JP4718008B2 - Digitally controlled lighting method and system - Google Patents

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マーシャル モーガン，フレデリック
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Description

【０００１】
関連出願の説明
本出願は、以下の特許出願の全開示内容に基づいており、それらの全開示内容に対して特恵を主張するものであり、またそれらの全開示内容を参照により記載しているものとする：多色ＬＥＤ点灯方法および装置（ＰＣＴ出願、出願日１９９８年８月２６日、ＰＣＴ出願ＵＳ９８／１７７０２号）；デジタル制御される発光ダイオードのシステムおよび方法（米国仮特許出願第６０／０７１，２８１号、出願日１９９７年１２月１７日、発明者Ｇｅｏｒｇｅ ＭｕｅｌｌｅｒおよびＩｈｏｒ Ｌｙｓ）；知的多色点灯（米国仮特許出願第６０／０６８，７９２号、出願日１９９７年１２月２４日、発明者Ｇｅｏｒｇｅ ＭｕｅｌｌｅｒおよびＩｈｏｒ Ｌｙｓ）；デジタル点灯システム（米国仮特許出願第６０／０７８，８６１号、出願日１９９８年３月２０日、発明者Ｉｈｏｒ Ｌｙｓ）；制御された照明のためのシステムおよび方法（米国仮特許出願第６０／０７９，２８５号、出願日１９９８年３月２５日、発明者Ｇｅｏｒｇｅ ＭｕｅｌｌｅｒおよびＩｈｏｒ Ｌｙｓ）；多数の同時発生する高速パルス幅変調信号をソフトウェアにより発生させる方法（米国仮特許出願第６０／０９０，９２０号、出願日１９９８年６月２６日、発明者Ｉｈｏｒ Ｌｙｓ）；および本出願と同一日（１９９８年１２月１７日）に出願され、各々Ｇｅｏｒｇｅ ＭｕｅｌｌｅｒおよびＩｈｏｒ Ｌｙｓを発明者とし、出願番号が未定である、以下の名称の８出願：スマート電球；電力／データ・プロトコル；センサー／フィードバック形式の照明方法およびシステム；高精度照明方法およびシステム；娯楽用点灯システム；運動による照明システムおよび方法；照明要素；およびデータ伝達トラック。以上に加え、本明細書中で参照されている各米国特許および各米国特許出願についても、参照によりその全開示内容が本明細書に記載されているものとする。
【０００２】
関連技術の説明
回路中に配列された際、その回路からのインパルスを受けて、そのインパルスを光信号に変換する発光ダイオード（ＬＥＤ）が知られている。ＬＥＤはエネルギー効率が良く、ほとんど発熱せず、また寿命も長い。
【０００３】
ＬＥＤには多くの型が存在し、そうした型としては、空隙型ＬＥＤ、ＧａＡｓ発光ダイオード（従来の単一ダイオード・パッケージよりも高い信頼性を供するために、２つのダイオードがパッケージされて１つのユニットとされる場合もある）、ポリマーＬＥＤ、半導体ＬＥＤおよびその他の型が含まれる。現在利用されているほとんどのＬＥＤは赤色である。従来からのＬＥＤの用途としては、周辺光量の少ない環境における表示装置、例えばモデムその他のコンピュータ構成要素上の点滅灯や、腕時計のデジタル表示部等としての用途が含まれる。近年は、より長寿命の交通信号灯用の２次元アレイにおいて、改良されたＬＥＤが使用されている。スコアボードやその他の表示装置においても、ＬＥＤが使用されている。また、ＬＥＤは２次元アレイ状に配置されて、テレビ画面としても使用されている。ほとんどのＬＥＤは赤色、黄色あるいは白色であるが、いかなる色のＬＥＤも可能であり、さらには、単一のＬＥＤを、変化する電気信号に反応して色彩スペクトル上のいかなる色にも変化できるように作製することも可能である。
【０００４】
ある色の投射光と、別の色の投射光とを重ね合わせると、結果として第３の色を作り出せることは良く知られている。また、通常使用される３原色（赤、青および緑）を異なる割合で重ね合わせれば、可視スペクトル域内のほとんど全ての色を作り出すことが可能であることも、良く知られている。本発明は、異なる原色の光を発する、少なくとも２つの発光ダイオード（ＬＥＤ）からの投射光を重ね合わせることにより、上記の効果を利用する。本発明の目的に鑑み、上記の「原色」という用語は、重ね合わされることで別の色を作り出し得るあらゆる色を包含して指すと解釈されるべきである。
【０００５】
ＬＥＤを使用した点灯用のコンピュータ・ネットワークも知られている。Ｐｈａｒｅｓ氏に発行された米国特許５，４２０，５８２号には、そうしたネットワークの一種で、主として表示装置における使用を目的とし、異なる色のＬＥＤを使用して選択可能な１つの色を作り出すネットワークが記載されている。Ｈａｖｅｌ氏に発行された米国特許第４，８４５，４８１号は、多色表示装置のための技術である。Ｈａｖｅｌ氏は、パルス幅変調信号を使用して、それぞれのＬＥＤに特定のデューティ周期で電流を供給している。Ｂｒｏｗｎ氏に発行された米国特許第５，１８４，１１４号は、ＬＥＤ表示システムを開示したものである。Ｓｍｉｔｈ氏等に発行された米国特許第５，１３４，３８７号は、ＬＥＤ２次元配列画面のための技術である。
【０００６】
複数の個別のライトを繋ぐネットワークを、中央ドライバー（コンピュータ制御されたドライバーでもよい）で制御する照明システムが存在する。そうした照明システムとしては、舞台用点灯システムが含まれる。ＵＳＩＴＴ ＤＭＸ−５１２プロトコルは、舞台用操作卓から一連の舞台用ライトに、データの流れを伝達するために開発された。
【０００７】
ＤＭＸ−５１２プロトコルは、元来、舞台用操作卓による舞台用調光器の制御を標準化するために作製された。ＤＭＸ−５１２プロトコルは、デジタル式多重点灯制御プロトコルで、５１２個の装置を制御できる信号を有しており、そうした制御可能な装置には、調光器、スクローラー、光量を変化させない継電器、移動灯のパラメター、あるいはコンピュータ化された仮想現実的セット中のグラフィック・ライトが含まれる。ＤＭＸ−５１２プロトコルは、複数の装置を繋ぐネットワークの制御のために利用されている。ＤＭＸ−５１２プロトコルは、デジタル式の信号コードを採用している。点灯操作卓等の送信装置がデジタル形式のコードを発信すると、調光器等の受信装置は、それらのコードを機能コマンド、例えば指定された水準まで光量を変化させるコマンドに変換する。デジタル形式のシステムにおいては、アナログ形式の制御と比較して、長いケーブル上を伝播する間に信号の完全性が損なわれる度合いが低い。コード化された０／１数字列が送信・受信されると、上記の装置は所望のタスクを実行する。
【０００８】
ハードウェアに関して言えば、ＤＭＸ−５１２プロトコルの情報は、ＲＳ−４８５ハードウェア・プロトコルを使用し、金属製のワイヤーを経由して装置間でやりとりされる。このためには、ツイストペアと呼ばれる２本のワイヤーを使用することが必要となる。第一のワイヤーは＋データワイヤー、第二のワイヤーは‐データワイヤーと呼ばれる。このラインに使用される電圧は、＋５Ｖが典型である。一例では、論理数１を送信する際には、＋データワイヤーは＋５Ｖ、‐データワイヤーは０Ｖとされる。論理数０を送信する際には、＋データワイヤーは０Ｖ、−データワイヤーは＋５Ｖとされる。これは、１本のワイヤーが常に０Ｖに維持される、より一般的なＲＳ−２３２インターフェースとは非常に異なる。ＲＳ−２３２においては、論理数１の送信は＋６Ｖから＋１２Ｖの間の電圧をラインに与えることによりなされ、論理数０の送信は−６Ｖから−１２Ｖの間の電圧をラインに与えることによりなされる。一般的にＲＳ−４８５は、ＲＳ−２３２よりもデータ送信に適している考えられている。ＲＳ−２３２においては、受信側で、入力電圧が正であるか負であるかを測定しなくてはならない。ＲＳ−４８５においては、受信側は、どちらのラインがより高い電圧を有しているかを判断するだけでよい。
【０００９】
発明の概要
本明細書では、従来の照明システムの欠点に関し、その多くを克服できるような照明方法およびシステムを提供する。複数の実施形態において、多色照明のための方法およびシステムが提供される。ある実施形態では、本発明は、高い性能と高速の色選択および色変化を実現できるコンピュータ制御された効率的な多色照明ネットワークを提供する、装置の形態をとっている。
【００１０】
簡潔に言うと、本明細書で開示されるのは、ある点灯アセンブリ、おそらくはＬＥＤシステムあるいはＬＥＤ点灯アセンブリのための電流制御技術であり、その電流制御技術とは、パルス幅変調（ＰＷＭ）電流制御技術でも良く、あるいは電流制御される各ユニットが唯一のものとしてアドレス指定可能となっており、かつそれらの各ユニットがコンピュータ点灯ネットワーク上で照明色に関する情報を受信することが可能となっているような、その他の形態の電流制御技術でも良い。本明細書中で使用される「電流制御技術」という用語は、ＰＷＭ電流制御、アナログ式電流制御、デジタル式電流制御、その他いかなる電流制御のための方法および装置をも含めて指すものとする。
すなわち、本発明は、スペクトル内のある領域の色を発生させる、少なくとも２色の異なる色を有する第一の複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）；
前記第一の複数のＬＥＤに供給される電流の少なくとも一つを制御して、前記スペクトル内の対応する色を発生せしめる第一の処理装置；
電源から少なくとも第一の複数のＬＥＤへ電流を供給するための電力供給モジュール、
を備えたモジュラーＬＥＤ装置であって、前記第一の複数のＬＥＤは、第一のストリップ上に実質的に線状に連なって配置され、前記第一のストリップは、少なくとも一つのカップリング機構を具備し、該カップリング機構によって、前記第一のストリップの少なくとも第二の複数のＬＥＤを備えた第二のストリップへの連結を少なくとも許容することを特徴とする、前記モジュラーＬＥＤ装置に関する。
また、本発明は、第二のストリップを、第一のストリップと組み合わせてさらに備えて、相互に連結された少なくとも前記第一のストリップおよび第二のストリップを具備した線状のアレイの照明システムを形成し、
前記第一のストリップは、第一の複数のＬＥＤを第一の実質的に線状のプラットホームに配置して備え、そして、
前記第二のストリップは、第二の複数のＬＥＤを第二の実質的に線状のプラットホームに配置して備えた、前記モジュラーＬＥＤ装置に関する。
さらに、本発明は、第一の実質的に線状のプラットホームおよび第二の実質的に線状のプラットホームの少なくとも一方が、曲線状のプラットホームである、前記システムに関する。
また、本発明は、相互に連結された線状のアレイが、相互に接続された曲線状のアレイである、前記システムに関する。
さらに、本発明は、第一のストリップおよび第二のストリップのそれぞれが、収容部を具備している、前記システムに関する。
また、本発明は、カップリング機構が、第一のストリップおよび第二のストリップの各プラットホームを連結し、相互に連結された線状のアレイを形成するように適合している、前記システムに関する。
さらに、本発明は、収容部が、実質的に透明な材料によって形成されている、前記システムに関する。
また、本発明は、実質的に透明な材料が、前記材料を透過する光の異なる色を組み合わせるように適合している、前記システムに関する。
さらに、本発明は、第一の複数のＬＥＤおよび第二の複数のＬＥＤが、第一のストリップおよび第二のストリップの各収容部を照明するように配置されている、前記システムに関する。
また、本発明は、カップリング機構が、少なくとも第一のストリップおよび第二のストリップを、機械的および電気的に、一緒に連結するように適合している、前記システムに関する。
さらに、本発明は、第二のストリップが、第二の複数のＬＥＤに供給される電流の少なくとも一つを制御して、第二の複数のＬＥＤから対応する色を発生せしめる第二の処理装置を具備している、前記システムに関する。
また、本発明は、第一の処理装置および第二の処理装置の少なくとも一つを、第一のストリップおよび第二のストリップが、知覚可能な実質的に同じ色の光を供給して照明を発生せしめるように配備した、前記システムに関する。
さらに、本発明は、第一の処理装置および第二の処理装置の少なくとも一つを、第一のストリップおよび第二のストリップが、知覚可能な各々異なる色の光を供給して照明を発生せしめるように配備した、前記システムに関する。
また、本発明は、第一の処理装置および第二の処理装置の少なくとも一つを、少なくとも一つの時変制御シグナルをアウトプットし、対応する複数のＬＥＤによって発生する照明を動的に変化せしめるように配備した、前記システムに関する。
さらに、本発明は、第一の処理装置および第二の処理装置の少なくとも一つを、対応する複数のＬＥＤによって発生する照明が、本質的に白色の光になるように配備した、前記システムに関する。
また、本発明は、第一の処理装置および第二の処理装置の少なくとも一つが、アドレス可能な処理装置として配備されている、前記システムに関する。
さらに、本発明は、少なくとも第一のストリップおよび第二のストリップの相互に連結された線状のアレイが、コーブを照明するように配置されている、前記システムを具備したコーブに関する。
また、本発明は、少なくとも第一のストリップおよび第二のストリップの相互に連結された線状のアレイを搭載している表面を備えた、前記システムを具備した建造物に関する。
さらに、本発明は、表面が、建造物の外表面を含み、少なくとも第一のストリップおよび第二のストリップの相互に連結された線状のアレイが、前記外表面に搭載されている、前記建造物に関する。
また、本発明は、少なくとも第一のストリップおよび第二のストリップの相互に連結された線状のアレイが、建造物の外周の少なくとも一部分の輪郭を描くように配置されている、前記建造物に関する。
さらに、本発明は、少なくとも第一のストリップおよび第二のストリップの相互に連結された線状のアレイが、商標、ブランド、サービスマークおよびロゴの少なくとも一つを、建造物の外表面に備えるように配置されている、前記建造物に関する。
また、本発明は、少なくとも第一のストリップおよび第二のストリップの相互に連結された線状のアレイが、図柄、単語、シンボル、数字およびキャラクターの少なくとも一つを、建造物の外表面に備えるように配置されている、前記建造物に関する。
また、本発明は、前記照明システムを備えたインテリアスペースであって、少なくとも第一のストリップおよび第二のストリップの相互に連結された線状のアレイが、前記インテリアスペースを照明するように配置されている、前記インテリアスペースに関する。
また、本発明は、少なくとも第一のストリップおよび第二のストリップの、相互に連結された線状のアレイを具備しているモジュラー照明システムにおける下記行為を含む方法に関し、該方法において、前記第一のストリップは、第一の複数のＬＥＤを備え、前記第二のストリップは、第二の複数のＬＥＤを備える：
（Ａ）少なくとも第一のストリップおよび第二のストリップを一緒に連結し、相互に連結された、ストリップの線状のアレイを形成する行為。
さらに、本発明は、行為（Ａ）が、少なくとも第一のストリップおよび第二のストリップを一緒に連結し、相互に連結された、ストリップの曲線状のアレイを形成することを含む、前記方法に関する。
また、本発明は、第一のストリップおよび第二のストリップが、活性化された際に知覚可能な実質的に同じ色の光を供給するように配備されている、前記方法であって、
少なくとも第一のストリップおよび第二のストリップを活性化し、相互に連結されたストリップの線状のアレイから、前記知覚可能な同じ色の光を発生せしめる行為をさらに含む、前記方法に関する。
さらに、本発明は、第一のストリップおよび第二のストリップが、活性化された際に知覚可能な各々異なる色の光を供給するように配備されている、前記方法であって、
少なくとも第一のストリップおよび第二のストリップを活性化し、相互に連結されたストリップの線状のアレイから、少なくとも二つの知覚可能な異なる色の光を発生せしめる行為をさらに含む、前記方法に関する。
また、本発明は、少なくとも第一のストリップおよび第二のストリップの一つが、活性化された際に少なくとも一つの動的な照明効果を発生するように配備されている、前記方法であって、
少なくとも第一のストリップおよび第二のストリップを活性化し、相互に連結されたストリップの線状のアレイから、前記少なくとも一つの動的な照明効果を発生せしめる行為をさらに含む、前記方法に関する。
さらに、本発明は、少なくとも第一のストリップおよび第二のストリップの一つが、活性化された際に本質的に白色の光を発生するように配備されている、前記方法であって、
少なくとも第一のストリップおよび第二のストリップを活性化し、相互に連結されたストリップの線状のアレイから、前記本質的に白色の光を発生せしめる行為をさらに含む、前記方法に関する。
また、本発明は、第一のストリップおよび第二のストリップのそれぞれが、線状に成形された収容部を備えている、前記方法であって、行為（Ａ）が、
第一のストリップおよび第二のストリップそれぞれの前記線状に成形された収容部を連結し、相互に連結された線状のアレイを形成せしめる行為をさらに含む、前記方法に関する。
さらに、本発明は、行為（Ａ）が、少なくとも第一のストリップおよび第二のストリップを電気的および機械的に連結し、相互に連結された線状のアレイを形成する行為をさらに含む、前記方法に関する。
また、本発明は、少なくとも第一のストリップおよび第二のストリップを個別にアドレスし、第一の複数のＬＥＤおよび第二の複数のＬＥＤを制御する行為をさらに含む、前記方法に関する。
さらに、本発明は、相互に連結された線状のアレイを、コーブを照明するように配置する行為をさらに含む、前記方法に関する。
また、本発明は、下記行為をさらに含む、前記方法に関する：
（Ｂ）建造物の表面に、相互に連結された線状のアレイを搭載せしめる行為。
さらに、本発明は、行為（Ｂ）が、ストリップの相互に連結された線状のアレイを建造物の外表面に配置し、建造物の外周の少なくとも一部分の輪郭を描くようにする行為を含む、前記方法に関する。
また、本発明は、行為（Ｂ）が、ストリップの相互に連結された線状のアレイを建造物の外表面に配置し、商標、ブランド、サービスマークおよびロゴの少なくとも一つを、建造物の外表面に形成せしめる行為を含む、前記方法に関する。
さらに、本発明は、行為（Ｂ）が、ストリップの相互に連結された線状のアレイを建造物の外表面に配置し、図柄、単語、シンボル、数字およびキャラクターの少なくとも一つを、建造物の外表面に形成せしめる行為を含む、前記方法に関する。
そして、本発明は、（Ｂ）ストリップの相互に連結された線状のアレイを、インテリアスペースを照明するように配置する行為をさらに含む、前記方法に関する。
【００１１】
本明細書中で使用される「ＬＥＤシステム」という用語は、電気的信号を受信でき、かつその信号に反応してある色の光を発生させられるシステムであれば、いかなるシステムをも含めて指すものとする。したがって、この「ＬＥＤシステム」という用語は、あらゆる型の発光ダイオード、発光ポリマー、電流に反応して光を発生させる半導体ダイ、有機ＬＥＤ、エレクトロルミネセンス板、およびその他の類似のシステムを含むものと解釈されるべきである。個別制御可能な複数の半導体ダイを有する単一の発光ダイオードを指して、「ＬＥＤシステム」と言っている実施形態もある。
【００１２】
ＬＥＤシステムは照明源の１つの型である。本明細書中で使用される「照明源」という用語は、ＬＥＤシステム、フィラメント灯を含む白熱光源、炎等の火炎発光光源、ガス・マントルや炭素アーチ放射源等の蝋燭による発光を利用した光源、気体放電を含む光ルミネセンス源、蛍光源、燐光源、レーザー、エレクトロルミネセンス灯等のエレクトロルミネセンス源、発光ダイオード、電子飽和を利用した陰極線ルミネセンス源、あるいはガルバノルミネセンス源、結晶ルミネセンス源、運動による発光を利用した光源、熱ルミネセンス源、摩擦ルミネセンス源、音ルミネセンス源、および電波ルミネセンス源を含む種々雑多の発光源を含めて、あらゆる照明源を含むものと解釈されるべきである。さらに、原色を発生させられる発光ポリマーも、照明源に含めることができる。
【００１３】
「照明を行う」という語は、照明源によりある放射周波数を発生させることを指すものと解釈されるべきである。「色」という語は、スペクトル中のあらゆる放射周波数をも含めて指すものと解釈されるべきである。すなわち、本明細書中で使用される「色」という語は、可視スペクトル域の周波数のみでなく、スペクトルの赤外域や紫外域、および電磁波のスペクトルにおける他の領域内の周波数をも含めて指すと解釈すべきである。
【００１４】
さらに別のある実施形態では、本発明は、複数の点灯ユニット（ノード）を繋ぐツリー型のネットワーク・コンフィグレーションを含んでいる。別の実施形態では、本発明は、点灯アセンブリを収容するための、熱伝導性材料から作られた熱発散型収容部を備えている。この熱発散型収容部内には、積み重ねられた２つの回路ボードが収められていて、これらのうち１つの回路ボードは電力供給モジュールを、もう１つの回路ボードはライト・モジュールをそれぞれ保持している。また別の実施形態では、ＬＥＤボードは、熱伝導性ポリマーおよび留め具を用いて、ＬＥＤボードとは分離された熱拡散板と熱的に接続されており、中央に金属部を有するＬＥＤボードと本質的に同等であるとみなすことができる。上記のライト・モジュールは、プログラミング可能な定格電流したがってプログラミング可能な定格最大光強度を有する、他のライト・モジュールと都合よく交換されるのに適している。そうした他のライト・モジュールとしては、従来型のＬＥＤに加え、有機ＬＥＤ、エレクトロルミネセンス板、およびその他のモジュールが含まれ得る。本発明の他の実施形態には、本明細書中に記載されている一般的原理を新しい形で応用している実施形態もある。
【００１５】
本明細書では、コンピュータ制御された高性能の多色点灯ネットワーク、おそらくはＬＥＤ点灯ネットワークが開示されている。本明細書ではまた、ノードの直鎖連結およびツリー型コンフィグレーションの双方が可能な、ＬＥＤ点灯ネットワークの構造が開示されている。本明細書ではまた、点灯ネットワークの点灯ユニットを収容するための熱発散型収容部が開示されている。本明細書ではまた、電流が制御されたＬＥＤ点灯装置であって、各々独立の定格最大電流を有し、かつ各々都合よく相互交換が可能な複数の点灯モジュールを含む装置が開示されている。本明細書ではまた、コンピュータにより電流制御がなされるＬＥＤ点灯アセンブリであって、連続的にプログラムすることが可能な２４ビット・スペクトルにおける多数の色を発することのできる一般的な照明装置として使用される点灯アセンブリが、開示されている。本明細書ではまた、それぞれが本発明における全般的なコンピュータによる電流制御原理を利用している、懐中電灯、傾斜計、温度計、一般の周辺環境指示器および電球が開示されている。本開示の他の局面は、以下の詳細な説明において明らかにする。
【００１６】
本発明は、デジタル制御されたＬＥＤを用いたライトに関し、その応用例を提供する。本発明に係るシステムおよび方法は、照明技術が重要視される多くの技術分野における、上記のようなライトの使用を含んでいる。本発明に係るシステムおよび方法はまた、上記のようなライトを様々な異なる信号に反応させることが可能であるようなシステムを含んでいる。本発明に係るシステムおよび方法はまた、データや電力を分配するための、改良されたネットワークを含んでいる。
【００１７】
本発明に係るシステムおよび方法はまた、外観の美しさや機能的効果を提供するために、いくつかの項目の一部として、あるいはいくつかの項目の広い範囲に渡ってＬＥＤを使用することを含んでいる。本発明に係るデジタル制御された発光ダイオード（ＬＥＤ）は、多くの技術分野において発明に利用することが可能であり、そうした利用については、以下により詳細に説明する。
【００１８】
詳細な説明
本発明の実施形態である様々な方法およびシステムの構成および動作を、以下に説明する。本明細書の発明を実施する手段としては他にも多くの手段が存在すると解釈されるべきであり、本明細書中に記載されている実施形態は例示的な形態であって本発明を制限するものではない。
【００１９】
図１を参照すると、ライト・モジュール１００がブロック図の形式で描かれている。上記のライト・モジュール１００は、処理装置１６とＬＥＤシステム１２０という２つの要素を含んでおり、ＬＥＤシステム１２０は図１中では発光ダイオードの２次元アレイとして描かれている。本明細書中では、「処理装置」という語は、信号もしくはデータに反応して処理を行う方法またはシステムであれば、いかなる方法またはシステムをも含めて指す語として使用されており、マイクロプロセッサー、集積回路、コンピュータのソフトウェア、コンピュータのハードウェア、電気回路、特定用途向け集積回路、パソコン、チップ、および処理機能を提供できる他の装置を包含する語と解釈されるべきである。ＬＥＤシステム１２０は、処理装置１６により制御され、制御された照明を生み出している。特に、処理装置１６は、ＬＥＤシステム１２０中の、異なる色を有する個々のＬＥＤ、半導体ダイまたはそれらに類似の物を制御し、スペクトル上のいかなる色の照明をも生み出す。以下でより詳細に説明される、色の即時変化、ストロボおよびその他の効果は、図１に描かれたライト・モジュール１００のようなライト・モジュールによって発生させることができる。上記のライト・モジュール１００を、電力およびデータの受信を行えるものとすることも可能である。処理装置１６を通じて、上記のライト・モジュール１００を、本明細書において開示される本発明の様々な実施形態に帰する様々な機能を提供できるようなものとすることも可能である。
【００２０】
図２に移り、上記のライト・モジュール１００は、単独で使用するように構成することも、上記のライト・モジュール１００の組の一部として構成することも可能である。個々のライト・モジュール１００またはライト・モジュール１００の組は、１つ以上の外部装置、あるいは本発明の特定の実施形態においては他のライト・モジュール１００に繋がる、データ接続５００を付与されることが可能である。本明細書中で使用される「データ接続」という語は、ネットワーク、データバス、ワイヤー、送信器および受信器、回路、ビデオテープ、ＣＤ、ＤＶＤディスク、ビデオテープ、オーディオテープ、コンピュータ用テープ、カードまたはその他のような、いかなるデータ伝達システムをも包含するものと解釈されるべきである。したがって、データ接続は、電波、超音波、聴覚信号、赤外線、光、マイクロ波、レーザー、または電磁気信号を利用した方法またはシステム、あるいは他の送信または接続用の方法またはシステムによってデータを伝達する方法のシステムであれば、いかなるシステムをも含み得る。すなわち、電磁波のスペクトルまたはその他のエネルギー伝達機構のいかなる使用方法も、本明細書に開示されているようなデータ接続を提供することができる。本発明の実施形態においては、ライト・モジュール１００は、交信を容易にするために送信部、受信部あるいは双方を備えていても良く、処理装置１６は、従来の方式で交信能力を制御するようにプログラミングされていても良い。ライト・モジュール１００は、データ接続５００を介して送信部５０２からデータを受信することができ、この送信部５０２は、交信信号の従来型の送信器であっても、ライト・モジュール１００に接続された回路またはネットワークの一部であっても良い。すなわち、上記の送信部５０２は、ライト・モジュール１００にデータを送信する装置または方法であれば、いかなる装置または方法をも包含するものと解釈されるべきである。送信部５０２は、ライト・モジュール１００を制御するための制御データを発生させる制御装置５０４と接続されていても良く、あるいは制御装置５０４の一部であっても良い。本発明のある実施形態においては、制御装置５０４はノート型コンピュータ等のコンピュータである。上記の制御データは、ＬＥＤシステム１２０を制御するために、処理装置１６を制御するのに適した形式であれば、いかなる形式であっても良い。本発明の実施形態においては、上記の制御データはＤＭＸ−５１２プロトコルに従う形式とされており、ＤＭＸ−５１２形式の命令を生成する従来のソフトウェアが、ライト・モジュール１００を制御するための制御装置５０４として、ノート型コンピュータ上あるいはパソコン上で使用されている。ライト・モジュール１００が予めプログラムされた命令に従って独立方式で動作することを可能にするために、ライト・モジュール１００はまた、処理装置１６を制御するための命令を記憶するメモリー部を付与されていても良い。
【００２１】
図３に移ると、本発明の１つの実施形態におけるライト・モジュール１００の電気的な概略図が図示されている。図４および５は、上記のようなライト・モジュール１００の例示的な実施形態における、ＬＥＤ含有側と電気コネクタ側を図示したものである。１つの実施形態においては、ライト・モジュール１００は、類似構成のいかなるライト・モジュールとも交換可能な標準品として構成された自立型モジュールとして、構成されていても良い。ライト・モジュール１００は、一般的な型の１０ピン電気コネクタ１１０を含んでいる。本実施形態では、コネクタ１１０は、相補的な１０ピンコネクタの雌部分に嵌合されるのに適した、以下に説明される雄ピンを含んでいる。ピン１８０は電力供給ピンである。直流の電位源が、ピン１８０においてライト・モジュール１８０に接続される。ピン１８０は、発光ダイオード（ＬＥＤ）の組１２０、１４０および１６０の陽極端に電気的に接続されていて、各陽極端を一定の高電位に固定している。
【００２２】
ＬＥＤシステム１２０は、赤色ＬＥＤの組１２１、青色ＬＥＤの組１４０、および緑色ＬＥＤの組１６０を含んでいる。上記のＬＥＤは、例えばＮｉｃｈｉａ Ａｍｅｒｉｃａ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ社から入手できるＬＥＤのような、従来型のＬＥＤであっても良い。これらのＬＥＤの色は、予め選択された割合で重ね合わせられるとスペクトル上のいかなる色をも生み出すことができるという意味において、原色である。本発明においては、３原色の使用が好ましくはあるが、２原色のみを使用しても本発明はほぼ同様に機能し、スペクトル上の多様性に富む色を生み出せると解釈できるだろう。同様に、ここでは同一色のＬＥＤの組上に異なる原色が配されているが、複数の色を発する複数の半導体ダイを含む単一のＬＥＤを用いても、同様の効果が達成されると認められる。ＬＥＤの組１２１、１４０および１６０のそれぞれは、好ましくは、本明細書に参照により記載される米国特許第４，２９８，８６９号にＯｋｕｎｏ氏が記載している方式の直列／並列のＬＥＤ２次元アレイを含んでいる。本実施形態においては、ＬＥＤシステム１２０は、各々９個の赤色ＬＥＤから成る並列接続された３つの列（図示せず）を含むＬＥＤの組１２１と、各々５個の青色または緑色のＬＥＤから成る並列接続された５つの列（図示せず）を含むＬＥＤの組１４０または１６０を含んでいる。一般的に、各赤色ＬＥＤがライン上において降下させる電位量は、青色または緑色のＬＥＤよりも少なく、青色および緑色ＬＥＤのそれぞれが４Ｖであるのに比較して、約２．１Ｖであることが当業者には理解されており、このことが異なる列の長さの根拠となっている。これは、各列中のＬＥＤの数は、電源電圧に保たれている陽極端と、上記の列の末端のＬＥＤにおける陰極端との間において望まれる、電圧降下量によって決定されるためである。また、各列を並列配列するのは、ある列上の１つのＬＥＤが故障し、したがってその列上の電気回路が断絶しても、ライト・モジュール１００が機能し続けられることを保障するためのフェールセーフ対策である。ＬＥＤの組１２１中の、各々９個の赤色ＬＥＤから成る３つの並列接続された列の各陰極端は、次いで１つに連結され、コネクタ１１０のピン１２８へと繋がる。同様に、ＬＥＤの組１４０中の、各々５個の青色ＬＥＤから成る５つの並列接続された列の各陰極端は、１つに連結され、コネクタ１１０のピン１４８へと繋がる。ＬＥＤの組１６０中の、各々５個の緑色ＬＥＤから成る５つの並列接続された列の各陰極端は、１つに連結され、コネクタ１１０のピン１６８へと繋がる。ライト・モジュール１００上において各ＬＥＤの組を流れる最大電流量をプログラムするために、ＬＥＤシステム１２０中の各ＬＥＤの組は、以下に説明される他の要素と結合するプログラミング用抵抗器と最終的に結び付けられる。ピン１２４と１２６との間には、６．２Ωの抵抗器１２２がある。ピン１４４と１４６との間には、４．７Ωの抵抗器１４２がある。ピン１６４と１６６との間には、４．７Ωの抵抗器１６２がある。抵抗器１２２は赤色ＬＥＤの組１２１を流れる最大電流量をプログラムし、抵抗器１４２は青色ＬＥＤの組１４０を流れる最大電流量をプログラムし、抵抗器１６２は緑色ＬＥＤの組１６０を流れる最大電流量をプログラムする。これらの抵抗器が取るべき値は、各ＬＥＤの組における所望の最大光強度に基づいて、経験的に決定される。図３に示した実施形態においては、上記の抵抗器は、赤色、青色および緑色用の電流を、それぞれ７０ｍＡ、５０ｍＡおよび５０ｍＡにプログラムする。
【００２３】
図６に示されるように、デジタル制御されたＬＥＤを用いたライト用の回路１０は、ＬＥＤ出力チャネル１４を有し処理装置１６によって制御されているＬＥＤアセンブリ１２を含んでいる。データおよび電力は、データおよび電力の入力ユニット１８を介して、回路１０に供給される。処理装置１６のためのアドレス設定は、処理装置１６のピンの組２１を成す個々のピンに接続された各スイッチを含む、スイッチユニット２０によって行われる。発振器１９は、処理装置１６のピン９および１０を介して、同処理装置１６にクロック信号を供給する。
【００２４】
本発明のある実施形態においては、データおよび電力の入力ユニット１８は、例えば２４ＶのＬＥＤ用電力供給端である電力供給端１、例えば５Ｖの処理装置用電力供給端である処理装置用電力供給端２、データ入力ライン端３およびグラウンドピン４を含む、４本のピンを有している。１番目の電力供給端１は、ＬＥＤアセンブリ１２のＬＥＤチャネル１４に電力を供給する。２番目の処理装置用電力供給端２は、例えば処理装置１６に動作電力を供給するために処理装置１６の電力供給入力部２０に接続されて、さらにリセットを高電位に固定するために処理装置１６のピン１に接続されていても良い。０．１μＦコンデンサ等のコンデンサ２４が、処理装置用電力供給端２とグラウンドとの間に接続されていても良い。データライン端３は、例えば処理装置１６のピン１８と接続され、処理装置１６をプログラミングしかつ動的制御するために使用される。グラウンドは、例えば処理装置１６のピン８および１９に接続される。
【００２５】
ＬＥＤアセンブリ１２は、例えばＬＥＤ用電力供給端１から電力を供給され、トランジスタにより制御されているＬＥＤチャネル１４を含んでいても良い。ＬＥＤチャネル１４は、少なくとも１つのＬＥＤに電力を供給する。図１に示されるように、ＬＥＤアセンブリ１２は、各々のＬＥＤチャネル１４がトランジスタ２６により独立に制御されている状態で、各異なる色のＬＥＤ（例えば赤色、緑色および青色）に対して複数のＬＥＤチャネル１４を提供してもよい。しかしながら、単一のトランジスタ２６によって２つ以上のチャネル１４を制御することも可能である。
【００２６】
図７に示されるように、各ＬＥＤチャネル１４を通じて信号を受信するために、複数のＬＥＤ１５を一連の２次元アレイ状に配列することが可能である。図７に図示された実施形態においては、各々の異なる色（赤色、緑色および青色）を成す一連のＬＥＤが、図６の回路１０からの出力ＬＥＤチャネル１４に接続されている。また、処理装置１６をプログラミングすることを通じて多くの個々のＬＥＤ１５を制御することができるように、複数のＬＥＤ１５を２次元アレイ状に配列して、ＤＭＸ−５１２プロトコル等のプロトコルに従ってデータを受信させても良い。
【００２７】
再び図６を参照して、トランジスタ２６の各ゲートは処理装置１６によって制御されていて、それによって各ＬＥＤチャネル１４と各ＬＥＤ１５の動作が制御されている。図示されている例では、マイクロプロセッサーの出力は処理装置１６のピン１２、１３および１４に現れ、それらのピン１２、１３および１４は次いで各ＬＥＤ１５のＬＥＤチャネル１４のゲートに接続されている。追加のＬＥＤを制御するために、処理装置１６のさらに他のピンを使用することも可能である。同様に、処理装置１６の動作制御命令に適切な修正が加えられるならば、図示されているＬＥＤ１５の制御に、処理装置１６の異なるピンを使用することも可能である。
【００２８】
トランジスタ２６とグラウンドの間には、抵抗器２８が接続されていても良い。図示されている例では、赤色のＬＥＤと結び付けられている抵抗器２８は６２Ωの抵抗値を有し、緑色および青色のＬＥＤと結び付けられている抵抗器２８は各々９０Ωの抵抗値を有する。１番目のＬＥＤ用電力供給端１とグラウンドの間には、コンデンサ２９が接続されていても良い。図示されている実施形態では、このコンデンサは０．１μＦの値を有している。
【００２９】
処理装置１６は発振器１９に接続されることができる。１つの好ましい発振器としては、２０ＭＨｚのクロックを提供する水晶タンク回路発振器である。この発振器は、処理装置１６のピン９および１０に接続されていても良い。また、これに代わる発振器を使用することも可能である。発振器の選択に関して考慮すべき主要項目は、整合性、動作速度およびコストである。
【００３０】
本発明のある実施形態においては、処理装置１６は、プログラミング可能な集積回路、あるいはＭｉｃｒｏｃｈｉｐ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ社製ＰＩＣ １６Ｃ６３またはＰＩＣ １６Ｃ６６のようなＰＩＣチップである。ＰＩＣ １６Ｃ６ＸシリーズのＰＩＣチップ（ＰＩＣ １６Ｃ６３とＰＩＣ １６Ｃ６６の双方を含む）の完全なる説明は、１９９７年１２月１７日出願、発明者Ｍｕｌｌｅｒ氏およびＬｙｓ氏の米国仮特許出願「デジタル制御される発光ダイオードシステムおよび方法」に添付されており、この出願は参照により本明細書に記載されているものとする。現在のところＰＩＣ １６Ｃ６６が好ましいマイクロプロセッサーであるが、ＬＥＤアセンブリ１２の各ＬＥＤ１５を制御する能力を有する処理装置であれば、いかなる処理装置も使用可能である。したがって、処理装置１６の代わりに例えば特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）を使用することもできる。同様に、本発明から逸脱することなく、他の市販の処理装置を使用することも可能である。
【００３１】
図８に図示された実施形態では、合計１８個のＬＥＤ１５が、色による３つの組に配置されており、それら３つの組は実質的に円状の２次元アレイ３７を形成するように配置されている。２次元アレイ３７によっていかなる色の組合せ、したがっていかなる色をも発生させられるように、処理装置１６を使用して、ＬＥＤ１５の各色の組について厳密な強度を独立に制御することも可能である。
【００３２】
変化する電気信号に対するＬＥＤの反応性から、ＬＥＤに伝達される電気インパルスの制御を介して、ＬＥＤをコンピュータ制御することが可能となる。したがって、処理装置により制御されている回路を介してＬＥＤを電源に接続することにより、使用者はＬＥＤの色および強度を厳密に制御することができるようになる。電気インパルスの変化に対してＬＥＤは比較的即時に反応するため、そうしたインパルスの変化によって、ＬＥＤの色および強度の状態を非常に素早く変化させることができる。個々のＬＥＤを２次元アレイ状に配置して個々のＬＥＤを制御することにより、マイクロプロセッサーの使用を通じての極めて厳密な点灯状態の制御が達成できるようになる。処理装置１６は、任意の与えられた時刻において適当なＬＥＤに適当な電気信号を送信するために、コンピュータプログラム等の従来型の手段で制御されても良い。制御形式は、厳密な制御が可能となるように、デジタル形式にすることができる。したがって、高度に制御された方法で全体の点灯状態を変化させることが可能である。
【００３３】
ライト・モジュール１００の１実施形態の電気的構造に関する説明は以上とし、次に、本発明のある実施形態における電力供給モジュール２００に関し、図９に図示されるある例の電気的構造に注目する。図１０および１１は、電力供給モジュール２００のある実施形態について、電力供給端子側と電気コネクタ側とを示した図である。ライト・モジュール１００と同様、電力供給モジュール２００も自立型であっても良い。雄ピンの組１１０との相互接続は、相補的な雌ピンの組２１０を通じて成されている。ピン２８０は、供給源３００からピン２８０に伝達される電力を供給するためのピン１８０に接続している。供給源３００は、簡単のために機能ブロックとして図示してある。実際には、供給源３００は、直流電圧を発生させる種多様な形態を取り得る。本実施形態においては、供給源３００は、一般の型の過渡応答時保護用コンデンサ（図示せず）を介してピン２８０に連結された接続端子（図示せず）を通じて、２４Ｖの電圧を供給している。米国特許第４，２９８，８６９号に、より完全に記載されているように、供給源３００は、整流および／または交流電源の電圧変換を受けた後の直流電圧を、供給することもできると理解して良い。
【００３４】
ピンコネクタ２１０にはさらに、３つの電流プログラミング用集積回路ＩＣＲ ２２０、ＩＣＢ ２４０およびＩＣＧ ２６０が接続されている。これらの集積回路のそれぞれは、例えばカリフォルニア州サンタクララのＮａｔｉｏｎａｌ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ社から入手できるパーツ番号ＬＭ３１７Ｂのような、３端子の調節可能なレギュレータであっても良い。ＬＭ３１７のデータシートにある記載事項は、参照により本明細書に記載されているものとする。各レギュレータは、それぞれＩ、ＯおよびＡの記号を付される入力端子、出力端子および調節端子を含んでいる。上記のレギュレータは、入力端子へ流れ込む電流および出力端子から流れ出す電流に関して、一定の最大電流量を維持するために機能する。この最大電流量は、出力端子と調節端子間の抵抗を設定することにより、予めプログラムされている。これは、上記のレギュレータは、固定された電流設定抵抗器を介して１．２５Ｖの電圧を生じさせ、したがって一定量の電流を流れさせるために、入力端子の電圧を所要のいかなる値にも落ち着かせるためである。各レギュレータは同様に機能するため、ここではＩＣＲ ２２０に関してのみ説明する。まず、ピン２２８から、ＩＣＲ ２２０の入力端子に電流が流入する。電力供給モジュールのピン２２８は、ライト・モジュールのピン１２８と連結されていて、赤色ＬＥＤシステム１２１の陰極端から直接に電流を受け取る。普通、抵抗器１２２はピン２２４／１２４および２２６／１２６を通じてＩＣＲ ２２０の出力端子と調節端子の間に配列されているため、抵抗器１２２はＩＣＲ ２２０によって規定されるべき電流量をプログラムする。その結果、ＩＣＲ ２２０の調節端子からの出力電流が、ダーリントン・ドライバーに流入する。このようにして、ＩＣＲ ２２０およびＩＣＲ ２２０と結び付けられた抵抗器１２２は、赤色ＬＥＤシステム１２０を流れる最大電流量をプログラムする。同様の結果が、ＩＣＢ ２４０と抵抗器１４２によって青色ＬＥＤの組１４０に、ＩＣＧ ２６０と抵抗器１６２によって緑色ＬＥＤの組１６０にもたらされる。
【００３５】
赤色、青色および緑色ＬＥＤの電流は、それぞれノード３２４、３４４および３６４から、別の集積回路ＩＣＩ ３８０に流れ込む。ＩＣＩ ３８０は、例えばカリフォルニア州サンタクララのＮａｔｉｏｎａｌ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ社から入手できるパーツ番号ＤＳ２００３のような、高電流／高電圧ダーリントン・ドライバーであっても良い。ＩＣＩ ３８０は電流シンクとして使用されることが可能で、ＬＥＤの各組とグラウンド３９０の間において電流をスイッチするように機能することが可能である。参照により本明細書に記載されるＤＳ２００３のデータシートで説明されているように、ＩＣＩは、適当なオンボードのバイアス抵抗器を有するダーリントン・トランジスタを、６組含んでいる。図示されているように、ＬＥＤの各組からの電流をシンクに溜めるためにダーリントン・トランジスタの対を使用するとＩＣＩ ３８０の電流定格値を２倍にすることができるという利点を活かすための、良く知られた方法により、ノード３２４、３４４および３６４は、ＬＥＤの各組からの電流を、３対の上記のダーリントン・トランジスタに連結する。３対のオンボードのダーリントン対のそれぞれは、以下に述べる方法により、スイッチとして使用される。各ダーリントン対のベースは、それぞれ信号入力４２４、４４４および４６４と連結される。すなわち入力４２４は、ノード３２４を流れる電流、したがって赤色ＬＥＤの組１２１を流れる電流をスイッチするための信号入力である。入力４４４は、ノード３４４を流れる電流、したがって青色ＬＥＤの組１４０を流れる電流をスイッチするための信号入力である。入力４６４は、ノード３６４を流れる電流、したがって緑色ＬＥＤの組１６０を流れる電流をスイッチするための信号入力である。信号入力４２４、４４４および４６４は、それぞれ以下に説明されるマイクロコントローラＩＣ２ ４００の信号出力４３４、４５４および４７４と連結されている。本質的には、高周波数の矩形波が各信号入力に流れている際に、ＩＣＩ ３８０はそれと同一の周波数およびデューティ周期で、対応するノードを流れる電流をスイッチする。したがって、動作中においては、信号入力４２４、４４４および４６４の状態は、ＬＥＤの各組１２１、１４０および１６０を通じる電力供給回路の開閉と、直接相関する。
【００３６】
次に、図９に示した実施形態中の、マイクロコントローラＩＣ２ ４００の構造および動作について説明する。適当にプログラミングされたマイクロコントローラまたはマイクロプロセッサーであれば、ほぼ全てのものが本明細書に記載のソフトウェア機能を実行することができるが、マイクロコントローラＩＣ２ ４００として好ましいのは、ＭＩＣＲＯＣＨＩＰブランドのＰＩＣ１６Ｃ６３である。マイクロコントローラＩＣ２ ４００の主たる機能は、シリアルＲｘピン５２０において受信された数値データを、信号出力４３４、４５４および４７４において、同一の周波数を有するがデューティ周期は独立である３つの独立な高周波数矩形波に変換することである。図９では、分かり易さを最大限追求するために、マイクロコントローラＩＣ２ ４００は、２８本の標準ピンのうちいくつかの特定のピンが省略あるいは統合された様式に、部分的に様式化されて描かれており、その省略あるいは統合は当業者には理解可能である。さらに、本発明のある別の実施形態のために、ある類似のマイクロコントローラに関するさらなる詳細が、図１２と共に提供されている。
【００３７】
マイクロコントローラＩＣ２ ４００は、５Ｖの直流電源７００と連結されたピン４５０から電力を供給される。電源７００は、好ましくは電圧レギュレータ（図示せず）を含む連結（図示せず）を介して供給源３００により駆動される。電圧レギュレータの例としては、カリフォルニア州サンタクララのＮａｔｉｏｎａｌ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ社から入手できるＬＭ３４０ ３端子正レギュレータが挙げられる。ＬＭ３４０のデータシートの記載事項は、参照により本明細書に記載されているものとする。ほとんどのマイクロコントローラ、および独立に電力を供給される他の多くのデジタル集積回路は、高々５Ｖの電源を定格としていることは、当業者には理解できることであろう。マイクロコントローラＩＣ２ ４００のクロック周波数は、適当なピンを介して連結された水晶４８０によって設定される。ピン４９０は、マイクロコントローラＩＣ２ ４００のグラウンド電圧基準ピンである。
【００３８】
スイッチ６００は、マイクロコントローラＩＣ２ ４００を唯一のものとして指定するために変更可能かつ機械的に設定されることが可能な、１２点ディップスイッチである。ディップスイッチ６００中の１２個の機械的スイッチを成す個々のスイッチが閉じられると、そのスイッチに対応するマイクロコントローラＩＣ２ ４００のピン６５０からグラウンド６９０へとパスが形成される。１２個のスイッチにより２４個の可能な設定を作り出され、これによりいかなるマイクロコントローラＩＣ２ ４００も、４０９６個の異なるＩＤあるいはアドレスのうちの１つを取ることができるようになる。図９の実施形態では、ＤＭＸ−５１２プロトコルが採用されているため、９個のスイッチのみが実際に使用されている。
【００３９】
スイッチ６００が設定されると、マイクロコントローラＩＣ２ ４００は自己の独自のアドレスを「認知し」（「自分は誰か」）、そしてシリアルライン５２０において、上記のアドレスに特に割り当てられたデータストリームを「聴く」。各ネットワークデータを、中央ネットワーク制御装置（図示せず）から、個々にアドレス指定されたマイクロコントローラＩＣ２ ４００のそれぞれに割り当てるためには、ＤＭＸプロトコルのような高速のネットワークプロトコルを使用しても良い。ＤＭＸプロトコルについては、参照により本明細書にも記載されている、Ｕｎｉｔｅｄ Ｓｔａｔｅｓ Ｔｈｅａｔｒｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ社の刊行物「調光器および制御装置のためのＤＭＸ５１２／１９９０デジタルデータ送信規格」に記載されている。基本的には、ここで使用されるネットワークプロトコルにおいては、中央制御装置（図示せず）が、一連の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。
【００４０】
各パケットは、規格適合性を検査された後に破棄されるヘッダーを先頭に含んでおり、次いで、連続してアドレス指定される各装置のためのデータを表す一連の文字のストリームを含んでいる。例えば、データパケットがライト番号１５番に向けられたものであれば、データストリームから１４個の文字が破棄され、装置は１５番を示す文字を保存する。好ましい実施形態においてそうであるように、２つ以上の文字が必要とされる場合は、上記のアドレスは開始アドレスと見なされ、２つ以上の文字が保存および利用される。各文字は、０から２５５までの１０進数に対応し、「オフ」から「フル」までの所望の強度を線形増加で表している（簡単のために、ヘッダーおよび停止ビット等のデータパケットに関する詳細は、本明細書では省略してあり、これらの詳細は当業者には良く理解されているであろうものである）。このようにして、３色のＬＥＤの色のそれぞれが、０から２５５の間で個別の強度値を与えられる。これらの各強度値は、マイクロコントローラＩＣ２ ４００のメモリー部中の対応する各レジスタ（図示せず）内に保存される。中央制御装置は、全てのデータパケットを排出し終えると、連続したリフレッシュサイクルを繰り返す。規格により、上記のリフレッシュサイクルは、最低１１９６マイクロ秒、最高１秒と規定されている。
【００４１】
マイクロコントローラＩＣ２ ４００は、対応するデータストリームを絶えず「聴く」ようにプログラムされている。マイクロコントローラＩＣ２ ４００が「聴いて」いる時間であって、そのマイクロコントローラＩＣ２ ４００が自己に向けられたデータパケットを検出する前の時間においては、マイクロコントローラＩＣ２ ４００は、ピン４３４、４５４および４７４において矩形波の信号出力を作り出すために設計されたルーチンを実行している。上記の色レジスタ中の値により、矩形波のデューティ周期が決定される。各レジスタは０から２５５の間の値を取り得るため、これらの値により、０％から１００％の範囲内で線形増加する２５６個の可能なデューティ周期が作り出される。矩形波の周波数は一様であり、マイクロコントローラＩＣ２ ４００内で実行されているプログラムによって決定されるため、これらの異なる個別のデューティ周期は、矩形波パルスの幅の変化を表している。このことはパルス幅変調（ＰＷＭ）という呼び名で知られている。
【００４２】
本発明のある実施形態においては、ピン４３４、４５４および４７４に出力される矩形波の各周期中に渡って、０から２５５までサイクルで増加する単純なカウンタを用いて、ＰＷＭ割込みルーチンが提供される。カウンタが一周して０に戻ると、３つの信号は全てハイに設定される。カウンタが一旦レジスタの値に等しくなると、信号出力はローに変化させられる。マイクロコントローラＩＣ２ ４００が新しいデータを受信すると、マイクロコントローラＩＣ２ ４００はカウンタを凍結し、新しいデータを作業中のレジスタにコピーし、新しいレジスタ値とその時点でのカウントを比較し、出力ピンを適当に更新し、停止したまさにその時刻からカウンタを再開させる。したがって、強度値をＰＷＭサイクルの途中において更新することも可能である。カウンタを凍結し、同時に信号出力を更新することには、少なくとも２つの利点がある。第一の利点は、それにより各点灯ユニットが、ストロボライトがそうするように素早くパルス点灯／ストロボ点灯できるようになる点である。そうしたストロボ動作は、中央制御装置が、高い強度値を有するネットワークデータと強度値０を有するネットワークデータとを、高速で交互に送信した際に起こる。先に信号出力を更新せずにカウンタを再開すると、異なるパルス幅に設定された各異なる色のＬＥＤのそれぞれが、前後して非活動状態になる現象が人間の肉眼でも観察される。白熱光においては、照明要素の加熱サイクルおよび冷却サイクルに関連する積分効果のため、この特徴は問題にはならない。本発明においては、ＬＥＤは白熱光要素と異なり、本質的には即時に活動化および非活動化される。第二の利点は、そうでなければカウンタが０にリセットされる際に生じる明滅現象を、生じさせることなくＬＥＤを調光できる点にある。中央制御装置は、一様に一定割合で成される各色のＬＥＤの光強度減少を表す一連の強度値を生成する際に、連続した調光信号を送信することができる。カウンタを再開する前に出力信号を更新しない場合には、ある１色のＬＥＤが、デューティ周期中のゼロ電流状態を経ることのないままデューティ周期を２周近く実践してしまう可能性がある。例えば、カウンタ凍結時において、赤色レジスタが４、カウンタが３に設定されていたとする。ここでは、ＰＷＭサイクルの「オフ部分」が赤色ＬＥＤに対して起こる直前に、カウンタが凍結されている。ここで、ネットワークデータが赤色レジスタの値を４から２に変更し、出力信号を非活動化しないままカウンタが再開されたとする。カウンタは赤色レジスタ中の強度値よりも大きいが、出力状態は「オン」のままであり、これはすなわち赤色ＬＥＤには最大電流が流れたままであることを意味する。一方、青色および緑色のＬＥＤは、おそらくはＰＷＭサイクル中の適当な時刻に置いてオフにされる。この現象は、人間の肉眼には、色強度の調光過程中における赤色の明滅として捉えられる。カウンタを凍結し、かつＰＷＭサイクルの残りの時間のために出力を更新すれば、上記の不利益を克服でき、明滅現象が起こらないことを保証することができる。
【００４３】
本発明のＬＥＤのデジタル制御機能を提供するマイクロプロセッサーは、いかなる電気信号に反応性を有していても良い。すなわち、外部信号を使用して、所望の方法でＬＥＤを制御するためにマイクロプロセッサーに命令を与えることも可能である。与えられた入力信号に対してプログラムされた応答が可能となるように、コンピュータプログラムで上記のような信号を制御しても良い。したがって、個々のＬＥＤをオンあるいはオフに切り替える信号、色彩スペクトル全体に渡って個々のＬＥＤの色を変化させる信号、非常に短い間隔にまで制御可能である予め定められた間隔をもってＬＥＤをストロボ動作あるいは点滅させる信号、および単一のＬＥＤまたはＬＥＤの集合からの光の強度を変化させる信号を発生させることが可能である。本発明によれば、使用者に重大な利益をもたらすために、多種多様な信号発生装置を使用することが可能である。入力信号は、ライトのスイッチあるいはダイヤルあるいはリモコンから発せられるような単純なオン／オフ信号あるいは強度信号から、周辺温度や周辺光の検出器のような検出器から発せられる信号まで、広範に渡っていて良い。広範に渡る外部信号に反応して行われる、２次元アレイ状に配されたＬＥＤの上述の厳密なデジタル制御は、多くの技術分野において本発明に従う応用例を可能とするものである。
【００４４】
次に、マイクロコントローラＩＣ２ ４００のためのネットワークインターフェースについて説明する。ジャック８００および９００は、標準的なＲＪ−４５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使用されるジャックで、簡単のために、信号入力８６０、８７０およびグラウンド８５０の３つの入力のみを有しているかのように描かれている。ネットワークデータはジャック８００に流入し、信号入力８６０および８７０を通過する。これらの信号入力は、次いで、標準型のＲＳ−４８５／ＲＳ−４２２差動バス中継器であり好ましくはカリフォルニア州サンタクララのＮａｔｉｏｎａｌ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ社から入手されるＤＳ９６１７７である、ＩＣ３ ５００に連結される。ＤＳ９６１７７のデータシートの記載事項は、参照により本明細書中に記載されているものとする。信号入力８６０、８７０は、ピン５６０、５７０からＩＣ３ ５００に流れ込む。このデータ信号は、ピン５１０から、マイクロコントローラＩＣ２ ４００のピン５２０に引き渡される。次いで、上記と同じデータ信号が、ＩＣ２ ２００のピン５４０から、ＩＣ３ ５００のピン５３０へと返される。ジャック９００は出力ジャックとして使用されるジャックで、簡単のために、信号出力９６０、９７０、９８０、９９０およびグラウンド９５０の５つの出力のみを有しているかのように描かれている。出力９６０および９７０は、それぞれ入力ライン８６０および８７０から直接分岐したものである。出力９８０および９９０は、それぞれＩＣ３ ５００のピン５８０および５９０から直接に来る出力である。上述のアセンブリは、ネットワークデータを受信するために２つのネットワークノードを接続することを可能にするものであると認められる。したがって、ネットワークは、個々のノードが一続きに連結されてさえいればデイジーチェーン型でも良く、あるいは個々のノードそれぞれの出力に２つ以上のノードが結び付けられていればツリー型でも良い。
【００４５】
前記説明から、ＬＥＤ照明または表示ユニットのアドレス指定可能なネットワークが、それぞれが各々のライト・モジュールに接続されている電力モジュールの集合体から構築できることを理解することができる。少なくとも２つの原色ＬＥＤが使用されている限り、いかなる照明または表示色も、各色のＬＥＤが発する光輝度を単に予め選択することによって作り出すことができる。さらに、各色のＬＥＤは、ＰＷＭ矩形波のデューティー周期に応じて２５５の異なる輝度のどれにおいても光を発することができ、最大輝度はＬＥＤに最大電流を通すことによって生じる。さらに、最大輝度は、ライト・モジュール上にある電流調整器のプログラミング抵抗を使用して最大許容電流の上限値を調節するだけで、好適にプログラミングすることができる。さまざまな最大電流定格のライト・モジュールが、それによって都合よく交換されてよい。
【００４６】
本発明の代替実施形態では、図１２に描かれているように、特別な電力供給モジュール３８が具備される。電力供給モジュール３８は、例えば、図４および図５に描かれている実施形態のプラットホームなどの、ライト・モジュール１００の任意のプラットホームに置かれてよい。電力供給モジュール３８の出力は、電力を、図６の回路１０の電力およびデータ入力１８などの電力およびデータ入力に供給する。電力供給モジュール３８は、間欠入力を含む多様な形式の電圧または電流入力を取り、回路１０に安定した低ノイズの電力を供給することができる。図１２に描かれている実施形態では、電力供給モジュールは、典型的には交流型だろう受信電気信号である場合がある入力４０を含む。それから、受信信号は、本発明の実施形態では４つのダイオード４４から成り立つブリッジ整流器である整流要素４２によって変換される。整流要素４２は交流信号を低ノイズの直流信号に整流する。電力供給モジュール３８は、さらに、１つまたは複数のコンデンサ５０を含むことがある蓄積要素４８を含むことがある。蓄積要素は、整流要素４２によって供給される電力を蓄え、その結果電力供給モジュール３８は、電力供給モジュール３８の入力４０への電力が間欠であっても、図６の回路１０の入力１８に電力を供給することができる。示されている例では、コンデンサの１つは、３３０μＦという値の電解コンデンサである。
【００４７】
電力供給モジュール３８は、さらにブースター変換器５２を含み得る。ブースター変換器は、低圧直流電流を取り、図６の回路１０のＤＣ電力入力１８にさらに高い電圧を提供するために、それを増圧し、低ノイズ化する。ブースター変換器５２は、誘導子５４、制御装置５８、１つまたは複数のコンデンサ６０、１つまたは複数の抵抗器６２、および１つまたは複数のダイオード６４を含む。抵抗器は、回路１０の処理装置に対する信号のデータ電圧のふらつきを制限する。制御装置５８は、Ｌｉｎｅａｒ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ社によって提供されるＬＴＣ１３７２などの、ブースター変換に適した従来の制御装置であってよい。ＬＴＣ１３７２データシートの教示は、参照により本明細書に組み込まれる。
【００４８】
示されている実施形態では、ブースター変換器５２は、約１０ボルトでの電力を取り、それを２４ボルトの低ノイズの電力に変換することができる。２４ボルトの電力は、回路１０および図６のＬＥＤ１５に電力を供給するために使用することができる。
【００４９】
本発明の一定の実施形態においては、電力およびデータは、ＤＭＸ−５１２プロトコルの大部分の用途においてのように、従来の電気ワイヤーまたは電力用のワイヤーおよびＲＳ−４８５ワイヤーなどのデータ用の別個のワイヤーなど、従来の手段によって回路１０およびＬＥＤ１５に供給される。例えば、図４および図５の実施形態において、プラットホーム３０が、唯一の電力だけを有する従来のハロゲン灯固定物３４の中に差し込まれる場合に、別個のデータワイヤーがＬＥＤ１５を制御するためのデータを提供してよい。
【００５０】
別の実施形態では、電力およびシリアルデータは、図１のＬＥＤを用いた照明装置などの照明装置、あるいは電力およびデータの両方を必要とする任意のそれ以外の装置であってよい装置に、同時に供給される。電力およびデータは、ワイヤーの単一組で複数の照明装置に供給されてよい。特に、本発明のこの実施形態では、電力は、ハロゲン灯などの大電力が必要とされる用途での照明に通常使用される方などの２ワイヤー型のデータバスに沿って装置に（および、該当する場合には、電力供給モジュール３８を介して）送達される。
【００５１】
本発明の１つの実施形態では、電力供給モジュール３８はデータ回線から電力を回収する。データ回線からの電力回収を可能とするために、受信データストリームを増幅し、論理データレベルを生じさせる電力データマルチプレクサ６０が具備され、１つまたは複数の論理状態は、その論理状態の間に電力が回収可能である十分な電圧または電力を有する。図１３を参照すると、本発明の１つの実施形態で、ラインドライバーまたはデータを提供するためのその他の入力であるデータ入力６４が具備される。本発明の実施形態では、データはＬＥＤなどの照明を制御するためのＤＭＸ−５１２プロトコルデータである。電力データマルチプレクサ６０は、上記以外のプロトコルに従って、上記以外の装置の制御のためにデータを操作することもできることを理解されたい。
【００５２】
電力データマルチプレクサ６０は、データ入力要素６８およびデータ出力要素７０を含み得る。データ出力要素７０は、図１２の電力供給モジュール３８または図６の回路１０の入力１８などの装置に結合された、電力とデータを供給する出力要素７２を含み得る。データ入力要素６８は、ＤＭＸ−５１２データを受信するためのＲＳ−４８５受信機、あるいはプロトコルに従ってデータを受信するためのそれ以外の従来の受信機であってよい受信機７４を含み得る。データ入力要素６８は、さらに、調整された電力を受信機７４およびデータ出力要素７０に提供するために、電圧レギュレータ８０付きの電源７８を含み得る。データ入力要素６８は、データ信号をデータ出力要素７０に供給する。図１２に示されている実施形態では、ＴＴＬデータ信号が供給される。データ出力要素７０は、データ信号を増幅し、出力の相対的な電圧方向を決定する。示されている実施形態では、チップ８２は、論理１を表すために２４ボルトの正の信号にデータ信号を増幅し、論理０を表すために２４ボルトの負の信号にデータ信号を増幅する高速ＰＷＭステッピングモータードライバーチップから成り立っている。論理１および論理０を表すために異なる電圧を使用してもよいことを理解されたい。例えば、ゼロボルトが論理０を表し、特定の正の電圧または負の電圧が論理１を表すことができるだろう。
【００５３】
この実施形態では、電圧は、データストリームの論理データ値を維持しつつ電力を供給するのに十分である。チップ８２は、入力信号を採取し、それを選択された方向でさらに大きな電圧に増幅することができる任意の従来のチップであってよい。データストリームの論理値を維持しつつデータを増幅するための任意の回路が、電力データマルチプレクサ６０のために使用され得ることを理解されたい。
【００５４】
図１２および図１３の実施形態は、一定のデータが非ゼロ信号によって表されるデータプロトコルに従って送信されるデータ信号を、電気的な装置に供給される電力に変換するための任意の装置を含むと理解されたい。装置は、図１に描かれているもののようなライト・モジュール１００であってもよい。
【００５５】
本発明の実施形態では、電力データマルチプレクサ６０に供給されるデータは、ＵＳＩＴＴ ＤＭＸ−５１２プロトコルに従ったデータであり、そこでは一定のデータストリームが舞台用操作卓などの操作卓からＤＭＸ−５１２ネットワーク上のすべての装置に送信される。ＤＭＸ−５１２は、データの上で施行される。このため、図１３に描かれている実施形態での、または別の実施形態での電力データマルチプレクサ６０が、標準信号電圧および／または電流レベルからさらに高い電圧、および通常はさらに高い電流にＤＭＸ−５１２信号を増幅することができることを保証される。
【００５６】
結果的に生じる電力データマルチプレクサ６０からのさらに高い電力信号は、電力供給モジュール３８によって、またはダイオードによる整流機能と電力用コンデンサによるフィルタリング機能を有する他の回路によって、分離された電力に変換して戻すことができる。
【００５７】
電力データマルチプレクサ６０からのデータストリームは、入力１８に供給される標準的なデータ電圧レベル信号を回収する単純な抵抗分割によって回収可能である。抵抗分割は、図１２の抵抗器８４によって達成できる。
【００５８】
電力データマルチプレクサ６２は、電力供給モジュール３８およびモジュラープラットホーム３０に取り付けられているアレイ３７と組み合わされると、既存のワイヤーおよびライト固定物を使用した、ＬＥＤを用いたデジタル制御された照明を可能とする。システムによっては、装置はワイヤーの単一組から電力およびデータを得ることができるので、別個のデータまたは電力ワイヤーは必要とされない。電力データマルチプレクサ６０は、従来のデータワイヤーに沿って設置され、電力供給モジュール３８はプラットホーム３０に設置できる。このようにして、電力データマルチプレクサ６０を単に増設し、モジュラープラットホーム３０を従来のハロゲン灯固定物に差し込み、ＤＭＸ−５１２データを電力データマルチプレクサ６０に供給することによって、ユーザーはＬＥＤを用いたデジタル制御された証明を得ることができる。
【００５９】
電力供給モジュール３８には、非修正方式で標準的な１２ボルト交流が供給可能であることを理解されたい。つまり、電力供給モジュールは、ＭＲ−１６ライト固定物などの従来のライト固定物に存在する交流からアレイ３７に供給できる。デジタル制御が希望される場合、所望される場合には、別個のデータワイヤーを供給することができる。
【００６０】
電力データマルチプレクサ６０の別の実施形態が図１４に描かれている。この実施形態では、入力端子８９９に接続されている１２ボルトと２４ボルトの間の電源が使用される。
【００６１】
８０３での電圧は、電源より８ボルト大きい。８０５での電圧は約マイナス８ボルトである。８０１での電圧は５ボルトである。電力データマルチプレクサ６０は、入力電源用にデカップリングコンデンサ８０７と８０９を含み得る。電圧レギュレータ８１１が、コンデンサ８１３によってデカップリングされる低ノイズの５ボルト電圧の供給を生じさせる。Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ社から入手できるＬＭ３１７電圧レギュレータであってよい電圧レギュレータ８１５が、コンデンサ８２１と８２３によってデカップリングされる抵抗器８１７と８１９による１８ボルト電圧レギュレータを形成する。ＬＭ３１７データシートの教示事項は、参照により本明細書に記載されているものとする。これが、電圧反転型の構成で動作される、カリフォルニア州ミルピタスのＬｉｎｅａｒ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ社から入手できるＬＴ１３７５降圧レギュレータであってよい調節可能降圧レギュレータ８２３に供給される。ＬＴ１３７５データシートの教示事項は、参照により本明細書に記載されているものとする。抵抗器８１７と８１９の抵抗は、マイナス８ボルトを生じさせるために選択され、ダイオード８４４はデータシートに示されているものより高い電圧用のものであり、誘導子８４６は、例えばコンデンサ８４８にさらに小型でさらに安価なコンデンサを使用できるようにする１００μＨという値の任意の従来の誘導子であってよく、供給はコンデンサ８５２によってさらにバイパスされていた。ダイオード８５４は、プラスチックパッケージに入れられたバージョンＩＮ９１４であってよく、周波数補償コンデンサ８５６はデータシートの公式に従ってそれ以外の構成部品での変化に適切な大きさに作られている。回路は、８０５でマイナス８ボルトを生じさせる。
【００６２】
カリフォルニア州ミルピタスのＬｉｎｅａｒ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙから入手できるＬＴ１３７２電圧レギュレータであってよい昇圧レギュレータ８２５も含まれてよい。ＬＴ１３７２データシートの教示事項は参照により本明細書に記載されているものとする。昇圧レギュレータは標準設計であってよい。ダイオード８６２は、データシートによって教示されるよりさらに高い電圧となるダイオードであってよい。誘導子８６４およびコンデンサ８３９は、１２ボルトと２４ボルトの間という入力電圧の範囲に対しこれより８ボルト高い電圧を生じさせるためにデータシートの公式に従って適宜な大きさに作られてよい。コンデンサ８６６は、データシートの指針に従って、誘導子８６４およびコンデンサ８６８の周波数補償指定値用の大きさに作られてよい。抵抗器８２７，８３３，８３７のセットは、トランジスタ８２９とともに、電圧帰還回路を形成する。抵抗器８３３と８３７は、帰還ノードピン８３５において出力電圧８０３に比例した電圧を生じさせる分圧器を形成する。抵抗器８２７およびトランジスタ８２９が電流ミラーを形成し、入力電圧に比例して帰還ノードピン８３５から電流を引き出す。このため、帰還ノードピン８３５での電圧は、入力電圧を差し引いた出力電圧に比例する。この差引きが作用するために抵抗器８２７に等しくされる必要がある抵抗器８３７の抵抗に対し、抵抗器８３３の抵抗の割合が、８ボルトを生じさせるために選ばれる。コンデンサ８３９は、供給をさらにバイパスするために使用されてよい。
【００６３】
受信ＲＳ−４８５プロトコルデータストリームの形式を取ってよい受信データは、ピン８４３および８４５で受信機チップ８４１によって受信され、バッファに入れられ、それぞれピン８４７および８４９で真の補数データ信号を作成するために増幅される。これらの信号は、さらにバッファに入れられ、要素８５１によって逆転され、それぞれピン８５３および８５５で実質的な駆動能力を備えた真の補数データ信号を作成する。
【００６４】
ピン８５３および８５５からの信号のそれぞれは、その後、出力増幅器によって処理される。実質的には、設計および機能において同一であってよい２つの出力増幅器８５７および８５９がある。それぞれのケースでは、増幅器に入るデータ信号が２つの交換された直列型電流源８６１および８６３に接続され、２つの抵抗器８６５および８６９の接続部において、第１電流源は抵抗器８６５およびトランジスタ８６７から構成され、第２電流源は抵抗器８６９およびトランジスタ８７１から構成される。電流源８６３は、増幅器に入る信号が例えばゼロボルトなど低いときに約２０ミリアンペアという電流を下げ、信号が例えばプラス５ボルトなどの高いときには電流を下げないであろう。別の電流源８６１は、信号が低いときではなく、信号が高いときに約２０ミリアンペアを得るだろう。これらの電流は、電流源８６３用のトランジスタ８７７と８７９と抵抗器８７９と８８１、ならびに電流源８６１用のトランジスタ８８５と８８７および抵抗器８８９と８９１から構成されている、アナログ回路設計者によく知られている標準設計である２つの電流ミラー８７３および８７５に供給される。トランジスタ８７７および８５５のコレクタは互いに接続され、１つの電流加算ノードを形成する。これらのトランジスタからこのノードに送達される正味電力は、入力信号が低い場合には（ノードに流れ込む）調達方向に、信号が高い場合には（ノードから流れ出る）低下方向にあ約２０ミリアンペアとなるだろう。低状態から高状態への遷移は入力信号で発生し、結果として生じる２０ミリアンペアの低下電流によって、コンデンサ８９３（およびこのノードでの寄生キャパシタンス）は、ダイオード８９５および８９７が伝導を開始するノードの電圧が約マイナス５ボルトに達するまで、マイクロ秒あたり約５ボルトという制御された速度で放電し、マイナス５ボルトでのノード電圧の負のふらつきを固定し、トランジスタ８８５の飽和を妨げる。トランジスタ８８９および９０１は、標準設計の双方向Ｂ級電圧フォロワを形成し、それらのエミッタの接続部分における電圧は、コンデンサ８９３に接続されているノードにおける遷移に従う。具体的には、トランジスタ８９９はオフになり、トランジスタ９０１が伝導し、トランジスタ９０３と９０７のゲートにおける電圧を減少させ、トランジスタ９０３をオフに切り替え、トランジスタ９０７をゆっくりとオンにし、電流を出力ピン９０９から接地に流させる。カリフォルニア州サンタクララのＮａｔｉｏｎａｌ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ社から入手できる型であってよい電界効果トランジスタ９０３および９０７も、標準設計のＢ級電圧フォロワを形成する。電流加算ノードでの電圧がマイナス５ボルトで固定されると、９０３のゲートでの電圧が‐４．４ボルトに達し、トランジスタ９０７は、入力信号が高いままである限りもとの状態であり続けるだろう。
【００６５】
いったん入力信号が低くなると、加算ノードでの電流は方向を変え、コンデンサ８９３は同じ速度で放電し、最終的にはプラス５ボルトという入力電圧値に固定される。トランジスタ８９９は、トランジスタ９０３とトランジスタ９０５のゲートでの電圧を上昇させ、トランジスタ９０３をオフにし、トランジスタ９０７をオンにし、入力側から出力側へ抵抗器９１１を通して電流を調達する。加算ノードでの電圧（すなわち出力）が（電力入力が最大２４ボルトである場合には）ゼロボルトと２４ボルトの間で完全に切り替わるには約５００ナノ秒を要するだろう。また、（電力入力が１２ボルトの場合には）ゼロから１２ボルトの間を移動するのに約２５０ナノ秒要するだろう。トランジスタ９０５および抵抗器９１１は、短絡保護回路を形成し、９０３を通って流れる電流を約６アンペアに制限する。トランジスタ９０３がオンではないとき、ダイオード９１３は短絡保護回路を隔離する。この場合、短絡経路は接地へまたはそれ以外の増幅器チャネルへのどちらかとなるため、トランジスタ９０７は保護されない。１番目のケースでは、電流はトランジスタ９０７を通って流れないが、２番目のケースではその他の増幅器の短絡保護がトランジスタ９０７を保護するだろう。
【００６６】
図６の実施形態の説明に関して開示されているように装置への入力時のブリッジ整流器のため、図１３および図１４に描かれている電力データマルチプレクサ回路は、データ＝１状態とデータ＝０状態両方において装置へ電力を供給し、装置への十分な電力を維持するために入力時にどのデータフォーマットにも依存しない。データは、本発明のそれ以外の実施形態での用に抽出される。
【００６７】
図１４の回路が制御されたスルーレートを生じさせる。すなわち、発生した電力およびデータは、論理ゼロ状態と論理１状態の間で比較的円滑な遷移を有する。図１４の回路によって生じる制御されたスルーレートは、本発明のデータトラックに関して以下にさらに特に後述されるように、発生する電波域干渉の規模を減少させる。
【００６８】
ランプの入力は後述されるトラック型実施形態での終端回路に実質的に類似しており、その終端回路と同じ効果を有するため、ランプ自体が回線を終端させる。これにより、回線上に終端装置を備える必要性は排除される。オフとなるよう命令されていたり、実際のデータワイヤーインピーダンスが低かったり、長いワイヤーを伴ったりする装置の場合や、発生する遷移が多くある場合にのみ追加の終端が必要とされる。これは非常にありそうにない要因の組み合わせであるため、追加終端装置のある構成は実際問題としては必要とされない。
【００６９】
図１４での実施形態の場合、６アンペアの電力が２４ボルトで８個のライトを、１２ボルトで２４個のライトを動かす。
【００７０】
本発明のある実施形態では、複数の同時高速パルス幅変調信号を提供するために、修正された方法およびシステムが提供される。この方法は、図１５のフローチャート２０２およびフローチャート２０５に示されているステップのコンピュータソフトウェアコーディングによって、あるいはこれらの機能を達成するように作製されたコンピュータハードウェアによって達成されてよい。ステップ２０４では、ＰＷＭ信号の数Ｎを生じさせるため、処理装置は、おそらくは各々等しい（この実施形態でそうであるように）少なくともＮ個の小周期による中断を予定する。この実施形態では、この中断はカウンタによって生じ、処理装置を２５６処理装置クロック周期ごとに中断する。ステップ２０８では、各小周期の大まかなＰＷＭ値が計算される。ステップ２１２では、ＰＷＭチャネルごとの副尺値が計算される。小周期は、第１小周期１等であるＰｉとして記載されてもよい。
【００７１】
ステップ２１３の中断で開始するそれぞれの小周期で、中断ルーチンがフローチャート２０のステップを実行する。ステップ２１４では、すべてのＰＷＭ信号が、この特定の小周期に対応する予め計算された値により更新される。大部分のケースでは、これには、予め計算された値のアレイからの単独読取りが伴われ、その後にＰＷＭ信号が発生させられる複数のＩ／Ｏピンを更新するための単独書込みが続く。
【００７２】
ステップ２２２では、次の小周期を指すために、処理装置が小周期の引数を進める。
【００７３】
補助ステップ２１８では、小周期の最高２分の１までの間、信号の状態を変更することによって、ＰＷＭ信号がオンである時間を削減または増加することができる。２つの考えられるケースがある。大まかな更新が信号を「オフ」状態にし、補助ルーチンが小周期の最高２分の１という時間の間それを「オン」状態に切り替えるか、あるいは大まかな更新が「オン」であり、補助ルーチンが小周期の最高２分の１という時間の間その信号を「オフ」に切り替える。
【００７４】
この方法を使用すると、各ＰＷＭ信号はＰＷＭ期間ごとに複数回変化することができる。ソフトウェアはこの特性を使用して、相対的に低い中断速度を維持しつつも、見かけのＰＷＭ周波数を増すことができるため、これは有利である。
【００７５】
これまで開示されてきた方法は、従来のＰＷＭルーチンと比較して、最大でも約半分の処理装置時間しか消費しない。
【００７６】
一例として、それぞれ７カウントおよび１４カウントにプログラミングされた、解像度２０カウントの２つの信号ＡとＢを考える。これらの信号は、以下のように生成されうる。
【００７７】
Ａ：｜＋ｖ＿ｖ＋＋＋＋＋＋｜＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿｜
Ｂ：｜＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋｜＿＾＋＋＾＿＿＿＿＿｜
Ｐｉ：＾１ ＾２
この例では、Ｐｉ＝１での予め計算された更新値は、両方の信号ともオンである。それから、中断ルーチンが実行し続ける間に、信号Ａがオン状態である程度の時間を費やす。次に、Ａは第１「ｖ」での補助ステップでオフになり、中断ルーチンが、第２「ｖ」で信号をオン状態に復旧する前の時間中、時間遅延コードを実行する。
【００７８】
小周期の始まりでの多重更新と補助更新の間の実際の時間は、補助更新間で費やされる時間が所望の時間である限り知られる必要はない。補助更新が発生している間、オンに切り替えられた信号Ｂはオンのままで、影響を受けないままとなる。
【００７９】
