(57)【要約】初期スペクトル組成が変動し、温度とともに変動して、ある時間にわたって劣化する別個の光束スペクトルを有する光を放射するＬＥＤなどの個々に着色された光源を有する種類の照明器具を制御する方法を開示する。方法は、初期スペクトル特徴の変動、温度の変動、およびある時間にわたる光束の劣化にかかわらず所定の所望の光束スペクトルを有する光を投射するように、このような器具を制御する。
2005535089.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のグループの発光デバイスを組み込んだ種類の照明器具によって生成された光の光束スペクトルを制御する方法であって、各グループは、実質的初期変動を有する別個の光束スペクトルを有する光を放射し、
所定の電力入力に応答して、グループによって放射された光のスペクトル分布を測定することにより、発光デバイスの複数のグループそれぞれを校正することと、
デバイスのグループが協働して、所望の複合光束スペクトルを有する光を放射するように、デバイスの複数のグループそれぞれにある発光デバイスに規定量の電力を供給することとを含む方法。
【請求項２】
校正のステップが、所定の電力入力に応答して発光デバイスの複数のグループそれぞれが放射する光束の大きさを測定することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
校正するステップが、所定の電力入力に応答して発光デバイスの複数のグループそれぞれが放射する光束の大きさ、ピーク波長、およびスペクトル半値幅を測定することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
方法が照明器具を制御して、その放射する光が、フィルタ付きまたはフィルタなしの既知の光源の光束スペクトルをエミュレートする複合光束スペクトルを有するようにする、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
供給するステップが、デバイスの複数のグループが協働して、関連する色フィルタ付きまたは色フィルタなしで、エミュレートすべき既知の光源の光束スペクトルに対して、可視スペクトルにわたって最小の正規化した平均偏差を有する複合光束スペクトルを有する光を放射するように、デバイスの複数のグループそれぞれにある発光デバイスそれぞれに、ある量の電力を供給することを含む、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
複数のグループのデバイスの各発光デバイスが、発光ダイオードであり、
複数のグループの発光ダイオードが、可視スペクトルの実質的に連続部分に広がる光を放射するように集合的に構成された少なくとも４つのグループを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
複数のグループの発光デバイスそれぞれによって放射される光の別個の光束スペクトルが、温度とともに変化し、
方法がさらに、デバイスの複数のグループそれぞれにある各発光デバイスの温度を決定することを含み、
供給するステップで発光デバイスに供給される規定量の電力が、部分的に各デバイスの温度決定に基づいて選択される、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
各グループの発光デバイスが、温度とともに変動する大きさを有する光束を放射し、
発光デバイスの複数のグループそれぞれが放射する光束のスペクトル分布を決定するステップが、複数の試験温度で、デバイスの複数のグループそれぞれによって放射される光束の大きさの測定値を考察することを含む、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
各グループの発光デバイスが、温度とともに変動する大きさおよびピーク波長を有する光束を放射し、
発光デバイスの複数のグループそれぞれによって放射される光束のスペクトル分布を決定するステップが、複数の試験温度でデバイスの複数のグループそれぞれによって放射される光束の大きさおよびピーク波長を測定する予備的ステップを含む、請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
複数のグループの発光デバイスが、ヒートシンクに装着され、
各発光デバイスの温度を決定するステップが、
１つまたは複数の温度センサを使用して、ヒートシンクの温度を測定することと、
各発光デバイスの温度を、このようなデバイスの供給されている電力の量、デバイスによって放射される光束の量、このようなデバイスとヒートシンクの間の熱抵抗、およびヒートシンクの測定温度に基づいて計算することとを含む、請求項７に記載の方法。
【請求項１１】
複数のグループの発光デバイスが、ヒートシンクに装着され、
各発光デバイスの温度を決定するステップが、
周囲温度を測定することと、
各発光デバイスの温度を、このようなデバイスに供給されている電力の量、デバイスによって放射される光束の量、このようなデバイスとヒートシンクの間の熱抵抗、このようなデバイス全部に供給されている電力の総量からデバイスによって放射される光束の総量を引いた値、ヒートシンクと周囲の空気の間の熱抵抗、および周囲温度測定値に基づいて計算することとを含む、請求項７に記載の方法。
【請求項１２】
発光デバイスの複数のグループそれぞれによって放射される光束のスペクトル分布を決定するステップが、このようなデバイスのある時間にわたる光束劣化に関する計数を考察することを含む、請求項７に記載の方法。
【請求項１３】
発光デバイスの複数のグループそれぞれによって放射される光束のスペクトル分布を決定するステップが、ある時間にわたるデバイスの温度の記録を維持することを含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
発光デバイスの複数のグループを組み込んだ種類の照明器具によって生成される光の光束スペクトルを制御する方法であって、各グループが、温度とともに変動する別個の光束スペクトルを有する光を放射し、
