(57)【要約】  本発明は、ＬＥＤ光源５０のカラーポイントを制御するための装置及び方法に関する。カラーポイント制御は、白色及び色付きＬＥＤ光源両方に対する最も興味ある製品特徴である。ＲＧＢのＬＥＤ光源のカラー制御のための既知の方法は、光束及びカラーセンサが利用される。しかしながら、周囲光の速い変化、深く減光された色、ＬＥＤのスイッチングでの測定をコーディネートすること、多くの独立したＬＥＤランプ、例えばセグメント化された壁面照明及びＬＣＤバックライトを有するＬＥＤ照明ユニットの色を制御することに関して感知するには困難である。モデルベース化されたフィードフォワード手法を使用して、ＬＥＤ光源５０の色を制御することが、本発明により提案される。ＬＥＤ電流を制御するパラメータを、種々異なる色（及びセグメント）に対する輝度に関連付けるファクタが、格納されてオープンループ制御のために使用される。ゆっくり稼働する手順が、継続してこれらのファクタを測定し更新する。測定がＰＷＭと例えば同期する一方、この手順自体は、かなりゆっくり稼働でき、ファクタを非同期で更新する。
2011523759.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＬＥＤ光源のカラーポイントを制御するための装置であって、前記ＬＥＤ光源の所望のカラーポイント及び輝度を示す、カラーポイント情報及び輝度情報を受けるためのパラメータ入力部と、温度情報と、前記ＬＥＤ光源のｉ）温度、ｉｉ）色並びに／又はｉｉｉ）輝度、及び／若しくは前記ＬＥＤ光源の主要な色の光束を示す光出力情報とを受けるための測定入力部と、前記カラーポイント情報、前記輝度情報、前記温度情報及びフィードフォワードパラメータに基づいてフィードフォワードアルゴリズムを使用することにより、前記ＬＥＤ光源の前記カラーポイントを制御するための制御パラメータを決定するためのフィードフォワード計算ユニットと、前記制御パラメータを前記ＬＥＤ光源へ出力するためのパラメータ出力部と、前記フィードフォワードパラメータを格納するためのフィードフォワードパラメータ格納ユニットと、前記パラメータ入力部及び前記測定入力部により受けた前記情報に基づいて実際のフィードフォワードパラメータを決定し、前記実際のフィードフォワードパラメータにより前記フィードフォワードパラメータ格納ユニットに格納された前記フィードフォワードパラメータを更新するためのフィードフォワードパラメータ補正ユニットとを有する、装置。
【請求項２】
前記フィードフォワードパラメータ補正ユニットは、前記フィードフォワードパラメータ格納ユニットに格納された前記フィードフォワードパラメータと前記実際のフィードフォワードパラメータとの間の偏差が所定の限界を超える場合、前記実際のフィードフォワードパラメータにより前記フィードフォワードパラメータ格納ユニットに格納された前記フィードフォワードパラメータを更新する、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記フィードフォワードパラメータ補正ユニットは、前記フィードフォワードパラメータ格納ユニットに格納された前記フィードフォワードパラメータを継続的に更新するために、継続的に活性している、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記フィードフォワードパラメータ補正ユニットは、前記フィードフォワードパラメータ格納ユニットに格納された前記フィードフォワードパラメータを非同期で更新する、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記フィードフォワード計算ユニットは、前記制御パラメータとして振幅変調パラメータ又はパルス幅変調パラメータを決定する、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
ＬＥＤ光源と、ｉ）温度、並びにｉｉ）色及び／又は光束を感知し、温度情報と、前記ＬＥＤ光源のｉ）温度、ｉｉ）色並びに／又はｉｉｉ）輝度及び／若しくは前記ＬＥＤ光源の主要な色の光束を示す光学出力情報とを生成するためのセンサユニットと、前記ＬＥＤ光源の前記カラーポイントを制御するための請求項１に記載の装置とを有する、ＬＥＤ照明ユニット。
【請求項７】
前記センサユニットは前記ＬＥＤ光源の色を測定するためのカラーセンサを有する、請求項６に記載のＬＥＤ照明ユニット。
【請求項８】
前記センサユニットは前記ＬＥＤ光源の輝度を測定するためのフォトダイオードを有する、請求項６に記載のＬＥＤ照明ユニット。
【請求項９】
前記センサユニットは前記ＬＥＤ光源のｉ）温度、並びにｉｉ）色及び／又は前記ＬＥＤ光源の主要な色の光束を非同期で測定する、請求項６に記載のＬＥＤ照明ユニット。
【請求項１０】
前記ＬＥＤ光源は２つのＬＥＤストリングを有する、請求項６に記載のＬＥＤ照明ユニット。
【請求項１１】
前記ＬＥＤ光源は４つ以上のＬＥＤストリングを有する、請求項６に記載のＬＥＤ照明ユニット。
【請求項１２】
２つ以上のＬＥＤ光源を有する請求項６に記載のＬＥＤ照明ユニットであって、前記２つ以上のＬＥＤ光源は、共通のパラメータ入力部と、フィードフォワードパラメータ補正ユニットと、並びに／又は前記ＬＥＤ光源の色及び／若しくは光束を感知するための光学センサユニットとを共有する、ＬＥＤ照明ユニット。
【請求項１３】
