JP4014715B2 - Ｌｅｄイルミネーションユニットおよびｌｅｄイルミネーションシステム - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、各種の商業施設などにおいて流れる光の列によるイルミネーションを行うためのＬＥＤイルミネーションユニットおよびシステムに関し、とくに、取付工事や保守点検が容易な機構で多様なイルミネーション効果を生み出すための技術改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
パチンコ店などでは流れる光の列を想起させるイルミネーションがよく見られる。この設備はつぎのようになっている。店舗の壁面にベースレールが取り付けられている。このベースレールには多数のランプソケットが一定間隔で配設されており、各ソケットにランプ（白熱電球）が捩じ込まれている。
これらランプはたとえば２グループＡとＢに分れて駆動回路系に接続されている。グループＡに属するランプとグループＢに属するランプとが交互に並んでいる。グループＡに属する全ランプが一斉に点滅され、グループＢに属する全ランプが一斉に点滅される。
もう少し高価なシステムでは、各ランプが３つのグループＡ・Ｂ・Ｃに分れており、各ランプはＡＢＣＡＢＣＡＢＣの順番で配列されている。そして各グループごとに一斉に点滅される。同様にして４グループに分けたシステムもある。
【０００３】
また、たとえば５０センチメートルほどのネオン管を長く連続的に配設し、流れる光の列を表現するイルミネーション設備もよく見られる。この場合も、各ネオン管を２〜４グループに分けて駆動系に接続されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
前記のような従来のイルミネーション設備は消費電力がきわめて大きいので、電力設備も含めて相当に高価な装置になる。また電気料金が高いし、ランプ切れの交換に大きな費用がかかるので、運転経費も高いという問題がある。とくに屋外用に防水構造を採用した装置はきわめて高価になる。また、ネオン管を用いたイルミネーション設備の場合、特殊で高価な駆動トランスが必要なので、さらに高価である。
【０００５】
このように高価な装置なのにイルミネーションの表現能力は高いとは言えない。前述の２グループタイプよりは３グループタイプが、さらには４グループタイプの方がイルミネーションの表現がより豊富にはなる。しかし４グループタイプでもランプ列の全体について均一な表現しかできず、長いランプ列の部分部分によって点滅パターンに変化をつけ、しかもそのパターン変化が移動していくような複雑でダイナミックなイルミネーション表現を実現することは不可能である。
【０００６】
消費電力とかランプ切れの問題を改善するにはＬＥＤランプの使用がよい。そこで最近、つぎのようなＬＥＤイルミネーション器具が開発された。これはフレキシブルなテープ部材に偏平型のＬＥＤランプが等間隔で疎に配列され、透明樹脂でコーティングされている。テープ部材上の各ＬＥＤランプは交互にグループＡ配線とグループＢ配線に接続されており、グループＡに属する全ＬＥＤランプが一斉に点滅されるとともに、グループＢに属する全ＬＥＤランプが一斉に点滅される。
このテープ式のＬＥＤイルミネーション器具は安価であるし、ランプ切れもごく少ない。また利用現場への取り付けも安易に行える。このような利点があるものの、イルミネーションの表現能力がごく単純で、多彩な装飾効果を醸し出すことはできない。その原因は前述したとおりである。また、ごく小規模のイルミネーションを意図したものなので、イルミネーションの輝度を増大するにのは不向きな基本設計となっている。
【０００７】
