JP7286162B2 - 信号発信用のｌｅｄモジュール - Google Patents

Description

本開示は、ＬＥＤによって放出される光に埋め込まれている信号を送信するための、ＬＥＤの使用に関する。

可視光通信（Visible light communication；ＶＬＣ）とは、光源によって放出される可視光に埋め込まれている信号の形態で、情報が通信される技術を指す。ＶＬＣはまた、符号化光と称される場合もある。信号は、可視光の特性、典型的には強度を、様々な好適な変調技術のうちのいずれかに従って変調することによって、埋め込まれる。

符号化光は、多くの場合、日常の照明器具、例えば、室内照明又は屋外照明などの照明源によって放出される光に信号を埋め込むために使用されるため、照明器具からの照明が情報の運び手を兼務することを可能にする。それゆえ、その光は、部屋などの標的環境を照明するための可視照明の寄与（典型的には、光の主目的）、及び、環境内に情報を提供するための埋め込まれた信号（典型的には、光の二次機能と見なされるもの）の双方を含む。そのような場合には、変調は、典型的には、人間の知覚を超えるために十分に高い周波数で、又は少なくとも、あらゆる可視の時間的な光アーチファクト（例えば、フリッカ及び／又はストロボのアーチファクト）が、目立たないか又は少なくとも人間に対して許容可能となるほど、十分に弱くなるように実行される。それゆえ、埋め込まれた信号は主要な照明機能に影響を及ぼさないため、すなわち、ユーザは、全体的な照明のみを知覚し、当該照明にデータが変調されている影響は知覚しない。例えば、マンチェスタ符号化は、ＤＣフリー符号の一例であり、パワースペクトル密度はゼロヘルツでゼロになり、低周波数でのスペクトル成分が極めて少なく、それゆえ、可視のフリッカを、実質的に不可視のレベルまで低減する。３値マンチェスタは、ＤＣ^２フリーであり、これは、パワースペクトル密度がゼロヘルツでゼロになるばかりではなく、パワースペクトル密度の勾配もまたゼロになることにより、可視のフリッカを更に排除することを意味する。

可視光通信（ＶＬＣ）は、従来の照明システムの代わりにＬＥＤ照明システムが使用されるにつれて、ますます一般的になりつつある。ＷｉＦｉシステムは、それらの全方向性の放射パターンにより、帯域幅がより制限されつつある。ＷｉＦｉ信号は、壁、天井、ドアなどを通過することができるが、それらの帯域幅は、使用されるユニットの密度及び数と共に低減する。ＷｉＦｉとは反対に、ＬｉＦｉ（Light Fidelity）は指向性であり、遮光材料によって遮蔽されるが、このことは、ＷｉＦｉと比較して、ユーザの密集領域において、より高い帯域幅の通信をサポートする可能性をもたらす。

既存の符号化光放出照明デバイス（ランプ又は照明器具）には、帯域幅が制限されるという点で問題がある。それゆえ、利用可能な帯域幅を増大させることが望まれている。従来の照明器具及びランプの、そのような帯域幅の制限の１つの原因は、ＬＥＤが接続されている回路経路(circuit path)の（ＬＥＤの数、及びＬＥＤを接続するために必要とされるワイヤの量の、双方に起因する）全インピーダンスによるものである。帯域幅は、ＶＬＣに対応する電流変調が搬送される回路のインピーダンスを低減することによって増大させることが可能である。しかしながら、従来の照明目的の照明器具及びランプは、所望の照明レベル並びにＬＥＤレイアウトの設計を提供するための必要条件である、物理的に長い回路経路内の相当数のＬＥＤを備える場合が多い。このことは、著しいインピーダンスをもたらす。

本発明者らは、ＬＥＤモジュール内にフィルタ回路を導入することによって、符号化光変調を放出するために使用されることが可能な、回路の標的サブセクションのインピーダンスを低減しながらも、それと同時に、フィルタによって少なくとも部分的に隔離されている、より長いサブセクションによって、照明目的で必要とされるＬＥＤの総数を依然として維持することが可能である点を認識している。

本明細書で開示される一態様によれば、ＬＥＤモジュールであって、電力を受電するための一対の端子と、照明を放出して環境を照明するための複数のＬＥＤの第１のセットであって、ＬＥＤモジュールの第１の回路経路内に配置されており、端子を介して受電された電力の一部分によって、照明を放出するように給電される、複数のＬＥＤの第１のセットと、光を放出するための１つ以上のＬＥＤの第２のセットであって、ＬＥＤモジュールの第２の回路経路内に配置されており、一対の端子を介して受電された電力の一部分によって、光を放出するように給電され、第１の回路経路が第２の回路経路よりも長い、１つ以上のＬＥＤの第２のセットと、端子を介して受電された電力における変調をフィルタリングするように構成されている、フィルタ回路とを備え、フィルタ回路が、所定の変調周波数での変調の成分が第２のセットのＬＥＤにのみ渡され、第１のセットのＬＥＤには渡されないことにより、対応する信号が、第２のセットによって放出される光に埋め込まれるが、第１のセットによって放出される照明には埋め込まれないことを可能にするようにされている、ＬＥＤモジュールが提供される。

好ましくは、フィルタ回路は、所定の周波数を含む上位範囲の周波数、例えば、（所定の周波数が閾値であるような）所定の周波数から上の範囲の周波数に関して、第１のより長い回路経路（またそれゆえ、ＬＥＤの第１のセット）を実質的に短絡させるように構成されている、第２の回路経路内に接続されている高域通過フィルタ、帯域通過フィルタ、又は帯域除去フィルタを少なくとも含む。しかしながら、別の実施例として、フィルタ回路は、あるいは、又は更に、所定の周波数を遮断するための、第１の回路経路内に接続されている帯域除去フィルタ、帯域通過（pass band）フィルタ、又は低域通過フィルタを含んでもよい。

実施形態では、フィルタ回路は、第１のより低い変調周波数を有する、変調の第１の成分が、少なくとも第１のセットのＬＥＤに渡されることにより、対応する第１の信号が、放出される照明に埋め込まれることを可能にするように、及び、第２のより高い変調周波数を有する、変調の第２の成分が、１つ以上のＬＥＤの第２のセットにのみ渡され、ＬＥＤの第１のセットには渡されないことにより、対応する第２の信号が、第２のセットによって放出される光を介して送信されるが、第１のセットによって放出される光を介して送信されないことを可能にするように構成されてもよい。

実施形態では、ＬＥＤの第１のセットは、蛍光体変換ＬＥＤであってもよく、ＬＥＤの第２のセットは、非蛍光体変換ＬＥＤであってもよい。例えば、可視スペクトルＬＥＤは、白色ＬＥＤ又は蛍光体変換青色ＬＥＤを含んでもよい。

実施形態では、ＬＥＤの第１のセットは、可視スペクトル照明を放出するように構成されている可視スペクトルＬＥＤであってもよく、ＬＥＤの第２のセットは、赤外光を放出するように構成されている赤外線ＬＥＤであってもよい。

代替的実施形態では、ＬＥＤの第１のセット及びＬＥＤの第２のセットの双方が、可視スペクトルＬＥＤから成る（例えば、第１のセットが蛍光体変換ＬＥＤであり、第２のセットが、赤色、橙色、黄色、緑色、シアン、青色、又は紫色ＬＥＤなどの、非蛍光体変換の狭帯域ＬＥＤである）ことも、排除されるものではない。また更なる代替例では、ＬＥＤの第２のセットのみが変調されてもよく、第１の（より長い経路の）セットは、無変調照明（ＤＣ電流のみで駆動され、実質的に全ての変調が、ＬＥＤの第１のセットを駆動する電流からフィルタ除去されているもの）のみを放出するように構成される。

実施形態では、フィルタ回路は、第１のより低い周波数成分がＬＥＤの第１のセットに渡されるが、ＬＥＤの第２のセットには渡されないことにより、第１の信号が、第２のセットによって放出される光を介して送信されないことを可能にするように構成されてもよい。

実施形態では、フィルタ回路は、第１のより低い周波数成分がＬＥＤの第１のセット及びＬＥＤの第２のセットの双方に渡されることにより、第１の信号が、ＬＥＤの第１のセットによって放出される照明に埋め込まれ、ＬＥＤの第２のセットによって放出される光を介して送信されることを可能にするように構成されてもよい。

実施形態では、可視スペクトルＬＥＤは、白色ＬＥＤであってもよい。

本明細書で開示される別の態様によれば、照明デバイスであって、ＬＥＤモジュールと、電力を供給するように構成されているＬＥＤドライバと、ＬＥＤドライバに結合され、供給された電力に変調を導入するように構成されている、変調器であって、ＬＥＤモジュールの端子が、変調器に接続されて、変調された電力を変調器から受電する、変調器とを備える、照明デバイスが提供される。

