JP2007165037A - 照明装置とそれに使用する照明ヘッド - Google Patents

Abstract

【課題】
照明ヘッドを電源装置から離れたところに設置する場合も照明ヘッドの判別を誤ることがなく、また、発光ダイオードの駆動電流を正確に制御して光量を一定に維持できるようにするようにする。
【解決手段】
照明ヘッド（Ｈ_１）の識別素子として定格電流に応じて予め設定された所定電流値の識別電流を出力する定電流素子（９）が用いられ、該定電流素子（９）を照明回路（７）から分岐形成された識別回路（１０）に介装し、電源装置（Ｅ_１）には、定電流素子（９）から出力された識別信号（Ｉｃ）の電流値に基づき定格電流を設定する定格電流設定回路（１３）と、照明回路（７）を流れる電流を前記定格電流設定回路（１３）で設定された定格電流に一致させる電流制御回路（１４）を備えた。
【選択図】図１

Description

本発明は、発光ダイオードを接続した照明回路を備えた照明ヘッドを電源装置に交換可能に接続して点灯させる照明装置と、その照明ヘッドに関する。

多数の発光ダイオードを配した照明ヘッドを電源装置に接続して使用する場合に、その電源装置から照明ヘッドに対して、個々の発光ダイオードに定格電流が流れるような適正電流を供給して点灯するように電源電力が設定されている。

そして、最近では個々の発光ダイオードを個別に点灯可能な照明ヘッドを電源装置に接続したときでも、個々の発光ダイオードに定格電流を供給できるように点灯個数に応じて供給電流をコントロールできる電源装置が提案されている。
特開２０００−６４６６号公報

しかし、この種の電源装置は、特定の照明ヘッドを接続した場合に発光ダイオードの点灯個数に応じて電流調整するものであり、仕様の異なる照明ヘッドの電源装置として使用する場合に、その仕様に応じて電流調整することはできない。

このため最近では、図５に示すように、電源装置５１に種類の異なる照明ヘッド５２…がコネクタ５３を介して着脱可能とされ、照明ヘッド５２には発光ダイオード５４を介装した照明回路５５と並列に、発光ダイオード５４より抵抗値の高い識別抵抗５６を介装した識別回路５７を形成し、発光ダイオード５４の点灯下限電圧未満の識別電圧を印加することにより識別抵抗５６の抵抗値を測定して、これに基づいて照明ヘッド５２の種類を判別し、その照明ヘッド５２の種類に応じた電流をその動作電圧で電源装置５１の電源回路５８から供給するようにした照明装置５０が提案されている。
これによれば、電源装置５１に接続された照明ヘッド５２…の種類を判別できるので、夫々の照明ヘッド５２…の仕様に応じた適正な明るさで点灯することができる。
特開２００４−１５８８４０

しかしながら、照明ヘッド５２…を電源装置５１から離れたところに設置する場合は、電源装置５１と照明ヘッド５２…を長いケーブルで接続する必要が生じ、ケーブルの内部抵抗が無視できなくなると、識別抵抗の抵抗値を検出する際に誤差を生じ、その結果、照明ヘッド５２…の判別を誤って種類に応じた定格電流を供給できなくなるおそれがある。
また、識別抵抗５６が発光ダイオード５４と並列に接続されていることから、発光ダイオード５４の点灯時に識別抵抗５６にも電流が流れ、その電流値は、照明回路５５と識別回路５７の夫々の回路抵抗、電源装置５１からの印加電圧に依存するため特定することが困難であった。
このため、発光ダイオード５４の駆動電流を正確に制御することが困難で光量のバラツキを生じやすく、この照明装置５０で照明された被写体を撮像して画像処理する場合に、処理後の画像データに光量差による影響が残ってしまうという問題があった。

そこで本発明は、照明ヘッドを電源装置から離れたところに設置する場合も照明ヘッドの判別を誤ることがなく、また、発光ダイオードの駆動電流を正確に制御して光量を一定に維持できるようにすることを技術的課題としている。

