JP5438105B2 - 照明装置および照明システム - Google Patents

Description

本発明は、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）等の発光素子を備えた照明装置および照明システムに関する。

近年、地球環境に配慮する観点から、ＬＥＤ等の発光素子が一般照明に利用されてきている。例えば、非特許文献１は、商用電源から供給された交流電圧を整流平滑回路により直流電圧に変換し、直流電圧をＬＥＤアレイに印加しつつＬＥＤアレイを定電流制御で点灯させる照明装置を開示している。また、特許文献１は、商用電源から供給される交流電圧をそのままＬＥＤアレイに印加する交流点灯方式の照明装置を開示している。

特表２００８−５４４５６９号公報

http://www.ednjapan.com/content/issue/2006/09/idea/idea01.html

ところで、従来、白熱電球の調光装置として、トライアック等を用いた位相制御装置が広く普及している。位相制御装置はその回路構成が簡易なことから、白熱電球のみならずＬＥＤ照明装置にも適用することが考えられる。また、白熱電球は、調光による明るさの低下に伴い、発光色の色温度が低下する（赤みを増す）という独特の雰囲気を有している。ＬＥＤ照明装置においても、用途によっては、調光による明るさの変化に応じて発光色の色温度を変化させることが考えられる。

しかしながら、非特許文献１の照明装置では、定電流制御において電流値の設定を変化させることにより調光する方式であるため、位相制御装置を用いて調光することは想定されていない。また、特許文献１の照明装置では、位相制御装置の適用は可能であるものの、調光レベルに応じて発光色の色温度を変化させることはできない。

そこで、本発明は、調光が可能であり、かつ、調光レベルに応じて発光色の色温度を変化させることができる、ＬＥＤ等の発光素子を備えた照明装置を提供することを目的とする。

本発明に係る照明装置は、位相制御された交流電力を受ける照明装置であって、複数の発光部を含み、前記複数の発光部が発光色の異なる２種類以上の発光部から構成されている発光部アレイと、前記発光部アレイに供給される電圧に応じて、電力供給路に直列に挿入される発光部の個数およびそれに含まれる発光部における発光色毎の個数の比率が変化するように、前記発光部アレイに含まれる複数の発光部の電気的な接続関係を切り替えるスイッチ手段とを備える。

上記構成によれば、発光部アレイに含まれる複数の発光部のうち、電力供給路に直列に挿入された発光部が点灯する。発光部アレイに供給される電圧に応じて点灯する発光部の個数が変化するので調光を実現することができる。さらに、そのとき点灯する発光部における発光色毎の個数の比率が変化するので、調光レベルに応じて発光色の色温度を変化させることができる。

本発明の第１実施形態に係る電球形の照明装置の概略構成を示す一部切り欠き図 本発明の第１実施形態に係る照明回路の構成を示す回路図 ＬＥＤアレイに供給される電圧、オンにされるスイッチ素子の番号、および、ＬＥＤアレイの発光の合成色のテーブル 本発明の第２実施形態に係る照明回路の構成を示す回路図 ＬＥＤアレイに供給される電圧、オンにされるスイッチ素子の番号、および、ＬＥＤアレイの発光の合成色のテーブル 図５に示すテーブルに従ってＦＥＴのオンオフ制御をした場合における、電力供給路に直列に挿入されるＬＥＤの個数の変化を示す図 交流電圧の位相角、ＬＥＤアレイに供給される電圧、および、電力供給路に直列に挿入されるＬＥＤの個数を示すテーブル ３種類の調光レベルにおける、電力供給路に直列に挿入されるＬＥＤの個数の時間変化を示す図 マイコン１２の内部構成を示す図 交流電源の電圧位相、オンにされるスイッチ素子の番号、および、ＬＥＤアレイの発光の合成色のテーブル マイコンの動作を示すフロー図 交流電源の周期と電圧のサンプリング間隔との関係を示す図 ＬＥＤ構成の変形例を示す回路図 ＬＥＤ構成の変形例を示す回路図 発光モジュールにおけるＬＥＤの配置を例示する図 発光モジュールの変形例を示す図 ＬＥＤ構成の変形例を示す回路図 照明システムの構成を示す図

本発明を実施するための形態を、図面を参照して詳細に説明する。
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係る電球形の照明装置の概略構成を示す一部切り欠き図である。

照明装置１は、白熱電球に模した外観形状を有している。円筒状のケース２は、樹脂等の絶縁材料で形成されており、その一端にはＥ型口金３が設けられ、他端には円板状のヒートシンク５が設けられている。口金３とヒートシンク５で封塞されたケース２の内部空間には、点灯装置４が収容されている。ヒートシンク５のケース封塞面とは反対側の面には発光モジュール６が搭載されていると共に、発光モジュール６を覆うグローブ７が取着されている。

発光モジュール６は、基板６ａの表面に配線パターンが配設され、その配線パターンにＬＥＤチップ６ｂが実装され、そのＬＥＤチップ６ｂを樹脂成型部材６ｃで内包して形成されたものである。樹脂成型部材６ｃには、ＬＥＤチップ６ｂから出射された光の波長を変換する材料（例えば、蛍光体物質）が含有されており、波長変換部材として機能する。ＬＥＤチップ６ｂの出射光の一部は樹脂成型部材６ｃ内部を通過中に波長変換され、波長変換されずにそのまま出射された光と混色して所望の色温度の光となる。ＬＥＤチップと波長変換材料を含有する樹脂成型部材との組み合わせで所望の色温度を実現している場合には、ＬＥＤチップとこれを内包する樹脂成型部材部分との組が「発光部」に相当し、ＬＥＤチップのみで所望の色温度を実現している場合には、ＬＥＤチップが「発光部」に相当する。

