JP4299006B2 - Portable LED lighting device - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、LED照明装置に関し、特に単一若しくは極少数の高輝度白色LEDを用いた携帯型照明装置や自転車の前照灯などに好適に適用できる携帯型LED照明装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来の携帯型照明装置や自転車の前照灯における光源には、所定の輝度を確保するために、300mA〜1000mAの電流を流すことができる豆電球が用いられていたが、フィラメントを用いているため寿命が短く、また光変換効率も低いために電池寿命も短いという問題があった。
【0003】
一方、LEDは寿命が長くかつ光変換効率も高いという利点があるが、最大でも30mA程度の電流しか流すことができないため、所望の輝度を得難く、そのため、照明装置としてではなく単体若しくは複数のLED素子を配設した信号灯などに主に適用されていた。
【0004】
また、照明用や表示用の光源として、多数のLED素子を用いた大掛かりな構成のLED光源も提案され、さらに制御手段にて温度検知素子にて検出したLEDの温度が一定となるように電力制御を行うことが開示されている(例えば、特許文献1参照。)。
【0005】
【特許文献1】
特開平11−162660号公報
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、LED素子を用いた携帯型照明装置を実現するためには、単体若しくは極少数のLED素子を用いてコンパクトな構成とする必要があり、そのためには豆電球並みの大電流を流すことができて、単体で輝度の高いLED素子を用いる必要があるが、そのようなLED素子は発熱量が大きいために、自身の発熱によってLED素子が破壊しないように、LED素子の温度に応じて通電制御を行う必要がある。
【0007】
そこで、上記特許文献1に示すように、LED素子の近傍に温度検知素子を配設してLED素子の温度を検知することにより、常に最大限の明るさの照明ができるようにすることが考えられるが、携帯型照明装置において温度検知素子を配設するとコンパクトに構成することができず、またコスト高になるという問題がある。
【0008】
本発明は、上記従来の問題点に鑑み、コンパクトで安価な構成でかつLED素子の破壊を生じる恐れなく明るい照明を実現できる携帯型LED照明装置を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明の携帯型LED照明装置は、電池収容部と、単一若しくは極少数の高輝度LEDから成る発光部およびその基板と、電池収容部に収容される電池を電源としてLEDの駆動電流を制御する電流制御手段と、LEDからの光を一方に向けて出射し照明する反射板と、反射板からの出射光を集光するレンズとを備えた携帯型LED照明装置において、LEDは反射板の中央部に熱的に結合され、反射板は基板に熱的に結合され、LEDの順方向両端電圧(以下、Vfと記すことがある。)からLEDのジャンクション温度を検出する温度検出手段と、検出されるLEDのジャンクション温度を基にLEDが自身の発熱によって破壊しないように電流制御手段を制御する制御手段と、を備えたことを1つの特徴とするものである。
【0010】
この構成によれば、単一若しくは極少数の高輝度白色LEDから成る発光部を有するコンパクトな構成の携帯型LED照明装置において、温度検知素子を用いないコンパクトで安価な構成にて、LEDのジャンクション温度を検出することができ、LEDの基板および反射板相互の熱的結合によるまわりへの放熱の基に、LEDが自身の発熱によって破壊しないようにLEDに対する通電制御を行うことができる。
【0011】
また、制御手段は、ジャンクション温度が一定になるように電流制御手段を制御するようにすると、ジャンクション温度の一定値を限界値に近づけることで、破壊を生じない範囲で常に限界の明るさを得ることができる。
【0013】
また、本発明の携帯型LED照明装置は、電池収容部と、単一若しくは極少数の高輝度LEDから成る発光部およびその基板と、電池収容部に収容される電池を電源としてLEDの駆動電流を制御する電流制御手段と、LEDからの光を一方に向けて出射し照明する反射板と、反射板からの出射光を集光するレンズとを備えた携帯型LED照明装置において、電流制御手段は、高輝度白色LEDに対してPWM制御による通電制御を行い、照明の明るさを設定する調光手段と、調光手段の設定に応じて電流制御手段を制御する制御手段を備えたことを別の特徴とするものであり、LEDの基板および反射板相互の熱的結合によるまわりへの放熱の基に、調光手段を調整設定することにより、設定値に応じてPWM制御にてLEDに対する通電が制御されることで、任意の明るさの照明を得ることができる。
【0015】
