JP6410179B2 - 点灯装置、照明器具および照明システム - Google Patents

Description

本発明は、点灯装置、照明器具および照明システムに関し、特に、固体光源を点灯させる点灯装置、それを用いた照明器具および照明システムに関する。

近年、ＬＥＤ(Light Emitting Diode)などの固体光源が照明用途に利用されている。固体光源は、点灯装置により点灯させることができる。

この種の点灯装置としては、電流調整手段と、スイッチ手段と、調光制御手段とを備えたＬＥＤ調光装置が知られている（たとえば、特許文献１）。電流調整手段は、ＬＥＤ負荷に流れる電流の大きさを制御する。スイッチ手段は、ＬＥＤ負荷に流れる電流を断続制御する。調光制御手段は、電流調整手段とスイッチ手段を制御する。

特許文献１のＬＥＤ調光装置は、調光器からの調光信号を受けて、ＬＥＤ負荷の光出力を制御する調光機能を持っている。ＬＥＤ調光装置は、調光信号が所定のレベルよりも高輝度側の場合、ＬＥＤ負荷に流れる電流を連続電流とする。ＬＥＤ調光装置は、調光信号が所定のレベルよりも高輝度側の場合、流れる電流の大きさによりＬＥＤ負荷を調光する。ＬＥＤ調光装置は、調光信号が所定のレベルよりも低輝度側の場合、ＬＥＤ負荷に流れる電流をパルス状にする。ＬＥＤ調光装置は、調光信号が所定のレベルよりも低輝度側の場合、パルス状の電流の波形の平均値を変化させることでＬＥＤ負荷を調光する。

特開２００９−１２３６８１号公報

ところで、点灯装置は、固体光源を、より低光束で調光できることが求められており、上述のＬＥＤ調光装置の構成だけでは十分ではなく、更なる改良が求められている。

本発明の目的は、固体光源を、より低光束で調光可能な点灯装置、照明器具および照明システムを提供することにある。

本発明の点灯装置は、蓄電部と、スイッチング回路部と、制御回路部と、を備えている。上記蓄電部は、固体光源と電気的に並列に接続される。上記スイッチング回路部は、上記固体光源に流す電流をスイッチング制御して上記蓄電部に出力することができるように構成されている。上記制御回路部は、上記スイッチング回路部を制御する。上記蓄電部は、蓄電容量を変更することができるように構成されている。上記制御回路部は、上記固体光源を調光させる調光レベルに応じて、間欠的に上記固体光源を点灯させるバースト調光の制御を行うことができるように構成されている。上記制御回路部は、蓄電制御部と、信号変調部と、を備えている。上記蓄電制御部は、上記蓄電部の蓄電容量を変更させることができるように構成されている。上記信号変調部は、バースト調光の周波数を変更することができるように構成されている。上記蓄電制御部は、所定の調光レベル以上の場合、上記蓄電部の蓄電容量を第１容量とする。上記信号変調部は、所定の調光レベル以上の場合、バースト調光の周波数を第１周波数とする。上記蓄電制御部は、所定の調光レベル未満の場合、上記蓄電部の蓄電容量を第１容量よりも小さい第２容量とする。上記信号変調部は、所定の調光レベル未満の場合、バースト調光の周波数を第１周波数より高い第２周波数とすることを特徴とする。

本発明の照明器具は、上述の上記点灯装置と、上記固体光源と、を備えたことを特徴とする。

本発明の照明システムは、上述の点灯装置と、調光レベルの情報が含まれた調光信号を上記点灯装置に伝送するコントローラと、を備えたことを特徴とする。

本発明の点灯装置は、固体光源を、より低光束で調光することができる。

本発明の照明器具は、固体光源を、より低光束で調光可能な点灯装置を備えた構成とすることができる。

本発明の照明システムは、コントローラからの調光信号に基づいて、より低光束で固体光源を調光することが可能となる。

図１は、実施形態１の点灯装置を備えた照明システムの回路図である。 図２は、実施形態１の点灯装置の動作を説明する動作説明図である。 図３は、実施形態１の点灯装置において、調光レベルとバースト調光の周波数との関係を説明する相関図、調光レベルとバースト調光のデューティ比との関係を説明する相関図である。 図４は、実施形態１の変形例１の点灯装置に関し、調光レベルとバースト調光の周波数との関係を説明する相関図、調光レベルとバースト調光のオン期間との関係を説明する相関図である。 図５は、実施形態１の変形例２の点灯装置に関し、調光レベルとバースト調光の周波数との関係を説明する相関図、調光レベルとバースト調光のデューティ比との関係を説明する相関図である。 図６は、実施形態１と比較する比較例の点灯装置を備えた照明システムの回路図である。 図７は、比較例の点灯装置の動作を説明する動作説明図である。 図８は、実施形態２の照明器具を示す説明図である。

（実施形態１）
以下、本実施形態の点灯装置１０および照明システム４０について、図１ないし図３を参照しながら説明する。図中においては、同じ部材に対し、同じ符号を付して重複する説明を省略する。

