(57)【要約】  調光器のタイプから独立して均一な調光範囲を半導体照明負荷２４０へ供給するために電力コンバータ２２０を制御する方法が提供される。当該方法は、半導体照明負荷２４０の動作の間、電力コンバータ２２０に接続される調光器２０４の最大及び最小のフェーズ角度を検出するステップと、調光器の検出された最大及び最小のフェーズ角度に基づいて電力コンバータの出力電力を動的に調整するステップとを含む。電力コンバータの調整された出力電力は、予め定められたハイエンド値に整合するように最大のフェーズ角度で半導体照明負荷により出力される光のハイエンドレベルを調整し、予め定められたローエンド値に整合するように最小のフェーズ角度で半導体照明負荷により出力される光のローエンドレベルを調整する。
2013525988.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
調光器のタイプから独立して半導体照明負荷へ均一な調光範囲を供給するため電力コンバータを制御する方法であって、前記半導体照明負荷の動作の間、前記電力コンバータに接続された調光器の最大及び最小のフェーズ角度を決定するステップと、前記調光器の検出された最大及び最小のフェーズ角度に基づいて前記電力コンバータの出力電力を動的に調整するステップとを有し、前記電力コンバータの調整された出力電力は、予め定められたハイエンドの値に整合するように最大フェーズ角度で前記半導体照明負荷により出力される光のハイエンドレベルを調整し、予め定められたローエンドの値に整合するように最小フェーズ角度で前記半導体照明負荷により出力される光のローエンドレベルを調整する、方法。
【請求項２】
最大及び最小の調光フェーズ角度を決定するステップは、整流された入力メイン電圧に基づいて複数の調光フェーズ角度を検出するステップと、以前に決定された最小のフェーズ角度及び以前に決定された最大のフェーズ角度と検出されたフェーズ角度とを比較するステップと、検出されたフェーズ角度が以前に決定された最小のフェーズ角度より小さいとき、最小のフェーズ角度として検出されたフェーズ角度を設定するステップと、検出されたフェーズ角度が以前に決定された最大フェーズ角度より大きいとき、最大のフェーズ角度として検出されたフェーズ角度を設定するステップとを有する、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記電力コンバータの出力電力を動的に調整するステップが、前記半導体照明負荷により出力される光のローエンドレベルに対応する関数のローエンドポイントを決定するため最小のフェーズ角度を使用し、前記半導体照明負荷により出力される光のハイエンドレベルに対応する関数のハイエンドポイントを決定するため最大のフェーズ角度を使用して、調光フェーズ角度と前記電力コンバータの電力制御信号の値とを関係づける当該関数を決定するステップを有する、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記関数及び検出されたフェーズ角度に基づいて前記半導体照明負荷への前記電力コンバータの出力電力を調整するための電力制御信号の値を決定するステップを更に有する、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
複数の異なるタイプの調光器に対する半導体照明負荷の均一な調光範囲を供給するための方法であって、最小の調光器設定に対応する最小のフェーズ角度と、最大の調光器設定に対応する最大のフェーズ角度とを初めに設定するステップと、整流された入力メイン電圧に基づいて調光フェーズ角度を検出するステップと、検出されたフェーズ角度が最初の最小のフェーズ角度より小さいかどうかを決定するステップと、検出されたフェーズ角度が最初の最小のフェーズ角度より小さいとき、最小のフェーズ角度として検出されたフェーズ角度を設定するステップと、検出されたフェーズ角度が最初の最大のフェーズ角度より大きいかどうかを決定するステップと、検出されたフェーズ角度が最初の最大のフェーズ角度より大きいとき、最大のフェーズ角度として検出されたフェーズ角度を設定するステップと、電力制御信号の値を決定するため最小のフェーズ角度及び最大のフェーズ角度から光出力範囲関数を決定するステップとを有し、前記電力制御信号は、前記半導体照明負荷へ電力コンバータにより送られる出力電力を制御して、前記半導体照明負荷が、前記最小のフェーズ角度に応じて予め定められた最小の光レベルを出力し、前記最大のフェーズ角度に応じて予め定められた最大の光レベルを出力する、方法。
【請求項６】
検出されたフェーズ角度を前記光出力範囲関数に付与することにより前記電力制御信号の値を設定するステップを更に有する、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記光出力範囲関数が最小のフェーズ角度に対応するローエンドオン時間の値と最大のフェーズ角度に対応するハイエンドオン時間の値との間で曲線を規定する関数を有する、請求項５に記載の方法。
【請求項８】
前記光出力範囲関数が線形関数を有する、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
最小のフェーズ角度を初めに設定するステップは、調光器の複数の異なるタイプの各々に対応する最小のフェーズ角度を決定するステップと、調光器の複数の異なるタイプに対応する決定された最小のフェーズ角度に基づいて、平均の最小のフェーズ角度を計算するステップと、最初の最小のフェーズ角度を、計算された平均の最小のフェーズ角度に設定するステップとを有する、請求項５に記載の方法。
【請求項１０】
最大のフェーズ角度を初めに設定するステップは、調光器の複数の異なるタイプの各々に対応する最大のフェーズ角度を決定するステップと、調光器の複数の異なるタイプに対応する決定された最大のフェーズ角度に基づいて、平均の最大のフェーズ角度を計算するステップと、最初の最大のフェーズ角度を、計算された平均の最大のフェーズ角度に設定するステップとを有する、請求項５に記載の方法。
【請求項１１】
前記電力制御信号は、パルス幅変調（ＰＷＭ）信号を有し、前記電力制御信号の値は、パーセンテージデューティサイクルを有する、請求項５に記載の方法。
【請求項１２】
対応する調光フェーズ角度で予め定められた最小の光レベルを半導体照明負荷にそれぞれ出力させる電力制御信号の複数の値と複数の第１の調光フェーズ角度とを関連付ける第１のルックアップテーブルを構築するステップと、対応する調光フェーズ角度で予め定められた最大の光レベルを半導体照明負荷にそれぞれ出力させる電力制御信号の複数の値と複数の第２の調光フェーズ角度とを関連付ける第２のルックアップテーブルを構築するステップとを更に有する、請求項５に記載の方法。
【請求項１３】
前記光出力範囲関数を決定するステップが、最小のフェーズ角度を第１のルックアップテーブルの複数の第１の調光フェーズ角度の選択された第１の調光フェーズ角度と関連付けるステップと、選択された第１の調光フェーズ角度に対応する電力制御信号の選択された第１の値を第１のルックアップテーブルから抽出するステップと、選択された第１の調光フェーズ角度に対応するポイントとして前記光出力範囲関数のローエンドポイントと前記電力制御信号の選択された第１の値とを識別するステップとを有する、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記光出力範囲関数を決定するステップが、最大のフェーズ角度を第２のルックアップテーブルの複数の第２の調光フェーズ角度の選択された第２の調光フェーズ角度と関連付けるステップと、選択された第２の調光フェーズ角度に対応する電力制御信号の選択された第２の値を第２のルックアップテーブルから抽出するステップと、選択された第２の調光フェーズ角度に対応するポイントとして前記光出力範囲関数のハイエンドポイントと前記電力制御信号の選択された第２の値とを識別するステップとを有する、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記フェーズ角度を検出するステップが、前記整流された入力メイン電圧の信号波形に対応するデジタルパルスをサンプリングするステップと、前記調光器を調光するレベルに対応するサンプリングされたデジタルパルスの長さを決定するステップとを有する、請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
メイン電圧部から発する整流された入力電圧に応じて予め定められた公称の電力を半導体照明負荷へ送るための電力コンバータと、調光器がメイン電圧部と前記電力コンバータとの間に接続されているかどうかを決定し、前記調光器が存在するとき第１の値を持ち、前記調光器が存在しないとき第２の値を持つ電力制御信号を生成し、前記電力制御信号を前記電力コンバータへ供給する調光フェーズ角度検出回路とを有し、前記電力コンバータは、前記電力制御信号の第１の値に応じて補償量だけ出力電力を増大させて、増大された出力電力が前記公称の電力に等しくなる、前記半導体照明負荷に送られる電力を制御するためのシステム。
【請求項１７】
