JP2012243410A - 電球及び照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 小型化の容易な調光式の電球及び照明装置を提供する。
【解決手段】 電球１は、受光部２と、点灯と消灯とを人がちらつきを感じない周波数で繰り返すときに、１周期の時間に対する点灯している時間の比（デューティ比）が変化することで調光可能な発光部３とを備える。発光部３は、受光部２に光が入射しているときに消灯し、入射していないときに点灯するように構成される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、調光可能な電球及び照明装置に関する。

従来、光源としてＬＥＤ（発光ダイオード）を使用した調光（明るさを調整）可能なＬＥＤ電球が提案されている（特許文献１）。このＬＥＤ電球は、遠隔操作用の赤外線リモコンからの信号を受信するリモコン受光部と、受光部が受信した信号に基づいてＬＥＤに入力する電流をパルス幅変調するＰＷＭ制御回路とを備える。このＬＥＤ電球は、ＰＷＭ制御回路によって入力電流がパルス幅変調されることで調光される。

特開２０１０−２８２８３８号公報

しかしながら、特許文献１のＬＥＤ電球では、調光を可能にするために、受信したリモコンからの信号を解析してＰＷＭ制御をするＰＷＭ制御回路等のように複雑な機能を有する回路が電球内部に内蔵されている。このため、ＬＥＤ電球の小型化を阻む要因となり、近年の電球に対する小型化の要求に対応ができない場合がある。

そこで、本発明は、小型化の容易な調光式の電球及び照明装置を提供することを目的とする。

本発明の電球は、受光部と、点灯と消灯を繰り返す駆動信号のデューティ比を変えることで調光可能な発光部とを備え、発光部は、駆動信号により、受光部に光が入射しているときに消灯又は点灯し、入射していないときに点灯又は消灯するように駆動されることを特徴とする。

本発明によれば、発光部は、点灯と消灯を繰り返す駆動信号のデューティ比が変化することで調光できる。また、発光部は、受光部に光が入射しているときに消灯し入射していないときに点灯するか、又は受光部に光が入射しているときに点灯し入射していないときに消灯する。すなわち、発光部は、受光部への光の入射の有無によって調光できる。これによって、本発明の電球は、特許文献１のように、リモコンの信号を解析してＰＷＭ制御をする回路が内蔵されている電球に比べて、簡単な構成になる。これによって、調光式の電球であっても小型化が容易になる。

本発明において、当該電球を固定すると共に外部の電源から電圧が供給される口金を備え、口金は、受光部に入射する光が透過する光透過部を有することが好ましい。これにより、口金から受光部に対して光を入射できるため、口金を保持するソケット等に発光部を調光するための光源を設ければよい。既存の電球の口金の大きさを大きくするような変更をしなくとも受光部に光を照射できる。

本発明において、発光部は、複数の発光ダイオードを光源とし、複数の発光ダイオードは、各発光ダイオードによる電圧降下を合計した電圧値が、電源から供給される最大電圧値を超えない数だけ直列接続されることが好ましい。

これにより、電源から供給される最大電圧分を、複数の発光ダイオードのみで電圧降下できる。ここで、最大電圧値を超えない数とは、可能な限り直流電圧値に近くなる発光ダイオードの数である。但し、この数は、電球として出力する発光部の明るさ等の条件によって多少下回ってもよい。この場合には、抵抗器やトランジスタ等を用いた簡単な回路によって、発光ダイオードによる電圧降下の残りの電圧を吸収する。

このように、電源の最大電圧値が大きいときであっても発光ダイオードのみ若しくは抵抗器やトランジスタ等を用いた簡単な回路によって電源の出力電圧を降下でき、ＤＣ−ＤＣコンバータのような降圧回路を使用しなくてもよい。従って、電球を小型化することができる。

また、電球にＰＷＭ制御をする回路が内蔵されているような場合には、ＩＣ（集積回路）が使用されることが多い。通常、ＩＣは駆動電圧が５［Ｖ］に設定されており、家庭用の交流電圧（１００［Ｖ］）を用いる場合には、大きく電圧を降下させる必要がある。更に、通常の電球は５０［Ｖ］前後で使用することが多い。この場合には、交流電圧を整流した後、５０［Ｖ］に降圧してから、再度５［Ｖ］に降圧する必要が出て来るため、多くの回路を電球内部に実装する必要がある。

