JP2004515891A - Ｌｅｄ照明装置システム - Google Patents
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Abstract
ＤＣ電流信号を供給するように構成された電源段を具える、電力をＬＥＤ光源に供給し、所望の光色を発生するＬＥＤ照明装置システム。光混合回路を前記電源段に結合し、この光混合回路は、赤色、緑色および青色を有する複数のＬＥＤ光源を含み、所望の色温度を有する種々の所望の光を発生する。コントローラシステムを前記電源段に結合し、制御信号を前記電源段に供給し、前記ＤＣ電流信号を前記所望の光出力を保持する所望のレベルにおいて保持するように構成した。前記コントローラシステムを、さらに、前記ＬＥＤ光源に関係するルーメン出力分数を、前記ＬＥＤ光源の接合温度と、前記光混合回路において発生すべき所望の光の色度座標とに基づいて推定するように構成する。前記光混合回路が、前記ＬＥＤ光源に関係する温度を測定する温度センサと、前記ＬＥＤ光源によって発生された光のルーメン出力レベルを測定する光検知器とをさらに具える。前記測定された温度に基づいて、前記コントローラシステムは、前記所望の混合された光出力を達成するために前記ＬＥＤ光源の各々が発生する必要がある出力ルーメンの量を決定し、前記光検知器がフィードバックループと協働して、前記ＬＥＤ光源の各々に関する必要なルーメン出力を保持する。
Description
【０００１】
本発明は、ＬＥＤ照明装置に関し、特に、選択可能な色温度と減光レベルとを有する白色光を発生する制御システムに関する。
【０００２】
過去数年の間に、ＬＥＤ技術は、ＬＥＤアレイによって発生された光の効率が、白熱灯の効率に匹敵、またはこれを超える地点まで著しく前進した。多くの照明用途において、赤色、緑色および青色ＬＥＤアレイを用い、通常の白色光を発生する。赤色、緑色および青色ＬＥＤの各グループによって発生されたルーメンを適切に混合することによって、前記ＬＥＤアレイによって発生された白色光の“色温度”を制御することができる。理論的に、光源の色温度は、放射が前記光源と同じ色度を有するプランクの放射体（理想光源）の温度として規定され、ケルビンにおいて測定される。普通の観察者に対して、色温度は、白色光の色を示す。より冷たい白色光は、商用の蛍光灯によって発生される光と同様に、より低い色温度を有し、より暖かい白色光は、住宅用白熱灯によって発生される光と同様に、より高い色温度を有する。
【０００３】
色度という用語を、その照明レベルまたはルーメンにかかわりなく、前記光源の色を識別するのに用いる。異なった光源の色度が等しい場合、各光源からの光の色は、照明レベルにかかわりなく目には同じように現れる。光源の色度を、色度座標によって表す。このような座標の一例は、ＣＩＥ１９３１色度図であり、この図において、放射された光の色を、ｘおよびｙ座標によって表す。
【０００４】
実際には、ＬＥＤアレイの色温度は、相関色温度として規定される。相関色温度という用語を、その色度座標が理想光源の色度座標のいずれとも正確に等しくない光源に用いる。したがって、ランプのような実際の光源の相関色温度を、知覚された色が同じ輝度における指定された観察条件の下での実際の光源の色と最も近く似ている理想光源の温度として規定する。この文脈において、この記述は、色温度および相関色温度という用語を交換可能に使用する。
【０００５】
ＲＧＢ ＬＥＤアレイの相関色温度および減光レベルは、とりわけ、ＬＥＤの動作温度と、ＬＥＤの年齢と、ＬＥＤの製造におけるバッチ間変化とに依存する。
【０００６】
したがって、すべての所望の動作条件に関して指定された光レベルを保持することができる白色ＬＥＤ照明装置用制御メカニズムに関する必要がある。
【０００７】
本発明の一実施形態によれば、白色光を発生するＬＥＤ照明システムを、複数の赤色、緑色および青色ＬＥＤを使用する３つの形式のＬＥＤ光源によって形成する。光制御システムを、放射された白色光の色温度およびルーメン出力レベルを保持するように構成する。前記制御システムは、フィードフォワード温度補償装置と、光フィードバック制御システムとを具え、目標白色光を維持する。ＬＥＤの接合温度および光出力を感知し、前記光制御システムに供給する。
【０００８】
前記温度フィードフォワード補償装置を使用し、白色光の目標色温度および演色指数における偏差を補償する。フィードフォワード温度補償手段のような処理手段を、前記赤色、緑色および青色ＬＥＤ光源の必要なルーメン出力分数を、前記ＬＥＤの接合温度と前記目標白色光とに応じて発生するように構成する。目標白色光に必要な前記赤色、緑色および青色ＬＥＤ光源からのルーメン出力を、前記目標白色光の色度座標と、前記接合温度に基づいて前記ＬＥＤ光源によって放射された光の色度座標とを使用して計算する。
【０００９】
本発明の一実施形態によれば、前記赤色、緑色および青色ＬＥＤ光源によって放射された光の色度座標を、前もって接合温度の関数として計算し、メモリ手段に格納する。本発明の他の実施形態によれば、前記赤色、緑色および青色ＬＥＤ光源の必要なルーメン出力分数を、オフラインで接合温度の関数として計算し、前記メモリ手段に格納することもできる。
【００１０】
ルーメン出力モジュールを、ルーメン出力コントローラとの組み合わせにおいて、接合温度、年齢およびバッチ間変換にかかわりなく、前記フィードフォワード温度補償器によって与えられた光出力値に等しい前記ＬＥＤ光源から発生された光出力を維持するように構成する。
【００１１】
図１は、本発明の一実施形態による制御システムを有する、白色光を放射するＬＥＤ照明システム８のブロック図を示す。この照明装置は、光ミキサに結合され、前記光ミキサに電力を供給するように構成された電源１０を含む。コントローラユニット３４を、電源１０および光ミキサ２６の双方に結合する。前記コントローラを、力率補償制御と、照明レベル制御と、白色光の色温度制御と、可変色制御とを与えるように構成する。
【００１２】
ミキサ２６は、赤色ＬＥＤ光源のアレイ２４、緑色ＬＥＤ光源のアレイ２２および青色ＬＥＤ光源のアレイ２８のような複数のＬＥＤ光源を含む。電源１０を、調整された電力を前記赤色、緑色および青色ＬＥＤ光源に各々供給するように構成する。
【００１３】
電源１０は、ＡＣ電源電流を例えばメイン電源から受けるように構成された整流器を含む。ＤＣ−ＤＣコンバータ１２を整流器１６の出力ポートに結合する。ＤＣ−ＤＣコンバータ１２の出力ポートを独立電源１４、１８および２０に結合し、これらの独立電源は前記ＬＥＤ光源に給電する。本発明の一実施形態によれば、前記ＤＣ−ＤＣコンバータを、当該技術分野において既知のフライバックコンバータ形式のものとすることができる。本発明の他の実施形態によれば、前記ＤＣ−ＤＣコンバータを、フォワードコンバータまたはバック形式のものとすることもできる。さらに、前記コンバータを、コントローラ２４と協働して前記メイン電源端における力率補償も与えるように構成する。独立電源１４、１８および２０を、必要な電力を赤色、緑色および青色ＬＥＤアレイによって形成された前記赤色、緑色および青色ＬＥＤ光源に供給する電流源として機能するように構成する。
【００１４】
光ミキサ２６は、前記赤色、緑色および青色ＬＥＤアレイによって発生された光出力を結合する混合光学系を含む。各ＬＥＤアレイをコントローラ３４によって制御し、所望の色温度および減光レベルに関する適切な光出力レベルを発生する。
