(57)【要約】  短いパルスでＬＥＤに電力を提供するパルス生成回路を使用することによってエネルギ消費が低減され、且つその回路がＬＥＤに匹敵する耐用期間を有するエネルギ効率の高い照光機器が提供される。この照光機器は、受動回路部品のみを用いており、且つパルス化され、順方向にＤＣバイアスされた所望の出力波形を生成する目的で使用されるパルス生成回路を有する。パルス生成器回路は、交流電力を入力として受取り、電力波形を変え、５０〜６０Ｈｚの入力信号の各サイクル時に非常に短い時間（０．２〜１５ミリ秒）に亘ってＬＥＤに電力を供給する。パルス化された発光というパラダイムは、人間によって安定的かつ連続的であると認識されると共に、電力がほんのわずかな電力サイクルで使用されるため、エネルギを大幅に節約するアンビエント照明を提供する。【選択図】図２
2012510710.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
照光装置であって、
固体発光機器と；
前記固体発光機器に連結され、交流電力を受容するように構成された回路と
を備え、
前記回路は、前記交流電力を変えることによって、前記交流電力の周波数に同期した周波数で、０．２から１５ミリ秒の範囲の期間を有するパルスを有する出力波形を生成するように構成された非スイッチング回路部品から成ることを特徴とする、照光装置。
【請求項２】
前記回路は、正ＤＣバイアスを前記出力波形に提供する、
請求項１記載の照光装置。
【請求項３】
前記照光装置はさらに、前記出力波形を、正ＤＣバイアスを有するようにさらに変える回路構成を備える、
請求項１記載の照光装置。
【請求項４】
入力電源は、２０Ｈｚから３００Ｈｚの範囲の周波数を有する交流電流を提供する、
請求項１記載の照光装置。
【請求項５】
前記固体発光機器は、少なくとも１つのＬＥＤを備える、
請求項１記載の照光装置。
【請求項６】
前記回路は、
受動部品から成る整流器と；
コンデンサと；
抵抗器と；
第１のダイオードと；
第２のダイオードと；
交流電力への接続を許容するように構成された一対の入力端子と；
前記固体発光機器への接続を許容するように構成された一対の出力端子と
を備え、
前記コンデンサは、前記出力端子とは並列に配置されており、
前記抵抗器は、前記出力端子に直列で配置され、且つ前記コンデンサの負荷側に配設されており、
前記第１のダイオードが前記コンデンサの入力側に配設され、且つ前記第２のダイオードが前記コンデンサの前記負荷側に配設されるように、前記第１のダイオードと前記第２のダイオードは、前記出力端子に直列で配置されている、
請求項１記載の照光装置。
【請求項７】
前記整流器は、第３のダイオードと、第４のダイオードと、第５のダイオードと、第６のダイオードとを備え、
前記第３、第４、第５および第６のダイオードは、単一のブリッジ回路において、前記ブリッジ回路のブリッジが有する互いに異なる端子に配設された前記第３、第４、第５および第６のダイオードのうちの１つに接続されており、
直列で配置された前記第３および第５のダイオードが順方向伝導モードでの導通を許可し、且つ直列で配置された前記第４および第６のダイオードが逆方向伝導モードでの導通を許可するように、前記一対の入力端子は、前記ブリッジ回路の第１の対角に亘って接続されており、且つ前記一対の出力端子は、前記ブリッジ回路の第２の対角に亘って接続されている、
請求項６記載の照光装置。
【請求項８】
照明器具であって、
光源を支えるように構成されたレセプタクルと；
前記レセプタクル内に配設された回路と
を備え、
前記レセプタクルは、交流電力を受取るように構成された第１のコネクタと、固体発光機器を受取るように構成された第２のコネクタとを有し、
前記回路は、前記第１のコネクタに連結され、前記第１のコネクタから交流電力を受取るように構成され、さらに前記第２のコネクタに連結され、出力波形を前記第２のコネクタに提供するように構成され、
前記回路はさらに、前記交流電力の周波数に同期した周波数で、０．２から１５ミリ秒の範囲の期間を有するパルスを備える前記出力波形を生成するために前記交流電力を変えるように構成された非スイッチング回路部品を有することを特徴とする、照明器具。
【請求項９】
前記第２のコネクタは、少なくとも１つのＬＥＤを受取るように構成される、
請求項８記載の照明器具。
【請求項１０】
前記出力波形はさらに、ＤＣバイアスを有する、
請求項８記載の照明器具。
【請求項１１】
前記照明器具はさらに、正ＤＣバイアスを有するために前記出力波形をさらに変える回路構成を備える、
請求項８記載の照光装置。
【請求項１２】
前記回路は、受動部品から成る整流器と、第１のダイオードと、第２のダイオードと、コンデンサと、抵抗器とから成り、
前記コンデンサは、前記第２のコネクタに並列で配置されており、
前記抵抗器は、前記第２のコネクタに直列で配置され、前記コンデンサの負荷側に配設されており、
前記第１のダイオードが前記コンデンサの入力側に配設され、前記第２のダイオードが前記コンデンサの前記負荷側に配設されるように、前記第１のダイオードと第２のダイオードは、前記第２のコネクタに直列で配置されている、
請求項８記載の照明器具。
【請求項１３】
