JP2010205738A

JP2010205738A - Ｌｅｄ照明装置

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Publication number: JP2010205738A
Application number: JP2010113035A
Authority: JP
Inventors: Atsuya Murata; 淳哉村田; Katsuyuki Ide; 勝幸井手; Junji Hasegawa; 潤治長谷川; Nobuo Shibano; 信雄柴野; Koji Uda; 幸司右田; Keitaro Kosaka; 啓太郎高坂
Original assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Current assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Priority date: 2003-09-30
Filing date: 2010-05-17
Publication date: 2010-09-16
Anticipated expiration: 2024-09-24
Also published as: JP5035644B2; CN1604711A; JP2012134187A; JP5299722B2

Abstract

【課題】位相制御された電圧にて、発光ダイオードを電球のように調光点灯できるようにすること。
【解決手段】位相制御回路１２の出力電圧は、ＤＣ電源部１５及び点弧位相検出回路１６に入力される。ＤＣ電源部１５は位相制御回路１２で位相制御された電圧を平滑して定電圧の直流電源を得るものであり、その出力はスイッチング回路１７に入力される。一方、点弧位相検出回路１６は位相制御回路１２で位相制御された電圧の点弧位相を検出し制御演算部１８に出力し、スイッチング回路１７の出力を変化させる。
【選択図】図３

Description

本発明は、交流電圧を位相制御した位相制御電圧により発光ダイオードを調光するＬＥＤ照明装置に関する。

例えば、舞台やスタジオの照明装置においては、演出効果を高めるため調光照明が行われており、光源としては白熱灯やハロゲンランプ等の電球が使用されている。電球に供給する電力を調光レベルに応じて変化させるために、電球に対する交流電源ライン上に逆並列接続させた一対のサイリスタを設け、交流電源の半サイクル毎に調光レベルに応じた点弧位相角でこれらのサイリスタを導通させる位相制御を行うようにしている（例えば、特許文献１参照）。

近年、発光ダイオード（ＬＥＤ）の発展がめざましく、効率においては電球と同等であり、低階調時の色ずれの防止や発熱低減、さらには長寿命化が図れることから光源として発光ダイオードを使用することが注目されている。
特許第３４０２６５３号公報（図５）

しかしながら、ユーザサイドでは、光源部のみの置き換えによるＬＥＤ化が望ましくシステム全体の見直しは避けたい希望がある。

また、ＬＥＤと電球とは同じ調光信号による調光度に対する光出力特性が異なることから、電球に対する調光信号により電源を位相制御した場合の光出力と、ＬＥＤを同じ調光信号により位相制御した場合の光出力とは異なってしまうこともある。
本発明の目的は、位相制御された電圧にて発光ダイオードを電球のように調光点灯することができるＬＥＤ照明装置を提供することである。

請求項１記載の発明は、ＬＥＤ光源部と；交流電圧を位相制御した電圧を供給され、位相制御電圧を整流平滑した直流電圧に変換するＤＣ電源部と；ＤＣ電源部の出力を供給され、ＬＥＤ光源部への供給電力を制御可能なスイッチング回路と；位相制御電圧から点弧位相を検出し、点弧位相に応じてスイッチング回路の出力を変化させる点弧位相検出回路と；を具備していることを特徴とする。

請求項２記載の発明は、ＬＥＤ光源部と；交流電圧を位相制御した電圧を供給され、位相制御電圧を整流平滑した直流電圧に変換するＤＣ電源部と；ＤＣ電源部の出力を供給され、ＬＥＤ光源部への供給電力を制御可能なスイッチング回路と；ＤＣ電源部の電圧値を検出し、電圧値に応じてスイッチング回路の出力を変化させる点弧位相検出回路と；を具備していることを特徴とするＬＥＤ照明装置。
本発明の実施形態においては、ＬＥＤ光源部の発光ダイオードは、白色ＬＥＤ及び有色ＬＥＤの何れであってもよい。

また、本発明における実施形態において、位相制御電圧に応じて、発光ダイオードの光出力変化が電球の光出力変化に近似するように調光制御する調光制御回路を設けることができる。例えば、発光ダイオードの光出力特性曲線及び電球の光出力特性曲線を予め記憶しており、電球に対する位相制御電圧に対して、発光ダイオードを電球の光出力特性で調光制御する。