第２中断が発生すると、両方の信号ともオフに切り替えられ、補助ルーチンは、ここで４つの追加カウントを信号Ｂの期間に加算する。この例では、２つの中断に必要とされている時間に加え、処理装置時間の３５パーセントだけが消費された。
【００８０】
発生する信号ごとに１つの補助期間だけが必要とされるため、ＰＷＭ周期ごとの期間数を増加すると、多くの考えられるＰＷＭチャネル用マイクロプロセッサの専用ハードウェアＰＷＭ出力で考えられる周波数の大部分より高い周波数で、非均一なＰＷＭ波形を生成することができる。マイクロプロセッサは、依然として固定間隔で中断を実行する。
【００８１】
生じた信号のデューティー周期を変更するために、ソフトウェアは、中断ルーチンとの同期を心配する必要なく、およびさらに重要なことにはそれを停止することなく、任意の順序でおおまかな値または補助値のどれか、またはすべてを非同期で更新することができる。中断ルーチンは、メインコードが変更するあらゆる変数を決して変更しないか、あるいはその逆である。このようにして、あらゆる種類のインターロックの必要性はない。
【００８２】
このソフトウェアルーチンは、このようにして、複数のＰＷＭ信号を生成するために単一のタイマーを活用することができ、各信号波は最終的には単一処理装置周期の解像度を有する。マイクロチップＰＩＣマイクロプロセッサでは、それぞれが４命令分の遅延に相当する２５６カウントという解像度を有する、３つのＰＷＭ信号が生成できる。これは、ちょうど１０２４命令分の周期、つまり２０メガヘルツクロックで４８８２ヘルツというＰＷＭ期間を可能にする。
【００８３】
さらに、６４と１９２の間のカウントの場合、ＰＷＭ波形は不均一な９，７６５ヘルツ信号であり、ノイズはこのような処理装置内の従来のＰＷＭ発生器よりはるかに低くなる。
【００８４】
前述されたように、本発明のＬＥＤアレイは、外部電気信号およびデータに反応する。その結果、本発明の利点を最大限に利用するためにはデータおよび信号について改善された分散機構を有することが望ましい。本発明のある実施形態においては、データ接続５００はＤＭＸまたは従来の照明またはＬＥＤが配置されたトラックに置かれている照明データネットワークバスである場合がある。このようにして、データ信号を送達する能力を備えるトラックは、ＬＥＤまたは従来のライトのためのトラック照明装置の内部で運転されてよい。それから、データ信号はマイクロプロセッサによって制御され、個々のランプまたはＬＥＤのインテリジェントな個別制御を可能にしうる。電気制御およびデータ制御の両方に反応する分散された複数の照明を提供することは本発明の範囲内である。
【００８５】
本発明のＬＥＤは、入力信号の変更に極めて敏感である。その結果、本発明の特徴を利用するため、高速データ分配が望ましい。本発明のある実施形態では、ＤＭＸ−５１２ネットワークの通信速度を加速する方法が提供される。特に、ＤＭＸ５１２ネットワークは２５０，０００ボーでデータを送信する。ＤＭＸ規格によってすべての受信機は最小８８マイクロ秒という断流を認識する必要がある。マークが認識された後、すべての装置は、開始コードを受信するために待機し、ゼロ以外の何かが受信される場合にはパケットの残りを無視する。ゼロでない開始コードがさらに高いボーレートでデータを送信する前に送信されると、装置はさらに迅速にその高いボーレートに応答することができる。代わりに、一定数を超えるチャネルが高いボーレートに割り当てられるが、それ以外の装置はすでにそのフレームから自らのデータを受信しているため必要なデータを剥奪されない。同期の欠落を防ぐため、正しい停止ビットで複数の文字をフレームに入れることが望ましい場合がある。
【００８６】
本発明は、幅広い範囲の電気装置を制御するために、本発明のＬＥＤアレイを含み、かつＤＭＸ、イーサネットまたはそれ以外のプロトコルを使用してネットワークおよび／またはバスと通信するマザーボードから成り立つ自動化システムシャシーを含んでいてもよい。
【００８７】
本発明の別の実施形態では、マイクロプロセッサ用の入力信号を、直接的な電流接続を持たない照明制御ネットワークから得ることができる。壁に取り付けられているスイッチまたは遠隔制御装置は、信号をマイクロプロセッサに伝送できる受信機に、それら信号をプログラミングされた赤外線、電波域信号またはその他の信号として伝送することができる。
【００８８】
別の実施形態が異なるトラック照明システムを提供する。現在のトラック照明システムは、典型的には、銅の導体を支持し、収容するための成型プラスチック絶縁物を収容する成型アルミ製のトラックから成り立つ材料から成るトラックの物理特性と電気特性の両方を使用する。従来のトラック照明システムは、通常、カスタマが工具を使わずにその全長に沿った任意の位置にある「トラック」に取り付けることのできるライト固定物に、電力および機械的サポートを提供する。
【００８９】
最も簡略な形式では、トラックは２つの導体だけを提供し、トラックに沿ったすべてのライト固定物は同じ２つの導体から電力を受け取る。この状況では、トラックに取り付けられたすべてのライト固定物は単一の制御装置によって制御される。その他のライト固定物に影響を及ぼさずに、トラックに取り付けられたライト固定物のサブセットを遠隔で制御する（オンまたはオフに切り替える、または減光する）ことは不可能である。
【００９０】
主に個々の接地導体に対するアンダーライターズラボラトリーズ社の要請のために、トラックシステムは、通常、２つを超える導体を含んでいる。多くのシステムも、ただ２つを超える電流運搬導体を提供するために努力してきた。追加の電力運搬導体の目的とは、典型的には、トラックの総合的な電力運搬の能力を増加するか、あるいはライト固定物のサブセット上で別個の制御を提供するかのどちらかである。最高４つの「回路」、つまり電流運搬導体のあるトラックが既知である。
【００９１】
しかしながら、４つの回路がある場合も、多くの理由から、従来のトラックでは完全な柔軟性は達成できない。第１に、ライト固定物は、トラックへの挿入時にサブセットに割り当てられる。このようにして、そのライト固定物は特定のサブセット向けの信号によって影響を及ぼされるだろう。回路を超える数の照明がある場合には、従来のシステムを用いて個々に照明を制御することは不可能である。また、いくぶん修正できる（つまり減光できる）が、相当量のデータを送信するために容易に使用できないライト固定物は、典型的には電力を受け取るだけである。更に、情報は、ライト固定物から容易に戻すことはできない。
【００９２】
ここに開示されているトラックの実施形態は、トラックに設置されている多数のライト固定物の個別制御を実現し、安全性および意図しない電波域周波数発生の排除の両方のための要請に沿いつつ、そのトラック上での堅牢な双方向通信を可能にする。ここに開示されているのは、トラックに取り付けられている複数のライト固定物にデータを送達するために電気信号を作製するための方法およびシステムであり、トラックは信号をライト固定物に送達することができ、専門終端装置は、信号が意図しない反射を過剰に引き起こさないことを保証するためである。
【００９３】
図１６を参照すると、ある実施形態において、ユーザは、好ましくは業界規格を使用し、トラック６００２上でライト固定物６０００に照明制御データを送信することを希望してよい。ライト固定物６０００は、個々に開示されているもののようなライト・モジュール１００であるか、あるいは従来のトラック照明トラックへの接続が行える任意のそれ以外の従来のライト固定物であるだろう。ある実施形態では、データ制御規格は、ここに記述されているＤＭＸ−５１２規格である。
【００９４】
ＤＭＸ−５１２は、標準のＲＳ−４８５電圧信号方式および入出力装置の使用を指定する。ただし、ＲＳ−４８５を使用すると、ライト固定物６０００が取り付けられているネットワークが、制御されたインピーダンスを有する長い媒体から構成されるバスという形式を取ることを必要とし、また、ネットワークが各バス端点で終端することを必要とするため、ここに説明されているトラック照明応用例ではある問題が生じる。これらの特性は、通常、制御されたインピーダンスを有する導体のシステムを具備しない典型的なトラック照明システムでは提供されない。さらに、トラックシステムは、多くの場合、分岐、つまりトラックの１つのセクションが複数のそれ以外のセクションに分岐する「Ｔ字」を具備し、コスト、信頼性、および設置の理由から、このような点で信号を電子的に生成し直すことは望ましくない。このため、各セクションをその特徴的なインピーダンスで「終端」し、ＲＳ−４８５の目的のため、適切に終端されたネットワークを達成することはできない。
【００９５】
しかしながら、本発明を通して、ＲＳ−４８５仕様に準拠する現在入手可能な装置によって受信できる、ＲＳ−４８５仕様の修正に準拠する信号を送信することは可能である。
【００９６】
この環境でデータを効果的に送達するために、新しいデータ送信機６００４が必要とされる。トラックの複数のセクションによって生じる伝送路の影響を打ち消すためには、データ送信機６００４として制御された波形ドライバが活用される。このドライバの設計は、意図されていない電波域周波数放射の量を最小限に抑え、ＦＣＣおよびＣＥ規制要件に対する準拠を可能にするためにさらに最適化されてよい。さらに、信号の完全性を保証するため、特殊終端ネットワークが活用されてよい。
【００９７】
トラックシステムの一定の特徴は互いに関連している。第１に、トラックの複数のセクションは、それぞれにある程度の（一般的には未知である）特徴的なインピーダンスがあり、ある程度の未知の長さがある個々の伝送路の集合体と見なすことができる。トラックに取り付けられているライト固定物は、伝送路の長さに沿ってある程度の負荷を有する。ＲＳ−４８５規格は、このような負荷の最小インピーダンスが少なくとも１０．５キロオームとなるものとし、追加されたキャパシタンスが５０ｐＦを超えてはならないことを指定する。大型照明ネットワークでは、それぞれが長さ最高数メートルの数十個のセクションから構成されているトラックシステムを構想することが可能である。ライト固定物の総数は、１つの室内だけで２００個を容易に超えることがある。このようにして、制御されている装置によって提示される総負荷だけでも５０オームを下回り、追加された１０，０００ｐＦのキャパシタンスを備えることがある。さらに、トラック内での電力導体と信号導体間の漏電も発生することがある。トラック自体が、１フィートあたり最大２５ｐＦという追加キャパシタンスを有することがある。
【００９８】
それらの上で送信される最高周波数信号の波長の４分の１より短い伝送路は、総計された負荷として分析され、考えられる。つまりその伝送路の影響は実質的には無視できることが通常理解されている。このようにして、任意の一方の終点から任意の他方終点までの最大長が送達される最高周波数信号の波長の４分の１未満である限り、負荷とトラックセクションの任意の組み合わせは単一の総計された負荷と見なすことができる。デジタル信号の場合、最高周波数構成要素は、２つの電圧状態間の信号遷移が論理１および論理ゼロを表す端縁である。ＤＭＸ−５１２照明制御プロトコルは、毎秒２５０，０００ビットというデータ伝送速度を規定する。確実にこのような信号を送信するために必要とされる信号端縁遷移時間は、その速度より少なくとも５倍早い。つまり、遷移は、確実なデータ送信を保証するために、８００ナノ秒より長く発生してはならない。この速度で遷移する電気信号を作製できるデータドライバが構築できること、光の速度が毎秒１０８メートルの３倍であること、およびトラックでの伝播速度が光の速度の約７０パーセントであることを想定すると、最大ネットワーク長に対する無難な制限長は約４２メートルである。これは、大部分の応用例にとって適切な長さである。分岐されたネットワークの総長が最大２つの４２メートルのトラックセクションである可能性があると想定すると、トラック自体によって追加される総キャパシタンスは、１７，０００ｐＦという総負荷に対しさらに最大７，０００ｐＦとなるだろう。
【００９９】
データをこのようなネットワークの中に効果的に送信するために、電流ＲＳ−４８５規格用のドライバより大幅に多い電力を備えたドライバが必要とされる。５ボルトの遷移を達成するために、前述されたような大いに負荷されたネットワークにとって、ドライバは好ましくは負荷の抵抗部分に対し連続的に少なくとも１００ミリアンペアを、容量負荷によって吸収されてしまうだろう遷移期間中さらに少なくとも１００ミリアンペアを供給することができる。このようにして、ドライバ出力電流は、適切なマージンを保証するために少なくとも２００ミリアンペアである。これらの基準を満たすドライバ６００４の回路設計が図１７に示されている。８００ナノ秒より速い遷移でもネットワークは故障しないが、過渡現象中に必要とされる電流を上昇させ、少し負荷されたトラック端点での過剰なリンギングを引き起こし、システムから発生する意図しない電波域周波数を大幅に増加させるだろう。これらの影響のすべてが望ましくない。８００ナノ秒の遷移時間で、システムによって発生する大部分の意図しない高調波が、ＣＥ試験のための３０メガヘルツの開始周波数をはるかに下回り、さらに高位の高調波は要件に反するほど十分なエネルギーを有していない。
【０１００】
トラックの長さに沿って信号を効果的に伝播するために、トラックのデータ導体は単位長あたり低い抵抗、理想的には信号の１．５ボルトをＲＳ−４８５規格に指定されているようなすべての受信機に送達するのに必要とされる長さより少ない長さを有する必要がある。（すべての負荷が端部にある）大いに負荷されたネットワークでは、これは１フィートあたり約０．０９オームである。これには中間コネクタが含まれているため、トラック導体の抵抗は、理想的にはこの数字よりはるかに低くなければならない。トラックの誘電効果も信号の劣化に寄与するだろう。
【０１０１】
トラックの誘電効果を補償するために、限られた終端が各分岐の端点で提供されてよい。この終端は、好ましくは純粋な抵抗ではなく、むしろトラックの誘電効果だけを補償する。適切な終端装置６００８の回路設計は、図１８に示されている。この回路は、データプラスとデータマイナスの接続の間の電圧をプラス５ボルトまたはマイナス５ボルトに効果的に固定する。信号の任意のオーバーシュートは、このようにして図１８の分岐レギュレータ６１４８によって吸収されてよい。終端装置６００８は、つねにデータ回線から電力を引き出さなくても回線を効果的に終端する。
【０１０２】
それから、トラックからデータを回収することは、（例えば、ばねクリップなど、一般的に使用されている取付け方法のどれかを使用して）トラック自体の電気的な取り付け点および機械的な取り付け点への取り付けの問題となる。トラック照明取り付けの多くの例が、当業者にとって周知である。１つの例が、クーパーライティング社によって提供されているハロー電力トラックである。
【０１０３】
例えば、いったん電力とデータの両方がワイヤーで入手できると、前述されたライト・モジュール１００のネットワーク・バージョン、あるいは任意のデジタル制御されている光度加減器を使用し、照明ユニット上での個別制御を達成することができる。データは、光の輝度だけではなく、ヨーク、ゴーボー制御、光焦点等の移動などの制御効果にも対応できる。さらに、システムは、ＲＳ−４８５準拠である非照明装置を制御するために使用することができる。
【０１０４】
本実施形態を使用することによって、実質的に類似するドライバを使用する同じデータ導体または別個の組の上で応答できる装置を、装置が応答のために選択されていないときの間、ドライバ（複数の場合がある）をデータ導体から電気的に切断できるようにするために、つまりバスの共用を可能にするために、おそらくは増設された回路構成要素で作成することが可能である。装置はステータス情報をドライバに送信することができる、あるいは情報は周波数信号、赤外線信号、音響信号、またはその他の信号などのそれ以外の手段を通して装置に提供することができる。
【０１０５】
再び図１７を参照すると、データドライバ６００４用の回路設計は、名目上プラス１２ボルトの未調節電力であってよい電力がデータドライバ６００４に送達されるコネクタ６０１２を含む。電力は、抵抗器６０１６、抵抗器６０１８、およびトランジスタ６０２０から成り立っている分路レギュレータ６０１４によって、プラス８．５ボルトの未調節供給、およびマイナス３．５ボルトの調節供給に分割されてよい。デカップリングは、コンデンサ６０２２、６０２４および６０２８によって提供されてよい。分路レギュレータ６０１４は、アナログ回路設計者によく知られている標準設計でよい。８．５ボルトの供給は、さらに、カリフォルニア州、サンタクララのナショナルセミコンダクター社から入手できるＬＭ７８Ｌ０５ＡＣＭ電圧レギュレータであってよい電圧レギュレータ６０３０によって５ボルトの供給を生じさせるために調節され、コンデンサ６０３２によってデカップリングされてよい。ＬＵ７８Ｌ０５ＡＣＭ用のデータシートの教示は、ここに参照して組み込まれる。
【０１０６】
受信ＲＳ−４８９５データストリームは、ＲＳ−４８５受信機チップ６０３４によってピン６０３８と６０４０で受信されてよい。データストリームは、さらに受信機チップ６０３４によってバッファに入れられ、それぞれピン６０４２と６０４４で低ノイズの増幅された真の補数データ信号を生じさせる。これらの信号はかなりの駆動起動で真の補数データ信号を生じさせるために、それぞれピン６０５０と６０５２でさらにバッファに入れられ、バッファ６０４８によって逆転される。それから、これらの信号はそれぞれ、出力増幅器によって処理される。設計および機能で同一である、２つの出力増幅器６０５４と６０５８がある。
【０１０７】
各増幅器６０５４および６０５８は、前述された電源から電力を引き出し、両方の増幅器が抵抗器６０６０，６０５２および６０６４から構成されているバイアス電圧発生器ネットワークを共用する。増幅器６０５４は、図１７のこのネットワークの左側のすべての部分から構成されるが、増幅器６０５８はこのバイアスネットワークの右側のすべてのパーツから構成される。それが増幅器６０５４に対する入力の反転コピーである点を除き、増幅器６０５８は実質的には同一であるので、増幅器６０５４だけが説明されるだろう。
【０１０８】
バイアスネットワークは、それぞれトランジスタ６０６８と６０７０の基部で出現する、たとえばプラス６．４ボルトとマイナス１．４ボルトという２つのバイアス電圧を生じさせる。トランジスタ６０６８および抵抗器６０７２は、定電流源６０７４を形成し、約２０ミリアンペアの電流をトランジスタ６０６８のコレクタから調達する。同様に、トランジスタ６０７８および６０８０は、トランジスタ６０７８のコレクタから２０ミリアンペアの電流を低下するために、電流シンク６０８２を提供する。ダイオード６０１０、６０８４、６０８８、６０９０，６０９２および６０９４は、電流ステアリングネットワーク６０９８を形成し、２０ミリアンペアの電流を交互に受信データ回線、または（電流がトランジスタ６０６８からの場合、トランジスタ６１０２、抵抗器６１０４、および抵抗器６１０８から構成されている１ボルト分路レギュレータを通して）コンデンサ６１００の中に進める。受信データ回線が、ゼロボルトという低状態からプラス５ボルトという高状態へ切り替わると、６０９０の陽極での電圧がダイオード６０９４の陽極での電圧より大きいため、電流シンク６０８２がダイオード６０９０および６０９２を通して受信データ回線から電流を低下させる。ダイオード６０８４および６０８８は、逆バイアスをかけられ、電流は、６０１０、ならびにトランジスタ６１０２および抵抗器６１０４と６０１８から構成されている分路レギュレータ６１１０を通って流れるだろう。コンデンサ６１００はトランジスタ６０６８によって提供されている電流からゆっくりと充電されなければならないため、ダイオード６０９４の陽極での回路ノードは、ただちには遷移に従わないだろう。コンデンサ６１００は、マイクロ秒あたり約６．６７ボルトの速度で充電し、ほぼ７５０ナノ秒後に約４ボルトに達するだろう。その時点で、トランジスタ６０６８のコレクタの電圧がバイアスダイオード６０８４と６０８８を転送するほど大きくなり、電流源６０７４を入力データ回線の中に進ませる。このデータ回線が（５ボルトでの）高状態に保持される限り、ダイオード６０１０、分路レギュレータ６１１０を通ってコンデンサ６１００の中にさらに多くの電流は流れないだろう。ダイオード６０１０の陰極は、データ回線が状態をゼロボルトの低状態に変えるまで、約５．５ボルトのままとなるだろう。前述されたように切替え中、トランジスタ６１１２は、１つの共通したコレクタ電流バッファとしての役割を果たし、抵抗器６１１４の中に必要とされるほど多くの電流を調達するだろう。この電流は、出力装置６１２０のピン６１１８での出力の中に流れ込むだろう。出力での電圧は、このようにして、その傾斜が電流源６０７４からのコンデンサ６１００の充電によって調節されるゆっくりと上昇する信号となるだろう。小さいベース電流はトランジスタ６１１２によってトランジスタ６０６８から引き出されるが、その遷移タイミングに与える影響はごくわずかとなるだろう。
【０１０９】
受信データ回線が低状態に遷移すると、ダイオード６０８４、６０８８および６０９４が前方へバイアスをかけられ、ダイオード６０９０，６０９２および６０１０は逆転バイアスをかけられ、コンデンサ６１００がダイオード６０９４を通し、電流シンク６０８２を通し前述された正の遷移に類似した速度で放電するだろう。電流シンク６０７４からの電流は、現在ゼロボルトで保持されているデータ回線に流れ込むだろう。ダイオード６０９４の陽極での電圧はマイナス０．５ボルトに達し、電流は再び、ダイオード６０９４およびトランジスタ６０７８の代わりに６０９０および６０９２を通して流れ、下方への遷移を完了するだろう。この期間中、トランジスタ６１２９は、装置６１２０のピン６１１８で必要なだけ多くの電流を抵抗器６１２８を通して下げ、それにダイオード６０９４の陽極での電圧に従わせるだろう。小さいベース電流は、トランジスタからトランジスタ６１２９によって引き出されるが、その遷移タイミングに対する影響はごくわずかだろう。トランジスタ６１３０および６１３２は、抵抗器６１１１４および６１２８と組み合わされ、出力での短絡が生じた場合にはトランジスタ６１１２および６１２９をそれぞれ保護し、最大可能出力電流（したがって、トランジスタ６１１２および６１３０を通る電流）を約２５０ミリアンペアに制限する。
【０１１０】
この回路によって実行される波形整形は、多岐に渡るさまざまな回路で実現できる。図１７に描かれている実施形態は、所望の波形形状を作成するための回路の一例にすぎない。データ信号の上方遷移および下方遷移を減速する任意の回路が、ここに開示されているように、波形整形回路の実現と見なすことができる。
【０１１１】
図１８を参照すると、終端回路は、ダイオード６１３８，６１４０、６１４２および６１４４から成るブリッジ整流器６１３４、および抵抗器６１５０，６１５２、およびトランジスタ６１５４と６１５８から成る分巻レギュレータ６１４８から構成されている。回路は双方向電圧リミッタであり、適用される入力の極性には関係なく、入力端子間の電圧を約５．３ボルトに固定する。分巻レギュレータ６１４８およびブリッジ整流器６１３４の両方とも、アナログ回路設計に精通する者によって知られている標準設計である。コンデンサ６１５０は、電圧リミッタの過渡応答を改善する。
【０１１２】
伝送路に蓄積されている過剰なエネルギーは、通常、５．３ボルトを超える電圧のふらつきを引き起こすだろう。図１８の終端回路６００８は、伝送路の終点での電圧を５．３ボルトに固定するので、過剰なエネルギーを吸収するだろう。反射されたエネルギーの約９５パーセントが回路によって吸収されてよく、その結果生じる発振は取るに足らない振幅となるだろう。
【０１１３】
ここに開示されているトランジスタは、ゼテックスによって提供されているトランジスタなどの従来の型であってよい。半導体は業界規格型でよい。バッファ６０４８は業界規格型であってよく、７４ＨＣ０４型であってよい。受信機チップ６０３４は、カリフォルニア州、サンベールのマキシム社製のＭＡＸ４９０受信機チップでよい。それ以外の受信機チップが使用されてよい。
【０１１４】
前記実施態様は、任意の数のさまざまな収容部内にあってよい。ここで図１９を参照すると、実質的に円筒形の本体セクション６０２、ライト・モジュール６０４、導電性スリーブ６０８、電力供給モジュール６１２、第２導電性スリーブ６１４および囲壁プレート６１８を備える本発明の照明ユニットの展開図が図示されている。ここでは、ライト・モジュール６０４および電力供給モジュール６１２が、前述されたライト・モジュール１００と電力供給モジュール２００の電気的な構造とソフトウェア、あるいはライト・モジュール１００またはここに開示されているそれ以外の電力供給モジュールのその他の実施形態を含む。ねじ６２２、６２４、６２６、６２８が、装置全体が機械的に接続されるのを可能にすると想定する。ねじ６２２、６２４、６２６、６２８、により装置全体が機械的に接続されている。本体セクション６０２、導電性スリーブ６０４と６１４、および囲壁プレート６１８は、好ましくはアルミニウムなどの熱を伝える材料から作られている。本体セクション６０２は開放端、反射性の内部、およびモジュール６０４が機械的に固着される照明端部を有する。ライト・モジュール６０４は円板形をしており、２つの側面を有する。照明側（図示されていない）は、さまざまな原色から成る複数のＬＥＤを備える。接続側は電気コネクタ雄ピンアセンブリ６３２を保持する。照明側と接続側の両方とも、複数のＬＥＤから本体セクション６０２へ外向きに熱がさらによく伝えられるようにアルミニウム表面で被覆されている。同様に、電力供給モジュール６１２は円板形をし、あらゆる使用可能な表面は同じ理由からアルミニウムで被覆されている。電力供給モジュール６１２は、アセンブリ６３２からのピンを嵌合するために適応されている電気コネクタ雌ピンアセンブリ６３４を保持する接続側を有している。電力供給モジュール６１２には、ＤＣ電源への接続のために端子６３８を保持する電力端子側がある。任意の標準ＡＣまたはＤＣジャックが、適宜に使用されてよい。
【０１１５】
ライト・モジュール６０２と電力供給モジュール６１２の間に挟まれているのは、モジュール６０２と６１２の間の空間を実質的に囲い込む導電性アルミニウムスリーブ６０８である。図示されているように、円板形をした囲壁プレート６１８ならびにねじ６２２、６２４、６２６および６２８が構成要素のすべてをいっしょに密閉し、このようにして導電性スリーブ６１４は囲壁プレート６１８と電力供給モジュール６１２の間に挟まれる。いったん１つのユニットとしていっしょに密閉されると、照明装置は、前述されたようにデータネットワークに接続され、領域を照明するために便利な任意の方法で取り付けられてよい。運転中、好ましくは、光拡散手段が本体セクション６０２に挿入され、ライト・モジュール６０４上のＬＥＤが単一の均一な光のビームを発しているように見えることを確実にするだろう。
【０１１６】
ライト・モジュール１００の別の実施形態は図２０に描かれている。アレイ３７の利点の１つは、それが、異なる照明用途用の異なるライト固定物を用意する必要性という問題を克服する、ＬＥＤを用いた照明を構築するために使用できるという点である。特に、図２０に示されている本発明の実施態様においては、図８に描かれている円形アレイ３７または別のアレイである場合があるＬＥＤ６４４のアレイは、従来のハロゲン灯用のＭＲ−１６ライト固定物などの、ライト固定物の中に差し込むために構築されるプラットホーム６４２に置かれてよい。本発明のその他の実施形態では、プラットホーム６４２は、従来の電球、ハロゲン電球、またはそれ以外の照明源と同じ構成の電源の中に差し込み、ねじ込み、または繋げられる形状とされてもよい。図２０の実施形態では、１組のコネクタ６４６は、電気ワイヤーなどの電源に、ＭＲ−１６ライト固定物の従来のハロゲン電球用コネクタと同じ方法で接続する。
【０１１７】
図２１に描かれている本発明の実施形態では、ＬＥＤアレイ６４４を担持しているプラットホーム６４２を、従来のハロゲン灯固定物の中に差し込むことができる。このようにして、ユーザは、配線またはライト固定物を変更することなく、単にモジュラープラットホーム６４２を差し込むだけでＬＥＤを用いたライトを有することができる。ユーザは、モジュラープラットホーム６４２を取り外し、従来のハロゲン電球またはそれ以外の照明源を設置することによって従来のライトに戻ることができる。このようにして、ユーザは、ここに開示されている多様な実施形態でのＬＥＤシステム１２０を含む、多岐に渡る照明用途に同じライト固定物および配線を使用することができる。
【０１１８】
図２２を参照すると、図２０のプラットホーム６４２などのモジュラープラットホームに含むのに適したライト・モジュール１００の回路設計に概略図が提供されている。ＬＥＤアレイ６４４は、緑、青、および赤のＬＥＤから成り立っている。処理装置１６は、図６に関係して説明された処理装置１６に類似した機能を提供する。データ入力ピン２０は、処理装置１６にデータおよび電力を提供する。データ入力ピン２０は処理装置１６にデータと電力を提供する。発振器１９はクロック機能を提供する。ライト・モジュール１００は、処理装置１６が、ＤＭＸ−５１２プロトコルなどの制御プロトコルに従ってフォーマットされている受信電気信号を、前述されたその他の実施形態で開示された方法と類似した方法でアレイ６４４のＬＥＤ用の制御信号に変換することができるようにするための、他の回路要素を含む。
【０１１９】
図２３に描かれている本発明の追加実施形態では、ここに開示されている以外の実施態様によるライト・モジュール１００のＬＥＤシステム１２６であってもよいＬＥＤ１５のデジタルで制御されているアレイ３７が置かれている、モジュラープラットホーム６４８が提供される。モジュラープラットホーム６４８は、透明なプラスチック材または同様の材料から作られてよく、その結果プラットホーム６４８は、アレイ３７によって提供されているどのような色にも照明される。モジュラープラットホーム６４８は、突出部６５２および陥没部６５４を含んでよく、その結果、多様な三次元形状を形成するために相互接続されているモジュラーブロックが形成できる。壁、床、天井、またはそれ以外の物体は、それぞれのブロックがＬＥＤ１５のそのブロックのアレイ３７によって異なる色に照明されているブロックから構築できる。ブロック６４８は相互接続できる。このような物体は、信号を作成するために使用できる。つまり、このような物体の個々のブロックは、文字、数、またはその他の意匠などの記号という形式で照明することができる。例えば、壁はカラーディスプレイまたは標識として使用できる。多くの異なる連動機構が構築できるように、多くの異なる形状のモジュラーブロック６４８が構築できる。事実上、ライト・モジュール１００は、ここにさらに開示されるように、多岐に渡る、異なる幾何学形状構成で置かれ、多岐に渡る照明環境と関連付けられてよい。
【０１２０】
本発明の別の実施形態では、配列されたＬＥＤが、従来の舞台用ライトと類似した方法でパンプラットホームまたはティルトプラットホームに取り付けられている。既知のロボットライトは、電球または真空管からパンミラーまたはティルトミラーの上に従来作られた光ビームを光らせる。本発明の配列されたＬＥＤは、パンプラットホームまたはティルトプラットホームの上にじかに設置されてよく、パンミラーまたはティルトミラーと光源を正確に整列させる必要性を回避する。このようにして、調整可能なパン／ティルトビーム効果は、ミラーがなくても、ミラーベースのビームに類似して得られうる。光源とミラーの間を分離する必要性がないため、この実施形態は、過去に可能であったよりさらにコンパクトな空間でのパン／ティルトビーム効果を可能にする。
【０１２１】
色または輝度をマイクロプロセッサによって制御される方法で変更する能力を含み、壁、床、または天井がそれを通して構築されてよいＬＥＤを用いた構造タイルも、提供されている。タイルは、おもちゃのプラスチック製の積み木に類似したモジュール方式に基づいてよい。多色タイルは、多色ダンスフロアまたはシャワー、または床、壁あるいは浴室タイルを作成するために使用できる。
【０１２２】
限られた数の準形状に基づくイルミネーションを施す様々な形状の作成を可能にするモジュラー照明システムも提供されている。本発明のこの実施形態では、複数の発光正方形（またはそれ以外の幾何学形状）が、１次元、２次元、または３次元のさらに大きな形状に配列されてよい。モジュラーブロック同士は、物理的な近接または付着を通して通信できるだろう。モジュラー多色照明ブロックは、さまざまなフォーマットおよび形状に構成することができる。
【０１２３】
前述されたように、本発明の実施形態は、多岐に渡る方法で活用されてよい。例として、以下の説明は本発明のＬＥＤが照明および／またはイルミネーションに適応され得るさまざまな環境を提供する。
【０１２４】
ここで図２４を見ると、モジュラーＬＥＤユニット４０００が、環境内のイルミネーションのために提供されている。モジュラーＬＥＤユニット４０００は、図１に関連して説明された要素１２０に類似したライト・モジュール４００２、および図１に関連して説明された要素１６に類似した処理装置４００４を備える。ライト・モジュール４００２は、スペクトル、例えば、可視スペクトル内の一連の周波数内で放射範囲を生じさせるために、図２５に示されているように、複数の発色半導体ダイ４００８を有するＬＥＤ４００６を含み得る。それぞれの発色ダイ４００８は、好ましくは原色を表し、変化する輝度の原色を個々に発生することができる。ダイ４００８のそれぞれからの原色は、組み合わされると、色スペクトル内である特定の色を作り出すことができる。他方、処理装置４００４が、半導体ダイ４００８のそれぞれに供給される電流の量を制御するために提供されてよい。各ダイに供給される電流の量に応じて、一定の輝度の１つの原色がそこから発せられてよい。その結果、各ダイから作成される原色の輝度を制御することによって、処理装置４００４は、本質的に、ＬＥＤ４００６から照明される特定の色を制御することができる。図２５は、３個の発色半導体ダイ４００２を示しているが、少なくとも２個の発色ダイを使用すれば、スペクトル内の放射の範囲を作成できることを理解されたい。
【０１２５】
モジュラーユニット４０００は、さらに、制御信号の発生器とライト・モジュール４００２の間の通信を容易にするための機構（図示されていない）を含んでもよい。１つの実施形態では、機構は、図２に関連して上に説明されたように、別個の送信機および受信機を備えてよい。しかしながら、送信機と受信機は１つの機構に統合されてよいことを理解されたい。モジュラーユニット４０００は、電源、例えば、電気出力端またはバッテリなどからライト・モジュール４００２へ電流を提供するために、図９に関連して説明されるように、電力供給モジュール４０１０も含み得る。電流が電力供給モジュール４０１０からライト・モジュール４００２へ向けられることを可能にするために、図１９の相補性の雄ピンセット６３２と雌ピンセット６３４に類似した電気コネクタが提供されてよい。このようにして、電気コネクタは、ライト・モジュール４００２を電力供給モジュール４０１０に取り外し自在に結合するように設計されてよい。
【０１２６】
代替実施形態では、ライト・モジュール４００２は、図２６に図示されているように、図２５に示されている複数のＬＥＤ４００６を含み得る。各ＬＥＤ４００６は、制御信号発生器との、あるいは本発明のいくつかの実施形態におけるそれ以外のライト・モジュール４００２との通信のために、図２に関連して前述された要素５００に類似したデータ通信リンク４０１４が具備されてよいライト・モジュール４００２の、一部であってもよい。このようにして、処理装置４００４によって制御される電流の量などのデータは、ＬＥＤ４００６のそれぞれでの複数の半導体ダイ４００８に供給されてよく、その結果ある特定の色が生成されてよい。
【０１２７】
別の実施形態では、図２７に示されているようなライト・モジュール４００２は、複数の従来の発光ダイオード（ＬＥＤ）４０１６を含み得る。従来のＬＥＤ４０１６は、原色の赤、青、および緑を表したものでもよい。したがって、ＬＥＤ４０１６のそれぞれからの原色が生成されると、複数のＬＥＤ４０１６の組み合わせがスペクトル内の任意の周波数を作り出すことができる。半導体ダイ４００８と同様に、各ＬＥＤ４０１６の輝度および／または照度は、スペクトル内の一連の周波数を得るために処理装置４００４によって変えられてよい。複数のＬＥＤ４０１６間での通信および処理装置４００４との通信を容易にするために、データ通信リンク４０１４が提供されてよい。
【０１２８】
モジュラーＬＥＤユニット４０００は、いくつかの実施形態では、さらに大型の照明アセンブリを形成するために相互接続されてよい。特に、ライト・モジュール４００２は、細長い板４０２０（図２８Ａ）上で直列で直線状に配列されたＬＥＤ４００６または４０１６を含み得る。ＬＥＤ４００６または４０１６も、２次元幾何学形状のパネル４０２２（図２８Ｂ）上で、あるいは３次元構造４０２４（図２８Ｃ）を表すために配列されてよい。細長い板４０２０、幾何学形状のパネル４０２２または３次元構造４０２４は、いかなる特定の設計に固執する必要もなく、ライト・モジュール４００２がそれが配置される環境に適合するのを可能にするために柔軟な設計であってよいことを理解されたい。
【０１２９】
本発明の１つの実施形態では、細長い板４０２０、幾何学形状のパネル４０２２および３次元構造４０２４には、モジュラーＬＥＤユニット４０００間での結合を可能にするために結合機構（図示されていない）が備えられてよい。具体的には、結合機構は、複数の細長い板４０２０がいっしょに数珠なりになる、あるいは複数の幾何学形状のパネル４０２２が互いに繋がれる、あるいは複数の３次元構造４０２４を互いに結合するのを可能にしてよい。結合機構は、細長い板４０２０、幾何学形状のパネル４０２２、および３次元構造４０２４の内の１つが、細長い板４０２０、幾何学形状のパネル４０２２および３次元構造４０２４の別のものへ相互接続できるように設計されてもよい。結合機構は、モジュラーＬＥＤユニット４０００間での機械的な結合または電気的な結合のどちらかを可能にすることができるが、好ましくはモジュラーＬＥＤユニット４０００間での電気的な結合と物理的な結合の両方ともを可能にする。モジュラーＬＥＤユニット４０００間で電気的な接続を提供することによって、電力信号およびデータ信号はモジュラーＬＥＤユニット４０００に、およびそれらの間に向けられ得る。さらに、このような接続によって、電力およびデータをモジュラーＬＥＤユニット４０００のすべてへの分配するための１つの中心場所で提供することができる。本発明の１つの実施形態では、データは、モジュラーＬＥＤユニット４０００間での電気的な接続の数を削減するために電力信号と多重化されてよい。他方、機械的な結合は、単にモジュラーＬＥＤユニット４０００を互いにしっかりと接続するための手段となってよく、このような機能は電気的な接続を提供することによって固有となってよい。
【０１３０】
本発明のモジュラーＬＥＤユニット４０００は、「スマート」ユニットまたは「ダム（ｄｕｍｂ）」ユニットのどちらかとなるように作製されてよい。ある実施形態では、スマートユニットは、例えば、ＬＥＤによって生じる所望の照明効果を制御するためにそこに組み込まれているマイクロプロセッサを含む。スマートユニットは、前述された電気的な接続のための機構を通して形成されているネットワークを経由して、互いにおよび／またはマスタ制御装置と通信してよい。スマートユニットが独立方式で動作でき、必要な場合には一方のスマートユニットが他方のモジュラーＬＥＤユニット４０００用のマスタ制御装置として動作できることを理解されたい。他方、ダムユニットはマイクロプロセッサを含まず、他のＬＥＤユニットと通信することができない。その結果、ダムユニットは独立方式では動作できず、別個のマスタ制御装置を必要とする。
【０１３１】
モジュラーＬＥＤユニット４０００は、一連の種々の環境での照明のために使用されてよい。ＬＥＤユニットを使用してよい方法は、図２５から図２７に提供されているものなどの、ライト・モジュール４００２を有するモジュラーＬＥＤユニット４０００をまず環境の中に設置する段階と、その後少なくとも１つのＬＥＤへの電流の量を制御する段階を有し、その結果、そこ（つまり、半導体ダイ４００８または複数の従来のＬＥＤ）に供給される特定量の電流が、スペクトル、例えば可視スペクトル内において対応する周波数を生成する。
【０１３２】
モジュラーＬＥＤユニット４０００が照明してよい環境は、手持用懐中電灯４０２９（図２９）または指示灯の使用を必要とするものを含む。指示灯を使用する環境の例は、エレベーターの階数ボタン、エレベーターの階数標示のディスプレイ又はパネル、自動車の計器盤、自動車のエンジンキー領域、自動車の盗難防止用警告指示灯、ステレオシステムの個々のユニット、電話のダイヤルパッドのボタン４０３０（図３０）、留守番電話の伝言の有無を指示する部分、ドアチャイムのボタン、ライトの状態スイッチ、コンピュータステータス指示部、ビデオ監視装置の状態指示部、および時計を含むが、それらに限られない。モジュラーＬＥＤユニット４０００が照明してよいその他の環境には、（ｉ）たとえば宝飾品、衣料製品、靴、眼鏡、手袋および帽子を含む、身体につけられる装置、（ｉｉ）たとえばライトワンド４０３１（図３１）、おもちゃのパトカー、消防自動車、救急車、オルゴールを含むおもちゃ、（ｉｉｉ）たとえば歯ブラシ４０３２（図３２）およびシェーバーを含む衛生製品が含まれる。
【０１３３】
本発明の別の実施態様に従って、細長い板４０２０上で直列に直線状に配列されている複数のＬＥＤ４００６または４０１６を有するモジュラーＬＥＤユニット４０００は、環境内でのイルミネーションのために使用されてもよい。図３３に示されている１つのこのような実施形態は、歩道４０３３、例えば、航空機内の通路、ファッションショーの通路または廊下を含む。通路とともに使用されるとき、ＬＥＤ４００６または４０１６の少なくとも１つの細長い板４０２０が、方向指示灯として使用するために通路４０３３の片側に沿って配置されうる。
【０１３４】
図３４に示されている別のこのような環境は、コーブ４０３４を含む。コーブとともに使用されると、ＬＥＤ４００６または４０１６の少なくとも１つの細長い板４０２０がコーブ４０３４に隣接して配置されてよく、その結果ＬＥＤの細長い板がコーブを照明できる。１つの実施形態では、ＬＥＤ４００６または４０１６の細長い板４０２０は、収容部４０３４５内に設置されてよく、その場合その収容部はコーブ４０３４に隣接して設置される。
【０１３５】
図３５に示されている別のこのような環境は、手すり４０３５を含む。暗い映画館内の手すりなどの手すりとともに使用されると、ＬＥＤ４００６または４０１６の少なくとも１つの細長い板４０２０が、ユーザに手すりの場所を指示するために手すり４０３５の表面に配置されうる。
【０１３６】
図３６に示されている別のこのような環境は、階段上の複数の段４０３６を含む。複数の段とともに使用されると、ＬＥＤ４００６または４０１６の少なくとも１つの細長い板４０２０が、段４０３６の端縁に配置され、その結果、夜間またはライトがない場合、ユーザは段の位置を知らされる。
【０１３７】
図３７に示されている別の実施態様は、便器４０３７を含む。便器とともに使用されると、ＬＥＤ４００６または４０１６の少なくとも１つの細長い板４０２０が、便器４０３７または便座４０３の縁の回りに配置されてよく、その結果、浴室にライトがない場合に、ユーザは便器または便座の位置を知らされる。
【０１３８】
図３８に示されている別の環境は、自動車後部の高い位置に保持されたブレーキランプ４０３８を含む。高い位置に保持されたブレーキランプとともに使用されると、ＬＥＤ４００６または４０１６の少なくとも１つの細長い板４０２０は、ブレーキランプ用に前もって提供された収容部４０３８５内に配置できる。
【０１３９】
図３９に示されている別の環境は、冷蔵庫のドア４０３９を含む。冷蔵庫のドアとともに使用されると、ＬＥＤ４００６または４０１６の少なくとも１つの細長い板４０２０が、冷蔵庫ドアハンドル４０３９５の上に配置されてよく、その結果、例えば、台所用のライトがない場合には、ユーザは冷蔵庫のドア４０３９を開くために即座にハンドルの位置を見つけ出すことができる。
【０１４０】
図４０に示されている別の環境は、樹木４０４０を含む。樹木とともに使用されると、ＬＥＤ４００６または４０１６の少なくとも１つの細長い板４０２０が、そのイルミネーションを可能にするために樹木４０４６の上に配置されてよい。樹木４０４０は、クリスマスツリーまたは人工の白いクリスマスツリーなどの他のオーナメントツリーとなるだろう。ＬＥＤ４００６をさまざまな色の間で変光させることによって、樹木４０４０の色を変更することができる。
【０１４１】
図４１に示されている別の環境は、建造物４０４１を含む。建造物とともに使用されると、ＬＥＤ４００６または４０１６の少なくとも１つの細長い板４０２０は、建造物４０４１の表面に沿って配置され、その結果ＬＥＤの照明が見る人の注目を集める。
【０１４２】
本発明の別の実施形態に従って、複数のＬＥＤ４００６または４０１６が幾何学形状のパネル４０２２の中に配列されているモジュラーＬＥＤユニット４０００も、環境の中での照明に使用されてよい。図４２に示されているこのような１つの環境が、床４０４２を含む。床とともに使用されると、ＬＥＤ４００６または４０１６の少なくとも１枚の幾何学形状のパネル４０２２が、その照明を提供するためにフロア４０４２内の少なくとも１つの指定領域内に配置されうる。
【０１４３】
ＬＥＤ４００６または４０１６の幾何学形状のパネル４０２２が使用されてよい別の環境は、図４３に示されているように天井４０４３を含む。天井とともに使用されると、少なくとも１枚の幾何学形状のパネル４０２２が、その照明を提供するために天井４０４３の少なくとも１つの指定領域内に配置されうる。
【０１４４】
ＬＥＤ４００６または４０１６の幾何学形状のパネル４０２２が使用されてよい別の環境は、図４４に示されているように自動販売機４０４４を含む。自動販売機とともに使用されると、少なくとも１枚の幾何学形状のパネル４０２２が、前面ディスプレイに図の照明を提供するために、自動販売機の前面ディスプレイ４０４４５の背部に配置されうる。
【０１４５】
ＬＥＤ４００６または４０１６の幾何学形状のパネル４０２２が使用されてよい別の環境は、図４５に示されているように、照明面４０４５を含む。照明面４０４５とともに使用されると、少なくとも１枚の幾何学形状のパネル４０２２が、表面のグラフィック図案の照明または表面の上に配置されている物体の照明を提供するために、表面の背部に配置されうる。このような照明面の例は、典型的には空港または物体４０４５８を展示するためのスタンド４０４５５の透明な表面で見られる種類の広告看板を含み得る。
【０１４６】
ＬＥＤ４００６または４０１６の幾何学形状のパネル４０２２が使用されてよい別の環境は、図４６に示されているように表示看板４０４６を含む。広告掲示板または広告ボードなどの表示看板とともに使用されると、少なくとも１枚の幾何学形状のパネル４０２２は、その上の図案の照明を提供するために、例えば、看板の前面に位置している収容部４０４６５内に配置できる。
【０１４７】
ＬＥＤ４００６または４０１６の幾何学形状のパネル４０２２が使用されてよい別の環境は、図４７に示されているように交通信号灯４０４７を含む。交通信号灯とともに使用されると、少なくとも１枚の幾何学形状のパネル４０２２は、信号灯の少なくとも１つのための収容部４０４７５内に配置できる。従来の信号灯では、３つの信号灯の内のそれぞれに幾何学形状のパネル４０２２が必要とされることがあることに注意する必要がある。しかしながら、本発明のモジュラーＬＥＤユニットは、赤、黄色、および緑を含む一連の色を生成できるため、新しい交通信号灯は、ただ１つのモジュラーＬＥＤユニットの配置を含むように設計される可能性がある。多様な異なる色がそれぞれの信号灯の中に提供され、その結果、適切な信号が、赤／緑の色盲を患う人を含むさまざまなユーザに提供される。
【０１４８】
ＬＥＤ４００６または４０１６の幾何学形状のパネル４０２２が使用されてよい別の環境は、図４８に示されているように方向表示看板４０４８を含む。方向表示看板とともに使用されると、少なくとも１枚の幾何学形状のパネル４０２２は、方向表示看板用の収容部４０４８５の中に配置されうる。
【０１４９】
ＬＥＤ４００６または４０１６の幾何学形状のパネル４０２２が使用されてよい別の環境は、図４９に示されているようにインフォメーション・ボード０４９を含む。インフォメーション・ボードとともに使用されると、少なくとも１枚の幾何学形状のパネル４０２２がボード４０４９の前側に配置され、その結果情報データが読者に提供されうる。本発明の１つの実施形態では、インフォメーション・ボードは、交通情報標識、無音声ラジオ４０４９５、スコアボード、価格ボード、電子広告ボード、および大型公衆テレビ画面を含むが、それらに制限されていない。
【０１５０】
本発明の別の実施形態に従って、複数のＬＥＤ４００６または４０１６が３次元構造４０２４を表すために配列されているモジュラーＬＥＤユニット４０００も、環境の中での照明に使用されてよい。図５０に示されている１つのこのような環境は、組み立てブロック型玩具４０５０を含む。組み立てブロック型玩具とともに使用されると、ＬＥＤ４００６または４０１６の少なくとも１つの３次元構造４０２４は、その照明を提供するために組み立てブロック型玩具４０５０の上または中に配置されうる。ＬＥＤの３次元構造は、任意の所望の３次元物体を表すための設計であってよいことを理解されたい。
【０１５１】
ＬＥＤ４００６または４０１６の３次元構造４０２４が活用されてよい追加環境は、図５１に示されているように装飾用展示品４０５１を含む。ＬＥＤの３次元構造４０２４は、示されているように、任意の３次元物体を表すように設計できるので、構造は関心のある装飾用展示品４０５１の中に作り込まれ、その結果ＬＥＤの照明は、物体の照明された展示を提供する。装飾用展示品４０５１の例は、クリスマスツリー用オーナメント、動物型のフィギュア、ディスコ用照明ボール４０５１５、または表現可能なあらゆる自然物体または人工物体を含む。
【０１５２】
ＬＥＤ４００６または４０１６の３次元構造４０２４が活用されてよい追加環境は、図５２に示されるように建築用ガラスブロック４０５２、または図５３に示されるように大型の文字４０５３を含む。ガラスブロックとともに３次元構造４０２４を活用するために、少なくとも１つの３次元構造４０２４が、その照明のためにガラスブロック４０５２内に配置されうる。大型の文字４０５３とともに３次元構造４０２４を活用するためには、少なくとも１つの３次元構造４０２４が文字の上あるいは文字４０５３が透明である場合には文字の中に配置できる。
【０１５３】
ＬＥＤ４００６または４０１６の３次元構造４０２４が活用されてよい追加環境は、図５４に示されるように従来型の照明装置４０５４を含む。従来型の照明装置４０５４とともに３次元構造４０２４を活用するために、例えば、従来の電球４０５４５の形をした少なくとも１つの３次元構造４０２４が、従来の電球を受け入れるためのソケット内に配置されうる。
【０１５４】
ＬＥＤ４００６または４０１６の３次元構造４０２４が活用されてよい追加環境は、図５５に示されるように警告塔４０５５を含む。警告塔とともに３次元構造４０２４を活用するために、少なくとも１つの３次元構造４０２４が、上空を飛行する航空機または遠方に位置する船舶への警告指示部として機能するように塔４０５５の上に配置されうる。
【０１５５】
ＬＥＤ４００６または４０１６の３次元構造４０２４が活用されてよい追加環境は、図５６に示されるようにブイを含む。ブイ４０５６とともに３次元構造４０２４を活用するために、少なくとも１つの３次元構造４０２４がその照明のためにブイ４０５６の上に配置されうる。
【０１５６】
ＬＥＤ４００６または４０１６の３次元構造４０２４が活用されてよい追加環境は、図５７に示されるようにボール４０５７またはパック４０５７１を含む。ボールまたはパックとともに３次元構造４０２４を活用するために、少なくとも１つの３次元構造４０２４が、ボールまたはパックの視認容易性を高めるために、ボール４０５７またはパック４０５７１の内部に配置されうる。
【０１５７】
本発明の別の実施態様に従って、複数のＬＥＤ４００６または４０１６が、細長い板４０２０の中に直線状に、幾何学形状のパネル４０２２の中でまたは３次元構造４０２４として配列されている２つまたは３つ以上のモジュラーＬＥＤユニット４０００が、環境の中で照明のために使用されてよい。図５８に示されている１つのこのような環境は、装飾用展示品４０５８を含む。装飾用展示品とともに使用されると、ＬＥＤ４００６または４０１６の少なくとも１つの細長い板４０２０、およびＬＥＤ４００６または４０１６の幾何学形状のパネル４０２２と３次元構造４０２４のうちの１つが、装飾用展示品の照明を提供するために表面に沿って配置されうる。装飾用展示品４０５８の例は、クリスマスツリー用オーナメント４０５８５、動物型のフィギュア、ディスコ用照明ボール、または表現可能なあらゆる自然物体または人工物体を含むことができる。
【０１５８】
図５９に示されている別のこのような環境は、ボーリング場４０５９を含む。ボーリング場とともに使用されると、ＬＥＤ４００６または４０１６の細長い板４０２０、幾何学形状のパネル４０２２、および３次元構造４０２４の内の１つが、レーン４０５９５に沿って配置でき、さらにＬＥＤ４００６または４０１６の細長い板４０２０、幾何学形状のパネル４０２２、および３次元構造４０２４の内の１つが、ボーリング場の天井、床または壁に配置されうる。
【０１５９】
図６０に示されている別のこのような環境は、舞台用セットを含む。舞台用セットとともに使用されると、ＬＥＤ４００６または４０１６の細長い板４０２０、幾何学形状のパネル４０２２、および３次元構造４０２４の内の１つが舞台４０６０の天井、床または壁に配置でき、さらにＬＥＤ４００６または４０１６の細長い板４０２０、幾何学形状のパネル４０２２、および３次元構造４０２４の内の１つが、舞台の天井、床または壁の残りのものに配置されうる。
【０１６０】
図６１に示されている別のこのような環境は、水泳用プール４０６１を含む。水泳用プールとともに使用されると、ＬＥＤ４００６または４０１６の細長い板４０２０、幾何学形状のパネル４０２２、および３次元構造４０２４の内の１つが、水泳用プール４０６１の床または壁に配置でき、さらにＬＥＤ４００６または４０１６の細長い板４０２０、幾何学形状のパネル４０２２、および３次元構造４０２４の内の１つが、水泳用プールの床または壁の内の残りの一方に配置されうる。
【０１６１】
図６２に示されている別のこのような環境は、宇宙飛行機４０６２５の貨物室４０６２を含む。宇宙飛行機の貨物室とともに使用されると、ＬＥＤ４００６または４０１６の細長い板４０２０、幾何学形状のパネル４０２２、および３次元構造４０２４の内の１つが、貨物室４０６２の天井、床または壁に配置でき、さらにＬＥＤ４００６または４０１６の細長い板４０２０、幾何学形状のパネル４０２２、および３次元構造４０２４の内の１つが、貨物室４０６２の天井、床または壁の残りの要素に配置できる。
【０１６２】
図６３に示されている別のこのような環境は、飛行機の格納庫４０６３を含む。飛行機の格納庫とともに使用されると、ＬＥＤ４００６または４０１６の細長い板４０２０、幾何学形状のパネル４０２２、および３次元構造４０２４の内の１つが、格納庫４０６３の天井、床、または壁の上に配置でき、さらにＬＥＤ４００６または４０１６の細長い板４０２０、幾何学形状のパネル４０２２、および３次元構造４０２４の内の１つが、格納庫の天井、床または壁の残りのものに配置できる。
【０１６３】
図６４に示されている別のこのような環境は、倉庫４０６４を含む。倉庫とともに使用されると、ＬＥＤ４００６または４０１６の細長い板４０２０、幾何学形状のパネル４０２２、および３次元構造４０２４の内の１つが、倉庫４０６４の天井、床または壁の上に配置でき、さらにＬＥＤ４００６または４０１６の細長い板４０２０、幾何学形状のパネル４０２２、および３次元構造４０２４の内の１つが、倉庫の天井、床または壁の残りのものに配置できる。
【０１６４】
図６５に示されている別のこのような環境は、地下鉄の駅４０６５を含む。地下鉄の駅とともに使用されると、ＬＥＤ４００６または４０１６の細長い板４０２０、幾何学形状のパネル４０２２、および３次元構造４０２４の内の１つが、地下鉄の駅４０６５の天井、床または壁の上に配置でき、さらにＬＥＤ４００６または４０１６の細長い板４０２０、幾何学形状のパネル４０２２、および３次元構造４０２４の内の１つが、地下鉄の駅の天井、床または壁の残りのものに配置できる。
【０１６５】
図６６に示されている別のこのような環境は、ボート港６０６６を含む。ボート港とともに使用されると、ＬＥＤ４００６または４０１６の細長い板４０２０、幾何学形状のパネル４０２２、および３次元構造４０２４の内の１つが、ブイ４０６６２、ドック４０６６４、ライト固定物４０６６６、またはボートハウス４０６６８に配置でき、さらにＬＥＤ４００６または４０１６の細長い板４０２０、幾何学形状のパネル４０２２、および３次元構造４０２４の内の１つが、ブイ、ドック、ライト固定物、またはボートハウスの残りのものに配置できる。
【０１６６】
図６７に示されている別のこのような環境は、暖炉４０６７を含む。暖炉とともに使用されると、ＬＥＤ４００６または４０１６の細長い板４０２０、幾何学形状のパネル４０２２、および３次元構造４０２４の内の１つが、暖炉の模造薪４０６７５、壁、または床の上に配置でき、スペクトル内の周波数が発生する際に炎の出現が擬似実現されるように、さらにＬＥＤ４００６または４０１６の細長い板４０２０、幾何学形状のパネル４０２２、および３次元構造４０２４の内の１つが、暖炉の模造薪、壁、または床の残りのものに配置されうる。
【０１６７】
図６８に示されている別のこのような環境は、自動車４０６８５の下面４０６８を含む。自動車の下面とともに使用されると、ＬＥＤ４００６または４０１６の細長い板４０２０、幾何学形状のパネル４０２２、および３次元構造４０２４の内の１つが、自動車が通行する道路表面の照明を可能とするために、自動車の下面に配置できる。
【０１６８】
モジュラーＬＥＤユニット４０００のライト・モジュール４００２のいくつかの特殊な実施形態は特定の環境に関連して説明されてきたが、まだ説明されていないが容易に想像できるライト・モジュールと環境の組み合わせだけではなく、多くのさまざまな環境の中で説明されたものに類似するライト・モジュールを使用することが当業者にとって明らかであることを理解されたい。
【０１６９】
前記から、複数の色を作り出すためのＬＥＤのＰＷＭ電流制御が、ネットワークのある、またはない無数の環境に組み込まれてよいことが理解されるだろう。本発明のいくつかの実施形態はここに説明されるが、その他の実施態様も本発明の範囲内にあることを理解されたい。
【０１７０】
本発明の別の使用法は電球としてである。適切な整流器および変圧手段を使用し、電力供給モジュールおよびライト・モジュール全体をエジソン固定型（ねじ固定型）電球収容部などの伝統的な電球の収容部に配置できる。各電球は、白を含む特定の色の電球として機能するために、特定のレジスタ値でプログラムすることができる。電流レギュレータは、所望の電流定格を与えることにより光輝度を予め設定するために、前もってプログラムすることができる。電球が、光の周囲への通過を可能にする透明なまたは半透明なセクションを有してよいことは当然である。
【０１７１】
図６９を参照すると、本発明の１つの実施形態において、スマート電球７０１が提供されている。スマート電球は、その中に処理装置０５および照明源７０７が置かれている収容部７０３を含み得る。収容部は電源への接続用のコネクタ７０９を含み得る。接続は、本明細書でいくつかのそれ以外の実施形態とともに開示されているデータ接続５００などのデータソースへの接続としての役割も果たしてよい。処理装置は、本明細書の他の個所に開示されているものなどの処理装置１６であってよい。スマート電球７０１は、ここに開示されているまたは含まれている多様な実施形態で使用されてよいライト・モジュール１００の１つの実施形態を形成してよい。
【０１７２】
ある実施形態では、収容部７０３は、ハロゲン電球などの従来の照明源用の収容部の形状に似るように構成されている。図６９に描かれている１つの実施形態では、コネクタ７０９が、従来のハロゲン電球用ソケットに嵌合するように構成され、照明源７０７は、図１に関連して前述されたＬＥＤシステム１２０などのＬＥＤシステムである。
【０１７３】
処理装置７０５は、前記図１の説明と関連して開示され、さらに本明細書の他の個所に説明されている処理装置１６に類似してよい。すなわち、本発明の１つの実施態様では、スマート電球７０１が、前記に開示されたライト・モジュールなどのライト・モジュール１００から成り立っている。しかしながら、スマート電球が多岐に渡るそれ以外の構成をとってもよいことを理解されたい。例えば、収容部７０３は白熱電球に似るように成形され、その場合、コネクタ７０９は、従来の白熱ライトのスロットの中にねじ込むためのねじのセットであり、照明源７０７は白熱電球の光源だろう。収容部７０３は、ヘッドランプ、懐中電灯、警報灯、信号灯等のような従来のいかなる電球や取付け具にも似るように構成されるだろう。実際、収容部７０３は、特定の照明または展示環境に適切な任意の幾何学的な構成を取りうる。
【０１７４】
処理装置７０５は、照明源の輝度、照明源７０７の色、および処理装置によって制御できる収容部７０３に含まれているそれ以外の特徴または要素を制御するために使用されてよい。本発明の実施形態では、処理装置７０５は、スペクトル内で任意の色を作り出すべく、異なる色の間ですばやく変光するため、あるいは所望の照明状態を作り出すために、照明源７０７を制御する。収容部７０３内に置かれ、処理装置７０５に付属する照明源は、前記に開示された一連のこのような源を含む、任意の種類の照明源を含むだろう。
【０１７５】
図７０に描かれている発明の実施形態では、スマート電球７０１は、処理装置７０５に接続されてよい受信機７１１および／または送信機７１３を備えてよい。受信機７１１は、データ信号を受信し、それらを処理装置７０５に中継することができる。受信機７１１が単に回路またはネットワーク接続へのインタフェースに過ぎなくてもよいこと、あるいは他の信号を受信することができる別個の構成要素であってもよいことを理解されたい。このようにして、受信機は、別の装置７１７からのデータ接続７１５によって信号を受信する。本発明の実施形態では、その他の装置はラップトップコンピュータであり、データ接続はＤＭＸデータトラックであり、データはスマート電球７０１にＤＭＸ−５１２プロトコルに従って送信される。それから、処理装置７０５は、照明源７０７を本発明のその他の実施形態に関連して前述された方法に類似した方法で制御するために、データを処理する。送信機７１３は、スマート電球７０１からデータ接続７１５上をその他の装置７１７までデータを送信するために処理装置７０５によって制御されてよい。その他の装置は別のスマート電球７０１、前述されたようなライト・モジュール１００、または信号データ接続７１５を受信できるそれ以外の装置であってよい。このようにして、データ接続７１５は、前記に開示された型のうちの任意の接続となるだろう。すなわち、通信リンクのために任意の電磁スペクトルまたはそれ以外のエネルギー伝送機構を使用すると、スマート電球７０１とその他の装置７１７の間にデータ接続７１５が提供されるだろう。その他の装置７１７は、警報システム、ＶＣＲ、テレビ、娯楽装置、コンピュータ、機器等のような、データを受信しデータに応答することができる任意の装置となるだろう。
【０１７６】
図７１を参照すると、スマート電球７０１は、同様に構成されているスマート電球の集合体の一部であってもよい。１つのスマート電球は、送信機７１１を使用することにより、１つまたは複数のそれ以外のスマート電球７０１の受信機７１３にデータを送信できる。このようにして、複数のスマート電球７０１は、マスタ／スレーブ配列で設置されてよく、それによりマスタスマート電球７０１は、１つまたは複数のそれ以外のスレーブスマート電球７０１の動作を制御する。スマート電球７０１間のデータ接続７１５は、図７０に関連して説明されたものを含む任意の種類のデータ接続７１５だろう。
【０１７７】
スマート電球７０１は、図７２に描かれるようなこのようなスマート電球７０１のネットワークの一部であってよい。処理装置７０５だけではなく、スマート電球７０１のそれぞれの送信機７１１および受信機７１３を使用することによって、ネットワーク７１８内のそれぞれのスマート電球７０１は、図７０の説明に関連して開示されたものに類似するデータ接続７１５上で問合わせを送受してよい。このようにして、スマート電球７０１は、スマート電球７０１が具備されているネットワークの構成を決定することができる。例えば、スマート電球７０１は、電球の内のどれがマスタであり、どれがマスタ／スレーブ関係でスレーブであるのかを判断するために別のスマート電球７０１からの信号を処理することができる。
【０１７８】
各スマート電球７０１には、追加処理機能が含まれていてもよい。例えば、各スマート電球７０１は、照明制御のために外部データ信号に反応されられる。例えば、図７３に描かれている実施形態では、光検知器７１９が、外部の照明の状態を感知するために窓７２２に近接して置かれてよい。光検知器７１９は、屋内空間７２５の照明を改変するため、光検知器７１９によって感知される外部照明状態を補償するため、あるいはそれ以外の場合それに反応するため、外部照明状態の変化を検出し、信号７２３を１つまたは複数のスマート電球７０１に送信することができる。このようにして、屋内空間７２５での室内ライトは、日の出または日没時に、それらの時の外部の照明状態での変化に反応してオンに切り替えられたり、色を変化させることができる。光検知器７１９に、色温度および外部環境の輝度を測定させ、ライト・モジュール７０１に類似した色温度および輝度を作成するように指示する信号７２３を送信させることもできるだろう。このようにして、室内のライトは、内部空間７２５での内部での日没を用いて外部の日没をそっくり真似ることができるだろう。このようにして、スマート電球７０１は、ここに説明されているそれ以外の実施形態に関連して開示されるように、多様なセンサとフィードバックの応用例で使用されてよい。
【０１７９】
図７４を参照すると、別の実施形態では、複数のスマート電球７０１がデータネットワーク７２７に置かれてよい。データネットワークは、制御装置７２９からの信号を伝播してよい。制御装置は、データネットワーク７２７に信号を送信できる任意の装置であってよい。図７４に描かれている実施形態の制御装置は、心電図（ＥＫＧ）機械である。ＥＫＧ機械７２９は、患者７３３の心臓の電気的な活動を測定する複数のセンサ７３１を有する。ＥＫＧ機械７２９は、ＥＫＧ機械７２９がセンサ７３１によって測定される電気的な活動の特定の状態を測定するときに、ネットワーク７２７でスマート電球７０１に制御データを送信するようにプログラムされうる。このようにして、例えば、電球は、通常の心臓の活動については緑などのある特定の色で照明するが、特定の心臓の問題を反映するために別の色に変色できるだろう。例えば、不整脈はスマート電球７０１への点滅する赤い照明信号によって反映され、脈拍が速い場合はスマート電球７０１への黄色い信号によって反映される等である。
【０１８０】
図７０に描かれているようなスマート電球は、独立方式でも動作するようにプログラムすることができる。このようにして、予めプログラムされた命令によって、スマート電球７０１は所望の方法で輝度の色を変化させ、このようにしてライトは１日の特定の時間に特定の色を輝かせるように設計できる等である。スマート電球７０１は、スマート電球７０１の状態を反映すべくスマート電球７０１からの照明を改変するためのアルゴリズムを含んでもよい。例えば、電球は、ＬＥＤシステム７０７がその耐用期間の最後に近い場合、電源に問題がある場合等に、特定の照明パターンを表示しうる。
【０１８１】
本発明は、任意の指定された環境条件の汎用指示灯として使用されてよい。図７５は、このような装置の一般的な機能ブロック図を示す。図７５に示されているのは、例示的な期間中の３色のＬＥＤのデューティー周期を示す例示的なチャートでもある。環境指示灯の一例として、電力供給モジュールを傾斜計に結合することができる。該傾斜計は、地球の重心に対する一般的な傾き角を測定する。傾斜計の角度信号は、Ａ／Ｄ変換器を通して変換でき、電力供給モジュールの処理装置１６のデータ入力に接続できる。それから、処理装置１６は、角度をＬＥＤ色レジスタ値に関連つけるルックアップテーブルを使用することによってそれぞれ別個の傾き角に異なる色を割り当てるようにプログラムすることができる。別の指示灯を使用するのは、容易に読み取ることのできる視覚的な温度表示を実現するためである。例えば、デジタル温度計は、処理装置１６に温度読取り値を提供するために接続できる。各温度はレジスタ値の特定のセット、したがって特定の色出力と関連付けられるだろう。複数のこのような「色温度計」を、３次元での温度の簡略な視覚的な検査を可能にするために、保管用冷蔵庫などの広い空間に位置させることができる。
【０１８２】
本発明の別の実施態様においては、信号発生装置は、光メータまたは温度計などの周囲状態の検出器であってよい。このようにして、照明状態は、周囲の状態に従って変化してよい。例えば、配列されたＬＥＤは、室内に入り込む外部太陽光が１日の終わりに減少するにつれて室内のライトを強めるようにプログラムされてよい。ＬＥＤは、フィードバック機構を通して色温度での変化も補償するようにプログラムされてよい。
【０１８３】
トランスデューサに結合されると、なんらかの周囲の状態をＬＥＤシステムに結びつける本発明の多くの実施形態が可能になる。ここに使用されている「トランスデューサ」という用語は、物理的な量を電気信号に変換するためのすべての方法およびシステムを含むと理解されたい。電気信号は、代わりに、電子回路によって操作され、アナログからデジタルへの変換器によってデジタル化され、処理のためにマイクロコントローラやマイクロプロセッサなどの処理装置に送信することができる。それから、処理装置は、本発明のＬＥＤシステムによって発せられる光の特徴を調節するために情報を送出することができるだろう。このようにして、例えば、外部の力、温度、分子番号、および電磁放射を含む環境の物理的な条件は、ある特定のＬＥＤシステムに対応させることができる。また、液晶、蛍光およびガス放出を含むそれ以外のシステムも使用できることに注意する。
【０１８４】
ある特定の実施形態では、熱電対、サーミスタ、または集積回路（ＩＣ）温度センサおよび本発明のライト・モジュール１００などの温度トランスデューサが、色温度計を作るために使用できる。前述されたように、このような温度計は、周囲温度を示すために、ＬＥＤシステムからある特定の色のセットを発するだろう。したがって、このようなＬＥＤシステムを有するオーブンまたは冷蔵庫の内側は、一定の温度に達しているときを示すために異なる色付きの光を発することができるだろう。
【０１８５】
図７６は、色温度計に関する一般的なブロック図を示す。要素１０００は、ＬＭ３３５のようなＩＣ温度センサである。これは、精度が−５５℃から１２５℃の範囲で約±１℃である、２端子温度センサである。ＬＭ３３５に関するさらなる情報は、Ｐａｕｌ ＨｏｒｏｗｉｔｚおよびＷｉｎｆｉｅｌｄ Ｈｉｌｌ著の研究論文、エレクトロニクスの技術（Ｔｈｅ Ａｒｔ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ）に記載されている。この研究論文の内容全体は本明細書に記載されているものとする。要素１００１は、ＩＣ温度センサからの電圧信号をバイナリ情報に変換するアナログからデジタルへの（Ａ／Ｄ）変換器である。前述されたように、これは、ＭＩＣＲＯＣＨＩＰブランドのＰＩＣ１６Ｃ６３などのマイクロコントローラまたはマイクロプロセッサ１００２、あるいは前述された処理装置１６などのそれ以外の処理装置に送られる。マイクロコントローラまたはマイクロプロセッサ１００２からの出力は、前述されたように、カリフォルニア州、サンタクララのナショナルセミコンダクター社から入手できる、高電流／電圧ダーリントンドライバー、パーツ番号ＤＳ２００３であるスイッチ１００３に進む。要素１００３はＬＥＤシステム１００４からの電流を切り替える。図７６の中で要素１００９として示されているのも、例示的な期間中の３色のＬＥＤのデューティー周期を示す例示的なチャートである。
【０１８６】
図７６の拡大図は、後続のその他の実施形態にも適用できる一般的な図である。これらの実施形態は、前述の異なった環境条件をＬＥＤシステムに関連付ける程度に、互いに類似している。異なる実施形態は、示されている環境条件に適切なさまざまなトランスデューサを所持するため、互いに異なる。このようにして、後続の実施形態においては、別の適切なトランスデューサが温度センサ１０００に代わる。
【０１８７】
電力供給モジュール（図７６には図示されていない）を色温度計に含むことができる。温度トランスデューサ１００からの信号は、Ａ／Ｄ変換器１００１によって変換され、電力供給モジュール内のマイクロコントローラ１００２のデータ入力に接続されることができる。それから、マイクロコントローラは、温度をＬＥＤ色レジスタ値に結び付けるルックアップテーブルを使用することにより、温度の範囲を別の色に割り当てるようにプログラミングすることができる。
【０１８８】
別の特定の実施形態では、差動変圧器、ストレインゲージ、または圧電装置などの力トランスデューサおよび本発明のＬＥＤシステムを、力の範囲を対応するＬＥＤシステムに結び付けるために使用できる。図７７は、本発明のＬＥＤシステム１０１２に接続されているＡ／Ｄ変換器１０１７に、さらに接続されている直線可変差動変圧器（ＬＶＤＴ）などの力トランスデューサ１０１１を有する、色速度計１０１０を示す。収容部１０１３は、力トランスデューサ１０１１およびＬＥＤシステム１０１２を収容する。収容部は、収容部および内容物を自転車のホイール１０１５などの回転する物体に固着するために、締め金具を有する。ホイールの縁１０１８に色速度計を固着できるようにする、ねじまたはリベットなどのその他の締め金具も使用できるが、図７７に図示されている締め金具は、クランプ１０１６である。
【０１８９】
このような色速度計１０１０は、多様な回転物体の角速度を「確かめる」ために使用できるだろう。このようにして、図７７の例でのように、力トランスデューサ１０１１に結合されているＬＥＤシステム１０１２は、ホイール１０１５の中心から少し離れて自転車ホイール１０１５に取り付けることができるだろう。トランスデューサ（図示されていない）の基準質量ｍは、力ｍω２ｒを発揮でき、すなわち角速度ωが確認できる。それぞれの異なる力または力の範囲から、ＬＥＤシステム１０１２から発せられているある特定の色が生じるだろう。このようにして、ホイールの縁１０１８は、角速度に応じてさまざまな色に見えるだろう。
【０１９０】
力トランスデューサを備える別の特定の実施形態は、色傾斜計１０１２が図示されている図７８に表されている。傾斜計１０２０は、本発明のＬＥＤシステム１０２２に接続されるＡ／Ｄ変換器１０２７にさらに接続されている、直線可変差動変圧器（ＬＶＤＴ）などの力トランスデューサ１０２１を有する。収容部（図示されていない）は、力トランスデューサ１０２１およびＬＥＤシステム１０２２を封入する。収容部は、収容部および内容物を、航空機など、その傾斜を求めることが希望される物体に固着するために、締め金具（図示されていない）を有する。例えば、締め金具は、傾斜計１０２０を例えば航空機操作卓に固定するために、ねじ、クランプ、リベット、または接着剤から成り立つだろう。
【０１９１】
電力供給モジュール（図示されていない）を傾斜計に接続することができる。傾斜計１０２０は、地球の重心に対する一般的な傾き角を測定する。傾斜計の角度信号は、Ａ／Ｄ変換器１０２７によって変換され、電力供給モジュール内のマイクロコントローラのデータ入力に結合される。それから、マイクロコントローラは、角度をＬＥＤ色レジスタ値に結び付けるルックアップテーブルを使用することによって傾き角を違う色に割り当てるようにプログラミングすることができる。色傾斜計は、航空機コックピット内でのように安全性のために、あるいは水中で揺れる帆船の帆を照明するためなどの新規性のために使用されてよい。
【０１９２】
別の実施形態においては、本発明のライト・モジュール１００は、磁場強度の指示灯としての色強度計で使用できる。図７９は、Ａ／Ｄ変換器１０３７を介してＬＥＤシステム１０３２に結合されている磁場トランスデューサ１０３１を有するこのような強度計１０３６を示す。磁場トランスデューサは、ホール効果プローブ、フリップコイル、または核磁気共鳴磁場強度計のいずれをも含むことができる。
【０１９３】
磁場トランスデューサ１０３１は、磁場強度を電気信号に変更する。この信号は、代わりに、Ａ／Ｄ変換器１０３７によってバイナリ情報に変換される。それから、情報は、磁場強度に対応する多様な色のライトを輝かせるためのＬＥＤシステム１０３２を制御するマイクロコントローラへの入力として送信することができる。この実施形態には、磁気共鳴装置、マグネトロン、および磁気的に集光されている電子装置などの動作するために磁場に頼る計器の動作においてだけではなく、地質学と予測の分野でも幅広い用途があるだろう。
【０１９４】
別の実施形態では、本発明のライト・モジュール１００は、図８０に示されている煙警報システムに使用できる。煙警報システム１０４０は、Ａ／Ｄ変換器（図示されていない）を介して本発明の１つの実施形態のＬＥＤシステム１０４２に電気的に結合されている、様々な電離型または光（光電）型のいずれかの煙検出器１０４１を備える。ＬＥＤシステム１０４２は、煙検出器１０４１に近接している必要はない。特に、煙検出器１０４１は発火する可能性がある室の中にあるが、ＬＥＤシステム１０４２が、警報されると有利だろう別の部屋、例えば寝室、または浴室の中にあってよい。
【０１９５】
当業者が理解するように、煙検出器１０４１は、電離型または光（光電）型という２つの型のどちらかであってよい。後者が使用される場合、その形状が通常、光感素子（例えば、光電池）が光源（例えば、ＬＥＤ）を「見る」のを防ぐ、煙検出器１０４１内の検出チェンバーが利用される。火から出た煙がチェンバーの中に入ると、光感素子がその光をすぐ検出できるように光を散乱させる。電離技術を利用する煙検出器１０４１内では、放射性材料が検出チェンバー内の１組の電極間の空気分子をイオン化する。結果として生じる荷電空気分子が、電流を電極の間で生ずることができるようにする。しかしながら、チェンバー内に煙が存在すると、荷電空気粒子の量が減少し、このようにして電流が減少する。したがって、両方の型の煙検出器で、電流の強さは検出チェンバー内の煙粒子の濃度を示す。この電流の強さを、ＬＥＤシステム１０４２を制御しているマイクロプロセッサに送信できるバイナリ情報に、Ａ／Ｄ変換器によって変換することができる。ルックアップテーブルを使用することによって、このバイナリ情報は、ＬＥＤシステム１０４２から発せられる、多様な煙濃度に対応する周波数の範囲を支配することができる。例えば、緑のライトまたは赤のライトを、煙粒子の濃度が一定の閾値を下回っている場合、あるいは上回っている場合に発することができる。本発明は、ある人物に、その人が煙検出器の警報を聞くことができない場合にも潜在的な火災を警告できるだろう（その人物は、例えば聴覚障害者であったり、音楽を聞いていたり、またはシャワーを浴びている場合がある）。また、従来の検出器は、２つの情報だけを伝える。つまり、警報はオフであるか、あるいは十分な煙が検出チェンバー内にある場合にオンである。また、本発明の煙警報システムは、特徴的な色を発することによって存在する煙の量についての情報も伝えるだろう。
【０１９６】
煙は、本発明のライト・モジュール１００によってその濃度を示すことができる粒子の１つの種類にすぎない。電離チェンバー、ガイガーカウンター、シンチレーター、固体検出器、表面障壁検出器、チェレンコフ検出器、ドリフトチェンバーなどのそれ以外の粒子検出器を使用すると、アルファ粒子、電子、またはｘ線またはガンマ線で表されるエネルギー光子などのその他の種類の濃度は、さまざまな色に着色されたＬＥＤライトによって表すことができる。
【０１９７】
本発明の別の特定の実施形態では、本発明のライト・モジュール１００は、着色されたライトを表示することによって溶液の酸性度を示すための電子ｐＨカラーメータを構築するために使用することができる。図８１は、Ａ／Ｄ変換器（図示されていない）を介してＬＥＤシステム１０５２に電気的に結合されているｐＨメータ１０５１を備えるカラーｐＨメータ１０５０を描く。
【０１９８】
電子ｐＨメータは、当業者にとって既知である種類であってよい。使用できる電子ｐＨメータの考えられる例は、デジタル測定値および自動温度較正を提供するコーニングｐＨベンチメータ４３０型である。該メータは、Ａ／Ｄ変換器によってデジタル信号に変換できるアナログレコーダ出力を生じさせる。それから、信号は、多様なｐＨレベルに対応する色を発することができるＬＥＤシステム１０５２を制御するマイクロコントローラに送信することができる。
【０１９９】
