JP2009544017A

JP2009544017A - 光の輝度及びピーク波長を決定する方法及び装置

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Publication number: JP2009544017A
Application number: JP2009519756A
Authority: JP
Inventors: シェーンピーロビンソン; マークサルズバリー; イアンアッシュダウン
Original assignee: ティーアイアールテクノロジーエルピー
Priority date: 2006-07-18
Filing date: 2006-11-17
Publication date: 2009-12-10
Also published as: US7894050B2; EP2044403A1; WO2008009093A1; KR20090040343A; US20090303467A1

Abstract

本発明は、光の輝度及びピーク波長を決定する方法及び装置を提供する。該装置は、上記光を感知するための１以上の対の感知ユニットを有し、１つの対における第１感知ユニットは第１の所定の波長範囲内の光の第１輝度を第１の所定のスペクトル応答度で感知するように構成され、１つの対における第２感知ユニットは第１の所定の波長範囲内の光の第２輝度を第２の所定のスペクトル応答度で感知するように構成される。該装置は、更に、上記１以上の対の感知ユニットに動作的に接続された処理システムを有し、該処理システムは、光の１以上の所定の波長範囲の各々に関する輝度及びピーク波長を、上記第１輝度及び第２輝度の各々の間の１以上の所定の関数的関係に従って決定するように構成される。

Description

本発明は、光感知システムに係り、更に特定的には光の輝度及びピーク波長を決定する方法及び装置に関する。

従来技術において、人工光源から放出される光が、例えば該光源の動作温度及び経時変化（aging）等の複数の要因に依存して特性的に変化し得ることが良く知られている。技術が改善し、発光ダイオード（ＬＥＤ）が益々多くの種々のタイプの空間照明用途で使用されつつあるが、現在の高出力ＬＥＤは、特に、動作温度で誘起される色ずれ（color shift）を生じ易い。種々の異なる有色光を放出する高出力ＬＥＤを実施化するために今日使用される種々の物質系の中で、赤色ＬＥＤを実施化するために使用されるものは、典型的に温度の変化に対して最も敏感である。従って、多くの多色ＬＥＤ型照明機器は、安定した光放射を合理的に維持することができるように、一種の光フィードバック（optical feedback）を備える制御系を必要とする。特に、光の輝度及びピーク波長の両方を測定することが有利である。

例えば動作条件下の照明機器における特定のＬＥＤ又は特定のタイプのＬＥＤにより放出される光の検出のための方法及び装置は、従来技術において広く知られており、容易に利用可能である。加えて、これら装置の動作原理は多数の出版物に記載されている。しかしながら、これら解決策の多くは、種々のタイプの欠点（多くは費用非効率性）を被る。

例えば、米国特許第4,904,088号は、単色光源の放射波長及び波長補正された放射パワーを決定する方法及び装置を記載している。該特許は、単色光源の波長及び波長補正されたパワーを決定するための光電子測定方法を提供している。異なるスペクトル全応答度の光検出器が、変換装置を介して、測定されるべき光源の放射の流れにより作用される。次いで、信号が発生され、測定値を収集及び処理するユニットを介して計算ユニットに伝達される。上記信号から、波長固有の量が上記計算ユニットにおいて導出され、該量が1校正後にメモリユニットに存在する波長固有のデータと比較される。このようにして、測定されるべき光源の実際の波長を決定し、指示ユニットにより指示し又はデータインターフェースを介して供給することができる。実際の波長が分かった場合、上記メモリユニットにおいて波長固有の補正係数を調べることができ、上記計算ユニットにおいて波長を補正されたパワーを計算することができる。この放射波長及び波長補正された放射パワーを決定する装置は、単色光源用に構成されており、複雑であり得ると共に、汎用の照明用途には潜在的に価格が高すぎる。

米国特許第4,309,604号は、光電半導体デバイスから導出される出力信号に応答し得るような固体波長検出システムを記載している。該光電半導体デバイスは、半導体基板の表面から異なる深さに形成された少なくとも２つのＰＮ接合を有する。より深いＰＮ接合は、入射する光の一層長い波長成分に関係した出力信号を発生する。より浅いＰＮ接合は、入射光の一層短い波長成分に関係した出力信号を発生する。これら２つの出力信号は、対数的に圧縮され、相互に比較される。該対数的に圧縮された出力信号の差は入射光の波長情報を表す。しかしながら、該光電半導体デバイスは、複数のＰＮ接合故に製造するのが複雑且つ高価であり、従って通常の用途には費用が掛かりすぎる。

米国特許出願公開第2004/0022282号は、公称放射波長を持つレーザダイオード等の光源により放出される主放射ビームをモニタする装置を記載している。該装置は、第１及び第２光検出器並びに波長選択性エレメントを含んでいる。ビームスプリッタが設けられ、該ビームスプリッタは当該レーザ源の主放射ビームから二次ビームを分離すると共に該二次ビームを関連する波長選択性エレメントを介して第１光検出器に向けて導く。上記波長選択性エレメントは波長選択的な透過率／反射率特性を有し、これにより上記二次ビームは一部が上記第１光検出器に向けて伝搬される一方、一部が該波長選択性エレメントから上記第２光検出器に向かって反射される。これら光検出器からの出力信号は、挙動が波長の関数であると共に互いに相補的であるような強度を有する。更に、上記光検出器の出力信号が供給される加算器モジュール及び減算器モジュールを含むような信号処理回路が設けられている。これらモジュールは、当該光源により発生される光放射の強度を示す波長非依存性和信号、及び上記光源により発生される放射の実際の波長と該光源の公称放射波長との間の差を示す波長依存性差分信号を発生する。しかしながら、この装置は複雑であると共に価格的に高すぎ、照明装置に容易に組み込むことはできないであろう。

従って、光の輝度及びピーク波長を決定するための新規且つ費用効果的な方法及び装置に対する需要が存在する。

この背景情報は、出願人が本発明に関連する可能性があると信じる情報を開示するために提供されたものである。これは、上述した情報の何れかが本発明に対する先行技術を形成するということを、自ら認めたことを必ずしも意図するものではなく、そう見なされるべきでもない。

本発明の目的は、光の輝度及びピーク波長を決定する方法及び装置を提供することである。

本発明の一態様によれば、光の１以上の所定の波長範囲における輝度及びピーク波長を決定する装置が提供される。該装置は、上記光を感知する１以上の対の感知ユニットであって、或る対の第１感知ユニットは第１の所定の波長範囲における上記光の第１輝度を第１の所定のスペクトル応答度で感知するように構成され、或る対の第２感知ユニットは上記第１の所定の波長範囲における上記光の第２輝度を第２の所定のスペクトル応答度で感知するように構成されているような感知ユニットと、前記１以上の対の感知ユニットに動作的に接続された処理システムであって、前記光の前記１以上の所定の波長範囲の各々に対して前記輝度及びピーク波長を前記第１輝度及び第２輝度の各々の間の１以上の所定の関数的関係に従って決定するように構成されているような処理システムとを有する。

本発明の他の様によれば、所定の波長範囲における光の輝度及びピーク波長を決定する方法が提供される。該方法は、前記所定の波長範囲における上記光の第１輝度を第１の所定のスペクトル応答度で感知するステップと、前記所定の波長範囲における上記光の第２輝度を第２の所定のスペクトル応答度で感知するステップと、前記所定の波長範囲における前記輝度及びピーク波長を前記第１輝度と前記第２輝度との間の所定の関数的関係を用いて決定するステップとを有する。

本発明の他の態様によれば、光の所定の波長範囲内の輝度及びピーク波長を決定する装置が提供される。該装置は、上記光を感知する第１感知ユニットであって、前記所定の波長範囲における上記光の第１輝度を第１の所定のスペクトル応答度で感知するように構成された第１感知ユニットと、該第１感知ユニットに動作的に接続された処理システムとを有する。該処理システムは、前記第１感知ユニットの第１の所定のスペクトル応答度を解析的に尖鋭化させ、これにより上記光の第２輝度を発生させるように構成される。該処理ユニットは、更に、前記光の所定の波長範囲に対して前記輝度及びピーク波長を、前記第１輝度と第２輝度との間の１以上の所定の関数的関係に従って決定するように構成される。

