JP2019153484A - 照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡素な構成で複数の駆動回路を必要とすることなく配光を変更することができる照明装置を提供する。【解決手段】本発明の一形態に係る照明装置は、定電流源と、複数のＬＥＤ直列回路と、スイッチ回路とを具備する。前記複数のＬＥＤ直列回路は、前記定電流源に対して並列的に接続され、順方向加算電圧がそれぞれ等しく配光特性がそれぞれ異なる。前記スイッチ回路は、前記複数のＬＥＤ直列回路のうち前記定電流源と接続される少なくとも１つのＬＥＤ直列回路を選択する。【選択図】図１

Description

本発明は、半導体発光素子を光源とする照明装置に関する。

近年、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）等の半導体発光素子を光源に用いた照明装置が広く用いられている。この種の照明装置として、一度決定した配光は基本的には固定で、状況に応じた配光の変更はできなかった。一方、配光を変える制御が必要な場合には、レンズや反射鏡からなる光学系を可動式にする方法のほか、あらかじめ複数の光源と光学系を用意して各々の点灯を制御する、等の方法が知られている（例えば特許文献１参照）。

特開２０１６−１８５７１７号公報

しかしながら、光学系を可動式にする方法では、可動部の故障率が上昇し、あるいは機構が複雑化するという問題がある。一方、あらかじめ複数の光源と光学系を用意する方法では、制御する数だけ光源の駆動回路が必要となり、コストが増加し、装置が大型化するという問題がある。さらに、駆動回路ごとに必要最大容量の電源を確保しなければならず、それによるコスト増も問題となる。

以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、簡素な構成で複数の駆動回路を必要とすることなく配光を変更することができる照明装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る照明装置は、定電流源と、複数のＬＥＤ直列回路と、スイッチ回路とを具備する。
前記複数のＬＥＤ直列回路は、前記定電流源に対して並列的に接続され、順方向加算電圧がそれぞれ等しく配光特性がそれぞれ異なる。
前記スイッチ回路は、前記複数のＬＥＤ直列回路のうち前記定電流源と接続される少なくとも１つのＬＥＤ直列回路を選択する。

上記照明装置によれば、スイッチ回路によって定電流源に接続される少なくとも１つのＬＥＤ直列回路が選択されるため、複数の電源や駆動回路を必要とすることなく、簡素な構成で配光を変更することができる。

前記複数のＬＥＤ直列回路は、第１の角度範囲で光を出射する第１のＬＥＤ素子群からなる第１のＬＥＤ直列回路と、前記第１の角度範囲よりも広い第２の角度範囲で光を出射する第２のＬＥＤ素子群からなる第２のＬＥＤ直列回路とを少なくとも含んでもよい。
これにより、広角及び狭角間での配光の変更が可能となる。

あるいは、前記複数のＬＥＤ直列回路は、第１の方向に出射光軸を有する第１のＬＥＤ素子群からなる第１のＬＥＤ直列回路と、前記第１の方向とは異なる第２の方向に出射光軸を有する第２のＬＥＤ素子群からなる第２のＬＥＤ直列回路とを少なくとも含んでもよい。
これにより、少なくとも２方向への配光の変更が可能となる。

前記照明装置は、前記照明装置の外部から入力される入力信号に基づいて、前記スイッチ回路を制御する制御部をさらに具備してもよい。
これにより、場所や時間、状況等に応じた任意の配光パターンで照明装置を発光させることができる。

以上のように、本発明の照明装置によれば、複数の電源や駆動回路を必要とすることなく、簡素な構成で配光を変更することができる。

本発明の第１の実施形態に係る照明装置を示すブロック図である。 上記照明装置における各ＬＥＤ直列回路の作用を説明する模式図である。 上記ＬＥＤ直列回路を構成するＬＥＤの概略構成図である。 上記照明装置の作用を説明する模式図である。 本発明の第２の実施形態に係る照明装置における各ＬＥＤ直列回路の構成及び作用を説明する模式図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。

＜第１の実施形態＞
図１は、本発明の一実施形態に係る照明装置１００を示すブロック図である。
本実施形態の照明装置１００は、定電流源１０と、光源部２０と、制御部３０とを備える。照明装置１００は、例えば、建屋の室内灯、投光器、車両の灯具などとして構成される。