この発明は前述した従来の問題点に鑑みなされたもので、その目的は、安価であり、単純な構造で堅牢であり、現場への取り付けが簡単であり、ＬＥＤランプ群により高効率で相当な高輝度を実現でき、多数のＬＥＤランプ群の点滅を１個１個独立して制御できて多彩なイルミネーション表現を可能としたＬＥＤイルミネーションユニットおよびシステムを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この発明に係るＬＥＤイルミネーションユニットは、つぎの事項（１）〜（14）により特定されるものである。
（１）複数のＬＥＤランプ群と、入力コネクタと、出力コネクタと、２つの電源コネクタと、駆動制御回路が帯状基体に実装されたＬＥＤイルミネーションユニットであること
（２）複数のＬＥＤランプ群は、帯状基体に一定の間隔をおいて疎に配列されていること
（３）１つのＬＥＤランプ群は、発光色の異なる複数のＬＥＤランプを含むこと
（４）入力コネクタと一方の電源コネクタは、帯状基体の一端側に配設されていること
（５）出力コネクタと他方の電源コネクタは、帯状基体の他端側に配設されていること
（６）２つの電源コネクタは、帯状基体に配設された電源ラインで接続されていること
（７）駆動制御回路は、ドライブ回路と、ラッチ回路と、シフトレジスタを備え、電源ラインに外部から供給される電源により動作すること
（８）ドライブ回路は、複数のＬＥＤランプ群ごとに個別に対応し、かつ、１つのＬＥＤランプ群中の発光色の異なるＬＥＤランプごとに個別に対応した合計Ｎ個のドライブ回路セルを含むこと
（９）ラッチ回路は、各ドライブ回路セルに個別に対応したＮ個のラッチ回路セルを含むこと
（10）シフトレジスタは、Ｎ個のラッチ回路セルに個別に対応したＮ個のレジスタを含むこと
（11）シフトレジスタは、入力コネクタからのシフトクロックと発光制御データに応動し、シフトクロックに同期して発光制御データを初段レジスタに直列シフト入力すること
（12）ラッチ回路のＮ個のセルは、入力コネクタからのラッチ信号に応動し、シフトレジスタのＮ個のレジスタの各出力をそれぞれラッチすること
（13）ドライブ回路のＮ個のセルは、入力コネクタからのイネーブル信号に応動し、対応するラッチ回路セルにラッチされた発光制御データに基づき、対応するＬＥＤランプを発光駆動すること
（14）出力コネクタは、入力コネクタからのシフトクロック・ラッチ信号・イネーブル信号を出力するとともに、シフトレジスタの終段レジスタから直列シフト出力される発光制御データを出力すること
【０００９】
前記ＬＥＤイルミネーションを用いて構成される本発明に係るＬＥＤイルミネーションシステムは、つぎの事項（21）〜（26）により特定されるものである。
（21）複数の前記ＬＥＤイルミネーションユニットと、少なくとも１台の電源装置と、システムコントローラを備えたＬＥＤイルミネーションシステムであること
（22）各ＬＥＤイルミネーションユニットは、それぞれの帯状基体が線状に連なるように配列されること
（23）電源装置は、あるＬＥＤイルミネーションユニットの電源コネクタに接続され、かつ、隣り合ういくつかのＬＥＤイルミネーションユニットの電源コネクタが相互接続されること
（24）システムコントローラは、連なりの端に位置するＬＥＤイルミネーションユニットの入力コネクタに接続されること
（25）各ＬＥＤイルミネーションユニットの出力コネクタは、隣のＬＥＤイルミネーションユニットの入力コネクタに接続されること
（26）システムコントローラは、発光制御データ・シフトクロック・ラッチ信号・イネーブル信号を生成して入力ユニットに供給すること
【００１４】
【発明の実施の形態】
＝＝＝ユニット１の機械的構造＝＝＝
この発明の一実施例によるＬＥＤイルミネーションユニット１の外観を図１に示し、その取り付け状態の断面構造を図２に示し、回路的な構成を図３に示している。
