(57)【要約】本発明は、ランプ１２０との電気的な通信において安定器１１０を含む光源１００を動作する方法に関する。本方法は、データ周期の間のランプ１２０に印加されるべき平均のランプ電力を決定するため９２０、安定器１１０を動作させることを含んでいる。本方法は、さらに、データ周期の間にパルス幅変調駆動信号を発生してランプ１２０に伝達するため９３０、安定器１１０を動作させることを含んでいる。本方法は、さらに、データ周期の間にパルス幅変調駆動信号の受信に応じて変調された光出力を放出するため９４０、ランプ１２０を動作することを含んでいる。
2006527558.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ランプと電気的に接続される安定器を含む光源を動作させる方法であって、
第一のデータ周期の間にランプに印加されるべき第一の平均のランプ電力を決定するために前記安定器を動作させるステップと、
前記第一のデータ周期の間に、前記第一の平均のランプ電力を前記ランプに印加するため、第一のデータビットを表す少なくとも１つのパルスを含む第一の波形と第二のデータビットを表す少なくとも１つのパルスを含む第二の波形とのうちの一方を有する第一のパルス幅変調駆動信号を発生して前記ランプに伝達するために前記安定器を動作させるステップと、
前記第一のデータ周期の間に、前記第一のパルス幅変調駆動信号の受信に応じて第一の変調された光出力を発生するために前記ランプを動作させるステップとを含み、
前記第一の変調された光出力は、前記第一の波形を有する前記第一のパルス幅変調駆動信号に応じて前記第一のデータビットを表し、前記第二の波形を有する前記第一のパルス幅変調駆動信号に応じて前記第二のデータビットを表す、
ことを特徴とする方法。
【請求項２】
第二のデータ周期の間に前記ランプに印加されるべき第二の平均のランプ電力を決定するために前記安定器を動作させるステップと、
前記第二のデータ周期の間に、前記第二の平均のランプ電力を前記ランプに印加するため、前記第一のデータビットを表す少なくとも１つのパルスを含む第三の波形と前記第二のデータビットを表す少なくとも１つのパルスを含む第四の波形のうちの一方を有する第二のパルス幅変調駆動信号を発生して前記ランプに伝達するために前記安定器を動作させるステップと、
前記第二のデータ周期の間に、前記第二のパルス幅変調駆動信号の受信に応答して第二の変調された光信号を発生するために前記ランプを動作させるステップとを更に含み、
前記第二の変調された光出力は、前記第三の波形を有する前記第二のパルス幅変調駆動信号の受信に応答して前記第一のデータビットを表し、前記第四の波形を有する前記第二のパルス幅変調駆動信号に応答して前記第二のデータビットを表す、
請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記第一のパルス幅変調駆動信号が前記第一のデータ周期の間に前記第一の波形を有して生成されたとき、前記第一のパルス幅変調駆動信号は、前記第一のデータ周期の第一の部分の間に第一のデューティサイクルを有する少なくとも１つのパルスからなる第一のセットと、前記第一のデータ周期の第二の部分の間に第二のデューティサイクルを有する少なくとも１つのパルスからなる第二のセットを含み、
前記第一のパルス幅変調駆動信号が前記第一のデータ周期の間に第二の波形を有して生成されたとき、前記第一のパルス幅変調駆動信号は、前記第一のデータ周期の第二の部分の間に前記第一のデューティサイクルを有する少なくとも１つのパルスからなる第一のセットと、前記第一のデータ周期の第一の部分の間に前記第二のデューティサイクルを有する少なくとも１つのパルスからなる第二のセットとを含む、
請求項１記載の方法。
【請求項４】
前記第一のパルス幅変調駆動信号が前記第一のデータ周期の間に前記第一の波形を有して生成されたとき、前記第一のパルス幅変調駆動信号は、前記第一のデータ周期の第一の部分の間に第一のデューティサイクルを有する少なくとも１つのパルスからなる第一のセットと、前記第一のデータ周期の第二の部分の間に第二のデューティサイクルを有する少なくとも１つのパルスからなる第二のセットとを含み、
前記第一のパルス幅変調駆動信号が前記第一のデータ周期の間に前記第二の波形を有して生成されたとき、前記第一のパルス幅変調駆動信号は、前記第一のデータ周期の第三の部分の間に前記第一のデューティサイクルを有する少なくとも１つのパルスからなる第一のセットと、前記第一のデータ周期の第四の部分の間の前記第二のデューティサイクルを有する少なくとも１つのパルスからなる第二のセットとを含む、
請求項１記載の方法。
【請求項５】
前記第一のパルス幅変調駆動信号は前記第一のデータ周期の間に前記第一の波形を有して生成されたとき、前記第一のパルス幅変調駆動信号は、前記第一のデータ周期の間の第一のデューティサイクルを有する少なくとも１つのパルスからなる第一のセットを含み、
前記第一のパルス幅変調信号は、前記第一のデータ周期の間に前記第二の波形を有して生成され、前記第一のパルス幅変調駆動信号は、前記第一のデータ周期の間に第二のデューティサイクルを有する少なくとも１つのパルスからなる第二のセットを含む、
請求項１記載の方法。
【請求項６】
ランプと、
前記ランプと電気的に接続される安定器とを有する光源であって、
前記安定器は、第一のデータ周期の間に前記ランプに印加されるべき第一の平均のランプ電力を決定するために作用し、
前記安定器は、前記第一のデータ周期の間に、前記第一の平均のランプ電力を前記ランプに印加するため、第一のデータビットを表す少なくとも１つのパルスを含む第一の波形と第二のデータビットを表す少なくとも１つのパルスを含む第二の波形とのうちの一方を有する第一のパルス幅変調駆動信号を発生して前記ランプに伝達するために作用し、
前記ランプは、前記第一のデータ周期の間に、前記第一のパルス幅変調駆動信号の受信に応じて第一の変調された光出力を発生するために作用し、
