JP7324543B1 - 照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＬＥＤ光源の温度変動による出力変動を低減させ、かつ、出力を短時間で安定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。【解決手段】ＬＥＤ光源が直接実装されたＣＯＢと、放熱手段と、を備えた照明装置であって、前記ＣＯＢの上ではない前記ＬＥＤ光源から離れた位置に配設された温度センサと、前記温度センサの出力に応じて、少なくともＣＯＢ温度予測演算を行うマイクロコントローラと、を備え、前記マイクロコントローラの演算結果により、前記ＬＥＤ光源の温度変化に対する出力補正を行うことを特徴とする照明装置。【選択図】 図１１

Description

本発明は、主に劇場の舞台やテレビスタジオといった場所において使用される所謂演出照明に使用される照明装置に関する。

ＬＥＤを光源とする照明装置は、劇場の舞台、テレビスタジオ、競技場等での演出照明に広く用いられている。元々、照明装置としては、基板にＬＥＤ素子が半田付けされた表面実装品が用いられていたが、近年は、複数のＬＥＤチップを基板に直接結合し、単一のモジュールとしたＣＯＢ（チップオンボード）タイプのＬＥＤが用いられる傾向にある。さらに、多彩な演出効果が得られるように、ＣＯＢ１枚の中央に多数（約２００個）の赤、緑、青のＬＥＤ素子が実装される高集積タイプのものも見られるようになった。

ところで、照明装置については、温度変化を考慮することも必要となる場合がある。温度変化に対して出力変動の少ない白色系の光源では大きな問題とならないが、赤、緑、青のＬＥＤを一つのＣＯＢとしたカラー光源の場合、特に赤系のＬＥＤ素子の温度に対する照度の変化が図１（ａ）に示されるように大きい（図１（ｂ）は赤系ＬＥＤについての変化を詳しく示したものである。）。このため、長時間の通電や周囲温度変化で光出力が低下した赤系ＬＥＤを、そのまま混色して色を作成した場合には、狙った筈の色から色調が変化してしまうことになる。このことに関して、先行品としての表面実装品の場合には、供給電力は、然程大きくなく、放熱器の効果によって、十分に温度が下がるため、特段の熱補正は必要とされなかった。しかし、高集積タイプのものでは、温度上昇を抑えきれず、光出力が変化してしまう。そこで、必要な温度補正を行うことが提案されている（特許文献１参照）。
特許文献１に記載の照明装置では、基板温度を監視し、出力補正するための温度センサが設けられている。

特開２０１８－２９１７７号公報

しかしながら、温度センサは誤差・熱伝導の遅延の影響を軽減するため、できるだけＬＥＤ素子に近い位置に設置することが望ましい。特許文献１に記載の照明装置においても、温度センサはＣＯＢの上に設けられている。一方で、ＬＥＤ素子に近い位置への設置は温度センサが光を遮ること、光による加熱で誤差が出ること、光によりセンサが劣化するおそれがあること等から、自ずと限界があるものであった。また、出力補正は、温度センサからの情報によって、単純に出力の増減を行っているため明るさが安定するまで時間がかかるものであった。
そこで、本発明は、ＬＥＤ光源の温度変動による出力変動を低減させ、かつ、出力を短時間で安定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。

前述の課題を解決するために、本発明による照明装置は、ＬＥＤ光源が直接実装されたＣＯＢと、放熱手段と、を備えた照明装置であって、前記ＣＯＢの上ではない前記ＬＥＤ光源から離れた位置に配設された温度センサと、前記温度センサの出力に応じて、少なくともＣＯＢ温度予測演算を行うマイクロコントローラと、を備え、前記マイクロコントローラの演算結果により、前記ＬＥＤ光源の温度変化に対する出力補正を行うことを特徴とする。

ＬＥＤ素子の温度に対する照度変化の関係を示す図であり、（ａ）は、各色系統のＬＥＤの温度照度変化を、（ｂ）は、赤系ＬＥＤについての温度光出力変化を表している。 本発明に係る第１実施形態の照明装置の構造を説明する図である。 温度補正（第一段階）の考え方を示す図である。 温度補正（第二段階）の考え方を示す図である。 ＬＥＤ素子接合部からＯＣＢ基板までの熱回路を説明する図である。 熱容量を追加した熱回路を説明する図である。 電流源電圧源変換を例とした計算手法を説明する図である。 マイクロコントローラによる遅延計算を説明する図である。 目標値が変化する場合の遅延計算を説明する図である。 複数光源に対応した熱回路を説明する図である。 本発明に係る第１実施形態の照明装置の制御ブロック図である。 筐体内の気温を監視する場合の熱回路を説明する図である。 本発明に係る第２実施形態の照明装置の制御ブロック図である。 本発明に係る第３実施形態の照明装置の制御ブロック図である。

