專利名稱：照明設備的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及照明設備和用于產(chǎn)生至少包括可見光以提供照明的輻 射的方法，其中通過所產(chǎn)生的輻射同時傳輸數(shù)據(jù)信號。
背景技術：
產(chǎn)生包括可見照射的輻射的照明設備是眾所周知的。另外，現(xiàn)有
同時將通過所產(chǎn)生的輻射傳輸人眼不能檢測到的信息的附加應用結合 起來。
US2003 / 00303386A1描述了一種照明設備，用于產(chǎn)生可見光以使_ 提供照明和傳輸數(shù)據(jù)信息。所述的數(shù)據(jù)信息是在發(fā)光元件中通過改變 交流電流的頻率進行調(diào)制的。提出基于曼徹斯特編碼的編碼方案，來 消除傳輸數(shù)據(jù)信號時的可見閃爍。曼徹斯特編碼在比特周期的中點包 括固定的采樣時刻，所述的比特周期具有確定的電流轉(zhuǎn)換，所述的電 流驅(qū)動發(fā)光元件。轉(zhuǎn)換的方向確定這個比特是邏輯"0"還是邏輯"1"。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是改進所述的方法和所述的照明設備，具體來說就 是提高所提供的照明的質(zhì)量而沒有任何閃爍，尤其是要將數(shù)據(jù)加到照 明源而不改變或降低照明的質(zhì)量，借此簡化所述的方法和所述的照明 設備，并且可以實現(xiàn)令人滿意的光學數(shù)據(jù)傳輸。
這個目的可通過本發(fā)明的權利要求1教導的方法實現(xiàn)。在從屬權 利要求中限定了本發(fā)明方法的優(yōu)選實施例。
因此，提供用于照明設備的方法，具體來說用于諸如液晶顯示器 -電視、投影儀等的顯示設備的方法，利用至少一個發(fā)光元件(發(fā)光 二極管(LED)或有機發(fā)光二極管(OLED))產(chǎn)生包括至少可見光的輻 射用于照明；發(fā)射的輻射包括用于照明目的的平均光強度；耦合到發(fā) 光元件的一個控制器調(diào)制所述的輻射來與照明目的同時地進行數(shù)據(jù)傳 輸；其中，對于控制器進行配置，以便通過所述發(fā)光元件的所產(chǎn)生的
輻射同時傳輸數(shù)據(jù)信號，并且所述的調(diào)制是觀察人員看不見的；其中 數(shù)據(jù)信號傳輸?shù)綑z測單元。
發(fā)光元件有可能非常快地被調(diào)制，因此可以將比如數(shù)據(jù)信號的信 息附加地嵌入輻射之中。有利地，使用經(jīng)過專門設計的調(diào)制方案，可 將數(shù)據(jù)信號附加到照明設備的光輸出當中。于是，可以產(chǎn)生正常的照 明或圖像，同時還可以發(fā)出額外的數(shù)據(jù)信號，數(shù)據(jù)信號是傳輸?shù)揭粋€ 檢測單元的。優(yōu)選的作法是，控制器以高頻率(或切換時間)調(diào)制所 述的輻射，這對于觀察人員來說是看不見的。在本發(fā)明的一個實施例 中，發(fā)光元件的接通和斷開非?？欤瑥亩瑫r產(chǎn)生數(shù)據(jù)信號。按照另 一種方式，還可以使用專門設計的方案，并不斷開發(fā)光元件。在這種 情況下，控制器對于發(fā)光元件進行驅(qū)動，以使所產(chǎn)生的輻射的強度隨 著觀察人員看不見的頻率發(fā)生變化。
