JP2010509726A - Ｌｅｄ照明具のための外部マイクロコントローラ、内部コントローラを備えるｌｅｄ照明具及びｌｅｄ照明システム - Google Patents

Abstract

【課題】照明具の機能を簡単に変更できるようにすること
【解決手段】ＬＥＤ照明システム（１０）は、少なくとも１つのＬＥＤ（１４）を有するＬＥＤ照明具（１２）と、ＤＭＸ５１２規格に従ってフォーマット化された着信照明制御データをＬＥＤ（１４）に入力するためのパルス幅変調された照明制御信号に変換するための外部マイクロコントローラ（２２、２８）とを含む。外部マイクロコントローラ（２２、２８）は、パワーケーブル（１８）をＬＥＤ照明具（１２）に解放自在に接続するようになっているケーブルコネクタ（２０）内に実装することが好ましい。
【選択図】図１Ｂ

Description

本発明は、ＬＥＤ照明システムに関し、より詳細には、照明制御信号に従って照明システムの光出力を制御するための手段を有するＬＥＤ照明システムに関する。

ＬＥＤ照明システムを制御するために、照明制御信号を使用することは公知である。例えば米国特許第6,016,038号明細書は、照明またはディスプレイ目的のために光を発生できるマルチカラーＬＥＤ照明方法および装置について述べており、この装置では、プロセッサが発生される光の明るさおよび／またはカラーを変えるためのパルス幅変調された信号を発生することにより、ＬＥＤを制御し、予め設計した複雑な光のパターンを発生できるようにしている。

ステージ照明およびルーム照明は、これまでディマーによって制御されてきた。ＡＣ給電ユニットの場合、パルス幅変調（ＰＷＭ）方法を使って６０ＨｚのＡＣ信号の出力波形をチョッピングしている。

この目的のために使用されるコントローラは、外部ユニット、例えばネットワークに接続され、給電されるユニットとすることができるが、ランプアセンブリの外部にあるユニットとすることもできる。これら外部ユニットは、制御信号および／またはＰＷＭ信号をランプに出力する。これとは異なり、コントローラを内部ユニットにしてもよい。この内部ユニットは、例えばネットワークに接続され、給電され、外部コントローラと同じように機能するが、ランプアセンブリの内部に設けられ、ランプの電源を共用するので、ランプアセンブリ専用となる。

ＤＣ給電ユニット、例えば数千個までの個々のＬＥＤから構成された、アドレス指定可能なマトリックスから構成されたサインおよびディスプレイの場合、ＬＥＤ制御のための画像またはメッセージデータを含むシリアルパケット状のシリアルデータをソフトウェアでドライブされるＣＰＵによって処理する。このデータは、ＬＥＤマトリックスをアドレス指定するのに適したフォーム、例えばカラーデータに変換され、メモリに記憶される。次にこのデータは、ＬＥＤの光出力を制御するためのパルス幅変調された信号を発生するのに使用される。

より簡単なＤＣ給電ユニット、例えば単一またはマルチＬＥＤランプの場合、ソフトウェアでドライブされるＣＰＵは、内部コントローラまたは外部コントローラに置換でき、このコントローラは、まず着信シリアル制御データを照明制御信号、例えばＰＷＭ信号に変換し、次にＬＥＤへの電流を制御するよう、照明制御信号を印加する。

かかる内部コントローラまたは外部コントローラを使用する１つの欠点は、照明具の機能がコントローラの機能によって決定されるので、照明具の機能を変えることができないことである。更に、内部に実装されたコントローラは、照明具の設置中に破損することがあり、この場合、費用のかかる修理が必要となる。

本発明によれば、コネクタを備えた取り外し自在なケーブルは、照明プロトコル入力、例えばＤＭＸ５１２、ＤＡＬＩ、ＺＩＧＢＥＥまたはその他の通信プロトコルを、パルス幅変調された（ＰＷＭ）ＬＥＤ制御信号に変換するための電子回路（本明細書ではマイクロコントローラと称す）を含む。ＰＷＭ信号は、１つ以上のＬＥＤ照明ユニットに送られ、ＬＥＤ電流を制御すると共に、ＬＥＤをイネーブルしたりディスエーブルしたりし、異なるレベルの明るさを発生する。

ケーブル内にプロトコル変換回路を設けることにより、ＬＥＤ照明具の設計が簡略化される。更に、ケーブルを変えるだけで照明具の機能を変更できる。更に、照明具の内部から変換電子回路を取り外すことにより、照明具の設置中に電子回路が破損する可能性を解消でき、このようにしない場合、費用のかかる修理が必要となる。

本発明の１つの特徴によれば、少なくとも１つのＬＥＤを含むＬＥＤ照明具と、照明制御データを前記照明具へ入力するための照明制御信号へ変換するための外部マイクロコントローラとを備えたＬＥＤ照明システムが提供される。

