JP2008243584A

JP2008243584A - 照明装置

Info

Publication number: JP2008243584A
Application number: JP2007082386A
Authority: JP
Inventors: Yoshinobu Murakami; 善宣村上; Masaki Kobayashi; 正喜小林
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2007-03-27
Filing date: 2007-03-27
Publication date: 2008-10-09

Abstract

【課題】照明装置において、ＬＥＤの出力−経時特性及び光センサの出力−経時特性を補償することにより、照明光の光量を高精度に制御し、且つ、タイマを用いずに上記の経時特性を補償することにより、コスト低減を図る。
【解決手段】記憶部６は、光センサ部５の検知出力の経時変化量とＬＥＤ２の累積点灯時間との対応関係を示す第１テーブルと、この時間に対応する検知出力の補正値を示す第２テーブルとを記憶している。時間推定部７１が第１テーブルを参照して累積点灯時間を推定するので、タイマを用いずにＬＥＤ２及び光センサ５２ｒ等の出力−経時特性を補償することができ、コスト低減を図れる。また、補正部７２が、第２テーブルに示される推定累積点灯時間に対応した補正値を用いて検知出力を補正しつつ、ＬＥＤ２をフィードバック制御するので、上記の経時特性を補償することができる。従って、照明光の光量を高精度に制御することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、発光ダイオードの発光量を光センサの検知出力に基づいてフィードバック制御すると共に、発光ダイオードの経時特性を補償する機能を持たせた照明装置に関する。

従来より、建物の壁面を演出したり、公園等を照らしたりする照明装置として、光源が発光ダイオード（以下、ＬＥＤという）で構成されたものが知られている。この照明装置は、例えば赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ及び青色ＬＥＤを有しており、これらのＬＥＤの発光量を調整することにより、白色等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、等しい光量で発光する必要がある。しかしながら、ＬＥＤの経時特性により、累積点灯時間に応じて誤差が生じ、この誤差のため各色のＬＥＤの発光量にばらつきが生じることがある。このような場合、合成光である白色光の色度が変化し、所望の色度と実際の色度との間に差が生じる。

そこで、所望の色度の光を高精度に得るように構成された照明装置として、複数の色のＬＥＤがドライバにより駆動制御されて順次発光し、光センサがＬＥＤの出力光の各色毎の輝度を検知し、コントローラが、光センサからの検知出力に基づき、ドライバを用いてＬＥＤの出力光の輝度をフィードバック制御するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。この装置においては、光センサによりＬＥＤの出力光の輝度を測定し、その測定結果に基づいてコントローラが上記の輝度をフィードバック制御するので、ＬＥＤの経時変化に拘らず、所望の輝度の光を照射することができる。

ところで、ＬＥＤと同様に、光センサは出力が経過時間に応じて変化する。具体的には、光センサが外部からの光を検知し、その検知結果を出力した時間の合計（以下、累積受光時間と称す）に応じて出力が変動する。しかしながら、特許文献１に記載の技術では、このような光センサの出力−経時特性に起因する検知出力変化に対して対策が講じられていない。従って、ＬＥＤのフィードバック制御は光センサの検知出力に応じてなされるので、光センサの検知出力が経時変化した場合、誤差が生じ、ＬＥＤの合成光すなわち照明装置の照明光の色を高精度に制御することが難しかった。また、例えば、合成光の色を高精度に制御するため、照明装置にタイマを設け、このタイマの時間情報に基づいて検知出力の経時変化を補正したとしても、タイマが必要になるためコストの低減が困難であった。
特開２００６−１３３７６４号公報

