СВЕТОВОЕ УСТРОЙСТВО Российский патент 2011 года по МПК H04B10/10 

Настоящее изобретение относится к световому устройству и способу для генерации излучения, включающего в себя, по меньшей мере, видимый свет для предоставления освещения, в котором посредством генерируемого излучения одновременно передаются сигналы данных.

В технике хорошо известны световые устройства для генерации излучения, включающего в себя видимое освещение. Кроме того, в технике используется сгенерированное излучение, например видимый свет, для обычного применения, например освещения, которое комбинируется с дополнительным применением, где через сгенерированное излучение одновременно передается информация, которая не обнаруживается невооруженным глазом.

В документе US 2003/00303386 A1 описано световое устройство, которое генерирует видимый свет, чтобы обеспечить освещение, а также чтобы передавать информацию данных. Упомянутая информация данных модулируется путем варьирования частоты переменного тока в светоизлучающем элементе. Для исключения видимого мерцания при передаче сигналов данных предлагается использование схемы кодирования, основанной на Манчестерском кодировании. В Манчестерском кодировании используется фиксированный момент квантования в середине периода бита с заданной передачей тока, который возбуждает светоизлучающий элемент. Направление тока определяет, будет ли бит иметь логическое значение "0" или логическое значение "1".

В документе US 2003/030386 A1 описана система и способ генерации электромагнитного излучения, где видимый свет модулируется по частоте.

В документе US 2004/101312 A1 описано устройство модуляции света с источником питания переменного тока, в котором для модуляции сигналов используется модуляция мощности.

Целью настоящего изобретения является усовершенствование упомянутых способов и упомянутых световых устройств, в частности, чтобы повысить качество предоставляемого освещения без мерцания, и, конкретно, чтобы добавлять данные к источнику освещения без изменения или ухудшения качества освещения, причем упомянутые способы и упомянутые световые устройства упрощаются, и достигается удовлетворительное качество передачи оптических данных.

Такая цель достигается посредством способа согласно пункту 1 формулы настоящего изобретения. Преимущественные варианты осуществления изобретательского способа определены в зависимых пунктах формулы изобретения.

Соответственно, предоставлен способ для светового устройства, в частности для устройства отображения, такого как жидкокристаллический телевизор, проектор и т.п., причем упомянутое световое устройство генерирует излучение, включающее в себя, по меньшей мере, видимый свет для освещения, и оно содержит, по меньшей мере, один светоизлучающий элемент, который представляет собой Светоизлучающий Диод (СИД) или Органический Светоизлучающий Диод (ОСИД), и излучение имеет среднюю интенсивность света для целей освещения, причем контроллер присоединен к светоизлучающему элементу, который модулирует упомянутое излучение для одновременной передачи данных с целью освещения, причем контроллер сконфигурирован так, чтобы сигналы данных одновременно передавались через генерируемое излучение упомянутого светоизлучающего элемента, и упомянутая модуляция невидима для наблюдающего, причем сигналы данных передаются в детектирующий блок.

Светоизлучающие элементы имеют возможность очень быстрой модуляции, и, соответственно, в излучение может быть дополнительно внедрена информация, такая как сигналы данных. Преимущественно, используя специально разработанную схему модуляции, сигналы данных могут быть добавлены в свет, излучаемый светоизлучающим устройством. Таким образом, может генерироваться нормальное освещение или изображения, и, между тем, одновременно могут выдаваться дополнительные сигналы данных, которые передаются в детектирующий блок. Предпочтительно контроллер модулирует излучение на высокой частоте (или времени переключения), которая является невидимой для наблюдателя. В одном варианте осуществления настоящего изобретения светоизлучающие элементы включаются и выключаются очень быстро, чтобы одновременно генерировать сигналы данных. Альтернативно также предоставляется возможность использования специально разработанной схемы, при которой не требуется отключать светоизлучающие элементы. В этом случае контроллер возбуждает светоизлучающие элементы так, что интенсивность генерированного излучения изменяется частотами, которые невидимы для наблюдателя.

Преимущественно для генерации излучения возможно использование нескольких методик модуляции, таких как импульсно-частотная модуляция, импульсно-позиционная модуляция, модуляция по интенсивности или широтно-импульсная модуляция. Предпочтительно излучение, содержащее видимый свет и сигналы данных, передаваемые через сгенерированное излучение, включает в себя адаптивную систему кодирования, где количество передаваемых битов может быть уменьшено. В случая излучения, модулированного по схеме широтно-импульсной модуляции (ШИМ), ширина импульса и/или время между каждой частью может варьироваться. В еще одном предпочтительном варианте осуществления определенная ширина импульса и/или время между упомянутыми импульсами может соответствовать заданной информации данных.