本発明のこの特徴の好ましい一実施形態によれば、ＬＥＤ照明具は、例えば、電圧および／または温度データに応答してＬＥＤを更に制御するための内部コントローラも含む。

本発明のこの特徴の好ましい別の実施形態によれば、ＬＥＤ照明システムは、照明制御データを前記マイクロコントローラへ供給するためのケーブルと、ケーブルをＬＥＤ照明具へ解放自在に接続するためのケーブルコネクタとを更に備える。

外部マイクロコントローラは、ケーブルコネクタ内に位置することが好ましいが、これとは異なりケーブル自身の内部またはケーブルまたはコネクタへ解放自在に接続するようになっている別個のユニット内に位置してもよい。ケーブルは、外部マイクロコントローラへ照明制御データを供給する他に、ケーブルはＬＥＤ照明具へ電力を供給することも好ましい。

照明制御データは、ＬＥＤ照明具の光出力をディミングするための情報を含むシリアルデータとして、例えば好ましくはＤＭＸ５１２規格に従ってフォーマット化されたシリアルデータとして通常提供される。外部マイクロコントローラは、内部コントローラの制御機能とコンパーチブルなフォーム、例えばパルス幅変調された照明制御信号となるように、この照明制御データを変換する。

一般に白色ＬＥＤ光源は、１つ以上の赤色ＬＥＤと、緑色ＬＥＤと、青色ＬＥＤとの組み合わせを有し、これらＬＥＤは、協働して白色光出力を発生する。

本発明の別の特徴によれば、少なくとも１つのＬＥＤと、パルス幅変調された照明制御信号に応答し、ＬＥＤへの電流を制御するための外部コントローラとを含むＬＥＤ照明具が提供される。

本発明の更に別の特徴によれば、照明制御データを照明制御信号に変換するための外部マイクロコントローラが提供される。

好ましくは外部マイクロコントローラは、ケーブルに一体的に接続され、ケーブルをＬＥＤ照明具に解放自在に接続するようになっているケーブルコネクタの内部に位置するが、外部マイクロコントローラはケーブル内に位置していてもよいし、ケーブルもしくはケーブルコネクタに解放自在に接続するようになっている別個のユニット内に位置していてもよい。

添付図面を参照し、本発明の上記およびそれ以外の特徴について、更に詳細に説明する。

本発明に係わるＬＥＤ照明制御システムの一実施形態のコンポーネント部品の略図である。 本発明に係わるＬＥＤ照明制御システムの一実施形態のコンポーネント部品の略図である。 図１Ａおよび１Ｂのシステムの外部マイクロコントローラコンポーネントの一実施形態の略図である。 図１Ａおよび１Ｂのシステムの外部マイクロコントローラコンポーネントの別の実施形態の略図である。 外部マイクロコントローラの一実施形態のブロック図である。 ＬＥＤ照明具の内部コントローラの一実施形態のブロック図である。

これら図は、線図であり、縮尺どおりに描かれてはいない。異なる図中の同じ参照番号は同様な部品を示す。

図１Ａおよび１Ｂは、本発明のＬＥＤ照明制御システム１０の一実施形態のコンポーネント部品を略図で示している。この照明制御システム１０は、少なくとも１つのＬＥＤ１４および照明制御信号に応答し、ＬＥＤ１４への電流を制御するための内部コントローラ１６を有するＬＥＤ照明具１２と、着信ＤＭＸフォーマットの照明制御データを内部コントローラ１６に入力するためのパルス幅変調された照明制御信号に変換するための外部マイクロコントローラ２２とを含む。外部マイクロコントローラ２２は、ケーブルコネクタ２０内に位置し、このコネクタ２０は、プラグ２４およびソケット２６を介し、パワーケーブル１８をＬＥＤ照明具１２に解放自在に接続できるようになっている。

この実施形態におけるＬＥＤ１４は、３つの別個のＬＥＤ、すなわち赤色ＬＥＤと、緑色ＬＥＤと、青色ＬＥＤとを含み、これらＬＥＤの発光は、結合して白色光を形成する。

内部コントローラすなわちＬＥＤドライバーは、３つまでの制御機能を有することができる。すなわち（ａ）ＬＥＤ電流を制御する機能、（ｂ）ＬＥＤの温度を制御する機能および（ｃ）ＬＥＤをＯＮまたはＯＦＦにする機能を有する。内部コントローラは、更に次の別の特性、すなわち（ｄ）ＤＣ−ＤＣ給電、（ｅ）ＡＣ−ＤＣ給電および（ｆ）信号保護回路特性を有することができる。