ＬＥＤ光源のカラーポイントを制御するための方法であって、前記ＬＥＤ光源の所望のカラーポイント及び輝度を示す、カラーポイント情報及び輝度情報を受けるステップと、温度情報と、前記ＬＥＤ光源のｉ）温度、ｉｉ）色並びに／又はｉｉｉ）輝度及び／若しくは前記ＬＥＤ光源の主要な色の光束を示す光出力情報とを受けるステップと、前記カラーポイント情報、前記輝度情報、前記温度情報、及びフィードフォワードパラメータに基づいて、フィードフォワードアルゴリズムを使用することにより、前記ＬＥＤ光源の前記カラーポイントを制御するための制御パラメータを決定するステップと、前記制御パラメータを前記ＬＥＤ光源へ出力するステップと、前記フィードフォワードパラメータを格納するステップと、パラメータ入力部及び測定入力部により受ける前記情報に基づいて、実際のフィードフォワードパラメータを決定するステップと、前記実際のフィードフォワードパラメータにより前記フィードフォワードパラメータを更新するステップとを有する、方法。
【請求項１４】
コンピュータプログラムがコンピュータで実施されるとき、請求項１３に記載の方法のステップをコンピュータに実施させるプログラムコード手段を有する、コンピュータプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＬＥＤ光源のカラーポイントを制御するための装置及び対応する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＬＥＤ白色光源は、一般照明市場で重大な影響を持つものとして期待されている。加算的色混合に基づく白色ＬＥＤランプは、蛍光変換に基づく白色ＬＥＤランプと比較して、潜在的に高い効率、調整可能な色温度、及び色付いた光を作る可能性で、明瞭な利点を持つ。カラーポイント制御は、白色光及び色付いた光の両方に対して、最大の興味ある製品特徴である。製造ばらつき／経年／温度／電流依存の色の変動の電気的補償は、大幅なコスト利点を実現するポテンシャルを持ち、市場で現実性がある唯一の解決策でさえある。色の安定性及び再現性は、大衆市場にとって非常に重要な要素である。感知できる色の違いがなく、互いに隣り合う名目上同一のカラーポイントを持つランプを稼働することができるはずである。更に、幾年か経った後でさえも、感知できる色の違いがなく、これらのランプの一つを置換することができるはずである。色制御は、これらの目標を達成するために要求される。
【０００３】
ＲＧＢのＬＥＤランプの色制御のために知られている最も重大な方法は、できれば温度センサと共に、光束センサを使用すること、又はカラーセンサを使用することに基づく。光束センサを使用することに関しては、スイッチオンであるＬＥＤの種々異なる組み合わせに対する４つの光束センサが、３色、赤、緑及び青の輝度を決定するために必要とされる。光束読み取りの一つは、周囲光の影響を考慮するために必要とされる。明らかに、多数のＬＥＤ色の組み合わせの輝度値が、多数の光束読み取りによる同様の態様で決定できる。
【０００４】
振幅変調されたＬＥＤに対して、必要とされる光束読み取りのセットを測定シーケンスで採ることが米国特許第６１２７７８３号から知られている。各測定シーケンス内で、光束測定をトリガするサンプリングパルスは、ＬＥＤ電流パルスで同期されなければならない。等間隔のサンプリングパルスが、頻繁に使用される。測定シーケンスからの結果的に測定された光束値が、ＬＥＤランプのサイクル毎のカラー制御に組み込まれる。
【０００５】
同様の手順をサイクル毎の制御スキームでまた、パルス幅変調ＬＥＤに適用することが、米国特許第６５９６９７７号から更に知られている。しかしながら、測定シーケンスの時間長は、もはや自由に選択できず、ＰＷＭ期間に等しい。更に、電流パルスは、各色が要求されるデューティサイクル期間でスイッチオンされるように時間が定められる。これは、電流パルスのパターンと同期されて適当に配される必要があるサンプリングパルスの適当な位置に関する厳しい制限を課す。
【０００６】
米国特許第６５０７１５９号に説明されているようなカラー制御のための色センサを使用することに関して、通常色センサは、３つの光束センサを有し、各々が、光スペクトルのそれぞれ赤、緑及び青部分で主に感知するように適当な光学フィルタで覆われている。斯様な色センサを使用して、ランプにより放射される光の色及び輝度が、同時に測定できる。周囲光の影響は、振幅変調されるＬＥＤに対して上述された測定シーケンスに類似して短期間、ランプがスイッチオフされる合間のシーケンスで、測定することにより考慮できる。この色制御方法は、また、３個より多い主要な色を使用するアプリケーションに拡張できる。
【０００７】
種々異なるＬＥＤ色の輝度は、周囲光の強度より更に容易に測定できる。特定のサンプリングパルスでスイッチオンオフされるかどうかを、種々異なるＬＥＤ色に対しては正確に知られるのに対し、周囲光は、人為的に光源がスイッチオンオフされるために、一つのサンプリングパルスから次のサンプリングパルスで急に変化可能である。これは、光束又は色測定を間違え、結果として、ＬＥＤランプのサイクル毎の制御を激しく妨害する。最終的に、これは、ＬＥＤランプのフリッカとなる。
【０００８】
光束センサが一つの色の光を他の色の光よりも非常に小さく受ける場合、この色を含む測定の断片を増大することを所望するだろう。これは、既知の固定された測定手順では実現可能ではない。
【０００９】
パルス幅変調の場合、ＰＷＭ期間内で電流パルス及びサンプリングパルスのタイミングが、非常に複雑になり、過度の計算労力を必要とする。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
