JP6352932B2

JP6352932B2 - 輪番消灯調色ｌｅｄ照明源

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Publication number: JP6352932B2
Application number: JP2015536823A
Authority: JP
Inventors: ロバーツ、ブルース・リチャード; クエンツラー、グレン・ハワード
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2012-10-11
Filing date: 2013-10-08
Publication date: 2018-07-04
Anticipated expiration: 2033-10-08
Also published as: KR20150071708A; CA2890186C; AU2013329535A1; CN104838726A; WO2014058815A1; MX348587B; US9185766B2; US20140103812A1; JP2015535128A; MX2015004683A; TW201429300A; BR112015008213A2; CN104838726B; TWI619404B; AU2013329535B2; EP2907364A1; CA2890186A1

Description

本開示は、照明、光及び関連技術における調色光源に関する。特に、本開示は、白色光を生成し、ＬＥＤにおいて徐々に生じる色シフト又は劣化を安定化するために、連続して複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）チップ色の各々に対するオフ時間を変化させる、調整可能な発光ダイオード（ＬＥＤ）照明デバイスに関する。

異なる色の複数のＬＥＤを含む固体点灯デバイスでは、強度及び色の両方の制御は、一般にパルス幅変調（ＰＷＭ）を用いて達成される。このようなＰＷＭ制御はよく知られており、実際、特にＬＥＤを駆動するために、長く、商用のＰＷＭコントローラが利用可能となってきている。例えば、ＭｏｔｏｒｏｌａＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒＴｅｃｈｎｉｃａｌＤａｔａＳｈｅｅｔｆｏｒＭＣ６８ＨＣ０５Ｄ９８−ｂｉｔｍｉｃｒｏｃｏｍｐｕｔｅｒｗｉｔｈＰＷＭｏｕｔｐｕｔｓａｎｄＬＥＤｄｒｉｖｅ（ＭｏｔｏｒｏｌａＬｔｄ．，１９９０）を参照されたい。ＰＷＭでは、一連のパルスが固定の周波数で印加され、パルス幅（すなわちパルスの持続時間）は、発光ダイオードに印加される電力の時間積分を制御するように変調される。したがって時間積分された印加電力は、０％デューティサイクル（電力は印加されない）から、１００％デューティサイクル（全期間の間、電力が印加される）までに及び得るパルス幅に直接比例する。

知られているＰＷＭ照明制御は、いくつかの欠点を有する。特に、知られているシステム及び方法は、電源に対して非常に不均一な負荷をもたらす。例えば照明源が、赤色、緑色、及び青色照明チャネルを含み、３つすべてのチャネルを同時に駆動すると１００％の電力を消費する場合は、電力出力は０％、３３％、６６％、又は１００％になる場合が常にあり、各パルス幅変調期間の間に電力出力は、これらのレベルの２つ、３つ、又は４つすべての間で循環し得る。このような電力サイクリングは電源にストレスがかかり、急速な電力サイクリングに対応するのに十分に速いスイッチング速度を有する電源の使用を決定付ける。加えて電源は、最大限の１００％の電力は一部の時間でしか消費されないにもかかわらず、その大きさの電力を供給するのに十分に大きくなければならない。

ＰＷＭ時の電力変動は、各「オフ」チャネルの電流を「ダミー負荷」抵抗器を通して迂回することによって回避することができる。しかし迂回された電流は光出力に寄与せず、したがってかなりの電力非効率性をもたらす。

知られているＰＷＭ制御システムはまた、フィードバック制御に関して問題がある。知られているＰＷＭ技法を使用して、色調整可能な照明源のフィードバック制御を実現するためには、赤色、緑色、及び青色チャネルの各々の電力レベルを独立して測定しなければならない。これは通常は、各々の赤色、緑色、及び青色波長を中心とする狭いスペクトル受信ウィンドウを各々が有する、３つの異なる光センサの使用を決定付ける。スペクトルのさらなる分割が望まれる場合は、この問題は解決するのに非常に費用がかかるものとなる。例として５チャネルシステムが、互いに非常に近い２つの色を有する場合は、非常に狭い帯域の検出器だけが、２つの発生源の間の変動を検出できる。

これらの問題を克服するために、１つの知られている照明システムは、異なるチャネルに対応する異なる色の照明を発生する、異なるチャネルを有する多チャネル光源を利用する。システムは、時分割多重化（ＴＤＭ）を利用することによってチャネルを選択的に付勢して、選択された時間平均された色の照明を発生する電源を含む。しかしこのシステムは、大きな色空間を対象とするように設計された。この大きな色空間を達成するために、システムはＴＤＭを用いて、指定された持続時間の間、一時に１つの個々のＬＥＤ色の「オン」時間を選択的に変化させる。したがって一時にＬＥＤの１つの色だけが用いられるので、いくつかの色、特に白色光を生成するためには、多数のＬＥＤが必要となる。さらにこの手法は、利用可能なＬＥＤチップのすべての範囲内の任意の色をもたらすことができるが、ＬＥＤの利用率は低い。この大量のＬＥＤは広い全色域をもたらすが、ＬＥＤを効率的に利用していない。

