JP7457920B2

JP7457920B2 - 照明装置

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Publication number: JP7457920B2
Application number: JP2020163015A
Authority: JP
Inventors: 智章清水; 徹石北; 聖冬横田; 章裕藤原
Original assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Current assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Priority date: 2020-09-29
Filing date: 2020-09-29
Publication date: 2024-03-29
Anticipated expiration: 2040-09-29
Also published as: JP2022055543A

Description

本発明の実施形態は、照明装置に関する。

ＬＥＤ（Light Emitting Diode）などの光源と、光源に電力を供給することにより、光源を点灯させる点灯装置と、を備えた照明装置が知られている。こうした照明装置において、点灯装置が、直流電力に対してパルス幅変調制御を行い、パルス幅変調した電流を光源に供給することが行われている。点灯装置は、制御信号の入力を受け、制御信号に基づいて上記のパルス幅変調制御を行う。これにより、制御信号に応じて光源の明るさを変化させることができる。いわゆる調光制御を行うことができる。

このように、パルス幅変調した電流を光源に供給する制御方式では、直流電流の大きさを変化させる制御方式と比べて、明るさの変化にともなう発光光色の変化を抑制することができる。

また、点灯回路では、パルス幅変調した電流に重畳する交流成分のノイズを抑制するために、パルス幅変調制御を行うためのスイッチング素子の後にインダクタによるフィルタ回路を設けることが行われている。これにより、交流成分のノイズに起因する明るさの変化や発光光色の変化を抑制することができる。

しかしながら、インダクタによるフィルタ回路を設けると、パルス幅変調に応じてインダクタが振動し、パルス幅変調制御の周波数が人間の可聴周波数の範囲である場合に、インダクタの振動が、騒音となって聞こえてしまう可能性が生じる。

パルス幅変調制御の周波数を人間の可聴周波数よりも高くし、インダクタの振動による騒音を抑制することも考えられる。しかしながら、この場合には、１周期の時間が短くなり、パルス幅変調した電流のオン時間の短い低出力時に高い制御分解能が必要となってしまう。

このため、照明装置では、パルス幅変調した電流を光源に供給する制御方式において、高い制御分解能を必要とすることなく、騒音の発生を抑制できるようにすることが望まれる。

特開２０１９－１３９９３９号公報

パルス幅変調した電流を光源に供給する制御方式において、高い制御分解能を必要とすることなく、騒音の発生を抑制できる照明装置を提供することを目的とする。

本発明の実施形態によれば、光源と、前記光源を点灯させるとともに、前記光源の点灯状態を変更可能な点灯装置と、を備え、前記点灯装置は、直流電流に対してパルス幅変調制御を行うことにより、パルス幅変調した変調電流を前記直流電流から生成し、前記変調電流を前記光源に供給する変換回路と、前記パルス幅変調制御のパルス幅を表す制御信号の入力を受け、前記制御信号に基づいて前記変換回路の動作を制御することにより、前記制御信号に応じたパルス幅の前記変調電流を前記変換回路から前記光源に供給させる制御部と、を有し、前記変換回路は、前記光源に対して並列に接続され、前記直流電流の前記光源への出力及び出力の停止を切り替えることにより、前記直流電流から前記変調電流を生成するスイッチング素子と、前記スイッチング素子と並列に設けられ、抵抗素子、コンデンサ、及びダイオードのいずれかのみを有し、前記変調電流に重畳する交流成分のノイズを抑制するフィルタ回路と、を有し、前記制御部は、前記変調電流の周波数を２０ｋＨｚ以上の第１周波数と、２０ｋＨｚ未満の第２周波数と、に変更可能であり、前記制御信号の表す前記パルス幅が所定値以上である場合に、前記第１周波数の前記変調電流を前記変換回路に生成させ、前記制御信号の表す前記パルス幅が前記所定値未満である場合に、前記第２周波数の前記変調電流を前記変換回路に生成させることを特徴とする照明装置が提供される。

発明の実施形態によれば、パルス幅変調した電流を光源に供給する制御方式において、高い制御分解能を必要とすることなく、騒音の発生を抑制できる照明装置を提供することができる。

実施形態に係る照明装置を模式的に表すブロック図である。実施形態に係るＤＣ／ＰＷＭ変換回路を模式的に表すブロック図である。図３（ａ）及び図３（ｂ）は、実施形態に係る制御部の動作の一例を模式的に表すグラフである。実施形態に係るＤＣ／ＰＷＭ変換回路の変形例を模式的に表すブロック図である。実施形態に係るＤＣ／ＰＷＭ変換回路の変形例を模式的に表すブロック図である。実施形態に係る照明装置の変形例を模式的に表すブロック図である。

