JP2019087521A

JP2019087521A - 調光機能を持つｌｅｄ照明装置

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Publication number: JP2019087521A
Application number: JP2017224049A
Authority: JP
Inventors: 洋二前田; Yoji Maeda
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2017-11-02
Filing date: 2017-11-02
Publication date: 2019-06-06

Abstract

【課題】既存外部スイッチの入切操作のみによって暗から明まで連続した調光を可能とする省資源のＬＥＤランプ及びＬＥＤ照明装置を提供する。【解決手段】操作者が外部スイッチを入れると、電源回路はＬＥＤ駆動回路と調光制御回路にＤＣ電圧を供給する。調光制御回路は電源が入ったことを検出するとＬＥＤ駆動回路に対して暗から明まで数秒に渡ってＬＥＤ発光素子の発光強度を掃引して点灯するように指示を出す。掃引中に操作者は徐々に増加する発光強度を目で確認しながら望ましい発光強度の時点で外部スイッチを一時的にオフとし、限定された時間内に再度オンとする。一時的に電源がオフとなっても調光制御回路は短時間機能できるように電源で支えられており、オフとなった時点の発光強度の指示値を記憶し、再度オンとなれば、記憶した発光強度の指示値をＬＥＤ駆動回路に対して継続して与えることで操作者が望む発光強度の調光を実現する。【選択図】図４

Description

本発明は電源スイッチのオンオフ操作によって無段階連続調光ができる、省資源を目的とするＬＥＤ照明装置である。

照明装置に使われる発光体として白熱灯、蛍光灯が長年採用されてきたが、近年は寿命と省資源の点でより優れるＬＥＤ発光体が多く採用されるようになってきており、更に省資源を目的として必要最小の照度に抑える為の調光回路を備えたＬＥＤ照明装置が注目されている。

特開２０１１−１０３２８５調光可能なＬＥＤランプ

ＬＥＤを使用した照明装置は半導体であるＬＥＤを安定に駆動する為の駆動回路を内部に持っており、更に必要な照度に調整したい場合には調光回路を持っている。卓上照明などの場合は調光回路の調整ノブを手で直接操作することができるが、天井や壁面上部に設置された照明装置の場合、何等かの遠隔操作が必要となる。
現在用いられている方法として、

その１．図１、ＬＥＤ照明装置と電源の間に電力制御装置を設けその制御された出力を照明装置まで配電する方法。この制御装置には電源となる交流を位相チョッピングすることで供給平均電力を制御できるサイリスタ素子あるいはトライアック素子が主に用いられており、既に過去の白熱電灯調光用として多くの実績がある。
この方法はＬＥＤ照明装置の外部に電力制御装置を別途設置する必要があること、又元々が白熱電灯を対象として開発されたものであるため、電力制御装置とＬＥＤ照明装置との間に厳密な仕様の整合性が求められること、また複数のＬＥＤ照明装置を同時に制御するには高価な大容量の電力制御装置が必要とされること等の難点がある。

その２．図２、ＬＥＤ照明装置内に赤外線による通信機能を持った調光回路を持ち、別途用意された遠隔操作盤との間を赤外線を介した通信で調光する方法。ＬＥＤ素子の調光手段としてＬＥＤ素子に供給する直流の電流値を直接制御する方法と、供給電流をパルス幅変調することによる平均実効電流の制御を行う方法等があるが、赤外線通信回路および調光回路ともに既に集積回路化されて実績がある。この方法は赤外線による通信を介しているが故に、ＬＥＤ照明装置毎に専用の通信プロトコルを持った遠隔制御盤が必要であること、赤外線の到達距離、指向性の制限から、ＬＥＤ照明装置の設置および増設が容易でない等の難点がある。