【００１５】
光ミキサ２６は、光フィードバックセンサ３０および温度フィードバックセンサ３２をさらに含む。光フィードバックセンサ３０は、前記ＬＥＤ光源からルーメン出力を得て、この情報をコントローラ３４に供給する。前記光フィードバックセンサは、フォトダイオードのような光検知器と、前記ＬＥＤの光出力レベルを電気信号に変換し、前記フォトダイオードによって発生された電気信号を増幅するように構成された演算増幅器回路とを具える、さらに、温度センサ３２は、前記ＬＥＤの接合温度を得るように構成された検知手段を含む。
【００１６】
光フィードバックセンサを使用し、前記３つのＬＥＤ光源アレイの光出力を測定する。前記光出力を直接ルーメンにおいて測定することが望ましい。この目的のため、人間の目の応答性に適合する適切なフィルタを装着したフォトダイオードを用い、前記ＬＥＤ光源のルーメン出力を直接測定する。本発明の他の実施形態によれば、前記ＬＥＤ光源の放射出力を測定するのに使用される、なんのフィルタもないフォトダイオードを用いる。しかしながらこの実施形態において、前記光フィードバックシステムを、適切な手段によってキャリブレートし、前記光出力を前記測定された放射量から屈折計測量に変換する。
【００１７】
より詳細に後に説明するように、本発明の一実施形態による光測定装置を、１個のフォトダイオードが各ＬＥＤ光源アレイの出力を測定するのに十分であるように工夫する。この測定は、前記３つのＬＥＤ光源からの光出力に加えて、周辺光も含む。次に、あるＬＥＤ光源を一時的に“オフ”に切り替え、測定を行う。この測定は、前記周辺光を含む他の２つのＬＥＤ光源からの光出力に対応する。その後、前記２つの測定間の差は、“オフ”に切り替えられたＬＥＤ光源アレイからの光出力を生じる。前記ＬＥＤ光源アレイを短い間“オフ”に切り替え、前記光源アレイにおけるＬＥＤの接合温度が有意に変化しないようにする。前記光出力の測定を、他の２つのＬＥＤ光源アレイに関して繰り返す。コントローラ３４を、必要なときに測定シーケンスを周期的に実行するように構成する。
【００１８】
温度センサ３２を、前記光源アレイにおけるＬＥＤの接合温度を測定するように構成する。本発明の一実施形態によれば、温度センサ３２は、サーミスタまたはサーモパイルか、光ミキサ２６のケース温度を測定するように構成されたなんらかのシリコンベースセンサかを含む。本発明の一実施形態によれば、１個の温度センサのみを用い、前記ＬＥＤ光源アレイのケース温度を測定する。次に、前記接合温度を、後により詳細に説明するように、前記ＬＥＤ光源の温度モデルと前記ＬＥＤへの電流入力とを用いることによって推定する。
【００１９】
前記ＬＥＤの接合温度を、所望の色温度を発生する前記ＬＥＤの必要なルーメン出力を決定するように推定する。前記必要なルーメン出力を、好適には、後述する光源の色度座標を用いて推定する。上述したように、赤色、緑色および青色ＬＥＤ光源アレイからの光出力を適切な組み合わせにおいて混合した場合、白色光が本発明の一実施形態によって発生される。好適には、各アレイにおいて、前記複数のＬＥＤは、実際的に同じ電気的および光学的特性を有する。したがって、所望のまたは目標の色温度を有する白色光は、各ＬＥＤ光源からの光出力の量の適切な選択によって発生される。目標色に関して必要な前記赤色、緑色および青色ＬＥＤ光源アレイからのルーメン出力を、前記目標白色光の色度座標と、前記ＬＥＤ光源によって発生された光の色度座標とを用いることによって計算することができる。
【００２０】
本発明の一実施形態によれば、Ｉｗを所望の色温度に関する前記目標白色光の合計ルーメン出力とし、ｘｗ、ｙｗをその色度座標とする。前記所望の白色光に関する前記赤色ＬＥＤ光成分の色度座標をｘｒ、ｙｒとする。同様に、所望の白色光に関する緑色ＬＥＤ光成分の色度座標をｘｇ、ｙｇとする。同様に、所望の白色光に関する青色ＬＥＤ光成分の色度座標をｘｂ、ｙｂとする。さらに、Ｉｒ、ＩｇおよびＩｂを、各々、赤色、緑色および青色ＬＥＤ光源アレイから光出力とする。前記白色光の合計ルーメン出力を、前記３つのＬＥＤ光源アレイのルーメン出力の和として表すことができる。
Ｉｗ＝Ｉｒ＋Ｉｇ＋Ｉｂ （１）
さらに、前記赤色、緑色および青色ＬＥＤ光源アレイのルーメン出力分数Ｉ’ｒ、Ｉ’ｇおよびＩ’ｂを、
Ｉ’ｒ＝Ｉｒ／Ｉｗ
Ｉ’ｇ＝Ｉｇ／Ｉｗ （２）
Ｉ’ｂ＝Ｉｂ／Ｉｗ
として規定する。前記白色光の色度座標は前記ルーメン出力分数と関係し、前記ＬＥＤ光源アレイの色度座標は以下の通りである。
【数３】
【００２１】
本発明の一実施形態によれば、前記ＬＥＤ光源の色度座標を、コントローラ３４によって推定する。したがって、前記白色光の所望の色度座標と、前記ＬＥＤ光源の色度座標とを知ることによって、必要なルーメン出力分数を式（３）に基づいて計算することができる。本発明の一実施形態において、これらの計算を、オフラインで、所望の白色光座標および対応するＬＥＤ光源座標の予め決められた組に基づいて行う。所望の白色光に対応する所望の色度座標に関して、前記ルーメン出力分数は常に正でありユニークであることに注意されたい。
【００２２】
後により詳細に説明するように、前記白色光の色度座標を、前記白色光の所望の色温度から得る。したがって、本発明の一実施形態によれば、コントローラ３４を、ユーザによって選択可能な複数の所望の色温度に対応する複数の白色光色度座標を格納するように構成する。
【００２３】
さらに、前記ＬＥＤ光源の色度座標を、コントローラ３４によって測定された接合温度に基づいて推定する。ＬＥＤ光源の特性は温度とともに変化するため、これは続く。接合温度における変化とともに、前記ＬＥＤ光源のルーメン出力は指数関数的に変化し、ピーク波長は線形に変化する。前記ＬＥＤによって放射された光のピーク波長が変化した場合、前記ＬＥＤ光源の色度座標も変化する。これによって、前記ＬＥＤ照明装置から得られた混合光の色度座標は、前記ＬＥＤの接合温度が変化した場合、前記目標白色光または所望の色の光と異なる。したがって、前記白色光の目標色温度を、コントローラ３４なしでは、接合温度における変化とともに維持することができない。
【００２４】
本発明の一実施形態によれば、前記所望の白色光色度座標とＬＥＤ光源色温度とに基づいて、コントローラ３４は、前記必要な出力ルーメン分数を得て、そのフィードバック制御システムを調節し、前記ＬＥＤ光源の出力ルーメンを維持し、前記計算された出力ルーメン分数に実際的に等しい光量を発生するようにする。
【００２５】
図２は、本発明の一実施形態によるコントローラ３４の種々の構成要素を示す。この目的のため、コントローラ３４は、（１）温度センサ３２からのＬＥＤ接合温度と、（２）入力部ＵＩ１における前記照明装置の色プリファレンスまたは前記白色光の色温度に関するユーザ入力とを受けるように構成されたフィードフォワード温度補償器７０を含む。フィードフォワード温度補償器７０を、ＬＥＤ光源のルーメン出力分数を与えるように構成する。
【００２６】
ルーメン出力分数メモリ７２を、フィードフォワード温度補償器７０に結合する。このメモリは、以下に説明するように本発明の第１実施形態にしたがって以前に計算されたルーメン出力分数を格納する。
【００２７】
指定可能な目標色温度を有する白色光、または、所望の色を有する光に関する色度座標は既知である。前記赤色、緑色および青色光源の必要なルーメン出力分数を、オフラインで、前記接合温度の関数として計算する。