デバイスの複数のグループそれぞれにある発光デバイスの温度を決定することと、
温度の決定に基づいて、発光デバイスの複数のグループそれぞれによって放射される光束のスペクトル分布を決定することと、
デバイスのグループが協働して、所望の複合光束スペクトルを有する光を放射するように、デバイスの複数のグループそれぞれにある発光デバイスに規定量の電力を供給することとを含む方法。
【請求項１５】
各グループの発光デバイスが、温度とともに変動する大きさを有する光束を放射し、
発光デバイスの複数のグループそれぞれによって放射される光束のスペクトル分布を決定するステップが、複数の試験温度で、デバイスの複数のグループそれぞれによって放射される光束の大きさの測定値を考察することを含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
各グループの発光デバイスが、温度とともに変動する大きさおよびピーク波長を有する光束を放射し、
発光デバイスの複数のグループそれぞれによって放射される光束のスペクトル分布を決定するステップが、複数の試験温度でデバイスの複数のグループそれぞれによって放射される光束の大きさおよびピーク波長を測定する予備的ステップを含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１７】
供給するステップが、デバイスの複数のグループが協働して、関連する色フィルタ付きまたは色フィルタなしで、エミュレートすべき既知の光源の光束スペクトルに対して、可視スペクトルにわたって最小の正規化した平均偏差を有する複合光束スペクトルを有する光を放射するように、デバイスの複数のグループそれぞれにある発光デバイスそれぞれに、ある量の電力を供給することを含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
複数のグループの発光デバイスが、ヒートシンクに装着され、
各発光デバイスの温度を決定するステップが、
１つまたは複数の温度センサを使用して、ヒートシンクの温度を測定することと、
各発光デバイスの温度を、このようなデバイスの供給されている電力の量、デバイスによって放射される光束の量、このようなデバイスとヒートシンクの間の熱抵抗、およびヒートシンクの測定温度に基づいて計算することとを含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１９】
複数のグループの発光デバイスが、ヒートシンクに装着され、
各発光デバイスの温度を決定するステップが、
周囲温度を測定することと、
各発光デバイスの温度を、このようなデバイスに供給されている電力の量、デバイスによって放射される光束の量、このようなデバイスとヒートシンクの間の熱抵抗、このようなデバイス全部に供給されている電力の総量からデバイスによって放射される光束の総量を引いた値、ヒートシンクと周囲の空気の間の熱抵抗、および周囲温度測定値に基づいて計算することとを含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項２０】
発光デバイスの複数のグループそれぞれによって放射される光束のスペクトル分布を決定するステップが、このようなデバイスのある時間にわたる光束劣化に関する計数を考察することを含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項２１】
発光デバイスの複数のグループそれぞれによって放射される光束のスペクトル分布を決定するステップが、ある時間にわたるデバイスの温度の記録を維持することを含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項２２】
方法が照明器具を制御して、その放射する光が、色フィルタ付きまたはフィルタなしの既知の光源の光束スペクトルをエミュレートする複合光束スペクトルを有するようにする、請求項１４に記載の方法。
【請求項２３】
供給するステップが、デバイスの複数のグループが協働して、関連する色フィルタ付きまたは色フィルタなしで、エミュレートすべき既知の光源の光束スペクトルに対して、可視スペクトルにわたって最小の正規化した平均偏差を有する複合光束スペクトルを有する光を放射するように、デバイスの複数のグループそれぞれにある発光デバイスそれぞれに、ある量の電力を供給することを含む、請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
複数のグループのデバイスの各発光デバイスが、発光ダイオードであり、
複数のグループの発光ダイオードが、可視スペクトルの実質的な連続部分に広がる光を放射するように集合的に構成された少なくとも４つのグループを含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項２５】
発光デバイスの複数のグループを組み込んだ種類の照明器具によって生成される光の光束スペクトルを制御する方法であって、各グループが、ある時間にわたって劣化する別個の光束スペクトルを有する光を放射し、
発光デバイスの複数のグループそれぞれについて、時間に基づく劣化係数を確立することと、
デバイスの複数のグループそれぞれの発光デバイスに規定量の電力を供給することとを含み、規定量の電力が、部分的に、デバイスの各グループについて確立された時間に基づく劣化係数に基づいて選択され、したがってデバイスのグループが協働して、照明器具の寿命にわたって所望の複合光束スペクトルを有する光を放射する方法。
【請求項２６】
発光デバイスの複数のグループそれぞれについて、時間に基づく劣化係数を確立するステップが、ある時間にわたるデバイスの温度の記録を維持することを含む、請求項２５に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は概ね照明器具に、特に選択された色スペクトルを有する光を生成するように構成された照明器具に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の照明器具は、劇場、テレビおよび建築の照明用途で長年使用されている。通常、各器具は、凹状反射器に隣接して装着された白熱ランプを含み、反射器は、レンズ・アセンブリを通して光を反射して、光線を劇場の舞台などに向かって投射する。ランプから放射された光のうち選択された波長のみを透過し、他の波長を吸収かつ／または反射するために、器具の前端に色フィルタを装着することができる。
