JP2006106762A - インテリジェント照明モジュールおよびそのようなインテリジェント照明モジュールの動作方法 - Google Patents

Abstract

【課題】照明またはディスプレイ・モジュール・システムで使用するインテリジェント照明モジュールを提供する。
【解決手段】照明モジュールはそれぞれ、個々のピクセル照明素子のアレイを含むディスプレイ・ボードおよびビデオ表示のためビデオ・ソースから入力されたシリアル・データ、デジタル照明効果のため照明コンソールから入力されたデジタル通信データを制御する制御ボードを備え、ディスプレイ・ボードは、駆動バッファおよび照明素子に接続したＰＷＭドライバのアレイを含み、制御ボードは、シリアル・データ入力と、通信データ入力と、ハードウェア構成データ、実行可能コード、および照明またはディスプレイ・システム内のモジュールの位置と向きおよびモジュールの視角などのインストール・パラメータを格納するインストール・コントローラを格納するメモリ、周囲環境データおよび実行時の表示データを格納するメモリ、ＦＰＧＡとを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、一様なハードウェアおよび電力要件を有し、シームレスなディスプレイに形成されることができる、汎用ビルディング・ブロック光源を使用可能にすることができる電子装置、特に、インテリジェント照明モジュールに関するものである。特に、本発明は、さまざまなアプリケーションまたは市場向けにパッケージングでき、標準ビデオを表示するか、または単一モジュールで標準デジタル照明技術を実現することができる、照明モジュール用の自己調整高輝度電子装置用の電子装置に関する。

白熱灯、蛍光灯、ハロゲン・ランプなどの高輝度光源は、大型広報ディスプレイ、屋外スタジアム・ディスプレイ、および劇場照明システムなどの多くの大規模アプリケーションで長い間使用されてきた。元々、多くの大規模照明アプリケーションの照明を制御するために、大きなマニュアル操作のスイッチおよび調光器がランプの近くに配置されていた。後から、ランプは、ランプの高電圧電力を制御するために低電圧直流（ＤＣ）を採用する電子調光器を使用することにより遠隔操作された。しかし、ごく最近、個別のライトのネットワークが中央コンピュータ制御コンソールにより制御されるデジタル制御照明システムが開発された。このような照明システムは、今日では、例えば、劇場照明システムで広く使用されている。１９８６年に、Ｕ．Ｓ．Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｔｈｅａｔｒｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ（ＵＳＩＴＴ）は、調光器とコンピュータ制御コンソールとの間の標準デジタル・インターフェイスとしてＤＭＸ５ｌ２プロトコルを開発した。 ＤＭＸ５１２プロトコルでは、それぞれのランプは、デジタル・アドレスを持ち、制御ケーブルでこのアドレスに送信されたデジタルコマンドに応答する。ランプは、複数のアドレスを持ちうる。例えば、色変化ライトは、ランプのモード（オン／オフ／サウンド機能作動）を設定するための第１のアドレス、色を選択するための第２のアドレス、およびランプの色が変化する速度を設定するための第３のアドレスを持つことができる。ＤＭＸ５１２プロトコルは、「ユニバース」と呼ばれる各照明グループについて最大５１２個までのアドレスを制御することができる。ＤＭＸ５１２プロトコルは、デジタル照明のプログラミングにおいて一様性を許容していたが、さまざまなランプを使用するカスタム・ハードウェア・セットアップが、照明システムが必要になる毎に作成されることが多い。たいてい、ランプには異なる電力要件が定められており、外部からの調節を必要とする場合もあれば、高電圧の非安定化電源を必要とする場合もある。そこで、必要なのは、一様なハードウェアおよび電力要件を有し、業界標準照明制御プロトコルとの互換性を持つ汎用ビルディング・ブロック光源を使用可能にすることができる電子装置である。したがって、さらに必要なのは、異なるアプリケーションまたは市場、例えば、建築上の照明、小売広告、または伝統的な劇場照明向けにパッケージングできる自己調整高輝度照明モジュールを使用可能にすることができる電子装置である。

別の開発分野では、大規模映画を表示するために投影システムが長い間使用されてきた。大規模ビデオ・ディスプレイの第１の商用アプリケーションは、テレビ・モニタの多数のアレイに制限されていた。比較的最近、発光ダイオード（ＬＥＤ）の製造に進歩があったため、発光ダイオードが大規模ビデオ・ディスプレイ向けの魅力的な光源となった。大規模ビデオ・ディスプレイは、現在、スポーツスタジアム、競馬場、競技場、コロシアム、およびコンサートホールに使用されている。したがって、市場は、特に一時的な会場で使用するために設置、保守、および解体が容易な、より明るい、より安価な、より大型のディスプレイを要求しており、これらは、旧来の技術では達成することが不可能な市場スペックである。さらに、多くの大規模アプリケーションでは、例えば、大型コンサートホールまたはスタジアムの音楽イベントでは、ビデオと照明効果の両方が望まれる。しかし、望む効果を出すために、大規模照明に比べて大規模ビデオには、異なる表示素子が一般に必要とされる。したがって、ビデオおよびデジタル制御照明の両方を発生することができる大規模システムが必要である。