本発明は、上記の従来の問題を解決するためになされたものであり、発光ダイオードの出力−経時特性及び光センサの出力−経時特性を補償することにより、照明光の光量を高精度に制御することができ、且つ、タイマを用いずに上記の経時特性を補償することができ、コストの低減を図ることができる照明装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために請求項１の発明は、照明光を出力する発光ダイオードと、前記発光ダイオードの出力光を検知する光センサと、所望の光量の光を出力させるように、前記光センサの検知出力に基づいて前記発光ダイオードをフィードバック制御する制御部と、を備えた照明装置において、前記発光ダイオードの出力−経時特性及び前記光センサの出力−経時特性に起因する前記検知出力の経時変化量と前記発光ダイオードの累積点灯時間との対応関係を記憶させた第１の記憶部と、前記累積点灯時間に対応し、前記光センサの検知出力を補正する補正値を記憶させた第２の記憶部と、を備え、前記制御部は、前記光センサの検知出力の初期値と現在の値とを比較して経時変化量を算出し、前記算出された経時変化量に基づき、前記第１の記憶部を参照して前記累積点灯時間を推定すると共に、前記推定された累積点灯時間に対応する前記補正値を前記第２の記憶部を参照して取得し、前記取得した補正値を用いて該検知出力を補正しつつ、前記発光ダイオードをフィードバック制御するものである。

請求項２の発明は、請求項１に記載の照明装置において、前記発光ダイオードには、赤色発光ダイオード、緑色発光ダイオード及び青色発光ダイオードが含まれるものである。

請求項１の発明によれば、制御部が、光センサの検知出力の経時変化量に基づき、第１の記憶部を参照して発光ダイオードの累積点灯時間を推定するので、この累積点灯時間に応じて、タイマを用いずに発光ダイオードの出力−経時特性及び光センサの出力−経時特性を補償することができる。このため、コストの低減を図ることができる。また、制御部が第２の記憶部を参照して推定累積点灯時間に対応する補正値を取得し、この補正値を用いて光センサの検知出力を補正しつつ、発光ダイオードをフィードバック制御するので、上記の経時特性を補償することができる。このため、照明光の光量を高精度に制御することができる。

請求項２の発明によれば、赤色発光ダイオード、緑色発光ダイオード及び青色発光ダイオードごとに出力を制御することにより、色度を高精度に制御し、全色の光を照射することができる。

以下、本発明の一実施形態に係る照明装置について図面を参照して説明する。図１は、本実施形態に係る照明装置の電気的構成を示す。この照明装置１は、照明光を出力する発光ダイオード（以下、ＬＥＤという）２を有する発光部３と、ＬＥＤ２を点灯させる点灯回路部４と、ＬＥＤ２の出力光を検知してその光量を測定する光センサ部５と、光センサ部５の検知出力の経時変化量とＬＥＤ２の累積点灯時間との対応関係や、累積点灯時間に対応し、光センサ部５の検知出力を補正する補正値を記憶する記憶部６（第１の記憶部及び第２の記憶部）と、を備える。

さらに、照明装置１は、光センサ部５の検知出力に基づき、点灯回路部４に調光信号を送出してＬＥＤ２の発光量をフィードバック制御する制御部７と、上記各部に電力を供給する電源部８と、を備える。制御部７は、さらに、記憶部６のデータを参照し、光センサ部５の検知出力の経時変化量に応じてＬＥＤ２の累積点灯時間を推定する。電源部８は、電池で構成されていても、或いは商用電源からの電力を照明装置１の各部へ供給するように構成されていても構わない。本実施形態においては、照明光の光色を定量的に表現するため、例えば色温度が用いられる。以下、照明装置１の各部について詳細に説明する。

ＬＥＤ２は、赤色ＬＥＤ２ｒ、緑色ＬＥＤ２ｇ及び青色ＬＥＤ２ｂで構成されている。赤色ＬＥＤ２ｒ、緑色ＬＥＤ２ｇ及び青色ＬＥＤ２ｂは制御部７により個々にＰＷＭ制御される。ＬＥＤ２の出力は、経時特性により、経過時間に応じて変化する。具体的には、ＬＥＤ２の出力すなわち発光量が、ＬＥＤ２の累積点灯時間に応じて低下する。

発光部３においては、赤色ＬＥＤ２ｒ、緑色ＬＥＤ２ｇ及び青色ＬＥＤ２ｂがひと纏まりに配置され、この纏まりが１次元、２次元又は３次元に複数並んでいる。各色のＬＥＤ２ｒ、２ｇ、２ｂから出力された光の合成光が発光部３の出射光となる。赤色ＬＥＤ２ｒ、緑色ＬＥＤ２ｇ及び青色ＬＥＤ２ｂの出力すなわち発光量は独立して制御されるので、発光部３の出射光を全色に設定することができる。例えば、赤色ＬＥＤ２ｒ、緑色ＬＥＤ２ｇ及び青色ＬＥＤ２ｂの発光量を略等しくした場合、発光部３の出射光は白色光となる。赤色ＬＥＤ２ｒ、緑色ＬＥＤ２ｇ及び青色ＬＥＤ２ｂの個数及び配置は、図１に図示される形態に限定されない。