この課題を解決するために、本発明は、一以上の発光ダイオードが介装された照明回路とその定格電流を識別する識別素子を備えた照明ヘッドを電源装置に接続したときに、前記識別素子から出力される識別信号に応じて電源装置から定格電流を供給し、照明ヘッドの発光ダイオードを点灯させる照明装置であって、前記照明ヘッドには、識別素子として定格電流に応じて予め設定された所定電流値の識別電流を出力する定電流素子が用いられ、該定電流素子が、前記照明回路から分岐形成された識別回路に介装され、あるいは、前記発光ダイオードと直列または並列に接続されて成り、前記電源装置には、前記定電流素子から出力された識別信号の電流値に基づき定格電流を設定する定格電流設定回路と、照明回路を流れる電流を前記定格電流設定回路で設定された定格電流に一致させる電流制御回路が形成されたことを特徴としている。

本発明によれば、照明ヘッドの照明回路から分岐形成された識別回路に、定格電流に応じて予め設定された所定電流値の識別電流を出力する定電流素子が介装されているので、照明回路を介して電源装置から所定の電圧を印加すると、識別回路にも電圧が印加され、定電流素子からその照明ヘッドの定格電流に応じて予め設定された所定電流値の識別電流が出力される。
定電流素子から出力される識別電流の電流値は、所定の動作電圧範囲内であれば常に一定であるので、照明ヘッドと電源装置を接続するケーブルに内部抵抗があっても、識別電流の電流値は一定に維持される。

そして、電源装置に設けられた定格電流設定回路により、識別電流の電流値が検出されて、その照明ヘッドの定格電流が設定され、照明回路を流れる電流が定格電流に一致するように電流制御回路により電流制御される。
このように、識別素子として識別抵抗ではなく定電流素子を使用しているので、照明ヘッドを電源装置から離れたところに設置するときのようにケーブルの内部抵抗が無視できない場合であっても、定電流素子からは定格電流に応じた電流値の識別信号が出力され、したがって、正確に照明ヘッドの定格電流を設定することができ、駆動電流が定格電流に一致するように制御される。

本例では、照明ヘッドを電源装置から離れたところに設置する場合も照明ヘッドの判別を誤ることがなく、また、発光ダイオードの駆動電流を正確に制御して光量を一定に維持できるようにするという目的を達成するため、照明ヘッドの識別素子として定格電流に応じて予め設定された所定電流値の識別電流を出力する定電流素子が用いられ、該定電流素子が前記照明回路から分岐形成された識別回路に介装され、あるいは、前記発光ダイオードと直列または並列に接続されて成り、前記電源装置には、前記定電流素子から出力された識別信号の電流値に基づき定格電流を設定する定格電流設定回路と、照明回路を流れる電流を前記定格電流設定回路で設定された定格電流に一致させる電流制御回路を形成した。

図１は本発明に係る照明装置の一例を示す回路図、図２はこれに用いる照明ヘッドの他の実施形態を示す回路図、図３は照明装置の他の実施形態を示す回路図、図４はこれに用いる照明ヘッドの他の実施形態を示す回路図である。

図１に示す照明装置１は、ケーブル２により照明ヘッドＨを電源装置Ｅ_１に接続して点灯させるものである。
ケーブル２は、電源装置Ｅ_１の三つの端子３Ｓ、３Ｇ、３Ｃと、照明ヘッドＨの三つの端子４Ｓ、４Ｇ、４Ｃを互いに接続する三本の電線５…を備え、その両端にコネクタ６，６が形成されている。

照明ヘッドＨは、プラス端子４ＳからＧＮＤ端子４Ｇに至る照明回路７に一以上の発光ダイオード８が介装され、その定格電流に応じて予め設定された所定電流値の識別電流（識別信号）を出力する定電流ダイオード（定電流素子）９を備えている。
定電流ダイオード９は、照明回路７のＧＮＤ端子４Ｇ側から分岐されて識別電流出力端子４Ｃに至る識別回路１０に介装されている。

