特開 2024-137009 照明装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024137009

(43)【公開日】2024-10-04

(54)【発明の名称】照明装置

(51)【国際特許分類】

   H05B 45/325 20200101AFI20240927BHJP

   H05B 45/10 20200101ALI20240927BHJP

   H05B 45/305 20200101ALI20240927BHJP

   H05B 45/3725 20200101ALI20240927BHJP

【ＦＩ】

H05B45/325

H05B45/10

H05B45/305

H05B45/3725

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023048344

(22)【出願日】2023-03-24

(71)【出願人】

【識別番号】000003757

【氏名又は名称】東芝ライテック株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100146592

【弁理士】

【氏名又は名称】市川 浩

(74)【代理人】

【識別番号】100176751

【弁理士】

【氏名又は名称】星野 耕平

(72)【発明者】

【氏名】清水 智章

(72)【発明者】

【氏名】石北 徹

(72)【発明者】

【氏名】西本 拓矢

(72)【発明者】

【氏名】寺坂 博志

(72)【発明者】

【氏名】小和田 貴勇

(72)【発明者】

【氏名】加藤 聖

【テーマコード（参考）】

3K273

【Ｆターム（参考）】

3K273AA07

3K273AA08

3K273BA25

3K273BA30

3K273CA02

3K273DA08

3K273EA07

3K273EA25

3K273EA35

3K273FA03

3K273FA14

3K273FA22

3K273FA26

3K273GA02

3K273GA12

3K273GA14

3K273GA17

(57)【要約】

【課題】ノイズ耐性を向上させた照明装置を提供する。
【解決手段】照明装置は、光源と、前記光源に駆動電流を供給する点灯回路と、を備える。前記点灯回路は、前記駆動電流を制御する制御部を有し、前記制御部は、前記駆動電流を制御するためにパルス幅変調された点灯制御信号を出力する。前記点灯制御信号は、前記パルス幅変調における周期に対するパルス幅の比であるデューティ比が小さくなるにつれて、前記パルス幅変調の周波数が低くなるように生成される。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

光源と、
前記光源に駆動電流を供給する点灯回路と、
を備え、
前記点灯回路は、前記駆動電流を制御する制御部を有し、
前記制御部は、前記駆動電流を制御するためにパルス幅変調された点灯制御信号を出力し、
前記点灯制御信号は、前記パルス幅変調における周期に対するパルス幅の比であるデューティ比が小さくなるにつれて、前記パルス幅変調の周波数が低くなるように生成されることを特徴とする照明装置。

【請求項2】

前記点灯制御信号は、前記パルス幅変調の周波数が人間の可聴周波数帯にあるとき、第１デューティ比を有し、前記パルス幅変調の周波数が人間の可聴周波数帯よりも高いとき、前記第１デューティ比よりも大きい第２デューティ比を有することを特徴とする請求項１記載の照明装置。

【請求項3】

前記第１デューティ比におけるパルス幅は、前記第２デューティ比におけるパルス幅と同じであることを特徴とする請求項２記載の照明装置。

【請求項4】

前記第２デューティ比よりも大きい第３デューティ比における前記パルス幅変調の周波数は、前記第２デューティ比における前記パルス幅変調の周波数よりも高く、前記第３デューティ比よりも大きい第４デューティ比における前記パルス幅変調の周波数と同じであることを特徴とする請求項２記載の照明装置。

【請求項5】

前記パルス幅変調における前記パルス幅は、所定の値よりも大きいことを特徴とする請求項１記載の照明装置。

【請求項6】

前記制御部は、前記パルス変調の周波数を段階的に変化させた複数の点灯制御信号を順に出力することを特徴とする請求項１記載の照明装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、照明装置に関する。

【背景技術】

【0002】

照明装置は、例えば、複数の発光ダイオード（ＬＤＥ）を含む光源と、光源に駆動電流を供給する点灯回路と、を備える。点灯回路は、パルス幅変調された点灯制御信号のデューティ比を変化させることにより駆動電流を増減し、光源を調光する。点灯制御信号の周波数は、雑音もしくは騒音として認知される音を発生させないように、人間の可聴周波数よりも高いことが望ましい。しかしながら、照明装置の輝度を下げるために、点灯制御信号の周波数を変えずにデューティ比を小さくすると、パルス幅が狭くなり、点灯回路のノイズ耐性が低下する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１４－１５７７８４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

