JP2013168383A - 点灯装置及び照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】発光ダイオードを光源とする場合においても白熱ランプに近い特性で照明光の光色及び照度を調整する。
【解決手段】例えば、白色系と赤色系の２色（２種類）の発光ダイオードを用いて照明光源３を構成し、白色系の発光ダイオードの光量と赤色系の発光ダイオードの光量の比率並びに絶対値を調整することで白熱ランプの光量−色温度特性に近似した特性で光量と色温度を変化させることができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、点灯装置、及びその点灯装置を用いた照明装置に関する。

従来の照明装置として、例えば特許文献１には、赤色発光ダイオード、緑色発光ダイオード、青色発光ダイオードを有する照明ユニットと、照明ユニットの各色の発光ダイオードを駆動し且つその光量（照度）を調整するコントロールユニットとを備え、コントロールユニットに各色毎に設けられている操作部を各々操作することで各色（赤，緑，青）の光量を各別に調整して照明光（混色光）の光色（色温度）を可変とした照明装置が記載されている。

特開２００８−２９３９４６号公報

ところで、発光ダイオードを光源とする照明装置（照明器具）は、白熱ランプを光源とする照明装置（照明器具）の代替として使用される場合が多い。ここで、白熱ランプは定格点灯時を１００％として調光比（光量）を低下させたとき、図２（ａ），（ｂ）に示すように光量の低下とともに照明光の色度が黒体軌跡に沿って変化するように色温度も低下する特性を有している。一方、発光ダイオードを調光した場合、光の波長は変化せずに光量のみが変化する特性を有している。

しかしながら、特許文献１に記載されている従来例では、使用者自らがコントロールユニットの３つの操作部を操作して赤色、緑色、青色の発光ダイオードの光量を各別に調整することで混色光の色温度を設定しなければならず、白熱ランプの光量−色温度特性に近い特性で照明光の光量並びに色温度を変化させることは非常に困難である。

本発明は、上記課題に鑑みて為されたものであり、発光ダイオードを光源とする場合においても白熱ランプに近い特性で照明光の光色及び照度を調整することを目的とする。

本発明の点灯装置は、互いに異なる色の光を放射する複数の発光ダイオードを点灯させ、その合成光の色温度と光量を制御する点灯装置であって、色温度と光量を指示する制御信号が外部から入力され、前記制御信号に対応した直流電圧を出力する制御信号入力部と、前記直流電圧を複数の発光ダイオードを駆動するための駆動信号に変換する駆動信号変換部と、前記駆動信号に従い各発光ダイオードを駆動する複数の発光ダイオード駆動部とを具備し、合成光の色温度と光量の関係が、白熱ランプの定格点灯時の色温度以下の範囲において、色温度を横軸、光量を縦軸としたとき、下に凸となるように連動して増減するように制御信号入力部と駆動信号変換部とが色温度と光量の関係を決定することを特徴とする。

この点灯装置において、前記複数の発光ダイオードは、互いに発光色の異なる２種類の発光ダイオードからなることが好ましい。

本発明の照明装置は、点灯装置と、互いに異なる色の光を放射し、前記点灯装置によって点灯される複数の発光ダイオードと、人による操作入力を受け付け、前記色温度と光量を指示する前記制御信号を出力する操作入力受付手段とからなることを特徴とする。

本発明の点灯装置及び照明装置は、発光ダイオードを光源とする場合においても白熱ランプに近い特性で照明光の光色及び照度を調整することができるという効果がある。

本発明の実施形態１を示し、（ａ）は全体構成図、（ｂ）は電源ユニットのブロック図、（ｃ）はＬＥＤ駆動部の回路構成図である。 （ａ），（ｂ）は同上における照明光源の色温度−光量の特性を説明する説明図である。 同上における電源ユニットの別構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態２を示し、（ａ）は全体構成図、（ｂ）は電源ユニットのブロック図である。 同上における電源ユニットの別構成を示すブロック図である。

（実施形態１）
本実施形態の照明装置は、図１（ａ）に示すように照明光源３と、コントローラ１と、点灯装置に相当する電源ユニット２とで構成されている。照明光源３は、赤色系（Ｒ）、緑色系（Ｇ）、青色系（Ｂ）の３色の発光ダイオード３Ｒ，３Ｇ，３Ｂを有している。ここで、各色の発光ダイオード３Ｒ，３Ｇ，３Ｂの光色の色度座標がそれぞれ（ｘ_R，ｙ_R），（ｘ_G，ｙ_G），（ｘ_B，ｙ_B）であり、各発光ダイオード３Ｒ，３Ｇ，３Ｂの光量がそれぞれＹ_R，Ｙ_G，Ｙ_Bであるとすれば、混色光である照明光の光色の色度座標（ｘ₀，ｙ₀）及び光量Ｙ₀は、下記の数１で表される。

