JP2017188578A

JP2017188578A - 光源装置

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Publication number: JP2017188578A
Application number: JP2016076521A
Authority: JP
Inventors: 穣八木; Yutaka Yagi
Original assignee: INTEKKUSU KK
Current assignee: INTEKKUSU KK
Priority date: 2016-04-06
Filing date: 2016-04-06
Publication date: 2017-10-12
Anticipated expiration: 2036-04-06
Also published as: JP6835344B2

Abstract

【課題】LED素子を光源に使用し、平均演色性指数Raおよび特殊演色性指数Riがともに優れているとともに、演色性指数が変化した時に適正値に戻して常に優れた演色性を保持することのできる光源装置を提供すること。【解決手段】白色LED素子LEDWからなる主光源発光素子と、主光源発光素子の分光波形特性の演色性指数を改善する単色LED素子からなる単一または複数の補佐的単色発光素子と、各発光素子に対して電力を供給して発光させる制御手段COと、各発光素子の出力レベルを調整する出力調整手段ADJと、各発光素子の出力レベルを記憶する記憶手段MEMとを備えた光源装置であって、出力調整手段が光源装置全体の分光波形特性の平均演色性指数Raを目標基準値以上、各特殊演色性指数Riを目標基準値以上に調整していることを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は光源装置に係り、特にLED（Light Emitting Diode：発光ダイオード）素子を光源に使用した優れた演色性を持つ光源として好適な光源装置に関する。

現在、高い演色性を持つ光源は蛍光灯タイプでトリプルAと呼ばれている平均演色性指数95以上の光源である。これらの光源の平均演色性指数Raは95以上でかつ特殊演色指数Riは90以上といわれている。

現在、高い演色性を持つ光源として用いられている蛍光灯においては、蛍光体に強い紫外線等の光を照射して発色させているため、平均演色性指数Raが95以上で、かつ特殊演色指数Riが90以上の高い演色性指数を安定的に長時間保持することは難しいものであった。そこで、一般的な高演色の蛍光灯は1000時間から3000時間程度の時間程度でしか演色性指数数値を保証していない。

また、一般白色LED光源の場合においても、発光原理、発色原理などの構造的な観点からの理由より、通常、平均演色性指数Raの値を95以上、特殊演色指数Riを90以上確保するのは大変難しいものであった。

さらに、一般白色LED光源の場合、平均演色性指数Raの値と特殊演色性指数Riの値を両立させ、長時間の安定的演色指数の保持はさらに大変厳しいものであった。一方、特殊演色性指数Riの値を改善するために、白色LED光源の発光体を430nm以下の紫色に近い紫外線領域とした光源と、黄色の蛍光体とを組み合わせた光源が良いとされるが、白色LED光源の発光効率、平均演色性指数Raの数値を確保することが困難である等の問題点があった。

仮に、白色光源が平均演色性指数Raおよび特殊演色性指数Riで満たされたとしても、経時変化に伴い平均演色性指数Raおよび特殊演色性指数Riの数値が変動する現象が生じて演色性指数の劣化が生じる恐れがあった。この場合は、従来の蛍光管と同様、一定期間の経過内での保証という期限を設ける必要があった。

一般的に、高演色性の光源を連続点灯した場合において、演色性の数値が変動した場合において、修正することが出来ないのが従来の光源であり、これは蛍光灯でもLED照明でも同様であった。

これらの問題点を克服するためにLED技術においては、例えば、特許文献１のような提案がされている。

このようにLED利用が着目されているが、現在においては、高演色性を持つ光源、即ち平均演色性指数Raが95以上、特殊演色性指数Riが90以上を両立する光源がなく、また経時変化に伴い演色性指数が劣化した場合に調整を行い演色性指数の数値を改善するという機能を持った光源はこれまで存在しなかった。

特開2012-216717号公報

従来の高演色性のLED光源としては、平均演色性指数Raが95以上、特殊演色性指数Riが90以上であるような同一光源が今まで存在しなかった。また、経時変化が生じ、演色性指数が変動するために長期信頼性にかけるという課題が存在していた。

