JP5626840B2 - 照明装置 - Google Patents

Description

本発明は、直流電流が供給されることで発光する発光素子で構成される光源を複数備え、複数の光源に供給される直流電流を制御することにより光源の光出力を調節することができる照明装置に関する。

直流電流の供給を受けて発光する発光素子（たとえば、有機ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）素子やＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）など）で構成される光源を備えた照明器具が種々提供されている。これらの照明器具の中には精度良く調光できる範囲を拡大するためにアナログ制御とＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）制御とを組み合わせて光源の調光制御を行うものがある。

特許文献１、２は光出力下限付近での光源のちらつきを抑えることのできる照明器具を提供することを目的としており、光源の光出力の設定が、規定値以上のときはＰＷＭ制御により調光制御し、規定値以下のときはＰＷＭ制御部に加えるＰＷＭ信号のデューティ比を１００％にして、アナログ制御により調光制御する照明装置が開示されている。

特許文献３は、低い調光レベルまで精度よく光出力を調節することを目的としており、設定された調光レベルが規定値以上の範囲で変化するときは駆動電流の振幅値とデューティ比とのいずれか一方を固定して他方のみを変化させ、設定された調光レベルが規定値以下の範囲で変化するときには、その逆の変化をさせて発光モジュールの光出力を調節する照明装置が開示されている。調光とは光源の光出力の調節のことであり、調光レベルとは調光において指示される光源の光出力の大きさを意味する。

特開２００８−２１０５３６号公報 特開２００８−２１０５３７号公報 特開２００９−０５４４２５号公報

特許文献１又は２に示されている低い調光レベルの時にアナログ制御を行うという制御方法では、光源が複数ある場合、光源に対して駆動電流を供給する電源、駆動回路等の特性のばらつきにより、設定する調光レベルが同じであっても光源間で光出力の違いが発生する。特に点灯し始めや消灯近傍の低い調光レベルでは微小な電流値の違いで光源の光出力が変わるため、特許文献１又は２に示されている制御では光源の光出力を精度良くコントロールすることは困難である。そのため、複数の光源に対して、調光レベルを同じように変化させて点灯又は消灯を行う場合であっても、光源間の光出力の違いにより点灯又は消灯したと認識できる時間（以下では、「点灯、消灯のタイミング」と略称する）が光源間でばらつくという問題が生じる。

特許文献３は、１光源について精度良く調光できる範囲を拡大することを目的としており、複数の光源に関する記載はなく、設定する調光レベルが同じであっても複数の光源間で光出力の違いが生じ、そのことにより光源間で点灯、消灯のタイミングがばらつくことがあるという問題意識については記載も示唆もない。

このように、アナログ制御とＰＷＭ制御とを組合せて精度良く調光できる範囲を拡大するようにした照明器具に対して、複数光源を使用した場合に各光源の点灯、消灯のタイミングがばらつくことについての認識はなされておらず、そのばらつき解消の試みもなされていなかった。なお、以下では照明器具を照明装置と呼ぶことにする。

本発明は、複数光源を有する照明装置について、光源間の点灯、消灯のタイミングのばらつきを抑えることのできる照明装置を提供することを目的とする。

本発明に係る照明装置は、
電流を通電することにより発光する発光素子で構成される複数の光源と、
前記複数の光源に対して共通のタイミングで、同一の調光レベルを設定する調光レベル設定部と、
前記光源に通電する前記電流に対して、前記設定された調光レベルが所定のレベル未満の時は、前記電流の振幅値を所定値に固定し、且つ前記電流のデューティ比を前記設定された調光レベルに従って変化させた値に決定し、前記設定された調光レベルが前記所定のレベル以上の時は、前記デューティ比を１００％に固定し、且つ前記振幅値を前記設定された調光レベルに従って変化させた値に決定する調光制御部と、
前記光源毎に設置され、供給される電流を、前記決定された振幅値に比例する振幅値と前記決定されたデューティ比とを有する駆動電流として前記各光源に供給する駆動部と、
を備え、
前記複数の光源は、複数の光源群に分けられ、各光源群に属する光源は同一種類であり、
前記調光制御部は、前記光源群毎に１つ備えられている。