前記整流器は、第３のダイオードと、第４のダイオードと、第５のダイオードと、第６のダイオードと、前記第１のコネクタに接続された一対の入力端子と、前記第２のコネクタに接続された一対の出力端子とを備え、
前記第３、第４、第５、および第６のダイオードは、単一のブリッジ回路において、前記ブリッジ回路のブリッジが有する異なるアームに配設された前記第３、第４、第５、および第６のダイオードのうちの１つに接続されており、
前記一対の入力端子は、前記ブリッジ回路の第１の対角に亘って接続されており、
直列で配置された前記第３および第５のダイオードが順方向伝導モードでの導通を許可し、且つ直列で配置された前記第４および第６のダイオードが逆方向伝導モードでの導通を許可するように、前記一対の出力端子は、前記ブリッジ回路の第２の対角に亘って接続されている、
請求項１２記載の照明器具。
【請求項１４】
照光を提供する方法であって、前記方法は、
交流電力を受取るように構成された入力コネクタと、固体発光機器を受取るように構成
された出力コネクタとを備える回路を提供すること
を有し、
前記回路は、非スイッチング回路部品から成り、
前記回路は、前記入力コネクタに連結され、
前記回路は、前記第１のコネクタを通じて交流電力を受取ると、前記交流電力の周波数に同期した周波数で０．２から１５ミリ秒の範囲の期間を有するパルスを備える出力波形を生成するために前記交流電力を変え、前記変えられた波形を出力コネクタに出力することを特徴とする、方法。
【請求項１５】
前記出力波形はさらに、正ＤＣバイアスを有する、
請求項１４記載の方法。
【請求項１６】
前記方法はさらに、
前記出力コネクタに連結された固体発光機器を提供することと；
前記回路から出力された前記変えられた波形出力を使用して光を生成することであって、それによって周期的にパルス化された光が発せられ、安定的かつ連続的な照光が視覚的に認識されることと
を有する、
請求項１４記載の方法。
【請求項１７】
前記固体発光機器は、少なくとも１つの発光ダイオードを備える、
請求項１６記載の方法。
【請求項１８】
前記回路は、受動部品から成る整流器と、第１のダイオードと、第２のダイオードと、コンデンサと、抵抗器とから成り、
前記コンデンサは、前記第２のコネクタに並列で配置されており、
前記抵抗器は、前記第２のコネクタに直列で配置され、前記コンデンサの負荷側に配設されており、
前記第１のダイオードが前記コンデンサの入力側に配設され、且つ前記第２のダイオードが前記コンデンサの前記負荷側に配設されるように、前記第１のダイオードと第２のダイオードは、前記第２のコネクタに直列で配置されている、
請求項１４記載の方法。
【請求項１９】
前記整流器は、第３のダイオードと、第４のダイオードと、第５のダイオードと、第６のダイオードとを備え、
前記第３、第４、第５および第６のダイオードは、単一のブリッジ回路において、前記ブリッジ回路のブリッジが有する異なるアームに配設された前記第３、第４、第５および第６のダイオードのうちの１つに接続されており、
直列に配置された前記第３および第５のダイオードが順方向伝導モードでの導通を許可し、且つ直列で配置された前記第４および第６のダイオードが逆方向伝導モードでの導通を許可するように、前記第１のコネクタは、前記ブリッジ回路の第１の対角に亘って接続された一対の入力端子を備え、且つ前記第２のコネクタは、前記ブリッジ回路の第２の対角に亘って接続された一対の出力端子を備える、
請求項１８記載の方法。
【請求項２０】
交流電力を処理するための回路であって、
前記回路は、固体発光機器を受取るように構成された出力コネクタを有する非スイッチング回路部品から成り、
前記回路は、交流電力を受取り、
前記交流電力の周波数に同期した周波数で、０．２から１５ミリ秒の範囲の期間を有す
るパルスを備える出力波形を生成するために受取った前記交流電力を変え、
変えられた前記出力波形を前記出力コネクタに出力するように構成されることを特徴とする、回路。
【請求項２１】
前記出力波形はさらに、正ＤＣバイアスを有する、
請求項１７記載の回路。
【請求項２２】
前記出力コネクタは、ＬＥＤとの電気的接続をサポートし、かつ提供する、
請求項１７記載の回路。
【請求項２３】
前記回路は、第１のダイオードと、第２のダイオードと、コンデンサと、抵抗器と、交流電力への接続を許容するように構成された一対の入力端子と、前記出力コネクタに接続された一対の出力端子と、受動部品から成る整流器とを有し、
前記コンデンサは、前記出力端子に並列で配置されており、
前記抵抗器は、前記出力端子に直列で配置され、前記コンデンサの負荷側に配設されており、
前記第１のダイオードが前記コンデンサの入力側に配設され、且つ前記第２のダイオードが前記コンデンサの前記負荷側に配設されるように、前記第１のおよび第２のダイオードは、前記出力端子に直列で配置されている、
請求項１７記載の回路。
【請求項２４】
前記整流器は、単一のブリッジ回路で接続された第３、第４、第５および第６のダイオードを備え、
前記第３、第４、第５および第６のダイオードのうちの１つは、前記ブリッジ回路のブリッジが有する異なるアームに配設されており、
