JP4230236B2

JP4230236B2 - 多色ｌｅｄ照明装置

Info

Publication number: JP4230236B2
Application number: JP2003028908A
Authority: JP
Inventors: ミューラー，ジョージ; ライス，イホー
Original assignee: フィリップスソリッド−ステートライティングソリューションズインコーポレイテッド
Priority date: 1997-08-26
Filing date: 2003-02-05
Publication date: 2009-02-25
Anticipated expiration: 2018-08-26
Also published as: EP1195740A3; JP2001514432A; JP2004006253A; ATE222013T1; US6150774A; EP1016062B2; HK1046056A1; WO1999010867A1; EP1016062A1; DE69807092T2; ES2657755T3; CA2302227A1; ES2182358T5; EP1195740B1; EP1195740A2; DE69807092D1; ES2182358T3; CA2302227C; DE69807092T3; US6166496A

Description

【０００１】
関連出願に対する相互参照
本出願は、１９９７年８月２６日付けで出願された米国特許出願Ｎｏ．０８／９２０，１５６に基づいている。優先権がその米国特許出願に請求され、その米国特許出願の全体開示が本明細書に参照により組み入れられている。
【０００２】
発明の背景
本発明は、ＬＥＤのような光源を用いて選択可能な色の光を提供することに関する。詳細には、本発明は、多色照明を提供する方法及び装置に関する。更に詳細には、本発明は、高性能で迅速な色選択及び変更が可能なコンピュータ制御された多色照明ネットワークを提供する装置に関する。
【０００３】
１つの色の投射された光を別の色の投射された光と組み合わせると結果として第３の色を生成することが周知である。最も通常に用いられる３原色、即ち赤、青及び緑を種々の割合で組み合わせて、可視スペクトルの中の殆ど任意の色を発生することができることも周知である。本発明は、異なる原色の少なくとも２つの発光ダイオード（ＬＥＤ）から投射された光を組み合わせることによりこれらの効果を利用する。本発明の目的のため、用語「原色」は、他の色を生成するため組み合わせられることができる任意の異なる色を包含することを理解すべきである。
【０００４】
コンピュータ照明ネットワークは新規ではない。Ｐｈａｒｅｓに対して発行された米国特許Ｎｏ．５，４２０，４８２は、選択可能な色を発生するため異なる色のＬＥＤを用いる１つのそのようなネットワークを記載する。Ｐｈａｒｅｓは、ディスプレイ装置としての使用の最初である。しかしながら、その装置は、幾つかの欠点と制限を有する。第１に、Ｐｈａｒｅｓにおける３つの色ＬＥＤの各々は、トランジスタのベースが各ラッチ・レジスタにバイアス抵抗を介して結合されるトランジスタ・バイアス化スキームにより給電されている。３つのラッチは、全て同時にデータ・バス上の同じデータ線に接続されている。これは、Ｐｈａｒｅｓにおいては、３つのＬＥＤのトランジスタのバイアスの全部を独立にかつ同時に変えることが不可能であることを意味する。また、ＬＥＤに供給される電力がバイアスを与えるネットワークで放散される電力より小さいので、トランジスタのバイアス化は非効率である。これは、デバイスが効率的な照明用途に適したものにするのを不十分にさせる。Ｐｈａｒｅｓにより用いられたトランジスタ・バイアス化はまた、異なる電力定格を従って異なる強度レベルを有するグループのＬＥＤを交換することを、不可能ではないが、困難にさせる。
【０００５】
Ｈａｖｅｌに対して発行された米国特許Ｎｏ．４，８４５，４８１は、多色表示装置を指向している。Ｈａｖｅｌは、Ｐｈａｒｅｓと関連したスイッチングの問題の一部に取り組んでいるがその全部ではない。Ｈａｖｅｌは、電流を各ＬＥＤに特定のデューティ・サイクルで与えるためパルス幅変調された信号を用いている。しかしながら、放射された色に関する正確で迅速な制御の用意はない。スタンドアローン型ユニットに関して、Ｈａｖｅｌにおける装置は、ネットワーク照明から離れるよう提案し、従って、パルス幅変調されたコンピュータ照明ネットワークを実行する仕方に関するいずれの教示に欠けている。更に、Ｈａｖｅｌは、照明用のような単なる表示を越えたＬＥＤの使用を正しく認識していない。
【０００６】
Ｂｒｏｗｎに対して発行された米国特許Ｎｏ．５，１８４，１１４は、ＬＥＤディスプレイ・システムを示す。しかし、Ｂｒｏｗｎは、ＬＥＤを照明用に使用するための、又はＬＥＤを、構成可能なコンピュータ・ネットワーク環境において使用するためのいずれの提案も欠けている。Ｓｍｉｔｈ他に対して発行された米国特許Ｎｏ．５，１３４，３８７は、ＬＥＤマトリックス・ディスプレイを指向していて、類似の問題を含む。その基本的な電流制御スキームは、表示できる色の有り得る範囲を著しく制限する。