［定義］
「発光素子」（ＬＥＥ）なる用語は、例えば両端間に電位差を印加し又は電流を通過させることにより活性化された場合に、例えば可視領域、赤外及び／又は紫外領域等の電磁スペクトルの何らかの領域又は領域の組み合わせにおいて放射を発する如何なるデバイスをも定義するために使用される。従って、発光素子は単色の、準単色の、多色の又は広帯域スペクトル放出特性を有することができる。発光素子の例は、当業者により容易に理解されるように、半導体、有機若しくはポリマ／高分子発光ダイオード、光学的にポンピングされた蛍光被覆発光ダイオード、光学的にポンピングされたナノ結晶発光ダイオード又は他の同様なデバイスを含む。更に、発光素子なる用語は、例えばＬＥＤダイ等の放射を発する特定のデバイスを定義するために使用されると共に、放射を発する特定のデバイスと該特定のデバイス又は複数のデバイスが配置されるハウジング又はパッケージとの組み合わせを定義するためにも等しく使用することができる。

「輝度（intensity）」なる用語は、国際照明委員会（ＣＩＥ）の標準に従い、光源を離れ、所与の方向を含む立体角のエレメント内に伝搬された放射束又は光束の、該立体角のエレメントによる商を定義するために使用される。

「色度」なる用語は、国際照明委員会（ＣＩＥ）の標準に従い、光の知覚される色の印象を定義するために使用される。

「色域（gamut）」なる用語は、照明器具が達成することが可能な複数の色度値を定義するために使用される。

「スペクトル放射束」なる用語は、波長λにおける単位波長当たりの放射パワーを定義するために使用される。

「スペクトルパワー分布」なる用語は、国際照明委員会（ＣＩＥ）の標準に従い、所定の波長範囲にわたるスペクトル放射束の分布を定義するために使用される。

「ピーク波長」なる用語は、国際照明委員会（ＣＩＥ）の標準に従い、所与のスペクトルパワー分布の最大値における波長を定義するために使用される。

「スペクトル応答度」なる用語は、波長λにおける単位波長当たりのセンサの応答度を定義するために使用される。

「スペクトル分解能」なる用語は、当該センサにより区別可能な光スペクトルにおける２つの異なる波長の間の最も小さい分離を定義するために使用される。これは、分離Δλにより定量化され、ここで、λは測定波長である。

本明細書で使用される場合、「約」なる用語は公称値からの+/-１０％の変動を指す。このような変動は、特に言及するか否かに拘わらず、本明細書で示される如何なる所与の値にも常に含まれると理解されるべきである。

特に言及しない限り、本明細書で使用される全ての技術及び化学用語は、本発明が属する技術分野における当業者により普通に理解されるのと同じ意味を有する。

本発明は、光の輝度及びピーク波長を決定する方法及び装置を提供するものである。本発明は、多数の異なる用途で使用することができる。例えば、本発明は多色ＬＥＥ型照明器具からの光放出を監視及び安定化させるフィードバック制御系に埋め込むことができ、又は他の形式の光源により放出される光を調べる単独型分光応用例で使用することができる。

上記光の輝度及びピーク波長を決定する装置は、処理システム及び１以上の対の感知ユニットを有する。１つの対の各感知ユニットは、例えば赤波長部分、緑波長部分、又は青波長部分等の所定の波長範囲内で異なる応答度を提供する。斯かる対の各感知ユニットは上記所定の波長範囲内で光を感知し、該対の各感知ユニットは、該特定の感知ユニットの応答度に基づいて、感知された光の上記所定の波長範囲内の輝度を示す信号を発生する。

前記処理システムは、上記１以上の対の感知ユニットに接続され、これら感知ユニットを制御すると共に斯かる感知ユニットからのデータを収集することができる。該処理システムは、１つの対における各感知ユニットのスペクトル応答度の間の、１対の感知ユニットにおける感知ユニット毎に収集された輝度を相関付けるような特定の関数的関係を使用して、上記所定の波長範囲内の放出光のピーク波長及び全輝度を決定する。本発明の一実施例において、１つの対における各感知ユニットのスペクトル応答度は、これらユニットの出力の間の関係が上記所定の波長範囲内で光を発生する当該１以上の発光素子のピーク波長を識別するための所望のレベルの分解能を提供するように選択され、これにより、所望の色の光を維持又は得るための制御系又はコントローラへの光フィードバックを可能にする。

一実施例において、本発明による装置は、前記所定の波長範囲内で光を発生する前記１以上の発光素子の放出波長のずれを評価するための手段を提供することができる。

図１は、動作条件Ｔ_１５０１及びＴ_２５０２下での、３つの異なるカラーＬＥＥを備える多色ＬＥＥ型照明器具のスペクトルの例を示している。図１に示されるように、狭帯域多色成分を持つ光の一般的性質を識別することができる。

図１を更に参照すると、動作温度の変化に伴う、３色ＬＥＥ型照明器具から放出される光の変動も識別することができる。解説の目的で、このＬＥＥ型照明器具の動作温度条件は、３つの全てのカラーＬＥＥに対して等しいように単純化されている。これら動作温度はＴ_１５０１及びＴ_２５０２により示され、Ｔ_１５０１はＴ_２５０２より高い。ＬＥＥを製造するために使用される材料の特性に根ざす種々の理由により、１つのＬＥＥにより放出される光のスペクトル組成は、一般的に、動作温度の上昇に伴い赤へのずれ及びスペクトルの広がりを示す。ピーク波長が一層大きな波長、又は一層低いエネルギへずれる量は、一般的に、異なる色のＬＥＥを製造するために使用される材料のタイプの特性に起因して、緑及び青のＬＥＥに対するよりも赤のＬＥＥに対して一層大きくなる。他の材料系に基づく他のＬＥＥは異なる特性を呈し得ることに注意されたい。

［感知ユニット］
感知された光のスペクトルにおける特定の数のピークを分解することができるように、本発明による装置は、分解されるべきピークの各々に対して１以上の対の感知ユニットを必要とする。本発明の一実施例において、装置当たりの感知ユニットの対の数は、例えば当該装置がＬＥＥ型照明器具のフィードバック制御のために個々のＬＥＥをモニタするために使用されるなら、より大きくすることができる。１つの対における各感知ユニットは、所定の波長範囲内において光に対するスペクトル応答度が異なることが特徴である。一実施例において、上記所定の波長範囲外では、１つの対における各感知ユニットのスペクトル応答度は実質的に零であっても良い。

各感知ユニットは、選択された所定の波長範囲内において特定の感知ユニットがスペクトル的に応答するならば、多数の異なる態様で構成することができる。本発明の一実施例において、感知ユニットは広帯域光センサとフィルタとの組み合わせとして構成することができ、該フィルタの構成が前記所定の波長範囲を定め得る。このように、フィルタは上記所定の波長範囲外の波長を持つ光を実質的に阻止することができる。

他の実施例において、感知ユニットは上記所定の波長範囲内にスペクトル応答性を持つ狭帯域光センサとして構成することができる。更に他の実施例では、感知ユニットは可変のスペクトル応答度を持つ狭帯域光センサとして構成することができ、その場合、感知ユニットは異なる所定の波長範囲内の放出光を示す情報を収集すべく同調させることができる。

本発明の一実施例において、１対の感知ユニットは、該対の感知ユニットが主に応答的である所定の波長範囲内において、これら感知ユニットのスペクトル応答度が相補的である又は波長がずらされる等となるように構成される。

本発明の一実施例において、１つの対における各感知ユニットの相対スペクトル応答度は略同様のものであるが、これらスペクトル応答度は互いに波長がずらされる。１対の感知ユニットのスペクトル応答度の間の相対的な波長のずれは、前記所定の波長範囲の一部となる又は該所定の波長範囲に等しくなるように構成することができる。例えば、本発明の一実施例において、第１感知ユニットは第１のスペクトル応答度を有し、当該対の第２の感知ユニットは上記第１感知ユニットのものより所定量上又は下に波長がずらされたスペクトル応答度を有する。例えば、上記所定量は１と４０ｎｍとの間、５と３０ｎｍとの間又は１０と２０ｎｍとの間等とすることができる。１対の感知ユニットにおける感知ユニットのスペクトル応答度の相対的な波長のずれの選択は、所定の波長範囲内での放出光のピーク波長の評価を所望のレベルの精度で決定することができるように選択することができる。