光センサ部５は、発光部３の出射光に含まれる赤色光、緑色光及び青色光のそれぞれの光量を測定可能に構成されている。例えば、光センサ部５は、上記の各色光の光量を測定するため、赤色光を透過する赤色フィルタ５１ｒと、緑色光を透過する緑色フィルタ５１ｇと、青色光を透過する青色フィルタ５１ｂとを有する。この赤色フィルタ５１ｒは発光部３の出射光から赤色成分を分光し、同様に、緑色フィルタ５１ｇ及び青色フィルタ５１ｂは合成光から緑色成分及び青色成分を分光する。各色のフィルタ５１ｒ、５１ｇ、５１ｂの背後には、それぞれに対応して光センサ５２ｒ、５２ｇ、５２ｂ（統括して、光センサ５２ｒ等という）が複数個配設されている。これらの光センサ５２ｒ等は、分光された各色光の光量を測定する。光センサ部５は、測定された各色光の光量に基づいて発光部３の出射光の色温度を算出し、この色温度情報を検知出力として制御部７に送出する。

光センサ部５の検知出力は、図２に示されるように、光センサ５２ｒ等の出力−経時特性により経過時間ｔに応じて変化する。具体的には、光センサ５２ｒ等の出力を表す光電流が、累積受光時間に応じて小さくなる。ＬＥＤ２及び光センサ部５は、略等しい時間、電源部８から電力が供給され、光センサ部５は、ＬＥＤ２が点灯制御されている時間だけ光を検知するので、光センサ部５の累積受光時間は、ＬＥＤ２の累積点灯時間と略等しい。

記憶部６は、ＲＯＭ又はＲＡＭ等のメモリで構成され、このメモリにより、発光部３の出射光の色温度とその色温度の光を生成するのに必要な赤色光、緑色光及び青色光の光量との対応関係を示す色温度テーブルを記憶している。この色温度テーブルに設定された色温度の中には、基準色温度が含まれており、この基準色温度は、時間の経過に伴って色温度が変化したときにその経時変化量を求める上で基準となる。ここで、基準色温度の合成光を出射するため各色のＬＥＤ２に設定された光量を、ＬＥＤ２の基準発光量という。記憶部６は、この基準発光量と、ＬＥＤ２を基準発光量で発光するように調光制御したときすなわち基準発光量を目標値としてＬＥＤ２の発光量を制御したときの光センサ部５の検知出力（初期値）と、を記憶している。以下、この検知出力を基準検知出力という。基準検知出力は、時間の経過に伴って検知出力が変化したときにその経時変化量を求める上で基準となる。

また、記憶部６は、図３に示されるように、２個のテーブルをさらに記憶している。これらのテーブルのうち、１個は、光センサ部５の検知出力の経時変化量と累積点灯時間との対応関係を示す第１テーブル６１である。上記の経時変化量は、ＬＥＤ２を基準発光量で発光するように調光制御したときの光センサ部５の検知出力が、経過時間に応じて基準検知出力から変化した場合のその変化量を示す。この経時変化量は、ＬＥＤ２の出力−経時特性及び光センサ５２ｒ等の出力−経時特性に起因する変化量である。具体的に説明すると、この変化量は、ＬＥＤ２が基準発光量で発光するように調光制御された場合において、ＬＥＤ２の出力が累積点灯時間に応じて変化したときに、その出力変化に応じて変化する光センサ部５の検知出力の変化量と、光センサ部５の検知出力が光センサ５２ｒ等の出力−経時特性により累積受光時間（ＬＥＤ２の累積点灯時間と略等しい）に応じて変化したときのその変化量との合計値である。従って、検知出力の経時変化量は、ＬＥＤ２が基準発光量で発光するように調光制御された場合における実際の検知出力と、基準検知出力との差分を示す。上記の合計値は、実験又は計算等により予め導出されている。同図にはこの第１テーブル６１の一例が示されており、検知出力の経時変化量Ｅ_１に対応してＬＥＤ２の累積点灯時間ｔ_１が、また経時変化量Ｅ_２に対応して累積点灯時間ｔ_２が設定されている。

