(57)【要約】【課題】光源のコスト及び製品設計サイクル時間を低減すること。【解決手段】光源(50)と、目標光源(58)の色に近い色を提供するように光源をプログラミングするための方法。光源は、第1と第2の制御信号によって決定され、モニタ回路出力を目標信号と一致させるフィードバックコントローラ(40)により設定される強度の第1と第2の波長の光を生成する。目標信号は、光源(50)を目標光源(58)にさらし、光源内に組み込まれた一組の光検出器(51-53)からの出力を観測することにより、フィードバックコントローラに入力される目標値(42)から生成される。一実施形態(図３)において、モニタ回路の光検出器(16-18)は、このプログラミング機能のために使用される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源であって、
第１の制御信号により設定される第１の波長および第１の強度の第１の光信号と、第２の制御信号により設定される第２の波長および第２の強度の第２の光信号とを生成する光生成器と、
前記第１の強度により決定される振幅を有する第１のモニタ信号と、前記第２の強度により決定される振幅を有する第２のモニタ信号とを生成する光モニタと
目標光信号を受信するためのポートを有する目標信号生成器であって、第１の目標値を表す振幅を有する第１の目標信号と、前記目標光信号から第２の目標値を表す振幅を有する第２の目標信号とを生成する目標信号生成器と、
前記第１及び第２のモニタ信号が、前記第１及び第２の目標信号に対する一定の関係をそれぞれ有するように、前記第１及び第２の制御信号を生成するフィードバックコントローラとを含む、光源。
【請求項２】
前記フィードバックコントローラが、複数の第１及び第２の目標エントリを格納するためのメモリを含み、前記第１及び第２の目標値が、目標値選択信号に応答して前記複数の第１及び第２の目標エントリから選択される、請求項１に記載の光源。
【請求項３】
前記目標値選択信号により、前記フィードバックコントローラが、時間の関数として変化する第１及び第２の目標値のシーケンスを利用する、請求項１に記載の光源。
【請求項４】
前記第１及び第２の目標値が、前記目標光信号から周期的に求められる、請求項１に記載の光源。
【請求項５】
前記光生成器が、前記第１及び第２の光信号を生成するための第１及び第２のＬＥＤをそれぞれ含む、請求項１に記載の光源。
【請求項６】
前記光生成器が、前記第１及び第２の光信号を生成するための第１及び第２のレーザをそれぞれ含む、請求項１に記載の光源。
【請求項７】
前記光モニタは、前記第１の波長で受光する光の強度に対して第１の関数関係を有する信号を生成する第１のモニタ光検出器を含み、前記目標信号生成器は、前記第１の波長で受光する光の強度に対して前記第１の関数関係を有する信号を生成する第１の目標光検出器を含む、請求項１に記載の光源。
【請求項８】
前記光モニタは、前記第２の波長で受光する光の強度に対して第２の関数関係を有する信号を生成する第２のモニタ光検出器をさらに含み、前記目標信号生成器は、前記第２の波長で受光する光の強度に対して前記第２の関数関係を有する信号を生成する第２の目標光検出器をさらに含む、請求項７に記載の光源。
【請求項９】
前記第１のモニタ光検出器および前記第１の目標光検出器は、前記第２の波長の光の少なくとも一部が前記第１のモニタ光検出器および前記第１の目標光検出器に到達するのを阻止するための同一の光フィルタを含む、請求項７に記載の光源。
【請求項１０】
前記フィードバックコントローラは、前記第１のモニタ光検出器および前記第１の目標光検出器が校正光源にさらされた時に、前記第１のモニタ信号を前記第１の目標信号に関連付ける校正値を含む、請求項１に記載の光源。
【請求項１１】
前記フィードバックコントローラが、前記第１及び第２の目標値を格納するためのメモリを含み、前記フィードバックコントローラが受信した校正制御信号に応答して、前記フィードバックコントローラによって前記第１及び第２の目標値が前記目標光信号から生成されて、前記メモリに格納される、請求項１に記載の光源。
【請求項１２】
