KR20080038317A - 루미네어의 출력을 제어하는 방법 및 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 최소한 한가지 색의 광을 방출하는 LED 어레이를 포함하는 루미네어의 출력을 제어하는 방법에 관한 것이다. 어레이는 단색 LED 그룹을 포함하고, 각 그룹은 최소한 하나의 LED로 구성된다. 이 방법은 각 LED 그룹에 대해: 제2 필터에 의해서뿐만 아니라 제1 필터에 의해서 LED 그룹에 의해 방출된 광을 스펙트럼적으로 필터하는 단계; 스펙트럼적으로 필터된 광을 상기 제1 및 상기 제2 필터에서 검출하여, 각각의 제1 및 제2 응답 신호를 생성하는 단계 - 상기 제1 및 제2 응답 신호의 레벨은 상기 검출된 스펙트럼적으로 필터된 광의 각각의 양에 관련됨-; 및 상기 제1 및 제2 응답 신호에 기초하여 상기 LED 그룹의 광 출력을 제어하는 단계를 포함하고, 상기 제1 및 상기 제2 필터의 필터 특성은 최소한 부분적으로 겹치지 않는다. 본 발명은 또한 상기 방법을 실행하기 위한 대응하는 제어 시스템에 관한 것이다.

스펙트럼 필터, 광 검출기, 응답 신호, 필터 특성, 피크 파장, FWHM

Description

루미네어의 출력을 제어하는 방법 및 시스템{METHOD AND SYSTEM FOR CONTROLLING THE OUTPUT OF A LUMINAIRE}

본 발명은 최소한 한가지 색의 광을 방출하는 LED 어레이를 포함하는 루미네어(luminaire)의 출력을 제어하는 방법에 관한 것으로, 어레이는 단색 LED 그룹을 포함하고, 각 그룹은 최소한 하나의 LED로 구성된다.

적색, 녹색 및 청색(RGB) 발광 다이오드(LED)에 기초한 루미네어는 적절하게 결합될 때 백색 광을 생성하는 다양한 색의 광을 생성한다. RGB 조합에 의해 생성된 기타 색은 또한 몇몇 애플리케이션에서 선호된다. RGB LED 루미네어는, 예를 들어 LCD 백-라이팅, 상업용-냉동고 조명 및 백색 광 조명에서 사용된다.

LED 기반 루미네어에 의한 조명은 개별 RGB LED의 광학적 특성이 온도, 순방향 전류 및 노화에 따라 변하기 때문에 어렵게 느껴진다. 또한, 동일해야 되는 개별 LED의 특성도 가지각색이다. 더욱 구체적으로, 그러한 특성은 동일한 LED 공정을 위한 배치(batch)마다 그리고 제조자마다 상당히 다르다. 따라서, RGB 기반 LED 루미네어로부터 방출된 광의 품질은 상당히 다를 수 있고, 백색 광의 원하는 색 및 요구된 광의 강도는 적합한 광 출력 제어 시스템 없이는 얻어질 수 없다.

US 6,630,801호는 독립적인 구동기에 의해 구동된 다수의 LED로 각각 구성된 적색, 녹색 및 청색 LED 광원을 포함하는 LED 루미네어를 개시한다. 각각의 LED 광원으로부터 방출된 광은 각각의 필터된 광 다이오드 및 필터되지 않은 광 다이오드에 의해 검출된다. 응답 신호는 각각의 LED 광원에 대한 색도 좌표에 상관된다. 각각의 LED 광원을 구동시키는 순방향 전류는 각 LED 광원의 색도 좌표와 원하는 혼합된 색 광의 대응하는 좌표 사이의 차에 따라 조정된다. RGB LED 루미네어의 가변적인 LED 특성을 어느 정도까지 보상하지만, 이 방법은 스펙트럼 천이(spectral shift), 스펙트럼 확장 및 강도 변화들 사이를 구별할 수 없다.

본 발명의 목적은 종래 기술의 상술된 단점을 경감시키는 LED 루미네어의 광 출력을 제어하는 방법 및 장치를 제공하기 위한 것이다.

본 발명에 따르면, 이 목적은 청구항 1에 정의된 방법 및 청구항 20에 정의된 제어 시스템에 의해 달성된다.

본 발명은, LED 광원의 추정 스펙트럼에 관해 그리고 서로에 관해 적절하게 설계된 필터들과 함께, 2개의 스펙트럼적으로 필터된 광 센서의 사용이, 정확한 방식으로 LED 광원을 제어하기에 유용한 실제로 검출된 스펙트럼의 파라미터를 결정하는 가능성을 제공한다는 인식에 기초하고 있다.

그러므로, 본 발명의 실시양상에 따르면, 최소한 한가지 색의 광을 방출하는 LED 어레이를 포함하는 루미네어의 광 출력을 제어하는 방법이 제공되고, 상기 어레이는 단색 LED 그룹을 포함하며, 각 그룹은 최소한 하나의 LED로 구성되는데, 상기 방법은 각 LED 그룹에 대해:

제2 필터에 의해서뿐만 아니라 제1 필터에 의해서 상기 LED 그룹에 의해 방출된 광을 스펙트럼적으로 필터하는 단계;

스펙트럼적으로 필터된 광을 상기 제1 및 상기 제2 필터에서 검출하여, 각각의 제1 및 제2 응답 신호들을 생성하는 단계 - 상기 제1 및 제2 응답 신호들의 레벨들은 상기 검출된 스펙트럼적으로 필터된 광의 각각의 양에 관련됨; 및

상기 제1 및 제2 응답 신호들에 기초하여 상기 LED 그룹의 광 출력을 제어하는 단계

를 포함하고, 상기 제1 및 상기 제2 필터의 필터 특성들은 최소한 부분적으로 겹치지 않고, 상기 제1 및 상기 제2 필터의 필터 특성들은 LED 그룹에 의해 방출된 광의 스펙트럼의 상이한 부분들을 최소한 부분적으로 커버한다.