以下に、各実施の形態について図面を参照しつつ説明する。
なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
なお、本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。

図１は、実施形態に係る照明装置を模式的に表すブロック図である。
図１に表したように、照明装置１０は、光源１２と、点灯装置１４と、を備える。照明装置１０は、例えば、スタジオや舞台などに設置して使用される演出用の照明装置である。

光源１２は、例えば、発光素子１２ａを有する。光源１２は、例えば、複数の発光素子１２ａを有する。複数の発光素子１２ａは、直列に接続される。複数の発光素子１２ａは、直列接続と並列接続とを組み合わせてもよい。発光素子１２ａの数は、任意でよい。発光素子１２ａの数は、例えば、１つでもよい。

発光素子１２ａには、例えば、発光ダイオード（Light Emitting Diode：ＬＥＤ）が用いられる。光源１２は、例えば、複数のＬＥＤを有するＬＥＤモジュールである。発光素子１２ａは、例えば、有機発光ダイオード（Organic Light Emitting Diode：ＯＬＥＤ）、無機エレクトロルミネッセンス（Inorganic ElectroLuminescence）発光素子、有機エレクトロルミネッセンス（Organic ElectroLuminescence）発光素子、または、その他の電界発光型の発光素子などでもよい。但し、光源１２は、発光素子１２ａを有するものに限ることなく、例えば、電球などでもよい。光源１２は、直流電流の供給によって点灯する任意の光源でよい。

点灯装置１４は、光源１２を点灯させるとともに、光源１２の点灯状態を変更可能である。点灯装置１４は、例えば、交流電源２と接続され、交流電源２から供給される交流電力を直流電力に変換して光源１２に供給することにより、光源１２を点灯させる。

点灯装置１４は、ＡＣ／ＤＣ変換回路２０と、ＤＣ／ＰＷＭ変換回路２２（変換回路）と、制御部２４と、信号変換部２６と、を有する。

ＡＣ／ＤＣ変換回路２０は、交流電源２から供給された交流電力を直流電力に変換する。なお、点灯装置１４に供給される電力は、交流電力に限ることなく、直流電力でもよい。この場合、ＡＣ／ＤＣ変換回路２０は、省略可能である。

ＤＣ／ＰＷＭ変換回路２２は、ＡＣ／ＤＣ変換回路２０から供給された直流電流に対してパルス幅変調制御を行うことにより、パルス幅変調した変調電流を直流電流から生成し、生成した変調電流を光源１２に供給する。パルス幅変調制御は、換言すれば、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御である。変調電流は、換言すれば、ＰＷＭ電流である。

制御部２４は、パルス幅変調制御のパルス幅を表す制御信号の入力を受け、制御信号に基づいてＤＣ／ＰＷＭ変換回路２２の動作を制御することにより、制御信号に応じたパルス幅の変調電流をＤＣ／ＰＷＭ変換回路２２から光源１２に供給させる。これにより、制御部２４は、制御信号に応じた点灯状態で光源１２を点灯させる。

制御信号は、例えば、外部機器４から照明装置１０の点灯装置１４に入力される。外部機器４は、例えば、上位のコントローラである。外部機器４は、例えば、調光卓などと呼ばれる場合もある。

信号変換部２６は、外部機器４と通信を行う。信号変換部２６は、外部機器４から入力された制御信号を受け、入力された制御信号を制御部２４に対応した形式の制御信号に変換する。そして、信号変換部２６は、変換後の制御信号を制御部２４に入力する。なお、信号の変換が必要無い場合などには、外部機器４から入力された制御信号を直接的に制御部２４に入力してもよい。信号変換部２６は、点灯装置１４に必要に応じて設けられ、省略可能である。

図２は、実施形態に係るＤＣ／ＰＷＭ変換回路を模式的に表すブロック図である。
図２に表したように、ＤＣ／ＰＷＭ変換回路２２は、定電流回路３０と、調光回路４０と、を有する。

定電流回路３０は、光源１２に供給される電流の大きさが一定になるように、出力電流を制御する。定電流回路３０は、一対の入力端子３０ａ、３０ｂと、一対の出力端子３０ｃ、３０ｄと、を有する。一対の入力端子３０ａ、３０ｂは、ＡＣ／ＤＣ変換回路２０の出力端子と電気的に接続される。これにより、ＡＣ／ＤＣ変換回路２０からの直流電力が定電流回路３０に供給される。出力端子３０ｃは、光源１２の発光素子１２ａの一端と電気的に接続される。出力端子３０ｄは、光源１２の発光素子１２ａの他端と電気的に接続される。発光素子１２ａの一端は、例えば、ＬＥＤのアノードである。発光素子１２ａの他端は、例えば、ＬＥＤのカソードである。これにより、定電流回路３０から出力された電流が、光源１２に供給される。

