JP2012502500A - 調節可能なカラー固体ライティング - Google Patents

Abstract

【課題】調節可能なカラー固体ライティングを提供する。
【解決手段】多チャネル光源は、異なるチャネルに対応する異なるチャネル色の照明光を発生させるための異なるチャネルを有する。電力供給装置は、選択された時間平均した色の照明光を発生させるために、時分割多重化を使用してチャネルに選択的に給電する。ある実施形態では、調節可能なカラー光発生方法は、駆動電流を発生するステップと、発生した駆動電流を使用して多チャネル光源の選択したチャネルに給電するステップと、給電するステップを、循環に起因する視覚的に認識可能なフリッカを実質的に抑制するのに十分なほど早く多チャネル光源のチャネルの間で循環させるステップと、選択された時間平均した色を発生させるために、循環させるステップの時分割を制御するステップとを含む。
【選択図】図２

Description

下記は、照明技術、ライティング技術、関連する技術に関する。

固体ライティングデバイスは、発光ダイオード（ＬＥＤ）、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）、半導体レーザダイオードなどを含む。調節可能なカラー固体ライティングデバイスを本明細書中では例として説明するが、本明細書中に開示する調節可能な色制御技術および装置は、白熱光源（例えば、クリスマスツリー白熱灯）、白熱灯、ハロゲン光源、または他のスポットライト光源（例えば、選択的に当てたスポットライトがステージを照明するステージ灯）などの別のタイプの多色光源に容易に適用される。

様々な色の複数のＬＥＤを含む固体ライティングデバイスでは、一般に、輝度および色の両者の制御を、パルス幅変調（ＰＷＭ）を使用して実現している。例えば、Ｃｈｌｉｗｎｙｊ他の米国特許第５，９２４，７８４号は、炎を模した光を発生させるために、様々な色の２つ以上の様々な発光ダイオード光源を独立に、マイクロプロセッサに基づいてＰＷＭ制御することを開示している。かかるＰＷＭ制御は、良く知られており、事実、市販のＰＷＭコントローラが、特にＬＥＤを駆動させるために以前から入手可能である。例えば、ＰＷＭ出力およびＬＥＤ駆動部を有するＭＣ６８ＨＣ０５Ｄ９ ８ビットマイクロコンピュータについてのＭｏｔｏｒｏｌａ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｄａｔａ Ｓｈｅｅｔ（Ｍｏｔｏｒｏｌａ Ｌｔｄ．、１９９０）を参照されたい。ＰＷＭでは、一連のパルスを固定周波数で与え、発光ダイオードに印加する電力量（ｔｉｍｅ−ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｐｏｗｅｒ）を制御するために、パルス幅（すなわち、パルスの持続時間）を変調する。したがって、印加電力量は、パルス幅に正比例し、０％デューティーサイクル（電力を印加しない）から１００％デューティーサイクル（全期間中電力を印加する）までの間の範囲とすることができる。

既存のＰＷＭ照明光制御は、ある種の欠点を有する。既存のＰＷＭ照明光制御は、電力供給装置に極めて不均一な負荷をかける。例えば、照明光源が、赤色、青色、緑色の照明光チャネルを含み、同時に３つすべてのチャネルを駆動することにより１００％の電力が消費される場合には、任意の所与の時に出力電力が、０％、３３％、６６％、または１００％となる可能性があり、出力電力は、各パルス幅変調期間中にこれらのレベルのうちの２つ、３つ、または４つすべての間で循環する可能性がある。かかる電力循環は、電力供給装置に対して負担がかかるものであり、迅速な電力循環に適応させるために十分に早いスイッチング速度を有する電力供給装置を使用せざるを得ない。それに加えて、１００％の全電力が一時的にしか消費されなくても、電力供給装置は、１００％の全電力を供給できるように十分に大きくなければならない。

「ダミー負荷」抵抗器を介して各「オフ」チャネルの電流を分流させることによって、ＰＷＭ中の電力変動を回避することができる。しかしながら、分流した電流は、光出力には寄与せず、したがって実質的な電力非効率を導入する。

既存のＰＷＭ制御システムは、フィードバック制御に関連してやはり問題が多い。既存のＰＷＭ技術を採用するカラー調節可能な照明光源のフィードバック制御を提供するために、赤色チャネル、緑色チャネル、青色チャネルのそれぞれのパワーレベルを、独立に測定しなければならない。これにより、一般に、それぞれの赤色波長、緑色波長、青色波長を中心とする狭スペクトル受光ウィンドウを各々が有する３つの異なる光センサを使用せざるを得ない。スペクトルをさらに分割することが望まれる場合には、その問題は、解決するために非常に費用がかかるものになることである。例えば、５チャネルシステムが互いに非常に近い２つの色を有する場合には、非常に狭帯域の検出器だけが、２つの光源間の変動を検出することが可能である。

米国特許第２００８／１９１６４２号

調節可能なカラー固体ライティングを提供する。

本明細書中に開示したある例示の実施形態では、調節可能なカラー光源は、異なるチャネルに対応する異なるチャネル色の照明光を発生させるための異なるチャネルを有する光源と、選択された時間平均した色の照明光を発生させるために、時分割多重化を使用してチャネルに選択的に給電する電力供給装置とを備える。

