JP2007012075A - 内部反射を利用して照明を制御するシステム及び表示装置、方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 長期にわたって、LED発光出力の低下を補償して照明することができる照明システムを提供する。
【解決手段】 本発明の照明システムは、基板（32）と、基板上に配置され、光を放射するように構成されている複数の光源装置（24、26、28、30）と、光源装置と基板の間の光学的に透明な領域（36）と、光源装置から放射された光のいくらかを光学的に透明な領域内で内部反射する光学的に透明な領域上の反射層（38）と、光学的に透明な領域内に配置されて、光学的に透明な領域内で光のいくらかを受容し、光源装置からの光の光学的特性を測定する光学センサ（42）とからなることを特徴としている。
【選択図】 図２

Description

本発明は、内部反射を利用して照明を制御するシステムに関し、また内部反射を利用する表示装置及びシステムに関する。

80年以上にわたって、交通信号灯及び押しボタン式信号は、潜在的な危険性のある道路の交差点において、自動車運転者及び歩行者が自動車事故を防ぐことができるように案内してきている。これらの照明交通標識の設計及び構造は、発光ダイオード（LED）技術が最近になって開発されるまで、比較的変化せず維持されてきている。

より明るいLEDの開発によって、今や、これらの半導体素子は、白熱灯、ハロゲンランプ、蛍光灯のような従来の光源がもともと使用されている交通信号灯を含む多くの照明用途において、光源として利用されている。これは、ある程度、LEDが従来の光源を越える多くの利点を有するという事実による。これらの利点には、長寿命、低消費電力、より小さな寸法であることが含まれる。

しかしながら交通信号灯は、例えば高度道路交通システム（ITS）のための国家運輸通信プロトコル（NTCIP）である特定の基準を満たさなければならないので、LEDによって交通信号灯を構築する現在の方法は複雑であり、ビデオカメラシステム、ビデオシステムの視角及び見える距離の分析、並びに装置の設定及び較正を含む多くの分野での専門知識が必要とされる。一般的に、これらの従来の方法は、現場に配置される前に、照明交通標識が必要な基準に定められているように製造され、組み立てられ、動作することが確実であることを参照するために、白色基調の信号を発生することによって照明交通標識を較正することを必要とする。さらにこの基準点は、現場において、較正点として利用され、適切な赤色、緑色、青色の比を備えているホワイトバランスのとれた表示が作り出される。これらのホワイトバランスのとれた表示を作り出すために、カラービニングの正確な比が必要とされ、白色基点を発生するために一連の混合及び調和の評価を伴う。このプロセスは、何千もの色混合マトリックスの光度及び主波長、順電圧を変化させることを必要とする。

従来の照明交通標識に関する懸念は、LEDの発光出力が電流のストレスにより低下することであり、それによって、表示の較正された色合い及び輝度が当初設定されたものから逸脱することである。これらの道路標識は、LEDの光出力の低下を補償するために再度測定される。しかしながら再測定は、完全な測定工具の準備を必要とし、多くの時間を消費する。

上記のような懸念を考慮して、長期にわたって、LED発光出力の低下を補償して照明することができる照明交通標識及び方法に対する必要が存在する。

本発明は、内部反射を利用して照明を監視及び制御する照明をもたらすためのシステム及び表示装置、方法に関し、その照明は、発光ダイオードのような多数の光源装置からの光によって生じる。光源装置によって発生される光のいくらかは、光源装置と基板の間の光学的に透明な領域内に伝達され、光はその光学的に透明な領域内で内部反射する。光学的に透明な領域内の光の光学的特性は、光学的に透明な領域内に配置されている光学センサを利用して測定され、それによって光源装置によって発生された光は、選択的に調整され、照明が制御される。

本発明の一実施形態による照明システムは、基板と、その基板の上方に配置され、光を放射するように構成されている複数の光源装置と、光源装置と基板の間の光学的に透明な領域と、光学的に透明な領域上の、光源装置から放射された光のいくらかを光学的に透明な領域内で内部反射する反射層と、光学的に透明な領域内で光のいくらかを受容して光源装置からの光の光学的特性を測定する光学的に透明な領域内に配置されている光学センサとを含む。

