(57)【要約】【課題】ＬＥＤベースの照明器具の色を所望の色もしくは色温度に合わせてチューニングするための装置および方法を提供すること。【解決手段】照明器具は、異なる色もしくは色温度に関連付けられているＬＥＤの２つのまたはそれ以上の独立してアドレッシング可能なグループを備えることができる。出力光の色（または色温度）は、ＬＥＤのグループに入力電流を制御可能に分割することでチューニングされる。入力電流の最適な分割は、入力電流の少なくとも２つの異なる分割によって生成される色もしくは色温度の測定値の間の線形補間に基づき決定される。チューニングは、例えば、製造時に１回実行されるものとしてよく、照明器具は、色温度を維持するための能動的フィードバック・コンポーネントを必要としない。【選択図】図６
2012238596.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＬＥＤの複数のグループを含む複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）を有する照明器具によって発生される色をチューニングするための、ＬＥＤのそれぞれのグループが異なる色を有する光を発生し、ＬＥＤのそれぞれのグループに印加される電流が独立可変である、方法であって、
ＬＥＤの前記グループへの全電流の少なくとも２つの異なる試験分配を確定することと、
前記全電流の前記異なる試験分配のそれぞれについて、前記照明器具によって発生される光の色を測定することと、
ターゲット色を定義することと、
前記測定された色に少なくとも一部は基づき、前記ターゲット色を有する光を発生する前記全電流の所望の分配を決定することとを含む方法。
【請求項２】
ＬＥＤの前記複数のグループは、暖白色ＬＥＤのグループと冷白色ＬＥＤのグループとを含む請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記試験分配のうちの第１の試験分配は、暖白色ＬＥＤの前記グループに全電流のすべてを、そして冷白色ＬＥＤの前記グループにゼロ電流を送ることを含み、前記試験分配のうちの第２の試験分配は、冷白色ＬＥＤの前記グループに全電流のすべてを、そして暖白色ＬＥＤの前記グループにゼロ電流を送ることを含む請求項１または請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記少なくとも２つの試験分配は、暖白色ＬＥＤの前記グループに前記全電流の約半分を、冷白色ＬＥＤの前記グループに前記全電流の約半分を送ることを含む第３の試験分配をさらに含む請求項３に記載の方法。
【請求項５】
ＬＥＤの前記複数のグループは、赤色ＬＥＤのグループをさらに含む請求項１または２のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
ＬＥＤの前記複数のグループは、緑色ＬＥＤのグループをさらに含む請求項１または２のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
ＬＥＤの前記複数のグループは、赤色ＬＥＤのグループおよび緑色ＬＥＤのグループをさらに含む請求項１または２のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
前記複数のＬＥＤは、冷白色ＬＥＤの少なくとも２つのグループと暖白色ＬＥＤのなくとも１つのグループとを含む請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記全電流の前記所望の分配の前記決定は、前記測定された色のうちの少なくとも２つの色の間の線形補間に少なくとも一部は基づく請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記光の前記色の前記測定は、前記照明器具の外部にあるスペクトロメーターを使用して実行される請求項１、２、８、または９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１１】
前記照明器具は、前記複数のＬＥＤによって発生される前記光を混合するための全反射レンズを備え、前記光の前記色の前記測定は、前記全反射レンズの正面から出る光に基づく請求項１、２、８、または９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１２】
ＬＥＤの複数のグループを含む複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）を有する照明器具によって発生される色をチューニングするための、ＬＥＤのそれぞれのグループが異なる色を有する光を発生し、ＬＥＤのそれぞれのグループに印加される電流が独立可変である、装置であって、
前記照明器具を保持するように構成された調整用固定具と、
前記照明器具によって発生された光の色を検出し測定するように構成されたスペクトロメーターと、
ＬＥＤの前記グループのうちのそれぞれのグループに電流を送るように構成された電流供給サブシステムであって、ＬＥＤの前記グループのうちのそれぞれのグループに送られる前記電流は独立可変である、電流供給サブシステムと、
前記スペクトロメーターおよび前記電流供給サブシステムに結合された制御システムであって、前記スペクトロメーターから前記測定された光の色を受け取り、電流制御信号を前記電流制御回路に供給するように構成された、制御システムとを備え、
前記制御システムは、
前記電流供給サブシステムおよび前記スペクトロメーターを操作して前記光の前記色の少なくとも２回の初期測定をＬＥＤの前記グループ間への全電流の少なくとも２回の異なる試験分配に対して行い、
前記少なくとも２回の初期測定の結果に基づき、ＬＥＤの前記グループ間への前記全電流のターゲット分配を決定し、前記全電流の前記ターゲット分配が前記照明器具にターゲット色に非常に近い色を有する光を発生させるように構成された制御プロセッサを備える
装置。
【請求項１３】
前記制御プロセッサは、ＬＥＤの前記グループに前記全電流の前記ターゲット分配を行うように前記電流供給サブシステムに命令を送るようにさらに構成される請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】
前記照明器具を前記調整用固定具内に配置し、前記調整用固定具から前記照明器具を取り外すように構成されているロボット・システムをさらに備え、
前記制御システムは、前記ロボット・システムを操作するようにさらに構成される請求項１２に記載の装置。
【請求項１５】
前記電流供給サブシステムは、
前記全電流を発生するように構成された電流源と、
前記電流源に結合され、前記全電流を前記照明器具への複数の電流入力に分配するように構成され、それぞれの電流入力がＬＥＤの前記グループのうちの異なる１つのグループに関連付けられている、プログラマブル・ポテンショメーターとを備える請求項１２に記載の装置。
【請求項１６】
前記照明器具は、前記複数のＬＥＤによって発生される前記光を混合するための全反射レンズを備え、前記スペクトロメーターは、前記全反射レンズの正面から出る光を受け取るように構成される請求項１２に記載の装置。
【請求項１７】
前記少なくとも２回の初期測定は、
前記全電流のすべてがＬＥＤの前記グループのうちの第１のグループに供給され、ＬＥＤの前記グループのうちの他のどのグループにも電流が供給されないとききに行われる第１の測定と、
前記全電流のすべてがＬＥＤの前記グループのうちの第２のグループに供給され、ＬＥＤの前記グループのうちの他のどのグループにも電流が供給されないとききに行われる第２の測定とを含む請求項１２〜１６のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１８】
前記少なくとも２回の初期測定は、前記全電流のほぼ等しい割合の部分がＬＥＤの前記グループのうちのそれぞれのグループに供給されるときに行われる第３の測定をさらに含む請求項１７に記載の装置。
【請求項１９】
前記制御回路は、前記全電流の前記ターゲット分配を決定することが前記第１、第２、および第３の測定の結果に基づき前記全電流の前記ターゲット分配の近似を計算することを含むようにさらに構成される請求項１８に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本開示は、本開示と同日付けで出願した同一出願人による同時係属米国特許出願第１３／１０６，８１０号に関係する。
【０００２】
本発明は、一般に、発光ダイオード（ＬＥＤ）に基づく照明器具に関するものであり、具体的には、複数のＬＥＤを備える照明器具が発する光の色をチューニング（tuning）するための手順に関するものである。
【背景技術】
【０００３】
白熱電球は光よりも熱をより多く発生するので、より効率的な人工光源が世界中で熱望されている。ＬＥＤは期待される技術であり、交通信号およびフラッシュライトなど、特定の目的のためにすでに広く使用されている。しかし、一般照明用のＬＥＤベースの照明器具の開発はさまざまな困難な状況に陥っている。そのうちの１つが、大量生産照明器具において一貫性のある色温度を実現することの難しさである。
【０００４】
当技術分野で知られているように、すべての白色光が同じであるというわけではない。白色光の質は、標準タングステンフィラメント電球の暖色の（わずかに赤みがかった、または黄色っぽい）輝きから蛍光灯の冷たい（青みがかった）くっきりした明るさまでの範囲の色温度によって特徴付けられうる。ＬＥＤ製造のための既存のプロセスを考えた場合、一貫した色温度を持つ大量生産白色ＬＥＤは難題であることは実証されている。
【０００５】
さまざまな解決策が試みられてきた。例えば、白色ＬＥＤを色温度に従っていくつかのビンに分け、特定の照明器具用のＬＥＤを所望のビンから選択することができる。しかし、人間の目は、多数のビンが要求される色温度変動に対して十分な感度を有し、特定のビンにおける収率は比較的低い。
【０００６】
別の解決策は、所望の温度をもたらすために異なる色の光を混合することに依存する。例えば、ＬＥＤ照明器具は、多数の白色ＬＥＤにいくつかの赤色ＬＥＤを加えたものとしてよい。赤色ＬＥＤの明るさを高めることで、光を所望の色温度の暖かい色にすることができる。このような照明器具は、一般に、色温度を維持するために能動的フィードバック・メカニズムを必要とするが、それは一部は使用されるＬＥＤの色特性は経過する時間に関して安定していないからである。能動的フィードバック・メカニズムは、発生する光を検出するためのセンサー、光が所望の色となっているかどうかを判定するためのアナライザー、および所望の色を維持するために必要に応じて白色および赤色ＬＥＤの相対光度を調整するための調整メカニズムを必要とする。これらのフィードバック・ループ要素は、システムの弱点となる場合があり、例えば、光の色と同様に、時間の経過とともに光センサーにドリフトが生じる場合（ほとんどの場合にそうなる）である。それに加えて、能動的フィードバック・コンポーネントを照明器具内に組み込むことで、照明器具を製造する（および動作させる）際のコストが上昇する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１０／００９１４９１号
【特許文献２】米国特許出願公開第２０１０／０２５９９３０号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の実施形態は、ＬＥＤベースの照明器具の色を所望の色もしくは色温度に合わせてチューニングするための技術に関するものである。それぞれ異なる色をもしくは色温度の光を発生するＬＥＤの２つまたはそれ以上の独立してアドレッシング可能なグループを含む照明器具とともに使用するように適合される。照明器具は、ＬＥＤの異なるグループからの光を混合することによって均一な色の光を発生するために全反射（ＴＩＲ）色混合レンズを備えることもできる。照明器具から出力される均一な色もしくは色温度は、ＬＥＤのグループ間で入力電流を制御可能に分割することでチューニングされる。時間が経過しても色が安定しているＬＥＤを使用する照明器具では、チューニングは、１度だけ、例えば、照明器具の製造および／または工場試験の際に実行されうるものであり、照明器具は、これ以降、能動的フィードバック・コンポーネントを必要とすることもなく安定した色温度で動作することが可能である。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
