JP6501181B2 - 照明装置およびそれを用いた照明器具 - Google Patents

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Description

本発明は、照明装置およびそれを用いた照明器具に関し、より詳細には、発光素子を光源とする照明装置およびそれを用いた照明器具に関する。
従来、発光色の異なる複数のLED(発光ダイオード)を光源とし、昼光(外光)に応じて調光を行う自動調光機能を備えた照明装置が提供されている(例えば特許文献1参照)。特許文献1記載の照明装置は、白色光用のLEDおよび電球色用のLED(発光素子)と、各色のLEDの調光レベルを各別に制御する点灯回路部(制御部)と、各色のLEDからの光が照射される被照射面の明るさを検出するセンサ部(検出部)とを備える。
センサ部は、フォトダイオードなどの明るさセンサであり、入射する光量に応じた電圧を点灯回路部へ出力する。そして、点灯回路部は、センサ部より入力される電圧の値が予め設定された目標値となるように各色のLEDの調光レベルを各別に制御する。
特開2012−129021号公報
上述の特許文献1記載の照明装置では、センサ部により昼光も含めた明るさを検出することで昼光に応じた調光を実現できるものの、昼光の色温度に応じて各色のLEDの色温度を調整できるものではなく、時間帯によっては違和感や不快感を感じる場合があった。また、この照明装置では、昼光の色温度に応じて照明光(混色光)の色温度を変更しようとした場合、リモコンによる手動操作が必要であった。
本発明は上記問題点に鑑みてなされており、違和感や不快感の少ない快適な照明空間を実現しつつ利便性を向上させた照明装置およびそれを用いた照明器具を提供することを目的とする。
本発明の照明装置は、色温度が異なる少なくとも2種類の発光素子からそれぞれ放射される光を混色させた混色光を照射面に向けて照射する照明装置であって、前記少なくとも2種類の発光素子と、前記照射面の明るさを検出する検出部と、前記検出部の検出結果に基づいて前記少なくとも2種類の発光素子の調光比をそれぞれ制御する制御部と、前記混色光の色温度を設定する設定部とを備え、前記制御部は、前記混色光の色温度が前記設定部により設定された色温度となるように前記少なくとも2種類の発光素子の調光比をそれぞれ制御し、前記制御部は、前記検出部により検出された前記照射面の明るさが明るくなるに従って、前記混色光の調光比を低下させ、かつ、前記設定部により設定された色温度に関わらず前記混色光の色温度を前記少なくとも2種類の発光素子の色温度の中間の色温度である第1色温度に近づけるように、前記少なくとも2種類の発光素子の調光比をそれぞれ制御することを特徴とする。
本発明の照明器具は、上述の照明装置と、前記照明装置を保持する器具本体とを備えることを特徴とする。
本発明の構成によれば、違和感や不快感の少ない快適な照明空間を実現しつつ利便性を向上させた照明装置およびそれを用いた照明器具を提供することができるという効果がある。
図1Aは本発明の実施形態に係る照明装置の概略ブロック図、図1Bは本発明の実施形態に係る照明装置に用いられる点灯回路部の回路構成図である。 本発明の実施形態に係る照明装置の動作を説明するグラフである。 図3Aおよび図3Bは従来の照明装置の動作を説明する説明図である。 図4Aおよび図4Bは本発明の実施形態に係る照明装置の動作を説明する説明図である。 図5Aおよび図5Bは本発明の実施形態に係る照明装置の動作を説明するグラフである。 本発明の実施形態に係る照明器具の分解斜視図である。
本発明の実施形態に係る照明装置1および照明器具10について、図1〜図6を参照しながら具体的に説明する。ただし、以下に説明する構成は、本発明の一例に過ぎず、本発明は下記の実施形態に限定されない。したがって、この実施形態以外であっても、本発明に係る技術思想を逸脱しない範囲であれば、設計等に応じて種々の変更が可能である。
本実施形態の照明装置1は、図1Aに示すように、第1光源部11および第2光源部12と、第1点灯回路部13および第2点灯回路部14と、制御部15と、力率改善回路16と、受信部17と、検出部18とを備える。
第1光源部11は、例えば相関色温度6500Kの光(涼色の光)を放射する1乃至複数個の発光ダイオード110の直列回路を有する。また、第2光源部12は、例えば相関色温度2700Kの光(暖色の光)を放射する1乃至複数個の発光ダイオード120の直列回路を有する。
