专利名称：照明设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及照明设备和用于产生至少包括可见光以提供照明的辐 射的方法，其中通过所产生的辐射同时传输数据信号。
背景技术：
产生包括可见照射的辐射的照明设备是众所周知的。另外，现有
同时将通过所产生的辐射传输人眼不能检测到的信息的附加应用结合 起来。
US2003 / 00303386A1描述了一种照明设备，用于产生可见光以使_ 提供照明和传输数据信息。所述的数据信息是在发光元件中通过改变 交流电流的频率进行调制的。提出基于曼彻斯特编码的编码方案，来 消除传输数据信号时的可见闪烁。曼彻斯特编码在比特周期的中点包 括固定的采样时刻，所述的比特周期具有确定的电流转换，所述的电 流驱动发光元件。转换的方向确定这个比特是逻辑"0"还是逻辑"1"。
发明内容
本发明的目的是改进所述的方法和所述的照明设备，具体来说就 是提高所提供的照明的质量而没有任何闪烁，尤其是要将数据加到照 明源而不改变或降低照明的质量，借此简化所述的方法和所述的照明 设备，并且可以实现令人满意的光学数据传输。
这个目的可通过本发明的权利要求1教导的方法实现。在从属权 利要求中限定了本发明方法的优选实施例。
因此，提供用于照明设备的方法，具体来说用于诸如液晶显示器 -电视、投影仪等的显示设备的方法，利用至少一个发光元件(发光 二极管(LED)或有机发光二极管(OLED))产生包括至少可见光的辐 射用于照明；发射的辐射包括用于照明目的的平均光强度；耦合到发 光元件的一个控制器调制所述的辐射来与照明目的同时地进行数据传 输；其中，对于控制器进行配置，以便通过所述发光元件的所产生的
辐射同时传输数据信号，并且所述的调制是观察人员看不见的；其中 数据信号传输到检测单元。
发光元件有可能非常快地被调制，因此可以将比如数据信号的信 息附加地嵌入辐射之中。有利地，使用经过专门设计的调制方案，可 将数据信号附加到照明设备的光输出当中。于是，可以产生正常的照 明或图像，同时还可以发出额外的数据信号，数据信号是传输到一个 检测单元的。优选的作法是，控制器以高频率(或切换时间)调制所 述的辐射，这对于观察人员来说是看不见的。在本发明的一个实施例 中，发光元件的接通和断开非常快，从而同时产生数据信号。按照另 一种方式，还可以使用专门设计的方案，并不断开发光元件。在这种 情况下，控制器对于发光元件进行驱动，以使所产生的辐射的强度随 着观察人员看不见的频率发生变化。
有益地，产生辐射的几种调制技术都是可能的，例如脉冲频率调 制的辐射、脉冲位置调制的辐射、强度调制的辐射、或脉沖宽度调制 的辐射。优选的是，包括可见光和经所产生的辐射传输的数据信号在 内的辐射包括一个自适应编码系统，在该自适应编码系统中能减少传 输的比特数量。在辐射是脉沖宽度调制(P西)的情况下，脉冲宽度和 /或每一部分之间的时间可以变化。在另一个优选实施例中，某个脉
冲宽度和/或所述的脉冲之间的时间可以对应于确定的数据信息。
按照另一个实施例，控制器可以是滞后控制器，利用至少两个滞 后带宽来调制电流，所述滞后控制器驱动发光元件进行辐射而基本上 不改变发光元件的平均电流，其中的第一带宽包括至少笫一数据信息，
第二带宽包括至少第二数据信息。
有益地，所提出的控制器用作发光元件电流一并因此用作发光元 件光输出一的驱动器，以及用作所产生的辐射的调制器。优选的是， 滞后带宽的调制方式例如是，宽的滞后带宽对应于逻辑"1"，窄的带 宽对应于逻辑"0"，或者反过来也行。在这个实施例中，发光元件是 一个发光二极管，该发光二极管不由调制方案断开。滞后控制器只改 变所产生的辐射的瞬时强度，其中应用了一个简单的发光二极管驱动 器电路。有益地，发光二极管驱动器电路和调制方案能够不依赖于发 光二极管平均电流而调制发光二极管辐射，并且因此不依赖于发光设 备的平均亮度而调制发光二极管辐射。优选地，发光二极管的所述的
