JP5663055B2

JP5663055B2 - 点灯装置及び照明装置

Info

Publication number: JP5663055B2
Application number: JP2013093988A
Authority: JP
Inventors: 稔前原; 和佳門谷; 田中　健一郎; 健一郎田中; 一郎谷村; 信田　卓哉; 卓哉信田
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2013-04-26
Filing date: 2013-04-26
Publication date: 2015-02-04
Anticipated expiration: 2029-01-28
Also published as: JP2013168382A

Description

本発明は、点灯装置、及びその点灯装置を用いた照明装置に関する。

従来より、昼白色の蛍光ランプのような明るく青白い光（色温度の高い光）は人の気分をさわやかにするが、照度が低すぎると陰気で寒々しい感じになってしまい、一方、白熱ランプのような赤っぽい光（色温度の低い光）は、照度が低いとおだやかな雰囲気になり、照度が高すぎると暑苦しく、不快感を与える、という心理効果（クルーゾフ効果）が知られている（図７参照）。そして、かかる心理効果に着目し、照明光の光色（色温度）を可変とした照明装置が種々提供されている。

例えば特許文献１には、赤色発光ダイオード、緑色発光ダイオード、青色発光ダイオードを有する照明ユニットと、照明ユニットの各色の発光ダイオードを駆動し且つその光量（照度）を調整するコントロールユニットとを備え、コントロールユニットに各色毎に設けられている操作部を各々操作することで各色（赤，緑，青）の光量を各別に調整して照明光（混色光）の光色（色温度）を可変とした照明装置が記載されている。

特開２００８−２９３９４６号公報

しかしながら、特許文献１に記載されている従来例では、使用者自らがコントロールユニットの３つの操作部を操作して赤色、緑色、青色の光量を各別に調整することで混色光の色温度を設定しなければならず、好みの光色（色温度）に設定することが容易ではなかった。しかも、図７に示すように同じ色温度であっても照度（光量）によって心理効果が異なるため、使用者が所望の心理効果を得ようとしても光色（色温度）と照度（光量）を適切に調整することは非常に困難である。

本発明は上記事情に鑑みて為されたものであり、その目的は、照明光の光色及び照度を容易に調整することができる点灯装置及び照明装置を提供することにある。

本発明の点灯装置は、互いに異なる色の光を放射する複数の発光素子を点灯させ、その合成光の色温度と光量を制御する点灯装置であって、色温度と光量を指示する制御信号が外部から入力され、前記制御信号に対応した直流電圧を出力する制御信号入力部と、前記直流電圧を複数の発光素子を駆動するための駆動信号に変換する駆動信号変換部と、前記駆動信号に従い各発光素子を駆動する複数の発光素子駆動部とを具備し、合成光の色温度と光量の関係が所定の色温度未満の範囲では、色温度が増加すると光量も増加するように色温度と光量が連動して増減し、合成光の色温度と光量の関係が所定の色温度以上の範囲では、色温度の増減に対して、光量が所定範囲内に収まる様に制御信号入力部と駆動信号変換部とが色温度と光量の関係を決定し、制御信号入力部と駆動信号変換部は、所定の色温度未満の範囲では、色温度を横軸、光量を縦軸としたとき、下に凸となるように連動して増減することを特徴とする。

本発明の照明装置は、前記点灯装置と、互いに異なる色の光を放射し、点灯装置により点灯される複数の発光素子と、人による操作入力を受け付け、前記色温度と光量を指示する前記制御信号を出力する操作入力受付手段とからなることを特徴とする。

この照明装置において、前記所定の色温度以上の範囲では、操作入力受付手段で受け付ける操作入力の操作量の変化と合成光の逆数色温度の差が比例関係となることが好ましい。

本発明の点灯装置及び照明装置は、照明光の光色及び照度を容易に調整することができるという効果がある。

本発明の実施形態１を示し、（ａ）は全体構成図、（ｂ）は電源ユニットのブロック図、（ｃ）はＬＥＤ駆動部の回路構成図である。（ａ），（ｂ）は同上における操作部の操作量と色温度の関係を説明する説明図である。同上の動作説明図である。同上における電源ユニットの別構成を示すブロック図である。本発明の実施形態２を示し、（ａ）は全体構成図、（ｂ）は電源ユニットのブロック図である。同上における電源ユニットの別構成を示すブロック図である。照明光の色温度と照度に対する心理効果（クルーゾフ効果）を説明するための説明図である。