ビデオとデジタル制御照明システムを組み合わせたシステムの実施例は、「Ｄｉｇｉｔａｌｌｙ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ ｉｌｌｕｍｉｎａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄｓ ａｎｄ ｓｙｓｔｅｍｓ」という表題の国際特許出願国際公開ＷＯ９９／３１５６０号を参照して説明されている。’５６０出願では、動的照明、精密照明、「スマート」電球、娯楽用照明システム、電力／データ・プロトコル、データ配信トラック、照明構成要素、およびセンサ／フィードバック・アプリケーションを含む、プロセッサ制御ＬＥＤ照明システムを詳述している。本発明の一実施形態では、照明制御信号は、任意の従来の電子伝送信号、例えば、音楽、コンパクト・ディスク、テレビ、ビデオテープ、テレビ・ゲーム、コンピュータ・ネットワーク、放送、ケーブル、ブロードバンド、またはその他の通信信号に埋め込むことができる。したがって、例えば、照明制御信号を、娯楽信号、例えば、テレビジョン信号内に埋め込み、テレビジョン信号が処理されるときに、テレビジョン信号の帯域幅の一部で照明を制御するようにできる。例えば、この実施形態では、ルーム・ランプの色および光度とともに他の照明効果をテレビジョン信号を通じて直接制御することができる。したがって、テレビジョン信号を送ることで、プレゼンテーションのある時点において暗くする、別の時点において異なる色にストロボ発光する、別の時点において閃光を発するといった効果をルーム・ランプに指令することができる。

しかし、本発明では、入ってきた複合信号を独立した娯楽信号と照明制御信号に分割するためにデコーダを必要とする。その後、照明の目的にしか使用されない照明ブロックおよびビデオを表示するためにしか使用できない娯楽デバイスがそれらの信号を処理する。したがって、本発明は、ビデオ・ディスプレイまたは照明に別々のモジュールを使用する必要があるという点で限定されている。そこで、必要なのは、標準ビデオおよび汎用照明モジュール用の標準デジタル照明技術の両方を備えることができる電子装置である。
「Ｄｉｇｉｔａｌｌｙ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ ｉｌｌｕｍｉｎａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄｓ ａｎｄ ｓｙｓｔｅｍｓ」という表題の国際特許出願国際公開ＷＯ９９／３１５６０号

本発明の目的は、業界標準照明制御プロトコルとの互換性を持つ、一様なハードウェアおよび電力要件を有する汎用ビルディング・ブロック光源を使用可能にすることができる電子装置を提供することである。

本発明の他の目的は、異なるアプリケーションまたは市場、例えば、建築上の照明、小売広告、または伝統的な劇場照明向けにパッケージングできる自己調整高輝度照明モジュールを使用可能にすることができる電子装置を提供することである。

本発明のさらに他の目的は、標準ビデオおよび汎用照明モジュール用の標準デジタル照明技術の両方を備えることができる電子装置を提供することである。

この目的のために、本発明は、第１に、照明モジュールのアレイからなる照明またはディスプレイ・モジュール・システムで使用するためのインテリジェント照明モジュールに関し、前記照明モジュールはそれぞれ、個々のピクセル照明素子のアレイを含むディスプレイ・ボードおよびビデオを表示するためビデオ・ソースから入力されたシリアル・データを制御するとともに、デジタル照明効果を生み出すために照明コンソールから入力されたデジタル通信データを制御することができる制御ボードを備え、ディスプレイ・ボードは、駆動バッファおよび照明素子に接続されているパルス幅変調（ＰＷＭ）ドライバのアレイを含み、制御ボードは、
−シリアル・データ入力、
−通信データ入力、
−ハードウェア構成データなどのデータ、実行可能コード、および照明またはディスプレイ・システム内のモジュールの位置と向きおよびモジュール視角などのインテリジェント照明モジュールのインストール・パラメータを格納するインストール・コントローラを格納するメモリ、好ましくは読み取り専用メモリ、
−周囲環境データおよび実行時の表示データを格納するメモリ、好ましくはランダム・アクセス・メモリ、
−フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ（ＦＰＧＡ）を備える。

本発明によるこのようなインテリジェント照明モジュールを使用すると、ビデオおよびデジタル制御照明の両方を発生することができる大規模照明またはディスプレイ・システムを構築することができる。

好ましい実施形態では、プログラマブル・ゲート・アレイ（ＦＰＧＡ）は、
−照明データおよび照明アドレスの形でパラレル・ピクセル・データを出力するため入ってきたシリアル・データを「デシリアライズ」するコンバータ、
−照明データをディスプレイ・ボードの正しい照明素子にマッピングする相互参照インデックスを与えるライト・ルックアップ・テーブル(a write look-up table)およびリード・ルックアップ・テーブル(a read look-up table)、
−ディスプレイ・バッファ
−ライト・ルックアップ・テーブルを使用し、それによって元の照明アドレス順序を順次ピクセル・アドレス順序に変換することにより順次ピクセル・アドレスの順序で照明をメモリに書き込み、照明素子を点灯するために、リード・ルックアップ・テーブルにより修正されたアドレスを使用し、それによって格納されている照明データを順次ピクセル・アドレス順序からディスプレイ駆動順序に変換し、ディスプレイ・バッファを介して前記照明データをディスプレイ・ボードの駆動バッファ上にラッチして、ディスプレイ・ボードのパルス幅変調ドライバをアクティブ化しその表示レートでイメージを出力することによりランダム・アクセス・メモリから照明データを読み取る中央演算処理装置（ＣＰＵ）とを備える。

インテリジェント照明モジュールは、上述の機能を備える照明モジュールが、一様なハードウェアおよび電力要件を持ち、シームレスなディスプレイに形成されることができる汎用ビルディング・ブロック光源を構成するように、電力調整機能を備える。