本実施形態では、発光モジュール６には、発光色の色温度が２８００［Ｋ］，３５００［Ｋ］，５０００［Ｋ］，６７００［Ｋ］の４種類のＬＥＤが実装されている。

口金３が照明器具に装着されると、商用の交流電源から電力が供給される。供給された電力は点灯装置４を介して発光モジュール６に送られる。以下、点灯装置４および発光モジュール６に設けられた照明回路について説明する。

図２は、本発明の第１実施形態に係る照明回路の構成を示す回路図である。

点灯回路１０において、ダイオードブリッジＤＢおよび電解コンデンサＣ１により整流平滑回路が構成されている。整流平滑回路は、電流ヒューズおよびトライアック１５を介して交流電源ＡＣに接続されている。また、整流平滑回路の二次側には、ＬＥＤ１からＬＥＤ８までの８組、合計４８個のＬＥＤから構成されているＬＥＤアレイが接続されている。ＬＥＤの発光色は、組単位で設定されており、本実施形態では、以下の通り、ＬＥＤ１からＬＥＤ８にかけて色温度が順に高くなるように設定されている。

ＬＥＤ１：２８００［Ｋ］
ＬＥＤ２：２８００［Ｋ］
ＬＥＤ３：３５００［Ｋ］
ＬＥＤ４：３５００［Ｋ］
ＬＥＤ５：５０００［Ｋ］
ＬＥＤ６：５０００［Ｋ］
ＬＥＤ７：６７００［Ｋ］
ＬＥＤ８：６７００［Ｋ］
ＬＥＤアレイのノードＮ０は、ダイオードブリッジＤＢのプラス端子に接続されている。ＬＥＤ１の末端のノードＮ１は、スイッチ素子ＦＥＴ１を介してダイオードブリッジＤＢのマイナス端子に接続されている。ＬＥＤ２の末端のノードＮ２は、スイッチ素子ＦＥＴ２を介してダイオードブリッジＤＢのマイナス端子に接続されている。ノードＮ３−ノードＮ８についても同様に、それぞれスイッチ素子ＦＥＴ３−ＦＥＴ８を介してダイオードブリッジＤＢのマイナス端子に接続されている。

マイコン１２は、ＬＥＤアレイに供給される電圧に応じて、スイッチ素子ＦＥＴ１−ＦＥＴ８のオンオフを制御する機能を果たす。マイコン１２の具体的な製品としては、例えば、マイクロチップテクノロジー社のＰＩＣ１８Ｆ２５２を利用することができる。マイコン１２の電源端子Ｖｉｎには、直流電源部１１が接続されている。直流電源部１１は、マイコン１２を動作させるために、直流電圧５［Ｖ］を生成するものである。アナログ入力端子Ａｉｎには、抵抗素子Ｒ１，Ｒ２から構成された分圧器が接続されている。これにより、マイコン１２は、ＬＥＤアレイに供給される直流電圧を検出することができる。デジタル出力端子ＤＯ０−ＤＯ７には、それぞれスイッチ素子ＦＥＴ１−ＦＥＴ８のゲート端子が接続されている。スイッチ素子とマイコン１２との組が、ＬＥＤアレイに含まれる４８個のＬＥＤの接続関係を切り替えるスイッチ手段として機能する。

ＬＥＤアレイとダイオードブリッジＤＢのプラス端子との間に過電流保護素子であるポリスイッチ１４が挿入されており、これによってもＬＥＤアレイに過剰な電流が流れないようにされている。ポリスイッチ１４は、ＰＴＣサーミスタの一種であり、例えば、タイコエレクトロニクスレイケム株式会社製のＬＶＲ００５Ｓを利用することができる。特に、マイコン１２の演算の遅れや不安定な動作により、交流電源の電圧瞬時値に対して、直列接続されるＬＥＤの個数が過小となる場合が考えられる。このような場合にポリスイッチ１４があればＬＥＤに過電流が流れるのを防止することができる。なお、過電流保護素子としての機能があれば、ＰＴＣサーミスタに限らず、電流ヒューズ等も利用可能である。ただし、ＰＴＣサーミスタは、温度低下により再復帰できるので、溶断するたびに交換を要する電流ヒューズよりも使い勝手がよい。

上記の構成により、スイッチ素子ＦＥＴ１−ＦＥＴ８のオンオフにより交流電源ＡＣからの電力供給路に直列に挿入されるＬＥＤの個数を切り替えることができる。例えば、ＦＥＴ１がオン，ＦＥＴ２−ＦＥＴ８がオフの場合には、ＬＥＤ１に含まれる６個のＬＥＤが電力供給路に直列に挿入されて点灯することになる。ＦＥＴ２がオン，ＦＥＴ１，ＦＥＴ３−８がオフの場合には、ＬＥＤ１およびＬＥＤ２に含まれる１２個のＬＥＤが電力供給路に直列に挿入されて点灯することになる。

ＬＥＤの個数が切り替わると、それに伴い、その個数に含まれるＬＥＤにおける発光色毎の個数の比率が切り替わる。例えば、ＬＥＤ１，ＬＥＤ２が点灯する場合には、点灯するＬＥＤの総数１２個に対して、２８００［Ｋ］のＬＥＤが１２個含まれる。したがって、以下に示すように、ＬＥＤアレイの発光色の色温度は２８００［Ｋ］となる。

２８００［Ｋ］×１２［個］／１２［個］
＝２８００［Ｋ］
また、例えば、ＬＥＤ１−ＬＥＤ３が点灯する場合には、点灯するＬＥＤの総数１８個に対して、２８００［Ｋ］のＬＥＤが１２個、３５００［Ｋ］のＬＥＤが６個含まれる。したがって、以下に示すように、ＬＥＤアレイの発光色の色温度（合成色の色温度）はそれらの平均である３０００［Ｋ］となる。