以下、本発明に係る実施形態の照明装置の構成を、図面を参照しながら説明する。以下の説明で、異なる図における同一符号は同一機能の部位を示しており、各図における重複説明は適宜省略する。

［第１実施形態の照明装置１の構造］
図２は、本発明に係る第１実施形態の照明装置１の構造を説明する図であり、平面図と正面図が示されている。第１実施形態の照明装置１は、図２に示すように、多数のＬＥＤ光源１０が直接実装されたＣＯＢ１１と、放熱手段１３（以下、「放熱器」ということもある。）と、を備えている。ＣＯＢ１１と放熱手段１３との間には熱伝導材ＴＨが介在されている。そして、当該ＣＯＢ１１の上ではなく、放熱手段１３の上、すなわち、ＬＥＤ光源１０から離れた位置に温度センサ１４が設けられており、両者は、熱結合されている。第１実施形態においては、放熱手段１３としてヒートパイプ（不図示）が使用されているため、図２において放熱手段１３として示される受熱部のどの位置に温度センサ１４を設けても放熱手段１３の温度を正確に検出することができ（例えば、温度センサ１４を受熱部の裏側に設けても良い）、ＣＯＢ１１の端部から離れた位置に、温度センサ１４が設けられている。ヒートパイプを備えない放熱器の場合には、取付向きや送風の状態により、温度センサの感度が影響を受けることになる。この場合には、ＣＯＢ１１に近接した位置に配置すると良い。なお、温度センサとしては、熱電対、サーミスタ、抵抗体、ダイオード、ＩＣ温度センサ等が使用できる。
この他、図には示されないＬＥＤ光源を駆動するＬＥＤ駆動装置や、温度光出力補正を行うための演算を行うマイクロコントローラを、照明装置１は備えている。放熱手段１３と温度センサ１４の熱結合や、熱伝導材ＴＨが有する熱容量や、接続部分の熱抵抗など、照明装置１は、後述する熱回路として表現することが可能であり、このことを利用して、ＣＯＢ温度やＬＥＤ素子接合温度の予測演算を行い、必要な温度光出力の補正をするのである。

［温度補正について］
温度補正の制御態様について説明する前に、先ず、熱補正が必要とされる理由につき、図１、３及び４を用いて説明する。
先述したように、赤系のＬＥＤは、光出力が、青系や白系のＬＥＤに比べて温度の影響を受けやすく、接合部の温度が上昇するにつれて、光出力は低下していく。図１（ｂ）に示すように、２５℃での光出力を１００とした場合に、７５℃では５０％の出力まで低下する。また、この出力低下は直線ではなく２次曲線状のものであるが、図３に示すように、低温時（２５℃）の出力と高温時（７５℃）の出力の２点間を１次の直線として扱い、補正したとする。

図３（ａ）は、１次直線としての補正の考え方を示す図であり、図３（ｂ）は、補正結果を示す図である。図３（ａ）における上の直線は光出力を表しており、下の直線は補正量を表している。このため、補正結果は、図３（ｂ）に示すように、低温時（２５℃）の出力と高温時（７５℃）の出力に対しての補正が揃うものの、中間（５０℃付近）では、頂上がある曲線が残ることになる。

そこで、残った曲線を補正し直線にするため、図４に示される２次曲線を計算し補正を行う。すなわち、図４（ａ）に示すように、低温時（２５℃）と高温時（７５℃）の丁度中間の温度（５０℃付近）の位置が谷となる２次曲線を計算し、この値を元に補正することで、図４（ｂ）のような補正結果が得られることになる。具体的には、現時点におけるＬＥＤ素子の接合部温度の予測値と中間の温度の差を取り２乗することによって、計算を行うこととなる。

