JP2008507820A - ソリッドステートライティングユニットの温度優先色制御のためのシステム - Google Patents

Abstract

本発明は、照明システムの光出力を制御するためのシステム１００に関する。このシステム１００は、混合された光出力１０２を提供するように構成され且つ温度検出手段と共にヒートシンク２０２上に設けられる複数の光源と、較正マトリックス１０４からのセットポイント１１０を受信し、光混合回路１１６のための駆動信号１２０、１２２を生成するコントローラ１０８とを有する光混合回路１１６を有する。上記コントローラ１０８は、駆動信号１２０、１２２のパワーを測定して該パワーが所定のパワー閾値を上回るときに駆動信号１２０、１２２をリスケールするように構成されるリスケールユニット１１８を有し、上記コントローラは、前記ヒートシンク温度信号を受信して、前記ヒートシンク温度信号２０６から前記複数の光源の各々のための接合温度を計算するように構成され、上記コントローラ１０８は、前記駆動信号１２０、１２２を前記接合温度の関数として生成する。

Description

本発明は、ソリッドステートライティング（ＳＳＬ）ユニットの温度優先色制御（temperature prioritised colour controlling）のためのシステムに関する。本発明は、特に、ＬＥＤ照明灯等のＳＳＬユニットの接合温度、出力色及び出力輝度を制御するためのシステムに関する。

ＬＥＤの動作温度が、又は特には接合温度が、特定の閾値温度を上回ると、ＬＥＤが回復不能なダメージを受け、その結果光を生じることができないことは、広く知られている。従って、ＳＳＬユニットを設計するとき、熱的な設計は一般に、通常の動作条件下でＳＳＬユニットのＬＥＤがこの閾値を上回ることを防止しなければならない。

国際公開公報第０２／４７４３８号は、ＬＥＤ光源及びＬＥＤ光源に対する電流入力の熱的モデルを使用することによって接合温度を推定する手段を有するＬＥＤ照明灯システムを開示する。ＬＥＤ光源の特性は温度によって変化するので、所望の白色光に対応するＬＥＤ光源の色度座標は接合温度に基づいて推定される。ＬＥＤ光源の出力輝度は指数関数的に変化し、ピーク波長は接合温度の変化に対して線形的に変化する。ＬＥＤによって発せられる光のピーク波長が変化すると、ＬＥＤ光源の色度座標も変化する。このことにより、ＬＥＤ照明灯から得られる混合光の色度座標は、ＬＥＤの接合温度が変化する場合、ターゲット光とは異なっている。従って、ＬＥＤ照明灯システムは、ターゲット光を維持するために接合温度推定を利用するコントローラを有する。

最も近接する先行技術と考えられる「Light output feedback solution for RGB LED backlight applications」という題でSID 00 Digestに公開された別の文献は、ＬＥＤアレイのための駆動電流のデューティファクタ（オン時間パルス幅と全パルス幅期間との間の比と定義される）を変化させて、これにより、出力色度が一定であることを確実にする、デューティコントローラと、ＬＥＤデューティファクタ駆動電流に対するセンサ出力の伝達関数を規定する感度マトリックスとを開示する。

しかし、上記の文書のどちらも、制御可能なパラメータ（即ち、カラーセットポイント、出力輝度及び接合温度）の各々の重要性を評価しない。即ち、受信者の目において、ＳＳＬユニットの出力光の全体的な品質がどのようにして最も良く維持されるのかということである。

本発明の１つの目的は、ＳＳＬユニットの出力輝度及び色度座標に影響を与える温度の測定に従ってＳＳＬユニットの光源の出力光を制御するためのシステムを提供することである。

本発明の他の目的は、ＳＳＬユニットの光源の過熱を防止するためのシステムを提供することである。

本発明の別の目的は、出力輝度よりも色度座標についてのセットポイントの制御を優先させ、色度座標及び／又は出力輝度よりもＳＳＬユニットのＬＥＤの接合温度を優先させる、システムを提供することである。

