JP2019061780A - 点灯回路および照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】発光素子を点滅させる場合にちらつきの発生を抑制すること。【解決手段】実施形態に係る点灯回路は、調整部と、制御部とを具備する。調整部は、発光素子に流れる電流を調整する。制御部は、発光素子を点滅させる際の点灯期間において、点灯開始から所定期間が経過するまで線形制御により発光素子が点灯し、所定期間が経過した後は非線形制御により発光素子が点灯するように調整部を制御する。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、点灯回路および照明装置に関する。

定電流電源により点灯する航空標識灯の光源は、ハロゲン電球などの白熱電球から、ＬＥＤなどの発光素子に変更されている。誘導路などに用いられる標識灯では、発光素子に流れる電流が所定電流となるように、フィードバック制御などにより制御されている。このようにフィードバック制御により制御が行われると、標識灯を点滅させる際に発光素子の応答性が早いため点灯開始直後の電流が不安定となり、電流の増減幅が一時的に大きくなり、標識灯の明るさが変化する場合がある。このような標識灯の明るさの変化は、ちらつきとして認識されることがある。

特開２０１１−７０９４７号公報

本発明が解決しようとする課題は、発光素子を点滅させる場合にちらつきの発生を抑制する点灯回路および照明装置を提供することである。

実施形態に係る点灯回路は、調整部と、制御部とを具備する。調整部は、発光素子に流れる電流を調整する。制御部は、発光素子を点滅させる際の点灯期間において、点灯開始から所定期間が経過するまで線形制御により発光素子が点灯し、所定期間が経過した後は非線形制御により発光素子が点灯するように調整部を制御する。

図１は、実施形態に係る照明装置の構成を示す概略ブロック図である。 図２は、実施形態に係る制御回路部の構成を示す概略ブロック図である。 図３Ａは、点滅におけるＬＥＤの点灯期間を全てフィードバック制御により制御した比較例における電流の変化を示す図である。 図３Ｂは、実施形態に係る照明装置における電流の変化を示す図である。 図４は、実施形態におけるＬＥＤの点滅制御を説明するフローチャートである。 図５は、照明装置を誘導路の滑走路誤進入灯火灯に適用した模式図である。 図６は、滑走路誤進入灯火灯である光源部の概略平面図である。 図７は、図６のVII−VIIの概略断面図である。

以下で説明する実施形態に係る点灯回路４は、負荷調整回路２１（調整部に相当）と、制御部３１とを具備する。負荷調整回路２１は、ＬＥＤ１０（発光素子に相当）に流れる電流を調整する。制御部３１は、ＬＥＤ１０を点滅させる際の点灯期間において、点灯開始から所定期間が経過するまで線形制御によりＬＥＤ１０が点灯し、所定期間が経過した後は非線形制御によりＬＥＤ１０が点灯するように負荷調整回路２１を制御する。

また、以下で説明する実施形態に係る点灯回路４は、電流検出部２４を具備する。制御部３１は、電流検出部２４によって検出された電流によらず線形制御により点灯させ、電流検出部２４によって検出された電流に基づいたフィードバック制御である非線形制御により点灯させる。

また、以下で説明する実施形態に係る制御部３１は、ＬＥＤ１０を消灯させた際にＬＥＤ１０に流れていた電流に基づいて線形制御を開始する。

また、以下で説明する実施形態に係る制御部３１は、線形制御によりＬＥＤ１０に流れる電流を所定電流まで増加させる。

また、以下で説明する実施形態に係る制御部３１は、ＬＥＤ１０の調光レベルに基づいて所定期間を設定する。

また、以下で説明する実施形態に係る照明装置１は、点灯回路４と、光源部５とを具備する。

（実施形態）
図１および図２を用いて、実施形態に係る照明装置１について説明する。

［実施形態に係る照明装置１の構成］
図１は、実施形態に係る照明装置１の構成を示す概略ブロック図である。図２は、実施形態に係る制御回路部２５の構成を示す概略ブロック図である。

実施形態に係る照明装置１は、滑走路等に設置される灯火に用いられるものであって、交流定電流電源装置（ＣＣＲ）２と、ゴム被膜絶縁トランス（以下「絶縁トランス」という。）３と、点灯回路４と、光源部５とを備えている。実施形態に係る照明装置１は、例えば、空港用の標識灯に用いられる。なお、図１では、１つの絶縁トランス３のみを示し、他は省略している。また、照明装置１は、交流定電流電源装置２に対して、複数の点灯回路４および複数の光源部５を接続した構成であってもよい。