上記の２個のテーブルのうち、もう１個は、光センサ５２ｒ等の出力−経時特性に起因する光センサ部５の検知出力の経時変化を補正する補正値と、ＬＥＤ２の累積点灯時間との対応関係を示す第２テーブル６２である。この補正値は、基準発光量の光が光センサ部５に入光したときの検知出力が、累積点灯時間に応じて基準検知出力から変化した場合のその変化量と略等しい。この変化量は、光センサ部５単体の経時特性に起因する変化量である。上記の補正値は、実験又は計算等により予め導出されている。図３にはこの第２テーブル６２の一例が示されており、累積受光時間と累積点灯時間は略等しいので、累積点灯時間ｔ_１に対応して補正値Ｃ_１が、また累積点灯時間ｔ_２に対応して補正値Ｃ_２が設定されている。

制御部７は、ＣＰＵを搭載したマイクロコンピュータで構成される。この制御部７は、ＬＥＤ２の累積点灯時間を推定する時間推定部７１と、時間推定部７１から送出された推定時間情報に基づいて光センサ部５の検知出力を補正する補正部７２と、補正された検知出力に基づいて調光信号を生成し、この調光信号を点灯回路部４に送出する点灯制御部７３とで構成される。

時間推定部７１は、記憶部６から光センサ部５の基準検知出力を読み出し、この基準検知出力と光センサ部５の実際の検知出力すなわち測定値とを比較し、検知出力の経時変化量を算出する。さらに、時間推定部７１は、算出された経時変化量に対応する累積点灯時間を、記憶部６の第１テーブル６１を参照して読み出す。この読み出された累積点灯時間が、時間推定部７１により、実際の累積点灯時間に推定される。この時間推定部７１は、推定された累積点灯時間を示す推定時間情報、及び光センサ部５の検知出力を補正部７２に送出する。

補正部７２は、時間推定部７１からの推定時間情報に基づいて、推定された累積点灯時間に対応する補正値を、記憶部６の第２テーブル６２を参照して読み出し、それを取得する。この補正値は色温度で表されている。さらに、補正部７２は、補正値を用いて光センサ部５の検知出力を補正する。この補正においては、例えば、検知出力に補正値が加算、減算、乗算又は除算等される。このような構成により、光センサ部５の経時補償機能が制御部７に担保される。補正された光センサ部５の検知出力は、補正部７２から点灯制御部７３に出力される。

点灯制御部７３は、基準色温度の光又は所望の色温度の光を発光部３から出射させるため、調光信号を点灯回路部４に送出する。所望の色温度の光を発光部３から出射させる場合、この色温度は、ユーザによる操作部（不図示）の操作に基づいて設定される。操作部は、この操作に基づく操作信号を点灯制御部７３に送出する。点灯制御部７３は、この操作信号に応じて、記憶部６に格納された上記の色温度テーブルを参照し、調光信号を生成する。なお、点灯制御部７３における基準色温度の光を発光部３から出射させる場合の動作については後述する。

点灯制御部７３から送出される調光信号は、図４に示されるように、例えばパルス列から成る電流信号である。点灯制御部７３は、この信号のデューティ比の制御すなわちＰＷＭ制御により、ＬＥＤ２の発光量を制御する。調光信号は、赤色ＬＥＤ２ｒ、緑色ＬＥＤ２ｇ及び青色ＬＥＤ２ｂのそれぞれに対応して生成される。これらの調光信号は、幅がそれぞれ設定されており、例えば、赤色ＬＥＤ２ｒに対する調光信号のパルス幅はＷｒである。同様に、緑色ＬＥＤ２ｇ、青色ＬＥＤ２ｂのそれぞれに対する調光信号のパルス幅はＷｇ、Ｗｂである。調光信号のデューティ比を調整することにより、これらのパルス幅Ｗｒ、Ｗｇ、Ｗｂが変化する。従って、赤色ＬＥＤ２ｒ、緑色ＬＥＤ２ｇ及び青色ＬＥＤ２ｂのそれぞれの発光時間が調整される。その結果、赤色ＬＥＤ２ｒ、緑色ＬＥＤ２ｇ及び青色ＬＥＤ２ｂのそれぞれの光量が増減される。記憶部６に格納されている各種テーブルにおいて、ＬＥＤ２の発光量は、上記の調光信号のデューティ比により示されている。なお、ＬＥＤ２の発光量制御は、調光信号の電流値すなわち波高値に基づいてなされても構わない。

