JP5331415B2

JP5331415B2 - ゆらぎ信号生成装置、駆動回路、及び照明装置

Info

Publication number: JP5331415B2
Application number: JP2008222549A
Authority: JP
Inventors: 七郎船越; 克弥池田
Original assignee: Shindengen Electric Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Shindengen Electric Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2008-08-29
Filing date: 2008-08-29
Publication date: 2013-10-30
Anticipated expiration: 2028-08-29
Also published as: JP2010054472A

Description

本発明はゆらぎ信号生成装置、駆動回路、及び照明装置に関する。

自然界には、パワースペクトルが周波数ｆに反比例する１／ｆゆらぎが存在している。ろうそくの灯りが心地好いのは、風によって炎が揺らぐことにより、その明るさが１／ｆゆらぎで変化しているからであると考えられている。そこで、照明器具においてもろうそくと同じ様な明るさの変化を持たせる試みがなされている。

例えば、特許文献１では、ツェナーダイオード等の素子の端子間電圧が温度に応じて変化することを利用して、このツェナーダイオードに風を当ててその温度を変化させ（温度ゆらぎを生じさせ）、１／ｆゆらぎを示す電圧信号を得るようにし、得られた電圧信号を用いて光源を駆動する方法が提案されている。
特開平９−３２６２９９号公報

しかしながら、ツェナーダイオードから得られた電圧信号は、温度ゆらぎ（短周期の変化）によって変化するだけでなく、当然ながら環境温度にも依存して変化するので、上記の特許文献１の方法を用いた場合には、環境温度が大きく変化してしまうと光源の駆動を正しく行えないという問題がある。例えば、環境温度が２５℃であって１℃の幅で温度がゆらいでいる（２４．５℃から２５．５℃まで温度がゆらいでいる）とし、２４．５℃で最小の照度、２５．５℃で最大の照度が得られるように光源を駆動しているとする。このとき、環境温度が３０℃に変化すると、２５℃の時の温度ゆらぎの幅を超えて（つまり２５．５℃を超えて）温度が変化することになるので、光源は常に最大の照度となるように駆動されることとなって、環境温度が３０℃に変化した後は温度ゆらぎを反映させた光源の駆動を行うことが不可能となる。

そこで、本発明は、環境温度に依存せず温度のゆらぎ成分を正確に反映したゆらぎ信号を生成することが可能なゆらぎ信号生成装置を提供することを目的としている。また、本発明は、このゆらぎ信号生成装置を用いた光源の駆動回路、及び照明装置を提供することを目的としている。

上記の課題を解決するために、本発明は、発光素子を駆動する駆動電流又は駆動電圧に対して重畳させるゆらぎの成分として、温度検出素子を用いて温度のゆらぎを検出して該温度ゆらぎに応じたゆらぎを含んだゆらぎ信号を生成するゆらぎ信号生成装置であって、第１の温度検出素子と、前記第１の温度検出素子の応答速度より遅い応答速度を持った第２の温度検出素子と、前記第１の温度検出素子の出力と前記第２の温度検出素子の出力の差分を前記ゆらぎ信号として出力する差分回路と、を備えることを特徴とする。

この構成によれば、第１の温度検出素子から温度ゆらぎを含んだ信号が出力されるとともに、応答速度の遅い第２の温度検出素子からは、短周期の温度ゆらぎを含まない、謂わば温度ゆらぎが時間平均された信号が出力される。つまり、第１の温度検出素子の出力は、時間平均した温度Ｔに温度ゆらぎδＴが重畳している温度Ｔ＋δＴを示し、一方、第２の温度検出素子の出力は、時間平均した温度Ｔを示す。したがって、この２つの出力の差分である差分回路の出力は、温度Ｔと関係なく、温度ゆらぎの成分δＴからなるゆらぎ信号となる。

また、本発明は、上記のゆらぎ信号生成装置において、前記第１の温度検出素子と前記第２の温度検出素子は、温度に対する出力値の関係が同一の特性を有することを特徴とする。

