JP2009110781A - Ｌｅｄ照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】調光機能を備える白色系ＬＥＤ照明装置において構成の簡素化及び施工する際の作業性の向上を図ること。
【解決手段】外部電源が接続される入力部と該入力部に接続される演算部とを有する調光制御回路と、該調光制御回路によって調光制御されるＬＥＤ光源部であって、群間で色温度が異なる二群以上の白色系ＬＥＤランプ群からなるＬＥＤ光源部とを備えるＬＥＤ照明装置において、前記入力部に電圧変換手段を設ける。該電圧変換手段が入力信号に応じた電圧を生成し、該電圧に応じて前記演算部が各ＬＥＤランプ群の発光輝度を制御する。
【選択図】図２

Description

本発明はＬＥＤ照明装置に関する。詳しくは、調光機能を備えた白色系ＬＥＤ照明装置に関する。

従来の電球に代えてＬＥＤランプを光源とした各種の照明装置が開発されている。その中の一つとして、調光機能を備えた室内照明用照明装置がある。当該照明装置では、色温度の異なる白色系ＬＥＤランプを併用し、各ＬＥＤランプの輝度を調節することによって所望の色調の光が得られる。従来の方式の例を図１２に示す。この方式では照度及び色温度を制御するためのコントローラが照明装置本体とは別に備えられている。従って、外部電源と照明装置との間の配線の数が必然的に多くなる。このため装置全体の構成が複雑になることはもとより、施工時の作業が煩雑化する。また、従来の方式ではＬＥＤ毎又は一群のＬＥＤ毎に制御回路を設けて輝度調節を行っており（例えば特許文献１を参照）、複雑な回路を要し、製造コストを引き上げることになる。
特開２００４−３０３５３１号公報

本発明の課題は、調光機能を備えた白色系ＬＥＤ照明装置において構成の簡素化及び施工する際の作業性の向上を図ることにある。

上記課題を解決するため本発明は次の構成からなる。即ち、
外部電源が接続される入力部と該入力部に接続される演算部とを有する調光制御回路と、
該調光制御回路によって調光制御されるＬＥＤ光源部であって、群間で色温度が異なる二群以上の白色系ＬＥＤランプ群からなるＬＥＤ光源部と、
を備えるＬＥＤ照明装置であって、
前記入力部が電圧変換手段を備え、該電圧変換手段が入力信号に応じた電圧を生成し、該電圧に応じて前記演算部が各ＬＥＤランプ群の発光輝度を制御することを特徴とする、ＬＥＤ照明装置である。

本発明のＬＥＤ照明装置では、入力部が備える電圧変換手段が入力信号に応じた電圧を生成し、該電圧に応じて演算部が各ＬＥＤランプ群の発光輝度を制御する。このように一つの調光制御回路によってＬＥＤランプ全体が制御される（即ち調光制御される）ことから回路の構成が簡素となる。また、本発明の構成によれば、照明装置に調光制御回路が内蔵されることになり、外部電源と照明装置との間の配線が少なくて済む。従って、施工時の作業性が向上する。

本発明のＬＥＤ照明装置は図１に示すように大別して調光制御回路１とＬＥＤ光源部２から構成される。調光制御回路１には、外部電源が接続される入力部１ａと、入力部１ａに接続される演算部１ｂが備えられる。入力部１ａは電圧変換手段を備える。この電圧変換手段は入力信号に応じた電圧を生成する。このようにして生成した電圧は演算部１ｂに入力される。そして演算部１ｂは、入力された電圧に応じて、ＬＥＤ光源部２を構成する各ＬＥＤランプ群の発光輝度を制御する。これによって各ＬＥＤランプ群は所定の輝度で発光することになる。

本発明のＬＥＤ光源部２は、群間で色温度が異なる（即ち色調が異なる）二群以上の白色系ランプ群からなる。ＬＥＤランプ群の数は特に限定されない。但し、ＬＥＤランプ群の数が多すぎると回路の複雑化や製造コストの上昇を招くことから、ＬＥＤランプ群の数を好ましくは２〜５、更に好ましくは２〜３、最も好ましくは２とする。表現できる色調の幅を広げるためにはＬＥＤランプ群の数を多くすることが有効ともいえるが、色調ができるだけ異なるＬＥＤランプを組み合わせて使用することにすれば、ＬＥＤランプ群の数がたとえ少なくても表現できる色の幅は広くなり、微妙な色調の色を表現することもできる。例えば、昼光色のＬＥＤランプからなるＬＥＤランプ群（昼光色ＬＥＤランプ群）と、電球色のＬＥＤランプからなるＬＥＤランプ群（電球色ＬＥＤランプ群）とを用いることにすれば、昼光色〜電球色という広範な色調を網羅できる照明装置となる。

