(57)【要約】ＲＧＢベースＬＥＤ発光体を制御するシステムであって、フィードバック及び基準双方の三刺激値をトラッキングし、これによって、ＬＥＤ発光体を駆動する順方向電流を、フィードバック三刺激値と基準三刺激値との間の誤差にしたがって、前記誤差がゼロになるまで調節する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
順方向電流によって駆動され、混合光を発生するＲＧＢベースＬＥＤ発光体の制御システムにおいて、
前記発光体によって発生された混合光を表すフィードバック三刺激値を発生するフィードバックユニットと、
前記フィードバック三刺激値と、所望の混合光を表す基準三刺激値との間の差を獲得し、前記差にしたがって前記順方向電流を、前記差をゼロに減少させるように調整するコントローラとを具えることを特徴とする制御システム。
【請求項２】
請求項１に記載の制御システムにおいて、前記フィードバックユニットが、前記ＲＧＢベースＬＥＤ発光体の光学アセンブリ内に取り付けられたフィルタを有するフォトダイオードを具えることを特徴とする制御システム。
【請求項３】
請求項２に記載の制御システムにおいて、前記フィードバックユニットが、前記フォトダイオードの出力光電流を適切な増幅を伴って電圧信号に変換する増幅器及び信号変換回路網をさらに具えることを特徴とする制御システム。
【請求項４】
請求項３に記載の制御システムにおいて、前記フィードバックユニットが、ＲＧＢ測色系における前記フィードバック三刺激値をＣＩＥ１９３１三刺激値系における三刺激値に変換する手段をさらに具えることを特徴とする制御システム。
【請求項５】
請求項３に記載の制御システムにおいて、前記フィードバックユニットが、前記フィードバック三刺激値を前記コントローラに送る手段をさらに具えることを特徴とする制御システム。
【請求項６】
請求項１に記載の制御システムにおいて、前記コントローラが、前記所望の混合光の選択に使用するユーザインタフェースを具えることを特徴とする制御システム。
【請求項７】
請求項６に記載の制御システムにおいて、前記コントローラが、前記ユーザによって選択された所望の混合光を表す基準三刺激値を取得する手段をさらに具えることを特徴とする制御システム。
【請求項８】
請求項７に記載の制御システムにおいて、ＣＩＥ１９３１三刺激値系における前記基準三刺激値をＲＧＢ測色系における三刺激値に変換する手段をさらに具えることを特徴とする制御システム。
【請求項９】
請求項１に記載の制御システムにおいて、前記コントローラが、前記フィードバック三刺激値と基準三刺激値との間の差にしたがって制御電圧を発生し、前記制御電圧を前記ＲＧＢベースＬＥＤ発光体のＬＥＤドライバに、前記順方向電流を調節するように印加する手段を具えることを特徴とする制御システム。
【請求項１０】
請求項１に記載の制御システムにおいて、前記コントローラが、前記フィードバックユニットから前記フィードバック三刺激値を受ける手段を具えることを特徴とする制御システム。
【請求項１１】
請求項１に記載の制御システムにおいて、前記コントローラがアナログ回路網において動作することを特徴とする制御システム。
【請求項１２】
請求項１に記載の制御システムにおいて、前記コントローラをディジタル形式において実現したことを特徴とする制御システム。
【請求項１３】
請求項１２に記載の制御システムにおいて、前記コントローラが、ユーザが選択して前期所望の混合光を表すことができる色温度及びルーメンの値を予め格納するメモリを具えることを特徴とする制御システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はＲＧＢベースＬＥＤ発光体に関し、より特には、ＬＥＤ発光体を駆動する順方向電流を、前記発光体の混合出力光と所望の光との間の三刺激値における差にしたがって調節し、前記ＬＥＤ発光体が所望の色及び照明レベルを発生するようにする、ＲＧＢベースＬＥＤ発光体を制御するシステムに関する。