その３．図３、先行技術文献特開２０１１−１０３２８５にて提案されているように電源のスイッチを短時間に複数回オンオフすることでオンオフの回数に沿った光量に調光を行う方法。この方法は外部に制御装置を設置する必要がなく、既存の電源スイッチ、配電線をそのまま流用して調光できる長所があるが、調光のレベルがあらかじめ設定された数の段階的なものに制限されるため希望の微妙な明るさを実現できなこと、また希望する照度に達するまでにオンオフを複数回行う必要があること、また調光の結果を前もって目で確認できないという難点がある。

既存外部スイッチの入切操作のみによって暗から明まで連続した調光を可能とする省資源のＬＥＤランプ及びＬＥＤ照明装置を提供することを目的とする。
本発明において回路ブロックとしてＬＥＤ駆動回路と調光制御回路と電源回路とＬＥＤ発光素子を持つ。
操作者が外部スイッチを入れると、電源回路はＬＥＤ駆動回路と調光制御回路にＤＣ電圧を供給する。調光制御回路は電源が入ったことを検出するとＬＥＤ駆動回路に対して暗から明まで数秒に渡ってＬＥＤ発光素子の発光強度を掃引して点灯するように指示を出す。掃引中に操作者は徐々に増加する発光強度を目で確認しながら望ましい発光強度の時点で外部スイッチを一時的にオフとし、限定された時間内に再度オンとする。一時的に電源がオフとなっても調光制御回路は短時間機能できるように電源で支えられており、オフとなった時点の発光強度の指示値を記憶し、再度オンとなれば、記憶した発光強度の指示値をＬＥＤ駆動回路に対して継続して与えることで操作者が望む発光強度の調光を実現する。

本発明によるＬＥＤ照明装置は、光量を必要な最小の値に無段階調整することができるため、省資源である。

本発明によるＬＥＤ照明装置において照明の利用者は電源スイッチを入にした後、徐々に増加していく光量を実際に目で見て確認しながら、希望の光量を無段階に選択し調光することができる。

本発明の機能を照明装置の筐体に納めることにより、例えば非常に高い天井に設置した並列接続された複数の照明装置を、既設の配電に変更を加えることなく、既設の一つの電源スイッチを用いて、希望の光量に調光することができる。

本発明を小型化して標準の白熱電球のサイズに収めることにより、標準の白熱電球の口金を持った調光可能なＬＥＤランプとして、既存の白熱電球と交換することができる。

従来の電力制御装置を用いた調光の概略図。従来の赤外線通信を用いた調光の概略図。先行技術文献特開２０１１−１０３２８５の調光の概略図。本発明の照明装置に含まれる機能ブロック構成図。本発明の電源スイッチの入切タイミングと発光強度を示すグラフ（無調光）本発明の電源スイッチの入切タイミングと発光強度を示すグラフ（毎回モード）本発明の電源スイッチの入切タイミングと発光強度を示すグラフ（記憶モード）本発明の毎回モードの場合のフローチャート本発明の記憶モードの場合のフローチャート

本発明のＬＥＤ照明装置は図４のように回路ブロックとしてＬＥＤ駆動回路と調光制御回路と電源回路とＬＥＤ発光素子を持つ。電源回路は整流器とコンデンサによって入力の交流を直流に変換するが、ＬＥＤの駆動回路への供給経路と調光制御回路への供給経路とはダイオードあるいはコンデンサあるいはトランスによって隔離しておく。ＬＥＤ駆動回路用の電源回路のコンデンサに貯められている電力は電力供給がオフになると、ＬＥＤの発光に消費され、短時間に消滅するが、隔離された調光制御回路用電源は調光制御回路が数秒間機能するに十分な容量を持つように設定する。実用的には３秒前後が適当と考えられる。

調光制御回路は小規模の制御用コンピュータによって各種機能を実現するのが経済的にも寸法的にも消費電力的にも合理的である。

ＬＥＤ駆動回路は調光制御回路からの光量設定レベルの制御信号に従ってＬＥＤ発光素子の発光強度を調整する機能を持ち、調整方法としては直接ＬＥＤ電流を変化させる方法、あるいは電流をパルス幅変調する方法等、既に集積回路化されて一般化している種々の方法を適用できる。

