(57)【要約】照明を備え、データ伝送を行うLEDシステム(100)は、LEDドライバ(110)と、電子スイッチ(130)と、照明装置(150)とを使用する。第１の照明状態では、照明装置(150)は、LED電流をLEDドライバ(110)から受信して第１光出力を発する。第２の照明状態では、照明装置(150)は、LEDドライバ110によって制御される通り、電子スイッチを介してLEDドライバ110から更なるLED電流を受信し、照明装置(150)は更に、第２光出力を発する。LEDシステム(100)は、第１の照明状態から第２の照明状態への照明装置(150)の変遷毎にデータ・ビットを光学的に伝達し、逆も同様である。
2006527559.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
照明を備え、データ伝送を行うLEDシステムであって、
制御信号と、複数のLED電流とを備えるよう動作可能なLEDドライバと、
該LEDドライバと電気的に通信して前記制御信号を受信する電子スイッチと、
複数のLED光源を備える照明装置とを備え、
少なくとも１つの第１LED光源が、前記LEDドライバと電気的に通信して、少なくとも１つの第１LED電流が前記LEDドライバから前記少なくとも１つの第１LED光源を通る流れを容易にし、前記少なくとも１つの第１LED光源が、前記少なくとも１つの第１LED電流が前記少なくとも１つの第１LED光源を通る前記流れに応じて第１光出力を発し、
少なくとも１つの第２LED光源が、前記電子スイッチと電気的に通信して、少なくとも１つの第２LED電流が前記LEDドライバから前記少なくとも１つの第２LED光源を通る流れを容易にし、前記少なくとも１つの第２LED光源が、前記少なくとも１つの第２LED電流が前記少なくとも１つの第２LED光源を通る前記流れに応じて第２光出力を発し、
前記電子スイッチは、前記制御信号の関数として、前記少なくとも１つの第２LED電流が前記LEDドライバから前記少なくとも１つの第２LED光源を通る前記流れを、容易にすることと妨げることとの一方を行うよう動作可能であることを特徴とするLEDシステム。
【請求項２】
請求項1記載のLEDシステムであって、
前記照明装置は、第１の照明状態と第２の照明状態との間で切り替わり、
前記第１の照明状態は、前記少なくとも１つの第２LED電流が前記LEDドライバから前記少なくとも１つの第２LED光源を通る前記流れを妨げる電子スイッチによって規定され、前記第１の照明状態は、前記少なくとも１つの第１LED光源によって出力される前記第１光の第１の発出を有し、前記少なくとも１つの第２LED光源によって出力される前記第２光の第２の発出を除くものであり、
前記第２の照明状態は、前記少なくとも１つの第２LED電流が前記LEDドライバから前記少なくとも１つの第２LED光源を通る前記流れを容易にする電子スイッチによって規定され、前記第２の照明状態は、前記少なくとも１つの第１LED光源によって出力される前記第１光の前記第１の発出を有し、前記少なくとも１つの第２LED光源によって出力される前記第２光の前記第２の発出を除くものであることを特徴とするLEDシステム。
【請求項３】
請求項2記載のLEDシステムであって、
前記LEDシステムは、前記照明状態の前記第１の照明状態から前記第２の照明状態への遷移毎に第１データ・ビットを光学的に伝達し、
前記LEDシステムは、前記照明状態の前記第２の照明状態から前記第１の照明状態への遷移毎に第２データ・ビットを光学的に伝達することを特徴とするLEDシステム。
【請求項４】
請求項1記載のLEDシステムであって、
前記少なくとも１つの第１LED光源の各々は、少なくとも１つのLEDを備えることを特徴とするLEDシステム。
【請求項５】
請求項4記載のLEDシステムであって、
前記少なくとも１つの第１LED光源の各々は、コンデンサを更に備えることを特徴とするLEDシステム。
【請求項６】
請求項1記載のLEDシステムであって、
前記少なくとも１つの第２LED光源の各々は、少なくとも１つのLEDを備えることを特徴とするLEDシステム。
【請求項７】
請求項6記載のLEDシステムであって、
前記少なくとも１つの第２LED光源の各々は、コンデンサを更に備えることを特徴とするLEDシステム。
【請求項８】
請求項1記載のLEDシステムであって、