また、本発明の実施形態において前記調光制御回路は、位相制御されて供給される電力が所定値以上となったとき、その所定値に対応する階調を始点として前記電球の光出力特性曲線に従って前記発光ダイオードを調光点灯するように構成することができる。調光制御回路は、電源から供給される電力が所定値以上となったときに動作を開始する。これは、調光制御回路の誤動作を防止するためであり、電源から供給される電力が所定値未満のときは調光制御回路が正常に動作しないことがあるから、これを防止するためである。

その所定値に対応する階調を始点として電球の光出力特性曲線に従って発光ダイオードを調光点灯するとは、調光制御回路が動作を開始したときの電力値における電球の階調を始点として発光ダイオードを調光点灯し、その後は既存の電球の光出力特性曲線になぞって発光ダイオードを調光点灯することである。これにより、調光制御回路が動作を開始する以前の低階調時には発光ダイオードは点灯しないが、発光ダイオードが点灯した後は電球の光出力特性で発光ダイオードを調光点灯できる。

また、本発明の実施形態において、前記調光制御回路は、位相制御されて供給される電力が所定値以上となったとき、その所定値を０階調としその０階調を始点として前記電球の光出力特性曲線で定まる調光比率で前記発光ダイオードを調光点灯するように構成することができる。

その所定値を０階調としその０階調を始点として電球の光出力特性曲線で定まる調光比率で発光ダイオードを調光点灯とは、調光制御回路が動作を開始したときの階調を０階調として、その０階調を始点として電球の光出力特性曲線で定まる調光比率で発光ダイオードを調光点灯することである。これにより、電球の光出力特性に近似した特性で発光ダイオードを０階調から２５６階調まで連続的に調光制御できる。

また、本発明の実施形態は、ＬＥＤ照明装置と、光源として電球を備えた電球照明装置と、前記ＬＥＤ照明装置と前記電球照明装置とを同じ位相制御電圧で調光点灯するための調光操作卓と、を具備することができる。光源として発光ダイオードを備えたＬＥＤ照明装置と、光源として電球を備えた電球照明装置とが混在した照明システムであっても、ＬＥＤ照明装置は、発光ダイオードの光出力が電球の光出力に近似するように発光ダイオードを調光点灯する調光制御回路を備えていることにより、ＬＥＤ照明装置と前記電球照明装置とを同じ位相制御電圧で互いに近似した光出力特性で調光点灯できる。

請求項１および請求項２の発明によれば、発光ダイオードを位相制御された電圧によって、電球のように調光点灯できる。

本発明の参考例であるＬＥＤ照明装置の一例のブロック構成図。本発明の一実施形態の使用例を説明するためのＬＥＤ照明装置のブロック構成図。本発明の第１の実施形態を示すブロック構成図。電球の光出力特性曲線及び発光ダイオードの光出力特性曲線の説明図。本発明の一実施形態における調光制御回路の動作説明図。本発明の第２の実施形態を示すブロック構成図。図２のＬＥＤ照明装置における位相制御されていない電源からの電力が調光制御回路に入力される場合の調光制御回路一例を示すブロック構成図。図２のＬＥＤ照明装置における位相制御されていない電源からの電力が調光制御回路に入力される場合の調光制御回路他の一例を示すブロック構成図。

図１は、ＬＥＤ照明装置の参考例を示すブロック構成図である。ＬＥＤ光源部１１は複数の発光ダイオードから構成されている。このＬＥＤ光源部１１には、ＬＥＤ光源部１１の発光ダイオードを点灯させるための電力が電源１０から供給される。電源１０は、例えば商用の交流電源である。

調光制御回路１４は、発光ダイオードの光出力が電球の光出力に近似するように発光ダイオードを調光点灯するものであり、調光制御回路１４に入力される調光信号に基づいてＬＥＤ光源部１１の発光ダイオードを調光制御する。調光制御回路１４には、発光ダイオードの光出力特性曲線及び電球の光出力特性曲線が予め記憶されており、電球に対する調光信号に対して、発光ダイオードを電球の光出力特性で調光制御する。電球に対する調光信号とは、光源としての電球の光出力特性に応じた調光信号である。