しかしながら、上述したように、本発明の電球は、簡単な構成であるため、ＩＣ等は使用しない。更に、複数のダイオードを直列接続することで、発光部の電圧降下を大きくすることができ、電源が高電圧であっても、この電圧を降下できるような数の発光ダイオードを直列接続すれば降圧回路が不要となる。従って、電球の小型化を容易にできる。

本発明において、照明装置が、上述した電球と、受光部に対して光を照射する調光用発光部と、発光部の調光に応じて、調光用発光部に点灯と消灯を繰り返す電圧信号を供給する調光信号発生回路とを備えることが好ましい。これにより、調光信号発生回路（例えば、ＰＷＭ変調回路）のような複雑な処理をする回路を電球の外部に備えるため、電球を小型化できる。

本発明において、照明装置が、上述した電球と、口金が挿嵌されるソケットと、ソケットから受光部に対して光を照射する調光用発光部と、発光部の調光に応じて、調光用発光部に点灯と消灯を繰り返す電圧信号を供給する調光信号発生回路とを備えることが好ましい。これにより、上記の照明装置と同様に、調光信号発生回路（例えば、ＰＷＭ変調回路）のような複雑な処理をする回路を電球の外部に備えるため、電球を小型化できる。

また、調光用発光部から照明装置の外部へ光が漏れる場合や、又は特許文献１のようにリモコンと通信する等の理由によって受光部に照明装置の外部から光の入射がある場合などでは、正常な通信信号であることを識別するための情報を通信信号に付加する必要がある。この通信信号の生成及び解析には複雑な制御回路が必要になる。

しかしながら、本発明においては、ソケットから電球の口金の光透過部を介して受光部に光を照射するので、調光用発光部の光が照明装置の外部に漏れることがなく、且つ外部からの光が意図せず受光部に入射することもない。このため、調光用発光部の光源には、赤外線等以外の光（例えば、可視光等）を採用しても周囲の環境に影響を与えない。更に、複雑な通信信号の生成及び解析をする必要もないため、製品設計の自由度の向上や製造コストの低減等ができる。

本発明の実施形態の電球及び照明器具を含む照明装置を示す図。 （ａ）は実施形態の電球を口金側から見たときの図。（ｂ）は別の実施形態の電球を口金側から見たときの図。 実施形態の電球及び照明器具を含む照明装置の電気的な接続について説明する図。

図１〜図３を参照して、本発明の実施形態の電球１及び照明器具１１を含む照明装置１０の構成について説明する。

まず電球１について説明する。電球１は、受光部２と、発光部３と、口金４と、基板５と、ケース６とを備える。更に、電球１は、ＡＣ−ＤＣ変換器７と、点灯回路８と、第１抵抗器ｒ１と、第２抵抗器ｒ２とを備える。受光部２は、光が入射されるとコレクタからエミッタ間に電流が流れるフォトトランジスタで構成されている。

発光部３は、光源として複数の発光ダイオードを備え、各発光ダイオードは直列に接続されている。本実施形態では、各発光ダイオードの電圧降下が３［Ｖ］のものを使用しており、４２個の発光ダイオードを直列に接続することで、発光部３の電圧降下を１２６［Ｖ］としている。但し、発光ダイオードの電圧降下は、個体差のため多少の値の変動はある。このため、発光部３の電圧降下は、必ずしも１２６［Ｖ］になるとは限らない。

口金４は、円柱状に形成され、側面に螺旋状の溝を有する所謂ねじ込み式の口金である。口金４は、導電材で構成されるプラス電極４＋及びマイナス電極４−と、絶縁材で構成される絶縁部４ａとで構成される。プラス電極４＋は、口金４の底（図１の電球１の上端部）の中央部に配置される。マイナス電極４−は、螺旋状の溝を有する円柱状の側面を形成する。絶縁部４ａは、口金４の底の周縁側に、プラス電極４＋を囲うように配置され、プラス電極４＋とマイナス電極４−とを絶縁している。また、絶縁部４ａは、光を透過可能な絶縁体（例えば、ガラス等）で構成されている。本実施形態の絶縁部４ａが、本発明における光透過部に相当する。

