(57)【要約】位置推定環境を設けることによって電子デバイスの位置の推定が可能になる。ここで、可視光のソースは、発光される光の上に、検出可能な信号を変調するように構成され、それぞれの情報を伝達する信号は、そのソースを識別する。それによって、入射光の特定のソースを特定し、それから、該デバイスの位置を特定するために、デバイスの上に入射される光を処理することが可能である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
デバイス位置推定システムにおいて、
複数の可視光発光手段を有し、
それぞれの可視光発光手段は、可視スペクトルの少なくとも一部において発光するように動作可能であり、
各可視光発光手段を他の可視光発光手段と区別できるようにするための情報を伝達する信号が、前記可視スペクトルの上に変調される、
デバイス位置推定システム。
【請求項２】
それぞれの可視光発光手段ごとに、前記信号が、その可視光発光手段に固有である情報を伝達する、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記システムは、電子デバイスを含み、
前記電子デバイスは、前記可視スペクトルにおいて光を受信し、受信された光に対して、その上で変調された、前記信号の上で伝達される情報を含む信号を検出するように動作可能であり、
前記システムは、検出された情報に基づいて、前記デバイスの位置を判定するように動作可能である、請求項１または２に記載のシステム。
【請求項４】
前記デバイスは、受信された情報に基づいて、前記受信された光がそれにより発光された前記可視光発光手段を特定し、それから、該特定された可視光発光手段に相対的な前記デバイスの位置を判定するように動作可能な位置判定手段を含む、請求項３に記載のシステム。
【請求項５】
デバイスにおいて、
その上に入射する光を受信するように動作可能な光受信手段と、
前記光受信手段の上に入射する光信号の上に変調された情報を検出するように動作可能な信号情報検出手段と、ここで、前記情報は、前記光信号のソースを特徴付ける、
前記光信号の上に変調された前記情報に基づいて、位置情報を判定するように動作可能な位置判定手段とを含む、
デバイス。
【請求項６】
前記信号情報検出手段は、使用中に前記光受信手段の上に入射する複数の光信号の上に変調された情報を検出するように動作可能である、請求項５に記載のデバイス。
【請求項７】
前記位置判定手段により使用される情報を伝達する光信号の放射体の位置を記述する情報を記憶する光放射体情報記憶手段を含む、請求項５または６に記載のデバイス。
【請求項８】
前記位置判定手段により使用される情報を伝達する光信号の放射体の位置を記述する情報をリモート位置から検索するように動作可能な光放射体情報検索手段を含む、請求項５または６に記載のデバイス。
【請求項９】
前記信号検出手段は、既知の情報シーケンスのうちの一つ又は複数が存在するか又はそうでないかを判定するために、受信された光信号を、該既知の情報シーケンスに相関させるように動作可能な相関手段を含む、請求項５ないし８のいずれか１項に記載のデバイス。
【請求項１０】
前記位置判定手段は、前記信号の三つの成分の三角測量に基づいて、前記デバイスの位置を判定するように動作可能であり、ここで、それぞれの成分は、検出された情報シーケンスにより識別される、請求項９に記載のデバイス。
【請求項１１】
位置推定環境を設ける方法において、
複数のソースから可視光を放射することを含み、ここで、該複数のソースから可視光を放射することは、各可視光発光手段を他の可視光発光手段と区別できるようにするための情報を伝達する信号を、前記発光される光の上に変調することを含む、
方法。
【請求項１２】
それぞれのソースは、それに対応する、そのソースに固有の情報を、前記信号に含ませる、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
請求項１１または１２に従って設けられる環境においてデバイスの位置を推定する方法において、
前記デバイスが、前記可視スペクトルにおいて光を受信することと、
受信された光に対して、その上で変調される、信号の上で伝達される情報を含む信号を検出することと、
検出された情報に基づいて、前記デバイスの位置を判定することを含む、
方法。
【請求項１４】
受信された情報に基づいて、前記受信された光がそれにより放射された前記ソースを特定し、それから、該特定された可視光放射手段に相対的な前記デバイスの位置を判定することを含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
光検出手段を含むコンピュータデバイスにより実行されるときに、請求項１３または１４に従う方法を該デバイスに実行させるように動作可能である、コンピュータ実行可能なインストラクションを含むコンピュータプログラム製品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書で説明される実施形態は、電子装置（electronic equipment）の位置推定に関係する。
