(57)【要約】  本発明は、複数の色付き光要素及び光要素の合計スペクトルの全て又は殆どをカバーする異なるスペクトル特性を有する複数の（濾波された）光検出器を備えたカラー制御光源に関する。（濾波された）光検出器は、光源の光出力を検出し対応する検出信号を生成する。光源は更に検出信号及び光源の光出力の所定目標カラーポイントに基づき光要素への駆動信号を生成するカラー制御ユニット及び光要素の各々への駆動信号を個々にシグネチャ変調する変調器を有する。検出信号を復調し、各検出信号から光要素の光出力の実際の値を抽出する対応する復調器が設けらる。カラー制御ユニットは、実際の値に基づき各光要素のスペクトル出力を決定する手段と、全ての光要素のスペクトル出力から実際のカラーポイントを決定する手段と、目標カラーポイントと実際のカラーポイントとを比較し、差が存在すれば、その差を最小にするように駆動信号を調整する手段をする。【選択図】図１
2010507891.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
カラー制御光源であって、
複数の色付き光要素と、
スペクトル特性が異なり、一緒になって上記光要素の合計スペクトルを少なくとも実質的にカバーし、上記光源の光出力を検出して対応する検出信号を生成する複数の光検出器と、
上記検出信号及び上記光源の光出力の所定の目標カラーポイントに基づいて、上記光要素への駆動信号を生成するカラー制御ユニットと、を備えているカラー制御光源において、上記光源が更に、
上記光要素の各々への駆動信号を個々にシグネチャ変調する変調器と、
上記検出信号を個々にシグネチャ復調し、上記各検出信号から上記光要素の各々の光出力の各実際の値を抽出する復調器と、を備え、
上記カラー制御ユニットは、
上記実際の値に基づいて上記各光要素のスペクトル出力を決定する手段と、
全ての光要素の上記スペクトル出力から実際のカラーポイントを決定する手段と、
上記目標カラーポイントと上記実際のカラーポイントとを比較し、もし差が存在すれば、上記差を最小にするように上記駆動信号を調整する手段と、を備えていることを特徴とする光源。
【請求項２】
上記変調器はスペクトラム拡散変調器であり、上記駆動信号を個々にスペクトラム拡散コード化変調することを特徴とする請求項１に記載の光源。
【請求項３】
上記変調器はＣＤＭＡ変調器であり、上記駆動信号を個々にＣＤＭＡコード化変調することを特徴とする請求項１または２に記載の光源。
【請求項４】
上記ＣＤＭＡコード化変調は、オン・オフキーイング及び二相変調の一方であることを特徴とする請求項３に記載の光源。
【請求項５】
上記光検出器は、ＲＧＢセンサ、ＸＹＺセンサ、及び光束センサからなる検出器のグループから選択されることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の光源。
【請求項６】
上記ＲＧＢセンサは、その接合深さ、またはその空乏領域幅の何れかに依存するスペクトル応答性を有するシリコンフォトダイオードを備えることを特徴とする請求項５に記載の光源。
【請求項７】
上記空乏領域幅は、バイアス電圧を用いて制御可能であることを特徴とする請求項６に記載の光源。
【請求項８】
上記各光要素のスペクトル出力を決定する手段は、光要素のスペクトル出力の非対称関数モデリングのアルゴリズムによって上記スペクトル出力を決定することを特徴とする請求項１乃至７の何れか１項に記載の光源。
【請求項９】
上記非対称関数モデリングのアルゴリズムは、非対称二重シグモイド関数を使用することを特徴とする請求項８に記載の光源。
【請求項１０】
上記スペクトル出力を決定する手段は、上記目標カラーポイントに基づいて上記光要素毎の名目スペクトル出力を決定し、上記名目スペクトル出力及び上記アルゴリズムを使用する最小化アルゴリズム使用することを特徴とする請求項１乃至９の何れか１項に記載の光源。
【請求項１１】
上記個々のシグネチャ変調は、ゴールド符号によって遂行されることを特徴とする請求項１乃至１０の何れか１項に記載の光源。
【請求項１２】
複数の色付き光要素を備えている光源におけるカラー生成を制御する方法において、
スペクトル特性が異なり、一緒になって上記光要素の合計スペクトルを少なくとも実質的にカバーし対応する検出信号を生成する複数の光検出器によって上記光源の光出力を検出するステップと、
上記検出信号及び上記光源の光出力の所定の目標カラーポイントに基づいて、上記光要素への駆動信号を生成するステップと、を含み、
上記方法が更に、
上記光要素の各々への駆動信号を個々にシグネチャ変調するステップを含み、
