JP3932581B2

JP3932581B2 - 照明装置

Info

Publication number: JP3932581B2
Application number: JP29626796A
Authority: JP
Inventors: 勝杉本
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 1996-11-08
Filing date: 1996-11-08
Publication date: 2007-06-20
Anticipated expiration: 2016-11-08
Also published as: JPH10144126A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＬＥＤの如き半導体光源を用いた照明装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ＬＥＤを用いた表示装置が各所で使用されている。これは、１〜３種類のＬＥＤをドットマトリクス状に配置し、各々のＬＥＤを点滅させることによって、静止画、動画、文字などを表示するものである。このような表示装置は、室内で使用するものでは、１ｍ²当たり数百カンデラ、屋外で使用するものでは、１ｍ²当たり数千カンデラの輝度を有する。また、これらの表示装置に用いられる光源は、人がその光源の明滅のパターンを視認することによって機能を達成するものである。
【０００３】
また、１つのドットに発光色の異なる複数のＬＥＤを用いるものでは、各々のＬＥＤの明滅の時間を変えることによって、視認する色を変えるようにしたものであり、表示できる色数が少ないものをマルチカラーと言い、１６万色を超えるものをフルカラーと呼ぶ。このフルカラーに用いられるのは、人の視感度に合わせて、赤、緑、青の３色のＬＥＤが用いられれている。この３色のＬＥＤを用いて、例えば、赤と緑を同じ時間点灯するとアンバー色になるという具合に混色を行う。
【０００４】
次に、白熱光源は、連続スペクトルを持ち、物体を照射した場合の演色評価指数が１００であり、非常に優れた光源である。しかし、そのエネルギー効率は、高いものでも１４ｌｍ／Ｗ程度である。また、白熱光源は容易に調光が可能であるが、一つのランプで減光を行うということは、フィラメントの温度を下げることを意味し、この場合、エネルギー効率は指数関数的に悪くなる。従って、減光状態で長時間使用することはエネルギーの浪費となる。
【０００５】
白熱光源の発光スペクトルは自然法則によって決められているので、白色以外の色を取り出すには、フィルターを用いる他には容易な方法はないのが現状であり、大きなエネルギーの損失は避けられない。
【０００６】
更に、この光源は多量の熱と赤外線を放出する。赤外線は被照射物を変質させるなど害が多く、また、放出される熱は器具の形状を制限し、小型の器具を製作することは困難である。ダウンライトなどにおいては、放熱の必要性から開けられた穴によって、部屋の気密性が破られ、騒音の他室への侵入を招いている。
【０００７】
また、ランプ表面の温度は極めて高く、火傷の危険性は勿論のことであるが、可燃物がランプ表面に触れれば、発火の危険性もある。更に、ランプはガラスで構成されているので、常に破損の危険性がある。
【０００８】
さらにまた、白熱光源である白熱電球の寿命は短く、通常、１０００〜２０００時間である。ランプ寿命をこれ以上に延ばそうとすれば、フィラメント温度を下げる必要があり、先にも述べたように、エネルギー効率が著しく低下する。
【０００９】
次に、放電光源、即ち、蛍光ランプ、ＨＩＤなどは高効率であり、一般に光量も多い。また、一部のＨＩＤを除けば、白色で高演色評価指数を有する。しかしながら、蛍光ランプでは、蛍光体を変更することによって、多彩な発光色を得られるが、この場合、光色は固定となる。可変色にするためには、複数の異なる色に発光する蛍光ランプを調光する必要があるが、調光によって、発光効率が犠牲になる。
【００１０】