【００２８】
接合温度の関数として前記必要なルーメン出力分数を得るために、前記赤色、緑色および青色光源によって放射された光に関する色度座標を、接合温度の関数として、ＬＥＤ製造者によって与えられたデータに基づいて計算する。次に、すべての所望の白色光色度座標に関して、前記赤色、緑色および青色光源の必要なルーメン出力分数を、オフラインで、接合温度の関数として計算する。結果として、ルーメン出力分数メモリ７２を、接合温度の関数としての前記計算されたルーメン出力分数を格納するように構成する。フィードフォワード温度補償器を、前記格納されたルーメン出力分数を、前記接合温度および前記出力光の所望の色とに基づいて検索するように構成する。前記出力光を所望の白色光と呼んだが、他の所望の色を、これらの所望の色に関する対応する色度座標を与えることによって発生させることもできることに注意されたい。
【００２９】
コントローラ３４は、フィードフォワード温度センサ７０に結合され、前記ＬＥＤ光源アレイによって発生された混合光の発光レベルまたは減光制御に関するユーザ入力を入力部ＵＩ２において受けるように構成された減光コントローラ７４をさらに含む。したがって、前記ＬＥＤ光源によって発生する必要があるルーメン出力は、前記目標光の合計ルーメン出力に前記ルーメン出力分数を掛けることによって得られる。減光コントローラ７４をルーメン出力モジュール７６に結合し、ルーメン出力モジュール７６を、その光フィードバックシステム装置におけるコントローラ３４によって用いられるような前記ＬＥＤ光源の所望のルーメン出力値を保持するように構成する。
【００３０】
コントローラ３４は、フラッドライト／スポットライトコントローラ７５をさらに含み、フラッドライト／スポットライトコントローラ７５を、所望のフラッドライトまたはスポットライト照度に関するユーザ入力を入力部ＵＩ３において受けるように構成する。コントローラ７５のある出力ポートを、制御命令を前記ＬＥＤ光源アレイの各々におけるＬＥＤに供給するように構成する。さらに、本発明の他の実施形態によれば、コントローラ７５の他の出力ポートを、ルーメン出力命令をルーメン出力モジュール７８に供給するように構成する。
【００３１】
ルーメン出力モジュール７８を、前記光源アレイの各々におけるＬＥＤ光源の各々に関するルーメン出力要求を格納するように構成する。したがって、コントローラ３４は装置を使用し、この装置において、所望の白色温度または所望の色再現または所望のフラッドライトまたはスポットライト照明を達成することができる。
【００３２】
ルーメン出力モジュール７８を、コントローラ３４によって用いられる光フィードバック制御装置の一部として、加算器８０の入力ポートに結合する。前記加算器の出力ポートをルーメン出力コントローラ８２に結合し、ルーメン出力コントローラ８２を、コンバータ１２と独立電源１４、１８および２０とに供給される適切な信号を発生するように構成する。
【００３３】
光フィードバックシステム８６を、前記ＬＥＤ光源の出力ルーメンを、光フィードバックセンサ３０を用いることによって得て、受けた前記光信号を対応する電気信号に変換するように構成する。光フィードバックシステム８６の出力ポートを、フィードバックループ配置において加算器８０の第２入力ポートに結合する。
【００３４】
前記ＬＥＤ光源の接合温度を、本発明の種々の実施形態によって計算する。しかしながら、本発明は、範囲において、ここで考察した特定の実施形態に限定されず、前記ＬＥＤ光源の接合温度を測定する他の手段を用いることができる。したがって、本発明の一実施形態によれば、前記接合温度を測定する１つの方法は、前記ＬＥＤの両端間の順方向電圧降下を使用することである。ＬＥＤの両端間の順方向電圧降下は、温度とともに線形に変化する。光源アレイにおけるＬＥＤの列の両端間の順方向電圧降下を用い、前記ＬＥＤの平均接合温度を決定することができる。いくつかの例において、前記ＬＥＤ光源の両端間の順方向電圧における変化は小さいかもしれない。したがって、本実施形態を、多数のＬＥＤを直列に接続し、これらＬＥＤの両端間の順方向電圧降下が前記接合温度の正確な測定に関して十分に大きくなるようにした状況に有利に用いる。
【００３５】
本発明の他の実施形態によれば、前記ＬＥＤの接合温度を、前記光フィードバックシステムおよび温度センサから受けた測定を使用することによっても得ることができる。開始時において、前記照明装置が動作していない場合、前記ＬＥＤの接合温度は、ケース温度と同じであり、これを始動時において測定することができる。始動時処理の一部として、前記ＬＥＤ光源の出力も試験状態に関して測定する。前記ＬＥＤ光源を一時的にターンオンし、前記接合温度がほとんど一定になるようにする。検出器３０の出力を、試験電流Ｉｆ１およびケース温度Ｔ１に関してＩｖ１と示す。前記ＬＥＤの光出力が前記順方向電流に比例し、温度とともに指数関数的に変化することはよく知られている。したがって、温度Ｔ１における前記光検知器の出力Ｉｖ１を、
Ｉｖ１（Ｔ１）＝ｋｖ１・Ｉｆ１・ｅ−（Ｔ１−Ｔｎ）／Ｔ０（４）
によって表すことができ、ここで、ｋｖ１を前記順方向電流と光検知器出力との間のゲイン定数とし、Ｔｎを公称温度とし、Ｔ０を、製造者によって供給され、前記ＬＥＤに関する強度温度係数として規定される定数とし、この定数は、前記ＬＥＤのルーメン出力が温度とともにどのように変化するかを記述する。前記白色ＬＥＤ照明装置がターンオンし、動作する場合、前記ＬＥＤの接合温度はゆっくりと上昇する。接合温度における上昇とともに、前記ＬＥＤのルーメン出力は低下する。ここで、前記ＬＥＤのルーメン出力に関する測定を、動作電流Ｉｊ２に基づいて行うことができる。接合温度Ｔ２に対応する前記光検知器の出力ＩＶ２（Ｔ２）は、
ＩＶ２（Ｔ２）＝ｋｖ１・Ｉｆ２・ｅ−（（Ｔ２）−Ｔｎ）／Ｔ０）（５）
によって得ることができる。次に、以下の式、
【数４】
を得ることができる。式（６）をＴ２について解く。試験電流Ｉｆ１を、有利には始動時における電流とし、これを予め決められた値とすることができる。電流Ｉｆ１を、好適には、温度Ｔ２における動作電流とし、前記測定を、どのような試験電流を感知することなしに行うことができる。Ｔ２−Ｔ１について解くことは、指数定数を含む。したがって、前記指数定数に関する解を、オフラインで計算し、メモリアレイ／ルックアップテーブルに格納することができる。したがって、Ｔ２−Ｔ１を、前記指数定数に対応する予め格納された結果を検索することによって得ることができる。前記ルックアップテーブルを周期的に更新し、前記ＬＥＤのエージングを反映することができる。前記接合温度における変化を、上記式から得ることができる。本発明の他の実施形態によれば、簡単な近似を使用し、上記式を解くことができる。
【００３６】
上述した実施形態による接合温度の決定は、重大な利点を有する。例えば、エージングによる前記ＬＥＤの特性における変化を克服する。
【００３７】
コントローラ３４は、光フィードバックシステム８６（図２）および接合温度センサ３２（図１）の出力を入力として受ける。したがって、前記コントローラは、前記電源の出力を制御し、白色光または所望の色の光の所望の色温度を有する目標光を保持する。前記電源を高周波ＰＷＭコンバータで形成するため、前記電源への前記コントローラの出力は、ＰＷＭパルスに関するデューティ比またはオン時間のいずれかを表す。
【００３８】