実施形態では、変調器は、第１の信号及び第２の信号が同時に送信されるように、変調内に第１の成分及び第２の成分を同時に含めるように構成されてもよい。

実施形態では、変調器は、第１の信号と第２の信号とが異なる機会に発信されるように、変調内に第１の成分とは異なる時間で第２の成分を含めるように構成されてもよい。

実施形態では、変調器は、照明がオフに切り替えられる場合、第２のより高い周波数成分をＬＥＤモジュールに供給し続けるように構成されてもよい。

実施形態では、変調器は、可視スペクトルＬＥＤを使用して、第１の信号を含む、副搬送波の第１のより低い搬送周波数群を送信することによって、及び、赤外線ＬＥＤを使用して、第２の信号を含む、副搬送波の第２のより高い搬送周波数群を通過させることによって、可視スペクトルＬＥＤ及び赤外線ＬＥＤを使用して、副搬送波のセットを含む直交周波数分割多重チャネルを実装するように構成されてもよく、第１の信号及び第２の信号は、直交周波数分割多重チャネルの副信号である。

実施形態では、照明デバイスは、照明器具の形態を取ってもよい。

実施形態では、照明デバイスは、照明器具に取り外し可能に適合可能な、個々のランプの形態を取ってもよい。

本明細書で開示される別の態様によれば、ＬＥＤモジュールを含む照明デバイスを備える、システムであって、受信機器を更に備え、受信機器が、可視光変調を感知するための第１の光センサ、及び、赤外光変調を感知するための第２の光センサであって、第１の光センサが、第２の光センサよりも低い最大変調周波数を感知することが可能である、第１の光センサ及び第２の光センサと、１つ以上の光センサに結合されている復号器であって、感知された可視光変調から第１の信号を復号するように、及び感知された赤外光変調から第２の信号を復号するように構成されている、復号器とを含む、システムが提供される。

実施形態では、第１の光センサは、画像を取り込むためのカメラの形態を取ってもよく、一方で、第２の光センサは、専用の赤外線データ受信機の形態を取ってもよい。

すなわち、第１のセンサ（可視光センサ）は、埋め込まれているデータを受信すること以外の、すなわち写真を取り込む、別の主要機能を有する。一方で、第２のセンサ（ＩＲセンサ）は、ＩＲ送信機からデータを受信することを主目的として設計されている。

実施形態では、第１の光センサ、第２の光センサ、及び／又は復号器は、スマートフォン、タブレット、又はウェアラブルデバイスなどの、モバイルユーザ端末内に実装されてもよい。

モバイルユーザ端末は、カメラを介して、符号化光メッセージを検出して取り込み、フォトダイオードを使用して、高帯域幅信号を受信してもよい。

例えば、カメラは、例えばスマートフォン及びタブレットなどの多くのモバイルユーザ端末において見受けられる場合が多い、ローリングシャッタカメラの形態を取ってもよい。

本明細書で開示される別の態様によれば、方法であって、一対の入力端子において電力を受電するステップであって、受電された電力が変調されているステップと、端子を介して受電された電力の一部を使用して、照明を放出して環境を照明するための複数のＬＥＤの第１のセットに給電するステップと、端子を介して受電された電力の一部を使用して、光を放出するための１つ以上のＬＥＤの第２のセットに給電するステップと、端子を介して受電された電力における変調をフィルタリングするステップとを含み、フィルタリングするステップが、所定の変調周波数での変調の成分が第２のセットのＬＥＤにのみ渡され、第１のセットのＬＥＤには渡されないことにより、対応する信号が、第２のセットによって放出される光に埋め込まれるが、第１のセットによって放出される照明には埋め込まれないことを可能にする、方法が提供される。

本開示の理解を支援するために、及び、どのようにして実施形態が遂行され得るかを示すために、例として添付図面が参照される。
符号化光を放出することが可能なＬＥＤを備えるＬＥＤ照明器具、及びＬＥＤによって出力された符号化光を感知することが可能なセンサを備えるデバイスの概略図を示す。 図１の照明器具の例示的なＬＥＤ基板の概略図を示す。 図１の照明器具に関する回路設計のための例示的回路図を示す、概略図を示す。 図１～図３の照明器具に組み込まれているような赤外線ＬＥＤ及び可視スペクトル（例えば、白色蛍光）ＬＥＤを通るＬＥＤ電流の、周波数応答のグラフを示す。 図１～図３の照明器具に組み込まれているような赤外線ＬＥＤ及び可視スペクトル（例えば、白色蛍光）ＬＥＤを通るＬＥＤ電流の、伝達関数のグラフを示す。 直交周波数分割多重（orthogonal frequency division multiplexing；ＯＦＤＭ）伝送スキームを概略的に示す。

上述されたように、既存の符号化光放出照明デバイス（ランプ又は照明器具）には、照明器具回路の全インピーダンスにより帯域幅が制限されるという点で問題がある。帯域幅は、符号化光変調が搬送される（すなわち、符号化光に対応する電流が搬送される）回路のインピーダンスを低減することによって、増大させることができる。しかしながら、従来の照明目的の照明器具は、所望の照明レベル及び設計を提供するための必要条件である、物理的に長い回路経路内の相当数のＬＥＤを備える場合が多い。このことは、著しいインピーダンスをもたらす。また、これらのＬＥＤは、典型的には、高周波変調に反応する能力を阻害する、蛍光体を含む。

以下では、ＬＥＤモジュール内にフィルタ回路を導入することによって、符号化光変調を搬送する回路区間のインピーダンスを低減しながらも、依然として、照明目的で必要とされるＬＥＤの総数を維持する、回路を開示する。すなわち、このフィルタ回路を導入することによって、照明器具内に含まれているＬＥＤのより小さいセットが、それらのＬＥＤに符号化光変調電流を向かわせるが、照明器具のＬＥＤの全てに、この符号化光信号を含む変調電流が供給されるわけではない。このようにして、対象となる符号化光信号を含む変調は、ＬＥＤのより小さいセットを含む回路ループのみを巡り、ＬＥＤモジュールの全てのＬＥＤを含む、より大きい回路ループを巡らない。それゆえ、ＬＥＤのより小さいセットを含む回路区間における変調は、そうではない場合に存在したであろうインピーダンスよりも低いインピーダンスを経験し、より高い周波数を有する変調を搬送して、より高い帯域幅を提供することが可能である。

実施形態では、このことは、２つの異なる変調周波数を有する２つの異なる符号化光信号を含むように拡張されてもよい。この場合、より高い周波数の変調電流が、より短い回路経路に向けられてもよく、より低い周波数の変調電流が、より長い回路経路に向けられてもよい。すなわち、より長い回路経路もまた、電流変調に埋め込まれている符号化光信号を搬送してもよいが、変調の周波数は、より低い周波数であり、それゆえ、より高い周波数変調よりも低い程度で、より長い回路経路のインピーダンスによって影響を受ける。

従来の可視光通信は、可視照明を供給するライトがオンに切り替えられている間にのみ、使用されることができる。また、従来のＬＥＤエンジンを介した高速可視光通信は、長い回路長に沿った高周波信号の伝送などの制限が伴うため、可視ＬＥＤ及び赤外線ＬＥＤを含むＬＥＤモジュール（例えば、ＬＥＤ基板）の設計を提供することが望ましいであろう。このＬＥＤモジュールの設計はまた、ランプ又は照明器具の残部に対して殆ど又は全く修正を加えることなく、既存のランプ又は照明器具の設計に容易に組み込む方式で提供されることが望ましい。

本開示は、赤外線ＬＥＤ並びにフィルタ回路を他の従来の照明器具に追加することによって、これらの問題を克服する照明デバイス装置を提供する。このようにして、高周波通信が可能にされ、可視照明がオフに切り替えられる場合であっても通信が持続される。更には、このソリューションは、高周波信号が高周波赤外線ＬＥＤに向けてのみ誘導されるため、高周波設計に関する可能性を向上させる。これらの機能を実装するために必要とされるフィルタ回路を備えるＬＥＤモジュールは、駆動源（及び、変調回路の少なくとも一部）にモジュール式で追加されるように構成されてもよく、それにより、従来の照明器具内で既に利用可能であり、かつ従来の照明器具内に見受けられる駆動源が、実質的に修正されることなく使用されてもよい。すなわち、当該モジュールは、既存のドライバ及び変調ハードウェアに対して殆ど又は全く修正を加えることなく、追加的な高周波変調構成要素が、他の従来の照明器具に追加されることを可能にする。

可視光通信（ＶＬＣ）は、可視照明を供給するランプがオンに切り替えられている（光を放出している）間にのみ、使用されることができる。このことは、そのような可視光放出ランプによって送信される、いずれの符号化光及び情報も、照明器具がオフに切り替えられている場合に、送信又は受信されることができないことを意味する。このことに対処するために、赤外線ＬＥＤが、他の従来の照明器具に追加されることができる。ＩＲ光の波長は、可視光の波長よりも短いため、符号化光内での高周波変調の可能性が実質的に増大され、潜在的なデータリンク速度及び利用可能な帯域幅も同様である。

また、高周波変調を使用する場合、従来の照明器具においては、著しいエネルギー伝達の非効率性の可能性も存在する。このことは、従来の照明器具に組み込まれている銅製冷却領域などの冷却領域の高負荷、並びに、プリント回路基板内のあらゆる欠陥から生じ得る。本明細書で開示される実施形態は、赤外線高周波変調回路経路を、可視スペクトル低周波変調回路経路から分離し、このことは、有利には、高周波信号に関する短い経路に沿った欠陥の可能性を低減する。エネルギー伝達は、依然として非効率的であり得る（これは、高周波電流変調における電磁適合性性能を低下させる恐れがある）が、このことは、インピーダンス整合回路を組み込むことによって対処することができる。

