KR20090074266A - 색 제어 광원 및 광원에서의 색 생성 제어 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 색 제어 광원에 관한 것으로서, 이 색 제어 광원은, 복수의 유색 광 소자와, 광원의 광 출력을 검출하고 검출 신호를 생성하는 검출기와, 광원의 광 출력의 소정의 타겟 색점과 검출 신호에 기초하여 그 복수의 유색 광 소자에 구동 신호를 생성하는 색 제어 유닛을 포함한다. 광원의 광 출력에 개별 광 소자들이 기여하는 것을 검출하기 위해, 광원은, 복수의 유색 광 소자의 각각에 구동 신호를 개별 신호 변조하는 변조기와, 상기 검출 신호를 복조하고 개별 광 소자들의 출력의 측정된 실제값을 생성하는 대응 복조기를 더 포함한다. 색 제어 유닛은, 상기 타겟 색점을 얻기 위해 각 광 소자의 광 출력의 공칭값을 결정하고, 이 공칭값을 실제값과 비교한다. 비교 결과 차이가 있다면, 색 제어 유닛은 그 차이를 최소화하기 위해 구동 신호를 조절한다.

색 제어 유닛, 색 제어 광원, 유색 광 소자, 타겟 색점

Description

색 제어 광원 및 광원에서의 색 생성 제어 방법{A COLOR CONTROLLED LIGHT SOURCE AND A METHOD FOR CONTROLLING COLOR GENERATION IN A LIGHT SOURCE}

본 발명은 고상 조명(Solid State Lighting)에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 청구항 제1항의 전제부에 따른 색 제어 광원, 및 청구항 제5항의 전제부에 따른 광원에서의 색 발생을 제어하기 위한 방법에 관한 것이다.

고상 조명에 있어서 예를 들어 서로 다른 색 온도인 다색(multiple colors)용 광원을 실현하기 위해, 하나의 장치에서 서로 다른 색들을 발광하는 복수의 LED를 사용한다. 이러한 복수의 LED는, 모든 가능한 선형 조합을 통해 실현될 수 있는 색 대역(color gamut)을 가리키는 색 공간에서 부 영역(sub area)을 규정한다. 따라서, 색 공간의 색 스펙트럼 내에서의 원하는 세기의 유색 광(colored light)은 개별적인 LED의 신호 입력에 의해 제어될 수 있다. 유색 광이라는 용어에는 백색 광이 포함된다는 점에 주목하기 바란다.

통상적인 광원과는 달리, 유색 LED들은 접합 온도의 변화, 전류, 에이징 효과(aging effects), LED들의 비닝(binning)으로 인해 색 전이(color shift)를 겪게 된다. 광 출력이 온도 및 에이징으로 인해 소정의 색점(color point)으로부터 감소하게 되면, 광원의 광 출력의 타겟 색점은 왜곡된다. 결국, 광원의 색점은 제어 루프를 통해 안정화되어야 한다.

광원의로부터의 광 출력을 감시하기 위해, 표준 관찰자와 동일한 감도를 갖거나 이러한 곡선에 근접하는 트루컬러 센서 또는 RGB-센서를 이용하는 것은 매우 흔한 일이다. 다른 방안으로, 하나 이상의 플럭스 센서를 아마도 하나 이상의 온도 센서와 함께 이용한다.

그러나, 광 검출기가 광원으로부터의 광 출력을 검출하면, 광 출력은 다른 광원들에 의해, 예를 들어, 주변 태양광 및/또는 다른 유색 LED들에 의해 간섭을 받을 수 있다. 그 결과, 측정된 색 세기는 흔히 결함을 갖고 있으며 광원 자체에 있는 LED들로부터의 광 출력만을 나타내지 않는다. 결국, 제어 루프의 제어 장치에 대한 피드백 신호가 부정확하다.

본 발명의 목적은, 색 제어에 있어서 전술한 간섭 문제점을 경감시키는 광원에서의 색 발생을 제어하기 위한 방법 및 광원을 제공하는 것이다.