（２８００［Ｋ］×１２［個］＋３５００［Ｋ］×６［個］）／１８［個］
＝３０３３［Ｋ］
≒３０００［Ｋ］
このように、ＬＥＤアレイの発光色の色温度を変化させることができる。

図３に、ＬＥＤアレイに供給される電圧、オンにされるスイッチ素子の番号、および、ＬＥＤアレイの発光の合成色のテーブルを示す。

ＬＥＤアレイに供給される電圧は、交流電源の交流電圧が１１０［Ｖ］の場合、調光レベルに応じて１５［Ｖ］程度から１５５［Ｖ］まで変動する。調光レベルが最大（定格点灯）のとき、ＬＥＤアレイには１５５［Ｖ］の電圧が供給される。このとき、マイコン１２がスイッチ素子ＦＥＴ８をオンにするので、ＬＥＤ１−ＬＥＤ８が点灯し、その結果、ＬＥＤアレイの発光色の色温度が４５００［Ｋ］となる。トライアック１５の調光レベルを低下させていくと、ＬＥＤ８からＬＥＤ１まで降順に不点灯となっていくので、ＬＥＤアレイの明るさが低下していくとともに、ＬＥＤの発光色の色温度が低下していく。これにより、白熱電球を調光点灯させたときと同等の特性をＬＥＤ照明装置にて実現することができる。
（第２実施形態）
図４は、本発明の第２実施形態に係る照明回路の構成を示す回路図である。

第１実施形態では、ＬＥＤアレイを直流点灯させるのに対し、第２実施形態では、ＬＥＤアレイを交流点灯させる。そのため、第２実施形態では、整流平滑回路に代えて整流回路が設けられている。また、交流点灯に適したようにＬＥＤアレイの構成が変更されている。これら以外の構成は第１実施形態と同様である。

ＬＥＤアレイでは、ＬＥＤ１からＬＥＤ８までの８組、合計４６個のＬＥＤが直列に接続されている。各組に含まれるＬＥＤの個数および色温度は次の通りである。

ＬＥＤ１：９個，２８００［Ｋ］
ＬＥＤ２：８個，２８００［Ｋ］
ＬＥＤ３：８個，３５００［Ｋ］
ＬＥＤ４：７個，３５００［Ｋ］
ＬＥＤ５：６個，５０００［Ｋ］
ＬＥＤ６：４個，５０００［Ｋ］
ＬＥＤ７：３個，６７００［Ｋ］
ＬＥＤ８：１個，６７００［Ｋ］
ＬＥＤの総数Ｎ［個］は、次の関係式により決定されている。

Ｎ＝Ｖｅｆｆ×１．１×√２／Ｖｆ
ここでは、交流電源の基準電圧（実効値）をＶｅｆｆ［Ｖ］、ＬＥＤ単体に仕様電流を流したときに誘起される電圧をＶｆ［Ｖ］とする。なお、仕様電流とは、ＬＥＤの発光効率を最適に維持できる電流値、または、照明器具設計をする場合の、使用環境下による放熱設計やあかり条件に適した電流値をいう。

本実施形態では、Ｖｅｆｆ＝１００［Ｖ］、Ｖｆ＝３．４［Ｖ］から、Ｎ＝４６［個］としている。Ｖｅｆｆ×１．１×√２により得られる電圧は、交流電源のピーク電圧を１．１倍したものである。商用の交流電源の電圧は±１０％程度の公差がある。１．１倍することにより、交流電源の電圧が公差の範囲で１０％上昇した場合でも、ＬＥＤに過剰な電流が流れないように配慮されている。

図５に、ＬＥＤアレイに供給される電圧、オンにされるスイッチ素子の番号、および、ＬＥＤアレイの発光の合成色のテーブルを示す。

マイコン１２は、ＬＥＤアレイに供給される電圧（瞬時値）を検出し、検出された電圧に応じたスイッチ素子ＦＥＴをオンにする。これにより、電力供給路に直列に挿入されるＬＥＤの個数を切り替えることができる。また、ＬＥＤの個数が切り替わると、それに伴い、その個数に含まれるＬＥＤの発光色毎の個数の比率が切り替わる。その結果、ＬＥＤアレイの発光色の色温度を変化させることができる。なお、本実施形態では、ＬＥＤ１−ＬＥＤ８の各組に含まれるＬＥＤの個数が第１実施形態の場合と異なるので、オンにするスイッチ素子毎のＬＥＤアレイの発光色が第１実施形態の場合と異なる。

図６に、図５に示されたテーブルに従ってＦＥＴのオンオフ制御をした場合における、電力供給路に直列に挿入されるＬＥＤの個数の変化を示す。ここでは、０［ｄｅｇ］から９０［ｄｅｇ］までの範囲（交流電源の半周期の前半に相当）が示されている。また、図中の破線は、ピーク電圧が１５５［Ｖ］の交流電源の電圧を示している。

電圧が０［Ｖ］から３０［Ｖ］までの範囲であれば、ＦＥＴ１がオンされ、ＦＥＴ２−８がオフされる。このとき、ＬＥＤ１に含まれる９個のＬＥＤが電力供給路に直列に挿入される。

電圧が３１［Ｖ］から５９［Ｖ］までの範囲であれば、ＦＥＴ２がオンされ、ＦＥＴ１，３−８がオフされる。このとき、ＬＥＤ１とＬＥＤ２に含まれる１７個のＬＥＤが電力供給路に直列に挿入される。

以降、同様に、電圧が増加するにつれて、直列に挿入されるＬＥＤの個数が増加していき、電圧が１５３［Ｖ］から１５５［Ｖ］までの範囲では、ＬＥＤ１−ＬＥＤ８に含まれる４６個全てのＬＥＤが電力供給路に直列に挿入される。

