JP5016323B2

JP5016323B2 - Ｌｅｄ制御システム

Info

Publication number: JP5016323B2
Application number: JP2007044462A
Authority: JP
Inventors: 哲也谷川; 真二松田
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2007-02-23
Filing date: 2007-02-23
Publication date: 2012-09-05
Anticipated expiration: 2027-02-23
Also published as: JP2008210887A

Description

本発明は、複数のＬＥＤの光出力をセンサにより測定し、その測定結果に応じてＬＥＤを点灯制御するＬＥＤ制御システムに関する。

従来から、建物の壁面を演出する照明装置や小型液晶ディスプレイのバックライトには、光源として発光ダイオード（以下、ＬＥＤ）が用いられている。これらの照明装置やバックライトは、一般に赤・緑・青の３色をそれぞれ発光する複数のＬＥＤを備え、これらのＬＥＤの光出力を適宜に制御することにより、任意の色度の合成光を出射する。例えば、白色の合成光を得るためには、上記各ＬＥＤは等しい光出力に制御される必要がある。しかし、ＬＥＤの温度特性の違い等により、各々の光出力にばらつきが生じ、所望の色度を得られないことがある。

そこで、例えば、特許文献１に示されるように、赤・緑・青の各ＬＥＤを個別の電源で点灯させ、これら各ＬＥＤの光出力をフォトダイオードで検出し、その検出結果に基づいて各ＬＥＤに対する電流値を調整し、各ＬＥＤの光を混色させることにより、所望の色度の合成光を出射できるようにした照明装置が知られている。

また、特許文献２に示されるように、赤・緑・青の全ＬＥＤを点灯させたときの光出力を測定し、その後、測定対象のＬＥＤを消灯させたときの光出力を測定し、前者から後者を差し引くことにより、測定対象のＬＥＤの光出力を算出し、また、点灯するＬＥＤに対する電流値を増やす照明装置が知られている。この照明装置は、光出力の測定時に消灯するＬＥＤの数を少なくし、点灯するＬＥＤに対する電流値を増やして、消灯するＬＥＤの発光を強めることで、ＬＥＤ全体の合成光のチラつきを抑制している。

特表２００２−５３３８７０号公報特表２００４−５１７４４５号公報

しかしながら、特許文献１に記載の照明装置は、ある色のＬＥＤの光出力を測定する際に、測定対象でない色のＬＥＤを消灯させるので、照明装置から出射される合成光がチラついたり、光色が瞬間的に変化し、ユーザに不快感を与えることがある。また、特許文献２に記載の照明装置では、各ＬＥＤに対する電流値を瞬間的に細かく制御するために、高度な処理能力を持つ高価な制御用マイコンや複雑なプログラム等を要し、装置がコスト高となる。

本発明は、上記課題を解決するものであり、安価で簡単な構成により、ＬＥＤ全体から出射される合成光がチラついたり、光色が変化することなく、複数のＬＥＤの光出力を個別に測定することができ、その測定結果に応じてＬＥＤの出力を制御するＬＥＤ制御システムを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、請求項１の発明は、複数のＬＥＤと、少なくともＬＥＤの一部を点灯させて各々の光出力を測定するセンサと、前記センサの測定結果に応じて前記ＬＥＤの出力を個別に制御する制御部と、を備えたＬＥＤ制御システムにおいて、前記ＬＥＤは、ＰＷＭ信号のオンデューティ比に基づいて点灯制御され、前記制御部は、前記センサによる前記ＬＥＤの光出力の測定時に、前記ＰＷＭ信号の１周期内で通常点灯時におけるオンデューティ比を変更することなく測定対象とする１つのＬＥＤだけをオンとし、測定対象でない他のＬＥＤをオンとするタイミングをシフトさせることにより、前記測定対象のＬＥＤの光出力を個別に測定し、該測定結果に応じて前記ＬＥＤの出力を制御するものである。

請求項２の発明は、請求項１に記載のＬＥＤ制御システムにおいて、前記制御部は、前記通常点灯時における最大オン時間がＰＷＭ信号の周期Ｔと一致又は近似している場合には、前記ＬＥＤの光出力の測定時における前記最大オン時間を、前記ＰＷＭ信号の周期の開始タイミングから前記光出力の測定が完了するタイミングまでの時間を前記ＰＷＭ信号の周期から減じた時間とするものである。