（実施形態１）
本実施形態の照明装置は、図１（ａ）に示すように照明光源３と、コントローラ１と、点灯装置に相当する電源ユニット２とで構成されている。照明光源３は、赤色系（Ｒ）、緑色系（Ｇ）、青色系（Ｂ）の３色の発光素子（発光ダイオード）３Ｒ，３Ｇ，３Ｂを有している。但し、３色の発光素子は発光ダイオード以外の発光素子、例えば、有機ＥＬ素子であっても構わない。ここで、各色の発光素子３Ｒ，３Ｇ，３Ｂの光色の色度座標がそれぞれ（ｘ_R，ｙ_R），（ｘ_G，ｙ_G），（ｘ_B，ｙ_B）であり、各発光素子３Ｒ，３Ｇ，３Ｂの光量がそれぞれＹ_R，Ｙ_G，Ｙ_Bであるとすれば、混色光である照明光の光色の色度座標（ｘ₀，ｙ₀）及び光量Ｙ₀は、下記の数１で表される。

ここにおいて、発光ダイオードからなる発光素子３Ｒ，３Ｇ，３Ｂについては光量Ｙ_R，Ｙ_G，Ｙ_Bを変えても光色（光の波長）が変化しないので、発光素子３Ｒ，３Ｇ，３Ｂの光量Ｙ_R，Ｙ_G，Ｙ_Bの比率を変化させることで混色として得られる照明光(合成光)の光色を変えることができ、また、各発光素子３Ｒ，３Ｇ，３Ｂの光量Ｙ_R，Ｙ_G，Ｙ_Bの比率を保った状態で光量Ｙ_R，Ｙ_G，Ｙ_Bを変化させれば、同一の光色において照明光の光量を変えることができる。発光ダイオードからなる発光素子３Ｒ，３Ｇ，３Ｂの光量Ｙ_R，Ｙ_G，Ｙ_Bは給電量によって決まるから、後述するように電源ユニット２から各発光素子３Ｒ，３Ｇ，３Ｂに供給する給電量を増減することで照明光の光色並びに光量を調節することができる。ここで、照明光の色度が黒体軌跡にほぼ沿って変化するように照明光源の各発光素子３Ｒ，３Ｇ，３Ｂの光量Ｙ_R，Ｙ_G，Ｙ_Bを決定することにより、照明光の光色を色温度で指定することができる。

電源ユニット２は、図１（ｂ）に示すように、コントローラ１から制御信号が入力される制御信号入力部２０と、コントローラ１を通じて給電される交流電圧を所望の直流電圧に変換する交流／直流変換部２１と、緑色系の発光素子３Ｇを駆動する緑系ＬＥＤ駆動部２２Ｇと、赤色系の発光素子３Ｒを駆動する赤系ＬＥＤ駆動部２２Ｒと、青色系の発光素子３Ｂを駆動する青系ＬＥＤ駆動部２２Ｂと、制御信号入力部２０に入力される制御信号を、緑系ＬＥＤ駆動部２２Ｇ、赤系ＬＥＤ駆動部２２Ｒ、青系ＬＥＤ駆動部２２Ｂに与えるべき駆動信号に変換する駆動信号変換部２３とを備えている。

３つの駆動部２２Ｇ，２２Ｒ，２２Ｂは全て共通の構成を有するものであって、図１（ｃ）に示すように交流／直流変換部２１の高電位側の出力端と発光素子３のアノードとの間に挿入された限流抵抗Ｒと、発光素子３のカソードにソースが接続されるとともにドレインが交流／直流変換部２１の低電位側の出力端（グランド）に接続された電界効果トランジスタからなるスイッチング素子Ｑ１と、駆動信号変換部２３から出力される駆動信号を波形整形する波形整形回路とで構成される。この波形整形回路は従来周知のものであって、コレクタが交流／直流変換部２１の高電位側の出力端に接続され且つエミッタがスイッチング素子Ｑ１のゲートに接続されたＰＮＰ型のバイポーラトランジスタＴｒ１並びにコレクタがスイッチング素子Ｑ１のゲートに接続され且つエミッタがグランドに接続されたＮＰＮ型のバイポーラトランジスタＴｒ２からなり、並列接続された２つのトランジスタＴｒ１，Ｔｒ２のベースに入力される駆動信号を波形整形してスイッチング素子Ｑ１のゲートに出力する。ここで、駆動信号変換部２３ではオンデューティ比が可変である一定周期の矩形波信号からなる駆動信号を出力することにより、駆動部２２Ｇ，２２Ｒ，２２Ｂのスイッチング素子Ｑ１をＰＷＭ（パルス幅変調）制御して発光素子３Ｇ，３Ｒ，３Ｂへの給電量を調節している。