定電流源１０は、商用電源に接続され、光源部２０へ所定の駆動電流を供給する定電流電源で構成される。

光源部２０は、複数のＬＥＤ素子群からなるＬＥＤ直列回路を有するＬＥＤモジュールで構成される。本実施形態において光源部２０は、第１のＬＥＤ直列回路２０１と、第２のＬＥＤ直列回路２０２と、第３のＬＥＤ直列回路２０３とを有する。

第１のＬＥＤ直列回路２０１は、図２Ａに模式的に示すように、第１の角度範囲θ１（狭角）で光を出射する複数（ｎ個）のＬＥＤ２１ａ（ＬＥＤ１ａ，ＬＥＤ２ａ，ＬＥＤ３ａ，…，ＬＥＤｎａ）の直列接続体（第１のＬＥＤ素子群）で構成される。
第２のＬＥＤ直列回路２０２は、図２Ｂに模式的に示すように、第１の角度範囲θ１より広い第２の角度範囲θ２（中角）で光を出射する複数（ｎ個）のＬＥＤ２１ｂ（ＬＥＤ１ｂ，ＬＥＤ２ｂ，ＬＥＤ３ｂ，…，ＬＥＤｎｂ）の直列接続体（第２のＬＥＤ素子群）で構成される。
第３のＬＥＤ直列回路２０３は、図２Ｃに模式的に示すように、第２の角度範囲θ２より広い第３の角度範囲θ３（広角）で光を出射する複数（ｎ個）のＬＥＤ２１ｃ（ＬＥＤ１ｃ，ＬＥＤ２ｃ，ＬＥＤ３ｃ，…，ＬＥＤｎｃ）の直列接続体（第３のＬＥＤ素子群）で構成される。

なお、ＬＥＤ直列回路の数は３つに限られず、２あるいは４以上であってもよい。また、各ＬＥＤ直列回路２０１〜２０３を構成するＬＥＤの数（ｎ）は特に限定されず、各列において同数であってもよいし、列ごとに異なっていてもよい。

各ＬＥＤ直列回路２０１〜２０３は、定電流源１０に対して並列的に接続される。さらに、各ＬＥＤ直列回路２０１〜２０３の順方向加算電圧は、それぞれ等しくなるように設定される。これにより、すべてのＬＥＤ直列回路２０１〜２０３が定電流源１０に電気的に接続されたとき、定電流源１０から供給される駆動電流が各ＬＥＤ直列回路２０１〜２０３において均等に分流される。

ＬＥＤ直列回路２０１〜２０３の順方向加算電圧を等しくする方法は特に限定されず、適宜の手法で調整することができる。ＬＥＤの順方向電圧（Ｖｆ）は色ごとに異なる場合が多いが、この場合は、各列でＬＥＤの数を異ならせてもよいし、適宜の抵抗値の抵抗素子やダイオード等の半導体素子を適宜の位置に介装してもよい。

ＬＥＤ直列回路２０１〜２０３を構成する各ＬＥＤ２１ａ，２１ｂ，２１ｃは、共通の配線基板２２上に実装される。各ＬＥＤ２１ａ〜２１ｃは、照明光として、例えば白色光を出射する白色ＬＥＤで構成される。これらＬＥＤ２１ａ〜２１ｃは、図３に模式的に示すようなＬＥＤユニット２１０で構成される。

ＬＥＤユニット２１０は、図３に示すようなＬＥＤパッケージ２１０で構成される。各ＬＥＤパッケージ２１０には、典型的には、発光色が同一のＬＥＤパッケージが用いられる。発光色は特に限定されず、例えば、単色（例えば白）である。発光色が白のＬＥＤパッケージは、図３に示すように赤色光を出射する赤色ＬＥＤ（Ｒ）と、緑色光を出射する緑色ＬＥＤ（Ｇ）と、青色光を出射する青色光ＬＥＤ（Ｂ）とを有するＬＥＤパッケージで構成されてもよいし、単一のＬＥＤで構成されてもよい。ＬＥＤパッケージ２１０は、ＬＥＤ基板２１１と、各ＬＥＤからの出射光を正面方向（図において上方）へ集光するリフレクタ２１２と、集光レンズ２１３とを有していてもよい。

