(57)【要約】【課題】発光体の駆動電流を調整するための方法及び装置を提供する。【解決手段】一実施態様において、複数の駆動電流のうちの駆動電流が、複数の独自の変調シーケンスのうちの変調シーケンスに従って変調される（２０２）。次に、被変調駆動電流は、複数の発光体３０２〜３１８に印加される（２０４）。その後、一連の光学的測定結果が、発光体３０２〜３１８によって放出された集合光を検知するように配置されたフォトセンサ３２０から得られる（２０６）。次に、一連の光学的測定結果と変調シーケンスとが相関されて（２０８）、複数の駆動電流のそれぞれに対する光応答が抽出される。最後に、各駆動電流が、その対応する光応答との関係に基づいて調整される（２１０）。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の発光体と、
前記発光体によって放出された集合光を検知するように配置されたフォトセンサと、
（ｉ）複数の独自の変調シーケンスのうちの変調シーケンスに従って複数の駆動電流のうちの駆動電流を変調し、（ｉｉ）前記被変調駆動電流を前記発光体に印加し、（ｉｉｉ）前記フォトセンサによって得られた一連の光学的測定結果と前記独自の変調シーケンスとを相関させて、前記複数の駆動電流のそれぞれに対する光応答を抽出し、（ｉｖ）その対応する光応答との関係に基づいて、各駆動電流を調整する制御システムと、
を具備する装置。
【請求項２】
前記発光体がさまざまな波長の光を放出する発光体を含んでいる、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記発光体が固体発光体である、請求項１または２に記載の装置。
【請求項４】
前記発光体が発光ダイオード（ＬＥＤ）である、請求項１、２、または３に記載の装置。
【請求項５】
前記独自の変調シーケンスが、擬似ランダム・ビット・シーケンス（ＰＲＢＳ）に基づくものである、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の装置。
【請求項６】
前記独自の変調シーケンスが、互いに直交している、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の装置。
【請求項７】
前記制御システムが、前記複数の独自の変調シーケンスのうちの変調シーケンスによって変調されたパイロット・トーンで、前記複数の駆動電流のうちの駆動電流を変調する、  請求項１乃至６のいずれか一項に記載の装置。
【請求項８】
独自の各変調シーケンスと組み合わせられる前記パイロット・トーンの振幅が、該パイロット・トーンが印加される前記駆動電流の通常動作値の２パーセント（％）以内である、請求項７に記載の装置。
【請求項９】
前記制御システムが光応答を直列に抽出する、請求項１乃至８のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１０】
複数の独自の変調シーケンスのうちの変調シーケンスに従って複数の駆動電流のうちの駆動電流を変調するステップと、
前記被変調駆動電流を複数の発光体に印加するステップと、
前記発光体によって放出された集合光を検知するように配置されたフォトセンサから、一連の光学的測定結果を得るステップと、
前記一連の光学的測定結果と前記独自の変調シーケンスとを相関させて、前記複数の駆動電流のそれぞれに対する光応答を抽出するステップと、
その対応する光応答との関係に基づいて、各駆動電流を調整するステップと、
を含む方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、照明装置や表示装置等の、発光体を用いた装置に関し、特に、発光体を駆動する駆動電流の調整に関する。
【背景技術】
【０００２】
さまざまな波長の光を発生することが可能なデバイス（例えば、発光ダイオード（ＬＥＤ）のような固体発光体から構成されたデバイスまたはガス放電灯から構成されたデバイス）によって、さまざまなスペクトル内容の光を発生することが可能な照明及び表示装置の構成が可能になった。こうした装置の輝度は、装置の個別発光体の輝度を変化させることによって制御可能であり、こうした装置によって生じる光のスペクトル内容は、装置のさまざまな波長の発光体の輝度比を変化させることによって制御可能である。
【０００３】
固体照明装置によって生じる光のスペクトル内容を制御するための典型的な装置については、米国特許第６，３４４，６４１号、第６，４４８，５５０号、および第６，５０７，１５９号に開示されている。
【０００４】
【特許文献１】米国特許第６，３４４，６４１号明細書
【特許文献２】米国特許第６，４４８，５５０号明細書
【特許文献３】米国特許第６，５０７，１５９号明細書
【発明の開示】
【０００５】