これらの目的は、他の多くの目的、利点及び特徴とともに、以下の詳細な説明から明らかとなり、本発明の第１の側面によって得られる。即ち、照明システムの光出力を制御するためのシステムであって、所望の色及び輝度をセットポイントに移す（transfer）ように構成される較正マトリックスと、混合された光出力を提供するように構成される複数の光源を有する光混合回路と、前記較正マトリックスに結合されて前記セットポイントを受信するように構成され、且つ、前記光混合回路に結合されて前記光混合回路のための駆動信号を生成するように適応されたコントローラとを有し、前記コントローラは、前記駆動信号を測定して、前記駆動信号が所定の信号閾値を上回るときに前記駆動信号をリスケールするように構成されるリスケールユニットを有する、システムによって得られる。この第１の側面によるシステムは、前記光混合回路は更に温度検出手段を有し、該温度検出手段は、前記複数の光源をサポートするヒートシンクの温度を測定するように構成され、且つ、ヒートシンク温度信号を生成するように適応され、前記コントローラは更に計算ユニットを有し、該計算ユニットは、前記ヒートシンク温度信号を受信して、前記複数の光源の各々について接合温度を前記ヒートシンク温度信号から計算するように構成され、且つ、前記駆動信号を前記接合温度の関数として生成するように適応されることを特徴とする。

本発明の第１の側面による光混合回路は、混合された光出力のライティングパラメータを測定して測定信号を生成するように構成される光検出手段を更に有することができる。更に、コントローラは、測定信号を受信するように構成され、且つ、前記セットポイントと前記測定信号との間の比較に更に基づいて駆動信号を生成するように適応されることができる。

本発明の第１の側面によるシステムは、混合された光出力の色が所望の色とセットポイントにおいて異なるときはいつでも、コントローラが駆動電流を調整することで補償することを確実にすることができる。しかし、駆動電流が所定のパワー最大値を上回るときは、全てのセットポイントがリスケールされる。従って、混合された光出力の色は、混合された光出力の所望の輝度レベルよりも優先され、従って、混合された光出力の変化の全体的な目の知覚は最小化される。なぜなら、人間の目は、輝度変化よりも色変化に敏感だからである。

加えて、本発明の第１の側面によるシステムは、光源が臨界温度に到達するのを制限するように光源の接合温度が混合された光出力よりも優先されると共に、輝度よりも色度を優先させて所望の出力光を可能な限り長く維持することを確実にすることができる。

本発明の第１の側面による計算ユニットは、更に、接合温度を較正マトリックスに転送するように構成されることができる。較正マトリックスは、セットポイントを適切に調整することによって、複数の光源の接合温度の変化によって生じるスペクトル変化を補償することができる。更に、較正マトリックスは、複数の光源の接合温度に従って所望の色及び輝度をセットポイントへ移すように構成されることができる。

よって、第１に、セットポイントが例えばユーザによって選択され、リスケールユニットに光混合回路のための駆動信号を供給させ、第２に、接合温度変化が変化して、出力光の輝度及び色を潜在的に変化させるにつれて較正ユニットがセットポイントを修正し、第３に、この修正されたセットポイントが、コントローラに、信号閾値（例えばデューティファクタ最大値）を上回る駆動信号をリスケールユニットに要求させる場合には、リスケールユニットは、セットポイントをリスケールすることによって出力光の輝度よりも色を優先させる。

上記の目的、利点及び特徴は、多くの他の目的、利点及び特徴とともに、以下の詳細な説明から明らかになり、本発明の第１の側面による光出力を制御するためのシステムを有する照明システムによる本発明の第２の側面によって得られるものである。

本発明の上記の及び他の目的、特徴及び利点は、添付の図面を参照した、本発明の好適な実施例の以下の例示的で非制限的な詳細な説明を通じてより良く理解することができる。

種々の実施例の以下の説明において、本願の一部を成す添付の図が参照される。本発明の範囲から逸脱することなく、他の実施例が用いられ、構造的及び機能的な修正がなされることが可能であることは理解されるべきである。

