JP5426943B2 - Ｌｅｄ用調光制御装置及びそれを用いた照明器具 - Google Patents

Description

本発明は、ＬＥＤを光源として使用するＬＥＤ用調光制御装置及びそれを用いた照明器具に関するものである。

図１は本発明の前提となるＬＥＤ用調光制御装置の構成を示すブロック図である。この例では、調光レベル設定装置１はアナログ電位で設定される調光レベルを設定する装置であり、照度設定手段１１と調光信号出力手段１２を備えている。照度設定手段１１は、調光つまみや調光用スライダーなどであり、ユーザーが任意に照度を設定する。調光信号出力手段１２は照度設定手段１１による照度の設定を受けて、調光レベルを設定し、アナログ電位の調光信号として出力する。

ＬＥＤ調光点灯装置２は、Ａ／Ｄ変換機能付きのＣＰＵ３を備えている。このＣＰＵ３は、調光レベル設定装置１から出力されるアナログ電位の調光信号をデジタル信号（調光信号読取値）に変換するＡ／Ｄ変換手段３１と、このデジタル信号を演算処理して点灯回路制御信号を生成する点灯回路制御手段３２を備えている。点灯回路制御手段３２により得られた点灯回路制御信号は、ＬＥＤ点灯回路４に入力されて、ＬＥＤ５の電流制御に用いられる。点灯回路制御信号はアナログ信号でもデジタル信号でも良く、ＬＥＤ５の明るさを制御できれば、どのような形態であっても良い。ＬＥＤ５は複数個が直列接続もしくは並列接続もしくは直並列接続されていても良く、ユニット化ないしはモジュール化されている。

ＣＰＵ３に入力される調光信号の変動を抑えるために、Ａ／Ｄ変換を複数回行い、平均または移動平均する、あるいは、最小値と最大値とを除いた残りを平均または移動平均する、などの手法がある。

従来は調光信号入力の変動によるちらつきを防止するために、単純な移動平均をとることで調光信号入力の変動を吸収して抑えていた。従来の単純な移動平均の取り方では、例えば１０回の移動平均であれば、ノイズ等による誤信号を除去するために最大値と最小値を除去して、４、５、５、５、５、５、５、５、５、５となった場合、実数演算であれば移動平均値は４．９になるが、整数演算では４となってしまい、１０回の入力データ中に４が１回でも入力されると、演算結果が５から４に変化する。これにより、点灯出力が変化してちらつきが生じる。

そこで、四捨五入付きで移動平均をすれば、１０回の入力データ中に４が５回入力されても移動平均値は５となり、変動をより吸収することができる。しかし、さらに１０回の入力データ中に４が５回の入力と６回の入力とを繰り返した場合には、移動平均が５か４となって点灯出力が変化して、ちらつきが生じてしまう。

特許文献１（特開２００８−２１０５３７号公報）や特許文献２（特開２００９−１０５０１６号公報）では、ＬＥＤの調光下限付近で、ちらつきなどの現象が生じない滑らかな調光制御を実現するための技術が開示されているが、これらは調光下限付近でＬＥＤの間欠点灯制御を停止し、ＬＥＤの電流制御に切り替えるというものであり、調光信号入力に対する外乱ノイズやＡ／Ｄ変換誤差による調光の揺らぎを除去できるものではなかった。

特開２００８−２１０５３７号公報 特開２００９−１０５０１６号公報

白熱電球や蛍光灯の場合であれば、十分な残光性があるため、調光信号が多少変動しても照度変化を視認することは難しいが、ＬＥＤの場合は残光が殆ど無いため、ちらつきとして視認できてしまう。ＬＥＤのちらつきは、高照度の場合は分かりづらいが、低照度で調光点灯すると、調光信号入力の微小な変動で顕著なちらつきが生じる。

調光器が出力する信号とＣＰＵに取り込まれた値（０を含む自然数とする）の双方に微小な変動分が存在し、または、ノイズなどの外乱によりたとえ調光信号の設定に変化が無くても、ＣＰＵに取り込まれた値は一定値にならないことがある。ＬＥＤモジュールの点灯制御信号は、ＣＰＵに取り込まれた値を元に生成するため、取り込んだ値にばらつきがあると、点灯制御信号もばらつき、これにより安定した調光制御ができなくなり、ＬＥＤの照度変化がちらつきとして視認出来ることになる。

このようなばらつきの影響を軽減するために、移動平均を求めると、移動平均値は通常は実数になるが、比較的安価なＣＰＵでの演算は整数で行うことが多いため、小数点以下を切り捨てることになる。このような整数演算で移動平均値を求めると、一定した値の中に１個でも小さな値があると、移動平均の回数（段数）分小さな値が継続することになり、外乱の影響を増大させてしまうことになる。

