JP5847711B2 - Intelligent lighting device - Google Patents
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Description
本出願は、以下の同時係属中である米国特許出願の優先権を主張し、米国出願全体を本明細書に組込むものとする。
２００９年７月１２日付で、「インテリジェント照明装置（ＩＮＴＥＬＬＩＧＥＮＴ ＩＬＬＵＭＩＮＡＴＩＯＮ ＤＥＶＩＣＥ）」）と題して出願した仮出願番号第６１／２２４，９０４号
This application claims the priority of the following co-pending US patent applications, which is hereby incorporated by reference in its entirety:
No. 61 / 224,904, filed July 12, 2009 entitled "Intelligent Illumination Device")
本発明は、照明装置とその照明装置の制御に関する。 The present invention relates to a lighting device and control of the lighting device.
従来の照明では、歴史的に白熱灯や蛍光灯が使用されてきたが、近年、青色ＬＥＤの発明と共にＬＥＤライトが使用され始めた。ＬＥＤライトの初期費用は高いが、長期的には消費電力が抑えられるため、全体の照明費用を大幅に下げることができる。電力効率の良いＬＥＤライトの初期費用が高い理由の一つは、電源からＬＥＤへの電流を一定にするのに、特別な電子機器が必要となるためである。しかしながら、そうした特別な電子機器を使えば、ライトの遠隔操作、調光、光検知、タイミング、調色等の機能が、極めて少ない追加費用で実行可能となる。従来の照明に関するこうした機能は、ライトへの電力をオン／オフする別個の電子装置で実行しており、そのためより費用がかかり、複雑となっている。 In conventional lighting, incandescent lamps and fluorescent lamps have been used historically, but in recent years, LED lights have begun to be used together with the invention of blue LEDs. Although the initial cost of the LED light is high, since the power consumption is suppressed in the long term, the overall lighting cost can be greatly reduced. One of the reasons for the high initial cost of power efficient LED lights is that special electronic equipment is required to keep the current from the power source to the LEDs constant. However, with such special electronic equipment, functions such as remote control of light, dimming, light detection, timing, and toning can be performed with very little additional cost. These functions for conventional lighting are performed in a separate electronic device that turns the power to the lights on and off, which makes it more expensive and complicated.
今日の殆どのＬＥＤライトは、互いに直列及び／又は並列に接続された複数のＬＥＤから構成され、スイッチング電源で駆動する。ライトに接続された商用交流電源では、電源電圧、８５〜２４０ＶをＬＥＤ用電流に変換し、一方、電池給電式ライトの電源では、電池電圧をＬＥＤ用電流に変換する。こうした回路については、商用電源電圧接続用はＯｎＳｅｍｉ社やＳｕｐｅｒｔｅｘ社、電池給電用はＭａｘｉｍ社といった会社から提供されている。 Most LED lights today are composed of a plurality of LEDs connected in series and / or in parallel to each other and are driven by a switching power supply. The commercial AC power supply connected to the light converts the power supply voltage, 85-240 V, into LED current, while the battery-powered light power supply converts the battery voltage into LED current. Such circuits are provided by OnSemi and Supertex for commercial power supply voltage connection and Maxim for battery power supply.
それほど効率的でないＬＥＤライトは、直列抵抗を通してＬＥＤを電源に単に接続している。この場合、コストは安くはなるが、抵抗がかなりの電力を消費し、交流電源と接続すると、ライトの力率は低くなる。ＬＥＤは、交流波形のピーク時にだけ導通するため、力率が悪い。 Less efficient LED lights simply connect the LED to a power source through a series resistor. In this case, the cost is low, but the resistor consumes a considerable amount of power, and when connected to an AC power source, the power factor of the light is low. Since the LED conducts only at the peak of the AC waveform, the power factor is poor.
ライトにおけるＬＥＤは、白を含む任意の色又は色の組合せとすることができる。白色ＬＥＤは、通常一種の黄蛍光体で被覆した青色ＬＥＤを使って作製される。ＬＥＤからの青色光の大部分は該蛍光体に吸収され、緑色、黄色、若干の赤色に対応する低周波数で再発光される。このやり方の幾つかの長所としては、低コストである点や、より自然な連続スペクトル光となる点が挙げられる。短所としては、蛍光体における損失により効率が低下する点、ＬＥＤからは青み掛かった色が出る点、蛍光体の劣化によって信頼性が低下する点が挙げられる。Ｃｒｅｅ Ｌｉｇｈｔｉｎｇ社や日亜化学株式会社といった会社が、そうした高輝度ＬＥＤを販売している。 The LEDs in the light can be any color or combination of colors including white. White LEDs are usually made using blue LEDs coated with a kind of yellow phosphor. Most of the blue light from the LED is absorbed by the phosphor and re-emitted at low frequencies corresponding to green, yellow and some red. Some advantages of this approach include low cost and a more natural continuous spectrum light. Disadvantages include that efficiency is reduced due to loss in the phosphor, a bluish color appears from the LED, and reliability is lowered due to degradation of the phosphor. Companies such as Free Lighting and Nichia Corporation sell such high brightness LEDs.
ある特定のＣｒｅｅ社製品のスペクトルでは、ＬＥＤよって生成した青色光である４５０ｎｍ近辺で鋭いピークが見られ、蛍光体からの黄色である５５０〜６００ｎｍ付近で幅広いピークが見られる。５００ｎｍと７００ｎｍでは、出力パワーはピーク電力の２０％に過ぎない。対照的に、太陽光のスペクトルは、５００ｎｍの直下から７００ｎｍの直上まで実質的に平坦である。 In the spectrum of a specific Cree product, a sharp peak is seen around 450 nm, which is blue light generated by an LED, and a broad peak is seen around 550-600 nm, which is yellow from the phosphor. At 500 nm and 700 nm, the output power is only 20% of the peak power. In contrast, the spectrum of sunlight is substantially flat from just below 500 nm to just above 700 nm.
スペクトルの赤色端でのエネルギ不足を解消するのに、Ｃｒｅｅ Ｌｉｇｈｔｉｎｇ社は、赤色ＬＥＤ列と共に蛍光体でコーティングした青色ＬＥＤ列を含むオーバーヘッド用２色ＬＥＤランプを製造している。ＲＧＢ光源と、Ｃｒｅｅ社の白色ＬＥＤと赤色ＬＥＤを合わせた解決策と、白熱灯の標準的出力とで発生させた其々のスペクトルを比較すると、ＲＧＢと白＋赤色光のどちらのスペクトルも、白熱灯や太陽光のスペクトルにも十分に匹敵しないものの、白＋赤色光は多くの用途に対して費用／性能の面で妥協できる。 To eliminate the energy deficit at the red end of the spectrum, Cree Lighting manufactures a two-color LED lamp for overhead that includes a red LED array and a blue LED array coated with a phosphor. Comparing the spectrum generated by the RGB light source, the solution that combines the white LED and the red LED of Cree, and the standard output of the incandescent lamp, the spectrum of both RGB and white + red light is Although not comparable to incandescent and solar spectrum, white + red light can be a cost / performance compromise for many applications.
色スペクトルの見地からした理想的なＬＥＤライトは、白熱灯又は太陽光に略近い光を生成するように、様々な電力レベルで動作する多数の異なる色のＬＥＤから構成するものであろう。赤色、黄色、緑色、青色の組合せが恐らく最少色数である。このやり方で良好なスペクトルが得られ、エネルギ効率が良くなり、信頼性も高くなるはずだが、各色の相対的な電力レベルの制御は、今日では実際問題として難しく、また高価である。 An ideal LED light from a color spectrum perspective would consist of a number of differently colored LEDs operating at various power levels to produce light that is nearly incandescent or sunlight. The combination of red, yellow, green and blue is probably the minimum number of colors. While this approach should yield a good spectrum, be energy efficient and reliable, control of the relative power levels of each color is today difficult and expensive in practice.
プロセス変動、温度、経年劣化などに対して色を制御する、たった３色（ＲＧＢ）のＬＥＤライトでさえ構築するのに課題がある。技術としては、３個の光学的にフィルタリングしたフォトダイオードを通してＲＧＢ駆動回路にフィードバックするものが挙げられる。各フォトダイオードを、各ＬＥＤの色に調整して、ＩＣの信号検出及び信号処理機能に接続する。次に、信号処理装置で、赤色、緑色、青色の駆動電流をそれに応じて制御する。こうしたカラーフィルタフォトダイオードは、浜松ホトニクス株式会社が提供しているが、比較的高価で、本来ならば受光ではなく光生成専用となるはずの基板空間を消費してしまう。 There are challenges in building even just three color (RGB) LED lights that control color against process variations, temperature, aging, and the like. Technology includes feedback to the RGB drive circuit through three optically filtered photodiodes. Each photodiode is adjusted to the color of each LED and connected to the signal detection and signal processing functions of the IC. Next, the signal processing device controls the red, green, and blue drive currents accordingly. Such a color filter photodiode is provided by Hamamatsu Photonics Co., Ltd., but is relatively expensive and consumes a substrate space that would otherwise be dedicated to light generation rather than light reception.
Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ社は、液晶ディスプレイのバックライト用ＲＧＢのＬＥＤドライバを提供している。同社の商品ＬＰ５５２０は、ＬＥＤの光出力に関する初期変動を較正して、温度に応じて調節できるようになっている。しかしながら、これも経年劣化を補償するものではない。ＬＥＤの中には出力パワーが時間の経過と共に大きくなるものもあれば、小さくなるものもあるため、唯一の効果的な補償手段は、各照明部品の光パワーを実際に測定することを通して行うものである。 National Semiconductor Co., Ltd. provides RGB LED drivers for backlights of liquid crystal displays. The company's product LP5520 calibrates the initial variation of the light output of the LED and can be adjusted according to temperature. However, this also does not compensate for aging. Since some LEDs increase or decrease in output power over time, the only effective compensation is through actual measurement of the optical power of each lighting component. It is.
Ｃｒｅｅ社の白＋赤色ＬＥＤランプは、２チェーンで６個の白色ＬＥＤと、３０個の赤色ＬＥＤを並列／直列に組合せた１組との計３６個のＬＥＤを含む。また、同ランプは、米国特許出願公開第２００８‐０３０９２５５号に記載したように、色を維持するために光検出器と温度センサを含む。波長選択性がある光検知器で、短い発光波長（緑色以下）をモニタして、それに応じて赤色ＬＥＤの輝度を調整する。同様に、温度も温度計測素子でモニタし、その温度を使用して、赤色ＬＥＤに対する駆動電流を調整し、温度上昇による輝度劣化を補償する。赤色ＬＥＤによって発生した光パワーも、緑色より波長が長い白色ＬＥＤによって発生した光パワーも、測定していない。耐用年数に亘る赤色ＬＥＤの輝度変化については、全く補償されない。色をよく識別でき、更なる光検出器や温度センサのための費用や基板空間を必要とせずに、異なる色のＬＥＤを駆動、制御する、費用対効果が優れた解決方法があれば、有益であろう。 The Cree white + red LED lamp includes a total of 36 LEDs, 6 white LEDs in 2 chains and 1 set of 30 red LEDs in parallel / series. The lamp also includes a photodetector and a temperature sensor to maintain color, as described in US Patent Publication No. 2008-0309255. A light detector with wavelength selectivity monitors a short emission wavelength (green or less) and adjusts the brightness of the red LED accordingly. Similarly, the temperature is monitored by the temperature measuring element, and the temperature is used to adjust the drive current for the red LED to compensate for the luminance deterioration due to the temperature rise. Neither the optical power generated by the red LED nor the optical power generated by the white LED having a wavelength longer than green is measured. There is no compensation for changes in the brightness of the red LED over its service life. It would be beneficial if there was a cost-effective solution that could identify colors well and drive and control different color LEDs without the need for additional photodetectors and temperature sensors or board space Will.
従来の調光スイッチは、商用交流電圧をそのサイクルの一部分中にのみ白熱灯に印加可能にするトライアック回路を使用する。例えば、半分のパワーに設定すると、ライトへと通過する電圧信号は、正弦波電圧の第１の９０度に対してゼロとなり、ピーク振幅にジャンプし、第２の９０度に対してゼロになるまで正弦波に従い、次の９０度に対してゼロのままとなり、最終的に負のピーク電圧までジャンプして、正弦波に従いゼロに戻る。このやり方は、抵抗性である白熱電球を消費者が調光するのに、安価で効果的な方法である。 Conventional dimming switches use a triac circuit that allows commercial AC voltage to be applied to the incandescent lamp only during a portion of its cycle. For example, if set to half power, the voltage signal passing to the light will be zero for the first 90 degrees of the sinusoidal voltage, jump to the peak amplitude and zero for the second 90 degrees. Follow the sine wave until it remains zero for the next 90 degrees, finally jump to the negative peak voltage and return to zero according to the sine wave. This is an inexpensive and effective way for consumers to dim incandescent bulbs that are resistant.
トライアック調光器は電球の電力消費量を抑えるが、電力会社が発電しなければならない電力量は減少しない。電力会社では、電圧と同相にした電流を生成する。電圧が増大するにつれて、電流は増大する。発電所の全負荷を、トライアック回路で５０％調光したライトで構成したとすると、正負サイクルの前半で発生する電流は電球には行かず、何処かに行くことになろう。電力会社は、ライトが完全に点灯している、又は調光されているかに関係なく、同量の電力を発電しなければならず、送電系統における潜在的に危険な過渡現象に対処しなければならない。 Triac dimmers reduce the power consumption of light bulbs, but do not reduce the amount of power that power companies must generate. Electric power companies generate current that is in phase with the voltage. As the voltage increases, the current increases. If the full load of the power plant consists of a 50% dimmed light with a TRIAC circuit, the current generated in the first half of the positive / negative cycle will not go to the bulb, but will go somewhere. The utility company must generate the same amount of power regardless of whether the lights are fully lit or dimmed, and must deal with potentially dangerous transients in the transmission system. Don't be.
ＬＥＤからの光を、所謂パルス幅変調（ＰＷＭ）を使用して駆動電流を減少させる、又は電流を印加する時間を短縮することで、減光できる。電流を、人間の目で知覚できない速さで、所望する光出力に比例したデューティサイクルで、オン／オフする。ＬＥＤが生成する光の波長は、駆動電流に従い変化するため、ＰＷＭによる調光が好ましい場合がある。白熱灯をＬＥＤライトに取替えても、既存のトライアック調光器で、引続きライトに対する給電を調整できる。ＰＷＭ調光を可能にするには、ＬＥＤライトの回路で、電源をフィルタリングし、電源のデューティサイクルを検出して、ＰＷＭのデューティサイクルをそれに応じて調整しなければならないが、そのために更に費用が掛かり、複雑になる。 The light from the LED can be dimmed by using so-called pulse width modulation (PWM) to reduce the drive current or reduce the time for applying the current. The current is turned on / off at a rate that is not perceptible to the human eye, with a duty cycle proportional to the desired light output. Since the wavelength of light generated by the LED changes according to the drive current, dimming by PWM may be preferable. Even if the incandescent lamp is replaced with an LED light, the power supply to the light can be continuously adjusted with the existing triac dimmer. To enable PWM dimming, the LED light circuit must filter the power supply, detect the duty cycle of the power supply, and adjust the PWM duty cycle accordingly, which is more expensive It gets complicated.
光センサは、室内の環境光又は屋外の日光を測定して、それに応じてランプの輝度を調節するのに、一般的に使用されている。屋外灯は、夕暮れにオンにし、明け方にオフにしてもよく、屋内灯は、窓からの光とランプからの光との合計が一定になるように調光してもよい。既存の技術にでは、そうした光センサは、ランプからの光が光センサと干渉しないように、ランプから離して配置する必要がある。通常、光センサは、分離して設置する必要がある電子装置である。ランプから出力した光の影響を受けず、全く配線を変更せずに済む内蔵光センサを有するランプは、有益であろう。更に、光センサ無しでそうした機能を提供可能なランプであれば、なお有益であろう。 Photosensors are commonly used to measure indoor ambient light or outdoor sunlight and adjust the lamp brightness accordingly. The outdoor light may be turned on at dusk and turned off at dawn, and the indoor light may be dimmed so that the sum of the light from the window and the light from the lamp is constant. In existing technology, such a light sensor needs to be placed away from the lamp so that light from the lamp does not interfere with the light sensor. Usually, the optical sensor is an electronic device that needs to be installed separately. A lamp having a built-in light sensor that is not affected by the light output from the lamp and does not require any change in wiring would be beneficial. Furthermore, a lamp that can provide such functionality without a light sensor would still be beneficial.
ライトをオン／オフするタイマは、通常、壁コンセントに差込んで、時刻に基づいて、取付けたライトへの給電を断接する。こうした装置は、一般的に嵩張る。備え付けのライト用ソケットは、大幅な配線変更無しにはタイマ用にはできない。追加費用や配線変更の必要がないタイマ機能を内蔵した交換用電球は有益であろう。 A timer for turning on / off the light is usually plugged into a wall outlet and connects / disconnects power to the attached light based on the time of day. Such devices are generally bulky. The built-in light socket cannot be used for timers without significant wiring changes. A replacement bulb with a built-in timer function that does not require additional cost or wiring changes would be beneficial.
新築家屋や商用建築物における電気配線と照明スイッチは、建設費のかなりの部分を占める。更に、調光器を有するライト用スイッチは、単純なトグルスイッチより遥かに高価で、そのため滅多に使用されない。例えば、テレビのリモコンのような装置で遠隔制御できるライトは、配線費用を大幅に軽減でき、且つ付加機能も提供できるため、有益であろう。 Electrical wiring and lighting switches in new homes and commercial buildings account for a significant portion of the construction costs. In addition, light switches with dimmers are much more expensive than simple toggle switches and are therefore rarely used. For example, a light that can be remotely controlled by a device such as a television remote control would be beneficial because it can significantly reduce wiring costs and provide additional functionality.