本発明はこれらの問題点に鑑みてなされたものであり、LED素子を光源に使用し、平均演色性指数Raおよび特殊演色性指数Riがともに優れているとともに、演色性指数が変化した時に適正値に戻して常に優れた演色性を保持することのできる光源装置を提供することを目的とする。

前記目的を達成するための本発明の第１の態様の光源装置は、白色LED素子からなる主光源発光素子と、前記主光源発光素子の分光波形特性の演色性指数を改善する単色LED素子からなる単一または複数の補佐的単色発光素子と、前記各発光素子に対して電力を供給して発光させる制御手段と、前記各発光素子の出力レベルを調整する出力調整手段と、前記各発光素子の出力レベルを記憶する記憶手段とを備えた光源装置であって、前記出力調整手段が前記光源装置全体の分光波形特性の平均演色性指数Raを目標基準値以上、各特殊演色性指数Riを目標基準値以上に調整していることを特徴とする。

本発明の第１の態様の光源装置によれば、LED素子を光源に使用して、平均演色性指数Raおよび特殊演色性指数Riがともに優れている光を出力することができる。

また、本発明の第２の態様の光源装置は、第１の態様において、前記光源装置全体の分光波形特性を測定する分光測定手段を備えていることを特徴とする。

本発明の第２の態様の光源装置によれば、分光測定手段によって測定した前記光源装置全体の分光波形特性に応じて各LED素子の出力を調整することができる。

また、本発明の第３の態様の光源装置は、第１の態様において、前記光源装置全体の分光波形特性を測定する分光測定手段と、前記分光測定手段によって測定された分光波形特性を前記出力調整手段に伝達する測定情報伝達手段とを備えており、前記出力調整手段は、前記測定情報伝達手段より受領した測定された分光波形特性に対応して前記光源装置全体の分光波形特性の平均演色性指数Raを目標基準値以上、各特殊演色性指数Riを目標基準値以上に調整することを特徴とする。

本発明の第３の態様の光源装置によれば、分光測定手段によって測定した前記光源装置全体の分光波形特性に応じて前記出力調整手段が自動的に前記光源装置全体の分光波形特性の平均演色性指数Raを95以上、各特殊演色性指数Riをが90以上に調整することができ、平均演色性指数Raおよび特殊演色性指数Riがともに優れている光を常に出力することができる。

また、本発明の第４の態様の光源装置は、第１から第３のいずれかの態様において、前記補佐的単色発光素子が、紫外線波長が350nmから430nmを有する光を発光する特殊演色性指数Ri改善用の単色LED素子と、青色波長が460nmから485nmを有する光を発光する平均演色性指数Ra改善用の単色LED素子と、緑色波長が505nmから530nmを有する光を発光する平均演色性指数Ra改善用の単色LED素子と、赤色波長が630nmから680nmを有する光を発光する特殊演色性指数Ri改善用の単色LED素子とからなることを特徴とする。

本発明の第４の態様の光源装置によれば、４種類の単色LED素子を選択して用いることによってより適切な補佐を行って、平均演色性指数Raおよび特殊演色性指数Riがともに優れている光を常に出力することができる。

本発明によれば、LED素子を光源に使用し、平均演色性指数Raおよび特殊演色性指数Riがともに優れているとともに、演色性指数が変化した時に適正値に戻して常に優れた演色性を保持することのできる光源装置を提供することができる。

本発明による光源装置の第１実施形態を示すブロック図目標とする光と、一般的な高演色の白色LED素子の出力光との分光波形特性図図２に示す白色LED素子の出力光の分光波形特性を本発明によって改善した高い演色性をもつ分光波形特性を図２に重ねて表示した分光波形特性図図２に示す白色LED素子の分光波形特性に基づく演色性指数表本発明による分光波形特性に基づく演色性指数の表本発明による光源装置の第２実施形態を示すブロック図

