(57)【要約】１つまたはそれよりも多くのＬＥＤ光源に通電する電流回路を駆動する、発光ダイオードの照明システムが開示される。システムは、パルス振幅変調された（ＰＡＭ）電圧制御式電流回路を制御するように構成されたマイクロプロセッサを含む制御システムを備えており、少なくとも１つの周囲条件を監視するモニターと、監視された条件に応答して電流回路を制御するよう動作可能なマイクロプロセッサとを用いてもよい。
2005502167.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
パルス振幅変調（ＰＡＭ）電圧制御式電流回路を制御するように構成されたマイクロプロセッサを含む制御システムを備える１または１以上の発光ダイオード光源を駆動する発光ダイオード照明システム。
【請求項２】
互いの間で異なる波長帯内の光を発する複数の光源を制御するように構成された請求項１に記載の照明システム。
【請求項３】
前記光源は互いの間で少なくとも３つの異なる波長を中心とする略単色光を発する請求項２に記載の照明システム。
【請求項４】
パルス振幅変調信号のタイミング期間およびデューティサイクルを変更し制御する手段が設けられている上記請求項のいずれか１項に記載の照明システム。
【請求項５】
パルス振幅変調信号のタイミング期間およびデューティサイクルを変更し制御する前記手段は、マイクロプロセッサ、ディスクリートな電気部品回路、固定もしくはプログラム可能な水晶発振器、または集積回路タイマーを有する請求項４に記載の照明システム。
【請求項６】
パルス振幅を変調する電圧を供給する手段を有する上記請求項のいずれか１項に記載の照明システム。
【請求項７】
分圧器としてプログラム可能デジタルポテンショメータが設けられている請求項６に記載の照明システム。
【請求項８】
前記光源（複数可）を駆動する電流を監視する電流フィードバックモニターが設けられている上記請求項のいずれか１項に記載の照明システム。
【請求項９】
前記電流フィードバックモニターは、ディスクリートな電気回路または電流検知集積回路を備える請求項８に記載の照明システム。
【請求項１０】
少なくとも１つの周囲条件を監視するモニターと、監視される条件に応答して前記電流回路を制御するマイクロプロセッサとを備える上記請求項のいずれか１項に記載の照明システム。
【請求項１１】
データ接続インターフェースを内部制御デバイスまたは外部制御デバイスに提供する通信モジュールを含む上記請求項のいずれか１項に記載の照明システム。
【請求項１２】
外部信号を受け取り、その外部信号に同期して前記パルス振幅変調制御信号の周波数およびデューティサイクルを制御する手段を備える上記請求項のいずれか１項に記載の照明システム。
【請求項１３】
固体カメラシステムが前記外部信号を通過するように構成された請求項１２に記載の照明システム。
【請求項１４】
前記制御システムは、閉ループで固体照明制御システムとして構成される上記請求項のいずれか１項に記載の照明システム。
【請求項１５】
実質的に添付模式図を参照しながら説明した照明システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロプロセッサ制御の、発光ダイオード（ＬＥＤ）等のパルス振幅変調された（ＰＡＭ）発光源を用いた、単色または多色の照明を行う照明システムに関する。詳細には、本発明は、照明制御を行う方法および装置であり、例えば任意選択で、広範囲の動作温度全体を通して光出力を維持し動作寿命を長くする温度補償を含んでもよい。
【０００２】
従来の照明システムは、一般的な照明ならびに装飾、広告、警告、誘導、および娯楽用の照明の用途において長年用いられてきた。そのような照明システムは、白熱灯、ハロゲン、および蛍光灯タイプを含むがこれに限定されず、さまざまな光源を利用するが、これらは多くの欠点を被る。例えば、ハロゲンおよび白熱灯の光源は、望ましくない熱を生成し、白色光または黄色光の生成に限られる。したがって、さまざまな波長の色を生成するためには、このような光源をベースにした照明システムは、かなりの数のレンズおよびフィルタリングシステムを必要とするかもしれず、それによって、著しく望ましい状態が大幅に減りコストが大幅に増加する。このような従来の光源はまた、寿命が限られていて数千時間よりも著しく短いかもしれない。そのような光源はまた、衝撃および振動を非常に被りやすい環境において、損傷を受けやすい。
【０００３】
発光ダイオード（ＬＥＤ）光源は、最近著しく進歩しており、それによって、従来の光源に代わる費用対効果が大きいものとなる。ＬＥＤ光源は、従来の光源と比較して、寿命がはるかに長い一方で、所与の光の強度についての消費電気エネルギーが少ないので、著しい利点を提供する。ＬＥＤの、他の望ましい特性には、衝撃または振動に対する耐性が高いこと、熱損失が少ないこと、切換えの応答時間が非常に短いこと、および、照明色の選択の幅が広いこと、が含まれる。
【０００４】
しかし、従来のランプが歴史的に用いれてきたところにＬＥＤを用いる場合には、検討するべきさまざまな問題点がある。まず、ＬＥＤは熱に弱いデバイスであり、したがって、極端に広い環境温度範囲にわたって信頼性の高い動作を確保するには、ＬＥＤおよび関連する部品の動作中に発生する熱を、適切に消散しなければならない。環境条件をフィードバック制御機構として用いてそのようなシステム内のＬＥＤの動作パラメータを緩和しなければ、ＬＥＤライティングシステムの耐用年数は、著しく短くなってしまうか、または完全な故障が発生してしまう可能性がある。また、大部分のＬＥＤ光源は、特定の波長に関して照明スペクトルが限られており、それによって、人間の目の特性に応答する幅広いカラースペクトルを生成することが困難になる。通常、赤に対応する波長（６０５〜６３５ｎｍ）、緑に対応する波長（５３０〜５７０ｎｍ）、および青に対応する波長（４５５〜４９０ｎｍ）の照明スペクトルを有する、三原色を用いた混色を可能にする、そのようなＬＥＤをベースにしたライティングシステムが、多く提案されている。しかしこのようなシステムは、従来の光源と比較して、演色指数が劣り、したがって、このようなシステムで照明される対象は、人間の目に快く見えることはない。このようなシステムの多くはパルス幅変調（ＰＷＭ）技法を用いており、これは、電流制御式電流源を動作させてＬＥＤデバイスを通る電流を制御する。しかし、ＰＷＭ技法をベースにしたシステムは、無線周波妨害（ＲＦＩ）を引き起こす可能性がより高く、ＲＦＩを低減するには注意深い設計基準が必要であり、そのようなシステムがより複雑になり、そのようなシステム内での部品数が増えてしまう。例えば、電荷結合素子（ＣＣＤ）または相補型金属酸化物半導体（ＣＭＯＳ）の画像センサ等の固体カメラシステムを利用する高速検査システムにおいては、ＬＥＤ負荷を駆動するのに用いる出力のパルス幅が変化することもまた、容認できない。
【０００５】
本発明によれば、パルス振幅変調された（ＰＡＭ）電圧制御式電流回路を制御するように構成されたマイクロプロセッサを含む制御システムを備える１または１以上の光源を、好ましくは発光ダイオード光源を駆動するように構成された、照明システムを提供する。
【０００６】