定電流回路３０は、例えば、スイッチング素子３１と、インダクタ３２と、ダイオード３３と、を有する。スイッチング素子３１は、電極３１ａ～３１ｃを有する。スイッチング素子３１は、例えば、ｎチャネル形のＦＥＴである。例えば、電極３１ａは、ドレインであり、電極３１ｂは、ソースであり、電極３１ｃは、ゲートである。スイッチング素子３１は、例えば、ｐチャネル形のＦＥＴでもよいし、バイポーラトランジスタなどでもよい。

電極３１ａは、入力端子３０ａと電気的に接続されている。電極３１ｂは、インダクタ３２の一端に接続されている。インダクタ３２の他端は、高電位側の出力端子３０ｃと電気的に接続されている。ダイオード３３のカソードは、スイッチング素子３１の電極３１ｂと電気的に接続されている。ダイオード３３のアノードは、低電位側の入力端子３０ｂ及び出力端子３０ｄと電気的に接続されている。

電極３１ｃは、制御部２４と電気的に接続されている。スイッチング素子３１は、制御部２４からの信号に応じてスイッチングする。定電流回路３０は、例えば、スイッチング素子３１をスイッチングすることにより、実質的に一定の直流電流を出力する。制御部２４は、スイッチング素子３１のスイッチングを制御することにより、直流電流を実質的に一定に制御するとともに、直流電流（パルス幅変調した変調電流）の大きさを制御する。

また、この例において、定電流回路３０は、いわゆる降圧チョッパ回路である。定電流回路３０は、ＡＣ／ＤＣ変換回路２０から供給された直流電力の電圧値を、光源１２に対応した電圧値に降圧する。なお、定電流回路３０の構成は、上記に限ることなく、実質的に一定な電流を出力可能な任意の構成でよい。

調光回路４０は、スイッチング素子４２と、整流素子４４と、フィルタ回路５０と、を有する。スイッチング素子４２は、光源１２に対して並列に接続される。スイッチング素子４２は、電極４２ａ～４２ｃを有する。スイッチング素子４２には、スイッチング素子３１に関して説明したものと同様のものを用いることができる。

電極４２ａは、定電流回路３０の出力端子３０ｃと電気的に接続されている。電極４２ｂは、定電流回路３０の出力端子３０ｄと電気的に接続されている。これにより、スイッチング素子４２が、光源１２と並列に接続される。電極４２ｃは、制御部２４と電気的に接続されている。スイッチング素子４２は、制御部２４からの信号に応じてスイッチングする。

整流素子４４は、スイッチング素子４２と光源１２との間に設けられる。整流素子４４は、例えば、ダイオードである。整流素子４４の一端（アノード）は、スイッチング素子４２の電極４２ａ、及び定電流回路３０の出力端子３０ｃと電気的に接続されている。整流素子４４の他端（カソード）は、光源１２の発光素子１２ａの一端（アノード）と電気的に接続される。このように、発光素子１２ａの一端は、整流素子４４を介して定電流回路３０の出力端子３０ｃと電気的に接続される。整流素子４４は、定電流回路３０の出力端子３０ｃから発光素子１２ａの一端に向かう方向に整流する。

フィルタ回路５０は、スイッチング素子４２と並列に設けられる。フィルタ回路５０は、例えば、スイッチング素子４２と整流素子４４との間の位置において、スイッチング素子４２と並列に設けられる。換言すれば、フィルタ回路５０は、整流素子４４よりもスイッチング素子４２に近い位置において、スイッチング素子４２と並列に設けられる。

フィルタ回路５０の一端は、スイッチング素子４２の電極４２ａ及び整流素子４４の一端（アノード）と電気的に接続されている。フィルタ回路５０の他端は、スイッチング素子４２の電極４２ｂと電気的に接続されている。これにより、フィルタ回路５０は、整流素子４４よりもスイッチング素子４２に近い位置において、スイッチング素子４２と並列に設けられる。

