(57)【要約】  ＡＣ電圧信号を受け取るＡＣ端子と、ＡＣ電圧信号を所定の範囲内の複数の個別の電圧信号に分割するようになった電圧分割装置と、電圧レベル情報に基づいて選択電圧レベルを供給するように電圧分割装置を制御するようになったコントローラと、選択電圧レベルを懸濁粒子装置に供給するためのＳＰＤ端子とを含む電圧制御装置を提供する。ユーザが電圧レベル情報を入力することを可能にするための入力装置を設けることができる。懸濁粒子装置において光のレベルをモニタするフォトセルは、電圧レベル情報として光レベル情報を供給することができる。別々のＡＣ電源を設けることもできる。コントローラはまた、ＳＰＤ負荷電圧をモニタして、ユーザの感電を防止するためにＳＰＤ端子及び懸濁粒子装置に供給される選択電圧レベルを制御することができる。【選択図】      図３【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの懸濁粒子装置（ＳＰＤ）に供給された電圧を制御するための電圧制御装置であって、
特定の周波数でＡＣ電圧を受け取るようになったＡＣ端子と、
前記ＡＣ電圧を所定の範囲内の複数の個別の電圧値に分割するようになった電圧分割装置と、
電圧レベル情報に基づいて選択電圧値を供給するように前記電圧分割装置を制御するようになったコントローラと、
前記選択電圧値を前記ＳＰＤ装置に供給するようになったＳＰＤ端子と、
を含むことを特徴とする装置。
【請求項２】
前記電圧分割装置は、
各々が所定のキャパシタンスを有する複数のコンデンサを含むコンデンサアレイと、
前記コンデンサアレイの各コンデンサを前記ＳＰＤ端子に接続するスイッチアレイであって、それによって該スイッチアレイの各スイッチが、該コンデンサアレイの１つのコンデンサを該ＳＰＤ端子に接続するようなスイッチアレイと、
を更に含み、
前記コントローラは、前記電圧レベル情報に基づいて、前記コンデンサアレイのコンデンサの少なくとも１つを前記ＳＰＤ端子に接続するように前記スイッチアレイのスイッチを制御する、
ことを特徴とする請求項１に記載の電圧制御装置。
【請求項３】
前記コンデンサアレイは、８つのコンデンサを含み、
前記スイッチアレイは、前記電圧分割装置が合計２５６個の異なる電圧を前記ＳＰＤ端子に供給することができるように、前記８つのコンデンサの各々を該ＳＰＤ端子にそれぞれ接続する８つのスイッチを含む、
ことを特徴とする請求項２に記載の電圧制御装置。
【請求項４】
前記電圧分割装置によって供給される個別の電圧の前記所定の範囲は、対応する大きさの懸濁粒子装置を作動するのに十分な最大電圧を前記ＳＰＤ端子に供給するほど十分に大きいものであることを特徴とする請求項１に記載の電圧制御装置。
【請求項５】
前記電圧レベル情報を電圧制御装置のユーザから供給するようになった入力装置を更に含むことを特徴とする請求項１に記載の電圧制御装置。
【請求項６】
前記コントローラは、前記ＳＰＤ端子に供給されたＳＰＤ電圧をモニタして、該ＳＰＤ電圧が所定のレベルよりも低く所定の量だけ落ちた後にゼロ電圧を該ＳＰＤ端子に供給するように前記電圧分割装置を制御することを特徴とする請求項１に記載の電圧制御装置。
【請求項７】
アラームを更に含み、
前記コントローラは、前記ＳＰＤ電圧が所定のレベルを所定の量だけ超えた後に前記アラームを起動するアラーム信号を供給する、
ことを特徴とする請求項１に記載の電圧制御装置。
【請求項８】
前記所定のレベルは、所定の期間に亘る前記ＳＰＤ電圧の平均値に基づいていることを特徴とする請求項７に記載の電圧制御装置。
【請求項９】
前記所定のレベルは、前記コントローラのメモリに記憶されることを特徴とする請求項５に記載の電圧制御装置。
【請求項１０】
前記懸濁粒子装置における光のレベルをモニタするようになった光検出器を更に含み、
前記懸濁粒子装置における前記光のレベルは、前記コントローラが利用する前記電圧レベル情報として使用される、
ことを特徴とする請求項１に記載の電圧制御装置。
【請求項１１】
前記ＡＣ端子に低周波数でＡＣ電圧を供給するＡＣ電源、
を更に含むことを特徴とする請求項１に記載の電圧制御装置。
【請求項１２】
前記ＡＣ電源は、少なくとも１５ヘルツの周波数でＡＣ電圧を供給することを特徴とする請求項１１に記載の電圧制御装置。
【請求項１３】
前記ＡＣ電源は、
所定の周波数のＡＣ電圧信号をＤＣ電圧信号に変換するＡＣ／ＤＣコンバータと、
前記ＤＣ電圧信号によって作動するＤＣモータと、
前記ＡＣ電圧信号を前記低周波数で供給するために前記ＤＣモータに接続した発電機と、
を含むことを特徴とする請求項１１に記載の電圧制御装置。
【請求項１４】
前記ＡＣ電源は、
並列に接続した複数の太陽電池と、
ＤＣ電圧信号を供給するようになった少なくとも１つの充電式バッテリと、
前記少なくとも１つの充電式バッテリのＤＣ電圧信号を前記低周波数を有する前記ＡＣ電圧信号に変換するようになったコンバータと、
を更に含み、
前記少なくとも１つの充電式バッテリは、前記複数の太陽電池によって供給された充電電圧信号によって充電される、
ことを特徴とする請求項１１に記載の電圧制御装置。
【請求項１５】
前記ＡＣ電源は、該ＡＣ電源が前記懸濁粒子装置と共に移動するように、該懸濁粒子装置が取り付けられた可動式サポートに取り付けられることを特徴とする請求項１４に記載の電圧制御装置。
【請求項１６】
前記懸濁粒子装置は、
第１の導電層と、
第２の導電層と、
電界に露出された時に所定のパターンで整列する複数の懸濁粒子を含み、前記第１の導電層と前記第２の導電層の間に位置決めされた乳剤と、
を含み、
前記第１の導電層を前記ＳＰＤ端子に接続する第１の導電バス、及び前記第２の導電層を該ＳＰＤ端子に接続する第２の導電バスは、前記懸濁粒子装置の１つの縁部上に位置決めされる、
ことを特徴とする請求項１に記載の電圧制御装置。
【請求項１７】
前記懸濁粒子装置の前記１つの縁部の長さは、該懸濁粒子装置の形状が実質的に矩形になるように、該懸濁粒子装置の別の縁部の長さよりも小さいことを特徴とする請求項１６に記載の電圧制御装置。
【請求項１８】
前記第１の導電バスと前記第２の導電バスのバス長は、前記懸濁粒子装置の前記１つの縁部の長さよりも小さいことを特徴とする請求項１６に記載の電圧制御装置。
【請求項１９】
少なくとも１つの懸濁粒子装置に供給された電圧を制御するための電圧制御装置であって、
特定の周波数でＡＣ電圧を受け取るようになったＡＣ端子と、
選択ＡＣ電圧値を前記懸濁粒子装置に供給するようになったＳＰＤ端子と、
各々が所定のキャパシタンスを有する複数のコンデンサを含むコンデンサアレイと、
前記コンデンサアレイの各コンデンサを前記ＳＰＤ端子に接続するスイッチアレイであって、それによって該スイッチアレイの各スイッチが、該コンデンサアレイの１つのコンデンサを該ＳＰＤ端子に接続するようなスイッチアレイと、
所定の範囲内の複数の個別の電圧値が前記ＳＰＤ端子に選択的に供給されるように、電圧レベル情報に基づいて、前記コンデンサアレイのコンデンサの少なくとも１つを該ＳＰＤ端子に接続するように前記スイッチアレイのスイッチを制御するようになったコントローラと、
を含むことを特徴とする装置。
【請求項２０】
懸濁粒子装置に供給された電圧を制御する方法であって、
特定の周波数でＡＣ電圧信号を受け取る段階と、
前記ＡＣ電圧信号を所定の範囲内の複数の個別の電圧レベルに分割する段階と、
電圧レベル情報に基づいて、前記複数の個別の電圧レベルのうちの選択電圧レベルを前記懸濁粒子装置に接続したＳＰＤ端子に供給するように前記分割段階を制御する段階と、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２１】
前記分割する段階は、
各々が所定のキャパシタンスを有する複数のコンデンサを含むコンデンサアレイを準備する段階と、
スイッチアレイのスイッチの数が前記コンデンサアレイ内のコンデンサの数と同じであるスイッチアレイのスイッチを通じて、該コンデンサアレイの各コンデンサを前記ＳＰＤ端子に接続する段階と、
前記コンデンサアレイの少なくとも１つのコンデンサが前記懸濁粒子装置に接続されて前記選択電圧レベルを供給するように、前記スイッチアレイと前記コンデンサアレイを制御する段階と、
を更に含むことを特徴とする請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記接続段階は、合計２５６個の選択電圧レベルが前記ＳＰＤ端子に供給されるように、前記スイッチアレイ内の８つのスイッチを通じて、前記コンデンサアレイ内の８つのコンデンサを該ＳＰＤ端子に接続する段階を含むことを特徴とする請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記個別の電圧の所定の範囲は、対応する大きさの懸濁粒子装置を作動するのに十分な最大電圧を前記ＳＰＤ端子に供給するほど十分に大きいことを特徴とする請求項２０に記載の方法。
【請求項２４】
前記制御する段階で使用するために前記電圧レベル情報を入力装置を通じて入力する段階、
を更に含むことを特徴とする請求項２０に記載の方法。
【請求項２５】
前記ＳＰＤ端子に供給されたＳＰＤ電圧レベルをモニタする段階と、
所定の期間に亘る平均ＳＰＤ電圧レベルに基づいて正常ＳＰＤ電圧レベルを判断する段階と、
前記ＳＰＤ電圧レベルを前記正常ＳＰＤ電圧レベルと比較する段階と、
を更に含み、
前記制御する段階は、前記ＳＰＤ電圧レベルが前記正常ＳＰＤ電圧レベルよりも低く所定の量だけ落ちた後にゼロ電圧を前記ＳＰＤ端子に供給する段階を含む、
ことを特徴とする請求項２０に記載の方法。
【請求項２６】
前記ＳＰＤ電圧が所定の量だけ前記正常ＳＰＤ電圧を超えた後にアラームを起動するためのアラーム信号を生成する段階、
を更に含むことを特徴とする請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
前記正常ＳＰＤ電圧レベルは、メモリに記憶されることを特徴とする請求項２５に記載の方法。
【請求項２８】
光レベルを前記懸濁粒子装置において検出する段階と、
前記制御する段階で前記電圧レベル情報として使用される光レベル信号を生成する段階と、
を更に含むことを特徴とする請求項２０に記載の方法。
【請求項２９】
前記ＡＣ電圧信号を低周波数で生成する段階、
を更に含むことを特徴とする請求項２０に記載の方法。
【請求項３０】
前記ＡＣ電圧信号は、少なくとも１５ヘルツの周波数を有することを特徴とする請求項２９に記載の方法。
【請求項３１】
前記生成する段階は、
所定の周波数のＡＣ電圧信号をＤＣ電圧信号に変換する段階と、
前記ＤＣ電圧信号を用いてＤＣモータを駆動する段階と、
前記ＤＣモータによって電力供給された発電機を通じて、前記低周波数を有するＡＣ電圧信号を生成する段階と、
を更に含むことを特徴とする請求項３０に記載の方法。
【請求項３２】
前記生成する段階は、
複数の太陽電池を少なくとも１つの充電式バッテリに直列に接続する段階と、
ＤＣ／ＡＣコンバータを用いて、前記少なくとも１つの充電式バッテリからのＤＣ電圧信号を前記低周波数を有するＡＣ電圧信号に変換する段階と、
前記複数の太陽電池によって供給された充電電圧信号を用いて、前記少なくとも１つの充電式バッテリを充電する段階と、
を更に含むことを特徴とする請求項３０に記載の方法。
【請求項３３】
前記懸濁粒子装置が取り付けられた可動式サポートに前記太陽電池、前記ＤＣ／ＡＣコンバータ、及び前記少なくとも１つの充電式バッテリを取り付ける段階、
を更に含むことを特徴とする請求項３２に記載の方法。
【請求項３４】
前記懸濁粒子装置の作製は、
第１の導電層を準備する段階と、
第２の導電層を準備する段階と、
電界に露出された時に所定のパターンで整列する複数の懸濁粒子を含む乳剤を前記第１の導電層と前記第２の導電層の間に位置決めする段階と、
第１の導電バスを前記第１の接続層上に位置決めして前記第１の導電層を前記ＳＰＤ端子に接続する段階と、
第１の導電バス及び第２の導電バスが前記懸濁粒子装置の１つの縁部上に位置決めされるように、第２の導電バスを前記第２の導電層上に位置決めして該第２の導電層を前記ＳＰＤ端子に接続する段階と、
を含むことを特徴とする請求項２０に記載の方法。
【請求項３５】
前記懸濁粒子装置の前記１つの縁部の長さは、該懸濁粒子装置の形状が実質的に矩形になるように、該懸濁粒子装置の別の縁部の長さよりも小さいことを特徴とする請求項３４に記載の方法。
【請求項３６】
前記第１の導電バスと前記第２の導電バスのバス長は、前記懸濁粒子装置の前記１つの縁部の長さよりも小さいことを特徴とする請求項３４に記載の方法。
【請求項３７】
電圧を制御するシステムであって、
特定の周波数でＡＣ電圧を受け取るようになったＡＣ端子、
前記ＡＣ電圧を所定の範囲内の複数の個別の電圧値に分割するようになった電圧分割装置、
電圧レベル情報に基づいて選択電圧値を供給するように前記電圧分割装置を制御するようになったコントローラ、及び
前記選択電圧値を受け取るようになったＳＰＤ端子装置、
を含む電圧制御装置と、
第１の導電層、
第２の導電層、及び
電界に露出された時に所定のパターンで整列する複数の懸濁粒子を含み、前記第１の導電層と前記第２の導電層の間に位置決めされた乳剤、
を含む懸濁粒子装置と、
前記第１の導電層を前記ＳＰＤ端子に接続する第１の接続バスと、
前記第２の導電層を前記ＳＰＤ端子に接続する第２の導電バスと、
を含むことを特徴とするシステム。
【請求項３８】
前記電圧分割装置は、
各々が所定のキャパシタンスを有する複数のコンデンサを含むコンデンサアレイと、
前記コンデンサアレイを前記ＳＰＤ端子に接続するスイッチアレイであって、それによって該スイッチアレイの各スイッチが、該コンデンサアレイの１つのコンデンサを該ＳＰＤ端子に接続するようなスイッチアレイと、
を更に含み、
前記コントローラは、前記電圧レベル情報に基づいて、前記コンデンサアレイのコンデンサの少なくとも１つを前記ＳＰＤ端子に接続するように前記スイッチアレイのスイッチを制御する、
ことを特徴とする請求項３７に記載のシステム。
【請求項３９】
前記コンデンサアレイは、８つのコンデンサを含み、
前記スイッチアレイは、前記電圧分割装置が合計２５６個の異なる電圧を前記ＳＰＤ端子に供給することができるように、前記８つのコンデンサの各々を該ＳＰＤ端子にそれぞれ接続する８つのスイッチを含む、
ことを特徴とする請求項３８に記載のシステム。
【請求項４０】
前記電圧分割装置によって供給される個別の電圧の前記所定の範囲は、対応する大きさの懸濁粒子装置を作動するのに十分な最大電圧を前記ＳＰＤ端子に供給するほど十分に大きいものであることを特徴とする請求項３７に記載のシステム。
【請求項４１】
前記電圧制御装置は、前記電圧レベル情報をシステムのユーザから供給するようになった入力装置を更に含むことを特徴とする請求項３７に記載のシステム。
【請求項４２】
前記コントローラは、前記ＳＰＤ端子に供給されたＳＰＤ電圧をモニタして、該ＳＰＤ電圧が所定のレベルよりも低く所定の量だけ落ちた後にゼロ電圧を該ＳＰＤ端子に供給するように前記電圧分割装置を制御することを特徴とする請求項３７に記載のシステム。
【請求項４３】
前記電圧制御装置は、アラームを更に含み、
前記コントローラは、前記ＳＰＤ電圧が前記所定のレベルを所定の量だけ超えた後に前記アラームを起動するアラーム信号を供給する、
ことを特徴とする請求項４２に記載のシステム。
【請求項４４】
前記所定のレベルは、所定の期間に亘る前記ＳＰＤ電圧の平均値に基づいていることを特徴とする請求項４２に記載のシステム。
【請求項４５】
前記所定のレベルは、前記コントローラのメモリに記憶されることを特徴とする請求項４２に記載のシステム。
【請求項４６】
前記電圧制御装置は、前記懸濁粒子装置における光のレベルをモニタするようになった光検出器を更に含み、
前記懸濁粒子における前記光のレベルは、前記電圧分割装置によって前記ＳＰＤ端子に供給された電圧を制御するために前記コントローラが利用する前記電圧レベル情報として使用される、
ことを特徴とする請求項３７に記載のシステム。
【請求項４７】
前記電圧制御装置は、ＡＣ電圧信号を低周波数で前記ＡＣ端子に供給するＡＣ電源を更に含むことを特徴とする請求項３７に記載のシステム。
【請求項４８】
前記ＡＣ電源は、少なくとも１５ヘルツの周波数でＡＣ電圧信号を供給することを特徴とする請求項４７に記載のシステム。
【請求項４９】
前記ＡＣ電源は、
所定の周波数のＡＣ電圧信号をＤＣ電圧信号に変換するＡＣ／ＤＣコンバータと、
前記ＤＣ電圧信号によって作動するＤＣモータと、
前記ＡＣ電圧信号を前記低周波数で供給するために前記ＤＣモータに接続した発電機と、
を含むことを特徴とする請求項４７に記載のシステム。
【請求項５０】
前記ＡＣ電源は、
並列に接続した複数の太陽電池と、
ＤＣ電圧信号を供給するようになった少なくとも１つの充電式バッテリと、
前記バッテリの前記ＤＣ電圧信号を前記低周波数を有するＡＣ電圧信号に変換するようになったコンバータと、
を更に含み、
前記少なくとも１つの充電式バッテリは、前記複数の太陽電池によって供給された充電電圧信号によって充電される、
ことを特徴とする請求項４７に記載のシステム。
【請求項５１】
前記ＡＣ電源は、該ＡＣ電源が前記懸濁粒子装置と共に移動するように、該懸濁粒子装置が取り付けられた可動式サポートに取り付けられることを特徴とする請求項５０に記載のシステム。
【請求項５２】
前記懸濁粒子装置の前記第１の接続バス及び前記第２の接続バスは、該懸濁粒子装置の１つの縁部上で、それぞれ前記第１の導電層及び前記第２の導電層に接続されることを特徴とする請求項３７に記載のシステム。
【請求項５３】
前記懸濁粒子装置の前記１つの縁部の長さは、該懸濁粒子装置の形状が実質的に矩形になるように、該懸濁粒子装置の別の縁部の長さよりも小さいことを特徴とする請求項５２に記載のシステム。
【請求項５４】
前記第１の接続バスと前記第２の接続バスのバス長は、それぞれ、前記懸濁粒子装置の前記１つの縁部の長さよりも小さいことを特徴とする請求項５２に記載のシステム。
【請求項５５】
少なくとも１つの懸濁粒子装置（ＳＰＤ）に供給された電圧を制御するための電圧制御装置であって、
特定の周波数でＡＣ電圧を受け取るようになったＡＣ端子と、
前記ＡＣ電圧を所定の範囲内の複数の個別の電圧値に分割するようになった電圧分割装置と、
前記ＳＰＤの表面積に関連した測定情報を供給するようになった測定装置と、
電圧レベル情報及び前記測定情報に基づいて選択電圧値を供給するように前記電圧分割装置を制御するようになったコントローラと、
前記選択電圧値を前記ＳＰＤに供給するようになったＳＰＤ端子と、
を含むことを特徴とする装置。
【請求項５６】
前記電圧分割装置は、
各々が所定のキャパシタンスを有する複数のコンデンサを含むコンデンサアレイと、
