JP2007042533A - 照明装置とそれに使用する照明ヘッド - Google Patents

Abstract

【課題】
照明ヘッドに照明回路と並列に識別回路を備えている場合に、点灯時に識別回路に電流を流さないようにする。
【解決手段】
一以上の発光ダイオード（３…）を介装した照明回路（ＬＣ）及び識別抵抗（４）を介装した識別回路（ＳＣ）が、互いに並列に接続されてなる照明ヘッド（Ｈ１、Ｈ２）を電源装置（Ｇ）に接続して点灯させる際に、電源装置（Ｇ）から供給される直流電源電圧が少なくとも発光ダイオード（３…）の動作電圧となったときに非道通状態に維持されるスイッチング素子（Ｄ）が識別回路（ＳＣ）に介装され、電源装置（Ｇ）には、電源電圧を非動作電圧に維持した状態で識別抵抗（４）の抵抗値を検出する識別抵抗測定回路（ＫＣ）を備えた。
【選択図】図１

Description

本発明は、発光ダイオードを接続した照明回路を備えた照明ヘッドを電源装置に交換可能に接続して点灯させる照明装置と、その照明ヘッドに関する。

多数の発光ダイオード（発光ダイオード）を配した照明ヘッドを電源装置に接続して使用する場合に、その電源装置から照明ヘッドに対して、個々の発光ダイオードに定格電流が流れるような適正電流を供給して点灯するように電源電力が設定されている。

そして、最近では個々の発光ダイオードを個別に点灯可能な照明ヘッドを電源装置に接続したときでも、個々の発光ダイオードに定格電流を供給できるように点灯個数に応じて供給電流をコントロールできる電源装置が提案されている（特許文献１参照）。
特開２０００−６４６６号公報

しかし、この種の電源装置は、特定の照明ヘッドを接続した場合に発光ダイオードの点灯個数に応じて電流調整するものであり、仕様の異なる照明ヘッドの電源装置として使用する場合に、その仕様に応じて電流調整することはできない。

このため最近では、図６に示すように、電源装置５１に種類の異なる照明ヘッド５２Ａ、５２Ｂがコネクタ５３を介して着脱可能とし、照明ヘッド５２Ａ、５２Ｂには発光ダイオードなどの発光ダイオード５４を介装した照明回路５５と並列に、発光ダイオード５４より抵抗値の高い識別抵抗５６を介装した識別回路５７を形成し、発光ダイオード５４の点灯下限電圧未満の識別電圧を印加することにより識別抵抗５６の抵抗値を測定して、これに基づいて照明ヘッド５２の種類を判別し、その照明ヘッド５２Ａ、５２Ｂに応じた電流をその動作電圧で電源装置５１の電源回路５８から供給するようにした照明装置が提案されている。
これによれば、電源装置５１に接続された照明ヘッド５２Ａ、５２Ｂの種類を判別できるので、夫々の照明ヘッド５２の仕様に応じた適正な明るさで点灯することができる。
特開２００４−１５８８４０

しかしながら、識別抵抗５６の抵抗値は発光ダイオード５４に比して大きいといっても無限大ではないため、照明回路５５に発光ダイオード５４の動作電圧を印加したときに、その電流の一部は識別回路５７に流れてしまうため、その分を考慮して供給電流を設定しなければならないだけでなく、点灯時に識別抵抗５６に無駄な電流を流していることになり、省エネの観点からも好ましくない。

そこで本発明は、照明ヘッドに照明回路と並列に識別回路を備えている場合に、点灯時に識別回路に電流を流さないようにすることを技術的課題としている。

この課題を解決するために、本発明は、一以上の発光ダイオードを介装した照明回路及び識別抵抗を介装した識別回路が、互いに並列に接続されてなる照明ヘッドを電源装置に接続して点灯させる照明装置であって、前記電源装置から供給される直流電源電圧が少なくとも発光ダイオードの動作電圧となったときに非道通状態に維持されるスイッチング素子が前記識別回路に介装され、前記電源装置に電源電圧を非動作電圧に維持した状態で前記識別抵抗の抵抗値を検出する識別抵抗測定回路を備えたことを特徴としている。

