JP4988524B2 - 発光ダイオード照明器具 - Google Patents

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、互いに発光色が異なる複数の発光ダイオードと、これらの光出力を測定する光センサと、光センサによる測定結果に基づき、発光ダイオードの発光強度を制御する制御手段とを備えた発光装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。この装置においては、基本的に、すべての発光ダイオードが発光し、照明光として白色光が出力されるが、所定の期間には、１つ又は２つ以上の発光ダイオードが順に点灯され、その光出力が光センサにより検出されて、各色の発光ダイオードの光出力が求められる。そして、その結果に基づいて、各発光ダイオードが制御手段により制御され、照明光が所望の白色点で安定する。

また、上記の発光装置と同様の部材で構成されており、基本的には、制御手段により発光ダイオードへの供給電流が発光色ごとに制御され、照明光として白色光を出力する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２参照）。この器具において、発光ダイオードには電流がパルス状に送られ、所定の期間には、１色の発光ダイオードへの電流パルスがオンとされ、その他の発光ダイオードへの電流パルスはオフとされて、発光ダイオードが１色ずつ順に点灯され、それぞれの光出力が光センサにより検出される。制御手段はその検出結果に基づいて各発光ダイオードの光出力を制御し、照明光の色度を所望と色度とする。

ところで、特許文献１及び特許文献２に記載の技術では、照明光の色度の高精度な制御が可能となるが、各色の発光ダイオードの光出力検出時に、発光ダイオードを順に点灯させるため、測定対象の発光ダイオードに対しては電源をオンし、測定対象外の発光ダイオードに対しては電源をオフする必要があるので、度重なる電源のオン・オフによって電源回路に負荷がかかり、電源回路が故障する虞がある。
特開２００５−１５７３１６号公報 特表２００２−５３３８７０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、各色の発光ダイオードの光出力検出のため各色の発光ダイオードへの電源供給をオン・オフしてそれらを順に点灯させる必要をなくして、電源回路への負荷を低減させることで、電源回路の故障を防ぐ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、互いに分光分布が異なる複数の発光ダイオードと、前記発光ダイオードを点灯させるための電源回路と、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基づき、前記電源回路から前記発光ダイオードの各々に供給される電流を制御することで、該発光ダイオードの各々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、前記複数の発光ダイオードのピーク波長にそれぞれ受光感度を持つ複数の第１の光検出素子と、前記複数の発光ダイオードの分光分布から外れた波長帯域に受光感度を持つ第２の光検出素子と、を有し、前記複数の第１の光検出素子は、それらの受光感度分布が互いに重複しないように構成されていることを特徴とする。

前記複数の発光ダイオードは、赤色発光ダイオード、青色発光ダイオード又は緑色発光ダイオードのいずれかであり、前記第２の光検出素子は、赤外線又は紫外線を検出することが好ましい。

本発明によれば、光センサの受光感度分布は、発光色の異なる発光ダイオードの各々の分光分布に対応し、かつ、互いに重複しないので、光センサにより各色の発光ダイオードの光出力を同時に検出することができる。その結果、従来のように各色の発光ダイオードの光出力検出のため各色の発光ダイオードへの電力供給をオン・オフしてそれらを順に点灯させる必要がなくなり、全ての色の発光ダイオードを点灯させた状態で各色の光出力を検出することが可能となり、電源回路にかかる負荷を低減させることができる。このため、電源回路の故障を防ぐことができる。

また、光センサにより発光ダイオードの出力光の波長帯域外の光を検出することができるので、外光は一般的にその光強度が波長に拘らず略一定であることから、その検出結果に基づいて、外光における各発光ダイオードの出力光と略同じ波長の光強度を推定することができ、従って、その推定結果に基づいて光センサによる各発光ダイオードの光出力の検出結果を補正することで、外光による検出誤差をなくすことができる。このため、光出力の高精度な検出に基づいて発光ダイオードの高精度な光出力制御が可能となり、照明光の色度を高精度に所望の色度とすることができる。

以下、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（以下、照明器具という）について図１乃至図３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。この照明器具１は、互いに分光分布が異なる複数の発光ダイオード（以下、ＬＥＤという）２と、ＬＥＤ２を点灯させるための点灯回路３と、ＬＥＤ２の光出力を検出する光センサ４と、点灯回路３に電源を供給するための電源回路５と、光センサ４の検出結果に基づき、電源回路５からＬＥＤ２の各々に供給される電流を制御することで、ＬＥＤ２の各々の光出力を制御する制御部６と、を備える。光センサ４は、その受光感度分布が、各ＬＥＤ２の分光分布に対応し、かつ、互いに重複しないように構成されている。