前記電力コンバータがオープンループ又はフィードフォワード形式で動作し、前記調光フェーズ角度検出回路は、デジタル入力部を有するプロセッサと、前記デジタル入力部と電源との間に接続された第１のダイオードと、前記デジタル入力部と接地点との間に接続された第２のダイオードと、前記デジタル入力部と検出ノードとの間に接続された第１のキャパシタと、前記検出ノードと接地点との間に接続された第２のキャパシタと、前記検出ノードと整流された入力電圧を受信する整流電圧ノードとの間に接続された抵抗とを有し、前記プロセッサは前記整流された入力電圧に基づいて前記デジタル入力部でデジタルパルスをサンプリングし、サンプリングされたデジタルパルスの長さに基づいて前記フェーズ角度を識別する、請求項１６に記載のシステム。
【請求項１８】
第１のキャパシタが前記整流された入力電圧の信号波形の立ち上がりエッジで前記抵抗を通って充電され、第１のキャパシタが充電されるとき第１のダイオードが前記電源より１ダイオード電圧降下分高い電圧でデジタル入力ピンをクランプし、前記信号波形に対応する長さを持つデジタルパルスを供給する、請求項１７に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して半導体照明器具の制御に向けられている。より詳しくは、ここで開示される様々な本発明の方法及び装置は、異なる調光器の調光範囲を補償するように半導体照明システムの光出力範囲を調整することに関する。
【背景技術】
【０００２】
デジタル又は半導体照明技術、すなわち、ＬＥＤのような半導体光源に基づく照明は、伝統的な蛍光灯、高輝度放電ランプ（ＨＩＤ）及び白熱電球の実行可能な代替物を提供する。ＬＥＤの機能的利点及び利益は、高いエネルギー変換、光効率、耐久性、低い稼働コスト及び他の多くを含む。ＬＥＤ技術の最近の進歩は、多くの用途で様々な照明効果を可能にする効率的且つロバストなフルスペクトル光源を提供した。
【０００３】
これらのソースを具現化する器具の幾つかは、例えば、米国特許第６，０１６，０３８号及び米国特許第６，２１１，６２６号に詳述されるように、様々な色及び色変更照明効果を生成するためにＬＥＤの出力を独立して制御するコントローラ又はプロセッサだけでなく、白色光及び／又は異なる色の光、例えば、赤、緑及び青の光を生じる一つ以上のＬＥＤを含む照明モジュールを特徴とする。ＬＥＤ技術は、Ｐｈｉｌｉｐｓ  Ｃｏｌｏｒ  Ｋｉｎｅｔｉｃｓ社から入手可能なＥＳＳＥＮＴＩＡＬ  ＷＨＩＴＥシリーズのような、ライン電圧で給電される照明器具を含む。斯様な照明器具は、１２０ＶＡＣライン電圧（すなわち、入力メイン電圧）に対する電気低電圧（ＥＬＶ）タイプの調光器のような後縁部調光技術を使用して調光可能である。
【０００４】
多くの照明アプリケーションは、調光器を使用する。従来の調光器は、白熱（バルブ及びハロゲン）ランプで良好に動作する。しかしながら、コンパクト蛍光ランプ（ＣＦＬ）、電子変成器を使用する低電圧ハロゲンランプ、並びにＬＥＤ及びＯＬＥＤのような半導体照明（ＳＳＬ）ランプを含む他のタイプの電子ランプで課題が発生する。特に、電子変成器を使用する低電圧ハロゲンランプは、電気低電圧（ＥＬＶ）タイプの調光器又は抵抗容量性（ＲＣ）調光器のような、入力部に力率補正（ＰＦＣ）回路を持つ負荷で適切に動く特別な調光器を使用して調光される。
【０００５】
従来の調光器は、通常は、入力メイン電圧信号の各波形の一部をチョッピングし、波形の残りを照明器具に送る。先端エッジすなわち順方向フェーズ調光器は、電圧信号波形の前縁部をチョッピングする。後縁部すなわち逆方向フェーズ調光器は、電圧信号波形の後縁部をチョッピングする。ＬＥＤドライバのような電子負荷は、通常は、後縁部調光器で良好に動作する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
フェーズカッティング調光器により生じるチョッピングされた正弦波に対するエラーなしで自然に反応する白熱及び他の抵抗照明デバイスとは異なり、ＬＥＤ及び他の半導体照明負荷は、斯様なフェーズチョッピング調光器に配置されるとき、ローエンドドロップアウト、トライアック失弧、最小負荷問題、ハイエンドフリッカ及び光出力の大きなステップのような多くの課題を招く。
【０００７】
加えて、調光範囲（すなわち、調光器の最小フェーズ角度と最大フェーズ角度との間の範囲）は、調光器のモデル及び／又はタイプのような様々な要因に依存して、調光器ごとに異なる。例えば、従来の調光器の中で、調光器により出力され電力コンバータの入力部で見られる実効（ＲＭＳ）電圧は、最小の調光設定（光出力の最小の調光フェーズ角度及び最低レベルに対応する）でチョッピングされていないフルのメイン電圧の約４５パーセントから約２０パーセントまで変化し、最大の調光設定（光出力の最大の調光フェーズ角度及び最高レベルに対応する）でチョッピングされていないフルのメイン電圧の約７５パーセントから約９５パーセントまで変化する。これらの違いが、結果的に、調光器に依存する様々な調光レベル及び調光範囲となる。
【０００８】
図１Ａ及び図１Ｂは、最小の調光設定にそれぞれ設定される異なるタイプの調光器（調光器Ａ及び調光器Ｂ）から電力コンバータにより受け取られる整流された入力メイン電圧の代表的なチョッピングされた波形を表す。図１Ａ及び図１Ｂに示されるように、最小の調光設定での調光器Ａのフェーズ角度は、最小の調光設定での調光器Ｂのフェーズ角度より大きい。例えば、調光器Ａは６６１５―ＰＯＷ調光器であり、調光器ＢはＤＶＥＬＶ―３０３Ｐ調光器であり、両方ともLeviton  Manufacturing社から入手可能であり、この場合、調光器Ａは約１７パーセントまで減光される一方で、調光器Ｂは約６パーセントまで減光される。各調光器のフェーズ角度は「オン時間」に対応し、整流された入力メイン電圧の各チョッピングされた信号波形がゼロでない時間の量である。オン時間は、例えば、それぞれの調光器の電子スイッチが「オン」（すなわち、電流を電力コンバータへ流すことを可能にする）である時間の量により決定される。図１Ａ及び図１Ｂを参照すると、調光器Ａのオン時間Ｔｏｎａは調光器Ｂのオン時間Ｔｏｎｂより大きい。
【０００９】
したがって、調光器Ａは、調光器Ｂより大きいＲＭＳ電圧を電力コンバータへの入力部に供給し、結果的に、調光器Ａが最小の調光設定で設定されるとき、調光器Ｂが最小の調光設定で設定されるときより、半導体照明負荷からのより多くの光出力となる。光強度に対する人間の目の反応の非線形性質のため、２つの最も低い調光設定強度間の違いは、劇的である。同様の状況が、調光器Ａ及び調光器Ｂの最大の調光設定に関して存在する。
【００１０】
本開示は、最小及び最大の調光フェーズ角度を決定し、最大及び最小の調光フェーズ角度に応じて半導体照明負荷により出力される光の量を制御するため、最大及び最小の調光フェーズ角度に基づいて半導体照明負荷へ出力される電力を調整するための本発明の方法及び装置に向けられている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
概して、一つの態様において、調光器のタイプから独立して半導体照明負荷へ均一な調光範囲を供給するため電力コンバータを制御する方法が提供される。当該方法は、前記半導体照明負荷の動作の間、前記電力コンバータに接続された調光器の最大及び最小のフェーズ角度を決定するステップと、前記調光器の検出された最大及び最小のフェーズ角度に基づいて前記電力コンバータの出力電力を動的に調整するステップとを含む。前記電力コンバータの調整された出力電力は、予め定められたハイエンドの値に整合するように最大フェーズ角度で前記半導体照明負荷により出力される光のハイエンドレベルを調整し、予め定められたローエンドの値に整合するように最小フェーズ角度で前記半導体照明負荷により出力される光のローエンドレベルを調整する。
【００１２】
別の態様においては、方法は、複数の異なるタイプの調光器に対する半導体照明負荷の均一な調光範囲を供給する。当該方法は、最小の調光器設定に対応する最小のフェーズ角度と、最大の調光器設定に対応する最大のフェーズ角度とを初めに設定するステップと、整流された入力メイン電圧に基づいて調光フェーズ角度を検出するステップと、検出されたフェーズ角度が最初の最小のフェーズ角度より小さいかどうかを決定するステップと、検出されたフェーズ角度が最初の最小のフェーズ角度より小さいとき、最小のフェーズ角度として検出されたフェーズ角度を設定するステップとを含む。当該方法は、更に、検出されたフェーズ角度が最初の最大のフェーズ角度より大きいかどうかを決定するステップと、検出されたフェーズ角度が最初の最大のフェーズ角度より大きいとき、最大のフェーズ角度として検出されたフェーズ角度を設定するステップとを含む。光出力範囲関数が、電力制御信号の値を決定するため最小のフェーズ角度及び最大のフェーズ角度から決定される。前記電力制御信号は、前記半導体照明負荷へ電力コンバータにより送られる出力電力を制御して、前記半導体照明負荷が、前記最小のフェーズ角度に応じて予め定められた最小の光レベルを出力し、前記最大のフェーズ角度に応じて予め定められた最大の光レベルを出力する。
【００１３】