本実施形態の点灯装置１０は、図１に示すように、蓄電部１と、スイッチング回路部２と、制御回路部３と、を備えている。蓄電部１は、固体光源２０と電気的に並列に接続される。スイッチング回路部２は、固体光源２０に流す電流を蓄電部１にスイッチング制御して電力を出力することができるように構成されている。制御回路部３は、スイッチング回路部２を制御する。蓄電部１は、蓄電容量を変更することができるように構成されている。制御回路部３は、固体光源２０を調光させる調光レベルに応じて、スイッチング回路部２にバースト調光の制御を行うことができるように構成されている。制御回路部３は、蓄電制御部３ｅと、信号変調部３ｄと、を備えている。蓄電制御部３ｅは、蓄電部１の蓄電容量を変更させることができるように構成されている。信号変調部３ｄは、バースト調光の周波数を変更することができるように構成されている。蓄電制御部３ｅは、所定の調光レベル以上の場合、蓄電部１の蓄電容量を第１容量Ｃｂとする。信号変調部３ｄは、所定の調光レベル以上の場合、バースト調光の周波数を第１周波数ｆ１とする。蓄電制御部３ｅは、所定の調光レベル未満の場合、蓄電部１の蓄電容量を第１容量Ｃｂよりも小さい第２容量Ｃｃとする。信号変調部３ｄは、所定の調光レベル未満の場合、バースト調光の周波数を第１周波数ｆ１より高い第２周波数ｆ２とする。

点灯装置１０は、所定の調光レベル以上の場合、蓄電部１を第１容量Ｃｂ、バースト調光の周波数を第１周波数ｆ１とし、所定の調光レベル未満の場合、第２容量Ｃｃ、第２周波数ｆ２とすることで、固体光源２０を、より低光束で調光できる。

以下では、点灯装置１０のより具体的な構成ついて説明する。

点灯装置１０は、固体光源２０に加え、調光器４１と、外部電源５０とに接続されている。点灯装置１０は、蓄電部１と、スイッチング回路部２と、制御回路部３に加え、入力フィルタ回路４と、整流回路５と、第１電源回路６とを備えている。第１電源回路６は、昇圧チョッパ回路を構成している。点灯装置１０は、入力フィルタ回路４と整流回路５を介して、第１電源回路６が外部電源５０と電気的に接続される。第１電源回路６は、出力端が第２電源回路７と電気的に接続されている。第２電源回路７は、降圧チョッパ回路を構成している。第２電源回路７は、蓄電部１とスイッチング回路部２とで構成している。第２電源回路７の出力端には、固体光源２０が電気的に接続される。点灯装置１０は、２つの固体光源２０を各別に点灯制御できるように、２つの第２電源回路７を備えている。２つの第２電源回路７は、基本的な構成を同一の構成としている。

蓄電部１は、スイッチング回路部２の出力端間に接続されている。蓄電部１は、高電位側が固体光源２０のアノード側に接続される。蓄電部１は、低電位側が固体光源２０のカソード側に接続される。蓄電部１は、スイッチング回路部２から固体光源２０に流れる電流を平滑化させることができる。蓄電部１は、第１コンデンサ１ａと、第２コンデンサ１ｂと、第１スイッチング素子１ｃとを備えている。第２コンデンサ１ｂと第１スイッチング素子１ｃとは、電気的に直列接続されている。第１コンデンサ１ａと、第２コンデンサ１ｂと第１スイッチング素子１ｃの直列回路とは、電気的に並列に接続されている。第１スイッチング素子１ｃは、蓄電制御部３ｅからの制御信号によりオンとオフとが制御される。蓄電部１は、第１スイッチング素子１ｃがオフ状態の場合、第１コンデンサ１ａの静電容量が蓄電容量となる。蓄電部１は、第１スイッチング素子１ｃがオン状態の場合、第１コンデンサ１ａと第２コンデンサ１ｂとを並列接続させた合成静電容量が蓄電容量となる。蓄電部１は、第１スイッチング素子１ｃのオンとオフとが切り替わることで、蓄電容量を変更することができる。蓄電部１は、第１コンデンサ１ａと、第２コンデンサ１ｂと第１スイッチング素子１ｃの直列回路とを電気的に並列に接続させる構成だけに限られない。蓄電部１は、第１コンデンサ１ａ若しくは第２コンデンサ１ｂと、スイッチング回路部２との電気的接続を第１スイッチング素子１ｃで切り替える構成としてもよい。蓄電部１は、第１コンデンサ１ａおよび第２コンデンサ１ｂそれぞれに第１スイッチング素子１ｃを備えた構成としてもよい。蓄電部１は、第１スイッチング素子１ｃのスイッチング制御により、第１コンデンサ１ａの静電容量または第２コンデンサ１ｂの静電容量を、蓄電容量とすることができる。