帯状基体２は約４５センチメートルのアルミニウム押出し成形品の溝型部材であり、その溝型空間内に帯状の印刷配線板３が取り付けられている。この印刷配線板３に４個のＬＥＤランプ群４１・４２・４３・４４が約１３センチメートルのピッチで疎に配列されているとともに、これらランプを個別に発光制御するための駆動制御回路５やバッファ回路６（図３）などが実装されている。各ＬＥＤランプ群４１〜４４は、２個のアンバー色ＬＥＤランプ４ａと１個の青緑色ＬＥＤランプ４ｂの合計３個のＬＥＤを近接配置したものである。
【００１５】
ユニット１の一端部には入力コネクタ７と電源コネクタ９ａが適当な長さの電線で引き出し配線されている。ユニット１の他端部には出力コネクタ８と電源コネクタ９ｂが適当な長さの電線で引き出し配線されている。もちろん、これらのコネクタ配線は印刷配線板３のパターン配線に接続されている。印刷配線板３を配設した帯状基体２の溝型空間内にプラスチック１０がモールドされ、合計１２個の前記アンバー色ＬＥＤランプ４ａと青緑色ＬＥＤランプ４ｂのレンズ体がモールドプラスチック１０の表面に露呈しており、また各コネクタの配線がモールドプラスチック１０の端面から引き出されている。このプラスチックのモールド構造によりユニット１は相当に高レベルの防水性を備えている。
【００１６】
＝＝＝ユニット１の電気回路＝＝＝
図３に示すように、駆動制御回路５は、８ビットシフトレジスタ５ａと８ビットラッチ回路５ｂと８ビットＬＥＤドライブ回路５ｃとを一体化したＩＣである。集合ランプ４１のアンバー色ＬＥＤランプ４ａはドライブ出力Ｄ１に接続され、２個の青緑色ＬＥＤランプ４ｂはドライブ出力Ｄ２に直列に接続されている。同様に、集合ランプ４２のＬＥＤ４ａと４ｂがドライブ出力Ｄ３とＤ４に接続され、集合ランプ４３のＬＥＤ４ａと４ｂがドライブ出力Ｄ５とＤ６に接続され、集合ランプ４４のＬＥＤ４ａと４ｂがドライブ出力Ｄ７とＤ８に接続されている。
【００１７】
入力コネクタ７は４端子である。第１端子に印加されるシフトクロックがバッファ回路６を経てシフトレジスタ５ａのシフトクロックとなる。第２端子に印加される発光制御データがバッファ回路６を経てシフトレジスタ５ａの直列データ入力として初段Ｒ１に印加される。第３端子に印加されるラッチ信号はラッチ回路５ｂのストローブ入力となる。第４端子に印加されるイネーブル信号はドライブ回路５ｃの駆動許可入力となる。
出力コネクタ８も４端子である。バッファ回路６のシフトクロック出力が第１端子に接続されている。シフトレジスタ５ｂの終段Ｒ８からの直列データ出力が第２端子に印加されている。バッファ回路６のラッチ信号出力が第３端子に接続されている。バッファ回路６のイネーブル信号が第４端子に接続されている。
つまり、前段から入力コネクタ７に印加されるシフトクロックとラッチ信号とイネーブル信号は、バッファ回路６を経てそのまま出力コネクタ８から後段に向けて出力される。前段から入力コネクタ７に印加される発光制御データは８ビットシフトレジスタ５ａの初段Ｒ１に直列入力されてシフトクロックに同期して順送りされ、終段Ｒ８から出てきた発光制御データが出力コネクタ８から後段に向けて出力される。
【００１８】
入力コネクタ７にシフトクロックと発光制御データを同期入力してシフトレジスタ５ａの各段Ｒ１〜Ｒ８に８ビットの発光制御データをセットしてから、入力コネクタ７にラッチ信号を入力すると、シフトレジスタ５ａの８ビットデータがラッチ回路５ｂの各段Ｌ１〜Ｌ８に読み込まれて保持される。また入力コネクタ７にイネーブル信号を入力すると、ドライブ回路５ｃは、そのときのラッチ回路５ｂに保持されている発光制御データに従って各段Ｄ１〜Ｄ８に接続されているＬＥＤを点灯駆動する。なお、イネーブル信号としてデューティ可変パルスを与え、ＬＥＤの輝度調整を行う。