これらの問題は、例えば、ストリング（例えば、壁面照明）又はマトリクス、例えばＬＣＤバックライトで配される幾つかのＬＥＤ光源を有するＬＥＤランプに対して、更に厳しい。更に、この種のＬＥＤランプに対して、ＬＥＤ光源の全て又は少なくとも幾つかは、ハードウェアの一部、例えばセンサ又はコントローラを共有することが望ましい。このとき、一つのセンサ及びコントローラにより制御されるべきＬＥＤストリング（ＬＥＤストリングは、通常、同じ色を持つ多くのＬＥＤを有し、同一のＬＥＤ電流で供給される）の数は、３個以上の主要な色を持つランプに対してよりも非常に多い。更にまた、セグメントを互いに光学的に絶縁することは、結果的にセグメント間の大きなクロストーク、すなわち各ＬＥＤが実際に全ての光センサに影響を与えることになり、実際的ではない。
【００１１】
上記説明された課題を克服するため、ＬＥＤ光源のカラーポイントを更に効率的に制御するための装置及び対応する方法を提供することが、本発明の目的である。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の第１の態様では、ＬＥＤ光源のカラーポイントを制御するための装置は、所望のカラーポイント及び輝度を示す、カラーポイント情報及び輝度情報を受けるためのパラメータ入力部と、温度情報と、前記ＬＥＤ光源のｉ）温度、ｉｉ）色並びに／又はｉｉｉ）輝度、及び／若しくは前記ＬＥＤ光源の主要な色の光束を示す光出力情報とを受けるための測定入力部と、前記カラーポイント情報、前記輝度情報及びフィードフォワードパラメータに基づいてフィードフォワードアルゴリズムを使用することにより、前記ＬＥＤ光源の前記カラーポイントを制御するための制御パラメータを決定するためのフィードフォワード計算ユニットと、前記制御パラメータを前記ＬＥＤ光源へ出力するためのパラメータ出力部と、前記フィードフォワードパラメータを格納するためのフィードフォワードパラメータ格納ユニットと、前記パラメータ入力部及び前記測定入力部により受けた前記情報に基づいて実際のフィードフォワードパラメータを決定し、前記実際のフィードフォワードパラメータにより前記フィードフォワードパラメータ格納ユニットに格納された前記フィードフォワードパラメータを更新するためのフィードフォワードパラメータ補正ユニットとを有して存在する。
【００１３】
本発明の他の態様では、対応する方法が提示される。
【００１４】
本発明の好ましい実施例は、従属請求項で規定される。方法及びコンピュータプログラムに向けられた請求項は、装置に向けられた従属請求項と類似及び／又は同一の好ましい実施例を持つことは理解されるだろう。
【００１５】
本発明は、色変動を生じさせる要因（特に「温度」及び「経年」）がＰＷＭ期間又は測定シーケンスの時間長に比較してゆっくりと変化するというアイデアに基づく。したがって、モデルベースのフィードフォワード手法を使用して（少なくとも一つのＬＥＤ光源及び制御電子回路を含む）ＬＥＤランプの色を制御することが、本発明により提案される。電流パルスのデューティサイクル及び／又は電流振幅を（例えば、幾つかのＬＥＤランプを有するＬＥＤランプの場合に種々異なるセグメントの）種々異なる色に対する輝度に関連付けるファクタが格納され、オープンループ制御のために使用される。これは、ＬＥＤ電流の振幅及び／又はＰＷＭ変調と関連して提案された制御方法を使用することに対応する。
【００１６】
色制御のための全ての既知の方法は、光学的測定がアドホックに実施でき、色制御について迅速に使用できるという仮定に基づいている。任意に設定された値で及び異なる領域（輝度が速く変化する隣接のランプ）において、これらの仮定は常に満たされるとは限らず、ランプのフリッカを導く。
【００１７】
好ましくは、フィードフォワード計算ユニットは、ＬＥＤ光源のカラーポイントを制御するためだけでなく、ＬＥＤ光源の輝度を制御するための制御パラメータを決定する。
【００１８】
本発明によると、このフリッカは、これらの仮定が満たされない場合であってさえも、抑圧される。何れのセンサからもこれ以上の信号が供給されない場合でも、できるだけ正確に色及び輝度を設定するために、ランプの以前の使用から知られた情報を使用する。本発明では、温度の測定が失敗する又は測定しない場合でも、より臨界的でなくなる。この場合、電流消費を場合により考慮しながら、適当に規定された典型的動作温度が使用できる。
【００１９】
提案された制御方法は、ＬＥＤ電流に対して用いられる変調スキームに独立していることに留意することが重要である。好ましくは、ゆっくりした実行手順が、ＬＥＤ電流のフィードフォワード制御を決定するファクタを測定して更新する。例えば周囲光の速い変化による、基礎となる測定の誤差についての疑いがない場合にのみ、更新がなされる。
【００２０】
実施例によると、手順は、どの測定条件が次に適用されるか、例えばスイッチオンするＬＥＤの色の数及びタイプのどれが次に適用されるかを決定できる。有効であるならば、ある種の測定が、他の測定よりももっと頻繁に採用され、例えば、これらは（現在）小さな輝度を持つＬＥＤの色に関連する。ＰＷＭの場合、実施例に従って提案されたように、各ＰＷＭ期間内で一つの測定（又は小さな数の測定）だけをとることが充分である。対応するサンプリングパルスは、電流パルスが都合良く時間的に合うようにＰＷＭ期間内に配される。
【００２１】
好ましくは、実際のフィードフォワードパラメータを平均化するため、例えば、フィードフォワードパラメータ補正ユニットの一部として、移動平均フィルタが具備できる。機能及び構成が一般的に従来から知られているこのフィルタは、最近の測定からの（例えば最近２０個の測定からの）測定パラメータ値を平均化し、「範囲外」の測定を処分する。
【００２２】
好ましくは、前記フィードフォワードパラメータ補正ユニットは、フィードフォワードパラメータ格納ユニットに格納されたフィードフォワードパラメータを連続的に更新するために継続的に活性化しているので、更新の必要性がチェックされ、及び／又は更新が実施される前に特定の（外部の）信号を待つ必要がない。