上記検出ステップは、上記検出信号を個々に復調し、各個々のシグネチャを識別することによって上記光要素の各々の光出力の各実際の値を抽出するステップ、を含み、
上記方法が更に、
上記実際の値に基づいて上記各光要素のスペクトル出力を決定するステップと、
全ての光要素の上記スペクトル出力から実際のカラーポイントを決定するステップと、
上記目標カラーポイントと上記実際のカラーポイントとを比較し、もし差が存在すれば、上記差を最小にするように上記駆動信号を調整するステップと、を含むことを特徴とする方法。
【請求項１３】
上記光要素の各々への駆動信号を個々にシグネチャ変調するステップは、上記駆動信号を個々にコード化スペクトラム拡散変調することからなることを特徴とする請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
上記光要素の各々への駆動信号を個々にシグネチャ変調するステップは、上記駆動信号を個々にコード化ＣＤＭＡ変調することからなることを特徴とする請求項１２または１３に記載の方法。
【請求項１５】
上記個々のシグネチャ変調は、オン・オフキーイング及び二相変調の一方に基づくことを特徴とする請求項１２乃至１４の何れか１項に記載の方法。
【請求項１６】
上記光源の光出力は、ＲＧＢセンサ、ＸＹＺセンサ、及び光束センサの１つによって検出されることを特徴とする請求項１２乃至１５の何れか１項に記載の方法。
【請求項１７】
上記光要素のスペクトル出力を決定するステップは、光要素のスペクトル出力の非対称関数モデリングのためのアルゴリズムによって遂行されることを特徴とする請求項１２乃至１６の何れか１項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はソリッドステート照明に関し、より特定的には、特許請求の範囲の請求項１の前文に記載されているカラー制御光源に、及び特許請求の範囲の請求項１２の前文に記載されている光源内のカラー生成を制御する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ソリッドステート照明における多重カラー（例えば、異なる色温度）のための光源を実現するために、異なるカラーの光を放出する複数のＬＥＤが１つのデバイス内に使用される。これらＬＥＤは色空間内に副領域を規定し、この副領域は全ての可能な線形組合せを介して実現することができる色域を表す。従って、色空間のカラースペクトル内において所望の強度の色付き光を、個々のＬＥＤの信号入力により制御することができる。色付き光という用語には白光も含まれることに注目されたい。
【０００３】
従来の光源とは異なり、色付きＬＥＤは、ＬＥＤの接合温度、電流、エージング効果、及びビニングの変化に起因して“カラーシフト”する。温度及びエージングに起因して、光出力は予め定められたカラーポイントから減退し始めるので、光源の光出力のカラーポイントがゆがみ始める。従って、光源のカラーポイントは、制御ループを介して安定化させなければならない。
【０００４】
光源からの光出力を監視するために、標準観測者と同一の感度を有するか、またはこれらの曲線を近似するＲＧＢセンサまたはトゥルーカラーセンサのような光検出器を使用することが一般的である。代替として、１つまたはそれ以上の温度センサと組合された光束センサが使用される。個々のＬＥＤ（またはＬＥＤ群）すなわちカラーの貢献度を決定できるようにするために、フィルタリング技術が使用されてきた。即ち、例えば、原色（赤、緑、及び青光のような）をそれぞれ検出するこれらの異なる「濾波された」光検出器が、１つの濾波されていない光検出器と組合されて使用されてきた。光検出器の出力信号に基づいて、光源の光出力の測定されたカラーポイントが決定され、（もし必要ならば）ＬＥＤへの駆動電流を調整するために目標カラーポイントと比較される。
【０００５】
しかしながら、光検出器が光出力を検出する時に、例えば、周囲太陽光及び／または他の色付きＬＥＤのような他の光源からの干渉、または電気雑音をもたらす他の干渉源が存在し得る。それ故、測定されたカラーポイントは欠陥値であることが多く、単独では光源自体内のＬＥＤからの光出力を表していない。従って、制御ループの制御デバイスへのフィードバック信号は不正確になる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、カラー制御における上述した干渉問題を軽減するようにした、光源におけるカラー生成を制御する光源及び方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この目的は、特許請求の範囲の請求項１及び１２に記載されている本発明によるカラー制御光源によって達成される。特許請求の範囲に記載の従属項は、本発明の好ましい実施形態を限定している。