実施形態は、ノイズ耐性を向上させた照明装置を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0005】

実施形態に係る照明装置は、光源と、前記光源に駆動電流を供給する点灯回路と、を備える。前記点灯回路は、前記駆動電流を制御する制御部を有し、前記制御部は、前記駆動電流を制御するためにパルス幅変調された点灯制御信号を出力する。前記点灯制御信号は、前記パルス幅変調における周期に対するパルス幅の比であるデューティ比が小さくなるにつれて、前記パルス幅変調の周波数が低くなるように生成される。

【発明の効果】

【0006】

実施形態によれば、ノイズ耐性を向上させた照明装置を提供することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】実施形態に係る照明装置を示すブロック図である。

【図2】実施形態に係る照明装置の点灯回路を示す回路図である。

【図3】実施形態に係る照明装置における点灯回路の動作を示すグラフである。

【図4】比較例に係る照明装置における点灯点灯制御信号を示す模式図である。

【図5】実施形態に係る照明装置における点灯点灯制御信号を示す模式図である。

【図6】実施形態に係る照明装置における別の点灯点灯制御信号を示す模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0008】

以下、実施の形態について図面を参照しながら説明する。図面中の同一部分には、同一番号を付してその詳しい説明は適宜省略し、異なる部分について説明する。なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。

【0009】

図１は、実施形態に係る照明装置１を示すブロック図である。照明装置１は、例えば、スタジオや舞台などに設置して使用される演出用の照明装置である。

【0010】

図１に示すように、照明装置１は、光源２と、点灯回路３と、を備える。光源２は、例えば、発光ダイオード１０である。光源２は、例えば、複数の発光ダイオード１０により構成される。

【0011】

点灯回路３は、例えば、Ａ／Ｄ変換部２０と、Ｄ／Ｄ変換部３０と、制御部４０と、を含む。点灯回路３は、例えば、外部の交流電源ＡＣにより駆動される。Ａ／Ｄ変換部２０は、交流電源ＡＣから供給される交流電流を直流に変換し、Ｄ／Ｄ変換部３０に供給する。

【0012】

Ｄ／Ｄ変換部３０は、Ａ／Ｄ変換部２０から入力される直流電流を、発光ダイオード１０の駆動電流Ｉｄに変換し、光源２に供給する。制御部４０は、外部から入力される制御入力を受けて、Ｄ／Ｄ変換部３０に供給する点灯制御信号を生成する。Ｄ／Ｄ変換部３０は、制御部４０から入力される点灯制御信号に応じた駆動電流Ｉｄを出力する。言い換えれば、制御部４０は、Ｄ／Ｄ変換部３０を介して、光源２の調光を行う。

【0013】

図２は、実施形態に係る照明装置１の点灯回路３を示す回路図である。図２は、Ｄ／Ｄ変換部３０の回路構成を模式的に表している。Ｄ／Ｄ変換部３０は、例えば、スイチング素子３１と、ダイオード３３と、インダクタ３５と、コンデンサ３７と、抵抗３９と、を含む。

【0014】

Ｄ／Ｄ変換部３０は、例えば、第１入力端３０ａ、第２入力端３０ｂ、第１出力端３０ｃおよび第２出力端３０ｄを有する。Ａ／Ｄ変換部２０（図１参照）の出力は、第１入力端３０ａおよび第２入力端３０ｂに接続される。光源２は、第１出力端３０ｃおよび第２出力端３０ｄに接続される。

【0015】

図２に示すように、Ｄ／Ｄ変換部３０は、所謂、降圧チョッパ回路を含む。降圧チョッパ回路は、スイチング素子３１、ダイオード３３、インダクタ３５、およびコンデンサ３７で構成される。スイチング素子３１は、例えば、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴである。

【0016】

スイチング素子３１のドレイン３１ａは、第１入力端３０ａに接続される。スイチング素子３１のソース３１ｂは、ダイオード３３のカソードおよびインダクタ３５に接続される。また、スイチング素子３１のソース３１ｂは、インダクタ３５を介して、第１出力端３０ｃに接続される。スイチング素子３１は、制御部４０からゲート３１ｃに入力される点灯制御信号によりオン・オフ制御される。