ラッチ回路５ｂのＬ１のデータが“１”であれば、ドライブ回路５ｃのＤ１に接続されているアンバー色ＬＥＤランプ４ａが点灯駆動される。ラッチ回路５ｂのＬ２のデータが“１”であれば、ドライブ回路５ｃのＤ２に接続されている青緑色ＬＥＤランプ４ｂが点灯される。もちろんラッチされている発光駆動データが“０”であればＬＥＤは点灯しない。Ｌ３・Ｄ３以降の回路の動作も同じである。
前述したように、１個の集合ランプ４１は２個のアンバー色ＬＥＤランプ４ａと１個の青緑色ＬＥＤランプ４ｂの集合である。Ｌ１＝“０”でＬ２＝“１”だとアンバー色ＬＥＤランプ４ａのみが点灯され、集合ランプ４１の発光色はアンバーである。Ｌ１＝“１”でＬ２＝“０”だと青緑色ＬＥＤランプ４ｂのみが点灯される、集合ランプ４１の発光色は青緑である。Ｌ１＝Ｌ２＝“１”だと２つの色のＬＥＤ４ａと４ｂが両方とも点灯し、集合ランプ４１の発光色は白となる。もちろんＬ１＝Ｌ２＝“０”だと、集合ランプ４１は点灯しない。
【００１９】
ユニット両端の電源コネクタ９ａと９ｂのそれぞれの正負極は印刷配線板３のパターン配線（電源ライン）で直結されており、その正負の電源ライン間にツェナーダイオードＺＤとコンデンサＣ１・Ｃ２が接続されている。電源コネクタ９ａ・９ｂの一方に電源装置を接続することで、ユニット内部の電源ラインに給電する。図３では省略しているが、電源ラインから駆動制御回路５およびバッファ回路６のＩＣに動作電源を印加するように配線されている。
【００２０】
なお、ＬＥＤランプ群としてはＲＧＢの３色のＬＥＤランプを組み合わせ、かつ各色の輝度を何段階かに可変制御できるようにすれば、マルチカラーやフルカラーの表現が可能となる。
【００２１】
＝＝＝システム構成＝＝＝
前記ユニット１を６個つないだＬＥＤイルミネーションシステムの構成例を図４に示している。店舗の壁面などに６個のユニット１を適当なレイアウトで連続したラインをなすように配設する。その際、あるユニット１の出力コネクタ８側に隣のユニット１の入力コネクタ７が来るように方向付けし、隣り合うユニット１の入力コネクタ７と出力コネクタ８を接続することで、全ユニット１を直列接続する。また、隣り合うユニットの向い合った電源コネクタ９ａと９ｂを接続することで、全ユニット１の電源ラインを直列接続する。
【００２２】
そして、直列接続された全ユニット１のうちの一番端に位置するユニット１の入力コネクタ７にシステムコントローラ１１を接続する。また、このシステム構成例では、システムコントローラ１１を接続した一番端のユニット１の電源コネクタ９ａに電源装置１２を接続している。電源装置１２は、商用電源を所定電圧の直流に変換するスイッチング電源であり、６個のユニット１を同時に駆動できる容量を備えている。ただし、より多くのユニット１でシステムを構成する場合は、１台の電源装置１２で全ユニット１の動作電源を賄えないことがある。その場合は、電源ラインの接続に関しては全体をいくつかのグループに分けて、グループごとに適当な容量の電源装置を接続する。１つのグループの両端に電源装置を接続することで、グループ内の各ユニットの電源電圧が均一化し、ユニットごとの輝度の偏差を抑えることができる。
【００２３】
システムコントローラ１１は、ボードコンピュータあるいはワンチップマイコンのような比較的簡単なコンピュータからなり、前述の発光制御データを生成してシフトクロックとともに入力コネクタ７に送り込むとともに、前述のラッチ信号およびイネーブル信号を生成して入力コネクタ７に送り込む。