放電ランプは、同時に紫外線を発生し、被照射物を変質する。長尺蛍光ランプの中央部以外では発熱があり、火傷の危険性がある。更にランプはガラスで構成されており、破損の危険性がある。大抵の蛍光ランプは内部に水銀などの有害物質を有しており、破損すればそれが飛散する。蛍光ランプの寿命は通常のものでは、数千時間である。調光も可能であるが、フィラメントの与熱などが必要なことから、数％程度まで調光で絞っていくと、エネルギー効率が非常に悪くなるという問題がある。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記ＬＥＤを用いた表示装置では、３原色のＬＥＤを点滅し、見かけ上の多色を得ているに過ぎない。例えば、赤と緑を同時間点灯すれば人の目にその光源はアンバーに見えるが、実際に、琥珀色の物体を赤と緑の純色で照射しても、アンバーには見えない。これは、中間的な波長が欠如しているためである。従って、本発明は、被照射物が、自然な色、もしくは、目的に従った色に見えるような照明装置を提供することを目的とする。
【００１２】
また、白熱光源、放電光源の何れの光源も、上述のように発熱、破損の危険性を有している。従って、本発明は、火傷などの起こらない、表面温度の低い、また、ガラスを用いない照明装置を提供することを目的とする。
【００１３】
さらに、白熱光源、放電光源はどちらも、最大限に、あるいは大量の光を出すときに高いエネルギー効率を示す。調光によって減光すると、エネルギー効率が著しく悪くなる。これは、不必要な時には減光して省エネルギーを行おうという考えに反している。従って、本発明は、光量の如何に関わらず、エネルギー効率が大きく変化することがなく、省エネルギーに適した照明装置を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、複数の異なる発光色の半導体光源及び近赤外線半導体光源を多数個配列し混色により白色を出力する照明光源と、人の存在を感知して動作する人感センサーと、人感センサーの動作及び日照状態により半導体光源の光量が制御可能な手段と、を備えた照明装置であって、前記半導体光源の光量が制御可能な手段は、日照量が十分な場合は赤外線半導体光源を消灯するとともに、人感センサーの出力に応じて白色を形成する複数の異なる発光色の半導体光源を点灯、消灯し、日照量が不十分な場合は赤色、青色及び近赤外線半導体光源を点灯させるとともに、人感センサーの出力に応じて白色を形成する複数の異なる発光色の半導体光源を点灯、消灯するものであることを特徴とする。
【００１５】
さらに具体的には、４種類以上、例えば６色程度のＬＥＤの如き半導体光源を同時に、あるいは時分割で点灯し、被照射物から、自然光で照射した時と同じ程度に視認できるような反射光を得ることができるようにしたことを特徴とするものである。
【００１６】
また、ＬＥＤの如き半導体光源を用いることによって、光源表面が高温にならず、しかも、衝撃などによって破損しないような安全な照明装置としたものである。さらに、半導体光源の点灯時間、点滅時間、点滅パターンを制御することによって、エネルギー効率を下げることなく光量を制御できるようにしたものである。
【００１７】
なお、本発明に係る照明装置は、以下に記載の構成を含むものである。
本発明に係る上記一定目的とは、照射された光が被照射物に反射され、その被照射物を認識することを目的とし、その反射光が自然光で照射した時と同じ程度に視認できることを意味し、光の量とは、被照射物が視認できる明るさであり、調光可能なものにおいても、室内照明用のものでは、２ｍ離れた場合に最大照度が１００ｌｘ（ルクス）以上、手元などの局所照明用のものでは、３０ｃｍの距離で３００ｌｘ以上の明るさを意味する。また、光の質とは、調色できる場合においても、最良の平均演色評価指数が８５以上となることを意味する。
【００１８】
本発明に係る制御手段は、連続的に０〜１００％まで調光可能なものであっても、あるいは段調光、間引き点灯による調光が可能なものであってもよい。また、上記所定の光色を得る手段としては、複数の異なる発光色の半導体光源をそれぞれを調光するものであり、所定の光色は、色温度が２０００Ｋから６０００Ｋの間を変化させることができるものが好ましい。
【００１９】
本発明においては、例えば誘導灯のように、人が移動すべき方向を示す手段が付加されたものであってもよい。