ＬＥＤ２には、赤色ＬＥＤ２１、緑色ＬＥＤ２２及び青色ＬＥＤ２３（以下、赤色ＬＥＤ２１等と総称する）が含まれており、これらは基板２４に実装されてＬＥＤモジュール２５を構成する。赤色ＬＥＤ２１等の各々の光出力のピーク波長は、例えば、略６２０［ｎｍ］、５４０［ｎｍ］、４６０［ｎｍ］とする。ピーク波長の数値は上記に限定されない。赤色ＬＥＤ２１等からは、各々の光出力が制御され、それらの合成光として白色光が出力されている。

図２は、光センサ４の構成を示す。光センサ４は、赤色光透過フィルタ４１、緑色光透過フィルタ４２及び青色光透過フィルタ４３（以下、赤色光透過フィルタ４１等と総称する）と、これらの各々に対応して透過光を検出する３個の光検出素子４４、４５、４６とにより構成されている。

赤色光透過フィルタ４１は、赤色ガラス基板で構成された光学的なバンドパスフィルタから成る。このバンドパスフィルタは、そのバンド幅が赤色ＬＥＤ２１の光出力のピーク波長（略６２０［ｎｍ］）に対して±略４０［ｎｍ］の波長帯域内に収まるように設定されており、光検出素子４４による受光感度を赤色ＬＥＤ２１の光出力のピーク波長ｆｒと略等しい受光波長において最大とする。緑色光透過フィルタ４２及び青色光透過フィルタ４３も、緑色ＬＥＤ２２及び青色ＬＥＤ２３との間で、また光検出素子４５、４６との間で、同様の関係を有するように構成されている。また、赤色光透過フィルタ４１等の各々は、光検出素子４４〜４６の各々による受光感度分布が互いに重複しないように、そのバンド幅が設定されている。バンド幅は、ガラス基板の色度又は色素成分の濃度等の調整により設定可能である。光検出素子４４〜４６はフォトトランジスタ又はフォトダイオード等により構成することができる。なお、バンド幅は上記に限定されない。

図３は、赤色ＬＥＤ２１等の分光分布と光センサ４の受光感度分布とを示す。光検出素子４４による受光感度分布Ｆ１は、上述の赤色光透過フィルタ４１のフィルタ特性に依存するので、赤色ＬＥＤ２１の分光分布Ｓ１と対応しており、受光感度が有効な受光波長帯域は、例えば、略５８０〜６６０［ｎｍ］とされる。同様に、光検出素子４５による受光感度分布Ｆ２は、緑色ＬＥＤ２２の分光分布Ｓ２と対応しており、受光感度が有効な受光波長帯域は、例えば、略５００〜５８０［ｎｍ］とされる。また、光検出素子４６による分光分布Ｓ３は、青色ＬＥＤ２３の分光分布Ｓ３と対応しており、受光感度が有効な受光波長帯域は、例えば、略４２０〜５００［ｎｍ］とされる。

本実施形態においては、光センサ４の受光感度分布は、赤色光透過フィルタ４１等により調整され、赤色ＬＥＤ２１等の各々の分光分布に対応し、かつ、互いに重複しないので、赤色ＬＥＤ２１等の各々の光出力を同時に検出することができる。その結果、従来のように各色のＬＥＤの光出力検出のため各色のＬＥＤへの電力供給をオン・オフしてそれらを順に点灯させる必要がなくなり、全ての色のＬＥＤを点灯させた状態で各色の光出力を検出することが可能となる。従って、電源回路５にかかる負荷を低減させることができ、電源回路５の故障を防ぐことができる。

次に、本発明の第２の実施形態に係る照明器具について図４及び図５を参照して説明する。本実施形態の照明器具は光センサ以外の構成が第１の実施形態と同じであるため、全体的な構成の図示は省略する。図４は、本実施形態に係る照明器具の光センサの構成を示す。この照明器具１の光センサ４は、第１の実施形態の構成と比べ、赤外線透過フィルタ４７及び紫外線透過フィルタ４８と、これらの各々に対応して透過光を検出する２個の光検出素子４９、５０とをさらに備える。赤外線透過フィルタ４７及び紫外線透過フィルタ４８は、赤色ＬＥＤ２１等の分光分布から外れた波長帯域の光、すなわち赤外線及び紫外線を透過する。

赤外線透過フィルタ４７は、誘電体膜が表面に蒸着されたガラス基板で構成された光学的なバンドパスフィルタから成り、このバンドパスフィルタは、そのバンド幅が紫外線の所定の波長、例えば略９００［ｎｍ］の波長に対して±略４０［ｎｍ］の波長帯域内に収まるように設定されており、光検出素子４９による受光感度を略９００［ｎｍ］の受光波長において最大とする。

