(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＰＩＤコントローラを用いた固体照明デバイスのデジタル制御方法であって、
ａ）照明デバイスの所望の動作設定点を取得し、
ｂ）照明デバイスの前記所望の動作設定点と予め決められた閾値とを比較し、
ｃ）前記所望の動作設定点が前記予め決められた閾値よりも大きいとき、ＰＩＤ定数として、第１の値の組を割り当て、
ｄ）前記所望の動作設定点が前記予め決められた閾値よりも小さいとき、ＰＩＤ定数として、第２の値の組を割り当て、
ｅ）割り当てられた前記ＰＩＤ定数を有する前記ＰＩＤコントローラを用いて、照明デバイスを制御する、
各工程を含み、
前記第２の値の組は、照明デバイスの出力が前記第１の値の組よりも小さな光出力の行過ぎ量および／または振動を伴って前記所望の動作設定点に到達するように最適化されることを特徴とする方法。
【請求項２】
前記第１の値の組と前記第２の値の組との片方または両方が、離散化された値の組として規定されていることを特徴とする請求項１記載の照明デバイスのデジタル制御方法。
【請求項３】
前記第１の値の組または前記第２の値の組が、連続的な関数により規定されていることを特徴とする請求項１記載の照明デバイスのデジタル制御方法。
【請求項４】
前記予め決められた閾値が、照明デバイスの前記所望の動作設定点に基づく光束出力を示す値であることを特徴とする請求項１記載の照明デバイスのデジタル制御方法。
【請求項５】
ＰＩＤ定数の値の組が複数存在し、該ＰＩＤ定数の値の組の各々が、照明デバイスの特定の所望の動作設定点に対するものとして調整されていることを請求項１記載の照明デバイスのデジタル制御方法。
【請求項６】
前記照明デバイスが、照明デバイスの特定の所望の動作設定点を複数有し、該複数の特定の所望の動作設定点のすべてが、当該所望の動作設定点に対するものとして構成されたＰＩＤ定数の値の組を有することを特徴とする請求項５記載の照明デバイスのデジタル制御方法。
【請求項７】
ＰＩＤ定数の前記第２の値の組が、ＰＩＤ定数の前記第１の値の組の対応の値から、該値との関数関係を用いて決定された１つまたは複数の値を含むことを特徴とする請求項１記載の照明デバイスのデジタル制御方法。
【請求項８】
１つまたは複数の制御信号に応答する固体照明デバイスを、デジタル制御する装置であって、
ａ）前記照明デバイスの１つまたは複数の動作特性をモニタリングするように構成されたフィードバックシステムと、
ｂ）前記照明デバイスおよび前記フィードバックシステムに動作接続されたＰＩＤコントローラであって、前記フィードバックシステムから、前記照明デバイスの前記１つまたは複数の動作特性を示す１つまたは複数のフィードバック信号を受信し、照明デバイスの所望の動作設定点を示す第１の信号を受信し、照明デバイスの前記所望の動作設定点と予め決められた閾値とを比較し、前記所望の動作設定点が前記予め決められた閾値よりも大きいとき、ＰＩＤ定数として、第１の値の組を割り当て、前記所望の動作設定点が前記予め決められた閾値よりも小さいとき、ＰＩＤ定数として、第２の値の組を割り当て、割り当てられた前記ＰＩＤ定数に基づいて、前記１つまたは複数の制御信号を生成するように構成されたＰＩＤコントローラと
を含み、
前記第２の値の組は、照明デバイスの出力が前記第１の値の組よりも小さな光出力の行過ぎ量および／または振動を伴って前記所望の動作設定点に到達するように最適化されることにより、前記照明デバイスのデジタル制御を提供することを特徴とする装置。
【請求項９】
前記フィードバックシステムが、１つもしくは複数の光センサ、または１つもしくは複数の温度センサ、または１つもしくは複数の電圧センサ、またはそれらの組合せを含むことを特徴とする請求項８記載の照明デバイスをデジタル制御する装置。
【請求項１０】
前記ＰＩＤコントローラが、独立型のマイクロコントローラ、マイクロプロセッサまたはデジタル信号処理システムであることを特徴とする請求項８記載の照明デバイスをデジタル制御する装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、デバイス制御の分野に関するものであり、より詳細には、たとえば固体照明光源のような、照明デバイスのデジタル制御に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
比例−積分−微分（ＰＩＤ）制御されているシステムの過渡状態の挙動は、多くの異なるカテゴリーに分類できることが一般的に知られている。システムの出力は、一般的にＰＩＤパラメータと呼ばれる振幅（それらの振幅で、コントローラにより、比例信号、積分信号および微分信号の各々が増幅される）に応じて、多くの異なる挙動で所望の設定点に到達することができる。たとえば、所望のレベルに落ち着く前にいくらかの行過ぎ量を伴って、所望の設定点に素早く到達する態様もあり得るし、実質的に行過ぎ量を伴わずに、所望の設定点にゆっくりと到達する態様もあり得るし、たとえば最低限の行過ぎ量を伴って、最低限の時間内に所望の設定点に到達する態様もあり得る。ＰＩＤパラメータすなわち定数は、所望の過渡システム挙動または応答時間またはデッドタイムを実現するように選択することができ、この所望の挙動は、そのＰＩＤコントローラによって制御されているシステムのタイプに直接関連付けられ得る。応答時間が実質的に一定であり、かつ実質的に一定の動作条件下における動作を意図されているシステムは、予め設定されたＰＩＤ定数を有するコントローラによって、効率的に制御され得る。
【０００３】