前記目標信号生成器のポートは、前記目標光信号が前記光モニタを照明するように配置され、前記フィードバックコントローラが前記第１及び第２の目標値を格納するためのメモリを含み、前記目標信号生成器により、前記フィードバックコントローラは、前記光生成器が光を生成しない時間期間中に、前記第１及び第２のモニタ信号から前記第１及び第２の目標値を生成し、前記第１及び第２の目標値を前記メモリに格納する、請求項１に記載の光源。
【請求項１３】
第１の制御信号により設定される第１の波長および第１の強度の第１の光信号と、第２の制御信号により設定される第２の波長および第２の強度の第２の光信号とを生成する光源を制御するための方法であって、
前記第１及び第２の光信号を監視して、前記第１及び第２の強度により決定される振幅をそれぞれ有する第１及び第２のモニタ光信号を生成するステップと、
前記第１及び第２のモニタ信号が、前記第１及び第２の目標信号に対してそれぞれ一定の関係を有するように前記第１及び第２の制御信号を調節するステップとを含み、
前記第１及び第２の目標信号が、前記光源を目標光信号にさらすことにより生成される第１及び第２の目標値から生成される、方法。
【請求項１４】
前記光源が、前記第１及び第２の光信号を監視するためのモニタ回路を含み、前記モニタ回路が前記目標光信号にさらされて、前記第１及び第２の目標値を生成する、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記第１及び第２の目標値が、前記光源を前記目標光信号にさらした後に前記光源内に格納される、請求項１３に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光源に関し、より具体的には、既存の光源に取って代わるように設計された光源に関する。
【背景技術】
【０００２】
発光ダイオード（ＬＥＤ）は、白熱ランプ及び蛍光光源などの従来の光源に取って代わる魅力的な候補である。ＬＥＤは、より高い光変換効率とより長い寿命を有する。残念ながら、ＬＥＤが生成する光のスペクトル帯域は、比較的狭い。このため、任意の色を有する光源を製作するには、一般に、複数のＬＥＤを有する複合光源が利用される。例えば、赤色、青色、及び緑色の放射ＬＥＤからの光を組み合わせることにより、特定の色に一致すると知覚される発光を提供するＬＥＤベースの光源を構築することができる。様々な色の強度の比率により、人間の観察者が知覚する光の色が設定される。
【０００３】
残念ながら、個々のＬＥＤの出力は、温度、駆動電流、及び経年変化でもって変動する。さらに、ＬＥＤの特性は、製造工程の生産ロットごとに変化し、種々の色のＬＥＤごとに異なる。従って、一組の条件下で所望の色を提供する光源は、条件が変化するか、又はデバイスが経年変化すると、色の変化を呈する。これらの変化を回避するためには、ある形態のフィードバックシステムを光源に組み込んで個々のＬＥＤの駆動条件を変化させ、出力スペクトルが、光源に使用される構成要素のＬＥＤの変動性にも関わらず設計値に留まるようにする必要がある。
【０００４】
一般に、人間の観察者が所定の色相で知覚する色を維持するためのフィードバックシステムを有する従来技術の光源は、異なる波長で光を放出する複数のＬＥＤから構成される。適切なフィルタを含む光検出器は、各ＬＥＤから生成される光を測定するために使用される。光検出器の出力は、対応するＬＥＤの光出力を調節するために使用される誤差信号を生成するための目標値に匹敵する。
【０００５】
各々の目標値は、対応するスペクトル帯域の所望の光強度、及び光強度信号を生成した光検出器の特定の光変換特性の関数である。従って、回路の設計者は、光源の色の所望の比率を知っている場合でさえも、依然として光検出器の特性を考慮するためにフィードバックシステムを校正しなければならない。この点に関して設計者を支援するために、ＣＩＥ標準などの或る標準測色システムに関して予め校正された入力を有する三色光源を提供する従来技術のシステムが提案されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