本発明によれば、直流電源電圧が少なくとも発光ダイオードの動作電圧となったときに遮断されるスイッチング素子が識別回路に介装されているので、例えば、スイッチング素子としてコンデンサを用いた場合、コンデンサは直流を通さないので、直流電源電圧が印加されたときには非道通状態に維持される。
ここで、電源電圧を非動作電圧内のある電圧値（３Ｖ）から他の電圧値（０Ｖ）に変化させれば、コンデンサが充電された後、放電するので、その放電を利用して識別回路に介装された抵抗値を判別することができ、照明ヘッドを識別できる。
次いで、識別された照明ヘッドの仕様に応じた適正電流を直流で供給すれば、コンデンサは直流を流さないので識別回路に電流は流れず、点灯時に無駄な電力消費がない。

また、スイッチング素子として、電源電圧が発光ダイオードの動作電圧のとき非道通状態となり、非動作電圧のとき導通状態となるリセットＩＣを用いた場合、まず、非動作電圧を印加することにより照明回路に電流は流れず、リセットＩＣが導通状態となって識別回路にのみ電流が流れるので識別抵抗の抵抗値を測定することができ、照明ヘッドを識別できる。
次いで、動作電圧を印加して、識別された照明ヘッドの仕様に応じた適正電流を供給することにより、識別回路は非導通状態となって、照明回路にのみ電流が流れるので、点灯時に無駄な電力消費がない。

さらに、スイッチング素子として、識別回路に発光ダイオードと逆方向電位で導通されるダイオードを介装した場合、まず、負の非動作電圧を印加することにより照明回路に電流は流れず、識別回路のみが導通されて電流が流れるので識別抵抗の抵抗値を測定することができ、照明ヘッドを識別できる。
次いで、識別された照明ヘッドの仕様に応じた正の適正電流を点灯電圧で供給することにより、識別回路には電流が流れず照明回路にのみ電流が流れるので、点灯時に無駄な電力消費がない。

本例では、照明ヘッドの点灯時に、照明回路と並列に設けられている識別回路に電流を流さないようにするという目的を達成するため、前記照明回路への直流電源電圧が少なくとも発光ダイオードの動作電圧となったときに遮断されるスイッチング素子を識別回路に介装すると共に、直流電源電圧を非動作電圧に維持した状態で識別抵抗の抵抗値を検出する識別抵抗測定回路を設けた。

図１は本発明にかかる照明装置の一例を示す回路図、図２はその識別抵抗の抵抗値と検出電圧の関係を示す表、図３は他の実施形態を示す回路図、図４はその識別抵抗の抵抗値と検出電圧の関係を示す表、図５は他の実施形態を示す回路図である。

図１に示す照明装置１は、任意の照明ヘッドＨ_１及びＨ_２のプラグＰを電源装置ＧのコネクタＣに接続して点灯させるものである。
照明ヘッドＨ_１及びＨ_２には、前記プラグＰの一方の端子２ａから他方の端子２ｂに至る照明回路ＬＣに一以上の発光ダイオード３…を介装されると共に、識別抵抗４を介装した識別回路ＳＣが前記照明回路ＬＣに対して並列に形成されている。
そして、この識別回路ＳＣには、電源装置Ｇから供給される直流電源電圧が少なくとも発光ダイオード３…の動作電圧となったときに非道通状態となるスイッチング素子Ｄが介装されている。

このスイッチング素子Ｄとして、本例ではコンデンサ５が用いられている。
コンデンサ５は、直流を流さないので、直流電源電圧が印加されたときは非道通状態となる。また、コンデンサ５の性質上、電源電圧を変化させることにより充電動作／放電動作を繰返すので、発光ダイオード３の非動作電圧内で電源電圧を変化させれば、照明回路ＬＣに電流を流さずに、識別回路ＳＣを介して放電させることが可能となる。

なお、発光ダイオード３…の接続形式は照明ヘッドＨ_１及びＨ_２ごとに異なり、本例の照明ヘッドＨ_１では５個の発光ダイオード３…が直列に接続されて照明回路ＬＣが形成され、照明ヘッドＨ_２では５個ずつ直列に接続された１５個の発光ダイオード３…が３列並列に接続されて照明回路ＬＣが形成されている。