また、テーブルから明らかなように、９１［ｄｅｇ］から１８０［ｄｅｇ］までの範囲（交流電源の半周期の後半に相当）では、電圧が低下するにつれて、電力供給路に直列に挿入されるＬＥＤの個数が減少していく。

なお、図６に示すように、各範囲でのＬＥＤの個数は、該当する範囲での電圧瞬時値からＶｆ［Ｖ］を割って得られた数値に設定されている。例えば、電圧瞬時値が０［Ｖ］から３０［Ｖ］までの場合には、ＬＥＤの個数は、電圧瞬時値３０［Ｖ］からＬＥＤの仕様電圧３．４［Ｖ］を割って得られた９個となる。したがって、各範囲では、交流電源の電圧瞬時値に応じて適切な個数のＬＥＤが直列接続されることになる。また、各範囲は、交流電圧の半周期（位相角で０［ｄｅｇ］から９０［ｄｅｇ］まで）が概ね８等分されるように定められている。

図７は、交流電圧の位相角、ＬＥＤアレイに供給される電圧、および、電力供給路に直列に挿入されるＬＥＤの個数を示すテーブルである。図７（ａ）に示すように、日本では、交流電源の基準電圧が１００［Ｖ］なので、±１０［％］の公差を考慮して、交流電圧の瞬時値のピークを１５５［Ｖ］と想定している。位相角が０［ｄｅｇ］から１１［ｄｅｇ］までの区間では、直列に挿入されるＬＥＤの個数は、位相角が１１［ｄｅｇ］のときの電圧瞬時値３０［Ｖ］からＬＥＤの仕様電圧Ｖｆ＝３．４［Ｖ］を割って得られた９［個］となる。これ以外の区間でも同様に算出されている。

図７（ｂ）は、欧州などの交流電源の基準電圧が２３０［Ｖ］の場合、図７（ｃ）は、アメリカなどの交流電源の基準電圧が１２０［Ｖ］の場合、図７（ｄ）は、中国などの交流電源の基準電圧が１１０［Ｖ］の場合のテーブルである。これらについても、図７（ａ）と同様に作成されている。

図８に、３種類の調光レベルにおける、電力供給路に直列に挿入されるＬＥＤの個数の時間変化を示す。ＬＥＤの個数の時間変化に併せて、トライアックゲート信号および照明装置への供給電圧も表す。

図８（ａ）は、調光レベルの設定が最大の場合を示している。トライアック１５を用いた場合には、調光レベルの設定を最大にしても供給電圧はゼロクロスからわずかに遅れて立ち上がる。ゼロクロスから電圧の立ち上がりまでの期間では、直列接続されるＬＥＤの個数はゼロである。電圧の立ち上がりから次のゼロクロスまでの期間では、検出された電圧に応じて直列接続されるＬＥＤの個数が切り替わっている。

図８（ｂ）は、調光レベルの設定が中間値の場合を示している。この場合、位相が９０［ｄｅｇ］に達するまで電圧が立ち上がらず、直列接続されるＬＥＤの個数もゼロである。電圧は位相が９０［ｄｅｇ］のときに立ち上がり、それ以降は検出された電圧に応じて直列接続されるＬＥＤの個数が切り替わる。

図８（ｃ）は、調光レベルの設定が最小の場合を示している。トライアック１５を用いた場合には、調光レベルの設定を最小にしたとき、半周期の終期付近で電圧が立ち上がり、わずかな期間だけ電力が供給される。この電力から直流電圧で１５［Ｖ］程度は確保できるので、調光レベルの設定が最小の場合でもマイコン１２は動作可能である。

このように、本実施形態では、調光レベルに応じてＬＥＤアレイの点灯期間を変化させることができる。したがって、位相制御による調光点灯が可能である。なお、調光点灯させたときには、交流電圧の半周期毎にＬＥＤアレイが明滅することになるが人間の目では感受することができず、平均化された明るさに感じ取られる。同様に、本実施形態では、交流電圧の半周期中にＬＥＤアレイの色温度が順次変化するが、人間の目では平均化された色温度に感じ取られる。なお、感覚的な色の差は色差（ΔＥ）といい、ＣＩＥ均等色空間における色の三刺激値のｕｖ色度座標と、Ｌ輝度から以下のように定義される。

ΔＥ（ＣＩＥＬＵＶ）＝（（ΔＬ）^２＋（Δｕ）^２＋（Δｖ）^２）^１／２
本実施形態では、ＬＥＤを交流（厳密には全波整流された脈流）で点灯させるので、平滑用の電解コンデンサを必要としない。したがって、電球形の照明装置のケースの寸法を小さくすることができ、結果的に、照明装置の小型化を図ることができる。また、電解コンデンサは電源回路の寿命の長短を決定させる主要素子である。これを使用しないことから電源回路の寿命を安定的に長くすることができる。
（第３実施形態）
第３実施形態では、交流電圧のゼロクロスからの経過時間を、ＬＥＤアレイに供給される電圧を示す情報として取り扱う。点灯回路の回路構成自体は第２実施形態のものと共通であるが、マイコン１２の動作が第２実施形態と異なる。

図９に、マイコン１２の内部構成を示す。マイコン１２は、マイコン１２は、アナログデジタルコンバータ１２１、タイマー１２２、ＣＰＵ１２３、ＲＯＭ１２４、ＲＡＭ１２５、入力ポート１２６および出力ポート１２７を備えている。入力ポート１２６には、アナログ入力端子Ａｉｎ、デジタル入力端子ＤＩ０，ＤＩ１が設けられている。出力ポート１２７には、デジタル出力端子ＤＯ０−ＤＯ７が設けられている。ＣＰＵ１２３は、ＲＯＭ１２４およびＲＡＭ１２５に記憶されたプログラムおよびデータに従って動作する。