【０００３】
このような照明器具に使用する色フィルタは通常、ポリエステルまたはポリカーボネートなどのプラスチック膜またはガラスの形態を有し、分散した化学染料を有する。染料は、光の特定の波長を透過するが、他の波長を吸収する。このようなフィルタによって、数百の異なる色を提供することができ、これらのうち特定の色が、産業で標準色として広く容認されてきた。
【０００４】
このようなプラスチックの色フィルタは、全体的に効果的であるが、通常は制限された寿命を有する。これは主に、吸収した波長から導出された大量の熱を散逸する必要があるためである。これは、青および緑の波長を透過するフィルタにとって特に問題になっている。さらに、提供できる色の多様性は大きいが、これらの色はそれでも市販されている染料の入手可能性およびその染料とガラスまたはプラスチック基質との適合性によって制限される。また、選択されない波長を吸収するメカニズム自体が、本質的に非効率的である。ほとんどのエネルギが熱になって失われてしまう。
【０００５】
一部の照明用途では、ガス放電ランプが白熱ランプに取って代わり、ダイクロイック・フィルタが色フィルタに取って代わっている。このようなダイクロイック・フィルタは通常、多層ダイクロイック・コーティングを有するガラス基質の形態を有し、コーティングが特定の波長を反射して、残りの波長を透過する。このような代替照明器具は一般に、効率が改善され、そのダイクロイック・フィルタは、過熱による褪色または他の劣化を受けない。しかし、ダイクロイック・フィルタは、制限された色の制御しか提供せず、器具は、工業規格を満たす吸収性フィルタが生成する複雑な色の多くを再現することができない。
【０００６】
最近、白熱ランプおよびガス放電ランプを発光ダイオード（ＬＥＤ）で置換した照明器具がある。通常は赤、緑および青色のＬＥＤを使用し、適切なアレイ状に配置する。一部のＬＥＤ器具は、さらにアンバ色のＬＥＤを含んでいる。通常はパルス幅を変調した電流を使用して、選択した量の電力をこのようなＬＥＤに供給することにより、多様な色を有する光を投射することができる。このような器具は、色フィルタに対する必要性をなくし、それによって白熱ランプまたはガス放電ランプを組み込んだ以前の器具の効率を改善している。
【０００７】
この種のＬＥＤ照明器具の１つの欠点は、装置によって光束の大きさおよびピーク束波長が大きく変化することがあり、異なる色のＬＥＤが非常に異なる光束温度係数を呈する状態で、各装置の接合部温度とともに大きく変化することもあることである。さらに、各装置によって生成される光束の量は、一般にある時間にわたって劣化し、その時間にわたる温度およびその名目色に応じて、装置によって異なる速度で劣化が発生する。これらの要素が全て、このような器具によって投射される光の複合ビームの色スペクトルを大きく変動させることがある。
【０００８】
今日まで、ＬＥＤ照明器具は、光束およびスペクトル組成で識別された変動を補償するようには構成されていなかった。このような器具の使用者は、単に、投射された光線の色スペクトルが、未知の初期組成を有し、温度の変動とともに変化して、ある時間にわたってＬＥＤの劣化とともに変化するという事実を容認してきた。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
以上の記述から、初期スペクトル組成が変動し、温度とともに変化して、ある時間にわたって劣化する別個の光束スペクトルを有する光を放射し、それぞれ異なる色のＬＥＤなどの光源を制御する、改良された方法が必要であることが明白である。特に、初期スペクトル特徴の変動、温度の変動、およびある時間にわたる劣化があっても、所定の望ましい光束スペクトルを有する光を投射するように、このような器具を制御する手段が必要である。本発明は、これらの必要性を満足し、さらなる関連した利点を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、初期スペクトル組成が変動し、温度とともに変化して、ある時間にわたって劣化する別個の光束スペクトルを有する光を放射し、それぞれ異なる色のＬＥＤなどの光源を有するタイプの照明器具を制御するために改良された方法を提供することにある。この方法は、初期スペクトル特性の変動、および／または温度の変動、および／またはある時間にわたって光束の劣化があっても、所定の望ましい光束スペクトルを有する光を投射するように、器具を制御するものである。
【００１１】
特に、本発明の１つの態様では、方法は、各グループが、実質的な初期変動をて提する異なる光束スペクトルを有する光を放射するものとしても、照明器具の発生する光束スペクトルを制御するものである。方法は、所定の電力入力に応答してグループが放射する光のスペクトル分布を測定することによって、発光デバイスの複数のグループをそれぞれ校正する初期ステップと、デバイスのグループが協働して、所望の複合光束スペクトルを有する光を放射するように、デバイスの複数のグループそれぞれにある発光デバイスに規定量の電力を供給するさらなるステップを含む。
【００１２】
本発明のこの態様では、校正するステップは、所定の電力入力に応答して、発光デバイスの複数のグループそれぞれが放射する光束の大きさを測定することを含む。発光デバイスの複数のグループそれぞれが放射する光束のピーク波長およびスペクトル半値幅も測定することができる。
【００１３】
方法は、フィルタ付きまたはフィルタなしの既知の光源の光束スペクトルをエミュレートする複合光束スペクトルを有する光を放射するよう、照明器具を制御するようにもすることができる。供給するステップは、複数のグループのデバイスが協働して、エミュレートすべき色フィルタ付きまたは色フィルタなしの既知の光源の光束スペクトル、または特注スペクトルに対して、可視スペクトル全体で正規化された最小平均偏差を有する複合光束スペクトルを有する光を放射するように、デバイスの複数のグループそれぞれにある発光デバイスのそれぞれにある量の電力を供給することを含むことができる。