以下、本発明の具体的な実施の形態について、図１から図６を参照にして詳細に説明する。

図１は、本発明による光源装置の第１実施形態の構成を説明するブロック図である。図１においてLSは光源部であり、主光源発光素子としての白色LED素子LEDWと補佐的単色発光素子としての短波長光源の紫外線LED素子LEDUVと、青色LED素子LEDBと、緑色LED素子LEDGと、赤色LED素子LEDRとを光源部基板に設置して形成されている。各LED素子には出力部OUTの出力部基板に設置されたスイッチング素子TRがそれぞれ独立して直列に接続されている。各スイッチング素子TRは制御部COからの信号（例えば、パルス信号（PWM））を受けて各LED素子に電力を供給する。

図１において、CONは各発光素子に対して電力を供給して発光させる制御手段としての制御部COと、各発光素子の出力レベルを記憶する記憶手段としての記憶部MEMにプログラムされた個々のLED素子の駆動電流の出力を創生するコントロール部である。別基板の調整基板に設けられた各発光素子の出力レベルを調整する出力調整手段としての出力調整部ADJより個々のLED素子の駆動電流の出力調整を行う。具体的には、出力調整部ADJにおいてパルス信号（PWM）のデューティー比を設定し、制御部COにおいて当該デューティー比に応じたパルス信号（PWM）を作成して各スイッチング素子TRへ出力させる。出力調整部ADJにおけるパルス信号（PWM）のデューティー比の設定は、光源装置全体のLED素子が発光した出力光の分光波形特性の平均演色性指数Raを目標基準値（例えば、95）以上、各特殊演色性指数Riを目標基準値（例えば、90）以上になるように手動によってフィードバック調整するとよい。このフィードバック調整の際に必要とされる分光波形特性の測定は、図６に示すような分光センサーISを光源部LSの近傍に設置して行ったり、手持ちで行うとよい。

図６は、本発明による光源装置の第２実施形態の構成を説明するブロック図である。図６に示すように、出力調整部ADJにおけるパルス信号（PWM）のデューティー比の設定は、遠隔操作によって自動的に行うようにするとよい。具体的には、光源部LSの近傍に光源装置全体の出力光に対して分光波形特性を測定する分光測定手段としての分光センサーISを設ける。この分光センサーISにおいては、例えばフォトセンサーにより受光し、信号処理部DAによって分光波形特性を求める演算処理を実行する。この信号処理部DAに内蔵された送信部（図示せず）から出力調整部ADJに設けた信号解析部SAの受信部（図示せず）に分光波形特性がインターネットやLAN等通じて送信（伝達）されるように形成されている。これらの送信部と受信部とは分光測定手段によって測定された分光波形特性を出力調整手段に伝達する測定情報伝達手段を形成している。信号解析部SAにおいては、受信した分光波形特性に基づいて光源装置全体のLED素子が発光した出力光の分光波形特性の平均演色性指数Raを目標基準値（例えば、95）以上、各特殊演色性指数Riを目標基準値（例えば、90）以上になるようにフィードバック調整（後述）するように形成されている。これにより光源部LSの出力調整を遠隔操作によって自動的に行うとよい。なお、自動調整処理に代えて、手動によって調整してもよいことは勿論である。

このコントロール部CONは電源部PSよりDC電源供給を受けている。電源部PSは外部AC電源より供給を受け、コントロール部CON用にDC電源変換を行っている。

図２は、目標とする目標光の分光波形特性ＬＡと、主光源発光素子である白色LED素子LEDWから発光される出力光の分光波形特性ＬＢを示している。本第１実施形態においては、この図２のAの部分に紫外線波長、Bの部分に青色波長および緑色波長、さらにCの部分に赤色波長の単色光をそれぞれ発光する単色LED素子(LEDUV、LEDB、LEBG、LEDR)からなる単一または複数の補佐的単色発光素子を発光させて分光波形を加えることにより、光源装置全体のLED素子が発光した出力光の分光波形特性ＬＣを図３のように目標光の分光波形特性ＬＡに近づけるように増大させることができる。その増大の度合は、平均演色性指数Raを９５以上、各特殊演色性指数Riを９０以上とさせるように出力調整部ADJのパルス信号（PWM）のデューティー比を設定することにより調整される。図２に示す目標光の分光波形特性ＬＡは、日本印刷学会（１９９７年）のＣＩＥ昼色Ｄ５０の内容を示し、分光分布の波長域が300nm〜830nmであり、Raが９５以上、Riが９０以上とされている。