【０００７】
高性能のコンピュータ制御された多色照明ネットワークが本明細書に開示され、そのネットワークはＬＥＤ照明ネットワークを含み得る。
線形チェインのノード及び２進木構成の双方を可能にするＬＥＤ照明ネットワーク構造が本明細書に開示されている。
【０００８】
照明ネットワークの照明ユニットを含むための熱放散ハウジングが本明細書に開示されている。
各々がそれ自身の最大電流定格を有しかつ各々が互いに都合良く交換可能である照明モジュールを含む、電流調整されたＬＥＤ照明装置が、本明細書に開示されている。
【０００９】
連続的にプログラム可能な２４ビット・スペクトルの中の複数の色を放射することができる汎用照明装置として使用するためのコンピュータ制御されたＬＥＤ照明組立体が本明細書に開示されている。
【００１０】
全部が本発明の汎用コンピュータ電流制御原理を利用する懐中電灯、傾斜計、温度計、一般的環境インディケータ及び白熱電球が本明細書に開示されている。
本発明の他の局面は以下の詳細な記載から明らかであろう。
【００１１】
発明の概要
簡単には、照明組立体のための電流制御装置が本明細書に開示されており、その照明組立体はＬＥＤ照明組立体であり得て、またその電流制御装置は、パルス幅変調された（「ＰＷＭ」）電流制御装置又は他の形式の電流制御装置であり得て、そこにおいて電流制御されたユニットの各々は、独特にアドレス指定可能であり、かつコンピュータ照明ネットワーク上の照明色情報を受け取ることができる。更に実施形態において、本発明は、照明ユニット（ノード）の２進木ネットワーク構成を含む。別の実施形態において、本発明は、照明組立体を収容するため、熱伝導性材料から作られた熱放散ハウジングを備える。熱放散ハウジングは、それぞれ電力モジュール及び光モジュールを保持する２つの積み重ねられた回路ボードを含む。光モジュールは、プログラム可能な電流を従って最大光強度定格を有する他の光モジュールと都合良く交換されるよう適合されている。そのような他の光モジュールは、通常のＬＥＤに加えて、有機ＬＥＤ、エレクトロ−ルミネセンス・ストリップ及び他のモジュールを含み得る。本発明の他の実施形態は、本明細書に記載される一般的原理のための新規な適用を含む。
【００１２】
詳細な説明
好適な実施形態の構造及び動作がここで説明されるであろう。本発明を実施する多くの他の方法が使用可能であり、本明細書に記載される実施形態は例示であり限定ではないことを理解すべきである。図１を参照すると、本発明の光モジュール１００の電気的概略図が示されている。図４及び図５は、光モジュール１００のＬＥＤを含む側及び電気的コネクタ側を示す。光モジュール１００は、自蔵型であり、いずれの類似に構成された光モジュールと交換可能な標準品目であるよう構成されている。光モジュール１００は、汎用タイプの１０ピンの電気的コネクタ１１０を含む。この実施形態において、コネクタ１１０は、以下で説明されるように、相補の１０ピン・コネクタのメス組立体に嵌合するよう適合されたオスのピンを含む。ＤＣ電位源は、光モジュール１００のピン１８０上に入る。ピン１８０は、一定の高電位を各陽極端部上に確立するため発光ダイオード（ＬＥＤ）のセット１２０、１４０及び１６０の陽極端部に電気的に接続されている。
【００１３】
ＬＥＤセット１２０は赤のＬＥＤを含み、ＬＥＤセット１４０は青のＬＥＤを含み、ＬＥＤセット１６０は緑のＬＥＤを含み、各々ＮｉｃｈｉａＡｍｅｒｉｃａＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから入手可能である。これらのＬＥＤは、予め選択された割合で組み合わされたときそのような原色が任意の色をスペクトルにおいて発生することができる意味において原色である。３原色が好ましいが、本発明は、任意の色をスペクトルにおいて発生するのに２つの原色のみでほぼ同様に機能することが理解されるであろう。同様に、異なる原色がここでは一様に色付けされたＬＥＤのセット上に配列されているが、同じ効果が複数の色放射半導体ダイを含む単一のＬＥＤで達成し得ることが認められるであろう。ＬＥＤセット１２０、１４０及び１６０は、各々、本明細書に援用されている米国特許Ｎｏ．４，２９８，８６９においてＯｋｕｎｏにより記載されている要領で直列／並列アレイのＬＥＤを含むのが好ましい。本実施形態において、ＬＥＤセット１２０は、各列９個の赤ＬＥＤの並列接続された３列（図示せず）を含み、ＬＥＤセット１４０及び１６０は各々、各列５個の青ＬＥＤの並列接続された５列及び各列５個の緑ＬＥＤの並列接続された５列のそれぞれ（図示せず）を含む。一般に、各赤ＬＥＤは、各青又は緑のＬＥＤより小さい量、即ち、それぞれ４．０Ｖと比較して約２．１Ｖだけの電位をラインに降下させ、それが異なる列長さの原因である。これは、各列におけるＬＥＤの数が電源電圧での陽極端部と列の中の最後のＬＥＤの陰極端部との間の所望の電圧降下量により決定されるからである。また、列の並列配列は、たとえ列の中の１個のＬＥＤが故障し、従ってその列の中の電気的回路を開いている状態になった場合でも依然機能することを保証するフェイルセーフ対策である。