JP5808908B2 - 検知用のｌｅｄを伴う照明デバイス - Google Patents

Description

本発明は、広くは照明デバイスの分野に関するものであり、より詳細には、光を生成するために１つまたは複数のＬＥＤを用いる照明デバイスに関するものである。

電源駆動の光源の一形態として、ＬＥＤは、白熱灯および気体放電ランプ以来の比較的最近に開発された産物である。ＬＥＤは、典型的には民生機器における電源ＯＮ状態のインジケータといったような、インジケータに使用されるものとしては比較的長い間知られているが、それより最近の展開として、パワーＬＥＤの開発に伴って可能となった照明光源としての利用形態がある。ＬＥＤは、今日、環境照明やシグナリング（交通信号灯等）の目的で使用されており、さらには自動車のテールライト、ブレーキライトおよびヘッドライト用にも使用されている。

光源は、ユーザのアクション、たとえばユーザがスイッチを操作するアクションに応答して制御されてもよいし、何らかの外的なイベントまたは条件に応答して自動的に制御されてもよい。後者の場合は、イベント検出器または条件センサが必要となる。１つの具体的な例としては、周辺光レベルが挙げられる。すなわち、周辺光のレベルに応じて、光源の光出力を適合化させることが望まれ得る。たとえば、日中においては、交通信号灯がある相当距離において視認可能となるためには、比較的高い光出力を有しなければならないが、夜間においては、交通信号灯の光出力は抑制されてもよい。そのため、周辺光レベルを検知するためにセンサが必要となる。

別の例では、照明のマスタ／スレーブ挙動が望まれ得る。複数の光源により照明される比較的広いエリアでは、すべての光源に対して個別のスイッチを有することはユーザにとって煩雑であるかもしれないが、一方ですべての光源を１つのスイッチに接続することは、常に可能ではないかもしれないし、必ずしも望ましくないかもしれない。複数の照明機器のための追加の制御配線は高コストであり、とりわけ既存の照明システムが制御可能なシステムにアップグレードされ、追加の配線が必要とされる場合には高コストである。１つの解決策として、各光源に光センサを付与することが可能であるかもしれない。すなわち、別の光源のスイッチが入れられたことをセンサが検知すると直ちに、そのセンサが自己と関連付けられた光源のスイッチを入れる形態が可能とされ得る。

上記または類似のタイプのアプリケーションにおいては、別個のセンサを有することが慣例であった。しかしながら、センサは、かかるアプリケーションに追加コストをもたらすものである。

本発明の１つの目的は、軽減されたコストにおいて、同一の機能を提供することである。

本発明の１つの重要な側面によれば、光源および光センサとして、ＬＥＤが使用される。

さらなる有利な工夫は、従属請求項に記載されている。

ＬＥＤが光検知性を有すること自体は知られており、したがってＬＥＤを光センサとして使用できる点に留意されたい。たとえば、米国特許第６６１７５６０号を参照されたい。しかしながら、この米国特許では、光検知に利用されるＬＥＤは、光検知の目的に特化して使用されており、光の生成のためには使われていない。これに対して、本発明によれば、ＬＥＤは、光検知および光の生成のために、有利に用いられる。

照明デバイスを概略的に示したブロック図 ＬＥＤの電流を時間の関数として概略的に示した例示的なグラフ 本発明に従う照明デバイスを概略的に示したブロック図 測定状態を概略的に図示した、図３に対応するブロック図 駆動状態を概略的に図示した、図３に対応するブロック図 １つの特定の実施形態を概略的に示した、図４Ａと同等のブロック図 １つの特定の実施形態を概略的に示した、図４Ａと同等のブロック図 １つの特定の実施形態を概略的に示した、図３と同等のブロック図

以下、本発明の上記およびその他の側面、特徴および利点を、図面を参照しながら、１つまたは複数の好ましい実施形態に関する以下の記述により、さらに説明する。図中において、同一の参照番号は、同一または類似の部分を示している。

図１は、少なくとも１つのＬＥＤ４を含む、照明デバイス１を概略的に示したブロック図である。ＬＥＤ４への電流は、ＬＥＤドライバ３により供給され、このＬＥＤドライバ３は、コントローラ２のセンサ入力部において光センサ５から受信されるセンサ信号Ｓに基づいて、コントローラ２により制御される。