本発明の一実施例において、６個の光フィルタのスペクトル透過率の例を示す図２を考察すると、これらは６個の感知ユニットを構成するために広帯域センサとの組み合わせで使用することができ、これらは３対の感知ユニットを形成する。斯かる３対の感知ユニットの各々は、対応する所定の波長範囲に対して応答的となるように構成され、この例において、これら所定の波長範囲は赤色波長範囲、青色波長範囲及び緑色波長範囲である。本発明の該実施例において、１つの対における各感知ユニットのスペクトル応答度は実質的に同一であり、その場合において、１つの対における第１感知ユニットと該対における第２感知ユニットとの間に相対スペクトル応答度の２０ｎｍの波長ずれが設けられている。この実施例において、前記所定の波長範囲が赤色波長領域である場合を特に考察すると、当該対の感知ユニットは、広帯域光センサと２１０により示される透過率を有する光フィルタとにより形成される第１感知ユニットと、広帯域光センサと２１２により示される透過率を有する光フィルタとから形成される第２感知ユニットとを有する。

本発明の他の実施例において、１対の感知ユニットを図３に示すようなスペクトル応答度を有するように構成することができる。この構成において、第１感知ユニットは第１の部分において略一定なスペクトル応答度２１４を有し、定められた波長領域にわたり実質的に零まで斜めに下降する。第２の感知ユニットは、第１の部分において実質的に零であり、定められた波長領域にわたり実質的に一定のレベルまで斜めに上昇するようなスペクトル応答度２１６を有する。この定められた波長領域は、前記所定の波長範囲の一部又は全部とすることができる。一実施例において、上記の定められた波長領域は感知されるべき光の期待されるスペクトル放射パワー分布２１８である。この１対の感知ユニットの構成において、個々の感知ユニットのスペクトル応答度は実質的に相補的である。

本発明の他の実施例において、１対の感知ユニットは図４に示すようなスペクトル応答度を有するように構成することができる。この構成において、第１感知ユニットは、第１の部分において略一定であり、定められた波長領域にわたり実質的に零まで斜めに下降するようなスペクトル応答度２２０を有する。第２感知ユニットは、第１感知ユニットのものと実質的に同様であるが、スペクトル応答度の斜めの下降が一層大きな波長で発生するようなスペクトル応答度２２２を有する。この定められた波長領域は、前記所定の波長範囲の一部又は全部とすることができる。一実施例において、上記の定められた波長領域は、感知されるべき光の期待されるスペクトル放射パワー分布２２４である。この１対の感知ユニットの構成において、個々の感知ユニットのスペクトル応答度は実質的に波長が互いにずらされている。

本発明の他の実施例において、１対の感知ユニットは図５に示すようなスペクトル応答度を有するように構成することができる。この構成において、第１感知ユニット及び第２感知ユニットは、かなり狭いスペクトル応答度２２６及び２２８を各々有し、これら応答度は互いに波長がずらされている。一実施例において、上記波長のずれは、感知されるべき光の期待されるスペクトル放射パワー分布２３０を跨ぐように選択することができる。

本発明の他の実施例において、１対の感知ユニットは図６に示すようなスペクトル応答度を有するように構成することができる。この構成において、第１感知ユニットは広帯域光センサと、特定の材料から製造されると共に第１の厚さを持つ第１フィルタとから形成される。第２感知ユニットは広帯域光センサと、同一の特定の材料から製造されると共に第２の厚さを持つ第２フィルタとから形成され、ここで第２の厚さは第１の厚さより大きい。この１対の感知ユニットの構成において、第２感知ユニットは第１感知ユニットのものと比較して狭いスペクトル応答度を有し、従って、この１対の感知ユニットの相対的構成は、これらの間のクロストークの減少をもたらすことができる。例えば、図６は、第１の厚さを持つ赤色フィルタ２５２及び該第１の厚さの約４倍となる第２の厚さを持つ赤色フィルタ２５７のスペクトル応答度を示している。また、図６には、緑色フィルタ２５１及び約４倍厚い緑色フィルタ２５６、並びに青色フィルタ２５０及び約４倍厚い青色フィルタ２５５のスペクトル応答度も示されている。

当業者により知られているように、バルク光フィルタのスペクトル透過率は、ベールの法則により下記のように定義することができ：

ここで、Ｉ(x)は当該フィルタの表面から距離ｘにおける光の輝度であり、Ｉ(0)は入射光の輝度であり、a(λ)は典型的には実験的に決定される波長依存性減衰定数である。

本発明の他の実施例において、入射光の角度による多層干渉フィルタの波長ずれを、1対の感知ユニットを実施化するために有利に利用することができる。例えば、第１感知ユニットは光センサとフィルタとを有することができる一方、第２感知ユニットは同じ光フィルタとフィルタとから形成することができ、該第２感知ユニットのフィルタは第１感知ユニットのフィルタに対して傾斜される。このようにして、第２感知ユニットのスペクトル応答度は、第１感知ユニットのスペクトル応答度に対して波長をずらすことができる。

本発明の一実施例において、１対の感知ユニットより多い感知ユニットが、所定の波長範囲内での光源の放射を評価するために使用される。例えば、所定の波長範囲内での光源の放射を評価するために３つの感知ユニット、４つの感知ユニット又はそれ以上の感知ユニットを使用することができる。上記所定の波長範囲に対する上記感知ユニットのスペクトル応答度の相互の選択は、該所定の波長範囲内で当該光源により放出される光のピーク波長及び輝度の評価の所望の分解能に基づいて決定することができる。所定の波長範囲内での光源の放射を評価するために３つ又はそれ以上の感知ユニットを使用することは、斯かる評価の精度を改善し得る。

所定の波長範囲内での光源の放射を評価するために１対より多い感知ユニットが使用されるような実施例では、１以上の追加の感知ユニットは、１対の感知ユニットの一方又は両方により収集された情報が所望のレベルの精度を有するかを検証するために確認感知ユニットとして使用することができる。

本発明の一実施例において、フィードバック制御されたＬＥＥ型照明器具における実施化のために、１対の感知ユニットのスペクトル応答度は、１以上の発光素子のピーク波長の変動が予測される波長範囲内で高度の変動を示す。

例えば、各感知ユニットは、動作条件下で光に曝されると、該光のスペクトルパワー分布及び該感知ユニットのスペクトル応答度の畳み込みを示すような信号を供給する。感知ユニットからの測定信号は、

に比例し得、ここで、σは波長λ当たりの感知ユニットの応答度であり、Φは波長当たりの感知された光のスペクトルパワー（即ち、スペクトルパワー分布）であり、τはσに含まれ得る波長のずれである。

本発明の一実施例において、制御目的のため、感知ユニットは、感知された光のスペクトルパワー分布Φの変化を高信頼度で検出すべくｓ(τ)が強く線形に変化することを特徴とする。例えば、ＬＥＥにおける動作温度の変化はΦをずらすと共に広げ得る。ＬＥＥ光のスペクトルパワー分布Φは、或るピーク波長λ_０及び半値全幅（ＦＷＨＭ）波長を持つガウス分布により近似することができる。この場合、ずれはλ_０及びＦＷＨＭの変化に反映される。当該感知ユニットが広帯域光センサと適切なフィルタ特性を持つ光フィルタとの組み合わせを用いて構成されるような一実施例では、該感知ユニットの応答の変化を感知光のスペクトルパワー分布Φの変化の関数として最大化することは、所定のフィルタ特性を持つフィルタを用い、これらフィルタ特性をτを変化させることにより上述したようにずらすという事であり得る。

本発明の他の実施例において、感知ユニットは狭帯域光センサを用いて構成される。この構成では、所望のスペクトル応答度を達成するために追加の光フィルタは必要とされない。斯様な光センサは、感知される光のスペクトルパワー分布の変化を高信頼度で示すことができるように、主に自身により適切なスペクトル応答度を提供するよう構成することができる。