【０００８】
即ち、本発明の一面によれば、カラー制御光源が提供される。上記カラー制御光源は、
‐複数の色付き光要素
‐複数の光検出器（これら光検出器のスペクトル特性は異なっており、光検出器は一緒になって上記光要素の合計スペクトルを少なくとも実質的にカバーし、上記光検出器は上記光源の光出力を検出し、対応する検出信号を生成する）
‐上記検出信号及び上記光源の光出力の所定の目標カラーポイントに基づいて、上記光要素への駆動信号を生成するカラー制御ユニット
を備えている。
【０００９】
上記光源は、更に、
‐上記光要素の各々への駆動信号を個々にシグネチャ変調する変調器
‐上記検出信号を個々にシグネチャ復調し、各検出信号から上記光要素の各々の光出力の各実際の値を抽出する復調器
を備えている。
【００１０】
カラー制御ユニットは、
‐上記実際の値に基づいて各光要素のスペクトル出力を決定する手段
‐全ての光要素の上記スペクトル出力から実際のカラーポイントを決定する手段
‐上記目標カラーポイントと上記実際のカラーポイントとを比較し、もし差が存在すれば、その差を最小にするように上記駆動信号を調整する手段
を備えている。
【００１１】
即ち、本発明によれば、スペクトル出力を決定する手段によって遂行される各光要素の実際のスペクトル出力の正確な決定が、各個々の光要素から検出出力光への貢献度の正確な識別と組合され、これは、スペクトル出力決定手段へ良好な測定を供給する。他の長所は、全ての光要素を同時にオンにすることができ、周囲光に対する感度が極めて低くなることである。更に、ＬＥＤのビン情報または製造者情報を必要としないことに注目されたい。
【００１２】
特許請求の範囲の請求項２に記載されているカラー制御光源の一実施形態によれば、変調器はスペクトラム拡散変調器である。スペクトラム拡散変調（または、コーディング）は複数の信号を共通に送り、受信器においてそれらを低い誤り率で検出することができる効率的な手法であるので無線伝送では広く使用されており、また本光源に最も有用であることが分かっている。
【００１３】
特許請求の範囲の請求項３に記載されているカラー制御光源の一実施形態によれば、変調器はＣＤＭＡ変調器である。ＣＤＭＡ（即ち符号分割多重アクセス方式）は、駆動信号を符号変調するために使用するのに有利であり、十分に識別される個々のコードが得られる。特許請求の範囲の請求項４に記載されている有利な実施形態では、オン・オフキーイング、即ち二相変調を使用する。
【００１４】
特許請求の範囲の請求項８に記載されているカラー制御光源の一実施形態によれば、スペクトル出力を決定する手段は、光要素のスペクトル出力の非対称関数モデリングのためのアルゴリズムによってスペクトル出力を決定するようになっている。例えば、あるＬＥＤのスペクトルは典型的に非対称であり、ある関数によって良好に記述される。特許請求の範囲の請求項９に記載されているように、このような関数の有利な選択は、非対称二重シグモイド関数である。
【００１５】
特許請求の範囲の請求項１０に記載されているカラー制御光源の一実施形態によれば、スペクトル出力を決定する手段は、検出されたＬＥＤスペクトルの最良フィッティングを決定するためにスペクトル出力の所定の値、及び測定された値を使用する最小化アルゴリズムを使用する。
【００１６】
特許請求の範囲の請求項１１に記載されているカラー制御光源の一実施形態によれば、個々にシグネチャコード化変調するためにゴールド符号を使用する。ゴールド符号自体は当分野においては公知であって多くの数を生成することが可能であり、低い相互相関を有している。これらのコードは、２つの異なる光源のコーディングを分離するために使用すると有利である（そのようにしない場合には干渉が発生し、一方の光源の制御デバイスは、干渉中の光源のスペクトル出力を不正確に認識してしまう）。
【００１７】
本発明の別の面によれば、特許請求の範囲の請求項１２に記載されているように、光源においてカラー生成を制御する方法が提供される。
【００１８】
上述した面及び実施形態による光源を用いて得られるものと同一の、または対応する目的及び長所が、この方法及び残余の請求項に記載されているその実施形態から得られる。
【００１９】
本発明のこれらの、及び他の面は、以下の実施形態に基づく詳細な説明から明白になるであろう。以下の詳細な説明及び特定の例は、本発明の好ましい実施形態を表してはいるが、これらは単なる例示に過ぎず、本発明の範囲を限定する意図はないことを理解されたい。
【００２０】