なお、本実施形態では、絶縁部４ａを光が透過可能な絶縁体で構成して光透過部としているが、これに限らない。例えば、図２（ｂ）に示されるように、絶縁部４ａに開口部４ｂを設けてもよい。この場合には、開口部４ｂによって光が透過可能であるので、絶縁部４ａは光を透過できなくてもよい。この場合には、開口部４ｂが、本発明における光透過部に相当する。

また、図２（ｂ）には開口部４ｂを６つ設けているが、開口部４ｂの数はこれに限らず、受光部２に対して光を入射可能なようにする数だけ設ければよい。例えば、開口部４ｂを１つだけ設けた場合であっても、受光部２への光の経路が確保可能であればよい。図２（ｂ）では、口金４が後述するソケット１５にねじ込まれたときに、どの位置でねじ込みが止められても受光部２に光を入射可能なように開口部４ｂを６つ設けている。

基板５は、一方の面に受光部２が実装され、他方の面に発光部３が実装されており、更に口金４のプラス電極４＋及びマイナス電極４−から電圧が供給される電極パッド（図示省略）を備える。基板５は、この電極パッドから受光部２及び発光部３に電圧を供給可能に配線パターンが形成されている。また、基板５においては、受光部２が実装されてた面に後述のＡＣ−ＤＣ変換器７、点灯回路８、第１抵抗器ｒ１及び第２抵抗器ｒ２も実装され、それぞれの電気的な接続に従って配線パターンが形成されている。

ケース６は、光を透過可能な部材（例えば、ガラス等）で形成されている。ケース６は、内部が空洞の球状又は円筒状に形成され、その内部に受光部２、発光部３及び基板５が配置される。また、ケース６は孔６ａを有し、この孔６ａに口金４が嵌め合いされている。

次に、照明器具１１について説明する。照明器具１１は、電球１を固定すると共に、電球１に対して電圧を供給する。照明器具１１は、交流１００［Ｖ］の電源１２と、調光用発光部１３と、調光信号発生回路１４と、ソケット１５とを備える。また、照明器具１１は、ユーザーが調光するための調光用操作スイッチ（図示省略）を有しており、ユーザーは、この調光用操作スイッチの操作によって、電球１の発光部３を調光できる。

調光用発光部１３は、光源が１つの発光ダイオードで構成され、受光部２に対して光を照射する。調光信号発生回路１４は、所謂ワンチップマイコン等で構成され、上述した調光用操作スイッチの操作に応じて調光用発光部１３に供給する電圧信号（パルス波）を発生する。

ソケット１５は、電球１の口金４が挿嵌できるように、口金４の側面に設けられた螺旋状の溝に合うような螺旋状の溝が形成される。また、ソケット１５は、プラス電極１５＋と、マイナス電極１５−と、絶縁体（図示省略）とから構成されている。

ソケット１５のプラス電極１５＋は、ソケット１５に口金４が挿嵌されたときに、口金４のプラス電極４＋に電気的に接続されるようにソケット１５の底部の中央部を形成し、ソケット１５のマイナス電極１５−は、口金４のマイナス電極４−に電気的に接続されるようにソケット１５の側面を形成している。

ソケット１５の絶縁体は、ソケット１５の底部の周縁側にマイナス電極１５−を囲うように配置され、ソケット１５のプラス電極１５＋とマイナス電極１５−との間を絶縁する。ここで、ソケット１５の底部とは、口金４が挿嵌されたときに口金４の底と接触する面（図１のソケット１５の上側の面）である。

また、ソケット１５は、底部に、調光用発光部１３の光を口金４の底に配置された絶縁部４ａを介して受光部２に入射できるように孔１５ａが設けられ、調光用発光部１３が設置されている。

次に、図３を参照して、本実施形態の電球１及び照明器具１１を含む照明装置１０の電気的な接続について説明する。

まず、電球１の電気的な接続について説明する。電球１は、口金４のプラス電極４＋及びマイナス電極４−に、照明器具１１のソケット１５のプラス電極１５＋及びマイナス電極１５−を介して電源１２から１００［Ｖ］の交流電圧が供給される。