本願に係る照明装置によれば、複数の光源間の点灯、消灯のタイミングのばらつきを抑えることが出来る。

本発明の実施の形態１に係る照明装置の構成例を示すブロック図である。 （ａ）実施の形態１に係る調光レベルとアナログ制御信号の振幅値との関係を示す図である。（ｂ）実施の形態１に係る調光レベルとＰＷＭ制御信号のデューティ比との関係を示す図である。 実施の形態２の他の変形例に係る照明装置の構成例を示すブロック図である。

（実施形態１）
実施形態１は、複数の光源で構成される照明装置を対象として、例えばユーザが入力した調光レベルを受けて、複数の光源に対して共通のタイミングで、同一の調光レベルを設定すること、および入力された調光レベルが、所定値（以下、切替調光レベルと呼ぶ）未満のときはＰＷＭ制御で、切替調光レベル以上のときはアナログ制御で光源の光出力を調節し制御する調光制御を行うという電流制御方法を組み合わせたことを特徴とする。

図１は実施の形態１に係る照明装置の構成例を示すブロック図である。図１に示すように、照明装置１は、複数の光源２と、調光レベル設定部３と、調光制御部４と、駆動部５とを備える。調光制御部４と駆動部５は光源２毎に備えられる。また、調光制御部４はアナログ制御部４１と、ＰＷＭ制御部４２とを備え、駆動部５は直流電源部５１と、駆動回路５２と、スイッチング回路５３とを備える。

光源２は、電流（駆動電流という）の供給を受けて発光するＬＥＤや有機ＥＬ素子などの１以上の発光素子で構成されており、本実施形態の照明装置１は複数の光源２を備えている。複数の光源２は互いに異なる場所に設置されていてもよいし、同じ場所に設置されていてもよい。図１では１光源を発光素子１個の記号で代表して示している。

調光レベル設定部３は、複数の光源２に共通のものとして設置され、光源２の点灯、消灯、および調光レベルの入力機能を備えるとともに、入力された点灯、消灯、および調光レベルに対応して点灯信号、消灯信号、および調光信号を生成し、各調光制御部４に共通のタイミングで出力する。点灯、消灯、および調光レベルの入力は、例えばスイッチの回転やスライドにより行う。調光信号は、図１に示すように、所定の周波数、例えば１ｋＨｚのパルス信号を利用し、そのパルス幅Ｌ、即ちデューティ比を入力された調光レベルに対応させる。なお、この調光信号は、調光レベルを数値化したデータである調光データであってもよい。

調光制御部４は、アナログ制御部４１と、ＰＷＭ制御部４２とを介して、調光信号により指定された調光レベルが切替調光レベル以上のときはアナログ制御を、切替調光レベル未満のときはＰＷＭ制御を行う。具体的には、調光制御部４は、入力される調光信号を受けて、アナログ制御部４１、およびＰＷＭ制御部４２を介してそれぞれ駆動部５の駆動回路５２にアナログ制御信号、およびＰＷＭ制御信号Ａを出力する（図１参照）。アナログ制御信号は振幅情報を有する信号であり、ＰＷＭ制御信号Ａはパルス列からなる、デューティ比の情報を有する信号である。

図２（ａ）は実施形態１に係る調光レベルとアナログ制御信号の振幅値との関係を示す図である。図２（ｂ）は実施形態１に係る調光レベルとＰＷＭ制御信号Ａのデューティ比との関係を示す図である。

アナログ制御部４１は、図２（ａ）に示すように、調光レベルが所定の調光レベル（切替調光レベル）以上のときはアナログ制御信号の振幅値を調光レベルに応じて増加させ、切替調光レベル未満のときは、振幅をその切替調光レベル時の振幅に固定する。