例えば、いくつかの実施形態では、照明器具は、白色ＬＥＤの２つの異なるグループ、望まれている以上に暖かい色温度を持つ白色光を発生する一方のグループ（「暖白色」）と、望まれている以上に冷たい色温度を持つ白色光を発生する別のグループ（「冷白色」）とを含む。このような照明器具では、色温度は、暖白色グループと冷白色グループとの間に入力電流を制御可能に分割することによってチューニングされうる。いくつかの実施形態では、入力電流の最適な分割は、それぞれのグループに供給される電流の部分のずれと色空間内の関連する（小さな）領域上で得られる色空間座標（色温度に対応する）におけるずれとの間の線形関係に基づき決定されうるものであり、プロセスは単純であって、測定は３回と少なくて済み、色のチューニングがなされた照明器具の大量生産が円滑に進むように高度な自動化が施されうる。
【００１０】
他の実施形態では、照明器具は、ＬＥＤの３つの異なるグループ、例えば、暖白色、冷白色、および赤色（他の非白色の色も使用できる）を含む。いくつかの実施形態では、暖白色グループと冷白色グループとの間のチューニングは、赤色（または他の非白色）ＬＥＤグループをオフにした状態で実行される。次いで「チューニングされた白色」照明器具グループと赤色ＬＥＤグループとの間のチューニングは、暖白色ＬＥＤと冷白色ＬＥＤとの間で分割される電流が変化しない限り「チューニングされた白色」は白色ＬＥＤに供給される全電流のずれでずれないという事実に基づき、実行されうる。あるいは、三角補間（triangular interpolation）を、色空間内の小さな領域にわたってＬＥＤの２つのグループ間の電流の分割の変化量は色空間座標の変化の量に対して線形関係を有するという事実に従って、チューニングに使用することができる。
【００１１】
さらに他の実施形態では、照明器具は、ＬＥＤの４つの異なるグループ、例えば、暖白色、冷白色、赤色、および緑色（他の非白色の色も使用できる。白色光を発生する場合には、非白色が補色であることが有利である）を含む。暖白色グループと冷白色グループとの間のチューニングは、非白色ＬＥＤグループをオフにした状態で実行される。次いで「チューニングされた白色」照明器具グループおよび／または緑色ＬＥＤグループとの間のチューニングは、暖白色ＬＥＤと冷白色ＬＥＤとの間で分割される電流が変化しない限り「チューニングされた白色」は白色ＬＥＤに供給される全電流のずれでずれないという事実に基づき、実行されうる。色のさらなるチューニングは、緑色をチューニングされた白色／赤色に加えることによって達成されうる。ここでまた、三角補間技術または他の線形補間を、色空間内の小さな領域上で使用することができる。
【００１２】
ＬＥＤのグループをいくつでも使用できる。異なるグループに属すＬＥＤは、色空間の重なり合わない領域を有利に占有し、ターゲット色は、それらの異なるグループによって占有される色空間領域の間の中間である。
【００１３】
多くの照明器具において本明細書で説明されているプロセスを適用することによって、色変動を一方の照明器具から次の照明器具へと実質的に低減することができる。それに加えて、チューニング・プロセスを色空間内の比較的小さな領域に制限することができ、これにより、ＬＥＤの一方のグループから別のグループへの電流のずれに応じた色ずれを、線形関係としてモデル化することができる。線形モデリングを使用するとこで、所定の照明器具に対する適切な調整を少数の測定結果から決定することができる。したがって、照明器具のチューニングを素早く実行することができ、そのため、チューニング・プロセスを大量生産環境内に組み込むことができる。
【００１４】
本発明の追加の実施形態は、大量生産環境において使用するのに適した、チューニング・プロセスのための高度な自動化を実現するチューニング装置に関するものである。
【００１５】
本発明の一態様は、ＬＥＤの複数のグループを有する照明器具が発生する色をチューニングするための方法に関するものであり、それぞれのグループは少なくとも１つのＬＥＤを備える。ＬＥＤのそれぞれのグループは、異なる色を有する光を発生し、ＬＥＤのそれぞれのグループに印加される電流は、独立可変である。１つのチューニング方法によれば、ＬＥＤのグループ間の全電流の少なくとも２つの異なる試験分配が確定される。全電流の異なる試験分配のそれぞれについて、照明器具が発生する光の色が測定され、ターゲット色が定義され、測定された色に少なくとも一部は基づき全電流の所望の分配が決定され、全電流の所望の分配により、ターゲット色を有する光を発生させる。
【００１６】
いくつかの実施形態では、ＬＥＤのグループは、暖白色ＬＥＤのグループと冷白色ＬＥＤのグループとを含むことができる。赤色および／または緑色のＬＥＤなどの、非白色ＬＥＤのグループを含む、ＬＥＤの追加のグループも備えることができる。いくつかの実施形態では、ＬＥＤのグループは、冷白色ＬＥＤの少なくとも２つのグループと暖白色ＬＥＤの少なくとも１つのグループとを含むことができる。
【００１７】
照明器具は、複数のＬＥＤによって発生される光を混合するための全反射レンズを備えることができ、光の色の測定は、これらの全反射レンズの正面から出る光に基づくものとしてよい。測定は、照明器具の外部にあるスペクトロメーター（または他の色測定デバイス）によって実行され、照明器具それ自体は、色を調整するためにスペクトロメーターもしくは他の能動的フィードバック・コンポーネントを備える必要はない。
【００１８】
本発明の別の態様は、独立してアドレッシング可能な暖白色ＬＥＤおよび冷白色ＬＥＤを有する放射体によって生成される色を制御するための方法に関するものである。放射体の色特性に対する第１の値は、第１の動作状態の下で測定されるものとしてよく、その場合、最大電流が暖白色ＬＥＤに供給され、最小電流が冷白色ＬＥＤに供給される。放射体の色特性に対する第２の値は、第２の動作状態の下で測定されるものとしてよく、その場合、最大電流が冷白色ＬＥＤに供給され、最小電流が冷白色ＬＥＤに供給される。放射体の色特性に対する第３の値は、第３の動作状態の下で測定されるものとしてよく、その場合、全電流の約半分が暖白色ＬＥＤに送られ、全電流の残りが冷白色ＬＥＤに送られ、全電流は、有利には、最大電流と最小電流との和に等しい。色特性の測定された第１、第２、および第３の値、ならびに色特性のターゲット値に基づき、暖白色ＬＥＤに供給される本第１の動作電流および冷白色ＬＥＤに供給される第２の動作電流を含む動作電流を計算することができる。放射体に結合されている電流コントローラは、第１の動作電流が暖白色ＬＥＤに供給されるときに第２の動作電流が冷白色ＬＥＤに供給されるように構成されうる。
【００１９】
本発明の別の態様は、独立してアドレッシング可能な暖白色ＬＥＤおよび冷白色ＬＥＤを有する照明器具によって生成される色を制御するための方法に関するものである。照明器具の色特性の第１の値は、全電流を暖白色ＬＥＤに供給し、冷白色ＬＥＤには電流を供給しないで測定されうる。照明器具の色特性の第２の値は、全電流を冷白色ＬＥＤに供給し、暖白色ＬＥＤには電流を供給しないで測定されうる。照明器具の色特性の第３の値は、全電流の半分を暖白色ＬＥＤに供給し、全電流の半分を冷白色ＬＥＤに供給して測定されうる。色特性のターゲット値を得るために暖白色ＬＥＤに供給される第１の動作電流および冷白色ＬＥＤに供給される第２の動作電流は、全電流を第１の動作電流と第２の動作電流との和に等しくなるようにして決定されうる。第１および第２の動作電流の決定は、色特性の測定された第１、第２、および第３の値、ならびに第１の動作電流と第２の動作電流との間の差の一単位の変化を色特性の一定量の変化に関係付ける比例定数に基づくものとしてよい。照明器具の制御回路は、第１の動作電流が暖白色ＬＥＤに供給されるときに第２の動作電流が冷白色ＬＥＤに供給されるように構成されうる。
【００２０】
本発明のさらに別の態様は、ＬＥＤの複数のグループを有する照明器具によって発生される色をチューニングするための装置に関するものであって、異なる色を有する光を発生するＬＥＤのそれぞれのグループおよびＬＥＤのそれぞれのグループに印加される電流は独立可変である。装置は、照明器具を保持するように構成された調整用固定具と、照明器具によって発生される光の色を検出して測定するように構成されたスペクトロメーターと、ＬＥＤの複数のグループのうちのそれぞれ１つのグループに電流を送るように構成され、ＬＥＤの複数のグループのうちのそれぞれ１つのグループに送られる電流が独立可変である、電流供給サブシステムと、スペクトロメーターおよび電流供給サブシステムに結合された制御システムとを備える。例えば、電流供給サブシステムは、全電流を発生する電流源と、全電流を照明器具への異なる複数の電流入力間に分配するプログラマブル・ポテンショメーターとを備えることができ、それぞれの電流入力はＬＥＤの複数のグループのうちの異なる１つのグループに関連付けられている。制御システムは、測定された光色をスペクトロメーターから受け取り、電流制御信号を電流制御回路に供給するように構成されている。制御システムは、電流供給サブシステムおよびスペクトロメーターを操作して光の色の少なくとも２回の初期測定をＬＥＤのグループ間への全電流の少なくとも２回の異なる試験分配に対して行い、また少なくとも２回の初期測定の結果に基づきＬＥＤのグループ間への全電流のターゲット分配を決定し、この全電流のターゲット分配が照明器具にターゲット色に非常に近い色を有する光を発生させるようにするように構成された制御プロセッサも備える。制御プロセッサは、ＬＥＤのグループに全電流のターゲット分配を行うように電流供給サブシステムに命令を送ることができる。
【００２１】
いくつかの実施形態では、装置は、調整用固定具内に照明器具を配置することと、調整用固定具から照明器具を取り外すこととを行うように構成されたロボット・システムも備えることができ、制御システムは、このロボット・システムを操作するように構成されうる。これにより、自動化された高生産性のチューニング・プロセスに照明器具の配置および取り外しを行わせることができる。
【００２２】
いくつかの実施形態において、照明器具は、ＬＥＤによって発生される光を混合するための全反射レンズを備え、スペクトロメーターは、全反射レンズの正面から出る光を受け取るように構成される。
【００２３】
全電流のターゲット分配を決定するために、さまざまな技術を使用することができる。例えば、初期測定は、全電流のすべてがＬＥＤの複数のグループのうちの第１のグループに供給され、ＬＥＤの複数のグループのうちの他のどのグループにも電流が供給されないときに行われた第１の測定と全電流のすべてがＬＥＤの複数のグループのうちの第２のグループに供給され、ＬＥＤの複数のグループのうちの他のどのグループにも電流が供給されないときに行われた第２の測定とを含みうる。いくつかの実施形態では、第３の測定は、全電流のほぼ等しい割合の部分がＬＥＤの複数のグループのうちのそれぞれのグループに供給されるときに行われうる。制御回路は、第１、第２、および第３の測定結果に基づき全電流のターゲット分配への近似を計算するように構成されうる。いくつかの実施形態では、この近似は、線形補間技術を使用して計算されうる。
【００２４】
本発明の別の態様は、それぞれのＬＥＤが異なる色を有する光を発生するＬＥＤの複数の独立してアドレッシング可能なグループを有する照明器具によって発生される色をチューニングするための装置、およびＬＥＤの複数のグループのうちのそれぞれのグループに可変電流を供給することができるオンボード制御ユニットに関するものである。装置は、照明器具を保持するように構成された調整用固定具と、照明器具によって発生された光の色を検出し測定するように構成されたスペクトロメーターと、照明器具に接続され、照明器具のオンボード制御ユニットに電流を送るように構成された電流源と、スペクトロメーター、電流源、および照明器具のオンボード制御ユニットに結合されるように構成された制御システムとを備えることができる。制御システムは、測定された光色をスペクトロメーターから受け取り、電流制御信号を照明器具のオンボード制御ユニットに供給するように構成されている。制御システムは、スペクトロメーター、電流源、および照明器具のオンボード制御ユニットを操作して光の色の少なくとも２回の初期測定をＬＥＤのグループ間への全電流の少なくとも２回の異なる試験分配に対して行い、少なくとも２回の初期測定の結果に基づき、ＬＥＤのグループ間への全電流のターゲット分配を決定し、この全電流のターゲット分配が照明器具にターゲット色に非常に近い色を有する光を発生させ、照明器具のオンボード制御ユニットにターゲット分配を示す情報を伝達するように構成された制御プロセッサも備える。いくつかの実施形態では、オンボード制御ユニットは、照明器具のその後の動作において使用するための情報を格納することができる。
