JP2012508962A - 複数のｌｅｄを備えた照明システム - Google Patents

Abstract

照明システム１は、データ変調された電流を生成するための電力ユニット２０と、ライトユニット１０の入力及び出力端子１１，１２でこの電流を受信する前記ライトユニット１０とを有する。ライトユニットは、直列に接続された２又はそれ以上のライトモジュール１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃを有する。各ライトモジュールは、モジュールの入力端子１０１と出力端子１０２との間に接続された１又はそれ以上のＬＥＤ１１１，１１２，１１３のＬＥＤストリング１１０を有し、各ＬＥＤは、該ＬＥＤと並列に接続された関連付けられた制御可能な短絡スイッチ１２１，１２２，１２３をもち、各ライトモジュールは、前記短絡スイッチを制御するためのモジュールコントローラ１９０を有し、前記モジュールコントローラ１９０は、前記モジュールの入力端子及び出力端子にそれぞれ接続された入力端子１９１，１９２をもつ。モジュールコントローラは、データを復調し、このデータに含まれたアドレス情報が固有のコントローラアドレスに適合する場合には、このデータに含まれたアクションコマンドに基づいてスイッチを制御する。

Description

本発明は、概して、複数のＬＥＤを有する少なくとも１つのライトユニットをもつ照明システムに関する。

車のライトユニットは、従来は白熱灯、最近ではＨＩＤランプからなる。高出力ＬＥＤの開発により、例えばヘッドライト、テールライト、ブレーキライト等のライトユニットをマルチＬＥＤソースとして設計することが可能になった。本発明は、詳細には、車両のヘッドライトユニットに関し、本発明は、この出願のために後に詳細に説明されるが、本発明の要旨は、如何なるマルチＬＥＤソースに対してもより一般的に適用可能であることに留意されたい。

車両は、ヘッドライト全体がオフ又はオンに切り替えられるべきかどうかを決定する中央コントローラを備えるだろう。ＬＥＤ電流を生成するために、車両は、ドライバデバイスを更に備えるだろう。

原理上、全てのＬＥＤは、例えば並列及び／又は直列に接続されることにより、同時に制御可能である。しかしながら、各ＬＥＤは、とりわけ、異なる照明機能性（高ビーム、低ビーム、コーナービーム）を実装するために、及び、個々のＬＥＤの故障を検出可能にするために、個別に制御され得ることが望ましい。この個々の制御性は、個々のＬＥＤに関連付けられた個々のＬＥＤドライバをもつことにより実装され得る。各ＬＥＤドライバは、中央コントローラにより制御されるが、これは、複数のＬＥＤドライバを必要とし、これは、コストがかかる。中央コントローラと個々のＬＥＤドライバとの間の複数の有線接続も同様である。代わりに、１つの共通のＬＥＤドライバのより費用効率の良い設計において、個々の制御性も実装され得るが、複数の出力をもつドライバを必要とし、この場合もやはり、個々のドライバの出力と個々のＬＥＤドライバとの間の複数の有線接続を要するだろう。

本発明の目的は、前述した問題に対する解決策を提供することにある。

本発明の重要な態様によれば、照明システムは、共通のコントローラと共通のドライバとを有するパワーユニットをもつ。ライトユニットは、直列に取り付けられた少なくとも２つのＬＥＤを有する。１つの共通の電力ラインは、１つのドライバ出力をもつＬＥＤの直列接続に接続する。電力ラインは、実際には、電流の戻り経路を与えるための２つのワイヤからなり得るが、電流の戻り経路が主要部により与えられてもよい。

本発明の更なる重要な態様によれば、各ＬＥＤは、短絡スイッチとＬＥＤ電圧を監視するための電圧センサとを備える一方で、ライトユニットは、センサ信号を受信して短絡スイッチを制御する少なくとも１つのコントローラを有する。

本発明の更なる重要な態様によれば、電力ユニットからの出力電流は、変調がＬＥＤの動作と干渉しない態様で、即ち人の目に対して知覚可能なちらつきをもたらさない態様で、データとともに変調される。各コントローラは、変調されたデータを検出し、このデータを復号することが可能である。このデータは、コントローラのアドレスと各コントローラに対するコマンドとを含むだろう。各コントローラは、受信されたデータが該コントローラの対象となるかどうかを決定し、対象となる場合には、コントローラは、対応するデータコマンドに基づいて、対応する短絡スイッチを制御するだろう。