"상기 제1 및 제2 응답 신호에 기초하여"라는 말은 "최소한 그것에 의해"로 해석될 수 있고, 즉 응답과 함께 사용되는 더 많은 정보가 있을 수 있다는 것을 나타낸다.

청구항 3 및 4에 정의된 방법의 실시예에 따르면, LED 루미네어 광 출력 제어는 응답 신호로부터 계산된, 각각 LED 그룹 스펙트럼의 피크 파장 및 FWHM(Full Width at Half Maximum)을 사용한다. 청구항 5에 정의된 방법의 실시예에 따르면, LED 스펙트럼은 피크 파장 및 FWHM에 기초하여 평가된다. 이 평가에 대해, 양호하게 LED 스펙트럼의 모양은 상기 평가된 스펙트럼을 계산하기 위해 추정되어 사용된다. 그 다음, LED 스펙트럼은 LED 그룹의 컬러 포인트를 결정하기 위해 사용될 수 있다. 이 정보는 예를 들어, 사용자에 의해 이루어진 입력과 관련된 원하는 컬러 포인트를 더욱 정확하게 얻기 위해 LED 그룹의 출력을 제어할 때 유용하다.

제어 조정을 위한 기반을 생성하는 다른 방식은 청구항 8에 정의된 바와 같이, 응답 신호 레벨들 사이의 비를 단순히 결정하는 것이다.

청구항 10에 정의된 방법의 실시예에 따르면, 제어는 응답 신호들 사이의 미리 결정된 관계가 얻어질 때까지, 예를 들어 LED 그룹의 LED 또는 LED들의 구동 전류를 조정함으로써 또는 LED 그룹의 온도를 변화시킴으로써, 또는 그 둘 다에 의해, LED 스펙트럼을 더 길거나 더 짧은 파장 쪽으로 이동시키는 것을 포함한다. 이것은 또한 LED 스펙트럼을 고정시키는 것으로서 알려져 있다. 이 관계는 응답 레벨들 사이의 비의 비교 또는 계산에 의한 것과 같이 상이한 방식으로 결정될 수 있다.

LED 그룹 스펙트럼은 제1과 제2 필터의 스펙트럼 특성들 사이의 중간에, 또는 다른 특정 스펙트럼 위치에 고정된다. "스펙트럼 특성들 사이의 중간"이라는 말은 물론, 더욱 후술되는 바와 같이, 사용된 필터의 유형에 의존한다는 것을 알 수 있을 것이다.

이 방법의 실시예에 따르면, 상이한 필터 유형, 및 필터 유형들의 조합이 가능하다. 그러나, 전형적인 조합은 저역 통과 필터 및 고역 통과 필터, 상이한 스펙트럼 응답을 갖는 2개의 대역 통과 필터, 또는 상이한 스펙트럼 응답을 갖는 2개의 협 대역 필터이다.

청구항 17에 정의된 방법의 실시예에 따르면, 필터들은 파브리-페로 에탈론(Fabry-Perot etalons)이다. 그들의 협 대역 응답으로 인해, 그들은 광 대역 필터보다 주위의 미광에 덜 민감하다. 이 실시예에서, 파브리-페로 에탈론 내의 공진 공동을 구성하는 유전층의 두께 또는 굴절률을 변화시켜 필터를 동조시킴으로써 상이한 협 대역 조합을 선택하는 것이 가능하다. 필터 응답의 더 높은 공진의 사용은 또한 단일 필터가 가시 스펙트럼의 상이한 부분에서 사용될 수 있게 한다.

청구항 18에 정의된 방법의 실시예에 따르면, LED 그룹의 총 강도가 추가로 검출된다. 이것은 스펙트럼적으로 대칭인 방식으로 LED 그룹의 광 강도의 변화를 검출하는 능력을 증가시킨다.

더욱이, LED 그룹의 듀티 사이클은 상술된 바와 같이 획득한, 총 강도 및 컬러 포인트의 지식을 조합함으로써 제어될 수 있다. LED가 전형적으로 펄스형이기 때문에, 듀티 사이클은 펄스 지속시간과 펄스 주기 사이의 비이다. 다수의 컬러가 결합될 때, 원하는 혼합된 컬러 포인트는 그들의 듀티 사이클의 개별 설정을 포함하여, 적절하게 개별 LED 그룹을 제어함으로써 설정된다.

LED 광원의 선정된 스펙트럼과 관련하여 적절하게 설계된 2개의 스펙트럼적으로 필터된 광 검출기, 및 하나의 필터되지 않은 광 검출기를 사용하여, 본 발명은 검출된 스펙트럼의 FWHM, 검출된 스펙트럼의 피크 파장 위치 및 강도에서, 실제로 방출된, 즉 검출된 스펙트럼과 선정된 스펙트럼 사이의 편차량을 결정하는 가능성을 더욱 제공한다. 본 발명은 또한 선정된 스펙트럼의 상세에 관한 지식 없이, LED 출력의 일반 스펙트럼 모양의 지식만으로, 검출된 스펙트럼의 FWHM, 검출된 스펙트럼의 피크 파장 위치 및 강도를 결정하는 가능성을 제공한다.