したがって、システム内のＬＥＤチップの大部分を平行して利用することによって、白色光を経済的に且つ効果的に生成する照明システムの必要性がある。またＬＥＤにおいて徐々に生じる色シフト又は劣化を速やかに且つ効率的に安定化する照明システムの必要性がある。

国際公開第２０１０／０３０４６２Ａ１号

少なくとも１つの態様では本開示は、チャネル毎に異なる色の照明を発生させるための異なるチャネルを有する光源と、異なるチャネルの各々に関連する１組の発光ダイオードとを備える調色光源を提供する。動作時には異なるチャネルは、白色光などの選択された時間平均された色を生成するために、常に、異なるチャネルのうちの１つを除くすべてを作動中状態に維持するように、選択的に付勢される。少なくとも１つの他の態様では本開示は、時分割多重化を用いて異なるチャネルを選択的に付勢して、選択された時間平均された色の照明を発生する電源を提供する。電源は、時間スケール上で時分割多重化の期間より長い、実質的一定の二乗平均平方根駆動電流を発生する電力源と、実質的一定の二乗平均平方根駆動電流を、異なるチャネルのうちの選択されたものへ時分割多重化する回路とを含む。

少なくとももう１つの態様では本開示は、ＬＥＤの異なる組を有する光源を含む調整可能な光源であって、ＬＥＤの各組は単一の特有の色から形成される、調整可能な光源を提供する。ＬＥＤの組は各々、異なるチャネルに対応する異なる色の照明を発生するチャネルを形成し、電源は、時分割多重化を用いてチャネルを選択的に付勢して、選択された時間平均された色の照明を発生する。光源は、Ｎ個のチャネルにグループ化された固体点灯デバイスを含み、各チャネルの固体点灯デバイスは、チャネルが選択的に付勢されたときに一緒に電気的に付勢される。電源は、動作時には常に、チャネルのうちの１つを除くすべてを付勢するスイッチング回路と、選択された時間平均された色の照明を発生するように、スイッチング回路を、ある時間間隔の選択された時分割に従って、時間間隔にわたって動作させる色コントローラとを含む。

別の態様では本開示は、調整可能な色を発生する方法であって、駆動電流を発生し、駆動電流を用いて多チャネル光源の選択されたチャネルを付勢することを含み、選択されたチャネルは多チャネル光源のチャネルのうちの１つを除くすべてを含む、方法を提供する。方法はさらに、視覚的に知覚可能なフリッカを実質的に抑圧するのに十分に速く、多チャネル光源の選択されたチャネルの間で付勢することを巡回することを含む。方法はさらに、選択された時間平均された色を発生するために、巡回することの時分割を制御することを含み、選択された時間平均された色は白色光である。

本開示の少なくとも１つの実施形態による照明システムの図である。本開示の少なくとも１つの実施形態によるタイミングサイクルの図である。本開示の少なくとも１つの実施形態による照明システムの色コントローラのための計算ループのフローチャートである。本開示の少なくとも１つの実施形態による調色照明システムの電気回路を示す図である。本開示の少なくとも１つの実施形態による調色照明システムの動作に対する制御プロセスのためのフローチャートである。

本開示は、様々な構成要素及び構成要素の構成、並びに様々なプロセス動作及びプロセス動作の構成の形をとり得る。本開示は添付の図面に示され、その全体にわたって、様々な図において類似の参照番号は対応する又は同様な部分を示し得る。図面は、好ましい実施形態を示すためのみであり、本開示を限定するものと解釈されるべきではない。以下の図面の実施可能に為し得る説明を前提とすれば、当業者には本開示の新規な態様は明らかになるであろう。

以下の詳細な説明は、本質的に単に例示であり、本明細書において開示される応用例及び用途を限定するものではない。さらに先行する背景又は概要又は以下の詳細な説明において述べられるいずれの理論にも束縛されるものではない。本技術の実施形態は、本明細書では主として発光ダイオード（ＬＥＤ）に関連して述べられるが、概念は固体点灯デバイスを含む他のタイプの点灯デバイスにも応用可能である。固体点灯デバイスは、例えばＬＥＤ、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）、半導体レーザダイオードなどを含む。本明細書では調色固体点灯デバイスが例として示されるが、本明細書で開示される調色制御技法及び装置は、白熱光源、白熱ハロゲン、他のスポットライト源などの、他のタイプの多色光源に容易に応用される。