ＬＥＤは、各ライトモジュールが１つのＬＥＤ又は直列に取り付けられた少なくとも２つのＬＥＤを有する複数のライトモジュール内に設けられる。各ライトモジュールは、特定のモジュールのＬＥＤ又は複数のＬＥＤを制御するためのモジュールコントローラを備えている。ライトモジュールは、全てのＬＥＤが直列に接続されるように結合される。

他の有利な説明は従属請求項において述べられる。

本発明のこれら並びに他の態様、特徴及び利点は、図面を参照して１又はそれ以上の好ましい実施形態の以下の説明により更に説明されるだろう。図面において、同一の参照番号は同一又は類似のパーツを示す。

本発明の照明システムを概略的に示す。 ライトモジュールのブロック図を概略的に示す。

図１は、本発明の照明システム１を概略的に示している。照明システム１は、直列に接続された複数のＬＥＤを有するライトユニット１０を有する。示された実施形態のライトユニット１０は、複数のライトモジュールからなる。以下、これらモジュールは、通常、参照番号１００で示され、その一方で、個々のモジュールは、文字Ａ，Ｂ，Ｃ等の付加により区別される。同じことが、これらモジュールの部品にも当てはまる。示された実施形態において、本システムは、３つのモジュールを有するが、これは単なる非限定的な例によるものであり、４つ又はそれ以上のモジュールであってもよく、１つだけのモジュールをもつことも可能である。

図２は、より大きな寸法でのライトモジュール１００のブロック図を概略的に示している。照明システム全体の詳細は、図１を参照して述べられる一方で、個々のライトモジュールの内部の詳細は、図２を参照して述べられるだろう。

各ライトモジュール１００は、入力端子１０１及び出力端子１０２をもつ。これらの端子の間には、ＬＥＤストリング１１０が接続される。ストリング１１０は、複数のＬＥＤ１１１，１１２，１１３の直列接続からなり得る。ＬＥＤの数は、（モジュール１００Ａ及び１００Ｃに対して示されるように）２に等しいか、（モジュール１００Ｂに対して示されるように）３に等しいか、又は、それ以上（図示省略）であり得る。ライトユニット１０が１つだけのモジュール実施形態において、単一のモジュールは、ライトユニットの全てのＬＥＤを含む。ライトユニット１０が複数のモジュールからなる実施形態において、１又はそれ以上のモジュールは、１つだけの単一ＬＥＤのＬＥＤストリング１１０をもってもよい。

ライトモジュール１００は直列に設けられる。即ち、これらそれぞれのＬＥＤストリング１１０は直列に設けられる。詳細には、モジュール１００Ａの出力端子１０２Ａは、モジュール１００Ｂの入力端子１０１Ｂに接続され、モジュール１００Ｂの出力端子１０２Ｂは、モジュール１００Ｃの入力端子１０１Ｃに接続される。モジュール１００Ａの入力端子１０１Ａは、ライトユニット１０の入力端子１１を構成し、モジュール１００Ｃの出力端子１０２Ｃは、ライトユニット１０の出力端子１２を構成する。

照明システム１は、制御可能な電流ソース２１及び共通の電力コントローラ２２を有する共通の電力ユニット２０を更に有する。電力ユニットは、電力ライン２３，２４を介してライトユニット１０に接続された、電流ソース２１の出力端子２６，２７をもつ。これらのラインのうち一つが、主要部、即ち車両の車体又はフレームにより実装され得ることは明らかである。

各ライトモジュール１００の各ＬＥＤ１１１，１１２，１１３と並列に、制御可能な短絡スイッチ１２１，１２２，１２３が接続される（図２参照）。短絡スイッチは、２つの状態、即ち開（非導通）又は閉（導通）をもつ。それ故、電力ユニット２０により供給された電流が、これらのスイッチの各状態に依存して、全てのＬＥＤ又はこれらの関連付けられた短絡スイッチを通ることは明らかである。