ＬＥＤセット１２０の中の並列接続された３列の各列の９個の赤ＬＥＤの陰極端部は、次いで、コモンに接続され、そしてコネクタ１１０のピン１２８に行く。同様に、ＬＥＤセット１４０の中の並列接続された５列の各列５個の青ＬＥＤは、コモンに接続され、そしてコネクタ１１０上のピン１４８に行く。ＬＥＤセット１６０の中の並列接続された５列の各列の５個の緑ＬＥＤの陰極端部は、コモンに接続され、コネクタ１１０上のピン１６８に行く。最後に、光モジュール１００上で、各ＬＥＤセットは、以下に記載されるように、各ＬＥＤセットを通る最大電流をプログラムするため、他の構成要素と組み合わさるプログラミング抵抗と関連する。ピン１２４とピン１２６との間に６．２Ωの抵抗１２２がある。ピン１４４とピン１４６との間に４．７Ωの抵抗１４２がある。ピン１６４とピン１６６との間に４．７Ωの抵抗１６２がある。抵抗１２２は、赤ＬＥＤセット１２０を通る最大電流をプログラムし、抵抗１４２は、青ＬＥＤセット１４０を通る最大電流をプログラムし、抵抗１６２は、緑ＬＥＤセット１６０を通る最大電流をプログラムする。これらの抵抗が取る値は、各ＬＥＤセットの所望の最大光強度に基づいて経験的に決定される。本実施形態において、上記の抵抗値は、７０、５０及び５０μＡのそれぞれの赤、青及び緑の電流をプログラムする。
【００１４】
光モジュール１００の電気的構造を記載したことにより、ここで図２に示される電力モジュール２００の電気的構造に関心を向ける。図６及び図７は、電力モジュール２００の実施形態の電力端子側及び電気的コネクタ側を示す。光モジュール１００と同様に、電力モジュール２００は自蔵型である。オスのピン・セット１１０との相互接続は、相補のメスのピン・セット２１０を介して達成される。ピン２８０は、電源３００からピン２８０に供給される電力を供給するためのピン１８０と接続される。電源３００は、単純化のため機能ブロックとして示されている。実際上、電源３００は、ＤＣ電圧を発生する多数の形式を取り得る。本実施形態において、電源３００は、汎用タイプの過渡保護キャパシタ（図示せず）を介してピン２８０に結合された接続端子（図示せず）を介して２４ボルトを与える。電源３００はまた、米国特許Ｎｏ．４，２９８，８６９により十分に記載されているように、ＡＣ電源の整流及び／又は電圧変換の後のＤＣ電圧を供給してもよい。
【００１５】
またピン・コネクタ２１０に、３つの電流プログラミング集積回路、即ちＩＣＲ２２０、ＩＣＢ２４０及びＩＣＧ２６０が接続されている。これらの各々は、３端子調整可能レギュレータであり、カリフォルニア州サンタ・クララのＮａｔｉｏｎａｌＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから入手可能なパーツ番号ＬＭ３１７Ｂが好ましい。ＬＭ３１７のデータシートの教示が本明細書に援用されている。各レギュレータは、入力端子、出力端子及び調整端子を有し、それぞれにＩ、Ｏ及びＡと符号が付されている。レギュレータは、入力端子に入り出力端子から出る一定最大電流を維持するよう機能する。この最大電流は、出力端子と調整端子との間の抵抗値を設定することにより予めプログラムされる。これは、レギュレータが、１．２５Ｖが固定電流設定抵抗の両端間に現れるのに必要ないずれかの値に入力端子の電圧を固定させ、こうして一定電流を流すようにさせるからである。各々は同一に機能するので、ＩＣＲ２２０のみを説明する。最初に、電流は、ＩＣＲ２２０の入力端子にピン２２８から入る。勿論、電力モジュールの中のピン２２８は、光モジュールの中のピン１２８に結合され、電流を直接赤ＬＥＤセット１２０の陰極端部から受け取る。抵抗１２２は、通常のようにＩＣＲ２２０の出力端子と調整端子との間にピン２２４／１２４及び２２６／１２６を介して配置されるので、抵抗１２２は、ＩＣＲ２２０により調整される電流量をプログラムする。結局、ＩＣＲ２２０の調整端子からの電流出力は、ダーリントン・ドライバに入る。このようにして、ＩＣＲ２２０及び関連の抵抗１２２は、赤ＬＥＤセット１２０を通る最大電流をプログラムする。類似の結果が、青ＬＥＤセット１４０に対してＩＣＢ２４０及び抵抗１４２により、そして緑ＬＥＤセット１６０に対してＩＣＧ２６０及び抵抗１６２により達成される。
【００１６】
赤、青及び緑ＬＥＤの電流は、別の集積回路ＩＣＩ３８０のそれぞれのノード３２４、３４４及び３６４に入る。ＩＣＩ３８０は、カリフォルニア州サンタ・クララのＮａｔｉｏｎａｌＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから入手可能な高電流／電圧ダーリントン・ドライバ、パーツ番号ＤＳ２００３であることが好ましい。ＩＣＩ３８０は、電流シンクとして用いられ、電流を各ＬＥＤセットと接地３９０との間でスイッチングするよう機能する。本明細書に援用されているＤＳ２００３のデータシートに記載されているように、ＩＣＩは、適切なオンボードのバイアス抵抗を有する６組のダーリントン・トランジスタを含む。図示されるように、各電流をシンクする（引き入れる）ため対のダーリントン・トランジスタを用いることによりＩＣＩ３８０の電流定格が２倍にされることを利用するための周知の要領で、ノード３２４、３４４及び３６４は、電流を各ＬＥＤセットから３対のこれらのダーリントン・トランジスタに結合する。