JP6384704B2

JP6384704B2 - 照明装置

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Publication number: JP6384704B2
Application number: JP2013069893A
Authority: JP
Inventors: 綾子槻谷; 斎藤　孝; 孝斎藤
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2013-03-28
Filing date: 2013-03-28
Publication date: 2018-09-05
Anticipated expiration: 2033-03-28
Also published as: JP2014194843A; CN104080244B; EP2785143B1; EP2785143A1; CN104080244A

Description

本発明は、色の見え方を考慮して照明光の色温度を変化させる照明装置に関する。

従来から、視対象物の色彩を鮮やかに演色することにより、視対象物の色を好ましく見せる照明装置がある。この種の照明装置として、例えば、赤、青、緑及び白色のＬＥＤからの光を加法混色して、色域面積を大きくすることにより、照明光が照射された視対象物の色を鮮やかに見せるものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

また、照明環境にある視対象物の色の鮮やかさは、視対象物から受ける目立ち感による影響を受けることが知られている。ところが、この目立ち感による影響は、従来の演色性の評価に一般的に用いられる平均演色評価数（Ｒａ）では適切に評価できない。そこで、目立ち感の評価数である目立ち指数（ＦＣＩ：Feeling of contrast index）を、Ｒａと併せて用いることにより、光源の演色性を、多面的により適切に評価することができる（非特許文献１参照）。

ＦＣＩとは、光源の色再現の目立ちや鮮やかさの程度を表す指標であり、下記式（１）により定義される。

Ｇ_ＬＡＢ（Ｔ）：テスト光源下での赤・青・緑・黄の４色配色サンプルのＬＡＢ表色系における色域面積
Ｇ_ＬＡＢ（Ｄ６５）：基準光源Ｄ６５下での同４色配色サンプルのＬＡＢ表色系における色域面積

ＦＣＩは、基準光源Ｄ６５で１００となり、このＦＣＩが１００より大きい光源は、基準光源Ｄ６５よりも色を鮮やかに演色し空間を明るく感じさせる。このＦＣＩを指標とした照明器具として、放電ランプからの照射光のＦＣＩが所定の範囲になるように、放電ランプに用いられる蛍光体の種類及びそれらの重量比が設定されたものが知られている（例えば、特許文献２参照）。この照明器具によれば、生花や木の葉の緑の色彩を目立たせる照明を行うことができる。

特開２０１１―２０４６５９号公報特許第３０４０７１９号公報新編色彩科学ハンドブック[第３版]日本色彩学会編

しかしながら、ＦＣＩは、一般的な白色光源では、色温度が高くなると低下する。具体的には、相関色温度２７００Ｋである白熱灯のＦＣＩが１２３であるのに対し、相関色温度５２００Ｋである高演色型蛍光灯のＦＣＩは１０４である。近年では、光源に発光色の異なる複数の光源を用い、各光源の出力比を制御することにより、照明光の色温度を変更することができる照明装置が普及しているが、単に照明高の色温度を変化させるだけでは、色の見えの好ましさが、意図せず変化してしまうことがある。

本発明は、上記課題を解決するものであり、照明光が照射される視対象物の鮮やかさ、及び好ましい色の見えを維持したままで、求める雰囲気に応じて光色を容易に変化させることができる照明装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明は、互いに異なる発光スペクトルを有する２種以上の光源と、前記光源による照明光の色温度を設定するための操作部と、前記照明光が前記操作部により設定された色温度となるように前記光源の出力を個別に制御する制御部と、を備えた照明装置であって、前記光源は、相対的に色温度が高い白色光を出射する発光素子と、相対的に色温度が低い白色光を出射する発光素子と、を含み、前記制御部は、前記操作部が操作されて設定色温度が変更されたとき、目立ち指数ＦＣＩを１２３より大きく、且つ前記ＦＣＩの変化幅が１０以内に収めた状態で色温度が変化するように前記光源の出力を制御し、前記操作部によって設定される前記照明光の色温度の変化幅が２７００〜５０００Ｋであることを特徴とする。

上記照明装置において、前記光源は、緑色光を出射する発光素子と、赤色光を出射する発光素子と、を更に含むことが好ましい。

本発明によれば、色温度が変更されるとき、目立ち指数ＦＣＩを１２３よりも大きい値に維持するので、照明光が照射される視対象物の鮮やかさ、及び好ましい色の見えを維持したままで、求める雰囲気に応じて光色を容易に変化させることができる。