短絡スイッチを制御するために、ライトモジュール１００は、モジュールコントローラ１９０を有する。制御出力端子１９３ａ，１９３ｂ，１９３ｃは、短絡スイッチ１２１，１２２，１２３の制御端子に接続される。適切な制御信号を生成することにより、コントローラ１９０は、各個別のＬＥＤをオン又はオフに切り替え可能であり、当業者にとって明らかであるように、個々のＬＥＤ毎の削減された光出力動作をもたらすためのデューティサイクル制御も実行可能である。高出力ＬＥＤが固有のキャパシタンスをもち、このキャパシタンスを迅速に放電するために、放電レジスタ１３１，１３２，１３３が、示されるように、好ましくはそれぞれのＬＥＤ１１１，１１２，１１３に並列に接続されることに留意されたい。

ＬＥＤ電流が個々の短絡スイッチの切り替え状態に依存しないことは明らかである。しかしながら、１つのＬＥＤが故障した場合には、電流経路が遮断されて、ライトユニット１０全体が如何なる出力光も生成することができないことになり得る。これを阻止するために、各ＬＥＤ１１１，１１２，１１３は、好ましくは、ＬＥＤ間の電圧降下を測定する電圧センサ１４１，１４２，１４３を備える。電圧センサ１４１，１４２，１４３の測定信号は、各センサ入力１９４ａ，１９４ｂ，１９４ｃでモジュールコントローラ１９０により受信される。測定信号が、特定のＬＥＤが故障したことを示す場合には、モジュールコントローラ１９０は、関連付けられた短絡スイッチの適切な制御信号を生成し、これにより、この短絡スイッチは閉（導通）に維持される。

電圧センサは、示されるように、別個のパーツであってもよいが、電圧センサがモジュールコントローラ１９０に一体化されることも可能であることに留意されたい。

モジュールコントローラ１９０は、モジュール入力端子１０１に接続された第１の入力端子１９１と、モジュール出力端子１０２に接続された第２の入力端子１９２とをもつ。例えば直列の１又はそれ以上のダイオードを有する一方向導通要素８１は、入力端子１９１，１９２での極性を保証する。ＬＥＤ１１１，１１２，１１３間で生じる電圧降下の観点において、モジュールコントローラ１９０は、供給電圧を受信する。

好ましくは、モジュールコントローラ１９０は、その入力端子１９１，１９２と並列に、エネルギバッファ１８２、例えばキャパシタを備えている。

全てのスイッチ１３１，１３２，１３３が閉にされた場合には、モジュールの入力及び出力端子１０１，１０２間の電圧降下は、詳細には一方向導通要素１８１が導通時に電圧降下をもたらすという事実を考慮して、モジュールコントローラ１９０に供給可能にするには低過ぎるかもしれない。これは、コントローラ１９０が、一方向導通要素１８１をブリッジングする制御可能なスイッチを備える場合に解決され、従って、コントローラ１９０は、チャージ電流パルスを得るために要素１８１を一時的に一定間隔で短絡することができる。しかしながら、これは、ＬＥＤの制御に関連しないので示されていない。

本発明の重要な態様によれば、モジュールコントローラの動作は、電力コントローラ２２により制御される。電力コントローラ２２は、示されるように、車両（図示省略）のマスターコントローラからのコマンド信号を受信するための入力部２５をもつ。斯様なコマンドは、例えば、ハイライト、ローライト、パーキングライト、コーナーライト等であり得る。このコマンドは、特定のモジュールが、オフ若しくはオンに切り替えられるべきかどうか、又は、削減された光出力に切り替えられるべきかどうかを決定する。代わりに、このコマンドは、電力コントローラ２２自身により開始されてもよい。いずれの場合も、このコマンドは、電力コントローラ２２により個々のモジュールコントローラに通信される。個々のコマンド信号ラインを必要とさせないために、コマンド通信は、ＬＥＤ電流のデータ変調により実行される。