このように、熱補正は、特に、赤系のＬＥＤ素子で必要不可欠なものである（青系や緑系についても光出力特性がフラットではないため、補正は必要である。）。本発明の第１実施形態では、ＬＥＤ素子の接合部温度につき、放熱手段とＣＯＢ基板との関係から対応する熱回路を求め、これを考慮することによって、必要な温度予測を行う。このことにつき、先ず、前提とされる熱回路等につき、図５～図７を用いて説明する。図５は、ＬＥＤ素子接合部からＯＣＢ基板までの熱回路であり、図５（ａ）は、各要素を示し、図５（ｂ）は、計算例を示している。図５（ａ）に示すように、ＬＥＤ素子は、熱源Ｐとして表すことが可能である。接合部温度ＴｊとＣＯＢ基板との間には、θｊ－ｃの熱抵抗が存在する。図５（ｂ）の例が示すように、ＬＥＤ素子とＣＯＢ基板間の熱抵抗が１（Ｋ／Ｗ）で、素子が１（Ｗ）で発熱している場合は、ＣＯＢ基板とＬＥＤ素子の間に１℃の温度差が発生し、この時ＣＯＢ基板が２５℃の場合はＬＥＤ素子の温度は２６℃ということになる。

さらに、ＣＯＢ基板に対して、熱伝導材を介して、放熱手段（放熱器）が設けられる場合には、ＣＯＢ基板と放熱手段（放熱器）間の熱抵抗θｃ－ｆを考慮することになる。また、通常各要素には大きさがあり、熱容量を持つことになるから、これも考慮する必要がある。この大きさは電子回路のコンデンサの如く表すことができ、図６に示すように、ＣＯＢ基板の熱容量Ｃ（Ｊ／Ｋ）として、熱回路に接続されることになる。

図６に示される熱回路は、数式としては電子回路と同様に計算できることから、図７に示すように、電流源から電圧源への変換と同様に、発熱源から定温度源への変換が可能となる。また、電圧源とコンデンサの過渡特性の計算工程と同様に、定温度源と熱容量との関係計算式を求めることができる。

図６に戻って、図に示されるように、熱源Ｐ、接合部温度Ｔｊ、接合部ＣＯＢ基板間の熱抵抗θｊ－ｃの熱抵抗、ＣＯＢ基板温度Ｔｃ、ＣＯＢ基板と放熱手段（放熱器）間の熱抵抗θｃ－ｆ、ＣＯＢ基板の熱容量Ｃから成る熱回路として考えた場合、接合部温度Ｔｊは、次式によって求められることになる。

このように、接合部温度Ｔｊは、温度センサにより測定された放熱器温度Ｔｆに各温度差を加算した値となる。

本発明に係る第１実施形態の照明装置１は、図６で説明した熱回路、及び、[数１]の関係式を前提として、ＬＥＤ素子の接合温度変化を予測・演算し、求められる照度に対して最適な電流をＬＥＤに供給することで光出力が安定するように制御を行うものである。実際の処理は、調光用信号をマイクロコントローラで補正することによって行う。すなわち、マイクロコントローラが得意とする一定周期での割り込み、前回の値の記憶、差分の計算、倍率の掛け算という手法での計算が行われることになる。この割り込み処理の考え方を図８及び９を用いて説明する。
図８において、目標値は、放熱器とＣＯＢ基板間の熱容量を含まない発熱量と熱抵抗から計算される温度差である。図示されるように、１）目標値と前回の値の差を計算し、２）計算結果に定数を掛け、３）この結果を前回の値に加算し、４）これを現在の値として設定する、という処理をタイマ割り込みごとに繰り返す。図８は、目標値が一定のものとして示した図であるが、目標値は、常に変動するため、図９に示すような処理を行い、放熱器とＣＯＢ基板間の温度差を予測できることになる。この際、ＬＥＤ素子のような非常に小さな部品の場合は熱容量を無視し、熱抵抗と発熱量から温度差を計算する。ＬＥＤ素子の接合部温度は、放熱器の温度から、放熱器ＣＯＢ基板の温度差、ＣＯＢ基板接合部の温度差を加算し、予測することになる。

このように、本発明の第１実施形態の照明装置１は、ＬＥＤ素子の接合部温度の予測演算を行うものであり、この予測演算結果により、調光用信号を補正するものである。ところで、先に説明したように、赤系だけでなく、青系や緑系のＬＥＤ素子についても、補正は必要であるところ、図１０に示すように、複数光源に対応した熱回路を設定する必要がある。図１０において、θｒｊ－ｃは赤系ＬＥＤの接合部とＣＯＢ基板との間の熱抵抗であり、θｇｊ－ｃは緑系ＬＥＤの接合部とＣＯＢ基板との間の熱抵抗であり、θｂｊ－ｃは青系ＬＥＤの接合部とＣＯＢ基板との間の熱抵抗である。図中、ＣＯＢ基板から下の構成は、図６と同様である。