本発明の種々の実施形態によれば、前記コントローラの機能を、アナログおよび／またはディジタル回路網によって実現する。しかしながら、ディジタルによる実現化が、本発明の目的には好適である。例えば、ディジタル装置を有するコントローラ３４は、低コストのマイクロコントローラおよびディジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）を用いる。
【００３９】
図３は、本発明の一実施形態によるコントローラ３４の動作を示すフローチャートである。ランプ電力がステップ１０２においてターンオンした場合、白色光または所望の色の光の色温度に関するユーザプリファレンスをステップ１０４において与える。さらに、ステップ１０４において、コントローラ３４は、ユーザ色プリファレンスに応じて、ユーザによって要求された白色光に関する所望の温度および色の対応する色度成分を検索する。
【００４０】
ステップ１０６において、コントローラ３４は、図１の参照とともに上述したように温度センサ３２を用いることによって、前記ＬＥＤ光源アレイの接合温度を感知する。ステップ１０８において、前記コントローラは、前記照明装置の動作に先立ってオフラインで格納された必要なルーメン出力分数を検索する。上述したように、温度の関数としての前記ＬＥＤ光源の色度をコントローラ３４に、前記計算されたルーメン出力分数とともに格納する。このようにして、前記接合温度および光の色に応じて、前記ＬＥＤ光源の必要なルーメン出力分数をコントローラ３４のメモリアレイから読み出す。
【００４１】
ステップ１１０において、コントローラ３４は、発光レベルまたは減光のレベルに関するユーザ入力を受ける。これに応じて、前記ＬＥＤ光源の必要なルーメン出力を、前記ルーメン出力分数に前記白色光の合計ルーメン出力を掛けることによって推定する。前記ＬＥＤ光源アレイに関する計算されたルーメン出力は、前記ルーメン出力制御システムに関する基準値を規定する。
【００４２】
ステップ１１２において、コントローラ３４は、動作のフラッドライトまたはスポットライトモードに関するユーザプリファレンスも感知し、各光源アレイにおける適切なＬＥＤ光源がフラッドライトまたはスポットライトビームを発生することを可能にする。
【００４３】
前記ＬＥＤ光源の基準ルーメン出力が得られたら、前記コントローラは、ステップ１１４において、赤色、緑色および青色ＬＥＤ光源に関するルーメン出力制御を実行する。前記ルーメン出力制御システムは、ＬＥＤ光源からの光出力が前記基準ルーメン出力と等しくなるように前記電源を制御する。コントローラ３４は、前記ルーメン出力制御動作を、決定ステップ１１６が、温度測定およびユーザ入力に関する時間が生じたことを決定するときまで続ける。結果として、コントローラ３４は、ステップ１０４に戻る。
【００４４】
図４は、前記赤色、緑色および青色ＬＥＤ光源に関するルーメン出力制御を説明するフローチャートである。ステップ１３２において、コントローラ３４は、図５の参照とともに後述するように前記ＬＥＤ光源からのルーメン出力が得られるように、標本化時間が生じるのを待つ。
【００４５】
ステップ１３４において、コントローラ３４は、赤色、緑色および青色ＬＥＤ光源に関するルーメン出力を取得する。ステップ１３６において、コントローラ３４は、赤色ＬＥＤ光源に関するルーメン出力制御を実行する。ステップ１３８において、コントローラ３４は、適切な制御信号を、赤色ＬＥＤ光源アレイに対応する電源１８（図１）に供給する。同様に、ステップ１４０においてコントローラ３４は、前記緑色ＬＥＤ光源に関するルーメン出力制御を実行する。ステップ１４２において、コントローラ３４は、適切な制御信号を、緑色ＬＥＤ光源アレイに対応する電源１８（図１）に供給する。同様に、ステップ１４４においてコントローラ３４は、前記青色ＬＥＤ光源に関するルーメン出力制御を実行する。ステップ１４６において、コントローラ３４は、適切な制御信号を、青色ＬＥＤ光源アレイに対応する電源１８（図１）に供給する。
【００４６】
図５は、前記ＬＥＤ光源アレイの各々のルーメン出力を測定する測定シーケンスを説明するフローチャートである。ステップ２０２において、前記照明装置が動作を開始し、すべてのＬＥＤ光源が“オン”になったときのルーメン出力を測定し、このルーメン出力は周辺光成分も含む。ステップ２０４において、前記ＬＥＤ光源アレイを測定しようとし、例えば、赤色ＬＥＤ光源を一時的に“オフ”に切り替え、ステップ２０６において測定を行う。ステップ２０８において、前記赤色光源アレイを再びターン“オン”し、ステップ２１０において、２つの測定の間の差は、前記赤色ＬＥＤ光源アレイに関するルーメン出力を生じる。
【００４７】
同様に、ステップ２１２において、緑色ＬＥＤ光源を一時的に“オフ”に切り替え、ステップ２１４において測定を行う。ステップ２１６において、前記緑色光源アレイを再びターン“オン”し、ステップ２１８において、２つの測定の間の差を計算し、前記緑色ＬＥＤ光源アレイに関するルーメン出力を生じるようにする。
【００４８】
同様に、ステップ２２０において、青色ＬＥＤ光源を一時的に“オフ”に切り替え、ステップ２２２において測定を行う。ステップ２２４において、前記青色光源アレイを再びターン“オン”し、ステップ２２６において、２つの測定の間の差を計算し、前記青色ＬＥＤ光源アレイに関するルーメン出力を生じるようにする。
【００４９】
本発明の一実施形態による図５に関して説明した測定シーケンスは、前記周辺光に関する問題も克服する。前記測定を前記３つのＬＥＤ光源アレイのすべてに関して行い、前記ＬＥＤ光源のルーメン出力を得る。次に、前記ＬＥＤ光源に関するルーメン出力制御を、赤色、緑色および青色ＬＥＤ光源アレイに関して順次に実行する。
【００５０】
このようにして、本発明の種々の実施形態によれば、白色温度およびルーメン出力の所望のレベルを正確かつ効率的に保持することができる白色照明装置制御システムを用いる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態による制御システムを有する白色ＬＥＤ照明装置のブロック図である。
【図２】本発明の一実施形態による図１に示す制御システムの種々の構成要素のブロック図である。
【図３】本発明の一実施形態による制御システムによって用いられる制御プロセスを説明するフローチャートである。
【図４】本発明の一実施形態による制御システムによって用いられるルーメン出力制御プロセスを説明するフローチャートである。
【図５】本発明の一実施形態による単一光検知器を使用してルーメン出力を測定するプロセスを説明するフローチャートである。
本発明は、ＬＥＤ照明装置に関し、特に、選択可能な色温度と減光レベルとを有する白色光を発生する制御システムに関する。
【０００２】
過去数年の間に、ＬＥＤ技術は、ＬＥＤアレイによって発生された光の効率が、白熱灯の効率に匹敵、またはこれを超える地点まで著しく前進した。多くの照明用途において、赤色、緑色および青色ＬＥＤアレイを用い、通常の白色光を発生する。赤色、緑色および青色ＬＥＤの各グループによって発生されたルーメンを適切に混合することによって、前記ＬＥＤアレイによって発生された白色光の“色温度”を制御することができる。理論的に、光源の色温度は、放射が前記光源と同じ色度を有するプランクの放射体（理想光源）の温度として規定され、ケルビンにおいて測定される。普通の観察者に対して、色温度は、白色光の色を示す。より冷たい白色光は、商用の蛍光灯によって発生される光と同様に、より低い色温度を有し、より暖かい白色光は、住宅用白熱灯によって発生される光と同様に、より高い色温度を有する。
