JP2008538053A - 複数の発光ダイオードを含む回路を有する照明デバイス、照明デバイスを制御および校正する方法 - Google Patents

Abstract

電源と、電源に直列に接続された複数の発光ダイオード（１２０）と、を有する回路を含む照明デバイス（１３２）である。複数の発光ダイオード（１２０）は、直列接続された発光ダイオードの少なくとも２つのグループを含み、直列接続された発光ダイオードのグループは直列に接続されている。それぞれの光絶縁型電界効果トランジスタ（Ｕ３−Ｕ５）が、直列接続された発光ダイオードのグループの分路を選択的に形成するために、直列接続された発光ダイオードの各グループに並列に接続されている。それぞれのキャパシタ（Ｃ８−Ｃ１０）もまた直列接続された発光ダイオードの各グループに並列に接続できる。光絶縁型電界効果トランジスタ（Ｕ３−Ｕ５）を選択的にオンおよびオフに切り換えるために、コントローラ（Ｕ２）が光絶縁型電界効果トランジスタ（Ｕ３−Ｕ５）のそれぞれのゲートに接続されている。従って、コントローラＵ２は、光絶縁型電界効果トランジスタ（Ｕ３−Ｕ５）によって電源から電気的に絶縁されている。発光ダイオード（１２０）は、パルス幅変調法を用いて駆動および制御できる。

Description

本発明は一般に、複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）を含む回路を有する照明デバイスと、照明デバイスを制御および校正する方法に関する。

本明細書で使用されるランプおよびバルブなどの照明デバイスは、周知であって、長年にわたり広く使用されてきた。これらのランプおよびバルブは一般に、白熱タイプ、ハロゲンタイプ、および蛍光タイプである。最近では、ＬＥＤを使用する照明デバイスが市場に入ってきた。ＬＥＤ照明デバイスは、低消費電力、高効率および長寿命の利点を有する。ＬＥＤ自体はかなり高効率であるが、ＬＥＤ照明デバイスを駆動するのに用いられる回路が低効率である傾向にあった。例えば、容易に利用可能な電圧源は、ＬＥＤを駆動するのに必要な電圧（カラーに応じて、２〜４ボルト）より大幅に高い電圧（例えば、自動車用途における直流の１２または２４ボルト、壁コンセントからの標準の本線電圧における１２０または２４０ボルト）を有する傾向にあり、従来は、抵抗および他の半導体構成要素を用いて電圧を調節していた。ＬＥＤに供給される電圧を調節するプロセスにおいては、これらの抵抗および半導体構成要素は多量のエネルギーを熱に変換し、この熱が非効率性を生じ、ＬＥＤおよび他の回路構成要素を損傷させる可能性がある。

これらの非効率性を最小にするための様々な試みがなされてきた。例えば、照明デバイスは、複数のＬＥＤが直列に配置されていることが知られており、これにより、ＬＥＤは高電圧電源により駆動できる。特許文献１は、図２を参照して、自動車用途において使用できる複数の直列接続されたＬＥＤを有する回路を記載している。各ＬＥＤはスイッチで短絡でき、これにより、１つのＬＥＤの故障の際に、残りのＬＥＤが、論理回路により対応するＬＥＤを短絡することによって動作を継続できるか、または、ＬＥＤの輝度調整が、環状変形によりＬＥＤをショートカット（ｓｈｏｒｔ−ｃｕｔ）することによって実行できる。論理回路に接続される別の制御回路が、ＬＥＤに直列に接続される。論理回路はまた、制御回路の入力に接続される。ＬＥＤを通って流れる定電流が、動作しているＬＥＤの数に関係なく、制御回路を介して論理回路による調整電流として設定される。全ＬＥＤの両端の電圧は、例えば、ＬＥＤの直列接続のために、１２ボルトまたは２０ボルトの低いオンボード電圧に比較して、６０ボルトに増加して調整する必要がある。
米国特許第６，２３９，７１６Ｂ１号

特許文献１の構成は、各ＬＥＤに並列の個別のスイッチを必要とする。従って、多数のＬＥＤが使用される場合、多数のスイッチもまた必要とされ、この結果、回路のコストが上昇する。また、特許文献１の図２に示されるとおり、制御論理および制御回路は、スイッチをクローズにするために、直列ＬＥＤ列とほぼ同一電圧、例えば６０ボルトで作動される。制御回路およびＬＥＤはまた、同一基準またはグラウンドを共有する。このような比較的高電圧を扱うことができる制御回路は、低電圧（例えば、３．３〜１６ボルト）コントローラおよびプロセッサに比較して、大きくて高価になり、熱発生が大きくなる傾向にある。

従って、当分野では、高効率および低コストで製造および動作できる照明デバイスの必要性が存在する。

本発明は一般に、複数の発光ダイオードを含む回路を有して、照明および／または周辺光のための光を提供する照明デバイスと、照明デバイスを制御および校正する方法とに関する。

本明細書で使用されるとき、用語「校正する」および「校正」は単に、１つ以上の所望の基準に基づいて特徴または特性を設定または調整することを意味する。

本明細書で使用されるとき、構成要素の「電流定格」は平均（すなわち、連続）電流定格、ピーク電流定格、または構成要素の他の所定の電流定格を意味する。

本明細書で使用されるとき、用語「比較する」およびそれの変形は、人間によりなされる比較、コンピュータまたは他のプロセッサによりなされる比較、およびコンピュータまたは他のプロセッサと協同して人間によりなされる比較を意味する。例として、比較は目視観測または知覚、調査データ、スペクトル分析データ、製品設計仕様などに基づいて実施できる。

１つの態様では、本発明は回路を備える照明デバイスに関する。回路は供給電圧を提供する電源と、電源に直列に接続され、供給電圧により電力供給される複数の発光ダイオードとを備える。複数の発光ダイオードは、直列接続された発光ダイオードの少なくとも２つのグループを含み、直列接続された発光ダイオードのグループは直列に接続されている。複数の光絶縁型電界効果トランジスタが設けられ、それぞれの光絶縁型電界効果トランジスタが、この光絶縁型電界効果トランジスタがそれに並列に接続されている直列接続された発光ダイオードのグループの分路を選択的に形成するために、直列接続された発光ダイオードの各グループに並列に接続されている。光絶縁型電界効果トランジスタを選択的にオンおよびオフに切り換えるために、コントローラが光絶縁型電界効果トランジスタのそれぞれのゲートに接続されている。本方法では、コントローラは、光絶縁型電界効果トランジスタによって供給電圧から電気的に絶縁されている。

好ましくは、回路はさらに、複数のキャパシタを備え、それぞれのキャパシタは各光絶縁型電界効果トランジスタおよびそれに関連する直列接続された発光ダイオードのグループに並列に接続されている。複数のキャパシタのキャパシタンスが累積され、かつ電源により供給される供給電流の波形が平滑化されるように、複数のキャパシタは電源に直列に接続される。一方、各キャパシタは複数の発光ダイオードと実質的に同電位である。

好ましくは、回路はさらに、コントローラと通信する取り外し可能メモリ媒体を含む。メモリ媒体は少なくとも１つのプログラムのデータを格納する。コントローラは複数の光絶縁型電界効果トランジスタを制御して、メモリ媒体に格納されたデータに従って発光ダイオードを制御する。

別の態様では、本発明は回路を備える照明デバイスに関する。回路は供給電圧を提供する電源と、電源に直列に接続され、供給電圧により電力供給される複数の発光ダイオードとを備える。複数の発光ダイオードは、直列接続された発光ダイオードの少なくとも２つのグループを含み、直列接続された発光ダイオードのグループは直列に接続されている。複数のキャパシタが設けられ、それぞれのキャパシタは直列接続された発光ダイオードの各グループに並列に接続されている。複数のキャパシタは、複数のキャパシタのキャパシタンスが累積され、かつ電源により供給される供給電流の波形が平滑化されるように、電源に直列に接続され、一方各キャパシタは、複数の発光ダイオードとほぼ同一電位になる。

別の態様では、本発明は照明デバイスを制御する方法に関する。本方法は、（ａ）複数の発光ダイオードを設け、この複数の発光ダイオードは少なくとも２つの異なる電流定格の発光ダイオードを含み、（ｂ）電源から複数の発光ダイオードに、少なくとも２つの異なる電流定格のうちの最高定格を有する１つ以上の発光ダイオードの電流定格にほぼ等しい供給電流を供給し、（ｃ）パルス幅変調により複数の発光ダイオードを駆動し、各発光ダイオードは、供給電流により分割される発光ダイオードの電流定格にほぼ等しい最大デューティサイクルで駆動されるステップを備える。好ましくは、ステップ（ｂ）で供給される電流は、少なくとも２つの異なる電流定格のうちの最高定格を有する１つ以上の発光ダイオードの平均電流定格にほぼ等しい。