有益地，產(chǎn)生輻射的幾種調(diào)制技術都是可能的，例如脈沖頻率調(diào) 制的輻射、脈沖位置調(diào)制的輻射、強度調(diào)制的輻射、或脈沖寬度調(diào)制 的輻射。優(yōu)選的是，包括可見光和經(jīng)所產(chǎn)生的輻射傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信號在 內(nèi)的輻射包括一個自適應編碼系統(tǒng)，在該自適應編碼系統(tǒng)中能減少傳 輸?shù)谋忍財?shù)量。在輻射是脈沖寬度調(diào)制(P西)的情況下，脈沖寬度和 /或每一部分之間的時間可以變化。在另一個優(yōu)選實施例中，某個脈
沖寬度和/或所述的脈沖之間的時間可以對應于確定的數(shù)據(jù)信息。
按照另一個實施例，控制器可以是滯后控制器，利用至少兩個滯 后帶寬來調(diào)制電流，所述滯后控制器驅(qū)動發(fā)光元件進行輻射而基本上 不改變發(fā)光元件的平均電流，其中的第一帶寬包括至少笫一數(shù)據(jù)信息，
第二帶寬包括至少第二數(shù)據(jù)信息。
有益地，所提出的控制器用作發(fā)光元件電流一并因此用作發(fā)光元 件光輸出一的驅(qū)動器，以及用作所產(chǎn)生的輻射的調(diào)制器。優(yōu)選的是， 滯后帶寬的調(diào)制方式例如是，寬的滯后帶寬對應于邏輯"1"，窄的帶 寬對應于邏輯"0"，或者反過來也行。在這個實施例中，發(fā)光元件是 一個發(fā)光二極管，該發(fā)光二極管不由調(diào)制方案斷開。滯后控制器只改 變所產(chǎn)生的輻射的瞬時強度，其中應用了一個簡單的發(fā)光二極管驅(qū)動 器電路。有益地，發(fā)光二極管驅(qū)動器電路和調(diào)制方案能夠不依賴于發(fā) 光二極管平均電流而調(diào)制發(fā)光二極管輻射，并且因此不依賴于發(fā)光設 備的平均亮度而調(diào)制發(fā)光二極管輻射。優(yōu)選地，發(fā)光二極管的所述的
電流的頻率大于20千赫茲。借此，經(jīng)過所述發(fā)光設備的所產(chǎn)生的輻射 的數(shù)據(jù)傳輸對于觀察人員來說是看不見的。進一步優(yōu)選的是，包括相 同帶寬的電流的兩個隨后的最小值或者電流的兩個隨后的最大值的發(fā) 生對應于數(shù)據(jù)的一個比特。按照另一種方式，具有近似相同電流量的 電流的兩個隨后的最小值或者兩個隨后的最大值的發(fā)生代表數(shù)據(jù)的一 個比特。
上述的數(shù)據(jù)信號可以由模擬數(shù)據(jù)和/或數(shù)字數(shù)據(jù)和/或控制代碼 和/或啟動代碼的數(shù)據(jù)組成。
優(yōu)選的本發(fā)明涉及一種照明設備，所述的照明設備利用至少一個 發(fā)光元件(LED或OLED)產(chǎn)生包括至少可見光的輻射以提供照明；所 述的照明設備發(fā)出包括用于照明目的的平均光強度的輻射；耦合到發(fā) 光元件的一個控制器調(diào)制所述的輻射以便與照明目的同時地進行數(shù)據(jù) 傳輸；其中，對于控制器進行配置，以便通過所述的發(fā)光元件所產(chǎn)生 的輻射同時地傳輸數(shù)據(jù)信號，所述的調(diào)制對于觀察人員來說是看不見 的；其中數(shù)據(jù)信號傳輸?shù)揭粋€檢測單元；其中控制器是一個滯后控制 器，滯后控制器利用至少兩個滯后帶寬調(diào)制電流，滯后控制器驅(qū)動發(fā) 光元件以便進行輻射而基本上不改變發(fā)光元件的平均電流；其中第一 帶寬包括第一數(shù)據(jù)信息，第二帶寬包括第二數(shù)據(jù)信息；并且其中滯后 控制器包括光調(diào)制器電路和發(fā)光元件驅(qū)動器。