【００２５】
さまざまな照明器具が使用されうる。いくつかの実施形態では、ＬＥＤの独立してアドレッシング可能なグループは、第１の色温度に関連付けられている暖白色ＬＥＤのグループと第２の色温度に関連付けられている冷白色ＬＥＤのグループとを含み、ターゲット色は、有利には、第１の色温度と第２の色温度との間の中間にある色温度に対応する。他の実施形態では、ＬＥＤの独立してアドレッシング可能なグループは、白色ＬＥＤの少なくとも３つのグループを含み、それぞれのグループは異なる色の光を発生することができ、ターゲット色は、色空間内の黒体曲線上の一点に対応するものとしてよい。
【００２６】
本発明の別の態様は、第１の電流を暖白色ＬＥＤに、第２の電流を冷白色ＬＥＤに独立して供給することができるオンボード制御ユニットと併せた、暖白色ＬＥＤおよび冷白色ＬＥＤを有する照明器具が発生する色をチューニングするため装置に関するものである。装置は、照明器具を保持するように構成された調整用固定具と、照明器具によって発生された光の色を検出し測定するように構成されたスペクトロメーターと、照明器具のオンボード制御ユニットと通信するように構成された外部制御デバイスと、スペクトロメーターおよび外部制御デバイスに結合された制御システムとを備えることができる。制御システムは、測定された光色をスペクトロメーターから受け取り、電流制御信号を外部制御デバイスに供給するように構成されている。制御システムは、外部制御デバイスおよびスペクトロメーターを操作して光の色の少なくとも２回の初期測定を第１の電流および第２の電流の少なくとも２つの異なる試験値に対して行い、少なくとも２回の初期測定の結果に基づき、第１の電流および第２の電流のそれぞれに対するターゲット値を計算し、外部制御デバイスに、第１の電流のターゲット値を暖白色ＬＥＤに供給し、第２の電流のターゲット値を冷白色ＬＥＤに供給するようにオンボード制御ユニットを設定することを命令するように構成されうる。
【００２７】
以下の詳細な説明と添付図面とを併せて読むことで、本発明の性質および利点をさらによく理解することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１Ａ】本発明の一実施形態によるチューニング可能な放射体を備えるＬＥＤベースの照明器具の簡素化された側断面図である。
【図１Ｂ】図１Ａの照明器具で使用されうるＬＥＤを保持する基材の上面図である。
【図２Ａ】暖白色ＬＥＤおよび冷白色ＬＥＤを独立してアドレッシング可能なようにするために使用されうる電気的接続の例を示す図である。
【図２Ｂ】暖白色ＬＥＤおよび冷白色ＬＥＤを独立してアドレッシング可能なようにするために使用されうる電気的接続の例を示す図である。
【図３】本発明のいくつかの実施形態で使用可能な照明器具の動作特性を示すグラフである。
【図４】本発明の一実施形態による照明器具をチューニングするための動作原理を例示する図である。
【図５】多数の照明器具に対する一連の電流のずれの色温度に対する影響を示すグラフである。
【図６】本発明の一実施形態によるチューニング・プロセスの流れ図である。
【図７Ａ】図６のプロセスに従ってチューニングされたＬＥＤベースの照明器具のグループの予測される挙動と実際の挙動との比較を示す図である。
【図７Ｂ】図６のプロセスに従ってチューニングされたＬＥＤベースの照明器具のグループの予測される挙動と実際の挙動との比較を示す図である。
【図８】本発明の一実施形態により所望のチューニングされた色温度を達成するＬＥＤの選択に関係する動作原理を例示する図である。
【図９】本発明の一実施形態によりチューニングされた色温度に基づき照明器具をビンに分けるための動作原理を例示する図である。
【図１０】本発明の一実施形態によるＬＥＤの３つのグループを備えるＬＥＤ放射体パッケージの上面図である。
【図１１】本発明の一実施形態によるＬＥＤの３つのグループを備える放射体パッケージを備える照明器具をチューニングするため動作原理を例示する図である。
【図１２】本発明の一実施形態によるＬＥＤの３つのグループを備える照明器具に対するチューニング・プロセスを例示する図である。
【図１３】本発明の別の実施形態によるＬＥＤの３つのグループを備える放射体パッケージを備える照明器具をチューニングするため動作原理を例示する図である。
【図１４】本発明の一実施形態による図１３に例示されているＬＥＤグループを有する照明器具をチューニングするためのプロセスを例示する図である。
【図１５】本発明の一実施形態によるＬＥＤの４つのグループを備えるＬＥＤ放射体パッケージの上面図である。
【図１６】本発明の一実施形態によるＬＥＤの４つのグループを備える照明器具をチューニングするための動作原理を例示する図である。
【図１７】本発明の一実施形態によるＬＥＤの４つのグループを備える照明器具に対するチューニング・プロセスを例示する図である。
【図１８】本発明の一実施形態によるチューニング装置の略図である。
【図１９】本発明の一実施形態による照明器具内のポテンショメーターをプログラムするために使用されうる試験装置を示す図である。
【図２０】本発明の一実施形態によるチューニング・プロセスを例示する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
本発明の実施形態は、ＬＥＤベースの照明器具の色を所望の色温度に合わせてチューニングするための技術および装置に関するものである。それぞれ異なる色をもしくは色温度の光を発生するＬＥＤの２つまたはそれ以上の独立してアドレッシング可能なグループを含む照明器具とともに使用するように適合される。照明器具は、ＬＥＤの異なるグループからの光を混合することによって均一な色の光を発生するために全反射（ＴＩＲ）色混合レンズを備えることもできる。照明器具から出力される均一な色もしくは色温度は、ＬＥＤのグループ間で入力電流を制御可能に分割することでチューニングされる。時間が経過しても色が安定しているＬＥＤを使用する照明器具では、色チューニングは、１度だけ、例えば、照明器具の製造および／または工場試験の際に実行されうるものであり、照明器具は、これ以降、能動的フィードバック・コンポーネントを必要とすることもなく安定した色温度で動作することが可能である。
【００３０】
ＬＥＤの２つの独立してアドレッシング可能なグループを備える照明器具をチューニングするための実施形態について最初に考察し、その後、より多くのグループを備える照明器具への拡張を考察する。本明細書で使用されているように、ＬＥＤの「グループ」は、色空間内の定義済みの領域を占有する１つまたは複数のＬＥＤの任意の集合を指し、これらの領域は、同じ照明器具における異なるグループによって占有される領域が重なり合わないように定義される。照明器具は、有利には、ＬＥＤのそれぞれのグループに供給される電流が他のＬＥＤに供給される電流とは独立して制御可能であり、これによりこれらのグループが「独立してアドレッシング可能である」と言われるように設計される。
【００３１】
図１Ａは、本発明の一実施形態によるチューニング可能な放射体を備えるＬＥＤベースの照明器具１００の簡素化された側断面図である。軸１０１の周りで円筒形状とすることができる照明器具１００（他の形状も使用されうる）は、アルミニウム、他の金属、プラスチック、および／または他の好適な材料から作ることができるハウジング１０２を有する。ハウジング１０２は、照明器具１００のさまざまなコンポーネントを一緒に保持し、照明設備に取り付けたり、取り外したりするときに照明器具１００をユーザーが掴めるように都合のよい構造を備えることができる。ハウジング１０２の外側は、照明器具１００を照明設備内に固定し、および／または光を発生するための電力を供給するための機械用および／または電気用取付具（図示せず）を備えることができる。いくつかの実施形態では、ハウジング１０２は、照明器具１００の動作中に発生する熱の放散を円滑にするためにフィンもしくは他の構造物を備えることができる。
【００３２】
ハウジング１０２内に、ＬＥＤパッケージ１０４がある。パッケージ１０４は、個別のＬＥＤ１０８が装着される基材１０６を備える。それぞれのＬＥＤ１０８は、電流に応答して特定の色の光を発生するように加工された独立した半導体ダイ構造物とすることができる。いくつかの実施形態では、それぞれのＬＥＤ１０８は、ＬＥＤ１０８が所望の色の光を発生するように色ずれするリン光体を含有する材料でコーティングされる。例えば、青色発光ＬＥＤダイには、黄色のリン光体を含有する材料をコーティングすることができ、青色および黄色の光の出現する混合は、特定の色温度を有する白色光して認識される。
【００３３】
いくつかの実施形態では、照明器具１００は、外部電源（図示せず）からＬＥＤ１０８に供給される電力を制御する制御回路１１６も備える。以下で説明されているように、制御回路１１６により、有利には、異なる量の電力を異なるＬＥＤ１０８に供給することができる。
【００３４】
ガラス、プラスチック、または他の光学的に透明な材料で形成されうる、一次レンズ１１０は、ＬＥＤ１０８から放射された光を二次光学系１１２に向けるように位置決めされる。二次光学系１１２は、有利には、正面１１４を通って出る光線が均一な色を有するようにＬＥＤ１０８放射された光の色の混合も行う全反射（ＴＩＲ）レンズを備える。好適なレンズの例は、米国特許出願公開第２０１０／００９１４９１号で説明されており、他の色混合レンズも使用されうる。以下で説明されているように、チューニングは、有利には、ＴＩＲレンズ１１２の正面１１４を通して出る光の色に基づいて実行される。
【００３５】
いくつかの実施形態では、ＬＥＤ１０８は、有利には、「暖」および「冷」白色ＬＥＤの両方を備える。一例が図１Ｂに示されており、これは本発明の一実施形態による基材１０６の上面図である。図示されているように、１２個のＬＥＤ１０８ａ〜ｌは、基材１０６上の陥凹部１５６内に配置されている。これらのＬＥＤのうちの６個のＬＥＤは、冷白色（「ＣＷ」）ＬＥＤ１０８ａ〜ｆであり、残りの６個のＬＥＤは、暖白色（「ＷＷ」）ＬＥＤ１０８ｇ〜ｌである。「冷」白色および「暖」白色は、本明細書で使用されているように、生成される光の色温度を指す。例えば、冷白色は、例えば約４０００Ｋより高い色温度に対応するものとしてよく、暖白色は、例えば約３０００Ｋより低い色温度に対応するものとしてよい。冷白色ＬＥＤ１０８ａ〜ｆは、照明器具１００に対するターゲット色温度より冷たい色温度を有するが、暖白色ＬＥＤ１０８ｇ〜ｌは、ターゲット色温度より暖かい色温度を有することが望ましい。冷白色ＬＥＤ１０８ａ〜ｆおよび暖白色ＬＥＤ１０８ｇ〜ｌからの光が混合レンズ１１２によって混合されたときに、ターゲット温度を達成することができる。より一般的には、チューニング可能な照明器具を実現することを目的として、照明器具は、任意の数の「グループ」に属するＬＥＤを備えることができ、それぞれのグループは異なる色もしくは色温度範囲（または「ビン」）内の光を発生するものとして定義され、異なるグループに関連付けられている範囲は、有利には、重なり合わず、照明器具をチューニングする所望の色もしくは色温度は、ＬＥＤのグループに関連付けられている色もしくは色温度の範囲の間のどれかの色もしくは色温度である。
【００３６】
所望の色温度を達成しやすくするために、照明器具１００のＬＥＤ１０８は、有利には、冷白色ＬＥＤ１０８ａ〜ｆおよび暖白色ＬＥＤ１０８ｇ〜ｌが独立してアドレッシング可能なように、つまり、異なる電流を異なるＬＥＤに供給することができるように接続される。図２Ａおよび２Ｂは、暖白色ＬＥＤおよび冷白色ＬＥＤを独立してアドレッシング可能なようにするために使用されうる電気的接続の例を示す略図である。これらの電気的接続は、例えば、基材１０６の表面上に、および／または基材１０６の電気的絶縁層の間に配設されているトレースを使用して実装されうる。ＬＥＤのグループに対する独立したアドレッシングを可能にする基材の例は、米国特許出願公開第２０１０／０２５９９３０号で説明されているが、他の基材も使用できる。
【００３７】