また、本発明の携帯用LED照明装置は、上記1つの特徴または別の特徴において、さらに、電源の電池寿命を検出する手段と、電池寿命が限界に近づいた時に警告動作をさせる制御手段とを備えたものであり、LEDを用いていることにより電池寿命が近づいて電池電圧が一定値以下になった時にLEDの発光が突然停止し、不測に照明が消えてしまうという不都合の発生を未然に警告されることで、的確に対策を講じることができ、使い勝手が向上する。
【0016】
また、その警告動作としては、高輝度白色LEDを点滅させたり、警告表示手段を作動させたり、高輝度白色LEDに対する通電量を徐々に低下させて照明を徐々に暗くしたりするのが好適である。
【0017】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のLED照明装置を適用した携帯型照明装置の第1の実施形態について、図1〜図3を参照して説明する。
【0018】
まず、携帯型照明装置の装置構成を図1を参照して説明する。図1において、1は小型電池を電源とする懐中電灯などの携帯型照明装置であって、光源として単一の高輝度白色LED2から成るLED発光部3を有し、電源用の電池4がケース5内に配設されている。
【0019】
ケース5は、電池4を収容する電池収容部6と、LED発光部3とその基板7とLED発光部3に対する通電制御を行う制御部8とを収容する光源収容部9とを有する本体ケース10を備えており、その光源収容部9の前部に、反射部材11と集光用のレンズ12を収容保持する前ケース13が螺合して装着され、また電池収容部6の後端面に開口された電池挿入口を電池蓋14にて開閉するように構成されている。
【0020】
LED発光部3を構成する高輝度白色LED2は、定格電流値が350mA程度で、最大500mAの電流が流すことができる性能を有しているもので、これによって懐中電灯や自転車の前照灯などに使用できる輝度の光を放射することができる。なお、高輝度白色LED2の定格電流値としては、100mA〜1000mAのものを適用することができ、350mA〜500mAのものが必要な輝度が得られるとともに消費電力が過大とならず好適である。
【0021】
反射部材11は、LED発光部3からの光をほぼ一方向に向けて反射するように前面開口11aに向けて湾曲した椀形状に形成されるとともに、熱伝達係数の高い金属材料にて構成されており、その中央部にLED発光部3が熱的に結合されて配置されている。また、LED発光部3の基板7も熱伝達係数の高い金属材料にて構成されており、反射部材11の中央部はこの基板7にも熱的に結合されている。
【0022】
集光用のレンズ12は、反射部材11の前面開口11aに配設され、透明樹脂にて構成されるとともに反射部材11とこのレンズ12との間に断熱部材15が介装されている。
【0023】
制御部8においては、図2に示すように、電池4と限流抵抗16と高輝度白色LED2とこの高輝度白色LED2に対する通電制御を行うPWM制御手段17とが直列接続されている。また、高輝度白色LED2のVfを検出するVf検出手段18と、このVf検出手段18による検出信号に基づいて高輝度白色LED2のジャンクション温度を検出する温度検出手段19が設けられている。PWM制御手段17は制御手段20にて制御される。また、制御手段20はVf検出手段18に対して温度検出手段19に対して検出信号を出力するタイミング信号が出力されるとともに、Vf検出手段18及び温度検出手段19の検出信号が入力されている。
【0024】
また、電池4の電池寿命を検出するため、電池電圧検出手段21が設けられてその検出信号が制御手段20に入力され、制御手段20にて電池寿命が近いことを警告する警告表示手段22を作動させるように構成されている。また、制御手段20には高輝度白色LED2の輝度を調整設定する調光手段23による指令信号が入力されている。
【0025】
次に、以上の構成の携帯型照明装置1の作用を説明する。LED発光部3の高輝度白色LED2に電池4からPWM制御手段17にて制御された電流が流されることで光が発せられ、その光が反射部材11にてその前面開口11aからほぼ一方向に向けて出射されることで、所望領域が所要の照度で照明される。また、このようにLED発光部3の高輝度白色LED2に350mA〜500mA程度の大電流を流すことによって、発熱量が大きくなっても、LED発光部3で発生した熱は反射部材11にてその周囲に伝熱されて効果的に放熱することができ、したがって大きな放熱手段を別途に設けることなく、コンパクトな構成にてLED発光部3の過熱を確実に防止し、LED発光部3を用いた長寿命の携帯型照明装置1を得ることができる。
【0026】
また、反射部材11の前面開口11aに集光用のレンズ12を配設しているので、高輝度白色LED2の発光部が点光源でなくかつ光の放射角度が大きいために反射部材11だけでは照明範囲が拡がって所定の照度が得られなくなるのに対して、レンズ12で集光することで所要の照明領域において所定の照度を確保することができ、かつレンズ12と反射部材11との間に介装された断熱部材15にて放熱部材としての反射部材11が高温になってもレンズ12が熱で悪影響を受けたり、損傷したりするのを防止することができる。