【００２３】
更にまた、フィードフォワードパラメータ補正ユニットは、前記フィードフォワードパラメータ格納ユニットに格納されたフィードフォワードパラメータを非同期で更新するのに好ましくは適している。この実施例は、時間的に臨界的な事象を回避し、実行を簡略化する。
【００２４】
他の実施例によると、フィードフォワードパラメータ補正ユニットは、前記フィードフォワードパラメータ格納ユニットに格納された前記フィードフォワードパラメータと前記実際のフィードフォワードパラメータとの間の偏差が所定の限界を超える場合、前記実際のフィードフォワードパラメータにより前記フィードフォワードパラメータ格納ユニットに格納された前記フィードフォワードパラメータを更新するように適合する。これは装置の誤作動を回避するが、、移動平均化フィルタが正しく働く場合、これらの測定は使われていない。既定の制限は、例えば、結果的な色誤差を見積もることにより得ることができ、この色誤差が例えば０．５又は１％を超える場合、更新がなされる。
【００２５】
本発明によると、概して、ＬＥＤ光源を制御するための何れの変調スキームも適用できる。しかしながら、好ましくは、フィードフォワード計算ユニットは、前記制御パラメータとして、パルス幅変調パラメータ又は振幅変調パラメータを決定するために適している。
【００２６】
他の態様によると、本発明は、ＬＥＤ光源と、ｉ）温度、並びにｉｉ）色及び／又は光束を感知し、温度情報と、前記ＬＥＤ光源のｉ）温度、ｉｉ）色並びに／又はｉｉｉ）輝度及び／若しくは前記ＬＥＤ光源の主要な色の光束を示す光学出力情報とを生成するためのセンサユニットと、前記ＬＥＤ光源の前記カラーポイントを制御するための請求項１に記載の装置とを有するＬＥＤ照明ユニットに関係する。
【００２７】
ここで、ＬＥＤ照明ユニットは、（単一のＬＥＤ光源のみ、又は一つより多いＬＥＤ光源及び必要とされる制御電子回路を持つ）一つのＬＥＤランプであると理解され得るが、一つより多いＬＥＤランプを有するＬＥＤランプアレイでもよい。
【００２８】
好ましくは、センサユニットは、ＬＥＤ光源の色を測定するためのカラーセンサを有する。しかしながら、より簡単な実施例では、センサユニットは、斯様なカラーセンサの代わりに、ＬＥＤ光源の輝度を測定するための（単一の）フォトダイオードのみを有する。このより簡単な実施例では、各単一ＬＥＤストリングの輝度だけが、（制御パラメータをＬＥＤ光源へ供給する）制御信号で測定を適当に調整することにより測定される。
【００２９】
好ましくは、センサユニットは、前記ＬＥＤ光源のｉ）温度、並びにｉｉ）色及び／又は前記ＬＥＤ光源の主要な色の光束を非同期で測定するために適している。
【００３０】
他の実施例によると、ＬＥＤ光源は、一般的な３つのＬＥＤストリング（３つの色、赤、緑及び青のための）の代わりに、２つのＬＥＤストリングを有する。この実施例では、色の設定が、近似されるだけである。しかしながら、白色光の色温度を変化させることが、この実施例で可能である。よって、この実施例は、正確さに少し欠けるが、より安価である。
【００３１】
更に他の実施例によると、ＬＥＤ光源は、４つ以上のＬＥＤストリングを有する。３つのＬＥＤストリングに対して使用されるものと類似の制御が実行できる。他のパラメータ、例えばエネルギー効率及び色再現性を最適化するために、付加的自由度が使用される。
【００３２】
２つ以上のＬＥＤ光源がＬＥＤ照明ユニットに供給される場合、これらは、共通のパラメータ入力部、フィードフォワードパラメータ補正ユニット、並びに／又はＬＥＤ光源の色及び／若しくは光束を感知するための光センサユニットを共有することが可能であり、よって、素子の数及びコストを低減する。これは、セグメント化された壁面照明又はバックライトのようなアプリケーションで特に有益である。
【００３３】
他の態様によると、本発明は、また、コンピュータプログラムがコンピュータで実施されるとき、請求項に記載の方法のステップをコンピュータに実施させるプログラムコード手段を有する、コンピュータプログラムに関係する。
【００３４】
本発明のこれら及び他の態様が、これ以降説明される実施例を参照して、明らかになり説明されるだろう。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】図１は、米国特許第６１２７７８３号による振幅変調されたＬＥＤに対する光束測定を例示する図を示す。
【図２】図２は、米国特許第６５０７１５９号によるパルス幅変調されたＬＥＤに対する光束測定を例示する図を示す。
【図３】図３は、セグメント化されたＬＥＤベースのＬＣＤバックライトを示す。
【図４】図４は、２つのＬＥＤランプに対するセンサ及びコントローラの実施例を示す。
【図５】図５は、本発明によるパルス幅変調されたＬＥＤに対する光束測定を示す。
【図６】図６は、本発明による装置の第１の実施例のブロック図を示す。
【図７】図７は、本発明による装置の第２の実施例のブロック図を示す。
【図８】図８は、本発明による装置の第３の実施例のブロック図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
本発明の詳細が説明され例示される前に、加法的色混合の理論が説明される。
【００３７】
ｎ個の光源の光が混合される場合（加法的色混合）、混合された光の光束及び色度座標、すなわち、輝度及び色は、ｎ個の光源の光束及び色度座標から計算できる。
【００３８】
パワースペクトル密度Ｐｉ（λ）、ｉ＝１、．．．、ｎを持つｎ個の光源の光の加法的混合は、結果的にパワースペクトル密度
2011523759.tif 000003
を持つ混合された光となる。
