JP2014223844A

JP2014223844A - マルチカラー光源装置

Info

Publication number: JP2014223844A
Application number: JP2013103799A
Authority: JP
Inventors: 杉本　晃三; Kozo Sugimoto; 晃三杉本; 康嗣大庭; Yasushi Oba
Original assignee: Yazaki Corp
Current assignee: Yazaki Corp
Priority date: 2013-05-16
Filing date: 2013-05-16
Publication date: 2014-12-04
Also published as: WO2014185226A1; CN105230127A; DE112014002422T5

Abstract

【課題】ホワイトバランス調整等の発光駆動時におけるパルス信号のデューティー比の微調整作業を行うことなく、制御上の色と一致する可変の発光色を得ること。
【解決手段】発光ダイオードチップとして個体間の輝度ばらつきが極めて小さい大量生産品を用いた単色発光ダイオード２３１ａ〜２３１ｃで発光させた単色光Ｂｓを、各色変換器２３２ａ〜２３２ｃによりＲ（レッド）、Ｇ（グリーン）、Ｂ（ブルー）の光Ｂｒ，Ｂｇ，Ｂｂに変換する。単色発光ダイオード２３１ａ〜２３１ｃに印加するパルス信号のデューティー比により光Ｂｒ，Ｂｇ，Ｂｂの輝度バランスをコントローラ３０で調整し、所望の発光色の光Ｂを得る。パルス信号のデューティー比の組み合わせパターンにより光Ｂｒ，Ｂｇ，Ｂｂの輝度バランスが一義的に決まるので、微調整作業なしに所望の発光色を得ることができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、発光ダイオードを用いた発光色可変のマルチカラー光源装置に関する。

青色発光ダイオードの開発を機に発光ダイオードで表現できる色が飛躍的に拡がったことに伴い、省電力で長寿命の発光ダイオードを用いたカラー光源装置を種々の分野で利用することが提案されている。その一例として、車内の特定箇所に光を照射するイルミネーション装置の光源として、フルカラーＬＥＤを用いることを提案したものがある（例えば、特許文献１）。

特開２００９−９０９２９号公報

フルカラーＬＥＤは、ＲＧＢの３色の発光ダイオードチップを１つの基板に実装して構成されており、各チップの発光駆動を個別にデューティー制御して各色の光の明るさを調整することで、発光色を変えることができる。

ところで、大量生産される単色発光ダイオードに比べるとフルカラーＬＥＤは生産量がかなり少ない。そのため、各フルカラーＬＥＤにおいて各色の発光ダイオードチップが発光する光の明るさを揃える品質管理は現実的に難しく、光の明るさが許容レベルに達する発光ダイオードチップだけを使用するという品質管理を行うのが一般的である。したがって、各色の発光ダイオードチップを同じデューティー比のパルス信号で発光駆動させても各色の光の明るさが同じになるとは限らない。

そこで、フルカラーＬＥＤを正しい色で発光させるためには、例えばホワイトバランス調整のように、フルカラーＬＥＤの駆動制御上の発光色と実際の発光色とを一致させるための、パルス信号のデューティー比の微調整作業を行うことが不可欠である。

特に、車両では、フルカラーＬＥＤを用いた照明を運転席側と助手席側との左右一対で行う場合もある。その場合に、左右のフルカラーＬＥＤに同じパターンのデューティー制御を行っても発光色が左右で異なってしまうと、車両の商品価値をカラー照明によって高めることができない。

本発明は前記事情に鑑みなされたもので、本発明の目的は、ホワイトバランス調整等の発光駆動時におけるパルス信号のデューティー比の微調整作業を行うことなく、制御上の色と一致する可変の発光色を得ることができる、複数の発光ダイオードを用いたマルチカラー光源装置を提供することにある。

前記目的を達成するために、請求項１に記載した本発明のマルチカラー光源装置は、
複数の発光ダイオードを個別に駆動制御することで、各発光ダイオードの光を混合した発光色を変化させるマルチカラー光源装置において、
単一のダイオードチップを用いて単色光を発光する複数の単色発光ダイオードと、
前記各単色発光ダイオードが同一色でそれぞれ発光する単色光を、前記発光色を構成する光の３原色中の互いに異なる色の光にそれぞれ変換する、複数の色変換器と、
前記各色変換器による変換後の色別に予め定められた前記各色変換器による色変換前後の光の輝度比に対応するデューティー比のパルス信号で、前記各色変換器に対応する前記各単色発光ダイオードをそれぞれ駆動する駆動部と、
を備えることを特徴とする。