以下に、添付図面を参照して本発明を詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明による光源の一実施形態の回路図である。
【図２】本発明による光源の一実施形態内に検出器として使用されているシリコンフォトダイオードのｐｎ接合の構造を示す図である。
【図３】本発明による光源の一実施形態内に使用されているシリコンフォトダイオードの異なる接合の深さに対するスペクトル応答性を示す図である。
【図４】本発明による光源においてカラー生成を制御する方法の一実施形態の諸ステップを示すフローチャートである。
【図５】光源の実施形態に使用されているスペクトルモデリング関数を示す図である。
【図６】光源の別の実施形態に従って、パルス幅変調（ＰＷＭ）及びパルス振幅変調（ＰＡＭ）を用いるＣＤＭＡオン・オフキーイング変調の使用を示す図である。
【図７】光源のさらなる実施形態に従って、デューティサイクル変調及び振幅変調を用いるＣＤＭＡ二相（ＤＣ−ＢＰ）変調の使用を示す図である。
【図８】疑似ランダムバイナリシーケンス（ＰＲＢＳ）コードと組合せたアナログ駆動信号の使用を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
本発明によるカラー制御光源１０１の一実施形態を図１に示す。このカラー制御光源１０１は、カラー制御ユニット１０３、ＣＤＭＡ変調器１０５、及びＮ個の色付き光要素１０７ａ−１０７ｃ（ドライバ１０９ａ−１０９ｃを含み、この実施形態ではＮ＝３である）からなる光生成路を有している。典型的に光要素はＬＥＤであり、より特定的にはＲＧＢ ＬＥＤ、即ち、赤ＬＥＤ１０７ａ、緑ＬＥＤ１０７ｂ、及び青ＬＥＤ１０７ｃである。しかしながら、光源１０１の使用目的に依存して、他の原色光要素の多くの組合せも適用可能である。カラー制御ユニット１０３はＣＤＭＡ変調器１０５に接続されていて、それに駆動信号を供給する。ＣＤＭＡ変調器１０５の３つの出力は、駆動信号をスペクトラム拡散コーディング（特定的にはＣＤＭＡコーディング）によって、個々にシグネチャ変調するために、ドライバ１０９ａ−１０９ｃを介して光要素１０７ａ−１０７ｃに接続されている。典型的には、ＬＥＤ１０７ａ−１０７ｃに供給される駆動信号は最高レベルの電流であり、これらはＰＷＭ等によりパルス化されている。代替として、ドライバ１０９ａ−１０９ｃから、光要素のためのアナログ駆動信号（直流、または任意のアナログ波形）を供給することができる。
【００２３】
更に、光源１０１は、Ｍ個（この実施形態ではＭ＝３）の「濾波された」光検出器（ここでは、フォトダイオード）１１１ａ−１１１ｃと、濾波されていない光検出器１１１ｄと、ＣＤＭＡ復調器１１３と、カラー制御ユニット１０３からなる光検出路を有している。光検出器１１１ａ−１１１ｄはＣＤＭＡ復調器１１３に接続され、光源１０１の検出された光出力を表す検出信号をＣＤＭＡ復調器１１３に供給する。ＣＤＭＡ復調器１１３はカラー制御ユニット１０３に接続され、分離した各光要素１０７ａ−１０７ｃの光出力の実際の値を制御ユニット１０３に供給する。更に、ＣＤＭＡ変調器１０５はＣＤＭＡ復調器１１３に接続されていて、ＣＤＭＡコードのコピーをＣＤＭＡ復調器１１３に供給する。「濾波された」光検出器１１１ａ−１１１ｃにはフィルタを設けることができる。これらのフィルタはＬＥＤ１０７ａ−１０７ｃの可視スペクトルまたは合計スペクトルの少なくとも実質的な部分をカバーし、またその範囲全体に分布している。例えば、フィルタはバンドパスフィルタであって、第１のフィルタがスペクトル的に赤波長に中心を有し、第２のフィルタがスペクトル的に緑波長に中心を有し、そして第３のフィルタがスペクトル的に青波長に中心を有している。
【００２４】
濾波された光検出器１１１ａ−１１１ｃの代替として、幾つかのシリコンフォトダイオード１１１ａ−１１１ｃ（図２参照）を互いに近接させて使用することができる。各シリコンフォトダイオード１１１ａ−１１１ｃは、異なる接合の深さ２１０にｐｎ接合が設けられている（位置多重化）。シリコン内の光子吸収が光子エネルギに依存することは公知である。換言すれば、シリコンの内側の光子束はベールの法則に従い、波長は吸収係数に依存する。即ち、青光は強く吸収され、赤光はシリコン内に深く浸透することができる。代替として、トップ上に３つのｐｎ接合を有する単一のフォトダイオードを使用することも可能である。この構成は、選択性エピタキシャル成長を使用してシリコン内のドナー及びアクセプタのドーピングプロファイル（接合深さ２１０を限定する）を大量に制御することによって達成することができる。多重接合アプローチの代替として、単一のｐｎ接合を有する単一のシリコンフォトダイオードを時間依存可変バイアス電圧と組合せて使用し、接合の空間電荷領域の幅を制御することも可能である（時間多重化）。ｐｎ接合深さ２１０及び空乏領域幅２２０がスペクトル応答を限定するので、これらのシリコンフォトダイオードは特種なＲＧＢセンサを形成する。これらのシリコンフォトダイオードは、フィルタ（高価であり、且つスペクトル的に劣化をもたらすことが多い）の使用を回避する利点が得られる。