さらに説明すると、本実施形態においては、紫外線波長が350nmから430nmを有する光を発光する特殊演色性指数Ri改善用の単色LED素子として紫外線LED素子LEDUVを用い、青色波長が460nmから485nmを有する光を発光する平均演色性指数Ra改善用の単色LED素子として青色LED素子LEDBを用い、緑色波長が505nmから530nmを有する光を発光する平均演色性指数Ra改善用の単色LED素子として緑色LED素子LEDGを用い、赤色波長が630nmから680nmを有する光を発光する特殊演色性指数Ri改善用の単色LED素子として赤色LED素子LEDRを用いている。そして、各単色LED素子(LEDUV、LEDB、LEBG、LEDR)に対して、図３に示す分光波形特性Ｌｃ−分光波形特性Ｌｂの差分の光を出力可能な電力（パルス調整を含む）を出力調整部ADJによって演算して供給することによって発光させている（紫外線LED素子LEDUVにおいては紫外線波長が430nmの縦線部分および上向き太矢印参照、青色LED素子LEDBにおいては青色波長が480nmの縦線部分および上向き太矢印参照、緑色LED素子LEDGにおいては緑色が505nmの縦線部分および上向き太矢印参照、赤色LED素子LEDRにおいては赤色波長が630nmの縦線部分および上向き太矢印参照）。このような各単色LED素子(LEDUV、LEDB、LEBG、LEDR)に対する出力調整部ADJによる出力調整は、本発明の光源装置を新設した時、その後定期的または発光出力が低減した場合等に必要に応じて実行するとよい。さらに、出力調整結果は記憶部MEMに記憶させておいて、その後の出力調整の際にデータを利用するとよい。

図４は図２および図３に示す白色LED素子LEDWから発光される出力光の分光波形特性ＬＢから得られた演色性指数のR1からR15までの数値である。平均演色性指数Raは演色性指数のR1からR8までの平均値であるので91であり、特殊演色性指数Riは各演色性指数のR9からR15のそれぞれの数値であり、平均すると85である。一方の平均演色性指数Raは、目標基準値の例である日本印刷学会（１９９７年）のＣＩＥ昼色Ｄ５０の９５以上という規格および従来の高演色性タイプの蛍光灯AAA規格の９５以上という数値を満たしていない。さらに、他方の特殊演色性指数Riは、目標基準値の例である日本印刷学会（１９９７年）のＣＩＥ昼色Ｄ５０の９０以上という規格および従来の高演色性タイプの蛍光灯AAA規格の９０以上という数値を満たしていない。目標基準値としては、光源装置に求められる仕様に対応して設定するとよい。

図５は図３に示す本発明に基づく光源装置全体のLED素子が発光した出力光の分光波形特性ＬＣから得られた演色性指数のR1からR15までの数値である。平均演色性指数Raは９５以上の９６であり、各特殊演色性指数Riはそれぞれが９０以上であり、平均すると９４で、両演色性指数ともに目標基準値の例である日本印刷学会（１９９７年）のＣＩＥ昼色Ｄ５０の規格および従来の高演色性指数の数値より大幅に改善され蛍光灯のAAA規格を満たしている。

さらに説明すると、図５に示す数値より、補佐的な単波長の各単色LED素子(LEDUV、LEDB、LEBG、LEDR)は白色LED素子LEDWから発光される出力光の分光波形特性ＬＢを目標光の分光波形特性ＬＡに近づける作用を有している。即ち、紫外線波長においては演色性指数R12の特殊演色性指数Riを７２．２１から９４．０３に増大させており、紫外線波長として350nmから430nmを含んでいる。青色波長においては平均演色性指数Raを９１．１１から９６．３２の９５以上に増大させており、青色波長として465nm〜485nmを含んでいる。緑色波長においては青色波長と同様に、平均演色性指数Raを９１．１１から９６．３２の９５以上に増大させており、緑色波長として505nmから525nmを含んでいる。赤色波長においては演色性指数R9の特殊演色性指数Riを７５．２８から９２．４７に増大させており、赤色波長として630nmから660nmを含んでいる。また、各色の中間色については、複数種類の各単色LED素子(LEDUV、LEDB、LEBG、LEDR)を発光させるとよい。