ここで、発光ダイオード３の一個あたりの動作電圧Ｖｆが約１.８Ｖ程度のとき、発光ダイオード３…が５個直列に接続されている場合、全ての発光ダイオード３…を点灯させる動作電圧ＶＬ＝約９Ｖとなり、電源装置Ｇから供給される電源電圧が９Ｖ以上のときに、照明回路ＬＣが導通状態となって発光ダイオード３…が点灯されることになる。
この場合に、一つの発光ダイオード３の定格電流２０ｍＡの場合に、照明ヘッドＨ_１の適正点灯電流は約２０ｍＡ、照明ヘッドＨ_２の適正点灯電流は約６０ｍＡと、照明ヘッドＨ_１〜Ｈ_２の種類に応じて異なる電流を供給する必要がある。
そして、電源装置Ｇから照明ヘッドＨ_１〜Ｈ_２への電源電圧が非動作電圧（例えば８Ｖ）まで低下されると、発光ダイオード３…が消灯されて各照明回路ＬＣが非導通状態となる。

一方、電源装置Ｇは、照明ヘッドＨ_１〜Ｈ_２を接続するコネクタＣの給電端子６ａに電源回路ＥＣが接続されると共に、アース端子６ｂに、識別抵抗４の抵抗値を測定する識別抵抗測定回路ＫＣと、点灯時に電流制御を行う電流制御回路ＤＣが接続されている。

電源回路ＥＣは、発光ダイオード３…の点灯時に動作電圧ＶＬの電源電圧を供給する直流の駆動電源７と、発光ダイオード３…の非点灯時に非動作電圧の電源電圧を識別電圧ＶＭ（例えば２.５Ｖ）として供給する直流の識別電源８と、電源電圧をアース電位に落すアース電源９を備えると共に、制御装置１０から出力される制御信号によりこれら各電源７〜９を切り換える切換スイッチ１１が介装されて成る。

識別抵抗測定回路ＫＣは、帰還抵抗１２を備えたオペアンプ１３が介装され、非反転入力端子１３ａがアースに接続され、反転入力端子１３ｂがコネクタＣのアース端子６ｂに接続され、出力端子１３ｃが判別回路１４に接続されており、オペアンプ１３の出力信号に基づき判別回路１４で抵抗値を算出し、その算出結果が制御装置１０に出力されるようになされ、制御装置１０では、その検出信号を電流制御回路ＤＣの電流設定器１５に対して出力する。

電流制御回路ＤＣは、電流設定信号に応じて照明ヘッドＨ_１及びＨ_２の照明回路ＬＣに流れる電流を制御するもので、コネクタＣのアース端子６ｂがＦＥＴ（電界効果トランジスタ）１６を介して電流検出抵抗１７（１Ω）に接続され、ＦＥＴ１６のゲートにオペアンプ１８が接続され、オペアンプ１８の非反転入力端子１８ａに前記電流設定器１５が接続されると共に、反転入力端子１８ｂにＦＥＴ１６のソースが接続され、電流検出抵抗１７の電圧降下で得られる検出信号がオペアンプ１８の反転入力端子１８ｂに入力されるようになっている。

以上が本発明の一構成例であって、次にその作用について説明する。
任意の照明ヘッドＨ_１〜Ｈ_２を電源装置Ｇに接続したときに、供給すべき電流値を設定する。
まず、制御装置１０から切換スイッチ１１に対し識別電源８を導通させる制御信号を出力させて、例えば識別電圧ＶＭ＝２.５Ｖを供給する。
このとき、識別電圧ＶＭは発光ダイオード３…の非動作電圧に設定されているので、照明回路ＬＣには電流が流れない。
また、オペアンプ１３の反転入力端子１３ｂの電位は仮想短絡の動作により非反転入力端子１３ａの電位と等しく、本例の場合０Ｖとなる。
したがって、識別回路ＳＣに介装されたコンデンサ５には識別電圧ＶＭの電位が充電され、このときのオペアンプ１３の出力は０に維持されている。

