(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光ダイオード（ＬＥＤ）光エンジンを制御する制御装置において、
前記ＬＥＤ光エンジンにおける温度を感知するように構成されている温度センサと、
前記ＬＥＤ光エンジンの駆動電流を感知するように構成されている電流センサと、
前記ＬＥＤ光エンジンのＬＥＤにかかる電圧差を感知するように構成されている電圧センサと、
前記ＬＥＤ光エンジンの動作時間を監視するように構成されているタイマと、
前記ＬＥＤ光エンジンが、前記ＬＥＤ光エンジンの有効寿命中、同一の所望の光出力を出力するように、計算された接合温度、感知された駆動電流、および監視された動作時間に基づいて、前記ＬＥＤ光エンジンに対する前記駆動電流を制御するように構成されている制御デバイスとを具備し、
前記計算された接合温度は、感知された温度、前記感知された駆動電流、および感知された電圧差に基づいて計算され、
前記制御デバイスは、前記ＬＥＤ光エンジンの光出力を維持するように、前記ＬＥＤ光エンジンの総強度低下計算に基づいて、前記駆動電流を制御し、前記ＬＥＤ光エンジンの前記総強度低下計算は、強度低下係数を時間と相関させている記憶された強度低下係数データと、前記計算された接合温度、前記感知された駆動電流、および前記監視された動作時間との比較に基づいており、前記ＬＥＤ光エンジンの前記駆動電流は、前記監視された動作時間における増加に基づいて増加される制御装置。
【請求項２】
前記制御デバイスは、前記感知された駆動電流の時間に対する積分に基づいて、前記ＬＥＤ光エンジンの前記駆動電流を制御する請求項１記載の制御装置。
【請求項３】
前記制御デバイスは、前記強度低下係数をＬＥＤの温度および色と相関させている記憶された強度低下係数データと前記感知された温度との比較に基づいて、前記ＬＥＤ光エンジンの前記光出力を維持するように前記駆動電流を制御する請求項１記載の制御装置。
【請求項４】
前記制御デバイスは、前記強度低下係数データが予め定められたしきい値を超えているか否かの表示をさらに出力する請求項１記載の制御装置。
【請求項５】
前記表示は、ＯＮまたはＯＦＦ状態からの前記ＬＥＤ光エンジンの遷移における予め定められた期間に対する前記ＬＥＤ光エンジンへの前記駆動電流の強度の変化である請求項４記載の制御装置。
【請求項６】
発光ダイオード(ＬＥＤ)光エンジンを制御する制御装置において、
前記ＬＥＤ光エンジンにおける温度を感知する手段と、
前記ＬＥＤ光エンジンの駆動電流を感知する手段と、
前記ＬＥＤ光エンジンのＬＥＤにかかる電圧差を感知する手段と、
前記ＬＥＤ光エンジンの動作時間を監視する手段と、
前記ＬＥＤ光エンジンが、前記ＬＥＤ光エンジンの有効寿命中、同一の所望の光出力を出力するように、計算された接合温度、感知された駆動電流、および監視された動作時間に基づいて、前記ＬＥＤ光エンジンに対する前記駆動電流を制御する手段とを具備し、
前記計算された接合温度は、感知された温度、前記感知された駆動電流、および感知された電圧差に基づいて計算され、
前記制御する手段は、前記ＬＥＤ光エンジンの光出力を維持するように、前記ＬＥＤ光エンジンの総強度低下計算に基づいて、前記駆動電流を制御し、前記ＬＥＤ光エンジンの前記総強度低下計算は、強度低下係数を時間と相関させている記憶された強度低下係数データと、前記計算された接合温度、前記感知された駆動電流、および前記監視された動作時間との比較に基づいており、前記ＬＥＤ光エンジンの前記駆動電流は、前記監視された動作時間における増加に基づいて増加される制御装置。
