項３０】
１つまたは複数の発光ユニットを制御するための狭帯域変調データ送信システムであって、該システムは、変調信号を送信する送信手段を含み、前記発光ユニットまたはその各々は、前記変調信号を受信するために同調される受信手段と、当該受信信号に存在するデータを検出する検出手段とを含み、前記発光ユニットを動作させる全電力は、前記受信信号から得られる狭帯域変調データ送信システム。
【請求項３１】
前記送信信号は、周波数変調信号である、請求項３０に記載の狭帯域変調データ送信システム。
【請求項３２】
１つまたは複数の発光ユニットを制御するための方法であって、
狭帯域変調信号を送信するステップと、
発光ユニットで前記変調信号を受信するステップと、
前記受信信号に存在するデータを検出するステップと、
前記検出されたデータに応じて前記発光ユニットを制御するステップと、
前記受信信号を使用して、前記発光ユニットを動作させる全電力を供給するステップとを含む方法。
【請求項３３】
狭帯域周波数変調信号を送信するステップを含む、請求項３２に記載の方法。
【請求項３４】
路上交通を規制する方法であって、複数の個別に制御可能な道路鋲を備える道路照明システムを道路中または道路上に組み込むステップを含み、前記各道路鋲は発光要素を含み、道路下または道路中に埋設された１次導体回路を介して誘導作用により給電され、前記１次導体回路の電流を変調するようにされた周波数変調手段とを備えており、各々の制御可能な道路鋲のそれぞれは、
（ａ）前記１次導体回路内の電流の周波数を検出する信号検出手段と、
（ｂ）ローカル発振器信号を供給するローカル発振器手段と、
（ｃ）前記ローカル発振器信号を使用して、前記１次導体電流の周波数の変化を検出するように適合された信号処理手段と、
（ｄ）検出された変化に応じて動作ユニットを制御する制御手段とを含み、
さらに前記方法は、
前記１次導体回路内の電流の周波数を変調して、前記複数の道路鋲が道路使用者にメッセージを提供するように、制御可能な各道路鋲の動作パターンを開始するステップを含む方法。
【請求項３５】
方向を指示する前記制御可能な道路鋲の連続的な点滅をメッセージが含むように前記周波数を変調するステップを含む、請求項３４に記載の方法。
【請求項３６】
速度制限を指示する前記制御可能な道路鋲の連続的な点滅をメッセージが含むように前記周波数を変調するステップを含む、請求項３４に記載の方法。
【請求項３７】
連続的に点滅させるステップが、前記全発光要素の点灯と、それに続く少数の前記発光要素の消灯とを伴う、請求項３５または３６に記載の方法。
【請求項３８】
電流の周波数を変調できることを特徴とする１次導電路に実質的に正弦波の電流を発生させる電源と、
前記１次導電路に沿って特定のポイントに配置され、電源周波数に同調される複数のアクティブ・ノードと、
前記各アクティブ・ノードに近接して配置される電源周波数に同調される道路鋲とを含み、
各道路鋲は、
同調コンデンサを有するピックアップ・コイル、
ＤＣ電源を生成する整流手段、
前記１次導電路から前記道路鋲への電力の流れを制御する制御手段、
制御可能スイッチと直列をなす光源手段であって、制御可能スイッチは前記ＤＣ電源に接続され、光源手段をスイッチ・オンまたはオフにするために動作する光源手段、
前記１次導電路の電流または前記ピックアップ・コイルの電流の周波数を検出する信号検出手段、
前記検出周波数に関連する既知の周波数でローカル発振器信号を生成する手段、
周波数または構成要素の変動に対して前記ローカル発振器信号周波数を追跡する手段、
前記検出周波数と前記ローカル発振器信号の周波数の間の差周波数を表す信号を生成する手段、
前記差信号の１サイクル内での前記検出周波数のサイクル数をカウントするカウント手段、
復号出力を提供するために、前記カウントされたサイクル数が比較定数より大きいか、小さいかを判別する比較器手段、および
前記復号出力に従って前記道路鋲上の前記光源手段を制御するプロセッサ手段を含む制御可能な道路鋲システム。
【請求項３９】
周波数変調電流が流れる１次導電路を有する非接触給電（ＩＰＴ）システムに関連して使用される制御可能な道路鋲であって、
当該道路鋲は、
前記導電路内の電流の非変調周波数に関連する既知の精度の道路鋲内のローカル発振器信号を生成する手段と、
前記１次導電路内の電流の周波数の変化を検出するために、前記ローカル発振器信号を使用する手段と、
前記１次導電路内の電流の周波数変調によるバイナリ出力を生成するために、前記検出された変化をデジタル形式に変換する手段と、
前記バイナリ出力を解釈し、前記道路鋲によって給電される光源を適宜スイッチ・オンまたはオフにするためにスイッチ手段を駆動する処理装置と、を含む制御可能な道路鋲。
【請求項４０】
構成要素の違いまたは温度もしくは時間の変化に起因するローカル発振器周波数の変動は、これらの変化が導電路電流の制御された周波数変化よりも著しく大きい場合にも補償される、請求項３９に記載の制御可能な道路鋲。
【請求項４１】
前記１次導電路が、１つまたは複数のアクティブ・ノードを含む、請求項３９または４０に記載の制御可能な道路鋲。
【請求項４２】
ピックアップ・コイルを含み、前記アクティブ・ノードまたは前記ピックアップ・コイルの同調における変動は、前記バイナリ出力を生成および処理する装置の能力に対して実質的に影響しない、請求項４１に記載の制御可能な道路鋲。
【請求項４３】
前記１次導電路内の電流の変調は、前記１次導電路内の電流の非変調周波数のほぼ１〜１．５％の範囲内に含まれる、請求項３９〜４１のいずれか１項に記載の制御可能な道路鋲。
【請求項４４】
前記光源は２以上の色を表示することができ、または複数の光源が提供され、前記プロセッサは所望の順序またはパターンで選択的にその色またはそれらの色をスイッチ・オンまたはオフにすることができる、請求項３９〜４３のいずれか１項に記載の制御可能な道路鋲。
【請求項４５】
請求項３７から４２のいずれか１項に記載の制御可能な道路鋲と、１つまたは複数の制御されない道路鋲とを含む道路鋲システムであって、すべての前記道路鋲は同じ１次導電路から給電され、すべての前記道路鋲は互いに影響を与えずに動作する道路鋲システム。
【請求項４６】
各被制御道路鋲は、異なる色の１つまたは複数の光源を所望の順序のパターンおよび色で動作させることができる、請求項４５に記載の道路鋲システム。
【請求項４７】
実質的に本明細書で図面を参照して説明されたような非接触給電（ＩＰＴ）システムに関連して使用される誘導給電型動作ユニットを制御する方法。
【請求項４８】
実質的に本明細書で図面を参照して説明されたような非接触給電（ＩＰＴ）システムに関連して使用される誘導給電型ユニット。
【請求項４９】
実質的に本明細書で図面を参照して説明されたような非接触給電（ＩＰＴ）システム。
【請求項５０】
実質的に本明細書で図面を参照して説明されたような１つまたは複数の発光ユニットを制御するための狭帯域変調データ送信システム。
【請求項５１】