蓄電部１は、第１コンデンサ１ａと第２コンデンサ１ｂとが電気的に並列に接続させる構成だけに限られない。蓄電部１は、第１コンデンサ１ａと第１スイッチング素子１ｃと第２コンデンサ１ｂとを電気的に直列に接続させてもよい。蓄電部１は、第１コンデンサ１ａと第１スイッチング素子１ｃと第２コンデンサ１ｂとを直列に接続させる構成の場合、第１スイッチング素子１ｃがオフ状態において、第１コンデンサ１ａと第２コンデンサ１ｂのいずれか一方を用いる構造とすればよい。蓄電部１は、第１コンデンサ１ａと第１スイッチング素子１ｃと第２コンデンサ１ｂとを直列に接続させる構成の場合、第１スイッチング素子１ｃがオフ状態において、第１コンデンサ１ａと第２コンデンサ１ｂのいずれか一方の静電容量が蓄電容量となる。蓄電部１は、第１コンデンサ１ａと第１スイッチング素子１ｃと第２コンデンサ１ｂとを直列に接続させる構成の場合、第１スイッチング素子１ｃがオン状態において、第１コンデンサ１ａと第２コンデンサ１ｂとを直列接続させた合成静電容量が蓄電容量となる。蓄電部１は、第１コンデンサ１ａと第２コンデンサ１ｂとの２つのコンデンサを備えた構成だけに限られない。蓄電部１は、蓄電容量を変更することができる限り、２つ以上のコンデンサを備えた構成とすることができる。言い換えれば、蓄電部１は、複数のコンデンサと、複数のコンデンサの電気的接続を切り替えるスイッチング素子とを備えた構成とすることが好ましい。蓄電部１は、複数のコンデンサの電気的接続をスイッチング素子で切り替えて、蓄電容量を変更できればよい。蓄電容量は、接続させる固体光源２０や調光レベルに応じて適宜に設定すればよい。蓄電部１は、蓄電容量が変更されると、蓄電部１が電流を充放電する時定数が変わる。蓄電部１の時定数は、蓄電部１の蓄電容量が小さい場合と比較して、蓄電部１の蓄電容量が大きい場合の方が大きい。

スイッチング回路部２は、第１インダクタ２ａと、第１ダイオード２ｂと、第２スイッチング素子２ｃと、第１電流検出抵抗２ｄとを備えている。第２スイッチング素子２ｃは、たとえば、ＭＯＳＦＥＴ(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)を用いることができる。ＭＯＳＦＥＴは、たとえば、ｎチャネルＭＯＳＦＥＴを用いることができる。第１インダクタ２ａの一端は、第２スイッチング素子２ｃのソース端子と第１ダイオード２ｂのカソードとの接続端に電気的に接続されている。第１インダクタ２ａの他端は、蓄電部１の高電位側と電気的に接続されている。第１ダイオード２ｂは、アノードと第１電流検出抵抗２ｄとの接続端との間に、蓄電部１の低電位側が電気的に接続されている。第２スイッチング素子２ｃは、ゲート端子が信号変調部３ｄと電気的に接続されている。第２スイッチング素子２ｃは、信号変調部３ｄからの制御信号により、オンとオフとのスイッチング制御が行われる。スイッチング回路部２は、第２スイッチング素子２ｃのスイッチング制御で、蓄電部１の両端間に所定の出力電圧を生成させることができる。

制御回路部３は、信号変調部３ｄと蓄電制御部３ｅに加え、信号変換回路部３ａと、マイクロコンピュータ３ｂと、ＰＷＭ(Pulse Width Modulation)出力制御回路３ｃと、を有している。以下では、マイクロコンピュータ３ｂをマイコン３ｂとも称する。制御回路部３は、ＰＷＭ出力制御回路３ｃにより、第１電源回路６を制御する。制御回路部３は、信号変調部３ｄにより、第２電源回路７を制御する。

信号変換回路部３ａは、調光器４１から調光信号を受信できるように構成されている。調光信号は、前記固体光源を調光させる調光レベルの情報が含まれている。信号変換回路部３ａは、たとえば、調光信号線４１ａを介して、調光器４１と電気的に接続することができる。信号変換回路部３ａは、調光器４１からの調光信号を所定の信号に信号変換することができるように構成されている。調光信号は、たとえば、ＰＷＭ信号を利用することができる。信号変換回路部３ａは、たとえば、ＰＷＭ信号をＤＣ電圧信号に変換する構成とすることができる。信号変換回路部３ａは、ＰＷＭ信号のオン・デューティの期間に対応した振幅のＤＣ電圧信号に変換できればよい。信号変換回路部３ａは、たとえば、波形整形回路と、平滑回路と、を備えた構成することができる。波形整形回路は、調光器４１から伝送された調光信号の波形を整形する。平滑回路は、波形が整形された信号を平滑化して、ＤＣ電圧信号に変換する。ＤＣ電圧信号は、Ａ／Ｄ変換入力端子からマイコン３ｂに取り込まれてデジタル値に変換される。

