JP2013168382A - Lighting device and illumination device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、点灯装置、及びその点灯装置を用いた照明装置に関する。 The present invention relates to a lighting device and a lighting device using the lighting device.
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7参照)。そして、かかる心理効果に着目し、照明光の光色(色温度)を可変とした照明装置が種々提供されている。 Traditionally, bright blue-white light (light with high color temperature) such as a daylight fluorescent lamp refreshes the person's mood, but if the illumination is too low, it feels gloomy and cold, while an incandescent lamp It is known that the reddish light (light with low color temperature) has a mild effect when the illuminance is low, and it is harsh and uncomfortable when the illuminance is too high (Krusov effect). (See FIG. 7). And paying attention to such a psychological effect, various illumination devices in which the light color (color temperature) of illumination light is variable are provided.
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(照度)を調整するコントロールユニットとを備え、コントロールユニット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)を可変とした照明装置が記載されている。
For example,
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ルユニットの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。しかも、図7に示す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。
However, in the conventional example described in
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、照明光の光色及び照度を容易に調整することができる点灯装置及び照明装置を提供することにある。 This invention is made | formed in view of the said situation, The objective is to provide the lighting device and illuminating device which can adjust the light color and illumination intensity of illumination light easily.
本発明の点灯装置は、互いに異なる色の光を放射する複数の発光素子を点灯させ、その合成光の色温度と光量を制御する点灯装置であって、色温度と光量を指示する制御信号が外部から入力され、前記制御信号に対応した直流電圧を出力する制御信号入力部と、前記直流電圧を複数の発光素子を駆動するための駆動信号に変換する駆動信号変換部と、前記駆動信号に従い各発光素子を駆動する複数の発光素子駆動部とを具備し、合成光の色温度と光量の関係が所定の色温度未満の範囲では、色温度が増加すると光量も増加するように色温度と光量が連動して増減し、合成光の色温度と光量の関係が所定の色温度以上の範囲では、色温度の増減に対して、光量が所定範囲内に収まる様に制御信号入力部と駆動信号変換部とが色温度と光量の関係を決定することを特徴とする。 The lighting device of the present invention is a lighting device that lights a plurality of light emitting elements that emit light of different colors and controls the color temperature and light quantity of the combined light, and a control signal that indicates the color temperature and light quantity is provided. A control signal input unit that is input from the outside and outputs a DC voltage corresponding to the control signal, a drive signal conversion unit that converts the DC voltage into a drive signal for driving a plurality of light emitting elements, and the drive signal A plurality of light emitting element driving units for driving each light emitting element, and in a range where the relationship between the color temperature of the combined light and the light amount is less than a predetermined color temperature, the color temperature and the light amount increase as the color temperature increases. When the relationship between the color temperature of the synthesized light and the amount of light is greater than or equal to the specified color temperature, the control signal input unit is driven so that the amount of light falls within the specified range when the color temperature increases or decreases. The signal converter is the relationship between color temperature and light quantity Determination characterized in that it.
この点灯装置において、制御信号入力部と駆動信号変換部は、所定の色温度未満の範囲では、色温度を横軸、光量を縦軸としたとき、下に凸となるように連動して増減することが好ましい。 In this lighting device, the control signal input unit and the drive signal conversion unit increase and decrease in conjunction with each other so as to protrude downward when the color temperature is on the horizontal axis and the light quantity is on the vertical axis in the range below the predetermined color temperature. It is preferable to do.
本発明の照明装置は、前記点灯装置と、互いに異なる色の光を放射し、点灯装置により点灯される複数の発光素子と、人による操作入力を受け付け、前記色温度と光量を指示する前記制御信号を出力する操作入力受付手段とからなることを特徴とする。 The lighting device according to the present invention, the lighting device, emits light of different colors, receives a plurality of light emitting elements that are turned on by the lighting device, and receives an operation input by a person, and controls the color temperature and the light amount It comprises an operation input receiving means for outputting a signal.
この照明装置において、前記所定の色温度以上の範囲では、操作入力受付手段で受け付ける操作入力の操作量の変化と合成光の逆数色温度の差が比例関係となることが好ましい。 In this lighting device, it is preferable that the change in the operation amount of the operation input received by the operation input receiving means and the difference between the reciprocal color temperatures of the combined light have a proportional relationship in the range of the predetermined color temperature or higher.
本発明の点灯装置及び照明装置は、照明光の光色及び照度を容易に調整することができるという効果がある。 The lighting device and the lighting device of the present invention have an effect that the light color and illuminance of the illumination light can be easily adjusted.