図２は、ＰＷＭまたはデューティサイクル制御による減光の可能な実装形態を示すために、ＬＥＤの電流Ｉ_ＬＥＤ（縦軸）を、時間（横軸）の関数として概略的に示したグラフである。ＬＥＤはＯＮ状態またはＯＦＦ状態とされ、それぞれの状態において、公称値Ｉ_ＮＯＭまたはゼロの電流を有する。電流は、Ｉ_ＮＯＭからゼロおよびその逆に、規則的に切り換えられる。ＬＥＤは、時間インターバルτ１中においてＯＮ状態とされ、時間インターバルτ２中においてＯＦＦ状態とされる。電流周期ＴはＴ＝τ１＋τ２で定義され、電流周波数はｆ＝１／Ｔで定義される。デューティサイクルΔは、Δ＝τ１／Ｔで定義される。

コントローラ２は、τ１およびτ２を制御する。通常、Ｔは一定に保たれ、たとえば約６００Ｈｚの値に保たれる。当業者には明らかなように、デューティサイクルΔを設定することにより、平均のＬＥＤ電流、したがってＬＥＤにより生成される平均光強度を設定することができる。

現行技術においては、図１に示すように、光センサ５は別個のセンサである。本発明によれば、ＬＥＤ４自体を光センサとしても使用することができる。

図３は、本発明に従う照明アセンブリ１０を概略的に示したブロック図である。図１と比較すると、別個の光センサ５が省かれており、ＬＥＤ４は、コントローラ２のセンサ入力部２１にカップリングされている。コントローラ２は、駆動状態および測定状態で動作することができる。コントローラ２は、動作中において、駆動状態から測定状態へ、およびその逆へ、頻繁に切換えを行うのに適したものとされている。この切換えは、規則的に行われても不規則であってもよいが、規則的に行われる方が好ましい。

動作は、以下のとおりである。測定状態においては、図４Ａに図示するように、コントローラ２は、ドライバ３が一切のＬＥＤ電流を生成しないようになすドライバ３用の制御信号Ｓｃを生成する。すなわち、ＬＥＤはＯＦＦ状態である。ＬＥＤは光電流Ｓｍを生成する。この光電流Ｓｍは、コントローラ２のセンサ入力部２１において受信され、ＬＥＤにより検知された光の強度を示す。コントローラ２は、この入力信号Ｓｍを処理し、ＬＥＤ４の所望の光出力に関して決定を行う。

続いて、コントローラ２は、駆動状態に切り換わる。駆動状態においては、図４Ｂに図示するように、コントローラ２は、ドライバ３がＬＥＤ電流Ｉ_ＮＯＭを生成するようになすドライバ３用の制御信号Ｓｃを生成する。すなわち、ＬＥＤはＯＮ状態である。この状態中におけるＬＥＤ出力信号Ｓｍは、ＬＥＤにより検知された光強度の尺度ではなく、コントローラ２によって無視され得る。ＬＥＤの平均の光出力が、測定状態における測定信号Ｓｍに基づいて決められた所望の光出力に対応するよう保証するために、コントローラは、駆動状態の持続時間τ１を適切な値に設定する。たとえば、電流レベルＩ_ＮＯＭにおけるＬＥＤの連続駆動が光出力Ｌｍａｘをもたらすものである一方、所望の光出力がＬｄ（Ｌｍａｘ未満）で示される場合には、コントローラ２は、ＬＥＤ電流の周波数ｆ＝１／Ｔを一定に保ちながら、駆動状態の持続時間τ１をτ１＝（Ｌｄ／Ｌｍａｘ）・Ｔに等しく設定してもよい。

このことは、測定状態の持続時間がτ２＝Ｔ−τ１を満たし、光出力が増大するにつれて短くなることを意味する。信頼性の高い測定結果を得るためには、測定状態の持続時間は、ある最低限の持続時間τ_ＭＩＮよりも長くなくてはならない。実際には、τ_ＭＩＮは約１００μｓとされ得る。これは、最大限許容可能なτ１の値に対応し、したがって、Ｌｍａｘよりも低い、光出力の最大限得られる値に対応する。実用上、このことは許容可能である。しかしながら、より高い光出力が望ましい場合には、ＬＥＤ電流の周波数を減らすこと、または必ずしもすべての電流周期内に測定状態が含まれないようになすことも可能である。たとえば、０．９３・Ｌｍａｘの光出力が望ましく、かつ最低限の持続時間τ_ＭＩＮが０．１・Ｔに等しい場合には、Δ＝０．９のデューティサイクルを有する電流周期（測定状態を含む）と、Δ＝０．９６のデューティサイクルを有する電流周期（測定状態を含まない）とを、交互に用いてもよい。