３つのオンボード・ダーリントン対の各々は、スイッチとして以下のように用いられる。各ダーリントン対のベースは、信号入力４２４、４４４及び４６４のそれぞれに結合される。従って、入力４２４は、ノード３２４を通る従って赤ＬＥＤセット１２０を通る電流をスイッチングするための信号入力である。入力４４４は、ノード３４４を通る従って青ＬＥＤセット１４０を通る電流をスイッチングするための信号入力である。入力４６４は、ノード３６４を通る従って緑ＬＥＤセット１６０を通る電流をスイッチングするための信号入力である。信号入力４２４、４４４及び４６４は、以下に説明されるように、マイクロコントローラＩＣ２４００上の各信号出力４３４、４５４及び４７４に結合されている。本質的に、高周波数方形波が各信号入力に入ると、ＩＣＩ３８０は、各ノードを通る電流を同一周波数及びデューティ・サイクルでもってスイッチングする。こうして、動作において、信号入力４２４、４４４及び４６４の状態は、各ＬＥＤセット１２０、１４０及び１６０を介する電力回路の開閉と直接相関する。
【００１７】
マイクロコントローラＩＣ２４００の構造及び動作をここで説明する。マイクロコントローラＩＣ２４００は、ＭＩＣＲＯＣＨＩＰ（商標）のＰＩＣ１６Ｃ６３であることが好ましいが、殆どいずれの適正にプログラムされたマイクロコントローラ又はマイクロプロセッサは、ここに記載されるソフトウエア機能を実行することができる。マイクロコントローラＩＣ２４００の主機能は、シリアルＲＸピン５２０上で受け取った数値データを、信号出力ピン４３４、４５４及び４７４上の一定の周波数であるが独立のデューティ・サイクルの３つの独立の高周波数方形波に変換することである。マイクロコントローラＩＣ２４００の図２の表示は、当業者が２８標準ピンのある一定のものが最も明瞭にするため省略され又は組み合わされていることを認めるであろう点で部分的に様式化されている。
【００１８】
マイクロコントローラＩＣ２４００は、５ボルトのＤＣ電源７００に結合されているピン４５０を介して給電される。電源７００は、電圧レギュレータ（図示せず）を含む結合器（図示せず）を介して電源３００から駆動されるのが好ましい。例示的電圧レギュレータは、カリフォルニア州サンタ・クララのＮａｔｉｏｎａｌＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから入手可能なＬＭ３４０３端子正電圧レギュレータである。ＬＭ３４０のデータシートの教示が本明細書に援用される。当業者は、大部分のマイクロコントローラ及び多くの他の独立に給電されるディジタル集積回路が、５ボルト未満の電源に対して定格化されていることを認めるであろう。マイクロコントローラＩＣ２４００のクロック周波数は、適当なピンを介して結合されている水晶４８０によりセットされる。ピン４９０は、マイクロコントローラＩＣ２４００の接地基準である。
【００１９】
スイッチ６００は、マイクロコントローラＩＣ２４００を独特に識別するため変更可能にかつ機械的にセットされ得る１２位置ディップ・スイッチである。ディップ・スイッチ６００内の１２の機械的スイッチの個々のものが閉成されたとき、経路が、マイクロコントローラＩＣ２４００上の対応するピン６５０から接地６９０まで発生される。１２のスイッチは、２12の有り得るセッティングを生じ、いずれのマイクロコントローラＩＣ２４００が４０９６個の異なるＩＤ又はアドレスの１つを取るのを可能にする。好適な実施形態において、以下で説明されるようＤＭＸ−５１２プロトコルを採用するので、９個のスイッチのみが実際に用いられる。
【００２０】
一旦スイッチ６００がセットされると、マイクロコントローラＩＣ２４００は、その唯一のアドレス（「私は誰か」）を知り、シリアル・ライン５２０上で、特にそれにアドレス指定されたデータ・ストリームを「聞く」。ＤＭＸプロトコルが好ましい高速ネットワーク・プロトコルを用いて、個々にアドレス指定されたマイクロコントローラＩＣ２４００の各々に対してネットワーク・データを中央ネットワーク・コントローラ（図示せず）からアドレス指定する。ＤＭＸプロトコルは、アメリカ合衆国劇場技術社（ＵｎｉｔｅｄＳｔａｔｅｓＴｈｅａｔｒｅＳｔａｎｄａｒｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｉｎｃ．）から発行された題名が「ディマー及びコントローラのためのＤＭＸ５１２／１９９０ディジタル・データ伝送基準」の刊行物に記載され、本明細書に援用されている。基本的には、ここで用いられているネットワーク・プロトコルにおいて、中央コントローラ（図示せず）は、順次データ・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。各パケットは最初にヘッダを含む。なお、そのヘッダが基準と一致するかについて検査されそして捨てられる。また、そのヘッダは、順次にアドレス指定されたデバイスのためのデータを表す順次バイトのストリームが続く。例えば、データ・パケットが光番号１５を意図される場合、データ・ストリームからの１４バイトは捨てられ、そしてデバイスはバイト番号１５をセーブするであろう。