少なくとも１つの実施形態では、複数の色のＬＥＤチップを利用して、所望の色温度を生成する調整可能なＬＥＤ照明デバイスを実現するシステム及び方法が提供される。少なくとも１つの実施形態では、システム及び方法は、各ＬＥＤの「オフ」時間を変化させ、減算によりそのＬＥＤから光出力を導き出す。１つ以上の実施形態ではシステムは、例えば劣化などによる光出力の変動を補償するために、光出力情報を利用して個々のＬＥＤの出力を変化させる制御システムを含む。「オフ」時間を変化させることによってシステムはＬＥＤの大部分を平行して利用し、それにより少ないＬＥＤで安定な白色光の生成を可能にする。１つ以上の実施形態ではシステムは、より広く、より一様な色のスペクトル分布（従来のＬＥＤ白色方法と比べて）を生成するために、チップの色及び量の広い選択の幅を可能にし、それによってより優れた演色性をもたらす。

図１は、本開示の一実施形態による照明システム１００の図を示す。照明システム１００は、例えば、Ｒ／Ｇ／Ｂ光源１１８、光センサ１２０、定電流源１１２、Ｒ／Ｇ／Ｂスイッチ１１４、及び色コントローラ１１６を含む、固体点灯システムとすることができる。定電流源１１２、Ｒ／Ｇ／Ｂスイッチ１１４、及び色コントローラ１１６は、光源１１８によって出力される光を制御する色制御回路又はＲ／Ｇ／Ｂ制御回路１１０を形成する。Ｒ／Ｇ／Ｂ光源１１８は、複数の赤色、緑色、及び青色発光ダイオード（ＬＥＤ）（図示せず）を含む。赤色ＬＥＤは、赤色入力ラインＲによって駆動されるように電気的に相互接続される。緑色ＬＥＤは、緑色入力ラインＧによって駆動されるように電気的に相互接続される。青色ＬＥＤは、青色入力ラインＢによって駆動されるように電気的に相互接続される。光源１１８は、例示的な例のみとして示される。一般に光源１１８は、異なる色チャネルを定義するように電気的に接続された固体光源の組を有する任意の多色光源とすることができる。いくつかの実施形態では、例えば赤色、緑色、及び青色ＬＥＤは、赤色、緑色、及び青色ＬＥＤストリングとして構成される。さらに、異なる色は、赤色、緑色、及び青色以外とすることができ、フルカラーＲＧＢ光源のものより狭い色の範囲に広がるが、青色及び黄色チャネルの適切な混合によって得られる「白っぽい」色を含む、３つより多い又は少ない異なる色が存在することができる。ＬＥＤは、半導体ベースのＬＥＤ（適宜、一体の蛍光体を含む）、有機ＬＥＤ（当技術分野では、時には頭字語ＯＬＥＤによって表される）、半導体レーザダイオードなどとすることができる。

定電流電力源１１２は、Ｒ／Ｂ／Ｇスイッチ１１４を通じて光源１１８を駆動する。定電流電力源１１２は、「一定の電流」又は一定のｒｍｓ（二乗平均平方根）電流を出力する。いくつかの実施形態では、一定のｒｍｓ電流は一定の直流である。しかし一定のｒｍｓ電流は、一定のｒｍｓ値を有する正弦波電流などとすることもできる。「一定の電流」は適宜調整可能であるが、定電流電力源１１２によって出力される電流は、ＰＷＭの場合のように急速にサイクリングされないことが理解されるべきである。定電流電力源１１２の出力は、Ｒ／Ｂ／Ｇスイッチ１１４に入力される。Ｒ／Ｂ／Ｇスイッチ１１４は、デマルチプレクサ（ｄｅｍｕｘ）又は一定の電流を常に３つの色チャネルＲ、Ｇ、Ｂのうちの２つに導く、１対３のスイッチとして機能する。本実施形態のＲ／Ｂ／Ｇスイッチ１１４は、全体の利用可能な色のうちの１つだけが常に「オフ」であり、すなわち３つの色のうちの１つだけがいずれの時点でも「オフ」であることを確実にする。本実施形態については、ただ２つの色が平行して「オン」であり、第３の色は同時に「オフ」であることを確実にする、３チャネルスイッチの観点から述べられたが、本開示から逸脱せずに、非限定的に例えば４つ又は５つの色を含む、異なる数の色を利用する他の実施形態が構想されることが留意されるべきである。４色を使用する実施形態では、常に４色のうちの３つが平行して「オン」となり、第４の色は同時に「オフ」である。同様に５色を使用する実施形態では、常に５色のうちの４つが平行して「オン」となり、第５の色は同時に「オフ」である。