実質的に本明細書で図面を参照して説明されたような路上交通を規制する方法。
【請求項５２】
実質的に本明細書で図面を参照して説明されたような制御可能な道路鋲システム。
【請求項５３】
実質的に本明細書で図面を参照して説明されたような制御可能な道路鋲。
【請求項５４】
１つまたは複数の発光ユニットを制御するためのシステムであって、１つまたは複数の発光ユニットを制御するための狭帯域変調データ送信システムと、ＩＰＴシステムとを含み、前記データ送信システムは、変調信号を送信する送信手段を含み、前記発光ユニットまたはその各々は、前記変調信号を受信するために同調される受信手段と、前記受信信号に存在するデータを検出する検出手段とを含み、前記ＩＰＴシステムが、前記発光ユニットに電力を供給するシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非接触給電（ＩＰＴ：ｉｎｄｕｃｔｉｖｅ  ｐｏｗｅｒ  ｔｒａｎｓｆｅｒ）システムに関連する１つまたは複数の負荷または動作ユニットの動作特性を独立に制御することを可能にする装置および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
負荷の個別制御が望ましいＩＰＴシステムの１つの適用例は、誘導給電型道路鋲（ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ  ｐｏｗｅｒｅｄ  ｒｏａｄ−ｓｔｕｄ）である。現在、これらは公認の交通制御技術となっており、米国特許第６４５９２１８号で説明されている。米国特許第６４５９２１８号で示されているように、超低周波（ＶＬＦ）電流が、道路下に埋設された導線内（１次導体または導電路ともいうことがある）を流れる。導線によって生成される磁界に敏感に反応する道路鋲が道路表面に配置され、道路鋲内のピックアップ・コイル内を通過する磁界との相互誘導結合によって、埋設された導体から電力を取り込む。ピックアップ・コイルは、この給電プロセスを増強するため、コンデンサを用いて同調することができる。供給される電力は、様々な方法のいずれかによって制御することができ、必要に応じて交通規制信号を駆動するために使用することができる。例えば、１つの制御方法が、米国特許第５２９３３０８号で説明されており、同特許の内容は参照により本明細書に組み込まれる。
【０００３】
別の開発において、米国特許第６３１７３３８号が、埋設導線とピックアップ・コイルの間に配置できる中間同調回路（アクティブ・ノードということもある）について説明している。米国特許第６３１７３３８号は、中間回路をエレクトロルミネセンス・ディスプレイと共に使用することについて言及しているが、この技術は本発明の装置にも同じく応用されるものである。米国特許第６３１７３３８号の内容は、参照により本明細書に組み込まれる。中間同調回路は、埋設された導線内の一定の電流につき、より大きな電力を供給できるように、磁界を強化する。実際には、埋設された導線は、一般的な道路鋲を駆動するために、３８．４ｋＨｚの１５〜２０Ａの電流を必要とするが、アクティブ・ノードを用いると、通常、５Ａまで電流を減らすことができる。５Ａの電流は、より低コストのより細い導体の使用を可能にし、発電機は、一定の電圧定格のもとでより長く給電することができる。これらの利点は、道路鋲が移動せず、そのためアクティブ・ノードを一定位置に配置できる場合に得られるものである。そのような利点は、移動式ＩＰＴモノレール・システム（ｍｏｖｉｎｇ  ＩＰＴ  ｍｏｎｏｒａｉｌ  ｓｙｓｔｅｍ）では得ることができない。
【０００４】
このようにして給電される道路鋲は、環境に左右されず、また道路または天候条件による影響を受けない。それらは火花を出さず（ｓｐａｒｋ−ｆｒｅｅ）、安全であり、１つまたは複数の道路鋲を取り除くことによりなくなっても、列をなす他の道路鋲の性能に影響を与えることはない。埋設導体内の電流をオンまたはオフに切り替えることによって、道路鋲をオンまたはオフにすることができる。米国特許第６４５９２１８号では、一連の電灯ユニットのうちの１つまたは複数を選択的に指定または制御して、個々のユニットを独立に制御できる点について言及されている。これは１次電流の振幅または周波数を変化させることによって実現できることが指摘されている。本発明は、ＩＰＴシステム内の１つまたは複数の電灯ユニットまたはその他の負荷の独立制御を達成するための特定の装置および方法に関する。
【特許文献１】米国特許第６４５９２１８号明細書
【特許文献２】米国特許第６３１７３３８号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、独立に制御可能な負荷または動作ユニットを有するＩＰＴシステムを提供することである。１つの具体的な目的は、個々の道路鋲または道路鋲のグループの動作特性が独立に制御可能なＩＰＴ道路鋲システムを提供することである。本発明の他の目的は、上述の制約の１つまたは複数を緩和または克服し、少なくとも公衆にとって有用な代替策を提供する、ＩＰＴシステムまたは狭帯域変調データ送信システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
したがって、一態様において、本発明は、非接触給電（ＩＰＴ）システムに関連して使用される誘導給電型動作ユニットを制御する方法であって、この方法は、ＩＰＴシステムの１次導体回路内の電流を周波数変調するステップと、前記動作ユニットにおいて、
（ａ）前記１次導体回路内の電流の周波数を検出するステップ、
（ｂ）ローカル発振器信号を生成するステップ、
（ｃ）前記ローカル発振器信号を使用して、前記１次回路電流の周波数の変化を検出するステップ、および
（ｄ）前記検出された変化を使用して、前記動作ユニットを制御するステップ、とを含む。
【０００７】
前記検出された周波数は好ましくは、前記ローカル発振器信号の周波数を確認するために使用される。
【０００８】
好ましい一実施形態では、前記ローカル発振器信号を生成するステップは、前記１次回路電流の非変調周波数に関連する既知の周波数のローカル発振器信号を生成するステップを含む。
【０００９】
前記１次回路電流の周波数の変化を検出するステップは、前記検出された周波数から前記ローカル発振器信号を減算して情報信号を提供するステップと、当該情報信号の周波数の変化を検出するステップとを含むことができる。代替として、前記１次回路電流の周波数の変化を検出するステップは、前記ローカル発振器信号を使用して前記検出された周波数をエイリアス・ダウン（ａｌｉａｓ  ｄｏｗｎ）し、情報信号を提供するステップと、当該情報信号の周波数の変化を検出するステップとを含む。
【００１０】
エイリアシング（ａｌｉａｓｉｎｇ）または減算は、前記検出された周波数信号をサンプリングして前記情報信号を提供するために、サンプル・アンド・ホールド回路を用いて実行することができ、サンプリングは、前記ローカル発振器信号の周波数で行うことができる。
【００１１】