そして、コンデンサ５への充電が完了した時点で、制御装置１０から切換スイッチ１１に対しアース電源９を導通させる制御信号を出力させると、電源電圧が０になるのでコンデンサ５に蓄えられた電気エネルギが、識別抵抗測定回路ＫＣを介して放電され、オペアンプ１３から出力される検出電圧Ｖ_１３(ピーク値の絶対値)が、
Ｖ_１３＝ＶＭ×Ｒ_１２／Ｒ_４ …………………（１）
Ｒ_４ ：識別抵抗４の抵抗値
Ｒ_１２：帰還抵抗１２の抵抗値
で表わされ、暫時、時定数Ｔにより０Ｖとなる。
時定数Ｔは
Ｔ＝Ｃ_５・Ｒ_４ ………………………………（２）
Ｃ_５ ：コンデンサ５の容量

ここで、帰還抵抗１２の抵抗値Ｒ_１２を２.２ｋΩとし、識別電圧ＶＭ＝２.５Ｖとしたときに、識別抵抗４の抵抗値Ｒ_４は
Ｒ_４（ｋΩ）＝２.２／２.５／Ｖ_１３…………（３）
であるから、抵抗値Ｒ_４を図２に示すように設定すれば、検出電圧Ｖ_１３を０.１〜１.０Ｖまで０.１Ｖずつ変化させることができる。
したがって、この検出電圧Ｖ_１３に基づいて電流を設定すれば、１０種類の電流を設定させることができる。

本例では、各照明ヘッドＨ_１〜Ｈ_２の照明回路ＬＣの夫々の適正電流２０ｍＡ、６０ｍＡに応じて、識別回路ＳＣに抵抗値Ｒ_４＝８.８ｋΩ、２.９ｋΩの識別抵抗４を介装しておけば、判別回路１４で検出電圧Ｖ_１３が＝０.１Ｖ、０.３Ｖが測定され、その検出信号が制御装置１０を介して電流制御回路ＤＣの電流設定器１５に出力される。

電流設定器１５では、入力された検出信号に基づいてその検出電圧Ｖ_１３＝０.１（０.３）Ｖに応じて、設定電流２０（６０）ｍＡに対応した２０（６０）ｍＶの電流設定信号がオペアンプ１８の非反転入力端子１８ａに対して出力される。

この状態で、制御装置１０から切換スイッチ１１に対し駆動電源７を導通させる制御信号を出力させて、動作電圧ＶＬ＝９Ｖの直流電源電圧を供給すると、識別回路ＳＣにはコンデンサ５が介装されているので電流は流れず、照明回路ＬＣに電流が流れる。
したがって、照明回路ＬＣに発光ダイオード３…の動作電圧を印加したときに、その電流の一部が識別回路ＳＣに流れることがなく、その分を考慮して供給電流を設定する面倒もなければ、無駄な電流を流してエネルギを浪費することもない。

ここで、電流制御回路ＤＣに１Ωの電流検出抵抗２１を介装しておけば、照明回路ＳＣに流れる電流が、適正電流の２０ｍＡより高いときに、２０ｍＶ＋αの検出信号が出力されて、電流設定器１５から出力された電流設定信号２０ｍＶと比較され、検出信号が２０ｍＶまで下がるように、即ち、照明回路ＬＣを流れる点灯電流が２０ｍＡとなるようにＦＥＴ１６に制御信号が出力され、適正電流に維持される。

同様に、適正電流の２０ｍＡより低いときは、１Ωの電流検出抵抗２１から２０ｍＶ−αの検出信号が出力されて、電流設定器１３から出力された電流設定信号２０ｍＶと比較され、検出信号が２０ｍＶまで上昇されるように、即ち、照明回路ＬＣを流れる電流が２０ｍＡとなるようにＦＥＴ１６に制御信号が出力され、定電流制御がなされる。

なお、照明ヘッドＨ_２を接続した場合は、電流設定器１３から６０ｍＶの電流設定信号が出力されるので、同様にして、照明回路６を流れる点灯電流が６０ｍＡとなるようにＦＥＴ１６に制御信号が出力され、定電流制御がなされる。
さらに、判別回路１４で時定数Ｔを検出することで、式（１）及び（３）でＲ_４を求め、式（２）でコンデンサ５の容量Ｃ_５が求まるので、これにより、識別抵抗Ｒ４とコンデンサ５の容量との組み合わせが可能で、識別可能な種類は格段に多くできる効果がある。