ＬＥＤ電流が基本的には一定の電流である一方で、データ変調は、少なくとも人の目では知覚できない、ＬＥＤの光出力には影響を及ぼさない周波数及び期間の（"パルス"として示される）一連の電流割り込みによりもたらされ得る。これらの割り込みは、電流ソース２１を一時的にオフに切り替える電力コントローラ２２によりもたらされ得る。符号化は、当業者にとって明らかであるように、任意の適切な符号化スキームに応じて行われ、それ故、その詳細な説明はここでは省略されるだろう。いずれの場合も、パルスは以下のデータ、即ち、モジュールコントローラのアドレス及び実行されるべき動作を伝達するだろう。

取り得るアクションの数が比較的少ない一方で更にモジュールの数が比較的少なくなるので、伝達するビットの総数は比較的小さくなる。

電力コントローラ２２がデータ符号化を連続的に生成する必要はない、即ち、多くの場合、数ミリ秒又はそれよりも少ない期間をもつ短時間のデータバーストで十分であることに留意されたい。関連したモジュールコントローラは、次のコマンドを受信するまでそのコマンド（例えば、ハイライト）に従うだろう。

電流が各ライトモジュール１００を通過するので、そのデータ変調は、その入力端子１９１，１９２での電圧変調として各モジュールコントローラ１９０により受信される。モジュールコントローラ１９０は、データを復号し、復号されたデータに含まれたアドレス及びアクションを導出するために、この電圧変調を信号処理することを可能とする。各モジュールコントローラ１９０は、固有のアドレス（少なくともライトユニット１０内において固有である）をもち、復号されたアドレスデータをそれ自身のアドレスと比較することを可能にする。これらが適合する場合には、モジュールコントローラ１９０は、復号されたアクションコマンドを実行し、そうでなければ、このアクションコマンドを無視するだろう。

全てのスイッチ１３１，１３２，１３３が閉にされた場合に厄介な問題が生じることに留意されたい。これは、この場合において、モジュールの入力及び出力端子１０１，１０２間の電圧降下が非常に低くなり、モジュールコントローラ１９０がデータ信号を受信して処理することが困難になるためである。これは、スイッチ１３１，１３２，１３３の飽和電圧、即ち導通状態においてこれらの端子間に生じる電圧に依存するだろう。これは、同様に、スイッチのタイプに依存し得る。いずれの場合も、この厄介な問題は、コントローラの入力端子１９１と出力端子１９２との間に直列に接続されたスイッチの数に対応する、ＬＥＤストリング１１０におけるＬＥＤの数が増やされるときに低減されるだろう。

モジュールコントローラ１９０がデータを電力コントローラ２２に送信することも可能であることに留意されたい。データ伝送は、モジュールコントローラがそのアドレスを送信する送信要求で開始し、それに応答して、電力コントローラ２２は、リスニングモードに入るだろう。データ伝送は、モジュールコントローラがその関連付けられた短絡スイッチの１つ（又はそれ以上）を一時的に切り替えることにより実行され得る。スイッチが閉である場合には、データパルスは、スイッチを一時的に開にすることにより実装され得る。スイッチが開である場合には、データパルスは、スイッチを一時的に閉にすることにより実装され得る。双方の場合において、ＬＥＤ電流に対して影響を与えないが、導通しているＬＥＤ間の電圧降下（例えば約３Ｖ）が導通しているスイッチ間の電圧降下よりも大きいという事実を考慮して、電源２１間の電圧パルスがもたらされるだろう。電力コントローラ２２は、電源２１間の電圧を感知する電圧センサ（簡潔さのため図示省略）を備え、これにより、電力コントローラ２２は、モジュールコントローラ１９０により送信されたデータを表す信号を受信するだろう。

要約すると、本発明は、データ変調された電流を生成するための電力ユニット２０と、ライトユニット１０の入力及び出力端子１１，１２でこの電流を受信する前記ライトユニット１０とを有する照明システム１を提供する。

ライトユニットは、直列に接続された２又はそれ以上のライトモジュール１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃを有する。