フィルタ回路５０は、抵抗素子５１と、コンデンサ５２と、を有する。コンデンサ５２は、抵抗素子５１と直列に接続されている。フィルタ回路５０は、例えば、抵抗素子５１とコンデンサ５２との直列接続体である。例えば、抵抗素子５１とコンデンサ５２との直列接続体の一端が、スイッチング素子４２の電極４２ａと電気的に接続され、抵抗素子５１とコンデンサ５２との直列接続体の他端が、スイッチング素子４２の電極４２ｂと電気的に接続される。この例において、フィルタ回路５０は、換言すれば、ＲＣスナバ回路である。

調光回路４０（ＤＣ／ＰＷＭ変換回路２２）及び制御部２４は、外部機器４から入力された制御信号に応じてスイッチング素子４２のオン・オフを切り替え、直流電流の出力及び出力の停止を周期的に切り替えることにより、直流電流に対してパルス幅変調制御を行う。換言すれば、スイッチング素子４２は、直流電流の光源１２への出力及び出力の停止を切り替えることにより、直流電流から変調電流を生成する。このように、調光回路４０（ＤＣ／ＰＷＭ変換回路２２）は、スイッチング素子４２のオン・オフを切り替えることにより、直流電流から変調電流（ＰＷＭ電流）を生成し、変調電流を光源１２に供給する。

制御部２４は、制御信号に応じて変調電流のパルス幅を変化させる。換言すれば、制御部２４は、制御信号に応じてスイッチング素子４２のオン時間を変化させる。これにより、スイッチング素子４２のオン・オフの切り替えによって、光源１２から照射される光の明るさを変化させることができる。換言すれば、光源１２から照射される光の調光制御を行うことができる。制御信号は、換言すれば、調光信号である。変調電流のパルス幅は、換言すれば、光源１２から照射される光の調光度である。

点灯装置１４では、調光回路４０よりも光源１２側（出力側）には、電圧を平滑するような比較的大きな容量の電荷蓄積素子（例えばコンデンサなど）が設けられていない。これにより、例えば、パルス状に変化する変調電流の立ち上りや立ち下りが遅れ、不本意な調光度となってしまうことを抑制することができる。

調光回路４０では、光源１２と並列に接続されるスイッチング素子４２をオフにすることにより、光源１２に直流電流を供給することができる。一方、スイッチング素子４２をオンにすると、スイッチング素子４２に電流が流れることにより、光源１２側への直流電流の供給が停止される。

整流素子４４は、定電流回路３０の出力端子３０ｃから発光素子１２ａの一端に向かう方向に電流を整流することにより、スイッチング素子４２をオフ状態からオン状態に切り替えた際に、光源１２側からスイッチング素子４２に流れる電流を抑制する。このように、整流素子４４は、スイッチング素子４２と光源１２との間に設けられ、光源１２側からスイッチング素子４２への電流の逆流を抑制する。これにより、例えば、スイッチング素子４２をオン状態とした際に、光源１２に流れる電流を素早く遮断することができる。例えば、スイッチング素子４２をオン状態とした際に、光源１２側からスイッチング素子４２に電流が流れ、パルス状に変化する変調電流が所望の形状とならなくなってしまうことを抑制することができる。換言すれば、所望の調光度とならなくなってしまうことを抑制することができる。

フィルタ回路５０は、スイッチング素子４２のスイッチングにともなって変調電流に重畳する交流成分のノイズを抑制する。これにより、交流成分のノイズに起因する明るさの変化や発光光色の変化を抑制することができる。また、フィルタ回路５０は、例えば、スイッチング素子４２のスイッチングにともなってスイッチング素子４２に印加されるスパイク状の高電圧を抑制する。これにより、スパイク状の高電圧からスイッチング素子４２などを保護することができる。フィルタ回路５０は、例えば、スイッチング素子４２のスイッチングにともなうスイッチング素子４２などの故障を抑制するとともに、電磁ノイズの発生を抑制する。

コンデンサ５２の容量は、例えば、１００ｐＦ以上２２００ｐＦ以下である。これにより、変調電流に重畳する交流成分のノイズを適切に抑制しつつ、コンデンサ５２の容量により、変調電流の立ち上りや立ち下りが遅れ、不本意な調光度となってしまうことを抑制することができる。但し、コンデンサ５２の容量は、上記に限ることなく、スイッチング素子４２に印加される電圧の大きさやスイッチング素子４２に流れる電流の大きさ、及び変調電流の立ち上りや立ち下りに許容される時定数などに応じて適宜設定すればよい。