第1光源部11は、発光ダイオード110の順電圧に個数を乗じた電圧(以下、駆動電圧という。)が印加されることで電流が流れて発光(点灯)する。また、第2光源部12は、同様に、発光ダイオード120の順電圧に個数を乗じた電圧(以下、駆動電圧という。)が印加されることで電流が流れて発光(点灯)する。ここに、本実施形態では、発光ダイオード110,120により少なくとも2種類の発光素子が構成される。
なお、日本工業規格(JIS Z9110 照明基準総則)において、相関色温度が3300K未満の光色が「暖色」、5300Kを超える光色が「涼色」、3300K〜5300Kの範囲の光色が「中間色」と定義されている。
力率改善回路16は従来周知の昇圧チョッパ回路からなり、商用の交流電源100から供給される交流電圧よりも高い直流電圧を出力する。
第1点灯回路部13は、力率改善回路16から出力される直流電圧を所望の電圧値の直流電圧(第1光源部11の駆動電圧)まで降圧するスイッチング電源回路を有する。また、第2点灯回路部14は、同様に、力率改善回路16から出力される直流電圧を所望の電圧値の直流電圧(第2光源部12の駆動電圧)まで降圧するスイッチング電源回路を有する。
第1点灯回路部13は、図1Bに示すように、降圧チョッパ回路と、降圧チョッパ回路を駆動する駆動回路130とで構成される。また、第2点灯回路部14は、同様に、降圧チョッパ回路と、降圧チョッパ回路を駆動する駆動回路140とで構成される。
降圧チョッパ回路は従来周知であって、力率改善回路16の正極側の出力端子にダイオードD1のカソードが接続され、ダイオードD1のアノードと力率改善回路16の負極側の出力端子との間にスイッチング素子Q1および抵抗R1の直列回路が挿入される。
また、ダイオードD1のカソード・アノード間には、電解コンデンサからなる平滑コンデンサC1およびインダクタL1が直列に接続され、平滑コンデンサC1の両端には放電用の抵抗R2が接続される。さらに、平滑コンデンサC1の両端間には、第1光源部11の発光ダイオード110および第2光源部12の発光ダイオード120が直列に接続される。
上述のように構成される降圧チョッパ回路では、スイッチング素子Q1が高周波でスイッチングされることにより、入力電圧(力率改善回路16の出力電圧)から降圧された直流電圧が平滑コンデンサC1の両端より第1光源部11や第2光源部12に出力される。また、駆動回路130は、制御部15から与えられる制御信号S1に応じてスイッチング素子Q1をスイッチングし、駆動回路140は、制御部15から与えられる制御信号S2に応じてスイッチング素子Q1をスイッチングする。
制御部15は、マイクロコンピュータやメモリ(例えばROM、RAM等)などのハードウェアと、ROMに保存されてマイクロコンピュータで実行されるプログラム(ソフトウェア)とで構成される。そして、以下に説明する制御部15の動作(処理)は、マイクロコンピュータがプログラムを実行することで実現される。なお、制御部15の動作電源は、電源回路が力率改善回路16の出力電圧から作成する。
ここで、制御部15は、第1点灯回路部13および第2点灯回路部14のスイッチング電源回路を間欠動作させ、かつ、間欠動作の周期に対する動作期間(オン期間)のデューティ比を100%から下限値(例えば5%)の範囲で増減させる。これにより、第1光源部11および第2光源部12の光出力を調整(調光)することができる。
つまり、デューティ比が高くなるほど第1光源部11および第2光源部12の光出力が増加し、デューティ比が低くなるほど第1光源部11および第2光源部12の光出力が減少する。そして、デューティ比が100%(調光範囲の上限)の場合には、スイッチング電源回路が常時動作して第1光源部11および第2光源部12が定格点灯する。なお、以下の説明では、上述したデューティ比を調光比と呼ぶ。
また、本実施形態では、第1光源部11の発光色(涼色)と第2光源部12の発光色(暖色)とが異なっている。したがって、制御部15が第1光源部11の光出力(調光比)と第2光源部12の光出力(調光比)との割合を変化させることにより、第1光源部11および第2光源部12から照射面に向けて照射される光(以下、照明光と呼ぶ。)の色を暖色と中間色と涼色との間で調整(調色)することができる。