交流定電流電源装置２は、絶縁トランス３を介して交流定電流を点灯回路４に供給する。照明装置１は、交流定電流電源装置２の出力電流に応じて光源部５による調光レベルを変更することができる。例えば、照明装置１は、交流定電流電源装置２の出力電流６．６Ａ、５．２Ａ、４．１Ａに応じて、光源部５が１００％、２５％、５％で点灯するように調光レベルを段階的に変更することができる。なお、このような点灯状態の切替をタップ５（光源部５が１００％の状態）、タップ４（光源部５が２５％の状態）及びタップ３（光源部５が５％の状態）という表現にて運用しているものである。

光源部５は、発光素子として複数のＬＥＤ１０を備える。ＬＥＤ１０は、ＣＯＢ（Chip On Board）方式や、ＳＭＤ（Surface Mount Device）方式や、砲弾型などである。ＬＥＤ１０は、点灯回路４のＰＷＭスイッチ回路２２によるＰＷＭ制御により点灯し、または点滅する。ＬＥＤ１０は、供給される電力の電圧に応じて流れる電流が変化する。ＬＥＤ１０に供給される電力の電圧が大きくなると、ＬＥＤ１０に流れる電流が大きくなる。

点灯回路４は、全波整流回路２０と、負荷調整回路２１と、ＰＷＭスイッチ回路２２と、電圧検出部２３と、電流検出部２４と、制御回路部２５とを備える。

全波整流回路２０は、絶縁トランス３を介して供給された交流定電流を全波整流し出力する。

負荷調整回路２１は、例えば、半導体スイッチを備え、制御回路部２５から出力される動作信号に基づいて全波整流回路２０の出力端間を短絡、開放させることにより、ＬＥＤ１０に供給される電力の電圧を調整する。すなわち、負荷調整回路２１は、ＬＥＤ１０に流れる電流を調整する機能を有する。

負荷調整回路２１は、動作信号に基づく線形制御、または非線形制御により、ＬＥＤ１０に供給される電力の電圧を調整し、ＬＥＤ１０に流れる電流を調整する。

負荷調整回路２１は、ＬＥＤ１０が点灯される場合に、点灯開始から所定期間の間は、線形制御によりＬＥＤ１０に流れる電流を調整する。また、負荷調整回路２１は、所定期間が経過した後は、非線形制御によりＬＥＤ１０に流れる電流を調整する。

所定期間は、予め設定された期間であり、調光レベルに基づいて設定される。例えば、所定期間は、調光レベルが大きくなるほど短くなり、調光レベルがタップ３、タップ４、タップ５となるにつれて、所定期間は短くなる。なお、所定期間は、調光レベルに関わらず一定の期間としてもよい。

負荷調整回路２１は、線形制御時には、初期値から単位時間あたり所定増加量で増加するように、ＬＥＤ１０に流れる電流を調整する。

初期値は、ＬＥＤ１０を消灯させた際にＬＥＤ１０を流れていた電流である。具体的には、初期値は、前回の消灯時に電流検出部２４によって検出されたＬＥＤ１０の電流である。所定増加量は、点灯開始から所定期間が経過した時にＬＥＤ１０に流れる電流が初期値から予め設定された所定電流まで変化する値である。なお、初期値は、ＬＥＤ１０の消灯動作が開始された後の電流であるため所定電流よりも小さい。

また、負荷調整回路２１は、非線形制御時には、電流検出部２４によって検出された電流に基づいたフィードバック制御によりＬＥＤ１０に流れる電流を所定電流に調整する。

このように、負荷調整回路２１は、点灯開始から所定期間が経過するまでは、電流検出部２４によって検出された電流によらず、線形制御によりＬＥＤ１０に流れる電流を調整する。また、負荷調整回路２１は、所定期間が経過した後は、電流検出部２４によって検出された電流に基づいたフィードバック制御によりＬＥＤ１０に流れる電流を調整する。

すなわち、負荷調整回路２１では、点灯開始から所定期間が経過するまで、電流検出部２４によって検出された電流に基づいたフィードバック制御を無効とする無効期間が設けられる。

ＰＷＭスイッチ回路２２は、スイッチング素子を備え、ＬＥＤ１０を点灯させる。ＰＷＭスイッチ回路２２は、制御回路部２５から出力される動作信号に基づくＰＷＭ制御によりスイッチング素子を開閉することで、ＬＥＤ１０の点灯時間におけるデューティ比（オン期間とオフ期間（休止期間）との比率）を変更することができる。ＰＷＭスイッチ回路２２は、調光レベルに応じてディーティ比を変更し、調光レベルに応じてＬＥＤ１０を点灯させる。デューティ比は、調光レベルが大きくなるにつれてオン期間が長くなる。