ＰＷＭ制御部４２は、図２（ｂ）に示すように、調光レベルが切替調光レベル以上のときは、デューティ比を１００％に固定し、切替調光レベル未満のときは、デューティ比を調光レベルに応じて減少させる。

なお、実際の運用では図２（ａ）、（ｂ）に示す図は例えばテーブル化され、アナログ制御部４１、ＰＷＭ制御部４２は、このテーブルを参照して振幅値、デューティ比を求める。

駆動部５は、調光制御部４の制御に従い、互いに直列に接続された直流電源部５１と、駆動回路５２と、スイッチング回路５３とを介して、光源２に所定の駆動電流を供給し、光源２を駆動し、光源２を発光させる。

直流電源部５１は、光源２に直流電流を駆動電流として供給する。直流電源部５１は、電源そのものを備える必要はなく、外部の電源から供給された電流を直流化する機能を有するものであればよい。例えば、交流電源と整流回路を組み合わせて交流を直流化する場合は、交流電源を外部電源として、直流電源部５１は整流回路であるとしてもよい。また、直流電源部５１自体を複数の光源２に対して共通化して、駆動部５から除外し、外部電源として扱ってもよい。

駆動回路５２は、アナログ制御信号、およびＰＷＭ制御信号Ａを受け、各制御信号により決まる振幅値、およびデューティ比を有する所定の周波数のＰＷＭ制御信号Ｂを生成し、スイッチング回路５３に出力する。

スイッチング回路５３は、ＰＷＭ制御信号Ｂの入力により、直流電源部５１から光源２に至る電路の開閉と光源２に供給される駆動電流の振幅値とを制御する。具体的にはスイッチング回路５３は例えばＦＥＴ等のスイッチング素子で構成される。ＦＥＴのソースには光源２と直流電源部５１の出力端とが直列接続され、ＦＥＴのゲートには駆動回路５２が接続され、ＰＷＭ制御信号Ｂが入力される。ドレイン電流は、ゲートに入力されるＰＷＭ制御信号Ｂにより制御され、ＰＷＭ制御信号Ｂと同じデューティ比を有し、ＰＷＭ制御信号Ｂの振幅に比例した電流振幅を有するパルス化された電流または直流電流となる。このドレイン電流が駆動電流として光源２に供給される（図１参照）。従って、光源２の駆動電流は調光レベルが切替調光レベル以上ではアナログ制御、切替調光レベル未満ではＰＷＭ制御により制御されることになる。

次に、動作について説明する。調光レベル設定部３は複数の光源２に共通のものとして各光源２の調光制御部４に接続されている。そのため、調光レベル設定部３に入力された調光レベルは、調光信号として各光源２毎に設置されている調光制御部４に、共通のタイミングで出力される。従って、各光源２の調光制御部４は同一の調光信号を共通のタイミングで入力する。調光制御部４が調光信号を入力した後は、上述の通り、調光信号で指定された調光レベルが切替調光レベル以上のときはアナログ制御方式で、切替調光レベル未満のときはＰＷＭ制御方式で制御された駆動電流が光源２に供給される。

電流振幅を制御するアナログ制御方式では、光源２に対して駆動電流を供給する電源、駆動回路等の特性のばらつきにより光源毎に駆動電流の振幅値にばらつきが生じる。そのため、所定の調光レベル、特に低い調光レベルに対して光源毎の光出力のばらつきが著しくなる。これに対して、ＰＷＭ制御方式では、振幅制御ではなくデューティ比を制御するため、このようなばらつきが生じにくい。そのため、複数の光源２に対して共通の調光レベル設定部３を設け、同じ調光信号が、各光源２毎に設置されている調光制御部４に対して共通のタイミングで出力し、切替調光レベル未満の調光レベルの時はＰＷＭ制御により駆動電流を制御する。これにより調光レベルが低いときに著しくなる光源２間の光出力の違いが低減する。その結果、光源２間の点灯タイミングや、消灯タイミングのばらつきも低減する。