コントローラ１は箱形の合成樹脂成形品からなるハウジング１０を有し、ハウジング１０の前面に円筒形状の操作部１１と電源スイッチの操作釦１２が配設されている（図１（ａ）参照）。電源スイッチ（図示せず）はタンブラスイッチや押釦スイッチからなり、交流電源ＡＣから電源ユニット２への給電経路を開閉するものである。ハウジング１０内には操作部１１の操作によって抵抗値が変化する可変抵抗器（図示せず）、可変抵抗器の抵抗値をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器（図示せず）、Ａ／Ｄ変換器でデジタル値に変換された抵抗値に基づいて制御信号を生成する制御信号生成部（図示せず）が収納されている。

操作部１１はハウジング１０に対して約３１５度（７／４π）の範囲で回動自在に設けられており、前面に形成されているマーク１１ａが６時の位置にあるときに可変抵抗器の抵抗値が最小値となり、当該マーク１１ａが４時の位置と５時の位置の中間位置（４時半の位置）にあるときに可変抵抗器の抵抗値が最大値となる。そして、６時の位置と４時半の位置との間で操作部１１が時計回り及び反時計回りに回動するときに可変抵抗器の抵抗値が直線的に変化し、当該抵抗値に基づいて操作部１１の操作量（マーク１１ａの位置）を知ることができる。

制御信号生成部は、可変抵抗器の抵抗値の最小値から最大値までの値と一対一に対応するオンデューティ比を有した制御信号（ＰＷＭ信号）を生成して電源ユニット２に出力する。ここで、操作部１１の操作量、すなわち、制御信号のオンデューティ比が照明光源３の照明光の光色（色温度）に対応しているが、照明光の色温度の変化量と人が知覚する光色の変化量とは一致しない。つまり、相対的に低い色温度（例えば、２８００Ｋ）における色温度の変化量と相対的に高い色温度（例えば、４５００Ｋ）における色温度の変化量とが等しい（例えば、１００Ｋ）場合であっても、前者の色温度変化は容易に認識されるが、後者の色温度変化は認識され難い。よって、単純に操作部１１の操作量と色温度の変化量に相関関係を持たせると、実際に認識される色温度変化との間に違和感が生じて使い勝手が悪くなってしまう。

ここで、色温度の変化に対して、色温度の逆数を百万（１０⁶）倍した値である逆数色温度（単位はＭＫ^-1＜毎メガケルビン＞あるいはミレッド）の差分が等しければ、人には光色の変化がほぼ同じと感じられることが知られている。そこで本実施形態では、図２（ｂ）に直線イで示すように、操作入力の変化量（操作部１１の操作量の差分）と逆数色温度（制御信号のオンデューティ比）の差分とが比例関係を保って変化するように操作部１１の操作量（角度〔ｄｅｇ〕）と逆数色温度との対応関係を設定している。具体的には、図２（ａ）に示すように操作部１１の操作量が一定の差分（約３６〔ｄｅｇ〕）で変化したときに、逆数色温度の差分がほぼ一定の値（約５０±３）となるように各操作量（抵抗値）に対応する逆数色温度が設定してある。

電源ユニット２においては、コントローラ１の制御信号生成部から出力される制御信号が、制御信号入力部２０によってオンデューティ比（逆数色温度）に対応した電圧レベルの直流電圧信号に変換され、さらに当該直流電圧信号が、駆動信号変換部２３にて各色系のＬＥＤ駆動部２２Ｇ，２２Ｒ，２２Ｂに対する駆動信号に変換される。駆動信号変換部２３はマイコンとメモリを有しており、直流電圧信号の信号レベル（逆数色温度）、当該逆数色温度から逆算される色温度、色温度に対応する照明光の光色の色度座標（ｘ₀，ｙ₀）、当該色度座標と対応する各発光素子３Ｒ，３Ｇ，３Ｂの光量Ｙ_R，Ｙ_G，Ｙ_Bの比率、並びに各発光素子３Ｒ，３Ｇ，３Ｂの光量Ｙ_R，Ｙ_G，Ｙ_Bの対応関係を表した変換テーブルがメモリに格納され、当該変換テーブルに基づいてマイコンにより直流電圧信号を駆動信号に変換する。

