(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
デジタル式に制御される直列構成のシステムであって、前記デジタル式に制御される直列構成のシステムは、
電力を供給する電源と、
ラインドライバ回路であって、前記電源から電力を受信し、コントローラシステムから制御データを受信し、直流電流で単一の出力ラインを駆動し、前記制御データを前記直流電流で変調する、ラインドライバ回路と、
前記単一の出力ラインに直列構成で接続される２つ以上の制御されるユニットであって、前記２つ以上の制御されるユニットの各々は前記単一の出力ライン上の前記直流電流を、動作に必要な電力を貯蔵可能なローカルエネルギー貯蔵装置に分路すると共に、充電完了時には分路を停止し、前記２つ以上の制御されるユニットの各々は前記単一の出力ライン上の前記直流電流から前記制御データを復調し、前記２つ以上の制御されるユニットの各々は前記制御データを使用し、前記制御されるユニットに接続される少なくとも１つの駆動対象のローカル出力回路を制御する、制御されるユニットと、
を備える、デジタル式に制御される直列構成のシステム。
【請求項２】
前記少なくとも１つのローカル出力回路は、発光ダイオードのドライバ回路を備える、請求項１に記載のデジタル式に制御される直列構成のシステム。
【請求項３】
前記ラインドライバ回路は、定格電流レベルからの符号化された電流の上下のずれを使用して、前記制御データを前記直流電流に変調する、請求項１に記載のデジタル式に制御される直列構成のシステム。
【請求項４】
前記ラインドライバ回路は、所定の時間内における定格直流電流レベルからの電流降下である電流ディップを用いて前記制御データを変調する、請求項１に記載のデジタル式に制御される直列構成のシステム。
【請求項５】
前記２つ以上の制御されるユニットの各々は、互いに接近して構成した複数の照明デバイスに接続され、前記複数の照明デバイスから出力される様々な色を組み合わせて、幅広い色のスペクトルを生成することができる、請求項１に記載のデジタル式に制御される直列構成のシステム。
【請求項６】
前記２つ以上の制御されるユニットの各々は、前記ローカルエネルギー貯蔵装置であるローカルコンデンサを充電することにより前記単一の出力ライン上の前記直流電流からの動作電力を前記ローカルコンデンサへ向け、前記ローカルコンデンサに十分な電力が存在する場合は前記ローカルコンデンサに係る前記直流電流を前記単一の出力ラインへ分路して戻す、請求項１に記載のデジタル式に制御される直列構成のシステム。
【請求項７】
前記２つ以上の制御されるユニットの各々は、前記単一の出力ラインをヒートシンクとして使用する、請求項１に記載のデジタル式に制御される直列構成のシステム。
【請求項８】
直列構成の単一の出力ラインに接続される２つ以上の電子ユニットを給電し、制御する方法であって、前記方法は、
電源から電力を受信することと、
コントローラシステムからデジタル制御データを受信することと、
定格電流レベルを有する直流電流で前記単一の出力ラインを駆動することと、
前記デジタル制御データを前記直流電流に変調することと、
前記単一の出力ライン上の前記直流電流を、動作に必要な電力を貯蔵可能なローカルエネルギー貯蔵装置に分路すると共に、充電完了時には分路を停止することと、
前記電子ユニット内の前記単一の出力ライン上の前記直流電流から前記デジタル制御データを復調することと、
前記単一の出力ライン上の前記直流電流から復調した前記デジタル制御データを使用し、前記電子ユニットに接続された少なくとも１つの駆動対象のローカル出力回路を制御することと、
を含む、方法。
【請求項９】
前記少なくとも１つのローカル出力回路は発光ダイオードを含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記デジタル制御データを前記直流電流に変調することは、前記定格電流レベルから前記直流電流を増減させることを含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１１】
前記単一の出力ラインに接続する前記２つ以上の電子ユニットの各々は、複数の点灯デバイスから発信される様々な色を組み合わせて幅広い色のスペクトルを生成することができるように、互いに接近して構成した複数の点灯デバイスを含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１２】
前記単一の出力ラインに接続する前記２つ以上の電子ユニットの各々は、前記直流電流を方向づけることによって前記単一の出力ライン上の前記直流電流を前記ローカルエネルギー貯蔵装置であるローカルコンデンサへ向け、前記ローカルコンデンサが十分に充電された場合は、前記ローカルコンデンサに係る前記直流電流を前記単一の出力ラインに分路する、請求項８に記載の方法。
【請求項１３】
前記２つ以上の電子ユニットの各々は、前記単一の出力ラインをヒートシンクとして使用する、請求項８に記載の方法。
【請求項１４】
前記デジタル制御データを前記直流電流に変調することには、所定の時間内における定格電流レベルからの電流降下である電流ディップを用いて前記デジタル制御データを変調することを含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１５】
前記デジタル制御データを前記直流電流に変調することには、前記定格電流レベルから符号化した電流のずれを起こすことによって変調することを含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１６】
前記２つ以上の電子ユニットはそれぞれ独自のアドレスを有する、請求項８に記載の方法。
【請求項１７】
直列構成の単一の出力ラインに接続する２つ以上の電子ユニットを給電し、制御する方法であって、前記方法は、
ラインドライバ回路から変調した直流電流の駆動を含み、前記変調した直流電流の駆動は、
コントローラシステムからデジタル制御データを受信することと、
定格電流レベルを有する直流電流で前記単一の出力ラインを駆動することと、
前記直流電流を前記定格電流レベルからずらすことによって前記デジタル制御データを前記直流電流に変調することと、
前記出力ラインに接続する電子ユニット内にある駆動対象のローカル出力回路を制御することと、を含み、前記ローカル出力回路の前記制御は、
前記単一の出力ライン上の前記直流電流を、動作に必要な電力を貯蔵可能なローカルエネルギー貯蔵装置に分路すると共に、充電完了時には分路を停止することと、
前記電子ユニット内の前記単一の出力ライン上の前記直流電流から前記デジタル制御データを復調することと、
前記単一の出力ライン上の前記直流電流から復調した前記デジタル制御データを使用し、前記電子ユニットに接続する少なくとも１つのローカル出力回路を制御することと、
を含む、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、直列配置した電子システムの分野に関する。特に本発明は、電力および制御信号を供給して直列配線の発光ダイオードなどの電子部品を駆動する技術を開示しているが、これに限定されるものではない。
【背景技術】
【０００２】
発光ダイオード（ＬＥＤ）は、非常に効率的な電子光源である。初期のＬＥＤは、微力の点灯電力で赤色の光を発していた。しかし、現代のＬＥＤは、可視光線、紫外線および赤外線の波長にわたって光を発することができる。その上、現代のＬＥＤには、ＬＥＤが光源として使用するのに十分な光を産生するための、相当な電流量を供給することができる。
【０００３】
ＬＥＤには、エネルギー効率、長寿命、高い耐久性、小型フォームファクタ、および高速スイッチングなど、従来の光源に比して多くの利点を有する。これらの多くの利点によって、幅広い用途におけるＬＥＤの使用が促進された。しかし、ＬＥＤは従来の白熱灯や蛍光灯の光源と比べると、依然として初期コストが比較的高い。その上、ＬＥＤは一般に、従来の光源よりも正確な電流管理および熱管理が必要である。第一世代のＬＥＤは、主に電子機器のインジケータランプとして使用された。ＬＥＤはその低エネルギー消費量と小型フォームファクタから、携帯型電子機器に理想とされてきた。しかし、ここ数年、新たなＬＥＤ色および輝度の向上により、ＬＥＤを多くの新しい用途に使用できるようになった。
【０００４】
ＬＥＤのサイズの小ささ、およびデジタル制御システムを用いたスイッチング制御が可能であることにより、ディスプレイシステムに基づくＬＥＤの開発が可能になった。特に、個別に制御されるＬＥＤの２次元アレイを用いて言葉や画像を表示することができる。このようにＬＥＤは、現在使われる多くの電光掲示板およびスポーツアリーナやニューヨークシティのタイムズスクウェアで見られる大型ビデオディスプレイシステムなどの超大型ビデオディスプレイシステムの光源となっている。
【０００５】
ＬＥＤベースのディスプレイシステムは、機能性が高いことが証明されてきたが、このようなＬＥＤベースのビデオディスプレイシステムなどの製造に本質的に伴う困難および費用により、ＬＥＤベースのビデオディプレイシステムの普及が抑制されてきた。慎重に測定し個別に制御した電力を、ＬＥＤベースのビデオディスプレイシステムを形成するＬＥＤの２次元アレイ中の各ＬＥＤに供給しなければならない。解像度１９２０×１０８０画像要素（画素）のモノクロ高精細度ディスプレイシステムを構築するには、このシステムが２，０７３，６００個のＬＥＤに慎重に制御した電力を供給する必要がある。マルチカラー高精細度ディスプレイシステムを生成するには、画素ごとに異なる３色（赤、緑、青）が必要なため、６，２２０，８００個のＬＥＤがそれぞれ慎重に制御した電力を受け取る必要がある。そのため、このような大型のビデオディプレイシステムは、設計と製造の両方が複雑で高額である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
多数のＬＥＤを別々に制御するという課題があるため、ＬＥＤベースの大型ビデオディスプレイシステムには何百万ドルものコストがかかる結果、大型スポーツアリーナなどのきわめてハイエンドの用途でしかＬＥＤベースの大型ビデオディスプレイシステムを購入することはできない。その他の状況での公共のビデオディスプレイシステムには一般に、テレビディスプレイと関連する従来のこれよりも小型のディスプレイ技術を用いるか、あらかじめ限定したアレイのＬＥＤパターンを用いる大型電光掲示板でチームスコアや試合時間を表示するのに用いるものなど、これよりも遙かに単純なディプレイシステムを使用する。したがって、ＬＥＤベースのディスプレイおよび照明システムを設計、構築する作業を簡易化することが望まれる。
【０００７】
図面は必ずしも一定の縮尺ではなく、同じ符号はいくつかの図面を通して実質的に同等の要素を指している。符号が同じで添字が異なるものは、実質的に同等の要素の異なる事例を示している。図面は全体的に、本明細書で取り扱う様々な実施形態を例として説明するものだが、限定を目的とするものではない。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本明細書で述べる１つ以上の方法をマシンに実行させるための命令セットを実行することができる、コンピュータシステム形態の例のマシンを示すブロック図である。
【図２Ａ】本開示による単一配線の複数のＬＥＤユニット制御システムのアーキテクチャ全体を示すブロック図である。
【図２Ｂ】ＬＥＤユニットに送信することができるデータパケットの一例を示す図である。
【図３Ａ】定格電流値からの電流ランプのずれとして変調されたデジタル情報のタイミング図である。
【図３Ｂ】定格電流値前後の正弦曲線のずれとして変調されたデジタル情報のタイミング図である。
【図３Ｃ】定格電流値からの電流ディップのずれとして変調されたデジタル情報のタイミング図である。
【図４Ａ】第１の実施形態のＬＥＤラインドライバ回路を示す図である。
【図４Ｂ】第２の実施形態のＬＥＤラインドライバ回路を示す図である。
【図５Ａ】ＬＥＤラインドライバ回路が外部電界効果トランジスタをオンにしてライン電流のランプを上昇させる様子を示す図である。
【図５Ｂ】ＬＥＤラインドライバ回路が外部電界効果トランジスタをオフにしてライン電流のランプを下降させる様子を示す図である。
【図５Ｃ】図５Ａおよび５Ｂの回路で変調した電流を示す図である。
【図６Ａ】理想的な対称型の電流パルスおよび理想的ではない電流パルスを示す図である。
【図６Ｂ】ＦＥＴを切り替えるタイミングをコンピュータが行う様子を示すグラフである。
【図６Ｃ】単一のデータビット周期中の段階のタイムラインを示す図である。
【図６Ｄ】定格電流レベルを低下させてエネルギーを節約したときの、ランプモード変調された電流信号を示す図である。
【図７】個別に制御されるＬＥＤユニットの一実施形態を示す図である。
【図８】個別に制御されるＬＥＤユニットの電源システムが動作する様子を示すフローチャートである。
【図９Ａ】ランプモード変調で間違った配列の結果となったデータ周期を示す図である。
【図９Ｂ】ディップモード変調で間違った配列の結果となったデータ周期を示す図である。
【図１０ＡＢ】従来のパルス幅変調で生成されたパルスを示す図、フリッカー軽減変調システムで生成されたパルスを示す図である。
【図１０ＣＤＥ】フリッカー軽減変調の出力パターンの生成結果を示す図、不完全な電流パルスおよび理想のスクエアパルスを示す図、パルスを再配列する様々な無作為化を行ったのちに図１０Ｃのフリッカー軽減変調を行ったデータパターンを示す図である。
【図１１Ａ】本開示の教示に基づいて作製し得る第１のＬＥＤ照明システムを示すブロック図である。
【図１１Ｂ】複数のＬＥＤ照明設備を単一のコントローラで制御する図１１ＡのＬＥＤ照明システムを示す図である。
【図１２】本開示の教示に基づいて作製し得る第２のＬＥＤ照明システムを示すブロック図である。
【図１３】ＤＭＸ５１２−Ａプロトコルベースの舞台照明システムとして実装した本開示のＬＥＤ駆動システムを示す図である。
【図１４】単一のＬＥＤラインドライバ回路が８×８のアレイに配列した６４個の個別に制御されるＬＥＤユニットを駆動している一適用例を示す図である。
【図１５】小さいモジュール型２次元アレイ（図１４に示した）を組み合わせて大きい２次元ディプレイシステムを作製する様子の概念を示す図である。
【図１６】個別に制御されるＬＥＤユニットのいくつかのストリングを互いに並列に吊して２次元ディスプレイシステムを作製する様子を示す図である。
【図１７】ＬＥＤユニットの複数のストリングから作製したディスプレイシステムを配置し、キャリブレーションし、動作する方法を示すフローチャートである。
【図１８】入力されるビデオ信号を復号化し、ＬＥＤディスプレイシステムのモデルで処理し、ＬＥＤストリング一式を配置して作製したディスプレイシステムを駆動するＬＥＤ制御コマンドを生成する様子を示すデータフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下の詳細説明は添付の図面の参照を含み、この図面は明細書の一部をなす。図面は、例示的実施形態に沿った図である。これらの実施形態を本明細書では「例」とも称し、当業者が本発明を実施できるように十分詳細に説明する。例示的実施形態における特定の詳細は、本発明を実施するのに必要なものではないことは当業者には明らかであろう。例えば、例示的実施形態は主に、電力およびデータを効果的に送信して発光ダイオード（ＬＥＤ）を制御するシステムに関して開示しているが、本開示の教示は電力およびデータを送信してこれ以外のあらゆるタイプの電子機器を制御するのに使用することができる。例示的実施形態は組み合わせることができ、他の実施形態を使用することもでき、特許請求の範囲を逸脱しないかぎり、構造的、論理的および電気的な変化を加えてもよい。したがって、以下の詳細説明を限定的な意味に捉えてはならず、その範囲は添付の請求項およびその均等物によって規定される。
【００１０】
本明細書において「ある（ａまたはａｎ）」という用語は、特許文書でよく用いられるように、１つまたは１つ以上を含むために使用される。本明細書において「または（ｏｒ）」という用語は、非排他的な意味を表すために使用されており、すなわち「ＡまたはＢ」であれば特に明記しないかぎり、「ＢではなくＡ」、「ＡではなくＢ」、「ＡおよびＢ」の意味を含む。さらに、本明細書で引用する出版物、特許および特許文献はすべて、参照により個々を援用したものとしてその全体を参照により本明細書に援用する。本明細書における使用と、このようにして参照により援用したこれらの文献における使用とが一貫性に欠ける場合、援用した参照における使用は本明細書における使用を補足するものと考えるべきである。すなわち一致しない矛盾点については、本明細書における使用に規制される。
【００１１】
コンピュータシステム
本開示は、コンピュータシステムが一般にＬＥＤ照明およびディプレイシステムを制御するのに使用されることから、コンピュータシステムに関する。図１は、コンピュータシステム１００の形態の例でのマシンを示すブロック図であり、このシステムは本開示を部分的に実装することができる。コンピュータシステム１００内には命令セット１２４があり、この命令を実行すると本明細書で述べる１つ以上の方法をマシンに実施させることができる。ネットワーク化した配置では、このマシンはクライアントとサーバとのネットワーク環境におけるサーバマシンもしくはクライアントマシンのキャパシティ内で、またはピアツーピア（もしくは配信型の）ネットワーク環境におけるピアマシンとして作動することができる。マシンは、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）、タブレット型パソコン、セットトップボックス（ＳＴＢ）、携帯情報端末（ＰＤＡ）、携帯電話、ｗｅｂアプライアンス、ネットワークルータ、スイッチまたはブリッジ、またはマシンが取るアクションを指定するコンピュータの命令セット（連続的なものまたはそうでないもの）を実行することができるあらゆるマシンである。さらに、単一のマシンのみを図示しているが、「マシン」という用語は、１つの命令セット（または複数の命令セット）を個別または共同で実行して本明細書に記載した１つ以上の方法を実行するあらゆる複数のマシンの集合も含むと考えるものとする。
【００１２】
コンピュータシステム１００の例は、プロセッサ１０２（例えば中央処理装置（ＣＰＵ）、グラフィックスプロセッシングユニット（ＧＰＵ）またはこの両方）、メインメモリ１０４およびスタティックメモリ１０６を備え、これらは互いにバス１０８を介して通信する。コンピュータシステム１００はこのほか、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）または陰極線管（ＣＲＴ）などのビデオディスプレイシステム１１５を駆動するビデオディスプレイアダプタ１１０を備えてもよい。コンピュータシステム１００はまた、英数字入力デバイス１１２（例えばキーボード）、カーソルコントロールデバイス１１４（例えばマウスまたはトラックボール）、ディスクドライブユニット１１６、出力信号発生装置１１８、およびネットワークインタフェースデバイス１２０も備える。
【００１３】
ディスクドライブユニット１１６は機械可読型媒体１２２を備え、この媒体には、本明細書に記載した１つ以上の方法もしくは機能を実現したり、またはこれらによって利用されたりする、１つ以上のコンピュータの命令セットおよびデータ構造（例えば「ソフトウェア」として知られる命令１２４）を格納する。命令１２４はまた、完全にまたは少なくとも部分的に、メインメモリ１０４内および／またはコンピュータシステム１００によって実行中のプロセッサ１０２内にもあり、メインメモリ１０４およびプロセッサ１０２は機械可読型媒体を構成するものでもある。例示したコンピュータシステム１００は、可能性のある一例を示したにすぎず、これ以外のコンピュータが図１に示したコンポーネントをすべて備えているわけではないことに注意されたい。
【００１４】
命令１２４はさらに、ネットワークインタフェースデバイス１２０を介してコンピュータネットワーク１２６上で送受信することができる。このような送信は、ファイル転送プロトコル（ＦＴＰ）など、数ある公知の転送プロトコルから任意の１つを使用して行うことができる。
【００１５】
機械可読型媒体１２２は例示的実施形態で単一の媒体として示したが、「機械可読型媒体」という用語は、１つ以上の命令セットを格納する単一の媒体または複数の媒体（例えば中央に集積したり分配したりしたデータベース、ならびに／またはその関連するキャッシュおよびサーバ）を含むと考えるべきである。「機械可読型媒体」という用語はまた、命令セットを格納、符号化または伝送してマシンによって実行することができ、本明細書に記載の１つ以上の方法をマシンに実施させ、またはそのような命令セットが使用する、もしくはこの命令セットと関連するデータ構造を格納、符号化または伝送したりすることができる、あらゆる媒体を含むとも考えるべきである。したがって「機械可読型媒体」という用語は、固体記憶装置、光学メディアおよび磁気メディアを含むと考えるべきだが、これらに限定されるものではない。
【００１６】
この明細書の目的のために、「モジュール」という用語は、符号、計算もしくは実行可能な命令、データ、または特定の機能、演算、処理、プロシージャを達成するための計算対象の識別可能な部分を含む。ソフトウェアにモジュールを実装する必要はない。つまり、ソフトウェア、ハードウェア／回路、またはソフトウェアとハードウェアとの組み合わせにモジュールを実装してもよい。
【００１７】
本開示では、コンピュータシステムに超小型のマイクロコントローラシステムを備えてもよい。マイクロコントローラには、コンピュータシステムを生成する４つの主要コンポーネントである算術論理ユニット（ＡＬＵ）、制御ユニット、メモリシステム、および入出力システム（総称してＩ／Ｏと記載）を搭載する単一の集積回路を備えることができる。マイクロコントローラは、きわめて小型で低価格の集積回路であり、デジタル電子機器に使用されることが非常に多い。
【００１８】
複数のＬＥＤを制御する制御システムの概観
