JP2008210855A

JP2008210855A - Ｌｅｄ制御システム

Info

Publication number: JP2008210855A
Application number: JP2007043889A
Authority: JP
Inventors: Tetsuya Tanigawa; 哲也谷川; Shinji Matsuda; 真二松田
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2007-02-23
Filing date: 2007-02-23
Publication date: 2008-09-11

Abstract

【課題】ＬＥＤの光出力を測定し、その測定結果に応じてＬＥＤの出力を制御するＬＥＤ制御システムにおいて、ＬＥＤ全体から出射される合成光のチラつきや光色の変化を抑制する。
【解決手段】ＬＥＤ制御システム１は、複数のＬＥＤ２と、少なくともＬＥＤ２の一部を点灯させて各々の光出力を測定するセンサ３と、このセンサ３の測定結果に基づいて複数のＬＥＤ２の出力を個別に制御する制御部４と、を備える。上記ＬＥＤ２は、ＰＷＭ信号のオンデューティ比に基づいて点灯制御される。制御部４は、ＬＥＤ２の制御値（オンデューティ比）を、現状値から、センサ３の測定結果に基づいて設定される目標値へ変化させる際にフェードさせる。そのため、ＬＥＤ３の出射光が急激に変化することがないので、出射光のチラつきを抑制することができ、ユーザに不快感を与えない。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数のＬＥＤの光出力をセンサにより測定し、その測定結果に応じてＬＥＤを点灯制御するＬＥＤ制御システムに関する。

従来から、建物の壁面を演出する照明装置や小型液晶ディスプレイのバックライトには、光源として発光ダイオード（以下、ＬＥＤ）が用いられている。これらの照明装置やバックライトは、一般に赤・緑・青の３色をそれぞれ発光する複数のＬＥＤを備え、これらのＬＥＤの光出力を適宜に制御することにより、任意の色度の合成光を出射する。例えば、白色の合成光を得るためには、上記各色のＬＥＤは等しい光出力に制御される必要がある。しかし、ＬＥＤの温度特性の違い等により、各々の光出力にばらつきが生じ、所望の色度を得られないことがある。

そこで、例えば、特許文献１に示されるように、赤・緑・青の各ＬＥＤを個別の電源で点灯させ、これら各ＬＥＤの光出力をフォトダイオードで検出し、その検出結果に基づいて各ＬＥＤに対する電流値を調整し、各ＬＥＤの光を混色させることにより、所望の色度の合成光を出射できるようにした照明装置が知られている。

また、特許文献２に示されるように、赤・緑・青の全ＬＥＤを点灯させたときの光出力を測定し、その後、測定対象のＬＥＤを消灯させたときの光出力を測定し、前者から後者を差し引くことにより、測定対象のＬＥＤの光出力を算出し、また、点灯するＬＥＤに対する電流値を増やす照明装置が知られている。この照明装置は、光出力の測定時に消灯するＬＥＤの数を少なくし、点灯するＬＥＤに対する電流値を増やして、消灯するＬＥＤの発光を強めることで、ＬＥＤ全体の合成光のチラつきを抑制している。

特表２００２−５３３８７０号公報特表２００４−５１７４４５号公報

しかしながら、特許文献１及び特許文献２に記載の照明装置では、ＬＥＤの制御値を、現状値から、センサの測定結果に基づいて設定される目標値へ瞬時に移行させるため、例えば、現状値と目標値との差が大きいとき、ＬＥＤに対する出力が瞬時に大きく変化し、出射光がチラついて、ユーザに不快感を与えることがある。

本発明は、上記課題を解決するものであり、ＬＥＤの光出力を測定し、その測定結果に応じてＬＥＤの出力を制御する制御値を、現状値から目標値へと移行させるときに、現状値と目標値との差が大きい場合でも、ＬＥＤの出射光がチラつくことがないＬＥＤ制御システムを提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、請求項１の発明は、複数のＬＥＤと、少なくともＬＥＤの一部を点灯させて各々の光出力を測定するセンサと、前記センサの測定結果に基づいて前記複数のＬＥＤの出力を個別に制御する制御部と、を備えたＬＥＤ制御システムにおいて、前記ＬＥＤは、ＰＷＭ信号のオンデューティ比を制御値として点灯制御され、前記制御部は、前記ＬＥＤの制御値を、現状値から、前記センサの測定結果に基づいて設定される目標値へ変化させる際にフェードさせるものである。

請求項２の発明は、請求項１に記載のＬＥＤ制御システムにおいて、前記現状値と前記目標値との差に応じて前記フェードの時間を調整するものである。

請求項３の発明は、請求項１又は請求項２に記載のＬＥＤ制御システムにおいて、前記現状値から前記目標値へのフェードの変化の勾配を、変化幅を前記センサの測定周期で割ったものとするものである。

