JP4988505B2 - 発光ダイオード照明器具 - Google Patents

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Description

本発明は、発光ダイオードを光源とする発光ダイオード照明器具に関する。
従来から、赤色、緑色及び青色発光ダイオード（以下、総称してＬＥＤという）と、ＬＥＤの光出力を検出する光センサと、光センサの検出結果に従ってＬＥＤの光出力を制御する制御部と、を備えた発光ダイオード照明器具が知られている（例えば、特許文献１参照）。上記の光センサは、赤色光、緑色光及び青色光をそれぞれ検出するため３種のフォトセンサにより構成される。図７に示されるように、３種のフォトセンサのうちの１種は、赤色光のスペクトルにおけるピーク波長近辺で受光感度が最大となる山状の分光感度分布（実線Ｘで示す）を有する。同様に、他の２種のフォトセンサは、一方が緑色光、他方が青色光のピーク波長近辺で受光感度が最大となる山状の分光感度分布（破線Ｙ、一点鎖線Ｚで示す）を有する。そして、３種のフォトセンサの分光感度分布は互いに重なり合っている。
上記の発光ダイオード照明器具において、例えば、ＬＥＤから赤色光が出力され、その発光量すなわち光出力が、ユーザにより設定された光出力（以下、設定値という）よりも小さい場合、３種のフォトセンサの検出出力は、ＬＥＤの光出力が設定値と等しい場合に比べ、一様に低下する。赤色光の光出力が設定値よりも大きい場合には、フォトセンサの検出出力は増加する。制御部は、この増減を基にＬＥＤの光出力の増減を検出する。これに対して、ＬＥＤから出力された赤色光のピーク波長がＬＥＤの温度特性等に起因して変化した場合、３種のフォトセンサの検出出力は、上記のＬＥＤの光出力増減時とは異なる態様で変化する。制御部は、この変化を検出し、赤色光のピーク波長の変化を検出する。このため、ＬＥＤの光出力の増減及びピーク波長変化の各々の検出が可能となる。
しかしながら、各フォトセンサの分光感度分布は、各フォトセンサが対応する色の光のピーク波長近辺で最大となる山状であり、その色以外の色の光に対する各フォトセンサの受光感度は低い。このため、設定されたピーク波長からずれたピーク波長の青色光が出射された場合、全３種のフォトセンサの検出出力はピーク波長変化に伴って変化するが、赤色光に対応するフォトセンサ及び緑色光に対応するフォトセンサの青色光に対する受光感度は低いので、ピーク波長変化の検出精度が低い。従って、ＬＥＤの光出力の増減及びピーク波長変化を高精度に検出することは困難であり、ＬＥＤの光出力とそのピーク波長に依存する光色とをユーザ所望の光出力及び光色とすることが難しい。
特開２００７−１５６２１１号公報
本発明は、上記の従来の問題を解決するためになされたものであり、発光ダイオードの光出力の増減及びピーク波長変化を高精度に検出することで、発光ダイオードの光出力及び光色をユーザ所望の光出力及び光色とすることができる発光ダイオード照明器具を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために本発明は、発光ダイオードと、前記発光ダイオードの光出力
を検出する光センサと、前記光センサの検出結果に従って前記発光ダイオードの光出力を
制御する制御部と、を備えた発光ダイオード照明器具において、前記光センサは、入射光
に対する分光感度分布が互いに異なり、且つその一部が重複する複数の光検出素子を有し
、前記複数の光検出素子の各々の受光感度は、前記発光ダイオードの光出力ピーク波長を
除く、該光出力ピーク波長のプラスマイナス５０ｎｍの波長範囲内で最大とされており、
前記複数の光検出素子のうち、いずれかの光検出素子は、前記発光ダイオードの光出力ピ
ーク波長よりも長い受光波長で受光感度が最大であり、その他の光検出素子は、前記発光