在從屬權利要求中限定了本發(fā)明的優(yōu)選實施例。
上述的照明設備和方法可以用在各種不同的系統(tǒng)中，在這些系統(tǒng) 當中有汽車系統(tǒng)、家庭照明系統(tǒng)、顯示器的背光照明系統(tǒng)、環(huán)境照 明系統(tǒng)、商店照明系統(tǒng)、投影儀照明系統(tǒng)，還可以用在可以進行光學 信息傳輸?shù)牡胤?，如博物館、工作室(studio)、會議廳?？梢詫?輸?shù)臄?shù)據(jù)信號用于多種用途。有益地，檢測單元檢測數(shù)據(jù)信號并且解 調(diào)這些數(shù)據(jù)信號，使之成為數(shù)據(jù)的一個比特流。在本發(fā)明的一種可能 的應用中，提供數(shù)據(jù)信號以進行拷貝保護。
以上所述部件、要求保護的部件、以及按照本發(fā)明在所述實施例 中使用的部件，對于作為技術概念的大小、形狀、材料選擇都沒有任 何特殊的例外，因此可以沒有限制地應用相關領域中已知的選擇標準。
在從屬權利要求中公開了本發(fā)明對象的附加細節(jié)、特征和優(yōu)點， 下面對各個附圖(是以示例的方式)的描述表示了本發(fā)明的優(yōu)選實施 例。


圖la表示固定速率的脈沖寬度調(diào)制的輻射；
圖lb表示變化的脈沖寬度調(diào)制的輻射；
圖lc表示可供選擇的脈沖寬度調(diào)制的輻射；
圖2表示了作為時間函數(shù)的發(fā)光二極管電流，包括兩個滯后帶寬； 圖3表示具有兩個滯后帶寬的滯后控制器的傳遞函數(shù)； 圖4表示具有發(fā)光二極管驅(qū)動電路和光調(diào)制器電路的發(fā)光二極管； 圖5表示數(shù)據(jù)信號的檢測單元，數(shù)據(jù)信號是通過所產(chǎn)生的輻射傳 輸?shù)摹?br> 具體實施例方式
圖la說明了用于調(diào)制至少一個發(fā)光二極管的輻射的脈沖寬度調(diào)制 信號。使用所設計的通/斷方案來提供照明，其中還同時傳輸數(shù)據(jù)信 號。圖la表示的是一個發(fā)光二極管的調(diào)制信號，其中的發(fā)光二極管交 替地接通和斷開。在所示的實施例中，脈沖寬度調(diào)制提供的由人眼感 受到的亮度的強度約為80%。換言之，發(fā)光二極管總是完全接通(100 %強度)或者完全斷開(0%強度)。由人眼"感受到的"80%的強度 是由如下的事實引起的發(fā)光二極管以100%強度接通的時間恰恰是 80%。還有，在圖lb和圖lc中，實現(xiàn)了由人眼感受到的80%強度， 盡管脈沖寬度7a和在每個脈沖之間的時間7b是變化的。取決于切換 時間(可用特殊的發(fā)光二極管實現(xiàn))，數(shù)據(jù)信息量大體上是線性增加 的。脈沖寬度7a和/或在兩個相繼的脈沖之間的時間7b可對應于某 個數(shù)據(jù)信息。利用根據(jù)圖lb或圖lc的特定的方案驅(qū)動發(fā)光二極管， 可在正常的照明中嵌入數(shù)據(jù)信息。由于頻率高，所以通過所產(chǎn)生的輻 射傳輸?shù)母郊赢a(chǎn)生的數(shù)據(jù)信號是看不見的。但在更高的頻率，在1兆 赫茲量級，可傳輸完全不同的信號。同樣，不存在空間分辨率，仍然 可以傳輸大量的信息。使用產(chǎn)生所述輻射的基于發(fā)光二極管的投影儀， 人眼剛好看見視頻內(nèi)容，而檢測不到包括這些高頻的所傳輸?shù)男盘枴?br> 嵌入在所產(chǎn)生的照射中的所述的數(shù)據(jù)信息可用于各種不同的目 的?？