係るフィードバック方式は、上述の変動性の問題を著しく減少させるが、回路設計者は、所望の光スペクトルを生成する目標値を決定する必要がある。回路設計者が、特定の白熱光源と置き換えるために、三色ＬＥＤベースの光源を設計する問題に直面していると考える。この設計者は、人間の観察者により知覚された目標光スペクトルの色と一致するスペクトルを提供する赤色、緑色、及び青色の目標値を決定しなければならない。設計者は、上述の類の校正された三色光源を使用する場合、依然として特定の白熱光源を標準分光計で測定して、目標値に対する標準値を決定しなければならない。こうした測定は特定の専門的知識を必要とし、コスト及び製品設計サイクル時間を増加させる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、光源と、目標光源の色に近いスペクトルを提供するように光源をプログラミングするための方法とを含む。この光源は、第１の制御信号により設定される第１の波長および第１の強度の第１の光信号と、第２の制御信号により設定される第２の波長および第２の強度の第２の光信号を生成する光生成器を有する。光源は、第１の強度により決定される振幅を有する第１のモニタ信号、及び第２の強度により決定される振幅を有する第２のモニタ信号を生成する光モニタを利用する。目標光信号を受信するためのポートを有する目標信号生成器は、第１の目標値を表す振幅を有する第１の目標信号、及び第２の目標値を表す振幅を有する第２の目標信号を目標光信号から生成するために使用される。フィードバックコントローラは、第１及び第２のモニタ信号が第１及び第２の目標信号に対してそれぞれ一定の関係を有するように、第１及び第２の制御信号を生成する。一実施形態では、光生成器はＬＥＤを利用する。別の実施形態では、光生成器はレーザを利用する。さらに別の実施形態では、光モニタは、第１の波長で受光される光の強度に対して第１の関数関係を有する信号を生成する第１のモニタ光検出器を含み、目標信号生成器は、第１の波長で受光される光の強度に対して第１の関数関係を有する信号を生成する第１の目標光検出器を含む。別の実施形態では、第１のモニタ光検出器および第１の目標光検出器は、第２の波長の光の少なくとも一部が第１のモニタ光検出器および第１の目標光検出器に達するのを阻止するための同一の光フィルタを含む。さらに別の実施形態では、フィードバックコントローラは、第１及び第２の目標値を格納するためのメモリを含み、フィードバックコントローラが受信する校正制御信号に応答して、フィードバックコントローラによって第１及び第２の目標値が目標光信号から生成されて、メモリに格納される。別の実施形態では、目標信号生成器のポートは、目標光信号が光モニタを照明するように配置される。この実施形態では、目標信号生成器は、フィードバックコントローラに第１及び第２の目標値を第１及び第２のモニタ信号から生成させて、光生成器が光を生成しない時間期間中に、第１及び第２の目標値をメモリに格納させる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、標準分光計などによる測定を行わずに、目標光源の色に近いスペクトルを提供するようにＬＥＤ光源をプログラミングすることが可能になり、光源のコスト及び製品設計サイクル時間が低減される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明がその利点を提供する態様は、図１に関連してより容易に理解され得る。図１は、個々のＬＥＤのデューティファクタを制御して、正確な出力色を生成するためにフィードバックシステムを利用する従来技術のＬＥＤ光源のブロック図である。光源１０は、赤色、緑色、及び青色のＬＥＤ１１を使用して任意の色の光を生成する。ＬＥＤは、ＬＥＤが「オン」の時に各ＬＥＤを流れる電流を設定するドライバ１２により駆動される。「オン」状態では、各ＬＥＤは、光源１０により生成される色に無関係の所定の電流で駆動される。ＬＥＤは、周期Ｔを有するサイクル時間でもってパルス動作される態様で駆動される。各期間中、各々のＬＥＤは、光源１０により生成されるべき光の色によって決まる時間ｔにわたってターンオンされる。
【００１０】
以下の説明を簡単にするために、比率ｔ／Ｔをデューティファクタと呼ぶことにする。原則的には、人間の観察者が見る際の各々のＬＥＤからの光の強度は、期間Ｔが十分に小さい場合には、当該ＬＥＤのｔに比例する。残念ながら、ＬＥＤは瞬時にターンオン及びターンオフせず、デューティファクタの増大に伴ってＬＥＤの動作温度も上昇することから、任意のＬＥＤからの光出力も、デューティファクタの関数になる可能性がある。しかしながら、所望の出力色と３つのＬＥＤに適用されるデューティファクタとの間には一定の関係が存在する。実際に生成される光を測定して、サーボループを使用してデューティファクタを調節することにより、この関係を連続的に決定する。