図５Ａに図示された１つの可能な実施形態では、アセンブリ１０は、適応型の信号灯、たとえば交通信号灯として実装される。コントローラ２は、参照値Ｖｒｅｆを受信する参照入力部２２を有していてもよい。コントローラ２は、測定信号Ｓｍを、参照値Ｖｒｅｆと比較する。周辺環境が暗い場合には、測定信号Ｓｍは比較的低くなる。かかる状況では、コントローラ２は、駆動状態の持続時間τ１を比較的低い値に設定する。たとえば、コントローラ２は、駆動状態の持続時間τ１を０．４５・Ｔに等しく設定し、ＬＥＤがΔ＝４５％のデューティサイクルで動作させられるようになす。日中の明るい状況下では、測定信号Ｓｍは比較的高くなる。かかる状況では、コントローラ２は、駆動状態の持続時間τ１を比較的高い値に設定する。たとえば、コントローラ２は、駆動状態の持続時間τ１を０．９０・Ｔに等しく設定し、ＬＥＤがΔ＝９０％のデューティサイクルで動作させられるようになす。結果として、信号光の光出力は、暗い環境中においては５０％減少させられる。

図５Ｂに図示された１つの可能な実施形態では、アセンブリ１０は、他の光源５０に応答する、自動切換照明システムとして実装される。測定信号Ｓｍは、かかる他の光源５０が、ＯＮ状態であるかＯＦＦ状態であるかを示す。他の光源５０がＯＮ状態であることを測定信号Ｓｍが示す場合には、コントローラ２は、駆動状態の持続時間τ１を、予め決められた値、たとえば０．９０・Ｔに等しく設定し、ある予め決められた光出力において、ＬＥＤがＯＮ状態となるようになす。他の光源５０がＯＦＦ状態であることを測定信号Ｓｍが示す場合には、コントローラ２は、駆動状態の持続時間τ１をゼロに設定し、ＬＥＤがＯＦＦ状態となるようになす。結果として、照明システムからの光出力は、ＯＮ状態またはＯＦＦ状態とされる他の光源５０にそれぞれ追従して、ＯＮ状態またはＯＦＦ状態に自動的に切り換えられる。

他の光源は、たとえば公共の道路照明であってもよく、アセンブリ１０は、家または庭の一部を照明する照明システムの一部であってもよい。公共の道路照明がＯＮ状態に切り換えられると、照明システムも、自動的にＯＮ状態に切り換えられる。

あるいは、他の光源５０もまた、本発明に従って実装されてもよい。すなわち、ＯＮ状態またはＯＦＦ状態に切り換えられる第１光源にそれぞれ応答して、すべてのＬＥＤが自動的にＯＮ状態またはＯＦＦ状態に切り換えられるＬＥＤ群を提供することも可能である（マスタ／スレーブ構成）。すべてのＬＥＤが、１つの共通の第１光源に応答するものとされてもよいし、複数のＬＥＤが一列配置にされて、各ＬＥＤがその一列配置内における先行ＬＥＤに応答するものとされてもよい。第１光源は、ユーザにより手動で切り換えられてもよいし、タイマにより切り換えられてもよい。

ＬＥＤ４および他の光源５０は、１つの共通の照明機器内に組み込まれたものであってもよい。たとえば、他の光源５０は、ハイブリッド照明機器内におけるＴＬランプであってもよい。すなわち、ＴＬランプがＯＮ状態に切り換えられると、（１つまたは複数の）ＬＥＤもまた、自動的にＯＮ状態に切り換えられる。

人工光源は典型的には変調されている（コンセント電源：１００Ｈｚ、またはＨＦ変調）ことに鑑み、コントローラ２は、日光と人工光源（たとえば公共の道路照明）とを区別することができるものとされてもよい。

他の光源５０の光は、データ通信のための何らかのデジタルプロトコルに従って変調されていてもよい。コントローラ２は、この変調に追従して、ＬＥＤ４からの光が同様に変調されるようになす。その場合、アセンブリ１０は、データのリピータとして効果的に動作する。

図５Ｃに図示された１つの可能な実施形態では、アセンブリ６０は、色を検知できるものとされる。このアセンブリは、１つのみのＬＥＤ４に代えて、互いに異なる色を発するように互いに異なる設計を有する、複数の異なるＬＥＤを含んでいる。その場合、それらＬＥＤの感光性も互いに異なる。異なるＬＥＤの数が少なくとも３個に等しければ、これらのＬＥＤは、光の色点を検知することができる。