紫外線透過フィルタ４８も、上記と同様に構成されたバンドパスフィルタから成り、このバンドパスフィルタは、そのバンド幅が赤外線の所定の波長、例えば略３００［ｎｍ］の波長に対して±略４０［ｎｍ］の波長帯域内に収まるように設定されており、光検出素子５０による受光感度を略３００［ｎｍ］の受光波長において最大とする。光検出素子４９、５０はフォトトランジスタ又はフォトダイオード等により構成することができる。

図５は、赤色ＬＥＤ２１等の分光分布と光検出素子４４〜４６、４９、５０による受光感度分布とを示す。赤色ＬＥＤ２１等の分光分布及び光検出素子４４〜４６の受光感度分布については上述の図３において説明したので、それらの説明は省略する。光検出素子４９による受光感度分布Ｆ４は、受光感度の有効な受光波長帯域が、例えば、略８６０〜９４０［ｎｍ］の波長範囲に設定されており、光検出素子５０による受光感度分布Ｆ５は、受光感度の有効な受光波長帯域が、例えば、略２６０〜３４０［ｎｍ］の波長範囲に設定されている。このように、光センサ４は、上述の受光感度分布Ｆ１〜Ｆ３に加えて、赤色ＬＥＤ２１等の分光分布Ｓ１〜Ｓ３から外れた波長帯域に受光感度分布Ｆ４、Ｆ５をさらに有する。

本実施形態においては、光検出素子４９、５０により赤色ＬＥＤ２１等の出力光の波長帯域外の光、具体的には赤外線及び紫外線を検出することができる。ところで、外光は一般的にその光強度が波長に拘らず略一定である。従って、上記の検出結果に基づいて、外光における赤色ＬＥＤ２１等の出力光と略同じ波長の光強度を推定することができ、その推定結果に基づいて光検出素子４４〜４６による赤色ＬＥＤ２１等の各々の光出力の検出結果を補正することで、外光による検出誤差をなくすことができる。このため、光出力の高精度な検出に基づいて赤色ＬＥＤ２１等の高精度な光出力制御が可能となり、照明光の色度又は色温度を高精度に所望の色度又は色温度とすることができる。その結果、外光が多い屋外においても、照明光の高精度な色度又は色温度制御が可能となる。

なお、本発明は、上記第１及び第２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。例えば、赤色光透過フィルタ４１、緑色光透過フィルタ４２、青色光透過フィルタ４３、赤外線透過フィルタ４７及び紫外線透過フィルタ４８は、誘電体膜、金属膜又はこれらの組み合わせ、若しくはこれらのいずれかが表面に蒸着されたガラス基板、又は、色ガラス以外で、波長選択性を有する光吸収部材が分散されたガラス基板等で構成されていてもよい。この場合、光検出素子４４〜４６、４９、５０による受光感度分布を制御するため、誘電体膜又は金属膜の膜厚、若しくは光吸収部材の材料が調整される。

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ブロック図。 上記器具の光センサのブロック図。 上記器具の発光ダイオードの分光分布と光センサの受光感度分布との関係を示す図。 本発明の第２の実施形態に係る発光ダイオード照明器具の光センサのブロック図。 上記器具の発光ダイオードの分光分布と光センサの受光感度分布との関係を示す図。

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 光センサ
４１ 赤色光透過フィルタ
４２ 緑色光透過フィルタ
４３ 青色光透過フィルタ
４４〜４６，４９，５０ 光検出素子
４７ 赤外線透過フィルタ
４８ 紫外線透過フィルタ
５ 電源回路
６ 制御部

Claims (2)

1. 互いに分光分布が異なる複数の発光ダイオードと、前記発光ダイオードを点灯させるための電源回路と、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基づき、前記電源回路から前記発光ダイオードの各々に供給される電流を制御することで、該発光ダイオードの各々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、前記複数の発光ダイオードのピーク波長にそれぞれ受光感度を持つ複数の第１の光検出素子と、前記複数の発光ダイオードの分光分布から外れた波長帯域に受光感度を持つ第２の光検出素子と、を有し、
   前記複数の第１の光検出素子は、それらの受光感度分布が互いに重複しないように構成されていることを特徴とする発光ダイオード照明器具。
2. 前記複数の発光ダイオードは、赤色発光ダイオード、青色発光ダイオード又は緑色発光ダイオードのいずれかであり、
   前記第２の光検出素子は、赤外線又は紫外線を検出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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