ダイオードの光出力ピーク波長よりも短い受光波長で受光感度が最大であることを特徴と
する。前記発光ダイオードとして、互いに発光色が異なる複数の発光ダイオードが設けら
れており、前記複数の光検出素子は、それら複数の光検出素子を１組として、前記複数の
発光ダイオードに１組ずつ対応するように設けられており、前記制御部は、前記光検出素
子の各組による検出出力変化に基づいて、前記複数の発光ダイオードのいずれかの光出力
が増減したか、又は該光出力のピーク波長が変化したかを識別し、前記光出力の増減分及
び前記ピーク波長の変化分を補正するように前記複数の発光ダイオードの各々への供給電
流を制御してもよい。
本発明によれば、発光ダイオードの光出力増減時には、複数の光検出素子の各々の検出
出力は一様に増減するのに対し、発光ダイオードの光出力ピーク波長が変化時には、複数
の光検出素子の各々の分光感度分布が異なっているので、光検出素子の各々の検出出力は
多様に増減し、その上、光検出素子の各々の受光感度は、発光ダイオードの光出力ピーク
波長近傍において最大であるので、発光ダイオードの光出力の増減及びピーク波長変化を
識別してそれぞれを高精度に検出することができる。従って、発光ダイオードの光出力と
そのピーク波長に依存する光色とをユーザ所望の光出力及び光色とすることができる。
以下、本発明の一実施形態に係る発光ダイオード照明器具（以下、照明器具という）について図１乃至図６を参照して説明する。図１は、本実施形態に係る照明器具の構成を示す。本実施形態の照明器具１は、発光ダイオード（以下、ＬＥＤという）２の光出力変化と、ＬＥＤ２の温度変化等に起因する光出力ピーク波長の変化とを検出することができる。
照明器具１は、ＬＥＤ２と、ＬＥＤ２に電流を供給してＬＥＤ２を点灯させる点灯回路部３と、ＬＥＤ２の光出力を検出する第１及び第２光センサ４、５と、第１及び第２光センサ４、５の検出結果に従い、点灯回路部３を用いてＬＥＤ２の光出力を制御する制御部６と、点灯回路部３及び制御部６に電源を供給する電源部７と、を備える。第１及び第２の光検出素子４、５は複数の光検出素子を有している。第１光センサ４は、図２に示されるように、ＬＥＤ２から発せられる例えば３色の光の光量を検出するため３種の光検出素子４１〜４３を有する。第２光センサ５は、図示は省略するが、光検出素子４１〜４３と同様の構成を有する３種の光検出素子５１〜５３を備える。光検出素子４１と光検出素子５１とは、入射光に対する分光感度分布が互いに異なり、且つその一部は重複している。光検出素子４２と光検出素子５２との間、及び光検出素子４３と光検出素子５３との間にも同様の関係が存在する。電源部７は、電池又は商用電源により構成される。
ＬＥＤ２には、赤色ＬＥＤ２１、緑色ＬＥＤ２２及び青色ＬＥＤ２３（以下、赤色ＬＥＤ２１等という）が含まれる。赤色ＬＥＤ２１等は、基板２４に実装されてＬＥＤモジュール２５を構成している。
第１光センサ４は、ＬＥＤ２と光検出素子４１〜４３との間に、赤色光透過フィルタ４４、緑色光透過フィルタ４５及び青色光透過フィルタ４６（以下、赤色光透過フィルタ４４等という）を有する。
赤色光透過フィルタ４４は、ＬＥＤ２と光検出素子４１との間の光路に設けられている。光検出素子４１は、ＬＥＤ２から発せられて赤色光透過フィルタ４４を透過した赤色光を受光し、その光量を検出する。緑色光透過フィルタ４５は、ＬＥＤ２と光検出素子４２との間の光路に配置され、青色光透過フィルタ４６は、ＬＥＤ２と光検出素子４３との間の光路に配設されている。光検出素子４２は、ＬＥＤ２から発せられて緑色光透過フィルタ４５を透過した緑色光を受光し、光検出素子４３は、ＬＥＤ２から発せられて緑色光透過フィルタ４６を透過した緑色光を受光する。光検出素子４２、４３は、それぞれ、受光量を検出する。