(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、点灯装置に相当する電源ユニット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。
(Embodiment 1)
As shown in FIG. 1A, the illumination device of the present embodiment includes an
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(合成光)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。
Here, for the
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。
As shown in FIG. 1B, the
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。
The three
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。
The
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。
The
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。
The control signal generation unit generates a control signal (PWM signal) having an on-duty ratio that has a one-to-one correspondence with a value from the minimum value to the maximum value of the resistance value of the variable resistor, and outputs the control signal to the
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。
Here, if the difference of the reciprocal color temperature (unit: MK −1 <per megakelvin> or mired) is equal to the change of the color temperature, the reciprocal of the color temperature is a million (10 6 ) times. It is known that humans feel that the change in light color is almost the same. Therefore, in this embodiment, as indicated by a straight line A in FIG. 2B, the difference between the change amount of the operation input (the difference in the operation amount of the operation unit 11) and the difference between the reciprocal color temperature (the on-duty ratio of the control signal) are obtained. The correspondence between the operation amount (angle [deg]) of the
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。
In the
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、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。
By the way, although it is possible to adjust the light color and the light amount of the illumination light independently of each other, as described in the prior art, the psychological effect differs depending on the illuminance (light amount) even at the same color temperature. Even if a person tries to obtain a desired psychological effect (Krusov effect), it is very difficult to appropriately adjust the light color (color temperature) and the illuminance (light amount). On the other hand, considering the Krusov effect, in order to realize a comfortable lighting environment from the viewpoint of psychological effect, it is desirable to have a characteristic that the light quantity increases as the color temperature of the light color increases, especially the low color temperature In this region (region of about 2800 K or less which is the light color of the incandescent lamp), it is preferable to simulate the characteristics of illuminance (light amount) and light color (color temperature) obtained when the incandescent lamp is dimmed. In medium and high color temperature regions, the amount of light may be increased as the color temperature is increased. However, in general lighting applications, it is sufficient if a light amount of the rated level is obtained. Is not preferable from the viewpoint of energy saving. Therefore, it is desirable to make the light quantity constant in an area of a predetermined color temperature (for example, 2800 K) or more. Further, in the high color temperature region, the ratio of the light amount Y B of the blue light emitting element 3B among the three color
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。
From the above viewpoint, in the present embodiment, the color temperature of the illumination light corresponds to the operation amount of the
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。
Thus, when the
上述のように本実施形態によれば、操作入力受付手段(コントローラ1の操作部11,可変抵抗器,A/D変換器)で受け付ける操作入力に応じて、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。ここで、照明光の色温度が所定の色温度(2800K)以上の範囲においては、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もある。
As described above, according to the present embodiment, the control
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(a)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。
When the on-duty ratio of the control signal is made to correspond to the color temperature instead of the reciprocal color temperature, the on-duty of the control signal with respect to the operation amount of the
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。
FIG. 4 is a block diagram showing another configuration of the
(実施形態2)
本実施形態の照明装置は、図5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。
(Embodiment 2)
The illumination device of the present embodiment is characterized in that the
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5(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。
In the present embodiment, a variable resistor (not shown) whose resistance value is changed by operation of the
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。
Thus, in the first embodiment, it is necessary to install the
また、図6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。
FIG. 6 is a block diagram showing another configuration of the
1 コントローラ
2 電源ユニット(点灯装置)
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
20 制御信号入力部
22G 緑系LED駆動部
22R 赤系LED駆動部
22B 青系LED駆動部
23 駆動信号変換部
1
3 Illumination
Claims (4)
色温度と光量を指示する制御信号が外部から入力され、前記制御信号に対応した直流電圧を出力する制御信号入力部と、前記直流電圧を複数の発光素子を駆動するための駆動信号に変換する駆動信号変換部と、前記駆動信号に従い各発光素子を駆動する複数の発光素子駆動部とを具備し、
合成光の色温度と光量の関係が所定の色温度未満の範囲では、色温度が増加すると光量も増加するように色温度と光量が連動して増減し、合成光の色温度と光量の関係が所定の色温度以上の範囲では、色温度の増減に対して、光量が所定範囲内に収まる様に制御信号入力部と駆動信号変換部とが色温度と光量の関係を決定することを特徴とする点灯装置。 A lighting device that lights a plurality of light emitting elements that emit light of different colors and controls the color temperature and light amount of the combined light,
A control signal instructing color temperature and light quantity is input from the outside, and a control signal input unit that outputs a DC voltage corresponding to the control signal and converts the DC voltage into a drive signal for driving a plurality of light emitting elements. A drive signal conversion unit, and a plurality of light emitting element driving units for driving each light emitting element according to the drive signal,
When the relationship between the color temperature of the synthesized light and the amount of light is less than the predetermined color temperature, the color temperature and the amount of light increase or decrease in association with each other so that the amount of light increases as the color temperature increases, and the relationship between the color temperature of the synthesized light and the amount of light In the range where the color temperature is equal to or higher than the predetermined color temperature, the control signal input unit and the drive signal conversion unit determine the relationship between the color temperature and the light amount so that the light amount falls within the predetermined range with respect to the increase or decrease of the color temperature. A lighting device.
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