図５Ｃにおいて、アセンブリ１０は、それぞれ赤色、緑色および青色の３つのＬＥＤ６１、６２、６３を含んでいる。これらのＬＥＤは、それぞれ測定信号Ｓ_ｍＲ、Ｓ_ｍＧ、Ｓ_ｍＢを生成し、それらの測定信号はコントローラ２によって受信される。コントローラ２は、これら３つの測定信号より、３つのＬＥＤにより受光された光（周辺光であってもよいし、１つ以上の他の光源により発せられた光であってもよい）の色点を計算する。１つの可能な実施形態では、コントローラ２は、３つのＬＥＤからの混合光が、測定された色点と同一の色点を有する光となるよう、それら３つのＬＥＤを駆動するように設計される。その結果、照明システムの光出力は、周辺光に自動的に適合することとなる。

３つのＬＥＤのデューティサイクルを適切に設定することにより、混合光が特定の所望の色点を有する光となるように、３つ（以上）の光ＬＥＤを駆動する技術自体は知られており、ここでさらなる説明を行う必要はない点に留意されたい。

また、必須ではないが、すべてのＬＥＤが同時にＯＦＦ状態とされるときがあるよう確実にすることが、望まれ得る点に留意されたい。これらのときにコントローラが光の測定を行えば、特定のＬＥＤの測定結果が、別のＬＥＤの光による影響を受けないよう確実にすることができる。これを実現する１つの方法は、３つのＬＥＤの電流周期が互いに等しい場合には、それらＬＥＤの測定期間が特定の重複部分を有するようになすことである。この場合にも、互いに異なるデューティサイクルは依然として可能であることは明らかであろう。

さらに、各ＬＥＤ６１、６２、６３は、すべてのドライバがコントローラにより駆動されている別個のドライバによって駆動されてもよいが、複数のＬＥＤを独立駆動するように適合化させられた、または同期化された電流周期を用いて複数のＬＥＤを同時に駆動するように適合化させられた、１つの共通のドライバによって、これらのＬＥＤが駆動される形態も可能である。

要約すると、本発明は、
− ＬＥＤ４、
− ＬＥＤを駆動するドライバ３、
− ドライバを制御するコントローラ２
を含む、照明デバイス１０を提供する。

ＬＥＤは、コントローラのセンサ入力部２１にカップリングされる。

コントローラは、駆動状態から測定状態に、およびその逆に、規則的に切り換わる。

測定状態においては、ドライバが一切のＬＥＤ電流を生成しないように、コントローラがドライバを制御する。ＬＥＤは、測定された光のレベルを示す測定信号Ｓｍを生成する。コントローラは、ＬＥＤから受信した入力信号Ｓｍを処理して、ＬＥＤの所望の光出力に関する決定を行う。

駆動状態においては、ＬＥＤにより発せられる平均の光出力が、測定状態で決定された所望の光出力に対応するものとなるよう、コントローラがドライバを制御する。

図面および以上の説明において本発明を詳細に図解および説明してきたが、当業者には明らかなように、かかる図解および説明は、説明目的ないし例示的なものと捉えられるべきであって、本発明を限定するものとして捉えられるべきではない。本発明は、開示した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲で規定される本発明の保護範囲内において、いくつかのバリエーションおよび修正が可能である。

たとえば、上記の例では、ＬＥＤの光出力を変化させる１つの可能な方法として、デューティサイクルの制御を説明してきたが、ＬＥＤ電流のＰＣＭ、ＰＷＭ、ＦＭ、ＡＭといったような、別の既知または将来の方法に基づいて、ＬＥＤが駆動される形態も可能である。

さらに、図中では、コントローラとドライバとは別個のブロックとして図解されているが、コントローラとドライバとは、１つのデバイス内に一体化されていてもよい点に留意されたい。

たとえば、上記の例では、コントローラは、各測定状態において所望の光出力に関する決定を行い、次の駆動状態においてこの決定内容を利用しているが、このことは必須ではない。原理上は、コントローラが、後続の測定状態においてのみ測定データを収集して、測定結果のログを生成できるようになす形態も可能である。また、コントローラが測定データを処理するのにより多くの時間を要し、ＬＥＤ駆動制御信号の適合化が、数回の状態サイクル分遅れてのみ行われる形態もあり得る。さらに、コントローラが、多数の測定データの平均値を計算し、かかる平均値に基づいて、自身の制御信号を適合化する形態も可能である。