第２に、本発明は、インテリジェント照明モジュールの動作方法に関し、
−フィールド・プログラマブル・アレイを初期化して、それにより、電源投入時に、構成データがメモリ内の構成データ・セクタからフェッチされ、その後、フィールド・プログラマブル・アレイが、自動的にコンバータ、制御ロジック、分割ＰＷＭロジック、中央演算処理装置、およびセンサ・ロジックをインスタンス化し、その後、中央演算処理装置が実行可能コードを格納するメモリ内のブート・ブロック・セクタからブートして動作を開始するステップと、
−ルックアップ・テーブルを受信し、その際にインテリジェント照明モジュールがディスプレイ構成データを受信するか、または制御ボードに格納されているライト・ルックアップ・テーブルおよびリード・ルックアップ・テーブルの内容を形成するデータをメモリから読み込むステップと、
−インテリジェント照明モジュールがシリアル・データ入力でピクセル・イメージ・データおよび何らかの制御データを、通信データ入力でディスプレイ制御データを受け取り、中央演算処理装置がメモリ内のインストール・コントローラによりピクセル・イメージ・データを修正するという形でシリアルおよび通信データを受信し、ライト・ルックアップ・テーブルからのディスプレイ駆動順序を使用して、修正されたピクセル・イメージ・データをメモリに格納するステップと、
−表示を終了するかどうかを決定し、それによって、中央演算処理装置は通信データ入力１１４を介して表示を終了するコマンドを受信したかどうかを判別し、受信していれば表示を終了し、受信していなければ照明素子を点灯し、またそれによって、中央演算処理装置は、リード・ルックアップ・テーブルにより修正されたアドレスを使用して照明データをメモリから読み込み、データを変更しＹビット照明データをディスプレイ・バッファ１２８に供給する分割ＰＷＭロジックに照明データを書き込み、またそれによって、このデータは、パルス幅変調ドライバ１３４をアクティブ化する駆動バッファ１３２上にラッチされ、それによって照明素子１３６のそれぞれのピクセルを点灯し、その後シリアルおよび通信データを受信するステップに戻るステップとを含む。

本発明の特長を分かりやすく説明するために、いかなる形でも限定することなく、付属の図面を参照しつつ、本発明によるインテリジェント照明モジュールおよびそのようなインテリジェント照明モジュールの動作方法の以下の好ましい実施形態を実施例としてのみ説明する。

本発明は、一様なハードウェアおよび電力要件を有し、シームレスなディスプレイに形成されることができる、汎用ビルディング・ブロック光源を使用可能にすることができる電子装置、特に、インテリジェント照明モジュールに関するものである。特に、本発明は、さまざまなアプリケーションまたは市場向けにパッケージングでき、標準ビデオを表示するか、または単一モジュールで標準デジタル照明技術を実現することができる、照明モジュール用の自己調整高輝度電子装置に関する。

図１は、本発明によるインテリジェント照明モジュール１００の機能ブロック図を例示している。インテリジェント照明モジュール１００は、電源１１０の入力、シリアル・データ１１２の入力、通信データ（ｃｏｍｍデータ）１１４の入力、制御ボード１２０、およびディスプレイ・ボード１３０を備える。制御ボード１２０は、さらに、電力調整機能１２２、メモリ１２４、フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ（ＦＰＧＡ）１２６、およびディスプレイ・バッファ１２８を備える。ディスプレイ・ボード１３０は、さらに、駆動バッファ１３２、パルス幅変調（ＰＷＭ）ドライバ１３４のアレイ、照明素子１３６のアレイ、およびセンサ１３８を備える。

電源入力１１０は、本発明の実施例では＋４８ＶＤＣのインテリジェント照明モジュール１００用の標準の非安定化電源または安定化電源である。しかし、電源１１０の他の実装も可能であり、ＡＣ、例えば、１１０Ｖ ＡＣまたは２２０Ｖ ＡＣを含む。シリアル・データ１１２は、ディスプレイ・イメージ・データ、例えば、ピクセル位置アドレス、およびピクセル色の赤色、緑色、および青色（ＲＧＢ）成分に対する値を含むが、ただし、シリアル・データ１１２に対しては多数の他の色定義および標準も可能である。シリアル・データ１１２は、ディスプレイのリフレッシュ・レートに従って更新されるが、これは、当業者にはよく知られている。シリアル・データ１１２は、さらに、いくつかのコマンド、例えば、同じ出願人を名義とする、「Ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ ａｎｄ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｐｒｏｖｉｄｉｎｇ ａ ｃｏｍｍｏｎ ｐｒｏｔｏｃｏｌ ｆｏｒ ｌｉｇｈｔｉｎｇ ａｎｄ ｖｉｄｅｏ ｄｅｖｉｃｅｓ」という表題の仮出願に関して説明されているようないくつかのＢａｒｃｏコマンドを含むことができる。ｃｏｍｍデータ１１４は、当業者によく知られているように、スイッチング、減光、およびフェーディングなどのデジタル照明効果を制御するデジタル・シリアル入力、例えば、ＤＭＸ５１２プロトコル・データである。カスタム照明プロトコルを含む、他の通信プロトコルも可能である。カスタム照明プロトコルの詳細については、「Ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ ａｎｄ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｐｒｏｖｉｄｉｎｇ ａ ｃｏｍｍｏｎ ｐｒｏｔｏｃｏｌ ｆｏｒ ｌｉｇｈｔｉｎｇ ａｎｄ ｖｉｄｅｏ ｄｅｖｉｃｅｓ」という表題の同じ出願人の他の仮出願を参照されたい。

制御ボード１２０は、インテリジェント照明モジュール１００用のすべての電力調整、処理機能、デジタル・メモリ、および電子バッファリング機能を備える。調整機能１２２は、インテリジェント照明モジュール１００のすべての電子デバイスの内部電源を発生するために必要なすべての電力変換および調整機能を備える。制御ボード１２０内のメモリ１２４は、「プログラム可能読み取り専用メモリ」（ＰＲＯＭ）および「ランダム・アクセス・メモリ」（ＲＡＭ）などの標準電子構成要素を含む。メモリ１２４の内容は、ハードウェア構成コード、実行可能コード、ルックアップ・テーブル、表示データ、周囲環境データ、およびインストール・コントローラなどのデータを含む。インストール・コントローラは、大規模ディスプレイ内のモジュールの高さ、モジュールの向き、およびモジュールの視角などのインテリジェント照明モジュール１００の動作に影響を与えるインテリジェント照明モジュール１００の固有のインストール・パラメータに対するデータを含む。ＦＰＧＡ １２６は、インテリジェント照明モジュール１００の正しい動作に必要なすべてのデジタル処理機能を備える標準電子構成要素である。ＦＰＧＡ １２６の好適なデバイスとしては、例えば、Ａｌｔｅｒａ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ社製のＣｙｃｌｏｎｅ １Ｃ３またはＸｉｌｉｎｘ Ｉｎｃ．社製のＸＣ３５５０がある。ディスプレイ・バッファ１２８は、トライステート・ラッチ、トライステート・ライン・ドライバなどの一般電子構成要素、およびキャパシタ（図に示されていない）などの電子フィルタリング構成要素を含む。