本発明で使用するＬＥＤランプの色調は白色系である限り特に限定されない。白色域にはＪＩＳ規格にも定められるように、色温度の高い方から順に昼光色の色域（色温度：約 ５７００ Ｋ〜約７１００ Ｋ）、昼白色の色域（色温度：約４６００ Ｋ〜約５４００ Ｋ）、白色の色域（色温度：約３９００ Ｋ〜約４５００ Ｋ）、温白色の色域（色温度：約３２００ Ｋ〜約３７００ Ｋ）、及び電球色の色域（色温度：約２６００ Ｋ〜約３１５０ Ｋ）が並ぶ。本発明ではこれらの中のいずれの色調のＬＥＤランプを用いてもよい。言い換えれば、昼光色ＬＥＤランプ群、昼白色ＬＥＤランプ群、白色ＬＥＤランプ群、温白色ランプ群、及び電球色ランプ群の中から任意に選択される二以上のＬＥＤランプ群によって本発明の発光部を構成することができる。尚、中間的な色調（昼光色と昼白色の間の色調や、昼白色と白色の間の色調など）のＬＥＤランプを用いることにしてもよい。
好ましい一形態では、昼光色ＬＥＤランプ群と電球色ＬＥＤランプ群からなるＬＥＤ発光部とする。当該ＬＥＤ発光部によれば、上でも説明した通り、ＬＥＤランプ群の数が少ないにもかかわらず広範な色調を網羅できる照明装置となる。

各ＬＥＤランプ群に含まれるＬＥＤランプの数は特に限定されない。ＬＥＤランプの数は、必要な照度、ＬＥＤランプの動作電圧、電源電圧等を考慮して設定することができる。一つのＬＥＤランプ群に含まれるＬＥＤランプの数を例示すると１〜１０個、好ましくは２〜５個である。尚、ＬＥＤランプの数はＬＥＤランプ群毎に設定すればよく、ＬＥＤランプ群の間でＬＥＤランプの使用数を統一しなくてもよい。

入力部１ａが備える電圧変換手段は、外部電源から供給された電圧の一部から、入力信号に応じた電圧を生成する。即ち、電圧変換手段によって、演算部へ入力される制御用電圧に入力信号が反映されることになる。尚、演算部へは別途、外部電圧の一部が作動電圧として入力される。

例えば、抵抗やツェナーダイオード等を適宜組み合わせることによって電圧変換手段を構成することができる。電圧変換手段の具体例（二つの抵抗の直列接続によるものと、ツェナーダイオードと抵抗の直列接続によるもの）は後述の実施例に示す。

演算部１ｂは例えば市販のマイコン（マイクロコンピュータ）によって構成することができる。演算部による制御にはＰＷＭ（パルス幅変調）制御、電圧制御、電流制御などを利用できる。

本発明の一形態では、入力部１ａに入力される電圧を入力信号として利用する。この形態の場合、電圧変換手段は入力電圧に応じて制御用電圧を生成することになり、入力電圧に応じて制御用電圧が変化する。当該変化は、演算部によるＬＥＤ発光部の制御状態に反映され、所定の照度、色温度の照明光が得られる。このように、当該形態の場合、入力信号である入力電圧を変化させるだけで照明光の状態を制御することができる。尚、当該形態では外部電源として可変電圧電源が用いられることになる。

