KR20100017467A - 색상 광원들을 의존적으로 제어하는 방법 및 시스템 - Google Patents

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Abstract

색상 광원들을 의존적으로 제어하는 방법 및 시스템. 상기 조명 시스템은 발광 엘리먼트들의 하나 이상의 제1 그룹에 대한 전류 신호들을 제공하는 구동 전류 제어기, 및 상기 구동 전류 제어기에 동작적으로 연결되는 신호 유도 모듈을 포함한다. 상기 신호 유도 모듈은 발광 엘리먼트들의 하나 이상의 제2 그룹에 대한 전류 신호를 결정하고 제공하도록 구성되고, 상기 전류 신호들은 상기 발광 엘리먼트들의 제1 그룹에 제공되는 상기 전류 신호들에 기초한다. 본 방법은 발광 엘리먼트들의 하나 이상의 제1 그룹을 구동하기 위한 하나 이상의 제1 구동 전류를 결정하는 단계, 및 발광 엘리먼트들의 하나 이상의 제2 그룹을 구동하기 위한 하나 이상의 제2 구동 전류를 결정하는 단계를 포함하고, 상기 하나 이상의 제2 구동 전류 각각은 상기 하나 이상의 제1 구동 전류 중 적어도 하나에 기초하여 미리 결정된다.
신호 유도 모듈, 1차 구동 전류, 2차 구동 전류, 발광 다이오드, LEE

Description

색상 광원들을 의존적으로 제어하는 방법 및 시스템{METHOD AND SYSTEM FOR DEPENDENTLY CONTROLLING COLOUR LIGHT SOURCES}
본 발명은 조명 제어에 관한 것으로, 더욱 구체적으로는 상이한 색상 광원들의 제어에 관한 것이다.
상이한 색상 광원들로부터 방출된 혼합된 광의 색도의 제어를 위한 많은 수의 방법들 및 장치가 본 기술 분야에 알려져 있다. 전자기적 스펙트럼의 가시 또는 근-가시 영역들의 단일 파장들 또는 주파수들의 집합이 스펙트럼 궤적(spectral locus)으로서 알려진, 색도 값들의 부분 집합으로 표현될 수 있다는 것도 알려져 있다. 예를 들면, LED들의 특정한 유형들과 같은 비교적 협대역 방출 스펙트럼들을 갖는 광원들은 요망되는 색도의 광을 효과적으로 생성하도록 엔지니어링될(engineered) 수 있다. 또한, 상이한 색상 LED들로부터의 광은, 요망되는 색도가 달성가능한 색역(colour gamut) 내에 있다면, 요망되는 색도의 광을 생성하도록 혼합될 수 있다. 이러한 목적을 위해 상이한 색상 LED들은 일반적으로 조명 기구 또는 설비의 형태로 적합한 광학 시스템과 결합된다. 상이한 색상의 적절히 제어된 수의 LED들, 예를 들면, RGB LED들에 기초한 적합하게 설계된 조명 기구는 LED들의 개별 색도들에 의해 정의되는 역(gamut) 내에서 다양한 색도들의 광을 생성할 수 있다는 것이 알려져 있다. 다색 LED 기반 조명 기구들은 또한, 백색 광이, 플랑키안 궤적(Planckian locus)으로 알려진, 색도들의 부분 집합이기 때문에, 다양한 CCT(correlated colour temperature)의 백색 광을 생성하는 데에 이용될 수 있다는 것이 알려져 있다. 다색 광원 기반 조명 기구에 의해 생성된 혼합 광의 CRI(colour rendering index)는 상이한 색상들을 갖는 새로운 광원들을 조명 기구에 추가함으로써 또는, 한도 내에서, 조명 기구 내의 색상 광원들 중 하나 이상의 스펙트럼 대역폭을 확장함으로써 많은 수의 상이한 방식들로 개선될 수 있지만, 이것은 조명 기구의 전체 색역을 감소시킬 수 있다. 이는 종종 높은 CRI들이 요망되는 백색 광원들에 특히 관련된다.
다색 광원 기반 조명 기구들, 예를 들면, 본 기술 분야에 공지된, 다색 LED 기반 조명 기구들의 제어를 위한 많은 수의 시스템들 및 방법들이 존재한다.
예를 들면, 국제 특허 출원 공개 WO/2007/090283호는 광원 강도 제어 시스템 및 방법을 기술한다. 광원은 제1 파장 범위를 갖는 광을 생성하는 하나 이상의 제1 발광 엘리먼트 및 제2 파장 범위를 갖는 광을 생성하는 하나 이상의 제2 발광 엘리먼트를 포함한다. 제1 발광 엘리먼트들 및 제2 발광 엘리먼트들은 그에 제공되는 제어 신호들을 분리하도록 응답한다. 제어 시스템은 하나 이상의 센싱 디바이스로부터 동작 온도를 나타내는 신호를 수신하고, 광의 요망되는 색상 및 동작 온도에 기초하여 제1 및 제2 제어 신호들을 결정한다. 수신된 제1 및 제2 제어 신호들의 결과로서 제1 및 제2 발광 엘리먼트들에 의해 방출된 광은 광의 요망되는 색상을 실질적으로 획득하기 위해 혼합될 수 있다. 생성된 광의 요망되는 색상은 이 에 따라 접합 온도로부터 야기된 발광 엘리먼트들의 동작 특성들의 변화들에 실질적으로 무관할 수 있다.
국제 특허 출원 공개 WO/2006/105649호는 조절 가능한 상관된 색 온도(correlated colour temperature)를 갖는 백색 광 조명 기구를 기술한다. 조명 기구 시스템은 특정한 색 온도를 갖는 백색 광을 생성하는 하나 이상의 백색 광 발광 엘리먼트를 포함한다. 시스템은 하나 이상의 제1 색상 발광 엘리먼트 및 하나 이상의 제2 색상 발광 엘리먼트를 더 포함한다. 조명 기구 시스템은, 요망되는 상관된 색 온도를 갖는 백색 광을 생성하기 위해, 제1 및 제2 색상 발광 엘리먼트들에 의해 생성된 유색(coloured) 광을 특정한 색 온도의 백색 광과 혼합한다.