図７及び図８は、本発明の一実施例による２つの異なる感知ユニットから得られた感知光の信号強度対ピーク波長の図例である。一連のデータは、異なる動作温度条件における赤色ＬＥＤを用いて得られたものである。信号強度は主にピーク波長のずれにより変化するが、感知された光のスペクトルパワー分布のＦＷＨＭ又はピーク振幅の変動によっても発生し得る。この実施例において、１つの対における各感知ユニットは広帯域センサと図２に示すようなフィルタ特性の２つの赤色フィルタのうちの一方とを有する。図２から理解されるように、２つの感知ユニットはずらされたフィルタ特性で主に相違するが、これらフィルタ特性の全体形状は略同様である。

図７は光フィルタ特性２１０を持つ感知ユニットの信号強度変化を示す一方、図８に示されたものは光フィルタ特性２１２を用いている。図７において、信号強度とピーク波長との間の関数的関係は線形最小二乗近似と極めて良く相関しており、これは、これら２つを両者が図示されている目盛において殆ど区別不可能にしている。図８に示された構成に対する相関は極僅かに少なくなっている。当該感知ユニットの信号出力の上記線形近似から容易に理解されるように、図８に示された第１光フィルタによれば、図７に示されたものに対するｎｍ当たり約５％の信号変化に対し、ピーク波長のずれの実効的にｎｍ当たり約１０％の信号変化をもたらす。

本発明の一実施例において、特定のタイプのＬＥＥは、動作温度の変動によりピーク振幅の変化を示すが、これは上記目的に対しては無視することができる。所望の輝度調整によるピーク振幅変化は、勿論、無視することができないことに注意されたい。

本発明の一実施例において、光センサはフォトダイオードと電流増幅器とを有する光／電流変換器とすることができ、該光センサの斯かる素子は例えば単一のチップ上に構成することができる。しかしながら、光センサは、限定されるものではないがフォトトランジスタ、光起電力セル、光電管、光増倍管又は他の形式の光／電圧変換器若しくは光／周波数変換器を含む、当業者により知られた他の同様の光検出デバイスを有することもできる。光センサは、該光センサが応答する光の量を向上させるためにレンズエレメントを含むことができる。

本発明の一実施例において、フィルタは薄膜干渉フィルタ又は透過染色カラーフィルタである。更に、共振異常を有するフォトニック結晶を使用したフィルタ又は導波モード共振フィルタも使用することができる。他の実施例では、フィルタは、同調可能な液晶リオ（Lyot）帯域通過フィルタ、かなり広い帯域通過スペクトル透過率を持つ液晶材料の単一層、プラズモンフィルタ、ブラッグフィルタ又は当業者により容易に考えられるような他のタイプの光フィルタとして構成することができる。

［処理システム］
処理システムは、上記感知ユニットからの信号を処理すべく如何なる適切なアナログ又はデジタル形態でも実施化することができる。例えば、該処理システムは、所要のレベルのデータ操作及び光源からの光放出に関する収集情報の分析を実行することが可能な、コンピュータ、計算システム、マイクロプロセッサ又は当業者により容易に理解される他の形態の計算デバイスとして構成することができる。該処理システムは、ここでは集合的に"メモリ"と称する１以上の記憶媒体を含む。このメモリは、ＲＡＭ、ＰＲＯＭ、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、フロッピーディスク、コンパクトディスク、光ディスク又は磁気テープ等の揮発性及び不揮発性コンピュータメモリとすることができ、該メモリには当該処理システムにより実行されるべき動作を定める制御プログラム（ソフトウェア、マイクロコード又はファームウエア等）が後のアクセス及び実行のために記憶される。

１対の感知ユニットからの出力信号を適切に組み合わせ及び操作することにより、当該処理システムは前記所定の波長範囲内での感知光の輝度及びピーク波長又は波長ずれを決定することができる。該処理システムは、本発明の特定の等級の実施例に関して下記に詳細に説明するように、信号強度の分割を利用することができる。

例えば、感知ユニットの応答度が感知光のピーク振幅及び全輝度からは実際的に独立しており、更に該感知光のＦＷＨＭが実際的に一定のままであるならば、２つの信号の比は、該感知光の波長ずれの直接的指示となる。例えば、本発明の一実施例において、上述したような畳み込み積分の比を波長ずれにおける一次の級数関数に展開することにより、１以上の関数関係を決定することができる。次いで、ピーク振幅又はピーク振幅の変化を、波長ずれ分析から得られたデータに基づいて決定することができる。

本発明の一実施例において、１対の感知ユニットは、所定の波長範囲内での斯かる感知ユニットの各スペクトル応答度が例えば図２に示されたように波長をずらされるように構成することができる。輝度又はピーク波長の変化が生じると、両感知ユニットの出力は変化するであろう。例えば、当該対における第１感知ユニットの出力が略平坦であり、対における第２感知ユニットの出力が相当に"鋭い"（例えば、ピーク状である）場合、第１感知ユニット及び第２感知ユニットの出力の間の差は、波長の変化のせいであり得、これにより、当該対の感知ユニットの各々からの出力信号の間の１以上の関数的関係の決定を可能にすると共に、放出光の輝度及びピーク波長を決定することができる。

本発明の一実施例において、１対の感知ユニットは、これら感知ユニットの各スペクトル応答度が図３に示されるようなものとなるように構成される。この構成において、所定波長範囲内での感知光の輝度がピーク波長の変化又はスペクトルの広がりなしで増加する場合、該対の感知ユニットの間の出力信号の比は実質的に変化されないままとなり、これにより、当該光の輝度が直接的に測定されることが可能となる。しかしながら、ピーク波長がずれ、又は放出光のスペクトルの広がりが存在する場合、上記出力信号の比は、典型的には、変化する。当該対の各感知ユニットからの出力信号の間の１以上の所定の相関又は関数的関係に基づいて、所定の波長範囲内での光の輝度及びピーク波長を評価することができる。

本発明の一実施例において、１対の感知ユニットは、これら感知ユニットの各スペクトル応答度が図４に示されるようなものとなるように構成される。この構成において、２２２により示されるように実質的に放出光のスペクトルパワー分布にわたって略平坦な部分を有する感知ユニットの出力は、該放出光の輝度測定値を供給することができる。更に、２２０により示されるように実質的に放出光のスペクトルパワー分布にわたって傾斜したスペクトル応答度を有する感知ユニットの出力は、上記略平坦な感知ユニットの出力によりスケーリングされた場合、ピーク波長のずれ及びスペクトルの広がりを評価する手段を提供する。従って、これは、１対以上の感知ユニットの出力信号の間の相関を定める１以上の関数的関係を発生させると共に、放出光の輝度及びピーク波長を提供する。

本発明の一実施例において、１対の感知ユニットは、これら感知ユニットの各スペクトル応答度が図５に示されるようなものとなるように構成される。本発明の該実施例において、１対の感知ユニットからの出力信号の間の１以上の関数的関係並びに放出光の輝度及びピーク波長は、当該光源の推定されたスペクトルパワー分布に部分的に基づいたものとなり得る。例えば、ＬＥＤのスペクトルパワー分布は、ガウス分布又は異なる中心波長を持つ２つのガウス関数の線形結合により近似することができる。

本発明の一実施例において、１対の感知ユニットにおける各感知ユニットの出力信号の分析は、１以上の分析アルゴリズム又は１以上の数値アルゴリズム又は両者の１以上を用いて実行することができ、これらは、放出光の輝度及びピーク波長を評価するために前記処理システムにより実行される一連の計算を定める。これらの１以上のアルゴリズムは、上記処理システムによる後の使用のためにメモリに記憶することができる。

本発明の一実施例において、上記処理システムはニューラルネットワークを有する。この実施例において、ニューラルネットワークは如何なる連続的に微分可能な有界関数をも表すことが可能な汎用近似器として使用することができる。更に、例えばHaykin, S., Neural Networks: A Comprehensive Foundation, Second Edition, Prentice Hall, 1999及び米国特許出願第10/897,990号に記載されたニューラルネットワークは、最小限の計算資源で非線形多変量関数を表すことができる。該ニューラルネットワークは、当業者により容易に理解されるように、放射基底関数（ＲＢＦ）、一般化された放射基底関数（ＧＲＢＦ）又は他の形態のニューラルネットワークとすることができる。該ニューラルネットワークは、多次元関数を表し、放出光の輝度及びピーク波長に関係する出力信号を供給することができる。評価関数のための分析的表現を有することは、必要でないか又は望ましくなくさえあり得る。何故なら、ニューラルネットワークは、入力データ例及び既知又は望ましい出力データに基づいて関数を学習するように訓練することができるからである。従って、ネットワークは、所定の群の入力、例えば1対の感知ユニットからの信号出力を、決定されるべき輝度及びピーク波長を表す所望の応答と一緒に使用して"工場フロア"で訓練することができる。