発展途上諸国は、先進国の技術を発展段階を飛び越えて利用（ｌｅａｐｆｒｏｇｇｉｎｇ）している。例えば、太陽光発電付きの家は、発展途上諸国（たとえば、ケニア、インド等）で広く普及している。照明は、伝統的に薪で、最近では、灯油で行われてきたが、これらは非常に効率が悪い。ソーラーパネル、車のバッテリ、ＬＥＤライトを組合せて、遥かに優れた解決方法を提供できる。日中に、ソーラーパネルでバッテリを充電しておき、夜間に、ＬＥＤライトで電力を消費する。再充電システムの有効性によって、システムの有用性が左右される。そのため如何なる太陽エネルギ効率化も重要となる。ＬＥＤを感光性とし、光に曝されると発電可能にする。そうしたエネルギを利用するのは有益であろう。 Developing countries are leapfrogging the technology of developed countries beyond the development stage. For example, houses with solar power are widely used in developing countries (eg Kenya, India, etc.). Lighting has traditionally been firewood, and recently has been done with kerosene, but these are very inefficient. Combining solar panels, car batteries, and LED lights can provide a much better solution. A battery is charged with a solar panel during the day, and power is consumed with an LED light at night. The effectiveness of the recharging system affects the usefulness of the system. Therefore, any solar energy efficiency is important. The LED is photosensitive and can generate electricity when exposed to light. It would be beneficial to use such energy.
本明細書に記載した本発明は、様々な実施形態で、上述した問題に対する解決方法を提供する。 The invention described herein, in various embodiments, provides a solution to the problems described above.
ある例示的な実施形態では、改善した照明装置は、ＬＥＤランプの構成要素を使用して、極めて低コストで上記機能の一部又は全てを実行する。光を生成するＬＥＤを、一時的に、例えば人の眼で知覚出来ない期間、ランプによりコマンドを光学的に受信するために、周期的にオフにすることができる。光学的に送信われるコマンドは、例えばリモコンを使用して、ランプに送ることができる。照明装置は、オフ状態のＬＥＤを使用して、データを受信し、次に、それに従い光を設定したり、光を測定したりする。かかる光を、光センサ機能に関しては環境光とし、混色を調整するためには照明装置の他のＬＥＤからの光とすることができる。 In an exemplary embodiment, the improved lighting device uses LED lamp components to perform some or all of the above functions at a very low cost. The LED that generates the light can be turned off periodically to receive commands optically by the lamp, for example during periods that are not perceptible to the human eye. An optically transmitted command can be sent to the lamp, for example using a remote control. The illuminator uses the LED in the off state to receive the data and then set the light or measure the light accordingly. Such light can be ambient light with respect to the optical sensor function, and can be light from other LEDs in the lighting device to adjust color mixing.
ある例示的な実施形態では、照明装置は、ＬＥＤを使用して光を生成し、且つ従来の照明では不可能な節電機能を実行する制御装置との双方向通信を提供する。例えば、照明装置を、リモコンからの変調光でプログラミングして、オン／オフしたり、輝度や色を調整したり、環境光又はタイマのカウント値の変化に応じてオン／オフしたりできる。通常運転中には照明を生成するＬＥＤを、周期的にオフにして、人の目で知覚不可能な短い間隔中に、制御装置からの変調光を受信する。リモコンからのコマンドに応じて、照明装置はデータに従って変調した光を生成できる。また、リモコンをオフにし、太陽光に曝すと、制御装置のＬＥＤにより、トリクル充電電流を供給して、電池残量を満杯に維持できる。 In an exemplary embodiment, the lighting device provides bi-directional communication with a controller that uses LEDs to generate light and perform power saving functions that are not possible with conventional lighting. For example, the lighting device can be turned on / off by programming with modulated light from a remote controller, brightness or color can be adjusted, or turned on / off in response to changes in ambient light or timer count values. During normal operation, the LED that produces the illumination is periodically turned off to receive the modulated light from the controller during short intervals that are not perceptible to the human eye. In response to a command from the remote controller, the lighting device can generate light modulated according to the data. Further, when the remote control is turned off and exposed to sunlight, trickle charging current is supplied by the LED of the control device, and the remaining battery level can be kept full.
ある態様では、本発明は、インテリジェント照明装置システムと、場合によっては、リモコンを提供する。商用交流電源に通常接続する照明装置は、通常電池式のリモコンから、光を介して、コマンドを受信できる。次に、リモコンは、タイマ又は光検出動作するランプをプログラムする。例えば、日が暮れると、ランプはオンになり、その後消え、電源スイッチをオンにすると、ライトが着き、一定時間が経つと消え、ライトは一定時間で着いたり、消えたりし、ライトは夕暮れに着き、夜明けに消えるようにできる。また、調光を有効又は無効にできたり、環境光に基づいて自動的に調整できたりする。 In one aspect, the present invention provides an intelligent lighting device system and possibly a remote control. A lighting device that is normally connected to a commercial AC power source can receive commands from a normal battery-powered remote controller via light. Next, the remote control programs a timer or a lamp that performs light detection operation. For example, when the sun goes down, the lamp will turn on and then turn off, when you turn on the power switch, the light will come on, it will turn off after a certain time, the light will turn on and off at a certain time, and the light will turn at dusk You can arrive and disappear at dawn. Also, dimming can be enabled or disabled, or can be automatically adjusted based on ambient light.
オンにすると、照明装置は、周期的にＬＥＤをオフにして、コマンドが送られているかを判定する、又は環境光を測定する。リモコンは、そうした一時的なライトのオフと同期し、ユーザが指示すれば、コマンドを送る。コマンドは、オン／オフ、調光、タイマ、フォトセル（光電管／光電池）、色等とすることができる。リモコンでライトをオフにしても、交流電源は引続き有効である。装置は低パワーモードとなる。リモコンでライトをオンにすると、入射光線がＬＥＤを駆動して、ライトをオン可能にできる。また、ライトを、交流電源を除去してオフにでき、交流電源をオンにしてオンにできる。あるシーケンスで電力を循環させることで、光をデフォルト状態にリセットできる。 When turned on, the lighting device periodically turns off the LED to determine whether a command is being sent or to measure ambient light. The remote control synchronizes with such temporary light off and sends a command if the user instructs. The command can be on / off, dimming, timer, photocell (phototube / photocell), color, etc. Even if the light is turned off with the remote control, the AC power supply is still effective. The device is in a low power mode. When the light is turned on with the remote control, the incident light can drive the LED and turn on the light. Also, the light can be turned off by removing the AC power supply and can be turned on by turning on the AC power supply. Light can be reset to the default state by cycling power in a sequence.
ある実施形態では、照明装置は、感光性ＬＥＤ（即ち、赤色ＬＥＤ）を使用して、光出力を一時的にオフにする間隔中に、受信データ又は直流光を検出する。多色ライトに関しては、照明装置は、最も長波長のＬＥＤ（即ち、赤色ＬＥＤ）のチェーンを使用して、他色の出力パワーを検出できる。最も長波長のＬＥＤの２チェーンでは、各チェーンは、他方の連の出力パワーを測定でき、それによりフィードバックループが、各色や配合した混色の出力パワーを制御可能になる。 In some embodiments, the lighting device uses a photosensitive LED (ie, a red LED) to detect received data or direct current light during intervals that temporarily turn off the light output. For multicolor lights, the lighting device can detect the output power of other colors using the longest wavelength LED (ie, red LED) chain. In the two longest wavelength LED chains, each chain can measure the output power of the other series, which allows the feedback loop to control the output power of each color or blended color.
調光スイッチに接続してもよい、又はしなくてもよい既存のソケットに、照明装置（即ち、「ランプ」）を設置したなら、照明装置をリモコンで調光できる。リモコンは、短い「オフ」期間中に、出力光レベルを増大又は減少させるコマンドを送る。調光機能を、好適には、スイッチングレギュレータ周波数にロックされたスイッチング周波数でＬＥＤ駆動電流のパルス幅を変調して、或は単にＬＥＤ駆動電流を調整して、実行できる。 If the lighting device (ie, “lamp”) is installed in an existing socket that may or may not be connected to the dimming switch, the lighting device can be dimmed with a remote control. The remote control sends commands to increase or decrease the output light level during a short “off” period. The dimming function can be performed preferably by modulating the pulse width of the LED drive current at a switching frequency locked to the switching regulator frequency, or simply adjusting the LED drive current.