定電流回路３０は、例えば、検出部３４をさらに有する。検出部３４は、光源１２及びスイッチング素子４２の下流側に設けられ、スイッチング素子４２がオフになり、光源１２に直流電流が流れた時に、光源１２に流れる直流電流の電流値を検出し、スイッチング素子４２がオンになり、光源１２への直流電流の供給が停止された時に、スイッチング素子４２に流れる直流電流の電流値を検出する。検出部３４は、制御部２４と電気的に接続され、制御部２４に検出結果を入力する。

検出部３４は、例えば、光源１２の低圧側の端子及びスイッチング素子４２の電極４２ｂの接続点と低電位側の入力端子３０ｂとの間に設けられる。検出部３４は、例えば、直流電流の電流値を検出するための検出抵抗である。検出部３４は、例えば、磁束の変化などを計測するクランプ型の電流計などでもよい。

制御部２４及び定電流回路３０は、検出部３４の検出結果に基づいて、スイッチング素子３１をスイッチングすることにより、光源１２及びスイッチング素子４２に流れる直流電流の電流値が一定になるように制御する。また、制御部２４及び調光回路４０は、前述のように、制御信号に基づいてスイッチング素子４２をスイッチングさせることにより、調光回路４０の調光制御を行う。これにより、制御信号に応じた所望の明るさで、光源１２を点灯させることができる。

スタジオや舞台などに設置して使用される演出用の照明装置１０では、例えば、消灯状態から点灯状態とする際に、素早く所望の明るさにすることが望まれる。照明装置１０では、定電流回路３０を動作させつつ、調光回路４０のスイッチング素子４２をオン状態とし、実質的に一定の直流電流をスイッチング素子４２に流すことにより、直流電流をスイッチング素子４２側に流した状態のまま光源１２を消灯状態とすることができる。

これにより、照明装置１０では、スイッチング素子４２をオフ状態とすることで、光源１２を消灯した状態から素早く所望の明るさで点灯させることができる。例えば、定電流回路３０の動作を停止させ、直流電流の供給を完全に停止させた状態から光源１２を点灯させる場合などと比べて、光源１２を素早く所望の明るさで点灯させることができる。このように、照明装置１０では、光源１２を消灯状態から点灯状態に切り替える場合などに、高い応答性を得ることができる。

図３（ａ）及び図３（ｂ）は、実施形態に係る制御部の動作の一例を模式的に表すグラフである。
図３（ａ）及び図３（ｂ）は、ＤＣ／ＰＷＭ変換回路２２から光源１２に供給される変調電流ＭＣ、及び制御部２４からスイッチング素子４２の電極４２ｃに入力するパルス信号ＰＳの一例を模式的に表す。

図３（ａ）及び図３（ｂ）に表したように、制御部２４は、変調電流ＭＣの周波数を２０ｋＨｚ以上の第１周波数と、第１周波数よりも低い第２周波数と、に変更可能である。換言すれば、ＤＣ／ＰＷＭ変換回路２２及び制御部２４は、第１周波数の第１変調電流ＭＣ１と、第２周波数の第２変調電流ＭＣ２と、を生成可能である。

制御部２４は、例えば、スイッチング素子４２の電極４２ｃに入力するパルス信号ＰＳの周波数（スイッチング周波数）を変化させることにより、変調電流ＭＣの第１周波数と第２周波数とを変更する。換言すれば、制御部２４は、第１周波数の第１パルス信号ＰＳ１と、第２周波数の第２パルス信号ＰＳ２と、をスイッチング素子４２の電極４２ｃに入力可能である。

但し、第１周波数と第２周波数との変更方法は、これに限ることなく、変調電流の周波数を第１周波数と第２周波数とに変更可能な任意の方法でよい。また、ＤＣ／ＰＷＭ変換回路２２の構成は、上記に限ることなく、変調電流ＭＣを生成可能であるとともに、変調電流ＭＣの周波数を第１周波数と第２周波数とに変更可能な任意の構成でよい。

第２周波数は、例えば、２０ｋＨｚ未満に設定されることが好ましい。第２周波数は、例えば、第１周波数の１０分の１以下である。例えば、第１周波数を２０ｋＨｚに設定した場合には、第２周波数を２ｋＨｚ未満に設定することが好ましい。但し、第２周波数は、第１周波数のよりも低い任意の周波数でよい。なお、図３（ａ）及び図３（ｂ）では、図示を簡単にするため、便宜的に第２周波数を第１周波数の２分の１として図示している。

制御部２４は、例えば、外部機器４から入力された制御信号の表すパルス幅が所定値以上である場合に、第１周波数の第１変調電流ＭＣ１をＤＣ／ＰＷＭ変換回路２２に生成させ、外部機器４から入力された制御信号の表すパルス幅が所定値未満である場合に、第２周波数の第２変調電流ＭＣ２をＤＣ／ＰＷＭ変換回路２２に生成させる。換言すれば、制御部２４は、調光度が所定値以上である場合に、第１変調電流ＭＣ１を生成させ、調光度が所定値未満である場合に、第２変調電流ＭＣ２を生成させる。

