JP2010176986A - 色温度可変照明装置並びにそれに用いるコントローラ - Google Patents

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Abstract

【課題】照明光源の色温度を変化させる際の使い勝手を向上した色温度可変照明装置並びにそれに用いるコントローラを提供する。
【解決手段】コントローラ1で受け付ける操作入力に応じて、決定手段(コントローラ1の制御信号生成部,電源ユニット2の制御信号入力部20及び駆動信号変換部23)が、操作入力の変化(操作部11の操作量)の差分と逆数色温度(制御信号のオンデューティ比)の差分との間に比例関係を保つように操作部11の操作量と色温度を対応付けて照明光源3の各発光素子3R,3G,3Bの光量を決定する。故に、操作部11の操作量の差分と、実際に認識される色温度変化との間に違和感が生じないことから使い勝手が向上する。
【選択図】 図1

Description

本発明は、照明光の色温度を可変とした色温度可変照明装置並びにそれに用いるコントローラに関するものである。
従来より、昼白色の蛍光ランプのような明るく青白い光(色温度の高い光)は人の気分をさわやかにするが、照度が低すぎると陰気で寒々しい感じになってしまい、一方、白熱ランプのような赤っぽい光(色温度の低い光)は、照度が低いとおだやかな雰囲気になり、照度が高すぎると暑苦しく、不快感を与える、という心理効果(クルーゾフ効果)が知られている(図8参照)。そして、かかる心理効果に着目し、照明光の光色(色温度)を可変とした色温度可変照明装置が種々提供されている。
例えば特許文献1には、赤色発光ダイオード、緑色発光ダイオード、青色発光ダイオードを有する照明ユニットと、照明ユニットの各色の発光ダイオードを駆動し且つその光量(輝度)を調整するコントロールユニット(コントローラ)とを備え、コントローラに各色毎に設けられている操作部を各々操作することで各色(赤,緑,青)の光量を各別に調整して照明光(混色光)の光色(色温度)を可変とした色温度可変照明装置が記載されている。
特開2008−293946号公報
しかしながら、特許文献1に記載されている従来例では、使用者自らがコントローラの3つの操作部を操作して赤色、緑色、青色の光量を各別に調整することで混色光の色温度を設定しなければならず、好みの光色(色温度)に設定することが容易ではなかった。そこで、1つの操作部の操作のみで各色の光量を一括して調整することが考えられる。しかし、照明光の色温度の変化量と人が知覚する光色の変化量とは一致しない。例えば、相対的に低い色温度(例えば、2800K)における色温度の変化量(例えば、100K)と相対的に高い色温度(例えば、4500K)における色温度の変化量とが等しい場合であっても、前者の色温度変化は容易に認識されるが、後者の色温度変化は認識され難い。よって、単純に操作部の操作量と色温度の変化量に比例関係を持たせると、実際に認識される色温度変化との間に違和感が生じて使い勝手が悪くなってしまう。
本発明は上記事情に鑑みて為されたものであり、その目的は、照明光源の色温度を変化させる際の使い勝手を向上した色温度可変照明装置並びにそれに用いるコントローラを提供することにある。
請求項1の発明は、上記目的を達成するために、光色が異なる複数の光源を有する照明光源と、これら複数の光源を個別且つ任意の光量で発光させる駆動手段と、人による操作入力を受け付ける操作入力受付手段と、照明光源から照射される照明光の色温度が操作入力受付手段で受け付ける操作入力に応じた色温度となるように照明光源の各光源の光量を決定する決定手段とを備え、駆動手段は、それぞれの光源を決定手段が決定した光量で発光させ、決定手段は、操作入力受付手段で受け付ける操作入力の変化量と、当該操作入力の変化量に対応する照明光の逆数色温度の差分とが比例関係を持つように各光源の光量を決定することを特徴とする。