【0017】

コンデンサ３７は、第１出力端３０ｃおよび第２出力端３０ｄに接続される。すなわち、コンデンサ３７は、光源２に対し並列に接続される。

【0018】

抵抗３９は、第２入力端３０ｂと第２出力端３０ｄとに接続される。また、抵抗３９は、ダイオード３３のアノードにも接続される。第２入力端３０ｂおよびダイオード３３のアノードは、抵抗３９を介して、コンデンサ３７および第２出力端３０ｄに接続される。また、抵抗３９の第２出力端３０ｄ側の端は、制御部４０に接続される。

【0019】

Ｄ／Ｄ変換部３０の第１入力端３０ａに入力される直流電流は、スイチング素子３１によりパルス電流に変換される。すなわち、スイチング素子３１に入力される直流電流は、例えば、点灯制御信号によりパルス電流に変換される。点灯制御信号は、例えば、パルス幅変調（ＰＷＭ）されている。スイチング素子３１から出力されるパルス電流は、インダクタ３５およびコンデンサ３７で構成されるローパスフィルタにより平滑化され、駆動電流Ｉｄとして光源２に供給される。

【0020】

Ｄ／Ｄ変換部３０は、制御部４０から入力される点灯制御信号により直流電流をパルス電流に変換する。これにより、Ｄ／Ｄ変換部３０は、駆動電流Ｉｄを制御し、光源２を調光する。抵抗３９は、光源２から第２入力端３０ｂへ戻る駆動電流Ｉｄをモニタするために設けられる。すなわち、制御部４０は、抵抗３９における電圧降下をモニタすることにより、駆動電流Ｉｄの変化を検知し、点灯制御信号にフィードバックするように構成される。

【0021】

図３は、実施形態に係る照明装置１における点灯回路３の動作を示すグラフである。横軸は、光源２の調光度（％）である。縦軸は、制御部４０から出力される点灯制御信号の周波数（ｋＨｚ）である。調光度は、点灯制御信号のデューティ比に対応する。すなわち、点灯制御信号のデューティ比が大きくなると、調光度も大きくなる。

【0022】

図３に示すように、調光度が大きくなるにつれて、点灯制御信号の周波数は高くなる。点灯制御信号の周波数は、例えば、調光度が５０％の時、５０ｋＨｚになり、調光度が５０％を超えても５０ｋＨｚに保持される。言い換えれば、点灯制御信号は、５０％以下の調光度において、調光度が小さくなるにつれて、パルス幅変調の周波数が低くなるように生成される。

【0023】

例えば、人間の可聴周波数は、２０Ｈｚから２０ｋＨｚの間である。この例では、調光度が３６％以下になると、点灯制御信号の周波数は、可聴周波数帯内に入る。例えば、調光度３０％における点灯制御信号の周波数は、人間の可聴周波数帯にあり、点灯制御信号は、調光度３０％に対応する第１デューティ比を有する。また、調光度４０％における点灯制御信号の周波数は、可聴周波数帯よりも高く、点灯制御信号は、第１デューティ比よりも大きい第２デューティ比を有する。

【0024】

図４は、比較例に係る照明装置における点灯制御信号を示す模式図である。図４中には、異なる調光度に対応する３つの点灯制御信号ＬＣＳ１、ＬＣＳ２およびＬＣＳ３を例示している。

【0025】

この例では、パルス幅変調の周期Ｔｍ１は一定であり、調光度には依存しない。周期Ｔｍ１は、例えば、点灯制御信号ＬＣＳ１～ＬＣＳ３の周波数が人間の可聴周波数よりも高くなるように設定される。

【0026】

制御部４０は、点灯制御信号のデューティ比（周期Ｔｍ１に対するパルス幅Ｗｐの比）を変えることにより、光源２を調光する。点灯制御信号ＬＣＳ１は、周期Ｔｍ１およびパルス幅Ｗｐ１を有する。点灯制御信号ＬＣＳ２は、周期Ｔｍ１およびパルス幅Ｗｐ２を有し、点灯制御信号ＬＣＳ３は、周期Ｔｍ１およびパルス幅Ｗｐ３を有する。パルス幅Ｗｐ１、Ｗｐ２、Ｗｐ３は、Ｗｐ１＜Ｗｐ２＜Ｗｐ３の関係にあり、点灯制御信号ＬＣＳ１～ＬＣＳ３は、それぞれ、低調光度、中調光度および高調光度に対応する。