マイコン３ｂは、メモリを内蔵している。メモリは、適宜のプログラムが予め記憶されている。マイコン３ｂは、適宜のプログラムにより駆動する。マイコン３ｂは、内蔵のメモリにデータテーブルを備えた構成とすることもできる。データテーブルは、２つの固体光源２０の発光色が異なる場合、２つの固体光源２０から放出される混色光で再現させる光のデータが含めることができる。マイコン３ｂは、調光信号に応じて、データテーブルのデータに対応する電流で２つの固体光源２０を各別に制御することで、調光に加え調色を行うこともできる。マイコン３ｂは、調光器４１からの調光信号を受けて、指令信号を信号変調部３ｄに送出する。指令信号は、信号変調部３ｄを制御する。信号変調部３ｄは、指令信号に基づいて、制御信号を第２電源回路７に出力することができる。

ＰＷＭ出力制御回路３ｃは、第１電源回路６から第２電源回路７に出力する電力を調整する。ＰＷＭ出力制御回路３ｃは、第１電源回路６の第３スイッチング素子６ｃにＰＷＭ信号を出力する。ＰＷＭ出力制御回路３ｃは、ＰＷＭ信号により、第３スイッチング素子６ｃをスイッチング制御する。ＰＷＭ出力制御回路３ｃは、第１電源回路６の第２電流検出抵抗６ｄに流れる電流を検出する。ＰＷＭ出力制御回路３ｃは、検出した電流に基づいて、第３スイッチング素子６ｃを制御する。ＰＷＭ出力制御回路３ｃは、第３スイッチング素子６ｃを制御して、第１電源回路６から出力される電流を安定化させることができる。

信号変調部３ｄは、制御信号により第２スイッチング素子２ｃのスイッチング制御を行うことができる。制御信号は、たとえば、周波数が１ｋＨｚのＰＷＭ信号を用いることができる。信号変調部３ｄは、ＰＷＭ出力回路で構成することができる。信号変調部３ｄは、固体光源２０に流れる電流を検出可能な電流検出部を備えている。電流検出部は、たとえば、Ａ／Ｄ変換回路を用いることができる。電流検出部は、第１ダイオード２ｂと第１電流検出抵抗２ｄとの接続端と電気的に接続されている。信号変調部３ｄは、第１ダイオード２ｂのアノードと、第１電流検出抵抗２ｄとの接続端に電気的に接続されていることで、固体光源２０に流れる電流を安定化させるフィードバック制御を行うことができる。信号変調部３ｄは、マイコン３ｂからの指令信号により制御される。指令信号は、降圧チョッパ制御信号を構成している。信号変調部３ｄは、降圧チョッパ制御信号に基づいて、所定の制御信号を第２スイッチング素子２ｃに出力する。制御信号は、第２スイッチング素子２ｃのオンとオフとを制御する。制御信号は、バースト調光を行うバースト調光信号が挙げられる。制御信号は、バースト調光信号だけに限られず、ＤＣ(Direct Current)調光を行うＤＣ調光信号であってもよい。

入力フィルタ回路４は、たとえば、コンデンサと、チョークコイルとで構成することができる。入力フィルタ回路４の入力側には、外部電源５０が電気的に接続される。外部電源５０は、たとえば、商用交流電源を用いることができる。入力フィルタ回路４は、第１電源回路６や第２電源回路７で発生する高周波成分を除去するローパスフィルタを構成している。入力フィルタ回路４は、第１電源回路６や第２電源回路７で発生する高周波成分が外部電源５０側へ伝達することを抑制することができる。入力フィルタ回路４は、外部電源５０からの交流電圧に含まれるノイズが、第１電源回路６へ伝達することを抑制することもできる。

整流回路５は、入力フィルタ回路４の出力端と電気的に接続されている。整流回路５は、入力フィルタ回路４からの交流電圧を全波整流する。整流回路５は、全波整流した電圧を第１電源回路６に印加する。整流回路５は、たとえば、４個のダイオードにより構成されたダイオードブリッジ回路で構成することができる。

第１電源回路６は、第２インダクタ６ａと、第２ダイオード６ｂと、第３スイッチング素子６ｃと、第２電流検出抵抗６ｄと、第３コンデンサ６ｅと、を備えている。第１電源回路６は、整流回路５の一端と、第３コンデンサ６ｅの高電位側との間に、第２インダクタ６ａと第２ダイオード６ｂの直列回路が接続されている。第３コンデンサ６ｅは、第２ダイオード６ｂと第３スイッチング素子６ｃと第２電流検出抵抗６ｄとの直列回路と並列接続されている。第２インダクタ６ａは、第２ダイオード６ｂのアノードと接続されている。第２ダイオード６ｂは、カソードが第３コンデンサ６ｅの高電位側と接続されている。第３コンデンサ６ｅは、平滑コンデンサを用いることができる。第３スイッチング素子６ｃは、たとえば、ＭＯＳＦＥＴを用いることができる。第３スイッチング素子６ｃは、ドレイン端子が第２インダクタ６ａと第２ダイオード６ｂのアノードとの接続端に電気的に接続されている。第３スイッチング素子６ｃは、第２電流検出抵抗６ｄを介して、ソース端子が第３コンデンサ６ｅの低電圧側と電気的に接続されている。第３スイッチング素子６ｃは、ゲート端子がＰＷＭ出力制御回路３ｃと電気的に接続されている。ＰＷＭ出力制御回路３ｃは、第３スイッチング素子６ｃと第２電流検出抵抗６ｄとの接続端に接続されている。第１電源回路６は、ＰＷＭ出力制御回路３ｃからの出力に基づいて、第３スイッチング素子６ｃをオンとオフとを制御するスイッチング制御を行うことができる。第１電源回路６は、第３スイッチング素子６ｃのスイッチング制御により、第３コンデンサ６ｅの両端間に所定の出力電圧を生成させることができる。