請求項1の発明によれば、操作入力の変化量と実際に認識される照明光の色温度変化との間に違和感が生じ難くなり、照明光源の色温度を変化させる際の使い勝手が向上する。
請求項2の発明は、請求項1の発明において、決定手段は、前記所定の色温度未満の範囲では、照明光の色度が黒体軌跡にほぼ沿って変化し且つ操作入力の変化に応じて照明光の色温度並びに光量が連動して増減するように照明光源の各光源の光量を決定し、前記所定の色温度以上の範囲では操作入力の変化に応じて照明光の光量が所定範囲内に収まり且つ照明光の色温度が増減するように照明光源の各光源の光量を決定することを特徴とする。
請求項2の発明によれば、所定の色温度未満の範囲では光量と色温度が連動して変化するために使い勝手がよく、また、所定の色温度以上の範囲では光量が所定範囲内に収まった状態で色温度が変化するため、必要以上に光量が増加することによる無駄な電力消費が抑えられる。
請求項3の発明は、上記目的を達成するために、請求項1又は2の色温度可変照明装置に用いるコントローラであって、人によって操作される操作部を有し、操作部の操作量に応じて前記操作入力の変化量が決まるものであって、操作部の操作量の差分と照明光の逆数色温度の差分とが比例していることを特徴とする。
請求項3の発明によれば、操作入力の変化量と実際に認識される照明光の色温度変化との間に違和感が生じ難くなり、照明光源の色温度を変化させる際の使い勝手を向上したコントローラが提供できる。
本発明によれば、照明光源の色温度を変化させる際の使い勝手を向上した色温度可変照明装置並びにそれに用いるコントローラを提供することができる。
本発明の実施形態1を示し、(a)は全体構成図、(b)は電源ユニットのブロック図、(c)はLED駆動部の回路構成図である。 (a),(b)は同上における操作部の操作量と色温度の関係を説明する説明図である。 同上の動作説明図である。 同上における電源ユニットの別構成を示すブロック図である。 (a)〜(e)は同上における操作部の別構成を示す平面図である。 本発明の実施形態2を示し、(a)は全体構成図、(b)は電源ユニットのブロック図である。 同上における電源ユニットの別構成を示すブロック図である。 照明光の色温度と照度に対する心理効果(クルーゾフ効果)を説明するための説明図である。
(実施形態1)
本実施形態の照明装置は、図1(a)に示すように照明光源3と、コントローラ1と、電源ユニット2とで構成されている。照明光源3は、赤色系(R)、緑色系(G)、青色系(B)の3色の発光素子(発光ダイオード)3R,3G,3Bを有している。但し、3色の発光素子は発光ダイオード以外の発光素子、例えば、有機EL素子であっても構わない。ここで、各色の発光素子3R,3G,3Bの光色の色度座標がそれぞれ(xR,yR),(xG,yG),(xB,yB)であり、各発光素子3R,3G,3Bの光量がそれぞれYR,YG,YBであるとすれば、混色光である照明光の光色の色度座標(x0,y0)及び光量Y0は、下記の数1で表される。
Figure 2010176986
ここにおいて、発光ダイオードからなる発光素子3R,3G,3Bについては光量YR,YG,YBを変えても光色(光の波長)が変化しないので、発光素子3R,3G,3Bの光量YR,YG,YBの比率を変化させることで混色として得られる照明光の光色を変えることができ、また、各発光素子3R,3G,3Bの光量YR,YG,YBの比率を保った状態で光量YR,YG,YBを変化させれば、同一の光色において照明光の光量を変えることができる。発光ダイオードからなる発光素子3R,3G,3Bの光量YR,YG,YBは給電量によって決まるから、後述するように電源ユニット2から各発光素子3R,3G,3Bに供給する給電量を増減することで照明光の光色並びに光量を調節することができる。ここで、照明光の色度が黒体軌跡にほぼ沿って変化するように照明光源の各発光素子3R,3G,3Bの光量YR,YG,YBを決定することにより、照明光の光色を色温度で指定することができる。