본 발명의 다른 실시양상에 따르면, 제어 시스템은 최소한 한가지 색의 광을 방출하는 LED들의 어레이를 포함하는 루미네어의 출력을 제어하기 위해 제공되고, 어레이는 단색 LED 그룹들을 포함하며, 각 그룹은 최소한 하나의 LED로 구성된다. 이 시스템은 각 LED 그룹에 대해,

LED 그룹으로부터 방출된 광을 수신하도록 배열된 제1 스펙트럼 필터 및 제2 스펙트럼 필터;

상기 제1 스펙트럼 필터와 광학적으로 접속된 제1 광 검출기, 및 상기 제2 스펙트럼 필터와 광학적으로 접속된 제2 광 검출기 - 상기 제1 및 상기 제2 광 검출기는 각각 상기 제1 및 상기 제2 스펙트럼 필터를 통과한 스펙트럼적으로 필터된 광을 검출하여, 각각 제1 및 제2 응답 신호들을 생성하도록 배열되고, 상기 제1 및 제2 응답 신호들의 레벨들은 상기 검출된 스펙트럼적으로 필터된 광의 각각의 양에 관련됨-; 및

상기 제1 및 상기 제2 광 검출기와 접속되고, 상기 제1 및 제2 응답 신호들에 기초하여 상기 LED 그룹의 광 출력을 제어하도록 배열된 제어 장치

를 포함하고, 상기 제1 및 상기 제2 필터의 필터 특성들은 최소한 부분적으로 겹치지 않는다.

이 시스템은 상술된 방법을 실행하도록 배열되고, 대응하는 장점을 나타낸다.

주의할 점은 본 발명의 범위 내에서, 피크 파장 및 FWHM의 결정은 2개의 스펙트럼적으로 필터된 응답 신호뿐만 아니라 필터되지 않은 응답 신호와 조합한 이들 신호들에 기초하여 이루어질 수 있다는 것이다.

본 발명의 이들 및 다른 실시양상, 특징 및 장점은 후술되는 실시예로부터 명백해지고, 후술되는 실시예와 관련하여 설명될 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 제어 시스템의 실시예의 개략적인 블록도.

도 2a-2e 및 도 3은 본 발명에 따른 방법의 실시예에서 발생할 수 있고 처리되는 상이한 스펙트럼 상황을 나타낸 스펙트럼도를 개략적으로 도시한 도면.

도 4는 광 검출기 응답 신호에 대한 피크 파장과 FWHM의 조합을 도시한 도면.

도 5는 이 분야에서 사용된 기술 용어를 나타낸 개략적인 스펙트럼 그래프.

도 1은 루미네어(1) 내에 통합된 RGB 기반 LED 루미네어의 출력을 제어하는 제어 시스템의 실시예를 도시한 것이다. 단순성의 이유로, 매우 적은 소자를 갖는 기본 구조가 도시된다. 그러므로, 루미네어는 하나의 적색, 하나의 녹색 및 하나의 청색 LED 그룹 또는 LED 광원(2-4)을 갖는다. 각 그룹(2-4)은 하나의 LED로 이루어지고, 구동기 장치(8)의 각 구동기(5-7)에 의해 구동된다. 제어 시스템은 제어 장치(9), 각 LED 그룹(2-4)에 대한 3개의 광 검출기(10-12), 및 각 LED 그룹(2-4)에 대한 2개의 스펙트럼 필터(13-14)로 구성된다. LED 그룹(2-4) 중의 2개의 그룹에 대해, 광 검출기 및 필터는 파선으로만 도시된다. 본 분야에 통상적으로 알려진 바와 같이, 각각의 광 검출기(10-12)에는 적절한 증폭 및 신호 변환 회로가 구비된다고 하자. 광 검출기(10-12)는 광 다이오드이지만, 또한 전하 결합 소자 및 광 트랜지스터와 같은(이것에 제한되는 것은 아님) 기타 유형의 감광성 장치일 수 있다.

주로, 적색 제어의 구조 및 동작이 이제 설명될 것이다. 구조 및 동작은 다른 색의 경우에도 유사하다. 각각의 광 검출기(10-12)는 제어 장치(9)의 대응하는 입력에 접속되는 출력을 갖는다. 필터(13, 14)는 협 대역 필터이고, 그들의 필터 특성은 예를 들어, 도 2a에 도시된다. 필터(13, 14) 중의 제1 필터(13)는 광 검출기(10-12) 중의 제1 광 검출기(10) 앞에 배열된다. 필터(13, 14) 중의 제2 필터(14)는 광 검출기(10-12) 중의 제2 광 검출기(11) 앞에 배열된다. 광 검출기(10-12) 중의 제3 광 검출기(12)는 적색 LED(2)로부터 필터되지 않은 광을 수신한다.

제어 장치(9)는 구동기 제어기(16), 참조 신호 발생기(17) 및 사용자 입력 유닛(18)으로 구성된다. 사용자 입력 유닛(18)은 참조 신호 발생기(17)에 접속되고, 다음에 참조 신호 발생기(17)는 구동기 제어기(16)에 접속된다.

이 제어 시스템은 다음과 같이 동작한다.