本発明の一実施形態による照明表示装置は、照明をもたらすための少なくとも１つのシステムからなる。そのシステムは、基板と、その基板の上方に配置され、光を放射するように構成されている複数の光源装置と、光源装置と基板の間の光学的に透明な領域と、光学的に透明な領域上の、光源装置から放射された光のいくらかを光学的に透明な領域内で内部反射する反射層と、光学的に透明な領域内で光のいくらかを受容して光源装置からの光の光学的特性を測定する光学的に透明な領域内に配置されている光学センサと、光学センサと光源装置を機能するように接続する制御器とを含む。制御器は、光学センサによって測定された光学的特性に応じて、駆動信号を発生するように構成されている。駆動信号は、光源装置からの光の光学的特性を調整するように光源装置に選択的に適用される。

本発明の一実施形態による照明方法は、光源装置に適用される駆動信号に応じて、基板上に配置されている光源装置において光を発生し、光源装置と基板の間の光学的に透明な領域内に光のいくらかを伝達することを含み、光学的に透明な領域内の光の光学的特性を測定し、光源装置によって発生された光の光学的特性を調節するように駆動信号を修正することからなる。

本発明の他の局面及び利点は、本発明の原理を例示することによって図解されている添付の図面と関連する以下の詳細な説明から明らかとなる。

本発明は、内部反射を利用して照明を監視及び制御する照明を提供するためのシステム及び表示装置、方法に関し、その照明は、発光ダイオードのような多数の光源装置（24、26、28、30）からの光によって生じる。光源装置によって発生される光のいくらかは、光源装置と基板（32）の間の光学的に透明な領域（36）内に伝達され、光はその光学的に透明な領域内で内部反射する。光学的に透明な領域内の光の光学的特性は、光学的に透明な領域内に配置されている光学センサ（42）を利用して測定され、それによって光源装置によって発生された光は、選択的に調整され、照明が制御される。

図１を参照すると、図１は本発明の一実施形態による照明表示装置10を記載する。照明表示装置10は、発光ダイオード（LED）のような半導体光源装置を利用して、１又はそれ以上の色合いでの照明をもたらす。しかしながら照明表示装置を、押しボタン式信号のような任意の形式の交通信号灯又は、１又はそれ以上の色合いで照明する任意の形式の表示装置とすることができる。以下においてより詳細に記載するように、必要であれば、照明表示装置10を、照明の光学的特性を監視及び調整するように設計し、それによって照明の光学的特性を、その装置の寿命にわたって所望の設定に維持することができる。したがって照明表示装置10の１又はそれ以上の半導体光源装置の光出力の低下による照明の低下を、半導体光源装置を選択的に調整することによって補正することが可能である。さらに照明発光装置10は、装置が照明の色合い及び輝度を自動調整し、例えば高度道路交通システム（ITS）のための国家運輸通信プロトコル（NTCIP）である特定の基準を満たすことが可能であるため、色合い及び輝度に関する較正の必要がない。

図示する実施形態では、照明表示装置10は、カラー照明システム12、14、16を含む。カラー照明システム12は、作動されると、赤色の照明をもたらす。同様にカラー照明システム14は、作動されると、黄色の照明をもたらし、カラー照明システム16は、作動されると、緑色の照明をもたらす。カラー照明システム12、14、16のそれぞれは、個々の照明を生じる多数のLEDを含む。したがって照明の色合いに応じて、各カラー照明システムは１つ又はそれ以上の異なる色のLEDを含む。例えば、カラー照明システム14には、赤色LED 18のみが含まれ、すなわち赤色光を発生するLEDのみが含まれ、赤色照明を生じる。同様に、例えばカラー照明システム16には、緑色LED 20のみが含まれ、すなわち緑色光を発生するLEDのみが含まれ、緑色照明を生じる。しかしながら例えば、カラー照明システム14には、赤色LED 18及び緑色LED 20が含まれ、黄色照明が生じる。以下において詳細に記載するように、各カラー照明システムは、そのシステムによってもたらされる照明を監視し、照明の適切な光出力及び/又は色合いが照明表示装置10の動作にわたって維持されることを確実とするように構成されている。図示する実施形態の照明表示装置10は３つのカラー照明システムを含むものとして示してあるが、他の実施形態の照明表示装置にはより少ない又はより多いカラー照明システムを含むこともできる。