この構成によれば、環境温度が変化した場合であっても、温度ゆらぎの成分のみからなるゆらぎ信号を得ることができる。即ち、ある温度において、第１の温度検出素子の出力が温度Ｔ＋δＴ、第２の温度検出素子の出力が温度Ｔをそれぞれ示しており、差分回路の出力が温度ゆらぎδＴのゆらぎ信号であったとする。環境温度が変化して、第１の温度検出素子の出力が温度Ｔ’＋δＴを示したとき、温度対出力値の関係が第１と第２の温度検出素子で同一であるので、第２の温度検出素子の出力は温度Ｔ’を示す（もし仮に、温度対出力値の関係が第１と第２の温度検出素子で異なっているなら、第２の温度検出素子の出力は温度Ｔ”（≠Ｔ’）を示すことになる）。よって、変化後の温度においても、差分回路の出力は温度ゆらぎδＴのゆらぎ信号になる。

また、本発明は、上記のゆらぎ信号生成装置において、前記第１の温度検出素子と前記第２の温度検出素子は、互いに異なる熱容量を有することを特徴とする。
また、本発明は、上記のゆらぎ信号生成装置において、前記第１の温度検出素子と前記第２の温度検出素子は、互いに異なる熱抵抗を有することを特徴とする。
この構成によれば、第１の温度検出素子と第２の温度検出素子の応答速度を異ならせることができ、差分回路から、温度ゆらぎの成分からなるゆらぎ信号を得ることができる。

また、本発明は、上記のゆらぎ信号生成装置によって生成されたゆらぎ信号に基づいて発光素子を駆動する駆動電流又は駆動電圧を制御することを特徴とする駆動回路である。

また、本発明は、上記の駆動回路と、該駆動回路によって駆動される発光素子と、を備えることを特徴とする照明装置である。

本発明によれば、環境温度に依存せず温度のゆらぎ成分を正確に反映したゆらぎ信号を生成することが可能であり、この生成したゆらぎ信号を用いて発光素子を駆動することが可能である。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳しく説明する。
図１は、本発明の一実施形態によるゆらぎ信号生成回路、及び、当該ゆらぎ信号生成回路によって生成されたゆらぎ信号を用いてＬＥＤの照度が制御される照明装置の構成図である。本実施形態の照明装置は、ＬＥＤ駆動回路１と、バッテリＢと、ＬＥＤ（発光ダイオード）１０と、抵抗Ｒと、を含んで構成されており、ＬＥＤ駆動回路１は、本実施形態によるゆらぎ信号生成回路２と、制御回路６と、定電流発生回路７と、から構成されている。

バッテリＢは、ＬＥＤ駆動回路１に電力を供給する電源である。ＬＥＤ駆動回路１は、ＬＥＤ１０を駆動するための駆動電流Ｉを定電流発生回路７により発生させて出力する。定電流発生回路７は、制御回路６による制御に従って駆動電流Ｉを発生させる回路である。駆動電流ＩはＬＥＤ１０に供給され、ＬＥＤ１０をその電流値Ｉに応じた照度で発光させる。ＬＥＤ１０のカソード側には抵抗Ｒが接続されており、駆動電流Ｉの制御のためにこの抵抗Ｒの印加電圧Ｖ_Ｒがゆらぎ信号生成回路２へ入力される。

ゆらぎ信号生成回路２は、第１熱電対３と、第２熱電対４と、差動増幅器５と、を備えている。第１熱電対３及び第２熱電対４は温度を検出するセンサであり、それぞれ検出温度に対応した電圧Ｖ_１，Ｖ_２を差動増幅器５へ出力する。差動増幅器５は、第１熱電対３及び第２熱電対４から入力された電圧Ｖ_１，Ｖ_２の差分を増幅し、この増幅後の電圧を抵抗Ｒの印加電圧Ｖ_Ｒに加えた電圧Ｖ’＝Ｖ_Ｒ＋α（Ｖ_１−Ｖ_２）を制御回路６へ出力する。電圧Ｖ_１とＶ_２の差分が、後述するように温度ゆらぎを反映したゆらぎ信号である。なお、αは差動増幅器５の増幅率である。

ここで、第１熱電対３が検出できる温度変化の最高周波数をｆ_１（例えば１０Ｈｚ）としたとき、第２熱電対４が検出できる温度変化の最高周波数は、ｆ_１より低いｆ_２（例えば０．１Ｈｚ）であるものとする。つまり、第１熱電対３は、周波数ｆ_１程度の温度ゆらぎを検出可能であるが、第２熱電対４は、周波数ｆ_２程度以下の温度変化のみを検出でき、周波数ｆ_１程度の温度ゆらぎを検出することが不可能であるものとする。