本発明の一実施例において、上記ニューラルネットワークは、入力レイヤ、１つの隠れレイヤ及び出力レイヤを備えるフィードフォワードアーキテクチャであるような放射基底関数（ＲＢＦ）ネットワークである。上記入力レイヤは、入力ベクトルｘのｎ個の成分に対応してｎ個のニューロンを有する。上記隠れレイヤはｈ個のニューロン及び1個のバイアスニューロンを有し、各入力ニューロンはｈ個の隠れレイヤニューロンに完全に接続される。各隠れレイヤニューロン（バイアスニューロンを含む）はｍ個の出力ニューロンに接続される。各出力レイヤニューロンは、前記入力ベクトルに対するｍ個の可能な出力のうちの１つを表す。動作時において、任意の入力ベクトルｘがＲＢＦに提供される。各隠れレイヤニューロンは自身の出力を有し、その結果は出力レイヤに供給される。各出力レイヤニューロンは、隠れレイヤニューロン出力の加重和を実行する。これにより、入力ベクトルｘは出力ベクトルｚにマッピングされる。隠れニューロンの数は、近似されるべき多次元関数の複雑さに依存して変化し得る。上記説明に関し、ニューロンは生物学的ニューロンの簡略化された計算モデルであり、該モデルは非線形な、典型的には1以下の利得を持つ増幅器と考えることができる。

当業者により知れているように、放射基底関数ニューラルネットワークの訓練は、隠れレイヤニューロン活性化関数の中心及び幅を決定するステップと、出力レイヤニューロンに必要とされる重みを決定するステップとを有する。Lowe, D., Adaptive Radial Basis Function Nonlinearities and the Problem of Generalization, First IEEE International Conference on Artificial Networks, 1989により規定されているような入力ベクトルの訓練集合からランダムに隠れニューロン中心を選択することから、Leonardis, A., and Bishchof, A., An Efficient MDL-Based Construction of RBF Networks, Neural Networks, 1998により規定されているような正則化理論の適用までにわたる多数の訓練方法が存在する。

本発明の一実施例において、前記感知ユニットのスペクトル応答度は分析的に鋭くされる。この実施例において、異なるスペクトル応答度を持つｍ対の感知ユニットの測定集合、即ち測定されるスペクトル応答度Ｓ_Ｍ、が与えられた場合、各スペクトル応答度は、異なる応答度を持つｍ対の感知ユニットの仮想の又は尖鋭化された集合、即ち仮想スペクトル応答度Ｓ_Ｖ、の線形結合であると考えることができる。これらの仮想スペクトル応答度は、各スペクトル応答度の帯域幅が該仮想スペクトル応答度に対応する実際の又は測定されたスペクトル応答度よりも一般的に狭くなるように、選択することができる。Drew, M. S., and G. D. Finlayson. 2000. "Spectral Sharpening with Positivity," Journal of the Optical Society of America A, 17(8):1361-1370から取り出された図９は、スペクトル尖鋭化の一例を示し（ここで、ｍ＝３である）、測定されたスペクトル応答度Ｓ_Ｍ３０５、３０６及び３０７並びに分析的に尖鋭化された対応する仮想スペクトル応答度Ｓ_Ｖ３１０、３１１及び３１２を示している。

例えば、Drew, M. S., and G. D. Finlayson. 1994. "Device-Independent Color via Spectral Sharpening," Proc. Second Color Imaging Conference: Color, Science, Systems and Applications, IS&T/SID, pp. 121-126により規定されているように、尖鋭化されたスペクトル応答度はｍｘｍ変換マトリクスにより発生され、ここで、仮想の又は尖鋭化されたスペクトル応答度は、

のように定義することができ、この場合において、例えば、

であり、ｘ(λ)及びｘ^＃(λ)は、各々、波長λに対する測定されたスペクトル応答度及び仮想の又は尖鋭化されたスペクトル応答度である。

当業者により知られているように、尖鋭化変換Ｔ^Ｘの値は仮想スペクトル応答度の選択に依存する。本発明の一実施例において、尖鋭化変換の値は、感知ユニットの測定された及び仮想の又は尖鋭化されたスペクトル応答度がカラーＬＥＥ等の狭帯域幅光源により照明された場合に異なる出力を生じるように、決定することができる。例えば、感知ユニットの測定されたスペクトル応答度と仮想の又は尖鋭化されたスペクトル応答度との間の差は、カラーＬＥＥの輝度及びピーク波長の変化を最小の信号対雑音比で同時に決定することができるという意味で最大化することができる。

本発明の一実施例において、1対の感知ユニットは、第１感知ユニットが第１の所定の波長範囲内で光源により放出される光に関する情報を収集する一方、対における第２感知ユニットが上記第１の所定の波長範囲と重なる第２の所定の波長範囲内で上記光源により放出される光に関する情報を収集するように構成される。この場合、上記第１感知ユニット及び第２感知ユニットのスペクトル応答度は、第１の仮想感知ユニット及び第２の仮想感知ユニットを形成すべく、上述したように且つDrew, M. S., and G. D. Finlayson. 2000. "Spectral Sharpening with Positivity," Journal of the Optical Society of America A, 17(8):1361-1370に記載されているように分析的に尖鋭化される。第１感知ユニット、第１仮想感知ユニット、第２感知ユニット及び第２仮想感知ユニットの相関により、上記所定の波長範囲内の光の輝度及びピーク波長を決定することができる。

［温度補償］
本発明の一実施例において、感知ユニットの応答度特性の動作温度誘発変化に対する補償が必要とされる。感知ユニットの動作温度を安定化させるための可能な解決策は、該感知ユニットを直接的な熱接触から絶縁すること、放射暴露の量を限定的に保つこと、及び能動的又は受動的冷却又は加熱の組み合わせを含む。このような対策の各実施化例は当業技術において広く知られている。

本発明の一実施例において、前記処理システムは、感知ユニットのスペクトル応答度の温度誘発変化を補償するように構成することができる。この実施例において、当該感知ユニットの近傍の温度センサを、該感知ユニットの動作温度に関するデータの収集を可能にし、これにより、感知ユニットの１以上のスペクトル応答度が温度により変化したかを評価及び決定するために設けることができる。

［オプションとしてのフィルタ手段］
本発明の一実施例において、関心のある所定の波長範囲より外側の光に対する大きな応答度が、感知ユニットにピーク波長及び輝度分析の不正確さを生じさせ得るような信号を発生させる可能性がある。これは、例えば、図３及び４に図示したようなスペクトル応答度を持つ感知ユニットを使用する場合に発生し得る。図３及び４に示したセンサユニットの実施例を参照すると、このような場合においては、傾斜された波長範囲又は周波数応答度特性の外側でスペクトル組成が著しく変化し得る如何なる光も、該感知ユニットにより供給される信号に予測不可能に影響し得、前記処理システムに輝度及びピーク波長ずれに関して誤った結果を供給させる可能性がある。

本発明の一実施例において、感知ユニットは、妨害する波長、即ち当該感知ユニットの所定の波長範囲外である波長、を遮断する追加のフィルタと組み合わせることができる。

一実施例において、これは、光ルミネセンス型ＬＥＥ、例えば可視光変換のために蛍光体又は他の材料を使用するＵＶＬＥＤ又は青色ＬＥＤを備える照明器具において特に関連があり得る。このようなＬＥＥは大量の残留紫外光を放出し得、これは、例えば該照明器具により放出される可視光のフィードバック制御が望まれる場合に感知ユニットにより感知される必要はない。同様に、赤外放射も不適切なセンサの読みを生じさせる可能性があり、フィルタ除去される必要があり得る。