図２Ａでは、冷白色ＬＥＤ１０８ａ〜ｆは、第１の入力ノード２０２と第１の出力ノード２０６との間に直列に接続され、暖白色ＬＥＤ１０８ｇ〜ｌは、第２の入力ノード２０４と第２の出力ノード２０８との間に直列に接続されている。したがって、一方の電流（ＩC）を冷白色ＬＥＤ１０８ａ〜ｆに送り、異なる電流（ＩW）を暖白色ＬＥＤ１０８ｇ〜ｌに送る。電流ＩCおよびＩWは、独立して制御され、これにより、冷白色ＬＥＤ１０８ａ〜ｆおよび暖白色ＬＥＤ１０８ｇ〜ｌの相対光度を制御することができ、これにより、照明器具１００によって発生される光の色温度を制御する。例えば、制御回路１１６（図１Ａ）をノード２０２および２０６、ならびにノード２０４および２０８に接続し、所望の電流ＩCおよびＩWを送ることができる。
【００３８】
図２Ｂは、グループ毎の電流制御を実行するための特定の一技術を示している。図２Ａのように、冷白色ＬＥＤ１０８ａ〜ｆは、直列に接続され、暖白色ＬＥＤ１０８ａ〜ｌも、直列に接続される。図２Ｂにおいて、それぞれの直列接続されたＬＥＤの中の最後のＬＥＤ（ＬＥＤ１０８ｆおよび１０８ｌ）は、共通の出力ノード２２８に接続されている。共通の入力ノード２２２は、ポテンショメーター（または可変抵抗器）２２４、２２６を使用して冷白色ＬＥＤ１０８ａ〜ｆと暖白色ＬＥＤ１０８ｇ〜ｌの間に分割される、全電流ＩTOTを受け取る。ポテンショメーター２２４を抵抗ＲCに設定し、ポテンショメーター２２６をそれと無関係に抵抗ＲWに設定することができ、その結果、電流ＩCは冷白色ＬＥＤ１０８ａ〜ｆに送られ、電流ＩWは暖白色ＬＥＤ１０８ｇ〜ｌに送られる。ＲWおよびＲCを制御することによって、ＩW／ＩC＝ＲC／ＲWという特性に従って制御可能な割合でＩTOTをＩWとＩCとに分割することができる。そこで、図２Ａのように、冷白色ＬＥＤ１０８ａ〜ｆおよび暖白色ＬＥＤ１０８ｇ〜ｌの相対光度を制御することができ、これにより、照明器具１００によって発生される光の色温度が制御される。一実施形態では、制御回路１１６は、供給電流ＩTOTへのノード２２２および２２８に接続され、制御抵抗ＲCおよびＲWにさらに接続されうる。
【００３９】
他のアドレッシング方式も使用でき、例えば、ＬＥＤ１０８ａ〜ｌのそれぞれが独立してアドレッシング可能であってもよい。
【００４０】
本明細書で説明されている照明器具１００は、例示的であり、変更形態および修正形態も可能であることは理解される。一実施形態において、照明器具１００は、本発明の譲受人であるＬｅｄＥｎｇｉｎ  Ｉｎｃ．社によって製造され、販売されているＬｕｘＳｐｏｔ（商標）ランプに類似のものであってよい。本発明の教示を利用できる当業者であれば、独立してアドレッシング可能な暖白色ＬＥＤおよび冷白色ＬＥＤを有するいかなる照明器具も使用することができることを理解するであろうし、したがって、照明器具の詳細は本発明を理解するうえで重要なものではない。
【００４１】
本発明のいくつかの実施形態によれば、電流ＩCおよびＩW（図２Ａおよび２Ｂに示されている）は、照明器具１００から出力される光が望ましい色温度を有するように効率的にチューニングされうる。チューニング・プロセスは、有利には、わずかの回数の（例えば、３回または４回）測定を行えばよく、試行錯誤によらない。大量生産環境において大量の照明器具のチューニングを行えるようにこのプロセスを自動化することもでき、したがって、色チューニング機能を照明器具の生産段階に、例えば、組み立て工程における１つの段階として組み込むことができる。
【００４２】
さらに、図示されている実施形態において、照明器具１００は、能動的フィードバック・コンポーネントを備えないことに留意されたい。以下で説明されているように、照明器具１００は、チューニング装置に組み込まれ、生産時に色チューニングがなされうる。この後、照明器具１００は、チューニング・プロセスにおいて決定された電流の分割（または分配）を単に維持することによって所望の色温度で動作するように構成されうる。時間が経過しても照明器具１００内のＬＥＤが安定性を維持できる場合、通常の照明器具動作においてさらなるチューニングも能動的フィードバックも必要ない。能動的フィードバックが不要なので、安定した色温度を維持するために能動的フィードバックを必要とする照明器具に比べて製造コストを削減することができる。
【００４３】
チューニング・プロセスを理解するために、チューニングされていない照明器具の挙動を考察することから始めるのが有益である。図３は、本発明のいくつかの実施形態で使用可能な照明器具の動作特性を示すグラフである。グラフ３００は、ＣＩＥ色空間の一部を表し、これは輝度（ＣＩＥ  ｙ）および色度（ＣＩＥ  ｘ）座標に関して光を特徴付ける。表されているＣＩＥ色空間の部分は、白色光に関連付けられている範囲の大半を包含する。さまざまなデータ点（黒色の菱形）は、さまざまな動作条件の下で、例えば照明器具１００を参照しつつ上で説明されているように、独立してアドレッシング可能な暖白色および冷白色ＬＥＤグループを有する多数のＬＥＤベースの照明器具から測定された色を表す。
【００４４】
より具体的には、これらの測定を行うことを目的として、１０００ｍＡの全電流ＩTOTを照明器具に供給し、制約条件ＩC＋ＩW＝ＩTOTを維持した。点３０２によって表される、「冷白色」データは、ＩC＝ＩTOTおよびＩW＝０と設定することによってそれぞれの照明器具について測定された。点３０４によって表される、「暖白色」データは、ＩC＝０およびＩW＝ＩTOTと設定することによってそれぞれの照明器具について測定された。点３０６によって表される、「バランスのとれた」データは、ＩC＝ＩW＝０．５＊ＩTOTと設定することによって測定された。
【００４５】
ターゲット色は、円３０８で表されており、目標は、このターゲットにできる限り近い色を生成することである。理解されうるように、等しい電流を暖白色および冷白色ＬＥＤに単に印加するだけでは、バランスのとれたデータ点３０６はターゲット３０８を中心として散らばることになる。バランスのとれた色は、単一の白色の色のＬＥＤを使用することによって容易に得られるものと比べて異なる照明器具上で一致度が高く、色の一致度は相対電流ＩCおよびＩW（したがって色）を照明器具毎にチューニングすることによって達成されうる。典型的な事例においてそのようなチューニングを行うと、暖白色ＬＥＤおよび冷白色ＬＥＤに等しくない電流が供給され、電流はそれぞれの照明器具から出る光をターゲット３０８に近づけることによって照明器具間の変動を低減するように選択される。
【００４６】
図４は、本発明の一実施形態による照明器具をチューニングするための動作原理を例示する図である。ＣＩＥ色空間内の座標（ｘC，ｙC）の点４０２は、特定の照明器具に対する「冷白色」データ点の位置を表す（例えば、図３のデータ点３０２の１つ）。同様に、ＣＩＥ色空間内の座標（ｘW，ｙW）の点４０４は、同じ照明器具に対する「暖白色」データ点の位置を表す（例えば、図３のデータ点３０４の１つ）。座標（ｘB，ｙB）の点４０６は、その照明器具に対するバランスのとれたデータを表す（例えば、データ点３０６の１つ）。座標（ｘs，ｙs）の点４０８は、照明器具のチューニングで合わせるのが望ましい単色点を表す。（この点は、図３のターゲット３０８に対応しうる点であり、照明器具のメーカーまたはチューニング・プロセスを実行している可能性のある他の事業者によって指定されうる。）
【００４７】
点４０２および４０４に対応する色の光をブレンドすると、色は直線４１０上のどこかに配置される。したがって、単色点４０８に正確に対応する色とブレンドされた光を発生することは可能でない場合がある。したがって、目的は、その代わりに、直線４１０上にある点４０８に最も近い点、つまり、座標（ｘt，ｙt）の「チューニングされた」点４１２に到達することである。典型的な事例において、（ｘt，ｙt）および（ｘB，ｙB）は同じでなく、（ｘt，ｙt）は、異なる照明器具について異なっていてもよく、そのため、照明器具毎のチューニングが望ましい。
【００４８】
一般に、暖白色ＬＥＤおよび冷白色ＬＥＤに供給される相対電流（例えばＩW／ＩCとして測定される）の変化と、その結果の色温度のずれとの間の関係は、非線形である。さらに、相対電流の所定の変化の結果生じる色温度のずれの大きさは、照明器具毎に異なる。
【００４９】
しかし、図５に例示されているように、色空間の十分に狭い範囲にわたって、この関係を線形に近似することができる。図５は、多数の照明器具に対する一連の電流の５０ｍＡのずれの色温度に対する影響を示すグラフである。データ点５０２は、類似の製造の多数の照明器具について冷白色（つまり、ＩC＝ＩTOT、ＩW＝０のときの色）を表し、データ点５０４は、同じ照明器具について暖白色（つまり、ＩC＝０、ＩW＝ＩTOTのときの色）を表す。データ点５０６ａ〜ｉは、異なる相対電流における連続して行う測定を表す。特に、それぞれのデータ点５０６ａ〜ｉは、ＩCからＩWへのΔＩ＝５０ｍＡの電流のずれを表す。例えば、点５０６ｃが（ＩC＝ＩW＝０．５＊ＩTOT）に対応している場合、点５０６ｂは（ＩC＝０．５＊ＩTOT＋ΔＩ、ＩW＝０．５＊ＩTOT−ΔＩ）に対応する。同様に、点５０６ｄは（ＩC＝０．５＊ＩTOT−ΔＩ、ＩW＝０．５＊ＩTOT＋ΔＩ）に対応し、点５０６ｅは（ＩC＝０．５＊ＩTOT−２＊ΔＩ、ＩW＝０．５＊ＩTOT＋２＊ΔＩ）に対応し、以下同様に続く。
【００５０】
図５に示されているように、冷白色ＬＥＤと暖白色ＬＥＤとの間の相対電流（全電流は一定に保たれる）の特定のずれΔＩの結果生じるＣＩＥ  ｘ座標のずれ（Δｘ）は、少なくともＣＩＥ空間のある範囲にわたって、所定の照明器具についてほぼ一定である。明示的には示されていないけれども、一定のＣＩＥのずれΔｘは、照明器具毎に一定ではない。しかし、ＬＥＤが一定の光束密度を有している照明器具では、パラメータ
【００５１】
【数１】
2012238596.tif 000003
は異なる照明器具についても一定にかなり近い。一実施形態では、αは、約０．０００８０５２ｍＡ-1である。他の実施形態では、該当する比は、照明器具のサンプリングを測定することによって決定されうる。
【００５２】
したがって、図４を参照すると、特定の照明器具について（ｘC，ｙC）および（ｘW，ｙW）、ならびに望ましい色（ｘs，ｙs）が与えられると、直線４１０上のチューニングされた点（ｘt，ｙt）を計算することができることがわかる。（ｘB，ｙB）も測定される場合、照明器具をチューニングするＣＩＥ  ｘ座標における望ましいずれは（ｘt−ｘB）となる。この座標のずれをもたらすのに必要な電流のずれの大きさについては、
【００５３】
【数２】
2012238596.tif 000004
を使用して計算することができるが、式中、αは式１において定義されている一定の比である。設定
【００５４】
【数３】
2012238596.tif 000005
および
【００５５】
【数４】
2012238596.tif 000006
は、色（ｘt，ｙt）の光を発生するものと期待できる。
【００５６】
前記の説明に基づき、高速なチューニング手順を適用してＬＥＤ照明器具のチューニングを行うことができる。図６は、本発明の一実施形態によるチューニング・プロセス６００の流れ図である。プロセス６００は、独立してアドレッシング可能な暖白色ＬＥＤおよび冷白色ＬＥＤを組み込んだ照明器具に適用され、所望の色（ｘs，ｙs）と最もよく一致するように一定の全電流ＩTOTを暖白色ＬＥＤと冷白色ＬＥＤとに振り分ける方法を決定するために使用されうる。プロセス６００では、所望の色が指定されていることと、上で定義された比αが決定されていることとを想定する。
【００５７】
ブロック６０２で、ＬＥＤ照明器具への入力電流（または照明器具内のポテンショメーターに関する設定）を、ｌC＝ＩTOTおよびＩW＝０となるように調整する。ブロック６０４で、その結果得られる光の色を、例えば、（ｘC，ｙC）として測定する。従来のスペクトロメーターまたは他の知られている計測器をこの測定および本明細書で説明されているすべての色測定に使用することができる。
【００５８】
ブロック６０６で、ＬＥＤ照明器具への入力電流（または照明器具内のポテンショメーターに関する設定）を、ｌW＝ＩTOTおよびＩC＝０となるように調整する。ブロック６０８で、その結果得られる光の色を、例えば、（ｘW，ｙW）として測定する。
【００５９】
ブロック６１０で、ＬＥＤ照明器具への入力電流（または照明器具内のポテンショメーターに関する設定）を、ｌC＝ＩW＝０．５＊ＩTOTとなるように調整する。ブロック６１２で、その結果得られる光の色を、例えば、（ｘB，ｙB）として測定することができる。
【００６０】