Согласно еще одного варианту осуществления контроллер может представлять собой гистерезисный контроллер, который модулирует ток с, по меньшей мере, двумя гистерезисными полосами пропускания, которые возбуждают светоизлучающий элемент для излучения, по существу, без изменения среднего тока светоизлучающего элемента, причем первая полоса пропускания содержит, по меньшей мере, первую информацию данных, а вторая полоса пропускания содержит, по меньшей мере, вторую информацию данных.

Преимущественно предлагаемый контроллер выполняет роль возбудителя для тока светоизлучающего элемента и, следовательно, для светоотдачи светоизлучающего элемента, а также роль модулятора генерируемого излучения. Предпочтительно гистерезисная полоса пропускания модулируется так, например, чтобы широкая гистерезисная полоса пропускания соответствовала логическому значению "1", а узкая полоса пропускания соответствовала логическому значению "0" или наоборот. В этом варианте осуществления светоизлучающий элемент представляет собой СИД, который не отключается схемой модуляции. Гистерезисный контроллер только меняет мгновенную интенсивность генерируемого излучения, причем применяется простая схема возбудителя СИД. Преимущественно схема возбудителя СИД и схема модуляции способны выполнять модуляцию излучения СИД независимо от среднего тока СИД и, соответственно, от среднего освещения светоизлучающего устройства. Предпочтительно частота упомянутого тока СИД больше 20 Гц. Таким образом, передача данных через сгенерированное излучение упомянутого светоизлучающего устройства невидима для наблюдателя. Кроме того, предпочтительно, чтобы появление двух последовательных минимумов или двух последовательных максимумов тока, содержащего одну и ту же полосу пропускания, соответствовало одному биту данных. Альтернативно появление двух последовательных минимумов или двух последовательных максимумов тока, имеющих приблизительно одинаковую величину тока, соответствует одному биту данных.

Вышеупомянутые сигналы данных могут содержать данные, которые являются аналоговыми данными и/или цифровыми данными и/или управляющими кодами и/или начальными кодами.

Настоящее изобретение относится к световому устройству, генерирующему излучение, которое включает в себя, по меньшей мере, видимый свет для обеспечения освещения, по меньшей мере, одним светоизлучающим элементом, который представляет собой СИД или ОСИД, причем генерируемое излучение имеет среднюю интенсивность света для целей освещения, причем контроллер соединен со светоизлучающим элементом, модулирующим упомянутое излучение для передачи данных одновременно с освещением, причем контроллер сконфигурирован так, что сигналы данных одновременно передаются через генерируемое излучение упомянутого светоизлучающего элемента, и упомянутая модуляция невидима для наблюдателя, причем сигналы данных передаются в детектирующий блок, и контроллер представляет собой гистерезисный контроллер, который модулирует ток с, по меньшей мере, двумя гистерезисными полосами пропускания и который возбуждает светоизлучающий элемент для генерации излучения, по существу, без изменения среднего тока светоизлучающего элемента, причем первая полоса пропускания содержит первую информацию данных, а вторая полоса пропускания содержит вторую информацию данных, и при этом гистерезисный контроллер содержит схему модуляции света и возбудитель светоизлучающего элемента.

Предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения определены в зависимых пунктах формулы изобретения.

Вышеупомянутое световое устройство и способ могут быть использованы в различных системах, примеры которых включают в себя автомобильные системы, домовые системы освещения, системы подсветки для дисплеев, системы рассеянного освещения, системы освещения для магазинов, проекторные системы освещения, где также возможна передача оптической информации, как, например, в музеях, студиях, переговорных комнатах. Передаваемые сигналы данных могут быть использованы для множества приложений. Преимущественно детектирующий блок воспринимает сигналы данных и демодулирует эти сигналы данных в битовый поток данных. В одном возможном применении настоящего изобретения сигналы данных предоставляются для защиты от копирования.

Вышеупомянутые компоненты, а также заявленные компоненты и/или использованные в описании вариантов осуществления изобретения, не подлежат какому-либо ограничению относительно размера, формы, выбора материала, и, соответственно, выбор критерия, известного в соответствующей области техники, может быть применен без ограничений.