本明細書中に開示したある例示の実施形態では、調節可能なカラー光発生方法は、駆動電流を発生するステップと、発生した駆動電流を使用して多チャネル光源の選択したチャネルに給電するステップと、給電するステップを、循環に起因する視覚的に認識可能なフリッカを実質的に抑制するのに十分なほど早く多チャネル光源のチャネルの間で循環させるステップと、選択された時間平均した色を発生させるために、循環させるステップの時分割を制御するステップとを含む。

本明細書中に開示したある例示の実施形態では、調節可能なカラー光源は、異なるチャネル色の照明光を発生させるための複数の照明チャネルと、選択された時間平均した色の照明光を発生させるために、複数の照明チャネルの間で駆動電流を循環させる電力供給装置であって、循環の任意の時点において駆動電流によって正確に１つの照明チャネルを駆動させることで、循環させることが重ならない、電力供給装置とを備える。

本発明は、様々な構成要素および構成要素の構成の形態ならびに様々なプロセス操作およびプロセス操作の構成の形態を取ることができる。図面は、好ましい実施形態を例示するためのものにすぎず、本発明を限定するものと解釈すべきでない。

照明システムを概略的に示す図である。 図１の照明システムのＲ／Ｇ／Ｂスイッチに関するタイミング図を概略的に示す図である。 図１の照明システムのエネルギーメータを概略的に示す図である。 図１の照明システムの色コントローラを概略的に示す図である。 図１の照明システムの電流コントローラを概略的に示す図である。 もう１つの調節可能なカラー照明システムの電気回路を概略的に示す図である。 図６の調節可能なカラー照明システムの動作に関するタイミング図を概略的に示す図である。 図６の調節可能なカラー照明システムの動作に関する流れ図を概略的に示す図である。

図１を参照して、固体ライティングシステムは、複数の赤色発光ダイオード（ＬＥＤ）、緑色発光ダイオード、青色発光ダイオードを有する光源１０を含む。赤色ＬＥＤは、赤色入力線Ｒによって駆動されるように電気的に相互接続される（回路を図示せず）。緑色ＬＥＤは、緑色入力線Ｇによって駆動されるように電気的に相互接続される（回路を図示せず）。青色ＬＥＤは、青色入力線Ｂによって駆動されるように電気的に相互接続される（回路を図示せず）。光源１０は、説明のための一例であり、一般に光源を、異なる色チャネルを画定するように電気的に相互接続した固体光源のセットを有する任意の多色光源とすることができる。ある実施形態では、例えば、赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ、青色ＬＥＤを、赤色ＬＥＤストリング、緑色ＬＥＤストリング、青色ＬＥＤストリングとして構成する。さらに、異なる色は、赤色、緑色、青色以外の別の色であってもよく、３つの異なる色チャネルよりも多くても少なくてもよい。例えば、ある実施形態では、青色チャネルおよび黄色チャネルを設け、フルカラーＲＧＢ光源の色範囲よりも少ない色範囲に広がる様々な異なる色の発生を可能にする、ただし、青色チャネルおよび黄色チャネルを適切に混ぜることによって実現可能な「白っぽい」色を含む。個々のＬＥＤを、図１の光源１０では黒丸、灰色丸、白丸として図式的に示している。ＬＥＤを、半導体系ＬＥＤ（集積発光体を任意選択として含む）、有機ＬＥＤ（本分野では頭字語ＯＬＥＤとして示されることがある）、半導体レーザダイオードなどとすることができる。

光源１０を、定電流電源１２によって駆動する。「定電流」は、電源１２が一定なｒｍｓ（二乗平均）電流を出力することを意味する。ある実施形態では、一定なｒｍｓ電流は、一定な直流電流である。しかしながら、一定なｒｍｓ電流を、一定なｒｍｓ値を有するサイン曲線電流などとすることができる。「定電流」は、任意選択として調節可能であるが、定電流電源１２による電流出力が、ＰＷＭに対する場合のようには迅速に循環しないことを、理解すべきである。任意の所与の時に３つの色チャネルＲ、Ｇ、Ｂのうちのただ１つだけに定電流を向けて送るデマルチプレクサまたは１対３スイッチとして機能するＲ／Ｇ／Ｂスイッチ１４に、定電流電源１２の出力を入力する。

定電流電源１２およびＲ／Ｇ／Ｂスイッチ１４を使用して実現される色制御の基本概念を、図２に示したタイミング図によって説明する。Ｒ／Ｇ／Ｂスイッチ１４のスイッチングを、時間間隔Ｔにわたり実行し、それを部分期間ｆ_１×Ｔ、ｆ_２×Ｔおよびｆ_３×Ｔによって規定される３つの下位時間間隔に分割する。ここで、ｆ_１＋ｆ_２＋ｆ_３＝１であり、それゆえに、３つの期間は、関係式ｆ_１×Ｔ＋ｆ_２×Ｔ＋ｆ_３×Ｔ＝Ｔに従う。色コントローラ１６は、部分期間ｆ_１×Ｔ、ｆ_２×Ｔおよびｆ_３×Ｔを示す制御信号を出力する。例えば、例示の実施形態では、色コントローラ１６は、部分期間ｆ_１×Ｔを指示する値「００」を有する２ビットデジタル信号を出力することができ、部分期間ｆ_２×Ｔを指示するために値「０１」にスイッチングし、部分期間ｆ_３×Ｔを指示するために値「１０」にスイッチングし、次に現れる部分期間ｆ_１×Ｔを指示するために「００」にスイッチングして戻す、ことなどをすることができる。別の実施形態では、制御信号を、アナログ制御信号（例えば、それぞれ第１の部分期間、第２の部分期間、第３の部分期間を指示する０ボルト、０．５ボルト、１．０ボルト）とすることができる、または別のフォーマットを取ることができる。さらにもう１つの例示の手法として、制御信号は、各期間を指示する一定値を持つよりはむしろ、部分期間の間の移行を指示することができる。この後者の手法では、Ｒ／Ｇ／Ｂスイッチ１４は、制御パルスを受信するときに１つのチャネルから次のチャネルへスイッチするように単に構成され、色コントローラ１６は、１つの部分期間から次の部分期間への各移行のところで制御パルスを出力する。