可視光通信（ＶＬＣ）とは、光源によって放出される可視光に埋め込まれている信号の形態で、情報が通信される技術を指す。ＶＬＣはまた、符号化光と称される場合もある。

信号は、可視光の特性、典型的には強度を、様々な好適な変調技術のうちのいずれかに従って変調することによって埋め込まれる。最も単純ないくつかの場合において、信号伝達は、単一の周期的な搬送波波形、又は、単一のトーン（正弦波）さえも有する、複数の光源のそれぞれからの可視光の強度を、一定の、所定の変調周波数で変調することによって実施される。複数の光源のそれぞれによって放出される光が、それらの光源間で一意の、異なるそれぞれの変調周波数で変調される場合には、当該変調周波数は、それぞれの光源、又はその光の、識別子（ＩＤ）としての機能を果たすことができる。

より複雑なスキームでは、データシンボルのシーケンスが、所与の光源によって放出される光に変調されてもよい。シンボルは、任意の好適な光の特性、例えば、振幅、変調周波数、又は、変調の位相を変調することによって表される。例えば、データは、振幅キーイングによって、例えば、ビットを表すための高レベル及び低レベルを使用して、又は、種々のシンボルを表すための、より複雑な変調スキームを使用して、光に変調されてもよい。別の例は、周波数キーイングであり、これにより、所与の光源は、２つ（以上）の異なる変調周波数で放出するように、及び、異なる変調周波数間で切り替えることによってデータビット（又は、より一般的にはシンボル）を送信するように、動作可能である。別の可能性として、データを符号化するために、搬送波波形の位相が変調されてもよい（すなわち、位相シフトキーイング）。

一般に、変調される特性は、光に変調される搬送波波形の特性（振幅、周波数、又は位相など）とすることが可能であり、又は代替的に、ベースバンド変調が使用されてもよい。後者の場合には、搬送波波形は存在せず、むしろシンボルは、放出された光の輝度の変動パターンとして、光に変調される。このことは、例えば、種々のシンボルを表すように強度を変調すること、あるいは、パルス幅変調（pulse width modulation；ＰＷＭ）調光波形のマークスペース比を変調すること、又は、パルス位置を変調すること（いわゆる、パルス位置変調（pulse position modulation）、ＰＰＭ）を含み得る。変調は、そのようなチャネルシンボルに（ユーザビットと称される場合もある）データビットをマッピングするための符号化スキームを含み得る。一例は、従来のマンチェスタ符号であり、これは、値０のユーザビットが、低－高パルスの形態のチャネルシンボルにマッピングされ、値１のユーザビットが、高－低パルスの形態のチャネルシンボルにマッピングされる、２値符号である。別の例示的な符号化スキームは、本出願人によって開発された、いわゆる３値マンチェスタ符号である。

符号化光の中の情報は、変調に基づいて、任意の好適な光センサを使用して検出されることができる。このセンサは、専用のフォトセル（点検出器）、あるいは、フォトセル（画素）のアレイと、当該アレイ上に画像を形成するためのレンズとを備えるカメラのいずれかとすることができる。例えば、カメラは、スマートフォン又はタブレットなどのモバイルユーザデバイスの汎用カメラであってもよい。符号化光のカメラベースの検出は、グローバルシャッタカメラ又はローリングシャッタカメラのいずれかを使用して可能である。例えば、ローリングシャッタ読み出しは、スマートフォン及びタブレットなどの日常のモバイルユーザデバイスにおいて見受けられる、ＣＭＯＳ画像センサに典型的である。グローバルシャッタカメラでは、画素アレイ全体（フレーム全体）が同時に取り込まれ、それゆえ、グローバルシャッタカメラは、１フレーム当たり、所与の照明器具からの光の、１つの時間的サンプルのみを取り込む。一方で、ローリングシャッタカメラでは、フレームは、水平の行の形態のラインに分割され、フレームは、時間的シーケンスでラインごとに露光され、シーケンス内の各ラインは、直前のものよりも僅かに遅れて露光される。それゆえ、各ラインは、異なる時点における信号のサンプルを取り込む。それゆえ、ローリングシャッタカメラは、一般に、より安価な種類であり、写真などの目的に関しては劣るものと見なされるが、符号化光を検出する目的に関しては、それらは、１フレーム当たり、より多くの時間的サンプルを取り込む利点を有し、それゆえ、所与のフレームレートに対して、より高いサンプルレートを有する。それにもかかわらず、符号化光の検出は、サンプルレートが変調周波数又はデータレートと比較して十分に高い（すなわち、情報を符号化する変調を検出するために十分高い）限り、グローバルシャッタカメラ又はローリングシャッタカメラのいずれを使用しても達成されることができる。

符号化光は、照明源によって放出される光に、信号を埋め込むために使用されることができる。それゆえ、照明器具からの照明は、情報の運び手を兼務することが可能である。光は、可視照明の寄与、及び埋め込まれた信号の双方を含む。そのような場合には、変調は、典型的には、人間の知覚を超えるよう十分に高い周波数で実行される。このようにして、埋め込まれた信号は、照明源の主要な照明機能に影響を及ぼさない。ユーザは、全体的な照明のみを知覚し、当該照明にデータが変調されている影響は知覚しない。

それゆえ、符号化光は、個人用の照明制御、屋内ナビゲーション、位置ベースのサービス、又はデータ転送チャネルを提供することなどの、家庭、オフィス、又は他の場所における様々な商業的用途を有する。

上述のように、符号化光は、携帯電話又はタブレットのような日常のモバイルユーザデバイスに組み込まれる場合が多い、日常の「ローリングシャッタ」タイプのカメラを使用して検出されることができる。ローリングシャッタカメラでは、カメラの画像取り込み要素は、ラインごとに順次に露光される複数の水平のライン（すなわち、行）に分割されている。すなわち、所与のフレームを取り込むために、最初の１つのラインが標的環境内の光に露光され、次いで、シーケンス内の次のラインが僅かに遅れて露光される、などとなる。それゆえ、各ラインは、異なる時点における信号のサンプルを取り込む（典型的には、所与の各ラインからの画素は、ラインごとに単一のサンプル値に凝縮される）。典型的には、シーケンスは、フレーム全体にわたって順に、例えば、上から下へ行を成して「ロール」するため、「ローリングシャッタ」という名前である。符号化光を取り込むために使用される場合、このことは、フレーム内の異なるラインが、異なる時点で光を取り込むことを意味し、それゆえ、変調周波数に対してラインレートが十分に高い場合には、変調波形の異なる位相において光を取り込むことを意味する。それゆえ、ローリングシャッタ読み出しは、高速の時間的光変調を、センサのライン読み出し方向の空間パターンに変換させ、この空間パターンから、符号化信号が復号されることができる。

より一般的には、符号化光は、入射する光の強度を検出することが可能な、任意のセンサを使用して検出されることができる。例えば、専用のフォトセル（点センサ）が、光の変調を検出するために使用されてもよく、それにより、光の中に埋め込まれている符号が受信される。また、赤外（ＩＲ）光信号も、上述の技術のうちのいずれかと同様ではあるが、可視光の代わりに（又は、可視光に加えて）ＩＲを検出するように適合されている技術を使用して、検出されてもよい。例えば、ＩＲ信号は、ＩＲ感受性フォトセル、又はＩＲカメラを使用して検出されてもよい。後者の場合、このことは、上述のローリングシャッタカメラと同じ方式で、又は、画像を形成するセンサ／画素のそれぞれが、同じ時点で符号化光（可視又は赤外線）に露光される、グローバルシャッタタイプのカメラにおいて達成されてもよい。同じ画素／センサによって経時的に測定された強度の変化により、符号化光信号の受信が可能となる。

図１は、符号化光を送受信するためのシステムの概略図を示す。システムは、送信機２及び受信機４を備える。例えば、送信機２は、例えば部屋の天井若しくは壁に取り付けられた、又は自立式ランプ若しくは屋外照明用ポールの形態を取る、照明器具の形態を取ってもよい。受信機４は、例えば、スマートフォン、タブレット、ラップトップコンピュータ、スマートウォッチ、又はスマートグラスなどの、モバイルユーザ端末の形態を取ってもよい。

送信機２は、光源１０と、光源１０に接続されているドライバ８とを含む。送信機２が照明器具を含む場合には、光源１０は、人々が、環境内の対象物及び／若しくは障害物を見ること、並びに／又は、自身の進む方向を見つけ出すことを可能にするために、部屋又は屋外空間などの環境を照明するために好適なスケールで照明を放出するように構成されている、照明源（すなわち、ランプ）の形態を取る。照明源１０は、ＬＥＤのストリング又はアレイを含む、ＬＥＤベースのランプなどの、任意の好適な形態を取ってもよい。送信機２はまた、ドライバ８を介して駆動される光源１０を制御するための、ドライバ８の入力部に結合されている符号器６も含む。特に、符号器６は、周期的に繰り返される符号化光メッセージを埋め込むために、ドライバ８を介して光源１０を制御して、光源１０が放出する照明を変調するように構成されている。このことを行うために、任意の好適な既知の変調技術が使用されてもよい。実施形態では、符号器６は、送信機２のメモリ上に記憶され、送信機の処理装置上での実行のために構成されたソフトウェアの形態で実装されている（ソフトウェアが記憶されているメモリは、１つ以上の記憶媒体、例えばＥＥＰＲＯＭ又は磁気ドライブを採用する、１つ以上のメモリユニットを含み、ソフトウェアが実行される処理装置は、１つ以上の処理ユニットを含む）。あるいは、符号器６の一部又は全てが、専用のハードウェア回路、又は、ＰＧＡ若しくはＦＰＧＡなどのコンフィギュラブル若しくはリコンフィギュラブルなハードウェア回路として実装されることが可能である点も、排除されるものではない。