上記のように、調光信号には、所望の色温度の光を出射するために必要な赤色ＬＥＤ２ｒ、緑色ＬＥＤ２ｇ及び青色ＬＥＤ２ｂの発光量を示す情報が重畳されている。しかしながら、ＬＥＤ２の経時特性による出力変化やＬＥＤ２個体ごとの精度のばらつき等の原因により、発光部３の出射光の色温度は所望の色温度と異なることがある。この対策として、点灯制御部７３は、光センサ部５の検知出力に基づいて、ＬＥＤ２の発光量のフィードバック制御を行なう。この検知出力は、上記のように、時間推定部７１及び補正部７２を介して点灯制御部７３に伝達されており、時間推定部７１及び補正部７２によりＬＥＤ２及び光センサ部５の経時特性に応じて補正される。補正される検知出力に基づき、赤色ＬＥＤ２ｒ、緑色ＬＥＤ２ｇ及び青色ＬＥＤ２ｂの発光量がそれぞれに調整される。このようにして、ＬＥＤ２のフィードバック制御機能が制御部７に担保される。次に、上記構成を有する照明装置１の動作を説明する。

図５は、照明装置１の制御部７（時間推定部７１、補正部７２及び点灯制御部７３）の動作例を示す。まず、照明装置１の電源が投入される（Ｓ１）。点灯制御部７３は、基準色温度の光出力指示用の調光信号を点灯回路部４に送出し、発光部３のＬＥＤ２を発光させる（Ｓ２）。この調光信号送出の際、点灯制御部７３は、記憶部６の色温度テーブルを参照して、基準色温度に対応するＬＥＤ２の基準発光量の情報を読み出し、この情報に基づいて調光信号を生成する。上記調光信号は、ＬＥＤ２すなわち赤色ＬＥＤ２ｒ、緑色ＬＥＤ２ｇ及び青色ＬＥＤ２ｂを基準発光量で発光するように個々に調光制御するための信号である。ここで、基準色温度を理論値とし、具体的には例えば５０００Ｋとする。

次に、時間推定部７１は、光センサ部５により、発光部３の出力光の色温度を検知する（Ｓ３）。この色温度は、光センサ部５の現在の検知出力すなわち測定値である。この測定値は、経過時間、具体的にはＬＥＤ２の累積点灯時間に応じて、理論値である５０００Ｋと異なる場合がある。

色温度検知後、時間推定部７１は、点灯制御部７３が基準色温度で発光を発光部３に指示したときの出力光の色温度の経時変化量を算出する（Ｓ４）。具体的には、時間推定部７１は、色温度の測定値と理論値とを比べ、色温度の変化分すなわち測定値と理論値との差分を算出する。この差分は、ＬＥＤ２の累積点灯時間すなわち光センサ部５の累積受光時間に応じた経時変化量を示す。この経時変化量を算出するための基準となる色温度は、上記の理論値に限定されず、照明装置１の施工時に基準発光量で発光するように発光部３が制御されたときの測定値であってもよい。この測定値を用いる場合、その測定値は、記憶部６により施工時に記憶される。

色温度の経時変化量算出後、時間推定部７１は、算出した経時変化量を基に、記憶部６の第１テーブル６１を参照して累積点灯時間を推定する（Ｓ５）。そして、この推定累積点灯時間を示す推定時間情報が、時間推定部７１から補正部７２に送出される。時間推定部７１からの推定時間情報に基づき、補正部７２は、記憶部６の第２テーブル６２を参照して推定累積点灯時間に対応する補正値を読み出し、取得する（Ｓ６）。