【請求項７】
前記制御する手段は、前記感知された駆動電流の時間に対する積分に基づいて、前記ＬＥＤ光エンジンの前記駆動電流を制御する請求項６記載の制御装置。
【請求項８】
前記制御する手段は、前記強度低下係数をＬＥＤの温度および色と相関させている記憶された強度低下係数データと前記感知された温度との比較に基づいて、前記ＬＥＤ光エンジンの前記光出力を維持するように前記駆動電流を制御する請求項６記載の制御装置。
【請求項９】
前記制御する手段は、前記強度低下係数データが予め定められたしきい値を超えているか否かの表示をさらに出力する請求項６記載の制御装置。
【請求項１０】
前記表示は、ＯＮまたはＯＦＦ状態からの前記ＬＥＤ光エンジンの遷移における予め定められた期間に対する前記ＬＥＤ光エンジンへの前記駆動電流の強度の変化である請求項９記載の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【発明の分野】
【０００１】
本発明は発光ダイオード（ＬＥＤ）光エンジンの制御デバイスに向けられている。さらに詳細に述べると、ＬＥＤ光エンジンに提供される駆動電流を効率的に制御できる制御デバイスに向けられている。
【背景技術の説明】
【０００２】
ＬＥＤを備える光エンジンは、光源としてよく知られている。所定の光出力で動作し、ある決まったときに電球が切れると少しも動作しなくなる白熱電球とは対照的に、光源としてのＬＥＤの性能は、時が経つにつれて低下する。
【０００３】
ＬＥＤによる光出力の長期的な性能低下を補償する１つの方法は、所望の光出力に必要な駆動電流より非常に多い駆動電流で最初にＬＥＤを駆動させることである。例えば、所望の光出力に必要な駆動電流より、３０パーセント多い駆動電流で最初にＬＥＤを駆動させてもよい。この方法では、時間が経つにつれてＬＥＤの性能がゆっくり低下すると、ＬＥＤからの光出力は減少するとはいえ、光出力が３０パーセント減少してもなお、所望の光の量を出力することができる。例えば、この例では、５年間で３０パーセント少ない光を出力するようにＬＥＤが低下する場合、３０パーセント多い光出力を得るために、必要な駆動電流よりも３０パーセント多い駆動電流でＬＥＤを最初に駆動することによって、ＬＥＤの光出力が所望のレベルより下に落ちる前に、ＬＥＤは５年にわたって適切に動作する。
【０００４】
さらに、そのような背景システムでは、ＬＥＤが、所望の光より少ない光を最後に出力するときに、すなわち、この例では、３０パーセントより多く光出力が低下したときに、ＬＥＤからの光出力が予め定められたしきい値より下にかなり減少、または落ちたことについての明確な表示が提供されない。
【発明の概要】
【０００５】
本発明の出願人は、ＬＥＤを駆動させるそのような背景の方法には重大な欠点があることを認識した。それは、背景の方法では、必要以上に激しくＬＥＤを駆動させることを要求し、所望の光出力を提供するために必要なエネルギーよりもかなり多くのエネルギーを消費することを要求する点である。すなわち、所望の光出力を実現するために必要な駆動電流より、３０パーセント多い駆動電流で最初にＬＥＤを駆動すると、ＬＥＤは、必要以上のエネルギーをかなり消費することになる。白熱電球よりＬＥＤは、よりエネルギー効率がよいことがＬＥＤを使用する利点のうちの１つであるので、所望の光出力に対して必要なものより多くの電力でＬＥＤを駆動させることは、ＬＥＤを使用する利点のうちの１つを軽減させる。
【０００６】
したがって、本発明の１つの目的は、背景技術中で先に述べた欠点を取り扱い、欠点を減少させる、ＬＥＤ光エンジンを駆動するための新しいデバイスおよび方法を提供することである。