請求項１に記載した本発明のマルチカラー光源装置によれば、発光色を構成する光の３原色中の複数色の光を、各色に対応する各色変換器が対応する各単色発光ダイオードの単色光をそれぞれ色変換して生成する。

ここで、各単色発光ダイオードには、ＲＧＢの３色の発光ダイオードチップを１つの基板に実装したフルカラーＬＥＤでなく、単一の発光ダイオードチップを用いて単色光を発光する大量生産品が用いられる。したがって、同一デューティー比のパルス信号で駆動したときに同一の輝度で発光する個体間の輝度ばらつきが極めて小さい発光ダイオードチップが、単色発光ダイオードに用いられる。

そして、各色変換器は、単色発光ダイオードからの単色光の周波数成分のうち、変換後の色を除く他の色の周波数成分をカットして、単色光を各色の光にそれぞれ変換する。

このため、色変換器により元の色から各色に色変換された光の輝度は、単色光の輝度よりも減少する。そして、色変換により減少する輝度は、単色光の周波数成分からカットされる他の色の周波数成分に応じて定まる。したがって、色変換前後の光の輝度比は、変換後の光の色、つまり、変換後の光に含まれる周波数成分によって個別に決まる。

即ち、各色変換器による変換後の各色の光の輝度は、変換後の色（の周波数）に応じて一義的に定まる。よって、所望の発光色を得るために、色変換後の各色の光をそれぞれ発光色に応じた輝度バランスとするには、色変換前後の輝度比を考慮して各単色発光ダイオードの輝度を計算し、それに応じたデューティー比のパルス信号で各単色発光ダイオードを駆動部により発光駆動させればよい。

これにより、各色変換器による色変換後の光により構成した実際の発光色を撮影する等して駆動制御上の発光色との一致を確認し、必要に応じてホワイトバランス調整等のパルス信号のデューティー比の微調整作業を行う必要をなくし、制御上の色と一致する可変の発光色を得ることができる。

なお、請求項２に記載した本発明のマルチカラー光源装置のように、請求項１に記載した本発明のマルチカラー光源装置において、前記各色変換器による色変換後の光を同一光路上に導光し混合して前記発光色の光として出射させる合成光学系をさらに備える構成としてもよい。この場合は、マルチカラー光源装置自身が各色変換後の光を加法混色し発光色として出射させることになる。

また、請求項３に記載した本発明のマルチカラー光源装置は、請求項１又は２に記載した本発明のマルチカラー光源装置において、前記各色変換器による色変換後の光で構成した前記発光色の光を車両の複数箇所においてそれぞれ出射させることを特徴とする。

請求項３に記載した本発明のマルチカラー光源装置によれば、請求項１又は２に記載した本発明のマルチカラー光源装置において、車両の複数箇所のマルチカラー光源装置を同じ発光色で発光させる場合は、各マルチカラー光源装置において、複数の単色発光ダイオードを同じ組み合わせパターンのデューティー比のパルス信号でそれぞれ発光駆動させる。

このとき、各マルチカラー光源装置では、各単色発光ダイオードの単色光を対応する各色変換器で色変換すると、光の輝度が変換後の色に応じた輝度比で減少し、変換後の各色の光が発光色に応じた輝度バランスとなって、所望の発光色の光が得られる。したがって、各マルチカラー光源装置の各単色発光ダイオードを発光色に応じたデューティー比のパルス信号でそれぞれ発光駆動するだけで、各箇所の実際の発光色どうしを比較してパルス信号のデューティー比の微調整作業を行わなくても、各箇所の発光色を制御上の発光色で一致させることができる。

本発明によれば、ホワイトバランス調整等の発光駆動時におけるパルス信号のデューティー比の微調整作業を行うことなく、制御上の色と一致する可変の発光色を得ることができる。

本発明の一実施形態に係る車内照明装置の配置を示す説明図である。図１のランプに用いられる本実施形態のマルチカラー光源装置の概略構成を示すブロック図である。

以下、本発明に係る車内照明装置の実施形態について、図面を参照して説明する。図１は本発明の一実施形態に係る車内照明装置の配置を示す説明図である。

図１に示すように、車両１内の運転席３側や助手席５側のセンターピラー７，９付近には、車内照明用のランプ１１，１３が設けられている。各ランプ１１，１３はそれぞれ発光色を任意の色に変化させることができる。そして、このランプ１１，１３の光源に、本発明の一実施形態に係るマルチカラー光源装置が使用される。