別の態様においては、半導体照明負荷に送られる電力を制御するためのシステムが提供される。当該システムは、電力コンバータと調光フェーズ角度検出回路とを含む。前記電力コンバータは、メイン電圧部から発する整流された入力電圧に応じて予め定められた公称の電力を半導体照明負荷へ送る。前記調光フェーズ角度検出回路は、調光器がメイン電圧と前記電力コンバータとの間に接続されているかどうかを決定し、前記調光器が存在するとき第１の値を持ち、前記調光器が存在しないとき第２の値を持つ電力制御信号を生成し、前記電力制御信号を前記電力コンバータへ供給する。前記電力コンバータは、前記電力制御信号の第１の値に応じて補償量だけ出力電力を増大させて、増大された出力電力が前記公称の電力に等しくなる。
【００１４】
本開示の目的のために本明細書において用いられる場合、「ＬＥＤ」という用語は、任意のエレクトロルミネセンスダイオード又は電気信号に応じて放射を生成することができる他のタイプのキャリア注入／接合型のシステムを含むことを理解されたい。従って、ＬＥＤという用語は、電流に応じて光を発する種々の半導体を使用した構造体、発光ポリマ、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）、エレクトロルミネセンスストリップ等を含むが、これらに限定されない。特に、ＬＥＤという用語は、赤外線スペクトル、紫外線スペクトル及び（一般に、約４００ナノメートルから約７００ナノメートルまでの放射波長を含む）可視スペクトルの種々の部分の一つ以上において放射を生成するように構成され得る（半導体及び有機発光ダイオードを含む）全てのタイプの発光ダイオードのことを意味する。ＬＥＤの幾つかの例は、赤外ＬＥＤ、紫外ＬＥＤ、赤色ＬＥＤ、青色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ、黄色ＬＥＤ、琥珀色ＬＥＤ、橙色ＬＥＤ及び白色ＬＥＤを含むが、これらに限定されない（以下に、更に述べられる。）。ＬＥＤは、あるスペクトル（例えば、狭帯域幅、広帯域幅）に対して種々の帯域幅（例えば、半値全幅、すなわちＦＷＨＭ）及びある一般的な色分類（色のカテゴリー化）内の種々の主波長を持つ放射を生成するように構成及び／又は制御され得ることも理解されたい。
【００１５】
例えば、本質的に白色の光を生成するように構成されたＬＥＤ（例えば、白色ＬＥＤ照明器具）の１つの実行は、本質的に白色の光を形成するために組み合わせて混合するエレクトロルミネセンスの異なるスペクトルをそれぞれ発する幾つかのダイを含んでいる。他の実行では、白色光ＬＥＤ照明器具は、第１のスペクトルを持つエレクトロルミネセンスを異なる第２のスペクトルに変換する蛍光材料に関連している。この実行の一例では、かなり短波長であり、狭帯域幅のスペクトルを持つエレクトロルミネセンスが蛍光材料を「ポンピング」し、該蛍光材料は、その結果として幾らかより広い帯域幅のスペクトルを持つより長い波長の放射を放つ。
【００１６】
ＬＥＤという用語は、ＬＥＤの物理的及び／又は電気的なパッケージのタイプを限定するものではないことも理解されたい。例えば、上述したように、ＬＥＤは、異なるスペクトルの放射をそれぞれ発するように構成された複数のダイ（例えば、個々に制御可能である又はそうではない。）を有する単一の発光デバイスを指す場合がある。また、ＬＥＤは、当該ＬＥＤ（例えば、幾つかのタイプの白色ＬＥＤ）の一体部分とみなされる蛍光体と関連し得る。一般に、ＬＥＤという用語は、パッケージ化されたＬＥＤ、パッケージ化されていないＬＥＤ、表面実装型ＬＥＤ、チップオンボード型ＬＥＤ、Ｔパッケージ実装型ＬＥＤ、放射パッケージ型ＬＥＤ、電力パッケージ型ＬＥＤ、何らかのタイプのケース（encasement）及び／又は光学素子（例えば、拡散レンズ）を含むＬＥＤ等を指す。
【００１７】
「光源」という用語は、（上述して規定された一つ以上のＬＥＤを含む）ＬＥＤを使用したソース、白熱源（例えば、フィラメントランプ、ハロゲンランプ）、蛍光源、リン光源、高輝度放電源（例えば、ナトリウム、水銀及びメタルハライドランプ）、レーザ、他のタイプのエレクトロルミネセンス源、熱ルミネセンス源（例えば、炎）、キャンドルルミネセンス源（candle-luminescent  source）（例えば、ガスマントル、カーボンアーク放射源）、フォトルミネセンス源（例えば、ガス放電源）、電子飽和を用いるカソードルミネセンス源、ガルバノルミネセンス源、クリスタロルミネセンス源、キネルミネセンス源（kine-lumincescent  source）、熱ルミネセンス源、トリボルミネセンス源、ソノルミネセンス源、放射ルミネセンス源（radio  luminescent  source）及び発光ポリマを含むが、これらに限定されない種々の放射源の任意の一つ以上を意味すると理解されたい。
【００１８】
「照明器具」又は「ルミナリエ」という用語は、本明細書では、特定のフォームファクタ、アセンブリ又はパッケージにおける一つ以上の照明ユニットの実行又は配置について言及するために用いられる。「照明ユニット」という用語は、本明細書では、同じタイプ又は異なるタイプの一つ以上の光源を含む装置について言及するために用いられる。ある照明ユニットは、光源、筐体／ハウジングの機構の形状及び／又は電気的及び機械的接続の構成のために種々の取り付け機構のうちの任意の１つを有している。また、ある照明ユニットは、オプションで、光源の動作に関連する様々な他の構成要素（例えば、制御回路）と関係がある（例えば、それを含んでいる、それに結合されている及び／又はそれとともにパッケージされている。）。「ＬＥＤを使用した照明ユニット」は、単独の又は他のＬＥＤを使用していない光源と組み合わせた上述したような一つ以上のＬＥＤを使用した光源を含む照明ユニットのことを意味する。「マルチチャネル」照明ユニットは、放射線のそれぞれ異なるスペクトルを生成するように構成される少なくとも２つの光源を含むＬＥＤベース又は非ＬＥＤベースの照明ユニットを指し、各異なる光源のスペクトルは、マルチチャネル照明ユニットの「チャネル」と呼ばれる。
【００１９】
「コントローラ」という用語は、本明細書では、一つ以上の光源の動作に関連する種々の装置を広く説明するために用いられる。コントローラは、本明細書において述べられる様々な機能を実行するために（例えば、専用ハードウェアを用いて等の）種々の方法で実行され得る。「プロセッサ」は、本明細書において述べられる様々な機能を実行するためにソフトウェア（例えば、マイクロコード）を用いてプログラムされ得る一つ以上のマイクロプロセッサを使用するコントローラの一例である。コントローラは、プロセッサを用いて又は用いないで実行され、また、幾つかの機能を実行するための専用ハードウェアと他の機能を実行するためのプロセッサとの組み合わせ（例えば、一つ以上のプログラムされたマイクロプロセッサ及び関連回路）としても実行され得る。本開示の種々の実施の形態に使用され得るコントローラの構成要素の例は、従来のマイクロプロセッサ、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）及びフィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）を含んでいるが、これらに限定されない。
【００２０】
上述の概念及び以下に極めて詳細に説明される更なる概念の全ての組み合わせは（そのような概念が相互に矛盾しないならば、）、本明細書において開示される発明の主観的事項の一部であると考えられることを理解されたい。特に、この開示の最後に示される特許請求の範囲の主観的事項の全ての組み合わせは、本明細書において開示される発明の主観的事項の一部であると考えられる。また、参照することにより組み込まれるいずれの開示にも表れ得る本明細書において明示的に使用される用語は、本明細書で開示される特定の概念と最も一貫性がある意味を与えられることも理解されたい。
【００２１】
図面では、類似の参照符号は、異なる図面全体にわたって概して同じ又は類似の部分を指す。また、図面は、必ずしも縮尺通りというわけではなく、代わりに、本発明の原理を例示する際に強調されている。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】図１Ａ及び図１Ｂは、それぞれの最小の調光器設定で異なる従来の調光器の波形を示す。
【図２】図２は、代表的な実施例による調光可能な照明システムを示しているブロック図である。
【図３】図３は、代表的な実施例による電力コンバータにより半導体照明負荷へ供給される電力の量を制御するプロセスを示すフロー図である。
【図４】図４は、代表的な実施例による調光器の最大及び最小のフェーズ角度を決定するプロセスを示すフロー図である。
【図５】図５Ａ及び図５Ｂは、代表的な実施例による調光フェーズ角度対上下のエンドポイント間の電力制御信号の値を示すグラフである。
【図６】図６は、代表的な実施例による照明システム用の制御回路を示す回路図である。
【図７】図７Ａ乃至図７Ｃは、代表的な実施例による調光器のサンプル波形及び対応するデジタルパルスを示す。
【図８】図８は、代表的な実施例によるフェーズ角度を検出するプロセスを示すフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下の詳細な説明において、限定的ではなく説明のため、具体的な詳細を開示する典型的な実施例が、本教示の完全な理解を提供するために、説明される。しかしながら、本願で開示された具体的な詳細から離れた本教示による他の実施例も添付の請求の範囲の範囲内にあることは、本開示の利益を持った当業者には明らかであろう。その上、良く知られた装置及び方法の説明は、典型的な実施例の説明をぼかさないために、省略される。斯様な方法及び装置は、明らかに本教示の範囲内である。