本発明の一実施例において、実質的に前記所定の波長範囲内にスペクトル応答度を持つ感知ユニットは、より良好な波長又は周波数分解能を提供することができる。

狭いスペクトル応答度特性は、例えば狭帯域フィルタと広帯域センサとの組み合わせにより達成することができるが、本発明の一実施例においては、感知ユニットを狭帯域光センサとして実施化するのが有利であり得ることに注意されたい。広く知られているように、殆どの狭帯域フィルタは、例えば傾斜角を変化させるとフィルタ特性の著しい変化を示す。例えば、光の傾きの数度の変化は、多層干渉フィルタのフィルタ特性を大幅に広げるのみならず波長さえもずらさせ得る。

以下、本発明を特定の例に関して説明する。以下の例は、本発明の実施例を説明することを意図するもので、本発明を如何なる形でも限定することを意図するものではないと理解されたい。

図１０は、本発明の一実施例による装置を示す。装置１０は、光検出器１４ａ、１４ｂに光学的に結合されたカラーフィルタ１２ａ、１２ｂを含み、これらが一緒に２つの感知ユニットを形成している。各光検出器は、入射光１１を示すセンサパラメータを決定するための検出ゾーン１６ａ、１６ｂを有している。光検出器１４ａ、１４ｂの出力は処理システム１８にインターフェースされ、該処理システムは光検出器１４ａ、１４ｂの各々から入力されるデータを評価する。

カラーフィルタ１２ａ、１２ｂは薄膜干渉フィルタ又は透過着色色素フィルタとすることができ、電磁スペクトルの特定の部分の通過を可能にする。共振異常を有するフォトニック結晶を使用するフィルタ又は導波モード共振フィルタを使用することができる。他の例として、同調可能な液晶リオ帯域通過フィルタ、かなり広い帯域通過を持つ液晶材料の単一層、プラズモンフィルタ又は当業者により考えられるような他のタイプの光フィルタも使用することができる。

光検出器１４ａ、１４ｂはフォトダイオードと電流増幅器とを有する光／電流変換器とすることができ、当該光検出器の斯かる素子は例えば単一のチップ上に構成することができる。しかしながら、光検出器１４ａ、１４ｂは、光／電圧変換器及び光／周波数変換器を含み、当業者により知られた他の同様の光検出デバイスを有することもできる。光検出器１４ａ、１４ｂは、検出ゾーン１６ａ、１６ｂに供給される光の量を向上させるために、検出ゾーン１６ａ、１６ｂの前の光学経路内にレンズ素子（図示略）を含むことができる。

１つの対におけるフィルタ１２ａと光検出器１４ａとから形成される第１感知ユニット及び該対におけるフィルタ１２ｂと光検出器１４ｂとから形成される第２感知ユニットは、典型的には、共通の基板上に取り付けられる。光検出器１４ａ、１４ｂの効率は、これら光検出器１４ａ、１４ｂの動作温度に依存するから、両光検出器１４ａ、１４ｂは上記共通基板上の等温領域に取り付けることができる。従って、光検出器１４ａ、１４ｂの絶対スペクトル応答度は周囲温度と共に変化し得るが、これら光検出器の相対スペクトル応答度は実効的に変化しないままとなり得る。

前述したように、本発明の目下説明している実施例では、カラーフィルタ１２ａ、１２ｂは光検出器１４ａ、１４ｂに光学的に結合されている。有利には、当該対における第１感知ユニットのフィルタ１２ａ及び光検出器１４ａは、該対における第２感知ユニットのフィルタ１２ｂ及び光検出器１４ｂから、これら感知ユニット間のクロストークを低減するために十分に離隔されている。他の実施例では、カラーフィルタ１２ａ、１２ｂは光検出器１４ａ、１４ｂとは離された関係にすることができる。カラーフィルタ１２ａ、１２ｂ及び光検出器１４ａ、１４ｂは、入射光１１の軸に対して垂直な又は或る角度である軸に沿って構成又は配置することができる。

今述べている実施例において、図１１に示すように、当該対における第１感知ユニットを形成するフィルタ１２ａ及び光検出器１４ａは電磁スペクトルの所定の領域１００１に感知的となるように構成及び配置される一方、該対における第２感知ユニットを形成するフィルタ１２ｂ及び光検出器１４ｂは当該電磁スペクトルの実質的に相補的な波長領域１０００に感知的となるように構成及び配置される。第１感知ユニット及び第２感知ユニットのスペクトル応答度は、当該電磁スペクトルの所定の波長範囲において重なっており、該所定の波長範囲は本例では緑色光領域である。従って、１対の感知ユニットの該構成は、この所定の波長領域内で放出される光の輝度及びピーク波長を評価するために使用することができる。更に、第１感知ユニットのスペクトル応答度は上記所定の波長範囲内の波長に対して略単調に増加する一方、第２感知ユニットのスペクトル応答度は上記所定の波長範囲内の波長に対して略単調に減少する。

感知ユニットが実質的に図３に示されるように構成された本発明の一実施例において、入射光１１が相対スペクトルパワー分布Ｉ(λ)を有すると共に、第１感知ユニット（フィルタ１２ａと光検出器１４ａ）及び第２感知ユニット（フィルタ１２ｂと光検出器１４ｂ）のスペクトル応答度が、各々、Ｒ_a(λ)及びＲ_b(λ)である場合、該対の感知ユニットの出力は、各々、

となる。入射光１１の輝度Ｉが変化される一方、相対スペクトルパワー分布Ｉ(λ)が一定に留まる場合、該対の感知ユニットの各出力及び斯かる出力の商Ｖ_ａ/Ｖ_ｂも実質的に一定に留まる。他方、入射光１１の相対スペクトルパワー分布Ｉ(λ)が変化すると、該対の感知ユニットの各出力及び斯かる出力の商も変化するであろう。上記相対スペクトルパワー分布Ｉ(λ)の変化がピーク波長のずれにより特徴付けられる場合、輝度Ｉ及び相対スペクトルパワー分布Ｉ(λ)の同時的変化は、数学的に分離可能であり、従って決定可能である。

本発明の一実施例による対の第１感知ユニット（フィルタ１２ａ及び光検出器１４ａ）のスペクトル応答度１００１を該対の第２感知ユニット（フィルタ１２ｂ及び光検出器１４ｂ）のスペクトル応答度１００１と比較して示す図１１を更に参照すると、該対の感知ユニットの応答度は所定の波長範囲において重なっている。本発明の一実施例において、相対スペクトルパワー分布のピーク波長が増加すると、上記対の第１感知ユニットの出力が増加する一方、該対の第２感知ユニットの出力は減少するであろう。一例として、単色光源からの入射光１１の波長λが増加されると、第１感知ユニットの出力は減少する一方、第２感知ユニットの出力は増加するであろう。逆に、入射光１１の波長λが減少されると、第１感知ユニットの出力が増加する一方、第２感知ユニットの出力は減少するであろう。例えば、上記波長λが当該スペクトルの所定の波長範囲内に留まると仮定すると、該波長は、当該スペクトルの上記所定の波長範囲の最小波長λ_minに対して、Ｂ＋(１−Ａ)／(Ａ＋Ｂ)に比例するであろう。同様に、例えば上記波長は、典型的には余り線形な態様ではないが、商Ａ／Ｂに比例し得る。

例えば、１対の感知ユニットが図３に示されるように構成された場合、入射光の輝度は変化するがピーク波長及び相対スペクトルパワー分布は変化されないままであるなら、これら感知ユニットの特性が適切に選択された場合、斯かる２つの感知ユニットの出力信号は変化するが、これら出力信号の商は一定に留まる。典型的には、入射光の輝度は対の感知ユニットの出力の精度には影響しない。一方、入射光のピーク波長又は相対スペクトルパワー分布が変化する場合、対の感知ユニットの出力信号及び斯かる出力信号の商を、例えばＬＥＥ型照明器具からの光の輝度及びピーク波長を校正し及び決定するために使用することができる。

対の感知ユニットの各々の出力信号は処理システム１８により測定され、該処理システムは、当業者により知られているように、電流計を有することができ、この電流計は該電流計からの信号の調整のための追加の回路と組み合わされる。処理システム１８は対の感知ユニットの各出力信号を入力すると共に、これら出力信号の間の１以上の関係を評価するためのソフトウェア又はファームウエア等と共に構成される。上記対の感知ユニットの出力信号の評価は、前記所定の波長範囲内の光の輝度及びピーク波長の評価のための手段を提供することになる。