電源装置Ｅ_１には、給電端子３Ｓを介して照明回路７に直流駆動電流を供給する電源回路１２と、定電流ダイオード９から出力され識別電流入力端子３Ｃから入力される識別電流に基づき定格電流を設定する定格電流設定回路１３と、照明回路７を流れる電流を定格電流設定回路１３で設定された定格電流に一致させる電流制御回路１４を備えている。

定格電流設定回路１３は、識別電流の電流値を検出して電圧に変換する識別電流検出回路１５と、その検出電圧Ｖｃに基づいて定格電流を設定する定格電流設定器１６を備えている。
定電流ダイオード９から出力された識別電流Ｉｃの電流値がＩｃのとき、識別電流検出回路１５から出力される検出電圧Ｖｃは、帰還抵抗をＲｃとすると、Ｖｃ＝Ｉｃ×Ｒｃにより定まる。
帰還抵抗Ｒｃは一定であり、識別電流Ｉｃはケーブル２の内部抵抗により変化することはないから、検出電圧Ｖｃはケーブル２の内部抵抗にかかわらず識別電流の電流値Ｉｃにのみ依存する。

したがって、定格電流Ｉ_Ｒに応じて出力電流値が異なる定電流ダイオード９を選択すれば、定電流ダイオード９から出力される識別電流Ｉｃを検出することにより、夫々の照明ヘッドＨ_１の定格電流Ｉ_Ｒを正確に設定できる。
そこで定格電流設定器１６では、検出電圧Ｖｃが入力されたときに、電圧に応じて予め設定された定格電流Ｉ_Ｒを読み出し、その定格電流Ｉ_Ｒに応じた定格設定電圧Ｖｓを電流制御回路１４に出力する。

電流制御回路１４は、照明回路７に流す電流を制限する電流制限回路１７と、ＧＮＤ端子３Ｇを介して照明回路７のＧＮＤ端子４Ｇに接続される駆動電流検出回路１８と、検出された駆動電流Ｉｄを前記電流制限回路１７の出力に一致させる電流調整器１９とを備えている。

電流制限回路１７は入力電圧の小さい方を出力する回路で、前記定格電流設定器１６から出力された定格設定電圧Ｖｓが入力されると共に、予想される検出電圧Ｖｃの最大値である上限電圧Ｖmaxが制御電圧設定器２０から入力される。
これにより、上限電圧Ｖmaxと定格設定電圧Ｖｓが比較され、通常は定格設定電圧Ｖｓ≦ＶmaxであるからＶｓが出力され、何らかの異常で定格設定電圧Ｖｓ＞Ｖmaxとなったときは出力をＶmaxに抑える。

駆動電流検出回路１８には、電流調整素子となるトランジスタ２１と、駆動電流Ｉｄを検出する検出抵抗Ｒｄが介装されている。
そして、電流調整器１９は、その非反転入力端子に電流制限回路１７の出力信号が入力され、反転入力端子に駆動電流検出回路１８の検出抵抗Ｒｄによる検出信号が入力され、その出力が制御信号ＣＳとしてトランジスタ２１のベースに入力される。
これにより、駆動電流検出回路１９を流れる駆動電流Ｉｄの電流値と、定格電流が比較され、これらが一致するようにトランジスタ２１のエミッタ−コレクタ間を流れる電流が調整される。

以上が本発明の一例構成であって、次にその作用について説明する。
照明ヘッドＨ_１を電源装置Ｅ_１にケーブル２を介して接続し、駆動電流検出回路１８のトランジスタ２１をオフにした状態で、電源回路１２から所定の電圧を印加すると、その一部が識別回路１０に印加されるので、定電流ダイオード９からその照明ヘッドＨ_１の定格電流に応じた電流値の識別電流Ｉｃが出力され、ケーブル２を介して電源装置Ｅ_１の定格電流設定回路１３に入力される。このとき、ケーブル２の内部抵抗が大きくなっても識別電流Ｉｃは変化せず一定に維持されている。