ここにおいて、発光ダイオード３Ｒ，３Ｇ，３Ｂについては光量Ｙ_R，Ｙ_G，Ｙ_Bを変えても光色（光の波長）が変化しないので、発光ダイオード３Ｒ，３Ｇ，３Ｂの光量Ｙ_R，Ｙ_G，Ｙ_Bの比率を変化させることで混色として得られる照明光(合成光)の光色を変えることができ、また、各発光ダイオード３Ｒ，３Ｇ，３Ｂの光量Ｙ_R，Ｙ_G，Ｙ_Bの比率を保った状態で光量Ｙ_R，Ｙ_G，Ｙ_Bを変化させれば、同一の光色において照明光の光量を変えることができる。発光ダイオード３Ｒ，３Ｇ，３Ｂの光量Ｙ_R，Ｙ_G，Ｙ_Bは給電量によって決まるから、後述するように電源ユニット２から各発光ダイオード３Ｒ，３Ｇ，３Ｂに供給する給電量を増減することで照明光の光色並びに光量を調節することができる。

電源ユニット２は、図１（ｂ）に示すように、コントローラ１から制御信号が入力される制御信号入力部２０と、コントローラ１を通じて給電される交流電圧を所望の直流電圧に変換する交流／直流変換部２１と、緑色系の発光ダイオード３Ｇを駆動する緑系ＬＥＤ駆動部２２Ｇと、赤色系の発光ダイオード３Ｒを駆動する赤系ＬＥＤ駆動部２２Ｒと、青色系の発光ダイオード３Ｂを駆動する青系ＬＥＤ駆動部２２Ｂと、制御信号入力部２０に入力される制御信号を、緑系ＬＥＤ駆動部２２Ｇ、赤系ＬＥＤ駆動部２２Ｒ、青系ＬＥＤ駆動部２２Ｂに与えるべき駆動信号に変換する駆動信号変換部２３とを備えている。

３つの駆動部２２Ｇ，２２Ｒ，２２Ｂは全て共通の構成を有するものであって、図１（ｃ）に示すように交流／直流変換部２１の高電位側の出力端と発光ダイオード３のアノードとの間に挿入された限流抵抗Ｒと、発光ダイオード３のカソードにソースが接続されるとともにドレインが交流／直流変換部２１の低電位側の出力端（グランド）に接続された電界効果トランジスタからなるスイッチング素子Ｑ１と、駆動信号変換部２３から出力される駆動信号を波形整形する波形整形回路とで構成される。この波形整形回路は従来周知のものであって、コレクタが交流／直流変換部２１の高電位側の出力端に接続され且つエミッタがスイッチング素子Ｑ１のゲートに接続されたＰＮＰ型のバイポーラトランジスタＴｒ１並びにコレクタがスイッチング素子Ｑ１のゲートに接続され且つエミッタがグランドに接続されたＮＰＮ型のバイポーラトランジスタＴｒ２からなり、並列接続された２つのトランジスタＴｒ１，Ｔｒ２のベースに入力される駆動信号を波形整形してスイッチング素子Ｑ１のゲートに出力する。ここで、駆動信号変換部２３ではオンデューティ比が可変である一定周期の矩形波信号からなる駆動信号を出力することにより、駆動部２２Ｇ，２２Ｒ，２２Ｂのスイッチング素子Ｑ１をＰＷＭ（パルス幅変調）制御して発光ダイオード３Ｇ，３Ｒ，３Ｂへの給電量を調節している。

コントローラ１は箱形の合成樹脂成形品からなるハウジング１０を有し、ハウジング１０の前面に円筒形状の操作部１１と電源スイッチの操作釦１２が配設されている（図１（ａ）参照）。電源スイッチ（図示せず）はタンブラスイッチや押釦スイッチからなり、交流電源ＡＣから電源ユニット２への給電経路を開閉するものである。ハウジング１０内には操作部１１の操作によって抵抗値が変化する可変抵抗器（図示せず）、可変抵抗器の抵抗値をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器（図示せず）、Ａ／Ｄ変換器でデジタル値に変換された抵抗値に基づいて制御信号を生成する制御信号生成部（図示せず）が収納されている。