ＬＥＤ２１ａ〜２１ｃの出射角度範囲は、リフレクタ２１２の角度、あるいは集光レンズ２１３の曲率によって任意に調整することができる。したがって、リフレクタ２１２及び集光レンズ２１３の少なくとも一方の構成をそれぞれ異ならせることで、ＬＥＤ２１ａ〜２１ｃについて所望とする出射角度範囲に調整することができる。

図１に示すように、複数のＬＥＤ２１ａ〜２１ｃの素子群は、配線基板２２上で直列に接続される。これにより、定電流源１０側からグランド端子GNDに向かって、ＬＥＤ素子群（ＬＥＤ１ａ、ＬＥＤ２ａ，ＬＥＤ３ａ，…，ＬＥＤｎａ）からなる第１のＬＥＤ直列回路２０１と、ＬＥＤ素子群（ＬＥＤ１ｂ，ＬＥＤ２ｂ，ＬＥＤ３ｂ，…，ＬＥＤｎｂ）からなる第２のＬＥＤ直列回路２０２と、ＬＥＤ素子群（ＬＥＤ１ｃ，ＬＥＤ２ｃ，ＬＥＤ３ｃ，…，ＬＥＤｎｃ）からなる第３のＬＥＤ直列回路２０３が構成される。

光源部２０は、スイッチ回路２３をさらに有する。スイッチ回路２３は、複数のＬＥＤ直列回路２０１〜２０３のうち定電流源１０と接続される少なくとも１つのＬＥＤ直列回路を選択するように構成される。

本実施形態においてスイッチ回路２３は、定電流源１０と第１のＬＥＤ直列回路２０１との間を電気的に接続することが可能なスイッチ素子ＳＷａと、定電流源１０と第２のＬＥＤ直列回路２０２との間を電気的に接続することが可能なスイッチ素子ＳＷｂと、定電流源１０と第３のＬＥＤ直列回路２０３との間を電気的に接続することが可能なスイッチ素子ＳＷｃとを有する。各スイッチ素子ＳＷａ、ＳＷｂ、ＳＷｃは、機械的なスイッチやリレーであってもよいし、トランジスタのような半導体部品であってもよい。

制御部３０は、スイッチ素子ＳＷａ、ＳＷｂ及びＳＷｃの接続状態を個々に切り替えることが可能に構成される。制御部３０は、スイッチ回路２３の一部として構成されてもよい。制御部３０は、照明装置１００の外部から入力される各種の入力信号に基づいて、スイッチ回路２３を制御することが可能に構成される。入力信号の送信元としては、入力部５１、センサ５２、タイマ５３等が挙げられる。

入力部５１は、ユーザ、管理者等が照明装置１００の配光を選択するための操作部として機能する。入力部５１は、典型的には、押圧ボタン、タッチパネル、ダイヤルスイッチ、トグルスイッチ等の適宜の入力キーを有し、これらの操作信号を制御部３０へ出力する。
センサ５２としては、人感センサ、照度センサ等が該当し、人の入退室、外光の明るさ等に応じて照明装置１００を配光制御する際にこれらの検出信号が入力信号として制御部３０へ出力される。
タイマ５３は、例えば時刻に応じて配光を自動的に変更する場合等に用いられる。

以上のように構成される本実施形態の照明装置１００においては、スイッチ回路２３（スイッチ素子ＳＷａ、ＳＷｂ及びＳＷｃ）の接続状態に応じて、光源部２０における配光（本実施形態では照明光の照射範囲）が切り替えられる。

例えば、スイッチ素子ＳＷａがクローズ状態で、他のスイッチ素子ＳＷｂ及びＳＷｃがオープン状態（オフ状態）のときは、定電流源１０から供給される駆動電流はすべて第１のＬＥＤ直列回路２０１に流れるため、図４に示すように光源部２０は狭角配光の照明光Ｌが出射する。同様に、スイッチ素子ＳＷｂのみがクローズ状態のとき、及び、スイッチ素子ＳＷｃのみがクローズ状態のときは、光源部２０は、それぞれ中角配光の照明光Ｌ２及び広角配光の照明光Ｌ３を出射する。