外部マイクロコントローラは、ＰＷＭ発生器であり、外部マイクロコントローラは次のようなオプションを有することができる。すなわち（ａ）ＰＷＭへのＤＭＸ／シリアル変換、（ｂ）ＰＷＭへのＤＡＬＩ／１〜１０Ｖのディマー変換、（ｃ）ＰＷＭ発生、（ｄ）ＰＷＭ出力なしのオプションを有することができる。

ＤＭＸ（デジタルマルチプレクス）５１２とは、コントローラと照明機器および付属品との間のデジタルデータ伝送方法を定めたＵＳＩＴＴによって開発されたプロトコルである。このプロトコルは、（ＥＩＡ／ＴＩＡ−４８５規格に基づく）電気的特性、データフォーマット、データプロトコルおよびコネクタタイプをカバーしており、詳細については、www.usitt.org.にあるＵＳＩＴＴウェブサイトを参照されたい。

ＤＡＬＩ（デジタルアドレス指定可能な照明インターフェース）とは、技術規格ＩＥＣ９２９に記載されたプロトコルであり、詳細については、www.iec.chのＩＥＣウェブサイトを参照されたい。

内部コントローラおよび外部マイクロコントローラの所望する機能を得る１つの方法は、大電流出力ドライバーを取り外し、このドライバーをＬＥＤ照明具内に実装することにより、現在のＤＭＸ５１２ディマーの設計を変更することである。次にディマー内に残存する変換回路を小型化し、ケーブルおよびコネクタ内部に取り付け、コンパーチブルな設計を有する任意のＬＥＤ照明具にケーブルを取り付けることができる。

上記とは異なり、図２および３に示されるように、マイクロコントローラ２８をケーブル１８内に実装してもよいし、またはケーブル内またはケーブルと照明具との間のケーブルコネクタ内にプラグ挿入される別個のユニット３０内に実装してもよい。

図４は、外部マイクロコントローラ（２２、２８）の一実施形態の機能コンポーネントの関係を示すブロック図である。この実施形態では、この外部マイクロコントローラは、ケーブル４０内に実装される。ＵＡＲＴ４２により、ＲＳ４８５、ＤＭＸ５１２、ＤＡＬＩの形態をした着信照明制御データが受信され、このデータは標準的なシリアルプロトコル（Ｎ個のスタートビット、８個のデータビット、１個のストップビット、パリティなし）を使ってデジタルデータに変換されるが、他の公知のプロトコルを使用することもできる。ＣＰＵ４４は、プロセッサと、ＲＡＭと、フラッシュメモリとを含む。現在はバイト状となっているデジタルデータがＵＡＲＴ４２によってＣＰＵ４４へ送信され、このＣＰＵでＲＡＭ内に記憶される。

フラッシュメモリ内には主に照明制御命令が含まれるが、本実施形態では、温度制御命令も含む制御命令のプログラムが常駐でき、このプログラムは、ＵＡＲＴ４２が送信したデジタルデータの制御を定める。

例えば着信シリアルデータが赤色、緑色および青色ＬＥＤの強度を示す場合、ＣＰＵはＵＡＲＴ４２が提供するＲＧＢデータバイトに基づき、異なるパーセントでＨＩＧＨからＬＯＷまでの対応する出力ポート信号を変化させる。このパーセントは２５６個の異なる強度レベルを示し、０％のＨＩＧＨは、０の強度レベルを示し、１００％のＨＩＧＨは、２５５の強度レベルを示す。次に、これらＰＷＭ出力ポート信号は、入出力ポート４６を介し、ランプ５０へ供給される。

パワーレギュレータ４９を介し、パワーライン４８からＣＰＵ４４へ電力が供給され、パワーレギュレータ４９は、マイクロコントローラ（２２、２８）内の電子回路を作動させるよう、この回路を保護すると共に、ケーブル内の電力を変換する。

図５は、内部コントローラ１６の一実施形態の機能コンポーネントの関係を示すブロック図であり、内部コントローラ１６は、この実施形態ではランプ５０内に実装されている。ケーブル４０からのＰＷＭ照明制御信号の形態をした着信照明制御信号は、入出力ポート５２を介して入力され、これら入出力ポートは、ケーブル４０の出力ポート４６からのＨＩＧＨまたはＬＯＷ ＰＷＭ信号を検出する。これらＰＷＭ信号は、基本的には変更することなく、ＥＮＡＢＬＥ出力ポート５５を通してＬＥＤユニット６０へ送られる。ＬＥＤユニット６０は、ＨＩＧＨ信号に応答してＯＮに切り換わり、ＬＯＷ信号に応答してＯＦＦに切り換わる低電流スイッチを備えたＰＣボードを有する。