次に図２を参照して検討するが、図２は本発明の一実施形態によるカラー照明システム22を示す。カラー照明システム22は、図１の照明表示装置10に含まれているカラー照明システム12、14、16の例示である。図２に示すように、カラー照明システム22は、基板32に接続されている多数のLED 24、26、28、30を含む。図２にはただ４つのLED 24、26、28、30を示すが、カラー照明システム22にはより多くのLEDを含むことができる。他の実施形態では、カラー照明システム22には他の形式の光源装置が含まれる。各LED 24、26、28、30は光を放射し、他のLEDの放射光と組み合わされてカラー照明を生じる。カラー照明システム22に含まれるLED 24、26、28、30の色の形式は、カラー照明システム22によって提供される照明の所望の色合いに依存する。したがって幾つかの実施においては、カラー照明システム22には、ただ１つのカラーLED、例えば赤色又は緑色のLEDのみが含まれる。他の実施では、カラー照明システム22には、２つ又はそれ以上の異なる色のLED、例えば赤色及び緑色のLEDが含まれる。LED 24、26、28、30は、電気的及び物理的に、この実施形態ではプリント回路基板（PCB）である基板32に接続されている。しかしながら基板32を、LED 24、26、28、30を接続可能な任意の形式の基板とすることができる。PCB 32は、LED 24、26、28、30に対向する表面である反射上部表面34を有する。

さらにカラー照明システム22は、光学的に透明な領域36と、反射層38と、PCB 32の上方に配置されている黒色絶縁保護コーティング40とを含む。光学的に透明な領域36は、LED 24、26、28、30とPCB 32の間に配置されている。一実施形態では、光学的に透明な領域36は光学的に透明なシリコンから形成されている。しかしながら他の実施形態では、光学的に透明な領域36を、透明なプラスチック材料のような任意の適する光学的に透明な材料から形成することができる。光学的に透明な領域32は、LED 24、26、28、30から放射された光のいくらかがその中を伝達可能であるような媒体である。反射層38は、光学的に透明な領域がその反射層とPCB 32の間に挟まれるように、光学的に透明な領域36上に配置されている。反射層38及び、PCB 32の反射上部表面34は、光学的に透明な領域36内部で光を内部反射させるように機能する。反射層38は、光を反射可能な任意の材料から形成されている。一例として、反射層38を白色反射フィルム、マイラー（登録商標）フィルム、反射ミラーフィルムとすることができる。黒色絶縁保護フィルム40は、反射層がその黒色絶縁保護フィルムと光学的に透明な領域36との間に挟まれるように、反射層38上に配置されている。黒色絶縁保護フィルム40は保護層として機能する。一例として、黒色絶縁保護フィルム40を、良好な防水性能を有するシリコンゴムから形成することができる。

さらにカラー照明システム22は、光学センサ42及び制御器44を含む。光学センサ42は、PCB 32上に取り付けられ、かつ光学的に透明な領域36内に配置されている。したがって光学センサ42は、PCB 32に対して電気的及び物理的に接続されている。この実施形態では、光学センサ42はカラーセンサである。光学センサ42は、入射光の強度及び色合いのような、入射光の光学的特性を測定する。光学センサ42が光学的に透明な領域36内に配置されているので、光学センサは、反射層38とPCB 32の反射上部表面34により光学的に透明な領域内で内部反射されるLED 24、26、28、30から放射される光のいくらかの光学的特性を測定することができる。測定された光学的な情報は、デジタル信号として光学センサ42から出力される。カラー照明システム22を、単一の光学センサを有するものとして示し記載しているが、他の実施形態のカラー照明システムでは、PCB 32上に取り付けられ、かつ光学的に透明な領域36内に配置されている付加的な光学センサを含むことがある。