電源ユニット2は、図1(b)に示すように、コントローラ1から制御信号が入力される制御信号入力部20と、コントローラ1を通じて給電される交流電圧を所望の直流電圧に変換する交流/直流変換部21と、緑色系の発光素子3Gを駆動する緑系LED駆動部22Gと、赤色系の発光素子3Rを駆動する赤系LED駆動部22Rと、青色系の発光素子3Bを駆動する青系LED駆動部22Bと、制御信号入力部20に入力される制御信号を、緑系LED駆動部22G、赤系LED駆動部22R、青系LED駆動部22Bに与えるべき駆動信号に変換する駆動信号変換部23とを備えている。
3つの駆動部22G,22R,22Bは全て共通の構成を有するものであって、図1(c)に示すように交流/直流変換部21の高電位側の出力端と発光素子3のアノードとの間に挿入された限流抵抗Rと、発光素子3のカソードにソースが接続されるとともにドレインが交流/直流変換部21の低電位側の出力端(グランド)に接続された電界効果トランジスタからなるスイッチング素子Q1と、駆動信号変換部23から出力される駆動信号を波形整形する波形整形回路とで構成される。この波形整形回路は従来周知のものであって、コレクタが交流/直流変換部21の高電位側の出力端に接続され且つエミッタがスイッチング素子Q1のゲートに接続されたPNP型のバイポーラトランジスタTr1並びにコレクタがスイッチング素子Q1のゲートに接続され且つエミッタがグランドに接続されたNPN型のバイポーラトランジスタTr2からなり、並列接続された2つのトランジスタTr1,Tr2のベースに入力される駆動信号を波形整形してスイッチング素子Q1のゲートに出力する。ここで、駆動信号変換部23ではオンデューティ比が可変である一定周期の矩形波信号からなる駆動信号を出力することにより、駆動部22G,22R,22Bのスイッチング素子Q1をPWM(パルス幅変調)制御して発光素子3G,3R,3Bへの給電量を調節している。
コントローラ1は箱形の合成樹脂成形品からなるハウジング10を有し、ハウジング10の前面に円筒形状の操作部11と電源スイッチの操作釦12が配設されている(図1(a)参照)。電源スイッチ(図示せず)はタンブラスイッチや押釦スイッチからなり、交流電源ACから電源ユニット2への給電経路を開閉するものである。ハウジング10内には操作部11の操作によって抵抗値が変化する可変抵抗器(図示せず)、可変抵抗器の抵抗値をA/D変換するA/D変換器(図示せず)、A/D変換器でデジタル値に変換された抵抗値に基づいて制御信号を生成する制御信号生成部(図示せず)が収納されている。
操作部11はハウジング10に対して約315度(7/4π)の範囲で回動自在に設けられており、前面に形成されているマーク11aが6時の位置にあるときに可変抵抗器の抵抗値が最小値となり、当該マーク11aが4時の位置と5時の位置の中間位置(4時半の位置)にあるときに可変抵抗器の抵抗値が最大値となる。そして、6時の位置と4時半の位置との間で操作部11が時計回り及び反時計回りに回動するときに可変抵抗器の抵抗値が直線的に変化し、当該抵抗値に基づいて操作部11の操作量(マーク11aの位置)を知ることができる。
制御信号生成部は、可変抵抗器の抵抗値の最小値から最大値までの値と一対一に対応するオンデューティ比を有した制御信号(PWM信号)を生成して電源ユニット2に出力する。ここで、操作部11の操作量、すなわち、制御信号のオンデューティ比が照明光源3の照明光の光色(色温度)に対応しているが、照明光の色温度の変化量と人が知覚する光色の変化量とは一致しない。つまり、相対的に低い色温度(例えば、2800K)における色温度の変化量と相対的に高い色温度(例えば、4500K)における色温度の変化量とが等しい(例えば、100K)場合であっても、前者の色温度変化は容易に認識されるが、後者の色温度変化は認識され難い。よって、単純に操作部11の操作量と色温度の変化量に相関関係を持たせると、実際に認識される色温度変化との間に違和感が生じて使い勝手が悪くなってしまう。