ＰＷＭスイッチ回路２２は、ＬＥＤ１０を点滅させる場合には、点滅時における点灯時間のディーティ比を変更する。これにより、ＰＷＭスイッチ回路２２は、調光レベルに応じてＬＥＤ１０を点滅させることができる。

電圧検出部２３は、ＬＥＤ１０に供給される電力の電圧を検出する。電流検出部２４は、ＬＥＤ１０に流れる電流を検出する。

制御回路部２５は、図２に示すように、記憶部３０と、制御部３１とを備える。

記憶部３０は、不揮発性のメモリであり、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）、ＳＳＤ（Solid State Drive）、フラッシュメモリ、ＲＡＭ（Random Access Memory）等の記憶装置により実現される。記憶部３０は、消灯時に電流検出部２４によって検出されたＬＥＤ１０の電流を記憶する。

制御部３１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＭＰＵ（Micro Processing Unit）等の電子回路や、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等の集積回路を採用できる。

制御部３１は、入力部３２と、判定部３３と、生成部３４と、出力部３５とを備える。

入力部３２には、電圧検出部２３によって検出された電圧に関する信号、および電流検出部２４によって検出された電流に関する信号が入力される。

判定部３３は、ＬＥＤ１０が点灯された際に点灯開始から所定期間が経過したか否かを判定する。

また、判定部３３は、ＬＥＤ１０が点滅される場合には、点滅における点灯期間および消灯期間が経過したか否かを判定する。点滅における点灯期間および消灯期間は、予め設定されており、数秒間隔で点灯期間と消灯期間とが繰り返される。なお、点滅における点灯期間および消灯期間は、変更可能であってもよい。判定部３３は、ＬＥＤ１０が点滅される場合には、各点滅における点灯期間で点灯開始から所定期間が経過したか否かを判定する。

生成部３４は、負荷調整回路２１への動作信号およびＰＷＭスイッチ回路２２への動作信号を生成する。

生成部３４は、点灯開始から所定期間の間は、ＬＥＤ１０に供給される電力の電圧、すなわちＬＥＤ１０に流れる電流が線形制御により制御されるように、負荷調整回路２１への動作信号を生成する。

生成部３４は、点灯開始から所定期間が経過した後は、ＬＥＤ１０に流れる電流がフィードバック制御により制御されるように、負荷調整回路２１への動作信号を生成する。

また、生成部３４は、調光レベルに応じてＰＷＭスイッチ回路２２への動作信号を生成する。

出力部３５は、生成部３４によって生成された動作信号を、負荷調整回路２１およびＰＷＭスイッチ回路２２に出力する。

次に、ＬＥＤ１０が点滅する際にＬＥＤ１０に流れる電流の変化について、図３Ａおよび図３Ｂを参照し説明する。図３Ａは、点滅におけるＬＥＤ１０の点灯期間を全てフィードバック制御により制御した比較例における電流の変化を示す図である。図３Ｂは、実施形態の照明装置１における電流の変化を示す図である。

比較例のように点滅におけるＬＥＤ１０の点灯期間を全てフィードバック制御により制御すると、ＬＥＤ１０に流れる電流を所定電流に収束させることができるが、図３Ａに示すように点灯開始直後における電流の増減幅（ハンチング）が大きくなる。これにより、点灯開始直後に、ＬＥＤ１０の明るさにばらつきが生じ、ちらつきが生じる。このようなちらつきは、点滅における点灯期間が開始される度に生じる。そのため、利用者、例えば、航空機のパイロットに違和感を与える。

一方、本実施形態に係る照明装置１は、点滅におけるＬＥＤ１０の点灯期間において、図３Ｂに示すように、点灯開始から所定期間の間、線形制御によりＬＥＤ１０に流れる電流を制御する。具体的には、照明装置１は、時間ｔ０において前回の消灯時における電流を初期値として線形制御を開始する。そして、照明装置１は、ＬＥＤ１０に流れる電流が所定電流となる所定期間が経過する時間ｔ１まで線形制御を行う。これにより、点灯開始直後における電流の増減幅を比較例よりも小さくすることができる。従って、ＬＥＤ１０を点滅させた場合に、ちらつきが生じることを抑制することができ、利用者に与える違和感を低減することができる。

また、本実施形態に係る照明装置１は、所定期間が経過した時間ｔ１以降は、フィードバック制御により制御することで、ＬＥＤ１０に流れる電流を所定電流に保持することができる。