前記情報信号の周波数の検出は好ましくは、当該情報信号の各サイクルまたは部分サイクル（ｐａｒｔ  ｃｙｃｌｅ）において、周波数が一定の発振器信号のサイクルまたは部分サイクルの数をカウントすることによって行われる。この周波数が一定の信号は、都合の良いことに、前記検出された周波数信号とすることができる。
【００１２】
前記方法には、前記１次導体電流の周波数を用いた前記ローカル発振器信号の周波数の較正も含めることができる。この較正は、前記情報信号の周波数を検出し、その周波数を所定の時間にわたって分析して周波数基準を取得し、当該周波数基準をデータと比較し、較正を達成するために前記ローカル発振器信号を増減することによって実施することができる。
【００１３】
前記情報信号の周波数に関連して少なくとも１つの所定の閾値を設定することができ、この閾値は、動作ユニット制御用のデジタル出力信号を提供するために、前記情報信号と比較することができる。
【００１４】
前記１次導体電流は、前記動作ユニットに命令を与えるために変調することができ、当該変調に関連して得られる周波数変化は、前記命令を復号するために前記動作ユニットで検出することができ、この動作ユニットは、前記命令に従って制御されることが可能となる。
【００１５】
第２の態様において、本発明は、変調電流が流れる１次導体回路を有する非接触給電（ＩＰＴ）システムに関連して使用される被制御誘導給電型ユニットであって、動作ユニットは、
（ａ）前記１次導体回路内の電流の周波数を検出する信号検出手段と、
（ｂ）ローカル発振器信号を供給するローカル発振器手段と、
（ｃ）前記ローカル発振器信号を使用して、前記１次導体電流の周波数の変化を検出するようにされた信号処理手段と、
（ｄ）前記検出された変化に応じて、前記動作ユニットを制御する制御手段とを含む。
【００１６】
前記信号処理手段は好ましくは、前記信号検出手段によって供給される検出された周波数を使用して、前記ローカル発振器の周波数を確認する。
【００１７】
前記ローカル発振器手段は、前記１次回路電流の非変調周波数に関連する既知の周波数のローカル発振器信号を供給することができる。
【００１８】
前記信号検出手段は好ましくは、前記１次導体電流の周波数を表す検出周波数信号を供給し、前記ローカル発振器信号の周波数を確認するために、当該ローカル発振器信号の周波数と前記検出周波数信号の周波数とを比較する比較手段を含む。
【００１９】
前記信号検出手段は、前記１次導体電流の周波数を表す検出された周波数信号を供給し、当該検出された周波数から前記ローカル発振器信号を減算して、前記１次導体電流の周波数の変化を検出するための情報信号を提供する周波数減算手段を含むことができる。それに代えまたはそれに加えて、前記信号検出手段は、前記検出された周波数信号をサンプリングし、前記１次導体電流の周波数の変化を検出するための情報信号を提供するサンプリング手段を含む。
【００２０】
前記周波数減算手段または前記サンプリング手段は、前記ローカル発振器の周波数で前記検出された周波数信号をサンプリングすることによって実施することができる。
【００２１】
好ましい一実施形態では、前記情報信号の各サイクルまたは部分サイクル内で、周波数が一定の発振器信号のサイクルまたは部分サイクルの数をカウントすることによって情報信号の周波数を検出するのに、カウンタが設けられる。
【００２２】
このカウンタは、前記情報信号の各サイクルまたは部分サイクル内で、前記１次導体電流回路のサイクルまたは部分サイクルの数をカウントする。
【００２３】
一方の入力で所定の閾値を、他方の入力で前記情報信号の周波数を表す信号を得て、前記動作ユニット制御用のデジタル出力信号を提供する比較器を設けることができる。
【００２４】
前記ローカル発振器信号周波数を前記１次導体回路電流の周波数を用いて較正する較正手段が好ましくは設けられる。
【００２５】
第３の態様において、本発明は、１次導体回路と、本発明の第２の態様に関連して先の段落で示された１つまたは複数の被制御誘導給電型ユニットとを含む非接触給電（ＩＰＴ）システムであって、前記ユニットは、前記１次導体回路に関連づけられ、前記１次導体回路から誘導作用により電力を受け取るのに適しており、前記１次導体回路は、該１次導体回路内の電流の周波数を変調する周波数変調手段を含む。
【００２６】
第４の態様において、本発明は、それぞれが発光要素を含み、道路下または道路中に埋設された１次導体回路を介して誘導作用により給電される複数の個別に制御可能な道路鋲と、前記１次導体回路の電流を変調するように適合された周波数変調手段とを備える道路照明システムであって、制御可能な道路鋲のそれぞれは、
（ａ）前記１次導体回路内の電流の周波数を検出する信号検出手段と、
（ｂ）ローカル発振器信号を供給するローカル発振器手段と、
（ｃ）前記ローカル発振器信号を使用して、前記１次導体電流の周波数の変化を検出するようにされた信号処理手段と、
（ｄ）前記検出された変化に応じて動作ユニットを制御する制御手段とを含む。
【００２７】
前記道路は、１つまたは複数の自動車道路、航空機滑走路または誘導路、道路脇の舗装された歩道または公園、庭園などの歩道とすることができる。
【００２８】
第５の態様において、本発明は、１つまたは複数の発光ユニットを制御するための狭帯域変調データ送信システムであって、該システムは、変調信号を送信する送信手段を含み、前記発光ユニットまたはその各々は、前記変調信号を受信するために同調される受信手段と、当該受信信号に存在するデータを検出する検出手段とを含み、前記発光ユニットを動作させる全電力は、前記受信信号から得られる。
【００２９】
第６の態様において、本発明は、１つまたは複数の発光ユニットを制御するための方法であって、この方法は、
狭帯域変調信号を送信するステップと、
発光ユニットで前記変調信号を受信するステップと、
前記受信信号に存在するデータを検出するステップと、
前記検出されたデータに応じて前記発光ユニットを制御するステップと、
前記受信信号を使用して、前記発光ユニットを動作させる全電力を供給するステップとを含む。
【００３０】
第７の態様において、本発明は、路上交通を規制する方法であって、複数の個別に制御可能な道路鋲を備える道路照明システムを道路中または道路上に組み込むステップを含み、各道路鋲は発光要素を含み、道路下または道路中に埋設された１次導体回路を介して誘導作用により給電され、前記１次導体回路の電流を変調するようにされた周波数変調手段を備えており、各々の制御可能な道路鋲のそれぞれは、
（ａ）前記１次導体回路内の電流の周波数を検出する信号検出手段と、
（ｂ）ローカル発振器信号を供給するローカル発振器手段と、
（ｃ）前記ローカル発振器信号を使用して、前記１次導体電流の周波数の変化を検出するように適合された信号処理手段と、
（ｄ）前記検出された変化に応じて動作ユニットを制御する制御手段とを含み、さらに前記方法は、
前記１次導体回路内の電流の周波数を変調して、複数の道路鋲が道路使用者にメッセージを提供するように、制御可能な各道路鋲の動作パターンを開始するステップを含む。