ところで、照明光の光色と光量を互いに独立して調節することが可能ではあるが、従来技術で説明したように、同じ色温度であっても照度（光量）によって心理効果が異なるため、使用者が所望の心理効果（クルーゾフ効果）を得ようとしても光色（色温度）と照度（光量）を適切に調整することは非常に困難である。一方、クルーゾフ効果を考慮すると、心理効果の面から快適な照明環境を実現するためには、光色の色温度が高くなるにつれて光量が増大するような特性とすることが望ましく、特に低い色温度の領域（白熱ランプの光色である約２８００Ｋ以下の領域）では、白熱ランプを調光したときに得られる照度（光量）と光色（色温度）の特性を模擬することが好ましい。また、中程度及び高い色温度の領域においては、色温度の上昇とともに光量を増大させてもよいが、一般的な照明用途においては定格程度の光量が得られれば十分であり、それ以上に光量を増大することは省エネルギの観点から好ましくないので、所定の色温度（例えば、２８００Ｋ）以上の領域では光量を一定とすることが望ましい。さらに、高い色温度の領域においては３色の発光素子３Ｒ，３Ｇ，３Ｂのうちで青色系の発光素子３Ｂの光量Ｙ_Bの比率が高くなるが、青色系の発光素子３Ｂの発光効率が他の発光素子３Ｒ，３Ｇに比べて低いため、照明光の光量Ｙ₀を一定に保ったままで光色（色温度）を上昇させることは難しい場合が有る。故に、所定の色温度（例えば、２８００Ｋ）以上の領域では色温度の上昇に伴って光量を減少させることが好ましい。

以上の観点から、本実施形態では、図３に曲線ロで示すように所定の色温度（本実施形態では約２８００Ｋ）未満の範囲では操作部１１の操作量に対応して照明光の色温度並びに光量が連動して増減し、２８００Ｋ以上の色温度の範囲では光量を所定範囲（定格の光量を１００％としたときにＺ％〜Ｙ％の範囲。但し、Ｙは１１０％〜１２０％程度，Ｚは８０％〜９０％程度とする。）内に収めつつ操作部１１の操作量に対応して照明光の色温度が増減するように各発光素子３Ｒ，３Ｇ，３Ｂの光量Ｙ_R，Ｙ_G，Ｙ_Bを決定している。尚、図３においては操作部１１の操作量を４５度（１／４π）ずつ区切ったときの各操作量と対応する特性曲線ロの値（位置）を矢印で示している。但し、図３に示した特性曲線ロは一例であって、所定の色温度（例えば２８００Ｋ）未満の色温度の範囲では点線ハで囲まれた三角形の領域内で色温度−光量特性を設定すればよく、同じく所定の色温度以上の範囲では点線ニで囲まれた長方形の領域内で色温度−光量特性を設定すればよい。また、色温度の下限値及び上限値は、図３に示した値（約１５００Ｋ及び１００００Ｋ）に限定されるものではない。

而して、コントローラ１の操作部１１が６時の位置から１０時半の位置までの間で操作される場合、操作部１１の操作量（マーク１１ａの位置）に応じて照明光の色温度が最小値（約１５００Ｋ）から所定の色温度（２８００Ｋ）の範囲で増減し且つ色温度が高いほど照明光の光量Ｙ₀が大きくなり、操作部１１が１０時半の位置から４時半の位置までの間で操作される場合、操作部１１の操作量に応じて照明光の色温度が所定の色温度（２８００Ｋ）から最大値（１００００Ｋ）の範囲で増減し且つ色温度が高いほど照明光の光量Ｙ₀が小さくなるように、駆動信号変換部２３で制御信号から駆動信号に変換される。

上述のように本実施形態によれば、操作入力受付手段（コントローラ１の操作部１１，可変抵抗器，Ａ／Ｄ変換器）で受け付ける操作入力に応じて、電源ユニット２の制御信号入力部２０及び駆動信号変換部２３が、所定の色温度未満の範囲では操作入力の変化（操作部１１の操作量）に対応して照明光の色温度並びに光量が連動して増減するように照明光源３の各発光素子３Ｒ，３Ｇ，３Ｂの光量を決定し、前記所定の色温度以上の範囲では光量を所定範囲内に収めつつ操作入力の変化に対応して照明光の色温度が増減するように照明光源３の各発光素子３Ｒ，３Ｇ，３Ｂの光量を決定するので、人が各色毎に各別に光量を調整していた従来例に比較して照明光の光色（色温度）及び照度（光量）を容易に調整することができる。ここで、照明光の色温度が所定の色温度（２８００Ｋ）以上の範囲においては、操作部１１の操作量の差分と逆数色温度（制御信号のオンデューティ比）の差分との間に比例関係を保つように操作部１１の操作量と色温度を対応付けているので、操作部１１の操作量の差分と、実際に認識される色温度変化との間に違和感が生じないことから使い勝手が向上するという利点もある。

