種々の光照射システム及び/又は発光ダイオード(LED)の実施例が、添付の図面を参照して以降で更に十分に説明される。これらの例は相互排他的ではなく、1つの例で見られる特徴は、更なる実施を実現するように、1つ以上の他の例で見られる特徴と組み合わされてもよい。従って、添付の図面に示されている例は、単に例示のために与えられており、それらは決して本開示を制限するよう意図されないことが理解されるだろう。同じ番号は、全体を通して同じ要素を参照する。
「第1」、「第2」、「第3」などの語が様々な要素を記載するために本明細書中で使用されることがあるが、これらの要素は、それらの語によって制限されるべきではないことが理解されるだろう。それらの語は、1つの要素を他と区別するために使用され得る。例えば、本発明の範囲を逸脱せずに、第1要素は第2要素と称されてもよく、第2要素は第1要素と称されてもよい。本明細書中で使用されるように、語「及び/又は」は、関連する列挙されたアイテムのうちの1つ以上のありとあらゆる組み合わせを含み得る。
層、領域、又は基板などの要素が他の要素の“上に”あると、又はその“上に”延在すると言及される場合に、それは他の要素の上に直にあるか、又はその上に直接に延在してよく、あるいは、介在する要素が存在してもよいことが理解されるだろう。対照的に、要素が他の要素の“上に直に”あると、又はその“上に直接に”延在すると言及される場合には、介在する要素は存在し得ない。また、要素が他の要素へ“接続”又は“結合”されると言及される場合に、それは他の要素へ直接に接続若しくは結合されてよく、及び/又は1つ以上の介在要素を経由して他の要素へ接続若しくは結合されてよいことが理解されるだろう。対照的に、要素が他の要素へ“直接に接続”又は“直接に結合”されると言及される場合には、その要素と他の要素との間に介在要素は存在しない。これらの語は、図に表されている任意の向きに加えて、要素の種々の向きを包含するよう意図されることが理解されるだろう。
「〜より下に」(below)、「〜より上に」(above)、「上位の」(upper)、「下位の」(lower)、「水平な」(horizontal)又は「垂直な」(vertical)などの相対語は、図に表されている他の要素、層、又は領域に対する1つの要素、層、又は領域の関係を説明するために本明細書中で使用されることがある。これらの語は、図に表されている任意の向きに加えて、要素の種々の向きを包含するよう意図されることが理解されるだろう。
更に、LED、LEDアレイ、電気部品及び/又は電子部品が1つ、2つ、又はそれ以上のエレクトロニクスボード上に収容されるかどうかは、設計制約及び/又は用途に依存してもよい。
紫外線(UV)又は赤外線(IR)光出力を発するデバイスなどの半導体LED又は光出力放射デバイスは、現在入手可能な、最も効率的な光源に入る。これらのデバイス(以降「LED」)には、発光ダイオード(LED)、共振空洞発光ダイオード(RCLED)、垂直共振器レーザダイオード(VCSEL)、及び端面発光レーザ、などが含まれ得る。それらのコンパクトなサイズ及び低い電力要件により、例えば、LEDは、多種多様な用途にとって魅力的な候補となる。例えば、それらは、カメラ及び携帯電話機などの手持ち式のバッテリ駆動型デバイスのための光源(例えば、フラッシュ光及びカメラフラッシュ)として使用されることがある。それらはまた、例えば、自動車照明、ヘッドアップディスプレイ(HUD)照明、園芸用照明、街灯、ビデオ用のトーチ、一般的な照明(例えば、家、店、オフィス及びスタジオ照明、劇場/ステージ照明並びに建築照明)、拡張現実(AR)照明、仮想現実(VR)照明、ディスプレイ用バックライト、及びIRスペクトロスコピーのためにも使用されることがある。単一のLEDは、白熱光源よりも輝度が弱い光しか供給できないので、LEDの多接合デバイス又はアレイ(例えば、モノリシックLEDアレイ、マイクロLEDアレイ、など)が、更なる輝度が望まれる又は必要とされる用途のために使用されてよい。
調整可能な照射は、顧客及び商用照明において大いに望まれている。調整可能な照射システムは、通常、その色及び輝度を互いに独立して変更することができる。本開示の態様に従って、電流ステアリング並びに/又は時分割及び多重化技術を用いて1つのチャンネル出力を3つに分ける調整可能な照射システムが、開示される。より具体的には、調整可能な照明システムは、入力電流を3つのパルス幅変調(PWM)チャンネルに分け得る。PWMの個々のデューティサイクルは、制御信号インターフェイスを介して受信される制御信号に基づき調整され得る。制御信号インターフェイスは、照射システムによって出力される光の色をユーザが変えたい場合にユーザによって操作されるスイッチ及び/又は他の回路を含んでよい。
本開示の態様に従って、第1制御信号に基づき第1パルス幅変調(PWM)信号を生成するよう構成される第1信号発生部と、基準信号と第1制御信号との間の電圧の差に基づき第2PWM信号を生成するよう構成される第2信号発生部と、第1PWM信号及び第2PWM信号に基づき、第1PWM信号及び第2PWM信号のうちの少なくとも一方とは異なったデューティサイクルを有する第3PWM信号を生成するよう構成される第3信号発生部と、第1PWM信号を用いて給電され、第1タイプの光を発するよう構成される第1発光ダイオード(LED)と、第2PWM信号を用いて給電され、第2CCTを有し、第2タイプの光を発するよう構成される第2LEDと、第3PWM信号を用いて給電され、第3タイプの光を発するよう構成される第3LEDとを有する照射システムが、開示される。
本開示の態様に従って、照射システムの作動方法であって、第1制御信号に基づき第1パルス幅変調(PWM)信号を生成することと、基準信号と第1制御信号との間の電圧の差に基づき第2PWM信号を生成することと、第1PWM信号及び第2PWM信号に基づき、第1PWM信号及び第2PWM信号のうちの少なくとも一方とは異なったデューティサイクルを有する第3PWM信号を生成することと、第1PWM信号に基づき、第1タイプの光を出力するよう構成される第1発光ダイオード(LED)を制御することと、第2PWM信号に基づき、第2タイプの光を出力するよう構成される第2LEDを制御することと、第3PWM信号に基づき、第3タイプの光を出力するよう構成される第3LEDを制御することとを有する方法が、開示される。
図1は、本開示の対象に従う照射システム100の例の図である。照射システム100は、制御信号インターフェイス110と、照明器具120と、ライトエンジン130とを含んでよい。動作中、照射システム100は、制御信号インターフェイス110を介してユーザ入力を受け取り、入力に基づいて、照明器具120によって出力される光の色を変化させ得る。例えば、第1ユーザ入力が受け取られる場合に、照明器具120は、第1の色を有する光を出力してよい。対照的に、第2ユーザ入力が受け取られる場合に、照明器具120は、第1の色とは異なる第2の色を有する光を出力してよい。いくつかの実施において、ユーザは、制御信号インターフェイス110の部分である、ノブを回すこと又はスライダを動かすことによって、照射システムへ入力を供給し得る。追加的に、又は代替的に、いくつかの実施で、ユーザは、所望の色の指示を制御信号インターフェイス110へ伝えるよう自身のスマートフォン及び/又は他の電子デバイスを使用することによって、照射システムへ入力を供給してもよい。
制御信号インターフェイス110は、電圧信号CTRLを生成し、電圧信号CTRLをライトエンジン130へ供給するよう構成される任意の適切なタイプの回路又はデバイスを含んでよい。この例では、制御信号インターフェイス110及びライトエンジン130は別個のデバイスとして表されているが、制御信号インターフェイス110及びライトエンジン130が同じデバイスにおいて一体化されるところの代替の実施が、可能である。例えば、いくつかの実施で、制御信号インターフェイス110は、ノブ又はスライダへ結合され、ノブ(又はスライダ)のポジションに基づいて制御信号CTRLを生成するよう動作可能なポテンショメータを含んでよい。他の例として、制御信号インターフェイスは、遠隔のデバイス(例えば、スマートフォンまたはZigbee(登録商標)ゲートウェイ)から1つ以上のデータアイテムを受信し、データアイテムに基づいて制御信号CTRLを出力するよう動作可能なワイヤレスレシーバ(例えば、Bluetooth(登録商標)レシーバ、Zigbeeレシーバ、Wi−Fiレシーバ、など)を含んでもよい。いくつかの実施で、1つ以上のデータアイテムは、照明器具120によって出力されるべき所望の相関色温度(CCT)を特定する数字を含んでよい。