【００２０】
本発明においては、オン・デューティ制御によって調光を行う手段を有し、そのデューティ制御においては、人にチラツキ感を与えないような十分に高い周波数を有し、人が移動する方向を示す為および調色する為に、個々の光源を位相を違えて点滅させるか、または時分割で点滅させるための手段を有するものであってもよい。以上の手段を利用して、更にフェードイン、フェードアウトを行う手段を有するものものであってもよい。
【００２１】
本発明においては、通常時には通常の点灯を行い、災害、火災、停電などの非常時には、非常時モードに切り替わる手段が付加されてもよい。また、人がいない場合、人がいる場合、人以外の光照射の対象になるもの（例えば動植物）がある場合、ない場合で、光の照射モードが変更される手段を有するものであってもよい。
【００２２】
本発明においては、上記照明光源が天井パネルに一体化され、室内と天井裏との空気の流通を遮断し、防音効果を有するものものであってもよい。また、狭い配光をもつ上記照明光源と調色する手段を備えたショーケース用の照明装置であってもよい。さらに、上記照明光源の表面温度が４０℃以下であるものを用い、手摺用の照明灯あるいは足元灯としてもよい。
【００２３】
本発明においては、上記所定の光色を得る手段として、複数の異なる発光色の半導体光源をそれぞれを調光する場合において、白色光を得るために、３種類以上の屈折率の異なる透明材料を組み合わせたものであってもよい。
【００２４】
【作用】
複数の異なる発光色の半導体光源及び近赤外線半導体光源を多数個配列し混色により白色を出力する照明光源と、人の存在を感知して動作する人感センサーと、人感センサーの動作及び日照状態により半導体光源の光量が制御可能な手段と、を備えた照明装置であって、前記半導体光源の光量が制御可能な手段は、日照量が十分な場合は赤外線半導体光源を消灯するとともに、人感センサーの出力に応じて白色を形成する複数の異なる発光色の半導体光源を点灯、消灯し、日照量が不十分な場合は赤色、青色及び近赤外線半導体光源を点灯させるとともに、人感センサーの出力に応じて白色を形成する複数の異なる発光色の半導体光源を点灯、消灯するようにしたことにより、昼間、留守がちな住居や、内部までは日射が不十分な公共スペースなどにおいて、観葉植物などが存在する場合に、植物にも、人間にも、必要な時にだけ、必要な波長の光を照射することで、無駄なエネルギーの消費を省き、かつ、植物の育成を助長する。
【００２５】
【発明の実施の形態】
（参考例１）図１は本発明の参考例１を示すブロック図で、ダウンライトに適用した例を用いて説明する。
【００２６】
半導体光源としては、発光色の異なる４種類以上のＬＥＤ１_R，１_G，１_B，１_Yを平面状に配置する。４種類のＬＥＤ１_R，１_G，１_B，１_Yは、それぞれの種類毎に異なる電源装置２_R，２_G，２_B，２_Yに接続されている。その電源装置２_R，２_G，２_B，２_Yは、接続されているＬＥＤ１_R，１_G，１_B，１_Yの点灯時間の割合を変化させることが出来るように構成されている。これらの電源装置２_R，２_G，２_B，２_Yはコントロール装置３に接続されており、コントロール装置３の命令あるいは信号によって、接続されているＬＥＤ１の点灯時間や点灯のタイミングをコントロールする。コントロール装置３は、命令入力部４である操作パネルやスイッチに接続されている。
【００２７】
操作パネル４から、照射する光の質や強度に関する情報が入力されると、それに応じて、上に述べたように、電源装置２をコントロールする。命令入力部４である操作パネルやスイッチは、人が操作する代わりに、外部からの信号線に置き換わってもよく、その信号線は、例えば、センサーやセキュリティ・システムなどに接続される。
【００２８】
ＬＥＤ１は、現在入手可能な最高輝度のものであれば、５００個程度用いることによって、ダウンライトの直下照度を１００ｌｘ（ルクス）程度にすることが可能である。従って、この実施形態に用いるＬＥＤ１の使用個数は、数百から１０００個程度が適当である。
【００２９】
