説明

照明装置および照明制御方法

【課題】測光素子を別途設ける必要なしに、周囲の外光輝度に応じて色調およびまたは光量を調整する。
【解決手段】 発光色の異なる複数の光源(LEDw、LEDo)を有し、この複数の光源の少なくともひとつは、発光と受光とで切り替えて使用される受発光兼用ダイオード(LEDo)であり、この受発光兼ダイオード(LEDo)の受光出力に応じて複数の光源(LEDw、LEDo)の発光状態を制御する発光制御回路(100、R1〜R4、Q1〜Q3、Q5)を有し、この発光制御回路は、受発光兼用ダイオード(LEDo)の温度に応じて複数の光源(LEDw、LEDo)の発光状態を補正する手段(100)を有する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、照明装置および照明制御方法に関する。
【背景技術】
【0002】
白色発光ダイオード(LED:Light Emitting Diode)の長寿命かつ低消費電力という特徴を生かし、照明器具への応用がなされている。白色発光ダイオードを照明器具に使用する場合に、その照明光量の調整は、通常は、駆動電流のデューティー比を制御することにより実現される。また、別途設ける測光素子により外光輝度を測定し、この照明光量を切り替えることにより、エネルギー消費を削減することも提案されている。さらに、白色だけでなく、たとえば3原色の発光ダイオードを使用し、照明光の色調を調整して照明効果を高めることも行われている(たとえば特許文献1、2参照)。
【0003】
ところで、照明は、昼には白色光でもよいが、夜の室内は暖色系の光による照明の方が安らげることが知られている。また、昼は太陽の光もあり、十分な明るさを確保でき、通常の作業ができるが、夜は照明装置のみの明るさとなり、眼を使う作業が十分に行えないということがある。また、逆に、昼間は十分な光量によって作業をし、夜は省エネを考えて少ない光量としたいという要望も考えられる。特許文献1、2に記載の技術は、出力を一定としながら照明光の色調を調整するものであるため、そのような要望には対応することができない。測光素子を別途設けて照明光量を切り替える技術では、照明とは別の位置に測光素子を配置する必要があり、また、そのための回路も必要となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開2009−009782号公報
【特許文献2】特開2009−009817号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
本願発明者は、上述の課題を解決するため、測光素子を別途設ける必要なしに周囲の外光輝度に応じて色調およびまたは光量を調整することのできる照明装置を発明し、既に特許出願した(特願2009−096408、以下、「先の出願」という)。
【0006】
先の出願に記載した発明では、白色光源と少なくとも1種類の色の単色発光ダイオードとを組み合わせ、単色発光ダイオードの少なくともひとつを発光と受光とで切り替えて受発光兼用ダイオードとして使用し、この受発光兼用ダイオードの受光出力に応じて白色光源と単色発光ダイオードとの発光状態を制御することにより、照明光の色調およびまたは光量を制御している。すなわち、受発光兼用ダイオードにより外光輝度を測光し、その測光値により、全体の色調や光量を制御している。しかし、その後の実験で、単色発光ダイオードを発光動作させたときの熱により、測光動作時の測光が常温時と異なってしまう場合があることが判明した。
【0007】
本発明は、このような背景になされたものであり、温度変動があっても常温時と同様の発光状態の制御を行うことのできる照明装置および照明方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本発明の第1の観点によると、発光色の異なる複数の光源を有し、この複数の光源の少なくともひとつは、発光と受光とで切り替えて使用される受発光兼用ダイオードであり、この受発光兼用ダイオードの受光出力に応じて複数の光源の発光状態を制御する発光制御回路を有し、この発光制御回路は、受発光兼用ダイオードの温度に応じて複数の光源の発光状態を補正する手段を有する照明装置が提供される。