好ましくは、上記方法はさらに、発光ダイオードのグループの少なくとも１つのデューティサイクルをステップ（ｃ）の最大デューティサイクル以下に変更することにより、発光ダイオードのグループの少なくとも１つから放射される光の強度を変化させるステップを備える。

さらに別の態様では、本発明は照明デバイスからの光出力を校正する方法に関する。本方法は、（ａ）複数の発光ダイオードを設け、この複数の発光ダイオードは少なくとも２つの異なる電流定格の発光ダイオードを含み、（ｂ）複数の発光ダイオードに電流を供給し、（ｃ）複数の発光ダイオードの各発光ダイオードが駆動されるべき所定のデューティサイクルを設定し、（ｄ）ステップ（ｃ）で設定された所定のデューティサイクルで駆動されるとき、複数の発光ダイオードによって放射されるか、または放射されるように設定される光の初期スペクトルを、光の所定の制御スペクトルと比較し、（ｅ）比較されるときに初期スペクトルと制御スペクトルとが少なくとも所定の量だけ異なる場合、複数の発光ダイオードの少なくとも１つの発光ダイオードを駆動するデューティサイクルを調整するステップを備える。

さらに別の態様では、本発明は複数の発光ダイオードを備える照明デバイスに関し、複数の発光ダイオードは少なくとも２つの異なる電流定格の発光ダイオードを含む。複数の発光ダイオードに、少なくとも２つの異なる電流定格のうちの最高定格を有する１つ以上の発光ダイオードの電流定格にほぼ等しい供給電流を供給するために、電源が設けられる。パルス幅変調により複数の発光ダイオードを駆動するために、コントローラが設けられ、各発光ダイオードは、供給電流により分割される発光ダイオードの電流定格にほぼ等しい最大デューティサイクルで駆動される。

本発明のこれらおよび他の特徴および利点の詳細な理解は、本発明の好ましい実施形態を例示し、説明している図面および付随の説明を参照することにより可能になる。

図面全体を通して、同様または対応する参照符号は同様または対応する部分に使用されている。

本発明による１つの好ましい照明デバイスが、図１および２に示されている。本実施形態では、照明デバイスはエジソン型電球１３２（すなわち、従来の電球ソケットに取り付けるように構成されたねじ込みバルブを備える。しかし、上述のとおり、本発明により照明デバイスは任意の所望の形体および寸法を取ることができ、白熱電球固定具に嵌合するバルブとして構成される必要はない。例えば、本発明による照明デバイスはまた、任意の標準照明固定具（例えば、蛍光、白熱、ハロゲンなど）、あるいは壁ソケットにプラグインするように構成された独立型デバイスなどに嵌合するバルブを含む。

図１および２に示されるとおり、バルブ１３２は、ランプの従来の白熱電球ソケットに結合されるように適応されたねじ込みコネクタ１５０、照明固定具などを有するベース１４０を含む。複数のＬＥＤ１２０はベース１４０に取り付けられる。好ましくは、１つ以上の小型蛍光光源１１０をベース１４０に取り付けて、照明のための白色光源を提供する。好ましくは、半透明ハウジング１３０がベース１４０に取り付けられ、複数のＬＥＤ１２０および蛍光バルブ１１０を封入する。好ましくは、バルブ１３２はまた、ベース１４０に取り付けられる有効成分ディスペンサ１１６を含む。有効成分ディスペンサ１１６は、好ましくは、バルブから放出される有効成分のカートリッジ１１８または他のホルダを含む。

好ましくは、ＬＥＤ１２０は、蛍光ランプ１１０を取り囲むように、ベース１４０の周辺の少なくとも一部の周りのＬＥＤボード１２２上に配置される。好ましくは、ＬＥＤ１２０は、任意の２つの隣接するＬＥＤが異なる色であるような、多数の異なる色のＬＥＤを含む。このような構成にすると、異なる色のＬＥＤはハウジング１３０の周りに均等な間隔を空けて配置され、バルブ１３２の任意の側面から見られるとき、適正な照明を提供する。ハウジング１３０上に１つ以上の拡散体または光界面（図示なし）を設けることにより、複数のＬＥＤ１２０から放射された光を拡散または混合して、観測される光の均一な色を得ることができる。あるいは、ハウジング１３０自体が拡散体として機能してもよい。図１および２に示される好ましい実施形態では、複数のＬＥＤ１２０は２４個のＬＥＤ（８個の赤色ＬＥＤ１２０ｒ、８個の緑色ＬＥＤ、および８個の青色ＬＥＤ１２０ｇ）を備え、それらＬＥＤはベース１４０の周辺に赤色、緑色、青色の順番を繰り返して物理的に配置される。言うまでもなく、ＬＥＤの任意の数、色の組合せ、および／または配置を使用することもできる。

１つの実施形態では、ＬＥＤ１２０はクラスタを形成するように配置され、異なる色のＬＥＤが相互に近接して位置合わせされ（例えば、１つの赤色、１つの緑色、１つの青色のＬＥＤが三角形に配置されたクラスタ）、ハウジング１３０から放射される色のユーザによる観測全体にわたり増加した色を提供する。クラスタはまた、隣接していてもよく、あるいは光拡散体または光インタフェースによりカバーされてもよい。このような構成により、観測者にクラスタが単一ピクセルであるような認識を与える。あるいは、ＬＥＤ１２０は間隔を空けてもよく、そうでなければ、個々のＬＥＤにより放射される色が分離して識別されるように配置されてもよい。

好ましくは、蛍光光源１１０は、図２に示されるとおり、ペアのほぼＵ字型の小型蛍光バルブを備える。好ましくは、それぞれの小型蛍光バルブ１１０は一端に第１電極を有する。バルブ１１０は、この第１電極からベース１４０から離れる方向に上方に延び、ベース１４０に向かって他端の第２電極にまで戻るように延びるように、ハウジング１３０の上部近くで後方に曲がる。言うまでもなく、様々な他の寸法、形状、方向、および蛍光バルブ１１０の構成も、本発明の範囲内で可能である。

１つの代替の実施形態では、小型蛍光バルブ１１０は、複数の別個の長さを有する単一バルブから形成でき、それぞれが全長の両端にある２つの電極だけを有するようにその全長が相互に接続される（例えば、Ｍ形、二重Ｍ形など）ように、この蛍光バルブのそれぞれはベース１４０から上に延び、次にベース１４０が延びるようにそれ自体の後方に曲がる。別の代替の１つ以上の渦巻き形またはらせん形バルブを用いてもよい。

好ましくは、複数の小型蛍光バルブ１１０の全長は、小型蛍光バルブが実際に別個のバルブか、または単一バルブが複数の別個の長さを有するかどうかによらず、約２〜約２１インチの範囲にある。好ましくは、これは１つの曲がりを有する長さ約１インチ、１から３の曲がりを有する長さ約３．５インチを含むことができる。これにより、光放射の広い表面積を提供して、室などを照明するのに十分な光を供給する。

有効成分ディスペンサ１１６は、芳香剤、空気殺菌剤、および昆虫防除剤（例えば、殺虫剤または昆虫誘導剤）などの有効成分を、各種の既知の方法のいずれかで放出するように構成される。１つの好ましい実施形態では、有効成分は、カートリッジ１１８などの容器内にあるオイルまたはゲル中に放出される。容器またはカートリッジ１１８は、バルブ１３２内に交換可能に収容および／またはバルブ１３２に交換可能に固定され、有効成分の所望の放出を可能にする。例示の目的で、本発明を熱支援式蒸発装置に関して検討する。この熱支援式蒸発装置は、ヒータにより熱を供給して、有効成分を含むオイル、ゲルなどの蒸発速度を増加させる。言うまでもなく、ファン支援式蒸発装置、圧電式電気駆動アトマイザ、および／または無支援式有効成分ディスペンサなどの他の方式の有効成分ディスペンサを用いることもできる。無支援式有効成分ディスペンサは単に、有効成分を周囲環境に放出する排気機構、または有効成分送出媒体を横切る対流空気流を増加／供給するような他の機構を含むだけである。有効成分ディスペンサは、当分野では既知であり、本明細書では詳細に説明されない。