このように構成された照明装置において、各ＬＥＤ１_R，１_G，１_B，１_Yの点灯時間の割合は一定にして、絶対時間を減少するように電源装置２_R，２_G，２_B，２_Yをコントロールすれば、光色を一定に保ったまま、照度を０〜１００％に調光可能である。そして、本実施形態においては調光の際、各ＬＥＤ１_R，１_G，１_B，１_Yの点灯時間を変化させているだけであるから、エネルギー効率に大きな変化はない。
【００３０】
ところで、従来、照明装置を多数設置して使用した場合、ランプによる色むらが生じることがある。また、経年劣化で色ずれが起きたり、それが元で、色むらが出来る。さらに、ランプの一斉取り替えをしなければ、新しいランプと古いランプでは通常色むらが発生する。
【００３１】
しかしながら、本参考例に係るダウンライトを多数設置した場合、コントロール装置３を操作することによって、光色を微妙に調整することが可能となる。従って、全てのダウンライトの光色を揃えることが可能である。また、経年変化で光色が変化した場合も、同様の操作によって、もとの光色に戻すことが可能である。
【００３２】
（参考例２）この参考例は、上記参考例１の照明装置において、人の存在を感知して動作する人感センサーを備えたものであり、人が作業目的で、その場に居ない場合には、青、赤など視感度の小さい色のランプは点灯しないようにする。これによって、人が居ない場所の照明を、光色は不自然になるが、低い消費電力で一定の照度に保つことができる。人感センサーが人を検知すれば、消灯していた赤、青も点灯し、自然な光色の照明を提供する。例えば防犯上の理由などから、人の居ない場所でも遠くから見た場合は、明るく見せておく必要がある場合がある。本参考例の照明装置は、そのような用途に用いれば好適である。
【００３３】
ＬＥＤは、点滅の繰り返しによる寿命の短縮がなく、また、点灯のレスポンスが早い（消灯状態から数ミリ秒以内に点灯状態になる）ので、センサが反応してから非常に短時間で点灯ができる。
【００３４】
（参考例３）この参考例は、上記参考例１の照明装置において、バッテリと、停電時に電源をバッテリに切り替える装置とを付加したものである。
【００３５】
この実施形態によれば、停電になった時、光量を例えば１％程度まで落とすことによって、バッテリ電源による駆動時間（点灯時間）を長くすることが可能、あるいは一定の駆動時間を得るために必要なバッテリの大きさを小さくすることが可能となる。また、この照明装置を設置しておけば、非常灯が設置されていなくても、停電時に物を識別することが可能となる。
【００３６】
通常の照明では、床面の照度を５０〜２００ｌｘ程度にしているが、上記のように１％程度にしても、０．５〜２ｌｘが確保され、物の判別は可能となる。更に、青や赤といった視感度の低い色のランプは消灯することにより、照度は１％でも、消費電力は０．５％程度にすることが可能である。
【００３７】
なお、本実施形態においては、通常照明と非常時の照明を同一の装置によって行うに当たり、バッテリは必ずしも内蔵されている必要はない。その理由は、例えば、施設自体に蓄電装置や自家発電装置が設置されていることが考えられるからである。このような場合も、蓄電池や自家発電装置の容量は通常小さいので、個々の照明装置が高効率に減光できるのは重要なことである。
【００３８】
（参考例４）この参考例は、段調光あるいは段調色を行うことが可能な照明装置の例であり、上記参考例１の照明装置において、ＬＥＤ１R ，１G ，１B ，１Y をグループ化して、図２に示すように、ダイオード５を介して結線するとともに、多接点型スイッチ６を介して接続し、そのグループ毎に、「切断」「通電」を行ようにする。これによれば、簡単な多接点型スイッチ６だけで調光あるいは調色を行うことが可能となる。
【００３９】
（参考例５）この参考例は、連続調光を行うことが可能な照明装置の例である。
【００４０】
参考例１ではダウンライトについて述べたが、ダウンライト以外の用途においても同様のことが可能である。すなわち、異なる種類のＬＥＤ毎に接続、結線を行い、パルス状の波形を持つ電源によって駆動する。電源は、異なる種類のＬＥＤ毎に設けられる。電源波形のオンの時間とオフの時間はコントロール装置によって制御される。パルスの周期は、人間の目にチラツキを感じさせないよう十分高くする。最低で１０００Ｈｚ程度である。コントロール部は演算装置と制御盤に接続されている。これによって調色、及び調光を行うことができる。演算部は、演色性やＤＵＶなど照明指標を考慮しながら、所望の色温度などを得るのに最適なＬＥＤの点灯パターンを計算し、それを実現する。