図３は本発明の他の実施形態を示す。なお、図１と重複する部分は同一符号を付して説明を省略する。
本例の照明装置２１は、照明ヘッドＨ_１及びＨ_２の識別回路ＳＣに介装されるスイッチング素子ＤとしてリセットＩＣ２２を用いた。
すなわち、リセットＩＣ２２の電源端子２２ａとアース端子２２ｃをプラグＰの各端子２ａ、２ｂに接続すると共に、電源端子２２ａとリセット端子２２ｂの間に識別抵抗４を接続して識別回路ＳＣを形成した。

このリセットＩＣ２２は、電源端子２２ａに０.６〜３Ｖの電圧が印加されたときにリセット端子２２ｂとアース端子２ｃ間が導通され、０.６Ｖ未満、３Ｖ超ではリセット端子２２ｂとアース端子２ｃ間が非導通状態となるように設計されている。

電源装置Ｇの電源回路ＥＣは、駆動電源７と識別電源８とを備え、制御装置１０から出力される制御信号によりこれら各電源７〜８を切り換える切換スイッチ１１が介装されている。
識別抵抗測定回路ＫＣは、例えば２.２ｋΩの検出抵抗２３がアースに接続され、照明ヘッドＨ_１〜Ｈ_２の識別抵抗４を流れる電流を検出抵抗２３に流すことにより、検出抵抗２３で電圧降下を生じさせ、検出された電圧降下量を電流識別信号とし、この電流識別信号に応じて照明回路ＬＣに流すべき適正電流を設定する。

例えば、識別電源８から２.５Ｖ の識別電圧ＶＭを供給したときに、照明ヘッドＨ_１〜Ｈ_２の識別抵抗４を図４のように選択しておけば、２.２ｋΩの検出抵抗２３で生ずる電圧降下量Ｖｃを０.１〜１.０Ｖまで０.１Ｖずつ変化させることができる。
したがって、この電圧降下量を判別回路１４で検出電圧Ｖ_２３として出力させれば、１０種類の適正電流を識別させることができることとなる。

本例において、照明ヘッドＨ_１〜Ｈ_２を電源装置Ｇに接続し、まず、制御装置１０から切換スイッチ１１に対し識別電源８を導通させる制御信号を出力させて、例えば識別電圧ＶＭ＝２.５Ｖを供給する。
このとき、識別電圧ＶＭは発光ダイオード３…の非動作電圧に設定されているので、照明回路ＬＣには電流が流れない。
また、識別電圧ＶＭでは、リセットＩＣ２２のリセット端子２２ｂとアース端子２ｃ間が導通されるので、識別回路ＳＣの識別抵抗４から、識別抵抗測定回路ＫＣの検出抵抗２３を介してアースに流れる。

ここで、各照明ヘッドＨ_１〜Ｈ_２の照明回路ＬＣの夫々の適正電流２０ｍＡ、６０ｍＡに応じて、識別回路ＳＣに抵抗値Ｒ_４＝５２.８ｋΩ、１６.１ｋΩの識別抵抗４を介装しておけば、判別回路１４で検出電圧Ｖ_２３が＝０.１Ｖ、０.３Ｖが測定され、その検出信号が制御装置１０を介して電流制御回路ＤＣの電流設定器１５に出力される。

この状態で、制御装置１０から切換スイッチ１１に対し駆動電源７を導通させる制御信号を出力させて、動作電圧ＶＬ＝９Ｖの直流電源電圧を供給すると、前述と同様に、照明回路ＬＣを流れる点灯電流が２０ｍＡ，６０ｍＡとなるように定電流制御される。
このとき、識別回路ＳＣは非導通状態となるので、照明回路ＬＣに発光ダイオード３…の動作電圧を印加したときに、その電流の一部が識別回路ＳＣに流れることがなく、その分を考慮して供給電流を設定する面倒もなければ、無駄な電流を流してエネルギを浪費することもない。