請求項４の発明は、請求項１乃至請求項４に記載のＬＥＤ制御システムにおいて、前記制御部は、前記現状値から前記目標値へのフェードの変化を、黒体軌跡上を通るように前記ＬＥＤを制御するものである。

請求項１の発明によれば、ＬＥＤの制御値を、現状値から目標値へフェードさせるので、現状値と目標値の差が大きいときでも、ＬＥＤの出射光が急激に変化することがなく、出射光がチラつくこともなく、ユーザに不快感を与えない。

請求項２の発明によれば、例えば、現状値と目標値との差は僅かであるときは、フェード時間を短くすることで、ＬＥＤの点灯制御を速やかに行うことができ、現状値と目標値との差は大きいときは、フェード時間は長く設定することで、ＬＥＤからの出射光が急激に変化するのを抑制できる。

請求項３の発明によれば、例えば、現状値から目標値への変化幅が大きいときでも、なめらかに制御値のフェードを行うことができる。

請求項４の発明によれば、フェードの前後においてＬＥＤの出射光は、太陽光の色味に近く、人間の目には自然光と同じような違和感のない光に見えるようになる。

本発明の第１の実施形態に係るＬＥＤ制御システムについて、図１を参照して説明する。本実施形態のＬＥＤ制御システム１は、複数のＬＥＤ２（２ａ，２ｂ，・・・，２ｎ）と、少なくともＬＥＤ２の一部を点灯させて各々の光出力を測定するセンサ３と、センサ３の測定結果に応じてＬＥＤ２の出力を個別に制御する制御部４と、を備える。また、ＬＥＤ２は、スイッチング素子５（５ａ，５ｂ，・・・，５ｎ）を介して電源６（６ａ，６ｂ，・・・，６ｎ）に接続される。なお、上記複数のＬＥＤ２（２ａ，２ｂ，・・・，２ｎ）の個数は任意であり、本ＬＥＤ制御システムが適用される機器の仕様に応じて適宜に決定される。また、以下の説明において、単にＬＥＤ２と記載したときは、複数のＬＥＤ２（２ａ，２ｂ，・・・，２ｎ）の全て又は何れかをいう。

ＬＥＤ２は、それぞれ赤・緑・青の３色を発光するものであり、その光出力は、制御部４から出力されるＰＷＭ信号により点灯制御される。ＬＥＤ２は、ひと纏まりに配置されて発光部２０を構成し、各色のＬＥＤ２から出射される光の合成光が発光部２０の出射光となる。この出射光は、赤・緑・青のＬＥＤ２の光出力をそれぞれ制御することにより、任意の色に設定できる。例えば、赤・緑・青のＬＥＤ２の光出力を略等しくしたとき、発光部２０の出射光は白色光となる。

センサ３は、赤、緑又は青のフィルタを用いた少なくとも３つのフォトダイオード等から成り、ＬＥＤ２の光出力を電気信号に変換して、これを制御部４へ出力する。また、センサ３には、必要に応じてＬＥＤ２の光出力値を一時的に記憶するメモリ等が備えられてもよい。

制御部４は、汎用のマイコン、タイマ、メモリ等から成り、タイマの計時に従いＰＷＭ信号をスイッチング素子５に出力し、このスイッチング素子５をオンオフさせて、ＬＥＤ２に対する電源６からの給電を切り替えることにより、ＬＥＤ２を点灯制御する。

ここで、本実施形態のＬＥＤ制御システム１において、ＬＥＤ２を通常点灯させるときの動作について、上述の図１に加えて図２を参照して説明する。なお、実際に制御部４が行う動作は、スイッチング素子５のオンオフであるが、以下の説明では、制御部４がＬＥＤ２をオンとする、と記載する。

制御部４は、ＬＥＤ２を点灯制御するためのＰＷＭ信号の周期Ｔを例えば１ｍｓとして設定する。また、制御部４は、ＰＷＭ信号の周期Ｔの開始タイミングＸにＬＥＤ２をオンとし、ＬＥＤ２に設定された出力値に応じてタイマ値を設定して、タイマ値の計時が終了すると共にＬＥＤ２をオフとする。これにより、各ＬＥＤ２（２ａ，２ｂ，・・・，２ｎ）についてオンデューティ時間ｔ（ｔ_ａ，ｔ_ｂ，・・・，ｔ_ｎ）が設定される。ＬＥＤ２は、上記オンデューティ時間ｔを周期Ｔで割ったオンデューティ比Ｄ_ｏ（Ｄ_ｏ＝ｔ／Ｔ）に基づいて点灯制御される。