미국 특허 7,014,336호는 조명 컨디션들을 생성하고 변조하기 위한 시스템들 및 방법들을 기술한다. 조명 컨디션들을 생성하고/생성하거나 변조하기 위한 시스템들 및 방법들은, 요망되고 재현성있는(reproducible) 색상들로 광을 만들어내기 위한 조명 설비들을 생성하기 위한, 그리고 조명 설비가 세워진 후에 미리 지정된(prespecified) 범위 안에서 색 온도 또는 색 음영(colour shade)을 수정하기 위한 요망되고 제어가능한 색상의 고-품질 광을 생성할 수 있다. 하나의 실시예에서, 색상들의 범위의 광을 생성할 수 있는 LED 조명 유닛들은 넓은 범위의 응용들에 대해 적합한 조명 컨디션들을 제공하도록 광을 제공하거나 또는 주변 광(ambient light)을 보충하기 위해 이용된다.
미국 특허 출원 공개 2005/0237733호는 조명 레벨들을 유지하면서 CRI(colour rendering index) 및 CCT(correlated colour temperature) 중 적어도 하나에서 변경함으로써 광원들의 에너지 소비를 감소시키도록 조명을 제어하는 방법 및 시스템을 기술한다. 방법 및 시스템은 공간을 조명하는 광원들에 관해서 공간에서의 사람들의 움직임을 감지하고, 각각의 개별 광원들을 형성하는 복수의 고체 상태 조명 디바이스들을 사람들이 제1 위치에 있을 때는 제1 조명 컨디션(여기에서 램프들은 각각 제1 전력 레벨에서 제1 조명 레벨 및 제1 CRI의 광을 방출함)으로, 그리고 사람들이 제2 위치에 있을 때는 제2 조명 컨디션(여기에서 광원들 각각은 제1 전력 레벨보다 더 낮은 전력 레벨에서 제1 조명 레벨 및 제1 CRI보다 더 작은 CRI의 광을 방출함)으로 자동적이고 개별적으로 조절한다.
그러나, 공지된 방법들 및 장치는 복잡하거나 또는 광원들의 색상들의 수에 따라 컴포넌트들의 수의 일정비율의 증가(scale-up)를 요구하기 때문에, 비경제적으로 될 수 있다. 따라서, 다색 광원 기반 조명 기구들을 제어하기 위한 새로운 방법 및 시스템에 대한 요구가 존재한다.
이 배경 정보는 출원인에 의해 본 발명에 관련될 가능성이 있을 것으로 믿어지는 내용을 알리기 위해 제공된다. 전술한 정보 중 임의의 것이 본 발명에 대한 선행 기술을 구성하는 것으로 반드시 의도되는 것은 아니며, 또한 그렇게 해석되지도 말아야 한다.
[발명의 개요]
본 발명의 목적은 색상 광원들을 의존적으로 제어하는 방법 및 시스템을 제공하는 것이다. 본 발명의 일 양태에 따르면: 하나 이상의 1차(primary) 구동 전류 신호를 제공하는 구동 전류 제어기; 발광 엘리먼트들의 하나 이상의 제1 그룹 (각 제1 그룹은 구동 전류 제어기에 동작적으로 연결되고 각 제1 그룹은 하나 이상의 1차 구동 전류 신호 중 하나의 신호를 나타내는 1차 구동 전류에 응답함); 하나 이상의 2차(secondary) 구동 전류 신호를 결정하기 위해 구동 전류 제어기에 동작적으로 연결된 신호 유도 모듈(signal derivation module); 및 발광 엘리먼트들의 하나 이상의 제2 그룹(각 제2 그룹은 신호 유도 모듈에 동작적으로 연결되고 각 제2 그룹은 하나 이상의 2차 구동 전류를 나타내는 2차 구동 전류에 응답함)을 포함하고; 여기에서 하나 이상의 2차 구동 전류 신호 각각은 미리 결정되는, 색상 광원들을 제어하는 조명 시스템이 제공된다.
본 발명의 또 다른 양태에 따르면: 발광 엘리먼트들의 하나 이상의 제1 그룹을 구동하기 위한 하나 이상의 1차 구동 전류를 결정하는 단계, 및 발광 엘리먼트들의 하나 이상의 제2 그룹을 구동하기 위한 하나 이상의 2차 구동 전류를 결정하는 단계를 포함하고, 여기에서 하나 이상의 2차 구동 전류 각각은 하나 이상의 1차 구동 전류 중 적어도 하나의 1차 구동 전류에 기초하여 미리 결정되는, 조명 시스템 제어 방법이 제공된다.
도 1은 색도 다이어그램을 나타내는 도면.
도 2는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 색상 광원들을 의존적으로 제어하는 시스템의 블록 도를 나타내는 도면.
도 3은 색도 다이어그램의 일부분을 나타내는 도면.
정의들
용어 "LEE(light-emitting element)"는, 적어도 부분적으로, 전계발광(electroluminescence) 때문에, 디바이스의 양단에 전위차를 인가하거나 또는 디바이스를 통해 전류를 통과시키는 것에 의해 활성화될 때, 전자기 스펙트럼의 영역 또는 그 영역들의 조합, 예를 들면, 가시 영역, 적외선 또는 자외선 영역에서 복사를 방사하는 디바이스를 정의하는 데에 이용된다. LEE들은 단색, 준 단색, 다색, 또는 광대역 스펙트럼의 방사 특성들을 가질 수 있다. LEE들의 예들은 반도체, 유기물, 또는 중합체/중합 LED들, 광학적으로 펌핑되는(pumped) 인광체 코팅된 LED들, 광학적으로 펌핑되는 나노 크리스탈 LED들 또는 용이하게 이해될 수 있는 것으로서의 다른 유사한 디바이스들을 포함한다. 또한, 용어 LEE는 복사를 방사하는 특정한 디바이스, 예를 들면, LED 다이를 정의하는 데에 이용될 수 있고, 특정한 디바이스 또는 디바이스들이 안에 배치된 하우징 또는 패키지와 함께 복사를 방사하는 특정한 디바이스의 조합을 정의하는 데에 동등하게 이용될 수 있다.