発光素子の活性化を制御するために例えば相当に高い周波数のパルス幅又はパルスコード変調を使用する用途の場合、入力高の輝度は急速に変化し得、従って、入射光の時間変化による測定出力の矛盾を回避するために、対の感知ユニットの出力を発光素子の活性化と同時に測定する必要があり得る。従って、処理システム１８は、対の感知ユニットの出力を発光素子の活性化と同時に測定するために並列フラッシュ型アナログ／デジタル変換器又はサンプル・ホールド回路等の追加の回路（図示略）を有することができる。

本発明の一実施例においては、動作時に、１対の感知ユニットを実施化するために使用された物理的エレメント、例えばフィルタ１２ａ、１２ｂ及び光検出器１４ａ、１４ｂ、が完全な又は略完全な挙動を示さないことがあり得る。従って、図１１に示すような物理的に実現可能なスペクトル応答度に関し、波長に対して一定の傾斜の減衰を得ることは困難であり得る。結果として、入射光１１の輝度及びピーク波長と当該対の感知ユニットの出力との間の関係は非線形になり得る。対の感知ユニットの物理的に実現可能な構成部品に関連する斯かる可能性のある非線形性を補償するために、本発明の一実施例では、対の感知ユニットの出力を、最適値を含むルックアップテーブルと比較することができ、これら出力を、該対の感知ユニットのスペクトル応答度を線形化するために解析的近似により再評価することができる。

図１２を参照すると、本発明の他の実施例による装置が示されている。該装置１００は光検出器１４ａ〜１４ｎに各々光学的に結合された複数のカラーフィルタ１２ａ〜１２ｎを含み、これにより、ｎ／２対の感知ユニットを形成するｎ個の感知ユニットを形成している。各感知ユニットは、入射光１１０の輝度及びピーク波長に関連するセンサパラメータを決定するために、対応する検出ゾーン１６ａ〜１６ｎを有している。この入射光１１０は、発光素子（図示略）により発生される種々の波長の光の組み合わせである色域を有し、この場合、各発光素子は当該電磁スペクトル内で特定の波長範囲を持つ光を発生する。図１２における当該装置１００の概略表現では、カラーフィルタ１２ａ、１２ｂ、１２ｍ及び１２ｎ並びに光検出器１４ａ、１４ｂ、１４ｍ及び１４ｎのみが示されている。

フィルタ１２ａ及び光検出器１４ａは第１感知ユニットを形成し、該第１感知ユニットはフィルタ１２ｂ及び光検出器１４ｂから形成される第２感知ユニットに対し相補的である。同様の態様で、フィルタ１２ｍ及び光検出器１４ｍはｍ番目の感知ユニットを形成し、該感知ユニットはフィルタ１２ｎ及び光検出器１４ｎから形成されるｎ番目の感知ユニットとは相補的である。１つの対における各感知ユニットは、当該電磁スペクトルにおける所定のろう行きに対し応答的となるように構成及び配置され、これに対応する相補的なフィルタ及び光検出器の対は当該電磁スペクトルの実質的に相補的な領域に対して応答的となるように構成及び配置され、その場合において、１対の感知ユニットのスペクトル応答度は前記所定の波長範囲内で相補的となる。ｍ番目の感知ユニット及び該感知ユニットと相補的な感知ユニットのスペクトル応答度は、当該電磁スペクトルにおける他の所定の波長範囲において重なり合うことができる。更に、ｍ番目の感知ユニットのスペクトル応答度は、上記所定の波長範囲内の波長に対して略単調に増加し、該感知ユニットと相補的な感知ユニットのスペクトル応答度は上記所定の波長範囲内の波長に対して略単調に減少する。

本発明の一実施例において、光検出器１４ａ〜１４ｎの出力は処理システム１８０にインターフェースされ、該処理システムは光検出器１４ａ〜１４ｎからのセンサパラメータを独立に評価することができる。当該対のｍ番目の感知ユニットの出力の、該対の相補的なｎ番目の感知ユニットの出力による除算の商は、ピーク波長に比例し得る。この商は、処理システム１８０により決定することができ、入射光１１０の輝度を決定（resolve）するのに役立ち得る。

図１３を参照すると、該図は本発明の一実施例による照明システムを示している。該照明システムは、異なるピーク波長で電磁放射を放出する複数の発光素子２０２、２０４及び２０６を含んでいる。本発明の今説明している実施例において、上記発光素子はＬＥＤであるが、当業者により既知の他の形式の発光素子を使用することもできる。発光素子２０２、２０４及び２０６は、各々、赤色アレイ、緑色アレイ及び青色アレイに構成及び配置されている。

一実施例において、例えば赤色アレイ２０２の光出力を向上させるためにコンデンサレンズ２２２等を設けることができる。発光素子の青色及び緑色アレイに対しても、同様のコンデンサレンズ２２４及び２２６又は代替光学エレメントを設けることができる。

赤色、緑色及び青色アレイから放出される光（順番に又は同時に放出することができる）は、赤色、緑色及び青色光の色の組み合わせからなる白色光１１０の安定した光の流量を提供することができる。一実施例において、成分的赤色、緑色及び青色光の色を更に空間的に混合するために光拡散器３００を設けることができ、これにより、色混合の均一性を改善し、かくして実質的に均一な色度の白色光１１０を発生する。

図１３を更に参照すると、第１感知ユニットを形成するフィルタ１２２及び光検出器１４２は、フィルタ１２３及び光検出器１４３から形成される当該対の第２感知ユニットに対して相補対を形成する。同様な態様で、第３感知ユニットを形成する第３フィルタ１２４及び光検出器１４４は、フィルタ１２５及び光検出器１４５から形成される第４感知ユニットに対して相補対を形成し、第５感知ユニットを形成する第５フィルタ１２６及び光検出器１４６は、フィルタ１２７及び光検出器１４７から形成される第６感知ユニットに対して相補対を形成する。フィルタ１２２、１２４及び１２６並びに光検出器１４２、１４４及び１４６の各々は、当該電磁スペクトルにおける所定の領域に対して応答的となるように構成及び配置される一方、これらに対応する相補的なフィルタ１２３、１２５及び１２７並びに光検出器１４３、１４５及び１４７は、当該電磁スペクトルにおける対応して実質的に相補的な領域に対して応答的となるように構成及び配置される。結果として、フィルタ１２２、１２４及び１２６並びに光検出器１４２、１４４及び１４６、並びにこれらに対応する相補的なフィルタ１２３、１２５及び１２７並びに光検出器１４３、１４５及び１４７の対は、当該電磁スペクトルにおける複数の所定の波長範囲、例えば赤色波長範囲、青色波長範囲及び緑色波長範囲において重なり合う。更に、フィルタ１２２、１２４及び１２６並びに光検出器１４２、１４４及び１４６のスペクトル応答度は、上記の各々の所定波長範囲内の波長に対して略単調に増加する一方、これらに対応する相補的フィルタ１２３、１２５及び１２７並びに光検出器１４３、１４５及び１４７のスペクトル応答度は、上記各所定波長範囲内の波長に対して略単調に減少し、その場合において、上記各所定波長範囲は、発光素子２０２、２０４及び２０６の各々のピーク波長の期待される変化を含む。

本発明の一実施例において、光検出器１４２〜１４７の出力は処理システム２８０にインターフェースされ、該処理システムは光検出器１４２〜１４７からの出力信号を独立に測定する。フィルタ１２２、１２４及び１２６並びに光検出器１４２、１４４及び１４６の出力信号の、これらに対応するフィルタ１２３、１２５及び１２７並びに光検出器１４３、１４５及び１４７の出力により除算された商は、赤色、緑色及び青色光のピーク波長に各々比例し得る。各商は処理システム２８０により評価することができ、入射光１１０の輝度を決定するのに役立ち得る。該処理システムは、更に、上記所定の波長範囲の各々において放出される光のピーク波長を評価するように構成することができる。