次に、本実施形態のＬＥＤ制御システム１において、制御部４が、ＬＥＤ２の制御値（オンデューティ比）を、現状値から、センサ３により測定されたＬＥＤ２の光出力の測定結果に基づいて設定される目標値へ変化させる動作について、図３（ａ）（ｂ）を参照して説明する。ここでは、ＬＥＤ２ｎが、予め光出力Ａにより点灯するように設定されており、また、制御部４は、ＬＥＤ２ｎに対して光出力Ａに対応する所定のオンデューティ比を制御値（＝現状値Ｂ）として設定されているとする（Ｓ１）。なお、図３（ａ）（ｂ）に示されるＳ１〜Ｓ６は、それぞれ対応した動作を示す。

ＬＥＤ２ｎの動作時、センサ３は、例えば、１０秒毎に１度といった所定の周期でＬＥＤ２の光出力を測定する（Ｓ２）。センサ３によるＬＥＤ２ｎの測定方法は、特に限定されないが、例えば、制御部４が、測定対象とするＬＥＤ２ｎ及びそれ以外のＬＥＤ２（２ａ，２ｂ，・・・）に対して、各々のオンデューティ比を変化させることなく、オンデューティ開始タイミングをシフトさせ、各々のタイミングでセンサ３が測定対象のＬＥＤ２ｎの光出力を測定するようにすれば、測定時においてＬＥＤ２全体の出射光のチラつきを抑制することができる。

センサ３によりＬＥＤ２ｎの光出力Ｃが測定されると、制御部４は、ＬＥＤ２ｎを予め設定された光出力Ａで点灯させるために、センサ３の測定結果（光出力Ｃ）に基づいて、新たな制御値（目標値Ｄ）を設定する（Ｓ３）。この目標値Ｄは、下記の数式により算出される。なお、上記の制御値（現状値Ｂ及び目標値Ｄ）は、制御部４からＬＥＤ２ｎに対して出力されるＰＷＭ信号のオンデューティ比をいう。

目標値Ｄが設定されると、制御部４は、ＬＥＤ２ｎに対する制御値を、現状値Ｂから目標値Ｄへ変化させる。この際、制御部４は、ＬＥＤ２ｎに対する制御値を、現状値Ｂから目標値Ｄへ瞬時に切り替えるのではなく、現状値Ｂから目標値Ｄへフェードさせる。例えば、ＬＥＤ２ｎを点灯制御するＰＷＭ信号の周期Ｔが１ｍｓであるとき、制御部４は１秒間に１０００回のデューティパルスをＬＥＤ２ｎに対して出力する。仮に、ＬＥＤ２ｎに対する制御値を現状値Ｂから目標値Ｄへ１秒かけてフェードさせるとすると、制御部４は、目標値Ｄの設定後、最初の出力する制御値をＢ＋（Ｄ−Ｂ）／１０００とする（Ｓ４）。また、次に出力する制御値をＢ＋（Ｄ−Ｂ）／１０００×２とし（Ｓ５）、その後１ｍｓごとに制御値を（Ｄ−Ｂ）／１０００ずつ順次変化させる。すると、１０００ｍｓ（＝１秒）後の制御値は、Ｂ＋（Ｄ−Ｂ）／１０００×１０００（＝目標値Ｄ）となる（Ｓ６）。

このように、ＬＥＤ２ｎの制御値を、現状値Ｂから目標値Ｄへ変化させる際にフェードさせると、現状値Ｂと目標値Ｄの差が大きいときでも、ＬＥＤ２ｎの出射光が急激に変化しないので、出射光のチラつきがなく、ユーザに不快感を与えることもない。

上述の例では、フェードに要する時間（フェード時間）を１秒としたが、このフェード時間は、現状値Ｂと目標値Ｄとの差に応じて適宜に調整される。例えば、現状値Ｂと目標値Ｄとの差は僅かであるときは、フェード時間が短く設定される。こうすれば、ＬＥＤ２ｎの制御値が短時間で目標値Ｄに達するので、ＬＥＤ２ｎの点灯制御が速やかに行われる。これに対して、現状値Ｂと目標値Ｄとの差は大きいときは、フェード時間が長く設定される。こうすれば、ＬＥＤ２ｎからの出射光が急激に変化することがないので、出射光のチラつきを抑制することができる。