制御器44は、光学センサ42に接続され、測定された光学的情報を受容する。また制御器44は、LED 24、26、28、30に接続され、LEDに駆動信号を提供し、LEDを作動して光を発生させる。光学センサ42と同様に、制御器44をPCB 32上に取り付けることができる。LED 24、26、28、30の１つに適用される特定の駆動信号がLEDの光出力を画定するので、制御器44は、LED 24、26、28、30の全ての光出力を制御し、その結果、LED光から生じる照明の輝度及び色合いを制御することができる。制御器44は、光学センサ42からの測定された光学的情報を処理して、LED 24、26、28、30によって発生される光を監視するようにプログラムされている。測定された強度又は色合いが所定の設定からはずれる場合には、制御器44は、LED 24、26、28、30に適用される駆動信号を修正し、照明の光学的特性を制御するように、LEDの光出力を選択的に調整する。一例として、特定のLEDの光出力が増大される必要がある場合、制御器44は、そのLEDに適用される駆動信号の周波数を増大させる。このやり方では、制御器44は、LED 24、26、28、30のそれぞれの光出力を制御し、その結果、カラー照明システム22によってもたらされる照明の輝度及び色合いを制御することが可能である。照明の輝度は、LED 24、26、28、30の幾つか又は全ての光出力を減少させ又は増大させることによって制御することができる。照明の色合いは、特定のカラーLEDの光出力を選択的に減少させ又は増大させることによって制御することができる。一例として、照明の所望の色合いが黄色であり、照明の測定された色合いが赤みを帯びた黄色であるならば、制御器44は、緑色LEDの光出力を増大させ、照明を所望の色合いに調整する。

作動中、制御器44は駆動信号を発生し、その駆動信号をLED 24、26、28、30に適用してLED 24、26、28、30を作動する。適用された駆動信号に応じて、各LEDは光を発生する。この発生された光の大部分は、図２の矢印46により示すように、PCB 32から離れる方向に放射され、他のLEDからの放射光と組み合わされて、カラー照明をもたらす。この照明の色合いは、LED 24、26、28、30の色の形式、並びに各LEDの光出力に依存し、光出力はそのLEDに適用される駆動信号に依存する。

またLED 24、26、28、30から放射される光のいくらかは、図２の矢印48により示すように、光学的に透明な領域36内に伝達される。光学的に透明な領域36内では、LED 24、26、28、30からの光は、反射層38とPCB 32の反射上部表面34により内部反射される。光学的に透明な領域36内の光のいくらかは、受容した光の強度及び色合いを測定する光学センサ42により受容される。測定された強度及び色合いの情報は、さらに例えばデジタル信号の形で、制御器44に伝達される。

制御器44は、測定された強度及び色合いの情報を受容して処理し、カラー照明システム22によってもたらされるカラー照明が、輝度及び色合いに関して、適切な光学特性を有するか否かを判定する。適切な光学的特性を有さないならば、制御器44は、駆動信号を選択的に修正し、それによって選択されたLED 24、26、28、30の光出力がカラー照明システム22によってもたらされるカラー照明を調整するように変化される。したがって制御器44は、カラー照明システム22によってもたらされるカラー照明が例えばNTCIP規格である適切な規格に適合することを確実とすることができる。

本発明の実施形態による照明する方法を、図３の工程流れ図を参照して記載する。ブロック302において、光源装置に適用される駆動信号に応じて、基板上に配置されている光源装置において光が発生される。さらに光のいくらかを、光源装置と基板の間の光学的に透明な領域内に伝達する。一例として、光源装置を、LEDのような半導体光放射装置とすることができる。次に、ブロック304において、光のいくらかが、光学的に透明な領域内で内部反射する。次に、ブロック308において、駆動信号が、光源装置によって発生される光の光学的特性を調整するように修正される。