前記少なくとも１つの第1LED光源は、第１LED光源を有し、
該第１LED光源は、前記電子スイッチに直列接続される少なくとも１つのLEDを備えることを特徴とするLEDシステム。
【請求項９】
請求項8記載のLEDシステムであって、
前記少なくとも１つの第1LED光源と前記電子スイッチとの前記直列接続が、前記LEDドライバに接続されることを特徴とするLEDシステム。
【請求項１０】
請求項8記載のLEDシステムであって、
前記第１LED光源は、前記少なくとも１つのLEDと前記電子スイッチとの前記直列接続に並列に接続されるコンデンサを更に備えることを特徴とするLEDシステム。
【請求項１１】
請求項1記載のLEDシステムであって、
前記LEDドライバは、前記LEDシステムによって光学的に伝達される対象のデータ・ビットを示すデータ信号の受信に応じて前記制御信号を生成するよう動作可能なコントローラを備えることを特徴とするLEDシステム。
【請求項１２】
請求項1記載のLEDシステムであって、
前記コントローラは、前記電子スイッチの入力信号端子に接続されることを特徴とするLEDシステム。
【請求項１３】
請求項1記載のLEDシステムであって、更に、
前記LEDドライバによって命じられる通り、前記制御信号を生成するよう動作可能なコントローラを備え、
前記LEDドライバは、前記LEDシステムによって光学的に伝達される対象のデータ・ビットを示すデータ信号の受信に応じて前記制御信号を生成するよう前記コントローラに命じることを特徴とするLEDシステム。
【請求項１４】
請求項13記載のLEDシステムであって、
前記コントローラは、前記電子スイッチの入力信号端子に接続されることを特徴とするLEDシステム。
【請求項１５】
照明を備え、データ伝送を行うLEDシステム、を動作させる方法であって、
前記LEDシステムを第１の照明状態と第２の照明状態との間で遷移させる工程を備え、
前記第１の照明状態は第１光出力の第１の伝送を備え、前記第２の照明状態は、前記第１の光出力の前記第１の伝送と、第２光出力の第２の伝送とを備え、
更に、前記LEDシステムの前記第１の照明状態から前記第２の照明状態への遷移毎に第１データ・ビットを光学的に伝達する工程と、
前記LEDシステムの前記第２の照明状態から前記第１の照明状態への遷移毎に第２データ・ビットを光学的に伝達する工程とを備えることを特徴とする方法。
【請求項１６】
照明を備え、データ伝送を行うLEDシステムであって、
第１の照明状態と第２の照明状態との間で遷移させる手段を備え、
前記第１の照明状態は第１光出力の第１の伝送を備え、前記第２の照明状態は、前記第１の光出力の前記第１の伝送と、第２光出力の第２の伝送とを備え、
更に、前記LEDシステムの前記第１の照明状態から前記第２の照明状態への遷移毎に第１データ・ビットを光学的に伝達する手段と、
前記LEDシステムの前記第２の照明状態から前記第１の照明状態への遷移毎に第２データ・ビットを光学的に伝達する手段とを備える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、一般的に光源データ伝送に関し、特に、発光ダイオード（「LED」）の光源及び光出力変調を用いてデータを伝送する方法及びシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
大半の人工光は、気体放電を用いて照明を発生させるランプを利用して発生する。そのようなランプの１つに蛍光灯がある。放電照明の普及は、例えば、ディミング制御アプリケーションなどの、光出力変調によってデータを伝送する放電ランプの利用につながった。
【０００３】
人工光を発生させる別の手法として、LEDの使用がある。LEDは、その順電流に比例した放射フラックス（光出力）を備える。残念ながら、データ伝送にLEDを利用することは困難であることが明らかとなった。LEDは、例えば、直流（「DC」）駆動手法、交流（「AC」）駆動手法やパルス駆動手法などのいくつかの方法で駆動することができる。
【０００４】
DC駆動手法には、例えば電流源などの定電力源を用いてLEDを駆動する手法がある。LEDの特性から、電流源が駆動電力源に好ましい。一般的に、最大DC順電流が、LEDについて、メーカが提供するパラメータに基づいて規定される。LEDを駆動する場合、最大DC順電流をLEDに連続して印加させ得る。したがって、DC駆動は、以下に説明する他の光発生手法と比較して好ましい人工的な光発生手法である。残念ながら、順電流が大きいとLEDの自己加熱が生じる。この加熱によって、LEDの発光効率が悪化してしまう。