図１は、全体として参照番号１００で示される従来技術のシステムを示し、このシステム１００は、混合された光出力１０２を制御する。システム１００は、混合された光出力１０２の所望の色及び輝度をセットポイントに移すための較正マトリックス１０４を有し、これは、混合されるべき色の波長の構成及び混合されるべき色の互いに対するカラー比を決定する。所望の色及び輝度は、例えばユーザによって、色度座標及び輝度として入力され、この入力は、図１において矢印１０６として視覚化される。混合された光出力の所望の色及び輝度の各々について、対応するセットポイントが構成マトリックス１０４中で提供される。

セットポイントは一般的に、１つ又は複数の色信号（例えば赤、緑及び青）によって規定され、これらの信号は、各々が、フル駆動信号の色（波長）及び比（デューティファクタ）を規定する。

セットポイントは、全体として参照番号１０８で示されるコントローラに転送される。セットポイントの転送は、図１において矢印１１０として視覚化される。コントローラ１０８は、較正マトリックス１０４からセットポイント１１０を、そして、光混合回路１１６から光測定信号１１４を、受信するように構成される補償ユニット１１２を有する。

補償ユニット１１２は、セットポイントと光測定信号１１４とを比較して、光混合回路１１６のドライバを駆動するための初期駆動信号を生成する。駆動信号はリスケールユニット１１８に転送され、これは矢印１２０として図１において視覚化される。

リスケールユニット１１８は、駆動信号１２０が、デューティファクタ（「オン」期間とパルス幅変調信号の全期間との間の比）等の所定の信号閾値を超過するか否かを決定するために、初期駆動信号１２０を測定する。即ち、初期駆動信号１２０が、赤、緑及び青の色駆動成分を有するとき、駆動成分の各々は、これら成分のどれも所定の閾値を超過しないことを確実にするように測定される。

リスケールユニット１１８は光混合回路１１６のドライバのための最終駆動信号を転送し、最終駆動信号は図１において矢印１２２によって視覚化される。

光混合回路１１６は、混合された光出力１０２を生成するように構成され、並列及び／又は直列に駆動される複数のＬＥＤ光源を有する。複数のＬＥＤ光源は、有機又は無機ＬＥＤ、蛍光光源を有してよく、又は、それどころか、これらのいかなる組合せを有してもよい。

図２は、全体として参照番号２００で示されるシステムを示し、該システム２００は、混合された光出力１０２を制御する。図１を参照して説明されたシステム１００の要素であって、システム２００における要素と同一のものは、図２において類似の参照番号で参照される。

光混合回路１１６の複数のＬＥＤ光源は、ヒートシンク２０２の上に置かれ、該ヒートシンク２０２は、ヒートシンク温度信号を生じる温度センサを有し、該信号は計算ユニットに転送され、これは矢印２０６によって図２に視覚化される。

較正マトリックス１０４は、ヒートシンク温度信号２０６を受信するように、そして、該信号２０６を用いて光混合回路１１６の複数のＬＥＤ光源の接合温度を計算するように、構成される。較正マトリックス１０４は、接合温度信号を生成し、これは、補償ユニット１１２及び較正マトリックスに転送され、これは矢印２０８によって視覚化される。

補償ユニット１１２は、セットポイント１１０を修正するために接合温度信号２０８を利用する。即ち、ヒートシンク温度が変わると、混合光回路１１６中の複数のＬＥＤ光源を駆動するための要件が変わり、従って、セットポイント１１０はこれらの影響に対して補償される。セットポイント１１０は、多くの手法で補償されることができるが、セットポイント１１０は、有利には、接合温度信号２０８から決定される温度補償係数による乗算によって補償される。接合温度係数は、ゼロから不定数までいかなる大きさを持つこともできるが、一般的に、ゼロと２との間の範囲であり、通常１に近い。