【０００３】
色度という用語を、その照明レベルまたはルーメンにかかわりなく、前記光源の色を識別するのに用いる。異なった光源の色度が等しい場合、各光源からの光の色は、照明レベルにかかわりなく目には同じように現れる。光源の色度を、色度座標によって表す。このような座標の一例は、ＣＩＥ１９３１色度図であり、この図において、放射された光の色を、ｘおよびｙ座標によって表す。
【０００４】
実際には、ＬＥＤアレイの色温度は、相関色温度として規定される。相関色温度という用語を、その色度座標が理想光源の色度座標のいずれとも正確に等しくない光源に用いる。したがって、ランプのような実際の光源の相関色温度を、知覚された色が同じ輝度における指定された観察条件の下での実際の光源の色と最も近く似ている理想光源の温度として規定する。この文脈において、この記述は、色温度および相関色温度という用語を交換可能に使用する。
【０００５】
ＲＧＢ ＬＥＤアレイの相関色温度および減光レベルは、とりわけ、ＬＥＤの動作温度と、ＬＥＤの年齢と、ＬＥＤの製造におけるバッチ間変化とに依存する。
【０００６】
したがって、すべての所望の動作条件に関して指定された光レベルを保持することができる白色ＬＥＤ照明装置用制御メカニズムに関する必要がある。
【０００７】
本発明の一実施形態によれば、白色光を発生するＬＥＤ照明システムを、複数の赤色、緑色および青色ＬＥＤを使用する３つの形式のＬＥＤ光源によって形成する。光制御システムを、放射された白色光の色温度およびルーメン出力レベルを保持するように構成する。前記制御システムは、フィードフォワード温度補償装置と、光フィードバック制御システムとを具え、目標白色光を維持する。ＬＥＤの接合温度および光出力を感知し、前記光制御システムに供給する。
【０００８】
前記温度フィードフォワード補償装置を使用し、白色光の目標色温度および演色指数における偏差を補償する。フィードフォワード温度補償手段のような処理手段を、前記赤色、緑色および青色ＬＥＤ光源の必要なルーメン出力分数を、前記ＬＥＤの接合温度と前記目標白色光とに応じて発生するように構成する。目標白色光に必要な前記赤色、緑色および青色ＬＥＤ光源からのルーメン出力を、前記目標白色光の色度座標と、前記接合温度に基づいて前記ＬＥＤ光源によって放射された光の色度座標とを使用して計算する。
【０００９】
本発明の一実施形態によれば、前記赤色、緑色および青色ＬＥＤ光源によって放射された光の色度座標を、前もって接合温度の関数として計算し、メモリ手段に格納する。本発明の他の実施形態によれば、前記赤色、緑色および青色ＬＥＤ光源の必要なルーメン出力分数を、オフラインで接合温度の関数として計算し、前記メモリ手段に格納することもできる。
【００１０】
ルーメン出力モジュールを、ルーメン出力コントローラとの組み合わせにおいて、接合温度、年齢およびバッチ間変換にかかわりなく、前記フィードフォワード温度補償器によって与えられた光出力値に等しい前記ＬＥＤ光源から発生された光出力を維持するように構成する。
【００１１】
図１は、本発明の一実施形態による制御システムを有する、白色光を放射するＬＥＤ照明システム８のブロック図を示す。この照明装置は、光ミキサに結合され、前記光ミキサに電力を供給するように構成された電源１０を含む。コントローラユニット３４を、電源１０および光ミキサ２６の双方に結合する。前記コントローラを、力率補償制御と、照明レベル制御と、白色光の色温度制御と、可変色制御とを与えるように構成する。
【００１２】
ミキサ２６は、赤色ＬＥＤ光源のアレイ２４、緑色ＬＥＤ光源のアレイ２２および青色ＬＥＤ光源のアレイ２８のような複数のＬＥＤ光源を含む。電源１０を、調整された電力を前記赤色、緑色および青色ＬＥＤ光源に各々供給するように構成する。
【００１３】
電源１０は、ＡＣ電源電流を例えばメイン電源から受けるように構成された整流器を含む。ＤＣ−ＤＣコンバータ１２を整流器１６の出力ポートに結合する。ＤＣ−ＤＣコンバータ１２の出力ポートを独立電源１４、１８および２０に結合し、これらの独立電源は前記ＬＥＤ光源に給電する。本発明の一実施形態によれば、前記ＤＣ−ＤＣコンバータを、当該技術分野において既知のフライバックコンバータ形式のものとすることができる。本発明の他の実施形態によれば、前記ＤＣ−ＤＣコンバータを、フォワードコンバータまたはバック形式のものとすることもできる。さらに、前記コンバータを、コントローラ２４と協働して前記メイン電源端における力率補償も与えるように構成する。独立電源１４、１８および２０を、必要な電力を赤色、緑色および青色ＬＥＤアレイによって形成された前記赤色、緑色および青色ＬＥＤ光源に供給する電流源として機能するように構成する。
【００１４】
光ミキサ２６は、前記赤色、緑色および青色ＬＥＤアレイによって発生された光出力を結合する混合光学系を含む。各ＬＥＤアレイをコントローラ３４によって制御し、所望の色温度および減光レベルに関する適切な光出力レベルを発生する。
【００１５】
光ミキサ２６は、光フィードバックセンサ３０および温度フィードバックセンサ３２をさらに含む。光フィードバックセンサ３０は、前記ＬＥＤ光源からルーメン出力を得て、この情報をコントローラ３４に供給する。前記光フィードバックセンサは、フォトダイオードのような光検知器と、前記ＬＥＤの光出力レベルを電気信号に変換し、前記フォトダイオードによって発生された電気信号を増幅するように構成された演算増幅器回路とを具える、さらに、温度センサ３２は、前記ＬＥＤの接合温度を得るように構成された検知手段を含む。
【００１６】
光フィードバックセンサを使用し、前記３つのＬＥＤ光源アレイの光出力を測定する。前記光出力を直接ルーメンにおいて測定することが望ましい。この目的のため、人間の目の応答性に適合する適切なフィルタを装着したフォトダイオードを用い、前記ＬＥＤ光源のルーメン出力を直接測定する。本発明の他の実施形態によれば、前記ＬＥＤ光源の放射出力を測定するのに使用される、なんのフィルタもないフォトダイオードを用いる。しかしながらこの実施形態において、前記光フィードバックシステムを、適切な手段によってキャリブレートし、前記光出力を前記測定された放射量から屈折計測量に変換する。
【００１７】
より詳細に後に説明するように、本発明の一実施形態による光測定装置を、１個のフォトダイオードが各ＬＥＤ光源アレイの出力を測定するのに十分であるように工夫する。この測定は、前記３つのＬＥＤ光源からの光出力に加えて、周辺光も含む。次に、あるＬＥＤ光源を一時的に“オフ”に切り替え、測定を行う。この測定は、前記周辺光を含む他の２つのＬＥＤ光源からの光出力に対応する。その後、前記２つの測定間の差は、“オフ”に切り替えられたＬＥＤ光源アレイからの光出力を生じる。前記ＬＥＤ光源アレイを短い間“オフ”に切り替え、前記光源アレイにおけるＬＥＤの接合温度が有意に変化しないようにする。前記光出力の測定を、他の２つのＬＥＤ光源アレイに関して繰り返す。コントローラ３４を、必要なときに測定シーケンスを周期的に実行するように構成する。
【００１８】
