JP5605702B2

JP5605702B2 - 照明装置

Info

Publication number: JP5605702B2
Application number: JP2010284905A
Authority: JP
Inventors: 彩弥香羽田; 征彦鎌田; 敏彦笹井; 仁志河野; 直子岩井; 昌俊熊谷; 徹石北; 啓道中島
Original assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Current assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Priority date: 2010-12-21
Filing date: 2010-12-21
Publication date: 2014-10-15
Anticipated expiration: 2030-12-21
Also published as: CN102563417A; US8952627B2; EP2469982A1; CN102563417B; US20120153841A1; JP2012133995A

Description

本発明の実施形態は、発光の色温度が異なる複数種のＬＥＤを光源として備えた照明装置に関する。

発光の色温度が異なる複数種のＬＥＤを光源とする照明装置においては、複数種のＬＥＤを同時に点灯し、かつそれらの発光を混光させることにより、ＬＥＤ全体としての光色を異なる色温度にすることができる。したがって、ＬＥＤの発光色の種類ごとの発光比率を変化させることにより、ＬＥＤ全体としての光色を変化させて調色することができる。また、色温度が異なる複数種のＬＥＤの総発光量を変化させることにより、ＬＥＤ全体の発光を調光することができる。さらに、以上の制御をリモコンにより手元で操作できるように構成することができる。

一方、ＬＥＤの発光量を変化させるには、そこに流れる電流を変化させるのが一般的である。そこで、発光色の種類ごとにＬＥＤの電流比率を変化させれば、発光比率を変化させることができる。そして、発光色の種類ごとの電流の合計値を変化させれば、発光量を変化させることができる。したがって、発光の色温度が異なる複数種のＬＥＤを用いて調色および調光を行うためには、発光の色温度ごとにＬＥＤを独立したＬＥＤ点灯回路を用いて点灯するとともに、各ＬＥＤ点灯回路をマイコンなどの制御手段によって協調して制御するように構成すればよい。

特開２０１０−１２９２１１号公報

しかしながら、ＬＥＤは、その発光色によって発光効率などが異なる傾向である。そこで、複数種のＬＥＤに対する入力電力を同一にしたとしても、光出力が等しくならないので、例えばＬＥＤの入力電力を一定にして光色を一方から他方へ調色する場合、色温度の異なる複数種のＬＥＤ間の発光比率が変化するのに伴って光色だけでなく光量も変化してしまう。その結果、光色が変化するばかりでなく、照度も変化してしまうために、使用者が調色を行う場合、違和感を生じる虞がある。

本発明の実施形態は、発光の色温度が異なる複数種のＬＥＤを光源として調色を行う際に、ＬＥＤ全体としての色温度の変化に伴って照度が不所望に変化しないようにした照明装置を提供することを目的とする。

請求項１に記載の照明装置の発明は、発光の色温度が異なる複数種のＬＥＤと；ＬＥＤを発光の色温度ごとに独立して点灯する複数のＬＥＤ点灯回路と；
複数種のＬＥＤの各々を個別に調光してＬＥＤ全体としての光色を変化させる光色変化制御を選択可能であるとともに、色温度変化の前後での照度差が低減するように各ＬＥＤの電流変化率を異ならせて制御する制御手段と；を具備し、
各ＬＥＤ点灯回路は共通の直流電源に接続され、またＬＥＤ点灯回路は各々ＤＣ−ＤＣコンバータを備え、前記複数種のＬＥＤは、電球色及び電球色よりも色温度が高い白色を照射する各々複数個のＬＥＤであって、これら複数種の各ＬＥＤは同一基板に実装され、制御手段は、光色変化制御において、前記電球色ＬＥＤの光出力に対して前記白色ＬＥＤとの光出力差に相当する光出力を追加するように調光することで前記照度差を、補正を実施しない場合と比較して低減することを特徴とする。
請求項２に記載の照明装置の発明は、請求項１において、制御手段は、色温度の高い状態と色温度の低い状態の間で変化するときに、色温度の低いＬＥＤと色温度の高いＬＥＤの一方の電流変化率が他方より大きくなるように制御することを特徴とする。
請求項３に記載の照明装置の発明は、請求項１又は２において、制御手段は、色温度の高い状態から色温度の低い状態に変化するときに色温度の低いＬＥＤの電流変化率が色温度の高いＬＥＤに対して大きくなるように制御することを特徴とする。
本発明の実施形態において、照明装置は、ＬＥＤ、ＬＥＤ点灯回路および制御手段を具備している。ＬＥＤは、発光の色温度が異なる複数種を用いている。ＬＥＤ点灯回路は、複数であって、発光の色温度の種類ごとにＬＥＤを独立して点灯することができる。制御手段は、ＬＥＤ全体としての明るさを優先的に変化させる第１の制御およびＬＥＤ全体としての光色を優先的に変化させる第２の制御を選択可能である。また、第２の制御前後において生じるＬＥＤ全体としての照度差を補正するように作用する。