【０００２】
当該技術分野において既知のように、赤、緑及び青（ＲＧＢ）ＬＥＤベースの発光体は、白色光に含まれる種々の色を発生するのに使用され、ＬＣＤバックライト、商業用冷凍庫照明、白色光照明等のような用途において広く使用されている。ＬＥＤベース発光体による照明は、ＬＥＤの光学特性が温度、順方向電流及びエージングと共に変化するため、困難な問題を引き起こす。加えて、ここのＬＥＤの特性は、同じＬＥＤ製造プロセスに関してバッチ間で有意に変化する。したがって、ＲＧＢベースＬＥＤ発光体によって発生される光の品質は、有意に変化するかもしれず、所望の色、及び、白色光の必要な照明レベルを、適切なフィードバックシステムなしで得ることができない。
【０００３】
ある既知の先行技術システムは、白色ＬＥＤ発光体を制御するルーメンフィードバック温度フィードフォワード制御システムを使用し、一定の色と、一定のルーメン出力白色光とを与える。この温度フィードフォワード補償システムは、接合温度による色温度における変化を補償し、基準ルーメンを与える。ルーメンフィードバック制御システムは、各々のＲＧＢ  ＬＥＤ発光体を前記基準ルーメンに調整する。この制御システムは、温度によるＬＥＤの特徴づけを必要とし、これは費用の掛かる工場キャリブレーションを必要とする。加えて、光測定のため、ＬＥＤ光源の短いスイッチオフを必要とする。ＬＥＤ光源のスイッチオフはフリッカー現象を導き、これにより、電源は高速なレスポンス時間を持たなければならない。加えて、順方向電流によるＬＥＤ変化を克服するために、ＰＷＭ駆動方法を必要とする。ＰＷＭ制御により、実装は複雑になり、加えて、ＬＥＤはこれらの完全な能力まで利用されない。
【０００４】
したがって、先行技術における上記問題無くＲＧＢベースＬＥＤ発光体を制御するそれほど高価でない制御システムの必要性が、当該技術分野において存在する。
【０００５】
本発明は、前記ＲＧＢベースＬＥＤ発光体の混合出力光のフィードバック三刺激値表現を、所望の光の基準三刺激値表現と比較し、前記三刺激値における差をゼロに減らすように前記ＬＥＤ発光体の順方向電流を調節する、ＲＧＢベースＬＥＤ発光体を制御する新奇な方法及びシステムを開示する。
【０００６】
特に、前記制御システムは、前記ＬＥＤ発光体のフィードバック三刺激値を発生するフォトダイオードと、前記フィードバック三刺激値と前記所望の基準三刺激値との差を獲得し、前記三刺激値における差をゼロに減らすように前記ＬＥＤ発光体の順方向電流を調節する制御電圧を発生するコントローラとを含むフィードバックユニットを具える。
【０００７】
比較下の前記三刺激値は、ＣＩＥ１９３１三刺激値系下か、新たなＲＧＢ表色系下のいずれかであってもよいが、いずれの系においても、発光体の制御は、前記基準三刺激値をトラッキングする。したがって、フィードバック三刺激値が所望の基準三刺激値に従う定常状態下で、ＬＥＤ発光体によって発生する光は、ＬＥＤの接合温度、順方向電流及びエージングにおける変化にかかわらず、目標に正確に調整された所望の目的色温度及びルーメン出力を有する。
【０００８】
混合光の三刺激値を制御に関して測定するため、本発明の制御方法は、ＬＥＤの温度関係特性を得るための工場キャリブレーションを必要としない。加えて、ＬＥＤにおけるバッチ間変化を克服することができ、これは、バッチにおける任意のＬＥＤの使用による重大な費用減少を導くことができる。
【０００９】
混合光のみを赤色、緑色及び青色ＬＥＤ光源の個々の構成要素にかかわらずフォトダイオードによって測定するため、この方法は、光測定に関して電源をスイッチオフする必要がない。したがって、電源は高速な過渡応答を必要としない。ＬＥＤがより高いリップルに耐え、より高いリップルはシステムの性能に悪影響を及ぼさないという事実により、ＬＥＤ駆動におけるリップルにおける制限をより高くすることができる。これらの要素は、電源における費用節約に寄与する。
【００１０】
本発明の上記及び他の特徴及び利点は、添付した図面の参照と共に以下の好適実施例の詳細な説明を読むことによって、より明らかになるであろう。