例えば、合計２９と３１を４で割る場合、実数演算では、２９／４＝７．２５、３１／４＝７．７５となる。また、整数演算では、２９／４＝７…１、３１／４＝７…３、四捨五入では２９／４＝７．２５→７、３１／４＝７．７５→８となる。このため、整数演算では移動平均の計算結果に外乱の影響が現れる場合がある。

例えば、４回の移動平均を行う場合、４が正しい入力として、異常な値５が一度だけ入力されたとき、入力が４，４，４，４，５，４，４，４，４，４である場合、移動平均の様子と移動平均した結果は、表１のようになる。この場合、計算結果に影響しない。

また、４が正しい入力として、異常な値３が一度だけ入力されたとき、入力が４，４，４，４，３，４，４，４，４，４である場合、移動平均の様子と移動平均した結果は、表２のようになる。この場合、正しい値よりも小さな値が入力されると結果に影響する。つまり、入力が３であったのは１回しかないが、計算結果としては、移動平均の回数（段数分）だけ３が出力されることになる。

最小値、最大値を除いた残りで８回の移動平均を行う場合、４が正しい入力として、異常な値３と５がそれぞれ二度だけ入力されたとき、表３のようになる。この場合、最小値、最大値を取り除いても毎回の平均値は４にはならない。移動平均の回数（段数分）だけ３が出力される。このように、整数演算では移動平均の計算結果に外乱の影響が現れやすい傾向がある。

本発明は、このような点に鑑みてなされたものであり、調光信号の読取値の外乱の影響を軽減し、照度変化なくＬＥＤを調光制御することが可能なＬＥＤ用調光制御装置を安価な構成で実現することを課題とする。

請求項１の発明は、上記の課題を解決するために、図１，２に示すように、ＬＥＤ５を光源として使用するＬＥＤ用調光制御装置であって、制御装置本体に調光信号を設定する調光設定部を備えるか、もしくは、外部の調光装置（調光器１）から入力される調光信号を読み込む調光信号読込部（Ａ／Ｄ変換手段３１）を備え、調光設定部により設定される調光信号の変動、もしくは、外部から入力される調光信号の読み込み誤差を抑えてちらつきを生じさせることなく調光点灯可能とするように調光信号の移動平均値を演算する移動平均演算部（図２の３２ａ）と、移動平均演算部の出力を受けて設定された明るさでＬＥＤ５を点灯させるようにＬＥＤ５に供給される電流を制御する点灯回路部４と、移動平均演算部３２ａの出力を受けて設定された明るさの情報に対して、さらに移動平均値を求める第２の移動平均演算部３２ｅとを備える。また、請求項１の発明では、移動平均演算部は、移動平均値を小数点以下で四捨五入して算出する処理を整数演算のみで行い、ｎ個（ｎは偶数）の調光信号の合計値＋（ｎ／２）をｎで割ることで移動平均値を整数演算し、移動平均の個数ｎは２の自然数乗である。そして、請求項１の発明は、深い調光位置に設定された状態で電源投入された場合に、移動平均演算部３２ａの出力を受けて設定された最初の明るさの情報で第２の移動平均演算部３２ｅの移動平均バッファ（データ蓄積分３２ｆ）を初期化することを特徴とするものである。

請求項２の発明は、請求項１の発明において、図５に示すように、調光信号の変化が所定値以内であって、それが所定回数以上続いた場合は入力の変化を無視すると共に、調光信号に前記所定値よりも大きな変化があった場合は直ちに出力に反映させる制御を行うことを特徴とする。

請求項３の発明は、請求項１または２の発明において、電源投入時に光出力が緩慢に上昇するように移動平均演算部による演算周期を安定点灯時よりも長くすることを特徴とする。

請求項４の発明は、請求項１〜３に記載のＬＥＤ用調光制御装置を用いた照明器具である（図７、図８）。

本発明によれば、調光設定部により設定される調光信号にランダムな周期で低頻度で発生する外乱の影響を軽減することができる。これにより、調光設定が一定のときでも、調光信号に発生する微小な変動の影響を軽減することができる。また、外部の調光装置から入力される調光信号を読み込むＡ／Ｄ変換のばらつきを軽減することができる。これにより、Ａ／Ｄ変換で入力される調光信号の変動を軽減し、安定した調光出力制御を可能とする効果がある。また、請求項１の発明によれば、ＬＥＤを低照度で調光するときでも、ちらつきを防止し、違和感なく調光点灯することができる。特に、移動平均の個数が２の自然数乗であるから、移動平均値の算出時に調光信号の合計値を整数で割る処理を簡単且つ高速に行うことができる。更に、移動平均演算部の演算処理で発生する演算誤差を抑えることで、安定した調光出力制御を可能とする効果がある。また、請求項１，２の発明によれば、速やかな明るさの変化とちらつきの少ない低光束調光とを両立させることができる。