【０００７】
本発明のより明確な目的は、ＬＥＤ光エンジンを駆動するための新しい制御を行うことである。この制御は、所望の光出力に必要な駆動電流よりも多くの駆動電流で最初にＬＥＤを駆動しないことによって、さらにエネルギー効率がよく、ＬＥＤの動作寿命を長くする。本発明の新しい制御は、ＬＥＤ光エンジンに対して供給される駆動電流をインテリジェントに変えて、ＬＥＤの寿命中、一定の所望の光出力を出力するようにＬＥＤ光エンジンを駆動する。
【０００８】
さらに、本発明の別の目的は、ＬＥＤ光出力があるポイントより下に低下したときに、表示を提供する新しいシステムおよび方法を提供することである。
【好ましい実施形態の説明】
【０００９】
図面を参照すると、いくつかの図面を通して同様の参照番号が同一または対応する部分を示している。さらに詳細に述べると、複数のＬＥＤ、または少なくとも１つのＬＥＤを備えるＬＥＤ光エンジン５を駆動するための制御システムの概略の図１を、例示のために示している。
【００１０】
図１において、温度センサ７は、ＬＥＤ光エンジン５における温度を感知し、感知された温度に基づいて、感知された温度信号Ｔ（Ｓ）を出力する。電流波形センサ８はＬＥＤ光エンジン５の駆動電流を感知し、対応する感知された電流波形信号Ｉ（Ｓ）を出力する。電圧差センサ９は、ＬＥＤ光エンジン５のＬＥＤにかかる電圧差を感知し、対応する電圧差信号Ｖ（Ｓ）を出力する。
【００１１】
制御装置／ドライバ１０は、感知された温度信号Ｔ（Ｓ）、感知された電流波形信号Ｉ（Ｓ）、および感知された電圧差信号Ｖ（Ｓ）を受け取る。制御装置／ドライバ１０は、ＬＥＤ光エンジン５が動作する時間を監視するタイマ１１も備える。すなわち、タイマ１１は、ＬＥＤ光エンジンが最初に動作を開始したときに時間カウントを開始し、ＬＥＤ５が動作する時間をカウントし続ける。制御装置／ドライバ１０は、ＬＥＤ光エンジン５を駆動させる駆動信号Ｄ（Ｓ）をさらに出力する。制御装置／ドライバ１０は、オプション的な表示制御装置１２に接続されているか、またはオプション的な表示制御装置１２を備えている。ＬＥＤ光エンジン５の光出力がある値より下に低下したことが計算されたときに、このオプション的な表示制御装置１２は表示を提供してもよい。
【００１２】
図２は、図１の制御装置／ドライバ１０によって行われる制御動作を示している。すなわち、図２で示している動作ブロックは、制御装置／ドライバ１０によって行われる。
【００１３】
図２に示されているように、動作ブロック２１において、感知されたＬＥＤ電流Ｉ（Ｓ）を時間に対して積分し、電流密度信号を出力する。その動作によって、基本的に、ある期間にわたって、ＬＥＤ光エンジン５によって消費された総駆動電力が計算される。ＬＥＤ電流Ｉ（Ｓ）、ＬＥＤにおいて感知された電圧差Ｖ（Ｓ）、および感知された温度Ｔ（Ｓ）は、接合温度を計算する動作ブロック２４に提供される。
【００１４】
先に述べたように、ＬＥＤ光エンジン５のＬＥＤにかかる電圧差は、電圧差センサ９によって感知される。この電圧差センサ９は、電圧を正確にスケールして、そのようにスケールされた電圧を電圧差センサ９の内部にある（示していない）アナログデジタル（Ａ／Ｄ）変換機に提供する。Ａ／Ｄ変換機は電圧を測定し、電圧差信号Ｖ（Ｓ）として、デジタル変換した電圧を制御装置／ドライバ１０に送る。制御装置／ドライバ１０は、ＬＥＤ光エンジン５のＬＥＤにかかるＬＥＤ電圧の実際の測定値に対する読み取り値を再スケールする。
【００１５】