【００２５】
接合深さ２１０及び空乏領域幅２２０の関数としてのシリコンｐｎ接合のスペクトル応答性は、以下のように計算することができる（図２参照）。光電流は２つの成分、即ち空乏領域内のホール及び電子のドリフトに起因するドリフト電流と、空乏領域外のキャリヤの拡散に起因する拡散電流とからなる。
【００２６】
【数１】
2010507891.tif 000003
【００２７】
ドリフト電流は、次式によって与えられる。
【００２８】
【数２】
2010507891.tif 000004
【００２９】
但し、ｑは電気素量であり、ｘｊは（冶金学的）接合深さ２１０であり、Ｗは空乏領域幅２２０であり、ｘｎ２２１及びｘｐ２２２（Ｗ＝ｘp＋ｘn）は接合のｎ側及びｐ側における空乏の広がりの深さである。これらは以下のように与えられる。
【００３０】
【数３】
2010507891.tif 000005
【００３１】
【数４】
2010507891.tif 000006
【００３２】
但し、Ｖrは接合に印加される逆バイアスであり、Ｖ0は接合のビルトイン電位である。
【００３３】
【数５】
2010507891.tif 000007
【００３４】
ｋBはボルツマン定数であり、Ｔは絶対温度であり、そしてｎiは固有キャリヤ密度である。拡散電流は次のように与えられる。
【００３５】
【数６】
2010507891.tif 000008
（式６）
【００３６】
但し、Ｄp及びＤnはそれぞれホール及び電子の拡散定数、Ｌp及びＬnは過剰キャリヤの拡散長、ｘepiはエピタキシャル層２３０の厚み、ｎp0＝ｎi2／Ｎa及びｐn0＝ｎi2／Ｎdは平衡少数キャリヤ密度、そして定数は、以下のようである。
【００３７】
【数７】
2010507891.tif 000009
【００３８】
【数８】
2010507891.tif 000010
【００３９】
これらの式から、ｐｎ接合のスペクトル応答を接合深さ２１０の関数として計算することができる。図３は、光の波長の関数として、Ｊopt／ｑΦ0を、異なる接合深さ毎に（３１０＝0.5μｍ、３２０＝１μｍ、３３０＝２μｍ、３４０＝３μｍ、３５０＝10μｍ）プロットした図である。使用したパラメータは、ｘepi＝15μｍ、Ｎd＝1026ｍ-3、Ｎa＝4.37*1021ｍ-3、Ｌn＝447μｍ、Ｌp＝0.289μｍであり、Ｄp及びＤnの計算は以下の式に従って行った。
【００４０】
【数９】
2010507891.tif 000011
【００４１】
【数１０】
2010507891.tif 000012
【００４２】
図４のフローチャートを参照する。光源、特定的にはそのカラー制御システムは以下のように動作する。制御ユニット１０３は、ユーザから所望の光出力に関する入力を受信するか、またはそれについての予めプログラムされた情報を有している。所望の光出力は、光源１０１のための目標カラーポイントとして与えられるか、またはそれに変換される。制御ユニット１０３は、目標カラーポイントに基づいて、ＬＥＤ１０７ａ−１０７ｃのための名目駆動信号を計算する（ステップ４０１）。次いで、駆動信号は、ＣＤＭＡ変調器１０５によって個々にＣＤＭＡコード化され（ステップ４０２）、ＬＥＤ１０７ａ−１０７ｃに供給される。それによってＬＥＤ１０７ａ−１０７ｃの光出力は光検出路で個々に識別可能になる。上述したようにＬＥＤ１０７ａ−１０７ｃは不完全であるため、期待した光出力が得られないので、フィードバックを含む制御システムが使用される。従って、光検出器１１１ａ−１１１ｄがＬＥＤ１０７ａ−１０７ｃの実際の光出力を検出する（ステップ４０３）。（濾波された）光検出器１１１ａ−ｄの各々は光源１０１の光出力の一部を検出し、対応する検出信号を生成する（ステップ４０３）。（Ｍ＋１）個の検出信号がＣＤＭＡ復調器１１３に供給され、ＣＤＭＡ復調器は検出信号を復調する（ステップ４０４）。詳述すれば、復調器１１３は各検出信号と、変調器１０５が使用したＣＤＭＡコードの各々に正確に時間同期されたコピーとを相関させる。即ち、各「濾波された」検出信号のために、復調器はＮ個の復調された信号（Ｎ個のＬＥＤ１０７ａ−１０７ｃの（検出された）実際の値に関係している）を出力する。復調器１１３は更に、濾波されていない光検出器信号１１１ｄを復調することによって、背景信号及びＮ個の濾波されていない検出器応答を生成し、出力する（ステップ４０３及び４０４）。従って、合計でＮ*（Ｍ＋１）＋１個の信号、即ちこの実施形態では13個の信号が復調器１１３から制御ユニット１０３へ供給される。