直列で配置された前記第３および第５のダイオードが順方向伝導モードでの導通を許可し、且つ直列で配置された前記第４および第６のダイオードが逆方向伝導モードでの導通を許可するように、前記一対の入力端子は、前記ブリッジ回路の第１の対角に亘って接続されており、且つ前記一対の出力端子は、前記ブリッジ回路の第２の対角に亘って接続されている、
請求項２３記載の回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電圧波形を使用してダイオードを駆動し、物理スイッチを使用しないでダイオードのオン状態とオフ状態を周期的に切り換えることに関し、さらに詳しくは、ＬＥＤランプのオン状態とオフ状態を２０Ｈｚから３００Ｈｚの周波数で周期的に切り換えることによって、コスト効果およびエネルギ効率の高い照明を提供することに関する。
【背景技術】
【０００２】
発光ダイオード（ＬＥＤ）は、順方向にバイアスした電流によって駆動したときに光を発する半導体ダイオードである。ＬＥＤは、日常的な光源として使用することができ、従来の白熱電球または蛍光灯と比較して数多くの利点を有する。ＬＥＤを使用して照光を提供する効率的な方法は公知である。例えば、同じ発明者による特許文献１に効率的なＬＥＤ照明方法が開示されており、同公報は、参照によって本明細書に援用されるものとする。特許文献１に開示されるとおり、効率の高い照明は、（１）ＬＥＤがわずか１ミリ秒未満で点灯または消灯でき、（２）人間の目が照光の停止の後２０ミリ秒以上にわたって画像（明るさ）を保持するという特性を利用することによって実現することができる。直流（ＤＣ）電源によって給電されたＬＥＤのオン状態とオフ状態を、人間の目視覚保持特性を許容できるだけの頻度で周期的に切り換える目的で物理スイッチが使用される方法が開示されている。
【０００３】
特許文献１は、例えば３〜６ミリ秒間の比較的短く激しい駆動周期が、例えば３０〜５０ミリ秒間という比較的長いほぼ非駆動周期と交互に訪れるようにＬＥＤ（またはＬＥＤの配列）を駆動させる手法に関する説明を含む。かかる方法で駆動するＬＥＤによって作り出される光の強度に対する人間の認識のモデルは、短い駆動周期中に起こるほぼ完全な認識強度（「飽和」）の急速な開始と、長い非駆動周期中に起こる比較的ゆっくりとした認識強度の減衰とが対になることから成る。このモデルの下では、ＬＥＤを実際に駆動する比較的低いデューティサイクルで、強い照光の認識を実現する。
【０００４】
さまざまなタイプの回路が、特許文献１号に記載されている一般的な手法に従ってＬＥＤ（またはＬＥＤ配列）を駆動するための所望の駆動電圧（または電流）を生成する目的で使用され得る。例えば、電気的なスイッチング素子（トランジスタなど）、または機械的な素子（リレーなど）が使用され得る。ある用途では、商業上または他の配慮を考慮すると、かかる能動スイッチング素子の使用が適切であり得る。
【０００５】
上に概説したとおり、いくつかの用途については、ＬＥＤを駆動するための回路構成がＬＥＤ自体と同程度の使用寿命を有することに対するニーズがある。ある実施例では、特に比較的高い駆動電流を使用した回路で、発明者は、ＬＥＤ自体の使用寿命が長いのに対し、回路の能動スイッチング素子の使用寿命が比較的短いことを観察した。
【０００６】
特許文献１に開示された照明方法は、効率上の利点を提供するものの、物理スイッチを使用してＬＥＤのオン状態とオフ状態の間で周期的に切り換えるのは、高い頻度での切り換えが求められるため高価である。結果的には、物理スイッチ部品の耐用期間がＬＥＤの耐用期間に比して比較的短くなるとともに、故障した物理スイッチ部品の交換に伴う交換費用が比較的高くつく。
【０００７】
既存の従来型光源に対するＬＥＤベース照光の利点を記載している論文は、インターネット、機関誌および新聞など数多くの場所で見つけることができる。光源としてＬＥＤを使用する利点を鑑みると、ＬＥＤに給電するのに必要なエネルギが、特許文献１に記載さ
れているような従来のＤＣ電源によるＬＥＤ照明よりもさらに減らすことができれば、得られる経済的利得は相当のものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００７／０２５２８０５号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
１つ以上のダイオード（ＬＥＤを含む）のオン状態とオフ状態を周期的に交互に切り換える方法が必要とされている。かかる方法は、ダイオードおよび人間の視覚の物理的特性を活用すべきである。加えて、かかる方法は、ダイオードと同等の使用寿命を有するコスト効果の高い機器を提供するべきである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