제1 광 검출기(10)는 제1 응답 신호를 구동기 제어기(16)에 인가하고, 제2 광 검출기(11)는 제2 응답 신호를 구동기 제어기(16)에 인가한다. 응답 신호의 레벨은 각각의 광 검출기(10, 11)에 도달하는 광의 양에 관련된다. 초기에, 적색 LED(2)의 구동기(5)는 참조 신호 발생기(17)로부터 구동기 제어기(16)에 의해 수신된 참조 신호에 기초하여 제어 신호가 발생되는 구동기 제어기(16)로부터 제어 신호를 수신한다. 이번에, 참조 신호는 사용자 입력 유닛(18)을 통해 사용자에 의해 입력되는 입력 데이터에 기초하여 발생된다. 대안적으로, 이 데이터는 참조 신호 발생기(17) 내에 미리 프로그램된다.

입력 데이터는 입력 데이터에서 비롯된 참조 신호에 대응하는 원하는 혼합 컬러 포인트를 생기게 하는 광의 선정된 스펙트럼을 적색 LED(2)가 방출하게 하도록 설정된다. LED(2)로부터 방출된 광의 선정된 스펙트럼 Sp, 또는 더욱 구체적으로 스펙트럼 밀도는 도 2a에 도시된다. 입력 데이터는 LED 모듈의 원하는 혼합 컬러 포인트에 기초하여 설정된다. 선정된 스펙트럼은 LED(2)의 제조에 의해 정해진 LED 특성 데이터에 기초한다. 제1 및 제2 필터의 특성은 도 2b 및 2c에서 뿐만 아니라 도 2a에서도 Sf1 및 Sf2로 도시된다. 이들 필터 특성 Sf1, Sf2는 제1 필터 특성 Sf1의 피크 레벨 파장 또는 단순히 피크 파장이 제2 필터 특성 Sf2의 피크 파장보다 짧은 파장에서 위치하도록, 최소한 부분적으로 겹치지 않고 서로 관련하여 설정된다.

더욱이, 필터 특성 Sf1, Sf2는 그들의 피크 파장이 선정된 스펙트럼 Sp의 피크 파장의 양쪽에 위치 설정되도록 선정된 스펙트럼 Sp에 관련하여 설정된다. 더욱 일반적인 방법에서, 선정된 스펙트럼은 이용할 수 없지만, 그 대신에 LED 스펙트럼의 일반적인 모양 및 대략의 피크 파장이 추정되고, 그에 따라 필터 특성 Sf1, Sf2가 선택된다. 추정 스펙트럼은 미리 결정되는 임의의 스펙트럼에 대한 보통 용어로서 이후 사용될 것이다. 그것의 반대말은 LED(2)의 실제로 검출된 스펙트럼이다. 이러한 특별한 경우에, 제1 필터 특성 Sf1은 제2 필터 특성 Sf2에 의해 커버되지 않는 추정 스펙트럼 Sp의 일부를 커버하고, 그 반대로도 마찬가지이다. 이것 은 제2 필터 특성 Sf2가 제1 필터 특성 Sf1에 의해 커버되지 않는 LED 스펙트럼 Sp의 일부를 커버한다는 것을 의미한다. 이러한 식으로, 필터(10, 11)를 통과하는 광의 양에 대응하는 응답 신호는 추정 스펙트럼 Sp로부터의 실제로 방출된 스펙트럼 Sa의 임의의 편차를 검출하기에 유용하게 된다.

상술된 바와 같이, 제조 공정, 동작 조건 등의 부정확도에 의해 야기된 변이 및 편차로 인해, 적색 LED(2)에 의해 실제로 발생된 스펙트럼은 종종 추정 스펙트럼과 어느 정도 다르다. 도 2b에 도시된 바와 같이, 적색 LED(2)의 검출된 스펙트럼이 더 긴 파장 쪽으로 스펙트럼 천이되면, 제2 응답 신호는 제1 응답 신호보다 높은 레벨을 갖는다. 구동기 제어기(16)는 제1과 제2 응답 신호를 비교함으로써 제1과 제2 응답 신호들 사이의 관계를 결정하고, 그로 인해 제2 응답 신호가 제1 응답 신호보다 크다는 것을 결정한다. 이러한 비교 이외에, 응답 신호들 사이의 비를 결정하는 것과 같이 응답 신호들 사이의 관계를 결정하는 여러 가지 다른 방식이 있다. 그 다음, 구동기 제어기(16)는 제어 신호를 구동기(5)에 인가한다. 제어 신호는 적색 LED(2)로의 구동 전류, 즉 순방향 전류를 증가시키고, 그로 인해 그것의 방출된 스펙트럼은 짧은 파장 쪽으로 천이된다. 계속된 제어에 의해, 스펙트럼은 제1 및 제2 응답 신호가 동일하게 되거나 선정된 비에 도달하는 위치로 스펙트럼적으로 조정된 다음에 그 위치에서 유지될 것이다. 즉, 스펙트럼은 제1 및 제2 필터(10, 11)의 피크 파장들 사이의 중간에서와 같은 원하는 위치에서 고정된다.

도 2c는 검출된 스펙트럼 Sd가 선정된 스펙트럼 Sp에 비해 짧은 파장 쪽으로 천이된 상황을 도시한 것이다. 방금 상술된 상황과 유사하게, 제어 장치(9)는 이러한 천이를 드러내고, 검출된 스펙트럼의 위치를 정정한다.

구동 전류 제어 이외에 또는 구동 전류 제어의 대안으로서, 펠티에(peltier) 소자는 피크 파장을 짧거나 긴 파장 쪽으로 조정하기 위해 LED를 가열 또는 냉각시키는데 사용된다.