【００３９】
混合された光の三刺激値は、
2011523759.tif 000004
となる。ここで、
2011523759.tif 000005
2011523759.tif 000006
及び
2011523759.tif 000007
は、赤、緑及び青それぞれに対応する色マッチング関数である。混合された光の三刺激値Ｘ、Ｙ及びＺは、ｎ個の光源の三刺激値Ｘｉ、Ｙｉ及びＺｉの和である。
2011523759.tif 000008
【００４０】
緑色マッチング関数
2011523759.tif 000009
は、目の感度関数Ｖ（λ）と同一となるように、すなわち
2011523759.tif 000010
となるように選択された。
【００４１】
したがって、混合された光の光束Φｌｕｍは、そのＹの三刺激値
2011523759.tif 000011
に比例する。
【００４２】
定数因子６８３ｌｍ／Ｗが歴史的理由のため導入された。
【００４３】
混合された光の色度座標ｘ及びｙは、
2011523759.tif 000012
である。
【００４４】
これらは、ｎ個の光源の光束Φｌｕｍ、ｉ及び色度座標ｘｉ及びｙｉ（又は三刺激値Ｙｉ、Φｌｕｍ、ｉ＝６８３（ｌｍ／Ｗ）Ｙｉ）から得られる。
2011523759.tif 000013
【００４５】
混合された光の光束は
2011523759.tif 000014
である。
【００４６】
ＬＥＤの光束及び色度座標の変動は、ＬＥＤの輝度及び色の変動に一致する。ＬＥＤの光出力特性（輝度及び色／光束及び色度座標）は、製造ばらつき、経年、接合温度及び順電流に依存する。製造ばらつきは、較正により処理できる。
【００４７】
経年は遅いプロセスである。したがって、較正後の特定の期間に対して、ＬＥＤの光出力は、ＬＥＤの接合温度及び順電流が知られている場合、知ることができる。接合温度は、（ｉ）電流の温度依存性対電圧特性（この目的のため、順電圧が、通常２つの順電流値に対して測定される必要がある）から、(ii)付近の温度センサの温度から、間接的に測定できる。順電流は、色制御のセットポイントであり、ＬＥＤドライバ内の内部制御ループ内のこのセットポイントへ調整される。
【００４８】
米国特許第６４１１０４６号は、（赤、緑及び青のＬＥＤそれぞれの）色度座標及び光束が、ＲＧＢのＬＥＤランプのためのヒートシンク温度の２次多項式関数としてどのように表わすことができるかを説明している。「ヒートシンク温度」は、ここでは実際的に、ヒートシンクと良好な熱接触をする温度センサを使用して測定された温度を意味する。また、ヒートシンクはＬＥＤと良好な熱的接触をする。
【００４９】
順電流は、しばしば一定に保持され、ＬＥＤの光束は、ＰＷＭのデューティサイクルを介して調整される。よって、順電流は、０又は公称値の何れかに等しいが、時間の関数として変化する。しかしながら、米国特許第６４１１０４６号で接合温度依存性に対して説明されたものと同様の態様で、ＬＥＤ順電流振幅の関数として色度座標及び光束をモデル化することも可能であろう。
【００５０】
２次多項式を使用して、接合温度と順電流振幅依存との間のクロストークが考えられてもよいが、通常は無視できる。
【００５１】
光束と順電流との間の関係が時間（経年）で変化するのに対し、色度座標と接合温度／順電流との間の関係は変化しないことが、この技術では重要である。温度フィードフォワードブロックは、ＬＥＤ接合温度を得る。これらから、ＬＥＤの色度座標を決定する（例えば、米国特許第６４１１０４６号に概説されるように）。
【００５２】
それから、上記式（１０）、（１１）及び（１２）から、ＬＥＤのＹｉ三刺激値／光束値が幾つであるかを決定する。３つのＬＥＤカラーがある場合、これは固有である。３つより多い色が混合される場合、例えばランプ効率及び／又はカラーレンダリングを最適化するために使用できる追加の自由度がある。
【００５３】
光束を測定するために使用されるセンサの感度が波長に依存するので、ＬＥＤピーク波長が決定される。これが起こるところは本質的ではないが、値は光束コントローラで利用可能でなければならない。
【００５４】
このようにして、ＬＥＤ経年変化に独立した全てのものは、温度フィードフォワード制御で処理される。光束に対するフィードフォワード電流特性の影響は、本発明により提案されたような、上記の概説及び米国特許第６４１１０４６号で説明された温度フィードフォワード制御に類似した態様で、光束をフィードフォワード制御することにより、排除される。このことが、以下に詳細に説明される。
【００５５】
図１は、米国特許第６１２７７８３号による振幅変調されたＬＥＤに対する光束測定を例示する図を示す。光束測定１０は、サンプリングパルス１１によりトリガされる。各測定シーケンス１２では、３つの色、赤、緑及び青の各々に対する光束が決定される。光束測定１０をトリガするサンプリングパルス１１は、ＬＥＤ電流パルス１３、１４、１５と同期していなければならない。等間隔のサンプリングパルス１１が頻繁に使用される。測定シーケンスから結果的に測定される光束値１０が、ＬＥＤランプのサイクル毎の色制御に組み込まれる。
【００５６】
図２は、米国特許第６５０７１５９号によるパルス幅変調ＬＥＤに対する光束測定を例示する図を示す。測定シーケンス１２の時間長は、もはや自由に選択できず、ＰＷＭ期間と等しい。更に、電流パルス１３、１４、１５は、各色が要求されるデューティサイクルでスイッチオンになるように時間が定められている。これは、電流パルス１３、１４、１５と同期され、パターン内に適当に配される必要があるサンプリングパルス１１の適当な位置についての厳しい制限を課す。
【００５７】