【００１１】
白色ＬＥＤ発光体１０と、フィードバックユニット２０と、基準トラッキングコントローラ３０とを含むＲＧＢベース白色ＬＥＤ照明システムの構成要素を示す図１を参照する。好適実施例として、白色ＬＥＤ発光体をここで説明するが、本発明を任意の他の色の光に適用可能であることを理解すべきである。
【００１２】
白色ＬＥＤ発光体１０は、赤色、緑色及び青色（ＲＧＢ）ＬＥＤ光源１１と、光学アセンブリ及びヒートシンク１２と、独立した赤色、緑色及び青色ＬＥＤドライバ１４を有する電源１３とを具える。各々のＬＥＤ光源１１を、同様の電気及び光学特性を有する複数のＬＥＤで形成し、これらの複数のＬＥＤを、適切な直列及び並列の組み合わせにおいて接続し、光源を形成する。前記ＬＥＤを前記ヒートシンク上に取り付け、前記ヒートシンクにおけるこれらの配置は、バックバイト及びフリーザ用白色光照明のような白色ＬＥＤ発光体１０の用途に左右される。用途に応じて、適切な光学系を使用し、ＲＧＢ  ＬＥＤ光源１１の光出力を混合し、白色光を発生する。
【００１３】
ＬＥＤ光源１１を電源１３によって駆動し、電源１３は、ＲＧＢ  ＬＥＤ光源１１に関する３個の独立したドライバ１４を具える。ＬＥＤ光源１１に関する電源１３及びドライバ１４は、好適なＡＣからＤＣへのＤＣ／ＤＣコンバータトポロジを基礎とする。ＲＧＢ  ＬＥＤドライバ１４は、ＬＥＤ順方向電流基準信号を制御電圧ＶＣＲ−ｒｅｆ、ＶＣＧ−ｒｅｆ及びＶＣＢ−ｒｅｆの形式において基準トラッキングコントローラ３０から受け、必要な順方向電流をＲＧＢ  ＬＥＤ光源１１に供給する。ＬＥＤドライバ１４は、電流フィードバック及び適切電流制御システムを含み、このシステムは、ＬＥＤ順方向電流を形成し、これらの基準に従わせる。ここで、制御電圧ＶＣＲ−ｒｅｆ、ＶＣＧ−ｒｅｆ及びＶＣＢ−ｒｅｆを、ＬＥＤ光源１１を駆動する個々の順方向電流に関する前記電流制御システムに対する基準とする。
【００１４】
フィードバックユニット２０は、フィルタを有する３個のフォトダイオードと、必要な増幅器及び信号変換回路とを含み、前記信号変換回路は、フォトダイオード２１の出力を、基準トラッキングコントローラ３０によって使用することができる電気信号に変換する。フォトダイオード２１を、光学アセンブリの内側の適当な場所に、フォトダイオード２１が十分な混合光を受けるように取り付ける。したがって、対応する光電流はノイズレベルより高くなり、ノイズから識別することができる。また、フォトダイオード２１を、迷光及び周囲光がフォトダイオード２１によって測定されないようにシールドする。フォトダイオード２１の配置の詳細は、用途に対して特定である。前記増幅器及び信号変換回路は、前記光電流を適切な増幅で電圧信号に変換する。
【００１５】
基準トラッキングコントローラ３０は、ユーザインタフェース３１と、基準発生器３２と、制御機能を実現する制御機能ユニット３３とから成る。基準トラッキングコントローラ３０をアナログ又はディジタル形式のいずれにおいても実現することができるが、マイクロプロセッサ及びマイクロコントローラを使用するディジタル実装が好適である。ユーザインタフェース３１は、所望の白色点と白色光のルーメン出力とをユーザから得て、これらを適切な電気信号に変換し、これらの電気信号を使用し、基準発生器３２における三刺激値基準を発生する。発生器３２からの基準と、フィードバックユニット２０からのフィードバック信号とは、基準トラッキングコントローラ３０の制御機能ユニット３３に対する入力である。
【００１６】
