(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
前記調光部は、前記合成光の明るさが暗くなるにしたがって前記合成光の色温度の変化率が大きくなるように、前記第1LEDと前記第2LEDとを調光することを特徴とする請求項1の照明装置。
前記調光部は、前記合成光の明るさと色温度との関係が白熱灯の明るさと色温度との関係と略同じになるように、前記第1LEDと前記第2LEDとを調光することを特徴とする請求項1又は2の照明装置。
前記調光部は、前記第1LEDの明るさが暗くなるにしたがって一定の変化率で小さくなる変数をrとし、前記第2LEDの明るさがrの平方根√rと等しくなるように、前記第1LEDと前記第2LEDとを調光することを特徴とする請求項1から3のいずれかの照明装置。
【発明を実施するための形態】
【0010】
以下、本発明の実施の形態について、図を用いて説明する。
【0011】
実施の形態1.
図1は、本実施の形態に係る照明装置10の構成を示す回路図である。
【0012】
図1において、照明装置10は、LED点灯装置10aと、第1LED25と、第2LED26を備える。LED点灯装置10aは、調光部の例であり、第1LED25及び第2LED26を点灯させ、また、第1LED25及び第2LED26を調光する。第1LED25は、色温度が2500K(ケルビン)以上かつ5000K以下の光を発する。本実施の形態では、第1LED25の例として、色温度が3500KのLED、即ち、温白色LEDが4つ直列接続されている。第2LED26は、ピーク波長が570nm(ナノメートル)以上かつ830nm以下の光を発する。ここでは、第2LED26の例として、ピーク波長が600nmの単色LED、即ち、橙色LEDが4つ直列接続されている。なお、第1LED25及び第2LED26の実装数は、それぞれ3つ以下でもよいし、5つ以上でもよい。
【0013】
LED点灯装置10aは、ダイオードブリッジ11と、昇圧回路15と、第1定電流出力回路17aと、第2定電流出力回路17bと、調光制御部31と、調光コントローラ32を備える。ダイオードブリッジ11は、商用電源ACからの交流電圧を整流して脈流電圧を生成する。昇圧回路15は、ダイオードブリッジ11に接続され、ダイオードブリッジ11で生成された脈流電圧を昇圧するとともに平滑して直流電圧を出力する。第1定電流出力回路17aは、昇圧回路15に接続され、昇圧回路15から出力された直流電圧により定電流を生成して第1LED25に出力する。即ち、第1定電流出力回路17aは、第1LED25に電力を供給する。第2定電流出力回路17bは、第1定電流出力回路17aと同様に、昇圧回路15に接続され、昇圧回路15から出力された直流電圧により定電流を生成して第2LED26に出力する。即ち、第2定電流出力回路17bは、第2LED26に電力を供給する。調光制御部31は、第1定電流出力回路17aと第2定電流出力回路17bを制御する。調光コントローラ32は、調光制御部31に調光信号を出力する。
【0014】
昇圧回路15は、ダイオードブリッジ11に接続されるコイル13と、コイル13に接続されるダイオード14及びMOSFET18と、ダイオード14の出力側に接続される電解コンデンサ16と、MOSFET18のスイッチングを制御する力率改善制御部12を備える。昇圧回路15は、力率改善制御部12によりMOSFET18をスイッチングさせて、コイル13の自己誘導により、ダイオードブリッジ11から入力される電圧を昇圧する。そして、昇圧回路15は、昇圧した電圧を、ダイオード14を介して電解コンデンサ16により平滑して出力する。
【0015】
第1定電流出力回路17aは、MOSFET19と、MOSFET19に接続されるダイオード23及びコイル24と、コイル24に接続される電解コンデンサ29と、MOSFET19のスイッチングを制御する第1制御部21を備える。第1定電流出力回路17aは、バックコンバータ方式により、電解コンデンサ29に並列に接続される第1LED25に定電流を出力する。