［第１実施形態の照明装置１の制御ブロック］
ＬＥＤ素子の接合部温度の予測演算を行い、調光用信号を補正する第１実施形態の照明装置１の具体的な回路（マイクロコントローラ）につき、説明する。図１１は、ＣＯＢ１１、ＬＥＤ駆動装置１２、放熱手段１３、温度センサ１４、マイクロコントローラ１５から構成される第１の実施形態の照明装置１を制御ブロック図として示したものである。

ＣＯＢ１１には、多数のＬＥＤ素子が直接実装されている。ＬＥＤ駆動装置１２は、マイクロコントローラ１５が、入力されるＤＭＸ等の調光制御信号に基づいて、複数の矩形波を生成し、生成された複数の矩形波がパルス幅変調信号（以下「ＰＷＭ信号」という）として、ＬＥＤ駆動装置１２内の赤系、緑系、青系ＬＥＤ駆動のための複数のコンバータ回路に入力され、この複数のＰＷＭ信号により複数のコンバータ回路を駆動させることによって、複数のＬＥＤの調光制御を行うものである。赤系、緑系、青系ＬＥＤ駆動のためのコンバータ回路の出力の電圧値及び電流値が、図示されない電流センサや分圧回路により検出された後、ＡＤ変換されて、マイクロコントローラ１５に入力される。電圧値及び電流値の他、放熱手段１３に設けた温度センサ１４からの出力も、ＡＤ変換されて、マイクロコントローラ１５に入力される。

上記したように、マイクロコントローラ１５には、放熱器温度１５１、赤消費電力１５２ｒ、緑消費電力１５２ｇ、青消費電力１５２ｂの情報が入力される。赤消費電力１５２ｒ、緑消費電力１５２ｇ、青消費電力１５２ｂの合計消費電力とＣＯＢ基板と放熱手段（放熱器）間の熱抵抗θｃ－ｆ（図１０参照）とからＣＯＢ温度上昇を予測するＣＯＢ温度上昇計算部１５３の計算結果を放熱器温度１５１に加算し、ＣＯＢ基板の熱容量Ｃ（図１０参照）を考慮したＣＯＢ温度遅延予測計算部１５４による遅延を加味して、ＣＯＢ温度を予測する。すなわち、ＣＯＢ温度上昇計算部１５３とＣＯＢ温度遅延予測計算部１５４とは、ＣＯＢ温度予測部を構成することになる。

ＣＯＢ温度の予測に続いて、図１０の熱回路に従い、赤系ＬＥＤ素子、緑系ＬＥＤ素子、青系ＬＥＤ素子の別毎に、ＬＥＤ素子接合部の温度予測が行われる。このため、赤温度上昇計算部１５５ｒは、赤消費電力１５２ｒと、赤系ＬＥＤの接合部－ＣＯＢ基板との間の熱抵抗θｒｊ－ｃとから赤温度上昇を予測する。緑温度上昇計算部１５５ｇは、緑消費電力１５２ｇと、緑系ＬＥＤの接合部―ＣＯＢ基板との間の熱抵抗θｇｊ－ｃとから緑温度上昇を予測する。青温度上昇計算部１５５ｂは、青消費電力１５２ｂと、青系ＬＥＤの接合部―ＣＯＢ基板との間の熱抵抗θｂｊ－ｃとから青温度上昇を予測する。先述したように、ＬＥＤ素子のような非常に小さな部品の場合は熱容量を無視し得る。赤温度上昇計算部１５５ｒ、緑温度上昇計算部１５５ｇ及び青温度上昇計算部１５５ｂは、ＬＥＤ素子接合温度予測部を構成することになる。

このようにして、予測された赤緑青系の各ＬＥＤ素子接合温度は、概略としては、図８及び９にて説明した制御対象モデルである赤温度補正計算部１５６ｒ、緑温度補正計算部１５６ｇ及び青温度補正計算部１５６ｂに、割り込み処理毎に与えられることによって、現時刻からある有限区間に渡る未来の振る舞いを予測し、各ＬＥＤを最適に調光制御するための複数のＰＷＭ信号を生成するための制御値（パルス幅変調率）を演算する。補正の計算が複雑な場合は演算の負担を軽減するためテーブルマップから補正量を読み出し補正する手段も使用できる。演算された制御値は、シリアル通信を介して、ＬＥＤ駆動装置１２に制御信号として与えられる。