受信機４は、カメラ１２と、カメラ１２によって取り込まれた画像を受信するためにカメラ１２からの入力部に結合されている、符号化光復号器１４とを含む。受信機４はまた、カメラ１２の露出を制御するように構成されている、コントローラ１３も含む。実施形態では、復号器１４及びコントローラ１３は、受信機４のメモリ上に記憶され、受信機４の処理装置上での実行のために構成されたソフトウェアの形態で実装されている（ソフトウェアが記憶されているメモリは、１つ以上の記憶媒体、例えばＥＥＰＲＯＭ又は磁気ドライブを採用する、１つ以上のメモリユニットを含み、ソフトウェアが実行される処理装置は、１つ以上の処理ユニットを含む）。あるいは、復号器１４及び／又はコントローラ１３の一部若しくは全てが、専用のハードウェア回路、又は、ＰＧＡ若しくはＦＰＧＡなどのコンフィギュラブル若しくはリコンフィギュラブルなハードウェア回路として実装されることが可能である点も、排除されるものではない。実施形態では、カメラ１２は光センサであってもよく、それゆえ、画像は記録されない。すなわち、センサは、画像の全て又は一部が作成される結果をもたらすカメラのセンサでなくてもよく、単に、周囲光レベルを感知すること、及び符号化光を検出することを目的とする光センサであってもよい。

符号器６は、本明細書で開示される実施形態による送信側動作を実行するように構成され、復号器１４及びコントローラ１３は、本明細書の開示による受信側動作を実行するように構成されている。また、符号器６は、必ずしも、光源１０及びそのドライバ８と同じ物理ユニット内に実装される必要はない点にも留意されたい。実施形態では、符号器６は、ドライバ及び光源と共に、照明器具内に組み込まれてもよい。あるいは、符号器６は、照明器具４の外部に、例えば、任意の１つ以上の好適なネットワークを介して（例えば、インターネットを介して、又はＷｉ－Ｆｉ若しくはＺｉｇＢｅｅ、６ＬｏｗＰＡＮ若しくはＢｌｕｅｔｏｏｔｈネットワークなどのローカル無線ネットワークを介して、又はＥｔｈｅｒｎｅｔ若しくはＤＭＸネットワークなどのローカル有線ネットワークを介して）照明器具４に接続されている、サーバ又は制御ユニット上に実装されることも可能である。外部符号器の場合には、一部のハードウェア及び／又はソフトウェアは、規則的なタイミングの信号を提供して、それによりジッタ、サービス品質の問題などを防止することを手助けするために、依然として、照明器具４にオンボードで設けられてもよい。

同様に、符号化光復号器１４及び／又はコントローラ１３は、必ずしも、カメラ１２と同じ物理ユニット内に実装されない。実施形態では、復号器１４及びコントローラ１３は、互いに同じユニット内に組み込まれてもよく、例えば、スマートフォン、タブレット、スマートウォッチ、又はスマートグラスなどのモバイルユーザ端末内に、一体となって組み込まれてもよい（例えば、ユーザ端末上にインストールされた、アプリケーション又は「アプリ」の形態で実装されている）。あるいは、復号器１４及び／又はコントローラ１３は、外部端末上に実装されることも可能である。例えば、カメラ（又は、他の好適な光センサ）１２は、専用のカメラユニット、照度計ユニット、又は、スマートフォン、タブレット、スマートウォッチ、若しくはスマートグラスのようなモバイルユーザ端末などの、第１のユーザデバイス内に実装されてもよく、一方で、復号器１４及びコントローラ１３は、任意の好適な接続又はネットワーク、例えば、シリアルケーブル若しくはＵＳＢケーブルなどの１対１接続を介して、あるいは、インターネット、又はＷｉ－Ｆｉ若しくはＢｌｕｅｔｏｏｔｈネットワークのようなローカル無線ネットワーク、又はＥｔｈｅｒｎｅｔ若しくはＤＭＸネットワークのようなローカル有線ネットワークなどの、任意の１つ以上の好適なネットワークを介して、第１の端末上のカメラ１２に接続されている、ラップトップ、デスクトップコンピュータ、又はサーバなどの、第２の端末上に実装されてもよい。

可視光通信は、ＬＥＤ照明システムが従来の照明システムに取って代わるにつれ、ますます一般的になりつつある。ＷｉＦｉシステムもまた、増大するデータ量需要、及びＷｉＦｉ固有の全方向性の放射パターンにより、それらの帯域幅が、より顕著に制限されつつある。ＷｉＦｉ信号は、壁、天井、ドアなどを通過することができ、帯域幅は、使用されるユニットの密度及び数と共に低減する。しかしながら、ＷｉＦｉとは異なり、ＬｉＦｉは、高度に指向性であり、任意の遮光材料によって遮蔽されることができる。これらの相違点のために、ＬｉＦｉは、ＷｉＦｉネットワークと比較して、ユーザの密集領域において、より高い帯域幅の通信をサポートする可能性を有する。その理由は、光波自体が指向性（レンズを使用して集光することが容易）であり、インフラストラクチャによって（透明ではない限り）容易に遮断されるからである。これらの光の特性により、光を介した通信は、ＷｉＦｉと比較して、隣接するＬｉＦｉインタフェースの干渉の可能性が低くなると共に、より高密度になり得る。ＷｉＦｉは、固体材料を容易に通過する全方向性の放射パターンを有する。ＷｉＦｉを使用するデバイスの数が、小さい領域内で密度の増大を開始する場合には、全てのデバイスが同じ媒体を使用しているため、帯域幅が低下することになる。複数のアクセスポイントを追加することは、利用可能な帯域幅が同じまま維持されることになるため、この問題を克服するものではなく、結果的に、ＷｉＦｉデバイスが時分割通信スキームを適用する（通信するために空きタイムスロットを待機する）ことが必要となる。結果的に、そのような密集領域内では、媒体の全帯域幅が、ＷｉＦｉデバイスの数で共有されることが必要となる。

可視光通信を使用する様々な用途内で、データレートは、屋内測位に関して必要とされるデータレート、典型的には２ｋｂｐｓ～１０ｋｂｐｓの範囲の低ビットレートから、最大で４０Ｍｂｐｓ～数Ｇｂｐｓの範囲に至り得る、ＬｉＦｉによって使用されるデータレートに及び得る。スマートフォンのカメラを介した検出の容易性が達成され得るように、屋内測位などの用途に関しては、低周波数データ変調が必要とされてもよい。一方で、（ＲＦ（ｒａｄｉｏ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ；無線周波数）信号が光変調によって置き換えられているＷｉＦｉのような）ＬｉＦｉは、比較的高いデータレートを使用し、それゆえ、ＬｉＦｉドングルを必要とする。ＬｉＦｉが、より大きい市場占有率を獲得すれば、ＬｉＦｉドングルもまた、スマートフォン、ラップトップ、及び他のユーザデバイス内に組み込まれることもあると想定され得る。

照明器具の幾何学形状は、非常に多様であり得る。照明内の高周波変調、及び、照明器具の様式的設計の検討事項を考慮すると、使用される回路の物理的サイズは、最小限に留めることが最良である。結果として、高周波変調能力を最適化すると共に、魅力的な、独特の、又は望ましいコンフィギュレーションを有する照明を供給する、照明器具及び付随回路を設計することは、極めて複雑になる恐れがある。より高い帯域幅をもたらす、より高い周波数の変調信号に関する、別個の回路経路を設けることによって、照明（及び、実施形態では、より低い周波数の変調信号）に関して使用される回路の物理的サイズは、より高い周波数の変調能力に関しても最適化されることを必要とせずに、所望の照明を供給するために必要とするものと同じ長さ及び同じ複雑性とすることが可能である。

ＬＥＤ照明器具は、コンピュータネットワークとの接続を提供するためのＬｉＦｉアクセスポイントとして機能することに、特に適している。しかしながら、可視光がオフに切り替えられると、データの発信が終了される。更には、一般的な照明に関して現在使用されているＬＥＤは、典型的には、蛍光体変換白色ＬＥＤである。これらのＬＥＤは、青色発光チップ又は近紫外発光チップを採用しており、典型的には、黄色蛍光体のコーティングを使用して、放出光を白色光に変換する。そのようなＬＥＤは、良好な色温度特性及び演色評価数特性を有する。しかしながら、蛍光体は、受信された駆動電流（電力）変調と放出される光変調との間の遅延応答を引き起こし、それにより減衰効果が観察され、このことは、これらのＬＥＤをＬｉＦｉに関して使用する場合には、達成可能な通信速度を更に制限する。

