(57)【要約】  本発明の照明システムは、互いに異なる発光スペクトルを有する少なくとも２つの光源（１０１、１０２、１０３）と、上記光源のうちの少なくとも１つの光源を光センサとして用いて光の強度を検知するための検出回路（１３１、１３２、１３３）と、検知された光の分光分布に応じて上記光源を駆動するための駆動手段（１６１、１６２、１６３）とを備える。最も小さなバンドギャップを有する光源の発光スペクトルは、２番目に小さなバンドギャップを有する光源の発光スペクトルに重複している。本照明システムは、２番目に小さなバンドギャップを有する光源を検出モードにすることによって、最も小さなバンドギャップを有する光源によって出射された光の強度を測定することが可能である。本照明システムはまた、周辺光の分光分布を検知して、周辺光に応じて照明システムからの出力を調節することを可能にする。【選択図】図１２
2010529590.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
異なる発光スペクトルを有する複数の光源と、
上記複数の光源のうちの少なくとも１つの光源を光センサとして用いて光の強度を検知する検出回路と、
検知された上記光の強度に応じて上記光源を駆動する駆動手段とを備えており、
最も小さなバンドギャップを有する光源の発光スペクトルは、２番目に小さなバンドギャップを有する光源の発光スペクトルに重複していることを特徴とする照明システム。
【請求項２】
上記検出回路は、上記複数の光源のうちの少なくとも１つの光源を光センサとして用いて、光の強度の分光分布をさらに検知するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の照明システム。
【請求項３】
上記駆動手段はさらに、検知された上記光の強度に応じて上記光源を駆動するように構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の照明システム。
【請求項４】
上記検出回路は、或る期間に、いずれの光源も発光しないように上記複数の光源を駆動しながら、上記少なくとも１つの光源を用いて光の強度を検知するように構成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の照明システム。
【請求項５】
別の期間に、上記複数の光源のうちの１つの第１の光源を光センサとして用いて光の分光分布を検知し、かつ、上記複数の光源のうちの、上記第１の光源とは異なる１つの第２の光源を発光させることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の照明システム。
【請求項６】
上記駆動手段は、複数の上記光源を駆動して、所望の出力強度分布を得るように構成されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の照明システム。
【請求項７】
上記駆動手段は、光源を駆動するための駆動回路と、上記駆動回路を制御するための制御装置とを備え、上記制御装置は、使用時に、上記検出回路からの入力を受信することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の照明システム。
【請求項８】
上記制御装置は、使用時に、複数の上記光源の所望のスペクトル出力を決定することを特徴とする請求項７に記載の照明システム。
【請求項９】
上記制御装置は、目標とするスペクトル出力の情報を格納していることを特徴とする請求項７または８に記載の照明システム。
【請求項１０】
上記期間に上記検出回路を上記少なくとも１つの光源に接続させるための第１のスイッチを備えていることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の照明システム。
【請求項１１】
第２の期間に上記駆動手段を上記第２の光源に接続させるための第２のスイッチを備えていることを特徴とする請求項１０に記載の照明システム。
【請求項１２】
総数Ｘ個（Ｘは整数）の光源を有しており、
第ｎの光源の平均発光波長は、第（ｎ−１）の光源の平均発光波長よりも大きく、
第Ｘの光源の発光スペクトルは、第（Ｘ−１）の光源の発光スペクトルに重複していることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載の照明システム。
【請求項１３】
第１の期間において、上記第１の光源からの光の強度を、第２の光源〜第Ｘの光源のうちの１つの光源を光センサとして用いて検知し、
第２の期間において、上記第１の光源および上記第２の光源からの光の強度を、第３の光源〜第Ｘの光源のうちの１つの光源を光センサとして用いて検知し、
第ｎの期間において、上記第１〜第ｎの光源からの光の強度を、第（ｎ＋１）の光源〜第Ｘの光源のうちの１つの光源を光センサとして用いて検知し、
第（Ｘ−１）の期間において、上記第１〜第（Ｘ−１）の光源からの光の強度を、第Ｘの光源を光センサとして用いて検知し、
第Ｘの期間において、第Ｘの光源からの光の強度を、第（Ｘ−１）の光源を光センサとして用いて検知するように構成されていることを特徴とする請求項１２に記載の照明システム。
【請求項１４】
上記第１の期間〜第Ｘの期間とは異なる期間において、上記第１の光源〜第Ｘの光源のうちのいずれの光源も点灯されていない時の光の強度を検知し、これによって周辺光の強度を検知するようにさらに構成されていることを特徴とする請求項１３に記載の照明システム。
【請求項１５】
上記異なる期間において、上記第１の光源〜第Ｘの光源のうちのいずれの光源も点灯されていない時の光の分光分布を検知し、これによって周辺光の分光分布を検知するように構成されていることを特徴とする請求項１４に記載の照明システム。
【請求項１６】
Ｘ＝３であり、第１の光源は青色の光源であり、第２の光源は緑色の光源であり、第３の光源は赤色の光源であることを特徴とする請求項１２〜１５のいずれか１項に記載の照明システム。
【請求項１７】
Ｘ＝４であり、第１の光源は青色の光源であり、第２の光源は青緑色の光源であり、第３の光源は緑色の光源であり、第４の光源は赤色の光源であることを特徴とする請求項１２〜１５のいずれか１項に記載の照明システム。
【請求項１８】
Ｘ＝４であり、第１の光源は青色の光源であり、第２の光源は緑色の光源であり、第３の光源は第１の赤色の光源であり、第４の光源は、上記第１の赤色の光源とは異なる発光スペクトルを有する第２の赤色の光源であることを特徴とする請求項１２〜１５のいずれか１項に記載の照明システム。
【請求項１９】
Ｘ＝５であり、第１の光源は青色の光源であり、第２の光源は青緑色の光源であり、第３の光源は緑色の光源であり、第４の光源は黄色の光源であり、第５の光源は赤色の光源であることを特徴とする請求項１２〜１５のいずれか１項に記載の照明システム。
【請求項２０】
上記光源から光を受けるための導光体をさらに備え、
上記導光体は、光を出射する第１の部分と、周辺光を受ける第２の部分とを有し、上記導光体は、使用時に、被照明物の範囲が、上記導光体の第２の部分に及ばないように形成されていることを特徴とする請求項１〜１９のいずれか１項に記載の照明システム。
【請求項２１】
１つまたは複数の光源と、
上記光源のうちの少なくとも１つの光源を光センサとして用いて光の強度を検知するための検出回路と、
検知された上記光の強度に応じて上記光源を駆動するための駆動手段と、
上記光源からの光を受けるための導光体とを備えており、
上記導光体は、光を出射する第１の部分と、上記第１の部分とは異なる、周辺光を受けるための第２の部分とを有し、上記導光体は、使用時に、被照明物の範囲が、上記導光体の第２の部分に及ばないように形成されていることを特徴とする照明システム。
【請求項２２】
上記光源は固体光源であることを特徴とする請求項１〜２１のいずれか１項に記載の照明システム。
【請求項２３】
上記固体光源は発光ダイオードであることを特徴とする請求項２２に記載の照明システム。
【請求項２４】
画像表示パネルと、
上記画像表示パネルを照明する請求項１〜２３のいずれか１項に記載の照明システムと、を備えていることを特徴とするディスプレイ。
【請求項２５】
上記照明システムは、請求項２０または２１に記載の照明システムであり、
上記画像表示パネルは、上記導光体の第１の部分に隣接して配置されていることを特徴とする請求項２４に記載のディスプレイ。
【請求項２６】
請求項１〜２３のいずれか１項に記載の照明システムを備えていることを特徴とする閃光装置。
【請求項２７】
異なる発光スペクトルを有する複数の光源を備え、最も小さなバンドギャップを有する光源の発光スペクトルが、２番目に小さなバンドギャップを有する光源の発光スペクトルに重複している照明システムの動作方法であって、
上記最も小さなバンドギャップを有する光源を駆動して発光させるステップと、
上記２番目に小さなバンドギャップを有する光源を用いて、上記最も小さなバンドギャップを有する光源によって出射された光の強度を検知するステップとを含むことを特徴とする照明システムの動作方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体照明（ＳＳＬ：Solid State Lighting ）システムに関し、より詳細には、赤色ＬＥＤ、青色ＬＥＤ、および緑色ＬＥＤ、蛍光体変換白色発光ダイオード（ＷＬＥＤ）、または、ハイブリッドレーザーＬＥＤ蛍光体ベースの発光体を用いた固体照明システムに関する。今回提案するＳＳＬシステムは、例えば、カメラの閃光装置、治療用の照明設備、適応光およびムード光、信号機、標識、装飾照明、廊下用照明、街灯、ディスプレイ等といった様々な照明の用途に使用可能である。例えば、複数の蛍光体変換ＷＬＥＤまたは個々の有色ＬＥＤが主照明用の閃光装置として用いられているカメラ付き携帯電話のような携帯式光源にとって、電池の消費を低減するために電力を効率よく管理することは重要である。
【０００２】
一般的に、ＳＳＬシステムは、白熱電球または蛍光灯を用いる従来の照明方法に代わって、良好なエネルギー効率、良好なコスト効率、および柔軟性を保証するものである。
【背景技術】
【０００３】
照明システムは、人工光または人工照明を生成するために用いられ得る電気装置である。本発明において、固体照明システム１０００は、概して、白色光または有色光２００を生成するために１つ以上の発光ダイオード（ＬＥＤ）１００（図１参照）を用いている。
【０００４】
公知のように、ＬＥＤ１００は、ｐｎ接合を生成するために不純物でドープされた半導体材料のチップを含む。図２は、ＬＥＤの典型的な電流電圧特性を示す図である。ＬＥＤは、順方向バイアス２０１の場合に光２００を出射し、逆方向バイアス２０２において動作する場合に光センサとして機能することが可能である(Mims、Forrest M.、III、LED Circuit and Projects、Howard W. Sams and Co.、Inc.、New York、NY、pp. 60-61、76-77、122-123)。
【０００５】
図３は、ＬＥＤによって生成される光電流２を、該ＬＥＤ中のバイアス電圧に応じて示す図である。光電流２は、３つの異なる光レベルにおける蛍光体変換ＷＬＥＤの光電流を測定したものである。光電流は、ＬＥＤがゼロバイアス３またはほぼゼロバイアス３で駆動される場合の周辺光のレベルによって大きく変動することが確認できる。このためＬＥＤを、例えば、周辺光のレベルを検知するための光センサとして用いることが可能になる。図４は、赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ、および青色ＬＥＤ（いずれの場合もゼロバイアスで駆動されている）の正規化した光応答曲線を示す図であり、これらの光応答曲線は、各ＬＥＤが、周辺光の特定のスペクトル領域をそれぞれ検出することができることを示している。例えば、赤色発光ＬＥＤは、約５８０ｎｍ〜６４０ｎｍの波長帯に亘って最大半値の感度を有し、約５１５ｎｍ〜６８０ｎｍの波長帯の周辺光を検出することが可能である。
【０００６】
ＬＥＤは、通常、１つまたは複数の所定波長帯において光を生成する。特定の所望のカラーバランスの光を生成する様々な方法（例えば多色のＬＥＤまたは蛍光体変換ＬＥＤを用いた方法）が採用されており、これらの方法は、他の文献にも詳細に記載されている（例えばA. Zukauskas et. al.、Introduction to Solid State Lighting、A Wiley-Interscience Publication、2002に記載されている）。
【０００７】
蛍光体は、特定のエネルギーの一次放射をポンプ光源と呼ばれる好適な光源から吸収し、異なるエネルギーにおいて発光する蛍光物質である。これら蛍光体から得られる二次放射は、ポンプ光源からの一次放射よりも、高い光子エネルギー（アップコンバーション）または低い光子エネルギー（ダウンコンバーション）の放射である。このような装置から出力される光の全量は、蛍光体からの二次放射だけでなるか、または、ポンプ光源からの一次放射と蛍光体からの二次放射とを組み合わせたものからなる。蛍光体は、通常、亜鉛、カドミウム、マンガン、アルミニウム、シリコン、または、活性剤が加えられた様々な希土類金属の、酸化物、硫化物、セレン化物、ハロゲン化物、またはケイ酸塩といった、好適な母材から形成されている。最もよく知られている種類は、銅活性化硫化亜鉛および銀活性化硫化亜鉛（硫化亜鉛銀）である。
【０００８】
近年、従来の蛍光体に代わって、または従来の蛍光体と併せて、ナノ蛍光体が用いられている。ナノ蛍光体の粒子の寸法は、従来の蛍光体の数十ミクロンよりも比較的小さく、典型的には５０ｎｍよりも小さい。コロイド状の多数の量子ドットは、ナノ蛍光体の一例である。
【０００９】
ＳＳＬはエネルギー効率がよいが、動的パフォーマンス、自動制御、および、さらなるエネルギー節約のために、高性能且つ知的なＳＳＬ装置が求められている。例えば、ＳＳＬをディスプレイ用のバックライトとして用いる場合、周辺光のレベルに応じてバックライトの強度を制御することが望まれている。従来では、光センサ４をドライバ１と共に用いて、フィードバック３００によって、照明器具１００１の出力レベルを周辺光レベル４００に応じて調整していた。周辺光レベル４００は、周辺光センサ（図５参照）として機能する光センサ４によって検出されたものである。
【００１０】
上述のドライバは、典型的には、パルス幅変調（ＰＷＭ）モードにおいてＬＥＤを駆動するように構成されている。この場合、好適な電圧パルスを印加することによって、照明器具１００１のＬＥＤを、順方向バイアス２０１と逆方向バイアス２０２との間で切り替えることが可能である。ＬＥＤの出力照射特性への微調整は、ドライバの順方向電圧およびパルス幅を調節することによって行われ得る。
【００１１】
単一のＬＥＤを「駆動」および「検出」の２つのモードにおいて動作させることが可能な最も一般的な構成を示すブロック図を、図６に示した。検出モード（スイッチ１２は開いており、スイッチ１１は閉じている）において動作させるには、検出回路１３によって、ＬＥＤ１００の端子に負バイアス、ゼロバイアス、または、小さい正バイアスＶ＝Ｖ１が維持されていること、および、ＬＥＤ１００によって生成された電流Ｉが測定されることが求められる。Ｖ１を適切に選択することにとって、この電流Ｉは、ＬＥＤに入射した照明のレベルに対して反応しやすい（図３に示すように）。Ｖ１の好適な値の範囲は、用いられるＬＥＤ１００の特性によって決定される。一般的にＶ１は、最適には、ＬＥＤの「ビルトイン電圧」Ｖｂｉの値、または、この値に近い値になるように選択される。「ビルトイン電圧」Ｖｂｉは、ＬＥＤが、該ＬＥＤに入射する周辺光を有していない時に、ゼロ電流が流れるバイアス電圧として規定されるものである。このビルトイン電圧は、ＬＥＤを検出モードにおいて動作させるための最もセンシティブな領域に相当する。装置において、この最もセンシティブな領域（ビルトイン電圧に近接した）における動作は、同時係属の英国特許出願の出願番号第０６１９５８１．２号に記載された直列接続された多重装置を用いて行なうことができる。検出モードにおける動作の場合、ＬＥＤは、決して大量の光を出射しないことに留意されたい。
【００１２】
発光動作モード（スイッチ１１は開、スイッチ１２は閉）では、ＬＥＤの端子全域で正バイアスＶ＝Ｖ２が維持される。ＬＥＤを通って流れる電流は測定される必要はない。ＬＥＤによって出射された光の強度は、駆動回路１６によって制御されるＶ２の値に応じて決定される。従って、Ｖ２を変更することによってＬＥＤの輝度を変化させることが可能である。ＬＥＤの輝度を設定する別の方法は、ＬＥＤのバイアス電圧を、多くの光が出射されない小さなバイアスＶ０とＶ２の値との間にパルス状に印加することである。その後、感知されるＬＥＤの輝度は、バイアス電圧パルスが高いレベルＶ２にある時間を変えることによって調節可能である。
【００１３】
図６の回路の実用的な形態の一例を図７に示す。この回路は、ＬＥＤ１００と、パルスのハイレベルＶ２の電圧パルスを供給するパルス電圧源１７と、測定回路およびアナログデジタルコンバータ（ＡＤＣ）１８と、演算増幅器１９と、ＤＣ電圧源Ｖ１２０と、キャパシタ２１と、リセットスイッチ２２とを含む。
【００１４】
図７の回路を検出モードにおいて動作させるには、スイッチ１１を開いて、スイッチ１２を閉じる。
【００１５】
その後、ＬＥＤに入射した光量を、次のように測定する。
●積分期間の開始時に、信号２３が、スイッチ２２をオン（閉）状態にし、積分器の出力をＶ＝Ｖ１にリセットする。
●信号２３がスイッチ２２をオフ（開）状態にすると、積分期間が始まる。積分キャパシタ２１において、光電流が積分される。
●ＡＤＣ１８は、積分キャパシタ２１に接続された入力２４を有している。ＡＤＣ１８は、積分された電圧を、ＡＤＣの出力２５においてデジタル値に変換するために用いられ得る。ＡＤＣ１８は、サンプルホールド型または連続時間動作型に構成されていてよい。サンプルホールド型構成の場合、積分キャパシタ２１からの出力電圧は、積分期間の終わりに一度サンプリングされ、デジタル値に変換される。連続時間動作の場合、ＡＤＣは、積分された電圧と一定の基準値とを比較するように構成されている。積分された電圧がこの基準に達するためにかかる時間は、積分期間の終わりにＡＤＣ出力値を供給するデジタルカウンタによって測定される。
【００１６】
図７の回路を駆動モードにおいて動作させるには、スイッチ１２を開くと共にスイッチ１１を閉じる。この状態では、標準タイプのパルス電圧源１７を用いて、ＬＥＤ１００に、パルスバイアス電圧を印加する。パルスのハイ電圧レベルＶ２の振幅、および、パルスのデューティ比は、ＬＥＤによって出射される光量に求められる要件の通りに選択される。
【００１７】
入射した周辺光レベルを示すＡＤＣ１８のデジタル出力値は、照明システム全体の要件に応じて様々な方法で処理される。この処理は、例えば、デジタル信号を比較すること、デジタル信号をメモリに記憶すること、および簡素な算術演算を実行することといった、単純なデジタル動作を実行する性能を有する簡素なデジタルプロセッサシステムによって行われ得る。このような演算を実行する回路の例は極めて公知であり、例えば基本レベルの電子工学テキスト（例えば、Digital Fundamentals （7th Edition）Floyd Electronics Fundamentals Series、Thomas L. Floyd）にも記載されている。
【００１８】
出力の強度を変更することが可能な様々な照明システムが知られている。米国特許第６４６９４５７号には、複数の電灯を備える照明システムについて記載されている。各上記電灯は、電灯の強度を調節することが可能な減光装置を外部に有している。米国特許第６９００７３５号には、多数の刺激に応じて、センサを用いて、周辺温度を測定するといった多数の目的に適合する照明装置が記載されている。米国特許第６９６３１７５号には、照明装置を調節するために、温度センサおよび変位検出器等を備える発光ダイオード照度制御について記載されている。Agilent社のHSDL- 9000周辺光センサ（応答性は５１０ｎｍでピークとなる）は、ＬＣＤバックライトの調整に好適であり、バッテリー寿命を延ばすものである。
【００１９】
米国特許第６５５２４９５号には、赤色、緑色、および青色の発光ダイオード（ＬＥＤ）を複数用いて、光源から所望の色を生成するように設計された外界センサを含む制御系について記載されている。
【００２０】
Avago Technologies社の照明カラーマネージメント（illumination colour management (ICM)）ソリューション（米国特許第７２１２２８７号に記載されている）は、カラーコントローラおよびカラーセンサから構成されており、ＲＧＢ（赤色、青色、および緑色）ＬＥＤの閉ループフィードバックシステムを実現している。ＩＣＭは、ＬＥＤの色相（色）および強度（輝度）を毎秒に付き１００回監視し、その後、光出力を自動的に調節して正しい色点を得ることを保証する閉ループフィードバックシステムである。
【００２１】
他の固体照明の用途では、Nokia社の次世代携帯電話は、ＣＣＤカメラをセンサとして用いて周辺光を検出し、自動的にＷＬＥＤ閃光光レベルを調節している。しかしながら、これは、エネルギー効率がよい方法であるとはいえない。なぜなら、ＣＣＤは電動式光検出器であり、バッテリー寿命を消費するからである。