図１０に、交流電源の電圧位相、オンにされるスイッチ素子の番号、および、ＬＥＤアレイの発光の合成色のテーブルを示す。交流電源の電圧位相は、ゼロクロスからの経過時間に相当し、オンされるスイッチ素子の番号は、直列に挿入されるＬＥＤの個数に相当する。

電圧位相の欄では、０［ｄｅｇ］から１８０［ｄｅｇ］までの範囲（交流電源の半周期に相当）が１６区間に分割されている。ＦＥＴ番号の欄では、各区間にオンされるＦＥＴの番号が示されている。

図１１は、マイコンの動作を示すフロー図である。図１２は、交流電源の周期と電圧のサンプリング間隔との関係を示す図である。

まず、照明装置１に電力が投入されることによりマイコン１２の電源端子Ｖｉｎに直流電圧５［Ｖ］が入力されると、マイコン１２は初期化を行う（ステップＳ１１）。

次に、交流電源の周波数を検出し（ステップＳ１２）、電源投入直後に交流波形をサンプリングし、周波数を自動算出する。周波数が５０［Ｈｚ］なら（ステップＳ１３：５０Ｈｚ）、位相９０［ｄｅｇ］を５［ｍｓ］に対応付け（ステップＳ１４）、周波数が６０［Ｈｚ］なら（ステップＳ１３：６０Ｈｚ）、位相９０［ｄｅｇ］を４．１６［ｍｓ］に対応付ける（ステップＳ１５）。

次に、アナログ入力端子Ａｉｎの入力を受け付け（ステップＳ１６）、タイマー１２２をリセットし（ステップＳ１７）、ＦＥＴ１−８の全てをオフにすることによりＬＥＤを消灯させる（ステップＳ１８）。

次に、交流電源の電圧のゼロクロスを検出する（ステップＳ１９）。ゼロクロスが検出されたら（ステップＳ１９：ＹＥＳ）、一定のサンプリング間隔だけ待機し（ステップＳ２０）、交流電源の電圧が立ち上がったか否かを判定する（ステップＳ２１）。電圧が立ち上がっていなければ（ステップＳ２１：ＮＯ）、位相が１８０［ｄｅｇ］に達していない限り（ステップＳ２２：ＮＯ）、サンプリング間隔の待機（ステップＳ２０）と電圧の立ち上がりの判定（ステップＳ２１）とを繰り返す。電圧の立ち上がりが検出されないまま位相が１８０［ｄｅｇ］に達してしまえば、ステップＳ１７に戻す。

トライアック１５を用いた位相制御では、調光レベルの設定に応じて電圧が立ち上がるタイミングが変化する。上記判定動作により電圧が立ち上がるタイミングを検出することができる。なお、図１２に示すように、サンプリング間隔は、１つの区間を１０以上に分割して得られる間隔とする。本実施形態では、半周期を１６区間に分割しているので、１つの区間は６０［Ｈｚ］時において０．５２１［ｍｓ］、５０［Ｈｚ］時において０．６２５［ｍｓ］である。そこで、例えば、サンプリング間隔を６０［Ｈｚ］時において５０［μｓ］、５０［Ｈｚ］時において６２［μｓ］とすることとする。また、「電圧の立ち上がり」とは、０［Ｖ］からプラスに変化する場合も、０［Ｖ］からマイナスに変化する場合も含むものとする。

交流電源の電圧の立ち上がりが検出されれば（ステップＳ２１：ＹＥＳ）、タイマーに示される時間を読み出すことにより、ゼロクロスが検出されたときから電圧の立ち上がりが検出されたときまでの時間Δｔを検出する（ステップＳ２３）。

次に、検出された時間Δｔに対応する位相を特定し、図１０に示されたテーブルに従ってオンすべきＦＥＴｎ（ｎは１以上８以下の整数）を特定し（ステップＳ２４）、特定されたＦＥＴｎをオンさせる（ステップＳ２５）。時間Δｔから位相を特定するときには、ステップＳ１３−Ｓ１５の結果を利用する。

次に、ＦＥＴｎをオンさせたまま第ｎ区間に相当する時間だけ待機し（ステップＳ２６）、位相が９０［ｄｅｇ］未満か、９０［ｄｅｇ］ちょうどか、９０［ｄｅｇ］より大きいかを判定する（ステップＳ２７）。位相が９０［ｄｅｇ］未満であれば、数値ｎをインクリメントし（ステップＳ２８）、ステップＳ２５に戻す。位相が９０［ｄｅｇ］ちょうどであれば、数値ｎをそのまま維持し（ステップＳ２９）、ステップＳ２５に戻す。位相が９０［ｄｅｇ］より大きければ、位相が１８０［ｄｅｇ］を超えていない限り（ステップＳ３０：ＮＯ）、数値ｎをデクリメントし（ステップＳ３１）、ステップＳ２５に戻す。この動作を繰り返すと、０［ｄｅｇ］から９０［ｄｅｇ］までの区間では、位相の増加に応じて直列接続されるＬＥＤの個数が増加し、９０［ｄｅｇ］から１８０［ｄｅｇ］までの区間では、位相の増加に応じて直列接続されるＬＥＤの個数が減少する。

位相が１８０［ｄｅｇ］に達すれば（ステップＳ３０：ＹＥＳ）、ステップＳ１７に戻す。これにより、半周期毎に同様の動作が繰り返される。

本実施形態では、交流電圧のゼロクロスからの経過時間に応じて電力供給路に直列に挿入されるＬＥＤの個数を切り替えている。交流電圧の波形および実効値は既知なので、ゼロクロスからの経過時間は交流電圧の瞬時値に相当する。従って、本実施形態でも、交流電圧に応じて電力供給路に直列に挿入されるＬＥＤの個数を切り替えているといえる。