１つ以上のＬＥＤのオン状態とオフ状態を、物理スイッチを用いることなく周期的に交互に切り換えるための機器および方法が提供される。この機器は、回路内ダイオードを有する回路構成を含み、この回路構成は、ＡＣ波形を生成してＬＥＤのオン状態とオフ状態を所望の方法で周期的に交互に切り換える。この回路構成は、ＬＥＤの点灯しきい値をわずかに下回るように設定されたＤＣバイアスを含むＡＣ電圧波形を生成するように設計されている。このＡＣ電圧波形も、バイアスを上回る周期的な「リップル」すなわち「パルス」を含む。そのため、この回路構成によって、回路内ダイオードが電流の投入あるいは停止、または増減を強制的に行う。そのため、消費される電力も投入あるいは停止、または増減する。周期的なリップルの周波数は音響周波数範囲にある。周期的なリップルの振幅および波形係数は、ＬＥＤを通過する電流が所望の最大電流と、正しい電流の上昇／下降時間と、所望の上下電流期間とを有するように制御されるように設計されている。そのためＬＥＤは、オン状態とオフ状態を所望の方法で周期的に交互に切り換えることができる。この機器は、回路内ダイオードを使用して、提供されたＡＣ波形の下でのスイッチング機能を提供するように設計されているため、機器の使用寿命は当然ダイオードの使用寿命に等しい。
【００１１】
本明細書に記載されている１つ以上の方法の利点は、エネルギ効率の高い照光機器を提供することである。いくつかの実施例では、照光機器のエネルギ消費が、短いパルスで光源に電力を提供する回路を使用することによって低減される。いくつかの実施例では、この回路が、光源の耐用期間に匹敵する耐用期間を有する。他の実施例では、この回路が、かかる耐用期間を必ずしも生み出すとは限らず、商業的配慮に基づく利点など、他の利点を有することもある。
【００１２】
より具体的には、能動スイッチング回路部品を使用せずに所望の出力波形を生成するために、受動回路部品を用いる回路が使用される照光機器が、提供される。本明細書において、「能動スイッチング部品」は、上記の物理スイッチに対応し、トランジスタ（電気的スイッチ）またはリレー（機械的スイッチ）など、能動スイッチングを提供する部品と定義される。また、本明細書において、「受動回路部品」は、非トランジスタまたは非物理スイッチである回路部品と定義され、「受動回路」という用語は、受動回路部品のみを用いた回路を言及する。所望の出力波形を実現するために、いくつかの実施例では、ダイオード、コンデンサ、トランス、インダクタなどいくつかの受動回路素子の非線形特性が、活用される。いくつかの実施例では、照光機器は、光源として１つ以上のＬＥＤを使用し、オン状態とオフ状態を非常に速く変更でき、耐用寿命が長いというＬＥＤの特性を活用する。
【００１３】
１つの手法では、受動回路部品だけを含むと共に、交流（ＡＣ）電力を受取り、受取ったその交流電力を、パルスを備える出力波形を生成するように変えるように適合されている受動回路が提供される。いくつかの実施形態では、これらのパルスは、ＡＣ電力の周波数とほぼ同期した周波数で、０．２から３．５ミリ秒（ｍｓ）の範囲の期間を有する。いくつかの実施形態では、これらのパルスは、ＡＣ電力の周波数とほぼ同期した周波数で、０．２から１５．０ミリ秒の範囲の期間を有する。この回路はさらに、正ＤＣバイアスを出力波に提供すると共に、変えられた波形を、ＬＥＤなどの固体発光機器を受取るように構成された出力コネクタに出力するように適合されている。
【００１４】
別の手法では、照光機器は、１つ以上の発光機器（光源）を支えるための照明器具を備える。上記の受動回路は、器具のハウジング内に配設されており、外部交流電源に接続されるように適合されている。具体的には、この器具は、外部電源に配線接続されているか、外部電源に選択的に連結するためのコネクタを含む場合がある。加えて、受動回路は、器具のハウジングに載置された発光機器レセプタクルに連結されている。このレセプタクルは、発光機器をハウジングで支え、受動回路の出力に電気的接続を提供するように構成されている。受動回路は、ＡＣ電源から電力を受取ったときに所望の出力波形を生成するように構成されている。ＬＥＤなどの発光機器がレセプタクル内に配設されると、ＬＥＤは、各パルス時に照光するように駆動され、それ以外の場合にはオフ（消光）状態になる。
【００１５】
さらに別の手法では、ユーティリティなどによって提供される交流電力供給信号を入力として使用し、ユーティリティによって提供される交流入力波形を改変し、その上に重畳された短時間のパルスを有する、整流されたＤＣバイアス信号を出力する照光を提供するための装置が、提示される。この装置は、ＬＥＤなどの固体発光機器に接続するように構成されている。発光機器がこの装置に配線接続されてもよいし、あるいはこの装置は、発光機器に選択的に接続を許可するためのコネクタを含んでもよい。この装置は、交流電力供給信号を変えるための非スイッチング回路部品のみから成る受動回路を含み、そのことによって、発光機器に匹敵する使用寿命を有する回路を使用することによって所望の出力波形が生成される。
【００１６】
エネルギ効率の良い照光を提供する方法が開示される。この方法は、パルスを含む波形を有する駆動電力を、発光源に供給することを有する。いくつかの実施形態では、これらのパルスは、ＡＣ電力の周波数とほぼ同期した周波数で、０．２から３．５ミリ秒（ｍｓ）の範囲の期間を有する。いくつかの実施形態では、これらのパルスは、ＡＣ電力の周波数とほぼ同期した周波数で、０．２から１５．０ミリ秒の範囲の期間を有する。この照光方法を用いることによって、周期的にパルス化された光が発せられ、安定的かつ連続的な照光が視覚的に認識され、照光を提供する目的で使用されるエネルギ消費は、従来の照光技法に比して大幅に低減される。この方法はさらに、発光源のオン／オフ変更速度を上げるために波形に正ＤＣバイアスを提供することを有する。