ディスプレイ・ボード１３０は、ディスプレイ照明およびその動作に必要なサポート機能を備える。駆動バッファ１３２は、制御ボード１２０からパラレル・データを入力し、照明データを復号化し、ラッチする。パルス幅変調（ＰＵＬＳＥ−ＷＩＤＴＨ ＭＯＤＵＬＡＴＩＯＮ）ドライバ１３４は、照明素子１３６を点灯するのに必要な標準ディスプレイ・ドライバを含み、これらは例えば、発光デバイス（ＬＥＤ）ディスプレイに通常使用される定電流ドライバ、または液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）に使用される、定電圧ドライバである。照明素子１３６は、ディスプレイを形成する個別ピクセル素子のアレイ（図に示されていない）、例えば、無機または有機発光ダイオード（ＬＥＤまたはＯＬＥＤ）もしくはＬＣＤのアレイを含む。センサ１３８は、制御ボード１２０によりディスプレイ光度処理のための周囲光状態を監視する。

動作時に、インテリジェント照明モジュール１００は、シリアル・データ１１２に対するピクセル・イメージ・データおよび制御データ、ｃｏｍｍデータ１１４に対するディスプレイ制御データ、および電源１１０に対するディスプレイ電源を受け取る。電源１１０およびｃｏｍｍデータ１１４は、例えば、コントローラ（図に示されていない）から発せられうる。さらにこの実施例では、シリアル・データ１１２は、このコントローラまたは他のインテリジェント照明モジュール１００を発信元とすることができる。ＦＰＧＡ １２６は、シリアル・データ１１２を入力して、それを「デシリアライズ」し、パラレル・ピクセル・データを出力する。シリアル・データ１１２は、順次ピクセル・アドレスの順序で送信できず、したがって、ＦＰＧＡ １２６は、パラレル・ピクセル・データの順序を変更し、順次ピクセル・アドレスの順序でメモリ１２４に格納する。さらに、メモリ１２４内の順次アドレス位置の順序は、照明素子１３６の順次ピクセル位置に対応する順序にすることはできない。したがって、イメージを表示するために、ＦＰＧＡ １２６は、起動時にＦＰＧＡ内のマイクロプロセッサによりアップロードされたルックアップ・テーブルからディスプレイ駆動順序を決定する。次に、ＦＰＧＡ １２６は、隣接ピクセル位置に対応するパラレル・ピクセル・データを駆動バッファ１３２上にラッチする。その後、パルス幅変調ドライバ１３４は、照明素子１３６の対応するピクセルを点灯し、ディスプレイ更新レートで単一イメージを出力する。

図２は、本発明による制御ボード１２０を例示する機能ブロック図である。図１は、制御ボード１２０の説明全体を通して参照される。

制御ボード１２０内のメモリ１２４は、さらにプログラム可能読み取り専用メモリ（ＰＲＯＭ）２１０およびランダム・アクセス・メモリ（ＲＡＭ）２１２を含む。制御ボード１２０内のＦＰＧＡ １２６は、さらに、コンバータ２１４、制御ロジック２１６、分割ＰＷＭロジック２１８、ライト・ルックアップ・テーブル２２０、リード・ルックアップ・テーブル２２２、中央演算処理装置（ＣＰＵ）２２４、およびセンサ・ロジック２２６を備える。

ＰＲＯＭ ２１０は、制御ボード１２０用のハードウェア構成データなどのデータ、ＣＰＵ ２２４の実行可能コード、およびインストール・コントローラを格納する。インストール・コントローラは、大規模ディスプレイ内のモジュールの高さ、モジュールの向き、およびモジュールの視角などのインテリジェント照明モジュール１００の動作に影響を与えるインテリジェント照明モジュール１００の固有のインストール・パラメータに対するデータを含む。ＲＡＭ ２１２は、ルックアップ・テーブル、周囲環境データ、および実行時の表示データを格納する。周囲の温度、照明、および湿度を含む周囲環境データは、外部の周囲環境コントローラ（Ａｍｂｉｅｎｔ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）（図に示されていない）から、通信データ１１４を介して利用可能である。コンバータ２１４は、シリアル・データ１１２の受信データ用のシリアル−パラレル・コンバータを含む。制御ロジック２１６は、必要な制御機能、例えば、タイミング、イネーブリング、グルー・ロジック、順次および組み合わせロジックを含み、ＦＰＧＡ １２６の動作を調整する。分割ＰＷＭロジック２１８は、ディスプレイの１６ビット解像度を損なわずに１６ビット照明データを１２ビットパルス幅変調ドライバ１３４に書き込めるようにする。ライト・ルックアップ・テーブル２２０およびリード・ルックアップ・テーブル２２２は、照明データをディスプレイ・ボード１３０の正しい照明素子１３６にマッピングする相互参照インデックスを与える、ＣＰＵ ２２４は、例えば、８０Ｃ５１などの３２ビット・マイクロプロセッサ・コアであり、電源投入時にＦＰＧＡ １２６上でインスタンス化される。センサ・ロジック２２６は、ディスプレイ・ボード１３０上で発信するセンサ・データを処理する。

