JP2009076380A - Ｌｅｄ照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＬＥＤ照明装置において、所望の色温度の照明光を、高い演色評価数でもって照射可能とする。
【解決手段】ＬＥＤ照明装置１は、赤色ＬＥＤ２１、橙色ＬＥＤ２２、緑色ＬＥＤ２３及び青色ＬＥＤ２４と、赤色ＬＥＤ２１等への供給電流を制御する制御部５と、赤色ＬＥＤ２１等の合成光すなわち照明光の色温度及び明るさを設定する設定部６を備える。赤色ＬＥＤ２１等の合成光の色温度が設定部６により設定された色温度となるように、赤色ＬＥＤ２１等による発光制御、すなわち４種のＬＥＤによる発光制御が行われる。このため、所望の色温度の合成光を照明光として照射でき、さらに、従来の３色の光の合成光と比べ、合成光の発光スペクトルにおける光強度の対波長変化の度合いを小さくすることができる。従って、合成光を高い演色評価数でもって照射することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＬＥＤを光源として照明光を照射するＬＥＤ照明装置に関する。

従来から、赤色、緑色及び青色ＬＥＤとこれらの合成光を受光するフォトダイオードとを備え、フォトダイオードを用いて上記合成光の三刺激値を測定し、その測定結果に基づき、所望の色温度の合成光を照明光として照射するため各ＬＥＤへの供給電流値を独立して制御するＬＥＤ照明装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

ところで、３色の光を合成して得られる光は、その発光スペクトルにおける光強度の対波長変化が大きいので、人工光であると認識され易く、演色評価数が低い。従って、上記の特許文献１の技術では、所望の色温度でもって照明光を照射可能であるが、その照明光は、３色の光の合成光であるので、演色評価数が低い。
特表２００４−５２５５１６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、所望の色温度の照明光を、高い演色評価数でもって照射可能なＬＥＤ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、複数のＬＥＤと、前記ＬＥＤを点灯させるための電源と、前記ＬＥＤの光の明るさを測定する光センサと、前記光センサの出力に基づいて、前記電源から前記ＬＥＤに供給される電流を制御する制御部と、を備えたＬＥＤ照明装置において、前記ＬＥＤの合成光の色温度を設定するための設定部を備え、前記複数のＬＥＤは、発光スペクトルのピーク波長が互いに異なる４種のＬＥＤから成り、その４種のＬＥＤのうちピーク波長が隣接する２種のＬＥＤは、直列に接続されて、同一の前記電源から電流が供給され、前記制御部は、予め測定した前記２種のＬＥＤの合成光及びその他の各ＬＥＤの光の三刺激値とその時の前記光センサ出力値とから得られる三刺激値係数を記憶しておく記憶部を有し、前記設定部により設定された色温度を基に前記４種のＬＥＤの合成光の目標三刺激値を算出すると共に、４種のＬＥＤのうちの前記２種のＬＥＤとその他の各ＬＥＤとに前記電源から所定の値の電流を順次供給して該２種のＬＥＤの合成光及びその他の各ＬＥＤの光の明るさを前記光センサを用いてそれぞれ測定し、その時の前記光センサ出力値と前記記憶部に記憶された三刺激値係数とに応じて該２種のＬＥＤの合成光及びその他の各ＬＥＤの光の三刺激値を推定し、推定した該２種のＬＥＤの合成光及びその他の各ＬＥＤの光の三刺激値と前記目標三刺激値とに基づき、該２種のＬＥＤ及びその他の各ＬＥＤに供給される電流を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ＬＥＤ照明装置において、前記複数のＬＥＤは、赤色、緑色、青色及び橙色又は黄色のＬＥＤから成る。

請求項１の発明によれば、ＬＥＤの合成光の色温度が設定部により設定された色温度となるように、４種のＬＥＤによる発光制御が行われるので、所望の色温度の合成光を照明光として照射でき、さらに、従来の３色の光の合成光と比べ、合成光の発光スペクトルにおける光強度の対波長変化の度合いが小さくなるので、合成光を高い演色評価数でもって照射することができる。

