JP2009200046A - デジタル制御される照明方法およびシステム - Google Patents
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Abstract
【課題】従来の照明システムの欠点に関し、その多くを克服できるような照明方法およびシステムを提供する。
【解決手段】これらの方法およびシステムは、処理装置と結び付けられたＬＥＤシステムを含み得る。運動による照明、高精度照明、スマート電球、娯楽用点灯システム、電力／データ・プロトコル、データ伝達トラック、照明要素、およびセンサー／フィードバック形式の応用例を含めて、処理装置により制御されるＬＥＤシステムの様々な使用環境および応用例が提供されている。
【選択図】図２８
【解決手段】これらの方法およびシステムは、処理装置と結び付けられたＬＥＤシステムを含み得る。運動による照明、高精度照明、スマート電球、娯楽用点灯システム、電力／データ・プロトコル、データ伝達トラック、照明要素、およびセンサー／フィードバック形式の応用例を含めて、処理装置により制御されるＬＥＤシステムの様々な使用環境および応用例が提供されている。
【選択図】図２８
Description
関連出願の説明
本出願は、以下の特許出願の全開示内容に基づいており、それらの全開示内容に対して特恵を主張するものであり、またそれらの全開示内容を参照により記載しているものとする：多色ＬＥＤ点灯方法および装置（ＰＣＴ出願、出願日１９９８年８月２６日、ＰＣＴ出願ＵＳ９８／１７７０２号）；デジタル制御される発光ダイオードのシステムおよび方法（米国仮特許出願第６０／０７１，２８１号、出願日１９９７年１２月１７日、発明者Ｇｅｏｒｇｅ ＭｕｅｌｌｅｒおよびＩｈｏｒ Ｌｙｓ）；知的多色点灯（米国仮特許出願第６０／０６８，７９２号、出願日１９９７年１２月２４日、発明者Ｇｅｏｒｇｅ ＭｕｅｌｌｅｒおよびＩｈｏｒ Ｌｙｓ）；デジタル点灯システム（米国仮特許出願第６０／０７８，８６１号、出願日１９９８年３月２０日、発明者Ｉｈｏｒ Ｌｙｓ）；制御された照明のためのシステムおよび方法（米国仮特許出願第６０／０７９，２８５号、出願日１９９８年３月２５日、発明者Ｇｅｏｒｇｅ ＭｕｅｌｌｅｒおよびＩｈｏｒ Ｌｙｓ）；多数の同時発生する高速パルス幅変調信号をソフトウェアにより発生させる方法（米国仮特許出願第６０／０９０，９２０号、出願日１９９８年６月２６日、発明者Ｉｈｏｒ Ｌｙｓ）；および本出願と同一日（１９９８年１２月１７日）に出願され、各々Ｇｅｏｒｇｅ ＭｕｅｌｌｅｒおよびＩｈｏｒ Ｌｙｓを発明者とし、出願番号が未定である、以下の名称の８出願：スマート電球；電力／データ・プロトコル；センサー／フィードバック形式の照明方法およびシステム；高精度照明方法およびシステム；娯楽用点灯システム；運動による照明システムおよび方法；照明要素；およびデータ伝達トラック。以上に加え、本明細書中で参照されている各米国特許および各米国特許出願についても、参照によりその全開示内容が本明細書に記載されているものとする。
関連技術の説明
回路中に配列された際、その回路からのインパルスを受けて、そのインパルスを光信号に変換する発光ダイオード（ＬＥＤ）が知られている。ＬＥＤはエネルギー効率が良く、ほとんど発熱せず、また寿命も長い。
ＬＥＤには多くの型が存在し、そうした型としては、空隙型ＬＥＤ、ＧａＡｓ発光ダイオード（従来の単一ダイオード・パッケージよりも高い信頼性を供するために、２つのダイオードがパッケージされて１つのユニットとされる場合もある）、ポリマーＬＥＤ、半導体ＬＥＤおよびその他の型が含まれる。現在利用されているほとんどのＬＥＤは赤色である。従来からのＬＥＤの用途としては、周辺光量の少ない環境における表示装置、例えばモデムその他のコンピュータ構成要素上の点滅灯や、腕時計のデジタル表示部等としての用途が含まれる。近年は、より長寿命の交通信号灯用の２次元アレイにおいて、改良されたＬＥＤが使用されている。スコアボードやその他の表示装置においても、ＬＥＤが使用されている。また、ＬＥＤは２次元アレイ状に配置されて、テレビ画面としても使用されている。ほとんどのＬＥＤは赤色、黄色あるいは白色であるが、いかなる色のＬＥＤも可能であり、さらには、単一のＬＥＤを、変化する電気信号に反応して色彩スペクトル上のいかなる色にも変化できるように作製することも可能である。
ある色の投射光と、別の色の投射光とを重ね合わせると、結果として第３の色を作り出せることは良く知られている。また、通常使用される３原色（赤、青および緑）を異なる割合で重ね合わせれば、可視スペクトル域内のほとんど全ての色を作り出すことが可能であることも、良く知られている。本発明は、異なる原色の光を発する、少なくとも２つの発光ダイオード（ＬＥＤ）からの投射光を重ね合わせることにより、上記の効果を利用する。本発明の目的に鑑み、上記の「原色」という用語は、重ね合わされることで別の色を作り出し得るあらゆる色を包含して指すと解釈されるべきである。
ＬＥＤを使用した点灯用のコンピュータ・ネットワークも知られている。Ｐｈａｒｅｓ氏に発行された米国特許５，４２０，５８２号には、そうしたネットワークの一種で、主として表示装置における使用を目的とし、異なる色のＬＥＤを使用して選択可能な１つの色を作り出すネットワークが記載されている。Ｈａｖｅｌ氏に発行された米国特許第４，８４５，４８１号は、多色表示装置のための技術である。Ｈａｖｅｌ氏は、パルス幅変調信号を使用して、それぞれのＬＥＤに特定のデューティ周期で電流を供給している。Ｂｒｏｗｎ氏に発行された米国特許第５，１８４，１１４号は、ＬＥＤ表示システムを開示したものである。Ｓｍｉｔｈ氏等に発行された米国特許第５，１３４，３８７号は、ＬＥＤ２次元配列画面のための技術である。
複数の個別のライトを繋ぐネットワークを、中央ドライバー（コンピュータ制御されたドライバーでもよい）で制御する照明システムが存在する。そうした照明システムとしては、舞台用点灯システムが含まれる。ＵＳＩＴＴ ＤＭＸ−５１２プロトコルは、舞台用操作卓から一連の舞台用ライトに、データの流れを伝達するために開発された。
ＤＭＸ−５１２プロトコルは、元来、舞台用操作卓による舞台用調光器の制御を標準化するために作製された。ＤＭＸ−５１２プロトコルは、デジタル式多重点灯制御プロトコルで、５１２個の装置を制御できる信号を有しており、そうした制御可能な装置には、調光器、スクローラー、光量を変化させない継電器、移動灯のパラメター、あるいはコンピュータ化された仮想現実的セット中のグラフィック・ライトが含まれる。ＤＭＸ−５１２プロトコルは、複数の装置を繋ぐネットワークの制御のために利用されている。ＤＭＸ−５１２プロトコルは、デジタル式の信号コードを採用している。点灯操作卓等の送信装置がデジタル形式のコードを発信すると、調光器等の受信装置は、それらのコードを機能コマンド、例えば指定された水準まで光量を変化させるコマンドに変換する。デジタル形式のシステムにおいては、アナログ形式の制御と比較して、長いケーブル上を伝播する間に信号の完全性が損なわれる度合いが低い。コード化された０／１数字列が送信・受信されると、上記の装置は所望のタスクを実行する。
ハードウェアに関して言えば、ＤＭＸ−５１２プロトコルの情報は、ＲＳ−４８５ハードウェア・プロトコルを使用し、金属製のワイヤーを経由して装置間でやりとりされる。このためには、ツイストペアと呼ばれる２本のワイヤーを使用することが必要となる。第一のワイヤーは＋データワイヤー、第二のワイヤーは‐データワイヤーと呼ばれる。このラインに使用される電圧は、＋５Ｖが典型である。一例では、論理数１を送信する際には、＋データワイヤーは＋５Ｖ、‐データワイヤーは０Ｖとされる。論理数０を送信する際には、＋データワイヤーは０Ｖ、−データワイヤーは＋５Ｖとされる。これは、１本のワイヤーが常に０Ｖに維持される、より一般的なＲＳ−２３２インターフェースとは非常に異なる。ＲＳ−２３２においては、論理数１の送信は＋６Ｖから＋１２Ｖの間の電圧をラインに与えることによりなされ、論理数０の送信は−６Ｖから−１２Ｖの間の電圧をラインに与えることによりなされる。一般的にＲＳ−４８５は、ＲＳ−２３２よりもデータ送信に適していると考えられている。ＲＳ−２３２においては、受信側で、入力電圧が正であるか負であるかを測定しなくてはならない。ＲＳ−４８５においては、受信側は、どちらのラインがより高い電圧を有しているかを判断するだけでよい。
本明細書では、従来の照明システムの欠点に関し、その多くを克服できるような照明方法およびシステムを提供する。複数の実施形態において、多色照明のための方法およびシステムが提供される。ある実施形態では、本発明は、高い性能と高速の色選択および色変化を実現できるコンピュータ制御された効率的な多色照明ネットワークを提供する、装置の形態をとっている。
簡潔に言うと、本明細書で開示されるのは、ある点灯アセンブリ、おそらくはＬＥＤシステムあるいはＬＥＤ点灯アセンブリのための電流制御技術であり、その電流制御技術とは、パルス幅変調（ＰＷＭ）電流制御技術でも良く、あるいは電流制御される各ユニットが唯一のものとしてアドレス指定可能となっており、かつそれらの各ユニットがコンピュータ点灯ネットワーク上で照明色に関する情報を受信することが可能となっているような、その他の形態の電流制御技術でも良い。本明細書中で使用される「電流制御技術」という用語は、ＰＷＭ電流制御、アナログ式電流制御、デジタル式電流制御、その他いかなる電流制御のための方法および装置をも含めて指すものとする。
本明細書中で使用される「ＬＥＤシステム」という用語は、電気的信号を受信でき、かつその信号に反応してある色の光を発生させられるシステムであれば、いかなるシステムをも含めて指すものとする。したがって、この「ＬＥＤシステム」という用語は、あらゆる型の発光ダイオード、発光ポリマー、電流に反応して光を発生させる半導体ダイ、有機ＬＥＤ、エレクトロルミネセンス板、およびその他の類似のシステムを含むものと解釈されるべきである。個別制御可能な複数の半導体ダイを有する単一の発光ダイオードを指して、「ＬＥＤシステム」と言っている実施形態もある。
ＬＥＤシステムは照明源の１つの型である。本明細書中で使用される「照明源」という用語は、ＬＥＤシステム、フィラメント灯を含む白熱光源、炎等の火炎発光光源、ガス・マントルや炭素アーチ放射源等の蝋燭による発光を利用した光源、気体放電を含む光ルミネセンス源、蛍光源、燐光源、レーザー、エレクトロルミネセンス灯等のエレクトロルミネセンス源、発光ダイオード、電子飽和を利用した陰極線ルミネセンス源、あるいはガルバノルミネセンス源、結晶ルミネセンス源、運動による発光を利用した光源、熱ルミネセンス源、摩擦ルミネセンス源、音ルミネセンス源、および電波ルミネセンス源を含む種々雑多の発光源を含めて、あらゆる照明源を含むものと解釈されるべきである。さらに、原色を発生させられる発光ポリマーも、照明源に含めることができる。
「照明を行う」という語は、照明源によりある放射周波数を発生させることを指すものと解釈されるべきである。「色」という語は、スペクトル中のあらゆる放射周波数をも含めて指すものと解釈されるべきである。すなわち、本明細書中で使用される「色」という語は、可視スペクトル域の周波数のみでなく、スペクトルの赤外域や紫外域、および電磁波のスペクトルにおける他の領域内の周波数をも含めて指すと解釈すべきである。
さらに別のある実施形態では、本発明は、複数の点灯ユニット（ノード）を繋ぐツリー型のネットワーク・コンフィグレーションを含んでいる。別の実施形態では、本発明は、点灯アセンブリを収容するための、熱伝導性材料から作られた熱発散型収容部を備えている。この熱発散型収容部内には、積み重ねられた２つの回路ボードが収められていて、これらのうち１つの回路ボードは電力供給モジュールを、もう１つの回路ボードはライト・モジュールをそれぞれ保持している。また別の実施形態では、ＬＥＤボードは、熱伝導性ポリマーおよび留め具を用いて、ＬＥＤボードとは分離された熱拡散板と熱的に接続されており、中央に金属部を有するＬＥＤボードと本質的に同等であるとみなすことができる。上記のライト・モジュールは、プログラミング可能な定格電流したがってプログラミング可能な定格最大光強度を有する、他のライト・モジュールと都合よく交換されるのに適している。そうした他のライト・モジュールとしては、従来型のＬＥＤに加え、有機ＬＥＤ、エレクトロルミネセンス板、およびその他のモジュールが含まれ得る。本発明の他の実施形態には、本明細書中に記載されている一般的原理を新しい形で応用している実施形態もある。
本明細書では、コンピュータ制御された高性能の多色点灯ネットワーク、おそらくはＬＥＤ点灯ネットワークが開示されている。本明細書ではまた、ノードの直鎖連結およびツリー型コンフィグレーションの双方が可能な、ＬＥＤ点灯ネットワークの構造が開示されている。本明細書ではまた、点灯ネットワークの点灯ユニットを収容するための熱発散型収容部が開示されている。本明細書ではまた、電流が制御されたＬＥＤ点灯装置であって、各々独立の定格最大電流を有し、かつ各々都合よく相互交換が可能な複数の点灯モジュールを含む装置が開示されている。本明細書ではまた、コンピュータにより電流制御がなされるＬＥＤ点灯アセンブリであって、連続的にプログラムすることが可能な２４ビット・スペクトルにおける多数の色を発することのできる一般的な照明装置として使用される点灯アセンブリが、開示されている。本明細書ではまた、それぞれが本発明における全般的なコンピュータによる電流制御原理を利用している、懐中電灯、傾斜計、温度計、一般の周辺環境指示器および電球が開示されている。本開示の他の局面は、以下の詳細な説明において明らかにする。
本発明は、デジタル制御されたＬＥＤを用いたライトに関し、その応用例を提供する。本発明に係るシステムおよび方法は、照明技術が重要視される多くの技術分野における、上記のようなライトの使用を含んでいる。本発明に係るシステムおよび方法はまた、上記のようなライトを様々な異なる信号に反応させることが可能であるようなシステムを含んでいる。本発明に係るシステムおよび方法はまた、データや電力を分配するための、改良されたネットワークを含んでいる。
本発明に係るシステムおよび方法はまた、外観の美しさや機能的効果を提供するために、いくつかの項目の一部として、あるいはいくつかの項目の広い範囲に渡ってＬＥＤを使用することを含んでいる。本発明に係るデジタル制御された発光ダイオード（ＬＥＤ）は、多くの技術分野において発明に利用することが可能であり、そうした利用については、以下により詳細に説明する。
詳細な説明
本発明の実施形態である様々な方法およびシステムの構成および動作を、以下に説明する。本明細書の発明を実施する手段としては他にも多くの手段が存在すると解釈されるべきであり、本明細書中に記載されている実施形態は例示的な形態であって本発明を制限するものではない。
本発明の実施形態である様々な方法およびシステムの構成および動作を、以下に説明する。本明細書の発明を実施する手段としては他にも多くの手段が存在すると解釈されるべきであり、本明細書中に記載されている実施形態は例示的な形態であって本発明を制限するものではない。
図１を参照すると、ライト・モジュール１００がブロック図の形式で描かれている。上記のライト・モジュール１００は、処理装置１６とＬＥＤシステム１２０という２つの要素を含んでおり、ＬＥＤシステム１２０は図１中では発光ダイオードの２次元アレイとして描かれている。本明細書中では、「処理装置」という語は、信号もしくはデータに反応して処理を行う方法またはシステムであれば、いかなる方法またはシステムをも含めて指す語として使用されており、マイクロプロセッサー、集積回路、コンピュータのソフトウェア、コンピュータのハードウェア、電気回路、特定用途向け集積回路、パソコン、チップ、および処理機能を提供できる他の装置を包含する語と解釈されるべきである。ＬＥＤシステム１２０は、処理装置１６により制御され、制御された照明を生み出している。特に、処理装置１６は、ＬＥＤシステム１２０中の、異なる色を有する個々のＬＥＤ、半導体ダイまたはそれらに類似の物を制御し、スペクトル上のいかなる色の照明をも生み出す。以下でより詳細に説明される、色の即時変化、ストロボおよびその他の効果は、図１に描かれたライト・モジュール１００のようなライト・モジュールによって発生させることができる。上記のライト・モジュール１００を、電力およびデータの受信を行えるものとすることも可能である。処理装置１６を通じて、上記のライト・モジュール１００を、本明細書において開示される本発明の様々な実施形態に帰する様々な機能を提供できるようなものとすることも可能である。
図２に移り、上記のライト・モジュール１００は、単独で使用するように構成することも、上記のライト・モジュール１００の組の一部として構成することも可能である。個々のライト・モジュール１００またはライト・モジュール１００の組は、１つ以上の外部装置、あるいは本発明の特定の実施形態においては他のライト・モジュール１００に繋がる、データ接続５００を付与されることが可能である。本明細書中で使用される「データ接続」という語は、ネットワーク、データバス、ワイヤー、送信器および受信器、回路、ビデオテープ、ＣＤ、ＤＶＤディスク、ビデオテープ、オーディオテープ、コンピュータ用テープ、カードまたはその他のような、いかなるデータ伝達システムをも包含するものと解釈されるべきである。したがって、データ接続は、電波、超音波、聴覚信号、赤外線、光、マイクロ波、レーザー、または電磁気信号を利用した方法またはシステム、あるいは他の送信または接続用の方法またはシステムによってデータを伝達する方法のシステムであれば、いかなるシステムをも含み得る。すなわち、電磁波のスペクトルまたはその他のエネルギー伝達機構のいかなる使用方法も、本明細書に開示されているようなデータ接続を提供することができる。本発明の実施形態においては、ライト・モジュール１００は、交信を容易にするために送信部、受信部あるいは双方を備えていても良く、処理装置１６は、従来の方式で交信能力を制御するようにプログラミングされていても良い。ライト・モジュール１００は、データ接続５００を介して送信部５０２からデータを受信することができ、この送信部５０２は、交信信号の従来型の送信器であっても、ライト・モジュール１００に接続された回路またはネットワークの一部であっても良い。すなわち、上記の送信部５０２は、ライト・モジュール１００にデータを送信する装置または方法であれば、いかなる装置または方法をも包含するものと解釈されるべきである。送信部５０２は、ライト・モジュール１００を制御するための制御データを発生させる制御装置５０４と接続されていても良く、あるいは制御装置５０４の一部であっても良い。本発明のある実施形態においては、制御装置５０４はノート型コンピュータ等のコンピュータである。上記の制御データは、ＬＥＤシステム１２０を制御するために、処理装置１６を制御するのに適した形式であれば、いかなる形式であっても良い。本発明の実施形態においては、上記の制御データはＤＭＸ−５１２プロトコルに従う形式とされており、ＤＭＸ−５１２形式の命令を生成する従来のソフトウェアが、ライト・モジュール１００を制御するための制御装置５０４として、ノート型コンピュータ上あるいはパソコン上で使用されている。ライト・モジュール１００が予めプログラムされた命令に従って独立方式で動作することを可能にするために、ライト・モジュール１００はまた、処理装置１６を制御するための命令を記憶するメモリー部を付与されていても良い。
図３に移ると、本発明の１つの実施形態におけるライト・モジュール１００の電気的な概略図が図示されている。図４および５は、上記のようなライト・モジュール１００の例示的な実施形態における、ＬＥＤ含有側と電気コネクタ側を図示したものである。１つの実施形態においては、ライト・モジュール１００は、類似構成のいかなるライト・モジュールとも交換可能な標準品として構成された自立型モジュールとして、構成されていても良い。ライト・モジュール１００は、一般的な型の１０ピン電気コネクタ１１０を含んでいる。本実施形態では、コネクタ１１０は、相補的な１０ピンコネクタの雌部分に嵌合されるのに適した、以下に説明される雄ピンを含んでいる。ピン１８０は電力供給ピンである。直流の電位源が、ピン１８０においてライト・モジュール１８０に接続される。ピン１８０は、発光ダイオード（ＬＥＤ）の組１２０、１４０および１６０の陽極端に電気的に接続されていて、各陽極端を一定の高電位に固定している。
ＬＥＤシステム１２０は、赤色ＬＥＤの組１２１、青色ＬＥＤの組１４０、および緑色ＬＥＤの組１６０を含んでいる。上記のＬＥＤは、例えばＮｉｃｈｉａ Ａｍｅｒｉｃａ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ社から入手できるＬＥＤのような、従来型のＬＥＤであっても良い。これらのＬＥＤの色は、予め選択された割合で重ね合わせられるとスペクトル上のいかなる色をも生み出すことができるという意味において、原色である。本発明においては、３原色の使用が好ましくはあるが、２原色のみを使用しても本発明はほぼ同様に機能し、スペクトル上の多様性に富む色を生み出せると解釈できるだろう。同様に、ここでは同一色のＬＥＤの組上に異なる原色が配されているが、複数の色を発する複数の半導体ダイを含む単一のＬＥＤを用いても、同様の効果が達成されると認められる。ＬＥＤの組１２１、１４０および１６０のそれぞれは、好ましくは、本明細書に参照により記載される米国特許第４，２９８，８６９号にＯｋｕｎｏ氏が記載している方式の直列／並列のＬＥＤ２次元アレイを含んでいる。本実施形態においては、ＬＥＤシステム１２０は、各々９個の赤色ＬＥＤから成る並列接続された３つの列（図示せず）を含むＬＥＤの組１２１と、各々５個の青色または緑色のＬＥＤから成る並列接続された５つの列（図示せず）を含むＬＥＤの組１４０または１６０を含んでいる。一般的に、各赤色ＬＥＤがライン上において降下させる電位量は、青色または緑色のＬＥＤよりも少なく、青色および緑色ＬＥＤのそれぞれが４Ｖであるのに比較して、約２．１Ｖであることが当業者には理解されており、このことが異なる列の長さの根拠となっている。これは、各列中のＬＥＤの数は、電源電圧に保たれている陽極端と、上記の列の末端のＬＥＤにおける陰極端との間において望まれる、電圧降下量によって決定されるためである。また、各列を並列配列するのは、ある列上の１つのＬＥＤが故障し、したがってその列上の電気回路が断絶しても、ライト・モジュール１００が機能し続けられることを保障するためのフェールセーフ対策である。ＬＥＤの組１２１中の、各々９個の赤色ＬＥＤから成る３つの並列接続された列の各陰極端は、次いで１つに連結され、コネクタ１１０のピン１２８へと繋がる。同様に、ＬＥＤの組１４０中の、各々５個の青色ＬＥＤから成る５つの並列接続された列の各陰極端は、１つに連結され、コネクタ１１０のピン１４８へと繋がる。ＬＥＤの組１６０中の、各々５個の緑色ＬＥＤから成る５つの並列接続された列の各陰極端は、１つに連結され、コネクタ１１０のピン１６８へと繋がる。ライト・モジュール１００上において各ＬＥＤの組を流れる最大電流量をプログラムするために、ＬＥＤシステム１２０中の各ＬＥＤの組は、以下に説明される他の要素と結合するプログラミング用抵抗器と最終的に結び付けられる。ピン１２４と１２６との間には、６．２Ωの抵抗器１２２がある。ピン１４４と１４６との間には、４．７Ωの抵抗器１４２がある。ピン１６４と１６６との間には、４．７Ωの抵抗器１６２がある。抵抗器１２２は赤色ＬＥＤの組１２１を流れる最大電流量をプログラムし、抵抗器１４２は青色ＬＥＤの組１４０を流れる最大電流量をプログラムし、抵抗器１６２は緑色ＬＥＤの組１６０を流れる最大電流量をプログラムする。これらの抵抗器が取るべき値は、各ＬＥＤの組における所望の最大光強度に基づいて、経験的に決定される。図３に示した実施形態においては、上記の抵抗器は、赤色、青色および緑色用の電流を、それぞれ７０ｍＡ、５０ｍＡおよび５０ｍＡにプログラムする。
図６に示されるように、デジタル制御されたＬＥＤを用いたライト用の回路１０は、ＬＥＤ出力チャネル１４を有し処理装置１６によって制御されているＬＥＤアセンブリ１２を含んでいる。データおよび電力は、データおよび電力の入力ユニット１８を介して、回路１０に供給される。処理装置１６のためのアドレス設定は、処理装置１６のピンの組２１を成す個々のピンに接続された各スイッチを含む、スイッチユニット２０によって行われる。発振器１９は、処理装置１６のピン９および１０を介して、同処理装置１６にクロック信号を供給する。
本発明のある実施形態においては、データおよび電力の入力ユニット１８は、例えば２４ＶのＬＥＤ用電力供給端である電力供給端１、例えば５Ｖの処理装置用電力供給端である処理装置用電力供給端２、データ入力ライン端３およびグラウンドピン４を含む、４本のピンを有している。１番目の電力供給端１は、ＬＥＤアセンブリ１２のＬＥＤチャネル１４に電力を供給する。２番目の処理装置用電力供給端２は、例えば処理装置１６に動作電力を供給するために処理装置１６の電力供給入力部２０に接続されて、さらにリセットを高電位に固定するために処理装置１６のピン１に接続されていても良い。０．１μＦコンデンサ等のコンデンサ２４が、処理装置用電力供給端２とグラウンドとの間に接続されていても良い。データライン端３は、例えば処理装置１６のピン１８と接続され、処理装置１６をプログラミングしかつ動的制御するために使用される。グラウンドは、例えば処理装置１６のピン８および１９に接続される。
ＬＥＤアセンブリ１２は、例えばＬＥＤ用電力供給端１から電力を供給され、トランジスタにより制御されているＬＥＤチャネル１４を含んでいても良い。ＬＥＤチャネル１４は、少なくとも１つのＬＥＤに電力を供給する。図１に示されるように、ＬＥＤアセンブリ１２は、各々のＬＥＤチャネル１４がトランジスタ２６により独立に制御されている状態で、各異なる色のＬＥＤ（例えば赤色、緑色および青色）に対して複数のＬＥＤチャネル１４を提供してもよい。しかしながら、単一のトランジスタ２６によって２つ以上のチャネル１４を制御することも可能である。
図７に示されるように、各ＬＥＤチャネル１４を通じて信号を受信するために、複数のＬＥＤ１５を一連の２次元アレイ状に配列することが可能である。図７に図示された実施形態においては、各々の異なる色（赤色、緑色および青色）を成す一連のＬＥＤが、図６の回路１０からの出力ＬＥＤチャネル１４に接続されている。また、処理装置１６をプログラミングすることを通じて多くの個々のＬＥＤ１５を制御することができるように、複数のＬＥＤ１５を２次元アレイ状に配列して、ＤＭＸ−５１２プロトコル等のプロトコルに従ってデータを受信させても良い。
再び図６を参照して、トランジスタ２６の各ゲートは処理装置１６によって制御されていて、それによって各ＬＥＤチャネル１４と各ＬＥＤ１５の動作が制御されている。図示されている例では、マイクロプロセッサーの出力は処理装置１６のピン１２、１３および１４に現れ、それらのピン１２、１３および１４は次いで各ＬＥＤ１５のＬＥＤチャネル１４のゲートに接続されている。追加のＬＥＤを制御するために、処理装置１６のさらに他のピンを使用することも可能である。同様に、処理装置１６の動作制御命令に適切な修正が加えられるならば、図示されているＬＥＤ１５の制御に、処理装置１６の異なるピンを使用することも可能である。
トランジスタ２６とグラウンドの間には、抵抗器２８が接続されていても良い。図示されている例では、赤色のＬＥＤと結び付けられている抵抗器２８は６２Ωの抵抗値を有し、緑色および青色のＬＥＤと結び付けられている抵抗器２８は各々９０Ωの抵抗値を有する。１番目のＬＥＤ用電力供給端１とグラウンドの間には、コンデンサ２９が接続されていても良い。図示されている実施形態では、このコンデンサは０．１μＦの値を有している。
処理装置１６は発振器１９に接続されることができる。１つの好ましい発振器としては、２０ＭＨｚのクロックを提供する水晶タンク回路発振器である。この発振器は、処理装置１６のピン９および１０に接続されていても良い。また、これに代わる発振器を使用することも可能である。発振器の選択に関して考慮すべき主要項目は、整合性、動作速度およびコストである。
本発明のある実施形態においては、処理装置１６は、プログラミング可能な集積回路、あるいはＭｉｃｒｏｃｈｉｐ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ社製ＰＩＣ １６Ｃ６３またはＰＩＣ １６Ｃ６６のようなＰＩＣチップである。ＰＩＣ １６Ｃ６ＸシリーズのＰＩＣチップ（ＰＩＣ １６Ｃ６３とＰＩＣ １６Ｃ６６の双方を含む）の完全なる説明は、１９９７年１２月１７日出願、発明者Ｍｕｌｌｅｒ氏およびＬｙｓ氏の米国仮特許出願「デジタル制御される発光ダイオードシステムおよび方法」に添付されており、この出願は参照により本明細書に記載されているものとする。現在のところＰＩＣ １６Ｃ６６が好ましいマイクロプロセッサーであるが、ＬＥＤアセンブリ１２の各ＬＥＤ１５を制御する能力を有する処理装置であれば、いかなる処理装置も使用可能である。したがって、処理装置１６の代わりに例えば特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）を使用することもできる。同様に、本発明から逸脱することなく、他の市販の処理装置を使用することも可能である。
図８に図示された実施形態では、合計１８個のＬＥＤ１５が、色による３つの組に配置されており、それら３つの組は実質的に円状の２次元アレイ３７を形成するように配置されている。２次元アレイ３７によっていかなる色の組合せ、したがっていかなる色をも発生させられるように、処理装置１６を使用して、ＬＥＤ１５の各色の組について厳密な強度を独立に制御することも可能である。
変化する電気信号に対するＬＥＤの反応性から、ＬＥＤに伝達される電気インパルスの制御を介して、ＬＥＤをコンピュータ制御することが可能となる。したがって、処理装置により制御されている回路を介してＬＥＤを電源に接続することにより、使用者はＬＥＤの色および強度を厳密に制御することができるようになる。電気インパルスの変化に対してＬＥＤは比較的即時に反応するため、そうしたインパルスの変化によって、ＬＥＤの色および強度の状態を非常に素早く変化させることができる。個々のＬＥＤを２次元アレイ状に配置して個々のＬＥＤを制御することにより、マイクロプロセッサーの使用を通じての極めて厳密な点灯状態の制御が達成できるようになる。処理装置１６は、任意の与えられた時刻において適当なＬＥＤに適当な電気信号を送信するために、コンピュータプログラム等の従来型の手段で制御されても良い。制御形式は、厳密な制御が可能となるように、デジタル形式にすることができる。したがって、高度に制御された方法で全体の点灯状態を変化させることが可能である。
ライト・モジュール１００の１実施形態の電気的構造に関する説明は以上とし、次に、本発明のある実施形態における電力供給モジュール２００に関し、図９に図示されるある例の電気的構造に注目する。図１０および１１は、電力供給モジュール２００のある実施形態について、電力供給端子側と電気コネクタ側とを示した図である。ライト・モジュール１００と同様、電力供給モジュール２００も自立型であっても良い。雄ピンの組１１０との相互接続は、相補的な雌ピンの組２１０を通じて成されている。ピン２８０は、供給源３００からピン２８０に伝達される電力を供給するためのピン１８０に接続している。供給源３００は、簡単のために機能ブロックとして図示してある。実際には、供給源３００は、直流電圧を発生させる種多様な形態を取り得る。本実施形態においては、供給源３００は、一般の型の過渡応答時保護用コンデンサ（図示せず）を介してピン２８０に連結された接続端子（図示せず）を通じて、２４Ｖの電圧を供給している。米国特許第４，２９８，８６９号に、より完全に記載されているように、供給源３００は、整流および／または交流電源の電圧変換を受けた後の直流電圧を、供給することもできると理解して良い。
ピンコネクタ２１０にはさらに、３つの電流プログラミング用集積回路ＩＣＲ ２２０、ＩＣＢ ２４０およびＩＣＧ ２６０が接続されている。これらの集積回路のそれぞれは、例えばカリフォルニア州サンタクララのＮａｔｉｏｎａｌ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ社から入手できるパーツ番号ＬＭ３１７Ｂのような、３端子の調節可能なレギュレータであっても良い。ＬＭ３１７のデータシートにある記載事項は、参照により本明細書に記載されているものとする。各レギュレータは、それぞれＩ、ＯおよびＡの記号を付される入力端子、出力端子および調節端子を含んでいる。上記のレギュレータは、入力端子へ流れ込む電流および出力端子から流れ出す電流に関して、一定の最大電流量を維持するために機能する。この最大電流量は、出力端子と調節端子間の抵抗を設定することにより、予めプログラムされている。これは、上記のレギュレータは、固定された電流設定抵抗器を介して１．２５Ｖの電圧を生じさせ、したがって一定量の電流を流れさせるために、入力端子の電圧を所要のいかなる値にも落ち着かせるためである。各レギュレータは同様に機能するため、ここではＩＣＲ ２２０に関してのみ説明する。まず、ピン２２８から、ＩＣＲ ２２０の入力端子に電流が流入する。電力供給モジュールのピン２２８は、ライト・モジュールのピン１２８と連結されていて、赤色ＬＥＤシステム１２１の陰極端から直接に電流を受け取る。普通、抵抗器１２２はピン２２４／１２４および２２６／１２６を通じてＩＣＲ ２２０の出力端子と調節端子の間に配列されているため、抵抗器１２２はＩＣＲ ２２０によって規定されるべき電流量をプログラムする。その結果、ＩＣＲ ２２０の調節端子からの出力電流が、ダーリントン・ドライバーに流入する。このようにして、ＩＣＲ ２２０およびＩＣＲ ２２０と結び付けられた抵抗器１２２は、赤色ＬＥＤシステム１２０を流れる最大電流量をプログラムする。同様の結果が、ＩＣＢ ２４０と抵抗器１４２によって青色ＬＥＤの組１４０に、ＩＣＧ ２６０と抵抗器１６２によって緑色ＬＥＤの組１６０にもたらされる。