複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）またはその他の制御可能なあらゆる電子機器（その他のタイプの電子光源など）を制御するため、本明細書では、直列構成に接続された複数のユニットに対する単一配線の直列構成の電源および制御システムを開示している。特に、一実施形態において、ＬＥＤを制御する、個別に制御される電子ユニットは、直列構成に配列され、その直列構成内に位置する制御ユニットによって駆動される。個別に制御される別々の一連の電子ユニットは、点灯デバイスの「ライン」または「ストリング」と呼んでもよい。一連の電子ユニットに電力およびデータを供給するのに使用する制御ユニットは、「ラインドライバ」、「ストリングドライバ」、または「ヘッドエンドコントローラ」と呼んでもよい。制御ユニットは電力および制御信号を供給して、個別に制御される電子ユニットすべてをラインまたはストリング上で駆動するからである。本開示は、ＬＥＤまたはその他の光源を制御することに焦点を当てているが、本開示の教示は音響システム、モータ、センサ、カメラ、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）など、その他のあらゆる電子機器の制御に使用してもよい。
【００１９】
図２Ａは、本開示の教示を利用して構築した単一配線の複数のＬＥＤユニット制御システムのアーキテクチャ全体を示すブロック図である。個別に制御される一連のＬＥＤユニット（２５０−１〜２５０−Ｎ）内にＬＥＤラインドライバ回路２２０を設置する。図２Ａの例示的実施形態では、ＬＥＤラインドライバ回路２２０は外部電源回路２１０から電力を受信するが、これについては本明細書でのちに詳述する。ＬＥＤラインドライバ回路２２０はまた、マスターＬＥＤコントローラシステム２３０からＬＥＤ制御データも受信する。（本明細書では「ＬＥＤラインドライバ回路」についても述べるが、ラインドライバ回路は、ドライバラインに接続された、ＬＥＤの制御以外の動作を実行するその他のタイプの回路に、電力およびデータを送るのに使用することができることに注意されたい。）
【００２０】
マスターＬＥＤコントローラシステム２３０は、ストリング上の個別に制御されるＬＥＤユニット（２５０−１〜２５０−Ｎ）にある様々なＬＥＤをオン／オフにする方法と、オンになっているＬＥＤそれぞれの輝度とを記述した詳細な制御データを提供する。一実施形態では、個別に制御されるＬＥＤユニット２５０それぞれが色の異なる複数のＬＥＤを有するため、マスターＬＥＤコントローラシステム２３０は色値および輝度を供給する。
【００２１】
マスターＬＥＤコントローラシステム２３０は、適切なフォーマットでＬＥＤラインドライバ回路２２０にＬＥＤ制御データを提供するものであればどのようなタイプのデジタル電子システムでもよい。マスターＬＥＤコントローラシステム２３０は、単純な単一チップのマイクロコントローラから多数のＬＥＤストリングを調整して駆動する高度なコンピュータシステムに至るまで幅広いものであってよい。例えば、比較的単純な実施形態では、マイクロコントローラの部品を搭載したマスターＬＥＤコントローラシステム２３０、電源２１０、およびＬＥＤラインドライバ回路２２０を、ＬＥＤユニット２５０のストリングを制御する単一のＬＥＤドライバ回路システム２３９の中に組み込むことができる。さらに高度な実施形態では、図１に示したようなコンピュータシステム１００などの外部のコンピュータシステムを、信号発生装置１１８またはその他のあらゆる適切なデータ出力システムを用いてＬＥＤラインドライバ回路２２０に適切なＬＥＤ制御データ信号を出力するようにプログラムすることができる。
【００２２】
特定の一実施形態では、公知のシリアル・ペリフェラル・インタフェース（ＳＰＩ）を用いてＬＥＤ制御データ２３１をマスターＬＥＤコントローラシステム２３０からＬＥＤラインドライバ回路２２０へ提供する。この方法では、多くのＬＥＤストリングを、コンピュータシステム１００などの単一のマスターＬＥＤコントローラシステム２３０に接続し、これによってこれらのＬＥＤストリングを制御することができる。しかし、代替実施形態では、ユニバーサル・シリアル・バス（ＵＳＢ）、イーサネット（登録商標）、またはＩＥＥＥ１３９４インタフェース（Ｆｉｒｅ  Ｗｉｒｅ）など、その他の適切なデジタル通信システムを、ＬＥＤラインドライバ回路２２０にＬＥＤ制御データを提供するために使用することができる。舞台照明用の使用を目的とする実施形態では、舞台照明を制御するのに使用される公知のＤＭＸ５１２−Ａプロトコルに対応するように、データインタフェースをプログラムすることができる。このような実施形態では、複数のＬＥＤライン駆動装置をデイジーチェーン構成に接続して、個別に制御されるＬＥＤユニットの複数のストリングを制御することができる。
【００２３】
電源２１０から受信した電力２１１、およびマスターＬＥＤコントローラシステム２３０から受信したＬＥＤ制御データ２３１を使用して、ＬＥＤラインドライバ回路２２０は、個別に制御されるＬＥＤユニット（２５０−１〜２５０−Ｎ）のストリング全体に電力と制御データの両方を供給する電流ループ（２２１から始まって２２９に戻るラインからなる）で、電子信号を駆動する。電力と制御データの両方を単線で供給するこのシステムにより、ＬＥＤの照明・ディスプレイシステムの設計および構築が大幅に簡易化される。その上、単線を使用して電力と制御データの両方を伝送することにより、複数のＬＥＤを用いたディスプレイまたは照明システムなどの構築費が大幅に削減される。開示したシステムにより、単一の電流ループ（ドライバラインともいう）は、ストリング上の個別に制御されるＬＥＤユニットに対して７つまたはそれ以上の異なる機能、例えば、（１）ＬＥＤユニット２５０への電力、（２）ＬＥＤユニットへの制御コマンドおよび構成コマンド、（３）ＬＥＤ出力データ、（４）ローカルクロック信号を発生するのに用いるクロック基準値、（５）ＬＥＤへの電流出力をキャリブレーションするのに用いる基準電流値、（６）熱放散、および（７）個別に制御されるＬＥＤユニット（２５０−１〜２５０−Ｎ）を支持する物理的構造といった機能を果たすことができる。各機能の詳細については本明細書の後のセクションで説明する。
【００２４】
図２Ｂは、個別に制御されるＬＥＤユニット（２５０−１〜２５０−Ｎ）とリンクしているドライバライン上で変調することができるデータフレームの一実施形態を示す。データフレームの先頭は、同期バイト２９１である。ＬＥＤユニット２５０に送られる別々のクロック信号はないため、ＬＥＤユニット２５０が同期バイトを用いてデジタルデータ信号の追跡を補佐し、新規のデータフレームそれぞれの開始箇所を決定する。次にコマンドフィールド２９２が、受信側のＬＥＤユニット２５０が実行する特定のコマンドを指定する。アドレスフィールド２９３が特定のアドレス（またはアドレスグループ）を指定して、このコマンドに応答するＬＥＤユニット（２５０−１〜２５０−Ｎ）を選択する。アドレスフィールド２９３の次は、データのペイロードを含むデータフィールド２９４である。最後に、オプションの巡回冗長検査（ＣＲＣ）コード２９５を使用してデータの保全を行ってもよい。
【００２５】
再度図２Ａを参照すると、多数の個別に制御されるＬＥＤユニット（２５０−１〜２５０−Ｎ）は直列構成で（２２１から始まり２２９に戻る）ドライバラインに接続されている。個別に制御されるＬＥＤユニット２５０はそれぞれ、１つ以上のＬＥＤ、ＬＥＤ制御回路、および個別に制御されるＬＥＤユニット２５０を完成するために必要なその他の追加のコンポーネントを備えている。一実施形態では、各ＬＥＤユニット２５０に必要な追加の電子コンポーネントは、ＬＥＤ制御回路および個別に制御されるＬＥＤユニット２５０のＬＥＤを駆動するための電気エネルギー貯蔵分を格納するコンデンサのみある。さらに大量の電流を扱うその他の実施形態では、電気エネルギーの貯蔵に用いるコンデンサに加え、外部ダイオードおよび小型のヒートシンクを使用してもよい。個別に制御されるＬＥＤユニット２５０に接続されたＬＥＤが２つ以上ある場合、ＬＥＤユニット２５０の異なるＬＥＤをそれぞれＬＥＤユニット２５０のＬＥＤ「チャネル」と呼ぶ。
【００２６】
いくつかの実施形態では、２つ以上のコンデンサを使用して、個別に制御されるＬＥＤユニット２５０を動作するための電力を貯蔵することができる。例えば一実施形態では、異なるコンデンサを使用して異なるＬＥＤに対する電力を貯蔵する。このようにするのは、異なる色のＬＥＤが異なる電圧レベルで作動し、色が異なるＬＥＤそれぞれにコンデンサを組み合わせることによって、このコンデンサを使用して特定の色のＬＥＤを駆動するのに必要な正味の電圧量のみを貯蔵することができるからである。この方法では、高い電圧量を必要とするＬＥＤには高い電圧量を供給するが、低い電圧量を必要とするＬＥＤには低い電圧量を供給する。こうすることによって、電圧ドロップ回路が非効率に使用されて過剰電圧を単純に排熱として消費してしまうことを防止する。
【００２７】
個別に制御されるＬＥＤユニット（２５０−１〜２５０−Ｎ）それぞれにおいて重要なコンポーネントがＬＥＤコントローラ回路である。ＬＥＤコントローラ回路は、個別に制御されるＬＥＤユニット２５０の様々なＬＥＤを合理的に制御するために必要なタスクのほとんどを実行する。これらのタスクには、ドライバラインからの電気エネルギーを取得し、ＬＥＤユニットへの給電に使用する電力コンデンサにこの電気エネルギーを貯蔵すること、ＬＥＤコントローラ回路を給電するのに必要な電圧を調節して産生すること、ドライバラインで変調したデータ信号を復調すること、復調したデータ信号を復号化してデータフレームを取得すること、データフレームで受信したコマンドを実行すること、および様々なＬＥＤを特定の輝度レベルで駆動することなどが含まれる。これらの各機能の詳細については、個別に制御されるＬＥＤユニットのセクションで述べる。
【００２８】
ＬＥＤラインドライバ
上記のセクションで記載したように、図２ＡのＬＥＤラインドライバ回路２２０は、２２１から始まり２２９に戻るドライバラインで、ＬＥＤラインドライバ回路２２０に直接接続された個別に制御されるＬＥＤユニット（２５０−１〜２５０−Ｎ）すべてに電力とＬＥＤ制御データの両方を供給する役割を果たしている。ＬＥＤ照明・ディスプレイシステムの構築を簡易で安価なものにするため、ＬＥＤラインドライバ回路２２０は、単一のドライバラインでＬＥＤユニット２５０すべてに電力と制御データの両方を供給する。この単線のドライバラインにより、個別制御可能な照明素子を多数使用する照明・ディスプレイシステムの構築が大幅に簡易化されるが、これは、このような個別制御可能な照明素子を、各照明素子を単線で接続した簡易なデイジーチェーン構成に構成することができるためである。
【００２９】
個別に制御されるＬＥＤユニット２５０に電力を供給するため、ＬＥＤラインドライバ回路２２０は、単一のドライバラインで直流電流（ＤＣ）信号を駆動する電流源として機能する。いくつかの実施形態では、ＤＣ信号は名目上一定レベルで駆動する。しかし、主目的は、各ＬＥＤユニット２５０が追跡できるデータ信号と、ＬＥＤユニット２５０にエネルギーを供給するのに十分な電流とを供給することである。直列構成でドライバラインに接続された個別に制御されるＬＥＤユニット（２５０−１〜２５０−Ｎ）はそれぞれ、直流電流信号からのデータを復調し、ドライバラインで駆動する直流電流信号から必要な動作電力を引き出す。
【００３０】
ストリング上の個別に制御されるＬＥＤユニット２５０すべてにＬＥＤ制御データを供給するため、ＬＥＤラインドライバ回路２２０はドライバラインで駆動される電流でデータを変調する。データの変調方法には様々な異なる方法を用いてもよい。本明細書では、使用した２つの異なる方法を記載するが、当業者に理解されるようなその他のデータ変調システムを実装してもよい。
【００３１】
一実施形態では、ラインドライバ回路は、定格電流レベルからわずかに上下する電流ランプを使用することによって、ドライバライン上でデータを変調する。このような実施形態では、各データビット周期は、正の電流ランプの後に負の電流ランプが続くか、負の電流ランプの後に正の電流ランプが続くかのいずれかを含む２サイクルに分割することができる。この２つの異なるデータパターンを利用してデジタル通信システム用の「１」または「０」を表すことができる。図３Ａは、データを電流で変調する際の、ＬＥＤラインドライバ回路２２０が制御するドライバラインの電流を示すグラフである。図３Ａの例では、論理的な「０」は正の電流ランプの後に負の電流ランプが続くことを表し、「１」は負の電流ランプの後に正の電流ランプが続くことを表す。各データ位相の内容には正の電流ランプと負の電流ランプの両方が含まれるため、ライン上の平均的な電流値は定格電流レベル３１０であることに注意されたい。図３Ｂは、定格電流レベル３１０前後の正弦曲線的な電流変化を使用する同様の実施形態を示す。
【００３２】
この他のデータ符号化手段には、マンチェスター方式符号化およびマンチェスターを用いたＮｏｎ−Ｒｅｔｕｒｎ−Ｔｏ−Ｚｅｒｏを使用するものがある。電流でデータを変調するその他の手段を使用してもよい。例えば、一代替実施形態では、論理的な「０」を指定するには第１の電流レベルを使用し、論理的な「１」を指定するには第２の電流レベルを使用することができる。この方法では、２つの電流レベルを切り替えることによってデータビットのストリームを符号化することができる。
【００３３】
図３Ｃは、「ディップモード（ｄｉｐ  ｍｏｄｅ）」変調というもう一つのデータ変調システムを示す。図３Ｃに示すディップモード変調システムでは、各データビット周期が前半と後半に分割されている。次に、この変調システムは、データビット周期の前半または後半のいずれかで電流のディップを発生させることによってデータを変調する。図３Ｃの特定の実施形態では、「０」のデータビットは前半で電流のディップが発生したことを表し、「１」のデータビットは後半で電流のディップが発生したことを表す。図３Ａおよび３Ｃにそれぞれ示したランプモードおよびディップモードのデータ変調システムに対する変調回路の例を説明していく。
【００３４】
ランプモードを使用する第１のＬＥＤラインドライバ回路の実施形態
図４Ａは、図３Ａに示すシステムを用いてデータを変調する実施形態に対するＬＥＤラインドライバ回路４２５の本質を示すブロック図である。図４ＡのＬＥＤラインドライバ回路４２５は、「ランプモード」変調という電流変調システムを実装している。ランプモード変調システムは、１つのＬＥＤラインドライバＩＣ４２０、１つの電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）、１つの誘電子、およびいくつかの抵抗を用いてデータを変調することができる低コストの実装を対象に設計されたものである。
【００３５】
ＬＥＤラインドライバ回路４２５の主要コンポーネントは、ＬＥＤラインドライバ回路４２５の全体動作を制御する高度なＬＥＤラインドライバＩＣ（集積回路）４２０である。ＬＥＤラインドライバＩＣ４２０は、デジタル回路の駆動に必要なクロック信号を生成するためのクロック回路ブロック４８５を備えている。クロック回路ブロック４８５は、外部クロック４８６（または共振子）から入力を受信して、必要とされる様々な内部クロック信号を生成する。クロック回路ブロック４８５は、内部コアクロック生成用に外部クロック４８６から送られるクロック信号の速度を低下させるためのプリスケーラ、電源のリセット後にチップのクロックを確実に正しく起動させるいくつかの同期論理回路、およびドライバラインで変調したデータを正しいデータレートで送信するためのタイミング発生器を備えることができる。
【００３６】
図４ＡのＬＥＤラインドライバＩＣ４２０の左下を見ると、データインタフェース４３０が、図２Ａに示したマスターＬＥＤコントローラシステム２３０などの外部コントローラから制御データを受信している。データインタフェース４３０は入力される制御データを抽出し、この制御データをコマンドパーサおよびハンドラ回路４４０に転送する。単純な実施形態では、ＬＥＤラインドライバＩＣ４２０自体が、ＬＥＤ制御データのパターンを生成する回路を備え、外部ＬＥＤコントローラを必要としないようにしてもよい。
【００３７】
特定の一実施形態では、データインタフェース４３０は公知のシリアル・ペリフェラル・インタフェース（ＳＰＩ）プロトコルを実装する。ＳＰＩの実装には、通常シリアル・ペリフェラル・インタフェース（ＳＰＩ）プロトコルが使用する標準的なデータイン４３２、データアウト４３１、データクロック（図示せず）、およびチップセレクト（図示せず）ピンを含めてもよい。ＳＰＩシステムの動作は特定の実装によって様々な異なる。従来のＳＰＩの実装では、外部のＳＰＩマスター（図２ＡのマスターＬＥＤコントローラシステム２３０など）がＬＥＤラインドライバＩＣ４２０それぞれのデータイン４３２ピンにデータを送り、どのＬＥＤラインドライバ回路がそれぞれのＬＥＤラインドライバＩＣのチップセレクトピンを作動させることによってデータに働きかけるべきかを指定する。ＳＰＩプロトコルは双方向のプロトコルであるため、個々のＬＥＤラインドライバ回路が外部のＳＰＩマスターシステムにステータス情報を送り返すことができる。ＬＥＤラインドライバ回路の一実施形態では、キャリブレーション情報およびバッファステータスに対する要求などのステータスクエリに応答を返すための返信用データパスを使用する。ＳＰＩプロトコルの代替実装形態では、データアウト４３１ラインは、デイジーチェーン構成の別のＬＥＤラインドライバ回路のデータインインタフェースに接続することができるため、一連のＬＥＤラインドライバ回路を単一のマスターＬＥＤコントローラシステムで制御することができる。
【００３８】
コマンドパーサおよびハンドラ回路４４０は、入力される制御データを検証し、入力される制御データに適切に反応する。一実施形態では、ＬＥＤラインドライバＩＣ４２０は入力されるコマンドのうち３つの主な種類（構成要求、ステータス要求、およびこのドライバラインに接続している個別に制御されるＬＥＤユニットへと、ドライバラインを下ってデータを転送する要求）を処理する。構成要求はＬＥＤラインドライバＩＣ４２０に対し、指定した制御レジスタを制御およびステータスレジスタブロック４４１にセットするよう命令することができる。構成要求はまた、ＬＥＤラインドライバＩＣ４２０に対し、ＬＥＤラインドライバＩＣ４２０の不揮発性構成のヒューズを溶断するように命令し、ＬＥＤラインドライバＩＣ４２０に恒久的な構成情報をプログラムすることができる。入力されるステータス要求は、ＬＥＤラインドライバＩＣ４２０からバッファステータス、動作ステータス、および電流構成などのステータス情報を要求することができる。ＬＥＤラインドライバＩＣ４２０に送られるこのようなステータス要求は、制御およびステータスレジスタ４４１からの情報をフェッチして、データアウトライン４３１上にあるマスターコントローラに応答を送信することによって処理してもよい。
【００３９】
ＬＥＤ制御データをドライバラインから個別に制御されるＬＥＤユニットに転送するためにマスターＬＥＤコントローラからＬＥＤラインドライバＩＣ４２０へ送られる要求は、一般に、ＬＥＤラインドライバＩＣとの通信の大部分を占める。コマンドパーサおよびハンドラ回路４４０は、ＬＥＤ制御データをラインデータ送信ブロック４５０に転送することによって要求を転送する、これらのＬＥＤ制御データを処理する。ラインデータ送信ブロック４５０は、制御データをフレームバッファへ格納する。図４Ａの実施形態では、ＬＥＤラインドライバＩＣ４２０は２つのフレームバッファ（４５１および４５２）を備えているため、ＬＥＤラインドライバＩＣ４２０は、マスターＬＥＤコントローラから第１のフレームバッファに入力されるＬＥＤ制御データを受信することができる一方で、第２のフレームバッファから送られるＬＥＤ制御データをドライバラインで同時に変調する。フレームバッファ（４５１および４５２）は、ドライバラインに接続している１つ以上の個別に制御されるＬＥＤユニット（４７０−１〜４７０−Ｎ）に対して一時的にＬＥＤ制御データを格納する。
【００４０】
いくつかの実施形態では、ＬＥＤユニット４７０はＬＥＤラインドライバＩＣ４２０に通信し返すことができる。例えば、指定した時間帯にシャントトランジスタをオン／オフにすることによって、ＬＥＤユニット４７０がＬＥＤラインドライバＩＣ４２０に信号を送り返すことができるため、ＬＥＤラインドライバＩＣ４２０によってその効果を検出することが可能になる。このような実施形態では、データイン４３２に入力されるステータス要求のメッセージが、ドライバラインに接続された個別に制御されるＬＥＤユニット４７０からステータスを要求することができる。するとコマンドパーサおよびハンドラ回路４４０は、このＬＥＤユニットステータス要求を第２のステータス要求メッセージに変換し、次にこのメッセージはラインデータ送信ブロック４５０に送られ、ドライバラインで変調される。ＬＥＤユニット４７０から応答を受信すると、ＬＥＤラインドライバＩＣ４２０はこれに対応する応答メッセージをデータアウトライン４３１に送る。
【００４１】
ラインデータ送信ブロック４５０は、ＬＥＤ制御データ（いくつかの実施形態ではステータス要求も）をドライバラインでＬＥＤユニット４７０へ送信する役割を果たす。ラインデータ送信ブロック４５０は、コマンドパーサおよびハンドラ回路４４０からこのブロックに転送された制御データ（またはステータス要求）を取り出して、次に利用可能なフレームバッファに充填する。一実施形態では、ラインデータ送信ブロック４５０は、オプションのフレームである巡回冗長検査（ＣＲＣ）のバイトを（制御レジスタ４４１がこうするように指定すれば）計算することができる。一実施形態では、ドライバラインで変調する保留中のＬＥＤ制御データ（またはステータス）がラインデータ送信ブロック４５０にない場合、ラインデータ送信ブロック４５０はアイドル状態のデータフレームをドライバラインで変調する。アイドル状態のデータフレームは、個別に制御されるＬＥＤユニット４７０のいずれの対象にもならないが、これらの個別に制御されるＬＥＤユニット４７０がドライバラインで変調されたデータストリームとの同期を維持するのを補佐する。
【００４２】
ラインデータ送信ブロック４５０は、フォーマットしたデータフレームをフレームバッファ（４５１および４５２）から電流変調ブロック４９０へと転送する。電流変調ブロック４９０は、（名目上）一定の直流電流信号をドライバラインで変調して、データストリームをドライバライン上のＬＥＤユニット４７０に供給する役割を果たす。特に、電流変調ブロック４９０は、電流を短く急激に増減させることによって電流を変調し、ドライバラインの下流にＬＥＤ制御データを送信してＬＥＤユニット４７０を制御する。一実施形態では、電流変調ブロック４９０は、ドライバラインでインダクタにバイアスをかける外部トランジスタを制御することによってこの目的を達成する。
【００４３】