용어 "색상"은, 경우에 따라, "색도"와 같은 뜻이거나, 또는 청색, 적색, 녹색 등과 같은 명칭들에 의해 표현되는 바와 같은 종래의 정의들과 같은 뜻으로 이용된다.
용어 "변조 파라미터"는 최대 설계 LEE 강도에 대한 현재 LEE 강도의 비를 칭한다.
본원에서 이용되는 것으로서, 용어 "약"은 공칭 값으로부터의 +/-10%의 편차를 칭한다. 그러한 편차는, 그것이 특별히 언급되든지 아닌지 간에, 본원에서 제공되는 임의의 주어진 값에 항상 포함된다는 것이 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 본원에서 이용되는 모든 기술적 및 과학적 용어들은 본 발명이 속한 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖는다.
본 발명은 상이한 색상 광원들을 의존적으로 제어하는 방법 및 시스템을 제공한다. 본 발명에 따르면 N-색상 광원 기반 강도 변조된 조명 시스템은 N개 광원들의 공칭 색상들과는 다른 공칭 색상을 각각 갖는 M개 색상 광원들에 의해 확장될 수 있다. M이 임의의 양의 정수, 즉, M이 1, 2, 3 등일 수 있다는 것은 물론이다. M개 색상 광원들은 N 광원들 중 한 개, 두 개 또는 그 보다 많은 광원들의 변조 신호들로부터 유도될 수 있는 변조 신호들을 이용하여 제어될 수 있다. 예를 들면, 본 발명의 하나의 실시예에서, N+1 광원에 대한 변조 파라미터는 N개 색상 광원들 중 두 개 이상의 색상 광원들의 변조 파라미터들의 미리 정해진 함수에 기초하여 결정될 수 있다.
본 발명에 따르면, 색상 광원들을 제어하기 위한 조명 시스템은 구동 전류 제어기에 동작적으로 연결된 발광 엘리먼트들의 하나 이상의 제1 그룹에 하나 이상의 1차 구동 전류를 제공하기 위한 구동 전류 제어기를 포함한다. 본 시스템은 구동 전류 제어기에 동작적으로 연결된 신호 유도 모듈을 더 포함하는데, 여기에서 신호 유도 시스템은 1차 구동 전류들 중 하나 이상의 1차 구동 전류에 기초하여 의존적으로 결정되는 하나 이상의 2차 구동 전류를 결정하도록 구성된다. 하나 이상의 2차 구동 전류는 발광 엘리먼트들의 하나 이상의 제2 그룹에 그의 제어를 위해 제공된다.
일반적으로, 조명 시스템에 추가적인 제어가능 색상 광원을 추가하는 것은 조명 시스템의 역(gamut)을 증가시킬 수 있다. 그러나, 2차 구동 전류가 1차 구동 전류들 중 하나의 1차 구동 전류에 너무 밀접하게 의존하도록 2차 구동 전류를 구성하는 신호 유도 모듈의 기능 또는 구성을 선택하는 것은 전체 조명 시스템에 의해 달성가능한 잠재적 색역을 제한할 수 있다는 것에 유의한다. 예를 들면, 이것은 주로 회백색(off-white) 색상 생성을 위해 이용되도록 설계된 조명 시스템에 대해서 중요한 고려 사항이 될 수 있다. 그러한 실시예의 예는 호박색(amber) 색상 광원(들)이, 예를 들면, 적색 및 녹색 색상 광원들의 함수로서 의존적으로 제어되는 RGBA(red, green, blue and amber) 색상 조명 시스템을 포함한다.
또한, 다섯 번째, 여섯 번째 또는 그 이상의 광원 색상이 조명 시스템에 추가될 수 있는데, 여기에서 이들 추가적인 광원 색상들의 제어는 1차 구동 전류 신호들 중 하나 이상의 1차 구동 전류 신호에 독립적이거나 또는 의존적일 수 있다. 예를 들면, 다섯 번째 광원은 청록색(cyan) LEE일 수 있다.
도 1은 (CIE 1931 x,y-좌표 공간을 이용한) 색도 다이어그램을 나타낸다. 본 발명의 실시예에 따른 예시의 조명 시스템은 각각의 색도 좌표들(1, 2, 3 및 4)을 갖는 RGBA 색상 광원들을 포함할 수 있다. 황색(7) 색상 광원은, 예를 들면, 호박색(2) 색상 광원의 대신에 또는 그에 더하여 이용될 수 있다. 백색 광 생성을 위해 구성된 조명 시스템의 이들 RGBA 광원들은, 혼합될 때, 플랑키안 궤적(6) 상의 또는 그 부근에서의 색도들을 나타내는 적절한 양의 광을 방출하도록 제어될 수 있다. 일반적으로 가변 색상 광을 갖는 조명 기구는 조명 시스템의 광원들의 개별 색상들에 의해 정의되는 색역의 실질적으로 임의의 요망되는 부분 내의 광을 방출하도록 제어될 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 네 개의 광원들이 독립적으로 제어된다면, 조명 시스템의 색역은 다각형(5)에 의해 실질적으로 정의될 것이라는 것에 유의한다. 이러한 고려 사항과 함께, 본 발명의 하나의 실시예에 따르면, 의존적으로 제어되는 호박색 색상 광원(2)을 이용하면서 RGB 색상 조명 시스템의 실질적으로 삼각형 형상의 색역을 실질적으로 유지하기 위해, 적색 광의 양 또는 녹색 광의 양 중 어느 하나가 제로에 근접하는 경우 의존적으로 제어되는 호박색 발광 엘리먼트가 실질적으로 제로 광을 방출하는 것이 바람직할 수 있다.