また、現状値Ｂから目標値Ｄへのフェードの変化の勾配を、変化幅をセンサ３の測定周期で割ったものとしてもよい。例えば、センサ３の測定周期が１０秒であるときは、制御部４は、ＬＥＤ２ｎの制御値を１０秒かけて現状値Ｂから目標値Ｄへフェードさせる。このようにすると、現状値Ｂから目標値Ｄへの変化幅が大きいときでも、なめらかに制御値のフェードが行われる。

また、好ましくは、制御部４は、現状値Ｂから目標値Ｄへのフェードの変化を、黒体軌跡上を通るようにＬＥＤ２を制御する。黒体軌跡とは、完全な黒色の物体が、絶対温度と共に変化する状態を色度図上に描いた軌跡をいい、色度図上における太陽光の軌跡に近く、一般に色温度１５６３Ｋ〜∞Ｋまでの曲線により表される。本実施形態では、制御部４に備えられたメモリに、予め１５６３Ｋ〜∞Ｋまでの色温度を実現するための赤・緑・青のそれぞれのＬＥＤのオンデューティ比から成るテーブル（例えば図４）を記憶させておき、制御部４は、センサ３の測定結果及び上記のテーブルに従って、各ＬＥＤ２に対するオンデューティ比を計算し、これを出力してＬＥＤ２を点灯制御する。また、制御部４は、センサ３の測定結果に基づいて目標値Ｄを設定する際、目標値Ｄにより制御されるＬＥＤ２の出射光の色度が黒体軌跡上にあるようにする。

制御部４が、制御値（オンデューティ比）を、基準値Ｂから目標値Ｄへフェードさせるとき、例えば、図５（ａ）に示されるように、ＬＥＤ２の出射光の色度が色図上を直線的に移行するように制御値をフェードさせると、色度が黒体軌跡を外れ、フェード時におけるＬＥＤ２の出射光が人間の目には違和感のある光となる。それに対して、図５（ｂ）に示されるように、ＬＥＤ２の出射光の色度が黒体軌跡を通ように制御値を、基準値Ｂから目標値Ｄへフェードさせると、フェードの前後においてＬＥＤ２の出射光は、太陽光の色味に近く、人間の目には自然光と同じような違和感のない光に見える。また、現状値Ｂにより制御されるＬＥＤ２の出射光の色度が、黒体軌跡上にないとき、制御部４は、現状値Ｂから最も近い黒体軌跡上に対応する制御値をフェードさせた後、黒体軌跡上を通るように制御値を目標値Ｄへフェードさせるとよい。

なお、本発明は、上記に限られることなく種々の変形が可能である。例えば、制御部４は、上述のように、ＬＥＤの出射光の色度が黒体軌跡上を通るように制御値をフェードさせる最中においても、周期的にセンサ３の測定結果を取得して、その測定結果に応じて適宜に目標値Ｄを修正し、新たに設定された目標値Ｄへ制御値をフェードさせるようにすることもできる。

本発明の一実施形態に係るＬＥＤ制御システムのブロック構成図。同システムにおける通常点灯時のＰＷＭ信号出力パターンを示す図。（ａ）は同システムにおける制御部の動作フローを示す図、（ｂ）は同システムにおけるＰＷＭ信号の波形及び制御値（オンデューティ比）のフェードを示す図。同システムにおいて、黒体軌跡上の色温度を実現するための赤・緑・青ＬＥＤの各オンデューティ比のテーブルを示す図。（ａ）（ｂ）（ｃ）は同システムにおける制御値のフェードと、黒体軌跡との関係を示す図。

符号の説明

１ＬＥＤ制御システム
２ＬＥＤ（発光ダイオード）
３センサ
４制御部

Claims

複数のＬＥＤと、少なくともＬＥＤの一部を点灯させて各々の光出力を測定するセンサと、前記センサの測定結果に基づいて前記複数のＬＥＤの出力を個別に制御する制御部と、を備えたＬＥＤ制御システムにおいて、
前記ＬＥＤは、ＰＷＭ信号のオンデューティ比を制御値として点灯制御され、
前記制御部は、前記ＬＥＤの制御値を、現状値から、前記センサの測定結果に基づいて設定される目標値へ変化させる際にフェードさせることを特徴とするＬＥＤ制御システム。
前記制御部は、前記現状値と前記目標値との差に応じて前記フェードの時間を調整することを特徴とした請求項１に記載のＬＥＤ制御システム。
前記制御部は、前記現状値から前記目標値へのフェードの変化の勾配を、変化幅を前記センサの測定周期で割ったものとすることを特徴とした請求項１又は請求項２に記載のＬＥＤ制御システム。
前記制御部は、前記現状値から前記目標値へのフェードの変化を、黒体軌跡上を通るように前記ＬＥＤを制御することを特徴とした請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載のＬＥＤ制御システム。