【0009】
本発明の第2の観点によると、発光と受光とで切り替え可能な受発光兼用ダイオードを含む複数の光源の発光状態を、受発光兼用ダイオードの受光出力に応じて制御する照明制御方法において、受発光兼用ダイオードの温度に応じて、複数の光源の発光状態を補正する照明制御方法が提供される。
【発明の効果】
【0010】
本発明によれば、温度変動があっても、受発光兼用ダイオードの温度に応じて複数の光源の発光状態を補正することで、常温時と同様の発光状態の制御を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【0011】
【図1】本発明の第1の実施の形態に係る照明装置の回路図である。
【図2】図1に示す照明装置内の制御用マイクロプロセッサによる制御の流れを示すフローチャートである。
【図3】図1に示す単色発光ダイオードLEDoを発光させるときの順方向電圧VFの温度特性例を示す図である。
【図4】図1に示す単色発光ダイオードLEDoのPN接合を受光素子として使用する場合の開放電圧Vocの温度特性例を示す図である。
【図5】測光回路を構成するFETトランジスタQ6のゲート電圧Vinとドレイン電圧Voutの入出力特性例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0012】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。
【0013】
[照明装置の回路構成]
図1は本発明の実施の形態に係る照明装置の回路図である。この照明装置は、発光色の異なる複数の光源として、白色光を発生する白色発光ダイオードLEDwと、白色以外の単色光を発生する単色発光ダイオードLEDoとを有する。白色発光ダイオードLEDwとして、図1では直列接続された2個の例を示すが、1個のみとしたり、直接接続された3個以上としてもよく、また、並列接続としてもよい。単色発光ダイオードLEDoとして、図1では1個だけを示すが、同じ発光色で複数、あるいは異なる発光色で複数設けることもできる。単色発光ダイオードLEDoの少なくともひとつは、発光と受光とで切り替えて使用される受発光兼用ダイオードである。照明装置は、受発光兼用ダイオードの受光出力に応じて白色発光ダイオードLEDwと単色発光ダイオードLEDoとの発光状態を制御する発光制御回路として、制御用マイクロプロセッサ100と、抵抗R1〜R4およびトランジスタQ1〜Q3、Q5とを有する。
【0014】
白色発光ダイオードLEDwのアノードは、抵抗Rを介して、電源Vddに接続される。白色発光ダイオードLEDwのアノードはまた、発光ダイオード駆動集積回路101のIsense端子に接続される。白色発光ダイオードLEDwのカソードは、リアクタンスL1を介して発光ダイオード駆動集積回路101のLX端子に接続される。抵抗R、白色発光ダイオードLEDwおよびリアクタンスL1の直列回路には、並列に、保護用のダイオードDが接続される。電源Vddと接地点GNDとの間には、キャパシタCが設けられる。発光ダイオード駆動集積回路101のVin端子には、電源Vddが接続される。発光ダイオード駆動集積回路101のGND端子は、接地(GND)される。発光ダイオード駆動集積回路101のADJ端子は、電流値調整端子であり、白色発光ダイオードLEDwに流れる電流を設定するための電圧が入力される。発光ダイオード駆動集積回路101としては、一般的なスイッチングレギュレータを用いる。
【0015】