하나의 실시예에서, 조명 기구로부터의 광의 전체 강도가 감소되면, 의존적으로 제어되는 광원들의 강도는 광의 요망되는 색도를 요망되는 강도에서 유지하는 방식으로 감소된다. 예를 들면, 도 1을 참고로 하여, 적색, 녹색 및 청색 광의 양이 감소되면, 결합된 광의 색도가 바람직하지 않게 호박색 영역에 가깝게 천이하는 것을 방지하도록, 의존적으로 제어되는 호박색 발광 엘리먼트에 의해 방출된 광의 양도 또한 감소되는 것이 바람직할 수 있다.
조명 시스템
도 2는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 색상 광원들을 의존적으로 제어하는 시스템을 나타낸다. 도시된 바와 같이 제어기(11)는 조명 시스템에 의해 생성될 광의 요망되는 색도 좌표들 및/또는 강도를 설정한다. 요망되는 색도 좌표들은 사용자 인터페이스(12)를 통해 사용자에 의해 제어기(11)에 제공될 수 있다. 제어기는 세 개의 출력 채널들(13, 14 및 15)을 제어하기 위해 구성된 하드웨어 및 펌웨어를 포함할 수 있고, 각 채널은 공칭 적색, 녹색 및 청색 색상 광원들에 각각 대응한다. 적색 및 녹색 제어 신호들(13 및 14)은, 호박색 제어 신호(17)가 미리 결정된 함수적 관계에 따라 결정되는 신호 유도 모듈(16)에 각각 입력될 수 있다. 적색(13), 녹색(14), 청색(15) 및 호박색(17) 광원들에 대한 제어 신호들은 그 후 각각의 구동기들(18)에 각각 입력된다. 각 구동기는 적색(19), 호박색(20), 녹색(21) 및 청색(22) 광원들에 전류를 공급한다. 구동기들은 아날로그 변조, PWM(pulse width modulated), PCM(pulse code modulated), 랜덤 디지털 신호들 또는 다른 형태들의 구동 전류들을 광원들에 제공할 수 있다.
하나의 실시예에서, 옵션 센서(23)가 조명 시스템에 의해 생성되는 광의 적절한 일부분을 감지하고, 제어기(11)에 피드백 신호(24)를 제공하도록 이용될 수 있다. 제어기(11)는 조명 시스템에 의해 생성된 광의 색도 및 강도를 더 조절하기 위해 피드백 신호(24)를 활용할 수 있다.
하나의 실시예에서, 광원들, 예를 들면, 적색(19), 호박색(20), 녹색(21) 및 청색(22) 광원들은 하나 이상의 반도체, 유기물, 또는 중합체/중합 LED들, 광학적으로 펌핑되는 인광체 코팅된 LED들, 광학적으로 펌핑되는 나노 크리스탈 LED들 또는 용이하게 이해될 수 있는 것으로서의 다른 유사한 디바이스들과 같은 발광 엘리먼트들을 포함할 수 있는 다양한 광원 구성들로부터 선택될 수 있다. 광원들은 본 기술 분야에 숙련된 자에 의해 이해될 수 있는 바와 같이 다양한 구성 중 하나 이상의 구성으로 제공될 수 있다. 예를 들면, 동일한 색상의 또는 상이한 색상들의 혼합의 LEE들이 단일 패키지 내에서 통합될 수 있거나, 또는 단일 LEE가 패키지 내에 제공될 수 있다. 하나의 실시예에서, 각 광원은 반사기, 렌즈 등과 같은 1차 출력 옵틱들(primary output optics)을 포함한다. 또 다른 실시예에서, 각 광원은 광원의 출력을 더 결합하고 혼합하기 위한 2차 옵틱들(secondary optics)을 더 포함한다.
하나의 실시예에서, 하나 이상의 피드백 센서, 예를 들면, 옵션 센서(23)가 광원들의 동작 특성들을 나타내는 하나 이상의 신호를 제공하기 위해 조명 시스템에 동작적으로 연결된다. 피드백 센서는 하나 이상의 실리콘 포토다이오드, 광학 또는 전자 필터, 온도 센서, 전류 센서, 또는 조명 시스템에 의한 광의 생성에 관련된 특성들을 감지하기 위한 본 기술 분야에 숙련된 자에 의해 이해될 수 있는 다른 디바이스와 같은 엘리먼트들을 포함할 수 있다. 예를 들면, 측정된 온도 또는 전류는 미리 정의된 광원에 대한 방출된 광의 양태들에 상관될 수 있다. 증폭기들, 인코더들 등과 같은 일렉트로닉스들도 구동 전류 제어기, 예를 들면, 제어기(11)에 피드백 신호의 송신을 용이하게 하도록 피드백 센서와 함께 포함될 수 있다.
하나의 실시예에서, 구동 전류 제어기, 예를 들면, 제어기(11)는 마이크로프로세서, 마이크로컨트롤러, 특수 용도의 집적 회로, 또는 본 기술 분야에 숙련된 자에 의해 이해될 수 있는 조명 시스템의 제어 또는 피드백 제어를 용이하게 하는 다른 전자 디바이스일 수 있다. 예를 들면, 전자 디바이스는 미리 결정된 사용자 입력, 소프트웨어 또는 펌웨어 명령어들, 휘발성 또는 비휘발성 메모리, 또는 다른 구성 수단 또는 입력에 따라 조명 시스템 및/또는 신호 유도 모듈에 공급되는 전류들의 제어를 제공할 수 있다.
하나의 실시예에서, 구동 전류 제어기, 예를 들면, 제어기(11)는 본 기술 분야에 숙련된 자에 의해 이해될 수 있는 조명 시스템의 제어 또는 피드백 제어를 용이하게 하는 전자 구동 회로를 포함한다. 예를 들면, 구동 전류 제어기는 아날로그 전류원들, PWM 전류원들, PCM 전류원들, 랜덤 디지털 신호 전류원들, 또는 본 기술 분야에 알려진 것으로서의 다른 전류원들과 같은 제어가능한 전류원들을 포함할 수 있다. 트랜지스터들, 다이오드들, 인덕터들, 저항기들, 커패시터들, 연산 증폭기들, 또는 다른 컴포넌트들이 본 발명의 다양한 실시예들에서 전류원을 구성하는 데에 이용될 수 있다.