赤色、青色および緑色ＬＥＤの電流は、それぞれノード３２４、３４４および３６４から、別の集積回路ＩＣＩ ３８０に流れ込む。ＩＣＩ ３８０は、例えばカリフォルニア州サンタクララのＮａｔｉｏｎａｌ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ社から入手できるパーツ番号ＤＳ２００３のような、高電流／高電圧ダーリントン・ドライバーであっても良い。ＩＣＩ ３８０は電流シンクとして使用されることが可能で、ＬＥＤの各組とグラウンド３９０の間において電流をスイッチするように機能することが可能である。参照により本明細書に記載されるＤＳ２００３のデータシートで説明されているように、ＩＣＩは、適当なオンボードのバイアス抵抗器を有するダーリントン・トランジスタを、６組含んでいる。図示されているように、ＬＥＤの各組からの電流をシンクに溜めるためにダーリントン・トランジスタの対を使用するとＩＣＩ ３８０の電流定格値を２倍にすることができるという利点を活かすための、良く知られた方法により、ノード３２４、３４４および３６４は、ＬＥＤの各組からの電流を、３対の上記のダーリントン・トランジスタに連結する。３対のオンボードのダーリントン対のそれぞれは、以下に述べる方法により、スイッチとして使用される。各ダーリントン対のベースは、それぞれ信号入力４２４、４４４および４６４と連結される。すなわち入力４２４は、ノード３２４を流れる電流、したがって赤色ＬＥＤの組１２１を流れる電流をスイッチするための信号入力である。入力４４４は、ノード３４４を流れる電流、したがって青色ＬＥＤの組１４０を流れる電流をスイッチするための信号入力である。入力４６４は、ノード３６４を流れる電流、したがって緑色ＬＥＤの組１６０を流れる電流をスイッチするための信号入力である。信号入力４２４、４４４および４６４は、それぞれ以下に説明されるマイクロコントローラＩＣ２ ４００の信号出力４３４、４５４および４７４と連結されている。本質的には、高周波数の矩形波が各信号入力に流れている際に、ＩＣＩ ３８０はそれと同一の周波数およびデューティ周期で、対応するノードを流れる電流をスイッチする。したがって、動作中においては、信号入力４２４、４４４および４６４の状態は、ＬＥＤの各組１２１、１４０および１６０を通じる電力供給回路の開閉と、直接相関する。
次に、図９に示した実施形態中の、マイクロコントローラＩＣ２ ４００の構造および動作について説明する。適当にプログラミングされたマイクロコントローラまたはマイクロプロセッサーであれば、ほぼ全てのものが本明細書に記載のソフトウェア機能を実行することができるが、マイクロコントローラＩＣ２ ４００として好ましいのは、ＭＩＣＲＯＣＨＩＰブランドのＰＩＣ１６Ｃ６３である。マイクロコントローラＩＣ２ ４００の主たる機能は、シリアルＲｘピン５２０において受信された数値データを、信号出力４３４、４５４および４７４において、同一の周波数を有するがデューティ周期は独立である３つの独立な高周波数矩形波に変換することである。図９では、分かり易さを最大限追求するために、マイクロコントローラＩＣ２ ４００は、２８本の標準ピンのうちいくつかの特定のピンが省略あるいは統合された様式に、部分的に様式化されて描かれており、その省略あるいは統合は当業者には理解可能である。さらに、本発明のある別の実施形態のために、ある類似のマイクロコントローラに関するさらなる詳細が、図１２と共に提供されている。
マイクロコントローラＩＣ２ ４００は、５Ｖの直流電源７００と連結されたピン４５０から電力を供給される。電源７００は、好ましくは電圧レギュレータ（図示せず）を含む連結（図示せず）を介して供給源３００により駆動される。電圧レギュレータの例としては、カリフォルニア州サンタクララのＮａｔｉｏｎａｌ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ社から入手できるＬＭ３４０ ３端子正レギュレータが挙げられる。ＬＭ３４０のデータシートの記載事項は、参照により本明細書に記載されているものとする。ほとんどのマイクロコントローラ、および独立に電力を供給される他の多くのデジタル集積回路は、高々５Ｖの電源を定格としていることは、当業者には理解できることであろう。マイクロコントローラＩＣ２ ４００のクロック周波数は、適当なピンを介して連結された水晶４８０によって設定される。ピン４９０は、マイクロコントローラＩＣ２ ４００のグラウンド電圧基準ピンである。
スイッチ６００は、マイクロコントローラＩＣ２ ４００を唯一のものとして指定するために変更可能かつ機械的に設定されることが可能な、１２点ディップスイッチである。ディップスイッチ６００中の１２個の機械的スイッチを成す個々のスイッチが閉じられると、そのスイッチに対応するマイクロコントローラＩＣ２ ４００のピン６５０からグラウンド６９０へとパスが形成される。１２個のスイッチにより２４個の可能な設定を作り出され、これによりいかなるマイクロコントローラＩＣ２ ４００も、４０９６個の異なるＩＤあるいはアドレスのうちの１つを取ることができるようになる。図９の実施形態では、ＤＭＸ−５１２プロトコルが採用されているため、９個のスイッチのみが実際に使用されている。
スイッチ６００が設定されると、マイクロコントローラＩＣ２ ４００は自己の独自のアドレスを「認知し」（「自分は誰か」）、そしてシリアルライン５２０において、上記のアドレスに特に割り当てられたデータストリームを「聴く」。各ネットワークデータを、中央ネットワーク制御装置（図示せず）から、個々にアドレス指定されたマイクロコントローラＩＣ２ ４００のそれぞれに割り当てるためには、ＤＭＸプロトコルのような高速のネットワークプロトコルを使用しても良い。ＤＭＸプロトコルについては、参照により本明細書にも記載されている、Ｕｎｉｔｅｄ Ｓｔａｔｅｓ Ｔｈｅａｔｒｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ社の刊行物「調光器および制御装置のためのＤＭＸ５１２／１９９０デジタルデータ送信規格」に記載されている。基本的には、ここで使用されるネットワークプロトコルにおいては、中央制御装置（図示せず）が、一連のデータパケットから成るネットワークデータのストリームを生成する。
各パケットは、規格適合性を検査された後に破棄されるヘッダーを先頭に含んでおり、次いで、連続してアドレス指定される各装置のためのデータを表す一連の文字のストリームを含んでいる。例えば、データパケットがライト番号１５番に向けられたものであれば、データストリームから１４個の文字が破棄され、装置は１５番を示す文字を保存する。好ましい実施形態においてそうであるように、２つ以上の文字が必要とされる場合は、上記のアドレスは開始アドレスと見なされ、２つ以上の文字が保存および利用される。各文字は、０から２５５までの１０進数に対応し、「オフ」から「フル」までの所望の強度を線形増加で表している（簡単のために、ヘッダーおよび停止ビット等のデータパケットに関する詳細は、本明細書では省略してあり、これらの詳細は当業者には良く理解されているであろうものである）。このようにして、３色のＬＥＤの色のそれぞれが、０から２５５の間で個別の強度値を与えられる。これらの各強度値は、マイクロコントローラＩＣ２ ４００のメモリー部中の対応する各レジスタ（図示せず）内に保存される。中央制御装置は、全てのデータパケットを排出し終えると、連続したリフレッシュサイクルを繰り返す。規格により、上記のリフレッシュサイクルは、最低１１９６マイクロ秒、最高１秒と規定されている。
マイクロコントローラＩＣ２ ４００は、対応するデータストリームを絶えず「聴く」ようにプログラムされている。マイクロコントローラＩＣ２ ４００が「聴いて」いる時間であって、そのマイクロコントローラＩＣ２ ４００が自己に向けられたデータパケットを検出する前の時間においては、マイクロコントローラＩＣ２ ４００は、ピン４３４、４５４および４７４において矩形波の信号出力を作り出すために設計されたルーチンを実行している。上記の色レジスタ中の値により、矩形波のデューティ周期が決定される。各レジスタは０から２５５の間の値を取り得るため、これらの値により、０％から１００％の範囲内で線形増加する２５６個の可能なデューティ周期が作り出される。矩形波の周波数は一様であり、マイクロコントローラＩＣ２ ４００内で実行されているプログラムによって決定されるため、これらの異なる個別のデューティ周期は、矩形波パルスの幅の変化を表している。このことはパルス幅変調（ＰＷＭ）という呼び名で知られている。
本発明のある実施形態においては、ピン４３４、４５４および４７４に出力される矩形波の各周期中に渡って、０から２５５までサイクルで増加する単純なカウンタを用いて、ＰＷＭ割込みルーチンが提供される。カウンタが一周して０に戻ると、３つの信号は全てハイに設定される。カウンタが一旦レジスタの値に等しくなると、信号出力はローに変化させられる。マイクロコントローラＩＣ２ ４００が新しいデータを受信すると、マイクロコントローラＩＣ２ ４００はカウンタを凍結し、新しいデータを作業中のレジスタにコピーし、新しいレジスタ値とその時点でのカウントを比較し、出力ピンを適当に更新し、停止したまさにその時刻からカウンタを再開させる。したがって、強度値をＰＷＭサイクルの途中において更新することも可能である。カウンタを凍結し、同時に信号出力を更新することには、少なくとも２つの利点がある。第一の利点は、それにより各点灯ユニットが、ストロボライトがそうするように素早くパルス点灯／ストロボ点灯できるようになる点である。そうしたストロボ動作は、中央制御装置が、高い強度値を有するネットワークデータと強度値０を有するネットワークデータとを、高速で交互に送信した際に起こる。先に信号出力を更新せずにカウンタを再開すると、異なるパルス幅に設定された各異なる色のＬＥＤのそれぞれが、前後して非活動状態になる現象が人間の肉眼でも観察される。白熱光においては、照明要素の加熱サイクルおよび冷却サイクルに関連する積分効果のため、この特徴は問題にはならない。本発明においては、ＬＥＤは白熱光要素と異なり、本質的には即時に活動化および非活動化される。第二の利点は、そうでなければカウンタが０にリセットされる際に生じる明滅現象を、生じさせることなくＬＥＤを調光できる点にある。中央制御装置は、一様に一定割合で成される各色のＬＥＤの光強度減少を表す一連の強度値を生成する際に、連続した調光信号を送信することができる。カウンタを再開する前に出力信号を更新しない場合には、ある１色のＬＥＤが、デューティ周期中のゼロ電流状態を経ることのないままデューティ周期を２周近く実践してしまう可能性がある。例えば、カウンタ凍結時において、赤色レジスタが４、カウンタが３に設定されていたとする。ここでは、ＰＷＭサイクルの「オフ部分」が赤色ＬＥＤに対して起こる直前に、カウンタが凍結されている。ここで、ネットワークデータが赤色レジスタの値を４から２に変更し、出力信号を非活動化しないままカウンタが再開されたとする。カウンタは赤色レジスタ中の強度値よりも大きいが、出力状態は「オン」のままであり、これはすなわち赤色ＬＥＤには最大電流が流れたままであることを意味する。一方、青色および緑色のＬＥＤは、おそらくはＰＷＭサイクル中の適当な時刻に置いてオフにされる。この現象は、人間の肉眼には、色強度の調光過程中における赤色の明滅として捉えられる。カウンタを凍結し、かつＰＷＭサイクルの残りの時間のために出力を更新すれば、上記の不利益を克服でき、明滅現象が起こらないことを保証することができる。
本発明のＬＥＤのデジタル制御機能を提供するマイクロプロセッサーは、いかなる電気信号に反応性を有していても良い。すなわち、外部信号を使用して、所望の方法でＬＥＤを制御するためにマイクロプロセッサーに命令を与えることも可能である。与えられた入力信号に対してプログラムされた応答が可能となるように、コンピュータプログラムで上記のような信号を制御しても良い。したがって、個々のＬＥＤをオンあるいはオフに切り替える信号、色彩スペクトル全体に渡って個々のＬＥＤの色を変化させる信号、非常に短い間隔にまで制御可能である予め定められた間隔をもってＬＥＤをストロボ動作あるいは点滅させる信号、および単一のＬＥＤまたはＬＥＤの集合からの光の強度を変化させる信号を発生させることが可能である。本発明によれば、使用者に重大な利益をもたらすために、多種多様な信号発生装置を使用することが可能である。入力信号は、ライトのスイッチあるいはダイヤルあるいはリモコンから発せられるような単純なオン／オフ信号あるいは強度信号から、周辺温度や周辺光の検出器のような検出器から発せられる信号まで、広範に渡っていて良い。広範に渡る外部信号に反応して行われる、２次元アレイ状に配されたＬＥＤの上述の厳密なデジタル制御は、多くの技術分野において本発明に従う応用例を可能とするものである。
次に、マイクロコントローラＩＣ２ ４００のためのネットワークインターフェースについて説明する。ジャック８００および９００は、標準的なＲＪ−４５ネットワークジャックである。ジャック８００は入力ジャックとして使用されるジャックで、簡単のために、信号入力８６０、８７０およびグラウンド８５０の３つの入力のみを有しているかのように描かれている。ネットワークデータはジャック８００に流入し、信号入力８６０および８７０を通過する。これらの信号入力は、次いで、標準型のＲＳ−４８５／ＲＳ−４２２差動バス中継器であり好ましくはカリフォルニア州サンタクララのＮａｔｉｏｎａｌ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ社から入手されるＤＳ９６１７７である、ＩＣ３ ５００に連結される。ＤＳ９６１７７のデータシートの記載事項は、参照により本明細書中に記載されているものとする。信号入力８６０、８７０は、ピン５６０、５７０からＩＣ３ ５００に流れ込む。このデータ信号は、ピン５１０から、マイクロコントローラＩＣ２ ４００のピン５２０に引き渡される。次いで、上記と同じデータ信号が、ＩＣ２ ２００のピン５４０から、ＩＣ３ ５００のピン５３０へと返される。ジャック９００は出力ジャックとして使用されるジャックで、簡単のために、信号出力９６０、９７０、９８０、９９０およびグラウンド９５０の５つの出力のみを有しているかのように描かれている。出力９６０および９７０は、それぞれ入力ライン８６０および８７０から直接分岐したものである。出力９８０および９９０は、それぞれＩＣ３ ５００のピン５８０および５９０から直接に来る出力である。上述のアセンブリは、ネットワークデータを受信するために２つのネットワークノードを接続することを可能にするものであると認められる。したがって、ネットワークは、個々のノードが一続きに連結されてさえいればデイジーチェーン型でも良く、あるいは個々のノードそれぞれの出力に２つ以上のノードが結び付けられていればツリー型でも良い。
前記説明から、ＬＥＤ照明または表示ユニットのアドレス指定可能なネットワークが、それぞれが各々のライト・モジュールに接続されている電力モジュールの集合体から構築できることを理解することができる。少なくとも２つの原色ＬＥＤが使用されている限り、いかなる照明または表示色も、各色のＬＥＤが発する光輝度を単に予め選択することによって作り出すことができる。さらに、各色のＬＥＤは、ＰＷＭ矩形波のデューティー周期に応じて２５５の異なる輝度のどれにおいても光を発することができ、最大輝度はＬＥＤに最大電流を通すことによって生じる。さらに、最大輝度は、ライト・モジュール上にある電流調整器のプログラミング抵抗を使用して最大許容電流の上限値を調節するだけで、好適にプログラミングすることができる。さまざまな最大電流定格のライト・モジュールが、それによって都合よく交換されてよい。
本発明の代替実施形態では、図１２に描かれているように、特別な電力供給モジュール３８が具備される。電力供給モジュール３８は、例えば、図４および図５に描かれている実施形態のプラットホームなどの、ライト・モジュール１００の任意のプラットホームに置かれてよい。電力供給モジュール３８の出力は、電力を、図６の回路１０の電力およびデータ入力１８などの電力およびデータ入力に供給する。電力供給モジュール３８は、間欠入力を含む多様な形式の電圧または電流入力を取り、回路１０に安定した低ノイズの電力を供給することができる。図１２に描かれている実施形態では、電力供給モジュールは、典型的には交流型だろう受信電気信号である場合がある入力４０を含む。それから、受信信号は、本発明の実施形態では４つのダイオード４４から成り立つブリッジ整流器である整流要素４２によって変換される。整流要素４２は交流信号を低ノイズの直流信号に整流する。電力供給モジュール３８は、さらに、１つまたは複数のコンデンサ５０を含むことがある蓄積要素４８を含むことがある。蓄積要素は、整流要素４２によって供給される電力を蓄え、その結果電力供給モジュール３８は、電力供給モジュール３８の入力４０への電力が間欠であっても、図６の回路１０の入力１８に電力を供給することができる。示されている例では、コンデンサの１つは、３３０μＦという値の電解コンデンサである。
電力供給モジュール３８は、さらにブースター変換器５２を含み得る。ブースター変換器は、低圧直流電流を取り、図６の回路１０のＤＣ電力入力１８にさらに高い電圧を提供するために、それを増圧し、低ノイズ化する。ブースター変換器５２は、誘導子５４、制御装置５８、１つまたは複数のコンデンサ６０、１つまたは複数の抵抗器６２、および１つまたは複数のダイオード６４を含む。抵抗器は、回路１０の処理装置に対する信号のデータ電圧のふらつきを制限する。制御装置５８は、Ｌｉｎｅａｒ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ社によって提供されるＬＴＣ１３７２などの、ブースター変換に適した従来の制御装置であってよい。ＬＴＣ１３７２データシートの教示は、参照により本明細書に組み込まれる。
示されている実施形態では、ブースター変換器５２は、約１０ボルトでの電力を取り、それを２４ボルトの低ノイズの電力に変換することができる。２４ボルトの電力は、回路１０および図６のＬＥＤ１５に電力を供給するために使用することができる。
本発明の一定の実施形態においては、電力およびデータは、ＤＭＸ−５１２プロトコルの大部分の用途においてのように、従来の電気ワイヤーまたは電力用のワイヤーおよびＲＳ−４８５ワイヤーなどのデータ用の別個のワイヤーなど、従来の手段によって回路１０およびＬＥＤ１５に供給される。例えば、図４および図５の実施形態において、プラットホーム３０が、唯一の電力だけを有する従来のハロゲン灯固定物３４の中に差し込まれる場合に、別個のデータワイヤーがＬＥＤ１５を制御するためのデータを提供してよい。
別の実施形態では、電力およびシリアルデータは、図１のＬＥＤを用いた照明装置などの照明装置、あるいは電力およびデータの両方を必要とする任意のそれ以外の装置であってよい装置に、同時に供給される。電力およびデータは、ワイヤーの単一組で複数の照明装置に供給されてよい。特に、本発明のこの実施形態では、電力は、ハロゲン灯などの大電力が必要とされる用途での照明に通常使用される方などの２ワイヤー型のデータバスに沿って装置に（および、該当する場合には、電力供給モジュール３８を介して）送達される。
本発明の１つの実施形態では、電力供給モジュール３８はデータ回線から電力を回収する。データ回線からの電力回収を可能とするために、受信データストリームを増幅し、論理データレベルを生じさせる電力データマルチプレクサ６０が具備され、１つまたは複数の論理状態は、その論理状態の間に電力が回収可能である十分な電圧または電力を有する。図１３を参照すると、本発明の１つの実施形態で、ラインドライバーまたはデータを提供するためのその他の入力であるデータ入力６４が具備される。本発明の実施形態では、データはＬＥＤなどの照明を制御するためのＤＭＸ−５１２プロトコルデータである。電力データマルチプレクサ６０は、上記以外のプロトコルに従って、上記以外の装置の制御のためにデータを操作することもできることを理解されたい。
電力データマルチプレクサ６０は、データ入力要素６８およびデータ出力要素７０を含み得る。データ出力要素７０は、図１２の電力供給モジュール３８または図６の回路１０の入力１８などの装置に結合された、電力とデータを供給する出力要素７２を含み得る。データ入力要素６８は、ＤＭＸ−５１２データを受信するためのＲＳ−４８５受信機、あるいはプロトコルに従ってデータを受信するためのそれ以外の従来の受信機であってよい受信機７４を含み得る。データ入力要素６８は、さらに、調整された電力を受信機７４およびデータ出力要素７０に提供するために、電圧レギュレータ８０付きの電源７８を含み得る。データ入力要素６８は、データ信号をデータ出力要素７０に供給する。図１２に示されている実施形態では、ＴＴＬデータ信号が供給される。データ出力要素７０は、データ信号を増幅し、出力の相対的な電圧方向を決定する。示されている実施形態では、チップ８２は、論理１を表すために２４ボルトの正の信号にデータ信号を増幅し、論理０を表すために２４ボルトの負の信号にデータ信号を増幅する高速ＰＷＭステッピングモータードライバーチップから成り立っている。論理１および論理０を表すために異なる電圧を使用してもよいことを理解されたい。例えば、ゼロボルトが論理０を表し、特定の正の電圧または負の電圧が論理１を表すことができるだろう。
この実施形態では、電圧は、データストリームの論理データ値を維持しつつ電力を供給するのに十分である。チップ８２は、入力信号を採取し、それを選択された方向でさらに大きな電圧に増幅することができる任意の従来のチップであってよい。データストリームの論理値を維持しつつデータを増幅するための任意の回路が、電力データマルチプレクサ６０のために使用され得ることを理解されたい。
図１２および図１３の実施形態は、一定のデータが非ゼロ信号によって表されるデータプロトコルに従って送信されるデータ信号を、電気的な装置に供給される電力に変換するための任意の装置を含むと理解されたい。装置は、図１に描かれているもののようなライト・モジュール１００であってもよい。
本発明の実施形態では、電力データマルチプレクサ６０に供給されるデータは、ＵＳＩＴＴ ＤＭＸ−５１２プロトコルに従ったデータであり、そこでは一定のデータストリームが舞台用操作卓などの操作卓からＤＭＸ−５１２ネットワーク上のすべての装置に送信される。ＤＭＸ−５１２は、データの上で施行される。このため、図１３に描かれている実施形態での、または別の実施形態での電力データマルチプレクサ６０が、標準信号電圧および／または電流レベルからさらに高い電圧、および通常はさらに高い電流にＤＭＸ−５１２信号を増幅することができることを保証される。
結果的に生じる電力データマルチプレクサ６０からのさらに高い電力信号は、電力供給モジュール３８によって、またはダイオードによる整流機能と電力用コンデンサによるフィルタリング機能を有する他の回路によって、分離された電力に変換して戻すことができる。
電力データマルチプレクサ６０からのデータストリームは、入力１８に供給される標準的なデータ電圧レベル信号を回収する単純な抵抗分割によって回収可能である。抵抗分割は、図１２の抵抗器８４によって達成できる。
電力データマルチプレクサ６２は、電力供給モジュール３８およびモジュラープラットホーム３０に取り付けられているアレイ３７と組み合わされると、既存のワイヤーおよびライト固定物を使用した、ＬＥＤを用いたデジタル制御された照明を可能とする。システムによっては、装置はワイヤーの単一組から電力およびデータを得ることができるので、別個のデータまたは電力ワイヤーは必要とされない。電力データマルチプレクサ６０は、従来のデータワイヤーに沿って設置され、電力供給モジュール３８はプラットホーム３０に設置できる。このようにして、電力データマルチプレクサ６０を単に増設し、モジュラープラットホーム３０を従来のハロゲン灯固定物に差し込み、ＤＭＸ−５１２データを電力データマルチプレクサ６０に供給することによって、ユーザーはＬＥＤを用いたデジタル制御された証明を得ることができる。
電力供給モジュール３８には、非修正方式で標準的な１２ボルト交流が供給可能であることを理解されたい。つまり、電力供給モジュールは、ＭＲ−１６ライト固定物などの従来のライト固定物に存在する交流からアレイ３７に供給できる。デジタル制御が希望される場合、所望される場合には、別個のデータワイヤーを供給することができる。
電力データマルチプレクサ６０の別の実施形態が図１４に描かれている。この実施形態では、入力端子８９９に接続されている１２ボルトと２４ボルトの間の電源が使用される。
８０３での電圧は、電源より８ボルト大きい。８０５での電圧は約マイナス８ボルトである。８０１での電圧は５ボルトである。電力データマルチプレクサ６０は、入力電源用にデカップリングコンデンサ８０７と８０９を含み得る。電圧レギュレータ８１１が、コンデンサ８１３によってデカップリングされる低ノイズの５ボルト電圧の供給を生じさせる。Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ社から入手できるＬＭ３１７電圧レギュレータであってよい電圧レギュレータ８１５が、コンデンサ８２１と８２３によってデカップリングされる抵抗器８１７と８１９による１８ボルト電圧レギュレータを形成する。ＬＭ３１７データシートの教示事項は、参照により本明細書に記載されているものとする。これが、電圧反転型の構成で動作される、カリフォルニア州ミルピタスのＬｉｎｅａｒ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ社から入手できるＬＴ１３７５降圧レギュレータであってよい調節可能降圧レギュレータ８２３に供給される。ＬＴ１３７５データシートの教示事項は、参照により本明細書に記載されているものとする。抵抗器８１７と８１９の抵抗は、マイナス８ボルトを生じさせるために選択され、ダイオード８４４はデータシートに示されているものより高い電圧用のものであり、誘導子８４６は、例えばコンデンサ８４８にさらに小型でさらに安価なコンデンサを使用できるようにする１００μＨという値の任意の従来の誘導子であってよく、供給はコンデンサ８５２によってさらにバイパスされていた。ダイオード８５４は、プラスチックパッケージに入れられたバージョンＩＮ９１４であってよく、周波数補償コンデンサ８５６はデータシートの公式に従ってそれ以外の構成部品での変化に適切な大きさに作られている。回路は、８０５でマイナス８ボルトを生じさせる。
カリフォルニア州ミルピタスのＬｉｎｅａｒ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙから入手できるＬＴ１３７２電圧レギュレータであってよい昇圧レギュレータ８２５も含まれてよい。ＬＴ１３７２データシートの教示事項は参照により本明細書に記載されているものとする。昇圧レギュレータは標準設計であってよい。ダイオード８６２は、データシートによって教示されるよりさらに高い電圧となるダイオードであってよい。誘導子８６４およびコンデンサ８３９は、１２ボルトと２４ボルトの間という入力電圧の範囲に対しこれより８ボルト高い電圧を生じさせるためにデータシートの公式に従って適宜な大きさに作られてよい。コンデンサ８６６は、データシートの指針に従って、誘導子８６４およびコンデンサ８６８の周波数補償指定値用の大きさに作られてよい。抵抗器８２７，８３３，８３７のセットは、トランジスタ８２９とともに、電圧帰還回路を形成する。抵抗器８３３と８３７は、帰還ノードピン８３５において出力電圧８０３に比例した電圧を生じさせる分圧器を形成する。抵抗器８２７およびトランジスタ８２９が電流ミラーを形成し、入力電圧に比例して帰還ノードピン８３５から電流を引き出す。このため、帰還ノードピン８３５での電圧は、入力電圧を差し引いた出力電圧に比例する。この差引きが作用するために抵抗器８２７に等しくされる必要がある抵抗器８３７の抵抗に対し、抵抗器８３３の抵抗の割合が、８ボルトを生じさせるために選ばれる。コンデンサ８３９は、供給をさらにバイパスするために使用されてよい。
受信ＲＳ−４８５プロトコルデータストリームの形式を取ってよい受信データは、ピン８４３および８４５で受信機チップ８４１によって受信され、バッファに入れられ、それぞれピン８４７および８４９で真の補数データ信号を作成するために増幅される。これらの信号は、さらにバッファに入れられ、要素８５１によって逆転され、それぞれピン８５３および８５５で実質的な駆動能力を備えた真の補数データ信号を作成する。
ピン８５３および８５５からの信号のそれぞれは、その後、出力増幅器によって処理される。実質的には、設計および機能において同一であってよい２つの出力増幅器８５７および８５９がある。それぞれのケースでは、増幅器に入るデータ信号が２つの交換された直列型電流源８６１および８６３に接続され、２つの抵抗器８６５および８６９の接続部において、第１電流源は抵抗器８６５およびトランジスタ８６７から構成され、第２電流源は抵抗器８６９およびトランジスタ８７１から構成される。電流源８６３は、増幅器に入る信号が例えばゼロボルトなど低いときに約２０ミリアンペアという電流を下げ、信号が例えばプラス５ボルトなどの高いときには電流を下げないであろう。別の電流源８６１は、信号が低いときではなく、信号が高いときに約２０ミリアンペアを得るだろう。これらの電流は、電流源８６３用のトランジスタ８７７と８７９と抵抗器８７９と８８１、ならびに電流源８６１用のトランジスタ８８５と８８７および抵抗器８８９と８９１から構成されている、アナログ回路設計者によく知られている標準設計である２つの電流ミラー８７３および８７５に供給される。トランジスタ８７７および８５５のコレクタは互いに接続され、１つの電流加算ノードを形成する。これらのトランジスタからこのノードに送達される正味電力は、入力信号が低い場合には（ノードに流れ込む）調達方向に、信号が高い場合には（ノードから流れ出る）低下方向に約２０ミリアンペアとなるだろう。低状態から高状態への遷移は入力信号で発生し、結果として生じる２０ミリアンペアの低下電流によって、コンデンサ８９３（およびこのノードでの寄生キャパシタンス）は、ダイオード８９５および８９７が伝導を開始するノードの電圧が約マイナス５ボルトに達するまで、マイクロ秒あたり約５ボルトという制御された速度で放電し、マイナス５ボルトでのノード電圧の負のふらつきを固定し、トランジスタ８８５の飽和を妨げる。トランジスタ８８９および９０１は、標準設計の双方向Ｂ級電圧フォロワを形成し、それらのエミッタの接続部分における電圧は、コンデンサ８９３に接続されているノードにおける遷移に従う。具体的には、トランジスタ８９９はオフになり、トランジスタ９０１が伝導し、トランジスタ９０３と９０７のゲートにおける電圧を減少させ、トランジスタ９０３をオフに切り替え、トランジスタ９０７をゆっくりとオンにし、電流を出力ピン９０９から接地に流させる。カリフォルニア州サンタクララのＮａｔｉｏｎａｌ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ社から入手できる型であってよい電界効果トランジスタ９０３および９０７も、標準設計のＢ級電圧フォロワを形成する。電流加算ノードでの電圧がマイナス５ボルトで固定されると、９０３のゲートでの電圧が‐４．４ボルトに達し、トランジスタ９０７は、入力信号が高いままである限りもとの状態であり続けるだろう。
いったん入力信号が低くなると、加算ノードでの電流は方向を変え、コンデンサ８９３は同じ速度で放電し、最終的にはプラス５ボルトという入力電圧値に固定される。トランジスタ８９９は、トランジスタ９０３とトランジスタ９０５のゲートでの電圧を上昇させ、トランジスタ９０３をオフにし、トランジスタ９０７をオンにし、入力側から出力側へ抵抗器９１１を通して電流を調達する。加算ノードでの電圧（すなわち出力）が（電力入力が最大２４ボルトである場合には）ゼロボルトと２４ボルトの間で完全に切り替わるには約５００ナノ秒を要するだろう。また、（電力入力が１２ボルトの場合には）ゼロから１２ボルトの間を移動するのに約２５０ナノ秒要するだろう。トランジスタ９０５および抵抗器９１１は、短絡保護回路を形成し、９０３を通って流れる電流を約６アンペアに制限する。トランジスタ９０３がオンではないとき、ダイオード９１３は短絡保護回路を隔離する。この場合、短絡経路は接地へまたはそれ以外の増幅器チャネルへのどちらかとなるため、トランジスタ９０７は保護されない。１番目のケースでは、電流はトランジスタ９０７を通って流れないが、２番目のケースではその他の増幅器の短絡保護がトランジスタ９０７を保護するだろう。
図６の実施形態の説明に関して開示されているように装置への入力時のブリッジ整流器のため、図１３および図１４に描かれている電力データマルチプレクサ回路は、データ＝１状態とデータ＝０状態両方において装置へ電力を供給し、装置への十分な電力を維持するために入力時にどのデータフォーマットにも依存しない。データは、本発明のそれ以外の実施形態での用に抽出される。
図１４の回路が制御されたスルーレートを生じさせる。すなわち、発生した電力およびデータは、論理ゼロ状態と論理１状態の間で比較的円滑な遷移を有する。図１４の回路によって生じる制御されたスルーレートは、本発明のデータトラックに関して以下にさらに特に後述されるように、発生する電波域干渉の規模を減少させる。
ランプの入力は後述されるトラック型実施形態での終端回路に実質的に類似しており、その終端回路と同じ効果を有するため、ランプ自体が回線を終端させる。これにより、回線上に終端装置を備える必要性は排除される。オフとなるよう命令されていたり、実際のデータワイヤーインピーダンスが低かったり、長いワイヤーを伴ったりする装置の場合や、発生する遷移が多くある場合にのみ追加の終端が必要とされる。これは非常にありそうにない要因の組み合わせであるため、追加終端装置のある構成は実際問題としては必要とされない。
図１４での実施形態の場合、６アンペアの電力が２４ボルトで８個のライトを、１２ボルトで２４個のライトを動かす。