照明器具120は、光源122(例えば、暖白色(warm-white))、光源124(例えば、冷白色(cold-white))、及び光源126(例えば、昼白色(neutral-white))を含んでよい。光源122(例えば、暖白色)は、約2700KのCCTを有する白色光を出力するよう構成される1つ以上のLEDを含んでよい。光源124(例えば、冷白色)は、約6500KのCCTを有する白色光を出力するよう構成される1つ以上のLEDを含んでよい。光源126(例えば、昼白色)は、約4000KのCCTを有する白色光を出力するよう構成される1つ以上のLEDを含んでよい。
ライトエンジン130は、3つの異なったチャンネル上で照明器具120へ電力を供給するよう構成されてよい。より具体的には、ライトエンジン130は、第1チャンネル上で第1PWM信号PWR1を光源122(例えば、暖白色)へ供給し、第2チャンネル上で第2PWM信号PWR2を光源124(例えば、冷白色)へ供給し、第3チャンネル上で第3PWM信号PWR3を光源126(例えば、昼白色)へ供給するよう構成されてよい。信号PWR1は、暖白色光源に給電するために使用されてよく、そのデューティサイクルは、暖白色光源の輝度を決定し得る。信号PWR2は、冷白色光源に給電するために使用されてよく、そのデューティサイクルは、冷白色光源の輝度を決定し得る。信号PWR3は、昼白色光源に給電するために使用されてよく、そのデューティサイクルは、昼白色光源の輝度を決定し得る。動作中、調整可能なライトエンジンは、光源122〜126の各1つの各々の輝度を調整するように、信号PWR1、PWR2及びPWR3のデューティサイクルの相対的な大きさを変え得る。当然ながら、光源122〜126の個々の輝度を変えることは、照明器具120の出力に色(及び/又はCCT)を変えさせることになる。上記の通りに、照明器具120の光出力は、光源122〜126によって生成される光放射の組み合わせ(例えば、混合)であることができる。
本開示の態様に従って、ライトエンジン130は、信号PWR1、PWR2及びPWR3を生成するよう構成される任意の適切なタイプの電子デバイス及び/又は電子回路を含んでよい。この例では、信号PWR1、PWR2及びPWR3はPWM信号であるが、信号PWR1が電流信号、電圧信号、及び/又はあらゆる他の適切なタイプの信号であるところの代替の実施が、可能である。更には、この例では、光源122〜126は白色光源であるが、光源122〜126が夫々異なった色の光を発するよう構成されるところの代替の実施が、可能である。例えば、光源122は、赤色光を発するよう構成されてよく、光源126は、緑色光を発するよう構成されてよく、光源124は、青色光を発するよう構成されてよい。
図2は、本開示の態様に従うPWM発生器200の例の概略図である。PWM発生器200は、任意の適切なタイプのPWM発生器を含んでよい。いくつかの実施で、PWM発生器200は、電源入力端子210と、接地端子220と、制御端子230と、出力端子240とを含んでよい。動作中、PWM発生器200は、電源入力端子210で電力を、制御端子230で電圧制御信号VCTRLを受信し得る。制御信号VCTRLに基づいて、PWM発生器200は、PWM信号を生成し、出力端子240からPWM信号を出力し得る。
図3は、図2のPWM発生器200によって生成され得るPWM信号の例を表すグラフである。PWM信号は、周期P及びパルス幅Wを有してよい。PWM信号のデューティサイクルは、PWM信号がオン(例えば、ハイ)である各周期Pの割合であることができ、それは、次の式1によって表され得る:
PWM信号のデューティサイクル=(パルス幅W/周期P)×100 式1
図4は、本開示の態様に従う図2のPWM発生器200の応答を表すグラフである。表されているように、制御信号VCTRLが第1の値(例えば、約0V)を有するとき、PWM発生器200によって生成されるPWM信号のデューティサイクルは、100%であることができ、制御信号VCTRLが第2の値Vcを有するとき、PWM発生器200は、非アクティブにされ得る。図4には示されないが、いくつかの実施で、PWM発生器200は、制御信号VCTRLの値が所定の範囲(例えば、0V〜0.4V)にあるときには、PWM信号のデューティサイクルを100%に設定するよう構成されてよい。PWM発生器200をこのように構成することは、厳密に0Vである制御信号を得ることがアナログ回路では常には実現可能でない可能性があるということで、100%のデューティサイクルを有しているPWM信号を出力することが常に可能であることを確実にし得る。本開示の態様に従って、PWM発生器が非アクティブにされるとき、それは、0%のデューティサイクルを有しているPWM信号を生成するものと見なされ得る。本開示に従って、値Vcは、PWM発生器のカットオフ電圧と称されることがある。値Vcは、PWM発生器200の内部設計に依存し得る。設計仕様に応じて、Vcのための如何なる適切な値も、当業者によって実現され得る。
図5は、PWM発生器200のようなPWM発生器をその構成ブロックの1つとして使用する照射システム500の例の回路図である。表されているように、照射システム500は、照明器具510と、制御信号インターフェイス520と、ライトエンジン530とを含んでよい。
照明器具510は、光源512、光源514、及び光源516を含んでよい。各光源は、1つ以上の各々のLEDを含んでよい。例えば、光源512は、第1タイプの光を生成するよう構成される1つ以上の発光ダイオード(LED)を含んでよい。光源514は、第2タイプの光を生成するよう構成される1つ以上のLEDを含んでよい。光源516は、第3タイプの光を生成するよう構成される1つ以上のLEDを含んでよい。3つの光のタイプは、波長、演色評価数(Color Rendering Index,CRI)、相関色温度(CCT)、及び/又は色において互いに異なり得る。いくつかの実施で、第1タイプの光は、暖白色光であってよく、第2タイプの光は、冷白色光であってよく、第3タイプの光は、昼白色光であってよい。追加的に、又は代替的に、いくつかの実施で、第1タイプの光は、赤色光であってよく、第2タイプの光は、緑色光であってよく、第3タイプの光は、青色光であってよい。
この例に従って、照明器具510は、光源512〜516の夫々の各々の出力を混合することによって、調整可能な白色光を生成するよう配置されてよい。かような場合に、光源512は、約2700KのCCTを有する暖白色光を発するよう構成されてよく、光源514は、約6500KのCCTを有する冷白色光を発するよう構成されてよく、光源516は、約4000KのCCTを有する昼白色光を発するよう構成されてよい。上記の通りに、照明器具510の出力は、光源512〜516からの放射が互いに混合された結果として生成される複合光出力であってよい。複合光出力のCCTは、制御信号インターフェイス520によって生成されて第1チャンネル521を介して供給される制御信号VCTRL1に基づいて、各光源の各々の輝度を変えることによって変更され得る。
制御信号インターフェイス520は、電圧制御信号VCTRL1を生成し、制御信号VCTRL1をライトエンジン530へ供給するよう構成される任意の適切なタイプの回路又はデバイスを含んでよい。この例では、制御信号インターフェイス520及びライトエンジン530は、別個のデバイスとして表されているが、制御信号インターフェイス520及びライトエンジン530が同じデバイスにおいて一体化されるところ代替の実施が、可能である。例えば、いくつかの実施で、制御信号インターフェイス520は、ノブ又はスライダへ結合され、ノブ(又はスライダ)のポジションに基づいて制御信号VCTRL1を生成するよう動作可能なポテンショメータを含んでよい。他の例として、制御信号インターフェイスは、遠隔のデバイス(例えば、スマートフォンまたはZigbeeゲートウェイ)から1つ以上のデータアイテムを受信し、データアイテムに基づいて制御信号VCTRL1を出力するよう動作可能なワイヤレスレシーバ(例えば、Bluetoothレシーバ、Zigbeeレシーバ、Wi−Fiレシーバ、など)を含んでもよい。他の例として、制御信号インターフェイス520は、様々な制御基準に基づいて制御信号VCTRL1を生成するよう構成される自律型又は半自律型コントローラを含んでもよい。そのような制御基準は、時刻、現在の日付、現在の月、現在の季節、などのうちの1つ以上を含んでよい。