本発明の一実施形態に係る照明装置の構成図。（ａ）乃至（ｅ）は同照明装置のコントローラにおける操作手段のバリエーションを示す図。（ａ）は同照明装置を組み込んだ灯具の斜視図、（ｂ）は同灯具の分解斜視図、（ｃ）は同灯具に用いられる固体発光素子及び基板の上面図。同照明装置に用いられるＬＥＤの側断面図。同照明装置に用いられる電源ユニットの構成図。目立ち指数と色の見えの好ましさとの相関を示す図。（ａ）は実施例１に用いられる光源の分光スペクトルを示す図、（ｂ）は実施例２に用いられる光源の分光スペクトルを示す図、（ｃ）は比較例に用いられる光源の分光スペクトルを示す図。実施例２に用いられる光源における色温度２７００Ｋ及び４７００Ｋの照明光の分光スペクトルを示す図。実施例１，２及び比較例における相関色温度と赤色の鮮やかさとの相関を示す図。

本発明の一実施形態に係る照明装置について、図１乃至図９を参照して説明する。図１に示すように、本実施形態に係る照明装置１は、光源２と、光源２による照明光の色温度を設定するための操作部（以下、コントローラ）３と、照明光がコントローラ３により設定された色温度となるように光源２の出力を個別に制御する制御部４と、を備える。光源２には、互いに異なる発光スペクトルを有する２種以上の固体発光素子（以下、ＬＥＤ）、図例では、光源２としてＬＥＤ２ａ，２ｂ，２ｃが用いられ、これらが灯具１０に組み込まれている。ただし、光源の種類は３種に限られず、後述する実施例では、２種又は４種の光源を用いた構成を示す。また、照明装置１は、各ＬＥＤ２ａ〜２ｃに所定の電力を供給する電源ユニット５を備える。電源ユニット５は、図示したように、それ自体が独立した構成であってもよいし、コントローラ３又は灯具１０のいずれかに組み込まれていてもよい。

コントローラ３は、ハウジング３０と、ユーザが照明光の色温度を設定するための円筒形のボリュームスイッチ３１と、照明装置１をオンオフするための電源スイッチ３２と、を備える。ボリュームスイッチ３１は、ハウジング３０に対して回動自在に設けられており、ユーザが所望の色温度を設定することができる。電源スイッチ３２は、タンブラスイッチ又は押釦スイッチ等から成り、交流電源ＡＣから電源ユニット５への給電経路を開閉する。制御部４は、コントローラ３のハウジング３０内に内蔵されており、ボリュームスイッチ３１の操作によって設定された相関色温度から、直流電圧信号を生成する。

図１では、ユーザによる操作手段として回転式のボリュームスイッチ３１を例示しているが、ユーザが所望の色温度を設定することができれば、操作手段は他の構成であってもよい。例えば、図２（ａ）に示すように、フェーダを縦方向にスライドさせるものでもよいし、図２（ｂ）に示すように、高低ボタンを押すもの、図２（ｃ）に示すように、所定の色温度に対応付けられた多段階のスイッチであってもよい。また、図２（ｄ）に示すように、回転式ボリュームスイッチと多段スイッチとを組み合わせたものであってもよく、図２（ｅ）に示すように、色温度の数値を入力するものであってもよい。更に、上述したボタンやフェーダがタッチパネル上に表示され、設定色温度に対応する色によって表現されていてもよい。その表示は、文字でもよいし、橙色や青色といったように、色彩であってもよい。

図３（ａ）に示すように、灯具１０は、例えば、天井、壁面等に埋め込まれる埋込型ダウンライトとして用いられる。灯具１０は、器具本体を保持すると共に、光源２を構成するＬＥＤ２ａ〜２ｃを点灯させる電源ユニット（不図示）を収容する本体部１１を備える。また、灯具１０は、天井等に形成された開口部に嵌め込まれて光源２等を保持する枠体部１２と、商用電源から電源供給を受けるための電源線が接続される端子台１３と、枠体部１２を天井等に固定するための取付バネ１４と、を備える。

また、図３（ｂ）に示すように、灯具１０は、ＬＥＤ２ａ〜２ｃが搭載される基板１５と、ＬＥＤ２ａ〜２ｃの熱を放熱するためのヒートシンク部材１６と、基板１５とヒートシンク部材１６との間に設けられる保持部材１７と、を備える。また、灯具１０は、ＬＥＤ２ａ〜２ｃを保護する保護カバー１８を備える。この保護カバー１８の裏面側にはネジホルダ（不図示）が設けられており、ヒートシンク部材１６（本体部１１）内側から挿通されたネジ（不図示）によって保護カバー１８とヒートシンク部材１６とが固定される。