請求項２の発明によれば、赤色、緑色及び青色のＬＥＤが含まれるので、全ての色の光を照明光として照射することが可能となる。

以下、本発明の各種実施形態に係るＬＥＤ照明装置について図面を参照して説明する。
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係るＬＥＤ照明装置の構成を示す。このＬＥＤ照明装置１は、複数のＬＥＤ２と、ＬＥＤ２を点灯させるための電源３と、ＬＥＤ２の光の明るさを測定する光センサ４と、電源３からＬＥＤ２に供給される電流を、光センサ４の出力に基づいて制御する制御部５と、ユーザの操作に基づいてＬＥＤ２の合成光の色温度及び明るさを設定するための設定部６と、を備える。複数のＬＥＤ２は、発光スペクトルのピーク波長が互いに異なる４種のＬＥＤから成り、その４種のＬＥＤのうちピーク波長が隣接する２種のＬＥＤは、直列に接続されていて、同一の電源３から電流が供給される。制御部５は、設定部６により設定された色温度及び明るさに基づいて照明光の目標三刺激値を算出すると共に、上記２種のＬＥＤとその他の各ＬＥＤとに電源３から所定の値の電流を順次供給して２種のＬＥＤの合成光及びその他の各ＬＥＤの光の三刺激値を推定する。そして、制御部５は、推定した上記２種のＬＥＤの合成光及びその他の各ＬＥＤの光の三刺激値と目標三刺激値とに基づき、２種のＬＥＤ及びその他の各ＬＥＤに供給される電流を制御する。設定部６は、色温度及び明るさの設定のためユーザにより操作される操作ボタン又は操作パネル等により構成され、ユーザの操作に基づく信号を制御部５に送出する。設定される明るさの単位はルクス等である。

複数のＬＥＤ２は、赤色ＬＥＤ２１、橙色ＬＥＤ２２、緑色ＬＥＤ２３及び青色ＬＥＤ２４（以下、赤色ＬＥＤ２１等という）から成る。これらのうち、ピーク波長が隣接する２種のＬＥＤすなわち赤色ＬＥＤ２１及び橙色ＬＥＤ２２が、電気的に直列に接続されている。赤色ＬＥＤ２１等の各々の個数は、単数であっても、複数であっても構わない。複数のＬＥＤ２には、赤色ＬＥＤ２１、緑色ＬＥＤ２３及び青色ＬＥＤ２４が含まれるので、全ての色の光を照明光として照射することが可能となる。

電源３は、赤色ＬＥＤ２１及び橙色ＬＥＤ２２に同じ電流を供給する電源３１と、緑色ＬＥＤ２３に電流を供給する電源３２と、青色ＬＥＤ２４に電流を供給する電源３３とにより構成される。電源３１〜３３（以下、電源３１等という）は、赤色ＬＥＤ２１等にパルス列状の電流信号を送出して電流を供給する。電源３１等は、電流信号の波高値又はデューティ比を変調することで、赤色ＬＥＤ２１等への供給電流値を制御する。供給電流値の制御は、制御部５から送出される制御信号に基づいて行われる。光センサ４は、フォトダイオードにより構成される明るさセンサから成る。

制御部５は、照明光の目標三刺激値算出及び赤色ＬＥＤ２１等の三刺激値推定等のための各種データを記憶している記憶部５１を備える。さらに、制御部５は、記憶部５１を参照して、照明光の目標三刺激値算出、上記２種のＬＥＤの合成光及びその他の各ＬＥＤの光の三刺激値推定等の各種演算を行い、電源３１等によるＬＥＤ２への供給電流値を制御する演算部５２を備える。演算部５２は、ＣＰＵを含むマイクロプロセッサ等により構成される。演算部５２の詳細な動作については後述する。

記憶部５１は、ＲＯＭ、ＲＡＭ又はフラッシュメモリ等の記憶媒体により構成される。この記憶媒体は、図２（ａ）（ｂ）に示される、目標三刺激値算出のための色度座標テーブル５１ａと、上記２種のＬＥＤ（赤色ＬＥＤ２１、橙色ＬＥＤ２２）の合成光及びその他の各ＬＥＤ（緑色ＬＥＤ２３、青色ＬＥＤ２４）の光の三刺激値推定のための三刺激値係数テーブル５１ｂとを記憶している。

色度座標テーブル５１ａは、色温度と色度座標値（ｘ、ｙ、ｚ）の対応関係を示す。従って、色度座標テーブル５１ａを参照し、設定部６により設定された色温度に対応する色度座標値を求め、その求めた色度座標値に、設定部６により設定された明るさの値を乗ずることで、目標三刺激値の算出が可能である。