第１電源回路６は、第３スイッチング素子６ｃがオフ状態の場合、第２インダクタ６ａと第２ダイオード６ｂを介して、第３コンデンサ６ｅに電圧が供給される。第１電源回路６は、第３スイッチング素子６ｃがオン状態の場合、第２インダクタ６ａと第３スイッチング素子６ｃと第２電流検出抵抗６ｄとを介して、整流回路５に接続される。第１電源回路６は、第３スイッチング素子６ｃがオン状態からオフ状態になると、第２インダクタ６ａに蓄積された磁気エネルギーによって、第２インダクタ６ａの両端間に逆起電力が発生する。点灯装置１０は、整流回路５により全波整流された電圧を昇圧することが可能となる。点灯装置１０は、外部電源５０の種類などによって、必ずしも、第１電源回路６とＰＷＭ出力制御回路３ｃとを備える必要はない。点灯装置１０は、第１電源回路６とＰＷＭ出力制御回路３ｃとを備える構成の代わりに、平滑コンデンサだけで所定の直流電圧を生成させる構成としてもよい。点灯装置１０は、平滑コンデンサの両端間に生ずる直流電圧を、第２電源回路７により電力変換させることもできる。

第２電源回路７は、固体光源２０に流れる電流を制御することができる。点灯装置１０は、２つの固体光源２０の光出力を各別に制御するため、２つの第２電源回路７を備えている。２つの固体光源２０は、同じ構成であってもよいし、異なる構成であってもよい。２つの固体光源２０は、異なる構成の場合、たとえば、ＪＩＳＺ ９１１２における昼白色の光を放射する第１固体光源２０ａと、ＪＩＳ Ｚ ９１１２における電球色の光を放射する第２固体光源２０ｂとを用いることができる。以下では、２つの第２電源回路７のうち、一方の第２電源回路７を昼白色用電源回路７ａとも称し、２つの第２電源回路７のうち、他方の第２電源回路７を電球色用電源回路７ｂとも称する。昼白色用電源回路７ａは、第１固体光源２０ａと電気的に接続されている。電球色用電源回路７ｂは、第２固体光源２０ｂと電気的に接続されている。第２電源回路７は、信号変調部３ｄから出力される制御信号の周波数およびパルス幅を適宜調整することによって、固体光源２０からの光出力を調整することが可能となる。第２電源回路７は、第３コンデンサ６ｅの両端間に、第１インダクタ２ａと第１ダイオード２ｂと第１電流検出抵抗２ｄの直列回路が接続されている。第２電源回路７は、信号変調部３ｄからの制御信号により第２スイッチング素子２ｃのオンとオフとが制御されることで、入力直流電圧を降圧した直流電圧を蓄電部１の両端間に生成させることができる。第２電源回路７は、蓄電部１から固体光源２０に直流電流を供給させることができる。

固体光源２０は、ＬＥＤモジュールを構成している。ＬＥＤモジュールは、複数のＬＥＤ素子２１を有している。ＬＥＤモジュールは、複数のＬＥＤ素子２１が電気的に直列に接続されている。ＬＥＤモジュールは、複数のＬＥＤ素子２１を電気的に直列に接続する構造だけに限られない。ＬＥＤモジュールは、複数のＬＥＤ素子２１を電気的に並列に接続としてもよいし、電気的に直並列に接続する構成でもよい。ＬＥＤモジュールは、ＬＥＤ素子２１の個数を複数個としているが、１個だけであってもよい。