本発明は、照明光出力を最適化することができる、電圧制御式電流源を、パルス振幅変調されたパルス列を用いて動作する、単一の光源または複数の光源を駆動する他の選択肢を提供する。本発明の照明制御システムは、ＲＦＩから発生するノイズを補償する、現在用いられているＰＷＭシステムよりも効率的に設計され必要な部品数が少ないパルス発生器を提供し、広範囲の動作温度全体を通して光出力を維持し動作寿命を長くする温度補償技法を組み込んでもよい。
【０００７】
本システムは、互いの間で、異なる波長帯内の光を発するようになっている、複数の光源を制御するように構成されてもよい。例えば、上記光源は、互いの間で、少なくとも３つの異なる波長を中心とする略単色の光を発するようになっていてもよい。
【０００８】
好ましくは、パルス振幅変調信号のタイミング期間およびデューティサイクルを変更し制御する手段が設けられる。これは、例えばマイクロプロセッサ、ディスクリートな電気部品回路、固定もしくはプログラム可能な水晶発振器、または集積回路タイマーを用いることで容易に達成され得る。
【０００９】
本発明の好適な実施形態において、パルス振幅を変調する電圧を供給する手段が含まれる。
【００１０】
パルス振幅を変調するために、プログラム可能デジタルポテンショメータ等の分圧器を設けることは、特に好都合である。
【００１１】
好適な実施形態において、光源（複数可）を駆動する電流を監視する電流フィードバックモニターが設けられる。該電流フィードバックモニターは、ディスクリートな電気回路または電流検知集積回路を備えていてもよい。
【００１２】
本発明の特に好ましい実施形態において、システムは、少なくとも１つの周囲条件を監視するモニターと、監視される条件に応答して電流回路を制御するようになっているマイクロプロセッサとを備える。そのような実施形態は、ライティング制御の分野において著しい実用上の利点をもたらし、少なくともＬＥＤライティングの分野において、この特徴（feature）自体が新規であると思われる。
【００１３】
本発明の他の態様によれば、１つまたはそれよりも多くの光源、好ましくは１つまたはそれよりも多くの発光ダイオード光源、に通電する電流回路を駆動する照明制御システムが提供され、少なくとも１つの周囲条件を監視するモニターと、監視される条件に応答して電流を制御するようになっているマイクロプロセッサとを備える。
【００１４】
そのようなモニターは、その付近に現れるいかなる所望の形式のエネルギーも監視するように構成されている変換器を備えてもよい。したがって、放射、機械、熱、電気、磁気、および化学エネルギーのモニターを用いてもよい。そのようなモニターの具体例として、以下のものを挙げることができる。すなわち、温度センサ、変位検出器、角度センサ、速度センサ、ひずみセンサ、加速度センサ、光電子放出検出器、光導電検出器、光起電力検出器、圧力センサ、フロー変換器、放射センサ、化学センサ、ガス検出器。
【００１５】
通信モジュールが好適に設けられて、内部または外部の制御デバイスへのデータ接続インターフェースの役割を果たす。そのような通信モジュールは、無線周波、赤外線、イーサネット、インターネット、ＤＭＸ５１２準拠、その他等の伝送システムを用いてもよい。
【００１６】
好ましくは、本システムは、外部信号を受け取り、その外部信号に同期してパルス振幅変調制御信号の周波数およびデューティサイクルを制御する。
【００１７】
そのような外部信号は、固体カメラシステムから伝達されるのが特に好ましい。このようにして、カメラを、光源を駆動するパルスと同期させて、カメラが、システムによって駆動される１組の多数の光源から常に正確なカラーバランスを入手するようになっている。
【００１８】
本発明を用いるライティングまたはディスプレイのシステムは、多くのさまざまな方法で用いることができる。本発明の用途の例は以下のとおりである。
建築のライティング、ディスプレイのライティング、販売時点情報管理のライティング、劇場のライティング、テレビスタジオのライティング（屋内と屋外の両方に適用される）、アメニティのライティング、家庭用のライティング、非常時のライティング、自動車のライティング、交通整理システム、マシンビジョンのライティング、バックライティング、医療手術室のライティング、タスクのライティング、顕微鏡の照明、計器による計測のライティング、内視鏡のライティング、光ファイバーのライティング。
【００１９】
次に、添付図面を参照して、本発明の具体的な実施形態を例として説明する。
【００２０】
図１は、電圧レベルが変化するパルス振幅変調（ＰＡＭ）信号の例を示す。ＰＡＭは、パルスの振幅を変化させることによって信号内の情報を符号化する、一般的に知られている方法であり、通信の用途において広範囲にわたって用いられている。ＰＡＭ信号を作成するためには、周波数、期間、および振幅が一定の連続したパルス列からなる、変調されていない信号が必要であり、変調中にパルス振幅が変化して、符号化されている情報を反映する。図１を参照して、ＰＡＭ信号の周波数は、パルス同士の間の期間Ｔの逆数として表すことができ、そのデューティサイクルは、出力パルスが「ハイ」である期間Ｔｏｎの、全期間Ｔに対する比として規定することができる。ＰＡＭ信号の特性は、高速のマシンビジョンの用途等、本発明の個々の実施形態に適合するように、または、光源（複数可）の照明強度出力を最適化するように、変えてもよい。
【００２１】
人間の目は光の強度への応答が非直線的であるということが既知であり、それにより、人間の目は、積分型デバイスというよりもピーク検知型デバイスとして機能する。したがって、ＰＡＭ信号を用いることによって、発光ダイオード等の光源を短期間の間動作電流を増加させて駆動することにより、人間の目により明るく見える光源を作成することが可能である。このパルス駆動技法の効果は、より大きなピーク順方向電流における個々のＬＥＤの発光特性によって決まる。しかし、ＬＥＤの相対発光効率は、ピーク順方向電流が増すにつれて低くなる可能性があるので、一般に、パルス駆動技法の有用性には実用上の限界がある。
【００２２】
図２は、本発明による照明制御システム（１００）の実施形態のブロック図を示す。本発明の照明制御システム（１００）は、照明システムを制御し、環境センサモジュール（３）と負荷電流フィードバックモジュール（１）とからの入力を有する振幅変調制御信号を発生するのに用いられる、マイクロプロセッサ制御ユニット（２）を備える。負荷駆動部（５）は、マイクロプロセッサ制御ユニット（２）とパルス信号発生器モジュール（４）の両方からの入力と、負荷（６）に接続された出力とを有する。次に負荷（６）は、負荷電流フィードバックモジュール（１）に出力を供給する。
【００２３】
図３のブロック図を参照して、本発明の照明制御システム（１００）の他の実施形態を示す。本実施形態において、通信モジュール（８）は、マイクロプロセッサ制御ユニット（２）と１つまたはそれよりも多くの外部デバイスまたはコントローラとの間の双方向データ接続を行う。本実施形態の他の態様において、環境センサモジュール（３）は複数（１個とＭ個の間）のセンサ（９）を含み、負荷駆動部（５）は、複数（１個とＮ個の間）の負荷（６）を駆動するのに用いる複数の負荷ドライバ（図示せず）を含み、負荷電流フィードバックモジュール（１）は、複数の負荷電流フィードバックセンサ（７）を含む。
【００２４】