【0016】
第2定電流出力回路17bは、MOSFET20と、MOSFET20に接続されるダイオード27及びコイル28と、コイル28に接続される電解コンデンサ30と、MOSFET20のスイッチングを制御する第2制御部22を備える。第2定電流出力回路17bは、バックコンバータ方式により、電解コンデンサ30に並列に接続される第2LED26に定電流を出力する。
【0017】
調光制御部31は、調光コントローラ32から出力される調光信号を入力し、入力した調光信号に基づいて、第1定電流出力回路17a、第2定電流出力回路17bの出力電流を調整するための出力制御信号を、第1制御部21、第2制御部22に出力する。調光制御部31には、第1LED25及び第2LED26の明るさ及び色温度を制御するためのアルゴリズムが組み込まれている。調光制御部31は、このアルゴリズムに基づいて、第1定電流出力回路17a及び第2定電流出力回路17bの出力電流を制御することで、第1LED25及び第2LED26の明るさ及び色温度を、白熱電球の明るさ及び色温度に近い特性で制御する。調光制御部31は、例えばマイクロコンピュータで実装でき、この場合、上記アルゴリズムは、マイクロコンピュータで実行されるソフトウェアに組み込むことができる。
【0018】
調光制御部31に組み込まれているアルゴリズムでは、色温度の計算手法として、相関色温度の簡便な求め方を用いる。
【0019】
相関色温度はCIE・1960・uv色度図で定められている。色度座標u,vは、三刺激値X,Y,Zから、
u=4X/(X+15Y+3Z)
v=6Y/(X+15Y+3Z)
で求めることができる。uv色度図に黒体軌跡を描くと、相関色温度は、黒体軌跡と直交する直線(等色温度線)により定めることができる。しかしながら、色度座標u,vは、現在ではあまり使用されていない。
【0020】
色度座標x,yから相関色温度Tを求める近似式として、次式が提案されている(McCamy,1992)。
T=−437n
3+3601n
2−6861n+5514.31
ここで、
n=(x−0.3320)/(y−0.1858)
である。
【0021】
上記の式により、第1LED25及び第2LED26のデータシートに記載されている色度座標x,yの値と、第1LED25及び第2LED26の明るさ比率から容易に色温度を算出することができる。例えば、第1LED25の色度座標(x,y)=(0.3903,0.3826)、第2LED26の色度座標(x,y)=(0.5625,0.43)、第1LED25の光出力(調光度、明るさ)を100%、第2LED26の光出力を37%とする。この場合、照明装置10(第1LED25及び第2LED26の合成光)の色度座標(x,y)=(0.436807,0.395401)となるから、n=0.500028である。よって、照明装置10の色温度T=2929.335[K]となる。
【0022】
図2に、表1として、温白色LEDの色温度と明るさの対比表を、表2として、白熱電球の色温度と明るさの対比表を示す。また、
図8に、色温度を縦軸、明るさを横軸にした、表1と表2に対応するグラフを示す。
【0023】
表1は、本実施の形態で第1LED25として使用する温白色LED単体の色温度と明るさの特性を示したものである。表2は、白熱電球の色温度と明るさの特性を示したものである。
図8は、表1と表2を縦軸が色温度、横軸が明るさとなるようにグラフで表したものである。
【0024】
図8を見ると明らかなように、明るさが暗くなっていくにしたがってLEDと白熱電球の色温度の乖離が大きくなっていく。これが白熱電球からLEDへと切り替えた際の違和感につながっている。
【0025】
図3に、表3として、照明装置10と同様の構成で橙色LEDのみの明るさを可変とした場合の色温度と明るさの対比表を示す。また、