Дополнительные детали, характеристики и преимущества объекта настоящего изобретения раскрыты в зависимых пунктах формулы изобретения и в следующем описании соответствующих фигур, которые иллюстрируют предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения и на которых:

Фиг.1a показывает широтно-импульсное модулированное излучение с постоянной частотой;

Фиг.1b показывает широтно-импульсное модулированное излучение с переменной частотой;

Фиг.1c показывает широтно-импульсное модулированное излучение с альтернативной частотой;

Фиг.2 - зависимость тока СИД от времени при двух гистерезисных полосах пропускания;

Фиг.3 показывает передаточную функцию гистерезисного контроллера с двумя гистерезисными полосами пропускания;

Фиг.4 показывает СИД со схемой возбудителя СИД и схемой модулятора света; и

Фиг.5 показывает детектирующий блок для сигналов данных, передаваемых через генерируемое излучение.

Фиг.1а иллюстрирует широтно-импульсные модулированные сигналы для модуляции излучения, по меньшей мере, одного СИДа. Спроектированная схема включения/выключения используется для предоставления освещения, тогда как одновременно выполняется передача сигналов данных. Фиг.1а иллюстрирует модулирующий сигнал одного СИДа, причем упомянутый СИД попеременно включается и выключается. В показанном варианте осуществления широтно-импульсная модуляция обеспечивает интенсивность яркости, воспринимаемую человеческим глазом, на уровне примерно 80%. Иначе говоря, СИД всегда полностью включен (интенсивность 100%) либо всегда полностью выключен (интенсивность 0%). "Воспринимаемая" человеческим глазом интенсивность 80% обусловлена тем, что СИД включен на 100% интенсивности в течение 80% времени. Кроме того, на фиг.1b и фиг.1c достигается интенсивность в 80%, воспринимаемая человеческим глазом, хотя ширина 7a импульса и время 7b между каждым импульсом варьируют. В зависимости от времени переключения, которое специфично для каждого конкретного СИД, величина информации данных увеличивается приблизительно по линейной зависимости. Ширина 7a импульса и/или время 7b между двумя последующими импульсами может соответствовать определенной информации данных. Возбуждая СИД по определенной схеме согласно фиг.1b или 1c, информация данных может быть внедрена в нормальное освещение. Благодаря высокой частоте дополнительно генерируемые сигналы данных, передаваемые через генерируемое излучение, невидимы. Тем не менее, на более высоких частотах порядка 1 МГц может быть передан совершенно другой сигнал. Кроме того, отсутствует пространственное разрешение, и может быть передан большой объем информации. Когда для генерации упомянутого излучения используется проектор, основанный на СИД, человеческий глаз видит только видеосодержимое и не замечает передаваемые сигналы данных, содержащие эти высокие частоты.

Упомянутая информация данных, которая внедрена в генерируемое освещение, может служить для различных целей. Системы домового освещения могут быть устроены так, чтобы реагировать на эти сигналы данных. Таким образом, после видеосодержимого, содержащего сгенерированное излучение с наложенным, невидимым сигналом данных, может быть создана определенная атмосфера. Например, при просмотре фильма взрывам на экране может сопутствовать вспышка системы домашнего освещения. Кроме того, в начале фильма может быть внедрен сигнал "подавить все источники света". Соответственно, отпадает необходимость проводного соединения между системой домашнего освещения и проектором или телевизором. Альтернативно проектор может передавать сигналы данных через генерируемое излучение, чтобы выполнять дистанционное управление детектирующего блока. Кроме того, генерируемые сигналы данных могут быть предоставлены для защиты от копирования. В случае показа фильма в кинотеатре фильм может содержать флаг "не копировать", внедренный в сигнал данных, который передается на камеру, которой пытаются нелегально записать копию упомянутого фильма. В силу сигнала "не копировать" камера предотвращает запись упомянутого фильма. Более того, настоящее изобретение может быть применено к жидкокристаллическим телевизорам с СИД-подсветкой, где используется тот же принцип, что и в проекторах, основанных на СИД.

