JP6118356B2 - 制御可能な照明システム - Google Patents

Description

本発明は、制御可能な照明システムに関する。

照明システムは、家において雰囲気を作り出すために広く用いられている。前記システムは、雰囲気を作り出す光パターンを作成する。

WO 2009/031103は、様々な色の光ビームを放射するマルチカラー光源を記載している。前記マルチカラー光源は、非常に集束されたフルスペクトル光が必要とされるアプリケーションにおいて用いられ得る。このようなアプリケーションの例は、スポット照明及びデジタル投影である。この方法においては、例えばスポット照明の色は変更され得る。しかし、この装置の問題点は、動く光パターンを得るためには、光源が、例えば機械的な装置によって、動かされる必要があることである。その結果として、このようなシステムは、多くの場合、薄くなく、コンパクトでもなく、相対的に、厚く、かさばる。

本発明の目的は、これらの問題を解決し、可変照明パターンを作成することができる、薄く、コンパクトである照明システムを提供することである。

この目的は、複数の制御可能な発光素子と、前記照明素子から放射される光を成形するために前記複数の発光素子の前に配設される拡散光学素子と、前記複数の制御可能な発光素子の各々を制御することによって、前記拡散光学素子から放射される光の光放射角度範囲を変えるための制御装置とを有する照明システムによって、達成される。

前記拡散光学素子は、利用可能な放射角度範囲を規定し、前記システムによって放射される全ての光は、前記利用可能な放射角度範囲内に含まれるだろう。その場合、前記発光素子の制御は、この利用可能な範囲のうちの部分的な角度範囲の選択をもたらすだろう。この部分的な範囲の選択を制御することによって、結果として生じる照明パターンが変えられることができる。これは、前記照明システムの如何なる物理的なパーツも変化させずに、前記拡散光学素子から放射される光を変化させることを可能にする。なぜなら、前記制御装置は、例えば、前記発光素子のうちの１つ以上を減光することによって、又は前記発光素子のうちの１つ以上をオフに切り換えることによって、前記発光素子の各々を制御するからである。この方法においては、例えば、光ビームを走査し、ビームのサイズ及び形状を変えることが可能である。なぜなら、前記拡散光学素子は、発光素子のクラスタから放射された光を、１本のビームに変換することができるからである。発光素子のクラスタの位置及び／又はサイズを変えることによって、スポットの位置及び／又はサイズを変えることが可能である。

更に、前記放射角度範囲は、発光素子の幾つかの別々のクラスタを作動させることによって、幾つかの別々の部分的な範囲に分けられ得る。それによって、前記照明パターンは、幾つかのスポットを含み得る。

前記制御装置は、前記拡散光学素子から放射される光の照明勾配及び色勾配のうちの少なくとも１つを変えるよう更に適合され得る。

実施例においては、前記照明システムは、各々が、複数の前記制御可能な発光素子と、ビームコリメート光学系とを有する、複数の個々にコリメートされる光源を有する。この方法においては、多数の細いビームが得られる。例えば、各コリメートされる光源は、赤色、青色及び緑色の発光素子を含み得る。従って、前記光の色出力を決定することが可能である。

前記複数のコリメートされる光源は、例えば、２次元アレイに配設され得る。従って、例えば、全く可動光学素子なしに、２つの方向に動かされることができるスポットを供給することが可能である。前記２次元アレイは、例えば、矩形のＮ×Ｍのアレイであってもよく、Ｎは、前記アレイ中の列の数を表わし、Ｍは、各列中のコリメートされる光源の数を表わす。Ｎ及びＭは、例えば、各々、少なくとも６である。

例えば、前記制御装置は、前記制御可能な発光素子の予めプログラムされた制御パラメータのセットを加えることによって、複数の異なる光放射パターンを実現するようプログラムされ得る。この方法においては、様々な雰囲気が作り出され得る。光放射パターンという用語は、前記拡散光学素子から放射される光の様々な特性、例えば、放射角度範囲、色及び照明勾配、並びに前記放射される光の変遷のパターン、例えば、様々なパルスパターンから成る光パターンとして解釈されるべきである。