【００２２】
米国特許出願公開２００３／０２２２２６４Ａ１号には、発光材料であるＩｎＧａＡｌＰ、ＧａＡｓＰ、およびＧａＰを用いて製造された光センサとして機能するＬＥＤについて記載されている。感光性は、目の応答性と一致するように設計されている。この装置は、５９０〜６３０ｎｍの狭い範囲において光を出射すると同時に、５００〜６２０ｎｍの範囲において光を検出する。
【００２３】
米国特許第６４４５１３９号には、電気的に調節されたカラーバランスを有するＲＧＢ  ＬＥＤ照明器具が開示されている。ここでは、上述の他の従来技術と同様に、個々のＬＥＤが光センサとして機能している。ＲＧＢ  ＬＥＤの駆動電流を選択的にオフ状態にすることによって、光ダイオードは、各色ＬＥＤの光出力を個別に測定するようになっている。この情報は、その後フィードバックされて、照明器具によって出射された色を調節する。
【００２４】
米国特許第６６６４７４４号には、類似の原理を用いた、バックライトＬＥＤが周辺光センサとして機能するバックライトについて記載されている。バックライトが取付けられた装置を動かす時に（これは、ユーザが装置を使用したいということを示すものと仮定して）自動的にスイッチオンされるバックライトが知られているが、このような装置では、バックライトは、周辺光レベルに無関係にスイッチオンされる。米国特許第６６６４７４４号には、周辺光センサからの出力を用いて、バックライトが必要ない明るい周辺光の状態下でバックライトがスイッチオンされることを回避して、電力消費を低減することが記載されている。米国特許第６６６４７４４号にはまた、周辺光の状態に応じてバックライトの輝度のレベルを調節することが記載されている。図８は、この発明を示す図であり、ここでは、バックライトＬＥＤ１０１およびレジスタ１５０は、マイクロプロセッサ１５１の出力ピンおよび入力ピンに直列接続されている。ＬＥＤによって生成される光電流の量は、マイクロプロセッサによって測定される。マイクロプロセッサは、これに応じてＬＥＤの順方向の駆動状態を調節する。この回路の用途は制限されており、（リモコンのバックライトや、または、携帯電話のキーパッドバックライトといった）受動的なバックライト装置においてのみ使用可能であり、ＬＣＤバックライトを制御することという用途にまで広げることはできない。ＬＣＤバックライトでは、バックライトＬＥＤが検出する周辺光量および色の変化は、ＬＣＤがフレーム毎に表示する画像によって管理される。
【００２５】
国際公開第２００６／０１２７３７号には、発光素子を第１の発光モードと第２の検出モードとの間に切り替えることが可能な照明システムが開示されている。発光素子が検出モードにある時には、検出モードにおける発光素子の発光波長と等しいまたはこれよりも短い波長を有する他の発光素子によって出射された光を検出することが可能である。赤色発光素子によって出射された光を測定するために、検出器として機能する第２の赤色発光素子が設けられている。しかしこのさらなる赤色発光素子は、検出モードにおいてのみ駆動され、照明システムの出力には役立たない。
【００２６】
特開２００６−２６０９２７号公報は、照明システムのＬＥＤを発光モードまたは検出モードのいずれかにおいてのみ駆動可能な類似の照明システムに関する。２つの赤色ＬＥＤ、２つの緑色ＬＥＤ、および２つの青色ＬＥＤが設けられており、一方の赤色ＬＥＤは、他方の赤色ＬＥＤからの出射を検出する光検出器として用いられ得る。
【発明の概要】
【００２７】
本発明の第１の形態は、異なる発光スペクトルを有する２つまたはそれ以上の光源と、上記光源のうちの少なくとも１つの光源を光センサとして用いて光の強度を検知するための検出回路と、検知された上記光の強度に応じて上記光源を駆動するための駆動手段とを備えた照明システムであって、最も小さいバンドギャップを有する光源の発光スペクトルは、２番目に小さいバンドギャップを有する光源の発光スペクトルに重複していることを特徴とした照明システムを提供する。
【００２８】
本発明の照明システムでは、１つの光源が光センサとして機能するために駆動され（光源として機能するか、光センサとして機能するかは、装置の端子間に印加されたバイアスによって決定される）、照明システムは、出力照射を自動的に調整し、この出力照射は、一定の光レベルにスペクトル的に調節される。
【００２９】
最も小さなバンドギャップを有する光源の発光スペクトルに２番目に小さなバンドギャップを有する光源の発光スペクトルが重複するように配置させると、最も小さなバンドギャップを有する光源によって出射された光の強度は、２番目に小さなバンドギャップを有する光源を検出モードにすることによって測定され得る。例えば、緑色の光源の発光スペクトルが、赤色の光源の発光スペクトルと重複するように配置されているならば、赤色の光源からの出射は、緑色の光源を検出モードにすることによって測定される。従って本発明は、最も小さなバンドギャップを有する（つまり最も高い波長を有する）光源から出射された光の強度を測定するために、さらなる光検出器を設ける必要がない。
【００３０】
本発明の照明システムを用いて、上記照明システムの光源からの光の強度を検知して、例えば照明システムから白色光を出射するための白色点を制御することが可能である。本発明の照明システムを、周辺光の強度を検知するために用いてもよい。
【００３１】
さらに、上記照明システムは、光、例えば周辺光、の分光分布を検知することも可能である。いくつかの用途では、周辺光の強度だけに基づいて照明器具を制御することは十分でない。２つの周辺光の強度が同じであっても、周辺スペクトル情報は、これら２つの場合で大きく異なっている可能性がある。図９は、正午の太陽光５のスペクトルパワー分布を示す図であり、図１０は、蛍光灯６のスペクトルパワー分布（実線の曲線）およびタングステン電球７（点線の曲線）のスペクトルパワー分布を示す図である。これらの分布は、共通する光源のスペクトルが異なることを示唆しており、これによって、特定の種類の検出器を有する携帯型照明システムが直面する周辺状態は大きく変化する。また、太陽光のスペクトル密度が、一日の時間の経過と共に変動し、正午に青色にシフトし、朝および夕方では比較的赤色であることは良く知られている。
【００３２】
例えば、カメラ用の閃光装置の場合、閃光のスペクトル出力は、元の画像の色調の正確な再生を実現するために、周辺光のスペクトルパワー分布に依存していることが好ましい。しかしながら、米国特許第６６６４７４４号は、この周辺光のスペクトルパワー分布を考慮したものではない。
【００３３】
例えば、照明システムは、制御装置または処理装置を含んでよく、この制御装置または処理装置は、検知モードにおいて動作している光源によって生成された光電流を測定し、周辺光レベルおよびスペクトル情報を計算する。異なる波長感度特性を有する光源からの相対信号は、周辺光の分光的特徴を与え、従って、周辺光色の変化を検出することが可能になる。この情報は、その後、照明システムの光源を駆動するドライバにフィードバックされ、検出された周辺光の状態の通りに、光源の順方向の駆動状態を動的に調節する。
【００３４】
さらに、白色光照明システムは、典型的には、赤色発光ＬＥＤ、緑色発光ＬＥＤ、および青色発光ＬＥＤといった異なる発光波長帯を有する２つまたはそれ以上の光源を含む。光源が、例えば周辺温度の変化または経年によって、異なる速度で劣化するならば、発光される白色光のスペクトルは変化する。従って、例えばＬＥＤベースのテレビまたは他のディスプレイといった多くの用途には、長期に亘って一定の出力スペクトル特性を維持するための照明システム内の簡素な自己修正メカニズムが有効および有用である。
【００３５】
個別の光センサまたは有色センサを用いなくても、自動的に反応し、対応周辺光の検知されたカラーバランスに基づいて、または、カラーバランスの検知された変化に基づいて、その出力レベルを調節する固体照明システムが強く望まれている。こういった固体照明システムは、上述の従来技術を用いても不可能である。
【００３６】
提案する照明システムの主な利点の概要は、
●自動的に色補正および強度補正に適合する点。
●任意の光センサを追加する必要がないので、経済的に極めて有効である点。
●複雑な回路または空間が必要ない点。
●実行コストを全体的に低減できる点。
●固体照明システムの不要な電力消費を低減できる点。
【００３７】
本発明の一実施形態では、検出回路は、１つの期間において、少なくとも１つの光源を光センサとして用いて光の強度を検知するように構成され、このとき、光センサとして用いられない光源は光を出射することがない状態とする。本実施形態の場合、周辺光の強度をこの期間において検知する。さらに、２つまたはそれ以上の光源を光センサとして用いるならば、周辺光の分光分布も検知可能である。
【００３８】
他の形態としては、別の期間において少なくとも１つの第１の光源を光センサとして用いて光の分光分布を検知し、少なくとも１つの第２の光源に光を出射させるように構成されていてもよい。これにより、上記第２の光源からの光の強度、および、場合によっては上記第２の光源からの光の分光分布が、検知される。
【００３９】
本発明の第２の形態は、照明システムを提供する。当該照明システムは、１つまたは複数の光源と、上記光源のうちの少なくとも１つの光源を光センサとして用いて光の強度を検知するための検出回路と、検知された光の強度に応じて光源を駆動するための駆動手段と、上記光源から光を受け取るための導光体とを備える。ここで、上記導光体は、光を出射するための第１の部分と、上記第１の部分とは異なる、周辺光を受けるための第２の部分とを有する。上記導光体は、使用時に、照射される物体が上記導光体の上記第２の部分を覆わないように構成されている。
【００４０】
各光源は、固体光源を用いることができる。
【００４１】
また、各固体光源として発光ダイオードを用いることができる。
【００４２】
本発明の第３の形態はディスプレイ装置を提供する。このディスプレイ装置は、画像表示パネルと、該画像表示パネルを照射するための、上記第１の形態または上記第２の形態の照明システムとを備えている。
【００４３】
画像表示パネルは、上記導光体の上記第１の部分に隣接して配置される。
【００４４】
本発明の第４の形態は、上記第１の形態または上記第２の形態の照明システムを有する閃光装置を提供する。
【００４５】
本発明の第５の形態は、照明システムの動作方法を提供する。照明システムは、異なる発光スペクトルを有する２つまたはそれ以上の光源を備え、最も小さなバンドギャップを有する光源の発光スペクトルは、２番目に小さなバンドギャップを有する光源の発光スペクトルと重複している。本方法は、上記最も小さなバンドギャップを有する光源を駆動して発光させる工程と、上記２番目に小さなバンドギャップを有する光源を用いて、上記最も小さなバンドギャップを有する光源から出射した光の強度を検知する工程とを含む。
【００４６】
本発明の好ましい特徴について、添付の図面を参照しながら、具体的な実施例を用いて説明する。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】図１は、従来技術の一例として、ＬＥＤベースの照明器具を示す概略的な図である。
【図２】図２は、ＬＥＤの典型的なＩＶ特性を示す図である。
【図３】図３は、様々なバイアス電圧において測定した白色ＬＥＤの光電流を、照明光レベルに応じて示す図である。
【図４】図４は、赤色−緑色−青色（ＲＧＢ）ＬＥＤ照明システムの場合に測定した、正規化された光応答性を示す図である。
【図５】図５は、外界光センサを用いて、周辺状態に従って照明器具の出力を制御する従来の方法を示す概略的な図である。
【図６】図６は、駆動モードまたは検出モードにおいて動作可能な照明システムを示すブロック図である。
【図７】図７は、駆動モードまたは検出モードにおいて動作可能な他の照明システムを示すブロック図である。
【図８】図８は、自動バックライトシステムを示すブロック図である。
【図９】図９は、可視光線帯における正午の太陽光のスペクトルパワー分布を示す図である。
【図１０】図１０は、可視光線帯における、蛍光灯のスペクトルパワー分布（実線）、および、タングステン電球のスペクトルパワー分布（点線）を示す図である。
【図１１】図１１は、本発明の第１の実施形態に係る照明システムを示す概略的な図である。
【図１２】図１２は、複数のＬＥＤを用いた照明システムを示すブロック図である。
【図１３（ａ）】図１３（ａ）は、ＲＧＢのＬＥＤを用いた実施形態の駆動メカニズムを示す図であり、ここでは、ＬＥＤの発光バンドは互いに重複している。
【図１３（ｂ）】図１３（ｂ）は、ＲＧＢのＬＥＤを用いた実施形態の駆動メカニズムを示す図であり、ここでは、ＬＥＤの発光バンドは互いに重複している。
【図１４（ａ）】図１４（ａ）は、ＲＧＢのＬＥＤを用いた実施形態の駆動メカニズムを示す図であり、ここでは、赤色ＬＥＤおよび緑色ＬＥＤの発光バンドが互いに重複している。
【図１４（ｂ）】図１４（ｂ）は、ＲＧＢのＬＥＤを用いた実施形態の駆動メカニズムを示す図であり、ここでは、赤色ＬＥＤおよび緑色ＬＥＤの発光バンドが互いに重複している。
【図１５（ａ）】図１５（ａ）は、ＲＧＢのＬＥＤを用いた実施形態の駆動メカニズムを示す図であり、ここでは、２つの赤色ＬＥＤが、これらの発光バンドが互いに重複するように用いられている。
【図１５（ｂ）】図１５（ｂ）は、ＲＧＢのＬＥＤを用いた実施形態の駆動メカニズムを示す図であり、ここでは、２つの赤色ＬＥＤが、これらの発光バンドが互いに重複するように用いられている。
【図１６（ａ）】図１６（ａ）は、ＲＧＣＢのＬＥＤを用いた実施形態の駆動メカニズムを示す図であり、ここでは、緑色ＬＥＤおよび青緑（シアン）色ＬＥＤが、これらの発光バンドが互いに重複するように用いられている。
【図１６（ｂ）】図１６（ｂ）は、ＲＧＣＢのＬＥＤを用いた実施形態の駆動メカニズムを示す図であり、ここでは、緑色ＬＥＤおよび青緑（シアン）色ＬＥＤが、これらの発光バンドが互いに重複するように用いられている。
【図１７（ａ）】図１７（ａ）は、ＲＧＢＣＹのＬＥＤを用いた実施形態の駆動メカニズムを示す図であり、ここでは、黄色ＬＥＤおよび赤色ＬＥＤの発光バンドが互いに重複している。
【図１７（ｂ）】図１７（ｂ）は、ＲＧＢＣＹのＬＥＤを用いた実施形態の駆動メカニズムを示す図であり、ここでは、黄色ＬＥＤおよび赤色ＬＥＤの発光バンドが互いに重複している。
【図１８】図１８は、ＬＣＤの能動部品を迂回させながら、周辺光をＬＥＤ内部につなぐための導光体を備える、本発明の実施形態に係る照明システムを示す概略的な図である。
【発明を実施するための形態】
【００４８】
図１１は、本発明の第１の実施形態に係る照明システムを示す概略的なブロック図である。本実施形態には、その出力光を周辺光レベルの変化に応じて自動的に調節する照明システムが開示されている。この照明システムは、発光部１０から構成されている。発光部１０は、複数の光源（例えばＬＥＤといった固体光源）を含む。複数の光源は、光源に印加されたバイアスに応じて、発光体または周辺光センサとして機能する（本発明の実施形態は、ＬＥＤを光源として用いて説明するが、本発明はこれに限定されない。）
図１１では、照明システムの発光部１０は、第１のスイッチ１１によって検出回路１３に接続されるか、または、第２のスイッチ１２によって駆動回路１６に接続される。第１のスイッチ１１および第２のスイッチ１２は、好適な制御手段（後に図１２に関連して説明する）によって動作され得る。スイッチ１１が閉じられスイッチ１２が開いている時には、検出回路１３が用いられ、感光性の動作領域内の少なくとも１つの光源にバイアスをかけて光を検出する。測定された光電流は、デジタル処理装置１４に移る。デジタル処理装置１４は、検出された光レベルを算出し、且つ、スペクトル情報を算出する。例えば、異なるスペクトル特性を有する２つまたはそれ以上の光源を光センサとして駆動することによって、２つの異なる波長帯における周辺光強度に関する情報を得ることが可能であり、従ってスペクトルパワー密度に関する情報を得ることが可能である。
【００４９】
スイッチ１１が開いておりスイッチ１２が閉じている時には、駆動回路は、光源を駆動して発光させる。駆動回路は、検出された光レベルに関する情報とスペクトル情報とを利用して光源を駆動し、所望のスペクトル出力を得ることが可能である。
【００５０】
図１１の照明システムには、調節回路１５が、フィードバックループ２７内に設けられている。調節回路１５は、最初に、デジタル処理装置１４から入ってくる情報と、既に調節回路１５に記憶されている標的スペクトル情報とを比較する（例えば、照明システムが典型的なスペクトル出力を供給するように設計されている場合）。調節回路１５は、光源に望まれる強度を決定し、この情報を駆動回路１６に送る。
【００５１】
例えば照明システムは、周辺光のスペクトルがスペクトルの赤系統の色域の方に偏ること、つまり周辺光のスペクトルが、明るい太陽光のスペクトルよりも赤色の波長においてより多くの光（および、青色波長においてより少ない光）を含有することを測定することができる。これに応じて、調節回路１５は、駆動回路１６を制御し、照明システムからの光出力において、青色光の発光の強度が、赤色光の発光の強度に相対して強くなるようにする。
【００５２】
この調節回路は、目標のスペクトル情報を数セット記憶することができるように構成されていることが好ましい。各セットは、ある所定の照明状態（例えば、明るい太陽光、夕暮れ、明け方、または、特定の生理学的な現象／形態を満たす医学治癒用出力に関する照明状態）に対応している。ユーザは、所望の用途に応じて、記憶されたスペクトル情報のセットのうちの１つを選択することが可能である。
【００５３】
本実施形態によれば、照明システムは、いかなる外界光センサもカラーセンサも用いずに、周辺光レベルの状態の変化を検知して自動照度調節を行う。このためコストは節減されると共に、全体的な実装は単純であり、既存の電子機器にわずかに回路を変更するだけでよい。
【００５４】
提案した実施形態を用いて、カメラのＬＥＤ閃光装置等の高性能の携帯型光源を、自己調節型、且つ、周辺光のカラーバランスを補償するように構成することが可能である。例えば、上記高性能の携帯型光源は、タングステン灯、蛍光灯、または夕陽の下といった動作環境に応じて、より多くの／より少ない青色光を出射することが可能である。現在の方法は、この種の装置から一定のスペクトル光を出力させることだけが可能であり、自動調節性能は有していない。
【００５５】
提案する実施形態は、ユーザが、照明システムから、朝日または夕日のスペクトルに似たスペクトルのような特定のスペクトルで出力させることを希望する用途では、非常に有用である。その結果、照明システムの出力は、ユーザが望む特定の出力を再現する。このため、照明システムに、異なる用途においてユーザが望む照明状態（例えば、一日の特定の時間に典型的な照明状態、または、季節性情動障害ＳＡＤといった生理学的状態に関する照明状態）を模倣させると同時に、周辺光の状態に適合させることが可能になる。
【００５６】
本発明の上述の実施形態および他の実施形態を実施するために用いられ得る多くの回路構成が存在する。この回路構成の典型的な例については、従来技術を紹介した箇所に既に記載した。上述の説明では、光源をＬＥＤとして仮定しているが、本発明は、ＬＥＤの使用に制限されるものではなく、「検出」動作モードと「駆動」動作モードとの間を切り替え可能な任意の光源を用いることが可能である。さらに、１つ以上の発光部および／または１種類以上の光源を用いた形態も可能である。
【００５７】
検出動作モードでは、ＬＥＤ（または他の光源）にバイアスを印加して、この装置を通る電流が該装置に入射した周辺光の量に依存するようにする。この検出動作モードでは、ＬＥＤ（または他の光源）から出射される光量は無視できるほどわずかである。
【００５８】
上述の発光部１０は、単色または色の組み合わせを発光するように構成された複数のＬＥＤ１００のうちの１つ、例えば、次のうちの１つから構成されていてよい。
ｉ）  所望の各色の個々のＬＥＤ；  例えば、青色ＬＥＤ１０１、緑色ＬＥＤ１０２、および、赤色ＬＥＤ１０３など。
ｉｉ）  ２色のＬＥＤの組み合わせ；  例えば、青色ＬＥＤ１０１と緑色ＬＥＤ１０２との組み合わせ、緑色ＬＥＤ１０２と赤色ＬＥＤ１０３との組み合わせ、または、青色ＬＥＤ１０１と赤色ＬＥＤ１０３との組み合わせ。
ｉｉｉ）  １つまたは複数のＬＥＤ；  例えば、従来の蛍光体またはナノ蛍光体をポンプする青色ＬＥＤ１０１。
ｉｖ）  ＬＥＤ１００、蛍光体、および、レーザーのような他の光源の組み合わせ。
【００５９】
本発明には、概して２つの異なる態様がある。一方の態様では、１つのＬＥＤが検出モードになると、全てのＬＥＤはオフ状態になり（つまり発光しない）、そのため、周辺光だけが検出される。その後、検出された周辺光に基づいて、ＬＥＤの発光が調節され得る。他方の態様では、１つのＬＥＤが検出モードになると、照明システムの１つまたは複数のＬＥＤはオン状態になり（つまり発光し）、その結果、検出モードにあるＬＥＤは、オン状態にあるＬＥＤからの光を検出して（この場合、周辺光レベルは、他のＬＥＤの発光と比べて低く、概してわずかである）、照明システムのＬＥＤからの出力に関する情報を提供する。これによって、例えばＬＥＤからの出力のカラーバランスが測定され得る。以下では、これについてさらに詳細に説明する。