三刺激値係数テーブル５１ｂには、予め測定した上述の２種のＬＥＤの合成光及びその他の各ＬＥＤの光の三刺激値とその測定時の光センサ４出力値とから得られる三刺激値係数が格納されている。具体的には、出荷前の検査工程時等に、赤色ＬＥＤ２１及び橙色ＬＥＤ２２の合成光と緑色ＬＥＤ２３及び青色ＬＥＤ２４の各々の光（以下、赤色ＬＥＤ２１及び橙色ＬＥＤ２２の合成光等という）の三刺激値をそれぞれに測定し、そのときの三刺激値を測定時の光センサ４の出力電圧で除することにより得られた三刺激値係数（ｒ１、ｒ２、ｒ３）、（ｇ１、ｇ２、ｇ３）、（ｂ１、ｂ２、ｂ３）が格納されている。

ここで、赤色ＬＥＤ２１及び橙色ＬＥＤ２２の合成光等の三刺激値の測定例及び三刺激値係数の算出例を説明する。まず、図３乃至図５に示されるように、光の三刺激値を測定可能な分光器７が、出荷前の検査工程時等に、検査員等により演算部５２に電気的に接続される。演算部５２は、分光器７との接続の検出又は検査員等による設定部６の操作をトリガとして、赤色ＬＥＤ２１及び橙色ＬＥＤ２２と、緑色ＬＥＤ２３と、青色ＬＥＤ２４とに電源３１等から順次、所定の電流を供給させ、それらを順次点灯させる。図３乃至図５において、消灯している赤色ＬＥＤ２１等は破線で示す。

上記点灯の都度、分光器７は光の三刺激値を測定し、その測定データを演算部５２に送出すると共に、演算部５２は、光センサ４を用いて光の明るさを測定する。演算部５２は、分光器７により測定された三刺激値を光センサ４の出力電圧で除して三刺激値係数を算出する。従って、三刺激値係数に光センサ４の出力電圧を乗じることで三刺激値を算出することができる。このため、出荷前に、上記のように赤色ＬＥＤ２１及び橙色ＬＥＤ２２の合成光等の三刺激値を一度測定すれば、出荷後は、三刺激値を測定せずに、三刺激値を推定することが可能となる。

図６は、上記のように構成されたＬＥＤ照明装置１における演算部５２のＬＥＤ制御処理を示す。演算部５２は、設定部６からの信号に基づき、照明光すなわち赤色ＬＥＤ２１等の合成光における設定された色温度及び明るさを認識する（Ｓ１）。

そして、演算部５２は、設定された色温度に対応する色度座標値を記憶部５１の色度座標テーブル５１ａを参照して取得し（Ｓ２）、取得した色度座標値に、設定された明るさを乗じることで目標三刺激値を算出する（Ｓ３）。例えば、設定された色温度が３０００［Ｋ］であり、設定された明るさが１０００［ｌｘ］である場合、色度座標テーブル５１ａに示されるように、色温度３０００［Ｋ］に対応する色度座標値は（ｘ，ｙ，ｚ）=（０．４３６，０．４０２，０．１６２）となるので、目標三刺激値は、この色度座標値に明るさを乗じて得られる値（４３６０，４０２０，１６２０）となる。

次に、演算部５２は、電源３１等から赤色ＬＥＤ２１等に供給される電流を制御し、赤色ＬＥＤ２１及び橙色ＬＥＤ２２と、緑色ＬＥＤ２３と、青色ＬＥＤ２４とを順次点灯させる（Ｓ４）。このときの赤色ＬＥＤ２１及び橙色ＬＥＤ２２への供給電流値をＲ、緑色ＬＥＤ２３への供給電流値をＧ、青色ＬＥＤ２４への供給電流値をＢとする。Ｒ、Ｇ、Ｂは所定の電流値であり、例えば最大電流値である。上記の点灯時に、演算部５２は、赤色ＬＥＤ２１及び橙色ＬＥＤ２２の合成光の明るさと、緑色ＬＥＤ２３及び青色ＬＥＤ２４の各々の光の明るさを光センサ４を用いてそれぞれ測定し、光センサ４の出力電圧Ｖｒ、Ｖｇ、Ｖｂを認識する（Ｓ５）。

明るさ測定後、演算部５２は、三刺激値係数（ｒ１、ｒ２、ｒ３）、（ｇ１、ｇ２、ｇ３）、（ｂ１、ｂ２、ｂ３）を記憶部５１の三刺激値係数テーブル５１ｂを参照して取得する（Ｓ６）。そして、演算部５２は、下記の数１に示される数式を用いて、赤色ＬＥＤ２１及び橙色ＬＥＤ２２の合成光の三刺激値（Ｘｒ，Ｙｒ，Ｚｒ）と、緑色ＬＥＤ２３及び青色ＬＥＤ２４の各々の光の三刺激値（Ｘｇ，Ｙｇ，Ｚｇ）、（Ｘｂ，Ｙｂ，Ｚｂ）とを推定する（Ｓ７）。