제1 및 제2의 필터된 광 검출기 응답 신호가 사용될 때, 제어 시스템은 피크 파장의 천이와 도 2d에 도시된 강도 변화 또는 제2e에 도시된 스펙트럼 확장 사이를 구별할 수 있다. 스펙트럼이 스펙트럼적으로 천이될 때, 제1 및 제2 응답 신호의 레벨은 반대 방향으로 바뀌어, 그들 사이의 관계를 변화시킨다. 스펙트럼이 스펙트럼적으로 대칭으로 편향될 때, 제1 및 제2 응답 신호의 레벨은 동일한 방향으로 변화되어, 그들 사이의 관계를 변화시키지 않을 것이다.

그러나, 또한 스펙트럼적으로 대칭인 편차를 검출하는 것이 바람직하면, 제3의 필터되지 않은 광 검출기(12)가 사용되게 된다. 이 제3 광 검출기(12)는 LED(2)로부터 방출된 광의 총 강도를 검출하고, 제3 응답 신호를 제어 장치(9)에 인가한다. 다른 실시예에 따르면, 더욱 복잡한 제어 프로그램은 제어 시스템의 이 3개의 광 검출기 구조로 구현된다. 3개 모두의 응답 신호에 기초하여, 관계 결정 유닛(15)은 강도가 하한 아래로 감소되도록 놔둘 수 없기 때문에, 필요하다면, LED(2)에 의해 방출된 광의 스펙트럼 범위와 강도 사이를 타협하도록 프로그램된다. LED로의 구동 전류의 감소는 광 출력의 감소를 야기하므로, 몇몇 경우에, 전체 강도가 너무 낮게 될 수 있기 때문에 구동 전류를 감소시킴으로써 천이된 스펙 트럼을 완전히 조정하는 것은 불가능할 수 있다.

협 대역 필터(13, 14)는 파브리-페로 에탈론(Fabry-Perot etalon)이다. 그러한 간섭 필터는 매우 좁은 스펙트럼 응답을 허용하고, 따라서 주위 광에 관한 높은 거부가 있다. 또한, 공진 공동의 크기를 결정하는 유전층의 상이한 두께 또는 상이한 굴절률을 선택함으로써 협 대역 필터 특성의 몇 가지 상이한 조합을 사용할 수 있다. 이들 협 대역 필터를 사용하면, 다수의 필터는 각 필터가 (상술된 바와 같이, 기술 작업을 하기 위해 필요한) 다음 필터와 조금만 겹치는 가시 스펙트럼에서 사용될 수 있고, 따라서 높은 선택도가 달성될 수 있다.

도 1에 도시된 것과 동일한 구조를 갖는 다른 실시예에서, 도 3에 도시된 바와 같이, 제1 필터(13)는 저역 통과 필터이고, 제2 필터(14)는 고역 통과 필터이다. 이들 필터는 비교적 가파른 에지를 갖도록 선택된다. 이때, 필터는 저역 통과 필터(13)의 차단 파장 WLcolp가 고역 통과 필터(14)의 차단 파장 WLcohp에 다소 가까운 방식으로 설계될 수 있다. 그로 인해, 스펙트럼 편차가 있을 때 2개의 응답 신호들 사이의 명백한 차이 값을 얻기 위해 개별 스펙트럼 커버리지의 충분히 큰 부분을 여전히 제공하면서, LED 스펙트럼의 부분 커버리지가 각 필터에 대해 확인된다. 이 실시예에서, 실제로 방출된 스펙트럼 Sa의 피크의 스펙트럼 위치는 또한, 필터 응답 신호들 사이의 원하는 관계가 얻어질 때까지 조정된다.

다른 실시예에서, 상술된 협 대역 필터보다 넓은 통과 대역을 갖는 대역 통과 필터가 사용된다. 이 실시예는 그 밖에, 상술된 제어 시스템의 협 대역 실시예와 유사하다.

다른 실시예에서, 광 출력 제어는 비가 결정되는 제1과 제2 응답 신호들 사이의 비에 기초한다. 이 비는 각 LED 그룹(2-4)으로부터 방출된 광의 스펙트럼의 피크 파장 또는 스펙트럼 밀도를 평가하기 위해 사용된다. 또한, 응답 신호들이 합계된다. 합은 LED 그룹(2-4)의 전체 광 출력에 관련된다. 그러므로, 각 LED 그룹(2-4)의 전체 광 출력, 즉 강도 또는 플럭스가 또한 평가된다. 구동기 제어기(16)는 각 LED 그룹(2-4)의 전체 광 출력뿐만 아니라 피크 파장을 개별적으로 조정하기 위해 사용된다. 피크 파장을 고정하는 것보다 오히려, 구동기 제어기는 제어 신호에 의해 피크 파장을 이와 같이 평가하고, 원하는 강도를 얻기 위해 LED(2)의 듀티 사이클(duty cycle)을 제어한다. 구동기 제어기(16)는, 결합되어, 즉 적색, 녹색 및 청색 광이 혼합될 때, 사용자에 의해 설정되거나 미리 설정된 원하는 컬러 포인트를 제공하는 그들 각자의 적절한 듀티 사이클을 결정하기 위해 모든 LED 그룹(2-4)으로부터의 피크 파장 평가치를 사용한다.