ブロック６１４で、上で観察された線形関係を使用して、チューニングされた色（ｘt，ｙt）を生成する電流のずれＩδを計算する。より具体的には、（ｘt，ｙt）は、
【００６１】
【数５】
2012238596.tif 000007
を使用して、測定された（ｘC，ｙC）と（ｘW，ｙW）との間の直線（図４を参照）上にある（ｘs，ｙs）に最も近い点として計算されうるが、
ただし、式中
【００６２】
【数６】
2012238596.tif 000008
である。次いで、式２を使用して、Ｉδを計算することができる。
【００６３】
ブロック６１６で、式３および４を使用して動作電流ＩC0およびＩW0を決定することができる。
【００６４】
ブロック６１８で、計算を確認するために、動作電流ＩC0およびＩW0を照明器具に印加することができる。その結果得られる色を測定し、予測される（ｘt，ｙt）と比較することができる。
【００６５】
プロセス６００は、例示的であり、変更形態および修正形態も可能であることは理解される。順番に説明されているステップは並列に実行され、ステップの順序は可変であり、ステップは修正されるか、または組み合わされるか、省略されうる。それに加えて、説明されている実施形態は、Ｉδを計算するために使用される測定を可能な電流分割点のうちの「端点」と「中点」とで行うが、当業者であれば、他の点も使用することが可能であることを理解するであろう。例えば、測定を、必要ならば、１０／９０および９０／１０の電流分割点で、また中点、他の何らかの中間の点で実行することが可能である。３つの明確に区別される電流分割点で３つの明確に区別される測定を実行する限り、上記のプロセスを使用して、電流分割を決定し、所望のチューニングされた色温度（または色）を得ることができる。いくつかの実施形態では、ターゲット値は、有利には、暖色温度と冷色温度との間の中点に近く、これにより、照明器具は最高の効率（つまりＬＥＤダイ毎に最大のルーメン）で動作することが可能である。これは、暖白色ＬＥＤと冷白色ＬＥＤとを、ターゲット値が中点に近くなるように選択することによって確実に達成されうるものであり、一実施形態では、暖白色ＬＥＤおよび冷白色ＬＥＤは、３０／７０と７０／３０との間の範囲内のどこかで分割される暖／冷電流でチューニングされた色に常に到達するように選択される。しかし、特定のターゲット値が必要なわけではなく、色温度空間内の２つのグループの間にある任意の点においてチューニングを行うことができる。
【００６６】
いくつかの実施形態では、プロセス６００は、色のさらなるファインチューニングも含むことができる。例えば、最小二乗適合を使用して、黒体曲線上のターゲット点と、測定されたｘCとｘWとの間の直接との間の距離を決定することができ、これを使用して電流分割を修正し色のファインチューニングを行うことができる。
【００６７】
図７Ａおよび７Ｂは、プロセス６００に従ってチューニングされたＬＥＤベースの照明器具のグループの予測される挙動と実際の挙動との比較を示している。図７Ａは、冷白色データ点７０２、暖白色データ点７０４、および領域７０６内のブレンドされ、チューニングされたデータ点を示しており、これは図７Ｂの拡大版に示されている。
【００６８】
図７Ｂでは、「チューニングなし」データ点（菱形）は、暖白色ＬＥＤおよび冷白色ＬＥＤに等しい電流を印加することによって得られる色（ｙB，ｙB）に対応する。これからわかるように、チューニングなしデータ点は、ターゲット点７２０（（ｘs，ｙs）に対応する）を中心として散らばる。「理論」データ点（正方形）は、プロセス６００により決定されたような電流ＩC0およびＩW0を使用して動作するときにそれぞれの照明器具に対する予測される色（ｘt，ｙt）を示す。「実」データ点（三角形）は、ＩCOおよびＩW0を使用して動作するときに測定された色（ｘ0，ｙ0）を示す。図示されているように、データと理論との呼応は、きわめて良好であり、「チューニングなし」の事例に勝る実質的な改善（つまり、両方のＬＥＤグループに単純に等しい電流を印加する）が観察される。
【００６９】
散らばりの程度に基づき、改善はＣＩＥ−ｙ座標よりもＣＩＥ−ｘ座標で大きいことに留意されたい。人間の目は、ＣＩＥ−ｙの変化にあまり敏感でないため、ＣＩＥ−ｘに基づく（例えば、プロセス６００を使用する）チューニングは、満足のゆく結果をもたらすことがわかる。
【００７０】
本明細書で説明されているようなチューニングは、暖白色ＬＥＤおよび冷白色ＬＥＤの独立してアドレッシング可能なグループを有する放射体を持つ照明器具を使って実施されうる。いくつかの実施形態において、暖白色グループと冷白色グループに対するＬＥＤの選択で、チューニング性を最適化することができる。例えば、図８は、本発明の一実施形態により所望のチューニングされた色温度を達成するＬＥＤの選択に関係する動作原理を例示している。図８には、ＣＩＥ色空間内の黒体曲線８００が表されている。既存の白色ＬＥＤ製造プロセスでは、個別のＬＥＤの色温度を正確に制御することはできないが、ＣＩＥ色空間内の楕円領域内に収まるように色温度制御することは可能であり、これにより、一般的に楕円「ビン」の範囲内でＬＥＤを生産することができる。図８は、２つの異なるビンを例示しており、ビン８０２では暖白色光を発生し、ビン８０４では冷白色光を発生する。ビン８０２および８０４は、色空間内において、同じビン内の異なるＬＥＤ間の色の差を人間の目で知覚できる十分な大きさのものとすることができる。いくつかの実施形態において、予め選択されているターゲット色温度へのチューニングを最適化するために、メーカーは、暖白色ビンおよび冷白色ビンを、それらのビンを表す楕円の長軸がビン８０２および８０４に対する事例と同様に、色空間内で近似的に揃えられるように選択することができる。
【００７１】
上で説明されているプロセスを使用することで、放射体がビン８０２からの暖白色ＬＥＤおよびビン８０４からの冷白色ＬＥＤを含む照明器具を、例えば、直線８０６上の１つの点に合わせてチューニングすることができる。正確な点は、一般に、所定の照明器具における特定のＬＥＤの各種形態によって決まり、点線８０８は、それらの可能性の一部を示している。指示されているように、ＬＥＤに対し比較的大きな製造公差があったとしても、小さなチューニングされた投影（直線８０６）が達成されうる。
【００７２】
他の実施形態では、所定の色温度を発生するようにＬＥＤを選択的に選ぶ代わりに、メーカーは黒体曲線の上にあるＬＥＤの一方のグループと、特定の色温度をターゲットとすることなく黒体曲線の下にあるＬＥＤの別のグループとを持つ放射体を生産することができる。照明器具を、上で説明されている技術を使用して黒体曲線上の点に合わせてチューニングすることができ、これ以降、照明器具を、チューニングされた色温度に従っていくつかのビンに分けることができる。
【００７３】
図９は、本発明の一実施形態によりチューニングされた色温度に基づき照明器具をビンに分けるための動作原理を例示している。そこには、ＣＩＥ色空間内の黒体曲線９０２が表されている。ＬＥＤのこれら２つのグループは、黒体曲線の上に配置されている楕円９０４および黒体曲線の下に配置されている楕円９０６によって表されている。それぞれの照明器具は、楕円９０４内の点と楕円９０６内の点とを結ぶ任意の直線が曲線９０２と交差しなければならないという事実から推論できるように、黒体曲線９０２上の一点に合わせてチューニングされうる。いくつかの具体的な例が、点線９０８によって示されている。
【００７４】
所望の色を持つ照明器具を実現することを目的として、ボックス９１０によって示されているように黒体曲線９０２をいくつかのビンに分割することができる。ビンのサイズは、色の変化が知覚できないか、またはほとんど知覚できないように選択されうる。それぞれの照明器具は、それをチューニングする黒体曲線９０２上の点に基づきビンに割り当てられうる。
【００７５】
いくつかの実施形態において、チューニングのさらなる改善は、異なる色のＬＥＤの２つより多い独立してアドレッシング可能なグループを備える照明器具を使用することによって達成されうる。例えば、冷白色および暖白色に加えて、赤色および／または緑色のＬＥＤを放射体内に備えることが可能である。
【００７６】
３つのグループの実施形態を参照すると、図１０は、ＬＥＤ放射体パッケージ１０００の上面図であり、そこでは基材１００１は陥凹部１００２を有することがわかる。陥凹部１００２内には、４つの冷白色（ＣＷ）ＬＥＤ１００４ａ〜ｄ、４つの暖白色（ＷＷ）ＬＥＤ１００４ｅ〜ｊ、および１つの赤色ＬＥＤ１００４ｉが図に示されているように配列され、取り付けられている。この例では、赤色ＬＥＤグループは、単一のＬＥＤを含む。当業者であれば、それぞれのグループ内のＬＥＤの個数および／またはＬＥＤの配置構成を望み通りに修正することができることを理解するであろう。一次光学系と二次光学系で色混合を行う、放射体パッケージ１０００を図１の照明器具に類似の照明器具内に備えることができる。この例では、制御回路および電気的結合部は、冷白色グループ、暖白色グループ、および赤色グループがそれぞれ独立してアドレッシング可能であるように構成され、照明器具から放射される光の色を、それぞれのグループに送られる相対電流を調整することによってチューニングすることができる。
【００７７】
図１１は、本発明の一実施形態による、図１０の放射体パッケージ１０００などの、ＬＥＤの３つのグループを備える放射体パッケージを備える照明器具をチューニングするため動作原理を例示している。ＣＩＥ色空間内の座標（ｘC，ｙC）の点１１０２は、特定の照明器具に対する「冷白色」データ点の位置を表す。同様に、ＣＩＥ色空間内の座標（ｘW，ｙW）の点１１０４は、同じ照明器具に対する「暖白色」データ点の位置を表す。ＣＩＥ色空間内の座標（ｘR，ｙR）の点１１０６は、同じ照明器具に対する赤色ＬＥＤグループの色を表す。座標（ｘs，ｙs）の点１１０８は、照明器具のチューニングで合わせるのが望ましいターゲット点を表す。（ターゲット点は、照明器具のメーカーまたはチューニング・プロセスを実行している可能性のある他の事業者によって指定されうる。）
【００７８】
座標（ｘt1，ｙt1）の点１１１０は、暖白色および冷白色ＬＥＤグループに対するチューニングされた色を表す。上で説明されているプロセス６００（または類似のプロセス）を実行することによって、赤色ＬＥＤグループに電流が供給されない状態において、暖白色グループと冷白色グループとの間の電流の適切な分割（動作電流ＩW0とＩC0）を決定することができ、これにより、色（ｘt1，ｙt1）の光が発生する。これ以降、白色ＬＥＤと赤色ＬＥＤとの間の電流の分配をチューニングして、暖白色ＬＥＤと冷白色ＬＥＤとの間の相対電流を維持しながら色を（ｘs，ｙs）に近づけることができる。特に、一定電流ＩTOTを
【００７９】
【数７】
2012238596.tif 000009
に従って分割することができ、ただし、βは０≦β≦１である。つまり、チューニングのこのフェーズでは、暖白色ＬＥＤグループと冷白色ＬＥＤグループとに供給される電流を、暖白色グループと冷白色グループの実効色温度（「純白」）が一定となるように互いに関して固定された関係に保持し（つまり、ＩW0／ＩC0が一定となるように）、白色ＬＥＤグループへの全電流（つまり、β（ＩW0＋ＩC0））を赤色ＬＥＤグループへの電流ＩRに相対的に調整し、ＩTOTを一定に保つ。プロセス６００に類似のプロセスを使用して、ＩRおよびβに対する値を決定することができ、その結果得られる色は、座標（ｘt2，ｙt2）を有する、点（ｘs，ｙs）に対して直線１１１２上の最も近い点、つまり、点１１１４にある。純白の色と赤色との間でチューニングするために、異なる定数α’を使用する。
【００８０】
図１２は、結果として得られる光が本発明の一実施形態による色空間座標（ｘt2，ｙt2）を有するようにＩW0、ＩC0、β、およびＩRを決定するために使用できるチューニング・プロセス１２００を例示している。最初に、ブロック１２０２で、ＩRをゼロで一定に保ちつつ、プロセス６００（図６）を使用して、ＩW0およびＩC0、つまり、純白の色（ｘt1，ｙt1）を発生する暖白色ＬＥＤグループと冷白色ＬＥＤグループとの間の電流の分割を決定することができる。
【００８１】