【0027】

この例では、制御部４０（図２参照）が光源２を低い調光度に制御する場合、点灯制御信号ＬＣＳ１のパルス幅Ｗｐ１は狭くなる。パルス幅Ｗｐ１が、例えば、交流電源の周波数成分に起因するノイズが無視できないレベルになると、光源２の調光が不安定なる。すなわち、点灯回路３のノイズ耐性が低下する。

【0028】

図５は、実施形態に係る照明装置１における点灯制御信号を示す模式図である。図５中には、異なる調光度に対応する３つの点灯制御信号ＬＣＳ４、ＬＣＳ５およびＬＣＳ６を例示している。

【0029】

この例では、点灯制御信号ＬＣＳ４～ＬＣＳ６のパルス幅Ｗｐ１は一定であり、調光度には依存しない。パルス幅Ｗｐ１は、点灯回路３のノイズ耐性を低下させないレベルに設定される。

【0030】

点灯制御信号ＬＣＳ４は、周期Ｔｍ１およびパルス幅Ｗｐ１を有する。点灯制御信号ＬＣＳ５は、周期Ｔｍ２およびパルス幅Ｗｐ１を有し、点灯制御信号ＬＣＳ６は、周期Ｔｍ３およびパルス幅Ｗｐ１を有する。周期Ｔｍ１、Ｔｍ２およびＴｍ３は、Ｔｍ１＞Ｔｍ２＞Ｔｍ３の関係にあり、点灯制御信号ＬＣＳ４～ＬＣＳ６がそれぞれの調光度に対応するデューティ比を有するように設定される。

【0031】

例えば、制御部４０（図２参照）が光源２を低い調光度に制御するとき、周期Ｔｍ１は長くなる。このため、点灯制御信号ＬＣＳ４の変調周波数が人間の可聴周波数帯（図３参照）に入ることになるが、点灯制御信号ＬＣＳ４により制御される駆動電流Ｉｄは低いレベルになる。このため、点灯制御信号ＬＣＳ４に起因して発生する可聴周波数帯のノイズは、例えば、騒音として認識されないレベルに抑制される。

【0032】

図６は、実施形態に係る照明装置１における別の点灯制御信号を示す模式図である。図６中には、異なる調光度に対応する３つの点灯制御信号ＬＣＳ７、ＬＣＳ８およびＬＣＳ９を例示している。

【0033】

点灯制御信号ＬＣＳ７は、周期Ｔｍ１およびパルス幅Ｗｐ１を有し、低い調光度に対応するデューティ比を有する。点灯制御信号ＬＣＳ７の変調周波数は、人間の可聴帯域（図３参照）に入るが、デューティ比が小さいため点灯回路３の騒音は抑制される。パルス幅Ｗｐ１は、点灯回路３のノイズ耐性を低下させるレベルよりも広く設定される。

【0034】

点灯制御信号ＬＣＳ８は、周期Ｔｍ２およびパルス幅Ｗｐ２を有し、点灯制御信号ＬＣＳ９は、周期Ｔｍ３およびパルス幅Ｗｐ３を有する。点灯制御信号ＬＣＳ８のデューティ比（Ｗｐ２／Ｔｍ２）は、点灯制御信号ＬＣＳ７のデューティ比（Ｗｐ１／Ｔｍ１）よりも大きい。また、点灯制御信号ＬＣＳ８のデューティ比（Ｗｐ２／Ｔｍ２）は、点灯制御信号ＬＣＳ９のデューティ比（Ｗｐ３／Ｔｍ３）よりも小さい。

【0035】

点灯制御信号ＬＣＳ７～ＬＣＳ９の周期Ｔｍ１、Ｔｍ２およびＴｍ３は、例えば、Ｔｍ１＞Ｔｍ２＞Ｔｍ３の関係を有する。パルス幅Ｗｐ１、Ｗｐ２およびＷｐ３は、例えば、Ｗｐ１＜Ｗｐ２＜Ｗｐ３の関係を有する。