【００１１】
再び図１を参照すると、光源１０は、ＬＥＤから出た光の一部を受光する３つの光検出器１６〜１８を含む。各々の光検出器は、理想的には、ＣＩＥ１９３１の三刺激値の関数により記述される波長帯域の光の強度を測定する。
【００１２】
各光検出器は、対応する光検出器からの信号をローパスフィルタに整合させる対応するインターフェース回路を有する。光検出器１６〜１８に対応するインターフェース回路は、それぞれ参照符号１３〜１５により示される。例示的なローパスフィルタが参照符号１９により示される。各々のローパスフィルタは、抵抗２０とコンデンサ２１とから成る。抵抗およびコンデンサの値は、ローパスフィルタの出力が、３つの波長帯域のそれぞれにおける光の強度を表すＤＣレベルとなるように、オンとオフのサイクルを平均化するように選択される。ローパスフィルタの出力は、ＡＤＣ２２を使用してデジタル化され、減算回路２３のレジスタスタック２４に格納されている目標値と比較される。目標値は、所望の出力色に対応する３つの強度を表す。測定された強度と目標強度との間の差は、フィードバックコントローラ２５が、３つの対応するデューティファクタを調節して、測定された出力を目標値に一致させるまでに使用する３つの誤差信号を提供する。
【００１３】
次に、図２を参照すると、図２は、本発明の一実施形態による光源５０のブロック図である。以下の説明を簡単にするために、図１に関連して上述した機能と類似する機能を提供する要素は、図１に使用された参照符号と同一の符号で示し、ここで詳細に説明しないことにする。光源５０は、目標の赤色、緑色、及び青色（ＲＧＢ）値の一組を受け取って、光検出器１６〜１８及びそれらの関連する駆動回路により提供される赤色、緑色、及び青色の値と比較するフィードバックコントローラ４０を利用する。これらの値は、任意の新しい測色系における三刺激値と考えることができる。
【００１４】
以下の説明を簡単にするために、目標および測定フォトダイオード出力から誤差信号を生成するための回路は、フィードバックコントローラ４０内に含められている。フィードバックコントローラは当該技術分野で知られているので、この回路の細部は、ここで詳細に説明されない。この説明の目的上、フィードバックコントローラ４０は、ポート４１でフィードバックコントローラ４０に入力される測定ＲＧＢ値が、ポート４２で入力される目標ＲＧＢ値にそれぞれ一致するように、ＬＥＤ１１に対する駆動信号を調節することに留意すれば十分である。この説明の目的上、測定されたＲＧＢ値（測定ＲＧＢ値と称す）および目標ＲＧＢ値はアナログ信号であると仮定する。
【００１５】
上述のとおり、特定の既存の目標光源に匹敵するようにＬＥＤの光源を設計する際に遭遇する１つの問題は、目標ＲＧＢ値に対する正確な値を求めることである。正確な目標ＲＧＢ値は、所望の赤色、緑色、及び青色ＬＥＤの光の強度、及びＬＥＤの出力を監視するために使用されるフォトダイオードの関数である。原則的には、フィードバックコントローラは、ユーザが、既存光源のＲＧＢ値の知識から正確な目標ＲＧＢ値を決定することができるように校正され得る。これにより、ユーザは、フィードバックコントローラを校正するために使用される標準に関して既存光源を校正する必要がある。この手法は、回路設計者に負担を与える。さらに、各々の光源は、ＬＥＤの相違を考慮するように校正されなければならない。
【００１６】
本発明は、ＬＥＤの光源により適合される既存の目標光源を使用する目標ＲＧＢ値の入力システムを提供することにより、これらの問題を回避する。本発明では、目標ＲＧＢの入力は、フォトダイオード１６〜１８及びそれらのインターフェース回路にマッチングされた一組のフォトダイオード及びインターフェース回路により生成される。目標ＲＧＢ値を提供するために使用されるフォトダイオードが、参照符号５１〜５３で示され、対応するインターフェース回路が参照符号５５〜５７で示される。以下の説明において、これらのフォトダイオード５１〜５３を目標フォトダイオードと呼び、フォトダイオード１６〜１８をフィードバックフォトダイオードと呼ぶ。各フィードバックフォトダイオードごとに、１つの目標フォトダイオードがある。例えば、スペクトルの赤色領域の光を測定する目標フォトダイオードは、赤色ＬＥＤが生成する光を測定するために使用されるフィードバックフォトダイオードと同じ光スペクトルフィルタ及び光変換効率を有する。