【００６０】
最初に全てのＬＥＤをオフ状態（つまり発光しない状態）にして検出して、次に、１つまたは複数の他のＬＥＤをオン状態（つまり光を発光する状態）にして検出することによって、あるいはその逆で検出することによって、これらの２つの態様を組み合わせることが可能である。こうすることによって、周辺光に関する情報および照明システムのＬＥＤからの出力に関する情報が提供される。
【００６１】
図１２は、本発明の第２の実施形態を示す概略的なブロック図である。この図では、多数のＬＥＤが、図５に示した一般的な方法において、発光体および検出器として機能するように配置されている。
【００６２】
図１２は、３つの主要色（赤色、緑色、および青色）の各色を示す３つのＬＥＤ１０１、１０２、１０３を示す図であるが、本実施形態は、これに限定されるものではなく、３色よりも少ない色を用いてもよいし、または、３色よりも多い色を用いてもよい。さらに、図１２では、各色毎に１つのＬＥＤが示されているが、各色毎に多数のＬＥＤを用いてもよい。これら多数のＬＥＤは、所望の出力強度を提供するために、並列または直列に配置されている（ここで「青色ＬＥＤ」、「緑色ＬＥＤ」などの記載は、単一のＬＥＤの場合に加えて、所望の出力強度を提供するように接続された複数の個々の青色（または緑色など）のＬＥＤの場合を含むことが意図されている）。一色の多数のＬＥＤが直列に配置されている場合、バイアス電圧Ｖ１およびＶ２は、直列接続されたＬＥＤの数に応じて調節される。
【００６３】
赤色複数のＬＥＤ１０３は、スイッチ１２３を閉じて（駆動回路１６３に接続し）スイッチ１１３を開くことによって、駆動モードにおいて動作するように形成されている。赤色複数のＬＥＤ１０３は、スイッチ１１３を閉じて（検出回路１３３に接続し）スイッチ１２３を開くことによって、検出モードにおいて動作するように形成されていてよい。緑色複数のＬＥＤ１０２は、スイッチ１２２を閉じて（駆動回路１６２に接続し）スイッチ１１２を開くことによって、駆動モードにおいて動作するように形成されていてよい。緑色複数のＬＥＤ１０２は、スイッチ１１２を閉じて（検出回路１３２に接続し）スイッチ１２２を開くことによって、検出モードにおいて動作するように形成されていてよい。青色複数のＬＥＤ１０１は、スイッチ１２１を閉じて（駆動回路１６１に接続し）スイッチ１１１を開くことによって、駆動モードにおいて動作するように形成されていてよい。青色複数のＬＥＤ１０１は、スイッチ１１１を閉じて（検出回路１３１に接続し）スイッチ１２１を開くことによって、検出モードにおいて動作するように形成されていてよい。
【００６４】
赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ、および青色ＬＥＤの動作モードは、互いに無関係に制御可能である。例えば、図１２の実施形態では、駆動回路１６１、１６２、１６３は、デジタル処理装置（ＤＰ）１８によって制御される。
【００６５】
図１２はさらに、概略的な制御手段１４０を示している。制御手段１４０は、制御手段１４０からスイッチ１２３、１１３まで延びる矢印１４１、１４２によって示すように（図１２では、分かり易いように、制御手段１４０から残りのスイッチ１１１、１１２、１２１、１２２までの矢印は省いた）、スイッチ１１１〜１１３、１２１〜１２３の状態を制御するためのものである。赤色ＬＥＤ１０３が発光することが望ましい場合、例えば、デジタル処理装置１８が、赤色ＬＥＤ１０３用の駆動回路１６３を有効にし、制御手段１４０が、スイッチ１２３を閉じて、駆動回路１６３を赤色ＬＥＤ１０３に接続させる。これに応じて、上記駆動回路は、赤色ＬＥＤを駆動して発光させる。同時に、制御手段１４０は、スイッチ１１３を開いて、検出回路１３３を無効にする。反対に、赤色ＬＥＤ１０３を検出モードにおいて動作させるには、制御手段１４０は、スイッチ１２３を開いて駆動回路１６３を赤色ＬＥＤ１０３から切断し、スイッチ１１３を閉じて検出回路１３３を有効にする。同時に、デジタル処理装置１８が、赤色ＬＥＤ用の駆動回路１６３を無効にすることが好ましい（けれども基本的には、駆動回路１６３を赤色ＬＥＤに接続するスイッチ１２３を開くまたは閉じることによってのみ、赤色ＬＥＤからの発光を制御することが可能である）。
【００６６】
上記制御手段はまた、選択的に各ＬＥＤを、光も出射せず検出器としても機能しない「不活性（inert）」状態にすることが可能であることが好ましい。
【００６７】
図１２の照明システムの実用的な形態では、デジタル処理装置１８が、制御手段１４０の機能を実行することが可能であり、そのため、別個に制御手段１４０を設けなくてもよい。しかしながら図１２では、分かり易いように、制御手段１４０を別個の部材として示している。
【００６８】
所定の色のＬＥＤが、検出モードにおいて動作している時、検出回路のデジタル化された出力２５３、２５２、２５１を読み出すために、デジタル処理装置（ＤＰ）１８が用いられる。図４に示すように、有色ＬＥＤは、特定のスペクトル範囲においてのみ感度がよいので、赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ、および青色ＬＥＤによって測定された出力信号の比較結果を用いて、周辺照明のパワースペクトル密度に関する情報を決定することが可能である。この情報は、その後、フィードバックループ２７を介して駆動回路に送られる。該駆動回路は、駆動モードにあるＬＥＤに印加されたバイアス電圧および／またはパルス幅を調整することによって、動的照明を周辺要件に応じて供給する。従ってＬＥＤからの出力は、１つまたは複数のＬＥＤを選択的にスイッチオフすることによって、または、調節回路１５によって駆動回路１６３、１６２、１６１を制御することによって、所定のスペクトル、または、周辺光の強度およびスペクトルに依存するように形成され得る。
【００６９】
図１２の照明システムは、ＬＥＤ１０１、１０２、１０３から出力された光の強度を決定するために用いられ得る。これについては、以下に詳細に説明する。
【００７０】
所要の駆動パルス幅／電圧は、ブロック１５において決定される。
【００７１】
本発明の他の一実施形態では、照明システムの白色点を自動的に制御し、これによってスペクトル出力全体を自己修正する固体照明システムが提供される。これは、ＬＥＤを順に同期させてスイッチオフして、照明システムの（光を出射するために駆動される）他のＬＥＤからの発光を所定の期間内で検出することによって行われる。ここで、周辺光の侵入度を変更することによって、個々のＬＥＤの相対的な色感度および光応答曲線を調整することが可能である。周辺光の当該程度を変更することは、（異なる材料をエピタキシャル法によって照明システムの上面に成長させることによって、または、特別なパッケージ材料を用いて）照明システムの上面からの活性領域の深さを変更することによって、実現され得る。
【００７２】
３つ（またはそれ以上）のＬＥＤ、例えば、赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ、および青色ＬＥＤから白色光を生成する（例えばディスプレイバックライト内の）装置の場合、これら３つのＬＥＤの相対的輝度、つまり白色点の制御が、非常に重要である。これは、赤色ＬＥＤ（ＧａＡｓ）が、典型的には、緑色ＬＥＤおよび青色ＬＥＤ（典型的にはＧａＮまたはＩｎＧａＮ）と異なる種類のものであり、これは、発光特性の時間、温度等への依存が、赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ、および青色のＬＥＤの間では極めて異なることを意味している。従ってこのような一組のＬＥＤの有色または白色点の制御は、１つまたは複数のさらなる光センサ（例えば光ダイオード）を必要としていた。典型的には、赤色、緑色、および青色の成分を個々に制御することを実現可能なように、３つのさらなる光センサが必要とされていた。
【００７３】
本発明のさらなる実施形態では、多数のＬＥＤを有する照明システムの白色点および有色の自己検出および制御を、別個に任意の光センサを設けずに実現可能である。制御は、周辺光の状態に依存して（全ての光源がスイッチオフされて周辺光を検知可能な検出期間を含むことによって）、または、周辺光の状態とは無関係に、行うことが可能である。
【００７４】
白色光を出射するために、３つの標準的なＬＥＤ（赤色、緑色、および青色）を備える照明システムを検討する（例えば図１２に示す照明システム）。検出モードでは、低い効率ではあるけれども赤色ＬＥＤを用いて緑色ＬＥＤおよび青色ＬＥＤからの発光を測定することができる。これは、緑色および青色の光子が、赤色ＬＥＤ内の電荷キャリアを励起させるのに十分なほど強力だからである。赤色ＬＥＤは、ピーク発光波長から離れた伝導帯中の励起がより低い効率を有し、赤色ＬＥＤのＬＥＤパッケージが、緑色および青色の透過には一般に適していないので、低効率になる。
【００７５】
同様に、緑色ＬＥＤは、青色ＬＥＤによって励起され得る。しかしながら、通常、緑色ＬＥＤまたは青色ＬＥＤが赤色ＬＥＤによって励起されることは不可能である。なぜなら、赤色ＬＥＤからの光子エネルギーは、緑色ＬＥＤまたは青色ＬＥＤのバンドギャップ中にキャリアを励起するには十分でないからである。例えば特開２００６−２６０９２７号公報の照明システムでは、青色ＬＥＤはおよそ４３０〜４６０ｎｍの発光スペクトルを有し、緑色ＬＥＤはおよそ５００〜５７０ｎｍの発光スペクトルを有し、赤色ＬＥＤはおよそ６１０〜７８０ｎｍの発光スペクトルを有している。従って、特開２００６−２６０９２７号公報の照明システムの赤色ＬＥＤは、緑色ＬＥＤまたは青色ＬＥＤのバンドギャップ中にキャリアを励起させることはできない。本発明の本形態によれば、最も小さなバンドギャップ（図１２の赤色ＬＥＤ参照）を有するＬＥＤの発光スペクトルは、２番目に小さなバンドギャップを有するＬＥＤ（図１２の緑色ＬＥＤ参照）の発光スペクトルに重複している。
【００７６】
本実施形態の照明システムの構造は、一般的に、図１２の構造に類似している。しかしながら本実施形態では、図１３（ａ）に示すように、青色ＬＥＤおよび緑色ＬＥＤは、これらの発光領域２８が重複し合い、同様に赤色ＬＥＤおよび緑色ＬＥＤの発光領域が重複し合うように配置されている。ＬＥＤパッケージ（つまりＬＥＤの能動素子を封入しているパッケージ材料）はまた、光の広域スペクトルに対応することが可能なように設計されている。
【００７７】
ＬＥＤは、全てのＬＥＤがその大部分の時間において光を出射し、ＬＥＤを検出モードに切り替える期間（上述のように）が短くなるように制御され、照明システムの出力におけるあらゆる低減（フリッカー）を最小化することが好ましい。近接し合うＬＥＤは、通常、周辺光よりも極めて明るく、そのため一般的には、近接し合うＬＥＤからの光が、検出される光レベルを特色付けている。（これは、ここに記載する全ての実施形態にあてはまる。）
（全てのＬＥＤをオフ状態にする、周辺光を検出する任意の段階を、本実施形態および以下に記載する実施形態に適用してよい。自己修正の仕組みを明瞭なままで維持するために、この段階については図示していない。）
図１３（ｂ）は、３つのＬＥＤの動作を示す図である。期間１では、赤色ＬＥＤが検出モードにあり、青色ＬＥＤおよび緑色ＬＥＤが光を出射するために駆動される。従って期間１では、赤色ＬＥＤ１０３が、青色ＬＥＤおよび緑色ＬＥＤによって出射された光の強度を記録することになる。期間２では、緑色ＬＥＤが検出モードにあり、青色ＬＥＤおよび赤色ＬＥＤが駆動されて発光する。従って期間２では、緑色ＬＥＤ１０２が、青色ＬＥＤおよび赤色ＬＥＤによって出射された光の強度を記録することになる（従来技術の装置では、緑色ＬＥＤは、赤色ＬＥＤによって出射された光の強度を記録しないが、本発明では、赤色ＬＥＤおよび緑色ＬＥＤの発光スペクトルが互いに重複しているため、これが可能である）。期間３では、青色ＬＥＤが検出モードにあり、赤色ＬＥＤおよび緑色ＬＥＤが光を出射するために駆動される。従って期間３では、青色ＬＥＤ１０３が、緑色ＬＥＤによって出射された光の強度を低い効率で記録することになり（青色ＬＥＤおよび緑色ＬＥＤの発光領域／検出領域は重複しているため）、赤色ＬＥＤが、青色ＬＥＤによって記録された強度に与える影響は、極わずかになる。この段階では、赤色ＬＥＤは、精度を改善するためにオフ状態にされるが、これは任意である。他の期間では、赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ、および青色ＬＥＤの全てが光を出射するために駆動され、白色光源を提供することも可能である。
【００７８】
期間１、２、３において決定された強度から、ＬＥＤからの赤色、緑色、および青色の個々の強度を決定すること（較正を伴う）が可能である。照明システムからの全ての光出力が、所望のバランスを有していないこと、例えば正しい白色点を有していないことが分かると、１つまたは複数のＬＥＤの輝度を変化させることによって、出射された光のカラーバランスを制御することができる。従って本発明は、赤色ＬＥＤからの光の強度を決定するための光検出器を別個に設けなくても、各光源からの光の強度を決定することを可能にするものである。
【００７９】
ＬＥＤが互いに非常に近接しているので、オン状態状態にあるＬＥＤは、検出モードにあるＬＥＤに対し明るく見え、求められる積分時間は大幅に短縮され得る。検出期間の持続時間は、この積分時間によって決定されるため、極めて短い（例えば＜１０ミリ秒）。（検出期間の持続時間を短く保つことは、出力においてフリッカーが目立つという危険を最小化する。）２つの連続した検出工程の間隔は、用途の要件に適合するように選択され得る（例えば検出を、ビデオ速度で（例えばアクティブカラーコントロールの場合）、１時間に１回（例えばムード光の場合）、各スイッチオン時間に付き１回（例えばバックライトの場合）、１週間または１ヵ月に１回（例えば色ずれ検出の場合）行うことが可能である。検出プロセスを、手動により始動させることも可能である。（これは、ここに記載する全ての実施形態に当てはまる。）
本実施形態の照明システムは、好適な制御手段によって、赤色ＬＥＤが検出モードにあるモードと、緑色ＬＥＤが検出モードにあるモードと、青色ＬＥＤが検出モードにあるモードと、赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ、および青色ＬＥＤの全てが発光モードにあるモードとの間を切り替え可能である。上記好適な制御手段とは、例えば図１２に示す制御手段１４０に似た制御手段であり、各ＬＥＤを発光モード、検出モード、または、いずれのモードでもない状態にすることが可能である。例えば上記制御手段は、赤色ＬＥＤを所定の時間だけ検出モードにして、その後緑色ＬＥＤを所定の時間だけ検出モードにし、その後青色ＬＥＤを所定の時間だけ検出モードにし、その後全てのＬＥＤを発光モードにするように、プログラムされていてよい。期間１、２、３の持続時間は、他のＬＥＤからの発光の正確な測定を得るために求められる長さの時間だけ必要とされ、上述のように、好ましくは、照明システムからの出力においてフリッカーを回避するために、短時間に維持されている。期間１、期間２、および期間３の持続時間は、典型的には、１０ミリ秒またはそれよりも短くてよい。
【００８０】
制御手段は、例えば上述のような所定の間隔で、または、照明システムがスイッチオンされる各時間に、連続的にＬＥＤを検出モードにすることによって、光の強度の検出を行うようにプログラムされていてよい。
【００８１】
図１４（ａ）および１４（ｂ）は、本発明の他の一実施形態を示す図である。本実施形態は、図１３（ａ）および１３（ｂ）の実施形態に類似しているが、ここでは緑色ＬＥＤの発光領域および青色ＬＥＤの発光領域が重なり合っている必要がない点が異なっている。図１４（ａ）に示すように、赤色ＬＥＤの発光領域と緑色ＬＥＤの発光領域との間にのみ、重複部２９が存在している。２つのＬＥＤの発光スペクトルが重複しているならば、ランプの色を制御することが可能な小型の制御可能色域を生成する効果を有する。これは、簡素な白色点の制御の場合には問題とはならない。この効果は、図１４（ａ）および１４（ｂ）の実施形態では、図１３（ａ）および１３（ｂ）の実施形態よりも低減される。これは、図１４（ａ）および１４（ｂ）の実施形態では、緑色ＬＥＤが青色ＬＥＤの発光領域に重複していないためである。
【００８２】
図１４（ｂ）は、本実施形態の動作を示す図である。図１４（ｂ）の期間１、２は、図１３（ｂ）の期間１、２に対応し、緑色光＋青色光の強度、および、赤色光＋青色光の強度をそれぞれ検出する。
【００８３】
期間３では、赤色ＬＥＤまたは緑色ＬＥＤの一方を切り替えて検出させ、赤色ＬＥＤおよび緑色ＬＥＤの他方を駆動させて、発光させる。期間３では、青色ＬＥＤは、スイッチオフされている。つまり、青色ＬＥＤは光センサとしては用いられず、光を検出するために駆動されない。従って期間３では、緑色光の強度または赤色光の強度が検出される。他の期間では、赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ、および青色ＬＥＤの全てが、光を出射するために駆動され、白色光源を提供する。
【００８４】
期間１、２、３において決定された強度から、ＬＥＤからの赤色、緑色、および青色の個々の強度を決定すること（較正を伴って）が可能である。照明システムからの光出力のカラーバランスを検査して、必要ならば、上述のように補正してよい。
【００８５】
図１５（ａ）および１５（ｂ）は、本発明の他の一実施形態に係る照明システムの、検出モードにある光源の発光スペクトルおよび光源の動作を示す図である。この照明システム自体は、概して図１２に示す照明システムに対応しているが、独立して制御可能な４つのＬＥＤ（または他の光源）が存在する点が異なっている。この追加された１つのＬＥＤは、従来技術の場合のように光センサであるだけではなく、光を出射して、照明システムの輝度に貢献する。ＬＥＤは、１つの青色ＬＥＤ１０１、１つの緑色ＬＥＤ１０２、および、２つの赤色ＬＥＤ１０３１、１０３２である。赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ、および青色ＬＥＤの発光波長は重複している必要はないため、色域は保持される。最も小さなバンドギャップを有するＬＥＤおよび２番目に小さなバンドギャップを有するＬＥＤ（つまり２つの赤色ＬＥＤ）は、異なる発光スペクトルを有しているが、これらの発光スペクトルは、有意な重複部３０を有している必要がある。
【００８６】
４つのＬＥＤが存在するため、該４つのＬＥＤの強度を決定すると共に該４つのＬＥＤの制御を可能にするための、４つの測定が存在する必要がある。期間１では、緑色ＬＥＤが検出モードにあり、他のＬＥＤが光を出射するために駆動される。従って期間１では、緑色ＬＥＤが、青色ＬＥＤによって出射された光の強度を記録することになる。２つの赤色ＬＥＤの出力は、緑色ＬＥＤによっては検出されないが、図１５（ｂ）の期間１において、これら２つの赤色ＬＥＤを駆動して、出力された発光の途絶を最小化してもよい。（上記２つの赤色ＬＥＤは基本的にスイッチオフすることが可能であるが）。この照明システムは、検出プロセスが続く間は、依然として照明システムとして動作する。２つの赤色ＬＥＤをオン状態に保持することによって、出力におけるフリッカーが現れる可能性を低減する（検出期間が短く維持されても、いずれにしてもフリッカーが顕著になることは有り得ないが）と共に、出力の輝度を維持することが可能である。
【００８７】
期間２では、２つの赤色ＬＥＤの一方が検出モードにあり、青色ＬＥＤおよび緑色ＬＥＤが光を出射するために駆動される。他方の赤色ＬＥＤは、スイッチオフされ、つまり検出モードにはなく、且つ、光を出射するためにも駆動されない。従って期間２では、検出モードにある赤色ＬＥＤが、青色ＬＥＤおよび緑色ＬＥＤによって出射された光の強度を記録することになる。
【００８８】
期間３では、２つの赤色ＬＥＤの一方が検出モードにあり、他方の赤色ＬＥＤ、並びに、緑色ＬＥＤおよび青色ＬＥＤが光を出射するために駆動される。従って、赤色ＬＥＤ  Ｒ２が検出モードにあるならば、これが、青色ＬＥＤおよび緑色ＬＥＤによって、および、他の赤色ＬＥＤ  Ｒ１によって出射された光の強度を記録することになる。
【００８９】
最後に、期間４では、期間３において検出モードにあった赤色ＬＥＤが切り替えられて、光を出射するが、期間３において発光するために駆動された赤色ＬＥＤは、検出モードに切り替えられる。従って、赤色ＬＥＤ  Ｒ２が期間３において検出モードにあったならば、期間４では、赤色ＬＥＤ  Ｒ１が検出モードになり、赤色ＬＥＤ  Ｒ１が、青色ＬＥＤおよび緑色ＬＥＤによって、および、他方の赤色ＬＥＤ  Ｒ２によって出射された光の強度を記録することになる。
【００９０】
（上述の理由により、期間３または期間４では、照明システムの出力の途絶を最小化するために、緑色ＬＥＤおよび青色ＬＥＤが駆動されることが好ましい。）
他の一期間では、青色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ、および、２つの赤色ＬＥＤが光を出射するために駆動されて、白色光出力を供給する。ＬＥＤからの赤色光、緑色光、および青色光の個々の強度は、期間１、２、３、４において決定された強度から決定すること（較正を伴って）が可能である。照明システムからの光出力のカラーバランスを検査して、必要ならば、上述のように補正してもよい。