光検出を可能にした場合、短い光オフ期間中に、最も長波長のＬＥＤチェーンを使用して、環境光を測定できる。これを行うために、ＬＥＤを、光起電力モードに設定し、入射光線に比例する電圧を生成してもよい。電圧がコマンドで指定したレベルを超えた場合は、ランプはそれに応じてオフにできる。電圧が指定レベルより低くなった場合は、ランプはオンにできる。こうしたメカニズムにより、ライトを夜間にオンにし、日中にオフにすることができる。タイマと組合せて、ライトを夕暮れにオンにし、指定した時間後にオフにすることもできる。 When light detection is enabled, ambient light can be measured using the longest wavelength LED chain during a short light off period. To do this, the LED may be set in the photovoltaic mode to generate a voltage proportional to the incident light. If the voltage exceeds the level specified in the command, the lamp can be turned off accordingly. If the voltage drops below the specified level, the lamp can be turned on. This mechanism allows the light to turn on at night and off during the day. In combination with a timer, the light can be turned on at dusk and turned off after a specified time.
タイマを有効にすると、ランプは、様々な時刻にオン／オフでき、又はオンにしてから指定した時間後にオフにすることができる。ランプは、遠隔操作で、スイッチによって給電することで、又は光センサ機能で、オンにできる。アプリケーションに接続した商用電源では、タイマを、正確な周波数基準に対して交流周波数と同期させる。 When the timer is enabled, the lamp can be turned on / off at various times, or turned off after a specified time after being turned on. The lamp can be turned on remotely, powered by a switch, or with a light sensor function. In a commercial power supply connected to the application, the timer is synchronized with the AC frequency with respect to an accurate frequency reference.
電池で駆動すると、感光性ＬＥＤチェーンは、トリクル電流を供給して、電池を再充電できる。３０個の赤色ＬＥＤによるチェーン（例えば、ＣＲＥＥ社製ランプにおける）では、使用頻度が少ない非常灯等の用途で、充電式電池を充電状態に維持できる略１ｍＷのパワーを生成できる。発展途上国で一般的な太陽電池式やオフグリッドシステム等の用途に関しては、ランプの充電能力により、太陽光パネルの充電能力を増大させることができる。 When driven by a battery, the photosensitive LED chain can supply a trickle current to recharge the battery. A chain of 30 red LEDs (for example, in a lamp manufactured by CREE) can generate approximately 1 mW of power that can maintain a rechargeable battery in a charged state for applications such as emergency lights that are less frequently used. For applications such as solar cell systems and off-grid systems that are common in developing countries, the charging capacity of the solar panel can be increased by the charging capacity of the lamp.
添付図面を参照することにより、本発明について一層良く理解でき、本発明の多数の目的、特徴、効果が、当業者に明白になろう。 The invention can be better understood with reference to the following drawings, and numerous objects, features, and advantages of the invention will be apparent to those skilled in the art.
異なる図面で同じ参照記号を使用していれば、同等の、又は同一のアイテムを意味するものとする。本発明は、様々な変更例や別の形を取ることができるが、本発明の特定の実施形態について、図面で一例として示し、本明細書で詳細に説明する。しかしながら、当然、図面やそれに対する詳細な説明は、開示した特別な形に本発明を限定するものではなく、逆に、付記したクレームで規定した本発明の趣旨及び範囲に入る、全ての変更例、均等物、変形例を包含するものとする。 The use of the same reference symbols in different drawings shall mean equivalent or identical items. While the invention is susceptible to various modifications and alternative forms, specific embodiments thereof are shown by way of example in the drawings and will herein be described in detail. It should be understood, however, that the drawings and detailed description thereof are not intended to limit the invention to the particular forms disclosed, but are instead intended to cover all modifications that fall within the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. , Equivalents and modifications.
ここで図面を参照すると、図１は、照明装置１１とリモコン１２を含むインテリジェント照明装置システム１０の一実施例である。好適には、リモコン１２を、懐中電燈やテレビのリモコンのような電池式とし、リモコン１２を使用して、変調光で照明装置１１をプログラムする。照明装置１１を、好適には、電気ソケット（例えば、エジソン式ソケット）の商用交流電源で駆動すると、照明装置１１をリモコン１２で制御できる。照明装置１１を光生成可能にする（即ち、「オンにする」又は「光を生成させる」）と、照明装置１１は、リモコン１２からのコマンドもしくは環境からの環境光を検出する、又は多色照明装置１１の色を較正するために、一時的に及び周期的に発光を停止する。照明装置１１を、商用交流電源で駆動するが、光を生成可能にしない（即ち、「オフにする」）と、照明装置は低パワー状態になる。この状態では、リモコン１２からのコマンドを、照明装置１１によって引続き検出できる。照明装置１１は、データに従い変調した光を即座に生成して、リモコン１２に応答する。照明装置１１をデフォルト状態にリセットするのに、照明装置１１への電力を、特定のシーケンスで循環させる。
Referring now to the drawings, FIG. 1 is an example of an intelligent
図１は、多くの可能なインテリジェント照明装置システムのほんの一例である。例えば、照明装置１１を電池で駆動できる、又はリモコン１２を商用交流電源で駆動できる。別の実施例では、照明装置１１を設計又は製造する際にプログラムするなら、リモコン１２は全く不要である。事前にプログラムする装置の例として、事前に設定された常夜灯や、オンにしてから例えば１時間（又は、他の遅延時間）後に自動的にオフになるライトが挙げられる。そのような場合は、照明装置の機能を減らしてもよい。
FIG. 1 is just one example of many possible intelligent lighting system. For example, the
別の実施例では、プログラミング中に、リモコン１２からの光で、無電源照明装置１１を駆動できる。例えば、消費者は、こうしたリモコンを含む電球交換品を購入できる。その後、消費者は、電球をリモコンにかざして、電球をオンにしてから３５分後にオフにするよう設定し、次に、プログラムした電球を、何処かのソケットに持って行き、螺着できる。こうした電源内蔵式変形例でなければ、電球をプログラムするために、通電したソケットに螺着する必要があり、これは可能ではあるものの少し不便かも知れない。
In another embodiment, the
更なる実施例では、使用していない時には、リモコンの電池を、太陽光又は環境光によって充電できる。また、複数の照明装置１１は互いに通信できる。例えば、様々な政府は、近年、人が存在しているか否かに基づいて自動的にオン／オフするインテリジェントライトを特定の建物に設ける義務を導入している。大手照明会社の中には、動作検出器付きランプと、９００ＭＨｚのＲＦトランシーバから成るシステムを提供する会社もある。部屋の１個のランプが動作を検出すると、残りのライトにオンするよう伝える。このやり方についての２つの課題は：（１）ライトが高価である点と、（２）ＲＦ信号が壁を通過し、人が居ない他の部屋まで届く点である。本明細書に記載した装置は、（１）ＲＦ回路の費用を必要とせず（２）壁も通過しない光を介して互いに通信できる。また、調光や色制御のような機能は、ランプが互いに通信することから利益を得られる。例えば、ユーザは、１個のランプをプログラムして、その後、当該ランプで他のランプを再設定できる。更なる用途としては、２個のランプを絶えず互いに通信させるセキュリティがある。侵入者が該ランプ間を通り、一瞬でも光を遮ると、ランプがこれを検出し、建物の他のランプに、中央警備システムへのデイジーチェインのような方式で、情報を送信する。
In a further embodiment, the remote control battery can be charged by sunlight or ambient light when not in use. Moreover, the some illuminating
表２は、リモコン１２に照明装置１１をオン／オフ可能にさせ、出力を調節可能にさせ、色を３つの異なる設定の１つに変更可能にさせる、照明装置１１に対するコマンド１４のリスト例である。また、照明装置１１を、特定のカウントに達した時刻カウンタに応じて、又は環境光が特定レベルより下がると自動的にオンするように、及び照明装置１１がオンしてからタイマが特定のカウントに到達した後に、又は環境光が特定レベルより上がると自動的にオフするように、設定することができる。この実施例では、色の混合について常時自動的に測定し、特定の設定に調整する。コマンド１４のセット例では、４ビットを使用して、１６進コード１３を作成できる。
Table 2 is an example list of commands 14 for the
好適には、１６進コード１３の前に同期パターンを付けて、その後にパリティを付けて、８ビットの転送シーケンスを作成する。また、時間を設定するコマンドが、実際の時刻に追従しなければならない。１日は１４４０分あるので、分解能１分とした時間には１１ビットが必要で、この１１ビットを、コマンド後に連続した２回の転送で送信できる。 Preferably, a synchronization pattern is added before the hexadecimal code 13, and a parity is added after that to create an 8-bit transfer sequence. Also, the command for setting the time must follow the actual time. Since there are 1440 minutes in a day, 11 bits are required for the time taken to have a resolution of 1 minute, and these 11 bits can be transmitted in two consecutive transfers after the command.