既存のＬｉＦｉ技術の枠内で典型的に存在する他の制限は、照明器具内の、配線、ＰＣＢトレース、及び相互接続子などの、使用される構成要素（すなわち、寄生容量）に由来する。これらの欠陥及び非効率性は、回路の負荷及びインピーダンスを増大させるため、より高い変調周波数において重大なものとなる恐れがある。ＬＥＤ基板は、通常、熱特性、光学特性、及び絶縁特性に関して最適化されている。しかしながら、冷却のために使用される銅製領域は、ＶＬＣに関して使用されるより高い周波数において、電磁適合性（electromagnetic compatibility；ＥＭＣ）性能を低下させることになる。

近年、ＬＥＤは価格が大幅に低下しており、引き続き価格の低下に向かうものと思われる。それゆえ、単一の照明ユニット内に、より多様なタイプ及びより多くの数のＬＥＤを組み込むことは、もはや、最近まであり得ていた同じコスト障壁に直面するものではない。この考慮事項は、もはや、照明器具設計に対してそれほど重大な制約ではない点を踏まえると、目的が単に照明のためだけではないＬＥＤを組み込むことは、より許容可能な着想である。

それゆえ、本明細書で開示される実施形態は、追加的な赤外線ＬＥＤと、可視照明、及び実施形態ではより低い周波数変調に関する（実施形態では、蛍光体変換ＬＥＤを含む）より長い回路経路ではなく、高周波信号に関する代替的なより短い回路経路を通るように高周波信号を誘導する、受動構成要素とから成る、インピーダンス整合回路を有するハイブリッドＬＥＤ基板を提供する。そのような回路は、符号化光通信のためのＬｉＦｉ照明器具を設計する際に、以前には考慮される必要があった、上述の制約及び制限の全てを克服する。

すなわち、フィルタ回路を使用して、照明器具のＬＥＤの総数のサブセットのみを含む、より短い回路経路を通るように、より高い周波数変調を向かわせることによって、より高いデータレートが可能にされ、照明器具の電磁放射（electromagnetic emission；ＥＭＥ）の改善が達成される。実施形態では、高データレート変調及び低データレート変調の双方が、異なる回路経路内の光源として機能する異なるＬＥＤを介して可能にされる。また、可視光がオフに切り替えられる場合であっても、いくつもの赤外線ＬＥＤを使用することによって、通信が維持されることができる点にも留意されたい。

図２は、上述の利点のうちの任意の１つ以上を実現するための例示的なフィルタ実装を含む、例えばＬＥＤ基板の形態の、ＬＥＤモジュール２００の一実施例を示す。

ＬＥＤ基板２００は、１つ以上の可視スペクトルＬＥＤ２１２から成るＬＥＤの第１のセット２１０、及び１つ以上の赤外線ＬＥＤ２０４から成るＬＥＤの第２のセット２０２を備える。本発明は、例として図２を参照して説明されており、図２は、赤外線ＬＥＤ及び可視スペクトルＬＥＤの双方を示しているが、ＬＥＤモジュールが２つの異なるタイプのＬＥＤを備えることは、本発明の単なる一実施形態であり、必要条件ではない。また、変調回路が、２つの異なる変調周波数で２つの符号化光信号を埋め込むことが可能であること、又は、いずれかの符号化光信号が、より長い回路経路のＬＥＤに渡されることも必要条件ではない。

当業者には周知であるように、ＬＥＤは、ＥＭスペクトルの標的領域内の光を放出する。それゆえ、可視スペクトルＬＥＤは、可視スペクトルにおいてのみ、又は、少なくとも実質的に可視スペクトルにおいてのみ光を放出し、赤外線ＬＥＤは、赤外光のみを放出する。可視スペクトルＬＥＤは、可視スペクトル全域の波長の範囲にわたって放出する（ただし、可視スペクトルの外側、又は少なくとも実質的に可視スペクトルの外側では放出しない）ために蛍光体を採用する、白色ＬＥＤであってもよい。あるいは、可視スペクトルＬＥＤは、特定の狭帯域波長のみを放出する特定の色、例えば、赤色、緑色、又は青色であってもよい。

ＬＥＤのセット２０２、２１０の双方とも、同じ一対の入力端子２１３を介して供給される変調駆動電流を受信するように、またそれゆえ、同じ一対の入力端子２１３によって、それらそれぞれの光を放出するために給電されるように接続されている。端子とは、或る１つの部分が別の部分と接続する、回路内の任意の点を指す。必ずしも、任意の種類の外部接続子又は取り外し可能コネクタに限定するものではない（しかしながら、それらも可能である）。より単純には、端子は、単にワイヤの端部又は回路内の内部接続子とすることも可能である。

この駆動電流は、異なる周波数、例えば、搬送波変調が使用される場合には異なる搬送周波数、又はベースバンド変調が使用される場合には異なるシンボルレートの、少なくとも２つのデータ信号で変調される。２つの信号は、重畳され（駆動電流に同時に変調され）てもよく、又は代替的に、２つの信号のうちの別々の信号は、異なる機会に駆動電流に変調されてもよい。ＬＥＤ基板は、可視ＬＥＤ２１２が、より低い周波数の信号のみを受信し、一方で、赤外線（ＩＲ）ＬＥＤ２０４が、少なくともより高い周波数の信号を受信するように接続されている、フィルタ回路２０６、２０８を更に備える。実施形態では、赤外線ＬＥＤ２０４は、低周波信号及び高周波信号の双方を受信してもよい。すなわち、高周波信号は、２０２のＬＥＤに渡され、一方で、低周波信号は、ＬＥＤのセット全体（２０２及び２１０）を通過する。

それゆえ、ＩＲ ＬＥＤを通る高周波数及び低周波数の双方の駆動電流（電力）を変調することが可能であるが、一方で、白色ＬＥＤを通る低周波数の駆動電流のみを変調することも可能である。破線によって囲まれて示されている区間２０２は、赤外線（ＩＲ）ＬＥＤ２０４を含む。これらのＩＲ ＬＥＤ２０４は、高域通過フィルタ２０６によって通された高周波変調と、帯域除去フィルタ２０８によって通された低周波変調との組み合わせを受信してもよい。それゆえ、赤外線ＬＥＤ２０４によって受信されるような駆動電流（電力）の変調は、高周波変調及び低周波変調の双方を含む。図２のフィルタ２０６及びフィルタ２０８の構成は、高周波変調に関する回路経路長が短く保たれることを可能にし、回路内での高周波変調の伝送を最適化する。

破線によって囲まれて示されている区間２１０は、可視スペクトルＬＥＤ２１２を含む。帯域除去フィルタ２０８は、低周波変調信号が、可視スペクトルＬＥＤ２１２へと渡されることを可能にする。それゆえ、可視スペクトルＬＥＤ２１２は、サイズが増大され、多くの照明設計及び構成に適合するように操作され得る、回路のより大きい分岐内に位置決めされることにより、赤外線ＬＥＤにおいて出力される高周波変調に対して最小限の随伴効果をもたらす。低周波変調はまた、高周波変調回路経路の一部を形成する短い経路にも渡され、それにより、高周波変調及び低周波数変調の双方が、赤外線ＬＥＤにおいて受信される。

見て分かるように、第１のより長い回路経路は、帯域除去フィルタ２０８と直列に接続されている、ＬＥＤの第１のセット２１２の直列構成を含む。高域通過フィルタ２０６は、第１のＬＥＤのグループ２１０／２１２及び帯域除去フィルタ２０８の直列構成と並列に接続されている高域通過フィルタ２０６を含む、並列構成で接続されている。この並列構成全体が、ＬＥＤ２０４の第２のセットを含む、第２のより短い回路経路と直列に接続されている。全体的な構成は、２つの入力端子２１３の間に接続されている。

このことは、高域通過フィルタ２０６が、高域通過フィルタ２０６の閾値を上回る、あらゆる高周波ＡＣ電流成分の観点から、第１のより長い回路経路を有効に短絡させるように接続されていることを意味する。高域通過フィルタ２０６の遮断周波数は、ランプ又は照明器具の可視スペクトル部分２１０の用途及び設計に応じた、設計選択の問題である。この場合、高域通過フィルタ２０６の代わりに、帯域通過フィルタなどの別のタイプのフィルタもまた、使用されることが可能である。第１のより長い回路経路内の帯域除去フィルタ２０８は、ＡＣ電流成分の所望の周波数以外の全てが、第１のより長い回路経路を通過することを阻止する。この場合も同様に、選択される周波数は、ランプ又は照明器具の可視スペクトル部分２１０の用途及び設計に応じた、設計選択の問題である。また、帯域除去フィルタ２０８の代わりに、低域通過フィルタなどの別のフィルタが使用されることも可能である。更には、実施形態では、２つのフィルタ２０６、２０８のうちの一方のみが含まれることを必要とするが、「二重対策」手法のためには、双方であることが好ましい。

実施形態では、可視スペクトルＬＥＤによって供給される照明がオフにされる（もはや放出されない）場合であっても、低周波変調信号は、依然として好適なセンサによって受信され得るように、依然として赤外線ＬＥＤによって送信されてもよい。例えば、１つのそのような方法は、可視光はもはや放出されないが、ＤＣ電力及び高周波変調符号化光信号が、高周波信号を放出するために依然として赤外線ＬＥＤ２０４へと渡されるように、照明用のＬＥＤ２１２を短絡させることである。