【背景技術】
【０００２】
位置推定（localisation）は、しばしば、無線周波数（ＲＦ）通信を用いて実施される。これは、いつも、中央処理デバイスの地理的位置を特定（locate）するために、該デバイスへの位置コードの通信又はＲＦ信号の局所的な利用を伴う（例えば、既知の位置をもつ複数のビーコンからの三角測量によって）。しかしながら、場合によっては、ＲＦは最適な媒体でない場合がある。これは、ＲＦスペクトルは有限であり、それゆえ、そこへのアクセスは規制によってコントロールされるからである。ＲＦスペクトル中の多くのバンドへのアクセスは、規制者への高価なライセンス料の支払いを伴う可能性がある。それゆえ、位置推定のためのスペクトルの割り当てが常に可能というわけではない。そのような環境においては、ライセンスフリーのバンドを定義し使用することができるが、これらは混雑する傾向にあり、最良の通信手段を提供しない場合がある。
【図面の簡単な説明】
【０００３】
【図１】図１は、説明される実施形態に従った位置推定を使用する通信システムを含む動作環境の概略図である。
【図２】図２は、説明される実施形態の照明ユニットの概略図である。
【図３】図３は、説明される実施形態のユーザデバイスの概略図である。
【図４】図４は、説明される実施形態において使用される位置推定信号の例を示すグラフである。
【図５】図５は、ユーザデバイスにおいて実行される処理のフローチャートである。
【図６】図６は、説明される実施形態を使用する位置推定の例の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【０００４】
可視光通信は、光源からセンサーへ大量のデータを送信するために可視光を使用する、比較的新しい通信モードである。これは、通常、高周波変調信号に対応することができる発光ダイオード（ＬＥＤ）を使用して達成される。変調が肉眼では見えないように高周波変調信号を使用することは望ましい。
【０００５】
そのような通信技術は、国際特許出願Ｗ０２００８／１４８０３９Ａ１、“Fundamental analysis for visible-light communication system using LED lights,” (Komine, T.; Nakagawa, M.; IEEE Transactions on Consumer Electronics, vol. 50, no. 1, pp. 100-107, Feb 2004)及び“Indoor visible light communications: challenges and prospects,” (D. O’Brien, M. Hoa Le, Z. Lubin, F. Grahame, L. Kyungwoo, J. Daekwang, 0. YunJe, and W. Eun Tae, SPIE Optics and Photonics 2008, p. 709106)に記載されている。
【０００６】
可視光通信は、例えばオフィス及びビルのような、ＬＥＤのアレイがすでに利用できる環境において有用である。そのような場合には、データを送信するために、これらの光の電源（power supply）を変調することができる。光センサーは、光信号を有益なデータに復号することができるであろう。
【０００７】
位置推定においては、ビルの中のセルフロケーション（self-location）のために、可視光通信がデバイス（例えばロボットなど）にとって有益である可能性がある。該デバイスはそれ自身の位置を知る必要があるだけであり、この情報を他の制御デバイスにフィードバックする必要はないので、可視光通信はこのアプリケーションに適している。
【０００８】
一実施態様によると、デバイス位置推定システムは、複数の可視光発光手段を有し、それぞれの可視光発光手段は、可視スペクトルの少なくとも一部において発光するように動作可能であり、各可視光発光手段を他の可視光発光手段と区別できるようにするための情報を伝達する信号が、前記可視スペクトルの上に変調される。
【０００９】
他の実施態様によると、デバイスは、その上に入射する光を受信するように動作可能な光受信手段と、前記光受信手段の上に入射する光信号の上に変調された情報を検出するように動作可能な信号情報検出手段と、ここで、前記情報は、前記光信号のソースを特徴付ける、前記光信号の上に変調された前記情報に基づいて、位置情報を判定するように動作可能な位置判定手段とを含む。
【００１０】
図面のうちの図１に示される特定の実施態様は、天井照明ユニット１２がある部屋１０を含む環境においてユーザデバイス２０を含む。図示されるように、（点線によって示されるような）光は、照明ユニットにより放射（発光）され、少なくとも一部がユーザデバイス２０上に入射する。
【００１１】