図５は本発明の他の実施形態を示す。なお、図３と重複する部分は同一符号を付して説明を省略する。
本例の照明装置３１は、照明ヘッドＨ_１及びＨ_２の識別回路ＳＣに介装されるスイッチング素子Ｄとして、発光ダイオード３…と逆方向電位で導通されるダイオード３２を用いて、識別抵抗４と直列に接続した。
電源装置Ｇの電源回路ＥＣは、駆動電源７と、発光ダイオード３の逆方向耐圧より低い負の識別電圧を印加する識別電源３３とを備えており、制御装置１０から出力される制御信号によりこれら各電源７、３３を切り換える切換スイッチ１１が介装されており、その他の構成は、図３に示す実施例２の照明装置２１と同様であり、識別抵抗４の測定手段は電圧の正負の違いを除けば照明装置２１と同様であり、電流制御手段も照明装置２１と同様である。

本発明は、照明ヘッドの仕様にかかわらず、電源装置からの供給電流が自動的に適正電流に維持され、常に発光ダイオードを定格で点灯させることができるので、適正電流が異なる照明ヘッドを電源装置に任意に付け替えて使用するという用途に適している。

本発明にかかる照明装置の一例を示す回路図。 帰還抵抗の抵抗値と検出電圧の関係を示す表。 他の実施形態を示す回路図。 識別抵抗の抵抗値と検出電圧の関係を示す表。 他の実施形態を示す回路図。 従来装置を示す説明図。

符号の説明

１ 照明装置
３ 発光ダイオード
４ 識別抵抗
Ｈ_１、Ｈ_２ 照明ヘッド
Ｇ 電源装置
ＬＣ 照明回路
ＳＣ 識別回路
Ｄ スイッチング素子
ＥＣ 電源回路
１０ 制御装置
ＫＣ 識別抵抗測定回路
１４ 判別回路
１５ 電流設定器
ＤＣ 電流制御回路

Claims (8)

1. 一以上の発光ダイオードを介装した照明回路及び識別抵抗を介装した識別回路が、互いに並列に接続されてなる照明ヘッドを電源装置に接続して点灯させる照明装置であって、
   前記電源装置から供給される直流電源電圧が少なくとも発光ダイオードの動作電圧となったときに非道通状態に維持されるスイッチング素子が前記識別回路に介装され、前記電源装置に電源電圧を非動作電圧に維持した状態で前記識別抵抗の抵抗値を検出する識別抵抗測定回路を備えたことを特徴とする照明装置。
2. 前記スイッチング素子がコンデンサからなり、電源電圧を非動作電圧内で変化させることによりコンデンサに充電／放電を行わせ、その放電電圧により識別抵抗測定回路で識別抵抗を検出する請求項１記載の照明装置。
3. 前記スイッチング素子として、電源電圧が発光ダイオードの動作電圧のとき非道通状態となり、非動作電圧のときに導通状態となるリセットＩＣを用いた請求項１記載の照明装置。
4. 前記スイッチング素子が、発光ダイオードと逆方向電位で導通されるダイオードで成り、前記電源電圧を負電圧に維持した状態で前記識別抵抗の抵抗値を検出する識別抵抗測定回路を備えた請求項１記載の照明装置。
5. 一以上の発光ダイオードを介装した照明回路及び識別抵抗を介装した識別回路が、互いに並列に接続されてなる照明ヘッドであって、
   前記電源装置から供給される直流電源電圧が少なくとも発光ダイオードの動作電圧となったときに非道通状態となるスイッチング素子が前記識別回路に介装されたことを特徴とする照明ヘッド。
6. 前記スイッチング素子が、電源電圧を非動作電圧内で変化させることにより充放電を行うコンデンサからなる請求項５記載の照明ヘッド。
7. 前記スイッチング素子として、電源電圧が発光ダイオードの動作電圧のとき非道通状態となり、非動作電圧のときに導通状態となるリセットＩＣを用いた請求項５記載の照明ヘッド。
8. 前記スイッチング素子が、発光ダイオードと逆方向電位で導通されるダイオードで成る請求項５記載の照明ヘッド。
   
   
   

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