피크 파장이 평가되는 바로 전에 언급된 제어의 정확도를 증가시키기 위해, FWHM(Full Width at Half Maximum)은 또 다른 실시예에서 구동기 제어기(16)에 의해 추가로 결정된다. LED에 의해 방출된 광이 상당한 정도까지 스펙트럼적으로 예측가능하기 때문에, LED 스펙트럼의 모양은 미리 추정될 수 있다. 더욱이, 필터 응답 또는 필터 특성은 미리 정확하게 결정될 수 있다. 이때, LED(2)의 방출된 스펙트럼의 피크 파장 및 FWHM을 계산하기 위해, 2개의 필터된 광 검출기(10, 11) 및 필터되지 않은 광 검출기(12)로부터의 얻어진 응답 신호를 사용할 수 있는데, 나중의 것은 총 강도를 제공한다. 그 다음, LED 스펙트럼 평가치는 피크 파장 및 FWHM 에 기초하여 계산된다. 방출된 스펙트럼의 피크 파장, 강도 및 폭의 양호한 평가치를 알면, 이렇게 LED(2)의 컬러 포인트를 정확하게 결정할 수 있다. 3개의 모든 LED(2-4)의 컬러 포인트를 결정했으면, 구동기 제어기(16)는 혼합된 컬러 포인트를 결정한다. 구동기 제어기(16)는 그 다음, 이 결정된 컬러 포인트를 원하는 것과 비교하고, 필요하다면, 그에 따라 혼합된 컬러 포인트를 조정한다. 이 조정은 최소한 기본적으로, 상이한 LED(2-4)의 듀티 사이클을 조정함으로써 실행된다.

더욱 구체적으로, LED 스펙트럼의 폭과 피크 위치를 평가하기 위해 이루어진 기본 추정은 LED 스펙트럼의 일반 스펙트럼 모양이 알려져 있다는 것이다. 예를 들어, LED 스펙트럼은 이차 로렌츠형(second-order lorentzian)에 의해 적절하게 설명된다:

이 실시예에서, 상술된 다른 실시예와 마찬가지로, 2개의 필터(13, 14) 및 그들 각각의 광 검출기(10, 11)의 스펙트럼 응답은 알고 있을 것으로 이해된다. 수치 적분법을 사용함으로써, 각 스펙트럼 응답에 대한 공식은 폭과 피크 위치의 변화에 따른 정규화 추정 LED 스펙트럼과 컨벌루션(convolution)된다. 그로 인해, 광 검출기 응답 신호가 피크 위치와 폭의 함수로서 조사될 수 있는 2차원 어레이가 발생된다. 예를 들어, 이 적분은 다음과 같이 실행될 수 있다:

이들 계산은 광 검출기의 초기 보정 실행에서 행해지고, 그 결과는 제어 장치(9)의 메모리 내에 룩업 테이블로서 저장된다. 아래에서 명백해지는 바와 같이, 계산은 대안적으로 제어 장치(9)에 의해 요구될 때마다 행해질 수 있다. 그러므로, 한편으로는 LED 스펙트럼의 피크 파장과 FWHM 사이의 관계가, 다른 한편으로는 응답 신호 값이, 피크 파장과 FWHM의 상이한 조합에 대해 얻어진다.

검출된 제1 및 제2 응답 신호는 필터되지 않은 광 검출기(12)에 의해 측정된 총 신호로 정규화된다. 그 후, 검색 알고리즘은 측정된 신호에 부합하는 응답 신호를 생기게 하는 룩업 테이블 내의 FWHM과 피크 파장의 모든 조합을 찾기 위해 각 응답 신호에 대해 사용된다. 이들 값은 각 응답 신호에 대한 윤곽선 플롯(contour plot) R1, R2를 도시한 도 4에 예시되는데, 스펙트럼 피크 위치(피크 파장)가 한 축 상에 플로팅되고, 반치 스펙트럼 폭(FWHM)이 다른 축 상에 플로팅된다. 이때, 2개의 결정된 윤곽선 플롯의 공통 점 C-P는 LED 스펙트럼에 대한 FWHM 및 피크 위치의 최상의 평가치를 제공한다.

이들 값에 기초하여, 실제 스펙트럼이 계산된다. 이것은 LED 스펙트럼의 추정된 모양(이차 로렌츠형)으로 인해 가능하다. 컬러 포인트는 이 계산된 스펙트럼에 기초하여 결정된다. 이차 로렌츠형에 대한 대안으로서, 적색 LED 스펙트럼의 양호한 근사치를 제공하는 임의의 모양이 유용하다는 것을 알 수 있을 것이다.

스펙트럼 천이 및 전체 광 출력의 결정은 대안적으로, 예를 들어 시간-다중화 방식으로 결합하여 모든 LED 그룹에 대해 행해지는데, 단색의 모든 LED는 온되는 반면, 그 밖의 것은 오프된다. 더욱이, 이 실시예의 약간의 변형에서, 전체 광 출력은 모든 LED가 오프일 때 추가로 측정되는데, 이것은 다음에 보상되는 외부 미광(stray light)의 평가치를 제공한다. 이와 마찬가지로, 각 LED 그룹 상에 미치는 다른 LED 그룹의 영향은 LED 그룹을 순차적으로 오프로 전환함으로써 평가될 수 있다.

다른 실시예에서, 제어가 LED 그룹마다 실행되는 것이 아니라, 제어 장치(9)가 개별 LED(2-4)로부터의 응답 신호를 얻은 다음에, 전체적으로 원하는 색 혼합을 얻기 위해 그들을 함께 고려하도록 프로그램된다. 예를 들어, 이것은 선정된 LED 그룹 스펙트럼과 같이, 최적한 출력에 가능한 한 가깝게 각각의 개별 LED 그룹(2-4)을 조정하는 것보다 오히려, 더 큰 편차들이 수용가능한 결합된 출력을 제공하면 그러한 큰 편차들이 허용된다는 것을 의미한다. 그러므로, 보다 작은 조정이 필요 할 수 있고, 이것은 다음에 색 혼합 광의 전체 출력에 긍정적인 영향을 미칠 수 있다.