図３は、セグメント化されたＬＥＤベースのＬＣＤバックライト２０を示す。図３に示される例では、バックライト２０（ＬＥＤランプアレイとも呼ばれ、又はより一般的には、ＬＥＤランプユニットとも呼ばれる）は、マトリクスに配される７＊１２＝８４個のＬＥＤ２１（セグメント又はＬＥＤランプユニットとも呼ばれる）から成る。斯様なＬＣＤバックライト２０では、上述の問題（電流パルス及びサンプリングパルスの複雑なタイミング、大きな計算労力）が存在する。
【００５８】
更にまた、この種のＬＥＤ照明ユニットに対しては、ＬＥＤランプの全て又は少なくとも幾つかは、ハードウェアの一部、例えば図４の２つのＬＥＤ２１ａ、２１ｂ（すなわち、ＬＥＤ照明ユニット２０のセグメント）に対して、示されるようなセンサ又はコントローラを共有する。図３に示されるセグメント化されたＬＣＤバックライト２０の２つのＬＥＤランプ（セグメント）２１ａ及び２１ｂは、コントローラ２２及びセンサ２３を共有する。しかしながら、各セグメントは、自身のドライバ２４ａ、２４ｂ及び自身のＬＥＤ光源２５ａ及び２５ｂを持つ。このとき、一つのセンサ２３及びコントローラ２２により制御されるべきＬＥＤストリングの数は、３つ以上の主要な色を持つランプに対するよりもかなり大きくなるだろう。更にまた、セグメントを光学的に互いに絶縁することは実際的ではなく、結果的に、セグメント間の重大なクロストーク、すなわち、各ＬＥＤストリングが全ての光学センサに実質的に影響を与えることになる。
【００５９】
本発明により提案されるようなハードウェア及び一般的システムのセットアップは、従来技術、例えば上述の米国特許第６５９６９７７号で説明されたものと同じである。しかしながら、他のシステム／ハードウェア構成に対しても適用できることに留意することが、重要である。
【００６０】
図５は、本発明による電流パルス３３、３４、３５及びサンプリングパルス３１のタイミングの例を示す。ＰＷＭ期間の終わり近くに位置される一つのサンプリングパルス３１がある。これは、次のＰＷＭ期間３２が始まる前に、測定が終了するようになされる。全ての電流パルス３３、３４、３５がＰＷＭ期間３２の始まりで通常開始し、従って、サンプリングパルス３１へ達しないだろう。このことは、電流パルスの最大長をＰＷＭ期間の例えば９５％までに制限することにより保証できる。各ＰＷＭ期間３２では、幾つかの電流パルス３３、３４、３５は、光束測定３０がＬＥＤカラーの所望の組み合わせがなされるときサンプリングパルス３１でスイッチオンされるように、ＰＷＭ期間３２の終わりに向かってシフトされる。デューティサイクルを輝度値に関係づけるファクタを測定し更新する手順は、これらの測定をトリガし、評価する。測定がＰＷＭと同期するのに対し、上述のように影響ファクタもゆっくり変化するので、手順自体は非常にゆっくりと行われ、非同期でファクタを更新する。
【００６１】
図６は、本発明によるモデル化された色制御を実行する装置４０を含むＬＥＤランプの第１の実施例のブロック図を示す。装置４０は、ＬＥＤ光源５０のカラーポイントを制御するために適応し、ＬＥＤ光源５０の所望のカラーポイント及び輝度を示すカラーポイント情報Ｃ及び輝度情報Ｂを受けるためのパラメータ入力部４１を有する。更に、ＬＥＤ光源５０のｉ）温度、ｉｉ）色、並びに／又はｉｉｉ）輝度（好ましくは温度、色及び輝度を示す）及び／若しくはそれぞれのセンサユニット５１から前記ＬＥＤ光源５０の主要な色の光束を示す温度情報Ｔ及び光学出力情報Ｏを受けるための測定入力部４３が供給される。前記カラーポイント情報Ｃ、前記輝度情報Ｂ、前記温度情報Ｔ及びフィードフォワードパラメータＰに基づいてフィードフォワードアルゴリズムを使用することにより、前記ＬＥＤ光源５０のカラーポイントを制御するための制御パラメータＳを決定するためのフィードフォワード計算ユニット４２が供給される。
【００６２】
好ましくは、フィードフォワード計算ユニット４２は、等しい態様で、前記ＬＥＤ光源５０の各ＬＥＤストリングに対するＰＷＭのデューティサイクル及び／又は振幅ＡＭ制御信号Ｓを計算する。好適には、フィードフォワード計算ユニット４２は、例えばＦＰＧＡのようなプログラマブルロジックで実行されるが、他の実施態様（（アナログ又はデジタル）ハードウェアだけ、ソフトウェアだけ、又は両方の混合）も同様に可能である。前記制御パラメータＳは、パラメータ出力部４８により、前記ＬＥＤ光源５０へ出力される。
【００６３】
前記フィードフォワードパラメータＰを格納するためのフィードフォワードパラメータ格納ユニット４４が供給され、前記パラメータ入力部４１及び前記測定入力部４３により受けた情報に基づいて、すなわち、前記カラーポイント情報Ｃ、前記輝度情報Ｂ、前記温度情報Ｔ及び前記光学出力情報Ｏに基づいて、実際のフィードフォワードパラメータＰ'を決定し、前記実際のフィードフォワードパラメータＰ'により前記フィードフォワードパラメータ格納ユニット４４に格納されたフィードフォワードパラメータＰを更新するためのフィードフォワードパラメータ補正ユニット４５が供給される。
【００６４】
フィードフォワードパラメータ補正ユニット４５では、幾つかの測定に対して(例えば、移動平均フィルタを使用して）平均化し、測定中に別のランプがスイッチオン及びオフされる場合に現れ得る間違った測定を識別して廃棄し、不揮発性メモリに格納された早い方の測定値／フィードフォワードパラメータと比較する、論理決定が取られる必要がある種々異なるタスクが実施される。フィードフォワードパラメータ補正ユニット４５は、マイクロコントローラ又はＤＳＰにより最善に実行される一方、フィードフォワード計算ユニット４２に対して上述されたのと同じ態様で、他の実行もまた同様に可能である。
【００６５】