調光制御方式を２方式間で切替えるのは精度良く調光できる範囲を拡大するためである。ＰＷＭ制御だけでは制御信号の周波数を高くするなどの措置をとらない限り精度良く調光できる範囲を拡大することが難しいため、これを改善するために異なる制御方式で調光レベルの範囲を分担している。

切替調光レベルは、光源２毎に設定することができる。この例では切替調光レベルを最大調光レベルの３０％に設定している。

以上の説明では、調光制御部４は、駆動回路５２への出力を制御信号の形にした。しかし、制御信号ではなく、振幅値とデューティ比の数値データを出力してもよい。その場合は、駆動回路５２は、入力された振幅値とデューティ比の数値から、これらの値を持つＰＷＭ制御信号Ｂを生成する機能を備えたものである。

また、光源２および直流電源部５１はＦＥＴのソースではなくドレインに接続しても良く、ソース、ドレインに分けて接続しても良い。

なお、調光制御部４および駆動部５の構成は、図１に示す例に限る必要はない。調光レベル設定部３からの調光信号を受けて、調光信号で指定する調光レベルが切替調光レベル以上の場合はアナログ制御、切替調光レベル未満の場合はＰＷＭ制御により駆動電流を供給する構成であればどのような構成のものであっても良い。

また、有機ＥＬ素子では、アナログ制御による調光の方が、ＰＷＭ制御による調光よりも発光効率が高いという特徴がある。発光効率が高いということは小さい電力で同等の光出力を得ることができ、省電力の要請に合致する。一方、既に説明したように、低い調光レベルに対しては光源２間の光出力のばらつき低減、点灯、消灯のタイミングのばらつき低減の観点からＰＷＭ制御による調光が必要である。従って、光源２が有機ＥＬ素子で構成されている場合、切替調光レベルを適切に設定することにより、これまで説明した効果に加えて照明装置１全体としての省電力化に寄与するという効果を期待することができる。切替調光レベルを適切に設定するとは省電力化と精度良く調光できる範囲を拡大するという要請のバランスをとって設定すると言うことである。

（実施形態２）
実施形態２は、実施形態１の内容に加えて、複数の光源２の中で同一種類（発光原理及び公称の光出力が同一）の複数の光源２間で、切替調光レベルを同一且つ適切に設定するというものである。実施形態２に係る照明装置の構成例は実施形態１の図１と同様である。

アナログ制御による調光制御では、特に低い調光レベルで、設定された調光レベルに対する光源２間の光出力の違いが大きい。そのため、光源２が同一種類であっても、低い調光レベルでＰＷＭ制御からアナログ制御に切り替えたときは、駆動部５の特性のばらつき等に起因して光源２間で光出力の違いが生じる。しかし、光出力が大きいときには光出力の違いに対する目の識別力が低下するため、調光レベルが高くなるに従って、駆動部５の特性のばらつき等に起因する光出力の違いは、目視による明るさの違いとしては認識されにくくなる。従って、同一種類の光源２間で図２に示す切替調光レベルを統一して、ある程度高い調光レベルに設定し、複数の光源２に対して共通に設置された調光レベル設定部３で調光することにより、調光制御方式切り替え時の光源２間の目視による明るさの違いが解消できる。図２の例では切替調光レベルを最大調光レベルの３０％としている。すなわち光源２に供給する駆動電流の振幅値が定格電流の振幅値（ピーク電流値）の略３０％に等しいときに対応した調光レベルである。切替調光レベルをこの程度の調光レベルに設定すれば制御方式の切り替えに伴う光源２間の目視による明るさの違いが解消される。この切替レベルは光源２の定格によって変わる。

図３に実施形態２の他の変形例に係る照明装置１の構成例を示す。この例では、複数の光源２を複数の群に分け、各群には１又は複数の同一種類の光源２と、その光源２に付随する駆動部５と、その群に共通の調光制御部４の１セットとが含まれる。各群間では光源２の種類が同一かどうかは問わない。駆動部５については詳細を省略したが、その詳細は、その他の構成も含め、実施形態１の場合と同じである。