請求項３の発明は、請求項１又は請求項２に記載のＬＥＤ制御システムにおいて、前記ＬＥＤの光出力の測定時における該ＬＥＤへの電流を可変とするものである。

請求項４の発明は、請求項１乃至請求項４に記載のＬＥＤ制御システムにおいて、前記ＬＥＤは、それぞれ赤緑青の３色を発光するものである。

請求項１の発明によれば、光出力の測定時にＰＷＭ信号のオンデューティ比が通常点灯時と変化しないので、人間の目にはＬＥＤ全体から出射される光にチラつきを感じさせず、光色が変化することもない。また、ＰＷＭ信号によりＬＥＤを点灯制御する制御部には、例えばトランジスタ等のスイッチ素子をＬＥＤの個数だけ備えた汎用のマイコン等を用いることができるので、装置を安価とすることができる。

請求項２の発明によれば、ＬＥＤの最大オン時間をＰＷＭ信号の周期よりもセンサによる光出力の測定時間だけ短くすることにより、センサの測定時間が確保されるので、確実にＬＥＤの光出力を測定することができる。

請求項３の発明によれば、例えば、光出力の測定時に、ＬＥＤに流れる電流値を変化させることにより、最大オン時間に拘わらず、ＬＥＤ全体から出射される光の明るさを一定に保つことができる。

請求項４の発明によれば、ＬＥＤから出射される光の色のバランスを任意の色に調節することができる。

本発明の一実施形態に係るＬＥＤ制御システムについて、図１を参照して説明する。本実施形態のＬＥＤ制御システム１は、複数のＬＥＤ２（２ａ，２ｂ，・・・，２ｎ）と、少なくともＬＥＤ２の一部を点灯させて各々の光出力を測定するセンサ３と、センサ３の測定結果に応じてＬＥＤ２の出力を個別に制御する制御部４と、を備える。また、ＬＥＤ２は、スイッチング素子５（５ａ，５ｂ，・・・，５ｎ）を介して電源６（６ａ，６ｂ，・・・，６ｎ）に接続される。なお、上記複数のＬＥＤ２（２ａ，２ｂ，・・・，２ｎ）の個数は任意であり、ＬＥＤ制御システム１が適用される機器の仕様に応じて適宜に決定される。また、以下の説明において、単にＬＥＤ２と記載したときは、複数のＬＥＤ２（２ａ，２ｂ，・・・，２ｎ）の全て又は何れかをいう。

ＬＥＤ２は、それぞれ赤・緑・青の３色を発光するものであり、その光出力は、制御部４から出力されるＰＷＭ信号により点灯制御される。ＬＥＤ２は、ひと纏まりに配置されて発光部２０を構成し、各色のＬＥＤ２から出射される光の合成光が発光部２０の出射光となる。この出射光は、赤・緑・青のＬＥＤ２の光出力をそれぞれ制御することにより、任意の色に設定できる。例えば、赤・緑・青のＬＥＤ２の光出力を略等しくしたとき、発光部２０の出射光は白色光となる。

センサ３は、赤、緑又は青のフィルタを用いた少なくとも３つのフォトダイオード又は三刺激値を出力する複数のフォトダイオード等から成り、ＬＥＤ２の光出力を電気信号に変換して、これを制御部４へ出力する。また、センサ３には必要に応じてメモリ等が備えられ、このメモリ等にＬＥＤ２の光出力値を一時的に記憶させてもよい。

制御部４は、汎用のマイコン、タイマ、メモリ等から成り、タイマの計時に従いＰＷＭ信号をスイッチング素子５に出力し、このスイッチング素子５をオンオフさせて、ＬＥＤ２に対する電源６からの給電を切り替えることにより、ＬＥＤ２を点灯制御する。

次に、本実施形態のＬＥＤ制御システム１の動作について、上述の図１に加えて図２及び図３を参照して説明する。なお、実際に制御部４が行う動作は、スイッチング素子５のオンオフであるが、以下の説明では、制御部４がＬＥＤ２をオンとする、と記載する。