ＬＥＤ１２０、蛍光バルブ１１０、およびＬＥＤボード１２２はベース１４０に、直接的または間接的に取り付けられる。ベース１４０は、ＬＥＤドライバ１９０および蛍光バラスト１８０を含む制御回路基板１６２を含む。１つのボード上のこれらの主要要素に電力を供給（および制御）することにより、より小型のバルブ１３２が得られる。あるいは、ＬＥＤ１３２および小型蛍光バルブ１１０用に別個のボードを設けてもよい。電力は、従来の電球ソケットに結合されると電力を受け取るコネクタ１５０への電気接続（図示なし）によりボード１６２に供給される。

好ましくは、制御ボード１６２はまた、複数のＬＥＤ１２０を制御するためのプロセッサＵ２を含む。例えば、ＬＥＤの制御は、ＬＥＤ１２０を個々にまたはグループとして制御して、ハウジング１３０の外部からユーザにより知覚される光の色を変化させることを含んでもよい（これは、拡散体などの使用を含んでもよい）。さらに、プロセッサＵ２は、ＬＥＤへの供給電流を変化させるか、またはパルス幅変調を使用してデューティサイクルを変化させることにより、ＬＥＤ１２０の輝度を制御できる。さらに、プロセッサＵ２はＬＥＤを制御して、プレゼンテーションの進行全体にわたって光の色、輝度、起動などを変化させる、１つ以上の所定の照明プレゼンテーション（例えば、光のショーまたはテーマ）を実行することにより、エンターテイメントの光のショーを実現できる。コントローラＵ２はまた、輝度または起動を含む、蛍光バルブ１１０を制御するように構成されてもよい。しかし、好ましくは、蛍光バルブ１１０は、ＬＥＤ１２０なしでそれ自体で起動され、室または他の領域を照明するためのほぼ白色光を提供する。ＬＥＤは終夜灯として別に使用するか、あるいは色の特徴を利用する雰囲気またはユーザを楽しませる色のショーを提供するために使用することもできる。

光のショーはメモリ１６８内に格納されてもよい。メモリ１６８はボード１６２および／またはプロセッサＵ２を制御して所定のプレゼンテーションを実行するソフトウェアプログラムを含むことができる。メモリは、制御ボード１６２上に含まれてもよく、取り外し可能メモリカードまたはカートリッジを備えてもよく、および／またはプロセッサＵ２のオンボードメモリを備えてもよい。

１つの実施形態では、メモリ１６８は取り外し可能メモリカードとして構成され、好ましくは、カードは１つ以上の所定のテーマおよび／または光のショーにおいてＬＥＤを制御する、１つ以上の所定のプログラムを格納する。本実施形態におけるメモリカード１６８は、好ましくは、プロセッサＵ２の拡張ポートに結合するように適応される。好ましくは、拡張ポートは、例えば５ピンのカードエッジコネクタ（ピンは電力、グラウンド、送信データ、受信データ、および制御に対応する）を利用するカードなどの、アフターマーケットのメモリカードを受け入れるように構成される。好ましくは、カードはシリアルのプログラマブルリードオンリメモリチップおよびインタフェースを完成するのに必要な関連する電子回路を備える。好ましくは、このカードは、カードを低価格および／または使い捨て式にするために、極めて低コストに設計される。

メモリカードが装着されないとき、プロセッサＵ２は、オンボードメモリ内に格納された（または、プロセッサＵ２に接続された別個の、取り外しできない外部メモリ内に格納された）１つ以上の事前プログラムされた光のショーまたはテーマを実行する。ユーザは、メモリカードを挿入することにより、事前プログラムされた光のショーまたはテーマを交換できる。メモリカードが装着されると、メモリカードは、プロセッサのオンボード（または外部）メモリに含まれる事前プログラムされた光のショーまたはテーマを無効にする。

別の代替方法では、プロセッサＵ２および／またはメモリ１６８に組み込まれている光のショーデータを含むプログラムメモリの一部は、シリアル、ＵＳＢ、または他の既知のインタフェースを介して標準パーソナルコンピュータによって、新しい光のショーデータを用いて再プログラムできる。このようなデータは、例えば、ネットワーク接続を介してサーバからパーソナルコンピュータにダウンロードされているか、またはパーソナルコンピュータ上にプログラムされている。

ユーザに制御ボード１６２および／またはプロセッサＵ２の制御を提供するために、ベース１４０上にユーザインタフェース１７０が設けられる。ユーザインタフェース１７０により、ユーザはＬＥＤ１２０および小型蛍光バルブ１１０の１つ以上の知覚される色、輝度、起動などを選択できる。またユーザインタフェース１７０により、ユーザは、有効成分ディスペンサ１１６の起動、放出強度／速度、放出される有効成分の種類などを制御できる。好ましくは、ユーザインタフェース１７０は３−スイッチ・インタフェースを備える（図２では１つのスイッチのみが示されている）。３−スイッチ・インタフェース（スイッチＳ１、Ｓ２、およびＳ３）およびその動作が、本発明に使用可能な好適な回路に関して以下に詳細に説明される。あるいは、ユーザインタフェース１７０は、ユーザが異なる設定の間を切り換えるために操作できるボタンを備えてもよい。別の実施形態では、ユーザがバルブ１３２の動作のさらに複雑な制御をできるように、ユーザインタフェース１７０はさらに高機能とされる（および、遠隔制御などにより、ベース１４０に設けられる）。例えば、インタフェースにより、ユーザは色の変化、各種構成要素の輝度の変化、有効成分の放出の強度／速度の変化、指定時刻の起動および／または停止など、およびそれらの組合せを含む、プログラムを設計できる。

以下に詳細に説明されるとおり、ＬＥＤ１２０および蛍光バルブ１１０は、好ましくは、図３、３Ａ、および３Ｂに示されるうちの１つなどのような集積回路により制御され、駆動される。好ましくは、有効成分ディスペンサ１１６の動作はＬＥＤおよび／または蛍光バルブ１１０から独立になるように、有効成分ディスペンサ１１６は別個の回路（図示なし）により作動および制御される。あるいは、有効成分ディスペンサ１１６をＬＥＤ１２０および蛍光バルブ１１０と同一回路に接続して、コントローラＵ２によって有効成分ディスペンサ１１６の制御を可能にできる（例えば、コントローラＵ２へのユーザ入力に従って、事前プログラムされた光のショーと連携して有効成分の出力を制御することができる）。有効成分ディスペンサをＬＥＤ１２０の回路に接続する様々な方法が（コントローラＵ２による制御によるか、または制御によらない）、当業者には明らかであり、本明細書では詳細に説明されない。

本発明による照明デバイスを制御するのに使用可能な集積回路は、次に、図３、３Ａ、および３Ｂに関して説明される。図３に示されるとおり、回路は一般に、蛍光バルブ１１０を駆動する小型蛍光バラスト１８０と、ＬＥＤアレイ１２０を駆動および制御するマイクロプロセッサＵ２を有する電子的ＬＥＤドライバ１９０と、蛍光バルブ１１０とＬＥＤアレイ１２０との間を切り換えるスイッチＳ３とを有する。ユーザは、スイッチＳ３を使用して蛍光光源１１０（白色光用）とＬＥＤアレイ１２０（カラー光／光のショー用）とを選択できる。スイッチＳ３の一方の位置では、ＡＣ電圧源を蛍光バラスト１８０に接続し、白色光を提供する。スイッチＳ３の他方の位置では、ＡＣ電圧源をＬＥＤドライバ１９０に接続し、カラー光を提供する（以下に詳細に述べられるとおり、スイッチＳ１およびＳ２をユーザが操作することによる、光のショー、テーマなどに対する定常照明、点滅照明、色変化などを含む）。好ましくは、蛍光バラスト１８０、ＬＥＤドライバ１９０、マイクロプロセッサＵ２、蛍光光源１１０、およびＬＥＤアレイ１２０は全て、標準の６０Ｗ白熱電球の寸法に近い、集積モジュール内に組み込まれる。しかし、上述のとおり、本発明による照明デバイスは任意の形状および寸法で構成されてもよい。