赤色光透過フィルタ４４等は、透過率の波長特性が予め調整された光学部材により構成されている。赤色光透過フィルタ４４は、周囲温度が常温であるときに赤色ＬＥＤ２１等から合成光として出力される単色の赤色光のピーク波長近傍において透過率が最大である。赤色光透過フィルタ４４は、上記のピーク波長近傍において光検出素子４１の受光感度が最大となり、光検出素子４１の分光感度分布が山状となるように構成されている。受光感度が最大となる受光波長は、具体的には、上記赤色光のピーク波長よりも僅かに短い値である。上記の常温とは、例えば略２５度である。また、上記の光出力ピーク波長の近傍とは、光出力ピーク波長から例えばプラスマイナス略５０［ｎｍ］の波長範囲であり、光出力ピーク波長を除く。
同様に、緑色光透過フィルタ４５及び青色光透過フィルタ４６は、周囲温度が常温であるときに赤色ＬＥＤ２１等から合成光として出力される単色の緑色光又は青色光のピーク波長近傍において透過率が最大である。緑色光透過フィルタ４５及び青色光透過フィルタ４６は、上記のピーク波長近傍において光検出素子４２、４３の受光感度が最大となり、光検出素子４２、４３の分光感度分布が山状となるように構成されている。受光感度が最大となる受光波長は、具体的には、上記緑色光又は青色光のピーク波長よりも僅かに短い値である。
第１光センサ４の分光感度分布は、図３（ａ）に示されるように、光検出素子４１〜４３の各々の分光感度分布Ｄ１〜Ｄ３を併せて成る。第１光センサ４の分光感度分布は、３つの山状の分光感度分布を併せて成るものであり、ＬＥＤ２出力の赤色光、緑色光及び青色光のピーク波長Ｆｒ、Ｆｇ、Ｆｂの各々よりも僅かに短い受光波長において受光感度のピークを有する。
第２光センサ５は、ＬＥＤ２と光検出素子５１〜５３との間に、赤色光透過フィルタ５４、緑色光透過フィルタ５５及び青色光透過フィルタ５６（以下、赤色光透過フィルタ５４等という）を有する。赤色光透過フィルタ５４等は、赤色光透過フィルタ４４等と略等しい構成を有しているが、赤色光透過フィルタ５４等と赤色光透過フィルタ４４等との間には差異点があり、それは、赤色光透過フィルタ５４等が、ＬＥＤ２出力の赤色光、緑色光及び青色光のピーク波長の各々よりも僅かに長い３値の受光波長において光検出素子５１〜５３の受光感度をピークとするように構成されている点である。
第２光センサ５の分光感度分布は、図３（ｂ）に示されるように、光検出素子５１〜５３の分光感度分布Ｄ４〜Ｄ６を併せて成る。第２光センサ５の分光感度分布は、３つの山状の分光感度分布を併せて成るものであり、ＬＥＤ２出力の赤色光、緑色光及び青色光のピーク波長Ｆｒ、Ｆｇ、Ｆｂの各々よりも僅かに長い受光波長において受光感度のピークを有する。
上記の第１及び第２光センサ４、５の各々の分光感度分布は、それらを同一波長軸上で併せて示すと、図３（ｃ）に示されるように、受光感度最大の受光波長が、ＬＥＤ２の光出力ピーク波長から波長軸上で互いに異なる方向に、具体的には一方が図中左方向、他方が図中右方向にシフトされた分布となる。第１光センサ４を構成する光検出素子４１の分光感度分布Ｄ１は、ＬＥＤ２出力の赤色光のピーク波長Ｆｒよりも僅かに短い受光波長で受光感度が最大となり、第２光センサを構成する光検出素子５１の分光感度分布Ｄ４は、上記赤色光のピーク波長Ｆｒよりも僅かに長い受光波長で受光感度が最大となる。このように、光検出素子４１、５１の分光感度分布Ｄ１、Ｄ４は、互いに異なり、且つその一部が重複する。
光検出素子４１、５１の各々の受光感度は、赤色光のピーク波長Ｆｒと略等しい受光波長において互いに略等しい。すなわち、光検出素子４１、５１の分布感度分布Ｄ１、Ｄ４の分布曲線が交差し、図中で谷底を形成する部分の受光波長が、赤色光のピーク波長Ｆｒと略等しい。光検出素子４２、５２の分光感度分布Ｄ２、Ｄ５と、光検出素子４３、５３の分光感度分布Ｄ３、Ｄ６も、光検出素子４１、５１の分光感度分布Ｄ１、Ｄ４と同等の関係を有する。