第１の部分期間ｆ_１×Ｔ中には、Ｒ／Ｇ／Ｂスイッチ１４を、定電流電源１２から色チャネルのうちの最初のチャネルに（例えば、赤色チャネルＲに）一定電流を流すように設定する。その結果、光源１０は、第１の部分期間ｆ_１×Ｔ中には赤色光だけを発生する。第２の部分期間ｆ_２×Ｔ中には、Ｒ／Ｇ／Ｂスイッチ１４を、定電流電源１２から色チャネルのうちの２番目のチャネルに（例えば、緑色チャネルＧに）一定電流を流すように設定する。その結果、光源１０は、第２の部分期間ｆ_２×Ｔ中には緑色光だけを発生する。第３の部分期間ｆ_３×Ｔ中には、Ｒ／Ｇ／Ｂスイッチ１４を、定電流電源１２から色チャネルのうちの３番目のチャネルに（例えば、青色チャネルＢに）一定電流を流すように設定する。その結果、光源１０は、第３の部分期間ｆ_３×Ｔ中には青色光だけを発生する。図２に示したように、この循環は、期間Ｔで繰り返す。

期間Ｔを、フリッカ融合しきい値よりも短くなるように選択する。フリッカ融合しきい値を、本明細書中では、光色スイッチングによって引き起こされるフリッカリングがそれ以下の期間では実質的に視覚的には感知できなくなり、その結果、光を、実質的に一定な混合した色として視覚的に認識する期間として定義する。すなわち、人間の目が部分時間間隔ｆ_１×Ｔ、ｆ_２×Ｔ、およびｆ_３×Ｔの間に光出力を混合して、人間の目が一様な混合した色を認識するように、Ｔを十分に短くなるように選択する。ＰＷＭが、やはり、異なる色の早く循環させた光を視覚的に混合する概念に基づく限りでは、期間Ｔは、ＰＷＭにおいて使用するパルス期間と矛盾しないはずであり、それはやはり、フリッカ融合しきい値より短く、例えば、約１／１０秒以下、好ましくは約１／２４秒以下、より好ましくは約１／３０秒以下、またはさらに短い。期間Ｔについての下限は、Ｒ／Ｇ／Ｂスイッチ１４のスイッチング速度によって制約され、Ｒ／Ｇ／Ｂスイッチ１４の動作が（ＰＷＭについての場合のように）電流レベルの変化を伴わないので、そのスイッチング速度を極めて早くすることができる。

定量的には、色を下記のように算出することができる。第１の部分時間間隔ｆ_１×Ｔの間に赤色ＬＥＤによって出力される赤色光の全エネルギーは、ａ_１×ｆ_１×Ｔによって与えられ、第２の部分時間間隔ｆ_２×Ｔの間に緑色ＬＥＤによって出力される緑色光の全エネルギーは、ａ_２×ｆ_２×Ｔによって与えられ、第３の部分時間間隔ｆ_３×Ｔの間に青色ＬＥＤによって出力される青色光の全エネルギーは、ａ_３×ｆ_１×Ｔによって与えられ、ここで、定数ａ_１、ａ_２、ａ_３は、それぞれ赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ、青色ＬＥＤのセットの相対効率を示す。例えば、所与の電流について、赤色ＬＥＤのセットによって出力される光エネルギーが、緑色ＬＥＤのセットによって出力される光エネルギーと等しく、青色ＬＥＤのセットによって出力される光エネルギーと等しい場合には、ａ_１：ａ_２：ａ_３の比が、適切である。他方で、青色ＬＥＤのセットが他のＬＥＤのセットと比較して所与の電流レベルに対して２倍多くの光を出力する場合には、２×ａ_１：２×ａ_２：ａ_３の比が、適切である。任意選択として、定数ａ_１、ａ_２、ａ_３は、相対的な光度計のエネルギーレベルよりもむしろ、相対的な視覚的に認識される明るさレベルを表わす。色は、赤色、緑色、青色の光エネルギー出力の比によって、すなわち、ａ_１×ｆ_１×Ｔ：ａ_２×ｆ_２×Ｔ：ａ_３×ｆ_３×Ｔの比によって、またはより簡単にａ_１×ｆ_１：ａ_２×ｆ_２：ａ_３×ｆ_３の比によって決定される。例えば、例示の図２では、ｆ_１：ｆ_２：ｆ_３は２：３：１であり、それは（話を簡単にするためにａ_１＝ａ_２＝ａ_３とすると）赤：緑：青の相対比が２：３：１であることを意味する。部分期間が比ｆ_１：ｆ_２：ｆ_３＝１：１：１を有する場合には、（やはり、話を簡単にするためにａ_１＝ａ_２＝ａ_３とすると）光出力は、赤色光、緑色光、青色光の等しい混合として視覚的に認識されるはずであり、つまり、光出力が白色光であるはずである。