図示されるスイッチＳ３は２極単投スイッチであって、蛍光バラスト１８０またはＬＥＤドライバ１９０のいずれも駆動できるが、両方を同時に駆動できない。しかし、代替として、本発明者らは、場合によっては、蛍光バラスト１８０およびＬＥＤドライバの両方に同時に電力を供給することが望ましいことを想定している。このような場合においては、例えば、３位置スイッチを使用でき、第３位置が蛍光バラスト１８０およびＬＥＤドライバ１９０の両方をＡＣ電圧源に接続する。これに加えて、同一スイッチの追加位置を用いて、または１つ以上の追加スイッチを使用して、有効成分ディスペンサなどの他の電子構成要素を接続できる。

図３、３Ａ、および３Ｂに示される例示の実施形態では、蛍光光源１１０はらせん状１５ＷのＴ３チューブを備える。言うまでもなく、上述のとおり、代わりに様々な他の蛍光光源を使用できる。任意の適切な従来のバラストを使用して、蛍光光源１１０を作動できる。しかし、図示された回路では、バラスト１８０は、小型蛍光ランプ用途において一般に使用される、電圧供給型非絶縁直列共振オシレータを備える。

好ましくは、ＬＥＤドライバ１９０は定電流モードのバックブースト（ｂｕｃｋ−ｂｏｏｓｔ）変換器である。この変換器はライン電圧をバック（低下）またはブースト（増加）させて、ＬＥＤアレイ１２０を作動させるのに必要とされるライン電圧に一致させる。ＬＥＤアレイ１２０は１つ以上の色の任意の数のＬＥＤを含んでもよい。しかし、好ましくは、ＬＥＤアレイ１２０は複数の赤、緑、および青色ＬＥＤを備える。好ましくは、各色のＬＥＤの数は同一であるが、これは必須ではない。好ましくは、複数のＬＥＤは電源に直列に接続される。図３Ｂに示されるＬＥＤアレイ１２０は、ＬＥＤの３つのグループ、すなわち、８個の直列接続された緑色ＬＥＤのＤ２９−Ｄ３６のグループと８個の直列接続された赤色ＬＥＤのＤ７−Ｄ１４のグループとに直列に配置された、８個の直列接続された青色ＬＥＤのＤ１５−Ｄ２２のグループを備える。本実施形態におけるＬＥＤのグループは全てが同一色であるとして示されているが、本発明者らは、ＬＥＤの各グループが２つ以上の色のＬＥＤを備えるのが望ましい場合があることを想定している。

直列接続されたＬＥＤの各グループは、そのグループに並列に接続された、ＬＥＤのグループの分路を選択的に形成する光絶縁電界効果トランジスタ（オプト−ＦＥＴ）Ｕ３−Ｕ５を有する。一般に、オプト−ＦＥＴは、光検出器と光通信する際に内部ＬＥＤを用いてゲート信号を生成する、特別に設計された電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）である。従来のＦＥＴのように、ゲート信号を直接駆動して、オプト−ＦＥＴをオンにする代わりに、内部ＬＥＤに電流を供給することにより、オプト−ＦＥＴをオンにする。内部ＬＥＤから放射される光が光検知器を作動させて、オプト−ＦＥＴをクローズにする。内部ＬＥＤは光検出器から完全に分離され（すなわち、電気的に接続されていない）、従って、オプト−ＦＥＴと負荷電圧との間の電気的絶縁を実現する。このように、図３Ｂに示される回路では、マイクロプロセッサＵ２がオプト−ＦＥＴ Ｕ３−Ｕ５によってＬＥＤアレイ１２０から電気的に絶縁されているので、マイクロプロセッサＵ２はＬＥＤアレイ１２０の電圧と同一電圧または同等電圧ではない。マイクロプロセッサＵ２は、ＬＥＤアレイ１２０の電圧に対してフロートしている５ボルト電源によって電圧供給され、ＬＥＤアレイ１２０と共通の基準またはグラウンドを共有しない。これにより、本発明の回路をＡＣ電力源と共に使用するのが容易になる。

本方法においては、直列接続されたＬＥＤ１２０のグループを直列に接続することにより、直列接続の有効性および他の性能利益を利用することができ、同時に、各グループを個別に制御できる。図３Ａおよび３Ｂに示される実施形態では、ＬＥＤ１２０を直列配置することにより、全てのＬＥＤを３個のオプト−ＦＥＴ Ｕ３−Ｕ５だけで起動できる。さらに、オプト−ＦＥＴを使用してＬＥＤのグループを起動することにより、マイクロプロセッサＵ２を、ＬＥＤ１２０に供給される高電圧から電気的に絶縁できる。

ＬＥＤの直列接続配置は比較的高電圧の低電流負荷により駆動され、これは比較的高電流の低電圧負荷に比べてより経済的に駆動できる。上述のようにＬＥＤを直列に接続すると、直列接続されたＬＥＤの電圧降下が累積されるため、単一ＬＥＤに比べて大きい電圧降下が生じる。この高い累積電圧降下により、供給電圧がライン電圧に近くなるため、より効率的な電力供給が可能になる。しかし、この比較的高電圧は、大部分の従来の低コストコントローラ、マイクロプロセッサなどにより必要とされる電圧より大幅に高く、典型的には、直流の約３．３〜１６ボルト、最も一般的には約３．３〜５ボルトを必要とする。好ましくは、マイクロプロセッサＵ２は５ボルトで作動するが、それぞれの電圧を出力するコントローラは回路に小さい修正を加えて使用できる。オプト−ＦＥＴ Ｕ３−Ｕ５を使用することにより、マイクロプロセッサＵ２として比較的低電圧の低コストデバイスを使用できる。この理由は、マイクロプロセッサがＬＥＤ１２０に供給される高電圧から電気的に絶縁されるからである。すなわち、オプト−ＦＥＴは、回路の低電圧部分（すなわち、約５ボルトを供給されるマイクロプロセッサＵ２およびオプト−ＦＥＴ Ｕ３−Ｕ５のゲート）を回路の高電圧部分（すなわち、示される実施形態では、約７８ボルトを供給されるＬＥＤアレイ）から絶縁する。

図３Ａおよび３Ｂに示される、上述のオプト−ＦＥＴ配置の代わりに、高電圧で作動するように設計された高電圧ドライバを用いることもできる。しかし、これらのいわゆる高電圧ドライバは、実装にシリコンを多く必要とし、製造工程のコストが高くなる理由から、低電圧デバイスに比べてコストが上昇する。

マイクロプロセッサＵ２はスイッチＳ１およびＳ２からユーザ入力を受け取り、制御信号を生成してオプト−ＦＥＴ Ｕ３−Ｕ５を制御して、ＬＥＤアレイ１２０を制御する。例えば、好ましくは、マイクロプロセッサは、メモリ（オンボード、外部、および／または取り外し可能なメモリ）に格納された各種の事前にプログラムされた光のショーを起動して、ＬＥＤアレイ内のＬＥＤの起動および／または強度を変化させるか、またはＬＥＤにより現在発生している特定の色を維持することができる。

次に、図３Ａを参照して、回路に使用できる１つの好適なＬＥＤドライバ１９０が以下により詳細に説明される。Ｓ３がＬＥＤドライバ１９０側に切り換えられると、半波整流器を形成するダイオードＤ１およびキャパシタＣ１を通って電流が流れ、Ｃ１の両端にＤＣ電圧が生じる。抵抗Ｒ１は小さい入力インピーダンスを生成して、Ｃ１への突入電流を減少させ、電磁干渉（ＥＭＩ）を低減し、電圧および電流サージに耐える回路全体の能力を向上させる。Ｃ１両端のＤＣ電圧は、定電流パワーモードで動作する、集積電力金属酸化物電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）および制御モジュールＵ１、インダクタＬ１、ダイオードＤ３、およびキャパシタＣ５を備えるスイッチング電源を駆動する。