調光制御回路は内部に電源のオンオフ検出機能と調光掃引機能と計時機能と記憶機能を持つ。電源のオンオフ検出機能は電源スイッチの操作によって照明装置に電力が供給されていればオン検出、電源スイッチの操作によって電力の供給が停止されていればオフ検出を行う。
調光掃引機能は電源のオンオフ検出機能によってオン検出が行なわれると起動し、ＬＥＤ駆動回路に対して、数秒の短時間の間に最小光量から最大光量までを掃引するように指示を出す機能を持つ。掃引時間は実用的には３秒前後が適当と考えられる。

計時機能には数秒の限時の値が設定される。限時の値は実用的には２秒前後が適当と考えられる。この計時機能は電源のオンオフ検出機能によって、電源のオン検出、またはオフ検出が行なわれると始動し、次の電源のオフ検出、またはオン検出が行なわれるまで、あるいは限時の値に至るまで計時を継続する。限時の値は必要に応じて複数設定できる。

記憶機能は調光掃引時間内に選択された光量設定レベルを記憶する機能を持つ。
調光には二つのモードが設定でき、一つは毎回モード、他は記憶モードであり、このモードのうち、記憶モードの場合には電源の供給が停止されても光量設定レベルの記憶が保持される不揮発性メモリ、あるいは電池や蓄電器で保持されたメモリを記憶機能に内装している必要がある。

調光の動作を順に述べる。

最初に調光をせずに単に電源スイッチを入れて最大光量で点灯させる動作を述べる。図５、まず電源スイッチを入にすると照明装置のＬＥＤ駆動回路に電力が供給されるが調光制御回路からの指示が来るまでＬＥＤの発光はなされない。同時に調光制御回路にも別途電力が供給される。調光制御回路が起動し内部のオンオフ検出機能がオン検出をする。

オン検出によって調光掃引機能を始動する。調光掃引機能は最小光量レベルで点灯を開始し、最大光量レベルまで徐々に光量を増加させていくようにＬＥＤ駆動回路に対して光量設定レベルを出力する。掃引時間（Ｔ１）が経過し最大光量に達すると、その光量設定レベルをＬＥＤ駆動回路に対し継続して出力する。この動作は照明装置の単なる点灯であり、徐々に光量が増して最大光量に達するソフトスタートとして動作する事以外、従来の点灯と操作上の違いは無い。

次に調光をする場合の動作について述べる。

調光には二つのモードが設定でき、一つは毎回モード、他は記憶モードであり、モードを切り替えるには照明装置の一部にどちらかを選択ができる手動スイッチを設け、制御用コンピュータによって選択状態を読み取ることができる。スイッチを省き片方のモードのみとしてもよい。

毎回モードの場合の動作を記述する。図６、図８。
まず電源スイッチを入にすると照明装置のＬＥＤ駆動回路に電力が供給されるが調光制御回路からの指示が来るまでＬＥＤの発光はなされない。同時に調光制御回路にも別途電力が供給される。調光制御回路が起動し内部のオンオフ検出機能がオン検出をする。オン検出によって調光掃引機能を始動する。調光掃引機能は最小光量レベルで点灯を開始し、最大光量レベルまで徐々に光量を増加させていくようにＬＥＤ駆動回路に対して光量設定レベルの指示を出す。

ここで使用者は徐々に増加していく光量を目で見ながら希望の明るさになった時点で電源スイッチを一時的に切にする。ＬＥＤ駆動回路は電力を失いＬＥＤは一時的に消灯するが調光制御回路は数秒間は隔離された電源によって引き続き動作可能であるため、内部のオンオフ検出機能はオフ検出を行う。このオフ検出によってその時点での光量設定レベルを記憶するように記憶機能に対し指示を出し、同時に計時機能を始動する。引き続きオンオフ検出機能は計時機能のオフ限時設定時間（Ｔ２）以内に再度電源スイッチが入となりオン検出がなされるかどうかを観察する。