梢越⒓彝フ彰飨到y(tǒng)以對這個數(shù)據(jù)信號發(fā)生作用。于是，可以 用疊加的不可見的數(shù)據(jù)信號在包括所產(chǎn)生的輻射在內(nèi)的視頻內(nèi)容之后 建立一種氛圍。例如，家庭照明系統(tǒng)的閃光可伴隨視頻電影中的爆炸。 此外，"全部變暗"的數(shù)據(jù)信號可以嵌入在電影的開頭。以此方式， 在家庭照明系統(tǒng)和投影儀或電視之間，就不需要接線。按照另一種方 式，投影儀可以經(jīng)過所產(chǎn)生的輻射向遙控器傳輸數(shù)據(jù)信號，所述的遙 控器是檢測單元。還有，可以提供所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)信號，用于拷貝保護。 電影院中的電影可以包括一個嵌入數(shù)據(jù)信號中的"禁止拷貝，，標志， 該數(shù)據(jù)信號被傳輸?shù)揭粋€正在電影院里非法拷貝電影的攝像機上。由 于該"禁止拷貝，，信號，所述攝像機拒絕記錄所述電影。另外，本發(fā) 明還可應用到具有發(fā)光二極管背光源的液晶顯示器 - 電視上，所述液 晶顯示器-電視使用與基于發(fā)光二極管的投影儀相同的原理。
在圖2-圖5描述的本發(fā)明的第二實施例中，耦合到發(fā)光二極管1 的控制器2配置成用至少兩個滯后帶寬8a、 8b調(diào)制電流8，控制器2 驅(qū)動發(fā)光二極管1以發(fā)出輻射，但基本上不改變發(fā)光二極管1的平均 電流8c。在這種情況下，發(fā)光二極管l不斷開，只是通過滯后控制器 2的特定調(diào)制改變強度。所產(chǎn)生的電流8具有第一帶寬8a和第二帶寬 8b，第一帶寬8a包括至少第一數(shù)據(jù)信息，第二帶寬8b包括至少第二 數(shù)據(jù)信息。如圖4所示的滯后控制器2實現(xiàn)了這種類型的調(diào)制方案。 為了通過所產(chǎn)生的照射傳輸數(shù)據(jù)信號，相同帶寬8a、 8b的隨后的最大 值或兩個隨后的最小值的發(fā)生對應于一個數(shù)據(jù)比特。寬的第一帶寬8a 的隨后的最大值或最小值的發(fā)生可代表邏輯"1",窄的第二帶寬8b 的隨后的最大值或最小值的發(fā)生可代表邏輯"0"，或者反過來也行。
滯后控制器2包括光調(diào)制器電路9和發(fā)光二極管驅(qū)動器電路10。 光調(diào)制器電路9由一對比較器9a和兩個與非門9b組成，與非門9b包 括具有所述兩個滯后帶寬8a、 8b的傳遞函數(shù)。發(fā)光二極管驅(qū)動器電路 10包括兩個晶體管11、直流電源12和金屬氧化物半導體場效應晶體 管(Mosfet )驅(qū)動器13。在發(fā)光二極管1之前定位一個指示器元件l4。 另外，滯后控制器2包括分流電阻器Rs15，濾波器。16, Rrl7，用于消 除電阻器RJ5兩端電壓的高頻噪聲。
經(jīng)過濾波的分流電壓與兩個參考電壓Us和Us或者Us和 i2丄進行比較。按照這個實施例，光調(diào)制器電路9將發(fā)光二極管驅(qū)動 器電路IO切換成兩個狀態(tài)。于是，通過使用如圖3所示的傳遞函數(shù)就
可實現(xiàn)根據(jù)圖2的電流波形。在滯后控制器2的一個狀態(tài)，晶體管tl 導通，其中電壓V&驅(qū)動串聯(lián)連接的電感器L14和發(fā)光二極管1。在 V"》Vled的條件下，發(fā)光二極管電流8線性上升。根據(jù)按照圖4的傳遞 函數(shù)，晶體管t2導通，借此，將電壓lUt加在串聯(lián)連接的電感器L14、 發(fā)光二極管1和分流電阻器Rsl5上。在這種情況下，發(fā)光二極管電流8 線性減小。