하나의 실시예에서, 신호 유도 모듈은 하나 이상의 1차 구동 전류 신호에 기초하여 하나 이상의 2차 구동 전류 신호를 생성하도록 구성가능한 실질적으로 자급식(self-contained)의 모듈이다. 예를 들면, 신호 유도 모듈은 제어기의 출력을 모니터링하고 하나 이상의 2차 구동 전류 신호를 유도하도록 이 정보를 처리할 수 있다. 신호 유도 모듈은 전원, 마이크로프로세서, 또는 본 기술 분야에 숙련된 자에 의해 이해될 수 있는 다른 엘리먼트들과 같은 이러한 목적을 위한 컴포넌트들을 포함할 수 있다.
하나의 실시예에서, 신호 유도 모듈은, 예를 들면, 신호 유도 모듈에 동작적으로 연결된 제어 신호 라인들을 통해 제어기에 의해 공급되는 팬텀 파워(phantom power)를 이용하여 동작하도록 구성될 수 있다. 예를 들면, 신호 유도 모듈은 그의 작동을 위해 실질적으로 일정한 전류를 끌어당기도록 구성될 수 있고, 제어기는, 신호 유도 모듈 및 전류 구동기들에 의해 수신되는 제어 신호들에 실질적으로 영향을 주지않고, 신호 유도 모듈에 의해 끌어당겨진 전류의 보상으로 하나 이상의 제어 신호 라인 상에서 공급되는 전류를 높일(boost) 수 있다.
하나의 실시예에서, 신호 유도 모듈은 구동 전류 제어기와 실질적으로 통합된다. 예를 들면, 도 2를 참고하여, 신호 유도 모듈(16) 및 제어기(11)는 마이크로프로세서, 전원, 하우징, 냉각 시스템, 사용자 인터페이스, 또는 본 기술 분야에 숙련된 자에 의해 이해될 수 있는 다른 엘리먼트들과 같은 컴포넌트들을 공유할 수 있다.
하나의 실시예에서, 제어기는 하나 이상의 센싱 디바이스로부터 동작 온도를 나타내는 하나 이상의 신호를 수신하고, 광의 요망되는 색상 및 동작 온도에 기초하여 제어 신호들을 결정하도록 구성될 수 있다. 동작 온도는 발광 엘리먼트들에 의해 방출된 광의 색상과 온도 사이의 미리 결정된 상관을 이용한 피드백 제어를 위해 광의 색상과 상관될 수 있다. LEE들의 동작 온도는, 예를 들면, 서모파일(thermopile), 서미스터(thermistor) 또는 서모커플(thermocouple) 등과 같은 온도 센서에 의해, 또는 온도를 LEE에 걸친 전압 강하와 상관시킴으로써 측정될 수 있다. 발광 엘리먼트들에 의해 방출된 광은 요망되는 색상의 광을 실질적으로 획득하도록 혼합될 수 있다. 생성된 요망되는 색상의 광은 이에 따라 접합 온도로부터 야기된 발광 엘리먼트들의 동작 특성들의 변화들에 실질적으로 무관할 수 있다.
하나 이상의 광학 시스템이 조명 시스템에 의해 생성된 광을 혼합(blend), 방향변경(redirect), 형상화(shape), 또는 다르게 다루기 위해 제공될 수 있다. 광학 시스템은 필터들, 렌즈들, 반사기들, 확산기들, 또는 본 기술 분야에 숙련된 자에 의해 용이하게 이해될 수 있는 다른 광학 엘리먼트 포맷을 포함할 수 있는 하나 이상의 광학 엘리먼트를 포함할 수 있다.
본 기술 분야에 공지된 온도 관리 시스템들은 광원들의 열 관리를 제공하기 위해 광원들에 열적으로 연결될 수 있다. 열 관리 시스템은 히트싱크(heatsink), 히트 핀(heat fin) 구성, 능동 또는 수동 냉각 시스템들, 예를 들면, 열 파이프들, 열사이폰들(thermosyphons), 열전기 냉각기들, 팬들, 전자-공기역학 펌프(electro-aerodynamic pump) 또는 이온 펌프, 또는 본 기술 분야에 숙련된 자에 의해 용이하게 이해될 수 있는 다른 온도 관리 시스템 중 하나이거나 또는 그의 조합일 수 있다.
백색 광 조명 시스템
본 발명의 하나의 실시예에서, 조명 시스템은 백색 광 조명 시스템으로 이용된다. 신호 유도 모듈은, 하나 이상의 2차 구동 전류 신호를 제공할 수 있는 변조 파라미터 결정을 구현하도록 구성된다. 예를 들면, 의존적 제어를 이용하는 백색 광 조명 시스템들은 RGBA LEE 기반 조명 시스템을 이용하여 구현될 수 있는데, 여기에서 신호 유도 모듈은, 적색 LEE(들)의 변조 파라미터 f R , 및 녹색 LEE(들)의 변조 파라미터 f G 에 기초하여 아래의 수학식에 의해 결정되는 호박색 LEE들에 대한 강도 변조 파라미터(f A )를 구현하도록 구성될 수 있으며:
Figure 112009073359695-PCT00001
여기에서 파라미터 c는 요망되는 비례 상수(scaling constant)이고, 지수 파라미터들 rR 및 rG는 f A 에 대한 모든 가능한 값들이 범위 [0,c]에 있도록 적절히 선택되는 양의 실수들이다. 각 f R , f G 는 범위 [0,1] 내에 있다. 비례 상수 c는 적색 및 녹색 색상 광원들의 강도들에 비례하여 호박색 색상 광원의 강도를, 한도 내에서, 일치시키거나(match), 일정비율 올리거나(scale-up) 또는 일정비율 낮추기(scale-down) 위해 이용될 수 있다.