図２に示されている回路設計は、高周波変調信号の経路長が、どのようにして可能な限り小さく保たれているかを示す。このことは、回路経路のインピーダンスを最小限に抑えると共に、回路経路に沿った回路欠陥の可能性及び数を低減することによって、良質な高周波信号変調を維持する能力を増大させる。それゆえ、高周波変調は、回路負荷及び欠陥によって干渉されることが、可能な限り少なくされる。

図示の赤外線ＬＥＤ構成２０２はまた、照明を供給するために使用される可視スペクトルＬＥＤ２１０の構成を制限することも回避する。赤外線ＬＥＤ２０２の構成が、ユーザに知覚される照明に関して（赤外光は、人間の眼に見えないため）より少ない影響を及ぼすという事実は、赤外線ＬＥＤ２０２の構成が、照明器具の照明機能に影響を及ぼすことなく、特定の所望の仕様に設計されることを可能にする。すなわち、当該回路設計は、高周波に関する画定された短い電流経路としての、高周波符号化光を含めるための照明器具設計を容易にし、照明（及び、実施形態では、低速データ及び低周波変調電流）に関する別個のより長い経路は、ＬＥＤの照明特性及び熱特性の設計を考慮する自由度をもたらす。

この回路設計はまた、高周波変調信号及び低周波変調信号が、干渉することなく、同じＬＥＤ基板内に共存することを可能にし、それにより、ＬＥＤ基板の殆どが、双方の周波数信号によって共有されることを可能にし、赤外線ＬＥＤ及び蛍光体変換青色ＬＥＤのそれぞれを駆動するための、別個の変調電子機器のみを利用する。このようにして、（赤外光及び可視光の双方を含む）ハイブリッドＬＥＤエンジンが作り出され、当該ハイブリッドＬＥＤエンジンは、従来の照明器具を、より高い帯域幅の符号化光を供給すること、及び実施形態ではまた、赤外線符号化光機能も提供することが可能な照明器具へ容易に変換することを可能にするように、実装をモジュール式にすることができる。

図３は、図２の例示的なフィルタ実装の例示的な回路図を示しており、更に、駆動電流を供給し、符号化光信号を電流に変調するための、例示的な回路を含む。実施形態では、図３の構成要素３０２、３０４、２００は、照明器具のハウジング内に、又は個々のランプ内にさえも、組み込まれてもよい。図３に示されるように、従来のＬＥＤドライバ３０２（Ｉ１）は、一定の駆動電流Ｉ１（例えば、０．７アンペア）を生成するように構成され、変調器３０４に接続されている。変調器３０４は、ＬＥＤモジュール２００によって放出される可視光通信（ＶＬＣ）信号（例えば、Ｌｉ－Ｆｉ信号）に対応する、ＬＥＤドライバ３０２によって生成された駆動電流Ｉ１に、第１の変調周波数を有する第１の変調電流成分Ｉ２を追加するように構成されている、更なる電流源を含む。変調器３０４はまた、赤外線通信を目的とする、第２のより高い変調周波数を有する第２の変調電流成分Ｉ３も追加する。それゆえ、変調器３０４は、より低い周波数変調を有する第１の成分Ｉ２と、より高い周波数変調を有する第２の成分Ｉ３とを少なくとも含む、変調駆動電流Ｉ１＝Ｉ２＋Ｉ３を出力する。

変調器３０４は、任意の好適なコントローラ３０５、例えばマイクロコントローラによって、駆動電流Ｉ１及び駆動電流Ｉ２に変調を含めるように構成されてもよい。このコントローラは、変調器３０４内に組み込まれてもよく、又は、変調器３０４の外部であってもよい（変調器は、コントローラ３０５に接続されることによって変調を実行するように構成されている）。コントローラ３０５は、変調器３０４を制御して、ドライバ電流に変調を同時に含めるように構成されてもよく、それにより、変調は、ＬＥＤモジュールの入力端子２１３を通って流れる際の電流内に重畳されている。あるいは、コントローラ３０５は、第１の変調成分Ｉ２及び第２の変調成分Ｉ３が、互いに異なる時間に、入力端子２１３に通される駆動電流内に含まれるように制御する。いずれにせよ、次いで、ＬＥＤモジュール２００内のフィルタ回路２０６、２０８は、実質的に、より低い周波数変調Ｉ２のみが回路区間２１０（すなわち、可視光ＬＥＤ２１２）に渡され、一方で、少なくとも、より高い周波数成分Ｉ３が回路区間２０２（すなわち、赤外線ＬＥＤ２０４）に渡されることを確実にする。

コントローラ３０５は、ＤＡＣ回路３０７を介して、それぞれ、Ｉ２及びＩ３の生成を制御するために、２つの変調電流源を制御するように構成されている。このＤＡＣ回路は、各電流源に対して１つずつの、２つの個別のＤＡＣを含んでもよく、すなわち、高周波数及び低周波数に関して、別個のデジタル信号がコントローラ３０５から信号送信される。あるいは、ＤＡＣ回路３０７は、単一のＤＡＣのみから成ってもよく、フィルタのロールオフをカバーするための、ある程度のガードインターバルを有して、高周波数と低周波数とを分離するために、アナログフィルタリングが使用される。実施形態では、ＤＡＣ回路３０７は、３つ以上のＤＡＣを含んでもよい。

次いで、２つの符号化光信号に対応する成分を含む変調電流が、ＬＥＤ２０４、２１２を含むＬＥＤ基板２００に出力される。

ＬＥＤ基板２００は、主として、可視スペクトルＬＥＤ、例えば、通常の白色ＬＥＤ、赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ、青色ＬＥＤなど（Ｄ１）を含む。ここでは、例示目的で単一のＬＥＤ Ｄ１が示されているが、実際には、特定の照明器具の設計及び目的に応じて、必要とされる照明を供給するために、任意数のＬＥＤが組み込まれてもよい。これらのＬＥＤ Ｄ１（２１２）は、照明目的の光を放出し、データを含む低周波変調照明（例えば、これは、屋内測位目的の符号化光、又は他の低データレート信号とすることが可能である）を放出することが意図されている。更には、ＬＥＤ基板は、高データレートを可能にするために高周波数で変調されることが意図されている、赤外線ＬＥＤ Ｄ２（２０４）を含む。ここでは、例示目的で単一のＬＥＤ Ｄ２が示されているが、実際には、特定の照明器具の設計及び目的に応じて必要とされるような、高データレート機能をサポートするための、必要とされる赤外光の強度を提供するために、任意数の赤外線ＬＥＤが組み込まれてもよい。

更には、ＬＥＤ基板２００は、高周波電流信号が、ＬＥＤ基板の小さい部分のみに通され、一方で、低周波電流信号が、可視スペクトルＬＥＤに、及び実施形態では、非可視ＬＥＤにも同様に通されるような、周波数依存性のフィルタを含む。これらのフィルタは、コンデンサ、インダクタ、及び抵抗器などの様々な構成要素によって（この例示的回路図では、Ｌ１、Ｃ１、及びＣ２とラベル付けされた構成要素によって）実装される。この実施例では、コンデンサＣ１は、高域通過フィルタ２０６を設けるために使用されており、コンデンサＣ２及びインダクタＬ１は、帯域除去フィルタ２０８を設けるために使用されている。様々なタイプのフィルタを回路内に実装するために必要とされる様々な構成要素が、当該技術分野において既知である。これらの構成要素及びフィルタ及び周囲の回路の配置及び構成は、本明細書で開示される実施形態によるフィルタリングをもたらすものであったが、これは単なる一実施例であり、所望の効果は、様々な代替的構成を使用して回路内に実装され得る点が理解されるであろう。フィルタ設計の技術は当業者には既知であり、当業者は、フィルタ回路を構築するための簡潔な指示が与えられれば、所望の効果を有するフィルタ回路を構築することが可能となるであろう。

周波数を分離することによって、赤外線ＬＥＤを介して成功裏に送信されることが可能な変調周波数を増大させることができ、高周波信号は、短い高周波数固有経路を通るように誘導されることができる。更には、低周波信号のみが可視スペクトルＬＥＤを通過するため、ＬＥＤの位置決め、ＬＥＤ間の相互接続子、及び冷却目的の銅製領域などの回路設計の諸態様は、そのような低周波のみに曝されるため、単純化される。

図４Ａ及び図４Ｂは、それぞれ、赤外線ＬＥＤ（Ｄ２）及び可視スペクトル（白色）ＬＥＤ（Ｄ１）を通るＬＥＤ電流の、周波数応答及び伝達関数を示す。図４Ａでは、縦軸は、図示の範囲の底部における約－５０ｄＢから、頂部における約０ｄＢまでにわたる、対数目盛での電流を表し、横軸は、図示の範囲の左側における約１ｋＨｚから、右側における１００ＭＨｚまでの、対数目盛での周波数応答を表している。図４Ｂでは、縦軸は、図示の範囲の底部における約－１８０度から、頂部における約＋２０度までにわたる、均等目盛での位相を表し、横軸は、図示の範囲の左側における約１ｋＨｚから、右側における１００ＭＨｚまでの、対数目盛での周波数応答を表している。