【００４３】
制御ユニット１０３は、復調された信号内の固有の実際の値に基づいて各ＬＥＤ１０７ａ−１０７ｃのスペクトル出力を決定する（ソフトウェアコードのような）手段を含んでいる。即ち、復調された信号の実際の値が抽出される（ステップ４０５）。各ＬＥＤ１０７ａ−１０７ｃのスペクトル出力の決定には、スペクトル出力の非対称関数のモデリングのためのアルゴリズムが使用される。この実施形態によれば、ＬＥＤスペクトル（特定的には、スペクトル密度）をモデル化するために、図５及び以下の式１１に示すような非対称二重シグモイド関数を使用する（ステップ４０６）。
【００４４】
【数１１】
2010507891.tif 000013
【００４５】
この関数において、Ａ0はプリファクタ、Ａ1は背景オフセット、λpeakはＬＥＤスペクトルのピーク波長、ｗ1及びｗ2はスペクトルの幅及び非対称性を記述するパラメータである。好ましくは、光検出器のスペクトル特性は、それらが、各ＬＥＤ１０７ａ−１０７ｃのスペクトルの少なくとも検出可能な部分を全てカバーするように、即ち、異なる光検出器からの実際の値（例えば、光電流信号）が０より大きくなるように選択する。始めに、どの光検出器が最も高い応答を与えるかを決定するために、各ＬＥＤ１０７ａ−１０７ｃの実際の値を互いに比較する。そのスペクトル特性のピーク値が、λpeakの想定開始値として使用される。光検出器のスペクトル特性が完全に知られていることに注目されたい。ＬＥＤがオフ状態にある間の背景オフセットＡ1を測定するために、及びＬＥＤがオン状態にある間の合計ＬＥＤ光出力（プリファクタを与える）を測定するために、濾波されない光検出器１１１ｄが使用される。更に、幅及び非対称性パラメータｗ1及びｗ2は、フィッティングアルゴリズムにおいて５ｎｍより大きい値に制限されている（これはＬＥＤの動作の観点から実際的な境界条件である）。ロバストであるために、ｗ1及びｗ2の少なくとも２つの組合せ、即ちｗ1＜ｗ2である１つの組合せと、ｗ1＞ｗ2である１つの組合せが使用される。全ての実際の値を使用し、以下の式１２の最小化アルゴリズムＳＳＥ（和自乗誤差）を用いてＬＥＤスペクトルに対する最良フィットが計算され、予測したＬＥＤスペクトルのために求めた計算された検出信号値と、そのＬＥＤのための実際の値との差が決定される。
【００４６】
【数１２】
2010507891.tif 000014
【００４７】
上述したモデリング関数に対する代替が存在するように、式１２の最小化アルゴリズムに対してもニュートン・ラフソンのような代替方法が存在する。
【００４８】
詳述すれば、異なるＬＥＤスペクトルをモデル化するために、ＬＥＤ毎にピーク値λpeak及び２つの幅値ｗ1及びｗ2を規則的に変化させて反復が遂行される。更に、異なるモデル化されたＬＥＤスペクトル毎に、光検出器１１１ａ−１１１ｃの既知の応答特性と統合される。このようにして得られる計算された検出信号は、最小化アルゴリズム（式１２）において、実際の値、即ちカラー制御ユニット１０３においてＣＤＭＡ復調器１１３から受信した測定された値と比較される。最小のＳＳＥ、またはプリセットされた限界値より低いＳＳＥをもたらすピーク及び幅値は、ＬＥＤスペクトル（これらの入力値を用いてモデリング関数（式１１）から得られる）の表現であると見做される。次いで、モデル化されたＬＥＤスペクトルを、標準観測者のカラーマッチング関数を用いて畳み込むことによって、ＬＥＤ１０７ａ−１０７ｃのカラーポイントが計算される（ステップ４０７）。
【００４９】
従って、制御ユニットは、目標カラーポイントと実際のカラーポイントとを比較する手段（例えば、ソフトウェアコード）を備えている。これは、個々のＬＥＤのカラーポイントについて、並びに合計カラーポイント（これは、ＬＥＤスペクトルを一緒に加算し、その和を標準観測者のカラーマッチング関数を用いて畳み込むことによって得られる）について行われる（ステップ４０８参照）。もし差が存在すれば、方法はステップ４０２へ戻されて差を減少させる、理想的には削除する（実際には困難であるが）ように駆動信号が調整される。もし差が存在しなければ、方法はステップ４０３へ戻って再度光出力を検出する。実際には、この実施形態では、本方法は差の上限を使用する。即ち、もし差が所定の上限よりも小さければ、調整は遂行されない。
【００５０】