請求項３の発明によれば、電源投入時やＣＰＵの暴走でリセットしたときに、調光信号をスローアップし、ソフトスタートさせることで、閃光を生じさせない効果がある。

本発明の実施形態１の全体構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態１の要部構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態１の演算部の構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態１の調光データテーブルの構成を示す説明図である。 本発明の実施形態３の動作を示すフローチャートである。 本発明の実施形態４の動作を示す説明図である。 本発明のＬＥＤ用調光制御装置を用いた電源別置型のＬＥＤ照明器具の概略構成を示す断面図である。 本発明のＬＥＤ用調光制御装置を用いた電源一体型のＬＥＤ照明器具の概略構成を示す断面図である。

（実施形態１）
本発明のＬＥＤ用調光制御装置の回路構成は図１と同じで良い。本発明の特徴は、点灯回路制御手段３２における演算処理の内容にある。演算処理の要点は、ｎ個の入力値を加算した合計値に、さらに（ｎ／２）を加算し、最後にｎで除算することで小数点以下で四捨五入した値を整数演算のみで算出する点にある。
具体例を表４に示し説明する。

この例のように、４回の移動平均値を求める場合、ｎ＝４、ｎ／２＝２となる。４が正しい入力として、異常な値３が一度だけ入力されたとき、表４のようになるから、入力にあった異常値３が除去されている。これにより、入力値に変動があっても、それが原因となって、光出力がちらつくことは防止できる。

蛍光灯や白熱電球の場合、残光があるために本発明のようなことをしなくても、ちらつきは殆ど感じられないが、ＬＥＤの場合、残光が殆ど無いために、明るさの変化が顕著に感じられることから本発明のような制御が必要となるのである。

図１のＣＰＵ３の構成を機能的にブロック化したものを図２に示す。Ａ／Ｄ変換手段３１によりデジタル値に変換された読取値は、移動平均演算部３２ａに入力されて、過去ｎ回分を移動平均した結果を小数点以下四捨五入して得られた演算結果を最終的な調光信号読取値とする。移動平均演算に必要な過去の読取値は、読取値蓄積部３２ｂに必要な個数（ｎ個）だけ蓄積される。

移動平均演算部３２ａにより得られた移動平均値（最終的な調光信号読取値）は、調光データ読出部３２ｃにより調光データテーブル３２ｄから調光データを読み出す際のインデックス値として使用される。調光データテーブル３２ｄから読み出された調光データは、第２の移動平均演算部３２ｅに入力され、過去ｍ回分を移動平均した結果を小数点以下四捨五入して得られた値を最終的な調光データとする。移動平均演算に必要な過去の調光データは、読取値蓄積部３２ｆに必要な個数（ｍ個）だけ蓄積される。

読取値蓄積部３２ｂとデータ蓄積部３２ｆはＣＰＵ３のＲＡＭ上のデータ領域に割り当てられる。調光データテーブル３２ｄはＣＰＵ３のＲＯＭ上のデータ領域に割り当てられる。移動平均演算部３２ａ，３２ｅはＣＰＵ３の演算機能により実現される。調光データ読出部３２ｃはＣＰＵ３のメモリアクセス機能により実現される。

図４は調光データ読出部３２ｃのメモリアクセス機能の概念図である。調光データそのものは１６ビット（０〜６５５３５）であり、この調光データを読み出す際のインデックス値が９ビット（０〜５１１）である。この場合、２バイト（調光データのデータ長さ）×５１２（調光データの格納数）＝１０２４バイト（１ＫＢ）のデータ領域をＣＰＵ３のＲＯＭ上に確保して、調光データテーブル３２ｄの格納領域とする。

調光データテーブル３２ｄの先頭アドレスをＡ番地とすると、Ａ＋０番地には、０番目の調光データ０が格納されており、Ａ＋５１１番地には、５１１番目の調光データ（６５５３５）が格納されている。調光データが０のとき、光出力は０％であり、調光出力としては最も暗くなる。調光データが６５５３５のとき、光出力は１００％であり、調光出力としては最も明るくなる。その間の５１２段階の調光データが１６ビットのデータとして格納されているから、Ａ＋（２×ｉ）番地（ｉ＝０，…，５１１）から２バイトのデータを読み出せば、ｉ番目の調光データを読み出すことができる。

こうして読み出された調光データは、さらに移動平均演算部３２ｅによりｍ回の移動平均を求められて最終的な調光データとして出力される。この調光データはＰＷＭ信号の形態で与えられ、そのパルス幅が１６ビットの分解能で規定される。なお、ＬＥＤ点灯回路４の仕様にもよるが、本実施形態でのＰＷＭ出力はアクティブレベル：Ｌとするため、出力の際にデータをビット反転する必要がある。

図２の構成において、簡単化のために、第２の移動平均演算部３２ｅは省略しても良い。つまり、調光データテーブル３２ｄから読み出した値をそのまま最終的な点灯回路制御信号として使用しても良い。ただし、本実施形態のように、調光データテーブル３２ｄから読み出した値をさらに移動平均することで、より滑らかな調光制御が可能となる。また、移動平均でなく線形補間で求めても良いが、この場合にも四捨五入をすることで整数演算をすることによる誤差を低減することができる。