図７においては、赤、緑、青の３色のＣＯＢを想定しているが、ＬＥＤ素子接合温度予測部、出力補正部の数を増減することで、単色から多色まで自由に設定できる。またＣＯＢ全体の温度を常に予測演算しているため、出力を変化させていないＬＥＤにも常に補正を行う。例えば赤、緑、青の３色のＣＯＢの場合に赤の出力を一定に保った状態で緑、青の出力を上昇させる操作を行った際に、赤の出力が低下する問題が改善される。
また、第１実施形態では、ＬＥＤ素子接合部の温度予測を行っているが、これを排除して、ＣＯＢ温度予測の演算結果のみで、出力補正を行うようにしても良い。先に、説明したように、従来の照明装置における出力補正は、温度センサからの情報によって、単純に出力の増減を行っているにすぎないものであったところ、本発明では、消費電力を常に監視し、温度変化の予測演算を行うものであるから、従来のものよりも遅延による弊害を小さくすることができる。無論、ＬＥＤ素子接合部の温度予測も行うようにした方が、より正確な補正ができることは言うまでもない。

［第２実施形態］
先述したように、ヒートパイプが使用されていれば、温度センサを取付ける位置の自由度は高いが、ヒートパイプが無い場合には、一定程度の制限を受ける。そうであるならば、放熱手段とは関係なく、照明装置の筐体内の適宜位置の気温を監視する方が都合の良い場合もある。この場合であっても、適切な熱回路を設定することによって、適正な温度予測を行うことが可能となる。
図１２は、照明装置の筐体内の気温を検出するようにした場合の熱回路である。赤系、緑系、青系につき、それぞれの熱源は、熱源Ｒ、熱源Ｇ、熱源Ｂであり、それぞれの接合部ＣＯＢ基板間の熱抵抗は、θｒｊ－ｃ、θｇｊ－ｃ、θｂｊ－ｃである。ＣＯＢ基板と放熱手段（放熱器）間の熱抵抗はθｃ－ｆであり、ＣＯＢ基板の熱容量はＣｃである。ここまでの構成は、図１０の熱回路と同じである。図１２の熱回路は、ここに、放熱手段（放熱器）と筐体内空間との間の熱抵抗をθｆ－ａとし、放熱手段（放熱器）の熱容量Ｃｆを接続させたものとなる。すなわち、より測定が容易な気温から、接合阻止温度の予測演算を行い、光出力の補正を行うことが可能となる。

図１３は、第２の実施形態の照明装置２を制御ブロック図として示したものである。ＣＯＢ２１には、多数のＬＥＤ素子が直接実装され、かつ、放熱手段２３を備えている。ＬＥＤ駆動装置２２は、マイクロコントローラ２５が、入力されるＤＭＸ等の調光制御信号に基づいて、複数の矩形波を生成し、生成された複数の矩形波がパルス幅変調信号（以下「ＰＷＭ信号」という）として、ＬＥＤ駆動装置２２内の赤系、緑系、青系ＬＥＤ駆動のための複数のコンバータ回路に入力され、この複数のＰＷＭ信号により複数のコンバータ回路を駆動させることによって、複数のＬＥＤの調光制御を行うものである。赤系、緑系、青系ＬＥＤ駆動のためのコンバータ回路の出力の電圧値及び電流値が、図示されない電流センサや分圧回路により検出された後、ＡＤ変換されて、マイクロコントローラ２５に入力される。電圧値及び電流値の他、照明装置２内の適宜空間に設けた温度センサ２４からの出力も、ＡＤ変換されて、マイクロコントローラ２５に入力される。

上記したように、マイクロコントローラ２５には、気温２５１、赤消費電力２５２ｒ、緑消費電力２５２ｇ、青消費電力２５２ｂの情報が入力される。赤消費電力２５２ｒ、緑消費電力２５２ｇ、青消費電力２５２ｂの合計消費電力と放熱手段（放熱器）と筐体内空間との間の熱抵抗θｆ－ａ（図１２参照）とから放熱器温度上昇を予測する放熱器温度上昇計算部ｔｍｐの計算結果を気温２５１に加算し、放熱器の熱容量Ｃｆ（図１２参照）を考慮した放熱器温度遅延予測計算部ｔｍｐｄによる遅延を加味して、放熱器温度を予測する。ここで、放熱器温度上昇計算部ｔｍｐと放熱器温度遅延予測計算部ｔｍｐｄとは、放熱器温度予測部を構成する。