ここで、色温度の変化に対して、色温度の逆数を百万(106)倍した値である逆数色温度(単位はMK-1<毎メガケルビン>あるいはミレッド)の差分が等しければ、人には光色の変化がほぼ同じと感じられることが知られている。そこで本実施形態では、図2(b)に直線イで示すように、操作入力の変化量(操作部11の操作量の差分)と逆数色温度(制御信号のオンデューティ比)の差分とが比例関係を保って変化するように操作部11の操作量(角度〔deg〕)と逆数色温度との対応関係を設定している。具体的には、図2(a)に示すように操作部11の操作量が一定の差分(約36〔deg〕)で変化したときに、逆数色温度の差分がほぼ一定の値(約50±3)となるように各操作量(抵抗値)に対応する逆数色温度が設定してある。
電源ユニット2においては、コントローラ1の制御信号生成部から出力される制御信号が、制御信号入力部20によってオンデューティ比(逆数色温度)に対応した電圧レベルの直流電圧信号に変換され、さらに当該直流電圧信号が、駆動信号変換部23にて各色系のLED駆動部22G,22R,22Bに対する駆動信号に変換される。駆動信号変換部23はマイコンとメモリを有しており、直流電圧信号の信号レベル(逆数色温度)、当該逆数色温度から逆算される色温度、色温度に対応する照明光の光色の色度座標(x0,y0)、当該色度座標と対応する各発光素子3R,3G,3Bの光量YR,YG,YBの比率、並びに各発光素子3R,3G,3Bの光量YR,YG,YBの対応関係を表した変換テーブルがメモリに格納され、当該変換テーブルに基づいてマイコンにより直流電圧信号を駆動信号に変換する。
ところで、照明光の光色と光量を互いに独立して調節することが可能ではあるが、従来技術で説明したように、同じ色温度であっても照度(光量)によって心理効果が異なるため、使用者が所望の心理効果(クルーゾフ効果)を得ようとしても光色(色温度)と照度(光量)を適切に調整することは非常に困難である。一方、図8に示すクルーゾフ効果を考慮すると、心理効果の面から快適な照明環境を実現するためには、光色の色温度が高くなるにつれて光量が増大するような特性とすることが望ましく、特に低い色温度の領域(白熱ランプの光色である約2800K以下の領域)では、白熱ランプを調光したときに得られる照度(光量)と光色(色温度)の特性を模擬することが好ましい。また、中程度及び高い色温度の領域においては、色温度の上昇とともに光量を増大させてもよいが、一般的な照明用途においては定格程度の光量が得られれば十分であり、それ以上に光量を増大することは省エネルギの観点から好ましくないので、所定の色温度(例えば、2800K)以上の領域では光量を一定とすることが望ましい。さらに、高い色温度の領域においては3色の発光素子3R,3G,3Bのうちで青色系の発光素子3Bの光量YBの比率が高くなるが、青色系の発光素子3Bの発光効率が他の発光素子3R,3Gに比べて低いため、照明光の光量Y0を一定に保ったままで光色(色温度)を上昇させることは難しい場合が有る。故に、所定の色温度(例えば、2800K)以上の領域では色温度の上昇に伴って光量を減少させることが好ましい。
以上の観点から、本実施形態では、図3に曲線ロで示すように所定の色温度(本実施形態では約2800K)未満の範囲では操作部11の操作量に対応して照明光の色温度並びに光量が連動して増減し、2800K以上の色温度の範囲では光量を所定範囲(定格の光量を100%としたときにZ%〜Y%の範囲。但し、Yは110%〜120%程度,Zは80%〜90%程度とする。)内に収めつつ操作部11の操作量に対応して照明光の色温度が増減するように各発光素子3R,3G,3Bの光量YR,YG,YBを決定している。尚、図3においては操作部11の操作量を45度(1/4π)ずつ区切ったときの各操作量と対応する特性曲線ロの値(位置)を矢印で示している。但し、図3に示した特性曲線ロは一例であって、所定の色温度(例えば2800K)未満の色温度の範囲では点線ハで囲まれた三角形の領域内で色温度−光量特性を設定すればよく、同じく所定の色温度以上の範囲では点線ニで囲まれた長方形の領域内で色温度−光量特性を設定すればよい。また、色温度の下限値及び上限値は、図3に示した値(約1500K及び10000K)に限定されるものではない。