【００１７】
光源５８に合わせるために、この光源を使用して目標フォトダイオード５１〜５３を照明する。各々の目標フォトダイオードは、対応するフィードバックフォトダイオードにマッチングするように選択されるので、目標フォトダイオードにより生成される信号は、光源５８の色を再現するための正確な目標ＲＧＢの目標値である。従って、回路設計者は、目標光源を校正するか、またはＣＩＥ標準などの何らかの標準系に関して校正されたＬＥＤ光源を利用する必要はない。
【００１８】
目標値が生成されるやいなや、フィードバックコントローラ４０が、目標値または目標エントリが格納される不揮発性メモリを含むならば、光源５８を取り外すことができる。係る実施形態において、フィードバックコントローラ４０は、ポート４２の入力により決定される一組の目標値をフィードバックコントローラ４０に格納させる信号を受信するための外部からアクセス可能なポート４３を含む。格納された目標値は、アナログの目標値から導出されたデジタル値として、またはアナログ値として格納され得る。この点について留意すべきは、アナログ値を格納するための不揮発性メモリは、当該技術分野で良く知られている。また、本発明は、光源がリアルタイムで目標光源のすべての変化を模倣することができるように、離れた場所で連続的に目標光源を再現することもできる。
【００１９】
本発明の上述の実施形態は、１つの目標光源に対する色合わせを提供する一組の目標値を格納する。しかしながら、フィードバックコントローラが、様々な光源に対応する目標値の複数の組（エントリ）を格納する実施形態は、目標フォトダイオードを各々の光源にさらし、結果としての目標値を格納することにより構成されることもできる。次に、光源は、目標値の所望の組を選択することにより、任意の目標光源に対する色合わせを行うために使用され得る。係る実施形態において、フィードバックコントローラは、目標値のどの組を使用するかを指定するための入力を含む。この入力は、ユーザによって、または光源に取り付けられたプログラミング装置によって提供され得る。さらに、目標値のシーケンスは、時間の関数として変化する色パターンを提供するために利用され得る。種々の制御信号は、上述のポート４３を介して入力され得る。
【００２０】
本発明は、ＬＥＤから離れた目標光源の色をリアルタイムで連続的に再現するためにも使用され得る。係る実施形態では、目標フォトダイオードは目標光源に配置され、これらのフォトダイオードの出力値はフィードバックコントローラに伝送される。
【００２１】
上述の実施形態は、マッチングされたモニタフォトダイオード及び目標フォトダイオードを利用する。この条件が満たされない場合、校正手順を利用することができる。例えば、赤色領域の光を測定する目標フォトダイオードが、対応するフィードバックフォトダイオードとは異なる光スペクトルのフィルタ及び光変換効率を有すると仮定する。目標フォトダイオード及びフィードバックフォトダイオードは共に、両方のフォトダイオードを様々な強度で同じ光源にさらし、両方のフォトダイオードの出力を記録することにより校正され得る。これらの校正値は、フィードバックコントローラ内の不揮発性メモリに格納され、フィードバックコントローラは、目標フォトダイオードおよびモニタフォトダイオードがマッチングされた場合に生成された目標信号を計算することにより、フィードバックサイクル中に目標フォトダイオードおよびモニタフォトダイオードの差を補正することができる。
【００２２】
上述の実施形態は、フォトダイオードの別個の集合を使用して、光源におけるＬＥＤの出力を設定するためにスペクトルが使用されるべき光源から目標値を生成する。しかしながら、フィードバックフォトダイオードを両方の機能に使用する実施形態も構成できることに留意すべきである。次に、図３を参照すると、図３は、フィードバックフォトダイオードをフィードバックコントローラの目標値を生成するためにも使用する本発明の別の実施形態の略図である。説明を簡単にするために、図２に記載された機能に類似する機能を行う光源７０の要素は、図２に使用された参照符号と同じ参照符号で示し、ここではさらに説明しないことにする。光源７０は、校正段階中に目標光源から光を受光するように配置されたアパーチャ７７を含む。光イメージングシステム７６は、目標光源５８からの光がフィードバックフォトダイオード１６〜１８を均一に照明することを保証するように含められ得る。