本発明の実施形態によれば、調色および調光が選択的に可能であるとともに、制御手段が光色を制御する際に色温度の異なるＬＥＤによって生じる照度差を補正するので、例えば光色を変化させる際に照度の不所望な変化が生じない照明装置を提供することができる効果を奏する。

本発明の照明装置の第１の実施形態に係わる回路図である。同じくリモコン送信器の正面図である。同じく照度補正制御のフローチャートである。本発明の照明装置の第２の実施形態に係わる照度変化スピード制御のフローチャートである。

〔第１の実施形態〕
図１に示す第１の実施形態において、照明装置は、複数種のＬＥＤ1、2、複数のＬＥＤ点灯回路3、4および制御手段5を主要な構成要素として具備している。また、副次的な構成要素として照度センサ6、光色センサ7、リモコン8、補助灯９および補助灯点灯回路10を具備している。

複数種のＬＥＤ1、2は、発光の色温度が異なる複数の種類により構成されている。例えば、図示のように2種のLED1と2とを備えている。この場合、LED1は、その光出力の色温度が相対的に高くて、例えば相関色温度が6020〜7040Kの範囲のW色（昼光色）であり、一例として6700Kのものを用いている。これに対して、ＬＥＤ2は、その光出力の色温度が相対的に低くて、例えば相関色温度が2580〜2870Kの範囲のＬ色（電球色）であり、一例として2800Kのものを用いている。なお、上記各色温度は、単一種のＬＥＤにより得てもよいし、発光色の異なる複数種のＬＥＤの光出力を加法混光して得るようにしてもよい。

また、複数種のＬＥＤ1、2は、その種類ごとの数が特段限定されないので、それぞれ１個および任意の複数個のいずれかを適宜用いることができる。そして、ＬＥＤ1と2との数が等しくてもよいし、等しくなくてもよい。ＬＥＤ1と2とをそれぞれ複数用いる場合、後述するＬＥＤ点灯回路3、4の出力端に色温度の種類ごとに分けて直列接続するのが好ましい。なお、ＬＥＤ1、2の内部に複数のＬＥＤチップを直列または並列接続して内蔵していることを許容する。

さらに、複数種のＬＥＤ1、2は、それらの発光がＬＥＤ全体として混光されやすいように分散して基板CBに実装するのが好ましい。しかし、反射、屈折または拡散などの既知の光学手段を併用することにより、混光を促進させることもできるので、分散配置は必須ではない。

複数のＬＥＤ点灯回路3、4は、上述から理解できるように色温度が異なるＬＥＤ1、2を色温度が同じ種類ごとに独立して点灯させ得る手段である。図１に示す実施形態においては、一方のＬＥＤ点灯回路3には四角形として示すことにより図面上識別しやすく表した複数のＬＥＤ1を直列接続している。また、他方のＬＥＤ点灯回路4には図面上識別しやすいように円形として表した複数のＬＥＤ2を同様に直列接続している。そして、ＬＥＤ1とＬＥＤ2を基板CBに交互に配列することで分散して実装している。