定格電流設定回路１３では、識別電流Ｉｃが識別電流検出回路１５に入力されて、帰還抵抗Ｒｃにより電圧に変換され、その検出電圧Ｖｃ＝Ｉｃ×Ｒｃが定格電流設定器１６に出力される。
識別電流Ｉｃはケーブル２の内部抵抗により変化することはないから、検出電圧Ｖｃもケーブル２の内部抵抗にかかわらず識別電流の電流値Ｉｃにのみ依存する。
したがって、定格電流Ｉ_Ｒに応じて出力電流値が異なる定電流ダイオード９を選択すれば、定電流ダイオード９から出力される識別電流Ｉｃを検出することにより、夫々の照明ヘッドＨ_１の定格電流Ｉ_Ｒが正確に設定され、その定格電流Ｉ_Ｒに応じた定格設定電圧Ｖｓが定格電流設定器１６から電流制御回路１４に出力される。

そして、駆動電流検出回路１８で検出された検出電圧Ｖｄと、定格設定電圧Ｖｓが電流調整器１９で比較され、Ｖｄ＝Ｖｓとなるように、電流調整器１９からトランジスタ２１のベースに制御信号ＣＳが出力され、エミッタ−コレクタ間を流れる電流が調整される。
これにより、ケーブル２の内部抵抗にかかわらず照明回路７を流れる駆動電流Ｉｄが定格電流Ｉ_Ｒに一致するように制御されることとなる。

図２は、図１に示す電源装置Ｅ_１に接続して使用される他の照明ヘッドＨ_２を示す。
本例の照明ヘッドＨ_２は、定電流ダイオード９が介装される識別回路１０が、照明回路７のプラス端子４Ｇ側から分岐形成されている以外は、照明ヘッドＨ_１と共通である。
本例の照明ヘッドＨ_２を用いても、電源装置Ｅ_１で同様にして定格電流Ｉ_Ｒを設定することができ、ケーブル２の内部抵抗にかかわらず、照明回路７を流れる駆動電流Ｉｄを定格電流Ｉ_Ｒに正確に維持することができる。
この場合の電源装置Ｅ_１の制御動作は実施例１と同様であるので詳細説明は省略する。

図３は照明装置の他の実施形態を示す。なお、図１との共通部分は同一符号を付して詳細説明は省略する。
本例の照明装置３１は、ケーブル３２により照明ヘッドＨ_３を電源装置Ｅ_３に接続して点灯させるものである。
ケーブル３２は、電源装置Ｅ_３の二つの端子３Ｓ、３Ｇと、照明ヘッドＨ_３の二つの端子４Ｓ、４Ｇを互いに接続する二本の電線５…を備え、その両端にコネクタ６，６が形成されている。

照明ヘッドＨ_３は、プラス端子４ＳからＧＮＤ端子４Ｇに至る照明回路７に一以上の発光ダイオード８が介装されると共に、その定格電流に応じて予め設定された所定電流値の識別電流（識別信号）を出力する定電流ダイオード（定電流素子）９が発光ダイオード８と直列に接続されている。
また、照明回路７には定電流ダイオード９をバイパスするバイパス回路３３が形成されると共に、バイパス回路３３には、照明回路７への通電開始後、予め設定された識別電流測定時間（例えば１秒）経過時に導通するタイマスイッチ３４が介装されている。

電源装置Ｅ_３には、プラス側の給電端子３Ｓを介して照明回路７に直流駆動電流を供給する電源回路１２と、定電流ダイオード９から出力され識別電流に基づき定格電流を設定する定格電流設定回路１３と、照明回路７を流れる電流を定格電流設定回路１３で設定された定格電流に一致させる電流制御回路１４を備えており、定格電流設定回路１３及電流制御回路１４がＧＮＤ端子３Ｇに接続されている。