一方、すべてのスイッチＳＷａ、ＳＷｂ及びＳＷｃがクローズ状態（オン状態）のとき、ＬＥＤ直列回路２０１〜２０３の順方向加算電圧はそれぞれ等しく設定されているため、各ＬＥＤ直列回路２０１〜２０３に流れる電流は均等（１／３）に分流され、各ＬＥＤ直列回路２０１〜２０３を構成するＬＥＤ素子群が分流特性に応じた発光量で発光する。これにより照明光Ｌ１，Ｌ２及びＬ３が同時に出射する。

逆に、スイッチ素子ＳＷａのみがオープン状態のとき、定電流源１０から供給される駆動電流は、第２のＬＥＤ直列回路２０２及び第３のＬＥＤ直列回路２０３において２等分される。このとき、第２及び第３のＬＥＤ直列回路２０２，２０３は、分流された駆動電流に対応する発光量で発光し、照明光Ｌ２及びＬ３が同時に出射する。同様に、スイッチ素子ＳＷｂのみがオープン状態のときは照明光Ｌ１及びＬ３が同時に出射し、スイッチ素子ＳＷｃのみがオープン状態のときは照明光Ｌ１及びＬ２が同時に出射する。

なお、駆動電流は定電流であるため、各ＬＥＤ直列回路２０１〜２０３に流れる電流はスイッチ素子ＳＷａ、ＳＷｂ及びＳＷｃの接続状態に応じて変化するが、光源部２０全体の出力は一定であり、配光のみが変化する。

本実施形態の照明装置１００によれば、スイッチ回路２３によって定電流源１０に接続される少なくとも１つのＬＥＤ直列回路２０１〜２０３が選択されるため、複数の電源や駆動回路を必要とすることなく、簡素な構成で配光を変更することができる。また、配光の制御の数に関係なく、電源及び駆動回路を増加させることなく単一の電流源で各ＬＥＤを駆動することができるため、装置構成の簡素化を図りつつ、照明装置の小型化、軽量化、低コスト化を図ることが可能となる。

さらに本実施形態によれば、制御部３０が入力部５１、センサ５２、タイマ５３等の外部からの入力信号に基づいてスイッチ回路２３の接続を選択操作することが可能に構成されているため、場所や時間、状況等に応じた任意の配光パターンで照明装置１００を発光させることができる。

＜第２の実施形態＞
図５は、本発明の他の実施形態に係る照明装置における各ＬＥＤ直列回路の構成及び作用を模式的に示すブロック図である。
以下、第１の実施形態と異なる構成について主に説明し、第１の実施形態と同様の構成については同様の符号を付しその説明を省略または簡略化する。

本実施形態の照明装置２００は、第１の実施形態と同様に、定電流源１０と、光源部２０と、制御部３０とを備える点で第１の実施形態と共通するが、本実施形態では、第１〜第３のＬＥＤ直列回路２０１〜２０３は、各々の出射光軸が相互に異なるように構成される点で第１の実施形態と異なる。

例えば、第１のＬＥＤ直列回路２０１は、図５Ａに示すように、第１の方向（正面方向）に出射光軸Ｘ１を有する複数（ｎ個）のＬＥＤ（ＬＥＤ１ｄ，ＬＥＤ２ｄ，ＬＥＤ３ｄ，…，ＬＥＤｎｄ）の直列接続体（第１のＬＥＤ素子群）で構成される。
第２のＬＥＤ直列回路２０２は、図５Ｂに示すように、第２の方向（正面方向斜め左側）に出射光軸Ｘ２を有する複数（ｎ個）のＬＥＤ（ＬＥＤ１ｅ，ＬＥＤ２ｅ，ＬＥＤ３ｅ，…，ＬＥＤｎｅ）の直列接続体（第２のＬＥＤ素子群）で構成される。
第３のＬＥＤ直列回路２０３は、図５Ｃに示すように、第３の方向（正面方向斜め右側）に出射光軸Ｘ３を有する複数（ｎ個）のＬＥＤ（ＬＥＤ１ｆ，ＬＥＤ２ｆ，ＬＥＤ３ｆ，…，ＬＥＤｎｆ）の直列接続体（第３のＬＥＤ素子群）で構成される。