【0027】
そして、上記PWM制御手段17による高輝度白色LED2に対する通電制御は、次のように行われる。すなわち、制御手段20にて適当時間間隔おきに、人には照度低下が気にならない程度の極めて短い時間だけ低電流を流し、そのときの高輝度白色LED2のVfをVf検出手段18にて検出し、その検出結果に基づいて温度検出手段19にてジャンクション温度を推定検出する。高輝度白色LED2のVfとジャンクション温度とは、図3に示すような相関を有しているので、温度検出素子を設けて温度検出しなくても、Vfを測定することで図3の相関に基づいてジャンクション温度を推定検出することができる。
【0028】
このようにして検出したジャンクション温度が高輝度白色LED2が破壊しない温度範囲内の最高温度に近い一定温度になるように、制御手段20からPWM制御手段17に対して通電指令を出力し、PWM制御手段17にて通電制御を行っている。これにより、高輝度白色LED2のVfがばらついても、高輝度白色LED2が破壊しないように通電制御がなされ、かつその範囲で常に限界の明るさで照明することができる。したがって、温度検知素子を用いないコンパクトで安価な構成にて、高輝度白色LED2が自身の発熱によって破壊しないように通電制御を行うことができる。
【0029】
また、使用者が調光手段23にて無段階若しくは段階的に照度調整を行うと、制御手段20にその指令信号が入力され、制御手段20からPWM制御手段17に対して通電指令が出力され、PWM制御手段17にて所望の照度となるように通電制御が行われる。その際に、高輝度白色LED2が破壊しないように電流値の最大値が制限されることは勿論のことである。かくして、調光手段23を調整設定することで、任意の明るさの照明を得ることができる。
【0030】
また、電池電圧検出手段21にて電池4の出力電圧が検出されており、その出力電圧が高輝度白色LED2を点灯できない電圧まで低下する電池4の寿命に達する前に、制御手段20にて警告表示手段22が作動される。これにより、電池4の寿命が近いことを使用者に警告し、不測に突然高輝度白色LED2が消灯して全く照明できないという事態の発生が未然に防止される。
【0031】
また、この警告表示手段22の作動に替えて若しくはそれと共に、電池4の寿命が近づくと、高輝度白色LED2が点滅するようにPWM制御手段17を制御してもよく、また高輝度白色LED2の輝度が徐々に暗くなるようにPWM制御手段17を制御してもよい。
【0032】
また、高輝度白色LED2に対する通電制御方法として、上記のように温度検出手段19にて検出したジャンクション温度が一定になるように制御手段20からPWM制御手段17に対して通電指令を出力する代わりに、電圧値(Vf)と電流値(I)の積の電力値(W)が一定になるように制御手段20から電流値(I)指令をPWM制御手段17に対して出力するようにしてもよく、そうすると高輝度白色LED2のVfがばらついても常に一定の照度の照明を行うことができる。
【0033】
次に、本発明のLED照明装置を適用した携帯型照明装置の第2の実施形態について、図4を参照して説明する。なお、装置構成は第1の実施形態と同一であるため説明を省略し、制御部の構成についても第1の実施形態と同一の構成要素については、同一の参照符号を付して説明を省略し、相違点のみを説明する。
【0034】
上記第1の実施形態では、Vf検出手段18や温度検出手段19を設けて高輝度白色LED2のジャンクション温度を監視して通電制御を行うようにした例を示したが、本実施形態においては、高輝度白色LED2に熱的に結合されるように正温度特性抵抗素子24を配設するとともにこの正温度特性抵抗素子24を高輝度白色LED2に対して直列に接続している。
【0035】
このように構成することで、高輝度白色LED2のジャンクション温度が高くなるとそれに伴って正温度特性抵抗素子24の抵抗値が高くなることで高輝度白色LED2に対する通電量が制御されることでジャンクション温度の上昇が阻止され、常に所定のジャンクション温度以下となるように高輝度白色LED2に対して駆動電流が通電され、高輝度白色LED2の破壊が防止される。
【0036】
【発明の効果】
本発明の携帯用LED照明装置によれば、単一若しくは極少数の高輝度白色LEDから成る発光部を有するコンパクトな構成のLED照明装置において、温度検知素子を用いないコンパクトで安価な構成にて、LEDのジャンクション温度を検出することができ、LEDの基板および反射板相互の熱的結合によるまわりへの放熱の基に、LEDが自身の発熱によって破壊しないようにLEDに対する通電制御を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のLED照明装置の第1の実施形態の携帯型照明装置の概略構成を示す断面図である。