【００３１】
方向または速度制限を指示する制御可能な道路鋲の連続的な点滅をメッセージが含むように前記周波数を変調することができる。
【００３２】
前記連続的に点滅させるステップは、前記全発光要素の点灯と、それに続く少数の前記発光要素の消灯とを伴うことができる。
【００３３】
第８の態様において、本発明は、制御可能な道路鋲システムであって、このシステムは、
電流の周波数を変調できることを特徴とする１次導電路に実質的に正弦波の電流を発生させる電源と、
１次導電路に沿って特定のポイントに配置され、電源周波数に同調される複数のアクティブ・ノードと、
前記各アクティブ・ノードに近接して配置され、電源周波数に同調される道路鋲とを含み、
各道路鋲は、
同調コンデンサを有するピックアップ・コイル、
ＤＣ電源を生成する整流手段、
前記１次導電路から道路鋲への電力の流れを制御する制御手段、
制御可能スイッチと直列をなす光源手段であって、制御可能スイッチは前記ＤＣ電源に接続され、光源手段をスイッチ・オンまたはオフにするために動作する光源手段、
前記１次導電路の電流またはピックアップ・コイルの電流の周波数を検出する信号検出手段、
前記検出周波数に関連する既知の周波数でローカル発振器信号を生成する手段、
周波数または構成要素の変動に対して前記ローカル発振器信号周波数を追跡する手段、
前記検出周波数と前記ローカル発振器信号の周波数の間の差周波数を表す信号を生成する手段、
差信号の１サイクル内での検出周波数のサイクル数をカウントするカウント手段、
復号出力を提供するために、前記カウントされたサイクル数が比較定数より大きいか、小さいかを判別する比較器手段、および
前記復号出力に従って道路鋲上の光源手段を制御するプロセッサ手段を含む。
【００３４】
第９の態様において、本発明は、周波数変調電流が流れる１次導電路を有する非接触給電（ＩＰＴ）システムに関連して使用される制御可能な道路鋲であって、当該道路鋲は、
前記導電路内の電流の非変調周波数に関連する既知の精度の道路鋲内のローカル発振器信号を生成する手段と、
前記１次導電路内の電流の周波数の変化を検出するために、前記ローカル発振器信号を使用する手段と、
前記１次導電路内の電流の周波数変調によるバイナリ出力を生成するために、前記検出された変化をデジタル形式に変換する手段と、
前記バイナリ出力を解釈し、前記道路鋲によって給電される光源を適宜スイッチ・オンまたはオフにするためにスイッチ手段を駆動する処理装置とを含む。
【００３５】
構成要素の違いまたは温度もしくは時間の変化に起因するローカル発振器周波数の変動は、これらの変化が導電路電流の制御された周波数変化よりも著しく大きい場合にも、補償することができる。
【００３６】
前記１次導電路は好ましくは、１つまたは複数のアクティブ・ノードを含む。
【００３７】
前記制御可能な道路鋲は、ピックアップ・コイルを含み、前記アクティブ・ノードまたは前記ピックアップ・コイルの同調における変動は好ましくは、前記バイナリ出力を生成および処理する装置の能力に実質的に影響しない。
【００３８】
この１の好ましい実施形態では、前記１次導電路内の電流の変調は、前記１次導電路内の電流の非変調周波数のほぼ１〜１．５％の範囲内に含まれる。
【００３９】
前記光源は２以上の色を表示することができ、または複数の光源が提供され、前記プロセッサは所望の順序またはパターンで選択的にその色またはそれらの色をスイッチ・オンまたはオフにすることができる。
【００４０】
前記ＩＰＴシステムは１つまたは複数の制御されない道路鋲を含むことができ、すべての道路鋲は同じ１次導電路から給電され、すべての道路鋲は互いに影響を与えずに動作する。
【００４１】
各被制御道路鋲は、異なる色の１つまたは複数の光源を所望の順序のパターンまたは色で動作させることができる。
【００４２】
本発明のその他の態様は、例として与えられる以下の説明から明らかになるであろう。
【００４３】
本明細書では、「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅ／ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ／ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」という語は、限定的ではなく、むしろ包含的な意味で使用されている。
【００４４】
以下、被制御道路鋲を含むＩＰＴシステムの模式的な回路図である図１を参照しながら、本発明の１つまたは複数の好ましい実施形態を例を示して説明する。そのようなシステムが複数の道路鋲を含むことができ、図は単に一例を例示したに過ぎないことは理解されよう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４５】
本発明の方法および装置は、ＩＰＴシステムに関連する一連の負荷のうちの１つまたは複数を独立に制御することを可能にする。以下では、そのような「負荷」の代表例として、道路鋲が使用される。しかし、本発明は、道路鋲を用いる適用例には限定されず、トンネル、建物、航空機などの照明（例えば、非常用照明など、列をなして照明が使用される場所であり、個々の照明を独立して制御することで利益が得られる）、センサ（一連のセンサのうちの１つまたは複数がスイッチをオンもしくはオフにされ、または独立に制御される必要がある場合がある）、またはＩＰＴシステムを介して給電でき、個々の負荷を制御できることに利点があるその他のあらゆる負荷などにもＩＰＴシステムを同様に適用可能であることを理解されたい。
【００４６】
道路鋲を含む照明の列に関して、本発明は、列内の個々の照明をオンまたはオフにすることを可能にし、個々の照明は、（例えば、パルス幅変調を用いてスイッチをオン／オフすることによって）暗くまたは明るくすることができ、必要であれば、特定の制御オプション用に色を変えることもできる。この優れた機能は、埋設導体の超低周波（ＶＬＦ）電流の上に制御信号を乗せることによって達成される。本発明は、１つの電灯の障害が列内の他の電灯の障害を引き起こすという従来システムの問題も克服する。
【００４７】
道路鋲の実際の使用に際しては、埋設導体は、３８．４ｋＨｚが好ましいが、公称４０ｋＨｚで動作するように特に設計される。道路は、電波などの劣悪な伝送媒体であるので、他の周波数を埋設導体に沿って道路鋲まで伝送させることは簡単ではない。好ましい一実施形態では、３８．４ｋＨｚの実際の電力周波数は、低帯域幅信号を提供するために変調され、その後、その信号が道路鋲において検出される。原理上、様々な変調技術が利用できるが、本明細書で開示される好ましい方法は、例えば最大約１．５％の非常に小さな周波数範囲で、３８．４ｋＨｚの信号を周波数変調するものである。単純な振幅変調も原理上は利用可能であるが、任意の道路鋲がオンまたはオフに切り換わることで、電流の大きさに過渡的な外乱を引き起こすので、この変調方式を利用することは実際にはより困難である。周波数変調（ＦＭ）の場合、例えば１．５％の周波数増加は「１」に対応し、一方、無変化または１．５％の減少は「０」に対応する。これらの単純な「１」および「０」の符号を使用して、メッセージを送信することができ、それをすべての道路鋲で受信しながら、目的の鋲だけを動作させることができる。