好ましくは、制御モジュールＵ１は、カルフォルニア州サンノゼ（Ｓａｎ Ｊｏｓｅ，Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ）に本社のある、パワー・インテグレーション社（Ｐｏｗｅｒ Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎｓ，Ｉｎｃ．，）で製造される、部品番号ＬＮＫ３０６などの、高周波スイッチング・バックブースト変換器を含む。制御モジュールＵ１は４つのピン（すなわち、ＦＢ＝フィードバック、ＢＰ＝バイパス、Ｄ＝ドレイン、およびＳ＝ソース）を有する。制御モジュールＵ１、インダクタＬ１、ダイオードＤ３、およびキャパシタＣ５は、バックブースト形態で構成され、ライン電圧をＬＥＤを駆動するのに必要な電圧に低下させる（例えば、各赤色ＬＥＤについては約２．２ボルト、各青色または緑色ＬＥＤについては約３．８ボルト、図３Ｂに示される８個の赤、８個の緑、８個の青色ＬＥＤについては全体で約７８ボルト）。電流検知抵抗Ｒ１１は、定電流モードにおいて電源により供給される電流を設定するために、制御モジュールＵ１に戻る負荷電流のサンプルを提供する。制御モジュールＵ１の内部ＭＯＳＦＥＴは、ＢＰピン電圧が４．８５ボルトを超え、ＦＢピンに供給される入力電流が４９ｕＡ未満になると導通する（オンになる）。４９ｕＡを超える電流がＦＢピンに供給される場合、内部ＭＯＳＦＥＴは導通しない（オフに維持される）。制御モジュールＵ１の内部ＭＯＳＦＥＴがオンになると、インダクタＬ１、ダイオードＤ５、ゼナーダイオードＤ６、およびフリーホイーリングダイオードＤ３を通して、電流が負荷のＬＥＤ Ｄ１−Ｄ１７に供給される。制御モジュールＵ１の内部ＭＯＳＦＥＴがオフになると、インダクタＬ１に蓄えられたエネルギーが、ダイオードＤ５、ゼナーダイオードＤ６、およびフリーホイーリングダイオードＤ３を通して、電力を負荷に供給する。

抵抗Ｒ１１、Ｒ３、およびＲ４、ならびにキャパシタＣ４は、フィードバックネットワークを形成して、制御モジュールＵ１の内部ＭＯＳＦＥＴのスイッチングを制御する。電流検知抵抗Ｒ１１に並列のキャパシタＣ４は、電流検知抵抗Ｒ１１両端のパルス電圧を平均する。電流検知抵抗Ｒ１１の大きさは、この両端電圧が２ボルトに達すると、抵抗Ｒ３およびＲ４により形成される分割ネットワークが制御モジュールＵ１のＦＢピンに４９ｕＡより大きい電流を供給し、これにより、制御モジュールＵ１の内部ＭＯＳＦＥＴをオフにするような大きさとされる。抵抗Ｒ３の両端電圧が２ボルト未満になると、ＦＢピンに供給される電流が４９ｕＡ未満となり、制御モジュールＵ１の内部ＭＯＳＦＥＴがオンになる。このようにして、ＬＥＤ Ｄ１−Ｄ１７への負荷電流が制御され、その平均値は式Ｉ＝２／Ｒ１１により設定される（従って、４０オームの抵抗では、２Ｖ／４０オーム＝５０ｍＡの負荷電流になる）。

制御モジュールＵ１の内部回路要素は、内部ＭＯＳＦＥＴがオンのときに、キャパシタＣ３により電力を供給される。内部ＭＯＳＦＥＴがオフのとき、Ｃ３は５．８ボルトに充電される。キャパシタＣ３は、ＢＰピンにおける内部ＭＯＳＦＥＴソース電圧から小さな電流を提供して、制御モジュールＵ１の内部５．８ボルト供給を起動する。これにより、制御モジュールＵ１は連続的に動作する。

負荷に直列のゼナーダイオードＤ６は抵抗Ｒ５およびＲ６を通してキャパシタＣ６に５ボルトを供給する。この５ボルト供給電圧を用いて、マイクロプロセッサＵ２のピン１に電力を供給する。

マイクロプロセッサＵ２は、電力を供給されると、ピン５、６、および７のそれぞれに３つのパルス幅変調（ＰＷＭ）信号を出力するようにプログラムされる。ＰＷＭ信号は、オプト−ＦＥＴ Ｕ３−Ｕ５の入力ダイオードのカソードに直接結合される。オプト−ＦＥＴ Ｕ３−Ｕ５の入力ダイオードのアノードは、プルアップ抵抗Ｒ２、Ｒ７、およびＲ１３を通して、キャパシタＣ６の両端の５ボルト供給に接続される。マイクロプロセッサＵ２のピン５、６、および／または７が、オプト−ＦＥＴ Ｕ３、Ｕ４、およびＵ５の１つ以上の入力ダイオードのカソードのそれぞれに、論理ｈｉｇｈ（５Ｖ）信号を提供すると、入力ダイオードが逆バイアスされ、それぞれのオプト−ＦＥＴはオープン（オフ）になる。マイクロプロセッサＵ２のピン５、６、および／または７が、オプト−ＦＥＴ Ｕ３、Ｕ４、およびＵ５の１つ以上の入力ダイオードのカソードのそれぞれに、論理ｌｏｗ（０Ｖ）信号を提供すると、入力ダイオードが順方向バイアスされ、それぞれのオプト−ＦＥＴはクローズ（オン）になる。オプト−ＦＥＴ Ｕ３、Ｕ４、およびＵ５がオフ（オープン）になると、電流は通常、バックブースト変換器からＬＥＤ負荷を通って流れる。オプト−ＦＥＴ Ｕ３、Ｕ４、およびＵ５がオン（クローズ）になると、電流はＬＥＤを迂回して、オプト−ＦＥＴを通って流れる（すなわち、電流は各クローズのオプト−ＦＥＴに結合されたＬＥＤを分流する）。オプト−ＦＥＴ Ｕ３−Ｕ５は独立に制御されるため、電流はＬＥＤの各個々のグループを迂回して流れることができる。オプト−ＦＥＴ Ｕ５は赤色ＬＥＤ Ｄ７−Ｄ１４に対する電流バイパスを提供し、オプト−ＦＥＴ Ｕ４は緑色ＬＥＤ Ｄ２９−Ｄ３６に対する電流バイパスを提供し、オプト−ＦＥＴ Ｕ３は青色ＬＥＤ Ｄ１５−Ｄ２２に対する電流バイパスを提供する。このようにして、マイクロプロセッサＵ２はＰＷＭを用いて、ＬＥＤの各グループのＬＥＤ電流を個々に制御できる。

ＬＥＤの各グループに供給される平均電流はまた、オプト−ＦＥＴのオープンおよびクローズによりそのグループに加えられるＰＷＭ信号のデューティサイクルを変更することによって、調節できる。このように、各オプト−ＦＥＴ Ｕ３−Ｕ５に加えられるＰＷＭ信号のデューティサイクルを調節することにより、サイクル当たりのＬＥＤの各グループに供給される平均電流を調節でき、これにより、各グループの輝度／強度を調節できる。ＰＷＭ電流制御を利用してプリント回路基板上の近接する赤、緑、および青色ＬＥＤの相対的強度を制御することにより、２５６色以上の異なる知覚色を生成できる。好ましくは、ＰＷＭ信号はフリッカーが見えないように十分高い周波数とし、これにより、人間の目はＬＥＤグループから放射される赤、緑、および青色光の割合に基づく混合色のみを知覚する。しかし、代替として、本発明者らは、周波数を低く設定して、ＬＥＤの知覚できるフリッカーまたはフラッシュが見えるようにするのが望ましい状態であると想定している。

スイッチング電源の出力と電源の帰線との間に接続されたキャパシタＣ５は、ＬＥＤに供給される電流が少量のＡＣリップルを有するＤＣにほぼなるように、負荷電流を平滑化することによりスイッチング電源を安定化するのに役立つ。キャパシタＣ５は、電源に対して適度の量のフィルタリングを提供する（好ましくは、約１マイクロファラド）。ここでは、より大きなキャパシタを用いてもよいが、大きなキャパシタはＬＥＤへのサージ電流を生じ、光フラッシュを発生させる。図３Ａおよび図３Ｂの回路に大きなキャパシタを使用すると、ＬＥＤのピーク電流定格を超える可能性もある。抵抗Ｒ１２およびキャパシタＣ７は、スナバ・ネットワークを提供して、制御モジュールＵ１の内部ＭＯＳＦＥＴがオフになるときの電圧のずれおよび振動を制限する。