上記で規定したように、いくつかのシステムについては、そのシステムの所望の設定点または動作出力に素早く到達するように、ＰＩＤパラメータを設定することができる。しかしながら、このような設定は、所望の設定点において行過ぎ量および振動が発生し得るという犠牲の下に行われる。システムによっては、このことは、認識可能かつ望ましくないシステム出力の変動を、結果としてもたらす。
【０００４】
たとえば、上記で示したような、所望の設定点近くにおける行過ぎ量および振動は、ＰＩＤコントローラの定数を適切に選択することによって、たとえば微分定数に高い値を設定することによって、除去することが可能である。かかる微分定数の選択は、所望の設定点に到達するに際して、出力が所望の設定点に近付く速さを遅くしてしまうという効果を有する。この設定では、所望の設定点は、比較的低速の挙動で得られることとなる。この設定の１つの問題点は、認識可能かつ望ましくない出力の変化をもたらすシステムが、より素早く所望の設定点に到達することを必要とするかもしれないという点である。
【０００５】
所望の設定点近くにおける行過ぎ量および振動を実質的に除去する別の１つの方法は、可変のフィードバックサンプリング周波数を用いて、制御システムを動作させる方法である。たとえば、制御システムは、ユーザーインターフェースからの所望の読込内容に従って、または動作条件下におけるシステムの状態に従って、サンプリング周波数を適合化してもよい。たとえば、制御システムは、システム状態間の過渡中においては、フィードバックサンプリング周波数を増大させてもよい。たとえば、システムが照明器具である場合には、その照明器具の減光時にフィードバックサンプリング周波数を調整してもよい。過渡期間中にフィードバックサンプリング周波数を増大させると、動的により安定な制御ループをもたらすことができる。しかしながら、これは典型的には、この問題に対するシンプルな解決策であるとはいえない。
【０００６】
一例として、かつ特に固体照明との組合せでＰＩＤコントローラを使用する場合に関していうと、色や色温度の変更であるか、強度の変更であるかにかかわらず、低い強度レベルにある照明器具の出力を制御する際に、ある特定の問題が生じる。固体照明システムにおいてデジタル制御技術が広く利用されていることは、それらの光の多くが、限られた数の強度レベル（たとえば２８個、すなわち２５６個の強度レベル）しか有さないことを意味する。比較的高い光出力において、強度の変更または照明器具の強度の制御を行う際には、数個の強度段階分に相当する所望の設定点を超える行過ぎ量、または数個の強度段階分に相当する所望の設定点近くの振動は、典型的には視認可能ではない。しかしながら、所望の設定点が利用可能な強度範囲の低い方の境界部にある場合には、所望の設定点を超える行過ぎ量または所望の設定点近くの振動は、１ないし２個の強度段階に相当する行過ぎ量または振動であっても、視認可能な強度変化、ことによると約１０％の範囲内の強度変化に対応し得る。所望の設定点近くにおけるこのレベルの行過ぎ量および振動は、典型的には、容易に視認可能であり、一部の観察者を苛立たせるレベルである。
【０００７】
知られているように、ＬＥＤの知覚される明るさは、放射計によるそのＬＥＤの強度に対し、非線形の関係を有する。これには、たとえばヘルムホルツ−コールラウシュ効果、およびベゾルド−ブリュッケ現象が含まれる。知覚される明るさと計測される光度との間のこの関係は、たとえば、「Ｃｏｌｏｒ  Ｓｃｉｅｎｃｅ：  Ｃｏｎｃｅｐｔｓ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄｓ，  Ｑｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅ  Ｄａｔａ  ａｎｄ  Ｆｏｒｍｕｌａｅ（色彩科学：概念ならびに手法、定量データおよび公式）」、ニューヨーク、ＮＹ：Ｗｉｌｅｙ−Ｉｎｔｅｒｓｃｉｅｎｃｅ、２０００年において、Ｗｙｓｚｅｃｋｉ，Ｇ．およびＷ．Ｓ．Ｓｔｉｌｅｓにより説明されている。この関係は、結果として、線形の制御パラメータを使用した際に、非線形の知覚される明るさをもたらす。ある対象物の知覚される明るさと計測される照度との間の関係は、スティーブンの法則により近似的に表すことができ、それは
0005757683.tif 000002
のように規定される。ここで、Ｂは知覚される明るさであり、αはスケーリング定数であり、Ｌは照明を受けている対象物の表面上の所与の点における輝度（１ｍ２あたりかつ１ストラジアンあたりのカンデラを単位として計測される）である。たとえば、照明器具の光束出力の調整中において、スティーブンの法則に基づく二乗法則の減光が採用されなかった場合には、知覚される強度と放射計によるその照明器具の明るさとの間のこの非線形の関係は、低い強度レベルを表す所望の設定点において知覚される強度の行過ぎ量および／または振動の問題と相俟って、問題をより複雑化させる。
【０００８】
したがって、照明デバイス、たとえば固体照明デバイスのデジタル制御のための新規な方法および装置であって、一定の周波数でフィードバックサンプリングループを動作させながら、所望の設定点に素早く到達することができ、かつ知覚される行過ぎ量または振動を実質的に伴わずに所望の設定点が維持されるような、方法および装置が求められている。
【０００９】