前述されたｐＨメータのほかにも、溶液中のある特定の種類の濃度に対応するアナログ信号を生じさせるイオン特殊電極を有するメータを使用することもできる。これらのメータは、典型的には、カリウム塩化物の濃縮溶液中に浸漬された塩化銀で銀被覆されている基準電極と指示灯電極の間で生じる電圧を測定する。該指示灯電極は、分析物イオンがそれを通って拡散できる膜によって分析物から区切られている。イオン特殊電極の種類を特徴付けるのは膜の性質である。電極の種類は、ガラス、液体イオン交換体、固体、中和キャリヤ、被覆ワイヤ、電界効果トランジスタ、ガス検出、または生体膜を含む。基準電極は、その濃度を多孔性のプラグまたはゲルを介して求めようとする溶液と交信することができる。前述されたように、本発明のためのＬＥＤシステムの実施形態は、ある特定のイオン濃度を多様な色の発光に結び付けるためにこのようなメータに電気的に接続させることができる。
【０２００】
別の特定の実施形態では、本発明のライト・モジュール１００は、ある物体の存在を示すための防犯システムを作り上げるために使用できるだろう。図８２は、識別バッジ１０６０、本発明のＬＥＤシステム１０６１、Ａ／Ｄ変換器（図示されていない）に接続されている電磁放射検出器１０６６と送信受信機１０６２、およびバッジ１０６０に対する電磁信号の受信送信機１０６４を有する防犯解除ネットワーク１０６３を備えるこのようなシステムを示す。
【０２０１】
送信受信機１０６２に反応する防犯解除ネットワーク１０６３は、ある時点である部屋に対する適切な防犯解除権限を有する個人を認識するものである。バッジ１０６０自体は、送信受信機１０６２、Ａ／Ｄ変換器に接続されている電磁放射検出器１０６６、および防犯解除ネットワーク１０６３に反応するＬＥＤシステム１０６１を含んでよく、その結果バッジ１０６０は、該個人がある特定の受信機に近接するための解除権限を有するかどうかに応じて色を変化させる。その上にＬＥＤシステム１０６１のあるＩＤバッジ１０６０は、それを付けている該人物が一定の領域の中にいることを「許可されている」かどうかに応じて制御ネットワークに応えて色を変化させ、その結果他の人がその人物がそこにいてよい人物かを判断する。これは、また、その人物が領域の周辺で「随行」されなければならないのか、あるいは自由にうろつくことができるのかも他の人に告げることができるだろう。利点は、１日の時間に基づいた制御、ゾーンに基づいた制御、および移動制御ゾーンまたは高速ゾーン修正という概念を含む点である。例えば、保守スタッフは、別の物体が存在していないときだけ領域内にいることが許されるだろう。例えば、軍事航空機格納庫では、清掃員は飛行機がそこにないときにだけ許可される可能性がある。別の例として、工場内の防犯ゾーンが、人々を安全に保つ目的のため使用されてよいが、工場が停止すると、さらに広い領域にアクセスできるようになる。
【０２０２】
別の実施形態では、本発明のライト・モジュール１００は、部屋の照明状態を変更するために使用されうる。図８３は、フォトダイオード、フォトトランジスター、光電子増倍管、チャネルプレート型増倍管、電荷結合素子、またはＬＥＤシステム１０７２に電気的に接続されているＡ／Ｄ変換器（図示されていない）にさらに接続されている強化シリコン増倍管ターゲット（ＩＳＩＴ）などの電磁放射検出器１０７１を描く。
【０２０３】
ライト・モジュール１００は、部屋に入り込む太陽光が１日の最後に減少するにつれて室内の光を強め、フィードバック機構を通して色温度での変化も補償するようにプログラミングされうる。特に、ユーザは、電磁放射検出器１０７１により特定の照明状態の色温度を測定し、所望の状態にある電磁放射検出器１０７１からの信号を特定し、本発明のマイクロプロセッサを電磁放射検出器１０７１に接続し、電磁放射検出器１０７１からの信号が所望の状態が得られた旨を示すまで多様な照明状態に亘って本発明のＬＥＤシステム１０７２を変光させる。ＬＥＤシステムを定期的に変光し、電磁放射検出器１０７１からの信号をチェックすることによって、ライト・モジュール１００を、室内での正確な照明状態を維持するようにプログラミングしてよい。
【０２０４】
別の実施形態では、室内灯または電話のライトは、電話をかけている人またはその意図を特定するのに役立つだろう。図８４は、本発明のＬＥＤシステム１０８２、直列または並列のどちらかである出力ポート１０８３、および呼出人ＩＤボックス１０８５へシステムを接続する接続ワイヤ１０８４を備える発色電話指示灯１０８０を示す。
【０２０５】
特徴的な色を発することによって、電話の呼出しがいつかけられているのか認識することができるだろう。このようにして、例えば呼出しが一定の電話からかけられている場合には、人は、ＬＥＤシステム１０８２が赤い光を発するようにライト・モジュール１００をプログラミングできるだろう。代わりに、呼出人の呼出しを緊急と指定したいという希望は、ある特定の色表示によって受信者に伝えられるだろう。このようにして、人は、ＬＥＤシステム１０８２に、例えば呼出人が呼出しを緊急であると指定した場合に赤い光を発するように、ライト・モジュール１００をプログラミングしてもよい。さらに別の電話の用途は、一連の色を、呼出人が待機していた時間の長さを受信機に示すことを含む。例えば、ＬＥＤシステム１０８２は、呼出人がそれぞれ１分未満、１分と２分の間、および３分以上待機していたのかどうかに応じて、緑、琥珀色、または赤い光を発することができるだろう。この最後の機能は、電話が複数の回線を有している場合に特に有効であり、保留にされていた多様な人々を追跡調査することは重要なことである。
【０２０６】
前記開示は、本発明のＬＥＤシステムを使用することによって示すことができるだろう物理的な状態を取り扱ってきた。また、このようにして示すことができるのは、加速度、音響、光度、化学、密度、転位、距離、キャパシタンス、充電度、伝導性、電流、場の強さ、周波数、インピーダンス、インダクタンス、電力、抵抗、電圧、熱、流量、摩擦、湿度、高さ、ライト、スペクトル、質量、位置、圧力、トルク、線形速度、粘度、風向、および風速を含むそれ以外のこのような状態である。
【０２０７】
本発明の実施形態では、信号発生装置は、電波域周波数信号または赤外線信号を通して電子装置を制御するために使用される従来型の遠隔制御装置である。該遠隔制御装置は、送信機、制御スイッチまたはボタン、および送信機に予め決定された信号を送信させる制御に対応するマイクロプロセッサおよび回路を含む。本発明のこの実施形態では、ＬＥＤを制御する１台または複数台のマイクロプロセッサは、回路を介して受信機に接続され、送信された信号に従って遠隔制御装置からの命令を処理、実行することができる。該遠隔制御装置は、ＬＥＤから形成され、遠隔制御装置から送られる信号の変化に対応して色または輝度を変化させる照明が施された、ボタンまたは制御装置などの追加の機能を備えてよい。このようにして、制御されている室内のライトの色を赤から青紫に変光させるために押されているレバー自体が、室内のライトに対応して変光してよい。この効果により、ユーザは、実際のＬＥＤが視認不能な状態、および他の光源からの干渉により制御されているＬＥＤの真の色が見にくい状態でも、ライトを制御できるようになる。
【０２０８】
本発明のその他の実施形態では、マイクロプロセッサを制御する信号用の入力装置は、制御および周辺環境設定のためのライトスイッチであってよい。特に、ダイヤル、スライドバー、レバーまたはトグルなどの物理的なライトスイッチの機構は、スイッチによって発生する外部信号に反応する１つまたは複数のＬＥＤを含み、その結果スイッチを使用して室内ライトのようなマイクロプロセッサ制御されたＬＥＤのアレイを変更すると、スイッチ自体が室内の変化に一致する方法で色を変える。信号は、多色ライト、モニター、テレビ等を制御するために使用できるだろう。制御した出力光に関連して色を変化させる任意の制御スイッチ、ダイヤル、ノブ、またはボタンは、本発明の範囲内である。
【０２０９】
本発明の別の実施形態では、入力制御装置は、バッジ、カード、または電波域周波数信号や赤外線信号その他の信号を本発明の配列されたＬＥＤを制御するマイクロプロセッサを制御する受信機に送信できるその他の物体を構成してよい。このようにして、バッジは、室内の色設定に対するインタフェースを構成する。バッジまたはカードは、個々のマイクロプロセッサの個人の照明の好みを反映する信号を送信するようにプログラミングし、その結果、人物がライト用の受信機に近接すると、室内のライトまたはその他の照明は、色または輝度を変更してよい。所望の照明環境の状態は、室内の照明ネットワークを介して自動的に複製される。バッジは、音楽の好み、温度の好み、防犯の好み等の個人に関連するそれ以外のデータも含み、その結果、バッジは該データを、信号に反応するネットワーク化された電子構成要素に結び付けられた受信機に送信するだろう。このようにして、室内に足を踏み入れることによって、個人は、ライト、音楽、および温度を、配列されたＬＥＤまたはその他のライト、コンパクトディスクプレーヤーまたは類似する音源、およびサーモスタットを制御するマイクロプロセッサによって自動的に変更できるだろう。
【０２１０】
本発明の別の実施形態では、配列されたＬＥＤが、エレベーターの床、天井、または壁に配置され、ＬＥＤは、床を示す電気信号に反応させられてよい。このようにして、エレベーター内（あるいは、光が当たる床、天井、または壁）のライトの色は、エレベーターの床に従って変化してよい。
【０２１１】
図８５に描かれている本発明の別の実施形態では、信号発生装置５０４は、テレビ信号、ステレオ信号、あるいはその他の従来の電子娯楽信号の発生器であってよい。すなわち、照明制御信号は、任意の音楽、コンパクトディスク、テレビ、ビデオテープ、ビデオゲーム、コンピュータウェブサイト、サイバーキャストまたはその他の放送、ケーブル、広帯域、またはその他の通信信号の中に埋め込むことができる。このようにして、例えば、マイクロプロセッサ用の信号は、テレビ信号が受信機によって処理されると、マイクロプロセッサが室内のライトに関する信号のテレビ信号の帯域幅の一定部分を処理するように、テレビ信号の中に埋め込まれてよい。この実施形態では、他の照明効果だけではなく、室内の色および輝度もテレビ信号を通して直接的に制御されてよい。このようにして、テレビ信号は、室内等に、信号存在中の一定の各点で減光し、それ以外の点で他の色に変光し、他の点で点滅するように指示してよい。信号は、各ＬＥＤを制御することができ、その結果、ここにさらに特に説明されている多様な効果が得られる。とりわけ、選択された色によるウォッシュが、一定のテレビシーンまたは映画シーンの間の視覚的な効果を高めることがある。例えば、映画の中、またはコンピュータゲームでの爆破シーンによって、室内のライトは、一定のシーケンスを点滅させるか、あるいは指定の色に変化される。映画の中での日没のシーンは、部屋のライトによって作り出される日の出によって真似できるだろう。代わりに、音楽ＣＤ、ＤＶＤディスク、オーディオテープ、またはＶＨＳテープは、部屋の色、輝度または照明位置データを含むことができるだろう。本発明は、照明環境、つまり特定のライトが、家庭内にあろうと、仕事場にあろうと、あるいは劇場内にあろうと、娯楽源に対応できるように、テレビ信号の中だけではなく、音楽、フィルム、ウェブサイトなどの他の任意の信号ベースの娯楽源の中にも埋め込まれてよい。
【０２１２】
図８５を参照すると、信号発生器５０４は、テレビ放送カメラなどの娯楽信号を発生できる任意の装置であってよい。図８６を参照すると、照明制御データは、データエンコーダまたはマルチプレクサ５０８を使用することによって信号発生器によって発生される信号に追加されてよい。テレビ信号およびその他の娯楽信号にデータを追加するための方法およびシステムは、当業者にとって既知である。例えば、聴覚障害者向けの字幕付きのテキストをテレビ画面の一部に表示させるために、テレビ放送信号の垂直帰線消去間隔の中に閉鎖型字幕データを挿入するための規格が存在する。類似した技法が、照明制御データをテレビ信号の同じまたは類似した部分に挿入するために使用できる。本発明の実施形態では、マルチプレクサが、テレビ回線の始まりを特定する水平同期パルスを検出し、パルスの後の所定時間量をカウントし、該パルス後の所定時間量のためのテレビ信号データを置換または補足する。このようにして、テレビ信号の上に重ねられた制御データの結合された信号が作成されてよい。他の種類の信号に、類似した技法を使用してよい。
【０２１３】
いったん信号が符号化されると、信号は、送信機、回路、電話回線、ケーブル、ビデオテープ、コンパクトディスク、ＤＶＤ、ネットワーク、または任意のタイプのその他のデータ接続５１２によって、ユーザの娯楽装置５１４の場所に送信されてよい。デコーダ５１８は、娯楽信号から照明制御データを分けるように設計されうる。デコーダ５１８は、閉鎖型字幕信号またはその他の結合信号を復号するために使用されるデコーダボックスに類似するデコーダボックスであってよい。このようなデコーダは、例えば、水平同期パルスを検出し、水平同期パルス後の時間をカウントし、娯楽装置５１４用のチャネルと照明制御データ専用の別のチャネルの間で出力チャネルを、水平同期パルス後の時間に応じて切り替えてよい。テレビ画面の上に重ねられた黒と白のピクセルの光学的な読取りなどの、結合された信号からデータを読み取るあるいは復号するためのそれ以外の技法が考えられる。照明制御データを娯楽信号から抽出、および照明制御データを娯楽信号に追加する任意のシステムが使用されてよい。それから、信号が従来の方法で再生されるように、娯楽信号は、娯楽装置５１４に中継されてよい。照明制御データは、一端娯楽信号からデコーダ５１８によって分離された後、照明モジュールまたは制御された照明のためのモジュール１００に中継されてよい。信号は、赤外線、電波域、またはその他の伝送によって、あるいは回路、ネットワーク、またはデータトラックによってなど任意の従来のデータ接続５２２によって、ライト・モジュール１００に中継されてよい。
【０２１４】
ここに提供されているシステムおよび方法は、照明制御を別の信号と結合するためのシステムを含む。１つのこのような実施形態は、ここに開示されている娯楽システムである。描かれている実施形態は娯楽システムであるが、情報目的、教育目的、業務目的またはそれ以外の目的に使用される信号などのそれ以外の信号も、ここに記載されるように照明制御信号と結合され、本明細書の開示事項の範囲内にあることを理解されたい。
【０２１５】
娯楽システムは、このような照明源５０１の群の一部である場合がある照明源５０１を含み得る。照明源５０１は、本発明のこの実施形態において、前記に開示されているもののようなライト・モジュール１００であってよい。図８５を参照すると、照明源５０１は、娯楽システム５６１が位置している空間５０３に参して開示されうる。該照明システムは、娯楽装置５１４だけではなく、照明源５０１を含み得る。照明源５０１は、照明源５０１を制御するための制御信号を受信するための受信機５０５を含み得る。制御信号は、電波域周波数信号、電気信号、赤外線信号、音響信号、光学信号、またはそれ以外の任意のエネルギー信号などの装置を制御することができる任意の種類の制御信号であってよい。
【０２１６】
娯楽システム５６１は、受信信号を復号し、送信機５２２によって該信号を照明源５０１に送信することができるデコーダ５１８を含み得る。照明システムは、さらに、図８６および図８５に概略形式で描かれている信号発生器５０４を含み得る。信号発生器５０４は、それがビデオ信号であるのか、音声信号であるのか、データパケットであるのか、それ以外の信号であるのかに関係なく、任意の形式の娯楽信号を生成してよい。図８５に描かれている実施形態では、信号発生器５０４は、衛星５０７に送信されるテレビ信号を生成する。図８６を参照すると、信号発生器５０４は、マルチプレクサを含んでよく、信号発生器５０４からの信号を制御データ発生器５０９からの制御データと結合してよいエンコーダ５０８と結び付けることができる。それから、符号化された信号５０８は送信機５１２によってデコーダ５１８に送信されてよい。デコーダ５１８によっていったん復号されると、信号は、娯楽信号成分と照明制御データ成分に分割し直されうる。娯楽信号は、回路またはその他の娯楽手段によって娯楽装置５１４に送信されてよい。制御データは、送信機、回路、ネットワークまたはその他の従来の接続５２２によって、図８６に描かれている実施形態では前記に開示されるようなライト・モジュール１００である照明源に送信されてよい。その結果、照明源５０１によって作り出される照明が、娯楽装置５１４上で再生される娯楽信号に整合できるように、照明制御は娯楽信号と結び付けられる。このようにして、例えば、部屋のライトは、テレビに表示されているプログラムで発生するイベントの変化に合わせて同時に変化するように同期され、制御されてもよい。
【０２１７】
任意の種類の娯楽信号が、照明源５０１の娯楽装置５１４による制御を可能にするために制御信号と結合または多重化できることが認識される必要がある。例えば、娯楽装置は、テレビ、コンピュータ、コンパクトディスクプレーヤー、ステレオ、ラジオ、ビデオカセットプレーヤー、ＤＶＤプレーヤー、ＣＤ−ＲＯＭドライブ、テーププレーヤー、またはその他の装置であるだろう。娯楽装置５１４が、娯楽以外の目的のための１つまたは複数の前記信号のための表示用の装置であることを理解されたい。このようにして、描かれている実施形態は娯楽装置５１４であるが、教育目的、情報目的、あるいはそれ以外の目的および装置が、ここに開示されている範囲内にあることを理解されたい。データを結合するため、データを送信するため、および装置５１４と照明源５０１によって使用するためのデータを復号するための特定のシステムは、特定の用途に依存することを理解されたい。このようにして、図８５および図８６で描かれている実施形態で使用されている送信機は、回路、ネットワーク、あるいは復号化された信号を接続または送信するためのそれ以外の方法またはシステムで置き換えられるだろう。同様に、デコーダ５１８と照明源５０１の間の接続は、送信機、回路、ネットワーク、またはデータを照明源５０１に送達するそれ以外の接続方法でもよい。
【０２１８】
制御データを生成する照明制御ドライバ５０９は、照明源５０１を制御するためにデータを生成することができる任意のデータ生成プログラムであってよい。本発明の実施形態では、制御ドライバは、図６に関連して開示されているものに類似し、照明がライト・モジュール１００の照明源となる。このケースでは、データは、ＤＭＸ−５１２プロトコルに従って送信されるだろう。
【０２１９】
図８７に描かれている本発明の実施形態では、エンコーダ５０８が、信号がテレビ信号である実施形態で概略形式で描かれている。この実施形態では、ビデオ信号５１１は、信号発生器５０４から５１３で装置に入る。制御データ５１５は、５１７において照明制御ドライバ５０９からエンコーダ５０８に入ってよい。それ以外のデータまたは信号は、５１９と５２１から入ってよい。これらのそれ以外の信号は、エンコーダ５０８を制御するため、制御装置５０８の運転モードを変更するため、あるいはそれ以外の目的のために使用されてよい。それ以外の信号５２１は、ビデオ信号５１１に関係するなんらかのそれ以外の形式の多重化信号である場合もある。例えば、ほかの信号５２１はビデオ信号と多重化されるだろう、閉鎖型字幕または文字多重化されたデータであってもよい。エンコーダ５０８は、同期検出器５２３を含み得る。同期検出器５２３は、ビデオ信号５１１内の水平同期パルスを検出してよい。それから、同期検出器は信号５２５をタイミングおよび制御回路５２７に送信してよい。
【０２２０】
タイミングおよび制御回路５２７は、同期検出器５２３によって検出される水平同期パルスの後の時間の所定量をカウントし、一連のゲートまたはスイッチ５２９、５３１、５３３、および５３５を制御してよい。特に、タイミングおよび制御回路５２７は、その他のゲートを閉じたままにしておく一方で、ゲート５２９，５３１、５３３および５３５の内の１つを開くために使用されてよい。このようにして、図８７のノード５３７での信号は、ゲート５２９、５３１、５３３および５３５の中で開放ゲートを有する信号５１１、５１５、５１９および５２１のうちから特に選択された信号を表す。異なるゲートを異なるときに開放、閉鎖することによって、タイミングおよび制御回路５２７は、出力信号の異なる点でさまざまなデータを捕捉する５３７で結合された信号を生成できる。
【０２２１】
実施形態では、本発明は、該信号を適切なフォーマットに変換するため、あるいは使用するための適切な信号強度を提供するために、アナログからデジタルへの変換器５３９、増幅器５４１、あるいはその他の１つまたは複数の構成部品を含み得る。最終結果は、複数の種類のデータを反映する出力結合信号５４３である。実施形態では、結合信号は、ビデオ信号５１１を図８５に描かれている照明源５０１を制御することができる照明制御データ５１５と結合したものである。
【０２２２】
図８８を参照すると、タイミングおよび制御回路５２７の動作の描写が行われている。信号５１１、５１９，５１５および５２１のそれぞれにとって、信号のゲートは、同期検出器５２３による同期パルスの検出後の所定時にオンまたはオフ（つまり、開放または閉鎖）に保たれてよい。タイミングおよび制御回路は、このようにして、同期パルスの検出後の時間期間をさまざまな信号に割り当て、ゲート５２９、５３１、５３３および５３５の１つだけが任意の特定の時に開く。このようにして、ビデオ信号５１１用のゲートは、同期パルスの検出直後の時間、およびゲートの開閉後の時間、開いている。データ信号５１９、制御データ５１５およびその他の信号５２１用のゲートは、順番に開放することができ、他の任意のゲートと同時に開くゲートは１つもない。このアプローチは、図８７および図８８の概略図によって反映されているように、構成信号５１１、５１９，５１５および５２１の間の干渉なしに結合信号を確立する。
【０２２３】
図８９を参照すると、デコーダ５１８の実施形態が提供される。この実施形態では、デコーダ５１８は、ビデオ信号用のデコーダボックスである。５４５での受信信号は、図８７のエンコーダ５０８によって作成される結合信号であってよい。検出器５４７は、結合信号５４５の中の水平またはその他の同期パルスを検出し、制御回路５５１のタイミングを確立するために信号５４９を制御回路５５１に送信してよい。結合信号５４５は、到着時間に応じて、またはその他の情報を使用して受信結合信号５４５を処理してよい、タイミングおよび制御回路５５１に送信されてもよい。１つの実施形態では、デコーダは、同期検出器５４７によって決定されるように、到着の時間に従って受信信号を分離してよい。したがって、図８８に描かれるようにゲートの開放のタイミングを符号化することによって、タイミングおよび制御回路５５１は、ビデオ、制御データ、およびその他のデータを到着の時間に従って分離することができる。このようにして、タイミングおよび制御回路５５１は、ビデオ信号５５３を娯楽装置５１４に送信できる。該タイミングおよび制御回路５５１は、同様に、制御データ５５５を、前記に描かれているもものようなライト・モジュールであってよい照明源５０１に送信することができる。それ以外のデータは、別の装置５５７に送ることができる。
【０２２４】
それ以外の要素は、タイミングおよび制御回路５５１とそれぞれの装置の間に含むことができる。例えば、デジタルからアナログへの変換器５５９が、タイミングおよび制御回路５５１と娯楽装置５１４の間に置かれれば、アナログ信号の娯楽装置５１４での使用を可能にするだろう。図８９に描かれているタイミングおよび制御アプローチは、結合信号を復号する多くのアプローチのうちの一例に過ぎないことを理解されたい。例えば、信号はデータパケットである場合があり、そのケースではパケットは、それがどの照明源５０１を制御することが意図されるのかを指定する情報を含む、信号の種類に関する特定の情報を含むだろう。このケースでは、タイミングおよび制御５５１はデータパケットを受け入れ、適切な装置に出力するためのシフトレジスタを含むだろう。
【０２２５】
図８５から８９に描かれている実施形態は、単に例証的であり、このようなシステムを作成するための回路またはソフトウェアの多くの実施形態は、当業者に容易に明らかになるだろう。例えば、データを信号の中に挿入するための多くのシステムおよび方法が既知である。例えば、閉鎖型字幕データ、垂直間隔時間コードデータ、非リアルタイムビデオデータ、サンプルビデオデータ、北米基本テレテックス仕様データ、ワールドシステムテレテックスデータ、欧州放送組合データ、およびニールセン自動化測定ラインナップデータ、およびエントリビデオ信号を含むために提供される。１つのこのようなシステムが、その開示内容が本明細書に参照により記載されている、Ｎｕｂｅｒらへの米国特許番号第５，８４４，６１５号に開示されている。テレビ信号内で信号をネスト化するためのシステムおよび方法も既知である。１つのこのようなシステムは、その開示内容全体が参照により本明細書に記載されている、Ｓｍａｌｌらへの米国特許番号第５，８０８，６８９号に開示されている。その他の応用例は、映画、音楽、またはビデオ信号であってよい、一定の音響データが信号と結合されるサラウンドサウンドを含む。このようなサラウンドサウンドシステムは、当業者にとって既知である。このようなシステムは、その開示内容全体が本明細書に参照により記載されている、Ａｍｂｏｕｒｎらへの米国特許第５，７０８，７１８号に開示されている。照明源を制御するための照明制御ドライバによって作成される照明制御情報を伝播することもできる装置を制御するために、データを信号とを重ね合わせるすなわち結合するための任意のシステムが、本発明の範囲内にあると理解されたい。
【０２２６】
テレビの実施形態では、テレビ信号のさまざまな部分がさまざまな目的のために使用される。信号のある部分は、画面上に表示される可視画像のために使用される。別の部分は音声信号に使用される。もう一つはオーバースキャン領域である。もう一つの部分は垂直帰線消去間隔である。別の部分は水平帰線消去間隔である。信号の任意の部分は、データを伝播するために使用できる。ある実施形態では、データは、画面の表示と干渉しない、水平帰線消去間隔または垂直帰線消去間隔などの部分の１つに位置している。しかしながら、典型的なテレビがテレビ信号の表示部分のすべてを表示しないことは既知である。したがって、テレビ表示信号の初期部分も、娯楽装置５１４のユーザが見る画像の見た目を実質的に害することなく、照明制御データで置換されうるだろう。
【０２２７】
実施形態では、ユーザは、光検知器を使用して特定の照明状態の色温度を測定し、所望の状態にある光検知器から信号を特定し、本発明の処理装置を光検知器に接続し、本発明の配列されたＬＥＤを、光検知器からの信号が、所望の状態が得られたことを示すまで多様な照明状態に亘って変光してよい。ＬＥＤを定期的に変光し、光検知器からの信号をチェックすることによって、本発明の配列されたＬＥＤは、室内で正確な照明状態を維持するようにプログラミングできる。この照明補償機能は、多くの技術的な分野で有効である場合がある。例えば、写真家は、暖かい色が際立つ日没近くなどの理想的な状態を光検知器を使って測定し、本発明の配列されたＬＥＤを使用してそれらの正確な状態を所望されるように確立し直すことができるだろう。同様に、手術場面での外科医は、特定の種類の外科手術のために理想的な照明状態を確立し、それらの照明状態を制御されたやり方で確立し直すまたは維持することができるだろう。さらに、本発明の配列されたＬＥＤの柔軟なデジタル制御のために、任意の数の照明状態が、維持または再確立のためにプログラミングされうる。このようにして、写真家は、所望される効果に応じて一連のオプションを選択し、外科医は、外科的状態に応じてさまざまな照明状態を選択することができる。例えば、異なる物体は、異なる色の光の下では異なる鮮明度を有する。外科医が高いコントラストを求めている場合には、照明状態は、外科手術で見られなければならないさまざまな要素の間での最大のコントラストを作り出すためにプログラミングし直すことができる。代わりに、外科医、写真家、またはそれ以外のユーザは、状態が最適に見えるようになるまで幅広い範囲に亘って照明状態を変光してよい。
【０２２８】
短い間隔で、および幅広い範囲の色で連続して、あるいは別個に照明状態を変える能力は、制御された照明に依存するフィールドの数多くの技術的な優位点を可能にする。制御された照明の分野での本発明の一定の実施形態は、以下の通り述べられる。
【０２２９】
本開示は、さらに高精度照明のためのシステムおよび方法を提供する。高精度照明とは、ライトを指定された目標に向け、所定の効果を達成するシステムおよび方法を含むと理解されたい。本発明は、照明されている領域内で過剰な熱を発しない光源を提供する。本発明は、更に、照明のために使用されている光の色の容易な交番を提供する。本発明は、さらに、耐久性があり、操作可能な装置を通して目標材料に照明を送達する。
【０２３０】
本発明は、ＬＥＤシステム、処理装置、および位置決定システムを含む、材料を照明するためのシステムを提供する。ＬＥＤシステムは、スペクトル内の一連の周波数を生成するために適応され、処理装置はＬＥＤシステムに供給される電流量を制御するために適応され、その結果、そこに供給される特定の量の電流はスペクトル内の対応する周波数を生成し、位置決定システムはＬＥＤシステムを材料との空間関係で配置することができ、それによってＬＥＤシステムは材料を照明する。１つの実施形態では、処理装置は材料の特徴に関係する信号に反応することができる。ある実施形態では、位置決定システムは、操作者の身体の一部によって方向づけられることが可能である。別の実施形態では、位置決定システムは遠隔制御システムを含むことができる。別の実施形態では、ここに説明されている照明システムは、ロボット視覚システムを含むことができる。
【０２３１】
本発明は、ＬＥＤシステムを提供する工程、処理装置を提供する工程、それによってＬＥＤシステムが材料を照明するＬＥＤシステムを材料との空間関係で配置する工程、およびＬＥＤシステムから光を生じさせる工程を含む、材料を照明するための方法を提供する。前述されたように、ＬＥＤシステムは、スペクトル内の一連の周波数を生成するために適応され、処理装置はＬＥＤシステムに供給される電気量を制御するために適応され、その結果、そこに供給される特定量の電流がスペクトル内の対応する色を生成する。１つの実施形態では、該方法は、画像捕捉システムを提供することを含み、そこでは、画像捕捉システムは材料の画像を記録するために適応されている。方法の実践は、材料を照明するためにスペクトル内の周波数の範囲を決定する工程と、スペクトル内で対応する色を生成するためにＬＥＤシステムを制御する工程を含みうる。これらの方法によって照明されている材料は、生物学的物質を含むことがある。該生物学的物質は、生きている生物体を含む場合がある。開示されている発明の方法は、材料の中で作り出される照明状態を選択する工程、材料をＬＥＤシステムによって作り出される一連の周波数で照明する工程、およびＬＥＤシステムによって作り出される一連の周波数から色の組を選択し、それによって色の組が材料の中で前記照明状態を作り出す工程を含みうる。本発明の方法の実践は、選択された色の組で材料を照明するという追加工程を含むことがある。
【０２３２】
本発明は、評価のために材料の領域を選択する工程、材料の領域をＬＥＤシステムで照明する工程、領域から反射されある光の少なくとも１つの特徴を決定し、そこでは該特徴が色と輝度を含む群から選択される工程、および該領域から反射される光の特徴を既知の光パラメータの組と比較し、それによって既知の光パラメータの組が前記材料の特徴に関連付けられる工程を含む、材料を評価するための方法を提供する。方法の１つの実施形態によれば、既知の光パラメータのセットは、材料の異常な特徴に関係する。１つの実施形態では、評価される材料は生物学的物質を含む。
【０２３３】
本発明は、電源、電源に接続されているＬＥＤシステムを含む、身体の部分を照明するためのシステムを提供し、前記ＬＥＤシステムは、身体の組織、身体の部分を照明するために身体の部分と近接してＬＥＤシステムを配置するために適応されている医療器具、およびＬＥＤシステムを制御するためのマイクロプロセッサを照明するために適応されている。１つの実施形態では、マイクロプロセッサは、身体の部分の特徴に関する信号に反応する。身体の部分の特徴は、構造上の状態である場合がある。１つの実施形態では、身体の部分は生体内で照明される。１つの実施形態では、身体の部分は、管腔を含む。ある実施形態では、医療器具は身体の空洞の中での挿入のために適応されている。
【０２３４】
本発明は、評価のために身体の部分の領域を選択する工程、ＬＥＤシステムで身体の部分の領域を照明する工程、領域から反射される光の少なくとも１つの特徴を決定し、そこでは特徴が色と輝度を含む群から選択される工程、および領域から反射される光の特徴を既知の光パラメータの組と比較し、そこでは既知の光パラメータの組が身体の部分の状態に関連付けられる工程を含む、身体の部分の状態を診断するための方法を提供する。方法の１つの実施形態では、既知の光パラメータのセットは身体の部分の病理学的な状態に関係する。方法は、患者に薬物を投与し、そこでは薬物が身体の部分に送達され、それによって薬物が身体の部分の領域から反射される光の特徴を改変する追加工程を含むことがある。
【０２３５】
本発明は、スペクトル内で一連の周波数を生成するためのＬＥＤシステムを提供する工程、一連の色から色の組を選択し、それによって色の組が材料の中で変化を生じさせる工程、変化を生じさせる上で効果的であるために所定の時間期間、ＬＥＤシステムで材料を照明する工程を含む、材料内での変化を達成するための方法を提供する。１つの実施形態では、照明されている材料が生物学的物質を含むことがある。該生物学的物質は、生きている生物体を含むことがある。該生きている生物体は、脊椎動物であることがある。１つの実施形態では、方法は、生きている生物体を取り囲む環境を照明する工程を含むことがある。
【０２３６】
本発明は、スペクトル内で一連の周波数を生成するために複数の発色半導体ダイを備えるＬＥＤシステムを提供する工程、一連の色から色の組を選択し、それによって色の組が患者の中で治療効果を生じさせる工程、および患者の領域を、治療効果を上げる上で有効であるために所定の時間期間色の組で照明する工程を含む、患者の状態を治療するための方法を提供する。ある実施形態では、患者の領域は患者の外面を備える。別の実施形態では、患者の領域は、身体の部分を備える。これらの方法の１つの実施形態に従って、患者に薬物を投与することができ、そこでは該薬物が患者の領域に送達され、それによって該薬品が患者の領域を色の組で照明することによって達成される治療効果を改変する。
【０２３７】
本発明は、電力端子、ＬＥＤシステム、ＬＥＤシステムに結合されている電流シンク、電流シンクを通る電流の流れを可能にする活性化信号に反応する入力を備える電流シンク、改変可能なアドレスを有するアドレス指定可能な制御装置、入力に接続され、タイミングサイクルの所定部分に活性化信号を生成するためのタイマーを有する制御装置、さらに改変可能なアドレスに対応してタイミングサイクルの所定部分を示すデータに反応する受信機を備えるアドレス指定可能な制御装置、および材料との空間関係で、ＬＥＤシステムを配置することができ、それによってＬＥＤシステムが材料を照明する位置決定システムを含む照明システムを提供する。
【０２３８】
本発明のそれ以外の実施形態は、部分的には、以下に述べられ、部分的には、以下の説明から当業者にとって明らかだろう。
【０２３９】
以下に描かれている実施形態では、ＬＥＤシステムはスペクトル内の一連の色を生成するために使用される。用語がここに使用されているように、「ＬＥＤシステム」とは、発色半導体ダイのアレイを指す。発色半導体ダイは、発光ダイオード、つまりＬＥＤとも呼ばれる。発色半導体ダイのアレイは、１つの構造上のユニットにともに分類される複数の発色半導体ダイを含むことがある。代わりに、発色半導体ダイのアレイは、複数の構造上のユニットを備え、それぞれが少なくとも１つの発色半導体ダイを備えていてもよい。ＬＥＤシステムは、さらに、複数の構造上のユニットを備え、各ユニットは複数の発色半導体ダイを備えていてもよい。少なくとも２つの原色ＬＥＤが使用される限り、任意の照明色または表示色が、各色のＬＥＤが発する光輝度を予め選択するだけで生成できる。さらに、前記明細書に部分的に説明されたように、各色のＬＥＤは、ＰＷＭ矩形波のデューティー周期に応じて、多数の異なる輝度のどれかで光を発することができ、最大輝度のパルスはＬＥＤに最大電流を通すことによって生成される。ここに使用されるように、用語明度は、光の輝度を指すと理解される。一例として、前記に部分的に説明されるように、ＬＥＤのまたはＬＥＤシステムの最大輝度は、ライト・モジュール上にある処理装置のためのプログラミング抵抗を使用する最大許容電流のための上限値を調整するだけで便利にプログラミングすることができる。
【０２４０】
本発明の１つの実施形態では、多色照明システムが、材料を照明するために提供される。ここでいう用語「照明」および「照明する」は、直接的な照明、間接的な照明または透過照明のいずれをも指し得る。照明は、可視、紫外線、赤外線その他を含むあらゆるスペクトル放射周波数を含むと理解されたい。照明は、任意の範囲のスペクトル周波数を含むエネルギーを指してよい。照明は、直接的に見たり、測定することができ、それによって見る人またはセンサによって観測される反射光は、表面に関して入射光の角度と実質的に同等な角度で反射されたものである。照明は間接的に観測され又は測定され、これにより、観測者やセンサーによって観測される反射光は、表面に関して入射光の角度とは異なる角度で反射されたものである。直接照明または間接照明は、材料の表面に向けることができる。表面は、身体の一部または地質学上の形成物などの自然に発生する表面である場合がある。代わりに、表面が装置の表面である場合がある。表面は３次元トポロジーを持つことがある。表面には、複数の物体を固着することができる。
【０２４１】
ここで言う用語「材料」は、照明の目標となりうる可能な限りのあらゆる材料を包含する。用語「透過照明」は、光が少なくとも部分的に材料を通して向けられる照明方法を指し、そこでは材料を通過した後の光の特徴が、観測者またはセンサによって観測される。透過照明の一例として、経皮的内視鏡下胃ろう造設管を配置する部位を特定できるように、胃鏡からの照明を、胃壁およびその上に重なっている柔らかな組織を通して照射することができる。透過照明のもう一つの例として、光は、ある組織の塊の表面に、それが嚢胞性であるのか中実であるのかを判断するために向けることができる。嚢胞性の塊は光線を通すと言われており、すなわち、光が塊を通過して、入射光の場所から離れた場所にいる観察者によって視認可能となる。
【０２４２】
図９０は、照明システム２０２０の実施形態を描く。図９０に示されている実施形態は、位置決定システム２０１０、制御モジュール２０１２、ＬＥＤアセンブリ２０１４および目標材料２０１８を示す。図９０に示されている実施形態では、目標材料２０１８は装置の表面として表されている。目標材料２０１８が任意の材料であってよく、示されている実施形態に制限されないことは当業者には明らかだろう。図９０では、照明システム２０２０の実施形態は、入射光２０２２を材料２０１８に向けることが示されている。図９０はさらに、センサシステム２０２４およびＬＥＤシステム２０２８を備えるＬＥＤアセンブリ２０１４を示す。1つの実施形態では、複数のＬＥＤまたはＬＥＤのアレイがＬＥＤシステム２０２８を成し、各ＬＥＤは、制御モジュール２０１２によって制御されている。ＬＥＤシステム２０２８はスペクトル内で一連の色を生成するために複数の発色半導体金型を備えると理解されている。ＬＥＤシステム２０２８は、先に開示されたライト・モジュール１００またはスマート電球７０１を備えることができる。図９０に示されている実施形態では、センサシステム２０２４は、材料２０１８からセンサシステム２０２４に反射される光の特徴に関連する信号を提供することができる。代替実施形態ではセンサシステム２０２４は、材料２０１８のそれ以外の特徴に応答することができる。センサシステム２０２４はＬＥＤシステム収容部に固定できるか、あるいはセンサシステム２０２４はＬＥＤシステム２０２８に並列して配置できる。ＬＥＤシステム２０２８を基準にしたセンサシステム２０２４のその他の配置は、当業者によって容易に考えられる。代わりに、センサシステムを提供しない実施形態も可能である。
【０２４３】
図９０は、さらに位置決定アーム２０３２、制御モジュール２０１２、およびＬＥＤシステム２０２８に電気信号を送信しＬＥＤシステム２０２８にデータ信号を送信することのできるＬＥＤケーブル２０３４を描いている。オプションとして、データ信号は、センサシステム２０２４からセンサモジュール（図示されていない）へ送られ得る。ＬＥＤケーブル２０３４はこれらのセンサ信号を伝搬することができる。示されている実施形態での制御モジュール２０１２は、ＬＥＤシステム用の処理装置、ＬＥＤシステム用の電源、センサシステム用のセンサモジュール、およびセンサシステム２０２４によって受信される信号を上記の処理装置に関連付けるための処理装置を備えることができ、その結果、センサモジュールによって受信される信号はＬＥＤシステム２０２８の出力特徴に影響を及ぼす。制御モジュールは、さらに位置制御装置（図示されていない）を含むことがある。示されている実施形態では、位置決定システム２０１０は、位置決定アーム２０３２、位置制御装置および位置決定ケーブル２０３８を備える。位置決定システムのこの描写は例示的にすぎない。ここで言う位置決定システムとは、照明されている材料に対しある空間関係でＬＥＤシステムを配置することができ、それによってＬＥＤシステムが材料を照明する任意のシステムを含むと理解される。したがって、位置決定システムは、ＬＥＤシステムを配置することができる任意の種類の装置を含み得る。位置決定システムは、ＬＥＤシステムを照明されている材料に対しある空間関係で配置することができる操作者を含んでもよく、それによってＬＥＤシステムが材料を照明する。位置決定システムは、照明されている材料に対しある空間関係でＬＥＤシステムを配置するためにＬＥＤケーブルが適応化されている場合、そのようなＬＥＤケーブルをさらに含み得る。
【０２４４】
照明されている特定の材料の特徴に適合する複数の位置決定システムが、当業者によって考えられ得る。例えば、微視的外科手術のために適用されている位置決定システムは、手術のための顕微鏡に取り付け、顕微外科医からの位置決定入力を受け取るのに適した制御モジュールによって制御することができる。微視的外科手術またはその他の外科的な処置で使用される位置決定システムの１つのオプションとして、フットペダルシステムが、フットペダル動作式ボタン、ペダルまたはスライドのどれかを使用して位置決定入力を提供することができる。代替オプションとして、顕微外科医は、無菌技法を妨げることなく、手動制御装置を手動で処理できるように、手動制御装置を無菌プラスチックバッグまたはシートで覆うことによって無菌領域での配置に適応することができる。
【０２４５】
位置決定システムの一例として、標準的な外科ライト固定物に、ここに開示されているようなＬＥＤシステムを具備させることができる。標準的な外科ライト固定物は、照明されている材料に対しある空間関係でＬＥＤシステムを配置することができ、それによってＬＥＤシステムが材料を照明する。この位置決定システムは、外科医学分野の当業者によく知られている標準的な方法で手動で調整することができる。代わりに、位置決定システムは、別個の制御モジュールから入力される信号に応じて制御される場合もある。該位置決定システムは、制御モジュールへの直接的な入力に応じて、あるいはセンサ装置に対して伝送される信号への応答として、操作者によって指定される材料を照明するためにその位置を変更することができる。位置決定システムのその他の実施形態は、当業者によって構想できる。用語「位置決定システム」の範囲は、この図に示されている実施形態によって制限されるものではない。複数のそれ以外の位置決定システムが、ここに説明されているシステムおよび方法と同様に含まれ得る。
【０２４６】
図９０は、ＬＥＤアセンブリ２０１４が、位置決定アーム２０３２の末端に位置する位置決定システム２０１０の実施形態を示す。この実施形態では、位置制御装置が、その空間位置を調整するために位置決定アーム２０３２に信号を伝送することができる。これらの信号は、位置決定ケーブル２０３８を通して伝搬することができる。代わりに、信号は赤外線によって、電波域周波数によって、あるいは当該技術分野において既知であるそれ以外の方法によっても送信できる。制御モジュール２０１２への遠隔アクセスは、照明システム２０２０を、例えば海中における用途または航空宇宙用の用途でかなりの距離から制御できるようにする。遠隔アクセスは、照明システム２０２０が不適当なまたは好ましくない環境で動作しているときにも照明システム２０２０の制御を可能にする。制御モジュールへの遠隔アクセスは遠隔制御を成すと理解される。遠隔制御のための技法は、当業者にはよく知られている。
【０２４７】
示されている実施形態では、位置決定アーム２０３２は、その３次元運動を可能にする複数の関節２０４０を有する。示されている実施形態では、関節２０４０は、特定の技術用途によって必要とされる柔軟性を提供するように配列されている。位置決定は、図９０に描かれている機構のほかにもそれ以外の機構で達成することができる。これらの機構は、当業者にはよく知られている。図９０で描かれているように、位置決定アーム２０３２の近端部は基部２０２６に固定されている。位置決定アーム２０３２を基部２０２６に繋ぐ関節は、その他の関節２０４０によって可能となる運動の軸に平行あるいは垂直な軸に沿った運動を可能とするように配列され得る。
【０２４８】
図９０に描かれている位置決定システムは、ここに説明されているシステムの１つの実施形態にすぎない。当業者によって理解されるように、複数のそれ以外の実施形態が利用できる。１つの実施形態では、位置決定システム２０１０は、薄板または鉄骨の評価などの大型のものに適用するべく構成できる。代わりに、位置決定システム２０１０は、顕微鏡による位置調整のために適応することができる。照明システムによって提供されている光は、複数の精密用途のために使用できる。照明パターンの細かい３次元制御は、光を３次元的な位置に正確に向けることができる。代替実施形態では、センサモジュールからの信号を、位置制御装置を制御または起動するために使用することができ、その結果、受信されたセンサデータに応じてＬＥＤアセンブリ２０１４を動かすように位置決定システム２０１０を動作させることができる。ＬＥＤシステム２０２８を備える照明システムは、目標材料２０１８の視認化を容易にするために所定の着色光の選択を可能にする。照明システムの実施形態により実現される閃光効果は、動的なプロセスの凍結フレーム画像技術を可能にするか、あるいは従来の画像技術の様式を使用して獲得される画像の解像度を高めることができる。
【０２４９】
照明システムの実施形態は、顕微鏡写真を撮影するために使用することができる。本発明の別の実施形態では、照明システム２０２０は、ロボット視覚システム用途の品質を高めるために使用され得る。製造工程中の半導体チップの位置検出、バーコード行列の読取り、製造中のロボット装置の位置検出等の多くのロボット視覚システム用途では、ロボットカメラが、形状またはコントラストを識別するために、およびそれに応じて反応するために必要とされる。さまざまな照明状態が、このような視覚システムに劇的な影響を及ぼすことがある。このようなシステムの精度を高めるための方法は、複数の異なる閃光照明シーケンスの元で撮影された複数の暗画像と明画像の連続によって１つのカラー画像を作成することを含む。例えば、ユーザは赤のフレームを得るために赤いストロボ光を、緑のフレームを得るために緑のストロボ光を、および青のフレームを得るために青のストロボ光を閃光させることができる。閃光効果は、ロボット視覚システムに必要とされる画像のロボットカメラによる解像度の上昇を可能にする。それ以外の実施形態も、本発明の範囲を逸脱することなく当業者によって構想される。
【０２５０】
図９１は、制御モジュール２０１２の概略図をさらに詳細に示す。示されている実施形態では、制御モジュール２０１２が、電源２０４４、ＬＥＤ用の第1マイクロプロセッサ２０４８、位置決定アームの末端に固定されているセンサからの信号の受信に適したセンサモジュール２０５０、および位置制御装置２０５２を入れる収容部２０４２を提供する。示されている実施形態は、センサモジュール２０５０によって受信されるデータを、ＬＥＤシステムを制御するためのデータに関係つけるための第２マイクロプロセッサ２０５４を特に設けている。位置制御装置２０５２は、位置決定アームの３次元位置を調整するために適応されている。位置制御装置２０５２は、外部ソースから信号またはデータを受け取るための入力装置２０５８を含み得る。一例として、データは、操作者によって操作される制御パネルから入力できる。データは、位置決定システムが移動するように命令される３次元座標の形式を取る場合もあれば、当業者によって構想されるそれ以外の任意の形を取ることもある。また、データは、位置決定システムが移動するように命令される３次元座標を特定するために計算を実行する、コンピュータプログラムを通して入力されることもできる。入力装置２０５８は、コンピュータを用いた３次元シミュレータまたはバーチャルリアリティ装置を通して受け取られるデータを受け取るように構成することができる。入力装置２０５８のさらなる例は、本発明の範囲を逸脱することなく、当業者によって構想されうる。図９１に描かれている制御モジュール２０３０は、さらに、位置決定アームの末端に固定されているセンサからの信号の受信に適しているセンサモジュール２０５０を有している。センサモジュール２０５０は、上記に部分的に説明されたように、任意の種類の信号を受信するように構成することができる。センサモジュール２０５０は、照明されている表面によって反射される光の輝度を測定するための光メータを備えることがある。他のセンサモジュールおよびセンサシステムは、本発明の範囲から逸脱することなく利用できるが、センサモジュール２０５０は、比色計、分光光度計、または分光器を備えることがある。分光光度計は、物質または溶液によって伝送または反射される特定の波長の光の輝度を測定し、光を吸収する物質内での材料の量の定量基準を提供するための計器であると理解される。センサモジュール２０５０の中で受け取られるデータは、材料の特徴を評価するためにも使用できる。１つの実施形態では、センサモジュール２０５０は、データ出力を出力装値２０６０に提供するように構成することができる。出力データは、当業者によく知られているアルゴリズムを使用する既知の値の組と比較可能な値を含んでいてもよい。出力データと既知の値の組の関係性は、照明システムによって照明されている材料についての有意義な情報を生み出すように規定することができる。
【０２５１】
図９２は、操作者の身体の一部によって方向づけることのできる照明システム２０５６の実施形態を描いている。図９２に示されている実施形態は、操作者の手２０６２に保持されている照明システム２０５６を描く。示されている実施形態では、ＬＥＤシステム２０６４は、操作者の手２０６２の中に置かれた、材料２０７０の方に向けることのできる手持ち式ワンド２０６８の末端に配置されている。ＬＥＤケーブル２０７２は、ＬＥＤシステム２０６４を電源（図示されていない）に接続する。ＬＥＤケーブル２０７２は、電力信号およびデータ信号をＬＥＤシステム２０６４に伝送する。代替実施形態においては、センサが、前述されたように、データ感知手段を提供するために手持ち式ワンド２０６８の末端に配置され得る。センサからの信号は、ある実施形態では、ＬＥＤケーブル２０７２を通して伝送できる。しかし別の実施形態では、手持ち式ワンド２０６８はビデオ画像技術用の画像技術システムを含むことができる。この画像技術システムは、例えば、ビデオ画面上でのリアルタイム画像の表示を可能にすることができる。代わりに、この画像技術システムは、適切なソフトウェア構成およびハードウェア構成を通した静止画像または動画の捕捉を可能にすることもできる。材料２０７０を多岐に渡る色で照明すると、前記に部分的に説明されたように、大幅に異なる画像が生じることがある。照明システム２０５６によって提供される光を閃光すると、静止画像の捕捉が可能になり、解像度の上昇が可能になる。手持ち式システムは、操作者の手２０６２を使用することが、照明システムを配置する上で有利である任意の用途に使用することができる。ある実施形態では、システムは、図９２に示されているように完全に手で持つことができる。代替実施形態では、ＬＥＤを担持するワンドを、それを支える枠組に固定することができ、それによってワンドの配置が、操作者の手による直接的な操作によって容易になる。しかし別の実施形態では、照明システムは、バンドまたは手袋によって操作者の手の上に載せることができ、その結果、照明システムの位置は、操作者の手の移動によって管理することができる。その他の実施形態では、照明システムは、それによって方向づけられるその他の身体の部分に固定または保持することができる。
【０２５２】
本発明の別の実施形態では、ＬＥＤは照明を必要とする製品に近接して表示される。このようにして、改善された懐中電灯、ライトリング、リストバンド、または手袋は、ユーザが、理想的な状態が認識されるまで製品での照明状態を変えることができるようにするＬＥＤのアレイを含むことができる。本発明のこの実施形態は、ユーザが、外科手術、機械的な組み立て、または修理などの表面に近接してユーザの手を使って作業することを必要とされる用途、特にユーザが大きな光源を使用できない場合あるいは製品が従来のライトによって生じる熱に敏感である場合に、特に貴重である可能性がある。
【０２５３】
材料を照明するための方法の１つの実施形態では、ＬＥＤシステムが、前述されたように使用できる。この実施形態によれば、ＬＥＤシステムおよび処理装置が提供される。このため、この方法の実践には、ＬＥＤシステムを照明される材料に対してある空間関係で配置することが含まれることがある。配置は、手動でまたは機械的に行われ得る。機械的な配置は、操作者からの入力によって駆動できる。あるいは、機械的な配置は、データの組または電子的に提供されているアルゴリズムの組で駆動することができる。第1マイクロプロセッサが、ＬＥＤシステムを制御するために具備され得る。ある実施形態では、位置決定システムを照明される材料に関して配置するために第２マイクロプロセッサが具備され得る。しかし別の実施形態では、第３マイクロプロセッサが、センサシステムからのデータ入力または制御パネルからの入力を処理するために具備され得る。各マイクロプロセッサは、それぞれのほかのマイクロプロセッサに関係付けられることができ、その結果１つの機能の変更を、他の機能の変更に関係付けることができる。
【０２５４】
１つの実施形態による方法は、さらに、材料の画像を記録するための画像捕捉システムを提供することを含み得る。ここで言う画像捕捉システムは、フィルムを用いた方法を使用する技法、デジタル方法を使用する技法、および画像捕捉のための任意の他の方法を使用する技法を含む。画像捕捉システムは、さらに、電子信号の組として画像を記録する方法を含む。このような画像は、例えば、コンピュータシステムに存在することがある。現在の技術では、ビデオ画像はフィルム上で、ビデオとして磁気テープ上で、あるいはデジタルフォーマットで捕捉できる。アナログ技術を使用して捕捉される画像は、デジタル信号に変換され、デジタル形式で捕捉することができる。画像は、いったん捕捉されると、さらに例えば、Ａｄｏｂｅ ＰｈｏｔｏｓｈｏｐＴＭなどのＰｈｏｔｏｍａｎｉｐｕｌａｔｉｖｅソフトウェアを使用して処理することができる。Ｐｈｏｔｏｍａｎｉｐｕｌａｔｉｖｅソフトウェアは、好ましい視覚的な特徴を高めるための画像の修正を可能にするために技術分野でよく知られている。いったん捕捉された画像は、紙、ＣＤ−ＲＯＭ、フロッピーディスク、その他のディスク記憶装置システムを含む多岐に渡る媒体を使用して公表できるか、インターネット上で公表できる。ここで言う記録という用語は、恒久的であるのか、一時的であるのかに関わらず、任意の画像の捕捉を指す。画像捕捉システムは、さらに、フィルムを用いた方法、ビデオテープ、デジタル方法を使用するのか、あるいは移動中の画像を捕捉するためのそれ以外のあらゆる方法を使用するのかに関係なく、移動中の画像を記録するそれらの技術を含む。画像捕捉システムは、さらに、移動画像からの静止画像の捕捉を可能にするそれらの技術を含む。ここでいう画像という用語は、複数の画像を含むことがある。１つの実施形態として、照明されている材料が、フィルムを用いた方法を使用して写真撮影される、写真撮影システムが提供され得る。この実施形態では、ＬＥＤシステムは移動する材料の動作停止写真撮影を可能にするように閃光できる。
【０２５５】
代替実施形態では、センサシステムは、材料によって反射される光の特徴を特定するために配列することができ、ＬＥＤシステムは、材料が所望の写真効果を達成するために最適に照明されるように、所望の光の特徴の組を再生するために制御することができる。産業上の効果および医療上の効果を達成することができるが、この影響は美的な効果であってもよい。例えば、手術室内での周囲光の特徴の組は、外科医によって特定され、手術中に複製することができる。一定の種類の照明状態は、一定の手術にはより適している場合がある。別の例として、写真撮影は、写真照明に一定の特徴を与えるために、ＬＥＤシステムを使用して実施することができる。この技術に関して周知であるように、一定の光の色調と色相が写真撮影のために一定の色を強調表示する。写真撮影に使用される、異なる照明システムは、異なる色調と色相を写真に記録させることができる。例えば、白熱照明は、より赤みを帯びた皮膚の色調を作り出すことで知られており、一方蛍光照明は青っぽい皮膚の色調を作り出すことが知られている。ＬＥＤシステムは、ある照明環境から別の照明関係で、写真被写体の一貫した色調と色相を提供するために使用することができる。それ以外の所望の写真効果も、当業者によって構想され得る。
【０２５６】
材料を照明するための方法の１つの実施形態として、所定の範囲の色をスペクトルの中で選択できる。それから、ＬＥＤシステムは、これらの色を生成し、材料をそれによって照明するために制御することができる。照明される材料は、非生物学的物質である場合がある。ある実施形態では、化学反応またはその成分の試薬がこの方法に従って照明することが可能で、それによって照明は化学反応の特徴に影響を及ぼすと理解されたい。別の実施形態では、照明の方法を生物学的物質に向けることができる。ここに使用されているように、用語生物学的物質とは、生物学に関係する任意の物質を含む。用語生物学は、生命および生きている生物体の現象に関する科学のことを指す。したがって、生物学的物質は、細胞、組織、器官、体の一部、細胞の要素、生きている生物体、生物学上の産物、生物学的物質によってまたはバイオテクノロジーを通して作り出される化学的または有機的な材料、あるいはそれ以外の任意の生物学に関係する物質を含み得る。しかしながら、さらに、用語生物学的物質は、生きている生物体から抽出された物質を含み、もう生きていない物質を含む、かつて生きている生物体の一部であった物質を指すこともある。病理学上の種は、用語生物学的物質に包含される。生きている生物体は、生物学的物質のある特定の実施形態として現れるが、この使用法は、それがここに使用されるように用語生物学的物質の範囲を狭めることを意図しない。生物学的物質を照明するための方法の１つの実施形態では、その生物学的物質は生きている生物体である場合がある。生きている生物体は、細胞、微生物、植物、動物、またはそれ以外の任意の生きている生物体を含む。
【０２５７】
材料を照明するための方法の実施形態として、所定の所望される照明状態を選択することができ、材料は、所望された状態が達成されるまで一連の色で照明されうる。一連の色は、この方法に従って選択することができ、それによって選択された色は所望の状態を作り出すことができる。要すれば、この実施形態の追加工程は、所望の効果を上げるために、材料を選択された色で照明することを含む。この方法は、非生物学的物質にも生物学的物質にも適用することができる。
【０２５８】
生きている生物体を照明するための方法は、その構造、生理機能、または心理的かけひきに特殊な影響を及ぼすことがあると理解されたい。生きている生物体を照明するための方法の実施形態として、これらの技術は、細胞、微生物、植物または動物に向けることができる。これらの実施形態は、制限なく、微生物用途、クローン用途、細胞培養、農業用途、水産養殖、家畜用途または人的用途を備えることができる。一例として、植物の成長は、それらが浴びて成長している光のスペクトルを正確に制御することによって加速することができる。図９３は、それによって複数のＬＥＤシステム２０７４が温室環境で育てられている果実をつける植物２０７８に照明を与えるこの方法の実施形態を示す。これらの植物２０７８につく果実２０８０の大きさおよび数は、図９４に示されている方法の結果に有利にたとえられ、そこでは自然光２０８２で照らされている果実をつける植物２０７８はより小さく、より少ない果実２０８０を付けると観察される。追加例として、培養組織での細胞の成長は、細胞または媒体を一定のスペクトル品質を有する光で照明することによって改善することができる。その他の例として、最善の繁殖と動物の健康が、スペクトル内の色の範囲で物質を照明することにより達成できる。しかも別の例として、水槽内の海洋種のためにその起源の水の中の光のスペクトルを複製すると、捕獲期間中のその寿命を大幅に伸ばすことができる。例えば、紅海のスペクトルは、ケープコッドの水中のスペクトルとは明らかに異なることが分かっている。この方法の実施形態によれば、紅海の照明状態は、健康な効果をもって紅海の種が入った水槽で複製することができる。追加例として、生物体の約２４時間周期で変動するリズムは、対象の生物を変化するスペクトル特徴の光で照明することによって呼び覚ますことができる。
【０２５９】
照明方法の実施形態として、材料は、評価される材料の領域を選択し、その領域をＬＥＤシステムで照明し、その領域から反射される光の特徴を判断し、色およびまたは輝度というそれらの特徴を、評価されている材料の特徴に関係する既知の光パラメータのセットと比較することによって評価することができる。評価されている特徴が、通常の特徴または異常な特徴である場合がある。一例として、1本の歯の完全性は、腐食しているそれらの領域を特定するために歯にある特定の色の光を向けることによって評価することができる。材料の構造状態は、それらの材料を照明し、反射光の中の異常を捜すことによって評価できる。この方法の実施形態は、生物学的物質に適用できる。例えば、法医学においては、多様な種類の歯のための詰め物は、それらが特定のスペクトルの光をどのように反射するのかによって区別することができる。これにより、法廷で用いる目的のための歯科記録に基づき識別を行うことができるようになる。生物学的物質に関係するこの方法の実施形態は、これ以降にさらに詳細に説明されるように、多岐に渡る医療上の用途で使用するために適応する。
【０２６０】
本発明の別の実施形態では、前記に部分的に説明されたように、多色照明器が外科的照明のために提供される。異なる体の器官の相対的な色のコントラストは、典型的には低い。色の状態を制御されたやり方で変更することによって、外科医または助手は、内部器官と外科用器具を含む重要な外科的な特徴の可視性を最大限にするためにこの相対的なコントラストを強めることができる。このようにして、外科医が手術中に神経組織を避けようとしている場合、神経組織の色とそれ以外の組織の間の最大明示コントラストを作り出すように設計される光は、最大の精度を可能にするだろう。本発明の外科の光は、大型劇場のライトなどの任意の従来の構成である場合もあれば、内視鏡、外科手袋、衣服または外科用メスなどの外科用の器具に取り付けられる場合もある。
【０２６１】
図９５は、本発明に従ってからだの部分を照明するためのシステムの1つの実施形態を描く。この図案は、ＬＥＤシステムを体の一部に近接して配置するための医療器具、ここではＬＥＤシステム２０８８がその収縮面２０９０の前面に固着されている従来の外科用開創器２０８４を示す。照明されている外科用開創器２０８４は、技術で周知であるリチャードソン型の開創器に似ている。それ以外の医療器具も、これらのシステムおよび方法の範囲から逸脱することなく、ＬＥＤシステム２０８８を担持するために利用することができる。ＬＥＤシステムを担持する医療器具は、体の一部を照明するために使用することができる。
【０２６２】
図９５に描かれている実施形態では、従来の外科用開創器２０８４が、ここでは肝臓２１０４の端縁として描かれている、体の組織の体節を持ち上げて示されている。ＬＥＤシステム２０８８からの照明は体の一部、ここでは胆嚢２１１０および肝門２１１２に向けられている。ここに使用されているように、用語体の一部とは、体の任意の部分を指す。該用語は、その体の一部が解剖学上の用語で記述されているのか、生理学上の用語で記述されているのか、あるいは局所解剖学上の用語で記述されているのかに関係なく、任意の体の一部を含むと意味される。体の一部は、肉眼的であるのか、顕微鏡的であるのかに関係なく、任意の大きさであってよい。用語体の一部は、生体内または生体外の体の部分を指すことがある。用語生体外は、その体の一部が生きているのか、あるいは生きていないのかに関係なく、体から取り除かれた任意の体の部分を指すと理解されたい。生体外の体の一部は、移植用または再植用の器官を含むことがある。生体外の体の一部は、病理学上の、あるいは法医学上の種を含むことがある。生体外の体の一部は試験管内での体の一部を指すことがある。用語体の一部は、さらに、器官の解剖学的な構成要素を指すと理解されたい。一例として、虫垂は腸として知られている器官の解剖学的な構成要素であると理解される。
【０２６３】
示されている実施形態では、肝門２１１２は、体の一部である解剖学的な領域である。肝門２１１２は、門脈２１１４、肝臓の動脈２１１８、肝神経叢、肝管、および肝リンパ管を含む、複数の他の体の一部を担持すると理解される。肝臓２１０４からの肝管２１２０および胆嚢２１１０からの胆嚢管２１２４は集束し、総胆管２１１８を形成する。すべてのこれらの管は、用語がここに使用されているように体の一部である。これらの体の一部を互いから区別するのは、一定の外科的な状況では困難である場合がある。描かれている実施形態では、ＬＥＤシステム２０８８は、関連する体の部分の特定を容易にするために、胆嚢処置の間に肝門２１１２に向けられる。異なる色の光を別個の体の部分に向けることによって、操作者は、さらに容易にどの体の部分がどれなのかを決定できるようになり、この決定は外科手術に必要不可欠なものである。
【０２６４】
これらの照明システムの複数のそれ以外の用途は、関連する技術の当業者によって容易に構想できる。図９５に描かれている実施形態は、開放外科処置で使用されている手持ち式の開創器２０８４を示しているが、ここに記述されている照明システムは、内視鏡手術、胸腔鏡検査または腹腔鏡検査において起用できる。肝門２１１２などの１つの部位での多様な体の部分の間の区別は、腹腔鏡検査処置の間には特に困難である場合がある。代替実施形態として、関連する解剖学的な構造を、腹腔鏡検査用の計装に固着されているＬＥＤシステムを使用し、それによって一部切除される構造および腹腔鏡検査手順中に保存される構造の特定を容易にして照明することができる。
【０２６５】
それ以外の内視鏡用途は、当業者に明らかだろう。例示的な実施形態として、ＬＥＤシステムは、胃腸器官内での、心臓血管器官内での、気管気管支器官内での、または尿生殖器の器官内での管内の解剖学的構造の評価のために、内視鏡計装と組み合わせることができる。管腔とは、後者の用語の意味の範囲内での体の一部であると理解される。用語管腔とは、中空の管状構造の内部の空間を指すと理解されたい。用語体の一部は、さらに、管腔を取り囲む中空の管状の構造の壁を含む。照明システムの皮下での使用は、内視鏡による筋皮の皮膚弁の上昇中に体の部分を特定できるようにするために構想できる。特定されたこのような体の部分は、神経、血管、筋肉およびそれ以外の組織を含むことがある。それ以外の実施形態は、ここに開示されているシステムの範囲から逸脱することなく当業者によって容易に構想できる。
【０２６６】
図９５では、ＬＥＤシステム２０８８は、開創器２０８４の収縮面２０９０の下面のうえに取り付けられている開創器２０８４の末端の端縁に配列されて示されている。この配列は、体の組織、ここでは肝臓２１０４の端縁にかかる収縮力がＬＥＤシステム２０８８に影響を与えないように、開創器２０８４の収縮面２０９０を体の組織、ここでは肝臓２１０４の端縁とＬＥＤシステム２０８８の間に挟む。示されている実施形態でのＬＥＤシステム２０８８は、開創器の収縮面２０９０に沿って直線状に配列される。ここでは、電力供給コード２１０８が、開創器２０８４のハンドル２１０６と一体化されて示されている。ここに記述されているシステムは、本発明の範囲から逸脱することなく、複数の医療器具のために適応させることができる。例えば、可鍛性の開創器またはディーバー開創器がＬＥＤシステムを担持することができる。特殊化された外科用途のためのそれ以外の開創器は、特定の外科の必要性に適合する収縮面に関する任意の配列にあるＬＥＤシステムを担持するために同様に適応することができる。一例として、ＬＥＤシステムは、プローブが収縮の機能を果たさない特定の組織を照明するための可撓プローブの上に取り付けることができる。実施形態では、ＬＥＤシステムは、経皮的なアクセスおよび皮下の切開の後に、腋下の、または鼠けい部位でのリンパ節に向けることができ、これらのリンパ節を、悪性の黒色腫の黒色の組織との置換部位など、リンパ節の特徴を優先的に照明するために選択された明るい色で照明する。リンパ節の照明は、同時に、最小限の侵襲性技法を使用して、内視鏡検査またはビデオによる内視鏡検査を通して同時に評価し、それによってその結果後遺症を伴う完全な手術によるリンパ節切除に対する必要性を削減することができる。この例は、ここに開示されている技術の用途の実施形態の例証として提供されるが、それ以外の例および例証は本発明の範囲に該当するこれらの技術分野の当業者によって考案することができる。
【０２６７】
ＬＥＤの複数の配列は、本発明の範囲から逸脱することなく、当業者によって構想できる。ＬＥＤアレイは、外科器具によって目標器官に近接して配置されることが可能である。ここに使用されているように用語近接は、目標となる身体の一部に向けられている照明が、操作者によって意図される臨床上の目的を達成する上で効果的であるように、近いことの度合いを指す。このようにして、目標の体の一部への近接は、操作者の医療上の判断によって決定される。ＬＥＤシステムは熱を生じさせないため、それは、組織に損傷を与えずに、目標となる体の部分およびそれ以外の体の部分にきわめて近くに配置することができる。実施形態では、照明アセンブリは、熱による損傷を生じさせずに微視的な外科的構造に向けることができる。ＬＥＤシステムから使用可能な光の輝度は、ＬＥＤシステムが、操作者の臨床目的を達成するためにどれほど近くに配置される必要があるのかに影響を与える特徴である。
【０２６８】
代替実施形態として、ＬＥＤシステムは医療器具のそれ以外の特徴と組み合わせることができる。ここで言う用語医療器具は、外科用の器具を包含する。例えば、ＬＥＤシステムは、手術で使用される焼灼装置または煙吸引器と組み合わせることができる。図９６は、装置の複数のそれ以外の部分をＬＥＤシステムと組み合わせる外科用の器具の１つの実施形態を描く。図９６では、外科技術では周知であるボビー焼灼アセンブリ２１３２が描かれている。焼灼アセンブリ２１３２は、焼灼先端２１３４および手持ち式ワンド２１３８を含む。標準様式のワンド２１３８に埋め込まれているのは、制御ボタン２１４０のアレイであり、配列は当業者によく知られている。手持ち式ワンド２１３８の末端にはＬＥＤシステム２１４４がある。ＬＥＤシステム２１４４への電力信号およびデータ信号は、手持ち式ワンド２１３８の上位面に固着されているＬＥＤケーブル２１４８を通して伝搬される。ＬＥＤケーブル２１４８は、ボビー電力供給コード２１５２と、計器の近端で接合し、単一の統一された装置ケーブル２１５０を形成する。代替実施形態では、ＬＥＤケーブルは、ボビー電力供給コード２１５２と近接するボビーワンド収容部２１３６内に具備することができる。
【０２６９】
描かれている実施形態は、外科医がＬＥＤ光をある特定の構造に向け、焼灼切開の部分としてそれを解剖学的に特定できるようにする。ＬＥＤシステム２１４４のスペクトル容量は、例えば、血管を特定する上で有効である。組織の中に埋め込まれている血管は、特に特定するのが困難である場合がある。外科医は、脈管構造を浮き彫りにするために選択されるＬＥＤからの光を向ける一方で、示されている実施形態の焼灼先端２１３４で切開することができる。組織自体は、ＬＥＤシステム２１４４からの光照明に対する構造の各セットの反応に基づき、脈管構造から区別可能だろう。切開を必要とする組織と保存されなければならない血管の間のコントラストは、ＬＥＤシステム２１４４からの光照明によって浮き彫りにされるだろう。したがって、外科医は、焼灼切開により境界を越えて伸びるにはどの構造が安全なのかを特定することができるだろう。このようにして、外科医は、外科的な処置によって必要とされるように、血管をさらに容易に保存できるだろう。代わりに、外科医は組織に埋め込まれている血管を特定し、それらを超えて広がる前に、それらを効果的に凝固または結さつするために予防措置を講じることができるだろう。示されている実施形態は、ＬＥＤシステムを利用する、組み合わされた外科装置の考えられる配列の一例を表しているに過ぎない。それ以外の配列は、当業者によって構想できる。特殊化された外科応用例の場合、特殊化された組み合わせが必要となることがある。例えば、特定の器具は、神経外科およびマイクロサージャリーで利用されている。図９６の描かれている実施形態に示されている同じ原理が、これらの目的に適切な外科危惧の製作に適用できる。
【０２７０】
代替実施形態として、ＬＥＤシステムは、照明されている体の一部のいくつかの特徴と相関する信号を提供するセンサシステムと組み合わせることができる。一例として、図９３Ｃは、鼻腔内のまたは下垂体の腫瘍２０９８を評価するために鼻導通管２０９４に挿入されている鼻の内視鏡２０９２に固着されているＬＥＤアセンブリ２１００を示す。内視鏡２０９２は、この図では、外鼻孔２０９６を通って進入し、鼻の気道２０８６を通り抜けて示されている。腫瘍２０９８は、ここでは、鼻の気道２０８６の上位面で示されている。ＬＥＤアセンブリ２１００は、ＬＥＤシステム（図示されていない）およびセンサシステム（図示されていない）を備えることができる。ＬＥＤシステムは、鼻腔内の構造およびトルコ鞍内の構造を一連の色で照明することができるが、センサシステムは反射光の特徴に関するデータを提供することができる。腫瘍２０９８は、それが、それを照明するために使用されている光の範囲をどのように反射するのかによって特定することができる。センサシステムは、反射光の特徴についての情報を提供し、操作者がこれらから離れた場所で腫瘍２０９８を特定できるようにする。さらに、このような内視鏡２０９２は、病変の一部を切除するか、除去するための当業者によく知られている手段と組み合わせることができる。
【０２７１】
ここに記述されている照明システムは、直接照明と微照法の両方に利用できる。微照法は、組織、解剖学上の構造、または体の器官を、それを通る光の通過によって調べるための方法を指すと理解されたい。例えば、構造を微照すると、それが嚢胞性であるのか、それとも中実であるのかを判断するのに役立つ。照明システムの１つの実施形態は、構造に亘ってさまざまな色の光を向けるためにＬＥＤを利用することができ、それによって、このような微照法にさらされるときの構造の概観がその識別または診断に寄与できる。ＬＥＤ光を使用する微照法は、複数の構造に向けることができる。柔らかな組織および器官に加え、歯を、その完全性を評価するために微照することができる。追加実施形態は、管などの管腔構造での体内に留置したカテーテルとしてＬＥＤを利用することができる。構造の内部を照明すると、外科医が手術中にその位置を確認するのに役立つ。例えば、一定の外科状況では、尿管の位置は判断するのが困難である。その管腔内に配置されているＬＥＤシステムを使用して尿管を微照すると、外科医が切開の間に尿管を見つけ出し、それを傷つけるのを回避するのに役立つ。このようなＬＥＤシステムは、手術による処置の開放段階を開始する前に、例えばカテーテルとして逆行的に、膀胱鏡的に配置できるだろう。この実施形態では、ＬＥＤシステムは、特に有効である。微照された構造の可視性を最大限にするために、ＬＥＤの色を変えることができるだけではなく、ＬＥＤは従来の光源に伴う組織加熱の問題を回避する。
【０２７２】
ここに記述されている照明システムの実施形態によって照明される組織の評価は、直接的な検査を通して行われることがある。代替実施形態においては、評価は、ビデオカメラを使用して組織を検査することで行われうる。例証的な実施形態では、組織は画面上で視覚化されるだろう。ビデオモニター画面での色の調整は、手術チームによって評価されている特定の効果を高めることができる。代替実施形態として、照明システムは、部分的に前述されたように、センサモジュールと組み合わせることができ、それによって反射光の輝度が測定できる。例として、センサモジュールは、照明されている領域から反射される光信号の分光器による分析、色時計による分析、または分光光度計による分析を提供できるだろう。それ以外の種類のセンサモジュールは、関連技術の当業者によって考案できる。センサモジュールは、組織を評価するための直接的な検査と組み合わせることができる。代わりに、センサモジュールは、ビデオ視覚化の代替物として、あるいはビデオ視覚化の付属物として、直接的な検査に使用できない領域内の組織の遠隔評価のための手段を提供することができる。このような領域の例は、外科技術では周知である。他の領域は、特定の解剖学的部位および外科的アクセスの関連方法を熟知している当業者によって特定可能であるが、このような領域の例は、下垂体への鼻を導通する内視鏡によるアクセス、大脳の脳室の内視鏡による評価、および脊椎内の内視鏡検査を含む場合がある。生きている組織内で使用するための前述された実施形態に加えて、法医学で用いる組織または病理学で用いる標本の、ここに開示されている照明システムを使用する評価を可能にするための実施形態が考案されうる。
【０２７３】
図９８は、ＬＥＤシステム２１５４が従来の外科ヘッドランプ２１５８装置内に取り付けられる照明システムの実施形態を描く。示されている実施形態では、ＬＥＤシステム２１５４は、当業者に周知である取り付け方法を使用してヘッドバンド２１６０に固定される。しかしながら、有利なことに、示されている実施形態のＬＥＤシステム２１４５４は、従来のヘッドランプより重量がかなり軽量となる場合がある。これが、着用者の負担を減らし、ヘッドランプ装置を長い処置の間においてより快適なものとする。ここに描かれているように、ＬＥＤシステム２１５４は、電力供給コード２１５６に接続されている。しかしながら、従来のヘッドランプ装置と異なり、ＬＥＤシステム２１５４用の電力供給コード２１５６は、軽量でかさばらない。したがって、電力供給コード２１５６は、ヘッドバンドにねじれを与える素因となり手術室内のいくつかの頭上の装置と衝突する構成で外科医の頭部の上に担持される必要なく、ヘッドバンド２１６０自体の回りに配備することができる。さらに、ＬＥＤシステムによって利用される電力供給コードは、外科技術で現在知られている光ファイバーシステムに固有の問題点を回避する。これらの技術の当業者に利用されているような従来の外科用ヘッドランプでは、光は、ケーブル内で束ねられている複数の光ファイバーフィラメントを通してランプに送達される。現在この技術で既知であるシステムを用いると、個々の光ファイバーフィラメントは通常の使用中に容易に破砕され、同時にヘッドランプによって生じる光の輝度は減少する。対照的に、ＬＥＤシステム２１５４用の電力供給コード２１５６は、光ファイバー要素を具備せず、代わりにＬＥＤシステム２１５４へ電力を伝搬するワイヤを具備する。これは、この技術で既知であるものよりさらに耐久性のある照明装置を提供する。さらに、ＬＥＤシステム２１５４は、外科医の拡大ルーペ２１６４と一体化することができるほど十分に軽量である。
【０２７４】
示されている実施形態でのＬＥＤシステムはヘッドバンド２１６０に固定されているが、代替実施形態は、ヘッドバンド２１６０を完全に排除し、を外科医の眼鏡または拡大ルーペ２１６４の中に一体化することを可能にできる。図９９は、この後者の構成の実施形態を描く。この実施形態では、ＬＥＤシステム２１６６は、ルーペ２１６４のフレーム２１６８と一体化されて、示されている。ＬＥＤシステム２１６６は、この図の中に描かれているようにフレーム２１６８上で上方に位置することができ、あるいはそれは外科分野の照明面にとって有利であるフレーム２１６８に対する任意の空間関係で配列することができる。この実施形態では、電力供給コード２１６２は、ルーペ２１６４のつる部２１７０に沿って配置することができる。
【０２７５】