【００２４】
出願人は、異なる調光器により供給される最大及び最小の調光レベルの違いを補償するために、半導体照明負荷へ電力コンバータにより出力される電力を調整できる回路を供給し、よって、半導体照明負荷により出力されるハイエンド及びローエンドの光の均一なレベルを供給することが有利であることを認識し理解した。
【００２５】
一般に、半導体照明負荷が接続される調光器のタイプ（例えば、モデル及び製造業者）に関係なく、最大及び最小の調光器設定それぞれで、半導体照明負荷から出力される同一量の光を持つことが望ましい。様々な実施例において、特定の調光器の最大及び最小のフェーズ角度は、半導体照明負荷の動作の間で検出される。このとき、半導体照明負荷を駆動する電力コンバータの出力電力は、検出された最大及び最小の調光フェーズ角度に基づいて、動的に調整されるので、最大の調光フェーズ角度での半導体照明負荷により出力される光のレベルは、予め定められたハイエンド値であり、最小の調光フェーズ角度での半導体照明負荷により出力される光のレベルは予め定められたローエンド値である。
【００２６】
図２は、代表的な実施例による、調光器、調光フェーズ角度検出回路、電力コンバータ及び半導体照明器具を含む調光可能な照明システムを示すブロック図である。
【００２７】
図２を参照すると、調光可能な照明システム２００は、調光器２０４及び整流回路２０５を含み、整流回路２０５は、電圧メイン部２０１から（調光された）整流電圧Ｕｒｅｃｔを供給する。電圧メイン２０１部は、様々な実行に従って１００ＶＡＣ、１２０ＶＡＣ、２３０ＶＡＣ及び２７７ＶＡＣのような異なる整流されてない入力メイン電圧を供給する。調光器２０４は、例えば、そのスライダ２０４ａの垂直オペレーションに応じて電圧メイン部２０１から電圧信号波形の前縁部（前縁部調光器）又は後縁部（後縁部調光器）をチョッピングすることにより調光機能を供給するフェーズチョッピング調光器である。説明のため、調光器２０４が後縁部調光器であると仮定される。
【００２８】
一般に、整流電圧Ｕｒｅｃｔの大きさは、低い調光設定に対応するフェーズ角度が低い整流電圧Ｕｒｅｃｔに結果としてなるように、調光器２０４により設定される調光のレベル又はフェーズ角度と比例している。図示された例では、スライダ２０４ａが、フェーズ角度を低下させるために下方へ移動して、半導体照明負荷２４０による光出力の量を減らし、フェーズ角度を増大させるために上方へ移動して、半導体照明負荷２４０による光出力の量を増大すると仮定される。従って、最小の減光は、スライダ２０４ａが（図２に図示されるように）一番上の位置にあるとき起こり、最大の減光は、スライダ２０４ａが一番下の位置にあるとき起こる。
【００２９】
照明システム２００は、更に、調光フェーズ角度検出回路２１０及び電力コンバータ２２０を含む。調光フェーズ角度検出回路２１０は、整流電圧Ｕｒｅｃｔに基づいて典型的調光器２０４のフェーズ角度（調光レベル）を決定し、電力制御信号を使用して、決定されたフェーズ角度に部分的に基づいて電力コンバータ２２０の動作ポイントを動的に調整するように設定される。電力コンバータ２２０は、制御ライン２２９を介して電力制御信号及び整流回路２０５から整流電圧Ｕｒｅｃｔを受け取って、半導体照明負荷２４０に給電するため対応する直流電圧を出力する。電力コンバータ２２０は、調光フェーズ角度検出回路２１０から受け取られる電力制御信号の値と整流電圧Ｕｒｅｃｔの大きさに少なくとも基づいて、直流電圧と整流電圧Ｕｒｅｃｔとの間で変換を行う。このように、電力コンバータ２２０により出力される直流電圧は、調光器２０４により付与される調光フェーズ角度及び整流電圧Ｕｒｅｃｔを反映する。様々な実施例において、電力コンバータ２２０は、例えば参照によりここに組み込まれるＬｙｓによる米国特許第７，２５６，５５４号に説明されているように、オープンループ又はフィードフォワード形式で動作する。
【００３０】
様々な実施例において、電力制御信号は、例えば選択されたデューティサイクルに従って上下のレベル間を交番するパルス幅変調（ＰＷＭ）信号である。。例えば、電力制御信号は、調光器２０４のハイエンドオン時間に対応する高いデューティサイクル（例えば、７６パーセント）及び調光器２０４のローエンドオン時間に対応する低いデューティサイクル（例えば、１２パーセント）を持つ。調光器２０４が最大及び最小のフェーズ角度間に設定されるとき、調光フェーズ角度検出回路２１０は、更に、（後述されるように、最大及び最小のフェーズ角度に対して調整される機能に従って決定される）検出された調光フェーズ角度に特に対応する電力制御信号のデューティサイクルを決定する。
【００３１】
調光器２０４は、例えば、様々な製造業者から入手可能な半導体照明負荷２４０と互換性を持つ様々なタイプのフェーズチョッピング調光器の１つである。一般に、調光器の異なるタイプの各々は、最大及び最小の調光設定に対応する種々異なる予め定められた最大及び最小のフェーズ角度を供給する。換言すれば、異なるタイプの調光器は、チョッピングされたサイン波の最大の調光設定でハイエンドオン時間及び最小の調光設定でローエンドオン時間それぞれに対して異なる値を持ち、ここで、「オン時間」は、上述のように、整流された入力メイン電圧の各チョッピングされた信号波形がゼロでない時間の量である。よって、各調光フェーズ角度は、対応する時間を持つし、またこの逆も成立する。従来の照明システムにおいて、異なるタイプの調光器の異なるオン時間の値は、さもなければ同じ調光設定であるように見える設定に応じて、半導体照明負荷２４０により出力される異なるレベルの光及び異なる調光範囲へ翻訳される。
【００３２】
しかしながら、様々な実施例によると、調光フェーズ角度検出回路２１０は、特定の調光器２０４の最大フェーズ角度（ハイエンドオン時間に対応する）及び最小のフェーズ角度（ローエンドオン時間に対応する）を検出し、電力制御信号を調整するためのアルゴリズムを実行するので、調光器２０４の最大及び最小のフェーズ角度に応じて電力コンバータ２２０により半導体照明負荷２４０へ送られるハイエンド及びローエンド出力電力は、調光器タイプに関係なく、同じである。従って、半導体照明負荷２４０により出力される光のレベルは、調光器タイプに関係なく、調光器２０４の最大及び最小のフェーズ角度とまた同じである。従って、ハイエンド及びローエンド光出力レベルは、調光器のタイプ並びに調光器の実際の最大及び最小のフェーズ角度と独立して設定される。
【００３３】
例えば、あるタイプの調光器が他のタイプの調光器より長いハイエンドオン時間を持つとき、調光フェーズ角度検出回路２１０は、両方の調光器の最大の設定での半導体照明負荷２４０により出力される光が同じであるように電力制御信号を調整するだろう。同様に、あるタイプの調光器が他のタイプの調光器より短いローエンドオン時間を持つとき、調光フェーズ角度検出回路２１０は、両方の調光器の最小の設定での半導体照明負荷２４０により出力される光が同じであるように電力制御信号を調整するだろう。
【００３４】
図３は、代表的な実施例による、電力コンバータにより半導体照明負荷へ送られる電力の量を制御するプロセスを示すフロー図である。当該プロセスは、例えば、図２に示される調光フェーズ角度検出回路２１０により実行されるファームウェア又はソフトウェアにより実行されるか、又は後述されるように図６のマイクロコントローラ６１５により実行される。
【００３５】
ブロックＳ３１０において、調光器２０４が最大及び最小の調光設定にそれぞれ設定されるとき、半導体照明負荷２４０により出力される光の所望のハイエンド及びローエンドを供給するための様々なフェーズ角度（調光オン時間）と電力制御信号値との間の関係が、最初に決定される。調光フェーズ角度検出回路２１０が、最大及び最小の調光フェーズ角度並びに関連する電力制御信号の値に基づいて、半導体照明負荷２４０の光出力範囲に対応する曲線を規定する適切な関数を決定し、後述されるように、前記関数に基づいて中間の調光フェーズ角度に対応する電力制御信号の値を計算するため、調光フェーズ角度検出回路２１０による将来のアクセスのために、前記関係は格納される。例えば、調光器オン時間及び関連する電力制御信号の値は、最大及び最小の調光設定に対応する表を事前設定するために用いられるか、又は関係型データベースで保存されるが、調光器オン時間及び関連する電力制御信号の値を格納する他の手段が本教示の要旨を逸脱しない範囲で組み込まれてもよい。
【００３６】