次に、各ランプ１１，１３の光源に用いられる本実施形態のマルチカラー光源装置の概略構成について、図２のブロック図を参照して説明する。図２中の引用符号２０で示す本実施形態のマルチカラー光源装置は、コントローラ３０によって制御される。コントローラ３０は、例えば、車両１に搭載されたＥＣＵ（Electronic Control Unit ）等の補機制御用のマイクロコンピュータによって構成される。

そして、マルチカラー光源装置２０は、光の３原色であるＲ（レッド）、Ｇ（グリーン）、Ｂ（ブルー）の各色に対応する３つの駆動部２１ａ〜２１ｃ及び３つの発光部２３ａ〜２３ｃと、各発光部２３ａ〜２３ｃが発光する光を混合して出射するプリズム２５とを有している。

各発光部２３ａ〜２３ｃは、Ｒ（レッド）、Ｇ（グリーン）、Ｂ（ブルー）の各色の光を出射するもので、単色発光ダイオード２３１ａ〜２３１ｃと色変換器２３２ａ〜２３２ｃとで構成されている。各単色発光ダイオード２３１ａ〜２３１ｃは、それぞれ、単一のダイオードチップを用いて単色光Ｂｓを発光するもので、例えば白色光や乳白色（白熱電球色）の光を発光する発光ダイオードが用いられる。

各単色発光ダイオード２３１ａ〜２３１ｃが出射する単色光Ｂｓの輝度は、対応する各駆動部２１ａ〜２１ｃが単色発光ダイオード２３１ａ〜２３１ｃに駆動信号として印加するパルス信号のデューティー比によって定まる。各駆動部２１ａ〜２１ｃのパルス信号のデューティー比は、コントローラ３０によって決定される。

なお、各単色発光ダイオード２３１ａ〜２３１ｃには、同一デューティー比での駆動時に同一の輝度で発光し個体間の輝度ばらつきが極めて小さい、大量生産品の発光ダイオードチップが用いられる。

各色変換器２３２ａ〜２３２ｃは、単色発光ダイオード２３１ａ〜２３１ｃの単色光ＢｓをＲ（レッド）、Ｇ（グリーン）、Ｂ（ブルー）の各色の光Ｂｒ，Ｂｇ，Ｂｂにそれぞれ変換するものである。

各色変換器２３２ａ〜２３２ｃには、例えば、蛍光体の励起光との混色で変換後の色を得るものや、バンドパスフィルタにより変換後の色を得るもの、周波数シフトキーイング（ＦＳＫ）により変換後の色を得るもの等、種々のものを利用することができる。

前記プリズム２５は、入射部２５ａから入射した光を内部で導光して出射部２５ｂから出射させる光学素子である。入射部２５ａは、各発光部２３ａ〜２３ｃからの各色の光Ｂｒ，Ｂｇ，Ｂｂに対応して３つ設けられていてもよい。入射部２５ａから入射した各色の光Ｂｒ，Ｂｇ，Ｂｂは、プリズム２５の内部で屈折や反射により同一の光路上に導光される。同一の光路上で各色の光Ｂｒ，Ｂｇ，Ｂｂは混合され、混合された色の光Ｂは出射部２５ｂからプリズム２５の外部に出射される。

次に、上述した構成による本実施形態のマルチカラー光源装置２０の各発光部２３ａ〜２３ｃにおける動作（作用）について説明する。

各単色発光ダイオード２３１ａ〜２３１ｃに用いられている発光ダイオードチップは大量生産品であり、同一デューティー比で駆動した際に同一の輝度で発光し個体間の輝度ばらつきが極めて小さい。このため、各駆動部２１ａ〜２１ｃからのパルス信号により発光駆動させた各単色発光ダイオード２３１ａ〜２３１ｃの単色光Ｂｓの輝度は、そのパルス信号のデューティー比に応じた値となる。

また、色変換器２３２ａ〜２３２ｃでは、単色発光ダイオード２３１ａ〜２３１ｃの単色光Ｂｓの周波数成分から、Ｒ（レッド）を除く色の周波数成分、Ｇ（グリーン）を除く色の周波数成分、Ｂ（ブルー）を除く他の色の周波数成分がそれぞれカットされる。これにより、単色光ＢｓがＲ（レッド）、Ｇ（グリーン）、Ｂ（ブルー）の各色の光Ｂｒ，Ｂｇ，Ｂｂにそれぞれ変換される。

このため、各色変換器２３２ａ〜２３２ｃによりＲ（レッド）、Ｇ（グリーン）、Ｂ（ブルー）の各色に色変換された光Ｂｒ，Ｂｇ，Ｂｂの輝度は、単色光Ｂｓの輝度よりも減少する。そして、色変換により減少する輝度は、単色光Ｂｓの周波数成分からカットされるＲ（レッド）以外の色、Ｇ（グリーン）以外の色、Ｂ（ブルー）以外の色の各周波数成分に応じてそれぞれ定まる。