特許請求の範囲に記載された発明を実施するにあたり、当業者においては、図面、明細書および特許請求の範囲の内容を検討することにより、開示された実施形態の他のバリエーションを理解し、実施することができよう。特許請求の範囲において、「含む」または「備える」との語は、他の要素または工程の存在を排除するものではなく、「１つの」という不定冠詞は、複数の存在を排除するものではない。１つのプロセッサその他のユニットが、特許請求の範囲内に列挙された複数の項目の機能を充足してもよい。特定の施策が単に互いに異なる従属請求項に記載されているということは、それらの施策の組合せは有利に用いることができないことを示すものではない。コンピュータプログラムは、他のハードウェアと共にまたは他のハードウェアの一部として提供される半導体媒体または光記憶媒体といったような、適切な媒体上に記憶／頒布されてもよいが、たとえばインターネットその他の無線または有線の電気通信システムを介する等して、他の形態で頒布されてもよい。特許請求の範囲中のいずれの参照符号も、技術的範囲を限定するものと捉えられるべきではない。

上記では、本発明に従う装置の機能ブロックを図解したブロック図を参照して、本発明を説明してきた。これらの機能ブロックのうちの１つまたは複数は、かかる機能ブロックの機能が個々のハードウェア構成要素により実行されるハードウェア中に実装されてもよいが、これらの機能ブロックのうちの１つまたは複数はまた、かかる機能ブロックの機能が、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、デジタル信号プロセッサ等といったプログラミング可能なデバイス、またはコンピュータプログラムの１つ以上のプログラムラインによって実行されるように、ソフトウェア中に実装されてもよい点を理解されたい。

Claims (6)

1. 少なくとも１つのＬＥＤと、
   前記ＬＥＤを駆動するドライバと、
   前記ドライバを制御するコントローラであって、測定された光のレベルを示す測定信号を受信するセンサ入力部を有するコントローラと
   を含む、照明デバイスであって、
   前記ＬＥＤが、前記コントローラの前記センサ入力部にカップリングされ、
   前記コントローラは、駆動状態および測定状態で動作することができ、
   前記コントローラは、動作中において、前記駆動状態と前記測定状態との間で交互に動作し、
   前記コントローラは、前記駆動状態においては、前記ＬＥＤが光を生成するようになす、前記ドライバ用の制御信号を生成し、
   前記コントローラは、前記測定状態においては、前記ドライバが一切のＬＥＤ電流を生成しないようになす、前記ドライバ用の制御信号を生成し、かつ前記ＬＥＤから受信した入力信号を、光測定信号として処理し、
   １つの同一の前記ＬＥＤが、光の生成および光の検知に、交互に使用されるようになす、前記照明デバイスを含む、少なくとも１つの他の光源に応答する自動切換照明システムであって、
   前記コントローラが、前記測定状態の最低限の持続時間を確保できるように、前記駆動状態の持続時間を制限する、自動切換照明システム。
2. 前記コントローラは、前記測定状態において、前記ＬＥＤから受信した前記入力信号に基づいて、前記ＬＥＤの所望の光出力に関する決定を行うように構成されており、
   前記コントローラは、前記駆動状態において、前記ＬＥＤにより発せられる平均の光出力が、前記測定状態で決定された前記所望の光出力に対応するものとなるよう、前記ドライバ用の制御信号を生成するように構成されていることを特徴とする請求項１記載の自動切換照明システム。
3. 前記コントローラは、前記駆動状態において、平均のＬＥＤ電流が、前記測定状態で決定された値を有するものとなるよう、前記ドライバ用の制御信号を生成するように構成されていることを特徴とする請求項２記載の自動切換照明システム。
4. 前記照明デバイスが、ＬＥＤ電流の平均の強さを変化させられるように構成されていることを特徴とする請求項３記載の自動切換照明システム。
5. 前記ドライバが、公称ＬＥＤ電流を用いて前記ＬＥＤを駆動するように構成されており、
   前記コントローラは、前記駆動状態において、前記ドライバが前記公称ＬＥＤ電流を生成するよう、前記ドライバ用の制御信号を生成するように構成されており、
   前記コントローラは、前記駆動状態の持続時間を変化させるように構成されていることを特徴とする請求項３記載の自動切換照明システム。
6. 前記コントローラは、前記駆動状態において、前記ＬＥＤから受信した前記入力信号を無視することを特徴とする請求項１記載の自動切換照明システム。

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