【発明の効果】
【００１７】
特に、本機器および方法は、５０〜６０Ｈｚの入力信号の各サイクル時に非常に短い時間（約３ミリ秒以下）でＬＥＤに電力が供給されるパルスモードで、アンビエント照明を提供する。このパラダイムは、人間によって安定的かつ連続的であると認識されると共に、電力がほんのわずかな電力サイクルで使用されるため、エネルギを大幅に節約するアンビエント照明を提供する。
【００１８】
本手法を実行するための様態について、添付の図面に示す本手法の実施形態を参照して以下説明する。上述の目的、他の目的、特性および利点は、添付の図面と併せて以下に提示される実施形態の詳細な説明から明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】照光機器の概略図。
【図２】パルス生成器回路の図。
【図３ａ】単一のＬＥＤ。
【図３ｂ】直列で接続された複数のＬＥＤ。
【図３ｃ】並列で接続された複数のＬＥＤ。
【図３ｄ】直列と並列との両方で接続された複数のＬＥＤ。
【図４】照光装置の実施形態。
【図５】照光装置の第１の代替実施形態。
【図６】照光装置の第２の代替実施形態。
【図７】照光装置の第３の代替実施形態。
【図８】照光装置の第４の代替実施形態。
【図９】照光装置の第５の代替実施形態。
【図１０】回路出力端子３６、３７に亘って測定された出力電圧（左側の座標軸）Ｖｏ（ｔ）と出力電流Ｉｏ（ｔ）とを、単一パルス入力の時間の関数として示している。
【図１１】約６０Ｈｚの入力信号周波数で、入力交流電力信号Ｖｉ（ｔ）と、ブリッジ整流器全体の出力電圧Ｖ（ｒｅｃｔｉｆｉｅｒ）（ｔ）と、コンデンサ全体の出力電圧Ｖ（ｃａｐ）（ｔ）と、ＬＥＤ負荷全体のＶ（ｌｏａｄ）（ｔ）とを比較し、いくつかの入力サイクルの時間の関数としてプロットされたグラフ。
【図１２】回路のパルス生成部分がバイアス回路から分かれており、２つの回路が所望の波形を形成するために接続されているパルス生成器回路の代替実施形態。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以降、本手法の選択的な実施形態について、図面を参照しながら説明する。本手法を明瞭化するために必要とみなされる構造だけが本明細書に記載されていることを理解すべきである。他の従来構造および機器および方法の付随的および補助的な部品は、当業者にとって公知であり理解されるものと想定される。
【００２１】
いくつかの実施例では、ＬＥＤを駆動するための回路構成が受動部品（抵抗器、コンデンサ、ダイオードなど）によって構成されるため、この回路構成は、能動スイッチング部品（トランジスタ、リレーなど）を一切使用せずに形成される。例えば、受動部品から成る回路構成は、交流電源（５０〜６０Ｈｚにおけるユーティリティ電源など）を、その後ＬＥＤに渡されるパルス・バイアス電力信号に変換する目的で使用される。さらに具体的には、受動部品（ダイオードなど）の応答機能は、供給された電圧波形によってオン状態とオフ状態との間で負荷を強制的に交互に切り換える目的で使用される。この波形は、ＬＥＤの点灯しきい値をわずかに下回るように選択されたＤＣバイアスと、バイアスを上回る周期的な「リップル」との両方を含むＡＣ電圧波形を有する。いくつかの実施例では、かかる受動回路構成は、ＬＥＤと同程度期間にある使用寿命を生み出す。他の実施例では、かかる回路構成は、必ずしもかかる匹敵する使用寿命を生み出すとは限らず、商業的配慮などに基づく利点など、他の利点を有することもある。
【００２２】
照光を提供するための照明装置１０の実施例が図１に概略的に示されている。一般に、この装置は、入力として交流電流波形を有する電力を受取り、波形を変え、変えられた波形を固体発光機器に出力する回路を含む。照明装置１０は、ユーティリティなどによって提供される電源５からの入力として交流電力信号を使用し、入力交流波形を改変する。装置１０は、その上に重畳された短時間パルスを有する整流されたＤＣバイアス信号を出力するパルス生成器回路３０を含む。装置１０は、ＬＥＤなどの固体発光機器２０に接続するように構成されており、それによってＬＥＤは、入力電力信号の周波数に関連する（その周波数の調波周波数と同じかそのうちの１つなど）周波数で、比較的短い周期の照光を
作り出すように駆動される。いくつかの実施形態では、ＬＥＤは、電力消費を最小化しつつ、一定と認識される照光を実現するために約３〜６ミリ秒周期の照光を作り出すように駆動される。他の実施形態では、ＬＥＤは、一定であり、同様のＤＣ駆動装置と同等の明るさを有すると認識される照光を実現するために約８〜１１ミリ秒周期の照光を作り出すように駆動される。
【００２３】