이러한 목적은 청구항 제1항에서 규정한 바와 같이 본 발명에 따른 색 제어 광원에 의해 달성된다. 그 종속항들은 본 발명의 바람직한 실시예들을 규정한다.

따라서, 본 발명의 일 양태에 의하면, 복수의 유색 광 소자를 포함하는 색 제어 광원과, 광원의 광 출력을 검출하여 검출 신호를 생성하는 검출기와, 광원의 광 출력의 소정의 목표 색점과 그 검출 신호에 기초하여 그 복수의 유색 광 소자에 구동 신호를 생성하는 색 제어 유닛을 제공한다.

광원은 복수의 유색 광 소자의 각각에 대한 구동 신호의 개별적인 서명 변조를 위한 변조기와, 검출 신호를 복조하고 개별적인 각 서명을 식별함으로써 그 복수의 유색 광 소자의 각각의 광 출력의 각 실제값을 추출하는 복조기를 더 포함한다. 게다가, 색 제어 유닛은, 그 목표 색점을 얻기 위해 각 광 소자의 광 출력의 공칭값을 결정하기 위한 수단과, 추출한 실제값과 공칭값을 비교하고 차이가 있다면 그 차이를 최소화하기 위해 구동 신호를 조절하기 위한 수단을 포함한다.

복수의 광 소자의 각각의 서명 변조에 의해, 본래 개별 광 소자로부터의 참/실제의 기여 광 출력(contributed light output)이 총 광 출력으로부터 식별되고 추출될 수 있다. 따라서, 태양 또는 기타 광원으로부터의 임의의 주변 광이 단일 광 소자의 측정 강도를 왜곡하지 않는다. 따라서, 유색 광 소자들의 각각의 광 출력의 보다 정확한 표현이 색 제어 유닛에 제공된다. 이것은 이어서 원하는 출력 색점에 대응하도록 유색 광 소자들의 각각에 각각에 공급되는 필요 구동 신호를 조절하는 데 사용된다.

따라서, 본 발명은 광원의 각 개별 색 기여를 강건하고도 연속적으로 결정하고, 이렇게 결정된 기여 부분은 다른 밝은 광원으로부터의 간섭에 의해 영향을 받지 않는다. 본 발명은 원색의 어떠한 임의의 양에도 적용가능하다.

광 소자의 개별 서명 변조를 사용하는 것은 Perkins 등에 의한 미국 특허등록번호 제6,542,270호에 그대로 알려져 있다. 그러나, 이것은 건물 내의 수광기의 위치의 결정을 활성화하는 데에만 사용되며, 여기서 방들을 밝게 하기 위한 통상적인 램프들의 출력 광은 개별적으로 코딩된다. 즉, 이것은 다른 기술 분야에 해당되는 것이다.

청구항 제2항에 규정된 바와 같은 색 제어 광원의 일 실시예에 의하면, 전술한 바와 같은 서명 변조는 광 소자들의 각각의 광 출력의 식별 및/또는 추출을 위한 특정한 코딩 기법을 갖는 CDMA 변조에 의해 행해진다. CDMA는 모든 신호들이 식별을 위해 자신의 고유한 특정 코딩 기법을 가질 수 있는 한편 스펙트럼의 공유 부분을 통해 신호들을 동시 송신하는 방법이다. 또한, CDMA 코딩은, LED의 정상적인 조명 구동 기능이 본 발명에서 활용되는 것처럼 개별 서명 변조와 동시에 제공될 수 있으므로, 매우 유익하다.

청구항 제3항에 규정된 색 제어 광원의 일 실시예에 의하면, 특정 코딩 기법은 유익하게 온오프 키잉 또는 이중위상 변조에 기초한다.

청구항 제4항에 규정된 색 제어 광원의 일 실시예에 의하면, 검출은 유익하게 RGB 센서, XYZ 센서, 플럭스 센서 중 하나에 의해 행해진다. 서명 변조의 특징은, 이러한 센서 유형들 중 어떠한 유형도 광원의 광 출력을 검출하는 데 적압하다는 이점을 준다는 것이며, 이것은 개별 LED들이 이러한 센서들 중 임의의 센서의 출력 신호로부터 추적되고 추출될 수 있기 때문이다.