このようなケースでは、全光源２間で点灯、消灯のタイミングのばらつきを低減すると共に、適切に設定された切替調光レベルを採用することにより、各群内で、制御方式の切り替え時の光源２間の明るさのばらつきが低減する。なお、全光源２間での点灯、消灯のタイミングのばらつきは、切替調光レベル以下の調光レベル設定によるので、各群間で切替調光レベルが異なっても影響を受けない。

上記の実施形態の一部又は全部は、以下の付記のようにも記載されうるが、以下には限られない。

（付記１）電流を通電することにより発光する発光素子で構成される複数の光源と、
前記複数の光源に対して共通のタイミングで、同一の調光レベルを設定する調光レベル設定部と、
前記光源に通電する前記電流に対して、前記設定された調光レベルが所定のレベル（切替調光レベル）未満の時は、前記電流の振幅値を所定値に固定し、且つ前記電流のデューティ比を前記設定された調光レベルに従って変化させた値に決定し、前記設定された調光レベルが前記切替調光レベル以上の時は、前記デューティ比を１００％に固定し、且つ前記振幅値を前記設定された調光レベルに従って変化させた値に決定する調光制御部と、
前記光源毎に設置され、供給される電流を、前記決定された振幅値に比例する振幅値と前記決定されたデューティ比とを有する駆動電流として前記各光源に供給する駆動部と、
を備えることを特徴とする照明装置。

（付記２）前記調光制御部は、前記各光源毎に備えられていることを特徴とする付記１に記載の照明装置。

（付記３）前記複数の光源を、複数の光源群に分け、各光源群に属する光源は同一種類であり、前記調光制御部は、前記光源群毎に１つ備えられていることを特徴とする付記１に記載の照明装置。

（付記４）同一種類の前記光源間で、前記調光制御部の前記切替調光レベルは同一に設定されていることを特徴とする付記１乃至３のいずれか１項に記載の照明装置。

（付記５）前記複数の光源は有機ＥＬ素子で構成された光源を含むものであることを特徴とする付記１乃至４のいずれか１項に記載の照明装置。

大きな施設などで複数の光源を同時に点灯して利用するという用途の照明装置に対して利用することができる。

１ 照明装置
２ 光源
３ 調光レベル設定部
４ 調光制御部
５ 駆動部
４１ アナログ制御部
４２ ＰＷＭ制御部
５１ 直流電源部
５２ 駆動回路
５３ スイッチング回路

Claims (3)

1. 電流を通電することにより発光する発光素子で構成される複数の光源と、
   前記複数の光源に対して共通のタイミングで、同一の調光レベルを設定する調光レベル設定部と、
   前記光源に通電する前記電流に対して、前記設定された調光レベルが所定のレベル（切替調光レベル）未満の時は、前記電流の振幅値を所定値に固定し、且つ前記電流のデューティ比を前記設定された調光レベルに従って変化させた値に決定し、前記設定された調光レベルが前記切替調光レベル以上の時は、前記デューティ比を１００％に固定し、且つ前記振幅値を前記設定された調光レベルに従って変化させた値に決定する調光制御部と、
   前記光源毎に設置され、供給される電流を、前記決定された振幅値に比例する振幅値と前記決定されたデューティ比とを有する駆動電流として前記各光源に供給する駆動部と、
   を備え、
   前記複数の光源は、複数の光源群に分けられ、各光源群に属する光源は同一種類であり、
   前記調光制御部は、前記光源群毎に１つ備えられている、
   ことを特徴とする照明装置。
2. 同一種類の前記光源間で、前記調光制御部の前記切替調光レベルは同一に設定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。
3. 前記複数の光源は有機ＥＬ素子で構成された光源を含むものであることを特徴とする請求項１又は２に記載の照明装置。

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