根據(jù)滯后控制器的傳遞函數(shù)，晶體管tl在發(fā)光二極管電流為L 或L2時導通，而晶體管t2在發(fā)光二極管電流為1+2或i+,時導通。于是， 可以實現(xiàn)按照圖2的曲折的發(fā)光二極管電流曲線。在圖2和圖3所示 的實施例中，寬的滯后帶寬8a對應于邏輯"1"，窄的帶寬8b對應于 邏輯"0"。電流8的頻率優(yōu)選地大于20千赫茲。通過按照圖2改變 驅(qū)動每個發(fā)光二極管1的電流，可以產(chǎn)生光輸出和數(shù)據(jù)信號而不改變 通過發(fā)光二極管1的平均電流8c。
圖5表示檢測單元3的一個優(yōu)選實施例，它包括用于檢測數(shù)據(jù)信 號的檢測元件3a,和用于解調(diào)數(shù)據(jù)信號以產(chǎn)生數(shù)據(jù)比特流3c的信號分 析器3b。
標號列表
l發(fā)光元件，發(fā)光二極管 2控制器，滯后控制器 3檢測單元
3a檢測元件
3b信號分析器
3c比特流
7a脈沖寬度
7 b相鄰兩個脈沖之間的時間 8電流
8a滯后帶寬
8b滯后帶寬
8c平均電，危 9光調(diào)制器電路
9a比較器
9b與非門 10發(fā)光二極管驅(qū)動器電路 11晶體管tl、 t2 12電源
13金屬氧化物半導體場效應晶體管驅(qū)動器 14電感器元件L 15分流電阻器Rs 16濾波器Cf 濾波器Rf
權利要求
1、一種用于照明設備的方法，具體來說用于諸如液晶顯示器-電視、投影儀等顯示設備的方法，產(chǎn)生包括至少可見光的輻射用于照明，具有-至少一個發(fā)光元件(1)，該發(fā)光元件是發(fā)光二極管(1)或有機發(fā)光二極管，發(fā)射的輻射包括用于照明目的的平均光強度；-耦合到發(fā)光元件(1)的控制器(2)調(diào)制所述的輻射，用于與照明目的同時地進行數(shù)據(jù)傳輸；-其中，對于控制器(2)進行配置，以便通過所述的發(fā)光元件(1)的所產(chǎn)生的輻射同時還傳輸數(shù)據(jù)信號，并且所述的調(diào)制是觀察人員看不見的；-其中的數(shù)據(jù)信號傳輸?shù)綑z測單元(3)。
2、 根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于輻射是脈沖寬度調(diào) 制的，其中脈沖寬度(7a)和/或每個脈沖(7b)之間的時間Ob) 是變化的。
3、 根據(jù)權利要求1或2所述的方法，其特征在于輻射是脈沖頻率調(diào)制的或脈沖位置調(diào)制的或強度調(diào)制的。
4、 根據(jù)前述權利要求中任何一個所述的方法，其特征在于控制 器(2)是滯后控制器(2),滯后控制器(2)利用至少兩個滯后帶寬(8a、 8b)調(diào)制電流(8)，滯后控制器(2)驅(qū)動發(fā)光元件(1)進行 輻射而基本上不改變發(fā)光元件(1)的平均電流(")，其中第一帶寬 (8a)包括第一數(shù)據(jù)信息，第二帶寬(8b)包括第二數(shù)據(jù)信息。
5、 根據(jù)權利要求4所述的方法，其特征在于電流(8)的頻率 大于20千赫茲。
6、 根據(jù)前述權利要求中任何一個所述的方法，其特征在于包括 相同帶寬(8a、 8b)的電流(8)的兩個隨后的最小值或最大值的發(fā)生 對應于一個數(shù)據(jù)比特。