前記照明システムは、光センサであって、使用中、前記光センサが、指示された光放射角度範囲を測定するような光センサを更に有してもよく、前記制御装置は、これらと要求光放射角度範囲を比較する。この方法においては、前記光放射角度範囲は、全くユーザの助けなしに、自動的に、指示された光放射角度範囲に対して調節され得る。前記光センサ及び前記発光素子は、例えば、コンパクトな設計が達成されるように、電気的及び機械的に照明ユニットに組み込まれ得る。センサの使用により、前記光パターンを自動的に適応させることが可能である、即ち、前記ランプを動かさずに、即ち、前記ランプへの入力によって、前記光パターンを適応させることが可能である。これは、ランプが家の中に配置される場合、前記ランプの位置は、時々、例えば、掃除中に前記ランプを押した結果である小さな移動及びずれのために、意図せず、又は故意に、変化し得ることから、利点である。この方法においては、例えば、ビーム角を変えること、ビーム角をシフトすること、及び赤色、緑色及び青色のＬＥＤが用いられる場合には色の勾配を変えることが可能である。前記照明システムは、例えば、光情報を送信するよう適合されるインジケータを更に有してもよく、前記光センサは、前記光センサへ送信された前記光情報を検出し、この送信された光情報を前記制御装置に送信するよう適合され、前記制御装置は、前記送信された光情報を或る光放射パターンに関連付けるよう適合される。これは、前記照明システムの容易な使用を供給する。

前記拡散光学素子は、例えば、負若しくは正のレンズ、負若しくは正のフレネルレンズ、又はマイクロプリズムビーム偏向器のパターン化アレイであり得る。前記フレネルレンズの利点は、従来のレンズと比べて薄く、コンパクトであり、それに加えて、マイクロプリズムビーム偏向器のパターン化アレイよりずっと製造しやすいことである。正のレンズ又は正のフレネルレンズが用いられる場合には、それは、光が集束された後に光を広げるために、より長い作動距離を供給する。

本発明は、請求項において列挙されている特徴の全てのあり得る組み合わせに関することに注意されたい。

ここで、本発明の現在好ましい実施例を示す添付の図面を参照して、本発明のこの及び他の態様をより詳細に説明する。図面全体を通じて、同様の符号は同様の特徴を指す。

本発明の実施例によるランプである。 負レンズを備えるランプの概略図である。 負フレネルレンズを備えるランプの概略図である。 様々なビーム形状を備えるランプの概略図である。 様々なビーム形状を備えるランプの概略図である。 様々なビーム形状を備えるランプの概略図である。 本発明の実施例による照明システムの概略図である。 センサを備える集積ランプの概略図である。 センサ及びインジケータを備える集積ランプの概略図である。 制御装置の機能のフローチャートである。

図１においてランプ１の形態で図示されている例における照明ユニットは、２次元アレイに配設されたコリメート光源２のアレイを有し、前記２次元アレイは、矩形の１６×１６のアレイである。コリメート光源２は、各々、複数の制御可能な発光素子３と、ビームコリメート光学系４とを有し、各コリメート光源２は、好ましくは、赤色、青色及び緑色の発光ダイオード（ＬＥＤ）３の形態の、赤色、青色及び緑色の発光素子３を含む。他の例においては、各コリメート光源２は、赤色、青色、緑色及び白色の発光素子３を含み得る。ランプ１は、コリメート光源２の上に配設される負レンズ５を更に有する。

図２は、負レンズ５を備えるランプの概略図を示している。多数の発光素子３が、例えば、プリント回路基板（ＰＣＢ）層２２上に取り付けられ得る。ＰＣＢは、例えば、単一の絶縁層を備える、金属、例えば、アルミニウムなどの熱伝導材料で作成される絶縁担体を含み得る。図示されている例においては、発光素子３は、それらの前のビームコリメート光学系４と共に配設される赤色ＬＥＤ、青色ＬＥＤ及び緑色ＬＥＤにおいてグループ化され、この方法において、コリメート光源２のアレイが得られる。他の例においては、発光素子３は、それらの前のビームコリメート光学系４と共に配設される赤色ＬＥＤ、青色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ及び白色ＬＥＤにおいてグループ化され得る。コリメート光源２の前に、従って、発光素子３の前に、負レンズ５の形態の拡散光学素子が配設される。図示されている例においては、全てのコリメート光源２が、負レンズ５が、放射される光６を、全放射角度範囲にわたって広げるように、光を放射する。

図３は、負フレネルレンズ１０５を備えるランプの概略図を示している。図２の場合と同様に、多数の発光素子３は、一般に、ＰＣＢ層２２に取り付けられるが、現在図示されている例においては、拡散光学素子は、負フレネルレンズ１０５である。これには、ランプの設計が非常にコンパクトであるという利点がある。