【0036】

図５および図６に示す点灯制御信号を生成するために、制御部４０（図２参照）は、例えば、調光度に対応する周期Ｔｍおよびパルス幅Ｗｐを規定したテーブルを保持する。表１は、その一例である。

【表1】

【0037】

実施形態によれば、各周期Ｔｍの関係は、Ｔｍ１＞Ｔｍ１ａ＞Ｔｍ１ｂ＞Ｔｍ１ｃ＞Ｔｍ１ｄ＞Ｔｍ１ｅ＞Ｔｍ２＞Ｔｍ２ａ＞Ｔｍ３である。パルス幅Ｗｐ１、Ｗｐ１ａ、Ｗｐ１ｂ、Ｗｐ１ｃ、Ｗｐ１ｄ、Ｗｐ１ｅ、Ｗｐ２、Ｗｐ２ａ、Ｗｐ３、Ｗｐ４およびＷｐ５は、それぞれの調光度に対応するデューティ比（Ｗｐ／Ｔｍ）になるように設定される。

【0038】

表１は、例えば、制御部４０（図２参照）の記憶装置に保持される。制御部４０は、例えば、外部からの制御入力により指定される調光度に対応する周期Ｔｍおよびパルス幅Ｗｐを読み出し、点灯制御信号ＬＣＳ７～ＬＣＳ９を生成する。

【0039】

制御部４０は、例えば、光源２の調光度を５０％から３０％に下げる場合、調光度３０％に対応する点灯制御信号をＤ／Ｄ変換部３０に出力する前に、調光度４５％、４０％および３５％に対応する点灯制御信号を順に出力する。このように、光源２の調光度を段階的に下げることにより、点灯回路３を安定して動作させることができる。なお、表１に示す例では、調光度を変化させるステップを５％とする例を示しているが、実施形態は、これに限定される訳ではない。例えば、調光度を変化させるステップを１％もしくは２％としてもよい。

【0040】

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

【0041】

（付記１）
光源と、
前記光源に駆動電流を供給する点灯回路と、
を備え、
前記点灯回路は、前記駆動電流を制御する制御部を有し、
前記制御部は、前記駆動電流を制御するためにパルス幅変調された点灯制御信号を出力し、
前記点灯制御信号は、前記パルス幅変調における周期に対するパルス幅の比であるデューティ比が小さくなるにつれて、前記パルス幅変調の周波数が低くなるように生成されることを特徴とする照明装置。
（付記２）
前記点灯制御信号は、前記パルス幅変調の周波数が人間の可聴周波数帯にあるとき、第１デューティ比を有し、前記パルス幅変調の周波数が人間の可聴周波数帯よりも高いとき、前記第１デューティ比よりも大きい第２デューティ比を有することを特徴とする付記１記載の照明装置。
（付記３）
前記第１デューティ比におけるパルス幅は、前記第２デューティ比におけるパルス幅と同じであることを特徴とする付記２記載の照明装置。
（付記４）
前記第２デューティ比よりも大きい第３デューティ比における前記パルス幅変調の周波数は、前記第２デューティ比における前記パルス幅変調の周波数よりも高く、前記第３デューティ比よりも大きい第４デューティ比における前記パルス幅変調の周波数と同じであることを特徴とする付記２記載の照明装置。
（付記５）
前記パルス幅変調における前記パルス幅は、所定の値よりも大きいことを特徴とする付記１乃至４のいずれか１つ記載の照明装置。
（付記６）
前記制御部は、前記パルス変調の周波数を段階的に変化させた複数の点灯制御信号を順に出力することを特徴とする付記１乃至５のいずれか１つに記載の照明装置。

【符号の説明】

【0042】

１…照明装置、 ２…光源、 ３…点灯回路、 １０…発光ダイオード、 ２０…Ａ／Ｃ変換部、 ３０…Ｄ／Ｄ変換部、 ３１…スイチング素子、 ３１ａ…ドレイン、 ３１ｂ…ソース、 ３１ｃ…ゲート、 ３３…ダイオード、 ３５…インダクタ、 ３７…コンデンサ、 ３９…抵抗、 ４０…制御部、 ＡＣ…交流電源、 Ｉｄ…駆動電流、 ＬＣＳ１～ＬＣＳ９…点灯制御信号

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】