7、 根據(jù)前述權利要求中任何一個所述的方法，其特征在于所述 數(shù)據(jù)包括模擬數(shù)據(jù)和/或數(shù)字數(shù)據(jù)和/或控制代碼和/或啟動代碼。
8、 根據(jù)前述權利要求中任何一個所述的方法，其特征在于提供 數(shù)據(jù)信號以進行拷貝保護。
9、 一種照明設備，該照明設備產(chǎn)生包括至少可見光的輻射，以便 提供照明，該照明設備具有-至少一個發(fā)光元件(1)，該發(fā)光元件(1 )是發(fā)光二極管(1 ) 或有機發(fā)光二極管，發(fā)出包括用于照明目的的平均光強度的輻射；-耦合到發(fā)光元件(1)的控制器(2)，控制器(2)調(diào)制所述的 輻射以便與照明目的同時地進行數(shù)據(jù)傳輸；-其中，對于控制器(2)進行配置，以便通過所述的發(fā)光元件(l) 所產(chǎn)生的輻射同時地傳輸數(shù)據(jù)信號，所述的調(diào)制對于觀察人員來說是 看不見的；-其中數(shù)據(jù)信號傳輸?shù)綑z測單元(3);-其中控制器(2)是滯后控制器(2),滯后控制器利用至少兩 個滯后帶寬(8a、 8b)調(diào)制一個電流(8)，滯后控制器驅(qū)動發(fā)光元件 (1)進行輻射而基本上不改變發(fā)光元件(1)的平均電流(8c);-其中第一帶寬(8a)包括第一數(shù)據(jù)信息，第二帶寬(8b)包括第 二數(shù)據(jù)信息；并且-其中滯后控制器(2)包括光調(diào)制器電路(9)和發(fā)光元件驅(qū)動 器(10)。
10、 根據(jù)權利要求9所述的照明設備，其特征在于光調(diào)制器電 路(9)包括兩個比較器(9a)和兩個與非門(9b)，與非門(9b)包 括具有至少兩個滯后帶寬(8a、 8b)的傳遞函數(shù)。
11、 根據(jù)權利要求9或10所述的照明設備，其特征在于檢測單 元(3)包括用于檢測數(shù)據(jù)信號的檢測元件(3a)和用于解調(diào)數(shù)據(jù)信號 以產(chǎn)生數(shù)據(jù)比特流(3c)的信號分析器(3b)。
12、 通過根據(jù)權利要求1 - 8之一所述的方法驅(qū)動的根據(jù)權利要求 9 - 11之一所述的照明設備。
13、 通過根據(jù)權利要求1 - 8之一所述的方法驅(qū)動的和/或具有根 據(jù)權利要求9 - ll之一所述的照明設備的投影設備或液晶顯示器電視。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于照明設備的方法，具體來說用于諸如液晶顯示器-電視、投影儀等顯示設備的方法，利用至少一個發(fā)光元件(1)(LED(1)或OLED)產(chǎn)生包括至少可見光的輻射用于照明，發(fā)射的輻射包括用于照明目的的平均光強度；耦合到發(fā)光元件(1)的一個控制器(2)調(diào)制所述的輻射，用于與照明目的同時地進行數(shù)據(jù)傳輸；其中，對于控制器(2)進行配置，以便通過所述的發(fā)光元件(1)的所產(chǎn)生的輻射同時地傳輸數(shù)據(jù)信號，并且所述的調(diào)制是觀察人員看不見的；其中數(shù)據(jù)信號傳輸?shù)綑z測單元(3)。
文檔編號H04B10/114GK101395826SQ200780007526
公開日2009年3月25日 申請日期2007年2月20日 優(yōu)先權日2006年3月2日
發(fā)明者B·A·薩爾特斯, G·索爾蘭德 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司