次に、純白の色と赤色ＬＥＤのグループの間でチューニングを実行することができる。より具体的には、ブロック１２０４で、式７のＩRをゼロに設定し、βを１に設定し、色（ｘβ、ｙβ）を測定する。（これは図１１の（ｘt1，ｙt1）と同じ色であってよい。）ブロック１２０６で、式７のＩRをＩTOTに設定し、βを０に設定し、色（ｘR、ｙR）を測定する。ブロック１２０８で、式７のＩRを０．５＊ＩTOTに設定し、βを０．５に設定し、色（ｘB2、ｙB2）を測定する。ブロック１２１０で、上で説明されているものに似た線形補間を使用し、適切な値αを使って、値ＩR0およびβ0を計算し、所望の色（ｘt2，ｙt2）を生成することができる。ブロック１２１２で、電流ＩR0を赤色ＬＥＤグループに供給し、電流β0＊ＩW0を暖白色ＬＥＤグループに供給し、電流β0＊ＩCO0を冷白色ＬＥＤグループに供給し、その結果得られる色温度を測定して色を確認する。プロセス６００のように、例えば、最小二乗適合を使用する追加のファインチューニングを適用することができる。
【００８２】
プロセス６００と同様に、ブロック１２０４および１２０６において「エンドポイント」の事例を使用する必要はない。典型的な実施形態では、ターゲット色（ｘs，ｙs）は、色空間内のよく知られている黒体曲線上にあり、点（ｘC，ｙC）、（ｘW，ｙW）の間の直線１１１６は、黒体曲線の近くにあり、赤色点（ｘR，ｙR）は黒体曲線から離れている。そのような場合には、（ｘt1，ｙt1）は、（ｘs，ｙs）にすでにかなり近く、赤色ＬＥＤからのわずかな寄与分を使用して色をファインチューニングする。そこで、ブロック１２０６におけるＩR＝１の端点の代わりに中間値を使用することによってさらによい線形補間を行うことができる。例えば、（ＩR＝  ０．３＊ＩTOT、β＝０．７）を使用することが十分であると思われる。
【００８３】
プロセス１２００は、赤色のＬＥＤの色が、図１１の直線１１１２にそって色を移動しても色をｘ方向にｘsから著しく引き離さないように色空間内に配置される実施形態において特に有効であり、これは、人間の目が、色空間におけるｘ方向の変化に比較的敏感であるためである。（ｘs，ｙs）が黒体曲線にそっており、（ｘR，ｙR）がその曲線から離れている事例では、ごくわずかの赤色光が加わり、これが一般的な事例である。代替的プロセスは、３つの異なる電流分配に対応する３つの点の間の三角補間に依存しうる。例えば、３つの点（ｘC，ｙC）、（ｘW，ｙW）、および（ｘR，ｙR）を使用することが可能である。あるいは、点（ｘC，ｙC）、（ｘW，ｙW）、および例えば、（ＩR＝０．３＊ＩTOT，β＝０．７）または他の何らかの適切に定義されている電流の組み合わせとともに式７を使用して得られる色として定義されうる第３の点（ｘR，ｙR）を使用することも可能である。ここで、最初に、プロセス６００を使用してＩW0およびＩC0を決定し、次いで、（ｘR'，ｙR'）を測定し、次いで補間することができる。さらに別の変更形態では、３つの頂点として、点（ｘt1，ｙt1）（ＩW＝ＩW0，ｌC＝ＩC0，ＩR＝０として得られる）、点（ｘB，ｙB）（ＩW＝ｌC＝０．５＊ＩTOT，ＩR＝０として得られる）、および（ｘR，ｙR）（ＩW＝０．７＊ＩW0，ＩC＝０．７＊ＩC0，ＩR＝０．３＊ＩTOT、または他の何らかの電流の組み合わせで得られる）を使用して三角補間を実行することが可能である。一般に、色空間内における３つの頂点が互いに近ければ近いほど、三角補間の信頼度は高くなる。
【００８４】
図１１において示唆されているように、赤色光を追加することで、純白の色が色空間内で黒体曲線の「真上に」あり、ターゲット色（ｘs，ｙs）が黒体曲線上にある場合に色のチューニングを行いやすくなる。当業者であれば、純白の色が黒体曲線の「真下に」来る傾向を有する場合に緑色ＬＥＤグループを赤色ＬＥＤグループの代わりに使用することができ、緑色光（ＣＩＥ空間内で赤色光と反対の位置にある）を追加することで、色のずれを黒体曲線に近づけることができることを理解するであろう。
【００８５】
図１３は、本発明の別の実施形態によるＬＥＤの３つのグループを備える放射体パッケージを備える照明器具をチューニングするため動作原理を例示している。この実施形態では、ＬＥＤの３つのグループは、色温度が黒体曲線（破線１３０８）の「真上に」ある第１の冷白色グループ１３０２、色温度が黒体曲線１３０８の「真下に」ある第２の冷白色グループ１３０４、および暖白色グループ１３０６を含む。ＬＥＤグループ１３０２、１３０４、および１３０６に分配される相対電流を調整することによって、色を三角形１３１０内の任意の点に合わせてチューニングすることができる。いくつかの実施形態において、黒体曲線１３０８上の点の範囲（例えば、約４５００Ｋから約２８００Ｋまでの範囲の色温度）に高い精度でチューニングすることが達成されうる。したがって、例えば、黒体曲線１３０８上の所望の色温度（ｘs，ｙs）（点１３１２）はチューニングによって発生しうる。
【００８６】
図１４は、本発明の一実施形態による図１３に例示されているＬＥＤグループを有する照明器具をチューニングするためのプロセス１４００を例示する図である。ブロック１４０２で、２つの冷白色ＬＥＤグループ１３０２、１３０４を単一のグループとして処理し、この「グループ」と暖白色ＬＥＤグループ１３０６との間で電流をチューニングし、黒体曲線１３０８への点１３１２における法線上にある色温度（ｘp，ｙp）（点１３１４）を発生させる。例えば、ＩC1が冷白色グループ１３０２に送られる電流を表し、ＩC2が冷白色グループ１３０４に送られる電流を表す場合、ブロック１４０２で、冷白色ＬＥＤへの全電流ＩC＝ＩC1＋ＩC2は、ＩC1＝ＩC2＝０．５＊ＩCとなるように分割されうる。固定された全入力電流ＩTOTは、（ｘp，ｙp）に対応する色に到達するまでＩCと暖白色グループ１３０６に供給される電流ＩWとの間に調整可能に分割されうる。これは、動作電流ＩC0およびＩW0を決定する。
【００８７】
次に、ブロック１４０４で、冷ＬＥＤ電流ＩC0をグループ１３０２と１３０４とに分割することを最適化する。ＩC0およびＩW0を一定に保ち、ｌC1およびＩC2を、所望の点（ｘs，ｙs）に向けて色をずらすように変化させることができる。
【００８８】
図１３および１４の実施形態では、非常に良好なＣＲＩで黒体曲線上の単一点へのチューニングを行う。代替的実施形態も可能であることに留意されたい。例えば、２つの冷白色グループと１つの暖白色グループとを含む照明器具の代わりに、別の実施形態では、黒体曲線をひとまとめにした２つの暖白色グループ（つまり、上に１つのグループ、下に１つのグループ）と１つの冷白色グループを備える照明器具を使用することができ、チューニング・プロセスは、図１４のと似たものであってもよい。
【００８９】
いくつかの実施形態では、ＬＥＤの３つより多いグループを使用することができる。例えば、いくつかの実施形態は、２つの暖白色グループ（黒体曲線を囲む）と２つの冷白色グループ（これも黒体曲線を囲む）、全部で４つのＬＥＤグループを有することができる。さらに他の実施形態では、赤色ＬＥＤグループと緑色ＬＥＤグループの両方を、暖白色グループおよび冷白色グループに加えて備えることができ、これにより、ＬＥＤの４つのグループが形成される。図１５は、ＬＥＤ放射体パッケージ１５００の上面図であり、そこでは基材１５０１は陥凹部１５０２を有する。陥凹部１５０２内には、６つの冷白色（ＣＷ）ＬＥＤ１５０４ａ〜ｆ、６つの暖白色（ＷＷ）ＬＥＤ１５０４ｇ〜ｌ、１つの赤色ＬＥＤ１５０４ｍ、および４つの緑色ＬＥＤ１５０４ｎ〜ｑが図に示されているように配列され、取り付けられており、ＬＥＤの４つのグループを構成する。当業者であれば、それぞれのグループ内のＬＥＤの個数および／またはＬＥＤの配置構成を望み通りに修正することができることを理解するであろう。放射体パッケージ１５００を図１の照明器具に類似の照明器具内に備えることができる。この例では、制御回路および電気的結合部は、冷白色グループ、暖白色グループ、赤色グループ、および緑色グループがそれぞれ独立してアドレッシング可能であるように構成され、照明器具から放射される光の色を、それぞれのグループに送られる相対電流を調整することによってチューニングすることができる。
【００９０】
図１６は、本発明の一実施形態による４グループ放射体パッケージを備える照明器具をチューニングするための動作原理を例示する図である。第１の照明器具（照明器具Ａ）については、冷白色ＬＥＤが色空間内の点１６０２で光を発生するが、暖白色ＬＥＤは点１６０４で光を発生し、純白の色（ｘtA，ｙtA）（点１６０６）は、プロセス６００に従ってチューニングすることによって生成されうる。ターゲット色点１６０８（座標（ｘs，ｙs））は、黒体曲線上にあり、照明器具Ａでは、純白のチューニング線１６１０の下にある。そのため、純白の色に赤色を加えることで、点１６０８に近づけなければならない。第２の照明器具（照明器具Ｂ）については、冷白色ＬＥＤが色空間内の点１６２２で光を発生するが、暖白色ＬＥＤは点１６２４で光を発生し、純白の色（ｘtB，ｙtB）（点１６２６）は、プロセス６００に従ってチューニングすることによって生成されうる。ターゲット色点１６０８（座標（ｘs，ｙs））は、黒体曲線上にあり、照明器具Ｂでは、純白のチューニング線１６３０の上にある。そこで、純白の色に緑色を加えることで、点１６０８に近づけなければならない。したがって、赤色ＬＥＤと緑色ＬＥＤの両方のグループを構成することで、チューニングの柔軟性を高めることができる。いくつかの実施形態では、赤色光と緑色光の両方を純白光に加えて、色をさらにファインチューニングすることができる。
【００９１】
４つのグループでチューニングするためのプロセスは、プロセス１２００（図１２）に類似のものであってもよい。図１７は、本発明の一実施形態に従って使用されうるプロセス１７００を例示している。ブロック１７０２で、ＩRおよびＩGをゼロで一定に保ちつつ、プロセス６００（図６）を使用して、ＩW0およびＩC0、つまり、純白の色（ｘt1，ｙt1）を発生する暖白色ＬＥＤグループと冷白色ＬＥＤグループとの間の電流の分割を決定することができる。ブロック１７０４で、（ｘt1，ｙt1）をターゲット色（ｘs，ｙs）と比較することによって、色をファインチューニングするために赤色もしくは緑色の光を追加すべきかどうかの判定を下す。決定１７０６の後、赤色を追加する場合、ブロック１７０８〜１７１６を実行することができ、これらのブロックは、上で説明されているプロセス１２００のブロック１２０４〜１２１２と類似のものであってよい。緑色を追加する場合、ブロック１７１８〜１７２６を実行することができる。これらのブロックは、プロセス１２００のブロック１２０４〜１２１２と類似のものであってよいが、ただし、赤色の代わりに緑色の光が使用される。
【００９２】
本明細書で説明されているＬＥＤの複数のグループに対するチューニング・プロセスは、例示的であり、変更形態および修正形態も可能であることは理解される。ＬＥＤの任意の数のグループを備えることができ、次のグループを前のグループの最適なブレンドに次々に追加することによって、または異なるグループからの光の異なる混合に関連付けられている複数の頂上位置の間を補間することによってチューニングを実行することができる。
【００９３】
上で説明されているいくつかの実施形態では、色の変化は、すべてのグループへの全電流が一定に保たれているときにＬＥＤのグループ間の相対電流の変化に対して線形関係を有していることを仮定する。この仮定は、特にＬＥＤが等しい光束密度を有するように選択されている場合に、色空間内の小さな領域に対して有効である。この場合、２つのグループでチューニングするアプローチは、色空間内の少なくとも２つの基準点を定義することと、照明器具内のＬＥＤのグループ間の固定された全電流の少なくとも２つの異なる分配に対応することと、基準点はターゲット色がそれらの間の中間にあるように選択されることと、次いで線形補間を適用してその結果得られる光がターゲット色に非常によく近似するように電流分配をチューニングすることとを含みうる。ＬＥＤの２つよりも多いグループが備えられる場合、色空間内の少なくとも３つの基準点を、ターゲット色が基準点によって定義された多角形（例えば、三角形）内に収まるように選択することができ、三角補間および／または他の補間技術を使用して、その結果得られる光がターゲット色を非常によく近似するように電流分配をチューニングすることができる。
【００９４】