本発明のある実施形態では、複数の同時高速パルス幅変調信号を提供するために、修正された方法およびシステムが提供される。この方法は、図１５のフローチャート２０２およびフローチャート２０５に示されているステップのコンピュータソフトウェアコーディングによって、あるいはこれらの機能を達成するように作製されたコンピュータハードウェアによって達成されてよい。ステップ２０４では、ＰＷＭ信号の数Ｎを生じさせるため、処理装置は、おそらくは各々等しい（この実施形態でそうであるように）少なくともＮ個の小周期による中断を予定する。この実施形態では、この中断はカウンタによって生じ、処理装置を２５６処理装置クロック周期ごとに中断する。ステップ２０８では、各小周期の大まかなＰＷＭ値が計算される。ステップ２１２では、ＰＷＭチャネルごとの副尺値が計算される。小周期は、第１小周期１等であるＰｉとして記載されてもよい。
ステップ２１３の中断で開始するそれぞれの小周期で、中断ルーチンがフローチャート２０のステップを実行する。ステップ２１４では、すべてのＰＷＭ信号が、この特定の小周期に対応する予め計算された値により更新される。大部分のケースでは、これには、予め計算された値のアレイからの単独読取りが伴われ、その後にＰＷＭ信号が発生させられる複数のＩ／Ｏピンを更新するための単独書込みが続く。
ステップ２２２では、次の小周期を指すために、処理装置が小周期の引数を進める。
補助ステップ２１８では、小周期の最高２分の１までの間、信号の状態を変更することによって、ＰＷＭ信号がオンである時間を削減または増加することができる。２つの考えられるケースがある。大まかな更新が信号を「オフ」状態にし、補助ルーチンが小周期の最高２分の１という時間の間それを「オン」状態に切り替えるか、あるいは大まかな更新が「オン」であり、補助ルーチンが小周期の最高２分の１という時間の間その信号を「オフ」に切り替える。
この方法を使用すると、各ＰＷＭ信号はＰＷＭ期間ごとに複数回変化することができる。ソフトウェアはこの特性を使用して、相対的に低い中断速度を維持しつつも、見かけのＰＷＭ周波数を増すことができるため、これは有利である。
これまで開示されてきた方法は、従来のＰＷＭルーチンと比較して、最大でも約半分の処理装置時間しか消費しない。
一例として、それぞれ７カウントおよび１４カウントにプログラミングされた、解像度２０カウントの２つの信号ＡとＢを考える。これらの信号は、以下のように生成されうる。
この例では、Ｐｉ＝１での予め計算された更新値は、両方の信号ともオンである。それから、中断ルーチンが実行し続ける間に、信号Ａがオン状態である程度の時間を費やす。次に、Ａは第１「ｖ」での補助ステップでオフになり、中断ルーチンが、第２「ｖ」で信号をオン状態に復旧する前の時間中、時間遅延コードを実行する。
小周期の始まりでの多重更新と補助更新の間の実際の時間は、補助更新間で費やされる時間が所望の時間である限り知られる必要はない。補助更新が発生している間、オンに切り替えられた信号Ｂはオンのままで、影響を受けないままとなる。
第２中断が発生すると、両方の信号ともオフに切り替えられ、補助ルーチンは、ここで４つの追加カウントを信号Ｂの期間に加算する。この例では、２つの中断に必要とされている時間に加え、処理装置時間の３５パーセントだけが消費された。
発生する信号ごとに１つの補助期間だけが必要とされるため、ＰＷＭ周期ごとの期間数を増加すると、多くの考えられるＰＷＭチャネル用マイクロプロセッサの専用ハードウェアＰＷＭ出力で考えられる周波数の大部分より高い周波数で、非均一なＰＷＭ波形を生成することができる。マイクロプロセッサは、依然として固定間隔で中断を実行する。
生じた信号のデューティー周期を変更するために、ソフトウェアは、中断ルーチンとの同期を心配する必要なく、およびさらに重要なことにはそれを停止することなく、任意の順序でおおまかな値または補助値のどれか、またはすべてを非同期で更新することができる。中断ルーチンは、メインコードが変更するあらゆる変数を決して変更しないか、あるいはその逆である。このようにして、あらゆる種類のインターロックの必要性はない。
このソフトウェアルーチンは、このようにして、複数のＰＷＭ信号を生成するために単一のタイマーを活用することができ、各信号波は最終的には単一処理装置周期の解像度を有する。マイクロチップＰＩＣマイクロプロセッサでは、それぞれが４命令分の遅延に相当する２５６カウントという解像度を有する、３つのＰＷＭ信号が生成できる。これは、ちょうど１０２４命令分の周期、つまり２０メガヘルツクロックで４８８２ヘルツというＰＷＭ期間を可能にする。
さらに、６４と１９２の間のカウントの場合、ＰＷＭ波形は不均一な９，７６５ヘルツ信号であり、ノイズはこのような処理装置内の従来のＰＷＭ発生器よりはるかに低くなる。
前述されたように、本発明のＬＥＤアレイは、外部電気信号およびデータに反応する。その結果、本発明の利点を最大限に利用するためにはデータおよび信号について改善された分散機構を有することが望ましい。本発明のある実施形態においては、データ接続５００はＤＭＸまたは従来の照明またはＬＥＤが配置されたトラックに置かれている照明データネットワークバスである場合がある。このようにして、データ信号を送達する能力を備えるトラックは、ＬＥＤまたは従来のライトのためのトラック照明装置の内部で運転されてよい。それから、データ信号はマイクロプロセッサによって制御され、個々のランプまたはＬＥＤのインテリジェントな個別制御を可能にしうる。電気制御およびデータ制御の両方に反応する分散された複数の照明を提供することは本発明の範囲内である。
本発明のＬＥＤは、入力信号の変更に極めて敏感である。その結果、本発明の特徴を利用するため、高速データ分配が望ましい。本発明のある実施形態では、ＤＭＸ−５１２ネットワークの通信速度を加速する方法が提供される。特に、ＤＭＸ５１２ネットワークは２５０，０００ボーでデータを送信する。ＤＭＸ規格によってすべての受信機は最小８８マイクロ秒という断流を認識する必要がある。マークが認識された後、すべての装置は、開始コードを受信するために待機し、ゼロ以外の何かが受信される場合にはパケットの残りを無視する。ゼロでない開始コードがさらに高いボーレートでデータを送信する前に送信されると、装置はさらに迅速にその高いボーレートに応答することができる。代わりに、一定数を超えるチャネルが高いボーレートに割り当てられるが、それ以外の装置はすでにそのフレームから自らのデータを受信しているため必要なデータを剥奪されない。同期の欠落を防ぐため、正しい停止ビットで複数の文字をフレームに入れることが望ましい場合がある。
本発明は、幅広い範囲の電気装置を制御するために、本発明のＬＥＤアレイを含み、かつＤＭＸ、イーサネット（登録商標）またはそれ以外のプロトコルを使用してネットワークおよび／またはバスと通信するマザーボードから成り立つ自動化システムシャシーを含んでいてもよい。
本発明の別の実施形態では、マイクロプロセッサ用の入力信号を、直接的な電流接続を持たない照明制御ネットワークから得ることができる。壁に取り付けられているスイッチまたは遠隔制御装置は、信号をマイクロプロセッサに伝送できる受信機に、それら信号をプログラミングされた赤外線、電波域信号またはその他の信号として伝送することができる。
別の実施形態が異なるトラック照明システムを提供する。現在のトラック照明システムは、典型的には、銅の導体を支持し、収容するための成型プラスチック絶縁物を収容する成型アルミ製のトラックから成り立つ材料から成るトラックの物理特性と電気特性の両方を使用する。従来のトラック照明システムは、通常、カスタマが工具を使わずにその全長に沿った任意の位置にある「トラック」に取り付けることのできるライト固定物に、電力および機械的サポートを提供する。
最も簡略な形式では、トラックは２つの導体だけを提供し、トラックに沿ったすべてのライト固定物は同じ２つの導体から電力を受け取る。この状況では、トラックに取り付けられたすべてのライト固定物は単一の制御装置によって制御される。その他のライト固定物に影響を及ぼさずに、トラックに取り付けられたライト固定物のサブセットを遠隔で制御する（オンまたはオフに切り替える、または減光する）ことは不可能である。
主に個々の接地導体に対するアンダーライターズラボラトリーズ社の要請のために、トラックシステムは、通常、２つを超える導体を含んでいる。多くのシステムも、ただ２つを超える電流運搬導体を提供するために努力してきた。追加の電力運搬導体の目的とは、典型的には、トラックの総合的な電力運搬の能力を増加するか、あるいはライト固定物のサブセット上で別個の制御を提供するかのどちらかである。最高４つの「回路」、つまり電流運搬導体のあるトラックが既知である。
しかしながら、４つの回路がある場合も、多くの理由から、従来のトラックでは完全な柔軟性は達成できない。第１に、ライト固定物は、トラックへの挿入時にサブセットに割り当てられる。このようにして、そのライト固定物は特定のサブセット向けの信号によって影響を及ぼされるだろう。回路を超える数の照明がある場合には、従来のシステムを用いて個々に照明を制御することは不可能である。また、いくぶん修正できる（つまり減光できる）が、相当量のデータを送信するために容易に使用できないライト固定物は、典型的には電力を受け取るだけである。更に、情報は、ライト固定物から容易に戻すことはできない。
ここに開示されているトラックの実施形態は、トラックに設置されている多数のライト固定物の個別制御を実現し、安全性および意図しない電波域周波数発生の排除の両方のための要請に沿いつつ、そのトラック上での堅牢な双方向通信を可能にする。ここに開示されているのは、トラックに取り付けられている複数のライト固定物にデータを送達するために電気信号を作製するための方法およびシステムであり、トラックは信号をライト固定物に送達することができ、専門終端装置は、信号が意図しない反射を過剰に引き起こさないことを保証するためである。
図１６を参照すると、ある実施形態において、ユーザは、好ましくは業界規格を使用し、トラック６００２上でライト固定物６０００に照明制御データを送信することを希望してよい。ライト固定物６０００は、個々に開示されているもののようなライト・モジュール１００であるか、あるいは従来のトラック照明トラックへの接続が行える任意のそれ以外の従来のライト固定物であるだろう。ある実施形態では、データ制御規格は、ここに記述されているＤＭＸ−５１２規格である。
ＤＭＸ−５１２は、標準のＲＳ−４８５電圧信号方式および入出力装置の使用を指定する。ただし、ＲＳ−４８５を使用すると、ライト固定物６０００が取り付けられているネットワークが、制御されたインピーダンスを有する長い媒体から構成されるバスという形式を取ることを必要とし、また、ネットワークが各バス端点で終端することを必要とするため、ここに説明されているトラック照明応用例ではある問題が生じる。これらの特性は、通常、制御されたインピーダンスを有する導体のシステムを具備しない典型的なトラック照明システムでは提供されない。さらに、トラックシステムは、多くの場合、分岐、つまりトラックの１つのセクションが複数のそれ以外のセクションに分岐する「Ｔ字」を具備し、コスト、信頼性、および設置の理由から、このような点で信号を電子的に生成し直すことは望ましくない。このため、各セクションをその特徴的なインピーダンスで「終端」し、ＲＳ−４８５の目的のため、適切に終端されたネットワークを達成することはできない。
しかしながら、本発明を通して、ＲＳ−４８５仕様に準拠する現在入手可能な装置によって受信できる、ＲＳ−４８５仕様の修正に準拠する信号を送信することは可能である。
この環境でデータを効果的に送達するために、新しいデータ送信機６００４が必要とされる。トラックの複数のセクションによって生じる伝送路の影響を打ち消すためには、データ送信機６００４として制御された波形ドライバが活用される。このドライバの設計は、意図されていない電波域周波数放射の量を最小限に抑え、ＦＣＣおよびＣＥ規制要件に対する準拠を可能にするためにさらに最適化されてよい。さらに、信号の完全性を保証するため、特殊終端ネットワークが活用されてよい。
トラックシステムの一定の特徴は互いに関連している。第１に、トラックの複数のセクションは、それぞれにある程度の（一般的には未知である）特徴的なインピーダンスがあり、ある程度の未知の長さがある個々の伝送路の集合体と見なすことができる。トラックに取り付けられているライト固定物は、伝送路の長さに沿ってある程度の負荷を有する。ＲＳ−４８５規格は、このような負荷の最小インピーダンスが少なくとも１０．５キロオームとなるものとし、追加されたキャパシタンスが５０ｐＦを超えてはならないことを指定する。大型照明ネットワークでは、それぞれが長さ最高数メートルの数十個のセクションから構成されているトラックシステムを構想することが可能である。ライト固定物の総数は、１つの室内だけで２００個を容易に超えることがある。このようにして、制御されている装置によって提示される総負荷だけでも５０オームを下回り、追加された１０，０００ｐＦのキャパシタンスを備えることがある。さらに、トラック内での電力導体と信号導体間の漏電も発生することがある。トラック自体が、１フィートあたり最大２５ｐＦという追加キャパシタンスを有することがある。
それらの上で送信される最高周波数信号の波長の４分の１より短い伝送路は、総計された負荷として分析され、考えられる。つまりその伝送路の影響は実質的には無視できることが通常理解されている。このようにして、任意の一方の終点から任意の他方終点までの最大長が送達される最高周波数信号の波長の４分の１未満である限り、負荷とトラックセクションの任意の組み合わせは単一の総計された負荷と見なすことができる。デジタル信号の場合、最高周波数構成要素は、２つの電圧状態間の信号遷移が論理１および論理ゼロを表す端縁である。ＤＭＸ−５１２照明制御プロトコルは、毎秒２５０，０００ビットというデータ伝送速度を規定する。確実にこのような信号を送信するために必要とされる信号端縁遷移時間は、その速度より少なくとも５倍早い。つまり、遷移は、確実なデータ送信を保証するために、８００ナノ秒より長く発生してはならない。この速度で遷移する電気信号を作製できるデータドライバが構築できること、光の速度が毎秒１０８メートルの３倍であること、およびトラックでの伝播速度が光の速度の約７０パーセントであることを想定すると、最大ネットワーク長に対する無難な制限長は約４２メートルである。これは、大部分の応用例にとって適切な長さである。分岐されたネットワークの総長が最大２つの４２メートルのトラックセクションである可能性があると想定すると、トラック自体によって追加される総キャパシタンスは、１７，０００ｐＦという総負荷に対しさらに最大７，０００ｐＦとなるだろう。
データをこのようなネットワークの中に効果的に送信するために、電流ＲＳ−４８５規格用のドライバより大幅に多い電力を備えたドライバが必要とされる。５ボルトの遷移を達成するために、前述されたような大いに負荷されたネットワークにとって、ドライバは好ましくは負荷の抵抗部分に対し連続的に少なくとも１００ミリアンペアを、容量負荷によって吸収されてしまうだろう遷移期間中さらに少なくとも１００ミリアンペアを供給することができる。このようにして、ドライバ出力電流は、適切なマージンを保証するために少なくとも２００ミリアンペアである。これらの基準を満たすドライバ６００４の回路設計が図１７に示されている。８００ナノ秒より速い遷移でもネットワークは故障しないが、過渡現象中に必要とされる電流を上昇させ、少し負荷されたトラック端点での過剰なリンギングを引き起こし、システムから発生する意図しない電波域周波数を大幅に増加させるだろう。これらの影響のすべてが望ましくない。８００ナノ秒の遷移時間で、システムによって発生する大部分の意図しない高調波が、ＣＥ試験のための３０メガヘルツの開始周波数をはるかに下回り、さらに高位の高調波は要件に反するほど十分なエネルギーを有していない。
トラックの長さに沿って信号を効果的に伝播するために、トラックのデータ導体は単位長あたり低い抵抗、理想的には信号の１．５ボルトをＲＳ−４８５規格に指定されているようなすべての受信機に送達するのに必要とされる長さより少ない長さを有する必要がある。（すべての負荷が端部にある）大いに負荷されたネットワークでは、これは１フィートあたり約０．０９オームである。これには中間コネクタが含まれているため、トラック導体の抵抗は、理想的にはこの数字よりはるかに低くなければならない。トラックの誘電効果も信号の劣化に寄与するだろう。
トラックの誘電効果を補償するために、限られた終端が各分岐の端点で提供されてよい。この終端は、好ましくは純粋な抵抗ではなく、むしろトラックの誘電効果だけを補償する。適切な終端装置６００８の回路設計は、図１８に示されている。この回路は、データプラスとデータマイナスの接続の間の電圧をプラス５ボルトまたはマイナス５ボルトに効果的に固定する。信号の任意のオーバーシュートは、このようにして図１８の分岐レギュレータ６１４８によって吸収されてよい。終端装置６００８は、つねにデータ回線から電力を引き出さなくても回線を効果的に終端する。
それから、トラックからデータを回収することは、（例えば、ばねクリップなど、一般的に使用されている取付け方法のどれかを使用して）トラック自体の電気的な取り付け点および機械的な取り付け点への取り付けの問題となる。トラック照明取り付けの多くの例が、当業者にとって周知である。１つの例が、クーパーライティング社によって提供されているハロー電力トラックである。
例えば、いったん電力とデータの両方がワイヤーで入手できると、前述されたライト・モジュール１００のネットワーク・バージョン、あるいは任意のデジタル制御されている光度加減器を使用し、照明ユニット上での個別制御を達成することができる。データは、光の輝度だけではなく、ヨーク、ゴーボー制御、光焦点等の移動などの制御効果にも対応できる。さらに、システムは、ＲＳ−４８５準拠である非照明装置を制御するために使用することができる。
本実施形態を使用することによって、実質的に類似するドライバを使用する同じデータ導体または別個の組の上で応答できる装置を、装置が応答のために選択されていないときの間、ドライバ（複数の場合がある）をデータ導体から電気的に切断できるようにするために、つまりバスの共用を可能にするために、おそらくは増設された回路構成要素で作成することが可能である。装置はステータス情報をドライバに送信することができる、あるいは情報は周波数信号、赤外線信号、音響信号、またはその他の信号などのそれ以外の手段を通して装置に提供することができる。
再び図１７を参照すると、データドライバ６００４用の回路設計は、名目上プラス１２ボルトの未調節電力であってよい電力がデータドライバ６００４に送達されるコネクタ６０１２を含む。電力は、抵抗器６０１６、抵抗器６０１８、およびトランジスタ６０２０から成り立っている分路レギュレータ６０１４によって、プラス８．５ボルトの未調節供給、およびマイナス３．５ボルトの調節供給に分割されてよい。デカップリングは、コンデンサ６０２２、６０２４および６０２８によって提供されてよい。分路レギュレータ６０１４は、アナログ回路設計者によく知られている標準設計でよい。８．５ボルトの供給は、さらに、カリフォルニア州、サンタクララのナショナルセミコンダクター社から入手できるＬＭ７８Ｌ０５ＡＣＭ電圧レギュレータであってよい電圧レギュレータ６０３０によって５ボルトの供給を生じさせるために調節され、コンデンサ６０３２によってデカップリングされてよい。ＬＵ７８Ｌ０５ＡＣＭ用のデータシートの教示は、ここに参照して組み込まれる。
受信ＲＳ−４８９５データストリームは、ＲＳ−４８５受信機チップ６０３４によってピン６０３８と６０４０で受信されてよい。データストリームは、さらに受信機チップ６０３４によってバッファに入れられ、それぞれピン６０４２と６０４４で低ノイズの増幅された真の補数データ信号を生じさせる。これらの信号はかなりの駆動起動で真の補数データ信号を生じさせるために、それぞれピン６０５０と６０５２でさらにバッファに入れられ、バッファ６０４８によって逆転される。それから、これらの信号はそれぞれ、出力増幅器によって処理される。設計および機能で同一である、２つの出力増幅器６０５４と６０５８がある。
各増幅器６０５４および６０５８は、前述された電源から電力を引き出し、両方の増幅器が抵抗器６０６０，６０５２および６０６４から構成されているバイアス電圧発生器ネットワークを共用する。増幅器６０５４は、図１７のこのネットワークの左側のすべての部分から構成されるが、増幅器６０５８はこのバイアスネットワークの右側のすべてのパーツから構成される。それが増幅器６０５４に対する入力の反転コピーである点を除き、増幅器６０５８は実質的には同一であるので、増幅器６０５４だけが説明されるだろう。
バイアスネットワークは、それぞれトランジスタ６０６８と６０７０の基部で出現する、たとえばプラス６．４ボルトとマイナス１．４ボルトという２つのバイアス電圧を生じさせる。トランジスタ６０６８および抵抗器６０７２は、定電流源６０７４を形成し、約２０ミリアンペアの電流をトランジスタ６０６８のコレクタから調達する。同様に、トランジスタ６０７８および６０８０は、トランジスタ６０７８のコレクタから２０ミリアンペアの電流を低下するために、電流シンク６０８２を提供する。ダイオード６０１０、６０８４、６０８８、６０９０，６０９２および６０９４は、電流ステアリングネットワーク６０９８を形成し、２０ミリアンペアの電流を交互に受信データ回線、または（電流がトランジスタ６０６８からの場合、トランジスタ６１０２、抵抗器６１０４、および抵抗器６１０８から構成されている１ボルト分路レギュレータを通して）コンデンサ６１００の中に進める。受信データ回線が、ゼロボルトという低状態からプラス５ボルトという高状態へ切り替わると、６０９０の陽極での電圧がダイオード６０９４の陽極での電圧より大きいため、電流シンク６０８２がダイオード６０９０および６０９２を通して受信データ回線から電流を低下させる。ダイオード６０８４および６０８８は、逆バイアスをかけられ、電流は、６０１０、ならびにトランジスタ６１０２および抵抗器６１０４と６０１８から構成されている分路レギュレータ６１１０を通って流れるだろう。コンデンサ６１００はトランジスタ６０６８によって提供されている電流からゆっくりと充電されなければならないため、ダイオード６０９４の陽極での回路ノードは、ただちには遷移に従わないだろう。コンデンサ６１００は、マイクロ秒あたり約６．６７ボルトの速度で充電し、ほぼ７５０ナノ秒後に約４ボルトに達するだろう。その時点で、トランジスタ６０６８のコレクタの電圧がバイアスダイオード６０８４と６０８８を転送するほど大きくなり、電流源６０７４を入力データ回線の中に進ませる。このデータ回線が（５ボルトでの）高状態に保持される限り、ダイオード６０１０、分路レギュレータ６１１０を通ってコンデンサ６１００の中にさらに多くの電流は流れないだろう。ダイオード６０１０の陰極は、データ回線が状態をゼロボルトの低状態に変えるまで、約５．５ボルトのままとなるだろう。前述されたように切替え中、トランジスタ６１１２は、１つの共通したコレクタ電流バッファとしての役割を果たし、抵抗器６１１４の中に必要とされるほど多くの電流を調達するだろう。この電流は、出力装置６１２０のピン６１１８での出力の中に流れ込むだろう。出力での電圧は、このようにして、その傾斜が電流源６０７４からのコンデンサ６１００の充電によって調節されるゆっくりと上昇する信号となるだろう。小さいベース電流はトランジスタ６１１２によってトランジスタ６０６８から引き出されるが、その遷移タイミングに与える影響はごくわずかとなるだろう。
受信データ回線が低状態に遷移すると、ダイオード６０８４、６０８８および６０９４が前方へバイアスをかけられ、ダイオード６０９０，６０９２および６０１０は逆転バイアスをかけられ、コンデンサ６１００がダイオード６０９４を通し、電流シンク６０８２を通し前述された正の遷移に類似した速度で放電するだろう。電流シンク６０７４からの電流は、現在ゼロボルトで保持されているデータ回線に流れ込むだろう。ダイオード６０９４の陽極での電圧はマイナス０．５ボルトに達し、電流は再び、ダイオード６０９４およびトランジスタ６０７８の代わりに６０９０および６０９２を通して流れ、下方への遷移を完了するだろう。この期間中、トランジスタ６１２９は、装置６１２０のピン６１１８で必要なだけ多くの電流を抵抗器６１２８を通して下げ、それにダイオード６０９４の陽極での電圧に従わせるだろう。小さいベース電流は、トランジスタからトランジスタ６１２９によって引き出されるが、その遷移タイミングに対する影響はごくわずかだろう。トランジスタ６１３０および６１３２は、抵抗器６１１１４および６１２８と組み合わされ、出力での短絡が生じた場合にはトランジスタ６１１２および６１２９をそれぞれ保護し、最大可能出力電流（したがって、トランジスタ６１１２および６１３０を通る電流）を約２５０ミリアンペアに制限する。
この回路によって実行される波形整形は、多岐に渡るさまざまな回路で実現できる。図１７に描かれている実施形態は、所望の波形形状を作成するための回路の一例にすぎない。データ信号の上方遷移および下方遷移を減速する任意の回路が、ここに開示されているように、波形整形回路の実現と見なすことができる。
図１８を参照すると、終端回路は、ダイオード６１３８，６１４０、６１４２および６１４４から成るブリッジ整流器６１３４、および抵抗器６１５０，６１５２、およびトランジスタ６１５４と６１５８から成る分巻レギュレータ６１４８から構成されている。回路は双方向電圧リミッタであり、適用される入力の極性には関係なく、入力端子間の電圧を約５．３ボルトに固定する。分巻レギュレータ６１４８およびブリッジ整流器６１３４の両方とも、アナログ回路設計に精通する者によって知られている標準設計である。コンデンサ６１５０は、電圧リミッタの過渡応答を改善する。
伝送路に蓄積されている過剰なエネルギーは、通常、５．３ボルトを超える電圧のふらつきを引き起こすだろう。図１８の終端回路６００８は、伝送路の終点での電圧を５．３ボルトに固定するので、過剰なエネルギーを吸収するだろう。反射されたエネルギーの約９５パーセントが回路によって吸収されてよく、その結果生じる発振は取るに足らない振幅となるだろう。
ここに開示されているトランジスタは、ゼテックスによって提供されているトランジスタなどの従来の型であってよい。半導体は業界規格型でよい。バッファ６０４８は業界規格型であってよく、７４ＨＣ０４型であってよい。受信機チップ６０３４は、カリフォルニア州、サンベールのマキシム社製のＭＡＸ４９０受信機チップでよい。それ以外の受信機チップが使用されてよい。
前記実施態様は、任意の数のさまざまな収容部内にあってよい。ここで図１９を参照すると、実質的に円筒形の本体セクション６０２、ライト・モジュール６０４、導電性スリーブ６０８、電力供給モジュール６１２、第２導電性スリーブ６１４および囲壁プレート６１８を備える本発明の照明ユニットの展開図が図示されている。ここでは、ライト・モジュール６０４および電力供給モジュール６１２が、前述されたライト・モジュール１００と電力供給モジュール２００の電気的な構造とソフトウェア、あるいはライト・モジュール１００またはここに開示されているそれ以外の電力供給モジュールのその他の実施形態を含む。ねじ６２２、６２４、６２６、６２８が、装置全体が機械的に接続されるのを可能にすると想定する。ねじ６２２、６２４、６２６、６２８、により装置全体が機械的に接続されている。本体セクション６０２、導電性スリーブ６０４と６１４、および囲壁プレート６１８は、好ましくはアルミニウムなどの熱を伝える材料から作られている。本体セクション６０２は開放端、反射性の内部、およびモジュール６０４が機械的に固着される照明端部を有する。ライト・モジュール６０４は円板形をしており、２つの側面を有する。照明側（図示されていない）は、さまざまな原色から成る複数のＬＥＤを備える。接続側は電気コネクタ雄ピンアセンブリ６３２を保持する。照明側と接続側の両方とも、複数のＬＥＤから本体セクション６０２へ外向きに熱がさらによく伝えられるようにアルミニウム表面で被覆されている。同様に、電力供給モジュール６１２は円板形をし、あらゆる使用可能な表面は同じ理由からアルミニウムで被覆されている。電力供給モジュール６１２は、アセンブリ６３２からのピンを嵌合するために適応されている電気コネクタ雌ピンアセンブリ６３４を保持する接続側を有している。電力供給モジュール６１２には、ＤＣ電源への接続のために端子６３８を保持する電力端子側がある。任意の標準ＡＣまたはＤＣジャックが、適宜に使用されてよい。
ライト・モジュール６０２と電力供給モジュール６１２の間に挟まれているのは、モジュール６０２と６１２の間の空間を実質的に囲い込む導電性アルミニウムスリーブ６０８である。図示されているように、円板形をした囲壁プレート６１８ならびにねじ６２２、６２４、６２６および６２８が構成要素のすべてをいっしょに密閉し、このようにして導電性スリーブ６１４は囲壁プレート６１８と電力供給モジュール６１２の間に挟まれる。いったん１つのユニットとしていっしょに密閉されると、照明装置は、前述されたようにデータネットワークに接続され、領域を照明するために便利な任意の方法で取り付けられてよい。運転中、好ましくは、光拡散手段が本体セクション６０２に挿入され、ライト・モジュール６０４上のＬＥＤが単一の均一な光のビームを発しているように見えることを確実にするだろう。
ライト・モジュール１００の別の実施形態は図２０に描かれている。アレイ３７の利点の１つは、それが、異なる照明用途用の異なるライト固定物を用意する必要性という問題を克服する、ＬＥＤを用いた照明を構築するために使用できるという点である。特に、図２０に示されている本発明の実施態様においては、図８に描かれている円形アレイ３７または別のアレイである場合があるＬＥＤ６４４のアレイは、従来のハロゲン灯用のＭＲ−１６ライト固定物などの、ライト固定物の中に差し込むために構築されるプラットホーム６４２に置かれてよい。本発明のその他の実施形態では、プラットホーム６４２は、従来の電球、ハロゲン電球、またはそれ以外の照明源と同じ構成の電源の中に差し込み、ねじ込み、または繋げられる形状とされてもよい。図２０の実施形態では、１組のコネクタ６４６は、電気ワイヤーなどの電源に、ＭＲ−１６ライト固定物の従来のハロゲン電球用コネクタと同じ方法で接続する。
図２１に描かれている本発明の実施形態では、ＬＥＤアレイ６４４を担持しているプラットホーム６４２を、従来のハロゲン灯固定物の中に差し込むことができる。このようにして、ユーザは、配線またはライト固定物を変更することなく、単にモジュラープラットホーム６４２を差し込むだけでＬＥＤを用いたライトを有することができる。ユーザは、モジュラープラットホーム６４２を取り外し、従来のハロゲン電球またはそれ以外の照明源を設置することによって従来のライトに戻ることができる。このようにして、ユーザは、ここに開示されている多様な実施形態でのＬＥＤシステム１２０を含む、多岐に渡る照明用途に同じライト固定物および配線を使用することができる。
図２２を参照すると、図２０のプラットホーム６４２などのモジュラープラットホームに含むのに適したライト・モジュール１００の回路設計に概略図が提供されている。ＬＥＤアレイ６４４は、緑、青、および赤のＬＥＤから成り立っている。処理装置１６は、図６に関係して説明された処理装置１６に類似した機能を提供する。データ入力ピン２０は、処理装置１６にデータおよび電力を提供する。データ入力ピン２０は処理装置１６にデータと電力を提供する。発振器１９はクロック機能を提供する。ライト・モジュール１００は、処理装置１６が、ＤＭＸ−５１２プロトコルなどの制御プロトコルに従ってフォーマットされている受信電気信号を、前述されたその他の実施形態で開示された方法と類似した方法でアレイ６４４のＬＥＤ用の制御信号に変換することができるようにするための、他の回路要素を含む。
図２３に描かれている本発明の追加実施形態では、ここに開示されている以外の実施態様によるライト・モジュール１００のＬＥＤシステム１２６であってもよいＬＥＤ１５のデジタルで制御されているアレイ３７が置かれている、モジュラープラットホーム６４８が提供される。モジュラープラットホーム６４８は、透明なプラスチック材または同様の材料から作られてよく、その結果プラットホーム６４８は、アレイ３７によって提供されているどのような色にも照明される。モジュラープラットホーム６４８は、突出部６５２および陥没部６５４を含んでよく、その結果、多様な三次元形状を形成するために相互接続されているモジュラーブロックが形成できる。壁、床、天井、またはそれ以外の物体は、それぞれのブロックがＬＥＤ１５のそのブロックのアレイ３７によって異なる色に照明されているブロックから構築できる。ブロック６４８は相互接続できる。このような物体は、信号を作成するために使用できる。つまり、このような物体の個々のブロックは、文字、数、またはその他の意匠などの記号という形式で照明することができる。例えば、壁はカラーディスプレイまたは標識として使用できる。多くの異なる連動機構が構築できるように、多くの異なる形状のモジュラーブロック６４８が構築できる。事実上、ライト・モジュール１００は、ここにさらに開示されるように、多岐に渡る、異なる幾何学形状構成で置かれ、多岐に渡る照明環境と関連付けられてよい。
本発明の別の実施形態では、配列されたＬＥＤが、従来の舞台用ライトと類似した方法でパンプラットホームまたはティルトプラットホームに取り付けられている。既知のロボットライトは、電球または真空管からパンミラーまたはティルトミラーの上に従来作られた光ビームを光らせる。本発明の配列されたＬＥＤは、パンプラットホームまたはティルトプラットホームの上にじかに設置されてよく、パンミラーまたはティルトミラーと光源を正確に整列させる必要性を回避する。このようにして、調整可能なパン／ティルトビーム効果は、ミラーがなくても、ミラーベースのビームに類似して得られうる。光源とミラーの間を分離する必要性がないため、この実施形態は、過去に可能であったよりさらにコンパクトな空間でのパン／ティルトビーム効果を可能にする。