ＬＥＤ２の通常点灯時、制御部４は、図２に示されるように、ＬＥＤ２を点灯制御するためのＰＷＭ信号の周期Ｔを、例えば１ｍｓとして設定する。また、制御部４は、ＰＷＭ信号の周期Ｔの開始タイミングＳ_０にＬＥＤ２をオンとし、ＬＥＤ２に設定された出力値に応じてタイマ値を設定して、タイマ値の計時が終了すると共にＬＥＤ２をオフとする。これにより、各ＬＥＤ２（２ａ，２ｂ，・・・，２ｎ）についてオンデューティ時間ｔ（ｔ_ａ，ｔ_ｂ，・・・，ｔ_ｎ）が設定される。ＬＥＤ２は、上記オンデューティ時間ｔを周期Ｔで割ったオンデューティ比Ｄに基づいて点灯制御される。図２の例では、ＬＥＤ２ａは、オンデューティ比Ｄ_ａ（Ｄ_ａ＝ｔ_ａ／Ｔ）に基づいて点灯制御される。

ＬＥＤ２の光出力の測定時、例えば、各ＬＥＤ２（２ａ，２ｂ，・・・，２ｎ）のうち、ＬＥＤ２ａの光出力を測定するとき、制御部４は、図３に示されるように、ＰＷＭ信号の１周期内でオンデューティ比Ｄ_ａを通常点灯時から変更することなく、まずＬＥＤ２ａだけをオンとする。また、制御部４は、他のＬＥＤ２（２ｂ，・・・，２ｎ）をオンとするタイミングを、ＬＥＤ２ａの光出力の測定が完了した後にシフトさせる。このとき、他のＬＥＤ２（２ｂ，・・・，２ｎ）のオンデューティ比Ｄ（Ｄ_ｂ，・・・，Ｄ_ｎ）も、通常点灯時から変化させない。そして、センサ３は、図３に示される測定タイミングｓ_ａにおいて、ＬＥＤ２ａの光出力を測定する。

すなわち、本実施形態では、光出力の測定時には、測定対象とするＬＥＤ２のみオンとし、測定対象以外のＬＥＤ２をオンとするタイミングをシフトさせる一方で、全てのＬＥＤ２のオンデューティ比Ｄは、通常点灯時及び光出力の測定時において変化させない。そのため、人間の目には、ＬＥＤ２全体から出射される合成光がチラついたり、光色が変化することがない。なお、上記では、ＬＥＤ２ａの光出力の測定について説明したが、ＬＥＤ２ｂ，・・・，ＬＥＤ２ｎの光出力についても各々、同様の手順で個別に測定される。

また、制御部４は、例えば、上述したＬＥＤ２ａの光出力の測定において、ＬＥＤ２の最大オン時間を、ＰＷＭ信号の周期Ｔの開始タイミングＳ_０から光出力の測定が完了するタイミングｓ_ａまでの時間（ｓ_ａ−Ｓ_０）を、ＰＷＭ信号の周期Ｔから減じた時間（Ｔ−（ｓ_ａ−Ｓ_０））とする。通常、センサ３による光出力の測定は短時間で行われるが、少なくとも数１０〜数１００μｓの時間を要する。そのため、最大オン時間がＰＷＭ信号の周期Ｔと一致又は近似していると、測定対象のＬＥＤ２のみがオンとなっているタイミングを確保できず、ＬＥＤ２の光出力を個別に測定できない。そこで、上述のように、ＬＥＤ２の最大オン時間を、ＰＷＭ信号の周期Ｔよりもセンサ３の測定時間だけ短くすることにより、センサ３の測定時間を確保して、確実にＬＥＤ２の光出力を測定できるようにする。

また、上述のＬＥＤ２の最大オン時間は、複数のＬＥＤ２のうち、最も大きいオンデューティ比Ｄが設定されたＬＥＤ２に割り当てられる。例えば、３色（赤・緑・青）のＬＥＤ２の混色により色温度３０００Ｋの光を得るため、各オンデューティ比Ｄの割合が、赤：緑：青＝１０：１１：９に設定されたとする。また、センサ３の測定時間が２００μｓであり、周期Ｔは１ｍｓとする。このとき、ＬＥＤ２の最大オン時間は８００μｓであり、この最大オン時間は、上記３色のＬＥＤのうち、最もオンデューティ比Ｄの大きい緑色ＬＥＤ２に割り当てられる。こうすると、光出力の測定時に、ＬＥＤ２が出射する合成光の明るさが低下するのを最低限に抑えられる。

また、このとき、制御部４は、上記の各オンデューティ比Ｄの割合を一定に保つ。すなわち、上述の例において、緑色ＬＥＤ２の最大オン時間が８００μｓであるので、赤色ＬＥＤ２の最大オン時間は８００×１０／１１＝７２７μｓ、青色ＬＥＤは８００×９／１１＝６５５μｓとする。このように、通常点灯時及び光出力の測定時において、各ＬＥＤのオンデューティ比Ｄの割合が一定に保たれると、ＬＥＤ２が出射する合成光の色度が変化しない。