図３（ｃ）に示すように、ＬＥＤ２ａ〜２ｃは、基板１５の略中央領域及びその周辺に、好ましくは、同種のものが隣り合わないように互い違いに配される。なお、ＬＥＤ２ａ〜２ｃの配置は、図例の構成に限られない。

基板１５は、汎用の発光モジュール用の基板であり、例えば、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）や窒化アルミニウム（ＡｌＮ）等の電気絶縁性を有する金属酸化物（セラミックスを含む）、金属窒化物、又は金属、樹脂、ガラス繊維等の材料から構成される。基板１５に形成された配線回路（不図示）は、絶縁材料によって被覆され、ＬＥＤ２ａ〜２ｃの各正負電極との接続箇所、及び配線との接続箇所が夫々電極端子として露出している（不図示）。

図４に示すように、光源２（ＬＥＤ２ａ〜２ｃ）は、断面矩形状の基材２０と、基材２０上に実装された発光部（ＬＥＤチップ）２１と、ＬＥＤチップ２１を取り囲む凹部を有する枠体２２と、枠体２２に充填される充填材２３と、を備える。充填材２３には、シリコン等が用いられ、ＬＥＤチップ２１からの出射光の波長を変換する蛍光体２４ａ，２４ｂが含有される。なお、図例では、２種の蛍光体２４ａ，２４ｂが用いられた構成を示すが、蛍光体の種類は２種に限られず、光源２の出射光が後述する発光スペクトルとなるように適宜に調整される。

基材２０の一側面にはカソード電極２５が、他側面にはアノード電極２６が設けられ、基材２０の下面両端部に形成された外部接続電極２７，２８に夫々接続される。また、カソード電極２５及びアノード電極２６は、ワイヤ２９によってＬＥＤチップ２１の各電極端子（不図示）に夫々接続される。枠体２２の内周面は、光の導出方向に開口した円錐面として形成されており、円錐面の表面は光反射機能を有する。

ＬＥＤチップ２１には、好ましくは、青色光を出射する青色ＬＥＤ素子が用いられ、蛍光体２４ａ，２４ｂの種類又は含有量を調整することによって、所望の色度の光を出射するＬＥＤ２が得られる。図１に示した各ＬＥＤ２ａ，２ｂ，２ｃの光色の色度座標が夫々（ｘ_１，ｙ_１），（ｘ_２，ｙ_２），（ｘ_３，ｙ_３）であり、各ＬＥＤ２ａ，２ｂ，２ｃの光量が夫々Ｙ_１，Ｙ_２，Ｙ_３であるとき、混色光である照明光の光色の色度座標（ｘ_０，ｙ_０）及び光量Ｙ_０は、下記式（２）で表される。そして、ＬＥＤ２ａ，２ｂ，２ｃの光量Ｙ_１，Ｙ_２，Ｙ_３の比率を変化させることにより、混色光として得られる照明光の色温度を変更することができる。

なお、蛍光体２４ａ，２４ｂに加えて、又はそれに換えて所定の波長の光を選択的に透過させることによってＬＥＤ２の出射光の波長を変換するフィルタ（不図示）が用いられてもよい。このフィルタは、灯具１０の保護カバー１８（図２（ｂ）参照）に設けられたものであってもよい。また、ＬＥＤ２には、適宜に出射光の配光を制御するためのレンズ部材（不図示）が設けられ、上述した蛍光体２４又はフィルタは、このレンズ部材に、又はＬＥＤ２とレンズ部材との間に組み込まれていてもよい。

図５に示すように、電源ユニット５は、コントローラ３からの制御信号が入力される制御信号入力部５１と、コントローラ３を通じて給電される交流電圧を所望の直流電圧に変換する交流／直流変換部５２と、を備える。また、電源ユニット５は、各ＬＥＤ２ａ〜２ｃ（図１参照）を駆動する第１〜第３ＬＥＤ駆動部５３ａ〜５３ｃと、制御信号入力部５１に入力される制御信号を、第１〜第３ＬＥＤ駆動部５３ａ〜５３ｃに出力される駆動信号に変換する駆動信号変換部５４と、を備えている。駆動信号変換部５４は、オンデューティ比が可変である一定周期の矩形波信号からなる駆動信号を出力することにより、第１〜第３ＬＥＤ駆動部５３ａ〜５３ｃのスイッチング素子（不図示）をＰＷＭ（パルス幅変調）制御してＬＥＤ２ａ〜２ｃへの給電量を調節する。