본 발명의 다른 양태에 의하면, 복수의 유색 광 소자를 포함하는 광원에서의 색 생성을 제어하는 방법이 제공된다. 이 방법은, 광원의 광 출력을 검출하고 검출 신호를 생성하는 단계와, 검출 신호 및 광원의 광 출력의 소정의 타겟 색점에 기초하여 복수의 유색 광 소자에 구동 신호를 생성하는 단계를 포함한다.

이 방법은, 복수의 유색 광 소자의 각가에 대한 구동 신호를 개별 서명 변조하는 단계를 더 포함한다. 광 출력을 검출하는 단계는, 검출 신호를 복조하고 각 개별 서명을 식별함으로써 복수의 유색 광 소자의 각각의 광 출력의 각 실제값을 추출하는 단계를 포함한다. 또한, 이 방법은, 타겟 색점을 얻기 위해 복수의 유색 광 소자의 각각의 공칭값을 결정하는 단계와, 추출된 실제값을 공칭값과 비교하고, 차이가 있다면, 그 차이를 최소화하기 위해 구동 신호를 조절하는 단계를 포함한다.

각 광 소자의 광 출력의 공칭값은 사용되는 복수의 광 소자의 (빈(bin) 정보와 같은) 특성에 의존한다. 이러한 공칭값을 결정하는 수단은, 당업자에게 알려져 있듯이, 예를 들어, 타겟 색점을 빈 정보를 갖는 광 소자와 결합하는 역행렬(inverse matrix) 문제점을 해결하는 것에 기초한다.

이 방법의 실시예에 의하면, 전술한 바와 같이 서명 변조는 CDMA(코드 분할 다중 접속)에 의해 행해지고, 특정 코딩 기법은 선택 사항으로 온-오프 키잉이나 이중위상 변조에 기초할 수 있으며, 검출은 RGB 센서, XYZ 센서, 플럭스 센서 중 하나에 의해 행해진다.

이 방법은 전술한 바와 같이 본 발명의 광원에 의해 얻게 되는 이점 및 효과와 유사한 이점 및 효과를 제공한다.

본 발명의 이러한 양태 및 다른 양태는 이하에서 설명하는 실시예를 참조하여 명백하고 명료할 것이다. 상세한 설명 및 특정 예들은 본 발명의 바람직한 실시예를 가리키지만 예시를 위한 것이며 본 발명의 범위를 제한하려는 것이 아님을 이해하기 바란다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 광원(SSL 램프)의 개략적인 도이다.

도 2는 본 발명의 다른 일 실시예에 따라, 펄스폭 변조(PWM)와 펄스 진폭 변조(PAM)를 이용한 CDMA OnOFF-키잉 변조의 사용을 도시한다.

도 3은 본 발명의 또다른 일 실시예에 따라, 듀티 사이클 변조와 진폭 변조를 이용한 CDMA 이중위상(DC-BP)의 사용을 도시한다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 광원에서 색 생성을 제어하기 위한 방법의 단계들을 도시하는 흐름도이다.