発光ダイオード駆動集積回路101のADJ端子には、抵抗R1〜R4およびトランジスタQ1〜Q3、Q5からなる回路が接続される。抵抗R1は、一端が、電圧レギュレータ102の出力する電源Vccに接続される。電圧レギュレータ102の入力は、電源Vddに接続される。抵抗R1の他端は、抵抗R2を介してトランジスタQ1のコレクタに、抵抗R3を介してトランジスタQ2のコレクタに、抵抗R4を介してトランジスタQ3のコレクタに、抵抗を介さずにトランジスタQ5のコレクタに、それぞれ接続される。トランジスタQ1〜Q3のエミッタは接地(GND)される。抵抗R1の他端はまた、発光ダイオード駆動集積回路101のADJ端子に接続される。
【0016】
トランジスタQ1のベースは、制御用マイクロプロセッサ100の出力ポートRB1に接続される。トランジスタQ2のベースは、制御用マイクロプロセッサ100の出力ポートRB2に接続される。トランジスタQ3のベースは、制御用マイクロプロセッサ100のRB3端子に接続される。トランジスタQ5のベースは、制御用マイクロプロセッサ100の出力ポートRC1に接続される。制御用マイクロプロセッサ100のVcc端子には、電圧レギュレータ102の出力する電源Vccが接続される。制御用マイクロプロセッサ100のVss端子は、接地される。
【0017】
単色発光ダイオードLEDoのアノードは、FETトランジスタQ6のゲートに接続され、トランジタQ7のコレクタ、エミッタを介して電圧Vccに接続される。FETトランジスタQ6は、ドレインが抵抗R6を介して電源Vccに接続され、ソースが抵抗R7を介して接地(GND)されて、測光回路を構成する。FETトランジスタQ6のドレインは、制御用マイクロプロセッサ100のアナログ・ディジタル変換ポートAN1に接続される。トランジスタQ7のベースは、抵抗R8を介して電源Vccに接続される。トランジスタQ7のベースにはまた、インバータゲートI1〜I3および抵抗R9を介して、制御用マイクロプロセッサ100の出力ポートRC0が接続される。
【0018】
単色発光ダイオードLEDoのカソードは、抵抗R10を介して電源Vccに接続され、抵抗R11を介して接地(GND)され、さらには、トランジスタQ8のコレクタに接続される。単色発光ダイオードLEDoのカソードとトランジスタQ8のコレクタとの接続点は、制御用マイクロプロセッサ100のアナログ・ディジタル変換ポートAN2に接続される。トランジスタQ8のエミッタは、抵抗R12を介して接地(GND)される。トランジスタQ8のエミッタはまた、トランジスタQ9のベースに接続される。トランジスタQ8のベースは、可変抵抗VR13を介して電源Vccに接続され、かつトランジスタQ9のコレクタ、エミッタを介して接地(GND)される。トランジスタQ9のコレクタには、トランジスタQ10のコレクタが接続される。トランジスタQ10のエミッタは接地(GND)される。トランジスタQ10のベースおよびエミッタには、制御用マイクロプロセッサ100の出力ポートRC0が、インバータゲートI1を介して接続される。
【0019】
[基本的な動作]
以上の構成において、トランジスタQ8、Q9と抵抗R12および可変抵抗VR13は、従来から知られている定電流駆動回路を構成する。すなわち、トランジスタQ8のコレクタ電流が増加すると、トランジスタQ8のエミッタと接地との間に接続されている抵抗R12の電位降下が大きくなり、トランジスタQ9がオンになる。これにより、トランジスタQ8のベース電流が減少し、結果として、トランジスタQ8のコレクタ電流が減少する。トランジスタQ8のコレクタ電流が減少した場合は、逆の作用が起こる。このようにして、トランジスタQ8のコレクタ電流は、一定に保たれる。定電流値は、可変抵抗VR13により微調整できる。
【0020】
定電流駆動回路のオン、オフは、制御用マイクロプロセッサ100の出力ポートRC0からの信号により制御される。出力ポートRC0が高電位になると、インバータゲートI1の出力が低電位となり、トランジスタQ10がオフとなる。同時に、インバータI3の出力も低電位となり、トランジスタQ7はオンとなる。これにより、単色発光ダイオードLEDoが、定電流駆動されて発光する。
【0021】