【０００５】
AC駆動手法には、LEDを駆動するAC信号がある。LEDは一方向のみで導通するので、連続した変調信号によってLEDを駆動するために、AC電流には更に、固定バイアスが加えられる。AC変調電流からのLEDの過励振がないようにするよう、固定バイアスは最大DC電流よりも少ないものである。したがって、AC駆動手法では、最大DC電流が利用されないことによって最大電力出力が犠牲になってしまう。
【０００６】
パルスのデューティ・サイクル及び周波数によって特徴付けられるパルス駆動手法は、LED内の加熱の問題が関係することなく、比較的大きな順電流を利用する。最大許容DC電流より大きな電流を、LEDを加熱することなく印加することができる。パルス駆動手法の、導電期間中に発生する放射フラックスが大きいことによって、LEDが発生する光における変動の検出が容易になる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
パルス駆動は、パルスの立ち上がりエッジ及び立ち下がりエッジでLEDの光出力の変動を光受信器が検出することが容易であるため、データ伝送アプリケーションに好ましい手法である。残念ながら、パルス駆動を用いたLEDにおける最大平均電流は、DC駆動手法を利用したLEDの最大DC電流よりも少ない。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一形態は、LEDドライバと、電子スイッチと、照明装置とを利用する、照明を備え、データ伝送を行うLEDシステムである。照明装置は、LED電流がLEDドライバからLED光源を通って流れることに応じて第１の光出力を発する1つ又は複数のLED光源を備える。照明装置は、更なるLED電流がLEDドライバから更なるLED光源を通って流れることに応じて第２の光出力を発する1つ又は複数の更なるLED光源を備える。LEDドライバは、更なるLED電流がLEDドライバから更なるLED光源を通って流れることを容易にするか妨げるよう電子スイッチを制御する。
【０００９】
本発明の第２の形態は、照明を備え、データ伝送を行うLEDシステムを動作させる方法である。LEDシステムは、第１光出力を出力する第１の照明状態と、第１光出力及び第２光出力を出力する第２の照明状態との間で遷移する。データ・ビットは、第１の照明状態から第２の照明状態に照明装置が遷移することによって伝達され、逆の場合も同様である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明の上記形態や、他の形態、特徴及び効果は、添付図面とともに検討される、本願の好ましい実施例の以下の詳細な説明から更に明らかになる。詳細な説明及び図面は、本発明を限定するのではなく、単に例証するものであり、本発明の範囲は本特許請求の範囲及びその均等物によって規定される。
【実施例】
【００１１】
図１は、照明を備え、データ伝送を行うLEDシステム100を示す。図1では、LEDシステム100は、LEDドライバ110、プロセッサ115及び照明装置150を備える。照明装置150は、LED光源回路120、電子スイッチ130及びLED光源回路140を備える。LEDドライバ110の説明に資するよう、ノードN3乃至N7を示す。LED光源回路120及びLED光源回路140は、両方の回路から出力される光が装置50からの単一源の光として観察者によって認識されるようにお互いに対して配置される。
【００１２】
LEDドライバ110は、コントローラ112と、主電源端子Prと、入出力データ端子Data1と、第１出力電源端子Out1と、第１入力電源端子In1と、第２出力電源端子Out2と、第２入力電源端子In2と、出力信号端子SIGとを備える。コントローラ112は、入出力データ端子Data1と出力信号端子SIGとの間に結合される。第１出力電源端子Out1はノードN3に結合され、第１入力電源端子In1はノードN4に結合され、第２出力電源端子Out2はN5に結合され、第２入力電源端子In2はノードN6に結合される。
【００１３】