ライトエンジン530は、3チャンネルライトエンジンであってよい。ライトエンジン530は、光源512〜516の夫々へ異なった各々のチャンネル522、523及び524上で電力を供給するよう構成されてよい。ライトエンジン530は、電流源532、電圧レギュレータ534、及び基準電圧発生器536を含んでよい。電圧レギュレータ534は、図示されるように、ライトエンジン530の様々な構成要素に給電するために使用される電圧VDDを生成するよう構成されてよい。基準電圧発生器536は、基準電圧信号VREFを生成するよう構成されてよい。ライトエンジン530の動作に対する信号VREFの影響については、以下で更に説明される。
ライトエンジン530は、第1チャンネル522上で光源512へ供給される第1PWM信号PWR1を使用することによって光源512を駆動するよう動作可能であってよい。信号PWR1は、第1信号発生器GEN1 525及び第1スイッチSW1を使用することによって生成されてよい。発生器GEN1 525は、図2に関連して説明されるPWM発生器200と同じか又は類似してよく、それはカットオフ電圧Vc1を有してよい。スイッチSW1は、MOSFETトランジスタであってよい。光源512は、MOSFETトランジスタSW1のドレイン−ソースをわたって電流源532へ接続されてよく、MOSFETトランジスタSW1のゲートは、信号発生器GEN1 525によって生成されるPWM信号VGATE1を受信するよう配置されてよい。当然ながら、この配置は、スイッチSW1が信号VGATE1のデューティサイクルと同じか又は類似しているデューティサイクルを信号PWR1に与えることをもたらし得る。信号VGATE1のデューティサイクルは、図3に示されるように、制御信号VCTRL1の大きさ(例えば、レベル)に依存してよい。
ライトエンジン530は、第2チャンネル523上で光源514へ供給される第2PWM信号PWR2を使用することによって光源514を駆動するよう動作可能であってよい。信号PWR2は、第2信号発生器GEN2 526及び第2スイッチSW2を使用することによって生成されてよい。発生器GEN2 526は、図2に関連して説明されるPWM発生器200と同じか又は類似してよく、それはカットオフ電圧Vc2を有してよい。信号発生器GEN2 526のカットオフ電圧Vc2は、信号発生器GEN1 525のカットオフ電圧Vc1と同じか又は異なり得る。スイッチSW2は、MOSFETトランジスタであってよい。光源514は、MOSFETトランジスタSW2のドレイン−ソースをわたって電流源532へ接続されてよく、MOSFETトランジスタSW2のゲートは、信号発生器GEN2 526によって生成されるPWM信号VGATE2を受信するよう配置されてよい。当然ながら、この配置は、スイッチSW2が信号VGATE2のデューティサイクルと同じか又は類似しているデューティサイクルを信号PWR2に与えることをもたらし得る。信号VGATE2のデューティサイクルは、図3に示されるように、制御信号VCTRL2の大きさ(例えば、レベル)に依存してよい。
制御信号VCTRL2は電圧信号であってよい。更には、上記の通りに、信号VCTRL1及びVREFも電圧信号であってよい。これに関連して、制御信号VCTRL2は、基準信号VREFの電圧から第1制御信号VCTRL1の電圧を減じることによって生成されてよい。例えば、基準電圧信号VREFが10Vであり、制御信号VCTRL1が3Vであるとき、制御信号VCTRL2は7Vに等しくなる。制御信号VCTRL2は、電圧減算回路SUB1を用いて生成されてよい。減算回路SUB1は、電圧減算器として動作するよう構成される演算増幅器(オペアンプ)540を含んでよい。更に、減算回路SUB1は、抵抗器552、554、556及び558を含んでよい。抵抗器552及び554は両方とも、抵抗R2を有してよい。抵抗器556及び558は両方とも、抵抗R1を有してよい。抵抗R2は、抵抗R1と同じか又は異なってよい。抵抗器552は、図示されるように、オペアンプ540の出力端子と反転入力端子との間に配置されてよい。抵抗器554は、オペアンプ540の非反転入力端子と接地との間に結合されてよい。抵抗器556は、オペアンプ540の反転端子と制御信号インターフェイス520との間に結合されてよい。抵抗器558は、オペアンプ540の非反転端子と制御基準電圧発生器536との間に結合されてよい。動作中、オペアンプ540は、(i)制御信号VCTRL1を第1入力として受信し、(ii)基準信号VREFを第2入力として受信し、制御信号VCTRL1及び基準信号VREFに基づいて制御信号VCTRL2を生成し得る。制御信号VCTRL2の大きさは、次の式2によって表され得る:
VCTRL2=(VREF−VCTRL1)×(R2/R1) 式2
ライトエンジン530は、第3チャンネル524上で光源516へ供給される第3PWM信号PWR3を使用することによって光源516を駆動するよう動作可能であってよい。信号PWR3は、第3信号発生器GEN3及び第3スイッチSW3を使用することによって生成されてよい。スイッチSW3は、MOSFETトランジスタであってよい。光源516は、MOSFETトランジスタSW3のドレイン−ソースをわたって電流源532へ接続されてよく、MOSFETトランジスタSW3のゲートは、信号発生器GEN3によって生成されるPWM信号VGATE3を受信するよう配置されてよい。当然ながら、この配置は、スイッチSW3が信号VGATE3のデューティサイクルと同じか又は類似しているデューティサイクルを信号PWR3に与えることをもたらし得る。信号VGATE3は、信号VGATE1及びVGATE2に基づいて発生器GEN3によって生成されてよい。いくつかの実施で、信号発生器GEN3は、NORゲートを含んでよい。図5に表されているように、NORゲートは、信号VGATE1及びVGATE2を入力として受信し、信号VGATE1及びVGATE2に対してNOR演算を実行することによって信号VGATE3を生成し得る。
図6A〜Bに表されているように、(i)電圧信号VREFの値(例えば、レベル)、(ii)信号発生器GEN1 525のカットオフ電圧Vc1の値(例えば、レベル)、及び(iii)信号発生器GEN2 526のカットオフ電圧Vc2の値(例えば、レベル)、のうちの1つ以上は、信号VGATE1及びVGATE2のうちの一方のみが如何なる所与の時点でも論理ハイにあるように選択され得る。これは、電流源532からの電流が如何なる所与の時点でも1つのチャンネル(光源512〜516の中のただ1つ)へしか分流され得ないように、必要とされ得る。いくつかの実施で、如何なる所与の時点でも電流源532からただ1つのチャンネルへ電流を分流することは、光源512〜516の輝度に対するより正確な制御を可能にし得るということで、有利であり得る。
いくつかの実施で、図6A〜Bに表されているように、信号VGATE1及びVGATE2のうちの一方は、0%のデューティサイクルを常に有し得るが、他方は、0%よりも大きいデューティサイクルを有し得る。かような場合に、信号VGATE3は、VGATE1及びVGATE2のうちの、デューティサイクルが大きい所与の一方を反転させることによって、生成されてよい。結果として、VGATE1及びVGATE2のうちの、デューティサイクルが大きい所与の一方と、信号VGATE3とのデューティサイクルの和は、100%に等しくなる。簡潔に言えば、図6A〜Bの例では、信号VGATE3は、信号VGATE1及びVGATE2のうちの一方の反転である。本開示の態様に従って、1つのPWM信号は、その値が他のPWM信号の逆値であるときに、他のPWM信号の反転である。例えば、図6Aに示されるように、信号VGATE3は、信号VGATE1が論理ローであるときには常に論理ハイにあり、その逆も同様であるから、信号VGATE1の反転であると見なされ得る。