動作時に、コンバータ２１４は、シリアル・データ１１２の受信データを「デシリアライズ」し、パラレル１６ビット照明データおよび７ビット照明アドレスをＣＰＵ ２２４に供給する。ＣＰＵ ２２４は、ＰＲＯＭ ２１０内のインストール・コントローラによるピクセル・イメージ・データおよびＲＡＭ ２１２内の周囲データを修正する。その後、ＣＰＵ ２２４は、ライト・ルックアップ・テーブル２２０を使用することにより順次ピクセル・アドレスの順序で照明データをＲＡＭ ２１２に書き込み、それによって、元の照明アドレス順序を順次ピクセル・アドレス順序に変換する。照明素子１３６を点灯するために、ＣＰＵ ２２４は、リード・ルックアップ・テーブル２２２により修正されたアドレスを使用することによりＲＡＭ ２１２から照明データを読み込み、それによって、格納されている照明データを順次ピクセル・アドレス順序からディスプレイ駆動順序に変換する。その後、ＣＰＵ ２２４は、照明データを分割ＰＷＭロジック２１８に書き込む。分割ＰＷＭロジック２１８では、ディスプレイ更新レートの１６倍に相当するディスプレイ書き込みサイクル・レートで照明データの最上位１２ビット（ＭＳＢ）を書き込むことにより１６ビット照明データを、例えば、１２ビットパルス幅変調ドライバ１３４に書き込むことができる。照明データの最下位４ビット（ＬＳＢ）の値に等しい回数だけ、それらの１６ビット・ディスプレイ書き込みサイクルのそれぞれに単一ビットが追加される。したがって、例えば、照明データの４個のＬＳＢが８のデジタル値を示している場合、１６個の書き込みサイクルのうち８つは単一ビット分だけ増やされる。ディスプレイ・バッファ１２８は、その結果の１２ビット照明データのそれぞれを受信し、その後、１２ビット照明データは駆動バッファ１３２上にラッチされる。パルス幅変調ドライバ１３４は、駆動バッファ１３２からラッチ・データを受信し、例えば、パルス幅変調ドライバ１３４内の内部電流ドライバ（ＣＣＤ）（図に示されていない）をアクティブ化する。他の実施形態では、パルス幅変調ドライバ１３４内の定電圧ドライバを利用して、つまり、液晶ディスプレイをアクティブ化することができる。本発明の実施形態では、ＣＣＤは、１２ビット照明データの数値に比例するディスプレイ書き込みサイクル全体の期間に、アクティブ化される。したがって、例えば、１２ビット照明データが４，０９６の１２ビット・フルスケールの値のうちの２，０４８のデジタル値を示している場合、ＣＣＤは、書き込みサイクルの１／２の間にアクティブ化され、対応する色ピクセルは、そのフルスケールの光度の１／２で点灯される。パルス幅変調ドライバ１３４のそれぞれのＣＣＤは、それよって、照明素子１３６の各ピクセルの単色成分、例えば、赤色、緑色、または青色を点灯する。別に、センサ・ロジック２２６は、ディスプレイ・ボード１３０上のリモート・センサから信号を受信し、ＣＰＵ ２２４による処理が行われる。

照明データは、必ずしも１６ビット・データでなければならないわけではないが、より一般的には、Ｘビット構成のデータであってよく、パルス幅変調は、必ずしも１２ビット・ドライバでなければならないわけではないが、ＹがＸよりも小さな数とするＹビット構造のドライバであってよいことは明らかである。当業者であれば、照明モジュールの動作の上記の説明をビットＸおよびＹの個数を一般化したアプリケーションに容易に当てはめることができる。

図３Ａおよび３Ｂは、インテリジェント照明モジュール・アセンブリ３００の、それぞれ、正面斜視図および後面斜視図である。インテリジェント照明モジュール・アセンブリ３００は、自律的ディスプレイとして使用するのに好適であるか、またはそれとは別に、一組のインテリジェント照明モジュール・アセンブリ３００内で動作し、さらに大型のディスプレイ（図に示されていない）を形成することもできる。インテリジェント照明モジュール・アセンブリ３００は、例えば、放射照明素子３１０の８×１１平面マトリクス・アセンブリである。大規模ディスプレイ（図に示されていない）は、複数のインテリジェント照明モジュール・アセンブリ３００で形成され、例えば、壁面全体を覆うディスプレイをなす。

図４は、本発明によるインテリジェント照明モジュール・アセンブリ３００の後面分解図である。インテリジェント照明モジュール・アセンブリ３００は、正面光学系４１０、正面光学系４１０を装着するための機械インターフェイスを含むディスプレイ・ボード・アセンブリ４１４、制御ボード・アセンブリ４１６、筐体４１８、ヒート・シンク４２４、クーリング・ファン４２０、固定インターフェイス４２８、ファン・カバー４２２、およびボルト４１２を備える。ケーブル・コネクタ４２６は、ケーブル（図４には示されていない）の一部であり、制御ボード・アセンブリ４１６上のコネクタに接続される。