温度センサ３２を、前記光源アレイにおけるＬＥＤの接合温度を測定するように構成する。本発明の一実施形態によれば、温度センサ３２は、サーミスタまたはサーモパイルか、光ミキサ２６のケース温度を測定するように構成されたなんらかのシリコンベースセンサかを含む。本発明の一実施形態によれば、１個の温度センサのみを用い、前記ＬＥＤ光源アレイのケース温度を測定する。次に、前記接合温度を、後により詳細に説明するように、前記ＬＥＤ光源の温度モデルと前記ＬＥＤへの電流入力とを用いることによって推定する。
【００１９】
前記ＬＥＤの接合温度を、所望の色温度を発生する前記ＬＥＤの必要なルーメン出力を決定するように推定する。前記必要なルーメン出力を、好適には、後述する光源の色度座標を用いて推定する。上述したように、赤色、緑色および青色ＬＥＤ光源アレイからの光出力を適切な組み合わせにおいて混合した場合、白色光が本発明の一実施形態によって発生される。好適には、各アレイにおいて、前記複数のＬＥＤは、実際的に同じ電気的および光学的特性を有する。したがって、所望のまたは目標の色温度を有する白色光は、各ＬＥＤ光源からの光出力の量の適切な選択によって発生される。目標色に関して必要な前記赤色、緑色および青色ＬＥＤ光源アレイからのルーメン出力を、前記目標白色光の色度座標と、前記ＬＥＤ光源によって発生された光の色度座標とを用いることによって計算することができる。
【００２０】
本発明の一実施形態によれば、Ｉｗを所望の色温度に関する前記目標白色光の合計ルーメン出力とし、ｘｗ、ｙｗをその色度座標とする。前記所望の白色光に関する前記赤色ＬＥＤ光成分の色度座標をｘｒ、ｙｒとする。同様に、所望の白色光に関する緑色ＬＥＤ光成分の色度座標をｘｇ、ｙｇとする。同様に、所望の白色光に関する青色ＬＥＤ光成分の色度座標をｘｂ、ｙｂとする。さらに、Ｉｒ、ＩｇおよびＩｂを、各々、赤色、緑色および青色ＬＥＤ光源アレイから光出力とする。前記白色光の合計ルーメン出力を、前記３つのＬＥＤ光源アレイのルーメン出力の和として表すことができる。
Ｉｗ＝Ｉｒ＋Ｉｇ＋Ｉｂ （１）
さらに、前記赤色、緑色および青色ＬＥＤ光源アレイのルーメン出力分数Ｉ’ｒ、Ｉ’ｇおよびＩ’ｂを、
Ｉ’ｒ＝Ｉｒ／Ｉｗ
Ｉ’ｇ＝Ｉｇ／Ｉｗ （２）
Ｉ’ｂ＝Ｉｂ／Ｉｗ
として規定する。前記白色光の色度座標は前記ルーメン出力分数と関係し、前記ＬＥＤ光源アレイの色度座標は以下の通りである。
【数３】
本発明の一実施形態によれば、前記ＬＥＤ光源の色度座標を、コントローラ３４によって推定する。したがって、前記白色光の所望の色度座標と、前記ＬＥＤ光源の色度座標とを知ることによって、必要なルーメン出力分数を式（３）に基づいて計算することができる。本発明の一実施形態において、これらの計算を、オフラインで、所望の白色光座標および対応するＬＥＤ光源座標の予め決められた組に基づいて行う。所望の白色光に対応する所望の色度座標に関して、前記ルーメン出力分数は常に正でありユニークであることに注意されたい。
【００２２】
後により詳細に説明するように、前記白色光の色度座標を、前記白色光の所望の色温度から得る。したがって、本発明の一実施形態によれば、コントローラ３４を、ユーザによって選択可能な複数の所望の色温度に対応する複数の白色光色度座標を格納するように構成する。
【００２３】
さらに、前記ＬＥＤ光源の色度座標を、コントローラ３４によって測定された接合温度に基づいて推定する。ＬＥＤ光源の特性は温度とともに変化するため、これは続く。接合温度における変化とともに、前記ＬＥＤ光源のルーメン出力は指数関数的に変化し、ピーク波長は線形に変化する。前記ＬＥＤによって放射された光のピーク波長が変化した場合、前記ＬＥＤ光源の色度座標も変化する。これによって、前記ＬＥＤ照明装置から得られた混合光の色度座標は、前記ＬＥＤの接合温度が変化した場合、前記目標白色光または所望の色の光と異なる。したがって、前記白色光の目標色温度を、コントローラ３４なしでは、接合温度における変化とともに維持することができない。
【００２４】
本発明の一実施形態によれば、前記所望の白色光色度座標とＬＥＤ光源色温度とに基づいて、コントローラ３４は、前記必要な出力ルーメン分数を得て、そのフィードバック制御システムを調節し、前記ＬＥＤ光源の出力ルーメンを維持し、前記計算された出力ルーメン分数に実際的に等しい光量を発生するようにする。
【００２５】
図２は、本発明の一実施形態によるコントローラ３４の種々の構成要素を示す。この目的のため、コントローラ３４は、（１）温度センサ３２からのＬＥＤ接合温度と、（２）入力部ＵＩ１における前記照明装置の色プリファレンスまたは前記白色光の色温度に関するユーザ入力とを受けるように構成されたフィードフォワード温度補償器７０を含む。フィードフォワード温度補償器７０を、ＬＥＤ光源のルーメン出力分数を与えるように構成する。
【００２６】
ルーメン出力分数メモリ７２を、フィードフォワード温度補償器７０に結合する。このメモリは、以下に説明するように本発明の第１実施形態にしたがって以前に計算されたルーメン出力分数を格納する。
【００２７】
指定可能な目標色温度を有する白色光、または、所望の色を有する光に関する色度座標は既知である。前記赤色、緑色および青色光源の必要なルーメン出力分数を、オフラインで、前記接合温度の関数として計算する。
【００２８】
接合温度の関数として前記必要なルーメン出力分数を得るために、前記赤色、緑色および青色光源によって放射された光に関する色度座標を、接合温度の関数として、ＬＥＤ製造者によって与えられたデータに基づいて計算する。次に、すべての所望の白色光色度座標に関して、前記赤色、緑色および青色光源の必要なルーメン出力分数を、オフラインで、接合温度の関数として計算する。結果として、ルーメン出力分数メモリ７２を、接合温度の関数としての前記計算されたルーメン出力分数を格納するように構成する。フィードフォワード温度補償器を、前記格納されたルーメン出力分数を、前記接合温度および前記出力光の所望の色とに基づいて検索するように構成する。前記出力光を所望の白色光と呼んだが、他の所望の色を、これらの所望の色に関する対応する色度座標を与えることによって発生させることもできることに注意されたい。
【００２９】
コントローラ３４は、フィードフォワード温度センサ７０に結合され、前記ＬＥＤ光源アレイによって発生された混合光の発光レベルまたは減光制御に関するユーザ入力を入力部ＵＩ２において受けるように構成された減光コントローラ７４をさらに含む。したがって、前記ＬＥＤ光源によって発生する必要があるルーメン出力は、前記目標光の合計ルーメン出力に前記ルーメン出力分数を掛けることによって得られる。減光コントローラ７４をルーメン出力モジュール７６に結合し、ルーメン出力モジュール７６を、その光フィードバックシステム装置におけるコントローラ３４によって用いられるような前記ＬＥＤ光源の所望のルーメン出力値を保持するように構成する。
【００３０】
コントローラ３４は、フラッドライト／スポットライトコントローラ７５をさらに含み、フラッドライト／スポットライトコントローラ７５を、所望のフラッドライトまたはスポットライト照度に関するユーザ入力を入力部ＵＩ３において受けるように構成する。コントローラ７５のある出力ポートを、制御命令を前記ＬＥＤ光源アレイの各々におけるＬＥＤに供給するように構成する。さらに、本発明の他の実施形態によれば、コントローラ７５の他の出力ポートを、ルーメン出力命令をルーメン出力モジュール７８に供給するように構成する。
【００３１】