より一般的に、色の変化は、ＬＥＤグループ間の相対電流の変化に対して線形関係を有している必要はない。異なる色もしくは色温度を有する独立してアドレッシング可能なＬＥＤグループからの光をブレンドすることを利用して、線形関係の仮定が成立するかどうかに関係なく照明器具をチューニングすることができる。線形性の仮定が成立しない場合において、実際の非線形応答を照明器具群に対してモデル化することができる。あるいは、チューニングアルゴリズムは、ＬＥＤグループ間の電流の異なる分割（または分配）を試験し、色測定結果に基づき電流分割を繰り返し調整する「探索」戦略によって進めることができる。一探索戦略は、色測定結果間の固定ステップサイズ（例えば、５０ｍＡ）だけ電流分割をずらすことを含みうる。別の探索戦略は、二分探索法に類似の、区間二分探索法に基づくことができる。電流分配の端点がターゲット色温度を囲むという仮定から始めて、電流の等しい分配を有する色温度を測定することができる。次の測定は、等しい点と結果を所望の温度に近づけるべき端点との間の中間の電流分配で行われ、これは所望の色温度に到達するまで繰り返されうる。具体的な探索戦略は、本発明にとって重要ではない。
【００９５】
チューニングを円滑に行えるようにするために、すべてのグループに印加される全電流は、有利には、チューニング時に一定に保たれ、チューニングは、異なるグループへの固定された全電流の分配（または、換言すれば、それぞれのグループに印加される全電流の割合）を変えることによって達成される。
【００９６】
本明細書で説明されているチューニング・プロセスは、直接的でありまた予測可能であって、自動化された実装を、例えば製造環境において行うことが可能である。本明細書で説明されているチューニング・プロセスを実装することができる装置の例について次に説明する。
【００９７】
図１８は、本発明の一実施形態によるチューニング装置１８００の略図である。チューニング装置１８００は、調整用固定具１８０２、光ファイバー１８０４、スペクトロメーター１８０６、制御システム１８０８、プログラマブル・ポテンショメーター１８１０、および電流源１８１８を備える。
【００９８】
調整用固定具１８０２は、チューニング時に照明器具１８１２を適所に保持するための取付機能を組み込むことができる。調整用固定具１８０２は、照明器具１８１２からの光を光ファイバー１８０４（例えば、直径１００ミクロンの従来型の光ファイバー）に送り込むことも行う。例えば、調整用固定具１８０２は、照明器具１８１２からの光が光ファイバー１８０４の端部に当たるように照明器具１８１２に関して光ファイバー１８０４を適所に保持する保持要素を備えることができる。いくつかの実施形態では、調整用固定具１８０２は、例えば照明器具１８１２からの光を集束させるためのレンズもしくは他の光学素子を備え、これにより、光ファイバー１８０４の端部に入射する光を増強することができる。
【００９９】
スペクトロメーター１８０６は、市販されているＯｃｅａｎ  Ｏｐｔｉｃ  ＵＳＢ４０００スペクトロメーターなどの、従来型の設計のものであってよい。光の色を測定し、その測定結果をコンピュータに伝達することができるデバイスであればどのようなものでも使用できる。
【０１００】
プログラマブル・ポテンショメーター１８１０は、従来型の設計のものであってもよく、照明器具１８１２の電流入力点に接続されうる。ポテンショメーター１８１０は、可変抵抗器を備えることができ、それぞれの抵抗器の値は、例えば制御信号に応じてプログラム可能である。ポテンショメーター１８１０は、有利には、電流源１８１８によって供給される入力電流ＩTOTを分割するための抵抗を照明器具１８１２内のＬＥＤのそれぞれのグループに対する電流分配部に入れるように配置構成される。例えば、照明器具１８１２が冷白色ＬＥＤおよび暖白色ＬＥＤを備える場合、照明器具１８１２内でＩＣを冷白色ＬＥＤに送り、ＩＷを暖白色ＬＥＤに送ることができる。例えば、図２Ｂに示されているように、デュアル・プログラマブル・ポテンショメーター１８１０を使用して抵抗ＲWおよびＲCを変化させることができる。一実施形態では、ポテンショメーター１８１０は、制御システム１８０８から受信された制御信号に基づき所望のＲWおよびＲC値でプログラムされる。照明器具１８１２が、２つより多いグループを含む場合、ポテンショメーター１８１０は、ＬＥＤのグループ間に任意の方法で入力電流ＩTOTを分配できるように追加の独立可変抵抗を備えることができる。ＬＥＤの複数のグループへの入力電流の分配を制御することができる他のデバイスおよび技術も使用することができ、ポテンショメーターは必要でない。
【０１０１】
制御システム１８０８は、例えば、中央演算処理装置（ＣＰＵ）、メモリ（例えば、ＲＡＭ）、ディスプレイ・デバイス、ユーザー入力デバイス（キーボード、マウスなど）、磁気記憶媒体（例えば、ハードディスクもしくは固定ディスク・ドライブ）、取り外し可能な記憶媒体（例えば、光ディスク、フラッシュ・メモリを使用したメモリ・カード）、および同様のものを備える従来型の設計のコンピュータ・システムを使用して実装されうる。（簡単のために、これらの従来型のコンポーネントは例示されていない。）一実施形態では、制御システム１８０８は、Ｌｉｎｕｘ（登録商標）プラットフォームをベースとしたものであるが、特定のプラットフォームが必要なわけではない。制御システム１８０８は、例えば、メモリ内に格納され、ＣＰＵによって実行されうるプログラムコードを使用する形で、単色調整アルゴリズム１８２２を実装することができる。以下で説明されているように、アルゴリズム１８２２は、プロセス６００のいくつかの態様を実装するものであってよい。
【０１０２】
制御システム１８０８は、スペクトロメーター１８０６から色データを受信することができるスペクトロメーター・ドライバ１８２４を実装することもできる。さまざまな実施形態において、スペクトロメーター・ドライバ１８２４は、スペクトロメーター１８０６およびデータの読み取りおよびデータの供給をスペクトロメーターに行わせるために使用できる関連する制御ソフトウェア（例えば、ＣＰＵまたは制御システム１８０８の他のプロセッサによって実行可能）と互換性のある物理的インターフェース（例えば、ＵＳＢ（ユニバーサルシリアルバス）もしくは同様のもの）を備えることができる。いくつかの実施形態では、いくつかの実施形態におけるスペクトロメーター・ドライバ１８２４は、データを解釈すること、例えば、スペクトロメーター１８０６から受信された測定結果をＣＩＥ空間座標または他の所望のフォーマットに変換することに関係するコードも備えることができる。
【０１０３】
制御システム１８０８は、プログラマブル・ポテンショメーター１８１０のオペレーションを制御することができるポテンショメーター・ドライバ１８２６を実装することもできる。さまざまな実施形態において、ポテンショメーター・ドライバ１８２６は、ポテンショメーター１８１０および可変抵抗を指定された値に設定することをポテンショメーターに指令するために使用できる関連する制御ソフトウェア（例えば、ＣＰＵまたは制御システム１８０８の他のプロセッサによって実行可能）と互換性のある物理的インターフェース（例えば、ＵＳＢ（ユニバーサルシリアルバス）、Ｉ2Ｃ、もしくは同様のもの）を備えることができる。これらの値は、単色調整アルゴリズム１８２２によって指定されうる。
【０１０４】
ユーザー・インターフェース１８２８は、キーボード、マウス、トラックボール、トラックパッド、タッチパッド、ディスプレイ画面、プリンタなどの標準的なインターフェース・コンポーネントを、インターフェース・コンポーネントを制御し、インターフェース・コンポーネントと通信するためにシステム１８０８のＣＰＵによって実行される関連ソフトウェアとともに備えることができる。ユーザーは、ユーザー・インターフェース１８２８を介して、単色調整アルゴリズム１８２２と通信してそのオペレーションを制御することができる。例えば、ユーザーは、チューニング・プロセスの開始および停止を制御し、チューニング・プロセスに関連付けられているデータ（例えば、図７Ａ〜７Ｂのプロットに似たプロット）を表示することができる。
【０１０５】
１８００のオペレーションは以下のように進行することができる。第１に、ＬＥＤベースの照明器具１８１２（例えば、図１の照明器具１００に対応する）をポテンショメーター１８１０に接続し、照明器具１８１２によって放射される光が集光され、光ファイバー１８０４を介してスペクトロメーター１８０６に送出されるように調整用固定具１８０２内に配置する。次に、制御システム１８０８に、単色調整アルゴリズムを実行するよう命令を送る。これは、説明されているプロセスのどれかを実行して、選択された電流を決定し、選択された電流を異なるＬＥＤグループに印加し、その結果得られる光の色を測定することを含みうる。このセットアップを、暖白色ＬＥＤおよび冷白色ＬＥＤに対する別々の電流を受け取ることができる照明器具１８１２とともに使用することができる。動作電流によって生成された光の色がターゲット色と一致すると（装置１８００のオペレータによって選択されうる製造公差の範囲内で）確認された後、照明器具１８１２を、所望の電流分割が得られるように再構成することができる（例えば、抵抗器を加えることによって）。
【０１０６】
あるいは、いくつかの実施形態では、照明器具それ自体が、プログラマブル・ポテンショメーターを備えることができる。例えば、図１９は、本発明の一実施形態による照明器具内のポテンショメーターをプログラムするために使用されうる試験装置１９００を示している。示されているように、装置１９００のコンポーネントの大半は、装置１８００のコンポーネントと類似していて（または同一であって）もよい。しかし、この例では、照明器具１９１２は、他の何らかの形で照明器具１８１２に類似していてもよく、ポテンショメーター１９１４（または照明器具１９１２内のＬＥＤのそれぞれのグループに送られる電流の量を制御することができる他の制御回路）を備え、外部調整インターフェース１９１０はポテンショメーター１８１０を置き換える。外部電源１９１８を備え、動作電流ＩTOTを照明器具１９１２に送る。ポテンショメーター１９１４は、好適な数の独立可変抵抗を備えるように構成され、例えば、照明器具１９１２が、ＬＥＤの２つのグループを備える場合、ポテンショメーター１９１４は、例えば、図２Ｂに示されている可変抵抗器２２４、２２６に対応する、可変抵抗ＲWおよびＲCを備えるように構成されうる。照明器具１９１２が、２つより多いグループを含む場合、ポテンショメーター１９１４は、追加の独立可変抵抗を備えることができる。調整インターフェース１９１０（照明器具１９１２内に組み込むことができるか、または外付けであるものとしてよい）は、ポテンショメーター・ドライバ１８２６からの信号に応答してポテンショメーター１９１４と通信し抵抗を所望の値に設定することができる。
【０１０７】
装置１９００は、照明器具（例えば、照明器具１９１２）をチューニングする照明器具を保持する場所からピックアップし、照明器具１９１２を調整用固定具１８０２内に配置するためにロボット・ドライバ１９３２によって操作可能なロボット・アーム１９３０も備える。ロボット・アーム１９３０は、チューニング後に調整用固定具１８０２から照明器具１９１２を取り外して、照明器具１９１２をチューニングされた照明器具を保持するように指定された場所に配置するためにロボット・ドライバ１９３２によってさらに操作可能である。ロボット・ドライバ１９３２は、制御システム１９０８内に組み込まれているハードウェアおよび／またはソフトウェアを使用して実装されうる、好適なロボット制御サブシステム１９３４によって制御されうる。ロボット制御システムの従来の技術を使用して、ロボット・アーム１９３０、ドライバ１９３２、および制御サブシステム１９３４を実装することができる。いくつかの実施形態では、調整用固定具１８０２は、伸張して照明器具１９１２を適所に保持し、引っ込んで照明器具１９１２を解放する可動部材を備えることができる。そのような部材を、ロボット・ドライバ１９３２の制御の下で操作することもでき、それにより、チューニングを行いチューニングが完了したときに取り外すために照明器具を調整用固定具内に挿入するプロセスの完全自動化が可能になる。
【０１０８】