次いで、赤消費電力２５２ｒ、緑消費電力２５２ｇ、青消費電力２５２ｂの合計消費電力とＣＯＢ基板と放熱手段（放熱器）間の熱抵抗θｃ－ｆ（図１２参照）とからＣＯＢ温度上昇を予測するＣＯＢ温度上昇計算部２５３の計算結果を上記で予測された放熱器温度に加算し、ＣＯＢ基板の熱容量Ｃｃ（図１２参照）を考慮したＣＯＢ温度遅延予測計算部２５４による遅延を加味して、ＣＯＢ温度を予測する。すなわち、ＣＯＢ温度上昇計算部２５３とＣＯＢ温度遅延予測計算部２５４とは、ＣＯＢ温度予測部を構成することになる。

ＣＯＢ温度の予測に続いて、図１２の熱回路に従い、赤系ＬＥＤ素子、緑系ＬＥＤ素子、青系ＬＥＤ素子の別毎に、ＬＥＤ素子接合部の温度予測が行われる。このため、赤温度上昇計算部２５５ｒは、赤消費電力２５２ｒと、赤系ＬＥＤの接合部－ＣＯＢ基板との間の熱抵抗θｒｊ－ｃとから赤温度上昇を予測する。緑温度上昇計算部２５５ｇは、緑消費電力２５２ｇと、緑系ＬＥＤの接合部―ＣＯＢ基板との間の熱抵抗θｇｊ－ｃとから緑温度上昇を予測する。青温度上昇計算部２５５ｂは、青消費電力２５２ｂと、青系ＬＥＤの接合部―ＣＯＢ基板との間の熱抵抗θｂｊ－ｃとから青温度上昇を予測する。先述したように、ＬＥＤ素子のような非常に小さな部品の場合は熱容量を無視し得る。赤温度上昇計算部２５５ｒ、緑温度上昇計算部２５５ｇ及び青温度上昇計算部２５５ｂは、ＬＥＤ素子接合温度予測部を構成することになる。

このようにして、予測された赤緑青系の各ＬＥＤ素子接合温度は、概略としては、図８及び９にて説明した制御対象モデルである赤温度補正計算部２５６ｒ、緑温度補正計算部２５６ｇ及び青温度補正計算部２５６ｂに、割り込み処理毎に与えられることによって、現時刻からある有限区間に渡る未来の振る舞いを予測し、各ＬＥＤを最適に調光制御するための複数のＰＷＭ信号を生成するための制御値（パルス幅変調率）を演算する。補正の計算が複雑な場合は演算の負担を軽減するためテーブルマップから補正量を読み出し補正する手段も使用できる。演算された制御値は、シリアル通信を介して、ＬＥＤ駆動装置２２に制御信号として与えられる。

［第３実施形態］
構造上、温度センサの取り付けが困難な器具の場合であって、かつ、寒冷地や酷暑といった場でなく安定した環境で機器を使用できるときには、気温を一定（例えば２５℃）であると設定した上で補正制御を行うことも可能である。熱回路の図示は省略するが、図１２の熱回路において、気温を一定（例えば、２５℃）として計算を行えばよい。

図１４は、第３の実施形態の照明装置３を制御ブロック図として示したものである。ＣＯＢ３１には、多数のＬＥＤ素子が直接実装され、かつ、放熱手段３３を備えている。ＬＥＤ駆動装置３２は、マイクロコントローラ３５が、入力されるＤＭＸ等の調光制御信号に基づいて、複数の矩形波を生成し、生成された複数の矩形波がパルス幅変調信号（以下「ＰＷＭ信号」という）として、ＬＥＤ駆動装置３２内の赤系、緑系、青系ＬＥＤ駆動のための複数のコンバータ回路に入力され、この複数のＰＷＭ信号により複数のコンバータ回路を駆動させることによって、複数のＬＥＤの調光制御を行うものである。赤系、緑系、青系ＬＥＤ駆動のためのコンバータ回路の出力の電圧値及び電流値が、図示されない電流センサや分圧回路により検出された後、ＡＤ変換されて、マイクロコントローラ３５に入力される。