図9に、色温度を縦軸、明るさを横軸にした、表3と表2に対応するグラフを示す。
【0026】
表3は、色温度を可変とすべく、本実施の形態で第1LED25として使用する温白色LEDを固定出力とし、本実施の形態で第2LED26として使用する橙色LEDを可変出力とした場合の色温度と明るさの特性を示したものである。
図9は、表3と表2を縦軸が色温度、横軸が明るさとなるようにグラフで表したものである。
【0027】
図9を見ると明らかなように、温白色LEDの光出力を固定とし、橙色LEDの光出力を可変とした場合、制御がうまくいかない。これでは白熱電球からLEDへと切り替えた際の違和感を解消することが難しい。
【0028】
図4に、表4として、温白色LEDのみの明るさを可変とした、本実施の形態に係る照明装置10の色温度と明るさの対比表を示す。また、
図10に、色温度を縦軸、明るさを横軸にした、表4と表2に対応するグラフを示す。
【0029】
表4は、本実施の形態で第1LED25として使用する温白色LEDを可変出力とし、本実施の形態で第2LED26として使用する橙色LEDを固定出力とした照明装置10の色温度と明るさの特性を示したものである。
図10は、表4と表2を縦軸が色温度、横軸が明るさとなるようにグラフで表したものである。
【0030】
本実施の形態において、LED点灯装置10aの調光制御部31は、調光コントローラ32から調光度L[%](5≦L≦100)を指令する調光信号を受信すると、第1LED25が調光度Lに応じた光出力で点灯するように、第1定電流出力回路17aを制御する。このとき、調光制御部31は、第2LED26が調光度Lに関係なく一定の光出力で点灯するように、第2定電流出力回路17bを制御する。即ち、本実施の形態では、調光制御部31が、照明装置10の調光度(合成光の目標の明るさ)が小さくなるにしたがって、第1LED25の光出力が小さくなり、第2LED26の光出力が一定になるように、第1LED25及び第2LED26を調光する。このとき、第1LED25の光出力の変化率は、調光度の大小に関わらず一定である。また、本実施の形態では、調光制御部31が、色温度に違和感を与えないようにするため、明るさ5%付近の色温度が白熱電球と同じになるように第1LED25及び第2LED26の明るさの制御を行っている。
【0031】
図10を見ると明らかなように、本実施の形態によれば、第1LED25の明るさを増減させるだけで、暗くなると同時に色温度も低くなる特性を実現できる。しかも、本実施の形態では、照明装置10(合成光)の明るさが暗くなるにしたがって照明装置10の色温度の変化率が大きくなっている。このため、白熱電球(白熱灯)からLEDへと切り替えた際の違和感を抑えることができる。
【0032】
なお、本実施の形態では、LED点灯装置10aが調光コントローラ32を内蔵しているが、LED点灯装置10aの外部に調光コントローラ32が備えられてもよい。
【0033】
また、本実施の形態では、第1LED25に、色温度が3500KのLEDを用いているが、その他の色温度(例えば、2500K〜5000Kの範囲)のLEDを用いてもよい。また、本実施の形態では、第2LED26に、波長のピークが600nmの単色LEDを用いているが、その他の波長(例えば、570nm〜830nmの範囲)がピークの単色LEDを用いてもよい。
【0034】
以上説明したように、本実施の形態に係る照明装置10は、光源として、色温度が2500〜5000KのLEDと、ピーク波長が570〜830nmの単色LEDを使用し、明るさと色温度を同時に変化させることを特徴とする。また、照明装置10は、暗くなるにしたがって色温度が減少することを特徴とする。
【0035】
上記のような特徴によって、本実施の形態では、各明るさにおける白熱電球の色温度をLEDで安価に再現し、白熱電球から照明装置10に切り替えても違和感なく使用できることが期待できる。
【0036】
実施の形態2.