【図2】同実施形態の制御部の構成図である。
【図3】LEDの順方向端子電圧(Vf)とジャンクション温度の相関図である。
【図4】本発明のLED照明装置の第2の実施形態の制御部の構成図である。
【符号の説明】
1 携帯型照明装置(LED照明装置)
2 高輝度白色LED
3 LED発光部
4 電池
17 PWM制御手段(電流制御手段)
18 Vf検出手段
19 温度検出手段
20 制御手段
22 警告表示手段
23 調光手段
24 正温度特性抵抗素子[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a LED lighting device, and more particularly to a portable LED lighting device can be suitably applied to a portable lighting device and bicycle headlight using a high-brightness white LED single or very few.
[0002]
[Prior art]
In order to ensure a predetermined luminance, a miniature light bulb capable of flowing a current of 300 mA to 1000 mA is used as a light source in a conventional portable lighting device or a bicycle headlamp, but a filament is used. Therefore, there is a problem that the life is short and the battery life is short because the light conversion efficiency is low.
[0003]
On the other hand, the LED has an advantage that it has a long life and high light conversion efficiency, but since it can only flow a current of about 30 mA at the maximum, it is difficult to obtain a desired luminance. Mainly applied to signal lamps and the like provided with LED elements.
[0004]
In addition, a large-scale LED light source using a large number of LED elements has been proposed as a light source for illumination and display, and further, power is used so that the temperature of the LED detected by the temperature detection element by the control means is constant. Control is disclosed (for example, refer to Patent Document 1).
[0005]
[Patent Document 1]
JP-A-11-162660 [0006]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in order to realize a portable lighting device using an LED element, it is necessary to have a compact configuration using a single or a very small number of LED elements. It is necessary to use an LED element with high brightness as a single unit. However, since such an LED element generates a large amount of heat, it is energized according to the temperature of the LED element so that the LED element does not break down due to its own heat generation. It is necessary to control.