【００９１】
図１６（ａ）および１６（ｂ）は、本発明の他の一実施形態に係る照明システムの、検出モードにある光源の発光スペクトルおよび光源の動作を示す図である。照明システム自体は、一般的に、独立して制御可能な４つのＬＥＤ（または他の光源）が存在する点において、図１５（ａ）および１５（ｂ）の照明システムに対応している。この追加的な１つのＬＥＤは、従来技術の場合のように光センサであるだけではなく、光を出射して照明システムの輝度に貢献している。
【００９２】
図１６（ａ）および図１６（ｂ）の具体的な実施形態では、４つの光源は、青色ＬＥＤ１０１、青緑色ＬＥＤ１０４、緑色ＬＥＤ１０２、および、赤色ＬＥＤ１０３である。本実施形態は、これら４つの特定のＬＥＤに制限されているものではなく、基本的に、異なる発光特性の任意の４つのＬＥＤを用いてもよい。唯一の要件は、波長が最も長い２つのＬＥＤが、発光スペクトルにおいて、従って吸収スペクトルにおいて、大きな重複部３１を有していることである。こうすることによって、４つのＬＥＤは、図１５（ａ）および図１５（ｂ）と同一の仕組みを用いて制御可能である。
【００９３】
期間１では、２番目に短い発光波長を有するＬＥＤが光センサとして用いられ、他のＬＥＤが光を出射するために駆動される。従って期間１では、２番目に短い発光波長を有するＬＥＤが、最も短い発光波長を有するＬＥＤによって出射された光の強度を記録することになる。図１６（ａ）の例では、２番目に短い発光波長を有するＬＥＤは、青緑色ＬＥＤであり、光センサとして用いられる。つまり、青緑色ＬＥＤが、青色ＬＥＤによって出射された光の強度を記録することになる。（ここでも、他のＬＥＤの出力は緑色ＬＥＤによっては検出されないが、照明システムの出力を維持するために、図１５（ｂ）の期間１において、他のＬＥＤは駆動されることが好ましい。）
期間２では、最も長い発光波長を有するＬＥＤが光センサとして用いられ、２番目に長い発光波長を有するＬＥＤがスイッチオフされ、他のＬＥＤが光を出射するために駆動される。従って期間２では、最も長い発光波長を有するＬＥＤが、最も短い発光波長および２番目に短い発光波長を有する２つのＬＥＤによって出射された光の強度を記録することになる。図１６（ａ）の例では、最も長い波長を有するＬＥＤは赤色ＬＥＤであり、期間２において光センサとして用いられる。つまり、赤色ＬＥＤが、青緑色ＬＥＤおよび青色ＬＥＤによって出射された光の強度を記録することになる。
【００９４】
期間３では、２番目に長い発光波長を有するＬＥＤが検出モードにあり、他の全てのＬＥＤが光を出射するために駆動される。２番目に長い発光波長を有するＬＥＤは、他の全てのＬＥＤからの光を検出する。これは、２番目に長い発光波長を有するＬＥＤの発光スペクトルが、最も長い発光波長を有するＬＥＤの発光スペクトルと重複しているからである。図１６（ａ）の例では、２番目に長い波長を有するＬＥＤは、緑色ＬＥＤであり、期間３において光センサとして用いられる。つまり、緑色ＬＥＤが、赤色ＬＥＤ、青緑色ＬＥＤ、および青色ＬＥＤによって出射された光の強度を記録することになる。
【００９５】
最後に、期間４では、最も長い発光波長を有するＬＥＤが検出モードにあり、他の全てのＬＥＤが光を出射するために駆動される。最も長い発光波長を有するＬＥＤが、他の全てのＬＥＤからの光を検出する。図１６（ａ）の例では、最も長い波長を有するＬＥＤは、赤色ＬＥＤであり、期間４において光センサとして用いられる。つまり、赤色ＬＥＤが、緑色ＬＥＤ、青緑色ＬＥＤ、および青色ＬＥＤによって出射された光の強度を記録することになる。
【００９６】
（ここでも、照明システムの出力を維持するために、期間３または４において、青緑色ＬＥＤおよび青色ＬＥＤが駆動されることが好ましい。）
別の一期間では、青色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ、および赤色ＬＥＤが光を出射するために駆動され、白色光出力を供給する。期間１、２、３、４において決定された強度から、ＬＥＤからの赤色光、緑色光、および青色光の個々の強度を決定すること（較正を伴って）が可能である。照明システムからの光出力のカラーバランスを検査して、必要ならば、上述のように補正してもよい。
【００９７】
図１６（ａ）および図１６（ｂ）の実施形態を一般化して、例えば４つよりも多いＬＥＤを設けることが可能である。この一般化は、Ｘ個のＬＥＤの場合であり、ここで、最も波長の長い２つのＬＥＤの発光特性／検出特性は、互いに重複している。他のＬＥＤの発光特性／検出特性が重複している（これは最も大きな色域を提供する）必要はないが、これらが重複していてはいけないこともない。ＬＥＤ１が最も短い波長を有し、ＬＥＤ  ＮがＬＥＤ（Ｎ−１）よりも長い波長を有し、ＬＥＤ（Ｘ−１）およびＬＥＤＸが最も長い波長を有すると共に重複した発光波長範囲を有する。Ｘ個のＬＥＤが存在するため、各ＬＥＤからの光の強度を決定するために、Ｘ回（またはそれ以上）の測定が必要とされる。想定可能なステップの順番は、次の通りである。
ａ）  ＬＥＤ２をスイッチオフして、ＬＥＤ１を検出する。ＬＥＤ３等は、これらがＬＥＤ２の検出範囲と重複する場合のみ、スイッチオフされる必要がある。
ｂ）  ＬＥＤ３をスイッチオフして、ＬＥＤ１および２を検出する。ＬＥＤ４等は、これらがＬＥＤ３の検出範囲と重複する場合のみ、スイッチオフされる必要がある。
ｃ）  これは、ＬＥＤＸを含むまで継続される。一般的に、ｎ回目の期間において、第１のＬＥＤ〜第ｎのＬＥＤまでの光の分光分布が、第（ｎ＋１）のＬＥＤを光センサとして用いて検知されることから、（Ｘ−１）回目のステップにおいて、第１のＬＥＤ〜第（Ｘ−１）のＬＥＤまでの光の分光分布が、第ＸのＬＥＤを光センサとして用いて検知されるまで続けられる。
【００９８】
従って、ＬＥＤＸ以外の全てのＬＥＤの輝度を決定することが可能である。
【００９９】
その後、ＬＥＤ（Ｘ−１）は、ＬＥＤＸの検出をオン状態にする。他のＬＥＤがオン状態にあるかまたはオフ状態にあるかは重要でない。なぜなら、他のＬＥＤの輝度（および、ＬＥＤＸがオフ状態である場合に、ＬＥＤ（Ｘ−１）に与える影響）は公知であるからである（説明したように、他のＬＥＤは、出力におけるフリッカーを最小化するために、オン状態に維持されていることが好ましい）。
【０１００】
従って、Ｘ個のＬＥＤのためのＸ個の測定ステップが存在する。
【０１０１】
他の期間では、全てのＸ個のＬＥＤが光を出射するために駆動される。
【０１０２】
これらのステップの順番は、上記した順番と異なっていてもよい。さらに、Ｘ個の各光源の分光分布を識別することが可能なＸ個の（またはそれ以上の）測定方法が存在するならば、本発明は、これらのステップに限定されない。
【０１０３】
例えば、第ＮのＬＥＤからの出射を検出するために第（Ｎ＋１）のＬＥＤを用いる必要はない。基本的に、１つのＬＥＤからの出射は、他のＬＥＤのうちの、より長い発光波長を有する任意のＬＥＤによって検出され得る。（分かり易くするために、第（Ｘ−１）のＬＥＤおよび第ＸのＬＥＤ以外のＬＥＤが、重複する発光スペクトルを有している可能性は考慮しない。しかし、他のＬＥＤの発光特性が重複するならば、１つのＬＥＤからの出射の測定は、検出器よりも長い発光波長を有する他のＬＥＤを用いることに限定されないであろう。）基本的に、ＬＥＤ１からの出射は、ＬＥＤ２からＬＥＤＸのうちの任意のＬＥＤによって検出され、ＬＥＤ２からの出射は、ＬＥＤ３からＬＥＤＸのうちの任意のＬＥＤによって検出され得る。その他も同様である。しかしながら、提案した仕組みでは、各期間において、検出モードにあるＬＥＤだけ（ＬＥＤ（Ｘ−１）およびＬＥＤＸの発光特性だけが重複していると想定すると）が、光を出射する必要がないという利点を有している。そのため、照明システムからの出力の低減は最小に維持される。これに関して、一例として、ＬＥＤ１からの出射を検出するためにＬＥＤ３を用いるならば、ＬＥＤ３が、ＬＥＤ１およびＬＥＤ２からの出射を組み合わしたものを記録することになるか、または、ＬＥＤ１からの出射だけを記録するためにＬＥＤ２をスイッチオフすることが必要になることは明らかであろう。
【０１０４】
さらなる一例として、最も波長の長い２つのＬＥＤの発光スペクトルが互いに重複しているとすれば、５つまたはそれ以上のＬＥＤ（または他の光源）を用いてもよい。（他の発光スペクトルが互いに重複していてもよい。）これについては、図１７（ａ）および図１７（ｂ）に図示されている。図１７（ａ）は、（図１６（ａ）と比べて）余分に１つの黄色ＬＥＤ１０５を示している。黄色ＬＥＤの発光スペクトルは、赤色ＬＥＤの発光スペクトルと重複している。求められる測定ステップの最低数は、ＬＥＤの数と等しい。そのため、５つのＬＥＤが用いられる実施形態では、５つの測定ステップが必要とされる。
【０１０５】
図１７（ｂ）は、図１７（ａ）の５つのＬＥＤの想定可能な一連の測定ステップを示す図である。
【０１０６】
期間１では、２番目に短い発光波長を有するＬＥＤが光センサとして用いられ、他のＬＥＤが光を出射するために駆動される。従って、期間１では、２番目に短い発光波長を有するＬＥＤが、最も短い発光波長を有するＬＥＤによって出射された光の強度を記録することになる。図１７（ａ）の例では、２番目に短い発光波長を有するＬＥＤは青緑色ＬＥＤであり、この青緑色ＬＥＤが、光センサとして使用される。つまり、青緑色ＬＥＤが、青色ＬＥＤによって出射された光の強度を記録することになる。
【０１０７】
期間２では、３番目に短い発光波長を有するＬＥＤが光センサとして用いられ、他のＬＥＤが光を出射するために駆動される。従って期間２では、３番目に短い発光波長を有するＬＥＤが、最も短い発光波長を有するＬＥＤおよび２番目に短い発光波長を有するＬＥＤによって出射された光の強度を記録することになる。図１７（ａ）の例では、３番目に短い発光波長を有するＬＥＤは緑色ＬＥＤであり、期間２において光センサとして用いられる。つまり、緑色ＬＥＤが、青色ＬＥＤおよび青緑色ＬＥＤによって出射された光の強度を記録することになる。
【０１０８】
期間３では、２番目に長い発光波長を有するＬＥＤが光センサとして用いられ、最も長い発光波長を有するＬＥＤはスイッチオフされ、他のＬＥＤは光を出射するために駆動される。従って期間３では、２番目に長い発光波長を有するＬＥＤが、最も短い発光波長、２番目に短い発光波長、および、３番目に短い発光波長を有する、３つのＬＥＤによって出射された光の強度を記録することになる。図１７（ａ）の例では、２番目に長い波長を有するＬＥＤは黄色ＬＥＤであり、期間３において光センサとして用いられる。つまり、黄色ＬＥＤが、緑色ＬＥＤ、青緑色ＬＥＤ、および青色ＬＥＤによって出射された光の強度を記録することになる。
【０１０９】
期間４では、最も長い発光波長を有するＬＥＤが検出モードにあり、他の全てのＬＥＤは光を出射するために駆動される。最も長い発光波長を有するＬＥＤは、他の全てのＬＥＤからの光を検出する。図１７（ａ）の例では、最も長い波長を有するＬＥＤは赤色ＬＥＤであり、期間４において光センサとして用いられる。つまり、赤色ＬＥＤが、黄色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ、青緑色ＬＥＤ、および青色ＬＥＤによって出射された光の強度を記録することになる。
【０１１０】
最後に、期間５では、２番目に長い発光波長を有するＬＥＤが検出モードにあり、他の全てのＬＥＤは光を出射するために駆動される。２番目に長い発光波長を有するＬＥＤが、他の全てのＬＥＤからの光を検出する。なぜなら、２番目に長い発光波長を有するＬＥＤの発光スペクトルが、最も長い発光波長を有するＬＥＤの発光スペクトルと重複しているからである。図１７（ａ）の例では、２番目に長い波長を有するＬＥＤは黄色ＬＥＤであり、期間５において光センサとして用いられる。つまり、黄色ＬＥＤが、赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ、青緑色ＬＥＤ、および青色ＬＥＤによって出射された光の強度を記録することになる。
【０１１１】
図１３（ｂ）〜図１７（ｂ）に示した駆動の種々の仕組みを、図示した仕組みから変更させてもよいことに留意されたい。特に、期間の順番は、示した順番に限定されるものではない。さらに本発明は、図示したステップそのものに限定されるものではない。Ｘ個の光源を有する照明システムでは、強度のＸ個の異なる組み合わせを測定するものと仮定すると、全ての光源の個々の強度を決定することが基本的に可能である。さらに、図１５（ｂ）〜図１７（ｂ）の仕組みでは、最も波長の長い２つのＬＥＤを入れ替えてもよい。つまり、例えば図１７（ｂ）のステップ３において、黄色ＬＥＤをオフ状態にして赤色ＬＥＤを検出することは、図示した結果と同じ結果を生じさせる。
【０１１２】
本発明の本形態に係る照明システムについて、特に、白色光出力を提供するように３つまたはそれ以上の異なる発光スペクトルを有するＬＥＤを備える実施形態を参照して説明した。しかしながら本発明は、このような照明システムに限定されない。一例として、１つまたは複数のＬＥＤを用いて材料または材料の組み合わせを励起させることによって、例えば白色光出力といった広域の波長出力を提供することが知られている。上記材料または材料の組み合わせは、励起させると、広域の波長帯にわたって光を再出射する。これは、例えば青色ＬＥＤを用いて好適な蛍光体または他の好適な材料を励起させることによって実現可能である。
【０１１３】
本発明の原理によれば、この種の照明システムに、互いに異なるが重複している発光特性を有する（少なくとも）２つの青色ＬＥＤを設けることが可能である。通常の動作では、両方の青色ＬＥＤが光を出射するために駆動される。しかし照明システムの出力強度は、一方の青色ＬＥＤを駆動して光を出射させ、他方の青色ＬＥＤを検出モードに置くことによって確認可能である。１つの青色ＬＥＤが、出射体として、および、周辺スペクトルの一部だけを処理する検出器として機能する（青色ＬＥＤの応答速度曲線は可視スペクトル全体にわたっていない）。しかし、青色スペクトル領域において出力強度の光の変化がより顕著な用途もあり、この実施形態はこういった用途に特に有効である。例えば本実施形態は、携帯型カメラのＬＥＤ閃光（フラッシュ）装置において極めて有用であり得る。
【０１１４】
この種の照明システムは、１つの青色ＬＥＤを検出モードにして、他のＬＥＤを駆動して光を出射させることによって、周辺光の強度を検出することも可能である。ここで、周辺光の変化が青色スペクトル領域においてより顕著であり、そのため、青色スペクトルの周辺光の強度を検出するだけで十分である用途もある。
【０１１５】
本発明の実施形態を、ＬＥＤを光源として説明してきた。しかしながら本発明は、ＬＥＤに限定されず、本発明の照明システムは、ＬＥＤ以外の光源を有してよい。
【０１１６】
本発明の照明システムでは、赤色ＬＥＤの発光スペクトルと緑色ＬＥＤの発光スペクトルとの間の重複（または、一般的にいうと、最も小さなバンドギャップを有する光源の発光スペクトルと２番目に小さなバンドギャップを有する光源の発光スペクトルとの間の重複）の範囲は、緑色ＬＥＤが検出モードにあり、赤色ＬＥＤが光を出射するために駆動される時に、緑色ＬＥＤが検出可能な電流を生成できる程度に十分であることが求められる。上記検出可能な電流とは、使用可能な電流測定技術を用いて、赤色ＬＥＤからの出力強度を正確に決定することが可能な程度の十分な精度を伴って測定され得る電流である（または、一般的にいうと、２番目に小さなバンドギャップを有する光源が検出モードにあり、最も小さなバンドギャップを有する光源が光を出射するために駆動されている時、２番目に小さなバンドギャップを有する光源が、検出可能な電流を生成する。上記検出可能な電流とは、使用可能な電流測定技術を用いて、最も小さなバンドギャップを有する光源からの出力強度を正確に決定することが可能な程度に十分な精度を伴って測定され得る電流である）。好ましくは、赤色ＬＥＤからの出力（または、一般的にいうと、最も小さなバンドギャップを有する光源からの出力）は、他の光源からの出力と同様の精度で測定可能であり、そのため、照明システムの全体的な出力スペクトルの正確な測定が行われ得る。
【０１１７】
最も小さなバンドギャップを有する光源の発光スペクトルと２番目に小さなバンドギャップを有する光源の発光スペクトルとの重複の範囲は、能動素子の光源を包囲するパッケージ材料の光透過性に依存し得る。パッケージ材料によって吸収される、最も小さなバンドギャップを有する光源からの光量が大きければ大きいほど、２番目に小さなバンドギャップを有する光源において、検出可能な電流を得るために必要な発光スペクトル間の重複の程度は大きくなる。上述のように、パッケージ材料の吸収を最小化するために、ＬＥＤ能動素子を封入しているパッケージ材料が広い透過スペクトルを有していることが好ましい。
【０１１８】
本発明の照明システムは、検出モードにおいて１つの光源からの出力電流を検出するための好適な検出回路を含む。好ましくは、各光源は、図１２に一般的に示したように、それぞれ１つの関連する検出回路を有していてよく、検出回路の出力は、照明システムの出力スペクトルの決定および標的出力スペクトルとの比較を行う処理装置に送信される。検出回路は、例えば図７に示した検出回路であってよい。
【０１１９】
上述の実施形態の説明では、光センサとして用いられたＬＥＤ（または他の光源）が、周辺光（または照明システムの他の光源からの光）を正確に検出すると仮定している。この仮定は、例えばカメラの閃光装置のようないくつかの場合では適切である。しかし、照明がディスプレイ用のバックライトとして用いられる場合には適切でない。なぜなら、光センサとして用いられる光源に到達する周辺光は、ディスプレイを通過しなければならず、従って検出された強度およびカラーバランスは、ディスプレイによる画像表示に影響され得るからである。本発明の照明システムをディスプレイ用バックライトとして用いる場合、周辺光の分光分布が測定される時はいつでも、このディスプレイが最大限に透過されるようにすることが必要である。
【０１２０】
従って本発明の他の一形態は、導光体を有する照明システムを提供する。上記導光体は、周辺光が、照明システムによって照射されたディスプレイを通過しないで、光センサとして用いられる光源に到達することを可能にしている。本実施形態では、ＬＣディスプレイを介した周辺透過によって生じる大幅な輝度の低減、および、ディスプレイに表示される対象に応じた低減が回避され得る。この変形例はまた、周辺測定を行う場合に、ディスプレイを透明に切り替える必要がないことを意味している（透明に切り替えることは、後の画質低下を伴う）。
【０１２１】
本実施形態は図１８に示されている。照明システムの発光ユニット１００からの光は、導光体３６に、導光体３６の１つの端面を通って入射する。本発明によれば、導光体３６の、発光ユニット１００側でない端部に、さらなる素子が設けられている。ここで導光体３６は、導光体の本体に対してほぼ直角に延び、４５度の角度を有する鏡３５を用いて、凸型レンズの端点３４まで延びている。導光体の本体の上面は、光の出射面を形成し、使用時に照射されるディスプレイは、導光体のこの光の出射面に向かい合って配置される。導光体は、端点３４が照射されるディスプレイ３８の前面の上方に配置されており、周辺光４００を集めることが可能である。レンズの端部３４の上方には、任意で拡散器３３を設けてもよい。
【０１２２】
図１８は、導光体の本体に対してほぼ直角に延びる導光体３６を示す図であり、この直角に延びた導光体３６は、多くの用途において、審美的理由から好ましい。しかしながら、本発明は、これに限定されるものでなく、導光体３６は、導光体の本体に対して任意の角度で延びていてよい。
【０１２３】
導光体の伸張部分は、導光体の全幅に亘って延びており、外部からの周辺光がＬＣＤおよび他の部品を迂回するようにしている。ディスプレイを通過する周辺光は、ディスプレイ、偏光子、およびフィルムによって大幅に減衰され、導光体の光取り出し素子３７に応じて、光をＬＥＤの方に結合させる。本実施形態では、周辺光は、レンズの端点３４、および、存在するならば拡散器３３を介して導光体の端部に直接結合される。レンズの端点３４において導光体に入射する光は、発光ユニット１００に導かれ、ディスプレイ３８を通過することなく、光センサとして機能する光源に達する。
【０１２４】
導光体の端点３４の開口領域は、ディスプレイの全領域よりも小さいが、典型的なディスプレイおよびバックライトを適切に設計することによって、端点３４の開口領域は、本方法によって、ディスプレイを直接通過する場合に比べて１０倍の光をＬＥＤに到達させることができるように作られている。
【０１２５】
典型的な導光体の場合、該導光体の表面に、ＬＥＤからの光を導光体から取り出すための複数の光取り出し素子を有しているが、これらの光取り出し素子は照明システムの損失の源となるであろう。加えて、本発明において用いている導光体は、そのような典型的な導光体から取り出すことができないＬＥＤ光を出射することができるが、拡散器を好適に設計することによって損失は最小となり、導光体のこの部分よりも前に、多くの光が取り出されることになる。
【０１２６】