つまり、第1光源部11の光出力(調光比)の割合が高くなるほど光色が涼色に近くなり、第2光源部12の光出力(調光比)の割合が高くなるほど光色が暖色に近くなる。そして、第1光源部11の調光比が0%よりも高く、かつ、第2光源部12の調光比が0%の場合は光色が涼色となり、第1光源部11の調光比が0%、かつ、第2光源部12の調光比が0%よりも高い場合は光色が暖色となる。
なお、以下の説明では、第1光源部11の調光比と第2光源部12の調光比との割合(比率)を調色比と呼び、第1光源部11の調光比と第2光源部12の調光比との総和(照明光の調光比)を全調光比と呼ぶ。
ここで、本実施形態では、制御部15を構成するマイクロコンピュータにより、第1光源部11および第2光源部12による混色光の色温度を設定できるようになっており、マイクロコンピュータにより設定部が構成される。そして、制御部15は、混色光の色温度が設定部により設定された色温度となるように、第1光源部11および第2光源部12の調光比をそれぞれ調整する。なお、制御部15の動作については後述する。
受信部17は、リモートコントローラ(以下、リモコンと略す。)から送信される赤外線信号を受信(受光)するものであって、受信した赤外線信号から復調した制御コードを制御部15に出力する。そして、制御部15は、制御コード(調光指令や調色指令)に対応した全調光比および調色比となるように、第1点灯回路部13および第2点灯回路部14を制御し、第1光源部11および第2光源部12の調光比を調整する。
なお、リモコンから送信される信号は赤外線信号に限らず、電波を媒体とする無線信号や信号線を介した電気信号であってもよい。
検出部18は、フォトダイオードや太陽電池のような光電変換素子を有し、例えば床面などの照射面の明るさに対応したレベルの電気信号(検出信号)を制御部15に出力する。
図2は本実施形態の照明装置1の動作を説明するグラフである。図2中の点P1は、第1光源部11の調光比と第2光源部12の調光比との総和である全調光比を100%に設定した場合であり、このとき第1光源部11および第2光源部12による混色光の色温度は2700Kとなる。また、図2中の点P2は、全調光比を50%に設定した場合であり、このとき混色光の色温度は2700Kと5000Kの間の値となる。
さらに、図2中の点P3は、全調光比を70%に設定した場合であり、このとき混色光の色温度は5000Kと6500Kの間の値となる。また、図2中の点P4は、全調光比を100%に設定した場合であり、このとき混色光の色温度は6500Kとなる。
そして、制御部15は、点P1〜P4の何れかに設定された状態から、検出部18によって検出される照射面の明るさ、言い換えれば外光の光束が増加するに従って、点P5に近づくように、全調光比を直線的に変化させる。なお、点P5は、全調光比を5%に設定した場合であり、このとき混色光の色温度は5000Kとなる。
ここに、本実施形態では、上述の色温度5000Kが、第1光源部11(発光ダイオード110)の色温度6500Kと第2光源部12(発光ダイオード120)の色温度2700Kの中間の色温度であり、この色温度が第1色温度である。そして、この第1色温度は、本実施形態のように、外光の色温度(例えば5000K)に近づけるようにするのが好ましい。
また、制御部15は、点P1〜P4の何れかに設定された状態から、手動操作により混色光の調光比が低下する方向に調光されるに従って、点P6に近づくように全調光比を5%まで直線的に変化させる。このとき、混色光の色温度は、設定部により設定された色温度に関わらず2700Kとなる。
つまり、本実施形態では、手動操作により混色光の調光比を低下させる場合、混色光の色温度を第1光源部11および第2光源部12のうちで色温度が最も低い第2光源部12の色温度に近づけるように、第1光源部11および第2光源部12の調光比を調整する。これにより、落ち着いた、暖かい雰囲気を実現することができる。ここに、本実施形態では、上述の点P1〜P4から点P5に移動させる自動調光モードが第1モードであり、上述の点P1〜P4から点P6に移動させる手動モードが第2モードである。
図3Aおよび図3Bは従来の照明装置の動作を説明する説明図である。図3Aは照明光(第1光源部11および第2光源部12による混色光)の色温度を6500Kに設定した場合であり、自然光(外光)の光束が増加するに従って照明光の調光比を低下させる。なおこの場合、照明光の色温度は、自然光の光束の大きさに関わらず6500Kで一定である。