前記第一の変調された光出力は、前記第一の波形を有する前記第一のパルス幅変調駆動信号に応じて前記第一のデータビットを表し、前記第二の波形を有する前記第一のパルス幅変調駆動信号に応じて前記第二のデータビットを表す、
ことを特徴とする光源。
【請求項７】
前記安定器は、第二のデータ周期の間に前記ランプに印加されるべき第二の平均のランプ電力を決定するために作用し、
前記安定器は、前記第二のデータ周期の間に、前記第二の平均のランプ電力を前記ランプに印加するため、前記第一のデータビットを表す少なくとも１つのパルスを含む第三の波形と前記第二のデータビットを表す少なくとも１つのパルスを含む第四の波形のうちの一方を有する第二のパルス幅変調駆動信号を発生して前記ランプに伝達するために作用し、
前記ランプは、前記第二のデータ周期の間に、前記第二のパルス幅変調駆動信号の受信に応答して第二の変調された光信号を発生するために作用し、
前記第二の変調された光出力は、前記第三の波形を有する前記第二のパルス幅変調駆動信号の受信に応答して前記第一のデータビットを表し、前記第四の波形を有する前記第二のパルス幅変調駆動信号に応答して前記第二のデータビットを表す、
請求項６記載の光源。
【請求項８】
前記第一のパルス幅変調駆動信号が前記第一のデータ周期の間に前記第一の波形を有して生成されたとき、前記第一のパルス幅変調駆動信号は、前記第一のデータ周期の第一の部分の間に第一のデューティサイクルを有する少なくとも１つのパルスからなる第一のセットと、前記第一のデータ周期の第二の部分の間に第二のデューティサイクルを有する少なくとも１つのパルスからなる第二のセットを含み、
前記第一のパルス幅変調駆動信号が前記第一のデータ周期の間に第二の波形を有して生成されたとき、前記第一のパルス幅変調駆動信号は、前記第一のデータ周期の第二の部分の間に前記第一のデューティサイクルを有する少なくとも１つのパルスからなる第一のセットと、前記第一のデータ周期の第一の部分の間に前記第二のデューティサイクルを有する少なくとも１つのパルスからなる第二のセットとを含む、
請求項６記載の光源。
【請求項９】
前記第一のパルス幅変調駆動信号が前記第一のデータ周期の間に前記第一の波形を有して生成されたとき、前記第一のパルス幅変調駆動信号は、前記第一のデータ周期の第一の部分の間に第一のデューティサイクルを有する少なくとも１つのパルスからなる第一のセットと、前記第一のデータ周期の第二の部分の間に第二のデューティサイクルを有する少なくとも１つのパルスからなる第二のセットとを含み、
前記第一のパルス幅変調駆動信号が前記第一のデータ周期の間に前記第二の波形を有して生成されたとき、前記第一のパルス幅変調駆動信号は、前記第一のデータ周期の第三の部分の間に前記第一のデューティサイクルを有する少なくとも１つのパルスからなる第一のセットと、前記第一のデータ周期の第四の部分の間の前記第二のデューティサイクルを有する少なくとも１つのパルスからなる第二のセットとを含む、
請求項６記載の光源。
【請求項１０】
前記第一のパルス幅変調駆動信号が前記第一のデータ周期の間に前記第一の波形を有して生成されたとき、前記第一のパルス幅変調駆動信号は、前記第一のデータ周期の間に第一のデューティサイクルを有する少なくとも１つのパルスからなる第一のセットを含み、
前記第一のパルス幅変調信号が前記第一のデータ周期の間に前記第二の波形を有して生成されたとき、前記第一のパルス幅変調駆動信号は、前記第一のデータ周期の間に第二のデューティサイクルを有する少なくとも１つのパルスからなる第二のセットを含む、
請求項６記載の光源。
【請求項１１】
ランプと、
ランプと電気的に接続される安定器とを有する光源であって、
前記安定器は、
第一のデータ周期の間にランプに印加されるべき第一の平均のランプ電力を決定するためのコンピュータ読取り可能なコードと、
前記第一のデータ周期の間に、前記第一の平均のランプ電力を前記ランプに印加するため、第一のデータビットを表す少なくとも１つのパルスを含む第一の波形と第二のデータビットを表す少なくとも１つのパルスを含む第二の波形とのうちの一方を有する第一のパルス幅変調駆動信号を発生して前記ランプに伝達するためのコンピュータ読取り可能なコードとを有し、
前記ランプは、前記第一のデータ周期の間に、前記第一のパルス幅変調駆動信号の受信に応じて第一の変調された光出力を発生するために作用し、
前記第一の変調された光出力は、前記第一の波形を有する前記第一のパルス幅変調駆動信号に応じて前記第一のデータビットを表し、前記第二の波形を有する前記第一のパルス幅変調駆動信号に応じて前記第二のデータビットを表す、
ことを特徴とする光源。
【請求項１２】
前記安定器は、第二のデータ周期の間に前記ランプに印加されるべき第二の平均のランプ電力を決定するためのコンピュータ読み取り可能なコードを更に含み、
前記安定器は、前記第二のデータ周期の間に、前記第二の平均のランプ電力を前記ランプに印加するため、前記第一のデータビットを表す少なくとも１つのパルスを含む第三の波形と前記第二のデータビットを表す少なくとも１つのパルスを含む第四の波形のうちの一方を有する第二のパルス幅変調駆動信号を発生して前記ランプに伝達するためのコンピュータ読取り可能なコードを更に含み、
前記ランプは、前記第二のデータ周期の間に、前記第二のパルス幅変調駆動信号の受信に応答して第二の変調された光信号を発生するために作用し、
前記第二の変調された光出力は、前記第三の波形を有する前記第二のパルス幅変調駆動信号に応答して前記第一のデータビットを表し、前記第四の波形を有する前記第二のパルス幅変調駆動信号に応答して前記第二のデータビットを表す、
請求項１１記載の光源。
【請求項１３】
前記第一のパルス幅変調駆動信号が前記第一のデータ周期の間に前記第一の波形を有して生成されたとき、前記第一のパルス幅変調駆動信号は、前記第一のデータ周期の第一の部分の間に第一のデューティサイクルを有する少なくとも１つのパルスからなる第一のセットと、前記第一のデータ周期の第二の部分の間に第二のデューティサイクルを有する少なくとも１つのパルスからなる第二のセットを含み、