コントローラ３０は、必要な制御機能ユニット３３を含み、白色ＬＥＤ発光体１０によって発生された混合光をトラッキングし、制御する。白色光に関する所望の色及びルーメン出力を表すユーザインタフェース３１の出力は、基準発生器３２の第１入力である。基準発生器３２は、これらのユーザ入力信号に基づき、制御機能ユニット３３に関する必要な基準信号を得る。制御機能ユニット３３に関するフィードバック信号を、フィードバックユニット２０の出力から得る。次に、制御機能ユニット３３は、前記電源に関する必要な制御電圧を、前記フィードバック信号及び基準信号の状態に基づいて得て、この制御電圧は、前記ＬＥＤ光源に関する順方向電流を、前記フィードバック信号が前記基準に従うように変化させる。前記システムが定常状態に達すると、コントローラ３０は、前記フィードバック信号を前記基準信号に従わせる。前記フィードバック信号が白色ＬＥＤ発光体１０によって発生された白色光を表すため、発光体１０からの光出力は、所望の色点及びルーメン出力を有し、前記ＬＥＤの温度及び順方向電流にかかわりなく保持される。
【００１７】
フィードバックユニット２０からの出力信号と、ユーザによる基準信号入力とは、２つの異なった系、すなわち、ＣＩＥ１９３１三刺激値系及び新たなＲＧＢ測色系とであることを注意する。これら２つの系における三刺激値は、以下に詳細に説明するように、互いに線形的に変換可能である。
【００１８】
特に、ユーザインタフェース３１は、白色光の所望の色温度及びルーメン出力を供給する。白色光の色を、ＣＩＥ１９３１測色座標ｘｗ−ｒｅｆ及びｙｗ−ｒｅｆによって表す。所望のルーメン出力を減光レベルの形式において与え、これをルーメン出力Ｌｗ−ｒｅｆに変換する。入力所望基準白色光の三刺激値は、ＣＩＥ１９３１三刺激値系において以下のように得られる。
【数１】
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【００１９】
フィルタを有する３個のフォトダイオード２１と、前記増幅器との組み合わせは、新たなＲＧＢ測色系における三刺激値を表すフィードバック信号を供給する。前記新たなＲＧＢ測色系における三刺激値はＣＩＥ１９３１三刺激値に変換可能であり、これは、米国特許出願第７７９０１６号「発光体を制御する三刺激値を検知する方法及びシステム」において開示されており、この文献は、３個のフォトダイオードとフィルタの組み合わせを使用することによってＣＩＥ１９３１三刺激値を得る変換技術を示す。（ＣＩＥ１９３１三刺激値は、光源の色及びルーメンを表す。）米国特許出願第７７９０１６号の明細は、参照としてここに含まれ、付録Ａとしてここに添付される。この方法において、ＣＩＥ１９３１三刺激値を、前記フォトダイオードの出力から、以下のように規定される変換技術を使用することによって得る。
【数２】
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ここで、Ｒｗ、Ｇｗ及びＢｗは前記フォトダイオードの出力であり、Ｘｗ、Ｙｗ及びＺｗは前記光源に関する対応するＣＩＥ１９３１三刺激値である。変換行列ＴＲＧＢ−ＸＹＺを使用し、前記フォトダイオードと増幅器の組み合わせの出力をＣＩＥ１９３１三刺激値に変換し、この行列の係数を得る方法は、上述した米国特許出願第７７９０１６号において示されている。ここで、新たな測色系を規定することができ（例えばＲＧＢ）、前記フォトダイオードの出力［ＲｗＧｗＢｗ］は、ＣＩＥ１９３１三刺激値［ＸｗＹｗＺｗ］に対応する新たなＲＧＢ測色系における同等の三刺激値であることに注意しなければならない。
【００２０】
このように、フォトダイオード２１と前記増幅器の組み合わせの出力は、白色ＬＥＤ発光体１０によって発生された混合光の三刺激値を検知する手段を提供する。前記基準信号が前記三刺激値の形式においても得られる場合、基準トラッキング制御システムを、白色ＬＥＤ発光体１０からの混合白色光出力に関する基準及びフィードバック信号で考案する。ＬＥＤ光源１１を駆動する順方向電流を変化させることによって、白色ＬＥＤ発光体１１０によって発生された光に関する三刺激値も変化し、したがって、ＲＧＢ  ＬＥＤ光源１１に関する３つの順方向電流は前記制御入力になる。前記基準及びフィードバック信号の状態に応じて、制御機能ユニット３３は、ＲＧＢ  ＬＥＤ光源１１に関する３つの順方向電流を制御し、前記基準及びフィードバック信号間の違い又は誤差をゼロにする。電源１３及びＬＥＤドライバ１４は前記順方向電流を供給するため、コントローラ３０は必要な制御電圧をＬＥＤドライバ１４に印加し、次にＬＥＤドライバ１４は前記順方向電流を供給する。