実施態様の１つにおける方法には、複数の独自の変調シーケンスに従って、複数の駆動電流のうちの駆動電流を変調するステップが含まれる。次に、被変調駆動電流は、複数の発光体に加えられる。その後、一連の光学的測定結果が、発光体によって放出された集合光を検知するように配置されたフォトセンサから得られる。次に、一連の光学的測定結果と独自の変調シーケンスを相関させて、複数の駆動電流のそれぞれに対する光応答が抽出される。最後に、各駆動電流が、その対応する光応答との関係に基づいて調整される。
【０００６】
もう１つの実施態様における装置には、複数の発光体、フォトセンサ、及び、制御システムが含まれている。フォトセンサは、発光体によって放出された集合光を検知するように配置されている。制御システムは、（１）複数の独自の変調シーケンスに従って、複数の駆動電流のうちの駆動電流を変調し、（２）被変調駆動電流を複数の発光体に加え、（３）フォトセンサによって得られた一連の光学的測定結果と独自の変調シーケンスを相関させて、複数の駆動電流のそれぞれに対する光応答を抽出し、（４）その対応する光応答との関係に基づいて各駆動電流を調整する。
【０００７】
さらにもう１つの実施態様における装置には、複数の発光体、フォトセンサ、及び、制御システムが含まれている。フォトセンサは、発光体によって放出された集合光を検知するように配置されている。制御システムは、（１）発光体に複数の駆動電流を加え、（２）所定の時間にわたって、所定の量だけ駆動電流の１つを周期的に変更し、（３）駆動電流の各変更毎に、フォトセンサから、駆動電流を変更した場合と変更しない場合の測定値を得て、（４）その対応するフォトセンサ測定値との関係に基づいて、各駆動電流を調整する。
【０００８】
他の実施態様についても開示する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
図面には、本発明の例証となる、現在のところ望ましい実施態様が例示されている。
【００１０】
照明また表示装置における個別発光体の数が増すにつれて、各個別発光体によって生じる光の強度（輝度）制御は、ますます面倒になる。十分な制御を施さなければ、温度及び経時変化の影響によって、発光体の一部の輝度が所望の輝度からドリフトすることになる。単色装置の場合、発光体輝度がドリフトすると、照明装置全体の光強度が変化する可能性がある。多色装置の場合、発光体輝度がドリフトすると、１）装置全体にわたる光強度の変化、並びに、２）装置全体にわたるスペクトル内容の変化の両方が生じる可能性がある。また、表示装置の場合、個別発光体の輝度がドリフトすると、所望の画像に画像アーチファクトが重ねられる可能性がある。
【００１１】
例証のため、下記の説明では、固体発光体（例えば、ＬＥＤ）から構成される照明及び表示装置に焦点を絞ることにする。しかし、以下で開示される原理は、他のタイプの発光体（例えば、ガス放電灯）にも適用可能である。
【００１２】
照明または表示装置における発光体の輝度を制御する方法の１つは、それぞれに異なるフォトセンサを利用して、装置の発光体のそれぞれによって生じる光を検知することである。しかし、これは、発光体の数が増すにつれて、扱いにくくなり、コストがかさむ可能性がある。さらに、（望まれることがある）ある特定の発光体によって生じる光と他の発光体によって生じる光が混合する結果として、ある単一発光体によって生じる光だけを検知するようにフォトセンサを配置するのが困難になることが多い。
【００１３】
場合によっては、単一フォトセンサ（または、異なる波長の光を測定するための単一グループをなすフォトセンサ）を利用して、複数の発光体からの集合光出力（すなわち、輝度）を測定することもある。次に、グループ単位で、発光体の輝度に調整が加えられる。グループをなす発光体が、全て、厳しい許容差内で製造されている限りにおいて、また、発光体が、全て、温度変化、経時変化、及び、他の要因に対して同様の応答を示す限りにおいて、発光体のスペクトル内容のグループ単位の調整は、有効と思われる。しかし、２つ以上の公称では同じ発光体の光出力と駆動電流の関係が、顕著な相違を示す場合、発光体をグループ制御すると、発光体が一部を形成している照明または表示装置が動作不良を生じることになる。
【００１４】
単一フォトセンサ（または、異なる波長の光を測定するための単一グループをなすフォトセンサ）だけを利用するシステムの場合、複数の発光体のそれぞれに対する個別制御は、発光体の集合光出力のモニタを継続しながら、発光体の１つを周期的にオフにすることにより、センサの出力から導き出すことが可能である。その発光体がオンの場合とオフの場合の示差測定を利用して、影響のある発光体の影響度を計算することが可能である。しかし、これには、装置の集合光出力に急激な変化を生じさせる効果があり、装置の光出力に可視フリッカを生じさせる可能性がある。このフリッカは、小〜中サイズの発光体アレイにおいてとりわけ顕著になる可能性がある。また、ディスプレイの場合、その発光体を通常動作から周期的に外すと、容認できない画像欠陥として表示される可能性がある。
【００１５】