各ライトモジュールは、モジュールの入力端子１０１と出力端子１０２との間に接続された１又はそれ以上のＬＥＤ１１１，１１２，１１３のＬＥＤストリング１１０を有し、各ＬＥＤは、該ＬＥＤと並列に接続された関連付けられた制御可能な短絡スイッチ１２１，１２２，１２３をもち、各ライトモジュールは、前記短絡スイッチを制御するためのモジュールコントローラ１９０を有し、前記モジュールコントローラ１９０は、前記モジュールの入力端子及び出力端子にそれぞれ接続された入力端子１９１，１９２をもつ。モジュールコントローラは、データを復調し、このデータに含まれたアドレス情報が固有のコントローラアドレスに適合する場合には、このデータに含まれたアクションコマンドに基づいてスイッチを制御する。

本発明は図面及び前述した説明において詳細に示され述べられた一方で、斯様な図示及び説明は例示又は単なる例であり限定的ではないものと見なされることが当業者にとって明らかである。本発明は、開示された実施形態に限定されるものではない。むしろ、幾つかのバリエーション及び変更が、特許請求の範囲に規定された本発明の保護範囲内において可能である。

例えば、各モジュールは、モジュールの全てのＬＥＤのための１つだけの単一コントローラをもつ必要があるが、モジュールの本発明の要旨の範囲内において、２つ又はそれ以上のコントローラをもち、各コントローラがこのモジュールの１又はそれ以上のＬＥＤを制御してもよい。"モジュールコントローラ"という用語は、斯様な場合にも言及する。

開示された実施形態に対する他のバリエーションは、図面、開示及び特許請求の範囲の研究から、当業者により理解され実施され得る。請求項において、"有する"という用語は、他の要素又はステップを除外するものではなく、単数表記は、複数を除外するものではない。単一のプロセッサ又は他のユニットが、請求項に記載された幾つかのアイテムの機能を満たしてもよい。特定の手段が相互に異なる従属請求項に記載されるという単なる事実は、これらの手段の組み合わせが有利に用いられ得ないことを示すものではない。コンピュータプログラムは、他のハードウェアの部分として一緒に供給された光学格納媒体又は半導体媒体のような適切な媒体に格納／分配されてもよいが、インターネット又は他の有線若しくは無線の通信システムを介するような、他の形式で分配されてもよい。請求項における如何なる参照符号も、その範囲を限定するものとして考慮されるべきではない。

前記のものにおいて、本発明は、本発明のデバイスの機能ブロックを示すブロック図を参照して説明された。これらの機能ブロックの１又はそれ以上が、斯様な機能ブロックの機能が個々のハードウェアコンポーネントにより実行されるハードウェアに実装されてもよいが、これらの機能ブロックの１又はそれ以上が、斯様な機能ブロックの機能がコンピュータプログラムの１又はそれ以上のプログラムライン、又は、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、デジタル信号プロセッサ等のようなプログラム可能なデバイスにより実行されるように、ソフトウェアにおいて実行されることも可能であることが理解されるべきである。

Claims (16)