Во втором варианте осуществления настоящего изобретения, который описан со ссылкой на фиг.2-5, контроллер 2, соединенный с СИД 1, сконфигурирован так, чтобы ток 8 модулировался с, по меньшей мере, двумя гистерезисными полосами 8a, 8b пропускания, которые возбуждают СИД 1 для излучения, по существу, без изменения среднего тока 8c СИДа 1. В этом случае СИД 1 не выключается, а только изменяется интенсивность посредством специальной модуляции гистерезисного контроллера 2. Генерируемый ток 8 имеет первую полосу 8a пропускания, содержащую, по меньшей мере, первую информацию данных, и вторую полосу 8b пропускания, содержащую, по меньшей мере, вторую информацию данных. Показанный на фиг.4 гистерезисный контроллер 2 реализует этот вид схемы модуляции. Для передачи сигналов данных через генерируемое освещение появление двух последовательных максимумов или двух последовательных минимумов одной и той же полосы 8a, 8b пропускания соответствует одному биту данных. Появление следующих друг за другом максимумов или минимумов первой широкой полосы 8a пропускания может соответствовать логическому значению "1", а появление следующих друг за другом максимумов или минимумов второй узкой полосы 8b пропускания может соответствовать логическому значению "0", или наоборот.

Гистерезисный контроллер 2 содержит схему 9 модулятора света и схему 10 возбудителя СИД. Схема 9 модулятора света содержит пару компараторов 9a и пару вентилей 9b И-НЕ, включающих в себя передаточную функцию с двумя гистерезисными полосами 8a, 8b пропускания. Схема 10 возбудителя СИД содержит два транзистора 11, источник 12 питания постоянного тока и возбудитель 13 МОП-транзистора. До СИД 1 расположен индуктивный элемент 14. Кроме того, гистерезисный контроллер 2 содержит шунтирующий резистор R_s 15, фильтр C_f 16, R_f 17, который устраняет высокочастотный шум напряжения на резисторе R_s 15.

Фильтрованное напряжение шунта сравнивается с двумя эталонными напряжениями i₁₊ x Rs и i_1- x Rs, либо i₂₊ x Rs и i_2- x Rs. Согласно этому варианту осуществления схема 9 модулятора переключает возбудитель 10 СИД в двух состояниях. Так, форма волны тока согласно фиг.2 может быть обеспечена путем использования передаточной функции, показанной на фиг.3. В одном состоянии гистерезисного контроллера 2 транзистор t1 включается, причем напряжение V_dc возбуждает последовательное соединение индуктивности L 14 и СИДа 1. При условии что V_dc >> V_LED, ток СИДа 8 увеличивается линейно. В зависимости от передаточной функции согласно фиг.4 транзистор t2 включается, и напряжение U_out=0 прилагается к последовательному соединению индуктивности L 14, СИД 1 и шунтирующего резистора Rs 15. В этом случае ток 8 СИДа уменьшается линейно.

В зависимости от передаточной функции гистерезисного контроллера транзистор t1 включается при токе СИДа i-₁ или i-₂, тогда как транзистор t2 включается при токе СИДа i+₂ или i+₁. Таким образом, согласно фиг.2 достигается зигзагообразная кривая тока СИД. В проиллюстрированном варианте осуществления фиг.2 и фиг.3, широкая гистерезисная полоса 8a пропускания соответствует логическому значению "1", а узкая гистерезисная полоса 8b пропускания соответствует логическому значению "0". Предпочтительно частота тока 8 больше 20 кГц. Путем изменения тока для возбуждения каждого СИД 1 согласно фиг.2 световой выход и сигналы данных могут генерироваться без изменения среднего тока 8c через СИД 1.

Фиг.5 иллюстрирует предпочтительный вариант осуществления детектирующего блока 3, содержащего детектирующий элемент 3a для восприятия сигналов данных, и анализатор 3b сигнала для демодуляции сигналов данных, чтобы генерировать битовый поток 3c данных.