図２は、図１の調色照明システムの動作のためのタイミングサイクル２００の図である。タイミング図２００は、定電流電力源１１２及びＲ／Ｇ／Ｂスイッチ１１４を用いて達成される色制御の基本的な概念をもたらす。Ｒ／Ｇ／Ｂスイッチ１１４のスイッチングは、１５０Ｈｚ以上である時間間隔Ｔにわたって行われる。時間間隔は、各々フェーズＰ１、Ｐ２、及びＰ３に対応する、部分期間Ｔ１、Ｔ２、及びＴ３によって定義される３つのサブ時間間隔に分割される。部分期間Ｔ１は、式Ｔ１＝Ｒ１＋Ｇ１によって表され、対応するエネルギー測定値Ｅ１＝Ｔ１（Ｒ１＋Ｇ１）を含む。部分期間Ｔ２は、式Ｔ２＝Ｒ１＋Ｂ１によって表され、対応するエネルギー測定値Ｅ２＝Ｔ２（Ｇ１＋Ｂ１）を含む。部分期間Ｔ３は、式Ｔ３＝Ｂ１＋Ｒ１によって表され、対応するエネルギー測定値Ｅ３＝Ｔ３（Ｂ１＋Ｒ１）を含む。色コントローラ１１６は、部分期間Ｔ１×Ｔ２×Ｔ３を示す制御信号を出力する。例えば色コントローラ１１６は、例示的実施形態では、部分期間Ｔ１を示す値「００」を有し、部分期間Ｔ２を示すように値「０１」に切り換わり、部分期間Ｔ３を示すように値「１０」に切り換わり、部分期間Ｔ１の次の発生を示すようにもとの「００」に切り換わるなどとなる、２ビットデジタル信号を出力することができる。他の実施形態では制御信号は、アナログ制御信号（例えば各々第１、第２、及び第３の部分期間を示す０ボルト、０．５ボルト、及び１．０ボルト）とすることができ、又は他のフォーマットとすることができる。他の例示的手法として制御信号は、各期間を示す一定値を保持するのではなく、部分期間の間の遷移を示すことができる。後者の手法ではＲ／Ｇ／Ｂスイッチ１１４は単に、制御パルスを受け取ったときに、１対の色チャネルから次のものに切り換えるように構成され、色コントローラ１１６は、１つの部分期間から次の部分期間への各遷移において制御パルスを出力する。

定電流電力源１１２は、Ｒ／Ｂ／Ｇスイッチ１１４を通じて光源１１８を駆動する。定電流電力源１１２は、「一定の電流」又は一定のｒｍｓ（二乗平均平方根）電流を出力する。いくつかの実施形態では、一定のｒｍｓ電流は一定の直流である。しかし一定のｒｍｓ電流は、一定のｒｍｓ値を有する正弦波電流などとすることもできる。「一定の電流」は電流コントローラ（図示せず）によって適宜調整可能であるが、定電流電力源１１２によって出力される電流は、ＰＷＭの場合のように急速にサイクリングされないことが理解されるべきである。定電流電力源１１２の出力は、Ｒ／Ｂ／Ｇスイッチ１１４に入力される。Ｒ／Ｂ／Ｇスイッチ１１４は、デマルチプレクサ（ｄｅｍｕｘ）又は一定の電流を常に３つの色チャネルＲ、Ｇ、Ｂのうちの２つに導く、１対３のスイッチとして機能する。本実施形態のＲ／Ｂ／Ｇスイッチ１１４は、全体の利用可能な色のうちの１つだけが常に「オフ」であり、すなわち３つの色のうちの１つだけがいずれの時点でも「オフ」であることを確実にする。本実施形態については、ただ２つの色が平行して「オン」であり、第３の色は同時に「オフ」であることを確実にする、３チャネルスイッチの観点から述べられたが、本開示から逸脱せずに、非限定的に例えば４つ又は５つの色を含む、異なる数の色を利用する他の実施形態が構想されることが留意されるべきである。４色を使用する実施形態では、常に４色のうちの３つが平行して「オン」となり、第４の色は同時に「オフ」である。同様に５色を使用する実施形態では、常に５色のうちの４つが平行して「オン」となり、第５の色は同時に「オフ」である。

期間Ｔは、フリッカ融合閾値より短くなるように選択され、フリッカ融合閾値は本明細書ではそれ未満では、光が実質的に一定の混合色として視覚的に知覚されるように、光の色の切り換えによって引き起こされるフリッカが実質的に視覚的に知覚できなくなる期間として定義される。すなわちＴは、人間の目が均一な混合色を知覚するように、部分期間Ｔ１、Ｔ２、及びＴ３の間に人間の目が、出力される光を混合するのに十分に短くなるように選択される。例えば期間Ｔは、約１／１０秒未満とするべきであり、約１／２４秒未満とすることが好ましく、約１／３０秒未満又はさらに短いことがより好ましい。期間Ｔに対する下限は、Ｒ／Ｇ／Ｂスイッチ１１４のスイッチング速度によって課され、これはその動作が電流レベルを変化させることを伴わないので、非常に高速とすることができる。