本実施の形態について、主に実施の形態1との差異を説明する。
【0037】
図10を見ると、実施の形態1に係る照明装置10では、明るさ50%を過ぎたあたりから急激に色温度が低下し始めている。また、実施の形態1に係る照明装置10と白熱電球とでは、明るさ100%の際の色温度の差が大きい。
【0038】
図5に、表5として、温白色LEDと橙色LEDの双方の明るさを可変とした、本実施の形態に係る照明装置10の色温度と明るさの対比表を示す。また、
図11に、色温度を縦軸、明るさを横軸にした、表5と表2に対応するグラフを示す。
【0039】
表5は、本実施の形態で第1LED25として使用する温白色LEDを可変出力とし、同時に、本実施の形態で第2LED26として使用する橙色LEDも可変出力とした照明装置10の色温度と明るさの特性を示したものである。光出力の変化は、どちらのLEDも単調減少となっている。
図11は、表5と表2を縦軸が色温度、横軸が明るさとなるようにグラフで表したものである。
【0040】
本実施の形態において、LED点灯装置10aの調光制御部31は、調光コントローラ32から調光度L[%](5≦L≦100)を指令する調光信号を受信すると、実施の形態1と同様に、第1LED25が調光度Lに応じた光出力で点灯するように、第1定電流出力回路17aを制御する。このとき、調光制御部31は、実施の形態1と異なり、第2LED26が調光度Lに応じた光出力で点灯するように、第2定電流出力回路17bを制御する。即ち、本実施の形態では、調光制御部31が、照明装置10の調光度(合成光の目標の明るさ)が小さくなるにしたがって、第1LED25の光出力が小さくなり、第2LED26の光出力も小さくなるように、第1LED25及び第2LED26を調光する。つまり、調光制御部31が、第1LED25の明るさが暗くなるにしたがって第2LED26の明るさが暗くなるように、第1LED25及び第2LED26を調光する。このとき、第1LED25の光出力の変化率及び第2LED26の光出力の変化率は、いずれも調光度の大小に関わらず一定である。また、本実施の形態では、調光制御部31が、色温度に違和感を与えないようにするため、明るさ100%と明るさ5%付近の色温度が白熱電球と同じになるように第1LED25及び第2LED26の明るさの制御を行っている。
【0041】
図11を見ると明らかなように、本実施の形態では、実施の形態1のように、明るさ50%を過ぎたあたりから急激に色温度が低下し始めることが避けられる。また、照明装置10と白熱電球とで、明るさ100%の際の色温度の差をなくすことができる。このため、白熱電球からLEDへと切り替えた際の違和感をほとんどなくすことができる。
【0042】
実施の形態3.
本実施の形態について、主に実施の形態2との差異を説明する。
【0043】
図11を見ると、実施の形態2に係る照明装置10では、明るさ30%を過ぎたあたりから急激に色温度が低下し始めている。また、明るさ100〜50%の部分でほとんど色温度の変化がない。
【0044】
図6に、表6として、温白色LEDと橙色LEDの双方の明るさを可変とした、本実施の形態に係る照明装置10の色温度と明るさの対比表を示す。また、
図12に、色温度を縦軸、明るさを横軸にした、表6と表2に対応するグラフを示す。
【0045】
表6は、本実施の形態で第1LED25として使用する温白色LEDを可変出力とし、同時に、本実施の形態で第2LED26として使用する橙色LEDも可変出力とした照明装置10の色温度と明るさの特性を示したものである。光出力の変化は、温白色LEDが単調減少、橙色LEDが上に凸となるグラフで表せる減少のしかたとなっている。
図12は、表6と表2を縦軸が色温度、横軸が明るさとなるようにグラフで表したものである。
【0046】
本実施の形態において、LED点灯装置10aの調光制御部31は、調光コントローラ32から調光度L[%](5≦L≦100)を指令する調光信号を受信すると、実施の形態2と同様に、第1LED25が調光度Lに応じた光出力で点灯するように、第1定電流出力回路17aを制御する。このとき、調光制御部31は、実施の形態2と異なり、調光度Lが低いほど調光度Lの変化量に対する第2LED26の光出力の変化量が大きくなるように、第2定電流出力回路17bを制御する。即ち、本実施の形態では、調光制御部31が、照明装置10の調光度(合成光の目標の明るさ)が小さくなるにしたがって、第1LED25の光出力が小さくなり、第2LED26の光出力が小さくなるように、第1LED25及び第2LED26を調光する。このとき、第1LED25の光出力の変化率は、実施の形態2と同様に、調光度の大小に関わらず一定であるが、第2LED26の光出力の変化率は、実施の形態2と異なり、調光度が小さくなるにしたがって高くなる。つまり、調光制御部31が、第1LED25の明るさが暗くなるにしたがって第2LED26の明るさの変化率が大きくなるように、第1LED25及び第2LED26を調光する。また、本実施の形態では、調光制御部31が、色温度に違和感を与えないようにするため、明るさ5%付近の色温度が白熱電球と同じになるように第1LED25及び第2LED26の明るさの制御を行っている。さらに、本実施の形態では、調光制御部31が、明るさ100〜50%の部分で色温度がはっきりと変化するように第1LED25及び第2LED26の明るさの制御を行っている。
【0047】
図12を見ると明らかなように、本実施の形態では、実施の形態2のように、明るさ30%を過ぎたあたりから急激に色温度が低下し始めることを避けられる。また、明るさ100〜50%の部分で色温度を変化させることができる。このため、白熱電球からLEDへと切り替えた際の違和感を抑えることができる。
【0048】
実施の形態4.