本発明の方法は、体の一部の状態を診断するための方法を含む。体の一部の状態を診断するための方法は、評価のために該体の一部の領域を選択し、領域をＬＥＤシステムで照明し、体の一部から反射される光の特徴を決定し、特徴を既知の特徴と比較することを含み、そこでは既知の特徴は体の一部の状態に関係する。これらの方法は、体の部分の正常な非病理的状態に適用することができる。あるいは、これらの方法は、体の一部の病理的な状態を特定するために使用できる。
【０２７６】
さまざまな体の部分が、その解剖学的な状態または生理学的な状態に応じて、光を違うふうに反射することを理解されたい。例えば、室内の光にさらされると、局所的な血液が不足している体の部分が、これらの技術の当業者によって「黒っぽい」または「紫藍っぽい」と呼ばれている色である、紫がかった色であることが知覚できる。したがって、虚血は、室内の光の下での直接的な検査によってときどき診断できる。しかしながら、体の一部の脈管の状態を、室内の光の下での検査で評価できない多数の状況が存在する。例えば、虚血を筋肉または赤い器官の中で見ることは困難である場合がある。さらに、皮膚の虚血は、黒い肌の人々で室内光で評価するには困難である。本発明の方法は、体の一部をＬＥＤシステムで照明し、反射光を虚血を示す既知の光特性と比較することによって、虚血の診断を下すことができるようにする実施形態を含む。これらの方法は、室内光が色の変化を明らかにしないが、ＬＥＤシステム照明がより微妙な色の変化の知覚を可能にすることができる場合には、さらに、この診断を初期の段階で下すことができるようにする。分光系または別の種類のセンサシステムは、要すれば、照明された体の一部から反射される光の色およびまたは輝度を評価するために利用することができる。例えば、本発明のシステムおよび方法は、脈管の処置に続く初期の循環器系の中間処置の診断のために適応することができる。循環器系の中間処置によって複雑になる一般的な脈管処置は、外科の脈管再構築または脈管再生、外科の再植、自由な組織の移動、塞栓切除、経皮的な血管形成と関連する血管内膜炎処置、および医療の血栓治療を含む。ここに開示されているシステムおよび方法は、移植および除去ができるＬＥＤシステムを提供することによって、および移植および除去ができるセンサシステムを提供することによって、前者システムは、照明を体の中の任意の体の一部に向けるために用いられ、後者システムは目標の体の一部によって反射または吸収される光から色データを受け取るために用いられている。内部の体の部分の評価のために適応されているシステムおよび方法は、例えば、埋設されている皮膚弁の監視において有利である場合がある。ＬＥＤシステムによって生じる熱がないために、回りの組織を熱のストレスにさらさなくても、それを移植することを実現可能にする。関連技術の当業者は、ここに開示されている方法を使用して診断できる虚血のほかにも、それ以外の状態を識別することができる。ここに開示されているＬＥＤシステムから使用できる光の完全スペクトルは、特に複数の状態の診断に有利である。
【０２７７】
ここに説明されている方法の追加例として、ＬＥＤシステムは、眼科検査のために網膜を照明するために使用できる。光の色の変動が、眼科検査、例えば網膜出血の診断または網膜血管の評価を容易にしうる。これらの技術の実践者は、これらの方法を使用する診断に適切である他の型の網膜症を視野に入れることもできるだろう。１つの実施形態では、ＬＥＤシステムは、眼科検査用のスリットランプ装置と一体化されることができる。追加の実施形態では、ＬＥＤシステムは、眼科手術の使用に適応できる。一例として、ＬＥＤシステムは、成熟した、または超成長した白内障の位置特定を助けることができ、白内障の外科的な切除を助けることができる。
【０２７８】
体の一部の状態を診断するためのこれらの方法の１つの実施形態では、体の一部に送達される薬品を患者に投与することを含むことができ、それにより該薬品は、体の一部から反射される光の特徴を改変する。薬品は、患者の組織内への投与のために利用できる、生体に影響する任意の物質である。薬品は、生体に影響を及ぼすと考えられている、薬物、放射性同位元素、ビタミン、生体染料、微生物、細胞、たんぱく質、化学品、またはそれ以外の任意の物質を含みうる。薬品は、薬品が評価中の体の一部に送達できるようにする任意のルートによって投与することができる。投与は静脈注射、筋肉注射、動脈注射、食物摂取、吸入、局所投与、髄膜の下からの送達、管腔内または膀胱内からの送達、皮下送達、またはそれ以外のルートも含むことがある。ここに開示されているシステムおよび方法によって提供される光の全体的なスペクトルは、一定の投与済み薬品との組合わせで有利に利用される。
【０２７９】
体の一部から反射される光の特徴を改変するとして知られている薬品の例は、フルオレセイン、目への投与ために局所的に塗布されるか、あるいは脈管の局所灌流を評価するために静脈注射される、生体染料である。ウッドランプ（Ｗｏｏｄ’ｓ ｌａｍｐ）によって照明されるとき、フルオレセインは緑に光る。しかしながら、ウッドランプは、その物理的な形状構成のために多くの外科状況に適応できない。離れた体の部分に投与されるフルオレセインは、ウッドランプで照明できないし、蛍光も体の一部では検査するには遠すぎて見ることもできない。フルオレセインなどの生体染料の投与の後にＬＥＤシステムで組織を照明し、反射光の特徴的なパターンを生じさせることができる。この反射光は、遠隔視覚化、または光検知器システムによって直接視覚化によって評価できる。その他の薬品は、当業者にとってよく知られており、それによってそれらの投与は、ＬＥＤ照明にさらされる体の一部の評価を可能にする。
【０２８０】
一例として、グリオームは、他の脳の組織とは異なる生体染料の摂取量を有すると理解される。生体染料の投与後に、ＬＥＤシステムをグリオームに向けると、腫瘍のより完全な切除が可能であり、取り囲む正常な脳の組織は保護される。この切除は、脳の組織を照明するためのＬＥＤシステムが固定できる動作顕微鏡の元で実行することができる。ＬＥＤシステムによる発熱がないため、それはこの設定では特に有利である。追加例としては、ＬＥＤシステムは、眼科評価のために目の表面に局所的に塗布されるフルオレセイン染料と組みあわせることができる。さらに別の例としては、フルオレセインと結合されたＬＥＤシステムは、その皮膚の着色が、ウッドランプ照明などの従来の方法を使用する皮膚虚血の評価を妨げる可能性がある患者について皮膚虚血の診断を可能にする。前記に部分的に開示されるように、有利なことに、これらのシステムおよび方法は、人間の体内で、薬品の投与が体の部分によって摂取された後に、それらの体の部分の評価のために人間の体の中の体の一部に向けることができる。
【０２８１】
本発明による方法は、材料の変化を生じさせるために使用されうる。これらの方法の実施形態では、ＬＥＤシステムを提供し、照明される材料に変化を生じさせることが知られているスペクトルから一連の色を選択し、その変化を生じさせる上で有効である所定の時間期間の間、ＬＥＤシステムで材料を照明することによって、材料の変化を生じさせることができる。ここに開示されている方法は、非生物学的物質と生物学的物質のどちらでもよい複数の材料に向けられている。生物学的物質は、生きている生物体を含むことができる。生きている微生物は脊椎動物を含むことがある。生きている生物体は、無脊椎動物を含むことがある。生物学的物質は、その構造、生理機能または心理的な作用による変化を達成するべく、露光処理することができる。例えば、鬱状態症候群と呼ばれている季節的な情緒障害にかかった人は、所定の時間期間、既知の特徴の光による照明にさらされることにより心理的に好影響を受けることが分かっている。照明は、生きている生物体に対して、例えば、季節的な情緒障害のある人に対して直接的に提供することができる。あるいは、照明は、その人物を囲む環境に提供することができる。例えば、照明は、光に所定の特徴を与えることができるＬＥＤシステムを備える室内光によって実現できる。
【０２８２】
これらの方法の実施形態として、患者の状態が治療できる。この実践は、ＬＥＤシステムを提供すること、治療効果を生じさせる色の組を選択すること、および該色の組で患部を照明することを含むことがある。治療効果とは、健康または満足のいく状態に改善する任意の影響であると理解されたい。この実施形態に従って、病理学的な状態が治療できる。代わりに、正常な状態を、より高い満足の得られる状態にするために治療することができる。照明されている領域は、患者の外面、すなわち皮膚または皮膚の任意の部分を含むことがある。患者の外面は、じかに、あるいは環境中の周囲照明を介して照明することができる。これらの方法は、患者の内部部分にも同様に適用できる。
【０２８３】
図１００は、これらの方法の実施形態を示す。この図は、ここでは頬２１７４である外面の損傷２１７２を患っている患者２１８０を描く。ＬＥＤシステム２１７８は、損傷２１７２に直接照明を与えるために向けられる。ここでは、ＬＥＤシステム２１７８は、位置決定システム２１８２の末端に固着されて示されている。ＬＥＤシステムを配置するためのそれ以外の配列も、当業者によって構想できる。皮膚の損傷を光の異なるスペクトルで照明することにより治療効果をあげ得ることを理解されたい。例えば、にきび、陰茎のボーウェン病、および一定のそれ以外の皮膚癌が、照明を使った治療に反応してきた。別の例として、一定の鼻腔内の状態が照明治療に反応することが分かっている。これらの方法の１つの実施形態では、治療されている領域に向けられる光の色の組の治療効果を改変する、あるいは高める薬品が、患者に対して投与できる。
【０２８４】
多岐に渡る薬品が、光線療法および光力学的療法に関係する技術の当業者によく知られている。光力学的療法（ＰＤＴ）は、患者に薬品を投与する工程、および患者を光源で照明する工程を含む一定の手順を含むと理解される。レーザ光は、典型的にＰＤＴに使用される。ＬＥＤシステムによって提供される照明は、赤外線、可視、および紫外線の光スペクトルを含むスペクトル全体に亘り照明を提供することができるため、ＬＥＤシステムは非可視光波長に依存する治療用途にも利用できる。局所的な照明の多くの応用例は、すでに関連技術で説明されてきた。ＬＥＤ技術は発熱を回避するというさらなる利点を有するため、より長時間の照明が組織の損傷なしに達成できる。
【０２８５】
図１００に描かれている実施形態は、患者２１８０の皮膚に向けられているＬＥＤシステム２１７８を示しているが、この方法の多様な実施形態は、体の各部を照明するためにＬＥＤシステムを適用することができる。治療は、特定の体の部分にアクセスするための当業者によく知られている様式を使用して、内部、または外部の体の部分に向けることができる。前述されたように、開放外科技法または内視鏡を使用する技法は、体の内部部分にアクセスするために利用できる。例えば、管腔内の腫瘍は、結腸鏡または膀胱鏡などの内視鏡を通して適用されるようなこれらの方法を使用して治療することができる。代わりに、照明療法は、外科処置の後に、あるいは外科処置の間に提供することができる。例えば、腫瘍の外科的な切除の後に、手術領域に残留する顕微鏡的な腫瘍によって摂取される薬品が投与でき、手術領域に残っている腫瘍の小節を滅菌するために、ＬＥＤシステムによって照明できる。これらの方法は、全体の摘出後の腫瘍による負担を削減するために、一時的な抑制方法として利用できる。別の実施面として、これらの方法は、直接的にまたは内視鏡を使用してアクセスできる転位する病変部に向けることができる。
【０２８６】
ここに説明されたこれらの実施形態は、例示的にすぎない。多岐に渡る、高精度照明に関する実施形態が、本発明の範囲を逸脱することなく、当業者によって構想できる。
【０２８７】
本発明のその他の実施形態では、ＬＥＤは、魅力的で有効な装飾的な効果または美的効果を生じさせるために使用される。このような用途は、多色ＬＥＤを用いた眼鏡の縁、ＬＥＤがつけられたねじ回し、Ｌaｖａランプ用の多色ＬＥＤソースなどの芸術的なランプまたは展示用の多色光源、および火の明滅パターンと着色がシミュレーションされるＬＥＤを用いた装飾用の火または模造薪、ＬＥＤあるいはその他の照明装置を使用するライトアップ歯ブラシまたはヘアブラシを含む、前記に開示された環境などの多様な環境の中にＬＥＤを置くことを含む。ＬＥＤは、芸術的な効果または展示のための特殊な照明パターンを生じさせるために、天井ファンブレードの上に置かれてもよい。特に、パターンの作成は、ファンのブレードにＬＥＤを付け加えることによって可能である。また、それらを通してＬＥＤが応力、温度、圧力、キャビテーション、温度または水分に反応できるＬＥＤを用いた装飾用のシミュレーション／キャンドル、多色ＬＥＤを用いたライトロープ、ＬＥＤ電池充電指示灯、およびＬＥＤからセンサフィードバック機構が、本発明に従っている。したがって、体の近くに置かれるＬＥＤは、皮膚の温度および皮膚の水分フィードバック色表示機構としての機能を果たすことができる。やはり提供されているのは、ＬＥＤを用いた多色手持ち式ワンドまたは指示灯である。特に、近年のダンス／ナイトクラブで、およびダンス表現のために幅広く使用されている、よく知られたグロースティックに類似するワンドが提供される。多色電子バージョンは、ＬＥＤが受信機に接続され、マスタ制御装置が送信機を含むのであれば、マスタ照明制御装置を介する遠隔同期だけではなく、色制御機能をも可能にする。ＬＥＤを用いた個人用装置は、化学的な手法を用いたの電流装置とは異なり、再利用可能である。マスタ制御装置は、ＬＥＤから作られている飲料用コースターなどのそれ以外のＬＥＤ要素も、制御され、同期された方法で制御することができる。このような制御装置は、ＬＥＤが外部つまり球形等の３次元形状の外面上に置かれた状態で、従来のディスコボールの点滅をシミュレーションするために制御されてよい、ＬＥＤディスコボールを制御するために使用できる。例えば、ボールによってシミュレーションされる効果はボール点滅、スポット移動、色変化、ライン状照明、および平面照明を含む。
【０２８８】
本発明は、ユーザがＬＥＤを個別ダイオードレベルで制御できるようにする。スペクトル内で一連の色の光を生じさせることによって作り出される効果は、幅広い範囲の技術分野での多くの有効な用途を可能にする。それらの効果の例として、制御されたＬＥＤは、幅広い範囲の色と輝度で別個にまたは連続的に、瞬時に変えることのでき、幅広い範囲の周波数で明滅または変光できる色ウォッシャを作り出すことができる。色ウォッシャの連続的なスペクトル範囲を適用すると、多くの特殊な効果が生じ、そのうちのいくつかは美的に魅力的であるか、機能的に価値があるか、あるいは両方である。例えば、同じ物体に異なる色の光で影響を及ぼすと、例えば、白い物体がいわゆる「ブラックライト」の下で示されるときに容易に明らかになるように、非常に異なった外観が生じることがある。物体を見ている観察者は観察されている物体の色の変化を知覚するだろう。このようにして、赤い光で照明される赤の物体は、青の光で照明されている赤の物体とは非常に異なって見える。前者は鮮やかな赤であろうが、後者は紫色または黒に見えることがある。色のコントラストのある物体が着色された光の下で見られるとき、きわめて異なった効果が生じる可能性がある。例えば、赤と白のチェッカー盤パターンは、赤い光の下では完全に赤く見える可能性があるが、チェッカー盤パターンは白い光の下では明白である。このようなパターンの上で赤の光と白の光を交互の時間シークエンスで閃光することによって、チェッカー盤上の白い正方形は現れたり、消えたりするように見える。多色絵画でのパターンなどのさらに複雑なパターンは、消えては現れるフィギュア、あるいは観察者にとって劇的な色の変化を経るフィギュアなどの目覚しい効果を生じさせることがある。見た目の移動、色の変化、および出現と消失は、単一の静止写真、絵画、意匠または画像から、単に制御された照明の変化の結果として動画のような効果を上げることができる。同様に、適切な光の状態を選択することにより、異なって着色された要素の相対的なコントラストで動的な変化を生じさせることができる。一定の照明条件下でほとんどコントラストのない要素は、異なる色の条件下では劇的なコントラストを有するように知覚されうる。さらに、本発明の実施形態に従って生じる光のスペクトルは、赤外線光および紫外線光に広がり、蛍光などの効果を展示品に組み込むことを可能にする。利用されている照明の変化は、予めプログラミングされることもあれば、例えば人の近接度合いに、周囲の照明状態に、展示物の場所に、あるいは一日のうちの時間になど、照明システムの環境に反応することもある。
【０２８９】
一例として、図１０１の上部には、８の上半分（３１００）が緑で、８の下半分（３１５０）が赤で着色されている数字８８が表されているものとする。白の光で照らされると、このように着色されている数字８８は、上半分（３１００）で緑、下半分（３１５０）で赤を有するように見える。図１０１の真中に示されるように、緑の光で照らされると、８８（３１０）の上半分は依然として緑として見えるが、最初は赤だった下半分（３１５０）は黒く見えるだろう。図１０１の下部に図示されるように赤い光で照らされると、最初は緑だった８８の上半分（３１００）は黒く見え、下半分は赤に見えるだろう。このようにして、照明の色を徐々に変化することによって、数字のさまざまな部分が交互に際立ったり、黒に落ち着いたりするだろう。当業者にとって明らかであるように、この技法は、照明光の色が変えられるにつれて、出現したり、消えたりするように作製される画像を作成するために使用することができる。加えて、それ以外の色の効果を上げることもできる。例えば、数字の２つの半分の上で青い光を輝かせると、数字の上半分３１００では青緑の色が生まれ、下半分３１５０では紫色が生じるだろう。
【０２９０】
第２例として、図１０２の上部には、１組の連動する円（左３２００、右３２０５）を示す。上部で示されるように、白い光で照らされると、図面は以下の色を表すことが意図される。つまり、左側の三日月型部分（３２１０）は緑を表し、右側の三日月型部分（３２２０）は赤を表し、重なり合う領域（３２３０）は黒であり、背景（３２４０）は白である。図１０２の真中に図示されるように、緑の光で照らされると、左側の三日月型部分（３２１０））は緑に見え、最初は赤だった右側の三日月型部分（３２２０）は、いまは黒であり、重なり合う領域（３２３０）は黒のままとなり、元は白だった背景（３２４０）は緑に見える。このようにして、左側の三日月型部分（３２１０）はもう背景（３２４０）と区別できなくなり、最も右側の円（３２０５）全体が、いまは黒く見える。図１０２の下部に示されているように、赤の光で照らされると、元は緑だった左側の三日月型部分（３２１０）はいまは黒く見え、右側の三日月型部分（３２２０）は赤く見え、重なり合う領域（３２３０）は黒く見え、元は白だった背景（３２４０）は、いまは赤に見える。このようにして、もう右側の三日月型部分（３２２０）を背景（３２４０）から区別することはできず、最も左側の円（３２００）は黒く見える。経時的に照明の色を緑から赤に変えることによって、円は右から左に動くように見え、観察者に移動の錯覚を与える。当業者は、この例での変動が、同様に機能する無数の表示物の作成を可能にし、単一の画像または物体から動画効果を上げることができることを理解されたい。
【０２９１】
本発明の照明システムの性質は、システムのある側から別の場所への色の漸次的な変化を可能にする。さらに、色の変化はシステムに沿って徐々に進行し、実際には色の変化の動きをシミュレーションする。さらに、光は一定方法で、あるいは光を明滅または変光することによって送達することができる。明滅は、色の同時変化とともに発生するようにプログラミングすることもできる。マイクロプロセッサによって命令できるこれらの能力は、前述された効果をさらに強め、活性化させることができる。
【０２９２】
類似効果は、着色された光を、光源と観察者の間に配置されたステンドグラス窓または写真スライドなどの透明のまたは半透明の着色された画面を通すことによって得ることができる。
【０２９３】
交互に背景から現れ、背景の中に消えていく動きおよび物体に目を引き付ける錯覚を作り出すために、これらの効果がさらに複雑な展示物で使用できることも当業者には明らかであろう。美術館の展示、ジオラマ、展示ケース、小売展示物、自動販売機、表示標識、（交通情報標識、無音声ラジオ、スコアボード、価格ボード、および広告ボードを含む）インフォメーションボード、広告展示物、および観察者の注意を引き付けることが希望されるそれ以外の状況などの用途で使用されるとき、このような効果は特に有利である。本発明の実施形態に従って生じる光は、紫外線と赤外線を含むことがあるため、物体はこのような光による照明に固有である蛍光などの効果を組み込むことができる。
【０２９４】
本発明によって考えられている、自動販売機は、ソーダ販売機、スナック販売機、ガムボール販売機、タバコ販売機、コンドーム販売機、または新規の販売機などの、その中に入れられている製品を市販する装置である。本発明に従って提供される照明は、多岐に渡る方法で観察者の注目を引き付けるために使用できる。例えば、鳩をロゴとして使用している架空のオリーブ販売機（３３００）が、図１０３に描かれている。図１０３の上部に描かれている標準的な白い光の中で見られると、機械（３３１０）の裏板は白であり、鳩（３３２０）の体は黒であり、羽（３３３０）の上部セットは緑であることが意図され、羽（３３４０）の下部セットは赤であることが意図される。機械内での照明の色が図１０３の真中でのように赤に変更されると、最初は赤だった羽（３３４０）の下部セットは、いまは赤に見える裏板（３３１０）に対して見えなくなる。元は緑である羽（３３３０）の上部セットは赤い光の下で黒く見えるため、鳩の画像は、羽が持ち上げられた状態で黒く見える。機械の中の照明の色が図１０３の下部で図示されるように緑に変更されると、最初は緑だった羽（３３３０）の上部セットがいまは裏板（３３１０）に対して見えなくなる。元は赤である羽（３３４０）の下部セットは、現在、緑の光の中で黒に見える。このようにして、鳩の画像は、羽が持ち上げられた上体で黒に見える。このように、実際の動きはないけれども、鳩の画像はその羽を羽ばたかせているように見える。ただ光の色を変えるだけで幻影が作り出される。多くの異なる色の物体を使用し、物体を、赤外線から可視、紫外線の範囲のスペクトル内の多岐に渡る色で照明することによってはるかに複雑な効果を上げることができることを認識されたい。
【０２９５】
この実施形態および関連する実施形態の販売機は、販売機を照明するＬＥＤシステム（３３７０）を含み得る。該ＬＥＤシステムは、実施形態においては、ライト・モジュール１００、スマート電球７０１、またはここに開示されているものを含むＬＥＤシステムの別の実施形態を含み得る。その結果、該ＬＥＤシステムは、１つまたは複数の特徴を有し、本明細書の別の個所に開示されている多様なその他の実施形態の１つまたは複数の機能を提供する。光源を販売機の内部に置く必要はなく、光源が販売機を照明できるようにする任意の位置である販売機の外側に配置してよいことに注意しなければならない。当業者は、本発明の照明システムの色変化属性を利用する展示物を作製するための多くの機会を認識するだろう。
【０２９６】
前記例のオリーブ販売機が使用できる別の技法として、物体または意匠が、光の色が変化するにつれて現れたり、消えたりするように作られてよい。オリーブ分配装置がその鳩を「オリバー」と名付けると、この名前は図１０４に示されるように自販機（３３００）の中に示されてもよい。販売機（３３１０）の裏板は白（図１０４、上部）であり、そこに表示されているのは、赤く着色された鳩（３３５０）と緑のレタリングの鳩の名前「オリバー」（３３６０）である。販売機内の照明が緑に変わると（図１０４、中央）、レタリング（３３６０）が緑の背景（３３１０）に当たって消えるが、鳩（３３５０）は黒に見える。照明が赤に変わると（図１０４、下部）、鳩（３３５０）は、いまはやはり赤に見える背景に当たって消え、レタリング（３３６０）は黒に見える。このようにして、光の色を変えるだけで、販売機内の展示物は鳩と鳩の名前の間で変化する。この種の展示が目を引くため、広告の目的では有効である。
【０２９７】
さらに、注目を掴む効果は、本発明の照明システムの色変化特性を利用するために専用に作られた特定の展示物とは関係なく達成することができる。ライトは、ライトの色の変化自体が展示物への注目を引き付ける役目を果たすように、展示物内、または展示物の回りに配置されてよい。１つの実施形態では、ライトは、販売機の不透明ではない裏板の後ろなど、展示物の背後に配置され、その結果光の色の変化は観察者の注意を引き付けるのに十分である。
【０２９８】
前記例は、例証のためだけに意図され、本発明の範囲を制限するものではない。当業者は、観察者の注意を引き付ける多岐に渡る効果を達成するために、ここに開示される照明システムを使用するそれ以外の方法を容易に考案することができ、これらの効果は本発明によって包含される。
【０２９９】
本発明は、ユーザが、周囲の環境からのフィードバックまたはスペクトルセンサからのデータを採取しつつ、異なる色の間で変光することにより照明環境を変更できるようにする。このような変光は、配列されたＬＥＤを使用する可変周期周波数色洗浄（ｗａｓｈｉｎｇ）変光効果を含み得る。該変光は、このようにして複数の色の間で高速で明滅してよいか、あるいはプログラミングされた順序でスペクトル全体をゆっくりと変化してよい。変光効果は、それ以外の場合、目立たない物体をきわめて明確に、美的に魅力的に見せることができる。さらに、絵画などの物体は、さまざまな色の光で定期的に照らされると、きわめて生き生きしたように見えることがある。可変周波数変光の魅力的な照明効果は、小売店舗、レストラン、美術館等の中でのように、照明が顧客を引きつける領域での改善された動的な照明環境を可能にする。芸術の既知の作品が異なる照明状態により根本的に変えられる、美術ギャラリー内などの美術の展示物とともに使用された場合、特に有効である場合がある。例えば、美術作品では、照明状態は、太陽光などの、創作者の意図している光を再現するために制御されてよい。さらに、本発明の照明システムは、より一般的な可視波長に加えて、赤外線光および紫外線光を投影するために使用することができ、これらの周波数は蛍光およびそれ以外の興味深い効果を引き出すために使用することができる。
【０３００】
本発明の１つの実施形態では、本発明に従ったデジタル制御されたＬＥＤを用いたライトが、展示目的のため、不透明ではない物体を照明するために使用される。本発明の１つの態様では、物体は流体を入れる容器であり、その両方とも実質的には透明である。１つの態様では、容器はジン、ウォッカ、ラム、水、ソーダ水、ソフトドリンク、またはその他の飲料のビンである。このような展示物の例は、図１０５に描かれており、そこでは飲料容器（３５００）がＬＥＤシステム（３３７０）によって照らされている台座（３５１０）の上に配置されている。さらに、個々の飲み物を下から照明するために、光源はコースターの上に置かれてよい。ＬＥＤシステムは、実施形態において、ライト・モジュール１００、スマート電球７０１、または本明細書に開示されている他のものなどのＬＥＤシステムの別の実施形態を含み得る。その結果、ＬＥＤシステムは、１つまたは複数の特徴を有し、本明細書の他の場所に開示されている多様な実施形態の１つまたは複数の機能を提供してよい。別の態様では、物体は、水槽またはアクアリウムなどの実質的には透明な液体のタンクである。まだ別の態様では、物体は、氷の彫刻、ガラスの小立像、水晶製品、またはプラスチックの彫像などの不透明な中実の物体である。別の態様では、光源は、その照明を提供するためにＬａｖａランプの中に入れられる。
【０３０１】
本発明は、魅力的な効果または美術の作品の投影も可能にする。特に、本発明の実施形態では、ＬＥＤを用いた照明源が、透明画像またはパターンのために使用される。このシステムは、一連のレンズおよび／または拡散子、およびパターン、ステンシル、ゴーボー、写真スライド、ＬＣＤディスプレイ、マイクロミラー装置等などの明確な透明領域と不透明領域を含む物体、および最終整形レンズとともにＬＥＤ光源を活用してよい。この実施形態には、光源、パターン化された物体、および投射を受け取る表面だけが必要である。例えば、この実施形態は、ロゴまたは標識を天井、床、または壁の上に、あるいは企業の外側の歩道の上に映すために使用できる。代替実施形態では、光は雲、画面、またはファブリック製の表面の上に映されてよい。本発明では、それにより熱を発しない光源と組み合わされる、投射の色の変化が可能になるため、この点において特に有利である。
【０３０２】
本発明の変光効果は、多色展示ケース照明などの改善された展示ケース照明を作り出すために使用されてよい。照明は、モジュラー照明システムの一部として、あるいは独立型制御パネル内で提供されてよい。一般的には、本照明システムは、作業環境、美術館、レストラン等の照明環境を改変するために使用されてよい。一定の用途では、低いＵＶ照明または熱を発しない照明が必要とされることがある美術館内などで特殊な照明が必要とされる。冷却展示ケースまたは食べ物などの食べられる物体の照明などのそれ以外の用途では、本発明の熱を発しない光源は、可変色の光を提供する一方で、かなりの量の熱を発する標準的な白熱照明に対して利点を有する。やはりほとんど熱を発しない標準蛍光照明は、多くの場合、魅力的に見えないと考えられる。本発明は、発せられる光のパラメータを変更する柔軟性を維持する一方で、熱を伴わない制御された可変スペクトルの魅力的な照明を投射する。
【０３０３】
本発明のＬＥＤシステムは、衣服から光を投射できるようにするために、衣料品の中に埋め込まれてよい（図１０６）。ＬＥＤは、可撓性の回路版の上に取り付けられ、ラテックス、ビニール、プラスチック、コットン等で被覆される。この実施形態は、衣服の構造に適した軽量の可撓性材料を作成するための方法を含む。生地とシリコンのサンドイッチ構造が提供され、ＬＥＤによって照らされる。ＬＥＤを使用する従来の衣服は、語句または光の点で形成されているパターンに並べられた別個の複数のＬＥＤを含む。本発明のＬＥＤを用いた衣服は、突出することなく衣服の生地を照らしうる。本発明のＬＥＤを用いた衣服は、遠隔制御装置または送信機要素を有するマスタ制御装置によって電波域周波数または赤外線信号を介して制御されてよい。衣服は、ＬＥＤを体の上に近接して配置できるようにして着用者に合わせて作ることができ、例えば、裸や特定の種類の衣服などの外見を疑似表現するように、着用者の外見を変化させることができる。衣服は、ＬＥＤシステムがユーザの状態、例えば心臓の速度等を表示できるようにするためにセンサと組み合わせることができる。
【０３０４】
このような衣服の有用性は、多くの点で現れる。衣服の中にそのように置かれているＬＥＤ表示面は、純粋に効果のために、輝きを有するパターンや視覚的な効果等を生じさせるために使用できる。ＬＥＤ表示面は、取り囲んでいる環境などの現実世界の画像を表したり、温度、照明状態、または圧力などの外部データに応えて色を変えることによって単に周囲の状態を反映することができる。これらの展示物は、類似する衣服の近接さにも反応したり、その環境の中の送信機からデータを受け取る可能性がある。１つの実施形態では、衣服上に付けられた展示物は、圧力に反応する。この実施形態の衣服は、ルール違反の接触の視覚的な証拠を提供するためにスポーツイベントで着用されることがある。例えば、野球の試合中、ボールに当たったバッターは、このように当たった衣服の部分にその目に見える証拠を有するだろう。さらに、衣服は、最近のデータを衣服上で繰り返し、効果的に過去のイベントの「即時のリプレイ」を作成することができるように適切な処理装置を含むだろう。これらのおよび関連する実施形態の衣服は、このような反応要件に必要とされるセンサを含み得る。
【０３０５】
別の実施形態では、衣服上の表示面は医療上の画像表示面とされうる。核磁気共鳴映像法によるデータは、情報を視覚化している医師に対する補助手段として、患者によって着用される衣服の表面で３次元で表すことができるだろう。同様に、このような衣服はテレビ、ビデオゲーム、およびそれらに関係する表示面などの任意の用途の着用可能なビデオ表示画面としての機能を果たすことができるだろう。衣服は、一連の所定の画像を表示するためにプログラミングすることもできるだろう。例えば、一連の衣装一式を着用する人物の写真が撮影され、該人物がＬＥＤディスプレイ衣服を着用し、写真データがＬＥＤ衣服との最適対応のために調整されてから、画像が衣服の瞬間的な変化をシミュレーションするために衣服の上に順次に表示される可能性がある。画像は、遠隔制御することもできる。当業者は、この実施形態の多くの関連する用途を構想しうるだろう。
【０３０６】
本発明は、本明細書に示された好ましい実施形態に関して開示され、詳細に説明されてきたが、それらに対する多様な修正および改善は、当業者に容易に明らかになるだろう。したがって、本発明の精神および範囲は、以下の各請求項によってのみ制限されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係るあるライト・モジュールを示した図
【図２】 図１のライト・モジュールのための制御データ発生装置とデータ接続された状態にある、図１のライト・モジュールを示した図
【図３】 ライト・モジュールのある実施形態の概略を示した図
【図４】 ライト・モジュールのある実施形態における、ＬＥＤの２次元アレイを示した図
【図５】 本発明のある実施形態における、電力供給モジュールを示した図
【図６】 ライト・モジュールのある実施形態のための回路設計を示した図
【図７】 本発明のある実施形態中のライト・モジュール中における、ＬＥＤの２次元アレイ用の回路設計を示した図
【図８】 図６に示したような回路に連結され得るＬＥＤのある２次元アレイを示した図
【図９】 ライト・モジュールのある実施形態における電気的設計の概略を示した図
【図１０】 本発明に係るあるライト・モジュールのための電力供給モジュールを示した図
【図１１】 図１０に示した電力供給モジュールを別の側から見た図
【図１２】 本発明に係るあるライト・モジュールのための電力供給用回路を示した図
【図１３】 ある電力／データ・マルチプレクサーのための回路を示した図
【図１４】 電力／データ・マルチプレクサーの別の実施形態のための回路を示した図
【図１５】 ある修正パルス幅変調ソフトウェアルーチン中の、各処理段階を示したフローチャート
【図１６】 あるデータ伝達トラック型点灯システムを示した図
【図１７】 図１６に示したトラック型システム用の、あるデータドライバーのための回路設計を示した図
【図１８】 図１６に示したトラック型システム用の、ある終止装置のための回路設計を示した図
【図１９】 ライト・モジュールのある実施形態であって、そのライト・モジュールが円柱状の収容部に収容されているような実施形態を示した図
【図２０】 あるモジュラー・ライト・モジュールを示した図
【図２１】 あるハロゲン電球用ソケットに嵌合するように構成されたモジュラー・ライト・モジュールを示した図
【図２２】 ライト・モジュールのある実施形態のための回路設計を示した図
【図２３】 あるライト・モジュール用の、あるモジュラー収容部を示した図
【図２４】 本発明のある１つの実施形態によるモジュラーＬＥＤユニットの概略を示した図
【図２５】 本発明のある１つの実施形態によるライト・モジュールを示した図
【図２６】 本発明のある別の実施形態によるライト・モジュールを示した図
【図２７】 本発明のさらに別の実施形態によるライト・モジュールを示した図
【図２８】 本発明に係るモジュラーＬＥＤユニットで使用される種々の構成形状に配列された、複数のＬＥＤを示した図
【図２９】 本発明に係るモジュラーＬＥＤユニットが照明を行い得る、ある環境を示した図
【図３０】 本発明に係るモジュラーＬＥＤユニットが照明を行い得る、ある別の環境を示した図
【図３１】 本発明に係るモジュラーＬＥＤユニットが照明を行い得る、さらに別の環境を示した図
【図３２】 本発明に係るモジュラーＬＥＤユニットが照明を行い得る、さらに別の環境を示した図
【図３３】 本発明に係るモジュラーＬＥＤユニットが照明を行い得る、さらに別の環境を示した図
【図３４】 本発明に係るモジュラーＬＥＤユニットが照明を行い得る、さらに別の環境を示した図
【図３５】 本発明に係るモジュラーＬＥＤユニットが照明を行い得る、さらに別の環境を示した図
【図３６】 本発明に係るモジュラーＬＥＤユニットが照明を行い得る、さらに別の環境を示した図
【図３７】 本発明に係るモジュラーＬＥＤユニットが照明を行い得る、さらに別の環境を示した図
【図３８】 本発明に係るモジュラーＬＥＤユニットが照明を行い得る、さらに別の環境を示した図
【図３９】 本発明に係るモジュラーＬＥＤユニットが照明を行い得る、さらに別の環境を示した図
【図４０】 本発明に係るモジュラーＬＥＤユニットが照明を行い得る、さらに別の環境を示した図
【図４１】 本発明に係るモジュラーＬＥＤユニットが照明を行い得る、さらに別の環境を示した図
【図４２】 本発明に係るモジュラーＬＥＤユニットが照明を行い得る、さらに別の環境を示した図
【図４３】 本発明に係るモジュラーＬＥＤユニットが照明を行い得る、さらに別の環境を示した図
【図４４】 本発明に係るモジュラーＬＥＤユニットが照明を行い得る、さらに別の環境を示した図
【図４５】 本発明に係るモジュラーＬＥＤユニットが照明を行い得る、さらに別の環境を示した図
【図４６】 本発明に係るモジュラーＬＥＤユニットが照明を行い得る、さらに別の環境を示した図
【図４７】 本発明に係るモジュラーＬＥＤユニットが照明を行い得る、さらに別の環境を示した図
【図４８】 本発明に係るモジュラーＬＥＤユニットが照明を行い得る、さらに別の環境を示した図
【図４９】 本発明に係るモジュラーＬＥＤユニットが照明を行い得る、さらに別の環境を示した図
【図５０】 本発明に係るモジュラーＬＥＤユニットが照明を行い得る、さらに別の環境を示した図
【図５１】 本発明に係るモジュラーＬＥＤユニットが照明を行い得る、さらに別の環境を示した図
【図５２】 本発明に係るモジュラーＬＥＤユニットが照明を行い得る、さらに別の環境を示した図
【図５３】 本発明に係るモジュラーＬＥＤユニットが照明を行い得る、さらに別の環境を示した図
【図５４】 本発明に係るモジュラーＬＥＤユニットが照明を行い得る、さらに別の環境を示した図
【図５５】 本発明に係るモジュラーＬＥＤユニットが照明を行い得る、さらに別の環境を示した図
【図５６】 本発明に係るモジュラーＬＥＤユニットが照明を行い得る、さらに別の環境を示した図
【図５７】 本発明に係るモジュラーＬＥＤユニットが照明を行い得る、さらに別の環境を示した図
【図５８】 本発明に係るモジュラーＬＥＤユニットが照明を行い得る、さらに別の環境を示した図
【図５９】 本発明に係るモジュラーＬＥＤユニットが照明を行い得る、さらに別の環境を示した図
【図６０】 本発明に係るモジュラーＬＥＤユニットが照明を行い得る、さらに別の環境を示した図
【図６１】 本発明に係るモジュラーＬＥＤユニットが照明を行い得る、さらに別の環境を示した図
【図６２】 本発明に係るモジュラーＬＥＤユニットが照明を行い得る、さらに別の環境を示した図
【図６３】 本発明に係るモジュラーＬＥＤユニットが照明を行い得る、さらに別の環境を示した図
【図６４】 本発明に係るモジュラーＬＥＤユニットが照明を行い得る、さらに別の環境を示した図
【図６５】 本発明に係るモジュラーＬＥＤユニットが照明を行い得る、さらに別の環境を示した図
【図６６】 本発明に係るモジュラーＬＥＤユニットが照明を行い得る、さらに別の環境を示した図
【図６７】 本発明に係るモジュラーＬＥＤユニットが照明を行い得る、さらに別の環境を示した図
【図６８】 本発明に係るモジュラーＬＥＤユニットが照明を行い得る、さらに別の環境を示した図
【図６９】 本発明に係るスマート電球の形式の実施形態を示した図
【図７０】 他の装置とデータ接続された状態の、図６９の実施形態を示した図
【図７１】 他の複数のスマート電球と接続された状態の、図６９の実施形態を示した図
【図７２】 互いにデータ接続されている複数のスマート電球によるネットワークを示した図
【図７３】 スマート電球を利用した、光バッファセンサー／フィードバック形式のある応用例を示した図
【図７４】 スマート電球を利用した、あるＥＫＧセンサー／フィードバック環境を示した図
【図７５】 センサー／フィードバック形式のある応用例を示した概略図
【図７６】 色表示温度計に関連するある一般的なブロック図
【図７７】 ある色表示速度計を示した図
【図７８】 ある色表示傾斜計を示した図
【図７９】 ある色表示磁場強度計を示した図
【図８０】 ある煙警報システムを示した図
【図８１】 ある色表示ｐＨメーターを示した図
【図８２】 物体の存在を知らせるある防犯システムを示した図
【図８３】 ある電磁放射検出器を示した図
【図８４】 ある電話用色表示指示器を示した図
【図８５】 本発明に係るあるライト・モジュールを使用した点灯システムであって、ある娯楽用装置に関連した点灯システムを示した図
【図８６】 図８５に示したシステムの概略を示した図
【図８７】 図８５に示したシステム用の、エンコーダの概略を示した図
【図８８】 図８７に示したエンコーダを使用した、コード化方法の概略を示した図
【図８９】 図８５に示したシステム用の、デコーダの概略を示した図
【図９０】 高精度照明システムの、ある実施形態を示した図
【図９１】 図９０に示した高精度照明システム用の、ある制御モジュールのブロック図
【図９２】 操作者の手に保持されている状態の高精度照明システムを含む、ある実施形態を示した図
【図９３】 ２次元アレイ状に配された複数のＬＥＤシステムによって照らされている果樹を示した図
【図９４】 自然光によって照らされている果樹を示した図
【図９５】 ある医療器具に取り付けられたＬＥＤシステムのある実施形態により照らされている肝門の組織を示した、大まかな概略的図
【図９６】 ある医療器具に取り付けられたＬＥＤシステムの、ある実施形態を示した図
【図９７】 内視鏡に取り付けられたＬＥＤシステムの、ある実施形態を示した図
【図９８】 外科手術用ヘッドランプに取り付けられたＬＥＤシステムの、ある実施形態を示した図
【図９９】 外科手術用ルーペに取り付けられたＬＥＤシステムの、ある実施形態を示した図
【図１００】 ＬＥＤシステムのある実施形態で照射を行うことにより、ある疾病を治療する方法を示した図
【図１０１】 ある物体に投射される光の色を変化させることにより、その物体の知覚される色を変える処理を示した図
【図１０２】 ある色づけされた図案に投射される光の色を変化させることにより、その図案が動作するかのような錯覚を引き起こす処理を示した図
【図１０３】 ある色づけされた図案に投射される光の色を変化させることにより、その図案が動作するかのような錯覚を引き起こす、ある自動販売機を示した図
【図１０４】 ある色づけされた図案に投射される光の色を変化させることにより、その図案を出現させたり見えなくさせたりする、ある自動販売機を示した図
【図１０５】 ある容器の照明を行うシステムを示した図
【図１０６】 ＬＥＤシステムにより点灯されるある衣料製品を示した図[0001]
Explanation of related applications
This application is based on the entire disclosures of the following patent applications, claims all the disclosures, and is hereby incorporated by reference: Multi-color LED lighting method and apparatus (PCT application, filing date August 26, 1998, PCT application US 98/17702); Digitally controlled light emitting diode system and method (US provisional patent application 60 / 071,281) Filing date December 17, 1997, inventors George Mueller and Ihor Lys); intelligent multicolor lighting (US Provisional Patent Application No. 60 / 068,792, filing date December 24, 1997, inventor George Mueller) And Ihor Lys); digital lighting system (US Provisional Patent Application No. 60 / 078,861, filing date 19) March 20, 2008, inventor Ihor Lys); system and method for controlled lighting (US Provisional Patent Application No. 60 / 079,285, filing date March 25, 1998, inventor George Mueller and Ihor Lys); a method for generating a number of simultaneously generated high-speed pulse width modulated signals by software (US Provisional Patent Application No. 60 / 090,920, filing date June 26, 1998, inventor Ihor Lys); Eight applications with the following names, filed on the same day as the application (December 17, 1998), each invented by George Mueller and Ihor Lys, and whose application number is undecided: smart bulbs; power / data protocol; Sensor / feedback type illumination method and system; high precision illumination method and system Entertainment lighting systems; motion lighting systems and methods; lighting elements; and data transmission tracks. In addition to the above, the entire disclosure of each US patent and each US patent application referenced herein is hereby incorporated by reference.
[0002]
Explanation of related technology
A light emitting diode (LED) is known that receives an impulse from the circuit and converts the impulse into an optical signal when arranged in the circuit. LEDs are energy efficient, generate little heat, and have a long lifetime.
[0003]
There are many types of LEDs, including air gap type LEDs, GaAs light emitting diodes (two diodes are packaged in one unit to provide higher reliability than conventional single diode packages). Polymer LED, semiconductor LED, and other types. Most LEDs currently in use are red. Conventional applications of LEDs include applications in displays in environments with low ambient light, for example, flashing lights on modems and other computer components, and digital displays for watches. In recent years, improved LEDs have been used in two-dimensional arrays for longer life traffic signal lights. LEDs are also used in scoreboards and other display devices. Further, the LEDs are arranged in a two-dimensional array and are also used as a television screen. Most LEDs are red, yellow or white, but any color LED is possible, and moreover, a single LED can change to any color on the color spectrum in response to changing electrical signals. It is also possible to make it.
[0004]
It is well known that when a projection light of one color and a projection light of another color are superimposed, a third color can be produced as a result. It is also well known that nearly all colors in the visible spectrum can be created by superimposing three commonly used primary colors (red, blue and green) at different rates. The present invention takes advantage of the above effects by superimposing projection light from at least two light emitting diodes (LEDs) that emit light of different primary colors. For the purposes of the present invention, the term “primary color” above should be construed to encompass any color that can be superimposed to create another color.
[0005]
Computer networks for lighting using LEDs are also known. U.S. Pat. No. 5,420,582, issued to Phares, is one such network that is primarily intended for use in display devices and uses a different color LED to produce a single selectable color. Are listed. U.S. Pat. No. 4,845,481 issued to Havel is a technique for multicolor display devices. Havel uses a pulse width modulated signal to supply current to each LED with a specific duty cycle. U.S. Pat. No. 5,184,114 issued to Brown discloses an LED display system. US Pat. No. 5,134,387 issued to Smith et al. Is a technique for LED two-dimensional array screens.
[0006]
There are lighting systems that control a network connecting multiple individual lights with a central driver (which may be a computer controlled driver). Such lighting systems include stage lighting systems. The USITT DMX-512 protocol was developed to convey the flow of data from a stage console to a series of stage lights.
[0007]
The DMX-512 protocol was originally created to standardize the control of a stage dimmer with a stage console. The DMX-512 protocol is a digital multiple lighting control protocol that has signals that can control 512 devices, including dimmers, scrollers, relays that do not change the amount of light, movement Includes light parameters, or graphic lights in a computerized virtual reality set. The DMX-512 protocol is used for controlling a network connecting a plurality of devices. The DMX-512 protocol employs a digital signal code. When a transmitting device such as a lighting console transmits a digital code, a receiving device such as a dimmer converts the code into a function command, for example, a command that changes the amount of light to a specified level. In digital type systems, the integrity of the signal is less compromised while propagating over long cables compared to analog type control. When a coded 0/1 digit string is transmitted / received, the device performs the desired task.
[0008]
In terms of hardware, DMX-512 protocol information is exchanged between devices via a metal wire using the RS-485 hardware protocol. For this purpose, it is necessary to use two wires called a twisted pair. The first wire is called + data wire and the second wire is called -data wire. The voltage used for this line is typically + 5V. In one example, when a logical number 1 is transmitted, + data wire is set to + 5V, and −data wire is set to 0V. When transmitting a logical number 0, the + data wire is set to 0V and the -data wire is set to + 5V. This is very different from the more common RS-232 interface where one wire is always maintained at 0V. In RS-232, a logic one transmission is done by applying a voltage between + 6V and + 12V to the line, and a logic zero transmission is done by applying a voltage between -6V and -12V on the line. . RS-485 is generally considered more suitable for data transmission than RS-232. In RS-232, the receiving side must measure whether the input voltage is positive or negative. In RS-485, the receiving side only needs to determine which line has the higher voltage.
[0009]
Summary of the Invention
The present specification provides lighting methods and systems that can overcome many of the shortcomings of conventional lighting systems. In embodiments, methods and systems for multicolor illumination are provided. In one embodiment, the present invention takes the form of a device that provides a computer controlled and efficient multicolor lighting network capable of achieving high performance and fast color selection and color change.
[0010]
  Briefly, disclosed herein is a current control technique for a lighting assembly, possibly an LED system or LED lighting assembly, which is a pulse width modulation (PWM) current control. It may be technical, or each unit that is current controlled can be addressed as unique, and each unit can receive information about the lighting color over the computer lighting network Any other form of current control technique may be used. The term “current control technique” as used herein is intended to refer to PWM current control, analog current control, digital current control, and any other method and apparatus for current control.
  That is, the present invention provides a first plurality of light emitting diodes (LEDs) having at least two different colors that generate a color in a region in the spectrum;
A first processing device that controls at least one of the currents supplied to the first plurality of LEDs to generate a corresponding color in the spectrum;
  A power supply module for supplying current from a power source to at least the first plurality of LEDs;
The first plurality of LEDs are arranged substantially linearly on the first strip, and the first strip has at least one coupling mechanism. The modular LED device according to claim 1, wherein the coupling mechanism allows at least connection of the first strip to a second strip comprising at least a second plurality of LEDs.
  The present invention also includes a linear array illumination system further comprising a second strip in combination with the first strip, the at least the first strip and the second strip being interconnected. Forming,
  The first strip comprises a first plurality of LEDs disposed on a first substantially linear platform; and
  The second strip relates to the modular LED device comprising a second plurality of LEDs disposed on a second substantially linear platform.
  Furthermore, the present invention relates to the system, wherein at least one of the first substantially linear platform and the second substantially linear platform is a curved platform.
  The present invention also relates to the system, wherein the interconnected linear arrays are interconnected curvilinear arrays.
  Furthermore, the invention relates to the system, wherein each of the first strip and the second strip comprises a receiving part.
The present invention also relates to the system, wherein the coupling mechanism is adapted to connect the first and second strip platforms to form an interconnected linear array.
  Furthermore, the present invention relates to the system, wherein the receiving part is made of a substantially transparent material.
  The invention also relates to the system, wherein the substantially transparent material is adapted to combine different colors of light transmitted through the material.
  Furthermore, the present invention relates to the system, wherein the first plurality of LEDs and the second plurality of LEDs are arranged to illuminate each receptacle of the first strip and the second strip.
  The invention also relates to the system, wherein the coupling mechanism is adapted to mechanically and electrically connect at least the first strip and the second strip together.
  Further, the present invention provides a second processing device in which the second strip controls at least one of the currents supplied to the second plurality of LEDs to generate a corresponding color from the second plurality of LEDs. It is related with the above-mentioned system.
  The present invention also provides illumination of at least one of the first processing device and the second processing device, wherein the first strip and the second strip provide light of substantially the same color that can be perceived. The system is deployed to generate.
  Further, the present invention provides at least one of the first processing device and the second processing device to generate illumination by the first strip and the second strip supplying perceptible different colors of light. It is related with the said system deployed.
  According to the present invention, at least one of the first processing device and the second processing device outputs at least one time-varying control signal and dynamically changes the illumination generated by the corresponding plurality of LEDs. It is related with the said system deployed.
  Furthermore, the present invention relates to the system, wherein at least one of the first processing device and the second processing device is arranged such that the illumination generated by the corresponding plurality of LEDs is essentially white light. .
  The present invention also relates to the system, wherein at least one of the first processing device and the second processing device is arranged as an addressable processing device.
Furthermore, the present invention relates to a cove comprising said system, wherein at least an interconnected linear array of first and second strips is arranged to illuminate the cove.
  The invention also relates to a building comprising said system, comprising a surface carrying at least a linear array of interconnected first and second strips.
  Further, the present invention provides the building, wherein the surface includes an outer surface of the building, and an interconnected linear array of at least a first strip and a second strip is mounted on the outer surface. Related to things.
  The present invention also relates to the building, wherein the interconnected linear array of at least the first strip and the second strip is arranged to outline at least a portion of the outer periphery of the building. .
  Furthermore, the present invention provides that the interconnected linear array of at least first and second strips comprises at least one of a trademark, brand, service mark and logo on the outer surface of the building. It is related with the said structure currently arrange | positioned.
  The present invention also provides that an interconnected linear array of at least a first strip and a second strip comprises at least one of symbols, words, symbols, numbers and characters on the outer surface of the building. It is related with the said structure arrange | positioned.
  The present invention also provides an interior space comprising the illumination system, wherein at least a linear array of interconnected first and second strips is arranged to illuminate the interior space. The interior space.
  The invention also relates to a method comprising the following acts in a modular lighting system comprising an interconnected linear array of at least a first strip and a second strip, wherein said method comprises: The first strip comprises a first plurality of LEDs and the second strip comprises a second plurality of LEDs:
(A) The act of joining at least the first strip and the second strip together to form a linear array of strips that are interconnected.
  Furthermore, the present invention relates to said method, wherein act (A) comprises connecting at least the first strip and the second strip together to form a curvilinear array of strips interconnected. .
  The present invention is also the above method, wherein the first strip and the second strip are arranged to provide light of substantially the same color that is perceivable when activated,
  The method further comprises the act of activating at least the first strip and the second strip to generate the perceptible same color light from a linear array of interconnected strips.
  Furthermore, the present invention is the above method, wherein the first strip and the second strip are arranged to provide different colors of light that are perceivable when activated,
  The method further comprises the act of activating at least the first strip and the second strip to generate at least two perceptible different colors of light from a linear array of interconnected strips.
  The present invention is also the above method, wherein at least one of the first strip and the second strip is arranged to generate at least one dynamic lighting effect when activated,
  The method further includes the act of activating at least the first strip and the second strip to generate the at least one dynamic lighting effect from a linear array of interconnected strips.
  Furthermore, the present invention is the above method, wherein at least one of the first strip and the second strip is arranged to generate an essentially white light when activated,
  The method further comprises the act of activating at least the first and second strips and generating the essentially white light from a linear array of interconnected strips.
  Further, the present invention is the above method, wherein each of the first strip and the second strip includes a linearly shaped accommodating portion, and the action (A) is:
The method further comprises the act of connecting the linearly shaped receptacles of each of the first and second strips to form an interconnected linear array.
  Further, the present invention provides that the act (A) further includes an act of electrically and mechanically connecting at least the first strip and the second strip to form an interconnected linear array. Regarding the method.
  The invention also relates to the method, further comprising the act of individually addressing at least the first strip and the second strip and controlling the first plurality of LEDs and the second plurality of LEDs.
  Furthermore, the present invention relates to the method, further comprising the act of arranging an interconnected linear array to illuminate the cove.