動作ブロック２４において、ＬＥＤの数で割られたＬＥＤ電流Ｉ（Ｓ）とＬＥＤの差電圧Ｖ（Ｓ）との積は、各デバイスで消費される電力となる。基板に対する接合の熱抵抗（℃／Ｗ）によって乗算されたそれぞれのデバイスの電力は、ＬＥＤ光エンジン５のＬＥＤ基板とＬＥＤ接合との間の温度差となる。ＬＥＤ接合は、光を発する半導体ＰＮ接合である。基板温度に温度差を加算すると、ＬＥＤ接合温度となる。ＬＥＤ接合温度は、動作ブロック２４からの出力である。
【００１６】
電力密度および接合温度は動作ブロック２３に提供され、動作ブロック２３において、ＬＥＤ製造データに基づくＬＥＤの性能低下の計算を利用して、性能低下の評価を行う。
【００１７】
ＬＥＤ製造業者は、駆動電流、時間、および接合温度に基づいて、ＬＥＤ製造業者のＬＥＤの性能低下の割合を測定する。動作ブロック２３は、ＬＥＤ製造業者からのそのデータを利用して、計算された電流密度、計算された接合温度、およびタイマ１１によって監視されたＬＥＤ光エンジンの動作時間に基づいてＬＥＤの低下を決定する。
【００１８】
すなわち、ＬＥＤ製造業者は、以下の３つのパラメータ、駆動電流、接合温度、および動作時間に基づいて、相対光出力のデータを提供する。本発明では、製造業者の解決方法を数学的な方程式の形にする。この方程式は、低下パラメータに基づいて、相対強度の変化を説明する。製造業者は、駆動電流と比較した相対強度のグラフも提供する。さらに以下で説明するように、本発明は、履歴および現在の測定に基づいて、任意の所定のときにおける低下がどの程度か計算し（動作ブロック２２および２３）、その低下にしたがって、製造業者の駆動電流および相対強度の曲線に基づいて光出力を維持するように、ＬＥＤ光エンジン５に対する駆動電流Ｄ（Ｓ）を補償する（動作ブロック３０）。低下レートは時間に対して追跡され、駆動電流が継続的に増加して、結果的に電力および接合温度が増加するために、補償係数は指数関数的に増加するので、低下レートは、寿命の終わりを決定するしきい値と比較される（動作ブロック４０）。さらに、電流対相対強度の対数の性質のために、低下からの光損失を補償するために十分に駆動電流を増加できない場合、寿命の終わりも信号で伝えられる（動作ブロック４１）。
【００１９】
動作ブロック２４からの接合温度出力はまた動作ブロック２５に提供され、ブロック２５において、温度に基づいて強度低下係数が決定される。ＬＥＤからの製造業者データは、温度の上昇によってＬＥＤ光エンジン５の光出力強度が減少する範囲についての情報を提供する。その情報は、特定の色である。すなわち、ＬＥＤは、ＬＥＤの温度が上昇するにつれて、より少ない光を出力することで知られている。動作ブロック２５は、ＬＥＤ特定の色のＬＥＤに対する温度に基づいて、ＬＥＤ光エンジン５の光出力の強度低下の範囲を決定するように計算を行なう。
【００２０】
温度に基づいて決定された動作ブロック２５からの強度低下係数は、動作ブロック２６に提供される。さらに、決定されたＬＥＤの低下も動作ブロック２３から動作ブロック２６に提供される。
【００２１】
動作ブロック２６は、動作ブロック２５および２３からの強度低下に基づいて、温度と電流密度とを合成し、ＬＥＤの総強度低下を決定する。動作ブロック２６は、ＬＥＤの強度がどの程度低下したかを示す電流補償係数を出力する。すなわち、動作ブロック２６は、決定された総ＬＥＤ強度低下に基づいて電流補償係数を出力する。
【００２２】