口金４のプラス電極４＋及びマイナス電極４−は、交流電圧を直流電圧に変換するＡＣ−ＤＣ変換器（交流−直流変換器、整流平滑回路）７に接続される。ＡＣ−ＤＣ変換器７は、４つのダイオードを使用するブリッジ整流回路と平滑化コンデンサとで構成され、交流電圧が、ＡＣ−ＤＣ変換器７を通ることで、ブリッジ整流回路によって全波整流された後にコンデンサによって平滑化されて、直流電圧として出力される。

ＡＣ−ＤＣ変換器７のプラス側には、第１抵抗器ｒ１を介して発光部３と第２抵抗器ｒ２が並列に接続される。発光部３は、直列接続されている最初の段の発光ダイオードのアノードが第１抵抗器ｒ１に接続され、最初の段の発光ダイオードのカソードが次の段の発光ダイオードのアノードに接続される。このように発光ダイオード同士は、前段の発光ダイオードのカソードが次段の発光ダイオードのアノードに接続される。発光部３の最後の段の発光ダイオードのカソード及び第２抵抗器ｒ２の第１抵抗器ｒ１が接続されている側とは反対側には、点灯回路８が接続される。点灯回路８は、更に、受光部２のコレクタが接続される。

点灯回路８は、第１トランジスタ８ａと、第３抵抗器８ｂと、第２トランジスタ８ｃとを備える。第１トランジスタ８ａ及び第２トランジスタ８ｃは、いずれもｎｐｎ型のトランジスタである。第１トランジスタ８ａのコレクタは、発光部３の最後の段の発光ダイオードのカソードに接続される。第１トランジスタ８ａのベースは、第２抵抗器ｒ２の第１抵抗器ｒ１が接続されている側とは反対側に接続される。第１トランジスタ８ａのエミッタは、第３抵抗器８ｂ及び第２トランジスタ８ｃのベースが並列に接続される。第３抵抗器８ｂの第１トランジスタ８ａのエミッタに接続されている側とは反対側、及び第２トランジスタ８ｃのエミッタは、ＡＣ−ＤＣ変換器７のマイナス側に接続、すなわち接地（０［Ｖ］の電位に接続）される。

フォトトランジスタで構成される受光部２のコレクタは、第２抵抗器ｒ２の第１抵抗器ｒ１が接続されている側とは反対側と、第１トランジスタ８ａのベースと、第２トランジスタ８ｃのコレクタとに接続される。受光部２のエミッタは、第２トランジスタ８ｃのエミッタ等と同様に、ＡＣ−ＤＣ変換器７のマイナス側に接続、すなわち接地される。

電球１は、以上のように接続されているので、受光部２に光が入射されていないときは、ＡＣ−ＤＣ変換器７の出力が、第１抵抗器ｒ１及び第２抵抗器ｒ２を介して第１トランジスタ８ａのベースに供給され、第１トランジスタ８ａのコレクタ・エミッタ間が電気的に導通する状態（以下、「オン状態」という）になる。これによって、発光部３、すなわち、直列に接続された複数の発光ダイオードに電流が流れて発光部３が点灯する。

一方、受光部２に光が入射されているときは、受光部２がオン状態になる、すなわち、第１トランジスタ８ａのベースが接地して、このベースの電位が０［Ｖ］になる。これによって、第１トランジスタ８ａのベースに電流が流れなくなり、第１トランジスタ８ａのコレクタ・エミッタ間が電気的に遮断する状態（以下、「オフ状態」という）になる。これによって、発光部３に電流が流れなくなり、発光部３は消灯する。

このように、電球１は、受光部２に光が入射しているときに発光部３が消灯し、受光部２に光が入射していないときに発光部３が点灯するように構成されている。

また、ＡＣ−ＤＣ変換器７から出力される直流電圧は、コンデンサによる平滑化を行なった場合であっても、交流電圧のピーク近くに相当する箇所に多少のリップルが重畳されてしまう。このため、点灯回路８は、発光部３の点灯時に、このリップルを吸収可能に構成されている。第２トランジスタ８ｃによって第１トランジスタ８ａのベースに負帰還がかかるため、ＡＣ−ＤＣ変換器７から出力される電圧信号が変動しても、第１トランジスタ８ａのベースの電位の変動が安定化される。