さらに、キャパシタＣ５に比較的小さいキャパシタを使用すると、キャパシタＣ５が放電してもなお若干の光フラッシュが知覚された。従って、追加のキャパシタンスが、オプト−ＦＥＴ Ｕ３、Ｕ４、およびＵ５のそれぞれに並列に配置されている、キャパシタＣ１０、Ｃ８、およびＣ９の間に分配されることが好ましい。この分配されたキャパシタンス配置が、オプト−ＦＥＴのいずれかがクローズのときにキャパシタＣ５により放出されるＬＥＤパルス電流を抑制する。３つのキャパシタＣ１０、Ｃ８、およびＣ９は、キャパシタの相互のキャパシタンスが累積されるように、効果的に直列に接続される（好ましくは、１．１マイクロファラドの累積同等値では、約３．３マイクロファラド）。しかしながら、キャパシタＣ１０、Ｃ８、およびＣ９のそれぞれが、ＬＥＤのそれぞれのグループに並列であることから、キャパシタはサージ電流の発生源をそれぞれのＬＥＤストリングに提供しない。この理由は、キャパシタが常にＬＥＤストリングの電位にあるからである。このように、キャパシタンスの値を大きくすると、スイッチング電源の安定化が得られると同時に、大きなキャパシタンスがＬＥＤのグループに直列に接続されるときに発生する、サージ電流および関連する光フラッシュを回避できる。

上述のとおり、ユーザインタフェースはまた、ＬＥＤアレイ１２０の動作を制御するためのペアのスイッチＳ１およびＳ２を含む。スイッチＳ１はモード選択スイッチであって、このスイッチがクローズになると、論理レベルｌｏｗ（０Ｖ）値をマイクロプロセッサＵ２の入力ピン３に提供する。この入力がマイクロプロセッサＵ２に命令を与えて、ＬＥＤアレイ１２０により現在表示されているカラー光のショーを切り換える。例えば、モード選択スイッチＳ１がユーザにより起動されると、好ましくは、マイクロプロセッサＵ２は、例えば、先に述べた取り外し可能メモリカード、マイクロプロセッサＵ２の内部メモリ、外部メモリなどのメモリに格納された、複数の事前にプログラムされた光のショーまたはテーマの次のショーまたはテーマにアクセスする。スイッチＳ２はホールドスイッチであって、このスイッチがクローズになると、論理レベルｌｏｗ（０Ｖ）値をマイクロプロセッサＵ２の入力ピン２に提供する。この入力がマイクロプロセッサＵ２に命令を与えて、ＬＥＤアレイ１２０により現在生成されている特定のカラー混合を維持する。モードスイッチＳ１およびホールドスイッチＳ２がユーザにより起動されないときは、抵抗Ｒ８、Ｒ９、およびＲ１０が、マイクロプロセッサＵ２のピン２、３、および４をキャパシタＣ６両端の５Ｖ供給電圧により論理レベルｈｉｇｈ（５Ｖ）に引き上げる。

直列接続のＬＥＤアレイを有する本発明の照明デバイスを制御するのに有効であることが見出された方法は（本方法はまた、他の構成で配置されたＬＥＤを有する照明デバイスにも適用可能である）、図４を参照して以下に説明される。

異なる色のＬＥＤは一般に、異なる電流定格（例えば、平均または連続電流定格、ピークまたは最大電流定格など）を有する。例えば、赤色ＬＥＤは一般に約５０ｍＡの平均または連続電流定格を有し、一方、緑および青色ＬＥＤは一般に約３０ｍＡの平均または連続電流定格を有する。所与のＬＥＤの最大限の潜在能力（すなわち、最大限の強度）を実現するために、ＬＥＤをその平均または連続電流定格で、またはそれに近い定格で駆動することが望ましい。しかし、ＬＥＤが直列に接続され、定電流源により駆動されるとき、図３、３Ａ、および３Ｂの実施形態と同様に、負荷電流が複数のＬＥＤのうちで最高電流定格を有するＬＥＤ（複数可）の平均または連続電流定格に設定される場合、低い平均または連続電流定格を有するＬＥＤはそれらの定格電流を超えて駆動されることになり、これがＬＥＤの早期故障、過熱、または他の問題を引き起こす可能性がある。逆に、負荷電流が複数のＬＥＤのうちの最高電流定格より低い定格電流を有するＬＥＤ（複数可）の平均または連続電流定格に設定される場合、負荷電流を超える電流定格を有するＬＥＤはそれらの最大限の潜在能力で駆動されないことになる。

上述の観点から、本発明者らは図４のフローチャートに示される照明デバイスのＬＥＤを制御および駆動する方法を開発することにより、ＬＥＤをそれらの最大限の潜在能力にまで駆動可能にした。本方法は、上述の実施形態で説明された照明デバイスなどの直列に配置された複数のＬＥＤを有する照明デバイス、ならびに他の構成で配置されたＬＥＤを有する照明デバイスに適用可能である。ステップＳ１０１では、少なくとも２つの異なる電流定格の発光ダイオードを含む、複数の発光ダイオードを有する回路を設ける。好ましくは、複数の発光ダイオードは、第１の色の発光ダイオードからなる第１グループと、第２の色の発光ダイオードからなる第２グループとを含む。

ステップＳ１０２では、電流は電源から複数のＬＥＤに供給される。好ましくは、電源は定電流電源であって、複数のＬＥＤの少なくとも２つの異なる電流定格の最高値を有するＬＥＤの平均または連続電流定格にほぼ等しい負荷電流を供給する。例えば、赤色ＬＥＤの平均または連続電流定格が５０ｍＡ、緑および青色ＬＥＤの平均または連続電流定格が３０ｍＡの場合、供給される負荷電流は約５０ｍＡに設定される。

ステップＳ１０３では、複数のＬＥＤはＰＷＭにより駆動される。好ましくは、複数のＬＥＤの各ＬＥＤは、供給される負荷電流により分割されるＬＥＤの電流定格にほぼ等しい最大デューティサイクルで駆動される。従って、供給される負荷電流が５０ｍＡに設定される場合、５０ｍＡの電流定格を有する赤色ＬＥＤは、ＰＷＭにより約１００％の最大デューティサイクル（５０ｍＡの電流定格／５０ｍＡの供給負荷電流）で駆動され、一方、３０ｍＡの電流定格を有する青色および緑色ＬＥＤは、ＰＷＭにより約６０％の最大デューティサイクル（３０ｍＡの電流定格／５０ｍＡの供給負荷電流）で駆動される。言うまでもなく、本方法は任意の電流定格を有するＬＥＤに適用可能であり、デューティサイクルは上記の関係（電流定格／供給負荷電流）に基づいて調整される。このように、所与のデューティサイクルでは、最大限でもそのＬＥＤの平均電流定格の平均電流を提供される。さらに、本発明者らは、本方法は、連続または平均電流定格以外の電流定格、例えばピーク電流定格などを用いて適用できることを想定している。

このように、複数のＬＥＤのいずれの電流定格も超えることなくそれらＬＥＤの最大限の潜在能力を実現するために、複数のＬＥＤの全てを最大デューティサイクルで駆動して、そのサイクル全体にわたる平均電流がそれぞれのＬＥＤの電流定格であるか、またはそれに近いようにする。

さらに、ステップＳ１０３で最大デューティサイクルが確立されると、従来のＰＷＭ技法を用いて、それぞれのＬＥＤをさらにそのデューティサイクルで調整し、ＬＥＤの強度を変化させ、照明デバイスから放射される光の色を変化させることができる（「強度デューティサイクル」）。ＬＥＤ各種類および／または色に対する最大デューティサイクルは、ステップＳ１０１〜Ｓ１０３で決定される。結果としてのＰＷＭデューティサイクル（すなわち、各ＬＥＤが任意の所定時間に実際に駆動されるデューティサイクル）は、最大デューティサイクルおよび強度デューティサイクルに基づく複合信号である。結果としてのＰＷＭデューティサイクルは、好ましくは、最大デューティサイクルおよび強度デューティサイクルに基づいて、マイクロプロセッサＵ２内に格納されたソフトウェアによって計算される。好ましくは、結果としてのＰＷＭデューティサイクルは、最大デューティサイクルと強度デューティサイクルの積にほぼ等しい。このような場合には、最大デューティサイクルが１００％で強度デューティサイクルが５０％である場合、ＰＷＭデューティサイクルは約５０％になる。同様に、最大デューティサイクルが６０％で、強度デューティサイクルが５０％である場合、ＰＷＭデューティサイクルは約３０％になる。このように、単一ＰＷＭ信号を用いて、ＬＥＤをそれぞれの最大デューティサイクルで、またはそれに近いデューティサイクルで駆動および調整できる。

代替として、結果としてのＰＷＭデューティサイクルは、最大デューティサイクルと強度デューティサイクルの重み付けされた積に基づくか、または特定の他の数学的関係に基づいてもよい。別の代替方法では、ソフトウェアにより決定される結果としてのＰＷＭデューティサイクルの代わりに、結果としてのＰＷＭデューティサイクルはハードウェアにより実現できる。