［実施形態に係る点滅制御］
次に、本実施形態におけるＬＥＤ１０の点滅制御について図４のフローチャートを参照し説明する。図４は、実施形態におけるＬＥＤ１０の点滅制御を説明するフローチャートである。

照明装置１は、点滅における点灯期間となったか否かを判定する（Ｓ１０）。照明装置１は、点灯期間となっていない場合には（Ｓ１０；Ｎｏ）、今回の処理を終了する。

照明装置１は、点灯期間となった場合には（Ｓ１０；Ｙｅｓ）、線形制御によりＬＥＤ１０を点灯させる（Ｓ１１）。具体的には、照明装置１は、前回の消灯時にＬＥＤ１０に流れていた電流を初期値として所定期間が経過した時にＬＥＤ１０に流れる電流が所定電流となるように線形制御を行う。

照明装置１は、点滅における点灯を開始してから所定期間が経過したか否かを判定する（Ｓ１２）。照明装置１は、所定期間が経過していない場合には（Ｓ１２；Ｎｏ）、線形制御を継続する（Ｓ１１）。

照明装置１は、所定期間が経過した場合には（Ｓ１２；Ｙｅｓ）、非線形制御によりＬＥＤ１０を点灯させる（Ｓ１３）。具体的には、照明装置１は、電流検出部２４によって検出した電流に基づいてＬＥＤ１０に流れる電流が所定電流となるようにフィードバック制御を行う。

照明装置１は、点滅における消灯期間となったか否かを判定する（Ｓ１４）。照明装置１は、消灯期間となった場合には（Ｓ１４；Ｙｅｓ）、ＬＥＤ１０への電力の供給を停止して消灯時の電流を記憶部３０に記憶させる（Ｓ１５）。

照明装置１は、消灯期間となっていない場合には（Ｓ１４；Ｎｏ）、非線形制御を継続する（Ｓ１３）。

［実施形態に係る照明装置の適用例］
ここで、照明装置１を誘導路５１の滑走路誤進入灯火灯に適用した一例について図５を参照し説明する。図５は、照明装置１を誘導路５１の滑走路誤進入灯火灯に適用した模式図である。ここでは、光源部５と点灯回路４とが分離されて配置された例を示している。

滑走路誤進入灯火灯である光源部５は、滑走路５０に接続される誘導路５１に配置される。具体的には、光源部５は、滑走路５０側の誘導路５１の端部付近に複数配置される。光源部５は、誘導路５１に一部が露出するように誘導路５１に埋め込まれて配置される。なお、誘導路５１には、誘導灯５３が誘導路５１に沿って複数配置される。

光源部５は、誘導路５１の路側５１Ａに配置されたハンドホール５２に収容される点灯回路４に分岐ケーブル５４によって電気的に接続される。各光源部５は、各光源部５に応じて設けられた点灯回路４に分岐ケーブル５４によって電気的に接続される。各点灯回路４は、幹線ケーブル５５によって直列に電気的に接続される。

ここで、光源部５について、図６および図７を参照し説明する。図６は、滑走路誤進入灯火灯である光源部５の概略平面図である。図７は、図６のVII−VIIの概略断面図である。

光源部５は、基台６０に本体部６１が取り付けられて構成される。基台６０は、上部が開口する有底の円筒状に形成され、誘導路５１に埋め込まれる。基台６０の側壁には、配線引き込み孔（不図示）が形成され、配線引き込み孔には分岐ケーブル５４（図５参照）が挿通される。また、基台６０の側壁には、内側に向けて突出する段部６０Ａが設けられる。段部６０Ａは、本体部６１を支持する。

本体部６１は、上部灯体６２と、下部灯体６３と、発光ユニット６４とを備える。本体部６１は、上部灯体６２と下部灯体６３とによって形成される室内に発光ユニット６４を配置して構成される。

上部灯体６２には、上端に円形の平坦な頂部６２Ａが形成され、頂部６２Ａから周縁にかけて拡径するテーパ部６２Ｂが形成される。また、上部灯体６２には、発光ユニット６４から光を出射するための灯光溝６２Ｃが形成される。下部灯体６３には、配線引き込み孔（不図示）が形成され、配線引き込み孔には分岐ケーブル５４が挿通される。

発光ユニット６４は、基材６４Ａと、配線基板６４Ｂと、ＬＥＤ１０と、光学レンズ６４Ｃとを備える。配線基板６４Ｂは、基材６４Ａに取り付けられる。配線基板６４Ｂには、ＬＥＤ１０が実装され、分岐ケーブル５４が電気的に接続される。また、ＬＥＤ１０には、光学レンズ６４Ｃが取り付けられる。