有利なことには、光源１０への定電流電源１２による電流出力は、常に同じまま保たれる。言い換えると、定電流電源１２から見れば、定電流電源１２が構成要素１０、１４を備える負荷部に定電流を出力している。

ある実施形態では、色コントローラ１６によって実行される部分期間の間のスイッチングを、開ループ方式で、すなわち、光学的なフィードバックを当てにせずに行う。これらの実施形態では、ルックアップテーブル、記憶された数学的曲線、または他の記憶された情報は、様々な色と部分比率ｆ_１：ｆ_２：ｆ_３の比の値とを関係付ける。例えば、ａ_１＝ａ_２＝ａ_３である場合には、値ｆ_１＝ｆ_２＝ｆ_３＝１／３を、「色」白とうまく関係付ける。

図１を参照し続け、さらに図３および図４を参照して、別の実施形態では、下記のような光フィードバックを使用して、色を任意選択で制御する。フォトセンサ２０は、光源１０によって出力される光強度をモニタする。赤色光、緑色光、または青色光のいずれをも検知できるように、フォトセンサ２０は、十分に広い波長のものである。話を簡単にするために、フォトセンサ２０が赤色光、緑色光、青色光に対して等しい感度を有することを、本明細書中では仮定するが、そうでない場合には、スペクトル感度差を補償するために適切なスケーリング係数を取込むことが、分かりやすい。図３は、Ｒ、Ｇ、Ｂエネルギーメータ２２によって実行される適切な光強度測定を説明する。第１の色部分期間の開始点３０（すなわち、部分期間ｆ_１×Ｔの開始点）において、光強度測定を始める。測定した光強度を、第１の部分期間ｆ_１×Ｔにわたって積分して３２、測定した第１の色エネルギー３４を生成する。１つの色（例えば、赤色）のＬＥＤの１つのセットだけが第１の部分期間ｆ_１×Ｔ中に動作しているために、広帯域フォトセンサ２０は、積分３２の時間間隔中に赤色光だけを測定することに留意されたい。第２の部分時間間隔ｆ_２×Ｔへの移行４０で、測定した第２の色エネルギー４４を生成するために、第２の部分期間ｆ_２×Ｔにわたり延びている第２の光強度積分４２を始める。再び、１つの色（例えば、緑色）のＬＥＤの１つのセットだけが第２の部分期間ｆ_２×Ｔ中に動作しているために、広帯域フォトセンサ２０は、積分４２の時間間隔中に緑色光だけを測定する。第３の部分時間間隔ｆ_３×Ｔへの移行５０で、測定した第３の色エネルギー５４を生成するために、第３の部分期間ｆ_３×Ｔにわたって延びている第３の光強度積分５２を始める。また再び、１つの色（例えば、青色）のＬＥＤの１つのセットだけが第３の部分期間ｆ_３×Ｔ中に動作しているために、広帯域フォトセンサ２０は、積分５２の時間間隔中に青色光だけを測定する。

したがって、１つの広帯域フォトセンサ２０が、測定した第１の色エネルギー３４、測定した第２の色エネルギー４４、測定した第３の色エネルギー５４の３つすべてを生成できることが分かる。１つの色のＬＥＤの１つのセットだけが任意の所与の時に動作可能であることを制御システム１２、１４、１６が保証するという理由で、これが実現される。対照的に、既存のＰＷＭシステムを用いると、異なる色のＬＥＤの２つ以上のセットが同時に動作する可能性があり、その時には、異なる色の光を同時に明確にして測定するために、異なる色に中心を置く異なる狭帯域フォトセンサを使用せざるを得ない。

図４を参照して、下記のようなフィードバック色制御を実施するために、色コントローラ１６は、測定した色エネルギー３４、４４、５４を適切に使用する。第１の測定した色エネルギー３４を、Ｅ_Ｍ１と本明細書中では示す。第２の測定した色エネルギー４４を、Ｅ_Ｍ２と本明細書中では示す。第３の測定した色エネルギー５４を、Ｅ_Ｍ３と本明細書中では示す。測定した色は、比率Ｅ_Ｍ１：Ｅ_Ｍ２：Ｅ_Ｍ３によってうまく表わされる。比ｆ_１ ^（ｎ）：ｆ_２ ^（ｎ）：ｆ_３ ^（ｎ）によって表わされる部分時間間隔のセットを使用して測定した色を得ている、ここで、添え字（ｎ）は、期間Ｔのｎ番目の間隔を示し、その間に積分３２、４２、５２が測定した色エネルギー３４、４４、５４を生成している。

所望の色または設定色６０は、比率Ｅ_Ｓ１：Ｅ_Ｓ２：Ｅ_Ｓ３によってうまく表わされる。期間調節器６２は、比ｆ_１ ^{（ｎ＋１）}：ｆ_２ ^{（ｎ＋１）}：ｆ_３ ^{（ｎ＋１）}によって本明細書中では表わされる部分時間間隔６４の調節したものを算出する、ここで、添え字（ｎ＋１）は、期間Ｔの次の間隔を示し、それは制約ｆ_１ ^{（ｎ＋１）}＋ｆ_２ ^{（ｎ＋１）}＋ｆ_３ ^{（ｎ＋１）}＝１を受ける下位区間ｆ_１ ^{（ｎ＋１）}×Ｔ、ｆ_２ ^{（ｎ＋１）}×Ｔ、ｆ_３ ^{（ｎ＋１）}×Ｔに分割される。ｆ_１ ^（ｎ）＋ｆ_２ ^（ｎ）＋ｆ_３ ^（ｎ）＝１も、やはり既知である。解を、例えば、下記の比率を使用して適切に算出する。