簡潔に言えば、いくつかの実施で、ライトエンジン530は、電流源532によって生成される電流を3つのパルス幅変調チャンネル(例えば、PWR1、PWR2、PWR3)に導いてよく、それらのデューティサイクルの和は一貫している。この効果は、(i)信号VGATE1及びVGATE2のうちの一方しか如何なる所与の時点でも論理ハイにないことを確かにすることと、(ii)信号VGATE3が、信号VGATE1及びVGATE2のうちの、デューティサイクルが大きい一方の反転であることを確かにすることとによって、達成され得る。電流源532からの電流をこのようにして分流することは、光源512〜516からの光出力の輝度に対するより正確な制御を実現することを助け得る。
上記の通りに、ライトエンジン530の動作は、基準信号VREFの大きさ、信号発生器GEN1 525のカットオフ電圧Vc1、信号発生器GEN2 526のカットオフ電圧Vc2、及び比R2/R1、のうちの1つ以上に依存し得る。本開示は、基準信号VREFの大きさ、信号発生器GEN1 525のカットオフ電圧Vc1、信号発生器GEN2 526のカットオフ電圧Vc2、及び比R2/R1、の如何なる特定の値にも制限されない。これらの変数のいずれの値も、照射システム500の種々の構成において様々であってよく、それは、所望の設計仕様に従って選択されてよい。
制御信号VCTRL1は、上記の通りに、照明器具510によって出力される光の所望のCCT(及び/又は色)を示すユーザ入力に応答して、制御信号インターフェイス520によって生成されてよい。よって、制御信号VCTRL1は、照明器具510から発せられる光の所望のCCT(及び/又は色)を示す電圧信号であってよい。
制御信号VCTRL1は、いつ光源512がオフされるかを決定してよい。より具体的には、制御信号VCTRL1の大きさが信号発生器GEN1 525のカットオフ電圧Vc1を超える場合に、光源512はオフされ得る。基準信号VREFは、いつ光源516がオンされるかを決定してよい。基準信号VREFの値が、信号発生器GEN1 525のカットオフ電圧Vc1の2倍よりも低い場合に、光源514は、光源512がオフされる前にオンされ得る。対照的に、基準信号VREFの値が、信号発生器GEN1 525のカットオフ電圧Vc1の2倍よりも高い場合に、光源514は、光源512がオフされた後にオンされ得る。同様に、信号VREFが信号発生器GEN1 525のカットオフ電圧Vc1の2倍に等しい場合に、光源514は、光源512がオフされるのと同時にオンされ得る。
比R2/R1は、信号VCTRL1の変化に応答して光源514の輝度が変化する割合を決定してよい。これは、転じて、ユーザ入力に対する照射システム500の応答性に作用し得る。上記の通りに、いくつかの実施で、光源514は、冷白色光源であってよく、制御信号VCTRL1は、ユーザがノブを回すことに応答して制御信号インターフェイス520によって生成されてよい。かような場合に、比R2/R1が高い場合に、照射システム500の光出力は、ノブが回されると、更に急に冷たくなる。対照的に、比R2/R1が低い場合に、照射システム500の光出力は、ノブが動かされると、更にゆっくりと冷たくなる。
図7は、ライトエンジン530の1つの可能な構成に従って、図5の照射システム500の動作を表すプロット700を示す。この構成では、信号発生器GEN1 525のカットオフ電圧Vc1は、信号発生器GEN2 526のカットオフ電圧VC2と同じであり、基準信号VREFの大きさは、カットオフ電圧Vc1の2倍に等しい。プロット700は、信号PWR1、PWR2及びPWR3の夫々の各々のデューティサイクルと制御信号VCTRL1との間の関係を示す。更に、プロット700は、照射システム500が少なくとも5つの動作状態を有し得ること表す。ここで、動作状態は、状態S0〜S4として列挙される。
照射システム500は、制御信号VCTRL1が0Vに等しい(VCTRL1=0V)場合に、状態S0にあってよい。照射システム500が状態S0にある場合に、光源512は(最大容量で)オンされ得、光源514及び516はオフされ得る。
照射システム500は、制御信号VCTRL1が0Vよりも大きくかつ信号発生器GEN1 525のカットオフ電圧Vc1よりも小さい(0<VCTRL1<Vc1)場合に、状態S1にあってよい。照射システム500が状態S1にある場合に、光源512及び516はオンされ得、光源514はオフされ得る。
照射システム500は、制御信号VCTRL1が信号発生器GEN1 525のカットオフ電圧VC1に等しい(VCTRL1=Vc1)場合に、状態S2にあってよい。照射システム500が状態S2にある場合に、光源516は(最大容量で)オンされ得、光源512及び514はオフされ得る。
照射システム500は、制御信号VCTRL1が信号発生器GEN1 525のカットオフ電圧VC1よりも大きくかつ基準信号VREFよりも小さい(Vc1<VCTRL1<VREF)場合に、状態S3にあってよい。照射システム500が状態S3にある場合に、光源514及び516はオンされ得、光源512はオフされ得る。
照射システム500は、制御信号VCTRL1がVREF以上である(VCTRL1≧VREF)場合に、状態S4にあってよい。照射システム500が状態S4にある場合に、光源514は(最大容量で)オンされ得、光源512及び516はオフされ得る。
図8は、ライトエンジン530の他の可能な構成に従って、図5の照射システム500の動作を表すプロット800を示す。この構成では、信号発生器GEN1 525のカットオフ電圧Vc1は、信号発生器GEN2 526のカットオフ電圧VC2と同じであり、基準信号VREFの大きさは、カットオフ電圧Vc1の2倍よりも大きい。プロット800は、信号PWR1、PWR2及びPWR3の夫々の各々のデューティサイクルと制御信号VCTRL1との間の関係を示す。更に、プロット800は、照射システム500が少なくとも5つの動作状態を有し得ること表す。ここで、動作状態は、状態S0〜S4として列挙される。
照射システム500は、制御信号VCTRL1が0Vに等しい(VCTRL1=0V)場合に、状態S0にあってよい。照射システム500が状態S0にある場合に、光源512は(最大容量で)オンされ得、光源514及び516はオフされ得る。
照射システム500は、制御信号VCTRL1が0Vよりも大きくかつ信号発生器GEN1 525のカットオフ電圧Vc1よりも小さい(0<VCTRL1<Vc1)場合に、状態S1にあってよい。照射システム500が状態S1にある場合に、光源512及び516はオンされ得、光源514はオフされ得る。
照射システム500は、制御信号VCTRL1が信号発生器GEN1 525のカットオフ電圧VC1以上でありかつVm以下である(Vc1≦VCTRL1≦Vm)場合に、状態S2にあってよい。照射システム500が状態S2にある場合に、光源516は(最大容量で)オンされ得、光源512及び514はオフされ得る。いくつかの実施で、値Vmは、次の式3によって定義され得る:
Vm=VREF−Vc2×(R1/R2) 式3
照射システム500は、制御信号VCTRL1がVmよりも大きくかつ基準信号VREFよりも小さい(Vm<VCTRL1<VREF)場合に、状態S3にあってよい。照射システム500が状態S3にある場合に、光源514及び516はオンされ得、光源512はオフされ得る。従って、Vmは、光源514がオンされる制御信号VCTRL1の値であり得る。
照射システム500は、制御信号VCTRL1がVREF以上である(VCTRL1≧VREF)場合に、状態S4にあってよい。照射システム500が状態S4にある場合に、光源514は(最大容量で)オンされ得、光源512及び516はオフされ得る。
図9は、図8に関連して説明される照射システム500の構成に従って、制御信号VCTRL1及びVCTRLの間の関係を表すプロット900を示す。図示されるように、制御信号VCTRL1が信号発生器GEN1 525のカットオフ電圧VC1の値に達すると、光源512はオフされ、光源516は100%輝度に達し得る。制御信号VCTRL1が値Vmを上回ると、光源516の輝度は下がり始め得る。更に、Vc1からVmの間にあるVCTRL1の値の場合に、光源516は最大輝度で動作し、光源512及び514はオフされ得る。