第１周波数と第２周波数とを切り替える制御信号のパルス幅の所定値は、例えば、１０％である。制御部２４は、制御信号の表すパルス幅が１０％以上である場合に、第１変調電流ＭＣ１をＤＣ／ＰＷＭ変換回路２２に生成させ、制御信号の表すパルス幅が１０％未満である場合に、第２変調電流ＭＣ２をＤＣ／ＰＷＭ変換回路２２に生成させる。換言すれば、制御部２４は、調光度が１０％以上である場合に、第１変調電流ＭＣ１をＤＣ／ＰＷＭ変換回路２２に生成させ、調光度が１０％未満である場合に、第２変調電流ＭＣ２をＤＣ／ＰＷＭ変換回路２２に生成させる。但し、第１周波数と第２周波数とを切り替える制御信号のパルス幅の所定値は、上記に限ることなく、任意の値でよい。

ＤＣ／ＰＷＭ変換回路２２において、変調電流ＭＣに重畳する交流成分のノイズを抑制するために、スイッチング素子４２の後に、インダクタを用いたフィルタ回路を設ける場合がある。

パルス幅変調制御の周波数を人間の可聴周波数よりも高くし、インダクタの振動による騒音を抑制することも考えられる。しかしながら、この場合には、図３（ａ）に表したように、１周期の時間が短くなり、パルス幅変調した電流のオン時間の短い低出力時に高い制御分解能が必要となってしまう。

これに対し、本実施形態に係る照明装置１０では、調光回路４０が、抵抗素子５１及びコンデンサ５２からなるフィルタ回路５０を有する。本実施形態に係る照明装置１０では、フィルタ回路５０が、インダクタを有しない。

これにより、本実施形態に係る照明装置１０では、変調電流ＭＣの周波数を如何様に設定したとしても、インダクタの振動による騒音が発生することがない。本実施形態に係る照明装置１０では、変調電流ＭＣの周波数を２０ｋＨｚ未満の人間の可聴周波数の範囲に設定したとしても、インダクタの振動による騒音の発生を抑制することができる。

さらに、変調電流ＭＣの周波数を２０ｋＨｚ未満に設定可能とすることにより、変調電流ＭＣのオン時間の短い低出力時においても、高い制御分解能が必要となってしまうことを抑制することができる。従って、本実施形態に係る照明装置１０では、パルス幅変調した電流を光源１２に供給する制御方式において、高い制御分解能を必要とすることなく、騒音の発生を抑制することができる。

また、本実施形態に係る照明装置１０では、制御部２４が、制御信号の表すパルス幅が所定値以上である場合に、第１周波数の第１変調電流ＭＣ１をＤＣ／ＰＷＭ変換回路２２に生成させ、制御信号の表すパルス幅が所定値未満である場合に、第２周波数の第２変調電流ＭＣ２をＤＣ／ＰＷＭ変換回路２２に生成させる。

このように、パルス幅が所定値以上の比較的高い出力の時には、２０ｋＨｚ以上の第１周波数の第１変調電流ＭＣ１をＤＣ／ＰＷＭ変換回路２２に生成させる。これにより、例えば、パルス幅変調の動作が、騒音となって聞こえてしまうことを抑制することもできる。例えば、スイッチング素子４２のスイッチングの動作が騒音となって聞こえてしまうことを抑制し、騒音の発生をより確実に抑制することができる。

そして、パルス幅が所定値未満の比較的低い出力の時には、第１周波数よりも低い第２周波数の第２変調電流ＭＣ２をＤＣ／ＰＷＭ変換回路２２に生成させる。これにより、変調電流のパルス幅の短い低出力時に高い制御分解能が必要となってしまうことを抑制することができる。

なお、制御部２４は、必ずしも第１周波数と第２周波数との切り替えを行わなくてもよい。制御部２４は、変調電流ＭＣの周波数を常に２０ｋＨｚ未満に設定してもよい。

図４は、実施形態に係るＤＣ／ＰＷＭ変換回路の変形例を模式的に表すブロック図である。
図４に表したように、この例では、フィルタ回路５０ａが、抵抗素子５１と、コンデンサ５２と、ダイオード５３と、を有する。なお、上記実施形態と機能・構成上実質的に同じものについては、同符号を付し、詳細な説明は省略する。