色または輝度をマイクロプロセッサによって制御される方法で変更する能力を含み、壁、床、または天井がそれを通して構築されてよいＬＥＤを用いた構造タイルも、提供されている。タイルは、おもちゃのプラスチック製の積み木に類似したモジュール方式に基づいてよい。多色タイルは、多色ダンスフロアまたはシャワー、または床、壁あるいは浴室タイルを作成するために使用できる。
限られた数の準形状に基づくイルミネーションを施す様々な形状の作成を可能にするモジュラー照明システムも提供されている。本発明のこの実施形態では、複数の発光正方形（またはそれ以外の幾何学形状）が、１次元、２次元、または３次元のさらに大きな形状に配列されてよい。モジュラーブロック同士は、物理的な近接または付着を通して通信できるだろう。モジュラー多色照明ブロックは、さまざまなフォーマットおよび形状に構成することができる。
前述されたように、本発明の実施形態は、多岐に渡る方法で活用されてよい。例として、以下の説明は本発明のＬＥＤが照明および／またはイルミネーションに適応され得るさまざまな環境を提供する。
ここで図２４を見ると、モジュラーＬＥＤユニット４０００が、環境内のイルミネーションのために提供されている。モジュラーＬＥＤユニット４０００は、図１に関連して説明された要素１２０に類似したライト・モジュール４００２、および図１に関連して説明された要素１６に類似した処理装置４００４を備える。ライト・モジュール４００２は、スペクトル、例えば、可視スペクトル内の一連の周波数内で放射範囲を生じさせるために、図２５に示されているように、複数の発色半導体ダイ４００８を有するＬＥＤ４００６を含み得る。それぞれの発色ダイ４００８は、好ましくは原色を表し、変化する輝度の原色を個々に発生することができる。ダイ４００８のそれぞれからの原色は、組み合わされると、色スペクトル内である特定の色を作り出すことができる。他方、処理装置４００４が、半導体ダイ４００８のそれぞれに供給される電流の量を制御するために提供されてよい。各ダイに供給される電流の量に応じて、一定の輝度の１つの原色がそこから発せられてよい。その結果、各ダイから作成される原色の輝度を制御することによって、処理装置４００４は、本質的に、ＬＥＤ４００６から照明される特定の色を制御することができる。図２５は、３個の発色半導体ダイ４００２を示しているが、少なくとも２個の発色ダイを使用すれば、スペクトル内の放射の範囲を作成できることを理解されたい。
モジュラーユニット４０００は、さらに、制御信号の発生器とライト・モジュール４００２の間の通信を容易にするための機構（図示されていない）を含んでもよい。１つの実施形態では、機構は、図２に関連して上に説明されたように、別個の送信機および受信機を備えてよい。しかしながら、送信機と受信機は１つの機構に統合されてよいことを理解されたい。モジュラーユニット４０００は、電源、例えば、電気出力端またはバッテリなどからライト・モジュール４００２へ電流を提供するために、図９に関連して説明されるように、電力供給モジュール４０１０も含み得る。電流が電力供給モジュール４０１０からライト・モジュール４００２へ向けられることを可能にするために、図１９の相補性の雄ピンセット６３２と雌ピンセット６３４に類似した電気コネクタが提供されてよい。このようにして、電気コネクタは、ライト・モジュール４００２を電力供給モジュール４０１０に取り外し自在に結合するように設計されてよい。
代替実施形態では、ライト・モジュール４００２は、図２６に図示されているように、図２５に示されている複数のＬＥＤ４００６を含み得る。各ＬＥＤ４００６は、制御信号発生器との、あるいは本発明のいくつかの実施形態におけるそれ以外のライト・モジュール４００２との通信のために、図２に関連して前述された要素５００に類似したデータ通信リンク４０１４が具備されてよいライト・モジュール４００２の、一部であってもよい。このようにして、処理装置４００４によって制御される電流の量などのデータは、ＬＥＤ４００６のそれぞれでの複数の半導体ダイ４００８に供給されてよく、その結果ある特定の色が生成されてよい。
別の実施形態では、図２７に示されているようなライト・モジュール４００２は、複数の従来の発光ダイオード（ＬＥＤ）４０１６を含み得る。従来のＬＥＤ４０１６は、原色の赤、青、および緑を表したものでもよい。したがって、ＬＥＤ４０１６のそれぞれからの原色が生成されると、複数のＬＥＤ４０１６の組み合わせがスペクトル内の任意の周波数を作り出すことができる。半導体ダイ４００８と同様に、各ＬＥＤ４０１６の輝度および／または照度は、スペクトル内の一連の周波数を得るために処理装置４００４によって変えられてよい。複数のＬＥＤ４０１６間での通信および処理装置４００４との通信を容易にするために、データ通信リンク４０１４が提供されてよい。
モジュラーＬＥＤユニット４０００は、いくつかの実施形態では、さらに大型の照明アセンブリを形成するために相互接続されてよい。特に、ライト・モジュール４００２は、細長い板４０２０（図２８Ａ）上で直列で直線状に配列されたＬＥＤ４００６または４０１６を含み得る。ＬＥＤ４００６または４０１６も、２次元幾何学形状のパネル４０２２（図２８Ｂ）上で、あるいは３次元構造４０２４（図２８Ｃ）を表すために配列されてよい。細長い板４０２０、幾何学形状のパネル４０２２または３次元構造４０２４は、いかなる特定の設計に固執する必要もなく、ライト・モジュール４００２がそれが配置される環境に適合するのを可能にするために柔軟な設計であってよいことを理解されたい。
本発明の１つの実施形態では、細長い板４０２０、幾何学形状のパネル４０２２および３次元構造４０２４には、モジュラーＬＥＤユニット４０００間での結合を可能にするために結合機構（図示されていない）が備えられてよい。具体的には、結合機構は、複数の細長い板４０２０がいっしょに数珠なりになる、あるいは複数の幾何学形状のパネル４０２２が互いに繋がれる、あるいは複数の３次元構造４０２４を互いに結合するのを可能にしてよい。結合機構は、細長い板４０２０、幾何学形状のパネル４０２２、および３次元構造４０２４の内の１つが、細長い板４０２０、幾何学形状のパネル４０２２および３次元構造４０２４の別のものへ相互接続できるように設計されてもよい。結合機構は、モジュラーＬＥＤユニット４０００間での機械的な結合または電気的な結合のどちらかを可能にすることができるが、好ましくはモジュラーＬＥＤユニット４０００間での電気的な結合と物理的な結合の両方ともを可能にする。モジュラーＬＥＤユニット４０００間で電気的な接続を提供することによって、電力信号およびデータ信号はモジュラーＬＥＤユニット４０００に、およびそれらの間に向けられ得る。さらに、このような接続によって、電力およびデータをモジュラーＬＥＤユニット４０００のすべてへの分配するための１つの中心場所で提供することができる。本発明の１つの実施形態では、データは、モジュラーＬＥＤユニット４０００間での電気的な接続の数を削減するために電力信号と多重化されてよい。他方、機械的な結合は、単にモジュラーＬＥＤユニット４０００を互いにしっかりと接続するための手段となってよく、このような機能は電気的な接続を提供することによって固有となってよい。
本発明のモジュラーＬＥＤユニット４０００は、「スマート」ユニットまたは「ダム（ｄｕｍｂ）」ユニットのどちらかとなるように作製されてよい。ある実施形態では、スマートユニットは、例えば、ＬＥＤによって生じる所望の照明効果を制御するためにそこに組み込まれているマイクロプロセッサを含む。スマートユニットは、前述された電気的な接続のための機構を通して形成されているネットワークを経由して、互いにおよび／またはマスタ制御装置と通信してよい。スマートユニットが独立方式で動作でき、必要な場合には一方のスマートユニットが他方のモジュラーＬＥＤユニット４０００用のマスタ制御装置として動作できることを理解されたい。他方、ダムユニットはマイクロプロセッサを含まず、他のＬＥＤユニットと通信することができない。その結果、ダムユニットは独立方式では動作できず、別個のマスタ制御装置を必要とする。
モジュラーＬＥＤユニット４０００は、一連の種々の環境での照明のために使用されてよい。ＬＥＤユニットを使用してよい方法は、図２５から図２７に提供されているものなどの、ライト・モジュール４００２を有するモジュラーＬＥＤユニット４０００をまず環境の中に設置する段階と、その後少なくとも１つのＬＥＤへの電流の量を制御する段階を有し、その結果、そこ（つまり、半導体ダイ４００８または複数の従来のＬＥＤ）に供給される特定量の電流が、スペクトル、例えば可視スペクトル内において対応する周波数を生成する。
モジュラーＬＥＤユニット４０００が照明してよい環境は、手持用懐中電灯４０２９（図２９）または指示灯の使用を必要とするものを含む。指示灯を使用する環境の例は、エレベーターの階数ボタン、エレベーターの階数標示のディスプレイ又はパネル、自動車の計器盤、自動車のエンジンキー領域、自動車の盗難防止用警告指示灯、ステレオシステムの個々のユニット、電話のダイヤルパッドのボタン４０３０（図３０）、留守番電話の伝言の有無を指示する部分、ドアチャイムのボタン、ライトの状態スイッチ、コンピュータステータス指示部、ビデオ監視装置の状態指示部、および時計を含むが、それらに限られない。モジュラーＬＥＤユニット４０００が照明してよいその他の環境には、（ｉ）たとえば宝飾品、衣料製品、靴、眼鏡、手袋および帽子を含む、身体につけられる装置、（ｉｉ）たとえばライトワンド４０３１（図３１）、おもちゃのパトカー、消防自動車、救急車、オルゴールを含むおもちゃ、（ｉｉｉ）たとえば歯ブラシ４０３２（図３２）およびシェーバーを含む衛生製品が含まれる。
本発明の別の実施態様に従って、細長い板４０２０上で直列に直線状に配列されている複数のＬＥＤ４００６または４０１６を有するモジュラーＬＥＤユニット４０００は、環境内でのイルミネーションのために使用されてもよい。図３３に示されている１つのこのような実施形態は、歩道４０３３、例えば、航空機内の通路、ファッションショーの通路または廊下を含む。通路とともに使用されるとき、ＬＥＤ４００６または４０１６の少なくとも１つの細長い板４０２０が、方向指示灯として使用するために通路４０３３の片側に沿って配置されうる。
図３４に示されている別のこのような環境は、コーブ４０３４を含む。コーブとともに使用されると、ＬＥＤ４００６または４０１６の少なくとも１つの細長い板４０２０がコーブ４０３４に隣接して配置されてよく、その結果ＬＥＤの細長い板がコーブを照明できる。１つの実施形態では、ＬＥＤ４００６または４０１６の細長い板４０２０は、収容部４０３４５内に設置されてよく、その場合その収容部はコーブ４０３４に隣接して設置される。
図３５に示されている別のこのような環境は、手すり４０３５を含む。暗い映画館内の手すりなどの手すりとともに使用されると、ＬＥＤ４００６または４０１６の少なくとも１つの細長い板４０２０が、ユーザに手すりの場所を指示するために手すり４０３５の表面に配置されうる。
図３６に示されている別のこのような環境は、階段上の複数の段４０３６を含む。複数の段とともに使用されると、ＬＥＤ４００６または４０１６の少なくとも１つの細長い板４０２０が、段４０３６の端縁に配置され、その結果、夜間またはライトがない場合、ユーザは段の位置を知らされる。
図３７に示されている別の実施態様は、便器４０３７を含む。便器とともに使用されると、ＬＥＤ４００６または４０１６の少なくとも１つの細長い板４０２０が、便器４０３７または便座４０３の縁の回りに配置されてよく、その結果、浴室にライトがない場合に、ユーザは便器または便座の位置を知らされる。
図３８に示されている別の環境は、自動車後部の高い位置に保持されたブレーキランプ４０３８を含む。高い位置に保持されたブレーキランプとともに使用されると、ＬＥＤ４００６または４０１６の少なくとも１つの細長い板４０２０は、ブレーキランプ用に前もって提供された収容部４０３８５内に配置できる。
図３９に示されている別の環境は、冷蔵庫のドア４０３９を含む。冷蔵庫のドアとともに使用されると、ＬＥＤ４００６または４０１６の少なくとも１つの細長い板４０２０が、冷蔵庫ドアハンドル４０３９５の上に配置されてよく、その結果、例えば、台所用のライトがない場合には、ユーザは冷蔵庫のドア４０３９を開くために即座にハンドルの位置を見つけ出すことができる。
図４０に示されている別の環境は、樹木４０４０を含む。樹木とともに使用されると、ＬＥＤ４００６または４０１６の少なくとも１つの細長い板４０２０が、そのイルミネーションを可能にするために樹木４０４６の上に配置されてよい。樹木４０４０は、クリスマスツリーまたは人工の白いクリスマスツリーなどの他のオーナメントツリーとなるだろう。ＬＥＤ４００６をさまざまな色の間で変光させることによって、樹木４０４０の色を変更することができる。
図４１に示されている別の環境は、建造物４０４１を含む。建造物とともに使用されると、ＬＥＤ４００６または４０１６の少なくとも１つの細長い板４０２０は、建造物４０４１の表面に沿って配置され、その結果ＬＥＤの照明が見る人の注目を集める。
本発明の別の実施形態に従って、複数のＬＥＤ４００６または４０１６が幾何学形状のパネル４０２２の中に配列されているモジュラーＬＥＤユニット４０００も、環境の中での照明に使用されてよい。図４２に示されているこのような１つの環境が、床４０４２を含む。床とともに使用されると、ＬＥＤ４００６または４０１６の少なくとも１枚の幾何学形状のパネル４０２２が、その照明を提供するためにフロア４０４２内の少なくとも１つの指定領域内に配置されうる。
ＬＥＤ４００６または４０１６の幾何学形状のパネル４０２２が使用されてよい別の環境は、図４３に示されているように天井４０４３を含む。天井とともに使用されると、少なくとも１枚の幾何学形状のパネル４０２２が、その照明を提供するために天井４０４３の少なくとも１つの指定領域内に配置されうる。
ＬＥＤ４００６または４０１６の幾何学形状のパネル４０２２が使用されてよい別の環境は、図４４に示されているように自動販売機４０４４を含む。自動販売機とともに使用されると、少なくとも１枚の幾何学形状のパネル４０２２が、前面ディスプレイに図の照明を提供するために、自動販売機の前面ディスプレイ４０４４５の背部に配置されうる。
ＬＥＤ４００６または４０１６の幾何学形状のパネル４０２２が使用されてよい別の環境は、図４５に示されているように、照明面４０４５を含む。照明面４０４５とともに使用されると、少なくとも１枚の幾何学形状のパネル４０２２が、表面のグラフィック図案の照明または表面の上に配置されている物体の照明を提供するために、表面の背部に配置されうる。このような照明面の例は、典型的には空港または物体４０４５８を展示するためのスタンド４０４５５の透明な表面で見られる種類の広告看板を含み得る。
ＬＥＤ４００６または４０１６の幾何学形状のパネル４０２２が使用されてよい別の環境は、図４６に示されているように表示看板４０４６を含む。広告掲示板または広告ボードなどの表示看板とともに使用されると、少なくとも１枚の幾何学形状のパネル４０２２は、その上の図案の照明を提供するために、例えば、看板の前面に位置している収容部４０４６５内に配置できる。
ＬＥＤ４００６または４０１６の幾何学形状のパネル４０２２が使用されてよい別の環境は、図４７に示されているように交通信号灯４０４７を含む。交通信号灯とともに使用されると、少なくとも１枚の幾何学形状のパネル４０２２は、信号灯の少なくとも１つのための収容部４０４７５内に配置できる。従来の信号灯では、３つの信号灯の内のそれぞれに幾何学形状のパネル４０２２が必要とされることがあることに注意する必要がある。しかしながら、本発明のモジュラーＬＥＤユニットは、赤、黄色、および緑を含む一連の色を生成できるため、新しい交通信号灯は、ただ１つのモジュラーＬＥＤユニットの配置を含むように設計される可能性がある。多様な異なる色がそれぞれの信号灯の中に提供され、その結果、適切な信号が、赤／緑の色盲を患う人を含むさまざまなユーザに提供される。
ＬＥＤ４００６または４０１６の幾何学形状のパネル４０２２が使用されてよい別の環境は、図４８に示されているように方向表示看板４０４８を含む。方向表示看板とともに使用されると、少なくとも１枚の幾何学形状のパネル４０２２は、方向表示看板用の収容部４０４８５の中に配置されうる。
ＬＥＤ４００６または４０１６の幾何学形状のパネル４０２２が使用されてよい別の環境は、図４９に示されているようにインフォメーション・ボード０４９を含む。インフォメーション・ボードとともに使用されると、少なくとも１枚の幾何学形状のパネル４０２２がボード４０４９の前側に配置され、その結果情報データが読者に提供されうる。本発明の１つの実施形態では、インフォメーション・ボードは、交通情報標識、無音声ラジオ４０４９５、スコアボード、価格ボード、電子広告ボード、および大型公衆テレビ画面を含むが、それらに制限されていない。
本発明の別の実施形態に従って、複数のＬＥＤ４００６または４０１６が３次元構造４０２４を表すために配列されているモジュラーＬＥＤユニット４０００も、環境の中での照明に使用されてよい。図５０に示されている１つのこのような環境は、組み立てブロック型玩具４０５０を含む。組み立てブロック型玩具とともに使用されると、ＬＥＤ４００６または４０１６の少なくとも１つの３次元構造４０２４は、その照明を提供するために組み立てブロック型玩具４０５０の上または中に配置されうる。ＬＥＤの３次元構造は、任意の所望の３次元物体を表すための設計であってよいことを理解されたい。
ＬＥＤ４００６または４０１６の３次元構造４０２４が活用されてよい追加環境は、図５１に示されているように装飾用展示品４０５１を含む。ＬＥＤの３次元構造４０２４は、示されているように、任意の３次元物体を表すように設計できるので、構造は関心のある装飾用展示品４０５１の中に作り込まれ、その結果ＬＥＤの照明は、物体の照明された展示を提供する。装飾用展示品４０５１の例は、クリスマスツリー用オーナメント、動物型のフィギュア、ディスコ用照明ボール４０５１５、または表現可能なあらゆる自然物体または人工物体を含む。
ＬＥＤ４００６または４０１６の３次元構造４０２４が活用されてよい追加環境は、図５２に示されるように建築用ガラスブロック４０５２、または図５３に示されるように大型の文字４０５３を含む。ガラスブロックとともに３次元構造４０２４を活用するために、少なくとも１つの３次元構造４０２４が、その照明のためにガラスブロック４０５２内に配置されうる。大型の文字４０５３とともに３次元構造４０２４を活用するためには、少なくとも１つの３次元構造４０２４が文字の上あるいは文字４０５３が透明である場合には文字の中に配置できる。
ＬＥＤ４００６または４０１６の３次元構造４０２４が活用されてよい追加環境は、図５４に示されるように従来型の照明装置４０５４を含む。従来型の照明装置４０５４とともに３次元構造４０２４を活用するために、例えば、従来の電球４０５４５の形をした少なくとも１つの３次元構造４０２４が、従来の電球を受け入れるためのソケット内に配置されうる。
ＬＥＤ４００６または４０１６の３次元構造４０２４が活用されてよい追加環境は、図５５に示されるように警告塔４０５５を含む。警告塔とともに３次元構造４０２４を活用するために、少なくとも１つの３次元構造４０２４が、上空を飛行する航空機または遠方に位置する船舶への警告指示部として機能するように塔４０５５の上に配置されうる。
ＬＥＤ４００６または４０１６の３次元構造４０２４が活用されてよい追加環境は、図５６に示されるようにブイを含む。ブイ４０５６とともに３次元構造４０２４を活用するために、少なくとも１つの３次元構造４０２４がその照明のためにブイ４０５６の上に配置されうる。
ＬＥＤ４００６または４０１６の３次元構造４０２４が活用されてよい追加環境は、図５７に示されるようにボール４０５７またはパック４０５７１を含む。ボールまたはパックとともに３次元構造４０２４を活用するために、少なくとも１つの３次元構造４０２４が、ボールまたはパックの視認容易性を高めるために、ボール４０５７またはパック４０５７１の内部に配置されうる。
本発明の別の実施態様に従って、複数のＬＥＤ４００６または４０１６が、幾何学形状のパネル４０２２の中でまたは３次元構造４０２４として細長い板４０２０の中に直線状に配列されている２つまたは３つ以上のモジュラーＬＥＤユニット４０００が、環境の中で照明のために使用されてよい。図５８に示されている１つのこのような環境は、装飾用展示品４０５８を含む。装飾用展示品とともに使用されると、ＬＥＤ４００６または４０１６の少なくとも１つの細長い板４０２０、およびＬＥＤ４００６または４０１６の幾何学形状のパネル４０２２と３次元構造４０２４のうちの１つが、装飾用展示品の照明を提供するために表面に沿って配置されうる。装飾用展示品４０５８の例は、クリスマスツリー用オーナメント４０５８５、動物型のフィギュア、ディスコ用照明ボール、または表現可能なあらゆる自然物体または人工物体を含むことができる。
図５９に示されている別のこのような環境は、ボーリング場４０５９を含む。ボーリング場とともに使用されると、ＬＥＤ４００６または４０１６の細長い板４０２０、幾何学形状のパネル４０２２、および３次元構造４０２４の内の１つが、レーン４０５９５に沿って配置でき、さらにＬＥＤ４００６または４０１６の細長い板４０２０、幾何学形状のパネル４０２２、および３次元構造４０２４の内の１つが、ボーリング場の天井、床または壁に配置されうる。
図６０に示されている別のこのような環境は、舞台用セットを含む。舞台用セットとともに使用されると、ＬＥＤ４００６または４０１６の細長い板４０２０、幾何学形状のパネル４０２２、および３次元構造４０２４の内の１つが舞台４０６０の天井、床または壁に配置でき、さらにＬＥＤ４００６または４０１６の細長い板４０２０、幾何学形状のパネル４０２２、および３次元構造４０２４の内の１つが、舞台の天井、床または壁の残りのものに配置されうる。
図６１に示されている別のこのような環境は、水泳用プール４０６１を含む。水泳用プールとともに使用されると、ＬＥＤ４００６または４０１６の細長い板４０２０、幾何学形状のパネル４０２２、および３次元構造４０２４の内の１つが、水泳用プール４０６１の床または壁に配置でき、さらにＬＥＤ４００６または４０１６の細長い板４０２０、幾何学形状のパネル４０２２、および３次元構造４０２４の内の１つが、水泳用プールの床または壁の内の残りの一方に配置されうる。
図６２に示されている別のこのような環境は、宇宙飛行機４０６２５の貨物室４０６２を含む。宇宙飛行機の貨物室とともに使用されると、ＬＥＤ４００６または４０１６の細長い板４０２０、幾何学形状のパネル４０２２、および３次元構造４０２４の内の１つが、貨物室４０６２の天井、床または壁に配置でき、さらにＬＥＤ４００６または４０１６の細長い板４０２０、幾何学形状のパネル４０２２、および３次元構造４０２４の内の１つが、貨物室４０６２の天井、床または壁の残りの要素に配置できる。
図６３に示されている別のこのような環境は、飛行機の格納庫４０６３を含む。飛行機の格納庫とともに使用されると、ＬＥＤ４００６または４０１６の細長い板４０２０、幾何学形状のパネル４０２２、および３次元構造４０２４の内の１つが、格納庫４０６３の天井、床、または壁の上に配置でき、さらにＬＥＤ４００６または４０１６の細長い板４０２０、幾何学形状のパネル４０２２、および３次元構造４０２４の内の１つが、格納庫の天井、床または壁の残りのものに配置できる。
図６４に示されている別のこのような環境は、倉庫４０６４を含む。倉庫とともに使用されると、ＬＥＤ４００６または４０１６の細長い板４０２０、幾何学形状のパネル４０２２、および３次元構造４０２４の内の１つが、倉庫４０６４の天井、床または壁の上に配置でき、さらにＬＥＤ４００６または４０１６の細長い板４０２０、幾何学形状のパネル４０２２、および３次元構造４０２４の内の１つが、倉庫の天井、床または壁の残りのものに配置できる。
図６５に示されている別のこのような環境は、地下鉄の駅４０６５を含む。地下鉄の駅とともに使用されると、ＬＥＤ４００６または４０１６の細長い板４０２０、幾何学形状のパネル４０２２、および３次元構造４０２４の内の１つが、地下鉄の駅４０６５の天井、床または壁の上に配置でき、さらにＬＥＤ４００６または４０１６の細長い板４０２０、幾何学形状のパネル４０２２、および３次元構造４０２４の内の１つが、地下鉄の駅の天井、床または壁の残りのものに配置できる。
図６６に示されている別のこのような環境は、ボート港６０６６を含む。ボート港とともに使用されると、ＬＥＤ４００６または４０１６の細長い板４０２０、幾何学形状のパネル４０２２、および３次元構造４０２４の内の１つが、ブイ４０６６２、ドック４０６６４、ライト固定物４０６６６、またはボートハウス４０６６８に配置でき、さらにＬＥＤ４００６または４０１６の細長い板４０２０、幾何学形状のパネル４０２２、および３次元構造４０２４の内の１つが、ブイ、ドック、ライト固定物、またはボートハウスの残りのものに配置できる。
図６７に示されている別のこのような環境は、暖炉４０６７を含む。暖炉とともに使用されると、ＬＥＤ４００６または４０１６の細長い板４０２０、幾何学形状のパネル４０２２、および３次元構造４０２４の内の１つが、暖炉の模造薪４０６７５、壁、または床の上に配置でき、スペクトル内の周波数が発生する際に炎の出現が擬似実現されるように、さらにＬＥＤ４００６または４０１６の細長い板４０２０、幾何学形状のパネル４０２２、および３次元構造４０２４の内の１つが、暖炉の模造薪、壁、または床の残りのものに配置されうる。
図６８に示されている別のこのような環境は、自動車４０６８５の下面４０６８を含む。自動車の下面とともに使用されると、ＬＥＤ４００６または４０１６の細長い板４０２０、幾何学形状のパネル４０２２、および３次元構造４０２４の内の１つが、自動車が通行する道路表面の照明を可能とするために、自動車の下面に配置できる。
モジュラーＬＥＤユニット４０００のライト・モジュール４００２のいくつかの特殊な
実施形態は特定の環境に関連して説明されてきたが、まだ説明されていないが容易に想像できるライト・モジュールと環境の組み合わせだけではなく、多くのさまざまな環境の中で説明されたものに類似するライト・モジュールを使用することが当業者にとって明らかであることを理解されたい。
実施形態は特定の環境に関連して説明されてきたが、まだ説明されていないが容易に想像できるライト・モジュールと環境の組み合わせだけではなく、多くのさまざまな環境の中で説明されたものに類似するライト・モジュールを使用することが当業者にとって明らかであることを理解されたい。
前記から、複数の色を作り出すためのＬＥＤのＰＷＭ電流制御が、ネットワークのある、またはない無数の環境に組み込まれてよいことが理解されるだろう。本発明のいくつかの実施形態はここに説明されるが、その他の実施態様も本発明の範囲内にあることを理解されたい。
本発明の別の使用法は電球としてである。適切な整流器および変圧手段を使用し、電力供給モジュールおよびライト・モジュール全体をエジソン固定型（ねじ固定型）電球収容部などの伝統的な電球の収容部に配置できる。各電球は、白を含む特定の色の電球として機能するために、特定のレジスタ値でプログラムすることができる。電流レギュレータは、所望の電流定格を与えることにより光輝度を予め設定するために、前もってプログラムすることができる。電球が、光の周囲への通過を可能にする透明なまたは半透明なセクションを有してよいことは当然である。
図６９を参照すると、本発明の１つの実施形態において、スマート電球７０１が提供されている。スマート電球は、その中に処理装置０５および照明源７０７が置かれている収容部７０３を含み得る。収容部は電源への接続用のコネクタ７０９を含み得る。接続は、本明細書でいくつかのそれ以外の実施形態とともに開示されているデータ接続５００などのデータソースへの接続としての役割も果たしてよい。処理装置は、本明細書の他の個所に開示されているものなどの処理装置１６であってよい。スマート電球７０１は、ここに開示されているまたは含まれている多様な実施形態で使用されてよいライト・モジュール１００の１つの実施形態を形成してよい。
ある実施形態では、収容部７０３は、ハロゲン電球などの従来の照明源用の収容部の形状に似るように構成されている。図６９に描かれている１つの実施形態では、コネクタ７０９が、従来のハロゲン電球用ソケットに嵌合するように構成され、照明源７０７は、図１に関連して前述されたＬＥＤシステム１２０などのＬＥＤシステムである。
処理装置７０５は、前記図１の説明と関連して開示され、さらに本明細書の他の個所に説明されている処理装置１６に類似してよい。すなわち、本発明の１つの実施態様では、スマート電球７０１が、前記に開示されたライト・モジュールなどのライト・モジュール１００から成り立っている。しかしながら、スマート電球が多岐に渡るそれ以外の構成をとってもよいことを理解されたい。例えば、収容部７０３は白熱電球に似るように成形され、その場合、コネクタ７０９は、従来の白熱ライトのスロットの中にねじ込むためのねじのセットであり、照明源７０７は白熱電球の光源だろう。収容部７０３は、ヘッドランプ、懐中電灯、警報灯、信号灯等のような従来のいかなる電球や取付け具にも似るように構成されるだろう。実際、収容部７０３は、特定の照明または展示環境に適切な任意の幾何学的な構成を取りうる。
処理装置７０５は、照明源の輝度、照明源７０７の色、および処理装置によって制御できる収容部７０３に含まれているそれ以外の特徴または要素を制御するために使用されてよい。本発明の実施形態では、処理装置７０５は、スペクトル内で任意の色を作り出すべく、異なる色の間ですばやく変光するため、あるいは所望の照明状態を作り出すために、照明源７０７を制御する。収容部７０３内に置かれ、処理装置７０５に付属する照明源は、前記に開示された一連のこのような源を含む、任意の種類の照明源を含むだろう。
図７０に描かれている発明の実施形態では、スマート電球７０１は、処理装置７０５に接続されてよい受信機７１１および／または送信機７１３を備えてよい。受信機７１１は、データ信号を受信し、それらを処理装置７０５に中継することができる。受信機７１１が単に回路またはネットワーク接続へのインタフェースに過ぎなくてもよいこと、あるいは他の信号を受信することができる別個の構成要素であってもよいことを理解されたい。このようにして、受信機は、別の装置７１７からのデータ接続７１５によって信号を受信する。本発明の実施形態では、その他の装置はラップトップコンピュータであり、データ接続はＤＭＸデータトラックであり、データはスマート電球７０１にＤＭＸ−５１２プロトコルに従って送信される。それから、処理装置７０５は、照明源７０７を本発明のその他の実施形態に関連して前述された方法に類似した方法で制御するために、データを処理する。送信機７１３は、スマート電球７０１からデータ接続７１５上をその他の装置７１７までデータを送信するために処理装置７０５によって制御されてよい。その他の装置は別のスマート電球７０１、前述されたようなライト・モジュール１００、または信号データ接続７１５を受信できるそれ以外の装置であってよい。このようにして、データ接続７１５は、前記に開示された型のうちの任意の接続となるだろう。すなわち、通信リンクのために任意の電磁スペクトルまたはそれ以外のエネルギー伝送機構を使用すると、スマート電球７０１とその他の装置７１７の間にデータ接続７１５が提供されるだろう。その他の装置７１７は、警報システム、ＶＣＲ、テレビ、娯楽装置、コンピュータ、機器等のような、データを受信しデータに応答することができる任意の装置となるだろう。
図７１を参照すると、スマート電球７０１は、同様に構成されているスマート電球の集合体の一部であってもよい。１つのスマート電球は、送信機７１１を使用することにより、１つまたは複数のそれ以外のスマート電球７０１の受信機７１３にデータを送信できる。このようにして、複数のスマート電球７０１は、マスタ／スレーブ配列で設置されてよく、それによりマスタスマート電球７０１は、１つまたは複数のそれ以外のスレーブスマート電球７０１の動作を制御する。スマート電球７０１間のデータ接続７１５は、図７０に関連して説明されたものを含む任意の種類のデータ接続７１５だろう。
スマート電球７０１は、図７２に描かれるようなこのようなスマート電球７０１のネットワークの一部であってよい。処理装置７０５だけではなく、スマート電球７０１のそれぞれの送信機７１１および受信機７１３を使用することによって、ネットワーク７１８内のそれぞれのスマート電球７０１は、図７０の説明に関連して開示されたものに類似するデータ接続７１５上で問合わせを送受してよい。このようにして、スマート電球７０１は、スマート電球７０１が具備されているネットワークの構成を決定することができる。例えば、スマート電球７０１は、電球の内のどれがマスタであり、どれがマスタ／スレーブ関係でスレーブであるのかを判断するために別のスマート電球７０１からの信号を処理することができる。
各スマート電球７０１には、追加処理機能が含まれていてもよい。例えば、各スマート電球７０１は、照明制御のために外部データ信号に反応されられる。例えば、図７３に描かれている実施形態では、光検知器７１９が、外部の照明の状態を感知するために窓７２２に近接して置かれてよい。光検知器７１９は、屋内空間７２５の照明を改変するため、光検知器７１９によって感知される外部照明状態を補償するため、あるいはそれ以外の場合それに反応するため、外部照明状態の変化を検出し、信号７２３を１つまたは複数のスマート電球７０１に送信することができる。このようにして、屋内空間７２５での室内ライトは、日の出または日没時に、それらの時の外部の照明状態での変化に反応してオンに切り替えられたり、色を変化させることができる。光検知器７１９に、色温度および外部環境の輝度を測定させ、ライト・モジュール７０１に類似した色温度および輝度を作成するように指示する信号７２３を送信させることもできるだろう。このようにして、室内のライトは、内部空間７２５での内部での日没を用いて外部の日没をそっくり真似ることができるだろう。このようにして、スマート電球７０１は、ここに説明されているそれ以外の実施形態に関連して開示されるように、多様なセンサとフィードバックの応用例で使用されてよい。