オン検出がなされずオフのままオフ限時設定時間（Ｔ２）に達すれば、使用者の意志は調光ではなく消灯であると判断して、掃引および計時機能も記憶機能も初期の状態に戻り消灯を保持する。オフ限時設定時間（Ｔ２）以内にオン検出が有れば、使用者の意志は調光であると判断して、オン検出の前のオフ検出時に記憶機能に記憶した光量設定レベルでもって発光を再度開始するようにＬＥＤ駆動回路に対して指示を出す。この後に行われる電源スイッチの切によるオフ検出は消灯の操作であると判断し、掃引および計時機能も記憶機能も初期の状態に戻り消灯を行う。この毎回モードは照明装置の点灯ごとに調光を頻繁に行う環境の場合に選択される。

次に記憶モードの場合の動作を記述する。図７、図９。
まず電源スイッチを入にすると照明装置のＬＥＤ駆動回路に電力が供給されるが調光制御回路からの指示が来るまでＬＥＤの発光はなされない。同時に調光制御回路にも別途電力が供給される。調光制御回路が起動し内部のオンオフ検出機能がオン検出をする。オン検出によって調光掃引機能を始動する。調光掃引機能は最小光量レベルで点灯を開始し、最大光量レベルまで徐々に光量を増加させていくようにＬＥＤ駆動回路に対して指示を出す。

オン検出がなされずオフのままオフ限時設定時間（Ｔ２）に達すれば、使用者の意志は調光ではなく消灯であると判断して、掃引および計時機能も記憶機能も初期の状態に戻り消灯を保持する。オフ限時設定時間（Ｔ２）以内にオン検出が有れば、使用者の意志は調光であると判断して、

オン検出の前のオフ検出時に記憶機能に記憶した光量設定レベルでもって発光を再度開始するようにＬＥＤ駆動回路に対して指示を出す。この後に行われる電源スイッチの切によるオフ検出は消灯の操作であると判断し、掃引および計時機能も記憶機能も初期の状態に戻り消灯を行う。

ここまでは前記した毎回モードと類似しているが、記憶機能に記憶された光量設定レベルは消去せずに保存をする。
消灯の操作後の電源スイッチの入によりオンオフ検出機能がオン検出を行うと調光制御回路は記憶機能に前回点灯時の調光の記録が有れば、ＬＥＤ駆動回路に対して掃引をすることなく記録された光量設定レベルで点灯をするように指示をし、これによって使用者は毎回調光をすることなく毎回一定の調光された光量で照明装置を点灯できる。同時に調光制御回路は計時機能を始動する。

オンオフ検出機能は計時機能のオン限時設定時間（Ｔ３）以内に電源スイッチが切となりオフ検出がなされるかどうかを観察する。オンのままオン限時設定時間（Ｔ３）に達すれば、使用者には調光の意志はないものとしてそのままの光量設定レベルでもって発光を継続する。オン限時設定時間（Ｔ３）以内にオフ検出があった場合は使用者が再調光の意志があるものとして記録されていた光量設定レベルをリセットし、このモードの初期状態に戻る。この記憶モードは照明装置の点灯ごとに調光を行なう頻度が少なく、一度調光された光量で繰り返し点灯する頻度が高い場合に選択される。

１調光回路
２ＬＥＤ照明装置
３ＬＥＤランプ
４電力制御装置
５赤外線
６遠隔操作盤
７パルス幅変調
８平均実効電流
９ＬＥＤ駆動回路
１０調光制御回路
１１電源回路
１２ＬＥＤ発光素子
１３無段階調整
１４制御用コンピュータ
１５光量設定レベル
１６発光強度
１７集積回路化
１８オンオフ検出機能
１９調光掃引機能
２０計時機能
２１記憶機能
２２掃引時間
２３限時
２４毎回モード
２５記憶モード
２６不揮発性メモリ
２７最大光量
２８ソフトスタート
２９手動スイッチ
３０最小光量レベル
３１最大光量レベル
３２オフ検出
３３オン検出
３４オフ限時設定時間
３５オン限時設定時間
３６点灯
３７消灯