正面光学系４１０は、インテリジェント照明モジュール・アセンブリ３００の保護レンズ・カバーである。正面光学系４１０は、例えば、放射照明素子３１０の８×１１平面マトリクス・アセンブリを収納するが、しかし、正面光学系４１０は、本発明の実施例に限定されず、さまざまなアプリケーションに対して、さまざまな幾何学的形状に対応し、さまざまな数の放射照明素子３１０を収めることができる。さらに、正面光学系４１０のレンズ設計により、放射照明素子３１０の光学的品質が決まり、例えば、小さな放射円錐を持つ正面光学系４１０は充填比が大きく、より高品質のビデオ・ディスプレイが得られる。さらに、照明光学系４１０は、通常の磨耗または損傷があるためディスプレイを保守したり、またはインテリジェント照明モジュール・アセンブリ３００をアップグレードして、ディスプレイのスタイルまたは性能を変更するため、インテリジェント照明モジュール・アセンブリ３００の耐用年数の間に交換することができる。インテリジェント照明モジュール・アセンブリ３００の光学設計の詳細については、「Ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ ａｎｄ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｏｐｔｉｃａｌｌｙ ｅｎｈａｎｃｉｎｇ ｖｉｄｅｏ ａｎｄ ｌｉｇｈｔ ｅｌｅｍｅｎｔｓ」という表題の仮出願の説明が参照される。ディスプレイ・ボード・アセンブリ４１４は、ディスプレイ・ボード・アセンブリ４１４および筐体４１８を正面光学系４１０に取り付ける構造フレームを含む機械インターフェイスで予見される。ディスプレイ・ボード・アセンブリ４１４は、図１を参照してディスプレイ・ボード１３０の説明で説明されているように、放射照明素子３１０および電子ディスプレイ・ドライバを含む。ディスプレイ・ボード・アセンブリ４１４は、さらに、制御ボード・アセンブリ４１６用の取り付け構造を備える。制御ボード・アセンブリ４１６は、図１を参照して制御ボード１２０の説明で説明されているように、制御データ、つまり、ＤＭＸ５１２およびシリアル表示データ、つまり、ＲＧＢデータを含む標準データ・ソースからディスプレイを操作するために必要なすべてのインテリジェント機能を含む。制御ボード・アセンブリ４１６は、ディスプレイに電力を供給する電力調整機能を備える。したがって、インテリジェント照明モジュール・アセンブリ３００は、一様なハードウェアおよび電力要件を処理し、シームレスなディスプレイに形成されることが可能な汎用ビルディング・ブロック光源として機能する。さらに、インテリジェント照明モジュール・アセンブリ３００は、標準ビデオおよび標準デジタル照明技術を単一モジュールに集約した照明素子である。筐体４１８は、インテリジェント照明モジュール・アセンブリ３００および取り付け構造（図に示されていない）との物理インターフェイスの後部エンクロージャである。ファン・カバー４２２は、クーリング・ファン４２０を筐体４１８の後部の適所に留める。固定インターフェイス４２８は、ボルト４１２を使用して、ファン・カバーを筐体４１８に取り付けられるようにするために必要な機械インターフェイスである。筐体４１８は、異なるパッケージング幾何形状に対応するように修正することができ、したがって、筐体４１８は、異なるアプリケーションまたは市場向けにパッケージングできる。ヒート・シンク４２４は、制御ボード・アセンブリ４１６およびディスプレイ・ボード・アセンブリ４１４の熱冷却用の設計に組み込まれている。

動作時に、制御ボード・アセンブリ４１６は、ケーブル・コネクタ４２６に接続するケーブル（図に示されていない）を使用して、シリアル表示データ、ディスプレイ制御データ、および電力をソース、例えば、ディスプレイ・コントローラ（図に示されていない）から受信し、それらの入力を処理して、ディスプレイまたはディスプレイ全体の一部を形成するインテリジェント照明モジュール・アセンブリ３００の点灯をアクティブ化し、変調する。大規模ディスプレイは、インテリジェント照明モジュール・アセンブリ３００のアレイ、例えば、大規模ウォール・ディスプレイ（図に示されていない）から構成される。大規模ディスプレイの詳細については、「Ｉｍｐｒｏｖｅｄ ｄｉｓｐｌａｙ ａｎｄ ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ ｓｕｐｐｏｒｔ，ｅｍｉｓｓｉｖｅ ｌｉｇｈｔｉｎｇ ｄｉｓｐｌａｙ ｍｏｄｕｌｅｓ ａｎｄ ｐａｃｋａｇｉｎｇ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐａｃｋａｇｉｎｇ ａｎｄ ｓｕｐｐｏｒｔ ｆｒａｍｅｗｏｒｋｓ ｆｏｒ ｌｉｇｈｔｉｎｇ ｍｏｄｕｌｅｓ ｆｏｒ ｓｕｃｈ ｄｉｓｐｌａｙ ｍｏｄｕｌｅｓ」という表題の仮出願に付属する説明を参照されたい。

図５は、本発明によるインテリジェント照明モジュール・アセンブリ３００の動作方法５００を示す流れ図である。方法５００は、制御ボード１２０の初期化および自動構成を含む。図１から４は、方法５００のステップ全体を通して参照される。方法５００は、以下のステップを含む。

ステップ５１０：ＦＰＧＡを初期化する

このステップで、制御ボード１２０内のＦＰＧＡ １２６は初期化され、通常動作の準備が行われる。電源が投入されると、ＦＰＧＡ １２６は、メモリ１２４内のＰＲＯＭ ２１０の構成データ・セクタから構成データをフェッチする。次に、ＦＰＧＡは、コンバータ２１４、制御ロジック２１６、分割ＰＷＭロジック２１８、ＣＰＵ ２２４、およびセンサ・ロジック２２６を自動的にインスタンス化し、その後、ＣＰＵ ２２４はＰＲＯＭ ２１０のブート・ブロック・セクタからブートし、動作を開始する。方法５００は、ステップ５１２に進む。

ステップ５１２：ルックアップ・テーブルを受信する

このステップで、インテリジェント照明モジュール１００は、ライト・ルックアップ・テーブル２２０およびリード・ルックアップ・テーブル２２２の内容を形成するディスプレイ構成データを受信する。ルックアップ・テーブルは、制御ボード内に格納されている。他の実装では、既定のディスプレイ構成データは、ＰＲＯＭ ２１０から読み込まれる。その後、ＣＰＵ ２２４は、ディスプレイ構成データをライト・ルックアップ・テーブル２２０およびリード・ルックアップ・テーブル２２２に書き込む。方法５００は、ステップ５１４に進む。