前記コンデンサアレイの各コンデンサを前記ＳＰＤ端子に接続するスイッチアレイであって、それによって該スイッチアレイの各スイッチが、該コンデンサアレイの１つのコンデンサを該ＳＰＤ端子に接続するようなスイッチアレイと、
を更に含み、
前記コントローラは、前記電圧レベル情報及び前記測定情報に基づいて、前記コンデンサアレイのコンデンサの少なくとも１つを前記ＳＰＤ端子に接続するように前記スイッチアレイのスイッチを制御する、
ことを特徴とする請求項５５に記載の電圧制御装置。
【請求項５７】
ユーザが前記電圧レベル情報を入力して調節することを可能にするようになった入力装置を更に含むことを特徴とする請求項５６に記載の電圧制御装置。
【請求項５８】
前記測定装置は、前記ＳＰＤ端子と直列に電気的に接続されることを特徴とする請求項５７に記載の電圧制御装置。
【請求項５９】
前記測定装置は、電流感知抵抗器を更に含み、該電流感知抵抗器は、該電流感知抵抗器に亘る電圧降下に関する電圧降下情報を供給することを特徴とする請求項５８に記載の電圧制御装置。
【請求項６０】
前記コントローラは、前記電圧降下情報に基づいて前記ＳＰＤの表面積を判断することを特徴とする請求項５９に記載の電圧制御装置。
【請求項６１】
前記コントローラは、前記入力装置を通じて為された前記電圧レベル情報の調節と、複数の異なる表面積を有するＳＰＤに対する前記選択電圧レベルとの間の関係に関連した情報を記憶することを特徴とする請求項６０に記載の電圧制御装置。
【請求項６２】
前記コントローラは、前記入力装置を通じて為された前記電圧レベル情報の前記調節と、前記ＳＰＤの前記判断された表面積に基づいて前記ＳＰＤ端子に供給された前記選択電圧レベルとの間の関係を最適化することを特徴とする請求項６１に記載の電圧制御装置。
【請求項６３】
前記コントローラは、ユーザが前記入力装置を通じて前記電圧レベル情報を調節した時に前記ＳＰＤ端子に供給された前記選択電圧レベルが実質的に線形的に変化するように、該電圧レベル情報を通じて為された該調節と該ＳＰＤ端子に供給された該選択電圧レベルとの間の関係を線形化することを特徴とする請求項６２に記載の電圧制御装置。
【請求項６４】
前記コントローラは、少なくとも１つのスレーブ電圧制御装置から前記測定情報を受け取り、前記電圧レベル情報と該スレーブ電圧制御装置からの該測定情報とに基づいて、制御情報を該スレーブ電圧制御装置のスレーブコントローラに供給することを特徴とする請求項６３に記載の電圧制御装置。
【請求項６５】
前記コントローラは、ユーザにより前記入力装置を通じて行われた前記電圧レベル情報に対して為された調節と、複数の異なる種類のＳＰＤに対して前記ＳＰＤ端子に供給された前記選択電圧との間の関係に関する関係情報を記憶することを特徴とする請求項６４に記載の電圧制御装置。
【請求項６６】
前記コントローラは、ユーザにより前記入力装置を通じて行われた前記電圧レベル情報に対して為された調節と、ＳＰＤの種類を示す選択情報に基づいて前記ＳＰＤ端子に供給された前記選択電圧との間の関係を最適化することを特徴とする請求項６５に記載の電圧制御装置。
【請求項６７】
前記選択情報は、選択装置を利用してユーザによって供給されることを特徴とする請求項６６に記載の電圧制御装置。
【請求項６８】
前記選択情報は、前記選択装置を利用して予め設定されることを特徴とする請求項６７に記載の電圧制御装置。
【請求項６９】
前記コントローラは、前記電圧降下情報が前記電流感知抵抗器に亘る電圧降下が所定のレベルを超えることを示す時に、前記コンデンサアレイの少なくとも１つのコンデンサを前記ＳＰＤ端子から切り離すように前記スイッチアレイを制御することを特徴とする請求項５９に記載の電圧制御装置。
【請求項７０】
前記コントローラは、所定の期間が経過した後に前記コンデンサアレイの前記少なくとも１つのコンデンサを前記ＳＰＤ端子に再接続することを特徴とする請求項６９に記載の電圧制御装置。
【請求項７１】
前記コントローラは、前記電圧降下情報が前記電流感知抵抗器に亘る電圧降下が前記所定のレベルよりも小さいことを示す時に、前記コンデンサアレイの前記少なくとも１つのコンデンサを前記ＳＰＤ端子に再接続することを特徴とする請求項７０に記載の電圧制御装置。
【請求項７２】
前記コントローラは、少なくとも１つのスレーブ電圧制御装置から前記測定情報を受け取り、前記電圧レベル情報と該スレーブ電圧制御装置からの該測定情報とに基づいて、制御情報を該スレーブ電圧制御装置のスレーブコントローラに供給することを特徴とする請求項７１に記載の電圧制御装置。
【請求項７３】
懸濁粒子装置（ＳＰＤ）に供給された電圧を制御する方法であって、
特定の周波数でＡＣ電圧を受け取る段階と、
電圧分割装置を使用して前記ＡＣ電圧を所定の範囲内の複数の個別の電圧値に分割する段階と、
測定装置を使用して前記ＳＰＤの表面積に関連した測定情報を判断する段階と、
電圧レベル情報と前記測定情報に基づいて選択電圧値を供給するように前記電圧分割装置を制御する段階と、
前記選択電圧値を前記ＳＰＤに接続したＳＰＤ端子に供給する段階と、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項７４】
前記分割する段階は、
各々が所定のキャパシタンスを有する複数のコンデンサを含むコンデンサアレイを準備する段階と、
スイッチアレイを通じて前記コンデンサアレイの各コンデンサを前記ＳＰＤ端子に接続し、それによって該スイッチアレイの各スイッチが、該コンデンサアレイの１つのコンデンサを該ＳＰＤ端子に接続する段階と、
を更に含み、
前記スイッチアレイは、該スイッチアレイのスイッチが電圧レベル情報と前記測定情報に基づいて前記コンデンサアレイのコンデンサの少なくとも１つを前記ＳＰＤ端子に接続するように制御される、
ことを特徴とする請求項７３に記載の方法。
【請求項７５】
入力装置を利用してユーザが前記電圧レベル情報を入力して調節することを可能にする段階を更に含むことを特徴とする請求項７４に記載の方法。
【請求項７６】
前記測定装置は、前記ＳＰＤ端子と直列に電気的に接続されることを特徴とする請求項７５に記載の方法。
【請求項７７】
前記測定装置の電流感知抵抗器から該電流感知抵抗器に亘る電圧降下を示す電圧降下情報を受け取る段階を更に含むことを特徴とする請求項７６に記載の方法。
【請求項７８】
前記制御する段階は、前記電圧降下情報に基づいて前記ＳＰＤの表面積を計算する段階を更に含むことを特徴とする請求項７７に記載の方法。
【請求項７９】
前記制御する段階は、前記入力装置を通じて為された前記電圧レベル情報の調節と、複数の異なる表面積を有するＳＰＤに対するＳＰＤ端子に供給された前記選択電圧レベルとの間の関係に関連した関係情報を記憶する段階を更に含むことを特徴とする請求項７８に記載の方法。
【請求項８０】
前記制御する段階は、前記入力装置を通じて為された前記電圧レベル情報の前記調節と、前記ＳＰＤの前記判断された表面積に基づいて前記ＳＰＤ端子に供給された前記選択電圧レベルとの間の関係を最適化する段階を更に含むことを特徴とする請求項７９に記載の方法。
【請求項８１】
前記制御する段階は、ユーザが前記入力装置を通じて前記電圧レベル情報を調節した時に前記ＳＰＤ端子に供給された前記選択電圧レベルが実質的に線形的に変化するように、該電圧レベル情報を通じて為された該調節と該ＳＰＤ端子に供給された該選択電圧レベルとの間の関係を線形化する段階を更に含むことを特徴とする請求項８０に記載の方法。
【請求項８２】
前記制御する段階は、少なくとも１つのスレーブ電圧制御装置から測定情報を受け取り、前記電圧レベル情報と該スレーブ電圧制御装置からの該測定情報とに基づいて、制御情報を該スレーブ電圧制御装置のスレーブコントローラに供給する段階を更に含むことを特徴とする請求項８１に記載の方法。
【請求項８３】
前記制御する段階は、前記入力装置を通じてユーザによって行われた前記電圧レベル情報に対して為された調節と、複数の異なる種類のＳＰＤに対するＳＰＤ端子に供給された前記選択電圧との間の関係に関する関係情報を記憶する段階を更に含むことを特徴とする請求項８２に記載の方法。
【請求項８４】
前記制御する段階は、前記入力装置を通じてユーザによって行われた前記電圧レベル情報に対する調節と、ＳＰＤの種類を示す選択情報に基づいて前記ＳＰＤ端子に供給された前記選択電圧との間の関係を最適化する段階を更に含むことを特徴とする請求項８３に記載の方法。
【請求項８５】
前記選択情報は、選択装置を利用してユーザによって供給されることを特徴とする請求項８４に記載の方法。
【請求項８６】
前記選択情報は、予め供給されて記憶されることを特徴とする請求項８５に記載の方法。
【請求項８７】
前記制御する段階は、前記電流感知抵抗器に亘る電圧降下が所定のレベルを超えることを前記電圧降下情報が示す時に、前記コンデンサアレイの少なくとも１つのコンデンサを前記ＳＰＤ端子から切り離す段階を更に含むことを特徴とする請求項７７に記載の方法。
【請求項８８】
前記制御する段階は、所定の期間が経過した後に前記コンデンサアレイの前記少なくとも１つのコンデンサを前記ＳＰＤ端子に再接続する段階を更に含むことを特徴とする請求項８７に記載の方法。
【請求項８９】
前記制御する段階は、前記電流感知抵抗器に亘る電圧降下が前記所定のレベルよりも小さいことを前記電圧降下情報が示す時に、前記コンデンサアレイの前記少なくとも１つのコンデンサを前記ＳＰＤ端子に再接続する段階を更に含むことを特徴とする請求項８８に記載の方法。
【請求項９０】
前記制御する段階は、少なくとも前記スレーブ電圧制御装置から測定情報を受け取り、前記電圧レベル情報と該スレーブ電圧制御装置からの該測定情報とに基づいて、制御情報を該スレーブ電圧制御装置のスレーブコントローラに供給する段階を更に含むことを特徴とする請求項８９に記載の方法。
【請求項９１】
少なくとも１つの懸濁粒子装置（ＳＰＤ）に供給された電圧を制御するための電圧制御装置であって、
特定の周波数でＡＣ電圧を受け取るようになったＡＣ端子と、
前記ＡＣ電圧を所定の範囲内の複数の個別の電圧値に分割するようになった電圧分割装置と、
前記ＳＰＤの表面積に関連した測定情報を供給するようになった測定装置と、
電圧レベル情報と前記測定情報に基づいて選択電圧値を供給するように前記電圧分割装置を制御するようになった、該電圧レベル情報に対する調節と該選択電圧値との間の関係を最適化するコントローラと、
前記選択電圧値を前記ＳＰＤに供給するようになったＳＰＤ端子と、
を含むことを特徴とする装置。
【請求項９２】
懸濁粒子装置（ＳＰＤ）に供給された電圧を制御する方法であって、
特定の周波数でＡＣ電圧を受け取る段階と、
電圧分割装置を使用して前記ＡＣ電圧を所定の範囲内の複数の個別の電圧値に分割する段階と、
測定装置を使用して前記ＳＰＤの表面積に関連した測定情報を判断する段階と、
電圧レベル情報と前記測定情報に基づいて選択電圧値を供給するように前記電圧分割装置を制御し、該電圧レベル情報に対して為された調節と前記選択電圧値との間の関係を最適化する段階と、
前記選択電圧値を前記ＳＰＤに接続したＳＰＤ端子に供給する段階と、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項９３】
少なくとも１つの懸濁粒子装置（ＳＰＤ）に供給された電圧を制御するための電圧制御装置であって、
特定の周波数でＡＣ電圧を受け取るようになったＡＣ端子と、
前記ＡＣ電圧を所定の範囲内の複数の個別の電圧値に分割するようになった電圧分割装置と、
電流感知抵抗器に亘る電圧降下を示す電圧降下情報を供給する電流感知抵抗器を含み、前記ＳＰＤの表面積に関連した測定情報を供給するようになった測定装置と、
電圧レベル情報と前記測定情報に基づいて選択電圧値を供給するように前記電圧分割装置を制御するようになっており、前記電圧降下情報が所定のレベルを上回った時に該選択電圧値を低減するように該電圧分割装置を制御するコントローラと、
前記選択電圧値を前記ＳＰＤに供給するようになったＳＰＤ端子と、
を含むことを特徴とする装置。
【請求項９４】
懸濁粒子装置（ＳＰＤ）に供給された電圧を制御する方法であって、
特定の周波数でＡＣ電圧を受け取る段階と、
電圧分割装置を使用して前記ＡＣ電圧を所定の範囲内の複数の個別の電圧値に分割する段階と、
測定装置を使用して前記ＳＰＤの表面積に関連した測定情報を判断し、かつ電流感知抵抗器に亘る電圧降下を示す電圧降下情報を含める段階と、
電圧降下情報と前記測定情報に基づいて選択電圧値を供給するように前記電圧分割装置を制御し、該電圧降下情報が所定のレベルを上回った時に該選択電圧値を低減する段階と、
前記選択電圧値を前記ＳＰＤに接続したＳＰＤ端子に供給する段階と、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項９５】
少なくとも１つの懸濁粒子装置（ＳＰＤ）に供給された電圧を制御するための電圧制御装置であって、
特定の周波数でＡＣ電圧を受け取るようになったＡＣ端子と、
前記ＡＣ電圧を所定の範囲内の複数の個別の電圧値に分割するようになった電圧分割装置と、
電流感知抵抗器に亘る電圧降下を示す電圧降下情報を供給する電流感知抵抗器を含み、前記ＳＰＤの表面積に関連した測定情報を供給するようになった測定装置と、
電圧レベル情報と前記測定情報に基づいて選択電圧値を供給するように前記電圧分割装置を制御するようになっており、該電圧レベル情報に対する調節と該選択電圧値との間の関係を最適化し、前記電圧降下情報が所定のレベルを上回った時には該選択電圧値を低減するように該電圧分割装置を更に制御するコントローラと、
前記選択電圧値を前記ＳＰＤに供給するようになったＳＰＤ端子と、
を含むことを特徴とする装置。
【請求項９６】
懸濁粒子装置（ＳＰＤ）に供給された電圧を制御する方法であって、
特定の周波数でＡＣ電圧を受け取る段階と、
電圧分割装置を使用して前記ＡＣ電圧を所定の範囲内の複数の個別の電圧値に分割する段階と、
測定装置を使用して前記ＳＰＤの表面積に関連した測定情報を判断し、かつ電流感知抵抗器に亘る電圧降下を示す電圧降下情報を含める段階と、
電圧レベル情報と前記測定情報に基づいて選択電圧値を供給するように前記電圧分割装置を制御し、該電圧レベル情報に対して為された調節と該選択電圧値との間の関係を最適化し、前記電圧降下情報が所定のレベルを上回った時に該選択電圧値を低減する段階と、
前記選択電圧値を前記ＳＰＤに接続したＳＰＤ端子に供給する段階と、
を含むことを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、２００３年２月１３日出願の米国特許出願出願番号第１０／３６６，２７６号の一部継続出願であってその恩典を請求するものであり、その内容は、本明細書において引用により組み込まれている。
本発明は、懸濁粒子装置（ＳＰＤ）に印加されたＡＣ電圧を制御するための電力効率が高くかつ廉価な方法及び装置に関する。また、本発明は、感電防止、強制入力検出、及びＳＰＤフィルムの製造費低減を目的とした方法及び装置に関する。本発明は、更に、懸濁粒子装置に印加されたＡＣ電圧の制御を最適化する方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
光弁は、光変調に６０年以上に亘って使用されている。本明細書で使用される時、光弁は、短い距離を隔てて離間した２つの壁で形成されたセルと定義され、少なくとも一方の壁は透明であり、壁は、通常は透明の導電コーティングの形態の電極を有する。セルは、粒子の液体懸濁液、又は粒子の液体懸濁液の液滴が分配されているプラスチックフィルムのいずれかとすることができる光変調素子（本明細書では「活性化可能な材料」ということもある）を収容している。
【０００３】
液体懸濁液（本明細書では「液体光弁懸濁液」又は「光弁懸濁液」ということもある）は、液体懸濁媒体内に懸濁する小さな不等大形状粒子を含む。電界の印加がない場合、液体懸濁液内の粒子は、ブラウン運動のために不規則な位置を取り、従って、セル内を通過する光ビームは、セルの構造、粒子の性質及び濃度、及び光のエネルギ含有量によって反射、透過、又は吸収される。従って、光弁は、オフ状態では相対的に暗いものである。しかし、光弁内の液体光弁懸濁液を通じて電界が印加された時、粒子は整列状態になり、光の大部分は、多くの懸濁液のためにセルを通過することができる。従って、光弁は、オン状態では相対的に透明である。本明細書で説明する種類の光弁は、「懸濁粒子装置」つまり「ＳＰＤ」としても公知である。更に、一般的には、本明細書で使用される時の懸濁粒子装置という用語は、電界が印加された時に懸濁粒子が整列して光が素子を通過することを可能にする全ての装置を指すものである。
【０００４】
光弁は、従来的に、場合によって通過し又は反射される光の量を制御するために、例えば、英数字表示やグラフィック表示、テレビ表示、ランプ用フィルタ、カメラ、光ファイバ、及び、窓、サンルーフ、サンバイザ、眼鏡、ゴーグル、及び鏡などを含む多くの用途での使用に向けて提案されている。本明細書で使用される時の「光」という用語は、一般的に可視電磁放射線を指すが、可能な場合には、「光」として他の種類の電磁放射線を含むことができ、他の種類の電磁放射線とは、以下に限定はしないが、赤外線や紫外線などである。
【０００５】
多くの用途に対して、当業技術で良く理解されているように、活性化可能な材料、すなわち、光変調素子は、好ましくは、液体懸濁液ではなくてプラスチックフィルムである。例えば、可変光透過窓として使用される光弁においては、液体懸濁液液滴が分散されているプラスチックフィルムは、液体懸濁液の高い柱に関連した静水圧効果、例えば、膨れをフィルムの使用を通じて回避することができて漏れ発生の可能性の危険も回避することができるために、液体懸濁液だけに比べて好ましいものである。プラスチックフィルムを使用する別の利点は、プラスチックフィルムにおいては、粒子が存在するのは、一般的に非常に小さな液滴内のみであり、従って、プラスチックフィルムを電圧を掛けて繰返し活性化させた時に、凝塊しても目立たないということである。
【０００６】
本明細書で使用される時の「ＳＰＤフィルム」又は「光弁フィルム」という用語は、単独に又は光弁の一部として使用されるか又は使用を意図した粒子の懸濁液を含む少なくとも１つのフィルム又はシートを意味する。光弁フィルム又はＳＰＤフィルムは、（ａ）１つ又はそれ以上の剛性又は可撓性中実フィルム又はシート内に囲まれた連続的な液相全体に亘って分散した粒子の懸濁液、又は（ｂ）剛性又は可撓性中実フィルム又はシートの連続相全体に亘って分散した、分散粒子を含む液体の不連続相のいずれかを含む。また、光弁フィルム又はＳＰＤフィルムは、（１）耐引っ掻き性、（２）紫外線からの保護、（３）赤外線エネルギの反射、及び／又は（４）印加電界又は磁界を活性化可能な材料に伝達するための導電性を光弁フィルム又はＳＰＤフィルムにもたらすことができる、以下に限定はしないが、フィルム、コーティング又はシート、又はその組合せのような１つ又はそれ以上の他の層を含むことができる。