図７４を参照すると、別の実施形態では、複数のスマート電球７０１がデータネットワーク７２７に置かれてよい。データネットワークは、制御装置７２９からの信号を伝播してよい。制御装置は、データネットワーク７２７に信号を送信できる任意の装置であってよい。図７４に描かれている実施形態の制御装置は、心電図（ＥＫＧ）機械である。ＥＫＧ機械７２９は、患者７３３の心臓の電気的な活動を測定する複数のセンサ７３１を有する。ＥＫＧ機械７２９は、ＥＫＧ機械７２９がセンサ７３１によって測定される電気的な活動の特定の状態を測定するときに、ネットワーク７２７でスマート電球７０１に制御データを送信するようにプログラムされうる。このようにして、例えば、電球は、通常の心臓の活動については緑などのある特定の色で照明するが、特定の心臓の問題を反映するために別の色に変色できるだろう。例えば、不整脈はスマート電球７０１への点滅する赤い照明信号によって反映され、脈拍が速い場合はスマート電球７０１への黄色い信号によって反映される等である。
図７０に描かれているようなスマート電球は、独立方式でも動作するようにプログラムすることができる。このようにして、予めプログラムされた命令によって、スマート電球７０１は所望の方法で輝度の色を変化させ、このようにしてライトは１日の特定の時間に特定の色を輝かせるように設計できる等である。スマート電球７０１は、スマート電球７０１の状態を反映すべくスマート電球７０１からの照明を改変するためのアルゴリズムを含んでもよい。例えば、電球は、ＬＥＤシステム７０７がその耐用期間の最後に近い場合、電源に問題がある場合等に、特定の照明パターンを表示しうる。
本発明は、任意の指定された環境条件の汎用指示灯として使用されてよい。図７５は、このような装置の一般的な機能ブロック図を示す。図７５に示されているのは、例示的な期間中の３色のＬＥＤのデューティー周期を示す例示的なチャートでもある。環境指示灯の一例として、電力供給モジュールを傾斜計に結合することができる。該傾斜計は、地球の重心に対する一般的な傾き角を測定する。傾斜計の角度信号は、Ａ／Ｄ変換器を通して変換でき、電力供給モジュールの処理装置１６のデータ入力に接続できる。それから、処理装置１６は、角度をＬＥＤ色レジスタ値に関連つけるルックアップテーブルを使用することによってそれぞれ別個の傾き角に異なる色を割り当てるようにプログラムすることができる。別の指示灯を使用するのは、容易に読み取ることのできる視覚的な温度表示を実現するためである。例えば、デジタル温度計は、処理装置１６に温度読取り値を提供するために接続できる。各温度はレジスタ値の特定のセット、したがって特定の色出力と関連付けられるだろう。複数のこのような「色温度計」を、３次元での温度の簡略な視覚的な検査を可能にするために、保管用冷蔵庫などの広い空間に位置させることができる。
本発明の別の実施態様においては、信号発生装置は、光メータまたは温度計などの周囲状態の検出器であってよい。このようにして、照明状態は、周囲の状態に従って変化してよい。例えば、配列されたＬＥＤは、室内に入り込む外部太陽光が１日の終わりに減少するにつれて室内のライトを強めるようにプログラムされてよい。ＬＥＤは、フィードバック機構を通して色温度での変化も補償するようにプログラムされてよい。
トランスデューサに結合されると、なんらかの周囲の状態をＬＥＤシステムに結びつける本発明の多くの実施形態が可能になる。ここに使用されている「トランスデューサ」という用語は、物理的な量を電気信号に変換するためのすべての方法およびシステムを含むと理解されたい。電気信号は、代わりに、電子回路によって操作され、アナログからデジタルへの変換器によってデジタル化され、処理のためにマイクロコントローラやマイクロプロセッサなどの処理装置に送信することができる。それから、処理装置は、本発明のＬＥＤシステムによって発せられる光の特徴を調節するために情報を送出することができるだろう。このようにして、例えば、外部の力、温度、分子番号、および電磁放射を含む環境の物理的な条件は、ある特定のＬＥＤシステムに対応させることができる。また、液晶、蛍光およびガス放出を含むそれ以外のシステムも使用できることに注意する。
ある特定の実施形態では、熱電対、サーミスタ、または集積回路（ＩＣ）温度センサおよび本発明のライト・モジュール１００などの温度トランスデューサが、色温度計を作るために使用できる。前述されたように、このような温度計は、周囲温度を示すために、ＬＥＤシステムからある特定の色のセットを発するだろう。したがって、このようなＬＥＤシステムを有するオーブンまたは冷蔵庫の内側は、一定の温度に達しているときを示すために異なる色付きの光を発することができるだろう。
図７６は、色温度計に関する一般的なブロック図を示す。要素１０００は、ＬＭ３３５のようなＩＣ温度センサである。これは、精度が−５５℃から１２５℃の範囲で約±１℃である、２端子温度センサである。ＬＭ３３５に関するさらなる情報は、Ｐａｕｌ ＨｏｒｏｗｉｔｚおよびＷｉｎｆｉｅｌｄ Ｈｉｌｌ著の研究論文、エレクトロニクスの技術（Ｔｈｅ Ａｒｔ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ）に記載されている。この研究論文の内容全体は本明細書に記載されているものとする。要素１００１は、ＩＣ温度センサからの電圧信号をバイナリ情報に変換するアナログからデジタルへの（Ａ／Ｄ）変換器である。前述されたように、これは、ＭＩＣＲＯＣＨＩＰブランドのＰＩＣ１６Ｃ６３などのマイクロコントローラまたはマイクロプロセッサ１００２、あるいは前述された処理装置１６などのそれ以外の処理装置に送られる。マイクロコントローラまたはマイクロプロセッサ１００２からの出力は、前述されたように、カリフォルニア州、サンタクララのナショナルセミコンダクター社から入手できる、高電流／電圧ダーリントンドライバー、パーツ番号ＤＳ２００３であるスイッチ１００３に進む。要素１００３はＬＥＤシステム１００４からの電流を切り替える。図７６の中で要素１００９として示されているのも、例示的な期間中の３色のＬＥＤのデューティー周期を示す例示的なチャートである。
図７６の拡大図は、後続のその他の実施形態にも適用できる一般的な図である。これらの実施形態は、前述の異なった環境条件をＬＥＤシステムに関連付ける程度に、互いに類似している。異なる実施形態は、示されている環境条件に適切なさまざまなトランスデューサを所持するため、互いに異なる。このようにして、後続の実施形態においては、別の適切なトランスデューサが温度センサ１０００に代わる。
電力供給モジュール（図７６には図示されていない）を色温度計に含むことができる。温度トランスデューサ１００からの信号は、Ａ／Ｄ変換器１００１によって変換され、電力供給モジュール内のマイクロコントローラ１００２のデータ入力に接続されることができる。それから、マイクロコントローラは、温度をＬＥＤ色レジスタ値に結び付けるルックアップテーブルを使用することにより、温度の範囲を別の色に割り当てるようにプログラミングすることができる。
別の特定の実施形態では、差動変圧器、ストレインゲージ、または圧電装置などの力トランスデューサおよび本発明のＬＥＤシステムを、力の範囲を対応するＬＥＤシステムに結び付けるために使用できる。図７７は、本発明のＬＥＤシステム１０１２に接続されているＡ／Ｄ変換器１０１７に、さらに接続されている直線可変差動変圧器（ＬＶＤＴ）などの力トランスデューサ１０１１を有する、色速度計１０１０を示す。収容部１０１３は、力トランスデューサ１０１１およびＬＥＤシステム１０１２を収容する。収容部は、収容部および内容物を自転車のホイール１０１５などの回転する物体に固着するために、締め金具を有する。ホイールの縁１０１８に色速度計を固着できるようにする、ねじまたはリベットなどのその他の締め金具も使用できるが、図７７に図示されている締め金具は、クランプ１０１６である。
このような色速度計１０１０は、多様な回転物体の角速度を「確かめる」ために使用できるだろう。このようにして、図７７の例でのように、力トランスデューサ１０１１に結合されているＬＥＤシステム１０１２は、ホイール１０１５の中心から少し離れて自転車ホイール１０１５に取り付けることができるだろう。トランスデューサ（図示されていない）の基準質量ｍは、力ｍω２ｒを発揮でき、すなわち角速度ωが確認できる。それぞれの異なる力または力の範囲から、ＬＥＤシステム１０１２から発せられているある特定の色が生じるだろう。このようにして、ホイールの縁１０１８は、角速度に応じてさまざまな色に見えるだろう。
力トランスデューサを備える別の特定の実施形態は、色傾斜計１０１２が図示されている図７８に表されている。傾斜計１０２０は、本発明のＬＥＤシステム１０２２に接続されるＡ／Ｄ変換器１０２７にさらに接続されている、直線可変差動変圧器（ＬＶＤＴ）などの力トランスデューサ１０２１を有する。収容部（図示されていない）は、力トランスデューサ１０２１およびＬＥＤシステム１０２２を封入する。収容部は、収容部および内容物を、航空機など、その傾斜を求めることが希望される物体に固着するために、締め金具（図示されていない）を有する。例えば、締め金具は、傾斜計１０２０を例えば航空機操作卓に固定するために、ねじ、クランプ、リベット、または接着剤から成り立つだろう。
電力供給モジュール（図示されていない）を傾斜計に接続することができる。傾斜計１０２０は、地球の重心に対する一般的な傾き角を測定する。傾斜計の角度信号は、Ａ／Ｄ変換器１０２７によって変換され、電力供給モジュール内のマイクロコントローラのデータ入力に結合される。それから、マイクロコントローラは、角度をＬＥＤ色レジスタ値に結び付けるルックアップテーブルを使用することによって傾き角を違う色に割り当てるようにプログラミングすることができる。色傾斜計は、航空機コックピット内でのように安全性のために、あるいは水中で揺れる帆船の帆を照明するためなどの新規性のために使用されてよい。
別の実施形態においては、本発明のライト・モジュール１００は、磁場強度の指示灯としての色強度計で使用できる。図７９は、Ａ／Ｄ変換器１０３７を介してＬＥＤシステム１０３２に結合されている磁場トランスデューサ１０３１を有するこのような強度計１０３６を示す。磁場トランスデューサは、ホール効果プローブ、フリップコイル、または核磁気共鳴磁場強度計のいずれをも含むことができる。
磁場トランスデューサ１０３１は、磁場強度を電気信号に変更する。この信号は、代わりに、Ａ／Ｄ変換器１０３７によってバイナリ情報に変換される。それから、情報は、磁場強度に対応する多様な色のライトを輝かせるためのＬＥＤシステム１０３２を制御するマイクロコントローラへの入力として送信することができる。この実施形態には、磁気共鳴装置、マグネトロン、および磁気的に集光されている電子装置などの動作するために磁場に頼る計器の動作においてだけではなく、地質学と予測の分野でも幅広い用途があるだろう。
別の実施形態では、本発明のライト・モジュール１００は、図８０に示されている煙警報システムに使用できる。煙警報システム１０４０は、Ａ／Ｄ変換器（図示されていない）を介して本発明の１つの実施形態のＬＥＤシステム１０４２に電気的に結合されている、様々な電離型または光（光電）型のいずれかの煙検出器１０４１を備える。ＬＥＤシステム１０４２は、煙検出器１０４１に近接している必要はない。特に、煙検出器１０４１は発火する可能性がある室の中にあるが、ＬＥＤシステム１０４２が、警報されると有利だろう別の部屋、例えば寝室、または浴室の中にあってよい。
当業者が理解するように、煙検出器１０４１は、電離型または光（光電）型という２つの型のどちらかであってよい。後者が使用される場合、その形状が通常、光感素子（例えば、光電池）が光源（例えば、ＬＥＤ）を「見る」のを防ぐ、煙検出器１０４１内の検出チェンバーが利用される。火から出た煙がチェンバーの中に入ると、光感素子がその光をすぐ検出できるように光を散乱させる。電離技術を利用する煙検出器１０４１内では、放射性材料が検出チェンバー内の１組の電極間の空気分子をイオン化する。結果として生じる荷電空気分子が、電流を電極の間で生ずることができるようにする。しかしながら、チェンバー内に煙が存在すると、荷電空気粒子の量が減少し、このようにして電流が減少する。したがって、両方の型の煙検出器で、電流の強さは検出チェンバー内の煙粒子の濃度を示す。この電流の強さを、ＬＥＤシステム１０４２を制御しているマイクロプロセッサに送信できるバイナリ情報に、Ａ／Ｄ変換器によって変換することができる。ルックアップテーブルを使用することによって、このバイナリ情報は、ＬＥＤシステム１０４２から発せられる、多様な煙濃度に対応する周波数の範囲を支配することができる。例えば、緑のライトまたは赤のライトを、煙粒子の濃度が一定の閾値を下回っている場合、あるいは上回っている場合に発することができる。本発明は、ある人物に、その人が煙検出器の警報を聞くことができない場合にも潜在的な火災を警告できるだろう（その人物は、例えば聴覚障害者であったり、音楽を聞いていたり、またはシャワーを浴びている場合がある）。また、従来の検出器は、２つの情報だけを伝える。つまり、警報はオフであるか、あるいは十分な煙が検出チェンバー内にある場合にオンである。また、本発明の煙警報システムは、特徴的な色を発することによって存在する煙の量についての情報も伝えるだろう。
煙は、本発明のライト・モジュール１００によってその濃度を示すことができる粒子の１つの種類にすぎない。電離チェンバー、ガイガーカウンター、シンチレーター、固体検出器、表面障壁検出器、チェレンコフ検出器、ドリフトチェンバーなどのそれ以外の粒子検出器を使用すると、アルファ粒子、電子、またはｘ線またはガンマ線で表されるエネルギー光子などのその他の種類の濃度は、さまざまな色に着色されたＬＥＤライトによって表すことができる。
本発明の別の特定の実施形態では、本発明のライト・モジュール１００は、着色されたライトを表示することによって溶液の酸性度を示すための電子ｐＨカラーメータを構築するために使用することができる。図８１は、Ａ／Ｄ変換器（図示されていない）を介してＬＥＤシステム１０５２に電気的に結合されているｐＨメータ１０５１を備えるカラーｐＨメータ１０５０を描く。
電子ｐＨメータは、当業者にとって既知である種類であってよい。使用できる電子ｐＨメータの考えられる例は、デジタル測定値および自動温度較正を提供するコーニングｐＨベンチメータ４３０型である。該メータは、Ａ／Ｄ変換器によってデジタル信号に変換できるアナログレコーダ出力を生じさせる。それから、信号は、多様なｐＨレベルに対応する色を発することができるＬＥＤシステム１０５２を制御するマイクロコントローラに送信することができる。
前述されたｐＨメータのほかにも、溶液中のある特定の種類の濃度に対応するアナログ信号を生じさせるイオン特殊電極を有するメータを使用することもできる。これらのメータは、典型的には、カリウム塩化物の濃縮溶液中に浸漬された塩化銀で銀被覆されている基準電極と指示灯電極の間で生じる電圧を測定する。該指示灯電極は、分析物イオンがそれを通って拡散できる膜によって分析物から区切られている。イオン特殊電極の種類を特徴付けるのは膜の性質である。電極の種類は、ガラス、液体イオン交換体、固体、中和キャリヤ、被覆ワイヤ、電界効果トランジスタ、ガス検出、または生体膜を含む。基準電極は、その濃度を多孔性のプラグまたはゲルを介して求めようとする溶液と交信することができる。前述されたように、本発明のためのＬＥＤシステムの実施形態は、ある特定のイオン濃度を多様な色の発光に結び付けるためにこのようなメータに電気的に接続させることができる。
別の特定の実施形態では、本発明のライト・モジュール１００は、ある物体の存在を示すための防犯システムを作り上げるために使用できるだろう。図８２は、識別バッジ１０６０、本発明のＬＥＤシステム１０６１、Ａ／Ｄ変換器（図示されていない）に接続されている電磁放射検出器１０６６と送信受信機１０６２、およびバッジ１０６０に対する電磁信号の受信送信機１０６４を有する防犯解除ネットワーク１０６３を備えるこのようなシステムを示す。
送信受信機１０６２に反応する防犯解除ネットワーク１０６３は、ある時点である部屋に対する適切な防犯解除権限を有する個人を認識するものである。バッジ１０６０自体は、送信受信機１０６２、Ａ／Ｄ変換器に接続されている電磁放射検出器１０６６、および防犯解除ネットワーク１０６３に反応するＬＥＤシステム１０６１を含んでよく、その結果バッジ１０６０は、該個人がある特定の受信機に近接するための解除権限を有するかどうかに応じて色を変化させる。その上にＬＥＤシステム１０６１のあるＩＤバッジ１０６０は、それを付けている該人物が一定の領域の中にいることを「許可されている」かどうかに応じて制御ネットワークに応えて色を変化させ、その結果他の人がその人物がそこにいてよい人物かを判断する。これは、また、その人物が領域の周辺で「随行」されなければならないのか、あるいは自由にうろつくことができるのかも他の人に告げることができるだろう。利点は、１日の時間に基づいた制御、ゾーンに基づいた制御、および移動制御ゾーンまたは高速ゾーン修正という概念を含む点である。例えば、保守スタッフは、別の物体が存在していないときだけ領域内にいることが許されるだろう。例えば、軍事航空機格納庫では、清掃員は飛行機がそこにないときにだけ許可される可能性がある。別の例として、工場内の防犯ゾーンが、人々を安全に保つ目的のため使用されてよいが、工場が停止すると、さらに広い領域にアクセスできるようになる。
別の実施形態では、本発明のライト・モジュール１００は、部屋の照明状態を変更するために使用されうる。図８３は、フォトダイオード、フォトトランジスター、光電子増倍管、チャネルプレート型増倍管、電荷結合素子、またはＬＥＤシステム１０７２に電気的に接続されているＡ／Ｄ変換器（図示されていない）にさらに接続されている強化シリコン増倍管ターゲット（ＩＳＩＴ）などの電磁放射検出器１０７１を描く。
ライト・モジュール１００は、部屋に入り込む太陽光が１日の最後に減少するにつれて室内の光を強め、フィードバック機構を通して色温度での変化も補償するようにプログラミングされうる。特に、ユーザは、電磁放射検出器１０７１により特定の照明状態の色温度を測定し、所望の状態にある電磁放射検出器１０７１からの信号を特定し、本発明のマイクロプロセッサを電磁放射検出器１０７１に接続し、電磁放射検出器１０７１からの信号が所望の状態が得られた旨を示すまで多様な照明状態に亘って本発明のＬＥＤシステム１０７２を変光させる。ＬＥＤシステムを定期的に変光し、電磁放射検出器１０７１からの信号をチェックすることによって、ライト・モジュール１００を、室内での正確な照明状態を維持するようにプログラミングしてよい。
別の実施形態では、室内灯または電話のライトは、電話をかけている人またはその意図を特定するのに役立つだろう。図８４は、本発明のＬＥＤシステム１０８２、直列または並列のどちらかである出力ポート１０８３、および呼出人ＩＤボックス１０８５へシステムを接続する接続ワイヤ１０８４を備える発色電話指示灯１０８０を示す。
特徴的な色を発することによって、電話の呼出しがいつかけられているのか認識することができるだろう。このようにして、例えば呼出しが一定の電話からかけられている場合には、人は、ＬＥＤシステム１０８２が赤い光を発するようにライト・モジュール１００をプログラミングできるだろう。代わりに、呼出人の呼出しを緊急と指定したいという希望は、ある特定の色表示によって受信者に伝えられるだろう。このようにして、人は、ＬＥＤシステム１０８２に、例えば呼出人が呼出しを緊急であると指定した場合に赤い光を発するように、ライト・モジュール１００をプログラミングしてもよい。さらに別の電話の用途は、一連の色を、呼出人が待機していた時間の長さを受信機に示すことを含む。例えば、ＬＥＤシステム１０８２は、呼出人がそれぞれ１分未満、１分と２分の間、および３分以上待機していたのかどうかに応じて、緑、琥珀色、または赤い光を発することができるだろう。この最後の機能は、電話が複数の回線を有している場合に特に有効であり、保留にされていた多様な人々を追跡調査することは重要なことである。
前記開示は、本発明のＬＥＤシステムを使用することによって示すことができるだろう物理的な状態を取り扱ってきた。また、このようにして示すことができるのは、加速度、音響、光度、化学、密度、転位、距離、キャパシタンス、充電度、伝導性、電流、場の強さ、周波数、インピーダンス、インダクタンス、電力、抵抗、電圧、熱、流量、摩擦、湿度、高さ、ライト、スペクトル、質量、位置、圧力、トルク、線形速度、粘度、風向、および風速を含むそれ以外のこのような状態である。
本発明の実施形態では、信号発生装置は、電波域周波数信号または赤外線信号を通して電子装置を制御するために使用される従来型の遠隔制御装置である。該遠隔制御装置は、送信機、制御スイッチまたはボタン、および送信機に予め決定された信号を送信させる制御に対応するマイクロプロセッサおよび回路を含む。本発明のこの実施形態では、ＬＥＤを制御する１台または複数台のマイクロプロセッサは、回路を介して受信機に接続され、送信された信号に従って遠隔制御装置からの命令を処理、実行することができる。該遠隔制御装置は、ＬＥＤから形成され、遠隔制御装置から送られる信号の変化に対応して色または輝度を変化させる照明が施された、ボタンまたは制御装置などの追加の機能を備えてよい。このようにして、制御されている室内のライトの色を赤から青紫に変光させるために押されているレバー自体が、室内のライトに対応して変光してよい。この効果により、ユーザは、実際のＬＥＤが視認不能な状態、および他の光源からの干渉により制御されているＬＥＤの真の色が見にくい状態でも、ライトを制御できるようになる。
本発明のその他の実施形態では、マイクロプロセッサを制御する信号用の入力装置は、制御および周辺環境設定のためのライトスイッチであってよい。特に、ダイヤル、スライドバー、レバーまたはトグルなどの物理的なライトスイッチの機構は、スイッチによって発生する外部信号に反応する１つまたは複数のＬＥＤを含み、その結果スイッチを使用して室内ライトのようなマイクロプロセッサ制御されたＬＥＤのアレイを変更すると、スイッチ自体が室内の変化に一致する方法で色を変える。信号は、多色ライト、モニター、テレビ等を制御するために使用できるだろう。制御した出力光に関連して色を変化させる任意の制御スイッチ、ダイヤル、ノブ、またはボタンは、本発明の範囲内である。
本発明の別の実施形態では、入力制御装置は、バッジ、カード、または電波域周波数信号や赤外線信号その他の信号を本発明の配列されたＬＥＤを制御するマイクロプロセッサを制御する受信機に送信できるその他の物体を構成してよい。このようにして、バッジは、室内の色設定に対するインタフェースを構成する。バッジまたはカードは、個々のマイクロプロセッサの個人の照明の好みを反映する信号を送信するようにプログラミングし、その結果、人物がライト用の受信機に近接すると、室内のライトまたはその他の照明は、色または輝度を変更してよい。所望の照明環境の状態は、室内の照明ネットワークを介して自動的に複製される。バッジは、音楽の好み、温度の好み、防犯の好み等の個人に関連するそれ以外のデータも含み、その結果、バッジは該データを、信号に反応するネットワーク化された電子構成要素に結び付けられた受信機に送信するだろう。このようにして、室内に足を踏み入れることによって、個人は、ライト、音楽、および温度を、配列されたＬＥＤまたはその他のライト、コンパクトディスクプレーヤーまたは類似する音源、およびサーモスタットを制御するマイクロプロセッサによって自動的に変更できるだろう。
本発明の別の実施形態では、配列されたＬＥＤが、エレベーターの床、天井、または壁に配置され、ＬＥＤは、床を示す電気信号に反応させられてよい。このようにして、エレベーター内（あるいは、光が当たる床、天井、または壁）のライトの色は、エレベーターの床に従って変化してよい。
図８５に描かれている本発明の別の実施形態では、信号発生装置５０４は、テレビ信号、ステレオ信号、あるいはその他の従来の電子娯楽信号の発生器であってよい。すなわち、照明制御信号は、任意の音楽、コンパクトディスク、テレビ、ビデオテープ、ビデオゲーム、コンピュータウェブサイト、サイバーキャストまたはその他の放送、ケーブル、広帯域、またはその他の通信信号の中に埋め込むことができる。このようにして、例えば、マイクロプロセッサ用の信号は、テレビ信号が受信機によって処理されると、マイクロプロセッサが室内のライトに関する信号のテレビ信号の帯域幅の一定部分を処理するように、テレビ信号の中に埋め込まれてよい。この実施形態では、他の照明効果だけではなく、室内の色および輝度もテレビ信号を通して直接的に制御されてよい。このようにして、テレビ信号は、室内等に、信号存在中の一定の各点で減光し、それ以外の点で他の色に変光し、他の点で点滅するように指示してよい。信号は、各ＬＥＤを制御することができ、その結果、ここにさらに特に説明されている多様な効果が得られる。とりわけ、選択された色によるウォッシュが、一定のテレビシーンまたは映画シーンの間の視覚的な効果を高めることがある。例えば、映画の中、またはコンピュータゲームでの爆破シーンによって、室内のライトは、一定のシーケンスを点滅させるか、あるいは指定の色に変化される。映画の中での日没のシーンは、部屋のライトによって作り出される日の出によって真似できるだろう。代わりに、音楽ＣＤ、ＤＶＤディスク、オーディオテープ、またはＶＨＳテープは、部屋の色、輝度または照明位置データを含むことができるだろう。本発明は、照明環境、つまり特定のライトが、家庭内にあろうと、仕事場にあろうと、あるいは劇場内にあろうと、娯楽源に対応できるように、テレビ信号の中だけではなく、音楽、フィルム、ウェブサイトなどの他の任意の信号ベースの娯楽源の中にも埋め込まれてよい。
図８５を参照すると、信号発生器５０４は、テレビ放送カメラなどの娯楽信号を発生できる任意の装置であってよい。図８６を参照すると、照明制御データは、データエンコーダまたはマルチプレクサ５０８を使用することによって信号発生器によって発生される信号に追加されてよい。テレビ信号およびその他の娯楽信号にデータを追加するための方法およびシステムは、当業者にとって既知である。例えば、聴覚障害者向けの字幕付きのテキストをテレビ画面の一部に表示させるために、テレビ放送信号の垂直帰線消去間隔の中に閉鎖型字幕データを挿入するための規格が存在する。類似した技法が、照明制御データをテレビ信号の同じまたは類似した部分に挿入するために使用できる。本発明の実施形態では、マルチプレクサが、テレビ回線の始まりを特定する水平同期パルスを検出し、パルスの後の所定時間量をカウントし、該パルス後の所定時間量のためのテレビ信号データを置換または補足する。このようにして、テレビ信号の上に重ねられた制御データの結合された信号が作成されてよい。他の種類の信号に、類似した技法を使用してよい。
いったん信号が符号化されると、信号は、送信機、回路、電話回線、ケーブル、ビデオテープ、コンパクトディスク、ＤＶＤ、ネットワーク、または任意のタイプのその他のデータ接続５１２によって、ユーザの娯楽装置５１４の場所に送信されてよい。デコーダ５１８は、娯楽信号から照明制御データを分けるように設計されうる。デコーダ５１８は、閉鎖型字幕信号またはその他の結合信号を復号するために使用されるデコーダボックスに類似するデコーダボックスであってよい。このようなデコーダは、例えば、水平同期パルスを検出し、水平同期パルス後の時間をカウントし、娯楽装置５１４用のチャネルと照明制御データ専用の別のチャネルの間で出力チャネルを、水平同期パルス後の時間に応じて切り替えてよい。テレビ画面の上に重ねられた黒と白のピクセルの光学的な読取りなどの、結合された信号からデータを読み取るあるいは復号するためのそれ以外の技法が考えられる。照明制御データを娯楽信号から抽出、および照明制御データを娯楽信号に追加する任意のシステムが使用されてよい。それから、信号が従来の方法で再生されるように、娯楽信号は、娯楽装置５１４に中継されてよい。照明制御データは、一端娯楽信号からデコーダ５１８によって分離された後、照明モジュールまたは制御された照明のためのモジュール１００に中継されてよい。信号は、赤外線、電波域、またはその他の伝送によって、あるいは回路、ネットワーク、またはデータトラックによってなど任意の従来のデータ接続５２２によって、ライト・モジュール１００に中継されてよい。
ここに提供されているシステムおよび方法は、照明制御を別の信号と結合するためのシステムを含む。１つのこのような実施形態は、ここに開示されている娯楽システムである。描かれている実施形態は娯楽システムであるが、情報目的、教育目的、業務目的またはそれ以外の目的に使用される信号などのそれ以外の信号も、ここに記載されるように照明制御信号と結合され、本明細書の開示事項の範囲内にあることを理解されたい。
娯楽システムは、このような照明源５０１の群の一部である場合がある照明源５０１を含み得る。照明源５０１は、本発明のこの実施形態において、前記に開示されているもののようなライト・モジュール１００であってよい。図８５を参照すると、照明源５０１は、娯楽システム５６１が位置している空間５０３に参して開示されうる。該照明システムは、娯楽装置５１４だけではなく、照明源５０１を含み得る。照明源５０１は、照明源５０１を制御するための制御信号を受信するための受信機５０５を含み得る。制御信号は、電波域周波数信号、電気信号、赤外線信号、音響信号、光学信号、またはそれ以外の任意のエネルギー信号などの装置を制御することができる任意の種類の制御信号であってよい。
娯楽システム５６１は、受信信号を復号し、送信機５２２によって該信号を照明源５０１に送信することができるデコーダ５１８を含み得る。照明システムは、さらに、図８６および図８５に概略形式で描かれている信号発生器５０４を含み得る。信号発生器５０４は、それがビデオ信号であるのか、音声信号であるのか、データパケットであるのか、それ以外の信号であるのかに関係なく、任意の形式の娯楽信号を生成してよい。図８５に描かれている実施形態では、信号発生器５０４は、衛星５０７に送信されるテレビ信号を生成する。図８６を参照すると、信号発生器５０４は、マルチプレクサを含んでよく、信号発生器５０４からの信号を制御データ発生器５０９からの制御データと結合してよいエンコーダ５０８と結び付けることができる。それから、符号化された信号５０８は送信機５１２によってデコーダ５１８に送信されてよい。デコーダ５１８によっていったん復号されると、信号は、娯楽信号成分と照明制御データ成分に分割し直されうる。娯楽信号は、回路またはその他の娯楽手段によって娯楽装置５１４に送信されてよい。制御データは、送信機、回路、ネットワークまたはその他の従来の接続５２２によって、図８６に描かれている実施形態では前記に開示されるようなライト・モジュール１００である照明源に送信されてよい。その結果、照明源５０１によって作り出される照明が、娯楽装置５１４上で再生される娯楽信号に整合できるように、照明制御は娯楽信号と結び付けられる。このようにして、例えば、部屋のライトは、テレビに表示されているプログラムで発生するイベントの変化に合わせて同時に変化するように同期され、制御されてもよい。
任意の種類の娯楽信号が、照明源５０１の娯楽装置５１４による制御を可能にするために制御信号と結合または多重化できることが認識される必要がある。例えば、娯楽装置は、テレビ、コンピュータ、コンパクトディスクプレーヤー、ステレオ、ラジオ、ビデオカセットプレーヤー、ＤＶＤプレーヤー、ＣＤ−ＲＯＭドライブ、テーププレーヤー、またはその他の装置であるだろう。娯楽装置５１４が、娯楽以外の目的のための１つまたは複数の前記信号のための表示用の装置であることを理解されたい。このようにして、描かれている実施形態は娯楽装置５１４であるが、教育目的、情報目的、あるいはそれ以外の目的および装置が、ここに開示されている範囲内にあることを理解されたい。データを結合するため、データを送信するため、および装置５１４と照明源５０１によって使用するためのデータを復号するための特定のシステムは、特定の用途に依存することを理解されたい。このようにして、図８５および図８６で描かれている実施形態で使用されている送信機は、回路、ネットワーク、あるいは復号化された信号を接続または送信するためのそれ以外の方法またはシステムで置き換えられるだろう。同様に、デコーダ５１８と照明源５０１の間の接続は、送信機、回路、ネットワーク、またはデータを照明源５０１に送達するそれ以外の接続方法でもよい。
制御データを生成する照明制御ドライバ５０９は、照明源５０１を制御するためにデータを生成することができる任意のデータ生成プログラムであってよい。本発明の実施形態では、制御ドライバは、図６に関連して開示されているものに類似し、照明がライト・モジュール１００の照明源となる。このケースでは、データは、ＤＭＸ−５１２プロトコルに従って送信されるだろう。
図８７に描かれている本発明の実施形態では、エンコーダ５０８が、信号がテレビ信号である実施形態で概略形式で描かれている。この実施形態では、ビデオ信号５１１は、信号発生器５０４から５１３で装置に入る。制御データ５１５は、５１７において照明制御ドライバ５０９からエンコーダ５０８に入ってよい。それ以外のデータまたは信号は、５１９と５２１から入ってよい。これらのそれ以外の信号は、エンコーダ５０８を制御するため、制御装置５０８の運転モードを変更するため、あるいはそれ以外の目的のために使用されてよい。それ以外の信号５２１は、ビデオ信号５１１に関係するなんらかのそれ以外の形式の多重化信号である場合もある。例えば、ほかの信号５２１はビデオ信号と多重化されるだろう、閉鎖型字幕または文字多重化されたデータであってもよい。エンコーダ５０８は、同期検出器５２３を含み得る。同期検出器５２３は、ビデオ信号５１１内の水平同期パルスを検出してよい。それから、同期検出器は信号５２５をタイミングおよび制御回路５２７に送信してよい。