ステップ５１４：シリアル・データおよび通信データを受信する

このステップで、インテリジェント照明モジュール１００は、シリアル・データ１１２に対するピクセル・イメージ・データおよび何らかの制御データ、通信データ１１４に対するディスプレイ制御データを受信する。ＣＰＵ ２２４は、ＰＲＯＭ ２１０内のインストール・コントローラによるピクセル・イメージ・データを修正する。ＣＰＵ ２２４は、ライト・ルックアップ・テーブル２２０からのディスプレイ駆動順序を使用して、修正されたピクセル・イメージ・データをＲＡＭ ２１２内に格納する。方法５００は、ステップ５１６に進む。

ステップ５１６：表示を終了するか？

この決定ステップで、ＣＰＵ ２２４は、表示を終了するコマンド、例えば、ｏｆｆコマンド、ｒｅｓｅｔコマンド、またはｐｏｗｅｒ−ｄｏｗｎコマンドがｃｏｍｍデータ１１４を介して受信されたかどうかを判別する。受信された場合、方法５００は終了する。受信されない場合、方法５００は、ステップ５１８に進む。

ステップ５１８：ディスプレイを点灯する

このステップで、照明素子１３６は点灯する。ＣＰＵ ２２４は、リード・ルックアップ・テーブル２２２により修正されたアドレスを使用することによりＲＡＭ ２１２から照明データを読み込み、その照明データを分割ＰＷＭロジック ２１８に書き込む。分割ＰＷＭロジック２１８は、データを変更し、１２ビット照明データをディスプレイ・バッファ１２８に供給する。ＣＰＵ ２２４の制御の下で、このデータは駆動バッファ１３２上にラッチされる。パルス幅変調ドライバ１３４は、駆動バッファ１３２からラッチ・データを受信し、パルス幅変調ドライバ１３４をアクティブ化する。アクティブ化されたパルス幅変調ドライバ１３４は、それによって、照明素子１３６の各ピクセルを点灯する。方法５００は、ステップ５１４に戻る。

本発明は、いかなる形でも、上で説明され、図面に表されている方法および実施形態に限定されないが、本発明によるそのようなインテリジェント照明素子および動作方法は、本発明の範囲から逸脱することなく、さまざまな形状および寸法で実現することができる。

本発明によるインテリジェント照明モジュールの機能ブロック図を例示する図である。 本発明による制御ボードの機能ブロック図を例示する図である。 本発明によるインテリジェント照明モジュール・アセンブリを示す正面斜視図である。 本発明によるインテリジェント照明モジュール・アセンブリを示す後面斜視図である。 本発明によるインテリジェント照明モジュール・アセンブリを示す後面分解図である。 本発明によるインテリジェント照明モジュール・アセンブリの動作方法を示す流れ図である。

符号の説明

１００ インテリジェント照明モジュール
１１０ 電源
１１２ シリアル・データ
１１４ 通信データ入力
１２０ 制御ボード
１２２ 電力調整機能
１２４ メモリ
１２６ フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ（ＦＰＧＡ）
１２８ ディスプレイ・バッファ
１３０ ディスプレイ・ボード
１３２ 駆動バッファ
１３４ パルス幅変調（ＰＷＭ）ドライバ
１３６ 照明素子
１３８ センサ
２１０ プログラム可能読み取り専用メモリ（ＰＲＯＭ）
２１２ ランダム・アクセス・メモリ（ＲＡＭ）
２１４ コンバータ
２１６ 制御ロジック
２１８ 分割ＰＷＭロジック
２２０ ライト・ルックアップ・テーブル
２２２ リード・ルックアップ・テーブル
２２４ 中央演算処理装置（ＣＰＵ）
２２６ センサ・ロジック
３００ インテリジェント照明モジュール・アセンブリ
３１０ 放射照明素子
４１０ 正面光学系
４１２ ボルト
４１４ 機械インターフェイスを含むディスプレイ・ボード・アセンブリ
４１６ 制御ボード・アセンブリ
４１８ 筐体
４２０ クーリング・ファン
４２２ ファン・カバー
４２４ ヒート・シンク
４２６ ケーブル・コネクタ
４２８ 固定インターフェイス
５００ 本発明によるインテリジェント照明モジュール・アセンブリの動作方法
５１０ ＦＰＧＡを初期化する
５１２ ルックアップ・テーブルを受信する
５１４ シリアル・データおよび通信データを受信する
５１６ 表示を終了するか？
５１８ ディスプレイを点灯する

Claims (11)