ＣＤＭＡ変調の例は、ウォルシュ・ハダマードコードが使用される同期システムを使用するＣＤＭＡ変調である。ウォルシュ・ハダマードは、暗号化及びセルラー通信に使用するために統計的に固有な数のセットを生成するアルゴリズムであり、“疑似ランダム雑音コード”としても知られている。このアルゴリズムによって生成されるコードは、直交数学コードである。これは、もし２つのウォルシュコードが相関していれば、これら２つのコードが同一である場合に限って結果を理解できることを意味している。その結果、ウォルシュ・ハダマードエンコードされた信号は、到来信号を変調するのに使用したものと同一のシグネチャコードをＣＤＭＡ復調器が使用しない限り、該復調器にはランダム雑音としか認識されない。いわゆるＤＣ（直流）コード（平均ＤＣ信号成分に関係付けられたウォルシュ・ハダマードセットのコードの一部である）の使用を回避するために、本システムは一定の周囲光に対してロバストに作られている。
【００５１】
カラー制御光源１０１の一実施形態では、ＣＤＭＡ変調器１０５の特定コーディングスキームは、オン・オフキーイングに基づいている。オン・オフキーイング（ＯＯＫ）変調は、デジタルデータを搬送波の存否によって表す一つの型の変調である。その最も簡単な形状では、特定の持続時間にわたって搬送波が存在することがバイナリの１を表し、同じ持続時間にわたって存在しないことがバイナリの０を表すが、原理的には如何なるデジタルエンコーディングスキームを使用しても差し支えない。
【００５２】
各光要素１０７ａ−１０７ｃに割当てられているシグネチャ変調コードは、各パルスの第１の部分をオン・オフキーイング変調することによって信号内に組入れられる（図６参照）。要求された照明を保証するためにＬＥＤに印加される駆動信号の２つの例が示されている。即ち、（１）パルスの第２の部分にパルス幅変調（ＰＷＭ）を印加し、（２）パルスにパルス振幅変調（ＰＡＭ）を印加している。図６において、“チップ０”及び“チップ１”は異なる幅を有している。原理的には、これはＬＥＤの光出力に変化をもたらす。それにも拘わらず、これは、同数のチップ０及び１が供給されることを意味する平衡コードを使用することによって修復することができる。従って、あるコードワードにわたって平均されたパルスの幅は、正確に、“チップ０”幅と“チップ１”幅との平均値である。
【００５３】
本発明の更に別の実施形態では、図７に示すように、変調方法は任意のデューティサイクルを許容する二相（ＢＰ）変調の一般化である。デューティサイクルが50％に等しい場合には、デューティサイクル二相（ＤＣ−ＢＰ）はＢＰ変調に退化する。この場合、各光要素が割当てられている個々のシグネチャを実現するコードは、“チップ０”及び“チップ１”を相応に伝送することによって信号内に組入れられる。要求された照明を保証するために、２つのオプションが存在している。即ち、（１）パルスのデューティサイクルを変更すること、及び（２）パルスの振幅を変更することである。
【００５４】
複数の光源が動作している環境の場合、光源間の同期性を想定することはできず、むしろ望ましくないとされている。これらの場合、光源にまたがる光要素のために使用されるＣＤＭＡコード間の相互相関の程度が低く且つ有解であることが重要である。これは、光源間の干渉に免疫を与える。このようにしない場合には、１つの光源が、近隣からのスペクトル出力をそれ自体のスペクトル出力であるかのように不正確に検出するようになる。このような免疫は、ゴールド符号を使用することによって達成することができる。これらは、最大長疑似ランダムバイナリシーケンス（ＰＲＢＳ）のモジュロ２加法的性質によって形成される。２つの最大長ＰＲＢＳは同期クロックによって駆動され、モジュロ２加算器内においてビット単位で一緒に加算されてゴールド符号が形成される。２つのｍ長（２m−１状態）最大長ＰＲＢＳコードを加算することによって、ｍ長ゴールド符号が作成される。完全に新しいゴールド符号は、互いに加算された２つのＰＲＢＳコードの間でビット毎にシフトをもたらす。即ち、全ての可能な組合せで互いに加算された２つの10長（1023ビット長）ＰＲＢＳコードは、1023の固有なゴールド符号を作成するために使用することができる。これは、フィードバック路に接続されたシフトレジスタのような、極めて安価且つ簡単な論理回路を用いて、極めて迅速且つ容易に多数の固有なゴールド符号を生成できることを意味している。１対のＰＲＢＳシーケンスから生成されたゴールド符号のサブセットを適切に選択することによって、選択されたゴールド符号間の相互相関は低く、数学的に事前に計算することができる上限を有する。これは、復調器回路がそれ自体の光要素のスペクトル出力に正確に“ロックオン”した時点を識別し、外部干渉源（即ち、他の光源）からの干渉（即ち、相互相関）を確実に無視して復調器回路のジョブを簡単にする。その結果、説明したゴールド符号ベースのシステムは、ウォルシュ・ハダマードコーディングのような同期アプローチよりもロバストかつ容易に実行できる非同期ＣＤＭＡ設計である。