電流変調ブロック４９０についてさらに詳細に説明する前に、電力源について概説しておくとわかりやすい。ほとんどの電子回路は、電力源として電圧力を使用して電子回路に給電するように構成されている。理想の電圧源とは、特別に設定した電圧レベルで電流を無限に産生して負荷回路を駆動することができ、内部抵抗がゼロである概念上の数学的モデルである。もちろん電池やＤＣ電源などの現実世界の電圧源は、電流を無限に産生することはできないし、内部抵抗をゼロにはならない。しかし、現実世界の電圧源で給電する負荷回路が現実世界の電圧源の電流容量を超過せず、ゼロではない内部抵抗を負荷回路に直列に加えるかぎり、電圧源をモデリングする回路に理想の電圧源を使用することができる。
【００４４】
電子回路を設計する際に、電力源のモデリングに電流源を使用する方法は遙かに少ない。理想の電圧源とは、無限の内部抵抗があり、特定の電流レベルで無限の電圧を産生して負荷回路を駆動することができる電力源の数学的モデルである。これも同じく、現実世界の電流源で無限の電圧を供給できるものはなく、現実世界の電流源で抵抗が無限のものはない。しかし、現実世界の電流源で駆動する負荷回路の抵抗全体が高すぎるためにきわめて高い電圧値を必要とすることがないかぎり、理想の電流源と並列接続した無限ではない内部抵抗を備える理想の電流源として現実世界の電流源をモデリングすることができる（ノートン等価回路として知られる回路）。本開示では、電力源モデルとして電流源を使用している。特に、ＬＥＤラインドライバＩＣ４２０およびサポートする外部回路の電流変調ブロック４９０も、動作中に調整可能な定格レベルを指定してドライバラインで電流を駆動するのに使用してよい。さらに、電流変調ブロック４９０は、電流をわずかに増減させることにより特定の定格電流値前後で電流レベルを変動させ、図３Ａ〜３Ｃに記載したように、電流でデータを変調するのに使用した定格電流値から離れた値に変動させることができる。
【００４５】
再度図４Ａを参照すると、外部電源４１０が電流を産生し、この電流はＬＥＤユニット４７０を通ってドライバラインの下流へ送信されている。ドライバラインの先頭における外部電源４１０の出力電圧（Ｖｓｕｐｐｌｙ４１１と表記）は、ドライバライン上のＬＥＤユニット４７０すべての合計が必要とする分を上回る電位である。電流はストリング上のＬＥＤユニット４７０をすべて通過したのち、インダクタ４６２および電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）４６１を通ってアースへと流れる。電流変調ブロック４９０は、ＦＥＴ４６１を用いてインダクタ４６２を制御することによってドライバライン上で電流レベルを慎重に変調し、図３Ａに示す変調した電流パターンを生成する。ＦＥＴ４６１は、通常のＣＭＯＳ半導体内では処理できない比較的高い電位を処理することができるため、ＦＥＴ４６１は一般にＬＥＤラインドライバＩＣ４２０の外部に実装されることに注意されたい。
【００４６】
再度図３Ａに示した電流のグラフを参照すると、ドライバラインの電流は、ドライバラインでデータを変調するのに使用する一定の定格電流値３１０の上下でわずかに変動して、一定の定格電流値３１０の前後で変調されている。図５Ａ、５Ｂ、および５Ｃは、ＬＥＤラインドライバ回路がＦＥＴ５６１を用いて、指定した定格電流値３１０前後の電流を変調してインダクタ５６２を制御する様子を示す。代わりにＦＥＴ以外の電流制御回路を使用してもよいことに注意されたい。
【００４７】
定常状態の直流電流（ＤＣ）回路では、インダクタが、回路に影響を及ぼすことなく短絡として働く。しかし、状態が変化すると、インダクタが電流レベルの変化に対抗する。そのため、インダクタを通過する電流が増加すると、このインダクタはエネルギーを磁場に貯蔵することによって電流の増加を遅らせる。同じように、インダクタを通過する電流が減少すると、このインダクタは、磁場に貯蔵したエネルギーを使用することによって電流の減少に対抗し、減速している電流を補足する。
【００４８】
図５Ａを参照すると、ＬＥＤラインドライバ回路４２５を最初にオンにすると、このＬＥＤラインドライバ回路は、ＦＥＴ５６１をオンにして電流がＶｓｕｐｐｌｙ５１１から下へ向かってストリング上のＬＥＤユニット５７０すべてに流れ、インダクタ５６２、（電流を制御する）ＦＥＴ５６１、そして最後に抵抗５６４を通って電源のアース５６５へと流れるようにする。外部電源のＶｓｕｐｐｌｙ５１１から外部電源のアース５６５までのこの電気経路を電流ループという。インダクタ５６２の後には分岐回路があるため、電流は外部電源から第２の電圧源Ｖｃｌａｍｐ５１２を通ってダイオード５６３まで流れることに注意されたい。しかし、Ｖｃｌａｍｐ５１２はアース５６５よりも高い電位になるため、ＦＥＴ５６１がオンになっても電流はＶｃｌａｍｐ５１２の方には流れない。
【００４９】
ＦＥＴ５６１を最初にオンにすると、図５Ｃに示すように電流はドライバ回路上で増加する。しかし、電流の増加は、磁場にエネルギーを貯蔵することによって急速な電流増加に対応するインダクタ５６２によって遅くなる。そのため、ドライバラインの電流は、図５Ｃに示すように開始段階５２１で上向きに傾斜する。図５Ａに「＋」および「−」の符号で表示したように、この間にインダクタ５６２を介して電圧降下があることに注意されたい。ＬＥＤラインドライバＩＣ４２０は、この開始段階５２１の間ＦＥＴ５６１をオンに維持し、ドライバラインの電流レベルが所望の定格電流レベル５１０を指定した量だけ超える電流になるまで増加できるようにする。
【００５０】
ドライバラインを流れる電流が所望の定格電流レベル５１０を指定量だけ超えると、ＬＥＤラインドライバＩＣ４２０は図５Ｂに示すようにＦＥＴ５６１をオフにし、電流がＦＥＴ５６１を流れて電源のアース５６５に向かわないようにする。しかし、インダクタ５６２は電流の流れの急激な変化に対抗し、代わりに、図５Ｃの電流低下５３１で示したように、逆に電流が下に向かって傾斜し始めるようにする。電流はもはやＦＥＴ５６１を通ってアース５６５には流れないため、代わりに流れが遅くなった電流が分岐回路に流れ、ＦＥＴ５６１をオフにしたときの電流の流れを示す図５Ｂに示したように、ダイオード５６３を通ってＶｃｌａｍｐ５１２へ向かって流れる。これは、Ｖｃｌａｍｐ５１２の電圧がＶｓｕｐｐｌｙ５１１より高い場合であっても起こる。なぜなら、インダクタ５６２は磁場にあるエネルギーを使用して電流を駆動し続けるためである。
【００５１】
電流は、ＦＥＴ５６１をオフにしただけで下降し始めるが、ＦＥＴ５６１をオフにするだけで起こる下降するランプは比較的緩慢である。（ＦＥＴ５６１がオンのときに電流が上昇するランプと比較して緩慢であるため、電流ランプの上昇と下降とは非対称となる。）電流の下降するランプを加速させ、それによって上向きと下向きの電流ランプをおおよそ一致させるため、Ｖｃｌａｍｐ５１２をＶｓｕｐｐｌｙ５１１よりも高い電位に設定し、（図５Ｂに符号「＋」および「−」の符号で表示したように）インダクタ５６２に逆電圧バイアスをかけて、電流の下向きのランプを加速させるようにする。
【００５２】
図５Ｃを参照すると、電流５３１が指定量よりも低下して所望の定格電流値５１０よりも下がると、ＬＥＤラインドライバはＦＥＴ５６１をオンにし（図５Ａの状態に戻る）、電流上昇５３２で図示したように再び上昇するランプになる。ＬＥＤラインドライバＩＣ４２０は、ドライバラインの電流が直流電流の最終的な定常状態とならないようにする。逆に、このドライバ回路はＦＥＴ５６１のオンとオフを繰り返して、ドライバラインの電流を所望の定格電流レベル５１０前後に維持する。
【００５３】
ＦＥＴ５６１をオン／オフにすることによって、ＬＥＤラインドライバＩＣ４２０は、上昇ランプと下降ランプが比較的安定した状態のドライバラインを流れる電流量を変調することができる。制御データを相関させる方法でＦＥＴ５６１をオン／オフにすることにより、ＬＥＤラインドライバＩＣ４２０はドライバライン上の制御データを図５Ｃのデータ段階５２２で示す電流パターンと同じように変調することができる。ＬＥＤラインドライバＩＣ４２０に送信されるはずのデータが足りないと、ＬＥＤラインドライバＩＣ４２０はドライバライン上の空のパケットを変調することに注意されたい。このようにすると、ドライバライン上にある様々なＬＥＤユニットは、ＬＥＤラインドライバＩＣ４２０が変調したデータストリームとの同期を維持することができる。
【００５４】
再び図４Ａを参照すると、電流変調ブロック４９０はラインデータ送信ブロック４５０からデータフレームを受信し、電流ランプのパターンのようにドライバラインで変調している。前述したように電流変調ブロック４９０は、（電流を電源４１０のアース４６５に通すことによって電流を上昇させる）外部ＦＥＴ４６１をオンにするか、（逆バイアスをインダクタ４６２に印加することによって電流を下降させる）外部ＦＥＴ４６１をオフにすることによって、このタスクを達成することができる。
【００５５】
ドライバラインの電流を基準電流値として使用する特定の実施形態では、電流変調ブロック４９０は、電流の変化によってドライバライン上でデータが変調されたとしても、電流の平均が確実に、所望していた適切な定格直流電流（ＤＣ）レベルになるようにする役割を果たす。このようにして、ドライバラインに接続するＬＥＤユニットは、ドライバラインの平均電流レベルを検出し、この電流レベルを基準電流値として使用することができる。特に、ドライバラインに接続するＬＥＤユニットは、ＬＥＤユニットに接続するＬＥＤを駆動するのに使用する電流を生成する際に、ドライバライン上の平均電流レベルを基準電流として使用することができる。
【００５６】
電流変調ブロック４９０は、自らの内部ＦＥＴ４９３を制御することによって外部ＦＥＴ４６１を制御することができる。一実施形態では、内部ＦＥＴ４９３を１０ボルトの変動を処理するように設計し、ドライバラインの電流を制御する役割を直接果たしているさらに大きい外部ＦＥＴ４６１を制御できるようにする。
【００５７】
ドライバラインの電流でデータを変調することは容易なプロセスではない。ドライバライン上で様々なＬＥＤユニット４７０を動作させることで、ＬＥＤラインドライバ回路４２５がドライバライン上で電流を安定して制御することが困難になる。特に、図５Ａのように、様々なＬＥＤユニット５７０は、ローカルコンデンサを充電する電流を流すか（これによってＬＥＤユニットにより大きい電圧降下が起こる）、ライン電流を分路して（これによってＬＥＤユニットに小さい電圧降下のみが起こる）、Ｖｓｕｐｐｌｙ５１１とＶｌｉｎｅ５１４との間の電圧降下がＬＥＤユニットの分路の有無に応じて変動するようにする。その結果、インダクタ５６２にかかる電圧も同じように変動するため、（ＦＥＴ５６１がオンのときの）上昇する電流ランプは常に正確に同じ勾配にはならない。これと同じ現象が下降する電流ランプにも起こる。特に、図５Ｂのように、ＬＥＤユニット５７０にかかる電圧が変動することで、Ｖｃｌａｍｐ５１２からインダクタを介してＶｌｉｎｅ５１４までかかる逆電圧バイアスは常に同じにはならないため、下降する電流ランプの傾斜は変動する。この現象を軽減するため、様々なＬＥＤユニット５７０がデータビットのエッジ付近で時間どおりに分路を停止するのを制限する必要がある。それでも、ＬＥＤユニット５７０がデータビットのエッジ付近で分路したり分路を停止したりすることは、依然としてデータの変調・復調タスクに影響を及ぼす。
【００５８】
理想は、ＬＥＤラインドライバ回路４２５が生成する電流ランプが、常に定格電流値６１０で開始／終了し、図６Ａに破線で描いた理想の電流ランプで示したようにビット周期の半分ずつが完全に対称となることである。しかし、ドライバライン上の条件が変化すると、このような理想の電流ランプが常に達成されるとはかぎらない。例えば、ドライバライン上で累積するＬＥＤユニット５７０に比較的小さい電圧降下が起こると、インダクタ５６２により高い電圧がかかり、電流が図６Ａの（破線で示した）理想の電流ランプよりも速く増加する。電流ランプのピークの正確な高さは、検出に必要な閾値の量よりも大きければそれほど重要ではないことに注意されたい。
【００５９】
これを補償するため、下降する電流ランプは、（予測した下降傾斜を計算に入れて決定した）適当な時間で開始し、電流レベルがデータ周期の中央で定格電流レベル６１０と交わる必要がある。図６Ａの例では、下降する電流傾斜は理想の傾斜よりも緩いため、下降段階が通常よりも早く開始し、電流ランプのピークがやや左にシフトしている。一般に、ランプの前半部分での傾斜の絶対値が、ランプの後半部分での傾斜の絶対値よりも大きければ、ピークはより早く（図の時間軸を左に）シフトし、ランプの前半部分での傾斜の絶対値が、ランプの後半部分での傾斜の絶対値よりも小さければ、ピークはより遅くに（図の時間軸を右に）シフトする。
【００６０】
電流ランプを慎重に生成するために、ＬＥＤラインドライバ回路４２５の電流変調ブロック４９０は、電流の挙動モデルを作成して外部ＦＥＴ４６１を変化させる正確な時間を推定することができる。電流ランプのモデリングには様々な異なる方法を用いることができる。特定の一実装では、電流変調ブロック４９０は、電流ランプのモデリングにアナログコンピュータを用いて、ＦＥＴをいつオン／オフするかを決定する。
【００６１】
図４Ａを参照すると、電流変調ブロック４９０は、ランプＡ４９１およびランプＢ４９２と表記した実質的に同一のアナログコンピュータ回路を２つ備えている。電流変調ブロック４９０はこの２つのアナログコンピュータ回路を交互に使用し、データ周期の前半で１つのアナログコンピュータを使用し、データ周期の後半でもう１つのアナログコンピュータを使用する。２つのアナログコンピュータ回路はそれぞれアナログランプ回路を使用して電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）４９３のゲート信号をオン／オフにする時期を推定し（これによってより大きい外部トランジスタ４６１を実際にオン／オフにする）、電流ランプの終わりをビット周期半分の終わりで再び定格ライン電流値まで戻す。一実施形態では、これらのアナログランプ回路は、ＦＥＴ４９３を瞬時に切り替えた場合に、ビット周期の残りの半分でどれだけの電流が変化するのかというモデルを作成する。上昇勾配の場合では、このモデルは、ＦＥＴ４９３を瞬時に切り替えた場合にどれだけの電流がその時の量から降下するのかを明確にする。これは、ビット周期半分の開始時点でＦＥＴ４９３を切り替えた場合に大量の電流が降下することもあれば、ビット周期半分の終了時点でＦＥＴ４９３を切り替えても電流は一切変化しないこともあり、様々である。
【００６２】
上記で述べたように、電流が変化する速度はインダクタ４６２にかかる電圧によって異なる。インダクタ４６２にかかる電圧を算出するために、電流変調回路４９０にはＶｌｉｎｅ４１４、Ｖｃｌａｍｐ４１２、およびＶｆｅｔｓｒｃ４１７の３つの異なる電圧値を用意する。ＦＥＴ４６１をオンにするとき、インダクタ４６２にかかる電圧は、Ｖｌｉｎｅ４１４から（ＦＥＴ４６１にかかるわずかな降下を差し引いた）Ｖｆｅｔｓｒｃ４１７までの電圧差として算出する。ＦＥＴ４６１をオフにするとき、インダクタ４６２にかかる電圧は、Ｖｌｉｎｅ４１４から（ダイオード４６３かかるわずかな降下を差し引いた）Ｖｃｌａｍｐ４１２までの電圧差として算出することができる。これらの電圧値を用いて、（傾斜で示される）電流変化の率を推定し、ＦＥＴ４６１を切り替える正確な時間を決定するのにこの率を使用することができる。これらの電圧値は、実際には抵抗を流れる電流として読めるが、この電流はオームの法則により電圧に比例することに注意されたい。
【００６３】
アナログコンピュータ回路（ランプＡ４９１およびランプＢ４９２）は、ランプ回路および乗算回路を用いて実装することができる。ランプ回路は、固定のフルスケール値で開始し、ビット周期半分の終わりでゼロまで下降するランプ信号を生成するのに使用する。するとこのランプ信号には、（グラフに傾斜で示した）電流変化の率を決定する電圧差の値がアナログ乗算回路で乗算される。そのときにＦＥＴ４９３をオンにすると、ランプ信号にはＶｃｌａｍｐ４１２−Ｖｌｉｎｅ４１４と相関関係にある量が乗算される。この量がＦＥＴ４９３をオフにしたときにインダクタ４６２にかかる電圧となるためである。そのときにＦＥＴ４９３をオフにすると、ランプ信号にはＶｆｅｔｓｒｃ４１７−Ｖｌｉｎｅ４１４と相関関係にある量が乗算される。この量がＦＥＴ４９３を再度オンにしたときにインダクタ４６２にかかる電圧となるためである。
【００６４】
アナログランプ回路の出力は、電流がドライバラインを流れる現在時間（またはこの電流が流れる推定時間）の値と組み合わせる。現在の電流と定格電流レベルとの差である絶対値がランプ回路の予測どおりに起こる電流変化の量と等しいとき、ＦＥＴ４６１の状態が変化する。ＦＥＴ４６１をオンにしたときのドライバラインの電流は、Ｖｆｅｔｓｒｃ４１７の電圧値から算出することができる。ドライバラインの電流は、オームの法則により、Ｖｆｅｔｓｒｃ４１７の電圧を抵抗４６４の抵抗値で割った値と等しいからである。しかし、ＦＥＴ４６１をオフにしたときは、最後に測定した電流値とＶｌｉｎｅ４１４およびＶｃｌａｍｐ４１２によって決まるインダクタ４６２にかかる電圧値とを用いて、ライン電流推定回路４９５を使用してＦＥＴ４６１がオフのときのドライバラインの電流を推定することができる。
【００６５】
ランプ回路の動作を最適な形で説明するため、図６Ｂを参照していくつかの例を提供する。データ周期の開始時点で、ランプ回路の１つを充電し、インダクタにかかる電圧差の分だけ乗算し、ＦＥＴ４９３を瞬時に切り替えた場合に起こる電流変化の量に対応する値を生成する。この電流変化の量は、（適切に充電したと仮定して）ビット周期半分の終わりでゼロまで下がる。この概念は図６Ｂに、インダクタにかかる様々な異なる電圧値を描いたライン６５１、６５２、および６５３として示している。ラインはそれぞれ、ＦＥＴを瞬時に切り替えた場合の、定格電流レベル６１０に対する電流の降下量が最大になる点から始まり、ビット周期半分の終わりの地点６９１で電流ゼロまで降下する。異なるライン６５１、６５２、および６５３の傾斜は、インダクタにかかる電圧に基づいて電流がどれほど速く変化するかを示している。
【００６６】
アナログコンピュータの出力を使用するため、（定格電流レベル６１０に対する）現在の電流値を、ランプ回路によりビット周期の残り半分で起こると予測される電流降下と比較する。現在の電流値が予測した電流降下の量と交わると、ＦＥＴ４９３を切り替える。図６Ｂのグラフでは、３つの異なる例が示されている。第１の例では、電流の増加６６１は、予測した電流降下率６５１よりも速いため、システムは中間地点６３１よりも前にＦＥＴ４９３を切り替え、電流ランプのピークを左にわずかにシフトさせる必要がある。電流上昇率と電流降下率はいずれもインダクタにかかる電圧の影響を受けるため、異なる例における電流上昇率それぞれについて、予測する電流降下率が異なる点に注意されたい。別の例では、電流の増加６６３は予測した電流降下率６５３よりも遅いため、システムは中間地点６３１よりも後にＦＥＴ４９３を切り替え、電流ランプのピークを右にわずかにシフトさせる必要がある。電流増加率６６２が予測した電流減少率６５２と実質的に等しい場合、中間地点６３１が中央となる理想のランプが形成される。しかし、電流ランプのピークが中間地点６３１から適度な距離以内に収まっているかぎり、電流ランプを正確に識別するにあたって復調論理回路に問題が生じることはない。
【００６７】
前述したように、ＦＥＴ４９３をオフにすると、図５に示すように電流が一時的にＶｃｌａｍｐ５１２の方へ流れるため、ドライバラインを流れる電流を算出するのは困難である。そのため、図４のＶｆｅｔｓｒｃ４１７での電圧を測定することによって電流を算出する技術は、抵抗４６４に電圧を生成するための電流が流れないため使用できない。代わりに、別のランプ回路であるライン電流推定回路４９５を使用して下降ランプにある電流を推定することができる。そのため、再度図６Ｂを参照すると、ライン電流推定回路４９５は、予測ライン６８０で示したようにドライバラインの電流を予測するのに使用することができる。電流変化率はインダクタにかかる電圧降下と相関関係にあることにも注意されたい。同じように、ランプ回路のどちらか（４９１または４９２）は、ＦＥＴ４９３を瞬時に切り替えた場合に、ビット周期の残り半分で電流が増加する量を予測するのに使用する。２つの予測回路が（定格ライン電流に対して）同じ絶対値を出力すると、ＦＥＴ４９３を切り替える。
【００６８】
電流変調ブロック４９０の内部ロジックは、様々な異なる方法で実装してよい。一実施形態では、システムは、ＦＥＴ４９３がＶｆｅｔｓｒｃ４１７の電圧を測定している際にラインの電流をデジタルで算出する。すると、デジタルアナログ変換器（ＤＡＣ）がこのデジタルの電流値をアナログの電流値に変換し、アナログランプ生成器（４９１または４９２）が出力したアナログの電流降下予測値と比較する。２つの値が同じであれば、システムはＦＥＴ４９３を切り替える（これによってより大きい外部トランジスタ４６１を実際にオン／オフする）。
【００６９】
図６Ｃを参照すると、上昇する電流ランプの後に下降する電流ランプが続くデータ周期の全体が示されている。時間区間６２０では、アナログランプ回路のどちらか（ランプＡ４９１など）を充電して移行時間の算出を補助する。時間６２１では、ＦＥＴ４６１を（まだオンになっていなければ）オンにして電流増加を開始し、充電したアナログランプＡの回路４９１を起動する（ＦＥＴのスイッチをオフにしたときに電流がどのくらい降下するかを表示させる）。時間区間６２２では、（Ｖｆｅｔｓｒｃ４１７の電圧値から計算した）ドライバラインの電流をアナログランプＡ回路４９１の出力と比較し、ＦＥＴ４９３をオフにした場合にビット周期の残り半分で電流がどのくらい降下するかを予測する。２つの値が（互いの閾値以内で）実質的に等しければ、電流変調ブロック４９０はＦＥＴ４６１を切り替え、これによって電流レベルは時間区間６２４で再び定格電流値６１０まで下がることができる。
【００７０】
システムがＦＥＴ４６１の状態を変更すべきと決定する時間、およびこの変更による影響がＦＥＴ４６１で検出可能になる時間は、伝播の遅延により等しくはならない。特に、比較回路には遅延がみられ、内部ドライバ回路ＦＥＴ４９３が起動される際に遅延がみられ、また、外部ＦＥＴ４６１が起動される際に遅延がみられる。これらの伝播の遅延を補償するため、調整因子を用いて２つの値が等しくなる少し前にＦＥＴの状態を変更することをランプ回路（４９１または４９２）が要求するようにしてもよい。これは、一実施形態では、コンパレータ回路の入力に一定のずれを設定することによって実装でき、その結果、コンパレータを早期に発動させることができる。このように本システムは、２つの値（電流値および予測した電流降下値）が互いの所定の閾値内になると、ＦＥＴの状態を変更する。このようにして、ＦＥＴは、２つの値（ライン電流および予測した電流降下）が実際に交わるときの正確な時間よりも少し早く切り替わる。閉鎖ループシステムを用いて、コンパレータに対する一定のずれを調整するための正確な値を算出してもよい。