【００１４】
本発明の別の態様では、方法は、各グループが、温度とともに変化する異なる光束スペクトルを有する光を放射したとしても、光束によって生成される光束スペクトルを制御するものである。方法は、デバイスの複数のグループそれぞれで発光デバイスの温度を決定する初期ステップと、温度の決定に基づいて、発光デバイスの複数のグループそれぞれが放射する光束のスペクトル分布を決定するさらなるステップと、デバイスのグループが協働して、所望の複合光束スペクトルを有する光を放射するように、デバイスの複数のグループのそれぞれの発光デバイスに規定量の電力を供給するさらなるステップを含む。
【００１５】
特に、各グループの発光デバイスは、大きさ、および場合によってはピーク波長が温度とともに変化する光束を放射することができる。発光デバイスの複数のグループそれぞれが放射する光束のスペクトル分布を決定するステップは、複数の試験温度で、デバイスの複数のグループそれぞれが放射する光束の大きさ、および任意選択でピーク波長の測定値を考察することを含むことができる。
【００１６】
複数のグループの発光デバイスを、ヒートシンクに装着することができ、各発光デバイスの温度を決定するステップは、１つの温度センサを使用して、ヒートシンクの温度を測定することと、このようなデバイスに供給されている電力の量、デバイスが放射する光束の量、このようなデバイスとヒートシンクとの間の熱抵抗、および測定されたヒートシンクの温度に基づいて、各発光デバイスの温度を計算することとを含むことができる。あるいは、各発光デバイスの温度を決定するステップは、周囲温度を測定することと、このようなデバイスに供給されている電力の量、デバイスが放射する光束の量、このようなデバイスとヒートシンクとの間の熱抵抗、このようなデバイス全部に供給されている電力の総量からデバイスが放射する光束の総量を引いた値、ヒートシンクと周囲の空気との間の熱抵抗、および測定された周囲温度に基づいて、各発光デバイスの温度を計算することとを含むことができる。
【００１７】
本発明のさらに別の態様では、方法は、各グループが、ある時間にわたって劣化する異なる光束スペクトルを有する光を放射したとしても、照明器具によって生成される光の光束スペクトルを制御するものである。方法は、発光デバイスの複数のグループそれぞれについて、時間に基づく劣化係数を確立する初期ステップと、デバイスの複数のグループそれぞれの発光デバイスに規定量の電力を供給するさらなるステップとを含み、規定量の電力は、部分的にはデバイスのグループそれぞれについて時間に基づいた劣化係数に基づいて選択され、したがってデバイスのグループが協働して、照明器具の寿命を通して所望の複合光束スペクトルを有する光を放射する。発光デバイスの複数のグループそれぞれについて時間に基づいた劣化係数を確立するステップは、ある時間にわたってデバイスの温度の記録を維持することを含むことができる。
【００１８】
本発明の他のさらに詳細な特徴では、デバイスの複数のグループの各発光デバイスは、発光ダイオードである。また、複数のグループの発光ダイオードは、少なくとも４つのグループを含み、これは、可視スペクトルのほぼ連続する部分に広がる光を放射するように集合的に構成される。
【００１９】
本発明の他の特徴および利点は、好ましい実施形態に関する以下の説明を、例示的に本発明の原理を示す添付図面と組み合わせて考察することによって明白になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
次に例示的な図面、特に図１および図２を参照すると、選択された光束スペクトルを有する光線を投射するように構成された照明器具２０が図示されている。器具は、発光ダイオード（ＬＥＤ）２２などの狭帯域発光体のアレイを含み、これはそれぞれが狭帯域の色で光を放射するように構成されている。制御装置２４は、ＬＥＤが協働して、規定の複合光束スペクトルを有する光を放射するように、ＬＥＤに選択された量の電力を供給する。ＬＥＤは、ハウジング２８内のヒートシンク２６に装着される。ＬＥＤアレイの直前に配置されたコリメーティング・レンズのアレイ３０は、放射された光を収集して、器具から劇場の舞台（図示せず）などに投射される光線を生成するために、ＬＥＤごとに別個のレンズ構成要素を含む。
【００２１】
ＬＥＤ２２は幾つかの色グループで設けられ、各グループは別個の狭帯域色を有する光を放射する。１つの好ましい器具の実施形態は、８グループのＬＥＤを含み、これが集合的に、ほぼ可視スペクトル全体、つまり約４２０ナノメートル（ｎｍ）から約６８０ｎｍに広がる光束スペクトルを有する光を放射する。このような８つのＬＥＤグループの色は、ロイヤルブルー、青、シアン、緑、２つの色合いのアンバ、レッドオレンジ、および赤を含む。必要な色の光を高い輝度で放射する適切なＬＥＤが、カリフォルニア州Ｓａｎ  ＪｏｓｅのＬｕｍｉｌｅｄｓ  Ｌｉｇｈｔｉｎｇ，ＬＬＣから入手可能である。
【００２２】
照明器具２０は、白を含む広範囲の色を有する光を放射するように精密に制御することができる。色は、様々な色フィルタ付きまたは色フィルタなしの様々な先行技術の照明器具によって生成される光の光束スペクトルを厳密にエミュレートするように選択することができる。Ｄａｖｉｄ  Ｗ．Ｃｕｎｎｉｎｇｈａｍが２００２年４月８日に出願した共願特許出願第１０／１１８，８２８号には、所望の光束スペクトルを有する複合光線を生成するように、ＬＥＤ２２のグループに電力を供給するために制御装置２４によって実現された適切な制御システムを開示している。
【００２３】
表Ｉは、８つの異なる色グループを組み込んだＬＥＤ照明器具２０のＬＥＤ２２の１つの適切な補集合を識別する。８つのグループそれぞれの基本色が第１列で指定され、そのグループのＬｕｍｉｌｅｄｓビン番号が第２列で指定されている。各Ｌｕｍｉｌｅｄｓビンは、わずか５ｎｍの範囲内にピーク波長を有するＬＥＤを含む。各グループのＬＥＤの量が第３列で指定され、各グループの典型的なピーク束波長が第４列で指定されている。最後に、各グループのＬＥＤのスペクトル半値幅の典型的な上限および下限、つまり光束の輝度が少なくともピーク束輝度の半分になる波長の範囲が、第５列で指定されている。