この照明装置３１によれば、照明ヘッドＨ_３を電源装置Ｅ_３にケーブル３２を介して接続し、照明ヘッドＨ_３のバイパス回路３３に介装されたタイマスイッチ３４と、駆動電流検出回路１８のトランジスタ２１をオフにした状態で、電源回路１２から所定の電圧を印加すると、その一部が発光ダイオード８と直列に接続された定電流ダイオード９に印加されるので、定電流ダイオード９からその照明ヘッドＨ_３の定格電流に応じた電流値の識別電流ＩｃがＧＮＤ端子４Ｇから出力され、ケーブル３２を介して電源装置Ｅ_３のＧＮＤ端子３Ｇに入力される。

このとき、駆動電流検出回路１８のトランジスタ２１はオフされているので、識別電流Ｉｃは定格電流設定回路１３に入力され、識別電流検出回路１５から定格電流設定器１６に検出電圧Ｖｃが出力され、定格電流設定器１６では検出電圧Ｖｃに応じて定格設定電圧Ｖｓが設定され、この値を記憶して電流制御回路１４に出力する。
なお、識別電流Ｉｃは、ケーブル３２の内部抵抗によって変化することはないので、識別電流Ｉｃを検出することにより定格電流を正確に設定できる。

そして、所定時間（例えば１秒）経過してタイマスイッチ３４が導通されると、電流制御回路１４では、駆動電流検出回路１８により検出された検出電圧Ｖｄと、定格設定電圧Ｖｓが電流調整器１９で比較され、Ｖｄ＝Ｖｓとなるように、電流調整器１９からトランジスタ２１のベースに制御信号ＣＳが出力され、エミッタ−コレクタ間を流れる電流が調整される。
これにより、ケーブル３２の内部抵抗にかかわらず照明回路７を流れる駆動電流Ｉｄが定格電流Ｉ_Ｒに一致するように制御されることとなる。

図４は、電源装置Ｅ_４に照明ヘッドＨ_４を接続して使用する他の照明装置４１を示す。なお、図３と共通する部分は同一符号を付して詳細説明は省略する。
本例の照明ヘッドＨ_４は、プラス端子４ＳからＧＮＤ端子４Ｇに至る照明回路７に一以上の発光ダイオード８が介装されると共に、その定格電流Ｉ_Ｒに応じて予め設定された所定電流値の識別電流（識別信号）を出力する定電流ダイオード（定電流素子）９が発光ダイオード８と並列に接続されている。
電源装置Ｅ_４は、駆動電流検出回路１８の非反転入力端子にバイアス電圧Ｖ_Ｂが印加されている点を除き、図３に示す実施例３の電源装置Ｅ_３と同様である。

この照明装置４１によれば、照明ヘッドＨ_４を電源装置Ｅ_４にケーブル３２を介して接続し、駆動電流検出回路１８のトランジスタ２１をオフにした状態で、電源回路１２から、発光ダイオード８の動作電圧Ｖ_Ｆとバイアス電圧Ｖ_Ｂの和より低い基準電圧Ｖ_０（＜Ｖ_Ｆ＋Ｖ_Ｂ）を供給する
このとき、照明回路７の端子４Ｓ〜４Ｇ間に印加される電位差はＶ_０−Ｖ_Ｂ（＜Ｖ_Ｆ）となり、発光ダイオード８の動作電圧Ｖ_Ｆ未満であるから、発光ダイオード８が点灯されずに、定電流ダイオード９からその照明ヘッドＨ_４の定格電流に応じた電流値の識別電流ＩｃがＧＮＤ端子４Ｇから出力され、ケーブル３２を介して電源装置Ｅ_４のＧＮＤ端子３Ｇに入力される。

ここで、駆動電流検出回路１８のトランジスタ２１はオフされているので、識別電流Ｉｃは定格電流設定回路１３に入力され、識別電流検出回路１５から定格電流設定器１６に検出電圧Ｖｃが出力され、定格電流設定器１６では検出電圧Ｖｃに応じて定格電流Ｉ_Ｒが読み出され、定格電流Ｉ_Ｒ＋識別電流Ｉｃの電流値に対応する定格設定電圧Ｖｓが設定され、電流制御回路１４に出力される。
なお、識別電流Ｉｃは、ケーブル３２の内部抵抗によって変化することはないので、識別電流Ｉｃを検出することにより定格電流を正確に設定できる。