【００７１】
時間区間６２４では、ドライバラインの電流は再び定格電流値６１０に向かって降下する。システムが電流の挙動を正確に予測した場合、電流レベルはデータビット周期の中間地点６２５で定格電流値６１０を通過する。下降する時間区間６２４では、電流変調ブロック４９０は他のアナログランプ回路（ランプＡ４９１はデータ周期の前半で使用したためランプＢ４９２など）を充電し、ＦＥＴ４９３が再びオンにした場合に電流が上昇する量を予測する。下降する電流ランプで測定する代わりにドライバラインの電流を予測する実施形態では、システムはまた、降下したときの電流レベルを予測するライン電流推定回路４９５を充電する。
【００７２】
データ周期の中間地点６２５では、充電したアナログランプＢ回路４９２および充電したライン電流推定回路４９５が起動する。その上、データ周期の中間地点６２５での電流レベルをサンプリングして、システムが電流レベルを定格電流レベル６１０に戻すのに必要な（ビット周期の前半での）移行時間を正確に算出したかどうかをみることができる。利用できる電流サンプルがない場合は、データビット周期の中間地点６２５でのランプ回路の最終出力を検査すればよい。中間地点６２５での（実際のまたは予測した）電流レベルが定格電流レベル６１０よりも低い場合、アナログランプＡ回路を使用するパラメータを調整して降下を和らげる（電流降下の予測率を軽減する）ことができる。逆に、中間地点６２５での（実際のまたは予測した）電流レベルが定格電流レベル６１０よりも高い場合は、アナログランプＡ回路を使用するパラメータを調整して降下を加速させる（電流降下の予測率を上昇させる）。
【００７３】
データ周期後半の段階６２６では、（ライン電流推定回路４９５を用いて推定するように）推定したドライバラインの電流レベルをアナログランプＢ回路４９２の出力と比較し、ＦＥＴ４９３を瞬時にオンにした場合にビット周期の残り半分で電流がどのくらい上昇するかを予測する。この比較が地点６２７で特定の閾値以内であれば、ＦＥＴ４９３をオフにして電流レベルを上昇し始める。ここでもまた、伝播の遅延を調整する因子（閾値など）を用いて、２つの値が等しくなる少し前にＦＥＴ４９３をオンにするよう要求することができる。ＦＥＴ４９３を再度オンにしたあと、電流レベルは、時間区間６２８の間、データ周期の終わりが地点６２９に達するまで上昇する。時間区間６２８では、電流変調回路４９０は、次のデータ周期で使用する他のアナログランプ回路（この例ではランプＡ４９１）を充電する。
【００７４】
データ周期の最終地点６２９では、電流変調回路４９０は電流レベルをサンプリングし、電流レベルが定格電流レベル６１０に戻るための移行時間をシステムが正確に推定したかどうかを判断する。最終地点６２９の電流レベルが定格電流レベル６１０よりも低い場合、アナログランプＢ回路を使用するパラメータを調整して降下を加速させる。逆に、最終地点６２９の電流レベルが定格電流レベル６１０よりも高い場合、アナログランプＢ回路を使用するパラメータを調整して降下を和らげる。
【００７５】
図４Ａに示した特定の実施形態では、電流変調回路４９０は、アナログコンピュータとしてアナログランプ回路（４９１および４９２）を使用し、ＦＥＴ４６１をいつ切り替えるかを推定するために、ＦＥＴ４６１が切り替わるときのライン電流の挙動を予測したモデルを作成した。アナログランプ回路（４９１および４９２）は、使用後の結果を毎回検査してアナログランプ回路に対するパラメータを調整する必要があるかどうか、それによって閉鎖ループシステムを形成するどうかを判断するデジタルシステムによってキャリブレーションされる。
【００７６】
しかし、他の様々な代替実施形態では、ビット周期半分の終わりで電流レベルを定格電流レベルに戻すためにいつＦＥＴ４６１を切り替えるかを予測するのにデジタルシステムを使用することができる。このようなシステムでは、アナログ−デジタル変換器を用いて様々な関連する値をサンプリングしたのち、デジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）などのデジタルコンピュータシステムを用いて、いつＦＥＴを切り替えるかを判断する。このような実施形態では、デジタルコンピュータシステムを用いて、ＦＥＴ４６１を切り替えた場合のドライバラインの電流の今後の挙動をモデリングしてもよい。同じように、デジタルコンピュータシステムは、電流を容易にサンプリングできない場合のライン電流を推定することもできる。しかし、このようなデジタルシステムの実装は、高速のアナログ−デジタル変換器、デジタルプロセスを実装するためのさらに広いダイ面積を必要とし、先に開示したようなアナログシステムよりも多くの電力を消費する。
【００７７】
電流変調回路４９０の大きく異なる実施形態では、カレントミラーを用いてドライバラインの正確な電流を駆動することができる。しかし、このような実装では、開示したようにトランジスタ４６１を組み合わせ、ドライバラインの電流を制御するインダクタ４６２を制御するものよりも効率が下がることがわかっている。
【００７８】
再度図４Ａを参照すると、ＬＥＤラインドライバＩＣ４２０は電源システム回路ブロック４８０を備えている。この電源システム回路ブロック４８０は、外部電源４１０から電力源を受信し、この電力を用いて必要な電力信号を生成し、ＬＥＤラインドライバＩＣ４２０を作動させる。一実施形態では、電源システム回路ブロック４８０は、約１０ボルトの比較的高い電圧源から受電し、この電圧源は電流変調ブロック４９０でＦＥＴ４９３を駆動するのに使用される。これ以外に必要な電圧レベルは入力電圧源から産生され、ＬＥＤラインドライバＩＣ４２０内の他の回路に対して電圧源を形成する。様々な電圧レベルを形成するには、電源システム回路ブロック４８０によってバンドギャップ基準電圧回路を使用する。一実施形態では、高電圧の入力を使用して、アナログ回路を駆動するのに調節した５ボルトの電源と、ＬＥＤラインドライバＩＣ４２０内のデジタル回路に給電する３ボルトの電源とを産生する。
【００７９】
一実施形態では、電源システム回路ブロック４８０から得られる３ボルトの電源および／または５ボルトの電源には余分な電流を産生する能力があるため、この３ボルトの電源および／または５ボルトの電源は、小型の外部デバイスに給電するのに使用することができる。例えば、電源システム回路ブロック４８０から得られる３ボルトの電源および／または５ボルトの電源は、ＬＥＤラインドライバ回路４２５に接続されたマイクロコントローラデバイスなどの小型のマスターＬＥＤコントローラシステムに給電するのに使用できる。
【００８０】
ＬＥＤラインドライバＩＣ４２０は、安全と法規遵守のため、漏電遮断器（ＧＦＣＩ）システムを実装できる。特に、ＬＥＤラインドライバＩＣ４２０の電源システム４８０は、ＶＳｕｐｐｌｙ４１１の地点から始まるドライバラインの下流に向けてどれだけの電流が送られるかという情報を外部電源４１０から受信できる。あるいは、ＬＥＤラインドライバＩＣ４２０は、電流センサを用いるなど、先行技術によるいくつかの公知の方法でこの電流を検出できる。このソース電流量はその後、ドライバラインの終端の電流量（出力電流）と比較することができる。例えば、ドライバラインの終端に到達する電流量は、地点Ｖｆｅｔｓｒｃ４１７の電圧を測定することで検出できる。（一部の電流はＶＣｌａｍｐ４１２の位置に向かっても流れるため、この位置を流れる電流も考慮する必要があることに注意されたい。）ソース電流が出力電流と著しく異なる場合、一部の電流がドライバラインの終端である電源４１０のアース４６５以外の位置のアースに漏電することがある。地点Ｖｆｅｔｓｒｃ４１７およびＶＣｌａｍｐ４１２以外の位置に漏れている電流がある場合、危険を及ぼす可能性のあるいくつかの不具合が生じることがある。これに対する対応として、ＬＥＤラインドライバＩＣ４２０は、システムをオフにし、ドライバラインの下流への電流駆動を停止することができる。いくつかの実施形態では、ＬＥＤラインドライバＩＣ４２０は、一定時間停止した後、しばらくしてから動作を再開させ、問題を誤診していたか単なる一過性の問題かを判断することができる。一過性の問題または重大な問題が検出されると、ＬＥＤラインドライバＩＣ４２０は、データ出力４３１を用いるコントローラシステムまでエラーおよび診断情報を送信する。
【００８１】
ディップモードを用いるＬＥＤラインドライバ回路の第２の実施形態
先に述べたように、ドライバライン上でデータを変調するのに使用できる様々な異なる方法がある。図４Ｂは、ＬＥＤラインドライバ回路４２５に関する第２の実施形態を示し、この実施形態では、電流でデータを変調するための様々な外部回路に沿って、異なるタイプの電流変調ブロック４９０を使用する。特に、電流変調ブロック４９０およびその外部回路は「ディップモード」変調システムを実装しており、このシステムにでは図３Ｃのタイミング図に示したように、電流のディップを用いて定格電流でデータを変調する。
【００８２】
図４Ｂを参照すると、ＬＥＤラインドライバ回路４２５は、２つの外部電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）（４８１および４８２）および二重巻線インダクタ４８３を使用している。電流変調ブロック４９０は第１のＦＥＴ４８１を使用し、インダクタ４８３の一次巻線を使用する標準のフォワード変換器で構成したドライバラインループの定格電流を維持する。電流変調ブロック４９０は第２のＦＥＴ４８２を使用し、インダクタ４８３の二次巻線を駆動して第２のＦＥＴ４８２がループの電流を迅速に０まで降下できるようにする。この電流の降下は「電流ディップ（ｃｕｒｒｅｎｔ  ｄｉｐ）」と呼び、電流変調ブロック４９０はこのような電流ディップを用いてライン上でデータを変調する。電流変調ブロック４９０は、アース４６５へ向かう抵抗４６４の直前の電圧を測定することでドライバラインの電流をモニタリングするループ電流感知回路４９６を備えている。
【００８３】
一実施形態では、電流変調ブロック４９０は、電流降下のタイミングを変調することでドライバライン上のデータを変調する。このようにして、ドライバラインに接続されたＬＥＤユニットは、電流降下を検出し、様々な電流降下の相関的なタイミングを算出することでデータを復調する。例えば、図３Ｃのタイミング図では、ラインドライバ回路は、データビット時間区間の１／４の時点で電流ディップを発生させて「０」のデータビットを変調し、データビット時間区間の３／４の時点で電流ディップを発生させて「１」のデータビットを変調する。
【００８４】
単一の二重巻線インダクタを使用するよりも、２つの異なるインダクタをシステムに実装するとよい。ドライバラインの電流を維持するには第１のインダクタを使用できる。第２の電流降下ドライバ回路ＦＥＴ４８２を用いて電流降下を発生させるには、第２のインダクタを使用できる。このような実施形態では、アースへ向かうＦＥＴのソース端子内の抵抗を使用し、ループ電流が適切な値に達したときに維持電流として機能するＦＥＴ４８１をオフにし、第２のＦＥＴ４８２が１ビットを変調して電流が適切な値よりも下がったときにＦＥＴ４８１を再びオンにすることでループ電流を感知できる。
【００８５】
エネルギー要求に基づいて調整可能な電流
本開示のシステムでは、ドライバラインに接続されたユニット上の回路を駆動するのに使用する電流は、ドライバラインで駆動する電流から切り離す。特に、ドライバラインに接続する個々のユニットは、コンデンサ内に独自のローカルエネルギー貯蔵分を生成し、このローカルエネルギー貯蔵分を使用して動作する。そのため、各ユニットにドライバラインの電流よりも遙かに大きいローカル電流（ＬＥＤの駆動に使用する電流など）を生成することが可能である。しかし、ドライバライン上の個々のノードすべてが使用する電力平均の合計は、ラインドライバ回路がドライバラインに供給する平均の合計を上回ることはない。そのため、個々のユニットが使用するピーク電力は、エネルギー貯蔵分として働くローカルコンデンサの使用により、ドライバライン上で利用可能な電力を一時的に上回ることがある。
【００８６】
ドライバラインに接続する個々のユニットすべてが使用する累積電力が、ドライバラインの電流で利用可能な電力量よりも著しく低くなる場合、ドライバラインの電流から得られる電力のいくらかは無駄になってしまう。特に、個々のユニットへの分路やドライバラインの配線自体など、ドライバライン上の様々な抵抗素子によって、Ｉ２Ｒに比例する電力が無駄になる。ここでのＩはドライバラインの電流であり、Ｒはドライバライン上の抵抗素子の累積抵抗値である。
【００８７】
この不要なエネルギー損失を防ぐため、ドライバライン上の個々のノードが必要とする電力が少ないことがわかっているときは、代わりにラインドライバがドライバライン上の電流量を削減できる。例えば、ドライバライン上の個々のユニットが、野外のデジタルＬＥＤサインを製作するのに使用するＬＥＤユニットであれば、これらの個々のＬＥＤユニットが夜間に必要な電力は大幅に少ない。夜間、人間の瞳孔は、より多くの光が目に入るように広がるため、サインが見えるようにするのに必要なエネルギーは少なくてよい。そのため、デジタルＬＥＤサインを夜間に作動させる場合、このサインを作動させるのに必要な電力は遙かに少なくてよい。これによってサインの視認性は改良され、エネルギーが節約される。
【００８８】
この事実の利点により、ＬＥＤラインドライバは、定格電流の量を低いレベルに落としても個々のＬＥＤユニットすべてを作動させるのに十分な電力を供給することができる。適度な電流があれば、ライン上の個々のＬＥＤユニットは依然としてそれぞれのローカルのＬＥＤを駆動するが、ＬＥＤの輝度を低下させるにはデューティサイクルを短縮して使用する。デューティサイクルを短縮すると必要な電力は少なくなるため、個々のＬＥＤユニットがドライバラインから引き入れる電力が少なくなる。そのため、ラインドライバはドライバライン上の定格電流レベルを下げることができる。付随する抵抗が原因で起こる電力の損失は、電流の２乗に比例するため（Ｉ２Ｒの電力損失）、定格電流を低下させるとエネルギー量を大幅に削減できる。
【００８９】
ここで注意すべきことは、マスター制御システムはＬＥＤの輝度を制御するデータを供給するため、電流レベルの出力をラインドライバによっていつ軽減するのが妥当かをマスター制御システムが認識するということである。そのため、マスター制御システムは、様々なラインドライバが定格電流レベルをいつ下げる（および上げる）べきかを判断する。
【００９０】
図６Ｄは、ラインドライバが産生する電流信号のタイミング図を示し、昼間動作モードから夜間動作モードへと変わって必要なエネルギーが減少する様子を示す。ラインドライバは定格電流レベル６１０をゆっくりと下げている。このデータは、定格電流レベルの前後で継続して変調されている。ライン上の個々のＬＥＤユニットがそれぞれ定格電流レベルがどこかを追跡できるかぎり、各ＬＥＤユニットは、徐々に変化していく定格電流レベル６１０に自らを調整することができる。
【００９１】
交流電流ラインドライバ
本明細書で開示した主要な実施形態は、主に直流電流（ＤＣ）で給電する実施形態を説明しているが、交流電流（ＡＣ）の実施形態を創出することも可能である。直流電流の実施形態には、集積回路が元来直流電流を使用して動作するものであるという利点がある。しかし、ＡＣラインに接続されたユニットが、ユニット上の集積回路に給電するローカルの直流電流を作り出す追加の回路を備えてもよい。
【００９２】
交流電流で動作するシステムを作製するにはいくつかの異なる方法がある。第１の方法は、ＡＣラインドライバユニットから２つの異なるストリングに給電する方法である。ラインドライバにあるダイオードを使用して、１つのストリングに正のパルスを用いて動作させ、もう１つのストリングに負のパルスを用いて動作させる。
【００９３】
別の実施形態では、個々のラインユニットでダイオードを使用し、それぞれのラインユニットが半波整流器で動作するようにする。ローカルのダイオードを用いて、個々のラインユニットのチップを一方向の電流のみを対象とするように構成することができる。個々のユニットの半分は正のパルスの電流を対象とするように構成し、個々のユニットの残りの半分は負のパルスの電流を対象とするように構成することができる。さらにコストのかかる実施形態では、ドライバラインに接続されたそれぞれのラインユニットに全波整流システムを備えて電流を最大限利用してもよい。
【００９４】
ドライバライン上のデータをＡＣ電流で変調するには、様々な異なるシステムを使用することができる。変調システムでは、位相、周波数、デューティサイクル、またはランレングス符号化を使用できる。交流電流ＡＣを用いて電流ループを駆動することで、いくつかの利点が達成される。例えば、交流電流によって変圧器結合が可能になるため、容易に入手できる半導体が産生する電圧よりも高いループ電圧が、ドライバライン上の各ユニットで得られる。
【００９５】
個別に制御されるＬＥＤユニット
以前のセクションで記載し、図２Ａに示したとおり、ＬＥＤラインドライバ回路２２０は、１つ以上の個別制御可能なＬＥＤユニット（２５０−１〜２５０−Ｎ）に接続するドライバライン２２１上で変調した電流源を駆動する。ＬＥＤユニット２５０へ電気接触する唯一の手段は、単一のドライバライン２２１を介して行うものである。そのため、ＬＥＤユニット２５０は、ＬＥＤユニット２５０が動作に必要とするリソースすべてをこの単一のドライバライン２２１から受信しなければならない。これを実現するため、ドライバライン２２１はＬＥＤユニット２５０に対して複数の機能を果たす。それぞれのＬＥＤユニット（２５０−１〜２５０−Ｎ）は必要な動作電力をドライバライン２２１上の電流から引き込む。各ＬＥＤユニットはまた、ＬＥＤラインドライバ回路２２０がこの電流で変調したＬＥＤ制御データを復調する。一実施形態では、各ＬＥＤユニット２５０はまた、単一のドライバライン２２１で駆動する定格電流のレベルも基準電流値として使用する。本セクションでは、ＬＥＤユニット２５０の内部についてさらに詳細に説明する。
【００９６】
図７は、個別制御可能なＬＥＤユニット７５０の一実施形態を示すブロック図である。図７に示す特定の実施形態では、ＬＥＤユニット７５０はＬＥＤコントローラ７６０、４つの発光ダイオード（ＬＥＤ）７８１、および電源コンデンサ７２９で構成されている。電源コンデンサ７２９は、ＬＥＤユニット７５０への動作電力を取得し、貯蔵し、供給する。ＬＥＤコントローラ７６０は、ＬＥＤユニット７５０の大部分の機能性を提供する集積回路であってもよい。
【００９７】
ＬＥＤユニット７５０は、上流のＬＥＤラインドライバ回路（図４Ａに示すＬＥＤラインドライバ回路４２５など）が駆動するストリングに、ドライバラインへの入力７２１を介して接続される。特に、ドライバラインへの入力７２１は、変調した電流源をＬＥＤコントローラ７６０上の電源システム７２０へ供給する。電源システム７２０の動作については図８を参照しながら説明する。
【００９８】
ＬＥＤユニットのラインが通常の作動モードで動作しているとき、同時にドライバラインから充電電力を引きだそうとするＬＥＤユニットはほとんどないため、このラインに接続されたＬＥＤユニットすべてに対してかかる累積降下はそれほど大きくはならない。例えば、あるドライバラインに４８個のＬＥＤユニットがあり、それぞれのＬＥＤユニットが充電中に４ボルトを取るが特定時にＬＥＤユニットの１／４しか充電しようとしない場合、電源は計４８個のユニット×４ボルト／ユニット×１／４、すなわち４８ボルトを供給する必要があるだけである。しかし、ラインドライバが最初に動作を開始すると、このラインドライバはドライバライン上のＬＥＤユニットをすべて作動させる必要がある。最初は、同じドライバラインにあるＬＥＤユニットはどれも、動作を開始するために同時に充電しようとする。開始時に電源から利用できる電圧が４８ボルトしかない場合、それぞれのＬＥＤユニットは約１ボルト（４８ボルト／４８ＬＥＤユニット）まで充電していることになり、動作不能の状態に陥ることになる。そのため、一度システム全体を初期化すると、特定の電源電圧量がＬＥＤユニットのラインを動作させるのには十分なこともあるが、この同じ電源電圧でドライバラインに接続するＬＥＤユニットのすべてを起動させるには問題が生じることがある。
【００９９】
この潜在的な問題を解決するため、ＬＥＤコントローラのチップに搭載されたそれぞれの電源システムは、アナログのブートストラップ電源回路を備えており、この回路によって、指定した極度の低電圧限界までＬＥＤコントローラのチップに電流を流し、起動時の電源システムは電圧が増加するとスイッチを切る。そのため、ＬＥＤコントローラ７６０を電力が下がった状態で起動すると、アナログのブートストラップ電源システムは工程８０５に記載したように最初に作動する。アナログのブートストラップ電源システムは、電流を徐々に増加して流す一方で、指定した低電圧の閾値（一実施形態では約１．３ボルト）を電流が超えたかどうかを工程８０７で確認する。アナログのブートストラップ電源システムが指定した電圧閾値に達すると、アナログのブートストラップ電源システムはオフになり、主電源システム７２０が作動する。この主電源システム７２０は、ドライバラインから電荷を取り込み始め、工程８１０でローカルの電源コンデンサ７２９を充電する。
【０１００】
このようにローカル電源コンデンサ７２９を充電することによって、ドライバラインの入力７２１からドライバラインの出力７２２までのＬＥＤコントローラ７６０にかかる電圧降下が増大する。このＬＥＤコントローラ７６０にかかる電圧降下が増大すると、同一ラインにある他のＬＥＤコントローラへの電圧が低下することになるため、他のＬＥＤコントローラは充電を開始する閾値には達しない。ＬＥＤコントローラが充電を完了すると、このＬＥＤコントローラの電源システム７２０は、電流をドライバライン入力７２１からドライバライン出力７２２へ直接分路し、ローカル電源コンデンサ７２９からのローカル電力により動作するため、ＬＥＤコントローラ７６０にかかる電圧降下が著しく減少する。これによって同一ラインにある他のＬＥＤコントローラは増大した電圧を受けることができるため、他のＬＥＤコントローラのいずれかが閾値電圧を超え、充電を開始するようになる。
【０１０１】