次に、照明器具１１の電気的な接続について説明する。電源１２は、プラス側がソケット１５のプラス電極１５＋に接続され、マイナス側がソケット１５のマイナス電極１５−に接続される。また、電源１２のプラス側及びマイナス側は、調光信号発生回路１４の入力のプラス側及びマイナス側にそれぞれ接続される。

調光信号発生回路１４の出力のプラス側は、発光ダイオードで構成される調光用発光部１３のアノードに接続され、調光信号発生回路１４の出力のマイナス側は、調光用発光部１３のカソードに接続される。

次に、電球１の調光について説明する。調光信号発生回路１４は、オフ（例えば、０［Ｖ］）とオン（例えば、３［Ｖ］）とを所定の周波数で繰り返すパルス波を、調光用発光部１３に供給する。ここで、所定の周波数は、光の点灯と消灯との繰り返しによって、人がちらつきを感じない周波数に設定されていればよい。例えば、所定の周波数は１００［Ｈｚ］以上に設定される。調光信号発生回路１４は、このパルス波のデューティ比（１周期の時間に対するオンの時間の比）を変更することで電球１の調光を行なう。

詳細には、調光信号発生回路１４は、電球１を現時点よりも明るくするように調光用操作スイッチが操作されたときには、調光用発光部１３の１周期の時間に対する点灯時間が短くなるように出力信号のパルス幅変調を行なう、すなわち、パルス波のデューティ比を小さくする。これによって、調光用発光部１３が１周期の間で消灯している時間が長くなり、受光部２が１周期の間で受光していない時間が長くなり、発光部３が１周期の間で発光している時間が長くなる。従って、発光部３は、１周期における点灯の割合が消灯の割合に比べて増加し、人は発光部３の光度が増加したように感じ、電球１が明るくなる。

一方、調光信号発生回路１４は、電球１を現時点よりも暗くするように調光用操作スイッチが操作されたときには、明るくする場合とは逆に、調光用発光部１３の１周期の時間に対する点灯時間が長くなるように出力信号のパルス幅変調を行なう、すなわち、パルス波のデューティ比を大きくする。これによって、調光用発光部１３が１周期の間で点灯している時間が長くなり、受光部２が１周期の間で受光している時間が長くなり、発光部３が１周期の間で消灯している時間が長くなる。従って、発光部３は、１周期における点灯の割合が消灯の割合に比べて減少し、人は発光部３の光度が減少したように感じ、電球１が暗くなる。

以上のように、本実施形態の電球１は、発光部３を、人がちらつきを感じない周波数で、点灯と消灯とを繰り返すようにし、１周期の時間に対する点灯時間の比（デューティ比）を変えることで調光可能となっている。また、電球１は、フォトトランジスタで構成された受光部２と点灯回路８とによって、受光部２に光が入射しているときに発光部３が消灯し、受光部２に光が入射していないときに発光部３が点灯する。従って、発光部３の調光を電球１の外、すなわち、本実施形態では、照明器具１１側に調光信号発生回路１４を設ければ電球１の調光ができる。

これによって、受信したリモコンからの信号を解析してＰＷＭ制御をするＰＷＭ制御回路等のような複雑な機能を有する回路を電球１に設けることなく、簡単な回路だけで電球１を調光することができる。このため、電球１の小型化を容易にすることができる。

また、一般に、口金を有する電球では、プラス電極とマイナス電極との間に絶縁部を設ける必要があるが、本実施形態では、光透過部を電球１の口金４の絶縁部で構成している。受光部２への光の入射経路を形成する際に、電球１の小型化を阻害するような部材を新たに付与する必要がない。このため、電球を小型化できる。