好適な実施形態におけるように、２バイト以上が必要とされる場合、アドレスは開始アドレスであると考えられ、そして２バイト以上がセーブされ、利用される。各バイトは、１０進番号の０から２５５までに対応し、オフからフルまでの所望の強度を直線的に表す。（単純化のため、ヘッダ及びストップ・ビットのようなデータ・パケットの詳細は、この記載から省かれ、そして当業者により認められるであろう。）そのように、ＬＥＤの３つの色の各々は、０と２５５との間の離散的強度値を割り当てられる。これらの各強度値は、マイクロコントローラＩＣ２４００のメモリ（図示せず）内のそれぞれのレジスタに記憶される。一旦中央コントローラが全部のデータ・パケットを使い尽くすと、中央コントローラは、連続的なリフレッシュ・サイクルで再びスタートする。リフレッシュ・サイクルは、最小が１１９６マイクロ秒で、最大が１秒であるよう基準により規定される。
【００２１】
マイクロコントローラＩＣ２４００は、そのデータ・ストリームを「聞く」ため連続的にプログラムされる。マイクロコントローラＩＣ２４００が「聞いている」が、しかしそれが意図したデータ・パケットを検出する前であるときに、マイクロコントローラＩＣ２４００は、方形波信号出力をピン４３４、４５４及び４７４上に生成するよう設計されたルーチンをランしている。色レジスタの中の値は、方形波のデューティ・サイクルを決定する。各レジスタが０から２５５までの値を取り得るので、これらの値は、２５６個の有り得る異なるデューティ・サイクルを０％から１００％までの線形範囲で生成する。方形波周波数が、一定であり、かつマイクロコントローラＩＣ２４００でランしているプログラムにより決定されるので、これらの異なる離散的デューティ・サイクルは、方形波パルスの幅の変動を表す。これは、パルス幅変調（ＰＷＭ）として知られる。
【００２２】
ＰＷＭ割込みルーチンは、単純なカウンタを用いて実行され、１サイクルにおいて０から２５５までピン４３４、４５４及び４７４上の方形波出力の各期間中増分する。カウンタがゼロにロールオーバーするとき、３つの信号全部が高にセットされる。一度カウンタがレジスタ値に等しくなると、信号出力は低に変えられる。マイクロコントローラＩＣ２４００が新しいデータを受け取ると、マイクロコントローラＩＣ２４００は、カウンタをフリーズし、新しいデータを作業レジスタにコピーし、新しいレジスタ値を現在のカウントと比較し、従って出力ピンを更新し、次いでカウンタが止まったところでカウンタを正確に再スタートさせる。こうして、強度値は、ＰＷＭサイクルの中間で更新され得る。カウンタをフリーズしかつ同時に信号出力を更新することは少なくとも２つの利点がある。第１に、それは、ストロボ光（ｓｔｒｏｂｅｌｉｇｈｔ）が迅速にパルス／ストローブ（ｐｕｌｓｅ／ｓｔｒｏｂｅ）するように各照明ユニットが迅速にパルス／ストローブするのを可能にする。そのようなストローブすることは、中央制御器が迅速な速度で高強度値とゼロ強度値を交互に有するネットワーク・データを送るとき生じる。最初に信号出力を更新することなしに人がカウンタを再スタートさせる場合、人間の眼は、異なるパルス幅でセットされている各個々の色ＬＥＤの食い違いのある不活性化を知覚することができるであろう。この特徴は、照明要素の加熱及び冷却サイクルと関連した積分効果故に、白熱光にとって関心事ではない。白熱要素とは似ないＬＥＤは、本出願において本質的に瞬間的に活性化しそして不活性化する。第２の利点は、カウンタがゼロにリセットされた場合、さもなければ起こるであろうフリッカーを生じることなしに、人はＬＥＤを「減光」することができることである。中央制御器は、それが各色ＬＥＤに対して光強度において均一で比例的な低減を表す強度値のシークエンスを生成するとき、連続的な減光信号を送ることができる。人がカウンタを再スタートする前に出力信号を更新しない場合、単一の色ＬＥＤは、そのデューティ・サイクルのゼロ電流状態を経験することなしに、ほぼ２サイクルにわたり経過する可能性がある。例えば、赤のレジスタが４にセットされ、かつカウンタがフリーズされたときそのカウンタは３にセットされていると仮定する。ここで、カウンタは、ＰＷＭサイクルの「オフ部分」が赤ＬＥＤに対して生じることになる直前にフリーズされる。ここで、ネットワーク・データが赤のレジスタの中の値を４から２に変え、そしてカウンタが出力信号を不活性化することなしに再スタートされると仮定する。たとえカウンタが赤のレジスタの中の強度値より大きくても、出力状態は依然「オン」であり、これは最大電流が依然赤ＬＥＤを通って流れていることを意味する。なお、青及び緑のＬＥＤは、ＰＷＭサイクルにおけるそれらの適切な時間に多分ターンオフするであろう。これは、人間の眼により色強度を減光する過程で赤のフリッカーとして知覚されるであろう。カウンタをフリーズしかつＰＷＭサイクルの残部の間に出力を更新することは、これらの欠点を克服し、フリッカーが生じないことを保証する。
【００２３】