図４はパルス信号発生器モジュール（４）の実施形態を示し、パルス信号発生器モジュール（４）は、パルス変調器クロック信号出力（１０）を負荷駆動部（５）に供給する。図４に示す電気的概略図は、演算増幅器集積回路（ＩＣ１Ａ）をベースにした方形波出力（１０）を有する非安定マルチバイブレーターを表す。図示の方形波発振器回路は、抵抗器Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ１３について１００，０００オームという値を有してもよく、抵抗器Ｒ２０について１０００オームという値を有してもよく、コンデンサＣ３、Ｃ９についてそれぞれ１０ｎＦおよび１００ｎＦという値を有してもよく、これによって、おおよそ５０％というデューティサイクルおよび１ＫＨｚという周波数が生成される。発振器の周波数は、コンデンサＣ３および抵抗器Ｒ１３について好適な値を選択することによって、用途に適合するよう変更してもよい。ナショナル・セミコンダクター社からのＬＭ３２４という低電力クワッド演算増幅器の４つのうちの１つは、好適な演算増幅器の例であろう。前述の説明から、当業者には、パルス信号発生器モジュール（４）は、５５５という正確なタイマー集積回路をベースにした方形波発振器、固定周波数水晶発振器、およびプログラム可能水晶発振器、を含むがこれに限定するものではない、他の電気回路から構成されてもよい、ということが理解されよう。さらなる実施形態において、パルス信号発生器モジュール（４）は、ナショナル・セミコンダクター社からのＬＭ５５５Ｃデバイス等の５５５のタイマーデバイスをベースにしてもよい。ＬＭ５５５Ｃのデバイスによって、電気回路部品の最小限の変更で、パルス振幅変調信号（１６）の周波数とデューティサイクルとを変化させることができる。さらに他の実施形態において、パルス信号発生器モジュール（４）は、摂氏０度から約７０度の間の温度についてわずか０．００１％という高い周波数安定度を有する、固定周波数水晶または可変周波数の、電圧制御式発振器をベースにしてもよい。電圧制御式発振器は、電位を用いてプログラムして発振の周波数を変えることができ、マイクロプロセッサ制御ユニット（２）は、パルス変調器クロック信号（１０）の周波数を制御して、照明制御システム（１００）をさまざまな用途に用いることができるようにしてもよい。好適な電圧制御式発振器の例としては、ベクトロン・インターナショナルの電圧制御式水晶発振器のシリーズ、または、エプソン・アメリカのプログラム可能水晶発振器のシリーズが含まれる。
【００２５】
図５は、負荷駆動部（５）の実施形態の電気的概略図を示す。負荷駆動部（５）によって、パルス振幅変調信号（１６）が形成され、ｎチャネル論理レベル金属酸化物半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）等の電圧制御式電流源または負荷ドライバ（２１）を、非反転緩衝増幅器（１７）によって駆動する。パルス振幅変調信号（１６）は、プログラム可能デジタルポテンショメータ（ＩＣ２）によって作成される。プログラム可能デジタルポテンショメータ（ＩＣ２）は、その入力として、パルス信号発生器モジュール（４）からはパルス変調されるクロック信号（１０）を、およびマイクロプロセッサ制御ユニット（２）からは振幅制御データ（１３）を受け取る。例示的デジタルポテンショメータは、マイクロチップ・テクノロジー社から入手可能な、ＳＰＩインターフェースを有する１４ピンのＭＣＰ４２１００というデュアルデジタルポテンショメータである。本実施形態において、デジタルポテンショメータは分圧器として用いられ、それによって、パルス振幅変調信号出力電圧（１６）が、ポテンショメータの一方の端子（２０）と他方の端子（１９）との間の電位差によって規定される入力電圧に比例することが可能になる。ＭＣＰ４２１００というデジタルポテンショメータは、２つの独立した可変抵抗器によって構成されており、そのそれぞれが、摺動子部を定める８ビット（２５６個の離散位置）のデータレジスタを有する。摺動子と、どちらか一方の抵抗器端子との間の抵抗は、データレジスタ内に記憶されている値に従って直線的に変化する。したがって、データレジスタ内に記憶される適切な値を選択することによって、パルス変調されるクロック信号（１０）の振幅（または電圧）を、１９．５ｍＶ、すなわち５Ｖを２５６個の位置で割ったもの、の分解能で変えることができる。パルス振幅変調電圧信号（１６）は、ＳＰＩシリアルインターフェースを用いてデジタルポテンショメータ（ＩＣ２）をプログラムすることによって変更される。ＳＰＩシリアルインターフェースは、マイクロプロセッサ制御ユニット（２）に接続されている。ポテンショメータを新しい抵抗値でプログラムするには、マイクロプロセッサ制御ユニット（２）がチップ選択制御ライン（１１）をローにセットし、次に、シリアルデータ入力制御ライン（１３）上でコマンドバイトを、続いてデータバイトをクロック入力しなければならない。チップ選択制御ライン（１１）がハイに上がると、コマンドが実行される。コマンドバイトおよびデータバイトは、マイクロプロセッサ制御ユニット（２）が供給するシリアルクロック（１２）の立ち上がりで、デジタルポテンショメータ（ＩＣ２）にクロック入力される。図６は、デジタルポテンショメータをプログラムするためのシーケンスを示すタイミング図である。図６において、コマンドビットは、データバイト内に含まれているデータを、チャネル選択ビットで確定するポテンショメータに書き込むよう命令するようにセットされている。チャネル選択ビットは、ポテンショメータ１にセットされている。シャットダウン制御ライン（１４）は、マイクロプロセッサ制御ユニット（２）によって制御され、パルス振幅変調信号（１６）が負荷ドライバ（２１）を駆動しないようにする熱的遮断機能として用いられ、負荷（６）を効果的にオフに切り換え、したがって、照明制御システム（１００）を、過剰温度条件において動作することから保護する。シャットダウン制御ライン（１４）をローにセットすることによって、デジタルポテンショメータ（ＩＣ２）が電力節約モードになり、ポテンショメータ端子（１９）が切り離される。電圧フォロアー構成において、非反転増幅器バッファ（１７）が用いられて、負荷の切り換え損失を低減し、ノイズの影響の受けやすさを低減し、低インピーダンス入力負荷ドライバ（２１）を、パルス変調器クロック信号（１０）等の高インピーダンス源から分離する。バッファ（１７）の構成によって、おおよそで電圧利得が１、電流利得が１になり、これは高インピーダンス源と低インピーダンスの負荷とをインターフェースするのに通常用いられる。
【００２６】
図５を参照して、バッファ段（１７）からの条件付きパルス振幅変調信号出力によって、電圧制御式電流源または負荷ドライバ（２１）にゲート電位が供給される。当業者であれば、ｎチャネルＭＯＳＦＥＴの詳細な動作を理解しよう。しかし、ゲート電極（２２）に電位を印加することによって、ドレイン電極（１５）とソース電極（１８）との間に出力電流が流れる。ドレインからソースへの出力電流の大きさは、ＭＯＳＦＥＴの特性によって決まるが、一般的に、ゲート電極（２２）において現れる電位に比例する。したがって、ゲート電極における電位がゼロに下がると、出力電流もまたゼロに下がり、負荷（６）を効果的にオフに切り換える。例示的ｎチャネルＭＯＳＦＥＴには、ビシェイからのＴＮファミリーという強化モードＭＯＳＦＥＴおよびインターナショナル・レクティファイアーからのＩＲＬＭＳ１９０２というパワーＭＯＳＦＥＴが含まれる。図７は、ゲート電圧および温度が変化するときの典型的なｎチャネルＭＯＳＦＥＴのドレイン電流の比例変化を示す。図示のように、ｎチャネルＭＯＳＦＥＴデバイスは、温度が上昇するにつれて低下する、温度係数が負のゲートしきい値電圧を有する。したがって、負荷（６）を駆動するのに必要な電流設定を維持するためには、周囲温度が上昇するにつれて、ゲートしきい値電圧（またはパルス振幅変調制御電圧（１６））を下げなければならない。パルス振幅制御信号電圧（１６）は、環境センサモジュール（３）から得られる現在の周囲温度と負荷ドライバのＭＯＳＦＥＴ（２１）の熱的特性とに従って、マイクロプロセッサ制御ユニット（２）によってスケーリングすることができる。ＭＯＳＦＥＴの熱的特性は、マイクロプロセッサ制御ユニット（２）内に記憶されるルックアップ表として実施してもよい。