および

これらは、関係式制約ｆ_１ ^{（ｎ＋１）}＋ｆ_２ ^{（ｎ＋１）}＋ｆ_３ ^{（ｎ＋１）}＝１とともに、すべてのパラメータが最新の部分時間間隔ｆ_１ ^{（ｎ＋１）}、ｆ_２ ^{（ｎ＋１）}およびｆ_３ ^{（ｎ＋１）}６４以外は既知である方程式のセットを与える。最新の部分時間間隔ｆ_１ ^{（ｎ＋１）}、ｆ_２ ^{（ｎ＋１）}およびｆ_３ ^{（ｎ＋１）}６４を、方程式のこのセットの連立解によって適切に算出する。

別の実施形態では、所望のエネルギー比率Ｅ_Ｓ１：Ｅ_Ｓ２：Ｅ_Ｓ３によって与えられる色設定値６０に向けて測定した光エネルギー比率Ｅ_Ｍ１：Ｅ_Ｍ２：Ｅ_Ｍ３を繰り返して調節するために、反復調節を使用する。例えば、１つの反復手法では、どの測定したエネルギーが、それ自体の設定値からの最大の偏差を有するとしても、エネルギーを比例させて調節する。例えば、第１の測定したエネルギー３４が最も大きく外れている場合には、調節ｆ_１ ^{（ｎ＋１）}＝（Ｅ_Ｓ１／Ｅ_Ｍ１）×ｆ_１ ^（ｎ）を行う。条件ｆ_１ ^{（ｎ＋１）}＋ｆ_２ ^{（ｎ＋１）}＋ｆ_３ ^{（ｎ＋１）}＝１を満足することを確実にするように、残りの２つの部分時間間隔を調節する。設定色６０に向かって反復して調節するために、この調節を各時間間隔Ｔに対して繰り返す。

これらは、単に説明のための例であり、設定色６０を得るためにフィードバックの測定した色エネルギー３４、４４、５４に基づいて割合ｆ_１、ｆ_２、ｆ_３を調節するために、別のアルゴリズムを使用することができる。さらに、ある実施形態では、積分３２、４２、５２を省略し、その代わりに瞬間強度を、フォトセンサ２０を使用して測定する。測定した瞬間強度が部分時間間隔にわたって一定であると仮定して、瞬間強度を（第１の部分時間間隔に対する）部分時間間隔ｆ_１×Ｔと掛け算することによって、次にエネルギーを計算する。さらに、ある実施形態では、測定した色エネルギーを、スペクトルで変化することが既知の光応答によりフォトセンサ２０で測定した光度計値をスケーリングすることによって、光度計値としてではなく、視覚的に認識される明るさレベルとして表わす。本明細書中で使用するように、「色エネルギー」は、光度計値または視覚的に認識される明るさレベルのいずれかを含むように意図されている。

定電流電源１２は、Ｒ／Ｇ／Ｂスイッチ１４を循環させるための時間間隔Ｔの時間スケールで一定電流を発生する。しかしながら、調節可能なカラー光源１０について総合的な明度変化を実現させるために、電流レベルを調節することが想定される。開ループ方式で電流コントローラ７０を使用して、かかる調節を適切に実行する。開ループ方式では、手動電流制御ダイアル入力、自動制御した電気信号入力などを使用して、開ループ方式で電流レベルを設定する。（図３および図４を参照して説明したような任意選択の光フィードバックを使用するときでさえ）色制御が比率に基づき動作するために、Ｒ／Ｇ／Ｂ循環のための時間間隔Ｔよりも実質的に長い時間スケールでの定電流源の電流レベルの調節は、色制御にはほとんど影響しないまたは影響を与えない。

図１を参照し続け、さらに図５を参照すると、ある実施形態では、設定明度Ｅ_ｓｅｔ７２に対応する光明度出力を得るために光フィードバック制御モードにおいて動作することを、電流コントローラ７０に対して想定する。例示のフィードバック制御した明度手法では、条件Ｅ_ｓｅｔ＝Ｅ_ｔｏｔを実現するためにまたは近似するために、定電流電源１２の電流レベル８０を調節する電流調節器７８に入力する全測定エネルギーＥ_ｔｏｔ７６を生成するために、フィードバック測定した色エネルギー３４、４４、５４を加算器７４によって一緒に合計する。電流調節器７８は、電流レベル８０を調節するために、例えば、デジタル比例−積分−微分（ＰＩＤ）制御アルゴリズムを採用することができる。

例示の実施形態は、３つの色チャネル、すなわち、Ｒ、Ｇ、Ｂを含む。しかしながら、より多くのチャネルまたはより少ないチャネルを採用することができる。ｎ＝１、．．．、Ｎチャネルに関して、ここで、Ｎは正の整数でありＮ＞１である、条件ｆ_１＋．．．＋ｆ_Ｎ＝１の下で、時間間隔ＴをＮ個の時間間隔ｆ_１×Ｔ、．．．、ｆ_Ｎ×Ｔに分割する、ここで、割合ｆ_１、．．．、ｆ_Ｎがすべて間隔［０，１］内の正の値であり、スイッチ１４が１対Ｎスイッチである。