본 발명에 따른 제어 방법 및 제어 시스템의 실시예가 위에서 설명되었다. 이들 실시예는 단지 비제한적인 예로서 간주되어야 한다. 숙련된 사람에게 명백해지는 바와 같이, 본 발명의 범위 내에서 다수의 변경 및 또 다른 대안적인 실시예가 가능하다.

상술된 바와 같이, 하나 이상인 임의의 수의 상이한 LED 색이 루미네어에서 사용될 수 있다. 예를 들어, 적색, 황색, 녹색 및 청색이 결합될 수 있다.

상술된 실시예와 관련하여 설명된 바와 같이, 2개의 스펙트럼적으로 필터된 광 검출기 및 하나의 필터되지 않은 광 검출기는 LED 그룹의 피크 파장을 고정시키거나 피크 파장을 평가하여 그것에 기초해서 LED의 강도를 조정하는 가능성, 원하는 컬러 포인트를 얻기 위해 이들 동작을 결합하는 가능성을 제공한다. 더욱 정확한 실시양상에서, LED 스펙트럼의 추정 모양과 함께 3개의 모든 광 검출기는 현재의 LED 스펙트럼의 피크 파장 및 FWHM의 결정과, 후속적인 컬러 포인트의 결정에 이용된다. 그 다음, 결정된 컬러 포인트는 LED 그룹의 원하는 컬러 포인트, 및/또는 몇 가지 상이한 색의 LED 그룹의 혼합 컬러 포인트를 얻기 위해 LED 그룹(하나 이상의 LED)의 광 출력을 조정하는데 사용된다.

이 애플리케이션을 위해, 특히 첨부된 청구범위와 관련하여, 동사 "포함한다"와 그 활용의 사용은 그외 다른 구성요소 또는 단계를 배제하지 않고, 부정관사 "a" 또는 "an"의 사용은 본 분야에 숙련된 사람에게 명백해질 다수의 구성요소 또 는 단계를 배제하지 않는다는 것을 알 수 있을 것이다.

Claims (28)

1. 최소한 한가지 색의 광을 방출하는 LED들의 어레이를 포함하는 루미네어(luminaire)의 출력을 제어하는 방법에 있어서 - 상기 어레이는 단색 LED 그룹들을 포함하고, 각 그룹은 최소한 하나의 LED로 구성됨-, 상기 방법은 각 LED 그룹에 대해,

   제2 필터에 의해서뿐만 아니라 제1 필터에 의해서 상기 LED 그룹에 의해 방출된 광을 스펙트럼적으로 필터하는 단계;

   상기 스펙트럼적으로 필터된 광을 상기 제1 및 상기 제2 필터에서 검출하여, 각각의 제1 및 제2 응답 신호들을 생성하는 단계 - 상기 제1 및 제2 응답 신호들의 레벨들은 상기 검출된 스펙트럼적으로 필터된 광의 각각의 양에 관련됨; 및

   상기 제1 및 제2 응답 신호들에 기초하여 상기 LED 그룹의 광 출력을 제어하는 단계

   를 포함하고, 상기 제1 및 상기 제2 필터의 필터 특성들은 최소한 부분적으로 겹치지 않는 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 제1 및 상기 제2 필터의 필터 특성들은 LED 그룹에 의해 방출된 광의 스펙트럼의 상이한 부분들을 최소한 부분적으로 커버하는 방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제어 단계는 상기 제1 및 제2 응답 신호들 에 기초하여, LED 그룹에 의해 방출된 광의 상기 스펙트럼의 피크 파장을 결정하는 단계를 포함하는 방법.
4. 제3항에 있어서, 상기 제어 단계는 상기 제1 및 제2 응답 신호들에 기초하여, LED 그룹에 의해 방출된 광의 상기 스펙트럼의 FWHM 값을 결정하는 단계를 더 포함하는 방법.
5. 제4항에 있어서, 상기 제어 단계는 상기 피크 파장 및 FWHM 값에 기초하여, LED 그룹에 의해 방출된 광의 상기 스펙트럼의 LED 스펙트럼 평가치를 평가하는 단계를 더 포함하는 방법.
6. 제5항에 있어서, 상기 평가 단계는 LED 그룹에 의해 방출된 광의 스펙트럼의 모양을 추정하는 단계를 포함하는 방법.
7. 제5항 또는 제6항에 있어서, 상기 제어 단계는 상기 LED 스펙트럼 평가치에 기초하여 LED 그룹에 대한 컬러 포인트(color point)를 결정하는 단계를 더 포함하는 방법.
8. 제3항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 피크 파장은 상기 제1 및 제2 응답 신호들의 상기 레벨들 사이의 비에 의해 결정되는 방법.
9. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제어 단계는 상기 제1 및 제2 응답 신호들에 기초하여, LED 그룹에 의해 방출된 광의 상기 스펙트럼의 FWHM 값을 결정하는 단계를 더 포함하는 방법.
10. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제어 단계는