【０００７】
米国特許第５，４０９，７３４号では、均質溶液からの相分離によって形成される種類の光弁フィルムの例が示されている。光弁フィルムは、いずれも本発明の出願人に譲渡された米国特許第５，４６３，４９１号及び米国特許第５，４６３，４９２号で説明されているものなどの乳剤を架橋結合させることによって作ることができる。
以下は、当業技術で公知の液体光弁懸濁液の簡単な説明であるが、本発明は、このような液体懸濁液の使用に限定されるものではない。
【０００８】
１．液体懸濁媒体及び安定剤
本発明と共に使用される液体光弁懸濁液は、当業技術で公知の任意の液体光弁懸濁液とすることができ、また、当業者に公知である手法に従って作ることができる。本明細書で使用される時の「液体光弁懸濁液」という用語は、複数の小さな粒子が分散されている「液体懸濁媒体」を意味する。「液体懸濁媒体」は、粒子が凝塊する傾向を小さくし、かつ粒子が分散して懸濁した状態を保つように作用する、少なくとも１つの種類の高分子安定剤が好ましくは溶解している１つ又はそれ以上の非水溶性の電気抵抗を有する液体を含むものである。
【０００９】
本発明で有用な液体光弁懸濁液は、粒子を懸濁させるための光弁での使用のために以前に提案された液体懸濁媒体のいずれかを含むことができる。本明細書で有用である当業技術で公知の液体懸濁媒体には、以下に限定はしないが、米国特許第４，２４７，１７５号及び米国特許第４，４０７，５６５号に開示されている液体懸濁媒体が含まれる。一般的に、懸濁粒子を重力平衡に維持するために当業技術で公知の方法で少なくとも１つの液体懸濁媒体及びその中に溶解している高分子安定剤が選択される。
【００１０】
高分子安定剤は、使用時に粒子の表面に結合するが、非水溶性液体又は液体懸濁媒体の液体にも溶解する単一の固体ポリマーとすることができる。代替的に、２つ又はそれ以上の固体高分子安定剤は、高分子安定剤システムとしての役目を果たすことができる。例えば、粒子には、実際に、粒子に対して平面コーティングをもたらすニトロセルロースなどの第１の種類の固体高分子安定剤をコーティングすることができ、その後、第１の種類の固体高分子安定剤と結合するか又は固体高分子安定剤と一体になり、また、液体懸濁媒体に溶解して粒子の分散及び立体保護をもたらす１つ又はそれ以上の更に別の種類の固体高分子安定剤がコーティングされる。また、米国特許第５，４６３，４９２号で説明されているように、特にＳＰＤ光弁フィルムにおいて有利に液体高分子安定剤を利用することができる。
【００１１】
２．粒子
懸濁粒子装置を形成する際に有用な光弁懸濁液に無機粒子及び有機粒子を組み込むことができる。このような粒子は、電磁スペクトルの可視部分において光吸収粒子又は光反射粒子とすることができる。一部の特定の用途については、粒子は、赤外線波長で反射性粒子とすることができる。
従来のＳＰＤ光弁は、一般的に、これまでコロイド状の大きさのポリハロゲン化物を使用しており、すなわち、粒子は、一般的に、平均約１ミクロン以下の最大寸法を有する。本明細書で使用される時の「コロイド状」という用語は、特定の大きさを指す時には先の文で示した意味を有するものとする。本発明により使用されるＳＰＤ光弁懸濁液で使用されるか又は使用を意図したほとんどのポリハロゲン化物又は他の粒子は、光散乱を極力小さく保つために、平均値が青色光の波長の半分未満、すなわち、２０００Å未満である最大寸法を有することが好ましい。本明細書で使用される時の特定の形状を指す「不等大」という用語は、少なくとも１つの寸法（すなわち、長さ、幅、厚み）が他のものより大きいことを意味する。一般的に、不等大粒子（不等大に形成された粒子ということもある）は、懸濁液が活性化されていない時よりも活性化された時の方が粒子によって阻止される光の量が少なくなるように、ＳＰＤ光弁懸濁液においては望ましいものである。しかし、一部の懸濁液については、この逆が当て嵌まる。粒子に対して望ましい不等大形状には、以下に限定はしないが、棒、円筒形、平板、薄片、針、刃先、プリズムのような形状、及び他の当業技術で公知の形状をした粒子が含まれる。
【００１２】
従来技術のポリハロゲン化物粒子の詳細な考察は、「一般化学学会誌」、Ｕ．Ｓ．Ｓ．Ｒ、第２０巻、１００５ページから１０１６ページ（１９５０年）に掲載のＤ．Ａ．Ｇｏｄｉｎａ及びＧ．Ｐ．Ｆａｅｒｍａｎ著「ポリヨウ化物の光学特性及び構造」に見られる。
例えば、ヘラパサイトは、二硫酸キニーネポリヨウ化物と定義されており、その公式は、「Ｔｈｅ  Ｍｅｒｃｋ  Ｉｎｄｅｘ」、第１０版（Ｍｅｒｃｋ  ＆  Ｃｏ．、Ｉｎｃ．、米国ニュージャージー州ローウェイ）で「ヨウ素硫酸キニーネ」という見出しの下で４Ｃ20Ｈ24Ｎ2Ｏ2．３Ｈ2ＳＯ4．２ＨＩ．Ｉ4．６Ｈ2Ｏとして定義されている。ポリヨウ素化物においては、ヨウ素陰イオンは、鎖を形成すると考えられており、化合物は、強い偏光子である。米国特許第４，８７７，３１３号及びＴｅｉｔｅｌｂａｕｍ他著「ＪＡＣＳ  １００」（１９７８年）、３２１５ページから２１７ページを参照されたい。「ポリハロゲン化物」という用語は、ポリヨウ素化物などの化合物を意味するために本明細書で使用されるが、その場合、ヨウ素陰イオンの一部は、別のハロゲン陰イオンに取って代わられる可能性がある。ごく最近では、光弁での使用に向けた改良型ポリハロゲン粒子が、米国特許第４，８７７，３１３号、米国特許第５，００２，７０１号、米国特許第５，０９３，０４１号、及び米国特許第５，５１６，４６３号で提案されている。これらの「ポリハロゲン粒子」は、通常、窒素を含む有機化合物をヨウ素元素及びポリハロゲン酸、又はハロゲン化アンモニウム、アルカリ金属ハロゲン化物、又はアルカリ土金属ハロゲン化物と反応させることによって形成される。
しかし、用途によっては、特に、粒子を含む金属の安定性が優れているとして公知である場合には、非ポリハロゲン粒子を光弁懸濁液及びフィルムで使用することが望ましいであろう。
【００１３】
使用される懸濁粒子装置の種類を問わず、懸濁粒子装置つまりＳＰＤ負荷に印加されるＡＣ電圧を生成して、０Ｖから特定のＳＰＤ用途に許容可能である最大電圧まで変える方法及び／又は手段を有することが必要である。本発明の開示を目的として、ＳＰＤ負荷という用語は、ＳＰＤフィルム、ＳＰＤ光弁、及び懸濁粒子の配向を制御するために行われる電界の印加に依存する他の全てのＳＰＤ製品を含む。ＳＰＤ負荷がＳＰＤフィルムを利用する場合、ＳＰＤ負荷において最大光透過率を生成する電圧は、ＳＰＤフィルム厚み及び他の特性の関数である。ＳＰＤ負荷の光透過率は、電圧の非線形関数であり、すなわち、電圧が低いほど急激に、電圧が高いとゆっくり増加することから、ＳＰＤ負荷の十分に透明な状態をもたらす最大許容可能電圧を現行では３０ボルトから６０ボルトｒｍｓの領域で定めることによって設計上の妥協を行うことができる。ここでの説明においては、３０ボルトｒｍｓ未満でほぼ透明な状態を生成するより新しいＳＰＤフィルムを開発することができるということを了解した上で、６０ボルトｒｍｓを許容可能な透明な状態を生成するＡＣ電圧として使用することにする。
【００１４】
０ボルトから６０ボルトｒｍｓの最大電圧を供給することは、ほとんどのＳＰＤ負荷に適切なものであるが、ＳＰＤ負荷電流は、ＳＰＤ負荷の全ての可能な構成及び大きさのために大きな変動を示すことになる。例えば、単一のＳＰＤ窓は、大きさが僅か１平方フィートから３２平方フィート以上にも変動する可能性がある。更に、８フィートｘ４フィートの窓の複数の平板は、数百平方フィート又は数千平方フィートになる可能性がある。これらの大きめなＳＰＤ負荷の場合、ＳＰＤ負荷に対してＡＣ電圧を発生させる際に様々な利点があるが、これらの利点については、以下により詳細に説明する。更に、電気がＳＰＤ負荷に供給される時に通るバス（バスバーとしても公知である）は、製造費を低減するように最適化することができる。これらの改良点の全ては、ＳＰＤ負荷全体に亘る電圧を制御するための高効率かつ最小のコスト体系に貢献するものである。
【００１５】
特記のない限り、ここで説明する内容全般を通じて以下を仮定することにする。
・ほぼ透明な状態を得るための電圧＝６０Ｈｚで６０ボルトｒｍｓ
・キャパシタンス／平方フィート＝４０ｎＦ（ＳＰＤフィルムの場合）
・抵抗／平方＝３５０オーム（ＳＰＤフィルムの場合）
上述の仮定事項に基づいても、ＳＰＤ負荷用電圧制御装置は、１平方フィートのＳＰＤ負荷の場合の０．９０５ｍＡから３２平方フィートのＳＰＤ負荷の場合の最大２８．８ｍＡまでの負荷電流を供給することが好ましい。控え目な近似値として、１ｍＡ／平方フィートを指針として使用することにする。例えば、８フィートｘ４フィート窓のパネル４０枚を有する社屋は、１２８０平方フィートのフィルム面積を有する。このような場合には、電流要求量は、全ての窓についてほぼ透明な状態を達成するためには、６０ボルト及び６０Ｈｚで約１．２８Ａである。ＳＰＤフィルムにおける将来的な開発によってＳＰＤフィルムの電圧−電流−電力要件は変わる可能性があるが、本発明の電圧制御装置は、広範囲なフィルム特性に対応するものである。
【００１６】
既存の電圧制御装置では、一般的に、変圧器及び／又は電位計を使用してＳＰＤ負荷に供給されるＡＣ電圧を供給して変えている。変圧器を使用すると所望であれば電圧を段階的に下げることができ、一方、電位計は、ある一定範囲の値を通じて電圧の変動に対応するものである。しかし、変圧器は、かなり高価になる傾向があり、また、変圧器固有のコイル損失及び鉄心損失のために電圧制御装置の効率を下げるものでもある。
【００１７】
既存の電圧制御装置の一例については、米国特許第５，７６４，４０２号で説明されており、これは、低電圧電源によって供給されて誘導コイルの一次配線を含む第１の発振器回路と、光学セルと誘導コイルの二次配線を含む二次共振回路とを含む光学セル制御システムに関するものである。第２の回路は、二次配線及び光学セルの誘導を含む。誘導コイルは、一次配線と二次配線と間の弱い結合をもたらす。共振回路は、大きな過電圧係数及び良好な安定性をもたらすものである。
【００１８】
これまでの電圧制御装置で遭遇する１つの問題は、電位計は、最小値と最大値の間で電圧値の連続的な範囲をもたらし、従って、電位計に対して僅かな調節が行われ、その結果、ＳＰＤ負荷に印加される電圧が僅かに変化し、それに対応してＳＰＤ負荷の透明度が僅かながら大きくなるという点である。電位計は抵抗回路要素であることから、電位計における電力損失は、かなり高い傾向がある。更に、電位計によって行われる細かい制御は、ＳＰＤ用途においては不要である。人間の目は、ＳＰＤ負荷の透明度の僅かな変動を検知することはできず、従って、ＳＰＤ負荷の透明度の細かい増加に対応する電位計によってもたらされる連続的な電圧の範囲は不要である。従って、これまでの電圧制御装置は、かなり非効率的なものであり、ＳＰＤ負荷の透明度を制御する際に目につくほどの恩典をほとんどもたらさないものである。
【００１９】
安全性も電圧制御装置における関心事の１つである。ＳＰＤ負荷では、一般的に相対的に小さな電流が使用されるが、これらの小さな電流でさえも、これらの電流に露出されるユーザには危険なものとなる可能性がある。例えば、ＳＰＤ窓に割れが生じた場合、電流伝達層は、露出状態である可能性がある。露出した電流伝達層に人が触れて、気付かずに地面に至る経路ができた場合、その人は、感電する可能性がある。これまでの電圧制御装置では、一般的に、意図しない地面に至る経路ができた場合に、ＳＰＤ負荷に流れる電流を遮断する漏電遮断器（ＧＦＣＩ）が利用されている。しかし、ＧＦＣＩは、多少高価なものである傾向があり、ＳＰＤ負荷における再発した感電の危険を防がない可能性がある。例えば、ＳＰＤ窓に鋭いものが突き通された場合、ユーザは、気付かないうちに結果的にユーザを感電させる可能性がある２つの導電層の間の通り道になる可能性がある。従って、低コストでこれらの問題を回避する電圧制御装置を準備することが有利であると考えられる。
【００２０】
更に、以上説明したように、ＳＰＤ負荷の光透過率は、電圧の非線形関数であり、すなわち、電圧が低いほど急激に、電圧が高いとゆっくり増加する。従って、入力装置を使用して手動で小さな調節を行うと、その結果、ＳＰＤ電圧が大きく変化し、その結果、ＳＰＤの光透過率が大きく変化する。この問題は、ＳＰＤのキャパシタンスに関係し、かつＳＰＤ電圧に対する光透過率の非線形応答の一因であるＳＰＤの面積に基づいて悪化する。特定のＳＰＤについて応答を線形化するように調節を行うことができるが、制御装置が異なる大きさのＳＰＤに対して有効に作動するように、より一般的な用途を有することが有利である。従って、制御方法及びＳＰＤの面積を自動的に測定する装置を提供することが有用であろう。電源投入時にＳＰＤ面積を測定した後に、例えば、この情報を使用して、手動による調節に関して線形又は他の方法で最適化された応答を生成することができる。それは、ＳＰＤ電圧の変化をより線形な方法でユーザの手動による調節と相関付けることである。
同様に、現在のＳＰＤ材に対してこの関係を最適化するばかりではなく、例えば、将来的なＳＰＤフィルムとの併用に適合可能である制御方法及び装置を提供することは有利である。将来的なフィルムの応答プロフィールを電圧制御装置に入力し、これらの新しいフィルムを使用するＳＰＤの制御を最適化することができる。
【００２１】
更に、ＳＰＤ装置のユーザの感電の危険に関する上述の内容に加えて、電圧制御装置自体の構成要素に流れる過度の電流の危険も考慮すべきである。すなわち、このような過度の電流がユーザに対して脅威とならない場合でも、電圧制御装置自体の構成要素が損傷する可能性がある。従って、制御装置内の電流もモニタして電流が制御装置を損傷するのを防止する電圧を制御する方法及び装置を提供することは有利であると考えられる。
最後に、多くのＳＰＤ負荷を単一の制御装置によって制御することができるように、他の制御装置をモニタ及び制御するのに使用することができる電圧制御装置を提供することは有利であると考えられる。
従って、以上説明した問題を回避すると同時に、効率的で最適化された廉価な電圧制御を行う電圧制御方法及び装置を提供することが望ましい。
【００２２】
【特許文献１】米国特許出願出願番号第１０／３６６，２７６号
【特許文献２】米国特許第５，４０９，７３４号
【特許文献３】米国特許第５，４６３，４９１号
【特許文献４】米国特許第５，４６３，４９２号
【特許文献５】米国特許第４，２４７，１７５号
【特許文献６】米国特許第４，４０７，５６５号
【特許文献７】米国特許第４，８７７，３１３号
【特許文献８】米国特許第５，００２，７０１号
【特許文献９】米国特許第５，０９３，０４１号
【特許文献１０】米国特許第５，５１６，４６３号
【特許文献１１】米国特許第５，７６４，４０２号
【非特許文献１】Ｄ．Ａ．Ｇｏｄｉｎａ及びＧ．Ｐ．Ｆａｅｒｍａｎ著「ポリヨウ化物の光学特性及び構造」、「一般化学学会誌」、Ｕ．Ｓ．Ｓ．Ｒ、第２０巻、１００５ページから１０１６ページ、１９５０年
【非特許文献２】「Ｔｈｅ  Ｍｅｒｃｋ  Ｉｎｄｅｘ」、第１０版、Ｍｅｒｃｋ  ＆  Ｃｏ．、Ｉｎｃ．、米国ニュージャージー州ローウェイ
【非特許文献３】Ｔｅｉｔｅｌｂａｕｍ他著「ＪＡＣＳ  １００」（１９７８年）、３２１５ページから２１７ページ
【発明の開示】
【００２３】
本発明は、少なくとも１つの懸濁粒子装置（ＳＰＤ）に供給された電圧を制御するための電圧制御装置であり、この電圧制御装置は、特定の周波数でＡＣ電圧を受け取るようになったＡＣ端子と、ＡＣ電圧を所定の範囲内の複数の個別の電圧値に分割するようになった電圧分割装置と、電圧レベル情報に基づいて選択電圧値を供給するように電圧分割装置を制御するようになったコントローラと、選択電圧値をＳＰＤ装置に供給するようになったＳＰＤ端子とを含むものである。
【００２４】
電圧分割装置は、各コンデンサが所定のキャパシタンスを有する複数のコンデンサを含むコンデンサアレイと、各スイッチがコンデンサアレイの１つのコンデンサをＳＰＤ端子に接続するように、コンデンサアレイの各コンデンサをＳＰＤ端子に接続するスイッチアレイとを含み、コントローラは、電圧レベル情報に基づいてコンデンサアレイのコンデンサの少なくとも１つをＳＰＤ端子に接続するようにスイッチアレイのスイッチを制御する。コンデンサアレイは、８つのコンデンサを含むことができ、スイッチアレイは、８つのスイッチを含むことができ、電圧分割装置が合計２５６個の異なる電圧をＳＰＤ端子に供給することができるように、８つのコンデンサの各々をＳＰＤ端子にそれぞれ接続するものである。
【００２５】
電圧分割装置によって供給される個別の電圧の所定の範囲は、対応する大きさの懸濁粒子装置を作動するのに十分な最大電圧をＳＰＤ端子に供給するほど十分に大きいものとすることができる。
電圧制御装置は、電圧レベル情報を電圧制御装置のユーザから供給するようになった入力装置を含むことができる。
コントローラは、ＳＰＤ端子に供給されたＳＰＤ電圧をモニタして、ＳＰＤ電圧が所定のレベルよりも低く所定の量だけ落ちた後にゼロ電圧をＳＰＤ端子に供給するように電圧分割装置を制御することができる。電圧制御装置は、アラームを含み、コントローラは、ＳＰＤ電圧が所定の量だけ所定のレベルを超えた後にアラームを起動するアラーム信号を供給することができる。所定のレベルは、所定の期間に亘るＳＰＤ電圧の平均値に基づくものとすることができる。所定のレベルは、コントローラのメモリ内に記憶することができる。
【００２６】
電圧制御装置は、懸濁粒子装置での光のレベルをモニタするようになった光検出器を含むことができ、懸濁粒子装置での光のレベルは、コントローラによって利用される電圧レベル情報として使用される。
電圧制御装置は、低周波数を有するＡＣ電圧をＡＣ端子に供給するＡＣ電源を含むことができる。ＡＣ電源は、少なくとも１５ヘルツの周波数を有するＡＣ電圧を供給することができる。ＡＣ電源は、所定の周波数のＡＣ電圧信号をＤＣ電圧信号に変換するＡＣ／ＤＣコンバータと、ＤＣ電圧信号によって作動するＤＣモータと、低周波数でＡＣ電圧信号を供給するためにＤＣモータに接続した発電機とを含むことができる。
【００２７】
ＡＣ電源は、並列に接続した複数の太陽電池と、ＤＣ電圧信号を供給するようになった少なくとも１つの充電式バッテリと、少なくとも１つの充電式バッテリのＤＣ電圧信号を低周波数を有するＡＣ電圧信号に変換するようになったコンバータとを更に含むことができ、少なくとも１つの充電式バッテリは、複数の太陽電池によって供給された充電電圧信号によって充電されるものである。
ＡＣ電源は、ＡＣ電源が懸濁粒子装置と共に移動するように、懸濁粒子装置が取り付けられた可動式サポート内に取り付けることができる。