具体的には、第１熱電対３及び第２熱電対４のセンサ部（金属接合部）を覆う被覆部材の材質と大きさを適宜選択することで、周波数ｆ_１とｆ_２を調整することができる。

例えば、第１熱電対３は、熱伝導率が高い材質を用いた小さな被覆部材によりそのセンサ部を覆った構成とする。これにより、第１熱電対３は、熱抵抗が小さく、且つ、熱容量が小さくなり、その結果、速い温度変化にも素早く追従して温度を検出することができる特性を持つこととなる。つまり、第１熱電対３の応答速度が速くなって、細かい温度ゆらぎが検出可能になる。

また、第２熱電対４は、熱伝導率が低い材質を用いた大きな被覆部材によりそのセンサ部を覆った構成とする。これにより、第２熱電対４は、熱抵抗が大きく、且つ、熱容量が大きくなり、その結果、速い温度変化に対しては実効的にそれを時間平均した検出温度が得られるような特性を持つこととなる。つまり、第２熱電対４の応答速度は遅くなり、細かい温度ゆらぎの検出が不可能になる。

図２は、第１熱電対３及び第２熱電対４の時間応答を示した図である。第１熱電対３の出力電圧Ｖ_１は、同図に示されるように細かい温度ゆらぎの影響を受けて高い周波数（最高周波数ｆ_１）でゆらいでいる。一方、第２熱電対４の出力電圧Ｖ_２は、細かい温度ゆらぎの影響が時間的に平均化されて、高い周波数（＞ｆ_２）のゆらぎ成分を有していない。つまり、第１熱電対３の出力電圧Ｖ_１は、時間平均した温度Ｔに温度ゆらぎδＴが重畳している温度Ｔ＋δＴを示すものであり、一方、第２熱電対４の出力電圧Ｖ_２は、時間平均した温度Ｔを示すものである。

したがって、差動増幅器５へ入力された電圧Ｖ_１，Ｖ_２の差分Ｖ_１−Ｖ_２は、温度Ｔに依存する成分がキャンセルされることにより、温度ゆらぎの成分δＴのみを反映したゆらぎ信号となる。このゆらぎ信号Ｖ_１−Ｖ_２を用いて駆動電流Ｉの制御（後述）を行うことによって、温度ゆらぎに従って照度が変化するようにＬＥＤ１０を駆動することが可能となる。

なお、厳密には、第１熱電対３と第２熱電対４に出力電圧の温度特性の差があると、電圧の差分Ｖ_１−Ｖ_２において温度Ｔに依存する成分は完全にはキャンセルされない。この様子を図３で説明する。図３（Ａ）は各熱電対の出力電圧の温度特性を表す図であり、横軸は温度、縦軸は各熱電対の出力電圧を示している。また、図３（Ｂ）は異なる温度において各熱電対から出力される電圧を表した図であり、横軸は時間、縦軸は出力電圧を示している。

図３（Ａ）において、温度Ｔ_１では第１熱電対３も第２熱電対４も出力電圧はほぼ同じであるが、温度Ｔ_２（＞Ｔ_１）では、第１熱電対３の出力電圧は第２熱電対４の出力電圧よりもΔＶだけ高く、２つの熱電対は出力電圧の温度特性に差を有している。このとき、図３（Ｂ）に表されているとおり、電圧Ｖ_１とＶ_２の差分Ｖ_１−Ｖ_２は、温度Ｔ_１ではほぼ温度ゆらぎの成分δＴのみからなるゆらぎ信号となるが、温度Ｔ_２では、温度ゆらぎの成分δＴに出力電圧の温度特性の差ΔＶが加わったゆらぎ信号（ΔＶだけオフセットしたゆらぎ信号）となる。ここで、図３（Ａ）から分かるようにΔＶは温度Ｔによって値が変わるため、ゆらぎ信号Ｖ_１−Ｖ_２は温度Ｔに依存する成分を持つことになる。