【００２４】
【表１】
2005535089.tif 000003
表Ｉから、８つのＬＥＤ２２のグループそれぞれのスペクトル半値幅の上限は、概ね隣接するグループのスペクトル半値幅の下限と一致することが分かる。この上限と下限との間にギャップがある場合は、それを全て最小にすることが望ましい。これによって、照明器具２０は、精密に制御された複合光束スペクトルを有する光を生成することができる。さらに多くの別個のＬＥＤグループを組み込んだ照明器具は、複合光束スペクトルの精密な形状をさらによく制御できることが理解される。このような器具では、各グループのスペクトル半値幅の上限および下限が、概ね２つの隣接するグループのピーク波長と整列するように、ＬＥＤのグループを構成することができる。
【００２５】
上述したように、各Ｌｕｍｉｌｅｄｓビンは、わずか５ｎｍの範囲内にピーク波長を有するＬＥＤを含む。青の一般的な色名は実際、５つもの別個のビンからのＬＥＤを含む。したがって、単なる色名ではなく実際のＬｕｍｉｌｅｄｓビン番号を使用してＬＥＤを指定することが好ましい。
【００２６】
図３は、表Ｉの特性を有する照明器具２０の８つのＬＥＤ２２のグループ全部に全出力を供給した場合に生成された光の複合光束スペクトルを示す。このスペクトルは、ほぼ可視スペクトル全体に広がることが分かる。図３には、約３２５０°Ｋで作動し、光線路に色フィルタがない白熱ランプを有するＳｏｕｒｃｅ  Ｆｏｕｒ（登録商標）器具などの先行技術の照明器具によって投射される光線の光束スペクトルも図示されている。Ｓｏｕｒｃｅ  Ｆｏｕｒ（登録商標）器具は、ウィスコンシン州ＭｉｄｄｌｅｔｏｎのＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｔｈｅａｔｒｅ  Ｃｏｎｔｒｏｌｓから入手可能である。
【００２７】
図３では、ＬＥＤ照明器具２０の複合スペクトルは、白熱ランプ照明器具のそれを厳密にエミュレートしていることが分かる。これによって、ＬＥＤ器具が生成した光線は、白の見かけの色を有することができる。また、各グループのＬＥＤの量は、器具によって生成される合計光束が、白熱ランプ器具によって生成される（可視スペクトルの）合計光束とほぼ等しくなるように選択される。表Ｉの第３列は、２００３年の第４四半期に入手可能になるＬｕｍｉｌｅｄｓによって投射される光束値を使用して、この量の合計光束を提供するのに必要なＬＥＤの量を示す。
【００２８】
可視スペクトル全体にわたって図３で示した２つの光束スペクトル間の差の絶対値を積分すると、正規化した平均偏差（ＮＭＤ）がわずか１９．０％になった。この積分は、下式を使用して実行することができる。
【数１】
2005535089.tif 000004
ここで、λは波長であり、
ＳＬはＬＥＤ器具のスペクトルであり、
ＳＴは目標スペクトルである。
【００２９】
８つのＬＥＤグループそれぞれを構成する個々のＬＥＤ２２の光束スペクトルを、図４で示す。これらのスペクトルは、組み合わせられて、可視スペクトルの主要部分に広がるように、相互に重複することが分かる。幾つかの個々のスペクトル（例えばシアンおよび緑の色）のピーク光束値が、他の個々のスペクトル（例えば２つの色合いのアンバ）よりはるかに高いことも分かる。これは、現在市販されているＬＥＤの効率が本来異なることによるものである。これは、ＬＥＤ照明器具２０が、シアン色（１８）と比較してこれほど多くのＬＥＤを２つの色合いのアンバ（組み合わせて１０９）を組み込むかも説明する。言うまでもなく、市販されている様々なＬＥＤ間の効率の差異が今後変化すれば、所望のスペクトルを提供するために器具に必要な各ＬＥＤの量を、適切に変更することができる。
【００３０】
個々のＬＥＤ２２はそれぞれ、大きさおよびピーク波長を有する光束を放射するがこれらはほぼ初期変動がある。実際、任意の電力入力で、同じ市販の仕様を有する２つのＬＥＤの光束の大きさが、相互から２倍も異なることがあり、そのピーク波長が相互から２０ｎｍも異なることがある。言うまでもなく、そのＬｕｍｉｌｅｄｓビン番号に従ってＬＥＤを指定すると、このピーク波長の違いをわずか５ｎｍに減少させることができる。この違いは、照明器具２０によって生成される光線の複合光束スペクトルの実質的違いを引き起こすことがある。
【００３１】
図５は光束の大きさの初期変動の効果に対処しないと、投射される光線の見かけの色がいかに変化するかを示すグラフである。グラフの１つの線は、全てのＬＥＤが標準化した電力入力を受け取り、全てが以前に作動していず、全てが２５℃の接合部温度を有し、全てのＬＥＤが指定された市販の製品について典型的な光束値を有する場合に、８つのＬＥＤ２２のグループによって生成される光線の光束スペクトルを表す。グラフの別の線は、ＬＥＤが同様に全て同じ標準化した電力入力で電力供給され、全てが以前に作動したことがなく、全てが２５℃の接合部温度を有し、全てのＬＥＤが市販製品について指定された範囲の下端の光束値を有する場合に、８つのＬＥＤグループによって生成される光線の光束スペクトルを表す。所望のスペクトルからの実質的な偏差が認められる。
【００３２】
実際、典型的な光束値を有するＬＥＤ２２によって生成される光線のスペクトルは、ちょうど１７．３％という目標スペクトルに対するＮＭＤを有し、最小の光束値を有するＬＥＤによって生成された光線のスペクトルは、３８．０％という同じ目標スペクトルに対するＮＭＤを有する。これは、一連の性能の欠点を表す。以下で説明するように、制御装置２４は、光束の大きさおよびピーク波長におけるこの初期変動を補償するように構成され、したがって光束は実際、所望のスペクトルを有する光線を生成する。
【００３３】