プロセッサとＲＡＭとフラッシュメモリとを含むＣＰＵ５４は、電圧センサ５６および温度センサ６２からの入力に応答して０％〜１００％の間の別のＰＷＭ ＨＩＧＨおよびＬＯＷ信号を供給し、これら信号は電圧および温度を制御するようにＥＮＡＢＬＥ出力ポート５５を介してＬＥＤユニット６０へも出力される。

パワーレギュレータ５８を介し、パワーライン４８からＣＰＵ５４へ電力が供給される。

本発明は、１つ以上のＬＥＤ照明具を含む照明システム単独で、または１つ以上の光源、例えば並列または直列に接続された蛍光光源と組み合わせて、その内部で使用してもよいし、接続を有線または無線とすることができる他のコンポーネントと組み合わせた照明ネットワークで使用してもよい。米国特許第6,046,978号および同第6,636,005号（本明細書では、これらの明細書を参考例として援用する）には、かかる照明ネットワークの例が記載されている。

以上で、限られた数の実施形態を参照して本発明について説明した。当業者にはこの発明の記載から他の実施形態および実施形態の変形例が明らかとなろうが、これらは特許請求の範囲に記載した発明の範囲内に完全に含まれるものである。例えば電圧および温度制御機能をケーブルに移してもよいし、完全に省略してもよく、この場合、入出力ポートとランプのイネーブル出力ポートとを接続しているワイヤーに、ランプコントローラを置換してもよい。

１０ ＬＥＤ照明システム
１２ ＬＥＤ照明具
１４ ＬＥＤ
１８ パワーケーブル
２０ ケーブルコネクタ
２２，２８ 外部マイクロコントローラ

Claims (18)

1. 少なくとも１つのＬＥＤを含むＬＥＤ照明具と、
   照明制御データを前記照明具へ入力するための照明制御信号へ変換するための外部マイクロコントローラと、
   前記照明制御データを前記マイクロコントローラへ供給するためのケーブルと、
   前記ケーブルを前記ＬＥＤ照明具へ解放自在に接続するためのケーブルコネクタとを備え、
   前記外部マイクロコントローラは、前記ケーブル内、または前記ケーブルコネクタ内、または前記ケーブル又は前記コネクタへ解放自在に接続するようになっている別個のユニット内に位置する、ＬＥＤ照明システム。
2. 前記ＬＥＤを更に制御するための内部コントローラを更に含む、請求項１に記載のＬＥＤ照明システム。
3. 前記コネクタは、前記ケーブルに一体的に接続されている、請求項１に記載のＬＥＤ照明システム。
4. 前記ケーブルは、前記ＬＥＤ照明具に電力を供給する、請求項１に記載のＬＥＤ照明システム。
5. 前記コントローラは、前記少なくとも１つのＬＥＤの温度を制御する、請求項２に記載のＬＥＤ照明システム。
6. 前記ＬＥＤ照明具は、少なくとも１つの赤色ＬＥＤ、少なくとも１つの緑色ＬＥＤおよび少なくとも１つの青色ＬＥＤを含む、請求項１に記載のＬＥＤ照明システム。
7. 前記ケーブルにより、前記外部マイクロコントローラへ供給される照明制御データは、シリアルデータである、請求項１に記載のＬＥＤ照明システム。
8. 前記照明制御データは、前記ＤＭＸ５１２規格に従ってフォーマット化されている、請求項７に記載のＬＥＤ照明システム。
9. 前記外部マイクロコントローラは、前記照明制御データをパルス幅変調された照明制御信号へ変換する、請求項７に記載のＬＥＤ照明システム。
10. 前記外部マイクロコントローラは、ケーブル内、またはケーブルコネクタ内、または前記ケーブル内もしくは前記コネクタに解放自在に接続するようになっている別個のユニット内に位置する、照明制御データを照明制御信号に変換するための外部マイクロコントローラ。
11. 前記外部マイクロコントローラへ供給される照明制御データは、シリアルデータである、請求項１０に記載の外部マイクロコントローラ。
12. 前記照明制御データは、前記ＬＥＤ照明具をディミングするための命令を含む、請求項１１に記載の外部マイクロコントローラ。
13. 前記外部マイクロコントローラは、前記照明制御データをパルス幅変調された照明制御信号へ変換する、請求項１１記載の外部マイクロコントローラ。
14. 前記照明制御データは、前記ＤＭＸ５１２規格に従ってフォーマット化されている、請求項１２に記載の外部マイクロコントローラ。
15. 前記コネクタは、前記ケーブルに一体的に接続されている、請求項１０に記載の外部マイクロコントローラ。
16. 前記ケーブルは、前記ＬＥＤ照明具に電力を供給する、請求項１０に記載の外部マイクロコントローラ。
17. 請求項１に記載の少なくとも１つのＬＥＤ照明システムを含む照明ネットワーク。
18. 請求項１０に記載の少なくとも１つの外部マイクロコントローラを備える照明ネットワーク。

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