補正値取得後、補正部７２が補正値を用いて光センサ部５の検知出力を補正しつつ、点灯制御部７３がＬＥＤ２の発光量のフィードバック制御を開始する（Ｓ７）。このフィードバック制御は、ユーザ所望の色温度、例えば３０００Ｋの光を発光部３から出射させるために行なわれる。

上記のように、時間推定部７１が、光センサ部５の検知出力の経時変化量に基づき、第１テーブル６１を参照してＬＥＤ２の累積点灯時間を推定するので、この累積点灯時間に応じて、タイマを用いずにＬＥＤ２の出力−経時特性及び光センサ５２ｒ等の出力−経時特性を補償することができる。このため、コストの低減を図ることができる。

また、補正部７２が第２テーブル６２を参照して推定累積点灯時間に対応する補正値を取得し、この補正値を用いて光センサ部５の検知出力を補正しつつ、ＬＥＤ２をフィードバック制御するので、ＬＥＤ２の出力−経時特性及び光センサ５２ｒ等の出力−経時特性を補償することができる。このため、照明光の光量を高精度に制御することができる。

さらに、ＬＥＤ２には、赤色ＬＥＤ２ｒ、緑色ＬＥＤ２ｇ及び青色ＬＥＤ２ｂが含まれているので、照明光の色温度の高精度な制御により、色温度で表現可能な全色の照明光を出射することができる。

なお、本発明は、上記の実施形態の構成に限定されるものでなく、使用目的に応じ、様々な変形が可能である。例えば、光センサ部５の検知出力は、色温度ではなく、色度により表されてもよい。検知出力が色度で示される場合、この検知出力に基づき、照明光の色度を高精度に制御し、全色の光を照射することができる。

また、光センサ部５は、上記の構成に限定されず、プリズムと、このプリズムによって分光される赤色光、青色光及び緑色光のそれぞれの光量を測定する複数個の光センサとで構成されていても構わない。また、記憶部６は、制御部７のマイクロコンピュータ内に設けられたメモリで構成されていてもよい。また、発光部３の出射光の色温度は、ユーザによって所望の値に設定されるのではなく、デフォルトで所定の値に設定されていてもよい。また、点灯制御部７３は、発光部３の出射光すなわちＬＥＤ２の合成光の色温度ではなく、ＬＥＤ２の各色光の光量に基づいてフィードバック制御を行なっても構わない。

本発明の一実施形態に係る照明装置の電気的構成図。上記装置の光センサ部の検知出力−経時特性図。上記装置の記憶部に記憶されるテーブルを示す図。上記装置における調光信号波形を示す図。上記装置の制御部の動作例を示すフローチャート。

符号の説明

１照明装置
２ＬＥＤ（発光ダイオード）
２ｂ青色発光ダイオード
２ｇ緑色発光ダイオード
２ｒ赤色発光ダイオード
３発光部
４点灯回路部
５光センサ部
５２ｂ、５２ｇ、５２ｒ光センサ
６記憶部（第１の記憶部、第２の記憶部）
７制御部
７１時間推定部
７２補正部
７３点灯制御部
８電源部

Claims

照明光を出力する発光ダイオードと、前記発光ダイオードの出力光を検知する光センサと、所望の光量の光を出力させるように、前記光センサの検知出力に基づいて前記発光ダイオードをフィードバック制御する制御部と、を備えた照明装置において、
前記発光ダイオードの出力−経時特性及び前記光センサの出力−経時特性に起因する前記検知出力の経時変化量と前記発光ダイオードの累積点灯時間との対応関係を記憶させた第１の記憶部と、
前記累積点灯時間に対応し、前記光センサの検知出力を補正する補正値を記憶させた第２の記憶部と、を備え、
前記制御部は、前記光センサの検知出力の初期値と現在の値とを比較して経時変化量を算出し、前記算出された経時変化量に基づき、前記第１の記憶部を参照して前記累積点灯時間を推定すると共に、前記推定された累積点灯時間に対応する前記補正値を前記第２の記憶部を参照して取得し、前記取得した補正値を用いて該検知出力を補正しつつ、前記発光ダイオードをフィードバック制御することを特徴とする照明装置。
前記発光ダイオードには、赤色発光ダイオード、緑色発光ダイオード及び青色発光ダイオードが含まれることを特徴とする請求項１に記載の照明装置。