表２は、多くの可能なコマンド１４と１６進コード１３のセットのほんの一例である。例えば、多色ライトにおいて、個々の構成要素を調光できる、又は色較正を可能／不可能にできる。別の実施例として、時刻カウンタで、曜日もカウントすることができる。照明装置１１は、これらの機能のサブセットを有することができる、又はストローブや連続的に色を変化させる等の様々な他の機能を有することができる。また、照明装置１１の状態やレジスタ内容を読出すこともできる。更に、コマンド１４に対する１６進コード１３の割り付けを、完全に違うものにしてもよく、コマンド１４の数に応じて、より多い又は少ないビットを含んでもよい。
Table 2 is just an example of the many possible command 14 and hexadecimal code 13 sets. For example, in a multicolor light, individual components can be dimmed or color calibration can be enabled / disabled. As another embodiment, the day of the week can be counted with a time counter. The
図３は、照明装置１１が光を生成している際に、照明装置１１とリモコン１２との間でコマンド１４を通信するタイミング図の例である。光を生成しないと、照明装置１１からのパルス幅変調光ＰＷＭ２０を、ギャップ２１によって周期的に遮断する。本実施例のギャップ周期２２は１秒である。ギャップ時間２３を、商用電源周期の半分、即ち６０Ｈｚで８．３３ミリ秒と等しくする。リモコン１２は、照明装置１１からのＰＷＭ２０光のギャップ２１に同期し、ギャップ２１中に、コマンドＣＭＤ２４を送信できる。ＣＭＤ２４をリモコン１２から送信し、照明装置１１が正しく受信すると、照明装置１１は、ＣＭＤ２４直後に応答ＲＳＰ２５を提供する。好適には、リモコン１２を、狭い範囲に集光させて（懐中電灯のように）、複数のかかる照明装置を有する部屋で、ユーザが、特定の照明装置に向けてリモコンのコマンドを送るのを助けるようにしてもよい。ユーザは、光線を視認して、その光線で直接１個のライトに照らすようにできる。このようにして、リモコンからの光を照明装置に集光したり、照明装置からの光をリモコンの検出器に集光したりする。
FIG. 3 is an example of a timing diagram in which a command 14 is communicated between the
この実施例では、照明装置１１からの光を、商用電源周波数を１６回、即ち６０Ｈｚ交流で９６０Ｈｚにパルス幅変調して、ＬＥＤ波長を変えずに調光可能にする。最大輝度では、オフ時間を非常に短くする、又は全く存在させず、低光レベルでは、オン時間を短くする。パルスの周波数は固定したままにする。リモコン１２を照明装置１１との同期を喪失しないために、ギャップ２１直前の照明装置１１からのパルスを、好適には、リモコン１２が検出可能な最小幅より狭くしないようにする。
In this embodiment, the light from the
別の実施例では、連続するコマンドをより速く通信可能にするように、照明装置１１とリモコン１２が第１ＣＭＤ２４を通信した後に、１秒のギャップ周期２２を、例えば２００ミリ秒に短縮することができる。低パワーと高パワーとの間に多数のパワーレベル段階が存在することもあるため、これは調光にとって重要でありうる。リモコン１２がコマンド送信を停止したなら、ギャップ周期２２は元の１秒間隔まで広くなる。
In another embodiment, the gap period 22 of 1 second may be reduced to, for example, 200 milliseconds after the
照明装置１１が光を生成していない場合には、リモコン１２は、ギャップ２１を検出せずに、コマンドＣＭＤ２４をいつでも送信できる。図３に示したプロトコルは、トランザクション前後に照明装置１１がＰＷＭ２０光を出力しない点を除いて、変わらない。
When the
コマンドＣＭＤ２４を送信しない場合、又は照明装置１１が光を生成していない場合には、照明装置１１はギャップ２１中に環境光を測定できる。コマンドＣＭＤ２４を送信する場合には、環境光レベルを受光から減算して、その結果を使用して、照明装置１１をオン／オフするタイミングを、光センサの機能を有効にする際に、決定する。更に具体的には、照明装置がコマンドを受信している際に、背景光又は環境光により、ＬＥＤ（又はフォトダイオード）全体の光誘起電圧で直流オフセットが発生する。コマンドが全く送信されない時にギャップ２１中に光誘起電圧を測定して、コマンドを受信する時に該測定電圧を誘起電圧から減算することにより、この直流オフセットを除去できる。又は、照明装置内の受信機により、誘起電圧を高域フィルタリングして、直流オフセットを除去できる。データ転送速度は遅いので、受信機は直流阻止（及び等化）用デジタルフィルタを使用してもよい。直流オフセットについてコマンドを受信する前に分かれば、デジタルフィルタの初期状態をそれに応じて設定でき、整定時間を短縮できる。光センサの機能を有効にした場合、照明装置が光を生成している時には、環境光をギャップ２１中に測定し、光を生成していない時には、常時測定する。
When the
また、多色照明装置１１では、ギャップ２１中又は照明装置１１が光を生成していない時に、個々の色の強度を測定できる。例えば、照明装置１１をオンにすると、照明装置１１は、各色の強度を簡単に測定して後に、所望する光を生成できる。その後、例えば照明装置が暖まると、周期的に、ギャップ２１中に色成分を測定できる。
Further, in the
図３は、多くの可能なタイミング図のほんの一例である。ギャップ周期２２及びギャップ時間２３は、用途に応じて、大幅に異なるものにできる。応答ＲＳＰ２５を、異なる時間で送信できる、又は全く送信しないこともできる。コマンドＣＭＤ２４は、ＰＷＭサイクルがオフの間でも送信でき、応答ＲＳＰ２５は、ＰＷＭデューティサイクル中にバラツキが出てもよい。更なるエラー防御を提供するために、コマンドＣＭＤ２４を、１回又は複数回繰返して後に、有効にできる。多様なタイミング図と通信プロトコルを実行できる。電池又は商用交流電源の代わりにリモコン１２からの光で駆動する照明装置１１に関しては、プロトコルは、コンデンサに、例えば照明装置１１を駆動し、データを通信するための電荷を十分に蓄積して、十分な照明持続時間を含むことができる。
FIG. 3 is just one example of many possible timing diagrams. The gap period 22 and gap time 23 can be significantly different depending on the application. The
図４は、照明装置１１が光を生成している時の、照明装置１１とリモコン１２とのビットレベルの通信について説明しているタイミング図の例である。通信は、照明装置１１がＰＷＭ２０の出力を停止することで開始する。照明装置の同期ＩＤＳＹＮＣ３０パルスが、ギャップ２１の前に照明装置１１が生成する最後のＰＷＭパルスとなる。ＩＤＳＹＮＣ３０の幅を、リモコン１２が検出可能な最小パルス幅より大きくする。短い一連のパルスといった他の同期シーケンスも、各ギャップ２１前に生成してもよい。リモコン１２からのＣＭＤ２４は、同期パターンＳＹＮＣ ３１の３つの１と、１６進コード１３と、偶数パリティビットＰ３２とを含み、これらをバイフェーズ符号化する。この実施例では、コマンド１４を、「ライトをオフにする」とする。照明装置１１で適切にＣＭＤ２４を受信した場合、応答ＲＳＰ２５は、ＣＭＤ２４を構成したのと同じバイフェーズ符号化したＳＹＮＣ ３１、１６進コード１３、パリティＰ３２を含む。
FIG. 4 is an example of a timing diagram illustrating bit-level communication between the
照明装置１１が光を生成していない場合には、図４で示したプロトコルは、照明装置がトランザクション前後でＰＷＭ２０光（又はＩＤＳＹＮＣ３０）を出力しない点を除いて、変わらない。
When the
図４は、多くの可能なビットタイミング図のほんの一例である。このプロトコルは、バイフェーズ符号化の代わりに、４ｂ５ｂ、８ｂ１０ｂ、ＮＲＺ等の多くの公知な符号化方式のいずれを使用することもできる。ＳＹＮＣ３１は、全く何もないものも含む、様々な長さ及びシーケンスを有することができる。１６進コード１３は、より多くの又は少ないビットを有することができ、パリティＰ３２は偶数又は奇数、２ビット以上、又は全く無くすることができる。ＣＲＣコードを、エラー検出に使用できる。リモコン１２からの光で駆動する照明装置１１に関しては、プロトコルを大幅に異なるものにできる。特に、リモコン１２から発光した光によって、例えば照明装置１１から送信したビット間で照明装置１１のコンデンサを再充電しながら、データを一度に１ビットずつ、照明装置１１からリモコン１２に送信する必要があるかも知れない。これを行うために有用なトランシーバ技術が、米国特許出願第１２／３６０，４６７号（２００９年１月２７日付で、デヴィッド・ジェイ・ナップ（Ｄａｖｉｄ Ｊ．Ｋｎａｐｐ）氏が「ノード間の双方向ポイントツーポイント通信リンクを利用したフォールトトレラントなネットワーク（Ｆａｕｌｔ Ｔｏｌｅｒａｎｔ Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｕｔｉｌｉｚｉｎｇ Ｂｉ-Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ Ｐｏｉｎｔ-ｔｏ-Ｐｏｉｎｔ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ Ｌｉｎｋｓ Ｂｅｔｗｅｅｎ Ｎｏｄｅｓ）」と題して出願）と、米国特許仮出願第６１／０９４，５９５号（２００８年９月５日付で、デヴィッド・ジェイ・ナップ氏が「光通信装置、方法、及びシステム（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｄｅｖｉｃｅ， Ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ Ｓｙｓｔｅｍ）」と題して出願）と、米国特許出願第１２／５８４，１４３号（２００９年９月１日付で、デヴィッド・ジェイ・ナップ氏が「光通信装置、方法、及びシステム（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｄｅｖｉｃｅ， Ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ Ｓｙｓｔｅｍ）」と題して出願）に記載されており、夫々を全体として参照により本明細書に組込むものとする。