前記第一のパルス幅変調駆動信号が前記第一のデータ周期の間に第二の波形を有して生成されたとき、前記第一のパルス幅変調駆動信号は、前記第一のデータ周期の第二の部分の間に前記第一のデューティサイクルを有する少なくとも１つのパルスからなる第一のセットと、前記第一のデータ周期の第一の部分の間に前記第二のデューティサイクルを有する少なくとも１つのパルスからなる第二のセットとを含む、
請求項１１記載の光源。
【請求項１４】
前記第一のパルス幅変調駆動信号が前記第一のデータ周期の間に前記第一の波形を有して生成されたとき、前記第一のパルス幅変調駆動信号は、前記第一のデータ周期の第一の部分の間に第一のデューティサイクルを有する少なくとも１つのパルスからなる第一のセットと、前記第一のデータ周期の第二の部分の間に第二のデューティサイクルを有する少なくとも１つのパルスからなる第二のセットとを含み、
前記第一のパルス幅変調駆動信号が前記第一のデータ周期の間に前記第二の波形を有して生成されたとき、前記第一のパルス幅変調駆動信号は、前記第一のデータ周期の第三の部分の間に前記第一のデューティサイクルを有する少なくとも１つのパルスからなる第一のセットと、前記第一のデータ周期の第四の部分の間に前記第二のデューティサイクルを有する少なくとも１つのパルスからなる第二のセットとを含む、
請求項１１記載の光源。
【請求項１５】
前記第一のパルス幅変調駆動信号が前記第一のデータ周期の間に前記第一の波形を有して生成されたとき、前記第一のパルス幅変調駆動信号は、前記第一のデータ周期の間に第一のデューティサイクルを有する少なくとも１つのパルスからなる第一のセットを含み、
前記第一のパルス幅変調信号が前記第一のデータ周期の間に前記第二の波形を有して生成されたとき、前記第一のパルス幅変調駆動信号は、前記第一のデータ周期の間に第二のデューティサイクルを有する少なくとも１つのパルスからなる第一のセットを含む、
請求項１１記載の光源。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光源のデータ伝送全般に関する。
より詳細には、本発明は、蛍光ランプ及び光出力変調を利用したデータ伝送の方法及びシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
大部分の人工的な光は、ガスを通した電気放電がイルミネーションを生成するために使用されるランプを利用して生成される。１つのかかるランプは、蛍光ランプである。電気放電のイルミネーションの普及は、たとえば白やけした制御アプリケーションのような光出力変調を介したデータ伝送のため、放電灯の利用を導いている。
【０００３】
データ伝送アプリケーション用の放電灯の初期の開発では、アナログ振幅変調（ＡＭ）スキームが利用され、蛍光灯におけるアーク電流、「キャリア信号」をオーディオ情報信号で変調する。残念ながら、この技術及び類似の技術は、たとえば光出力において知覚できるフリッカに繋がる場合があるデータにおける低周波成分のような、多数の理由のために直接的な伝送には望まれていない。
【０００４】
データ伝送アプリケーション用の放電灯の後期の開発は、光出力変調を使用してデータを送信するために利用された周波数変調（ＦＭ）スキームを含んでいる。ＦＭ方法は、白やけのレンジにわたる蛍光ランプの光出力を規制し、大きく連続的な周波数レンジを必要とするための周波数変動を利用している。
【０００５】
残念ながら、高周波ランプのドライバの動作にとって望まれない周波数値が存在する。たとえば、可聴のレンジを超える動作周波数は、利用されるべきではない少なくとも２つの周波数レンジを含んでいる。１つの周波数レンジの例は、赤外線遠隔制御用に利用されるＲＣ−５周波数レンジ（３０−４２ｋＨｚ）である。この周波数レンジで動作するランプは、ＲＣ−５遠隔制御受信機の動作と干渉する可能性がある。
【０００６】
別の周波数レンジの例は、盗難防止ゲート周波数レンジ（５０−６０ｋＨｚ）であり、米国のＲｅｔａｉｌ  ｅｓｔａｂｌｉｓｈｍｅｎｔで利用されている。幾つかの例では、蛍光灯の安定器により発生される電磁場（ＥＭ  ｆｉｅｌｄ）は、盗難防止ゲートの適切な動作を乱す可能性がある。安定器の動作の周波数レンジは連続的であるので、安定器は、これら周波数レンジの上又は下のいずれかで動作すべきである。
【０００７】
１つのソリューションは、望まれない周波数レンジを超える周波数の値に安定器の動作を制限することであった。残念ながら、動作周波数は、好まれる白やけ性能を達成するためにできるだけ低くなる必要がある。さらに、高周波値及び低い白やけレベルで、寄生のワイヤリングキャパシタンスを流れる電流は、より重大なランプ電流の規制に対する干渉のファクタとなる。
【０００８】
周波数変動に関する別の問題は、周波数変動を使用した光出力の規制がマルチランプタイプの安定器について適さないことである。安定器のランプの安定性の特性は、安定器の出力インピーダンスとランプのインピーダンスとの相対値からなる複雑な関数である。安定器の出力インピーダンスは、周波数につれて変動し、ランプのインピーダンスは、電力消費につれて非線形に変動する。この理由のため、固定された安定器の設計によれば、周波数変動を使用して完全な白やけは、制限された数のランプのタイプについてのみ一般に達成される。他のランプと安定器との組み合わせについて、白やけは、全体のレンジにわたり不可能であり、従って商業的に実行可能である。
【０００９】
最近、パルス幅変調（ＰＷＭ）に基づいた制御方法が利用され、周波数レンジの問題が対処されている。パルス幅変調（ＰＷＭ）に基づいた制御方法は、固定された動作周波数を使用するものであって、有利な点を提供し、マルチランプタイプの安定器で適用することができる。ＰＷＭに基づいた制御方法は、デジタル安定器又はアナログ安定器のいずれかを使用して実現される。したがって、ＰＷＭは、望まれない周波数レンジ外にある固定された周波数を利用して実現することができる。