また、図3Bは照明光の色温度を2700Kに設定した場合であり、同様に、自然光の光束が増加するに従って照明光の調光比を低下させる。なおこの場合も、照明光の色温度は、自然光の光束の大きさに関わらず2700Kで一定である。
上述のように、自然光の光束の大きさに関わらず照明光の色温度を一定とした場合、自然光の光束が増加するに従って照明光の色温度と自然光の色温度との差が大きくなり、時間帯によっては違和感や不快感を感じる場合がある。特に、図3Bに示すように、照明光の色温度を暖色(2700K)に設定した場合、照明光の色温度と自然光の色温度との差が昼間帯において顕著となる(図3B中の破線a1参照)。
そこで、本実施形態では、照明光の色温度と自然光の色温度との差を小さくするため、自然光の光束が増加するに従って照明光の調光比(全調光比)を低下させ、かつ、設定部により設定された色温度に関わらず照明光の色温度を第1色温度に近づけている。なお、以下の説明では、第1色温度を5000K(自然光の色温度)に設定している。
設定部により照明光の色温度を6500Kに設定した場合、制御部15は、図4Aに示すように、朝から昼にかけて自然光の光束が増加するに従って、照明光の色温度を第1色温度に近づけるように、6000K、5500K、5000Kの順に低下させる。このとき、制御部15は、図5Aに示すように、照明光の色温度の低下に応じて全調光比も低下させる。その結果、朝から昼にかけて照射面の明るさに寄与する自然光の割合が徐々に大きくなる(図4A参照)。
また、制御部15は、図4Aに示すように、昼から夕方、夜にかけて自然光の光束が減少するに従って、照明光の色温度を5500K、6000K、6500Kの順に上昇させる。このとき、制御部15は、図5Aに示すように、照明光の色温度の上昇に応じて全調光比も上昇させる。その結果、昼から夕方、夜にかけて照射面の明るさに寄与する照明光の割合が徐々に大きくなる(図4A参照)。
一方、設定部により照明光の色温度を2700Kに設定した場合、制御部15は、図4Bに示すように、朝から昼にかけて自然光の光束が増加するに従って、照明光の色温度を第1色温度に近づけるように、3000K、4000K、5000Kの順に上昇させる。このとき、制御部15は、図5Bに示すように、照明光の色温度の上昇に応じて全調光比を低下させる。その結果、朝から昼にかけて照射面の明るさに寄与する自然光の割合が徐々に大きくなる(図4B参照)。
また、制御部15は、図4Bに示すように、昼から夕方、夜にかけて自然光の光束が減少するに従って、照明光の色温度を4000K、3500K、2700Kの順に低下させる。このとき、制御部15は、図5Bに示すように、照明光の色温度の低下に応じて全調光比を上昇させる。その結果、昼から夕方、夜にかけて照射面の明るさに寄与する照明光の割合が徐々に大きくなる(図4B参照)。
本実施形態では、上述のように、自然光の色温度と照明光の色温度との差が顕著になる昼間帯において、照明光の色温度を第1色温度に近づけるように、照明光の調光比(全調光比)および調色比を調整している。これにより、従来の照明装置に比べて自然光の色温度と照明光の色温度との差を小さくすることができ、特に照明光の色温度を暖色(2700K)に設定した場合、上述の効果が顕著になる(図4B中の破線a2参照)。
図6は上述の照明装置1を用いた照明器具10の分解斜視図である。本実施形態の照明器具10は、例えば引掛シーリングに着脱自在に取り付けられて天井に配置されるものであって、一般にシーリングライトと呼称される照明器具である。なお、本発明に係る技術思想が適用可能な照明器具はシーリングライトに限定されない。
本実施形態の照明器具10は、器具本体2と、給電部3と、複数(図6では4つ)のLEDユニット4と、配光パネル5と、カバー6とを備える。器具本体2は、金属製の板材によって円盤状に形成され、引掛シーリングと電気的かつ機械的に着脱自在に結合する給電部3が中央部分に配置されている。
LEDユニット4は、円弧状に湾曲形成された実装基板40の表面(下面)に複数個の発光ダイオードが弧状に2列に並べて実装されている。各LEDユニット4の実装基板40には、第1光源部11を構成する涼色の発光ダイオード110と、第2光源部12を構成する暖色の発光ダイオード120とが混在して実装されている。そして、これらのLEDユニット4は、給電部3を中心とする周方向に並べて器具本体2の下面に取り付けられる。