유사하게, 본 발명의 다른 실시예들은 호박색, 황색 또는 청록색과 같은 임의의 수의 광원 색상들의 임의의 조합을 갖는 네 번째 또는 그 이상의 다른 색상 광원들을 이용할 수 있다. 다른 색상 광원(들)의 변조 파라미터들은 호박색 광원으로서 또는, 예를 들면, 초록색 및 녹색 또는 심지어는 청색 및 적색 색상 광원들의 변조 파라미터들의 함수로서 유사한 방식으로 의존적으로 제어될 수 있다. 수학식 1에 따른 제어 스킴은 또한 회백색(off-white) 광의 색조들(hues)을 생성하는 데에 이용될 수 있다는 것에 유의한다.
예시의 실시예에서, r R 및 r G 는, f A 가 f R 또는 f G 중 어느 하나가 고정되는 동안 다른 하나에 대한 제곱근 의존(square root dependency)에 따르도록 양쪽 모두 0.5일 수 있다. 이 방법에 따라 구성되거나 또는 제어되는 조명 시스템은 바람직하게는 더 높은 CRI의 광을 생성할 수 있다. 다른 실시예들이 호박색 또는 청색- 녹색 또는 양쪽 모두의 색상 광원들의 변조 파라미터를 결정하기 위해 r R 또는 r G 에 대한 다른 값들을 이용할 수 있다는 것에 유의한다.
본 발명의 다른 실시예들에서, 의존적으로 제어되는 광원들에 대한 변조 파라미터들은 또한 수학식 1에 설명된 거듭제곱 법칙(power law) 의존성 이외의 함수들에 따라 결정될 수 있다. 변조 파라미터들의 결정을 위한 대안 함수들은 일반 함수들, 분석적 함수들(다항식, 대수), 또는 룩업(look-up) 관계들을 포함할 수 있으며, 여기에서 각 대안 함수는 적절한 수 및 조합의 파라미터들 및 파라미터 범위들을 제공할 수 있다. 예를 들면, 의존적으로 제어된 광원들에 대한 변조 파라미터들은 이하에 의해 기술될 수 있는 것과 같은 의존성에 의해 기술될 수 있는 함수들에 따라 결정될 수 있으며:
Figure 112009073359695-PCT00002
여기에서 f Dep 는 구동 전류 유도 시스템의 출력에 따른 변조 파라미터이고, g(·)는 거듭제곱 법칙, 제곱근, 또는 전술한 바와 같은 대안 함수들의 조합과 같은 하나 이상의 변수의 함수이고, f 1 , f 2 ,...는 구동 전류 제어기의 하나 이상의 출력에 따른 변조 파라미터들이다.
단일 변수 함수들의 조합으로 g(·)를 표현함에 있어서, g(·)는 하나의 실시예에서 이하와 같이 표현될 수 있으며:
Figure 112009073359695-PCT00003
여기에서, N i 및 N j 는 적절히 선택된 파라미터들이고, gij(·)는 각각의 i 및 j에 대한 하나의 변수의 함수이다. 선택된 i 및 j에 대해서, gij(·)는, 예를 들면, 구동 전류 제어기의 일부 변조 파라미터들에 대한 g(·)의 의존성들을 제거하기 위해 요구될 수 있는, 실질적으로 0이거나 1일 수 있다. 예를 들면, 수학식 1을 회복하기 위해, N i =1 및 N j =1이 선택될 수 있고,
Figure 112009073359695-PCT00004
,
Figure 112009073359695-PCT00005
이고, 여기에서 f 1 =f R 이고 f 2 =f G 이다. 수학식 1에 세 제곱(third power) 법칙 곱(product) 의존성을 추가하기 위해, Nj=2가 선택될 수 있고,
Figure 112009073359695-PCT00006
가 정의될 수 있고, 여기서 f 3 는 구동 전류 제어기의 세 번째 출력의 변조 파라미터로서 정의된다.
백색 광 조명 시스템들은 또한 RGB 또는 RGBA 기반 시스템 이외의 시스템들을 이용하여 구현될 수 있다. 예를 들면, 다른 색상의 LEE들의 광은, 요망되는 백색 광이 다른 색상의 LEE들에 의해 정의된 역 내에 있다면, 요망되는 백색 광을 제공하기 위해 본 발명의 실시예들에 따라 혼합될 수 있다.
비-백색 광 조명 시스템들
조명 시스템들을 이용하여 어떤 깊이 포화된 광 색상들(deeply saturated light colours)을 재현하는 능력은 RGBA 조명 시스템 구성에 대해 전술한 바와 같 은 유사한 방식으로 다색 광원 내의 몇몇 색상 광원들을 적절하게 의존적으로 제어하는 것에서 이익을 얻을 수 있다.
도 3은 도 1의 색도 다이어그램의 상세를 나타낸다. 도시된 바와 같이, 색도 공간의 호박색 및 적색의 근접에 기인하여, 호박색 및 적색 광원들은 바람직하게는 청색(4) 광원, 즉 제3 독립 색상 광원과 호박색(2) 광원 색도 좌표들을 연결하는 라인(8)보다 위에 혼합된 광의 색도들에 대해서 기능적으로 밀접하게 커플링될 수 있다. 예를 들면, 호박색 및 적색 광원들은 그들의 강도들이 함께 증가하거나 또는 감소한다는 점에서, 그리고 호박색 및 적색 광원들의 강도들은 요망되는 색도가 라인(8)보다 위에 더 멀리 이동될 때 유사하게 될 수도 있다는 점에서 기능적으로 밀접하게 커플링될 수 있다. 혼합된 광이 라인(8)보다 아래의 색도를 갖도록 요망된다면, 호박색(2) 광원을 적색(1) 광원으로부터 분리하는 것이 요구될 수 있다. 예를 들면, 호박색 및 적색 광원들의 강도들은 요망되는 색도가 라인(8)보다 아래에 있을 때 더 이상 서로에 대해 유사한 방식으로 변하지 않을 수 있지만, 실질적으로 독립적으로 변할 수 있다. 라인(8)보다 아래에 적색 광원의 함수로서 호박색 광원의 강도를 결정함에 있어서, 커플링은 바람직하게는 요망되는 색도의 혼합된 광의 좌표가 라인(8)으로부터의 거리를 증가시킬 때 점차 작아지게 되어, 실질적으로 어떠한 바람직하지 않은 색상 불연속성도 관측할 수 없게 된다. 청색(4) 광원으로부터 적절한 양의 청색을 혼합하는 것 외에, 혼합된 광의 요망되는 색도는 적절한, 독립적인 양의 적색 광 및 녹색 광을 혼합함으로써 결정되고, 한편 제4 색상인 호박색의 양은 적색 및 녹색의 양들에 의존한다. 호박색 및 적색 광원 들의 응용 요건들 및 대역폭들에 따라, 예를 들면, 조명 시스템이 깊이 포화된 적색 광 색상들을 생성하도록 요구될 수 있다면, 호박색 광의 양은 라인(9)보다 아래의 제로일 수 있다. 그렇지 않다면 호박색 광의 양은 라인(10)으로부터의 거리의 함수로서 점차 떨어질 수 있다. 동일한 유형의 고려 사항들이, 예를 들면, 황색 및 녹색 또는 청색 및 청록색과 같은 근사 색도 광원들의 다른 짝들에 적용될 수 있다는 것에 유의한다.