加えて、制御信号Ｓは、また、図６に点線により示されるようにフィードフォワードパラメータ補正ユニット４５へ供給される。これがなされるかどうかは、詳細な実施態様に依存する。特に、計算時間が節約されるべき場合、制御信号Ｓは、好ましくは、また、フィードフォワードパラメータ補正ユニット４５へも供給されるが、格納が不足している場合、送られない。
【００６６】
よって、本発明によると、フィードフォワードパラメータ補正ユニット４５は、継続的に活性化され、よって、特定の状況が満たされるまで、例えば、活性化される前に、特定の温度が所定の温度限界を超えるまで待つことはない。このようにして、ＬＥＤ光源５０のカラーポイントの良好でより安定した制御が達成できる。
【００６７】
フィードフォワードパラメータ格納ユニット４４は、受けた情報（カラーポイント、輝度、測定された温度、必要ならば色信号）からＬＥＤ光源５０に対する制御変数を決定するために、フィードフォワードアルゴリズムにより必要とされるパラメータを、リライタブルの不揮発性メモリに格納する。較正プロセスでは、製造のばらつきにより影響されるフィードフォワードパラメータが、ここに格納される。更新が経年変化のために必要とされる場合、パラメータ補正アルゴリズムはこれらのデータを更新する。このようにして、ＬＥＤ光源５０は、パラメータ補正アルゴリズムが全く働かないか又は有意義な態様で働かない場合にも、正しく働く。ＬＥＤ光源５０がスイッチオンされるとき、格納されたパラメータは、また、フィードフォワード計算ユニット４２により格納ユニット４４から読みだされて、これは、フィードフォワード計算ユニット４２が自身の固定記憶装置を収容する必要性を回避する。
【００６８】
このスキームが、かなり変更されてもよいことをここで留意することは、重要である。各ＰＷＭ期間３２で測定をする必要がない。更にまた、ＰＷＭ期間３２内でサンプリングパルス３１の位置が、固定される必要がない。
【００６９】
ＬＥＤシステムの物理的変化がゆっくりであるので、ＬＥＤ光束モデルにおける速い変化が必要とされず、よって、安価なマイクロコントローラが使用できる。
【００７０】
モデルパラメータが容易に格納できるので、（ループ実行のならし運転時間と比較して）電源を入れたときから色が正確である。ＬＥＤの劣化及び色シフトのモデルは、フィードフォワードモデルでのセンサの劣化の影響を低減するように作ることができる。
【００７１】
以下に、より詳細な説明が提供される。ＬＥＤランプにより放射されるべき光が、その色度座標ｘ及びｙ（これがカラーポイントである）並びにその光束Φｌｕｍ（これが輝度である）により特定される。これらから、三刺激値Ｘ、Ｙ及びＺが計算される。
2011523759.tif 000015
【００７２】
パラメータ入力部４１は、ｘ、ｙ及びΦｌｕｍ又はＸ、Ｙ及びＺをフィードフォワードパラメータ補正ユニット４５及びフィードフォワード計算ユニット４２へ供給する。
【００７３】
三刺激値は、ベクトルＴＶ（Ｔｒｉｓｔｉｍｕｌｕｓ  Ｖａｌｕｅｓ）にグループ化される。
2011523759.tif 000016
【００７４】
赤、緑及び青のＬＥＤのためのドライバに対する制御信号が、ベクトルＣＳ（Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｓｉｇｎａｌ）へグループ化される。
2011523759.tif 000017
これらは、パルス幅変調制御に対するデューティサイクル又は振幅変調制御に対する電流振幅である。
【００７５】
三刺激値は、非線形な態様で、制御信号に依存する。実際的な目的のため、この関係は２次多項式として表わすことができる。
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【００７６】
フィードフォワードパラメータ格納ユニット４４は、ＬＥＤ温度の関数として、
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及び
2011523759.tif 000020
（赤、緑及び青の間を識別する）を格納する。
【００７７】
フィードフォワード計算ユニット４２は、測定されたＬＥＤ温度に対する
2011523759.tif 000021
及び
2011523759.tif 000022
を取り出す。それから、関係
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を使用するインタラクティブな態様でＴＶからＣＳを決定する（以前の繰り返しステップから
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を受けて、
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及び
2011523759.tif 000026
及びＴＶを更新し、ＣＳを計算し、ＣＳをパラメータ出力部へ与え、ＣＳの要素により
2011523759.tif 000027
の要素を更新し、次の繰り返しステップへ行く）。
【００７８】
ＬＥＤ光出力特性は、順電流振幅、接合温度、製造のばらつき、及び経年で変化する。上述のフィードフォワード制御は、電流振幅、接合温度、及び製造のばらつきの依存性を考慮している。
【００７９】
経年の主要な影響は、所与の順電流振幅及び接合温度に対するＬＥＤ輝度の低減である。これは、フィードフォワードパラメータ補正ユニットで考慮される。直截的に簡略化したモデルでは、ＬＥＤ輝度の低減を量的に説明するファクタが、マトリクス
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に格納される。
2011523759.tif 000029
【００８０】