电流的频率大于20千赫兹。借此，经过所述发光设备的所产生的辐射 的数据传输对于观察人员来说是看不见的。进一步优选的是，包括相 同带宽的电流的两个随后的最小值或者电流的两个随后的最大值的发 生对应于数据的一个比特。按照另一种方式，具有近似相同电流量的 电流的两个随后的最小值或者两个随后的最大值的发生代表数据的一 个比特。
上述的数据信号可以由模拟数据和/或数字数据和/或控制代码 和/或启动代码的数据组成。
优选的本发明涉及一种照明设备，所述的照明设备利用至少一个 发光元件(LED或OLED)产生包括至少可见光的辐射以提供照明；所 述的照明设备发出包括用于照明目的的平均光强度的辐射；耦合到发 光元件的一个控制器调制所述的辐射以便与照明目的同时地进行数据 传输；其中，对于控制器进行配置，以便通过所述的发光元件所产生 的辐射同时地传输数据信号，所述的调制对于观察人员来说是看不见 的；其中数据信号传输到一个检测单元；其中控制器是一个滞后控制 器，滞后控制器利用至少两个滞后带宽调制电流，滞后控制器驱动发 光元件以便进行辐射而基本上不改变发光元件的平均电流；其中第一 带宽包括第一数据信息，第二带宽包括第二数据信息；并且其中滞后 控制器包括光调制器电路和发光元件驱动器。
在从属权利要求中限定了本发明的优选实施例。
上述的照明设备和方法可以用在各种不同的系统中，在这些系统 当中有汽车系统、家庭照明系统、显示器的背光照明系统、环境照 明系统、商店照明系统、投影仪照明系统，还可以用在可以进行光学 信息传输的地方，如博物馆、工作室(studio)、会议厅。可以将传 输的数据信号用于多种用途。有益地，检测单元检测数据信号并且解 调这些数据信号，使之成为数据的一个比特流。在本发明的一种可能 的应用中，提供数据信号以进行拷贝保护。
以上所述部件、要求保护的部件、以及按照本发明在所述实施例 中使用的部件，对于作为技术概念的大小、形状、材料选择都没有任 何特殊的例外，因此可以没有限制地应用相关领域中已知的选择标准。
在从属权利要求中公开了本发明对象的附加细节、特征和优点， 下面对各个附图(是以示例的方式)的描述表示了本发明的优选实施 例。
图la表示固定速率的脉冲宽度调制的辐射；
图lb表示变化的脉冲宽度调制的辐射；
图lc表示可供选择的脉冲宽度调制的辐射；
图2表示了作为时间函数的发光二极管电流，包括两个滞后带宽； 图3表示具有两个滞后带宽的滞后控制器的传递函数； 图4表示具有发光二极管驱动电路和光调制器电路的发光二极管； 图5表示数据信号的检测单元，数据信号是通过所产生的辐射传 输的。
具体实施例方式
图la说明了用于调制至少一个发光二极管的辐射的脉冲宽度调制 信号。使用所设计的通/断方案来提供照明，其中还同时传输数据信 号。图la表示的是一个发光二极管的调制信号，其中的发光二极管交 替地接通和断开。在所示的实施例中，脉冲宽度调制提供的由人眼感 受到的亮度的强度约为80%。换言之，发光二极管总是完全接通(100 %强度)或者完全断开(0%强度)。由人眼"感受到的"80%的强度 是由如下的事实引起的发光二极管以100%强度接通的时间恰恰是 80%。还有，在图lb和图lc中，实现了由人眼感受到的80%强度， 尽管脉冲宽度7a和在每个脉沖之间的时间7b是变化的。取决于切换 时间(可用特殊的发光二极管实现)，数据信息量大体上是线性增加 的。脉冲宽度7a和/或在两个相继的脉冲之间的时间7b可对应于某 个数据信息。利用根据图lb或图lc的特定的方案驱动发光二极管， 可在正常的照明中嵌入数据信息。由于频率高，所以通过所产生的辐 射传输的附加产生的数据信号是看不见的。但在更高的频率，在1兆 赫兹量级，可传输完全不同的信号。同样，不存在空间分辨率，仍然 可以传输大量的信息。使用产生所述辐射的基于发光二极管的投影仪， 人眼刚好看见视频内容，而检测不到包括这些高频的所传输的信号。