照明ユニット１２のうちの一つが更に詳細に説明される。また、図２に概要が示される。それぞれの天井照明ユニット１２は、ＬＥＤ１４のアレイ（ここでは６個示されているが、それが必ずしも指標となる数というわけではない。）及びコントローラ１６を含む。コントローラ１６は、その照明ユニット１２中の複数のＬＥＤ１４の上に、固有の識別子コードをその照明ユニット１２へ伝達する変調信号により変調された電圧で、電源信号を与えるように動作可能である。
【００１２】
一つのアレンジにおいて、天井照明ユニット１２は、任意の実用的な通信手段により、中央制御装置（図示せず）に接続される。一つの可能な通信手段は、電源線通信である。この方法における中央コネクションへの接続は、オペレーションの中央連携（central coordination）を可能にするために、有益で有り得る。
【００１３】
それぞれの照明ユニット１２は、それゆえ、可視光キャリアビームの上で、それに関連する固有識別コードを送信する。それによって、ユーザデバイス２０は、変調された送信光を受信すると、それ自身の位置を判定することができる。
【００１４】
「固有（である）」（unique）という語が上で使用されるが、それは、一実施態様において、識別コードが、特定の照明ユニットが近隣のものから区別できるのに十分であると、読者は認識するであろう。例えば、携帯用デバイスがもっぱら特定の場所の範囲内で使用するためのものであるならば、識別子コードがその場所の範囲内で再利用されないことで、十分である。さらに、再利用の方法が、遭遇する可能性のある識別コードの組み合せがある場所の範囲内で繰り返されないようなものであるならば、識別コードは、ある場所の範囲内で再利用されることができる。これは、幾つかの照明ユニットの識別コードが特定のデバイスで受信される場合に、それぞれの照明ユニットが固有識別コードを有するときは、情報の固有の冗長性が存在する、ということを認識する。
【００１５】
単純化すれば、識別コード「Ａ」が識別コード「Ｂ」及び「Ｃ」に遭遇するならば、これは、識別コード「Ｂ」をもつ照明ユニット及び「Ｃ」をもつ照明ユニットに隣接する、識別コード「Ａ」をもつ照明ユニットだけである可能性がある。特定の実装において、識別コード「Ａ」が２回以上使用されるが、識別コード「Ｂ」をもつ照明ユニット及び「Ｃ」をもつ照明ユニットの近隣において１度だけ使用されるならば、識別コード「Ｂ」をもつ照明ユニット及び「Ｃ」をもつ照明ユニットの近隣において、識別コード「Ａ」をもつ照明ユニットは、明確に識別されることができる。
【００１６】
それゆえ、識別コードは、それ自体、騒動（riot）を起こすかもしれないが、特定の照明ユニットを識別するのに十分であり、その識別子コードが近隣の照明ユニットの他の識別子コードと同時に遭遇することは、曖昧さを解決するであろう。
【００１７】
図３に示されるように、ユーザデバイス２０は、光センサー２２及び処理ユニット２４を含む。処理ユニット２４は、プロセッサ３０、ワーキングメモリ３２、クロック３４及びマスストレージデバイス３６を含む。バス３８は、処理ユニット２４内でのデータ通信を可能にする。入力ポート４０は、光センサー２２からの信号の受信を可能にし、出力ユニット４２は、ユーザに情報を出力するためのファシリティーを提供する。
【００１８】
ユーザデバイス２０は、所望のユーザエクスペリエンス（例えば、キーパッド、スクリーン、音声出力デバイス又はその種の他のもの）を実現するために更なる特徴を含んでも良い；本明細書では、それらの本実施態様に関連する特徴だけが開示されている、ということを読者は認識するであろう。
【００１９】
上で述べたように、それぞれの照明ユニット１２は、はっきりと区別できる地理的な位置にある。各照明ユニット１２の地理的な位置及び各照明ユニット１２に割り当てられた固有識別コードを表す情報は、処理ユニット２４のマスストレージデバイス３６に記憶されるデータベースに記録される。識別コードは、この実施態様では、事前に合意される。
【００２０】
各照明ユニットの地理的な位置及び固有識別子を表す上記情報が変更される場合、例えば照明ユニットが除去され若しくは他の照明ユニットが設置される場合又は照明ユニットが移動され若しくは照明ユニットに不良が検出される場合には、この情報を、この情報のアップデートによって、ユーザデバイスに伝えることができる。このアップデートは、ユーザ入力アクションに基づいてユーザデバイスによって（例えば、スマートフォンにより現在使用されている「アプリ（apps）」に関する場合のように）、又は、ユーザがプロセスを起動する必要なしに、アップデートをユーザデバイスに「プッシュ（pushing）」することによって、求めることができるであろう。
【００２１】
代わりに、各識別コードは、ユーザデバイスの中にハードコードすることが可能であろう。このような場合には、インストールの後で情報を変更するためのファシリティーはないであろう−これは、重要情報の改ざんのリスクが、インストールの後にそのような情報を編集するためのファシリティーを提供する利点に勝る場合に、有益であろう。
【００２２】