本発明の一実施例において、発光素子２０２、２０４及び２０６に結合されたドライバ回路モジュール４００は、発光素子２０２、２０４及び２０６を独立に又は相互依存的に駆動するための駆動信号を発生するよう構成することができる。コントローラ５００は、ドライバ回路４００と通信することができる。コントローラ５００は、マイクロプロセッサ等により実施化することができ、各発光素子２０２、２０４及び２０６に供給される電流の量を制御することができる。本発明の一実施例において、上記発光素子に供給される電流の制御は、パルス幅変調、パルスコード変調又は当業者により容易に理解される他の方法を用いて実行することができる。

コントローラ５００は、処理システム２８０と、フィードバックループ構成でインターフェースすることができる。該フィードバックループ構成は、コントローラ５００が、入射光１１０の輝度及び色度を処理システム２８０により決定されるパラメータに基づいて常にモニタすると共に、発生される入射光１１０の一定の輝度及び色度を維持すべく発光素子２０２、２０４及び２０６の各々に供給される電流の量を決定するのを可能にすることができる。

本発明の他の実施例では、処理システム２８０及びコントローラ５００は同一の計算デバイス内に統合することができる。

本発明の上述した実施例は例示的なもので、多くの方法で変形することができることは明らかである。このような現在又は将来の変形は、本発明の趣旨及び範囲から外れるものと見なされてはならず、全ての斯様な変更は、当業者にとり明らかなように、添付請求項の範囲内に含まれるものである。

本明細書で参照された全ての特許、公開特許出願を含む刊行物及びデータベースのエントリは、斯かる個々の特許、刊行物及びデータベースのエントリが参照によりあたかも特に且つ個別に示されたかのように、参照により全体として同じ程度に組み込まれるものとする。

図１は、２つの異なる動作条件下での３つのＬＥＤからの混合光のスペクトル例を示す。図２は、本発明の一実施例による感知ユニットと共に使用する光フィルタのスペクトル透過率の例を示す。図３は、本発明の一実施例による一対の感知ユニットの応答度特性を、スペクトル放射パワー分布例と共に示す。図４は、本発明の他の実施例による一対の感知ユニットの応答度特性を、スペクトル放射パワー分布例と共に示す。図５は、本発明の他の実施例による一対の感知ユニットの応答度特性を、スペクトル放射パワー分布例と共に示す。図６は、本発明の他の実施例による感知ユニットと共に使用する光フィルタのスペクトル透過率の例を示す。図７は、本発明の一実施例による感知ユニットの信号対ピーク波長の概略関係を示す。図８は、本発明の他の実施例による感知ユニットの信号対ピーク波長の概略関係を示す。図９は、赤、緑及び青波長領域における放出光の検出されたスペクトル応答度及び解析的に尖鋭化されたスペクトル応答度を示す。図１０は、本発明の一実施例による装置の概念図を示す。図１１は、本発明の一実施例による一対の感知ユニットの透過率の図である。図１２は、本発明の他の実施例による装置の概念図を示す。図１３は、照明器具における本発明の一実施例の構成の概念図を示す。

Claims

光の１以上の所定の波長範囲における輝度及びピーク波長を決定する装置であって、
ａ）前記光を感知するための１以上の対の感知ユニットであって、或る対の第１感知ユニットが第１の所定の波長範囲における前記光の第１輝度を第１の所定のスペクトル応答度で感知し、或る対の第２感知ユニットが前記第１の所定の波長範囲における前記光の第２輝度を第２の所定のスペクトル応答度で感知する感知ユニットと、
ｂ）前記１以上の対の感知ユニットに動作的に接続された処理システムであって、前記光の前記１以上の所定の波長範囲の各々に関して前記輝度及びピーク波長を、前記第１輝度及び前記第２輝度の各々の間の１以上の所定の関数的関係に基づいて決定する処理システムと、
を有する装置。
請求項１に記載の装置において、前記感知ユニットの１以上が、広帯域光センサと、当該感知ユニットに対する所定の波長範囲を定めるフィルタとを含む装置。
請求項１に記載の装置において、前記感知ユニットの１以上が、当該感知ユニットに対する所定の波長範囲を定める狭帯域光センサを含む装置。
請求項１に記載の装置において、前記第１の所定の波長範囲内にスペクトル応答度を有する第３感知ユニットを更に有する装置。
請求項１に記載の装置において、前記第１の所定のスペクトル応答度及び前記第２の所定のスペクトル応答度が、略類似しており且つ相対的に波長がずらされている装置。
請求項１に記載の装置において、前記第１の所定のスペクトル応答度が第１部分にわたり略一定であると共に前記所定の波長範囲にわたり斜めに下降し、前記第２の所定のスペクトル応答度が前記所定の波長範囲にわたり略一定のレベルまで斜めに上昇する装置。
請求項１に記載の装置において、前記第１の所定のスペクトル応答度が第１部分にわたり略一定であると共に前記所定の波長範囲にわたり斜めに下降し、前記第２の所定のスペクトル応答度が前記第１部分及び前記所定の波長範囲にわたり略一定であり、次いで斜めに下降する装置。
請求項１に記載の装置において、前記第１の所定のスペクトル応答度が第１波長範囲にわたり大幅に狭く、前記第２の所定のスペクトル応答度が第２波長範囲にわたり大幅に狭く、前記第１及び第２波長範囲が前記所定の波長範囲内にある装置。
請求項２に記載の装置において、前記第１感知ユニットが第１の厚さを持つフィルタを含み、前記第２感知ユニットが前記第１の厚さより大きな第２の厚さを持つフィルタを含む装置。
請求項１に記載の装置において、前記処理システムがニューラルネットワークを有する装置。
請求項１０に記載の装置において、前記ニューラルネットワークが放射基底関数又は一般化された放射基底関数である装置。
請求項１に記載の装置において、前記１以上の対の感知ユニットの動作温度を検出する温度センサを更に有する装置。
請求項１に記載の装置において、特別な所定の波長範囲より外側の光の波長が該特別な所定の波長範囲内の光を検出する前記１以上の対の感知ユニットに到達するのを妨げる１以上のフィルタを更に有する装置。
請求項１に記載の装置において、第１の対の感知ユニットが前記第１の所定の波長範囲に応答し、第２の対の感知ユニットが第２の所定の波長範囲に応答し、第３の対の感知ユニットが第３の所定の波長範囲に応答する装置。
請求項１４に記載の装置において、前記第１の所定の波長範囲が赤の波長部分であり、前記第２の所定の波長範囲が緑の波長部分であり、前記第３の所定の波長範囲が青の波長部分である装置。
所定の波長範囲における光の輝度及びピーク波長を決定する方法であって、
ａ）前記所定の波長範囲における前記光の第１輝度を第１の所定のスペクトル応答度で感知するステップと、
ｂ）前記所定の波長範囲における前記光の第２輝度を第２の所定のスペクトル応答度で感知するステップと、
ｃ）前記所定の波長範囲における輝度及びピーク波長を前記第１輝度と前記第２輝度との間の所定の関数的関係を用いて決定するステップと、
を有する方法。
請求項１６に記載の方法において、前記決定するステップが、１以上の分析アルゴリズム、１以上の数値アルゴリズム又は両アルゴリズムを用いて実行される方法。
請求項１６に記載の方法において、前記決定するステップが、１以上の対の感知ユニットの測定されるスペクトル応答度を分析的に尖鋭化するステップを更に有する方法。
請求項１８に記載の方法において、前記分析的に尖鋭化するステップが尖鋭化変換を用いて実行される方法。
請求項１９に記載の方法において、前記尖鋭化変換が信号対雑音比を低減する方法。
光の所定の波長範囲における輝度及びピーク波長を決定する装置であって、
ａ）前記光を感知するための第１感知ユニットであって、前記所定の波長範囲における前記光の第１輝度を第１の所定のスペクトル応答度で感知する第１感知ユニットと、
ｂ）前記第１感知ユニットに動作的に接続された処理システムであって、該第１感知ユニットの前記第１の所定のスペクトル応答度を分析的に尖鋭化し、これにより前記光の第２輝度を発生すると共に、前記光の前記所定の波長範囲に関して前記輝度及びピーク波長を、前記第１輝度と前記第２輝度との間の１以上の所定の関数的関係に基づいて決定する処理システムと、
を有する装置。