一実施例では、LEDドライバ110は、スイッチ・モードLEDドライバとして実施される。一例では、LEDドライバ110は、LED負荷両端間でのAC主電圧から低DC電圧への変換から生じる損失を最小にするよう、オフライン・スイッチ・モード電源として実施される。本実施例では、LEDドライバ110は、入出力データ端子Data２を介してプロセッサ115との間で入出力データ端子Data1を介して送受信するコントローラ112を備える。
【００１４】
別の実施例では、LEDドライバ110からコントローラが除かれる。この実施例では、別個のコントローラ（図示せず）が、プロセッサ115と電子スイッチ130との間に結合される。別個のコントローラはデータをプロセッサ115との間で送受信し、受信データに基づいて制御信号を生成する。更に別の実施例では、光源100からプロセッサが除かれる。本実施例では、上記実施例のうちの１つとして構成されるコントローラは、プロセッサ（図
示せず）との間でデータを送受信し、受信データに基づいて制御信号を生成する。
【００１５】
LED光源回路120は、1つ又は複数の発光ダイオード121乃至129と、非線形素子C1とを備える。一実施例では、非線形素子C1は、コンデンサとして実施される。コンデンサC1は、第１端子及び第２端子を備える。コンデンサC1の第１端子はノードN3に結合され、コンデンサC1の第２端子はノードN4に結合される。1つ又は複数の発光ダイオード121乃至129が直列で、ノードN3及びノードN4に結合される。LED121乃至129は、第１の直流IDC1がLEDドライバ110の出力電源端子Out1から1つ又は複数のLED121乃至129を通って入力電源端子In1に流れるように結合される。
【００１６】
一実施例では、単一のLED121が利用される。LED121は、ノードN３に結合される第１端子と、ノードN4に結合される第２端子とを備える。別の実施例では、LEDドライバ110の出力電源端子Out1からLEDドライバ110の入力電源端子In1に第１の直流IDC1が流れるように、複数のLED121乃至129がノードN3とノードN4との間で直列及び/又は並列に結合される。
【００１７】
更に別の実施例では、光源150の照明装置150は、更なるLED光源回路(図示せず）を備える。本実施例では、更なるLED光源回路の各々は、実質的に同様な構成部分を備え、LED光源回路120と実質的に同様な構成において構成される。一例では、照明装置150は、LED光源回路120に直列構成において結合される更なるLED光源回路を備える。この例では、直列構成によって、LEDドライバ110が電流を、出力電源端子Out1からLED光源回路を通って入力電源端子In1に供給することが可能になる。別の例では、照明装置150は、LEDドライバ110に並列構成において結合される更なるLED光源回路を備える。この例では、LEDドライバ110は、更なるＬＥＤ光源回路に電流を供給するのに必要な更なる出力電源端子及び入力電源端子を備えるよう修正される。
【００１８】
電子スイッチ130は、ノードN5に結合される第１端子と、ノードN7に結合される第２端子と、出力信号端子SIGに結合される入力信号端子（明示せず）とを備える。電子スイッチ130は、例えば、PROM、EPROM、マイクロプロセッサ、MOSFET回路などのディジタル論理回路、などの何れかの適切なスイッチング回路として実施することができる。動作上、電子スイッチ130は、制御信号を受信し、受信制御信号に基づいて電流がLEDドライバ110からLED光源回路140に流れることを可能にするよう動作する（開閉する）。
【００１９】
一実施例では、電子スイッチ130はデフォールト位置を備える。一例では、電子スイッチ130のデフォールト位置は、閉位置である。別の例では、電子スイッチ130のデフォールト位置は、開位置である。電子スイッチ130は、変調電力信号をLED光源回路140に供給する。
【００２０】
LED光源回路140は、1つ又は複数の発光ダイオード141乃至149と、非線形素子C2とを備える。一実施例では、非線形素子C2はコンデンサとして実施される。コンデンサC2は、第１端子及び第２端子を備える。コンデンサC２の第１端子はノードN5に結合され、コンデンサC2の第２端子はノードN6に結合される。1つ又は複数の発光ダイオード141乃至149が直列でノードN6及びノードN7に結合される。LED141乃至149は、第２の直流Idc2がLEDドライバ110の出力電源端子Out2から、電子スイッチ130が閉じている場合に電子スイッチ130を通り、1つ又は複数のLED141乃至149を通って入力電源端子In2に流れるように結合される。