尚、制御信号のオンデューティ比を逆数色温度ではなく色温度に対応させる場合においては、図２（ａ）に曲線イ’で示すように操作部１１の操作量に対して制御信号のオンデューティ比（色温度）が略指数関数的に変化するような対応関係によって、コントローラ１の制御信号生成部が制御信号を生成すればよい。

また、図４は電源ユニット２の別の構成を示すブロック図である。この構成においては、制御信号入力部２０から出力される直流電圧信号を各色系のＬＥＤ駆動部２２Ｇ，２２Ｒ，２２Ｂに対する駆動信号に変換する駆動信号変換部２３の機能が各ＬＥＤ駆動部２２Ｇ，２２Ｒ，２２Ｂに搭載され、駆動信号変換部２３が省略されている。

（実施形態２）
本実施形態の照明装置は、図５に示すように実施形態１におけるコントローラ１のハウジング１０内に電源ユニット２を内蔵した点に特徴があり、基本的な構成は実施形態１と共通である。よって、実施形態１と共通の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。

本実施形態においては、操作部１１の操作によって抵抗値が変化する可変抵抗器（図示せず）、可変抵抗器の抵抗値をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器（図示せず）、Ａ／Ｄ変換器でデジタル値に変換された抵抗値に基づいて逆数色温度（又は色温度）に対応した直流電圧信号を生成するコントローラ入力部２４が制御信号入力部２０の代わりにハウジング１０内に収納されている。但し、コントローラ入力部２４から出力される直流電圧信号は実施形態１における制御信号入力部２０から出力される直流電圧信号と共通である。また図５（ｂ）では実施形態１で図示を省略していた電源スイッチＳＷを図示している。

而して、実施形態１ではコントローラ１と電源ユニット２を別々に設置して給電用の電線と制御信号伝送用の電線で接続する必要があるが、本実施形態ではコントローラ１の設置のみで電線の配線が省略できるという利点がある。

また、図６はコントローラ１の別の構成を示すブロック図である。この構成においては、コントローラ入力部２４から出力される直流電圧信号を各色系のＬＥＤ駆動部２２Ｇ，２２Ｒ，２２Ｂに対する駆動信号に変換する駆動信号変換部２３の機能が各ＬＥＤ駆動部２２Ｇ，２２Ｒ，２２Ｂに搭載され、駆動信号変換部２３が省略されている。

１コントローラ
２電源ユニット(点灯装置）
３照明光源
３Ｒ赤色系の発光素子
３Ｇ緑色系の発光素子
３Ｂ青色系の発光素子
１１操作部
２０制御信号入力部
２２Ｇ緑系ＬＥＤ駆動部
２２Ｒ赤系ＬＥＤ駆動部
２２Ｂ青系ＬＥＤ駆動部
２３駆動信号変換部

Claims

互いに異なる色の光を放射する複数の発光素子を点灯させ、その合成光の色温度と光量を制御する点灯装置であって、
色温度と光量を指示する制御信号が外部から入力され、前記制御信号に対応した直流電圧を出力する制御信号入力部と、前記直流電圧を複数の発光素子を駆動するための駆動信号に変換する駆動信号変換部と、前記駆動信号に従い各発光素子を駆動する複数の発光素子駆動部とを具備し、
合成光の色温度と光量の関係が所定の色温度未満の範囲では、色温度が増加すると光量も増加するように色温度と光量が連動して増減し、合成光の色温度と光量の関係が所定の色温度以上の範囲では、色温度の増減に対して、光量が所定範囲内に収まる様に制御信号入力部と駆動信号変換部とが色温度と光量の関係を決定し、
制御信号入力部と駆動信号変換部は、所定の色温度未満の範囲では、色温度を横軸、光量を縦軸としたとき、下に凸となるように連動して増減することを特徴とする点灯装置。
請求項１の点灯装置と、互いに異なる色の光を放射し、点灯装置により点灯される複数の発光素子と、人による操作入力を受け付け、前記色温度と光量を指示する前記制御信号を出力する操作入力受付手段とからなることを特徴とする照明装置。
前記所定の色温度以上の範囲では、操作入力受付手段で受け付ける操作入力の操作量の変化と合成光の逆数色温度の差が比例関係となることを特徴とする請求項２記載の照明装置。