ここでマイクロコントローラＩＣ２４００のためのネットワーク・インタフェースを説明する。ジャック８００及び９００は標準ＲＪ−８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用いられ、そして単純化のため３つの入力のみ、即ち信号入力８６０、８７０及び接地８５０を有するように示されている。ネットワーク・データは、ジャック８００に入り、信号入力８６０及び８７０を通る。次いで、これらの信号入力はＩＣ３５００に結合される。なお、ＩＣ３５００は標準タイプのＲＳ−４８５／ＲＳ−４２２差分バス中継器であり、カリフォルニア州サンタ・クララのＮａｔｉｏｎａｌＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎからのＤＳ９６１７７であることが好ましい。ＤＳ９６１７７の教示が本明細書に援用されている。信号入力８６０及び８７０は、ＩＣ３５００のピン５６０及び５７０に入る。データ信号は、マイクロコントローラＩＣ２４００上のピン５１０からピン５２０に通される。同じデータ信号が、次いで、ＩＣ２４００上のピン５４０からＩＣ３５００上のピン５３０に戻される。ジャック９００は、出力ジャックとして用いられ、単純化のため５個の出力のみ、即ち信号出力９６０、９７０、９８０、９９０及び接地９５０を有するように示されている。出力９６０及び９７０は、入力ライン８６０及び８７０のそれぞれから直接分割される。出力９８０及び９９０は、ＩＣ３５００のピン５８０及び５９０のそれぞれから直接来る。前述の組立体は、ネットワーク・データを受け取るため２つのネットワーク・ノードを接続させるようにすることが認められるであろう。こうして、ネットワークは、単一のノードのみが一緒につなぎ合わされた場合デージー・チェインとして、又は２つのノードが各単一のノードの出力に結び付けられる場合２進木として構成され得る。
【００２４】
前述の記載から、人は、ＬＥＤ照明又は表示ユニットのアドレス指定可能なネットワークが、各々がそれぞれの光モジュールに接続された電力モジュールの集合から構成されることができることを知ることができる。少なくとも２つの原色ＬＥＤが用いられる限り、単純に各色ＬＥＤが放射する光強度を予め選択することにより、任意の照明又は表示色が発生され得る。更に、各色ＬＥＤは、ＰＷＭ方形波のデューティ・サイクルに応じて、２５５の異なる強度のいずれかで光を放射することができ、そのときフリル強度パルス（ｆｒｉｌｌｉｎｔｅｎｓｉｔｙｐｕｌｓｅ）が最大電流をＬＥＤに通すことにより発生される。更にまた、最大強度は、単純に光モジュールに存在する電流レギュレータのためのプログラミング抵抗値を用いて最大許容電流のための上限を調整することにより都合よくプログラムされることができる。異なる最大電流定格の光モジュールは、それにより都合よく交換され得る。
【００２５】
前述の実施形態は、任意の数の異なるハウジングに存在し得る。照明ユニット用の好適なハウジングを説明する。ここで図３に目を向けると、実質的に円筒形本体部分１０、光モジュール２０、伝導性スリーブ３０、電力モジュール４０、別の伝導性スリーブ５０及び包囲板６０を備える本発明の照明ユニットの分解組立図が示されている。ここで、光モジュール２０及び電力モジュール４０は、前述の光モジュール１００及び電力モジュール２００の電気的構造及びソフトウエアを含む。ネジ６２、６４、６６及び６８は、装置全体を機械的に接続するのを可能にする。本体部分１０、伝導性スリーブ３０及び５０及び包囲板６０は、熱を伝導する金属、好ましくはアルミニウムから作られるのが好ましい。本体部分１０は開口端部、反射性内側部分及び照明端部を有し、その照明端部に光モジュール２０が機械的に固定されている。光モジュール２０は、円板形状をしていて、そして２つの側面を有する。照明側面（図示せず）は、異なる原色の複数のＬＥＤを備える。接続側面は、電気的コネクタのオス・ピン組立体２２を保持する。照明側面及び接続側面の双方は、複数のＬＥＤから本体部分１０への熱伝導が一層良好になるようにアルミニウム表面により被覆されている。同様に、電力モジュール４０は円板形状であり、そしてその全ての有効な表面は同じ理由のためアルミニウムにより被覆されている。電力モジュール４０は、組立体２２からのピンに嵌合するよう適合された電気的コネクタのメス・ピン組立体４４を保持する接続側面を有する。電力モジュール４０は、ＤＣ電源に接続のための端子４２を保持する電力端子側面を有する。いずれの標準ＡＣ又はＤＣジャックを適切に用い得る。
【００２６】
光モジュール２０と電力モジュール４０との間に伝導性アルミニウム・スリーブ３０が介挿され、その伝導性アルミニウム・スリーブ３０は実質的に光モジュール２０と電力モジュール４０との間の空間を包囲する。図示のように、円板形状の包囲板６０及びネジ６２、６４、６６及び６８は、構成要素の全部を一緒に封止し、従って伝導性スリーブ５０は、包囲板６０と電力モジュール４０との間に介挿される。一旦一緒に１ユニットとして封止されると、照明装置は、前述のようにデータ・ネットワークに接続され、かつある範囲を照明するのに都合の良い要領で取り付けられ得る。動作において、光拡散手段が、光モジュール２０上のＬＥＤが光の単一の均一周波数を放射するように見えることを保証するよう本体部分１０の中に挿入される。
【００２７】