プロット700及びプロット800は、照射システム500が、照射システム500から発せられる光の全輝度に影響を及ぼさずに、照射システム500によって生成される光出力の色及び/又はCCTを変えることをユーザに可能にし得る、ことを表す。この概念は、プロット700及び800で表されている。プロット700及び800で表されているように、信号PWR1及びPWR2を表す線は、信号PWR2を表す線の勾配とは、大きさは等しいが符号が逆である勾配を有し得る。これは、光源512及び光源514のうちの一方の輝度の低下が光源516の輝度の同等の増大に一致し、その逆も同様であり得ることを暗示する。よって、いくつかの実施で、照射システム500の光出力のCCT(又は色)が(制御信号VCTRL1の変化の結果として)変化する場合に、その変化は、照射システム500の光出力の輝度の如何なる増低減も伴わずに起こり得る。
図10は、本開示の態様に従うプロセスの例のフローチャートである。いくつかの実施で、プロセス1000の全てのステップは、図10で与えられている参照番号の順序に基づき一斉に実行されてよい。代替的に、いくつかの実施で、プロセス1000の一部又は全てのステップは、例えば、図10で与えられているフロー矢印によって説明されるように、順に実行されてよい。プロセス1000は、照射システム100、照射システム500、及び/又はあらゆる他の適切なタイプの電子デバイスによって実行されてもよい。例えば、いくつかの実施で、プロセス1000のステップの少なくとも一部は、マイクロプロセッサ(例えば、ARMベースのプロセッサ、Arduinoベースのプロセッサ、など)のような処理回路を用いて実行されてよい。追加的に、代替的に、いくつかの実施で、プロセス1000のステップの少なくとも一部は、図5に示されるもののような電子回路を使用することによって実行されてよい。
ステップ1010で、光出力の所望のCCT及び/又は所望の色を示す第1制御信号が受信される。制御信号は、制御信号インターフェイス110又は520のような制御信号インターフェイスから受信されてよい。いくつかの実施で、制御信号は、制御信号VCTRL1のような電圧信号であってよい。いくつかの実施で、制御信号は、所望のCCT及び/又は色を示す数字又は英数字列のデジタル表現であってよい。ステップ1020で、基準信号が生成される。いくつかの実施で、基準信号は、信号VREFのような電圧信号であってよい。追加的に、又は代替的に、いくつかの実施で、基準信号は、数字及び英数字列のデジタル表現であってよい。ステップ1030で、基準信号及び第1制御信号のうちの少なくとも1つに基づいて、第2制御信号が生成される。いくつかの実施で、第2制御信号は、基準信号から第1制御信号を減じることによって生成されてよい。
ステップ1040で、第1制御信号に基づいて、第1PWM信号が生成される。いくつかの実施で、第1PWM信号は、第1制御信号に基づくデューティサイクルを有してよい。いくつかの実施で、第1PWM信号のデューティサイクルは、第1制御信号の大きさに比例(例えば、第1制御信号のレベルに比例)してよい。
ステップ1050で、第2PWM信号が生成される。いくつかの実施で、第2PWM信号のデューティサイクルは、第1制御信号及び基準信号のうちの少なくとも1つに基づいて生成されてよい。追加的に、又は代替的に、いくつかの実施で、第2PWM信号は、第2制御信号に基づき生成されてよい。追加的に、又は代替的に、いくつかの実施で、第2PWM信号は、第2制御信号の大きさに比例するデューティサイクルを有してよい。
ステップ1060で、第1PWM信号及び第2PWM信号のうちの少なくとも1つに基づいて、第3PWM信号が生成される。いくつかの実施で、第3PWM信号は、第1PWM信号及び第2PWM信号の夫々とは異なるデューティサイクルを有してよい。いくつかの実施で、第3PWM信号は、第1PWM信号及び第2PWM信号のうちの、デューティサイクルが大きい方の信号を反転させることによって、生成されてもよい。追加的に、又は代替的に、いくつかの実施で、第3PWM信号は、第1PWM信号及び第2PWM信号に対してNOR演算を実行することによって生成されてもよい。
ステップ1070で、第1光源は、第1PWM信号に基づいて制御される。第1光源は、1つ以上のLED及び/又はあらゆる他の適切なタイプの光源を含んでよい。いくつかの実施で、第1光源を制御することは、第1PWM信号に基づいて第1光源をオンすること及び/又はオフすることを含んでよい。追加的に、又は代替的に、いくつかの実施で、第1光源を制御することは、第1光源の輝度を増大及び/又は低減することを含んでもよい。追加的に、又は代替的に、いくつかの実施で、第1光源を制御することは、第1PWM信号に基づいて、第1光源の電流のフローを制御するスイッチの状態を変えることを含んでもよい。
ステップ1080で、第2光源は、第2PWM信号に基づいて制御される。第2光源は、1つ以上のLED及び/又はあらゆる他の適切なタイプの光源を含んでよい。いくつかの実施で、第2光源を制御することは、第2PWM信号に基づいて第2光源をオンすること及び/又はオフすることを含んでよい。追加的に、又は代替的に、いくつかの実施で、第2光源を制御することは、第2光源の輝度を増大及び/又は低減することを含んでもよい。追加的に、又は代替的に、いくつかの実施で、第2光源を制御することは、第2PWM信号に基づいて、第2光源の電流のフローを制御するスイッチの状態を変えることを含んでもよい。
ステップ1090で、第3光源は、第3PWM信号に基づいて制御される。第3光源は、1つ以上のLED及び/又はあらゆる他の適切なタイプの光源を含んでよい。いくつかの実施で、第3光源を制御することは、第3PWM信号に基づいて第3光源をオンすること及び/又はオフすることを含んでよい。追加的に、又は代替的に、いくつかの実施で、第3光源を制御することは、第3光源の輝度を増大及び/又は低減することを含んでもよい。追加的に、又は代替的に、いくつかの実施で、第3光源を制御することは、第3PWM信号に基づいて、第3光源の電流のフローを制御するスイッチの状態を変えることを含んでもよい。
図1〜10は、単に一例として与えられている。図5の例で、スイッチSW1及びSW2は、MOSFETトランジスタとして実装されているが、ソリッドステートリレー、PMOSトランジスタなどの、如何なる適切なタイプのスイッチも、代わりに使用されてよい。図5の例で、減算器SUB1は、オペアンプを用いて実装されているが、如何なる適切なタイプの電子回路も、減算器を実装するために代わりに使用されてよい。図3の例で、発生器GEN3は、NORゲートを用いて実装されているが、如何なる他の適切なタイプの回路も、代わりに使用されてよい。例えば、信号発生器GEN3は、ORゲート及び1つ以上のインバータなどを使用することによって実装されてもよい。これらの図に関連して説明されている要素の少なくとも一部は、異なる順序で配置され、組み合わされ、かつ/あるいは、完全に削除されてもよい。
図11は、一実施形態に従う集積LED照明システムのためのエレクトロニクスボード310の上面図である。代替の実施形態では、2つ以上のエレクトロニクスボードがLED照明システムのために使用されてもよい。例えば、LEDアレイは、別個のエレクトロニクスボード上にあってよく、あるいは、センサモジュールが、別のエレクトロニクスボード上にあってもよい。表されている例において、エレクトロニクスボード310は、電力モジュール312と、センサモジュール314と、接続及び制御モジュール316と、基板320へのLEDアレイの取り付けのために用意されたLED取り付け領域318とを含む。図11の電力モジュール312は、本明細書で開示されるライトエンジン(例えば、ライトエンジン530)を含んでよい。
基板320は、電気部品、電子部品及び/又は電子モジュールを機械的に支持し、トラック、トレース、パッド、ビア、及び/又はワイヤなどの導電性コネクタを用いてそれらへの電気結合を提供することができる如何なるボードであってもよい。基板320は、複合誘電体材料などの非導電性材料の1つ以上の層の間又はその上に配置された1つ以上のメタライゼーション層を含んでよい。電力モジュール312は、電気的及び/又は電子的要素を含んでよい。例となる実施形態では、電力モジュール312は、AC/DC変換回路、DC/DC変換回路、ディマー回路、及びLEDドライバ回路を含む。