さらに、動作ブロック２３におけるＬＥＤ製造データに基づくＬＥＤ低下の計算の出力は、履歴データを使用してＬＥＤの低下を微分する動作ブロック２２に提供される。制御装置／ドライバ１０は、計算された低下レート情報を周期的にメモリに記憶し、その履歴データに基づいて、制御装置／ドライバ１０は、低下レートの勾配を計算する。低下レートの変化および低下レート自体は、ＬＥＤ光エンジン５の有効寿命が終わるときを示す。言い換えると、動作ブロック２２は、低下レートの勾配を示す情報、すなわち、ＬＥＤ光エンジン５からの光出力の低下レートを示す情報を出力する。そのレートが高くなりすぎたときには、ＬＥＤ光エンジンに故障が起きたことが決定される。その計算は、ＬＥＤ光エンジン５の製造業者データに基づいて行われる。すなわち、ＬＥＤ光エンジン５の製造業者のデータは、低下勾配がある値に到達したときに、ＬＥＤ光エンジン５の有効寿命が終わったことを示す。動作ブロック２２は、ＬＥＤ光エンジン５の低下勾配を計算して出力する。
【００２３】
ＬＥＤ光エンジンを駆動するように駆動信号Ｄ（Ｓ）を制御する動作は、図３の動作において行われる。さらに詳細に述べると、図３中の動作ブロック３０は、動作ブロック２６からの電流補償係数出力に基づいて、駆動信号Ｄ（Ｓ）を適切に調整するように実行される。例えば、ＬＥＤの上昇した温度と経時変化のために、ＬＥＤによる光出力が１０パーセント低下した場合に、電力補償係数は、ＬＥＤに対する駆動電流を増加させることができるので、ＬＥＤによる光出力はその１０パーセントの低下減少分を相殺するように増加される。
【００２４】
先に述べた動作によって、制御装置／ドライバ１０は、ＬＥＤ光エンジン５が一定量の光を出力するように動作することができる。ＬＥＤ光エンジンの性能が低下し始めたときに、ＬＥＤ光エンジンがより激しく駆動されるように、駆動信号Ｄ（Ｓ）を増加することによって、ＬＥＤ光エンジン５内のＬＥＤはより激しく駆動され、その結果、ＬＥＤ光エンジン５による光出力が一定になるように維持される。したがって、そのような動作により、所望の光出力を実現するために、必要な駆動電力よりも多くの駆動電力で最初にＬＥＤ光エンジン５を駆動させる必要はないが、代わりに、本発明では、時間の経過および温度の変化に伴って駆動電流Ｄを必要に応じて増加することによって、ＬＥＤ光エンジンの有効寿命中、常に、同一の光出力を出力するようにＬＥＤ光エンジン５は駆動される。
【００２５】
再び、図１を参照すると、所望のレベルより下に光出力が低下した表示をＬＥＤユニットのオペレータに提供する表示制御装置１２が、オプション的な機能として提供されている。すなわち、先に述べたように、ＬＥＤの性能は、時間の経過および温度の上昇に伴って低下する。ＬＥＤの性能が低下しすぎた場合、ＬＥＤ光源１に対して提供される駆動信号Ｄ（Ｓ）は、所望の光出力を十分に提供できるくらい激しくＬＥＤ光エンジン５を駆動するには適切でなくなるかもしれない。もはやＬＥＤ光源１を使用すべきでないそのようなレベル、すなわち、ＬＥＤ光エンジン５からの適当な光出力を実現するのに、駆動信号Ｄ（Ｓ）が適切でないそのようなレベルにＬＥＤ光源１の性能が低下したときを、本発明の１つの動作は決定する。そのような動作を図４において開示する。
【００２６】
図４において、動作ブロック２２からの低下勾配出力が動作ブロック４０に提供され、動作ブロック４０において、低下勾配が許容限度と比較される。低下勾配が許容限度を超えていることが決定されたとき、動作は動作ブロック４１に進む。動作ブロック４１において、ＲＦ信号によって、電力線を通って信号を提供することによって、独立したケーブルまたはワイヤで信号を提供することによって、光（可視または赤外線）信号を提供することによって、入力インビーダンスを変えることによって、シリアル通信によって、あるいはＯＮまたはＯＦＦ状態へのＬＥＤ信号の遷移の程度の可視変化を提供すること等によるような何らかの所望の通信動作によって、寿命の終わりの信号がＬＥＤのオペレータに通信される。