懸濁粒子装置は、第１の導電層と、第２の導電層と、第１の導電層と第２の導電層の間に位置決めされ、電界に露出された時に所定のパターンで整列する複数の懸濁粒子を含む乳剤とを含むことができ、第１の導電層をＳＰＤ端子に接続する第１の導電バスと第２の導電層をＳＰＤ端子に接続する第２の導電バスとは、懸濁粒子装置の１つの縁部上に位置決めされる。
【００２８】
懸濁粒子装置の１つの縁部の長さは、懸濁粒子装置が実質的に形状が矩形であるように、懸濁粒子装置の別の縁部の長さよりも小さいとすることができる。
第１の導電バスと第２の導電バスのバス長は、懸濁粒子装置の１つの縁部の長さよりも小さいとすることができる。
少なくとも１つの懸濁粒子装置に供給された電圧を制御するための電圧制御装置は、特定の周波数でＡＣ電圧を受け取るようになったＡＣ端子と、選択ＡＣ電圧を懸濁粒子装置に供給するようになったＳＰＤ端子と、各コンデンサが所定のキャパシタンスを有する複数のコンデンサを含むコンデンサアレイと、各スイッチがコンデンサアレイの１つのコンデンサをＳＰＤ端子に接続するようにコンデンサアレイの各コンデンサをＳＰＤ端子に接続するスイッチアレイと、所定の範囲内の複数の個別の電圧値が選択的にＳＰＤ端子に供給されるように、電圧レベル情報に基づいて、コンデンサアレイのコンデンサの少なくとも１つをＳＰＤ端子に接続するようにスイッチアレイのスイッチを制御するようになったコントローラとを含む。
【００２９】
懸濁粒子装置に供給された電圧を制御する方法は、所定の周波数でＡＣ電圧信号を受け取る段階と、ＡＣ電圧信号を所定の範囲内の複数の個別の電圧値に分割する段階と、電圧レベル情報に基づいて、複数の個別の電圧レベルのうちの選択電圧レベルを懸濁粒子装置に接続したＳＰＤ端子に供給するために、分割する段階を制御する段階とを含む。
分割する段階は、各々が所定のキャパシタンスを有する複数のコンデンサを含むコンデンサアレイを準備する段階と、個数がコンデンサアレイ内のコンデンサ数と同じであるスイッチアレイのスイッチを通じて、コンデンサアレイの各コンデンサをＳＰＤ端子に接続する段階と、コンデンサアレイの少なくとも１つのコンデンサが選択電圧レベルを供給するために懸濁粒子装置に接続されるように、スイッチアレイとコンデンサアレイを制御する段階とを含むことができる。
【００３０】
接続段階は、合計２５６個の選択電圧レベルがＳＰＤ端子に供給されるように、コンデンサアレイ内の８つのコンデンサをスイッチアレイ内の８つのスイッチを通じてＳＰＤ端子に接続する段階を含むことができる。
個別の電圧の所定の範囲は、対応する大きさの懸濁粒子装置を作動するのに十分な最大電圧をＳＰＤ端子に供給するほど十分に大きいものとすることができる。
懸濁粒子装置に供給された電圧を制御する方法は、制御する段階において使用されるように、入力装置を通じて電圧レベル情報を入力する段階を更に含むことができる。本方法は、ＳＰＤ端子に供給されたＳＰＤ電圧レベルをモニタする段階と、所定の期間に亘って、平均ＳＰＤ電圧レベルに基づいて、正常なＳＰＤ電圧レベルを判断する段階と、ＳＰＤ電圧レベルを正常なＳＰＤ電圧レベルと比較する段階とを更に含むことができ、制御する段階は、ＳＰＤ電圧レベルが正常なＳＰＤ電圧レベルよりも低く所定の量だけ落ちた後にゼロ電圧をＳＰＤ端子に供給する段階を含むことができる。本方法は、ＳＰＤ電圧が所定の量だけ正常なＳＰＤ電圧を超えた後にアラーム信号を発生させてアラームを起動する段階を更に含むことができる。正常なＳＰＤ電圧レベルは、メモリ内に記憶される。
【００３１】
本方法は、光レベルを懸濁粒子装置で検出する段階と、制御する段階において電圧レベル情報として使用される光レベル信号を生成する段階とを更に含むことができる。
本方法は、低周波数でＡＣ電圧信号を生成する段階を含むことができる。ＡＣ電圧信号は、少なくとも１５ヘルツの周波数を有することが好ましい。
生成する段階は、所定の周波数のＡＣ電圧信号をＤＣ電圧信号に変換する段階と、ＤＣ電圧信号でＤＣモータを駆動する段階と、ＤＣモータによって電力を供給された発電機を通じて低周波数を有するＡＣ電圧信号を生成する段階とを更に含むことができる。
生成する段階は、複数の太陽電池を直列に少なくとも１つの充電式バッテリに接続する段階と、ＡＣ／ＤＣコンバータで少なくとも１つの充電式バッテリからのＤＣ電圧信号を低周波数を有するＡＣ電圧信号に変換する段階と、複数の太陽電池によって供給された充電電圧信号で少なくとも１つの充電式バッテリを充電する段階とを含むことができる。
【００３２】
本方法はまた、懸濁粒子装置が取り付けられた可動式サポート内に太陽電池と、ＤＣ／ＡＣコンバータと、少なくとも１つの充電式バッテリとを取り付ける段階を含むことができる。
懸濁粒子装置の作製は、第１の導電層を準備する段階と、第２の導電層を準備する段階と、第１の導電層と第２の導電層の間の電界に露出された時に所定のパターンで整列する複数の懸濁粒子を含む乳剤を位置決めする段階と、第１の導電バスを第１の導電層上に位置決めして第１の導電層をＳＰＤ端子に接続する段階と、第２の導電バスを第２の導電層上に位置決めして、第１の導電バス及び第２の導電バスが懸濁粒子装置の１つの縁部上に位置決めされるように第２の導電層をＳＰＤ端子に接続する段階とを含むことができる。
懸濁粒子装置の１つの縁部の長さは、懸濁粒子装置が実質的に形状が矩形であるように、懸濁粒子装置の別の縁部の長さよりも小さいとすることができる。
第１の導電バスと第２の導電バスのバス長は、懸濁粒子装置の１つの縁部の長さよりも小さいとすることができる。
【００３３】
電圧を制御するシステムは、電圧制御装置を含み、この電圧制御装置は、特定の周波数でＡＣ電圧を受け取るようになったＡＣ端子と、ＡＣ電圧を所定の範囲内の複数の個別の電圧値に分割するようになった電圧分割装置と、電圧レベル情報に基づいて選択電圧値を供給するように電圧分割装置を制御するようになったコントローラと、選択電圧値を受け取るようになったＳＰＤ端子装置とを含み、懸濁粒子装置は、第１の導電層と、第２の導電層と、第１の導電層と第２の導電層の間に位置決めされ、電界に露出された時に所定のパターンで整列する複数の懸濁粒子を含む乳剤とを含み、第１の接続バスは、第１の導電層をＳＰＤ端子に接続し、第２の導電バスは、第２の導電層をＳＰＤ端子に接続するものである。
【００３４】
電圧分割装置は、各コンデンサが所定のキャパシタンスを有する複数のコンデンサを含むコンデンサアレイと、各スイッチがコンデンサアレイの１つのコンデンサをＳＰＤ端子に接続するようにコンデンサアレイをＳＰＤ端子に接続するスイッチアレイとを更に含むことができ、コントローラは、電圧レベル情報に基づいてコンデンサアレイのコンデンサの少なくとも１つをＳＰＤ端子に接続するようにスイッチアレイのスイッチを制御するものである。
【００３５】
コンデンサアレイは、８つのコンデンサを含むことができ、スイッチアレイは、８つのスイッチを含むことができ、電圧分割装置が合計２５６個の異なる電圧をＳＰＤ端子に供給することができるように、８つのコンデンサの各々をＳＰＤ端子にそれぞれ接続するものである。
電圧分割装置によって供給される個別の電圧の所定の範囲は、対応する大きさの懸濁粒子装置を作動するのに十分な最大電圧をＳＰＤ端子に供給するほど十分に大きいものとすることができる。
【００３６】
電圧制御装置は、電圧レベル情報をシステムのユーザから供給するようになった入力装置を更に含むことができる。
コントローラは、ＳＰＤ端子に供給されたＳＰＤ電圧をモニタすることができ、ＳＰＤ電圧が所定のレベルよりも低く所定の量だけ落ちた後にゼロ電圧をＳＰＤ端子に供給するように電圧分割装置を制御する。
電圧制御装置は、アラームを更に含むことができ、コントローラは、ＳＰＤ電圧が所定の量だけ所定のレベルを超えた後にアラームを起動するアラーム信号を供給する。
所定のレベルは、所定の期間に亘るＳＰＤ電圧の平均値に基づくものとすることができる。所定のレベルは、制御装置のメモリ内に記憶することができる。
【００３７】
電圧制御装置は、懸濁粒子装置での光のレベルをモニタするようになった光検出器を更に含むことができ、懸濁粒子装置での光のレベルは、電圧分割装置によってＳＰＤ端子に供給された電圧を制御するために制御装置によって利用される電圧レベル情報として使用される。
電圧制御装置は、低周波数でＡＣ電圧をＡＣ端子に供給するＡＣ電源を更に含むことができる。ＡＣ電源は、少なくとも１５ヘルツの周波数を有するＡＣ電圧信号を供給することができる。
【００３８】
ＡＣ電源は、所定の周波数のＡＣ電圧信号をＤＣ電圧信号に変換するＡＣ／ＤＣコンバータと、ＤＣ電圧信号によって作動するＤＣモータと、低周波数でＡＣ電圧信号を供給するためにＤＣモータに接続した発電機とを含むことができる。
ＡＣ電源は、並列に接続した複数の太陽電池と、ＤＣ電圧信号を供給するようになった少なくとも１つの充電式バッテリと、バッテリのＤＣ電圧信号を低周波数を有するＡＣ電圧信号に変換するようになったコンバータとを更に含むことができ、少なくとも１つの充電式バッテリは、複数の太陽電池によって供給された充電電圧信号によって充電される。
ＡＣ電源は、ＡＣ電源が懸濁粒子装置と共に移動するように、懸濁粒子装置が取り付けられた可動式サポート内に取り付けることができる。
【００３９】
懸濁粒子装置の第１の接続バスと第２の接続バスは、懸濁粒子装置の１つの縁部上でそれぞれ第１の導電層と第２の導電層に接続することができる。
懸濁粒子装置の１つの縁部の長さは、懸濁粒子装置が実質的に形状が矩形であるように、懸濁粒子装置の別の縁部の長さよりも小さいとすることができる。
第１の接続バスと第２の接続バスのバス長は、懸濁粒子装置の１つの縁部の長さよりも小さいとすることができる。
【００４０】
少なくとも１つの懸濁粒子装置に供給された電圧を制御するための電圧制御装置（ＳＰＤ）は、特定の周波数でＡＣ電圧を受け取るようになったＡＣ端子と、ＡＣ電圧を所定の範囲内の複数の個別の電圧値に分割するようになった電圧分割装置と、ＳＰＤの表面積に関係した測定情報を供給するようになった測定装置と、電圧レベル情報と測定情報とに基づいて選択電圧値を供給するように電圧分割装置を制御するようになったコントローラと、選択電圧値をＳＰＤに供給するようになったＳＰＤ端子とを含むものである。
【００４１】
電圧分割装置は、各コンデンサが所定のキャパシタンスを有する複数のコンデンサを含むコンデンサアレイと、各スイッチがコンデンサアレイの１つのコンデンサをＳＰＤ端子に接続するようにコンデンサアレイの各コンデンサをＳＰＤ端子に接続するスイッチアレイとを含むことができ、コントローラは、電圧レベル情報と測定情報とに基づいてコンデンサアレイのコンデンサの少なくとも１つをＳＰＤ端子に接続するようにスイッチアレイのスイッチを制御する。
電圧制御装置は、ユーザが電圧レベル情報を入力して調節することを可能にするようになった入力装置を含むことができる。
測定装置は、ＳＰＤ端子と直列に電気的に接続することができる。測定装置は、電流感知抵抗器に亘る電圧降下に関する電圧降下情報を供給する電流感知抵抗器を含むことができる。コントローラは、電圧降下情報に基づいてＳＰＤの表面積を判断することができる。
【００４２】
コントローラは、入力装置を通じて行われた電圧レベル情報の調節と複数の異なる表面積を有するＳＰＤ用の選択電圧レベルとの間の関係に関連した情報を記憶することができる。
コントローラは、入力装置を通じて行われた電圧レベル情報の調節とＳＰＤの判断された表面積に基づいてＳＰＤ端子に供給された選択電圧レベルとの間の関係を最適化することができる。
コントローラは、ユーザが入力装置を通じて電圧レベル情報を調節した時に、ＳＰＤ端子に供給された選択電圧レベルが実質的に線形的に変化するように、電圧レベル情報を通じて行われた調節とＳＰＤ端子に供給された選択電圧レベルとの間の関係を線形化することができる。
【００４３】
コントローラは、少なくとも１つのスレーブ電圧制御装置から測定情報を受け取ることができ、電圧レベル情報とスレーブ電圧制御装置からの測定情報とに基づいて、制御情報をスレーブ電圧制御装置のスレーブコントローラに供給する。
コントローラは、入力装置を通じてユーザによって行われた電圧レベル情報に対して為された調節と、複数の異なる種類のＳＰＤに対してＳＰＤ端子に供給された選択電圧との間の関係に関する関係情報を記憶することができる。
コントローラは、入力装置を通じてユーザによって行われた電圧レベル情報に対して為された調節と、ＳＰＤの種類を示す選択情報に基づいてＳＰＤ端子に供給された選択電圧との間の関係を最適化することができる。選択情報は、選択装置を利用してユーザが供給することができるものである。選択情報は、選択装置を利用して予め設定することができる。
【００４４】
コントローラは、電圧降下情報が電流感知抵抗器に亘る電圧降下が所定のレベルを超えることを示す時に、コンデンサアレイの少なくとも１つのコンデンサをＳＰＤ端子から切り離すようにスイッチアレイを制御することができる。
コントローラは、所定の期間が経過した後に、コンデンサアレイの少なくとも１つのコンデンサをＳＰＤ端子に再接続することができる。コントローラは、電圧降下情報が、電流感知抵抗器に亘る電圧降下が所定のレベルよりも小さいことを示す時に、コンデンサアレイの少なくとも１つのコンデンサをＳＰＤ端子に再接続することができる。コントローラは、少なくとも１つのスレーブ電圧制御装置から測定情報を受け取ることができ、電圧レベル情報とスレーブ電圧制御装置からの測定情報とに基づいて、制御情報をスレーブ電圧制御装置のスレーブコントローラに供給するものである。
【００４５】
懸濁粒子装置（ＳＰＤ）に供給された電圧を制御する方法は、特定の周波数でＡＣ電圧を受け取る段階と、電圧分割装置を使用してＡＣ電圧を所定の範囲内の複数の個別の電圧値に分割する段階と、測定装置を使用してＳＰＤの表面積に関係した測定情報を判断する段階と、電圧レベル情報と測定情報とに基づいて選択電圧値を供給するように電圧分割装置を制御する段階と、選択電圧値をＳＰＤに接続したＳＰＤ端子に供給する段階とを含む。
【００４６】
分割する段階は、各々が所定のキャパシタンスを有する複数のコンデンサを含むコンデンサアレイを準備する段階と、スイッチアレイの各スイッチがコンデンサアレイの１つのコンデンサをＳＰＤ端子に接続するように、スイッチアレイを通じてコンデンサアレイの各コンデンサをＳＰＤ端子に接続する段階とを含むことができ、スイッチアレイは、電圧レベル情報と測定情報に基づいて、スイッチアレイのスイッチがコンデンサアレイのコンデンサの少なくとも１つをＳＰＤ端子に接続するように制御される。
【００４７】
本方法は、ユーザが入力装置を利用して電圧レベル情報を入力して調節することを可能にする段階を更に含むことができる。
測定装置は、ＳＰＤ端子と直列に電気的に接続することができる。本方法は、電圧降下情報が電流感知抵抗器に亘る電圧降下を示す場合に、電圧降下情報を測定装置の電流感知抵抗器から受け取る段階を含むことができる。制御する段階は、電圧降下情報に基づいてＳＰＤの表面積を計算する段階を更に含むことができる。
制御する段階は、入力装置を通じて行われた電圧レベル情報の調節と、複数の異なる表面積を有するＳＰＤ用ＳＰＤ端子に供給された選択電圧レベルとの間の関係に関連した情報を記憶する段階を更に含むことができる。
【００４８】
制御する段階は、入力装置を通じて行われた電圧レベル情報の調節と、ＳＰＤの判断された表面積に基づいてＳＰＤ端子に供給された選択電圧レベルとの間の関係を最適化する段階を更に含むことができる。
制御する段階は、ユーザが入力装置を通じて電圧レベル情報を調節した時にＳＰＤ端子に供給された選択電圧レベルが実質的に線形的に変化するように、電圧レベル情報を通じて行われた調節とＳＰＤ端子に供給された選択電圧レベルとの間の関係を線形化する段階を含むことができる。
制御する段階は、少なくとも１つのスレーブ電圧制御装置から測定情報を受け取り、電圧レベル情報とスレーブ電圧制御装置からの測定情報とに基づいて、制御情報をスレーブ電圧制御装置のスレーブコントローラに供給する段階を含むことができる。
【００４９】
制御する段階はまた、入力装置を通じてユーザによって行われた電圧レベル情報に対して為された調節と、複数の異なる種類のＳＰＤに対してＳＰＤ端子に供給された選択電圧との間の関係に関する関係情報を記憶する段階と、入力装置を通じてユーザによって行われた電圧レベル情報に対する調節と、ＳＰＤの種類を示す選択情報に基づいてＳＰＤ端子に供給された選択電圧との間の関係を最適化する段階とを含むことができる。選択情報は、選択装置を利用してユーザが供給することができるものである。選択情報は、予め供給して記憶することができる。
制御する段階は、電圧降下情報が電流感知抵抗器に亘る電圧降下が所定のレベルを超えることを示す時に、コンデンサアレイの少なくとも１つのコンデンサをＳＰＤ端子から切り離す段階を含むことができる。
【００５０】
制御する段階は、所定の期間が経過した後に、コンデンサアレイの少なくとも１つのコンデンサをＳＰＤ端子に再接続する段階を更に含むことができる。制御する段階は、電圧降下情報が電流感知抵抗器に亘る電圧降下が所定のレベルよりも小さいことを示す時に、コンデンサアレイの少なくとも１つのコンデンサをＳＰＤ端子に再接続する段階を含むことができる。また、制御する段階は、少なくとも１つのスレーブ電圧制御装置から測定情報を受け取り、電圧レベル情報とスレーブ電圧制御装置からの測定情報とに基づいて、制御情報をスレーブ電圧制御装置のスレーブコントローラに供給する段階を含むことができる。
【００５１】
少なくとも１つの懸濁粒子装置（ＳＰＤ）に供給された電圧を制御するための電圧制御装置は、特定の周波数でＡＣ電圧を受け取るようになったＡＣ端子と、ＡＣ電圧を所定の範囲内の複数の個別の電圧値に分割するようになった電圧分割装置と、ＳＰＤの表面積に関係した測定情報を供給するようになった測定装置と、電圧レベル情報に対する調節と選択電圧値との間の関係を最適化し、電圧レベル情報と測定情報とに基づいて選択電圧値を供給するように電圧分割装置を制御するようになったコントローラと、選択電圧値をＳＰＤに供給するようになったＳＰＤ端子とを含むものである。
【００５２】
少なくとも１つの懸濁粒子装置（ＳＰＤ）に供給された電圧を制御する方法は、特定の周波数でＡＣ電圧を受け取る段階と、電圧分割装置を使用してＡＣ電圧を所定の範囲内の複数の個別の電圧値に分割する段階と、測定装置を使用してＳＰＤの表面積に関係した測定情報を判断する段階と、電圧レベル情報と測定情報とに基づいて選択電圧値を供給するように電圧分割装置を制御して、電圧レベル情報に対して為された記調節と選択電圧値との間の関係を最適化する段階と、選択電圧値をＳＰＤに接続したＳＰＤ端子に供給する段階とを含む。
【００５３】