上記の数１のように、三刺激値係数（ｒ１、ｒ２、ｒ３）、（ｇ１、ｇ２、ｇ３）、（ｂ１、ｂ２、ｂ３）に光センサ４の出力電圧Ｖｒ、Ｖｇ、Ｖｂを乗じることで、赤色ＬＥＤ２１及び橙色ＬＥＤ２２の合成光等の三刺激値が推定される。

三刺激値推定後、その推定結果を基に、照明光すなわち赤色ＬＥＤ２１等の合成光の三刺激値が目標三刺激値となるのに必要な、赤色ＬＥＤ２１及び橙色ＬＥＤ２２への供給電流値と、緑色ＬＥＤ２３及び青色ＬＥＤの各々への供給電流値とが算出される。そして、その算出結果に応じて、赤色ＬＥＤ２１及び橙色ＬＥＤ２２と、緑色ＬＥＤ２３と、青色ＬＥＤ２４とのそれぞれに電流が供給され、独立して制御される（Ｓ８）。

ここで、上記の供給電流値の算出例を説明する。照明光の三刺激値は、赤色ＬＥＤ２１等の各々の光の三刺激値が足し合わされた値となるので、まず、それらの三刺激値の全体に対する割合を求める必要がある。そこで、演算部５２は、目標三刺激値を（Ｘ_０，Ｙ_０，Ｚ_０）とし、変数をα、β、γとして、下記の数２に示される三元一次連立方程式を解く。

ところで、光の三刺激値は、光の明るさに応じて変動し、光の明るさは、ＬＥＤ２への供給電流値の変動に伴って変化する。このため、上記の数２のα、β及びγの解を求め、下記の数３に示されるように、それらを上述の供給電流値Ｒ、Ｇ、Ｂに乗ずることで、照明光の三刺激値が目標三刺激値となるのに必要な、赤色ＬＥＤ２１及び橙色ＬＥＤ２２への供給電流値Ｉｒと、緑色ＬＥＤ２３及び青色ＬＥＤの各々への供給電流値Ｉｇ、Ｉｂとを算出することができる。

演算部５２は、上記の数３の数式を解いて求めた供給電流値Ｉｒ、Ｉｇ、Ｉｂでもって赤色ＬＥＤ２１等に電流を供給するように指示する制御信号を電源３１等に送出し、目標三刺激値の照明光を赤色ＬＥＤ２１等から出射させる。

本実施形態においては、赤色ＬＥＤ２１等の合成光の色温度及び明るさが設定部６により設定された色温度及び明るさとなるように、赤色ＬＥＤ２１等による発光制御、すなわち４種のＬＥＤによる発光制御が行われる。このため、所望の色温度の合成光を照明光として照射することができ、さらに、従来の３色の光の合成光と比べ、合成光の発光スペクトルにおける光強度の対波長変化の度合いを小さくすることができる。従って、赤色ＬＥＤ２１等の合成光を、高い演色評価数でもって照射することができ、より自然光に近い光とすることができる。

また、設定部６により設定される色温度を基に目標三刺激値が算出され、赤色ＬＥＤ２１等の合成光すなわち照明光の三刺激値が目標三刺激値となるように演算部５２により赤色ＬＥＤ２１等が制御されるので、ユーザが設定部６を用いて照明光の色温度を所望の値に設定することで、所望の色温度の照明光を照射することができる。

また、赤色ＬＥＤ２１及び橙色ＬＥＤ２２が直列に接続され、同一の電源から電流が供給されるので、それらを制御対象としては一纏めにして１種のＬＥＤとみなすことができる。このため、３種のＬＥＤを制御するように４種のＬＥＤすなわち赤色ＬＥＤ２１等を制御することができる。このため、ＬＥＤの種類増加に伴う制御の複雑化を防ぐことができる。

（第２の実施形態）
図７は、第２の実施形態に係るＬＥＤ照明装置の構成を示す。本実施形態のＬＥＤ照明装置１において、赤色ＬＥＤ２１及び橙色ＬＥＤ２２は、照明光すなわち赤色ＬＥＤ２１、橙色ＬＥＤ２２、緑色ＬＥＤ２３及び青色ＬＥＤ２４の合成光の演色評価数が最高となるように、それらの個数ｈ、ｉが設定されている。このため、本実施形態においては、第１の実施形態よりも照明光の演色評価数を高くすることができ、照明光をより自然光に近い光とすることができる。なお、本実施形態においても、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。