【００２１】
前記制御機能を、ＣＩＥ１９３１三刺激値［Ｘｗ，Ｙｗ，Ｚｗ］又はＲＧＢ測色系における同等の三刺激値［Ｒｗ，Ｇｗ，Ｂｗ］のいずれかをこれらの対応する基準三刺激値に調整するように形成することができる。ＣＩＥ１９３１三刺激値［Ｘｗ，Ｙｗ，Ｚｗ］とＲＧＢ系との間の変換は線形であるため、白色ＬＥＤ発光体１０の制御は、双方の場合において同一である。しかしながら、前記基準入力信号を適切な形式において得なければならず、前記基準トラッキングコントローラの機能は、制御される量に応じて異なった形式をとり、これらを図２及び３に示す。
【００２２】
図２において、前記基準トラッキング制御システムは、白色ＬＥＤ発光体１０からの光出力のＣＩＥ１９３１ＸＹＺ三刺激値をトラッキングし、これらの基準に従わせる。基準ＣＩＥ１９３１三刺激値を、最初に、白色光の所望の色及びルーメン出力に関してユーザインタフェース３１から得て、制御機能ユニット３３に入力する。フィルタを有するフォトダイオード２１は、ＲＧＢ測色系における混合光に関する三刺激値を供給する。白色ＬＥＤ発光体１０からの光出力に関するＣＩＥ１９３１三刺激値を、フォトダイオード２１と増幅器の組み合わせの出力に変換行列［ＴＲＧＢ−ＸＹＺ］を用いることによって得る。検知したＣＩＥ１９３１三刺激値も制御機能ユニット３３に入力する。制御機能ユニット３３の制御機能を適切に選択し、後に説明する所望の過渡応答を有する安定した閉じたシステムを与える。制御機能ユニット３３は、前記基準信号とフィードバック信号との間の誤差に基づいて、電源１３に関する制御電圧を発生する。制御機能ユニット３３はＭＩＭＯシステムであり、ＲＧＢ  ＬＥＤ順方向電流を同時に制御し、前記誤差をゼロにする。
【００２３】
前記白色光の色点及びルーメン出力のトラッキングを、コントローラ３０に図３に示すようなＲＧＢ色空間における等価の三刺激値をトラッキングさせることによっても達成することができる。この場合において、ＣＩＥ１９３１三刺激値に関する基準値をＲＧＢ系に変換し、制御機能ユニット３３に基準信号として入力する（ここで、変換行列［ＴＸＹＺ−ＲＧＢ］は［ＴＲＧＢ−ＸＹＺ］の逆である）。
【数３】
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【００２４】
フォトダイオード２１と増幅器の組み合わせの出力を制御機能ユニット３３に直接入力し、制御機能ユニット３３は、次に、前記三刺激値をトラッキングし、これらの基準に従わせる。
【００２５】
前記ユーザ入力は、適切な形式における所望の白色光の情報を供給する手段を有する。色及び調光レベルに関する予め決められた設定を有する押しボタンスイッチ又はポテンショメータを使用し、前記色及びルーメン出力に関して解釈することができる電気信号を供給することができる。コントローラ３０をディジタル形式において実現した場合、これらの値をメモリアレイに格納することができ、ユーザ選択に応じて、これらの値を前記メモリから読み出すことができる。この方法によって、前記色及びルーメン出力の選択に関するユーザインタフェース３１は、より容易に形成され、単純性の利点を有する。
【００２６】
前記制御機能は多入力多出力（ＭＩＭＯ）機能であり、前記三刺激値が出力で、前記３つの順方向電流が制御入力であることを注意しなければならない。したがって、前記３つの誤差がすべてゼロになった場合にのみ、安定状態に達する。安定状態の下で、前記フィードバック信号は、白色光の所望の色及びルーメン出力から得られた前記基準信号に従う。したがって、白色ＬＥＤ発光体１０によって発生された白色光は、前記所望の色及びルーメン出力を含む。
【００２７】