配光パネル5は、アクリル樹脂やポリカーボネート樹脂などの透光性を有する合成樹脂によって円環状に形成され、4つのLEDユニット4の下面を覆うようにして器具本体2に固定される。配光パネル5における各発光ダイオードとの対向部位には、発光ダイオードから放射される光の配光を制御するための光学部品50が一体に形成されている。
カバー6は、アクリル樹脂やポリカーボネート樹脂などの透光性を有する合成樹脂により、上面が開口する扁平な円筒形状に形成され、LEDユニット4および配光パネル5を内部に収納するようにして器具本体2の下面に着脱自在に取り付けられる。ただし、器具本体2に対するカバー6の取付構造については、一般的なシーリングライトにおいて周知な構造であるから、ここでは詳細な説明を省略する。
なお、照明装置1を構成する各部のうちで第1光源部11および第2光源部12を除く第1点灯回路部13、第2点灯回路部14、制御部15(設定部を含む)および力率改善回路16は、器具本体2の上面側における給電部3の周囲に配置される。また、力率改善回路16は、給電部3との間が給電線により接続されることで、商用の交流電源100より給電される。
上述のように、本実施形態では、外光の光束が増加するに従って、第1光源部11および第2光源部12による混色光の調光比を低下させ、かつ、混色光の色温度を第1色温度に近づけるように、第1光源部11および第2光源部12の調光比を調整している。これにより、照明光(混色光)の影響を抑えつつ照明光の色温度を外光の色温度に近づけることができ、その結果、違和感、不快感の少ない快適な照明空間を実現することができる。
また、従来の照明器具のように、照明光の色温度を変更するための手動操作が不要であり、利便性の高い照明装置1を提供することができる。さらに、本実施形態のように、第1光源部11および第2光源部12の中間の色温度である第1色温度を外光の色温度に近づけるようにした場合には、より違和感、不快感の少ない照明空間を実現することができる。
また、本実施形態では、外光を考慮しない第2モードにおいて、混色光の調光比が低下する方向に調光されるに従って、混色光の色温度を色温度が最も低い第2光源部12の色温度に近づけるように、第1光源部11および第2光源部12の調光比を調整している。これにより、落ち着いた、暖かい雰囲気を実現することができる。そして、上述の照明装置1を用いることによって、違和感や不快感の少ない快適な照明空間を実現しつつ利便性を向上させた照明器具10を提供することができる。
なお、発光ダイオードの種類は2種類に限らず、色温度が異なっていれば3種類以上であってもよい。また、発光素子は発光ダイオードに限らず、例えば有機EL素子であってもよい。また、本実施形態では、図2において点P1〜P4から点P5又は点P6に変化させる際に直線的に変化させたが、曲線的に変化させてもよく、本実施形態に限定されない。
以上説明したように、本実施形態の照明装置1は、色温度が異なる発光ダイオード110,120(少なくとも2種類の発光素子)からそれぞれ放射される光を混色させた混色光を照射面に向けて照射する照明装置である。この照明装置1は、発光ダイオード110,120と、検出部18と、制御部15と、設定部(制御部15を構成するマイコン)とを備える。検出部18は、照射面の明るさを検出する。制御部15は、検出部18の検出結果に基づいて発光ダイオード110,120の調光比をそれぞれ制御する。設定部は、混色光の色温度を設定する。制御部15は、混色光の色温度が設定部により設定された色温度となるように、発光ダイオード110,120の調光比をそれぞれ制御する。制御部15は、検出部18により検出された照射面の明るさが明るくなるに従って、混色光の調光比を低下させ、設定部により設定された色温度に関わらず混色光の色温度を第1色温度に近づけるように、発光ダイオード110,120の調光比をそれぞれ制御する。なお、第1色温度は、発光ダイオード110,120の色温度の中間の色温度である。