[0007]
Therefore, as shown in the above-mentioned
[0008]
In view of the above-described conventional problems, an object of the present invention is to provide a portable LED illuminating device that can realize bright illumination with a compact and inexpensive configuration without causing destruction of an LED element.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
The portable LED lighting device of the present invention controls the drive current of an LED using a battery housing part, a light emitting part composed of a single or very few high-intensity LEDs and its substrate, and a battery housed in the battery housing part as a power source. A portable LED illuminating device comprising: a current control means for performing the above operation; a reflector that emits light from the LED toward one side; and a lens that collects the light emitted from the reflector; thermally coupled to the central portion, the reflecting plate is thermally coupled to the substrate, LED forward voltage across the temperature sensing means for detecting the junction temperature of the LED (hereinafter, sometimes referred to as Vf.), it is an one wherein the LED based on the LED junction temperature is detected and a control means for controlling the current control means so as not to destroy the heat generation of itself.
[0010]
According to this configuration, in a portable LED lighting device having a compact configuration having a light emitting unit composed of a single or a very small number of high-intensity white LEDs, the junction of the LED can be formed with a compact and inexpensive configuration that does not use a temperature detection element. The temperature can be detected, and energization control of the LED can be performed so that the LED does not break down due to its own heat generation , based on heat radiation to the surroundings due to thermal coupling between the LED substrate and the reflector .
[0011]
In addition, when the control means controls the current control means so that the junction temperature is constant, the brightness of the limit is always obtained within a range in which no breakdown occurs by bringing the constant value of the junction temperature close to the limit value. be able to.
[0013]
In addition, the portable LED lighting device of the present invention includes a battery housing portion, a light emitting portion composed of a single or very few high-brightness LEDs and its substrate, and a battery that is housed in the battery housing portion as a power source. In a portable LED illumination device, comprising: a current control means for controlling the light; a reflector for emitting light from the LED toward one side; and a lens for collecting the light emitted from the reflector; is a high luminance have row energization control by the PWM control with respect to the white LED, comprising: a light control means for setting the brightness of the illumination, the control means for controlling the current control means according to the setting of the dimming means The LED is controlled by PWM control according to the set value by adjusting the dimming means based on the heat dissipation to the surroundings due to the thermal coupling between the LED substrate and the reflector. Against By but controlled, it is possible to obtain an illumination of any brightness.
[0015]
The portable LED lighting device according to the present invention further includes means for detecting the battery life of the power source and control means for performing a warning operation when the battery life approaches a limit. With the use of the LED, when the battery life approaches and the battery voltage drops below a certain value, the light emission of the LED suddenly stops and the light turns off unexpectedly By being warned, appropriate measures can be taken, and usability is improved.
[0016]
As the warning operation, it is preferable to blink the high-intensity white LED, operate the warning display means, or gradually reduce the lighting by gradually decreasing the energization amount to the high-intensity white LED. is there.
[0017]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, a first embodiment of a portable illumination device to which the LED illumination device of the present invention is applied will be described with reference to FIGS.
[0018]
First, the device configuration of the portable illumination device will be described with reference to FIG. In FIG. 1,
[0019]
The
[0020]
The high-intensity
[0021]
The
[0022]
The condensing
[0023]
In the
[0024]
Further, in order to detect the battery life of the
[0025]
Next, the operation of the
[0026]
In addition, since the condensing
[0027]
And the energization control with respect to high-intensity white LED2 by the said PWM control means 17 is performed as follows. In other words, the control means 20 causes a low current to flow for an extremely short period of time so that the illuminance reduction is not noticed to the person at appropriate time intervals, and the Vf of the high brightness
[0028]
The control means 20 outputs an energization command to the PWM control means 17 so that the detected junction temperature becomes a constant temperature close to the maximum temperature within the temperature range in which the high-intensity
[0029]
Further, when the user adjusts the illuminance in a stepless or stepwise manner with the light control means 23, the command signal is input to the control means 20, and the energization command is output from the control means 20 to the PWM control means 17. The energization control is performed by the PWM control means 17 so as to obtain a desired illuminance. At that time, of course, the maximum value of the current value is limited so that the high-intensity
[0030]
Further, the output voltage of the
[0031]
Further, instead of or together with the operation of the warning display means 22, the PWM control means 17 may be controlled so that the high-intensity
[0032]
In addition, as a power supply control method for the high-intensity
[0033]
Next, a second embodiment of a portable lighting device to which the LED lighting device of the present invention is applied will be described with reference to FIG. Since the apparatus configuration is the same as that of the first embodiment, the description thereof is omitted, and the configuration of the control unit is also given the same reference numerals for the same components as those of the first embodiment, and the description thereof is omitted. Only the differences will be described.