白色ＬＥＤ発光体１０からの混合光の三刺激値のみを検知するため、このスキームは、個々のＬＥＤ光源１１からの光出力を検知することを必要としない。したがって、光測定のためにＬＥＤ光源をスイッチオフする必要がなくなり、したがって、電源１３は高速な過渡特性を必要としない。加えて、ＬＥＤ順方向電流を直流電流の形式において供給し、したがって、平均電流を供給するＰＷＭ駆動スキームを必要としない。前記順方向電流による白色光のルーメン出力及び色におけるどのような変化も前記制御電流によって修正するため、前記順方向電流を直流電流によって供給し、複雑なＰＷＭ方法の必要性はなくなる。さらに、前記順方向電流におけるリップル量を、どのような性能劣化もなく増加させることができ、結果として前記電源に関する費用を減少させることができる。フォトダイオードと増幅器の組み合わせへの追加のフィルタで、前記三刺激値の測定におけるリップルを除去することが可能になる。
【００２８】
前記三刺激値をこの方法において制御するため、ＬＥＤにおけるバッチ間変化が克服される。この方法は、温度フィードフォワードシステムに必要な工場におけるＬＥＤの特性を必要としない。
【００２９】
このように、適切な所望の基準トラッキング制御システムは、前記基準信号とフィードバック信号との間の誤差又は差をゼロにする。したがって、この制御システムの精度は、前記三刺激値を検知するのに使用されるフォトダイオードおよび変換行列に依存する。
【００３０】
所望の遷移応答を有する安定した閉ループ制御システムを達成するために、前記制御機能を適切に設計しなければならない。このため、ＲＧＢ  ＬＥＤ発光体１０及び電源１３に関する伝達関数を最初に得る。前記ＬＥＤの特性は温度、順方向電流及びバッチ間で変化することに注意しなければならない。したがって、前記ＬＥＤに関して得られた任意の伝達関数はある特定の動作条件に依存し、これにより、前記白色ＬＥＤ光源に関する不変モデルは存在しない。次に、ＬＥＤ１１及び白色ＬＥＤ発光体１１に関する制御モデルは、発光体１０に使用されるＬＥＤ１１の数、これらの特性及び動作点に依存する。前記モデルの不正確さを、発光体１０の特性における変化にある程度のロバストネスを有するコントローラ３０を使用することによって克服する。それにもかかわらず、前記伝達関数モデルを、制御出力として三刺激値、制御入力として順方向電流によって得て、これは多入力多出力（ＭＩＭＯ）システムである。
【００３１】
前記制御システムの設計における第２ステップは、ＬＥＤドライバ１４及び電源１３の伝達関数を得ることである。前記伝達関数を、出力としてＬＥＤ順方向電流、入力として制御電圧によって得る。小信号モデル化アプローチをこの目的に使用する。
【００３２】
ＣＩＥ１９３１三刺激値をトラッキングする前記基準トラッキング制御システムに関するブロック図を図４に示す。ここで、ＲＧＢベース白色ＬＥＤ発光体１０をＧＬＥＤ（ｓ）によって表し、ＲＧＢ  ＬＥＤドライバ１４をＧＰＳ（ｓ）によって表す。パラメータ［ＩｆＲ（ｓ）ＩｆＧ（ｓ）ＩｆＢ（ｓ）］を前記ＬＥＤ順方向電流とする。図４において、Ｇｃ（ｓ）はコントローラ３０に関する伝達関数を表す。このコントローラ３０は、白色ＬＥＤ発光体のモデルに基づいて設計されるコントローラ３０の性能が前記ＬＥＤにおける変化によって重大に変化しないようなある程度のロバストネス特性を持たなければならない。比例積分（ＰＩ）コントローラはロバストコントローラの一例であり、工場における変化に関するある程度の不変性及びロバストネス特性を有する。このＰＩコントローラをここで例として説明し、コントローラ３０に関する伝達関数を以下のように与える。
【数４】