ダイオード５３は、抵抗素子５１とコンデンサ５２との直列接続体に対し、抵抗素子５１と並列に設けられる。また、ダイオード５３の整流の向きは、スイッチング素子４２に流れる電流の向きと同じである。フィルタ回路５０ａは、換言すれば、ＲＣＤスナバ回路である。

このように、フィルタ回路５０ａの構成は、抵抗素子５１とコンデンサ５２とからなる構成に限ることなく、ダイオード５３をさらに有する構成でもよい。この例において、フィルタ回路５０ａは、換言すれば、ＲＣＤスナバ回路である。

なお、フィルタ回路５０、５０ａの構成は、上記に限ることなく、抵抗素子、コンデンサ、及びダイオードのいずれかのみを有し、変調電流ＭＣに重畳する交流成分のノイズを抑制することができる任意の構成でよい。換言すれば、フィルタ回路５０、５０ａの構成は、インダクタを用いることなく、変調電流ＭＣに重畳する交流成分のノイズを抑制することができる任意の構成でよい。なお、ダイオードは、例えば、ツェナーダイオードなどでもよい。フィルタ回路５０ａは、例えば、ツェナーダイオードを用いたスナバ回路などでもよい。

図５は、実施形態に係るＤＣ／ＰＷＭ変換回路の変形例を模式的に表すブロック図である。
図５に表したように、この例では、フィルタ回路５０ｂが、光源１２と整流素子４４との間の位置において、スイッチング素子４２と並列に設けられる。換言すれば、フィルタ回路５０ｂは、整流素子４４よりもスイッチング素子４２から遠い位置において、スイッチング素子４２と並列に設けられる。フィルタ回路５０ｂは、整流素子４４よりも光源１２に近い位置において、スイッチング素子４２と並列に設けられる。フィルタ回路５０ｂは、換言すれば、光源１２と並列に設けられる。

フィルタ回路５０ｂの一端は、整流素子４４の他端（カソード）と電気的に接続されている。フィルタ回路５０ｂの他端は、スイッチング素子４２の電極４２ｂと電気的に接続されている。これにより、フィルタ回路５０ｂは、整流素子４４よりもスイッチング素子４２から遠い位置において、スイッチング素子４２と並列に設けられる。

フィルタ回路５０ｂは、抵抗素子５１と、コンデンサ５２と、を有する。フィルタ回路５０ｂは、ダイオード５３をさらに有してもよい。フィルタ回路５０ｂの構成は、上記と同様に、抵抗素子、コンデンサ、及びダイオードのいずれかのみを有し、変調電流ＭＣに重畳する交流成分のノイズを抑制することができる任意の構成でよい。

このように、フィルタ回路は、整流素子４４よりもスイッチング素子４２に近い位置に設けてもよいし、整流素子４４よりも光源１２に近い位置に設けてもよい。フィルタ回路５０、５０ａのように、整流素子４４よりもスイッチング素子４２に近い位置にフィルタ回路を設けた場合には、整流素子４４よりも光源１２に近い位置に設けた場合と比べて、例えば、スイッチング素子４２のスイッチングにともなってスイッチング素子４２に印加されるスパイク状の高電圧をより適切に抑制することができる。例えば、スイッチング素子４２のスイッチングにともなうスイッチング素子４２などの故障をより適切に抑制することができる。

反対に、フィルタ回路５０ｂのように、整流素子４４よりも光源１２に近い位置にフィルタ回路を設けた場合には、整流素子４４よりもスイッチング素子４２に近い位置にフィルタ回路を設けた場合と比べて、例えば、変調電流ＭＣに重畳する交流成分のノイズをより適切に抑制することができる。

整流素子４４よりもスイッチング素子４２に近い位置にフィルタ回路を設けるか、整流素子４４よりも光源１２に近い位置にフィルタ回路を設けるかは、スイッチング素子４２に印加されるスパイク状の高電圧の大きさや、変調電流ＭＣに重畳する交流成分のノイズの大きさなどに応じて適宜設定すればよい。例えば、２つのフィルタ回路を整流素子４４の前後に１つずつ設けてもよい。

図６は、実施形態に係る照明装置の変形例を模式的に表すブロック図である。
図６に表したように、照明装置１０ａでは、光源１２が、複数の発光素子１２ａ～１２ｃを有するとともに、点灯装置１４ａが、複数のＤＣ／ＰＷＭ変換回路２２を有する。複数のＤＣ／ＰＷＭ変換回路２２は、それぞれ変調電流を生成し、複数の変調電流のそれぞれを複数の発光素子１２ａ～１２ｃのそれぞれに供給する。複数のＤＣ／ＰＷＭ変換回路２２は、例えば、図２、図４、図５に関して説明した回路を複数設けることによって実現することができる。