【００２１】
動作上、光源100は、データを伝送し、照明を備える。一例では、LEDドライバ110はデータを入出力データ端子Data1で受信し、電力を主電源端子Prで受信する。LEDドライバ110は電流を生成し、これをLED光源回路120及びLED光源回路140に電子スイッチ130を介して供給する。この例では、LED光源の光出力を最大にするようDC駆動手法を用いる。
【００２２】
LEDドライバ110は更に、制御信号を生成し、これを電子スイッチ130に送信する。制御信号は、起動（開閉）するよう電子スイッチ130に命令する。開閉するよう電子スイッチ130を起動させることによって、変調電力信号が生成される。制御信号は図２Aで以下に詳述する。変調電力信号は図2Bで以下に詳述する。
【００２３】
電子スイッチ130の状態（開/閉）を制御することによって、LED負荷の総放射フラックスは２値間で切り替わる。この２値は、高放射フラックス値及び低放射フラックス値である。一実施例では、データ伝送を行うようLED電流を変調することによって、平均電流の減少は最小になるが、それは光出力が平均電流に比例するからである。更に、データ伝送を行うようLED電流を変調することによって、電流変調によるフリッカが削減される。図２A及び図２Bで以下に表す一実施例では、2相振幅変調手法が用いられる。本実施例では、２相振幅変調手法は、同じ値の、「0」のビットと「1」のビットとの両方の伝送中の平均LED電流を利用する。この実施によって、データ伝送中のフリッカは目に見えなくなる。
【００２４】
図２Aは、2相振幅変調手法によって生成される制御信号波形を示す波形図である。図2Aでは、x軸は時間を表し、y軸は、スイッチに入力される制御信号を表す。図１及び図2Aを参照すれば、一実施例では、y軸は、LEDドライバ110の出力信号端子SIGからの電子スイッチ130への制御信号入力に基づいた、電子スイッチ130への電流入力を表す。
【００２５】
図２Bは、2相振幅変調手法によって生成される電力信号波形を示す波形図である。図２Bでは、x軸は時間を表し、y軸は、LED光源へのスイッチからの電力信号入力を表す。図１及び２Bを参照すれば、一実施例では、y軸は、LEDドライバ110の出力信号端子SIGから電子スイッチ130への制御信号入力に基づいた、例えばノードN7での、LED光源回路140への電流入力を表す。
【００２６】
図１並びに図２A及び図２Bを参照すれば、一例では、変調電子スイッチ130が閉じている場合（SIGON）、電流がLED光源回路140に流れることが可能である。種々のLED負荷内の電流の増加（PON）によって、照明装置150の総放射フラックスが相応して増加することになる。逆に、変調電子スイッチ130が開いている場合（SIGOFF）、電流がLED光源回路140に流れることは可能でない。種々のLED内の電流の減少（POFF）によって、照明装置150の総放射フラックスが相応して減少することになる。スイッチの状態（SIGON、SIGOFF）を制御することによって、LEDの総放射フラックスは2値間で切り替わる。
【００２７】
変調手法は、2相振幅変調手法である。2相振幅変調手法は、LED装置を通って流れる電流の和を直接変調し、それによって、放射フラックスが高い値と低い値とのうちで判定される。
【００２８】
図3Aは、図1の装置の一部分の出力電力レベルを示す波形図である。図3Aでは、x軸は時間を表し、y軸は光出力を表す。図1及び図3Aを参照すれば、一実施例では、y軸は照明装置150内のLED光源回路120の光出力（PHIGH1）を表す。
【００２９】
図３Bは、図1の装置の別の部分の出力電力レベルを示す波形図である。図３Bでは、x軸は時間を表し、y軸は光出力を表す。図1及び図３Bを参照すれば、y軸は照明装置150内のLED光源回路140の光出力（PHIGH2）を表す。
【００３０】
図３Cは、図１の装置の出力電力レベルを示す波形図である。図３Cは更に、図３A及び図３Bの２相振幅変調波形に基づいた種々の出力電力レベルを示す。図３Cでは、x軸は時間を表し、y軸は光出力を表す。図1及び図３Cを参照すれば、一実施例では、y軸は、照明装置150の光出力（PHIGH3）を表す。
【００３１】