特に、光束２０は、標準化された電力入力に応答してＬＥＤ２２の各グループが放射する光束の大きさおよびピーク波長に関する情報を制御装置２４に記憶することによって、予備的に校正される。この情報は、それぞれのＬＥＤグループに標準化した電力入力を順次供給し、その結果の光束の大きさおよびピーク光束波長を測定することによって入手することができる。その測定は、ＬＥＤ接合部を全て２５℃などの標準温度に維持しながら実行する。その後、器具を使用する場合に、制御装置が、それぞれのＬＥＤグループに必要な電力を供給し、このような各グループが、所望の大きさを有する光を放射するようにする。この方法で、ＬＥＤグループを制御して、所望のスペクトルに最も厳密に一致する光束スペクトルを有する複合光線を提供することができる。
【００３４】
任意の電力入力に応答して各ＬＥＤ２２が放射する光束も、接合部温度とともに大幅に変動する大きさおよびピーク波長を有する。特に、図６のグラフで示すように、光束の大きさは、温度の逆関数として変動する。この変動の大きさは、ＬＥＤの色ごとに異なる。例えば、青色を有するＬＥＤよりレッドオレンジ色を有するＬＥＤの方が、変動がはるかに明白である。実際、図６で示すように、任意の電力入力で、典型的なレッドオレンジのＬＥＤは、８０℃では２５℃の場合の約５５％しか光束を放射せず、典型的な青いＬＥＤは、８０℃では２５℃の場合の９０％を超える光束を放射する。
【００３５】
図６のグラフは、ＬＥＤ製造業者によって提供されたデータを使用して作成することができる。あるいは、さらに好ましくは、各照明器具２０の８つのＬＥＤ２２のグループそれぞれで試験することによって、グラフを作成することができる。これによって、個々のグループを構成する実際のＬＥＤの温度効率を考慮に入れることができる。試験は、２５℃、５０℃および７５℃などの３つの異なる温度で、全ての標準化された電力入力で各ＬＥＤグループの光束出力を測定することによって実行することが好ましい。標準的な二次曲線適合プログラムを使用して、他の温度での各グループの光束出力を予想することができる。
【００３６】
上述したように、各ＬＥＤが放射する光束のピーク波長も、接合部温度とともに変動する。通常、これらのピーク波長の変動は、約２５℃から約８０℃などの問題の温度範囲にわたって、約１０ｎｍ未満である。温度によるピーク波長の変動を特徴付けるデータは、ＬＥＤ製造業者によって提供することができる。
【００３７】
このように温度によって光束の大きさおよびピーク波長に誘発される変動は、ＬＥＤの接合部温度がある時間にわたって変化するにつれ、投射される光線の見かけの色を実質的に変化させることがある。図７は、温度によって誘発される光束の大きさの変動の効果に対処しない場合に、投射される光線の見かけの色がいかに変化するかを示すグラフである。グラフの１つの線は、接合部温度が全て２５℃である場合に、８つのＬＥＤ２２のグループによって投射される光線の光束スペクトルを表す。グラフの別の線は、同じレベルの電力を引き続き供給している間に、ＬＥＤの接合部温度を全て８０℃まで上昇させた場合の光線の光束スペクトルを表す。所望のスペクトルからの実質的な偏差が分かる。
【００３８】
実際、２５℃の接合部温度を有するＬＥＤ２２によって放射される光線のスペクトルは、ちょうど１７．３％という目標スペクトルに対するＮＭＤを有し、８０℃まで上昇した接合部温度を有するＬＥＤによって生成された光線のスペクトルは、３４．５％という同じ目標スペクトルに対するＮＭＤを有する。これは、かなりの性能の低下を意味する。以下で説明するように、制御装置２４は、光束の大きさおよびピーク波長に温度によって誘発されたこのような変動を補償するように構成され、したがって光束は実際、所望のスペクトルを有する光線を生成する。
【００３９】
特に、制御装置２４は、標準化された電力入力について、ＬＥＤ２２の８つのグループがそれぞれ投射する光束の大きさおよびピーク波長に関する情報を、平均接合部温度の関数として予備的に記憶することによって、光束の大きさおよびピーク光束波長に温度によって誘発された変動を補償する。上述したように、ＬＥＤの光束の大きさの温度感度に関する情報は、ＬＥＤグループを予備的に試験することによって決定することが好ましく、ＬＥＤのピーク波長の温度感度に関する情報は、ＬＥＤ製造業者から入手することができる。
【００４０】
照明器具２０が使用中の場合、制御装置２４は最初に、例えば反復的計算などによって、ＬＥＤの各グループのおおよその接合部温度を決定する。この決定については、以下で詳細に検討する。次に、各グループの接合部温度の決定に基づいて、制御装置は、標準的な電力入力について各ＬＥＤグループが生成する光束およびピーク波長の量を（例えば図６で示した情報を部分的に参照することによって）決定する。次に、制御装置は、器具が所望の光束スペクトルを生成するために必要ないかなる電力を全て、ＬＥＤグループに供給する。例えば、制御装置は、エミュレートすべき光束スペクトルに対して最小のＮＭＤを呈する光束スペクトルを提供するいかなる量の電力も供給することができる。
【００４１】
制御装置２４は、エミュレートすべき目標スペクトルに対して最小のＮＭＤを達成するために、反復的な方法で８つのＬＥＤ２２のグループそれぞれにどの電力レベルを供給すべきか、決定することが好ましい。最初に、初期電力量が、８つのＬＥＤ２２のグループ全部に供給されると仮定して、結果のＮＭＤを計算する。次に、計算されたＮＭＤが最小になるまで、各ＬＥＤグループに供給すると仮定される電力量を、調節して上下させる。この調節は、８つのＬＥＤグループそれぞれで連続的に実行し、最小のＮＭＤが計算されるまで、このプロセスを（通常は数回）繰り返す。
【００４２】
各ＬＥＤの接合部温度は、以下で示す式を使用して計算できるので有利である。式は、（１）グループに供給される電力、（２）各デバイスの接合部とそのケースとの間の熱抵抗、（３）各デバイスのケースとヒートシンク２６との間の熱抵抗、（４）ヒートシンクと周囲との間の熱抵抗、および（５）周囲温度に基づいて、８つのＬＥＤグループそれぞれの接合部温度を決定する。
ＴＪＸ＝（ＰＸ）（θＪＣ＋θＣＳ）＋ΣｎＸＰＸ（θＳＡ）＋ＴＡ  （ＩＩ）
ここで、ＴＪＸ＝グループＸのＬＥＤの接合部温度（℃）、
ＰＸ＝グループＸにある各ＬＥＤによって放散される電力、
θＪＣ＝各ＬＥＤの接合部とケースとの間の熱抵抗（℃／ワット）、
θＣＳ＝各ＬＥＤのケースとヒートシンクとの間の熱抵抗（℃／ワット）、