【００４８】
ＦＭシステムは、概念上は簡単に実施できるが、実際には数々の困難がある。第１に、電力および信号情報からなる実際の信号は、アクティブ・ノードが全長にわたって存在する長い導電路を伝送されなければならず、その後、やはり同調回路であるピックアップ・コイルで受信されなければならない。明らかに、情報が送信されている時に照明に「フリッカ」があってはならず、そのため情報は相対的に狭い帯域幅に含まれなければならない。したがって、「検出」される信号は、狭帯域ＦＭになる。実際、道路鋲では、電力周波数は３８．４ｋＨｚであり、本明細書で実施例によって提案される変調レベルは、１．５％または６００Ｈｚの周波数シフトである。より大きなシフトは、ちらつきを避けることが難しくなるので好ましくなく、より小さなシフトは、検出により長い時間を要し、実際には検出がより困難になるので、通信速度が必然的に小さくなる。そのような偏差は、十分な電力およびスペースが利用可能な電源において発生させるのは容易であるが、スペースが限られ、通過する自動車からの振動が激しく、道路温度が１日の異なる時間帯または異なる季節によって−２０℃から＋８０℃まで変動する場合がある個々の道路鋲において検出するのははるかに難しい。単純なアナログ弁別器回路は、予想される道路鋲の条件下で信頼性のある動作を可能にするほど十分に正確でない。一方、デジタル・システムは、分解能および絶対精度についての難題を生じさせる。デジタル・システムは水晶基準器を含むことができるが、そのような振動の激しい用途では水晶基準器の性能は疑わしいうえ、水晶は大幅にコストを引き上げることになる。
【００４９】
従来のＦＭ検出は、アナログまたはデジタル技術のどちらかを使用する弁別器または位相同期ループを使用する。鋲上を走行する自動車によって引き起こされる激しい音響的衝撃が水晶の誤動作の原因となるので、前記のような水晶を用いる高度に安定した発振器は、道路鋲環境では実用的ではない。弁別器は、高いＱ値を示す同調回路を使用する。温度が−２０℃から＋８０℃まで変動する場合がある道路鋲環境においてこれらを動作させるのはやはり非常に難しい。道路鋲に送信される情報は、例えば、オンまたはオフせよ、より明るくまたはより暗くせよといった命令の形式をとる。これを行うため、何らかのインテリジェント・プロセッサが必要となり、その結果、マイクロプロセッサおよびこのようなマイクロプロセッサとの適合性の良好な周波数検出技術によって道路鋲内の利用可能な非常に限られたスペースの一部が占有されてしまうことになる。このマイクロプロセッサは水晶基準器を使用することができず、そのため、実際には正確なタイミング・シナリオの実現は不可能である。サイプレス・マイクロシステムズ（Ｃｙｐｒｅｓｓ  Ｍｉｃｒｏｓｙｓｔｅｍｓ）社は、これらの条件下で動作可能なマイクロプロセッサを製造しており、例えば、ＰＳｏＣ（プログラマブル・システム・オン・チップ）は、水晶基準器なしで２．５％以内の発振周波数精度で動作可能である。しかし、この誤差は、ちらつきを小さく保つために許容し得る変調度のすでに２倍である。それにもかかわらず、これらのプロセッサおよび他の製造業者の他のプロセッサは、専用ハードウェアになるようにプログラムできる多くのアナログおよびデジタル・ブロックを含んでおり、そのため、このマイクロプロセッサによって制御可能な広範なアナログおよびデジタル・ブロックを製作するのに使用できる。
【００５０】
道路鋲内で収容可能な物理的スペース、および実際上の電力制約（全プロセッサ電力需要は、光源が十分な電力を受け取れることを保証するため、約０．１Ｗ未満に保つのが好ましい）の下では、デジタル位相同期ループは実用的ではない。アナログ位相同期ループは１つの採用可能な手段であるが、回復された情報を処理するためにマイクロプロセッサに接続する必要があり、そのため、やはりスペースが必要となる点が課題となる。位相同期ループを用いた場合、ローカル発振器は導電路電流信号に位相同期され、導電路電流周波数が変化すると、ローカル発振器もその変化に追従する。位相同期ループの一部は電圧／周波数変換器であり、この装置への入力電圧は、ローカル発振器周波数の直接アナログ測定量であり、一方は他方に従うので、導電路電流周波数の直接アナログ測定量でもある。従来の構成要素を用いた場合、１つの装置から次の装置までかなりの変動がある。原理上、周波数が１．６％だけ変化した場合、電圧／周波数変換器を駆動するＤＣ電圧は１．６％だけ変化する。この値は８ビットＡ／Ｄ変換器の分解能（０．４％）より大きいので、原理上は単純で低コストのマイクロプロセッサによって検出することができる。しかし、構成要素に変動があると、検出をより難しくするプラスマイナス５％の変動が生じ、道路鋲内のノイズもかなり大きくなる。
【００５１】
本明細書に開示する発明は、基本的に単純にカウントする動作だけを行う完全なデジタル・システムである。本発明は、上記高機能のＰＳｏＣまたはその同等品の１つであるマイクロプロセッサを使用でき、それによって、実際に必要とされるスペースを大きく減らすことが可能となる。この道路鋲内には、上記のように、１次導電路および共振ピックアップ回路からの３８．４ｋＨｚの大きな磁界が存在しており、これらによってＩＰＴ導電路周波数のかなり大きなノイズがマイクロプロセッサ回路内に導入されるので、信頼性のある動作を得るためには、このノイズを抑えなければならない。好ましい一実施形態では、本発明は、カウントなどの単純なデジタル処理だけを用いて、すべての道路鋲を自己較正できるようにする。導電路周波数信号が導入される１つのアナログ入力があり、この信号は好ましくはサンプル・アンド・ホールド回路を通過する。
【００５２】
本明細書で使用される例では、２つのデジタル・システムが使用される。１つは電源で、１つは道路鋲である。電源は特に単純であり、１．５％の変動で３８．４ｋＨｚの信号を発生させる。おそらく最も単純な方法では、正確に７．６８ＭＨｚの高周波数水晶発振器が、単純なデジタル分周器を使用して２００で分周され、３８．４ｋＨｚの信号を発生させる。分周比が１９７に変化した場合、分周器からの出力周波数は３８．９８５ｋＨｚに変化し、これは１．５２％の増加に相当する。同様に、分周比が２０３に変化した場合、分周器からの出力周波数は３７．８３３ｋＨｚに変化し、これは１．４８％の減少に相当する。これらの周波数は、高い精度で１次導体内に電流を発生させるために使用することができ、温度またはエイジング効果によって実質的に影響されない。
【００５３】