【００２３】
所定の信号がポート７３に印加されると、フィードバックコントローラ７５は、ポート７１の値を読み取り、これらの値を指定する情報をフィードバックコントローラ７５内の目標ＲＧＢメモリに格納する。フィードバックコントローラが適切にプログラミングされた後、目標光源５８を取り外してアパーチャ７７を閉じて、光が通常の動作中に光源７０の外側にある光源からフィードバックフォトダイオードに到達するのを防止する。
【００２４】
本発明の上述の実施形態は、３つのＬＥＤを光生成器として利用する。しかしながら、異なる数のＬＥＤを利用する本発明の実施形態も構成され得る。光検出器が異なる波長の光を検出することができ、そのため個々のＬＥＤを別個に制御することができる限り、任意の数のＬＥＤを使用することができる。ＬＥＤの最小数は２である。この点に関して、４つの色を利用するカラー方式が印刷業界で知られていることに留意すべきである。
【００２５】
さらに、本発明は、光生成器としてのＬＥＤに限定されない。監視可能な出力スペクトルを提供する任意の光生成器を使用することができる。例えば、レーザは、上述のＬＥＤと置き換えることができる。
【００２６】
上述の実施形態は、フィードバックＬＥＤからのモニタ信号が目標信号と一致するまでＬＥＤの制御信号を調節するフィードバックコントローラを利用する。しかしながら、フィードバックコントローラは、フィードバックＬＥＤからのモニタ信号が、目標信号に対して他のある一定の関係を有するまで制御信号を調節する他のアルゴリズムを使用することができる。例えば、目標光源は、一般に、ＬＥＤによって生成される光の強度とは異なる強度を有する。こうした場合のフィードバックコントローラの目標は、通常、目標光源とＬＥＤ光源の色を合わせることである。従って、フィードバックコントローラは、互いに対する、または全体の目標光強度に対する目標値の比率が、フィードバックＬＥＤからの信号の対応する比率と同じになるまでＬＥＤ制御信号を調節することができる。
【００２７】
本発明の上述の実施形態は、ＬＥＤのデューティサイクル（デューティファクタ）が変化して、光源により生成された光の強度を変化させる強度制御方式を利用する。しかしながら、本発明は、各ＬＥＤにより生成された光の強度を変更して光源の強度を変更する光源にも適用され得る。
【００２８】
本発明を要約すると、次の通りである。本発明は、光源と、目標光源の色に近い色を提供するように光源をプログラミングするための方法である。光源は、第１と第２の制御信号によって決定され、モニタ回路出力を目標信号と一致させるフィードバックコントローラにより設定される強度の第１と第２の波長の光を生成する。目標信号は、光源を目標光源にさらし、光源内に組み込まれた一組の光検出器からの出力を観測することにより、フィードバックコントローラに入力される目標値から生成される。一実施形態において、モニタ回路の光検出器は、このプログラミング機能のために使用される。
【００２９】
当業者ならば、以上の説明および添付の図面から、本発明に対する様々な変更が明らかになるであろう。従って、本発明は、添付の特許請求の範囲によってのみ制限されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】個々のＬＥＤのデューティファクタを制御して、正確な出力色を生成するためにフィードバックシステムを利用する従来技術のＬＥＤ光源のブロック図である。
【図２】本発明の一実施形態による光源のブロック図である。
【図３】フィードバックコントローラの目標値を生成するために、フィードバックフォトダイオードも使用する本発明の別の実施形態の略図である。
【符号の説明】
【００３１】
10、50、70  光源
11  ＬＥＤ
12  ドライバ
16〜18  フィードバックフォトダイオード
40、75  フィードバックコントローラ
41〜43、71、73  ポート
51〜53  目標フォトダイオード
58  目標光源
76  光イメージングシステム
77  アパーチャ
【図１】
2005183393.tif 000003
【図２】
2005183393.tif 000004
【図３】
2005183393.tif 000005