【００２７】
さらに、低下勾配が許容限度に到達しなかったことを、動作ブロック４０における比較が示した場合に、動作ブロック４２において、ＬＥＤのステータスについての通信が、さらに行われてもよい。動作ブロック４２では、ＬＥＤの寿命ステータスデータが提供されてもよく、例えば、ＬＥＤの性能が５パーセント、１０パーセント等、低下した表示が通信されてもよい。その通信は、動作ブロック４１に対する先に述べた通信のうちの何らかのものによって実行されてもよい。
【００２８】
ＬＥＤの性能が、所望の限界を超えて低下している表示を提供できる１つの特定の方法は、ＬＥＤがＯＮまたはＯＦＦ状態へ遷移する時の可視表示によるものであってもよい。これについて、図５Ａ、５Ｂに示す。
【００２９】
そのような可視表示を提供する１つの方法は、図５Ａ中のステップ５００において、ＬＥＤ光エンジン５が、ある値より下に低下したことが決定されたときに、すなわち、動作ブロック４０によって決定されたように、ＬＥＤ光エンジン５の低下勾配が最大許容限度を超えたときに、図５Ａ中のステップ５０５において、制御装置／ドライバ１０により出力される駆動信号Ｄ（Ｓ）が変えられ、例えば、ＯＮまたはＯＦＦ状態からの遷移後の最初の数ミリ秒（例えば、５００ミリ秒）中に数回、強度が増加される。駆動信号Ｄ（Ｓ）の変化によって、その可視表示が提供された後、図５Ａ中のステップ５１０において、駆動信号Ｄ（Ｓ）は、通常値に戻る。図５Ｂにおいて、駆動信号Ｄ（Ｓ）のそのような変化の特定の形態を示している。図５Ｂでは、ＯＮ状態への遷移後の５００ｍｓの短期間に強度が増加している駆動信号Ｄ（Ｓ）を示している。また、駆動信号Ｄ（Ｓ）の同一の変化は、ＯＦＦ状態への遷移の際にも起こりうる。駆動信号Ｄ（Ｓ）のそのような変化は、ＬＥＤ光エンジン５による光の出力の際に、目に見えて分かるちらつきとなる。ＬＥＤ光エンジン５のオペレータは、表示であるそのようなちらつきに気付いたときに、ユニットを替えるべきである。
【００３０】
明らかに、上記の教示の観点から、本発明の多くの修正および変形が可能である。したがって、添付された特許請求の範囲の範囲内で理解されるべきであり、本発明はここで詳細に説明した別の方法で実施されてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
本発明のより完全な理解とそれに伴う効果の多くは、添付図面に関連して詳細な説明を参照することにより、より理解されるとともに容易に得られるであろう。
【図１】図１は、本発明の制御システムの概略を示している。
【図２】図２は、本発明の図１の制御システムで行われる制御動作を示している。
【図３】図３は、本発明の図１の制御システムで行われるさらなる制御動作を示している。
【図４】図４は、本発明の図１の制御システムで行われる別の制御動作を示している。
【図５Ａ】図５Ａは、本発明の図１の制御システムで行われる別の制御動作を示している。
【図５Ｂ】図５Ｂは、本発明の図１の制御システムで行われる別の制御動作を示している。
【図１】
0005430852.tif 000002
【図２】
0005430852.tif 000003
【図３】
0005430852.tif 000004
【図４】
0005430852.tif 000005
【図５Ａ】
0005430852.tif 000006
【図５Ｂ】
0005430852.tif 000007