本発明の他の形態では入力部１ａが特定のセンサを備え、当該センサからの出力を入力信号として利用し調光制御する。ここでのセンサとして温度センサ、照度センサ、及び人感センサを例示することができる。温度センサを採用すれば、周囲温度に応じて照度・色温度が変化する照明装置となる。例えば、周囲温度が低いときには低い色温度で照明して暖かさを演出し、周囲温度が高いときには高い色温度で照明して涼しさ（クール感）を演出したりすることができる。また、この例とは逆に、周囲温度が低いときに高い色温度で照明し、周囲温度が高いときに低い色温度で照明することによって周囲温度を色調で表現することもできる。このように温度センサを利用すれば周囲温度に合わせて様々な照明態様を実現可能である。同様に、照度センサを採用すれば周囲照度に合わせ照度や色温度を変化させることができる。例えば、消灯状態（昼）から低い色温度の照明（夕）へと除変し、続いて高い色温度の照明（夜）へと除変し、さらに低い色温度の照明（朝）へと除変するといった、ライフサイクルに合わせた照明態様を実現することができる。或いは、照度を抑え且つ低い色温度の照明（朝）から照度が高く且つ高い色温度の照明（昼）へと除変し、続いて照度を抑え且つ低い色温度の照明（夕）へと除変する等、自然光の移り変わりを再現するような、癒し効果の高い照明態様を作り出すことも可能である。
一方、人感センサを採用した場合は人の動きに合わせて照度や色温度を変化させることができる。
尚、異なる種類のセンサを二つ以上併用することにすれば、より高度で複雑な調光制御が可能になる。

センサの代わりに又はセンサに追加してタイマを使用することができる。入力部がタイマを備えることにすれば、タイマからの出力を入力信号として利用して調光制御することができる。従って、予め定めたタイムコースに従って照度・色温度が変化する照明態様を作り出すことができる。
以下、図面を参照しながら本発明をさらに詳しく説明する。

実施例のＬＥＤ照明装置１０を図２に示す。ＬＥＤ照明装置１０は室内照明用のダウンライトである。ＬＥＤ照明装置１０では、所定の回路が形成された配線基板１２がブラケット１１内に内蔵されている。図２ｂ（正面図）に示す通り、この実施例では合計６個のＬＥＤランプが使用される。ＬＥＤランプは二つの群、即ち、符号２０ａ〜２０ｃで示すＬＥＤランプからなる群（第１ＬＥＤランプ群）と符合２１ａ〜２１ｃで示すＬＥＤランプからなる群（第２ＬＥＤランプ群）に分かれている。第１ＬＥＤランプ群のＬＥＤランプは昼光色ＬＥＤランプ（色温度６０００ Ｋ）であり、第２ＬＥＤランプ群のＬＥＤランプは電球色ＬＥＤランプ（色温度３０００ Ｋ）である。図示の通り、第１ＬＥＤランプ群のＬＥＤランプと第２ＬＥＤランプ群のＬＥＤランプは、ＬＥＤ照明装置１０の中心ｏを基準として対照的な位置関係で配置されている。

ブラケット１１の正面側の開口部にはレンズ１３が装着されている。この例では白色樹脂性のブラケット１１、半透明の強化ガラスからなるレンズ１３を使用した。所望の照明態様を実現できる限り、ブラケッ１１トやレンズ１３の材質、色、透明度等は任意である。

配線基板１２上に形成された回路の回路図を図３に示す。この回路は入力部１４、演算部１５、出力部（ＬＥＤ光源部）１６から構成される。入力部１４にはレギュレータ１７、ツェナーダイオード１８及び抵抗１９が備えられる。レギュレータ１７は入力電圧の一部を一定（演算部１５の作動電圧である５Ｖ）にする。ツェナーダイオード１８と抵抗１９は直列接続されており、電圧変換手段として機能する。即ち、入力電圧の一部を分圧（変換）し、入力信号に応じた制御用電圧を生成する。この実施例では入力電圧（＋８〜１３Ｖ）が入力信号として利用される。従って、ツェナーダイオード１８と抵抗１９により、入力電圧の大きさに応じた制御用電圧が生じ、これが入力信号として演算部１５に入力されることになる。

演算部１５はマイコン（８ビット、５Ｖ駆動）からなる。マイコンにはＰＷＭ制御用のプログラムが格納されている。マイコンの入力端子１には上記の制御用電圧が入力される。一方、出力端子１は第１ＬＥＤランプ群（ＬＥＤランプ２０ａ〜２０ｃ）に接続される。同様に出力端子２は第２ＬＥＤランプ群（ＬＥＤランプ２１ａ〜２１ｃ）に接続される。尚、図中の符号Ｖｄｄで示す端子は作動電圧用の入力端子である。