FIG. 4 is just one example of many possible bit timing diagrams. This protocol can use any of a number of known encoding schemes such as 4b5b, 8b10b, NRZ, etc. instead of biphase encoding. The
図５は、例示的な照明装置１１に関するブロック図の例であり、該照明装置１１は、ＥＭＩフィルタ及び整流器４１、交流／直流変換器、分圧器、集積回路ＩＣ５４、ＬＥＤチェーン５３を含む。ＥＭＩフィルタ及び整流器４１とで、全波整流バージョンの商用交流電源ＶＡＣ４０を構成し、商用電源に対する過渡障害が整流電力に影響を与えることや、照明装置１１のスイッチングノイズが商用電源に影響を与えることを抑制する。分圧器は、抵抗Ｒ４２及びＲ４３を含み、ＩＣ５４に対する減電圧バージョンの整流した商用電源信号である信号Ｓ５７を生成する。交流／直流交換器は、インダクタ４４及び４５（本明細書ではまたインダクタＬ４４及びＬ４５とも表す）、コンデンサ４６及び４７（また「コンデンサＣ４６及びＣ４７」）、ダイオード（また「ダイオードＤ４８」）、Ｎチャンネルのスイッチトランジスタ４９（また「スイッチＮ４９」）、集積回路５４（ＩＣ５４）上の電力制御装置６２を含む。本実施例では、ＬＥＤチェーン５３を示しており、該チェーンは、ＬＥＤ５０、ＬＥＤ５１、ＬＥＤ５２から成り、ＬＥＤ５２とＬＥＤ５３との間を点線にして、ＬＥＤチェーン５３が多数のＬＥＤを含むことを示している。この構造は、単色ライト、又は青色ＬＥＤに蛍光体コーティングを施して作製する白色ライトに典型的なものである。多色照明装置は、通常、各色別にＬＥＤチェーンを有する。
FIG. 5 is an example block diagram for an
ＩＣ５４は、メモリ及び制御装置６０、ＰＬＬ及びタイミング６１、電源制御装置６２、受信機６３、出力ドライバ６４を含む。メモリ及び制御装置６０は、タイマや光センサを有効にする等の設定情報を保存する不揮発性メモリと、調光等の設定のための揮発性（又は不揮発性）メモリを含む。また、メモリ及び制御装置６０は、リモコン１２とのデータ転送を管理し、パルス幅変調（ＰＷＭ）ＬＥＤドライブ信号Ｓ５９を生成し、タイマと、ＩＣ５４と照明装置１１の全機能を制御する状態機械とを実行する論理を含む。
The
ＰＬＬ及びタイミング６１は、照明装置を駆動する際にＳ５７に位相ロックされる高周波クロックを生成する位相ロックループを含む。Ｒ４２及びＲ４３から成る分圧器は、ＩＣ５４の電圧定格を超えない、且つＰＬＬがそれに対してロックする低電圧バージョンの整流商用電源電圧Ｓ５７を提供する。ＩＣ５４上の他の全回路は、ＰＬＬ及びタイミング６１の出力（図示せず）に同期させる。
The PLL and
ＰＬＬ及びタイミング６１により、商用電源の周波数にロックして、照明装置１１を、時刻タイマ機能に関して正確な時間基準を維持可能にする。同様に、ギャップ周期２２とギャップ時間２３を、ＶＡＣ４０のタイミングに正確に一致させられる。そうしたタイミングにより、複数の照明装置１１を、光を用いて互いに同期させ、直接通信可能にできる。例えば、複数の照明装置（即ち「ＩＤ」）は、光を生成する直前にＧＡＰ（例えば、ギャップ２１）をまず探すことで、互いに同期できる。適切なＧＡＰを見つけたなら、照明装置はそれらと同期する。ギャップを全く見つけられない場合は、同期するものがなく、当該照明装置が、他の照明装置がオンになる時にロック対象となるタイミングマスタになる。好適には、かかる照明装置は、同期が失われた場合でも検出可能に、また再ロック可能にすべきである。照明装置及びシステムに関する、並びに可視光通信システム及び方法に関する更なる実施形態が、米国特許仮出願第６１／３３６，２４２号（２０１０年１月１９日付で、デヴィッド・ジェイ・ナップ（Ｄａｖｉｄ Ｊ．Ｋｎａｐｐ）氏が「照明装置及び関連システム及び方法（Ｉｌｌｕｍｉｎａｔｉｏｎ Ｄｅｖｉｃｅｓ ａｎｄ Ｒｅｌａｔｅｄ Ｓｙｓｔｅｍｓ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄｓ）」と題して出願）と、米国特許仮出願第６１／３３９，２７３号（２０１０年３月２日付で、デヴィッド・ジェイ・ナップ氏他が「可視光通信のシステム及び方法（Ｓｙｓｔｅｍｓ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄｓ ｆｏｒ Ｖｉｓｉｂｌｅ Ｌｉｇｈｔ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ）」と題して出願）に記載されており、夫々を全体として参照により本明細書に組込むものとする点に、更に注目されたい。ディスプレイ関連システム及び方法、ディスプレイキャリブレーションシステム及び方法、ＬＥＤキャリブレーションシステム及び方法について、米国特許仮出願第６１／２７３，５１８号（２００９年８月５日付で、デヴィッド・ジェイ・ナップ氏が、「ディスプレイ及び光ポインタシステム、及び関連方法（Ｄｉｓｐｌａｙ ａｎｄ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｐｏｉｎｔｅｒ Ｓｙｓｔｅｍｓ ａｎｄ Ｒｅｌａｔｅｄ Ｍｅｔｈｏｄｓ）」と題して出願）と、米国特許仮出願第６１／２７３，５３６号（２００９年８月５日付で、デヴィッド・ジェイ・ナップ氏が、「ディスプレイキャリブレーションシステム及び関連方法（Ｄｉｓｐｌａｙ Ｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍｓ ａｎｄ Ｒｅｌａｔｅｄ Ｍｅｔｈｏｄｓ）」と題して出願）と、米国特許仮出願第６１／２７７，８７１号（２００９年９月３０日付で、デヴィッド・ジェイ・ナップ氏が、「ＬＥＤキャリブレーションシステム及び関連方法（ＬＥＤ Ｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍｓ ａｎｄ Ｒｅｌａｔｅｄ Ｍｅｔｈｏｄｓ）」と題して出願）と、米国特許仮出願第６１／２８１，０４６号（２００９年１１月１２日付で、デヴィッド・ジェイ・ナップ氏が、「ＬＥＤキャリブレーションシステム及び関連方法（ＬＥＤ Ｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍｓ ａｎｄ Ｒｅｌａｔｅｄ Ｍｅｔｈｏｄｓ）」と題して出願）に記載されており、夫々を全体として参照により本明細書に組込むものとする点に、更に注目されたい。
The PLL and
ＶＡＣ４０をオフにしても、コンデンサＣ４７により、若干の期間ＩＣ５４への給電を維持できる。ＶＡＣ４０をこの期間内でオフ／オンした場合、ＩＣ５４は給電状態に保たれる。照明装置１１をデフォルト状態にリセットするには、ＶＡＣ４０を、指定した期間中何度もオン／オフできる。例えば、リセットのシーケンスを、オンとオフを短い間隔で３回繰返し、その後それより長い間隔でオンとオフを３回繰返し、最後に短い間隔でオンとオフを更に３回繰返すものとする。ＰＬＬ及びタイミング６１で、信号Ｓ５７、信号ＩＣ５４を監視して、信号Ｓ５７がローであれば、低電力状態に入れると共に、短いＶＡＣ４０のオン／オフ周期の時間を測定する。ＰＬＬ及びタイミング６１により、適切なＶＡＣ４０のオン／オフシーケンスを検出すると、ＩＣ５４をデフォルト状態にリセットする。
Even if the
電源制御装置６２は、外部構成要素のインダクタＬ４４とＬ４５、コンデンサＣ４６とＣ４７、ダイオードＤ４８、スイッチＮ４９、及び出力ドライバ６４からの電流検出フィードバックと共に、交流／直流交換器の機能を実行する。こうして実行する構成は、周知のＳＥＰＩＣ（Ｓｉｎｇｌｅ Ｅｎｄｅｄ Ｐｒｉｍａｒｙ Ｉｎｄｕｃｔｏｒ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）となる。スイッチＮ４９を、１ＭＨｚ等の比較的高い周波数で、デューティサイクルを変えながら、電源制御装置６２によってオン／オフして、ＬＥＤチェーン５３に流す所望の電流を発生させる。スイッチＮ４９を閉じると、Ｌ４４とＬ４５からの電流がスイッチＮ４９を通り引込まれ、コンデンサＣ４６に蓄積した電荷でＬＥＤチェーン５３に電流を供給する。スイッチＮ４９を開くと、インダクタＬ４４とＬ４５を通る電流がダイオードＤ４８を通り、ＬＥＤチェーン５３及びＣ４７に流れる。
The power
電源制御装置６２は、出力ドライバ６４からの電圧フィードバック信号Ｖｆｂ６５と、内部基準電圧とを比較して、スイッチＮ４９に接続した制御信号Ｓ５８のデューティサイクルを調整するエラー信号を生成する。ＬＥＤチェーン５３の電流が出力ドライバ６４の小型抵抗（図示せず）を通り流れて、信号Ｖｆｂ６５を生成する。ＬＥＤチェーン５３をオフにすると、Ｖｆｂ６５は、分割バージョンのＶ＋５５となるが、該Ｖ＋５５は、データを受信する時、及びＰＷＭ調光をオフにした時間中に発生する。制御ループは、ＬＥＤチェーン５３がオンの際と同じ電圧でＶ＋５５を維持するように、フィードバック分割器を調整する。
The
出力ドライバ６４によりＬＥＤチェーン５３への電流をオン又はオフすると、電源制御装置６２が新たな信号Ｓ５８のデューティサイクルに調整できる前に、大量の過渡電圧がＶ＋５５で発生することがある。ＬＥＤチェーン５３の電流をオフにすると、Ｓ５８のデューティサイクルが減少するまでＶ＋５５が上昇し、またＬＥＤチェーン５３の電流をオフにすると、Ｓ５８のデューティサイクルが増加するまでＶ＋５５が低下する。かかる過渡現象を抑制するには、そうした変化が発生する前に、電源制御装置６２でメモリ及び制御装置６０から情報を受信し、かかる変化が必要となる時点で、Ｓ５８のデューティサイクルを調整する。出力ドライバ６４がＬＥＤチェーン５３の電流をオフにする直前に、電源制御装置６２により、Ｓ５８のデューティサイクルを測定して、その結果を保存する。Ｖ＋５５が急激に上昇するのを防ぐために、次回ＬＥＤチェーン５３の電流がオフにされると直ぐに、このデューティサイクルに戻す。同様に、ＬＥＤ電流をオンにすると、Ｓ５８のデューティサイクルを測定し、その結果を保存し、その後Ｖ＋５５が急激に低下するのを防ぐために、該デューティサイクルに戻す。
When the current to the LED chain 53 is turned on or off by the
スイッチを接地（図示せず）した状態で、出力ドライバ６４で、ＬＥＤチェーン５３の電流をオン／オフする。スイッチをオンにすると、電流はＶ＋５５からＬＥＤチェーン５３とスイッチを通してアース端子に流れ、スイッチをオフにすると、電流は流れない。スイッチをオンにすると、スイッチと直列の小型抵抗は、Ｖｆｂ６５を生成する。スイッチをオンにすると、制御ループは、Ｖ＋５５からの可変分圧器の出力をＶｆｂ６５と比較し、出力がＶｆｂ６５と等しくなるまで、分圧器を調整する。また、ＬＥＤチェーン５３の電流をオフにすると、Ｖ＋５５の分圧器ループもオフにされ、分圧器は一定のままとなる。ＬＥＤチェーン５３の電流がオフの間、この分圧したバージョンのＶ＋５５を、Ｖｆｂ６５を通じて電源制御装置６２に送る。