図６に基づいて遠隔操作で分光特性の補正を行うことを説明する。なお、図６においては電源部を省略してある。光源部LSの近傍に設置されたフォトセンサーからなる分光センサーISにより検知された光は信号処理部DAによりデータ化され、LANまたはインターネット等の回線を通じて、離れた場所に設置された信号解析部SAまで搬送される。これらの搬送されたデータを基に、自動的に出力調整部ADJによって演算して各単色LED素子(LEDUV、LEDB、LEBG、LEDR)に対して、図３に示す分光波形特性Ｌｃ−分光波形特性Ｌｂの差分の光を出力可能な電力を供給することによって発光させる。このような遠隔操作による分光特性の補正を前記の必要なタイミングにおいて実行するとよく、出力調整部ADJによる出力情報を記憶して再利用するとよい。このように遠隔操作による補正を行うことにより、光源部LSの取替えや移動を行うことなく容易に補正を行うことも可能となる。特に、多数の光源装置を一箇所で一元管理したり、作業環境の厳しい領域に設置されている光源装置の補正を容易に実行することができる。

なお、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、必要に応じて変更することができる。

本発明の光源装置によれば、高い演色性光源でかつRa、Riとも従来蛍光灯と同等以上の性能をもちかつ経時変化にいたる場合においても、補正を行うことで再利用が可能になる。これらのことから、演色性の高い市場用途にも利用が可能となり、ファッション、食品関連、工業応用分野で色味の確認など用途拡大が期待できる。

LS 光源部
LEDW 白色LED素子
LEDUV 紫外線LED素子
LEDB 青色LED素子
LEDG 緑色LED素子
LEDR 赤色LED素子
CON コントロール部
CO 制御部
ADJ 出力調整部
MEM 記憶部
OUT 出力部
TR スイッチング素子
PS 電源部
IS 分光センサー
DA 信号処理部
Internet インターネット
LAN ネットワーク
SA 信号解析部

Claims

白色LED素子からなる主光源発光素子と、
前記主光源発光素子の分光波形特性の演色性指数を改善する単色LED素子からなる単一または複数の補佐的単色発光素子と、
前記各発光素子に対して電力を供給して発光させる制御手段と、
前記各発光素子の出力レベルを調整する出力調整手段と、
前記各発光素子の出力レベルを記憶する記憶手段とを
備えた光源装置であって、
前記出力調整手段が前記光源装置全体の分光波形特性の平均演色性指数Raを目標基準値以上、各特殊演色性指数Riを目標基準値以上に調整している
ことを特徴とする光源装置。
前記光源装置全体の分光波形特性を測定する分光測定手段を備えている
ことを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
前記光源装置全体の分光波形特性を測定する分光測定手段と、
前記分光測定手段によって測定された分光波形特性を前記出力調整手段に伝達する測定情報伝達手段とを備えており、
前記出力調整手段は、前記測定情報伝達手段より受領した測定された分光波形特性に対応して前記光源装置全体の分光波形特性の平均演色性指数Raを目標基準値以上、各特殊演色性指数Riを目標基準値以上に調整する
ことを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
前記補佐的単色発光素子は、
紫外線波長が350nmから430nmを有する光を発光する特殊演色性指数Ri改善用の単色LED素子と、
青色波長が460nmから485nmを有する光を発光する平均演色性指数Ra改善用の単色LED素子と、
緑色波長が505nmから530nmを有する光を発光する平均演色性指数Ra改善用の単色LED素子と、
赤色波長が630nmから680nmを有する光を発光する特殊演色性指数Ri改善用の単色LED素子と
からなることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の光源装置。