移動平均演算部３２ａ，３２ｅは小数点以下を四捨五入する移動平均演算を整数演算のみで実行する。

移動平均演算部３２ａによる演算処理の概念図を図３に示す。実際の処理はマイコンのソフトウェア（プログラム）により行われるが、ここでは移動平均演算部３２ａの機能をブロック化して示している。第２の移動平均演算部３２ｅの構成も図３と同様（移動平均の個数がｎに替えてｍとなるだけ）である。

図３に示すように、Ａ／Ｄ変換手段３１により読み取られた読取値は、読取値蓄積部３２ｂに蓄積された過去の読取値と加算される。図中、Ｄ（１）は１番目の読取値、Ｄ（２）は２番目の読取値、…、Ｄ（ｎ−１）は前回の読取値、Ｄ（ｎ）は今回（ｎ番目）の読取値である。加算部３２ａ１では、ΣＤ（ｉ）（ｉ＝１，２，…，ｎ）＝Ｄ（１）＋Ｄ（２）＋…＋Ｄ（ｎ−１）＋Ｄ（ｎ）を求めて、ｎ個の読取値の合計値とする。合計値を求めた後、最古の読取値Ｄ（１）は捨ててしまう。

なお、実際の演算プログラムでは、前回の合計値から最古の読取値Ｄ（１）を引いて、最新の読取値Ｄ（ｎ）を足すことで、今回の合計値を求めても良い。

求められた合計値に、定数設定部３２ａ２の定数を加算する。加算される定数の値は、ｎ／２である。これは後述するように、実数演算の０．５に相当する。

合計値＋（ｎ／２）の演算結果は、割り算処理部３２ａ３により整数ｎで割り算されて、移動平均値となる。割り算処理というと、いかにも実行時間が掛かりそうであるが、実際には、移動平均の回数ｎを２の自然数乗（２、４、８、１６、３２、６４、…等）としておけば、レジスタの右シフトにより簡単かつ高速に実行できる。つまり、ｎ＝２^N であれば、２進数の合計値をＮ回右シフトすれば、ｎで割ったことになる。その際、下位Ｎビットのデータが消えてしまうが、これが小数点以下四捨五入を実行したことに相当する。

以下、本発明による小数点以下四捨五入の原理について説明する。
通常はｎ回の移動平均は、
合計値／ｎ …（式１）
として算出するが、本発明では、
（合計値＋ｎ／２）／ｎ …（式２）
として、合計値にｎ／２を加算し、ｎで除算することで小数点以下で四捨五入した値を算出する。ただし、入力値（Ａ／Ｄ変換された読取値）は０を含む自然数であり、ｎは正の偶数（好ましくは２の自然数乗）である。

実数演算であれば、小数点以下の四捨五入は、
ｉｎｔ（（Σｘｉ／ｎ）＋０．５）
（ｉ＝１，…，ｎ） …（式３）
で行うところを、本発明は安価なマイコンを用いて、整数演算のみで行うために、
（Σｘｉ＋ｎ／２）／ｎ
（ｉ＝１，…，ｎ） …（式４）
とする。これは、０．５を加算し、小数点以下を切り捨てるのと等価な計算である。なぜなら、式４を変形すると、（ｎ／２）／ｎ＝１／２＝０．５となり、式３と等価となるからである。

このように、四捨五入付きの移動平均をとることで調光信号入力の微小変動の影響を無くし、調光信号入力の変動を吸収することができる。また、特にロースペックなマイコンを用いることを想定して、プログラムサイズを小さくすると共に処理速度を稼ぐために整数で演算を行うこととした。

蛍光灯の調光では通常、この程度の誤差では視認できないが、ＬＥＤのような残光の無いものでは、ちらつきとして視認できてしまうため、誤差の影響を少なくし、ちらつきを低減するために四捨五入する移動平均を提案するものである。

図１の例では、調光レベル設定装置１から出力される調光信号はアナログ電位の電圧信号とされているが、これに限定されない。例えば、調光レベル設定装置１から出力される調光信号はデジタル信号でＰＷＭ出力としても良い。例えば、１０Ｖ、１ｋＨｚの矩形波電圧信号とし、デューティ（パルス幅）をデジタル的に可変としても良い。この場合、ＬＥＤ用調光点灯装置２でＰＷＭ信号をＣＲフィルタ回路等によりＤ／Ａ変換し、アナログ信号に変換したものをＣＰＵ３のＡ／Ｄ変換手段３１によりデジタル値に変換することでＣＰＵ３に取り込んでも良いし、あるいはＰＷＭ信号のままＣＰＵ３のカウント機能を用いてデューティ幅を読み取るような方式でも構わない。