この損失を低減するために、導光体のレンズの端部を通る光の損失を増大させる作用を有するように、導光体における光取り出し素子を再設計することが可能である。
【０１２７】
本発明の原理および利点を完全に理解するために、添付の図面と合わせて、次の詳細な説明を参照されたい。
【０１２８】
ここに記載される本発明は、同様に、多くの形態に変形可能であることは明らかであろう。このような変形例は、本発明の原理および範囲から逸脱するものであると見なされるものではなく、これらの全ての変形は、当業者には明らかなように、次の特許請求の範囲内に含まれることが意図されている。
【図１】
2010529590.tif 000003
【図２】
2010529590.tif 000004
【図３】
2010529590.tif 000005
【図４】
2010529590.tif 000006
【図５】
2010529590.tif 000007
【図６】
2010529590.tif 000008
【図７】
2010529590.tif 000009
【図８】
2010529590.tif 000010
【図９】
2010529590.tif 000011
【図１０】
2010529590.tif 000012
【図１１】
2010529590.tif 000013
【図１２】
2010529590.tif 000014
【図１３（ａ）】
2010529590.tif 000015
【図１３（ｂ）】
2010529590.tif 000016
【図１４（ａ）】
2010529590.tif 000017
【図１４（ｂ）】
2010529590.tif 000018
【図１５（ａ）】
2010529590.tif 000019
【図１５（ｂ）】
2010529590.tif 000020
【図１６（ａ）】
2010529590.tif 000021
【図１６（ｂ）】
2010529590.tif 000022
【図１７（ａ）】
2010529590.tif 000023
【図１７（ｂ）】
2010529590.tif 000024
【図１８】
2010529590.tif 000025
【手続補正書】
【提出日】平成21年12月7日(2009.12.7)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体照明（ＳＳＬ：Solid State Lighting ）装置に関し、より詳細には、赤色ＬＥＤ、青色ＬＥＤ、および緑色ＬＥＤ、蛍光体変換白色発光ダイオード（ＷＬＥＤ）、または、ハイブリッドレーザーＬＥＤ蛍光体ベースの発光体を用いた固体照明装置に関する。今回提案するＳＳＬ装置は、例えば、カメラの閃光装置、治療用の照明設備、適応光およびムード光、信号機、標識、装飾照明、廊下用照明、街灯、ディスプレイ等といった様々な照明の用途に使用可能である。例えば、複数の蛍光体変換ＷＬＥＤまたは個々の有色ＬＥＤが主照明用の閃光装置として用いられているカメラ付き携帯電話のような携帯式光源にとって、電池の消費を低減するために電力を効率よく管理することは重要である。
【０００２】
一般的に、ＳＳＬ装置は、白熱電球または蛍光灯を用いる従来の照明方法に代わって、良好なエネルギー効率、良好なコスト効率、および柔軟性を保証するものである。
【背景技術】
【０００３】
照明装置は、人工光または人工照明を生成するために用いられ得る電気装置である。本発明において、固体照明装置１０００は、概して、白色光または有色光２００を生成するために１つ以上の発光ダイオード（ＬＥＤ）１００（図１参照）を用いている。
【０００４】
公知のように、ＬＥＤ１００は、ｐｎ接合を生成するために不純物でドープされた半導体材料のチップを含む。図２は、ＬＥＤの典型的な電流電圧特性を示す図である。ＬＥＤは、順方向バイアス２０１の場合に光２００を出射し、逆方向バイアス２０２において動作する場合に光センサとして機能することが可能である(Mims、Forrest M.、III、LED Circuit and Projects、Howard W. Sams and Co.、Inc.、New York、NY、pp. 60-61、76-77、122-123)。
【０００５】
図３は、ＬＥＤによって生成される光電流２を、該ＬＥＤ中のバイアス電圧に応じて示す図である。光電流２は、３つの異なる光レベルにおける蛍光体変換ＷＬＥＤの光電流を測定したものである。光電流は、ＬＥＤがゼロバイアス３またはほぼゼロバイアス３で駆動される場合の周辺光のレベルによって大きく変動することが確認できる。このためＬＥＤを、例えば、周辺光のレベルを検知するための光センサとして用いることが可能になる。図４は、赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ、および青色ＬＥＤ（いずれの場合もゼロバイアスで駆動されている）の正規化した光応答曲線を示す図であり、これらの光応答曲線は、各ＬＥＤが、周辺光の特定のスペクトル領域をそれぞれ検出することができることを示している。例えば、赤色発光ＬＥＤは、約５８０ｎｍ〜６４０ｎｍの波長帯に亘って最大半値の感度を有し、約５１５ｎｍ〜６８０ｎｍの波長帯の周辺光を検出することが可能である。
【０００６】
ＬＥＤは、通常、１つまたは複数の所定波長帯において光を生成する。特定の所望のカラーバランスの光を生成する様々な方法（例えば多色のＬＥＤまたは蛍光体変換ＬＥＤを用いた方法）が採用されており、これらの方法は、他の文献にも詳細に記載されている（例えばA. Zukauskas et. al.、Introduction to Solid State Lighting、A Wiley-Interscience Publication、2002に記載されている）。
【０００７】
蛍光体は、特定のエネルギーの一次放射をポンプ光源と呼ばれる好適な光源から吸収し、異なるエネルギーにおいて発光する蛍光物質である。これら蛍光体から得られる二次放射は、ポンプ光源からの一次放射よりも、高い光子エネルギー（アップコンバーション）または低い光子エネルギー（ダウンコンバーション）の放射である。このような装置から出力される光の全量は、蛍光体からの二次放射だけでなるか、または、ポンプ光源からの一次放射と蛍光体からの二次放射とを組み合わせたものからなる。蛍光体は、通常、亜鉛、カドミウム、マンガン、アルミニウム、シリコン、または、活性剤が加えられた様々な希土類金属の、酸化物、硫化物、セレン化物、ハロゲン化物、またはケイ酸塩といった、好適な母材から形成されている。最もよく知られている種類は、銅活性化硫化亜鉛および銀活性化硫化亜鉛（硫化亜鉛銀）である。
【０００８】
近年、従来の蛍光体に代わって、または従来の蛍光体と併せて、ナノ蛍光体が用いられている。ナノ蛍光体の粒子の寸法は、従来の蛍光体の数十ミクロンよりも比較的小さく、典型的には５０ｎｍよりも小さい。コロイド状の多数の量子ドットは、ナノ蛍光体の一例である。
【０００９】
ＳＳＬはエネルギー効率がよいが、動的パフォーマンス、自動制御、および、さらなるエネルギー節約のために、高性能且つ知的なＳＳＬ装置が求められている。例えば、ＳＳＬをディスプレイ用のバックライトとして用いる場合、周辺光のレベルに応じてバックライトの強度を制御することが望まれている。従来では、光センサ４をドライバ１と共に用いて、フィードバック３００によって、照明器具１００１の出力レベルを周辺光レベル４００に応じて調整していた。周辺光レベル４００は、周辺光センサ（図５参照）として機能する光センサ４によって検出されたものである。
【００１０】
上述のドライバは、典型的には、パルス幅変調（ＰＷＭ）モードにおいてＬＥＤを駆動するように構成されている。この場合、好適な電圧パルスを印加することによって、照明器具１００１のＬＥＤを、順方向バイアス２０１と逆方向バイアス２０２との間で切り替えることが可能である。ＬＥＤの出力照射特性への微調整は、ドライバの順方向電圧およびパルス幅を調節することによって行われ得る。
【００１１】
単一のＬＥＤを「駆動」および「検出」の２つのモードにおいて動作させることが可能な最も一般的な構成を示すブロック図を、図６に示した。検出モード（スイッチ１２は開いており、スイッチ１１は閉じている）において動作させるには、検出回路１３によって、ＬＥＤ１００の端子に負バイアス、ゼロバイアス、または、小さい正バイアスＶ＝Ｖ１が維持されていること、および、ＬＥＤ１００によって生成された電流Ｉが測定されることが求められる。Ｖ１を適切に選択することにとって、この電流Ｉは、ＬＥＤに入射した照明のレベルに対して反応しやすい（図３に示すように）。Ｖ１の好適な値の範囲は、用いられるＬＥＤ１００の特性によって決定される。一般的にＶ１は、最適には、ＬＥＤの「ビルトイン電圧」Ｖｂｉの値、または、この値に近い値になるように選択される。「ビルトイン電圧」Ｖｂｉは、ＬＥＤが、該ＬＥＤに入射する周辺光を有していない時に、ゼロ電流が流れるバイアス電圧として規定されるものである。このビルトイン電圧は、ＬＥＤを検出モードにおいて動作させるための最もセンシティブな領域に相当する。装置において、この最もセンシティブな領域（ビルトイン電圧に近接した）における動作は、同時係属の英国特許出願の出願番号第０６１９５８１．２号に記載された直列接続された多重装置を用いて行なうことができる。検出モードにおける動作の場合、ＬＥＤは、決して大量の光を出射しないことに留意されたい。
【００１２】
発光動作モード（スイッチ１１は開、スイッチ１２は閉）では、ＬＥＤの端子全域で正バイアスＶ＝Ｖ２が維持される。ＬＥＤを通って流れる電流は測定される必要はない。ＬＥＤによって出射された光の強度は、駆動回路１６によって制御されるＶ２の値に応じて決定される。従って、Ｖ２を変更することによってＬＥＤの輝度を変化させることが可能である。ＬＥＤの輝度を設定する別の方法は、ＬＥＤのバイアス電圧を、多くの光が出射されない小さなバイアスＶ０とＶ２の値との間にパルス状に印加することである。その後、感知されるＬＥＤの輝度は、バイアス電圧パルスが高いレベルＶ２にある時間を変えることによって調節可能である。
【００１３】
図６の回路の実用的な形態の一例を図７に示す。この回路は、ＬＥＤ１００と、パルスのハイレベルＶ２の電圧パルスを供給するパルス電圧源１７と、測定回路およびアナログデジタルコンバータ（ＡＤＣ）１８と、演算増幅器１９と、ＤＣ電圧源Ｖ１２０と、キャパシタ２１と、リセットスイッチ２２とを含む。
【００１４】
図７の回路を検出モードにおいて動作させるには、スイッチ１１を開いて、スイッチ１２を閉じる。
【００１５】
その後、ＬＥＤに入射した光量を、次のように測定する。
●積分期間の開始時に、信号２３が、スイッチ２２をオン（閉）状態にし、積分器の出力をＶ＝Ｖ１にリセットする。
●信号２３がスイッチ２２をオフ（開）状態にすると、積分期間が始まる。積分キャパシタ２１において、光電流が積分される。
●ＡＤＣ１８は、積分キャパシタ２１に接続された入力２４を有している。ＡＤＣ１８は、積分された電圧を、ＡＤＣの出力２５においてデジタル値に変換するために用いられ得る。ＡＤＣ１８は、サンプルホールド型または連続時間動作型に構成されていてよい。サンプルホールド型構成の場合、積分キャパシタ２１からの出力電圧は、積分期間の終わりに一度サンプリングされ、デジタル値に変換される。連続時間動作の場合、ＡＤＣは、積分された電圧と一定の基準値とを比較するように構成されている。積分された電圧がこの基準に達するためにかかる時間は、積分期間の終わりにＡＤＣ出力値を供給するデジタルカウンタによって測定される。
【００１６】
図７の回路を駆動モードにおいて動作させるには、スイッチ１２を開くと共にスイッチ１１を閉じる。この状態では、標準タイプのパルス電圧源１７を用いて、ＬＥＤ１００に、パルスバイアス電圧を印加する。パルスのハイ電圧レベルＶ２の振幅、および、パルスのデューティ比は、ＬＥＤによって出射される光量に求められる要件の通りに選択される。
【００１７】
入射した周辺光レベルを示すＡＤＣ１８のデジタル出力値は、照明装置全体の要件に応じて様々な方法で処理される。この処理は、例えば、デジタル信号を比較すること、デジタル信号をメモリに記憶すること、および簡素な算術演算を実行することといった、単純なデジタル動作を実行する性能を有する簡素なデジタルプロセッサシステムによって行われ得る。このような演算を実行する回路の例は極めて公知であり、例えば基本レベルの電子工学テキスト（例えば、Digital Fundamentals （7th Edition）Floyd Electronics Fundamentals Series、Thomas L. Floyd）にも記載されている。
【００１８】
出力の強度を変更することが可能な様々な照明装置が知られている。米国特許第６４６９４５７号には、複数の電灯を備える照明装置について記載されている。各上記電灯は、電灯の強度を調節することが可能な減光装置を外部に有している。米国特許第６９００７３５号には、多数の刺激に応じて、センサを用いて、周辺温度を測定するといった多数の目的に適合する照明装置が記載されている。米国特許第６９６３１７５号には、照明装置を調節するために、温度センサおよび変位検出器等を備える発光ダイオード照度制御について記載されている。Agilent社のHSDL- 9000周辺光センサ（応答性は５１０ｎｍでピークとなる）は、ＬＣＤバックライトの調整に好適であり、バッテリー寿命を延ばすものである。
【００１９】
米国特許第６５５２４９５号には、赤色、緑色、および青色の発光ダイオード（ＬＥＤ）を複数用いて、光源から所望の色を生成するように設計された外界センサを含む制御系について記載されている。
【００２０】
Avago Technologies社の照明カラーマネージメント（illumination colour management (ICM)）ソリューション（米国特許第７２１２２８７号に記載されている）は、カラーコントローラおよびカラーセンサから構成されており、ＲＧＢ（赤色、青色、および緑色）ＬＥＤの閉ループフィードバックシステムを実現している。ＩＣＭは、ＬＥＤの色相（色）および強度（輝度）を毎秒に付き１００回監視し、その後、光出力を自動的に調節して正しい色点を得ることを保証する閉ループフィードバックシステムである。
【００２１】
他の固体照明の用途では、Nokia社の次世代携帯電話は、ＣＣＤカメラをセンサとして用いて周辺光を検出し、自動的にＷＬＥＤ閃光光レベルを調節している。しかしながら、これは、エネルギー効率がよい方法であるとはいえない。なぜなら、ＣＣＤは電動式光検出器であり、バッテリー寿命を消費するからである。
【００２２】
米国特許出願公開２００３／０２２２２６４Ａ１号には、発光材料であるＩｎＧａＡｌＰ、ＧａＡｓＰ、およびＧａＰを用いて製造された光センサとして機能するＬＥＤについて記載されている。感光性は、目の応答性と一致するように設計されている。この装置は、５９０〜６３０ｎｍの狭い範囲において光を出射すると同時に、５００〜６２０ｎｍの範囲において光を検出する。
【００２３】
米国特許第６４４５１３９号には、電気的に調節されたカラーバランスを有するＲＧＢ  ＬＥＤ照明器具が開示されている。ここでは、上述の他の従来技術と同様に、個々のＬＥＤが光センサとして機能している。ＲＧＢ  ＬＥＤの駆動電流を選択的にオフ状態にすることによって、光ダイオードは、各色ＬＥＤの光出力を個別に測定するようになっている。この情報は、その後フィードバックされて、照明器具によって出射された色を調節する。
【００２４】
米国特許第６６６４７４４号には、類似の原理を用いた、バックライトＬＥＤが周辺光センサとして機能するバックライトについて記載されている。バックライトが取付けられた装置を動かす時に（これは、ユーザが装置を使用したいということを示すものと仮定して）自動的にスイッチオンされるバックライトが知られているが、このような装置では、バックライトは、周辺光レベルに無関係にスイッチオンされる。米国特許第６６６４７４４号には、周辺光センサからの出力を用いて、バックライトが必要ない明るい周辺光の状態下でバックライトがスイッチオンされることを回避して、電力消費を低減することが記載されている。米国特許第６６６４７４４号にはまた、周辺光の状態に応じてバックライトの輝度のレベルを調節することが記載されている。図８は、この発明を示す図であり、ここでは、バックライトＬＥＤ１０１およびレジスタ１５０は、マイクロプロセッサ１５１の出力ピンおよび入力ピンに直列接続されている。ＬＥＤによって生成される光電流の量は、マイクロプロセッサによって測定される。マイクロプロセッサは、これに応じてＬＥＤの順方向の駆動状態を調節する。この回路の用途は制限されており、（リモコンのバックライトや、または、携帯電話のキーパッドバックライトといった）受動的なバックライト装置においてのみ使用可能であり、ＬＣＤバックライトを制御することという用途にまで広げることはできない。ＬＣＤバックライトでは、バックライトＬＥＤが検出する周辺光量および色の変化は、ＬＣＤがフレーム毎に表示する画像によって管理される。
【００２５】
国際公開第２００６／０１２７３７号には、発光素子を第１の発光モードと第２の検出モードとの間に切り替えることが可能な照明装置が開示されている。発光素子が検出モードにある時には、検出モードにおける発光素子の発光波長と等しいまたはこれよりも短い波長を有する他の発光素子によって出射された光を検出することが可能である。赤色発光素子によって出射された光を測定するために、検出器として機能する第２の赤色発光素子が設けられている。しかしこのさらなる赤色発光素子は、検出モードにおいてのみ駆動され、照明装置の出力には役立たない。
【００２６】
特開２００６−２６０９２７号公報は、照明装置のＬＥＤを発光モードまたは検出モードのいずれかにおいてのみ駆動可能な類似の照明装置に関する。２つの赤色ＬＥＤ、２つの緑色ＬＥＤ、および２つの青色ＬＥＤが設けられており、一方の赤色ＬＥＤは、他方の赤色ＬＥＤからの出射を検出する光検出器として用いられ得る。
【発明の概要】
【００２７】
本発明の第１の形態は、異なる発光スペクトルを有する２つまたはそれ以上の光源と、上記光源のうちの少なくとも１つの光源を光センサとして用いて光の強度を検知するための検出回路と、検知された上記光の強度に応じて上記光源を駆動するための駆動手段とを備えた照明装置であって、最も小さいバンドギャップを有する光源の発光スペクトルは、２番目に小さいバンドギャップを有する光源の発光スペクトルに重複していることを特徴とした照明装置を提供する。
【００２８】
本発明の照明装置では、１つの光源が光センサとして機能するために駆動され（光源として機能するか、光センサとして機能するかは、装置の端子間に印加されたバイアスによって決定される）、照明装置は、出力照射を自動的に調整し、この出力照射は、一定の光レベルにスペクトル的に調節される。
【００２９】
最も小さなバンドギャップを有する光源の発光スペクトルに２番目に小さなバンドギャップを有する光源の発光スペクトルが重複するように配置させると、最も小さなバンドギャップを有する光源によって出射された光の強度は、２番目に小さなバンドギャップを有する光源を検出モードにすることによって測定され得る。例えば、緑色の光源の発光スペクトルが、赤色の光源の発光スペクトルと重複するように配置されているならば、赤色の光源からの出射は、緑色の光源を検出モードにすることによって測定される。従って本発明は、最も小さなバンドギャップを有する（つまり最も高い波長を有する）光源から出射された光の強度を測定するために、さらなる光検出器を設ける必要がない。
【００３０】
本発明の照明装置を用いて、上記照明装置の光源からの光の強度を検知して、例えば照明装置から白色光を出射するための白色点を制御することが可能である。本発明の照明装置を、周辺光の強度を検知するために用いてもよい。
【００３１】
さらに、上記照明装置は、光、例えば周辺光、の分光分布を検知することも可能である。いくつかの用途では、周辺光の強度だけに基づいて照明器具を制御することは十分でない。２つの周辺光の強度が同じであっても、周辺スペクトル情報は、これら２つの場合で大きく異なっている可能性がある。図９は、正午の太陽光５のスペクトルパワー分布を示す図であり、図１０は、蛍光灯６のスペクトルパワー分布（実線の曲線）およびタングステン電球７（点線の曲線）のスペクトルパワー分布を示す図である。これらの分布は、共通する光源のスペクトルが異なることを示唆しており、これによって、特定の種類の検出器を有する携帯型照明装置が直面する周辺状態は大きく変化する。また、太陽光のスペクトル密度が、一日の時間の経過と共に変動し、正午に青色にシフトし、朝および夕方では比較的赤色であることは良く知られている。
【００３２】
例えば、カメラ用の閃光装置の場合、閃光のスペクトル出力は、元の画像の色調の正確な再生を実現するために、周辺光のスペクトルパワー分布に依存していることが好ましい。しかしながら、米国特許第６６６４７４４号は、この周辺光のスペクトルパワー分布を考慮したものではない。
【００３３】
例えば、照明装置は、制御装置または処理装置を含んでよく、この制御装置または処理装置は、検知モードにおいて動作している光源によって生成された光電流を測定し、周辺光レベルおよびスペクトル情報を計算する。異なる波長感度特性を有する光源からの相対信号は、周辺光の分光的特徴を与え、従って、周辺光色の変化を検出することが可能になる。この情報は、その後、照明装置の光源を駆動するドライバにフィードバックされ、検出された周辺光の状態の通りに、光源の順方向の駆動状態を動的に調節する。