少なくとも１つの懸濁粒子装置（ＳＰＤ）に供給された電圧を制御するための電圧制御装置は、特定の周波数でＡＣ電圧を受け取るようになったＡＣ端子と、ＡＣ電圧を所定の範囲内の複数の個別の電圧値に分割するようになった電圧分割装置と、電流感知抵抗器に亘る電圧降下に関する電圧降下情報を供給する電流感知抵抗器を含み、ＳＰＤの表面積に関係した測定情報を供給するようになった測定装置と、電圧降下情報が所定のレベルを上回った時に選択電圧値を小さくするように電圧分割装置を制御し、電圧レベル情報と測定情報とに基づいて選択電圧値を供給するように電圧分割装置を制御するようになったコントローラと、選択電圧値をＳＰＤに供給するようになったＳＰＤ端子とを含むものである。
【００５４】
懸濁粒子装置（ＳＰＤ）に供給された電圧を制御する方法は、特定の周波数でＡＣ電圧を受け取る段階と、電圧分割装置を使用してＡＣ電圧を所定の範囲内の複数の個別の電圧値に分割する段階と、測定装置を使用してＳＰＤの表面積に関連する測定情報を判断し、かつ電流感知抵抗器に亘る電圧降下を示す電圧降下情報を含める段階と、電圧降下情報が所定のレベルを上回った時に選択電圧値が低減される、電圧降下情報と測定情報とに基づいて選択電圧値を供給するように電圧分割装置を制御する段階と、選択電圧値をＳＰＤに接続したＳＰＤ端子に供給する段階とを含むものである。
【００５５】
少なくとも１つの懸濁粒子装置（ＳＰＤ）に供給された電圧を制御するための電圧制御装置は、特定の周波数でＡＣ電圧を受け取るようになったＡＣ端子と、ＡＣ電圧を所定の範囲内の複数の個別の電圧値に分割するようになった電圧分割装置と、電流感知抵抗器に亘る電圧降下を示す電圧降下情報を供給する電流感知抵抗器を含み、ＳＰＤの表面積に関係した測定情報を供給するようになった測定装置と、電圧レベル情報に対する調節と選択電圧値との間の関係を最適化し、更に電圧降下情報が所定のレベルを上回った時に選択電圧値を小さくするように電圧分割装置を制御する、電圧レベル情報と測定情報とに基づいて選択電圧値を供給するように電圧分割装置を制御するようになったコントローラと、選択電圧値をＳＰＤに供給するようになったＳＰＤ端子とを含むものである。
【００５６】
懸濁粒子装置（ＳＰＤ）に供給された電圧を制御する方法は、特定の周波数でＡＣ電圧を受け取る段階と、電圧分割装置を使用してＡＣ電圧を所定の範囲内の複数の個別の電圧値に分割する段階と、測定装置を使用してＳＰＤの表面積に関係した測定情報を判断し、電流感知抵抗器に亘る電圧降下を示す電圧降下情報を含める段階と、電圧レベル情報に対して為された調節と選択電圧値との間の関係が最適化され、電圧降下情報が所定のレベルを上回った時に選択電圧値が低減される、電圧降下情報と測定情報とに基づいて選択電圧値を供給するように電圧分割装置を制御する段階と、選択電圧値をＳＰＤに接続したＳＰＤ端子に供給する段階とを含むものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５７】
図１は、一般的なＳＰＤフィルムの例を示すものである。２つの導電層１０は、平行板コンデンサの２つの板のように作用し、乳剤１２は、その誘電体のように作用する。小さな点１４は、電界がある場合に配向を変える棒状粒子などの不等大形状粒子を封入するセル（液滴）を表すものである。ＳＰＤフィルムのキャパシタンスは、式１で示される。
式１：
Ｃspd＝ε（Ａ／ｄ）
ここで、εは、乳剤１２の誘電率であり、Ａは、１つの導電層１０の面積であり、ｄは、２つの導電層１０間の距離である。
【００５８】
本発明による電圧制御装置は、新奇でコスト効率が高くかつ安全にＳＰＤ負荷に印加されたＡＣ電圧を制御することを可能にするものである。本明細書で使用される時の「ＳＰＤ負荷」という用語は、ＳＰＤフィルム、ＳＰＤ光弁、及び懸濁粒子の配向を制御するために電界の印加に依存する他の全てのＳＰＤ製品を含む。電界がゼロの時には、懸濁粒子は、ブラウン運動のために不規則な配向となり、この不規則性は、ＳＰＤ負荷に対する光の通過量を小さくしたり又は通過を阻止するという影響をもたらす。電界が印加されると、通常はその長軸を電界に平行にして粒子は整列し、これによって光は、ＳＰＤ負荷を通過することができる。
【００５９】
現在利用可能なＳＰＤフィルムでは、最大２００ＶｒｍｓまでのＡＣ電圧を利用してＳＰＤ負荷において最大の透明な状態を作り出す。しかし、ずっと小さい電圧でほとんど透明な状態を作り出すこともできる。透明な状態に必要とされる許容可能な電圧の値は、導電層間の図１の乳剤１２のような誘電体層の厚み、ＳＰＤ乳剤の誘電定数、及びＳＰＤ乳剤内のＳＰＤ粒子の性質に依存する。従って、ＳＰＤ電圧制御装置の働きは、０とＶmaxの間のＡＣ電圧、つまり、特定の用途についてＳＰＤ負荷内に許容可能なレベルの透明度を生成する電圧レベルを制御する電圧を生成することである。特記のない限り、本明細書で説明する内容では、６０ＶｒｍｓをＶmaxの許容可能値として使用する。尚、６０Ｖｒｍｓという値は、単に便宜上選択したに過ぎず、また、本出願の電圧制御装置及び方法は、６０Ｖｒｍｓによって許容可能な透明な状態がＳＰＤ負荷内に生成されるＳＰＤ装置との使用に限定されるものではない。電圧制御方法及び装置に関する本発明は、特に、本明細書と共に提出された図を参照して以下に更に定義される。
【００６０】
一般的なＳＰＤフィルムは、約４０ｎＦ／平方フィートのキャパシタンスを有するが、将来的なＳＰＤフィルムによって値の変動が発生する可能性がある。このキャパシタンスで許容可能な透明な状態を生成するためにどれだけのＡＣ電流が必要かが決まるので、これは、ＳＰＤフィルムの最も重要なパラメータの１つである。
ＳＰＤフィルムの別の重要なパラメータは、導電層１０の抵抗である。これらの導電層１０は、通常、２００と５００オーム／平方の間の抵抗を有するが、導電層の抵抗は変動する可能性がある。この抵抗は、ＳＰＤ負荷におけるＩ2Ｒのワット損の主な原因となっている。ＳＰＤ負荷の電力損失は、以下のようであることを示すことができる。
・ＳＰＤ負荷に印加されたＡＣ電圧の周波数の二乗に正比例する。
・ＳＰＤ負荷の面積の二乗に正比例する。
・ＳＰＤ負荷の電圧の二乗に正比例する。
・導電層の抵抗に正比例する。
【００６１】
図２は、ＳＰＤフィルム向けの同等電気回路を示すものである。ＳＰＤフィルムを含む窓は、任意の実際的な大きさであるとすることができる。しかし、個々のＳＰＤ窓の大きさは、一般的に僅か１平方フィートから大きいもので３２平方フィートまで変動し、従って、ＳＰＤ負荷のキャパシタンスは、３２から１の範囲で変動する。一方、ＳＰＤ負荷の抵抗は、変動が遥かに小さく、これは、抵抗値が、少なくとも部分的には、導電層１０のどの縁部が導電に使用されるかに依存するからである（図３を参照されたい）。ＳＰＤ負荷が正方形である場合、導電バス３０は、例えば、図３に示すように現れる。この場合、図１で使用する同等抵抗は式２で示される。
式２：
Ｒspd＝Ｒsq
ここで、Ｒsqは導電層１０の抵抗／平方であり、一般的に２００から５００オームの範囲である。
【００６２】
ＳＰＤ負荷が矩形である時、導電バス３０は、ＳＰＤ負荷の長い側又は短い側のいずれかに沿って延びることができる。図４は、バス３０が長い側に沿って延びるＳＰＤ負荷を示すが、長い側は、バス配置における主たる考察事項が電力損失を最小限に抑えることである場合はバスの好ましい位置である。しかし、以下でより詳細に説明するように、製造コスト及び美的考察事項もバス取り付け、位置、及び大きさにおいて考慮することができる。長いバス３０について、図２の同等回路の抵抗は式３で示される。
式３：
Ｒspd＝Ｒsq（Ｌshort／Ｌlong）
【００６３】
ＳＰＤ負荷の長い側に沿って導電バス３０が延びることは、各活性セルの充電路の抵抗が小さくなることから結果的に窓のエネルギ効率が上がるために好ましいものである。すなわち、ＳＰＤ負荷の反対側の縁部までのそれぞれのバス３０間の充電路が最小限に抑えられる。ＳＰＤ窓の充電電流はこの抵抗を通らなければならないことから、矩形ＳＰＤ負荷の長い側に沿って導電バス３０を配置すると、結果的にＩ2Ｒ電力損失が小さくなる。
【００６４】
図５は、本出願の実施形態による電圧制御装置のブロック図である。図５の電圧制御装置５０は、より具体的には、好ましくは単一の窓（ＳＰＤ負荷）、又はせいぜいいくつかのＳＰＤ負荷と共に使用するためのローカルコントローラのブロック図である。
電圧制御装置５０は、ＡＣ電圧信号を受け取るようになったＡＣ端子５１と、ＡＣ電圧を所定の範囲内の複数の個別の電圧レベルに分割する電圧分割装置５２とを含む。コントローラ５６は、電圧レベル情報に基づいて、選択された個別の電圧レベルをＳＰＤ端子５４に供給するように電圧分割装置５２を制御する。ＳＰＤ端子５４は、選択された個別の電圧レベルをＳＰＤ負荷５５に供給する。入力装置５７を設置してユーザが電圧レベル情報を入力することを可能にすることができる。光電池５８を設置してＳＰＤ負荷５５での光レベルをモニタすることができ、また、光レベルを電圧レベル情報として使用することができる。
【００６５】
ＡＣ端子５１は、ＡＣ電圧信号を電圧制御装置５０に供給する。単純な場合には、ＡＣ電圧は、ＡＣ線間電圧、すなわち、米国では１２０Ｖ／６０Ｈｚ、世界の他の地域では２４０Ｖ／５０Ｈｚによって供給される。しかし、一般的にインバータと呼ばれるＤＣ／ＡＣコンバータ、主線を遮断する変圧器、主線を遮断するコンデンサ型電圧分割装置、又はＳＰＤ負荷要件を満足する任意の周波数の十分なＡＣ電圧を供給することができる任意の回路又は装置のような任意のＡＣ電源を利用することができる。いくつかの状況においては、以下でより詳細に説明する別々のＡＣ電源を設けることが好ましい場合がある。
【００６６】
電圧分割装置５２は、ＡＣ電流が電圧分割装置を通る時に電圧降下を生成する任意の電気装置を含むことができる。電圧分割装置５２は、ＡＣ電流を所定の範囲内の複数の個別の電圧レベルに分割することが好ましい。電圧分割装置は、ＡＣ電圧を所定の範囲内の複数の不連続な個別の電圧レベルに分割することが好ましい。本出願の好ましい実施形態では、電圧分割装置５２は、コンデンサアレイ６０及びスイッチアレイ６２（図６を参照されたい）を含む。コンデンサアレイ６０は、２ｎ個の電圧レベルをＳＰＤ負荷に供給するようなｎ個のコンデンサを含むことが好ましい。大きな範囲の個別の電圧を供給することができるコンデンサのアレイを設けることが好ましい。例えば、８個のコンデンサから成る大きなコンデンサアレイ６０をスイッチアレイ６２を通じて適切に切り換えて、２５６個の個別の電圧レベルを供給することができる。上述のような大きなアレイは、「バイトアレイ」というが、汎用コントローラ、すなわち、任意の大きさのＳＰＤ負荷を制御することができるコントローラにおいて望ましいものであろう。例えば、構造体が１平方フィートと３２平方フィートの間の異なる大きさの多くの窓を有する場合、バイトアレイは、一切の特定のＳＰＤ負荷の大きさに関係なく、構造体内の全てのＳＰＤ負荷に適用可能となるような電圧の範囲をもたらす十分な範囲を有するという点で好ましいものである。すなわち、このような電圧制御装置５０は、窓の面積を問わず、任意のＳＰＤ窓のローカルコントローラとして使用することができ、従って、汎用コントローラと呼ばれるものである。実際に、バイトアレイは、全面積が数百平方フィートになることがあるＳＰＤ窓の列を同時に制御することができる十分な固有の範囲を有している。
【００６７】
スイッチアレイ６２は、ｎ個のスイッチを含むことが好ましい。コンデンサアレイ６０の各コンデンサ（Ｃ0からＣ7）は、スイッチアレイ６２のスイッチの１つに接続される。１つのスイッチが起動された場合、対応するコンデンサは、好ましくはＳＰＤ端子５４を通じてＳＰＤ負荷５５に接続される。２つのスイッチが起動された場合、２つの並列のコンデンサがＳＰＤ負荷に接続されてＳＰＤ負荷を駆動する。一般的に、ｎ個のスイッチが起動された場合、ＳＰＤ負荷を駆動するｎ個の並列コンデンサがある。本発明のバイトアレイの実施形態では、電圧分割装置５２は、図６に示すように、８個のコンデンサ−スイッチ組合せを含むものである。この例においては、光結合トライアックが双方向スイッチとして使用されるが、半導体継電器、機械式継電器、及び他の種類の電子スイッチ又は普通スイッチさえも双方向スイッチに使用することができる。
【００６８】
本発明の電圧分割装置５２においては、コンデンサアレイ６０及びスイッチアレイ６２を使用すると、電圧制御装置５０は、広範囲の個別の電圧レベルをＳＰＤ負荷に供給することができる。更に、主としてコンデンサ型装置を使用して電圧を分割することから、本発明の電圧制御装置５０は、コンデンサ型装置がＡＣ回路内で使用時に主として損失がないことから、これまでの電圧制御装置では一般的であった損失を最小限に抑えるものである。上述のように、ほとんどのＳＰＤ負荷については電圧レベルの連続的な範囲は不要であり、従って、ＡＣ電圧を複数の個別の電圧レベルに分割するための優れた手段になるコンデンサアレイ６０は、従来の電圧制御装置の電位計によって一般的にもたらされる連続的な範囲に好ましいものである。上述のバイトアレイの実施形態は、利用可能な個別の電圧レベルの範囲がほとんど全ての実用的な大きさのＳＰＤ負荷によって使用されるほど十分に大きいものであるという点において更に別の利点を有することになる。
【００６９】
しかし、これよりも小型のコンデンサアレイは、他の用途に好ましい場合がある。例えば、４つのコンデンサから成るコンデンサアレイ６０は、１６個の電圧レベルを生成することができる。このような小型のコンデンサアレイは、「ニブルアレイ」と呼ばれ、特定の大きさのＳＰＤ窓に適切なものであろう。例えば、ビル内の全ての窓の大きさが正確に１６平方フィートである場合、１６平方フィートの窓用に設計された小型の４個のコンデンサから成るアレイを利用する電圧制御装置５０が好ましいと考えられる。ニブルアレイにおいてコンデンサの個数が少なくなっても、一般的に上述のコンデンサアレイの使用によってもたらされる効率における様々な利点がいかなる点においても制限されないことに注意することは重要なことである。一般的に、バイトアレイは、ＳＰＤ負荷の大きさが大幅に変動するＳＰＤ用途において使用され、ニブルアレイは、同じ大きさのＳＰＤ窓を伴うＳＰＤ用途に使用される。上述の内容ではバイトアレイとニブルアレイが強調されているが、本発明の電圧制御装置及び方法は、ビット数が４を下回ったり、８を上回ったり、その間のいかなる数値の場合でも実施することができることが理解される。
ＳＰＤ端子５４は、ＳＰＤ負荷５５を電圧分割装置５２に接続するものである。簡単な実施形態では、ＳＰＤ端子は、電圧分割装置５２をＳＰＤ負荷に接続するワイヤ及び接続バス３０を含むだけである場合がある。更に単純にいえば、ＳＰＤ端子は、単に上述の接続バス３０によって具体化される場合がある。
【００７０】
コントローラ５６は、電圧レベル情報に基づいて、所定の範囲を有する複数の個別の電圧レベルがＳＰＤ負荷５５に供給されるように電圧分割装置５２を制御する。より具体的には、本発明の好ましい実施形態では、コントローラ５６の出力により、双方向スイッチアレイ６２のダイオードＤ0からＤ7のオンオフ作動が制御される。これらのダイオードは、起動された時に双方向スイッチを閉じ、起動されたコンデンサの並列接続をもたらすものである。異なるコンデンサ（Ｃ0からＣ7）の効果を組み合わせることにより、任意の望ましい光透過率レベルを任意の大きさのＳＰＤ負荷で生成することができるように、広範囲の電圧がＳＰＤ負荷５５に供給される。
【００７１】
一般的に、コントローラ５６は、双方向スイッチアレイ６２のどの双方向スイッチが有効であるか判断する。８個のコンデンサと８個の双方向スイッチが電圧分割装置５２内で使用されている時、コンデンサアレイ６０の全並列キャパシタンスは、式４で示される。
式４：
ＣT＝Ｃ7*Ｂｉｔ７＋Ｃ6*Ｂｉｔ６＋Ｃ5*Ｂｉｔ５＋Ｃ4*Ｂｉｔ４＋Ｃ3*Ｂｉｔ３＋Ｃ2*Ｂｉｔ２＋Ｃ1*Ｂｉｔ１＋Ｃ0*Ｂｉｔ０
ここで、ビット７からビット０は、コントローラ５６の出力を表すものである。これらのビットは、高いか又は低いものとすることができ、その結果、以下のような最小の非ゼロキャパシタンスをもたらす。
ＣT(min)＝Ｃ0
全てのビットが高い時、最大キャパシタンスは以下の通りである。
ＣT(max)＝Ｃ7＋Ｃ6＋Ｃ5＋Ｃ4＋Ｃ3＋Ｃ2＋Ｃ1＋Ｃ0
【００７２】
コントローラ５６は、少数のコンデンサ及び双方向スイッチだけで広くかつ包括的な範囲のキャパシタンス値を生成するようにコンデンサアレイ６０及びスイッチアレイ６２を制御する。従って、この広い範囲のキャパシタンス値をＳＰＤ負荷と直列に配置して、広い範囲のＡＣ電圧をＳＰＤ負荷に供給することができる。８個の切換式コンデンサのアレイによって２５５個の個別の非ゼロの全キャパシタンス値を作り出すことができることに注意されたい。
例えば、コンデンサアレイ６０のキャパシタンスの最大かつ最も包括的な範囲は、以下のキャパシタンスを有するコンデンサを使用することによって得られる。
Ｃ7＝１２８Ｃ0
Ｃ6＝６４Ｃ0
Ｃ5＝３２Ｃ0
Ｃ4＝１６Ｃ0
Ｃ3＝８Ｃ0
Ｃ2＝４Ｃ0
Ｃ1＝２Ｃ0
【００７３】
全てのキャパシタンス値はＣ0に依存することから、その値は、ＡＣ電圧を最大所望値（Ｖmax）まで大きくする全可能キャパシタンスを作り出すように選択され、しかも、最小のＳＰＤ負荷に遭遇した時にＳＰＤの光透過率をゼロ近くまで小さくするのに十分に小さいものでなければならない。実際は、理想的なキャパシタンス値は、コンデンサ選択により、特注コンデンサにより、又は各理想的な値を生成するためのいくつかのコンデンサの接続により達成することができる。しかし、理想的な値を用いることは必要なことではない。理想的な値を近似する標準的な市販のコンデンサは、ほとんどのＳＰＤ用途において許容可能な電圧制御装置をもたらすものである。
【００７４】
コンデンサアレイ６０及び双方向スイッチアレイ６２がどのようにして望ましい範囲内の包括的なキャパシタンスのシーケンスを生成することができるかを示す一例として、この場合はＳＰＤ負荷であるＳＰＤフィルムが９０ｎＦ／平方フィートのキャパシタンスを有すると仮定した場合、Ｃ0について選択すべき最良の値は１０ｎＦである。こうして、Ｃ1＝２０ｎＦ、Ｃ2＝４０ｎＦ、Ｃ3＝８０ｎＦ、Ｃ4＝１６０ｎＦ、Ｃ5＝３２０ｎＦ、Ｃ6＝６４０ｎＦ、及びＣ7＝１２８０ｎＦである。従って、コンデンサアレイ６０及び双方向スイッチアレイ６２によって供給されるキャパシタンスのシーケンスは、以下の通りである。
１０ｎＦ、２０ｎＦ、３０ｎＦ、４０ｎＦ、５０ｎＦ、６０ｎＦ、７０ｎＦ、８０ｎＦ、．．．、１６０ｎＦ、１７０ｎＦ、１８０ｎＦ、．．．、３２０ｎＦ、３３０ｎＦ、．．．、６４０ｎＦ、６５０ｎＦ、．．．、１２８０ｎＦ、１２９０ｎＦ、１３００ｎＦ、．．．、２５３０ｎＦ、２５４０ｎＦ、及び２５５０ｎＦ。
【００７５】