色は以下のように定量的に算出することができる。第１の部分期間Ｔ１の間に赤色及び緑色ＬＥＤによって出力される赤色光及び緑色光の総エネルギーは、Ｅ１＝Ｔ１（Ｒ１＋Ｇ１）によって与えられる。第２の部分期間Ｔ２の間に緑色及び青色ＬＥＤによって出力される緑色光及び青色光の総エネルギーは、Ｅ２＝Ｔ２（Ｇ１＋Ｂ１）によって与えられる。第３の部分期間Ｔ３の間に青色及び赤色ＬＥＤによって出力される青色光及び赤色光の総エネルギーは、Ｅ３＝Ｔ３（Ｂ１＋Ｒ１）によって与えられる。部分期間が比例関係Ｐ１：Ｐ２：Ｐ３＝１：１：１を有したならば、光出力は赤色、緑色、及び青色光の等しい混合として視覚的に知覚されることになり、これは全色域の中心にある光出力を生成することになる。したがって白色光の発生は、ＬＥＤの選択、及びＰ１対Ｐ２対Ｐ３の比に依存する。

定電流電力源１１２によって光源１１８に出力される電流は、常時実質的に一定のままである。すなわち定電流電力源１１２は、構成要素１１４、１１８を備える負荷に、実質的に一定の電流を出力する。

いくつかの実施形態では、色コントローラ１１６によって行われる部分期間の間のスイッチングは、オープンループの方法で、すなわち光学的フィードバックに依存せずに行われる。これらの実施形態では記憶された情報、例えばルックアップテーブル、記憶された数学的曲線、又は他の記憶された情報が、部分比率の値を様々な色に関連付ける。例えばａ１＝ａ２＝ａ３である場合は、値Ｐ１＝Ｐ２＝Ｐ３＝１／３は「色」白に適切に関連付けることができる。

他の実施形態では、色は適宜光学的フィードバックを用いて制御される。図１をさらに参照すると、光センサ１２０は、Ｒ／Ｇ／Ｂ光源１１８によって出力される光を監視する。光センサ１２０は、赤色、緑色、及び青色光のいずれも検知するために十分広い波長を有する。簡単にするために本明細書では、光センサ１２０は、赤色、緑色、及び青色光に対して等しい感度を有すると仮定する。しかし光センサ１２０が赤色、緑色、及び青色光に対して等しい感度をもたない実施形態では、スペクトル感度差を補償するために、適切なスケーリングファクタを組み入れることができる。光センサ１２０は、連続する部分期間Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３の間にＲ／Ｇ／Ｂ光源１１８によって出力される光を測定する。部分期間Ｔ１の間は、この期間の間は青色光は出力されないので、光センサ１２０は赤色及び緑色光のみを測定する。光センサ１２０はまた、この期間の間の第１の色エネルギーＥ１に対する測定出力を発生する。部分期間Ｔ２の間は、この期間の間は赤色光は出力されないので、光センサ１２０は緑色及び青色光のみを測定する。光センサ１２０はまた、この期間の間の第２の色エネルギーＥ２に対する測定出力を発生する。部分期間Ｔ３の間は、この期間の間は緑色光は出力されないので、光センサ１２０は青色及び赤色光のみを測定する。光センサ１２０はまた、この期間の間の第３の色エネルギーＥ３に対する測定出力を発生する。光センサ１２０は、測定された第１の色エネルギーＥ１、測定された第２の色エネルギーＥ２、及び測定された第３の色エネルギーＥ３の３つすべてを発生することができる。

指定された持続時間に対して一時に１つの色を測定する代わりに、Ｒ／Ｇ／Ｂ制御回路１１０は、異なる色のＬＥＤのただ２つの組が、常に作動中（「オン」）となるように付勢されることを確実にする。一時に２組の作動中（「オン」）の異なる色のＬＥＤを利用することで、色コントローラ１１６が色出力、及び第３の組のＬＥＤの「オフ」時間を変化させることによって、各色フェーズの色出力における変化を計算し、次いで減算によって光出力を導き出すことを可能にする。これはシステムが、劣化などにより時間と共にＬＥＤにおいて生じる小さな色シフトを安定化し補償することを可能にする。２組の平行して作動中（「オン」）のＬＥＤを利用することで、一時に１組の作動中（「オン」）のＬＥＤだけを利用するシステムと比べて、システムがずっと少ないＬＥＤ及びより一様な色のスペクトル分布を有して、白色光を生成することを可能にし、それによってより効率的で経済的なシステムをもたらす。さらに、２組の平行して作動中（「オン」）のＬＥＤを利用することはまた、劣化などによる色シフトのより急速で正確な修正を可能にし、それによって優れた演色性を生じ、システムの寿命にわたって１つの楕円内に色温度を維持するように色を追跡する能力をもたらす。

色コントローラ１１６は、測定された色エネルギーＥ１、Ｅ２、Ｅ３を用いてフィードバック色制御をもたらす。動作時には光センサ１２０は、急速なシーケンスで、すなわち固有の人間の残像により、人が光強度の変化を知覚できなくなる速度において、光源１１８からの様々な光出力を測定する。光センサ１２０は、ＬＥＤチャネルの各対に対する光出力の変化を測定する。色コントローラ１１６は、出力情報を使用し、それをベースラインと比較して、そのＬＥＤの特定の組の光出力を導き出す。例えば色コントローラ１１６は、アルゴリズムを利用して、Ｒ／Ｇ／Ｂ光源１１８のＬＥＤの各対に対する光出力を計算することができる。２つの対のＬＥＤ又は発生源が同時にオンとなるので、システムは減算を利用して、ＬＥＤの各対に対する光出力を決定する。