  The present invention also relates to the method further comprising the following acts:
(B) The act of mounting a linear array interconnected on the surface of a building.
  Further, the present invention includes act (B) comprising placing an interconnected linear array of strips on the outer surface of the building and delineating at least a portion of the outer periphery of the building. The method.
  The present invention also provides that act (B) places an interconnected linear array of strips on the exterior surface of the building, and at least one of a trademark, brand, service mark and logo is attached to the building. The method includes the act of forming on the outer surface.
  In addition, the present invention provides that act (B) places an interconnected linear array of strips on the outer surface of the building, and that at least one of the design, word, symbol, number and character is transferred to the building. The method includes the act of forming on the outer surface of the device.
  And, the present invention relates to the method, further comprising the act of (B) arranging the interconnected linear array of strips to illuminate the interior space.
[0011]
As used herein, the term “LED system” refers to any system that can receive an electrical signal and generate light of a color in response to that signal. Shall. Thus, the term “LED system” includes all types of light emitting diodes, light emitting polymers, semiconductor dies that generate light in response to current, organic LEDs, electroluminescent plates, and other similar systems. Should be interpreted. In some embodiments, an “LED system” refers to a single light emitting diode having a plurality of individually controllable semiconductor dies.
[0012]
LED systems are one type of illumination source. As used herein, the term “illumination source” refers to an LED system, an incandescent light source including a filament lamp, a flame light source such as a flame, and a light source utilizing light emitted from a candle such as a gas mantle or a carbon arch radiation source. Photoluminescence sources including gas discharges, fluorescent sources, phosphorous light sources, lasers, electroluminescent sources such as electroluminescent lamps, light emitting diodes, cathodoluminescent sources utilizing electron saturation, or galvanoluminescent sources, crystal luminescence Interpreted to include any illumination source, including a variety of light sources including sense sources, light sources utilizing luminescence from motion, thermoluminescence sources, triboluminescence sources, sonoluminescence sources, and radioluminescence sources It should be. In addition, light-emitting polymers that can generate primary colors can also be included in the illumination source.
[0013]
The term “lighting” should be construed to refer to the generation of a certain radiation frequency by the illumination source. The term “color” should be construed to refer to any radiation frequency in the spectrum. That is, the term “color” as used herein refers not only to frequencies in the visible spectrum but also to frequencies in the infrared and ultraviolet regions of the spectrum and other regions in the spectrum of electromagnetic waves. Should be interpreted.
[0014]
In yet another embodiment, the present invention includes a tree-type network configuration that connects a plurality of lighting units (nodes). In another embodiment, the present invention comprises a heat dissipating housing made from a thermally conductive material for housing a lighting assembly. The heat dissipating housing contains two stacked circuit boards, one of which holds the power supply module and the other of the circuit boards holds the light module. . In yet another embodiment, the LED board is thermally connected to a thermal diffusion plate separated from the LED board using a thermally conductive polymer and fasteners, and the LED board having a metal part in the center thereof. It can be regarded as essentially equivalent. The light module described above is suitable for convenient replacement with other light modules having a programmable current rating and thus a programmable maximum rated light intensity. Such other light modules may include organic LEDs, electroluminescent plates, and other modules in addition to conventional LEDs. Other embodiments of the present invention include embodiments that apply the general principles described herein in new ways.
[0015]
Disclosed herein is a computer controlled, high performance multicolor lighting network, perhaps an LED lighting network. The present specification also discloses a structure of an LED lighting network capable of both a linear connection of nodes and a tree-type configuration. The present specification also discloses a heat dissipating housing for housing lighting units of the lighting network. The present specification also discloses a current controlled LED lighting device that includes a plurality of lighting modules, each having an independent rated maximum current and each conveniently interchangeable. Also herein, an LED lighting assembly that is current controlled by a computer and is used as a general lighting device capable of emitting multiple colors in a 24-bit spectrum that can be continuously programmed. A lighting assembly is disclosed. Also disclosed herein are flashlights, inclinometers, thermometers, general ambient environment indicators and bulbs, each utilizing the general computerized current control principles of the present invention. Other aspects of the present disclosure will become apparent in the following detailed description.
[0016]
The present invention relates to a light using a digitally controlled LED and provides an application example thereof. The system and method according to the present invention involves the use of such lights in many technical fields where lighting technology is important. The system and method according to the present invention also includes such a system that allows the light as described above to react to a variety of different signals. The system and method according to the present invention also includes an improved network for distributing data and power.
[0017]
The system and method according to the present invention also make it possible to use LEDs as part of several items or over a wide range of several items in order to provide aesthetics and functional effects. Contains. The digitally controlled light emitting diode (LED) according to the present invention can be used in the invention in many technical fields, and such use will be described in more detail below.
[0018]
Detailed description
Configurations and operations of various methods and systems that are embodiments of the present invention are described below. It should be construed that there are many other means for carrying out the invention of the present specification, and the embodiments described herein are exemplary forms and limit the present invention. Not what you want.
[0019]
Referring to FIG. 1, a light module 100 is depicted in block diagram form. The light module 100 described above includes two elements, a processing unit 16 and an LED system 120, which is depicted in FIG. 1 as a two-dimensional array of light emitting diodes. In this specification, the term “processing device” is used to indicate any method or system that performs processing in response to a signal or data, including a microprocessor, It should be construed to encompass integrated circuits, computer software, computer hardware, electrical circuits, application specific integrated circuits, personal computers, chips, and other devices capable of providing processing functions. The LED system 120 is controlled by the processing device 16 to produce controlled lighting. In particular, the processor 16 controls individual LEDs, semiconductor dies or the like with different colors in the LED system 120 to produce illumination of any color on the spectrum. The immediate color change, strobe and other effects, described in more detail below, can be generated by a light module, such as light module 100 depicted in FIG. The light module 100 described above can receive power and data. Through the processing unit 16, the light module 100 described above may be such that it can provide various functions attributable to the various embodiments of the present invention disclosed herein.
[0020]
Turning to FIG. 2, the light module 100 can be configured to be used alone or as part of the set of light modules 100 described above. Each light module 100 or set of light modules 100 may be provided with a data connection 500 that leads to one or more external devices, or in other embodiments to other light modules 100. Is possible. As used herein, the term “data connection” refers to network, data bus, wire, transmitter and receiver, circuit, video tape, CD, DVD disk, video tape, audio tape, computer tape, card. Or it should be construed to encompass any data transmission system, such as others. Thus, a data connection is a method or system that utilizes radio waves, ultrasound, auditory signals, infrared, light, microwave, laser, or electromagnetic signals, or other methods of transmitting or connecting data by means of transmission or connection. Any system can be included. That is, any method of using the spectrum of electromagnetic waves or other energy transfer mechanisms can provide a data connection as disclosed herein. In the embodiment of the present invention, the light module 100 may include a transmission unit, a reception unit, or both to facilitate communication, and the processing device 16 controls the communication capability in a conventional manner. May be programmed. The light module 100 can receive data from the transmitter 502 via the data connection 500, which is connected to the light module 100, even a conventional transmitter of communication signals. Or a part of a network or network. That is, the transmission unit 502 should be interpreted as including any device or method as long as it is a device or method for transmitting data to the write module 100. The transmission unit 502 may be connected to the control device 504 that generates control data for controlling the light module 100, or may be a part of the control device 504. In some embodiments of the invention, the controller 504 is a computer such as a notebook computer. The control data may be in any format that is suitable for controlling the processing device 16 to control the LED system 120. In the embodiment of the present invention, the control data is in a format according to the DMX-512 protocol, and the conventional software that generates the DMX-512 format command controls the light module 100. It is used on notebook computers or personal computers. In order to allow the write module 100 to operate in an independent manner in accordance with pre-programmed instructions, the write module 100 is also provided with a memory unit that stores instructions for controlling the processing unit 16. Also good.
[0021]
Turning to FIG. 3, an electrical schematic diagram of a light module 100 in one embodiment of the present invention is illustrated. 4 and 5 illustrate the LED containing side and the electrical connector side in an exemplary embodiment of the light module 100 as described above. In one embodiment, the light module 100 may be configured as a free-standing module configured as a standard product that can be replaced with any similarly configured light module. The light module 100 includes a common type of 10-pin electrical connector 110. In this embodiment, the connector 110 includes a male pin, described below, suitable for mating with a female portion of a complementary 10-pin connector. The pin 180 is a power supply pin. A DC potential source is connected to the light module 180 at pin 180. Pin 180 is electrically connected to the anode ends of light emitting diode (LED) sets 120, 140, and 160, fixing each anode end to a constant high potential.
[0022]
The LED system 120 includes a red LED set 121, a blue LED set 140, and a green LED set 160. The LED may be a conventional LED, such as an LED available from Nichia America Corporation, for example. The colors of these LEDs are primary colors in the sense that they can produce any color on the spectrum when overlaid at a preselected rate. In the present invention, the use of three primary colors is preferred, but it can be construed that the present invention functions in a similar manner even when only two primary colors are used, and can produce a variety of spectrally diverse colors. Similarly, different primary colors are arranged on a set of LEDs of the same color here, but the same effect is achieved even if a single LED including a plurality of semiconductor dies that emit a plurality of colors is used. Is recognized. Each of the LED sets 121, 140 and 160 is preferably a series / parallel LED two-dimensional array of the type described by Okuno in US Pat. No. 4,298,869, which is hereby incorporated by reference. Is included. In this embodiment, the LED system 120 consists of a set of LEDs 121 comprising three rows (not shown) connected in parallel, each consisting of nine red LEDs, and five blue or green LEDs each. It includes a set of LEDs 140 or 160 that includes five columns (not shown) connected in parallel. In general, the amount of potential that each red LED drops on the line is less than a blue or green LED, and may be about 2.1V compared to 4V for each blue and green LED. It is understood by those skilled in the art, and this is the basis for the different column lengths. This is because the number of LEDs in each column is determined by the amount of voltage drop desired between the anode end maintained at the power supply voltage and the cathode end of the last LED in the column. . Also, arranging each column in parallel is to ensure that the light module 100 can continue to function even if one LED on a column fails and thus the electrical circuit on that column is interrupted. This is a fail-safe measure. Each cathode end of three parallel connected columns of nine red LEDs each in LED set 121 is then connected together and leads to pin 128 of connector 110. Similarly, each cathode end of five parallel connected columns of five blue LEDs each in LED set 140 is coupled together and leads to pin 148 of connector 110. Each cathode end of five parallel connected columns of five green LEDs each in LED set 160 is coupled together and leads to pin 168 of connector 110. In order to program the maximum amount of current that will flow through each LED set on the light module 100, each LED set in the LED system 120 will be programmed with a programming resistor and final combination with other elements described below. Tied to Between pins 124 and 126 is a 6.2 Ω resistor 122. Between pins 144 and 146 is a 4.7 Ohm resistor 142. Between pins 164 and 166 is a 4.7 Ω resistor 162. Resistor 122 programs the maximum amount of current flowing through red LED set 121, resistor 142 programs the maximum amount of current flowing through blue LED set 140, and resistor 162 sets the maximum amount of current flowing through green LED set 160. Program. The value that these resistors should take is determined empirically based on the desired maximum light intensity in each set of LEDs. In the embodiment shown in FIG. 3, the resistor programs the red, blue and green currents to 70 mA, 50 mA and 50 mA, respectively.
[0023]
As shown in FIG. 6, a circuit 10 for light using digitally controlled LEDs includes an LED assembly 12 that has an LED output channel 14 and is controlled by a processor 16. Data and power are supplied to the circuit 10 via a data and power input unit 18. Address setting for the processing device 16 is performed by the switch unit 20 including each switch connected to the individual pins that make up the pin set 21 of the processing device 16. The oscillator 19 supplies a clock signal to the processing device 16 via pins 9 and 10 of the processing device 16.
[0024]
In an embodiment of the present invention, the data and power input unit 18 is, for example, a power supply end 1 that is a 24 V LED power supply end, for example, a processing device power supply end that is a 5 V processing device power supply end. 2. It has four pins including a data input line end 3 and a ground pin 4. The first power supply end 1 supplies power to the LED channel 14 of the LED assembly 12. The second processing apparatus power supply terminal 2 is connected to, for example, the power supply input unit 20 of the processing apparatus 16 to supply operating power to the processing apparatus 16, and further, the processing apparatus to fix the reset to a high potential. It may be connected to 16 pins 1. A capacitor 24 such as a 0.1 μF capacitor may be connected between the processing apparatus power supply end 2 and the ground. The data line end 3 is connected, for example, to a pin 18 of the processing device 16 and is used to program and dynamically control the processing device 16. The ground is connected to pins 8 and 19 of the processing device 16, for example.
[0025]
The LED assembly 12 may include, for example, an LED channel 14 that is supplied with power from the LED power supply end 1 and is controlled by a transistor. The LED channel 14 supplies power to at least one LED. As shown in FIG. 1, the LED assembly 12 includes a plurality of LEDs for each different color LED (eg, red, green, and blue), with each LED channel 14 being independently controlled by a transistor 26. A channel 14 may be provided. However, it is possible to control more than one channel 14 with a single transistor 26.
[0026]
As shown in FIG. 7, a plurality of LEDs 15 can be arranged in a series of two-dimensional arrays to receive signals through each LED channel 14. In the embodiment illustrated in FIG. 7, a series of LEDs of different colors (red, green and blue) are connected to the output LED channel 14 from the circuit 10 of FIG. In addition, a plurality of LEDs 15 are arranged in a two-dimensional array so that data can be received according to a protocol such as the DMX-512 protocol so that many individual LEDs 15 can be controlled by programming the processing device 16. Also good.
[0027]
Referring to FIG. 6 again, each gate of the transistor 26 is controlled by the processing unit 16, thereby controlling the operation of each LED channel 14 and each LED 15. In the example shown, the output of the microprocessor appears at pins 12, 13 and 14 of the processing unit 16, which pins 12, 13 and 14 are then connected to the gate of the LED channel 14 of each LED 15. Still other pins of the processing device 16 can be used to control additional LEDs. Similarly, different pins of the processing device 16 can be used to control the LED 15 shown if appropriate modifications are made to the operation control commands of the processing device 16.
[0028]
A resistor 28 may be connected between the transistor 26 and ground. In the example shown, resistor 28 associated with the red LED has a resistance value of 62Ω, and resistor 28 associated with the green and blue LEDs each has a resistance value of 90Ω. A capacitor 29 may be connected between the first LED power supply terminal 1 and the ground. In the illustrated embodiment, this capacitor has a value of 0.1 μF.
[0029]
The processing device 16 can be connected to an oscillator 19. One preferred oscillator is a crystal tank circuit oscillator that provides a 20 MHz clock. This oscillator may be connected to pins 9 and 10 of the processing device 16. It is also possible to use an oscillator instead of this. The main items to consider regarding oscillator selection are consistency, operating speed and cost.
[0030]
In some embodiments of the present invention, the processing device 16 is a programmable integrated circuit or a PIC chip such as a PIC 16C63 or PIC 16C66 from Microchip Technology. A complete description of the PIC 16C6X series of PIC chips (including both PIC 16C63 and PIC 16C66) is filed on Dec. 17, 1997, inventor Muller and Lys, US provisional patent application “Digitally controlled light emitting diodes”. System and method ", which is hereby incorporated by reference. Currently, PIC 16C66 is the preferred microprocessor, but any processor that has the ability to control each LED 15 of LED assembly 12 can be used. Therefore, an application specific integrated circuit (ASIC) can be used instead of the processing device 16, for example. Similarly, other commercially available processing equipment can be used without departing from the invention.
[0031]
In the embodiment illustrated in FIG. 8, a total of 18 LEDs 15 are arranged in three sets by color, which are arranged to form a substantially circular two-dimensional array 37. ing. It is also possible to independently control the exact intensity for each color set of the LEDs 15 using the processing device 16 so that any combination of colors and thus any color can be generated by the two-dimensional array 37.
[0032]
From the LED's responsiveness to changing electrical signals, the LED can be computer controlled through control of the electrical impulse transmitted to the LED. Therefore, by connecting the LED to the power source through a circuit controlled by the processing device, the user can strictly control the color and intensity of the LED. Because LEDs react relatively quickly to changes in electrical impulse, such changes in impulse can change the color and intensity state of the LED very quickly. By arranging the individual LEDs in a two-dimensional array and controlling the individual LEDs, it becomes possible to achieve very strict control of the lighting state through the use of a microprocessor. The processor 16 may be controlled by conventional means, such as a computer program, to send the appropriate electrical signal to the appropriate LED at any given time. The control format can be a digital format so that strict control is possible. Therefore, it is possible to change the entire lighting state in a highly controlled manner.
[0033]
Having described the electrical structure of one embodiment of the light module 100, attention is now directed to the example electrical structure illustrated in FIG. 9 for the power supply module 200 in one embodiment of the present invention. 10 and 11 are diagrams showing the power supply terminal side and the electrical connector side for an embodiment of the power supply module 200. As with the light module 100, the power supply module 200 may be self-supporting. Interconnection with the male pin set 110 is made through a complementary female pin set 210. The pin 280 is connected to a pin 180 for supplying power transmitted from the supply source 300 to the pin 280. Source 300 is shown as a functional block for simplicity. In practice, the source 300 may take various forms that generate a DC voltage. In this embodiment, the supply source 300 supplies a voltage of 24V through a connection terminal (not shown) connected to the pin 280 through a general-type transient response protection capacitor (not shown). ing. As described more fully in U.S. Pat. No. 4,298,869, source 300 can also supply a DC voltage after undergoing rectification and / or voltage conversion of an AC power source. Good to understand.
[0034]
Further connected to the pin connector 210 are three integrated circuits for current programming ICR 220, ICB 240 and ICG 260. Each of these integrated circuits may be a three-terminal adjustable regulator, such as part number LM317B available from National Semiconductor Corporation of Santa Clara, California. The entries in the LM317 data sheet are hereby incorporated by reference. Each regulator includes an input terminal, an output terminal and an adjustment terminal labeled I, O and A, respectively. The regulator functions to maintain a constant maximum current amount with respect to the current flowing into the input terminal and the current flowing out from the output terminal. This maximum amount of current is programmed in advance by setting a resistance between the output terminal and the adjustment terminal. This means that the regulator described above will produce a voltage of 1.25V through a fixed current setting resistor, so that the voltage at the input terminal will settle to whatever value is required to allow a certain amount of current to flow. It is to make it. Since each regulator functions similarly, only ICR 220 will be described here. First, current flows from the pin 228 to the input terminal of the ICR 220. The power supply module pin 228 is coupled to the light module pin 128 and receives current directly from the cathode end of the red LED system 121. Typically, resistor 122 is arranged between the output terminal and the adjust terminal of ICR 220 through pins 224/124 and 226/126, so that resistor 122 programs the amount of current to be defined by ICR 220. As a result, the output current from the adjustment terminal of the ICR 220 flows into the Darlington driver. In this manner, ICR 220 and resistor 122 associated with ICR 220 program the maximum amount of current that will flow through red LED system 120. Similar results are provided to blue LED set 140 by ICB 240 and resistor 142 and green LED set 160 by ICG 260 and resistor 162.
[0035]
Red, blue and green LED currents flow from nodes 324, 344 and 364, respectively, to another integrated circuit ICI 380. The ICI 380 may be a high current / high voltage Darlington driver, such as part number DS2003 available from National Semiconductor Corporation of Santa Clara, California. ICI 380 can be used as a current sink and can function to switch current between each set of LEDs and ground 390. As described in the DS2003 data sheet described herein by reference, the ICI includes six sets of Darlington transistors with appropriate on-board bias resistors. As shown, the use of a pair of Darlington transistors to sink current from each set of LEDs can double the current rating of ICI 380, In a known manner, nodes 324, 344 and 364 couple the current from each set of LEDs to the three pairs of Darlington transistors described above. Each of the three onboard Darlington pairs is used as a switch in the manner described below. The base of each Darlington pair is coupled to signal inputs 424, 444 and 464, respectively. That is, the input 424 is a signal input for switching the current flowing through the node 324, and hence the current flowing through the set 121 of red LEDs. Input 444 is a signal input for switching the current through node 344 and thus the current through blue LED set 140. Input 464 is a signal input for switching the current flowing through node 364 and thus the current flowing through green LED set 160. Signal inputs 424, 444 and 464 are coupled to signal outputs 434, 454 and 474 of microcontroller IC2 400, respectively, described below. In essence, as a high frequency square wave is flowing to each signal input, ICI 380 switches the current through the corresponding node at the same frequency and duty cycle. Thus, in operation, the state of signal inputs 424, 444 and 464 directly correlates with the opening and closing of the power supply circuit through each set of LEDs 121, 140 and 160.
[0036]
Next, the structure and operation of the microcontroller IC2 400 in the embodiment shown in FIG. 9 will be described. While any suitable programmed microcontroller or microprocessor can perform the software functions described herein, the preferred MICROCHIP brand PIC16C63 is the microcontroller IC2 400. . The main function of the microcontroller IC2 400 is to convert the numerical data received at the serial Rx pin 520 into three independent high frequency square waves having the same frequency but independent duty cycle at the signal outputs 434, 454 and 474. Is to convert to In FIG. 9, for maximum clarity, the microcontroller IC2 400 is partially stylized in a manner in which some of the 28 standard pins are omitted or integrated. It is drawn and its omission or integration can be understood by those skilled in the art. In addition, for certain other embodiments of the present invention, further details regarding certain similar microcontrollers are provided in conjunction with FIG.
[0037]
The microcontroller IC2 400 is supplied with power from a pin 450 connected to a DC power source 700 of 5V. The power source 700 is driven by the source 300 through a connection (not shown), preferably including a voltage regulator (not shown). An example of a voltage regulator is the LM340 three terminal positive regulator available from National Semiconductor Corporation of Santa Clara, California. The items described in the LM340 data sheet are described herein by reference. Those skilled in the art will appreciate that most microcontrollers, and many other independently integrated digital circuits, are rated for a power supply of at most 5V. The clock frequency of the microcontroller IC2 400 is set by a crystal 480 connected through an appropriate pin. Pin 490 is the ground voltage reference pin for microcontroller IC2400.
[0038]
Switch 600 is a 12-point dip switch that can be changed and mechanically set to designate microcontroller IC2 400 as unique. When the individual switches that make up the twelve mechanical switches in dip switch 600 are closed, a path is formed from pin 650 of microcontroller IC2 400 corresponding to that switch to ground 690. Twelve switches create 24 possible settings, which allows any microcontroller IC2 400 to take one of 4096 different IDs or addresses. In the embodiment of FIG. 9, since the DMX-512 protocol is adopted, only nine switches are actually used.
[0039]
When switch 600 is set, microcontroller IC2 400 “knows” its own address (“who is it”) and “listens” on serial line 520 for the data stream specifically assigned to the address. " A high-speed network protocol such as the DMX protocol may be used to assign each network data from a central network controller (not shown) to each individually addressed microcontroller IC2 400. The DMX protocol is described in the publication "DMX512 / 1990 digital data transmission standard for dimmers and controllers" of United States Theater Technology, which is also incorporated herein by reference. Basically, in the network protocol used here, a central controller (not shown) generates a stream of network data consisting of a series of data packets.
[0040]
Each packet includes a header at the beginning that is discarded after being checked for conformance, and then includes a series of character streams representing data for each device that is sequentially addressed. For example, if the data packet is directed to write number 15, 14 characters are discarded from the data stream and the device stores a character indicating 15. As in the preferred embodiment, if more than one character is required, the above address is considered the starting address and more than one character is stored and used. Each character corresponds to a decimal number from 0 to 255 and represents the desired intensity from “off” to “full” in linear increments (for simplicity, details about data packets such as headers and stop bits) Are omitted herein and these details will be well understood by those skilled in the art). In this way, each of the three LED colors is given a separate intensity value between 0 and 255. Each of these intensity values is stored in a corresponding register (not shown) in the memory portion of the microcontroller IC2400. When the central controller finishes discharging all data packets, it repeats a continuous refresh cycle. According to the standard, the refresh cycle is defined as a minimum of 1196 microseconds and a maximum of 1 second.
[0041]
The microcontroller IC2 400 is programmed to constantly “listen” for the corresponding data stream. At the time that the microcontroller IC2 400 is “listening” before the microcontroller IC2 400 detects a data packet directed at it, the microcontroller IC2 400 is at pins 434, 454 and 474. A routine designed to produce a square wave signal output is executed. The duty cycle of the rectangular wave is determined by the value in the color register. Since each register can take a value between 0 and 255, these values create 256 possible duty cycles that increase linearly within the range of 0% to 100%. Since the frequency of the square wave is uniform and is determined by the program running in the microcontroller IC2 400, these different individual duty periods represent changes in the width of the square wave pulse. This is known by the name of pulse width modulation (PWM).
[0042]
In one embodiment of the present invention, a PWM interrupt routine is provided using a simple counter that increments in cycles from 0 to 255 during each period of the square wave output to pins 434, 454 and 474. The When the counter goes around and returns to 0, all three signals are set high. Once the counter is equal to the register value, the signal output is changed low. When microcontroller IC2 400 receives new data, microcontroller IC2 400 freezes the counter, copies the new data to the working register, compares the new register value with the current count, and sets the output pin appropriately. Update and restart the counter from the exact time it was stopped. Therefore, the intensity value can be updated in the middle of the PWM cycle. There are at least two advantages to freezing the counter and simultaneously updating the signal output. The first advantage is that it enables each lighting unit to pulse / strobe as quickly as a strobe light does. Such strobe operation occurs when the central control device alternately transmits network data having a high intensity value and network data having an intensity value of 0 at high speed. When the counter is restarted without updating the signal output first, the phenomenon that the LEDs of different colors set to different pulse widths become inactive before and after is also observed with the naked eye. In incandescent light, this feature is not a problem because of the integral effects associated with the heating and cooling cycles of the lighting elements. In the present invention, LEDs are activated and deactivated in essence, unlike incandescent light elements. A second advantage is that the LED can be dimmed without causing the blinking phenomenon that would otherwise occur when the counter is reset to zero. The central controller can transmit a continuous dimming signal in generating a series of intensity values representing the light intensity reduction of each color LED uniformly formed at a constant rate. If the output signal is not updated before the counter is restarted, there is a possibility that an LED of a certain color will practice the duty cycle nearly twice without going through the zero current state during the duty cycle. For example, assume that the red register is set to 4 and the counter is set to 3 when the counter is frozen. Here, the counter is frozen just before the “off part” of the PWM cycle occurs for the red LED. Here, it is assumed that the network data changes the value of the red register from 4 to 2, and the counter is restarted without deactivating the output signal. Although the counter is greater than the intensity value in the red register, the output state remains “on”, which means that the maximum current remains in the red LED. On the other hand, the blue and green LEDs are turned off, perhaps at an appropriate time during the PWM cycle. This phenomenon is perceived by the human eye as red flickering during the light intensity dimming process. If the counter is frozen and the output is updated for the remaining time of the PWM cycle, the above disadvantages can be overcome and it can be ensured that no blinking phenomenon occurs.