また、複数のＬＥＤ点灯回路3、4は、それらの入力端が共通の直流電源DCに接続している。なお、本実施形態において、直流電源DCは、その入力端が交流電源ACに接続した整流化直流電源からなり、図示を省略しているがその出力端に並列接続した平滑コンデンサを備えていることが許容される。

さらに、複数のＬＥＤ点灯回路要素3、4は、後述する制御手段5の制御下でＬＥＤ1、2を協調して連続的に調光可能およびに連続的に調色可能に点灯することができる。なお、連続的な調光とは、明るさが連続して変化する調光およびステップ状に変化する調光のいずれをも含み、ほぼ連続して明るさが変化するような印象を与えるように調光できることを意味する。また、連続的な調色とは、光色が連続して変化する調色およびステップ状に変化する調色のいずれをも含み、ほぼ連続して光色が変化するような印象を与えるように調色できることを意味する。さらに、ＬＥＤ1、2を協調させるとは、明るさを優先して変化させる場合に、ＬＥＤ全体としての光色（色温度）をほぼ一定に維持して明るさを変化させる制御態様であったり、光色を優先して変化させたりする場合に、ＬＥＤ全体としての明るさをほぼ一定に維持して光色（色温度）を変化させたりすることを含む意味する。

明るさを優先して変化させる場合は、ＬＥＤ点灯回路3、4の出力電流比率を一定に維持してＬＥＤ点灯回路3、4の出力電流を増減すればよい。また、光色を優先して変化させる場合は、ＬＥＤ1、2出力電流の和を一定に維持してＬＥＤ点灯回路3、4の出力電流比率を変化させればよい。

さらにまた、複数のＬＥＤ点灯回路3、4の具体的な回路方式は、本実施形態において特段限定されないから、ＬＥＤに適した直流点灯回路を適宜採用することができる。例えば、DC-DCコンバータを主体とする点灯回路を用いる。DC-DCコンバータとして、例えば降圧チョッパを好ましくは定電流制御および／または定電圧制御する回路構成を採用することにより、回路効率が高くなるとともに、制御が容易であるなどの利点がある。

制御手段5は、主としてＬＥＤ点灯回路3、4を制御することによりＬＥＤ1、2の点灯を制御する。多様な制御が許容される中で、少なくとも以下の第１および第２の制御と照度差補正制御とを行うものとする。なお、第１および第２の制御は、そのいずれも使用者が所望に応じて選択可能とするのが好ましい。図示実施形態においては、使用者が後述するリモコン6を操作することによって、第１および第２の制御を選択的に実行させることができる。

第１の制御は、複数種のＬＥＤ1、2全体としての明るさを優先的に変化させる制御である。図示の実施形態においては、混光されて全体としての光色が昼白色のときの最大明るさを１００％とした場合、全光比で約１％から１００％まで２０段階、ＬＥＤ1のみが点灯する昼光色の明るさが全光比で約１％から約５０％まで１１段階にわたりステップ状に変化させることができる。また、ＬＥＤ2のみが点灯する電球色の明るさも全光比で約１％から約５０％まで１１段階にわたりステップ状に変化させることができる。なお、明るさを優先的に変化させるとは、光色を固定ないし概ね固定して明るさを変化させることである。

第２の制御は、複数種のＬＥＤ1、2全体としての光色を優先的に変化させる制御である。図示の実施形態においては、昼光色から電球色まで２１色にわたり光色をステップ状に変化させることができる。なお、光色を優先的に変化させるとは、明るさを固定ないし概ね固定して光色を変化させることである。