而して、コントローラ1の操作部11が6時の位置から10時半の位置までの間で操作される場合、操作部11の操作量(マーク11aの位置)に応じて照明光の色温度が最小値(約1500K)から所定の色温度(2800K)の範囲で増減し且つ色温度が高いほど照明光の光量Y0が大きくなり、操作部11が10時半の位置から4時半の位置までの間で操作される場合、操作部11の操作量に応じて照明光の色温度が所定の色温度(2800K)から最大値(10000K)の範囲で増減し且つ色温度が高いほど照明光の光量Y0が小さくなるように、駆動信号変換部23で制御信号から駆動信号に変換される。
上述のように本実施形態によれば、コントローラ1で受け付ける操作入力に応じて、決定手段(コントローラ1の制御信号生成部,電源ユニット2の制御信号入力部20及び駆動信号変換部23)が、所定の色温度未満の範囲では操作入力の変化(操作部11の操作量)に対応して照明光の色温度並びに光量が連動して増減するように照明光源3の各発光素子3R,3G,3Bの光量を決定し、前記所定の色温度以上の範囲では光量を所定範囲内に収めつつ操作入力の変化に対応して照明光の色温度が増減するように照明光源3の各発光素子3R,3G,3Bの光量を決定するので、人が各色毎に各別に光量を調整していた従来例に比較して照明光の光色(色温度)及び照度(光量)を容易に調整することができる。しかも、操作部11の操作量の差分と逆数色温度(制御信号のオンデューティ比)の差分との間に比例関係を保つように操作部11の操作量と色温度を対応付けているので、操作部11の操作量の差分と、実際に認識される色温度変化との間に違和感が生じないことから使い勝手が向上するという利点がある。
尚、制御信号のオンデューティ比を逆数色温度ではなく色温度に対応させる場合においては、図2(b)に曲線イ’で示すように操作部11の操作量に対して制御信号のオンデューティ比(色温度)が略指数関数的に変化するような対応関係によって、コントローラ1の制御信号生成部が制御信号を生成すればよい。
また、図4は電源ユニット2の別の構成を示すブロック図である。この構成においては、制御信号入力部20から出力される直流電圧信号を各色系のLED駆動部22G,22R,22Bに対する駆動信号に変換する駆動信号変換部23の機能が各LED駆動部22G,22R,22Bに搭載され、駆動信号変換部23が省略されている。
ところで、コントローラ1は円筒形状の操作部11を回動操作して可変抵抗器の抵抗値を変化させるものには限定されず、例えば、図5(a)に示すように直方体形状の操作部11を縦方向にスライド操作して可変抵抗器の抵抗値を変化させるものや、あるいは図5(b)に示すように直方体形状の操作部11を横方向にスライド操作して可変抵抗器の抵抗値を変化させるものであっても構わない。尚、図5(b)に示すように、スライド操作される操作部11の操作量と対応した色温度を示す目盛をハウジング10の前面に形成しても構わない。このとき、等間隔に形成されている目盛の数値(色温度)は、目盛の間隔と逆数色温度の差分とが比例関係となるように選ばれている。
また、図5(c)に示すように平面視三角形状の一対の操作部11a,11bをハウジング10の前面に設け、ハウジング10内に収納されている一対の押釦スイッチ(図示せず)を操作部11a,11bを介して押操作する構成や、図5(d)に示すように円筒形状の操作部11をハウジング10の前面に傾動自在に設け、操作部11の左右若しくは上下の端部を前方から押して操作部11を傾動させることでハウジング10内に収納されている押釦スイッチ(図示せず)を押操作する構成としてもよい。この場合、操作部11の操作量は押釦スイッチが押操作されている時間に相当する。