ＬＥＤ素子２１は、白色ＬＥＤを用いることができる。白色ＬＥＤは、青色ＬＥＤと、蛍光体とを備えた構成とすることができる。蛍光体は、たとえば、青色ＬＥＤからの光の一部を吸収して、黄色の光を放出する。白色ＬＥＤは、蛍光体の種類を変えて、たとえば、ＪＩＳＺ ９１１２における昼光色、昼白色、白色、温白色及び電球色の光源色の区分の光を放出する構成とすることができる。第１固体光源２０ａは、たとえば、ＪＩＳ Ｚ ９１１２における昼光色の光を放射することが可能な白色ＬＥＤを用いることができる。第２固体光源２０ｂは、たとえば、ＪＩＳＺ ９１１２における電球色の光を放射することが可能な白色ＬＥＤを用いることができる。固体光源２０は、発光色の異なるＬＥＤごとに複数の種類に構成することができる。点灯装置１０は、第１固体光源２０ａの光出力と、第２固体光源２０ｂの光出力とを各別に調整することで、調光を行うことができる。点灯装置１０は、第１固体光源２０ａの光出力と、第２固体光源２０ｂの光出力とを各別に調整することで、発光色の色温度を変化させることもできる。点灯装置１０は、異なる色調の白色ＬＥＤの光出力を各別に制御させることで、白熱電灯のように、調光レベルが低下するにつれ色温度が低くなるように変化させることができる。点灯装置１０は、白熱電灯のように、調光レベルが低下するにつれ色温度が低くなるように変化させることで、黒体放射軌跡からずれる不快な照明光が照射されることを防止することが可能となる。点灯装置１０は、２種類の白色ＬＥＤを用いた固体光源２０の光出力を制御する構成だけに限られない。点灯装置１０は、３種類以上のＬＥＤを用いた固体光源２０の光出力を制御する構成とすることができる。３種類以上のＬＥＤとしては、たとえば、青色ＬＥＤと緑色ＬＥＤと赤色ＬＥＤとを用いた構成とすることもできる。固体光源２０は、ＬＥＤ素子２１だけに限られない。固体光源２０は、半導体レーザや有機ＥＬ(Electro Luminescence)素子のような半導体発光素子を用いることもできる。

調光器４１は、調光信号を発生させる調光信号発生装置を有している。調光器４１は、点灯装置１０に調光信号を伝送できる構成であればよい。調光器４１は、たとえば、双方向性サイリスタを用いた構成とすることができる。調光器４１は、調光信号として、ＰＷＭ信号を出力する構成とすることができる。調光信号は、オン・デューティに応じて、固体光源２０を全灯状態とした発光量に対する調光状態での発光量の比として調光レベルを表すことができる。調光器４１は、ＰＷＭ信号の代わりに、ＤＡＬＩ(Digital Addressable Lighting Interface)規格の信号やＤＭＸ５１２の通信プロトコルによる信号で、点灯装置１０に調光信号を伝送することもできる。点灯装置１０は、調光器４１から調光信号を受け、固体光源２０を調光信号で示される調光レベルに調光する。

調光器４１は、複数の点灯装置１０を個別に制御可能なライトコントローラを構成していてもよい。調光器４１は、複数の点灯装置１０それぞれの調光信号を個別に送信して、複数の点灯装置１０を各別に制御可能な照明システム４０に利用することができる。点灯装置１０は、調光器４１と接続されて照明システム４０を構成している。照明システム４０は、複数の点灯装置１０を外部電源５０と電気的に並列に接続させた構成としてもよい。照明システム４０は、共通の調光器４１から複数の点灯装置１０に調光信号が供給される構成とすることができる。照明システム４０は、１つの調光器４１により複数の点灯装置１０を制御することで、照明空間全体を調光させた光で照明することができる。調光器４１は、照明システム４０において、点灯装置１０に調光信号を伝送するコントローラを構成している。

言い換えれば、照明システム４０は、点灯装置１０と、調光レベルの情報が含まれた調光信号を点灯装置１０に伝送するコントローラと、を備えることが好ましい。

照明システム４０では、固体光源２０を、より低光束で調光可能な点灯装置１０を備えた構成とすることで、フェードによる演出効果を高めることも可能となる。

点灯装置１０は、照明システム４０に用途が限定される必要はない。点灯装置１０は、たとえば、液晶ディスプレイのバックライトや、複写機、スキャナ、プロジェクタ等の電子装置に用いられる光源の点灯に用いてもよい。

以下では、本実施形態の点灯装置１０の動作について詳述する。最初に、本実施形態と比較する比較例について説明する。

図６に示す比較例の点灯装置１０ａは、本実施形態の点灯装置１０における蓄電制御部３ｅを備えていない。点灯装置１０ａは、蓄電容量を変更することができる蓄電部１の代わりに、静電容量が一定の第４コンデンサ２ｅを備える点が、本実施形態の点灯装置１０と主として相違している。第４コンデンサ２ｅは、固体光源２０に流れる電流を平滑化させることができる。

点灯装置１０ａは、固体光源２０をＤＣ調光やバースト調光を行うことができるように構成されている。点灯装置１０ａは、ＤＣ調光により、固体光源２０を連続点灯させることができる。ＤＣ調光は、固体光源２０を連続点灯させる直流電流の振幅の大きさを変化させて調光する。点灯装置１０ａは、バースト調光により、固体光源２０を間欠的に点灯させることができる。バースト調光では、固体光源２０を間欠的に点灯させる点灯期間の時比率を変化させて調光することができる。バースト調光の周波数とは、バースト調光の間欠的に点灯させる点灯周波数をいう。点灯装置１０ａは、ＤＣ調光を行う場合、調光レベルの下限がスイッチング回路部２における第２スイッチング素子２ｃの最小オン時間に制約される。点灯装置１０ａは、バースト調光を行うことで、第２スイッチング素子２ｃの最小オン時間に制約されることなく、ＤＣ調光する場合よりも、より低い光束で固体光源２０の調光を行うことが可能となる。