８個のコンデンサ及び８個の双方向スイッチを使用して、１０ｎＦの増加幅で１０ｎＦから２５５０ｎＦの範囲を対象とする合計２５６個のデジタルで選択可能なキャパシタンス値がもたらされることに注意されたい。これらのキャパシタンス値は、ＳＰＤ負荷に適用することができる合計２５６個の選択的電圧レベルに対応する。実際に、本例ではバイトアレイの実施形態が利用されるので、ＡＣ電圧のこの広い変動は、上述のように任意の大きさの任意のＳＰＤ負荷を制御することができるものである。
【００７６】
しかし、上述のように、本出願の電圧制御装置及び方法は、８個のコンデンサ及び８個の双方向スイッチを利用する電圧分割装置を利用する電圧制御装置に限定されない。同じ特定の大きさを有する複数の窓が使用されると考えられる時には、本発明のより単純な実施形態を使用することができる。例えば、各々が１６平方フィートである５つの窓を個別に制御すべきである場合、バイトアレイではなくニブルアレイで本発明を具体化することができる。４０ｎＦ／平方フィートのキャパシタンスを有するＳＰＤフィルムについては、所要のアレイコンデンサは、以下の通りである。
Ｃ3＝４７０ｎＦ
Ｃ2＝２２０ｎＦ
Ｃ1＝１００ｎＦ
Ｃ0＝４７ｎＦ
このニブルアレイは、４７ｎＦから８３７ｎＦまで、すなわち、１６平方フィートの面積を有するＳＰＤ負荷の光透過率を制御するのには十分以上のキャパシタンスを生成することができる。
【００７７】
本発明の全体的な概念をより良く理解するためには、本発明の背景にある数学を検証することが有用である。コントローラ５６がビットマスクをスイッチアレイ６２の双方向スイッチに運んだ後、ＣTの全キャパシタンスは、図７に示すようにＳＰＤ負荷５５と直列に置かれる。全キャパシタンス及びＳＰＤフィルムキャパシタンスの容量性リアクタンスは、式６及び式７で示される。
式６及び式７：
ＸT＝１／（２πｆＣT）、及び
Ｘspd＝１／（２πｆＣspd）
この回路におけるＡＣ電流は、式８で与えられる。
式８：
【００７８】
【数１】
2007525686.tif 000002
【００７９】
また、ＳＰＤ負荷に亘るＡＣ電圧は、以下の式９又は式１０で与えられる。
式９：
【００８０】
【数２】
2007525686.tif 000003
【００８１】
式１０：
【００８２】
【数３】
2007525686.tif 000004
【００８３】
非線形方程式１０は、電圧分割装置５２がどのようにして任意の望ましいＳＰＤ負荷電圧を作り出すかを示すものである。この式では、Ｃ0の適切な値を選択することができ、その後、この値を使用してコンデンサアレイ６０内の全てのコンデンサ値（Ｃ0からＣ7）を定めることができる。ＶSPDとＡＣ電源電圧Ｖの間の関係は非線形であるために、コンピュータよる解は、全てのＳＰＤ負荷について完全な解析を行う最も便利な方法である。
【００８４】
ＳＰＤ負荷のＡＣ同等回路は直列ＲＣ回路であることから、式１１によって定義されたコンデンサの性能指数を使用することができる。
式１１：
Ｑ＝Ｘspd／Ｒspd
ＳＰＤ負荷がこれよりも小さくなると、Ｑは高い（１０よりも大きい）と考えられ、ＳＰＤ負荷は、主として容量性のものである。正方形の窓が与えられると、ＳＰＤフィルムの表面積が大きくなる時に容量性リアクタンスは小さくなり、一方、抵抗は不変のままである。この場合、Ｑは減少する。表面積が大きくなる時、すなわち、１６平方フィートよりも大きくなる時に、６０ＨｚでのＱは小さくなって１０未満になる。こういう理由で、電力損失は、窓が大きくなるほど非線形的に大きくなる。
【００８５】
電力損失は、表面積の二乗に比例して大きくなることを示すことができる。例えば、１６平方フィートの窓の電力損失は、１平方フィートの窓の２５６倍である。高いＱの場合、図７の電流の式は、式１２によって近似させることができる。
式１２：
Ｉ≒Ｖ／（ＸT＋Ｘspd）
この電流は、ＳＰＤ負荷を通ることから、高いＱの場合のＳＰＤ負荷に亘る近似電圧は式１３で与えられる。
式１３：
Ｖspd≒（Ｘspd／（ＸT＋Ｘspd））Ｖ
【００８６】
現在利用可能な窓の大きさの表面積は、一般的に、１平方フィートから３２平方フィートまで変動する。これは、Ｘspdが３２から１の範囲に亘って変動することを意味する。キャパシタンス／平方フィートは、導電層間の誘電体層の厚み及び誘電定数に依存する。ここで説明する内容の指針として、キャパシタンスは、約４０ｎＦ／平方フィートである。従って、ＳＰＤ負荷の近似的なキャパシタンス範囲は、４０ｎＦから１．２８マイクロファラッドになる。この３２から１の範囲により、所望であれば、汎用コントローラの第１の好ましいパラメータが確立される。上述のように、本発明は、汎用コントローラを製造するために８ビット又はそれ以上から成る大きなコンデンサアレイを有するローカル電圧制御装置、つまり、１平方フィートと３２平方フィートの間の任意のＳＰＤ窓について所要の電圧及び電流を生成することができる装置として具体化することができる。一方、特定の用途における窓の大きさが全て大体同じ表面積である場合、より小さいコンデンサアレイで本発明を実施することができる。例えば、４ビットアレイは、４ビットアレイが、特定の窓の大きさの光透過率を制御するのには十分以上である１６個の個別の電圧レベルを生成することができるので、所定の窓の大きさと共に使用ことができるように最適化することができる。
【００８７】
汎用コントローラ内での全てのＳＰＤ負荷に対応するように３２から１の範囲の全キャパシタンスをもたらすことに加えて、任意の所定のＳＰＤ負荷、すなわち、特定のＳＰＤ窓の大きさに必要とされる電圧変動の問題がある。図８は、５％と６５％の間で変動する光透過率を有するＳＰＤフィルムに関する光透過率とＳＰＤ電圧のグラフを示すものである。この範囲内の値は例示的なものであるが、ＳＰＤフィルムに関する全ての可能な値を規定しないものと解釈される。ＳＰＤフィルムの厚み、ＳＰＤ粒子、及び他の要素を変えることにより、多くの異なる光透過率の範囲が可能である。このグラフは、以下の点を示している。
・ゼロ電圧では、最小の光透過率が存在する。これは、Ｔoffで表されている。
・最大電圧では、最大光透過率が生じる。これは、Ｔonで表されている。
・約６０Ｖを超えると、最小の増加が光透過率において生じる。
【００８８】
上述の関係のために、許容可能な光透過率とこのような透過率を生成するために必要とされる電圧の間には妥協が考えられる。本発明を理解しやすいように、ＡＣ電圧を０Ｖから約６０Ｖｒｍｓまで変えることができる汎用ローカルコントローラは、光制御の有効範囲の大半を捕捉することになることを理解すべきである。当然のことながら、この近似的な範囲は、電圧制御装置によってもたらされる最大電圧として６０Ｖｒｍｓを選択する時に考慮されたものであり、この理由は、ＳＰＤ負荷電圧が大きくなって６０Ｖｒｍｓを超えた場合には、ＳＰＤ負荷の透明度の増加が最小であるからである。一部の用途においては、若干多めの電圧又は若干少なめの電圧が望ましいか又は満足できるものであろう。
【００８９】
上述のように、人間の目は、光透過率の小さな変化を検出することができない。例えば、目は、光透過率の１％の変化を区別することはできない。むしろ、目が光のレベルの変化を検出することができるまで、その約１０％から２０％の変化が必要である。従って、０Ｖと６０Ｖの間で８つの個別の電圧レベルを生成することができるコントローラは、満足な調節範囲をもたらすことになる。具体的には、以下の電圧を生成することができる電圧制御装置は、汎用コントローラとして満足なものである。
０、７．５、１５、２２．５、３０、３７．５、４５、５２．５、６０Ｖ
以上のことが当て嵌まる場合、ここで、８個のコンデンサとスイッチの組合せがなぜ汎用ローカルコントローラに対する満足な解であるかが分る。最初に、任意のＳＰＤ負荷の大きさに対応するための３２から１の範囲の好ましいパラメータが存在する。次に、上述のように、特定のＳＰＤ負荷は、８つの個別の電圧レベルが使用された時に満足に起動される。これらの好ましいパラメータの積は、８掛ける３２、つまり２５６であり、これは、８個のコンデンサアレイと８個のスイッチアレイとを有する電圧分割装置が有する透明な状態の総数である。
【００９０】
上述のように、以上説明した内容は、本発明の電圧制御装置を８ビットアレイで実現される制御装置に限定するものではないと解釈すべきである。用途及びユーザの承諾によっては、全キャパシタンス値間の増分がより大きなより小型のアレイが許容可能なものであろう。同様に、より大きなＳＰＤ負荷の場合は、１０ビットアレイが望ましい場合があるという状況が生じるであろう。逆の極端な場合は、１６個の個別の状態を有する４ビットアレイであり、これは、特定の窓の大きさの設計を可能するのに十分以上の範囲である。
【００９１】
本発明の電圧制御装置５０は、ユーザが感電するのを防止するのに有用である。ＳＰＤ窓では低電流が使用されるので重大な感電による危険をもたらさないはずであるが、それでも、適切な設計による電子機器を使用してこれらのＳＰＤ窓を制御することは重要である。上述のように、現在利用可能なＳＰＤフィルムでは、透明な状態をもたらすのに平方フィートあたり僅か１ｍＡが必要である。これを念頭に置いて、ここで感電の可能性を取り囲む問題を考察する。
【００９２】
図９は、感電による生理学的な影響を示す表である。筋肉の制御が失われないために人間が自由に動くことができるので最大８ｍＡまでの電流は安全であることに注意されたい。乾燥した皮膚の抵抗は数百キロオームであり、一方、濡れた皮膚の抵抗は、僅か１０００オームの抵抗になる場合がある。ＳＰＤ負荷電圧は相対的に低いので、感電の危険が存在するのは、濡れた皮膚が露出したバス３０又は導電層１０に触れた時に限られる。導電バス３０及び導電層１０は絶縁処理されているが、窓の破断が発生する一部の用途においては何らかの形態の感電に対する保護が必要である。このような状況においてさえも、バス３０及び導電層１０上の絶縁処理は、感電を防止する上で完全なものであるべきである。それでも、上記にも関わらず、本発明の電圧制御装置においては、様々な形態の感電防止が含まれている。
【００９３】
図１０は、ある程度の距離を隔てたＳＰＤ負荷を駆動する本発明の電圧制御装置５０の一実施形態のＡＣ同等回路を示すものである。ガラスの破断又は何らかの種類の貫通又は切断によってＳＰＤフィルムが損なわれた場合、感電の可能性が存在する場合がある。ＲSHOCKは、人間の皮膚の抵抗を表している。ＲSHOCKに対する大地帰路は、漏電によるものか又はラインの中立側の直接帰路によるものとすることができる。この説明のこの時点で、電圧ＶWS、つまり、感電電流が５ｍＡ又はそれ以上である時の感電を伴うＳＰＤ負荷電圧を判断すべきである。この目的のために、式１３から式１５を用いて並列同等回路へのＳＰＤ直列同等回路の変形を行うことから始める。
式１３〜１５：
Ｑ＝Ｘspd／Ｒspd
ＲP＝Ｒspd（１＋Ｑ2）
ＸP＝Ｘspd（１＋１／Ｑ2）
第１の式は、ＳＰＤ負荷５５の性能指数Ｑを判断するものである。第２の式は、直列同等抵抗の並列同等効果を判断するものである。第３の式は、直列同等リアクタンスの並列同等リアクタンスを判断するものである。これらの変形は、図１１の修正同等回路を意味するものである。この図において、２つの抵抗は並列であるから、図１２に示す単一の抵抗ＲPPにすることができる。最後の変形において、ＲPPとＸPの並列分岐は、式１６から式１８を用いて直列同等回路に変形される。
式１６〜１８：
ＱPP＝ＲPP／Ｘp
ＲS＝ＲPP／（１＋ＱPP2）
ＸS＝ＸP／（１＋１／ＱPP2）
これらの最終的な変形は、図１３の同等回路を意味する。この非常に簡素化された形においては、感電抵抗の影響を計算することは比較的簡単である。その結果は、式１９で与えられる感電電流ＩWSを有する直列ＲＣ回路電流である。
式１９：
【００９４】
【数４】
2007525686.tif 000005
【００９５】
図７を参照すると、電流の正常値は、式２０で与えられることが分る。
式２０：
【００９６】
【数５】
2007525686.tif 000006
【００９７】
感電を伴うＳＰＤ負荷電流を正常電流と比較する最も好都合な方法は、任意のＳＰＤ負荷について１０００オームから１２，０００オームまで変動する感電抵抗を含むコンピュータシミュレーションを用いることである。１２，０００オームが上限値として選択される理由は、本発明の好ましい実施形態では、最大電圧が６０Ｖｒｍｓに限定されるからであり、これは、感電抵抗が１２，０００オーム時の最大可能感電電流５ｍＡを意味するものである。
【００９８】
コンデンサアレイ６０は、インピーダンスがＳＰＤ負荷と直列であるのでＡＣ端子５１からの入力電圧を小さくしてＳＰＤ負荷電圧を変えることを理解すべきである。すなわち、ＡＣ電流はこのインピーダンスを通り、その結果、ＳＰＤ負荷電圧が小さくなる。コントローラ５６は、このインピーダンスの値を判断するので、それは、ＳＰＤ負荷電圧を実質的に判断するものである。本出願の好ましい実施形態では、ＳＰＤ負荷電圧は、コントローラ５６によってモニタされる。電圧制御装置によって供給されるＳＰＤ負荷電圧の正常値がサンプリングされ、当業者に十分に理解されている方法でコントローラ５６のメモリ（図示せず）に記憶される。この正常値は、任意の感電電流の存在を判断するための基準として使用される。代替的に、正常なＳＰＤ負荷電圧レベルを予めメモリに取り込んで、この基準を確立することができる。漏電又は直接接触による故障が発生すると、ＳＰＤ負荷電圧の値が正常なＳＰＤ電圧を顕著に下回るレベルまで小さくなる。コントローラ５６は、連続的にＳＰＤ負荷電圧をモニタしてそれを正常値と比較する。コントローラ５６は、ＳＰＤ負荷電圧が正常値と大幅に異なる時期を迅速に判断することができ、また、電力を遮断するために、すなわち、ＳＰＤ電圧の影響が大きい場合にＳＰＤ負荷電圧を０にするために妥当な措置を講じることができる。
【００９９】
ここで、感電電流が５ｍＡに等しいか又はそれ以上になった時に本発明が電力を遮断する方法に関して説明すると、上述のように、ＳＰＤ負荷電圧は、コントローラ５６によって連続的にサンプリングされる。より具体的には、コントローラは、コントローラ内に含めることができるアナログ／デジタルコンバータを通じてＳＰＤ負荷電圧をサンプリングし、このアナログ／デジタルコンバータは、ＡＣのＳＰＤ負荷電圧信号をコントローラ５６が使用することができる８ビットデジタル信号に変換する。本発明の典型的な実施形態では、任意の大きさの任意のＳＰＤ負荷に印加される最大電圧は、導電層１０の抵抗並びに電圧制御装置５０自体の抵抗におけるエネルギ損失を最小限に抑えるために約６０Ｖｒｍｓに限定される。ＳＰＤ負荷電圧を検出するには、その平均値、ｒｍｓ値、又はピーク値を用いることができる。ピーク値は十分に定義されておりかつ測定しやすいので、本発明の電圧制御装置の好ましい実施形態では、ｒｍｓ値と一対一対応の関係があるＳＰＤ負荷の任意の特性を使用することができることを理解した上でピーク値が使用されることになる。６０Ｖｒｍｓに対応するピーク電圧は、式２１で与えられる。
式２１：
【０１００】
【数６】
2007525686.tif 000007
【０１０１】
ＡＤコンバータのデジタル出力は、一般的に少なくとも８ビットを有する。８ビット出力を伴うＡＤコンバータを使用した場合、ＳＰＤ負荷サンプル点での最下位ビット（ＬＳＢ）は、式２２で与えられる。
式２２：
ＬＳＢ＝８５Ｖ／２５５＝０．３３３Ｖ
これは、ＳＰＤ負荷電圧の最小の検出可能な変化を表すものである。
【０１０２】
図１０に戻って以下に注意されたい。正常な状態では、ＲSHOCKは無限大であり、すなわち、感電の条件はない。ユーザが入力装置５７を通じて、例えばＳＰＤ負荷の透明度を変えるように調節した後は、ＳＰＤ電圧は、相対的に安定している。安定化後のＳＰＤ負荷電圧は、コントローラ５６がメモリ内に記憶する正常なＳＰＤ負荷電圧であり、ＶNで記される。万一、ＳＰＤフィルムに貫通又は切断が発生したためにＲSHOCKが小さくなる何らかの状況が生じた場合、ＶWSで記された感電を伴うＳＰＤ負荷電圧は、更なる電流が電圧分割装置５２を通る時に生じる負荷の影響のために小さくなる。適切な設計では、ＳＰＤ負荷電圧の減少は、コントローラ５６によって検出可能であるべき５ｍＡの感電電流に関しては十分な大きさである。しかし、コントローラ５６は、連続的にＳＰＤ負荷電圧をモニタし、メモリ内の正常なＳＰＤ電圧と比較している。５ｍＡに等しいか又はそれ以上の感電電流が万一発生した場合は、コントローラ５６は、この状態を検出して直ちにＳＰＤ負荷に至る電流を遮断する。
【０１０３】
上述のように、乾燥した皮膚の抵抗は一般的に数１０万オームであり、これは、乾燥した皮膚の場合は、存在する感電電流は非常に低いことを意味する。皮膚が発汗しているか又は濡れている時には、皮膚の抵抗は、僅か１キロオームまで落ちる。本発明の好ましい実施形態では、最大ＳＰＤ負荷電圧は６０Ｖに制限される。従って、５ｍＡの感電電流を生成することができる臨界つまり最高皮膚抵抗は、式２３で与えられる。
式２３：
Ｒcritical＝６０Ｖ／５ｍＡ＝１２キロオーム
【０１０４】
１２キロオームよりも低いいずれの抵抗も、５ｍＡを超える感電電流を生成しかねないために危険である可能性がある。例えば、２キロオームの皮膚抵抗では、僅か１０ＶｒｍｓのＳＰＤ負荷電圧で５ｍＡの感電電流が生成される。従って、ＶN及びＶWSの値を判断して、次にＤＩＦＦで記されるその差異を計算することが必要である。ＬＳＢ（ＡＤコンバータ内の最下位ビット）におけるＤＩＦＦの値は、全ての作動状態下で５ｍＡの感電の確実な検出を確実にするのに十分な大きさでなければならない。例えば、上述の式を使用して、以下の結果は、１６平方フィートの窓、５キロオームの皮膚抵抗、及び５ｍＡの感電電流の場合を示している。
ＶN＝３０．８Ｖｒｍｓ＝４３．５Ｖｐｅａｋ
ＶWS＝２５．７Ｖｒｍｓ＝３６．３Ｖｐｅａｋ
ＤＩＦＦ＝７．２Ｖ＝２１．６ＬＳＢ
【０１０５】
ＡＤコンバータは、０．５ＬＳＢ内では一般的に正確でありかつ確実であるので、２１．６ＬＳＢという先の差異は、コントローラによって容易に検出可能である。更に別の計算から、感電電流５ｍＡでの正常なＳＰＤ電圧からの最大の振れは、窓の大きさが小さいほどかつ皮膚抵抗が小さいほど発生することが分る。３２平方フィートのように大きな窓の大きさが大きいほど、ＤＩＦＦは小さくなるが、それでも、感電電流が５ｍＡである任意の作動状態下では２ＬＳＢを超えるために、それは検出可能である。結論として、窓の大きさ又は皮膚抵抗を問わず、ローカルコントローラは、５ｍＡに等しいか又はそれ以上の一切の感電電流を検出することができる。
【０１０６】