センサモジュール314は、LEDアレイが実装されるべきである用途のために必要とされるセンサを含んでよい。センサの例には、光学センサ(例えば、IRセンサ及び画像センサ)、モーションセンサ、熱センサ、機械センサ、近接センサ、又はタイマがある。例として、街灯、一般的な照明、及び園芸用照明用途におけるLEDは、ユーザの存在の検出、検出された周囲光条件、検出された気象条件、又は日中/夜間などの多種多様なセンサ入力に基づいてオン/オフ及び/又は調整されてよい。これは、例えば、光出力の強さ、光出力の形状、光出力の色を調整すること、及び/又はエネルギを節約するよう光をオン若しくはオフすることを含んでよい。AR/VR用途については、モーションセンサが、ユーザの動きを検出するために使用されることがある。モーションセンサはそれ自体が、IR検出器LEDなどのLEDであってよい。他の例として、カメラフラッシュ用途については、画像及び/又は他の光学センサ若しくはピクセルが、フラッシュ照明の色、強度照射パターン、及び/又は形状が最適に較正され得るように、捕捉されるシーンの照明を測定するために使用されてよい。代替の実施形態では、エレクトロニクスボード310はセンサモジュールを含まない。
接続及び制御モジュール316は、システムマイクロコントローラと、外部デバイスから制御入力を受けるよう構成された任意のタイプの有線又は無線モジュールとを含んでよい。例として、無線モジュールは、Bluetooth(登録商標)、ZigBee(登録商標)、Z−wave、メッシュ(mesh)、Wi−Fi、近距離通信(NFC)及び/又はピア・ツー・ピアモジュールが使用され得ることを含んでよい。マイクロコントローラは、LED照明システムに組み込まれてよく、有線若しくは無線モジュール又はLEDシステム内の他のモジュールからの入力(例えば、センサデータ及びLEDモジュールからフィードバックされるデータ)を受信し、それに基づいて他のモジュールへ制御信号を供給するよう構成されるか又は構成可能である任意のタイプの特定目的コンピュータ又はプロセッサであってよい。本明細書で開示される制御信号インターフェイス110は、マイクロコントローラの部分であってよく、あるいは、マイクロコントローラとの間で入出力を受け渡ししてもよい。特定目的プロセッサによって実施されるアルゴリズムは、特定目的プロセッサによる実行のために非一時的なコンピュータ可読記憶媒体に組み込まれたコンピュータプログラム、ソフトウェア、又はファームウェアにおいて実施されてよい。非一時的なコンピュータ可読記憶媒体の例には、リード・オンリー・メモリ(ROM)、ランダム・アクセス・メモリ(RAM)、レジスタ、キャッシュメモリ、及び半導体メモリデバイスがある。メモリは、マイクロコントローラの部分として含まれてよく、あるいは、エレクトロニクスボード310上に又は外にどこでも実装されてよい。
本明細書で使用される語「モジュール」は、1つ以上のエレクトロニクスボード310に半田付けされ得る個別の回路ボード上に配置された電気及び/又は電子部品を指し得る。なお、語「モジュール」はまた、類似した機能を提供するが、同じ領域において又は異なる領域において1つ以上の回路ボードに個々に半田付けされ得る電気及び/又は電子部品を指すこともある。
図12Aは、一実施形態において、LEDデバイス取り付け領域318でLEDアレイ410が基板320に取り付けられているエレクトロニクスボード310の上面図である。エレクトロニクスボード310は、LEDアレイ410とともに、LED照明システム400Aに相当する。その上、電力モジュール312は、Vin497で入力される電圧と、接続及び制御モジュール316からトレース418Bを経由した制御信号とを受け、トレース418Aを介してLEDアレイ410へ駆動信号を供給する。LEDアレイ410は、電力モジュール312からの駆動信号によりオン及びオフされる。図12Aに示される実施形態において、接続及び制御モジュール316は、センサモジュール314からトレース418Cを介してセンサ信号を受信する。図12Aの電力モジュール312は、本明細書で開示されるライトエンジン(例えば、図5のライトエンジン530)を含んでよく、本明細書で開示されるPWM信号をLEDアレイ410内のLEDへ供給し得る。
図12Bは、電子部品が回路ボード400の2つの面に実装されている2チャンネル集積LED照明システムの一実施形態を表す。図12Bに表されているように、LED照明システム400Bは、ディマー信号及びAC電力信号を受けるための入力部を備えた第1表面445Aを含み、その上には、AC/DCコンバータ回路412が実装されている。LED照明システム400Bは第2表面445Bを含み、その上には、ディマーインターフェイス回路415と、DC−DCコンバータ回路440A及び440Bと、マイクロコントローラ472を備えた接続及び制御モジュール416(本例では無線モジュール)と、LEDアレイ410とが実装されている。LEDアレイ410は、2つの独立したチャンネル411A及び411Bによって駆動される。代替の実施形態では、単一のチャンネルが、LEDアレイへ駆動信号を供給するために使用されてよく、あるいは、任意数の多数のチャンネルが、LEDアレイへ駆動信号を供給するために使用されてもよい。例えば、図12Eは、3つのチャンネル(例えば、本明細書で開示される図5のチャンネル522、523及び524)を有しているLED照明システム400Dを表し、以下で更に詳細に記載される。
LEDアレイ410は、LEDデバイスの2つのグループを含んでよい。例となる実施形態では、グループAのLEDデバイスは、第1チャンネル411Aへ電気的に結合され、グループBのLEDデバイスは、第2チャンネル411Bへ電気的に結合される。2つのDC−DCコンバータ440A及び440Bの夫々は、LEDアレイ410内の各々のLEDグループA及びBを駆動するために、夫々単一のチャンネル411A及び411Bを介して各々の駆動電流を供給し得る。一方のLEDグループ内のLEDは、第2のLEDグループ内のLEDとは異なる色点を有する光を発するよう構成されてよい。LEDアレイ410によって発せられる光の複合色点の制御は、夫々単一のチャンネル411A及び411Bを介して個々のDC−DCコンバータ回路440A及び440Bによって印加される電流及び/又はデューティサイクルを制御することによって範囲内で調整されてよい。図12Bに示される実施形態はセンサモジュール(図11及び図12Aに記載)を含まないが、代替の実施形態はセンサモジュールを含んでもよい。
表されている集積LED照明システム400Bは、LEDアレイ410及びLEDアレイ410を作動させる回路が単一のエレクトロニクスボード上に設けられている集積システムである。回路ボード499の同じ面上のモジュール間の接続は、トレース431、432、433、434、及び435又はメタライゼーション(図示せず)などの表面又は表面下の相互接続によって、例えば、モジュール間で電圧、電流、及び制御信号を交換するために、電気的に結合されてよい。回路ボード499の反対の面上のモジュール間の接続は、ビア及びメタライゼーション(図示せず)などの貫通ボード相互接続によって、電気的に結合されてよい。
図12Cは、LEDアレイがドライバ及び制御回路とは別のエレクトロニクスボード上にあるLED照明システムの実施形態を表す。LED照明システム400Cは、LEDモジュール490とは別個のエレクトロニクスボード上にある電力モジュール452を含む。電力モジュール452は、第1エレクトロニクスボード上で、AC/DCコンバータ回路412と、センサモジュール414と、接続及び制御モジュール416と、ディマーインターフェイス回路415と、DC−DCコンバータ回路440とを含んでよい。LEDモジュール490は、第2エレクトロニクスボード上で、埋め込み型LED較正及び設定データ493と、LEDアレイ410とを含んでよい。データ、制御信号、及び/又はLEDドライバ入力信号485は、電力モジュール452とLEDモジュール490との間で、それら2つのモジュールを電気的にかつ通信上結合し得るワイヤを介して交換されてよい。埋め込み型LED較正及び設定データ493は、LEDアレイ内のLEDが駆動される方法を制御するために所与のLED照明システム内の他のモジュールによって必要とされるあらゆるデータを含んでよい。一実施形態において、埋め込み型較正及び設定データ493は、例えば、パルス幅変調(PWM)信号を用いて、ドライバにLEDグループA及びBの夫々へ電力を供給するように指示する制御信号を生成又は変更するために、マイクロコントローラによって必要とされるデータを含んでよい。この例では、較正及び設定データ493は、例えば、使用される電力チャンネルの数、LEDアレイ410の全体によって供給される複合光の所望の色点、及び/又は各チャンネルへ供給すべくAC/DCコンバータ回路412によって供給される電力のパーセンテージに関して、マイクロコントローラ472に知らせてよい。