以上の回路では所定の電圧が入力されるとレギュレータ１７を介して５Ｖの電圧が演算部（マイコン）１５の作動電源用端子（符号Ｖｄｄ）に入力される。一方でツェナーダイオード１８と抵抗１９によって生じた制御用電圧が演算部１５の入力端子１に入力される。制御用電圧が演算部１５に入力されると、演算部１５内では格納されたＰＷＭ制御プログラム（図４を参照）に従って演算処理が実行され、制御用電圧の大きさを反映した演算結果が出される。演算結果に従って所定の電圧が出力されることによって、第１ＬＥＤランプ群のＬＥＤランプと第２ＬＥＤランプ群のＬＥＤランプの点灯状態が制御される。このようにしてＬＥＤ照明装置１０からは入力電圧に応じた態様の照明光が生ずる。

ＬＥＤ照明装置１０の配光特性を図５に、色度分布を図６に示す。尚、図７は測定条件を示す図である。
図５より、第１ＬＥＤランプ群（昼光色）の配光特性、第２ＬＥＤランプ群（電球色）の配光特性、第１ＬＥＤランプ群と第２ＬＥＤランプ群を混合した場合の配光特性のいずれも良好であることがわかる。図６より、色度分布についても同様に良好であることがわかる。

次に、照度と色温度の制御例を図８に示す。この例ではタイマを使用して入力電圧を自動制御し、照度と色温度を経時的に変化させた。図８（ａ）に示すように照度は最高到達照度及び照度変化率の異なる２種類の変化（上昇及び下降）からなるサイクルを繰り返す。他方、図８（ｂ）に示すように色温度については、定常期を間に挟み、最高到達色温度の異なる２種類の変化（上昇及び下降）が交互に生ずる。尚、ａ時点では、第１ＬＥＤランプ群のＬＥＤランプも第２ＬＥＤランプ群のＬＥＤランプも最高輝度で点灯した状態である。一方、ｂ時点では、第１ＬＥＤランプ群のＬＥＤランプ（昼光色）は最高輝度で点灯した状態であり、第２ＬＥＤランプのＬＥＤランプ（電球色）は消灯状態である。

ＬＥＤ照明装置１０では、入力電圧を入力信号として利用することによって、入力電圧の制御という簡便な制御のみによって照明光の照度・色温度の制御・調整が可能である。従って簡便な操作によってバリエーションに富む照明態様を実現可能である。また、ＬＥＤ照明装置１０では調光制御用の配線が不要となる。即ち、電源用の配線（入力信号となる電圧の変化も伝える）のみを用意すればよい。従って施工も容易である。一方、回路構成も極めて簡素であり、製造コストを低減できるとともに装置の信頼性や安定性の向上も図られる。

本発明の他の実施例として入力部にセンサを備えるＬＥＤ照明装置について説明する。尚、上記実施例と同一の要素には同一の符号を付してその説明を省略する。また、言及しない事項については上記実施例と同様である。

この実施例のＬＥＤ照明装置の回路構成を図９に示す。図示の通り、入力部１４に温度センサ２２が備えられる。温度センサ２２の出力側は演算部１５の入力端子２に接続されている。この回路では温度センサ２２の出力が入力信号（制御用電圧）として演算部１５に入力される。演算部１５内では制御用電圧を用い、格納されたプログラムに従って演算処理が実行され、入力信号を反映した演算結果が出される。演算結果に従って所定の電圧が出力されることによって、第１ＬＥＤランプ群のＬＥＤランプと第２ＬＥＤランプ群のＬＥＤランプの点灯状態が制御される。その結果、温度センサ２２の出力に応じた態様の照明光が生ずることになる。このように温度センサを用いれば、周囲温度を利用した調光制御が可能である。

この例のように温度センサを用いる場合、入力部に定電圧回路を組み込み、演算部１５の入力端子１に一定電圧が入力されるようにしてもよい。当該構成にすれば温度センサからの出力のみによって照明光の態様が決定されることになる。

センサを二つ備える回路構成例を図１０に示す。この例では温度センサ２２に加え照度センサ２３が用いられ、温度センサ２２の出力と照度センサ２３の出力が入力信号として演算部１５に入力される。その結果、温度センサ２２の出力と照度センサ２３の出力に応じた態様の照明光が生ずる。このように二つのセンサを併用すれば周囲温度と周囲照度を利用した調光制御が可能である。