嵌入在所产生的照射中的所述的数据信息可用于各种不同的目 的。可以建立家庭照明系统以对这个数据信号发生作用。于是，可以 用叠加的不可见的数据信号在包括所产生的辐射在内的视频内容之后 建立一种氛围。例如，家庭照明系统的闪光可伴随视频电影中的爆炸。 此外，"全部变暗"的数据信号可以嵌入在电影的开头。以此方式， 在家庭照明系统和投影仪或电视之间，就不需要接线。按照另一种方 式，投影仪可以经过所产生的辐射向遥控器传输数据信号，所述的遥 控器是检测单元。还有，可以提供所产生的数据信号，用于拷贝保护。 电影院中的电影可以包括一个嵌入数据信号中的"禁止拷贝，，标志， 该数据信号被传输到一个正在电影院里非法拷贝电影的摄像机上。由 于该"禁止拷贝，，信号，所述摄像机拒绝记录所述电影。另外，本发 明还可应用到具有发光二极管背光源的液晶显示器 - 电视上，所述液 晶显示器-电视使用与基于发光二极管的投影仪相同的原理。
在图2-图5描述的本发明的第二实施例中，耦合到发光二极管1 的控制器2配置成用至少两个滞后带宽8a、 8b调制电流8，控制器2 驱动发光二极管1以发出辐射，但基本上不改变发光二极管1的平均 电流8c。在这种情况下，发光二极管l不断开，只是通过滞后控制器 2的特定调制改变强度。所产生的电流8具有第一带宽8a和第二带宽 8b，第一带宽8a包括至少第一数据信息，第二带宽8b包括至少第二 数据信息。如图4所示的滞后控制器2实现了这种类型的调制方案。 为了通过所产生的照射传输数据信号，相同带宽8a、 8b的随后的最大 值或两个随后的最小值的发生对应于一个数据比特。宽的第一带宽8a 的随后的最大值或最小值的发生可代表逻辑"1",窄的第二带宽8b 的随后的最大值或最小值的发生可代表逻辑"0"，或者反过来也行。
滞后控制器2包括光调制器电路9和发光二极管驱动器电路10。 光调制器电路9由一对比较器9a和两个与非门9b组成，与非门9b包 括具有所述两个滞后带宽8a、 8b的传递函数。发光二极管驱动器电路 10包括两个晶体管11、直流电源12和金属氧化物半导体场效应晶体 管(Mosfet )驱动器13。在发光二极管1之前定位一个指示器元件l4。 另外，滞后控制器2包括分流电阻器Rs15，滤波器。16, Rrl7，用于消 除电阻器RJ5两端电压的高频噪声。
经过滤波的分流电压与两个参考电压Us和Us或者Us和 i2丄进行比较。按照这个实施例，光调制器电路9将发光二极管驱动 器电路IO切换成两个状态。于是，通过使用如图3所示的传递函数就
可实现根据图2的电流波形。在滞后控制器2的一个状态，晶体管tl 导通，其中电压V&驱动串联连接的电感器L14和发光二极管1。在 V"》Vled的条件下，发光二极管电流8线性上升。根据按照图4的传递 函数，晶体管t2导通，借此，将电压lUt加在串联连接的电感器L14、 发光二极管1和分流电阻器Rsl5上。在这种情况下，发光二极管电流8 线性减小。
根据滞后控制器的传递函数，晶体管tl在发光二极管电流为L 或L2时导通，而晶体管t2在发光二极管电流为1+2或i+,时导通。于是， 可以实现按照图2的曲折的发光二极管电流曲线。在图2和图3所示 的实施例中，宽的滞后带宽8a对应于逻辑"1"，窄的带宽8b对应于 逻辑"0"。电流8的频率优选地大于20千赫兹。通过按照图2改变 驱动每个发光二极管1的电流，可以产生光输出和数据信号而不改变 通过发光二极管1的平均电流8c。
图5表示检测单元3的一个优选实施例，它包括用于检测数据信 号的检测元件3a,和用于解调数据信号以产生数据比特流3c的信号分 析器3b。
标号列表
l发光元件，发光二极管 2控制器，滞后控制器 3检测单元
3a检测元件
3b信号分析器
3c比特流
7a脉冲宽度
7 b相邻两个脉冲之间的时间 8电流
8a滞后带宽
8b滞后带宽
8c平均电，危 9光调制器电路
9a比较器
9b与非门 10发光二极管驱动器电路 11晶体管tl、 t2 12电源
13金属氧化物半导体场效应晶体管驱动器 14电感器元件L 15分流电阻器Rs 16滤波器Cf 滤波器Rf
权利要求
1、一种用于照明设备的方法，具体来说用于诸如液晶显示器-电视、投影仪等显示设备的方法，产生包括至少可见光的辐射用于照明，具有-至少一个发光元件(1)，该发光元件是发光二极管(1)或有机发光二极管，发射的辐射包括用于照明目的的平均光强度；-耦合到发光元件(1)的控制器(2)调制所述的辐射，用于与照明目的同时地进行数据传输；-其中，对于控制器(2)进行配置，以便通过所述的发光元件(1)的所产生的辐射同时还传输数据信号，并且所述的调制是观察人员看不见的；-其中的数据信号传输到检测单元(3)。