ルーメン出力モジュール７８を、前記光源アレイの各々におけるＬＥＤ光源の各々に関するルーメン出力要求を格納するように構成する。したがって、コントローラ３４は装置を使用し、この装置において、所望の白色温度または所望の色再現または所望のフラッドライトまたはスポットライト照明を達成することができる。
【００３２】
ルーメン出力モジュール７８を、コントローラ３４によって用いられる光フィードバック制御装置の一部として、加算器８０の入力ポートに結合する。前記加算器の出力ポートをルーメン出力コントローラ８２に結合し、ルーメン出力コントローラ８２を、コンバータ１２と独立電源１４、１８および２０とに供給される適切な信号を発生するように構成する。
【００３３】
光フィードバックシステム８６を、前記ＬＥＤ光源の出力ルーメンを、光フィードバックセンサ３０を用いることによって得て、受けた前記光信号を対応する電気信号に変換するように構成する。光フィードバックシステム８６の出力ポートを、フィードバックループ配置において加算器８０の第２入力ポートに結合する。
【００３４】
前記ＬＥＤ光源の接合温度を、本発明の種々の実施形態によって計算する。しかしながら、本発明は、範囲において、ここで考察した特定の実施形態に限定されず、前記ＬＥＤ光源の接合温度を測定する他の手段を用いることができる。したがって、本発明の一実施形態によれば、前記接合温度を測定する１つの方法は、前記ＬＥＤの両端間の順方向電圧降下を使用することである。ＬＥＤの両端間の順方向電圧降下は、温度とともに線形に変化する。光源アレイにおけるＬＥＤの列の両端間の順方向電圧降下を用い、前記ＬＥＤの平均接合温度を決定することができる。いくつかの例において、前記ＬＥＤ光源の両端間の順方向電圧における変化は小さいかもしれない。したがって、本実施形態を、多数のＬＥＤを直列に接続し、これらＬＥＤの両端間の順方向電圧降下が前記接合温度の正確な測定に関して十分に大きくなるようにした状況に有利に用いる。
【００３５】
本発明の他の実施形態によれば、前記ＬＥＤの接合温度を、前記光フィードバックシステムおよび温度センサから受けた測定を使用することによっても得ることができる。開始時において、前記照明装置が動作していない場合、前記ＬＥＤの接合温度は、ケース温度と同じであり、これを始動時において測定することができる。始動時処理の一部として、前記ＬＥＤ光源の出力も試験状態に関して測定する。前記ＬＥＤ光源を一時的にターンオンし、前記接合温度がほとんど一定になるようにする。検出器３０の出力を、試験電流Ｉｆ１およびケース温度Ｔ１に関してＩｖ１と示す。前記ＬＥＤの光出力が前記順方向電流に比例し、温度とともに指数関数的に変化することはよく知られている。したがって、温度Ｔ１における前記光検知器の出力Ｉｖ１を、
Ｉｖ１（Ｔ１）＝ｋｖ１・Ｉｆ１・ｅ−（Ｔ１−Ｔｎ）／Ｔ０（４）
によって表すことができ、ここで、ｋｖ１を前記順方向電流と光検知器出力との間のゲイン定数とし、Ｔｎを公称温度とし、Ｔ０を、製造者によって供給され、前記ＬＥＤに関する強度温度係数として規定される定数とし、この定数は、前記ＬＥＤのルーメン出力が温度とともにどのように変化するかを記述する。前記白色ＬＥＤ照明装置がターンオンし、動作する場合、前記ＬＥＤの接合温度はゆっくりと上昇する。接合温度における上昇とともに、前記ＬＥＤのルーメン出力は低下する。ここで、前記ＬＥＤのルーメン出力に関する測定を、動作電流Ｉｊ２に基づいて行うことができる。接合温度Ｔ２に対応する前記光検知器の出力ＩＶ２（Ｔ２）は、
ＩＶ２（Ｔ２）＝ｋｖ１・Ｉｆ２・ｅ−（（Ｔ２）−Ｔｎ）／Ｔ０）（５）
によって得ることができる。次に、以下の式、
【数４】
【００３６】
上述した実施形態による接合温度の決定は、重大な利点を有する。例えば、エージングによる前記ＬＥＤの特性における変化を克服する。
【００３７】
コントローラ３４は、光フィードバックシステム８６（図２）および接合温度センサ３２（図１）の出力を入力として受ける。したがって、前記コントローラは、前記電源の出力を制御し、白色光または所望の色の光の所望の色温度を有する目標光を保持する。前記電源を高周波ＰＷＭコンバータで形成するため、前記電源への前記コントローラの出力は、ＰＷＭパルスに関するデューティ比またはオン時間のいずれかを表す。
【００３８】
本発明の種々の実施形態によれば、前記コントローラの機能を、アナログおよび／またはディジタル回路網によって実現する。しかしながら、ディジタルによる実現化が、本発明の目的には好適である。例えば、ディジタル装置を有するコントローラ３４は、低コストのマイクロコントローラおよびディジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）を用いる。
【００３９】
図３は、本発明の一実施形態によるコントローラ３４の動作を示すフローチャートである。ランプ電力がステップ１０２においてターンオンした場合、白色光または所望の色の光の色温度に関するユーザプリファレンスをステップ１０４において与える。さらに、ステップ１０４において、コントローラ３４は、ユーザ色プリファレンスに応じて、ユーザによって要求された白色光に関する所望の温度および色の対応する色度成分を検索する。
【００４０】
ステップ１０６において、コントローラ３４は、図１の参照とともに上述したように温度センサ３２を用いることによって、前記ＬＥＤ光源アレイの接合温度を感知する。ステップ１０８において、前記コントローラは、前記照明装置の動作に先立ってオフラインで格納された必要なルーメン出力分数を検索する。上述したように、温度の関数としての前記ＬＥＤ光源の色度をコントローラ３４に、前記計算されたルーメン出力分数とともに格納する。このようにして、前記接合温度および光の色に応じて、前記ＬＥＤ光源の必要なルーメン出力分数をコントローラ３４のメモリアレイから読み出す。
【００４１】
ステップ１１０において、コントローラ３４は、発光レベルまたは減光のレベルに関するユーザ入力を受ける。これに応じて、前記ＬＥＤ光源の必要なルーメン出力を、前記ルーメン出力分数に前記白色光の合計ルーメン出力を掛けることによって推定する。前記ＬＥＤ光源アレイに関する計算されたルーメン出力は、前記ルーメン出力制御システムに関する基準値を規定する。
【００４２】
ステップ１１２において、コントローラ３４は、動作のフラッドライトまたはスポットライトモードに関するユーザプリファレンスも感知し、各光源アレイにおける適切なＬＥＤ光源がフラッドライトまたはスポットライトビームを発生することを可能にする。
【００４３】
前記ＬＥＤ光源の基準ルーメン出力が得られたら、前記コントローラは、ステップ１１４において、赤色、緑色および青色ＬＥＤ光源に関するルーメン出力制御を実行する。前記ルーメン出力制御システムは、ＬＥＤ光源からの光出力が前記基準ルーメン出力と等しくなるように前記電源を制御する。コントローラ３４は、前記ルーメン出力制御動作を、決定ステップ１１６が、温度測定およびユーザ入力に関する時間が生じたことを決定するときまで続ける。結果として、コントローラ３４は、ステップ１０４に戻る。
【００４４】
図４は、前記赤色、緑色および青色ＬＥＤ光源に関するルーメン出力制御を説明するフローチャートである。ステップ１３２において、コントローラ３４は、図５の参照とともに後述するように前記ＬＥＤ光源からのルーメン出力が得られるように、標本化時間が生じるのを待つ。
【００４５】