使用中、ユーザデバイスの光センサー２２は、近隣の照明ユニット１２から送信された光信号を受信する。ユーザデバイスが同時に多数の照明ユニットからの入射光にさらされるかもしれないが、その上に変調される情報がユーザデバイスにより検出できるように、これらの入射光線の一部だけが実用的な強度にあるかもしれないと、読者は理解するであろう。
【００２３】
一つの照明ユニット１２だけからの光が、対応する送信された識別コードが識別できる十分な電力で、光センサー２２で受信されるならば、光センサー２２から処理ユニット２４に渡る信号は、そのアクティブな照明ユニット１２により放射される光の上で変調される識別コードの特徴を示しているであろう。ユーザデバイス２０は、信号からコードを推定するであろう。そして、処理ユニット２４は、マスストレージデバイス３６に記憶されているデータベースにおいてコードに関連する位置を検索することによって、デバイスの位置を識別することができる。コードの推定のプロセスは、後で説明される。
【００２４】
もちろん、そのような状況において、ユーザデバイス２０は、ちょうど、それが特定の照明ユニットの視線（line of sight）にあると判定することができるであろう。それをするためにより多くの情報が要求されるにつれて、その照明ユニットに相対的なその位置をはっきりさせることができなくなるであろう。
【００２５】
複数の照明ユニット１２からの光が、関連する変調情報を検出できるようにするのに十分なパワーでユーザデバイスにおいて受信されるならば、ユーザデバイス２０は、その位置を確かめるために、下で概説されるような、手続きに従うであろう。
【００２６】
［照明ユニットにおける変調］
照明ユニット１２により放射される光は、この実施態様において、いくつかの可能な変調スキームのうちの一つを使用して、変調される。図４は、オン／オフ・キーイングを説明するが、例えば二相変調のような、他のスキームが利用可能である。変調手段は、照明ユニット１２の電源に適用されることもでき、或いは、照明ユニット１２自体の内部に含まれることもできる。光放射の変調は一般に利用できる電子コンポーネントによって簡単に実装されると読者は認識するであろう。
【００２７】
この実施態様における照明ユニット１２のそれぞれにより用いられるそれぞれの識別子コードは、固有であり、また、その地理的な位置に関連している。つまり、地理座標システムは、識別子コードの定義の基礎を形成する。識別子コードはまた、それがいくつかの照明ユニットが存在する状況において識別されるのを可能にするであろう特性を有するべきである。そのようなコードの例は、直交符号、ｍ系列及びゴールド符号である。その実装が比較的容易であるという点において、直交符号は特別な利点を有する。
【００２８】
［受信及び復号化］
検討される実施態様において、ユーザデバイス２０においては、光センサー２２で生成される信号（以下、照明信号（lighting signal）と呼ぶ。）が複数の照明ユニットからの成分及び雑音からなる複合信号を含むであろうと予期することができる。これらの成分のいくつかは、説明された実施態様に従った照明ユニット１２からであろうが、それらの全てがそうであるとは限らない可能性がある。そのような信号の例は、次のようである。  
ｒ＝ａ1ｓ1＋ａ2ｓ2＋ａ3ｓ3＋ｎ  
ここで、ｓkは、異なる照明ユニットからの信号であり、ａkは、それらのそれぞれの強度であり、ｎは、例えば自然源（例えば太陽）から又は説明された実施態様に従う他の電源からのような周辺光である。ｎは、時間とともに変化し得る。
【００２９】
一実施態様の実装において、ｎは、厳密に言って、無視されることができないと予期されるが、比較的短い期間の間一定であると仮定することができる。図６は、４つの照明ユニットについて図を用いてこれを説明する。
【００３０】
図５は、受信された照明信号から位置を判定するためにプロセッサによって実行されるプロセスのフローチャートを示す。このプロセス及び本明細書で開示される他のプロセスは、コンピュータソフト製品（例えばストレージデバイス又は信号が伝達するプログラムダウンロード（signal borne program download））の形でコンピュータ実行可能なインストラクションとして、又は、アプリケーションに特有の実装（例えばＤＳＰ又はＦＰＧＡ）として、構成することができる。
【００３１】
異なる照明ユニットから各コードを抽出するために、ステップＳ１−２において、受信された信号ｒは、データベースに記憶されているすべての異なるシーケンスと、相関される。また、相関の結果は、問題になっている検出されたシーケンスに起因する照明信号の成分の光強度の尺度（measure）を含む。
【００３２】
そして、ステップＳ１−４において、得られた検出シーケンスは、それぞれの照明ユニット１２の位置を判定するために、データベースのエントリに対して検索される。
【００３３】