【００３４】
さらに、白色光照明装置は、典型的には、赤色発光ＬＥＤ、緑色発光ＬＥＤ、および青色発光ＬＥＤといった異なる発光波長帯を有する２つまたはそれ以上の光源を含む。光源が、例えば周辺温度の変化または経年によって、異なる速度で劣化するならば、発光される白色光のスペクトルは変化する。従って、例えばＬＥＤベースのテレビまたは他のディスプレイといった多くの用途には、長期に亘って一定の出力スペクトル特性を維持するための照明装置内の簡素な自己修正メカニズムが有効および有用である。
【００３５】
個別の光センサまたは有色センサを用いなくても、自動的に反応し、対応周辺光の検知されたカラーバランスに基づいて、または、カラーバランスの検知された変化に基づいて、その出力レベルを調節する固体照明装置が強く望まれている。こういった固体照明装置は、上述の従来技術を用いても不可能である。
【００３６】
提案する照明装置の主な利点の概要は、
●自動的に色補正および強度補正に適合する点。
●任意の光センサを追加する必要がないので、経済的に極めて有効である点。
●複雑な回路または空間が必要ない点。
●実行コストを全体的に低減できる点。
●固体照明装置の不要な電力消費を低減できる点。
【００３７】
本発明の一実施形態では、検出回路は、１つの期間において、少なくとも１つの光源を光センサとして用いて光の強度を検知するように構成され、このとき、光センサとして用いられない光源は光を出射することがない状態とする。本実施形態の場合、周辺光の強度をこの期間において検知する。さらに、２つまたはそれ以上の光源を光センサとして用いるならば、周辺光の分光分布も検知可能である。
【００３８】
他の形態としては、別の期間において少なくとも１つの第１の光源を光センサとして用いて光の分光分布を検知し、少なくとも１つの第２の光源に光を出射させるように構成されていてもよい。これにより、上記第２の光源からの光の強度、および、場合によっては上記第２の光源からの光の分光分布が、検知される。
【００３９】
本発明の第２の形態は、照明装置を提供する。当該照明装置は、１つまたは複数の光源と、上記光源のうちの少なくとも１つの光源を光センサとして用いて光の強度を検知するための検出回路と、検知された光の強度に応じて光源を駆動するための駆動手段と、上記光源から光を受け取るための導光体とを備える。ここで、上記導光体は、光を出射するための第１の部分と、上記第１の部分とは異なる、周辺光を受けるための第２の部分とを有する。上記導光体は、使用時に、照射される物体が上記導光体の上記第２の部分を覆わないように構成されている。
【００４０】
各光源は、固体光源を用いることができる。
【００４１】
また、各固体光源として発光ダイオードを用いることができる。
【００４２】
本発明の第３の形態はディスプレイ装置を提供する。このディスプレイ装置は、画像表示パネルと、該画像表示パネルを照射するための、上記第１の形態または上記第２の形態の照明装置とを備えている。
【００４３】
画像表示パネルは、上記導光体の上記第１の部分に隣接して配置される。
【００４４】
本発明の第４の形態は、上記第１の形態または上記第２の形態の照明装置を有する閃光装置を提供する。
【００４５】
本発明の第５の形態は、照明装置の動作方法を提供する。照明装置は、異なる発光スペクトルを有する２つまたはそれ以上の光源を備え、最も小さなバンドギャップを有する光源の発光スペクトルは、２番目に小さなバンドギャップを有する光源の発光スペクトルと重複している。本方法は、上記最も小さなバンドギャップを有する光源を駆動して発光させる工程と、上記２番目に小さなバンドギャップを有する光源を用いて、上記最も小さなバンドギャップを有する光源から出射した光の強度を検知する工程とを含む。
【００４６】
本発明の好ましい特徴について、添付の図面を参照しながら、具体的な実施例を用いて説明する。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】図１は、従来技術の一例として、ＬＥＤベースの照明器具を示す概略的な図である。
【図２】図２は、ＬＥＤの典型的なＩＶ特性を示す図である。
【図３】図３は、様々なバイアス電圧において測定した白色ＬＥＤの光電流を、照明光レベルに応じて示す図である。
【図４】図４は、赤色−緑色−青色（ＲＧＢ）ＬＥＤ照明装置の場合に測定した、正規化された光応答性を示す図である。
【図５】図５は、外界光センサを用いて、周辺状態に従って照明器具の出力を制御する従来の方法を示す概略的な図である。
【図６】図６は、駆動モードまたは検出モードにおいて動作可能な照明装置を示すブロック図である。
【図７】図７は、駆動モードまたは検出モードにおいて動作可能な他の照明装置を示すブロック図である。
【図８】図８は、自動バックライト装置を示すブロック図である。
【図９】図９は、可視光線帯における正午の太陽光のスペクトルパワー分布を示す図である。
【図１０】図１０は、可視光線帯における、蛍光灯のスペクトルパワー分布（実線）、および、タングステン電球のスペクトルパワー分布（点線）を示す図である。
【図１１】図１１は、本発明の第１の実施形態に係る照明装置を示す概略的な図である。
【図１２】図１２は、複数のＬＥＤを用いた照明装置を示すブロック図である。
【図１３（ａ）】図１３（ａ）は、ＲＧＢのＬＥＤを用いた実施形態の駆動メカニズムを示す図であり、ここでは、ＬＥＤの発光バンドは互いに重複している。
【図１３（ｂ）】図１３（ｂ）は、ＲＧＢのＬＥＤを用いた実施形態の駆動メカニズムを示す図であり、ここでは、ＬＥＤの発光バンドは互いに重複している。
【図１４（ａ）】図１４（ａ）は、ＲＧＢのＬＥＤを用いた実施形態の駆動メカニズムを示す図であり、ここでは、赤色ＬＥＤおよび緑色ＬＥＤの発光バンドが互いに重複している。
【図１４（ｂ）】図１４（ｂ）は、ＲＧＢのＬＥＤを用いた実施形態の駆動メカニズムを示す図であり、ここでは、赤色ＬＥＤおよび緑色ＬＥＤの発光バンドが互いに重複している。
【図１５（ａ）】図１５（ａ）は、ＲＧＢのＬＥＤを用いた実施形態の駆動メカニズムを示す図であり、ここでは、２つの赤色ＬＥＤが、これらの発光バンドが互いに重複するように用いられている。
【図１５（ｂ）】図１５（ｂ）は、ＲＧＢのＬＥＤを用いた実施形態の駆動メカニズムを示す図であり、ここでは、２つの赤色ＬＥＤが、これらの発光バンドが互いに重複するように用いられている。
【図１６（ａ）】図１６（ａ）は、ＲＧＣＢのＬＥＤを用いた実施形態の駆動メカニズムを示す図であり、ここでは、緑色ＬＥＤおよび青緑（シアン）色ＬＥＤが、これらの発光バンドが互いに重複するように用いられている。
【図１６（ｂ）】図１６（ｂ）は、ＲＧＣＢのＬＥＤを用いた実施形態の駆動メカニズムを示す図であり、ここでは、緑色ＬＥＤおよび青緑（シアン）色ＬＥＤが、これらの発光バンドが互いに重複するように用いられている。
【図１７（ａ）】図１７（ａ）は、ＲＧＢＣＹのＬＥＤを用いた実施形態の駆動メカニズムを示す図であり、ここでは、黄色ＬＥＤおよび赤色ＬＥＤの発光バンドが互いに重複している。
【図１７（ｂ）】図１７（ｂ）は、ＲＧＢＣＹのＬＥＤを用いた実施形態の駆動メカニズムを示す図であり、ここでは、黄色ＬＥＤおよび赤色ＬＥＤの発光バンドが互いに重複している。
【図１８】図１８は、ＬＣＤの能動部品を迂回させながら、周辺光をＬＥＤ内部につなぐための導光体を備える、本発明の実施形態に係る照明装置を示す概略的な図である。
【発明を実施するための形態】
【００４８】
図１１は、本発明の第１の実施形態に係る照明装置を示す概略的なブロック図である。本実施形態には、その出力光を周辺光レベルの変化に応じて自動的に調節する照明装置が開示されている。この照明装置は、発光部１０から構成されている。発光部１０は、複数の光源（例えばＬＥＤといった固体光源）を含む。複数の光源は、光源に印加されたバイアスに応じて、発光体または周辺光センサとして機能する（本発明の実施形態は、ＬＥＤを光源として用いて説明するが、本発明はこれに限定されない。）
図１１では、照明装置の発光部１０は、第１のスイッチ１１によって検出回路１３に接続されるか、または、第２のスイッチ１２によって駆動回路１６に接続される。第１のスイッチ１１および第２のスイッチ１２は、好適な制御手段（後に図１２に関連して説明する）によって動作され得る。スイッチ１１が閉じられスイッチ１２が開いている時には、検出回路１３が用いられ、感光性の動作領域内の少なくとも１つの光源にバイアスをかけて光を検出する。測定された光電流は、デジタル処理装置１４に移る。デジタル処理装置１４は、検出された光レベルを算出し、且つ、スペクトル情報を算出する。例えば、異なるスペクトル特性を有する２つまたはそれ以上の光源を光センサとして駆動することによって、２つの異なる波長帯における周辺光強度に関する情報を得ることが可能であり、従ってスペクトルパワー密度に関する情報を得ることが可能である。
【００４９】
スイッチ１１が開いておりスイッチ１２が閉じている時には、駆動回路は、光源を駆動して発光させる。駆動回路は、検出された光レベルに関する情報とスペクトル情報とを利用して光源を駆動し、所望のスペクトル出力を得ることが可能である。
【００５０】
図１１の照明装置には、調節回路１５が、フィードバックループ２７内に設けられている。調節回路１５は、最初に、デジタル処理装置１４から入ってくる情報と、既に調節回路１５に記憶されている標的スペクトル情報とを比較する（例えば、照明装置が典型的なスペクトル出力を供給するように設計されている場合）。調節回路１５は、光源に望まれる強度を決定し、この情報を駆動回路１６に送る。
【００５１】
例えば照明装置は、周辺光のスペクトルがスペクトルの赤系統の色域の方に偏ること、つまり周辺光のスペクトルが、明るい太陽光のスペクトルよりも赤色の波長においてより多くの光（および、青色波長においてより少ない光）を含有することを測定することができる。これに応じて、調節回路１５は、駆動回路１６を制御し、照明装置からの光出力において、青色光の発光の強度が、赤色光の発光の強度に相対して強くなるようにする。
【００５２】
この調節回路は、目標のスペクトル情報を数セット記憶することができるように構成されていることが好ましい。各セットは、ある所定の照明状態（例えば、明るい太陽光、夕暮れ、明け方、または、特定の生理学的な現象／形態を満たす医学治癒用出力に関する照明状態）に対応している。ユーザは、所望の用途に応じて、記憶されたスペクトル情報のセットのうちの１つを選択することが可能である。
【００５３】
本実施形態によれば、照明装置は、いかなる外界光センサもカラーセンサも用いずに、周辺光レベルの状態の変化を検知して自動照度調節を行う。このためコストは節減されると共に、全体的な実装は単純であり、既存の電子機器にわずかに回路を変更するだけでよい。
【００５４】
提案した実施形態を用いて、カメラのＬＥＤ閃光装置等の高性能の携帯型光源を、自己調節型、且つ、周辺光のカラーバランスを補償するように構成することが可能である。例えば、上記高性能の携帯型光源は、タングステン灯、蛍光灯、または夕陽の下といった動作環境に応じて、より多くの／より少ない青色光を出射することが可能である。現在の方法は、この種の装置から一定のスペクトル光を出力させることだけが可能であり、自動調節性能は有していない。
【００５５】
提案する実施形態は、ユーザが、照明装置から、朝日または夕日のスペクトルに似たスペクトルのような特定のスペクトルで出力させることを希望する用途では、非常に有用である。その結果、照明装置の出力は、ユーザが望む特定の出力を再現する。このため、照明装置に、異なる用途においてユーザが望む照明状態（例えば、一日の特定の時間に典型的な照明状態、または、季節性情動障害ＳＡＤといった生理学的状態に関する照明状態）を模倣させると同時に、周辺光の状態に適合させることが可能になる。
【００５６】
本発明の上述の実施形態および他の実施形態を実施するために用いられ得る多くの回路構成が存在する。この回路構成の典型的な例については、従来技術を紹介した箇所に既に記載した。上述の説明では、光源をＬＥＤとして仮定しているが、本発明は、ＬＥＤの使用に制限されるものではなく、「検出」動作モードと「駆動」動作モードとの間を切り替え可能な任意の光源を用いることが可能である。さらに、１つ以上の発光部および／または１種類以上の光源を用いた形態も可能である。
【００５７】
検出動作モードでは、ＬＥＤ（または他の光源）にバイアスを印加して、この装置を通る電流が該装置に入射した周辺光の量に依存するようにする。この検出動作モードでは、ＬＥＤ（または他の光源）から出射される光量は無視できるほどわずかである。
【００５８】
上述の発光部１０は、単色または色の組み合わせを発光するように構成された複数のＬＥＤ１００のうちの１つ、例えば、次のうちの１つから構成されていてよい。
ｉ）  所望の各色の個々のＬＥＤ；  例えば、青色ＬＥＤ１０１、緑色ＬＥＤ１０２、および、赤色ＬＥＤ１０３など。
ｉｉ）  ２色のＬＥＤの組み合わせ；  例えば、青色ＬＥＤ１０１と緑色ＬＥＤ１０２との組み合わせ、緑色ＬＥＤ１０２と赤色ＬＥＤ１０３との組み合わせ、または、青色ＬＥＤ１０１と赤色ＬＥＤ１０３との組み合わせ。
ｉｉｉ）  １つまたは複数のＬＥＤ；  例えば、従来の蛍光体またはナノ蛍光体をポンプする青色ＬＥＤ１０１。
ｉｖ）  ＬＥＤ１００、蛍光体、および、レーザーのような他の光源の組み合わせ。
【００５９】
本発明には、概して２つの異なる態様がある。一方の態様では、１つのＬＥＤが検出モードになると、全てのＬＥＤはオフ状態になり（つまり発光しない）、そのため、周辺光だけが検出される。その後、検出された周辺光に基づいて、ＬＥＤの発光が調節され得る。他方の態様では、１つのＬＥＤが検出モードになると、照明装置の１つまたは複数のＬＥＤはオン状態になり（つまり発光し）、その結果、検出モードにあるＬＥＤは、オン状態にあるＬＥＤからの光を検出して（この場合、周辺光レベルは、他のＬＥＤの発光と比べて低く、概してわずかである）、照明装置のＬＥＤからの出力に関する情報を提供する。これによって、例えばＬＥＤからの出力のカラーバランスが測定され得る。以下では、これについてさらに詳細に説明する。
【００６０】
最初に全てのＬＥＤをオフ状態（つまり発光しない状態）にして検出して、次に、１つまたは複数の他のＬＥＤをオン状態（つまり光を発光する状態）にして検出することによって、あるいはその逆で検出することによって、これらの２つの態様を組み合わせることが可能である。こうすることによって、周辺光に関する情報および照明装置のＬＥＤからの出力に関する情報が提供される。
【００６１】
図１２は、本発明の第２の実施形態を示す概略的なブロック図である。この図では、多数のＬＥＤが、図５に示した一般的な方法において、発光体および検出器として機能するように配置されている。
【００６２】
図１２は、３つの主要色（赤色、緑色、および青色）の各色を示す３つのＬＥＤ１０１、１０２、１０３を示す図であるが、本実施形態は、これに限定されるものではなく、３色よりも少ない色を用いてもよいし、または、３色よりも多い色を用いてもよい。さらに、図１２では、各色毎に１つのＬＥＤが示されているが、各色毎に多数のＬＥＤを用いてもよい。これら多数のＬＥＤは、所望の出力強度を提供するために、並列または直列に配置されている（ここで「青色ＬＥＤ」、「緑色ＬＥＤ」などの記載は、単一のＬＥＤの場合に加えて、所望の出力強度を提供するように接続された複数の個々の青色（または緑色など）のＬＥＤの場合を含むことが意図されている）。一色の多数のＬＥＤが直列に配置されている場合、バイアス電圧Ｖ１およびＶ２は、直列接続されたＬＥＤの数に応じて調節される。
【００６３】
赤色複数のＬＥＤ１０３は、スイッチ１２３を閉じて（駆動回路１６３に接続し）スイッチ１１３を開くことによって、駆動モードにおいて動作するように形成されている。赤色複数のＬＥＤ１０３は、スイッチ１１３を閉じて（検出回路１３３に接続し）スイッチ１２３を開くことによって、検出モードにおいて動作するように形成されていてよい。緑色複数のＬＥＤ１０２は、スイッチ１２２を閉じて（駆動回路１６２に接続し）スイッチ１１２を開くことによって、駆動モードにおいて動作するように形成されていてよい。緑色複数のＬＥＤ１０２は、スイッチ１１２を閉じて（検出回路１３２に接続し）スイッチ１２２を開くことによって、検出モードにおいて動作するように形成されていてよい。青色複数のＬＥＤ１０１は、スイッチ１２１を閉じて（駆動回路１６１に接続し）スイッチ１１１を開くことによって、駆動モードにおいて動作するように形成されていてよい。青色複数のＬＥＤ１０１は、スイッチ１１１を閉じて（検出回路１３１に接続し）スイッチ１２１を開くことによって、検出モードにおいて動作するように形成されていてよい。
【００６４】
赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ、および青色ＬＥＤの動作モードは、互いに無関係に制御可能である。例えば、図１２の実施形態では、駆動回路１６１、１６２、１６３は、デジタル処理装置（ＤＰ）１８によって制御される。
【００６５】
図１２はさらに、概略的な制御手段１４０を示している。制御手段１４０は、制御手段１４０からスイッチ１２３、１１３まで延びる矢印１４１、１４２によって示すように（図１２では、分かり易いように、制御手段１４０から残りのスイッチ１１１、１１２、１２１、１２２までの矢印は省いた）、スイッチ１１１〜１１３、１２１〜１２３の状態を制御するためのものである。赤色ＬＥＤ１０３が発光することが望ましい場合、例えば、デジタル処理装置１８が、赤色ＬＥＤ１０３用の駆動回路１６３を有効にし、制御手段１４０が、スイッチ１２３を閉じて、駆動回路１６３を赤色ＬＥＤ１０３に接続させる。これに応じて、上記駆動回路は、赤色ＬＥＤを駆動して発光させる。同時に、制御手段１４０は、スイッチ１１３を開いて、検出回路１３３を無効にする。反対に、赤色ＬＥＤ１０３を検出モードにおいて動作させるには、制御手段１４０は、スイッチ１２３を開いて駆動回路１６３を赤色ＬＥＤ１０３から切断し、スイッチ１１３を閉じて検出回路１３３を有効にする。同時に、デジタル処理装置１８が、赤色ＬＥＤ用の駆動回路１６３を無効にすることが好ましい（けれども基本的には、駆動回路１６３を赤色ＬＥＤに接続するスイッチ１２３を開くまたは閉じることによってのみ、赤色ＬＥＤからの発光を制御することが可能である）。
【００６６】
上記制御手段はまた、選択的に各ＬＥＤを、光も出射せず検出器としても機能しない「不活性（inert）」状態にすることが可能であることが好ましい。
【００６７】
図１２の照明装置の実用的な形態では、デジタル処理装置１８が、制御手段１４０の機能を実行することが可能であり、そのため、別個に制御手段１４０を設けなくてもよい。しかしながら図１２では、分かり易いように、制御手段１４０を別個の部材として示している。
【００６８】
所定の色のＬＥＤが、検出モードにおいて動作している時、検出回路のデジタル化された出力２５３、２５２、２５１を読み出すために、デジタル処理装置（ＤＰ）１８が用いられる。図４に示すように、有色ＬＥＤは、特定のスペクトル範囲においてのみ感度がよいので、赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ、および青色ＬＥＤによって測定された出力信号の比較結果を用いて、周辺照明のパワースペクトル密度に関する情報を決定することが可能である。この情報は、その後、フィードバックループ２７を介して駆動回路に送られる。該駆動回路は、駆動モードにあるＬＥＤに印加されたバイアス電圧および／またはパルス幅を調整することによって、動的照明を周辺要件に応じて供給する。従ってＬＥＤからの出力は、１つまたは複数のＬＥＤを選択的にスイッチオフすることによって、または、調節回路１５によって駆動回路１６３、１６２、１６１を制御することによって、所定のスペクトル、または、周辺光の強度およびスペクトルに依存するように形成され得る。
【００６９】
図１２の照明装置は、ＬＥＤ１０１、１０２、１０３から出力された光の強度を決定するために用いられ得る。これについては、以下に詳細に説明する。
【００７０】
所要の駆動パルス幅／電圧は、ブロック１５において決定される。
【００７１】
本発明の他の一実施形態では、照明装置の白色点を自動的に制御し、これによってスペクトル出力全体を自己修正する固体照明装置が提供される。これは、ＬＥＤを順に同期させてスイッチオフして、照明装置の（光を出射するために駆動される）他のＬＥＤからの発光を所定の期間内で検出することによって行われる。ここで、周辺光の侵入度を変更することによって、個々のＬＥＤの相対的な色感度および光応答曲線を調整することが可能である。周辺光の当該程度を変更することは、（異なる材料をエピタキシャル法によって照明装置の上面に成長させることによって、または、特別なパッケージ材料を用いて）照明装置の上面からの活性領域の深さを変更することによって、実現され得る。
【００７２】