図４Ａに示されるように、全ての周波数は、全く減衰することなく赤外線ＬＥＤ（Ｄ２）に通されている。一方で、可視スペクトル（白色）ＬＥＤ（Ｄ１）を通る、より高い周波数は、減衰されていることが分かる。

図４Ａ及び図４Ｂは、１０ＭＨｚの特徴化周波数を有する、回路設計内の帯域除去フィルタ又はノッチフィルタを含めることから得られた出力を示している。フィルタの設計は、種々の用途に関して、様々な方式で最適化されることができる点を理解されたい。例えば、低周波信号（すなわち、可視光）を受信するＬＥＤの長いストリングに適用可能な、任意のタイプのフィルタ、例えば、低域通過、帯域通過、帯域除去、ノッチなどである。並びに、高周波信号を目的とするＬＥＤ（ＩＲ ＬＥＤ）の短いストリングに関する、任意のタイプのフィルタ、例えば、帯域通過、ノッチ、高域通過など。低域通過フィルタは、低周波数信号を通過させるためのものであり、高域通過フィルタは、高周波信号を通過させるためのものであり、特定のＬＥＤセットに対する信号を分離するためのものである。上述の帯域通過フィルタは、周波数間での同じ選択のために使用されることができるが、また、外乱をフィルタ除去し、不要な電磁放射（ＥＭＣ）を潜在的に低減するためにも使用されることができる。ノッチフィルタは、典型的には、特定の周波数を停止させるか、又は特定の周波数を通過させるために使用される。

それゆえ、本明細書では、低周波変調信号及び高周波変調信号の双方を、符号化光の形態で放出するための装置が提供される。それゆえ、従来のＬＥＤ照明器具及び可視スペクトルＬＥＤの使用を取り巻く複数の問題点は、本明細書で上述されたように克服される。そのような装置が有用であり得る例示的な用途としては、屋内照明（例えば、家庭、職場、スーパーマーケット、ホテル、空港など）が挙げられ、考慮される態様としては、照明器具の審美的設計、並びに機能的設計が挙げられる。例えば、家庭用照明の場合、照明器具のスタイル及び外観は、高帯域幅データリンクとして良好に機能する能力と同程度に重要であると見なされてもよい。同様に、夜間にライトをオフにする典型的な慣行は、可視スペクトルのみに基づくデータリンクを非実用的にさせる。そのような装置が有用であり得る例示的な用途としては、屋外照明が挙げられ、考慮される態様としては、日中にオフに切り替えられてもよいライト（例えば、街灯、外部建物照明など）が挙げられる。高周波及び低周波変調符号化光源として、赤外線ＬＥＤを含めることによって、これらのデータリンクは、日照時間の間、可視スペクトルＬＥＤがオフに切り替えられている（光を放出していない）場合であっても、依然として機能することができる。

ドライバ－変調器サブシステム３０２、３０４とＬＥＤモジュール２００との間の電力伝達を改善するために、インピーダンス整合が使用されることができる。すなわち、（ａ）ドライバ３０２及び変調器３０４で形成されている供給源サブシステム（直流ＬＥＤ駆動電流に対してデータ変調を適用するサブシステム）と（ｂ）ＬＥＤ基板２００との間のインピーダンスを、全ての寄生インピーダンスを含めて整合させることによって、供給源サブシステム３０２、３０４からＬＥＤモジュール２００に伝達される電力の量が最大化されることができる。

実施形態では、本明細書で開示される構成は、直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）信号を送信するために使用されることができる。既知のＯＦＤＭスキームに則して、ＯＦＤＭ信号は、Ｎ個の副搬送波（例えば、３２、６４、又は１２８）で作成され、最大で例えば３０～４０ＭＨｚの、拡張された帯域幅を有し得る。この帯域幅は、使用される光の周波数ではなく、変調の周波数を指す点に留意されたい。本明細書で開示される実施形態では、搬送波の低周波副搬送波（例えば、１～１０ＭＨｚ）は、可視光ＬＥＤ２１２から送信される可視光における変調によって生成され、高周波副搬送波（例えば、１１～３０／４０ＭＨｚ）は、ＩＲ ＬＥＤ２０４から送信されるＩＲ光における変調によって生成される。このことが行われる理由は、可視スペクトル（白色）ＬＥＤの変調帯域幅が、ＩＲ ＬＥＤ（例えば、～３０ＭＨｚ）と比較して小さく、例えば５～６ＭＨｚに制限されるためである。このことは、図５に示されており、搬送周波数の範囲は、「ｆ」とラベル付けされている矢印５０２によって、左から右に、低周波数～高周波数を表すように示されている。搬送周波数の範囲は、副搬送波に分割され、低周波副搬送波Ｖは、可視スペクトルＬＥＤに関する変調を送信するために使用され、高周波副搬送波ＩＲは、赤外線ＬＥＤに関する変調を送信するために使用される。実施形態では、赤外線ＬＥＤ及び可視ＬＥＤの双方とも、低周波数において、例えば、２ＫＨｚ～最大２００ＫＨｚの範囲で（すなわち、符号化光屋内測位のために）変調してもよく、赤外線ＬＥＤは、高周波数において、例えば、１ＭＨｚ～３０ＭＨｚ（又は、更に最大で、例えば１００ＭＨｚ）の範囲で、ＬｉＦｉなどのＶＬＣのために変調してもよい。

それゆえ受信機において、フォトダイオードは、周波数成分の合計の出力を与えることになり、ＳＮＲは、ハイブリッドＬＥＤエンジンを使用することによって最大化されることになる。

符号化光は、様々な可能な用途で使用されることができる。例えば、所与の環境内の照明器具、例えば所与の建物内の照明器具のそれぞれによって放出される照明に、異なるそれぞれのＩＤが埋め込まれることが可能であり、それにより、各ＩＤは、少なくとも対象となる環境内で一意となる。例えば、一意ＩＤは、一意の変調周波数又は一意のシンボルシーケンスの形態を取ってもよい。その場合、このこと自体で、いくつもの用途のうちの任意の１つ以上を可能にすることができる。例えば、１つの用途は、制御目的で、照明器具から遠隔制御ユニットに情報を提供すること、例えば、遠隔ユニットが制御することが可能な他のそのような照明器具の間で、その照明器具を識別するＩＤを提供すること、又は、その照明器具についての状態情報を提供すること（例えば、エラー、警告、温度、動作時間などを報告すること）である。例えば、遠隔制御ユニットは、内蔵カメラなどの光センサが装備されている、スマートフォン、タブレット、スマートウォッチ、又はスマートグラスなどの、モバイルユーザ端末の形態を取ってもよい。ユーザは、その場合、特定の照明器具又は照明器具のサブグループの方にセンサを向けることができ、それにより、モバイルデバイスは、センサによって取り込まれた放出された照明から、それぞれのＩＤを検出することができ、次いで、検出されたＩＤを使用して、対応する１つ以上の照明器具を識別することにより、その対応する１つ以上の照明器具を（例えば、ＲＦバックチャネルを介して）制御することができる。このことは、ユーザが、どの照明器具を自身が制御することを望むかを特定するための、ユーザフレンドリな方法を提供する。検出及び制御は、ユーザ端末上で実行される照明制御アプリケーション又は「アプリ」によって実施されてもよい。

別の用途では、符号化光は、コミッショニングにおいて使用されてもよい。この場合には、異なる照明器具からの光に埋め込まれているそれぞれのＩＤは、各照明器具からの個々の照明寄与を識別するために、コミッショニング段階で使用されることができる。

別の実施例では、識別は、識別子を照明器具の既知の位置、又はその位置に関連付けられている情報にマッピングすることによって、ナビゲーション又は他の位置ベースの機能性のために使用されることができる。この場合には、各照明器具の符号化光ＩＤを、そのそれぞれの位置（例えば、地図又はフロアプラン上の座標）にマッピングする、位置データベースが提供され、このデータベースは、サーバから、無線ローカルエリアネットワーク（wireless local area network；ＷＬＡＮ）又はモバイルセルラネットワークなどの１つ以上のネットワークを介して、モバイルデバイスに利用可能にされてもよく、あるいは、モバイルデバイス上で更にローカルに記憶されてもよい。次いで、モバイルデバイスが、照明器具のうちの１つ以上からの光を含む画像を取り込む場合には、モバイルデバイスは、それらのＩＤを検出することができ、これらのＩＤを使用して、位置データベース内でそれらの位置を探索することにより、それらに基づいてモバイルデバイスの位置を推定することができる。例えば、このことは、受信信号強度、飛行時間、及び／又は到来角などの、受信された光の特性を測定して、次いで、三角測量、三辺測量、マルチラテレーション、又はフィンガープリンティングなどの技術を適用することによって、あるいは単純に、最も近い照明器具又は唯一の取り込まれた照明器具の位置が、モバイルデバイスの近似的な位置であると想定することによって、達成されてもよい。一部の場合では、そのような情報は、よりロバストな結果をもたらすために、他のソース、例えば、オンボードの加速度計、磁力計などからの情報と組み合わされてもよい。次いで、検出された位置は、ナビゲーション目的で、例えば、建物のフロアプラン上でのユーザの位置を示すために、モバイルデバイスを通じてユーザに出力されてもよい。あるいは、又は更に、決定された位置は、位置ベースのサービスにユーザがアクセスするための条件として使用されてもよい。例えば、特定の区域又はゾーン（例えば、特定の部屋）内の照明（又は、暖房などの別のユーティリティ）を制御するために、ユーザが自身のモバイルデバイスを使用する能力は、自身のモバイルデバイスの位置が、その同じ区域（例えば、同じ部屋）内に、又は恐らくは、対象となる照明に関連付けられている特定の制御ゾーン内にあると検出されていることを条件とされてもよい。他の形態の位置ベースのサービスとしては、例えば、位置依存の支払いを行うか又は受理する能力を挙げることができる。