本発明は、セキュリティの分野において更に別の利点を有する。強盗又は他の侵入者がＳＰＤ窓を割って家、会社、車両、又は他の区域に入った場合、ＳＰＤ負荷のキャパシタンスが変化し、これに起因して窓電流が変化する。窓電流のこの変化は、上述の感電電流の存在を検出するのに使用されるのと同じ機構を用いたＳＰＤ負荷電圧の変化に基づいて検出可能である。相違点は、コントローラ５６は、ＳＰＤ負荷電圧の影響を探すのではなく、ＳＰＤ負荷電圧の不要な増加を検出するという点である。上述の基線レベルを超えたＳＰＤ負荷電圧の実質的な変化が検出された時に、コントローラ５６は、信号を盗難警報機（図示せず）に送ってその進入に対して警告することができる。
【０１０７】
入力装置５７は、これ以降はＡＤコンバータ（図示せず）と呼ぶアナログ／デジタルコンバータへの入力に使用するのに適するＤＣ電圧を生成する任意の種類の調節可能な抵抗又は他の手段である。このような調節可能な抵抗の例は、回転式、スライド式、指回し式、指圧式などの電位計である。これは、単独か又はＡＤコンバータに対する電圧の一部として作用する。本発明の典型的な実施形態では、この電圧は＋５Ｖであり、コントローラ５６に電力を供給するのに使用されるものと同じ電圧である。
【０１０８】
ＡＤコンバータは、図５に示すように、コントローラ５６に組み込むことができ、又は、ＡＤコンバータは、内蔵ＡＤコンバータを有していないコントローラ５６と協働する独立型装置とすることができる。いずれの場合も、８ビット制御装置を使用して本発明を具体化した時に、ＡＤコンバータは、デジタル出力を有し、デジタル出力は、８個のコンデンサ及び双方向スイッチが使用される時には一般的に８ビットであるが、必ずしも８ビットに限定されない。例えば、一部のＡＤコンバータでは、１０ビットの出力が生成される。このようなＡＤコンバータを８ビットコントローラと共に使用するために、１０ビット数範囲の十進法同等数を４で割って８ビット範囲を得るようにコントローラ５６をプログラムすることができる。本発明による電圧制御装置５０の好ましい実施形態では、入力装置５７は、ユーザ入力と電圧分割装置５２の全キャパシタンス値との間で一対一の対応を作り出すものである。このようにして、ユーザは、全キャパシタンスが何を生成しても、ＳＰＤ負荷５５を通る望ましい光透過率に同調することができる。
【０１０９】
コントローラ５６は、一般的に、算術論理演算装置（ＡＬＵ）、読出専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダム・アクセス・メモリ（ＲＡＭ）、及び入力／出力（Ｉ／Ｏ）ポートを有する任意のマイクロコントローラである。図５においては、ＡＤコンバータは、コントローラ５６内に含められるが、本発明においては、これらは、コントローラと関連して作動する独立型装置とすることができる。
図５のコントローラ５６は、入力装置５７によって生成された電圧をサンプリングしてデジタル同等物を生成するようにプログラムされる。８ビットＡＤ出力装置については、これは、１の間隔を置いた０と２５５の間の数、すなわち、０、１、２、３、．．．、２５５になる。その後、このユーザによって選択された数は、コントローラ出力に移植され、そこで、双方向スイッチアレイ６２の双方向スイッチを起動し、双方向スイッチアレイ６２は、電圧分割装置５２の全キャパシタンス値を判断する。このキャパシタンスは、特定のＳＰＤ負荷と相互作用することになり、その結果、最終ＳＰＤ負荷電圧は、ＳＰＤ負荷が小さいほど大きくなり、ＳＰＤ負荷が大きいほど小さくなる。本発明においては、数量Ｃ0を選択して非常に大きな範囲のＳＰＤ負荷に対応することができる。実際に、理論的には、制御することができるＳＰＤ負荷の範囲に一切の制限はなく、これは、ＳＰＤ負荷の任意の考えられる範囲を満足するのに必要とされる個数が何であれ、コンデンサ及び双方向スイッチの個数を大きくしてその個数にすることができるからである。例えば、８個を超える個数のコンデンサ及び双方向スイッチから成るアレイを使用することができる。１０個のコンデンサ及び双方向スイッチを使用した場合、全キャパシタンスは、０から１０２３Ｃ0まで変えることができ、１０２３Ｃ0は、フィルム表面積が１平方インチと１００平方フィートの間である任意のＳＰＤ負荷を用いる用途が可能な巨大な範囲である。
【０１１０】
本出願の電圧制御装置の別の実施形態では、図５に示すようなフォトセル５８を使用することができる。フォトセル５８は、任意の種類のフォトレジスタ、フォトダイオードなどの光検出素子、又はＡＤコンバータの最大許容電圧として定義された０とＶ+との間の電圧を供給することができる他のそのような素子とすることができる。コントローラ５６は、フォトセル５８によって検出された入射光がゼロに近づいた時にＳＰＤ負荷への電力を自動的に遮断するようにプログラムすることができる。すなわち、電力を保存するために、マイクロコントローラは、夜間に電力を遮断し、窓が暗モードなることを可能にすることができる。これは省エネ対策である。
【０１１１】
フォトセル５８の光に対する応答は、コントローラ５６のメモリに記憶することができる。コントローラ５６は、日中に様々な光のレベルに応答するようにプログラムすることができる。フォトセル５８に当たる光の量が増えた時、コントローラ５６は、スイッチアレイ６２を通じてコンデンサアレイ６０を変えてＳＰＤ窓を暗くすることができる。このようにして、ＳＰＤ窓の自動制御を達成することができる。
【０１１２】
ここまでは、本発明では、１つ又はいくつかのＳＰＤ負荷に供給された電圧を制御する際に利用される電圧制御装置に集中してきた。最も単純な場合には、コントローラに供給されるＡＣ電圧は主線から供給される。しかし、上述のように、いくつかの用途においては、別々のＡＣ電源を本発明の電圧制御装置に設けることが有利である場合がある。例えば、多くのＳＰＤ負荷を単一の電圧制御装置、いわゆるマスターコントローラから同時に制御することを試みた時、６０Ｈｚよりも小さい周波数で作動する別々のＡＣ電源を準備することができる。ＳＰＤ負荷５５は平行板コンデンサのように働くので、その容量抵抗は、周波数に反比例する。従って、ＳＰＤ窓電流は、周波数に正比例することになる。図５の電圧制御装置５０に供給されたＡＣ電圧信号が６０Ｈｚではなく３０Ｈｚの周波数を有する場合、窓電流は半分に降下する。周波数が、約１０Ｈｚで発生する窓点滅を回避するほど十分に高いままであることを条件として、周波数を更に低くすることが可能である。１５Ｈｚなどの非常に低い周波数を使用するという考えには、電力効率、コスト上の利点、コントローラ設計の簡素化、及びいくつかの他の利点に関して大きな意味がある。
【０１１３】
１５Ｈｚの最小周波数は、多少予想外の結果である。映画のコマ送りは２４コマ／秒であり、また、二枚羽根シャッタを使用すると映画の有効フラッシュレートが大きくなって４８コマ／秒になり、４８コマ／秒は、ちらつきを回避するための最小許容可能フラッシュレートであると考えられることは公知のことである。ＳＰＤ粒子は、１サイクル当たり２回、すなわち、１回目は正から負への電圧転移中、及び２回目は負から正への転移中にＡＣ電圧に応答する。サイクル当たり２回の電圧転移があることから、１５Ｈｚ駆動装置の有効フラッシュレートは、フラッシュ３０回／秒である。これは、ちらつきを防止するために映画で利用されている公知の最小フラッシュレートよりも低いが、ちらつきは、ＳＰＤ負荷では発生しない。映画は、フラッシュ間で完全に暗くなるが、ＳＰＤ負荷の透明度は、ＡＣ電圧の負から正への転移と正から負への転移との間で０にはならない。ＳＰＤ粒子の配向は、不規則な状態に向うブラウン運動のために瞬間的ではなくゆっくりと減衰する。この不規則化する減衰は、ＳＰＤフィルムが電圧転移中に暗くならないほど十分に長い時間一定である。代わりに、ＳＰＤ粒子は、電圧転移間に不規則化つまり減衰するのに僅かに少ない時間を有する。実験によって観察された正味の影響は、ＳＰＤ負荷のちらつきが顕著なのは、駆動周波数が僅か１０Ｈｚの時に限られるということである。従って、１５Ｈｚは、ＳＰＤ負荷に関して一切のちらつきを安全に回避する上でちらつき閾値を十分に超えるものである。当然のことながら、ちらつき閾値よりも下に降下しないことを条件として、若干低めの周波数を利用することもできる。
【０１１４】
図１４は、１２０Ｖ及び１５Ｈｚの独自のＡＣ電源１４２を有する電圧制御装置の一実施形態を示すものである。便宜上、図５の電圧制御装置５０の共通要素に対応する電圧制御装置の要素については同じ参照番号を使用する。６０Ｈｚから１５Ｈｚへの変換は、２段階で達成される。最初に、第１のコンバータ１４３、すなわち、ＡＣ／ＤＣコンバータは、入力線間電圧をＤＣ電圧に変える。第１のコンバータ１４３のＤＣ入力は、１５Ｈｚの低い方の周波数で１２０Ｖを生成する第２のコンバータ１４４、すなわち、ＤＣ／ＡＣコンバータを駆動するのに使用される。その後、この低い方の周波数の電圧信号を上述の図５に示す電圧制御装置５０に供給することができる。この実施形態では、図５のＳＰＤ負荷５５は、例えば、いくつかのＳＰＤ負荷のような複数のＳＰＤ負荷とすることができる。
【０１１５】
代替的に、非常に大きな社屋においては、例えば、図１５に示すようなモータと発電機の組合せ１５０を用いて１５Ｈｚで交流１２０Ｖを生成することは、コスト効率が高いであろう。この実施形態では、ＡＣ電源１４２は、モータと発電機の組合せ１５０を含み、これは、線間電圧によって電力が供給されるモータを含み、この線間電圧は、次に、１５Ｈｚで交流１２０Ｖを生成する発電機に電力を供給するのに使用される。この周波数は、窓点滅を回避するのに十分に高いものであり、かつ、最大窓電流を１／４にするのに十分に低いものである。窓電流を１／４にすることの利点は、構成要素の小型化及びコントローラ設計の複雑さの低減である。別の言い方をすれば、特定の量の窓電流は、６０Ｈｚではなく１５Ｈｚが使用された時には４倍の窓面積を制御することができる。その後、この低い周波数のＡＣ電圧をＡＣ電圧信号として図５に示す電圧制御装置５０に供給することができる。
【０１１６】
低周波数ＡＣ電圧供給装置を使用して、電圧制御装置は、多くの会社窓を高い電力効率で制御することができる。例えば、各々が８フィートｘ４フィートの窓が４０枚ある大きな社屋を考えると、全窓面積は１２８０平方フィートである。これらの窓の全てを対象とする電圧制御装置は、図１６に示す６ビットコンデンサアレイ１６２とスイッチアレイ１６４とを利用する図５に示す電圧制御装置５０に含まれたもののような電圧分割装置５２で実施することができるであろう。双方向スイッチアレイ１６２の上部双方向スイッチは、１２０Ｖ及び１５Ｈｚと残りのコンデンサ（４．７ｎＦ、１０ｎＦ、２２ｎＦ、４７ｎＦ、及び１００ｎＦ）を接続して異なる電圧レベルを生成する。コンデンサアレイ１６２及びスイッチアレイ１６４は、０Ｖから１２０Ｖの範囲にある６４個の個別の電圧レベルを生成することになる。これであれば、１２８０平方フィートのＳＰＤ窓について満足な光透過率制御が行われることになる。コンデンサが電圧レベルを生成するので、本発明は、従来のコントローラが使用する大きな可変変圧器を排除するという利点を有する。コンデンサは、変圧器にある巻線損失及び鉄心損失がないことから変圧器よりも効率的である。
【０１１７】
１５Ｈｚで１２０Ｖを受け取る個々の窓に対する感電保護については、感電保護の代替方法を用いることができる。所要ＳＰＤ負荷電流は、１５Ｈｚでは６０Ｈｚの時よりも４倍小さいものであるために、図１７に示すように、個々の窓と直列に電流制限抵抗器１７０を加えることができる。最大１６平方フィートまでの窓については、Ｒlimitの値は約２４キロオームである。１２０Ｖ電源については、短絡状態の最大電流は５ｍＡである。従って、窓が割れた場合、最大可能感電電流は５ｍＡである。正常な作動状態では、ＳＰＤ窓に供給される電圧は、最小値の６０Ｖとなる。最大３２平方フィートまでのより大きな窓の場合、制限用抵抗器を１５キロオームにすることができる。これによって、最大感電電流が確実に８ｍＡ未満となると同時に、少なくとも６０Ｖの作動電圧が生成される。最大３２平方フィートまでの大きなＳＰＤ窓に対する電流制限抵抗器のこのような使用は、１５Ｈｚなどの低い周波数でのみ実現可能である。これは、ＳＰＤ電流が、大きな窓に対して電流制限抵抗器に使用を可能にするほど十分に小さいのはこれらの低い周波数においてのみであるからである。
【０１１８】
上述のように、ＳＰＤ負荷上でのバス３０の配置は、電力効率以外の要素を考慮に入れるべく考察し直すことができる。図１は、これより以降はインジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）層と呼ぶ２つの導電層１０を有するＳＰＤフィルムの断面図を示すものである。これらのＩＴＯ層は、１００から１０ｎｍの厚みで５０から５００オームの範囲のシート抵抗を有することができる。これは、基本的には、平行板コンデンサの板を形成するものである。ＳＰＤフィルムの内側にある各微細なＳＰＤセルは、差動コンデンサのような働きをするものである。平方で測定されたシート抵抗は、差動コンデンサの各々と直列であることから、ＳＰＤフィルムを多くの極めて小さい直列ＲＣ回路として視覚化することができる。これらの分散直列ＲＣ回路の全ての効果を組み込むことにより、ＳＰＤフィルムを表す単一集中定数ＲＣ回路に到達することができる。この集中定数回路のＲとＣの値を念頭に置いて、当業者は、上述の教示内容に従ってＡＣ発電機及びコントローラを設け、ＳＰＤ負荷を駆動することができるであろう。
【０１１９】
従来技術は、図１８に示すように、ＳＰＤフィルムの各反対側にあるバス３０に依存することである。左のバス１８０は、上部ＩＴＯ層上にあり、右のバス１８０ａは、下部ＩＴＯ層上にある。この構成を用いる理由は、任意の差動コンデンサの全充電抵抗が、セルが乳剤層内のどこにあろうと一定であるからである。図１９は、この点を明確に示すものである。すなわち、任意のセルの全充電抵抗は、式２４で与えられる。
式２４：
Ｒtotal＝Ｒ1＋Ｒ2
所定の大きさの窓の場合、Ｒtotalは、抵抗の二乗に当たる同じ総数が充電路にあるためにどのセルの場合でも同じ値を有する。両側のバス１８０及び１８０ａの利点は、各セルの一定の充電抵抗が、ＳＰＤフィルムを通じて応答が均一であることを意味するということである。欠点は、ＳＰＤ窓までの接続ワイヤがＳＰＤフィルムとの接続部のエントリ点で８フィートｘ４フィートの窓では離間距離が４フィートにもなる可能性があるということである。
【０１２０】
本発明によってもたらされた第１のバスの改良点は、図２０に示すように、ＳＰＤフィルム又はＳＰＤ負荷の同じ側に２００及び２００ａのようなバスを配置することである。このような配置においては、窓へのエントリ接続ワイヤは、僅か１インチであり、これは設置時の明確な利点である。しかし、この構成では、図２１に示すように、セルが異なれば充電路が異なるものとなるために、もはや均一な応答は保証されないことになる。Ｒ1及びＲ2は、差動コンデンサがバスに接近した状態である時、充電路における抵抗の二乗が少なくなるためにそれぞれ小さくなることになる。これは、左のセルの方が右のセルよりも受け取る電圧が大きいことを意味する。すなわち、応答は不均一なものになる。しかし、コンピュータシミュレーションと、シート抵抗が３５０オーム／平方及びキャパシタンスが４０ｎＦ／平方フィートで長めの従来の８フィートの辺にバスがある８フィートｘ４フィートのフィルムの集中定数同等実験用回路板とにより、バス設置側からバスなし側に移動する電圧の減少は６０Ｈｚで作動時には１％未満であることが明らかにされている。上述のように、人間の目は、１０％未満の光の透過率の変化を検出することはできない。従って、同じ側にバスを使用すると、人間の目には均一に映る応答が生成される。
【０１２１】
本発明の別の実施形態では、バスは、矩形ＳＰＤ負荷の長辺ではなく短辺に位置決めすることができる。上述のように、長辺にバスを使用する唯一の理由は、各セルのキャパシタンスの充電路における平方の数値を最小限に抑えるためである。しかし、現在利用可能なＳＰＤフィルムの電力損失は、短辺上のバスが生成するコントローラ回路における電力損失、つまり、結合コントローラ−窓装置の全体的な電力効率における顕著な減少と比較すると非常に小さいものである。ここでもまた、短いバスの使用は許容可能であることを明らかにするのは、コンピュータシミュレーションと、バスが短い従来とは違う４フィート辺にある８フィートｘ４フィートのフィルムから成る実験用回路板との両方を用いることであった。この場合、バス設置側からバスなし側までのセル電圧の減少は５％未満であったが、これは、人間の目が窓透過率の不均一性を検出するには小さすぎるものである。
【０１２２】
本発明の別の実施形態は、非常に小さいバスを使用し、すなわち、４フィートもの長さに沿ってバスが延びるのではなく、バスは、１インチ又はそれ以下などの遥かに小さい長さに沿って延びることになる。バス長は極めて重要なものではないので、１インチの使用は、本発明に不可欠なものではないと解釈すべきである。これよりも長いバス又は短いバスを使用してもよい。実際に、僅か０．２５インチのバス長が実験用回路板モデルにおいて全く満足なものであることが既に明らかにされている。図２２は、非常に小さいバス２００及び２００ａをＳＰＤフィルムの同じ側に使用するという考えを示すものである。この小さなバス及び同じ側という構成の製造上の利点は、バスを取り付ける際の手動による手間が排除されるので顕著なものである。製造上の利点に加えて、同じ側での小さいバスには別の利点があり、すなわち、長いバスで必要とされるような美的なカバーが不要となる。
【０１２３】
図２２においては、セルのキャパシタンス充電に対する最悪の場合の応答は、バスとセルの間の距離が一番大きいために右上隅のセルに対して発生する。コンピュータモデル及び実験用回路板装置から、同じ側の小さなバスは、ＳＰＤフィルムを通して人間の目には応答が均一であるために全く満足なものであることが分っている。小さなバス２２０及び２２０ａが図２２の左下隅に示されているが、その位置は限定的なものではない。これらのバスは、周辺部のどこにでも配置することができる。例えば、自動車の窓については、小さなバスは、必要に応じて下部水平部及び左又は右垂直部に設けることができる。周辺部に沿って好都合な場所であればどこにでも自由に小さなバスを設けることができる点は、決定的な設置上の利点である。
可動式又は摺動式のＳＰＤ負荷には、更に配線上の問題があるが、本発明によって対処可能である。ＳＰＤ窓の１つの隅部に位置する２２０及び２２０ａのような同じ側の小さなバスについては、壁空間に嵌り込む格納式配線を使用することができる。これは、ＡＣ電力を摺動式又は可動式ＳＰＤ窓に供給することを可能にすることになる１つの手法である。
【０１２４】