道路鋲においては、状況はより困難である。３８．４ｋＨｚでは、埋設された導体または導電路内の電流の１サイクルの周期は２６．０４マイクロ秒となる。上記に概説したように１．５％周波数変調した場合、上記周波数変動の両端では、周期は２５．６５１マイクロ秒から２６．４３１マイクロ秒まで変動する。これらの信号を弁別することはきわめて難しい。まず、例えば、通常状態での２６０カウントに対して、低い周波数の１サイクルにて２６４カウントを生成するには、１００ナノ秒よりも高い分解能が必要とされる。プラスマイナス１カウントのカウント誤差を許容した場合、比較はすでに難しい。ノイズ環境では不可能である。また、より高い周波数で動作するデジタル・システムはより多くの電流を消費し、道路鋲での電力は制限される。最後に、道路鋲における周波数基準は正確ではなく、プラスマイナス２．５％ほどの永続的なオフセットまたは温度依存性のあるオフセットを有するというさらなる複雑さも存在する。
【００５４】
本明細書では新しい検出システムが使用され、各鋲によって供給される光源を選択的に制御することができる被制御道路鋲を有する道路照明システムについて記載された以下の例を参照しながら説明する。本発明はまた、アクティブ・ノードを使用せず、光源以外の負荷を与える動作ユニットを有するＩＰＴシステムを含む、その他のＩＰＴシステム適用例の制御にも適用可能である。
【実施例１】
【００５５】
道路鋲において、このデジタル・システムは、公称３８．４ｋＨｚで動作するが、この公称周波数より例えば６％低い「幾分」安定な周波数３６．０９６ｋＨｚを発生させる。１次導体導電路回路からの３８．４ｋＨｚの入力周波数は、ＦＭ（周波数変調）により、ノイズの一部を除去するのにフィルタリングされ、より安定とされる。この信号は１次導体内の電流の周波数を表しており、その後、サンプル・アンド・ホールド回路によって、この３６．０９６ｋＨｚの周波数でサンプリングされて、２．３０４ｋＨｚのサンプリングされた正弦波出力信号を生成する。当該出力信号は、望ましくないノイズを除去するためにローパスフィルタを通すことができる。ＦＭを用いて、３８．９８５ｋＨｚは２．８８９ｋＨｚに変換され、３７．８３３ｋＨｚは１．７３７ｋＨｚに変換される。このように、１次導体内の電流の周波数は、効果的にエイリアス・ダウン（ａｌｉａｓｅ  ｄｏｗｎ）される。これらの周波数は、例えば１ＭＨｚなどの非常に適度な周波数でカウントすることで、容易かつ明白に検出される。１マイクロ秒あたりの周期を測定することで、データ・ビット「１」および「０」に対応する３４６マイクロ秒および５７８マイクロ秒の極値とともに、４３４マイクロ秒の期待値（変調なし）が得られる。
【００５６】
現実には、実際の道路鋲基準周波数は、プラスマイナス２％以内では保証し得ないので、これらの数値はすべて、より高くまたはより低くなることがある。本発明の好ましい一実施形態のさらに進んだ形態では、あらゆるキャラクタについて「０」および「１」のビット数が等しい符号が使用される。したがって、公称３４６カウントと５７８カウントの数は等しくなければならず、そのため、連続的な移動平均が使用される場合、「０」、「１」系列の平均カウント数は基本的に平均非変調カウント数と同じであり、ここでは差は４６２と比べて４３４となる。これらの状況では、平均カウント数を決定するのは容易であり、その後、簡単なテーブル検索を行うことによって、道路鋲における実際の基準周波数が与えられ、「０」または「１」を決定するのにどの値を使用すべきかが示される。ここでは例えば、適切な値は、「１」については４００カウントより小さく、「０」については５００カウントより大きいとされる。この場合、これらの比較は、有意なヒステリシスを含むことができ、ロバスト性があると期待することができる。
【００５７】
道路鋲コントローラにおけるオフセット周波数の誤差を考慮に入れる場合、観測される数値は変化する。例えば、道路鋲基準が１％高く３８．７８４ｋＨｚの場合、３８．４ｋＨｚの理想値と比較して、新しい数値は次のようになる。
【００５８】
【表１】
2007507991.tif 000003
【００５９】
したがって、平均測定周期が与えられると、「０」および「１」についての適切な数を求めることが容易となる。しかし、平均周期４３４または５２０μｓは、基本的に道路鋲内のデジタル・システムの動作周波数がいくつであるかを正確に示しており、この数値を用いて、実際の道路鋲周波数を較正し、埋設導体または導電路内の電流の周波数偏差に関連づけ戻すことができるので、重要な尺度である。この情報は、正確なタイミング情報が道路鋲コントローラで利用可能となり、動作を正確に同期させることができる。
【実施例２】
【００６０】
上記のように、道路鋲では、正確な基準周波数は利用可能ではなく、そのため、精度に制限がある周波数基準器を用いて感知し得る結果を得るには十分な分解能がないため、１次導電路回路周波数の狭帯域での変動は、単純にそれらの周期を測定することによっては検出することはできない。分解能を向上させるためには、観測された導電路周波数を１つに混合することによって、相対的に見て周波数変化を大きくすることができる。例えば、３８．４ｋＨｚの周波数の導電路信号が３６．４ｋＨｚの信号と掛け合わされた場合、差周波数である２ｋＨｚと和周波数である７４．８ｋＨｚの２つの出力周波数が生じる。導電路周波数が１．５％（６００Ｈｚ）だけ変化した場合、これらの周波数は、２．６ｋＨｚおよび７５．４ｋＨｚに変化する。高周波数の「和」信号が除去された場合、低周波数の「差」信号がすべての情報を搬送する。道路鋲内のすべての干渉は３８．４ｋＨｚで生じるので、２ｋＨｚ信号をそれと比較することができる。これは単純なプロセスであり、２ｋＨｚ信号の１サイクルの間、導電路サイクル数をカウントする。このように、簡単な計算を用いることで、何が検出されたかを観測することができる。公称上正しい条件下で、結果は次のようになる。
【００６１】
【表２】
2007507991.tif 000004
【００６２】
一方、道路鋲の発振器が２  １／２％低い場合、測定値は次のようになる。
【００６３】
【表３】
2007507991.tif 000005
【００６４】
これらの導電路サイクル・カウント数は、ノイズ周波数または主要干渉周波数で同期しており、そのため安定している。さらに、出力カウント数は、実際には、ローカル・マイクロプロセッサ周波数がいくつであるかを正確に示している。したがって、公称の（低）カウント数が１５である場合、ローカル周波数は３６．４ｋＨｚであり、そのため、これらから、このオンボード・システムをローカル周波数によって正確に較正することができる。マイクロプロセッサでは、この周波数は、公称２４ＭＨｚのソースから分周比が（約）６６０の分周器を用いて取り出される。そのため、第２のケースでは、カウント数が１５ではなく１０．８であることは、公称２４ＭＨｚの発振器は実際には２３．３６４ＭＨｚであり、そのため、分周比を６４１に変化させた場合、２  １／２％高いシステムが、公称上正しいシステムと本質的に同じであることを意味している。数６６０は２２０の３倍として容易にプログラムされ、単純にこの２２０を変化させることで、０．５％刻みより良い精度が得られる。そのため、例えば、６４１は２１４×３＝６４２としてプログラムされ、ローカル発振器周波数は、公称上正しいシステムのカウント数と本質的に同じ１９．１および１４．９のカウント数を与える３６．３９２ｋＨｚになる。誤差が２  １／２％となる３７．４ｋＨｚを最大値とする範囲内で公称ローカル周波数が高い場合にも、まったく同じ議論が成り立つ。