前述の記載から、多色を生成するためのＬＥＤのＰＷＭ電流制御が、ネットワークの有無に関係なく無数の環境の中に組み込まれ得ることが認められるであろう。例えば、図８は、ハンドヘルドの（手持ち型）懐中電灯が本発明のＬＥＤ組立体を用いて考えられるいずれの色を照射するよう作ることができることを示す。懐中電灯は、外部調整手段５を含み、その外部調整手段５は、例えば、適切にプログラムされたマイクロコントローラに各Ａ／Ｄ変換手段１５を介して結合された３つ１組のポテンショメータであり得る。各ポテンショメータは、ＬＥＤボード２５上の個々の色ＬＥＤの電流デューティ・サイクル、従って照明強度を制御するであろう。各々が０から２５５までの異なるバイトを発生することができる３つのセッティングにより、コンピュータ制御された懐中電灯は、２４ビット色を発生し得る。勿論、３つの個々のポテンショメータは、単一の調整器として動作可能なように、トラックボール又はジョイスティックのような、単一のデバイスの中に組み込まれることができる。更に、調整手段はポテンショメータでなければならないことは必要でない。例えば、容量性又は抵抗性サム・プレート（ｔｈｕｍｂｐｌａｔｅ）もまた色を設定するため必要な２つ又は３つのレジスタをプログラムするため用いられ得る。本発明の非ハンドヘルドの実施形態は、水泳プールの水中光源として用いられ得る。本発明は比較的低い電圧及び低い電流で動作することができるので、安全な水中動作に対して独特に適している。
【００２８】
同様に、本発明は、いずれの所与の環境条件の汎用インディケータとして用いられ得る。図９は、そのような装置のための一般的機能ブロック図を示す。図９内にはまた、例示的期間中の３つの色ＬＥＤのデューティ・サイクルを示す例示的チャートが示されている。環境インディケータの一例として、電力モジュールが、傾斜計に結合されることができる。傾斜計は、重力の地球中心に対する一般的角度向きを測定する。傾斜計の角度信号は、Ａ／Ｄ変換器を介して変換され、かつ電力モジュールの中のマイクロコントローラのデータ入力に結合されることができる。次いで、マイクロコントローラは、角度をＬＥＤ色レジスタ値と関連付けるルックアップテーブルの使用を介して各離散的角度向きを異なる色に割り当てるためプログラムされることができる。「色傾斜計」は、飛行機のコックピットのような安全のため、又は水の中で揺れる帆船上の帆を照明するような新規のため、用いられ得る。別のインディケータの使用は、容易に読出し可能な視覚的温度指示を与えるため用いられている。例えば、ディジタル温度計は、マイクロプロセッサに温度読出しを与えるため接続されることができる。各温度は、特定の組みのレジスタ値、従って特定の色出力と関連付けられるであろう。複数のそのような「色温度計」は、貯蔵冷凍庫のような大きな空間にわたり配置されることができ、三次元にわたる温度の単純な視覚的検査を可能にする。
【００２９】
本発明の別の使用は白熱電球としてである。適切な整流器及び電圧変換手段を用いて、電力及び光モジュール全体は、エジソン取り付け型（Ｅｄｉｓｏｎ−ｍｏｕｎｔ）（ネジ・タイプ）白熱電球ハウジングの中に配置され得る。各電球は、白を含む特定の色電球を与えるため特定のレジスタ値でもってプログラムされることができる。電流レギュレータは、所望の電流定格、従ってプリセット光強度を与えるため再プログラムされることができる。当然に、白熱電球は、光が周囲へ通るのを可能にする光透過性の又は半透明の部分を有し得る。
【００３０】
上記は、本発明の好適な実施形態の詳細な記述であるが、頭書の特許請求の範囲は本出願人が権利を与えられる本発明の範囲をより自由に定義する。好適な実施形態に記載された特許請求の範囲の明示的表現内に入らないかも知れない変更又は改良は、それらが均等物である限り、又はさもなければ従来技術を越えたその寄与と一貫している限り、本発明の範囲内として取り扱われるべきであり、そのような寄与は開示された特定の実施形態に制限されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の光モジュールの様式化した電気回路の概略図である。
【図２】図２は、本発明の電力モジュールの様式化した電気回路の概略図である。
【図３】図３は、本発明の一実施形態のハウジングの分解組立図である。
【図４】図４は、本発明の光モジュールのＬＥＤを含む側の平面図である。
【図５】図５は、本発明の光モジュールの電気的コネクタ側の平面図である。
【図６】図６は、本発明の電力モジュールの電力端子側の平面図である。
【図７】図７は、本発明の電力モジュールの電気的コネクタ側の平面図である。
【図８】図８は、ＬＥＤ照明モジュールを含む懐中電灯組立体の分解組立図である。
【図９】図９は、本発明の環境インディケータの制御ブロック図である。

Claims

ＬＥＤを用いた電球であって、
第１のスペクトルを有する放射を発生する少なくとも１つの第１のＬＥＤと、第１のスペクトルと異なる第２のスペクトルを有する放射を発生する少なくとも1つの第２のＬＥＤとを含む光モジュールと、
第１の放射と第２の放射とを混合して、第１のスペクトルと第２のスペクトルの組み合わせに基づく単一のスペクトルを有する一様な色の可視光を放射するように見えることを提供する、半透明の部分を有する電球ハウジングと、