図２３は、本発明による電圧制御装置の別の実施形態を示すものである。この実施形態では、ＳＰＤ負荷用の電力を供給するための少なくとも１つの充電式バッテリ２３１が使用される。一群の小型太陽電池２３２は、太陽エネルギを電気エネルギに変換する。一般的に、太陽電池は、小さな電圧を生成するものである。これらの太陽電池を直列に配置することにより、１つ又はそれ以上のバッテリを充電する上で高くて十分な電圧を得ることができる。充電式バッテリを使用することにより、ＳＰＤ窓を透明な状態に維持することが最も必要とされる曇りの日でも電力が利用可能になることになる。バッテリからの電圧は、可動式ＳＰＤ窓の所要ＡＣ電圧を生成するためにＤＣ／ＡＣコンバータ２３４によって変換される。太陽電池２３２、少なくとも１つのバッテリ２３１、及び残りの電子機器をＳＰＤ窓ケーシング内に設計することができるので、一切の外部線をバスに接続する必要がない。すなわち、この実施形態のＳＰＤ窓は、自己電力供給式である。
【０１２５】
本発明の一実施形態では、シリコン太陽電池が使用される。一般的なシリコン太陽電池は、約０．６Ｖの出力電圧を発生する。出力電流は、太陽電池の物理的な構造に依存する。電流は、５０ｍＡ未満から５Ａを超えるまで変えることができる。ＳＰＤ窓で必要な電流は、１ｍＡ／平方フィート付近の小さな電流であることから、より高い電圧を得るために小型太陽電池を直列に使用することができる。例えば、直列の１５個のシリコンセルについては、出力電圧は９Ｖであり、これは、充電式９Ｖバッテリを充電するのに十分なものである。ＤＣ／ＡＣコンバータ２３４は、過度のバッテリドレーン電流を回避するための高効率インバータとすることができる。代替的に、ウィーン−ブリッジ発振器、弛緩発振器、又は任意の他の発振器回路、及び、昇圧変圧器又は電圧を段階的に上げる誘導的な方法を使用することができる。更に、遥かに低いＡＣ作動電圧の予想を抱かせる将来のＳＰＤフィルムと共に、単純な電子機器を有する太陽エネルギ式ＳＰＤ窓、非常に低いコスト、及び高効率性が進む可能性が高い。
【０１２６】
懸濁粒子装置に供給された電圧を制御する方法を図２４を参照して説明する。段階Ｓ２４０においては、ＡＣ電圧信号をＡＣ電源から受け取る。段階Ｓ２４２では、ＡＣ電圧信号を特定の範囲内の複数の個別の電圧レベルに分割する。段階Ｓ２４４では、電圧レベル情報に基づいて複数の個別の電圧レベルのうちの選択電圧レベルを懸濁粒子装置に接続したＳＰＤ端子に供給するように分割段階を制御する。
図２４の方法は、例えば、本明細書で説明する電圧制御装置５０によって利用されるものと実質的に類似のものであり、従って、本方法をより詳細に説明する必要はない。
【０１２７】
式１０から式１３は、ＳＰＤ電圧とＳＰＤの色合いを制御するために使用される手動による調節の間の非常に非線形な応答を意味するものである。ユーザが入力装置５７を使用してＳＰＤ電圧を手動で、例えば０から最大値まで調節した時に、コンデンサアレイのキャパシタンスは、０から最大値まで線形的に変わる。しかし、全容量リアクタンスＸTは、非線形的に変動し、応答の非線形性の１つのレベルに寄与することになる。式１０から式１３は、更に、ＳＰＤ面積と共に変動するＳＰＤキャパシタンスＣspdの相互作用を追加することによって非線形性の度合い強める。図６のコンデンサアレイ６０とＳＰＤ負荷５５との間の得られる非線形性により、手動調節の下限近くのＳＰＤの色合いの大きな変化が生じる。すなわち、ユーザは、例えば、好ましくは入力装置５７に含まれた調節可能な抵抗を使用してＳＰＤ装置の色合いを調節しようとするが、窓の色合いは、入力装置の小さな調節だけで劇的に変化することになる。当然のことながら、これによって、ユーザが窓の色合いを適切に調節することが困難になる。
【０１２８】
図２５は、それぞれ、１５平方フィートと１５０平方フィートのＳＰＤ面積で発生する一般的な非線形性を示すものである。最上部の曲線は、１５平方フィートのＳＰＤ面積に対する応答である。図から分るように、下限からの増加により電圧の急激な変化が生じ、これは、ＳＰＤの色合いの急激な変化を意味する。これは、望ましいものとは程遠いものである。同様に、１５０平方フィートのＳＰＤ面積に対する中央の曲線も急激な変化を示すが、その重大さは同じではない。
【０１２９】
理想的には、一番下の曲線に示すような線形の応答が好ましい。この線形の応答は、コントローラ５６を適正にプログラムすることによって近似することができる。しかし、一番下の曲線に示すような応答を線形化するためには、ＳＰＤ区域、すなわち、ＳＰＤの表面積を知る必要がある。電力が最初に制御装置５０に印加された時に自動的にＳＰＤ面積を測定してこの値をメモリに記憶することにより、コントローラ５６は、次に、測定されたＳＰＤ面積に関する応答を線形化することができる。
キャパシタンス／平方フィートは、所定のＳＰＤフィルムの種類については一定のものであるから、ＳＰＤの全キャパシタンスは、設置時に予め決められることになる。すなわち、特定のＳＰＤのキャパシタンスを予め判断し、従って、設置後に、電圧制御装置５０起動時にＳＰＤの面積を自動的に測定すると、電圧制御装置５０の性能を最適化するのに必要な情報が得られることになる。
【０１３０】
本発明の電圧制御装置５０の実施形態が図２６を参照して示されている。図２６の制御装置５０は、図５を参照して上述したものと実質的に同じものである。しかし、図２６の制御装置５０は、ＳＰＤ端子５４とＳＰＤ負荷５５との間に接続した測定装置５９を含む。代替的に、測定装置５９は、ＳＰＤ負荷５５と直列であるならば、電圧分割装置５２とＳＰＤ負荷５５との間に位置決めしてもよい。測定装置は、入力装置５７を使用した手動調節とＳＰＤ電圧との間の関係を線形化又は他の方法で最適化するためにコントローラ５６によって使用されるように、ＳＰＤの面積に関係した情報を供給するものである。
【０１３１】
測定装置５９は、ＳＰＤと直列に配置された小型電流感知抵抗器（図示せず）を含むことができる。電力が最初に制御装置に印加された時に、コントローラ５６は、コンデンサアレイ６０を最大キャパシタンスに設定することが好ましい。電圧分割装置５２のコンデンサアレイ６０とＳＰＤとの相互作用により、電流感知抵抗器を通る電流が決まる。この抵抗器に亘る電圧降下は、ＳＰＤ面積の関数である。従って、抵抗器に亘る電圧降下を使用してＳＰＤの面積を判断することができる。好ましくは、測定装置５９から供給された電圧降下情報は、この情報をコントローラで使用されるようにデジタル同等物に変換するＡ／Ｄ入力を通じてコントローラ５６に供給される。その後、コントローラ５６は、ＳＰＤ面積を判断することができる。ＳＰＤの面積は、コントローラ５６のメモリ内に記憶されることが好ましい。
【０１３２】
その後、コントローラ５６は、手動調節とＳＰＤ電圧との間の関係を線形化するか又は他の方法で最適化することができる。例えば、図２５の中央のグラフを線形化するために、グラフを線形の部分にセグメント化して理想的な線形応答を近似することができる。図２７は、１５０平方フィートのＳＰＤの応答が３つの線形セグメントによって近似された上述の考え方を示すものである。これらの３つのセグメントは、以下の３つの線形方程式によって説明することができる。
ｙ＝２．５ｘ
ｙ＝５０＋（ｘ−２０）（７３−５０／２０
ｙ＝７３＋（ｘ−４０）（１００−７３）／６０
その後、コントローラ５６は、上述の各セグメントを図２７の理想的な応答に近づく線形のセグメントに変えることができる。すなわち、コントローラ５６は、ＳＰＤ電圧が線形的に増加するように電圧分割装置５２を制御することができる。従って、元の非線形な応答は、より線形なものとなっている。光の透過率の小さな変化に対する人間の目の許容誤差はかなり大きいことから、観察者に及ぼす主観的な効果は、ＳＰＤ電圧が手動で調節される時は、ＳＰＤ電圧が視覚的には線形に映るということである。より具体的には、窓の色合いは、より線形的に入力装置５７の手動調節と共に変わることになる。勿論、使用されるセグメント数が多いほど近似は良好なものとなる。３つの線形のセグメントの使用は、本発明の単純な実施形態の例であるが、望ましい精度によって任意の個数のセグメントを使用することができる。
【０１３３】
上述のように、制御装置は、現在既存のＳＰＤ並びに他のＳＰＤフィルムを使用することができる今後のＳＰＤに適合するものであることが好ましい。現時点では、ＳＰＤフィルムに関してかなりの研究開発が実施されている。図２８は、手動調節と研究室レベルの実験が行われているＳＰＤフィルムの一部のＳＰＤ電圧との間の関係を示すものである。最上部の曲線は、透過率範囲が１２％から７０％のＳＰＤフィルムに関するものである（フィルムタイプＲＦＩ１２−７０）。その応答は、透過率範囲が１１％から４９％の下の次の曲線（フィルムタイプＳＰＤｉ１１−４９）とどのように異なるかに注意されたい。
【０１３４】
フィルムタイプに対する応答の変動は、光の透過率と手動調節との間の関係に異なる非線形性を導入するものである。所定のフィルムタイプのいずれに対する変動も、そのフィルムタイプの指示書に基づいて線形化するか又は他の方法でコントローラ５６によって最適化することができる。すなわち、特定のフィルムタイプのいずれについても、コントローラ５６は、応答を最適化するためのプログラミングを含むことができる。選択装置１００（図２６を参照されたい）を通じて供給された選択情報（図２６を参照されたい）は、どのプログラミングが特定のフィルムタイプに使用されるべきかを示すものである。当然のことながら、フィルムタイプは、設置時には既知である。従って、選択装置は、好ましくは、工場で予め設定されるか又は電圧制御装置５０の設置者によって予め設定されたデュアル・インライン・パッケージ・スイッチ（ＤＩＰスイッチ）に具体化される。コントローラ５６の作動中は、ＤＩＰスイッチの設定は、コントローラが特定のフィルムに対する正しい指示書に従って電圧制御装置５０を制御することができるように、どの種類のフィルムが使用中であるかを示すコントローラ５６に対するポインタとしての働きをする。このようにして、本出願の電圧制御装置は、今日一般的に使用されているＳＰＤフィルムに対応すると共に、開発されているＳＰＤフィルムとの使用にも同様に備えることになる。
【０１３５】
以上説明した内容は、ユーザがＳＰＤから大地への不慮の経路をもたらした時にユーザが受ける危険と、得られる電流スパイクが人間に対して為す可能性がある被害とを示すものである。しかし、過度の電流も同様に電圧制御装置５０の構成要素を損傷させる可能性がある。更に、このような過度の電流は、ユーザが危険に曝されていない場合でさえも生じる可能性があり、その場合に、上述の安全上の機能では過度の電流は停止されないであろう。すなわち、電圧制御装置５０内の構成要素は、電流過負荷によって損傷する可能性がある。
一般的に、電圧制御装置５０の最も敏感な構成要素は、図６のスイッチアレイ６２である。従って、本出願の電圧制御装置５０は、過負荷保護を含むことが好ましい。
【０１３６】
好ましい実施形態では、ＳＰＤ電流は、それが許容可能な限界内に留まることを保証するために連続的にサンプリングされる。いつでもＳＰＤ電流が何らかの誤作動、配線ミス、短絡、過度の窓面積などが原因で所定のレベルを超えた場合は、コントローラ５６は、直ちに過負荷を除去するのに十分に低い値までコンデンサアレイ６０のキャパシタンスを小さくすることが好ましい。
過負荷検出を含む電圧制御装置の一実施形態によれば、図２６の測定装置５９によって供給された電圧降下情報は、上述したものと類似の方法でコントローラ５６のＡ／Ｄコンバータ入力部にフィードバックされる。電圧降下情報がデジタル数値に変換された時、コントローラ５６は、過負荷が発生したか否かを判断する。すなわち、測定装置５９の電流感知抵抗器に亘る電圧降下は、抵抗器を通る電流、従って電圧制御装置５０を通る電流に関係するものである。抵抗器に亘る電圧降下が所定の安全値を超えた場合、コントローラは、ＳＰＤ電圧を安全値まで小さくして制御装置５０が損傷しないように電圧分割装置５２を制御する。従って、測定装置５９は、ＳＰＤの面積を判断するための情報を供給し、また、制御装置５０を通る電流に関する情報を供給するものである。
【０１３７】
好ましい実施形態では、コントローラ５６はまた、過負荷の除去によって制御装置５０が正常な作動に回復するように自己回復機能を含むことが好ましい。自己回復作用は、タイマ機能、過負荷の再検査、又は過負荷が除去された後にコントローラが正常な作動に戻ることを可能にする他の何らかの方法とすることができる。
制御装置の構成要素の絶対最大電流定格値により、制御することができる絶対最大ＳＰＤ面積が判断される。すなわち、制御装置５０の構成要素の電流限界値は、それが安全に制御することができるＳＰＤの最大の大きさを限定することになる。当然のことながら、安全係数と性能の間には技術上の妥協点がある。従って、制御装置が安全に制御することができる平方フィート数に対する限界値がある場合がある。
一実施形態では、技術上の妥協点は、ＳＰＤフィルムのキャパシタンスが４０ｐＦ／平方フィートである場合に最大１５０平方フィートまでのＳＰＤフィルムを制御することができるコントローラである。
【０１３８】
より大きな窓面積を制御するために、各々が最大１５０平方フィートまでのＳＰＤを制御する２つ又はそれ以上のスレーブ電圧制御装置が使用されるマスター／スレーブ方法がある。図２９に示すように、マスター電圧制御装置５０は、いくつかのスレーブ電圧制御装置５０ｂの各々を制御することができる。本実施形態では、各スレーブ電圧制御装置５０ｂは、最大１５０平方フィートまでのＳＰＤフィルムを制御することができる。更に別のスレーブを加えることにより、マスター／スレーブシステムは、無制限のＳＰＤ面積を制御することができる。
【０１３９】
好ましい実施形態では、マスター制御装置５０ａは、スレーブ制御装置５０ｂの手動調節用の入力装置を接続するために一般的に使用されるＡ／Ｃコンバータに直流電圧を供給する。代替的に、例えば、正確な光透過量を供給するようにＳＰＤを制御するためにスレーブ制御装置に命令するデジタル信号を８ビットポート（図示せず）を通じてスレーブ制御装置５０ｂに供給することができる。いずれの場合も、マスター電圧制御装置によって供給された制御情報により、選択電圧値をスレーブＳＰＤ端子に供給するように１つ又は複数のスレーブ電圧制御装置がスレーブ電圧分割装置を制御する方法が決まることになる。このようなシステムの利点には、環境データをサンプリングして更なる処理のためにマスター制御装置５０ａにフィードバックするノードとしての各スレーブ制御装置５０ｂの使用が含まれる。
【０１４０】
懸濁粒子装置に供給された電圧を制御する方法を図３０を参照して説明する。段階Ｓ３００では、ＡＣ電圧信号をＡＣ電源から受け取る。段階Ｓ３０２では、ＡＣ電圧信号を特定の範囲内の複数の個別の電圧レベルに分割する。段階Ｓ３０４では、ＳＰＤの表面積に関係した測定情報を判断する。段階Ｓ３０６では、電圧レベル情報と測定情報とに基づいて複数の個別の電圧レベルのうちの選択電圧レベルを懸濁粒子装置に接続したＳＰＤ端子に供給するように分割段階を制御する。
図３０の方法は、例えば図２６を参照して本明細書で説明した電圧制御装置５０によって利用されるものと実質的に類似のものであり、従って、本方法をより詳細に説明する必要はない。
【０１４１】
以上の教示内容に鑑みて本発明の多くの追加の修正及び変形が可能である。従って、本発明は、特許請求の範囲内であれば、本明細書に具体的に説明した方法以外で実施することができることは理解されるものとする。
本明細書で説明した特許及び他の参考文献の各々は、本発明を理解する上で必要な程度まで本明細書に組み込まれるものとする。
【図面の簡単な説明】
【０１４２】
【図１】ＳＰＤフィルムの断面図である。
【図２】図１のＳＰＤフィルムの直列同等回路である。
【図３】ＳＰＤフィルムの正方形要素の例を示す図である。
【図４】ＳＰＤフィルムの矩形要素の例を示す図である。
【図５】本出願の実施形態による電圧制御装置のブロック図である。
【図６】本出願の実施形態による電圧制御装置の回路図である。
【図７】図６の回路の全キャパシタンスの簡素化されたＡＣ同等回路を示す図である。
【図８】ＳＰＤ負荷を通る光透過率に対するＳＰＤ負荷に亘るＡＣ電圧のグラフである。
【図９】人体に及ぼす感電電流の生理学的影響を示す表である。
【図１０】感電状態にあるＳＰＤ負荷を駆動する電圧制御装置の簡素化されたＡＣ同等回路である。
【図１１】ＳＰＤ負荷が直列同等回路から並列同等回路に変えられた後の図１０の修正同等回路である。
【図１２】感電抵抗がＳＰＤ負荷の同等並列抵抗と組み合わされた図１１の簡素化された同等回路である。
【図１３】ＳＰＤ負荷電圧の感電から正常までのＳＰＤ負荷電圧との比較を提供する図１２の最終直列同等回路である。
【図１４】本出願の実施形態による電圧制御装置のブロック図である。
【図１５】本出願の実施形態による電圧制御装置のブロック図である。
【図１６】本出願の実施形態による電圧制御装置の回路図である。
【図１７】本発明の実施形態による電圧制御装置及びＳＰＤ負荷の回路図である。
【図１８】ＳＰＤ負荷における接続バスの従来の位置を示す図である。
【図１９】図１８のＳＰＤのＲＣ同等回路である。
【図２０】本出願の実施形態によるＳＰＤ負荷上の導電バスの位置決めを示す図である。
【図２１】図２０のＳＰＤ負荷のＲＣ同等回路である。
【図２２】本出願の実施形態によるＳＰＤ負荷における導電バスの配置を示す図である。
【図２３】本出願の実施形態によるＡＣ電源のブロック図である。
【図２４】本出願の実施形態による懸濁粒子装置に供給された電圧を制御する方法を示す流れ図である。
【図２５】電圧レベル情報の調節とＳＰＤに供給された電圧との間の関係を示すグラフである。
【図２６】本出願の実施形態による電圧制御装置を示すブロック図である。
【図２７】電圧レベル情報の調節とＳＰＤに供給された電圧との間の関係の最適化を示すグラフである。
【図２８】様々な実験的なＳＰＤフィルムについて光の透過率の変化とＳＰＤに印加された電圧の変化との間の関係を示すグラフである。
【図２９】本出願の実施形態による電圧制御装置を示すブロック図である。
【図３０】本出願の実施形態による懸濁粒子装置に供給された電圧を制御する方法を示す流れ図である。
【符号の説明】
【０１４３】
３０  導電バス
【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】
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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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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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