したがって、各色変換器２３２ａ〜２３２ｃによるＲ（レッド）、Ｇ（グリーン）、Ｂ（ブルー）の各色への色変換前後の光の輝度比は、Ｒ（レッド）、Ｇ（グリーン）、Ｂ（ブルー）の各色の光Ｂｒ，Ｂｇ，Ｂｂにそれぞれ含まれる周波数成分によって個別に決まる。言い換えると、色変換前後の光の輝度比は、色変換に際して単色光Ｂｓの周波数成分からカットしたＲ（レッド）、Ｇ（グリーン）、Ｂ（ブルー）の各色以外の色の周波数成分によって個別に決まる。

このように、各単色発光ダイオード２３１ａ〜２３１ｃの単色光Ｂｓは、各駆動部２１ａ〜２１ｃからのパルス信号のデューティー比に応じた輝度となり、また、変換後の色によって色変換前後の光の輝度比が定まる。このため、各色変換器２３２ａ〜２３２ｃによる変換後の各色の光Ｂｒ，Ｂｇ，Ｂｂの輝度は、対応する各単色発光ダイオード２３１ａ〜２３１ｃに印加するパルス信号のデューティー比と、変換後の色（の周波数）とによって一義的に定まる。

そして、色変換したＲ（レッド）、Ｇ（グリーン）、Ｂ（ブルー）の光Ｂｒ，Ｂｇ，Ｂｂを混合して所望の発光色の光Ｂを得るためには、各色の光Ｂｒ，Ｂｇ，Ｂｂをそれぞれ発光色に応じた輝度バランスとする必要がある。

そこで、本実施形態のマルチカラー光源装置２０では、コントローラ３０によって、Ｒ（レッド）、Ｇ（グリーン）、Ｂ（ブルー）の各光Ｂｒ，Ｂｇ，Ｂｂが発光色に応じた輝度バランスとなるような、各単色発光ダイオード２３１ａ〜２３１ｃの輝度を、各色変換器２３２ａ〜２３２ｃによる色変換前後の輝度比を考慮して計算する。

そして、コントローラ３０が、計算した輝度に応じたデューティー比のパルス信号を各駆動部２１ａ〜２１ｃから対応する各単色発光ダイオード２３１ａ〜２３１ｃに出力させる。これにより、発光色に対応する輝度バランスでＲ（レッド）、Ｇ（グリーン）、Ｂ（ブルー）の各色の光Ｂｒ，Ｂｇ，Ｂｂが各発光部２３ａ〜２３ｃからそれぞれ出射される。

したがって、コントローラ３０が、Ｒ（レッド）、Ｇ（グリーン）、Ｂ（ブルー）の光Ｂｒ，Ｂｇ，Ｂｂの輝度バランスを、各駆動部２１ａ〜２１ｃが出力するパルス信号のデューティー比を通じて変更することで、プリズム２５から出射される光Ｂの色を任意に変更することができる。

このように、本実施形態のマルチカラー光源装置２０では、Ｒ（レッド）、Ｇ（グリーン）、Ｂ（ブルー）の光Ｂｒ，Ｂｇ，Ｂｂを単色光Ｂｓからの色変換により生成し、単色光Ｂｓを発光する各単色発光ダイオード２３１ａ〜２３１ｃの発光ダイオードチップに、個体間の輝度ばらつきが極めて小さい大量生産品を用いた。

このため、各駆動部２１ａ〜２１ｃから対応する各単色発光ダイオード２３１ａ〜２３１ｃに印加するパルス信号を、Ｒ（レッド）、Ｇ（グリーン）、Ｂ（ブルー）の光Ｂｒ，Ｂｇ，Ｂｂが所望の発光色に応じた輝度バランスとなるデューティー比とすることで、プリズム２５から混合して出射される光Ｂの色を、確実に所望の発光色とすることができる。

これにより、プリズム２５から出射された光Ｂを実際にカメラで撮影する等して、各駆動部２１ａ〜２１ｃのパルス信号のデューティー比に対応する駆動制御上の発光色と、プリズム２５から出射された実際の光Ｂの色との一致を確認する必要をなくすことができる。即ち、各駆動部２１ａ〜２１ｃが各単色発光ダイオード２３１ａ〜２３１ｃに印加するパルス信号のデューティー比を適切に設定するだけで、ホワイトバランス調整等のようなパルス信号のデューティー比の微調整作業を行わなくても、所望の色の光Ｂを実際に得ることができる。