With the switch grounded (not shown), the
ＬＥＤチェーン５３の電流を出力ドライバ６４がオフにすると、受信機６３は、リモコン１２からデータを受信する。リモコン１２からの変調光を、ＬＥＤチェーン５３によって電圧信号Ｓ５９に変換するが、ＬＥＤチェーン５３は、太陽光パネルにおけるような、光起電力モードで動作する。受信機６３は、Ｓ５９を高域フィルタリングして、環境光からの直流成分を遮断し、光起電力ＬＥＤチェーン５３の低帯域幅をキャンセルする。かかる帯域幅は、通常１Ｋビット／秒（１Ｋｂｐｓ）までサポートするが、適切な等化フィルタを使って、データ転送速度を、１０倍以上に速くできる。図３及び図４のプロトコルをサポートするには、２Ｋｂｐｓは必要である。受信機６３は、交流／直流変換器とデジタルフィルタを含み、信号Ｓ５９を等化する。データをリモコン１２から、ＩＣ５４がロックされる商用交流電源の周波数と同期させて送信するため、タイミング回復は不要となる。デジタルフィルタの出力を、適切な時期に単にサンプリングするだけである。
When the
照明装置１１が光を生成していない時に、リモコン１２はギャップ２１の有無を検出する。リモコン１２は、照明装置からのギャップ２１と同期しないため、またリモコン１２は電池式であるため、リモコン１２からのデータは、照明装置１１のタイミングとは同期しない。リモコン１２が水晶振動子等の精確な発振器を有すると仮定すると、リモコン１２と照明装置１１の基準クロックは、通常互いに２００〜３００ｐｐｍとなる。照明装置１１は、タイマを、高周波でＳＹＮＣ３１の第３パルスの立ち下がりエッジで刻時するようリセットし、このタイマを使用して、受信データをサンプリングし、送信データを生成する。１転送に費やす１６ミリ秒中での２基準クロック間のドリフトは、僅かである。
When the
照明装置１１は、ギャップ２１中に、また照明装置１１が光を生成していない時に、受信機６３の交流／直流変換器で信号Ｓ５９の平均電圧を測定することによって、環境光を測定する。交流／直流変換器を、周知のチョッパ安定化構造等の直流誤差が小さくなるよう設計して、極めて低い光レベルを測定できるようにすべきである。
The
図５は、多くの可能な照明装置１１のブロック図のほんの一例である。例えば、多色ライトのための照明装置１１の構造は、各構成色用のＬＥＤチェーン５３と出力ドライバ６４から構成する。例示的な色の組合せとして、赤、緑、青、又は赤、黄、緑、青、又は赤と白から構成することができる。ギャップ２１中、また照明装置１１が光を生成していない時に、低光周波数ＬＥＤにより、互いの光強度、及び高光周波数ＬＥＤの光強度を測定できる。例えば、赤と白色の照明装置では、例えば、ギャップ２１中に、白色のＬＥＤチェーンが光を生成できると共に、赤色のＬＥＤチェーンを受信機に接続でき、光パワーを測定できる。赤色ＬＥＤを別々の出力ドライバを有する２つの別々のチェーンに構築した場合、例えばギャップ２１中に、片方の赤色ＬＥＤチェーンで、他方の光パワーを測定できる。各ＬＥＤチェーンからの光パワーを測定することで、照明装置は、異なるＬＥＤチェーンへの電流を調整して、特定の色点を、例えばＬＥＤの変化、温度変化、ＬＥＤの耐用年数に対して維持することができる。単一の受信機６３を、異なる時間で、異なるＬＥＤチェーンに共有、接続できる、又は複数の受信機６３を実装することもできる。
FIG. 5 is just one example of a block diagram of many
設定中にリモコン１２によって駆動できる照明装置に関する、別の例の照明装置１１のブロック図では、第２の極めて低パワーの受信機を含むことができる。第２受信機は、変調光を受光するＬＥＤチェーンによって駆動でき、非揮発性メモリに設定情報を保存できる。通常、光によってＬＥＤチェーン全体に誘起する平均電圧は、同じＬＥＤチェーンから光を生成するのに必要な電圧よりかなり低い。誘導電圧は、コンデンサＣ４７全体に蓄えられ、ＬＥＤチェーン５３の小片（ｓｅｇｍｅｎｔ）を、出力ドライバ６４に接続して、リモコン１２に応答を発することができる。駆動していない際に照明装置１１を設定するための通信プロトコルは、図３とは異なり、夫々が光パルスを発した後に、コンデンサＣ４７を再充電可能にする。それを行うのに有用な技術については、前述の米国特許出願第１２／３６０，４６７号と、前述の米国特許仮出願第６１／０９４，５９５号に記載されている。
In a block diagram of another
商用交流電源の代わりに電池で駆動する照明装置１１に関するブロック図では、電池と、可能性があるものとして周知のバック、ブースト、バックブースト（ｂｏｏｓｔ ｂｕｃｋ）、又はフライバック等様々な種類のスイッチング電源とが設けられるであろう。充電式電池を用いて、ＬＥＤに入射する環境光や太陽光で電力を生成して、電池を再充電できる。そうした照明装置１１のブロック図では、充電装置を管理する第２の電源制御装置６２を有することができる。また、商用交流電源で駆動する照明装置には、バックブーストやフライバックといった多様な異なる交流／直流変換器を有することもできる。また、そうした照明装置は、電気が切れた場合でも照明装置が時刻カウンタを維持可能なバックアップ用充電式電池を有することもできる。また、照明装置１１のタイミングを、例えば、商用電源周波数の代わりに、局部水晶発振器に基づいて計ることもできる。
In the block diagram of the
更なる実施例として、データを受信するのに、例えばＬＥＤの代わりにシリコンフォトダイオードを使用する照明装置のブロック図では、受信機６３をＬＥＤチェーン５３の代わりにフォトダイオードに接続する。そうした構造は、特に光起電力モードで上手く作動しない、蛍光体でコーティングした白色ＬＥＤだけを使用する照明装置に有用となろう。シリコンフォトダイオードは、リモコン１２からコマンド２４を受信し、環境光を測定し、ＬＥＤチェーンから発した光を測定できる。
As a further example, in a block diagram of a lighting device that uses, for example, a silicon photodiode instead of an LED to receive data, the
また、複数の照明装置は、互いに通信することもできる。この実施例では、照明装置１１は、他の照明装置と同期し、且つ伝送帯域幅に関して調停（ａｒｂｉｔｒａｔｅ）するように、プロトコルを実行することができる。オンにすると、照明装置１１は、環境光をモニタして、適切なギャップ周期２２とギャップ時間２３を有するギャップ２１を捜し、見つけた場合、当該ギャップ２１と同期させることができる。全照明装置を商用交流電源に接続する場合、極めて正確な同期が可能である。照明装置は、多くの周知の調停プロトコルの何れかに従い帯域幅を調停することができる。例えば、２台の照明装置が同時に送信した場合、両照明装置は、衝突を検出し、任意の期間待機させて後に再度通信を試みる。別の可能性として、ＣＭＤ２４は、衝突の場合、どちらの照明装置が送信を停止するかを示す優先コードを含むことができる。
The plurality of lighting devices can also communicate with each other. In this embodiment, the
本明細書では、照明装置とは、通常、人間が知覚できる種類の一般的な光だが、場合によっては、赤外線又は他の波長の光を生成するもの、と考える。光を生成可能な（即ち、「オンである」）照明装置とは、上述したように、ギャップ中やＰＷＭ信号のオフ時間中といった、光源が一時的にオフにされ、実際に発光していない極めて短い期間が存在したとしても、「オン状態」に設定される（即ち、照明状態をオン状態に設定させる）ものと見なしてもよい。照明装置のオン状態とオフ状態については、上述した文脈で明らかで、実際の光源のオン／オフ状態と混同しないはずである。 As used herein, a lighting device is typically a type of general light that can be perceived by humans, but in some cases is considered to generate light of infrared or other wavelengths. As described above, a lighting device capable of generating light (that is, “on”) means that the light source is temporarily turned off and is not actually emitting light, such as during the gap or during the OFF time of the PWM signal. Even if there is a very short period, it may be considered to be set to the “on state” (that is, the lighting state is set to the on state). The lighting device on and off states are apparent in the above context and should not be confused with the actual light source on / off state.
照明装置を、照明装置への電力の供給／除去等（照明装置を挿嵌したライトソケットを通電することによって等）数回のイベントによって、タイマイベントによって、環境光の制御によって、及びリモートコマンドによって、オン状態又はオフ状態に設定してもよい。 The lighting device can be supplied / removed power to the lighting device, etc. (such as by energizing the light socket with the lighting device inserted), by several events, by timer events, by ambient light control, and by remote commands , It may be set to an on state or an off state.