チャネルのうちの１つが完全にオフになる、すなわち、ｆ_ｎ＝０、の場合では、その色チャネルをスイッチ１４に完全にバイパスさせることによって、またはｆ_ｎ＝δに設定することによって、ここで、δは、ｆ_ｎ＝δに対応する色が視覚的に認識されない程度に十分に小さな値である、のいずれかで、これを実現することができる。

本明細書中で使用するように用語「色」を、任意の視覚的に認識可能な色として広く解釈すべきである。用語「色」を、白を含むように解釈すべきであり、原色に限定するように解釈すべきではない。用語「色」は、例えば、２つ以上の別個のスペクトルピークを出力するＬＥＤ（例えば、別個の赤色スペクトルピークおよび黄色スペクトルピークを有するオレンジ色の様な色を得るために赤色ＬＥＤおよび黄色ＬＥＤを含むＬＥＤパッケージ）を呼ぶことができる。用語「色」は、例えば、半導体チップからのエレクトロルミネッセンスによって励起される広帯域蛍光体を含むＬＥＤパッケージなどの、光の広いスペクトルを出力するＬＥＤを呼ぶことができる。本明細書中で使用するように「調節可能なカラー光源」を、異なるスペクトルの光を選択的に出力することが可能な任意の光源として広く解釈すべきである。調節可能なカラー光源は、フルカラーの各種の色を供給する光源に限定されない。例えば、ある実施形態では、調節可能なカラー光源は、白色光だけを供給することができるが、白色光は、色温度、演色特性などの観点から調節可能である。

図６〜図８を参照して、もう１つの例示の実施形態を一例として示す。図６は、それぞれ５個のＬＥＤの３列の直列接続ストリングＳ１、Ｓ２、Ｓ３のセットの形態の調節可能なカラー光源を示す。第１のストリングＳ１は、浅い赤色（ｓｈａｌｌｏｗ ｒｅｄ）に対応する約６１７ｎｍのピーク波長において光を放つ３個のＬＥＤおよび深い赤色（ｄｅｅｐ ｒｅｄ）に対応する約６２７ｎｍのピーク波長において光を放つさらに２個のＬＥＤを含む。第２のストリングＳ２は、緑色に対応する５３０ｎｍにおいて光を放つ５個のＬＥＤを含む。第３のストリングＳ３は、こはく色に対応する約５９０ｎｍのピーク波長において光を放つ４個のＬＥＤおよび青色に対応する約４５５ｎｍのピーク波長において光を放つさらに１個のＬＥＤを含む。駆動回路および制御回路は、定電流源ＣＣと、入力Ｒ１、Ｇ１、Ｂ１を有する３個のトランジスタとを含み、入力Ｒ１、Ｇ１、Ｂ１は、それぞれ第１のＬＥＤストリング、第２のＬＥＤストリングおよび第３のＬＥＤストリングＳ１、Ｓ２、Ｓ３を通る電流を遮断する、またはその流れを可能にするように構成されている。それに加えて、入力Ｒ２を有するトランジスタは、選択的にシャントされる２個の深い赤色（６２７ｎｍ）ＬＥＤをイネーブルし、一方で入力Ｂ２を有するトランジスタは、選択的にシャントされる青色（４５５ｎｍ）ＬＥＤをイネーブルする。図６の調節可能なカラー光源についての動作状態表を、表１に与える。各チャネルに対して列挙されたチャネル色は、定性的であり、異なる観察者によって違うように主観的に判定できることに留意されたい。３列のＬＥＤストリングＳ１、Ｓ２、Ｓ３のうちの１列だけを任意の所与の時に駆動するように、動作上の制御を設定する。したがって、Ｒ２トランジスタが導通状態であるか非導通状態であるかに拘わらず、同じ電流が、ストリングＳ１の６１７ｎｍＬＥＤを通り流れ、同様に、Ｂ２トランジスタが導通状態であるか非導通状態であるかに拘わらず、同じ電流が、ストリングＳ３の５９０ｎｍＬＥＤを通り流れる。

図７は、図６の調整可能なカラー照明システムの動作のためのタイミング図を描いたものである。図６の調整可能なカラー照明システムのＬＥＤの波長または色を、調節可能なフルカラー照明光を与えるようには選択せず、むしろ変化する質の白色光、例えば、（赤色寄りにバイアスされた）暖かい白色光または（青色寄りにバイアスされた）冷たい白色光、を与えるように選択する。図６の調整可能なカラー照明システムは、表１に分類したような５つの色チャネルを有する。例示の図７では、５個のトランジスタを動作させて、時間間隔Ｔにわたり動作する１対５スイッチを形成する。選択した質または特性を有する白色光を発生させるために、図７では時間間隔Ｔが、時間間隔Ｔの選択した時分割に従って１／１５０秒（６．６７ｍｓ）である。時間間隔Ｔ＝１／１５０秒は、典型的な観察者に対するフリッカ融合しきい値よりも短い。時間間隔Ｔを、５つの部分期間Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４、Ｔ５に時分割多重化する、ここで、５つの部分期間Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４、Ｔ５は、重ならず、合計で時間間隔Ｔになる、すなわち、Ｔ＝Ｔ１＋Ｔ２＋Ｔ３＋Ｔ４＋Ｔ５である。図７の実施形態では、各色エネルギー測定値での動作波長を示す表記「Ｅ（．．．ｎｍ）」によって図７に示されるように、各色チャネルに対する色エネルギー測定値を、各部分期間内で実質的に中央の中間の時刻において取込む。