最初に、所望のハイエンド及びローエンド光出力レベル（例えば、ルーメンで示される）が、最大及び最小の調光設定それぞれで半導体照明負荷２４０により出力されるように選択される。例えば、５００ルーメンの光出力レベルがハイエンドレベルとして選択され、２５ルーメンの光出力レベルがローエンド光レベルとして選択される。選択されたハイエンド光レベルに対して、電力制御信号の値は、様々なタイプの調光器に対応する複数の可能性があるハイエンドオン時間（最大フェーズ角度）の各々に対して決定され、ここで、各電力制御信号の値は、ハイエンドオン時間に応じて５００ルーメンを出力するため半導体照明負荷２４０を駆動するために電力コンバータ２２０の動作ポイントを設定する。同様に、選択された最小の照明レベルに対して、電力制御信号の値は、様々なタイプの調光器に対応する複数の可能性があるローエンドオン時間（最小のフェーズ角度）の各々に対して決定され、ここで、各電力制御信号の値は、ローエンドオン時間に応じて２５ルーメンを出力するため半導体照明負荷２４０を駆動するために電力コンバータ２２０の動作ポイントを設定する。
【００３７】
様々な実施例によると、電力制御信号の値は、本教示の要旨を逸脱しない範囲で、様々な手段に従って決定されてもよい。例えば、決定された値は、電力制御信号の最大可能な値のパーセンテージでもよい。また、電力制御信号は、後述されるように、１００パーセントから０パーセントまで変化するパーセンテージデューティサイクルを持ってもよく、この場合、決定された電力制御信号の値は、この範囲内のパーセンテージデューティサイクルである。電力制御信号の値は、例えば設計、製造及び／又は取付け段階で経験的に決定されてもよい。例えば、特定の調光器のオン時間及び電力制御信号は、所望のルーメンを出力するために半導体照明負荷２４０に対して必要とされる最大及び最小の調光フェーズ角度での電力制御信号の値を見つけるために変化される。代わりに、本教示の要旨を逸脱しない範囲で、当業者にとって明らかなように、電力制御信号の値は、理論的に決定されてもよい。
【００３８】
様々な実施例において、ハイエンド光出力レベルを生成するため調光器オン時間及び対応する電力制御信号の値は、第１のルックアップテーブルを事前設定し、ローエンド光出力レベルを生成するため調光器オン時間及び対応する電力制御信号の値は、第２のルックアップテーブルを事前設定する。説明のため、表１は第１のルックアップテーブルの例を提供し、結果的に、半導体照明負荷２４０により出力される５００ルーメンとなる電力制御信号の値とハイエンド調光器オン時間との間の経験的に集められた関連を含む。
2013525988.tif 000003
【００３９】
上述のように、調光器オン時間は、整流された入力メイン電圧のチョッピングされた各信号波形がゼロでない（例えば、調光器の電子スイッチが「オン」である時間の量に実効的に対応する）時間の量であり、この例は、図１Ａ及び図１ＢのＴｏｎａ及びＴｏｎｂにより示される。表１の代表的なエントリを参照すると、例えば、最大設定でわずか７．０ｍｓのオン時間を持つ信号波形を出力する調光器は、５００ルーメンを出力するため半導体照明負荷２４０を駆動するため電力コンバータ２２０に対して比較的大きい電力制御信号（例えば、９０パーセントのデューティサイクルを持つ）を必要とする。比較として、最大設定で８．２ｍｓのオン時間を持つ信号波形を出力する調光器は、５００ルーメンを出力するため半導体照明負荷２４０を駆動するため電力コンバータ２２０に対して比較的小さい電力制御信号（例えば、７４パーセントのデューティサイクルを持つ）を必要とする。よって、調光器オン時間の異なる値（電力コンバータ２２０に対する異なるＲＭＳ入力電圧）に対して、電力制御信号は、光の出力レベルが最大の調光設定で固定のハイエンド値であるように調整される。
【００４０】
同様に、説明のため、表２は、第２のルックアップテーブルの例を提供し、結果的に、半導体照明負荷２４０により出力される２５ルーメンとなる電力制御信号の値とローエンド調光器オン時間との間の経験的に集められた関連を含む。
2013525988.tif 000004
【００４１】
例えば、表２の代表的なエントリを参照すると、例えば、最小設定でわずか１．０ｍｓのオン時間を持つ信号波形を出力する調光器は、２５ルーメンを出力するため半導体照明負荷２４０を駆動するため電力コンバータ２２０に対して比較的大きい電力制御信号（例えば、１６パーセントのデューティサイクルを持つ）を必要とする。比較として、最小設定で２．２ｍｓのオン時間を持つ信号波形を出力する調光器は、２５ルーメンを出力するため半導体照明負荷２４０を駆動するため電力コンバータ２２０に対して比較的小さい電力制御信号（例えば、４パーセントのデューティサイクルを持つ）を必要とする。よって、調光器オン時間の異なる値（電力コンバータ２２０に対する異なるＲＭＳ入力電圧）に対して、電力制御信号は、光の出力レベルが最小の調光設定で固定のローエンド値であるように調整される。
【００４２】
表１及び表２のオン時間の範囲は、特定の製品（半導体照明負荷２４０）に対して特定される調光器のハイエンドオン時間及びローエンドオン時間の既知の拡がりをそれぞれ包含する。様々な実施例において、表１及び表２は、調光フェーズ角度検出回路２１０に保存され、その結果、特定のハイエンド調光器オン時間又はローエンド調光器オン時間に対して、正しい電力制御信号の値が決定され、定められたハイエンド又はローエンド光出力レベルを作るために電力コンバータ２２０へ供給される。また、代表的な表１及び表２が調光器により設定された調光のレベルを示すために調光器オン時間を示すにもかかわらず、本教示の要旨を逸脱しない範囲で、表１及び表２が、調光器により設定された調光のレベルを示すために調光フェーズ角度を代わりに示し得ることも理解されたい。
【００４３】
再び図３を参照すると、ブロックＳ３２０で、半導体照明負荷２４０は、調光フェーズ角度検出回路２１０及び電力コンバータ２２０を介して、調光器２０４に接続され、調光器２０４の異なる調光器設定を使用して動作される。この動作中、調光器２０４に関連した最大及び最小のフェーズ角度は、ブロックＳ３３０により表されるプロセスにより決定される。最大及び最小のフェーズ角度の決定は、様々な調光フェーズ角度を動的に検出し、検出されたフェーズ角度（例えば、それぞれ、最長及び最短の調光器オン時間を持つ）の最長及び最短を最大及び最小のフェーズ角度として識別することにより達成される。
【００４４】
図４は、代表的な実施例による調光器の最大及び最小のフェーズ角度を決定するプロセスを示すフロー図である。当該プロセスは、例えば、図２に示される調光フェーズ角度検出回路２１０により実行されるファームウェア又はソフトウェアにより実行されるか、又は後述される図６のマイクロコントローラ６１５により実行される。
【００４５】
図４を参照すると、調光器２０４の最初の最大フェーズ角度及び最初の最小のフェーズ角度が、プロセスを開始するためにブロックＳ４３１に設定される。最初の最大及び最小のフェーズ角度は、予め定められた公称の値に設定される。例えば、最初の最大及び最小のフェーズ角度は、半導体照明負荷２４０と互換性を持つ調光器のサンプリング（標本抽出）の以前に計算された平均最大フェーズ角度及び平均最小フェーズ角度に設定される。代わりに、最初の最大及び最小のフェーズ角度は、任意に決定された高い値及び低い値に設定される。また、最初の最大及び最小のフェーズ角度はメモリから取り出されてもよく、これらは照明システム２００の以前の動作に従って格納され、これは半導体照明負荷２４０の各動作の間、実際の最大及び最小のフェーズ角度を再計算する必要性を回避する。
【００４６】
ブロックＳ４３２において、調光フェーズ角度が決定される。例えば、フェーズ角度は、後述される図８で表されるアルゴリズムに従って検出されるか、又はメモリ（例えば、フェーズ角度情報が図８のブロックＳ８２７に格納されている）から取り出される。様々な実施例において、調光フェーズ角度は、照明システム２００の動作全体にわたって決定され、その結果、調光フェーズ角度の任意の変化は、調光器２０４の設定の変化に応じて、検出され処理される。
【００４７】
検出フェーズ角度が（例えば、少なくとも第１のサイクルの間の最初の最小のフェーズ角度である）現在の最小のフェーズ角度より小さいかどうかがブロックＳ４３３において決定される。現在検出されたフェーズ角度が最小のフェーズ角度より小さいと決定されるとき（ブロックＳ４３３：はい）、以前の最小のフェーズ角度が、ブロックＳ４３４で現在検出されたフェーズ角度と置き換えられる。現在検出されたフェーズ角度が最小のフェーズ角度より小さくないと決定されるとき（ブロックＳ４３３：いいえ）、プロセスはブロックＳ４３５に進み、ここで、検出されたフェーズ角度が現在の最大フェーズ角度（例えば、少なくとも第１のサイクルの間の最初の最大フェーズ角度）より大きいかどうかが決定される。
【００４８】
現在検出フェーズ角度が最大フェーズ角度より大きいと決定されるとき（ブロックＳ４３５：はい）、以前の最大フェーズ角度は、ブロックＳ４３６で現在検出されたフェーズ角度と置き換えられる。現在検出されたフェーズ角度が最大フェーズ角度より大きくないと決定されるとき（ブロックＳ４３５：いいえ）、プロセスはブロックＳ４３７へ進む。もちろん、代替の実施例では、本教示の要旨を逸脱しない範囲で、検出フェーズ角度が現在の最大フェーズ角度より大きいかどうかの決定が、検出フェーズ角度が現在の最小のフェーズ角度より少ないかどうかの決定の前に又は同時に実施されてもよい。
【００４９】