したがって、ゆらぎ信号Ｖ_１−Ｖ_２を温度に依存せず常に温度ゆらぎの成分δＴのみからなるものとする（即ち、ΔＶをゼロにする）ためには、第１熱電対３及び第２熱電対４として、出力電圧の温度特性に差を有しないものを用いればよい。これにより、温度が変化しても照度のゆらぎ方が変化しないようにＬＥＤ１０を駆動することが可能となる。

図１に戻り、制御回路６は、ゆらぎ信号生成回路２から入力された電圧Ｖ’に基づいて、値Ｖ’／Ｒ（Ｒは抵抗Ｒの抵抗値）が所定の基準電流値Ｉ_０と一致するように、即ち、次式
｛Ｖ_Ｒ＋α（Ｖ_１−Ｖ_２）｝／Ｒ＝Ｉ_０
が成り立つように、ＬＥＤ１０の駆動電流Ｉを制御する。この制御により、定電流発生回路７からは、次式
Ｉ＝Ｖ_Ｒ／Ｒ＝Ｉ_０−α（Ｖ_１−Ｖ_２）／Ｒ
で表される駆動電流Ｉが発生する。この式から分かるように、ＬＥＤ１０に供給される駆動電流Ｉは、ゆらぎ信号Ｖ_１−Ｖ_２に従って基準電流値Ｉ_０の周りをゆらぐ挙動を示すものとなる。その結果、ＬＥＤ１０は、温度ゆらぎに応じてその照度を変化させるように発光することとなる。

以上、図面を参照してこの発明の一実施形態について詳しく説明してきたが、具体的な構成は上述のものに限られることはなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲内において様々な設計変更等をすることが可能である。

例えば、上記の実施形態では、ゆらぎ信号Ｖ_１−Ｖ_２を用いて駆動電流Ｉの値そのものを制御したが、それに代えて、ＬＥＤ１０の駆動方式をＰＷＭ（パルス幅変調）方式として、変調パルスのデューティ比をゆらぎ信号Ｖ_１−Ｖ_２に従って変化させることにより、ＬＥＤ１０の照度にゆらぎを持たせる構成としてもよい。
また、周波数ｆ_１とｆ_２は、ＬＥＤ１０にどの程度の照度ゆらぎを与えるかの要望に応じて、適宜調整すればよい。
また、熱電対は温度検出素子の一例であって、その他にサーミスタ等を用いることもできる。また、発光素子としてはＬＥＤ以外のものを用いてもよい。

本発明の一実施形態によるゆらぎ信号生成回路及び照明装置の構成図である。第１熱電対及び第２熱電対の時間応答を示した図である。第１熱電対と第２熱電対に出力電圧の温度特性の差がある場合の振る舞いを説明する図である。

符号の説明

１…ＬＥＤ駆動回路２…ゆらぎ信号生成回路３…第１熱電対４…第２熱電対５…差動増幅器６…制御回路７…定電流発生回路１０…ＬＥＤＢ…バッテリＲ…抵抗

Claims

発光素子を駆動する駆動電流又は駆動電圧に対して重畳させるゆらぎの成分として、温度検出素子を用いて温度のゆらぎを検出して該温度ゆらぎに応じたゆらぎを含んだゆらぎ信号を生成するゆらぎ信号生成装置であって、
第１の温度検出素子と、
前記第１の温度検出素子の応答速度より遅い応答速度を持った第２の温度検出素子と、
前記第１の温度検出素子の出力と前記第２の温度検出素子の出力の差分を前記ゆらぎ信号として出力する差分回路と
を備えることを特徴とするゆらぎ信号生成装置。
前記第１の温度検出素子と前記第２の温度検出素子は、温度に対する出力値の関係が同一の特性を有することを特徴とする請求項１に記載のゆらぎ信号生成装置。
前記第１の温度検出素子と前記第２の温度検出素子は、互いに異なる熱容量を有することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のゆらぎ信号生成装置。
前記第１の温度検出素子と前記第２の温度検出素子は、互いに異なる熱抵抗を有することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１の項に記載のゆらぎ信号生成装置。
請求項１から請求項４のいずれか１の項に記載のゆらぎ信号生成装置によって生成されたゆらぎ信号に基づいて発光素子を駆動する駆動電流又は駆動電圧を制御することを特徴とする駆動回路。
請求項５に記載の駆動回路と、該駆動回路によって駆動される発光素子と、を備えることを特徴とする照明装置。