そして、本実施形態では、車両１の左右のセンターピラー７，９のランプ１１，１３に用いた各マルチカラー光源装置２０において、コントローラ３０が、各駆動部２１ａ〜２１ｃにより各単色発光ダイオード２３１ａ〜２３１ｃをそれぞれ発光駆動させる。したがって、各マルチカラー光源装置２０の各単色発光ダイオード２３１ａ〜２３１ｃを、デューティー比のパターンが同じ組み合わせのパルス信号で発光駆動させると、各プリズム２５から同じ発光色の光がそれぞれ出射される。

このとき、各マルチカラー光源装置２０，２０において、各単色発光ダイオード２３１ａ〜２３１ｃには、個体間の輝度ばらつきが極めて小さい大量生産品の発光ダイオードチップを用いている。したがって、各マルチカラー光源装置２０，２０において、各単色発光ダイオード２３１ａ〜２３１ｃを同じ組み合わせのデューティー比パターンのパルス信号で発光駆動させると、各発光部２３ａ〜２３ｃからそれぞれ出射される光は、左右で色味の差がない同じ発光色となる。

このため、複数（本実施形態では２つ）のマルチカラー光源装置２０において、デューティー比の組み合わせパターンが同じパルス信号で各単色発光ダイオード２３１ａ〜２３１ｃを発光駆動させることで、パルス信号のデューティー比を微調整しなくても、プリズム２５で混合した発光色を所望の発光色と一致させることができる。

なお、本実施形態では、Ｒ（レッド）、Ｇ（グリーン）、Ｂ（ブルー）の各光Ｂｒ，Ｂｇ，Ｂｂをプリズム２５で混合して任意の色の光Ｂを得る構成を例に採って説明した。しかし、Ｒ（レッド）、Ｇ（グリーン）、Ｂ（ブルー）のうち１色を省略したり、他の色（例えば乳白色（白熱電球色））の光と入れ替えたり、Ｒ（レッド）、Ｇ（グリーン）、Ｂ（ブルー）に他の色を加えて４色以上の光を混合して発光色を得るようにする等、任意である。

また、本実施形態では、車両１の左右のセンターピラー７，９付近のランプ１１，１３の光源にマルチカラー光源装置２０を使用する場合について説明した。しかし、本発明は、単品又は３つ以上で使用するマルチカラー光源装置についても適用可能である。

さらに、本実施形態では、マルチカラー光源装置２０がプリズム２５を含む場合について説明したが、駆動部２１ａ〜２１ｃと発光部２３ａ〜２３ｃとでマルチカラー光源装置を構成してプリズム２５を別体としてもよく、プリズム２５の有無を問わず、コントローラ３０を含めてマルチカラー光源装置を構成してもよい。

本発明は、複数の単色発光ダイオードを個別に駆動制御することで発光色を変化させるマルチカラー光源装置に用いて極めて有用である。

１車両
３運転席
５助手席
７，９センターピラー
１１，１３ランプ
２０マルチカラー光源装置
２１ａ〜２１ｃ駆動部
２３ａ〜２３ｃ発光部
２３１ａ〜２３１ｃ単色発光ダイオード
２３２ａ〜２３２ｃ色変換器
２５プリズム（合成光学系）
２５ａ入射部
２５ｂ出射部
３０コントローラ
Ｂ光
Ｂｂブルーの光
Ｂｇグリーンの光
Ｂｒレッドの光
Ｂｓ単色光

Claims

複数の発光ダイオードを個別に駆動制御することで、各発光ダイオードの光を混合した発光色を変化させるマルチカラー光源装置において、
単一のダイオードチップを用いて単色光を発光する複数の単色発光ダイオードと、
前記各単色発光ダイオードが同一色でそれぞれ発光する単色光を、前記発光色を構成する光の３原色中の互いに異なる色の光にそれぞれ変換する、複数の色変換器と、
前記各色変換器による変換後の色別に予め定められた前記各色変換器による色変換前後の光の輝度比に対応するデューティー比のパルス信号で、前記各色変換器に対応する前記各単色発光ダイオードをそれぞれ駆動する駆動部と、
を備えることを特徴とするマルチカラー光源装置。
前記各色変換器による色変換後の光を同一光路上に導光し混合して前記発光色の光として出射させる合成光学系をさらに備えることを特徴とする請求項１記載のマルチカラー光源装置。
前記各色変換器による色変換後の光で構成した前記発光色の光を車両の複数箇所においてそれぞれ出射させることを特徴とする請求項１又は２記載のマルチカラー光源装置。