【００２７】
図８に示す、負荷駆動部（５）の他の実施形態において、４つまでの別個の負荷（６）を、マイクロプロセッサ制御ユニット（２）によって独立して制御することができる。２つのデジタルポテンショメータ（ＩＣ２およびＩＣ３）はそれぞれ、２つのパルス振幅変調制御信号（１６、２４、３２、３３）を制御する。デジタルポテンショメータは、ポテンショメータのそれぞれの端子Ａに接続されて、電圧出力とプログラムされたデータ抵抗値との関係を直線的にすることができる、出力電圧オフセット抵抗器（Ｒ１００、Ｒ１０１、Ｒ１０２、Ｒ１０３）を有する。このような、約２０００オームという値を有するオフセット抵抗器によって、デジタルポテンショメータに送られるゼロのデータバイトが、１．５Ｖというゲートしきい値電圧のすぐ下と等価の電圧出力に対応することができる（すなわち、負荷ドライバがオフに切り換えられる）。オフセット抵抗器が存在することによって、デジタルポテンショメータによる出力電圧の分解能が上がり、より正確なパルス振幅変調制御信号（１６）を得ることができる。
【００２８】
通常動作において、照明制御システム（１００）は、広範囲にわたって変化する気候条件にさらされることになり、それによって、光出力の要求事項を維持するためには、負荷（６）を通る駆動電流を変えることが必要になる。例えば、低い周囲温度（−４０℃近く）においては、発光ダイオードの抵抗が高くなり、それに対応して動作電流および光出力のレベルが下がる。より高い周囲温度（７０℃近く）においては、ＬＥＤには、永久的な損傷または故障を回避するために、動作電流を少なくする必要がある。光出力を最適化し動作寿命を長くするために、電流フィードバックセンサ（７）を用いて、電源（＋ＶＤＣ）から負荷（６）および負荷ドライバのＭＯＳＦＥＴ（２１）を通って流れる電流を測定する。図９は、負荷電流フィードバックモジュール（１）内の低電位側負荷電流フィードバックセンサ（７）の実施形態の電気的概略図を示す。図９を参照して、負荷ドライバ（２１）のソース端子と回路接地（０Ｖ）との間に、電流検知抵抗器（Ｒ４）が接続されている。低オームの検知抵抗器（Ｒ４）は、０．０１オームという値を有し、負荷電流が流れるときには抵抗器の両端に小さな電位を作り出す。検知抵抗器（Ｒ４）の両端の電圧は、１Ｋオームという値を有する抵抗器Ｒ８およびＲ９を用いて、演算増幅器（ＩＣ４Ｂ）に印加される。演算増幅器（ＩＣ４Ｂ）は、差動増幅器として構成されており、コンデンサ（Ｃ６）が、パルス振幅変調クロック（１０）のいくつかの期間にわたる平均電流測定値を得るための積分器として用いられる。抵抗器Ｒ７およびＲ１０の値が１５ＫオームでありコンデンサＣ９が１マイクロファラドである場合には、負荷電流フィードバックセンサ（７）は、負荷電流１アンペア当たり約１００ｍＶに対応する出力電圧（３９）を生成する。次に、マイクロプロセッサ制御ユニット（２）内のアナログデジタル変換器（ＡＤＣ）を用いて、この出力電圧をデジタル化して１０ビットの数値にする。負荷電流フィードバックセンサ（７）の精度は、用いる検知抵抗器のタイプおよびその許容差によって定まる。最も一般的な実施において、マンガニンかコンスタンタンのどちらかである、温度係数がゼロのディスクリートな金属抵抗器が用いられる。
【００２９】
本発明の他の実施形態において、図１０に示す負荷電流フィードバックセンサ（７）は、正確な高電位側電流検知集積回路（ＩＣ１０）を用いて、負荷電流を検出する。マキシム・インテグレーテッド・プロダクツ社からのＭＡＸ４７１は、好適な電流検知集積回路の例であり、必要な外部部品が最小限であり、広範囲の温度にわたって２％という精度を提供する。図１０を参照して、電流検知集積回路（ＩＣ１０）の入力ＲＳ＋は電源（＋ＶＤＣ）に接続されており、出力ＲＳ−は負荷（６）に接続されている。通常の電流検知動作については、シャットダウンピンは接地（０Ｖ）に接続されているべきである。負荷電流フィードバックセンサ（７）は、外部抵抗器（Ｒ９）を用いて出力電圧（３９）を生成する。出力電圧はスケーリングしてもよく、次式によって求められる。
Ｒ９  ＝  Ｖｏｕｔ／（Ｉｌｏａｄ×５００μＡ／Ａ）（１）
ただし、Ｖｏｕｔは所望のフルスケールの出力電圧であり、Ｉｌｏａｄは検知されているフルスケールの電流であり、Ｒ９は電圧をセットする抵抗器である。
【００３０】
前述の実施形態において、集積回路のＯＵＴピンに容量性負荷を接続することによって電流を積分することができ、マイクロプロセッサ制御ユニット（２）内のアナログデジタル変換器（ＡＤＣ）を用いて出力電圧（３９）をデジタル化して１０ビットの数値にすることができる。
【００３１】
本発明の具体的な実施形態において、環境センサモジュール（３）は、照明制御システム（１００）内の周囲温度を監視する、熱電対、サーミスタ、または集積回路（ＩＣ）温度センサ等の、温度変換器を含む。前述したように、照明源としてＬＥＤ技術を利用する照明システムの動作および性能は、環境温度条件が変化すると著しく変化する可能性がある。例えば、環境センサモジュール（３）には、ダラス・セミコンダクター社からのＤＳ１８２１のようなＩＣ温度センサを用いてもよい。ＤＳ１８２１は、−５５℃〜１２５℃の温度範囲にわたって精度が±１℃の温度センサであり、測定に外部部品が不要である。ＤＳ１８２１は、マスター・スレーブ構成において動作し、通信に必要なデジタルポートピンが１つのみの、シングルワイヤーデジタルインターフェースを用いる。ＤＳ１８２１はスレーブの役割を果たし、４．７Ｋオームの外部プルアップ抵抗器を有するシングルワイヤーで双方向のデジタルインターフェースを用いて、マスターであるマイクロプロセッサ制御ユニット（２）に接続する。マイクロプロセッサ制御ユニット（２）は、温度センサを制御してその温度レジスタを読み取ることができる。温度レジスタは、℃での連続的な温度読取り値を含むようプログラムされることができる。環境センサモジュール（３）の他の実施形態は、監視する環境条件に適切な、さまざまな変換器を含んでもよい。そのような変換器は、放射、機械、熱、電気、磁気、および化学エネルギーを含む、時間または空間に関するさまざまな形態のエネルギーを測定してもよい。
【００３２】