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ここで、Ｋｐ及びＫｉは各々比例定数及び積分定数であり、これらを適切に選択肢、所望の遷移応答を有する安定した閉ループシステムを与えなければならない。図４におけるブロック図、前記制御システムの設計に使用し、この図はフィードバックシステムの形式も決定する。ここで説明したシステムは、単一フィードバック多入力多出力基準トラッキングシステムである。図４において、前記基準三刺激値とフィードバック三刺激値との間の誤差をコントローラ３０に入力する。コントローラ３０は積分項を含むため、現在及び過去の誤差に基づいて制御動作を得て、前記順方向電流を制御することによって前記誤差をゼロにする。安定状態の下で、すなわち、前記誤差がゼロに成る場合、前記フィードバック三刺激値はこれらの個々の基準に従う。良好な性能を得るために、前記ＰＩコントローラの係数を慎重に選択し、所望の遷移応答を有する安定した制御システムを与えなければならない。種々の他のコントローラをこの目的に使用することができ、そのとき、前記フィードバックシステムは前記コントローラに応じた異なった形式をとることができる。
【００３３】
図４から、白色ＬＥＤ発光体１０の出力とコントローラ３０への誤差入力との間の伝達関数を以下のように得る。
【数５】
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【００３４】
ここで、種々の制御設計技術を使用し、前記制御システムを設計することができる。あるこのような例はボードプロットアプローチであり、このアプローチに関して、上述した式を使用する。白色ＬＥＤ発光体１０に関する制御システムは多変数システムであり、コントローラ３０のゲインを適切に選択して所望の動的応答性を有する安定したシステムを提供しなければならないことに注意しなければならない。適切に設計されたＰＩコントローラはロバスト制御システムを提供し、ＬＥＤにおける変化の影響を受けないでいることができる。
【００３５】
図５は、適切なコントローラ及びそのゲインを選択する手順を示す。最初にステップ１０１において、ＲＧＢベース白色ＬＥＤ発光体１０及び電源１３に関する伝達関数を得る。次にステップ１０２において、変換行列［Ｔ］をフォトダイオード２１及び白色ＬＥＤ発光体１０に関して得る。次にステップ１０３において、ＰＩコントローラのような制御機能を選択し、前記コントローラのゲインを、図４に示す伝達関数モデルを使用して得る。次にステップ１０４において、コントローラ３０の応答性を、シミュレーション及び実験を使用することによって確認し、応答性が所望のものに一致した場合、ステップ１０５において、コントローラ３０をアナログ又はディジタル形式のいずれかにおいて実現する。ディジタル実現は、標本化間隔の選択とサンプリングの効果を含むこととを必要とし、前記制御の設計において保持し、前記制御システムが所望の応答を依然として生じるようにする。
【００３６】
図６は、ＲＧＢ系における三刺激値をトラッキングするフィードバック制御システムに関するブロック図を示す。前記制御システムモデルにおいて、出力をＲＧＢ系における三刺激値とし、これはフォトダイオード２１及び増幅器の組み合わせの出力である。ＣＩＥ１９３１三刺激値は状態変数であり、変換行列は出力行列である。図６における点線は、状態フィードバックをここでも制御に使用できることを示す。
【００３７】
図２及び３に示す基準トラッキングシステムをアナログ又はディジタル形式において実現することができる。マイクロコントローラを使用するディジタル実現は、可変色制御及び調光レベルのような多くの特徴を提供する。ディジタル実現に関して、前記標本化を前記コントローラの設計に含めなければならない。前記制御システム設計を個別の形式でも行わなければならない。上述したＰＩコントローラに関する（ディジタル形式において実現するための）標本化データシステムにおける制御法則を以下のように与える。
【数６】
2004525516.tif 000008
【００３８】
上記式において、ＴＳを標本化間隔とし、［ＶＣＲ（ｋ）ＶＣＧ（ｋ）ＶＣＢ（ｋ）］を電源への制御電圧とし、［Ｘｗ−ｅｒｒ（ｋ）Ｙｗ−ｅｒｒ（ｋ）Ｚｗ−ｅｒｒ（ｋ）］を標本化間隔ｋにおける前記基準とフィードバックとの間の誤差とする。
【００３９】
上記式は、前記制御電圧に３つの誤差がリンクし、したがって、前記システムは前記３つの誤差のすべてがゼロになる場合にのみ定常状態に達することを示す。