電源ユニット５では、コントローラ３の制御信号生成部から出力される制御信号が、制御信号入力部５１によってオンデューティ比（色温度）に対応した電圧レベルの直流電圧信号に変換される。そして、この直流電圧信号が、駆動信号変換部５４で第１〜第３ＬＥＤ駆動部５３ａ〜５３ｃに対する駆動信号に変換される。駆動信号変換部５４は、マイコン及びメモリから構成される。このメモリには、直流電圧信号の信号レベル（色温度）、設定された色温度に対応する照明光の光色の色度座標（ｘ_０，ｙ_０）、この色度座標と対応する各ＬＥＤ２ａ〜２ｃの光量Ｙ_１，Ｙ_２，Ｙ_３の比率、及びそれらの対応関係を表した変換テーブルが格納される。マイコンは、メモリに格納された変換テーブルに基づいて直流電圧信号を駆動信号に変換する。

ここで、様々な目立ち指数ＦＣＩの照明光で、視対象物の植物を照らし、見えの好ましさを評価させる実験を行なった。この実験の結果、図６に示すように、ＦＣＩが高いほど、好ましさの評価が高く、ＦＣＩの変化幅が１０より大きい条件では、評価に有意差があることが分かった。また、一般的に視対象物を好ましく見せることができるとされる白熱灯のＦＣＩが１２３とされる。そこで、本実施形態において、制御部４は、コントローラ３が操作されて設定色温度が変更されたとき、目立ち指数ＦＣＩを１２３より大きく、且つＦＣＩの変化幅が１０以内に収めた状態で色温度が変化するように各ＬＥＤの出力を制御する。

ここで、目立ち指数ＦＣＩは、上記式（１）により定義される値である。すなわち、ＦＣＩは、テスト光源下での赤・青・緑・黄の４色配色サンプルのＬＡＢ表色系における色域面積をＧ_ＬＡＢ（Ｔ）とし、基準光源Ｄ６５下での同４色配色サンプルのＬＡＢ表色系における色域面積をＧ_ＬＡＢ（Ｄ６５）としたとき、［Ｇ_ＬＡＢ（Ｔ）／Ｇ_ＬＡＢ（Ｄ６５）］^１．５×１００で表される。

以下、本実施形態の照明装置１について、具体的な実施例及び比較例を例示して説明する。

＜実施例１＞
実施例１に係る照明装置１は、ＦＣＩの高い低色温度の電球色ＬＥＤ１ａ、及び高色温度の白色ＬＥＤ２ａの２種の光源２を用いることにより、高いＦＣＩを維持したまま照明光の相関色温度を変化可能にしている。図７（ａ）は、実施例１の光源２として用いられるＬＥＤ１ａ，２ａの各発光スペクトルを示す。ＬＥＤ１ａは、窒化ガリウム系青色ＬＥＤチップに、ＣＡＳＮ系赤色蛍光体を、ＬＥＤ２ａは、同じくＢＯＳＥ系緑色蛍光体を、夫々添加した充填材を被覆させたものであり、夫々充填材に対する各蛍光体の添加量が調整されている。

＜実施例２＞
実施例２に係る照明装置１は、高演色性の電球色ＬＥＤ１ｂ、高演色性の白色ＬＥＤ２ｂ、窒化ガリウム系の緑色ＬＥＤ３ｂ、ＡｌＩｎＧａＰ系の赤色ＬＥＤ４ｂの４種の光源２を用いることにより、高いＦＣＩを維持したまま照明光の相関色温度を変化可能にしている。図７（ｂ）は、実施例２の光源２として用いられるＬＥＤ１ｂ，２ｂ，３ｂ，４ｂの各発光スペクトルを示す。ＬＥＤ２ｂは、窒化ガリウム系青色ＬＥＤチップに、ＣＡＳＮ系赤色蛍光体を、及びＬＥＤ２ｂは、同じくＢＯＳＥ系緑色蛍光体を、夫々添加した充填材を被覆させたものであり、夫々充填材に対する各蛍光体の添加量が異なるように調整されている。なお、実施例２のＬＥＤ１ｂ，２ｂは、実施例１のＬＥＤ１ａ及びＬＥＤ２ａとは夫々充填材に対する各蛍光体の添加量が異なる。また、ＬＥＤ３ｂは、窒化ガリウム系青色ＬＥＤチップに、Ｂａ_２ＳｉＯ_４：Ｅｕを、ＬＥＤ４ｂは同じくＣａＡｌＳｉＮ_３：Ｅｕを添加した充填材を被覆させたものである。