本明細書では例示的なブロック図を表したが、照明装置に関する他のブロック分割を提供してもよい。本明細書で用いたように、照明装置の属性とは、照明装置に関する操作状態又は設定パラメータを表してもよい。例として、照明装置内の１つ又は複数の光源夫々の、照明状態、タイマ設定、遅延の設定、色設定、光検出モード設定、調光設定、時刻等が挙げられる。 Although an exemplary block diagram is presented herein, other block divisions for the lighting device may be provided. As used herein, the attribute of the lighting device may represent an operation state or a setting parameter related to the lighting device. Examples include lighting state, timer setting, delay setting, color setting, light detection mode setting, dimming setting, time, etc., for each of one or more light sources in the lighting device.
本発明は、様々な変更例や変形例が可能だが、本発明の特定の実施形態について、一例として示し、説明した。しかしながら、当然、それらに対する図面や詳細な説明は、開示した特定の形に本発明を限定するものではない。 While the invention is susceptible to various modifications and alternative forms, specific embodiments thereof have been shown and described by way of example. However, it should be understood that the drawings and detailed description thereof are not intended to limit the invention to the particular forms disclosed.
Claims (15)
前記照明装置の外からの入射光線に応じて前記光源を制御するように構成した光制御回路と、
を含み、
前記光制御回路を、前記照明装置をオン状態に設定すると、照明に周期的なギャップを生成するために前記光源を周期的かつ一時的にオフにするよう構成し、前記光源を、前記周期的なギャップ中および前記照明装置がオフ状態に設定されたときに前記入射光線を検出するよう構成し、前記周期的なギャップは、前記照明装置に給電する交流電圧源の周波数に同期される、照明装置。 A light source configured to provide illumination when the lighting device is set to an on state;
A light control circuit configured to control the light source in response to incident light from outside the illumination device;
Including
The light control circuit is configured to periodically and temporarily turn off the light source to create a periodic gap in illumination when the lighting device is set to an on state, and the light source such gaps in and the lighting device is configured to detect the incident light beam when it is set to the oFF state, the periodic gap is synchronized with the frequency of the AC voltage source for supplying power to the lighting device, the lighting apparatus.
前記受信機ブロックは、前記光源をオフにした前記周期的なギャップ中に、前記入射光線に反応する、請求項１に記載の照明装置。 The light control circuit includes a receiver block configured to demodulate incident light from outside the illumination device and detect an optically modulated command carried by the incident light;
The illuminator of claim 1, wherein the receiver block is responsive to the incident light during the periodic gap with the light source turned off.
前記照明装置をオン状態に設定すると、前記方法は、
第１時間に、照明を提供するために光源を動作するステップと、
第２時間に、照明に周期的なギャップを生成するために周期的且つ一時的に前記光源をオフにするステップであって、前記周期的なギャップは、前記照明装置に給電する前記交流電圧源の周波数に同期される、ステップと、
前記周期的なギャップ中および前記照明装置がオフ状態に設定されたときに、前記照明装置の外からの入射光線を検出するステップと、
前記入射光線に応じて、前記照明装置を制御するステップと、
を含むことを特徴とする、方法。 A method of operating a lighting device powered by an alternating voltage source,
When the lighting device is set to an on state, the method includes:
Operating a light source to provide illumination at a first time;
Periodically and temporarily turning off the light source to generate a periodic gap in illumination at a second time, wherein the periodic gap supplies the AC voltage source to the lighting device; Synchronized to the frequency of the step, and
Detecting incident light rays from outside the illumination device during the periodic gap and when the illumination device is set to an off state ;
Controlling the illumination device in response to the incident light beam;
A method comprising the steps of:
前記入射光線によって伝えられた光学的に変調されたデータコマンドを復号するために、前記入射光線を復調するステップと、
前記入射光線から復号された前記データコマンドに応じて、前記照明装置の属性を変えるステップと、
を含む、請求項９に記載の方法。 The controlling step includes
Demodulating the incident beam to decode optically modulated data commands carried by the incident beam;
Changing the attribute of the illumination device in response to the data command decoded from the incident ray;
The method of claim 9, comprising:
前記制御するステップは、検出された環境光の量に応じて前記照明装置の明るさを調整することを含む、請求項９に記載の方法。 Incident light from outside the lighting device includes ambient light,
The method according to claim 9, wherein the controlling step includes adjusting the brightness of the lighting device according to a detected amount of ambient light.
前記照明装置をオン状態に設定すると照明を提供するように構成された第１のＬＥＤ及び第２のＬＥＤと、
前記第１のＬＥＤから提供された照明に周期的なギャップを生成するために、周期的且つ一時的に前記第１のＬＥＤをオフするように構成された光制御回路であって、前記周期的なギャップは前記照明装置に給電する交流電圧源の周波数に同期される、光制御回路と、を含み、
前記第１のＬＥＤは、前記周期的なギャップ中に前記第２のＬＥＤから放出される光を検出し、前記照明装置がオフ状態に設定されたときに環境光を検出する光検出器として構成される、照明装置。 A lighting device,
A first LED and a second LE D that are configured to provide illumination by setting the lighting device in the ON state,
A light control circuit configured to periodically and temporarily turn off the first LED to create a periodic gap in illumination provided by the first LED, the light control circuit comprising: a gap is synchronized with the frequency of the AC voltage source to power the lighting device, a light control circuit, only including,
The first LED is configured as a photodetector that detects light emitted from the second LED during the periodic gap and detects ambient light when the lighting device is set to an off state. The lighting device.
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