タイミングおよび制御回路５２７は、同期検出器５２３によって検出される水平同期パルスの後の時間の所定量をカウントし、一連のゲートまたはスイッチ５２９、５３１、５３３、および５３５を制御してよい。特に、タイミングおよび制御回路５２７は、その他のゲートを閉じたままにしておく一方で、ゲート５２９，５３１、５３３および５３５の内の１つを開くために使用されてよい。このようにして、図８７のノード５３７での信号は、ゲート５２９、５３１、５３３および５３５の中で開放ゲートを有する信号５１１、５１５、５１９および５２１のうちから特に選択された信号を表す。異なるゲートを異なるときに開放、閉鎖することによって、タイミングおよび制御回路５２７は、出力信号の異なる点でさまざまなデータを捕捉する５３７で結合された信号を生成できる。
実施形態では、本発明は、該信号を適切なフォーマットに変換するため、あるいは使用するための適切な信号強度を提供するために、アナログからデジタルへの変換器５３９、増幅器５４１、あるいはその他の１つまたは複数の構成部品を含み得る。最終結果は、複数の種類のデータを反映する出力結合信号５４３である。実施形態では、結合信号は、ビデオ信号５１１を図８５に描かれている照明源５０１を制御することができる照明制御データ５１５と結合したものである。
図８８を参照すると、タイミングおよび制御回路５２７の動作の描写が行われている。信号５１１、５１９，５１５および５２１のそれぞれにとって、信号のゲートは、同期検出器５２３による同期パルスの検出後の所定時にオンまたはオフ（つまり、開放または閉鎖）に保たれてよい。タイミングおよび制御回路は、このようにして、同期パルスの検出後の時間期間をさまざまな信号に割り当て、ゲート５２９、５３１、５３３および５３５の１つだけが任意の特定の時に開く。このようにして、ビデオ信号５１１用のゲートは、同期パルスの検出直後の時間、およびゲートの開閉後の時間、開いている。データ信号５１９、制御データ５１５およびその他の信号５２１用のゲートは、順番に開放することができ、他の任意のゲートと同時に開くゲートは１つもない。このアプローチは、図８７および図８８の概略図によって反映されているように、構成信号５１１、５１９，５１５および５２１の間の干渉なしに結合信号を確立する。
図８９を参照すると、デコーダ５１８の実施形態が提供される。この実施形態では、デコーダ５１８は、ビデオ信号用のデコーダボックスである。５４５での受信信号は、図８７のエンコーダ５０８によって作成される結合信号であってよい。検出器５４７は、結合信号５４５の中の水平またはその他の同期パルスを検出し、制御回路５５１のタイミングを確立するために信号５４９を制御回路５５１に送信してよい。結合信号５４５は、到着時間に応じて、またはその他の情報を使用して受信結合信号５４５を処理してよい、タイミングおよび制御回路５５１に送信されてもよい。１つの実施形態では、デコーダは、同期検出器５４７によって決定されるように、到着の時間に従って受信信号を分離してよい。したがって、図８８に描かれるようにゲートの開放のタイミングを符号化することによって、タイミングおよび制御回路５５１は、ビデオ、制御データ、およびその他のデータを到着の時間に従って分離することができる。このようにして、タイミングおよび制御回路５５１は、ビデオ信号５５３を娯楽装置５１４に送信できる。該タイミングおよび制御回路５５１は、同様に、制御データ５５５を、前記に描かれているもものようなライト・モジュールであってよい照明源５０１に送信することができる。それ以外のデータは、別の装置５５７に送ることができる。
それ以外の要素は、タイミングおよび制御回路５５１とそれぞれの装置の間に含むことができる。例えば、デジタルからアナログへの変換器５５９が、タイミングおよび制御回路５５１と娯楽装置５１４の間に置かれれば、アナログ信号の娯楽装置５１４での使用を可能にするだろう。図８９に描かれているタイミングおよび制御アプローチは、結合信号を復号する多くのアプローチのうちの一例に過ぎないことを理解されたい。例えば、信号はデータパケットである場合があり、そのケースではパケットは、それがどの照明源５０１を制御することが意図されるのかを指定する情報を含む、信号の種類に関する特定の情報を含むだろう。このケースでは、タイミングおよび制御５５１はデータパケットを受け入れ、適切な装置に出力するためのシフトレジスタを含むだろう。
図８５から８９に描かれている実施形態は、単に例証的であり、このようなシステムを作成するための回路またはソフトウェアの多くの実施形態は、当業者に容易に明らかになるだろう。例えば、データを信号の中に挿入するための多くのシステムおよび方法が既知である。例えば、閉鎖型字幕データ、垂直間隔時間コードデータ、非リアルタイムビデオデータ、サンプルビデオデータ、北米基本テレテックス仕様データ、ワールドシステムテレテックスデータ、欧州放送組合データ、およびニールセン自動化測定ラインナップデータ、およびエントリビデオ信号を含むために提供される。１つのこのようなシステムが、その開示内容が本明細書に参照により記載されている、Ｎｕｂｅｒらへの米国特許番号第５，８４４，６１５号に開示されている。テレビ信号内で信号をネスト化するためのシステムおよび方法も既知である。１つのこのようなシステムは、その開示内容全体が参照により本明細書に記載されている、Ｓｍａｌｌらへの米国特許番号第５，８０８，６８９号に開示されている。その他の応用例は、映画、音楽、またはビデオ信号であってよい、一定の音響データが信号と結合されるサラウンドサウンドを含む。このようなサラウンドサウンドシステムは、当業者にとって既知である。このようなシステムは、その開示内容全体が本明細書に参照により記載されている、Ａｍｂｏｕｒｎらへの米国特許第５，７０８，７１８号に開示されている。照明源を制御するための照明制御ドライバによって作成される照明制御情報を伝播することもできる装置を制御するために、データを信号とを重ね合わせるすなわち結合するための任意のシステムが、本発明の範囲内にあると理解されたい。
テレビの実施形態では、テレビ信号のさまざまな部分がさまざまな目的のために使用される。信号のある部分は、画面上に表示される可視画像のために使用される。別の部分は音声信号に使用される。もう一つはオーバースキャン領域である。もう一つの部分は垂直帰線消去間隔である。別の部分は水平帰線消去間隔である。信号の任意の部分は、データを伝播するために使用できる。ある実施形態では、データは、画面の表示と干渉しない、水平帰線消去間隔または垂直帰線消去間隔などの部分の１つに位置している。しかしながら、典型的なテレビがテレビ信号の表示部分のすべてを表示しないことは既知である。したがって、テレビ表示信号の初期部分も、娯楽装置５１４のユーザが見る画像の見た目を実質的に害することなく、照明制御データで置換されうるだろう。
実施形態では、ユーザは、光検知器を使用して特定の照明状態の色温度を測定し、所望の状態にある光検知器から信号を特定し、本発明の処理装置を光検知器に接続し、本発明の配列されたＬＥＤを、光検知器からの信号が、所望の状態が得られたことを示すまで多様な照明状態に亘って変光してよい。ＬＥＤを定期的に変光し、光検知器からの信号をチェックすることによって、本発明の配列されたＬＥＤは、室内で正確な照明状態を維持するようにプログラミングできる。この照明補償機能は、多くの技術的な分野で有効である場合がある。例えば、写真家は、暖かい色が際立つ日没近くなどの理想的な状態を光検知器を使って測定し、本発明の配列されたＬＥＤを使用してそれらの正確な状態を所望されるように確立し直すことができるだろう。同様に、手術場面での外科医は、特定の種類の外科手術のために理想的な照明状態を確立し、それらの照明状態を制御されたやり方で確立し直すまたは維持することができるだろう。さらに、本発明の配列されたＬＥＤの柔軟なデジタル制御のために、任意の数の照明状態が、維持または再確立のためにプログラミングされうる。このようにして、写真家は、所望される効果に応じて一連のオプションを選択し、外科医は、外科的状態に応じてさまざまな照明状態を選択することができる。例えば、異なる物体は、異なる色の光の下では異なる鮮明度を有する。外科医が高いコントラストを求めている場合には、照明状態は、外科手術で見られなければならないさまざまな要素の間での最大のコントラストを作り出すためにプログラミングし直すことができる。代わりに、外科医、写真家、またはそれ以外のユーザは、状態が最適に見えるようになるまで幅広い範囲に亘って照明状態を変光してよい。
短い間隔で、および幅広い範囲の色で連続して、あるいは別個に照明状態を変える能力は、制御された照明に依存するフィールドの数多くの技術的な優位点を可能にする。制御された照明の分野での本発明の一定の実施形態は、以下の通り述べられる。
本開示は、さらに高精度照明のためのシステムおよび方法を提供する。高精度照明とは、ライトを指定された目標に向け、所定の効果を達成するシステムおよび方法を含むと理解されたい。本発明は、照明されている領域内で過剰な熱を発しない光源を提供する。本発明は、更に、照明のために使用されている光の色の容易な交番を提供する。本発明は、さらに、耐久性があり、操作可能な装置を通して目標材料に照明を送達する。
本発明は、ＬＥＤシステム、処理装置、および位置決定システムを含む、材料を照明するためのシステムを提供する。ＬＥＤシステムは、スペクトル内の一連の周波数を生成するために適応され、処理装置はＬＥＤシステムに供給される電流量を制御するために適応され、その結果、そこに供給される特定の量の電流はスペクトル内の対応する周波数を生成し、位置決定システムはＬＥＤシステムを材料との空間関係で配置することができ、それによってＬＥＤシステムは材料を照明する。１つの実施形態では、処理装置は材料の特徴に関係する信号に反応することができる。ある実施形態では、位置決定システムは、操作者の身体の一部によって方向づけられることが可能である。別の実施形態では、位置決定システムは遠隔制御システムを含むことができる。別の実施形態では、ここに説明されている照明システムは、ロボット視覚システムを含むことができる。
本発明は、ＬＥＤシステムを提供する工程、処理装置を提供する工程、それによってＬＥＤシステムが材料を照明するＬＥＤシステムを材料との空間関係で配置する工程、およびＬＥＤシステムから光を生じさせる工程を含む、材料を照明するための方法を提供する。前述されたように、ＬＥＤシステムは、スペクトル内の一連の周波数を生成するために適応され、処理装置はＬＥＤシステムに供給される電気量を制御するために適応され、その結果、そこに供給される特定量の電流がスペクトル内の対応する色を生成する。１つの実施形態では、該方法は、画像捕捉システムを提供することを含み、そこでは、画像捕捉システムは材料の画像を記録するために適応されている。方法の実践は、材料を照明するためにスペクトル内の周波数の範囲を決定する工程と、スペクトル内で対応する色を生成するためにＬＥＤシステムを制御する工程を含みうる。これらの方法によって照明されている材料は、生物学的物質を含むことがある。該生物学的物質は、生きている生物体を含む場合がある。開示されている発明の方法は、材料の中で作り出される照明状態を選択する工程、材料をＬＥＤシステムによって作り出される一連の周波数で照明する工程、およびＬＥＤシステムによって作り出される一連の周波数から色の組を選択し、それによって色の組が材料の中で前記照明状態を作り出す工程を含みうる。本発明の方法の実践は、選択された色の組で材料を照明するという追加工程を含むことがある。
本発明は、評価のために材料の領域を選択する工程、材料の領域をＬＥＤシステムで照明する工程、領域から反射されある光の少なくとも１つの特徴を決定し、そこでは該特徴が色と輝度を含む群から選択される工程、および該領域から反射される光の特徴を既知の光パラメータの組と比較し、それによって既知の光パラメータの組が前記材料の特徴に関連付けられる工程を含む、材料を評価するための方法を提供する。方法の１つの実施形態によれば、既知の光パラメータのセットは、材料の異常な特徴に関係する。１つの実施形態では、評価される材料は生物学的物質を含む。
本発明は、電源、電源に接続されているＬＥＤシステムを含む、身体の部分を照明するためのシステムを提供し、前記ＬＥＤシステムは、身体の組織、身体の部分を照明するために身体の部分と近接してＬＥＤシステムを配置するために適応されている医療器具、およびＬＥＤシステムを制御するためのマイクロプロセッサを照明するために適応されている。１つの実施形態では、マイクロプロセッサは、身体の部分の特徴に関する信号に反応する。身体の部分の特徴は、構造上の状態である場合がある。１つの実施形態では、身体の部分は生体内で照明される。１つの実施形態では、身体の部分は、管腔を含む。ある実施形態では、医療器具は身体の空洞の中での挿入のために適応されている。
本発明は、評価のために身体の部分の領域を選択する工程、ＬＥＤシステムで身体の部分の領域を照明する工程、領域から反射される光の少なくとも１つの特徴を決定し、そこでは特徴が色と輝度を含む群から選択される工程、および領域から反射される光の特徴を既知の光パラメータの組と比較し、そこでは既知の光パラメータの組が身体の部分の状態に関連付けられる工程を含む、身体の部分の状態を診断するための方法を提供する。方法の１つの実施形態では、既知の光パラメータのセットは身体の部分の病理学的な状態に関係する。方法は、患者に薬物を投与し、そこでは薬物が身体の部分に送達され、それによって薬物が身体の部分の領域から反射される光の特徴を改変する追加工程を含むことがある。
本発明は、スペクトル内で一連の周波数を生成するためのＬＥＤシステムを提供する工程、一連の色から色の組を選択し、それによって色の組が材料の中で変化を生じさせる工程、変化を生じさせる上で効果的であるために所定の時間期間、ＬＥＤシステムで材料を照明する工程を含む、材料内での変化を達成するための方法を提供する。１つの実施形態では、照明されている材料が生物学的物質を含むことがある。該生物学的物質は、生きている生物体を含むことがある。該生きている生物体は、脊椎動物であることがある。１つの実施形態では、方法は、生きている生物体を取り囲む環境を照明する工程を含むことがある。
本発明は、スペクトル内で一連の周波数を生成するために複数の発色半導体ダイを備えるＬＥＤシステムを提供する工程、一連の色から色の組を選択し、それによって色の組が患者の中で治療効果を生じさせる工程、および患者の領域を、治療効果を上げる上で有効であるために所定の時間期間色の組で照明する工程を含む、患者の状態を治療するための方法を提供する。ある実施形態では、患者の領域は患者の外面を備える。別の実施形態では、患者の領域は、身体の部分を備える。これらの方法の１つの実施形態に従って、患者に薬物を投与することができ、そこでは該薬物が患者の領域に送達され、それによって該薬品が患者の領域を色の組で照明することによって達成される治療効果を改変する。
本発明は、電力端子、ＬＥＤシステム、ＬＥＤシステムに結合されている電流シンク、電流シンクを通る電流の流れを可能にする活性化信号に反応する入力を備える電流シンク、改変可能なアドレスを有するアドレス指定可能な制御装置、入力に接続され、タイミングサイクルの所定部分に活性化信号を生成するためのタイマーを有する制御装置、さらに改変可能なアドレスに対応してタイミングサイクルの所定部分を示すデータに反応する受信機を備えるアドレス指定可能な制御装置、および材料との空間関係で、ＬＥＤシステムを配置することができ、それによってＬＥＤシステムが材料を照明する位置決定システムを含む照明システムを提供する。
本発明のそれ以外の実施形態は、部分的には、以下に述べられ、部分的には、以下の説明から当業者にとって明らかだろう。
以下に描かれている実施形態では、ＬＥＤシステムはスペクトル内の一連の色を生成するために使用される。用語がここに使用されているように、「ＬＥＤシステム」とは、発色半導体ダイのアレイを指す。発色半導体ダイは、発光ダイオード、つまりＬＥＤとも呼ばれる。発色半導体ダイのアレイは、１つの構造上のユニットにともに分類される複数の発色半導体ダイを含むことがある。代わりに、発色半導体ダイのアレイは、複数の構造上のユニットを備え、それぞれが少なくとも１つの発色半導体ダイを備えていてもよい。ＬＥＤシステムは、さらに、複数の構造上のユニットを備え、各ユニットは複数の発色半導体ダイを備えていてもよい。少なくとも２つの原色ＬＥＤが使用される限り、任意の照明色または表示色が、各色のＬＥＤが発する光輝度を予め選択するだけで生成できる。さらに、前記明細書に部分的に説明されたように、各色のＬＥＤは、ＰＷＭ矩形波のデューティー周期に応じて、多数の異なる輝度のどれかで光を発することができ、最大輝度のパルスはＬＥＤに最大電流を通すことによって生成される。ここに使用されるように、用語明度は、光の輝度を指すと理解される。一例として、前記に部分的に説明されるように、ＬＥＤのまたはＬＥＤシステムの最大輝度は、ライト・モジュール上にある処理装置のためのプログラミング抵抗を使用する最大許容電流のための上限値を調整するだけで便利にプログラミングすることができる。
本発明の１つの実施形態では、多色照明システムが、材料を照明するために提供される。ここでいう用語「照明」および「照明する」は、直接的な照明、間接的な照明または透過照明のいずれをも指し得る。照明は、可視、紫外線、赤外線その他を含むあらゆるスペクトル放射周波数を含むと理解されたい。照明は、任意の範囲のスペクトル周波数を含むエネルギーを指してよい。照明は、直接的に見たり、測定することができ、それによって見る人またはセンサによって観測される反射光は、表面に関して入射光の角度と実質的に同等な角度で反射されたものである。照明は間接的に観測され又は測定され、これにより、観測者やセンサーによって観測される反射光は、表面に関して入射光の角度とは異なる角度で反射されたものである。直接照明または間接照明は、材料の表面に向けることができる。表面は、身体の一部または地質学上の形成物などの自然に発生する表面である場合がある。代わりに、表面が装置の表面である場合がある。表面は３次元トポロジーを持つことがある。表面には、複数の物体を固着することができる。
ここで言う用語「材料」は、照明の目標となりうる可能な限りのあらゆる材料を包含する。用語「透過照明」は、光が少なくとも部分的に材料を通して向けられる照明方法を指し、そこでは材料を通過した後の光の特徴が、観測者またはセンサによって観測される。透過照明の一例として、経皮的内視鏡下胃ろう造設管を配置する部位を特定できるように、胃鏡からの照明を、胃壁およびその上に重なっている柔らかな組織を通して照射することができる。透過照明のもう一つの例として、光は、ある組織の塊の表面に、それが嚢胞性であるのか中実であるのかを判断するために向けることができる。嚢胞性の塊は光線を通すと言われており、すなわち、光が塊を通過して、入射光の場所から離れた場所にいる観察者によって視認可能となる。
図９０は、照明システム２０２０の実施形態を描く。図９０に示されている実施形態は、位置決定システム２０１０、制御モジュール２０１２、ＬＥＤアセンブリ２０１４および目標材料２０１８を示す。図９０に示されている実施形態では、目標材料２０１８は装置の表面として表されている。目標材料２０１８が任意の材料であってよく、示されている実施形態に制限されないことは当業者には明らかだろう。図９０では、照明システム２０２０の実施形態は、入射光２０２２を材料２０１８に向けることが示されている。図９０はさらに、センサシステム２０２４およびＬＥＤシステム２０２８を備えるＬＥＤアセンブリ２０１４を示す。１つの実施形態では、複数のＬＥＤまたはＬＥＤのアレイがＬＥＤシステム２０２８を成し、各ＬＥＤは、制御モジュール２０１２によって制御されている。ＬＥＤシステム２０２８はスペクトル内で一連の色を生成するために複数の発色半導体金型を備えると理解されている。ＬＥＤシステム２０２８は、先に開示されたライト・モジュール１００またはスマート電球７０１を備えることができる。図９０に示されている実施形態では、センサシステム２０２４は、材料２０１８からセンサシステム２０２４に反射される光の特徴に関連する信号を提供することができる。代替実施形態ではセンサシステム２０２４は、材料２０１８のそれ以外の特徴に応答することができる。センサシステム２０２４はＬＥＤシステム収容部に固定できるか、あるいはセンサシステム２０２４はＬＥＤシステム２０２８に並列して配置できる。ＬＥＤシステム２０２８を基準にしたセンサシステム２０２４のその他の配置は、当業者によって容易に考えられる。代わりに、センサシステムを提供しない実施形態も可能である。
図９０は、さらに位置決定アーム２０３２、制御モジュール２０１２、およびＬＥＤシステム２０２８に電気信号を送信しＬＥＤシステム２０２８にデータ信号を送信することのできるＬＥＤケーブル２０３４を描いている。オプションとして、データ信号は、センサシステム２０２４からセンサモジュール（図示されていない）へ送られ得る。ＬＥＤケーブル２０３４はこれらのセンサ信号を伝搬することができる。示されている実施形態での制御モジュール２０１２は、ＬＥＤシステム用の処理装置、ＬＥＤシステム用の電源、センサシステム用のセンサモジュール、およびセンサシステム２０２４によって受信される信号を上記の処理装置に関連付けるための処理装置を備えることができ、その結果、センサモジュールによって受信される信号はＬＥＤシステム２０２８の出力特徴に影響を及ぼす。制御モジュールは、さらに位置制御装置（図示されていない）を含むことがある。示されている実施形態では、位置決定システム２０１０は、位置決定アーム２０３２、位置制御装置および位置決定ケーブル２０３８を備える。位置決定システムのこの描写は例示的にすぎない。ここで言う位置決定システムとは、照明されている材料に対しある空間関係でＬＥＤシステムを配置することができ、それによってＬＥＤシステムが材料を照明する任意のシステムを含むと理解される。したがって、位置決定システムは、ＬＥＤシステムを配置することができる任意の種類の装置を含み得る。位置決定システムは、ＬＥＤシステムを照明されている材料に対しある空間関係で配置することができる操作者を含んでもよく、それによってＬＥＤシステムが材料を照明する。位置決定システムは、照明されている材料に対しある空間関係でＬＥＤシステムを配置するためにＬＥＤケーブルが適応化されている場合、そのようなＬＥＤケーブルをさらに含み得る。
照明されている特定の材料の特徴に適合する複数の位置決定システムが、当業者によって考えられ得る。例えば、微視的外科手術のために適用されている位置決定システムは、手術のための顕微鏡に取り付け、顕微外科医からの位置決定入力を受け取るのに適した制御モジュールによって制御することができる。微視的外科手術またはその他の外科的な処置で使用される位置決定システムの１つのオプションとして、フットペダルシステムが、フットペダル動作式ボタン、ペダルまたはスライドのどれかを使用して位置決定入力を提供することができる。代替オプションとして、顕微外科医は、無菌技法を妨げることなく、手動制御装置を手動で処理できるように、手動制御装置を無菌プラスチックバッグまたはシートで覆うことによって無菌領域での配置に適応することができる。
位置決定システムの一例として、標準的な外科ライト固定物に、ここに開示されているようなＬＥＤシステムを具備させることができる。標準的な外科ライト固定物は、照明されている材料に対しある空間関係でＬＥＤシステムを配置することができ、それによってＬＥＤシステムが材料を照明する。この位置決定システムは、外科医学分野の当業者によく知られている標準的な方法で手動で調整することができる。代わりに、位置決定システムは、別個の制御モジュールから入力される信号に応じて制御される場合もある。該位置決定システムは、制御モジュールへの直接的な入力に応じて、あるいはセンサ装置に対して伝送される信号への応答として、操作者によって指定される材料を照明するためにその位置を変更することができる。位置決定システムのその他の実施形態は、当業者によって構想できる。用語「位置決定システム」の範囲は、この図に示されている実施形態によって制限されるものではない。複数のそれ以外の位置決定システムが、ここに説明されているシステムおよび方法と同様に含まれ得る。
図９０は、ＬＥＤアセンブリ２０１４が、位置決定アーム２０３２の末端に位置する位置決定システム２０１０の実施形態を示す。この実施形態では、位置制御装置が、その空間位置を調整するために位置決定アーム２０３２に信号を伝送することができる。これらの信号は、位置決定ケーブル２０３８を通して伝搬することができる。代わりに、信号は赤外線によって、電波域周波数によって、あるいは当該技術分野において既知であるそれ以外の方法によっても送信できる。制御モジュール２０１２への遠隔アクセスは、照明システム２０２０を、例えば海中における用途または航空宇宙用の用途でかなりの距離から制御できるようにする。遠隔アクセスは、照明システム２０２０が不適当なまたは好ましくない環境で動作しているときにも照明システム２０２０の制御を可能にする。制御モジュールへの遠隔アクセスは遠隔制御を成すと理解される。遠隔制御のための技法は、当業者にはよく知られている。
示されている実施形態では、位置決定アーム２０３２は、その３次元運動を可能にする複数の関節２０４０を有する。示されている実施形態では、関節２０４０は、特定の技術用途によって必要とされる柔軟性を提供するように配列されている。位置決定は、図９０に描かれている機構のほかにもそれ以外の機構で達成することができる。これらの機構は、当業者にはよく知られている。図９０で描かれているように、位置決定アーム２０３２の近端部は基部２０２６に固定されている。位置決定アーム２０３２を基部２０２６に繋ぐ関節は、その他の関節２０４０によって可能となる運動の軸に平行あるいは垂直な軸に沿った運動を可能とするように配列され得る。
図９０に描かれている位置決定システムは、ここに説明されているシステムの１つの実施形態にすぎない。当業者によって理解されるように、複数のそれ以外の実施形態が利用できる。１つの実施形態では、位置決定システム２０１０は、薄板または鉄骨の評価などの大型のものに適用するべく構成できる。代わりに、位置決定システム２０１０は、顕微鏡による位置調整のために適応することができる。照明システムによって提供されている光は、複数の精密用途のために使用できる。照明パターンの細かい３次元制御は、光を３次元的な位置に正確に向けることができる。代替実施形態では、センサモジュールからの信号を、位置制御装置を制御または起動するために使用することができ、その結果、受信されたセンサデータに応じてＬＥＤアセンブリ２０１４を動かすように位置決定システム２０１０を動作させることができる。ＬＥＤシステム２０２８を備える照明システムは、目標材料２０１８の視認化を容易にするために所定の着色光の選択を可能にする。照明システムの実施形態により実現される閃光効果は、動的なプロセスの凍結フレーム画像技術を可能にするか、あるいは従来の画像技術の様式を使用して獲得される画像の解像度を高めることができる。
照明システムの実施形態は、顕微鏡写真を撮影するために使用することができる。本発明の別の実施形態では、照明システム２０２０は、ロボット視覚システム用途の品質を高めるために使用され得る。製造工程中の半導体チップの位置検出、バーコード行列の読取り、製造中のロボット装置の位置検出等の多くのロボット視覚システム用途では、ロボットカメラが、形状またはコントラストを識別するために、およびそれに応じて反応するために必要とされる。さまざまな照明状態が、このような視覚システムに劇的な影響を及ぼすことがある。このようなシステムの精度を高めるための方法は、複数の異なる閃光照明シーケンスの元で撮影された複数の暗画像と明画像の連続によって１つのカラー画像を作成することを含む。例えば、ユーザは赤のフレームを得るために赤いストロボ光を、緑のフレームを得るために緑のストロボ光を、および青のフレームを得るために青のストロボ光を閃光させることができる。閃光効果は、ロボット視覚システムに必要とされる画像のロボットカメラによる解像度の上昇を可能にする。それ以外の実施形態も、本発明の範囲を逸脱することなく当業者によって構想される。
図９１は、制御モジュール２０１２の概略図をさらに詳細に示す。示されている実施形態では、制御モジュール２０１２が、電源２０４４、ＬＥＤ用の第１マイクロプロセッサ２０４８、位置決定アームの末端に固定されているセンサからの信号の受信に適したセンサモジュール２０５０、および位置制御装置２０５２を入れる収容部２０４２を提供する。示されている実施形態は、センサモジュール２０５０によって受信されるデータを、ＬＥＤシステムを制御するためのデータに関係つけるための第２マイクロプロセッサ２０５４を特に設けている。位置制御装置２０５２は、位置決定アームの３次元位置を調整するために適応されている。位置制御装置２０５２は、外部ソースから信号またはデータを受け取るための入力装置２０５８を含み得る。一例として、データは、操作者によって操作される制御パネルから入力できる。データは、位置決定システムが移動するように命令される３次元座標の形式を取る場合もあれば、当業者によって構想されるそれ以外の任意の形を取ることもある。また、データは、位置決定システムが移動するように命令される３次元座標を特定するために計算を実行する、コンピュータプログラムを通して入力されることもできる。入力装置２０５８は、コンピュータを用いた３次元シミュレータまたはバーチャルリアリティ装置を通して受け取られるデータを受け取るように構成することができる。入力装置２０５８のさらなる例は、本発明の範囲を逸脱することなく、当業者によって構想されうる。図９１に描かれている制御モジュール２０３０は、さらに、位置決定アームの末端に固定されているセンサからの信号の受信に適しているセンサモジュール２０５０を有している。センサモジュール２０５０は、上記に部分的に説明されたように、任意の種類の信号を受信するように構成することができる。センサモジュール２０５０は、照明されている表面によって反射される光の輝度を測定するための光メータを備えることがある。他のセンサモジュールおよびセンサシステムは、本発明の範囲から逸脱することなく利用できるが、センサモジュール２０５０は、比色計、分光光度計、または分光器を備えることがある。分光光度計は、物質または溶液によって伝送または反射される特定の波長の光の輝度を測定し、光を吸収する物質内での材料の量の定量基準を提供するための計器であると理解される。センサモジュール２０５０の中で受け取られるデータは、材料の特徴を評価するためにも使用できる。１つの実施形態では、センサモジュール２０５０は、データ出力を出力装値２０６０に提供するように構成することができる。出力データは、当業者によく知られているアルゴリズムを使用する既知の値の組と比較可能な値を含んでいてもよい。出力データと既知の値の組の関係性は、照明システムによって照明されている材料についての有意義な情報を生み出すように規定することができる。
図９２は、操作者の身体の一部によって方向づけることのできる照明システム２０５６の実施形態を描いている。図９２に示されている実施形態は、操作者の手２０６２に保持されている照明システム２０５６を描く。示されている実施形態では、ＬＥＤシステム２０６４は、操作者の手２０６２の中に置かれた、材料２０７０の方に向けることのできる手持ち式ワンド２０６８の末端に配置されている。ＬＥＤケーブル２０７２は、ＬＥＤシステム２０６４を電源（図示されていない）に接続する。ＬＥＤケーブル２０７２は、電力信号およびデータ信号をＬＥＤシステム２０６４に伝送する。代替実施形態においては、センサが、前述されたように、データ感知手段を提供するために手持ち式ワンド２０６８の末端に配置され得る。センサからの信号は、ある実施形態では、ＬＥＤケーブル２０７２を通して伝送できる。しかし別の実施形態では、手持ち式ワンド２０６８はビデオ画像技術用の画像技術システムを含むことができる。この画像技術システムは、例えば、ビデオ画面上でのリアルタイム画像の表示を可能にすることができる。代わりに、この画像技術システムは、適切なソフトウェア構成およびハードウェア構成を通した静止画像または動画の捕捉を可能にすることもできる。材料２０７０を多岐に渡る色で照明すると、前記に部分的に説明されたように、大幅に異なる画像が生じることがある。照明システム２０５６によって提供される光を閃光すると、静止画像の捕捉が可能になり、解像度の上昇が可能になる。手持ち式システムは、操作者の手２０６２を使用することが、照明システムを配置する上で有利である任意の用途に使用することができる。ある実施形態では、システムは、図９２に示されているように完全に手で持つことができる。代替実施形態では、ＬＥＤを担持するワンドを、それを支える枠組に固定することができ、それによってワンドの配置が、操作者の手による直接的な操作によって容易になる。しかし別の実施形態では、照明システムは、バンドまたは手袋によって操作者の手の上に載せることができ、その結果、照明システムの位置は、操作者の手の移動によって管理することができる。その他の実施形態では、照明システムは、それによって方向づけられるその他の身体の部分に固定または保持することができる。
本発明の別の実施形態では、ＬＥＤは照明を必要とする製品に近接して表示される。このようにして、改善された懐中電灯、ライトリング、リストバンド、または手袋は、ユーザが、理想的な状態が認識されるまで製品での照明状態を変えることができるようにするＬＥＤのアレイを含むことができる。本発明のこの実施形態は、ユーザが、外科手術、機械的な組み立て、または修理などの表面に近接してユーザの手を使って作業することを必要とされる用途、特にユーザが大きな光源を使用できない場合あるいは製品が従来のライトによって生じる熱に敏感である場合に、特に貴重である可能性がある。
材料を照明するための方法の１つの実施形態では、ＬＥＤシステムが、前述されたように使用できる。この実施形態によれば、ＬＥＤシステムおよび処理装置が提供される。このため、この方法の実践には、ＬＥＤシステムを照明される材料に対してある空間関係で配置することが含まれることがある。配置は、手動でまたは機械的に行われ得る。機械的な配置は、操作者からの入力によって駆動できる。あるいは、機械的な配置は、データの組または電子的に提供されているアルゴリズムの組で駆動することができる。第１マイクロプロセッサが、ＬＥＤシステムを制御するために具備され得る。ある実施形態では、位置決定システムを照明される材料に関して配置するために第２マイクロプロセッサが具備され得る。しかし別の実施形態では、第３マイクロプロセッサが、センサシステムからのデータ入力または制御パネルからの入力を処理するために具備され得る。各マイクロプロセッサは、それぞれのほかのマイクロプロセッサに関係付けられることができ、その結果１つの機能の変更を、他の機能の変更に関係付けることができる。