なお、調光レベル設定装置１をＬＥＤ調光点灯装置２の外部に設けて調光信号線で接続しているが、調光レベル設定装置１をＬＥＤ調光点灯装置２の内部に設けても良い。

また、調光レベル設定装置１から出力される調光信号はデジタル信号として出力し、ＬＥＤ用調光点灯装置２のＣＰＵ３でデジタル信号のまま取り込んでも良い。この場合、調光信号の読み取り（Ａ／Ｄ変換）に伴う変動は生じないが、照度設定手段１１により設定された照度をデジタルの調光信号に変換する際の変動をＣＰＵ３の平均化処理により除去することになる。

（実施形態２）
本実施形態では、上述の実施形態１において、ＰＷＭ出力の移動平均値の算出（図２の移動平均演算部３２ｅ）について具体例を挙げて説明する。本実施形態では、ＰＷＭ出力の移動平均の個数ｍは、２のＭ乗個（Ｍ＝１，２，３，４，５，…）とする。例えば、Ｍ＝７の場合、２の７乗でｍ＝１２８とする。移動平均値を求めるために、ｍ個分のＰＷＭ出力値を積算する。ｍ個分の積算値から最古のＰＷＭ出力値を引く。最新のＰＷＭ出力値を調光データテーブル３２ｄから取得する。積算値に最新のＰＷＭ出力値を加える。積算値に四捨五入の誤差に相当する値（＝ｍ／２、実数の０．５相当）を加えて総数（ｍ＝１２８）で割って移動平均値を得る。例えば、１２８個の１６ビットのＰＷＭ出力値を積算し、積算値に四捨五入の誤差に相当する値（＝ｍ／２＝６４、０．５相当）を加えて総数（１２８個）で割る。これによって、ＰＷＭ出力移動平均値＝（積算値＋（総数／２））／総数となる。

この算出方法で初期値を１個取得し、そのＰＷＭ出力データ値が「３０００」以上のときはｍ個の移動平均バッファ（図２のデータ蓄積部３２ｆ）を“０”で埋めて初期化する。「３０００」未満の場合は、最初に取得したＰＷＭ出力データ値でｍ個の移動平均バッファを埋めて初期化する。この「３０００」という数値は、実機の特性に応じて適当な値に調整すれば良い。これにより、特に深い調光位置に設定された状態で電源投入された場合に、ＬＥＤが設定されたレベルで調光点灯するまでの時間を出来るだけ速くする。

深い調光位置に設定された状態で電源投入された場合に、１２８個の移動平均バッファを“０”で埋めて初期化すると、「３０００」未満の数値を１２８で割ることになるので、なかなかＬＥＤの光出力が上昇しない。そこで、ユーザーの違和感を無くすために、最初に取得したＰＷＭ出力テーブル値で１２８個の移動平均バッファを埋めてしまう。これにより、ＬＥＤの光出力が得られるまでの時間を短縮できる。

一方、調光位置の設定が浅い（明るい）場合には、ｍ個の移動平均バッファを“０”で埋めて初期化しても、除算する前の値が大きいので、ＬＥＤの光出力が得られない時間が生じることはなく、ユーザーが違和感を感じることはない。むしろ設定された調光位置に向けて滑らかに光出力が上昇していくので、急峻に光出力が上昇する制御に比べると、調光制御の質が高まると言える。

なお、調光用のＰＷＭ出力値を受けたＬＥＤ点灯回路４はＬＥＤ５をＰＷＭ出力値のデューティに応じて間欠点灯させるものであっても良いし、ＰＷＭ出力値をアナログ電位に変換した後、変換後のアナログ電位に応じた電流で連続点灯させるものであっても良い。実際の製品では、ＬＥＤ点灯回路４は高周波でスイッチングする降圧チョッパ回路であり、その降圧チョッパ回路の高周波動作を調光用のＰＷＭ出力値に応じて間欠発振させることにより、降圧チョッパ回路の出力コンデンサの電圧を制御することで、ＬＥＤ５に流れる電流を制御している（例えば、特願２００９−３９０８３号参照）。

（実施形態３）
図５は本発明の実施形態３の動作を示すフローチャートである。上述の実施形態で説明した四捨五入付きの移動平均演算（移動平均演算部３２ａによる演算）では吸収しきれない変動に対して、例えば、±１以内の変動であれば前回の点灯出力を、また、±２以上の変化がきたときに今回の点灯出力をすることで更に微小変動の影響を無くすことができる。ただし、その場合、点灯出力の切替が±２段階ずつと荒くなってしまうために、±１以内の変化が数回継続して、例えば、５回以上継続したら次に±２以上の変化が来るまでは前回の点灯出力を継続させることとする。このことで、１以内の変化が５回以内であれば細かな１段階の変化でも点灯出力の切替が可能となる。