この背景情報は、本発明に関連する可能性のあるものとして本願出願人が信じる情報を、明らかにするために提示されたものである。上記の情報のうち任意のものが本発明に対する先行技術を構成することを必ずしも自認する意図ではなく、また、そのように解釈されるべきではない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の１つの目的は、照明デバイスのデジタル制御のための方法および装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の１つの側面によれば、ＰＩＤコントローラを用いた照明デバイスのデジタル制御方法であって、照明デバイスの所望の動作設定点を取得し、照明デバイスの現在の動作点を特定し、照明デバイスの上記の所望の動作設定点と照明デバイスの上記の現在の動作点との片方または両方に少なくとも部分的に基づいた関係を特定し、その関係を、予め決められた閾値と比較し、上記の関係が上記の予め決められた閾値よりも大きいとき、ＰＩＤコントローラパラメータとして、第１の値の組を割り当て、上記の関係が上記の予め決められた閾値よりも大きいとき、ＰＩＤコントローラパラメータとして、第２の値の組を割り当て、割り当てられた上記のＰＩＤコントローラパラメータを有するＰＩＤコントローラを用いて、照明デバイスを制御する各工程を含むことを特徴とする、方法が提供される。
【００１２】
本発明の別の側面によれば、１つまたは複数の制御信号に応答する照明デバイスを、デジタル制御する装置であって、照明デバイスの１つまたは複数の動作特性をモニタリングするように構成されたフィードバックシステムと、上記の照明デバイスおよびフィードバックシステムに動作接続されたＰＩＤコントローラであって、上記のフィードバックシステムから、照明デバイスの１つまたは複数の動作特性を示す１つまたは複数のフィードバック信号を受信し、照明デバイスの所望の動作設定点を示す第１の信号を受信し、照明デバイスのその所望の動作設定点と、１つまたは複数のフィードバック信号に基づく照明デバイスの現在の動作点との、片方または両方に少なくとも部分的に基づいた予め決められた関係を基に、ＰＩＤコントローラパラメータを決定し、そのＰＩＤコントローラパラメータに基づいて、上記の１つまたは複数の制御信号を生成するように構成されたＰＩＤコントローラとを含むことにより、照明デバイスのデジタル制御を提供することを特徴とする装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】デバイスの所望の動作設定点に素早く到達するように構成されたＰＩＤコントローラにより制御されているデバイスの、出力の変動を示した図
【図２】デバイスの所望の動作設定点にゆっくりと到達するように構成されたＰＩＤコントローラにより制御されているデバイスの、出力の変動を示した図
【図３】本発明の１つの実施形態に従って構成されたＰＩＤコントローラにより制御されているデバイスの、出力の変動を示した図
【図４】本発明の１つの実施形態に従う、ＰＩＤコントローラパラメータ決定の適応型制御のための、１つのモデルを示した図
【図５】本発明の１つの実施形態に従って構成されたＰＩＤコントローラを含む照明器具のための、制御システムのアーキテクチャを示した図
【発明を実施するための形態】
【００１４】
［定義］
「照明デバイス」との用語は、電磁スペクトルの１つの領域または複数領域の組合せにおいて、電磁放射を発する機能を有するデバイスを規定するために用いられる。照明デバイスは、たとえば１つの発光素子のような、放射を発する単一のデバイスを規定するものであってもよいし、同様に、照明装置もしくは照明器具、または当業者により容易に理解されるであろう他のバリエーションを規定するために用いられてもよい。
【００１５】
「発光素子」（ＬＥＥ）との用語は、たとえばその発光素子に電位差を印加することまたは電流を流すことによってアクティブ化された際に、電磁スペクトルの１つの領域または複数領域の組合せ（たとえば可視光領域、赤外領域および／または紫外領域）において、放射を発するデバイスを規定するために用いられる。したがって、発光素子は、単色性、準単色性、多色性、または広帯域発光スペクトルの特性を有し得る。発光素子の例としては、半導体、有機、もしくは高分子発光ダイオード、光学的に励起される蛍光体コーティングされた発光ダイオード、光学的に励起されるナノ結晶発光ダイオード、または当業者により容易に理解されるであろう他の類似のデバイスが含まれる。さらに、発光素子との用語は、放射を発する特定のデバイス、たとえばＬＥＤダイを規定するために用いられ、また同様に、放射を発する特定のデバイスを、その特定の１つまたは複数のデバイスが収容されるハウジングまたはパッケージと組み合わせた組合せ全体を規定するために用いられてもよい。
【００１６】
「照明デバイスの現在の動作点」との用語は、照明デバイスの、現時点における１つまたは複数の特定された動作条件を規定するために用いられる。
【００１７】
「照明デバイスの所望の動作設定点」との用語は、照明デバイスの所望の１つまたは複数の動作条件を規定するために用いられる。たとえば、照明デバイスの所望の動作設定点は、所望の光の色、色度、相関色温度、光束出力、または当業者により容易に理解されるであろう他の類似のパラメータのうちの、１つまたは複数を特定するものとされ得る。
【００１８】
「照明デバイスの現在の動作設定点」との用語は、選択され、照明デバイスの現在の動作点を結果としてもたらしている、照明デバイスの１つまたは複数の動作条件を規定するために用いられる。
【００１９】
本願で使用する「約」との用語は、公称値から±１０％のばらつきを指す。特に言及するか否かにかかわらず、そのようなばらつきは、本願で提示する任意の所与の値に常に含まれる点を理解されたい。
【００２０】
別途定義しない限り、本願で使用するすべての技術用語および科学用語は、本発明が属する技術分野における通常の技術を有する者により一般的に理解される意味と、同様の意味を有する。
【００２１】