ｎＸ＝グループＸのＬＥＤの数、
θＳＡ＝ヒートシンクと周囲との間の熱抵抗（℃／ワット）、
ＴＡ＝周囲温度（℃）、および
Ｎ＝ＬＥＤグループの数、
である。
【００４３】
あるいは、温度センサをヒートシンク自体に配置すると、式は下式のように単純にすることができる。
ＴＪＸ＝（ＰＸ）（θＪＣ＋θＣＳ）＋ＴＳ    （ＩＩＩ）
ここで、ＴＳ＝ヒートシンクの温度（℃）である。
【００４４】
この式ＩＩＩは、ヒートシンクが定常状態の等温状態に到達していると仮定する。あるいは、複数の温度センサを使用することができ、ヒートシンク上のＬＥＤの物理的位置に基づいて、各ＬＥＤの接合部温度のさらに精密な推定を提供することができる。さらに、より洗練されたプログラムは、定常状態に到達している間、ヒートシンクおよびＬＥＤの熱容量を考慮に入れることによって、各ＬＥＤの接合部温度を推定することができる。
【００４５】
熱抵抗値は、以前の測定値に基づいて、またはＬＥＤ供給業者から受け取った情報に基づいて、入力値として制御装置２４に供給される。周囲温度を表す値は、適切な温度計（図面では図示せず）によって制御装置に提供される。電力値は、以下で示す式を使用して計算される。式は、幾つかのパラメータに基づいて８つのＬＥＤグループそれぞれの電力値を決定し、パラメータは全て、入力値として制御装置に供給されるか、制御装置自体によって計算される値である。特に、各ＬＥＤグループの電力値は、下式を使用して決定される。
ＰＸ＝ＢＸ［ＩＸ（ＶＸ−ＫＸ（ＴＪＸ−２５））−ψＸ］    （ＩＶ）
ここで、ＢＸ＝ＬＥＤグループＸに供給される電流のデューティサイクル（０．００〜１．００）、
ＩＸ＝１００％のデューティサイクルでグループＸのＬＥＤデバイスに供給される電流（アンペア）、
ＶＸ＝ＬＥＤグループＸの各デバイスにおける順電圧降下（ボルト）
ＫＸ＝ＬＥＤグループＸの順電圧降下温度係数（ボルト／℃）、および
ψＸ＝ＬＥＤグループＸの各デバイスによって放射される放射束（ワット）、
である。
【００４６】
ＬＥＤ２２の８つの異なるグループの接合部温度は、上式を使用して反復的方法で決定されることが理解される。これは、電力の計算値が、放射側によって、および各ＬＥＤにおける順電圧降下から影響を受けるからであり、これは両方とも接続部温度の関数であり、逆に接合部温度の計算値は電力レベルの影響を受ける。結局、連続的に計算した値は、特定の数字に収束する。
【００４７】
さらに、所定の電力入力に応答して各ＬＥＤ２２が放射する光束も、ある時間にわたり劣化する大きさを有する。このようなＬＥＤの１つの製造業者、つまりＬｕｍｉｌｅｄｓ  Ｌｉｇｈｔｉｎｇ，ＬＬＣによると、光束の大きさは通常、ＬＥＤの接合部温度に応じた速度で、ある時間にわたり劣化する。制御装置２４は、投射される光線が照明器具の寿命を通して所望のスペクトルを維持するように、このような光束の劣化を補償するように構成される。
【００４８】
ある時間にわたるこのような光束の劣化は、ＬＥＤが老化するにつれて、投射される光線の見かけの色を大幅に変化させる。図８は、このような光束の劣化に対処しない場合に、投射される光線の見かけの色がいかに変化するかを示すグラフである。グラフの１つの線は、ＬＥＤが以前に作動したことがない場合、ある時点で８つのＬＥＤ２２のグループによって生成される光線の光束スペクトルを表す。グラフの別の線は、ＬＥＤが高温で１０，０００時間作動した後に光線の光束スペクトルを示す。所望のスペクトルからの実質的な偏差が分かる。以下で説明するように、制御装置２４は、器具が実際に、所望のスペクトルを有する光線を生成するように、この光束の劣化を補償するように構成される。
【００４９】
図９は、所望の光束スペクトルを有する光線を投射するように、照明器具２０を予備的に校正し、器具を制御するためにその後に使用される情報を収集し、維持する際に、制御装置２４が従う作動ステップを示す流れ図である。プログラムの初期ステップ４０では、８つのＬＥＤグループ２２それぞれが放射する光の初期光束の大きさ、ピーク光束波長、およびスペクトル半値幅を表すデータを収集する。このデータは、ＬＥＤグループに標準化した電力入力を順次に供給し、ＬＥＤ接合部を２５℃などの標準化した温度に維持しながら、パラメータを最初に測定することによって導出される。接合部温度を５０℃などの第２温度、および７５℃などの第３温度に維持した状態で、この測定を繰り返す。次に、このようなパラメータの測定値を、ステップ４２で制御装置のメモリ（図示せず）に記憶する。
【００５０】
その後、ステップ４４で、様々な従来のフィルタ付きおよびフィルタなしの両方で、多数の従来の照明器具の光束スペクトルを表すデータを、制御装置のメモリにロードする。他の選択された光束スペクトルを表すデータも、制御装置のメモリにロードする。これで、このデータは、選択されたスペクトルをエミュレートする光線を生成するために器具２０を後に呼び出す場合に、使用することができる。
【００５１】
その後、ステップ４６で以下の情報を表すデータを記憶する。つまり（１）各ＬＥＤ２２の接合部とケースの間の熱抵抗、（２）各ＬＥＤのケースとヒートシンク２６の間の熱抵抗、（３）ヒートシンクと周囲の間の熱抵抗、（４）８つのＬＥＤグループそれぞれのデバイスの数、および（５）８つのＬＥＤグループそれぞれの順電圧降下温度係数である。このデータは、製品の製造業者から入手可能であるか、様々な熱モデリングのプログラムから計算または導出することができる。最後に、ステップ４８で制御装置２４は、ある時間にわたる各ＬＥＤの計算した接合部温度の記録を維持する。
【００５２】
図１０は、所望の光束スペクトルを有する光線を生成するために必要とされる電流の量を８つのＬＥＤ２２のグループに供給する照明器具２０を制御する際に、制御装置２４が従う作動ステップを示す流れ図である。初期ステップ５０では、制御装置は、既存の光源の光束スペクトルをエミュレートするために、器具を呼び出すか否かを決定する。これが真の場合、プログラムはステップ５２へと進み、ここではエミュレートすべき特定の光源を選択する。この選択は、光源が色フィルタを含む場合はその選択、および光線の輝度の選択を含む。
【００５３】