1. 照明モジュールのアレイからなる照明またはディスプレイ・モジュール・システムで使用するためのインテリジェント照明モジュールであって、前記照明モジュールはそれぞれ、個々のピクセル照明素子のアレイを含むディスプレイ・ボードおよびビデオを表示するためビデオ・ソースから入力されたシリアル・データを制御するとともに、デジタル照明効果を生み出すために照明コンソールから入力されたデジタル通信データを制御することができる制御ボードを備え、前記ディスプレイ・ボードは、駆動バッファおよび前記照明素子に接続されているパルス幅変調（ＰＷＭ）ドライバのアレイを含み、前記制御ボードは、
   −シリアル・データ入力と、
   −通信データ入力と、
   −ハードウェア構成データなどのデータ、実行可能コード、および前記照明またはディスプレイ・システム内の前記モジュールの位置と向きおよび前記モジュールの視角などの前記インテリジェント照明モジュールのインストール・パラメータを格納するインストール・コントローラを格納するメモリ、好ましくは読み取り専用メモリと、
   −周囲環境データおよび実行時の表示データを格納するメモリ、好ましくはランダム・アクセス・メモリと、
   −フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ（ＦＰＧＡ）とを備えるインテリジェント照明モジュール。
2. 前記フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ（ＦＰＧＡ）は、
   −照明データおよび照明アドレスの形でパラレル・ピクセル・データを出力するため受信シリアル・データを「デシリアライズ」するコンバータと、
   −前記照明データを前記ディスプレイ・ボードの前記正しい照明素子にマッピングする相互参照インデックスを与えるライト・ルックアップ・テーブルおよびリード・ルックアップ・テーブルと、
   −ディスプレイ・バッファと、
   −前記ライト・ルックアップ・テーブルを使用し、それによって元の照明アドレス順序を順次ピクセル・アドレス順序に変換することにより順次ピクセル・アドレスの順序で照明をメモリに書き込み、前記照明素子を点灯するために、前記リード・ルックアップ・テーブルにより修正されたアドレスを使用し、それによって前記格納されている照明データを順次ピクセル・アドレス順序からディスプレイ駆動順序に変換し、前記ディスプレイ・バッファを介して前記照明データを前記ディスプレイ・ボードの前記駆動バッファ上にラッチして、前記ディスプレイ・ボードの前記パルス幅変調ドライバをアクティブ化し、その表示レートでイメージを出力することにより前記ランダム・アクセス・メモリから前記照明データを読み取る中央演算処理装置（ＣＰＵ）と、
   を備える請求項１に記載のインテリジェント照明モジュール。
3. 前記照明データは、Ｘ個のビットを含むＸビット・データであり、前記パルス幅変調ドライバは、Ｙビット・データのデータ入力を必要とするＹビット・ドライバであり、また前記照明データは、前記プログラマブル・ゲート・アレイ（ＦＰＧＡ）に格納された分割ＰＷＭロジックを通じて前記駆動バッファ上にラッチされ、前記分割ＰＷＭロジックにより、上位ビット照明データの上位ビット分解能を失うことなく前記上位ビット照明データを前記ディスプレイ・ボードの下位ビット・パルス幅変調ドライバに書き込むことができる請求項２に記載のインテリジェント照明モジュール。
4. 前記分割ＰＷＭロジックは、Ｘビット照明データの最上位Ｙビットをディスプレイ更新レートのＸ倍に相当するディスプレイ書き込みサイクル・レートで書き込むようなロジックであり、それによって、単一ビットは、前記Ｘビット照明データの残りの最下位ビットの値に等しい回数だけ、それらのＸ個のディスプレイ書き込みサイクルのそれぞれに加えられ、それによって、結果のＹビット照明データは、前記Ｙビット照明データの数値に比例する前記ディスプレイ書き込みサイクル全体の期間において前記照明素子またはその個々の色ピクセルをアクティブ化する前記ディスプレイ・ボードの前記駆動バッファ上にラッチされる請求項３に記載のインテリジェント照明モジュール。
5. 前記フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイは、前記ディスプレイ・ボード上のリモート・センサから信号を受信し、前記フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイの中央演算処理装置によるディスプレイ光輝度処理に対する周囲光状態を監視するセンサ・ロジックを備える請求項２に記載のインテリジェント照明モジュール。
6. 前記フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイは、前記フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイの動作を調整するためのタイミング、イネーブリング、グルー・ロジック、順次および組み合わせロジックなどの必要な制御機能を含む制御ロジックを備える請求項２に記載のインテリジェント照明モジュール。
7. 前記照明素子は、発光ダイオード（ＬＥＤ）または液晶ディスプレイ・ピクセル（ＬＣＤ）である請求項１に記載のインテリジェント照明モジュール。
8. 他の類似の照明モジュールと一緒に使用してシームレスなディスプレイを構築できるような形態および寸法を持つ請求項１に記載のインテリジェント照明モジュール。
9. 前記制御ボードは、ＤＭＸ５１２プロトコル・データまたは他のカスタム照明プロトコルの形態で通信入力データを制御することができる請求項１に記載のインテリジェント照明モジュール。
10. 前記制御ボードは、電力調整機能を備える請求項１に記載の照明モジュール。
11. インテリジェント照明モジュールの動作方法であって、
    −前記フィールド・プログラマブル・アレイを初期化して、それにより、電源投入時に、構成データがメモリ内の構成データ・セクタからフェッチされ、その後、前記フィールド・プログラマブル・アレイが、自動的にコンバータ、制御ロジック、分割ＰＷＭロジック、中央演算処理装置、およびセンサ・ロジックをインスタンス化し、その後、前記中央演算処理装置が実行可能コードを格納するメモリ内のブート・ブロック・セクタからブートして動作を開始するステップと、
    −前記ルックアップ・テーブルを受信し、その際に前記インテリジェント照明モジュールが前記ディスプレイ構成データを受信するか、または前記制御ボードに格納されている前記ライト・ルックアップ・テーブルおよびリード・ルックアップ・テーブルの前記内容を形成するデータをメモリから読み込むステップと、
    −前記インテリジェント照明モジュールがシリアル・データ入力でピクセル・イメージ・データおよび何らかの制御データを、通信データ入力でディスプレイ制御データを受け取り、前記中央演算処理装置がメモリ内の前記インストール・コントローラにより前記ピクセル・イメージ・データを修正するという形でシリアルおよび通信データを受信し、前記ライト・ルックアップ・テーブルからの前記ディスプレイ駆動順序を使用して、前記修正されたピクセル・イメージ・データをメモリに格納するステップと、
    −前記表示を終了するかどうかを決定し、それによって、前記中央演算処理装置は前記通信データ入力１１４を介して表示を終了するコマンドを受信したかどうかを判別し、受信していれば前記表示を終了し、受信していなければ前記照明素子を点灯し、またそれによって、前記中央演算処理装置は、前記リード・ルックアップ・テーブルにより修正されたアドレスを使用して前記照明データをメモリから読み込み、前記データを変更しＹビット照明データを前記ディスプレイ・バッファ１２８に供給する分割ＰＷＭロジックに前記照明データを書き込み、またそれによって、このデータは、前記パルス幅変調ドライバ１３４をアクティブ化する駆動バッファ１３２上にラッチされ、それによって照明素子１３６のそれぞれのピクセルを点灯し、その後シリアルおよび通信データを受信するステップに戻るステップと、
    を含む請求項３に記載のインテリジェント照明モジュールの動作方法。

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