【００１０】
残念ながら、デジタル安定器の実現は、たとえば白やけしたアプリケーション（dimming  application）といった制御の態様に主に制限されている。さらに、通信アプリケーション用のＰＷＭに基づいた制御方法を使用するデジタル安定器を利用することは、複雑な仕事となることがわかっている。通信アプリケーション用のＰＷＭに基づいた制御方法の従来の符号化を使用したデジタル安定器を利用することは、人間の目に知覚することのできるフリッカとなる場合がある。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の１つの形態は、ランプとの電気的な通信において安定器を含む光源を動作する方法である。第一に、安定器は、データ周期の間にランプに印加されるべき平均のランプ電力を決定し、データ周期の間に発生されたパルス幅変調駆動信号をランプに伝達する。このパルス幅変調された駆動信号は、データ周期の間に平均のランプ電力をランプに印加するために第一の波形又は第二の波形のいずれか一方を有する。第一の波形は、第一のデータビットを表す１以上のパルスを含み、第二の波形は、第二のデータビットを表す１以上のパルスを含んでいる。第二に、ランプは、パルス幅変調駆動信号の受信に応じて、データ周期の間に変調された光出力を放出する。変調された光出力は、第一の波形を有するパルス幅変調駆動信号に応答して第一のデータビットを表しているか、又は第二の波形を有するパルス幅変調駆動信号に応答して第二のデータビットを表している。
【００１２】
本発明の別の態様は、ランプとの電気的な通信においてランプと安定器を含む装置である。安定器は、第一のデータ周期の間にランプに印加されるべき平均のランプ電力を決定するために作用する。安定器は、さらに、データ周期の間にパルス幅変調（ＰＷＭ）駆動信号を生成し、ランプに伝達するために作用する。ＰＷＭ駆動信号は、平均のランプ電力をランプに印加するために第一の波形又は第二の波形のいずれかを含んでいる。第一の波形は、第一のデータビットを表す１以上のパルスを含んでおり、第二の波形は、第二のデータビットを表す１以上のパルスを含んでいる。ランプは、データ周期の間にＰＷＭ駆動信号の受信に応じて変調された光出力を発生するために作用する。変調された光出力は、第一の波形を有するＰＷＭ駆動信号に応じて第一のデータビットを表しており、変調された光出力は、第二の波形を有するＰＷＭ駆動信号に応答して第二のデータビットを表している。
【００１３】
上述された本発明の形態、並びに他の特徴及び利点は、添付図面と共に読まれる好適な実施の形態に関する以下の詳細な説明から更に明らかになるであろう。詳細な説明及び図面は、本発明を限定するよりはむしろ例示するものであって、本発明の範囲は、特許請求の範囲及びその等価な内容により定義される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
図１は、本発明の１実施の形態に係る光源１００でのプログラマブルデジタル安定器を例示する回路図である。光源１００は、光出力変調を介してデータを送信する。光源１００は、プログラマブルデジタル安定器１００及びランプ１２０を含んでいる。光源１００は、制御機能と同様に、送信のためにデータを受信するためにプログラマブルデジタル安定器１００内に埋め込まれたコミュニケーショントランシーバインタフェース（図示せず）を含んでいる。
【００１５】
図１では、プログラマブルデジタル安定器１１０は、マイクロプロセッサ１３０、レベルシフタ１４０、共振タンク１５０、トランジスタ（Ｍ1及びＭ2）及びキャパシタＣdcを含んでいる。プログラマブルデジタル安定器１１０は、ハーブブリッジドライバのコンフィギュレーションで構成され、コンフィギュレーションに基づいてオーバラップすることのない駆動信号を生成する。
【００１６】
マイクロプロセッサ１３０は、データ信号入力端子（Ｄａｔａ）、制御信号入力／出力端子ＣＴＬ、第一の出力信号端子Ｇ1、及び第二の出力信号端子Ｇ2を含んでいる。別の実施の形態では、マイクロプロセッサ１３０のデータ信号入力端子（Ｄａｔａ）及び制御入力端子ＣＴＬの機能は、単一の信号入力／出力端子により実行される。レベルシフタ１４０は、第一の入力信号端子Ｇ1及び第一の出力信号シフト端子Ｇ1+を含んでいる。レベルシフタ１４０の第一の信号端子Ｇ1は、マイクロプロセッサ１３０の第一の出力信号端子Ｇ1に結合されている。
【００１７】
トランジスタＭ1及びＭ2は、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）であり、ソース、ゲート及びドレインをそれぞれ有している。トランジスタＭ1のソースは、電圧源Ｖ+に結合されており、トランジスタＭ1のゲートは、第一の出力信号シフト端子Ｇ1+に結合されている。トランジスタＭ2のソースは、トランジスタＭ1のドレインに結合されている。トランジスタＭ2のゲートは、第二の出力信号端子Ｇ2に結合されており、トランジスタＭ2のドレインは、回路グランドＧＮＤに結合されている。
【００１８】
キャパシタＣdcは、第一の端子及び第二の端子を含んでいる。キャパシタＣdcの第一の端子は、トランジスタＭ1のドレイン及びトランジスタＭ2のソースに結合されている。共振タンク１５０は、インダクタＬR及びキャパシタＣRを含んでいる。共振タンク１５０のインダクタＬRは、第一の端子と第二の端子を含んでいる。インダクタＬRの第一の端子は、キャパシタＣdcの第二の端子に結合されている。共振タンク１５０のキャパシタＣRは、第一の端子と第二の端子とを含んでいる。キャパシタＣRの第一の端子は、インダクタＬRの第二の端子に結合されている。キャパシタＣRの第二の端子は、回路グランドＧＮＤに結合されている。
【００１９】
ランプ１２０は、第一の端子及び第二の端子を含んでいる。ランプ１２０の第一の端子は、インダクタＬRの第二の端子及びキャパシタＣRの第一の端子に結合されている。ランプ１２０の第二の端子は、グランドＧＮＤに結合されている。