本発明は、照明デバイスをデジタル制御する方法および装置であって、照明デバイスの所望の動作設定点近くにおける行過ぎ量および振動を実質的に低減しながら、その照明デバイスの所望の動作設定点に素早く到達することを可能とする方法および装置を提供する。本発明はとりわけ、照明デバイスの所望の動作設定点と照明デバイスの現在の動作点との片方または両方に少なくとも部分的に基づいた関係を基に、ＰＩＤコントローラパラメータを変化させるように構成された、ＰＩＤコントローラによって実現される。たとえば、照明デバイスが動作している現在の動作点が、照明デバイスの所望の動作設定点から離れた予め決められた閾値を超えている場合には、ＰＩＤコントローラは、ＰＩＤコントローラパラメータの第１の組を用いて動作するように構成され、このＰＩＤコントローラパラメータの第１の組は、照明デバイスの所望の動作設定点に実質的に素早く近付く態様を実現する組とされ得る。このＰＩＤコントローラはさらに、予め決められた閾値に到達すると、ＰＩＤコントローラパラメータを、別のＰＩＤコントローラパラメータの組に調整するように構成され、この別のＰＩＤコントローラパラメータの組は、照明デバイスの所望の動作設定点によりゆっくりと近付き、それにより所望の動作設定点近くにおける行過ぎ量および振動を低減させる態様を実現する組とされ得る。
【００２２】
ＰＩＤコントローラは、照明デバイスおよびフィードバックシステムに動作的に接続されている。このフィードバックシステムは、照明デバイスの動作特性（照明デバイスの現在の動作点を表すものであってもよい）をモニタリングする。こうすることで、ある時点においてＰＩＤコントローラパラメータの変更が必要か否かを決定するのに必要な情報が、ＰＩＤコントローラに供給される。
【００２３】
本発明に係る方法および装置は、照明デバイスの所望の動作設定点近くにおける行過ぎ量および振動を制限しながら、その所望の動作設定点に比較的素早く近付くことが必要とされるような、様々な異なる照明デバイスの制御に利用することができる。たとえば、本発明の方法および装置は、デジタル化された出力を有する照明デバイス、またはフィードバックループの分解能が、照明デバイス制御の所望の分解能と比較して粗いような照明デバイスの、制御に利用することができる。たとえば、照明デバイスは、固体照明デバイスであってもよいし、デジタル制御を要するような当業者によって知られている他の照明デバイスであってもよい。
【００２４】
［フィードバックシステム］
フィードバックシステムは、制御対象である照明デバイスの１つまたは複数の動作特性を表す情報を、収集するように構成されている。フィードバックシステムは、照明デバイスの特定の動作情報を収集するように構成された、１つまたは複数の検知ユニットを含んでいる。この検知ユニットは、光センサ、温度センサ、電圧センサ、圧力センサ、歪みセンサ、または当業者により容易に理解されるであろう他のセンサ構成であって、所望の１つまたは複数の動作特性の収集に適したセンサ構成とされ得る。フィードバックシステムの構成は、照明デバイスそのものと、必要とされる制御の所望のタイプとに直接依存する。具体的な照明デバイスに適したフィードバックシステムをいかに構成するかは、当業者が容易に理解するところであろう。
【００２５】
たとえば、デバイスが固体照明デバイスである場合には、フィードバックシステムは、その照明デバイスによって発せられる出力を表す情報を収集するように構成された、１つまたは複数の光センサを含むものであってもよい。加えて、このフィードバックシステムは、その固体照明デバイス内の１つまたは複数の発光素子の動作温度を表す情報を収集するように構成された、１つまたは複数の温度センサも含んでいてもよい。
【００２６】
１つの実施形態では、フィードバックシステムは、１つもしくは複数のフィルタ、増幅器、または１つもしくは複数の検知ユニットにより収集された情報の操作ならびに改善のためのその他の電子部品を、さらに含むものとされる。
【００２７】
［ＰＩＤコントローラ］
ＰＩＤコントローラは、フィードバックシステムと照明デバイスとに動作接続されており、ＰＩＤコントローラパラメータの組に基づいて、照明デバイスの動作を制御するための１つまたは複数の制御信号を生成する。１つの実施形態では、ＰＩＤコントローラは、制御システム内部において構成され、この制御システムは、マイクロコントローラ、マイクロプロセッサ、または当業者により容易に理解されるであろう他のデジタル信号処理システムとされ得る。別の実施形態では、ＰＩＤコントローラは、独立型のマイクロコントローラ、マイクロプロセッサ、または制御システムに動作接続された他のデジタル信号処理システムとして構成される。加えて、ＰＩＤコントローラは、命令（たとえばソフトウェア、マイクロコードまたはファームウェアのような制御プログラム）と、データとを保存することのできるメモリに、アクセスするように構成されていてもよい。このメモリは、ＲＡＭ、ＰＲＯＭ、ＥＰＲＯＭ、フラッシュ、または当業者により容易に理解されるであろう他のメモリフォーマットとして構成され得る。
【００２８】
ＰＩＤコントローラは、フィードバックシステムから、１つまたは複数のフィードバック信号を受け取るように構成されている。この１つまたは複数の信号は、照明デバイスの１つまたは複数の動作特性を示すものであり、ＰＩＤコントローラが照明デバイスの現在の動作点を特定することを可能とする。ＰＩＤコントローラはさらに、照明デバイスの所望の動作設定点を示す信号を、受信または特定するように構成されている。ＰＩＤコントローラは、照明デバイスの所望の動作設定点と照明デバイスの現在の動作点との片方または両方に少なくとも部分的に基づいた、予め規定された関係に基づいて、ＰＩＤコントローラパラメータの組を決定するように構成されている。これらのＰＩＤコントローラパラメータは、その後、照明デバイスの動作を制御する１つまたは複数の制御信号を決定するために、ＰＩＤコントローラにより用いられる。