（試験例）
電圧変換手段を二つの抵抗（２２ｋΩ、１０ｋΩ）で構成した場合（便宜上「抵抗式」と呼ぶ）と、ツェナーダイオード（８．２Ｖ）と抵抗（１０ｋΩ）で構成した場合（便宜上「ツェナー式」と呼ぶ）について性能を比較した。抵抗式についての測定結果を図１１（ａ）及び（ｂ）に、ツェナー式についての測定結果を同図（ｃ）及び（ｄ）に示す。（ａ）及び（ｃ）は電源電圧と演算部への入力電圧との関係を表すグラフであり、（ｂ）と（ｄ）は電源電圧と演算部の演算結果（データ）との関係を表すグラフである。ツェナー式の方が演算部への入力電圧の変化が大きくなり（（ａ）と（ｃ））、それに伴い演算部の演算結果（データ）の分解能が高くなっている（（ｂ）と（ｄ））。従って、高精度の調光制御を行うためにはツェナー式の方が有利である。

本発明のＬＥＤ照明装置は、白色系の光を使用する照明用途に広く適用可能である。好ましい適用例として室内照明（ダウンライト、シーリングライト、ペンダント型ライトなど）、デスク用タスクライト等が挙げられる。

この発明は、上記発明の実施の形態及び実施例の説明に何ら限定されるものではない。特許請求の範囲の記載を逸脱せず、当業者が容易に想到できる範囲で種々の変形態様もこの発明に含まれる。

本発明のＬＥＤ照明装置の構成を示すブロック図。 実施例のＬＥＤ照明装置１０の斜視図（ａ）及び正面図（ｂ）。 ＬＥＤ照明装置１０の回路図。 演算部によるＰＷＭ制御のタイムチャート。 ＬＥＤ照明装置１０の配光特性を示す図。 ＬＥＤ照明装置１０の色温度分布を示す図。 配光特性及び色温度分布の測定条件を示す図。 タイマを利用した調光制御の例。(a)は照度の経時的変化を示すグラフ。（ｂ）は色温度の経時的変化を示すグラフ。 回路構成の例（温度センサを使用する例）。 回路構成の例（温度センサ及び照度センサを使用する例）。 電圧変換手段の検討。試験方法（左欄）及び結果（ａ〜ｄ）が示される。 従来の照明装置の例。

符号の説明

１ 調光制御回路
１ａ 入力部
１ｂ 演算部
２ ＬＥＤ光源部
１０ ＬＥＤ照明装置（ダウンライト）
１１ ブラケット
１２ 配線基板
１３ レンズ
１４ 入力部
１５ 演算部
１６ 出力部（ＬＥＤ光源部）
１７ レギュレータ
１８ ツェナーダイオード
１９ 抵抗
２０ａ〜２０ｃ 昼光色ＬＥＤランプ
２１ａ〜２１ｃ 電球色ＬＥＤランプ
２２ 温度センサ
２３ 照度センサ

Claims (7)

1. 外部電源が接続される入力部と該入力部に接続される演算部とを有する調光制御回路と、
   該調光制御回路によって調光制御されるＬＥＤ光源部であって、群間で色温度が異なる二群以上の白色系ＬＥＤランプ群からなるＬＥＤ光源部と、
   を備えるＬＥＤ照明装置であって、
   前記入力部が電圧変換手段を備え、該電圧変換手段が入力信号に応じた電圧を生成し、該電圧に応じて前記演算部が各ＬＥＤランプ群の発光輝度を制御することを特徴とする、ＬＥＤ照明装置。
2. 前記外部電源が可変電圧電源であり、前記入力部に入力される電圧が前記入力信号となる、請求項１に記載のＬＥＤ照明装置。
3. 前記入力部が温度センサ及び／又は照度センサを備え、該センサからの出力が前記入力信号となる、請求項１に記載のＬＥＤ照明装置。
4. 前記入力部がタイマを備え、該タイマからの出力が前記入力信号となる、請求項１に記載のＬＥＤ照明装置。
5. 前記電圧変換手段がツェナーダイオードと抵抗からなる、請求項１〜４のいずれか一項に記載のＬＥＤ照明装置。
6. 前記ＬＥＤ光源部が、昼光色ＬＥＤランプ群、昼白色ＬＥＤランプ群、白色ＬＥＤランプ群、温白色ＬＥＤランプ群、電球色ＬＥＤランプ群からなる群より選択される二以上のＬＥＤランプ群からなる、請求項１〜５のいずれか一項に記載のＬＥＤ照明装置。
7. 前記ＬＥＤ光源部が昼光色ＬＥＤランプ群と電球色ＬＥＤランプ群からなる、請求項１〜５のいずれか一項に記載のＬＥＤ照明装置。