図５のフローによるＬＥＤのちらつき防止について説明する。＃１では、前回と今回のテーブル値の差を算出する。ここでのテーブル値とは、図４のデータテーブル値、つまり、ＰＷＭ出力値を調光データテーブルから取得するためのアドレスとなる値のことであり、０〜５１１の値のいずれかを取る。上述の実施形態で説明した四捨五入付きの移動平均演算（移動平均演算部３２ａによる演算）が効果的に機能していれば、照度設定を変えない限りは、テーブル値は変動しないはずである。しかしながら、ノイズやＡ／Ｄ変換の誤差などにより±１以内の変動が長く続く場合もある。このような場合に、四捨五入付きの移動平均演算（移動平均演算部３２ａによる演算）後のテーブル値が変動したからといって、実際に調光データテーブル３２ｄから読み出すＰＷＭ出力値を変えていたのでは、ＬＥＤ５のちらつきを回避できない。そこで、このような四捨五入付きの移動平均演算（移動平均演算部３２ａによる演算）では吸収しきれない変動が生じているか否かを＃２で判定する。ここでは、ｘ＝１であり、前回と今回のテーブル値の差が±１以内の変動であれば、＃３へ移行し、その微小変動の回数を１つカウントアップする。＃２の判定で、前回と今回のテーブル値の差が±１以内でなければ、単なるノイズやＡ／Ｄ変換の誤差などではなく、人為的に照度設定が変更されたということであるから、この場合には、＃７へ移行する。＃７の処理については後述する。

さて、＃１→＃２→＃３のように移行した場合、＃４で調光の変化が無いことが確定しているか否かを判定する。ここで、「調光の変化が無いことが確定している」とは、ノイズやＡ／Ｄ変換の誤差などにより±１以内の変動が長く続いている状態であることが既に判定されている、という意味である。つまり、ユーザーが照度設定を変えていない場合には、本来、図４のデータテーブル値は不変でないといけない。ところが、実際には、ノイズやＡ／Ｄ変換の誤差などによりデータテーブル値が揺らぐことがある。これを除去するために、実施形態１，２で説明したように、移動平均演算部３２ａによる四捨五入付きの移動平均演算により、データテーブル値が細かく変動しないようにしているが、それでも除去し切れない変動が起こり得る。ただし、その除去し切れない変動というのは、たかだか±１以内の変動であり、なおかつ、その細かな変動がいつまでも続くという特性がある。そこで、例えば、±１以内の変動が５０回以上続けば、その状態は、ユーザーが照度設定を変えていないのに、ノイズやＡ／Ｄ変換の誤差などにより、データテーブル値が揺らいでいるだけの状態であることを判定できる。

これを判定するために、＃３でカウントアップしたカウント値がｙ回（ここではｙ＝５０）以上であるか否かを＃５で判定する。ｙ回以上であれば、＃５から＃６へ進んで、調光の変化が無いことを確定する。つまり、ユーザーは照度設定を変えていないのに、微小な変動が続いている状態であると判定する。この場合、前回値を確定値とし、前回値を保持する。そして、＃９に移行して、確定値からＰＷＭ出力値を取得する。つまり、±１以内の変動が５０回以上も続いている状態では、その微小な変動そのものを無視して、前回値を確定値として、ＰＷＭ出力値を取得するから、今回値が±１以内の変動を有していても、ＬＥＤの光出力がちらつくことはない。

次に、ユーザーが実際に照度設定を変えた場合について説明する。この場合には、ＬＥＤの光出力を速やかに変える必要がある。そこで、＃１のステップで前回と今回のテーブル値の差を算出し、＃２の判定で、前回と今回のテーブル値の差が±１以内でなければ、単なるノイズやＡ／Ｄ変換の誤差などではなく、人為的に照度設定が変更されたということであるから、この場合には、＃７へ移行する。＃７では、カウンタ（ｙ回値）をクリアする。ここでクリアするカウンタとは、＃３でカウントアップされるカウンタであり、＃５の判定に用いられるカウンタのことである。つまり、±１以内の変動をカウントしていたカウンタの値をゼロに戻す。また、調光の変化が無い状態に戻す。具体的には、＃６のステップにおいて、調光の変化が無いことを確定したときに立てたフラグをリセットする。このフラグは、＃４の調光の変化が無いことが確定しているか否かの判定に用いられるフラグであり、これが＃７でリセットされることにより、その後、＃４を通ると、＃６ではなく＃５に分岐することになる。

＃８では今回値を確定値とし、＃９で確定値からＰＷＭ出力値を取得する。したがって、ユーザーが実際に照度設定を変えた場合には、変化後のデータテーブル値に基づいて速やかに照度が変化することになる。

ところで、＃１→＃２→＃７→＃８→＃９の経路で今回値が確定値となる場合とは、＃１のステップで前回と今回のテーブル値の差を算出し、＃２の判定で、前回と今回のテーブル値の差が±１以内でない場合に限られる。ということは、±２以上の変化がきたときに今回の点灯出力をすることになるので、その場合、点灯出力の切替が±２段階ずつと荒くなってしまう。