＜比較例＞
比較例に係る照明装置は、高演色性の低色温度ＬＥＤ１ｃと、高色温度性のＬＥＤ２ｃを用いている。図７（ｃ）は、比較例の光源として用いられるＬＥＤ１ｃ，２ｃの各発光スペクトルを示す。これらＬＥＤ１ｃ，２ｃは、実施例１，２のＬＥＤ１ａ，１ｂ及びＬＥＤ２ａ，２ｂとは夫々充填材に対する各蛍光体の添加量が異なる。

このように構成された上記実施例１，２に係る照明装置１、及び比較例に係る照明装置について、コントローラ３のボリュームスイッチ３１を操作して、２７００〜４７００Ｋ（実施例１では５０００Ｋ）の範囲で色温度を設定した。この色温度幅は、ＪＩＳＺ９１１２に規定された電球色、温白色、白色、昼白色の照明光を実現することができる。また、下記表１に示すように、夫々の設定色温度に対応する光源２の出力比は、駆動信号変換部５４（図５参照）のメモリに記憶されており、各ＬＥＤの光量Ｙが設定された色温度に対応するように制御される。

比較例では、ユーザが色温度を上げる操作をするに従い、目立ち指数ＦＣＩが低下し、照射対象の見えのあざやかさ、好ましさが変化している。これに対して、実施例１では、ユーザが色温度を上げる操作をしても、ＦＣＩは一定の範囲に保たれるので、照射対象の鮮やかな、好ましい色の見えを維持することができる。また、実施例２においても、同様の結果が得られた。

図８は、実施例２において、相関色温度の設定値が２７００Ｋ及び４７００Ｋであるときに、光源２から出力される照明光の分光スペクトルである。実施例２では、夫々発光色の異なる４種のＬＥＤ１ｂ，２ｂ，３ｂ，４ｂを用いることにより、各設定色温度において、その色温度を得るために要する波長成分を効率的に得ることができる。

図９は、上記実施例１，２に係る照明装置１、及び比較例に係る照明装置について、相関色温度（ＣＣＴ）毎の赤色の見えの鮮やかさ（Ｃａｂ＊）を示す。図示したように、実施例１，２では、いずれのＣＣＴでもＣａｂ＊が６０以上であり、色温度の変化に伴う鮮やかさの変化も少なかった。一方、比較例では、ＣＣＴが高くなるに従ってＣａｂ＊が低下した。

このように、照明装置１では、コントローラ３が操作されて設定色温度が変更されたとき、目立ち指数ＦＣＩを１２３より大きく、且つＦＣＩの変化幅が１０以内に収めた状態で色温度を変化させる。従って、ＦＣＩが１２３よりも大きな値に維持されるので、照明光が照射される視対象物の鮮やかさ、及び好ましい色の見えを維持したままで、求める雰囲気に応じて光色を容易に変化させることができる。

なお、本発明は、上記実施形態に限らず、種々の変形が可能である。各ＬＥＤの分光分布の実現に関して、蛍光体の組合せは例示したものに限らない。また、ＬＥＤの種類及びそれらの組合せは、実施例に示した数、組合せに限らず、相関色温度の変化と、目立ち指数ＦＣＩを維持することができるものであればよい。

１照明装置
２光源
２ａ，２ｂ，２ｃＬＥＤ
３コントローラ（操作部）
４制御部

Claims

互いに異なる発光スペクトルを有する２種以上の光源と、前記光源による照明光の色温度を設定するための操作部と、前記照明光が前記操作部により設定された色温度となるように前記光源の出力を個別に制御する制御部と、を備えた照明装置であって、
前記光源は、相対的に色温度が高い白色光を出射する発光素子と、相対的に色温度が低い白色光を出射する発光素子と、を含み、
前記制御部は、前記操作部が操作されて設定色温度が変更されたとき、目立ち指数ＦＣＩを１２３より大きく、且つ前記ＦＣＩの変化幅が１０以内に収めた状態で色温度が変化するように前記光源の出力を制御し、
前記操作部によって設定される前記照明光の色温度の変化幅が２７００〜５０００Ｋであることを特徴とする照明装置。
前記光源は、緑色光を出射する発光素子と、赤色光を出射する発光素子と、を更に含むことを特徴とする請求項１に記載の照明装置。