ブロックＳ４３７において、検出されたフェーズ角度だけでなく、調光器の最大及び最小のフェーズ角度が、図３に表されるプロセスに戻される。様々な実施例において、最大及び最小のフェーズ角度は、変化が最小及び／又は最大フェーズ角度になされたときだけ、図３に表されるプロセスに戻される。さもなければ、図３に表されるプロセスは、最初の又は最近に決定された最大及び最小のフェーズ角度を使用し続ける。検出された調光フェーズ角度が戻されるので、電力制御信号の値が、後述されるように、最大及び最小のフェーズ角度から決定される関数を使用して、電力コンバータ２２０の出力電力を制御するために決定できる。
【００５０】
一方、図４のフェーズ角度検出プロセスは、ブロックＳ４３２に戻ることにより続き、ここで、調光フェーズ角度が再び検出される。ブロックＳ４３３乃至ブロックＳ４３７は、照明システムの動作全体にわたって繰り返される。最終的に、調光器２０４はその最も高い及び最も低い調光設定に設定され、対応する実際の最大及び最小のフェーズ角度が識別されるだろう。しかしながら、調光フェーズ角度検出回路２１０は、後述されるように、検出された調光フェーズ角度に対応する電力制御信号を生成し続け、その結果、調光制御は、実際の最大及び最小のフェーズ角度が決定される前、間又は後に、あるレベルで実施される。
【００５１】
再び図３を参照すると、ブロックＳ３４０において、ブロックＳ３３０のプロセスで検出された最大及び最小のフェーズ角度に対応する電力制御信号の値が、識別される。これは、ブロックＳ３１０で決定されたフェーズ角度と電力制御信号の値と間の関係を使用して達成される。例えば、最大及び最小のフェーズ角度は、対応するハイエンドオン時間及びローエンドオン時間を持ち、これらは、上述のように以前に格納された第１及び第２の表に投入されている。説明のため、例えば、ハイエンドオン時間が８．０ｍｓであると決定され、ローエンドオン時間が１．４ｍｓであると決定されたと仮定される。表１を参照すると、８．０ｍｓのハイエンドオン時間に対応する電力制御信号の値は７６パーセント（５００ルーメンの光出力レベルを得るために）であり、表２を参照すると、１．４ｍｓのローエンドオン時間に対応する電力制御信号の値は１２パーセント（２５ルーメンの光出力レベルを得るために）である。
【００５２】
ブロックＳ３５０において、最大及び最小の調光器設定に対応する上下のエンドポイント間の半導体照明負荷２４０により出力される光の調光範囲を表す関数が、最小及び最大フェーズ角度（ハイ及びローオン時間）並びに対応する電力制御信号の値を使用して決定される。一般に、関数が半導体照明負荷２４０により出力される光の大きなステップを回避するために大きいステップを持たない限り、電力制御信号の値を調光フェーズ角度（又はオン時間）と関係づけている任意の様々な関数が、当業者にとって明らかであるように、アプリケーションに特有の設計要件及び所望の実行に依存して、様々な実施例で用いられる。
【００５３】
図５Ａ及び図５Ｂは、電力制御信号の値（垂直軸）及び調光器オン時間（水平軸）を関係づける「スムーズな」又は実質的に連続な関数の例を示し、図５Ａは線形関数を示し、図５Ｂは非線形関数を示す。説明のため、例えば、ハイエンドオン時間及び対応する電力制御信号の値が８．０ｍｓ及び７６パーセントであると決定され、ローエンドオン時間及び対応する電力制御信号の値が１．４ｍｓ及び１２パーセントであると決定されたと再び仮定される。調光ベースで関数のハイエンドポイントＨ及びローエンドポイントＬを正しく設定することにより、ハイエンドポイントＨ及びローエンドポイントＬに対応する上下の光レベルは、どの調光器でも同じように作られる。
【００５４】
図５Ａ及び図５Ｂ両方はミリ秒で調光器オン時間を示しているが、説明のために、上述のように、オン時間の値の各々が対応する調光フェーズ角度を持つと理解され、例えば、ローエンドオン時間（例えば、１．４ｍｓ）は対応する最小のフェーズ角度を持ち、ハイエンドオン時間（例えば、８．０ｍｓ）は対応する最大フェーズ角度を持つ。また、関数が滑らかで大きなステップがない限り、任意の関数が半導体照明負荷２４０により出力される光の所望の調光範囲を設定するために用いられてもよい。
【００５５】
図３のブロックＳ３６０において、電力制御信号は、ブロックＳ３５０において決定される光出力範囲関数に基づいて計算され生成される。もちろん、（例えば、ブロックＳ４３２において）ブロックＳ３３０のプロセスで検出された調光フェーズ角度が最大フェーズ角度又は最小のフェーズ角度であると決定される場合、対応する電力制御信号の値はすでに（例えば、第１及び第２のルックアップテーブルから）既知である。しかしながら、最大と最小のフェーズ角度の間で検出された調光フェーズ角度（中間の調光フェーズ角度）に対して、電力制御信号の値は、関数に基づいて調光フェーズ角度検出回路２１０により調整され、中間の調光フェーズ角度は、結果的に半導体照明負荷２４０により出力される光の対応する中間のレベルになる。換言すると、図５Ａ及び図５Ｂに示される例において、各々の中間の調光フェーズ角度は、検出された調光フェーズ角度（又は、調光器オン時間）の関数として、線形又は非線形曲線に沿ってプロットされる。
【００５６】
調光フェーズ角度検出回路２１０は、電力コンバータ２２０へ電力制御信号を送る。それに応じて、電力コンバータ２２０の動作ポイントが設定され、電力コンバータ２２０はＲＭＳ入力電圧及び電力制御信号に対応する電力を半導体照明負荷２４０へ供給し、その結果、均一の調光レベルの光が、調光器のタイプに関係なく、半導体照明負荷２４０により出力される。
【００５７】
よって、様々な実施例によると、調光フェーズ角度検出回路２１０は、調光器２０４の最大及び最小のフェーズ角度を識別し、電力コンバータ２２０を制御する出力電力制御信号を出力するように設定されるので、半導体照明負荷２４０は、最大フェーズ角度に応じて予め定められた高いレベルの光を出力し、最小フェーズ角度に応じて予め定められた低いレベルの光を出力する。調光フェーズ角度検出回路２１０は、また、線形又は非線形である光出力範囲関数に基づいて最大及び最小のフェーズ角度の間の検出された中間の調光フェーズ角度に対応する電力制御信号を出力する。調光フェーズ角度検出回路２１０は、例えば制御ライン２２９を介して、電力制御信号を電力コンバータ２２０へ出力し、電力制御信号は、上述のように、電力コンバータ２２０の動作ポイントを動的に調整する。よって、半導体照明負荷２４０へ送られる電力は、ＲＭＳ入力電圧及び電力制御信号により決定される。
【００５８】
図６は、典型的な実施例による調光フェーズ角度検出回路、電力コンバータ及び半導体照明器具を含む照明システムのための制御回路を示す回路図である。例示的構成に従って、様々な典型的な部品に関して詳細が提供されるが、図６の通常の部品は図２のものと同様である。もちろん、他の構成も、本教示の要旨を逸脱しない範囲で実行されてもよい。
【００５９】
図６を参照すると、制御回路６００は、整流回路６０５及び調光フェーズ角度検出回路６１０（点線ボックス）を含む。整流回路２０５に関して上述されたように、整流回路６０５は、（調光された）整流されてない電圧を受信するためにＤｉｍ  Ｈｏｔ及びＤｉｍ  Ｎｅｕｔｒａｌにより示されるように電圧メインと整流回路６０５との間に接続された調光器に接続されている。示された構成において、整流回路６０５は、整流電圧ノードＮ２とグランド（接地点）との間に接続される４つのダイオードＤ６０１―Ｄ６０４を含む。整流電圧ノードＮ２は、整流電圧Ｕｒｅｃｔを受信し、整流回路６０５と並列に接続された入力フィルタリングキャパシタＣ６１５を通じてグランドに接続されている。
【００６０】
調光フェーズ角度検出回路６１０は、整流電圧Ｕｒｅｃｔに基づいてフェーズ角度検出プロセスを実施する。調光器により設定される調光のレベルに対応するフェーズ角度は、整流電圧Ｕｒｅｃｔの信号波形に存在するフェーズチョッピングの程度に基づいて検出される。調光フェーズ角度検出回路６１０は、検出フェーズ角度が特定の調光器に関して最大又は最小のフェーズ角度であるかどうかを決定し、上述のように、検出されたフェーズ角度に基づいて電力制御信号を生成する。電力コンバータ６２０は、調光フェーズ角度検出回路６１０により供給される電力制御信号及び整流電圧Ｕｒｅｃｔ（ＲＭＳ入力電圧）に基づいて、直列に接続される代表的なＬＥＤ６４１及び６４２を含むＬＥＤ負荷６４０の動作を制御する。これによって、調光フェーズ角度検出回路６１０が、電力コンバータ６２０からＬＥＤ負荷６４０へ送られる電力を選択的に調整可能にし、その結果、ＬＥＤ負荷６４０により出力される光のレベルは様々な異なるタイプの調光器の中でも同じ調光設定（ハイエンド及びローエンド設定を含む）に対して実質的に均一である。様々な実施例において、電力コンバータ６２０は、例えば参照によりここに組み込まれるＬｙｓによる米国特許第７，２５６，５５４号に説明されるような、オープンループ又はフィードフォワード形式で動作する。
【００６１】
示される典型的な実施例において、調光フェーズ角度検出回路６１０は、調光フェーズ角度を決定するために整流電圧Ｕｒｅｃｔの波形を使用するマイクロコントローラ６１５を含む。マイクロコントローラ６１５は、第１のダイオードＤ６１１と第２のダイオードＤ６１２との間に接続されたデジタル入力部６１８を含む。第１のダイオードＤ６１１はデジタル入力部６１８に接続されたアノードと電圧源Ｖｃｃに接続されたカソードとを持ち、第２のダイオード６１２はグランドに接続されたアノードとデジタル入力部６１８に接続されたカソードとを持つ。マイクロコントローラ６１５は、また、デジタル出力部６１９を含む。