예를 들면, 도 3은 실질적으로 하기에 따른 적색(1) 및 호박색(2) 광원들의 색도들의 가중화된 조합(weighted combination)에 의해 주어지는 색도 좌표들을 갖는 포인트 R'(30)를 나타내며:
Figure 112009073359695-PCT00007
여기에서, (xA, yA) 및 (xR, yR)은 x-y 좌표 또는 각각의 호박색 및 적색 광원들에서의 색도들이다. 1:1과 같은, 수학식 4의 9:1 가중화 이외의 가중치들이 가능하다는 것에 유의한다. 더욱 일반적으로는, 호박색 광에 대한 적색 광의 가중화 a:b(여기에서 a 및 b는 양수들임)는 실질적으로 하기에 따른 색도 좌표들을 갖는 포인트 R'을 초래할 것이다:
Figure 112009073359695-PCT00008
예를 들면, 도 3의 포인트(101)의 경우와 같이, 혼합된 광의 요망되는 색도가 라인(8)보다 위에 있다면, 호박색 광원에 대한 변조 파라미터는, 전술한 바와 같은 강도들을 일치시키기 위한 옵션 선형 스케일링(optional linear scaling) 이외에, 적색 광원의 변조 파라미터의 9분의 1일 수 있다. 예를 들면, 도 3의 포인트(103)의 경우와 같이, 혼합된 광의 요망되는 색도가 라인(9)보다 아래에 있다면, 호박색 광원 강도는 단순히 제로로 설정될 수 있다. 예를 들면, 도 3의 포인트(102)의 경우와 같이, 혼합된 광의 요망되는 색도가 라인(8)과 라인(9) 사이에 있다면, 호박색 광원 강도는 라인(8)으로부터의 거리에 비례하여 라인(8)보다 위의 영역에 대해 정의된 값으로부터 라인(9)에서의 제로로 선형적으로 감소할 수 있다. 그 결과, 호박색 광원 커플링 팩터는 라인(9)에서의 제로로부터, 예를 들면, 라인(8)에서 9분의 1까지 점차 변한다. 의존적으로 제어되는 호박색 광원들과 함께 RGB 색상 광원들을 이용하는 본 발명의 다른 실시예들은 상이한 방식들로 호박색 광의 강도를 변화시킬 수 있다는 것에 유의한다.
본 발명의 하나의 실시예에서, 전술한 바와 같이, 혼합된 광의 강도에 관한 호박색 광의 강도는 도 3의 라인(8) 및 라인(9)에 의해 지시된 세 영역들 각각에서의 특정한 함수적 관계에 의존한다.
본 발명의 전술한 실시예들이 예시적이며 많은 방식으로 변경될 수 있다는 것은 명백하다. 그러한 현재 또는 미래의 변경들은 본 발명의 정신 및 범주로부터 벗어나는 것으로 간주되지 말아야 하며, 본 기술 분야에 숙련된 자에게 명백할 수 있는 모든 그러한 변경들은 이하의 청구항들의 범주 내에 포함되어야 한다.

Claims (15)

  1. 색상 광원들을 제어하는 조명 시스템으로서,
    (a) 하나 이상의 1차(primary) 구동 전류 신호를 제공하기 위한 구동 전류 제어기;
    (b) 발광 엘리먼트들의 하나 이상의 제1 그룹 ― 각 제1 그룹은 상기 구동 전류 제어기에 동작적으로(operatively) 연결되고, 각 제1 그룹은 상기 하나 이상의 1차 구동 전류 신호 중 하나의 1차 구동 전류 신호를 나타내는 1차 구동 전류에 응답함 ―;
    (c) 하나 이상의 2차(secondary) 구동 전류 신호를 결정하기 위해 상기 구동 전류 제어기에 동작적으로 연결되는 신호 유도 모듈(signal derivation module); 및
    (d) 발광 엘리먼트들의 하나 이상의 제2 그룹 ― 각 제2 그룹은 상기 신호 유도 모듈에 동작적으로 연결되고, 각 제2 그룹은 상기 하나 이상의 2차 구동 전류 신호 중 하나의 2차 구동 전류 신호를 나타내는 2차 구동 전류에 응답함 ―;
    을 포함하고, 상기 하나 이상의 2차 구동 전류 신호 각각은 상기 하나 이상의 1차 구동 전류 신호 중 적어도 하나에 기초하여 미리 결정되는 조명 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 발광 엘리먼트들의 하나 이상의 제1 그룹은 적색 발광 엘리먼트들, 녹색 발광 엘리먼트들 및 청색 발광 엘리먼트들을 포함하는 조명 시스 템.
  3. 제2항에 있어서, 상기 발광 엘리먼트들의 하나 이상의 제2 그룹은 호박색 발광 엘리먼트들, 청록색 발광 엘리먼트들, 황색 발광 엘리먼트들 또는 그의 조합을 포함하는 조명 시스템.