点灯装置１０ａは、制御回路部３が、調光器４１からの調光信号に基づいて、固体光源２０の調光を行う。点灯装置１０ａは、調光レベル（％）が１００の場合、固体光源２０への出力電流が最大となるように構成されている。点灯装置１０ａは、図７に示すように、調光レベル（％）が１００から所定のＤ１までの間、ＤＣ調光を行うように構成している。点灯装置１０は、ＤＣ調光を行う場合、調光レベル（％）が１００から下がるにつれ、固体光源２０に流れる直流電流の値が小さくなるように、制御回路部３がスイッチング回路部２を制御する。ＤＣ調光では、図７の電流波形で示すように、固体光源２０に出力される電流波形が直線状を示す。

次に、点灯装置１０ａは、調光レベル（％）がＤ１から０までの間、バースト調光を行うように構成している。点灯装置１０ａは、バースト調光を行う場合、調光レベル（％）がＤ１から０までの間、信号変調部３ｄから第２スイッチング素子２ｃに出力されるバースト調光の周波数を第１周波数ｆ１に固定している。点灯装置１０ａは、調光レベル（％）がＤ１から０までの間、調光レベル（％）がＤ１から下がるにつれ、制御回路部３がバースト調光のデューティ比を小さくすることで、スイッチング回路部２を制御している。点灯装置１０ａは、調光レベル（％）がＤ１から０までの間、オン・デューティが小さくなるにつれ、第１コンデンサ１ａに蓄電される容量が変化する。点灯装置１０ａは、第４コンデンサ２ｅから固体光源２０へ三角波状の電流を出力する。第４コンデンサ２ｅは、静電容量をＣａとして例示している。バースト調光では、調光レベル（％）がＤ１から０までの間、図７の電流波形に示すように、固体光源２０に出力される電流波形が、三角波状を示す。

点灯装置１０ａは、第４コンデンサ２ｅを固体光源２０と並列接続させることで、バースト調光を行う場合であっても、固体光源２０に略直流電流となる三角波状の電流を出力できるように構成している。点灯装置１０ａは、第４コンデンサ２ｅを備えることで、ビデオカメラなどの映像機器の画像にちらつきが生ずるフリッカ現象を抑制することができる。フリッカ現象は、バースト調光の周期と、映像機器のシャッタースピードとのずれなどによって、映像機器の画像にちらつきなどが生ずる現象である。点灯装置１０ａは、連続する三角波状の電流波形で固体光源２０を点灯させるため、矩形波で固体光源２０を点灯させる場合と比較して、フリッカ現象を抑制できる可能性がある。

ところで、点灯装置１０ａは、深調光の場合、固体光源２０の光出力を、高精度に制御することが難しい場合がある。深調光とは、調光レベル（％）の下限値が０に近い深い調光をいう。固体光源２０は、半導体発光素子で構成されている。半導体発光素子は、リーク電流が流れる性質がある。点灯装置１０ａは、固体光源２０のリーク電流のため、バースト調光のデューティ比を単純に小さくし、固体光源２０に流れる平均電流を少なくして調光させても、リーク電流以下となる調光レベル（％）がＤＬ未満では固体光源２０を点灯させることができない。そのため、点灯装置１０ａは、調光レベル（％）がＤＬから０までの間、固体光源２０の光出力を、高精度に制御することが難しい場合がある。

本実施形態の点灯装置１０では、制御回路部３が、調光器４１からの調光信号に基づいて、固体光源２０の調光を行う。点灯装置１０は、調光レベル（％）が１００の場合、固体光源２０への出力電流が最大となるように構成されている。点灯装置１０は、図２に示すように、調光レベル（％）が１００から所定のＤ１までの間、ＤＣ調光を行うように構成している。点灯装置１０は、ＤＣ調光を行う場合、調光レベル（％）が１００から下がるにつれ、固体光源２０に流れる直流電流の値が小さくなるように、スイッチング回路部２を制御する。ＤＣ調光では、図２の電流波形で示すように、固体光源２０に出力される電流波形が連続する平坦な直線状を示す。点灯装置１０は、ＤＣ調光を行う場合、蓄電制御部３ｅが第１スイッチング素子１ｃをオン制御している。点灯装置１０は、第１スイッチング素子１ｃがオン状態の場合、蓄電部１の蓄電容量が第１コンデンサ１ａの静電容量と第２コンデンサ１ｂの静電容量の合成静電容量となる。点灯装置１０は、第１スイッチング素子１ｃがオン状態の場合、蓄電部１の蓄電容量を容量Ｃａとして例示している。