    미리 결정된 관계가 얻어질 때까지 제1과 제2 필터 응답 신호들 사이의 비를 반복적으로 결정하면서, LED 그룹에 의해 방출된 광의 스펙트럼을 이동시키는 단계를 포함하는 방법.
11. 제10항에 있어서, 상기 미리 결정된 관계는 유일(unity)한 방법.
12. 제10항 또는 제11항에 있어서, 상기 스펙트럼은 상기 LED 그룹의 구동 전류 및 온도 중의 최소한 하나의 변화에 의해 이동되는 방법.
13. 제10항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 응답과 상기 제2 응답의 관계는 LED 그룹으로부터 방출된 광의 상기 스펙트럼이 더 긴 파장들 쪽으로 이동될 때 증가하고, 상기 스펙트럼이 더 짧은 파장들 쪽으로 이동될 때 감소하는 방법.
14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 및 상기 제2 필터는 저역 통과, 고역 통과, 대역 통과 및 협 대역 필터들을 포함하는 필터들의 그룹에서 선택되는 방법.
15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 필터는 저역 통과 필터이고, 상기 제2 필터는 고역 통과 필터이며, 상기 제1 필터의 차단 파장은 상기 제2 필터의 차단 파장보다 짧은 파장에서 위치하는 방법.
16. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 필터 및 상기 제2 필터는 각각 대역 통과 필터 및 협 대역 필터 중의 하나이고, 상기 제1 필터의 중심 파장은 상기 피크 파장의 짧은 파장 측에 위치하며, 상기 제2 필터의 중심 파장은 상기 피크 파장의 긴 파장 측에 위치하는 방법.
17. 제1항 내지 제14항 또는 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 및 상기 제2 필터는 파브리-페로 에탈론(Fabry-Perot etalons)인 방법.
18. 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, LED 그룹의 총 광 출력을 검출하는 단계를 더 포함하는 방법.
19. 제1항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, LED 그룹의 총 강도를 검출하는 단계를 더 포함하고, 상기 제어 단계는 LED 그룹의 듀티 사이클(duty cycle)을 제어하는 단계를 더 포함하는 방법.
20. 최소한 한가지 색의 광을 방출하는 LED들의 어레이를 포함하는 루미네어의 출력을 제어하는 제어 시스템에 있어서 - 상기 어레이는 단색 LED 그룹들을 포함하고, 각 그룹은 최소한 하나의 LED로 구성됨-, 상기 시스템은 각 LED 그룹에 대해,

    LED 그룹으로부터 방출된 광을 수신하도록 배열된 제1 스펙트럼 필터 및 제2 스펙트럼 필터;

    상기 제1 스펙트럼 필터와 광학적으로 접속된 제1 광 검출기, 및 상기 제2 스펙트럼 필터와 광학적으로 접속된 제2 광 검출기 - 상기 제1 및 상기 제2 광 검출기는 각각 상기 제1 및 상기 제2 스펙트럼 필터를 통과한 스펙트럼적으로 필터된 광을 검출하여, 각각 제1 및 제2 응답 신호들을 생성하도록 배열되고, 상기 제1 및 제2 응답 신호들의 레벨들은 상기 검출된 스펙트럼적으로 필터된 광의 각각의 양에 관련됨-; 및

    상기 제1 및 상기 제2 광 검출기와 접속되고, 상기 제1 및 제2 응답 신호들에 기초하여 상기 LED 그룹의 광 출력을 제어하도록 배열된 제어 장치

    를 포함하고, 상기 제1 및 상기 제2 필터의 필터 특성들은 최소한 부분적으로 겹치지 않는 제어 시스템.
21. 제20항에 있어서, 상기 제1 및 상기 제2 필터의 필터 특성들은 LED 그룹에 의해 방출된 광의 스펙트럼의 상이한 부분들을 최소한 부분적으로 커버하는 제어 시스템.
22. 제20항 또는 제21항에 있어서, LED 그룹으로부터 방출된 광을 수신하여, 제3 응답 신호를 생성하도록 배열된 제3 광 검출기를 더 포함하고, 상기 제3 응답 신호의 레벨은 검출된 광의 양에 관련되며, 상기 제어 장치는 상기 제3 광 검출기와 접속되는 제어 시스템.
23. 제20항, 제21항 또는 제22항에 있어서, 상기 제어 장치는 상기 제1 및 제2 응답 신호들에 기초하여, LED 그룹에 의해 방출된 광의 상기 스펙트럼의 피크 파장을 결정하도록 배열되는 제어 시스템.
24. 제23항에 있어서, 상기 제어 장치는 상기 제1 및 제2 응답 신호들에 기초하여, LED 그룹에 의해 방출된 광의 상기 스펙트럼의 FWHM 값을 결정하도록 배열되는 제어 시스템.
25. 제24항에 있어서, 상기 제어 장치는 상기 피크 파장 및 FWHM 값에 기초하여, LED 그룹에 의해 방출된 광의 상기 스펙트럼의 LED 스펙트럼 평가치를 평가하도록 배열되는 제어 시스템.
26. 제25항에 있어서, 상기 평가 단계는 LED 그룹에 의해 방출된 광의 스펙트럼의 모양을 추정하는 단계를 포함하는 제어 시스템.
27. 제24항, 제25항 또는 제26항에 있어서, 상기 제어 장치는 상기 피크 파장, 상기 FWHM 및 상기 제3 응답 신호에 기초하여 LED 그룹에 대한 컬러 포인트를 결정하도록 배열되는 제어 시스템.
28. 제20항, 제21항 또는 제22항에 있어서, 상기 제어 장치는 상기 제1 및 제2 응답 신호들에 기초하여, LED 그룹에 의해 방출된 광의 상기 스펙트럼의 FWHM 값을 결정하도록 배열되는 제어 시스템.

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