あるいは、図5(e)に示すように静電容量式のタッチセンサからなる操作部11をハウジング10の前面に設け、操作部11の操作面(センサ面)を左右方向又は上下方向に沿って指Fで撫でるように操作する構成としても構わない。この場合、操作部11の操作量は操作部11の操作面上を指Fが移動した距離に相当する。
(実施形態2)
本実施形態の照明装置は、図6に示すように実施形態1におけるコントローラ1のハウジング10内に電源ユニット2を内蔵した点に特徴があり、基本的な構成は実施形態1と共通である。よって、実施形態1と共通の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。
本実施形態においては、操作部11の操作によって抵抗値が変化する可変抵抗器(図示せず)、可変抵抗器の抵抗値をA/D変換するA/D変換器(図示せず)、A/D変換器でデジタル値に変換された抵抗値に基づいて逆数色温度(又は色温度)に対応した直流電圧信号を生成するコントローラ入力部24が制御信号入力部20の代わりにハウジング10内に収納されている。但し、コントローラ入力部24から出力される直流電圧信号は実施形態1における制御信号入力部20から出力される直流電圧信号と共通である。また図6(b)では実施形態1で図示を省略していた電源スイッチSWを図示している。
而して、実施形態1ではコントローラ1と電源ユニット2を別々に設置して給電用の電線と制御信号伝送用の電線で接続する必要があるが、本実施形態ではコントローラ1の設置のみで電線の配線が省略できるという利点がある。
また、図7はコントローラ1の別の構成を示すブロック図である。この構成においては、コントローラ入力部24から出力される直流電圧信号を各色系のLED駆動部22G,22R,22Bに対する駆動信号に変換する駆動信号変換部23の機能が各LED駆動部22G,22R,22Bに搭載され、駆動信号変換部23が省略されている。
1 コントローラ
2 電源ユニット
3 照明光源
3R 赤色系の発光素子
3G 緑色系の発光素子
3B 青色系の発光素子
11 操作部(操作入力受付手段)
20 制御信号入力部(決定手段)
22G 緑系LED駆動部(駆動手段)
22R 赤系LED駆動部(駆動手段)
22B 青系LED駆動部(駆動手段)
23 駆動信号変換部(決定手段)

Claims (3)

  1. 光色が異なる複数の光源を有する照明光源と、これら複数の光源を個別且つ任意の光量で発光させる駆動手段と、人による操作入力を受け付ける操作入力受付手段と、照明光源から照射される照明光の色温度が操作入力受付手段で受け付ける操作入力に応じた色温度となるように照明光源の各光源の光量を決定する決定手段とを備え、
    駆動手段は、それぞれの光源を決定手段が決定した光量で発光させ、決定手段は、操作入力受付手段で受け付ける操作入力の変化量と、当該操作入力の変化量に対応する照明光の逆数色温度の差分とが比例関係を持つように各光源の光量を決定することを特徴とする色温度可変照明装置。
  2. 決定手段は、前記所定の色温度未満の範囲では、照明光の色度が黒体軌跡にほぼ沿って変化し且つ操作入力の変化に応じて照明光の色温度並びに光量が連動して増減するように照明光源の各光源の光量を決定し、前記所定の色温度以上の範囲では操作入力の変化に応じて照明光の光量が所定範囲内に収まり且つ照明光の色温度が増減するように照明光源の各光源の光量を決定することを特徴とする請求項1記載の色温度可変照明装置。
  3. 請求項1又は2の色温度可変照明装置に用いるコントローラであって、人によって操作される操作部を有し、操作部の操作量に応じて前記操作入力の変化量が決まるものであって、操作部の操作量の差分と照明光の逆数色温度の差分とが比例していることを特徴とするコントローラ。
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