較正マトリックス１０４は、接合温度信号２０８を使用して、複数のＬＥＤ光源の接合温度における変化によって生じるスペクトル変化の原因となるようにセットポイント１１０を調整する。一般に、ＬＥＤ光出力は、接合温度が上昇するとともに減少する傾向があり、このため、混合された光出力１０２の所望の色及び輝度を維持するための増加した駆動パワーを必要とする。

従って、補償ユニット１１２は、補償されたセットポイント１１０に基づいて初期駆動信号１２０を発生させる。駆動要件が所定の閾値を上回る場合、リスケールユニット１１８は初期駆動信号をリスケールする。

同様に、上記で説明されたとおり、また図１を参照して、リスケールユニット１１８は、初期駆動信号１２０を受信して初期駆動信号１２０が所定の閾値を超過しないことを確実にするように構成される。

初期駆動信号１２０が閾値を超過する場合、リスケールユニット１１８は、全駆動成分をリスケール係数でリスケールして、駆動信号の駆動成分間の比を維持しながらどの駆動成分も閾値を超過しないことを保証する。加えて、リスケールユニット１１８は、リスケール係数信号１２４を較正マトリックス１０４に転送し、転送マトリックス１０４がセットポイントをリスケールすることを可能にする。

例えば、初期駆動信号１２０が、３つの別個の色成分信号（例えば赤、緑及び青）を有するパルス幅変調電流である場合、閾値は、デューティファクタ値（例えば９５％、９０％、８５％、８０％又は更に低い）であり、このとき、カラー構成要素信号のうちの１つは、所望の混合された光出力を得るための調整を必要とし、これにより、必要とされるデューティファクタ値を色構成要素信号のうちの上記１つの９５％よりも高くし、カラー構成要素信号の上記１つが、９５％より低いデューティファクタ値を得て、他の色成分信号が同様にリスケールされるように、リスケールユニット１１８は３つ全ての色成分信号を同じリスケール係数でリスケールする。このリスケーリングは明らかに、混合された光出力の輝度を低減するが、前述のとおり、人間の目は、輝度変化よりも色変化に対して敏感であるので、輝度を維持することよりも色を維持することのほうが優先される。

ヒートシンク温度が（従って接合温度が）上昇する場合、補償ユニット１１２は、セットポイント１１０を温度補償係数で乗算し、これにより、最初の駆動信号１２０の必要とされるパワー（又は場合によってはデューティファクタ）を増加させる。しかし、リスケールユニット１１８は、初期駆動信号１２０が所定の閾値を上回る場合、初期駆動信号１２０をリスケールし、これにより、混合された光出力１０２の所望の色が、混合された光出力１０２の所望の輝度よりも優先されることを確実にする。

図３は、全体として参照番号３００で示されるシステムを示し、該システム３００は、混合された光出力１０２の所望の色及び光混合回路１１６の複数のＬＥＤ光源のヒートシンク温度に従って、混合された光出力１０２を制御する。前記と同様に、システム１００、２００、３００中の類似要素は、図３中の類似参照番号で示される。

光混合回路１１６は、感光性のダイオード又はトランジスタ等の光検出手段を有するセンサユニットを有する。センサユニットは、フラックス測定信号を生成し、これは補償ユニット１１２に転送され、これは矢印３０２によって視覚化される。

システム３００の計算ユニット２０４は、ヒートシンク温度信号２０６を受信して、この信号２０６を光混合回路１１６の複数のＬＥＤ光源の接合温度を計算するために利用するように構成される。計算ユニット４０４は、更に、計算された接合温度に基づいて接合温度信号２０８を生成するように構成される。接合温度信号２０８は、較正マトリックス１０４及び温度参照機構ユニット４０６に転送される。

混合された光出力１０２の生成において用いられる各色のための複数の接合温度についての色及び輝度参照を有する温度参照機構ユニット（temperature reference scheme unit）３０４は、フラックス信号３０６に接合温度信号２０８の変換を提供し、これは、温度参照機構ユニット３０４によって補償ユニット１１２に転送される。