この起動システムを正常に機能させるため、ＬＥＤコントローラチップの平均電圧は、ＬＥＤコントローラチップの充電が完了すれば降下させる必要がある。そのため、ＬＥＤコントローラチップの動作電流をスイッチを切る閾値で除算し、これに電流を乗算したものは、ループを起動させる電流よりも小さくなければならない。この要件を満たすため、ストリング上のラインドライバが、ループ上のＬＥＤユニットすべてが完全に起動したと判断し、コマンドを送信して正常動作が可能になるまでは、ごくわずかの電流を流すようにＬＥＤコントローラチップを設計する。一実施形態では、ＬＥＤコントローラチップは、起動閾値電圧が１５ミリアンペアに対し１．３ボルトであり、初期の動作電流が３．５ボルトに対し２．４ミリアンペアである。２．４×（３．５／１．３）は１５ミリアンペア未満であるため、起動時の条件は満たしている。そのため、ラインに接続されたＬＥＤユニットすべてを確実に正常に起動させるためには、ラインドライバは、１．３ボルトにライン上のＬＥＤコントローラチップの数を乗算した数字の電圧を産生できさえすればよい。
【０１０２】
再度図８を参照すると、ＬＥＤコントローラが閾値電圧を超えたあと、電源システム７２０は工程８１０で外部電源コンデンサ７２９を充電し、工程８１５で電源システム７２０が外部電源コンデンサ７２９にＬＥＤコントローラ７６０（電源システム７２０を含む）内の論理回路を作動させるのに十分な電力があると判断するまで充電を続ける。外部電源コンデンサ７２９は、実質的には小型のバッテリとして働いてＬＥＤユニット７５０内のＬＥＤコントローラ７６０に給電する。電源システム７２０は、定期的に分路を停止してドライバライン７２１から電流を取り込み、電力要件に応じて電源コンデンサ７２９を再充電する。
【０１０３】
動作開始に十分な電力を外部コンデンサ７２９に貯蔵すると、ＬＥＤコントローラ７６０内の回路はステップ８２０で起動モードに入り、回路のサブセットのみがアクティブになる。例えば、ＬＥＤドライバ回路７８０はまだアクティブにはなってない。起動モード中、ＬＥＤコントローラ７６０内の制御回路は一連の起動アクションを実行し、このアクションでＬＥＤコントローラ７６０はヒューズブロック７４１内の不揮発性ヒューズの状態を基に自らを構成する。するとＬＥＤコントローラ７６０は、工程８２５で正常運転を開始するコマンドを待つ。この工程８２５でＬＥＤコントローラはどのＬＥＤも起動せつ、同じドライバラインにある他のＬＥＤユニットを充電するために微量の電力を取り込み、ドライバライン上に高い累積電圧を生むことなく起動モードに入る。基本的に、この待機状態８２５の間、ＬＥＤコントローラはドライバラインのデータストリームを追跡してコマンドに従うだけであり、時折動作の継続のために電力を取り込むことがある。
【０１０４】
ループ全体が起動したとラインドライバが判断した後、ラインドライバはＬＥＤユニットを構成するための様々なコマンドをＬＥＤユニットに送出し、ＬＥＤユニットが正常運転を開始できるようにする。ＬＥＤユニットを構成するのに送信されるコマンドには、電流の微調整、キャリブレーション、輝度スケーリング、アドレス指定、および後のセクションで記載するようなドライバ回路のルーティングに対するコマンドが含まれる。適切なコマンドを受信すると、ＬＥＤコントローラ７６０はステップ８４０で通常運転モードに入る。
【０１０５】
正常運転８４０の間、電源システム７２０は電源コンデンサの充電状態をモニタリングし、必要に応じてラインの分路からコンデンサの充電へ切り替え、ＬＥＤコントローラ７６０を動作するのに十分な電荷が外部コンデンサ７２９で確実に使用できるようにする。特に、電力が必要なときは、分路がオフになり、外部コンデンサ７２９に電荷が蓄積される。コンデンサが満杯になったと思われると、電源システム７２０は充電を停止してラインの電流を分路し、小さい電圧降下を起こすだけで、ドライバラインの入力７２１に流れてくる電流が電源システム７２０を通ってドライバラインの出力７２２へ流れるようにする。ドライバラインの出力７２２から出て行く電流はその後、顆粒のＬＥＤユニットを駆動し、最終的にはＬＥＤラインドライバ回路を巡って一周し、この回路を終了する。
【０１０６】
動作に必要な電荷をコンデンサに保持するほか、電源システム７２０は、工程８４５でＬＥＤコントローラ７６０が必要とする電力を慎重にモニタリングするのにも使用できるため、コンデンサに蓄積した電荷量を必要に応じて調整することができる。例えば、ＬＥＤコントローラ７６０が最初に青色ＬＥＤをオンにすると、ＬＥＤコントローラ７６０に必要な電力が増加するため、システムは工程８５０に進んで青色ＬＥＤの駆動に必要な追加の電力を指示する。その後ＬＥＤコントローラ７６０が青色ＬＥＤをオフにし、これよりも消費電力の低い赤色をオンすると、ＬＥＤコントローラ７６０はステップ８６０に進んで、ＬＥＤの駆動に必要な電力はこれよりも少なくてよいことを指示することができる。このようにしてＬＥＤコントローラ７６０は、ＬＥＤユニット７５０の動作に必要な最低限の電圧のみを外部コンデンサ７２９に維持するため、きわめて効率的な方法で電力を使用する。
【０１０７】
単一のドライバラインに多数のＬＥＤユニット７５０がある場合は、直列接続した複数のＬＥＤユニット７５０の累積電圧は、各ＬＥＤユニット７５０がローカルコンデンサを充電しようとするために高くなるおそれががある。最悪の状況では、ドライバラインの各ＬＥＤユニット７５０が同時に電荷を取り込もうとするため、ライン上の累積される電圧降下は、充電しているときの各ＬＥＤユニットにかかる電圧降下をライン上のＬＥＤユニット数に乗算したものになる。多数のＬＥＤユニットがあるドライバラインでは、この累積電圧降下が法規制や電源制限のために問題となることがある。
【０１０８】
最悪の状況を防ぐため、ドライバラインの電流を増加させ、同じドライバライン上の複数のＬＥＤユニット７５０には、調整した方法で電荷を流すように命令することができる。例えば、限定数のＬＥＤユニット７５０のみが、ローカル電源コンデンサを同時に充電するために分路を停止することができるようにしてもよい。ライン上の電流量を増加させることによって、ライン上の各ＬＥＤユニット７５０はより速い比率で電源コンデンサを充電できるようになる。ラインの電流を増加させ、同時に電流を流せるユニットの数を制限することにより、ラインの全体的な電圧を規定した範囲内に維持することができる。
【０１０９】
様々なＬＥＤユニット７５０の分路を調整する１つの方法が、ビットごとを基準とする方法である。データフレーム内の各データビットには、ゼロから始まりＮ−１までの数字を割り当てることができ、ここのＮはデータフレーム内のビット数である。その後、各ＬＥＤユニット７５０にはＸビットごとに分路を停止することのみを命令することができ、ここでのＸはＬＥＤラインドライバ回路が選択した数である。例えば、Ｘに４という数が選択されると、ＬＥＤユニット７５０の第１のグループはビット数が４を法として０（ビットは０、４、８等）になる場合のみ分路を停止する。ＬＥＤユニット７５０の第２のグループはビット数が４を法として１（ビットは１、５、９等）になる場合のみ分路を停止する。ＬＥＤユニット７５０の第３のグループはビット数が４を法として２（ビットは２、６、１０等）になる場合のみ分路を停止する。ＬＥＤユニット７５０の第４のグループはビット数が４を法として３（ビットは３、７、１１等）になる場合のみ分路を停止する。（長時間区間とは反対に）ビットごとに分路の停止を調整することにより、各ＬＥＤユニット７５０は、ＬＥＤユニットがドライバラインからさらに多くの電荷を取り込める時間を与えられるまで長時間待機する必要がなくなる。
【０１１０】
電源システム７２０は、バンドギャップ基準電圧を生成し、前述したようにローカルＬＥＤすべてをオンにするのにちょうどよい量に調節した電圧を設定する能力があるアナログ回路セクションを備えてもよい。電源システム７２０は誤ったＬＥＤ出力（短絡または開回路）をモニタリングし、電源をオンにしたＬＥＤで稼働させるのに必要な最低電圧レベルに電圧を調節しようとする。ラインの電流を分路する動作および分路を停止する動作に関わる変化はすべて、ライン上のデータと調整して実行されるため、ＬＥＤチップはすべて同時に遷移する。この調整は潜在的なデータのエラーを最小限に抑えるために行うものである。
【０１１１】
電源システム７２０のアナログセクションには、電源システムの４つの主電力に関連する機能のうちの３つに対する基準電圧として使用するバンドギャップ基準が含まれている。第一に、バンドギャップ基準は、コアデジタル回路に対する電圧源（約２．８〜３．２ボルト）を生成するのに使用される。第二に、バンドギャップ基準は、デジタル制御される電圧分圧器回路に対する基準であり、この回路はＬＥＤドライバ回路の電源をサンプリングし、これをバンドギャップ基準と比較する。最後に、バンドギャップ基準電圧は、超過電圧／超過電流検出器で使用することができる。超過電圧検出器は、慎重に適合したポリ抵抗を使用し、ＬＥＤドライバ回路の電力源で超過している電圧を検出するとともにライン電流を測定する。超過電圧検出器は、コンデンサ７２９を充電している時はいつでも作動されている。寸法が不十分なために超過電圧条件が検出されるようなコンデンサがあれば、チップは直ちに遷移してチップを保護する。
【０１１２】
電源システム７２０の第４の機能は、ライン分路およびライン電流整流器セクションにより実行されるラインの分路動作であり、これによってライン電流をドライバラインの出力７２２に分路するか、電源コンデンサ７２９を充電するようにデジタル方式で設定する。正常動作では、電源システム７２０は周期的にライン電流の分路を停止し、電流が電源コンデンサ７２９を再充電する方向に向かうようにする。この分路の停止は、多数のＬＥＤユニットがドライバラインからの電流を同時に取り込もうとしないように、同じドライバラインに接続された他のＬＥＤユニットと調節する方法で実行してもよい。
【０１１３】
電源システム７２０がドライバライン７２１の分路を停止して電源コンデンサ７２９を充電することは、ＬＥＤコントローラ７６０にとってきわめて重要な機能である。なぜなら、電源コンデンサの充電は、ＬＥＤコントローラ７６０の動作に必要な電力を得るのに必要なことだからである。同じように、電源コンデンサの充電後にドライバライン７２１の分路を停止することもきわめて重要である。なぜなら、電源コンデンサ７２９が満杯に充電された際に電源システム７２０が出力ドライバライン７２２に迅速に電流を分路できなければ、ＬＥＤコントローラ７６０は、ＬＥＤコントローラ７６０の集積回路を破壊する超過電圧によって正しく機能しないおそれがある。そのため、入力ドライバライン７２１の分路および分路停止は、電源システム７２０による慎重な制御が求められるタスクである。
【０１１４】
幸い、慎重なバランスを要するこの状況は、他のＬＥＤコントローラと直列接続したドライバライン上のＬＥＤコントローラの動作不良が、同じドライバラインにある他のＬＥＤコントローラに重大な影響及ぼすことなく起こる、非常に好都合な方法をもたらす。特に、動作不良に陥ったＬＥＤコントローラ７６０内の回路が動作不良になり、電源システム７２０は外部電源コンデンサ７２９に充電するのを止めるが、代わりに恒久的に分路した状態になり、この電源システム７２０は（一般には分路に対して微量に電圧降下して）ライン電流が流れる短絡として働く。そのため、同じドライバラインにある他の個々のＬＥＤコントローラはラインドライバ回路から電流を受け続ける。
【０１１５】
一方、動作不良のＬＥＤコントローラ７６０内の回路が上記とは異なる形、つまり、電源システム７２０が分路停止の状態で停滞して外部電源コンデンサを継続的に充電し続ける（また、電流を外部電源コンデンサの方へ向ける分路状態にならならくなる）という動作不良に陥ると、電源システム７２０は開回路として働き、同じドライバラインにあるＬＥＤコントローラすべてに影響を及ぼす。しかし、電源システム７２０にかかる電圧によって集積回路（ツェナーダイオードと同様の回路またはおそらく単なる短絡）が最終的に破損するまで、ＬＥＤコントローラ７６０に流れる全電流によってＬＥＤコントローラ７６０の電源システム７２０にかかる電圧が増加する。このような破損が一度発生すると、ドライバラインの電流は動作不良のＬＥＤコントローラ７６０を通って再びドライバライン入力７２１から流れ、ドライバライン出力７２２へ出て行く。電流が動作不良のＬＥＤコントローラ７６０を通過することによって、同じドライバライン（７２１および７２２）にある他のＬＥＤコントローラが正常に動作を継続できるようになる。さらに保護を追加するため、ＬＥＤコントローラ７６０が通常示す電圧よりも高い電圧を必要とする耐圧デバイス（ツェナーダイオードまたはこれと同等のデバイスなど）をＬＥＤコントローラ７６０と並列に設置することができる。このようにして、ＬＥＤコントローラ７６０が開回路式に動作不良になっても、電圧は耐圧デバイスの作動に必要なより高い電圧に達するまで増加し、これによって動作不良のＬＥＤコントローラ７６０周辺に電気経路ができる。
【０１１６】
ＬＥＤコントローラ７６０の損傷を防止するため、温度システムでＬＥＤコントローラ７６０の集積回路の温度をモニタリングすることができる。温度が危険閾値を超えると、電源システム７２０はシャットダウン状態に入ってＬＥＤコントローラ７６０に及ぶ損傷を防止する。一実施形態では、電源システム７２０は、電源システム７２０が恒久的に分路状態に入ってドライバライン入力７２１に流れてくる電流が直接ドライバライン出力７２２へ流れていく状態となってもよい。このようにして、同じドライバラインにある他のＬＥＤユニットは正常に動作を継続できる。特定のＬＥＤコントローラ７６０が繰り返しこのようなシャットダウン状態になった場合、このＬＥＤコントローラ７６０は取り替える必要があるおそれがある。他の実施形態では、ＬＥＤコントローラ７６０は、一部の電子のみが動作を継続するという機能性低下状態になり、この状態では余分な電力を確保するために分路を停止することは稀にしかない。このようにして、ＬＥＤコントローラ７６０は定期的に温度検査を実施し、温度が下がれば自らを再度作動させる。
【０１１７】
電源システム７２０が提供できる電力とは無関係の２つの機能は、基準電流値の生成およびデータ取得のための電流コピーの生成である。最も安定した光出力特性でＬＥＤを駆動するためには、ＬＥＤに一定の電流量が流れなければならない。ＬＥＤを流れる電流量を変化させることでＬＥＤの輝度を制御する場合、ＬＥＤが発する色のスペクトルはＬＥＤを流れる電流量によって変化する。色のスペクトルが一定であることが理想的な目標であるため、電流量を変調する技術では所望する性能は得られない。その上、ＬＥＤの輝度は電流強度とは線形な関係にはないため、電流の変動を使用してＬＥＤの輝度を正確に制御することは困難である。
【０１１８】
個々のＬＥＤの輝度を制御するのに電流強度を使用する代わりに、定電流量のデューティサイクルを規則的にオン／オフにする典型的な方法で制御することによってＬＥＤの輝度を制御する。電力を制御するこの技術を実装する公知のシステムは、「パルス幅変調」として一般に知られている。ＬＥＤの輝度は所定時間区間の定電流強度のパルス幅に比例するためである。一実施形態では、本開示のシステムは異なる技術を使用し、所定時間区間の定電流パルスの数とこれらの定電流パルスの幅との両方を変調して所望の輝度を得る。この代替システムを「Ｒｅｄｕｃｅｄ  Ｆｌｉｃｋｅｒ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ（フリッカー軽減変調）」（ＲＦＭ）と命名し、ＬＥＤドライバ回路７８０を含めて後のセクションで詳細に説明する。
【０１１９】
ＬＥＤの出力性能を最適にするためには、定電流パルスそれぞれでＬＥＤ７８１を駆動するのに用いる電流量が可能なかぎり安定している必要がある。そのため、安定した基準電流値が必要である。基準電流値を生成するには様々な異なる方法を使用することができる。本明細書では、電源システム７２０に基準電流値を生成させる２つの異なるシステムを提供する。
【０１２０】
電源システム７２０に安定した基準電流値を生成させる第１の方法では、基準電圧値を用いる。特に、バンドギャップ回路を用いて安定した基準電圧値を生成したのちに、この安定した基準電圧を抵抗に流すことによって、安定した基準電流値を生成することができる。次にこの基準電流値をＬＥＤドライバ回路７８０に供給すると、このドライバ回路は基準電流を使用して定電流を生成し、この定電流を使用して安定した方法でＬＥＤ７８１を駆動する。
【０１２１】
代替実施形態では、電源システム７２０はドライバラインの電流をサンプリングすることによって基準電流を生成してもよい。特に、電源システム７２０は、ドライバライン電流をサンプリングしてドライバライン７２１から流れてくるドライバラインの平均電流値（図３Ａに示すような定格ライン電流）を算出する。次にこのライン電流の平均値をＬＥＤドライバ回路７８０に対する基準電流値として使用する。ドライバライン電流の平均は、電源システム７２０がドライバラインを分路する間のみ更新／算出される。
【０１２２】
電源システム７２０が実行する、電力とは無関係のもう１つの機能は、データ取得のためのライン電流コピーの生成である。ドライバライン７２１のライン電流で変調したデータを復元できるようにするため、電源システム７２０は、電流分路の感知結果または電流分路停止の感知結果（またはダイオード）のいずれかの縮小コピーをデータ抽出ブロック７３０に供給する。電流分路の感知結果は、電源システム７２０が分路モードになっているときに供給され、電流分路停止の感知結果（またはダイオード）は、電源システム７２０が外部電源コンデンサ７２９を充電しているときに供給される。
【０１２３】
クロッキング／データ抽出ブロック７３０は、ドライバライン電流のコピーを電源システム７２０から受信し、図４ＡのＬＥＤラインドライバ回路４２５がドライバライン電流で変調したデータ（ＬＥＤコントローラの構成コマンドおよび現時点のＬＥＤ制御データなど）を復調する役割を果たす。ドライバライン電流から送られるデータを復調するため、データ抽出ブロック７３０は、最初に自らの内部クロック信号を生成する必要があり、その後デジタルフェーズロックループ回路（ＤＰＬＬ）を使用して自らの内部クロック信号とドライバライン電流で変調したデータのデータレートとの同期を取り、最終的に自らの内部クロック信号とドライバライン電流で変調した電流ランプとを適切に並べてデータを取得する。
【０１２４】
内部クロック信号を生成するため、クロッキング／データ抽出ブロック７３０のデジタルサブセクションが高速リングオシレータを実装し、高速のリングオシレータレートで作動するこれに関連するデジタル論理部を備える。この高速オシレータレートデジタル論理回路サブセクションは、さらに高速のクロックレートのみを備えられるいくつかの機能を提供する。第１の機能は、高速クロックセクションは、デジタル式のサポートを提供して、電流ランプの中央に位置するセンタリング論理回路が確実に、正確にライン電流のデータストリームの中央にあるようにする。第２の機能は、高速のフリーランニング型のリングオシレータクロックを、カウンタ計数Ｎで除算することである。カウンタ計数Ｎで除算すると、コアクロックの境界のみが更新されてグリッチ防止に役立つ。高速クロックセクションからのカウンタＮで除算した値は、ドライバライン７２１で変調したデータを追跡するＤＰＬＬ回路の実装に役立つ。デジタルフェーズロックループ回路を用いて得られたドライバライン上のデータストリームのデータレートは、ほとんどのＬＥＤコントローラ７６０を駆動するのに使用されるコアクロック信号を生成するのに使用される。一実施形態では、コアクロックレートは、ドライバラインのデータレートの８倍（８×）で動作する。
【０１２５】
一実施形態では、クロック論理回路は最初に、カウンタ計数Ｎで割る除算に固定値を設定し、Ａ／Ｄ変換器でレベルクロッシング法により分路をカウントしてデータクロック周波数値の初期推定値を生成する。次にクロック論理回路はこの初期推定した周波数値をデジタルフェーズロックループ回路にロードし、デジタルフェーズロックループ回路はドライバラインデータレートを追跡しようとする。クロック論理回路が特定の時間内にデジタルフェーズロックループ回路から追跡確認を得られなければ、クロック論理回路がクロック周波数の測定プロセスを再開させる再同期モードに入る。
【０１２６】
クロッキング／データ抽出ブロック７３０の主要部分は、デジタルフェーズロックループ回路を使用して生成されるコアクロックレートで動作する。クロッキング／データ抽出ブロック７３０の主要部分の大半は、（高速クロックセクションからの支援を受けて）このデジタルフェーズロックループ回路を実装するのに使用する回路を備えている。
【０１２７】
デジタルフェーズロックループ回路に加えて、クロッキング／データ抽出ブロック７３０の主要部分は、ドライバライン信号から実際のデータを抽出するデータ抽出論理回路を備えている。データ抽出論理回路は、データの中心とデータエッジとの間の遷移を区別する役割を果たす。というのも、デジタルフェーズロックループ回路はデータビットの中心ではなくデータビットエッジの遷移を追跡することがあるからである。特に、図９Ａを参照すると、適切なデータビット時間９２１のランプモードの信号は、ＤＰＬＬがデータビットの中心ではなくデータビットエッジの遷移を追跡する間違ったデータビット時間９２２の信号とほとんど同じように見える。この問題を避けるため、データ抽出論理回路は、データビットの中心よりも前の信号が中心よりも後の信号とは異なっているものを探す。正しいデータビットは常にこのように現れるためである。特に、間違ったデータビット時間９２５は、間違ったデータの中心（実際のデータビットエッジ）の前方９３１と後方９３２の信号がどのように同じに見えるのかを示している。これは、デジタルフェーズロックループ回路がデータビットの中心ではなくデータビットエッジの遷移を追跡したということをデータ抽出論理回路に知らせるものである。前方と後方の値が頻繁に同じになりすぎると、データ抽出論理回路はビット周期の１／２の配列を移動させてデータビットの中心と正確に位置を合わせる。
【０１２８】
図９Ｂは、ディップモード変調信号にみられる同じ問題を示している。図９Ｂを参照すると、適切なデータビット時間９７１にあるディップモード信号は、間違ったデータビット時間９７２にあるディップモード信号とほとんど同じように見える。間違ったデータビット周期を不当に追跡するのを防ぐため、センタリング回路は、データビット周期の前半と後半が確実に異なるようにする。そのため、ビット時間区間に時間区間９７５に示したようにディップが含まれていない場合、またはビット時間区間に時間区間９７６に示したような２つのディップが含まれている場合、センタリング論理回路は間違った時間区間を追跡したと判断する。