３つ（またはそれ以上）のＬＥＤ、例えば、赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ、および青色ＬＥＤから白色光を生成する（例えばディスプレイバックライト内の）装置の場合、これら３つのＬＥＤの相対的輝度、つまり白色点の制御が、非常に重要である。これは、赤色ＬＥＤ（ＧａＡｓ）が、典型的には、緑色ＬＥＤおよび青色ＬＥＤ（典型的にはＧａＮまたはＩｎＧａＮ）と異なる種類のものであり、これは、発光特性の時間、温度等への依存が、赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ、および青色のＬＥＤの間では極めて異なることを意味している。従ってこのような一組のＬＥＤの有色または白色点の制御は、１つまたは複数のさらなる光センサ（例えば光ダイオード）を必要としていた。典型的には、赤色、緑色、および青色の成分を個々に制御することを実現可能なように、３つのさらなる光センサが必要とされていた。
【００７３】
本発明のさらなる実施形態では、多数のＬＥＤを有する照明装置の白色点および有色の自己検出および制御を、別個に任意の光センサを設けずに実現可能である。制御は、周辺光の状態に依存して（全ての光源がスイッチオフされて周辺光を検知可能な検出期間を含むことによって）、または、周辺光の状態とは無関係に、行うことが可能である。
【００７４】
白色光を出射するために、３つの標準的なＬＥＤ（赤色、緑色、および青色）を備える照明装置を検討する（例えば図１２に示す照明装置）。検出モードでは、低い効率ではあるけれども赤色ＬＥＤを用いて緑色ＬＥＤおよび青色ＬＥＤからの発光を測定することができる。これは、緑色および青色の光子が、赤色ＬＥＤ内の電荷キャリアを励起させるのに十分なほど強力だからである。赤色ＬＥＤは、ピーク発光波長から離れた伝導帯中の励起がより低い効率を有し、赤色ＬＥＤのＬＥＤパッケージが、緑色および青色の透過には一般に適していないので、低効率になる。
【００７５】
同様に、緑色ＬＥＤは、青色ＬＥＤによって励起され得る。しかしながら、通常、緑色ＬＥＤまたは青色ＬＥＤが赤色ＬＥＤによって励起されることは不可能である。なぜなら、赤色ＬＥＤからの光子エネルギーは、緑色ＬＥＤまたは青色ＬＥＤのバンドギャップ中にキャリアを励起するには十分でないからである。例えば特開２００６−２６０９２７号公報の照明装置では、青色ＬＥＤはおよそ４３０〜４６０ｎｍの発光スペクトルを有し、緑色ＬＥＤはおよそ５００〜５７０ｎｍの発光スペクトルを有し、赤色ＬＥＤはおよそ６１０〜７８０ｎｍの発光スペクトルを有している。従って、特開２００６−２６０９２７号公報の照明装置の赤色ＬＥＤは、緑色ＬＥＤまたは青色ＬＥＤのバンドギャップ中にキャリアを励起させることはできない。本発明の本形態によれば、最も小さなバンドギャップ（図１２の赤色ＬＥＤ参照）を有するＬＥＤの発光スペクトルは、２番目に小さなバンドギャップを有するＬＥＤ（図１２の緑色ＬＥＤ参照）の発光スペクトルに重複している。
【００７６】
本実施形態の照明装置の構造は、一般的に、図１２の構造に類似している。しかしながら本実施形態では、図１３（ａ）に示すように、青色ＬＥＤおよび緑色ＬＥＤは、これらの発光領域２８が重複し合い、同様に赤色ＬＥＤおよび緑色ＬＥＤの発光領域が重複し合うように配置されている。ＬＥＤパッケージ（つまりＬＥＤの能動素子を封入しているパッケージ材料）はまた、光の広域スペクトルに対応することが可能なように設計されている。
【００７７】
ＬＥＤは、全てのＬＥＤがその大部分の時間において光を出射し、ＬＥＤを検出モードに切り替える期間（上述のように）が短くなるように制御され、照明装置の出力におけるあらゆる低減（フリッカー）を最小化することが好ましい。近接し合うＬＥＤは、通常、周辺光よりも極めて明るく、そのため一般的には、近接し合うＬＥＤからの光が、検出される光レベルを特色付けている。（これは、ここに記載する全ての実施形態にあてはまる。）
（全てのＬＥＤをオフ状態にする、周辺光を検出する任意の段階を、本実施形態および以下に記載する実施形態に適用してよい。自己修正の仕組みを明瞭なままで維持するために、この段階については図示していない。）
図１３（ｂ）は、３つのＬＥＤの動作を示す図である。期間１では、赤色ＬＥＤが検出モードにあり、青色ＬＥＤおよび緑色ＬＥＤが光を出射するために駆動される。従って期間１では、赤色ＬＥＤ１０３が、青色ＬＥＤおよび緑色ＬＥＤによって出射された光の強度を記録することになる。期間２では、緑色ＬＥＤが検出モードにあり、青色ＬＥＤおよび赤色ＬＥＤが駆動されて発光する。従って期間２では、緑色ＬＥＤ１０２が、青色ＬＥＤおよび赤色ＬＥＤによって出射された光の強度を記録することになる（従来技術の装置では、緑色ＬＥＤは、赤色ＬＥＤによって出射された光の強度を記録しないが、本発明では、赤色ＬＥＤおよび緑色ＬＥＤの発光スペクトルが互いに重複しているため、これが可能である）。期間３では、青色ＬＥＤが検出モードにあり、赤色ＬＥＤおよび緑色ＬＥＤが光を出射するために駆動される。従って期間３では、青色ＬＥＤ１０３が、緑色ＬＥＤによって出射された光の強度を低い効率で記録することになり（青色ＬＥＤおよび緑色ＬＥＤの発光領域／検出領域は重複しているため）、赤色ＬＥＤが、青色ＬＥＤによって記録された強度に与える影響は、極わずかになる。この段階では、赤色ＬＥＤは、精度を改善するためにオフ状態にされるが、これは任意である。他の期間では、赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ、および青色ＬＥＤの全てが光を出射するために駆動され、白色光源を提供することも可能である。
【００７８】
期間１、２、３において決定された強度から、ＬＥＤからの赤色、緑色、および青色の個々の強度を決定すること（較正を伴う）が可能である。照明装置からの全ての光出力が、所望のバランスを有していないこと、例えば正しい白色点を有していないことが分かると、１つまたは複数のＬＥＤの輝度を変化させることによって、出射された光のカラーバランスを制御することができる。従って本発明は、赤色ＬＥＤからの光の強度を決定するための光検出器を別個に設けなくても、各光源からの光の強度を決定することを可能にするものである。
【００７９】
ＬＥＤが互いに非常に近接しているので、オン状態状態にあるＬＥＤは、検出モードにあるＬＥＤに対し明るく見え、求められる積分時間は大幅に短縮され得る。検出期間の持続時間は、この積分時間によって決定されるため、極めて短い（例えば＜１０ミリ秒）。（検出期間の持続時間を短く保つことは、出力においてフリッカーが目立つという危険を最小化する。）２つの連続した検出工程の間隔は、用途の要件に適合するように選択され得る（例えば検出を、ビデオ速度で（例えばアクティブカラーコントロールの場合）、１時間に１回（例えばムード光の場合）、各スイッチオン時間に付き１回（例えばバックライトの場合）、１週間または１ヵ月に１回（例えば色ずれ検出の場合）行うことが可能である。検出プロセスを、手動により始動させることも可能である。（これは、ここに記載する全ての実施形態に当てはまる。）
本実施形態の照明装置は、好適な制御手段によって、赤色ＬＥＤが検出モードにあるモードと、緑色ＬＥＤが検出モードにあるモードと、青色ＬＥＤが検出モードにあるモードと、赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ、および青色ＬＥＤの全てが発光モードにあるモードとの間を切り替え可能である。上記好適な制御手段とは、例えば図１２に示す制御手段１４０に似た制御手段であり、各ＬＥＤを発光モード、検出モード、または、いずれのモードでもない状態にすることが可能である。例えば上記制御手段は、赤色ＬＥＤを所定の時間だけ検出モードにして、その後緑色ＬＥＤを所定の時間だけ検出モードにし、その後青色ＬＥＤを所定の時間だけ検出モードにし、その後全てのＬＥＤを発光モードにするように、プログラムされていてよい。期間１、２、３の持続時間は、他のＬＥＤからの発光の正確な測定を得るために求められる長さの時間だけ必要とされ、上述のように、好ましくは、照明装置からの出力においてフリッカーを回避するために、短時間に維持されている。期間１、期間２、および期間３の持続時間は、典型的には、１０ミリ秒またはそれよりも短くてよい。
【００８０】
制御手段は、例えば上述のような所定の間隔で、または、照明装置がスイッチオンされる各時間に、連続的にＬＥＤを検出モードにすることによって、光の強度の検出を行うようにプログラムされていてよい。
【００８１】
図１４（ａ）および１４（ｂ）は、本発明の他の一実施形態を示す図である。本実施形態は、図１３（ａ）および１３（ｂ）の実施形態に類似しているが、ここでは緑色ＬＥＤの発光領域および青色ＬＥＤの発光領域が重なり合っている必要がない点が異なっている。図１４（ａ）に示すように、赤色ＬＥＤの発光領域と緑色ＬＥＤの発光領域との間にのみ、重複部２９が存在している。２つのＬＥＤの発光スペクトルが重複しているならば、ランプの色を制御することが可能な小型の制御可能色域を生成する効果を有する。これは、簡素な白色点の制御の場合には問題とはならない。この効果は、図１４（ａ）および１４（ｂ）の実施形態では、図１３（ａ）および１３（ｂ）の実施形態よりも低減される。これは、図１４（ａ）および１４（ｂ）の実施形態では、緑色ＬＥＤが青色ＬＥＤの発光領域に重複していないためである。
【００８２】
図１４（ｂ）は、本実施形態の動作を示す図である。図１４（ｂ）の期間１、２は、図１３（ｂ）の期間１、２に対応し、緑色光＋青色光の強度、および、赤色光＋青色光の強度をそれぞれ検出する。
【００８３】
期間３では、赤色ＬＥＤまたは緑色ＬＥＤの一方を切り替えて検出させ、赤色ＬＥＤおよび緑色ＬＥＤの他方を駆動させて、発光させる。期間３では、青色ＬＥＤは、スイッチオフされている。つまり、青色ＬＥＤは光センサとしては用いられず、光を検出するために駆動されない。従って期間３では、緑色光の強度または赤色光の強度が検出される。他の期間では、赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ、および青色ＬＥＤの全てが、光を出射するために駆動され、白色光源を提供する。
【００８４】
期間１、２、３において決定された強度から、ＬＥＤからの赤色、緑色、および青色の個々の強度を決定すること（較正を伴って）が可能である。照明装置からの光出力のカラーバランスを検査して、必要ならば、上述のように補正してよい。
【００８５】
図１５（ａ）および１５（ｂ）は、本発明の他の一実施形態に係る照明装置の、検出モードにある光源の発光スペクトルおよび光源の動作を示す図である。この照明装置自体は、概して図１２に示す照明装置に対応しているが、独立して制御可能な４つのＬＥＤ（または他の光源）が存在する点が異なっている。この追加された１つのＬＥＤは、従来技術の場合のように光センサであるだけではなく、光を出射して、照明装置の輝度に貢献する。ＬＥＤは、１つの青色ＬＥＤ１０１、１つの緑色ＬＥＤ１０２、および、２つの赤色ＬＥＤ１０３１、１０３２である。赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ、および青色ＬＥＤの発光波長は重複している必要はないため、色域は保持される。最も小さなバンドギャップを有するＬＥＤおよび２番目に小さなバンドギャップを有するＬＥＤ（つまり２つの赤色ＬＥＤ）は、異なる発光スペクトルを有しているが、これらの発光スペクトルは、有意な重複部３０を有している必要がある。
【００８６】
４つのＬＥＤが存在するため、該４つのＬＥＤの強度を決定すると共に該４つのＬＥＤの制御を可能にするための、４つの測定が存在する必要がある。期間１では、緑色ＬＥＤが検出モードにあり、他のＬＥＤが光を出射するために駆動される。従って期間１では、緑色ＬＥＤが、青色ＬＥＤによって出射された光の強度を記録することになる。２つの赤色ＬＥＤの出力は、緑色ＬＥＤによっては検出されないが、図１５（ｂ）の期間１において、これら２つの赤色ＬＥＤを駆動して、出力された発光の途絶を最小化してもよい。（上記２つの赤色ＬＥＤは基本的にスイッチオフすることが可能であるが）。この照明装置は、検出プロセスが続く間は、依然として照明装置として動作する。２つの赤色ＬＥＤをオン状態に保持することによって、出力におけるフリッカーが現れる可能性を低減する（検出期間が短く維持されても、いずれにしてもフリッカーが顕著になることは有り得ないが）と共に、出力の輝度を維持することが可能である。
【００８７】
期間２では、２つの赤色ＬＥＤの一方が検出モードにあり、青色ＬＥＤおよび緑色ＬＥＤが光を出射するために駆動される。他方の赤色ＬＥＤは、スイッチオフされ、つまり検出モードにはなく、且つ、光を出射するためにも駆動されない。従って期間２では、検出モードにある赤色ＬＥＤが、青色ＬＥＤおよび緑色ＬＥＤによって出射された光の強度を記録することになる。
【００８８】
期間３では、２つの赤色ＬＥＤの一方が検出モードにあり、他方の赤色ＬＥＤ、並びに、緑色ＬＥＤおよび青色ＬＥＤが光を出射するために駆動される。従って、赤色ＬＥＤ  Ｒ２が検出モードにあるならば、これが、青色ＬＥＤおよび緑色ＬＥＤによって、および、他の赤色ＬＥＤ  Ｒ１によって出射された光の強度を記録することになる。
【００８９】
最後に、期間４では、期間３において検出モードにあった赤色ＬＥＤが切り替えられて、光を出射するが、期間３において発光するために駆動された赤色ＬＥＤは、検出モードに切り替えられる。従って、赤色ＬＥＤ  Ｒ２が期間３において検出モードにあったならば、期間４では、赤色ＬＥＤ  Ｒ１が検出モードになり、赤色ＬＥＤ  Ｒ１が、青色ＬＥＤおよび緑色ＬＥＤによって、および、他方の赤色ＬＥＤ  Ｒ２によって出射された光の強度を記録することになる。
【００９０】
（上述の理由により、期間３または期間４では、照明装置の出力の途絶を最小化するために、緑色ＬＥＤおよび青色ＬＥＤが駆動されることが好ましい。）
他の一期間では、青色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ、および、２つの赤色ＬＥＤが光を出射するために駆動されて、白色光出力を供給する。ＬＥＤからの赤色光、緑色光、および青色光の個々の強度は、期間１、２、３、４において決定された強度から決定すること（較正を伴って）が可能である。照明装置からの光出力のカラーバランスを検査して、必要ならば、上述のように補正してもよい。
【００９１】
図１６（ａ）および１６（ｂ）は、本発明の他の一実施形態に係る照明装置の、検出モードにある光源の発光スペクトルおよび光源の動作を示す図である。照明装置自体は、一般的に、独立して制御可能な４つのＬＥＤ（または他の光源）が存在する点において、図１５（ａ）および１５（ｂ）の照明装置に対応している。この追加的な１つのＬＥＤは、従来技術の場合のように光センサであるだけではなく、光を出射して照明装置の輝度に貢献している。
【００９２】
図１６（ａ）および図１６（ｂ）の具体的な実施形態では、４つの光源は、青色ＬＥＤ１０１、青緑色ＬＥＤ１０４、緑色ＬＥＤ１０２、および、赤色ＬＥＤ１０３である。本実施形態は、これら４つの特定のＬＥＤに制限されているものではなく、基本的に、異なる発光特性の任意の４つのＬＥＤを用いてもよい。唯一の要件は、波長が最も長い２つのＬＥＤが、発光スペクトルにおいて、従って吸収スペクトルにおいて、大きな重複部３１を有していることである。こうすることによって、４つのＬＥＤは、図１５（ａ）および図１５（ｂ）と同一の仕組みを用いて制御可能である。
【００９３】
期間１では、２番目に短い発光波長を有するＬＥＤが光センサとして用いられ、他のＬＥＤが光を出射するために駆動される。従って期間１では、２番目に短い発光波長を有するＬＥＤが、最も短い発光波長を有するＬＥＤによって出射された光の強度を記録することになる。図１６（ａ）の例では、２番目に短い発光波長を有するＬＥＤは、青緑色ＬＥＤであり、光センサとして用いられる。つまり、青緑色ＬＥＤが、青色ＬＥＤによって出射された光の強度を記録することになる。（ここでも、他のＬＥＤの出力は緑色ＬＥＤによっては検出されないが、照明装置の出力を維持するために、図１５（ｂ）の期間１において、他のＬＥＤは駆動されることが好ましい。）
期間２では、最も長い発光波長を有するＬＥＤが光センサとして用いられ、２番目に長い発光波長を有するＬＥＤがスイッチオフされ、他のＬＥＤが光を出射するために駆動される。従って期間２では、最も長い発光波長を有するＬＥＤが、最も短い発光波長および２番目に短い発光波長を有する２つのＬＥＤによって出射された光の強度を記録することになる。図１６（ａ）の例では、最も長い波長を有するＬＥＤは赤色ＬＥＤであり、期間２において光センサとして用いられる。つまり、赤色ＬＥＤが、青緑色ＬＥＤおよび青色ＬＥＤによって出射された光の強度を記録することになる。
【００９４】
期間３では、２番目に長い発光波長を有するＬＥＤが検出モードにあり、他の全てのＬＥＤが光を出射するために駆動される。２番目に長い発光波長を有するＬＥＤは、他の全てのＬＥＤからの光を検出する。これは、２番目に長い発光波長を有するＬＥＤの発光スペクトルが、最も長い発光波長を有するＬＥＤの発光スペクトルと重複しているからである。図１６（ａ）の例では、２番目に長い波長を有するＬＥＤは、緑色ＬＥＤであり、期間３において光センサとして用いられる。つまり、緑色ＬＥＤが、赤色ＬＥＤ、青緑色ＬＥＤ、および青色ＬＥＤによって出射された光の強度を記録することになる。
【００９５】
最後に、期間４では、最も長い発光波長を有するＬＥＤが検出モードにあり、他の全てのＬＥＤが光を出射するために駆動される。最も長い発光波長を有するＬＥＤが、他の全てのＬＥＤからの光を検出する。図１６（ａ）の例では、最も長い波長を有するＬＥＤは、赤色ＬＥＤであり、期間４において光センサとして用いられる。つまり、赤色ＬＥＤが、緑色ＬＥＤ、青緑色ＬＥＤ、および青色ＬＥＤによって出射された光の強度を記録することになる。
【００９６】
（ここでも、照明装置の出力を維持するために、期間３または４において、青緑色ＬＥＤおよび青色ＬＥＤが駆動されることが好ましい。）
別の一期間では、青色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ、および赤色ＬＥＤが光を出射するために駆動され、白色光出力を供給する。期間１、２、３、４において決定された強度から、ＬＥＤからの赤色光、緑色光、および青色光の個々の強度を決定すること（較正を伴って）が可能である。照明装置からの光出力のカラーバランスを検査して、必要ならば、上述のように補正してもよい。
【００９７】
図１６（ａ）および図１６（ｂ）の実施形態を一般化して、例えば４つよりも多いＬＥＤを設けることが可能である。この一般化は、Ｘ個のＬＥＤの場合であり、ここで、最も波長の長い２つのＬＥＤの発光特性／検出特性は、互いに重複している。他のＬＥＤの発光特性／検出特性が重複している（これは最も大きな色域を提供する）必要はないが、これらが重複していてはいけないこともない。ＬＥＤ１が最も短い波長を有し、ＬＥＤ  ＮがＬＥＤ（Ｎ−１）よりも長い波長を有し、ＬＥＤ（Ｘ−１）およびＬＥＤＸが最も長い波長を有すると共に重複した発光波長範囲を有する。Ｘ個のＬＥＤが存在するため、各ＬＥＤからの光の強度を決定するために、Ｘ回（またはそれ以上）の測定が必要とされる。想定可能なステップの順番は、次の通りである。
ａ）  ＬＥＤ２をスイッチオフして、ＬＥＤ１を検出する。ＬＥＤ３等は、これらがＬＥＤ２の検出範囲と重複する場合のみ、スイッチオフされる必要がある。
ｂ）  ＬＥＤ３をスイッチオフして、ＬＥＤ１および２を検出する。ＬＥＤ４等は、これらがＬＥＤ３の検出範囲と重複する場合のみ、スイッチオフされる必要がある。
ｃ）  これは、ＬＥＤＸを含むまで継続される。一般的に、ｎ回目の期間において、第１のＬＥＤ〜第ｎのＬＥＤまでの光の分光分布が、第（ｎ＋１）のＬＥＤを光センサとして用いて検知されることから、（Ｘ−１）回目のステップにおいて、第１のＬＥＤ〜第（Ｘ−１）のＬＥＤまでの光の分光分布が、第ＸのＬＥＤを光センサとして用いて検知されるまで続けられる。
【００９８】
従って、ＬＥＤＸ以外の全てのＬＥＤの輝度を決定することが可能である。
【００９９】
その後、ＬＥＤ（Ｘ−１）は、ＬＥＤＸの検出をオン状態にする。他のＬＥＤがオン状態にあるかまたはオフ状態にあるかは重要でない。なぜなら、他のＬＥＤの輝度（および、ＬＥＤＸがオフ状態である場合に、ＬＥＤ（Ｘ−１）に与える影響）は公知であるからである（説明したように、他のＬＥＤは、出力におけるフリッカーを最小化するために、オン状態に維持されていることが好ましい）。
【０１００】
従って、Ｘ個のＬＥＤのためのＸ個の測定ステップが存在する。
【０１０１】
他の期間では、全てのＸ個のＬＥＤが光を出射するために駆動される。
【０１０２】
これらのステップの順番は、上記した順番と異なっていてもよい。さらに、Ｘ個の各光源の分光分布を識別することが可能なＸ個の（またはそれ以上の）測定方法が存在するならば、本発明は、これらのステップに限定されない。
【０１０３】