【００６５】
道路鋲の発振器が２  １／２％高い場合、測定値は次のようになる。
【００６６】
【表４】
2007507991.tif 000006
【００６７】
したがって、実際のシステムでは、マイクロプロセッサは、測定した数を監視し、その数を１５から１９の範囲内に維持するように分周比をゆっくり変化させ続けることができる。１９より大きい数が測定された場合は常に、ローカル周波数を引き下げ（分周比を引き上げ）、１５より小さい数が測定された場合は常に、ローカル周波数を引き上げる（分周比を引き下げる）。分周比の変化は、例えば２３０を２３０．１２５にするなど、小刻みに行われ、そのため、実際の分周が２３１になるまでには、８回の連続した測定が必要とされ、また２  １／２％はＰＳｏＣ内のローカル発振器にとって最悪のシナリオであるので、実際には、全体的変動は２  １／２％より大きくなることはできない。このように、導電路上のすべての道路鋲は、実際の導電路周波数に本質的に周波数同期され、その時点から先は絶対精度を維持することになる。観測されたカウントが＞１７である場合、「１」が送信され、＜１７である場合、システムは非変調状態にある。
【００６８】
道路鋲は、ローカル発振器の周波数を導電路の周波数に較正する必要はない。例えば、検索テーブルを使用することで、プロセッサが平均カウント数を検索し、その平均に対して「１」および「０」出力を表す適切なカウント範囲を得ることができる。したがって、所定の出力を生成するのに弁別目的で検索テーブルを使用することができる。
【００６９】
代替として、マイクロプロセッサ内のローカル発振器システムは、概説されたプロセスによって生成される数および／または生成されるカウント数の範囲を単純に観測することによって、導電路内の電流の周波数に対して正確に較正することができる。
【００７０】
【表５】
2007507991.tif 000007
【００７１】
これらの例では、すべてのローカル発振器周波数は、上記の範囲３５．４〜３７．４ｋＨｚ（プラスマイナス２  １／２％）内になければならず、すべての取りうる周波数は、唯一のカウント数に対応し、その結果、この段階ではその既知の周波数は導電路電流周波数について正確に較正されており、導電路周波数が変調されているかどうかを知るのは容易であるため、実際には分周比を変化させる必要はまったくない。しかし、分周比を変化させることで、すべてのカウントが同じになり、「処理時間」（２ｋＨｚ波形の周期）が基本的に一定になるので、これは明らかな利点である。また３５．４ｋＨｚにおいて、カウント数の差はわずかに２であり、これは典型的なプラスマイナス１の誤差を有するデジタル・システムでは少し小さい。もちろん、これは、すべてのローカル発振器周波数を低下させることによって補正することができるが、３７．４ｋＨｚで要する処理時間はさらに長くなる。
【００７２】
ＰＳｏＣマイクロプロセッサには、和および差周波数を生成するためのハードウェア乗算機能は存在しない。しかし、サンプル・アンド・ホールド機能が存在し、アナログ・フィルタが存在する。導電路周波数信号が、ローカル発振器周波数などの所望の周波数でサンプリングされた場合、差周波数信号が、非常に小さな和周波数成分を伴って生成される。公称ノンクリティカル・フィルタリング（ｎｏｍｉｎａｌ  ａｎｄ  ｎｏｎ−ｃｒｉｔｉｃａｌ  ｆｉｌｔｅｒｉｎｇ）を用いてこの差信号を平滑化し、またシュミット・トリガを用いて方形化し、公称２．０ｋＨｚで方形波形を生成することができる。これらの機能はすべて、ＰＳｏＣにおいて利用可能である。各周期で導電路サイクルの数をカウントすることは容易に実行され、ＰＳｏＣはやはり、これを行うことのできる機能を有しており、その後、データを制御信号に解釈するのも、必要に応じてＰＳｏＣ内のハードウェアまたはソフトウェアで実行することができる。
【００７３】
ここで図１を参照すると、電源１００は、ユーティリティ・サプライから幹線電力を取り入れ、通常、３８．４ｋＨｚ、５Ａの電流をＩＰＴ導電路１０１に発生させる。本実施例では、このＩＰＴ道電路を道路下に埋設できる。図１に示される回路が、適切な修正を施すことにより、上記実施例１を参照して説明したシステムの実装の基礎をなしうることは、当業者であれば理解されよう。コイル１０２とコンデンサ１０３とからなるアクティブ・ノードは、導電路内の電流と同じ周波数に同調され、これに近接して強い磁界を発生させる。ピックアップ・コイル１０４は、導電路周波数でコンデンサ１０５と同調され、コイル１０４によって生じた磁界から、その中に誘起電圧が発生する。このピックアップ・コイルの両端間の共振電圧は、ダイオード１０６、１０７、１０８、および１０９を含むブリッジ整流回路によって整流される。このピックアップ・コイルに供給される電力は、ＩＰＴ電源コントローラ１１０によって制御され、このコントローラからのＤＣ出力電圧は、ＭＯＳトランジスタ１１２によって切り替え可能なＬＥＤライト１１１を駆動するのに使用される。
【００７４】
ダイオード１０８の両極間の電圧は導電路電流周波数で変化し、電流基準信号として使用される本質的に方形の波形を与えるように、抵抗１１３およびダイオード１１４によって制限される。上記電圧は、導電路電流と同じ周波数であり、すなわち１次導電路内の電流の周波数を表す信号を供給するためである。この信号は、サンプル・アンド・ホールド回路１１５に入力される。ローカル発振器１２４は、サンプル・アンド・ホールド回路１１５の動作に使用される３６．４ｋＨｚの信号を与えるため、分周器１２５（３で分周）および分周器１２６（公称２２０で分周）によって分周される。サンプル・アンド・ホールド１１５の出力信号は、ローパスフィルタ１１６を通され、本実施例では２ｋＨｚの正弦波である情報信号が生成される。この正弦波は、シュミット・トリガ１１７によって方形波に変換され、この信号はカウンタ１１８をリセットし、その内容をラッチ１２０に送るのに使用される。ダイオード１１４の電流基準信号は、シュミット・トリガ１１９によって方形化され、カウンタ１１８によってカウントされる。したがって、ラッチ数は、低域通過フィルタ１１６からの２ｋＨｚ信号の周期内の導電路電流サイクル数であり、２ｋＨｚ波形の１サイクルごとに更新される。比較器１２１は、ラッチ１２０における当該数を、通常、例えば１７などの固定数と比較する。ラッチ数の方が大きい場合、データは１であり、それ以外の場合、データは０である。比較器１２２は、ラッチ数を、例えば１９などの最大値と比較する。それがより大きい場合、カウンタ１２６の分周比は引き上げられる。比較器１２３は、ラッチ１２０における上記の数を、例えば１５などの最小値と比較する。それがより小さい場合、カウンタ１２６の分周比は引き下げられる。