制御部６は、ＣＰＵを含むマイクロプロセッサにより構成することができる。制御部６は、光検出素子４１〜４３、５１〜５３の検出出力の変化、例えば出力電圧又は電流の変化に基づいて、ＬＥＤ２の光出力変化と光出力ピーク波長変化とを検出する。また、制御部９は、ＬＥＤ２の光出力及び光色の設定のためユーザにより操作される不図示の操作部からの信号に基づいて赤色ＬＥＤ２１等の各々の光出力を制御する。
図４は、周囲温度とＬＥＤ２の光出力ピーク波長との関係を示す。ＬＥＤ２の光出力ピーク波長は、ＬＥＤ２の温度上昇に起因して長くなり、ＬＥＤ２の各々の温度低下に起因して短くなる。例えば、周囲温度が常温Ｔ０であるときの光出力ピーク波長がＦ０である場合、周囲温度がＴ０からＴ１（Ｔ１＞Ｔ０）まで上昇すると、ＬＥＤ２の温度も上昇し、その光出力ピーク波長はＦ０からＦ１（Ｆ１＞Ｆ０）まで長くなる。
次に、周囲温度変化に起因してＬＥＤ２の光出力ピーク波長が変化したときの第１及び第２光センサ４、５の検出出力変化について説明する。ここでは、赤色ＬＥＤ２１等から合成光として出力される青色光のピーク波長を例とし、その光出力ピーク波長変化に伴う光検出素子４３、５３の検出出力変化について説明する。
図５及び図６は、周囲温度変化前と変化後の青色光のピーク波長と、光検出センサ４３、５３の分光感度分布Ｄ３、Ｄ６との関係、さらに周囲温度と光検出素子４３、５３の検出出力との関係を示す。ここで、周囲温度が常温Ｔ０であるときの青色光のピーク波長をＦｂとし、受光波長Ｆｂの光に対する光検出素子４３、５３の受光感度をＳ０とし、そのときの光検出素子４３、５３の検出出力をＶ０とする。この検出出力は例えば出力電圧で表される。
周囲温度がＴ０からＴ１（Ｔ１＞Ｔ０）まで上昇すると、赤色ＬＥＤ２１等の温度も上昇し、青色光のピーク波長はＦｂからＦｂ’（Ｆｂ’＞Ｆｂ）まで長くなる。光検出素子４３、５３の各々の分光感度分布は異なっており、受光波長Ｆｂ’に対する光検出素子４３の受光感度は、Ｓ０よりも小さいＳ１であり、光検出素子５３の受光感度は、Ｓ０よりも大きいＳ１である。従って、光検出素子４３の検出出力は、Ｖ０からＶ１まで減り、光検出素子５３の検出出力は、Ｖ０からＶ２まで増える。このように、周囲温度の上昇に伴って青色光のピーク波長が常温時よりも長くなれば、光検出素子４３の検出出力は減り、光検出素子５３の検出出力は増える。同様に、周囲温度の低下に伴って青色光のピーク波長が常温時よりも短くなった場合には、光検出素子４３の出力は増え、光検出素子５３の出力は減る。従って、青色光のピーク波長変化時には、光検出素子４３、５３の検出出力の一方が増えて他方が減り、それらは多様に変化する。
ところで、青色光の光出力すなわち光量が減少又は増加した場合には、光検出素子４３、５３の両方の検出出力が同じ割合で減少又は増加する。すなわち、光検出素子４３、５３の検出出力は、ＬＥＤ２の光出力の増減に伴って一様に増減する。
従って、光検出素子４３、５３はＬＥＤ２の光出力の増減時とピーク波長の変化時とにおいて、検出出力が異なる態様で変化する。光検出素子４１、５１及び光検出素子４２、５２についても同様である。制御部６は、光検出素子４１、５１の両方の検出出力が増減したときには青色光の光量が増減したと識別し、いずれか一方の検出出力が常温時よりも低下又は増加し、他方の検出出力が増加又は低下したときには、青色光のピーク波長が変化したと識別する。制御部６は、同様に、光検出素子４２、５２及び光検出素子４３、５３の検出出力変化に基づいて、緑色光及び赤色光の光出力の増減及びピーク波長変化も検出する。光出力増減時には、光出力をユーザ所望の光出力とするため、その増減分を補正するように赤色ＬＥＤ２１等の各々への供給電流が制御部６により制御される。また、赤色ＬＥＤ２１等の合成光である赤色光、緑色光及び青色光のいずれかにおいてピーク波長が設定された値よりも変化していたときには、光出力ピーク波長に依存する光色をユーザ所望の光色とするため、その変化分を補正するように赤色ＬＥＤ２１等の各々への供給電流が制御部６により制御される。