そして、電流制御回路１４では、駆動電流検出回路１８により検出された検出電圧Ｖｄと、定格設定電圧Ｖｓが電流調整器１９で比較され、Ｖｄ＝Ｖｓとなるように、電流調整器１９からトランジスタ２１のベースに制御信号ＣＳが出力され、エミッタ−コレクタ間に流れる電流が定格電流Ｉ_Ｒ＋識別電流Ｉｃになるように制御される。
ここで、図示しないスイッチにより定格電流設定回路１３を遮断すれば、照明回路７の発光ダイオード８を流れる電流Ｉｄと、定電流ダイオード９から出力される電流Ｉｃが全て駆動電流検出回路１８に流れるので、その電流値が定格電流Ｉ_Ｒ＋識別電流Ｉｃになるように制御されれば、発光ダイオード８に流れる電流は定格電流Ｉ_Ｒに維持されることとなる。

本発明は、照明ヘッドの仕様にかかわらず、電源装置からの供給電流が自動的に適正電流に維持され、常に発光ダイオードを定格で点灯させることができるので、適正電流が異なる照明ヘッドを電源装置に任意に付け替えて使用するという用途に適している。

本発明に係る照明装置の一例を示す回路図。 これに用いる照明ヘッドの他の実施形態を示す回路図。 照明装置の他の実施形態を示す回路図。 照明装置の他の実施形態を示す回路図。 従来装置を示す回路図。

符号の説明

１、３１、４１ 照明装置
Ｈ_１〜Ｈ_４ 照明ヘッド
Ｅ_１〜Ｅ_４ 電源装置
７ 照明回路
８ 発光ダイオード
９ 定電流ダイオード（定電流素子）
１０ 識別回路
１２ 電源回路
１３ 定格電流設定回路
１４ 電流制御回路
１５ 識別電流検出回路
１６ 定格電流設定器
１７ 電流制限回路
１８ 駆動電流検出回路
１９ 電流調整器

Claims (3)

1. 一以上の発光ダイオードが介装された照明回路とその定格電流を識別する識別素子を備えた照明ヘッドを電源装置に接続したときに、前記識別素子から出力される識別信号に応じて電源装置から定格電流を供給し、照明ヘッドの発光ダイオードを点灯させる照明装置であって、
   前記照明ヘッドには、識別素子として定格電流に応じて予め設定された所定電流値の識別電流を出力する定電流素子が用いられ、該定電流素子が、前記照明回路から分岐形成された識別回路に介装され、あるいは、前記発光ダイオードと直列または並列に接続されて成り、
   前記電源装置には、前記定電流素子から出力された識別信号の電流値に基づき定格電流を設定する定格電流設定回路と、照明回路を流れる電流を前記定格電流設定回路で設定された定格電流に一致させる電流制御回路が形成されたことを特徴とする照明装置。
2. 一以上の発光ダイオードが介装された照明回路と、その定格電流を識別する識別素子を備え、電源装置に接続されたときに前記識別素子から出力される識別信号に応じて定格電流の供給を受けて発光ダイオードが点灯される照明ヘッドであって、
   前記識別素子として、定格電流に応じて予め設定された所定電流値の識別電流を出力する定電流素子が用いられ、該定電流素子が、前記照明回路から分岐形成された識別回路に介装され、あるいは、前記発光ダイオードと直列または並列に接続されたことを特徴とする照明ヘッド。
3. 前記定電流素子が発光ダイオードと直列に接続されている場合に、定電流素子をバイパスするバイパス回路が形成されると共に、該バイパス回路に、照明回路への通電開始後、予め設定された識別電流測定時間経過時に導通するタイマスイッチが介装された請求項２記載の照明ヘッド。
   
   
   

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