【００２０】
動作において、マイクロプロセッサ１３０は、制御信号入力端子ＣＴＬで制御信号を受信し、データ信号入力端子Ｄａｔａで入力データ信号を受ける。制御信号は、光源の出力レベルの指示を含んでいる。１実施の形態では、光源の出力レベルの指示は、ユーザにより決定された光出力レベルに基づいた、ユーザにより決定された光源出力レベルである。入力データ信号は、ユーザにより決定された光出力レベルを維持するため、通信データ又は固定コードの形式で入力データを含んでいる。
【００２１】
マイクロプロセッサ１３０は、受信された制御信号及び入力データ信号に基づいてゲート駆動信号を生成する。制御信号は、（以下、図２で詳述される）デューティサイクルを決定するために利用される。上述されたデューティサイクルを生成するための方法論は、当該技術分野では公知である。
【００２２】
決定されたデューティサイクル及び入力データ信号は、以下に記載されるようなパルス幅変調タンク駆動信号となる、２つのパルス幅変調ゲート駆動信号を生成するために利用される。１実施の形態では、ゲート駆動信号は、（以下、図２に詳述される）二相信号である。二相信号は、フリッカを除去する。別の実施の形態では、ゲート駆動信号は、二相符号化なしにパルス幅変調を利用して生成される。
【００２３】
第一のゲート駆動信号は、マイクロプロセッサ１３０の第一の出力信号端子Ｇ1からレベルシフタ１４０の第一の入力信号端子Ｇ1に送信される。レベルシフタ１４０は、第一のゲート駆動信号をシフトし、第一の出力信号シフト端子Ｇ1+でシフトされた第一のゲート駆動信号を生成する。シフトされた第一のゲート駆動信号は、第一の出力信号シフト端子Ｇ1+からトランジスタＭ2のゲートに送信される。１実施の形態では、第一のゲート駆動信号は、信号を増加することでシフトされ、これにより、シフトされた第一のゲート駆動信号は、電圧源Ｖ+によりトランジスタＭ1のソースに印加された電圧と関してトランジスタＭ1のゲートに影響を及ぼすに十分大きい。第二のゲート駆動信号は、マイクロプロセッサ１３０の第二の出力端子Ｇ2からトランジスタＭ2のゲートに送信される。
【００２４】
シフトされた第一のゲート駆動信号及び第二のゲート駆動信号は、関連するトランジスタ（Ｍ1及びＭ2）を駆動し、キャパシタＣdcの第一の端子でパルス幅変調信号の駆動信号を生成する。キャパシタＣdcは、パルス幅変調信号の駆動信号をフィルタリングして、その低周波成分（直流成分）を除去する。フィルタリングされたパルス幅変調駆動信号は、その後共振タンク１５０に印加される。
【００２５】
ＰＷＭ駆動スキームでは、駆動信号のデューティサイクルの増加は、ランプに伝送される電力を増加し、したがってランプの光出力を増加する。
【００２６】
共振タンク１５０は、周波数の依存する回路である。インダクタＬR及びキャパシタＣRの両者のインピーダンスは、パルス幅変調駆動信号の周波数の変化につれて変化する。１実施の形態では、共振タンク１５０は、パルス幅変調タンク駆動信号を受け、パルス幅変調タンク駆動信号に基づいて電力信号をランプに伝送する。たとえば、高周波では、共振タンク１５０のインピーダンスは大きく、したがって、ランプ１２０に伝送される電力は低い。逆に、低周波では、共振タンク１５０のインピーダンスは低く、したがって、ランプ１２０に伝送される電力は高い。
【００２７】
ランプ１２０に伝送される電力により、ランプの強度は、時間長を変えるために非常に高いレートで変化する。このレートは、デジタル安定器内でのハーフブリッジのスイッチング周波数と呼ばれる。スイッチング周波数が十分に高いレートで維持される場合、人間に目には見ることができない。１実施の形態では、３０キロヘルツよりも大きなスイッチング周波数が利用され、目に見えるフリッカが生じないことを保証する。
【００２８】
光源１００は、プログラマブルデジタル安定器を含む適切な蛍光ランプの光源として実現することができ、たとえば、Beiji、Buji、Aendekerk及びLangeslag等による2002年5月2日に公開された国際出願WO02/35893、及び2002年7月18日に公開された米国特許出願US2002/009838  A1により開示されるような回路構成で記載されるプログラマブルデジタル安定器を含んだ蛍光ランプの光源として実現することができる。
【００２９】
動作では以下に説明されるように、光源１００は、所望のランプ／光出力レベルに基づいた制御信号を受ける。プログラマブルデジタル安定器１００のマイクロプロセッサ１３０は、所望の平均のランプ／光出力レベルを生成するために必要とされるランプ１２０に印加される平均のランプ電力を決定する。プログラマブルデジタル安定器１１０は、平均のランプ電力の決定に基づいて、パルス幅変調（ＰＷＭ）駆動信号を生成し、該信号をランプ１２０に伝達する。ＰＷＭ駆動信号の生成は、以下の図２〜図８に記載されている。ランプ１２０は、生成されたＰＷＭ駆動信号の受信に応じて、変調された光出力を放出する。
【００３０】
図２は、図１のデジタル安定器のランプ部分について、平均のランプ電力−デューティサイクルの関係を定義する伝達曲線を例示する、ｘ軸とｙ軸を含むグラグである。伝達曲線は、蛍光灯を駆動するために利用される白やけの安定器の特性を表している。例では、伝達曲線は、図１のデジタル安定器１１０の特性を表している。
【００３１】
図２は、平均のランプ電力はｙ軸として例示されており、デューティサイクルはｘ軸として例示されている。ｙ軸で識別されるそれぞれの平均のランプ電力レベルについて、ｘ軸で識別される関連するデューティサイクルが存在する。ランプから供給されるルミナンスの量が大きくなると、ｙ軸に沿って平均のランプ電力のレベルが大きくなる。ｘ軸は、デューティサイクルのレンジと呼ばれる。１実施の形態では、デューティサイクルは、時間のパーセント表示であり、ランプは、予め決定された周期内で時間量と比較して光を発生する。
【００３２】