例えば、第ＮのＬＥＤからの出射を検出するために第（Ｎ＋１）のＬＥＤを用いる必要はない。基本的に、１つのＬＥＤからの出射は、他のＬＥＤのうちの、より長い発光波長を有する任意のＬＥＤによって検出され得る。（分かり易くするために、第（Ｘ−１）のＬＥＤおよび第ＸのＬＥＤ以外のＬＥＤが、重複する発光スペクトルを有している可能性は考慮しない。しかし、他のＬＥＤの発光特性が重複するならば、１つのＬＥＤからの出射の測定は、検出器よりも長い発光波長を有する他のＬＥＤを用いることに限定されないであろう。）基本的に、ＬＥＤ１からの出射は、ＬＥＤ２からＬＥＤＸのうちの任意のＬＥＤによって検出され、ＬＥＤ２からの出射は、ＬＥＤ３からＬＥＤＸのうちの任意のＬＥＤによって検出され得る。その他も同様である。しかしながら、提案した仕組みでは、各期間において、検出モードにあるＬＥＤだけ（ＬＥＤ（Ｘ−１）およびＬＥＤＸの発光特性だけが重複していると想定すると）が、光を出射する必要がないという利点を有している。そのため、照明装置からの出力の低減は最小に維持される。これに関して、一例として、ＬＥＤ１からの出射を検出するためにＬＥＤ３を用いるならば、ＬＥＤ３が、ＬＥＤ１およびＬＥＤ２からの出射を組み合わしたものを記録することになるか、または、ＬＥＤ１からの出射だけを記録するためにＬＥＤ２をスイッチオフすることが必要になることは明らかであろう。
【０１０４】
さらなる一例として、最も波長の長い２つのＬＥＤの発光スペクトルが互いに重複しているとすれば、５つまたはそれ以上のＬＥＤ（または他の光源）を用いてもよい。（他の発光スペクトルが互いに重複していてもよい。）これについては、図１７（ａ）および図１７（ｂ）に図示されている。図１７（ａ）は、（図１６（ａ）と比べて）余分に１つの黄色ＬＥＤ１０５を示している。黄色ＬＥＤの発光スペクトルは、赤色ＬＥＤの発光スペクトルと重複している。求められる測定ステップの最低数は、ＬＥＤの数と等しい。そのため、５つのＬＥＤが用いられる実施形態では、５つの測定ステップが必要とされる。
【０１０５】
図１７（ｂ）は、図１７（ａ）の５つのＬＥＤの想定可能な一連の測定ステップを示す図である。
【０１０６】
期間１では、２番目に短い発光波長を有するＬＥＤが光センサとして用いられ、他のＬＥＤが光を出射するために駆動される。従って、期間１では、２番目に短い発光波長を有するＬＥＤが、最も短い発光波長を有するＬＥＤによって出射された光の強度を記録することになる。図１７（ａ）の例では、２番目に短い発光波長を有するＬＥＤは青緑色ＬＥＤであり、この青緑色ＬＥＤが、光センサとして使用される。つまり、青緑色ＬＥＤが、青色ＬＥＤによって出射された光の強度を記録することになる。
【０１０７】
期間２では、３番目に短い発光波長を有するＬＥＤが光センサとして用いられ、他のＬＥＤが光を出射するために駆動される。従って期間２では、３番目に短い発光波長を有するＬＥＤが、最も短い発光波長を有するＬＥＤおよび２番目に短い発光波長を有するＬＥＤによって出射された光の強度を記録することになる。図１７（ａ）の例では、３番目に短い発光波長を有するＬＥＤは緑色ＬＥＤであり、期間２において光センサとして用いられる。つまり、緑色ＬＥＤが、青色ＬＥＤおよび青緑色ＬＥＤによって出射された光の強度を記録することになる。
【０１０８】
期間３では、２番目に長い発光波長を有するＬＥＤが光センサとして用いられ、最も長い発光波長を有するＬＥＤはスイッチオフされ、他のＬＥＤは光を出射するために駆動される。従って期間３では、２番目に長い発光波長を有するＬＥＤが、最も短い発光波長、２番目に短い発光波長、および、３番目に短い発光波長を有する、３つのＬＥＤによって出射された光の強度を記録することになる。図１７（ａ）の例では、２番目に長い波長を有するＬＥＤは黄色ＬＥＤであり、期間３において光センサとして用いられる。つまり、黄色ＬＥＤが、緑色ＬＥＤ、青緑色ＬＥＤ、および青色ＬＥＤによって出射された光の強度を記録することになる。
【０１０９】
期間４では、最も長い発光波長を有するＬＥＤが検出モードにあり、他の全てのＬＥＤは光を出射するために駆動される。最も長い発光波長を有するＬＥＤは、他の全てのＬＥＤからの光を検出する。図１７（ａ）の例では、最も長い波長を有するＬＥＤは赤色ＬＥＤであり、期間４において光センサとして用いられる。つまり、赤色ＬＥＤが、黄色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ、青緑色ＬＥＤ、および青色ＬＥＤによって出射された光の強度を記録することになる。
【０１１０】
最後に、期間５では、２番目に長い発光波長を有するＬＥＤが検出モードにあり、他の全てのＬＥＤは光を出射するために駆動される。２番目に長い発光波長を有するＬＥＤが、他の全てのＬＥＤからの光を検出する。なぜなら、２番目に長い発光波長を有するＬＥＤの発光スペクトルが、最も長い発光波長を有するＬＥＤの発光スペクトルと重複しているからである。図１７（ａ）の例では、２番目に長い波長を有するＬＥＤは黄色ＬＥＤであり、期間５において光センサとして用いられる。つまり、黄色ＬＥＤが、赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ、青緑色ＬＥＤ、および青色ＬＥＤによって出射された光の強度を記録することになる。
【０１１１】
図１３（ｂ）〜図１７（ｂ）に示した駆動の種々の仕組みを、図示した仕組みから変更させてもよいことに留意されたい。特に、期間の順番は、示した順番に限定されるものではない。さらに本発明は、図示したステップそのものに限定されるものではない。Ｘ個の光源を有する照明装置では、強度のＸ個の異なる組み合わせを測定するものと仮定すると、全ての光源の個々の強度を決定することが基本的に可能である。さらに、図１５（ｂ）〜図１７（ｂ）の仕組みでは、最も波長の長い２つのＬＥＤを入れ替えてもよい。つまり、例えば図１７（ｂ）のステップ３において、黄色ＬＥＤをオフ状態にして赤色ＬＥＤを検出することは、図示した結果と同じ結果を生じさせる。
【０１１２】
本発明の本形態に係る照明装置について、特に、白色光出力を提供するように３つまたはそれ以上の異なる発光スペクトルを有するＬＥＤを備える実施形態を参照して説明した。しかしながら本発明は、このような照明装置に限定されない。一例として、１つまたは複数のＬＥＤを用いて材料または材料の組み合わせを励起させることによって、例えば白色光出力といった広域の波長出力を提供することが知られている。上記材料または材料の組み合わせは、励起させると、広域の波長帯にわたって光を再出射する。これは、例えば青色ＬＥＤを用いて好適な蛍光体または他の好適な材料を励起させることによって実現可能である。
【０１１３】
本発明の原理によれば、この種の照明装置に、互いに異なるが重複している発光特性を有する（少なくとも）２つの青色ＬＥＤを設けることが可能である。通常の動作では、両方の青色ＬＥＤが光を出射するために駆動される。しかし照明装置の出力強度は、一方の青色ＬＥＤを駆動して光を出射させ、他方の青色ＬＥＤを検出モードに置くことによって確認可能である。１つの青色ＬＥＤが、出射体として、および、周辺スペクトルの一部だけを処理する検出器として機能する（青色ＬＥＤの応答速度曲線は可視スペクトル全体にわたっていない）。しかし、青色スペクトル領域において出力強度の光の変化がより顕著な用途もあり、この実施形態はこういった用途に特に有効である。例えば本実施形態は、携帯型カメラのＬＥＤ閃光（フラッシュ）装置において極めて有用であり得る。
【０１１４】
この種の照明装置は、１つの青色ＬＥＤを検出モードにして、他のＬＥＤを駆動して光を出射させることによって、周辺光の強度を検出することも可能である。ここで、周辺光の変化が青色スペクトル領域においてより顕著であり、そのため、青色スペクトルの周辺光の強度を検出するだけで十分である用途もある。
【０１１５】
本発明の実施形態を、ＬＥＤを光源として説明してきた。しかしながら本発明は、ＬＥＤに限定されず、本発明の照明装置は、ＬＥＤ以外の光源を有してよい。
【０１１６】
本発明の照明装置では、赤色ＬＥＤの発光スペクトルと緑色ＬＥＤの発光スペクトルとの間の重複（または、一般的にいうと、最も小さなバンドギャップを有する光源の発光スペクトルと２番目に小さなバンドギャップを有する光源の発光スペクトルとの間の重複）の範囲は、緑色ＬＥＤが検出モードにあり、赤色ＬＥＤが光を出射するために駆動される時に、緑色ＬＥＤが検出可能な電流を生成できる程度に十分であることが求められる。上記検出可能な電流とは、使用可能な電流測定技術を用いて、赤色ＬＥＤからの出力強度を正確に決定することが可能な程度の十分な精度を伴って測定され得る電流である（または、一般的にいうと、２番目に小さなバンドギャップを有する光源が検出モードにあり、最も小さなバンドギャップを有する光源が光を出射するために駆動されている時、２番目に小さなバンドギャップを有する光源が、検出可能な電流を生成する。上記検出可能な電流とは、使用可能な電流測定技術を用いて、最も小さなバンドギャップを有する光源からの出力強度を正確に決定することが可能な程度に十分な精度を伴って測定され得る電流である）。好ましくは、赤色ＬＥＤからの出力（または、一般的にいうと、最も小さなバンドギャップを有する光源からの出力）は、他の光源からの出力と同様の精度で測定可能であり、そのため、照明装置の全体的な出力スペクトルの正確な測定が行われ得る。
【０１１７】
最も小さなバンドギャップを有する光源の発光スペクトルと２番目に小さなバンドギャップを有する光源の発光スペクトルとの重複の範囲は、能動素子の光源を包囲するパッケージ材料の光透過性に依存し得る。パッケージ材料によって吸収される、最も小さなバンドギャップを有する光源からの光量が大きければ大きいほど、２番目に小さなバンドギャップを有する光源において、検出可能な電流を得るために必要な発光スペクトル間の重複の程度は大きくなる。上述のように、パッケージ材料の吸収を最小化するために、ＬＥＤ能動素子を封入しているパッケージ材料が広い透過スペクトルを有していることが好ましい。
【０１１８】
本発明の照明装置は、検出モードにおいて１つの光源からの出力電流を検出するための好適な検出回路を含む。好ましくは、各光源は、図１２に一般的に示したように、それぞれ１つの関連する検出回路を有していてよく、検出回路の出力は、照明装置の出力スペクトルの決定および標的出力スペクトルとの比較を行う処理装置に送信される。検出回路は、例えば図７に示した検出回路であってよい。
【０１１９】
上述の実施形態の説明では、光センサとして用いられたＬＥＤ（または他の光源）が、周辺光（または照明装置の他の光源からの光）を正確に検出すると仮定している。この仮定は、例えばカメラの閃光装置のようないくつかの場合では適切である。しかし、照明がディスプレイ用のバックライトとして用いられる場合には適切でない。なぜなら、光センサとして用いられる光源に到達する周辺光は、ディスプレイを通過しなければならず、従って検出された強度およびカラーバランスは、ディスプレイによる画像表示に影響され得るからである。本発明の照明装置をディスプレイ用バックライトとして用いる場合、周辺光の分光分布が測定される時はいつでも、このディスプレイが最大限に透過されるようにすることが必要である。
【０１２０】
従って本発明の他の一形態は、導光体を有する照明装置を提供する。上記導光体は、周辺光が、照明装置によって照射されたディスプレイを通過しないで、光センサとして用いられる光源に到達することを可能にしている。本実施形態では、ＬＣディスプレイを介した周辺透過によって生じる大幅な輝度の低減、および、ディスプレイに表示される対象に応じた低減が回避され得る。この変形例はまた、周辺測定を行う場合に、ディスプレイを透明に切り替える必要がないことを意味している（透明に切り替えることは、後の画質低下を伴う）。
【０１２１】
本実施形態は図１８に示されている。照明装置の発光ユニット１００からの光は、導光体３６に、導光体３６の１つの端面を通って入射する。本発明によれば、導光体３６の、発光ユニット１００側でない端部に、さらなる素子が設けられている。ここで導光体３６は、導光体の本体に対してほぼ直角に延び、４５度の角度を有する鏡３５を用いて、凸型レンズの端点３４まで延びている。導光体の本体の上面は、光の出射面を形成し、使用時に照射されるディスプレイは、導光体のこの光の出射面に向かい合って配置される。導光体は、端点３４が照射されるディスプレイ３８の前面の上方に配置されており、周辺光４００を集めることが可能である。レンズの端部３４の上方には、任意で拡散器３３を設けてもよい。
【０１２２】
図１８は、導光体の本体に対してほぼ直角に延びる導光体３６を示す図であり、この直角に延びた導光体３６は、多くの用途において、審美的理由から好ましい。しかしながら、本発明は、これに限定されるものでなく、導光体３６は、導光体の本体に対して任意の角度で延びていてよい。
【０１２３】
導光体の伸張部分は、導光体の全幅に亘って延びており、外部からの周辺光がＬＣＤおよび他の部品を迂回するようにしている。ディスプレイを通過する周辺光は、ディスプレイ、偏光子、およびフィルムによって大幅に減衰され、導光体の光取り出し素子３７に応じて、光をＬＥＤの方に結合させる。本実施形態では、周辺光は、レンズの端点３４、および、存在するならば拡散器３３を介して導光体の端部に直接結合される。レンズの端点３４において導光体に入射する光は、発光ユニット１００に導かれ、ディスプレイ３８を通過することなく、光センサとして機能する光源に達する。
【０１２４】
導光体の端点３４の開口領域は、ディスプレイの全領域よりも小さいが、典型的なディスプレイおよびバックライトを適切に設計することによって、端点３４の開口領域は、本方法によって、ディスプレイを直接通過する場合に比べて１０倍の光をＬＥＤに到達させることができるように作られている。
【０１２５】
典型的な導光体の場合、該導光体の表面に、ＬＥＤからの光を導光体から取り出すための複数の光取り出し素子を有しているが、これらの光取り出し素子は照明装置の損失の源となるであろう。加えて、本発明において用いている導光体は、そのような典型的な導光体から取り出すことができないＬＥＤ光を出射することができるが、拡散器を好適に設計することによって損失は最小となり、導光体のこの部分よりも前に、多くの光が取り出されることになる。
【０１２６】
この損失を低減するために、導光体のレンズの端部を通る光の損失を増大させる作用を有するように、導光体における光取り出し素子を再設計することが可能である。
【０１２７】
本発明の原理および利点を完全に理解するために、添付の図面と合わせて、次の詳細な説明を参照されたい。
【０１２８】
ここに記載される本発明は、同様に、多くの形態に変形可能であることは明らかであろう。このような変形例は、本発明の原理および範囲から逸脱するものであると見なされるものではなく、これらの全ての変形は、当業者には明らかなように、次の特許請求の範囲内に含まれることが意図されている。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
異なる発光スペクトルを有する複数の光源と、
上記複数の光源のうちの少なくとも１つの光源を光センサとして用いて光の強度を検知する検出回路と、
検知された上記光の強度に応じて上記光源を駆動する駆動手段とを備えており、
上記複数の光源の発光スペクトルは、可視光スペクトルであり、
最も小さなバンドギャップを有する光源の発光スペクトルは、２番目に小さなバンドギャップを有する光源の吸収スペクトルに重複していることを特徴とする照明装置。
【請求項２】
上記検出回路は、上記複数の光源のうちの少なくとも１つの光源を光センサとして用いて、光の強度の分光分布をさらに検知するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
【請求項３】
上記駆動手段はさらに、検知された上記光の強度に応じて上記光源を駆動するように構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の照明装置。
【請求項４】
上記検出回路は、或る期間に、いずれの光源も発光しないように上記複数の光源を駆動しながら、上記少なくとも１つの光源を用いて光の強度を検知するように構成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の照明装置。
【請求項５】
別の期間に、上記複数の光源のうちの１つの第１の光源を光センサとして用いて光の分光分布を検知し、かつ、上記複数の光源のうちの、上記第１の光源とは異なる１つの第２の光源を発光させることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の照明装置。
【請求項６】
上記駆動手段は、複数の上記光源を駆動して、所望の出力強度分布を得るように構成されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の照明装置。
【請求項７】
上記駆動手段は、光源を駆動するための駆動回路と、上記駆動回路を制御するための制御装置とを備え、上記制御装置は、使用時に、上記検出回路からの入力を受信することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の照明装置。
【請求項８】
上記制御装置は、使用時に、複数の上記光源の所望のスペクトル出力を決定することを特徴とする請求項７に記載の照明装置。
【請求項９】
上記期間に上記検出回路を上記少なくとも１つの光源に接続させるための第１のスイッチを備えていることを特徴とする請求項４〜８のいずれか１項に記載の照明装置。
【請求項１０】
第２の期間に上記駆動手段を上記第２の光源に接続させるための第２のスイッチを備えていることを特徴とする請求項９に記載の照明装置。
【請求項１１】
総数Ｘ個（Ｘは整数）の光源を有しており、
第ｎの光源の平均発光波長は、第（ｎ−１）の光源の平均発光波長よりも大きく、
第Ｘの光源の発光スペクトルは、第（Ｘ−１）の光源の吸収スペクトルに重複していることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の照明装置。
【請求項１２】
第１の期間において、上記第１の光源からの光の強度を、第２の光源〜第Ｘの光源のうちの１つの光源を光センサとして用いて検知し、
第２の期間において、上記第１の光源および上記第２の光源からの光の強度を、第３の光源〜第Ｘの光源のうちの１つの光源を光センサとして用いて検知し、
第ｎの期間において、上記第１〜第ｎの光源からの光の強度を、第（ｎ＋１）の光源〜第Ｘの光源のうちの１つの光源を光センサとして用いて検知し、
第（Ｘ−１）の期間において、上記第１〜第（Ｘ−１）の光源からの光の強度を、第Ｘの光源を光センサとして用いて検知し、
第Ｘの期間において、第Ｘの光源からの光の強度を、第（Ｘ−１）の光源を光センサとして用いて検知するように構成されていることを特徴とする請求項１１に記載の照明装置。
【請求項１３】
上記第１の期間〜第Ｘの期間とは異なる期間において、上記第１の光源〜第Ｘの光源のうちのいずれの光源も点灯されていない時の光の強度を検知し、これによって周辺光の強度を検知するようにさらに構成されていることを特徴とする請求項１２に記載の照明装置。
【請求項１４】
上記異なる期間において、上記第１の光源〜第Ｘの光源のうちのいずれの光源も点灯されていない時の光の分光分布を検知し、これによって周辺光の分光分布を検知するように構成されていることを特徴とする請求項１３に記載の照明装置。
【請求項１５】
上記光源から光を受けるための導光体をさらに備え、
上記導光体は、光を出射する第１の部分と、周辺光を受ける第２の部分とを有し、上記導光体は、使用時に、被照明物の範囲が、上記導光体の第２の部分に及ばないように形成されていることを特徴とする請求項１〜１４のいずれか１項に記載の照明装置。
【請求項１６】
１つまたは複数の光源と、
上記光源のうちの少なくとも１つの光源を光センサとして用いて光の強度を検知するための検出回路と、
検知された上記光の強度に応じて上記光源を駆動するための駆動手段と、
上記光源からの光を受けるための導光体とを備えており、
上記光源は、可視光を出射する光源であり、
上記導光体は、光を出射する第１の部分と、上記第１の部分とは異なる、周辺光を受けるための第２の部分とを有し、上記導光体は、使用時に、被照明物の範囲が、上記導光体の第２の部分に及ばないように形成されていることを特徴とする照明装置。
【請求項１７】
画像表示パネルと、
上記画像表示パネルを照明する請求項１〜１６のいずれか１項に記載の照明装置と、を備えていることを特徴とするディスプレイ。
【請求項１８】
上記照明装置は、請求項１５または１６に記載の照明装置であり、
上記画像表示パネルは、上記導光体の第１の部分に隣接して配置されていることを特徴とする請求項１７に記載のディスプレイ。
【請求項１９】
請求項１〜１６のいずれか１項に記載の照明装置を備えていることを特徴とする閃光装置。
【請求項２０】
異なる可視光の発光スペクトルを有する複数の光源を備え、最も小さなバンドギャップを有する光源の発光スペクトルが、２番目に小さなバンドギャップを有する光源の吸収スペクトルに重複している照明装置の動作方法であって、
上記最も小さなバンドギャップを有する光源を駆動して発光させるステップと、
上記２番目に小さなバンドギャップを有する光源を用いて、上記最も小さなバンドギャップを有する光源によって出射された光の強度を検知するステップとを含むことを特徴とする照明装置の動作方法。
【国際調査報告】
2010529590.tif 000026
2010529590.tif 000027