【０１２９】
再度図７を参照すると、データレートを正確に追跡し、データビットの中心と正しく配列したのち、クロッキング／データ抽出ブロック７３０は復調したデータストリームをデータ処理コア７４０に転送する。データ処理コア７４０は、受信するＬＥＤ制御データを処理するデジタル論理回路のブロックである。一実施形態では、データ処理コア７４０は、個々のデータフレームを識別し、ＬＥＤコントローラの構成コマンド、ＬＥＤ制御コマンドおよびＬＥＤパラメータデータを得るためのデータフレームの構文解析を行い、その後ＬＥＤ制御データから取得したコマンドを実行する役割を果たす。
【０１３０】
一実施形態では、受信するＬＥＤ制御データに対してデータ処理コア７４０が実行した第１のアクションは、データストリームのデスクランブルである。ドライバライン７２１で復号化したデータストリームは、様々な異なる理由によりスクランブルされていることがある。
【０１３１】
スクランブルする理由の１つは、ＬＥＤユニット７５０が間違ったデータフレーミング信号を追跡するのを防ぐことである。特定のＬＥＤユニット７５０に重複して送信されたＬＥＤ制御データの値が、フレーミングする同期ヘッダの値と偶然同じであった場合、ＬＥＤコントローラは、データストリームの間違った場所を追跡して有効なデータフレームには注目しないおそれがある。データをスクランブルすることによりこの状況が防がれる。データのペイロードが固定値であったとしても、データをスクランブルすることによってそれぞれのデータフレームがドライバライン上で異なるものになるためである。そのため、データをスクランブルすると、データストリームに誤ったフレーミングパターンを生成する可能性が大幅に軽減される。データをスクランブルするもう１つの理由は、データをスクランブルしてエネルギーを発散することによって、電磁障害の問題を軽減するためである。スクランブルしたデータストリームを処理するため、データ処理コア７４０にあるデスクランブルユニット７４２が、フレーム同期マーカを探すことによって、受信したデータを最初に処理し、その後、データフレームをデスクランブルしてデータフレーム内の実際のデータコマンドを得る。
【０１３２】
特定の一実施形態では、ＬＥＤ制御データフレームは図２Ｂに示すように４０バイトからなる。以下の表は図２Ｂに例として示したデータフレームの構造を示す。
【０１３３】
【表１】
0005863048.tif 000002
【０１３４】
上の表では、第１のバイトはデータフレームの開始を示すのに使用するフレームヘッダである。フレームヘッダのバイトはスクランブルされておらず、残りの３９バイトはｖ．３４自己同期スクランブラを用いてスクランブルすることができる。デスクランブルユニット７４２のデータフレーム検出論理回路は、データストリーム内で反復するフレームヘッダのための入力データを検索する。デスクランブルユニット７４２はそのようなパターンを追跡しようとする。ある程度の時間を経た後にデータフレームが発見さればければ、デスクランブルユニット７４２はクロッキング／データ抽出ブロック７３０に問題を知らせる。クロッキング／データ抽出ブロック７３０は新たな周波数に切り替え、再び同期信号を行使する。このアクションにより、開始される可能性のあったフレームロックがレセットされ、データフレームを再度検索するデスクランブルユニット７４２のクレーム検出論理回路が起動される。
【０１３５】
デスクランブルユニット７４２のフレーム検出論理回路がデータフレームパターンを検出すると、デスクランブルユニット７４２は有効なフレーム信号をクロッキング／データ抽出ブロック７３０に返して有効なデータを示す。一実施形態では、デスクランブルユニット７４２は、少なくとも１つのフレームを起動してから、データパーサブロック７４３が有効なデータを得てデスクランブルユニット７４２が入力されるデータストリームを追跡したことと、正しい出力データを持っていることとを確認する。これによって、デスクランブルユニット７４２が入力されるデータストリームとの同期を取ったことが確実になる。デスクランブルユニット７４２が入力されるデータの追跡を正確に実行し、デスクランブル処理を完了すると、デスクランブルユニット７４２は、データフレームの内容を処理するために、デスクランブルしたデータフレームをデータパーサ７４３に転送する。
【０１３６】
データパーサ７４３は、データフレームを構文解析する。データパーサ７４３は、データフレーム内のコマンド（ＬＥＤコントローラ構成コマンドまたはＬＥＤ制御コマンド）を識別し、データフレームのペイロード（ＬＥＤコントローラ構成パラメータまたはＬＥＤ制御データパラメータ）を復号化する。一実施形態では、データパーサ７４３はオプションで巡回冗長符号（ＣＲＣ）の検査を実行し、データが正しければデータパーサ７４３は復号化したコマンドおよびパラメータデータをデータ処理コア７４０内の実行論理回路に転送する。
【０１３７】
一実施形態では、データパーサ７４３は複数の異なる画素アドレッシングモードを有し、このモードを使用して、受信した特定のデータフレームをこの特定のＬＥＤコントローラ７６０に適用すべきかどうかを判断する。データフレームのアドレスフィールドにおいて、標準のアドレッシングモードが特定のＬＥＤユニットのアドレスを設定する。一実施形態では、このアドレスがデータフィールド内のＬＥＤ制御データに対する開始アドレスを指定する。アドレスフィールド内で識別された特定のＬＥＤユニットは、ペイロードフィールド内のＬＥＤ制御データの最初の項目をＬＥＤ制御データの幅に達するまで使用する。続けてアドレス指定した次のＬＥＤユニットは、ＬＥＤ制御データの幅に達するまでペイロードフィールド内のＬＥＤ制御データの次の項目を使用し、これ以降も同様に続く。他の実施形態では、アドレスは単一のＬＥＤユニットまたは特定数の連続するＬＥＤユニットを指定することができる。本システムでは、データペイロードのサイズは２８８ビットであるため、２、４、６、８、または１２ビット幅のデータ値を複数格納することもできることに注意されたい。
【０１３８】
グループアドレスモードでは、データペイロード内のＬＥＤ制御データは、特定のグループに割り当てられたＬＥＤユニットにのみ適用される。制御データは単純に、グループ内のＬＥＤユニットすべてに適用できる。一実施形態では、本システムはビットマップの処理エンジンを使用し、このエンジンを用いてペイロード内のビットマップを検査して、グループのＬＥＤユニットメンバーのどの部分が変化し、これらのＬＥＤユニットメンバーがどのように変化するのかを判断することができる。そのため、各ＬＥＤは標準のリニアアドレッシングシステムで個々にアドレス指定が可能であり、各ＬＥＤは割り当てられたグループの一部として個々にアドレス指定が可能である。
【０１３９】
巡回冗長符号（ＣＲＣ）の検査が検出したデータエラーは、様々な異なる方法で対処することができる。一実施形態では、オプションのＣＲＣによる保護が可能な場合、データ処理コア７４０は、約２５個のデータフレームを処理する間にＣＲＣにより２つのエラーが検出されれば、データを無視し始める。さらに、この間はＬＥＤの出力をオフにすることができ、データ処理コア７４０は新規のコマンドには応答しなくなる。一実施形態では、データ処理コア７４０は、正しいＣＲＣの値を有する４つのデータフレームを受け取るまで、受信するＬＥＤ制御データフレームの検査を継続する。この時点でデータ処理コア７４０は新規のコマンドの処理を開始する。
【０１４０】
ＬＥＤコントローラ７６０には多種多様なコマンドを実装することができる。特定の一実施形態では、主な３つのタイプのコマンドを実装する。グローバルアップデートせずに画素データをアップデートするコマンド、グローバルアップデートして画素データをアップデートするコマンド、およびＬＥＤコントローラ７６０内の制御レジスタに書き込むコマンドである。グローバルアップデートしない画素のアップデートでは、１つ以上のＬＥＤを駆動するための一連のパラメータをシャドウレジスタに格納する。しかし、これらのＬＥＤパラメータは即座には使用されない。そこで、グローバルアップデートのコマンドを（このＬＥＤコントローラ７６０または他の任意のＬＥＤコントローラを対象に）受信すると、格納した画素データのパラメータはＬＥＤドライバ回路７８０の出力を変更するのに使用される。このようにして、異なるディスプレイフレームが連続して動作するビデオディスプレイおよびその他のディプレイシステムが必要とするとおりに、多数の画素の変化の同期を取ることができる。
【０１４１】
データ処理コア７４０が制御レジスタへ書き込むコマンドを受信すると、データ処理コア７４０は制御レジスタ／ヒューズブロック７４１内で適切な制御レジスタを識別し、これに関連するデータ値をこの制御レジスタに書き込む。制御レジスタの中身は、ＬＥＤコントローラ７６０内の回路の動作を制御する揮発性の制御ビットである。制御レジスタに書き込むいくつかのパターンを使用して、指定した制御レジスタの値を単に設定する代わりに様々な機能を起動することができる。
【０１４２】
揮発性の制御レジスタに加えて、制御レジスタ／ヒューズブロック７４１は一連の不揮発性ヒューズも備えている。ヒューズは、ＬＥＤコントローラ７６０にある一連の恒久的な構成情報を指定するために溶断することができる。例えば、ＬＥＤユニット７５０の一実施形態では、８個のヒューズを用いて８ビットのアドレス値を実装する。こうすることで、一義的にアドレス指定できる２５６個のＬＥＤユニットのストリングを単一のＬＥＤラインドライバ回路に接続することができる。制御レジスタ／ヒューズブロック７４１でヒューズをプログラムするため、指定した制御レジスタのアドレスに特定の書き込みパターンを送信する。（このような特定の制御レジスタのアドレスには、現実の制御レジスタがあることもあれば実際にはないこともあることに注意されたい。）指定した制御レジスタのアドレスに正しい書き込みパターンが送信されると、データ処理コア７４０は制御レジスタ／ヒューズブロック７４１で識別した特定のヒューズを溶断する。
【０１４３】
制御レジスタ／ヒューズブロック７４１内のヒューズは、ＬＥＤコントローラ７６０を製造するメーカーとＬＥＤコントローラ７６０のユーザとの両方によって使用できる。メーカーは制御レジスタ／ヒューズブロック７４１内のヒューズを使用して、同じ集積回路の設計から異なる性能の特性および特徴を備える多岐にわたる異なるＬＥＤコントローラを作ることができる。例えば、制御レジスタ／ヒューズブロック７４１内のヒューズは、ＬＥＤコントローラ７６０が制御するＬＥＤの数、ＬＥＤ制御の精度（一実施形態では４ビット、６ビット、８ビット、または１２ビット）、および様々な他のＬＥＤコントローラの、可能なこともあれば不可能なこともある特徴を指定するのに使用できる。このようにして、ＬＥＤコントローラ７６０のメーカーは、特定の用途に対してどれだけの特徴が必要かによってＬＥＤコントローラ７６０の市場を区分できる。
【０１４４】
制御レジスタ／ヒューズブロック７４１内のヒューズは、ＬＥＤコントローラ７６０内のキャリブレーション情報の格納にも使用できる。半導体処理の技術が不完全かつ不安定であるため、２つの集積回路の挙動が完全に同じになることはない。純粋にデジタル式の集積回路では、デジタル回路では量子化した別々のデータ値を使用することから、些細な相違は動作に影響しない。（デジタル集積回路デバイスの製造が著しく不完全であれば、動作不能のデバイスが生まれて廃棄される。）ＬＥＤコントローラ７６０の場合、多数のアナログ回路があれば、製造上の相違が様々なＬＥＤコントローラの挙動に顕著に影響することになる。
【０１４５】
このよな挙動の相違に対処するため、個々のＬＥＤコントローラ７６０をそれぞれ検査し、異なるＬＥＤコントローラ間にみられる様々な相違を、異なるＬＥＤコントローラ間のわずかな相違を調整するキャリブレーションデータを格納するヒューズを使用することによって補償することができる。例えば、ＬＥＤの輝度は、ＬＥＤを流れる電流量によって制御する。しかし、集積回路の製造は完全ではないため、完全に同じ輝度レベルを供給するように命令された際に異なるＬＥＤコントローラのＬＥＤドライバ回路７８０が供給する電流量は同じではない。そのため、制御レジスタ／ヒューズブロック７４１内のヒューズを使用し、ＬＥＤドライバ回路７８０がＬＥＤに流す電流をキャリブレーションするのに設計した電流微調整値を格納することができる。ＬＥＤコントローラ７６０にあるそれぞれ異なるＬＥＤチャネルは、固有の電流微調整値を個別に受け取ることができる。
【０１４６】
ＬＥＤ自体も不完全な製造技術から悪影響を受けることに注意されたい。異なるＬＥＤが完全に同じ電流量を受け取っても、完全に同じ輝度は出力しない。そのため、検査する前にＬＥＤ７８１をＬＥＤコントローラ７６０に接続することで、ＬＥＤコントローラ７６０とＬＥＤ７８１との両方におけるわずかな製造上の相違は、電流を微調整したキャリブレーションデータをＬＥＤコントローラ７６０にプログラムして補償することができる。ＬＥＤドライバ回路７８０が供給する電流出力をキャリブレーションするこの能力によって、ＬＥＤコントローラ７６０は厳格な輝度キャリブレーション検査をパスしていない、より安価なＬＥＤを使用できる。電流をキャリブレーションする値によって、変動するＬＥＤドライバ回路７８０に加えて変動するＬＥＤも補償されるためである。
【０１４７】
ＬＥＤコントローラ７６０のユーザは、ユーザに利用可能な特定の特徴の様々な異なる用途に対し、ユーザがアクセス可能な一連のヒューズをプログラムすることができる。例えば、ＬＥＤコントローラ７６０を、共通のアノードＬＥＤか共通のカソードＬＥＤのいずれかを動作させるように設計することができる。エラーが発生したためにデータフレームをテストするＣＲＣ値の利用は、ヒューズによって指定することができる。また、以前に記載したように、一連のデバイスのアドレスヒューズもユーザがプログラムできる。
【０１４８】
ごく稀に、集積回路内の様々な素子が熱またはその他の要因により移動した場合に、溶断したヒューズが、溶断していないように見えることがある。これが起きると、ＬＥＤコントローラ７６０に対して行ったヒューズのプログラミングは不能となって、デバイスが正常に動作しなくなるおそれがある。この現象が起こらないように、一実施形態では、誤り訂正符号化（ＥＣＣ）方式を実行するために、溶断してもよい余分なヒューズを備える。そのため、ヒューズが溶断していなければ、ＥＣＣを使用してどのヒューズが変化していないかを判断し、それに応じてＬＥＤコントローラ７６０の動作を調整することができる。
【０１４９】
以前に記載したように、開示したシステムのいくつかの実施形態では、ＬＥＤラインドライバがＬＥＤユニットからステータスを要求できるようにするため、ＬＥＤユニットは要求された情報を含めてステータス要求に応答する。同じように、いくつかの実施形態では、ＬＥＤユニットがコマンド受信後に承認を行う。ステータス要求に応答する（または承認を行う）ため、データ処理コア７４０は電源システム７２０に、指定した時間枠でＬＥＤラインドライバ回路によって検出可能な方法で分路回路を動作させるよう要求することができる。どのＬＥＤユニット７５０が応答しているかを判断するため、ＬＥＤラインドライバ回路は一度に１つの要求しかできないか、ＬＥＤユニット７５０それぞれに異なる時間枠を提供してその時間内に応答させる。分路回路を用いた別の信号発信方法は、電源システムに分路を停止する動作と分路する動作の高周波バースト信号を発信させ、ＬＥＤラインドライバ回路が周波数を検出できるようにする方法である。
【０１５０】
再度図７を参照すると、ＬＥＤコントローラ７６０の最終回路ブロックは、ＬＥＤ７８１を駆動するＬＥＤドライバ回路７８０を備える回路ブロックである。ＬＥＤコントローラ７６０にはＬＥＤそれぞれの出力に対して独立したＬＥＤドライバ回路がある。図７の実施形態では、４つの異なるＬＥＤ７８１を駆動する４つの異なるＬＥＤドライバ回路がある。しかし、その他の実施形態では、これとは異なる数のＬＥＤ７８１を処理するＬＥＤドライバ回路を備えている。図７に示した特定の実施形態では、ＬＥＤ７８１はカソードコモン構成で配線している。アノードコモン構成では、ＬＥＤの記号は別の方向を向く。
【０１５１】
独立したＬＥＤドライバ回路はそれぞれ、デジタル回路部分とアナログ回路部分の両方を備えている。デジタル回路部分は、データ処理コア７４０および制御レジスタ／ヒューズ７４１と連結している。デジタル回路部分は、ＬＥＤがどれだけの電力を受信すべきかを示す強度値を指定するデジタル情報を受信する。次にこの強度値は、様々な要因に応じて調整され、定電力の出力を駆動するのに使用される。アナログのＬＥＤドライバ回路は、電源システム７２９から基準電流を受けて定電流を生成し、この定電流を使用して関連するデバイスを実際に駆動する。
【０１５２】
ＬＥＤドライバ回路のデジタル部分は、関連するＬＥＤをいつオン／オフにするかを正確に制御する。ＬＥＤを正確に駆動する方法を判断するため、デジタル部分は構成情報に関して制御レジスタ／ヒューズ７４１に照会する。制御レジスタ／ヒューズ７４１は、ＬＥＤを動作させてもよいか、ＬＥＤが（図７に示すアノードコモンモードまたはカソードコモンモードを用いて）電流を低下させているのか電流を供給しているのか、ＬＥＤに対する電流微調整値はいくらか、またＬＥＤ点灯遅延因子など、いくつかの異なるパラメータを指定することができる。このＬＥＤ構成情報は、ＬＥＤ強度値（ＬＥＤをオフにする場合はゼロ）を指定してＬＥＤをどのように駆動するかを決定するＬＥＤ制御データフレーム内で受信したＬＥＤ制御情報と組み合わせる。ＬＥＤの駆動には、様々な異なる出力変調システムを使用することができる。
【０１５３】
ヒューズが指定するとおりに固定した電流微調整値に加えて、ＬＥＤドライバ回路７８０はＬＥＤに流す電流を大幅に調整することもできる。例えば、温度検知回路の出力をＬＥＤドライバ回路７８０に供給してもよい。するとＬＥＤドライバ回路７８０は、ＬＥＤに供給した電流を室温に反応して調整することができる。このようにして、ＬＥＤドライバ回路７８０は、ＬＥＤの性能およびＬＥＤドライバ回路自体に影響を及ぼす可能性のある温度差を調整できる。ここで注意すべきことは、個々のＬＥＤユニットに内部の温度センサを備えることにより、開示したシステムは画素ごとの正確な修正が可能になることである。そのため、一部のＬＥＤユニットに陽が当たり、残りのＬＥＤユニットには（陰などにより）陽が当たっていない場合、個々のＬＥＤユニットは自らのローカル状況に基づいて的確な修正を行う。
【０１５４】
従来のパルス幅変調（ＰＷＭ）の実施形態では、出力電力は、所定時間区間に出力されるパルス幅によって決まる。例えば、図１０Ａでは１６個のタイムユニットの時間を規定し、この時間区間でパルス幅変調した電力で４ビットの強度値をどのように表すかを規定している。強度がゼロ（「００００」）であれば、パルスはない。強度値が１（「０００１」）であれば、１回分の時間帯の幅を持つパルスが出力される。強度値が２（「００１０」）であれば、２回分の時間帯の幅を持つパルスが出力される。このようにして１５回分の時間帯のパルスが出力される強度１５（「１１１１」）になるまで続く。図１０Ａを参照して説明した従来のパルス幅変調は、本開示のＬＥＤコントローラ内のＬＥＤドライバ回路７８０で使用できる。しかし、いくつかの利点がある「ｒｅｄｕｃｅｄ  ｆｌｉｃｋｅｒ  ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ（フリッカー軽減変調）」（ＲＦＭ）と呼ぶ新規の出力方法を使用してもよい。
【０１５５】
フリッカー軽減変調システムは、従来のパルス幅変調システムに対して少なくとも３つの利点がある。特に、フリッカー軽減変調システムにより、（１）スイッチング（スイッチのオンとオフ）の周波数がより高い周波数範囲にまで増加するため、感知されるフリッカーが減少し、（２）時間区間にわたる電流の利用が拡散するため、ピーク電力の要求が減少し、（３）無作為化を導入してデータに応じた様々なパターンが顕著な形で出力に影響を及ぼすのが抑えられる。電流の利用が拡散することは、使用可能な電力が限られたシステムでは重要である。例えば、（コンデンサでバッファリングした）使用可能な電流が平均１４０ミリアンペアしかなく、１００ミリアンペアの定電流で動作するＬＥＤが２つあり、それぞれのセットが６０％のデューティサイクルで動作する場合、平均して十分な電流がある。しかし、ＬＥＤの駆動にＰＷＭシステムを使用する場合、ＰＷＭでは両方のＬＥＤがその時間の少なくとも１０％の間動作し、この間２つのＬＥＤには合わせて２００ミリアンペアが流れるため、平均して使用可能な電流よりも多くの電流が流れる。ＲＦＭシステムでは、電流の利用は時間区間にわたって平等に拡散するため、２つのＬＥＤに平均して使用可能な電流よりも多くの電流が流れることはなく、そのためラインからの電流供給のオーバーロードが回避される。
【０１５６】
スイッチングの周波数を上げ、電流の利用をさらに平等に拡散するため、フリッカー軽減変調システムはＰＷＭシステムとして所定時間の間、実質的に同数のタイムユニットに対して定電流出力を供給するが、定電流をオンにしたときのタイムユニットは時間区間にわたって平等に分配される。図１０Ｂは、フリッカー軽減変調が、図１０Ａに示したＰＷＭの例と同じエネルギー出力に対して定電流のパルスをどのように出力するかを示している。
【０１５７】
図１０Ｂの出力パターンを生成するため、それぞれのビット位置と関連する図１０Ｃの４つのパターンは、強度値のそれぞれのビット位置がオンであれば論理和を取ることができる。例えば、強度レベル９（「１００１」）を指定すると、最も重要なビット位置（「１０００」）に関連するパターンおよび最も重要ではないビット位置（「０００１」）に関連するパターンは、図１０Ｃに示したように共に論理和を取ることができる。
【０１５８】
図１０Ａのパルス幅変調システムの出力を図１０Ｂのフリッカー軽減変調システムの出力と比較すると、フリッカー軽減変調システムで電力を出力するときの方が時間区間ごとに発生する個々のパルスが多く見られる。特に、図１０Ａのパルス幅変調システムでは時間区間ごとに１つの定電流パルスしかないのに対し、時間区間に対してさらに平等にエネルギーを拡散しているフリッカー軽減変調システムには複数の定電流パルスがある。どちらかのシステムで生成された定電流パルスはそれぞれ、理想のスクエアパルスを完全には形成しない。図１０Ｄは、破線で描いた理想の電流パルス、および太実線で描いたこれよりも現実的な電流パルスの拡大図である。図１０Ｄに示すように、定電流パルスの立ち上がり時間および立ち下がり時間は、理想のスクエアパルスで示したようにゼロにはならない。実際の定電流パルスでは、立ち上がり時間は一般に立ち下がり時間よりも長い。（立ち上がり時間がこのように長くなることを本明細書では「ＬＥＤ点灯遅延（ｔｕｒｎ  ｏｎ  ｄｅｌａｙ）」という。）そのため、実際の定電流パルスの間に出力されるエネルギー量は、理想のスクエア定電流パルスの間に出力されるエネルギー量よりも少なくなる。したがって、この減少したエネルギー出力によってＬＥＤの出力は所望の出力よりも小さくなってしまう。この作用を補償しなければ、強度の出力規模に線形性がなくなる。