操作部１１はハウジング１０に対して約３１５度（７／４π）の範囲で回動自在に設けられており、前面に形成されているマーク１１ａが６時の位置にあるときに可変抵抗器の抵抗値が最小値となり、当該マーク１１ａが４時の位置と５時の位置の中間位置（４時半の位置）にあるときに可変抵抗器の抵抗値が最大値となる。そして、６時の位置と４時半の位置との間で操作部１１が時計回り及び反時計回りに回動するときに可変抵抗器の抵抗値が直線的に変化し、当該抵抗値に基づいて操作部１１の操作量（マーク１１ａの位置）を知ることができる。制御信号生成部は、可変抵抗器の抵抗値の最小値から最大値までの値と一対一に対応するオンデューティ比を有した制御信号（ＰＷＭ信号）を生成して電源ユニット２に出力する。ここで、操作部１１の操作量、すなわち、制御信号のオンデューティ比が照明光源３の照明光の光色（色温度）に対応している。

電源ユニット２においては、コントローラ１の制御信号生成部から出力される制御信号が、制御信号入力部２０によってオンデューティ比（色温度）に対応した電圧レベルの直流電圧信号に変換され、さらに当該直流電圧信号が、駆動信号変換部２３にて各色系のＬＥＤ駆動部２２Ｇ，２２Ｒ，２２Ｂに対する駆動信号に変換される。駆動信号変換部２３はマイコンとメモリを有しており、直流電圧信号の信号レベル（色温度）、当該色温度に対応する照明光の光色の色度座標（ｘ₀，ｙ₀）、当該色度座標と対応する各発光ダイオード３Ｒ，３Ｇ，３Ｂの光量Ｙ_R，Ｙ_G，Ｙ_Bの比率、並びに各発光ダイオード３Ｒ，３Ｇ，３Ｂの光量Ｙ_R，Ｙ_G，Ｙ_Bの対応関係を表した変換テーブルがメモリに格納され、当該変換テーブルに基づいてマイコンにより直流電圧信号を駆動信号に変換する。

ところで、照明光の光色と光量を互いに独立して調節することが可能ではあるが、従来技術で説明したように白熱ランプを光源とする既存の照明装置からの置き換えを考慮した場合、白熱ランプを調光したときに得られる照度（光量）と光色（色温度）の特性を模擬することが望ましい。

そこで本実施形態では、図２（ａ）に曲線イで示す白熱ランプの光量−色温度特性と同様に、定格点灯時の白熱ランプの色温度（例えば、一般的なミニハロゲン電球であれば約２８００Ｋ）以下の範囲において操作部１１の操作量に対応して照明光の色温度並びに光量が連動して増減し且つ照明光の色度が黒体軌跡（図２（ｂ）の曲線ロ参照）にほぼ沿って変化するとともに光量が相対的に大きいときの色温度の変化に対して光量が相対的に小さいときの色温度の変化が大きくなるように各発光ダイオード３Ｒ，３Ｇ，３Ｂの光量Ｙ_R，Ｙ_G，Ｙ_Bを決定している。

而して、コントローラ１の操作部１１の操作量（マーク１１ａの位置）に応じて照明光の色温度が定格点灯時の色温度（約２８００Ｋ）以下の範囲で増減し且つ照明光の色度が黒体軌跡にほぼ沿って変化するとともに光量Ｙ₀が相対的に大きいときの色温度の変化に対して光量Ｙ₀が相対的に小さいときの色温度の変化が大きくなるように、駆動信号変換部２３で制御信号から駆動信号に変換される。

上述のように本実施形態によれば、操作入力受付手段（コントローラ１の操作部１１，可変抵抗器，Ａ／Ｄ変換器）で受け付ける操作入力に応じて、電源ユニット２の制御信号入力部２０及び駆動信号変換部２３が、照明光源３の定格点灯時の色温度（本実施形態では約２８００Ｋ）以下の範囲において、操作入力の変化に対応して照明光の色温度並びに光量が連動して増減し且つ照明光の色度が黒体軌跡にほぼ沿って変化するとともに光量が相対的に大きいときの色温度の変化に対して光量が相対的に小さいときの色温度の変化が大きくなるように照明光源３の各発光ダイオード３Ｒ，３Ｇ，３Ｂの光量を決定するので、照明光源３を発光ダイオードで構成する場合においても白熱ランプに近い特性で照明光の光色及び照度を調整することができる。