他方で、ステップ５０で既存の光源をエミュレートしないと決定した場合、プログラムはステップ５４へと進み、ここでは使用者によって供給された命令に基づいて特注スペクトルを作成する。所望のスペクトルが作成されたら、ステップ５６でこれをロックインする。
【００５４】
ステップ５２および５６の両方の後に、プログラムは一連のステップへと進み、ここで制御装置２４は、投射される光線が既存の光源または注文スペクトルをエミュレートするように、８つのＬＥＤ２２のグループそれぞれに供給する特定の電流を決定する。そのために、ステップ５８では、制御装置は周囲温度（またはヒートシンクの温度）を測定し、その後にステップ６０で、８つのグループそれぞれのＬＥＤの接合部温度を計算する。これは、上記の式を使用し、制御装置が計算したデータ、または上述したようにステップ４６で制御装置に供給されたデータに基づいて実行される。
【００５５】
その後のステップ６２で、制御装置２４は、上述したステップ４８で蓄積してある時間／温度のデータを使用して、８つのＬＥＤ２２のグループそれぞれについて時間に基づく劣化係数を計算する。次にステップ６４で、制御装置は、８つのＬＥＤグループのそれぞれに供給し、投射される光線に、エミュレートすべきスペクトルに対して最低のＮＭＤを有する光束スペクトルを持たせる電流の特定の量を反復的プロセスで計算する。
【００５６】
次にステップ６６で、制御装置２４は、８つのＬＥＤ２２のグループに適切な量の電流を供給するように回路を調整するために、電流駆動回路（図示せず）に適切な制御信号を提供する。電流を受け取る各グループのＬＥＤは、電流を等しく分配することが好ましい。電流の最適量を決定する特定の技術が、前述の共願の特許出願第１０／１１８，８２８号に詳細に記載されている。
【００５７】
最後にステップ６８で、プログラムは、特定の既存の光源の光束スペクトルまたは特注スペクトルをエミュレートするために照明器具２０を読み出すか否かを決定するステップ５０に戻る。このループは無制限に連続する。ある時間にわたって器具が投射する光線の光束スペクトルは、短期間の温度変動および長期間の光束劣化があっても、選択されたスペクトルをエミュレートし続ける。
【００５８】
以上の説明から、本発明は、個々に着色され、初期スペクトル組成が変動する個々の光束スペクトルを有する光を放出し、温度とともに変化して、ある時間にわたって劣化するＬＥＤなどの光源を有する種類の照明器具を制御するために、改良された方法を提供することを理解されたい。方法は、初期スペクトル特徴、温度の変動、およびある時間にわたる光束の劣化があっても、規定の所望の光束スペクトルを有する光を投射するように、光束を制御する。
【００５９】
本発明を、現在好ましい実施形態のみに関して詳細に説明してきたが、本発明から逸脱することなく様々に変更できることが当業者には理解される。したがって、本発明は請求の範囲によってのみ定義される。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明を実行する際に使用するのに適切な照明器具の略側断面図であり、器具は、ＬＥＤの多数のグループを含み、各グループが、異なる狭帯域スペクトルを有する光を放射し、グループが、可視スペクトルの実質的部分に広がる光を集合的に放射する。
【図２】図１の照明器具の前面図であり、２次元アレイで配置されたＬＥＤを示す。
【図３】ほぼ可視スペクトルの全体にわたる光を集合的に放射する８グループのＬＥＤを有する図１から図２の照明器具によって生成される光線と、白熱ランプを有し、色フィルタがない先行技術の照明器具によって生成される光線の光束スペクトルを示すグラフである。
【図４】図３のグラフで集合的に表した８グループのＬＥＤそれぞれの光束スペクトルを示すグラフである。
【図５】図１から図２の照明器具によって潜在的に生成される２本の光線の光束スペクトルを示すグラフであり、このような光線の一方は、ＬＥＤが全て２５℃の接合部温度を有する状態で、指定されたタイプのＬＥＤの典型的な大きさを有する光束を全てのＬＥＤが放射する場合に生成され、このような光線の他方は、これもＬＥＤが全て２５℃の接合部温度を有する状態で、指定されたタイプのＬＥＤの最小の大きさを有する光束を全てのＬＥＤが放射する場合に生成される。白熱ランプを有し、色フィルタがない先行技術の照明器具が生成する光線の光束スペクトルも示す。
【図６】図１から図２の照明器具にある８グループのＬＥＤのうち６つについて、光束の大きさと温度との関係を示すグラフである。
【図７】図１から図２の照明器具によって潜在的に生成される２本の光線の光束スペクトルを示すグラフであり、このような光線の一方は、ＬＥＤが全て２５℃の接合部温度を有する場合に生成され、このような光線の他方は、８グループのＬＥＤに供給する電力の量を調節せずに、ＬＥＤの接合部温度を８０℃へと上昇させた場合に生成される。白熱ランプを有し、色フィルタがない先行技術の照明器具が生成する光線の光束スペクトルも示す。
【図８】図１から図２の照明器具によって潜在的に生成される２本の光線の光束スペクトルを示すグラフであり、このような光線の一方は、ＬＥＤが全て以前の作動したことがない場合に生成され、このような光線の他方は、ＬＥＤが全て、８グループのＬＥＤに供給する電力の量を調節せずに、ＬＥＤが全て同じ接合部温度を有する状態で、高温にて約１０，０００時間作動した後に生成される。白熱ランプを有し、色フィルタがない先行技術の照明器具が生成する光線の光束スペクトルも示す。
【図９】器具を校正し、器具によって生成される光線の光束スペクトルをその後に制御する際に使用するためのデータを収集する際に、図１の照明器具の制御装置が実行する作業ステップを示す流れ図である。
【図１０】協働して、図３で示したスペクトルのような規定の複合光束スペクトルを有する光線を生成するように、ＬＥＤのグループに電力を供給する際に図１の照明器具の制御装置が実行する作業ステップを示す流れ図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【国際調査報告】
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