出力ポートRC0が低電位になると、トランジスタQ10はオンとなり、トランジスタQ8がオフとなる。これにより、単色発光ダイオードLEDoのカソードに、抵抗R10、R11のバイアス電圧が供給される。また、トランジスタQ7はオフとなり、単色発光ダイオードLEDoのアノードは開放となる。これにより、単色発光ダイオードLEDoが受光ダイオードとして動作する。FETトランジスタQ6は、外光輝度により発生した単色発光ダイオードLEDoの開放電圧を測定する。FETトランジスタQ6の出力電圧Voutは、制御用マイクロプロセッサ100のアナログ・ディジタル変換ポートAN1に入力される。
【0022】
一方、白色発光ダイオードLEDwは、発光ダイオード駆動集積回路101により駆動される。この実施の形態では、抵抗R1に対する分圧抵抗を抵抗R2から抵抗R4のうちから選ぶことにより、3種類の駆動電流値を選択できる。各駆動電流値は、対応するトランジスタQ1からQ3のいずれかをオンにすることにより選択できる。また、トランジスタQ5をオンにすることにより、駆動電流をオフにすることができる。ここで、抵抗R2は、白色発光ダイオードLEDwの駆動電流が100mAとなる値に設定されているものとする。同様に、抵抗R3は、駆動電流が300mAとなる値に設定され、抵抗R4は、駆動電流が600mAとなる値に設定されているものとする。また、可変抵抗VR13は、単色発光ダイオードLEDoの駆動電流が200mAとなるように設定されているものとする。
【0023】
[発光制御]
図2は、制御用マイクロプロセッサ100による発光制御の流れを示すフローチャートである。
【0024】
制御用マイクロプロセッサ100は、照明時には、出力ポートRC0を高電位、RC1を低電位とし、出力ポートRB1〜RB3のいずれかを高電位とする。これにより、単色発光ダイオードLEDoは、200mAで定電流駆動されて発光する。また、白色発光ダイオードLEDwは、出力ポートRB1〜RB3の出力に対応する電流で駆動されて発光する。ここで、初期状態では、白色発光ダイオードLEDwを300mAで駆動するものとする(ステップS1)。すなわち、制御用マイクロプロセッサ100は、初期状態では、出力ポートRB2を高電位、出力ポートRB1、RB3を低電位とする。
【0025】
また、このとき、制御用マイクロプロセッサ100は、このときの定電流駆動回路の電位降下、すなわち単色発光ダイオードLEDoのカソードとトランジスタQ8のコレクタとの接続点の電圧Vciを、アナログ・ディジタル変換ポートAN1によりディジタル信号に変換し、初期電圧値Vci1として記憶する(ステップS2)。単色発光ダイオードLEDoは、発光すると、流れる電流により発熱する。発熱量に比例して、単色発光ダイオードLEDoの順方向電圧VFが減少する。単色発光ダイオードLEDoが定電流で駆動されるなら、順方向電圧VFの減少分の電圧ΔVFが、定電流駆動回路の電位降下(Vci)の増加分として現れることになる。したがって、電位降下の初期値に対する変化分を測定すれば、温度による順方向電圧VFの変化分であるΔVFを検出できる。
【0026】
ステップS1、S2の後、制御用マイクロプロセッサ100は、任意間隔の時間、例えば30秒毎に(ステップS3でY)、定電流駆動回路の電位降下(電圧値Vci2)を測定し(ステップS4)、2ミリ秒間だけ、出力ポートRC0を低電位に、出力ポートRC1を高電位にする。これにより、白色発光ダイオードLEDwと単色発光ダイオードLEDoの発光が停止し、単色発光ダイオードLEDoは測光モードとなる。そして、FETトランジスタQ6のドレインに、測光レベルとして、外光輝度に比例した電圧が得られる(ステップS5)。制御用マイクロプロセッサ100は、この電圧をアナログ・ディジタル変換し、定電流駆動回路の電位変化ΔVci=Vci2−Vci1により温度補正し(ステップS6)、その温度補正した測光レベルをあらかじめ設定されているテーブル値と比較して、白色発光ダイオードLEDwの電流値を選択する。(ステップS7)。
【0027】