Перечень обозначений

1 Светоизлучающий элемент, СИД

2 контроллер, гистерезисный контроллер

3 детектирующий блок

3a детектирующий элемент

3b анализатор сигнала

3c битовый поток

7a ширина импульса

7b время между двумя смежными импульсами

8 ток

8a гистерезисная полоса пропускания

8b гистерезисная полоса пропускания

8c средний ток

9 схема модулятора света

9a компаратор

9b вентиль И-НЕ

10 схема возбудителя СИД

11 транзистор t1, t2

12 источник питания

13 возбудитель МОП-транзистора

14 индуктивный элемент L

15 шунтирующий резистор Rs

16 фильтр Cf

фильтр Rf

Изобретение относится к световой технике и предназначено для генерации излучения для освещения. Технический результат состоит в повышении качества передачи сигналов освещения. Для этого генерируют излучение, включающее в себя, по меньшей мере, видимый свет для освещения, устройство содержит, по меньшей мере, один светоизлучающий элемент, который представляет собой СИД или ОСИД, причем излучение имеет среднюю интенсивность света для целей освещения, причем контроллер присоединен к светоизлучающему элементу, который модулирует упомянутое излучение для одновременной передачи данных, причем контроллер сконфигурирован так, чтобы сигналы данных одновременно передавались через генерируемое излучение упомянутого светоизлучающего элемента, и упомянутая модуляция невидима для наблюдающего, и сигналы данных передаются в детектирующий блок. 2 н. и 7. з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Способ для светового устройства, генерирующего излучение, включающего в себя, по меньшей мере, видимый свет для освещения и содержащее, по меньшей мере, один светоизлучающий элемент, представляющий собой СИД или ОСИД, контроллер, соединенный с ним и детектирующий блок, причем способ содержит этапы, на которых: излучают посредством, по меньшей мере, одного светоизлучающего элемента излучение со средней интенсивностью света для целей освещения, модулируют, посредством контроллера, упомянутое излучение для передачи данных одновременно с освещением, причем контроллер (2) сконфигурирован так, что сигналы данных одновременно передаются через генерируемое упомянутым светоизлучающим элементом (1) излучение, и упомянутая модуляция является невидимой для наблюдателя, причем контроллер представляет собой гистерезисный контроллер, сконфигурированный для того, чтобы модулировать ток с, по меньшей мере, двумя гистерезисными полосами пропускания, который возбуждает светоизлучающий элемент для излучения, по существу, без изменения среднего тока светоизлучающего элемента, причем первая полоса пропускания содержит первую информацию данных, а вторая полоса пропускания содержит вторую информацию данных; и причем сигналы данных передаются в детектирующий блок, содержащий детектирующий элемент для восприятия сигналов данных и анализатор сигналов для демодуляции сигналов данных, чтобы генерировать битовый поток данных.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что излучение модулируется по схеме широтно-импульсной модуляции, причем варьируется ширина (7а) импульса и/или время (7b) между импульсами (7b).

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что излучение модулируется по частоте импульса, или позиции импульса, или интенсивности.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что частота тока (8) больше 20 кГц.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что появление двух следующих друг за другом минимумов или максимумов тока (8), содержащего одну и ту же полосу (8а, 8b) пропускания, соответствует одному биту данных.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что данные содержат аналоговые данные, и/или цифровые данные, и/или управляющие коды, и/или начальные коды.

7. Световое устройство, генерирующее излучение, включающее в себя, по меньшей мере, видимый свет для предоставления освещения, содержащее: по меньшей мере, один светоизлучающии элемент (1), который представляет собой СИД (1) или ОСИД, генерирующий излучение со средней интенсивностью света для целей освещения, контроллер (2), соединенный со светоизлучающим элементом (1), который модулирует упомянутое излучение для передачи данных одновременно с освещением,
причем контроллер (2) сконфигурирован так, что сигналы данных одновременно передаются через генерируемое излучение упомянутого светоизлучающего элемента (1) и упомянутая модуляция невидима для наблюдателя, причем сигналы данных передаются в детектирующий блок (3), причем контроллер (2) представляет собой гистерезисный контроллер (2), который модулирует ток (8) с, по меньшей мере, двумя гистерезисными полосами (8а, 8b) пропускания, который возбуждает светоизлучающий элемент (1) для излучения без, по существу, изменения среднего тока (8 с) светоизлучающего элемента (1) причем первая полоса (8а) пропускания содержит первую информацию данных, а вторая полоса (8b) пропускания содержит вторую информацию данных и причем гистерезисный контроллер (2) содержит схему (9) модулятора света и возбудитель (10) светоизлучающего элемента.

8. Световое устройство по п.7, отличающееся тем, что схема (9) модулятора света содержит два компаратора (9а) и два вентиля (9b) И-НЕ, включающих в себя передаточную функцию с, по меньшей мере, двумя гистерезисными полосами (8а, 8b) пропускания.

9. Световое устройство по п.8 или 9, отличающееся тем, что детектирующий блок (3) содержит детектирующий элемент (3а) для восприятия сигналов данных и анализатор (3b) сигналов для демодуляции сигналов данных, чтобы генерировать битовый поток (3с) данных.