図１１は、マイクロプロセッサ制御ユニット（２）と内部または外部制御デバイスとの間のデータ接続インターフェースを行う通信モジュール（８）の実施形態を示す。データ接続インターフェースは、マイクロプロセッサ制御ユニット（２）と制御デバイスとの間で、とりわけ光出力の色または強度を変化させる等、照明制御システム（１００）の機能を制御する命令を伝達するいかなるシステムも包含するよう、解釈することができる。本発明の実施形態において、通信モジュール（８）は、好適な送信機、受信機、またはその両方を備えて、無線周波、赤外線、電磁、またはその他好適な伝送方法等のさまざまな技術を用いて通信を促進してもよい。図１１の実施形態は、制御方法を２つ組み込んでいる。第１のものは、マイクロプロセッサ制御ユニット（２）が、したがって照明制御システム（１００）が、プリセットした命令に従ってスタンドアロンモードで作動することができるようにするか、または外部制御方法を選択することができるようにする、内部コントローラ（６９）であり、第２のものは、外部制御トランシーバ回路（６８）を実施する。
【００３３】
内部コントローラ（６９）は、１２ピンのＤＩＰスイッチ（５８）を備える。ＤＩＰスイッチ（５８）は、マイクロプロセッサ制御ユニット（２）に記憶されているプリセットした命令を用いて照明制御システム（１００）を制御するよう、機械的にセットされていてもよい。ＤＩＰスイッチの出力（４６〜５７）は、１６個から１個の（16 to 1）マルチプレクサ集積回路（ＩＣ９）の対応する入力（Ｄ０〜Ｄ１１）に接続されており、これによって、４つのセレクタ制御ライン（Ｍｕｘ１〜Ｍｕｘ４）上に保持されている４ビットのアドレスに従って、１６個の入力から単一の出力（４０）への多重化が可能になる。好適なマルチプレクサには、米国のテキサス・インスツルメンツによって製造される７４１５０が含まれる。マイクロプロセッサ制御ユニット（２）は、セレクタ制御ラインをセットすることができ、したがって、４つの出力ポート制御ピン（４１〜４４）を用いて、出力ピン（４０）上に適切なＤＩＰスイッチ入力状態を取り出すことができる。ＤＩＰスイッチ（５８）の個々のピンが閉じると、マルチプレクサ集積回路（ＩＣ９）上の対応するピン（４６〜５７）から、０のデータ値を表す回路接地までの、電気経路が生成される。逆に、個々のピンが開いている場合には、マルチプレクサＩＣ（ＩＣ９）から対応するプルアップ抵抗器（Ｒ５０〜Ｒ６１）を通って電圧源（＋Ｖｃｃ）までの電気経路が生成され、この電気経路は、１のデータ値を表す。ＤＩＰスイッチピンのうちの３つ（Ｄ０、Ｄ１、およびＤ２）を用いて、２３個または８個までの別個の制御効果を提供することによって、照明制御システム（１００）のスタンドアロン機能を制御する。他の９個のＤＩＰスイッチピンは、マイクロプロセッサ制御ユニット（２）内に記憶されるプリセットされる値を確定する手段を提供し、制御効果のそれぞれについて、２９個、または５１２個の、可能性のある値を提供する。制御効果スイッチの並べ換えの１つによって、照明制御システム（１００）は、利用できる場合には外部制御伝送方法を選択することができ、ＤＩＰスイッチピンＤ３〜Ｄ１１を用いて、一意のＩＤ番号またはアドレスを採用することができる（２８個または２５６個の異なるアドレスを提供する）。当業者にとっては、図１１に略述した電気回路の概略図は、マルチプレクサの１６個の入力データチャネルを利用し１６ピンのＤＩＰスイッチを用いることによって、容易に４０９６個までの異なるアドレスを提供するようにすることができる。図１１に示す実施形態は、外部制御伝送回路（６８）を利用し、外部制御伝送回路（６８）は、ＲＳ−４８５およびＲＳ−４２２のシリアルライン標準を実施する低電力トランシーバ集積回路（ＩＣ８）を組み込んでいる。ＲＳ４８５のシリアルライン標準は、マルチポイントバス伝送ライン上での双方向データ通信を提供し、１つまたは複数のマイクロプロセッサ制御ユニット（２）をネットワーク内で一緒に接続できるようにし、明かりをつけたデスクまたは適切なハードウェアおよびソフトウェアを有するコンピュータ等の中央ネットワークコントローラからのデータを用いて、個々に制御できるようにする。制御データプロトコルは、マイクロプロセッサ制御ユニット（２）��制御するのに好適ないかなる形式であってもよいが、好ましい実施形態は、ＲＳ−４８５の標準をベースにしており「DMX512/1990 Digital Data Transmission Standard for Dimmers and Controllers」という題名のアメリカ合衆国シアターテクノロジー社の出版物において説明されている、ＤＭＸ−５１２シリアルデータプロトコルを利用する。簡単のために、データパケット記述、ヘッダー、開始コード、等のＤＭＸプロトコルの詳細は本説明から省いているが、当業者にはよく理解されよう。例示的ＲＳ−４８５／ＲＳ−４２２トランシーバは、米国のマキシム・インテグレーテッド・プロダクツからの８ピンのＭＡＸ４８８Ｅであり、全二重通信を特徴にし、スルーレートが制限されており、したがって、ＥＭＩおよび線路反射が低減され、４０００フィートまでの距離にわたって１秒当たり２５０キロバイトまでのエラーなしデータ伝送を可能にしている。ＭＡＸ４８８Ｅのトランシーバ（ＩＣ８）は、望ましくない高電圧（±１５ｋＶ）からマイクロプロセッサ制御ユニット（２）を分離する。望ましくない高電圧は、伝送ケーブル上で生じる静電放電（ＥＳＤ）のために、損傷を引き起こす可能性がある。５ピンのＸＬＲタイプのソケットコネクタ（５９）が、ＩＣ８の受信機部へのデータ入力として用いられ、ＸＬＲコネクタ（５９）のピン３上のデータ＋ｖｅライン（６）が、ＩＣ８のデータ＋ｖｅ入力（Ａ）に接続し、対応するデータ−ｖｅライン（６２）が、データ−ｖｅ入力（Ｂ）に接続する。トランシーバ（ＩＣ８）は、データ＋ｖｅ（Ａ）およびデータ−ｖｅ（Ｂ）伝送ライン上の電位を比較して、受信機部の出力（ＲＯ）の論理状態を定める。データ＋ｖｅ（Ａ）入力の電位電圧のほうが、２００ｍＶ以上データ−ｖｅ（Ｂ）入力の電位電圧よりも高い場合には、出力ピン（ＲＯ）は論理状態ハイにセットされ、その他の場合には、出力ピン（ＲＯ）は論理状態ローにセットされる。トランシーバ（ＩＣ８）の受信機部からのデータ出力（ＲＯ）は、マイクロプロセッサ制御ユニット（２）の入力ポートピン（６６）にデータとして送られ、そこで次に、用いられている制御プロトコルに従って復号される。データ出力（ＲＯ）は、トランシーバ（ＩＣ８）の伝送部のデータ入力ピン（ＤＩ）に接続して、通信モジュール（８）が鎖状にリンクできるようにすることができる。前述の実施形態において、ＭＡＸ４８８Ｅのトランシーバ（ＩＣ８）は、全二重通信モードに構成され、外部制御トランシーバ回路（６８）がラインリピータとして動作することができるようにし、それぞれの通信モジュール（８）または照明制御システム（１００）の間のケーブル距離を長くする。データ＋ｖｅ出力ピン（Ｙ）は、データ出力５ピンのＸＬＲコネクタ（６０）のピン３上でデータ＋ｖｅライン（６３）に接続され、ＩＣ８のデータ−ｖｅ出力（Ｚ）は、ＸＬＲコネクタのピン２上でデータ−ｖｅライン（６４）に接続する。
【００３４】
次に、マイクロプロセッサ制御ユニット（２）の構造および動作を説明する。部分的に様式化した図１２を参照して、マイクロプロセッサ制御ユニット（２）は、パルス振幅変調信号（１６）を制御し適合させるのに必要なソフトウェアおよびハードウェアの機能を行うことができる、マイクロコントローラまたはマイクロプロセッサ（ＩＣ５）からなっている。マイクロプロセッサ（ＩＣ５）は、好ましくはマイクロチップ（MICROCHIP）ブランドからのＰＩＣ１６Ｆ８７３であるが、ほとんどいかなるマイクロプロセッサを用いて必要なソフトウェア機能を行ってもよい。マイクロプロセッサ（ＩＣ５）の主な機能は、周波数は一定だが振幅はさまざまの４つの独立したパルス振幅変調信号（１６）を制御する、制御信号（１１−１４、２７−２９）を発生することである。これは、負荷電流フィードバックモジュール（１）、環境センサモジュール（３）、および通信モジュール（８）から利用できる数値データを変換することによって、行ってもよい。