図２では、Ｐmax及びＰminは、蛍光灯の最大及び最小の定格電力の出力を表している。ｄmax及びｄminは、それぞれの平均の電力レベルを達成するための、対応する最大及び最小のデューティサイクルを表している。二相ＰＷＭ駆動スキームにおけるランプの電力レベルは平均であるので、最大の定格の電力出力Ｐmax及び最小定格の電力出力Ｐminのレベルは、パルス幅変調駆動信号のピーク−ピークレベルにより送信の間に上回られる。
【００３３】
最大及び最小の伝送される平均の電力レベルは、Ｐh及びＰlとしてそれぞれ識別される。Ｐh及びＰlのファクタを決定することで、ランプの白やけのレンジ及びデータ伝送の信号対雑音比を含んでいる。例では、最大の伝送される平均電力レベルＰhは、最大定格の電力出力Ｐmaxの値の９０％であり、最小の伝送される平均電力レベルＰlは、最大定格の電力出力Ｐmaxの値の２０％（１０％）である。それぞれの平均の電力レベルは、それに関連するデューティサイクルｄh及びｄ1をそれぞれ有している。１実施の形態では、及び図１を参照して、１以上の蛍光灯の伝達曲線データは、マイクロプロセッサ１３０内のルックアップテーブルに記憶される。この実施の形態では、それぞれの蛍光灯モデルの最大及び最小の伝送される平均の電力出力を表している最大の伝送される平均の電力レベルＰhと最小の伝送される平均の電力レベルＰlの値も同様に、マイクロプロセッサ１３０に記憶される。
【００３４】
Ｐmは、ランプに関連する平均のランプ電力レベルを表している。平均のランプ電力レベルＰmは、ユーザ定義済みのルミナンスレベルである。ｄmは、平均のランプの電力レベルＰmに関連する対応する平均のデューティサイクルを表す。１実施の形態では、平均のデューティサイクルｄmは、平均のランプの電力レベルＰmをユーザにより選択されたレベルに設定するためにランプドライバにおけるフィードバック調整ループにより決定される。
【００３５】
Δｄl及びΔｄhは、光受信機による光変調の検出を容易にするために平均のデューティサイクルｄmに加算されるか、又は該デューティサイクルから減算される設計変数である。ΔｄlとΔｄhのレベルの差が大きくなると、光受信機による光変調の検出がより向上される。逆に、設計変数（Δｄl及びΔｄh）の値がより大きくなると、更なる最大の伝送される平均の電力レベルＰh及び最小の伝送される平均の電力レベルＰlは、最大定格の電力出力Ｐmaxと最小定格の電力出力Ｐminから配置される必要がある。
【００３６】
最大の伝送される平均の電力レベルＰhと最小の伝送される平均の電力レベルＰlを最大定格の電力出力Ｐmaxと最小定格の電力出力Ｐminから離れて移動させるには、対応して、最大の平均デューティサイクルｄhと最小の平均デューティサイクルｄlを最大のデューティサイクルｄmaxと最小のデューティサイクルｄminから離れて移動させることを必要とする。最大の平均デューティサイクルｄhと最小の平均デューティサイクルｄlを最大のデューティサイクルｄmaxと最小のデューティサイクルｄminから離れて移動させることで、平均デューティサイクルに設計変数（ｄm＋Δｄl）を加えたレンジの領域、及び平均のデューティサイクルに設計変数（ｄm＋Δｄh）を加えたレンジの領域の低減となる。
【００３７】
１実施の形態では、設計変数（Δｄ1及びΔｄh）は、ソフトウェアにより提供され、マイクロプロセッサ１３０内のたとえばルックアップテーブルに記憶される。別の実施の形態では、設計変数（Δｄ1及びΔｄh）は、ランプの製造業者により提供され、ランプがインストールされたときの使用のためにマイクロプロセッサ１３０にアップリンクされる。
【００３８】
動作において、ユーザがたとえば光／ランプ出力レベルといったルミナンスレベルを供給するとき、光／ランプ出力レベルに関連する平均のランプ出力Ｐm及び対応する平均のデューティサイクルｄmが決定される。１実施の形態では、設計変数（Δｄ1及びΔｄh）は、デューティサイクルレンジ［（ｄm＋Δｄl）〜（ｄm＋Δｄh）］を決定するため、平均デューティサイクルｄmに加算されるか、該デューティサイクルから減算される。例では、平均デューティサイクルｄm及びデューティサイクルレンジ［（ｄm＋Δｄl）〜（ｄm＋Δｄh）］がデューティサイクルスペクトルの中心にあるとき、対称な二相駆動信号が生成される。かかる対称な二相駆動信号は、以下に図３及び図４で例示されている。
【００３９】
別の例では、平均デューティサイクルｄm及びデューティサイクルレンジ［（ｄm＋Δｄl）〜（ｄm＋Δｄh）］の上の部分がデューティサイクルスペクトルの上の部分に近いとき（ｄhの近く）、平均のランプ電力よりも大きな電力を伝送する非対称な二相駆動信号が生成される。かかる非対称なパルス幅変調駆動信号は、以下に図５及び図６に例示される。
【００４０】
更に別の例では、平均のデューティサイクルｄm及びデューティサイクルレンジ［（ｄm＋Δｄl）〜（ｄm＋Δｄh）］の下の部分がデューティサイクルスペクトルの下の部分に近いとき（ｄ1の近く）、平均のランプ電力よりも小さい電力を伝送する非対称な二相駆動信号が生成される。かかる非対称なパルス幅変調駆動信号は、以下に図７及び図８に例示されている。
【００４１】
図３及び図４は、本発明の実施の形態で適用される場合があるような、対称二相パルス幅変調波形を例示する波形である。対称なパルス幅変調駆動信号波形の使用は、対称符号化スキームと呼ばれる。
【００４２】
対称符号化スキームは、波形のハーフ「ビット」部分のそれぞれについてデータ周期Ｔdataの半分の利用により定義される。例では、図３を参照して、“０”ビットは幅が広いパルスを含むデータ周期Ｔdataの第一の２分の１の期間により表現され、幅が狭いパルスを含むデータ周期Ｔdataの第二の２分の１の期間により表現される。この例では、図４を参照して、“１”ビットは幅が狭いパルスを含むデータ周期Ｔdataの第一の２分の１の期間（半周期）により表現され、幅の広いパルスを含むデータ周期Ｔdataの第二の２分の１の期間により表現される。逆に、対称な符号化スキームは、逆の実現で利用される。
【００４３】