Claims

外部スイッチを介して供給される電源をモニターし、入状態を検出してオン信号、切状態を検出してオフ信号を出力するオンオフ検出機能を備え、
前記オンオフ検出機能がオン信号を検出することによって始動し、暗から明に連続した光量指示値を掃引出力する掃引機能を備え、
前記掃引出力の掃引中に前記オンオフ検出機能がオフ信号を検出した場合に、そのオフ時点での光量指示値を記憶する記憶機能を備え、
前記記憶機能が前記光量指示値を記憶した後、前記オンオフ検出機能がオン信号を検出した場合に、前記記憶機能に記憶していた前記光量指示値を出力する調光制御回路と、
前記調光制御回路から出力される前記光量指示値に沿って、ＬＥＤ発光素子の発光強度を変化させることができるＬＥＤ駆動回路と、
前記外部スイッチを介して供給されるＡＣ電源を整流し、得られたＤＣ電圧を前記ＬＥＤ駆動回路と前記調光制御回路へ供給し、
かつ前記外部スイッチの切によってＡＣ電源の供給を止められても、０．５秒以上は前記調光制御回路にＤＣ電圧を供給する電源回路と、
ＬＥＤ発光素子と、
を持った外部スイッチによって連続した調光を可能とするＬＥＤランプ及びＬＥＤ照明装置。
前記オンオフ検出機能からのオフ信号によって計時を始動し、かつ始動を起点とするオフ限時値を持つ計時機能を備え、
前記外部スイッチの切により前記オンオフ検出機能が検出したオフ信号によって前記計時機能が始動した場合に、
前記計時機能に設定された前記オフ限時値内に前記オンオフ検出機能がオン信号を検出した場合は調光決定と判断して前記記憶機能に記憶された前記光量指示値を前記ＬＥＤ駆動回路に出力し、前記計時機能に設定されたオフ限時値内に前記オンオフ検出機能がオン信号を検出しなかった場合は消灯と判断する調光制御回路、
を持った請求項１記載の外部スイッチによって連続した調光を可能とするＬＥＤランプ及びＬＥＤ照明装置。
前記記憶機能に電源が消失した後も記憶を保持できる記憶素子あるいは記憶回路を備え、
消灯の操作以降の点灯の操作において、
前記記憶機能に前回点灯時の前記光量指示値の記録が残っていた場合は、
前記掃引機能が前記光量指示値の掃引をすることなく前回点灯時に記録された前記光量指示値を前記ＬＥＤ駆動回路に与えて前回の点灯と同じ発光強度を再現する調光制御回路、
を持った請求項１記載および請求項２記載の外部スイッチによって連続した調光を可能とするＬＥＤランプ及びＬＥＤ照明装置。
前記オンオフ検出機能からのオン信号によって計時を始動し、この始動を起点とするオン限時値を持ち、かつ前記オンオフ検出機能からのオフ信号によって計時を始動し、この始動を起点とするオフ限計時を持つ計時機能を備え、
消灯の操作以降の点灯の操作において、
前記記憶機能に前回点灯時の前記光量指示値の記録が残っていた場合は、
前記掃引機能が前記光量指示値の掃引をすることなく前回点灯時に記録された前記光量指示値を前記ＬＥＤ駆動回路に与えて前回の点灯と同じ発光強度を再現し、
同時に前記計時機能を始動し、
その後前記計時機能に設定されたオン限時値内に前記オンオフ検出機能がオフ信号を検出した場合は、再調光と判断して初期状態に戻って調光をやり直し、
前記計時機能に設定されたオン限時値内に前記オンオフ検出機能がオフ信号を検出しなかった場合は、点灯続行と判断し前回の点灯時に記録された前記光量指示値を前記ＬＥＤ駆動回路に継続して与える調光制御回路と、
を持った請求項１記載および請求項２記載および請求項３記載の外部スイッチによって連続した調光を可能とするＬＥＤランプ及びＬＥＤ照明装置。