例えば、ユーザーが照度設定を変える場合、最初は大きく操作して、その後は微調整するものであるが、点灯出力の切替が±２段階ずつと荒くなってしまうと、微調整が困難となる。そこで、上述の＃１→＃２→＃７→＃８→＃９の経路を通って、カウンタ（ｙ回値）がクリアされた後に、±１以内の変化があるときは、＃１→＃２→＃３→＃４→＃５→＃１０→＃９の経路を通ることで、点灯出力の切替を１段ずつ細かく行えるようにしている。

つまり、ユーザーが照度設定を変えた場合、＃７のステップを通ることで、カウンタ（ｙ回値）がクリアされ、＃４の調光の変化が無いことが確定していることを示すフラグもリセットされるから、＃１→＃２→＃３→＃４→＃５のように進むことができ、＃５の判定で、±１以内の変化が５０回未満であれば、＃１０で今回値を確定値とし、前回値は保持する。これにより、＃９では、±１以内の変化を反映させた今回値を確定値として、ＰＷＭ出力値を取得することができ、点灯出力の切替を１段ずつ細かく行える。

このように、＃５→＃１０の分岐は、調光信号入力を１段階ずつ出力をさせるためで、前回値を確定値として出力させると、±ｘ以上の変化が生じた場合のｘ段階ずつしか出力できなくなってしまうために今回値を出力させている。

以上の説明から明らかなように、本実施形態では、調光変化が無い状態からの始動はｘ段階以上での始動となり、調光変化が有る場合はｙ回以上になるまで１段階ずつの出力変化が可能となっている。
これを具体例で説明する。

表５の例は、±１の変動が５０回未満のときであり、最初のデータを前回値とし、（前回値−今回値）が±１以内で５０回未満のときは、今回値を確定値とし、前回値は保持する。これは＃５→＃１０の分岐に相当する。

表６の例は、±１の変化が５０回以上のときであり、最初のデータを前回値とし、（前回値−今回値）が±１以内が５０回以上のときは、確定値は前回値となる。今回値は無視し、前回値は保持する。これは＃５→＃６の分岐に相当する。

表７の例は、±１が５０回未満の間に、±１以外の変化があったときであり、最初のデータを前回値とし、±１の判定回数が４回目で（前回値−今回値）＝＋３となったので、確定値は１３となり、これを前回値として更新する。つまり、前回値は１３となる。これは＃５→＃１０の分岐から＃２→＃７の分岐に移行したことに相当する。

表８の例は、±１が５０回以上となった後に、±１以外の変化があったときである。最初のデータを前回値とし、（前回値−今回値）が±１以内が５０回以上のときは、確定値は前回値となる。今回値は無視し、前回値は保持する。±１の判定回数が５４回目で（前回値−今回値）＝＋３となったので、確定値は１３となり、これを前回値として更新する。つまり、前回値は１３となる。これは＃５→＃６の分岐から＃２→＃７の分岐に移行したことに相当する。

実施形態３の制御を、実施形態１，２の制御と組み合わせて実施することで、より一層、ＬＥＤのちらつきを抑制することができる。

（実施形態４）
図６は本発明の実施形態４の動作説明図である。本実施形態では、リセット時の調光出力のスローアップ調光制御について説明する。上述の各実施形態において、移動平均バッファ（読取値蓄積部３２ｂ）の初期値は、調光データテーブル値を１個取得して、そのデータテーブルのデータ値でｎ個の移動平均バッファを埋めて初期化する。また、電源投入時やウォッチドッグタイマーリセットなどのリセット時には、調光用のＰＷＭ出力値は０（消灯状態）から一定時間間隔で移動平均を取りながらスローアップ調光制御させる。

スローアップ調光制御の周期は、ＣＰＵ３のメインループ周期（１ｍｓ）を用いて、１ｍｓ×ｓ回を１周期とする。例えば、ｓ＝３であれば、１ｍｓ×３回＝３ｍｓ毎に移動平均を算出し、ＰＷＭ出力端子から調光用のＰＷＭ出力値を出力させる。つまり、スローアップ中は、スローアップ周期（３ｍｓ）で出力を切り替える。これはＣＰＵ３のメインループ周期（１ｍｓ）では早すぎるので、調光出力をスローアップさせるために、処理周期をゆっくりとさせているものである。

スローアップ制御の完了について説明する。上述の実施形態３で述べたように、前回の調光データテーブル値と今回の調光データテーブル値の差が小さくなり、「調光の変化が無い場合」の条件を満たした場合（＃５→＃６の分岐時）に、スローアップの制御を完了し、それ以後は１ｍｓ毎の移動平均値の算出に切り替える。

なお、調光信号の入力、調光信号の移動平均値の算出、調光用のＰＷＭ出力値の取り出し、ＰＷＭ出力値の移動平均の算出以外の過電圧信号入力や電源信号入力については、スローアップ制御中であってもメインループ（１ｍｓ）×５回（＝５ｍｓ）周期毎に処理を行う。