図８を参照して、図６に示した５個のトランジスタを含む制御回路によって適切に実施される制御プロセスを説明する。開始時刻１００において、部分期間Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４、Ｔ５についての現在の時間値を、コントローラにロードする１０２。これは、連続して５つの部分期間Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４、Ｔ５を始め、１つのフォトセンサを使用してエネルギー測定を実行する後続の動作１０４、１０６、１０８、１１０、１１２に続く。計算ブロック１１４は、測定値を使用して、部分期間Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４、Ｔ５についての最新の値を算出する。例えば、関係式［Ｅ１・Ｔ１］／［Ｅ２・Ｔ２］＝Ｃ_１２、ここで、Ｃ_１２は所望の赤色／深い赤色比を反映する定数である、を適切に使用して、部分期間Ｔ１およびＴ２を制約し、関係式［Ｅ２・Ｔ２］／［Ｅ３・Ｔ３］＝Ｃ_２３、ここで、Ｃ_２３は所望の深い赤色／緑色比を反映する定数である、を適切に使用して、部分期間Ｔ２およびＴ３を制約し、関係式［Ｅ３・Ｔ３］／［Ｅ４・Ｔ４］＝Ｃ_３４、ここで、Ｃ_３４は所望の緑色／青色−こはく色比を反映する定数である、を適切に使用して、部分期間Ｔ３およびＴ４を制約し、関係式［Ｅ４・Ｔ４］／［Ｅ５・Ｔ５］＝Ｃ_４５、ここで、Ｃ_４５は所望の青色−こはく色／こはく色比を反映する定数である、を適切に使用して、部分期間Ｔ４およびＴ５を制約する。計算ブロック１１４は、制約Ｔ＝Ｔ１＋Ｔ２＋Ｔ３＋Ｔ４＋Ｔ５とともにこれらの４つの方程式を適切に連立させて解いて、部分期間Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４、Ｔ５についての最新の値を求める。ある実施形態では、計算ブロック１１４は、時間間隔Ｔにおける光源の循環に対して非同期方式でバックグラウンドで動作する。かかる非同期動作に適応させるために、判断ブロック１２０は、計算ブロック１１４をモニタし、最新のタイミング値または新たなタイミング値が計算ブロック１１４によって出力され、新たなタイミング値をロードする１２２まで、現在のタイミング値１０２をロードし続ける。

部分期間の間にＬＥＤを唯一の方法で割り当てることを時分割多重化が必ずしも必要としないことが、図６〜図８の例から認識されるであろう。図６〜図８の実施形態では、例えば、５９０ｎｍにおいて光を放つこはく色ＬＥＤは、第４の部分期間Ｔ４および第５の部分期間Ｔ５の両者の間では任意選択である。図６〜図８の実施形態は、色チャネルが異なる色相（例えば、浅い赤色対深い赤色）に対応でき、所与の色チャネルが異なる色における２つ以上の別個のピークの光を放つことができる（例えば、部分期間Ｔ４の間に、５９０ｎｍのところにピークを有するこはく色光および４５５ｎｍのところにピークを有する青色光の両者を放つことができる）ことを、やはり説明している。

好ましい実施形態を、図示し説明してきた。明らかに、上記の詳細な説明を読み理解すると、変更形態および修正形態が思い浮かぶであろう。かかる変更形態および修正形態が添付した特許請求の範囲またはその均等物の範囲内にある限りにおいては、本発明がすべてのかかる変更形態および修正形態を含むように解釈すべきであることを意図している。

１０ 光源
１２ 定電流電源
１４ Ｒ／Ｇ／Ｂスイッチ
１６ 色コントローラ
２０ フォトセンサ
２２ エネルギーメータ
３４ 測定した第１の色エネルギー
４４ 測定した第２の色エネルギー
５４ 測定した第３の色エネルギー
６２ 期間調節器
６０ 色設定値
６４ 部分時間間隔
７０ 電流コントローラ
７２ 設定明度
７４ 加算器
７６ 測定した全エネルギー
７８ 電流調節器
８０ 電流レベル
１１４ 計算ブロック
１２０ 判断ブロック
ＣＣ 定電流源
Ｓ１ 第１のＬＥＤストリング
Ｓ２ 第２のＬＥＤストリング
Ｓ３ 第３のＬＥＤストリング
Ｒ１ 入力
Ｒ２ 入力
Ｇ１ 入力
Ｂ１ 入力
Ｂ２ 入力

Claims (21)