パルス生成器回路３０は、受動（非スイッチング）回路部品のみを使用する受動回路であり、ダイオードなどいくつかの受動回路素子の非線形特徴を活用する。図２を参照すると、パルス生成器回路３０の実施形態が表されている。パルス生成器回路３０は、整流されたＤＣバイアス信号を有する出力波形を作り出すように構成されており、短時間のパルスを有する信号がその上に重畳されている。パルス生成器回路３０は整流器３１を含み、この整流器３１は、一般に従来のブリッジ配列で配列された４つのダイオードＤ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４を含む。この配列では、交流電流がブリッジの端子３２〜３３に印加され、整流された信号は端子３４〜３５で生成される。
【００２４】
一対の回路入力端子３２、３３は、ブリッジ回路の第１の対角に亘って接続されており、入力電源への接続を許可する。かかる接続は、配線接続であってもよく、あるいは回路入力端子３２、３３と入力電源の間の選択的な相互接続を許可するように構成されてもよい。交流電源５は、回路３０に交流入力を提供するために、一対の回路入力端子３２、３３に接続されている。図示された実施形態では、入力電源５は、５０〜６０Ｈｚの周波数を有するユーティリティ電源を含む。交流電源５は、所望の入力電圧を提供するために、例えばトランス回路（図示せず）によって、ユーティリティ電源を改変するように構成されている。ただしこの手法は、ユーティリティ電源の電圧が入力電源５内で変換されるものに限定されず、ユーティリティ電源を回路３０に直接提供することと、入力電圧を所望の値に改変するために回路内でトランスを提供することとを含むこともできる。加えて、この手法は、電流が交流であり、且つ周波数が、例えば２０から３００Ｈｚの範囲で提供される限り、ユーティリティ電源を電源として使用することに限定されない。
【００２５】
ブリッジ出力端子３４、３５の対は、ブリッジ回路の第２の対角に亘って接続されており、出力負荷との接続を許可する。本実施形態では、この出力負荷は、固体発光機器２０である。かかる固体発光機器は、例えば、少なくとも１つのダイオードまたはＬＥＤによって具現化される。
【００２６】
回路のブリッジ部分で、直列で配置された第１のダイオードＤ１および第３のダイオードＤ３は、順方向伝導モード（例えば、入力電流が陽極を有する入力電力サイクルの部分のとき）での導通を許可し、直列で配置された第２のダイオードＤ２および第４のダイオードＤ４は、逆方向伝導モード（例えば、入力電流が陰極を有する入力電力サイクルの部分のとき）での導通を許可する。すなわち、整流器３１は、例えば正弦波パルスを有する、全波整流された電圧信号を作り出す。なお、生成される電圧波形は、負荷を伴う回路の非線形性によってさらに改変されると、正弦波パルスとは大きく異なる場合がある。
【００２７】
パルス生成器回路３０はさらに、ＬＥＤを駆動するための所望のパルス信号を作り出すための整流器３１の整流された出力を変える部品を含む。一般に、コンデンサＣは、ダイオードＤ５を介して整流器からの電流で荷電され、ダイオードＤ６を介してＬＥＤ負荷に放電するように配置される。
【００２８】
いくつかの実施形態では、ダイオードＤ６とＬＥＤ負荷の間に抵抗器Ｒが設けられている。抵抗器Ｒは、ＬＥＤが安定した（点滅していないなど）照明を提供することを可能にする減衰係数を提供する。また、抵抗器Ｒは、既知の抵抗器Ｒを横切る電圧を測定することによって、ＬＥＤ負荷を通過する電流の量を判断する目的で使用することもできる。ま
た、オシロスコープを使用して、抵抗器全体を横切る電圧を測定すると同時に、その抵抗器を包含または除外して抵抗器全体を横切る電圧を測定することによって、負荷を通過する電流の量を時間の関数として判断することもできる。時間の関数としての電流と電圧との測定値から、負荷によるサイクル当たりの消費電力を計算することができる。
【００２９】
いくつかの実施形態では、装置１０は、パルス生成器回路３０を含み、発光機器２０（図４〜図６）をさらに組み込んでいる。本実施形態では、固体発光機器２０は、パルス生成器回路３０の回路出力端子３６、３７に配線接続され得る。
【００３０】
いくつかの実施形態では、装置１０は、パルス生成器回路３０を含むが、発光機器２０を機器の一部として含まない（図７〜図９）。代わりに、装置１０は照明器具として機能し、発光機器２０と選択的に装着することができる。本実施形態では、装置１０は、器具のハウジング４０内で形成される少なくとも１つの発光機器受容ソケット４２を含むように形成されている。本実施形態では、ソケット４２は、ハウジングによって支持され、パルス生成器回路３０に電気的に接続されている。ソケット４２は、発光機器２０を内部で受容および保持し、照光機器がパルス生成器回路３０に接続され、その出力を受取れるように構成されている。
【００３１】
いくつかの実施形態では、単一の発光機器２０は、複数の発光機器の配列と交換され得る。それら複数の発光機器は、多くの異なる構成を使用することによってパルス生成器回路３０に接続され得る。可能な構成の例が図３に表されているが、本手法は、図示された構成に限定されないものと理解される。図３ａは、単一のＬＥＤを表し、図３ｂは、直列２４で接続された複数のＬＥＤを表し、図３ｃは、並列２６で接続された複数のＬＥＤを表し、図３ｄは、直列と並列との両方２８で接続された複数のＬＥＤを表す。
【００３２】
