JP4642870B2 - Ｌｅｄ照明器具 - Google Patents

Description

本発明は、赤色、緑色及び青色の発光ダイオード（LED）のアレイを備える照明器具、とりわけ、所望のカラーバランス（色度）を維持するために個々の成分を調節する制御システムを備える白色光を発する照明器具に関する。

米国特許第5,301,090号は、赤色、緑色及び青色の各々の複数のLEDを含むLEDのアレイを持つLED照明器具を開示する。各色のLEDは並列に配線され、別個の電源が設けられ、拡散スクリーンが該アレイの上に設けられる。組立品の色度は関連の色のための３つのつまみにより手動で制御され、自動制御については言及されていない。

LEDは半導体ベースであり、所与の駆動電流に対して光出力がチップごとに変化し、各チップの寿命にわたっても変化する。光出力はまた温度と反比例的に変化するが、各色に対して一様ではない。最後に、所与の色のLEDのブロックにおいては、1つ以上のLEDが故障する場合に光出力が変化するだろう。特に白色光を発する照明器具においては、LEDの如何なるアレイのカラーバランスに影響を及ぼし得る全ての要因が与えられ、カラーバランスを自動的に監視し、調整することが望ましいだろう。

例えば交通信号灯においては、温度に基づいて所与の色のLEDのアレイへの電流を制御することは既知である。温度（それ故、光の強さ（light intensity））は種々の色に対して一様には変化しないことから、この機構は複数の色のLEDを持つ照明器具において厄介（cumbersome）であろう。

個々の色の光出力を変化させる要因に関係なく、白色光を発する照明器具の色度を自動的に制御することが望ましいであろう。

更に、関連の色の各々に対するフィルタ及びフォトダイオード等のスペクトル分解光測定システムに頼らずに自動的に色度を制御することが望ましいであろう。

本発明によると、白色光を発するLED照明器具の組合せ光出力（色度）は、アレイ内の全てのLEDの光出力を測定するように構成された単一のフォトダイオードによる測定に基づいて電子制御される。これは、時間パルスのシーケンスにおいて各色のLEDの光出力を個別に測定することにより果たされる。赤色、緑色及び青色のLEDのアレイに対し、測定シーケンス内に3つの時間パルスがある。各時間パルスの間、測定されていない色に対する電流は閉じられる。典型的なフォトダイオードの応答時間は極めて短いので、観察者がそれを検知しないであろう十分に短い時間（例えば１０ｍｓ）内にこの測定シーケンスを実行することが出来る。

前記色の測定された光出力は、ユーザ制御により設定され得る所望の出力と比較され、該色のブロックに対する電源への変更が必要に応じてなされる。斯くして、色度は、該色度を変化させ得る要因に関係なく自動的に制御される。ユーザ入力は、暖かい白色（より赤い出力）又は冷たい白色（より青い出力）のどちらかに所望の色度を変えることを可能にする。

ウォームアップ段階の間の温度に依存した変化に対して最良の補償をするために、電子制御回路は、ウォームアップの間により頻繁に測定シーケンスを引き受けても良い。安定動作温度に達した後のLEDにおける長期変化に対する補償には、より少ない頻度での測定で十分である。

各色のLEDが並列に配線される場合、次の測定シーケンスの間に残っているLEDへの電流を変えることによりLEDの故障を自動的に補償することが出来る。

本発明のこれら及び付加的な利点を以下の図及び説明から明らかにする。

図は縮尺通りには描かれていない。概して、図中の同様な参照数字は同様な部分を指す。

図１を参照すると、本発明によるLED照明器具は、複数の色の各々において複数のLEDを含むLED１０、１２及び１４の二次元アレイを含む。この場合、アレイはハウジング１８内の配線基板１６上に取り付けられた赤色LED１０、緑色LED１２及び青色LED１４を含む。LEDは光出力全体が白色になるように構成され、ハウジング１８上に取り付けられるディフューザ２２は混合を高めるために設けられる。琥珀色等の付加的な色のLEDが混合オプション（the mixing options）を増すために用いられても良い。混合光学部品（the mixing optics）はディフューザ以外の手段を含んでも良い。