図３に示した回路構成のユニット１を６個直列に接続すると、各ユニット１内の８ビットシフトレジスタ５ａが６個直列に接続されたことになり、システムコントローラ１１から見ると全体が（８×６）＝４８ビットのシフトレジスタとなる。そこで、４８ビットの発光制御データを順次生成し、それをシフトクロックに同期して出力することで、４８ビットの発光制御データを６個のユニット１内の各８ビットシフトレジスタ５ａに順送りで詰め込むことができる。所定の４８ビットのデータを全体に詰め込んだならば、前記ラッチ信号を出力する。すると、シフトレジスタに詰め込まれた各データがそれぞれラッチ回路５ｂの各段に保持される。このときイネーブル信号も有効にしておけば、ラッチ回路５ｂに保持されたデータに従って合計（４×６）＝２４の各ＬＥＤランプ群４１〜４４が発光制御される。
【００２４】
前述したように、ＬＥＤランプ群４１〜４４の各１個は、２個のアンバー色ＬＥＤランプ４ａと１個の青緑色ＬＥＤランプ４ｂの集合からなり、対応する２ビットの発光制御データが（０，０）であれば集合ランプは点灯せず、発光制御データが（１，０）であれば集合ランプはアンバー色で点灯し、発光制御データが（０，１）であれば集合ランプは青緑色で点灯し、発光制御データが（１，１）であれば集合ランプは白色で点灯する。
【００２５】
システムコントローラ１１は、４８ビットの発光制御データを直列出力してからラッチ信号を出力することで、その４８ビットの発光制御データのパターン通りに２４個のＬＥＤランプ群４１〜４４の発光パターンを制御できる。適当な周期で４８ビットの発光制御データを変更する処理を繰り返すことで、２４個のＬＥＤランプ群４１〜４４の列の発光パターンの時間的変化を任意に作り出せる。作りだそうとする発光パターンの時間的変化の規則性によっては、４８ビットの発光制御データをすべて更新していく制御に変えて、何ビットかずつ新しい発光制御データを生成してシフト入力し、データ全体をシフトさせつつラッチ信号を発生して各ＬＥＤランプ群４１〜４４を駆動する。
【００２６】
以上の原理的な説明から明らかなように、システムコントローラ１１はつぎのようなデータ処理を行う。１つの例は、発光制御データのビットパターンをあらかじめ生成してメモリに記憶しておき、そのビットパターンをプログラムされたシーケンスに従って読み出し、同時に生成するシフトクロック・ラッチ信号・イネーブル信号とともにユニット１の入力コネクタ７に向けて送出する方式である。もう１つの例は、発光制御データの生成シーケンスをプログラムしておき、そのプログラムの実行によって発光制御データを生成しながらシフトクロック・ラッチ信号・イネーブル信号とともにユニット１の入力コネクタ７に向けて送出する方式である。いずれの方式も比較的簡単なデータ処理なので、ワンチップマイコン程度の機能があれば容易に実現できる。また、数百個のユニット１を直列接続して千個ほどのＬＥＤランプ群の発光制御パターンを多彩に変化させるような大規模なシステムの場合は、システムコントローラ１１は相当に高速なデータ処理を行う必要があるので、たとえば３２ビットＣＰＵを用いたボードコンピュータが適する。
【００２７】
【発明の効果】
この発明のＬＥＤイルミネーションユニットおよびシステムは、安価であり、単純な構造で堅牢であり、現場への取り付けが簡単であり、ＬＥＤランプ群により高効率で相当な高輝度を実現できる。とくに、多数のＬＥＤランプ群の点滅を１個１個独立して制御できる仕組みなので、長いランプ列の一部分のみで適当な発光制御パターンの変化を生じさせたり、その部分的な発光制御パターンの発生部分が長いランプ列を移動していくなど、従来のイルミネーション設備では実現できなかったような、変化に富んだ多彩なイルミネーション表現を容易に実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施例によるＬＥＤイルミネーションユニットの外観図である。
【図２】同上ユニットの取り付け構造を示すの断面図である。
【図３】同上ユニットの回路構成を示すブロック図である。
【図４】同上ユニットを用いたＬＥＤイルミネーションシステムの概略構成図である。