上記したように、マイクロコントローラ３５には、赤消費電力３５２ｒ、緑消費電力３５２ｇ、青消費電力３５２ｂの情報が入力される。これらの合計消費電力と放熱手段（放熱器）と筐体内空間との間の熱抵抗θｆ－ａとから放熱器温度上昇を予測する放熱器温度上昇計算部ｔｍｐの計算結果を、気温固定設定された温度（例えば、２５℃）に加算し、放熱器の熱容量Ｃｆを考慮した放熱器温度遅延予測計算部ｔｍｐｄによる遅延を加味して、放熱器温度を予測する。ここで、放熱器温度上昇計算部ｔｍｐと放熱器温度遅延予測計算部ｔｍｐｄとは、放熱器温度予測部を構成する。

次いで、赤消費電力３５２ｒ、緑消費電力３５２ｇ、青消費電力３５２ｂの合計消費電力とＣＯＢ基板と放熱手段（放熱器）間の熱抵抗θｃ－ｆとからＣＯＢ温度上昇を予測するＣＯＢ温度上昇計算部３５３の計算結果を上記で予測された放熱器温度に加算し、ＣＯＢ基板の熱容量Ｃｃを考慮したＣＯＢ温度遅延予測計算部３５４による遅延を加味して、ＣＯＢ温度を予測する。すなわち、ＣＯＢ温度上昇計算部３５３とＣＯＢ温度遅延予測計算部３５４とは、ＣＯＢ温度予測部を構成することになる。

ＣＯＢ温度の予測に続いて、赤系ＬＥＤ素子、緑系ＬＥＤ素子、青系ＬＥＤ素子の別毎に、ＬＥＤ素子接合部の温度予測が行われる。このため、赤温度上昇計算部３５５ｒは、赤消費電力３５２ｒと、赤系ＬＥＤの接合部－ＣＯＢ基板との間の熱抵抗θｒｊ－ｃとから赤温度上昇を予測する。緑温度上昇計算部３５５ｇは、緑消費電力３５２ｇと、緑系ＬＥＤの接合部―ＣＯＢ基板との間の熱抵抗θｇｊ－ｃとから緑温度上昇を予測する。青温度上昇計算部３５５ｂは、青消費電力３５２ｂと、青系ＬＥＤの接合部―ＣＯＢ基板との間の熱抵抗θｂｊ－ｃとから青温度上昇を予測する。ＬＥＤ素子のような非常に小さな部品の場合は熱容量を無視し得る。赤温度上昇計算部３５５ｒ、緑温度上昇計算部３５５ｇ及び青温度上昇計算部３５５ｂは、ＬＥＤ素子接合温度予測部を構成することになる。

このようにして、予測された赤緑青系の各ＬＥＤ素子接合温度は、概略としては、図８及び９にて説明した制御対象モデルである赤温度補正計算部３５６ｒ、緑温度補正計算部３５６ｇ及び青温度補正計算部３５６ｂに、割り込み処理毎に与えられることによって、現時刻からある有限区間に渡る未来の振る舞いを予測し、各ＬＥＤを最適に調光制御するための複数のＰＷＭ信号を生成するための制御値（パルス幅変調率）を演算する。補正の計算が複雑な場合は演算の負担を軽減するためテーブルマップから補正量を読み出し補正する手段も使用できる。演算された制御値は、シリアル通信を介して、ＬＥＤ駆動装置３２に制御信号として与えられる。

これまで説明したように、本発明に係る実子形態の照明装置は、従来のように、温度センサ出力からの単純なフィードバック制御を行うものではなく、ＣＯＢ温度やＬＥＤ素子接合温度の変化を予測演算することによって、ＬＥＤ光源の温度変動による出力変動を、温度センサまでの熱伝導の遅延の影響を減らした上で、短時間で安定させることができるものである。
また、温度測定の困難なＬＥＤ素子から離れた位置へ温度センサを設置することが可能となるため、直接ＣＯＢへ温度センサの取り付けが困難な照明装置での出力の安定化が可能となる。さらに、複数色のＣＯＢの場合に、各ＬＥＤ素子の相互の熱影響による出力変動を軽減することができる。

以上、本発明に係る実施形態の照明装置を、図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成は、これらの実施の形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても本発明に含まれる。ＣＯＢ上に温度センサを設けての単純なフィードバック制御でなく、温度変化を予測演算することによって、遅延のない補正を行うことによって、適正な調光制御ができることに、本発明の意義があることは十分に理解されるべきものである。このことは温度センサを設けない実施形態が存在することからも明らかである。