単一のフォトダイオード２４は、アレイ内の全てのLEDの光の強さを感知するように構成される。図１においては、ハウジング１８の長手方向に延在する光ファイバーが、フォトダイオード２４に光を送り、フォトダイオード２４は、フィードバックライン２６を介して制御器３０に対する対応する電流信号を生成する。小さいアレイに対しては、フォトダイオードが、光出力を直接感知するように構成されても良い。非常に多いLEDは、図１に示されている光ファイバーの配置に代えて、各アレイに対するフォトダイオードを備えるアレイに分けられても良い。

図２も参照すると、制御器３０は、フォトダイオード２４からのフィードバックをカラーポイント測定値（color point measurement）に変換し、該カラーポイント測定値は、ユーザ入力４０を介して供される所望の設定と比較される。前記比較に基づいて、制御器３０は、所望のカラーバランスが存在しているのかどうかを決定し、それに応じて各関連するダイオード１０、１２及び１４に対する電流調整器１１、１３及び１５に信号を送る。斯くして、交流変換器５０からの電力入力は、所望のカラーバランスを得るように関連する赤色、緑色及び青色の光の強さを制御する電流出力に変換される。アレイの各色のダイオードは、基板１６上の配線により共通の電位に保たれる。所望の設定のためのユーザの制御は、関連する色に対する入力部４１、４２及び４３、並びに結果として生じる白色光の全体的な強さを制御する調光器（dimmer）４４を含む。

図３は当該照明器具の制御論理を図示している。ランプがつけられる（３１）と、電力がLEDに供され、測定シーケンスが開始される（３２）。カラーポイント測定値が、ユーザの調節（３５）に従って記憶される（３４）所望の設定と比較される（３３）。この比較に基づいて色調節が必要かどうかが決定され（３６）、必要である場合には調節がなされ（３７）、測定シーケンスが繰り返される（３２）。色調節は必要ないと決定される（３６）場合には、制御器は、測定シーケンスを繰り返す（３２）前に所定の測定間隔の間待機する（３８）だろう。

図４は、当該照明器具がつけられている間に実行される制御論理を図示しているタイミング図である。４つのトレースの一番上は、ある長さの時間（a span of time）（測定間隔）により分けられる、一連の３つのパルスから成る測定信号（測定シーケンス）である。第１パルスの間には緑色及び青色のLEDが消され、それ故、フォトダイオードは赤色のLEDの光の強さを測定することができ、第２パルスの間には赤色及び青色のLEDが消され、故にフォトダイオードは緑色のLEDの光の強さを測定することができ、第３パルスの間には赤色及び緑色のLEDが消され、故にフォトダイオードは青色のLEDの光の強さを測定することが出来る。次いで、制御エレクトロニクスが、測定された強さを所望の強さと比較し、必要に応じて１つ以上のグループのLEDへの電流を調節する。

典型的なフォトダイオードの応答時間は極めて短く、各パルスは、観察者が該パルスを検知しないような短さ、例えば1.0ms、になり得る。斯くして、当該照明器具の通常動作時に測定シーケンスを実行することが出来る。測定間隔の長さは光出力がどのぐらい素早く変化するかに依存する。このことは、例えば、どのぐらい素早くLEDの温度が変化するのかに依存する。前記測定間隔の長さは1分ごとから数時間ごとに及ぶことができ、即ち、制御論理を、起動直後の頻繁な測定、及びそれに続く、安定動作温度に達する際のより少ない頻度の測定に対しプログラムすることが出来る。

当該照明器具が各色において２列（string）以上のLEDを含み、該列の出力を個別に測定することは可能である。例えば、3色の各々の２列により測定シーケンスは６つのパルスを持つだろう。どの場合においても、単に対応する光出力に基づいて個々の色を調節するよりむしろ、シーケンスにおける測定の全てに基づいてカラーバランスを調節することが好ましい。