照度差を補正する制御は、光色を制御する際に色温度の異なるＬＥＤの発光効率の差などに起因して生じる照度差を実質的に解消するための制御である。すなわち、説明の都合上、ＬＥＤ1、2にそれぞれ一定の電力を投入したときに、本制御を行わないとＬＥＤ1の発光量がＬＥＤ2のそれより多いと仮定した場合、光色優先の第２の制御においてＷ色からＬ色に変化させると、照度が低下してしまうことになる。上記の例のように点灯するＬＥＤの全部が、ＬＥＤ1からＬＥＤ2へ変化するだけでなく、第２の制御を行う前における点灯するＬＥＤがＬＥＤ1および2の混合態様であり、第２の制御によってその色温度の異なるＬＥＤの点灯比率が変化することによって光色が変化するような場合であっても照度差が発生し得る。すなわち、ＬＥＤの発光の少なくとも一部が色温度の異なる他のＬＥＤの発光に置換されることによって照度差が生じる。本発明の実施形態においては、このような照度差を補正するものである。

本実施形態の第２の制御における照度差の補正は、例えばＬ色の光出力に対してＷ色との光出力差に相当する光出力を追加するように調光する。これによりＬＥＤ1、2の色温度などの違いよる光出力の過不足を補正するものである。上述の補正を実行するためには、例えば後述するように照度センサ6および光色センサ7を配設してＬＥＤ全体の照度および光色を検知し、これらに基づいて照度差を演算により求めることができる。これとは別の補正手段として、例えばＬ色のＬＥＤ１およびＬＥＤ2に流れる電流をそれぞれ検出してその電流比率を求めるとともに、予め記憶させておいた単位電流値当たりの照度差のテーブルデータを読み出して演算し、その結果に基づいて調光してもよい。なお、第２の制御を行う前において、点灯するＬＥＤがＬＥＤ1および2の混合態様であり、第２の制御によってその点灯比率が変化することによって生じるＬＥＤ全体としての照度差であっても本発明の実施形態によってその照度差を補正することに実際上の意義がある。また、照度差の補正の程度は、照度差がなくなるばかりでなく、照度差が補正前より明らかに低減する程度であっても、それなりに効果があるので許容される。

照度センサ6は、被照面の照度を検知するセンサであり、周囲の明るさによる照度と照明装置の照明による照度を合算して検出する。なお、その検知信号は、制御手段5に入力して照度制御に寄与する。

光色センサ7は、ＬＥＤ1、2全体の光色を検知するセンサであり、そこから得られる検知信号が制御手段5に入力して上述の照度差の補正制御に寄与する。

リモコン8は、本実施形態の照明装置を使用者の手元で操作するための手段であり、送信器8Aおよび受信器8Bからなる。送信器８Aは、図２にその操作部を示すように、全光操作部11、補助灯操作部12、消灯操作部13、明るさ操作部14、光色操作部15、自動調光操作部16、シーン１操作部17、シーン２操作部18、タイマ選択操作部群19、タイマ設定部群20、その他操作部群21およびモニタ22が配置されている。以上の各部の機能のうち主なものは概略以下のとおりである。
・全光操作部11 ：この操作によりＬＥＤ1、2が全光点灯して、１００％の昼白色の照明が得られる。
・補助灯操作部12 ：この操作により後述する補助灯9が点灯する。
・消灯操作部13 ：この操作により全て消灯する。
・明るさ操作部14 ：▲部の操作により明るくなっていく。▼の操作により暗くなっていく。
・光色操作部15 ：上側のボタンの操作により昼光色に向かって光色が変化する。下側のボタンの操作により電球色に向かって光色が変化する。
・自動調光操作部16：この操作により外光も感知して自動的に明るさを調節する。