ステップＳ１−６において、デバイスの正確な位置を判定するために、デバイスからのそれぞれの照明ユニットの距離が、それぞれの照明ユニットに関連する光強度の平方根に較正係数を乗算したものとして、計算される。この較正係数は、発見的に、つまり、試行錯誤によって、決定することができる。
【００３４】
さて、ステップ１−６で実行される計算の例が、Ｎ個の照明ユニットがユーザデバイス２０で検出可能な光を放射するケースについて説明される。
【００３５】
［ステップ１］
最初に、最も高い大きさ（magnitude）をもつ光信号の三つの成分が選択される；ｋ番目に高い大きさの成分について、対応する照明ユニット１２の位置が、デカルト座標において（ｘｋ，ｙｋ）として示される。
【００３６】
これらの照明ユニットのそれぞれからのユーザデバイスの距離は、それぞれ、ｄ１、ｄ２、ｄ３として示される。
【００３７】
［ステップ２］
次のように座標が変換される。
【数１】
2014506328.tif 000003
【００３８】
［ステップ３］
変換ドメインにおけるユーザデバイス２０の対応する変換ｘ座標は、次のように計算される。
【数２】
2014506328.tif 000004
【００３９】
また、その対応するｙ座標は、次のようである。
【数３】
2014506328.tif 000005
【００４０】
それから、デバイスの座標は、ステップ２で適用される変換の逆を用いてデカルト座標に変換される。
【００４１】
説明された実施態様の実装の方法がハードウェア若しくはソフトウェア又は両方の混合の提供によることができることは上述から認識されるであろう。ソフトウェア実装が意図されるならば、これは、適切なコンピュータ化されたデバイスにより実行可能な全くのプログラムによることができ、又は、コンピュータデバイスの上にすでに存在すると仮定されるソフトウェアコンポーネント（例えば、オペレーティングシステム又はファンクションのライブラリーなど）と協調するように構成されたソフトウェアコンポーネントによることができるであろう。
【００４２】
ソフトウェアは、アンテナ及び適切な通信ドライバー（説明を簡略化するために、図示せず）により、無線通信チャネルを経由して、又は、記憶媒体（例えば、メモリ・カード、マスストレージデバイスなど）を介して、若しくは、ＰＣへのダイレクトコネクション（例えば、スマートフォンがホームＰＣへのコネクションによって周期的にアップデートされるときなど）によって、図３に示されるようなデバイスに導入することができる。
【００４３】
上記の実施態様が、可視光を使用する実施態様の機能（features）及び特徴（characteristics）を客観的に提示するが、同じことを前の例に従ってＲＦ実装と比較することはまた有益で有り得る。位置推定のためにＲＦを使用することは、ポジショニングのためのユーザデバイスとの通信を容易にするために、カバレージエリア中の様々な位置にＲＦトランシーバを設置することを要求するであろう。他方、照明ユニットはいつも建物（少なくとも大部分）に設置されるので、それらは本体の位置にあり、追加的な設備はほとんどなく、それらは、位置識別コードをデバイスへ送信するために容易に使用することができる。
【００４４】
また、位置推定のためにＲＦ技術を使用することには、干渉という更なる欠点がある。上記のように、ＲＥ技術は通信のためにしばしば無免許バンド（unlicensed bands）を使用する。そして、特にＩＳＭバンドのようなバンドにおいて、無免許バンドは通常極めて混んでいる。対照的に、本実施態様に従って構成されない他の照明ユニットがそのように構成される照明ユニットと干渉することが起こりそうもないであろうから、特定の実施態様において、上述のような可視光通信は、この干渉の問題を必要以上に示さないであろう。
【００４５】
特定の実施形態が説明されたが、これらの実施形態はただ例として提示されたものであり、本発明の範囲を制限することが意図されるものではない。実際に、本明細書で説明された新しい方法及びシステムは、種々の他のフォームで表現されても良い;さらに、本明細書で説明された方法及びシステムのフォームにおける様々な省略、置き換え及び変形が本発明の精神を逸脱しない範囲でなされても良い。添付の特許請求の範囲及びそれらの均等物は、本発明の範囲及び精神に含まれるであろうそのようなフォーム又は変形をカバーすることが意図される。
【図１】
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【図２】
2014506328.tif 000007
【図３】
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【図４】
2014506328.tif 000009
【図５】
2014506328.tif 000010
【図６】
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【国際調査報告】
2014506328.tif 000012
2014506328.tif 000013
2014506328.tif 000014