Ｐ１、Ｐ２、及びＰ３が、各々Ｔ１、Ｔ２、及びＴ３の間の光センサ測定値に対応する（すなわちＰ１＝Ｔ１の間の光センサ、Ｐ２＝Ｔ２の間の光センサ、及びＰ３＝Ｔ３の間の光センサ）と仮定すると、赤色、緑色、及び青色のＬＥＤの組の各々に対するエネルギー出力の計算は、各々以下によりもたらされる。

Ｒ（Ｔ１）＝（Ｐ１＋Ｐ３−Ｐ２）／２（１）
Ｇ（Ｔ２）＝（Ｐ２＋Ｐ１−Ｐ３）／２（２）
Ｂ（Ｔ３）＝（Ｐ３＋Ｐ２−Ｐ１）／２（３）
図３は、上述のようにＬＥＤの各組のエネルギーを決定するために、本開示のシステムによって利用されるプロセスのための計算ループ３００を示す。計算ループ３００は、３０２で開始する。３０２でシステムは、各部分期間Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３に対してＰ１、Ｐ２、Ｐ３を測定する。３０４でシステムは、各々赤色光、緑色光、及び青色光の各個々の組に対する対応するエネルギー出力Ｅ_R、Ｅ_G、Ｅ_Bを計算する。３０６でシステムは、計算されたエネルギー出力を設定点値（又は最後に計算された出力値）と比較する。３０８でシステムは、赤色光に対するエネルギー出力が設定点値未満であるかどうか、すなわちＥＲがＥＲＳＥＴ未満であるかどうかを判定する。ＥＲ＜ＥＲＳＥＴであるときは、システムは、Ｔ１とＴ３の両方を１だけ増加しすなわち（Ｔ１＋１；Ｔ３＋１）、Ｔ２を２だけ減少するすなわち（Ｔ２−２）。３１０でシステムは、緑色光に対するエネルギー出力が設定点値未満であるかどうか、すなわちＥＧがＥＧＳＥＴ未満であるかどうかを判定する。ＥＧ＜ＥＧＳＥＴであるときは、システムは、Ｔ２とＴ１の両方を１だけ増加しすなわち（Ｔ２＋１；Ｔ１＋１）、Ｔ３を２だけ減少するすなわち（Ｔ３−２）。３１２でシステムは、青色光に対するエネルギー出力が設定点値未満であるかどうか、すなわちＥＢがＥＢＳＥＴ未満であるかどうかを判定する。ＥＢ＜ＥＢＳＥＴであるときは、システムは、Ｔ３とＴ２の両方を１だけ増加しすなわち（Ｔ３＋１；Ｔ２＋１）。３１４でシステムは、計算された時間をＲ／Ｇ／Ｂ制御回路１１０に出力する。計算ループ３００は、計算を更新するために連続して繰り返され、それにより色コントローラ１１６は、例えば色シフト、劣化などによるＬＥＤにおける光出力変動を補償するようにＬＥＤの組の出力を変えることができる。

本明細書で用いられる「色」という用語は、視覚的に知覚可能な色として広く解釈されるものである。「色」という用語は白を含むものと解釈されるものであり、原色に限定されるものと解釈されるものではない。「色」という用語は、例えば２つ以上の互いに異なるスペクトルピークを出力するＬＥＤ（例えば互いに異なる赤色及び黄色スペクトルピークを有するオレンジ色のような色を得るように赤色及び黄色ＬＥＤを含むＬＥＤパッケージ）を指すことができる。「色」という用語はまた、例えば半導体チップからの電界発光によって励起される広帯域蛍光体を含むＬＥＤパッケージなどの、広いスペクトルの光を出力するＬＥＤを指すことができる。本明細書で用いられる「調色光源」とは、異なるスペクトルの光を選択的に出力することができる任意の光源として、広く解釈されるべきである。調色光源は、フルカラーのセレクションをもたらす光源に限定されない。例えばいくつかの実施形態では、調色光源は白色光のみをもたらすことができるが、この白色光は色温度、演色特性などの観点から調整可能である。

図４は、本開示の一実施形態による調色光源４００の概略図である。調色光源４００は、１組の、各々５つのＬＥＤからなる３つの直列接続されたストリングＳ１、Ｓ２、Ｓ３を含む。第１のストリングＳ１は、薄い赤色に対応する約６１７ｎｍのピーク波長において放射する５つのＬＥＤを含む。第２のストリングＳ２は、緑色に対応する５３０ｎｍにおいて放射する５つのＬＥＤを含む。第３のストリングＳ３は、青色に対応する約４５５ｎｍのピーク波長において放射する５つのＬＥＤを含む。駆動及び制御回路は、定電流源ＣＣと、各々第１、第２、及び第３のＬＥＤストリングＳ１、Ｓ２、Ｓ３を通る電流の流れを駆動するように構成された入力Ｒ１、Ｇ１、Ｂ１を有する３つの導通トランジスタとを含む。図４の調色光源のための作動中状態テーブルは、以下の表１に一覧表示される。