1. 異なるチャネルに対応する異なるチャネル色の照明光を発生させるための前記異なるチャネルを有する光源と、
   選択された時間平均した色の照明光を発生させるために、時分割多重化を使用して前記チャネルに選択的に給電する電力供給装置と
   を備える、調節可能なカラー光源。
2. 前記電力供給装置が、
   実質的に一定なｒｍｓ駆動電流を発生する電源と、
   前記チャネルのうちの選択したチャネルへの前記実質的に一定なｒｍｓ駆動電流を時分割多重化する回路と
   を備える、請求項１記載の調節可能なカラー光源。
3. 前記回路が、前記調節可能なカラー光源の動作中の任意の所与の時に前記実質的に一定なｒｍｓ駆動電流で前記チャネルのうちの厳密に１つを駆動する、請求項２記載の調節可能なカラー光源。
4. 前記実質的に一定なｒｍｓ駆動電流の電流レベルを調節するために、前記電源と情報伝達するように構成された電流コントローラ
   をさらに備える、請求項２記載の調節可能なカラー光源。
5. 前記実質的に一定なｒｍｓ駆動電流が、実質的に一定な直流駆動電流である、請求項２記載の調節可能なカラー光源。
6. 前記光源のいずれの前記チャネル色を測定するために有効なスペクトル応答を有するフォトセンサと、
   前記時分割多重化に関連して前記フォトセンサによって測定した光強度に基づいて、前記選択的な給電中に前記異なるチャネルによって出力される光エネルギーの少なくとも比率を推定するように構成された光メータと
   をさらに備える、請求項１記載の調節可能なカラー光源。
7. 前記光源が、Ｎ個のチャネルにグループ分けされた固体ライティングデバイスを含み、前記チャネルに選択的に給電するときに、各チャネルの前記固体ライティングデバイスが、一緒に給電され、
   前記電力供給装置が、（ｉ）前記Ｎ個のチャネルのうちの選択した１つに給電するように構成されたスイッチング回路、および（ｉｉ）前記選択された時間平均した色の照明光を発生させるために、時間間隔Ｔの選択した時分割に従って前記時間間隔Ｔにわたって前記スイッチング回路を動作させる色コントローラを含み、前記時間間隔Ｔがフリッカ融合しきい値よりも短い、
   請求項１記載の調節可能なカラー光源。
8. 前記固体ライティングデバイスがＬＥＤを含む、請求項７記載の調節可能なカラー光源。
9. 重なる２つ以上の前記Ｎ個のチャネルのうちのいずれか１つに選択的に給電するときに、少なくとも１つの共有されたＬＥＤに給電するように、前記ＬＥＤが、前記重なる２つ以上の前記Ｎ個のチャネルの構成部材である前記少なくとも１つの共有されたＬＥＤを含む、請求項８記載の調節可能なカラー光源。
10. 前記Ｎ個のチャネルによって発生される前記チャネル色を包含する検出帯域幅を有する広帯域フォトセンサと、
    各時分割の間に前記広帯域フォトセンサから検出信号を受信し、前記受信した検出信号に少なくとも基づいて各時分割に対する測定した光エネルギーを算出する光メータと
    をさらに備え、
    前記色コントローラが、前記測定した光エネルギーおよび設定色に基づいて前記時間間隔Ｔの前記時分割を調節するように構成される、
    請求項７記載の調節可能なカラー光源。
11. 前記電力供給装置が、
    駆動電流を出力する電流と、
    前記選択された時間平均した色の照明光を発生させるために、時分割多重化を使用して前記調節可能なカラー光源の動作中の任意の所与の時に前記Ｎ個のチャネルのうちの正確に１つを駆動することによって前記Ｎ個のチャネルを動作させるように構成された時分割多重化コントローラ
    を備える、請求項１記載の調節可能なカラー光源。
12. 前記光源からの光を測定するように構成されたフォトセンサであって、前記光源の前記異なるチャネルに対応する前記異なるチャネル色のいずれをも測定することが可能である前記フォトセンサ
    をさらに備える、請求項１記載の調節可能なカラー光源。
13. 前記色コントローラが、設定色と比較して前記フォトセンサによって与えられるフィードバックに基づいて前記時分割を調節するように構成される、請求項１２記載の調節可能なカラー光源。
14. 駆動電流を発生するステップと、
    前記発生した駆動電流を使用して多チャネル光源の選択したチャネルに給電するステップと、
    前記給電するステップを、循環に起因する視覚的に認識可能なフリッカを実質的に抑制するのに十分なほど早く前記多チャネル光源のチャネルの間で循環させるステップと、
    選択された時間平均した色を発生させるために、前記循環させるステップの時分割を制御するステップと
    を含む、調節可能なカラー光発生方法。
15. 前記発生した駆動電流が、前記循環させるステップの時間スケールで実質的に一定なｒｍｓ電流値を有する、請求項１４記載の調節可能なカラー光発生方法。
16. 前記発生した駆動電流が、前記循環させるステップの時間スケールで実質的に一定な直流電流値を有する、請求項１５記載の調節可能なカラー光発生方法。
17. 前記発生するステップが、前記循環させるステップよりも実質的に長い時間スケールで前記実質的に一定なｒｍｓ電流値を調節するステップを含む、請求項１５記載の調節可能なカラー光発生方法。
18. 前記循環させるステップが、前記循環させるステップの任意の時点において前記多チャネル光源の前記チャネルのうちの正確に１つに給電する、請求項１４記載の調節可能なカラー光発生方法。
19. 異なるチャネル色の照明光を発生させるための複数の照明チャネルと、
    選択された時間平均した色の照明光を発生させるために、前記複数の照明チャネルの間で駆動電流を循環させる電力供給装置であって、前記循環の任意の時点において前記駆動電流によって正確に１つの照明チャネルを駆動させることで、前記循環させることが重ならない、電力供給装置と
    を備える、調節可能なカラー光源。
20. 前記駆動電流が、前記循環の時間スケールで実質的に一定である、請求項１９記載の調節可能なカラー光源。
21. 前記複数の照明チャネルのいずれのチャネルの電力を測定するように構成されたフォトセンサと、
    前記フォトセンサから受信され前記循環させることと関係付けられる信号に基づいて、前記循環させることを調節するように構成された色コントローラと
    をさらに備える、請求項１９記載の調節可能なカラー光源。