図４は、様々なビーム形状を備えるランプの概略的な側面図を示している。図４ａは、全放射角度範囲を備える光ビームを放射するランプを示しており、図４ｂ及び４ｃは、全放射角度範囲の部分的な範囲内に光ビームを放射するランプを示している。ランプは、コリメート光源２のクラスタから光を放射することによって全放射角度範囲の部分的な範囲内にビームを放射することができる。この方法においては、ビームのスポットサイズのサイズ及び形状は、コリメート光源２の数及びクラスタの形状を変えることによって変えられ得る。従って、機械的に動くパーツは必要ない。図４ｂにおいて図示されている例においては、ビームは、ランプの中央の３つのコリメート光源から光を放射することによって、拡散光学素子から放射される。図４ｃにおいては、ビームは、ランプの右側から３つのコリメート光源２から光を放射することによって、拡散光学素子から放射される。（図４ｂ及び図４ｃの）２つのビームの間で変えることは、２つの位置の間を移動する１つのビームと考えられることをもたらす。

ＬＥＤの強度は、アプリケーションに依存して、例えば、オフ状態から、所望の強度、例えば、最大強度まで、段階的に、例えば、１００又は２５６段階で、変えられ得る。

図５は、ランプ１と遠隔制御装置１０７とを含む本発明の実施例による照明システムの概略図である。図示されている例においては、ランプ１は、８ビットの解像度を持つよう構成される、赤色、緑色及び青色のＬＥＤのセット２のＮ×Ｍのアレイを有する。他の例においては、ＬＥＤのセットは、１０ビットの解像度を持つよう構成され得る。ＬＥＤのセット２の各々が、コリメータ４を有し、それによって、Ｎ×Ｍ個のコリメート光源２を供給する。Ｎ×Ｍ個のコリメート光源２の前には、即ち、赤色、緑色及び青色のＬＥＤの前には、負フレネルレンズ１０５の形態の拡散光学素子が配設される。この方法においては、ＬＥＤから放射される光が、成形され得る。ランプ１は、ＬＥＤ３の各々を制御することによって、フレネルレンズ１０５から放射される光の光放射角度範囲を変えるよう適合される制御装置７を更に有する。制御装置７は、プロセッサ１０と、３×Ｎ×Ｍの長さを備えるシフトレジスタ１３及び３×Ｎ×Ｍの長さを備えるラッチ回路を含むメモリ２３とを有する。制御装置７は、３×Ｎ×Ｍのトリプルパルス幅変調強度制御装置１２を更に有する。

遠隔制御ユニット１０７は、電源１８と、メモリカード８及びパソコンと通信する処理ユニット１９と、無線送信機９とを有する。遠隔制御ユニット１０７は、ＬＥＤの予めプログラムされた制御パラメータのセットを加えることによって、複数の異なる光パターンを実現するようプログラムされる。光パターンは、メモリカード８に記憶される。各光パターンは、「夏」、「くつろぐ」又は「クール」のような雰囲気指示に関連付けられ得る。即ち、雰囲気指示のうちの１つが選ばれる場合、例えば或る特定の色分布及びビームサイズが放射されるような、対応する光パターンが、ランプによって放射される。これらの雰囲気指示は、ユーザにより、例えば制御ソフトウェアを有するパソコン２０を介したシステムへの入力によって、選ばれ得る。Ｎ×ＭのＲＧＢ−ＬＥＤアレイのための制御信号は、遠隔制御ユニット１０７内の処理ユニット１９によってマップされる。

これらの駆動信号は、遠隔制御ユニット１０７内の無線送信機９から、ランプ１内のプロセッサ１０内の無線受信機及びシリアルインタフェースへ無線伝送される。本発明の別の実施例においては、遠隔制御ユニット１０７は、多数のランプと通信することができる。

ランプ１においては、信号は、まず、シフトレジスタに記憶される。駆動信号の伝送が完了されるとき、情報は、ラッチ回路１１へコピーされ、その後、個々のＲＧＢ−ＬＥＤのトリプルパルス幅変調強度制御装置１２のドライバに向けて送り出される。駆動信号をラッチ回路１１へコピーした後は、シフトレジスタ１３によって、新しい駆動信号が受信され得る。このレイアウトの利点は、全てのＬＥＤに個々にアドレス指定連絡を供給する必要がなく、シフトレジスタ１３及びラッチ回路１１内の内部記憶装置が、遠隔制御ユニット１０７との接続を非常に簡単にすることである。別の利点は、信号がシフトレジスタ１３からラッチ回路１１へ伝送される場合、駆動信号の変更、従って、照明パターンの変更が、明確に定義された時点に、明確に定義された方法で、行われることである。この伝送は、遅く、エラーが発生しやすい無線伝送と比べて、非常に高速且つ確実に行われる。この方法においては、制御装置７は、ＬＥＤ３の各々を制御することによって、拡散光学素子から放射される光の放射角度範囲を変えるよう適合される。