【００４１】
（参考例６）この参考例は、参考例５において、全てのＬＥＤを接続、結線して、単一の電源でコントロールするようにすれば、調色はできないが、連続調光のみ可能な照明装置を実現できる。電源のパルスのオン・オフの時間の比率を変化させれば、その比率に比例して、光束が変化するのである。
【００４２】
（参考例７）この参考例は図３に示すように、階段などの手摺部７に本発明に係るＬＥＤ（図示せず）を線状に配置し、階段、通路および手摺を照明する装置である。
【００４３】
本参考例によれば、装置の小型化が図れ、曲線部分にも設置容易である。ＬＥＤは、発光面が高温にならないので、直接手などが触れても負傷することはない。また、間引き点灯が可能なように構成し、バッテリーなどで駆動できるようにしておけば、停電時などに、長時間、非常誘導灯の役目をすることが可能である。
【００４４】
更に、ＬＥＤを４色以上用いることで、自然な白色光を照射することができ、内装の色彩に違和感を与えないようにすることが可能である。また、順次点滅するようにすれば、階段の避難方向（上がるべきか下がるべきか）を表示することも可能である。更に、人感センサー、タッチセンサーなどを用いて、無人の時には照度を落とすようにすれば、省エネルギーが可能となる。
【００４５】
（参考例８）この参考例は図３に示すように、階段などの側面８あるいは段差部９に本発明に係るＬＥＤ（図示せず）を線状に配置し、階段の足元を照明する装置であって、その構成の概要は参考例７と同様である。なお、段差部９に設置した場合は、点滅させることにより段差に対して注意を喚起することが可能である。これら足元に設置されたものは、カバーなどに強度が必要なのは言うまでもないが、万一、衝撃によってカバーが破損しても、従来のランプのようにランプのガラスが破損することはなく安全である。
【００４６】
（参考例９）この参考例は図４に示すように、廊下の天井と壁面の境界部分１０に、４色以上のＬＥＤ（図示せず）を線状に配置したことを特徴とするものである。概要は参考例７と同様である。
【００４７】
このように構成することにより、照明器具自体が目立たないデザイン的に良好な白色光の照明装置が実現できる。実施形態７でも述べたように、非常時には間引き点灯を行ったり、自走式の誘導灯とすることが可能である。
【００４８】
（参考例１０）図５は参考例１０を示すもので、参考例５で述べた照明装置をショーケース用に用いたものである。照明装置１１は、ショーケース１２内にいくつかのユニットとして設置されることが可能で、この場合、ショーケース内の異なる部分を、異なる光源で照射可能である。これは、ＬＥＤの照射角度が小さいことを利用している。これによって、同一ショーケース内に置かれた陳列物でも、それぞれに最良の光色で照明されることができる。なお、図中、１３はコントローラーである。
【００４９】
（参考例１１）この参考例は、例えば、参考例１に示したダウンライトにおいて、４種類以上のＬＥＤが一まとまりになった部分が、多数繰り返し配置された構造になっており、それらの一まとまりになった部分毎に、調光、調色可能な構造になっているもの。これによって、通常は、全部分を均等にコントロールすることによって、照明を行うのみであるが、必要に応じて、図柄、文字などを表示することが可能である。
【００５０】
（参考例１２）この参考例は、例えば、参考例１に示したダウンライトなどにおける、停電時のバッテリー駆動において、図６に示すように、徐々に照度を低下させていくようにしたことを特徴とするものである。これは、すでに述べた、連続調光の仕組みを用いれば実現できる。これによって、停電直後、目が暗闇に慣れるまでは、ある程度の明るさがあるので、物の識別に困ることはなく、また、目が暗闇に慣れた後は、最低限の照度に落とすことで、バッテリーなどでの駆動可能時間を延長することができる。
【００５１】