【００５５】
本発明の更に別の実施形態では、光要素１０７ａ−１０７ｃの名目出力強度は、各ドライバ１０９ａ−１０９ｃからＤＣまたは任意アナログ波形の形状で供給される駆動信号のレベルによって設定される。図８に示すように、駆動信号レベルは、ユーザが指定したカラーポイントを発生させるために、光要素１０７ａ−１０７ｃ（１つの要素だけしか示されていない）の要求された光出力レベル（高出力レベル８０１または低／減光出力レベル８０２）に従って選択される。各駆動信号は、ＣＤＭＡ変調器１０５から各ドライバ１０９ａ−１０９ｃに供給される固有のＰＲＢＳゴールド符号８０３によってそれ自体が振幅変調される。上述した検出及び復調方法に続いて、参照カラーポイントからのカラーのずれを補正するために、調整が必要な特定の光要素１０７ａ−１０７ｃのアナログ駆動信号を変化させることによって、フィードバック制御が達成される。また、カラー制御光源１０１の合計光出力を減光させるのは、アナログ駆動信号を変化させることによって達成することができる。
【００５６】
以上に、特許請求の範囲に記載されている本発明による光源及び方法の実施形態を説明した。これらは、単に非限定的な例として見るべきである。当業者には理解されるように、本発明の範囲内において多くの変更及び代替実施形態が可能である。
【００５７】
例えば、カラー検出技術は、ＬＥＤ光に限定されるものではない。原理的には、他の光源の全体的なスペクトル出力を記述する良好な関数が利用可能であれば、これらの他の光源も動作する。これらの他の関数は、非対称二重シグモイド関数以外であることができる。
【００５８】
当業者には明白なように、本明細書において、及び特許請求の範囲において使用している“からなる”という語が他の要素またはステップを排除するものではなく、また“ある”または“１つの”という語が複数を排除するものではないことを理解されたい。
【符号の説明】
【００５９】
１０１  カラー制御光源
１０３  カラー制御ユニット
１０５  ＣＤＭＡ変調器
１０７ａ−１０７ｃ  光要素
１０９ａ−１０９ｃ  ドライバ
１１１ａ−１１１ｄ  光検出器
１１３  ＣＤＭＡ復調器
２２０  空乏領域幅
２３０  エピタキシャル層
８０１  高出力レベル
８０２  低／減光出力レベル
８０３  ＰＲＢＳゴールド符号
【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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【手続補正書】
【提出日】平成21年4月28日(2009.4.28)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４５】
この関数において、Ａ0はプリファクタ、Ａ1は背景オフセット、λpeakはＬＥＤスペクトルのピーク波長、ｗ1及びｗ2はスペクトルの幅及び非対称性を記述するパラメータである。好ましくは、光検出器のスペクトル特性は、それらが、各ＬＥＤ１０７ａ−１０７ｃのスペクトルの少なくとも検出可能な部分を全てカバーするように、即ち、異なる光検出器からの実際の値（例えば、光電流信号）が０より大きくなるように選択する。始めに、どの光検出器が最も高い応答を与えるかを決定するために、各ＬＥＤ１０７ａ−１０７ｃの実際の値を互いに比較する。そのスペクトル特性のピーク値が、λpeakの想定開始値として使用される。光検出器のスペクトル特性が完全に知られていることに注目されたい。背景オフセットＡ1を測定するために、及び合計ＬＥＤ光出力（プリファクタを与える）を測定するために、濾波されない光検出器１１１ｄが使用される。更に、幅及び非対称性パラメータｗ1及びｗ2は、フィッティングアルゴリズムにおいて５ｎｍより大きい値に制限されている（これはＬＥＤの動作の観点から実際的な境界条件である）。ロバストであるために、ｗ1及びｗ2の少なくとも２つの組合せ、即ちｗ1＜ｗ2である１つの組合せと、ｗ1＞ｗ2である１つの組合せが使用される。全ての実際の値を使用し、以下の式１２の最小化アルゴリズムＳＳＥ（和自乗誤差）を用いてＬＥＤスペクトルに対する最良フィットが計算され、予測したＬＥＤスペクトルのために求めた計算された検出信号値と、そのＬＥＤのための実際の値との差が決定される。
【国際調査報告】
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