本発明の別の実施例においては、遠隔制御ユニット１０７の機能は、制御装置７に組み込まれる。

図６は、少なくとも１つの光センサ１４を備える集積ランプの概略図である。図示されている例においては、ランプは、制御装置７のプロセッサ１０にフィードバック１５を供給する多数の光センサ１４を具備する。光センサ１４は、指示された光放射角度範囲を測定し、プロセッサ１０は、フィードバック１５を、例えばユーザから受け取った、要求光放射角度範囲１６と比較する。プロセッサ１０からの入力２１によって、ＬＥＤ制御装置１２は、各コリメート光源２にパラメータ設定を送信する。

光センサ１４は、図示されている例においては負レンズである拡散光学素子５から放射され、光センサ１４へ後方反射されている光を検出するよう適合される。好ましくは、発光素子３及び光センサ１４は、電気的及び機械的に、例えばランプの形態の照明ユニットに組み込まれ得る。

本発明の実施例においては、光センサ１４は、全カメラの画像の組み合わせが、ランプの最大スポットビームより大きくなるだろうような、広角レンズを持つカメラである。この方法においては、カメラのセットは、ランプによって照明される面全体を見るだろう。カメラによって作成された画像は、制御装置７によってリアルタイムで処理され、要求照明パターンに基づいて、ＬＥＤセットの各々のために、パラメータが設定されるだろう。

図７は、反射され、次いで、光センサ１４によって受け取られるよう、面２６上に光２５を放射することによって、所望の光パターンを照明システムに指示するよう適合される例えばレーザポインタの形態のインジケータ２４を有する照明システムを示している。インジケータから放射される光は、光センサ１４がそれと他の光を区別することを可能にするために、符号化され得る。光センサ１４は、光情報２５を検出し、この光情報を制御装置７に送信するよう適合される。制御装置７は、送信された光情報を分析し、所望の光パターンを供給するように放射される光を適応させるよう適合される。

図７のインジケータ２４によって、ユーザは、面２６、例えば壁に呈示されるべきビームの形状を照明システム１に指示することができる。これをするために、ユーザは、インジケータ２４を用いて、面２６上で、照明されるべきである領域２７を指示する。光センサ１４は、光情報２５、即ち、壁２６におけるレーザの反射を検出し、この情報を用いて、放射される光パターンを適応させる。従って、如何なる時点においても、ユーザによって、新しい光パターンが要求されることができる。従って、例えば、ユーザは、現在呈示されている形状を作り直すよう要求し得る。

図８は、制御装置７の機能のフローチャートである。フローチャートは、光パターン、即ち、ランプからの光の放射を適応させる自動プロセスを図示している。

制御装置は、
（最初の反復においては）これまでの機会から記憶されたパラメータ設定を用いて、又は（引き続く反復においては）適応されたパラメータ設定を用いて、要求光パターンに基づいて、ランプ１が光パターンを作成する処理ステップと、
光センサ１４からの情報が、入力として用いられて、要求光パターンと測定光パターンとの間の差を決定する処理ステップと、
プロセッサ１０によって前記差が用いられて、新しいパラメータ設定を計算する処理ステップと、
新しいパラメータ設定が、メモリに記憶されているパラメータ設定と比較される処理ステップとを有する。新しいパラメータ設定が、前の反復の間に計算されたパラメータ設定と異なる場合には、プログラム制御は、ステップＳ１に戻り、新しいパラメータ設定が、異ならない場合には、要求光パターンの可能な限り最良の呈示に到達しており、処理が終了する。

上記の処理ステップにおいて記載されているステップＳ２及びＳ３は、最も重要なステップである。これらのステップにおいては、要求光パターンと測定光パターンとの間のミスマッチがどこにあるのか、及び新しいパラメータ設定が何でなければならないのかが決定される。

上記の処理を拡張することによって、壁における光パターンの障害又は不一致、例えば、壁のコーナ又は壁の前の植物などを検出し、パラメータ設定を調節し、それによって、照明、即ち、光パターンを調節することが可能である。