本実施の形態について、主に実施の形態3との差異を説明する。
【0049】
図12を見ると、実施の形態3に係る照明装置10では、実施の形態2ほどではないものの、明るさ30%を過ぎたあたりからやや急激に色温度が低下し始めている。また、実施の形態3に係る照明装置10と白熱電球とでは、明るさ100%の際の色温度の差が生じてしまう。
【0050】
図7に、表7として、温白色LEDと橙色LEDの双方の明るさを可変とした、本実施の形態に係る照明装置10の色温度と明るさの対比表を示す。また、
図13に、色温度を縦軸、明るさを横軸にした、表7と表2に対応するグラフを示す。
【0051】
表7は、本実施の形態で第1LED25として使用する温白色LEDを可変出力とし、同時に、本実施の形態で第2LED26として使用する橙色LEDも可変出力とした照明装置10の色温度と明るさの特性を示したものである。光出力の変化は、温白色LEDが単調減少、橙色LEDが平方根を含んだ式√rで表せる減少のしかたとなっている。平方根の中のrは単調減少となるようにしている。この場合も、橙色LEDの光出力の変化は、実施の形態3と同様に、上に凸となるグラフで表せる減少のしかたとなっている。
図13は、表7と表2を縦軸が色温度、横軸が明るさとなるようにグラフで表したものである。
【0052】
本実施の形態において、LED点灯装置10aの調光制御部31は、調光コントローラ32から調光度L[%](5≦L≦100)を指令する調光信号を受信すると、実施の形態3と同様に、第1LED25が調光度Lに応じた光出力で点灯するように、第1定電流出力回路17aを制御する。このとき、調光制御部31は、実施の形態3と異なり、第2LED26が調光度Lに応じたrの平方根√rで表される光出力で点灯するように、第2定電流出力回路17bを制御する。即ち、本実施の形態では、調光制御部31が、照明装置10の調光度(合成光の目標の明るさ)が小さくなるにしたがって、第1LED25の光出力が小さくなり、第2LED26の光出力が小さくなるように、第1LED25及び第2LED26を調光する。このとき、第1LED25の光出力の変化率は、実施の形態3と同様に、調光度の大小に関わらず一定であり、第2LED26の光出力の変化率も、実施の形態3と同様に、調光度が小さくなるにしたがって高くなる。しかし、本実施の形態では、調光制御部31が、実施の形態3と異なり、第1LED25の明るさが暗くなるにしたがって一定の変化率で小さくなる変数をrとし、第2LED26の明るさがrの平方根√rと等しくなるように、第1LED25及び第2LED26を調光する。
【0053】
図13を見ると明らかなように、本実施の形態では、ほとんど白熱電球の色温度に対して似た軌跡を描くことができている。即ち、本実施の形態では、照明装置10(合成光)の明るさと色温度との関係が白熱電球(白熱灯)の明るさと色温度との関係と略同じになっている。このため、照明装置10を白熱電球の代替として使用しても違和感がまったくなくなると考えられる。
【0054】
以上説明したように、本実施の形態に係る照明装置10は、明るさと色温度の関係が、全光時の色温度が2500〜4000Kであり、白熱電球の明るさと色温度の関係と略同じであることを特徴とする。
【0055】
上記のような特徴によって、本実施の形態では、白熱電球から照明装置10に切り替えても違和感なく使用できることがより一層期待できる。