도 1에 도시한 바와 같이 본 발명의 색 제어 광원의 제1 실시예에 따르면, 색 제어 광원(101)은, n(일 예로 n = 4)개의 유색 광 소자(102a - d)와, 광 소자(102a - d)로부터의 광 출력을 검출하는 검출기(103)와, 검출기(103)의 출력에 연결된 증폭기(105)와, 증폭기(105)를 통해 검출기(103)에 연결된 CDMA 복조기(106)인 복조기와, 복조기(106)에 연결된 색 제어 유닛(107)과, 색 제어 유닛(107)에 연결된 CDMA 변조기인 변조기(108)와, 변조기(108)와 LED(102a- d)에 연결된 광 소자 드라이버(109a - d)를 포함한다. 광 소자(102a- d)는 기판(104) 상에 배치되며 LED, OLED, (O)LED-스트링 중 어떠한 것도 가능하다. 이하에서는, LED를 공통 용어로 사용한다. 도 1에서, LEDs(102a - d)의 색은 녹색, 적색, 청색, 황색(amber)이지만, 색 선택은 당연히 선택 사항이며 장치 요구 사항에 의존한다. LEDs(102a - d)의 각각은 LED 드라이버(109a - d)를 통해 피딩(feed)된다. LED 드라이버(109a - d)의 입력은 CDMA 변조기(108)에 연결된다. CDMA 변조기는 구동 신호, 즉, LED 드라이버(109a - d)의 각각의 입력(예를 들어, 전압)을 직사각형 펄스들의 트레인으로 변조한다. 이에 따라, 유색 광 소자(102a - d)의 각각을 식별하는 서명 변조 기법(scheme)를 구현한다. 직사각형 펄스의 특징은 필요한 강도에 따라 규정되지만, 그 강도의 값은 색 제어 유닛(107)으로부터 수신된다. 색 제어 유닛(107)은, 사용자에 의해 제공되거나 색 제어 유닛 내로 미리 프로그래밍되어 있을 수 있는 소정의 타겟 색점(110)을 생성하기 위해 광 소자(102a - d)당 발광의 양을 제어한다. 광 소자(102a - d)의 강도 조절은 그 펄스의 진폭이나 듀티 사이클 또는 둘 다를 변조함으로써 행해질 수 있다. 색 제어 유닛(107)으로의 피드백은 복조된 신호이며, 이 신호는 CDMA 복조기(106)로부터 수신된다. 이어서, CDMA 복조기(106)는, 검출기(103)에 의해 검출된 바와 같이 광원(101)의 광 출력을 나타내며 CDMA 복조기(106)에 검출 신호로서 공급되는, 측정된 플럭스 신호를 처리한다. 보다 구체적으로, CDMA 복조기는 검출 신호를 측정된 플럭스 신호로 복조하고, 서명 변조 기법에 따라, 측정된 플럭스 신호를 개별 서명과 상관시킴으로써 서로 다른 LEDs(102a - d)로부터의 기여 부분을 추출하며, 이어서 그 결과를 색 제어 유닛(107)에 복조 신호로서 제공한다.

CDMA 변조는 왈시-하다마드(Walsh-Hadamard) 코드가 활용되는 동기 시스템을 이용하는 CDMA 변조로서 예시되어 있다. 왈시-하다마드는, 암호화 및 셀룰러 통신에 사용되는 숫자들의 고유한 세트들을 통계적으로 생성하기 위한 알고리즘이며, 퀄컴의 CDMA와 같은 직접 시퀀스 확산 스펙트럼(DSSS) 시스템 및 다음 홉을 위한 타겟 주파수를 선택하는 주파수 호핑 확산 스펙트럼(FHSS) 시스템에서 자주 사용되는 의사 잡음 코드(pseudo-random noise code)라고도 알려져 있다. 이 알고리즘에 의해 생성되는 코드는 수학적 직교 코드(orthogonal mathematical code)이다. 이것은, 두 개의 왈시 코드가 상관된다면 이 두 개의 코드가 동일한 경우에만 결과를 이해할 수 있다는 것을 의미한다. 그 결과, 왈시-하다마드 인코딩된 신호는, CDMA 복조기가 입력 신호를 변조하는 데 사용된 서명 코드와 동일한 서명 코드를 사용하지 않는 한, 그 CDMA 복조기에게는 랜덤 잡음으로 보인다. 소위 코드들의 왈시-하다마드 세트의 DC 코드, 즉, 평균 DC 신호 성분에 관한 코드를 회피함으로써, 시스템은 일정한 주변 광에 대하여 강건(robust)하게 된다.

색 제어 광원(101)의 일 실시예에서, CDMA 변조기의 특정 코딩 기법은 온-오프 키잉에 기초한다. 온-오프 키잉(OOK) 변조는 디지털 데이터가 반송파의 존재 또는 부재로서 표현되는 변조의 한 유형이다. 가장 간단한 형태에 있어서, 특정 지속 기간에 대한 반송파의 존재는 이진수 일(binary one)을 나타내고, 동일한 지속 기간에 대한 반송파의 부재는 이진수 영(binary zero)을 나타내지만, 원칙적으로 어떠한 디지털 인코딩 기법을 이용해도 된다.