【００３５】
マイクロプロセッサ（ＩＣ５）は、５ボルトの電源（７０）に結合したピンＶＤＤ（７６）および接地基準ＶＳＳ（７７）によって電力が供給される。電源（７０）は、電圧調整器集積回路（ＩＣ７）と、１００ｎＦという値を有する減結合コンデンサ（Ｃ４、Ｃ５）とを含み、ライン（７８、７９）を介して電源（図示せず）から駆動される。例示的電圧調整器は、ナショナル・セミコンダクター社からの７８０５である。当業者であれば、大部分のマイクロプロセッサおよびその他の独立して電力が供給される多くの集積回路は、５ボルトの電源から動作するような定格にされている、ということを理解しよう。マイクロプロセッサ（ＩＣ５）のクロック周波数は、発振器ピン（ＯＳＣ１、ＯＳＣ２）に水晶（Ｘ１）と２つのコンデンサ（Ｃ１、Ｃ２）とを用いることによってセットされる。好ましくは、水晶（Ｘ１）の周波数は２０ＭＨｚであり、コンデンサＣ１およびＣ２は１ｎＦの値を有する。
【００３６】
マイクロプロセッサ（ＩＣ５）は、前に説明したマルチプレクサ（ＩＣ９）の仕組みを用いて１２ピンのＤＩＰスイッチ（５８）上にセットした値から通信モジュール（８）のステータスを順次読み取り記憶することによって、照明制御システム（１００）の機能を確定する。このような設定によって、システムのスタンドアロン機能が確定されるか、一意のＤＭＸアドレスが提供されてＲＳ−４８５トランシーバ（ＩＣ８）からの入力ピン（ＲＣ６）上に存在し、入力ピンに特にアドレス指定されているデータを検出するよう、マイクロプロセッサ（ＩＣ５）に命令がなされる。通信モジュール（８）によって提示されるデータは、十進数の０〜２５５に対応する一連の８ビットのワードまたはバイトを提供し、それぞれの負荷（６）についてオフからフル（Full）までの所望の強度を直線的に表す。マイクロプロセッサ（ＩＣ５）は、通信モジュール（８）からの新しいデータを聴取受信している間でも、負荷（６）のそれぞれについてパルス振幅変調制御信号出力（１１−１４、２７−２９）を作成するよう設計された一連のルーチンを実行している。マイクロプロセッサ（ＩＣ５）内の個々のチャネルレジスタは、それぞれの負荷（６）チャネルについての振幅設定を確定する８ビットの値を記憶する。それぞれのレジスタは、０〜２５５の値をとり得るので、このような値によって、０％〜１００％の振幅電圧の、２５６個の可能性のある量子化レベルが作成される。パルス振幅変調信号（１６）の最高電圧レベルの限界は、環境条件、特に動作温度、に適合するよう、マイクロプロセッサ（ＩＣ５）によって動的に調整され、ｍａｘｐａｍレジスタに記憶される。最高電圧設定の限界は、以下の３つの主な要因によって動的に確定される（もっとも、その他のより重要度が低い要因もまた考慮に入れてもよい）。
１）ＬＥＤ負荷電流の熱的特性（図１３を参照されたい）。
２）温度に伴うＭＯＳＦＥＴのゲート対ソース電圧特性（図７を参照されたい）。
３）電流フィードバックセンサの熱的特性。
【００３７】
図７を参照すると、ＭＯＳＦＥＴのゲート対ソース電圧ＶＧＳは、温度と共に変化し、負荷（６）を通るドレイン電流ＩＤに影響を及ぼす。５Ａまでのドレイン電流については、ゲート対ソース電圧曲線はほぼ同様であり、測定した温度に従ってゲート電圧のオフセットを適用することによって計算することができる。このオフセットは、マイクロプロセッサ（２）に搭載されているメモリに記憶され、測定した温度において必要なゲート電圧を計算するのに用いられる。負荷（６）の実際のドレイン電流は、駆動している負荷（６）におけるＬＥＤの数およびタイプと、接続が行われているネットワークの空間配列とによって決まる。図１３（ａ）は、単一の赤のＡｌＩｎＧａｐのＬＥＤの順方向電流の、温度に伴う変化を示し、図１３（ｂ）は、青または緑のＩｎＧａＮのＬＥＤについての同様のものを示す。ＡｌＩｎＧａｐのＬＥＤおよびＩｎＧａＮのＬＥＤはともに、アジレント・テクノロジーズからのものである。マイクロプロセッサ（ＩＣ）が、周囲温度の差について負荷（６）の駆動を補償するために、所与の温度読取りについて、それぞれのＬＥＤを通る最大電流負荷を計算しなければならない。所与のＬＥＤについて、永久的な損傷を引き起こさない最大ＤＣ電流Ｉｍａｘは、図１３を参照することと次式によって確定することができる。
【００３８】
Ｔｘ＞Ｔｐｏｉｎｔ−１かつＴｘ＜Ｔｐｏｉｎｔ−２の場合、
最大ＤＣ電流Ｉｍａｘ＝Ｉｐｏｉｎｔ−１＋｛（Ｔｐｏｉｎｔ−１−Ｔｘ）×Ｉｐｏｉｎｔ−１−Ｉｐｏｉｎｔ−２）｝／（Ｔｐｏｉｎｔ−１−Ｔｐｏｉｎｔ−２）    （２）
Ｔｘ＜Ｔｐｏｉｎｔ−１の場合、
最大ＤＣ電流Ｉｍａｘ＝ＬＥＤについての最大ＤＣ順方向電流              （３）
Ｔｘ＞Ｔｐｏｉｎｔ−２の場合、
最大ＤＣ電流Ｉｍａｘ＝０ｍＡ（ＬＥＤをオフに切り換えなければならない）  （４）
ただし、Ｔｘは測定した周囲温度、Ｔｐｏｉｎｔ−１は図１３におけるＬＥＤ特性のポイント１の温度、Ｔｐｏｉｎｔ−２は図１３におけるＬＥＤ特性のポイント２の温度、Ｉｐｏｉｎｔ−１は図１３におけるＬＥＤ特性のポイント１の順方向電流、Ｉｐｏｉｎｔ−２は図１３におけるＬＥＤ特性のポイント２の順方向電流。
【００３９】
負荷駆動部（５）、負荷（６）、および負荷電流フィードバックモジュール（１）のそれぞれのチャネルについての熱的特性から計算されるデータ値を用いて、搭載マイクロプロセッサメモリ（図示せず）内に記憶されるルックアップ表を作成しそれぞれの負荷（６）についてパルス振幅変調制御信号出力（１１−１４、２７−２９）を確定する。負荷（６）についての最高動作温度は、図１３に示すＬＥＤ特性の最高動作温度の最低値によって確定される。ここでは例えば、ＩｎＧａＮが最低値を有し、摂氏８０度よりも高温で動作するべきではない。マイクロプロセッサ（ＩＣ５）は、ピン（ＲＡ４）上で環境温度センサ（９）とつながり、その時の温度を要求して最大負荷駆動設定を確定する。マイクロプロセッサ（ＩＣ５）は、測定した温度が負荷（６）についての最高動作温度よりも高い場合には、出力ピン（ＲＢ３）をローにセットすることによって負荷ドライバ部（５）をオフに切り換えるよう、構成してもよい。前述したように、出力ピン（ＲＢ３）をロー状態にセットすることによって、デジタルポテンショメータ（ＩＣ２、ＩＣ３）はシャットダウンされ、それらの出力ピン（１６、２４、３２、３３）は接地に接続される。このサーモスタット機能によって、安全性の機能が提供され、周囲温度が高いために負荷（６）が永久的に損傷してしまうということがなくなる。負荷電流フィードバックモジュール（１）は、それぞれの対応する負荷チャネルについての４つの独立したアナログ電圧信号（７１〜７４）を、マイクロプロセッサ（ＩＣ５）搭載のアナログデジタル変換器（ＡＤＣ）ピン（ＡＮ０、ＡＮ１、ＡＮ２、およびＡＮ４）に供給する。アナログ電圧信号は、負荷電流フィードバックセンサ（７）によってそれぞれの負荷（６）を通して測定する実際の電流を表し、１０ビットのデジタル数値に変換される。