【００２９】
ＰＩＤコントローラパラメータは、照明デバイスの所望の動作設定点と照明デバイスの現在の動作点との片方または両方に少なくとも部分的に基づいた、予め規定された関係の評価に基づいて、ＰＩＤコントローラ値の特定の組が選択されるような、値の２つ以上の組として構成されてもよい。一般化していうと、値の複数の離散的な組が存在してもよいし、あるいは、照明デバイスの所望の動作設定点と照明デバイスの現在の動作点との片方または両方に少なくとも部分的に基づいた、予め規定された関係に基づく連続的な関数により、値の組が規定されてもよい。
【００３０】
１つの実施形態では、上記の予め規定された関係は、照明デバイスの現在の動作点と照明デバイスの所望の動作設定点との間で特定された差分関係、もしくは照明デバイスの所望の動作設定点と照明デバイスの現在の動作設定点との間で特定された差分関係、またはそれら両方の関係に基づいたものとされる。
【００３１】
本発明の１つの実施形態では、ＰＩＤコントローラは、ＰＩＤフィードバック制御アルゴリズムを含むものとされる。たとえば、予め決められた動作閾値以上であるような照明デバイスの現在の動作点に対して、値Ｐ１、Ｉ１およびＤ１という第１の組により、ＰＩＤコントローラパラメータが規定される。照明デバイスの動作中の行過ぎ量または振動として、実質的に小さくかつ実質的に顕著性ならびに知覚可能性を有さない程度の行過ぎ量または振動を伴いつつ、照明デバイス動作の所望のレベルおよび／または照明デバイスの所望の動作設定点に、実質的に最小限の時間で到達できるように、これらのＰＩＤコントローラパラメータを最適化することが可能である。さらに、上記の予め決められた動作閾値未満であるような照明デバイスの現在の動作点に対しては、照明デバイスの現在の動作点が、照明デバイスの所望の動作設定点から予め決められた量より大きく離れている場合に、値Ｐ１、Ｉ１およびＤ１という第１の組により、ＰＩＤコントローラパラメータが規定される。しかしながら、照明デバイスの現在の動作点が、照明デバイスの所望の動作設定点から予め決められた量より小さくしか離れていない場合には、ＰＩＤコントローラパラメータは、Ｐ２、Ｉ２およびＤ２という第２の値の組により規定される。この実施形態では、照明デバイスの動作中の行過ぎ量または振動として、実質的に小さくかつ実質的に顕著性ならびに知覚可能性を有さない程度の行過ぎ量または振動を伴いつつ、照明デバイスの出力が、実質的に最小限の時間でその照明デバイスの所望の動作設定点に到達できるように、ＰＩＤコントローラパラメータの第１の値の組および第２の値の組を、最適化することが可能である。
【００３２】
本発明の１つの実施形態では、Ｐ１、Ｉ１およびＤ１が第１の値の組を規定し、Ｐ２、Ｉ２およびＤ２が第２の値の組を規定するものとして、ＰＩＤコントローラパラメータの相対値を、
0005757683.tif 000003
のように規定することができる。
【００３３】
１つの実施形態では、上記で規定した条件のうちの１つ、２つまたは３つすべてが満たされる。加えて、これらの条件のうちの１つまたは２つのみが満たされる場合には、上記の条件を満たさない残りの１つまたは２つのＰＩＤコントローラパラメータの最初の値および最後の値は、第１の値の組と第２の値の組との両方において等しくなるように規定される。
【００３４】
たとえば、図１は、ゼロから設定点である１０まで（任意の単位）の離散化されたレベルでの、固体照明デバイスの出力強度の変化を示している。ここで、１０は、１０番目の離散化された光出力強度レベルに対応する。ＰＩＤコントローラパラメータは、照明デバイスの所望の動作設定点近くの行過ぎ量および振動を許容しながら、照明デバイスの現在の動作点が、照明デバイスの所望の動作設定点に素早く到達するように構成されている。出力は、時刻τ０において最初に照明デバイスの所望の動作設定点に到達するが、時刻τ１までは振動を続ける。この振動は、低い強度レベルにおいては知覚することができ、したがって望ましくない。たとえば、照明デバイスのより高い所望の動作設定点（たとえば２００）において同じ割合の振動があっても、かかる振動は典型的には視認可能でなく、出力は、より早い時刻τ０において安定したように知覚される。階段状のライン１１０は、固体照明デバイスの出力が段階的に調整される際の、実際の出力を規定しており、滑らかなライン１００は、出力が連続的に調整される場合における、固体照明デバイスの出力を規定している。
【００３５】
さらに、図２は、ＰＩＤコントローラパラメータが照明デバイスの所望の動作設定点近くの行過ぎ量および振動を制限するように構成されている場合において、固体照明デバイスの出力強度が、その照明デバイスの所望の動作設定点にどのように近付くかを示している。図示されているように、照明デバイスの所望の動作設定点への近付き方は遅く、時刻τ４において、実質的に行過ぎ量および振動を伴わずに、照明デバイスの所望の動作設定点に到達する。階段状のライン１３０は、固体照明デバイスの出力が段階的に調整される際の、実際の出力を規定しており、滑らかなライン１２０は、出力が連続的に調整される場合における、固体照明デバイスの出力を規定している。
【００３６】