他の拡張が実施され得る。別の拡張においては、照明されるべきである面とランプが成す角度が、この面を走査することによって、即ち、ビームの方向を変化させ、光センサによって受け取られる光強度を測定することによって、決定され得る。光ビームの方向と一緒に測定されるピーク光強度は、ランプが照明されるべき面と成す角度についての情報を供給する。

本発明の別の実施例においては、ランプは、傾斜センサ又は上記のような拡張を有する。この方法においては、ランプが例えば壁の上に光を放射する角度をランプが知ることが可能である。これは、（例えばフレネルレンズの形態の）拡散光学素子を介して、一定のルーメン値で、９０度の角度の下で、壁を照らすＬＥＤセットをオンにすることによって、行われ得る。壁の反射率を計算するために、光センサへの反射が用いられる。これは、例えば光センサとしてカメラが用いられる場合に、光センサの前の拡散光学素子について補正をすることが必要である場合に有用である。

他の実施例においては、ランプの外部に他の光センサが配設され、フィードバックが、ランプの内部の光センサとランプの外部の光センサとの組み合わせであり得る。この方法においては、より多くのフィードバックが供給されることができ、従って、計算が改善されることができる。

当業者には、本発明が、決して、上記の好ましい実施例に限定されないことは分かるであろう。逆に、添付の請求項の範囲内で多くの修正及び変更が可能である。例えば、発光素子の数は変えられてもよく、従って、光源の数も変えられてもよく、且つ光センサの数も変えられてもよい。矩形のＮ×ＭのアレイのＮ、Ｍの数も変えられることができ、例えば、１×２のアレイ又は１２×１２のアレイであり得る。

Claims (12)

1. 同一平面内の２つ以上の方向において互いに隣接して設けられた複数の制御可能な発光素子と、
   前記複数の制御可能な発光素子から放射される光を成形するために前記複数の制御可能な発光素子の前に配設される単一の拡散光学素子であって、当該拡散光学素子から放射される光の利用可能な放射角度範囲を規定する、拡散光学素子と、
   前記拡散光学素子から放射される光の前記利用可能な放射角度範囲のうちの部分的な角度範囲の光を選択するために、前記複数の制御可能な発光素子の各々を制御するための制御装置とを有する照明システム。
2. 前記制御装置が、前記拡散光学素子から放射される光の照明勾配及び色勾配のうちの少なくとも１つを変えるよう更に適合される請求項１に記載の照明システム。
3. 各々が、複数の前記制御可能な発光素子と、ビームコリメート光学系とを有する、複数の個々にコリメートされる光源を有する請求項１又は２に記載の照明システム。
4. 各コリメートされる光源が、赤色、青色及び緑色の発光素子を含む請求項３に記載の照明システム。
5. 前記複数のコリメートされる光源が、２次元アレイに配設される請求項３又は４に記載の照明システム。
6. 前記２次元アレイが、矩形のＮ×Ｍのアレイであり、Ｎが、前記アレイ中の列の数を表わし、Ｍが、各列中のコリメートされる光源の数を表わす請求項５に記載の照明システム。
7. Ｎ及びＭが、各々、少なくとも６である請求項６に記載の照明システム。
8. 前記制御装置が、前記制御可能な発光素子の予めプログラムされた制御パラメータのセットを加えることによって、複数の異なる光放射パターンを実現するようプログラムされる請求項１乃至７のいずれか一項に記載の照明システム。
9. 光センサであって、使用中、前記光センサが、指示された光放射角度範囲を測定するような光センサを更に有し、前記制御装置が、これらと要求光放射角度範囲を比較する請求項１乃至８のいずれか一項に記載の照明システム。
10. 前記光センサが、前記拡散光学素子から放射され、前記光センサへ後方反射された光を検出するよう適合され、前記発光素子が、電気的及び機械的に照明ユニットに組み込まれる請求項９に記載の照明システム。
11. 光情報を送信するよう適合されるインジケータを更に有し、前記光センサが、前記光センサへ送信された前記光情報を検出し、この送信された光情報を前記制御装置に送信するよう適合され、前記制御装置が、前記送信された光情報を或る光放射パターンに関連付けるよう適合される請求項９又は１０に記載の照明システム。
12. 前記拡散光学素子が、負若しくは正のレンズ、負若しくは正のフレネルレンズ、又はマイクロプリズムビーム偏向器のパターン化アレイである請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の照明システム。

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