本発明の別の方法は、ＬＥＤの異なるグループからの光の特定の割合を達成するために、直列接続のＬＥＤアレイを有する照明デバイスからの光出力を校正する方法に関する（本方法は、他の構成で配置されたＬＥＤを有する照明デバイスにも適用できる）。本方法は、図５を参照して以下に説明される。校正方法は、単独で実行されても、または図４の制御方法および／または従来の強度デューティサイクル制御と組み合わせて実行されてもよい。図４の方法と組み合わせて実行されるとき、各方法の最初の２つのステップは同一であり、一度だけ実行される必要がある。

校正方法のステップＳ２０１では、複数のＬＥＤが設けられる。好ましくは、複数の発光ダイオードは少なくとも２つの異なる電流定格のＬＥＤを含む。次に、ステップＳ２０２では、電流は電源から複数のＬＥＤに供給される。好ましくは、電源は定電流電源である。次に、ステップＳ２０３では、複数のＬＥＤの各ＬＥＤが駆動される、所定のデューティサイクルが設定される。この設定は手動または自動で実行でき、図４に関して示されおよび説明された照明デバイスの制御方法に従って、最大デューティサイクルとして設定できる。あるいは、設定は、他の基準、例えばＬＥＤの製造仕様などに基づいて実行できる。

ステップＳ２０４では、ステップＳ２０３で設定された所定のデューティサイクルで駆動されるとき、複数の発光ダイオードにより放射される光、または放射されるように設定された光の初期スペクトルが、光の所定の制御スペクトルと比較される。光の初期スペクトルは、複数のＬＥＤの設計仕様に基づいて計算され、この計算された初期スペクトルは、次に、制御スペクトルと比較される。あるいは、複数のＬＥＤにより放射される初期スペクトルは、複数のＬＥＤから放射される光を実際に知覚することにより決定してもよく、この知覚された初期スペクトルは制御スペクトルと比較される。別の代替方法では、複数のＬＥＤにより放射される初期スペクトルは、測定器により検出でき、この検出された初期スペクトルは制御スペクトルと比較できる。上述のとおり、この比較は人間および／またはコンピュータにより実行でき、手動または自動で実行されてもよい。制御スペクトルは照明の所望のスペクトルに一致し、多くの設計的考慮事項に基づいて決定できる。これらの少数の例としては、美的外観、カラーマッチング（例えば、物体、別の照明デバイス、他の照明など）、ＣＩＥ ＸＹＺカラー空間（ＣＩＥ）チャート、および顧客の好みなどがある。

ステップＳ２０４で比較されるとき、初期スペクトルおよび制御スペクトルが所定の量だけ異なる場合、１つ以上のＬＥＤが駆動されるデューティサイクルは、ステップＳ２０５において、デューティサイクル（複数可）を増加または減少することにより、制御スペクトルに緊密に一致するように調整される。再度、このステップは人間またはコンピュータにより実行でき、手動または自動で実行されてもよい。差の所定量は、任意の所望の差に設定できる。例えば、差はＣＩＥチャート上の各点の間の距離として設定でき、差は初期スペクトルを表す点と制御スペクトルを表す点との間のＣＩＥチャート上の距離として測定される。あるいは、所定の差は、任意の知覚できる差として定義されてもよく、１人以上の人間による観測によって測定できる。

ステップＳ２０５において調整が実行された後、プロセスはステップＳ２０４に戻ることができる。このように、調整が実行され終わると、調整された照明スペクトルは制御スペクトルと比較できる。調整されたスペクトルと制御スペクトルとの間の差が依然として所定の差を超える場合、後続の調整を実行でき、そうでない場合、その方法は完了する。このループは、初期スペクトル（または調整されたスペクトル）と制御スペクトルとの差が所定の差を超えなくなるまで、または設定された繰返し数に対して、繰り返すことができる。

照明デバイスを制御および校正する上述の方法に加えて、さらにＬＥＤを、同一または異なるＰＷＭ信号を用いて制御し、それぞれのＬＥＤの起動および／または強度を時間的に調整し、上述の光のショーおよび／または光のテーマを実行できる。例えば、最大デューティサイクルが、図４に関して説明された方法に従って例えば６０％に設定される場合、このデューティサイクルで駆動されるＬＥＤは所与のサイクルの最大６０％の間オンになる。従って、ＬＥＤの強度がＰＷＭを用いて調整される場合、デューティサイクルは０から６０％の間の任意のデューティサイクルに調整できる。ＬＥＤのこのような色変化の制御は、当分野では周知であり、従って本明細書では詳細に説明されない。

本発明はまた、上述の方法のいずれかまたは全てを実行できる照明デバイスに関し、本明細書に記載される照明デバイスは、本明細書で説明される方法を使用できる照明デバイスの小数にすぎない。

コンピュータ上（すなわち、パーソナルコンピュータ、マイクロコントローラ、プロセッサなど）で実行できるように上に説明したいずれの方法も、本方法の各ステップを実行するためのコードとしてプログラムでき、コンピュータ読取り可能フォーマットで、例えばランダムアクセスメモリ、リードオンリメモリ、ハードドライブ、フロッピーディスク、ＣＤ−ＲＯＭなどの媒体上に格納できる。このような方法を実行するためのコードは、方法の上述の説明を考慮して、当業者には容易に明らかである。このような媒体上に格納されると、コードは、オペレーティングシステムなどの追加のソフトウェアの支援により、または支援なく、１つ以上のコンピュータにより実行して、ここに記載される本方法を実行できる。

上述の実施形態は本発明の好ましい実施形態の代表例であって、例示の目的だけで提供される。特定の構造、寸法、構成要素などが示され、説明されているが、これらは限定されない。実施形態の様々な特徴および要素は交換、再配置、省略、および／または各種の異なる組合せで結合して、所望の結果を達成できる。

例えば、本発明の１つの好適な照明デバイスは、照明のための白色光源、有効成分ディスペンサ、取り外し可能メモリカードなどを有するように本明細書では説明されているが、本発明はまた、１つ以上のこれらの特徴が省略された実施形態、またはこれらの特徴が異なる配置で組み合わされた実施形態、または追加の電子構成要素が照明デバイスに設けられた実施形態にも適用できる。

さらに、ＬＥＤアレイ、蛍光光源、有効成分ディスペンサ、メモリ媒体、および照明デバイスに設けられた他の電子構成要素はそれぞれ、個別の回路により作動および／また制御されてもよい。あるいは、単一回路が、ＬＥＤアレイ、蛍光光源、有効成分ディスペンサ、メモリ媒体、および照明デバイスに設けられた他の電子構成要素の２つ以上の任意の組合せを作動してもよい。

これらおよび他の修正形態および変形形態は、本発明の範囲内であると意図する。

本発明は複数の発光ダイオードを含む回路を有する照明デバイスを提供する。回路は、複数の発光ダイオードを作動および制御するための従来回路に比べて高効率である。本発明はまた、パルス幅変調を使用して複数の発光ダイオードを有する照明デバイスを制御および校正する方法を提供する。

本発明の１つの実施形態による照明デバイスの概略平面図であって、明瞭化のためにカバーが除かれている。 図１の線２−２に沿って切断された、図１の照明デバイスの概略断面図である。 図１の照明デバイスに利用可能な回路の概略図である。 図３に示される回路のＬＥＤドライバを示す回路図である。 図３に示される回路のＬＥＤアレイを示す回路図である。 本発明の１つの実施形態による、照明デバイスを制御する方法を示すフローチャートである。 本発明の別の実施形態による、照明デバイスからの光出力を校正する方法を示すフローチャートである。

Claims (26)