[0043]
The microprocessor providing the digital control function of the LED of the present invention may be responsive to any electrical signal. That is, an external signal can be used to instruct the microprocessor to control the LED in the desired manner. The signal may be controlled by a computer program so that a programmed response to a given input signal is possible. Thus, signals that switch individual LEDs on or off, signals that change the color of individual LEDs over the entire color spectrum, or strobe LEDs at predetermined intervals that can be controlled to very short intervals, or It is possible to generate a blinking signal and a signal that changes the intensity of light from a single LED or collection of LEDs. In accordance with the present invention, a wide variety of signal generators can be used to provide significant benefits to the user. Input signals range from simple on / off or intensity signals, such as those emitted from light switches or dials or remote controls, to signals emitted from detectors such as ambient temperature and ambient light detectors. Good. The above-described exact digital control of LEDs arranged in a two-dimensional array, which is performed in response to a wide range of external signals, enables applications according to the invention in many technical fields.
[0044]
Next, a network interface for the microcontroller IC2 400 will be described. Jacks 800 and 900 are standard RJ-45 network jacks. Jack 800 is used as an input jack and is depicted as having only three inputs, signal inputs 860, 870 and ground 850, for simplicity. Network data flows into jack 800 and passes through signal inputs 860 and 870. These signal inputs are then coupled to an IC3 500, a standard RS-485 / RS-422 differential bus repeater, preferably a DS96177 available from National Semiconductor Corporation of Santa Clara, California. . The contents of the DS96177 data sheet are described herein by reference. Signal inputs 860, 870 flow from pins 560, 570 into IC3 500. This data signal is passed from pin 510 to pin 520 of microcontroller IC2 400. The same data signal as above is then returned from pin 540 of IC2 200 to pin 530 of IC3 500. Jack 900 is a jack used as an output jack and is depicted as having only five outputs, signal outputs 960, 970, 980, 990 and ground 950, for simplicity. Outputs 960 and 970 are branches directly from input lines 860 and 870, respectively. Outputs 980 and 990 are outputs coming directly from pins 580 and 590 of IC3500, respectively. It will be appreciated that the above-described assembly allows two network nodes to be connected to receive network data. Therefore, the network may be a daisy chain type as long as individual nodes are connected in series, or may be a tree type if two or more nodes are connected to the output of each individual node.
[0045]
From the above description, it can be seen that an addressable network of LED lighting or display units can be constructed from a collection of power modules each connected to a respective light module. As long as at least two primary color LEDs are used, any illumination or display color can be created by simply pre-selecting the light intensity emitted by each color LED. Furthermore, each color LED can emit light at any of 255 different luminances depending on the duty cycle of the PWM square wave, with maximum luminance caused by passing maximum current through the LED. Furthermore, the maximum brightness can be suitably programmed simply by adjusting the upper limit of the maximum allowable current using a current regulator programming resistor on the light module. Various maximum current rating light modules may thereby be conveniently replaced.
[0046]
In an alternative embodiment of the invention, a special power supply module 38 is provided, as depicted in FIG. The power supply module 38 may be located on any platform of the light module 100, such as, for example, the platform of the embodiment depicted in FIGS. The output of the power supply module 38 supplies power to a power and data input, such as the power and data input 18 of the circuit 10 of FIG. The power supply module 38 can take various types of voltage or current inputs including intermittent inputs and supply the circuit 10 with stable low noise power. In the embodiment depicted in FIG. 12, the power supply module includes an input 40 that may be a received electrical signal that would typically be alternating current. The received signal is then converted by a rectifying element 42 which is a bridge rectifier comprising four diodes 44 in an embodiment of the invention. The rectifying element 42 rectifies the AC signal into a low-noise DC signal. The power supply module 38 may further include a storage element 48 that may include one or more capacitors 50. The storage element stores the power supplied by the rectifying element 42 so that the power supply module 38 is powered at the input 18 of the circuit 10 of FIG. 6 even if the power to the input 40 of the power supply module 38 is intermittent. Can be supplied. In the example shown, one of the capacitors is an electrolytic capacitor with a value of 330 μF.
[0047]
The power supply module 38 may further include a booster converter 52. The booster converter takes low voltage direct current and boosts it to reduce noise in order to provide a higher voltage to the DC power input 18 of the circuit 10 of FIG. The booster converter 52 includes an inductor 54, a controller 58, one or more capacitors 60, one or more resistors 62, and one or more diodes 64. The resistor limits the data voltage swing of the signal to the processing device of circuit 10. The controller 58 may be a conventional controller suitable for booster conversion, such as LTC 1372 provided by Linear Technology. The teachings of the LTC1372 data sheet are incorporated herein by reference.
[0048]
In the illustrated embodiment, booster converter 52 can take approximately 10 volts of power and convert it to 24 volts of low noise power. The 24 volt power can be used to power circuit 10 and LED 15 of FIG.
[0049]
In certain embodiments of the invention, power and data are separate for data such as conventional electrical or power wires and RS-485 wires, as in most applications of the DMX-512 protocol. It is supplied to the circuit 10 and the LED 15 by conventional means such as wire. For example, in the embodiment of FIGS. 4 and 5, when the platform 30 is plugged into a conventional halogen lamp fixture 34 having only one power, a separate data wire provides data for controlling the LED 15. May be provided.
[0050]
In another embodiment, the power and serial data are simultaneously applied to a device that may be a lighting device such as the lighting device using the LED of FIG. 1 or any other device that requires both power and data. Supplied. Power and data may be supplied to multiple lighting devices with a single set of wires. In particular, in this embodiment of the present invention, power is supplied to the device along a two-wire data bus (and such as those typically used for illumination in applications where high power is required, such as halogen lamps (and If applicable, it is delivered (via power supply module 38).
[0051]
In one embodiment of the invention, power supply module 38 recovers power from the data line. In order to enable power recovery from the data line, a power data multiplexer 60 is provided that amplifies the received data stream and produces a logical data level, wherein one or more logical states are between the logical states. Has sufficient voltage or power to be recoverable. Referring to FIG. 13, in one embodiment of the present invention, a data input 64 is provided which is a line driver or other input for providing data. In an embodiment of the present invention, the data is DMX-512 protocol data for controlling lighting such as LEDs. It should be understood that the power data multiplexer 60 can also manipulate data for control of other devices according to protocols other than those described above.
[0052]
The power data multiplexer 60 may include a data input element 68 and a data output element 70. The data output element 70 may include an output element 72 that provides power and data coupled to a device such as the power supply module 38 of FIG. 12 or the input 18 of the circuit 10 of FIG. The data input element 68 may include a receiver 74 that may be an RS-485 receiver for receiving DMX-512 data or other conventional receivers for receiving data according to a protocol. The data input element 68 may further include a power supply 78 with a voltage regulator 80 to provide regulated power to the receiver 74 and the data output element 70. Data input element 68 provides a data signal to data output element 70. In the embodiment shown in FIG. 12, a TTL data signal is provided. Data output element 70 amplifies the data signal and determines the relative voltage direction of the output. In the embodiment shown, chip 82 amplifies the data signal to a 24 volt positive signal to represent a logic 1 and a high speed to amplify the data signal to a 24 volt negative signal to represent a logic zero. It consists of a PWM stepping motor driver chip. It should be understood that different voltages may be used to represent logic 1 and logic 0. For example, zero volts could represent a logic 0 and a particular positive or negative voltage could represent a logic 1.
[0053]
In this embodiment, the voltage is sufficient to supply power while maintaining the logical data value of the data stream. The chip 82 may be any conventional chip that can take an input signal and amplify it to a larger voltage in a selected direction. It should be understood that any circuit for amplifying data while maintaining the logical value of the data stream can be used for the power data multiplexer 60.
[0054]
The embodiment of FIGS. 12 and 13 includes any device for converting a data signal transmitted according to a data protocol in which certain data is represented by a non-zero signal into power supplied to an electrical device. Please understand. The device may be a light module 100 such as that depicted in FIG.
[0055]
In the embodiment of the present invention, the data supplied to the power data multiplexer 60 is data according to the USITT DMX-512 protocol, where a certain data stream is sent from a console such as a stage console to the DMX-512 network. Sent to all devices above. DMX-512 is enforced on the data. For this reason, the power data multiplexer 60 in the embodiment depicted in FIG. 13 or in another embodiment may be driven from a standard signal voltage and / or current level to a higher voltage, and usually to a higher current. It is guaranteed that 512 signals can be amplified.
[0056]
The resulting higher power signal from the power data multiplexer 60 is converted back to separated power by the power supply module 38 or by other circuitry having a diode rectification function and a power capacitor filtering function. be able to.
[0057]
The data stream from the power data multiplexer 60 can be recovered by a simple resistor divider that recovers the standard data voltage level signal supplied to the input 18. Resistance splitting can be achieved by resistor 84 of FIG.
[0058]
The power data multiplexer 62, when combined with the power supply module 38 and the array 37 attached to the modular platform 30, enables digitally controlled lighting with LEDs using existing wires and light fixtures. . In some systems, separate data or power wires are not required because the device can obtain power and data from a single set of wires. The power data multiplexer 60 is installed along a conventional data wire, and the power supply module 38 can be installed on the platform 30. In this way, by simply adding the power data multiplexer 60, inserting the modular platform 30 into a conventional halogen lamp fixture, and supplying DMX-512 data to the power data multiplexer 60, the user can perform digital control using LEDs. You can get a certified proof.
[0059]
It should be understood that the power supply module 38 can be supplied with standard 12 volt AC in an unmodified manner. That is, the power supply module can supply the array 37 from alternating current present in a conventional light fixture such as an MR-16 light fixture. If digital control is desired, a separate data wire can be provided if desired.
[0060]
Another embodiment of the power data multiplexer 60 is depicted in FIG. In this embodiment, a power supply between 12 and 24 volts connected to input terminal 899 is used.
[0061]
The voltage at 803 is 8 volts greater than the power supply. The voltage at 805 is about minus 8 volts. The voltage at 801 is 5 volts. The power data multiplexer 60 may include decoupling capacitors 807 and 809 for the input power supply. A voltage regulator 811 provides a supply of low noise 5 volt voltage that is decoupled by capacitor 813. A voltage regulator 815, which may be an LM317 voltage regulator available from National Semiconductor, forms an 18 volt voltage regulator with resistors 817 and 819 decoupled by capacitors 821 and 823. The teachings of the LM317 data sheet are described herein by reference. This is fed to an adjustable buck regulator 823, which can be an LT1375 buck regulator available from Linear Technology of Milpitas, California, operating in a voltage inverting configuration. The teachings of the LT1375 data sheet shall be described herein by reference. The resistances of resistors 817 and 819 are selected to produce minus 8 volts, diode 844 is for a higher voltage than shown in the data sheet, and inductor 846 is further coupled to capacitor 848, for example. It could be any conventional inductor with a value of 100 μH that would allow the use of a smaller and less expensive capacitor, and the supply was further bypassed by capacitor 852. The diode 854 may be version IN914 in a plastic package, and the frequency compensation capacitor 856 is sized appropriately for changes in other components according to the data sheet formula. The circuit produces -8 volts at 805.
[0062]
A boost regulator 825 may also be included which may be an LT1372 voltage regulator available from Linear Technology, Milpitas, California. The teachings of the LT1372 data sheet are described herein by reference. The boost regulator may be a standard design. The diode 862 may be a diode that has a higher voltage than taught by the data sheet. Inductor 864 and capacitor 839 may be appropriately sized according to the data sheet formula to produce a voltage 8 volts higher than this for an input voltage range between 12 and 24 volts. Capacitor 866 may be sized for frequency compensation specified values of inductor 864 and capacitor 868 according to data sheet guidelines. The set of resistors 827, 833, 837 together with the transistor 829 form a voltage feedback circuit. Resistors 833 and 837 form a voltage divider that produces a voltage proportional to output voltage 803 at feedback node pin 835. Resistor 827 and transistor 829 form a current mirror that draws current from feedback node pin 835 in proportion to the input voltage. Thus, the voltage at feedback node pin 835 is proportional to the output voltage minus the input voltage. The ratio of the resistance of resistor 833 to the resistance of resistor 837, which needs to be equal to resistor 827 for this subtraction to work, is chosen to produce 8 volts. Capacitor 839 may be used to further bypass the supply.
[0063]
Received data, which may take the form of a received RS-485 protocol data stream, is received by the receiver chip 841 at pins 843 and 845 and buffered to create a true complement data signal at pins 847 and 849, respectively. Is amplified. These signals are further buffered and reversed by element 851 to create a true complement data signal with substantial drive capability at pins 853 and 855, respectively.
[0064]
Each of the signals from pins 853 and 855 is then processed by an output amplifier. There are two output amplifiers 857 and 859 that may be substantially the same in design and function. In each case, the data signal entering the amplifier is connected to two interchanged series current sources 861 and 863, and at the connection of the two resistors 865 and 869, the first current source is resistor 865 and transistor 867. The second current source is composed of a resistor 869 and a transistor 871. Current source 863 will reduce the current by about 20 milliamps when the signal entering the amplifier is low, such as zero volts, and will not reduce the current when the signal is high, such as plus 5 volts. Another current source 861 will get about 20 milliamps when the signal is high, not when the signal is low. These currents are well known to analog circuit designers, consisting of transistors 877 and 879 and resistors 879 and 881 for current source 863 and transistors 885 and 887 and resistors 889 and 891 for current source 861. Supplied to two current mirrors 873 and 875, which are standard designs. The collectors of transistors 877 and 855 are connected together to form one current summing node. The net power delivered from these transistors to this node is about 20 milliamps in the procurement direction (flowing into the node) when the input signal is low, and in the decreasing direction (flowing out of the node) when the signal is high. right. The transition from the low state to the high state occurs at the input signal, and the resulting 20 milliamp drop current causes capacitor 893 (and the parasitic capacitance at this node) to become the voltage at the node where diodes 895 and 897 begin to conduct. Until it reaches about minus 5 volts, discharging at a controlled rate of about 5 volts per microsecond, fixing the node voltage negative wander at minus 5 volts and preventing saturation of transistor 885. Transistors 889 and 901 form a standard designed bidirectional Class B voltage follower, with the voltage at the junction of their emitters following the transition at the node connected to capacitor 893. Specifically, transistor 899 is turned off, transistor 901 conducts, reduces the voltage at the gates of transistors 903 and 907, switches transistor 903 off, slowly turns on transistor 907, and supplies current to output pin 909. From ground to ground. Field effect transistors 903 and 907, which may be of the type available from National Semiconductor, Santa Clara, California, also form a standard design Class B voltage follower. When the voltage at the current summing node is fixed at minus 5 volts, the voltage at the gate of 903 reaches -4.4 volts, and transistor 907 remains in its original state as long as the input signal remains high. right.
[0065]
Once the input signal goes low, the current at the summing node changes direction, the capacitor 893 discharges at the same rate, and eventually is fixed at an input voltage value of plus 5 volts. The transistor 899 raises the voltage at the gates of the transistors 903 and 905, turns off the transistor 903, turns on the transistor 907, and procures current from the input side to the output side through the resistor 911. It will take about 500 nanoseconds for the voltage (ie, output) at the summing node to switch completely between zero and 24 volts (if the power input is up to 24 volts). It would also take about 250 nanoseconds to move between zero and 12 volts (if the power input is 12 volts). Transistor 905 and resistor 911 form a short circuit protection circuit that limits the current flowing through 903 to approximately 6 amperes. Diode 913 isolates the short circuit protection circuit when transistor 903 is not on. In this case, transistor 907 is not protected because the short circuit path is either to ground or to the other amplifier channel. In the first case, no current flows through transistor 907, but in the second case, other amplifier short-circuit protection will protect transistor 907.
[0066]
Because of the bridge rectifier at the input to the device as disclosed with respect to the description of the embodiment of FIG. 6, the power data multiplexer circuit depicted in FIGS. 13 and 14 has a data = 1 state and a data = 0 state. Both provide power to the device and do not depend on any data format at the input to maintain sufficient power to the device. Data is extracted for use in other embodiments of the invention.
[0067]
The circuit of FIG. 14 produces a controlled slew rate. That is, the generated power and data have a relatively smooth transition between a logic zero state and a logic one state. The controlled slew rate produced by the circuit of FIG. 14 reduces the magnitude of radio frequency interference that occurs, as will be more particularly described below with respect to the data track of the present invention.
[0068]
The input of the lamp is substantially similar to the termination circuit in the track type embodiment described below and has the same effect as the termination circuit, so the lamp itself terminates the line. This eliminates the need for a termination device on the line. Additional termination is only required for devices that are commanded to turn off, devices with low actual data wire impedance, or with long wires, or when there are many transitions to occur. Since this is a very unlikely combination of factors, certain configurations of additional termination devices are not actually required.
[0069]
For the embodiment in FIG. 14, 6 amps of power run 24 lights at 24 volts and 24 lights at 12 volts.
[0070]
In certain embodiments of the invention, a modified method and system is provided to provide a plurality of simultaneous high speed pulse width modulated signals. This method may be accomplished by computer software coding of the steps shown in flowcharts 202 and 205 of FIG. 15, or by computer hardware that is designed to accomplish these functions. In step 204, to generate a number N of PWM signals, the processing unit schedules an interruption with at least N short periods, possibly equal (as is the case in this embodiment). In this embodiment, this interruption is caused by a counter and interrupts the processor every 256 processor clock cycles. In step 208, a rough PWM value for each short period is calculated. In step 212, the vernier value for each PWM channel is calculated. The short period may be described as Pi that is the first short period 1 or the like.
[0071]
The interrupt routine executes the steps of flowchart 20 at each sub-cycle that begins with the interruption of step 213. In step 214, all PWM signals are updated with pre-calculated values corresponding to this particular short period. In most cases, this is accompanied by a single read from an array of pre-calculated values, followed by a single write to update multiple I / O pins on which the PWM signal is generated.
[0072]
In step 222, the processor advances the short cycle argument to point to the next short cycle.
[0073]
In auxiliary step 218, the time during which the PWM signal is on can be reduced or increased by changing the state of the signal for up to one half of the short period. There are two possible cases. A rough update puts the signal in the “off” state and the auxiliary routine switches it to the “on” state for up to half the time of the short cycle, or the rough update is “on” and the auxiliary routine Switches its signal “off” for a period of up to one-half of a short period.
[0074]
Using this method, each PWM signal can change multiple times per PWM period. This is advantageous because the software can use this property to increase the apparent PWM frequency while maintaining a relatively low interruption rate.
[0075]
The methods that have been disclosed so far consume at most about half the processor time compared to conventional PWM routines.
[0076]
As an example, consider two signals A and B with a resolution of 20 counts programmed to 7 and 14 counts, respectively. These signals can be generated as follows.
[0077]
A: | + v_v ++++++ | _________ |
B: | ++++++++++++ _ ^^^ ____ |
Pi: ^ 1 ^ 2
In this example, the pre-calculated update value at Pi = 1 is on for both signals. Then, while the interrupt routine continues to run, it spends some time with signal A on. Next, A turns off at the first “v” auxiliary step, and the interrupt routine executes the time delay code during the time before the signal is turned back on at the second “v”.
[0078]
The actual time between multiple updates and auxiliary updates at the beginning of a short period need not be known as long as the time spent between auxiliary updates is the desired time. While the auxiliary update occurs, the signal B switched on remains on and remains unaffected.
[0079]
When the second interruption occurs, both signals are switched off and the auxiliary routine now adds four additional counts to the period of signal B. In this example, only 35 percent of the processor time was consumed in addition to the time required for the two interruptions.
[0080]
Since only one auxiliary period is required for each signal generated, increasing the number of periods per PWM period will result in the majority of possible frequencies at the dedicated hardware PWM output of many possible PWM channel microprocessors. A non-uniform PWM waveform can be generated at a high frequency. The microprocessor still performs interruptions at fixed intervals.
[0081]
In order to change the duty cycle of the resulting signal, the software does not have to worry about synchronizing with the interrupt routine, and more importantly, it does not stop it, but roughly or auxiliary values in any order Any or all of these can be updated asynchronously. The interrupt routine never changes any variable that the main code changes, or vice versa. In this way, there is no need for any kind of interlock.
[0082]
This software routine can thus utilize a single timer to generate a plurality of PWM signals, each signal wave ultimately having a resolution of a single processor cycle. The microchip PIC microprocessor can generate three PWM signals, each having a resolution of 256 counts corresponding to a delay of 4 instructions. This allows a PWM period of 4882 Hertz with a period of just 1024 instructions, ie 20 MHz clock.
[0083]
Further, for counts between 64 and 192, the PWM waveform is a non-uniform 9,765 Hertz signal and the noise is much lower than conventional PWM generators in such processing devices.
[0084]
As described above, the LED array of the present invention is responsive to external electrical signals and data. As a result, it is desirable to have an improved distribution mechanism for data and signals in order to make full use of the advantages of the present invention. In some embodiments of the present invention, the data connection 500 may be a DMX or conventional lighting or lighting data network bus located in a track where LEDs are located. In this way, a truck with the ability to deliver a data signal may be operated inside a track lighting device for LEDs or conventional lights. The data signal can then be controlled by a microprocessor, allowing intelligent individual control of individual lamps or LEDs. It is within the scope of the present invention to provide distributed lighting that is responsive to both electrical and data control.
[0085]
The LED of the present invention is extremely sensitive to changes in the input signal. As a result, high speed data distribution is desirable to take advantage of the features of the present invention. In one embodiment of the present invention, a method for accelerating the communication speed of a DMX-512 network is provided. In particular, the DMX512 network transmits data at 250,000 baud. The DMX standard requires all receivers to recognize a break of at least 88 microseconds. After the mark is recognized, all devices wait to receive a start code and ignore the rest of the packet if anything other than zero is received. If a non-zero start code is sent before sending data at a higher baud rate, the device can respond to that higher baud rate more quickly. Instead, more than a certain number of channels are assigned to a high baud rate, but other devices are not stripped of the necessary data because they have already received their data from that frame. In order to prevent loss of synchronization, it may be desirable to frame multiple characters with the correct stop bit.
[0086]
The present invention provides an automated system chassis comprising a motherboard that includes the LED array of the present invention and communicates with a network and / or bus using DMX, Ethernet or other protocols to control a wide range of electrical devices. May be included.
[0087]
In another embodiment of the present invention, the input signal for the microprocessor can be obtained from a lighting control network that does not have a direct current connection. A switch or remote control mounted on the wall can transmit the signals as programmed infrared, radio-frequency signals or other signals to a receiver that can transmit the signals to the microprocessor.
[0088]
Another embodiment provides a different track lighting system. Current track lighting systems typically support both the physical and electrical characteristics of a track made of a material consisting of a molded aluminum track that supports and houses a copper conductor and houses a molded plastic insulation. use. Conventional track lighting systems typically provide power and mechanical support to light fixtures that can be attached to a “track” at any location along its entire length without the use of tools by the customer.
[0089]
In the simplest form, the track provides only two conductors, and all light fixtures along the track receive power from the same two conductors. In this situation, all light fixtures attached to the truck are controlled by a single controller. It is impossible to remotely control (switch on or off, or dimm) a subset of light fixtures attached to the truck without affecting other light fixtures.
[0090]
Track systems typically include more than two conductors, mainly due to Underwriters Laboratories' requirements for individual ground conductors. Many systems have also strived to provide more than two current carrying conductors. The purpose of the additional power carrying conductor is typically either to increase the overall power carrying capacity of the truck or to provide separate control over a subset of light fixtures. Up to four “circuits” are known, ie tracks with current carrying conductors.
[0091]
However, even with four circuits, full flexibility cannot be achieved with conventional tracks for a number of reasons. First, light fixtures are assigned to subsets when inserted into a track. In this way, the light fixture will be affected by the signal for a particular subset. When there are more lights than circuits, it is impossible to control the lights individually using conventional systems. Also, light fixtures that can be modified somewhat (ie dimmed), but not easily used to transmit a significant amount of data, typically only receive power. Furthermore, information cannot be easily returned from the light fixture.
[0092]
The truck embodiments disclosed herein enable individual control of multiple light fixtures installed on the truck, while complying with the need for both safety and elimination of unintentional radio frequency generation. , Enabling robust two-way communication on that track. Disclosed herein is a method and system for creating an electrical signal to deliver data to a plurality of light fixtures attached to a track, where the truck delivers the signal to the light fixture. In order to ensure that the signal does not cause excessive unintended reflections.
[0093]
Referring to FIG. 16, in one embodiment, a user may wish to transmit lighting control data to a light fixture 6000 on a track 6002, preferably using industry standards. The light fixture 6000 may be a light module 100, such as those individually disclosed, or any other conventional light fixture that can be connected to a conventional track lighting track. In some embodiments, the data control standard is the DMX-512 standard described herein.
[0094]
DMX-512 specifies the use of standard RS-485 voltage signaling and input / output devices. However, using RS-485 requires that the network to which the light fixture 6000 is attached take the form of a bus composed of a long medium with controlled impedance, and that the network is connected to each bus endpoint. There is a problem with the track lighting application described here. These characteristics are usually not provided in typical track lighting systems that do not have a system of conductors with controlled impedance. In addition, track systems often have branches, or “T” s where one section of the track branches into multiple other sections, for cost, reliability, and installation reasons. It is not desirable to regenerate the signal electronically at a point. Thus, each section is “terminated” with its characteristic impedance, and for the purposes of RS-485, a properly terminated network cannot be achieved.
[0095]
However, through the present invention, it is possible to transmit a signal that conforms to a modification of the RS-485 specification that can be received by currently available devices that conform to the RS-485 specification.
[0096]
In order to effectively deliver data in this environment, a new data transmitter 6004 is required. A waveform driver controlled as the data transmitter 6004 is utilized to counteract the effects of the transmission path caused by multiple sections of the track. This driver design may be further optimized to minimize the amount of unintended radio frequency emissions and to comply with FCC and CE regulatory requirements. In addition, special termination networks may be utilized to ensure signal integrity.
[0097]
Certain features of the track system are related to each other. First, multiple sections of a track can be considered as a collection of individual transmission lines, each with a certain (generally unknown) characteristic impedance and a certain unknown length. it can. The light fixture attached to the truck has some load along the length of the transmission path. The RS-485 standard specifies that the minimum impedance of such a load will be at least 10.5 kilohms and specifies that the added capacitance should not exceed 50 pF. In a large lighting network, it is possible to envisage a track system consisting of dozens of sections, each up to several meters long. The total number of light fixtures can easily exceed 200 in only one room. In this way, the total load presented by the device being controlled alone may be less than 50 ohms with an additional 10,000 pF capacitance. In addition, leakage between the power conductor and the signal conductor in the track may occur. The track itself may have an additional capacitance of up to 25 pF per foot.
[0098]
Transmission paths that are shorter than a quarter of the wavelength of the highest frequency signal transmitted over them are analyzed and considered as aggregate loads. In other words, it is generally understood that the influence of the transmission line can be substantially ignored. In this way, any combination of load and track sections is a single as long as the maximum length from any one endpoint to any other endpoint is less than a quarter of the wavelength of the highest frequency signal delivered. It can be regarded as the total load. For digital signals, the highest frequency component is the edge where the signal transition between the two voltage states represents a logic one and a logic zero. The DMX-512 lighting control protocol defines a data transmission rate of 250,000 bits per second. The signal edge transition time required to reliably transmit such a signal is at least five times faster than its rate. That is, the transition must not occur longer than 800 nanoseconds to ensure reliable data transmission. Assume that a data driver can be constructed that can produce electrical signals that transition at this speed, that the speed of light is three times 108 meters per second, and that the speed of propagation in the track is about 70 percent of the speed of light. A safe limit for the maximum network length is about 42 meters. This is a suitable length for most applications. Assuming that the total length of the branched network may be up to two 42 meter track sections, the total capacitance added by the track itself will be an additional 7,000 pF for a total load of 17,000 pF. right.
[0099]
In order to effectively transmit data into such a network, a driver with significantly more power than a driver for the current RS-485 standard is required. In order to achieve a 5 volt transition, for a heavily loaded network as described above, the driver will preferably absorb at least 100 milliamps continuously for the resistive portion of the load, which will be absorbed by the capacitive load. At least 100 milliamperes can be supplied during the period. In this way, the driver output current is at least 200 milliamps to ensure a proper margin. A circuit design of a driver 6004 that meets these criteria is shown in FIG. Even if the transition is faster than 800 nanoseconds, the network will not fail, but it will increase the current required during the transient, causing excessive ringing at the slightly loaded track end, and unintentional radio frequency generated from the system. Will increase significantly. All of these effects are undesirable. At the 800 nanosecond transition time, most unintentional harmonics generated by the system are well below the 30 MHz starting frequency for CE testing, and higher harmonics have enough energy to violate the requirements. I don't have it.
[0100]
In order to effectively propagate the signal along the length of the track, the track data conductor has a low resistance per unit length, ideally 1.5 volts of the signal as specified in the RS-485 standard. It is necessary to have a length less than that required to deliver to all receivers. In a heavily loaded network (with all loads at the end) this is about 0.09 ohms per foot. Since this includes an intermediate connector, the resistance of the track conductor should ideally be much lower than this number. Track dielectric effects will also contribute to signal degradation.
[0101]
In order to compensate for the track dielectric effect, a limited termination may be provided at the end of each branch. This termination is preferably not a pure resistance, but rather compensates only for the dielectric effect of the track. A suitable termination device 6008 circuit design is shown in FIG. This circuit effectively fixes the voltage between the data positive and data negative connections to plus 5 volts or minus 5 volts. Any overshoot of the signal may thus be absorbed by the branch regulator 6148 of FIG. The termination device 6008 effectively terminates the line without always drawing power from the data line.
[0102]
Then, retrieving data from the truck can be done to the electrical and mechanical attachment points of the truck itself (eg, using any of the commonly used attachment methods such as spring clips). It becomes a problem of installation. Many examples of track lighting installations are well known to those skilled in the art. One example is the hello power truck offered by Cooper Lighting.
[0103]
For example, once both power and data are available on the wire, the network version of the light module 100 described above, or any digitally controlled light intensity adjuster, can be used for individual control on the lighting unit. Can be achieved. The data can correspond not only to the brightness of light but also to control effects such as yoke, gobo control, and movement of the light focus. In addition, the system can be used to control non-lighting devices that are RS-485 compliant.
[0104]
By using this embodiment, a device that can respond on the same data conductor or a separate set using substantially similar drivers while the device is not selected for response (multiple drivers) In order to be able to be electrically disconnected from the data conductor, i.e. to allow sharing of the bus, possibly with additional circuit components. The device can send status information to the driver, or the information can be provided to the device through other means such as a frequency signal, an infrared signal, an acoustic signal, or other signal.
[0105]
Referring again to FIG. 17, the circuit design for the data driver 6004 includes a connector 6012 through which power is delivered to the data driver 6004, which can be nominally plus 12 volts of unregulated power. Power may be divided into an unregulated supply of plus 8.5 volts and a regulated supply of minus 3.5 volts by a shunt regulator 6014 consisting of resistor 6016, resistor 6018, and transistor 6020. Decoupling may be provided by capacitors 6022, 6024 and 6028. The shunt regulator 6014 may be a standard design well known to analog circuit designers. The 8.5 volt supply is further adjusted to produce a 5 volt supply by voltage regulator 6030, which can be an LM78L05 ACM voltage regulator available from National Semiconductor, Santa Clara, California, and decoupled by capacitor 6032 May be. The teachings of the data sheet for LU78L05ACM are incorporated herein by reference.
[0106]
The received RS-4895 data stream may be received on pins 6038 and 6040 by the RS-485 receiver chip 6034. The data stream is further buffered by receiver chip 6034 to produce a low noise amplified true complement data signal at pins 6042 and 6044, respectively. These signals are further buffered at pins 6050 and 6052, respectively, and reversed by buffer 6048 to produce a true complement data signal with significant drive activation. Each of these signals is then processed by an output amplifier. There are two output amplifiers 6054 and 6058 that are identical in design and function.
[0107]
Each amplifier 6054 and 6058 draws power from the power source described above, and both amplifiers share a bias voltage generator network comprised of resistors 6060, 6052 and 6064. Amplifier 6054 is comprised of all parts on the left side of this network of FIG. 17, while amplifier 6058 is comprised of all parts on the right side of this bias network. Only amplifier 6054 will be described because amplifier 6058 is substantially identical except that it is an inverted copy of the input to amplifier 6054.
[0108]
The bias network produces two bias voltages appearing at the bases of transistors 6068 and 6070, respectively, for example plus 6.4 volts and minus 1.4 volts. Transistor 6068 and resistor 6072 form a constant current source 6074 and source approximately 20 milliamps of current from the collector of transistor 6068. Similarly, transistors 6078 and 6080 provide a current sink 6082 to reduce 20 milliamps of current from the collector of transistor 6078. Diodes 6010, 6084, 6088, 6090, 6092 and 6094 form a current steering network 6098 that alternately receives 20 milliamps of current data line, or (if current is from transistor 6068, transistor 6102, resistor 6104, And through a 1 volt shunt regulator comprised of resistor 6108). When the received data line switches from a low state of zero volts to a high state of plus 5 volts, the current sink 6082 is routed through the diodes 6090 and 6092 because the voltage at the anode of 6090 is greater than the voltage at the anode of diode 6094. To reduce the current. Diodes 6084 and 6088 are reverse biased, and current will flow through 6010 and shunt regulator 6110, which consists of transistor 6102 and resistors 6104 and 6018. Since capacitor 6100 must be slowly charged from the current provided by transistor 6068, the circuit node at the anode of diode 6094 will not immediately follow the transition. Capacitor 6100 will charge at a rate of about 6.67 volts per microsecond and will reach about 4 volts after approximately 750 nanoseconds. At that point, the voltage at the collector of transistor 6068 increases as it forwards bias diodes 6084 and 6088, causing current source 6074 to advance into the input data line. As long as this data line is held high (at 5 volts), no more current will flow through diode 6010, shunt regulator 6110, and into capacitor 6100. The cathode of diode 6010 will remain at about 5.5 volts until the data line changes state to a low state of zero volts. During switching, as described above, transistor 6112 will serve as one common collector current buffer and will source as much current as needed in resistor 6114. This current will flow into the output at pin 6118 of output device 6120. The voltage at the output will thus be a slowly rising signal whose slope is adjusted by the charging of capacitor 6100 from current source 6074. A small base current is drawn from transistor 6068 by transistor 6112, but its impact on transition timing will be negligible.
[0109]
When the receive data line transitions to a low state, diodes 6084, 6088 and 6094 are biased forward, diodes 6090, 6092 and 6010 are reverse biased, and capacitor 6100 is through diode 6094 and through current sink 6082. It will discharge at a rate similar to the positive transition described above. Current from current sink 6074 will flow into the data line currently held at zero volts. The voltage at the anode of diode 6094 will reach minus 0.5 volts, and current will again flow through 6090 and 6092 instead of diode 6094 and transistor 6078, completing the downward transition. During this period, transistor 6129 will reduce as much current as necessary at pin 6118 of device 6120 through resistor 6128, causing it to follow the voltage at the anode of diode 6094. A small base current is drawn from transistor by transistor 6129, but its impact on transition timing will be negligible. Transistors 6130 and 6132 are combined with resistors 61114 and 6128 to protect transistors 6112 and 6129, respectively, in the event of a short circuit at the output, and provide the maximum possible output current (hence the current through transistors 6112 and 6130). Limit to about 250 milliamps.
[0110]
The waveform shaping performed by this circuit can be realized by a wide variety of circuits. The embodiment depicted in FIG. 17 is only one example of a circuit for creating a desired waveform shape. Any circuit that slows down and up transitions of the data signal can be considered an implementation of a waveform shaping circuit, as disclosed herein.
[0111]
Referring to FIG. 18, the termination circuit includes a bridge rectifier 6134 composed of diodes 6138, 6140, 6142 and 6144, resistors 6150 and 6152, and a shunt regulator 6148 composed of transistors 6154 and 6158. The circuit is a bidirectional voltage limiter that fixes the voltage across the input terminals to about 5.3 volts, regardless of the applied input polarity. Both shunt regulator 6148 and bridge rectifier 6134 are standard designs known by those familiar with analog circuit design. Capacitor 6150 improves the transient response of the voltage limiter.
[0112]
Excess energy stored in the transmission line will usually cause voltage wander exceeding 5.3 volts. The termination circuit 6008 of FIG. 18 will absorb excess energy because it fixes the voltage at the end of the transmission line to 5.3 volts. About 95 percent of the reflected energy may be absorbed by the circuit, and the resulting oscillation will have a negligible amplitude.
[0113]
The transistors disclosed herein may be of a conventional type such as those provided by Zetex. The semiconductor may be an industry standard type. Buffer 6048 may be an industry standard type and may be a 74HC04 type. Receiver chip 6034 may be a MAX490 receiver chip manufactured by Maxim Corporation of Sunvale, California. Other receiver chips may be used.
[0114]
Said embodiment may be in any number of different receptacles. Referring now to FIG. 19, the illumination unit of the present invention comprising a substantially cylindrical body section 602, a light module 604, a conductive sleeve 608, a power supply module 612, a second conductive sleeve 614 and a surrounding wall plate 618. FIG. Here, the light module 604 and the power supply module 612 are the electrical structure and software of the light module 100 and the power supply module 200 described above, or the light module 100 or other power disclosed herein. Other embodiments of the supply module are included. Assume that the screws 622, 624, 626, 628 allow the entire device to be mechanically connected. The entire device is mechanically connected by screws 622, 624, 626, 628. Body section 602, conductive sleeves 604 and 614, and enclosure plate 618 are preferably made from a material that conducts heat, such as aluminum. Body section 602 has an open end, a reflective interior, and an illuminated end to which module 604 is mechanically secured. The light module 604 is disk-shaped and has two sides. The illumination side (not shown) comprises a plurality of LEDs of various primary colors. The connection side holds an electrical connector male pin assembly 632. Both the illumination side and the connection side are coated with an aluminum surface so that heat is better transferred outward from the plurality of LEDs to the body section 602. Similarly, the power supply module 612 is disk-shaped and any usable surface is coated with aluminum for the same reason. The power supply module 612 has a connection side that holds an electrical connector female pin assembly 634 that is adapted to mate the pins from the assembly 632. The power supply module 612 has a power terminal side that holds a terminal 638 for connection to a DC power source. Any standard AC or DC jack may be used as appropriate.
[0115]
Sandwiched between the light module 602 and the power supply module 612 is a conductive aluminum sleeve 608 that substantially encloses the space between the modules 602 and 612. As shown, the disk-shaped enclosure plate 618 and screws 622, 624, 626 and 628 seal all of the components together, thus the conductive sleeve 614 is energized with the enclosure plate 618. It is sandwiched between modules 612. Once sealed together as a unit, the lighting device is connected to the data network as described above and may be attached in any convenient manner to illuminate the area. During operation, preferably light diffusing means will be inserted into the body section 602 to ensure that the LEDs on the light module 604 appear to emit a single uniform beam of light.
[0116]
Another embodiment of the light module 100 is depicted in FIG. One advantage of the array 37 is that it can be used to build lighting with LEDs that overcomes the need to provide different light fixtures for different lighting applications. In particular, in the embodiment of the invention shown in FIG. 20, an array of LEDs 644, which may be the circular array 37 depicted in FIG. 8 or another array, is an MR-16 for a conventional halogen lamp. It may be placed on a platform 642 that is constructed for insertion into a light fixture, such as a light fixture. In other embodiments of the present invention, the platform 642 may be shaped to be plugged into, screwed into, or tied into a power source having the same configuration as a conventional bulb, halogen bulb, or other illumination source. In the embodiment of FIG. 20, a set of connectors 646 connects to a power source such as an electrical wire in the same manner as a conventional halogen bulb connector for MR-16 light fixtures.
[0117]
In the embodiment of the present invention depicted in FIG. 21, the platform 642 carrying the LED array 644 can be plugged into a conventional halogen lamp fixture. In this way, the user can have a light using an LED simply by plugging the modular platform 642 without changing the wiring or light fixture. The user can return to conventional lights by removing the modular platform 642 and installing a conventional halogen bulb or other illumination source. In this way, the user can use the same light fixture and wiring for a wide variety of lighting applications, including the LED system 120 in the various embodiments disclosed herein.
[0118]
Referring to FIG. 22, a schematic diagram is provided for a circuit design of a light module 100 suitable for inclusion in a modular platform such as platform 642 of FIG. The LED array 644 is composed of green, blue, and red LEDs. The processing device 16 provides functions similar to the processing device 16 described in connection with FIG. Data input pin 20 provides data and power to processing device 16. Data input pin 20 provides data and power to processing device 16. The oscillator 19 provides a clock function. The light module 100 allows the processing device 16 to receive received electrical signals formatted according to a control protocol such as the DMX-512 protocol in a manner similar to that disclosed in the other embodiments described above in an array 644 LED. Other circuit elements are included so that it can be converted into a control signal.
[0119]
In an additional embodiment of the invention depicted in FIG. 23, there is a digitally controlled array 37 of LEDs 15 that may be the LED system 126 of the light module 100 according to embodiments other than those disclosed herein. A modular platform 648 is provided. Modular platform 648 may be made of a transparent plastic material or similar material so that platform 648 is illuminated in any color provided by array 37. Modular platform 648 may include protrusions 652 and depressions 654 so that modular blocks can be formed that are interconnected to form a variety of three-dimensional shapes. A wall, floor, ceiling, or other object can be constructed from blocks where each block is illuminated in a different color by an array 37 of that block of LEDs 15. Blocks 648 can be interconnected. Such an object can be used to create a signal. That is, individual blocks of such objects can be illuminated in the form of symbols such as letters, numbers, or other designs. For example, the wall can be used as a color display or sign. Many different shaped modular blocks 648 can be constructed so that many different interlocking mechanisms can be constructed. In effect, the light module 100 may be placed in a variety of different geometric configurations and associated with a variety of lighting environments, as further disclosed herein.
[0120]
In another embodiment of the present invention, the arrayed LEDs are mounted on a pan or tilt platform in a manner similar to conventional stage lights. Known robot lights illuminate a conventionally made light beam from a bulb or vacuum tube onto a pan mirror or tilt mirror. The arrayed LEDs of the present invention may be installed directly on a pan or tilt platform, avoiding the need to accurately align the pan mirror or tilt mirror with the light source. In this way, an adjustable pan / tilt beam effect can be obtained similar to a mirror-based beam without a mirror. This embodiment allows for a pan / tilt beam effect in a more compact space than previously possible, since there is no need to separate between the light source and the mirror.
[0121]
Structural tiles using LEDs are also provided that include the ability to change color or brightness in a manner controlled by a microprocessor, through which walls, floors, or ceilings can be built. The tiles may be based on a modular system similar to toy plastic blocks. Multicolor tiles can be used to create multicolor dance floors or showers, or floor, wall or bathroom tiles.
[0122]
Modular lighting systems are also provided that allow the creation of various shapes that are illuminated based on a limited number of quasi-shapes. In this embodiment of the invention, a plurality of light emitting squares (or other geometric shapes) may be arranged in a larger one-dimensional, two-dimensional, or three-dimensional shape. Modular blocks could communicate through physical proximity or attachment. Modular multicolor lighting blocks can be configured in a variety of formats and shapes.
[0123]
As described above, embodiments of the present invention may be utilized in a variety of ways. By way of example, the following description provides various environments in which the LEDs of the present invention can be adapted for illumination and / or illumination.
[0124]
Turning now to FIG. 24, a modular LED unit 4000 is provided for illumination in the environment. Modular LED unit 4000 includes a light module 4002 similar to element 120 described in connection with FIG. 1 and a processing device 4004 similar to element 16 described in connection with FIG. The light module 4002 may include an LED 4006 having a plurality of colored semiconductor dies 4008, as shown in FIG. 25, to produce an emission range within a spectrum, eg, a series of frequencies within the visible spectrum. Each coloring die 4008 preferably represents a primary color and can individually generate a primary color of varying brightness. The primary colors from each of the dies 4008, when combined, can create a specific color that is in the color spectrum. On the other hand, a processing device 4004 may be provided to control the amount of current supplied to each of the semiconductor dies 4008. Depending on the amount of current supplied to each die, one primary color of constant brightness may be emitted therefrom. As a result, by controlling the brightness of the primary colors created from each die, the processor 4004 can essentially control the particular color illuminated from the LED 4006. Although FIG. 25 shows three colored semiconductor dies 4002, it should be understood that a range of radiation in the spectrum can be created using at least two colored dies.
[0125]
The modular unit 4000 may further include a mechanism (not shown) for facilitating communication between the control signal generator and the light module 4002. In one embodiment, the mechanism may comprise separate transmitters and receivers as described above in connection with FIG. However, it should be understood that the transmitter and receiver may be integrated into one mechanism. The modular unit 4000 may also include a power supply module 4010, as described in connection with FIG. 9, to provide current to the light module 4002 from a power source, such as an electrical output or a battery. Electrical connectors similar to the complementary male tweezers 632 and female tweezers 634 of FIG. 19 may be provided to allow current to be directed from the power supply module 4010 to the light module 4002. In this manner, the electrical connector may be designed to removably couple the light module 4002 to the power supply module 4010.
[0126]
In an alternative embodiment, the light module 4002 may include a plurality of LEDs 4006 shown in FIG. 25, as shown in FIG. Each LED 4006 has data similar to element 500 described above in connection with FIG. 2 for communication with a control signal generator or with other light modules 4002 in some embodiments of the invention. It may be part of a light module 4002 in which a communication link 4014 may be provided. In this manner, data such as the amount of current controlled by the processing device 4004 may be provided to a plurality of semiconductor dies 4008 in each of the LEDs 4006, so that a particular color may be generated.
[0127]
In another embodiment, a light module 4002 as shown in FIG. 27 may include a plurality of conventional light emitting diodes (LEDs) 4016. A conventional LED 4016 may represent the primary colors red, blue, and green. Thus, when a primary color from each of the LEDs 4016 is generated, a combination of multiple LEDs 4016 can create any frequency in the spectrum. Similar to the semiconductor die 4008, the brightness and / or illuminance of each LED 4016 may be varied by the processor 4004 to obtain a series of frequencies in the spectrum. A data communication link 4014 may be provided to facilitate communication between the plurality of LEDs 4016 and the processing device 4004.
[0128]
The modular LED unit 4000 may be interconnected to form a larger lighting assembly in some embodiments. In particular, the light module 4002 may include LEDs 4006 or 4016 arranged in a straight line in series on an elongated plate 4020 (FIG. 28A). LEDs 4006 or 4016 may also be arranged on a two-dimensional geometric panel 4022 (FIG. 28B) or to represent a three-dimensional structure 4024 (FIG. 28C). The elongated plate 4020, geometric panel 4022, or three-dimensional structure 4024 is flexible to allow the light module 4002 to adapt to the environment in which it is deployed without having to stick to any particular design. It should be understood that this may be a simple design.
[0129]
In one embodiment of the invention, the elongated plate 4020, the geometrical panel 4022 and the three-dimensional structure 4024 have a coupling mechanism (not shown) to allow coupling between the modular LED units 4000. May be provided. Specifically, the coupling mechanism allows a plurality of elongated plates 4020 to be joined together, a plurality of geometric panels 4022 to be connected to each other, or a plurality of three-dimensional structures 4024 to be coupled to each other. You can do it. The coupling mechanism is such that one of the elongated plate 4020, the geometrically shaped panel 4022, and the three dimensional structure 4024 can be interconnected to another of the elongated plate 4020, the geometrically shaped panel 4022 and the three dimensional structure 4024. May be designed. The coupling mechanism may allow either mechanical coupling or electrical coupling between the modular LED units 4000, but preferably electrical coupling and physical coupling between the modular LED units 4000. Both allow for. By providing an electrical connection between the modular LED units 4000, power and data signals can be directed to and between the modular LED units 4000. Furthermore, such a connection can provide power and data at one central location for distribution to all of the modular LED units 4000. In one embodiment of the present invention, data may be multiplexed with power signals to reduce the number of electrical connections between modular LED units 4000. On the other hand, the mechanical coupling may simply be a means for securely connecting the modular LED units 4000 to each other, and such functionality may be inherent by providing an electrical connection.
[0130]
The modular LED unit 4000 of the present invention may be made to be either a “smart” unit or a “dumb” unit. In some embodiments, the smart unit includes a microprocessor incorporated therein, for example, to control a desired lighting effect produced by the LED. The smart units may communicate with each other and / or the master controller via a network formed through the aforementioned electrical connection mechanism. It should be understood that the smart unit can operate in an independent manner, and if necessary, one smart unit can operate as a master controller for the other modular LED unit 4000. On the other hand, the dam unit does not include a microprocessor and cannot communicate with other LED units. As a result, the dam unit cannot operate in an independent manner and requires a separate master controller.
[0131]
The modular LED unit 4000 may be used for lighting in a series of different environments. A method of using an LED unit is to first install a modular LED unit 4000 with a light module 4002 in the environment, such as that provided in FIGS. 25-27, and then to at least one LED. To control the amount of current to which the particular amount of current supplied to it (ie, semiconductor die 4008 or a plurality of conventional LEDs) has a corresponding frequency in the spectrum, eg, the visible spectrum. Is generated.
[0132]
Environments that the modular LED unit 4000 may illuminate include those that require the use of a handheld flashlight 4029 (FIG. 29) or an indicator light. Examples of environments that use indicator lights include elevator floor buttons, elevator floor marking displays or panels, automobile instrument panels, automobile engine key areas, automobile anti-theft warning indicator lights, and individual units of stereo systems A dial pad button 4030 (FIG. 30), a voice mail answering part, a door chime button, a light status switch, a computer status indicator, a video monitor status indicator, and a clock. Including but not limited to. Other environments that the modular LED unit 4000 may illuminate include (i) wearable devices including, for example, jewelry, clothing products, shoes, glasses, gloves and hats, (ii) light wands 4031 (FIG. 31). ), Toy police cars, fire engines, ambulances, toys including music boxes, (iii) hygiene products including, for example, toothbrush 4032 (FIG. 32) and shavers.
[0133]
In accordance with another embodiment of the present invention, a modular LED unit 4000 having a plurality of LEDs 4006 or 4016 arranged linearly in series on an elongated plate 4020 may be used for illumination in the environment. One such embodiment shown in FIG. 33 includes a sidewalk 4033, eg, an aisle in an aircraft, a fashion show aisle or hallway. When used with a passageway, at least one elongated plate 4020 of LED 4006 or 4016 may be disposed along one side of passageway 4033 for use as a direction indicator light.
[0134]
Another such environment shown in FIG. 34 includes a cove 4034. When used with a cove, at least one elongated plate 4020 of LED 4006 or 4016 may be positioned adjacent to cove 4034 so that the LED elongated plate can illuminate the cove. In one embodiment, the elongated plate 4020 of the LED 4006 or 4016 may be installed within the housing 40345, in which case the housing is installed adjacent to the cove 4034.
[0135]
Another such environment shown in FIG. 35 includes a handrail 4035. When used with a handrail such as a handrail in a dark movie theater, at least one elongated plate 4020 of LEDs 4006 or 4016 may be disposed on the surface of the handrail 4035 to indicate to the user the location of the handrail.
[0136]
Another such environment shown in FIG. 36 includes a plurality of steps 4036 on the stairs. When used with multiple tiers, at least one elongated plate 4020 of LED 4006 or 4016 is positioned at the edge of the tier 4036 so that the user is informed of the location of the tier at night or when there is no light.
[0137]
Another embodiment shown in FIG. 37 includes a toilet bowl 4037. When used with a toilet bowl, at least one elongated plate 4020 of LED 4006 or 4016 may be placed around the edge of toilet bowl 4037 or toilet seat 403 so that if there is no light in the bathroom, the user Be informed of the position of.
[0138]
Another environment shown in FIG. 38 includes a brake lamp 4038 held high in the rear of the vehicle. When used with a brake lamp held in an elevated position, at least one elongated plate 4020 of LED 4006 or 4016 can be placed in a receptacle 40385 provided previously for the brake lamp.
[0139]
Another environment shown in FIG. 39 includes a refrigerator door 4039. When used with a refrigerator door, at least one elongated plate 4020 of LEDs 4006 or 4016 may be placed on the refrigerator door handle 40395 so that, for example, if there is no kitchen light, the user The position of the handle can be instantly found to open the refrigerator door 4039.
[0140]
Another environment shown in FIG. 40 includes a tree 4040. When used with a tree, at least one elongated plate 4020 of LEDs 4006 or 4016 may be placed over the tree 4046 to allow its illumination. Tree 4040 will be another ornamental tree such as a Christmas tree or an artificial white Christmas tree. By changing the LED 4006 between various colors, the color of the tree 4040 can be changed.
[0141]
Another environment shown in FIG. 41 includes a building 4041. When used with a building, at least one elongated plate 4020 of LED 4006 or 4016 is positioned along the surface of building 4041, so that the illumination of the LED attracts the viewer's attention.
[0142]
In accordance with another embodiment of the present invention, a modular LED unit 4000 in which a plurality of LEDs 4006 or 4016 are arranged in a geometric panel 4022 may also be used for illumination in the environment. One such environment shown in FIG. 42 includes a floor 4042. When used with a floor, at least one geometric panel 4022 of LEDs 4006 or 4016 may be placed in at least one designated area in the floor 4042 to provide its illumination.
[0143]
Another environment in which LED 4006 or 4016 geometric panels 4022 may be used includes a ceiling 4043 as shown in FIG. When used with a ceiling, at least one geometric panel 4022 may be placed in at least one designated area of the ceiling 4043 to provide its illumination.
[0144]
Another environment in which the LED 4006 or 4016 geometric panel 4022 may be used includes a vending machine 4044 as shown in FIG. When used with a vending machine, at least one geometric panel 4022 may be placed on the back of the vending machine's front display 40445 to provide the illustrated display with illumination.
[0145]
Another environment in which the LED 4006 or 4016 geometric panel 4022 may be used includes an illumination surface 4045, as shown in FIG. When used with an illumination surface 4045, at least one geometric panel 4022 is placed on the back of the surface to provide illumination of the graphic design of the surface or illumination of an object placed on the surface. Can be done. Examples of such lighting surfaces may include advertising billboards of the type typically found on the transparent surface of a stand 40455 for exhibiting an airport or object 40458.
[0146]
Another environment in which the LED 4006 or 4016 geometric panel 4022 may be used includes a display signage 4046 as shown in FIG. When used with a signage such as an advertising billboard or advertising board, at least one geometric panel 4022 is accommodated, for example, located in front of the signage to provide illumination of the design thereon. The portion 40465 can be disposed.
[0147]
Another environment in which the LED 4006 or 4016 geometric panel 4022 may be used includes a traffic light 4047 as shown in FIG. When used with a traffic light, at least one geometric panel 4022 can be placed in a housing 40475 for at least one of the signal lights. It should be noted that with conventional signal lights, geometrical panels 4022 may be required for each of the three signal lights. However, because the modular LED unit of the present invention can generate a range of colors including red, yellow, and green, new traffic signal lights may be designed to include an arrangement of only one modular LED unit. . A variety of different colors are provided in each signal light so that the appropriate signal is provided to a variety of users including those suffering from red / green color blindness.
[0148]
Another environment in which the LED 4006 or 4016 geometric panel 4022 may be used includes a direction sign 4048 as shown in FIG. When used with a directional signboard, at least one geometrically shaped panel 4022 may be placed in a directional signboard receiving section 40485.
[0149]
Another environment in which the LED 4006 or 4016 geometric panel 4022 may be used includes an information board 049 as shown in FIG. When used with an information board, at least one geometric panel 4022 is placed in front of the board 4049 so that information data can be provided to the reader. In one embodiment of the present invention, information boards include, but are not limited to, traffic information signs, voiceless radio 40495, scoreboards, price boards, electronic advertising boards, and large public television screens.
[0150]
In accordance with another embodiment of the present invention, a modular LED unit 4000 in which a plurality of LEDs 4006 or 4016 are arranged to represent a three-dimensional structure 4024 may also be used for illumination in the environment. One such environment shown in FIG. 50 includes a building block toy 4050. When used with an assembly block toy, at least one three-dimensional structure 4024 of the LED 4006 or 4016 may be placed on or in the assembly block toy 4050 to provide its illumination. It should be understood that the three-dimensional structure of the LED may be a design for representing any desired three-dimensional object.
[0151]
Additional environments in which the three-dimensional structure 4024 of the LED 4006 or 4016 may be utilized include a decorative display 4051 as shown in FIG. The LED 3D structure 4024 can be designed to represent any 3D object, as shown, so that the structure is built into the ornamental exhibit 4051 of interest, resulting in LED illumination. Provides an illuminated display of objects. Examples of decorative exhibits 4051 include Christmas tree ornaments, animal figures, disco lighting balls 40515, or any expressible natural or artificial object.
[0152]
Additional environments in which the three-dimensional structure 4024 of the LED 4006 or 4016 may be utilized include a building glass block 4052 as shown in FIG. 52 or a large character 4053 as shown in FIG. To take advantage of the three-dimensional structure 4024 with the glass block, at least one three-dimensional structure 4024 can be placed in the glass block 4052 for its illumination. In order to utilize the three-dimensional structure 4024 with the large character 4053, at least one three-dimensional structure 4024 can be placed on the character or in the character if the character 4053 is transparent.
[0153]
Additional environments in which the three-dimensional structure 4024 of the LED 4006 or 4016 may be utilized include a conventional lighting device 4054 as shown in FIG. To take advantage of the three-dimensional structure 4024 with a conventional lighting device 4054, at least one three-dimensional structure 4024, for example in the form of a conventional light bulb 40545, can be placed in a socket for receiving a conventional light bulb.
[0154]
Additional environments in which the three-dimensional structure 4024 of the LED 4006 or 4016 may be utilized include a warning tower 4055 as shown in FIG. In order to take advantage of the three-dimensional structure 4024 with the warning tower, at least one three-dimensional structure 4024 is disposed on the tower 4055 to serve as a warning indicator for an aircraft flying over the sky or a vessel located remotely. sell.
[0155]
Additional environments in which the three-dimensional structure 4024 of the LED 4006 or 4016 may be utilized include buoys as shown in FIG. To take advantage of the three-dimensional structure 4024 with the buoy 4056, at least one three-dimensional structure 4024 can be placed on the buoy 4056 for its illumination.
[0156]
Additional environments in which the LED 4006 or 4016 three-dimensional structure 4024 may be utilized include balls 4057 or packs 40571 as shown in FIG. In order to take advantage of the three-dimensional structure 4024 with the ball or pack, at least one three-dimensional structure 4024 can be placed inside the ball 4057 or the pack 40571 to increase the visibility of the ball or pack.
[0157]
  In accordance with another embodiment of the present invention, a plurality of LEDs 4006 or 4016 areLinearly in an elongated plate 4020, in a geometric panel 4022, or as a three-dimensional structure 4024Two or more modular LED units 4000 arranged may be used for lighting in the environment. One such environment shown in FIG. 58 includes a decorative exhibit 4058. When used with a decorative display, at least one elongated plate 4020 of LED 4006 or 4016 and one of LED 4006 or 4016 geometric panel 4022 and three-dimensional structure 4024 provide illumination for the decorative display. Can be placed along the surface to provide. Examples of ornamental exhibits 4058 can include Christmas tree ornaments 40585, animal figures, disco lighting balls, or any natural or artificial object that can be represented.
[0158]
Another such environment shown in FIG. 59 includes a bowling alley 4059. When used with a bowling alley, one of LED 4006 or 4016 elongate plate 4020, geometric panel 4022, and three-dimensional structure 4024 can be positioned along lane 40595, and LED 4006 or 4016 elongate plate 4020. One of the geometric panels 4022, and the three-dimensional structure 4024 can be placed on the ceiling, floor or wall of the bowling alley.
[0159]
Another such environment shown in FIG. 60 includes a stage set. When used with a stage set, one of LED 4006 or 4016 elongated plate 4020, geometric panel 4022, and three-dimensional structure 4024 can be placed on the ceiling, floor or wall of stage 4060, and LED 4006 or 4016 One of the elongated plates 4020, the geometrically shaped panels 4022, and the three-dimensional structure 4024 can be placed on the rest of the stage ceiling, floor or wall.
[0160]
Another such environment shown in FIG. 61 includes a swimming pool 4061. When used with a swimming pool, one of LED 4006 or 4016 elongate plate 4020, geometric panel 4022, and three-dimensional structure 4024 can be placed on the floor or wall of swimming pool 4061, and LED 4006 or One of 4016 elongate plates 4020, geometrically shaped panels 4022, and three-dimensional structures 4024 may be placed on the remaining one of the swimming pool floor or wall.
[0161]
Another such environment shown in FIG. 62 includes the cargo compartment 4062 of the space plane 40625. When used with a spacecraft cargo compartment, one of the LED 4006 or 4016 elongated plate 4020, geometric panel 4022, and three-dimensional structure 4024 can be placed on the ceiling, floor or wall of the cargo compartment 4062; In addition, one of the elongated plates 4020, geometry panels 4022, and three-dimensional structures 4024 of LEDs 4006 or 4016 can be placed on the remaining elements of the cargo compartment 4062 ceiling, floor or wall.
[0162]
Another such environment shown in FIG. 63 includes an airplane hangar 4063. When used with an aircraft hangar, one of the LED 4006 or 4016 elongated plate 4020, geometric panel 4022, and three-dimensional structure 4024 can be placed on the ceiling, floor, or wall of the hangar 4063; In addition, one of the LED 4006 or 4016 elongated plate 4020, geometrically shaped panel 4022, and three-dimensional structure 4024 can be placed on the rest of the hangar ceiling, floor or wall.
[0163]
Another such environment shown in FIG. 64 includes a warehouse 4064. When used with a warehouse, one of LED 4006 or 4016 elongated plate 4020, geometric panel 4022, and three-dimensional structure 4024 can be placed on the ceiling, floor or wall of warehouse 4064, and LED 4006 or One of 4016 elongated plates 4020, geometrically shaped panels 4022, and three-dimensional structures 4024 can be placed on the rest of the warehouse ceiling, floor or wall.
[0164]
Another such environment shown in FIG. 65 includes a subway station 4065. When used with a subway station, one of the LED 4006 or 4016 elongated plate 4020, geometric panel 4022, and three-dimensional structure 4024 can be placed on the ceiling, floor or wall of the subway station 4065. In addition, one of the elongated plates 4020, geometry panels 4022, and three-dimensional structures 4024 of the LEDs 4006 or 4016 can be placed on the rest of the ceiling, floor or wall of the subway station.
[0165]
Another such environment shown in FIG. 66 includes a boat port 6066. When used with a boat port, one of LED 4006 or 4016 elongated plate 4020, geometric panel 4022, and three-dimensional structure 4024 is attached to buoy 40664, dock 40664, light fixture 40666, or boat house 40668. In addition, one of the elongated plates 4020, geometry panels 4022, and three-dimensional structures 4024 of the LED 4006 or 4016 can be placed on a buoy, dock, light fixture, or the rest of the boathouse.
[0166]
Another such environment shown in FIG. 67 includes a fireplace 4067. When used with a fireplace, one of the LED 4006 or 4016 elongated plate 4020, the geometric panel 4022, and the three-dimensional structure 4024 can be placed on a fireplace imitation wall 40675, wall or floor, and the spectrum In addition, one of the LED 4006 or 4016 elongated plate 4020, the geometric panel 4022, and the three-dimensional structure 4024 is a simulated fireplace fireplace so that the appearance of a flame is simulated when the internal frequency is generated. , Walls, or the rest of the floor.
[0167]
Another such environment shown in FIG. 68 includes a lower surface 4068 of a motor vehicle 40585. When used with the underside of an automobile, one of the LED 4006 or 4016 elongated plate 4020, the geometrical panel 4022, and the three-dimensional structure 4024 allows illumination of the road surface through which the automobile passes. Can be placed on the underside of the car.
[0168]
Although some special embodiments of the light module 4002 of the modular LED unit 4000 have been described in connection with a particular environment, it is not yet described, but only a light module and environment combination that can be easily imagined. It should be understood that it will be apparent to those skilled in the art to use light modules similar to those described in many different environments.
[0169]
From the foregoing, it will be appreciated that PWM current control of LEDs to produce multiple colors may be incorporated into a myriad of environments with or without a network. While several embodiments of the invention are described herein, it should be understood that other embodiments are within the scope of the invention.