1. 入力端子と、
   出力端子と、
   これらの端子の間に接続された１又はそれ以上のＬＥＤのＬＥＤストリングであって、各ＬＥＤが該ＬＥＤと並列に接続された関連付けられた制御可能な短絡スイッチをもつ、前記ＬＥＤストリングと、
   当該モジュールの前記入力端子に接続された第１の入力端子と、当該モジュールの前記出力端子に接続された第２の入力端子とをもつ、前記短絡スイッチ又は複数の短絡スイッチを制御するためのモジュールコントローラとを有する、ライトモジュール。
2. 前記モジュールコントローラの入力端子と対応する当該モジュールの前記入力端子又は前記出力端子との間に結合されたダイオードを更に有する、請求項１に記載のライトモジュール。
3. 前記モジュールコントローラは、その入力端子と並列にエネルギバッファを備える、請求項１に記載のライトモジュール。
4. 各ＬＥＤは、該ＬＥＤ間の電圧降下を測定するための個別の電圧センサを備え、
   前記モジュールコントローラは、これらの測定信号を受信するための、前記電圧センサに結合されたセンサ入力部をもつ、請求項１に記載のライトモジュール。
5. 前記モジュールコントローラは、特定のＬＥＤが故障したことを示す測定信号に応答して、関連付けられた短絡スイッチが閉（導通）に維持されるように、この短絡スイッチに対する適切な制御信号を生成するように設計される、請求項４に記載のライトモジュール。
6. 前記入力端子及び前記出力端子において、変調されたデータ信号を伴う入力電流を受信可能であり、このデータは、アドレス及びアクションコマンドを含み、
   前記モジュールコントローラは、変調されたデータを復号するように設計され、前記モジュールコントローラは、特定の固有アドレスをもち、
   前記モジュールコントローラは、復号されたデータアドレスを自己のアドレスと比較し、これらが適合する場合には、復号されたアクションコマンドを実行し、又は、そうでなければ、前記アクションコマンドを無視するように設計される、請求項１に記載のライトモジュール。
7. 前記入力端子及び前記出力端子において、電流ソースを備えた電源からの入力電流を受信可能であり、
   前記モジュールコントローラは、前記電源の出力電圧の変調をもたらすように、前記短絡スイッチのうち少なくとも１つを導通状態から非導通状態に又は非導通状態から導通状態に一時的に切り替えることにより、データ信号を前記電源に送信可能である、請求項１に記載のライトモジュール。
8. 入力端子と出力端子とを有するライトユニットであって、
   請求項１〜７のうちいずれか一項に記載のライトモジュールを有し、
   前記モジュールの入力端子は、当該ユニットの前記入力端子に接続され、
   前記モジュールの出力端子は、当該ユニットの前記出力端子に接続される、ライトユニット。
9. 入力端子と出力端子とを有するライトユニットであって、
   直列に接続された２又はそれ以上のライトモジュールであって、各ライトモジュールが請求項１〜７のうちいずれか一項に記載のライトモジュールである、前記２又はそれ以上のライトモジュールを有し、
   最後のライトモジュールを除く各ライトモジュールは、次のライトモジュールの入力端子に接続された出力端子を有し、
   第１のライトモジュールの入力端子は、当該ユニットの入力端子に接続され、
   前記最後のライトモジュールの出力端子は、当該ユニットの出力端子に接続される、ライトユニット。
10. 入力端子と出力端子とを有するライトユニットであって、
    前記入力端子と前記出力端子との間に直列に接続された複数のＬＥＤであって、各ＬＥＤが該ＬＥＤと並列に接続された関連付けられた制御可能な短絡スイッチをもつ、前記複数のＬＥＤと、
    前記短絡スイッチを制御するための複数のコントローラであって、各モジュールコントローラが第１の入力端子及び第２の入力端子をもつ、前記複数のコントローラとを有し、
    これらＬＥＤの直列接続は、前記入力端子と前記出力端子との間に複数の中間ノードをもち、
    各ノードは、一のコントローラの第２の入力端子と次のコントローラの第１の入力端子とに結合される、ライトユニット。
11. 電力ユニットと請求項８〜１０のうちいずれか一項に記載のライトユニットとを有する照明システムであって、
    前記電力ユニットは、制御可能な電流ソースと、前記電流ソースを制御する電力コントローラとを有し、
    前記電力ユニットは、前記ライトユニットの入力端子及び出力端子に電力ラインを介してそれぞれ接続された前記電流ソースの出力端子を有し、前記電力ラインのうち一つは、好ましくは主要部により実装される、照明システム。
12. 前記電力コントローラは、データを伴う出力電流を変調するように前記電流ソースを制御するように設計される、請求項１１に記載の照明システム。
13. データ変調は、前記ＬＥＤの光出力に影響しないような周波数及び期間の一連の電流遮断によりもたらされる、請求項１２に記載の照明システム。
14. 前記遮断は、前記電力コントローラが前記電流ソースを一時的にオフに切り替えることによりもたらされる、請求項１３に記載の照明システム。
15. 前記電力コントローラは、数ミリ秒の期間をもつ短時間のデータバーストにおいてデータ符号化をもたらす、請求項１２に記載の照明システム。
16. マスターコントローラと、請求項１１〜１５のうちいずれか一項に記載の照明システムとを有する車両であって、
    前記電力コントローラは、当該車両の前記マスターコントローラからコマンド信号を受信するための入力部を有する、車両。

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