発光体をオン／オフすることで生じるフリッカを低減するための方法の１つは、オフ直前及び直後に、発光体の光出力を一時的に増すことである。人間の目には、短い周期の光出力の増大と光出力のない状態を平均化する傾向があるため、フリッカは低減する。しかし、こうした方法を実施するには、発光体は、通常、その公称値を大幅に上回る光出力を生じることが可能でなければならない。このため、電力効率が低下し、発光体が過剰設計になる可能性がある。過剰設計を施さなければ、発光体光出力の大幅な周期的増大によって、発光体の早過ぎる経時変化、あるいは、故障さえ生じる可能性がある。
【００１６】
照明または表示装置における発光体の輝度を制御するための上記方法に鑑みて、これらの方法の欠点の一部または全てに対処する方法及び装置が望ましい。このため、図１〜図３には、複数の固体発光体の駆動電流を調整するための新規の方法及び装置が例示されている。
【００１７】
上記で暗示されているように、固体発光体の光出力（Ｌ）は、一般に、その駆動電流（Ｉ）に関連している。しかし、温度、経時変化、及び、他の影響の結果、発光体のＬ／Ｉ関係は、変化する場合もあり得る。発光体の動作の特性解明においてとりわけ有効な発光体のＬ／Ｉ関係の一部は、その動的Ｌ／Ｉ関係、または、その公称動作電流に関する発光体のＬ／Ｉ伝達曲線の導関数である。温度、経年変化、及び、他の効果によって、Ｌ／Ｉ曲線の勾配は変化し、従って、発光体の動的Ｌ／Ｉ関係の査定を利用して、その動作特性を推定することが可能である。
【００１８】
発光体の動的Ｌ／Ｉ関係の有用性に鑑みて、図１には、複数の固体発光体の駆動電流を調整するための第１の典型的な方法１００が例示されている。方法１００によれば、複数の駆動電流は、複数の発光体に加えられる（１０２）。実施態様の１つでは、各駆動電流は、発光体の異なる１つに加えられる。もう１つの実施態様では、各駆動電流は、発光体のサブセットに加えられる。駆動電流の１つが、所定の時間にわたって、所定の量だけ（例えば、駆動電流の通常動作値の２％）だけ変更される（例えば、増減させられる）（１０４）。一例として、駆動電流の変更は、異なる駆動電流間において輪番制でまたはランダムに実施することが可能である。駆動電流の各変更毎に、発光体が放出する集合光を検知するように配置されたフォトセンサから、駆動電流を変更した場合と変更しない場合の測定値が得られる（１０６）。本明細書における定義によれば、「集合光」は、複数の発光体のそれぞれの影響を受ける混合光である。しかし、「集合光」は、必ずしも、複数の発光体が放出する全ての光を含む必要はない。
【００１９】
方法１００では、さらに、引き続き、その対応するフォトセンサの測定結果との関係に基づく、各駆動電流の調整が行われる（１０８）。場合によっては、この調整は、その通常動作電流に関する発光体の動的インピーダンスの計算結果に応答して、実施することも可能である。場合によっては、発光体の動的インピーダンスを計算する必要がなく、ただ単に、発光体の駆動電流とフォトセンサの測定結果を利用して、駆動電流または駆動電流調整について探索することも可能である。
【００２０】
発光体の駆動電流を一部減少させる（例えば、約２パーセント（％）以下だけ減少させる）ことによって、その駆動電流の変更前後に発光体を過剰駆動する必要を免れることが可能になる。
【００２１】
図３には、方法１００の実施が可能な典型的な照明装置、表示装置、または、表示装置の一部３００が示されている。一例として、装置３００には、複数の固体発光体３０２〜３１８、及び、発光体３０２〜３１８が放出する集合光を検知するように配置されたフォトセンサ３２０が含まれている。図示のように、発光体３０２〜３１８は、異なる波長の光（例えば、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、及び、青（Ｂ）の光）を放出することが可能である。しかし、発光体３０２〜３１８は、交互に、より多くのまたはより少ない波長の光を放出することが可能であり、単色光を放出することさえ可能である。後者の場合、方法１００を利用するだけで、装置３００全体にわたって均一な発光体輝度を確保することが可能になる（すなわち、装置のスペクトル内容が装置の単色発光体によって固定されることになるので）。
【００２２】
装置３００には、さらに、制御システム３２２が含まれている。制御システム３２２は、方法１００を実施し、おそらくは、装置３００に関する他の制御機能も実施する。制御システム３２２は、単一ユニットとして示されているが、代わりに、装置３００のさまざまなサブシステム間に、制御システム３２２の電子回路を分散させることも可能である。
【００２３】
図２には、複数の固体発光体の駆動電流を調整するための第２の典型的な方法２００が例示されている。方法２００によれば、複数の駆動電流のうちの駆動電流が、複数の独自の変調シーケンスのうちのシーケンスによって変調されるパイロット・トーンに従って変調される（２０２）。独自の変調シーケンスは、変調シーケンスの相互相関がゼロになり、変調シーケンスの自己相関だけが非ゼロになるように、互いに直交するのが望ましい。
【００２４】