【符号の説明】
１ ＬＥＤイルミネーションユニット
２ 帯状基体
３ 印刷配線板
４ａ アンバー色ＬＥＤランプ
４ｂ 青緑色ＬＥＤランプ
４１〜４４ ＬＥＤランプ群
５ 駆動制御回路
５ａ シフトレジスタ
５ｂ ラッチ回路
５ｃ ドライブ回路
６ バッファ回路
７ 入力コネクタ
８ 出力コネクタ
９ａ・９ｂ 電源コネクタ
１０ モールドプラスチック
１１ システムコントローラ
１２ 電源装置

Claims (2)

1. つぎの事項（１）〜（14）により特定されるＬＥＤイルミネーションユニット。
   （１）複数のＬＥＤランプ群と、入力コネクタと、出力コネクタと、２つの電源コネクタと、駆動制御回路が帯状基体に実装されたＬＥＤイルミネーションユニットであること
   （２）複数のＬＥＤランプ群は、帯状基体に一定の間隔をおいて疎に配列されていること
   （３）１つのＬＥＤランプ群は、発光色の異なる複数のＬＥＤランプを含むこと
   （４）入力コネクタと一方の電源コネクタは、帯状基体の一端側に配設されていること
   （５）出力コネクタと他方の電源コネクタは、帯状基体の他端側に配設されていること
   （６）２つの電源コネクタは、帯状基体に配設された電源ラインで接続されていること
   （７）駆動制御回路は、ドライブ回路と、ラッチ回路と、シフトレジスタを備え、電源ラインに外部から供給される電源により動作すること
   （８）ドライブ回路は、複数のＬＥＤランプ群ごとに個別に対応し、かつ、１つのＬＥＤランプ群中の発光色の異なるＬＥＤランプごとに個別に対応した合計Ｎ個のドライブ回路セルを含むこと
   （９）ラッチ回路は、各ドライブ回路セルに個別に対応したＮ個のラッチ回路セルを含むこと
   （10）シフトレジスタは、Ｎ個のラッチ回路セルに個別に対応したＮ個のレジスタを含むこと
   （11）シフトレジスタは、入力コネクタからのシフトクロックと発光制御データに応動し、シフトクロックに同期して発光制御データを初段レジスタに直列シフト入力すること
   （12）ラッチ回路のＮ個のセルは、入力コネクタからのラッチ信号に応動し、シフトレジスタのＮ個のレジスタの各出力をそれぞれラッチすること
   （13）ドライブ回路のＮ個のセルは、入力コネクタからのイネーブル信号に応動し、対応するラッチ回路セルにラッチされた発光制御データに基づき、対応するＬＥＤランプを発光駆動すること
   （14）出力コネクタは、入力コネクタからのシフトクロック・ラッチ信号・イネーブル信号を出力するとともに、シフトレジスタの終段レジスタから直列シフト出力される発光制御データを出力すること
2. つぎの事項（21）〜（26）により特定されるＬＥＤイルミネーションシステム。
   （21）複数の請求項１記載のＬＥＤイルミネーションユニットと、少なくとも１台の電源装置と、システムコントローラを備えたＬＥＤイルミネーションシステムであること
   （22）各ＬＥＤイルミネーションユニットは、それぞれの帯状基体が線状に連なるように配列されること
   （23）電源装置は、あるＬＥＤイルミネーションユニットの電源コネクタに接続され、かつ、隣り合ういくつかのＬＥＤイルミネーションユニットの電源コネクタが相互接続されること
   （24）システムコントローラは、連なりの端に位置するＬＥＤイルミネーションユニットの入力コネクタに接続されること
   （25）各ＬＥＤイルミネーションユニットの出力コネクタは、隣のＬＥＤイルミネーションユニットの入力コネクタに接続されること
   （26）システムコントローラは、発光制御データ・シフトクロック・ラッチ信号・イネーブル信号を生成して入力ユニットに供給すること

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