上記のように構成された照明器具１においては、光検出素子４１〜４３、５１〜５３の検出出力変化に基づいて、ＬＥＤの光出力の増減とピーク波長変化とを識別して検出することができる。
また、赤色光、緑色光及び青色光の各々の光出力及びピーク波長を検出するため光検出素子がそれらの光に対して１組ずつ設けられており、各組の光検出素子の各々は、対応する色の光のピーク波長近傍において最大であるので、従来のように、３色光に対応して３種のフォトセンサを設けて１色の光の光出力及びピーク波長を他の色の光に対応するフォトセンサにより検出する場合と比べ、各色の光出力増減及びピーク波長変化を高精度に検出することができる。このため、ＬＥＤ２により出力される赤色光、緑色光又は青色光、若しくはこれらの合成光において、光出力及び光色をユーザ所望の光出力及び光色とすることができる。
なお、本発明は、上記の実施形態の構成に限定されるものでなく、使用目的に応じ、様々な変形が可能である。
本発明の第１の実施形態に係る発光ダイオード照明器具の構成図。 上記器具の第１光センサの構成図。 （ａ）は上記第１光センサの分光感度分布図、（ｂ）は上記第２光センサの分光感度分布図、（ｃ）は同一波長軸上で表した同第１及び第２光センサの分光感度分布図。 上記器具の発光ダイオードの温度−光出力ピーク波長特性図。 （ａ）は温度変化前の上記発光ダイオードの光出力ピーク波長と上記第１及び第２光センサの分光感度分布の一部との関係を示す図、（ｂ）は温度変化後の同関係を示す図。 周囲温度と上記第１及び第２光センサの検出出力との関係を示す図。 従来の発光ダイオード照明器具における３種のフォトセンサの分光感度分布図。
符号の説明
１ 発光ダイオード照明器具
２ ＬＥＤ
２１ 赤色ＬＥＤ
２２ 緑色ＬＥＤ
２３ 青色ＬＥＤ
４ 第１センサ
５ 第２センサ
４１〜４３、５１〜５３ 光検出素子
４４、５４ 赤色光透過フィルタ
４５、５５ 緑色光透過フィルタ
４６、５６ 青色光透過フィルタ

Claims (2)

  1. 発光ダイオードと、前記発光ダイオードの光出力を検出する光センサと、前記光センサ
    の検出結果に従って前記発光ダイオードの光出力を制御する制御部と、を備えた発光ダイ
    オード照明器具において、
    前記光センサは、入射光に対する分光感度分布が互いに異なり、且つその一部が重複す
    る複数の光検出素子を有し、
    前記複数の光検出素子の各々の受光感度は、前記発光ダイオードの光出力ピーク波長を
    除く、該光出力ピーク波長のプラスマイナス５０ｎｍの波長範囲内で最大とされており、
    前記複数の光検出素子のうち、いずれかの光検出素子は、前記発光ダイオードの光出力
    ピーク波長よりも長い受光波長で受光感度が最大であり、その他の光検出素子は、前記発
    光ダイオードの光出力ピーク波長よりも短い受光波長で受光感度が最大であることを特徴
    とする発光ダイオード照明器具。
  2. 前記発光ダイオードとして、互いに発光色が異なる複数の発光ダイオードが設けられて
    おり、
    前記複数の光検出素子は、それら複数の光検出素子を１組として、前記複数の発光ダイ
    オードに１組ずつ対応するように設けられており、
    前記制御部は、前記光検出素子の各組による検出出力変化に基づいて、前記複数の発光
    ダイオードのいずれかの光出力が増減したか、又は該光出力のピーク波長が変化したかを
    識別し、前記光出力の増減分及び前記ピーク波長の変化分を補正するように前記複数の発
    光ダイオードの各々への供給電流を制御することを特徴とする請求項１に記載の発光ダイ
    オード照明器具。
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