【００４０】
図７ａ及び７ｂは、コントローラ３０をディジタル形式において実現する場合の制御アルゴリズムに関するフローチャートを示す。開始ステップ２０１において、マイクロコントローラ３０は、周辺装置を初期化し、前記標本化間隔を発生するタイマをセットアップする。次にステップ２０２において、前記電源に関する初期制御値を出力し、前記システムをスタートさせることができるようにする。前記ディジタル実現は可変色及び調光制御に関する特徴を提供するため、マイクロコントローラ３０は最初にステップ２０３において色制御及び調光レベルに関するユーザ入力を得る。ユーザインタフェース３１は、色の選択を、暖かい白、冷たい白、日光等のような記述的な言葉の形式において、又は、２７００°Ｋ、５６００°Ｋ等のような色温度の形式において与えてもよい。前記調光レベルを範囲（例えば、２５％、５０％及び１００％）において与えてもよい。前記ユーザインタフェースは、これらの情報を適切な形式において供給する手段を有する。ｘｗ−ｒｅｆ、ｙｗ−ｒｅｆの対応する値及びルーメン出力Ｌｗ−ｒｅｆをメモリアレイに格納し、ステップ２０４において前記マイクロコントローラはこの情報を前記メモリから検索する。次にステップ２０５においてＣＩＥ１９３１三刺激値を得て、ステップ２０６においてＲＧＢ空間における前記三刺激値を得る。ＣＩＥ１９３１三刺激値における前記三刺激値のトラッキングを望む場合、このステップを省略することができる。次にステップ２０７において、前記マイクロコントローラは前記標本化間隔が生じるのを待つ。
【００４１】
前記標本化間隔後、フォトダイオード２１及び増幅器の組み合わせの出力の標本化をステップ２０８において行う。次にステップ２０９において前記誤差を得て、ステップ２１０において前記コントローラは、前記電源に関する制御電圧を前記基準入力及びフィードバック信号に基づいて計算し、ステップ２１１において前記制御電圧を電源に出力する。次に前記マイクロコントローラは、前記色及び調光レベルに関するユーザ入力が変化したか否かをチェックする。ステップ２１２において変化した場合、前記マイクロコントローラは図７に示すような機能を繰り返し、そうでない場合、次の標本化間隔を待ち、前記制御動作を行う。
【００４２】
上記は、ＲＧＢベース白色ＬＥＤ発光体１０から発生した白色光の制御に関する基準トラッキング制御システムを説明する。前記基準トラッキング制御システムを使用して三刺激値を制御するため、前記制御システムを使用して、ＬＥＤベース発光体によって発生することができるどのような色の光も制御することができることを認識すべきである。したがって、本開示の出願は、白色光照明だけでなく、任意のＬＥＤベース照明にも限定される。
【００４３】
多数の交換及び適用が、本発明の本質から逸脱することなく当業者には可能である。したがって、本発明の範囲は、添付した請求項によってのみ規定される。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の閉ループ制御システムを組み込んだＲＧＢベースＬＥＤ発光体を示す図式的なイラストレーションである。
【図２】ＣＩＥ１９３１三刺激値をトラッキングするコントローラの機能を示す。
【図３】ＲＧＢ測色系における三刺激値をトラッキングするコントローラの機能を示す。
【図４】基準入力としてＣＩＥ１９３１三刺激値を有する本発明の閉ループ制御システムの設計を示す。
【図５】ＲＧＢベースＬＥＤ発光体に関する適切なコントローラの選択に関するフローチャートである。
【図６】基準入力としてＲＧＢ測色系における三刺激値を有する本発明の閉ループ制御システムの設計を示す。
【図７】本発明の制御システムに関する制御アルゴリズムに関するフローチャートを示す。
【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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