外光輝度を測光するためには、白色発光ダイオードLEDwと単色発光ダイオードLEDoの双方を消灯する必要がある。このため、使用者に照明のちらつきを意識させないように、2ミリ秒またはそれより短い時間で測光することが望ましい。測光終了後、制御用マイクロプロセッサ100は、白色発光ダイオードLEDwおよび単色発光ダイオードLEDoを点灯する(ステップS8)。
【0028】
[測光出力の温度補正]
図3は、単色発光ダイオードLEDoを発光させるときの順方向電圧VFの温度特性例を示す図である。また、図4、単色発光ダイオードLEDoのPN接合を受光素子として使用する場合の開放電圧Vocの温度特性例を示す図である。
【0029】
定電流駆動回路の電位変化ΔVci=Vci2−Vci1は、発熱による単色発光ダイオードLEDoの順方向電圧VFの変化分となる。順方向電圧VFの温度による変化は、図3に示す例では、約−2mV/℃で現れている。したがって、温度が高くなると単色発光ダイオードLEDoの順方向電圧VFは小さくなり、順方向電圧VFを反映する電位変化ΔVciは、約2mV/℃で変化する温度係数をもつことになる。
【0030】
一方、単色発光ダイオードLEDoの開放電圧Vocの温度変化は、約−2.3mV/℃で現れている。したがって、温度が高くなると開放電圧Vocは小さくなり、順方向電圧VFと同一傾向になる。また、その温度係数もほぼ等しいので、順方向電圧VF分に相当する電圧を測光出力電圧からシフトすれば、測光値の温度補正が行われることになる。
【0031】
図5は、測光回路を構成するFETトランジスタQ6のゲート電圧Vinとドレイン電圧Voutの入出力特性例を示す図である。図の直線部分を使用するようにバイアス電圧を設定した場合のΔVout/ΔVinは、Vin=2.2V付近で約−7倍となっている。ここで、負号は、入力電圧が高くなると、出力電圧が低くなっていることを示す。したがって、温度による順方向電圧VFの変化分に相当する電位変化ΔVciを7倍した電圧値を測光出力電圧Voutから減算することで、温度補正をすることができる。また、測光レベル対して、白色発光ダイオードLEDwの発光状態を制御するためにあらかじめ設定されているテーブルの値(判定レベル値)に加算する補正を行うことでも、温度補正ができる。
【0032】
外光輝度に対してFETトランジスタQ6のドレインに得られる測光出力電圧は、外光輝度が暗くなると高くなる。制御用マイクロプロセッサ100は、測光出力電圧が低く、外光輝度が十分あると判断されたときは、白色発光ダイオードLEDwの電流値を300mAのように設定し、全体の消費電力を抑える。一方、測光結果が夕暮れ時を表しているような場合は、白色発光ダイオードLEDwの電流値を600mAに設定し、より明るい照明を得る。測光結果が夜間を表している場合は、白色発光ダイオードLEDwの電流値を200mAに設定し、省エネルギーモードとする。
【0033】
単色発光ダイオードLEDoの電流値は200mAで一定であるから、白色発光ダイオードLEDwの電流値を変化させると、照明の色調が変化する。たとえば、単色発光ダイオードLEDoとしてオレンジ色で発光するものを用いる場合、白色発光ダイオードLEDwの駆動電流値を小さくすると、オレンジ色の混色の度合いが強まり、電球色の色調を帯びるようになる。これにより、省エネルギー効果と安らぎ効果とを得ることができる。
【0034】
以上の説明では、単色発光ダイオードLEDoとして、特に色を限定しないで説明するとともに、例示のひとつとしてオレンジ色で発光するものを用いるものとしたが、発光色が暖色系であれば、赤など、他の色で発光するものを用いることもできる。また、電球色を発光ダイオードで再現するために、3原色の赤、緑、青の発光色の発光ダイオードの発光輝度を調整してもよい。
【0035】
また、図1に示す照明装置では、2個の白色発光ダイオードLEDwと1個の単色発光ダイオードLEDoとを組み合わせているが、さらに多数の発光ダイオードを組み合わせてもよく、発光色の異なるさらに多種類の発光ダイオードを組み合わせることもできる。単色発光ダイオードを複数用いる場合には、そのすべてを受光に用いる必要はなく、1個または少数個だけを受光用とすることができる。多数の発光ダイオードを組み合わせる場合には、最も長波長側の赤色発光ダイオードで測光することで、測光輝度範囲をより拡大できる。