【０１５９】
この作用を補償するため、ＬＥＤドライバ回路７８０のデジタル回路は、発生する定電流パルス数をカウントし、複数の定電流パルスを指定したのちに余分な定電流パルスのタイムユニットを追加する。例えば、単一タイムユニットの実際の定電流パルスが単一タイムユニットの理想のスクウェア定電流よりも５％少ないエネルギーを出力した場合、発生する２０パルスごとに余分な定電流のタイムユニットを追加する。２０×５％＝１００％、つまりタイムユニット全体のパルスが失われるからである。一実施形態では、調整可能なＬＥＤ点灯遅延の値が、各パルスで失われたエネルギー量を表す値を格納する。ＬＥＤ点灯遅延の値は、それぞれの定電流パルスの後に関連するＬＥＤのアキュムレータに追加される。アキュムレータが容量過多になると、ＬＥＤが「オン」の時間に余分のタイムユニットが追加されてこの流失するエネルギーを補完する。
【０１６０】
クロッキング／データ抽出ブロック７３０に関する説明で記載したように、ＬＥＤコントローラ７６０は、フリーランニング型の内部リングオシレータを使用し、回路を駆動するのに使用するコアクロック信号を生成する。高速フリーランニング型のリングオシレータクロックは、いくつかのクロックジッターを備えることができる。コアクロックを生成するため、高速フリーランニング型のリングオシレータクロックは、デジタルフェーズロックループ回路が制御するカウンタ計数Ｎでの除算により減少する。コアデータクロックを生成するのにデジタルフェーズロックループ回路を使用することで、コアクロックにいくらかの量子化誤差が生じる。その結果、内部コアクロックは個々のコアクロック周期に対して時間の長さがわずかに異なる。コアクロックはＬＥＤの出力を駆動するのに使用するため、ＬＥＤがオンのときのタイムユニットもこのように時間の長さがわずかに異なる。
【０１６１】
ＬＥＤがオンの時間にクロッキングに起きるこのわずかな不正確が、クロッキングが不正確な位相にあるＬＥＤ制御データのパターンと重なると、その作用が相乗されるためにＬＥＤの出力が著しく影響を受けるおそれがある。クロッキングのこのようなわずかな不完全とＬＥＤのオン／オフデータパターンとが組み合わさって、ＬＥＤ出力性能に負の効果が及ぶことがないようにするため、ＬＥＤのオン／オフデータパターンにＬＥＤ出力のオン／オフの無作為化を導入する。特に、ＬＥＤを点灯する時間を時間区間内でランダムに動かすことができる。しかし、ＬＥＤは時間区間中の同じ時間量の間は点灯したままになるため、正味のＬＥＤ電力の出力は変化しない。例えば、図１０Ｅは、図１０Ｃの出力パターンの無作為化の３つの可能な異なる例を示している。一実施形態では、この無作為化は、擬似ランダムのビット列を生成する線形帰還シフトレジスタ（ＬＦＳＲ）を用いてＬＥＤオン／オフ制御パターンに追加する。ＬＥＤオン／オフ出力パターンに導入したこの無作為化によって、不完全なクロッキングと相互作用するパターンにデータが従属する可能性を効果的に排除し、ＬＥＤの強度に負の影響を及ぼすようにする。
【０１６２】
上記のＬＥＤ強度を制御する２つの定電流による方法（パルス幅変調およびフリッカー軽減変調）に加え、ＬＥＤ７８１の駆動にその他の手段を使用してもよい。例えば、ＬＥＤに供給する電流強度を変化させる方法を使用してＬＥＤの輝度７８１を制御することができる。しかし、この方法では良好で安定したカラー出力が得られないため避けた方がよい。
【０１６３】
デジタル回路部分は、ＬＥＤドライバ回路７８０のアナログ部分を使用して関連するＬＥＤを駆動する。アナログＬＥＤドライバ回路は電源システム７２０から受信した基準電流を使用し、定電流パルスでＬＥＤを駆動する。アナログＬＥＤドライバ回路は、アナログＬＥＤドライバ回路が正常に動作するのに十分な電圧を電源システム７２０から得ていないときに、電源システム７２０に信号を発信する。アナログＬＥＤドライバ回路はまた、ＬＥＤが動作不良になったように見えるときにも、電源システム７２０に信号を発信する。特に、ＬＥＤを流れる電流が高すぎるかゼロであれば、ＬＥＤドライバ回路はＬＥＤがそれぞれ短絡か開回路に見えると判断することができる。ＬＥＤが動作不良になると、システムはそのＬＥＤの起動を停止する。システムは定期的にＬＥＤを再検査し、動作不良が不当に検出されたのか問題が一過性のものかを判断する。１つのＬＥＤが動作不良になったとシステムが判断すると、ＬＥＤコントローラはこの動作不良になったＬＥＤと関係のある他の多くのＬＥＤを停止状態にする。例えば、カラー画素を生成するのに使用する赤、緑および青色のＬＥＤがセットになった１つのＬＥＤが動作不良になると、この画素と関連する３つのＬＥＤすべてを停止状態にしてもよい。
【０１６４】
一実施形態では、ＬＥＤドライバ回路は、ＬＥＤに供給される電流をモニタリングし、ＬＥＤを流れる電流に基づいてキャリブレーションによる調整を行う。例えば、同じ種類の複数のＬＥＤがあるが、一部のＬＥＤに流れる電流が他のＬＥＤよりも多い場合、ＬＥＤドライバ回路はそれに応じてＬＥＤに供給される定電流パルスのレートを調整することができる。例えば、受信する電流が少ない方のＬＥＤには電流パルスのレートを高く設定し、異なるＬＥＤの電力出力を等しくすることができる。
【０１６５】
検出した電流差に対して電流パルスのレートを調整する技術は、電流の差が意図的か意図的でないかにかかわらず使用できるものである。電流差は、エネルギー効率を改善するために意図的に発生させることが可能である。特に、超過電圧を熱として消費することによって、それぞれ異なるＬＥＤに供給される電圧を慎重に調節して各ＬＥＤに同量の電流を流す代わりに、システムが同じ電圧をそれぞれが異なるＬＥＤに供給することができる。ただし、異なるＬＥＤ間には製造上の誤差があるため、各ＬＥＤには別々の電流量が流れることもある。電流差を均等にするため、この差に対応する様々なレートの電流パルスを各ＬＥＤに供給することができる。電流が低いＬＥＤは高いレートの電流パルスを受ける。そのため、過剰なエネルギーを非効率に消費する方法で電流を均等にする代わりに、各ＬＥＤに供給される電流パルスのレートを調整することによって、それぞれ異なるＬＥＤは均等になる。
【０１６６】
図７のＬＥＤユニット７５０一式に接続している図４ＡのＬＥＤラインドライバ回路４２５は、無駄になる電力量を最小限に抑えるきわめて効率的なＬＥＤ照明システムを形成する。ＬＥＤラインドライバ回路４２５では、主力のラインドライバＦＥＴ４６１は常に完全にオンまたは完全にオフであるため、熱としてごくわずかな電力しか消散しない。個々のＬＥＤユニット７５０では、ＬＥＤユニットのローカル電源コンデンサを充電する際にローカル電源システム７２０がライン電流を分路するため、電流はすべてライン上の次のＬＥＤユニットに流れる。個々のＬＥＤユニット７５０の内部では、制御回路は最小の電力を使用するため、ＬＥＤドライバ回路７８０は電力のほとんどをオンになっているＬＥＤ７８１へ分散させる。そのため、全体を制御したＬＥＤ照明システムはきわめて効率的である。システムは、ＬＥＤがオフのときは限られたわずかな電力のみを流す。またＬＥＤがオンのときは、システムは電力をほとんど無駄にしない。
【０１６７】
図７の実施形態に示したように、それぞれのＬＥＤユニットは４つの異なるＬＥＤを制御しているが、他の実施形態ではこれとは異なる数のＬＥＤを備えることもできる。さらに電力利用を最適化する（およびコストを抑える）ため、Ｎ個のＬＥＤを制御する３つのＬＥＤユニットからなるグループをそれぞれ使用し、３つのＬＥＤユニットのそれぞれが一色をサポートする（それぞれが赤、緑および青色のＬＥＤを持っている）ようにすることで、Ｎ個の画素を実装することができる。例えば、図７の実施形態では、それぞれのＬＥＤユニットに同色の４つのＬＥＤを制御させることによって４つの独立した画素を生成できる。ＬＥＤユニットをこのように展開させると電力の利用法が一層最適化される。異なる色のＬＥＤには様々な異なる電力量が必要になり、それぞれのＬＥＤユニットには特定色のＬＥＤ（赤、緑または青）をサポートするのに必要な電力しか流れないからである。
【０１６８】
高度なカラーシステム
代替実施形態では、個々のＬＥＤユニットを、ＬＥＤユニットが赤、緑および青色のＬＥＤからなるカラー画素を駆動するためのカラーデータを備えている画素回路として実装することができる。それぞれのＬＥＤユニットは、１つ以上の画素を制御できる。画素回路は、画素回路が制御するそれぞれの画素に対する色／輝度の情報を受信する。画素回路は、多数の異なる色を符号化する以下のような方式を用いて動作することができる。
ＹＵＶまたはＹＣｒＣｂまたはＹＰｂＰｒの色空間
ＲＧＢ（Ｒｅｄ（赤）、Ｇｒｅｅｎ（緑）、およびＢｌｕｅ（青））の色空間
ＨＳＶ（Ｈｕｅ（色相）、Ｓａｔｕｒａｔｉｏｎ（彩度）、およびＶａｌｕｅ（明度））の色空間
ＣＭＹＫ（Ｃｙａｎ（シアン）、Ｍａｇｅｎｔａ（マゼンタ）、Ｙｅｌｌｏｗ（イエロー）、およびＢｌａｃｋ（ブラック））の色空間
【０１６９】
画素回路は、受信した色情報を赤、緑および青一式の画素を駆動するのに必要な値に変換して所望の色を生成する。きわめて鮮明な色を生成するため、個々の画素回路は、ＬＥＤに供給されている電流および電流温度を計算に入れることができる。画素回路は、電流温度およびＬＥＤに供給される電流によって異なる各色のＬＥＤに対する出力強度値を調整する。
【０１７０】
色空間の変換を画素レベルで実行するディスプレイシステムは、いくつかの利点をもたらす。ディスプレイ情報を供給するシステムは、画像データを供給するシステムが色空間の変換を実行する必要がないため簡易化できる。代わりに、この色空間の変換は、画素光が生成される場所で行われる。
【０１７１】
さらに、画素光源まで色情報すべてを供給するシステムは、元の色空間を直接使用できるため、より高質な出力を供給できる。例えば、ＲＧＢの色空間には相互の重複が多いため、ＹＣｂＣｒの色空間はＲＧＢの色空間よりも効率的である。さらに、色の変換プロセスの間に起こる量子化誤差がない。そのため、ＹＣｂＣｒで符号化した色情報を、画素の光をレンダリングするシステムにまで提供することによって、画素の光をレンダリングするシステム（画素回路）は、色情報すべてを使用して最も鮮明な色の再現を生成することができる。
【０１７２】
以前に記載したように、正確な所望の電圧を得るために慎重にキャリブレーションされてはいないが、代わりにおおよそ所望の電流を供給する電圧源を効率的に供給することによって、システムはエネルギー効率を向上させることができる。このようなシステムでは、ＬＥＤの発光スペクトルが影響を受けることがある。前述したように色の制御を行う画素回路では、色回路はＬＥＤに供給されている電流に対して色の出力を調整できる。そのため、ＬＥＤに供給される電流がＬＥＤの色出力を変化させると、色の制御回路がこの色出力の変化を計算に入れてこの画素に対するＬＥＤすべての出力を調整することができ、その結果、最終的に正確な色の出力を生成できる。このようにして、カラー画素の生成に使用する様々な異なる色のＬＥＤに実際に供給される電流は、それぞれの色のＬＥＤに対する正確な出力強度を決定するカラー回路への入力となる。
【０１７３】
自動アドレッシングシステム
前述したように、単一のドライバラインにある個々のＬＥＤコントローラユニットすべてが個別制御可能なものであれば、個々のＬＥＤコントローラユニット（図７の７６０）にはそれぞれ独自のアドレスを付与する必要がある。これは、ドライバライン上にある単一の個別のＬＥＤコントローラユニットにＬＥＤラインドライバ回路を接続し、ＬＥＤラインドライバ回路からこの単一のＬＥＤコントローラユニットにコマンドを送信し、そのアドレスヒューズを特定のアドレス値に対して溶断することによって達成することができる。その後、それぞれが独自のアドレスを持つ一連のＬＥＤコントローラユニットを、特定のパターンで単一のドライバライン上に直列に一緒に接続し、個別制御可能なＬＥＤコントローラユニットを公知の配列にしたドライバラインを作ることができる。
【０１７４】
このようなＬＥＤコントローラユニットのストリングの作製を容易にするため、アドレスプログラミング論理回路を、「ホール効果」センサを加えることで改良することができる。ホール効果センサとは、ローカルの磁場を検出できる電気センサである。アドレスプログラミング論理回路を改良するため、ホール効果センサが特定の磁場を検出したときのみアドレスプログラミング論理回路を起動できるような方法で、ホール効果センサを追加するとよい。そのため、ＬＥＤコントローラユニットが所定の磁場にない場合、アドレスプログラミング論理回路は動作しない。このようにして、まだヒューズ溶断によりアドレスを付与していないいくつかのＬＥＤコントローラユニットを同じドライバラインに接続することができる。次に、ドライバライン上のＬＥＤコントローラユニットに独自のアドレスを付与するため、個々のＬＥＤコントローラユニットを適切な磁場に順次（１回に１つ）配置し、独自のアドレスをプログラムするコマンドをドライバラインの下流へと送信する。適切な磁場には１つのＬＥＤコントローラユニットしかないため、ヒューズ溶断によるアドレス付与のコマンドにはこの１つのＬＥＤコントローラユニットしか応答しない。同じドライバラインにある他のＬＥＤコントローラは、ヒューズ溶断によるアドレス付与のコマンドを無視する。そのため、適切な磁場にそれぞれのＬＥＤコントローラユニットを順次配置し、独自のアドレスでプログラムするコマンドを送信することによって、単一のドライバラインにすでに一緒に接続されたＬＥＤコントローラユニットそれぞれに独自のアドレスをプログラムすることができる。
【０１７５】
用途概観
以上のセクションで記載し図２Ａに示した、単一配線の複数のＬＥＤの電力および制御システムは、幅広い用途に使用できる。最も基本的な用途では、個別に制御される照明ユニット２５０のストリングを、クリスマスツリー用の一連の電飾などの、単純な制御の装飾用照明システムに配置できる。このような実施形態では、ドライバライン２２１を絶縁線にすることで、電力の伝送、符号化した制御データの供給、基準電流値の供給、および個々のＬＥＤユニット２５０に対するヒートシンクとしての役割に加えてストリングに物理的構造を与えるようにすることができる。このような配置では、マスターＬＥＤコントローラシステム２３０を様々な異なる照明パターン一式を備える小型のマイクロコントローラにしてもよい。これらの照明パターンは、マスターＬＥＤマイクロコントローラシステム２３０をプログラムする人の想像力以外に制限要素はない。以下に例を挙げる：色のスペクトルを備える固定照明、様々な色で多様に点滅する照明パターン、光源がストリングを移動するように見せるためにＬＥＤユニットを漸進的に作動させる、など。
【０１７６】
上のセクションで記載した単一配線の複数のＬＥＤ電力および制御システムに対して考えられる用途はほぼ無限にあるため、その数は本明細書の及ぶところではない。しかし、以下のセクションでは、開示したシステムに対して考えられる多くの用途の一部を取りあげる。
【０１７７】
制御される照明の用途
本明細書の背景技術で記載したように、現在ＬＥＤは多くの伝統的な照明システムに用いられている。これに対する主な２つの理由は、ＬＥＤのエネルギー効率がよいという点と、ＬＥＤが堅牢であるためにＬＥＤ照明システムの維持管理がわずかで済むという点である。（ＬＥＤは、フィラメントベースの白熱電球または小型の蛍光灯ほど頻繁に交換する必要がない。）しかし、ＬＥＤベースの照明システムは価格が高いために、その配置は限られている。本開示による単一配線の複数のＬＥＤ電力および制御システムにより、ＬＥＤベースの照明システムのコストが下がると同時に、ＬＥＤベースの照明システムの一連の特徴が改善される。そのため、本開示による単一配線の複数のＬＥＤ電力および制御システムは、ＬＥＤベースの照明システムの市場を拡大することができる。
【０１７８】
本開示の単一配線の複数のＬＥＤの電力および制御システムにより、ＬＥＤベースの照明システムの設計、製造および設置に係るラインの複雑さが軽減されることになり、ＬＥＤベースの照明システムのコストが削減される。特に、単一のドライバライン（および回路を完成させるための帰還用供給ライン）により、ＬＥＤベースの照明システムを構築するのに必要なラインが大幅に簡易化される。図２Ａに示すように、１つの可能性のある実施形態では、マスターＬＥＤコントローラシステム２３０、電源２１０、およびＬＥＤラインドライバ回路２２０の機能を単一のＬＥＤドライバ回路システム２３９の中に組み入れ、単一のドライバライン２２１（およびその帰還用ライン２２９）のみが多数の個別に制御されるＬＥＤユニット（２５０−１〜２５０−Ｎ）を駆動するようにする。このようにして、照明システムの製造が大幅に簡易化される。しかし、図２ＡのＬＥＤ照明システムによって、（それぞれが異なる色の複数のＬＥＤを備える）ＬＥＤユニット２５０が全て個別に制御されることになるため、高度な多色パターンを生成することができる。
【０１７９】
図１１Ａ〜１２は、本開示の教示を用いて構築され得る、可能なＬＥＤ照明システムのブロック図である。これらは、本開示の教示を用いて生成され得る、無数にある可能な照明設備のうちのわずか２例にすぎないことに注意されたい。
【０１８０】
図１１Ａの実施形態では、ＬＥＤ照明システムを２つのユニットに分割した。ＬＥＤ照明設備１１２５およびマスターＬＥＤコントローラ・電力ラインデータエンコーダシステム１１３０である。図１１Ａの実施形態は、従来の交流電流（ＡＣ）による照明環境で使用できる。ＬＥＤ照明設備１１２５の一部は、通常ＡＣ電流に切り替えて制御する従来の照明設備のように設置する。しかし、従来の照明スイッチではなく、マスターＬＥＤコントローラ・電力ラインデータエンコーダシステム１１３０が、オン／オフスイッチを通常設置する場所に設置される。
【０１８１】
マスターＬＥＤコントローラ・電力ラインデータエンコーダシステム１１３０は、電源、マイクロコントローラ、ユーザインタフェース、および電力ラインデータエンコーダを備えている。ユーザがマスターＬＥＤコントローラ・電力ラインデータエンコーダシステム１１３０にあるユーザインタフェースと相互作用して制御コマンド（点灯、消灯、光を青に設定、レインボーパターンを表示など）を供給する。するとマイクロコントローラ・電力ラインデータエンコーダは、マスターＬＥＤコントローラ・電力ラインデータエンコーダシステム１１３０をＬＥＤ照明設備１１２５に接続している電力ラインで制御コマンドを変調する。様々な異なる公知の電力ラインデータ変調システムを使用できる。
【０１８２】
図１１Ａに示した可能な実施形態では、マスターＬＥＤコントローラ・電力ラインデータエンコーダシステム１１３０にあるユーザインタフェースは、１対の指針盤を備えることができる。第１の輝度指針盤１１３５を使用すると、ＬＥＤ照明設備をオンにするかどうか、およびＬＥＤをどの程度の輝度に点灯させるべきかを制御できる。第２の色相指針盤１１３６を使用すると、ＬＥＤユニットに対して特定の色相を選択できる。色相指針盤１１３６に白の設定をすると、ＬＥＤ照明設備１１２５が正常な白の光源として作動できる。
【０１８３】
マスターＬＥＤコントローラ・電力ラインデータエンコーダシステム１１３０は、従来の照明設備のように設置できるＬＥＤ照明設備１１２５を駆動する。ＬＥＤ照明設備１１２５内の電源およびデータ抽出器１１１０は、制御および電力ライン１１３１から制御コマンドを受信し、変調し、抽出する。すると電源およびデータ抽出器１１１０は、抽出した制御データおよび必要な電力をＬＥＤラインドライバ回路１１１０へ転送し、本明細書の以前のセクションに記載したように一連のＬＥＤユニット１１５０を駆動する。
【０１８４】
単一のマスターＬＥＤコントローラ・電力ラインデータエンコーダシステム１１３０で複数のＬＥＤ照明設備の駆動が可能である。例えば、図１１Ｂが示す実施形態では、単一のマスターＬＥＤコントローラ・電力ラインデータエンコーダシステム１１３０は、ちょうど従来の照明スイッチが複数の頭上にある照明設備を制御するように、３つのＬＥＤ照明設備（１１２５、１１２６、および１１２７）を制御する。
【０１８５】
図１２は、無線の制御システムで制御する照明システムの代替実施形態を示す。特に、図１２は、ＬＥＤ照明設備１２２９および無線のＬＥＤ制御送信器１２３８を備える、照明システムの代替実施形態を示す。ＬＥＤ照明設備１２２９は、従来のＡＣ電流による照明設備と同じ場所に設置してよい。ＬＥＤ照明設備１２２９内の電源１２１０に送られるＡＣ電力１２１１は、ＬＥＤラインドライバ回路１２２０およびマスターＬＥＤコントローラシステム１２３０に対して必要なＤＣ電力を生成する。（一実施形態では、マスターＬＥＤコントローラシステム１２３０はＬＥＤラインドライバ回路１２２０から動作電力を受け取れることに注意されたい。）
【０１８６】
マスターＬＥＤコントローラシステム１２３０は、ＬＥＤ制御送信器１２３８から無線コマンドを受信するセンサ回路１２３２を備えている。マスターＬＥＤコントローラシステム１２３０は、ＬＥＤ制御送信器１２３８から受信したコマンドを復号化し、このコマンドをＬＥＤラインドライバ回路１２２０へ転送する。無線システムは、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、赤外光、またはその他の適切な無線のデータ転送システムを使用できる。赤外線による転送システムを使用する場合、ＬＥＤ制御送信器１２３８の機能は、プログラム可能な赤外線による遠隔制御システムが操作する。そのため、図１２のＬＥＤ照明設備１２２９はホームシアターシステムを備えた部屋で使用するのに理想的なものである。ＬＥＤ照明設備１２２９に給電するＡＣ電力１２１１は、従来の壁に備えられた照明スイッチから得られる。一般の期待に沿うように、マスターＬＥＤコントローラシステム１２３０は、デフォルトモードの白光を発する状態で、常にＬＥＤ照明設備の電源をオンにする。このようにして、ＬＥＤ照明設備１２２９は、ＬＥＤ制御送信器１２３８が使用されていないときは普通の照明設備のように動作する。
【０１８７】
舞台照明システムに対するＬＥＤストリング技術の使用