（第３の実施形態）
図８は、第３の実施形態に係るＬＥＤ照明装置の構成を示す。本実施形態のＬＥＤ照明装置１は、第１の実施形態の構成と比べ、橙色ＬＥＤ２２の代わりに黄色ＬＥＤ２５を備え、黄色ＬＥＤ２５は複数個設けられている。少なくとも１個の黄色ＬＥＤ２５は、ピーク波長が隣接する赤色ＬＥＤ２１と直列に接続されており、電源３１から電流が供給される。また、上記とは別の黄色ＬＥＤ２５は、ピーク波長が隣接する緑色ＬＥＤ２３と直列に接続されており、電源３２から電流が供給される。本実施形態においても、第１の実施形態と同様の効果を奏することができる。

なお、本発明は、上記第１乃至第３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、第１の実施形態において、光センサ４は、明るさセンサではなく、カラーセンサにより構成されていてもよい。また、設定部６は、赤色ＬＥＤ２１等の合成光の色度を設定しても構わない。この場合、設定された色度を基に上記合成光の目標三刺激値が算出される。また、第３の実施形態において、黄色ＬＥＤ２５は、赤色ＬＥＤ２１と緑色ＬＥＤ２３のいずれかにのみ直列接続されていても構わない。

本発明の第１の実施形態に係るＬＥＤ照明装置のブロック図。 （ａ）は上記装置の記憶部に格納される色度座標テーブルを示す図、（ｂ）は同記憶部に格納される三刺激値係数テーブルを示す図。 上記装置のＬＥＤの三刺激値の測定例を示すブロック図。 上記装置のＬＥＤの三刺激値の測定例を示すブロック図。 上記装置のＬＥＤの三刺激値の測定例を示すブロック図。 上記装置の演算部によるＬＥＤ制御処理のフロー図。 本発明の第２の実施形態に係るＬＥＤ照明装置のブロック図。 本発明の第３の実施形態に係るＬＥＤ照明装置のブロック図。

符号の説明

１ ＬＥＤ照明装置
２ ＬＥＤ
２１ 赤色ＬＥＤ
２２ 橙色ＬＥＤ
２３ 緑色ＬＥＤ
２４ 青色ＬＥＤ
２５ 黄色ＬＥＤ
３、３１〜３３ 電源
４ 光センサ
５ 制御部
５１ 記憶部
５１ａ 色度座標テーブル
５１ｂ 三刺激値係数テーブル
５２ 演算部
６ 設定部

Claims (2)

1. 複数のＬＥＤと、前記ＬＥＤを点灯させるための電源と、前記ＬＥＤの光の明るさを測定する光センサと、前記光センサの出力に基づいて、前記電源から前記ＬＥＤに供給される電流を制御する制御部と、を備えたＬＥＤ照明装置において、
   前記ＬＥＤの合成光の色温度を設定するための設定部を備え、
   前記複数のＬＥＤは、発光スペクトルのピーク波長が互いに異なる４種のＬＥＤから成り、その４種のＬＥＤのうちピーク波長が隣接する２種のＬＥＤは、直列に接続されて、同一の前記電源から電流が供給され、
   前記制御部は、
   予め測定した前記２種のＬＥＤの合成光及びその他の各ＬＥＤの光の三刺激値とその時の前記光センサ出力値とから得られる三刺激値係数を記憶しておく記憶部を有し、
   前記設定部により設定された色温度を基に前記４種のＬＥＤの合成光の目標三刺激値を算出すると共に、４種のＬＥＤのうちの前記２種のＬＥＤとその他の各ＬＥＤとに前記電源から所定の値の電流を順次供給して該２種のＬＥＤの合成光及びその他の各ＬＥＤの光の明るさを前記光センサを用いてそれぞれ測定し、その時の前記光センサ出力値と前記記憶部に記憶された三刺激値係数とに応じて該２種のＬＥＤの合成光及びその他の各ＬＥＤの光の三刺激値を推定し、
   推定した該２種のＬＥＤの合成光及びその他の各ＬＥＤの光の三刺激値と該目標三刺激値とに基づき、該２種のＬＥＤ及びその他の各ＬＥＤに供給される電流を制御することを特徴とするＬＥＤ照明装置。
2. 前記複数のＬＥＤは、赤色、緑色、青色及び橙色又は黄色のＬＥＤから成ることを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ照明装置。

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