図２は、本発明の一実施形態の使用例を説明するためのＬＥＤ照明装置のブロック構成図である。図１に示した一例に対し、電源１０からの交流を位相制御して位相制御された電力を供給する位相制御回路１２と、位相制御回路１２からの電力を入力する場合と直接的に電源１０から電力を入力する場合とを切り替える切替手段２３とが追加して設けられている。

位相制御回路１２は、電源１０からの交流を位相制御して位相制御された電力を供給するものである。例えば、調光操作卓１３のフェーダからの電球に対する調光信号に基づいて電源１０からの交流電圧を位相制御する。従って、位相制御回路１２の出力は電球に対する調光信号に基づいて位相制御された電力となる。ここで、電球に対する調光信号とは、光源としての電球の光出力特性に応じた調光信号であり、例えば、調光操作卓のフェーダから入力される。電球には白熱灯やハロゲンランプ等の各種の電球が含まれる。

切替手段２３は、位相制御回路１２により位相制御された電力を調光制御回路１４に入力して位相制御された電力により調光制御する場合と、電源１０から直接的に調光制御回路１４に電力を入力し別の調光信号により調光制御する場合とを切り替える。

調光制御回路１４は発光ダイオードの光出力が電球の光出力に近似するように発光ダイオードを調光点灯するものであり、位相制御回路１２で調光信号に基づいて位相制御された電力または位相制御されていない電源１０からの電力を入力し、ＬＥＤ光源部１１の発光ダイオードを電球の光出力特性で調光制御する。

以下、位相制御回路１２で位相制御された電力が調光制御回路１４に入力される場合（本発明の一実施形態）と、位相制御されていない電源１０からの電力が直接的に調光制御回路１４に入力される場合とに場合分けして説明する。

まず、本発明の一実施形態である、位相制御回路１２で位相制御された電力が調光制御回路１４に入力される場合について図３を参照して説明する。図３は本発明の一実施形態を示すブロック構成図である。位相制御回路１２の出力電圧は、調光制御回路１４の例えば定電圧化されたＤＣ電圧を出力するＤＣ電源部１５及び点弧位相検出回路１６に入力される。本実施形態においてＤＣ電源部１５は、位相制御回路１２で位相制御された電圧を平滑して定電圧の直流電源を得るものであり、その出力はスイッチング回路１７に入力される。

一方、点弧位相検出回路１６は位相制御回路１２で位相制御された電圧の点弧位相を検出し制御演算部１８に出力する。制御演算部１８は点弧位相検出回路１６で検出された点弧位相に基づいて、スイッチング回路１７の出力を点弧位相に応じて変化させるとともに、本実施形態においては位相制御回路１２からの電力が所定値以上となったか否かを判定する。すなわち、位相制御回路１２からの電力が所定値以上となったときに制御演算を開始し、スイッチング回路１７に指令を出力しＰＷＭ制御によりＬＥＤ光源部１１の発光ダイオードを調光制御する。ここで、位相制御回路１２から供給される電力が所定値以上となったときに動作を開始するのは、調光制御回路１４の誤動作を防止するためである。

ＬＥＤ光源部１１は複数個発光ダイオードを有し、例えばＡ群のＬＥＤは主白色ＬＥＤであり、Ｂ群のＬＥＤは補正用ＬＥＤであり色温度や演色性の補正を行う。

制御演算部１８の記憶部１９には、図４に示すような電球の光出力特性曲線Ｃ１及び発光ダイオードの光出力特性曲線Ｃ２が予め記憶されている。そして、電球の光出力特性曲線Ｃ１及び発光ダイオードの光出力特性曲線Ｃ２に基づいて、電球に対する位相制御電力に対して発光ダイオードを電球の光出力特性で調光制御する。例えば、位相制御回路１２からの電力がＰ１であるとき、そのまま発光ダイオードを点灯すると光出力がＬ１２となり、操作員が意図した階調ではなくなるので、電球の光出力特性曲線Ｃ１で定まる光出力Ｌ１１とする。同様に、位相制御回路１２からの電力がＰ２であるときは、電球の光出力特性曲線Ｃ１で定まる光出力Ｌ２１とする。これにより、電球に対する調光信号（位相制御電力）により発光ダイオードを調光制御できるので、光源部をＬＥＤ光源部１１に置き換えても既存の照明装置を従前の操作感覚で使用できる。