音楽コンサートおよび舞台での演奏には、ライブパフォーマンスの演出を向上させるために特別な照明システムを使用する。舞台照明用の照明ハードウェアおよび制御システムの開発・販売に特化した専門の業界がある。様々な機器同士の相互の情報交換ができるように、米国劇場技術協会（ＵＳＩＴＴ）は、舞台照明および効果を制御するのに使用する、ＤＭＸ５１２−Ａとして知られる標準の通信プロトコルを開発した。ＤＭＸ５１２−Ａ通信プロトコルは、舞台照明およびエフェクトユニットに対するコマンドを送信するためのＥＩＡ−４８５をベースとするシリアルプロトコルである。
【０１８８】
舞台照明市場で有益に使用するため、本発明の教示は一般的なＤＭＸ５１２−Ａ通信プロトコルと結びつけて実装することができる。第１の実施形態では、変換ユニットを用いてＬＥＤラインドライバユニットに対するＤＭＸ５１２−Ａ通信プロトコルをネイティブプロトコルに変換できる。例えば、図２Ａを参照すると、マスターＬＥＤコントローラシステム２３０はマイクロコントローラユニット（ＭＣＵ）とすることができ、このユニットは、ＤＭＸ５１２−Ａ通信プロトコルまたは入力２３２でコマンドを受信してこれらのコマンドを変換したのち、これらのコマンドを制御データ２３１に出力し、この制御データはＬＥＤラインドライバユニット２２０に対してネイティブプロトコルで送信される。するとＬＥＤラインドライバユニット２２０は、本明細書の前セクションで記載したように個別に制御されるＬＥＤユニット２５０を駆動する。マスターＬＥＤコントローラシステム２３０は、ＤＭＸ５１２−Ａ通信プロトコル情報をデイジーチェーン構成の次のＤＭＸ５１２−Ａベースのデバイスへ中継する。
【０１８９】
また、本開示の教示は、専用のＤＭＸ５１２−Ａベースのシステムでも使用できる。図１３は、ＤＭＸ５１２−Ａベースの舞台照明システム１３３９専用のラインドライバ回路１３２０のシステムの実装を示す。従来のＤＭＸ５１２−Ａベースのコントローラシステム１３３０を使用し、ＤＭＸ５１２−Ａ形式にしたデータ１３３１をＤＭＸ５１２−Ａベースのラインドライバ回路１３２０へ送信する。これと同じラインで電源１３１０へ送る電流も伝送することができる。ラインドライバ回路１３２０内のＤＭＸ５１２−Ａデータインタフェース１３２５は、ＤＭＸ５１２−Ａプロトコル形式のコマンドを受信して復号化する。
【０１９０】
次にラインドライバ回路１３２０は、これらのコマンドを変換し、変換したこのコマンドを、個別に制御されるＬＥＤユニット１３５０に給電する電流に沿ってドライバライン１３２１の下流へ送信する。個別に制御されるＬＥＤユニット１３５０は、このコマンドを受信し、適切に実行する。個別に制御されるＬＥＤユニット１３５０は、ＬＥＤを様々な輝度レベルで点灯するだけでなく、その他の追加機能も実行することができることに注意されたい。例えば、個別に制御されるＬＥＤユニット１３５０は、ＬＥＤのパンやティルトなどの特徴およびゴボの使用を追加で組み入れることができる。（ゴボとは、光の出力に効果を与えるために光源の前面で使用するフィルタやパターンのことである。）
【０１９１】
ＤＭＸ５１２−Ａデータインタフェース１３２５は、デイジーチェーン構成のストリングの次のＤＭＸ５１２−Ａベースのユニット１３２７も制御データを受信するようにＤＭＸ５１２−Ａプロトコルを出力できる。同じように、次のＤＭＸ５１２−Ａベースのユニット１３２７には電源１３１０から電力信号を送ることもできる。
【０１９２】
自動車用の用途でのＬＥＤストリングの使用
自動車には様々な光源が多数使用されている。例えば、典型的な自動車の場合、自動車のコーナーに少なくともターンインジケータランプ４つ、ブレーキランプ２つ、車内灯、ナンバープレートランプ、中央に取り付けるブレーキランプ、トランクライト、ボンネットライト、リバースインジケータランプ、およびこれ以外のランプがある。このような異なるランプのそれぞれに、特定の輝度および色の必要性に応じて異なるタイプの電球を使用することができる。このような様々な異なるランプを駆動するため、自動車には様々な異なる大きさのハーネスが張り巡らされている。車には様々な種類や構成があるため、多種多様なライン用ハーネスが必要である。この従来のシステムでは、様々な異なる多数のライン用ハーネスおよび電球を備蓄しておかなければならないため、困難な在庫管理の問題が生じる。
【０１９３】
自動車の配線を簡易化するため、以前のセクションで記載した単一配線の複数のＬＥＤユニットのストリングを自動車環境に使用することができる。単一の配線を自動車に張り巡らせ、自動車に搭載された様々な異なるランプの出力すべてを（それぞれのランプの出力に余力を持たせて）つなげることができる。例えば、単一の配線を制御位置から開始し、次に前方左のインジケータランプ、前方右のインジケータランプ、車内灯、後方右のインジケータランプ、後方右のブレーキランプ、後方左のインジケータランプ、後方左のブレーキランプ、リバースインジケータランプ、ナンバープレートランプ、トランク／ハッチランプ、そしてその他の必要なランプの位置、最後は中央制御位置へ戻るように配線することができる。次に、光源が必要な各箇所でこの配線を切断し、制御されるＬＥＤランプユニット図２の２５０）をこの配線に続けて接続する。
【０１９４】
ストリングの全ランプユニットの制御を、中央制御ユニット（ＬＥＤ駆動システム２３９など）で処理する。中央制御ユニットは、それぞれのランプユニットから光がどのように出力されるか（色、輝度、およびこれらの変化）を正確に制御するため、同じランプ出力ユニットをすべての異なる場所で使用できる。例えば、中央制御ユニットは、確実にターンシグナルインジケータランプを黄色に点滅させ、ブレーキランプを赤色に出力させ、リバースインジケータランプを白色に出力させる。安全向上のため、２つの独立したストリングを並列に稼働させ、１つのストリングが動作不良になっても、他のストリングは動作を続ける。２線式システムなど、並列に稼働している２つのシステムであっても、従来の自動車の電気ハーネスに使用されている無数の配線よりは遙かに簡易である。
【０１９５】
本開示の照明システムは完全に制御可能であるため、自動車に搭載された中央制御ユニットは、自動車の照明に通常使用する方法とは異なる方法で使用することができる。例えば、自動車が盗難に遭った場合、無線通信システム（携帯電話ネットワークまたはゼネラルモーターズ社が提供するＯｎＳｔａｒネットワークなど）が照明システムに、車両の全ランプを迷惑に目立つパターンで点灯開始するよう命令し、盗まれた車が人目を引くようにすることができる。同じくこれと同じ技術を使用し、広い駐車場にある車を発見できない場合に人がその車を発見しやすいようにできる。車に搭載されているランプは、様々な方法で情報を出力するのに使用することもできる。例えば、車の外部ランプの列を使用してバッテリの充電状態（またはその他のデータ）を棒グラフの形で出力することができる。制御されるランプの出力は、符号化した情報を道路沿いに設置した様々なセンサに出力するのにも使用できる。例えば、様々な識別パターンを検出するセンサを駐車場や料金所に設置し、サービスの利用に対して特定の自動車を認識したりその自動車に料金を請求したりすることができる。
【０１９６】
自動車の設計および自動車部品の在庫管理が簡易化されることに加え、本開示のＬＥＤストリングシステムはエネルギー効率がきわめて高い。自動車は最終的にはガソリンから電気へと移行するため、自動車のあらゆる電気システムの効率はきわめて重要になってくる。そのため、本開示のＬＥＤベースの照明システムは電気車両内部での使用に理想的であろう。本システムはエネルギー効率の高いＬＥＤを光源として使用するだけでなく、必要に応じて光の量を慎重に制御することができる。例えば、ブレーキランプは目に見えるように日中に大量の光を出力する必要があるが、夜間には出力を少なくするように調整することができる（そのためエネルギーが節約される）。
【０１９７】
自動車の用途に加えてＬＥＤストリングシステムは、航空機内部での使用にも理想的である。航空機では重量を考慮することが鍵になるが、軽量なＬＥＤストリングシステムは最低重量の照明を提供することができる。さらに、通常の白色灯、ムード灯、および非常出口灯などの複数の目的に対して同じ照明を使用できるように照明を制御する。
【０１９８】
モジュールディスプレイシステムでのＬＥＤストリングの使用
以前のセクションに記載した、単一配線の複数のＬＥＤ電力および制御システムを使用して、ディプレイシステムを作製することができる。特に、図２Ａを参照すると、個別に制御されるＬＥＤユニット２５０をディスプレイシステム内の個々の画素として制御できるように、個別に制御されるＬＥＤユニット２５０を２次元のパターンで配列することができる。
【０１９９】
図１４は、単一のＬＥＤラインドライバ回路１４２０を使用し、８×８の２次元アレイに配列した６４個の個別に制御されるＬＥＤユニット（１４５０−１〜１４５０−６４）を駆動するシステムの例を示す。単一のドライバライン上にある２５６個の個別に制御されるＬＥＤユニットで１６×１６のアレイを作ることができる。（これは単なる一例であり、サイズおよび形が異なるモジュールを作製することもでき、このようなモジュールを任意の所望のパターンと組み合わせてもよいことに注意されたい。）単一の電源１４１０がＬＥＤラインドライバ回路１４２０および個別に制御されるＬＥＤユニット（１４５０−１〜１４５０−６４）のアレイ全体に電力を供給する。図１４に示した２次元アレイシステムの最も重要な一面は、単一の配線のみを使用して個別に制御されるＬＥＤユニット（１４５０−１〜１４５０−６４）すべてをドライバライン１４２１に接続するということである。これによって、図１４のアレイシステムがきわめて構築しやすくなる。
【０２００】
ＬＥＤラインドライバ１４２０は、画素制御データ１４３２をＬＥＤラインドライバ１４２０へ送信するマスターＬＥＤコントローラシステム１４３０で制御する。ＬＥＤラインドライバ１４２０の制御に加え、マスターＬＥＤコントローラシステム１４３０は、それぞれが自らの８×８のアレイも駆動するその他の多くのＬＥＤラインドライバを制御する。複数のアレイをモジュール式に組み合わせることによって、より大きいディプレイシステムを組み合わせることができる。例えば、図１５は、さらに小さい２次元モジュールアレイの１０×８のアレイの概念を示す。図１４の８×８のアレイを図１５の構成で使用すると、全体のディスプレイは８０×６４画素になる。それぞれのモジュールユニットおよび／またはさらに多くのユニットにおいて、さらに多くの個別に制御されるＬＥＤユニットを使用して、高解像度のディスプレイを作製することができる。
【０２０１】
２次元ディプレイシステムに加え、開示したＬＥＤストリングを３次元のパターンに構成することができる。３次元構成のＬＥＤストリングでは、３次元の画像を生成することができる。
【０２０２】
ストリングディスプレイシステムでのＬＥＤストリングの使用
以前のセクションに記載した単一配線の複数のＬＥＤ電力および制御システムは、従来のものではない様々な異なるディプレイシステムを作製するのに使用できる。例えば、個別に制御されるＬＥＤユニットのいくつかの長いストリングを互いに並列に取り付けて、図１６に示すような２次元ディスプレイシステムを作製することができる。それぞれのストリングの先頭では、ラインドライバユニットが単一のラインを駆動して、ストリング上の個別に制御されるＬＥＤユニットをすべて制御する。ラインドライバ回路はすべて、適切なデータを送出して画像をアレイ上でレンダリングする単一のマスターコントローラシステムで制御できる。図１６のディスプレイシステムは、大型のディスプレイシステムを必要とするどのような場所でも容易に丸めたり、持ち運んだり、設置したりすることができる。別の実施形態では、個別に制御されるＬＥＤユニットは、従来の巻き上げ式反射投影スクリーンのような柔軟なシートに取り付けることができる。個別に制御されるＬＥＤユニットを接続するのに平らで柔軟な配線を使用できるからである。このようなディスプレイシステムは、大型のディスプレイシステムを必要とするどのような場所でもカーペットのように丸めたり、持ち運んだり、設置したりできる。
【０２０３】
個別に制御されるＬＥＤユニットのストリングを複数組み合わせて配置すれば、仮想的にはディスプレイシステムにどのような面でも作ることができる（ストリングをぶら下げる場合は面も必要ない）。個別に制御されるＬＥＤユニットの複数のストリングを配置するのに慎重な方法で行う必要もない。数種類の２次元パターンを作製すれば、キャリブレーションシステムを使用して２次元パターンを識別し、そのパターンをキャリブレーションできる。図１７および１８を参照しながら一例を挙げる。
【０２０４】
図１７を参照すると、自由形態のディスプレイシステムの作製は、個別に制御されるＬＥＤユニットのいくつかのストリングを工程１７１０で配置することから開始される。ストリングは、ＬＥＤストリングとは別の有利な点から見た場合に少なくとも数種類の２次元パターンが生成される任意の方法で配置する。例えば、建物であればその建物の１つの側面に複数の異なるＬＥＤストリングを取り付けることができる。複数の２次元アレイを生成して制御してもよい。例えば、トラックを複数のＬＥＤストリングで覆い、このトラックの主要な２側面が２次元アレイとして機能するようにできる。
【０２０５】
次に、工程１７２０で、すべてのＬＥＤストリングをコンピュータシステムなどの単一のマスターＬＥＤ制御システムに接続する。マスターＬＥＤ制御システムは、取り付けたＬＥＤストリングの数およびアドレッシング情報を付与したＬＥＤストリングの数に関する情報を得て、この情報によってマスターＬＥＤ制御システムは各ＬＥＤユニットを独自にアドレス指定することができる。この時点で、マスターＬＥＤ制御システムは、配置したＬＥＤストリングの位置関係については一切の情報を持っていないことに注意されたい。
【０２０６】
次に工程１７３０で、キャリブレーションカメラシステムを、ディスプレイシステムの、見るのに有利な地点に配置する。建物の側面に取り付けるＬＥＤストリングの例では、適切で有利な地点は、その建物から通りを隔てた歩道であろう。トラックの例では、適切で有利な地点はトラックの側面から６メートル（２０フィート）の所ではないだろうか。（トラックの両面であれば２つの異なるキャリブレーションを実行することに注意されたい。）キャリブレーションカメラシステムを設置した後、マスターＬＥＤ制御システムは工程１７４０で一連のキャリブレーションパターンを表示する。キャリブレーションパターンは、様々なＬＥＤストリングの各ＬＥＤユニットの位置および相対輝度を特定するために使用する。このキャリブレーションによって、配置したＬＥＤユニットの２次元パターンを識別することができる。（トラックの反対側にあるＬＥＤユニットの例では視界が遮られるなどの理由で）キャリブレーションカメラから見えないＬＥＤユニットは無視される。
【０２０７】
このキャリブレーションシステムには、表示される電流のキャリブレーションパターンとキャリブレーションシステムが捕捉する画像との相互関係を容易にするため、マスターコントローラシステムとキャリブレーションシステムとの接続が必要であるようにみえる。しかし、色出力、ちらつきパターン、またはこの２つの組み合わせによってそれぞれのＬＥＤユニットのアドレスを送信する符号化システムを使用して、キャリブレーション画面を捕捉したキャリブレーション画像と合致させることもできる。
【０２０８】
キャリブレーションパターンを捕捉し、これらのパターンを使用してそれぞれのＬＥＤユニットの相対位置および輝度を識別したのち、ステップ１７５０でこのキャリブレーション情報をマスターＬＥＤ制御システムに格納する。この時点で、マスターＬＥＤ制御システムは、２次元アレイのモデルを作製するのに使用するすべての可視的なＬＥＤユニットの位置関係に関する情報を持っている。マスターＬＥＤ制御システムは、このモデルを使用して画像を変換したのち、該当するメッセージをＬＥＤユニットに送出することによって、画像をレンダリングすることができる。マスターＬＥＤ制御システムは、オプションの工程１７６０で記載したように、キャリブレーション情報の一部を個々のＬＥＤユニットに送ることによって、キャリブレーション作業の一部を個々のＬＥＤユニットに分配することができる。例えば、特定のＬＥＤユニットを、他のＬＥＤユニットよりも輝度が低いように見える状態でキャリブレーションカメラシステムの有利な地点に向けることはできない。これを補償するため、この特定のＬＥＤユニットにあるキャリブレーションデータは、このＬＥＤユニットの輝度を増大するように指定できる。
【０２０９】
ＬＥＤストリングを配置し、キャリブレーション情報を捕捉し、２次元アレイのモデルを作成すると、自由形態のディスプレイシステムはステップ１７７０で動作する準備ができた状態になる。しかし、ＬＥＤストリングを用いて２つ以上の２次元アレイを製造する場合は、２つ以上のディスプレイシステムを規定してもよい。例えば、ＬＥＤストリングで覆ったトラックでは、トラックの反対側に第２の有利な地点を選択することによって、第２のディスプレイシステムを作製できる。そのため工程１７６５では、ユーザが別の２次元の面（すなわちトラックの反対側）に対して工程１７３０〜１７６０を繰り返す選択をし、同じ一連のＬＥＤストリングから別のディスプレイシステムのモデルを作製できるようにする。
【０２１０】
図１８は、図１７の方法を用いて作製したディスプレイモデルを備えて配置した一連のＬＥＤストリングをどのように使用してビデオ情報を表示できるのかを示す。ディスプレイシステムはこのモデルを使用し、ビデオ情報を個々のＬＥＤユニットに送られるＬＥＤ制御コマンドに変換する。
【０２１１】
図１８の左から見ると、コンピュータシステム１８１０、ＤＶＤ１８１１、ＨＤＭＩ１８１２、ブルーレイ１８１３またはその他のビデオソースなどのあらゆるタイプの適切なビデオソースがフレームデコーダ１８２０に供給される。フレームデコーダ１８２０は、元のビデオソースを一連のデジタルフレーム表現に復号化する。フレームデコーダ１８２０の下にあるのは、ビデオフレームの概念を示すものである。
【０２１２】
次に、フレーム計数器１８３０が元のソースフレームのスケールをディスプレイに適合したサイズに調整する。例えば、元のビデオフレームの解像度は、補間法を用いて低下または上昇させる必要があることもある。フレーム計数器１８３０は、元のビデオフレームの一部のみにアクセスして処理する必要があるビデオ情報量を軽減することができる。フレーム計数器１８３０の下にあるのは、フレームデコーダ１８２０の下にある元のビデオフレームからサイズを縮小したビデオフレームの概念を示すものである。
【０２１３】
次に、工程１８４０でソースビデオの位置関係のリマッピングが行われる。自由形態のディスプレイシステムでは、従来の長方形のビデオフレームに正確に対応する適切な２次元アレイにはならないと思われる。そのため、ビデオソースフレームを自由形態のディスプレイシステムに対応させるため、画像のクリッピング、フレームの歪み、および画素の補間を行うことができる。位置関係のリマッピング工程１８４０の下にあるのは、自由形態のディスプレイが長方形ではないことを補償するためにフレームを歪めた画像概念である。
【０２１４】
最後に、データ配信システム１８５０では、修正したソースフレームをスキャンし、一連のＬＥＤユニットコマンドを生成して、ディスプレイモデルに応じて適切にアドレッシングしたＬＥＤユニットに送出する。データ配信システム１８５０の下にあるのは、自由形態のディスプレイシステムを作製する様々なディスプレイストリングのモデル概念である。データ配信システム１８５０は、ＬＥＤアップデートコマンドを様々なＬＥＤストリングコントローラ（１８８０−１〜１８８０−Ｎ）に送出する。元のソースビデオフレームに対して１８２０〜１８５０の工程を繰り返すことによって、（個別に制御されるＬＥＤユニットを備える）一連のＬＥＤストリングおよび図１７の方法で作製したように配置したＬＥＤストリングのモデルを使用して作製した自由形態のディスプレイシステムにビデオ情報を表示することができる。
【０２１５】
上記の技術開示は例示を意図するものであり、限定的なものではない。例えば、上記の実施形態（またはこれらの実施形態の１つ以上の態様）は、互いに組み合わせて使用することができる。その他の実施形態は、上記の記載を概観すれば当業者にとっては明らかであろう。したがって、特許請求の範囲は、添付の特許請求の範囲、およびこの特許請求の範囲に権利が与えられる等価物の全範囲を参照して決定されるべきである。添付の特許請求の範囲では、「ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ（含む）」および「ｉｎ  ｗｈｉｃｈ（ここで）」という用語は、それぞれ「ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ（備える）」および「ｗｈｅｒｅ  ｉｎ（そこで）」という用語と同等の平易な英語として使用している。また、以下の特許請求の範囲では、「ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ（含む）」および「ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ（備える）」という用語は無制限であり、すなわち特許請求の範囲にあるこのような用語の後に列挙した用語以外にも要素を含むシステム、デバイス、物またはプロセスは、この特許請求の範囲内であると考える。さらに、以下の特許請求の範囲では、「ｆｉｒｓｔ（第１の）」、「ｓｅｃｏｎｄ（第２の）」および「ｔｈｉｒｄ（第３の）」などの用語は単なる標識として使用しており、その対象物に数的要件を付与することを意図するものではない。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図６Ｄ】
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【図７】
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【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０ＡＢ】
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【図１０ＣＤＥ】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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