각 광 소자에 할당된 서명 변조 코드는 각 펄스의 제1 부분을 변조하는 온-오프 키잉에 의해 신호에 반송되며, 이는 도 2에 도시되어 있다. 여기서는, 필요한 조명을 보장하기 위해 LED로의 구동 신호에 대하여 두 개의 예가 도시되어 있다. 이 도면에서는, 첫번째로, 펄스폭 변조(PWM)를 펄스의 제2 부분에 적용한다. 두번째로, 펄스 진폭 변조(PAM)를 그 펄스에 적용한다. 도 2에서, 칩 0 및 칩 1은 서로 다른 폭을 갖는다. 원칙적으로, 이것은 LED의 광 출력에 변동을 초래한다. 그럼에도 불구하고, 이것은 균형 코드(balanced codes)를 이용함으로써 수리될 수 있으며, 이는 칩 0과 칩 1이 동일한 개수로 제공된다는 것을 의미한다. 따라서, 코드워드에 걸쳐 평균화된 펄스폭은 정확하게 칩 0과 칩 1의 폭들 사이의 평균값으로 된다.

본 발명의 또 다른 일 실시예에서, 도 3에 도시한 바와 같이, 변조 방법은 임의의 듀티 사이클이 가능하도록 이중위상(BP) 변조의 일반화이다. 듀티 사이클이 50%일 때, 듀티 사이클 이중위상(DC-BP)은 BP 변조로 저하된다(degenerate). 이 경우, 각 광 소자에 할당된 개별 서명을 구체화하는 코드는 이에 따라 "칩 0" 및 "칩 1"을 송신함으로써 신호에 반송된다. 필요한 조명, 즉, LEDS의 광 출력 레벨을 보장하기 위해, 두 가지 선택 사항이 있다. 즉, 1. 펄스의 듀티 사이클을 수정한다. 2. 펄스의 진폭을 수정한다.

광 검출기(103)는, 전술한 바와 같이, RGB 센서나 XYZ 센서처럼 서로 다른 유형으로 될 수 있다. RGB 센서는 광의 색 정보 및 강도를 검출할 수 있지만, 색 정보는 통상적으로 상당히 좁은 대역폭을 갖는 세 개의 별도의 센서 소자들로부터 온 것이다. XYZ 센서는 인간의 눈과 동일한 전달 함수를 갖도록 구성되며 이에 따라 측정된 광에서 개별 LEDs로부터의 기여 부분을 자동 분리하지 않는 RGB 센서보다 높은 레벨의 정밀도를 갖는다.

도 4의 흐름도를 참조해 보면, 본 발명에 따른 광원에서 색 생성을 제어하는 방법의 일 실시예는, 소정의 타겟 색점에 기초하여 각 개별 LED(102a- d)의 광 출 력의 공칭값을 결정하는 단계(401)와, 광 출력의 공칭값에 따라 LED 드라이버(109a - d)에 대한 구동 신호를 설정/조절하고, 동시에 각 개별 LED(102a- d)용으로 지정된 CDMA 서명 변조를 적용하는 단계(402)와, 광원(101)의 광 출력을 검출하고, 검출 신호를 생성하는 단계(403)와, 검출 신호를 CDMA-복조하고, 각 개별 서명을 식별함으로써 각 개별 LED(102a- d)의 광 출력의 실제값을 추출하는 단계(404)와, 각 개별 LED(102a- d)의 광 출력의 공칭값을 각 개별 LED(102a- d)의 광 출력의 실제값과 비교하는 단계(405)를 포함하고, 실제값이 공칭값과 일치하면 검출하는 단계(403)로 리턴하고 또는 광 출력 값들 중 하나 이상이 일치하지 않으면 개별 구동 신호의 추가 조절을 위해 단계(402)로 리턴한다.