１実施の形態では、図２を参照して、ワイドパルスのデューティサイクルは、設計変数Δｄhにより決定される。すなわち、ワイドパルスのデューティサイクルは、平均のデューティサイクルｄmと設計変数Δｄhとの合計の値に等しく、（ｄm＋Δｄh）で表現され、Δｄhは正である。この実施の形態では、ナロウパルスのデューティサイクルは、設計変数Δｄ1により定義される。すなわち、ナロウパルスのデューティサイクルは、平均のデューティサイクルｄmと設計変数Δｄlとの合計の値に等しく、（ｄm＋Δｄl）として表現され、Δｄlは負である。
【００４４】
図５及び図６は、本発明の実施の形態に適用される場合があるような、非対称の二相のパルス幅変調波形を例示する波形図である。非対称二相駆動信号波形の使用は、非対称符号化スキームと呼ばれる。非対称符号化スキームは、波形のある「ビット」部分についてデータ周期Ｔdataの半分よりも多くの期間の利用、及び波形の別の「ビット」部分についてデータ周期Ｔdataの半分よりも少ない期間の利用により定義される。
【００４５】
１実施の形態では、“０”ビットは、ワイドパルスを含むデータ周期Ｔdataの第一の部分、及びナロウパルスを含むデータ周期Ｔdataの第二の部分により表現される。この実施の形態では、“１”ビットは、ナロウパルスを含むデータ周期Ｔdataの第一の部分、及びワイドパルスを含むデータ周期Ｔdataの第二の部分により表現される。
【００４６】
例では、図５を参照して、“０”ビットは、データ周期Ｔdataの３分の２を利用するデータ周期Ｔdataの第一の部分により表現される。したがって、データ周期Ｔdataの利用される３分の２は、ワイドパルスを含み、データ周期Ｔdataの残りの３分の１は、ナロウパルスを含んでいる。この例では、図６を参照して、“１”ビットは、データ周期Ｔdataの３分の１を利用するデータ周期Ｔdataの第一の部分により表現される。したがって、データ周期Ｔdataの利用される３分の２は、ワイドパルスを含み、データ周期Ｔdataの残りの３分の１は、ナロウパルスを含んでいる。
【００４７】
図３及び図４で説明されるように、図２を参照して、ワイドパルスのデューティサイクルは、設計変数Δｄhにより決定される。すなわち、ワイドパルスのデューティサイクルは、平均のデューティサイクルｄmと設計変数Δｄhとの合計の値に等しく、（ｄm＋Δｄh）で表現され、Δｄhは正である。この実施の形態では、幅の狭いパルスのデューティサイクルは、設計変数Δｄlにより決定される。すなわち、幅の狭いパルスのデューティサイクルは、平均のデューティサイクルｄmと設計変数Δｄlとの合計の値に等しく、（ｄm＋Δｄl）で表現され、Δｄlは負である。
【００４８】
図５及び図６で利用される非対称な符号化スキームは、平均のランプ電力における増加となる。１実施の形態では、平均ランプ電力における増加により、（ｄm＋Δｄh）として表現される平均のデューティサイクルｄmと設計変数Δｄhとの合計値は、最大のデューティサイクルｄmaxの近くで機能するのを可能にする。最大のデューティサイクルｄmaxの近くで機能する、（ｄm＋Δｄh）として表現される平均のデューティサイクルｄmと設計変数Δｄhとの合計の結果、最大の平均のデューティサイクルｄhが最大のデューティサイクルｄmaxの近くへの移動となる。この非対称符号化スキームにより、ランプ、すなわち光源のワイドレンジの動作が可能となる。
【００４９】
図７及び図８は、本発明の実施の形態に適用される場合があるような、非対称二相パルス幅変調波形を例示する波形図である。非対称な二相駆動信号の使用は、非対称な符号化スキームと呼ばれる。
【００５０】
非対称な符号化スキームは、波形のある「ビット」部分についてデータ周期Ｔdataの２分の１よりも長い期間の利用、及び波形の別の「ビット」部分についてデータ周期Ｔdataの２分の１よりも短い期間の利用により定義される。
【００５１】
１実施の形態では、“０”ビットは、ナロウパルスを含むデータ周期Ｔdataの第一の部分、及びワイドパルスを含むデータ周期Ｔdataの第二の部分により表現される。この実施の形態では、“１”ビットは、ワイドパルスを含むデータ周期Ｔdataの第一の部分、及びナロウパルスを含むデータ周期Ｔdataの第二の部分により表現される。
【００５２】
例では、図７を参照して、“０”ビットは、データ周期Ｔdataの３分の２を利用してデータ周期Ｔdataの第一の部分により表現される。したがって、データ周期Ｔdataの利用される３分の２は、ナロウパルスを含み、データ周期Ｔdataの残りの３分の１は、ワイドパルスを含んでいる。この例では、図８を参照して、“１”ビットは、データ周期Ｔdataの３分の１を利用してデータ周期Ｔdataの第一の部分により表現される。したがって、データ周期Ｔdataの利用される３分の２は、ナロウパルスを含み、データ周期Ｔdataの残りの３分の１は、ワイドパルスを含む。
【００５３】
図３及び図４に説明されるように、図２を参照して、ワイドパルスのデューティサイクルは、設計変数Δｄhにより決定される。すなわち、ワイドパルスのデューティサイクルは、平均のデューティサイクルｄm及び設計変数Δｄhの合計値に等しく、（ｄm＋Δｄh）として表現される。この実施の形態では、ナロウパルスのデューティサイクルは、設計変数Δｄlにより決定される。すなわち、ナロウパルスのデューティサイクルは、平均のデューティサイクルｄmと設計変数Δｄlとの合計値に等しく、（ｄm＋Δｄl）として表現される。
【００５４】
図７及び図８で利用される非対称符号化スキームにより、平均のランプ電力が減少する。１実施の形態では、平均のランプ電力における減少により、（ｄm＋Δｄl）として表現される平均のデューティサイクルｄmと設計変数Δｄlの合計は、最小のデューティサイクルｄminの近くで機能するのを可能にする。最小のデューティサイクルｄminの近くで機能する、（ｄm＋Δｄl）として表現される平均のデューティサイクルｄmと設計変数Δｄlとの合計の結果、最小の平均のデューティサイクルｄlの最小のデューティサイクルｄminの近くへの移動となる。この非対称符号化スキームは、ランプ、したがって光源のよりワイドレンジの動作を可能にする。