センサユニットの光検出手段の温度が変化すると、光検出手段の感度も変化する。これらの変化は、光混合回路１１６において追加の温度測定を実行することによって、温度参照機構ユニット３０４において考慮されることができる。

補償ユニット１１２は、フラックス測定信号３０２（現在の状態）及びフラックス信号３０６（参照）を受信して、フラックス測定信号（３０２）及び前記フラックス信号（３０６）を比較することで、差分フラックス補償係数を設定し、該フラックス補償係数でセットポイント（１１２）を乗算するように構成されてよい。補償ユニット１１２は、この乗算に基づく初期駆動信号１２０を生成し、リスケールユニット１１８に初期駆動信号１２０を転送する。

図１及び２を参照して説明されたように、リスケールユニット１１８は、初期駆動信号１２０を受信して、初期駆動信号１２０が所定の閾値を上回るかどうか決定するように構成される。初期駆動信号１２０は、初期駆動信号１２０が所定の閾値を上回るときはいつでも、リスケールユニット１１８によってリスケールされ、加えて、リスケールユニット１１８は、較正マトリックス１０４にリスケール係数信号１２４を転送し、較正マトリックス１０４は、リスケール係数信号１２４を用いて較正マトリックスのセットポイントをリスケールする。よって、リスケールユニット１１８は輝度よりも色を優先させる。なぜなら、リスケールユニット１１８は、初期駆動信号１２０の構成要素の何れかでも所定の閾値を上回るとき、駆動信号１２２のパワー（又はデューティファクタであってもよい）を積極的に減少させるからである。

本発明の第２の実施例による較正マトリックス１０４は、混合された光出力１０２の生成において用いられる各色についての接合温度対セットポイントのデータを有する。較正ユニット１０４は、接合温度信号２０８を受信するように構成され、この信号を、接合温度の変化に従ってセットポイント１１０を調整するために用い、これは、混合された光出力１０２のスペクトルバリエーションを生じさせる。

図４は、全体として参照番号４００によって示されるシステムを示し、該システム４００は、混合された出力光１０２及び該混合された出力光１０２の色の温度によって引き起こされるスペクトルバリエーションを制御する。前と同様に、システム１００、２００、３００及び４００中の要素は、図４中の類似の参照番号で示される。

システム４００は、図３を参照して説明されるシステム３００の全ての素子を有し、加えて、複数のＬＥＤ光源のいずれかの接合温度が容認できないレベルに接近しているかどうか決定するために接合温度信号２０８を受信するように構成される温度閾値ユニット４１２を有する。

温度閾値ユニット４１２が複数のＬＥＤ光源のいずれかの接合温度は温度閾値を上回ると決定する場合には、ユニット４１２は指示信号を較正マトリックス１０４に転送し、これは、矢印４１４によって図４において視覚化される。命令信号４１４は、較正マトリックス１０４に混合された光出力１０２の所望の輝度を低減するように指示する。従って、温度閾値ユニット４１２は、所望の輝度を上回る接合温度を優先させる。

混合された光出力を色検出によって制御する従来技術によるシステムを示す。 接合温度検出によって混合された光出力を制御する本発明の第１の実施例によるシステムを示す。 混合された光出力を色及び接合温度検出によって制御する本発明の第２の実施例によるシステムを示す。 混合された光出力を色及び接合温度検出によって制御する、温度閾値ユニットを有する本発明の第２の実施例によるシステムを示す。

Claims (16)