上記は例示であって、特許請求の範囲を限定するものではない。

光ファイバーの光ピックアップを備える、本発明による照明器具の断面図である。 前記照明器具の概略図である。 制御器の論理シーケンスの図である。 光学フィードバックシステムのタイミング図である。

符号の説明

１０ 赤色のLED
１２ 緑色のLED
１４ 青色のLED
１６ 配線基板
１８ ハウジング
２２ ディフューザ
２４ フォトダイオード
２６ フィードバックリンク
３０ 制御器
４１ 入力部
４２ 入力部
４３ 入力部
４４ 調光器
５０ 交流変換器

Claims (8)

1. 複数の色の各々において少なくとも１つのLEDを有するLEDのアレイと、
   各前記色の前記LEDが光出力を持ち、電流が前記アレイ内の前記LEDの全てに供給される際に該アレイが組合せ光出力を持つように、各前記色の前記LEDに電流を供給する手段と、
   前記アレイ内の全ての前記LEDの前記光出力を測定するように構成されたフォトダイオードと、
   時間パルスのシーケンスにおいて、各色の前記LEDの前記光出力が、前記アレイに対して単一の前記フォトダイオードだけを用いて、別々に測定されるように、選択的に、測定されている色以外の全ての色の前記LEDへの電流を閉じる手段と、
   各色の測定された光出力を各色の関連の所望の光出力と比較する手段と、
   所望の組合せ光出力が実現され得るように、前記比較に基づいて各色のLEDへの前記電流を調整する手段とを有する照明器具であって、
   前記測定の合間には、前記アレイ内の前記LEDの全てに電流が供給される照明器具。
2. 更に、前記アレイ内の全てのLEDから光を受け取るように構成された光ファイバーを有し、該光ファイバーが前記フォトダイオードに接続されている請求項1に記載の照明器具。
3. 更に、前記所望の光出力を設定するユーザ入力制御を有する請求項1に記載の照明器具。
4. LEDの前記アレイが赤色、緑色及び青色の各々のLEDを有し、前記組合せ光出力が白色になるように該LEDが構成されている請求項1に記載の照明器具。
5. 更に、一様な白色光を得るために各前記色を混合する混合光学部品を有する請求項４に記載の照明器具。
6. 複数の色の各々において少なくとも１つのLEDを有するLEDのアレイと、前記アレイ内の全ての前記LEDの光出力を測定するように構成されたフォトダイオードとを有するLED照明器具のカラーバランスを調節する方法であり、
   各前記色の前記LEDが光出力を持ち、電流が前記アレイ内の前記LEDの全てに供給される際に該アレイが組合せ光出力を持つように、各前記色の前記LEDに電流を供給するステップと、
   選択的に、測定されている色以外の全ての色の前記LEDへの電流を閉じることにより、前記アレイに対して単一の前記フォトダイオードだけを用いて各前記色の前記LEDの前記光出力を順次測定するステップと、
   各色の測定された光出力を各色の関連の所望の光出力と比較するステップと、
   所望の組合せ光出力が実現され得るように、前記比較に基づいて各色の前記LEDへの前記電流を調節するステップとを有する方法であって、
   前記電流を供給するステップが、前記測定の合間には、前記アレイ内の前記LEDの全てに電流を供給するステップを有する方法。
7. 前記順次測定するステップは、各色に対して１つの時間パルスを持つ測定シーケンスにおいて各前記色の前記LEDに別々に電流を供給するステップと、各前記時間パルスの間に当該色のうちの一色の前記LEDの前記光出力を測定するステップとを有する請求項６に記載の方法。
8. 前記電流を供給するステップは、各前記時間パルスの間、測定されている色以外の全ての色の前記LEDへの前記電流を閉じるステップと、前記パルスと前記パルスとの間、及び前記測定シーケンスを分離する測定の合間には、前記アレイ内の前記LEDの全てに電流を供給するステップとを有する請求項７に記載の方法。

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