装置１９００により、完全自動化されたチューニング手順を実行することができ、その際に、照明器具１９１２を調整用固定具１８０２内に挿入し、調整インターフェース１９１０に接続する。ロボット・アーム１９３０を使用することで、調整用固定具内への照明器具の挿入および調整用固定具からの照明器具の取り外しのプロセスから人間の介入をなくすことができる。整流システム１９０８は、上で説明されている図１８の制御システム１８０８のコンポーネントと類似しているコンポーネントを備えることができ、チューニング・プロセスを実行して、動作電流を決定し、所望の動作電流を発生させるために適切な抵抗を付けてポテンショメーター１９１４をプログラムすることができる。この後、照明器具１９１２を装置１９００から取り外すことができる。ここでもまた、ロボット・アーム１９３０を使用することで、この段階から人間の介入をなくすことができる。ポテンショメーター１９１４は、有利には、調整インターフェース１９１０から接続を外されたときに最後にプログラムされた設定を保持し、その結果、照明器具１９１２は、試験具から取り外された後であっても暖白色ＬＥＤおよび冷白色ＬＥＤに所望の動作電流を供給し続ける。そのため、手動の介入がほとんどないか、または全くなしで、照明器具をチューニングすることができ、複数の照明器具を一度に、例えば、装置１９００の全部または一部の複数のコピーを用意することによってチューニングすることができる。
【０１０９】
図２０は、例えば本発明の一実施形態による装置１９００において実装されうるチューニング・プロセス２０００を例示している。チューニング・プロセス２０００を使用して、単一の照明器具または任意の数の照明器具をチューニングすることができる。ブロック２００２で、ユーザーは、例えば、制御システム１８０８のユーザー・インターフェース１８２８をインタラクティブに操作することによって、所望の色（ｘs，ｙs）を指定する。いくつかの実施形態では、ユーザーが所望の色温度を指定することができ、制御システム１８０８はその色温度を色空間座標に変化することができる。ブロック２００４で、照明器具（例えば、照明器具１９１２）は、例えば、ユーザーによって、措置１９００の他の何らかのオペレータによって、または自動製造工場内のロボット・メカニズムによって、調整用固定具１８０２内に接続される。
【０１１０】
ブロック２００６で、制御システム１８０８は装置１９００を操作して、所望の色を発生する電流分配を決定する。例えば、単色調整アルゴリズム１８２２は、上で説明されているチューニング・プロセスのどれかを実装することができ、所望の色を発生する照明器具１９１２内のＬＥＤのグループへの全電流の分配を決定するために実行されうる。ブロック２００８で、所望の電流分配をもたらすポテンショメーター１９１４に対する動作抵抗を決定する。例えば、ＬＥＤのグループが２つある一実施形態において、ＩW／ｌC＝ＲC／ＲWという原理を動作電流ＩW0およびＩC0（ブロック２００６で決定される）と一緒に用いて適切な抵抗選択することができる。この計算を、単色調整アルゴリズム１８２２に組み込むことができる。ブロック２０１０で、ポテンショメーター１９１４を、ブロック２００８で決定された動作抵抗によりプログラムし、例えば、単色調整アルゴリズム１８２２は、動作抵抗をポテンショメーター・ドライバ１８２６に伝達することができ、ポテンショメーター・ドライバ１８２６は調整インターフェース１９１０を介してその抵抗をポテンショメーター１９１４に伝達する。
【０１１１】
ブロック２０１２で、照明器具１９１２を調整用固定具１８０２内に残したまま、動作色（ｘ0、ｙ0）を測定することによって動作電流を試験することができる。いくつかの実施形態において、ブロック２０１４で、例えば、ブロック２０１２における測定結果および黒体曲線への最小二乗適合に応じて、さらに調整を行うことで色をファインチューニングすることができる。
【０１１２】
ブロック２０１６で、最終的なチューニングが完了した後、照明器具１９１２を調整用固定具１８０２から取り外すことができる。ポテンショメーター１９１４は、有利には、プロセス２０００で決定された動作抵抗によりプログラムされたままであり、したがって、照明器具１９１２は、動作電力が供給されたときに必ずチューニングされた色の光を発生する。
【０１１３】
ブロック２０１６で、プロセス２０００は終了することができる。いくつかの実施形態において、それぞれの照明器具に対してプロセス２０００（ブロック２００４から始まる）を繰り返すことによって追加の照明器具を同じ色温度にチューニングすることができる。
【０１１４】
本明細書で説明されているプロセス２０００は、例示的であり、変更形態および修正形態も可能であることは理解される。順番に説明されているステップは並列に実行され、ステップの順序は可変であり、ステップは修正されるか、または組み合わされるか、省略されうる。図１８の装置１８００とともに、類似のプロセスを使用することができる。いくつかの実施形態では、多数の異なる色温度のそれぞれについて単一の照明器具をチューニングし、ユーザーがそれらの色温度のうちから選択するために操作できる制御装置を照明器具上に備えることが望ましいと思われる。これは、それぞれの所望の色温度についてプロセス２０００を繰り返し、それぞれの温度について決定された動作抵抗を（例えば、ルックアップテーブル内に）格納することによって行うことができる。ユーザーが、照明器具上の制御装置を操作することによって色温度を選択する場合、対応する抵抗を探して、ポテンショメーター１９１４にプログラムすることができる。
【０１１５】
通常の使用では（プロセス２００の後）、照明器具１９１２は、色チューニングを保存しておくためにフィードバック・メカニズムを必要としないことに留意されたい。ポテンショメーター１９１４は、その照明器具の寿命が尽きるまでプログラムされた状態のままとすることができ、色のチューニング状態を保つために所望の電流を送ることができる。色は、照明器具１９１２内のＬＥＤがその寿命全体を通して色安定性を保つ限りずれない。許容可能な公差の範囲で寿命が尽きるまで色安定性を保てる白色ＬＥＤが知られており、照明器具１９１２または本明細書で説明されている他の照明器具において使用されうる。したがって、照明器具の通常の使用では能動的フィードバック・プロセスを必要とせず、また照明器具の寿命が尽きるまで安定している色センサーも必要ない。したがって、例えば図１８および１９に示されているような外部能動的フィードバック・ループを照明器具の初期チューニングに使用することができ、これ以降、さらにフィードバックまたはチューニングを行うことなく照明器具を動作させることができる。
【０１１６】
いくつかの実施形態において、照明器具１９１２は、ＬＥＤの異なるグループへの入力電流の所望の分配を維持するための制御回路を備えることができる。例えば、上で説明されているようにプログラマブル・ポテンショメーターを使用することができる。電流がチューニングされた後、プログラマブル・ポテンショメーターは、所望の色に対応する抵抗値を格納することができる。他の実施形態では、照明器具は、電流の所望の分配を示す情報を格納することができるメモリ回路（例えば、プログラマブル・リードオンリー・メモリ、フラッシュ・メモリ、または同様のもの）を備えることができる。したがって、例えば、照明器具が取り付けられる固定具は、格納されている情報を読み取り、所望の分配に基づき入力電流をＬＥＤのそれぞれのグループに供給することができる電流コントローラを備えることができる。他の技術も、照明器具内にチューニング情報（例えば、所望の電流分配）を格納または保持するために使用することができる。いくつかの実施形態において、照明器具は、例えば、色もしくは同様のものを選択するために外部制御スイッチを使用することによって、多数の異なるターゲット色（または色温度）のうちからユーザーが選択できる色（または色温度）で動作することができるものとしてよい。チューニング・プロセスは、それぞれのターゲット色を発生するための入力電流の分配を決定するように修正され、照明器具は、それぞれの色に関連付けられている対応を示す情報を格納することができ、動作時に、照明器具は、制御スイッチの設定に基づき所望の分配を取り出すことができる。
【０１１７】
さらに、照明器具１９１２の通常の使用ではフィードバック・ループを必要としないため、チューニングに使用されるフィードバック・ループのさまざまコンポーネントは、照明器具１９１２の外付けとすることができ、図１９の１９００に対する場合と同様に、チューニング後に取り外すことができる。これにより、通常使用時に、能動的フィードバックに依存する照明器具に比べてこの照明器具の製造コストを低減することができる。さらに、通常使用において電力を消費するフィードバック・コンポーネントがないので、照明器具の稼働コストもいくぶん低減されうる。
【０１１８】
本発明は、特定の実施形態に関して説明されているが、当業者であれば、多くの修正形態が可能であることを理解するであろう。例えば、本発明は、特定の照明器具の幾何学的形状もしくはフォームファクタに、またはＬＥＤの個数および種類に関して制限されない。本明細書で言及されている特定の電流値およびチューニング定数値も例示的であり、他の値は置き換え可能である。ＬＥＤのグループの数、グループ内のＬＥＤの数、および／またはグループの色についても、変えることができる。一般に、チューニング可能な照明器具は、ＬＥＤの少なくとも２つのグループを備え、それぞれのグループは色空間内で重なり合わない領域を占有する。領域のサイズは、ＬＥＤの異なるグループを生産するために使用される製造プロセスおよび公差に一部は依存し、グループが複数のＬＥＤを含む場合、それらのＬＥＤは、関連付けられている色空間領域内に無作為に散らばるようにできる。異なるグループに対して許される領域は、有利には、所望の（チューニングされた）色が異なるＬＥＤグループによって占有されている領域と領域との中間にあるように選択される。
【０１１９】
したがって、本発明は、特定の実施形態に関して説明されているけれども、本発明は、以下の請求項の範囲内にあるすべての修正形態および等価形態を対象とすることが意図されていることは理解されるであろう。
【符号の説明】
【０１２０】
１００  ＬＥＤベースの照明器具
１０１  軸
１０２  ハウジング
１０４  ＬＥＤパッケージ
１０６  基材
１０８  ＬＥＤ
１０８ａ〜ｌ  ＬＥＤ
１１２  二次光学系
１１４  正面
１１６  制御回路
１５６  陥凹部
２０２  第１の入力ノード
２０４  第１の出力ノード
２０６  第２の入力ノード
２０８  第２の出力ノード
２２８  共通の出力ノード
３００  グラフ
３０２、３０４、３０６  点
３０８  円
４０２  点
４０６  点
４０８  点
４１０  直線
４１２  「チューニングされた」点
５０２  データ点
５０４  データ点
５０６ａ〜ｉ  データ点
６００  チューニング・プロセス
８００  黒体曲線
８０２  ビン
８０４  ビン
８０６  直線
８０８  点線
９０２  黒体曲線
９０４  楕円
９０６  楕円
９０８  点線
９１０  ボックス
１０００  ＬＥＤ放射体パッケージ
１００１  基材
１００２  陥凹部
１００４ａ〜ｄ  冷白色（ＣＷ）ＬＥＤ
１００４ｅ〜ｊ  暖白色（ＷＷ）ＬＥＤ
１００４ｉ  赤色ＬＥＤ
１１０２  点
１１０４  点
１１０６  点
１１０８  点
１１１０  点
１１１２  直線
１１１４  点
１１１６  直線
１２００  チューニング・プロセス
１３０２  第１の冷白色グループ
１３０４  第２の冷白色グループ
１３０６  暖白色グループ
１３０８  破線
１３０８  黒体曲線
１３１０  三角形
１３１２  点
１３１４  点
１４００  プロセス
１５００  ＬＥＤ放射体パッケージ
１５０１  基材
１５０２  陥凹部
１５０４ｇ〜ｌ  暖白色（ＷＷ）ＬＥＤ
１５０４ｍ  赤色ＬＥＤ
１５０４ｎ〜ｑ  緑色ＬＥＤ
１６０２  点
１６０４  点
１６０６  点
１６０８  ターゲット色点
１６１０  チューニング線
１６２２  点
１６２４  点
１６２６  点
１６３０  チューニング線
１８００  チューニング装置
１８０２  調整用固定具
１８０４  光ファイバー
１８０６  スペクトロメーター
１８０８  制御システム
１８１０  プログラマブル・ポテンショメーター
１８１２  照明器具
１８１８  電流源
１８２２  単色調整アルゴリズム
１８２４  スペクトロメーター・ドライバ
１８２６  ポテンショメーター・ドライバ
１８２８  ユーザー・インターフェース
１８３０  ロボット・アーム
１９００  試験装置
１９０８  制御システム
１９１０  外部調整インターフェース
１９１２  照明器具
１９１４  ポテンショメーター
１９３０  ロボット・アーム
１９３２  ロボット・ドライバ
１９３４  ロボット制御サブシステム
２０００  チューニング・プロセス
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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