（実施形態１）この実施形態は、４色以上のＬＥＤで構成するとともに、そのうち少なくとも一つのＬＥＤを近赤外線を発するものとしたことを特徴とするものであり、参考例４および参考例５で述べたような構成によって、調色が可能なように構成されている。また、タイマーや人感センサなどによって点灯パターンを制御できるようになっている。
【００５２】
この照明装置の目的は、昼間、留守がちな住居や、内部までは日射が不十分な公共スペースなどにおいて、観葉植物などが存在する場合に、植物にも、人間にも、必要な時にだけ、必要な波長の光を照射することで、無駄なエネルギーの消費を省き、かつ、植物の育成を助長することである。
【００５３】
表１は点灯制御の基本パターンの一例を示すものであり、５色のＬＥＤを用いた場合の例である。
【００５４】
【表１】

日中の日照が十分で、人が居る場合には、人に対し必要な波長の光のＬＥＤのみを照射する。また、日中の日照が十分で、人が居ない場合には、全てのＬＥＤ消灯する。日中の日照が不十分で、人が居る場合には、植物に必要な近赤外線も含め、全てのＬＥＤを点灯する。さらに、日中の日照が不十分で、人が居ない場合には、植物に必要な近赤外線と青色のＬＥＤのみを照射する。
【００５５】
（参考例１３）この参考例は、図７に示すように、天井用のパネル建材１４に、ＬＥＤ光源１が予め埋め込まれたものであり、配線も天井パネル１４に予め配線され、連結プラグ１５を有している。施工は、この連結プラグ１５を接続しつつ、パネル１４を天井面に配設すればよいような構造になっている。ＬＥＤ光源１の構成の特徴は、参考例１で述べたものと同様である。
【００５６】
この参考例によれば、天井パネル１４に予め光源１が設置されているので、多数のランプを余分な施工工程なくして設置することができる。また、多数のＬＥＤ光源１を天井パネル１４のいたるところに設置することにより、均一な床面照度が得られる照明装置を提供できる。従って、床面照度の最低値が決まっている
場合に、照度むらによって、余計なエネルギーを消費すること無しに照明が可能である。さらに、この参考例では、表面が平面であるので、清掃がしやすいという特長もある。
【００５７】
（参考例１４）図８は参考例１４を示すもので、ダイクロイック・プリズム１６に対して、異なる発光色のＬＥＤ１R ，１G ，１B を異なる方向に配置し、光の波長による屈折率の違いを利用してプリズム１６の１方向から出力できるように構成したものである。このように構成したことにより、ＬＥＤ１R ，１G ，１B から発する光は良好に混合され、白色が得られる。
【００５８】
【発明の効果】
上記のように本発明によれば、内部までは日射が不十分な公共スペースなどにおいて、観葉植物などが存在する場合に、植物にも、人間にも、必要な時にだけ、必要な波長の光を照射することで、無駄なエネルギーの消費を省き、かつ、植物の育成を助長する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一参考例を示すブロック図である。
【図２】本発明の参考例４を示す簡略図である。
【図３】本発明の参考例７および参考例８を示す簡
略図である。
【図４】本発明の参考例９を示す簡略図である。
【図５】本発明の参考例１０を示す簡略図である。
【図６】本発明の参考例１２を説明するための特性図
である。
【図７】本発明の参考例１３を示す簡略図である。
【図８】本発明の参考例１４を示す簡略図である。
【符号の説明】
１半導体光源
２電源装置
３制御（コントロール）装置
４命令入力部

Claims

複数の異なる発光色の半導体光源及び近赤外線半導体光源を多数個配列し混色により白色を出力する照明光源と、人の存在を感知して動作する人感センサーと、人感センサーの動作及び日照状態により半導体光源の光量が制御可能な手段と、を備えた照明装置であって、前記半導体光源の光量が制御可能な手段は、日照量が十分な場合は赤外線半導体光源を消灯するとともに、人感センサーの出力に応じて白色を形成する複数の異なる発光色の半導体光源を点灯、
消灯し、日照量が不十分な場合は赤色、青色及び近赤外線半導体光源を点灯させるとともに、人感センサーの出力に応じて白色を形成する複数の異なる発光色の半導体光源を点灯、消灯するものであることを特徴とする照明装置。