加えて、図３は、ＰＩＤコントローラパラメータが本発明の１つの実施形態に従って規定される場合において、固体照明デバイスの出力強度が、その照明デバイスの所望の動作設定点にどのように近付くかを示している。時刻τ３において、ＰＩＤコントローラパラメータは、第１の値の組から第２の値の組に変更され、出力強度が照明デバイスの所望の動作設定点１０に近付く速度が、遅くなっているように見て取れる。ＰＩＤコントローラパラメータの調整により、出力は、時刻τ２において、実質的に行過ぎ量および振動を伴わずに、照明デバイスの所望の動作設定点に到達し安定する。本発明の１つの実施形態では、ＰＩＤコントローラパラメータの調整は、微分定数の値の増大を含んでいてもよい。階段状のライン１５０は、固体照明デバイスの出力が段階的に調整される際の、実際の出力を規定しており、滑らかなライン１４０は、出力が連続的に調整される場合における、固体照明デバイスの出力を規定している。
【００３７】
図１、２および３は、実質的に同じ縮尺で図示されているので、τ２が、τ１およびτ４のいずれよりも小さいことが特定できる。加えて、図３に示されているように、照明デバイスの所望の動作設定点に対し、固体照明デバイスの出力の行過ぎ量または振動は、実質的に存在しない。
【００３８】
本発明の別の実施形態では、Ｐ、ＩおよびＤパラメータは、照明デバイスの所望の動作設定点に依存するものとされてもよい。たとえば、照明デバイスからの所望の光束出力が予め決められた閾値を超える出力である場合には、Ｐ、ＩおよびＤパラメータの第１の組が選択され、照明デバイスからの所望の光束出力が予め決められた閾値未満である場合には、Ｐ、ＩおよびＤパラメータの第２の組が選択されてもよい。
【００３９】
本発明の別の実施形態では、二乗誤差ＰＩＤアルゴリズムを用いて、ＰＩＤコントローラパラメータが決定されてもよい。たとえば、第１のＰＩＤコントローラパラメータのうちの１つ、複数またはすべてが二乗されて、ＰＩＤコントローラパラメータの第２の組が取得されてもよい。当業者によれば容易に理解されるように、他の整数または非整数の指数を用いて、ＰＩＤコントローラパラメータの第１の組に基づくＰＩＤコントローラパラメータの第２の組の取得（またはその逆）が行われてもよい。別の実施形態では、誤差項のうちの１つ、複数またはすべてが、１または２以外の指数（１未満の分数指数も含む）でべき乗されてもよい。たとえば、ＰおよびＩの項が２でべき乗され、Ｄの項が０．５でべき乗されてもよい。ＰＩＤコントローラパラメータの第２の組のこのような評価は、高いＰ、高いＩおよび低いＤという値から、低いＰ、低いＩおよび高いＤという値への遷移を、滑らかにする効果を有する。
【００４０】
図４は、本発明の１つの実施形態に係る、ＰＩＤコントローラパラメータ決定の適応型制御のための、１つのモデルを示している。このモデルは、フィードフォワード型のフォーマットを用いて構成されている。具体的には、照明デバイスの所望の動作設定点２００が、ＰＩＤコントローラ２５０およびフィードフォワードモデル２１０に受け取られる。ここで、フィードフォワードモデルは、制御対象であるプロセス、具体的には照明デバイスの制御を表すものであってもよく、したがってこのフィードフォワードモデルは、様々な異なる動作設定点に対する、照明デバイスの応答をシミュレートし得る。このフィードフォワードモデルは、照明デバイスの所望の動作設定点に基づき、その照明デバイスの予想される応答の指示２２０を、調整決定モジュール２３０に供給する。続いて、この調整決定モジュール２３０は、必要な調整２４０を決定する。ＰＩＤコントローラ２５０は、この必要な調整２４０と、フィードバックシステムから得られた照明デバイスの現在の動作点２９０および／または照明デバイスの現在の動作設定点とを用いて、照明デバイス２７０に送信される制御信号２６０を決定し、それにより照明デバイスの出力２８０を制御することができる。
【００４１】
本発明の１つの実施形態では、照明デバイスの所望の動作設定点が、その照明デバイスの最大光束出力の約１０％から約１００％の範囲内であるような光強度レベルと対応付けられる場合には、フィードフォワードモデルは、直線であるものとして規定することができる。こうすると、強度レベルがこれらのパラメータの範囲内であれば、ＰＩＤコントローラパラメータの修正は必要でない。さらに、照明デバイスの所望の動作設定点が、約１０％よりも低い光強度レベルを有するときは、フィードフォワードモデルは、照明デバイスの所望の動作設定点近くの行過ぎ量および／または振動を緩和するため、ＰＩＤコントローラパラメータの修正を決定する手段を提供する、別の定式により規定され得る。たとえば、この定式は、線形または曲線形の形状（たとえば直線、指数関数曲線、放物線またはその他の形状）により規定されてもよいし、別のフォーマットの数学的公式またはモデルによって規定されてもよい。この定式はまた、ヒューリスティックモデル、または解答を決定するための他の試行錯誤法により表わされてもよい。定式化のその他のフォーマットは、当業者には容易に理解されよう。
【００４２】
以上、１つまたは複数の異なる方法に基づいてＰＩＤコントローラパラメータを再評価する、様々な手法を規定してきた。このようなＰＩＤコントローラパラメータの修正は、照明デバイスの機能の適応型制御の一形態を提供する。多くの適応型制御方法が利用可能であり、それにはたとえば、モデル参照適応型制御（ｍｏｄｅｌ  ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ  ａｄａｐｔｉｖｅ  ｃｏｎｔｒｏｌ；ＭＲＡＣ）、モデル識別適応型制御（ｍｏｄｅｌ  ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ  ａｄａｐｔｉｖｅ  ｃｏｎｔｒｏｌ；ＭＩＡＣ）、ニューラルネットワーク、ファジー論理、ヒューリスティックアルゴリズムもしくはモデル、フィードバック適応型制御モデル、フィードフォワード適応型制御モデル、または当業者により容易に理解される他の方法が含まれ、これらの方法は、各々単独でまたは組み合わされて、本発明の１つ以上の実施形態に組み込まれ得る。