  4. 제1항에 있어서, 상기 발광 엘리먼트들의 하나 이상의 제2 그룹 중 하나의 제2 그룹은 호박색 발광 엘리먼트들을 포함하고, 상기 호박색 발광 엘리먼트들에 대한 구동 전류를 나타내는 상기 2차 구동 전류 신호는 상기 적색 발광 엘리먼트들 및 녹색 발광 엘리먼트들과 연관된 상기 1차 구동 전류 신호들의 미리 결정된 관계에 기초하여 유도되는 조명 시스템.
  5. 제4항에 있어서, 상기 호박색 발광 엘리먼트들에 의해 방출된 광은 상기 적색 발광 엘리먼트들 또는 상기 녹색 발광 엘리먼트들에 의해 방출된 광이 제로(zero)에 접근할 때 대략 제로로 감소하는 조명 시스템.
  6. 제1항에 있어서, 상기 하나 이상의 2차 구동 전류 신호 중 적어도 하나의 2차 구동 전류 신호는 상기 하나 이상의 1차 구동 전류 신호 중 적어도 하나와의 룩업(lookup) 테이블 관계에 기초하여 미리 결정되는 조명 시스템.
  7. 제1항에 있어서, 상기 하나 이상의 2차 구동 전류 중 적어도 하나의 2차 구동 전류는 상기 하나 이상의 1차 구동 전류 신호 중 적어도 하나의 1차 구동 전류 신호와의 관계들의 구분적(piecewise) 조합에 기초하여 미리 결정되고, 상기 관계들의 구분적 조합은 선형 관계, 거듭제곱 법칙(power law) 관계, 제곱근 관계, 다항식 관계, 대수(logarithmic) 관계 및 룩업 테이블 관계를 포함하는 그룹으로부터 선택되는 관계들을 포함하는 조명 시스템.
  8. 제1항에 있어서, 상기 하나 이상의 2차 구동 전류 신호 중 적어도 하나의 2차 구동 전류 신호는 상기 하나 이상의 1차 구동 전류 신호 중 적어도 두 개의 1차 구동 전류 신호들과의 관계들의 조합에 기초하여 미리 결정되고, 상기 관계들은 합 연산, 차 연산, 곱 연산 및 몫 연산을 포함하는 그룹으로부터 선택되는 하나 이상의 연산을 이용하여 조합되는 조명 시스템.
  9. 제1항에 있어서, 상기 하나 이상의 2차 구동 전류 신호 중 적어도 하나의 2차 구동 전류 신호는 상기 하나 이상의 1차 구동 전류 신호 중 적어도 하나의 1차 구동 전류 신호와의 관계에 기초하여 미리 결정되고, 상기 관계는 상기 조명 시스템에 의해 생성될 원하는 광 색상에 의존하는 가변 강도(variable strength)를 갖는 조명 시스템.
  10. 조명 시스템 제어 방법으로서,
    (a) 발광 엘리먼트들의 하나 이상의 제1 그룹을 구동하기 위한 하나 이상의 1차 구동 전류를 결정하는 단계, 및
    (b) 발광 엘리먼트들의 하나 이상의 제2 그룹을 구동하기 위한 하나 이상의 2차 구동 전류를 결정하는 단계
    를 포함하고, 상기 하나 이상의 2차 구동 전류 각각은 상기 하나 이상의 1차 구동 전류 중 적어도 하나의 1차 구동 전류에 기초하여 미리 결정되는 조명 시스템 제어 방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 발광 엘리먼트들의 하나 이상의 제1 그룹은 적색 발광 엘리먼트들, 녹색 발광 엘리먼트들 및 청색 발광 엘리먼트들을 포함하고, 상기 발광 엘리먼트들의 하나 이상의 제2 그룹 중 하나의 제2 그룹은 호박색 발광 엘리먼트들을 포함하고, 상기 호박색 발광 엘리먼트들에 대한 구동 전류를 나타내는 2차 구동 전류 신호는 상기 적색 발광 엘리먼트들 및 녹색 발광 엘리먼트들에 연관된 1차 구동 전류 신호들의 미리 결정된 관계에 기초하여 유도되는 조명 시스템 제어 방법.
  12. 제10항에 있어서, 상기 하나 이상의 2차 구동 전류 중 적어도 하나의 2차 구동 전류는 상기 하나 이상의 1차 구동 전류 중 적어도 하나의 1차 구동 전류와의 룩업 테이블 관계에 기초하여 결정되는 조명 시스템 제어 방법.
  13. 제10항에 있어서, 상기 하나 이상의 2차 구동 전류 중 적어도 하나의 2차 구동 전류는 상기 하나 이상의 1차 구동 전류 중 적어도 하나의 1차 구동 전류와의 관계들의 구분적 조합에 기초하여 미리 결정되고, 상기 관계들의 구분적 조합은 선형 관계, 거듭제곱 법칙 관계, 제곱근 관계, 다항식 관계, 대수 관계 및 룩업 테이블 관계를 포함하는 그룹으로부터 선택되는 관계들을 포함하는 조명 시스템 제어 방법.
  14. 제10항에 있어서, 상기 하나 이상의 2차 구동 전류 중 적어도 하나의 2차 구동 전류는 상기 하나 이상의 1차 구동 전류 중 적어도 두 개의 1차 구동 전류들과의 관계들의 조합에 기초하여 미리 결정되고, 상기 관계들은 합 연산, 차 연산, 곱 연산 및 몫 연산을 포함하는 그룹으로부터 선택되는 하나 이상의 연산을 이용하여 조합되는 조명 시스템 제어 방법.
  15. 제10항에 있어서, 상기 하나 이상의 2차 구동 전류 중 적어도 하나의 2차 구동 전류는 상기 하나 이상의 1차 구동 전류 중 적어도 하나의 1차 구동 전류와의 관계에 기초하여 미리 결정되고, 상기 관계는 상기 조명 시스템에 의해 생성될 원하는 광 색상에 의존하는 가변 강도를 갖는 조명 시스템 제어 방법.
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