이상, 본 발명에 따른 광원 및 방법의 실시예들을 설명하였다. 이러한 실시예들은 비제한적인 예들일 뿐이다. 당업자가 이해하듯이, 청구범위에서 규정된 바와 같이 본 발명의 범위 내에서 많은 수정 및 대체 실시예가 가능하다.

본 출원에서 특히 청구범위에서, 당업자에게는 본래 자명하듯이, "포함"이라는 용어는 다른 요소들이나 단계들을 배제하지 않으며, "하나"라는 용어가 복수를 배제하지 않는다는 점에 주목하길 바란다.

Claims (8)

1. 색 제어 광원(color controlled light source)으로서,

   복수의 유색 광 소자(colored light element)와,

   상기 광원의 광 출력을 검출하고 검출 신호를 생성하는 검출기와,

   상기 검출 신호 및 상기 광원의 광 출력의 소정의 타겟 색점(color point)에 기초하여 상기 광 소자에 구동 신호를 생성하는 색 제어 유닛

   을 포함하고,

   상기 구동 신호를 상기 복수의 유색 광 소자의 각각에 대해 개별 서명 변조하는 변조기와,

   상기 검출 신호를 복조하고, 각 개별 서명을 식별함으로써 상기 복수의 유색 광 소자의 각각의 광 출력의 각 실제값을 추출하는 복조기

   를 더 포함하고,

   상기 색 제어 유닛은,

   상기 타겟 색점을 얻기 위해 상기 복수의 유색 광 소자의 각각의 광 출력의 공칭값을 결정하는 수단과,

   추출된 상기 실제값을 상기 공칭값과 비교하고, 차이가 있다면, 상기 차이를 최소화하기 위해 상기 구동 신호를 조절하는 수단

   을 포함하는 색 제어 광원.
2. 제1항에 있어서,

   상기 변조기는 상기 구동 신호의 개별적인 코딩 변조를 제공하는 CDMA 변조기인 색 제어 광원.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 개별 서명 변조는 온-오프 키잉 및 이중위상 변조(On-Off Keying and BiPhase modulation) 중 하나에 기초하는 색 제어 광원.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 검출기는 RGB 센서, XYZ 센서, 플럭스 센서 중 하나인 색 제어 광원.
5. 복수의 유색 광 소자를 포함하는 광원에서 색 생성을 제어하는 방법으로서,

   상기 광원의 광 출력을 검출하고 검출 신호를 생성하는 단계와,

   상기 검출 신호 및 상기 광원의 광 출력의 소정의 타겟 색점에 기초하여 상기 복수의 유색 광 소자에 구동 신호를 생성하는 단계를 포함하고,

   상기 구동 신호를 상기 복수의 유색 광 소자의 각각에 대해 개별 서명 변조하는 단계를 더 포함하고,

   상기 검출하는 단계는, 상기 검출 신호를 복조하고 각 개별 서명을 식별함으로써 상기 복수의 유색 광 소자의 각각의 광 출력의 각 실제값을 추출하는 단계를 포함하고,

   상기 색 생성 제어 방법은,

   상기 타겟 색점을 얻기 위해 상기 복수의 유색 광 소자의 각각의 광 출력의 공칭값을 결정하는 단계와,

   추출된 상기 실제값을 상기 공칭값과 비교하고, 차이가 있다면, 상기 차이를 최소화하기 위해 상기 구동 신호를 조절하는 단계

   를 더 포함하는 색 생성 제어 방법.
6. 제5항에 있어서,

   상기 구동 신호를 상기 복수의 유색 광 소자의 각각에 대해 개별 서명 변조하는 단계는 상기 구동 신호를 개별 코딩 CDMA 변조하는 것을 포함하는 색 생성 제어 방법.
7. 제5항 또는 제6항에 있어서,

   상기 개별 서명 변조는 온-오프 키잉 및 이중위상 변조 중 하나에 기초하는 색 생성 제어 방법.
8. 제5항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 광원의 광 출력은 RGB 센서, XYZ 센서, 플럭스 센서 중 하나에 의해 검출되는 색 생성 제어 방법.

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