（実施形態５）
図７は本発明のＬＥＤ調光用制御装置を用いた電源別置型ＬＥＤ照明器具の構成を示している。この電源別置型ＬＥＤ照明器具ではＬＥＤモジュール５０とは別のケースに電源ユニットＡを内蔵している。こうすることによってＬＥＤモジュール５０は薄型化することが可能になり、別置型の電源ユニットＡは場所によらず設置可能となる。

器具筐体７は、下端開放された金属製の円筒体よりなり、下端開放部は光拡散板８で覆われている。この光拡散板８に対向するように、ＬＥＤモジュール５０が配置されている。５１はＬＥＤ実装基板であり、ＬＥＤモジュール５０のＬＥＤ５ａ〜５ｄを実装している。器具筐体７は天井９に埋め込まれており、天井裏に配置された電源ユニットＡからリード線６とコネクタ６０を介して配線されている。

図７に示す電源別置型のＬＥＤ照明器具では、ＬＥＤモジュール５０を収めた器具筐体７と、ＬＥＤ５ａ〜５ｄを発光するために出力を与える電源ユニットＡとは別に配置されているので、施工に際しては、現場において電源ユニットＡを取り付けてから器具筐体７を取り付けて、両者をリード線６とコネクタ６０で接続するという作業が必要となる。

図８は本発明のＬＥＤ調光用制御装置を用いた電源一体型のＬＥＤ照明器具の断面図である。ＬＥＤ照明器具の器具筐体７は天井９に埋め込まれている。器具筐体７内に、ＬＥＤモジュール５０と電源ユニットＡが内蔵されている。器具筐体７は、下端開放された金属製の円筒体よりなり、下端開放部は光拡散板８で覆われている。この光拡散板８に対向するように、ＬＥＤモジュール５０が配置されている。５１はＬＥＤ実装基板であり、ＬＥＤモジュール５０のＬＥＤ５ａ〜５ｄを実装している。

４０は電源回路基板であり、電源ユニットＡの電子部品を実装している。ＬＥＤモジュール５０は、器具筐体７内において放熱板７１に接触するように設置されており、ＬＥＤ５ａ〜５ｄの発生する熱を器具筐体７に逃がすようになっている。また、ＬＥＤモジュール５０と電源ユニットＡは、この放熱板７１に設けられた穴を介して、リード線６で接続されている。放熱板７１はアルミ板や銅板のような金属板であり、放熱効果と遮蔽効果を兼ねている。放熱板７１は器具筐体７に電気的に接続されてアースされるが、リード線６のプラス側ならびにマイナス側とは電気的に分離された非充電部となっている。

１ 調光レベル設定装置（調光器）
２ ＬＥＤ調光点灯装置
３ ＣＰＵ
４ ＬＥＤ点灯回路
５ ＬＥＤ
３１ Ａ／Ｄ変換手段
３２ 点灯回路制御手段

Claims (4)

1. ＬＥＤを光源として使用するＬＥＤ用調光制御装置であって、
   制御装置本体に調光信号を設定する調光設定部を備えるか、もしくは、外部の調光装置から入力される調光信号を読み込む調光信号読込部を備え、
   調光設定部により設定される調光信号の変動、もしくは、外部から入力される調光信号の読み込み誤差を抑えてちらつきを生じさせることなく調光点灯可能とするように調光信号の移動平均値を演算する移動平均演算部と、
   移動平均演算部の出力を受けて設定された明るさでＬＥＤを点灯させるようにＬＥＤに供給される電流を制御する点灯回路部と、
   移動平均演算部の出力を受けて設定された明るさの情報に対して、さらに移動平均値を求める第２の移動平均演算部とを備え、
   移動平均演算部は、移動平均値を小数点以下で四捨五入して算出する処理を整数演算のみで行い、ｎ個（ｎは偶数）の調光信号の合計値＋（ｎ／２）をｎで割ることで移動平均値を整数演算し、移動平均の個数ｎは２の自然数乗であり、
   深い調光位置に設定された状態で電源投入された場合に、移動平均演算部の出力を受けて設定された最初の明るさの情報で第２の移動平均演算部の移動平均バッファを初期化することを特徴とするＬＥＤ用調光制御装置。
2. 請求項１において、調光信号の変化が所定値以内であって、それが所定回数以上続いた場合は入力の変化を無視すると共に、調光信号に前記所定値よりも大きな変化があった場合は直ちに出力に反映させる制御を行うことを特徴とするＬＥＤ用調光制御装置。
3. 請求項１または２において、電源投入時に光出力が緩慢に上昇するように移動平均演算部による演算周期を安定点灯時よりも長くすることを特徴とするＬＥＤ用調光制御装置。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載のＬＥＤ用調光制御装置を用いた照明器具。

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