ここで、調光制御回路１４は、位相制御回路から供給される電力が所定値以上となったときに調光制御回路の動作を開始するようにしていることから、位相制御回路１２から供給される電力が所定値未満の低階調時では、光源である発光ダイオードは消灯している。そこで、電球に対する調光信号に応じて、発光ダイオードの光出力が電球の光出力に近似するように調光制御するにあたり、発光ダイオードが消灯している期間を考慮に入れて発光ダイオードを調光制御する。

図５は、調光制御回路１４の動作説明図である。図５において、調光制御回路１４が安定して動作できる電力がＰ０以上の領域であるとする。この場合、位相制御回路１２から調光制御回路１４に入力される電力が０〜Ｐ０の範囲Ｔでは、調光制御回路１４は動作しないのでＬＥＤ光源部１１の発光ダイオードは消灯したままである。特性曲線Ｃ１１は、調光制御回路が動作を開始したときの電力値Ｐ０における電球の階調（光出力Ｌ０１）を始点として発光ダイオードを調光点灯し、その後は既存の電球の光出力特性曲線になぞって発光ダイオードを調光点灯する場合を示している。すなわち、特性曲線Ｃ１１は既存の電球の光出力特性曲線である。この場合は、入力電力がＰ０以上では既存の電球の光出力特性曲線に従って調光制御できるが、入力電力がＰ０未満の低階調時には調光制御を行うことができない。

そこで、特性曲線Ｃ１２に示すように、調光制御回路１４が動作を開始したときの階調を０階調として、その０階調を始点として電球の光出力特性曲線で定まる調光比率で発光ダイオードを調光点灯する。この場合は、電球の光出力特性曲線そのものではなく、電球の光出力特性に近似した特性曲線となるが、発光ダイオードを０階調から２５６階調まで連続的に調光制御できる。特性曲線Ｃ１１または特性曲線Ｃ１２のいずれか選択して発光ダイオードの調光制御を行うことになる。

図６は、本発明の第２の実施形態を示すブロック構成図である。本実施形態は、図３に示した実施形態に対し、点弧位相検出回路１６に代えて電圧検出回路２０が設けられている点が異なる。図３と同一要素には同一符号を付し重複する説明は省略するが、電圧検出回路の検出値に応じて、制御演算部１８を介してスイッチング回路１７の出力を変化させ、発光ダイオードを調光制御するのは図３と同様である。なお、図３の調光制御回路１４では、点弧位相検出回路１６で検出された電圧の点弧位相に基づいて、位相制御回路１２からの電力が所定値以上となったか否かを判定するようにしたが、図６の調光制御回路１４では、電圧検出回路２０により定電圧ＤＣ電源部１５の電圧が所定値以上となったか否かで位相制御回路１２からの電力が所定値以上となったか否かを判定する。

次に、図２のＬＥＤ照明装置において、位相制御されていない電源１０からの電力が直接的に調光制御回路１４に入力される場合について説明する。図７は、その場合の調光制御回路１４の一例を示すブロック構成図である。図３に示した調光制御回路１４に対し、点弧位相検出回路１６を削除し、電球に対する調光信号に基づいた発光ダイオードへの調光信号を入力するための調光ボリューム２１を設けたものである。図３と同一要素には、同一符号を付し重複する説明は省略する。

図３に示す調光制御回路１４には、位相制御回路１２で調光信号が加味された電力が入力されるが、図７の調光制御回路１４には、調光信号が加味されていない電源からの電力が定電圧ＤＣ電源部１５に入力される。そこで、調光ボリューム２１により手動で電球に対する調光信号に基づいた発光ダイオードへの調光信号を入力する。演算制御部１８は、記憶部１９に記憶された電球の光出力特性曲線Ｃ１及び発光ダイオードの光出力特性曲線Ｃ２に基づいて、スイッチング回路１７に指令を出力しＰＷＭ制御により、ＬＥＤ光源部１１の発光ダイオードの光出力が電球の光出力に近似するように調光制御する。これにより、位相制御回路からの電力の供給ができない箇所であっても光源である発光ダイオードを点灯させるための電力を得ることができ、ＬＥＤ光源部１１の近傍で手動により調光ができる。