本実施形態は、１組の、各々５つのＬＥＤからなる３つの直列接続されたストリングを開示しているが、本開示から逸脱せずに他の実施形態が企図される。ＬＥＤの組は、３つ以外の数とすることができ、例えば異なる色のＬＥＤの４つ又は５つのストリングを含むことができる。各実施形態では制御回路１１０は、いずれの時点でもＬＥＤの唯一のストリングを「オフ」状態に維持するように動作し、すべての他のＬＥＤのストリングは平行して作動中すなわち「オン」状態となる。同様に本実施形態は、ストリング当たり５つのＬＥＤを開示しているが、ＬＥＤの数は、調色光源の用途及び技術的要件、例えば所望の光出力などに基づいて選択することができる。したがって各ストリングは、本開示から逸脱せずに任意の数のＬＥＤを含むことができる。さらに本明細書では特定の波長のＬＥＤが開示されているが、これらの波長は簡単にするために（例えば各々赤色光、緑色光、青色光の範囲内にあるように）選択されたものであり、限定するものと見なされるべきではない。本開示から逸脱せずに、様々な波長のＬＥＤを利用することができる。さらにＬＥＤの各ストリングはまた、本開示から逸脱せずに、異なる波長のＬＥＤ、例えば同じ又は同様な色の範囲内の複数のＬＥＤを含むことができる。

図２をさらに参照すると、タイミングサイクル２００はまた、図４の調色照明システムの動作のための図をプロットしている。図４の調色照明システムのＬＥＤ波長又は色は、調整可能なフルカラー照明をもたらすように選択されるのではなく、例えば暖白色光（赤色の方へバイアスされる）、又は冷白色光（青色の方へバイアスされる）を含む様々な性質の白色光を生じるように選択されることに留意されたい。図４の調色照明システムは、表１においてラベル付けられているように、３つの色チャネルを有する。３つのトランジスタは時間間隔Ｔにわたって３つのうちの２つをスイッチする動作をもたらすように動作され、時間間隔Ｔは図２において、選択された性質又は特性を有する白色光を発生するように、時間間隔Ｔの選択された時分割に従って、１／１５０秒（６．６７ｍｓ）である。時間間隔Ｔ＝１／１５０秒は、通常の視聴者のフリッカ融合閾値より短い。時間間隔Ｔは、３つの部分期間Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３に時分割多重化され、３つの部分期間は重複せず、和が時間間隔Ｔ、すなわちＴ＝Ｔ１＋Ｔ２＋Ｔ３である。図２の実施形態では、各々の部分期間に関連する色チャネルの各対に対するエネルギー測定値は、矢印によって示されるように各部分期間内を実質的に中心とする中間の時点において取得され、エネルギー測定値の表示Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３は、各色エネルギー測定における動作波長を示している。部分期間Ｔ１は、式Ｔ１＝Ｒ１＋Ｇ１によって表され、対応するエネルギー測定値Ｅ１＝Ｔ１（Ｒ１＋Ｇ１）を含む。部分期間Ｔ２は、式Ｔ２＝Ｒ１＋Ｂ１によって表され、対応するエネルギー測定値Ｅ２＝Ｔ２（Ｇ１＋Ｂ１）を含む。部分期間Ｔ３は、式Ｔ３＝Ｂ１＋Ｒ１によって表され、対応するエネルギー測定値Ｅ３＝Ｔ３（Ｂ１＋Ｒ１）を含む。