上記構成によれば、外光の光束が増えるに従って、混色光の調光比を低下させ、かつ、混色光の色温度を第1色温度に近づけるように、発光ダイオード110,120の調光比をそれぞれ制御している。これにより、照明光(混色光)の影響を抑えつつ照明光の色温度を外光の色温度に近づけることができ、その結果、違和感、不快感の少ない快適な照明空間を実現することができる。また、従来の照明器具のように、照明光の色温度を変更するための手動操作が不要であり、利便性の高い照明装置1を提供することができる。
また、本実施形態の照明装置1のように、制御部15は、第1色温度を外光の色温度に近づけるように、発光ダイオード110,120の調光比をそれぞれ制御するのが好ましい。
上記構成によれば、照明光(混色光)の色温度を外光の色温度に近づけることができ、より違和感、不快感の少ない照明空間を実現することができる。
また、本実施形態の照明装置1のように、制御部15は、第1モードと第2モードとを有するのが好ましい。第1モードは、検出部18により検出された照射面の明るさに応じて混色光の調色比を制御するモードである。第2モードは、検出部18により検出された照射面の明るさに関わらず混色光の調色比を制御するモードである。そして、制御部15は、第2モードにおいて、混色光の調光比が低下する方向に調光されるに従って、設定部により設定された色温度に関わらず混色光の色温度を第2色温度に近づけるように、発光ダイオード110,120の調光比をそれぞれ制御する。なお、第2色温度は、発光ダイオード110,120のうちで色温度が最も低い発光ダイオード120の色温度である。
上記構成によれば、外光を考慮しない第2モードにおいて、混色光の調光比が低下する方向に調光されるに従って、混色光の色温度を第2色温度に近づけるように、発光ダイオード110,120の調光比をそれぞれ制御している。これにより、落ち着いた、暖かい雰囲気を実現することができる。
本実施形態の照明器具10は、照明装置1と、照明装置1を保持する器具本体2とを備えることを特徴とする。
上記構成によれば、上述の照明装置1を用いることによって、違和感や不快感の少ない快適な照明空間を実現しつつ利便性を向上させた照明器具10を提供することができる。
1 照明装置
2 器具本体
10 照明器具
15 制御部
18 検出部
110,120 発光ダイオード(少なくとも2種類の発光素子)

Claims (4)

  1. 色温度が異なる少なくとも2種類の発光素子からそれぞれ放射される光を混色させた混色光を照射面に向けて照射する照明装置であって、
    前記少なくとも2種類の発光素子と、前記照射面の明るさを検出する検出部と、前記検出部の検出結果に基づいて前記少なくとも2種類の発光素子の調光比をそれぞれ制御する制御部と、前記混色光の色温度を設定する設定部とを備え、
    前記制御部は、前記混色光の色温度が前記設定部により設定された色温度となるように前記少なくとも2種類の発光素子の調光比をそれぞれ制御し、
    前記制御部は、前記検出部により検出された前記照射面の明るさが明るくなるに従って、前記混色光の調光比を低下させ、かつ、前記設定部により設定された色温度に関わらず前記混色光の色温度を前記少なくとも2種類の発光素子の色温度の中間の色温度である第1色温度に近づけるように、前記少なくとも2種類の発光素子の調光比をそれぞれ制御することを特徴とする照明装置。
  2. 前記制御部は、前記第1色温度を外光の色温度に近づけるように、前記少なくとも2種類の発光素子の調光比をそれぞれ制御することを特徴とする請求項1記載の照明装置。
  3. 前記制御部は、前記検出部により検出された前記照射面の明るさに応じて前記混色光の調色比を制御する第1モードと、前記検出部により検出された前記照射面の明るさに関わらず前記混色光の調色比を制御する第2モードとを有し、
    前記制御部は、前記第2モードにおいて、前記混色光の調光比が低下する方向に調光されるに従って、前記設定部により設定された色温度に関わらず前記混色光の色温度を前記少なくとも2種類の発光素子のうちで色温度が最も低い発光素子の色温度に近づけるように、前記少なくとも2種類の発光素子の調光比をそれぞれ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。
  4. 請求項1〜3の何れか1項に記載の照明装置と、前記照明装置を保持する器具本体とを備えることを特徴とする照明器具。
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