装置１０が、ユーティリティによって提供される装置など、交流電力供給装置５を入力として使用する実施形態では、装置１０は、外部電源に接続するためのソケット（図示せず）やプラグ（図４、図７）などの接続機器４４を任意で含む。ただし、内蔵型交流電力供給装置４６（図６、図９）を含む装置１０を提供することは、本手法の範囲内である。
【００３３】
次に、パルス生成器回路３０（図２）を含む装置１０の動作結果について説明する。装置１０で、パルス生成器回路を使用することによって、直列で接続した十個のＬＥＤの配列２４（図３ｂ）を駆動した。使用されたＬＥＤは、０．２Ｗの白色ＬＥＤである。ただしこの手法は、この等級または色を有するＬＥＤに限定されず、他の固体発光機器がこのＬＥＤを代用し得るものと理解される。加えて、この回路は、約１３．２Ωの抵抗を有する抵抗器Ｒと、約０．１μＦの静電容量を有するコンデンサＣとを含んでいる。ダイオード（Ｄ１からＤ６）は、市販のダイオードである。本実施例では、１Ｎ４１４８という番号を有するダイオードが使用された。ただし、この手法は、この特定のダイオードに限定されないものと理解される。加えて、ダイオードＤ１〜Ｄ６は、例えばＬＥＤ配列２４で使用されたものと同タイプのＬＥＤによって交換され得るものと考えられる。交換によって、装置１０によって発せられる明るさが相応に増す。
【００３４】
本実施例では、ユーティリティによって提供された電圧を下げるためにトランスが使用された。さらに具体的には、ＡＣ１１０（または２２０）ＶをＡＣ２４Ｖに変換するのにトランスが使用された。
【００３５】
図１０は、回路出力端子３６、３７に亘って測定された出力電圧（左側の座標軸）Ｖｏと出力電流Ｉｏ（右側の座標軸）とを、単一パルス入力の時間の関数として示す。なお、電圧曲線Ｖｏ（ｔ）の上昇時間はその下降時間とは異なり、電流曲線Ｉｏ（ｔ）についても同じことが観察できるという点に注意されたい。さらに、電圧曲線Ｖｏ（ｔ）の上昇時
間と下降時間は、電流曲線Ｉｏ（ｔ）のそれぞれの対応部分とは異なる。この情報は、電圧曲線Ｖｏ（ｔ）と電流曲線Ｉｏ（ｔ）の間での位相遅延を示している。
【００３６】
ＬＥＤのしきい値電圧Ｖ（ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ）は、使用されるＬＥＤの種類に依存することに留意されたい。ＬＥＤの配列を含む機器では、しきい値電圧Ｖ（ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ）は、ＬＥＤの配置だけでなく、使用されるＬＥＤの種類にも依存する。図１０のデータを生成する目的で使用された個々のＬＥＤは、２．３ボルトをわずかに上回るしきい値を有する。そのため、直列配列のかかる十個のＬＥＤの配列２４（図３ｂ）は、２３ボルトをわずかに上回るしきい値電圧Ｖ（ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ）を有する。ＬＥＤ配列２４は、Ｖ（ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ）を下回る駆動電圧を有する波形の部分のときには実質的に駆動しない。したがって、コンデンサＣを横切るコンデンサ電圧Ｖ（ｃａｐ）がしきい値を下回っている間は、ＬＥＤ配列２４が駆動せず、コンデンサＣは、ダイオードＤ６を通じて実質的に放電しない。さらに、整流器３１の出力がコンデンサ電圧Ｖ（ｃａｐ）を下回ると、コンデンサＣは、ダイオードＤ５を通じて放電しない。整流器電圧Ｖ（ｒｅｃｔｉｆｉｅｒ）が比較的短時間にわたってＬＥＤ配列２４のしきい値電圧Ｖ（ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ）を実質的に上回るように整流器３１の出力Ｖ（ｒｅｃｔｉｆｉｅｒ）のピーク電圧を選択することによって、コンデンサＣは、ＬＥＤ配列でバイアス電圧を維持しながら、サイクルの大部分の期間にわたってＬＥＤ配列２４のしきい値電圧を少しだけ下回る状態を維持することができる。駆動回路３０は、バイアス電圧に重畳されたパルスを追加提供する。このパルスの電圧はしきい値電圧Ｖ（ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ）を上回る期間が短いため、ＬＥＤ配列２４の駆動時間は、短い。そのため、整流器電圧Ｖ（ｒｅｃｔｉｆｉｅｒ）が比較的短時間にわたってＬＥＤ配列２４のしきい値電圧Ｖ（ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ）を上回るように整流器３１の出力Ｖ（ｒｅｃｔｉｆｉｅｒ）のピーク電圧を選択することによって、コンデンサＣは、しきい値電圧Ｖ（ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ）をわずかに下回る状態を維持することができ、ＬＥＤ配列２４は、短時間点灯することができる。その結果、ＬＥＤ配列２４は、整流器の出力電圧がＬＥＤしきい値電圧Ｖ（ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ）を実質的に上回る期間に対応する比較的短時間に亘って、実質的に点灯する。
【００３７】