負荷電流フィードバックによって、マイクロプロセッサ（ＩＣ５）が、それぞれの負荷（６）についてパルス振幅変調制御信号出力（１１−１４、２７−２９）を能動的に変えて確実に技術的仕様内で動作するようにすることができる。周囲温度およびフィードバック電流は、連続して測定してもよいが、実際の値は、短期間にわたって著しく変化するはずがなく、したがって、割込タイマーをセットして時間間隔をカウントしてもよい。いったんその時間間隔が経過すると、温度および負荷電流の値を得るルーチンが呼び出される。いったんこのような値が得られると、パルス振幅変調制御信号出力（１１−１４、２７−２９）について必要な最高電圧限界値を確定する計算が行われる。マイクロプロセッサ制御ユニット（２）は、ファンまたはペルチエ冷却器等その他の冷却装置を、ライン（８０）とトランジスタ、またはリレー等の切り換え装置（図示せず）とを用いてその装置（８１）に出力ピン（ＲＣ０）を接続することによって制御してもよい。ファン等の冷却装置を用いて、負荷（６）の上に空気流を設けて、負荷（６）において測定される周囲温度を下げ、マイクロプロセッサ（ＩＣ５）が光の強度出力を強くできるようにしてもよい。
【００４０】
ＰＡＭ割込ルーチンは、ＲＢ２制御ライン（１３）およびＲＢ８制御ライン（２９）に接続されたＳＰＩシリアルインターフェースを用いて、それぞれのデジタルポテンショメータ（ＩＣ２、ＩＣ３）の負荷チャネルのそれぞれについて０〜２５５の値をプログラムすることによって、実施される。マイクロプロセッサ（ＩＣ５）から負荷駆動部（５）のデジタルポテンショメータにデータを送るプロトコルについては、前述した。マイクロプロセッサ（ＩＣ５）は、新しいデータを受け取ると、ｍａｘｐａｍレジスタから最高設定を読み取り、適用するべき正しいパルス振幅変調電圧を確定する。それぞれの負荷（６）の照明出力は独立して更新することができ、それによって、照明制御システム（１００）は、ストロボの光のように速くパルスを出すことができる。そのような周波数およびデューティサイクルが一定のパルス振幅変調信号を用いてそれぞれの独立した負荷（６）を駆動することには、利点が３つある。第１に、それぞれの負荷（６）が、ストロボの光のように速くパルスを出す／ストロボ光を発することができる。ここでは、個々のチャネルレジスタ内の値は高強度の値と低強度の値との間を高速で変える。第２の利点は、個々のチャネルレジスタ内で一連の減少していく値を順次適用することによって、負荷強度出力が目に見えてわかるほどちらつくことなく、それぞれの負荷（６）を独立して「弱める」、ということである。第３の利点は、正確に同じ周波数およびデューティサイクルで、それぞれの負荷（６）がパルス駆動され、それによってそれぞれの負荷（６）同士の間で正確な照明同期が可能になる、ということである。デューティサイクルが一定であることによって、照明制御システム（１００）を高速マシンビジョンの用途において用いることができる。それに対して、可変デューティサイクルを用いる他の技法（例えばパルス幅変調を用いるシステム）は、負荷信号のステータス次第で、ちらつきまたは色の変化を呈する可能性がある。
【００４１】
前述の説明から、パルス振幅変調技法に基づいて、能動的フィードバックを行って、広範囲の動作温度全体を通して光の強度出力を最適化し動作寿命を長くする照明制御システム（１００）を構成することができる、ということがわかる。照明制御システム（１００）が少なくとも３つの負荷を含み、それぞれが所定の波長において可視光を提供する場合には、それぞれの負荷が発する光の強度をあらかじめ選択することによって、いかなる照明またはディスプレイの色も生成することができる。さらに異なる波長において可視光を提供する第４の負荷を付け加えることによって、色度、効率、および演色指数について、照明またはディスプレイの色を最適化することができる。さらに、パルス振幅変調信号の振幅次第で、それぞれの負荷は、２５５個の異なる強度のいずれにおいても発光することができ、フルの強度のパルスは、ＬＥＤに最大電流を通すことによって発生する。さらに、環境条件を監視して最大許容負荷電流を適合するよう調整するマイクロプロセッサを用いて、好都合なことに最大負荷強度出力をプログラムすることができる。その結果、マイクロプロセッサ（ＩＣ５）内に記憶されているパラメータを単に変えることによって、さまざまな発光特性を含む負荷モジュールを都合よく交換することができる。
【００４２】
本発明のさらなる実施形態を用いて、屋外の用途に適合する照明システム（１１０）を提供することができる。図１４を参照して、円筒形の本体部（８１）を含む本発明の照明システムの分解組立図を示す。本体部（８１）は、本体部（８１）と光出力部（９７）との間に「オー」リング（１０１）を固定するのに用いる３つのクリップ（８２）を含む。本体部（８１）はまた、電力および外部制御コマンドを照明制御システム（１００）に伝達できるようにする、電力供給および外部通信のコネクタ（図示せず）も含む。クリップは、対応する、光出力部（９７）上の高くなった領域（９８）につながり、本体部（８１）を水を通さないように光出力部（９７）に接続できるようにする。好ましくは、照明システムのハウジングの材料は、アルミニウム等の熱伝導物質でできており、熱損失を大きくする。光出力部（９７）は、シールしたレンズまたはカバープレート（９９）を含み、照明システム（１１０）からの光出力がそこを通ることができるようにする。カバープレート（９９）は、ガラスまたはプラスチック等の透明な物質で構成してもよく、特定の用途に適合するよう変更してもよい。カバープレート（９９）はまた、カバープレート表面の片側または両側が、個々の負荷（６）からの光を拡散または混合する粗い構造を有する状態で、光拡散／混合特性を呈してもよい。
【００４３】
照明システム（１１０）は、制御ドライバモジュール（８６）と光出力モジュール（９０）とからなっている。制御ドライバモジュール（８６）と光出力モジュール（９０）とは、標準のスペーサ（８７）および固定ねじ（９１）を用いて機械的に固定される。制御ドライバモジュール（８６）は、１６ピンのコネクタ（８４）とともに、マイクロプロセッサユニット（２）、負荷駆動部（５）、パルス信号発生器モジュール（４）、負荷電流フィードバックモジュール（１）、および通信モジュール（８）の回路を含み、制御ドライバモジュール（８６）と光出力モジュール（９０）との間で電力および制御信号が伝達できるようにする。コネクタ（８４）は、好ましくは、大負荷電流を保持することができる標準のモレックス（Ｍｏｌｅｘ）（商品名）タイプの接続システムであるが、実際には、大電流負荷を保持することができるいかなる接続システムを用いてもよい。照明システム（１１０）には、低電圧、２４Ｖの直流電源ユニットを用いて電力が供給される。直流電源ユニットは、２ピンのモレックス（商品名）コネクタ（図示せず）を用いて制御ドライバモジュール（８６）に接続される。他の実施形態は、標準の電池またはソーラーパネルを含むがこれに限定するものではない、電圧レベルおよび電流タイプがさまざまな異なる電源ユニットを含んでもよい。
【００４４】