1. 回路を備えた照明デバイスであって、
   前記回路は、
   供給電圧を提供する電源と、
   前記電源に直列に接続され、前記供給電圧により電力供給される複数の発光ダイオードであって、前記複数の発光ダイオードは、直列接続された発光ダイオードの少なくとも２つのグループを含み、前記直列接続された発光ダイオードのグループは直列に接続されている、複数の発光ダイオードと、
   複数の光絶縁型電界効果トランジスタであって、それぞれの光絶縁型電界効果トランジスタは、前記光絶縁型電界効果トランジスタが並列に接続されている前記直列接続された発光ダイオードのグループの分路を選択的に形成するために、前記直列接続された発光ダイオードの前記各グループに並列に接続されている、複数の光絶縁型電界効果トランジスタと、
   前記光絶縁型電界効果トランジスタを選択的にオンおよびオフにするために、前記光絶縁型電界効果トランジスタのそれぞれのゲートに接続されているコントローラと、
   を備え、
   前記コントローラは、前記光絶縁型電界効果トランジスタによって前記供給電圧から電気的に絶縁されている、
   照明デバイス。
2. 複数のキャパシタをさらに備え、それぞれのキャパシタは各光絶縁型電界効果トランジスタおよびそれに関連付けされた前記直列接続された発光ダイオードのグループに並列に接続され、前記複数のキャパシタのキャパシタンスが累積されかつ前記電源により供給される供給電流の波形が平滑化されるように、前記複数のキャパシタは前記電源に直列に接続され、一方各キャパシタは前記複数の発光ダイオードと実質的に同電位である、請求項１に記載の照明デバイス。
3. 前記コントローラと通信する取り外し可能メモリ媒体をさらに備え、前記メモリ媒体は少なくとも１つのプログラムのデータを格納し、前記コントローラは、前記複数の光絶縁型電界効果トランジスタを制御して、前記メモリ媒体に格納されたデータに従って発光ダイオードを制御する、請求項１に記載の照明デバイス。
4. 前記複数の発光ダイオードは、少なくとも２つの異なる色の発光ダイオードを備えている、請求項１に記載の照明デバイス。
5. 前記発光ダイオードの少なくとも２つのグループは、第１の色の発光ダイオードからなる第１グループと、第１の色とは異なる第２の色の発光ダイオードからなる第２グループと、を備えている、請求項４に記載の照明デバイス。
6. 前記照明デバイスは、半透明ハウジングと前記回路に電力を供給する電球ソケットに結合するように構成されたベースとを含む光バルブを備え、前記半透明ハウジングおよび前記回路は前記ベースに取り付けられている、請求項１に記載の照明デバイス。
7. 前記回路に接続された蛍光光源をさらに備えている、請求項６に記載の照明デバイス。
8. 回路を備えた照明デバイスであって、
   前記回路は、
   供給電圧を提供する電源と、
   前記電源に直列に接続され、前記供給電圧により電力供給される複数の発光ダイオードであって、前記複数の発光ダイオードは、直列接続された発光ダイオードの少なくとも２つのグループを含み、前記直列接続された発光ダイオードのグループは直列に接続されている複数の発光ダイオードと、
   複数のキャパシタであって、それぞれのキャパシタは直列接続された発光ダイオードの各グループに並列に接続され、前記複数のキャパシタのキャパシタンスが累積されかつ前記電源により供給される供給電流の波形が平滑化されるように、前記複数のキャパシタは前記電源に直列に接続され、一方各キャパシタは前記複数の発光ダイオードと実質的に同電位である、複数のキャパシタと、
   を備えている、照明デバイス。
9. 前記電源は、スイッチング電源または高／低ドライバを備えている、請求項８に記載の照明デバイス。
10. 複数の電界効果トランジスタであって、それぞれの電界効果トランジスタは、前記電界効果トランジスタに並列に接続されている直列接続された発光ダイオードのグループの分路を選択的に形成するために、前記直列接続された発光ダイオードの各グループに並列に接続されている、複数の電界効果トランジスタと、
    前記電界効果トランジスタを選択的にオンおよびオフにするために、前記電界効果トランジスタのそれぞれのゲートに接続されているコントローラと、
    をさらに備えている、請求項８に記載の照明デバイス。
11. 前記コントローラと通信する取り外し可能メモリ媒体をさらに備え、前記メモリ媒体は少なくとも１つのプログラムのデータを格納し、前記コントローラは、前記複数の光絶縁型電界効果トランジスタを制御して、前記メモリ媒体に格納されたデータに従って発光ダイオードを制御する、請求項１０に記載の照明デバイス。
12. 前記複数の発光ダイオードは、少なくとも２つの異なる色の発光ダイオードを備えている、請求項８に記載の照明デバイス。
13. 前記発光ダイオードの少なくとも２つのグループは、第１の色の発光ダイオードからなる第１グループと、第１の色とは異なる第２の色の発光ダイオードからなる第２グループと、を備えている、請求項１２に記載の照明デバイス。
14. 前記照明デバイスは、半透明ハウジングと前記回路に電力を供給する電球ソケットに結合するように構成されたベースとを含む光バルブを備え、前記半透明ハウジングおよび前記回路は前記ベースに取り付けられている、請求項８に記載の照明デバイス。
15. 前記回路に接続された蛍光光源をさらに備えている、請求項１４に記載の照明デバイス。
16. 照明デバイスを制御する方法であって、
    （ａ）複数の発光ダイオードを設け、前記複数の発光ダイオードは少なくとも２つの異なる電流定格の発光ダイオードを含み、
    （ｂ）電源から前記複数の発光ダイオードに、前記少なくとも２つの異なる電流定格のうちの最高定格を有する１つ以上の発光ダイオードの電流定格にほぼ等しい供給電流を供給し、
    （ｃ）パルス幅変調により前記複数の発光ダイオードを駆動し、各発光ダイオードは、前記供給電流により分割される発光ダイオードの前記電流定格にほぼ等しい最大デューティサイクルで駆動される、
    ステップを備える、方法。
17. 前記ステップ（ｂ）で供給される前記電流は、前記少なくとも２つの異なる電流定格のうちの最高定格を有する前記１つ以上の発光ダイオードの平均電流定格にほぼ等しい、請求項１６に記載の方法。
18. 前記複数の発光ダイオードは、前記電源に直列に接続されている、請求項１６に記載の方法。
19. 前記複数の発光ダイオードは、第１の色の発光ダイオードからなる第１グループと、第２の色の発光ダイオードからなる第２グループと、を備えている、請求項１６に記載の方法。
20. 発光ダイオードのグループの前記少なくとも１つのデューティサイクルを前記ステップ（ｃ）の前記最大デューティサイクル以下に変更することにより、前記発光ダイオードのグループの少なくとも１つから放射される光の強度を変化させるステップをさらに備える、請求項１９に記載の方法。
21. 照明デバイスからの光出力を校正する方法であって、
    （ａ）複数の発光ダイオードを設け、前記複数の発光ダイオードは少なくとも２つの異なる電流定格の発光ダイオードを含み、
    （ｂ）前記複数の発光ダイオードに電流を供給し、
    （ｃ）前記複数の発光ダイオードの各発光ダイオードが駆動されるべき所定のデューティサイクルを設定し、
    （ｄ）前記ステップ（ｃ）で設定された前記所定のデューティサイクルで駆動されるとき、前記複数の発光ダイオードによって放射されるか、または放射されるように設定される光の初期スペクトルを、前記光の所定の制御スペクトルと比較し、
    （ｅ）比較されるときに前記初期スペクトルと前記制御スペクトルとが少なくとも所定の量だけ異なる場合、前記複数の発光ダイオードの少なくとも１つの発光ダイオードを駆動するデューティサイクルを調整する、
    ステップを備える、方法。
22. 前記ステップ（ｄ）において、前記複数の発光ダイオードにより生成されるように設定された前記初期スペクトルは、前記複数の発光ダイオードの設計仕様に基づいて計算され、前記計算された初期スペクトルは前記制御スペクトルと比較される、請求項２１に記載の方法。
23. 前記ステップ（ｄ）において、前記複数の発光ダイオードにより放射される前記初期スペクトルは認識され、前記認識された初期スペクトルは前記制御スペクトルと比較される、請求項２１に記載の方法。
24. 前記ステップ（ｄ）において、前記複数の発光ダイオードにより放射される前記初期スペクトルは計測器により検出され、前記検出された初期スペクトルは前記制御スペクトルと比較される、請求項２１に記載の方法。
25. 前記初期スペクトルを検出するのに使用される計測器は、分光計である、請求項２４に記載の方法。
26. 照明デバイスであって、
    少なくとも２つの異なる電流定格の発光ダイオードを含む、複数の発光ダイオードと、
    前記複数の発光ダイオードに、前記少なくとも２つの異なる電流定格のうちの最高定格を有する１つ以上の発光ダイオードの電流定格にほぼ等しい供給電流を供給する電源と、
    パルス幅変調により前記複数の発光ダイオードを駆動するコントローラであって、各発光ダイオードは、前記供給電流により分割される発光ダイオードの前記電流定格にほぼ等しい最大デューティサイクルで駆動される、コントローラと、
    を備えている、照明デバイス。

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