2、 根据权利要求1所述的方法，其特征在于辐射是脉冲宽度调 制的，其中脉沖宽度(7a)和/或每个脉冲(7b)之间的时间Ob) 是变化的。
3、 根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于辐射是脉冲频率调制的或脉冲位置调制的或强度调制的。
4、 根据前述权利要求中任何一个所述的方法，其特征在于控制 器(2)是滞后控制器(2),滞后控制器(2)利用至少两个滞后带宽(8a、 8b)调制电流(8)，滞后控制器(2)驱动发光元件(1)进行 辐射而基本上不改变发光元件(1)的平均电流(")，其中第一带宽 (8a)包括第一数据信息，第二带宽(8b)包括第二数据信息。
5、 根据权利要求4所述的方法，其特征在于电流(8)的频率 大于20千赫兹。
6、 根据前述权利要求中任何一个所述的方法，其特征在于包括 相同带宽(8a、 8b)的电流(8)的两个随后的最小值或最大值的发生 对应于一个数据比特。
7、 根据前述权利要求中任何一个所述的方法，其特征在于所述 数据包括模拟数据和/或数字数据和/或控制代码和/或启动代码。
8、 根据前述权利要求中任何一个所述的方法，其特征在于提供 数据信号以进行拷贝保护。
9、 一种照明设备，该照明设备产生包括至少可见光的辐射，以便 提供照明，该照明设备具有-至少一个发光元件(1)，该发光元件(1 )是发光二极管(1 ) 或有机发光二极管，发出包括用于照明目的的平均光强度的辐射；-耦合到发光元件(1)的控制器(2)，控制器(2)调制所述的 辐射以便与照明目的同时地进行数据传输；-其中，对于控制器(2)进行配置，以便通过所述的发光元件(l) 所产生的辐射同时地传输数据信号，所述的调制对于观察人员来说是 看不见的；-其中数据信号传输到检测单元(3);-其中控制器(2)是滞后控制器(2),滞后控制器利用至少两 个滞后带宽(8a、 8b)调制一个电流(8)，滞后控制器驱动发光元件 (1)进行辐射而基本上不改变发光元件(1)的平均电流(8c);-其中第一带宽(8a)包括第一数据信息，第二带宽(8b)包括第 二数据信息；并且-其中滞后控制器(2)包括光调制器电路(9)和发光元件驱动 器(10)。
10、 根据权利要求9所述的照明设备，其特征在于光调制器电 路(9)包括两个比较器(9a)和两个与非门(9b)，与非门(9b)包 括具有至少两个滞后带宽(8a、 8b)的传递函数。
11、 根据权利要求9或10所述的照明设备，其特征在于检测单 元(3)包括用于检测数据信号的检测元件(3a)和用于解调数据信号 以产生数据比特流(3c)的信号分析器(3b)。
12、 通过根据权利要求1 - 8之一所述的方法驱动的根据权利要求 9 - 11之一所述的照明设备。
13、 通过根据权利要求1 - 8之一所述的方法驱动的和/或具有根 据权利要求9 - ll之一所述的照明设备的投影设备或液晶显示器电视。
全文摘要
本发明涉及一种用于照明设备的方法，具体来说用于诸如液晶显示器-电视、投影仪等显示设备的方法，利用至少一个发光元件(1)(LED(1)或OLED)产生包括至少可见光的辐射用于照明，发射的辐射包括用于照明目的的平均光强度；耦合到发光元件(1)的一个控制器(2)调制所述的辐射，用于与照明目的同时地进行数据传输；其中，对于控制器(2)进行配置，以便通过所述的发光元件(1)的所产生的辐射同时地传输数据信号，并且所述的调制是观察人员看不见的；其中数据信号传输到检测单元(3)。
文档编号H04B10/114GK101395826SQ200780007526
公开日2009年3月25日 申请日期2007年2月20日 优先权日2006年3月2日
发明者B·A·萨尔特斯, G·索尔兰德 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司