【００６２】
様々な実施例において、マイクロコントローラ６１５は、例えばＭｉｃｒｏｃｈｉｐＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ社から入手可能なＰＩＣ１２Ｆ６８３プロセッサであり、電力コンバータ６２０は、ＳＴ  Ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ社から入手可能なＬ６５６２であるが、本教示の要旨を逸脱しない範囲で、他のタイプのマイクロコントローラ、電力コンバータ又は他のプロセッサ及び／又はコントローラが含まれてもよい。例えば、マイクロコントローラ６１５の機能は、上述されたように、第１のダイオードＤ６１１と第２のダイオードＤ６１２との間のデジタル入力を受信するために接続される、一つ以上のプロセッサ及び／又はコントローラにより実行され、これらは、様々な機能を実施するために（例えば、メモリに保存された）ソフトウェア又はファームウェアを使用してプログラムされるか、又は、幾つかの機能を実施する専用ハードウェアと他の機能を実施するプロセッサ（例えば、一つ以上のプログラムされたマイクロプロセッサ及び関連する回路）との組合せとして実行されてもよい。様々な実施例において使用されるコントローラ部品の例は、制限されるわけではないが、上述のような従来のマイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、ＡＳＩＣ及びＦＰＧＡを含む。
【００６３】
調光フェーズ角度検出回路６１０は、更に、第１のキャパシタＣ６１３及び第２のキャパシタＣ６１４、並びに典型的に第１の抵抗Ｒ６１１及び第２の抵抗Ｒ６１２により示される抵抗のような様々な受動電子部品を含む。第１のキャパシタＣ６１３は、マイクロコントローラ６１５のデジタル入力部６１８と検出ノードＮ１との間に接続される。第２のキャパシタＣ６１４は、検出ノードＮ１とグランドとの間に接続される。第１の抵抗Ｒ６１１及び第２の抵抗Ｒ６１２は、整流電圧ノードＮ２と検出ノードＮ１との間に直列に接続される。示された実施例において、例えば、第１のキャパシタＣ６１３は約５６０ｐＦの値を持ち、第２のキャパシタＣ６１４は１０ｐＦの値を持つ。また、例えば、第１の抵抗Ｒ６１１は約１Ｍオームの値を持ち、第２の抵抗Ｒ６１２は約１Ｍオームの値を持つ。しかしながら、第１のキャパシタＣ６１３及び第２のキャパシタＣ６１４並びに第１の抵抗Ｒ６１１及び第２の抵抗Ｒ６１２のそれぞれの値は、当業者には明らかなように、任意の特定の状況に対して固有の利点を提供するため又は様々な実行のアプリケーション特有の設計要件を満たすために変わってもよい。
【００６４】
整流電圧Ｕｒｅｃｔは、マイクロコントローラ６１５のデジタル入力部６１８に交流結合される。第１の抵抗Ｒ６１１及び第２の抵抗Ｒ６１２は、デジタル入力部６１８への電流を制限する。整流電圧Ｕｒｅｃｔの信号波形が高くなるとき、第１のキャパシタＣ６１３は、第１の抵抗Ｒ６１１及び第２の抵抗Ｒ６１２を通って立ち上がりエッジで充電される。例えば、第１のキャパシタＣ６１３が充電されている間、第１のダイオードＤ６１１は１ダイオード電圧降下分だけ電圧源Ｖｃｃより上にデジタル入力部６１８をクランプする。信号波形がゼロでない限り、第１のキャパシタＣ６１３は充電されたままである。整流電圧Ｕｒｅｃｔの信号波形の立ち下がりエッジで、第１のキャパシタＣ６１３は第２のキャパシタＣ６１４を通って放電され、デジタル入力部６１８は第２のダイオードＤ６１２によりグランドより１ダイオード電圧降下分低くクランプされる。後縁部調光器が用いられるとき、信号波形の立ち下がりエッジは波形のチョッピング部分の始まりに対応する。信号波形がゼロである限り、第１のキャパシタＣ６１３は放電されたままである。従って、デジタル入力部６１８の結果として生じる論理レベルデジタルパルスは、チョッピングされた整流電圧Ｕｒｅｃｔの動きを密接にフォローし、これらの例が図７Ａ乃至図７Ｃに示される。
【００６５】
特に、図７Ａ乃至図７Ｃは、典型的な実施例によるデジタル入力部６１８でのサンプル波形及び対応するデジタルパルスを示す。各図の一番上の波形は、チョッピングされた整流電圧Ｕｒｅｃｔを示し、ここで、チョップの量は調光レベルを反映する。例えば、波形は、調光器の出力部に現れる全１７０Ｖ（又は、ＥＵに対して３４０Ｖ）ピークの整流された正弦波の部分を示す。下の方形波は、マイクロコントローラ６１５のデジタル入力部６１８で見られる対応するデジタルパルスを示す。特に、各デジタルパルスの長さは、チョッピングされた波形に対応し、よって、調光器オン時間（例えば、調光器の内部スイッチが「オン」の時間量）に等しい。デジタル入力部６１８を介してデジタルパルスを受信することにより、マイクロコントローラ６１５は、調光器が設定されたレベルを決定可能である。
【００６６】
図７Ａは、波形の隣に示されるディマースライダの一番上の位置により示される調光器がその最も高い設定、すなわちハイエンドオン時間であるときの整流電圧Ｕｒｅｃｔ及び対応するデジタルパルスのサンプル波形を示す。図７Ｂは、波形の隣に示されるディマースライダの中間の位置により示される調光器が中程度の設定であるときの整流電圧Ｕｒｅｃｔ及び対応するデジタルパルスのサンプル波形を示す。図７Ｃは、波形の隣に示されるディマースライダの一番下の位置により示される調光器がその最も低い設定、すなわちローエンドオン時間であるときの整流電圧Ｕｒｅｃｔ及び対応するデジタルパルスのサンプル波形を示す。
【００６７】
図８は、典型的な実施例による調光器のフェーズ角度を検出するプロセスを示す流れ図である。プロセスは、図６に示されるマイクロコントローラ６１５により実行されるファームウェア及び／又はソフトウェアにより、又は、更に一般的に、例えばプロセッサ又はコントローラにより、例えば図２に示されるフェーズ角度検出器２１０により実行される。
【００６８】
図８のブロックＳ８２１において、入力信号のデジタルパルスの立ち上がりエッジ（例えば、図７Ａ乃至図７Ｃの下の波形の立ち上がりエッジにより示される）は、例えば、第１のキャパシタＣ６１３の初期充電により検出される。マイクロコントローラ６１５のデジタル入力部６１８のサンプリングは、例えば、ブロックＳ８２２で始まる。示された実施例において、信号は、メイン半周期のちょうど下に等しい所定時間の間、デジタル的にサンプリングされる。信号がサンプリングされるたびに、サンプルが高レベル（例えば、デジタル「１」）又は低レベル（例えば、デジタル「０」）を持つかどうかがブロックＳ８２３で決定される。示された実施例において、サンプルがデジタル「１」であるかどうか決定するために、ブロックＳ８２３で比較がなされる。サンプルがデジタル「１」（ブロックＳ８２３：はい）であるとき、カウンタはブロックＳ８２４でインクリメントされ、サンプルがデジタル「１」でない（ブロックＳ８２３：いいえ）とき、小さな遅延がブロックＳ８２５で挿入される。サンプルがデジタル「１」又はデジタル「０」であると決定されるかどうかにかかわらず、（例えば、マイクロコントローラ６１５の）クロックサイクルの数が等しいように、遅延が挿入される。
【００６９】
ブロックＳ８２６において、全体のメイン半周期がサンプリングされたかどうかが決定される。メイン半周期が完了していないとき（ブロックＳ８２６：いいえ）、プロセスは、デジタル入力部６１８で再び信号をサンプリングするためにブロックＳ８２２へ戻る。メイン半周期が完了したとき（ブロックＳ８２６：はい）、サンプリングが止まり、ブロックＳ８２４で累算されたカウンタ値がブロックＳ８２７で現在の調光フェーズ角度として識別され、カウンタはゼロへリセットされる。カウンタ値はメモリに保存され、この例は上述されている。マイクロコントローラ６１５は、その後、再びサンプリングを開始するため次の立ち上がりエッジを待つ。
【００７０】
例えば、マイクロコントローラ６１５がメイン半周期の間、２５５個のサンプルをとると仮定される。調光レベル又はフェーズ角度が（例えば、図７Ａに示されるように）その範囲の一番上近くのスライダにより設定されるとき、カウンタは図８のブロックＳ８２４で約２５５までインクリメントされる。調光レベルが（例えば、図７Ｃに示されるように）その範囲の下部近くのスライダにより設定されるとき、カウンタはブロックＳ８２４でわずか約１０又は２０までインクリメントされる。調光レベルが（例えば、図７Ｂに示されるように）その範囲の中央のどこかに設定されるとき、カウンタはブロックＳ８２４で約１２８までインクリメントされる。カウンタの値は、このように、マイクロコントローラ６１５に調光器が設定されたレベル又は調光器のフェーズ角度の正確な指標を与える。様々な実施例において、調光フェーズ角度は、例えば、カウンタ値の予め定められた機能を用いてマイクロコントローラ６１５により計算され、ここで、当該機能は、当業者に明らかなように、任意の特定の状況に対する固有の利点を提供するか又は様々な実行のアプリケーション特有の設計要件を満たすために変わってもよい。
【００７１】