[0034]
In the said 1st Embodiment, although the Vf detection means 18 and the temperature detection means 19 were provided and the junction temperature of the high-intensity
[0035]
With this configuration, when the junction temperature of the high-intensity
[0036]
【The invention's effect】
According to the portable LED lighting device of the present invention, in a compact configuration LED lighting device having a light emitting portion composed of a single or very few high-intensity white LEDs, a compact and inexpensive configuration without using a temperature detecting element. It is possible to detect the junction temperature of the LED, and to control the energization of the LED so that the LED does not break down due to its own heat generation , based on the heat radiation to the surroundings due to the thermal coupling between the LED substrate and the reflector. it can.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of a portable illumination device according to a first embodiment of an LED illumination device of the present invention.
FIG. 2 is a configuration diagram of a control unit according to the embodiment.
FIG. 3 is a correlation diagram of LED forward terminal voltage (Vf) and junction temperature.
FIG. 4 is a configuration diagram of a control unit according to a second embodiment of the LED lighting device of the present invention.
[Explanation of symbols]
1 Portable illumination device (LED illumination device)
2 High brightness white LED
3 LED
18 Vf detection means 19 Temperature detection means 20 Control means 22 Warning display means 23 Dimming means 24 Positive temperature characteristic resistance element
Claims (7)
LEDは反射板の中央部に熱的に結合され、反射板は基板に熱的に結合され、LEDの順方向両端電圧からLEDのジャンクション温度を検出する温度検出手段と、検出されるLEDのジャンクション温度を基にLEDが自身の発熱によって破壊しないように電流制御手段を制御する制御手段と、を備えたことを特徴とする携帯型LED照明装置。 A battery housing unit, a light emitting unit comprising a single or very few high-brightness LEDs and its substrate , a current control means for controlling the drive current of the LED using a battery housed in the battery housing unit as a power source , and light from the LED In a portable LED illuminating device including a reflecting plate that emits light toward one side and a lens that collects light emitted from the reflecting plate ,
The LED is thermally coupled to the central portion of the reflector, the reflector is thermally coupled to the substrate, and temperature detecting means for detecting the junction temperature of the LED from the forward voltage across the LED, and the detected junction of the LED portable LED lighting apparatus characterized by comprising a control means for controlling the current control means so as not to destroy the heat generated LED is itself based on the temperature.
LEDは反射板の中央部に熱的に結合され、反射板は基板に熱的に結合され、電流制御手段は、高輝度白色LEDに対してPWM制御による通電制御を行い、照明の明るさを設定する調光手段と、調光手段の設定に応じて電流制御手段を制御する制御手段を備えたことを特徴とする携帯型LED照明装置。 A battery housing unit, a light emitting unit comprising a single or very few high-brightness LEDs and its substrate , a current control means for controlling the drive current of the LED using a battery housed in the battery housing unit as a power source , and light from the LED In a portable LED illuminating device including a reflecting plate that emits light toward one side and a lens that collects light emitted from the reflecting plate ,
LED is thermally coupled to the central portion of the reflector, the reflector is thermally coupled to the substrate, the current control means have row energization control by the PWM control with respect to high-intensity white LED, the brightness of illumination A portable LED illuminating device comprising: a light control unit for setting the current control unit; and a control unit for controlling the current control unit according to the setting of the light control unit.
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