本発明の特定の実施形態を記載し、図解してきたが、本発明は、そのように記載され、図解された特定の形態又は部分の配列に限定されない。本発明の範囲は、本明細書に添付される特許請求の範囲及びそれと等価のものによって画定される。

以下においては、本発明の種々の構成要素の組み合わせからなる例示的な実施態様を示す。

１． 基板と、
前記基板上に配置され、光を放射するように構成されている複数の光源装置と、
前記光源装置と前記基板の間の光学的に透明な領域と、
前記光源装置から放射された光のいくらかを前記光学的に透明な領域内で内部反射する前記光学的に透明な領域上の反射層と、
前記光学的に透明な領域内に配置されて、前記光学的に透明な領域内で前記光のいくらかを受容し、前記光源装置からの光の光学的特性を測定する光学センサとからなる照明システム。

２． 前記光源装置が発光ダイオードを含む１項記載のシステム。

３． 前記光学的に透明な領域が光学的に透明なシリコンから形成されている１項又は２項記載のシステム。

４． 前記光学センサが、カラーセンサであり、前記光源装置からの光の色合いを測定する１〜３項の何れか１項記載のシステム。

５． 前記反射層（38）が、白色反射フィルム、マイラー（登録商標）フィルム、反射ミラーフィルムの１つである１〜４項の何れか１項記載のシステム。

６． さらに前記反射層上に黒色絶縁保護フィルムを含む１項記載のシステム。

７． さらに前記黒色絶縁保護フィルムがシリコンゴムから形成されている６項記載のシステム。

８． さらに前記光学センサと前記光源装置に機能するように接続されている制御器を含み、この制御器が、前記光学センサにより測定された前記光学的特性に応答して駆動信号を発生するように構成され、該駆動信号が、前記光源装置に選択的に適用され、前記光源装置からの光の光学的特性を調整する１項記載のシステム。

９． 照明するための少なくとも１つのシステムを含む照明表示装置であって、該システムが、
基板と、
前記基板上に配置され、光を放射するように構成されている複数の光源装置と、
前記光源装置と前記基板の間の光学的に透明な領域と、
前記光源装置から放射された光のいくらかを前記光学的に透明な領域内で内部反射する前記光学的に透明な領域上の反射層と、
前記光学的に透明な領域内に配置されて、前記光学的に透明な領域内で前記光のいくらかを受容し、前記光源装置からの光の光学的特性を測定する光学センサと、
前記光学センサと前記光源装置に機能するように接続されている制御器とからなり、
前記制御器が、前記光学センサによって測定された前記光学的特性に応じて、駆動信号を発生するように構成され、該駆動信号が、前記光源装置に選択的に適用され、前記光源装置からの光の光学的特性を調整する照明表示装置。

１０． 前記光源装置が発光ダイオードを含む９項記載の装置。

１１． 前記光学的に透明な領域が光学的に透明なシリコンから形成されている９項記載の装置。

１２． 前記光学センサが、カラーセンサであり、前記光源装置からの光の色合いを測定する９項記載の装置。

１３． 前記反射層が、白色反射フィルム、マイラー（登録商標）フィルム、反射ミラーフィルムの１つである９項記載の装置。

１４． さらに前記反射層上に黒色絶縁保護フィルムを含む９項記載の装置。

１５． さらに前記黒色絶縁保護フィルムがシリコンゴムから形成されている１４項記載のシステム。

１６． 照明する方法であって、
基板上に配置されている光学装置において、当該光学装置に適用される駆動信号に応じて光を発生し、前記光源装置と前記基板の間の光学的に透明な領域内に前記光のいくらかを伝達することを含み、
前記光学的に透明な領域内で前記光のいくらかを内部反射させ、
前記光学的に透明な領域内で前記光の光学的特性を測定し、
前記駆動信号を修正して、前記光源装置において発生された前記光の光学的特性を調整することを含む方法。

１７． 前記光を発生することが、前記基板上に配置されている発光ダイオードにおいて、当該発光ダイオードに適用される駆動信号に応じて前記光を発生することを含む１６項記載の方法。