図３Cでは、PHIGH1は照明装置150内のLED光源回路120の光出力を表し、P HIGH3
は照明装置150内のLED光源回路120及びLED光源回路140の光出力を表す。高フラックスから低フラックスへの変遷（PHIGH3からPHIGH1への変遷）又は低フラックスから高フラックスへの変遷（PHIGH1からPHIGH3への変遷）は、相当するデータ・ビットをもたらす。一実施例では、高フラックスから低フラックスへの変遷（PHIGH3からPHIGH1への変遷）はゼロ（「0」）のビットの遷移に相当し、低フラックスから高フラックスへの変遷（PHIGH1からPHIGH3への変遷）は１（「1」）のビットの遷移に相当する。
【００３２】
図３Cを参照すれば、一例では、t0からt1への変遷は、高フラックスから低フラックスへの変遷（PHIGH3からPHIGH1への変遷）であり、ゼロ（「0」）のビットの遷移をもたらす。同様に、t1からt2への変遷は、高フラックスから低フラックスへの変遷（PHIGH3からPHIGH1への変遷）であり、ゼロ（「0」）のビットの遷移をもたらす。t2からt3への変遷は、低フラックスから高フラックスへの変遷（PHIGH1からPHIGH3への変遷）であり、１（「1」）のビットの遷移をもたらす。
【００３３】
2相振幅変調手法によって、ゼロ（「0」）のビット又は１（「1」）のビットを伝送する場合、平均光出力（PAVE）の量は実質的に同様になる。一実施例では、平均光出力（PAVE）の量が実施的に同様になることは、ゼロ（「0」）のビットの伝送中と、１（「1」）のビットの伝送中とに、実質的に同様な高フラックス期間を生じさせることによって達成される。本実施例では、実質的に同様な低フラックス期間も、ゼロ（「0」）のビットの伝送中と、１（「1」）のビットの伝送中とに生じさせる。平均光出力量が実質的に同様であることによって、目に見えるフリッカが削減される。
【００３４】
2相変調手法によって、データ伝送による、平均放射フラックスに比例する、光出力の減少が最小になる。一実施例では、波形が高い状態に留まっている持続時間は、波形が低い状態に留まっている持続時間よりも数倍長い。本実施例では、LED負荷の光出力は、照明にもデータ伝送にも用いられる場合に最大になる。すなわち、LED負荷の光出力は、照明にもデータ伝送にも用いられる場合に高フラックス値に近い。一例では、高フラックス値の半分に等しい低フラックス値を利用し、低フラックス期間の9倍に等しい高フラックス期間を用いることによって、平均フラックスは、高フラックス値の95%に等しくなる。
【００３５】
図4は、本発明による、コンピュータ判読可能媒体上のコードの例示的な実施例を表す流れ図である。図4は、LED光源を介して照明を備え、データを伝送する方法400の実施例を明示する。方法400は、上記図1乃至図３Bに明示した1つ又は複数の概念を利用し得る。
【００３６】
本発明は、その本質的な特性から逸脱することなく、他の特定の形態で実施し得る。記載した実施例は全ての点で、限定的なものとしてではなく、例証的なものとしてのみ、みなされることとする。よって、上記LEDシステムは、照明を備え、データ伝送を行う、本発明の1つの考えられる実施例を示し、本発明の実際の実施は、記載したシステムとは変わり得る。更に、本発明に対する種々の他の改善及び修正が当業者に分り得るものであり、それらの改善及び修正は、本特許請求の範囲記載の、本発明の範囲内に収まるものである。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の一実施例による、照明を備え、データ伝送を行うLEDシステムを示す略図である。
【図２Ａ】図1に示すLEDシステムに関連した例示的な制御信号波形を示す図である。
【図２Ｂ】図1に示すLEDシステムに関連した例示的な電力信号波形を示す図である。
【図３Ａ】図１に示すLEDシステムに関連した例示的な固定光出力を示す図である。
【図３Ｂ】図１に示すLEDシステムに関連した例示的な可変光出力を示す図である。
【図３Ｃ】図１に示すLEDシステムに関連した例示的な照明を備え、データ伝送を示す図である。
【図１】
2006527559.tif 000003
2006527559.tif 000004
2006527559.tif 000005
【国際調査報告】
2006527559.tif 000006
2006527559.tif 000007