【００４３】
本発明のいくつかの実施形態においては、ＰＩＤコントローラパラメータの別個のＰ項、Ｉ項およびＤ項の間において、他の関数による依存関係も可能であり、たとえば、指数関数、対数関数、多項式、または当業者により容易に理解されるであろうその他の関数による関係が可能である。本発明の１つの実施形態では、これらの関数関係は、ＰＩＤコントローラやフィードバックシステムに付随する電子回路によってデジタル的に実装されてもよいし、アナログ手段により実装されてもよい。たとえば、フィードバックループ内にダイオードを有する演算増幅器を用いて、対数関数増幅器が構成されてもよい。
【００４４】
いくつかの検知ユニットは、非線形の応答特性、たとえば対数関数状の応答特性を、潜在的に有する。検知ユニットからの入力信号を関数により修正する必要のない本発明のいくつかの実施形態において、このような検知ユニットの潜在特性を有利に利用することができる。たとえば、ＰＩＤコントローラパラメータの決定のための入力信号として、検知ユニットからの実質的に未修正の出力を利用することにより、非線形の相関関係を実現することができ、このことと、複数のまたは可変のＰＩＤパラメータの組とを組み合わせることにより、行過ぎ量および振動を最小限に抑えることに関し、改善された性能を提供することができる。
【００４５】
１つの実施形態では、照明デバイスの複数の所望の動作設定点の各々に対して、ＰＩＤコントローラパラメータが調整または特徴付けられる。これらのＰＩＤコントローラパラメータは、ＰＩＤコントローラによりアクセス可能なメモリ内に、表その他のフォーマットで保存されてもよい。したがって、照明デバイスのある特定の所望の動作設定点が選択されると、ＰＩＤコントローラは、メモリにアクセスし、照明デバイスのその特定の所望の動作設定点と関連付けられた、調整された対応のＰＩＤコントローラパラメータを特定することができる。本発明の１つの実施形態では、ＰＩＤコントローラパラメータは、ジグラ−ニコルスおよびコーエン−クーンを含む技術を用いて、調整することができる。
【００４６】
あるいは、ＰＩＤコントローラパラメータは、照明デバイスの一部のみの所望の動作設定点に対して調整または特徴付けられ、照明デバイスのその他の所望の動作設定点に対する残りのＰＩＤコントローラパラメータは、たとえば直線補間またはより高次の補間を用いて、それらの間を補間することにより取得されてもよい。
【００４７】
以下、具体例を参照して、本発明を説明する。ここで、以下の例は、本発明の実施形態を説明する意図のものであり、本発明を何ら限定する意図ではない点を理解されたい。
【００４８】
［実施例］
図５は、本発明の１つの実施形態に従うデジタル制御のための方法および装置を含む、照明器具または固体照明デバイスについて、フィードバックおよび制御システムのアーキテクチャを示している。照明器具は、光を発生させる１つまたは複数の発光素子４０を含んでおり、その発光素子４０は、カレントドライバ３５を介して、電源３０に電気的に接続されている。電源３０は、たとえば、ＡＣ／ＤＣまたはＤＣ／ＤＣ変換器をベースとするものであってもよい。複数色の発光素子がある場合には、発光素子４０の各色への必要な順方向電流の供給を可能とするため、各色に対し別個のカレントドライバ３５が設けられてもよい。
【００４９】
照明器具からの光束出力を検出するために、１つまたは複数の光センサ５０が設けられている。１つの実施形態では、発光素子４０の各色に対して、別個の光センサ５０が付与される。加えて、それら光センサ５０のうちの１つまたは複数に、カラーフィルタが付随させられてもよい。各光センサ５０は、増幅器および信号変換器５５に電気的に接続されており、この増幅器および信号変換器５５は、検知された信号を、制御システム６０による処理が可能な電気信号に変換することができる。１つの実施形態では、制御システム６０は、増幅器および信号変換器５５の増幅および積分制御信号を、制御できるものとされる。各光センサ５０は、要求される最低限の信号対雑音比を有する信号を提供する、安定した光電流を供給するのに十分な量の光束を検出できることが理解されよう。さらに、光センサ５０は、迷光および周辺光が検出されないようにシールドされてもよいが、１つの実施形態では、周辺光（たとえば日中の光）を検出することが有利となる。
【００５０】
１つの実施形態では、ユーザーインターフェース６５が、制御システム６０に接続され、照明器具の所望の色温度、色度および／または所望の光束出力に関する情報を、ユーザーまたは他のデバイス（たとえばプログラミング可能な２４時間タイマ、もしくは劇場用の照明制御盤）から取得する手段を提供する。この情報は、制御システム６０により使用される適当な電気参照信号に変換される。制御システム６０はさらに、照明器具の光束出力に関するフィードバックデータを、光センサ５０から受け取る。それにより、制御システム６０は、照明器具により発せられるべき光の所望の光束および色度を得るため、カレントドライバ３５に送信する制御信号として適切な信号を決定することができる。制御システム６０は、マイクロコントローラ、マイクロプロセッサ、または当業者により容易に理解されるであろう他のデジタル信号処理システムとされ得る。
【００５１】
１つの実施形態では、制御システム６０は、図５に図示されているように、１つまたは複数の温度センサ素子４５にオプションとして動作接続されてもよい。この温度センサ４５は、動作条件下における発光素子４０の温度に関する情報を提供することができる。発光素子４０の温度に関する情報は、温度に依存する光束のゆらぎおよびＬＥＤ主導の波長シフトを、補償するために利用され得る。たとえば、一群の発光素子の順方向電圧、サーミスタの抵抗、または熱電対の電圧を測定することにより、発光素子４０の温度を特定することができる。こうして、制御システム６０は、一群の発光素子４０の駆動電流をフィードフォワード方式で適正化するように、カレントドライバ３５を制御することができる。