図12Dは、ドライバ回路とは別個のエレクトロニクスボード上で一部のエレクトロニクスとともにLEDアレイを有しているLED照明システムのブロック図を表す。LEDシステム400Dは、別個のエレクトロニクスボード上に位置している電力変換モジュール483及びLEDモジュール481を含む。電力変換モジュール483は、AC/DCコンバータ回路412、ディマーインターフェイス回路415、及びDC−DCコンバータ回路440を含んでよく、LEDモジュール481は、埋め込み型LED較正及び設定データ493と、LEDアレイ410と、センサモジュール414と、接続及び制御モジュール416とを含んでよい。電力変換モジュール483は、2つのエレクトロニクスボードの間の有線接続を介してLEDドライバ入力信号485をLEDアレイ410へ供給してよい。
図12Eは、マルチチャンネルLEDドライバ回路を示すLED照明システム400Eの例の図である。表されている例において、システム400Eは、電力モジュール452と、埋め込み型LED較正及び設定データ493並びに3つのLEDグループ494A、494B及び494Cを含むLEDモジュール491とを含む。電力モジュール452は、本明細書で開示されているライトエンジン530を含んでよく、それにより、電力モジュール452は、制御チャンネルを介して制御信号を受信してよく、かつ、LED/LEDグループへ電力を供給するよう3つのPWM信号を生成してよい。図12Eには3つのLEDグループが示されているが、当業者であれば、本明細書で記載される実施形態に従って、LEDグループの数はいくつでも使用されてよいと気付くだろう。更に、各グループ内の個々のLEDは直列に配置されているが、それらは、いくつかの実施形態では、並列に配置されてもよい。
LEDアレイ494は、異なる色点を有している光を供給するLEDのグループを含んでよい。例えば、LEDアレイ494は、第1LEDグループ494Aによる暖白色光源、第2LEDグループ494Bによる冷白色光源、及び第3LEDグループ494Cによる昼白色光源を含んでよい。第1LEDグループ494Aによる暖白色光源は、約2700Kの相関色温度(CCT)を有している白色光を供給するよう構成される1つ以上のLEDを含んでよい。第2LEDグループ494Bによる冷白色光源は、約6500KのCCTを有している白色光を供給するよう構成される1つ以上のLEDを含んでよい。第3LEDグループ494Cによる昼白色光源は、約4000KのCCTを有している光を供給するよう構成された1つ以上のLEDを含んでよい。様々な白色LEDがこの例では記載されているが、一方で、当業者であれば、様々な全体色を有しているLEDアレイ494から複合光出力を供給するように、本明細書で記載される実施形態に従って、他の色組み合わせが可能であると気付くだろう。
電力モジュール452は、3つの別々のチャンネル(図12EでLED1+、LED2+、及びLED3+と示される)を介してLEDアレイ494へ電力を供給するよう構成され得る調整可能なライトエンジン(図示せず)を含んでよい。より具体的には、調整可能なライトエンジンは、第1チャンネルを介して暖白色光源のような第1LEDグループ494Aへ第1PWM信号を、第2チャンネルを介して第2LEDグループ494Bへ第2PWM信号を、第3チャンネルを介して第3LEDグループ494Cへ第3PWM信号を供給するよう構成されてよい。各々のチャンネルを介して供給される各信号は、対応するLED又はLEDグループに給電するために使用されてよく、信号のデューティサイクルは、各々のLEDのオン及びオフ状態の全体の存続期間を決定し得る。オン及びオフ状態の存続期間は、存続期間に基づく光特性(例えば、相関色温度(CCT)、色点又は輝度)を有し得る全体的な光効果をもたらし得る。動作中、調整可能なライトエンジンは、LEDアレイ494から所望の放射で複合光を供給するために各LEDグループの各々の光特性を調整するよう第1、第2、及び第3信号のデューティサイクルの相対的な大きさを変更してよい。上記の通りに、LEDアレイ494の光出力は、LEDグループ494A、494B及び494Cの夫々からの光放射の組み合わせ(例えば、混合)に基づく色点を有し得る。
動作中、電力モジュール452は、ユーザ及び/又はセンサ入力に基づいて生成された制御入力を受け取り、制御入力に基づいて、LEDアレイ494によって出力される光の複合色を制御するように個々のチャンネルを介して信号を供給してよい。いくつかの実施形態において、ユーザは、ノブを回すこと又はスライダを動かすこと(ノブ又はスライダは、例えば、センサモジュールの部分であってよい)によって、DC−DCコンバータ回路の制御のためにLEDシステムへ入力を供給し得る。追加的に、又は代替的に、いくつかの実施形態では、ユーザは、所望の色の指示を無線モジュール(図示せず)へ伝えるためにスマートフォン及び/又は他の電子デバイスを用いて、LED照明システム400Eへ入力を供給してもよい。
図13は、アプリケーションプラットフォーム960と、LED照明システム952及び956と、オプティック954及び958とを含むシステム950を例示する。LED照明システム952は、矢印961aから961bの間に示されている光ビーム961を生成する。LED照明システム956は、矢印962aから962bの間の光ビーム962を生成してよい。図13に示される実施形態において、LED照明システム952から発せられた光は、セカンダリオプティック954を通過し、LED照明システム956から発せられた光は、セカンダリオプティック958を通過する。代替の実施形態では、光ビーム961及び962は、如何なるセカンダリオプティックも通過しない。セカンダリオプティックは、1つ以上の光導波路であってよく、あるいは、それを含んでもよい。1つ以上の光導波路は、端面照光されてよく、あるいは、光導波路の内部端を画定する内部開口を備えてもよい。LED照明システム952及び/又は956は、それらが1つ以上の光導波路の内部端(内部開口型光導波路)又は外部端(端面照光型光導波路)に光を注入するように、1つ以上の光導波路の内部開口に挿入されてよい。LED照明システム952及び/又は956のLEDは、光導波路の部分であるベースの周囲に配置されてよい。実施に従って、ベースは熱伝導性であってよい。実施に従って、ベースは、光導波路の上に配置されている放熱要素へ結合されてよい。放熱要素は、LEDによって発生した熱を熱伝導性ベースを経由して受け、受け取った熱を放散するよう配置されてよい。1つ以上の光導波路は、LEDシステム952及び956によって発せられた光が、所望の様態で(例えば、傾いて、面取り分布で、狭い分布で、広い分布で、角分布で、など)成形されることを可能にし得る。
例となる実施形態において、システム950は、カメラフラッシュシステム付き携帯電話、屋内住居用又は商用照明、街灯などの屋外照明、自動車、医療デバイス、AR/VRデバイス、及びロボティックデバイスであってよい。図12Aに示される集積LED照明システム400A、図12Bに示される集積LED照明システム400B、図12Cに示されるLED照明システム400C、及び図12Dに示されるLED照明システム400Dは、例となる実施形態におけるLED照明システム952及び956を表す。
例となる実施形態において、システム950は、カメラフラッシュシステム付き携帯電話、屋内住居用又は商用照明、街灯などの屋外照明、自動車、医療デバイス、AR/VRデバイス、及びロボティックデバイスであってよい。図12Aに示される集積LED照明システム400A、図12Bに示される集積LED照明システム400B、図12Cに示されるLED照明システム400C、及び図12Dに示されるLED照明システム400Dは、例となる実施形態におけるLED照明システム952及び956を表す。