また、図３は電源ユニット２の別の構成を示すブロック図である。この構成においては、制御信号入力部２０から出力される直流電圧信号を各色系のＬＥＤ駆動部２２Ｇ，２２Ｒ，２２Ｂに対する駆動信号に変換する駆動信号変換部２３の機能が各ＬＥＤ駆動部２２Ｇ，２２Ｒ，２２Ｂに搭載され、駆動信号変換部２３が省略されている。

（実施形態２）
本実施形態の照明装置は、図４に示すように実施形態１におけるコントローラ１のハウジング１０内に電源ユニット２を内蔵した点に特徴があり、基本的な構成は実施形態１と共通である。よって、実施形態１と共通の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。

本実施形態においては、操作部１１の操作によって抵抗値が変化する可変抵抗器（図示せず）、可変抵抗器の抵抗値をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器（図示せず）、Ａ／Ｄ変換器でデジタル値に変換された抵抗値に基づいて色温度に対応した直流電圧信号を生成するコントローラ入力部２４が制御信号入力部２０の代わりにハウジング１０内に収納されている。但し、コントローラ入力部２４から出力される直流電圧信号は実施形態１における制御信号入力部２０から出力される直流電圧信号と共通である。また図４（ｂ）では実施形態１で図示を省略していた電源スイッチＳＷを図示している。

而して、実施形態１ではコントローラ１と電源ユニット２を別々に設置して給電用の電線と制御信号伝送用の電線で接続する必要があるが、本実施形態ではコントローラ１の設置のみで電線の配線が省略できるという利点がある。

また、図５はコントローラ１の別の構成を示すブロック図である。この構成においては、コントローラ入力部２４から出力される直流電圧信号を各色系のＬＥＤ駆動部２２Ｇ，２２Ｒ，２２Ｂに対する駆動信号に変換する駆動信号変換部２３の機能が各ＬＥＤ駆動部２２Ｇ，２２Ｒ，２２Ｂに搭載され、駆動信号変換部２３が省略されている。

尚、実施形態１，２では照明光源３として赤色系，緑色系，青色系の３色（３種類）の発光ダイオード３Ｒ，３Ｇ，３Ｂを用いているが、例えば、白色系と赤色系の２色（２種類）の発光ダイオードを用いて照明光源３を構成し、白色系の発光ダイオードの光量と赤色系の発光ダイオードの光量の比率並びに絶対値を調整することで白熱ランプの光量−色温度特性に近似した特性で光量と色温度を変化させることも可能である。この場合、制御対象の発光ダイオードの個数が減ることで駆動信号変換部２３における信号処理が簡素化できるという利点がある。

１ コントローラ
２ 電源ユニット(点灯装置）
３ 照明光源
３Ｒ 赤色系の発光ダイオード
３Ｇ 緑色系の発光ダイオード
３Ｂ 青色系の発光ダイオード
１１ 操作部
２０ 制御信号入力部
２２Ｇ 緑系ＬＥＤ駆動部
２２Ｒ 赤系ＬＥＤ駆動部
２２Ｂ 青系ＬＥＤ駆動部
２３ 駆動信号変換部

Claims (3)

1. 互いに異なる色の光を放射する複数の発光ダイオードを点灯させ、その合成光の色温度と光量を制御する点灯装置であって、
   色温度と光量を指示する制御信号が外部から入力され、前記制御信号に対応した直流電圧を出力する制御信号入力部と、前記直流電圧を複数の発光ダイオードを駆動するための駆動信号に変換する駆動信号変換部と、前記駆動信号に従い各発光ダイオードを駆動する複数の発光ダイオード駆動部とを具備し、
   合成光の色温度と光量の関係が、白熱ランプの定格点灯時の色温度以下の範囲において、色温度を横軸、光量を縦軸としたとき、下に凸となるように連動して増減するように制御信号入力部と駆動信号変換部とが色温度と光量の関係を決定することを特徴とする点灯装置。
2. 前記複数の発光ダイオードは、互いに発光色の異なる２種類の発光ダイオードからなることを特徴とする請求項１記載の点灯装置。
3. 請求項１又は２の点灯装置と、互いに異なる色の光を放射し、前記点灯装置によって点灯される複数の発光ダイオードと、人による操作入力を受け付け、前記色温度と光量を指示する前記制御信号を出力する操作入力受付手段とからなることを特徴とする照明装置。

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