発光素子１２ａは、例えば、電圧の印加により、赤色光を照射する。発光素子１２ｂは、例えば、電圧の印加により、緑色光を照射する。発光素子１２ｃは、例えば、電圧の印加により、青色光を照射する。複数のＤＣ／ＰＷＭ変換回路２２は、制御信号に基づいて各発光素子１２ａ～１２ｃのそれぞれに供給する変調電流のパルス幅を変化させることにより、各色の光の強度を変化させる。これにより、光源１２から任意の色の光を照射することができる。いわゆる調色制御を行うことができる。複数の発光素子１２ａ～１２ｃは、赤色光、緑色光、青色光に限ることなく、色温度の異なる光を照射する発光素子などでもよい。

このように、点灯装置１４ａは、複数の変調電流を生成する複数のＤＣ／ＰＷＭ変換回路２２を有する構成としてもよい。なお、光源１２の発光素子の数は、３つに限ることなく、４つ以上でもよい。ＤＣ／ＰＷＭ変換回路２２の数は、発光素子の数に応じた任意の数でよい。また、例えば、照明装置１０ａに複数の光源１２を設け、複数のＤＣ／ＰＷＭ変換回路２２は、パルス幅の異なる複数の変調電流を複数の光源１２のそれぞれに供給してもよい。

本発明のいくつかの実施形態および実施例を説明したが、これらの実施形態または実施例は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態または実施例は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態または実施例やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

２交流電源、４外部機器、１０、１０ａ照明装置、１２光源、１２ａ～１２ｃ発光素子、１４、１４ａ点灯装置、２０ＡＣ／ＤＣ変換回路、２２ＤＣ／ＰＷＭ変換回路、２４制御部、２６信号変換部、３０定電流回路、３１スイッチング素子、３２インダクタ、３３ダイオード、３４検出部、４０調光回路、４２スイッチング素子、４４整流素子、５０、５０ａ、５０ｂフィルタ回路、５１抵抗素子、５２コンデンサ、５３ダイオード

Claims

光源と、
前記光源を点灯させるとともに、前記光源の点灯状態を変更可能な点灯装置と、
を備え、
前記点灯装置は、
直流電流に対してパルス幅変調制御を行うことにより、パルス幅変調した変調電流を前記直流電流から生成し、前記変調電流を前記光源に供給する変換回路と、
前記パルス幅変調制御のパルス幅を表す制御信号の入力を受け、前記制御信号に基づいて前記変換回路の動作を制御することにより、前記制御信号に応じたパルス幅の前記変調電流を前記変換回路から前記光源に供給させる制御部と、
を有し、
前記変換回路は、
前記光源に対して並列に接続され、前記直流電流の前記光源への出力及び出力の停止を切り替えることにより、前記直流電流から前記変調電流を生成するスイッチング素子と、
前記スイッチング素子と並列に設けられ、抵抗素子、コンデンサ、及びダイオードのいずれかのみを有し、前記変調電流に重畳する交流成分のノイズを抑制するフィルタ回路と、
を有し、
前記制御部は、前記変調電流の周波数を２０ｋＨｚ以上の第１周波数と、２０ｋＨｚ未満の第２周波数と、に変更可能であり、前記制御信号の表す前記パルス幅が所定値以上である場合に、前記第１周波数の前記変調電流を前記変換回路に生成させ、前記制御信号の表す前記パルス幅が前記所定値未満である場合に、前記第２周波数の前記変調電流を前記変換回路に生成させることを特徴とする照明装置。
前記変換回路は、前記スイッチング素子と前記光源との間に設けられ、前記光源側から前記スイッチング素子への電流の逆流を抑制する整流素子をさらに有し、
前記フィルタ回路は、前記整流素子よりも前記スイッチング素子に近い位置において、前記スイッチング素子と並列に設けられることを特徴とする請求項１記載の照明装置。
前記変換回路は、前記スイッチング素子と前記光源との間に設けられ、前記光源側から前記スイッチング素子への電流の逆流を抑制する整流素子をさらに有し、
前記フィルタ回路は、前記整流素子よりも前記光源に近い位置において、前記スイッチング素子と並列に設けられることを特徴とする請求項１記載の照明装置。
前記第２周波数は、前記第１周波数の１０分の１以下であることを特徴とする請求項１～３のいずれか１つに記載の照明装置。