以上の説明では、調光信号が加味されていない電源からの電力が定電圧ＤＣ電源部１５に入力される場合について説明したが、定電圧ＤＣ電源部１５に位相制御回路１２で調光信号が加味された電力が入力される場合についても適用可能である。この場合には点弧位相検出回路１６を付加したままとなる。定電圧ＤＣ電源部１５に位相制御回路１２で調光信号が加味された電力が入力される場合には、位相制御回路１２で調光制御が行われていることになるが、その調光制御をＬＥＤ光源部１１の近傍で変更する際に、調光ボリューム２１により手動で変更できるので操作性が向上する。

図８は位相制御されていない電源からの電力が調光制御回路に入力される場合の調光制御回路１４の他の一例を示すブロック構成図である。図７に示した調光制御回路１４に対し、調光ボリューム２１に代えて、外部から電球に対する調光信号に基づいた発光ダイオードへの調光信号を入力する調光信号入力端子２２を設けたものである。図７と同一要素には、同一符号を付し重複する説明は省略する。

図８の調光制御回路１４には、調光信号が加味されていない電源からの電力が定電圧ＤＣ電源部１５に入力される。そこで、調光信号入力端子２２に外部より入力される調光信号により調光制御する。

演算制御部１８は、調光信号入力端子２２に調光信号が入力されると、記憶部１９に記憶された電球の光出力特性曲線Ｃ１及び発光ダイオードの光出力特性曲線Ｃ２に基づいて、スイッチング回路１７に指令を出力しＰＷＭ制御により、ＬＥＤ光源部１１の発光ダイオードの光出力が電球の光出力に近似するように調光制御する。これにより、位相制御回路からの電力の供給ができない箇所であっても光源である発光ダイオードを点灯させるための電力を得ることができ、ＬＥＤ光源部１１の近傍で調光ができる。

以上の図７及び図８の説明では、調光信号が加味されていない電源１０からの電力が定電圧ＤＣ電源部１５に入力される場合について説明したが、定電圧ＤＣ電源部１５に位相制御回路１２で調光信号が加味された電力が入力される場合についても同様に適用可能である。この場合には点弧位相検出回路１６または電圧検出回路２０は付加したままとなる。定電圧ＤＣ電源部１５に位相制御回路１２で調光信号が加味された電力が入力される場合には、位相制御回路１２で調光制御が行われていることになるが、調光ボリューム２１や調光信号入力端子２２への調光信号によっても調光制御できるので、位相制御回路１２による調光制御を容易に変更でき操作性が向上する。

また、例えば可搬型調光卓を使用してＬＥＤ照明装置を調光するような場合には、可搬型調光卓において、位相制御された電力により調光制御する場合と、別の調光信号により調光制御する場合とを切り替える切替手段を備えることによって、手元操作性が向上するようにしてもよい。

さらに、スタジオ等の全体の照明システムにおいて、ＬＥＤ照明装置と光源として電球を備えた電球照明装置とを備えた場合には、ＬＥＤ照明装置と電球照明装置とを同じ調光信号で調光点灯する調光操作卓により、電球を使用した既存の照明装置とＬＥＤ照明装置とを同一の照明システムの中で使用できる。

１０…電源、１１…ＬＥＤ光源部、１２…位相制御回路、１３…調光操作卓、１４…調光制御回路、１５…定電圧ＤＣ電源部、１６…点弧位相検出回路、１７…スイッチング回路、１８…制御演算部、１９…記憶部、２０…電圧検出回路、２１…調光ボリューム、２２…調光信号入力端子、２３…切替手段。

Claims

ＬＥＤ光源部と；
交流電圧を位相制御した電圧を供給され、位相制御電圧を整流平滑した直流電圧に変換するＤＣ電源部と；
ＤＣ電源部の出力を供給され、ＬＥＤ光源部への供給電力を制御可能なスイッチング回路と；
位相制御電圧から点弧位相を検出し、点弧位相に応じてスイッチング回路の出力を変化させる点弧位相検出回路と；
を具備していることを特徴とするＬＥＤ照明装置。
ＬＥＤ光源部と；
交流電圧を位相制御した電圧を供給され、位相制御電圧を整流平滑した直流電圧に変換するＤＣ電源部と；
ＤＣ電源部の出力を供給され、ＬＥＤ光源部への供給電力を制御可能なスイッチング回路と；
ＤＣ電源部の電圧値を検出し、電圧値に応じてスイッチング回路の出力を変化させる点弧位相検出回路と；
を具備していることを特徴とするＬＥＤ照明装置。