ＬＥＤにおける電界分布は、電流フローが同じ陽極パッドから始まり、異なる光子生成領域の方に移動した後、異なる経路に沿ってＬＥＤの同じ陰極パッドへと流れることに影響する。さまざまな電流経路に関連付けられた、さまざまな寄生抵抗とさまざまな静電容量が存在し得る。この現象によって、異なるＬＥＤ領域間でそれぞれの照光しきい値に達するのに必要とされる短い時間差をもたらす場合がある。すなわち、光子を生成した後、安定した流動（安定した照光）を伴う光子を生成する状態に達し得る。ＬＥＤが全領域で安定した照光の状態に達すると、電流も「飽和」状態に達する。安定した照光の期間が０．２ミリ秒を超えると、人間の目は、眼性疲労を伴わない一定の明るさの状態を認識する。パルス化された光源を提供するように変えられたＡＣ電源を使用することによって、ＤＣ電源を使用して駆動されている同様のＬＥＤ配置と比較して、相当のエネルギを節約することができる。このとき、ＬＥＤしきい値電圧Ｖ（ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ）を実質的に上回っている整流器の出力電圧に対応する時間は、３．５ミリ秒以下に保たれる。電流曲線Ｉｏ（ｔ）を参照すると、「飽和」状態に達し、相当のエネルギ節減を実現するための所望の短いパルス期間を取得するために、図１０では約２３Ｖの正ＤＣバイアスが使用されている。ＤＣバイアスの電圧は、この値に限定されず、使用されるＬＥＤのしきい値以下に保たれるのが一般的である。パルス生成器回路３０の出力における正ＤＣバイアスを提供することによって、ＬＥＤの寄生効果が補償され、ＬＥＤが点灯するのに必要な時間を短縮することができる。
【００３８】
図１１は、いくつかの入力サイクルの時間の関数としてプロットされた、入力交流電力信号Ｖｉ（ｔ）と、ブリッジ整流器を横切る出力電圧Ｖ（ｒｅｃｔｉｆｉｅｒ）（ｔ）と、コンデンサを横切る出力電圧Ｖ（ｃａｐ）（ｔ）と、ＬＥＤ負荷を横切るＶ（ｌｏａｄ
）（ｔ）（配列２４）とを示す。装置１０がＤＣバイアスを有するパルス化された出力波形を作り出すことが確認される。このケースでは、ＤＣバイアスが約２３Ｖであり、パルス期間が約３ミリ秒である。また、パルス周波数が入力信号の周波数と同期していることも確認できる。本実施例では、使用された入力信号が約６０Ｈｚであり、パルス周波数が１２０Ｈｚへと倍増される。
【００３９】
上記パルス生成器回路３０は、入力周波数の波形に対応する周波数で発生する非常に短時間のパルスと、正ＤＣバイアスとの両方を有する出力波形を生成するように構成されている。ただし、所望の出力波形を得るために複数の相互接続された回路を用いることも、十分に本手法の範囲内である。例えば、図１２は、正ＤＣバイアスを提供する第２の回路とは別の第１のパルス生成回路３０’を有する代替機器１０’の概略図である。本代替機器では、これら２つの回路は、所望の波形を形成するために互いに接続されている。
【００４０】
上記の手法は、エネルギ効率の良い照光を提供する目的で使用されうる。この方法は、駆動電力供給とともに、波形を有する発光源を提供することを含む。該波形は、ＡＣ電力の周波数とほぼ同期する周波数で０．２から１５．０ミリ秒（ｍｓ）の範囲の期間を有するパルスを含む。この照光方法を用いることによって、周期的にパルス化された光が発せられ、安定的かつ連続的な照光が視覚的に認識され、照光を提供する目的で使用されるエネルギ消費が、従来の照光技法に比して大幅に低減される。
【００４１】
特に、この方法は、交流電力供給装置によって給電される受動回路を使用することによって所望のパルス化された波形を生成することを含む。かかる受動回路は、上記のパルス生成器回路３０によって具現化されるが、それに制限されない。本発明の方法では、パルス生成器回路３０は、交流電力を受取るように構成されており、固体発光機器２０に接続されている。上記のとおり、パルス生成器回路３０は、交流電力の周波数とほぼ同期した周波数で０．２から１５．０ミリ秒の範囲の期間を有するパルスを備え、正ＤＣバイアスを有する出力波形を生成するように交流電力を変換する。パルス生成器回路３０は、変換された波形を発光機器２０に出力し、それによって、周期的にパルス化された光が発せられ、安定的かつ連続的な照光が視覚的に認識される。
【００４２】
本手法の実施例を上記のとおり説明してきたが、本手法は上記実施例に限定されず、請求項に規定された本手法から逸脱しない範囲でさまざまな設計変更が実施され得る。
【図１】
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【図２】
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【図３（ａ）】
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【図３（ｂ）】
2012510710.tif 000006
【図３（ｃ）】
2012510710.tif 000007
【図３（ｄ）】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【国際調査報告】
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