１つの実施形態による方法は、さらに、材料の画像を記録するための画像捕捉システムを提供することを含み得る。ここで言う画像捕捉システムは、フィルムを用いた方法を使用する技法、デジタル方法を使用する技法、および画像捕捉のための任意の他の方法を使用する技法を含む。画像捕捉システムは、さらに、電子信号の組として画像を記録する方法を含む。このような画像は、例えば、コンピュータシステムに存在することがある。現在の技術では、ビデオ画像はフィルム上で、ビデオとして磁気テープ上で、あるいはデジタルフォーマットで捕捉できる。アナログ技術を使用して捕捉される画像は、デジタル信号に変換され、デジタル形式で捕捉することができる。画像は、いったん捕捉されると、さらに例えば、Ａｄｏｂｅ ＰｈｏｔｏｓｈｏｐＴＭなどのＰｈｏｔｏｍａｎｉｐｕｌａｔｉｖｅソフトウェアを使用して処理することができる。Ｐｈｏｔｏｍａｎｉｐｕｌａｔｉｖｅソフトウェアは、好ましい視覚的な特徴を高めるための画像の修正を可能にするために技術分野でよく知られている。いったん捕捉された画像は、紙、ＣＤ−ＲＯＭ、フロッピー（登録商標）ディスク、その他のディスク記憶装置システムを含む多岐に渡る媒体を使用して公表できるか、インターネット上で公表できる。ここで言う記録という用語は、恒久的であるのか、一時的であるのかに関わらず、任意の画像の捕捉を指す。画像捕捉システムは、さらに、フィルムを用いた方法、ビデオテープ、デジタル方法を使用するのか、あるいは移動中の画像を捕捉するためのそれ以外のあらゆる方法を使用するのかに関係なく、移動中の画像を記録するそれらの技術を含む。画像捕捉システムは、さらに、移動画像からの静止画像の捕捉を可能にするそれらの技術を含む。ここでいう画像という用語は、複数の画像を含むことがある。１つの実施形態として、照明されている材料が、フィルムを用いた方法を使用して写真撮影される、写真撮影システムが提供され得る。この実施形態では、ＬＥＤシステムは移動する材料の動作停止写真撮影を可能にするように閃光できる。
代替実施形態では、センサシステムは、材料によって反射される光の特徴を特定するために配列することができ、ＬＥＤシステムは、材料が所望の写真効果を達成するために最適に照明されるように、所望の光の特徴の組を再生するために制御することができる。産業上の効果および医療上の効果を達成することができるが、この影響は美的な効果であってもよい。例えば、手術室内での周囲光の特徴の組は、外科医によって特定され、手術中に複製することができる。一定の種類の照明状態は、一定の手術にはより適している場合がある。別の例として、写真撮影は、写真照明に一定の特徴を与えるために、ＬＥＤシステムを使用して実施することができる。この技術に関して周知であるように、一定の光の色調と色相が写真撮影のために一定の色を強調表示する。写真撮影に使用される、異なる照明システムは、異なる色調と色相を写真に記録させることができる。例えば、白熱照明は、より赤みを帯びた皮膚の色調を作り出すことで知られており、一方蛍光照明は青っぽい皮膚の色調を作り出すことが知られている。ＬＥＤシステムは、ある照明環境から別の照明関係で、写真被写体の一貫した色調と色相を提供するために使用することができる。それ以外の所望の写真効果も、当業者によって構想され得る。
材料を照明するための方法の１つの実施形態として、所定の範囲の色をスペクトルの中で選択できる。それから、ＬＥＤシステムは、これらの色を生成し、材料をそれによって照明するために制御することができる。照明される材料は、非生物学的物質である場合がある。ある実施形態では、化学反応またはその成分の試薬がこの方法に従って照明することが可能で、それによって照明は化学反応の特徴に影響を及ぼすと理解されたい。別の実施形態では、照明の方法を生物学的物質に向けることができる。ここに使用されているように、用語生物学的物質とは、生物学に関係する任意の物質を含む。用語生物学は、生命および生きている生物体の現象に関する科学のことを指す。したがって、生物学的物質は、細胞、組織、器官、体の一部、細胞の要素、生きている生物体、生物学上の産物、生物学的物質によってまたはバイオテクノロジーを通して作り出される化学的または有機的な材料、あるいはそれ以外の任意の生物学に関係する物質を含み得る。しかしながら、さらに、用語生物学的物質は、生きている生物体から抽出された物質を含み、もう生きていない物質を含む、かつて生きている生物体の一部であった物質を指すこともある。病理学上の種は、用語生物学的物質に包含される。生きている生物体は、生物学的物質のある特定の実施形態として現れるが、この使用法は、それがここに使用されるように用語生物学的物質の範囲を狭めることを意図しない。生物学的物質を照明するための方法の１つの実施形態では、その生物学的物質は生きている生物体である場合がある。生きている生物体は、細胞、微生物、植物、動物、またはそれ以外の任意の生きている生物体を含む。
材料を照明するための方法の実施形態として、所定の所望される照明状態を選択することができ、材料は、所望された状態が達成されるまで一連の色で照明されうる。一連の色は、この方法に従って選択することができ、それによって選択された色は所望の状態を作り出すことができる。要すれば、この実施形態の追加工程は、所望の効果を上げるために、材料を選択された色で照明することを含む。この方法は、非生物学的物質にも生物学的物質にも適用することができる。
生きている生物体を照明するための方法は、その構造、生理機能、または心理的かけひきに特殊な影響を及ぼすことがあると理解されたい。生きている生物体を照明するための方法の実施形態として、これらの技術は、細胞、微生物、植物または動物に向けることができる。これらの実施形態は、制限なく、微生物用途、クローン用途、細胞培養、農業用途、水産養殖、家畜用途または人的用途を備えることができる。一例として、植物の成長は、それらが浴びて成長している光のスペクトルを正確に制御することによって加速することができる。図９３は、それによって複数のＬＥＤシステム２０７４が温室環境で育てられている果実をつける植物２０７８に照明を与えるこの方法の実施形態を示す。これらの植物２０７８につく果実２０８０の大きさおよび数は、図９４に示されている方法の結果に有利にたとえられ、そこでは自然光２０８２で照らされている果実をつける植物２０７８はより小さく、より少ない果実２０８０を付けると観察される。追加例として、培養組織での細胞の成長は、細胞または媒体を一定のスペクトル品質を有する光で照明することによって改善することができる。その他の例として、最善の繁殖と動物の健康が、スペクトル内の色の範囲で物質を照明することにより達成できる。しかも別の例として、水槽内の海洋種のためにその起源の水の中の光のスペクトルを複製すると、捕獲期間中のその寿命を大幅に伸ばすことができる。例えば、紅海のスペクトルは、ケープコッドの水中のスペクトルとは明らかに異なることが分かっている。この方法の実施形態によれば、紅海の照明状態は、健康な効果をもって紅海の種が入った水槽で複製することができる。追加例として、生物体の約２４時間周期で変動するリズムは、対象の生物を変化するスペクトル特徴の光で照明することによって呼び覚ますことができる。
照明方法の実施形態として、材料は、評価される材料の領域を選択し、その領域をＬＥＤシステムで照明し、その領域から反射される光の特徴を判断し、色およびまたは輝度というそれらの特徴を、評価されている材料の特徴に関係する既知の光パラメータのセットと比較することによって評価することができる。評価されている特徴が、通常の特徴または異常な特徴である場合がある。一例として、１本の歯の完全性は、腐食しているそれらの領域を特定するために歯にある特定の色の光を向けることによって評価することができる。材料の構造状態は、それらの材料を照明し、反射光の中の異常を捜すことによって評価できる。この方法の実施形態は、生物学的物質に適用できる。例えば、法医学においては、多様な種類の歯のための詰め物は、それらが特定のスペクトルの光をどのように反射するのかによって区別することができる。これにより、法廷で用いる目的のための歯科記録に基づき識別を行うことができるようになる。生物学的物質に関係するこの方法の実施形態は、これ以降にさらに詳細に説明されるように、多岐に渡る医療上の用途で使用するために適応する。
本発明の別の実施形態では、前記に部分的に説明されたように、多色照明器が外科的照明のために提供される。異なる体の器官の相対的な色のコントラストは、典型的には低い。色の状態を制御されたやり方で変更することによって、外科医または助手は、内部器官と外科用器具を含む重要な外科的な特徴の可視性を最大限にするためにこの相対的なコントラストを強めることができる。このようにして、外科医が手術中に神経組織を避けようとしている場合、神経組織の色とそれ以外の組織の間の最大明示コントラストを作り出すように設計される光は、最大の精度を可能にするだろう。本発明の外科の光は、大型劇場のライトなどの任意の従来の構成である場合もあれば、内視鏡、外科手袋、衣服または外科用メスなどの外科用の器具に取り付けられる場合もある。
図９５は、本発明に従ってからだの部分を照明するためのシステムの１つの実施形態を描く。この図案は、ＬＥＤシステムを体の一部に近接して配置するための医療器具、ここではＬＥＤシステム２０８８がその収縮面２０９０の前面に固着されている従来の外科用開創器２０８４を示す。照明されている外科用開創器２０８４は、技術で周知であるリチャードソン型の開創器に似ている。それ以外の医療器具も、これらのシステムおよび方法の範囲から逸脱することなく、ＬＥＤシステム２０８８を担持するために利用することができる。ＬＥＤシステムを担持する医療器具は、体の一部を照明するために使用することができる。
図９５に描かれている実施形態では、従来の外科用開創器２０８４が、ここでは肝臓２１０４の端縁として描かれている、体の組織の体節を持ち上げて示されている。ＬＥＤシステム２０８８からの照明は体の一部、ここでは胆嚢２１１０および肝門２１１２に向けられている。ここに使用されているように、用語体の一部とは、体の任意の部分を指す。該用語は、その体の一部が解剖学上の用語で記述されているのか、生理学上の用語で記述されているのか、あるいは局所解剖学上の用語で記述されているのかに関係なく、任意の体の一部を含むと意味される。体の一部は、肉眼的であるのか、顕微鏡的であるのかに関係なく、任意の大きさであってよい。用語体の一部は、生体内または生体外の体の部分を指すことがある。用語生体外は、その体の一部が生きているのか、あるいは生きていないのかに関係なく、体から取り除かれた任意の体の部分を指すと理解されたい。生体外の体の一部は、移植用または再植用の器官を含むことがある。生体外の体の一部は、病理学上の、あるいは法医学上の種を含むことがある。生体外の体の一部は試験管内での体の一部を指すことがある。用語体の一部は、さらに、器官の解剖学的な構成要素を指すと理解されたい。一例として、虫垂は腸として知られている器官の解剖学的な構成要素であると理解される。
示されている実施形態では、肝門２１１２は、体の一部である解剖学的な領域である。肝門２１１２は、門脈２１１４、肝臓の動脈２１１８、肝神経叢、肝管、および肝リンパ管を含む、複数の他の体の一部を担持すると理解される。肝臓２１０４からの肝管２１２０および胆嚢２１１０からの胆嚢管２１２４は集束し、総胆管２１１８を形成する。すべてのこれらの管は、用語がここに使用されているように体の一部である。これらの体の一部を互いから区別するのは、一定の外科的な状況では困難である場合がある。描かれている実施形態では、ＬＥＤシステム２０８８は、関連する体の部分の特定を容易にするために、胆嚢処置の間に肝門２１１２に向けられる。異なる色の光を別個の体の部分に向けることによって、操作者は、さらに容易にどの体の部分がどれなのかを決定できるようになり、この決定は外科手術に必要不可欠なものである。
これらの照明システムの複数のそれ以外の用途は、関連する技術の当業者によって容易に構想できる。図９５に描かれている実施形態は、開放外科処置で使用されている手持ち式の開創器２０８４を示しているが、ここに記述されている照明システムは、内視鏡手術、胸腔鏡検査または腹腔鏡検査において起用できる。肝門２１１２などの１つの部位での多様な体の部分の間の区別は、腹腔鏡検査処置の間には特に困難である場合がある。代替実施形態として、関連する解剖学的な構造を、腹腔鏡検査用の計装に固着されているＬＥＤシステムを使用し、それによって一部切除される構造および腹腔鏡検査手順中に保存される構造の特定を容易にして照明することができる。
それ以外の内視鏡用途は、当業者に明らかだろう。例示的な実施形態として、ＬＥＤシステムは、胃腸器官内での、心臓血管器官内での、気管気管支器官内での、または尿生殖器の器官内での管内の解剖学的構造の評価のために、内視鏡計装と組み合わせることができる。管腔とは、後者の用語の意味の範囲内での体の一部であると理解される。用語管腔とは、中空の管状構造の内部の空間を指すと理解されたい。用語体の一部は、さらに、管腔を取り囲む中空の管状の構造の壁を含む。照明システムの皮下での使用は、内視鏡による筋皮の皮膚弁の上昇中に体の部分を特定できるようにするために構想できる。特定されたこのような体の部分は、神経、血管、筋肉およびそれ以外の組織を含むことがある。それ以外の実施形態は、ここに開示されているシステムの範囲から逸脱することなく当業者によって容易に構想できる。
図９５では、ＬＥＤシステム２０８８は、開創器２０８４の収縮面２０９０の下面のうえに取り付けられている開創器２０８４の末端の端縁に配列されて示されている。この配列は、体の組織、ここでは肝臓２１０４の端縁にかかる収縮力がＬＥＤシステム２０８８に影響を与えないように、開創器２０８４の収縮面２０９０を体の組織、ここでは肝臓２１０４の端縁とＬＥＤシステム２０８８の間に挟む。示されている実施形態でのＬＥＤシステム２０８８は、開創器の収縮面２０９０に沿って直線状に配列される。ここでは、電力供給コード２１０８が、開創器２０８４のハンドル２１０６と一体化されて示されている。ここに記述されているシステムは、本発明の範囲から逸脱することなく、複数の医療器具のために適応させることができる。例えば、可鍛性の開創器またはディーバー開創器がＬＥＤシステムを担持することができる。特殊化された外科用途のためのそれ以外の開創器は、特定の外科の必要性に適合する収縮面に関する任意の配列にあるＬＥＤシステムを担持するために同様に適応することができる。一例として、ＬＥＤシステムは、プローブが収縮の機能を果たさない特定の組織を照明するための可撓プローブの上に取り付けることができる。実施形態では、ＬＥＤシステムは、経皮的なアクセスおよび皮下の切開の後に、腋下の、または鼠けい部位でのリンパ節に向けることができ、これらのリンパ節を、悪性の黒色腫の黒色の組織との置換部位など、リンパ節の特徴を優先的に照明するために選択された明るい色で照明する。リンパ節の照明は、同時に、最小限の侵襲性技法を使用して、内視鏡検査またはビデオによる内視鏡検査を通して同時に評価し、それによってその結果後遺症を伴う完全な手術によるリンパ節切除に対する必要性を削減することができる。この例は、ここに開示されている技術の用途の実施形態の例証として提供されるが、それ以外の例および例証は本発明の範囲に該当するこれらの技術分野の当業者によって考案することができる。
ＬＥＤの複数の配列は、本発明の範囲から逸脱することなく、当業者によって構想できる。ＬＥＤアレイは、外科器具によって目標器官に近接して配置されることが可能である。ここに使用されているように用語近接は、目標となる身体の一部に向けられている照明が、操作者によって意図される臨床上の目的を達成する上で効果的であるように、近いことの度合いを指す。このようにして、目標の体の一部への近接は、操作者の医療上の判断によって決定される。ＬＥＤシステムは熱を生じさせないため、それは、組織に損傷を与えずに、目標となる体の部分およびそれ以外の体の部分にきわめて近くに配置することができる。実施形態では、照明アセンブリは、熱による損傷を生じさせずに微視的な外科的構造に向けることができる。ＬＥＤシステムから使用可能な光の輝度は、ＬＥＤシステムが、操作者の臨床目的を達成するためにどれほど近くに配置される必要があるのかに影響を与える特徴である。
代替実施形態として、ＬＥＤシステムは医療器具のそれ以外の特徴と組み合わせることができる。ここで言う用語医療器具は、外科用の器具を包含する。例えば、ＬＥＤシステムは、手術で使用される焼灼装置または煙吸引器と組み合わせることができる。図９６は、装置の複数のそれ以外の部分をＬＥＤシステムと組み合わせる外科用の器具の１つの実施形態を描く。図９６では、外科技術では周知であるボビー焼灼アセンブリ２１３２が描かれている。焼灼アセンブリ２１３２は、焼灼先端２１３４および手持ち式ワンド２１３８を含む。標準様式のワンド２１３８に埋め込まれているのは、制御ボタン２１４０のアレイであり、配列は当業者によく知られている。手持ち式ワンド２１３８の末端にはＬＥＤシステム２１４４がある。ＬＥＤシステム２１４４への電力信号およびデータ信号は、手持ち式ワンド２１３８の上位面に固着されているＬＥＤケーブル２１４８を通して伝搬される。ＬＥＤケーブル２１４８は、ボビー電力供給コード２１５２と、計器の近端で接合し、単一の統一された装置ケーブル２１５０を形成する。代替実施形態では、ＬＥＤケーブルは、ボビー電力供給コード２１５２と近接するボビーワンド収容部２１３６内に具備することができる。
描かれている実施形態は、外科医がＬＥＤ光をある特定の構造に向け、焼灼切開の部分としてそれを解剖学的に特定できるようにする。ＬＥＤシステム２１４４のスペクトル容量は、例えば、血管を特定する上で有効である。組織の中に埋め込まれている血管は、特に特定するのが困難である場合がある。外科医は、脈管構造を浮き彫りにするために選択されるＬＥＤからの光を向ける一方で、示されている実施形態の焼灼先端２１３４で切開することができる。組織自体は、ＬＥＤシステム２１４４からの光照明に対する構造の各セットの反応に基づき、脈管構造から区別可能だろう。切開を必要とする組織と保存されなければならない血管の間のコントラストは、ＬＥＤシステム２１４４からの光照明によって浮き彫りにされるだろう。したがって、外科医は、焼灼切開により境界を越えて伸びるにはどの構造が安全なのかを特定することができるだろう。このようにして、外科医は、外科的な処置によって必要とされるように、血管をさらに容易に保存できるだろう。代わりに、外科医は組織に埋め込まれている血管を特定し、それらを超えて広がる前に、それらを効果的に凝固または結さつするために予防措置を講じることができるだろう。示されている実施形態は、ＬＥＤシステムを利用する、組み合わされた外科装置の考えられる配列の一例を表しているに過ぎない。それ以外の配列は、当業者によって構想できる。特殊化された外科応用例の場合、特殊化された組み合わせが必要となることがある。例えば、特定の器具は、神経外科およびマイクロサージャリーで利用されている。図９６の描かれている実施形態に示されている同じ原理が、これらの目的に適切な外科危惧の製作に適用できる。
代替実施形態として、ＬＥＤシステムは、照明されている体の一部のいくつかの特徴と相関する信号を提供するセンサシステムと組み合わせることができる。一例として、図９３Ｃは、鼻腔内のまたは下垂体の腫瘍２０９８を評価するために鼻導通管２０９４に挿入されている鼻の内視鏡２０９２に固着されているＬＥＤアセンブリ２１００を示す。内視鏡２０９２は、この図では、外鼻孔２０９６を通って進入し、鼻の気道２０８６を通り抜けて示されている。腫瘍２０９８は、ここでは、鼻の気道２０８６の上位面で示されている。ＬＥＤアセンブリ２１００は、ＬＥＤシステム（図示されていない）およびセンサシステム（図示されていない）を備えることができる。ＬＥＤシステムは、鼻腔内の構造およびトルコ鞍内の構造を一連の色で照明することができるが、センサシステムは反射光の特徴に関するデータを提供することができる。腫瘍２０９８は、それが、それを照明するために使用されている光の範囲をどのように反射するのかによって特定することができる。センサシステムは、反射光の特徴についての情報を提供し、操作者がこれらから離れた場所で腫瘍２０９８を特定できるようにする。さらに、このような内視鏡２０９２は、病変の一部を切除するか、除去するための当業者によく知られている手段と組み合わせることができる。
ここに記述されている照明システムは、直接照明と微照法の両方に利用できる。微照法は、組織、解剖学上の構造、または体の器官を、それを通る光の通過によって調べるための方法を指すと理解されたい。例えば、構造を微照すると、それが嚢胞性であるのか、それとも中実であるのかを判断するのに役立つ。照明システムの１つの実施形態は、構造に亘ってさまざまな色の光を向けるためにＬＥＤを利用することができ、それによって、このような微照法にさらされるときの構造の概観がその識別または診断に寄与できる。ＬＥＤ光を使用する微照法は、複数の構造に向けることができる。柔らかな組織および器官に加え、歯を、その完全性を評価するために微照することができる。追加実施形態は、管などの管腔構造での体内に留置したカテーテルとしてＬＥＤを利用することができる。構造の内部を照明すると、外科医が手術中にその位置を確認するのに役立つ。例えば、一定の外科状況では、尿管の位置は判断するのが困難である。その管腔内に配置されているＬＥＤシステムを使用して尿管を微照すると、外科医が切開の間に尿管を見つけ出し、それを傷つけるのを回避するのに役立つ。このようなＬＥＤシステムは、手術による処置の開放段階を開始する前に、例えばカテーテルとして逆行的に、膀胱鏡的に配置できるだろう。この実施形態では、ＬＥＤシステムは、特に有効である。微照された構造の可視性を最大限にするために、ＬＥＤの色を変えることができるだけではなく、ＬＥＤは従来の光源に伴う組織加熱の問題を回避する。
ここに記述されている照明システムの実施形態によって照明される組織の評価は、直接的な検査を通して行われることがある。代替実施形態においては、評価は、ビデオカメラを使用して組織を検査することで行われうる。例証的な実施形態では、組織は画面上で視覚化されるだろう。ビデオモニター画面での色の調整は、手術チームによって評価されている特定の効果を高めることができる。代替実施形態として、照明システムは、部分的に前述されたように、センサモジュールと組み合わせることができ、それによって反射光の輝度が測定できる。例として、センサモジュールは、照明されている領域から反射される光信号の分光器による分析、色時計による分析、または分光光度計による分析を提供できるだろう。それ以外の種類のセンサモジュールは、関連技術の当業者によって考案できる。センサモジュールは、組織を評価するための直接的な検査と組み合わせることができる。代わりに、センサモジュールは、ビデオ視覚化の代替物として、あるいはビデオ視覚化の付属物として、直接的な検査に使用できない領域内の組織の遠隔評価のための手段を提供することができる。このような領域の例は、外科技術では周知である。他の領域は、特定の解剖学的部位および外科的アクセスの関連方法を熟知している当業者によって特定可能であるが、このような領域の例は、下垂体への鼻を導通する内視鏡によるアクセス、大脳の脳室の内視鏡による評価、および脊椎内の内視鏡検査を含む場合がある。生きている組織内で使用するための前述された実施形態に加えて、法医学で用いる組織または病理学で用いる標本の、ここに開示されている照明システムを使用する評価を可能にするための実施形態が考案されうる。
図９８は、ＬＥＤシステム２１５４が従来の外科ヘッドランプ２１５８装置内に取り付けられる照明システムの実施形態を描く。示されている実施形態では、ＬＥＤシステム２１５４は、当業者に周知である取り付け方法を使用してヘッドバンド２１６０に固定される。しかしながら、有利なことに、示されている実施形態のＬＥＤシステム２１４５４は、従来のヘッドランプより重量がかなり軽量となる場合がある。これが、着用者の負担を減らし、ヘッドランプ装置を長い処置の間においてより快適なものとする。ここに描かれているように、ＬＥＤシステム２１５４は、電力供給コード２１５６に接続されている。しかしながら、従来のヘッドランプ装置と異なり、ＬＥＤシステム２１５４用の電力供給コード２１５６は、軽量でかさばらない。したがって、電力供給コード２１５６は、ヘッドバンドにねじれを与える素因となり手術室内のいくつかの頭上の装置と衝突する構成で外科医の頭部の上に担持される必要なく、ヘッドバンド２１６０自体の回りに配備することができる。さらに、ＬＥＤシステムによって利用される電力供給コードは、外科技術で現在知られている光ファイバーシステムに固有の問題点を回避する。これらの技術の当業者に利用されているような従来の外科用ヘッドランプでは、光は、ケーブル内で束ねられている複数の光ファイバーフィラメントを通してランプに送達される。現在この技術で既知であるシステムを用いると、個々の光ファイバーフィラメントは通常の使用中に容易に破砕され、同時にヘッドランプによって生じる光の輝度は減少する。対照的に、ＬＥＤシステム２１５４用の電力供給コード２１５６は、光ファイバー要素を具備せず、代わりにＬＥＤシステム２１５４へ電力を伝搬するワイヤを具備する。これは、この技術で既知であるものよりさらに耐久性のある照明装置を提供する。さらに、ＬＥＤシステム２１５４は、外科医の拡大ルーペ２１６４と一体化することができるほど十分に軽量である。
示されている実施形態でのＬＥＤシステムはヘッドバンド２１６０に固定されているが、代替実施形態は、ヘッドバンド２１６０を完全に排除し、を外科医の眼鏡または拡大ルーペ２１６４の中に一体化することを可能にできる。図９９は、この後者の構成の実施形態を描く。この実施形態では、ＬＥＤシステム２１６６は、ルーペ２１６４のフレーム２１６８と一体化されて、示されている。ＬＥＤシステム２１６６は、この図の中に描かれているようにフレーム２１６８上で上方に位置することができ、あるいはそれは外科分野の照明面にとって有利であるフレーム２１６８に対する任意の空間関係で配列することができる。この実施形態では、電力供給コード２１６２は、ルーペ２１６４のつる部２１７０に沿って配置することができる。
本発明の方法は、体の一部の状態を診断するための方法を含む。体の一部の状態を診断するための方法は、評価のために該体の一部の領域を選択し、領域をＬＥＤシステムで照明し、体の一部から反射される光の特徴を決定し、特徴を既知の特徴と比較することを含み、そこでは既知の特徴は体の一部の状態に関係する。これらの方法は、体の部分の正常な非病理的状態に適用することができる。あるいは、これらの方法は、体の一部の病理的な状態を特定するために使用できる。
さまざまな体の部分が、その解剖学的な状態または生理学的な状態に応じて、光を違うふうに反射することを理解されたい。例えば、室内の光にさらされると、局所的な血液が不足している体の部分が、これらの技術の当業者によって「黒っぽい」または「紫藍っぽい」と呼ばれている色である、紫がかった色であることが知覚できる。したがって、虚血は、室内の光の下での直接的な検査によってときどき診断できる。しかしながら、体の一部の脈管の状態を、室内の光の下での検査で評価できない多数の状況が存在する。例えば、虚血を筋肉または赤い器官の中で見ることは困難である場合がある。さらに、皮膚の虚血は、黒い肌の人々で室内光で評価するには困難である。本発明の方法は、体の一部をＬＥＤシステムで照明し、反射光を虚血を示す既知の光特性と比較することによって、虚血の診断を下すことができるようにする実施形態を含む。これらの方法は、室内光が色の変化を明らかにしないが、ＬＥＤシステム照明がより微妙な色の変化の知覚を可能にすることができる場合には、さらに、この診断を初期の段階で下すことができるようにする。分光系または別の種類のセンサシステムは、要すれば、照明された体の一部から反射される光の色およびまたは輝度を評価するために利用することができる。例えば、本発明のシステムおよび方法は、脈管の処置に続く初期の循環器系の中間処置の診断のために適応することができる。循環器系の中間処置によって複雑になる一般的な脈管処置は、外科の脈管再構築または脈管再生、外科の再植、自由な組織の移動、塞栓切除、経皮的な血管形成と関連する血管内膜炎処置、および医療の血栓治療を含む。ここに開示されているシステムおよび方法は、移植および除去ができるＬＥＤシステムを提供することによって、および移植および除去ができるセンサシステムを提供することによって、前者システムは、照明を体の中の任意の体の一部に向けるために用いられ、後者システムは目標の体の一部によって反射または吸収される光から色データを受け取るために用いられている。内部の体の部分の評価のために適応されているシステムおよび方法は、例えば、埋設されている皮膚弁の監視において有利である場合がある。ＬＥＤシステムによって生じる熱がないために、回りの組織を熱のストレスにさらさなくても、それを移植することを実現可能にする。関連技術の当業者は、ここに開示されている方法を使用して診断できる虚血のほかにも、それ以外の状態を識別することができる。ここに開示されているＬＥＤシステムから使用できる光の完全スペクトルは、特に複数の状態の診断に有利である。
ここに説明されている方法の追加例として、ＬＥＤシステムは、眼科検査のために網膜を照明するために使用できる。光の色の変動が、眼科検査、例えば網膜出血の診断または網膜血管の評価を容易にしうる。これらの技術の実践者は、これらの方法を使用する診断に適切である他の型の網膜症を視野に入れることもできるだろう。１つの実施形態では、ＬＥＤシステムは、眼科検査用のスリットランプ装置と一体化されることができる。追加の実施形態では、ＬＥＤシステムは、眼科手術の使用に適応できる。一例として、ＬＥＤシステムは、成熟した、または超成長した白内障の位置特定を助けることができ、白内障の外科的な切除を助けることができる。
体の一部の状態を診断するためのこれらの方法の１つの実施形態では、体の一部に送達される薬品を患者に投与することを含むことができ、それにより該薬品は、体の一部から反射される光の特徴を改変する。薬品は、患者の組織内への投与のために利用できる、生体に影響する任意の物質である。薬品は、生体に影響を及ぼすと考えられている、薬物、放射性同位元素、ビタミン、生体染料、微生物、細胞、たんぱく質、化学品、またはそれ以外の任意の物質を含みうる。薬品は、薬品が評価中の体の一部に送達できるようにする任意のルートによって投与することができる。投与は静脈注射、筋肉注射、動脈注射、食物摂取、吸入、局所投与、髄膜の下からの送達、管腔内または膀胱内からの送達、皮下送達、またはそれ以外のルートも含むことがある。ここに開示されているシステムおよび方法によって提供される光の全体的なスペクトルは、一定の投与済み薬品との組合わせで有利に利用される。
体の一部から反射される光の特徴を改変するとして知られている薬品の例は、フルオレセイン、目への投与ために局所的に塗布されるか、あるいは脈管の局所灌流を評価するために静脈注射される、生体染料である。ウッドランプ（Ｗｏｏｄ'ｓ ｌａｍｐ）によって照明されるとき、フルオレセインは緑に光る。しかしながら、ウッドランプは、その物理的な形状構成のために多くの外科状況に適応できない。離れた体の部分に投与されるフルオレセインは、ウッドランプで照明できないし、蛍光も体の一部では検査するには遠すぎて見ることもできない。フルオレセインなどの生体染料の投与の後にＬＥＤシステムで組織を照明し、反射光の特徴的なパターンを生じさせることができる。この反射光は、遠隔視覚化、または光検知器システムによって直接視覚化によって評価できる。その他の薬品は、当業者にとってよく知られており、それによってそれらの投与は、ＬＥＤ照明にさらされる体の一部の評価を可能にする。
一例として、グリオームは、他の脳の組織とは異なる生体染料の摂取量を有すると理解される。生体染料の投与後に、ＬＥＤシステムをグリオームに向けると、腫瘍のより完全な切除が可能であり、取り囲む正常な脳の組織は保護される。この切除は、脳の組織を照明するためのＬＥＤシステムが固定できる動作顕微鏡の元で実行することができる。ＬＥＤシステムによる発熱がないため、それはこの設定では特に有利である。追加例としては、ＬＥＤシステムは、眼科評価のために目の表面に局所的に塗布されるフルオレセイン染料と組みあわせることができる。さらに別の例としては、フルオレセインと結合されたＬＥＤシステムは、その皮膚の着色が、ウッドランプ照明などの従来の方法を使用する皮膚虚血の評価を妨げる可能性がある患者について皮膚虚血の診断を可能にする。前記に部分的に開示されるように、有利なことに、これらのシステムおよび方法は、人間の体内で、薬品の投与が体の部分によって摂取された後に、それらの体の部分の評価のために人間の体の中の体の一部に向けることができる。
本発明による方法は、材料の変化を生じさせるために使用されうる。これらの方法の実施形態では、ＬＥＤシステムを提供し、照明される材料に変化を生じさせることが知られているスペクトルから一連の色を選択し、その変化を生じさせる上で有効である所定の時間期間の間、ＬＥＤシステムで材料を照明することによって、材料の変化を生じさせることができる。ここに開示されている方法は、非生物学的物質と生物学的物質のどちらでもよい複数の材料に向けられている。生物学的物質は、生きている生物体を含むことができる。生きている微生物は脊椎動物を含むことがある。生きている生物体は、無脊椎動物を含むことがある。生物学的物質は、その構造、生理機能または心理的な作用による変化を達成するべく、露光処理することができる。例えば、鬱状態症候群と呼ばれている季節的な情緒障害にかかった人は、所定の時間期間、既知の特徴の光による照明にさらされることにより心理的に好影響を受けることが分かっている。照明は、生きている生物体に対して、例えば、季節的な情緒障害のある人に対して直接的に提供することができる。あるいは、照明は、その人物を囲む環境に提供することができる。例えば、照明は、光に所定の特徴を与えることができるＬＥＤシステムを備える室内光によって実現できる。