第１の放射の第１の強度と、第２の放射の第２の強度とを独立に制御する少なくとも１つのコントローラを含む電力モジュールとを含み、
前記少なくとも1つのコントローラは、
前記少なくとも1つの第１のＬＥＤの第１の光強度値を記憶する第１のレジスタと、
前記少なくとも1つの第２のＬＥＤの第２の光強度値を記憶する第２のレジスタとを含むものであり、
第１のレジスタに記憶された少なくとも1つの第１の光強度値および／または第２のレジスタに記憶された少なくとも１つの第２の光強度値は、周期的にリフレッシュされるものであって、
前記少なくとも1つの第一のＬＥＤと前記少なくとも1つの第２のＬＥＤを、第１の放射が第１のＬＥＤの光強度値に基づいて発生され、第２放射が第２のＬＥＤの光強度値に基づいて発生されるように、高速でオンオフ制御し、
電球から発生する可視光が白色光として認識されるように制御するものであり、
光モジュールと電力モジュールとは、電球ハウジングの中に配置されるものであり、
少なくとも 1 つのコントローラは、少なくとも第１の光強度値および又は少なくとも第２の光強度値を変更するための、変化する外部からのデータをネットワークから受信し、第１のレジスタおよび第２のレジスタを周期的に更新することによって、第１のレジスタに記憶された第１の強度値および／または第２のレジスタに記憶された第２の強度値を、ネットワークから受信された変化する外部データに基づいて変更するものである、
前記電球。
少なくとも1つの第１のＬＥＤの光強度値および少なくとも1つの第２のＬＥＤの光強度値は、特定の色の白色光を生成するようにプログラムされた特定の値を含むものである、請求項１に記載された、電球。
少なくとも1つのコントローラが、外部制御信号に応じて、第１の光強度値と第２の光強度値を変更することにより、電球から発生する白色光のスペクトルを変化させるために、外部制御信号を受け取って第１のレジスタに記憶された第１の光強度値および第２のレジスタに記憶された第２の光強度値を変化させるための手段をさらに含むものである、請求項１に記載された電球。
少なくとも1つのコントローラは、矩形波信号に基づいて、少なくとも1つの第１のＬＥＤおよび少なくとも1つの第２のＬＥＤを制御するものである、請求項１〜３のいずれかに記載の、ＬＥＤを用いた電球。
少なくとも1つのコントローラは、パルス幅変調技術を用いて、第１の放射の第１の強度および第２の放射の第２の強度を独立に制御するものである、請求項１〜４のいずれかに記載の、ＬＥＤを用いた電球。
電球ハウジングが、エジソン取り付け型電球ハウジングの構成を有している、請求項１〜５のいずれかに記載の、ＬＥＤを用いた電球。
少なくとも1つのコントローラに接続される少なくとも1つの電源接続部をさらに含み、電源接続部は通常の電球ソケットに機械的および電気的に結合するものである、請求項１〜６のいずれかに記載の、ＬＥＤを用いた電球。
少なくとも1つの電源接続部は、エジソンネジ式接続を含むものである、請求項７記載の、ＬＥＤを用いた電球。
少なくとも1つの電源接続部に接続された、整流器および電圧変換器をさらに含む、請求項７または８に記載の、ＬＥＤを用いた電球。
少なくとも1つのコントローラに結合され、測定される状況に応答した少なくとも１つの制御信号を発生するセンサをさらに含み、少なくとも１つのコントローラは、第１のレジスタおよび／または第２のレジスタを、少なくとも1つの制御信号に基づいて制御するものである、請求項１および３〜９のいずれかに記載の、ＬＥＤを用いた電球。
少なくとも1つの第１のＬＥＤは、複数の第１のＬＥＤを含むものであり、少なくとも1つの第２のＬＥＤは、複数の第２のＬＥＤを含むものであって、第１のＬＥＤと第２のＬＥＤとは、所定の態様で電球の中に配置されている、請求項１〜１０のいずれかに記載の、ＬＥＤを用いた電球。
複数の第１のＬＥＤおよび複数の第２のＬＥＤのうちの少なくとも1つは、直列アレイに構成されている、請求項１１に記載の、ＬＥＤを用いた電球。
複数の第１のＬＥＤおよび複数の第２のＬＥＤのうちの少なくとも1つは、並列アレイに構成されている、請求項１１に記載の、ＬＥＤを用いた電球。
複数の第１のＬＥＤおよび複数の第２のＬＥＤのうちの少なくとも1つは、少なくとも1つの列をなして構成されている、請求項１１に記載の、ＬＥＤを用いた電球。
複数の第１のＬＥＤおよび複数の第２のＬＥＤのうちの少なくとも1つは、平行な複数の列をなして構成されている、請求項１４に記載の、ＬＥＤを用いた電球。
第１の、請求項４〜１５のいずれかに記載の、ＬＥＤを用いた電球および、第２の、請求項４〜１５のいずれかに記載の、ＬＥＤを用いた電球を含み、第１のＬＥＤを用いた電球と第２のＬＥＤを用いた電球は、ネットワークに接続され、線形チェインのノードとして構成されている、照明システム。
第１のＬＥＤを用いた電球は、少なくとも１つの第１のネットワークアドレスを有し、第２のＬＥＤを用いた電球は、少なくとも１つの前記少なくとも１つの第１のネットワークアドレスと異なる第２のネットワークアドレスを有している、請求項１６に記載のシステム。