本体部６１は、ボルト挿通孔６１Ａにボルト（不図示）が挿通され、ボルトによって基台６０に取り付けられる。

なお、ここでは、照明装置１を滑走路誤進入灯火灯に適用した一例を示したが、これに限られることはない。例えば、照明装置１を誘導灯５３などに適用してもよい。

上述してきたように、実施形態に係る照明装置１は、ＬＥＤ１０を点滅させる際の点灯期間において、点灯開始から所定期間が経過するまで線形制御によりＬＥＤ１０を点灯させる。また、照明装置１は、所定期間が経過した後は非線形制御、具体的にはフィードバック制御によりＬＥＤ１０を点灯させる。これにより、点滅時における点灯開始直後にＬＥＤ１０に流れる電流の増減幅が大きくなることを抑制し、ちらつきの発生を抑制することができる。そのため、利用者、例えば、航空機のパイロットに違和感を与えることを抑制することができる。

また、照明装置１は、ＬＥＤ１０を消灯させた際にＬＥＤ１０に流れていた電流に基づいて線形制御における初期値を設定し、初期値から線形制御を開始する。ＬＥＤ１０を消灯させた際にＬＥＤ１０に流れていた電流は、消灯動作に入るため所定電流よりも小さい電流となる。これにより、初期値は、所定電流よりも小さい電流となる。また、線形制御においてＬＥＤ１０に流れる電流は、初期値から所定電流まで増加するように制御される。従って、ＬＥＤ１０に所定電流よりも大きい過電流が流れることを抑制することができる。そのため、ＬＥＤ１０の劣化を抑制することができる。

また、照明装置１は、ＬＥＤ１０の調光レベルに基づいて所定期間を設定する。これにより、調光条件によらず点滅時のちらつきを抑制し、利用者に与える違和感を低減することができる。

（変形例）
実施形態に係る照明装置１は、前回の消灯時におけるＬＥＤ１０の電流を記憶し、記憶した電流を点滅時における点灯期間の線形制御の初期値として用いたがこれに限られることはない。変形例に係る照明装置１は、予め設定された値を線形制御の初期値としてもよい。予め設定された値は、所定電流よりも小さい値である。これによっても、線形制御においてＬＥＤ１０に流れる電流が過電流となることを抑制し、ＬＥＤ１０の劣化を抑制することができる。

また、変形例に係る照明装置１は、線形制御においてＬＥＤ１０に流れる電流の単位時間当たりの所定増加量や線形制御においてＬＥＤ１０に流れる電流値の閾値を予め設定された固定値としてもよい。この場合、ＬＥＤ１０に流れる電流が所定電流となるまでの期間や閾値に至るまでの時間が所定期間となる。これによっても、線形制御においてＬＥＤ１０に流れる電流が過電流となることを抑制し、ＬＥＤ１０の劣化を抑制することができる。

なお、変形例に係る照明装置１は、所定電流よりも大きい初期値から所定電流までＬＥＤ１０に流れる電流が減少するように線形制御を行ってもよい。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１ 照明装置
４ 点灯回路
５ 光源部
１０ ＬＥＤ（発光素子）
２１ 負荷調整回路（調整部）
２４ 電流検出部
２５ 制御回路部
３０ 記憶部
３１ 制御部

Claims (6)

1. 発光素子に流れる電流を調整する調整部と；
   前記発光素子を点滅させる際の点灯期間において、点灯開始から所定期間が経過するまで線形制御により前記発光素子が点灯し、前記所定期間が経過した後は非線形制御により前記発光素子が点灯するように前記調整部を制御する制御部と；
   を具備することを特徴とする点灯回路。
2. 前記発光素子に流れる電流を検出する電流検出部；
   を具備し、
   前記制御部は、
   前記電流検出部によって検出された電流によらず前記線形制御により点灯させ、
   前記電流検出部によって検出された電流に基づいたフィードバック制御である前記非線形制御により点灯させる
   ことを特徴とする請求項１に記載の点灯回路。
3. 前記制御部は、
   前記発光素子を消灯させた際に前記発光素子に流れていた電流に基づいて前記線形制御を開始する
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の点灯回路。
4. 前記制御部は、
   前記線形制御により前記発光素子に流れる電流を所定電流まで増加させる
   ことを特徴とする請求項１から３のいずれか一つに記載の点灯回路。
5. 前記制御部は、
   前記発光素子の調光レベルに基づいて前記所定期間を設定する
   ことを特徴とする請求項１から４のいずれか一つに記載の点灯回路。
6. 請求項１から５のいずれか一つに記載の点灯回路と；
   前記発光素子を有する光源部と；
   を具備する照明装置。

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