これらの方法の実施形態として、患者の状態が治療できる。この実践は、ＬＥＤシステムを提供すること、治療効果を生じさせる色の組を選択すること、および該色の組で患部を照明することを含むことがある。治療効果とは、健康または満足のいく状態に改善する任意の影響であると理解されたい。この実施形態に従って、病理学的な状態が治療できる。代わりに、正常な状態を、より高い満足の得られる状態にするために治療することができる。照明されている領域は、患者の外面、すなわち皮膚または皮膚の任意の部分を含むことがある。患者の外面は、じかに、あるいは環境中の周囲照明を介して照明することができる。これらの方法は、患者の内部部分にも同様に適用できる。
図１００は、これらの方法の実施形態を示す。この図は、ここでは頬２１７４である外面の損傷２１７２を患っている患者２１８０を描く。ＬＥＤシステム２１７８は、損傷２１７２に直接照明を与えるために向けられる。ここでは、ＬＥＤシステム２１７８は、位置決定システム２１８２の末端に固着されて示されている。ＬＥＤシステムを配置するためのそれ以外の配列も、当業者によって構想できる。皮膚の損傷を光の異なるスペクトルで照明することにより治療効果をあげ得ることを理解されたい。例えば、にきび、陰茎のボーウェン病、および一定のそれ以外の皮膚癌が、照明を使った治療に反応してきた。別の例として、一定の鼻腔内の状態が照明治療に反応することが分かっている。これらの方法の１つの実施形態では、治療されている領域に向けられる光の色の組の治療効果を改変する、あるいは高める薬品が、患者に対して投与できる。
多岐に渡る薬品が、光線療法および光力学的療法に関係する技術の当業者によく知られている。光力学的療法（ＰＤＴ）は、患者に薬品を投与する工程、および患者を光源で照明する工程を含む一定の手順を含むと理解される。レーザ光は、典型的にＰＤＴに使用される。ＬＥＤシステムによって提供される照明は、赤外線、可視、および紫外線の光スペクトルを含むスペクトル全体に亘り照明を提供することができるため、ＬＥＤシステムは非可視光波長に依存する治療用途にも利用できる。局所的な照明の多くの応用例は、すでに関連技術で説明されてきた。ＬＥＤ技術は発熱を回避するというさらなる利点を有するため、より長時間の照明が組織の損傷なしに達成できる。
図１００に描かれている実施形態は、患者２１８０の皮膚に向けられているＬＥＤシステム２１７８を示しているが、この方法の多様な実施形態は、体の各部を照明するためにＬＥＤシステムを適用することができる。治療は、特定の体の部分にアクセスするための当業者によく知られている様式を使用して、内部、または外部の体の部分に向けることができる。前述されたように、開放外科技法または内視鏡を使用する技法は、体の内部部分にアクセスするために利用できる。例えば、管腔内の腫瘍は、結腸鏡または膀胱鏡などの内視鏡を通して適用されるようなこれらの方法を使用して治療することができる。代わりに、照明療法は、外科処置の後に、あるいは外科処置の間に提供することができる。例えば、腫瘍の外科的な切除の後に、手術領域に残留する顕微鏡的な腫瘍によって摂取される薬品が投与でき、手術領域に残っている腫瘍の小節を滅菌するために、ＬＥＤシステムによって照明できる。これらの方法は、全体の摘出後の腫瘍による負担を削減するために、一時的な抑制方法として利用できる。別の実施面として、これらの方法は、直接的にまたは内視鏡を使用してアクセスできる転位する病変部に向けることができる。
ここに説明されたこれらの実施形態は、例示的にすぎない。多岐に渡る、高精度照明に関する実施形態が、本発明の範囲を逸脱することなく、当業者によって構想できる。
本発明のその他の実施形態では、ＬＥＤは、魅力的で有効な装飾的な効果または美的効果を生じさせるために使用される。このような用途は、多色ＬＥＤを用いた眼鏡の縁、ＬＥＤがつけられたねじ回し、Ｌａｖａランプ用の多色ＬＥＤソースなどの芸術的なランプまたは展示用の多色光源、および火の明滅パターンと着色がシミュレーションされるＬＥＤを用いた装飾用の火または模造薪、ＬＥＤあるいはその他の照明装置を使用するライトアップ歯ブラシまたはヘアブラシを含む、前記に開示された環境などの多様な環境の中にＬＥＤを置くことを含む。ＬＥＤは、芸術的な効果または展示のための特殊な照明パターンを生じさせるために、天井ファンブレードの上に置かれてもよい。特に、パターンの作成は、ファンのブレードにＬＥＤを付け加えることによって可能である。また、それらを通してＬＥＤが応力、温度、圧力、キャビテーション、温度または水分に反応できるＬＥＤを用いた装飾用のシミュレーション／キャンドル、多色ＬＥＤを用いたライトロープ、ＬＥＤ電池充電指示灯、およびＬＥＤからセンサフィードバック機構が、本発明に従っている。したがって、体の近くに置かれるＬＥＤは、皮膚の温度および皮膚の水分フィードバック色表示機構としての機能を果たすことができる。やはり提供されているのは、ＬＥＤを用いた多色手持ち式ワンドまたは指示灯である。特に、近年のダンス／ナイトクラブで、およびダンス表現のために幅広く使用されている、よく知られたグロースティックに類似するワンドが提供される。多色電子バージョンは、ＬＥＤが受信機に接続され、マスタ制御装置が送信機を含むのであれば、マスタ照明制御装置を介する遠隔同期だけではなく、色制御機能をも可能にする。ＬＥＤを用いた個人用装置は、化学的な手法を用いた電流装置とは異なり、再利用可能である。マスタ制御装置は、ＬＥＤから作られている飲料用コースターなどのそれ以外のＬＥＤ要素も、制御され、同期された方法で制御することができる。このような制御装置は、ＬＥＤが外部つまり球形等の３次元形状の外面上に置かれた状態で、従来のディスコボールの点滅をシミュレーションするために制御されてよい、ＬＥＤディスコボールを制御するために使用できる。例えば、ボールによってシミュレーションされる効果はボール点滅、スポット移動、色変化、ライン状照明、および平面照明を含む。
本発明は、ユーザがＬＥＤを個別ダイオードレベルで制御できるようにする。スペクトル内で一連の色の光を生じさせることによって作り出される効果は、幅広い範囲の技術分野での多くの有効な用途を可能にする。それらの効果の例として、制御されたＬＥＤは、幅広い範囲の色と輝度で別個にまたは連続的に、瞬時に変えることのでき、幅広い範囲の周波数で明滅または変光できる色ウォッシャを作り出すことができる。色ウォッシャの連続的なスペクトル範囲を適用すると、多くの特殊な効果が生じ、そのうちのいくつかは美的に魅力的であるか、機能的に価値があるか、あるいは両方である。例えば、同じ物体に異なる色の光で影響を及ぼすと、例えば、白い物体がいわゆる「ブラックライト」の下で示されるときに容易に明らかになるように、非常に異なった外観が生じることがある。物体を見ている観察者は観察されている物体の色の変化を知覚するだろう。このようにして、赤い光で照明される赤の物体は、青の光で照明されている赤の物体とは非常に異なって見える。前者は鮮やかな赤であろうが、後者は紫色または黒に見えることがある。色のコントラストのある物体が着色された光の下で見られるとき、きわめて異なった効果が生じる可能性がある。例えば、赤と白のチェッカー盤パターンは、赤い光の下では完全に赤く見える可能性があるが、チェッカー盤パターンは白い光の下では明白である。このようなパターンの上で赤の光と白の光を交互の時間シークエンスで閃光することによって、チェッカー盤上の白い正方形は現れたり、消えたりするように見える。多色絵画でのパターンなどのさらに複雑なパターンは、消えては現れるフィギュア、あるいは観察者にとって劇的な色の変化を経るフィギュアなどの目覚しい効果を生じさせることがある。見た目の移動、色の変化、および出現と消失は、単一の静止写真、絵画、意匠または画像から、単に制御された照明の変化の結果として動画のような効果を上げることができる。同様に、適切な光の状態を選択することにより、異なって着色された要素の相対的なコントラストで動的な変化を生じさせることができる。一定の照明条件下でほとんどコントラストのない要素は、異なる色の条件下では劇的なコントラストを有するように知覚されうる。さらに、本発明の実施形態に従って生じる光のスペクトルは、赤外線光および紫外線光に広がり、蛍光などの効果を展示品に組み込むことを可能にする。利用されている照明の変化は、予めプログラミングされることもあれば、例えば人の近接度合いに、周囲の照明状態に、展示物の場所に、あるいは一日のうちの時間になど、照明システムの環境に反応することもある。
一例として、図１０１の上部には、８の上半分（３１００）が緑で、８の下半分（３１５０）が赤で着色されている数字８８が表されているものとする。白の光で照らされると、このように着色されている数字８８は、上半分（３１００）で緑、下半分（３１５０）で赤を有するように見える。図１０１の真中に示されるように、緑の光で照らされると、８８（３１０）の上半分は依然として緑として見えるが、最初は赤だった下半分（３１５０）は黒く見えるだろう。図１０１の下部に図示されるように赤い光で照らされると、最初は緑だった８８の上半分（３１００）は黒く見え、下半分は赤に見えるだろう。このようにして、照明の色を徐々に変化することによって、数字のさまざまな部分が交互に際立ったり、黒に落ち着いたりするだろう。当業者にとって明らかであるように、この技法は、照明光の色が変えられるにつれて、出現したり、消えたりするように作製される画像を作成するために使用することができる。加えて、それ以外の色の効果を上げることもできる。例えば、数字の２つの半分の上で青い光を輝かせると、数字の上半分３１００では青緑の色が生まれ、下半分３１５０では紫色が生じるだろう。
第２例として、図１０２の上部には、１組の連動する円（左３２００、右３２０５）を示す。上部で示されるように、白い光で照らされると、図面は以下の色を表すことが意図される。つまり、左側の三日月型部分（３２１０）は緑を表し、右側の三日月型部分（３２２０）は赤を表し、重なり合う領域（３２３０）は黒であり、背景（３２４０）は白である。図１０２の真中に図示されるように、緑の光で照らされると、左側の三日月型部分（３２１０））は緑に見え、最初は赤だった右側の三日月型部分（３２２０）は、いまは黒であり、重なり合う領域（３２３０）は黒のままとなり、元は白だった背景（３２４０）は緑に見える。このようにして、左側の三日月型部分（３２１０）はもう背景（３２４０）と区別できなくなり、最も右側の円（３２０５）全体が、いまは黒く見える。図１０２の下部に示されているように、赤の光で照らされると、元は緑だった左側の三日月型部分（３２１０）はいまは黒く見え、右側の三日月型部分（３２２０）は赤く見え、重なり合う領域（３２３０）は黒く見え、元は白だった背景（３２４０）は、いまは赤に見える。このようにして、もう右側の三日月型部分（３２２０）を背景（３２４０）から区別することはできず、最も左側の円（３２００）は黒く見える。経時的に照明の色を緑から赤に変えることによって、円は右から左に動くように見え、観察者に移動の錯覚を与える。当業者は、この例での変動が、同様に機能する無数の表示物の作成を可能にし、単一の画像または物体から動画効果を上げることができることを理解されたい。
本発明の照明システムの性質は、システムのある側から別の場所への色の漸次的な変化を可能にする。さらに、色の変化はシステムに沿って徐々に進行し、実際には色の変化の動きをシミュレーションする。さらに、光は一定方法で、あるいは光を明滅または変光することによって送達することができる。明滅は、色の同時変化とともに発生するようにプログラミングすることもできる。マイクロプロセッサによって命令できるこれらの能力は、前述された効果をさらに強め、活性化させることができる。
類似効果は、着色された光を、光源と観察者の間に配置されたステンドグラス窓または写真スライドなどの透明のまたは半透明の着色された画面を通すことによって得ることができる。
交互に背景から現れ、背景の中に消えていく動きおよび物体に目を引き付ける錯覚を作り出すために、これらの効果がさらに複雑な展示物で使用できることも当業者には明らかであろう。美術館の展示、ジオラマ、展示ケース、小売展示物、自動販売機、表示標識、（交通情報標識、無音声ラジオ、スコアボード、価格ボード、および広告ボードを含む）インフォメーションボード、広告展示物、および観察者の注意を引き付けることが希望されるそれ以外の状況などの用途で使用されるとき、このような効果は特に有利である。本発明の実施形態に従って生じる光は、紫外線と赤外線を含むことがあるため、物体はこのような光による照明に固有である蛍光などの効果を組み込むことができる。
本発明によって考えられている、自動販売機は、ソーダ販売機、スナック販売機、ガムボール販売機、タバコ販売機、コンドーム販売機、または新規の販売機などの、その中に入れられている製品を市販する装置である。本発明に従って提供される照明は、多岐に渡る方法で観察者の注目を引き付けるために使用できる。例えば、鳩をロゴとして使用している架空のオリーブ販売機（３３００）が、図１０３に描かれている。図１０３の上部に描かれている標準的な白い光の中で見られると、機械（３３１０）の裏板は白であり、鳩（３３２０）の体は黒であり、羽（３３３０）の上部セットは緑であることが意図され、羽（３３４０）の下部セットは赤であることが意図される。機械内での照明の色が図１０３の真中でのように赤に変更されると、最初は赤だった羽（３３４０）の下部セットは、いまは赤に見える裏板（３３１０）に対して見えなくなる。元は緑である羽（３３３０）の上部セットは赤い光の下で黒く見えるため、鳩の画像は、羽が持ち上げられた状態で黒く見える。機械の中の照明の色が図１０３の下部で図示されるように緑に変更されると、最初は緑だった羽（３３３０）の上部セットがいまは裏板（３３１０）に対して見えなくなる。元は赤である羽（３３４０）の下部セットは、現在、緑の光の中で黒に見える。このようにして、鳩の画像は、羽が持ち上げられた上体で黒に見える。このように、実際の動きはないけれども、鳩の画像はその羽を羽ばたかせているように見える。ただ光の色を変えるだけで幻影が作り出される。多くの異なる色の物体を使用し、物体を、赤外線から可視、紫外線の範囲のスペクトル内の多岐に渡る色で照明することによってはるかに複雑な効果を上げることができることを認識されたい。
この実施形態および関連する実施形態の販売機は、販売機を照明するＬＥＤシステム（３３７０）を含み得る。該ＬＥＤシステムは、実施形態においては、ライト・モジュール１００、スマート電球７０１、またはここに開示されているものを含むＬＥＤシステムの別の実施形態を含み得る。その結果、該ＬＥＤシステムは、１つまたは複数の特徴を有し、本明細書の別の個所に開示されている多様なその他の実施形態の１つまたは複数の機能を提供する。光源を販売機の内部に置く必要はなく、光源が販売機を照明できるようにする任意の位置である販売機の外側に配置してよいことに注意しなければならない。当業者は、本発明の照明システムの色変化属性を利用する展示物を作製するための多くの機会を認識するだろう。
前記例のオリーブ販売機が使用できる別の技法として、物体または意匠が、光の色が変化するにつれて現れたり、消えたりするように作られてよい。オリーブ分配装置がその鳩を「オリバー」と名付けると、この名前は図１０４に示されるように自販機（３３００）の中に示されてもよい。販売機（３３１０）の裏板は白（図１０４、上部）であり、そこに表示されているのは、赤く着色された鳩（３３５０）と緑のレタリングの鳩の名前「オリバー」（３３６０）である。販売機内の照明が緑に変わると（図１０４、中央）、レタリング（３３６０）が緑の背景（３３１０）に当たって消えるが、鳩（３３５０）は黒に見える。照明が赤に変わると（図１０４、下部）、鳩（３３５０）は、いまはやはり赤に見える背景に当たって消え、レタリング（３３６０）は黒に見える。このようにして、光の色を変えるだけで、販売機内の展示物は鳩と鳩の名前の間で変化する。この種の展示が目を引くため、広告の目的では有効である。
さらに、注目を掴む効果は、本発明の照明システムの色変化特性を利用するために専用に作られた特定の展示物とは関係なく達成することができる。ライトは、ライトの色の変化自体が展示物への注目を引き付ける役目を果たすように、展示物内、または展示物の回りに配置されてよい。１つの実施形態では、ライトは、販売機の不透明ではない裏板の後ろなど、展示物の背後に配置され、その結果光の色の変化は観察者の注意を引き付けるのに十分である。
前記例は、例証のためだけに意図され、本発明の範囲を制限するものではない。当業者は、観察者の注意を引き付ける多岐に渡る効果を達成するために、ここに開示される照明システムを使用するそれ以外の方法を容易に考案することができ、これらの効果は本発明によって包含される。
本発明は、ユーザが、周囲の環境からのフィードバックまたはスペクトルセンサからのデータを採取しつつ、異なる色の間で変光することにより照明環境を変更できるようにする。このような変光は、配列されたＬＥＤを使用する可変周期周波数色洗浄（ｗａｓｈｉｎｇ）変光効果を含み得る。該変光は、このようにして複数の色の間で高速で明滅してよいか、あるいはプログラミングされた順序でスペクトル全体をゆっくりと変化してよい。変光効果は、それ以外の場合、目立たない物体をきわめて明確に、美的に魅力的に見せることができる。さらに、絵画などの物体は、さまざまな色の光で定期的に照らされると、きわめて生き生きしたように見えることがある。可変周波数変光の魅力的な照明効果は、小売店舗、レストラン、美術館等の中でのように、照明が顧客を引きつける領域での改善された動的な照明環境を可能にする。芸術の既知の作品が異なる照明状態により根本的に変えられる、美術ギャラリー内などの美術の展示物とともに使用された場合、特に有効である場合がある。例えば、美術作品では、照明状態は、太陽光などの、創作者の意図している光を再現するために制御されてよい。さらに、本発明の照明システムは、より一般的な可視波長に加えて、赤外線光および紫外線光を投影するために使用することができ、これらの周波数は蛍光およびそれ以外の興味深い効果を引き出すために使用することができる。
本発明の１つの実施形態では、本発明に従ったデジタル制御されたＬＥＤを用いたライトが、展示目的のため、不透明ではない物体を照明するために使用される。本発明の１つの態様では、物体は流体を入れる容器であり、その両方とも実質的には透明である。１つの態様では、容器はジン、ウォッカ、ラム、水、ソーダ水、ソフトドリンク、またはその他の飲料のビンである。このような展示物の例は、図１０５に描かれており、そこでは飲料容器（３５００）がＬＥＤシステム（３３７０）によって照らされている台座（３５１０）の上に配置されている。さらに、個々の飲み物を下から照明するために、光源はコースターの上に置かれてよい。ＬＥＤシステムは、実施形態において、ライト・モジュール１００、スマート電球７０１、または本明細書に開示されている他のものなどのＬＥＤシステムの別の実施形態を含み得る。その結果、ＬＥＤシステムは、１つまたは複数の特徴を有し、本明細書の他の場所に開示されている多様な実施形態の１つまたは複数の機能を提供してよい。別の態様では、物体は、水槽またはアクアリウムなどの実質的には透明な液体のタンクである。まだ別の態様では、物体は、氷の彫刻、ガラスの小立像、水晶製品、またはプラスチックの彫像などの不透明な中実の物体である。別の態様では、光源は、その照明を提供するためにＬａｖａランプの中に入れられる。
本発明は、魅力的な効果または美術の作品の投影も可能にする。特に、本発明の実施形態では、ＬＥＤを用いた照明源が、透明画像またはパターンのために使用される。このシステムは、一連のレンズおよび／または拡散子、およびパターン、ステンシル、ゴーボー、写真スライド、ＬＣＤディスプレイ、マイクロミラー装置等などの明確な透明領域と不透明領域を含む物体、および最終整形レンズとともにＬＥＤ光源を活用してよい。この実施形態には、光源、パターン化された物体、および投射を受け取る表面だけが必要である。例えば、この実施形態は、ロゴまたは標識を天井、床、または壁の上に、あるいは企業の外側の歩道の上に映すために使用できる。代替実施形態では、光は雲、画面、またはファブリック製の表面の上に映されてよい。本発明では、それにより熱を発しない光源と組み合わされる、投射の色の変化が可能になるため、この点において特に有利である。
本発明の変光効果は、多色展示ケース照明などの改善された展示ケース照明を作り出すために使用されてよい。照明は、モジュラー照明システムの一部として、あるいは独立型制御パネル内で提供されてよい。一般的には、本照明システムは、作業環境、美術館、レストラン等の照明環境を改変するために使用されてよい。一定の用途では、低いＵＶ照明または熱を発しない照明が必要とされることがある美術館内などで特殊な照明が必要とされる。冷却展示ケースまたは食べ物などの食べられる物体の照明などのそれ以外の用途では、本発明の熱を発しない光源は、可変色の光を提供する一方で、かなりの量の熱を発する標準的な白熱照明に対して利点を有する。やはりほとんど熱を発しない標準蛍光照明は、多くの場合、魅力的に見えないと考えられる。本発明は、発せられる光のパラメータを変更する柔軟性を維持する一方で、熱を伴わない制御された可変スペクトルの魅力的な照明を投射する。
本発明のＬＥＤシステムは、衣服から光を投射できるようにするために、衣料品の中に埋め込まれてよい（図１０６）。ＬＥＤは、可撓性の回路版の上に取り付けられ、ラテックス、ビニール、プラスチック、コットン等で被覆される。この実施形態は、衣服の構造に適した軽量の可撓性材料を作成するための方法を含む。生地とシリコンのサンドイッチ構造が提供され、ＬＥＤによって照らされる。ＬＥＤを使用する従来の衣服は、語句または光の点で形成されているパターンに並べられた別個の複数のＬＥＤを含む。本発明のＬＥＤを用いた衣服は、突出することなく衣服の生地を照らしうる。本発明のＬＥＤを用いた衣服は、遠隔制御装置または送信機要素を有するマスタ制御装置によって電波域周波数または赤外線信号を介して制御されてよい。衣服は、ＬＥＤを体の上に近接して配置できるようにして着用者に合わせて作ることができ、例えば、裸や特定の種類の衣服などの外見を疑似表現するように、着用者の外見を変化させることができる。衣服は、ＬＥＤシステムがユーザの状態、例えば心臓の速度等を表示できるようにするためにセンサと組み合わせることができる。
このような衣服の有用性は、多くの点で現れる。衣服の中にそのように置かれているＬＥＤ表示面は、純粋に効果のために、輝きを有するパターンや視覚的な効果等を生じさせるために使用できる。ＬＥＤ表示面は、取り囲んでいる環境などの現実世界の画像を表したり、温度、照明状態、または圧力などの外部データに応えて色を変えることによって単に周囲の状態を反映することができる。これらの展示物は、類似する衣服の近接さにも反応したり、その環境の中の送信機からデータを受け取る可能性がある。１つの実施形態では、衣服上に付けられた展示物は、圧力に反応する。この実施形態の衣服は、ルール違反の接触の視覚的な証拠を提供するためにスポーツイベントで着用されることがある。例えば、野球の試合中、ボールに当たったバッターは、このように当たった衣服の部分にその目に見える証拠を有するだろう。さらに、衣服は、最近のデータを衣服上で繰り返し、効果的に過去のイベントの「即時のリプレイ」を作成することができるように適切な処理装置を含むだろう。これらのおよび関連する実施形態の衣服は、このような反応要件に必要とされるセンサを含み得る。
別の実施形態では、衣服上の表示面は医療上の画像表示面とされうる。核磁気共鳴映像法によるデータは、情報を視覚化している医師に対する補助手段として、患者によって着用される衣服の表面で３次元で表すことができるだろう。同様に、このような衣服はテレビ、ビデオゲーム、およびそれらに関係する表示面などの任意の用途の着用可能なビデオ表示画面としての機能を果たすことができるだろう。衣服は、一連の所定の画像を表示するためにプログラミングすることもできるだろう。例えば、一連の衣装一式を着用する人物の写真が撮影され、該人物がＬＥＤディスプレイ衣服を着用し、写真データがＬＥＤ衣服との最適対応のために調整されてから、画像が衣服の瞬間的な変化をシミュレーションするために衣服の上に順次に表示される可能性がある。画像は、遠隔制御することもできる。当業者は、この実施形態の多くの関連する用途を構想しうるだろう。
本発明は、本明細書に示された好ましい実施形態に関して開示され、詳細に説明されてきたが、それらに対する多様な修正および改善は、当業者に容易に明らかになるだろう。したがって、本発明の精神および範囲は、以下の各請求項によってのみ制限されるべきである。
Claims (29)
- それぞれスペクトル内の或る領域の異なった色の照明を発光できるように少なくとも２種の異なった色を有したLEDからなる、少なくとも第１および第２の複数のLEDと、
それぞれの複数のLEDに供給される、少なくとも一つの電流を制御してスペクトル内の対応した色を発光させるための、それぞれの複数のLEDについて第１および第２のそれぞれに一つ設けたアドレス指定可能な処理装置と、
それぞれの複数のLEDに前記少なくとも一つの電流を供給するための電力供給モジュールと、
を備えたモジュラーLEDシステムであって、
前記第１および第２の複数のLEDは、それぞれ第１および第２の細長い板の中に直線状に配列されており、それぞれの細長い板は、当該細長い板を、複数のLEDを有する他の細長い板への結合を可能にする少なくとも一つの結合機構を具備し、
前記第１の複数のLEDの前記アドレス指定可能な処理装置及び前記第２の複数のＬＥＤの前記アドレス指定可能な処理装置は、前記第１および第２の細長い板が実質的に同じ色と感じられる色の照明を生み出すことができるように、および前記第１および第２の細長い板が実質的に異なった色と感じられる色の照明を生み出すことができるように構成されることを特徴とする、モジュラーLEDシステム。 - 請求項１に記載されたモジュラーLEDシステムであって、前記第２の細長い板が前記第１の細長い板と組み合わされて直線状アレイ照明システムを形成し、前記第１の複数のLEDは第１の実質的に直線状のプラットフォームに配置して備え、前記第２の複数のLEDは第２の実質的に直線状のプラットフォームに配置して備えた、モジュラーLEDシステム。
- 請求項２に記載されたモジュラーLEDシステムであって、前記第１または第２の実質的に直線状のプラットフォームのうちの少なくとも一つは、曲線状のプラットフォームである、モジュラーLEDシステム。
- 請求項３に記載されたモジュラーLEDシステムであって、相互に連結されたアレイは、曲線状のアレイである、モジュラーLEDシステム。
- 請求項２−４のいずれかに記載されたモジュラーLEDシステムであって、前記第１および第２の細長い板は、収容部を具備したものである、モジュラーLEDシステム。
- 請求項５に記載されたモジュラーLEDシステムであって、前記結合機構が前記第１の細長い板および前記第２の細長い板の各プラットホームを連結し、相互に連結された直線状のアレイを形成するようにされている、モジュラーLEDシステム。
- 請求項５または６に記載されたモジュラーLEDシステムであって、前記収容部が実質的に透明な材料で形成されている、モジュラーLEDシステム。
- 請求項７に記載されたモジュラーLEDシステムであって、前記実質的に透明な材料が、材料を透過する光の異なる色を組み合わせるようにされている、モジュラーLEDシステム。
- 請求項５−８のいずれかに記載されたモジュラーLEDシステムであって、前記第１の複数のLEDおよび前記第２の複数のLEDは前記第１の細長い板および前記第２の細長い板の各前記収容部を照明するように配置されている、モジュラーLEDシステム。
- 請求項２−９のいずれかに記載されたモジュラーLEDシステムであって、前記結合機構が機械的および電気的に、少なくとも前記第１および第２の細長い板を連結するようにされた、モジュラーLEDシステム。
- 請求項１−１０のいずれかに記載されたモジュラーLEDシステムであって、少なくとも前記第１および第２のアドレス指定可能な処理装置のうちの少なくとも一つは、対応する前記複数のLEDにより発生される照明が本質的に白色光であるようにされた、モジュラーLEDシステム。
- 少なくとも前記第１の細長い板および前記第２の細長い板の相互に連結された直線状のアレイが、コーブを照明するように配置されている、請求項２−１１のいずれかのモジュラーLEDシステムを具備したコーブ。
- 少なくとも前記第１の細長い板および前記第２の細長い板の相互に連結された直線状のアレイを搭載している表面を備えた、請求項２〜１１のいずれかに記載のモジュラーLEDシステムを具備した建造物。
- 前記表面が、建造物の外表面を含み、少なくとも前記第１の細長い板および前記第２の細長い板の相互に連結された直線状のアレイが、前記外表面に搭載されている、請求項１３に記載の建造物。
- 少なくとも前記第１の細長い板および前記第２の細長い板の相互に連結された直線状のアレイが、建造物の外周の少なくとも一部分の輪郭を描くように配置されている、請求項１４に記載の建造物。
- 少なくとも前記第１の細長い板および前記第２の細長い板の相互に連結された直線状のアレイが、商標、ブランド、サービスマークおよびロゴの少なくとも一つを、建造物の外表面に備えるように配置されている、請求項１４に記載の建造物。
- 少なくとも前記第１の細長い板および前記第２の細長い板の相互に連結された直線状のアレイが、図柄、単語、シンボル、数字およびキャラクターの少なくとも一つを、建造物の外表面に備えるように配置されている、請求項１４に記載の建造物。
- 請求項２〜１１のいずれかに記載のモジュラーLEDシステムを備えたインテリアスペースであって、少なくとも前記第１の細長い板および前記第２の細長い板の相互に連結された直線状のアレイが、前記インテリアスペースを照明するように配置されている、前記インテリアスペース。
- 少なくとも第１および第２の、直線状に形成された細長い板を有し、
前記第１の細長い板は、第１の複数のＬＥＤを備え、前記第２の細長い板は、第２の複数のＬＥＤを備えるモジュラー照明システムにおける、下記行為を含む方法：
（Ａ）少なくとも前記第１の細長い板および前記第２の細長い板を一緒に連結し、相互に連結された、細長い板の直線状のアレイを形成する、
（Ｂ）少なくとも前記第１および第２の複数のLEDを制御するために、少なくとも前記第１の細長い板と前記第２の細長い板とを個別にアドレスし、
（Ｃ）前記第１の細長い板と前記第２の細長い板とは、励起されたときに、実質的に同色と認識できる光の色も、実質的に異なった色と認識できる光の色も発生できるようにする。 - 請求項１９に記載された方法であって、前記第１の細長い板および前記第２の細長い板のうち少なくとも一つが曲線状の形をしており、行為（Ａ）が、少なくとも前記第１の細長い板および前記第２の細長い板を一緒に連結し、相互に連結された、細長い板の曲線状のアレイを形成することを含む、方法。
- 請求項１９または２０に記載された方法であって、前記第１の細長い板および前記第２の細長い板の少なくとも一つが活性化されたときに実質的に白色の光を発生させるものであり、更に、少なくとも前記第１の細長い板と前記第２の細長い板とを直線状に連結したものから実質的に白色の光を発生させる行為を含む方法。
- 請求項１９〜２１のいずれかに記載された方法であって、前記第１の細長い板および前記第２の細長い板のそれぞれが、直線状に形成されたプラットフォームを備えており、行為（Ａ）が、前記第１の細長い板および前記第２の細長い板それぞれの直線状に形成されたプラットフォームを連結し、相互に連結された直線状のアレイを形成することをさらに含む、方法。
- 請求項１９〜２２のいずれかに記載された方法であって、行為（Ａ）が、前記第１の細長い板と前記第２の細長い板を電気的および機械的に連結し、相互に連結された細長い板の直線状のアレイを形成することを含む、方法。
- 請求項１９〜２３のいずれかに記載された方法であって、更に少なくとも前記第１の細長い板および前記第２の細長い板の相互に連結された直線状のアレイをコーブを照明するように配置することを含む方法。
- 請求項１９〜２４のいずれかに記載された方法であって、下記行為をさらに含む、方法：
（Ｄ）建造物の表面に、少なくとも前記第１の細長い板および前記第２の細長い板の相互に連結された直線状のアレイを搭載せしめる行為。 - 請求項２５に記載された方法であって、行為（Ｄ）が、少なくとも前記第１の細長い板および前記第２の細長い板の相互に連結された直線状のアレイを建造物の外表面に配置し、建造物の外周の少なくとも一部分の輪郭を描くようにする行為を含む、方法。
- 請求項２５に記載された方法であって、行為（Ｄ）が、少なくとも前記第１の細長い板および前記第２の細長い板の相互に連結された直線状のアレイを建造物の外表面に配置し、商標、ブランド、サービスマークおよびロゴの少なくとも一つを、建造物の外表面に形成せしめる行為を含む、方法。
- 請求項２５に記載された方法であって、行為（Ｄ）が、少なくとも前記第１の細長い板および前記第２の細長い板の相互に連結された直線状のアレイを建造物の外表面に配置し、図柄、単語、シンボル、数字およびキャラクターの少なくとも一つを、建造物の外表面に形成せしめる行為を含む、方法。
- 請求項１９〜２５のいずれかに記載された方法であって、少なくとも前記第１の細長い板および前記第２の細長い板の相互に連結された直線状のアレイを、インテリアスペースを照明するように配置する行為をさらに含む、方法。
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