また、実施形態２では、交流電源の基準電圧（実効値）が公差の範囲内で低下した場合に、ＬＥＤ８が常時不点灯となり、照度ムラが生じるおそれがある。しかしながら、本実施形態では、ゼロクロスからの経過時間に応じてオンにするＬＥＤの個数を切り替えているので、そのようなことが生じない。

以上、本発明に係る照明装置について、実施の形態に基づいて説明したが、本発明はこれらの実施の形態に限られない。例えば、以下のような変形例が考えられる。
（１）第２および第３実施形態では、ダイオードブリッジＤＢにより交流電圧を全波整流し、全波整流された電圧をＬＥＤのアレイに供給しているが、本発明は、これに限らない。例えば、図１３に示すように、ダイオードブリッジＤＢを排除し、正負の交流電圧をそのままＬＥＤアレイに供給することとしてもよい。正極点灯回路（ＬＥＤ１−ＬＥＤ８）において、ＦＥＴ１−ＦＥＴ８の各ソース端子はノードＮ２２に接続されている。また、負極点灯回路（ＬＥＤ９−ＬＥＤＧ）において、ＦＥＴ９−ＦＥＴ１６の各ソース端子はノードＮ２１に接続されている。すなわち、正極点灯回路と負極点灯回路とが交流電源に逆並列に接続されている。マイコン２２は、交流電源の電圧が正の半周期では、ＦＥＴ１−８を選択的にオンにし、ＦＥＴ９−１６の何れもオフとする。一方、交流電源の電圧が負の半周期では、ＦＥＴ９−１６を選択的にオンにし、ＦＥＴ１−８の何れもオフとする。

これによれば、ＬＥＤの半分が半周期中に消灯していることから、熱ストレスの低減が可能となる。また、ダイオードブリッジＤＢを排除しているので、部品点数を削減することができる。これらのことから、さらなる小型化と長寿命化を図ることができる。
（２）実施形態では、交流電圧の公差を考慮して交流電圧のピーク値１５５［Ｖ］からＬＥＤの総数を導き出して４６個としている。しかしながら、公差の±１０［％］をどのように扱うかは設計者の設計思想によるものであり、必ずしも１５５［Ｖ］からＬＥＤの総数を導き出すことはない。例えば、交流電圧のピーク値１４１［Ｖ］からＬＥＤの総数を導き出して４２個としてもよい。この場合、交流電圧が公差の範囲内で上昇したとき過電圧分の多くは熱になるが、放熱設計に余裕をもたせておくことでＬＥＤの定格寿命を確保することができる。また、ＬＥＤの定格寿命を多少低下させて使用したりすることもできる。

また、図１４に示すように、過電圧保護用の抵抗Ｒ３を設けることとしてもよい。図１４の構成では、交流電圧の瞬時値が１４４［Ｖ］以上になれば、ＦＥＴ７がオンになり、抵抗Ｒ３に電流が流れることになる。これにより、ＬＥＤに過電圧が印加されてしまうのを防止することができる。
（３）図１５に、発光モジュールにおけるＬＥＤの配置を例示する。図１５では、発光色毎に異なる模様が付されている。図１５（ａ），（ｄ）では、ひとつの発光色のＬＥＤがひとつの領域に集められて配置されている。また、図１５（ｂ），（ｃ），（ｅ），（ｆ）では、ひとつの発光色のＬＥＤが複数の領域に分散して配置されている。このように分散配置することで、各発光色を効果的に混色させることができる。また、図１５（ｂ），（ｃ），（ｅ），（ｆ）では、さらに、各発光色の重心位置が一致するように配置されている。これにより、照射面における色ムラの発生を抑制することができる。また、交流点灯のときに最後に点灯するＬＥＤ８を中央付近に配置することとしてもよい。これは、ランプ形状にした場合に、中央部が最後に点灯したほうが質感的にきれいであることと、二次光学系等を用いたときに反射板等で照射したときの照度ムラの抑制にもなるからである。

また、図１５（ｆ）に示すように、反射板６ｄを設けることとしてもよい。これにより、光の有効利用を図ることができる。
（４）ＬＥＤの発光色を異ならせる方法として、以下の方法が採用可能である。

Ａ．樹脂成型部材６ｃに含有される蛍光体の種類を異ならせる。

Ｂ．樹脂成型部材６ｃを通過する光路長を異ならせる。

Ｃ．樹脂成型部材６ｃに含有される蛍光体濃度を異ならせる。

Ｄ．ＬＥＤの発光色自体を異ならせる。

上記Ａでは、例えば、赤色蛍光体、橙色蛍光体、緑色蛍光体、青色蛍光体などを適宜選択して利用することができる。上記Ｂの具体例を図１６（ａ）に示す。この例では、サブマウント６ｅを用いて、樹脂成型部材６ｃの上面からＬＥＤまでの距離を４種類に異ならせている。これにより、単一の蛍光体を用いても各ＬＥＤの発光色の色温度を異ならせることができる。上記Ｃの具体例を図１６（ｂ）に示す。この例では、樹脂成型部材６ｃに分散している蛍光体の濃度を厚み方向に異ならせることにより各ＬＥＤの発光色の色温度を異ならせることができる。上記Ｄでは、例えば、赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ、青色ＬＥＤなどを利用することができる。
（５）人間の目は、明所視では波長が５５５［ｎｍ］の光に対して感度が高く、暗所視では波長が５０７［ｎｍ］の光に対して感度が高い。すなわち、暗所視の比視感度のピークは明所視の比視感度のピークよりも短波長側にある。このことから、暗い環境でもよく見える照明装置として、調光レベルが低下するにつれてＬＥＤアレイの発光色の色温度を上昇する仕様もありえる。このような仕様を実現するには、例えば、以下の通り、ＬＥＤ１からＬＥＤ８にかけて色温度が順に低くなるように設定すればよい。