[0170]
Another use of the present invention is as a light bulb. Using appropriate rectifiers and transformer means, the entire power supply module and light module can be placed in a traditional bulb housing, such as an Edison-fixed (screw-fixed) bulb housing. Each bulb can be programmed with a particular register value to function as a bulb of a particular color, including white. The current regulator can be programmed in advance to preset the light intensity by giving the desired current rating. Of course, the bulb may have a transparent or translucent section that allows light to pass around.
[0171]
Referring to FIG. 69, in one embodiment of the present invention, a smart light bulb 701 is provided. The smart bulb may include a housing 703 in which the processing device 05 and the illumination source 707 are placed. The housing may include a connector 709 for connection to a power source. A connection may also serve as a connection to a data source, such as data connection 500 disclosed herein with some other embodiments. The processing device may be a processing device 16 such as that disclosed elsewhere herein. The smart light bulb 701 may form one embodiment of the light module 100 that may be used in the various embodiments disclosed or included herein.
[0172]
In some embodiments, the housing 703 is configured to resemble the shape of a conventional housing for an illumination source, such as a halogen bulb. In one embodiment depicted in FIG. 69, a connector 709 is configured to mate with a conventional halogen bulb socket, and the illumination source 707 is such as the LED system 120 described above in connection with FIG. LED system.
[0173]
The processing device 705 may be similar to the processing device 16 disclosed in connection with the description of FIG. 1 above and further described elsewhere herein. That is, in one embodiment of the present invention, the smart light bulb 701 comprises a light module 100, such as the light module disclosed above. However, it should be understood that the smart bulb may have a wide variety of other configurations. For example, the housing 703 may be shaped to resemble an incandescent bulb, in which case the connector 709 would be a set of screws for screwing into a slot of a conventional incandescent light and the illumination source 707 would be the light source of the incandescent bulb . The housing 703 may be configured to resemble any conventional light bulb or fixture such as a headlamp, flashlight, warning light, signal light, or the like. Indeed, the housing 703 can take any geometric configuration appropriate to a particular lighting or display environment.
[0174]
The processing device 705 may be used to control the brightness of the illumination source, the color of the illumination source 707, and other features or elements included in the receptacle 703 that can be controlled by the processing device. In an embodiment of the invention, the processor 705 controls the illumination source 707 to produce any color in the spectrum, to quickly change between different colors, or to create a desired lighting condition. The illumination source placed in the receptacle 703 and associated with the processing device 705 will include any type of illumination source, including the series of such sources disclosed above.
[0175]
In the embodiment of the invention depicted in FIG. 70, the smart light bulb 701 may comprise a receiver 711 and / or a transmitter 713 that may be connected to the processing device 705. The receiver 711 can receive the data signals and relay them to the processing device 705. It should be understood that the receiver 711 may simply be an interface to a circuit or network connection, or may be a separate component that can receive other signals. In this way, the receiver receives a signal over a data connection 715 from another device 717. In an embodiment of the present invention, the other device is a laptop computer, the data connection is a DMX data track, and data is transmitted to the smart light bulb 701 according to the DMX-512 protocol. The processing unit 705 then processes the data to control the illumination source 707 in a manner similar to that described above in connection with other embodiments of the invention. The transmitter 713 may be controlled by the processing unit 705 to transmit data from the smart bulb 701 to the other device 717 over the data connection 715. The other device may be another smart light bulb 701, the light module 100 as described above, or any other device that can receive the signal data connection 715. In this way, the data connection 715 will be any connection of the types disclosed above. That is, using any electromagnetic spectrum or other energy transfer mechanism for the communication link will provide a data connection 715 between the smart bulb 701 and the other device 717. The other device 717 would be any device that can receive and respond to data, such as an alarm system, VCR, television, entertainment device, computer, equipment, etc.
[0176]
Referring to FIG. 71, the smart light bulb 701 may be part of a collection of smart light bulbs that are similarly configured. One smart bulb can transmit data to the receiver 713 of one or more other smart bulbs 701 by using the transmitter 711. In this way, a plurality of smart light bulbs 701 may be installed in a master / slave arrangement, whereby the master smart light bulb 701 controls the operation of one or more other slave smart light bulbs 701. The data connection 715 between the smart bulbs 701 may be any type of data connection 715 including those described in connection with FIG.
[0177]
The smart light bulb 701 may be part of a network of such smart light bulbs 701 as depicted in FIG. By using each transmitter 711 and receiver 713 of the smart light bulb 701, as well as the processing device 705, each smart light bulb 701 in the network 718 is as disclosed in connection with the description of FIG. Queries may be sent and received over similar data connections 715. In this way, the smart light bulb 701 can determine the configuration of the network in which the smart light bulb 701 is provided. For example, the smart light bulb 701 can process the signal from another smart light bulb 701 to determine which of the light bulbs are masters and which are slaves in a master / slave relationship.
[0178]
Each smart light bulb 701 may include an additional processing function. For example, each smart bulb 701 is responsive to an external data signal for lighting control. For example, in the embodiment depicted in FIG. 73, a light detector 719 may be placed in close proximity to the window 722 to sense external lighting conditions. The light detector 719 detects changes in the external lighting conditions to modify the illumination of the indoor space 725, to compensate for the external lighting conditions sensed by the light detector 719, or otherwise to react to it. , Signal 723 may be transmitted to one or more smart bulbs 701. In this way, indoor lights in the indoor space 725 can be switched on or change color in response to changes in the external lighting conditions at the time of sunrise or sunset. It would also be possible to have the light detector 719 measure the color temperature and brightness of the external environment and send a signal 723 that instructs it to create a color temperature and brightness similar to the light module 701. In this way, the indoor light could mimic an external sunset using the internal sunset in the interior space 725. In this manner, smart bulb 701 may be used in a variety of sensor and feedback applications, as disclosed in connection with the other embodiments described herein.
[0179]
Referring to FIG. 74, in another embodiment, multiple smart light bulbs 701 may be placed on the data network 727. The data network may propagate signals from the controller 729. The control device may be any device that can send a signal to the data network 727. The controller of the embodiment depicted in FIG. 74 is an electrocardiogram (EKG) machine. The EKG machine 729 has a plurality of sensors 731 that measure the electrical activity of the heart of the patient 733. The EKG machine 729 can be programmed to send control data to the smart bulb 701 over the network 727 when the EKG machine 729 measures a particular state of electrical activity measured by the sensor 731. In this way, for example, the light bulb will illuminate in one particular color, such as green, for normal heart activity, but could change to another color to reflect a particular heart problem. For example, an arrhythmia is reflected by a flashing red illumination signal to the smart bulb 701, a yellow signal to the smart bulb 701 if the pulse is fast, and so on.
[0180]
A smart light bulb as depicted in FIG. 70 can be programmed to operate in an independent manner. In this way, with pre-programmed instructions, the smart bulb 701 changes the color of the brightness in the desired way, and thus the light can be designed to shine a specific color at a specific time of day. Etc. Smart bulb 701 may include an algorithm for modifying the illumination from smart bulb 701 to reflect the state of smart bulb 701. For example, a light bulb may display a specific lighting pattern when the LED system 707 is near the end of its useful life, when there is a problem with the power source, and so on.
[0181]
The present invention may be used as a general purpose indicator light for any specified environmental condition. FIG. 75 shows a general functional block diagram of such an apparatus. Also shown in FIG. 75 is an exemplary chart showing the duty cycle of the three color LEDs during an exemplary period. As an example of an environmental indicator light, the power supply module can be coupled to an inclinometer. The inclinometer measures a general tilt angle with respect to the center of gravity of the earth. The inclinometer angle signal can be converted through an A / D converter and connected to the data input of the processing unit 16 of the power supply module. The processor 16 can then be programmed to assign a different color to each distinct tilt angle by using a look-up table that associates the angle with the LED color register value. Another indicator light is used to provide a visual temperature display that can be easily read. For example, a digital thermometer can be connected to provide a temperature reading to the processing device 16. Each temperature will be associated with a specific set of register values and thus a specific color output. A plurality of such “color thermometers” can be located in a large space, such as a storage refrigerator, to allow a simple visual inspection of the temperature in three dimensions.
[0182]
In another embodiment of the invention, the signal generator may be an ambient condition detector such as a light meter or a thermometer. In this way, the lighting state may change according to the surrounding state. For example, the arrayed LEDs may be programmed to intensify the room light as external sunlight entering the room decreases at the end of the day. The LED may be programmed to compensate for changes in color temperature through a feedback mechanism.
[0183]
When coupled to a transducer, many embodiments of the present invention are possible that tie some ambient conditions to the LED system. As used herein, the term “transducer” should be understood to include all methods and systems for converting physical quantities into electrical signals. The electrical signal can instead be manipulated by electronic circuitry, digitized by an analog to digital converter, and sent to a processing device such as a microcontroller or microprocessor for processing. The processing device will then be able to send information to adjust the characteristics of the light emitted by the LED system of the present invention. In this way, the physical conditions of the environment including, for example, external forces, temperature, molecular number, and electromagnetic radiation can be matched to a particular LED system. Note also that other systems including liquid crystal, fluorescence and outgassing can be used.
[0184]
In certain embodiments, thermocouples, thermistors, or integrated circuit (IC) temperature sensors and temperature transducers such as the light module 100 of the present invention can be used to make a color thermometer. As previously mentioned, such a thermometer will emit a certain set of colors from the LED system to indicate the ambient temperature. Thus, the inside of an oven or refrigerator with such an LED system could emit different colored light to indicate when a certain temperature has been reached.
[0185]
FIG. 76 shows a general block diagram for a color thermometer. Element 1000 is an IC temperature sensor such as LM335. This is a two-terminal temperature sensor with an accuracy of about ± 1 ° C. in the range of −55 ° C. to 125 ° C. More information on LM335 can be found in the research paper by Paul Horowitz and Winfield Hill, The Art of Electronics. The entire contents of this research paper are described in this specification. Element 1001 is an analog to digital (A / D) converter that converts the voltage signal from the IC temperature sensor into binary information. As described above, this is sent to a microcontroller or microprocessor 1002, such as the MICROCHIP brand PIC16C63, or other processing device, such as the processing device 16 described above. The output from the microcontroller or microprocessor 1002 goes to a switch 1003 which is a high current / voltage Darlington driver, part number DS2003, available from National Semiconductor, Santa Clara, California, as described above. Element 1003 switches the current from LED system 1004. Also shown in FIG. 76 as element 1009 is an exemplary chart showing the duty cycle of the three color LEDs during an exemplary period.
[0186]
The enlarged view of FIG. 76 is a general view that can be applied to other subsequent embodiments. These embodiments are similar to each other to the extent that the different environmental conditions described above are associated with the LED system. Different embodiments are different from one another in order to have various transducers suitable for the indicated environmental conditions. In this way, another suitable transducer replaces the temperature sensor 1000 in subsequent embodiments.
[0187]
A power supply module (not shown in FIG. 76) can be included in the color thermometer. The signal from the temperature transducer 100 can be converted by the A / D converter 1001 and connected to the data input of the microcontroller 1002 in the power supply module. The microcontroller can then be programmed to assign a range of temperatures to another color by using a look-up table that links the temperature to the LED color register value.
[0188]
In another specific embodiment, a force transducer such as a differential transformer, strain gauge, or piezoelectric device and the LED system of the present invention can be used to tie a range of forces to the corresponding LED system. FIG. 77 shows a color velocity meter 1010 having a force transducer 1011 such as a linear variable differential transformer (LVDT) connected to an A / D converter 1017 connected to the LED system 1012 of the present invention. Show. The housing unit 1013 houses the force transducer 1011 and the LED system 1012. The receptacle has fasteners to secure the receptacle and contents to a rotating object such as a bicycle wheel 1015. The fastener shown in FIG. 77 is a clamp 1016, although other fasteners such as screws or rivets that allow the color speedometer to be secured to the wheel edge 1018 can be used.
[0189]
Such a color speed meter 1010 could be used to “verify” the angular velocities of various rotating objects. In this way, as in the example of FIG. 77, the LED system 1012 coupled to the force transducer 1011 could be attached to the bicycle wheel 1015 slightly away from the center of the wheel 1015. The reference mass m of the transducer (not shown) is the force mω2r can be exhibited, that is, the angular velocity ω can be confirmed. Each different force or range of forces will produce a certain color emanating from the LED system 1012. In this way, the wheel edge 1018 will appear different colors depending on the angular velocity.
[0190]
Another particular embodiment comprising a force transducer is represented in FIG. 78 where a color inclinometer 1012 is illustrated. The inclinometer 1020 has a force transducer 1021 such as a linear variable differential transformer (LVDT) that is further connected to an A / D converter 1027 that is connected to the LED system 1022 of the present invention. A receptacle (not shown) encloses the force transducer 1021 and the LED system 1022. The container has fasteners (not shown) for securing the container and contents to an object such as an aircraft for which it is desired to determine its inclination. For example, the fasteners may consist of screws, clamps, rivets, or glue to secure the inclinometer 1020 to, for example, an aircraft console.
[0191]
A power supply module (not shown) can be connected to the inclinometer. The inclinometer 1020 measures a general inclination angle with respect to the center of gravity of the earth. The inclinometer angle signal is converted by the A / D converter 1027 and coupled to the data input of the microcontroller in the power supply module. The microcontroller can then be programmed to assign tilt angles to different colors by using a look-up table that ties the angles to LED color register values. Color inclinometers may be used for safety, such as in an aircraft cockpit, or for novelty, such as to illuminate sails of sailing vessels that sway in the water.
[0192]
In another embodiment, the light module 100 of the present invention can be used in a color intensity meter as an indicator light for magnetic field strength. FIG. 79 shows such an intensity meter 1036 having a magnetic field transducer 1031 coupled to the LED system 1032 via an A / D converter 1037. The magnetic field transducer can include any of a Hall effect probe, a flip coil, or a nuclear magnetic resonance field strength meter.
[0193]
The magnetic field transducer 1031 changes the magnetic field intensity to an electric signal. This signal is instead converted to binary information by an A / D converter 1037. The information can then be transmitted as an input to a microcontroller that controls the LED system 1032 to illuminate various colored lights corresponding to the magnetic field strength. This embodiment has wide application not only in the operation of instruments that rely on magnetic fields to operate, such as magnetic resonance devices, magnetrons, and magnetically focused electronic devices, but also in the field of geology and prediction. there will be.
[0194]
In another embodiment, the light module 100 of the present invention can be used in the smoke warning system shown in FIG. Smoke alarm system 1040 is a variety of ionization or light (photoelectric) types that are electrically coupled to LED system 1042 of one embodiment of the present invention via an A / D converter (not shown). The smoke detector 1041 is provided. The LED system 1042 need not be in close proximity to the smoke detector 1041. In particular, the smoke detector 1041 is in a room that can ignite, but the LED system 1042 may be in another room, such as a bedroom or bathroom, where it would be advantageous to be alerted.
[0195]
As those skilled in the art will appreciate, the smoke detector 1041 may be either of two types, an ionization type or a light (photoelectric) type. When the latter is used, a detection chamber within the smoke detector 1041 is utilized whose shape typically prevents the light sensitive element (eg, photovoltaic cell) from “seeing” the light source (eg, LED). As smoke from the fire enters the chamber, it scatters the light so that the light sensitive element can immediately detect the light. Within the smoke detector 1041, which utilizes ionization techniques, the radioactive material ionizes air molecules between a set of electrodes in the detection chamber. The resulting charged air molecules allow a current to be generated between the electrodes. However, the presence of smoke in the chamber reduces the amount of charged air particles, thus reducing the current. Thus, with both types of smoke detectors, the current intensity indicates the concentration of smoke particles in the detection chamber. This current strength can be converted by the A / D converter into binary information that can be sent to the microprocessor controlling the LED system 1042. By using a look-up table, this binary information can dominate the range of frequencies that are emitted from the LED system 1042 corresponding to various smoke concentrations. For example, a green light or a red light can be emitted when the smoke particle concentration is below or above a certain threshold. The present invention could alert a person to a potential fire even if he or she cannot hear the smoke detector alarm (for example, the person is deaf or listening to music). Or take a shower). Also, conventional detectors convey only two pieces of information. That is, the alarm is off or on when there is enough smoke in the detection chamber. The smoke alarm system of the present invention will also convey information about the amount of smoke present by emitting a characteristic color.
[0196]
Smoke is just one type of particle whose concentration can be indicated by the light module 100 of the present invention. Using other particle detectors, such as ionization chambers, Geiger counters, scintillators, solid state detectors, surface barrier detectors, Cherenkov detectors, drift chambers, energy represented by alpha particles, electrons, or x-rays or gamma rays Other types of concentrations, such as photons, can be represented by LED lights colored in various colors.
[0197]
In another specific embodiment of the present invention, the light module 100 of the present invention may be used to construct an electronic pH color meter for indicating the acidity of a solution by displaying a colored light. it can. FIG. 81 depicts a color pH meter 1050 comprising a pH meter 1051 that is electrically coupled to the LED system 1052 via an A / D converter (not shown).
[0198]
The electronic pH meter may be of a type known to those skilled in the art. A possible example of an electronic pH meter that can be used is the Corning pH Bench Meter 430 that provides digital measurements and automatic temperature calibration. The meter produces an analog recorder output that can be converted to a digital signal by an A / D converter. The signal can then be sent to a microcontroller that controls the LED system 1052 that can emit colors corresponding to various pH levels.
[0199]
In addition to the pH meter described above, a meter having an ion special electrode that produces an analog signal corresponding to a particular type of concentration in the solution can be used. These meters typically measure the voltage developed between a silver chloride-coated reference electrode and indicator light electrode immersed in a concentrated solution of potassium chloride. The indicator light electrode is separated from the analyte by a membrane through which analyte ions can diffuse. It is the nature of the membrane that characterizes the type of ion special electrode. Electrode types include glass, liquid ion exchangers, solids, neutralizing carriers, coated wires, field effect transistors, gas detection, or biological membranes. The reference electrode can communicate with a solution whose concentration is to be determined through a porous plug or gel. As described above, embodiments of the LED system for the present invention can be electrically connected to such meters in order to couple certain ion concentrations to various color emissions.
[0200]
In another specific embodiment, the light module 100 of the present invention could be used to create a security system to indicate the presence of an object. FIG. 82 shows the reception of electromagnetic signals to the identification badge 1060, the LED system 1061 of the present invention, the electromagnetic radiation detector 1066 connected to the A / D converter (not shown), the transmitting receiver 1062, and the badge 1060. Such a system comprising a security release network 1063 having a transmitter 1064 is shown.
[0201]
The security release network 1063 responsive to the transmission receiver 1062 recognizes individuals who have appropriate security release authority for a room at a certain point in time. The badge 1060 itself may include a transmitter receiver 1062, an electromagnetic radiation detector 1066 connected to an A / D converter, and an LED system 1061 that reacts to a security release network 1063 so that the badge 1060 The color is changed depending on whether or not the user has the release authority to approach a specific receiver. On top of that, an ID badge 1060 with LED system 1061 changes color in response to the control network depending on whether the person wearing it is “permitted” to be in a certain area. As a result, another person determines whether the person can be there. This could also tell others whether the person has to be “accompanied” around the area or can freely hang around. The advantage is that it includes the concepts of day-based control, zone-based control, and mobile control zone or fast zone modification. For example, the maintenance staff would be allowed to be in the area only when no other object is present. For example, in a military aircraft hangar, a cleaner may be allowed only when the plane is not there. As another example, a security zone within a factory may be used for the purpose of keeping people safe, but when the factory shuts down, a larger area becomes accessible.
[0202]
In another embodiment, the light module 100 of the present invention can be used to change the lighting conditions of a room. FIG. 83 shows a photodiode, phototransistor, photomultiplier tube, channel plate multiplier, charge coupled device, or A / D converter (not shown) that is electrically connected to the LED system 1072. Also depicted is an electromagnetic radiation detector 1071 such as a connected enhanced silicon multiplier target (ISIT).
[0203]
The light module 100 can be programmed to enhance room light as the sunlight entering the room decreases at the end of the day and also compensate for changes in color temperature through a feedback mechanism. In particular, the user measures the color temperature of a particular lighting state with the electromagnetic radiation detector 1071, identifies the signal from the electromagnetic radiation detector 1071 in the desired state, and connects the microprocessor of the present invention to the electromagnetic radiation detector 1071. And the LED system 1072 of the present invention is dimmed over various illumination conditions until the signal from the electromagnetic radiation detector 1071 indicates that the desired condition has been obtained. By periodically changing the LED system and checking the signal from the electromagnetic radiation detector 1071, the light module 100 may be programmed to maintain accurate lighting conditions in the room.
[0204]
In another embodiment, the room light or telephone light may help identify the person making the call or its intent. FIG. 84 shows a colored telephone indicator light 1080 comprising the LED system 1082 of the present invention, an output port 1083 that is either serial or parallel, and a connection wire 1084 that connects the system to a caller ID box 1085.
[0205]
By emitting a distinctive color, you will be able to recognize when a phone call is being made. In this way, a person could program the light module 100 so that the LED system 1082 emits red light, for example when a call is made from a certain phone. Instead, the desire to designate the caller's call as urgent will be communicated to the recipient by a specific color indication. In this way, a person may program the light module 100 to emit a red light to the LED system 1082 if, for example, the caller specifies that the call is urgent. Yet another telephone application includes a series of colors to indicate to the receiver how long the caller has been waiting. For example, the LED system 1082 can emit a green, amber, or red light depending on whether the caller has been waiting for less than 1 minute, 1 minute, 2 minutes, and 3 minutes or more, respectively. right. This last feature is particularly useful when the phone has multiple lines, and it is important to track the diverse people who have been put on hold.
[0206]
The disclosure has dealt with physical conditions that could be indicated by using the LED system of the present invention. In addition, it can be shown in this way that acceleration, sound, light intensity, chemistry, density, dislocation, distance, capacitance, charge, conductivity, current, field strength, frequency, impedance, inductance, power, Other such conditions including resistance, voltage, heat, flow, friction, humidity, height, light, spectrum, mass, position, pressure, torque, linear speed, viscosity, wind direction, and wind speed.
[0207]
In an embodiment of the present invention, the signal generator is a conventional remote control device used to control an electronic device through radio frequency signals or infrared signals. The remote control device includes a transmitter, a control switch or button, and a microprocessor and circuitry corresponding to the control that causes the transmitter to transmit a predetermined signal. In this embodiment of the present invention, one or more microprocessors controlling the LEDs are connected to the receiver via a circuit and can process and execute instructions from the remote control device according to the transmitted signal. it can. The remote control device may be provided with additional functions, such as buttons or control devices, formed from LEDs and illuminated to change color or brightness in response to changes in signals sent from the remote control device. In this way, the lever itself being pressed to change the color of the indoor light being controlled from red to bluish purple may change in response to the indoor light. This effect enables the user to control the light even in a state where the actual LED is not visible and in a state where it is difficult to see the true color of the LED controlled by interference from another light source.
[0208]
In other embodiments of the present invention, the signal input device for controlling the microprocessor may be a light switch for control and ambient environment settings. In particular, a physical light switch mechanism, such as a dial, slide bar, lever or toggle, includes one or more LEDs that react to external signals generated by the switch, so that the switch can be used like an indoor light. When changing an array of simple microprocessor controlled LEDs, the switch itself changes color in a manner that matches the changes in the room. The signal could be used to control multicolor lights, monitors, televisions, etc. Any control switch, dial, knob, or button that changes color in relation to the controlled output light is within the scope of the present invention.
[0209]
In another embodiment of the present invention, the input control device can transmit a badge, card, or radio frequency signal, infrared signal, or other signal to a receiver that controls the microprocessor that controls the arrayed LEDs of the present invention. Other objects may be configured. In this way, the badge constitutes an interface for indoor color settings. The badge or card is programmed to send a signal that reflects the individual lighting preference of the individual microprocessor so that when a person is in proximity to the receiver for the light, the room light or other lighting is The color or brightness may be changed. The state of the desired lighting environment is automatically replicated via the indoor lighting network. Badges also contain other personal data such as music preferences, temperature preferences, security preferences, etc., so that the badges are tied to networked electronic components that react to signals. Would send to the receiver. In this way, by stepping into the room, an individual automatically lights, music, and temperature by an array of LEDs or other lights, a compact disc player or similar sound source, and a microprocessor that controls a thermostat. Can be changed.
[0210]
In another embodiment of the invention, the arrayed LEDs may be placed on an elevator floor, ceiling, or wall, and the LEDs may be responsive to an electrical signal indicative of the floor. In this way, the color of the light in the elevator (or the floor, ceiling or wall that the light strikes) may change according to the floor of the elevator.
[0211]
In another embodiment of the present invention depicted in FIG. 85, signal generator 504 may be a television signal, stereo signal, or other conventional electronic entertainment signal generator. That is, the lighting control signal can be embedded in any music, compact disc, television, video tape, video game, computer website, cybercast or other broadcast, cable, broadband, or other communication signal. Thus, for example, a signal for a microprocessor is such that when the television signal is processed by the receiver, the microprocessor processes a certain portion of the bandwidth of the television signal in the signal relating to the indoor lights. It may be embedded inside. In this embodiment, the color and brightness of the room as well as other lighting effects may be controlled directly through the television signal. In this way, the television signal is instructed to be dimmed at certain points in the presence of the signal in the room, etc., changed to other colors at other points, and blinked at other points. Good. The signal can control each LED, resulting in a variety of effects that are more particularly described herein. Among other things, a wash with a selected color may enhance the visual effect during certain television or movie scenes. For example, in a movie or in a blast scene in a computer game, room lights will flash a certain sequence or change to a specified color. The sunset scene in the movie could be imitated by the sunrise created by the light in the room. Alternatively, a music CD, DVD disc, audio tape, or VHS tape could contain room color, brightness or lighting position data. The present invention is not limited to television signals, but to music, film, so that the lighting environment, i.e. certain lights, can be a source of entertainment, whether at home, at work or in the theater. It may also be embedded in any other signal-based entertainment source such as a website.
[0212]
Referring to FIG. 85, the signal generator 504 may be any device capable of generating entertainment signals such as a television broadcast camera. Referring to FIG. 86, lighting control data may be added to the signal generated by the signal generator by using a data encoder or multiplexer 508. Methods and systems for adding data to television signals and other entertainment signals are known to those skilled in the art. For example, there is a standard for inserting closed caption data in a vertical blanking interval of a television broadcast signal in order to display text with captions for a hearing impaired person on a part of a television screen. Similar techniques can be used to insert lighting control data into the same or similar portions of the television signal. In an embodiment of the invention, a multiplexer detects a horizontal sync pulse that identifies the beginning of a television line, counts a predetermined amount of time after the pulse, and replaces the television signal data for the predetermined amount of time after the pulse. Or supplement. In this way, a combined signal of control data superimposed on the television signal may be created. Similar techniques may be used for other types of signals.
[0213]
Once the signal is encoded, it can be transmitted to the user's entertainment device 514 by a transmitter, circuit, telephone line, cable, video tape, compact disc, DVD, network, or any other type of data connection 512. May be sent to the place. Decoder 518 may be designed to separate lighting control data from entertainment signals. Decoder 518 may be a decoder box similar to a decoder box used to decode closed closed caption signals or other combined signals. Such a decoder, for example, detects a horizontal sync pulse, counts the time after the horizontal sync pulse, and outputs an output channel between the channel for the entertainment device 514 and another channel dedicated to lighting control data. It may be switched according to a later time. Other techniques for reading or decoding data from the combined signal are possible, such as optical reading of black and white pixels superimposed on the television screen. Any system that extracts lighting control data from the entertainment signal and adds lighting control data to the entertainment signal may be used. The entertainment signal may then be relayed to the entertainment device 514 so that the signal is played in a conventional manner. The lighting control data may be separated from the entertainment signal once by the decoder 518 and then relayed to the lighting module or module 100 for controlled lighting. The signal may be relayed to the light module 100 by any conventional data connection 522, such as by infrared, radio wave, or other transmission, or by a circuit, network, or data track.
[0214]
The systems and methods provided herein include a system for combining lighting control with another signal. One such embodiment is the entertainment system disclosed herein. Although the depicted embodiment is an entertainment system, other signals, such as signals used for informational, educational, business or other purposes, are also described as lighting control signals as described herein. It should be understood that they are combined and are within the scope of the disclosure herein.
[0215]
The entertainment system may include a lighting source 501 that may be part of a group of such lighting sources 501. The illumination source 501 may be a light module 100 such as that disclosed above in this embodiment of the invention. Referring to FIG. 85, the illumination source 501 can be disclosed with reference to the space 503 in which the entertainment system 561 is located. The lighting system may include an illumination source 501 as well as an entertainment device 514. The illumination source 501 can include a receiver 505 for receiving a control signal for controlling the illumination source 501. The control signal may be any type of control signal that can control the device, such as a radio frequency signal, an electrical signal, an infrared signal, an acoustic signal, an optical signal, or any other energy signal.
[0216]
Entertainment system 561 can include a decoder 518 that can decode the received signal and transmit the signal to illumination source 501 by transmitter 522. The illumination system may further include a signal generator 504 depicted in schematic form in FIGS. The signal generator 504 may generate any form of entertainment signal regardless of whether it is a video signal, an audio signal, a data packet, or some other signal. In the embodiment depicted in FIG. 85, signal generator 504 generates a television signal that is transmitted to satellite 507. Referring to FIG. 86, signal generator 504 may include a multiplexer and may be associated with an encoder 508 that may combine the signal from signal generator 504 with control data from control data generator 509. The encoded signal 508 may then be transmitted to the decoder 518 by the transmitter 512. Once decoded by decoder 518, the signal may be re-divided into an entertainment signal component and a lighting control data component. The entertainment signal may be sent to the entertainment device 514 by a circuit or other entertainment means. The control data may be transmitted by a transmitter, circuit, network or other conventional connection 522 to an illumination source that is the light module 100 as disclosed above in the embodiment depicted in FIG. As a result, the lighting control is tied to the entertainment signal so that the lighting produced by the lighting source 501 can be matched to the entertainment signal played on the entertainment device 514. In this way, for example, the room lights may be synchronized and controlled to change simultaneously with changes in events occurring in the program being displayed on the television.
[0217]
It should be appreciated that any type of entertainment signal can be combined or multiplexed with the control signal to allow control of the lighting source 501 by the entertainment device 514. For example, the entertainment device may be a television, computer, compact disc player, stereo, radio, video cassette player, DVD player, CD-ROM drive, tape player, or other device. It should be understood that the entertainment device 514 is a device for display for one or more of the signals for purposes other than entertainment. Thus, although the depicted embodiment is an entertainment device 514, it should be understood that educational purposes, informational purposes, or other purposes and devices are within the scope disclosed herein. It should be understood that the particular system for combining the data, transmitting the data, and decoding the data for use by the device 514 and the illumination source 501 will depend on the particular application. In this manner, the transmitter used in the embodiment depicted in FIGS. 85 and 86 can be a circuit, network, or other method or system for connecting or transmitting decoded signals. Will be replaced. Similarly, the connection between the decoder 518 and the illumination source 501 may be a transmitter, circuit, network, or other connection method that delivers data to the illumination source 501.
[0218]
The illumination control driver 509 that generates the control data may be any data generation program that can generate data to control the illumination source 501. In an embodiment of the present invention, the control driver is similar to that disclosed in connection with FIG. 6 and the illumination is the illumination source of the light module 100. In this case, the data will be transmitted according to the DMX-512 protocol.
[0219]
In the embodiment of the invention depicted in FIG. 87, encoder 508 is depicted in schematic form in an embodiment where the signal is a television signal. In this embodiment, video signal 511 enters the device at signal generators 504-513. Control data 515 may enter encoder 508 from lighting control driver 509 at 517. Other data or signals may come from 519 and 521. These other signals may be used to control the encoder 508, change the operating mode of the controller 508, or for other purposes. Other signals 521 may be some other type of multiplexed signal related to video signal 511. For example, the other signal 521 may be closed caption or text multiplexed data that would be multiplexed with the video signal. The encoder 508 can include a synchronization detector 523. The sync detector 523 may detect a horizontal sync pulse in the video signal 511. The synchronization detector may then send signal 525 to timing and control circuit 527.
[0220]
Timing and control circuit 527 may count a predetermined amount of time after a horizontal sync pulse detected by sync detector 523 and control a series of gates or switches 529, 531, 533, and 535. In particular, the timing and control circuit 527 may be used to open one of the gates 529, 531, 533 and 535 while keeping the other gates closed. Thus, the signal at node 537 of FIG. 87 represents a signal specifically selected from among signals 511, 515, 519 and 521 having an open gate among gates 529, 531, 533 and 535. By opening and closing different gates at different times, the timing and control circuit 527 can generate a combined signal at 537 that captures various data at different points in the output signal.
[0221]
In an embodiment, the present invention provides an analog to digital converter 539, amplifier 541, or other one to convert the signal into an appropriate format or provide the appropriate signal strength for use. One or more components may be included. The final result is an output combined signal 543 that reflects multiple types of data. In an embodiment, the combined signal is a combined video signal 511 with illumination control data 515 that can control the illumination source 501 depicted in FIG.
[0222]
Referring to FIG. 88, a depiction of the timing and operation of the control circuit 527 is provided. For each of the signals 511, 519, 515 and 521, the gate of the signal may be kept on or off (ie, open or closed) at a predetermined time after detection of the sync pulse by the sync detector 523. The timing and control circuit thus assigns the time period after detection of the sync pulse to the various signals and only one of the gates 529, 531, 533 and 535 is open at any particular time. In this way, the gate for the video signal 511 is open for the time immediately after the detection of the synchronization pulse and for the time after the opening and closing of the gate. The gates for data signal 519, control data 515 and other signals 521 can be opened in sequence, and no gate is open at the same time as any other gate. This approach establishes a combined signal without interference between configuration signals 511, 519, 515 and 521, as reflected by the schematics of FIGS.
[0223]
With reference to FIG. 89, an embodiment of a decoder 518 is provided. In this embodiment, the decoder 518 is a decoder box for video signals. The received signal at 545 may be a combined signal created by the encoder 508 of FIG. The detector 547 may detect a horizontal or other synchronization pulse in the combined signal 545 and send a signal 549 to the control circuit 551 to establish the timing of the control circuit 551. The combined signal 545 may be sent to a timing and control circuit 551 that may process the received combined signal 545 as a function of arrival time or using other information. In one embodiment, the decoder may separate the received signal according to the time of arrival as determined by the synchronization detector 547. Thus, by encoding the gate opening timing as depicted in FIG. 88, the timing and control circuit 551 can separate the video, control data, and other data according to the time of arrival. In this way, the timing and control circuit 551 can transmit the video signal 553 to the entertainment device 514. The timing and control circuit 551 can similarly transmit control data 555 to an illumination source 501 which can be a light module such as that depicted above. Other data can be sent to another device 557.
[0224]
Other elements can be included between the timing and control circuit 551 and the respective devices. For example, if a digital-to-analog converter 559 is placed between the timing and control circuit 551 and the entertainment device 514, an analog signal may be used in the entertainment device 514. It should be understood that the timing and control approach depicted in FIG. 89 is only one example of many approaches for decoding the combined signal. For example, the signal may be a data packet, in which case the packet contains specific information about the type of signal, including information specifying which illumination source 501 it is intended to control. Let's go. In this case, timing and control 551 will include a shift register to accept the data packet and output it to the appropriate device.
[0225]
The embodiments depicted in FIGS. 85-89 are merely illustrative, and many embodiments of circuits or software for creating such a system will be readily apparent to those skilled in the art. For example, many systems and methods for inserting data into a signal are known. For example, closed caption data, vertical interval time code data, non-real-time video data, sample video data, North American basic teletex data, world system teletex data, European Broadcasting Union data, and Nielsen automated measurement lineup data, and entry video Provided to contain signals. One such system is disclosed in US Pat. No. 5,844,615 to Nuber et al., The disclosure of which is hereby incorporated by reference. Systems and methods for nesting signals within television signals are also known. One such system is disclosed in US Pat. No. 5,808,689 to Small et al., The entire disclosure of which is hereby incorporated by reference. Other applications include surround sound in which certain acoustic data is combined with the signal, which can be a movie, music, or video signal. Such surround sound systems are known to those skilled in the art. Such a system is disclosed in US Pat. No. 5,708,718 to Ambourn et al., The entire disclosure of which is hereby incorporated by reference. Any system for superimposing or combining data with signals to control a device that can also propagate lighting control information created by a lighting control driver to control a lighting source is provided by the present invention. It should be understood that it is within range.
[0226]
In television embodiments, different portions of the television signal are used for different purposes. Some part of the signal is used for visible images displayed on the screen. Another part is used for audio signals. The other is an overscan area. Another part is the vertical blanking interval. Another part is the horizontal blanking interval. Any part of the signal can be used to propagate the data. In some embodiments, the data is located in one of the portions such as a horizontal blanking interval or a vertical blanking interval that does not interfere with the display on the screen. However, it is known that a typical television does not display all of the display portion of the television signal. Thus, the initial portion of the television display signal could also be replaced with lighting control data without substantially detracting from the appearance of the image viewed by the user of the entertainment device 514.
[0227]
In an embodiment, the user uses a light detector to measure the color temperature of a particular lighting state, identify a signal from the light detector in the desired state, and connect the processing device of the present invention to the light detector. However, the arrayed LEDs of the present invention may be dimmed over a variety of illumination conditions until the signal from the photodetector indicates that the desired condition has been obtained. By periodically changing the LED and checking the signal from the photodetector, the arrayed LEDs of the present invention can be programmed to maintain accurate lighting conditions in the room. This illumination compensation function may be effective in many technical fields. For example, a photographer may use an optical detector to measure ideal conditions, such as near sunset where warm colors stand out, and use the arrayed LEDs of the present invention to determine their exact condition. Could be re-established. Similarly, a surgeon in a surgical scene will be able to establish ideal lighting conditions for a particular type of surgery and reestablish or maintain those lighting conditions in a controlled manner. Furthermore, for flexible digital control of the arrayed LEDs of the present invention, any number of lighting conditions can be programmed for maintenance or re-establishment. In this way, the photographer can select a series of options depending on the desired effect, and the surgeon can select various lighting conditions depending on the surgical condition. For example, different objects have different sharpness under different colors of light. If the surgeon is seeking high contrast, the lighting conditions can be reprogrammed to create maximum contrast between the various elements that must be seen in the surgery. Instead, the surgeon, photographer, or other user may vary the lighting conditions over a wide range until the conditions appear optimal.
[0228]
The ability to change lighting conditions at short intervals and continuously or separately in a wide range of colors allows for numerous technical advantages in the field that depend on controlled lighting. Certain embodiments of the present invention in the field of controlled lighting are described as follows.
[0229]
The present disclosure further provides systems and methods for high precision illumination. High precision illumination should be understood to include systems and methods that aim a light at a specified target to achieve a predetermined effect. The present invention provides a light source that does not generate excessive heat within the illuminated area. The present invention further provides an easy alternation of the color of light being used for illumination. The present invention further delivers illumination to the target material through a durable and manipulable device.
[0230]
The present invention provides a system for illuminating material, including an LED system, a processing device, and a positioning system. The LED system is adapted to generate a series of frequencies in the spectrum, and the processing device is adapted to control the amount of current supplied to the LED system, so that a specific amount of current supplied to it. Generates a corresponding frequency in the spectrum, and the positioning system can position the LED system in spatial relationship with the material, whereby the LED system illuminates the material. In one embodiment, the processing device can react to signals related to material characteristics. In some embodiments, the positioning system can be directed by a part of the operator's body. In another embodiment, the position determination system can include a remote control system. In another embodiment, the illumination system described herein can include a robotic vision system.
[0231]
The present invention includes the steps of providing an LED system, providing a processing device, thereby placing an LED system in which the LED system illuminates the material in spatial relationship with the material, and generating light from the LED system. A method for illuminating a material is provided. As described above, the LED system is adapted to generate a series of frequencies in the spectrum, and the processing device is adapted to control the amount of electricity supplied to the LED system, so that it is supplied to it. A specific amount of current produces a corresponding color in the spectrum. In one embodiment, the method includes providing an image capture system, where the image capture system is adapted to record an image of the material. The practice of the method may include determining a range of frequencies in the spectrum to illuminate the material and controlling the LED system to produce a corresponding color in the spectrum. Materials that are illuminated by these methods may include biological material. The biological material may include living organisms. The disclosed inventive method includes selecting a lighting condition created in a material, illuminating the material at a series of frequencies created by the LED system, and a set of colors from the series of frequencies created by the LED system. , Whereby a set of colors creates the lighting state in the material. The practice of the method of the present invention may include the additional step of illuminating the material with a selected set of colors.
[0232]
The present invention determines the step of selecting a region of material for evaluation, illuminating the region of material with an LED system, determining at least one characteristic of light reflected from the region, where the feature is color and brightness. And comparing the characteristics of the light reflected from the region with a set of known light parameters, whereby the set of known light parameters is associated with the characteristics of the material, A method for evaluating a material is provided. According to one embodiment of the method, the set of known optical parameters is related to the abnormal characteristics of the material. In one embodiment, the material to be evaluated includes a biological material.
[0233]
The present invention provides a system for illuminating a body part, including a power source, an LED system connected to the power source, wherein the LED system is adapted to illuminate body tissue, a body part. And is adapted to illuminate a medical instrument adapted to position the LED system in close proximity and a microprocessor for controlling the LED system. In one embodiment, the microprocessor is responsive to signals related to the characteristics of the body part. The characteristic of the body part may be a structural state. In one embodiment, the body part is illuminated in vivo. In one embodiment, the body part includes a lumen. In certain embodiments, the medical device is adapted for insertion within a body cavity.
[0234]
The present invention determines at least one feature of a body part region for evaluation, illuminating the body part region with an LED system, light reflected from the region, wherein the feature is Selecting from a group including color and brightness and comparing the characteristics of the light reflected from the region to a set of known light parameters, where the set of known light parameters is associated with the state of the body part A method for diagnosing a condition of a body part is provided. In one embodiment of the method, the set of known light parameters relates to the pathological state of the body part. The method may include the additional step of administering a drug to the patient, where the drug is delivered to the body part, thereby altering the characteristics of the light reflected from the region of the body part.
[0235]
The present invention provides an LED system for generating a series of frequencies in a spectrum, selecting a set of colors from a series of colors, whereby the set of colors causes a change in a material, changing A method for achieving a change in a material is provided that includes illuminating the material with an LED system for a predetermined period of time in order to be effective in causing In one embodiment, the material being illuminated may comprise a biological material. The biological material may include living organisms. The living organism may be a vertebrate. In one embodiment, the method may include illuminating the environment surrounding the living organism.
[0236]
The present invention provides an LED system comprising a plurality of colored semiconductor dies to generate a series of frequencies in the spectrum, selecting a set of colors from a series of colors, whereby the set of colors is within a patient. Provided is a method for treating a patient condition comprising the steps of producing a therapeutic effect and illuminating a region of the patient with a set of colors for a predetermined period of time to be effective in increasing the therapeutic effect. . In some embodiments, the patient area comprises the outer surface of the patient. In another embodiment, the patient region comprises a body part. According to one embodiment of these methods, a drug can be administered to a patient, wherein the drug is delivered to the patient's area, whereby the drug illuminates the patient's area with a set of colors. Modify the therapeutic effect.
[0237]
The present invention includes a power terminal, an LED system, a current sink coupled to the LED system, a current sink with an input responsive to an activation signal that allows current flow through the current sink, an address having a modifiable address A control device that can be specified, a control device connected to the input and having a timer for generating an activation signal in a predetermined portion of the timing cycle, and further reacting to data indicating the predetermined portion of the timing cycle corresponding to a modifiable address An addressable control device with a receiver to perform and an LED system can be arranged in spatial relationship with the material, thereby providing an illumination system including a positioning system for the LED system to illuminate the material.
[0238]
Other embodiments of the invention will be described in part below and in part will be apparent to those skilled in the art from the following description.
[0239]
In the embodiment depicted below, the LED system is used to generate a range of colors in the spectrum. As the term is used herein, “LED system” refers to an array of colored semiconductor dies. The colored semiconductor die is also called a light emitting diode, or LED. An array of colored semiconductor dies may include a plurality of colored semiconductor dies that are grouped together into one structural unit. Alternatively, the array of colored semiconductor dies may comprise a plurality of structural units, each comprising at least one colored semiconductor die. The LED system may further comprise a plurality of structural units, each unit comprising a plurality of color developing semiconductor dies. As long as at least two primary color LEDs are used, any illumination color or display color can be generated simply by preselecting the light intensity emitted by each color LED. Further, as described in part in the specification, each color LED can emit light at any of a number of different luminances depending on the duty cycle of the PWM square wave, and the maximum luminance pulse is Generated by passing maximum current through the LED. As used herein, the term brightness is understood to refer to the brightness of light. As an example, as described in part above, the maximum brightness of an LED or LED system adjusts the upper limit for the maximum allowable current using a programming resistor for a processing device on the light module. You can program conveniently just by doing.
[0240]
In one embodiment of the invention, a multicolor illumination system is provided for illuminating the material. As used herein, the terms “illumination” and “illuminate” may refer to either direct illumination, indirect illumination, or transmitted illumination. Illumination should be understood to include any spectral emission frequency including visible, ultraviolet, infrared, etc. Illumination may refer to energy that includes any range of spectral frequencies. The illumination can be viewed or measured directly so that the reflected light observed by the viewer or sensor is reflected at an angle substantially equivalent to the angle of incident light with respect to the surface. Illumination is observed or measured indirectly so that the reflected light observed by the observer or sensor is reflected at an angle different from the incident light angle with respect to the surface. Direct or indirect illumination can be directed at the surface of the material. The surface may be a naturally occurring surface such as a body part or a geological formation. Alternatively, the surface may be a device surface. The surface may have a three-dimensional topology. A plurality of objects can be fixed on the surface.
[0241]
The term “material” as used herein encompasses all possible materials that can be targeted for illumination. The term “transmitted illumination” refers to an illumination method in which light is directed at least partially through the material, where the characteristics of the light after passing through the material are observed by an observer or sensor. As an example of transmitted illumination, illumination from the gastroscope may be irradiated through the gastric wall and the soft tissue overlying it so that the site where the percutaneous endoscopic gastrostomy tube is placed can be specified. it can. As another example of transmitted illumination, light can be directed to the surface of a tissue mass to determine whether it is cystic or solid. The cystic mass is said to transmit light, ie, light passes through the mass and becomes visible by an observer away from the location of the incident light.
[0242]
FIG. 90 depicts an embodiment of a lighting system 2020. The embodiment shown in FIG. 90 shows a positioning system 2010, a control module 2012, an LED assembly 2014, and a target material 2018. In the embodiment shown in FIG. 90, the target material 2018 is represented as the surface of the device. It will be apparent to those skilled in the art that the target material 2018 may be any material and is not limited to the illustrated embodiment. In FIG. 90, an embodiment of the illumination system 2020 is shown directing incident light 2022 toward the material 2018. FIG. 90 further illustrates an LED assembly 2014 that includes a sensor system 2024 and an LED system 2028. In one embodiment, a plurality of LEDs or an array of LEDs form an LED system 2028, each LED being controlled by the control module 2012. The LED system 2028 is understood to comprise a plurality of colored semiconductor molds to produce a range of colors in the spectrum. The LED system 2028 can comprise the light module 100 or smart bulb 701 disclosed above. In the embodiment shown in FIG. 90, the sensor system 2024 can provide a signal related to the characteristics of the light reflected from the material 2018 to the sensor system 2024. In alternative embodiments, the sensor system 2024 can respond to other features of the material 2018. The sensor system 2024 can be fixed to the LED system housing, or the sensor system 2024 can be arranged in parallel with the LED system 2028. Other arrangements of the sensor system 2024 relative to the LED system 2028 are readily conceivable by those skilled in the art. Alternatively, embodiments that do not provide a sensor system are possible.
[0243]
FIG. 90 further depicts an LED cable 2034 that can send electrical signals to the positioning arm 2032, the control module 2012, and the LED system 2028 and send data signals to the LED system 2028. Optionally, the data signal can be sent from the sensor system 2024 to a sensor module (not shown). The LED cable 2034 can propagate these sensor signals. The control module 2012 in the illustrated embodiment associates a processing device for the LED system, a power supply for the LED system, a sensor module for the sensor system, and a signal received by the sensor system 2024 with the processing device described above. As a result, the signal received by the sensor module affects the output characteristics of the LED system 2028. The control module may further include a position control device (not shown). In the illustrated embodiment, the position determination system 2010 includes a position determination arm 2032, a position controller and a position determination cable 2038. This depiction of the position determination system is exemplary only. As used herein, position determination system is understood to include any system in which the LED system can be arranged in a spatial relationship with the material being illuminated, whereby the LED system illuminates the material. Thus, the positioning system can include any type of device in which the LED system can be placed. The positioning system may include an operator that can place the LED system in a spatial relationship with the material being illuminated, whereby the LED system illuminates the material. The positioning system may further include such LED cables if the LED cables are adapted to place the LED system in a spatial relationship with the material being illuminated.
[0244]
Multiple positioning systems that match the characteristics of the particular material being illuminated can be envisioned by those skilled in the art. For example, a positioning system that has been applied for microscopic surgery can be controlled by a control module suitable for attaching to a microscope for surgery and receiving positioning input from a microsurgeon. As an option for a positioning system used in microscopic surgery or other surgical procedures, the foot pedal system uses a foot pedal actuated button, pedal or slide to provide positioning input. Can be provided. As an alternative option, the microsurgeon can adapt the placement in the sterile area by covering the manual control device with a sterile plastic bag or sheet so that the manual control device can be handled manually without interfering with the aseptic technique. .
[0245]
As an example of a positioning system, a standard surgical light fixture can be equipped with an LED system as disclosed herein. Standard surgical light fixtures can place the LED system in a spatial relationship with the material being illuminated, whereby the LED system illuminates the material. This positioning system can be manually adjusted in a standard manner well known to those skilled in the surgical field. Alternatively, the position determination system may be controlled in response to signals input from a separate control module. The position determination system changes its position to illuminate the material specified by the operator in response to a direct input to the control module or in response to a signal transmitted to the sensor device. be able to. Other embodiments of the position determination system can be envisioned by those skilled in the art. The scope of the term “positioning system” is not limited by the embodiment shown in this figure. A plurality of other location determination systems may be included as well as the systems and methods described herein.
[0246]
FIG. 90 illustrates an embodiment of a positioning system 2010 in which the LED assembly 2014 is located at the end of the positioning arm 2032. In this embodiment, the position control device can transmit a signal to the position determination arm 2032 to adjust its spatial position. These signals can propagate through the positioning cable 2038. Alternatively, the signal can be transmitted by infrared, by radio frequency, or by other methods known in the art. Remote access to the control module 2012 allows the lighting system 2020 to be controlled from a considerable distance, for example in underwater or aerospace applications. Remote access allows control of the lighting system 2020 even when the lighting system 2020 is operating in an inappropriate or undesirable environment. It is understood that remote access to the control module provides remote control. Techniques for remote control are well known to those skilled in the art.
[0247]
In the illustrated embodiment, the positioning arm 2032 has a plurality of joints 2040 that allow its three-dimensional movement. In the illustrated embodiment, the joint 2040 is arranged to provide the flexibility required by a particular technical application. The position determination can be achieved by other mechanisms in addition to the mechanism depicted in FIG. These mechanisms are well known to those skilled in the art. As depicted in FIG. 90, the proximal end of the position determination arm 2032 is fixed to the base 2026. The joints that connect the positioning arm 2032 to the base 2026 may be arranged to allow movement along an axis parallel or perpendicular to the axis of movement allowed by the other joints 2040.
[0248]
The position determination system depicted in FIG. 90 is only one embodiment of the system described herein. As will be appreciated by those skilled in the art, a number of other embodiments are available. In one embodiment, the positioning system 2010 can be configured to be applied to large ones such as thin plate or steel evaluation. Alternatively, the positioning system 2010 can be adapted for position adjustment with a microscope. The light provided by the illumination system can be used for multiple precision applications. Fine three-dimensional control of the illumination pattern can accurately direct light to a three-dimensional position. In an alternative embodiment, the signal from the sensor module can be used to control or activate the position controller, so that the positioning system 2010 moves the LED assembly 2014 in response to the received sensor data. Can be operated. An illumination system comprising an LED system 2028 allows a selection of predetermined colored light to facilitate visualization of the target material 2018. The flash effect achieved by the embodiments of the lighting system can enable a dynamic process frozen frame image technology or increase the resolution of images acquired using conventional image technology modalities. .
[0249]
Illumination system embodiments can be used to take micrographs. In another embodiment of the present invention, the lighting system 2020 can be used to enhance the quality of robot vision system applications. In many robot vision system applications such as semiconductor chip position detection during the manufacturing process, barcode matrix reading, position detection of the robotic device being manufactured, the robot camera is used to identify and respond to shapes or contrasts. Needed to react. Various lighting conditions can dramatically affect such a visual system. A method for increasing the accuracy of such a system includes creating a single color image from a series of dark and bright images taken under a plurality of different flash illumination sequences. For example, the user can flash a red strobe light to obtain a red frame, a green strobe light to obtain a green frame, and a blue strobe light to obtain a blue frame. The flash effect allows the resolution of the image required by the robot vision system to be increased by the robot camera. Other embodiments are envisioned by those skilled in the art without departing from the scope of the invention.
[0250]
FIG. 91 shows a schematic diagram of the control module 2012 in more detail. In the illustrated embodiment, the control module 2012 includes a power supply 2044, a first microprocessor 2048 for LEDs, a sensor module 2050 suitable for receiving signals from a sensor fixed to the end of a positioning arm, and a position. A housing portion 2042 for receiving the control device 2052 is provided. The illustrated embodiment specifically includes a second microprocessor 2054 for relating data received by the sensor module 2050 to data for controlling the LED system. The position controller 2052 is adapted to adjust the three-dimensional position of the position determination arm. The position controller 2052 may include an input device 2058 for receiving signals or data from an external source. As an example, data can be input from a control panel operated by an operator. The data may take the form of three-dimensional coordinates in which the positioning system is commanded to move, or may take any other form envisioned by those skilled in the art. Data can also be entered through a computer program that performs calculations to identify the three-dimensional coordinates that the positioning system is commanded to move. The input device 2058 can be configured to receive data received through a three-dimensional simulator or virtual reality device using a computer. Additional examples of input device 2058 may be envisioned by those skilled in the art without departing from the scope of the present invention. The control module 2030 depicted in FIG. 91 further includes a sensor module 2050 that is suitable for receiving signals from sensors secured to the distal end of the positioning arm. The sensor module 2050 can be configured to receive any type of signal, as partially described above. The sensor module 2050 may comprise a light meter for measuring the brightness of light reflected by the surface being illuminated. While other sensor modules and sensor systems may be utilized without departing from the scope of the present invention, sensor module 2050 may comprise a colorimeter, spectrophotometer, or spectrograph. A spectrophotometer is understood to be an instrument for measuring the intensity of light of a specific wavelength transmitted or reflected by a substance or solution and providing a quantitative measure of the amount of material in a substance that absorbs light. The Data received in the sensor module 2050 can also be used to evaluate material characteristics. In one embodiment, sensor module 2050 can be configured to provide a data output to output instrumentation 2060. The output data may include values that are comparable to a known set of values using algorithms well known to those skilled in the art. The relationship between the output data and the set of known values can be defined to produce meaningful information about the material being illuminated by the lighting system.
[0251]
FIG. 92 depicts an embodiment of a lighting system 2056 that can be directed by a part of the operator's body. The embodiment shown in FIG. 92 depicts a lighting system 2056 that is held in an operator's hand 2062. In the illustrated embodiment, the LED system 2064 is located at the end of a handheld wand 2068 that can be directed toward the material 2070 placed in the operator's hand 2062. LED cable 2072 connects LED system 2064 to a power source (not shown). LED cable 2072 transmits power and data signals to LED system 2064. In an alternative embodiment, a sensor may be placed at the end of the handheld wand 2068 to provide data sensing means as described above. The signal from the sensor can be transmitted through the LED cable 2072 in one embodiment. However, in another embodiment, the handheld wand 2068 can include an image technology system for video image technology. This image technology system can enable, for example, display of real-time images on a video screen. Alternatively, the imaging technology system may allow still image or video capture through appropriate software and hardware configurations. Illuminating the material 2070 with a wide variety of colors may result in significantly different images, as described in part above. Flashing the light provided by the illumination system 2056 can capture still images and increase resolution. The hand-held system can be used for any application where it is advantageous to use the operator's hand 2062 to position the lighting system. In some embodiments, the system can be held entirely by hand as shown in FIG. In an alternative embodiment, the wand carrying the LED can be fixed to the framework that supports it, thereby facilitating the placement of the wand by direct manipulation by the operator's hand. However, in another embodiment, the lighting system can be placed on the operator's hand by a band or glove so that the position of the lighting system can be managed by movement of the operator's hand. In other embodiments, the lighting system can be secured or held to other body parts directed thereby.
[0252]
In another embodiment of the invention, the LEDs are displayed in proximity to the product that requires illumination. In this way, an improved flashlight, light ring, wristband, or glove creates an array of LEDs that allow the user to change the lighting conditions on the product until the ideal condition is recognized. Can be included. This embodiment of the present invention is useful for applications that require the user to work with the user's hand in close proximity to the surface, such as surgery, mechanical assembly, or repair, particularly when the user has a large light source. This can be particularly valuable when it is not usable or when the product is sensitive to the heat generated by conventional lights.
[0253]
In one embodiment of the method for illuminating the material, an LED system can be used as described above. According to this embodiment, an LED system and a processing device are provided. Thus, practicing this method may include placing the LED system in a spatial relationship with the material being illuminated. Placement can be done manually or mechanically. The mechanical arrangement can be driven by input from the operator. Alternatively, the mechanical arrangement can be driven by a set of data or a set of algorithms provided electronically. A first microprocessor may be provided to control the LED system. In certain embodiments, a second microprocessor may be provided to position the positioning system with respect to the illuminated material. However, in another embodiment, a third microprocessor may be provided to process data input from the sensor system or input from the control panel. Each microprocessor can be associated with its respective other microprocessor, so that changes in one function can be related to changes in other functions.
[0254]
The method according to one embodiment may further include providing an image capture system for recording an image of the material. As used herein, image capture systems include techniques that use film-based methods, techniques that use digital methods, and techniques that use any other method for image capture. The image capture system further includes a method for recording an image as a set of electronic signals. Such an image may be present in a computer system, for example. With current technology, video images can be captured on film, as video on magnetic tape, or in digital format. Images captured using analog technology can be converted to digital signals and captured in digital form. Once the image is captured, for example, Adobe PhotoshopTMCan be processed using Photomanipulative software. Photomanipulative software is well known in the art to allow image modification to enhance favorable visual features. Once captured, images can be published using a wide variety of media including paper, CD-ROM, floppy disk, other disk storage systems, or published on the Internet. The term recording here refers to the capture of any image, whether permanent or temporary. The image capture system further includes moving images, whether using film, videotape, digital methods, or any other method for capturing moving images. Including those techniques to record. The image capture system further includes those techniques that allow the capture of still images from moving images. The term image as used herein may include a plurality of images. In one embodiment, a photography system may be provided in which the illuminated material is photographed using a film-based method. In this embodiment, the LED system can be flashed to allow stationary photography of moving material.
[0255]
In an alternative embodiment, the sensor system can be arranged to identify the characteristics of the light reflected by the material, and the LED system can be optimally illuminated so that the material achieves the desired photographic effect. Can be controlled to reproduce the desired set of light features. Industrial and medical effects can be achieved, but this effect may be an aesthetic effect. For example, the set of ambient light features in the operating room can be identified by the surgeon and replicated during the operation. Certain types of lighting conditions may be more suitable for certain surgeries. As another example, photography can be performed using an LED system to give certain features to photographic illumination. As is well known in the art, certain light shades and hues highlight certain colors for photography. Different lighting systems used for photography can have different hues and hues recorded in the photograph. For example, incandescent lighting is known to produce a more reddish skin tone, while fluorescent lighting is known to produce a bluish skin tone. LED systems can be used to provide a consistent tone and hue of a photographic subject from one lighting environment to another lighting relationship. Other desired photographic effects can be envisioned by those skilled in the art.
[0256]
As one embodiment of a method for illuminating a material, a predetermined range of colors can be selected in the spectrum. The LED system can then generate these colors and control to illuminate the material thereby. The illuminated material may be a non-biological substance. It should be understood that in certain embodiments, a chemical reaction or a reagent of its component can be illuminated according to this method, whereby illumination affects the characteristics of the chemical reaction. In another embodiment, the method of illumination can be directed at the biological material. As used herein, the term biological material includes any material related to biology. The term biology refers to the science of life and phenomena of living organisms. Thus, biological materials are cells, tissues, organs, body parts, cellular elements, living organisms, biological products, chemical or organic created by biological materials or through biotechnology. Or any other biologically relevant substance. In addition, however, the term biological material may refer to material that was previously part of a living organism, including material that is extracted from living organisms and that no longer exists. . Pathological species are encompassed by the term biological material. Although living organisms appear as one particular embodiment of a biological material, this usage is not intended to narrow the scope of the term biological material as it is used herein. In one embodiment of a method for illuminating a biological material, the biological material may be a living organism. Living organisms include cells, microorganisms, plants, animals, or any other living organism.
[0257]
As an embodiment of a method for illuminating a material, a predetermined desired illumination state can be selected and the material can be illuminated in a series of colors until the desired state is achieved. A series of colors can be selected according to this method, whereby the selected color can create a desired state. If necessary, the additional steps of this embodiment include illuminating the material with a selected color to achieve the desired effect. This method can be applied to both non-biological and biological materials.
[0258]
It should be understood that a method for illuminating a living organism can have a special effect on its structure, physiology, or psychological habit. As an embodiment of a method for illuminating a living organism, these techniques can be directed to cells, microorganisms, plants or animals. These embodiments can comprise, without limitation, microbial applications, clonal applications, cell cultures, agricultural applications, aquaculture, livestock applications or human applications. As an example, plant growth can be accelerated by precisely controlling the spectrum of light they are bathing and growing. FIG. 93 illustrates an embodiment of this method whereby a plurality of LED systems 2074 illuminate a plant 2078 that bears fruit being grown in a greenhouse environment. The size and number of fruits 2080 on these plants 2078 are advantageously compared to the results of the method shown in FIG. 94, where the plants 2078 that attach the fruits illuminated with natural light 2082 are smaller and more Observed with less fruit 2080. As an additional example, cell growth in cultured tissue can be improved by illuminating the cell or medium with light having a constant spectral quality. As another example, best breeding and animal health can be achieved by illuminating the material with a range of colors within the spectrum. As another example, duplicating the spectrum of light in its source water for marine species in the aquarium can greatly extend its lifetime during the capture period. For example, the Red Sea spectrum has been found to be clearly different from the Cape Cod underwater spectrum. According to this method embodiment, the lighting conditions of the Red Sea can be replicated with a healthy effect in a tank containing the Red Sea species. As an additional example, an organism's rhythm that varies over a period of about 24 hours can be awakened by illuminating the organism of interest with light of varying spectral characteristics.
[0259]
As an embodiment of the illumination method, the material selects the area of the material to be evaluated, illuminates the area with an LED system, determines the characteristics of the light reflected from the area, and those characteristics of color and / or brightness. Can be evaluated by comparing to a set of known optical parameters related to the characteristics of the material being evaluated. The feature being evaluated may be a normal feature or an abnormal feature. As an example, the integrity of a single tooth can be assessed by directing a particular color of light on the tooth to identify those areas that are corroding. The structural state of the materials can be evaluated by illuminating the materials and looking for anomalies in the reflected light. This method embodiment is applicable to biological materials. For example, in forensic medicine, fillings for various types of teeth can be distinguished by how they reflect a particular spectrum of light. This enables identification based on dental records for purposes of use in court. Embodiments of this method involving biological materials are adapted for use in a wide variety of medical applications, as will be described in further detail hereinafter.