従って、上述されたように、特定の調光器のハイエンド及びローエンドオン時間は、マイクロコントローラ（又は、他のプロセッサ若しくはコントローラ回路）のデジタル入力構造及び最小の受動部品を用いて電子的に検出され、ハイエンド及びローエンドオン時間は半導体照明負荷により出力される光のレベルを動的に調整するので、光のレベルは複数の異なるタイプの調光器に対して（特に最高調光設定及び最低調光設定に対して）実質的に均一である。実施例において、調光検出は、交流結合回路、マイクロコントローラのダイオードクランプされたデジタル入力構造、及び図６乃至図８を参照して上述されたように存在する調光器のバイナリ決定のために実行される（例えば、ファームウェア、ソフトウェア及び／又はハードウェアにより実行される）アルゴリズムを使用して達成される。
【００７２】
換言すれば、様々な実施例によると、光出力範囲関数の上下のエンドポイントは、最大及び最小の調光フェーズ角度を最初に見つけることで、その場で決定される。このとき、対応する電力制御信号の値は、識別され、例えば、表を見たり、関係型データベースから取り出されるか、又は調光器の実際の調光範囲から独立して、半導体照明負荷により出力される所望のハイエンド及びローエンド光レベルを設定するために、最大及び最小の調光フェーズ角度を使用して、計算される。光出力範囲関数は、滑らかな、実質的に連続関数であり、例えば、上下のエンドポイントの間の調光フェーズ角度に対応する電力制御信号の値を逐次増大して供給する。
【００７３】
調光フェーズ角度検出回路及び関連するアルゴリズムは、異なるハイエンド及びローエンド調光器設定を持つ異なる調光器が、同じ照明製品で使われるとき、実質的に同じ調光範囲に結果的になることが所望される様々な状況において用いられる。様々な実施例において、フェーズ角度検出回路及び関連するアルゴリズムは、フェーズチョッピング調光器の正確なフェーズ角度を知りたいと望まれる様々な状況で用いられる。例えば、フェーズチョッピング調光器への負荷として動作する電子トランスフォーマ（変成器）は、調光フェーズ角度を決定するために、この回路及び方法を使用する。調光フェーズ角度がわかると、半導体照明器具（例えばＬＥＤ）に関する調光器との互換性及び調光のレベルが改善される。斯様な改善の例は、調光器設定を持つランプの色温度を制御し、調光器が原位置で処理できる最小の負荷を決定し、調光器が原位置で不規則に機能するときを決定し、光出力の範囲を変え、スライダ位置曲線に対するカスタムの調光ライトを作ることを含む。
【００７４】
一般に、様々な実施例が、調光可能な電子バラストが調光器に接続されている状況において使われてもよく、用いられている調光器のタイプに関係なく、最大及び最小の調光設定で出力される光の同じレベルを持つことが望ましい。様々な実施例において、調光フェーズ角度検出回路２１０及び／又はマイクロコントローラ６１５の機能は、例えば、ハードウェア、ファームウェア又はソフトウェアアーキテクチャの任意の組合せから作られる一つ以上の処理回路により実行され、様々な機能を実施できる実行可能なソフトウェア／ファームウェア実行コードを格納するための自身のメモリ（例えば、不揮発性メモリ）を含んでもよい。例えば、当該機能は、ＡＳＩＣ、ＦＰＧＡ等を使用して実行される。
【００７５】
光出力範囲をどの調光器でも同じにするための方法は、異なる最小及び最大の調光器設定を持つ様々なフェーズチョッピング調光器を使用する一方で、光出力範囲内で同じ最適パフォーマンスを持つことが望ましい半導体照明（例えば、ＬＥＤ）負荷を持つ任意の調光可能な電力コンバータで使用できる。様々な実施例による調光フェーズ角度検出回路は、ｅＷ  Ｂｌａｓｔ  Ｐｏｗｅｒ  Ｃｏｒｅ、ｅＷ  Ｂｕｒｓｔ  Ｐｏｗｅｒ  Ｃｏｒｅ、ｅＷ  Ｃｏｖｅ  ＭＸ  Ｐｏｗｅｒ  Ｃｏｒｅ及びｅＷ  ＰＡＲ３８等を含むＰｈｉｌｉｐｓ  Ｃｏｌｏｒ  Ｋｉｎｅｔｉｃｓ社から入手可能な様々なＥｓｓｅｎｔｉａｌ  Ｗｈｉｔｅ及び／又はｅＷ製品で実行されている。更に、これは、様々な製品をよりフレンドリに調光させるための様々な製品に対する「スマートな」改善の構成要素として使用される。
【００７６】
本明細書において幾つかの発明の実施の形態が説明及び図示されたが、当業者であれば、本明細書において述べられた機能を実行する及び／又は結果及び／又は利点の１つ以上を得るための種々の他の手段及び／又は構成を容易に構想するであろう。また、そのような変形例及び／又は変更例のそれぞれは、本明細書において述べられた発明の実施の形態の範囲内にあると見なされる。より一般的には、当業者であれば、本明細書において述べられた全てのパラメータ、寸法、材料及び構成は例示的であるように意図されており、本発明の教示が使用される具体的な用途に依存することを容易に理解するであろう。
【００７７】
当業者は、日常の実験のみを用いて、本明細書において述べられた具体的な発明の実施の形態の多くの均等物を認識する又は確認することができるであろう。従って、上記実施の形態は単に例として与えられており、添付の特許請求の範囲及びその均等物の範囲内では、発明の実施の形態は、具体的に説明され、特許請求の範囲に記載されたやり方以外のやり方で実施され得ることを理解されたい。この開示の発明の実施の形態は、本明細書において述べられた個々の特徴、システム、物品、材料、キット及び／又は方法に向けられている。また、そのような特徴、システム、物品、材料、キット及び／又は方法が互いに矛盾しないのであれば、２つ又はそれ以上のそのような特徴、システム、物品、材料、キット及び／又は方法の任意の組み合わせは、この開示の発明の範囲内に含まれる。
【００７８】
本明細書において定義され、使用される場合、全ての定義は、辞書を超える定義、参照することにより組み込まれる文書内の定義及び／又は定義された用語の通常の意味を支配すると理解されたい。
【００７９】
「及び／又は」という表現は、明細書及び特許請求の範囲において本願で用いられる場合、そのような等位結合した要素、すなわち、あるケースでは接続的に存在する要素及び他のケースでは選言的に存在する要素の「どちらか一方又は両方」を意味すると理解されたい。「及び／又は」を伴って列挙された複数の要素は、同じように、すなわち、そのような等位結合した要素の「一つ以上」と解釈されるべきである。「及び／又は」節により明確に特定された要素以外の他の要素が、明確に特定されたこれらの要素に関係があろうとなかろうとオプションで存在し得る。従って、非限定的な例として、「Ａ及び／又はＢ」の記載は、「有する」のような非制限的な言葉と共に用いられる場合、一実施の形態では、Ａのみ（オプションでＢ以外の要素を含む）を意味し、他の形態では、Ｂのみ（オプションでＡ以外の要素を含む）を意味し、更に他の実施の形態では、Ａ及びＢの両方（オプションで他の要素を含む）を意味する等である。
【００８０】
明細書及び特許請求の範囲において本願で用いられる場合、一つ以上の要素のリストに関連する「少なくとも１つ」という表現は、要素のリスト内の要素の任意の一つ以上から選択された少なくとも１つの要素を意味すると理解されるべきであり、要素のリスト内に明確に列挙されたありとあらゆる要素の少なくとも１つを必ずしも含むものではなく、要素のリストにおける要素の任意の組み合わせを排除するものではない。この定義は、明確に特定されたこれらの要素に関係があろうとなかろうと、「少なくとも１つ」という表現が指す要素のリスト内において明確に特定された要素以外に要素がオプションで存在することも可能にする。従って、非限定的な例として、「Ａ及びＢの少なくとも１つ」（又は、同等に「Ａ又はＢの少なくとも１つ」、同等に「Ａ及び／又はＢの少なくとも１つ」）は、一実施の形態では、Ｂは存在しない（オプションでＢ以外の要素を含む）状態での少なくとも１つの、オプションで１つよりも多く含むＡを意味し、他の形態では、Ａは存在しない（オプションでＡ以外の要素を含む）状態での少なくとも１つの、オプションで１つよりも多く含むＢを意味し、更に他の実施の形態では、少なくとも１つの、オプションで１つよりも多く含むＡ及び少なくとも１つの、オプションで１つよりも多く含むＢ（オプションで他の要素を含む）を意味する等である。
【００８１】
明らかに反対の示されない限り、複数のステップ又は行為を含むとここにクレームされた何れの方法においても、当該方法のステップ又は行為の順番は、当該方法のステップ又は行為が列挙される順番に必ずしも限られているわけではないことも理解されるべきである。また、請求項内の参照符号は、非限定的であって、請求の範囲に何ら影響を持つべきではない。
【００８２】
特許請求の範囲及び上記明細書では、「有する」、「含む（including）」、「担持する」、「持つ」、「含む（containing）」、「伴う」、「保持する」、「によって構成される」等のような全ての移行句は、非制限的である、すなわち、含むが限定されるものではないことを意味すると理解されるべきである。「から成る」及び「から本質的に成る」という移行句のみが、それぞれ、排他的又は半排他的な移行句である。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図８】
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【国際調査報告】
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