図５は、上記で図４に関して述べられたように、３つのトランジスタを含む調色照明システムの動作のための制御プロセスを示す。制御プロセス５００は、５０２で部分期間Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３に対する既存の時間値をコントローラにロードすることによって開始する。５０４、５０６、５０８において、単一の光センサが各々のエネルギー測定をその間に行う、３つの部分期間Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３に対する、連続する動作が起動される。５１０で計算ブロックは、測定値を用いて部分期間Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３に対する更新された値を算出する。例えば、部分期間Ｔ１及びＴ２を制約するように、Ｃ₁₂を所望の赤−緑／緑−青色比率を反映した定数とする関係式［Ｅ１×Ｔ１］／［Ｅ２×Ｔ２］＝Ｃ₁₂を適切に用いることができ、部分期間Ｔ２及びＴ３を制約するように、Ｃ₂₃を所望の緑−青／青−赤色比率を反映した定数とする関係式［Ｅ２×Ｔ２］／［Ｅ３×Ｔ３］＝Ｃ₂₃を適切に用いることができ、部分期間Ｔ３及びＴ１を制約するように、Ｃ₃₁を所望の青−赤／赤−緑色比率を反映した定数とする関係式［Ｅ３×Ｔ３］／［Ｅ１×Ｔ１］＝Ｃ₃₁を適切に用いることができる。計算ブロックは、制約条件Ｔ＝Ｔ１＋Ｔ２＋Ｔ３と共にこれら３つの式を適切に同時に解いて、部分期間Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３に対する更新された値を得る。いくつかの実施形態では計算ブロックは、時間間隔Ｔでの光源のサイクリングに対して、非同期的にバックグラウンドで動作する。５２０では、このような非同期動作に対応するために、判断ブロックは計算ブロックを監視し、タイミング計算が完了したかどうかを判定する。「いいえ」である場合は、５０２でタイミング計算がロードされる。「はい」である場合は、５２２で新しいタイミング値がロードされ、５０４で入力される。制御プロセス５００は、ＬＥＤの組によって出力されるエネルギーを測定するために連続して繰り返され、すなわちループし、それにより各々、フェーズＰ１、Ｐ２、及びＰ３の各々に関連付けられた部分期間Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３を適切に制御するように新しいタイミング値を算出することができる。

当業者により、特に上記の教示に照らして、本開示によって依然として包含され得る代替実施形態、実施例、及び変更を行うことができる。さらに本開示を説明するために用いられた用語は、限定するものではなく、本質的に説明の語であることが意図されることが理解されるべきである。

当業者はまた、上述の好ましい及び代替実施形態の様々な適合化及び変更が、本開示の範囲及び趣旨から逸脱せずに構成され得ることを理解するであろう。したがって添付の特許請求の範囲内で、本開示は本明細書において具体的に述べられたもの以外に実施され得ることが理解されるべきである。

Claims

各々異なる色の光を与えるＮ個の色チャネルを備える光源を付勢するためのシステムであって、当該システムが、
色コントローラと、
色コントローラと電気的に接続され、複数の連続した期間の各々においてＮ−１個の色チャネルを選択的に付勢するように構成されたスイッチであって、複数の連続した期間の各々においてＮ−１個の色チャネルが作動状態で、常にいずれか１個の色チャネルだけが非作動状態となるように循環させる、スイッチと、
各々の期間において作動状態のＮ−１個の色チャネルからの光を測定して、測定値の出力を与えるように構成されたセンサと
を備えており、測定値の出力に従って各々の期間の持続時間を調整する、システム。
時分割多重化を用いてＮ個の色チャネルを選択的に付勢して、所定の時間平均色の照明を発生する電源であって、
時分割多重化の期間よりも長い時間スケールで実質的に一定の二乗平均平方根駆動電流を発生する電力源
を含む電源をさらに備えており、スイッチが電力源と通信して、実質的に一定の二乗平均平方根駆動電流を時分割多重化することによってＮ個の色チャネルを選択的に付勢する、請求項１記載のシステム。
電力源と通信して、実質的に一定の二乗平均平方根駆動電流の電流レベルを調整するように構成された電流コントローラをさらに備える、請求項２記載のシステム。
実質的に一定の二乗平均平方根駆動電流が、実質的に一定の直流駆動電流である、請求項２又は請求項３記載のシステム。
色コントローラが、センサによって供給される、設定点値と比較したフィードバックに基づいて、時分割を調整するように構成されている、請求項２乃至請求項４のいずれか１項記載のシステム。
前記循環が行われる所定の時間平均色が白色である、請求項２乃至請求項５のいずれか１項記載のシステム。
Ｎ個の色チャネルの各々が、同じ色の範囲の複数の発光ダイオードを含む、請求項１乃至請求項６のいずれか１項記載のシステム。
各々の期間がフリッカ融合閾値より短くなるように選択される、請求項１乃至請求項７のいずれか１項記載のシステム。
各々異なる色の光を与えるＮ個の色チャネルを備える光源を点灯させるシステムにおいて調整可能な色を発生する方法であって、
複数の連続した期間の各々においてＮ−１個の色チャネルが作動状態で、常にいずれか１個の色チャネルだけが非作動状態となるように循環させ、複数の連続した期間の各々で異なる色チャンネルが非作動状態となるように、スイッチによって、Ｎ個の連続した期間でＮ個の色チャネルを選択的に付勢するステップと、
各々の期間において、センサによって、その期間のＮ−１個の色チャネルに対応する光エネルギーを測定するステップと
を含んでおり、センサが、測定されたエネルギーを表すエネルギー信号を与え、色コントローラが、対応するエネルギー信号に従って各々の期間の持続時間を調整する、方法。
付勢ステップが、サイクリングの時間スケールで実質的に一定の二乗平均平方根電流値を有する電流を供給することを含む、請求項９記載の方法。
各々の期間がフリッカ融合閾値より短くなるように選択される、請求項９又は請求項１０記載の方法。