別の例示的な用途として、データベースは、照明器具ＩＤを、それぞれの１つ以上の照明器具と同じ部屋の中の特定の博物館展示についての情報、又は、それぞれの１つ以上の照明器具によって照明される特定の位置のモバイルデバイスに提供される広告などの、位置固有の情報にマッピングしてもよい。モバイルデバイスは、その場合、照明からＩＤを検出することができ、このＩＤを使用して、データベース内で位置固有の情報を探索することにより、例えば、この情報をモバイルデバイスのユーザに対して表示することができる。更なる実施例では、ＩＤ以外のデータコンテンツが、照明に直接符号化されることができ、それにより、そのデータコンテンツは、受信デバイスが探索を実行することを必要とせずに、受信デバイスに通信されることができる。

上記の実施形態は、単に例として説明されていることが理解されるであろう。図面、本開示、及び添付の請求項の検討によって、開示される実施形態に対する他の変形形態が、当業者により理解されることができ、また、特許請求される発明を実施する際に実行されることができる。

請求項では、単語「備える（comprising）」は、他の要素又はステップを排除するものではなく、不定冠詞「１つの（a）」又は「１つの（an）」は、複数を排除するものではない。単一のプロセッサ又は他のユニットが、請求項において列挙される、いくつかの項目の機能を果たすことができる。特定の手段が、互いに異なる従属請求項内に列挙されているという単なる事実は、これらの手段の組み合わせが、有利に使用され得ないことを示すものではない。コンピュータプログラムは、他のハードウェアと共に、又は他のハードウェアの一部として供給される、光学記憶媒体又は半導体媒体などの、好適な媒体上に記憶及び／又は分散されてもよいが、また、インターネット、又は他の有線若しくは無線の電気通信システムなどを介して、他の形態で分散されてもよい。請求項中のいかなる参照符号も、範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。

図面、本開示、及び添付の請求項の検討によって、開示される実施形態に対する他の変形形態が、当業者により理解されることができ、また、特許請求される発明を実施する際に実行されることができる。請求項では、単語「備える（comprising）」は、他の要素又はステップを排除するものではなく、不定冠詞「１つの（a）」又は「１つの（an）」は、複数を排除するものではない。単一のプロセッサ又は他のユニットが、請求項において列挙される、いくつかの項目の機能を果たすことができる。特定の手段が、互いに異なる従属請求項内に列挙されているという単なる事実は、これらの手段の組み合わせが、有利に使用され得ないことを示すものではない。コンピュータプログラムは、他のハードウェアと共に、又は他のハードウェアの一部として供給される、光学記憶媒体又は半導体媒体などの、好適な媒体上に記憶／分散されてもよいが、また、インターネット、又は他の有線若しくは無線の電気通信システムなどを介して、他の形態で分散されてもよい。請求項中のいかなる参照符号も、範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。

Claims (13)

1. ＬＥＤモジュールであって、
   電力を受電するための一対の端子と、
   照明を放出して環境を照明するための複数のＬＥＤの第１のセットであって、前記ＬＥＤモジュールの第１の回路経路内に配置されており、前記一対の端子を介して受電された前記電力の第１の部分によって、前記照明を放出するように給電される、複数のＬＥＤの第１のセットと、
   光を放出するための１つ以上のＬＥＤの第２のセットであって、前記ＬＥＤモジュールの第２の回路経路内に配置されており、前記一対の端子を介して受電された前記電力の第２の部分によって、前記光を放出するように給電され、前記第１の回路経路が前記第２の回路経路よりも長い、１つ以上のＬＥＤの第２のセットと、
   前記一対の端子を介して受電された前記電力における変調をフィルタリングするように構成されているフィルタ回路と、を備え、
   前記フィルタ回路は、所定の変調周波数での前記変調の第１の成分が前記第２のセットの前記ＬＥＤにのみ渡され、前記第１のセットの前記ＬＥＤには渡されないことにより、対応する第１の信号が、前記第２のセットによって放出される前記光に埋め込まれるが、前記第１のセットによって放出される前記照明には埋め込まれないことを可能にするように構成されていて、
   ＬＥＤの前記第１のセットが、可視スペクトル照明を放出するように構成されている可視スペクトルＬＥＤであり、
   ＬＥＤの前記第２のセットが、赤外光を放出するように構成されている赤外線ＬＥＤである、ＬＥＤモジュール。
2. 前記フィルタ回路が、
   第１の変調周波数を有する、前記変調の第２の成分が、少なくとも前記第１のセットの前記ＬＥＤに渡されることにより、対応する第２の信号が、放出される前記照明に埋め込まれることを可能にするように構成されていて、前記第１の成分は、前記第１の変調周波数より高い第２の変調周波数を有する、請求項１に記載のＬＥＤモジュール。
3. ＬＥＤの前記第１のセットが、蛍光体変換ＬＥＤであり、
   ＬＥＤの前記第２のセットが、非蛍光体変換ＬＥＤである、請求項１又は２に記載のＬＥＤモジュール。
4. 前記フィルタ回路が、前記第２の成分がＬＥＤの前記第１のセットに渡されるが、ＬＥＤの前記第２のセットには渡されないことにより、前記第２の信号が、前記第２のセットによって放出される前記光を介して送信されないことを可能にするように構成されている、請求項２又は請求項２に従属する請求項３に記載のＬＥＤモジュール。
5. 前記フィルタ回路が、前記第２の成分がＬＥＤの前記第１のセット及びＬＥＤの前記第２のセットの双方に渡されることにより、前記第２の信号が、ＬＥＤの前記第１のセットによって放出される前記照明に埋め込まれ、ＬＥＤの前記第２のセットによって放出される前記光を介して送信されることを可能にするように構成されている、請求項２又は請求項２に従属する請求項３に記載のＬＥＤモジュール。
6. 前記可視スペクトルＬＥＤが、白色ＬＥＤである、請求項１乃至５のいずれか一項に記載のＬＥＤモジュール。
7. 照明デバイスであって、
   請求項１乃至６のいずれか一項に記載のＬＥＤモジュールと、
   電力を供給するように構成されているＬＥＤドライバと、
   前記ＬＥＤドライバに結合され、供給された電力に変調を導入するように構成されている、変調器であって、前記ＬＥＤモジュールの前記端子が、前記変調器に接続されて、変調された電力を前記変調器から受電する、変調器と、を備える、照明デバイス。
8. 前記ＬＥＤモジュールは、請求項２に記載のＬＥＤモジュールであり、前記変調器が、前記第１の信号及び前記第２の信号が同時に送信されるように、前記変調内に前記第１の成分及び前記第２の成分を同時に含めるように構成されている、請求項７に記載の照明デバイス。
9. 前記ＬＥＤモジュールは、請求項２に記載のＬＥＤモジュールであり、前記変調器が、前記第１の信号と前記第２の信号とが異なる機会に発信されるように、前記変調内に前記第２の成分とは異なる時間で前記第１の成分を含めるように構成されている、請求項７に記載の照明デバイス。
10. 前記変調器が、前記可視スペクトルＬＥＤがオフに切り替えられる場合、前記第１の成分を前記ＬＥＤモジュールに供給し続けるように構成されている、
    請求項７、８又は９に記載の照明デバイス。
11. 前記変調器が、前記可視スペクトルＬＥＤを使用して、前記第２の信号を含む、副搬送波の第１の搬送周波数群を送信することによって、及び、前記赤外線ＬＥＤを使用して、前記第１の信号を含む、前記副搬送波の第２の搬送周波数群を通過させることによって、前記可視スペクトルＬＥＤ及び前記赤外線ＬＥＤを使用して、前記副搬送波のセットを含む直交周波数分割多重チャネルを実装するように構成されており、前記第２の搬送周波数群が、前記第１の搬送周波数群より高く、前記第１の信号及び前記第２の信号が、前記直交周波数分割多重チャネルの副信号である、請求項１０に記載の照明デバイス。
12. 請求項２に記載のＬＥＤモジュールを含む、請求項７乃至１１のいずれか一項に記載の照明デバイスを備えるシステムであって、受信機器を更に備え、前記受信機器が、
    可視光変調を感知するための第１の光センサ、及び、赤外光変調を感知するための第２の光センサであって、前記第１の光センサが、前記第２の光センサよりも低い最大変調周波数を感知することが可能である、第１の光センサ及び第２の光センサと、
    １つ以上の前記光センサに結合されている復号器であって、感知された前記可視光変調から前記第２の信号を復号するように、及び感知された前記赤外光変調から前記第１の信号を復号するように構成されている、復号器と、を含む、システム。
13. 前記第１の光センサが、画像を取り込むためのカメラの形態を取り、前記第２の光センサが、専用の赤外線データ受信機の形態を取る、請求項１２に記載のシステム。

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