本実施形態の光出力モジュール（９０）は、自立型であり、いかなる同様に構成された光モジュールとも互換性を有するよう構成されていてもよい。光出力モジュール（９０）は、１６ピンのコネクタ（８９）を含んで、制御および電力の電気信号が、制御ドライバモジュール（８６）上に配置された対応する１６ピンのコネクタ（８４）に接続できるようにしてもよい。光出力モジュール（９０）はまた、ＬＥＤの組に近接して配置された環境温度センサ、１２ピンのＤＩＰスイッチ（５８）、および複数のＬＥＤの組（図示せず）も含む。ＬＥＤの組は、幾何学的配置パターンになるよう配列した赤、緑、および青の原色ＬＥＤを含む、３つの独立した負荷チャネル（６）からなっている。図１５は、ＬＥＤの原色の配置パターンを含む光出力モジュール（９０）を示す。当業者には、一般に照明出力の強度はＬＥＤのタイプに従って変化し、青のＬＥＤが生成する強度は、赤または緑のＬＥＤと比較して著しく低い、ということが理解される。したがって、適切で一様な混色出力を可能にするためには、緑および赤のＬＥＤのそれぞれについて、少なくとも２つの青のＬＥＤがなければならない。照明システム（１１０）内で用いる負荷（６）の数およびタイプ次第で、ＬＥＤのさらなる幾何学的な位置を検討してもよい。本実施形態では、青および緑のＬＥＤのタイプが日亜アメリカ社から入手可能である一方で、ヒューレット・パッカード社から入手される赤のＬＥＤを利用している。
【００４５】
本明細書において本発明の好ましい実施形態を示し説明したが、そのような実施形態は本発明の一例に過ぎない。当業者であれば、添付の特許請求項において規定される本発明の精神および範囲から逸脱することなく、様々な変形、変更、および差し替えが可能であることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】期間Ｔを有する電圧パルスの振幅の変化を示すパルス振幅変調された信号の例を示すグラフである。
【図２】パルス振幅変調された信号を発生するのに用いるマイクロプロセッサ制御ユニット、環境センサモジュール、パルス信号発生器モジュール、負荷ドライバ部、負荷電流フィードバックモジュール、および負荷を示す本発明による照明システムの一実施形態のブロック図である。
【図３】パルス振幅変調された信号を発生するのに用いるマイクロプロセッサ制御ユニット、通信モジュール、複数の環境センサモジュール、パルス信号生成器モジュール、負荷ドライバ部、複数の負荷電流フィードバックモジュール、および複数の負荷を示す本発明による照明システムの他の実施形態のブロック図である。
【図４】パルス信号発生器モジュールの一実施形態の電気回路の様式化した概略図である。
【図５】パルス振幅変調負荷駆動部の一実施形態の電気回路の様式化した概略図である。
【図６】デジタルポテンショメータをプログラミングするのに必要な、チップ選択、シリアルクロック、およびシリアルデータ入力の制御信号を示すタイミング図である。
【図７】ゲート電圧および典型的なｎチャネルＭＯＳＦＥＴの温度に対する、ドレイン電流の変化を示すグラフである。
【図８】パルス振幅変調負荷駆動部の他の一実施形態の電気回路の様式化した概略図である。
【図９】本発明の負荷電流フィードバックモジュールの実施形態の電気回路の様式化した概略図である。
【図１０】本発明の負荷電流フィードバックモジュールの他の実施形態の電気回路の様式化した概略図である。
【図１１】通信モジュールの実施形態の電気回路の様式化した概略図である。
【図１２】本発明のマイクロプロセッサ制御ユニットの実施形態の電気回路の様式化した概略図である。
【図１３（ａ）】典型的な赤のＡｌＩｎＧａｐ  ＬＥＤについての、順方向ＤＣ電流対周囲温度をグラフで表したものである。
【図１３（ｂ）】典型的な青または緑のＩｎＧａｎ  ＬＥＤについての順方向ＤＣ電流対周囲温度をグラフで表したものである。
【図１４】本発明の屋外の照明組立品の実施形態のうちの１つの分解組立図を示す。
【図１５】赤、緑、および青を表す３つの別個の負荷チャネル色についてのＬＥＤライティングモジュールの実施形態を示す。
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３（ａ）】
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【図１３（ｂ）】
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【図１４】
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【図１５】
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【国際公開パンフレット】
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【手続補正書】
【提出日】平成15年9月4日(2003.9.4)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１又は１以上の発光ダイオード光源に電力供給するためのパルス振幅変調（ＰＡＭ）電圧制御式電流回路を制御するように構成されたマイクロプロセッサを含む制御システムを備える１又は１以上の発光ダイオード光源を駆動する発光ダイオード照明システム。
【請求項２】
互いの間で異なる波長帯内の光を発する複数の光源を駆動するように構成された請求項１に記載の照明システム。
【請求項３】
前記光源は互いの間で少なくとも３つの異なる波長を中心とする略単色光を発する請求項２に記載の照明システム。
【請求項４】
パルス振幅変調信号のタイミング期間およびデューティサイクルを変更し制御する手段が設けられている上記請求項のいずれか１項に記載の照明システム。
【請求項５】
パルス振幅変調信号のタイミング期間およびデューティサイクルを変更し制御する前記手段は、マイクロプロセッサ、ディスクリートな電気部品回路、固定もしくはプログラム可能な水晶発振器、または集積回路タイマーを有する請求項４に記載の照明システム。
【請求項６】
パルス振幅を変調する電圧を供給する手段を有する上記請求項のいずれか１項に記載の照明システム。
【請求項７】
分圧器としてプログラム可能デジタルポテンショメータが設けられている請求項６に記載の照明システム。
【請求項８】
前記光源（複数可）を駆動する電流を監視する電流フィードバックモニターが設けられている上記請求項のいずれか１項に記載の照明システム。
【請求項９】
前記電流フィードバックモニターは、ディスクリートな電気回路または電流検知集積回路を備える請求項８に記載の照明システム。
【請求項１０】
前記照明システムは少なくとも１つの周囲条件を監視するモニターを有し、前記マイクロプロセッサは監視される条件に応答して前記電流回路を制御する上記請求項のいずれか１項に記載の照明システム。
【請求項１１】
データ接続インターフェースを内部制御デバイスまたは外部制御デバイスに提供する通信モジュールを含む上記請求項のいずれか１項に記載の照明システム。
【請求項１２】
外部信号を受け取り、その外部信号に同期して前記パルス振幅変調制御信号の周波数およびデューティサイクルを制御する手段を備える上記請求項のいずれか１項に記載の照明システム。
【請求項１３】
固体カメラシステムが前記外部信号を通過するように構成された請求項１２に記載の照明システム。
【請求項１４】
前記制御システムは、閉ループで固体照明制御システムとして構成される上記請求項のいずれか１項に記載の照明システム。
【国際調査報告】
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