ステップ１３４において、コントローラ３４は、赤色、緑色および青色ＬＥＤ光源に関するルーメン出力を取得する。ステップ１３６において、コントローラ３４は、赤色ＬＥＤ光源に関するルーメン出力制御を実行する。ステップ１３８において、コントローラ３４は、適切な制御信号を、赤色ＬＥＤ光源アレイに対応する電源１８（図１）に供給する。同様に、ステップ１４０においてコントローラ３４は、前記緑色ＬＥＤ光源に関するルーメン出力制御を実行する。ステップ１４２において、コントローラ３４は、適切な制御信号を、緑色ＬＥＤ光源アレイに対応する電源１８（図１）に供給する。同様に、ステップ１４４においてコントローラ３４は、前記青色ＬＥＤ光源に関するルーメン出力制御を実行する。ステップ１４６において、コントローラ３４は、適切な制御信号を、青色ＬＥＤ光源アレイに対応する電源１８（図１）に供給する。
【００４６】
図５は、前記ＬＥＤ光源アレイの各々のルーメン出力を測定する測定シーケンスを説明するフローチャートである。ステップ２０２において、前記照明装置が動作を開始し、すべてのＬＥＤ光源が“オン”になったときのルーメン出力を測定し、このルーメン出力は周辺光成分も含む。ステップ２０４において、前記ＬＥＤ光源アレイを測定しようとし、例えば、赤色ＬＥＤ光源を一時的に“オフ”に切り替え、ステップ２０６において測定を行う。ステップ２０８において、前記赤色光源アレイを再びターン“オン”し、ステップ２１０において、２つの測定の間の差は、前記赤色ＬＥＤ光源アレイに関するルーメン出力を生じる。
【００４７】
同様に、ステップ２１２において、緑色ＬＥＤ光源を一時的に“オフ”に切り替え、ステップ２１４において測定を行う。ステップ２１６において、前記緑色光源アレイを再びターン“オン”し、ステップ２１８において、２つの測定の間の差を計算し、前記緑色ＬＥＤ光源アレイに関するルーメン出力を生じるようにする。
【００４８】
同様に、ステップ２２０において、青色ＬＥＤ光源を一時的に“オフ”に切り替え、ステップ２２２において測定を行う。ステップ２２４において、前記青色光源アレイを再びターン“オン”し、ステップ２２６において、２つの測定の間の差を計算し、前記青色ＬＥＤ光源アレイに関するルーメン出力を生じるようにする。
【００４９】
本発明の一実施形態による図５に関して説明した測定シーケンスは、前記周辺光に関する問題も克服する。前記測定を前記３つのＬＥＤ光源アレイのすべてに関して行い、前記ＬＥＤ光源のルーメン出力を得る。次に、前記ＬＥＤ光源に関するルーメン出力制御を、赤色、緑色および青色ＬＥＤ光源アレイに関して順次に実行する。
【００５０】
このようにして、本発明の種々の実施形態によれば、白色温度およびルーメン出力の所望のレベルを正確かつ効率的に保持することができる白色照明装置制御システムを用いる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態による制御システムを有する白色ＬＥＤ照明装置のブロック図である。
【図２】本発明の一実施形態による図１に示す制御システムの種々の構成要素のブロック図である。
【図３】本発明の一実施形態による制御システムによって用いられる制御プロセスを説明するフローチャートである。
【図４】本発明の一実施形態による制御システムによって用いられるルーメン出力制御プロセスを説明するフローチャートである。
【図５】本発明の一実施形態による単一光検知器を使用してルーメン出力を測定するプロセスを説明するフローチャートである。
Claims (14)
- ＬＥＤ光源に電力を供給し、所望の光色を発生するＬＥＤ照明装置システムにおいて、
ＤＣ電流信号を供給するように構成された電源段と、
前記電源段に結合され、前記ＤＣ電流信号を受けるように構成された複数のＬＥＤ光源を有する光混合回路と、
前記電源段に結合され、制御信号を前記電源段に供給し、前記ＤＣ電流信号を所望のレベルにおいて保持するように構成され、前記ＬＥＤ光源に関係するルーメン出力分数を、前記ＬＥＤ光源の接合温度と、前記光混合回路において発生すべき前記所望の光の色度座標とに基づいて推定するようにさらに構成されたコントローラシステムとを具えることを特徴とするＬＥＤ照明装置システム。 - 請求項１に記載のＬＥＤ照明装置システムにおいて、前記光混合回路が、複数の赤色、緑色および青色ＬＥＤ光源をさらに具えることを特徴とするＬＥＤ照明装置システム。
- 請求項２に記載のＬＥＤ照明装置システムにおいて、前記光混合回路が、前記ＬＥＤ光源に関する温度を測定する温度センサと、前記ＬＥＤ光源によって発生される光のルーメン出力レベルを測定する光検知器とをさらに具えることを特徴とするＬＥＤ照明装置システム。
- 請求項３に記載のＬＥＤ照明装置システムにおいて、前記コントローラが、前記ＬＥＤ光源の接合温度と前記所望の光色の色度座標との関数として前記ルーメン出力分数を格納するように構成されたメモリテーブルをさらに具えることを特徴とするＬＥＤ照明装置システム。
- 請求項４に記載のＬＥＤ照明装置システムにおいて、前記ＬＥＤ光源の接合温度を、前記ＬＥＤ光源の順方向電圧降下に基づいて測定することを特徴とするＬＥＤ照明装置システム。
- 請求項４に記載のＬＥＤ照明装置システムにおいて、前記ＬＥＤ光源の接合温度を、前記ＬＥＤ光源に供給される電流信号と、前記電流信号に対応するルーメン出力レベルとに基づいて測定することを特徴とするＬＥＤ照明装置システム。
- 請求項６に記載のＬＥＤ照明装置システムにおいて、前記接合温度を、
- ＬＥＤ照明装置システムにおいて、電力をＬＥＤ光源に供給して所望の光色を発生する方法において、
複数のＤＣ電流信号を発生するステップと、
複数のＬＥＤ光源が前記ＤＣ電流信号の対応するものを受け、対応する緑色、青色および赤色光を発生するステップと、
前記ＬＥＤ光源に関係するルーメン出力分数を、前記ＬＥＤ光源の接合温度と、前記複数のＬＥＤ光源によって発生すべき所望の光の色度座標とに基づいて推定するステップとを含むことを特徴とする方法。 - 請求項８に記載の方法において、前記ルーメン出力分数を推定するステップが、
前記ＬＥＤ光源の色度座標を前記ＬＥＤ光源の接合温度の関数として推定するステップと、
複数の前記所望の光色レベルの前記接合温度および色度座標の関数として複数のルーメン出力分数を発生するステップと、
前記ルーメン出力分数を前記接合温度の関数として格納するステップとをさらに含むことを特徴とする方法。 - 請求項９に記載の方法において、前記所望の光色を、前記出力ルーメン分数に関係する前記ＬＥＤ光源のルーメンレベルに基づいて保持するフィードバック制御を与えるステップをさらに含むことを特徴とする方法。
- 請求項１０に記載の方法において、前記ＬＥＤ光源に関係する温度を測定し、前記ＬＥＤ光源によって発生される光のルーメン出力レベルを測定するステップをさらに含むことを特徴とする方法。
- 請求項１１に記載の方法において、前記ＬＥＤ光源の接合温度を、前記ＬＥＤ光源の順方向電圧降下に基づいて推定するステップをさらに含むことを特徴とする方法。
- 請求項１１に記載の方法において、前記ＬＥＤ光源の接合温度を、前記ＬＥＤ光源に供給される電流信号と、前記電流信号に対応するルーメン出力レベルとに基づいて推定するステップをさらに含むことを特徴とする方法。
- 請求項１３に記載の方法において、前記推定するステップが、
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