【００５２】
同様に、１つまたは複数の温度センサ素子４５が、動作条件下における光センサの周辺温度に関する情報を提供する態様としてもよい。この情報は、温度に依存する光応答性の変化を、フィードフォワード方式で補償するのに利用することができる。
【００５３】
１つの実施形態では、制御システム６０は、光センサ５０および温度センサ４５の両方からの信号に応答する。これは、光センサ５０のみに応答するデジタルフィードバック制御システム６０は、一定の光束出力および色度を維持するという点において、長期的に見てより低い安定性を呈する可能性があるためである。
【００５４】
別の実施形態では、制御システムは、図５に示すように、発光素子４０に接続され、その発光素子４０の順方向電圧を検出する、１つまたは複数の電圧センサ素子７０を、オプションとして含んでいてもよい。電圧センサ信号は、通過帯域の中心周波数がＡＣライン周波数の２倍に等しいような帯域通過フィルタによって、フィルタリングされてもよい。視認されるちらつきを最小限に抑えるため、電圧センサ信号のサンプリング周波数は、典型的には約３００Ｈｚよりも大きくされる。
【００５５】
制御システム６０には、修正されたＰＩＤフィードバック制御アルゴリズムが組み込まれている。照明器具の最大光出力の１０％以上に相当するデバイスの所望の動作設定点に対しては、ＰＩＤコントローラパラメータは、３つの値Ｐ１、Ｉ１およびＤ１に設定される。これらの値は、光出力の行過ぎ量および振動として実質的に小さくかつ実質的に顕著性ならびに知覚可能性の低い行過ぎ量および振動を伴って、実質的に最小の時間で、照明器具の出力がデバイスの所望の動作設定点に到達するように最適化される。
【００５６】
照明器具の最大光出力の１０％未満に相当するデバイスの所望の動作設定点に対しては、出力がそのデバイスの所望の動作設定点から５％のポイントより大きく離れている場合には、ＰＩＤコントローラパラメータは、最初の値の組Ｐ１、Ｉ１およびＤ１により規定される。出力がデバイスの所望の動作設定点から５％のポイント未満しか離れていない場合には、ＰＩＤコントローラパラメータとして、最終的な値の組Ｐ２、Ｉ２およびＤ２が用いられる。これらのＰＩＤコントローラパラメータは、光出力の行過ぎ量および振動として実質的に小さくかつ実質的に顕著性ならびに知覚可能性の低い行過ぎ量および振動を伴って、実質的に最小の時間で、照明器具の出力がデバイスの所望の動作設定点に到達するように最適化することができる。ＰＩＤコントローラパラメータの相対値は、Ｐ１＞Ｐ２、Ｉ１＞Ｉ２、Ｄ１＜Ｄ２として規定されてもよい。オプションとして、これらの条件のうち１つ、２つまたは３つすべてが満たされ得る。これらの条件のうち１つまたは２つのみが満たされる場合には、残りのＰＩＤコントローラパラメータは、最初の値の組と最終的な値の組とで等しい値とされる。
【００５７】
本発明の変更実施形態では、固定値のＰＩＤコントローラ値の組と値のマルチセットとの間の遷移のための、予め決められた動作閾値を規定する強度レベルは、照明器具の最大出力の１０％以外のレベルであってもよく、たとえば７．５％または１５％であってもよい。
【００５８】
別の実施形態では、最初の値の組Ｐ１、Ｉ１およびＤ１から最終的な値の組Ｐ２、Ｉ２およびＤ２への遷移点は、デバイスの現在の動作点とデバイスの所望の動作設定点との間の関係において生じてもよい。たとえば、出力が設定点から５％以外の予め決められた割合のポイントだけ離れているときに遷移が生じてもよく、たとえば３％または６％だけ離れているときに遷移が生じてもよい。
【００５９】
１つの実施形態では、たとえば所望の色、色温度または強度の変化といった出力の遷移中においては、ＰＩＤコントローラパラメータの第１の組が用いられてもよく、たとえば１０％未満であるデバイスの所望の動作設定点における、安定状態の間においては、より低くされたＰＩＤコントローラパラメータの第２の組が用いられてもよい。こうすることにより、固体照明デバイスの出力は、実質的に振動を伴わない実質的に安定状態の出力を可能としながら、実質的に行過ぎ量を伴わない実質的に素早い応答を有することが可能となる。
【００６０】
本発明の別の実施形態では、それぞれの発光素子から発せられた赤色、緑色、および青色の光が、３つの別個のフィードバックループおよびＰＩＤコントローラ（すなわち光の各色につき１つ）を介して、混ぜ合わされる。それぞれのＰＩＤコントローラパラメータを変更する条件は、各色ごとに異なる条件とされてもよく、これにより、より高い設定点を有する色は通常の動作を行い、より低い設定点を有する色は異なるＰＩＤコントローラパラメータを使用するような構成が可能となる。
【００６１】
本発明の上記の実施形態は単なる例であり、多くのやり方で変更できることは明らかである。そのような、現在または将来において考えられるバリエーションは、本発明の精神および技術的範囲から逸脱するものと捉えられるべきではなく、当業者には明らかなかかる変更形態も、特許請求の範囲により規定される本発明の技術的範囲に含まれるものと意図されている。
【図１】
0005757683.tif 000004
【図２】
0005757683.tif 000005
【図３】
0005757683.tif 000006
【図４】
0005757683.tif 000007
【図５】
0005757683.tif 000008