【００５５】
図５〜図８に記載される非対称な符号化スキームは、実現のために複数のパルスを必要とする。単一のパルスの実現は、対称な符号化スキームの利用となる。
【００５６】
さらに、非対称符号化スキームの使用の決定は、設計の決定である。１実施の形態では、及び図２を参照して、平均のランプ電力レベルＰmに基づいた平均のデューティサイクルｄmが、デューティサイクルレンジの最大の平均のデューティサイクルｄhと最小の平均のデューティサイクルｄlとの間に位置される場合に、（先の図３及び図４で詳述される）対称符号化スキームが利用される。
【００５７】
この実施の形態では、平均のランプ電力レベルＰmに基づいた平均のデューティサイクルｄmがデューティサイクルレンジの最大の平均デューティサイクルｄhと最大のデューティサイクルｄmaxとの間に位置される場合に、（先の図５及び図６で詳述された）増加された平均のランプ電力出力を提供する非対称符号化スキームが利用される。逆に、（先の図７及び図８で詳述された）減少された平均のランプ電力出力を供給する非対称符号化スキームが利用される。平均のランプ電力レベルＰmに基づいて平均のデューティサイクルｄmがデューティサイクルレンジの最小の平均のデューティサイクルｄ1と最小のデューティサイクルｄminの間に位置される。
【００５８】
図９は、１データ周期の間に蛍光灯の光源を通してデータビットを送信する方法９００を例示するフローチャートである。本方法９００は、先の図１〜図８に詳述された１以上のコンセプトを利用する場合がある。
【００５９】
本方法９００は、ステージ９１０で開始する。ステージ９１０の間、安定器１１０は、データ周期の間に印加のための平均のランプ電力を決定する。１実施の形態では、所望のランプ／光出力レベルは、安定器１１０により受信され、平均のランプ電力は、受信されたランプ／光出力レベルに基づいて決定される。例では、図１を参照して、プログラマブルデジタル安定器１１０のマイクロプロセッサ１３０は、図２に例示された伝送曲線に従ってデータ周期の間に所望の平均ランプ／光出力レベルを生成するために必要とされる、ランプ１２０に印加されるべき平均のランプ電力を決定するためのコンピュータコードを含んでいる。
【００６０】
ステージ９２０の間、安定器１１０は、データ周期の間にパルス幅変調（ＰＷＭ）駆動信号を生成し、ランプ１２０に伝達する。入力データ又は固定されたコードのいずれかに基づいて、パルス幅変調駆動信号は、データ周期の間に平均のランプ電力をランプ１２０に印加するため、“０”ビット波形又は“１”ビット波形のいずれかを含む。例では、図１を参照して、プログラマブルデジタル安定器１１０のマイクロプロセッサ１３０は、図３，５及び７に例示される“０”ビット波形のような１以上のパルスを含む“０”ビット波形を発生し、及び図４，５及び８に例示される“１”ビット波形のような１以上のパルスを含む“１”ビット波形を発生するコンピュータコードを含んでいる。
【００６１】
ステージ９３０の間、ランプ１２０は、データ周期の間のＰＷＭ駆動信号の受信に応じて、変調された光出力を放出する。１実施の形態では、変調された光出力は、“０”ビット波形を含むＰＷＭ駆動信号に応答して“０”ビットデータを表している。代替的に、変調された光出力は、“１”ビット波形を含むＰＷＭ駆動信号に応答して“１”データビットを表している。
【００６２】
ステージ９３０の終了に応じて、安定器１１０は、ステージ９１０に戻り、新たなデー周期を待つ。
【００６３】
データ伝送のための光出力変調を利用した先に記載された方法及び実現は、例示的な方法及び実現である。これらの方法及び実現は、データ伝送のための光出力変調を利用した１つの可能性のあるアプローチを例示している。実際の実現は、記載された方法から変化する場合がある。さらに、本方法に対する各種の他の改良及び変更が、当業者により行われる場合があり、それらの改良及び変更は、特許請求の範囲に述べられるように本発明の範囲に含まれる。
【００６４】
本発明は、その本質的な特性から逸脱することなしに他の特定の構成で実施される場合がある。記載される実施の形態は、限定するものとしてではなく、例示するものとしてのみ全ての観点で考慮されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】本発明の１実施の形態に係る光源でのプログラマブルデジタル安定器を例示する回路図である。
【図２】図１におけるデジタル安定器のランプ部分について、ランプ電力−デューティサイクルの関係を定義する伝達曲線を例示するグラフである。
【図３】本発明の実施の形態で適用される場合がある、“０”ビットを表現する対称二相パルス幅変調波形を例示する波形図である。
【図４】本発明の実施の形態で適用される場合がある、“１”ビットを表現する対称二相パルス幅変調波形を例示する波形図である。
【図５】本発明の実施の形態においてより大きな平均のランプ電力を伝達する、“０”ビットを表現する非対称なパルス幅変調波形を例示する波形図である。
【図６】本発明の実施の形態においてより大きな平均のランプ電力を伝達する、“０”ビットを表現する非対称なパルス幅変調波形を例示する波形図である。
【図７】本発明の実施の形態においてより小さな平均のランプ電力を伝達する、“０”ビットを表現する非対称なパルス幅変調波形を例示する波形図である。
【図８】本発明の実施の形態においてより小さな平均のランプ電力を伝達する、“１”ビットを表現する非対称パルス幅変調波形を例示する波形図である。
【図９】本発明に係るデータ伝送のための光出力を変調する方法を示すフローチャートである。
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【国際調査報告】
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