1. 照明システムの光出力を制御するためのシステムであって、
   所望の色及び輝度をセットポイントに移すように構成される較正マトリックスと、
   混合された光出力を提供するように構成される複数の光源を有する光混合回路と、
   前記較正マトリックスに結合されて前記セットポイントを受信するように構成され、且つ、前記光混合回路に結合されて前記光混合回路のための駆動信号を生成するように適応されたコントローラと、
   を有し、前記コントローラは、前記駆動信号を測定して、前記駆動信号が所定の信号閾値を上回るときに前記駆動信号をリスケールするように構成されるリスケールユニットを有する、システムにおいて、
   前記光混合回路は更に温度検出手段を有し、該温度検出手段は、前記複数の光源をサポートするヒートシンクの温度を測定するように構成され、且つ、ヒートシンク温度信号を生成するように適応され、
   前記コントローラは更に計算ユニットを有し、該計算ユニットは、前記ヒートシンク温度信号を受信して、前記複数の光源の各々について接合温度を前記ヒートシンク温度信号から計算するように構成され、且つ、前記駆動信号を前記接合温度の関数として生成するように適応される、ことを特徴とするシステム。
2. 請求項１に記載のシステムにおいて、前記計算ユニットは、接合温度信号を生成するように適応される、システム。
3. 請求項２に記載のシステムにおいて、前記コントローラは更に補償ユニットを有し、該補償ユニットは、前記セットポイント及び前記接合温度信号を受信するように構成され、且つ、前記接合温度信号に対する前記セットポイントの温度補償に基づいて初期駆動信号を生成し、該初期駆動信号を前記リスケールユニットに転送するように適応される、システム。
4. 請求項３に記載のシステムにおいて、前記温度補償は、温度補償係数の計算と、前記温度補償係数による前記セットポイントの乗算とを有する、システム。
5. 請求項４に記載のシステムにおいて、前記温度補償係数は０〜２の範囲にある、システム。
6. 請求項２乃至５の何れか１項に記載のシステムにおいて、前記較正マトリックスは、前記接合温度信号を受信するように構成され、且つ、前記セットポイントを前記接合温度信号に従って調整するように適応される、システム。
7. 請求項１乃至６の何れか１項に記載のシステムにおいて、前記光混合回路は更に感光センサを有し、該感光センサは、前記混合された光出力のフラックスを測定し、フラックス測定信号を生成するように構成される、システム。
8. 請求項７に記載のシステムにおいて、前記補償ユニットは、前記フラックス測定信号を受信するように構成され、且つ、前記フラックス測定信号に対する前記セットポイントのフラックス補償に更に基づいて前記駆動信号を生成するように適応される、システム。
9. 請求項８に記載のシステムにおいて、前記フラックス補償は、フラックス補償係数の計算と前記フラックス補償係数による前記セットポイントの乗算とを有する、システム。
10. 請求項９に記載のシステムにおいて、前記フラックス補償係数は０〜２の範囲にある、システム。
11. 請求項１乃至１０の何れか１項に記載のシステムにおいて、前記リスケールユニットは、更に、前記駆動信号が前記所定の信号閾値を上回るときに前記較正マトリックスの前記セットポイントをリスケール係数によってリスケールするように構成される、システム。
12. 請求項１乃至１１の何れか１項に記載のシステムにおいて、前記コントローラは更に温度参照機構ユニットを有し、該温度参照機構ユニットは、前記接合温度信号を受信するように構成され、且つ、前記接合温度信号に基づいてフラックス信号を生成し、該フラックス信号を前記補償ユニットに転送するように適応される、システム。
13. 請求項１２に記載のシステムにおいて、前記補償ユニットは、差動フラックス補償係数を設定する前記フラックス測定信号と前記フラックス信号との比較に、及び、前記セットポイントを前記フラックス補償係数で乗算することに、基づいて、初期駆動信号を生成するように適応される、システム。
14. 請求項１乃至１３の何れか１項に記載のシステムにおいて、温度閾値ユニットを更に有し、該温度閾値ユニットは、前記接合温度信号を受信するように構成され、且つ、前記複数の光源の何れかの接合温度が所定の温度閾値を上回るかどうかを決定し、前記所定の温度閾値が上回られる場合に前記較正マトリックスへの命令信号を生成するように適応される、システム。
15. 請求項１４に記載のシステムにおいて、前記較正マトリックスは、前記命令信号の受信に際して前記セットポイントを低下させる、システム。
16. 請求項１乃至１５の何れか１項に記載の光を制御するためのシステムを有する照明システム。

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