それから、実際の光出力は、
2011523759.tif 000030
として付与される。
その後、制御信号は、関係
2011523759.tif 000031
を使用して決定される。
【００８１】
光出力の経年は、三刺激値及び光センサ読み取り両方に影響を与える。センサ読み取りに関して、色センサは以下のように説明される。
【００８２】
色センサにより感知される値Ｒ、Ｇ及びＢがベクトルＳＲ（Ｓｅｎｓｏｒ  Ｒｅａｄｉｎｇｓ）へグループ化される。
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センサ読み取りは、三刺激値
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に類似する制御信号に依存する。
これらは、予測センサ読み取りである。
2011523759.tif 000034
の要素は、測定された読み取り及び予測された読み取りを比較することから決定できる。
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は、サイクル毎に更新されないが、代わりに、例えば、移動平均化フィルタを使用して更新される。
【００８３】
（パラメータを決定する）計算の複雑な部分がゆっくりとなされ、又は図７に示されるような本発明による装置の他の実施例６０を含むＬＥＤ照明ユニット（特に、ＬＥＤランプアレイ）の他の実施例のブロック図に例示されるような別個のコントローラによってさえなされる。
【００８４】
図７に示される照明ユニットでは、２つのＬＥＤ光源５０ａ、５０ｂ及び２つの対応するセンサユニット５１ａ、５１ｂが装置６０により制御される。各ＬＥＤ光源５０ａ、５０ｂに対して、個別のフィードフォワードパラメータ計算ユニット４２ａ、４２ｂ及び個別のフィードフォワードパラメータ格納ユニット４４ａ、４４ｂが供給される。しかしながら、個別のフィードフォワードパラメータ補正ユニットの代わりに、パラメータ入力部４６でＬＥＤ光源の数に対応する、制御ポイント情報Ｃ及び輝度情報Ｂ（Ｎ回）を受ける中心パラメータ入力部４６と中心フィードフォワードパラメータ補正ユニット４７とが供給される。換言すると、幾つかのＬＥＤ光源は、共通のパラメータ入力部及び／又は共通のフィードフォワードパラメータ補正ユニットを共有することが可能である。
【００８５】
ＬＥＤ光源５０ａ、５０ｂは、共通のセンサユニットを共有することも更に可能であり、１つより多いＬＥＤ光源を有する斯様なシステムにおいて必要とされるハードウェアを更に低減する。これは、温度（熱）センサに対してよりも光センサに対して特に有効である。各ＬＥＤ光源５０ａ、５０ｂがそれ自身の熱センサ５２ａ、５２ｂを具備するが、共通の光センサ５３を共有するＬＥＤ照明ユニットの斯様な実施例が、図８に示される。共通の光センサ５３は、測定された光学データＯを共通のフィードフォワードパラメータ補正ユニット４７へ直接転送できる。
【００８６】
ＲＧＢのＬＥＤランプの色を制御するための本発明は、多くの固体光源に適用できる。
【００８７】
要約すると、カラーポイント制御は、白色及び色付きＬＥＤ光源両方に対して、最も興味ある製品特徴である。ＲＧＢのＬＥＤランプのカラー制御のための既知の方法は、光束及び色センサを使用するステップを有する。しかしながら、速く変化する周囲光、深く減光された色を感知し、ＬＥＤのスイッチングで測定を調整し、多数の独立したＬＥＤランプ、例えばセグメント化された壁面照明及びＬＣＤバックライトを有するＬＥＤ光源の色を制御することに関する困難性がある。モデル化されたフィードフォワード手法を使用してＬＥＤ光源の色を制御することが、本発明により提案された。ＬＥＤ電流を制御するパラメータを、種々異なる色（及びセグメント）に対する輝度に関係づけるファクタが、格納されオープンループ制御のために使用される。ゆっくりした運転手順は、これらのファクタを継続的に測定し、更新する。測定が例えばＰＷＭと同期するのに対し、手順自体はかなりゆっくりと運転し、ファクタを非同期で更新する。
【００８８】
本発明は図面及び前述の説明で詳細に例示されて説明されたが、斯様な例示及び説明は、図示的又は例示的であって限定的ではないと考えられるべきであり、本発明は、開示された実施例に限定されない。開示された実施例の他の変形例は、図面、明細書及び添付の請求項を学習することから、請求された発明を実践する際に当業者により理解され遂行できる。
【００８９】
請求項において、単語「有する」は他の要素又はステップを排除しないし、不定冠詞「ａ」又は「ａｎ」は複数を除外しない。単一の素子又は他のユニットが、請求項で列挙された幾つかの項目の機能を満たしてもよい。特定の手段が互いに異なる従属請求項で列挙されているという単なる事実は、これら手段の組み合わせが有利に使用できないことを示さない。
【００９０】
コンピュータプログラムは、他のハードウェアと共に又は一部として供給される光学格納媒体又は固体媒体のような適当な媒体上に格納され／配信されてもよいが、インターネット、又は他の有線若しくは無線通信システムを介するような他の形式で配信されてもよい。
【００９１】
請求項内の参照符号は、範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。
【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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【国際調査報告】
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