ＬＥＤ１：６７００［Ｋ］
ＬＥＤ２：６７００［Ｋ］
ＬＥＤ３：５０００［Ｋ］
ＬＥＤ４：５０００［Ｋ］
ＬＥＤ５：３５００［Ｋ］
ＬＥＤ６：３５００［Ｋ］
ＬＥＤ７：２８００［Ｋ］
ＬＥＤ８：２８００［Ｋ］
（６）実施形態では、発光色の種類が４種類であるが、２種類以上あれば本発明の効果を奏することができる。
（７）実施形態では、ＬＥＤを組単位で電力供給路に挿入しているが、本発明はこれに限らない。例えば、ＬＥＤを１個単位で電力供給路に挿入することとしてもよい。
（８）実施形態では、白熱電球に似た外形の照明装置を例示しているが、本発明は、これに限らない。また、トライアックは照明装置の外部に備えられているが、照明装置に内蔵されることとしてもよい。
（９）第３実施形態では、ゼロクロス点からの電圧の立ち上がり検出をマイコンのアナログ入力端子で電圧変化を見ながら検出しているが、デジタル入力端子を用いて、ある閾値電圧による検出としてもよい。この場合、マイコンにアナログ入力端子を必要にしないため、安価なマイコンを使用することができる。
（１０）第２および第３実施形態では、分圧抵抗Ｒ１，Ｒ２をダイオードブリッジＤＢよりも交流電源側に配し、交流電圧を検出することとしているが、本発明は、これに限らない。例えば、ダイオードブリッジＤＢよりも負荷側に分圧抵抗Ｒ１，Ｒ２を配し、全波整流された交流電圧を検出することとしてもよい。また、実施形態では、電圧検出には分圧抵抗による比電圧を検出する方法が採用されているが、これに限らず、ツェナーダイオードとフォトカプラによる微分検出方法を採用することとしてもよい。
（１１）第３実施形態では、動作フローにより順次処理を実行しているが、処理速度を上げるために、ゼロクロス検出による割込み処理によるマルチタスク制御にしてもよい。但し、ゼロクロス割込みでは稀に発生の可能性がある異常信号などによる不定期のゼロクロスにより誤動作を招くおそれがあるため、動作フロー初期で検出した周波数情報を用いて、不定期に生じるゼロクロスはゼロクロスとして検出しないようにすることとしてもよい。
（１２）実施の形態では、交流電圧の半波長、すなわち０［ｄｅｇ］から９０［ｄｅｇ］までを略８等分しているが、分割数はこれに限らず、２分割以上であればよい。
（１３）第３実施形態では、図１１に示すように、１つの点灯区間を１０に分割して得られる間隔をサンプリング間隔としているが、本発明はこれに限らない。例えば、点灯と消灯のタイミングの精度を上げるために、分割数を１００や１０００などに増やしてもよい。
（１４）トライアック１５は、二次側に負荷が接続されているときに動作が安定する。ＬＥＤが点灯している期間には点灯しているＬＥＤが負荷となるのでトライアック１５が安定動作することができる。一方、ＬＥＤが消灯している期間にはＬＥＤ１−ＬＥＤ８の何れも負荷として働かないのでトライアック１５の動作が不安定になるおそれがある。そこで、ＬＥＤが消灯している期間でもトライアック１５を安定動作させるために、トライアック１５の二次側に抵抗や発光素子やダイオードを直列か並列に挿入し、数十［ｍＡ］の負荷電流を流すようにしてもよい。図１７は、ＬＥＤ構成の変形例を示す図である。負荷（抵抗Ｒ４）がマイコン１２の内部回路を介してトライアックの二次側に接続されている。なお、図１７の例では、負荷（抵抗Ｒ４）はマイコン１２に内蔵されたスイッチ素子１２８を介しているが、常時接続しておく場合にはスイッチ素子１２８は不要である。

なお、この抵抗や発光素子やダイオードの負荷は、常時接続されることとしてもよいが、交流電圧の半周期中においてゼロクロスから電圧の立ち上がりが検出されるまでの期間、すなわち、ＬＥＤが消灯している期間だけ接続されることとしてもよい。そうすることで、消費電力の低減を図ることができる。これは、図１７の例では、マイコン１２が交流電圧の半周期中においてゼロクロスから電圧の立ち上がりが検出されるまでの期間には負荷（抵抗Ｒ４）に通電し、電圧の立ち上がりが検出されてから次のゼロクロスまでの期間には負荷（抵抗Ｒ４）への通電を停止させることで実現できる。通電および停止は、マイコン１２に内蔵されたスイッチ素子１２８をオンオフ制御することにより実現できる。

また、調光レベルの設定が最小に近い場合、ＬＥＤが点灯していたとしてもトライアックを安定動作させるのに十分な負荷電流が流れないことがある。そこで、交流電圧の半周期中において電力供給路に直列に挿入されるＬＥＤの最大の個数が所定個以上の場合にはＬＥＤが消灯している期間だけ負荷を接続し、所定個未満の場合には負荷を常時接続することとしてもよい。例えば、半周期の前半まで（位相角が０〜９０［ｄｅｇ］）に電圧が立ち上がる場合には、位相角が９０［ｄｅｇ］のときにＬＥＤアレイの全てのＬＥＤが点灯する。この場合、半周期中に点灯するＬＥＤの最大の個数はＬＥＤアレイに含まれるＬＥＤの全数になる。また、半周期の後半（位相角が９１〜１８０［ｄｅｇ］）で電圧が立ち上がる場合には、半周期中に点灯するＬＥＤの最大の個数は電圧が立ち上がるときの位相角に応じて決まる。マイコン１２は、電圧の立ち上がりを検出すれば、そのときの位相角から半周期中に点灯するＬＥＤの最大の個数を特定することができる。そのため、最大の個数が所定個以上であれば、次の半周期ではＬＥＤが消灯している期間だけ負荷を接続し、所定個未満であれば、次の半周期では負荷を常時接続するという制御が可能である。