アプリケーションプラットフォーム960は、本明細書で言及されているように、ライン965を介する電力バス又は他の適用可能な入力によりLED照明システム952及び/又は956へ電力を供給してよい。更に、アプリケーションプラットフォーム960は、LED照明システム952及びLED照明システム956の動作のためにライン965を介して入力信号を供給してよい。入力は、ユーザ入力/好み、検知読み出し、予めプログラムされた又は自律的に決定された出力、などに基づいてよい。1つ以上のセンサが、アプリケーションプラットフォーム960の筐体の中又は外にあってよい。
様々な実施形態において、アプリケーションプラットフォーム960のセンサ並びに/又はLED照明システム952及び/若しくは956のセンサは、視覚データ(例えば、LIDARデータ、IRデータ、カメラにより集められたデータ、など)、オーディオデータ、距離に基づくデータ、運動データ、環境データ、など又はそれらの組み合わせといったデータを収集してよい。データは、物、個人、車両、などのような物理的なアイテム又はエンティティに関係があってよい。例えば、検知装置は、物理的なアイテム又はエンティティの検出に基づいて検出及びその後の動作に優先順位をつけ得るADAS/AVに基づく応用のために、対象物近接データを収集してよい。データは、例えば、IR信号など、LED照明システム952及び/又は956によって光信号を発し、発せられた光信号に基づきデータを収集することに基づいて、収集されてよい。データは、データ収集のための光信号を発するコンポーネントとは異なるコンポーネントによって集められてもよい。例を続けると、検知装置は、自動車に配置されてよく、垂直共振器面発光レーザ(vertical-cavity surface-emitting laser,VCSEL)を用いてビームを放ってよい。1つ以上のセンサが、発せられたビーム又は任意の他の適用可能な入力への応答を検知してよい。
例となる実施形態において、アプリケーションプラットフォーム960は、自動車に相当してよく、LED照明システム952及びLEDシステム956は、自動車ヘッドライトに相当してよい。様々な実施形態で、システム950は、LEDが操縦可能な光を供給するよう選択的にアクティブにされ得る操縦可能光ビームを備えた自動車に相当してよい。例えば、LEDのアレイは、形状又はパターンを画定又は投影するか、あるいは、道路の選択された区間のみを照射するために、使用されてよい。例となる実施形態において、LED照明システム952及び/又は956内の赤外線カメラ又は検出器ピクセルは、照射を必要とする場面(道路、横断歩道、など)の部分を識別するセンサであってよい。
図14Aは、例となる実施形態におけるLEDデバイス201の図である。LEDデバイス201は、基板202と、アクティブ層204と、波長変換層206と、プライマリオプティック208とを含んでよい。他の実施形態では、LEDデバイスは、波長変換層及び/又はプライマリオプティックを含まなくてもよい。個々のLEDデバイス201は、上記のLED照明システムのいずれかのようなLED照明システム内のLEDアレイに含まれてよい。
図14Aに示されるように、アクティブ層204は、基板202に隣接しており、励起される場合に光を発し得る。基板202及びアクティブ層204を形成するために使用される適切な材料には、サファイア、SiC、GaN、シリコーンが含まれ、より具体的には、制限なしに、AlN、AlP、AlAs、AlSb、GaN、GaP、GaAs、GaSb、InN、InAs、InSbを含むIII−V半導体、制限なしに、ZnS、ZnSe、CdSe、CdTeを含むII−VI半導体、Ge、Si、SiCを含むIV族半導体、及びそれらの混合又は合金から形成されてもよい。
波長変換層206は、アクティブ層204から離れていても、近くにあっても、あるいは、直ぐ上にあってもよい。アクティブ層204は、波長変換層206の中に光を発する。波長変換層206は、アクティブ層204によって発せされた光の波長を更に変更するよう働く。波長変換層を含むLEDデバイスは、蛍光体変換LED(phosphor converted LED(s),PCLED)としばしば称される。波長変換層206は、例えば、透明若しくは半透明のバインダ又はマトリクス内の蛍光体粒子、又は1つの波長の光を吸収し別の波長の光を発するセラミック蛍光体要素などの、如何なる発光材料も含んでよい。
プライマリオプティック208は、LEDデバイス201の1つ以上の層の上にあるか又はそれらの層を覆い、光がアクティブ層204及び/又は波長変換層206からプライマリオプティック208を通ることを可能にし得る。プライマリオプティック208は、1つ以上の層を保護するよう、かつ、少なくとも部分的に、LEDデバイス201の出力を成形するよう構成されたレンズ又はカプセルであってよい。プライマリオプティック208は、透明及び/又は半透明の材料を含んでよい。例となる実施形態において、プライマリオプティックを経由した光は、ランバート分布(Lambertian distribution)パターンに基づき放射され得る。プライマリオプティック208の1つ以上の特性は、ランバート分布パターンとは異なる光分布パターンを生じるよう変更されてよいことが理解されるだろう。
図14Bは、例となる実施形態において、セカンダリオプティック212とともに、ピクセル201A、201B及び201Cを有するLEDアレイ211を含む照明システム221の断面図を示す。LEDアレイ211は、各々の波長変換層206B、アクティブ層204B及び基板202Bを夫々含むピクセル201A、201B及び201Cを含む。LEDアレイ211は、ウェハレベル加工技術を用いて製造されたモノリシックLEDアレイ、サブ500ミクロン寸法を有するマイクロLED、などであってよい。LEDアレイ211内のピクセル201A、201B及び201Cは、アレイセグメンテーションを用いて、あるいは、代替的に、ピック・アンド・プレース(pick and place)技術を用いて、形成されてよい。
LEDデバイス200Bの1つ以上のピクセル201A、201B及び201Cの間の空間203は、空隙を含んでよく、あるいは、接点(例えば、n−コンタクト)となる金属材料などの材料によって満たされてもよい。
セカンダリオプティック212は、レンズ209及び導波路207の一方又は両方を含んでよい。セカンダリオプティックは、示されている例に従って説明されるが、例となる実施形態において、セカンダリオプティック212は、入来する光を広げるために(ダイバージェンスオプティック)、あるいは、入来する光を平行ビームに集めるために(コリメートオプティック)使用されてよい。例となる実施形態において、導波路207は、コンセントレータであってよく、放物形、円錐形、面取り形状、などのような、光を集めるための如何なる適用可能な形状も有してよい。導波路207は、入射光を反射するか又は向け直すために使用される誘電材料、メタライゼーション層、などによりコーティングされてよい。代替の実施形態では、照明システムは、次のもの:変換層206B、プライマリオプティック208B、導波路207及びレンズ209、のうちの1つ以上を含まなくてもよい。
レンズ209は、例えば、制限なしに、SiC、酸化アルミニウム、ダイヤモンド、など又はそれらの組み合わせのような、如何なる適用可能な透明材料からも形成されてよい。レンズ209は、レンズ209に入力される光のビームを変更して、レンズ209からの出力ビームが所望の測光仕様を有効に満足するようにするために使用されてよい。更には、レンズ209は、例えば、LEDアレイ211のピクセル201A、201B及び201Cの点灯及び/又は非点灯を決定することによって、1つ以上の審美的目的を果たし得る。
実施形態について詳細に記載してきたが、当業者ならば明らかなように、本明細書を鑑みて、発明概念の主旨を逸脱せずに、本明細書で記載されている実施形態は変更されてもよい。従って、本発明の範囲が、図示及び記載されている具体的な実施形態に制限されることは意図されない。