【0036】
図1に示す照明装置では、単色発光ダイオードLEDoは定電流駆動されるものとして説明したが、この駆動電流を変化させることもできる。したがって、制御用マイクロプロセッサ100は、一般には、受発光兼用ダイオードの受光出力により表される外光輝度が比較的高い(まだ暗くなっていない)ときには、単色発光ダイオードLEDoの発光出力に対して相対的に白色発光ダイオードLEDwの発光出力を大きくし、外光輝度が比較的低い(暗くなった)ときには、単色発光ダイオードLEDoの発光出力に対して相対的に白色発光ダイオードLEDwの発光出力を小さくするようにしてもよい。さらに、昼のように外光輝度がさらに高いときには、白色発光ダイオードの発光出力を中間の値にすることが望ましい。
【0037】
制御用マイクロプロセッサ100に手動によりオン、オフが切り替えられるスイッチを設け、このスイッチがオンのときには、自動輝度判定を解除し、手動による発光量調整を可能とする構成とすることもできる。
【符号の説明】
【0038】
LEDw 白色発光ダイオード(光源の一部)
LEDo 単色発光ダイオード(受発光兼用ダイオード)
100 制御用マイクロプロセッサ(発光制御回路の一部、補正する手段)
101 発光ダイオード駆動集積回路
102 電圧レギュレータ
R1〜R4 抵抗(発光制御回路の一部)
Q1〜Q3、Q5 トランジスタ(発光制御回路の一部)
R、R6〜R11 抵抗
L1 リアクタンス
D ダイオード
C キャパシタ
Q6 FETトランジスタ
Q7、Q10 トランジスタ
Q8、Q9 トランジスタ(定電流駆動回路の一部)
R11 抵抗(定電流駆動回路の一部)
VR13 可変抵抗(定電流駆動回路の一部)
I1〜I3 インバータゲート

【特許請求の範囲】
【請求項1】
発光色の異なる複数の光源を有し、
この複数の光源の少なくともひとつは、発光と受光とで切り替えて使用される受発光兼用ダイオードであり、
この受発光兼ダイオードの受光出力に応じて上記複数の光源の発光状態を制御する発光制御回路を有し、
この発光制御回路は、上記受発光兼用ダイオードの温度に応じて上記複数の光源の発光状態を補正する手段を有する
ことを特徴とする照明装置。
【請求項2】
請求項1記載の照明装置において、発光時に前記受発光兼用ダイオードを定電流駆動する定電流駆動回路を有し、前記補正する手段は、上記定電流駆動回路の電位変化に基づいて前記受発光兼用ダイオードの温度補正を行うことを特徴とする照明装置。
【請求項3】
請求項2記載の照明装置において、前記補正する手段は、前記電位変化に応じて、前記受発光兼用ダイオードの受光出力電圧をシフトさせることを特徴とする照明装置。
【請求項4】
請求項2記載の照明装置において、前記補正する手段は、前記電位変化に応じて、前記受発光兼用ダイオードの受光出力に対して前記複数の光源の発光状態を制御するための判定レベル値を補正することを特徴とする照明装置。
【請求項5】
発光と受光とで切り替え可能な受発光兼用ダイオードを含む複数の光源の発光状態を、上記受発光兼用ダイオードの受光出力に応じて制御する照明制御方法において、
上記受発光兼用ダイオードの温度に応じて、上記複数の光源の発光状態を補正する
ことを特徴とする照明制御方法。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【公開番号】特開2011−3297(P2011−3297A)
【公開日】平成23年1月6日(2011.1.6)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2009−143227(P2009−143227)
【出願日】平成21年6月16日(2009.6.16)
【出願人】(000227364)日東光学株式会社 (151)
【Fターム(参考)】