なお、負荷の接続箇所は、トライアックの二次側であればよく、ダイオードブリッジの一次側（交流側）でもよいし、ダイオードブリッジの二次側（脈流側）でもよい。
（１５）実施形態では、波長変換部材を波長変換材料が含有された樹脂成型部材６ｃとしているが、本発明はこれに限らない。例えば、波長変換部材を、波長変換材料が含有されたガラス部材やセラミック部材としてもよい。
（１６）上記実施形態の照明装置は、照明装置が取り付けられる照明器具と組み合わせて照明システムとして利用できる。図１８は、照明システムの構成を示す図である。照明システムは、照明装置１と照明器具１００とを備える。照明器具１００は、天井等の取付面１０３に取り付けられており、椀状の反射鏡１０１とソケット１０２とを備える。ソケット１０２に、照明装置１の口金が螺合されることにより、照明装置１が照明器具１００に取り付けられる。

本発明は、一般照明に利用可能である。

１ 照明装置
２ ケース
３ 口金
４ 点灯装置
５ ヒートシンク
６ 発光モジュール
６ａ 基板
６ｂ ＬＥＤチップ
６ｃ 樹脂成型部材
６ｄ 反射板
６ｅ サブマウント
７ グローブ
１０ 点灯回路
１１ 直流電源部
１２，２２ マイコン
１４ ポリスイッチ
１５ トライアック
１００ 照明器具
１０１ 反射鏡
１０２ ソケット
１０３ 取付面
１２１ アナログデジタルコンバータ
１２２ タイマー
１２３ ＣＰＵ
１２４ ＲＯＭ
１２５ ＲＡＭ
１２６ 入力ポート
１２７ 出力ポート
１２８ スイッチ素子

Claims (12)

1. 位相制御された交流電力の供給を受ける照明装置であって、
   複数の発光部を含み、前記複数の発光部が発光色の異なる２種類以上の発光部から構成されている発光部アレイと、
   前記発光部アレイに供給される電圧に応じて、電力供給路に直列に挿入される発光部の個数およびそれに含まれる発光部における発光色毎の個数の比率が変化するように、前記発光部アレイに含まれる複数の発光部の電気的な接続関係を切り替えるスイッチ手段と
   を備えることを特徴とする照明装置。
2. 前記スイッチ手段は、前記電力供給路に直列に挿入される発光部の個数が多くなるほど、それに含まれる発光部の合成された色温度が上昇または下降するように、前記発光部アレイに含まれる複数の発光部の電気的な接続関係を切り替えること
   を特徴とする請求項１に記載の照明装置。
3. さらに、前記交流電力を整流平滑する整流平滑回路を含み、
   前記複数の発光部は、発光色の色温度順に配線に直列に接続され、前記配線の一端が前記整流平滑回路のプラス端子に接続され、前記配線の一端から他端までの複数のノードがそれぞれ別個のスイッチ素子を介して前記整流平滑回路のマイナス端子に接続されており、
   前記スイッチ手段は、前記発光部アレイに供給される電圧が高いほど、前記複数のノードのうちの前記一端から離れたノードのスイッチ素子をオンすること
   を特徴とする請求項２に記載の照明装置。
4. さらに、前記交流電力を整流する整流回路を含み、
   前記複数の発光部は、発光色の色温度順に配線に直列に接続され、前記配線の一端が前記整流回路のプラス端子に接続され、前記配線の一端から他端までの複数のノードがそれぞれ別個のスイッチ素子を介して前記整流回路のマイナス端子に接続されており、
   前記スイッチ手段は、前記発光部アレイに供給される電圧が高いほど、前記複数のノードのうちの前記一端から離れたノードのスイッチ素子をオンすること
   を特徴とする請求項２に記載の照明装置。
5. 前記複数の発光部の総数をＮ［個］、前記交流電源の電圧実効値をＶｅｆｆ［Ｖ］、前記発光部単体に仕様電流を流したときに誘起される電圧をＶｆ［Ｖ］としたとき、
   Ｎ＝Ｖｅｆｆ×１．１×√２／Ｖｆ
   が満たされていること
   を特徴とする請求項４に記載の照明装置。
6. 前記各発光部は、発光チップと、前記発光チップの出射光の波長を変換する波長変換材料を含有する波長変換部材とを含み、
   前記複数の発光部は、前記波長変換材料の種類を異ならせることにより発光色を異ならせていることを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
7. 前記各発光部は、発光チップと、前記発光チップの出射光の波長を変換する波長変換材料を含有する波長変換部材とを含み、
   前記複数の発光部は、前記波長変換部材の内部を通過する光路長を異ならせることにより発光色を異ならせていることを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
8. 前記複数の発光部は、発光色が異なる発光チップから構成されていることを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
9. さらに、前記発光部アレイに並列に負荷が接続されていることを特徴とする請求項４に記載の照明装置。
10. さらに、前記交流電力の交流電圧の半周期中において、ゼロクロスから電圧の立ち上がりが検出されるまでの期間には前記負荷に通電し、電圧の立ち上がりが検出されてから次のゼロクロスまでの期間には前記負荷への通電を停止させる制御手段を備えること
    を特徴とする請求項９に記載の照明装置。
11. さらに、前記交流電力の交流電圧の半周期中において前記電力供給路に直列に挿入されるＬＥＤの最大の個数が所定個以上の場合には、ＬＥＤが消灯している期間だけ前記負荷に通電し、所定個未満の場合には前記負荷を常時接続する制御手段を備えること
    を特徴とする請求項９に記載の照明装置。
12. 請求項１に記載の照明装置と、前記照明装置が取り付けられる照明器具と、を含む照明システム。

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