また、前述の各実施形態は、その目的および構成等に特に矛盾や問題がない限り、互いの技術を流用して組み合わせることが可能である。

１…………照明装置
１０………ＬＥＤ光源
１１………ＣＯＢ（チップオンボード）
１２………ＬＥＤ駆動装置
１３………放熱手段
１４………温度センサ
１５………マイクロコントローラ
１５１……放熱器温度
１５２ｒ…赤消費電力
１５２ｇ…緑消費電力
１５２ｂ…青消費電力
１５３……ＣＯＢ温度上昇計算部
１５４……ＣＯＢ温度遅延予測計算部
１５５ｒ…赤温度上昇計算部
１５５ｇ…緑温度上昇計算部
１５５ｂ…青温度上昇計算部
１５６ｒ…赤温度補正計算部
１５６ｇ…緑温度補正計算部
１５６ｂ…青温度補正計算部
２…………照明装置
２１………ＣＯＢ（チップオンボード）
２２………ＬＥＤ駆動装置
２３………放熱手段
２４………気温センサ
２５………マイクロコントローラ
２５１……気温
２５２ｒ…赤消費電力
２５２ｇ…緑消費電力
２５２ｂ…青消費電力
２５３……ＣＯＢ温度上昇計算部
２５４……ＣＯＢ温度遅延予測計算部
２５５ｒ…赤温度上昇計算部
２５５ｇ…緑温度上昇計算部
２５５ｂ…青温度上昇計算部
２５６ｒ…赤温度補正計算部
２５６ｇ…緑温度補正計算部
２５６ｂ…青温度補正計算部
ｔｍｐ……放熱器温度上昇計算部
ｔｍｐｄ…放熱器温度遅延予測計算部
３…………照明装置
３１………ＣＯＢ（チップオンボード）
３２………ＬＥＤ駆動装置
３３………放熱手段
３５………マイクロコントローラ
３５２ｒ…赤消費電力
３５２ｇ…緑消費電力
３５２ｂ…青消費電力
３５３……ＣＯＢ温度上昇計算部
３５４……ＣＯＢ温度遅延予測計算部
３５５ｒ…赤温度上昇計算部
３５５ｇ…緑温度上昇計算部
３５５ｂ…青温度上昇計算部
３５６ｒ…赤温度補正計算部
３５６ｇ…緑温度補正計算部
３５６ｂ…青温度補正計算部

Claims (8)

1. ＬＥＤ光源が直接実装されたＣＯＢと、放熱手段と、を備えた照明装置であって、
   前記ＣＯＢの上ではない前記ＬＥＤ光源から離れた位置に配設された温度センサと、
   前記温度センサの出力に応じて、少なくともＣＯＢ温度予測演算を行うマイクロコントローラと、を備え、
   前記マイクロコントローラの演算結果により、前記ＬＥＤ光源の温度変化に対する出力補正を行うことを特徴とする照明装置。
2. 前記マイクロコントローラは、温度センサ出力と、ＣＯＢ供給電力と、設定された所定の熱抵抗と、設定された所定の熱容量に基づいて、最終的に上昇し安定する安定温度と、安定温度に達する迄の時間と、を演算して、ＣＯＢ温度予測を行うものであることを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
3. 前記マイクロコントローラは、さらにＬＥＤ素子接合温度の予測演算も行うことを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
4. 前記ＣＯＢは、複数色のＬＥＤが１つのＣＯＢに高密度で組み込まれた舞台照明器具用のものであることを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
5. 前記温度センサは、前記ＣＯＢの上ではないものの、前記放熱手段の上で前記ＣＯＢの近傍に配設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。
6. 前記放熱手段は、受熱部と放熱部がヒートパイプで接続された冷却装置であり、
   前記温度センサは、前記ＣＯＢの上ではない前記受熱部の任意の位置に配設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。
7. 前記温度センサは、ＣＯＢの上でも放熱手段の上でもない筐体装置の適宜位置に配設されている気温センサであることを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
8. ＬＥＤ光源が直接実装されたＣＯＢと、放熱手段と、を備えた照明装置であって、
   所定温度であるとして設定された固定出力及びＬＥＤ光源の消費電力に応じて、少なくともＣＯＢ温度予測演算を行うマイクロコントローラと、を備え、
   前記マイクロコントローラの演算結果により、前記ＬＥＤ光源の温度変化に対する出力補正を行うことを特徴とする照明装置。

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