【００７５】
比較器１２１からの復号信号は、マイクロプロセッサ（不図示）に進み、そこで受信した１および０の系列から信号の意味が解読され、必要に応じてスイッチ１１２を動作させ、ライト／ＬＥＤ１１１をスイッチ・オンまたはオフすることができる。
【００７６】
ＰＳｏＣを使用すると、１１５以上の参照番号を付されたすべての構成要素は、ハードウェアおよびソフトウェアまたは両者を組合せてマイクロコントローラに実装することができる。このことは、構成要素および電力の大きな節約となり、物理的な構成要素の数およびこれらの構成要素によって占有されるスペースを小さくする。１１４以下の参照番号を付されたその他の構成要素は、電力構成要素であり、超小型化することはできない。
【００７７】
これらの信号処理技術の主な利点は、すべての処理を外部ハードウェアを用いずに、単一のマイクロプロセッサまたはマイクロコントローラで実行できることである。例えば、サイプレス・マイクロシステムズ社のプログラマブル・システム・オン・チップ（ＰＳｏＣ）は、非常に小さな設置面積で、また相対的に低い電流でこれらの機能のすべてを行うことができる。
【００７８】
本発明を使用すると、ＩＰＴシステムの電源からそのシステムに関連付けられた１つまたは複数の負荷（例えば道路鋲）に情報を送信することができる。この情報は符号化することができ、１つまたは複数の負荷を制御するために、例えば、負荷をオンまたはオフにしたり、またはその動作を調節したりするために使用することができる。例えば、負荷は１つまたは複数の異なる色および明るさをもつ１つまたは複数の光源とすることができ、色の変化、オン／オフ周期を制御することができる。
【実施例３】
【００７９】
別の新考案では、図１の回路は、これを変更することなく、自己較正システムを生成するのに使用することができる。このシステムでは、データが実際に送信されるかどうかにかかわらず、ローカル発振器１２４の分周器が正確に同調される。ここで、電源１００は、動作周波数を例えばプラスマイナス０．８％だけ連続的に切り替える。このように、ＩＰＴ導電路１０１では、その中に概して３８．１ｋＨｚまたは３８．７ｋＨｚの周波数を有し、これら２つの間を例えばおそらく４００Ｈｚのレートで切り替える。図１の回路は、分周器１２６の分周比を調整することによって、平均周波数が３８．４ｋＨｚになるように制御しようと試みる。ここでは、比較器１２１、１２２、および１２３はすべて、比較値として同じカウントを使用する。実際には、これらのうち２つは単に無視することができ、１つの比較器を平均期待カウント数に設定して使用することができる。カウントが大きい場合、これは「１」の復号信号であり、分周比を引き上げるための信号となる。カウントが小さい場合、そのデータは「０」であり、分周比を引き下げるための信号となる。この段階では、非変調信号は、基本的に連続変調信号である。リンクを介してデータを送信するため、この規則的な切り替えパターンが中断される。周波数は通常、高／低／高と切り替えられており、例えば２つ続いた高は、開始キャラクタとして検出するのが容易であり、開始キャラクタには、データ・ビット、必要ならばパリティ・ビット、および終了キャラクタが続き、これらはマイクロプロセッサによって復号されて、光源（またはその他の負荷）の制御に用いられる命令が供給される。この技術は、速やかに適用される（ｃｏｎｖｅｒｇｅ）。必要ならば、復号出力は、１および０の系列と排他的論理和をとることができ、そのため、搬送波の連続的な切り替わりは、データ復号１２１にヌル出力を与えても、まだ分周器率を調整する。有利なことに、この方法は安定かつ高速であり、この例では３８．４ｋＨｚである与えられた中心周波数の上下例えばプラスマイナス３００Ｈｚの均衡した周波数偏差を使用する。この例において３８．４ｋＨｚの搬送波周波数が実際に存在し、またはここでのように実際には完全に抑制されている場合でも、それは、データが実際に送信されたかどうかにかかわらず、正しい周波数設定に収束する（ｃｏｎｖｅｒｇｅ）。
【００８０】
上で説明されたシステムは、自動車交通、歩行者交通、または航空機滑走路もしくは誘導路交通などのその他の用途に使用することができる。複数の動作ユニットを提供することができ、個々の光源を１つのグループとして（または複数のグループ内で）１次電源に関連づけられた制御装置から制御できるように、各動作ユニットは個別に制御可能である。複数の光源が、関連する道路、歩道、または誘導路の利用者にメッセージを提供するように、光源を１つまたは複数の動作パターンで制御することができる。
【００８１】
例えば、動作パターンは、方向または速度制限を指示するための光源の連続的な点滅を含むことができる。
【００８２】
本発明による被制御動作ユニットは、同じ１次導電路から給電される制御されないユニットと一緒に使用することができ、異なるユニットは互いに影響を及ぼさずに動作する。さらに、本発明による被制御動作ユニットの制御は、アクティブ・ノードまたはピックアップ・コイルの同調の変動などの結合の変動によって影響を受けない。
【００８３】
本発明が、１つまたは複数の動作ユニットを制御するための狭帯域変調データ送信システムを提供することは、当業者には理解されよう。変調信号が、ユニットを制御するための情報を提供し、またユニットを動作させるのに必要な全電力も供給する。好ましい実施形態では周波数変調が使用されるが、例えば、ＡＳＫ、ＦＳＫ、またはＰＳＫ変調などの他の変調方式も使用できることは、当業者には理解されよう。また、ユニット全体または例えば光源などユニットの一部に電力を供給する別のＩＰＴシステムと一緒に動作ユニットを制御するため、このデータ送信システムを使用することができる。
【００８４】
本発明の範囲は、上で説明された具体的な実施形態に限定されず、当業者が本発明の範囲内にあると理解するであろう、それらの修正、追加、改良、均等物、および置換も含む。
【図面の簡単な説明】
【００８５】
【図１】被制御道路鋲を含むＩＰＴシステムの実用例の回路図である。
【符号の説明】
【００８６】
１００  ＩＰＴ電源
１０１  道路中のＩＰＴ導電路
１０２，１０４  コイル
１０３、１０５  キャパシタ
１０６，１０７，１０８，１０９  ダイオード
１１０  ＩＰＴ電力制御
１１１  ライト／ＬＥＤ
１１５  サンプル＆ホールド回路
１１６  低域通過フィルタ
１１７  シュミット・トリガ
１１８  カウンタ
１１９  シュミット・トリガ
１２０  ラッチ
１２１、１２２、１２３  比較器
１２４  ローカル発振器
１２５、１２６  分周器
【図１】
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【国際調査報告】
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