受信器8Bは、その機能の一部が制御手段5に組み込まれている。そして、送信器8Aから送信された信号を受信して制御手段5の機能を制御する。

補助灯９は、主光源であるＬＥＤ1、2の消灯時に点灯することが可能な補助的な光源であり、例えば光出力の小さなＬＥＤによってこれを構成することができる。

補助灯点灯回路10は、補助灯9を点灯するための回路であり、直流電源DCの出力端にＬＥＤ点灯回路3、4と並列に接続している。

次に、図３を参照してＬＥＤ1、2間の光色の違いよる照度差を補正する照度補正制御について簡単に説明する。すなわち、照度補正制御においては、現在の色温度を元に照度補正値を算出し、次に求めた照度補正値をＬＥＤの点灯制御に反映させる。

本実施形態によれば、ＬＥＤ1、2間に光色の違いよる照度差があったとしても、優先的に光色を変化させたときに照度差が補正されるので、違和感を生じなくなる。
〔第２の実施形態〕
第２の実施形態は、照度センサを配設して周囲の照度に応じてＬＥＤ1、2の光出力を調光して所要照度に維持する際に、照度変化の大きさに応じて調光スピードが変化するように構成している。すなわち、照度変化が大きいときには照度変化スピードを高く（速く）し、反対に照度変化が小さいときには照度変化スピードを低く（遅く）する。

なお、本実施形態においては、上記以外の構成について第１の実施形態の主要部またはほぼ全部と同じ構成を採用することができる。しかし、所望により第１の実施形態とは異なる構成を採用することも可能である。

本実施形態においては、照度変化が小さいときには、照度変化を遅くすることで心理的な不快感が生じにくくなる。これに対して、照度変化が大きいときには、適正な照度環境が迅速に整うので、照度変化に対する追従性が良好になるメリットが大きい。また、このような制御の場合には心理的な不快感が比較的少なくなり、殆ど気にならないことも分かった。

次に、図４を参照して第２の実施形態を簡単に説明する。照度変化スピード制御においては、「現在の出力値を元に照度変化スピードを決定する。」ステップにおいては、現在のＬＥＤ1、2の光出力値を元に照度変化の大きさに応じて照度変化スピードを決定する。そして、「ＬＥＤ制御に照度変化スピードを反映させる。」ステップにおいては、決定された照度変化スピードで調光して照度変化を実行する。なお、照度変化スピードは２段階および多段階のいずれであってもよい。

1、2…色温度が異なる複数種のＬＥＤ、3、4…複数のＬＥＤ点灯回路、5…制御手段、6…照度センサ、7…光色センサ、8…リモコン、９…補助灯、10…補助灯点灯回路、DC…直流電源、AC…交流電源

Claims

発光の色温度が異なる複数種のＬＥＤと；
ＬＥＤを発光の色温度ごとに独立して点灯する複数のＬＥＤ点灯回路と；
複数種のＬＥＤの各々を個別に調光してＬＥＤ全体としての光色を変化させる光色変化制御を選択可能であるとともに、色温度変化の前後での照度差が低減するように各ＬＥＤの電流変化率を異ならせて制御する制御手段と；
を具備し、
各ＬＥＤ点灯回路は共通の直流電源に接続され、またＬＥＤ点灯回路は各々ＤＣ−ＤＣコンバータを備え、前記複数種のＬＥＤは、電球色及び電球色よりも色温度が高い白色を照射する各々複数個のＬＥＤであって、これら複数種の各ＬＥＤは同一基板に実装され、制御手段は、光色変化制御において、前記電球色ＬＥＤの光出力に対して前記白色ＬＥＤとの光出力差に相当する光出力を追加するように調光することで前記照度差を、補正を実施しない場合と比較して低減することを特徴とする照明装置。
制御手段は、色温度の高い状態と色温度の低い状態の間で変化するときに、色温度の低いＬＥＤと色温度の高いＬＥＤの一方の電流変化率が他方より大きくなるように制御することを特徴とする請求項１記載の照明装置。
制御手段は、色温度の高い状態から色温度の低い状態に変化するときに色温度の低いＬＥＤの電流変化率が色温度の高いＬＥＤに対して大きくなるように制御することを特徴とする請求項１又は２記載の照明装置。