以上のように構成される本実施形態の照明装置２００においては、スイッチ回路２３の接続状態に応じて、光源部２０における配光（本実施形態では照明光の照射方向）が切り替えられる。

例えば、照明装置２００が車両の前方灯具（ヘッドライト）として用いられる場合、スイッチ回路２３は、定電流源１０を、直進走行時は第１のＬＥＤ直列２０１に接続し、左折時は第２のＬＥＤ直列回路２０２に、そして、右折時は第３のＬＥＤ直列回路にそれぞれ接続するように、車両の走行状態に応じて切り替えられる。スイッチ回路２３の切り替えは、例えば、車体に取り付けられたセンサ５２（例えば舵角センサ）の出力、あるいは入力部５１（例えば方向指示器の操作入力）からの操作信号に基づいて、制御部３０により自動的に行うことができる。
また、照明装置２００が投光器として用いられる場合においても同様に、照明対象物の場所あるいはその移動方向等に応じて、出射方向を選択的に切り替えることが可能である。

さらに、第１〜第３のＬＥＤ直列回路２０１〜２０３のうち任意の２つを定電流源１０に接続するように切り替えられた場合、選択された２つの方向に対して照明光を照射することができる。勿論、すべてのＬＥＤ直列回路２０１〜２０３が定電流源１０に接続されてもよく、この場合は、３方向全域にわたって照明光を照射することができる。照明光の照射方向は左右方向に限られず、上下方向であってもよい。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態にのみ限定されるものではなく種々変更を加え得ることは勿論である。

例えば以上の実施形態では、第１〜第３のＬＥＤ直列回路２０１〜２０３が配光の異なるＬＥＤ素子群でそれぞれ構成されたが、配光だけでなく、発光色も異なるＬＥＤ素子群で構成されてもよい。これにより、配光の変更にともなって発光色も変更することができる。

なお、白色光ＬＥＤは、ＲＧＢ３色のＬＥＤで構成される場合に限られず、紫外線ＬＥＤとＲＧＢ蛍光体とを含むＬＥＤ部品、青色ＬＥＤと黄色蛍光体とを含むＬＥＤ部品などで構成されてもよい。

１０…定電流源
２０…光源部
３０…制御部
２１…ＬＥＤユニット
２３…スイッチ回路
１００，２００…照明装置
２０１…第１のＬＥＤ直列回路
２０２…第２のＬＥＤ直列回路
２０３…第３のＬＥＤ直列回路
２０４…第４のＬＥＤ直列回路

Claims (4)

1. 定電流源と、
   前記定電流源に対して並列的に接続され、順方向加算電圧がそれぞれ等しく配光特性がそれぞれ異なる複数のＬＥＤ直列回路と、
   前記複数のＬＥＤ直列回路のうち前記定電流源と接続される少なくとも１つのＬＥＤ直列回路を選択するスイッチ回路と
   を具備する照明装置。
2. 請求項１に記載の照明装置であって、
   前記複数のＬＥＤ直列回路は、第１の角度範囲で光を出射する第１のＬＥＤ素子群からなる第１のＬＥＤ直列回路と、前記第１の角度範囲よりも広い第２の角度範囲で光を出射する第２のＬＥＤ素子群からなる第２のＬＥＤ直列回路とを少なくとも含む
   照明装置。
3. 請求項１に記載の照明装置であって、
   前記複数のＬＥＤ直列回路は、第１の方向に出射光軸を有する第１のＬＥＤ素子群からなる第１のＬＥＤ直列回路と、前記第１の方向とは異なる第２の方向に出射光軸を有する第２のＬＥＤ素子群からなる第２のＬＥＤ直列回路とを少なくとも含む
   照明装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１つに記載の照明装置であって、
   前記照明装置の外部から入力される入力信号に基づいて、前記スイッチ回路を制御する制御部をさらに具備する
   照明装置。

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