[0260]
In another embodiment of the invention, a multicolor illuminator is provided for surgical illumination, as described in part above. The relative color contrast of different body organs is typically low. By changing the color state in a controlled manner, the surgeon or assistant increases this relative contrast to maximize the visibility of important surgical features including internal organs and surgical instruments. be able to. In this way, if the surgeon is trying to avoid nerve tissue during surgery, the light designed to create the maximum explicit contrast between the color of the nerve tissue and the other tissue allows for maximum accuracy will do. The surgical light of the present invention may be in any conventional configuration, such as a large theater light, or it may be attached to a surgical instrument such as an endoscope, surgical gloves, clothes or a scalpel. .
[0261]
FIG. 95 depicts one embodiment of a system for illuminating a body part in accordance with the present invention. This design shows a conventional surgical retractor 2084 with a medical instrument for placing the LED system in close proximity to a body part, here the LED system 2088 is secured to the front surface of its contraction surface 2090. Illuminated surgical retractor 2084 is similar to a Richardson-type retractor that is well known in the art. Other medical devices can also be utilized to carry the LED system 2088 without departing from the scope of these systems and methods. A medical device carrying an LED system can be used to illuminate a body part.
[0262]
In the embodiment depicted in FIG. 95, a conventional surgical retractor 2084 is shown lifting a segment of body tissue, here depicted as the edge of the liver 2104. Illumination from the LED system 2088 is directed to a part of the body, here the gallbladder 2110 and hepatic hilar 2112. As used herein, the term body part refers to any part of the body. The term, whether the body part is described in anatomical terms, physiological terms, or local anatomical terms, It is meant to include any body part. The body part may be of any size, whether macroscopic or microscopic. The term body part may refer to a body part in vivo or in vitro. The term in vitro should be understood to refer to any body part that has been removed from the body, regardless of whether the body part is alive or not. Part of the body in vitro may contain organs for transplantation or replantation. Part of the body in vitro may contain pathological or forensic species. An ex vivo body part may refer to a body part in a test tube. The term body part should be further understood to refer to the anatomical components of the organ. As an example, the appendix is understood to be an anatomical component of an organ known as the intestine.
[0263]
In the illustrated embodiment, the hepatic portal 2112 is an anatomical region that is part of the body. Hepatic portal 2112 is understood to carry multiple other body parts, including portal vein 2114, liver artery 2118, hepatic plexus, hepatic duct, and hepatic lymphatic vessel. The hepatic duct 2120 from the liver 2104 and the gallbladder duct 2124 from the gallbladder 2110 converge to form the common bile duct 2118. All these tubes are part of the body as the term is used here. Distinguishing these body parts from each other can be difficult in certain surgical situations. In the depicted embodiment, the LED system 2088 is directed to the hepatic portal 2112 during gallbladder procedures to facilitate identification of relevant body parts. By directing light of different colors to separate body parts, the operator can more easily determine which body part is which, which is essential for surgery.
[0264]
Several other uses of these lighting systems can be readily envisioned by those skilled in the relevant art. The embodiment depicted in FIG. 95 shows a hand-held retractor 2084 used in an open surgical procedure, but the illumination system described herein can be used for endoscopic surgery, thoracoscopy or Can be used in laparoscopy. The distinction between various body parts at one site, such as the hilar 2112 may be particularly difficult during laparoscopic procedures. As an alternative embodiment, the relevant anatomical structure is preserved during the laparoscopic procedure using the LED system secured to the laparoscopic instrumentation and thereby partially excised The structure can be easily identified and illuminated.
[0265]
Other endoscopic applications will be apparent to those skilled in the art. As an exemplary embodiment, the LED system is for assessment of intra-ductal anatomy in the gastrointestinal organ, in the cardiovascular organ, in the tracheobronchial organ, or in the genitourinary organ. Can be combined with endoscopic instrumentation. A lumen is understood to be a part of the body within the meaning of the latter term. The term lumen should be understood to refer to the interior space of a hollow tubular structure. The term body part further includes a wall of a hollow tubular structure surrounding the lumen. Subcutaneous use of the illumination system can be envisaged to allow identification of body parts during endoscopic myocutaneous flap elevation. Such identified body parts may include nerves, blood vessels, muscles and other tissues. Other embodiments can be readily envisioned by those skilled in the art without departing from the scope of the systems disclosed herein.
[0266]
In FIG. 95, LED system 2088 is shown arranged at the distal edge of retractor 2084 that is mounted on the lower surface of retractor 2090 of retractor 2084. This arrangement ensures that the retracting surface 2090 of the retractor 2084 does not affect the body system, here the edge of the liver 2104, so that the contraction force on the edge of the liver 2104 does not affect the LED system 2088. And the LED system 2088. The LED system 2088 in the illustrated embodiment is arranged linearly along the retractor's retracting surface 2090. Here, the power supply cord 2108 is shown integrated with the handle 2106 of the retractor 2084. The system described herein can be adapted for multiple medical devices without departing from the scope of the present invention. For example, a malleable retractor or diver retractor can carry an LED system. Other retractors for specialized surgical applications can be similarly adapted to carry LED systems in any arrangement with respect to the contraction surface that meets the specific surgical needs. As an example, the LED system can be mounted on a flexible probe to illuminate specific tissue where the probe does not perform a contraction function. In an embodiment, the LED system can be directed to lymph nodes at the armpit or at the heel site after percutaneous access and subcutaneous incision, and these lymph nodes are blackened for malignant melanoma. Illuminate with a bright color selected to preferentially illuminate lymph node features such as tissue replacement sites. Lymph node illumination is simultaneously assessed through endoscopy or video endoscopy using minimally invasive techniques, thereby resulting in complete surgical lymph node resection with sequelae The need can be reduced. This example is provided as an illustration of embodiments of the application of the technology disclosed herein, but other examples and illustrations may be devised by those skilled in the art that fall within the scope of the present invention. it can.
[0267]
Multiple arrays of LEDs can be envisioned by those skilled in the art without departing from the scope of the present invention. The LED array can be placed in proximity to the target organ by a surgical instrument. As used herein, the term proximity is close so that illumination directed at the targeted body part is effective in achieving the clinical purpose intended by the operator. Refers to the degree of In this way, proximity to the target body part is determined by the operator's medical judgment. Since the LED system does not generate heat, it can be placed very close to the target body part and other body parts without damaging the tissue. In an embodiment, the lighting assembly can be directed to a microscopic surgical structure without causing thermal damage. The brightness of light available from the LED system is a feature that affects how close the LED system needs to be placed to achieve the clinical purpose of the operator.
[0268]
As an alternative embodiment, the LED system can be combined with other features of the medical device. The term medical instrument as used herein includes surgical instruments. For example, the LED system can be combined with an ablation device or smoke aspirator used in surgery. FIG. 96 depicts one embodiment of a surgical instrument that combines multiple other portions of the device with an LED system. In FIG. 96, a Bobby cautery assembly 2132 is depicted that is well known in the surgical arts. The ablation assembly 2132 includes an ablation tip 2134 and a handheld wand 2138. Embedded in the standard style wand 2138 is an array of control buttons 2140, which are well known to those skilled in the art. At the end of the handheld wand 2138 is an LED system 2144. Power and data signals to LED system 2144 are propagated through LED cable 2148 that is secured to the upper surface of handheld wand 2138. The LED cable 2148 is joined to the bobby power supply cord 2152 at the proximal end of the instrument to form a single unified device cable 2150. In an alternative embodiment, the LED cable can be included in the bobby wand housing 2136 proximate to the bobby power supply cord 2152.
[0269]
The depicted embodiment allows the surgeon to direct the LED light to a particular structure and identify it anatomically as part of a cautery incision. The spectral capacity of the LED system 2144 is effective in identifying blood vessels, for example. Blood vessels that are implanted in tissue can be particularly difficult to identify. The surgeon can make an incision with the ablation tip 2134 of the illustrated embodiment while directing light from the LEDs selected to highlight the vasculature. The tissue itself will be distinguishable from the vasculature based on the response of each set of structures to light illumination from the LED system 2144. The contrast between the tissue that requires an incision and the blood vessel that must be preserved will be highlighted by light illumination from the LED system 2144. Thus, the surgeon will be able to identify which structure is safe to extend beyond the boundary by cautery incision. In this way, the surgeon will be able to more easily preserve blood vessels as required by the surgical procedure. Instead, the surgeon will be able to identify blood vessels that are implanted in the tissue and take precautions to effectively coagulate or tie them before spreading beyond them. The illustrated embodiment represents only one example of a possible arrangement of combined surgical devices that utilize an LED system. Other sequences can be envisioned by those skilled in the art. For specialized surgical applications, specialized combinations may be required. For example, certain instruments are utilized in neurosurgery and microsurgery. The same principles shown in the depicted embodiment of FIG. 96 can be applied to surgical concern fabrication appropriate for these purposes.
[0270]
As an alternative embodiment, the LED system can be combined with a sensor system that provides a signal that correlates with some characteristic of the part of the body being illuminated. As an example, FIG. 93C shows an LED assembly 2100 secured to a nasal endoscope 2092 that has been inserted into a nasal conduit 2094 to evaluate an intranasal or pituitary tumor 2098. Endoscope 2092 is shown in this view entering through nostril 2096 and through nasal airway 2086. Tumor 2098 is shown here on the upper surface of nasal airway 2086. The LED assembly 2100 can include an LED system (not shown) and a sensor system (not shown). While LED systems can illuminate structures in the nasal cavity and structures in the Turkish eyelids in a range of colors, the sensor system can provide data regarding the characteristics of the reflected light. Tumor 2098 can be identified by how it reflects the range of light used to illuminate it. The sensor system provides information about the characteristics of the reflected light and allows the operator to identify the tumor 2098 away from them. Furthermore, such an endoscope 2092 can be combined with means well known to those skilled in the art for excising or removing a portion of a lesion.
[0271]
The illumination system described here can be used for both direct illumination and micro-illumination. Micro-illumination is understood to refer to a method for examining a tissue, anatomical structure, or body organ by the passage of light through it. For example, fine-graining the structure helps to determine whether it is cystic or solid. One embodiment of the illumination system can utilize LEDs to direct light of various colors across the structure, so that an overview of the structure when exposed to such micro-illumination can be identified. Or it can contribute to diagnosis. Micro-illumination using LED light can be directed to multiple structures. In addition to soft tissues and organs, the teeth can be micro-lit to assess their integrity. Additional embodiments may utilize the LED as a catheter placed in the body with a lumen structure such as a tube. Illuminating the interior of the structure helps the surgeon to confirm its location during surgery. For example, in certain surgical situations, the position of the ureter is difficult to determine. Using an LED system placed in the lumen to finely illuminate the ureter helps the surgeon find the ureter during the incision and avoid damaging it. Such an LED system could be placed cystoscopically, eg retrogradely as a catheter, before initiating the open phase of the surgical procedure. In this embodiment, the LED system is particularly effective. Not only can the color of the LED be changed to maximize the visibility of the micro-illuminated structure, the LED avoids the tissue heating problems associated with conventional light sources.
[0272]
Assessment of the tissue illuminated by the illumination system embodiments described herein may be performed through direct examination. In an alternative embodiment, the assessment can be performed by examining the tissue using a video camera. In an exemplary embodiment, the organization will be visualized on the screen. Adjusting the colors on the video monitor screen can enhance the specific effects being evaluated by the surgical team. As an alternative embodiment, the illumination system can be combined with a sensor module, as described in part above, whereby the brightness of the reflected light can be measured. As an example, the sensor module could provide spectroscopic analysis, color clock analysis, or spectrophotometer analysis of the light signal reflected from the illuminated area. Other types of sensor modules can be devised by those skilled in the relevant art. The sensor module can be combined with a direct examination to evaluate the tissue. Alternatively, the sensor module can provide a means for remote assessment of tissue in an area that cannot be used for direct examination, as an alternative to video visualization or as an adjunct to video visualization. Examples of such areas are well known in the surgical arts. Other regions can be identified by those skilled in the art who are familiar with the particular anatomical site and associated methods of surgical access, but examples of such regions are endoscopes that conduct the nose to the pituitary gland. May include mirror access, endoscopic assessment of cerebral ventricles, and endoscopy in the spine. In addition to the previously described embodiments for use in living tissue, implementations to allow assessment of forensic tissue or specimens used in pathology using the illumination system disclosed herein Forms can be devised.
[0273]
FIG. 98 depicts an embodiment of an illumination system in which the LED system 2154 is mounted within a conventional surgical headlamp 2158 device. In the illustrated embodiment, the LED system 2154 is secured to the headband 2160 using attachment methods that are well known to those skilled in the art. However, advantageously, the LED system 21454 of the illustrated embodiment may be significantly lighter than a conventional headlamp. This reduces the burden on the wearer and makes the headlamp device more comfortable during long treatments. As depicted here, the LED system 2154 is connected to a power supply cord 2156. However, unlike conventional headlamp devices, the power supply cord 2156 for the LED system 2154 is lightweight and not bulky. Thus, the power supply cord 2156 does not have to be carried on the surgeon's head in a configuration that predisposes to twisting the headband and collides with several overhead devices in the operating room, but around the headband 2160 itself. Can be deployed. Furthermore, the power supply cord utilized by the LED system avoids problems inherent in fiber optic systems currently known in the surgical arts. In conventional surgical headlamps such as those utilized by those skilled in these arts, light is delivered to the lamp through a plurality of fiber optic filaments that are bundled within a cable. With systems currently known in the art, individual fiber optic filaments are easily broken during normal use, while the brightness of the light produced by the headlamp is reduced. In contrast, power supply cord 2156 for LED system 2154 does not include fiber optic elements, but instead includes wires that propagate power to LED system 2154. This provides a more durable lighting device than is known in the art. Furthermore, the LED system 2154 is lightweight enough to be integrated with the surgeon's magnifier 2164.
[0274]
Although the LED system in the illustrated embodiment is secured to the headband 2160, an alternative embodiment completely eliminates the headband 2160 and integrates it into the surgeon's glasses or magnifier 2164. Can be made possible. FIG. 99 depicts an embodiment of this latter configuration. In this embodiment, LED system 2166 is shown integrated with frame 2168 of loupe 2164. The LED system 2166 can be positioned above the frame 2168 as depicted in this figure, or it can be arranged in any spatial relationship to the frame 2168 which is advantageous for the surgical field illumination surface. Can do. In this embodiment, the power supply cord 2162 can be disposed along the vine 2170 of the loupe 2164.
[0275]
The method of the present invention includes a method for diagnosing a state of a body part. A method for diagnosing a state of a body part selects an area of the body for evaluation, illuminates the area with an LED system, and determines the characteristics of light reflected from the body part And comparing the features with known features, where the known features are related to the state of the body part. These methods can be applied to normal non-pathological conditions of body parts. Alternatively, these methods can be used to identify a pathological state of a body part.
[0276]
It should be understood that various body parts reflect light differently depending on their anatomical or physiological state. For example, when exposed to room light, the part of the body lacking local blood is a color called "blackish" or "purplish blue" by those skilled in these arts, It can be perceived as a purplish color. Thus, ischemia can sometimes be diagnosed by direct examination under room light. However, there are a number of situations in which the state of the vessels of a part of the body cannot be assessed by examination under room light. For example, it may be difficult to see ischemia in muscles or red organs. Furthermore, skin ischemia is difficult to evaluate with room light in people with dark skin. The method of the present invention includes embodiments that allow a diagnosis of ischemia to be made by illuminating a body part with an LED system and comparing the reflected light with known light characteristics indicative of ischemia. . These methods further make this diagnosis early if the room light does not reveal a color change, but the LED system illumination can allow the perception of a more subtle color change. To be able to. A spectroscopic system or another type of sensor system can be utilized to assess the color and / or brightness of light reflected from an illuminated body part, if desired. For example, the systems and methods of the present invention can be adapted for the diagnosis of early circulatory system intermediate treatment following vascular treatment. Common vascular procedures that are complicated by intermediate circulatory procedures include surgical vascular remodeling or vascular regeneration, surgical replantation, free tissue transfer, embolectomy, percutaneous angioplasty Including related endovascular inflammation treatment and medical thrombus therapy. The systems and methods disclosed herein provide for an LED system that can be implanted and removed, and by providing a sensor system that can be implanted and removed, the former system allows illumination to be transmitted to any body in the body. The latter system is used to receive color data from light reflected or absorbed by the target body part. Systems and methods adapted for the assessment of internal body parts may be advantageous, for example, in monitoring embedded skin flaps. The lack of heat generated by the LED system makes it feasible to implant it without exposing the surrounding tissue to thermal stress. Those skilled in the relevant art can identify other conditions besides ischemia that can be diagnosed using the methods disclosed herein. The full spectrum of light that can be used from the LED systems disclosed herein is particularly advantageous for the diagnosis of multiple conditions.
[0277]
As an additional example of the method described herein, the LED system can be used to illuminate the retina for ophthalmic examinations. Variations in the color of the light can facilitate ophthalmic examinations such as diagnosis of retinal bleeding or evaluation of retinal blood vessels. Practitioners of these techniques could also look into other types of retinopathy that are appropriate for diagnosis using these methods. In one embodiment, the LED system can be integrated with a slit lamp device for ophthalmic examination. In additional embodiments, the LED system can be adapted for use in ophthalmic surgery. As an example, an LED system can help locate mature or super-grown cataracts and can help surgical resection of cataracts.
[0278]
In one embodiment of these methods for diagnosing a state of the body part, the method may comprise administering to the patient a drug delivered to the body part, whereby the drug is Alter the characteristics of light reflected from a part. A drug is any substance that affects the living body that can be used for administration into a patient's tissue. The drug may include drugs, radioisotopes, vitamins, vital dyes, microorganisms, cells, proteins, chemicals, or any other substance that is believed to affect the living body. The drug can be administered by any route that allows the drug to be delivered to the part of the body being evaluated. Administration may include intravenous injection, intramuscular injection, arterial injection, food intake, inhalation, topical administration, delivery from below the meninges, intraluminal or intravesical delivery, subcutaneous delivery, or other routes . The overall spectrum of light provided by the systems and methods disclosed herein is advantageously utilized in combination with certain administered drugs.
[0279]
Examples of drugs known to modify the characteristics of light reflected from parts of the body are fluorescein, applied topically for administration to the eye, or to assess local perfusion of vessels It is a vital dye that is injected intravenously. Fluorescein glows green when illuminated by a Wood's lamp. However, wood lamps are not adaptable to many surgical situations because of their physical configuration. Fluorescein administered to a distant body part cannot be illuminated with a wood lamp, nor can fluorescence be seen too far to be examined on a part of the body. Following administration of a vital dye such as fluorescein, the tissue can be illuminated with an LED system to produce a characteristic pattern of reflected light. This reflected light can be evaluated by remote visualization or direct visualization by a photodetector system. Other drugs are well known to those skilled in the art, whereby their administration allows the assessment of the part of the body that is exposed to LED lighting.
[0280]
As an example, glioma is understood to have a different vital dye intake than other brain tissues. After administration of the vital dye, directing the LED system to the glioma allows a more complete excision of the tumor and protects the surrounding normal brain tissue. This ablation can be performed under a moving microscope to which an LED system for illuminating brain tissue can be fixed. This is particularly advantageous in this setting because there is no heat generated by the LED system. As an additional example, the LED system can be combined with a fluorescein dye that is applied topically to the surface of the eye for ophthalmic evaluation. As yet another example, an LED system combined with fluorescein may cause skin ischemia for patients whose skin coloration may interfere with the assessment of skin ischemia using conventional methods such as wood lamp lighting. Enable diagnosis. As disclosed in part above, advantageously, these systems and methods are useful for the evaluation of a body part after the administration of a drug is ingested by the body part in the human body. Can be directed to a part of the human body.
[0281]
The method according to the invention can be used to cause a change of material. In these method embodiments, an LED system is provided that selects a set of colors from a spectrum known to cause a change in the illuminated material and is effective in causing the change to occur. By illuminating the material with the LED system for a time period, a change in the material can be caused. The methods disclosed herein are directed to a plurality of materials that can be either non-biological materials or biological materials. Biological material can include living organisms. Living microorganisms may include vertebrates. Living organisms can include invertebrates. Biological materials can be exposed to achieve changes due to their structure, physiology or psychological effects. For example, a person with a seasonal emotional disorder called Depressive Syndrome has been found to be psychologically affected by exposure to light of known characteristics for a given period of time . Lighting can be provided directly to living organisms, for example to people with seasonal emotional disorders. Alternatively, lighting can be provided to the environment surrounding the person. For example, the illumination can be realized by room light with an LED system that can give the light a predetermined characteristic.
[0282]
As an embodiment of these methods, the patient's condition can be treated. This practice may include providing an LED system, selecting a color set that produces a therapeutic effect, and illuminating the affected area with the color set. A therapeutic effect is understood to be any effect that improves health or a satisfactory state. According to this embodiment, a pathological condition can be treated. Instead, normal conditions can be treated to make them more satisfactory. The illuminated area may include the outer surface of the patient, i.e. the skin or any part of the skin. The external surface of the patient can be illuminated directly or via ambient lighting in the environment. These methods are equally applicable to the internal part of the patient.
[0283]
FIG. 100 illustrates an embodiment of these methods. This figure depicts a patient 2180 suffering from external damage 2172, here a cheek 2174. The LED system 2178 is directed to provide illumination directly to the lesion 2172. Here, the LED system 2178 is shown secured to the end of the positioning system 2182. Other arrangements for placing the LED system can also be envisioned by those skilled in the art. It should be understood that illuminating skin damage with different spectra of light can be effective. For example, acne, penile Bowen's disease, and certain other skin cancers have responded to treatment with lighting. As another example, it has been found that certain intranasal conditions are responsive to light therapy. In one embodiment of these methods, a drug can be administered to the patient that modifies or enhances the therapeutic effect of the set of light colors directed to the area being treated.
[0284]
A wide variety of drugs are well known to those skilled in the art relating to phototherapy and photodynamic therapy. Photodynamic therapy (PDT) is understood to include certain procedures that include administering a drug to a patient and illuminating the patient with a light source. Laser light is typically used for PDT. Since the illumination provided by the LED system can provide illumination over the entire spectrum, including the infrared, visible, and ultraviolet light spectrum, the LED system can also be used for therapeutic applications that rely on invisible light wavelengths. Many applications of local lighting have already been described in the related art. Since LED technology has the additional advantage of avoiding heat generation, longer illumination can be achieved without tissue damage.
[0285]
While the embodiment depicted in FIG. 100 shows an LED system 2178 that is directed to the skin of a patient 2180, various embodiments of the method apply the LED system to illuminate parts of the body. can do. The therapy can be directed to the internal or external body part using a manner well known to those skilled in the art for accessing a specific body part. As previously mentioned, open surgical techniques or techniques that use an endoscope can be utilized to access internal parts of the body. For example, intraluminal tumors can be treated using these methods as applied through an endoscope such as a colonoscope or cystoscope. Alternatively, light therapy can be provided after the surgical procedure or during the surgical procedure. For example, after surgical excision of a tumor, drugs taken by a microscopic tumor remaining in the surgical area can be administered and illuminated by an LED system to sterilize the tumor nodules remaining in the surgical area. These methods can be used as a temporary suppression method in order to reduce the burden caused by the tumor after the entire excision. As another implementation, these methods can be directed to translocated lesions that can be accessed directly or using an endoscope.
[0286]
These embodiments described herein are exemplary only. A wide variety of high precision illumination embodiments can be envisioned by those skilled in the art without departing from the scope of the present invention.
[0287]
In other embodiments of the present invention, LEDs are used to produce attractive and effective decorative or aesthetic effects. Such applications include rims for glasses with multicolored LEDs, screwdrivers with LEDs, artistic lamps such as multicolored LED sources for Lava lamps or multicolored light sources for display, and fire flashing. In a variety of environments, such as the environment disclosed above, including decorative fire or imitation flaws using LEDs whose pattern and color are simulated, light-up toothbrushes or hairbrushes using LEDs or other lighting devices Including placing the LED. The LEDs may be placed on the ceiling fan blades to produce artistic effects or special lighting patterns for display. In particular, pattern creation is possible by adding LEDs to the fan blades. Also, through them, decoration simulation / candles using LEDs that can respond to stress, temperature, pressure, cavitation, temperature or moisture, light ropes using multicolored LEDs, LED battery charge indicator lights, and LED to sensor A feedback mechanism is in accordance with the present invention. Thus, an LED placed near the body can serve as a skin temperature and skin moisture feedback color display mechanism. Also provided are multicolor handheld wands or indicator lights using LEDs. In particular, wands similar to the well-known glow sticks are widely used in modern dance / nightclubs and for dance expressions. The multicolor electronic version allows color control functions as well as remote synchronization via the master lighting controller if the LED is connected to the receiver and the master controller includes a transmitter. Personal devices using LEDs are reusable, unlike current devices using chemical techniques. The master controller can also control other LED elements such as beverage coasters made from LEDs in a controlled and synchronized manner. Such a control device is for controlling an LED disco ball, which may be controlled to simulate blinking of a conventional disco ball with the LED placed on the outside, ie, a three-dimensional outer surface such as a sphere. Can be used for For example, effects simulated by the ball include ball flashing, spot movement, color change, line illumination, and planar illumination.
[0288]
The present invention allows the user to control the LEDs at the individual diode level. The effect created by producing a series of colors of light in the spectrum allows for many useful applications in a wide range of technical fields. As an example of those effects, a controlled LED can create a color washer that can be instantaneously varied, separately or continuously, over a wide range of colors and brightness, and that can flicker or change over a wide range of frequencies. it can. Applying a continuous spectral range of color washers produces many special effects, some of which are aesthetically attractive, functionally valuable, or both. For example, influencing the same object with different colors of light can result in a very different appearance, for example, as a white object is readily apparent when shown under a so-called “black light” . An observer looking at the object will perceive a color change in the object being observed. In this way, a red object illuminated with red light appears very different from a red object illuminated with blue light. The former will be bright red, while the latter may appear purple or black. When an object with color contrast is seen under colored light, very different effects can occur. For example, a red and white checkerboard pattern may appear completely red under red light, while a checkerboard pattern is evident under white light. By flashing red light and white light in an alternating time sequence on such a pattern, white squares on the checkerboard appear to appear and disappear. More complex patterns, such as patterns in multicolored paintings, can produce striking effects such as figures that appear to disappear, or figures that undergo dramatic color changes for the viewer. Visual movement, color changes, and appearances and disappearances can be animated from a single still photo, painting, design or image, simply as a result of controlled lighting changes. Similarly, by selecting appropriate light conditions, dynamic changes can be made in the relative contrast of differently colored elements. Elements with little contrast under constant lighting conditions can be perceived as having dramatic contrast under different color conditions. In addition, the spectrum of light generated according to embodiments of the present invention extends to infrared and ultraviolet light, allowing effects such as fluorescence to be incorporated into exhibits. The lighting changes used may be pre-programmed, or may vary depending on the lighting system, such as the proximity of the person, the surrounding lighting conditions, the location of the exhibit, or the time of the day. May react to the environment.
[0289]
As an example, it is assumed that the upper part of FIG. 101 shows a numeral 88 in which the upper half (3100) of 8 is colored green and the lower half (3150) of 8 is colored red. When illuminated with white light, the number 88 thus colored appears to have green in the upper half (3100) and red in the lower half (3150). As shown in the middle of FIG. 101, when illuminated with green light, the upper half of 88 (310) will still appear green, while the lower half (3150), which was initially red, will appear black. When illuminated with red light as illustrated at the bottom of FIG. 101, the upper half (3100), which was initially green, will appear black and the lower half will appear red. In this way, by gradually changing the color of the lighting, the various parts of the numbers will alternately stand out or settle down to black. As will be apparent to those skilled in the art, this technique can be used to create images that are made to appear and disappear as the color of the illumination light is changed. In addition, the effect of other colors can be improved. For example, shining blue light on the two halves of the number will produce a blue-green color in the upper half 3100 and purple in the lower half 3150.
[0290]
As a second example, a pair of interlocking circles (left 3200, right 3205) are shown in the upper part of FIG. As shown above, when illuminated with white light, the drawings are intended to represent the following colors. That is, the left crescent shaped portion (3210) represents green, the right crescent shaped portion (3220) represents red, the overlapping region (3230) is black, and the background (3240) is white. As illustrated in the middle of FIG. 102, when illuminated with green light, the left crescent-shaped portion (3210)) appears green and the right crescent-shaped portion (3220), which was initially red, is now Black, the overlapping area (3230) remains black, and the originally white background (3240) appears green. In this way, the left crescent shaped part (3210) is no longer distinguishable from the background (3240) and the entire rightmost circle (3205) now appears black. As shown at the bottom of FIG. 102, when illuminated with red light, the left crescent-shaped part (3210), which was originally green, now appears black and the right crescent-shaped part (3220) appears red. The overlapping region (3230) appears black and the originally white background (3240) now appears red. In this way, the right-side crescent-shaped portion (3220) cannot be distinguished from the background (3240), and the leftmost circle (3200) appears black. By changing the illumination color from green to red over time, the circle appears to move from right to left, giving the viewer the illusion of movement. Those skilled in the art will appreciate that the variation in this example allows the creation of a myriad of displays that function similarly, and can enhance the animation effect from a single image or object.
[0291]
The nature of the lighting system of the present invention allows a gradual change in color from one side of the system to another. Furthermore, the color change gradually progresses along the system and actually simulates the movement of the color change. Furthermore, the light can be delivered in a fixed manner or by blinking or changing the light. Flicker can also be programmed to occur with simultaneous color changes. These capabilities that can be commanded by the microprocessor can further enhance and activate the effects described above.
[0292]
Similar effects can be obtained by passing the colored light through a transparent or translucent colored screen such as a stained glass window or photographic slide placed between the light source and the viewer.
[0293]
It will also be apparent to those skilled in the art that these effects can be used in more complex exhibits to create the illusion of alternating movements that emerge from the background and disappear into the background and objects. Museum exhibits, diorama, display cases, retail exhibits, vending machines, display signs, information boards (including traffic information signs, silent radio, scoreboards, price boards, and advertising boards), advertising exhibits, and observations Such an effect is particularly advantageous when used in applications such as other situations where it is desired to attract the attention of a person. Since light generated according to embodiments of the present invention may include ultraviolet and infrared light, an object can incorporate effects such as fluorescence that are inherent to illumination with such light.
[0294]
A vending machine contemplated by the present invention includes a soda vending machine, a snack vending machine, a gumball vending machine, a cigarette vending machine, a condom vending machine, or a new vending machine. It is a commercially available device. The illumination provided in accordance with the present invention can be used to attract the attention of the viewer in a variety of ways. For example, a fictitious olive vending machine (3300) using a pigeon as a logo is depicted in FIG. When seen in the standard white light depicted at the top of FIG. 103, the back plate of the machine (3310) is white, the body of the pigeon (3320) is black, and the top of the wing (3330). The set is intended to be green and the lower set of feathers (3340) is intended to be red. When the color of illumination in the machine is changed to red as in the middle of FIG. 103, the lower set of feathers (3340), which was initially red, will now be against the back plate (3310) that now appears red. Become invisible. The top set of originally green wings (3330) appears black under red light, so the pigeon image appears black with the wings lifted. If the illumination color in the machine is changed to green as illustrated in the lower part of FIG. 103, the upper set of wings (3330), which were initially green, are now invisible to the back plate (3310). . The lower set of wings (3340), originally red, now appears black in green light. In this way, the image of the pigeon appears black in the upper body with the wings lifted. Thus, although there is no actual movement, the pigeon image appears to flapping its wings. An illusion is created just by changing the color of the light. It should be appreciated that many different colored objects can be used and much more complex effects can be achieved by illuminating the object with a wide variety of colors in the spectrum from infrared to visible to ultraviolet.
[0295]
The vending machine of this embodiment and related embodiments may include an LED system (3370) that illuminates the vending machine. The LED system may in embodiments include a light module 100, a smart light bulb 701, or another embodiment of an LED system that includes those disclosed herein. As a result, the LED system has one or more features and provides one or more functions of various other embodiments disclosed elsewhere herein. It should be noted that the light source need not be located inside the vending machine and may be located outside the vending machine at any location that allows the light source to illuminate the vending machine. Those skilled in the art will recognize many opportunities to create exhibits that utilize the color changing attributes of the lighting system of the present invention.
[0296]
As another technique that can be used by the example olive machine, an object or design may be made to appear or disappear as the color of the light changes. If the olive dispenser names the pigeon “Oliver”, this name may be shown in the vending machine (3300) as shown in FIG. The back plate of the vending machine (3310) is white (Fig. 104, top), and displayed there is a red colored dove (3350) and a green lettering dove name "Oliver" (3360) It is. When the lighting in the vending machine turns green (FIG. 104, center), the lettering (3360) strikes the green background (3310) and disappears, but the dove (3350) appears black. When the illumination turns red (FIG. 104, bottom), the pigeon (3350) disappears against the now red background and the lettering (3360) appears black. In this way, simply changing the color of the light will change the exhibits in the vending machine between pigeons and pigeon names. This type of exhibition is eye-catching and is useful for advertising purposes.
[0297]
Furthermore, the effect of grabbing attention can be achieved independently of a specific exhibit made exclusively to take advantage of the color change characteristics of the lighting system of the present invention. The light may be placed in or around the exhibit so that the color change of the light itself serves to attract attention to the exhibit. In one embodiment, the light is placed behind the exhibit, such as behind the non-opaque backplate of the vending machine, so that the color change of the light is sufficient to attract the viewer's attention.
[0298]
The examples are intended for illustration only and are not intended to limit the scope of the invention. Those skilled in the art can easily devise other methods of using the illumination system disclosed herein to achieve a wide variety of effects that attract the attention of the observer, and these effects are achieved by the present invention. Is included.
[0299]
The present invention allows a user to change the lighting environment by changing light between different colors while collecting feedback from the surrounding environment or data from spectral sensors. Such light change may include a variable periodic frequency color washing light change effect using an arrayed LED. The variation may thus flash rapidly between colors, or may slowly change the entire spectrum in a programmed order. The light-changing effect can otherwise make inconspicuous objects appear very clearly and aesthetically attractive. In addition, objects such as paintings may appear very lively when illuminated regularly with various colors of light. The attractive lighting effects of variable frequency variation allow an improved dynamic lighting environment in areas where lighting attracts customers, such as in retail stores, restaurants, museums and the like. It may be particularly useful when used with art exhibits, such as in an art gallery, where known works of art are radically altered by different lighting conditions. For example, in a work of art, the lighting state may be controlled to reproduce the light intended by the creator, such as sunlight. In addition, the illumination system of the present invention can be used to project infrared and ultraviolet light in addition to the more common visible wavelengths, these frequencies being used to elicit fluorescence and other interesting effects Can be used.
[0300]
In one embodiment of the present invention, a light using digitally controlled LEDs according to the present invention is used to illuminate non-opaque objects for display purposes. In one aspect of the invention, the object is a container that contains a fluid, both of which are substantially transparent. In one aspect, the container is a bottle of gin, vodka, rum, water, soda water, soft drink, or other beverage. An example of such an exhibit is depicted in FIG. 105, where a beverage container (3500) is placed on a pedestal (3510) that is illuminated by an LED system (3370). In addition, a light source may be placed on the coaster to illuminate individual drinks from below. The LED system may include, in embodiments, another embodiment of the LED system, such as the light module 100, the smart bulb 701, or others disclosed herein. As a result, the LED system may have one or more features and provide one or more functions of various embodiments disclosed elsewhere herein. In another aspect, the object is a substantially transparent liquid tank, such as an aquarium or an aquarium. In yet another aspect, the object is an opaque solid object such as an ice sculpture, a glass figurine, a crystal product, or a plastic sculpture. In another aspect, the light source is placed in a Lava lamp to provide its illumination.
[0301]
The present invention also allows for attractive effects or projection of artworks. In particular, in an embodiment of the present invention, an illumination source using LEDs is used for a transparent image or pattern. This system is an LED light source with a series of lenses and / or diffusers and objects containing clear transparent and opaque areas such as patterns, stencils, gobos, photographic slides, LCD displays, micromirror devices, etc., and a final shaping lens May be used. This embodiment only requires a light source, a patterned object, and a surface that receives the projection. For example, this embodiment can be used to project a logo or sign on a ceiling, floor, or wall, or on a sidewalk outside the company. In alternative embodiments, the light may be projected onto a cloud, screen, or fabric surface. The present invention is particularly advantageous in this respect because it allows a change in the color of the projection, in combination with a light source that does not generate heat.
[0302]
The dimming effect of the present invention may be used to create improved display case lighting, such as multicolor display case lighting. Illumination may be provided as part of a modular lighting system or in a stand-alone control panel. In general, the present lighting system may be used to modify lighting environments such as work environments, museums, restaurants, and the like. Certain applications require special illumination, such as in museums where low UV illumination or non-heated illumination may be required. In other applications, such as cooling display cases or lighting of edible objects such as food, the non-heat-generating light source of the present invention provides a variable color of light while providing a significant amount of heat. Has advantages over incandescent lighting. Standard fluorescent lighting, which still emits little heat, is often considered unattractive. The present invention projects a controlled variable spectrum attractive illumination without heat while maintaining the flexibility to change the parameters of the emitted light.
[0303]
The LED system of the present invention may be embedded in a garment to allow light to be projected from the garment (FIG. 106). The LED is mounted on a flexible circuit board and covered with latex, vinyl, plastic, cotton or the like. This embodiment includes a method for making a lightweight flexible material suitable for the structure of a garment. A sandwich structure of dough and silicon is provided and illuminated by the LED. Conventional garments that use LEDs include a plurality of separate LEDs arranged in a pattern formed by words or spots of light. The garment using the LED of the present invention can illuminate the cloth of the garment without protruding. Clothing using the LED of the present invention may be controlled via radio frequency or infrared signals by a remote control device or a master control device having a transmitter element. Clothing can be tailored to the wearer by allowing the LED to be placed close to the body, for example, the appearance of the wearer to simulate the appearance of naked or certain types of clothing. Can be changed. The garment can be combined with a sensor to allow the LED system to display the user's condition, such as heart rate.
[0304]
The usefulness of such clothes appears in many ways. The LED display surface so placed in the garment can be used to produce a shining pattern, a visual effect, etc., purely for effect. The LED display surface can represent a real world image, such as the surrounding environment, or simply reflect the surrounding conditions by changing color in response to external data such as temperature, lighting conditions, or pressure. These exhibits may react to the proximity of similar clothing and receive data from transmitters in the environment. In one embodiment, exhibits placed on clothes are responsive to pressure. The garment of this embodiment may be worn at a sporting event to provide visual evidence of rule violation contact. For example, a batter hitting a ball during a baseball game will have its visible evidence on the part of the clothes hit in this way. In addition, the garment will include appropriate processing equipment so that recent data can be repeated on the garment, effectively creating an “immediate replay” of past events. The garments in these and related embodiments may include the sensors required for such reaction requirements.
[0305]
In another embodiment, the display surface on the garment may be a medical image display surface. Nuclear magnetic resonance imaging data could be represented in three dimensions on the surface of clothes worn by the patient as an aid to the physician visualizing the information. Similarly, such garments could serve as wearable video display screens for any application, such as televisions, video games, and display surfaces associated with them. The garment could also be programmed to display a series of predetermined images. For example, a picture of a person wearing a set of costumes is taken, the person wears an LED display garment, and the photographic data is adjusted for optimal correspondence with the LED garment before the image is instantaneous for the garment. It may be displayed sequentially on the clothes to simulate the change. Images can also be remotely controlled. One skilled in the art could envision many related uses of this embodiment.
[0306]
Although the present invention has been disclosed and described in detail with respect to the preferred embodiments presented herein, various modifications and improvements thereto will become readily apparent to those skilled in the art. Accordingly, the spirit and scope of the present invention should be limited only by the following claims.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 shows a light module according to the present invention.
FIG. 2 shows the write module of FIG. 1 in data connection with the control data generator for the write module of FIG.
FIG. 3 shows a schematic of an embodiment of a light module.
FIG. 4 shows a two-dimensional array of LEDs in an embodiment of a light module.
FIG. 5 is a diagram showing a power supply module in an embodiment of the present invention.
FIG. 6 shows a circuit design for an embodiment of a light module.
FIG. 7 shows a circuit design for a two-dimensional array of LEDs in a light module in an embodiment of the invention.
8 shows a two-dimensional array of LEDs that can be coupled to a circuit such as that shown in FIG.
FIG. 9 is a schematic diagram of an electrical design in an embodiment of a light module.
FIG. 10 shows a power supply module for a light module according to the present invention.
11 is a diagram of the power supply module shown in FIG. 10 viewed from another side.
FIG. 12 is a diagram showing a power supply circuit for a light module according to the present invention.
FIG. 13 shows a circuit for a power / data multiplexer.
FIG. 14 shows a circuit for another embodiment of a power / data multiplexer.
FIG. 15 is a flowchart showing each processing step in a modified pulse width modulation software routine.
FIG. 16 shows a data transmission track type lighting system.
17 is a diagram showing a circuit design for a data driver for the track type system shown in FIG.
18 shows a circuit design for a termination device for the track-type system shown in FIG.
FIG. 19 is a diagram showing an embodiment of a light module, in which the light module is housed in a cylindrical housing.
FIG. 20 shows a modular light module.
FIG. 21 shows a modular light module configured to mate with a halogen bulb socket.
FIG. 22 shows a circuit design for an embodiment of a light module.
FIG. 23 shows a modular housing for a light module.
FIG. 24 is a schematic diagram of a modular LED unit according to an embodiment of the present invention.
FIG. 25 illustrates a light module according to one embodiment of the invention.
FIG. 26 shows a light module according to another embodiment of the present invention.
FIG. 27 shows a light module according to still another embodiment of the present invention.
FIG. 28 shows a plurality of LEDs arranged in various configurations used in the modular LED unit according to the present invention.
FIG. 29 is a diagram showing an environment where the modular LED unit according to the present invention can perform illumination.
FIG. 30 is a diagram showing another environment where the modular LED unit according to the present invention can perform illumination.
FIG. 31 is a view showing still another environment where the modular LED unit according to the present invention can perform illumination.
FIG. 32 is a view showing still another environment where the modular LED unit according to the present invention can perform illumination.
FIG. 33 is a view showing still another environment where the modular LED unit according to the present invention can perform illumination.
FIG. 34 is a view showing still another environment where the modular LED unit according to the present invention can perform illumination.
FIG. 35 is a view showing still another environment where the modular LED unit according to the present invention can perform illumination.
FIG. 36 shows yet another environment in which the modular LED unit according to the present invention can perform illumination.
FIG. 37 is a view showing still another environment where the modular LED unit according to the present invention can perform illumination.
FIG. 38 is a view showing still another environment where the modular LED unit according to the present invention can perform illumination.
FIG. 39 shows yet another environment in which the modular LED unit according to the present invention can perform illumination.
FIG. 40 is a view showing still another environment where the modular LED unit according to the present invention can perform illumination.
FIG. 41 is a diagram showing still another environment where the modular LED unit according to the present invention can perform illumination.
FIG. 42 is a diagram showing still another environment where the modular LED unit according to the present invention can perform illumination.
FIG. 43 shows yet another environment in which the modular LED unit according to the present invention can perform illumination.
FIG. 44 shows yet another environment in which the modular LED unit according to the present invention can perform illumination.
FIG. 45 is a view showing still another environment where the modular LED unit according to the present invention can perform illumination.
FIG. 46 is a view showing still another environment where the modular LED unit according to the present invention can perform illumination.
FIG. 47 is a diagram showing still another environment where the modular LED unit according to the present invention can perform illumination.
FIG. 48 is a view showing still another environment where the modular LED unit according to the present invention can perform illumination.
FIG. 49 is a view showing still another environment where the modular LED unit according to the present invention can perform illumination.
FIG. 50 is a view showing still another environment where the modular LED unit according to the present invention can perform illumination.
FIG. 51 is a diagram showing still another environment where the modular LED unit according to the present invention can perform illumination.
FIG. 52 is a view showing still another environment where the modular LED unit according to the present invention can perform illumination.
FIG. 53 is a diagram showing still another environment where the modular LED unit according to the present invention can perform illumination.
FIG. 54 is a diagram showing still another environment where the modular LED unit according to the present invention can perform illumination.
FIG. 55 is a view showing still another environment where the modular LED unit according to the present invention can perform illumination.
FIG. 56 is a view showing still another environment where the modular LED unit according to the present invention can perform illumination.
FIG. 57 is a diagram showing still another environment in which the modular LED unit according to the present invention can perform illumination.
FIG. 58 is a diagram showing still another environment where the modular LED unit according to the present invention can perform illumination.
FIG. 59 is a diagram showing still another environment where the modular LED unit according to the present invention can perform illumination.
FIG. 60 is a view showing still another environment where the modular LED unit according to the present invention can perform illumination.
FIG. 61 is a view showing still another environment where the modular LED unit according to the present invention can perform illumination.
FIG. 62 is a diagram showing still another environment where the modular LED unit according to the present invention can perform illumination.
FIG. 63 is a diagram showing still another environment where the modular LED unit according to the present invention can perform illumination.
FIG. 64 is a view showing still another environment where the modular LED unit according to the present invention can perform illumination.
FIG. 65 is a diagram showing still another environment where the modular LED unit according to the present invention can perform illumination.
FIG. 66 is a diagram showing still another environment where the modular LED unit according to the present invention can perform illumination.
FIG. 67 is a view showing still another environment where the modular LED unit according to the present invention can perform illumination.
FIG. 68 is a view showing still another environment where the modular LED unit according to the present invention can perform illumination.
FIG. 69 is a diagram showing an embodiment in the form of a smart bulb according to the present invention.
FIG. 70 shows the embodiment of FIG. 69 in a data-connected state with another device.
FIG. 71 illustrates the embodiment of FIG. 69 connected to other smart bulbs.
FIG. 72 shows a network of multiple smart light bulbs that are data-connected to each other
FIG. 73 is a diagram showing an application example of an optical buffer sensor / feedback format using a smart light bulb.
FIG. 74 is a diagram showing a certain EKG sensor / feedback environment using a smart light bulb.
FIG. 75 is a schematic diagram showing an application example of a sensor / feedback format.
FIG. 76 is a general block diagram related to a color display thermometer.
FIG. 77 shows a certain color display speedometer
FIG. 78 shows a color display inclinometer
FIG. 79 is a diagram showing a certain color display magnetic field strength meter
FIG. 80 shows a smoke alarm system
FIG. 81 shows a color display pH meter
FIG. 82 is a diagram showing a crime prevention system informing the existence of an object.
FIG. 83 shows an electromagnetic radiation detector
FIG. 84 is a diagram showing a color display indicator for a telephone
FIG. 85 is a diagram illustrating a lighting system using a light module according to the present invention and related to a certain entertainment device.
FIG. 86 is a diagram showing an outline of the system shown in FIG. 85.
87 is a diagram showing an outline of an encoder for the system shown in FIG. 85. FIG.
88 is a diagram showing an outline of a coding method using the encoder shown in FIG. 87. FIG.
89 is a diagram showing an outline of a decoder for the system shown in FIG. 85. FIG.
FIG. 90 illustrates an embodiment of a high precision lighting system.
FIG. 91 is a block diagram of a control module for the high-precision lighting system shown in FIG.
FIG. 92 illustrates an embodiment that includes a high precision lighting system held in an operator's hand.
FIG. 93 shows a fruit tree illuminated by a plurality of LED systems arranged in a two-dimensional array.
FIG. 94 shows a fruit tree illuminated by natural light
FIG. 95 is a rough schematic showing the hilar tissue illuminated by an embodiment of an LED system attached to a medical device.
FIG. 96 illustrates an embodiment of an LED system attached to a medical device.
FIG. 97 shows an embodiment of an LED system attached to an endoscope.
FIG. 98 illustrates an embodiment of an LED system attached to a surgical headlamp.
FIG. 99 illustrates an embodiment of an LED system attached to a surgical loupe.
FIG. 100 illustrates a method for treating a disease by irradiating with an embodiment of an LED system.
FIG. 101 is a diagram showing processing for changing the perceived color of an object by changing the color of light projected on the object;
FIG. 102 is a diagram showing processing for causing an illusion that the design operates by changing the color of light projected on the colored design.
FIG. 103 shows a vending machine that causes the illusion that the design works by changing the color of the light projected onto the colored design.
FIG. 104 is a diagram showing a certain vending machine that changes the color of light projected on a colored design to make the design appear or disappear.
FIG. 105 is a diagram showing a system for illuminating a certain container
FIG. 106 shows a clothing product that is lit by an LED system

Claims (25)

それぞれスペクトル内の或る領域の異なった色の照明を発光できるように少なくとも２種の異なった色を有したLEDからなる、少なくとも第１および第２の複数のLEDと、
パルス幅変調技術を用いて、それぞれの複数のLEDに供給される、少なくとも一つの電流を制御してスペクトル内の対応した色を発光させるための、それぞれの複数のLEDについて第１および第２のそれぞれに一つ設けたアドレス指定可能な処理装置と、
それぞれの複数のLEDに前記少なくとも一つの電流を供給するための電力供給モジュールと、
を備えたモジュラーLED照明システムであって、
前記第１および第２の複数のLEDは、それぞれ第１および第２の細長い板の中に直線状に配列されており、それぞれの細長い板は、当該細長い板を、複数のLEDを有する他の細長い板への結合を可能にする少なくとも一つの結合機構を具備し、
前記第１の複数のLEDの前記アドレス指定可能な処理装置及び前記第２の複数のＬＥＤの前記アドレス指定可能な処理装置は、前記第１および第２の細長い板が実質的に同じ色と感じられる色の照明を生み出すことができるように、および前記第１および第２の細長い板が実質的に異なった色と感じられる色の照明を生み出すことができるように構成され、
更に前記第１の複数のLEDの前記アドレス指定可能な処理装置は、少なくとも一つの時間変化する制御信号を出力して、前記第１の複数のLEDにより発光される照明を動的に変化させることができ、前記第２の複数のLEDの前記アドレス指定可能な処理装置は、少なくとも一つの時間変化する制御信号を出力して、前記第２の複数のLEDにより発光される照明を動的に変化させることができ、
前記第２の細長い板が前記第１の細長い板と組み合わされて直線状アレイ照明システムを形成し、前記第１の複数のLEDは第１の実質的に直線状のプラットフォームに配置して備え、前記第２の複数のLEDは第２の実質的に直線状のプラットフォームに配置して備え、
前記結合機構が機械的および電気的に、少なくとも前記第１および第２の細長い板を連結するようにされ、
前記アドレス指定可能な処理装置の少なくとも一つは、当該モジュラーLED照明システムによって生成される照明の観察者によって知覚可能な色及び／又は輝度に関する照明情報を含む少なくとも一つのネットワーク信号を受信する、モジュラーLED照明システム。At least a first and a second plurality of LEDs, each consisting of LEDs having at least two different colors so as to be able to emit different colors of illumination in a region of the spectrum;
First and second for each of the plurality of LEDs for controlling at least one current supplied to each of the plurality of LEDs to emit a corresponding color in the spectrum using a pulse width modulation technique . One addressable processing device provided for each;
A power supply module for supplying the at least one current to each of the plurality of LEDs;
A modular LED lighting system with
The first and second plurality of LEDs are linearly arranged in first and second elongated plates, respectively, each elongated plate being connected to the elongated plate and another LED having a plurality of LEDs. Comprising at least one coupling mechanism allowing coupling to an elongated plate;
The addressable processing device for the first plurality of LEDs and the addressable processing device for the second plurality of LEDs feel that the first and second elongated plates are substantially the same color. Configured such that the first and second elongate plates can generate substantially different color perceived illumination, and
Further, the addressable processing unit of the first plurality of LEDs outputs at least one time-varying control signal to dynamically change the illumination emitted by the first plurality of LEDs. And the addressable processing unit of the second plurality of LEDs outputs at least one time varying control signal to dynamically change the illumination emitted by the second plurality of LEDs. Can be
The second elongate plate is combined with the first elongate plate to form a linear array illumination system, the first plurality of LEDs disposed on a first substantially linear platform; The second plurality of LEDs comprises a second substantially linear platform disposed on the platform;
The coupling mechanism is mechanically and electrically coupled to at least the first and second elongated plates;
At least one of the addressable processing devices receives at least one network signal including illumination information relating to color and / or brightness perceivable by an observer of the lighting produced by the modular LED lighting system LED lighting system. 請求項１に記載されたモジュラーLED照明システムであって、前記第１または第２の実質的に直線状のプラットフォームのうちの少なくとも一つは、曲線状のプラットフォームである、モジュラーLED照明システム。A modular LED lighting system according to claim 1, wherein at least one of the first or the second substantially straight platform is curved platform, modular LED lighting system. 請求項２に記載されたモジュラーLED照明システムであって、相互に連結されたアレイは、曲線状のアレイである、モジュラーLED照明システム。A modular LED lighting system according to claim 2, array which are connected to each other is a curved array, a modular LED lighting system. 請求項１−３のいずれかに記載されたモジュラーLED照明システムであって、前記第１および第２の細長い板は、収容部を具備したものである、モジュラーLED照明システム。A modular LED lighting system according to any of claims 1-3, wherein the first and second elongated plates are those provided with the housing portion, a modular LED lighting system. 請求項４に記載されたモジュラーLED照明システムであって、前記結合機構が前記第１の細長い板および前記第２の細長い板の各プラットホームを連結し、相互に連結された直線状のアレイを形成するようにされている、モジュラーLED照明システム。5. The modular LED lighting system of claim 4 , wherein the coupling mechanism connects the first and second elongated plate platforms to form an interconnected linear array. Modular LED lighting system that is supposed to be. 請求項４または５に記載されたモジュラーLED照明システムであって、前記収容部が実質的に透明な材料で形成されている、モジュラーLED照明システム。A modular LED lighting system according to claim 4 or 5, wherein the accommodating portion is formed in substantially transparent material, modular LED lighting system. 請求項６に記載されたモジュラーLED照明システムであって、前記実質的に透明な材料が、材料を透過する光の異なる色を組み合わせるようにされている、モジュラーLED照明システム。A modular LED lighting system according to claim 6, wherein the substantially transparent material, is to combine different colors of light transmitted through the material, the modular LED lighting system. 請求項４−７のいずれかに記載されたモジュラーLED照明システムであって、前記第１の複数のLEDおよび前記第２の複数のLEDは前記第１の細長い板および前記第２の細長い板の各前記収容部を照明するように配置されている、モジュラーLED照明システム。8. A modular LED lighting system as claimed in any of claims 4-7 , wherein the first plurality of LEDs and the second plurality of LEDs are the first elongate plate and the second elongate plate. A modular LED lighting system arranged to illuminate each said housing. 請求項１−８のいずれかに記載されたモジュラーLED照明システムであって、少なくとも前記第１および第２のアドレス指定可能な処理装置のうちの少なくとも一つは、対応する前記複数のLEDにより発生される照明が本質的に白色光であるようにされた、モジュラーLED照明システム。9. A modular LED lighting system as claimed in any preceding claim, wherein at least one of the first and second addressable processing devices is generated by the corresponding plurality of LEDs. Modular LED lighting system, in which the illumination made is essentially white light. 少なくとも前記第１の細長い板および前記第２の細長い板の相互に連結された直線状のアレイが、コーブを照明するように配置されている、請求項１−９のいずれかのモジュラーLED照明システムを具備したコーブ。The modular LED lighting system of any of claims 1-9 , wherein at least an interconnected linear array of at least the first elongate plate and the second elongate plate is arranged to illuminate the cove. Cove equipped with. 少なくとも前記第１の細長い板および前記第２の細長い板の相互に連結された直線状のアレイを搭載している表面を備えた、請求項１−９のいずれかに記載のモジュラーLED照明システムを具備した建造物。10. A modular LED lighting system according to any of claims 1-9 , comprising a surface carrying at least a linear array of interconnected at least first and second elongate plates. Built structure. 前記表面が、建造物の外表面を含み、少なくとも前記第１の細長い板および前記第２の細長い板の相互に連結された直線状のアレイが、前記外表面に搭載されている、請求項１１に記載の建造物。Said surface comprises an outer surface of a building, at least the first elongated plate and the second elongated mutually linked linear arrays of plates, are mounted on the outer surface, according to claim 11 The building described in. 少なくとも前記第１の細長い板および前記第２の細長い板の相互に連結された直線状のアレイが、建造物の外周の少なくとも一部分の輪郭を描くように配置されている、請求項１２に記載の建造物。At least said first elongated plate and the second elongated mutually linked linear array plate are arranged so as to draw at least a portion of the contour of the outer periphery of the building, according to claim 12 Building. 少なくとも前記第１の細長い板および前記第２の細長い板の相互に連結された直線状のアレイが、商標、ブランド、サービスマークおよびロゴの少なくとも一つを、建造物の外表面に備えるように配置されている、請求項１２に記載の建造物。An interconnected linear array of at least the first elongate plate and the second elongate plate is arranged to provide at least one of a trademark, a brand, a service mark and a logo on the outer surface of the building The building according to claim 12 , wherein 少なくとも前記第１の細長い板および前記第２の細長い板の相互に連結された直線状のアレイが、図柄、単語、シンボル、数字およびキャラクターの少なくとも一つを、建造物の外表面に備えるように配置されている、請求項１２に記載の建造物。An interconnected linear array of at least the first elongate plate and the second elongate plate includes at least one of a symbol, a word, a symbol, a number, and a character on the outer surface of the building. 13. A building according to claim 12 , which is arranged. 請求項１−９のいずれかに記載のモジュラーLED照明システムを備えたインテリアスペースであって、少なくとも前記第１の細長い板および前記第２の細長い板の相互に連結された直線状のアレイが、前記インテリアスペースを照明するように配置されている、前記インテリアスペース。An interior space comprising the modular LED lighting system according to any of claims 1-9 , wherein at least a linear array of interconnected at least the first elongate plate and the second elongate plate is provided. The interior space arranged to illuminate the interior space. 少なくとも第１および第２の、直線状に形成された細長い板を有し、
前記第１の細長い板は、第１の複数のＬＥＤを備え、前記第２の細長い板は、第２の複数のＬＥＤを備えるモジュラー照明システムにおける、下記行為（Ａ）−（Ｄ）を含む方法であって、
（Ａ）少なくとも前記第１の細長い板および前記第２の細長い板を一緒に連結し、相互に連結された、細長い板の直線状のアレイを形成する、
（Ｂ）パルス幅変調技術を用いて、少なくとも前記第１および第２の複数のLEDを制御するために、少なくとも前記第１の細長い板と前記第２の細長い板とを個別にアドレスし、
（Ｃ）前記第１の細長い板と前記第２の細長い板とは、励起されたときに、実質的に同色と認識できる光の色も、実質的に異なった色と認識できる光の色も発生できるようにする、
（Ｄ）前記第１の細長い板と前記第２の細長い板の少なくとも一つが動的な照明効果を生じるようにする、
前記第１の細長い板および前記第２の細長い板のそれぞれが、直線状に形成されたプラットフォームを備えており、行為（Ａ）が、前記第１の細長い板および前記第２の細長い板それぞれの直線状に形成されたプラットフォームを連結し、相互に連結された直線状のアレイを形成することを含み、
行為（Ａ）が、前記第１の細長い板と前記第２の細長い板を電気的および機械的に連結し、相互に連結された細長い板の直線状のアレイを形成することを含み、
行為（Ｂ）が、当該モジュラー照明システムによって生成される照明の観察者によって知覚可能な色及び／又は輝度に関する照明情報を含む少なくとも一つのネットワーク信号を受信することを含む、方法。Having at least first and second, linearly elongated strips;
The first elongate plate comprises a first plurality of LEDs, and the second elongate plate comprises a second plurality of LEDs and includes the following acts (A)-(D) : Because
(A) connecting at least the first elongate plate and the second elongate plate together to form a linear array of elongate plates interconnected;
(B) individually addressing at least the first elongate plate and the second elongate plate individually to control at least the first and second plurality of LEDs using a pulse width modulation technique ;
(C) When the first elongated plate and the second elongated plate are excited, the color of light that can be recognized as substantially the same color and the color of light that can be recognized as substantially different colors To be able to generate,
(D) at least one of the first elongate plate and the second elongate plate causes a dynamic lighting effect;
Each of the first elongate plate and the second elongate plate includes a linearly formed platform, and act (A) is performed on each of the first elongate plate and the second elongate plate. Connecting linearly formed platforms to form an interconnected linear array;
Act (A) includes electrically and mechanically connecting the first elongated plate and the second elongated plate to form a linear array of interconnected elongated plates;
Act (B) comprising receiving at least one network signal comprising illumination information relating to color and / or luminance perceivable by an observer of the illumination produced by the modular illumination system . 請求項１７に記載された方法であって、前記第１の細長い板および前記第２の細長い板のうち少なくとも一つが曲線状の形をしており、行為（Ａ）が、少なくとも前記第１の細長い板および前記第２の細長い板を一緒に連結し、相互に連結された、細長い板の曲線状のアレイを形成することを含む、方法。18. The method of claim 17 , wherein at least one of the first elongate plate and the second elongate plate has a curvilinear shape, and act (A) is at least the first elongate plate. Connecting the elongated plate and the second elongated plate together to form a curvilinear array of elongated plates interconnected. 請求項１７または１８に記載された方法であって、前記第１の細長い板および前記第２の細長い板の少なくとも一つが活性化されたときに実質的に白色の光を発生させるものであり、更に、少なくとも前記第１の細長い板と前記第２の細長い板とを直線状に連結したものから実質的に白色の光を発生させる行為を含む方法。19. A method as claimed in claim 17 or 18 , wherein at least one of the first elongate plate and the second elongate plate generates substantially white light when activated. The method further includes the act of generating substantially white light from a linear connection of at least the first elongate plate and the second elongate plate. 請求項１７−１９のいずれかに記載された方法であって、更に少なくとも前記第１の細長い板および前記第２の細長い板の相互に連結された直線状のアレイをコーブを照明するように配置することを含む方法。 20. A method as claimed in any of claims 17-19 , further comprising an interconnected linear array of at least the first elongated plate and the second elongated plate arranged to illuminate the cove. A method comprising: 請求項１７−２０のいずれかに記載された方法であって、下記行為をさらに含む、方法：
（Ｅ）建造物の表面に、少なくとも前記第１の細長い板および前記第２の細長い板の相互に連結された直線状のアレイを搭載せしめる行為。 21. A method as claimed in any of claims 17-20 , further comprising the following acts:
(E) The act of mounting a linear array of at least the first elongated plate and the second elongated plate connected to each other on the surface of a building. 請求項２１に記載された方法であって、行為（Ｅ）が、少なくとも前記第１の細長い板および前記第２の細長い板の相互に連結された直線状のアレイを建造物の外表面に配置し、建造物の外周の少なくとも一部分の輪郭を描くようにする行為を含む、方法。24. The method of claim 21 , wherein act (E) places at least an interconnected linear array of the first elongate plate and the second elongate plate on the outer surface of the building. And an act of delineating at least a portion of the perimeter of the building. 請求項２１に記載された方法であって、行為（Ｅ）が、少なくとも前記第１の細長い板および前記第２の細長い板の相互に連結された直線状のアレイを建造物の外表面に配置し、商標、ブランド、サービスマークおよびロゴの少なくとも一つを、建造物の外表面に形成せしめる行為を含む、方法。24. The method of claim 21 , wherein act (E) places at least an interconnected linear array of the first elongate plate and the second elongate plate on the outer surface of the building. And an act of forming at least one of a trademark, a brand, a service mark and a logo on the outer surface of the building. 請求項２１に記載された方法であって、行為（Ｅ）が、少なくとも前記第１の細長い板および前記第２の細長い板の相互に連結された直線状のアレイを建造物の外表面に配置し、図柄、単語、シンボル、数字およびキャラクターの少なくとも一つを、建造物の外表面に形成せしめる行為を含む、方法。24. The method of claim 21 , wherein act (E) places at least an interconnected linear array of the first elongate plate and the second elongate plate on the outer surface of the building. And at least one of a design, a word, a symbol, a number, and a character is formed on the outer surface of the building. 請求項１７−１９のいずれかに記載された方法であって、少なくとも前記第１の細長い板および前記第２の細長い板の相互に連結された直線状のアレイを、インテリアスペースを照明するように配置する行為をさらに含む、方法。 20. A method as claimed in any of claims 17-19 , wherein at least an interconnected linear array of the first elongate plate and the second elongate plate is illuminating an interior space. The method further comprising an act of placing.
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