方法２００では、引き続き、複数の発光体に被変調駆動電流が加えられる（２０４）。実施態様の１つでは、各駆動電流は、発光体の異なる１つに加えられる。もう１つの実施態様では、各駆動電流は、発光体のサブセットに加えられる。その後、発光体によって放出される集合光を検知するように配置されたフォトセンサから、一連の光学的測定結果が得られる（２０６）。次に、一連の光学的測定結果と独自の変調シーケンスを相関させて、複数の駆動電流のそれぞれに対する光応答が抽出される。相関中、特定の変調シーケンスと相関しない光学的測定結果は、集合「ノイズ」として感知され、無視される。
【００２５】
フォトセンサの一連の測定結果と独自の変調シーケンスの相関が済むと、その対応する光応答との関係に基づいて、駆動電流のそれぞれが調整される（２１０）。場合によっては、この調整は、その通常動作電流に関する発光体の動的インピーダンスの計算結果に応答して、実施することも可能である。場合によっては、発光体の動的インピーダンスを計算する必要がなく、ただ単に、発光体の駆動電流と光応答を利用して、駆動電流または駆動電流調整について探索することも可能である。
【００２６】
方法２００の実施態様の１つでは、独自の変調シーケンスは、全てが、公称値の平均値を有し、周期的に反復する、擬似ランダム・ビット・シーケンス（ＰＲＢＳ）に基づくものである。一例として、ＰＲＢＳシーケンスは、Ｈａｄｄａｍａｒａｎｄ−ＷａｌｓｈシーケンスまたはＧｏｌｄシーケンスとすることが可能である。応答とＰＲＢＳ変調シーケンスの相関によって、一般に、高符号化利得が得られるので、ＰＲＢＳ変調シーケンスの振幅は、極めて小さくすることができる。
【００２７】
前述のように、独自の変調シーケンスは、各駆動電流毎に、独自のシーケンスの異なる１つによって変調されるパイロット・トーンで駆動電流を変調することにより、対応する駆動電流に適用することが可能である。代替案では、パイロット・トーンを利用する必要がない。しかし、パイロット・トーンを利用しない場合、相関後に検出される信号には、一般に、ＤＣ値が含まれており、その大きさを求めるのは、パイロット・トーンの振幅よりも困難である。一例として、パイロット・トーンは、小振幅方形波または正弦波のような周期的信号とすることが可能である。
【００２８】
実施態様の１つでは、独自の各変調シーケンスと組み合わせられる、パイロット・トーンの振幅は、それが加えられる駆動電流の通常動作値の２パーセント（２％）以内である。
【００２９】
方法１００と同様、方法２００も図３に示す照明または表示装置３００で実施することが可能である。方法２００を実施するように構成されると、制御システム３２２は、一連の光学的測定結果をフォトセンサ３２０から受信し、一連の光学的測定結果から直列方式で光応答を抽出することが可能である（すなわち、第１の変調シーケンスと一連の光学的測定結果の第１の部分を相関させ、第２の変調シーケンスと一連の光学的測定結果の第２の部分を相関させ、．．．以下同様に相関させることによって）。もう１つの実施態様では、制御システム３２２は、並列に光応答を抽出する（例えば、フォトセンサ３２０から受信した一連の光学的測定結果を分割または保存することによって）。
【００３０】
ＰＲＢＳのような変調シーケンスは、比較的高いビット・レートで動作することが可能であるため、また、小振幅ＰＲＢＳ変調シーケンスによって、優れた雑音耐性を得ることが可能であるため、方法３００は、照明または表示装置３００に視覚的影響をほとんどまたは全く及ぼすことなく、連続して利用することが可能である。
【００３１】
本明細書に開示の装置３００には、さまざまな用途がある。実施態様の１つでは、装置３００は、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）のバックライトの働きをすることが可能である。もう１つの実施態様では、装置３００は、汎用または専用照明（例えば、ムード照明または化粧用鏡台灯）として機能することが可能である。さらにもう１つの実施態様では、装置３００は、ディスプレイの一部または全てを形成することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】複数の発光体の駆動電流を調整するための第１の典型的な方法を例示した図である。
【図２】複数の発光体の駆動電流を調整する第２の典型的な方法を例示した図である。
【図３】図１または図２に示す方法を実施するための典型的な装置を例示した図である。
【符号の説明】
【００３３】
３００：装置
３０２〜３１８：発光体
３２０：フォトセンサ
３２２：制御システム
【図１】
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【図２】
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【図３】
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