また、望ましくは、制御部４は、光出力の測定時に、ＬＥＤ２への電流を可変とする。すなわち、上述の例において、ＬＥＤ２の最大オンデューティ比は８０％（最大オン時間８００μｓ／周期Ｔ１ｍｓ）であるので、仮に、通常点灯時の最大オンデューティ比が１００％であったときは、光出力の測定時にＬＥＤ２全体から出射される合成光の明るさが２０％低下することになる。このとき、制御部４は、ＬＥＤ２に流れる電流値を大きくする。例えば、上述の例において、通常点灯時、３０ｍＡの電流がＬＥＤ２に流れているならば、光出力の測定時、制御部４は、３７ｍＡ（３０ｍＡ／０．８（８０％））の電流をＬＥＤ２に流すようにする。このようにすることで、光出力の測定の前後で、ＬＥＤ２全体から出射される合成光の明るさを一定に保つことができる。

上述のようにして個別に測定されたＬＥＤ２の光出力値は、制御部４又はセンサ３に備えられたメモリ等に書き込まれ、制御部４はこれらの光出力値を基準としてＬＥＤ２を点灯制御する。この点灯制御は、ＬＥＤ制御システム１が適用される機器の仕様により異なるが、例えば、ＬＥＤ２の動作中、１０秒毎に１度、周期的に行われる。制御部４は、センサ３の測定結果がＡであるとき、ＬＥＤ２ａを点灯制御する調光信号のオンデューティ比（基準値）を例えば５０％に設定する。そして次の光出力の測定結果がＢであるとき、制御部４はＬＥＤ２ａに対するオンデューティ比（目標値）を５０％×Ａ／Ｂに設定する。また、上記の各ＬＥＤ２に赤緑青の３色を発光するＬＥＤを用い、これらのＬＥＤ２に対する点灯出力を周期的に制御することにより、ＬＥＤ２全体から出射される光の色のバランスを任意の色に調節することができる。

なお、本発明は、ＬＥＤを点灯制御するオンデューティ比Ｄを変化させることなく、オンとするタイミングをシフトさせることにより、ＬＥＤの光出力を測定するものであれば、上記に限られることなく種々の変形が可能であり、例えば、多数のＬＥＤから選択された幾つかのＬＥＤの光出力を測定するようにしてもよい。

本発明の一実施形態に係るＬＥＤ制御システムのブロック構成図。同システムにおける通常点灯時のＰＷＭ信号出力パターンを示す図。同システムにおける光出力の測定時のＰＷＭ信号出力パターンを示す図。

符号の説明

１ＬＥＤ制御システム
２ＬＥＤ（発光ダイオード）
３センサ
４制御部

Claims

複数のＬＥＤと、少なくともＬＥＤの一部を点灯させて各々の光出力を測定するセンサと、前記センサの測定結果に応じて前記ＬＥＤの出力を個別に制御する制御部と、を備えたＬＥＤ制御システムにおいて、
前記ＬＥＤは、ＰＷＭ信号のオンデューティ比に基づいて点灯制御され、
前記制御部は、前記センサによる前記ＬＥＤの光出力の測定時に、前記ＰＷＭ信号の１周期内で通常点灯時におけるオンデューティ比を変更することなく測定対象とする１つのＬＥＤだけをオンとし、測定対象でない他のＬＥＤをオンとするタイミングをシフトさせることにより、前記測定対象のＬＥＤの光出力を個別に測定し、該測定結果に応じて前記ＬＥＤの出力を制御することを特徴とするＬＥＤ制御システム。
前記制御部は、前記通常点灯時における最大オン時間がＰＷＭ信号の周期Ｔと一致又は近似している場合には、前記ＬＥＤの光出力の測定時における前記最大オン時間を、前記ＰＷＭ信号の周期の開始タイミングから前記光出力の測定が完了するタイミングまでの時間を前記ＰＷＭ信号の周期から減じた時間とすることを特徴とした請求項１に記載のＬＥＤ制御システム。
前記ＬＥＤの光出力の測定時における該ＬＥＤへの電流を可変とすることを特徴とした請求項１又は請求項２に記載のＬＥＤ制御システム。
前記ＬＥＤは、それぞれ赤緑青の３色を発光するものであることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載のＬＥＤ制御システム。