１８． 前記光を発生することが、前記光源装置と前記基板の間で光学的に透明なシリコンから形成されている前記光学的に透明な領域内に前記光のいくらかを伝達することを含む１６項記載の方法。

１９． 前記測定することが、前記光学的に透明な領域内に配置されている光学センサにおいて、前記光学的に透明な領域内で光のいくらかを受容することを含む１６項記載の方法。

２０． 前記内部反射することが、前記光学的に透明な領域上の反射層と前記基板の上部表面の間の前記光学的に透明な領域内で前記光のいくらかを内部反射することを含む１６項記載の方法。

本発明の一実施形態による交通信号灯の形態の照明表示装置を示す図である。 図１の照明装置に利用される本発明の一実施形態によるカラー照明システムの線図である。 本発明の一実施形態による照明方法の工程流れ図である。

符号の説明

１０ 照明表示装置
１２、１４、１６、２２ カラー照明システム
１８ 赤色LED
２０ 緑色LED
２４、２６、２８、３０ LED
３２ 基板
３４ 反射上部表面
３６ 光学的に透明な領域
３８ 反射層
４０ 黒色絶縁保護コーティング
４２ 光学センサ
４４ 制御器

Claims (10)

1. 基板（32）と、
   前記基板上に配置され、光を放射するように構成されている複数の光源装置（24、26、28、30）と、
   前記光源装置と前記基板の間の光学的に透明な領域（36）と、
   前記光源装置から放射された光のいくらかを前記光学的に透明な領域内で内部反射する前記光学的に透明な領域上の反射層（38）と、
   前記光学的に透明な領域内に配置されて、前記光学的に透明な領域内で前記光のいくらかを受容し、前記光源装置からの光の光学的特性を測定する光学センサ（42）とからなる照明システム。
2. 前記光源装置（24、26、28、30）が発光ダイオードを含む請求項１記載のシステム。
3. 前記光学的に透明な領域（36）が光学的に透明なシリコンから形成されている請求項１又は２記載のシステム。
4. 前記光学センサ（42）が、カラーセンサであり、前記光源装置（24、26、28、30）からの光の色合いを測定する請求項１〜３の何れか１項記載のシステム。
5. 前記反射層（38）が、白色反射フィルム、マイラー（登録商標）フィルム、反射ミラーフィルムの１つである請求項１〜４の何れか１項記載のシステム。
6. 照明する方法であって、
   基板（32）上に配置されている光学装置（24、26、28、30）において、当該光学装置に適用される駆動信号に応じて光を発生し、この光を発生することが、前記光源装置と前記基板の間の光学的に透明な領域内に前記光のいくらかを伝達することを含み（302）、
   前記光学的に透明な領域内で前記光のいくらかを内部反射させ（304）、
   前記光学的に透明な領域内で前記光の光学的特性を測定し（306）、
   前記駆動信号を修正して、前記光源装置において発生された前記光の光学的特性を調整する（308）ことを含む方法。
7. 前記光を発生する（302）ことが、前記基板（32）上に配置されている発光ダイオードにおいて、当該発光ダイオードに適用される駆動信号に応じて前記光を発生することを含む請求項６記載の方法。
8. 前記光を発生する（302）ことが、前記光源装置（24、26、28、30）と前記基板（32）の間で光学的に透明なシリコンから形成されている前記光学的に透明な領域（36）内に前記光のいくらかを伝達することを含む請求項６又は７記載の方法。
9. 前記測定する（306）ことが、前記光学的に透明な領域内に配置されている光学センサにおいて、前記光学的に透明な領域（36）内で光のいくらかを受容することを含む請求項６〜８に何れか１項記載の方法。
10. 前記内部反射する（304）ことが、前記光学的に透明な領域上の反射層（38）と前記基板（32）の上部表面（34）の間の前記光学的に透明な領域（36）内で前記光のいくらかを内部反射することを含む請求項６〜９の何れか１項記載の方法。

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