また、本実施形態では、照明器具１１のソケット１５の底部に設けられた孔１５ａに、調光用発光部１３が設置されている。この、調光用発光部１３は、口金４の絶縁部４ａを介して受光部２に光を照射する。このため、調光用発光部１３の光は、電球１及び照明器具１１の外部に漏れることがなく、且つ外部からの光が意図せず受光部２に入射することもない。従って、調光用発光部１３は、光源として赤外線以外の光（例えば、可視光等）を採用しても周囲の環境に影響を与えない。更に、複雑な通信信号の生成及び解析をする必要もないため、製品設計の自由度の向上や製造コストの低減等ができる。

また、本実施形態では、電源１２を交流１００［Ｖ］の電源で構成しており、直流電圧に整流したときの最大電圧値は理論値で約１４１［Ｖ］となる。また、発光部３は、光源に４２個の発光ダイオードを用いており、各発光ダイオードをＡＣ−ＤＣ変換器７の出力に対して直列に接続している。各発光ダイオードは、電圧降下が３［Ｖ］のものを使用しており、発光部３の全体の電圧降下は１２６［Ｖ］となる。発光部３による電圧降下の残りの電圧、すなわち、１４１−１２６＝１５［Ｖ］は、上述したように点灯回路８で電圧を吸収するように構成している。この場合には、１５［Ｖ］がリップルの最大値となる。

なお、点灯回路８による電圧降下を大きく設定することは電力損失の増加等を招くため、電圧降下を小さくすることが好ましい。そこで、家庭用の交流電圧を電源１２として用いる場合には、発光部３の発光ダイオードの数は、発光ダイオードの各素子の電圧降下の個体差等も考慮して、４０個〜４５個程度が望ましい。このような数の発光ダイオードを直列接続することが、本発明における「各発光ダイオードによる電圧降下を合計した電圧値が、複数の発光ダイオードに供給される最大電圧値を超えないように、直流電圧値になる数だけ直列接続される」ことに相当する。

このように４０個〜４５個程度の数の発光ダイオードを直列接続することで、電球１の内部に降圧回路が不要となり、電球１の小型化を容易にできる。

なお、本実施形態では、電球１を、受光部２に光が入射しているときに発光部３を消灯し、受光部２に光が入射していないときに発光部３を点灯しているが、これに限らない。例えば、受光部２に光が入射しているときに発光部３を点灯し、受光部２に光が入射していないときに発光部３を消灯するように配線してもよい。

１…電球、２…受光部、３…発光部、４…口金、４ａ…絶縁部（光透過部）、４ｂ…開口部（別の実施形態の光透過部）、５…基板、６…ケース、７…ＡＣ−ＤＣ変換器、１０…照明装置、１１…照明器具、１２…電源、１３…調光用発光部、１４…調光信号発生回路、１５…ソケット。

Claims (5)

1. 受光部と、点灯と消灯を繰り返す駆動信号のデューティ比を変えることで調光可能な発光部とを備え、
   前記発光部は、前記駆動信号により、前記受光部に光が入射しているときに消灯又は点灯し、入射していないときに点灯又は消灯するように駆動されることを特徴とする電球。
2. 請求項１に記載の電球において、当該電球を固定すると共に外部の電源から電圧が供給される口金を備え、前記口金は、前記受光部に入射する光が透過する光透過部を有することを特徴とする電球。
3. 請求項２に記載の電球において、
   前記発光部は、複数の発光ダイオードを光源とし、
   前記複数の発光ダイオードは、各発光ダイオードによる電圧降下を合計した電圧値が、前記電源から供給される最大電圧値を超えない数だけ直列接続されることを特徴とする電球。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の電球を備える照明装置であって、
   前記受光部に対して光を照射する調光用発光部と、
   前記発光部の調光に応じて、前記調光用発光部に点灯と消灯を繰り返す電圧信号を供給する調光信号発生回路とを備えることを特徴とする照明装置。
5. 請求項２又は３に記載の電球を備える照明装置であって、
   前記口金が挿嵌されるソケットと、
   前記ソケットから前記受光部に対して光を照射する調光用発光部と、
   前記発光部の調光に応じて、前記調光用発光部に点灯と消灯を繰り返す電圧信号を供給する調光信号発生回路とを備えることを特徴とする照明装置。

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