次に、点灯装置１０は、調光レベル（％）がＤ１から０までの間、バースト調光を行うように構成している。点灯装置１０は、Ｄ１の調光レベル（％）を、固体光源２０に流れる電流が固体光源２０のリーク電流を上回る電流値となるように設定している。点灯装置１０は、バースト調光を行う場合、調光レベル（％）がＤ１からより暗いＤ２までの間と、Ｄ２から０までの間とで、蓄電部１の蓄電容量およびバースト調光の周波数を異ならせている。点灯装置１０は、固体光源２０に流れる電流が固体光源２０のリーク電流を下回る電流値で発光させる場合にＤ２の調光レベル（％）を設定している。点灯装置１０は、調光レベル（％）がＤ１からＤ２までの間、蓄電制御部３ｅが第１スイッチング素子１ｃをオン制御している。点灯装置１０は、第１スイッチング素子１ｃがオン状態の場合、蓄電部１の蓄電容量が第１コンデンサ１ａの静電容量と第２コンデンサ１ｂの静電容量の合成静電容量となる。点灯装置１０は、第１スイッチング素子１ｃをオン状態にして、蓄電部１の蓄電容量が容量Ｃａと同じ第１容量Ｃｂとしている。点灯装置１０は、ＤＣ調光を行う場合の蓄電部１の蓄電量と第１容量Ｃｂとを同じ容量にする場合だけに限られない。点灯装置１０は、第１容量Ｃｂを、ＤＣ調光を行う場合の蓄電部１の蓄電容量以下とすることが好ましい。

点灯装置１０は、バースト調光を行う場合、調光レベル（％）がＤ１からＤ２までの間、信号変調部３ｄから第２スイッチング素子２ｃに出力される制御信号の周波数を第１周波数ｆ１に固定している。点灯装置１０は、調光レベル（％）がＤ１からＤ２までの間の場合、調光レベル（％）がＤ１から下がるにつれ、デューティ比を１００％からＸ％まで小さくすることで、スイッチング回路部２を制御している。点灯装置１０は、調光レベル（％）がＤ１からＤ２までの間、オン・デューティが小さくなるにつれ、第１コンデンサ１ａに蓄電される容量が変化する。点灯装置１０は、三角波の形状の電流波形で固体光源２０を点灯させるため、矩形波で固体光源２０を点灯させる場合と比較して、フリッカ現象を抑制することが可能となる。

次に、点灯装置１０は、調光レベル（％）がＤ２から０までの間、蓄電制御部３ｅが第１スイッチング素子１ｃをオン制御している。点灯装置１０は、第１スイッチング素子１ｃがオフ状態の場合、蓄電部１の蓄電容量が第１コンデンサ１ａの静電容量だけとなる。点灯装置１０は、第１スイッチング素子１ｃがオフ状態の場合、蓄電部１の蓄電容量が第１容量Ｃｂよりも小さい第２容量Ｃｃとなる。点灯装置１０は、調光レベル（％）がＤ２からＤ１までの間、信号変調部３ｄから第２スイッチング素子２ｃに出力される制御信号のバースト調光の周波数を第１周波数ｆ１よりも高い第２周波数ｆ２にしている。点灯装置１０は、調光レベル（％）がＤ２から下がるにつれ、Ｘ％から０％まで、デューティ比が小さくなるように、第２電源回路７を制御する。点灯装置１０は、調光レベル（％）がＤ２から０までの間、オン・デューティが小さくなっても、第１コンデンサ１ａに蓄電される静電容量が一定となっている。バースト調光では、調光レベル（％）がＤ２から０までの間、図２の電流波形に示すように、固体光源２０に出力される電流波形が、矩形波状を示す。

点灯装置１０は、固体光源２０へ矩形波の電流を出力する。点灯装置１０は、固体光源２０へ出力する電流波形の形状が矩形波で、リーク電流よりも大きい。点灯装置１０は、固体光源２０へ出力する電流値がリーク電流の値よりも大きいことから、深調光を制御性よく行うことが可能となる。ビデオカメラは、点灯装置１０が深調光を行うような比較的に暗い環境下の場合、撮影の露光時間を増やす制御が行われる。点灯装置１０は、深調光の場合、固体光源２０へ出力する電流波形の形状が矩形波であっても、ビデオの撮影時に露光時間が増える傾向にあるため、フリッカ現象が生ずる可能性を小さくさせることができる。

本実施形態の点灯装置１０は、深い調光レベルにおいて、固体光源２０と並列に接続させる蓄電部１の蓄電容量を小さくして、矩形波点灯を行う。点灯装置１０は、バースト調光の周波数をフリッカ現象が顕在化しない周波数まで高くし、固体光源２０のリーク電流より高い電流値の電流を流すことで固体光源２０を点灯させる。点灯装置１０は、より低光束で固体光源２０を調光する場合でも、より高精度に固体光源２０から放射される光出力を制御することが可能なとなる。

特に、照明分野においては、深調光だけでなく、調色の必要性も高まっている。調色とは、所望の色となるように、２色以上の固体光源２０からの光を各々に調光することをいう。調色の性能とは、色の範囲、その色での深調光ができることをいう。点灯装置１０は、固体光源２０の光出力を、より高精度に制御させて、深調光や調色の性能を上げることが可能となる。

点灯装置１０は、図３に示すように、調光レベル（％）が１００からＤ１まで、ＤＣ調光を行いって、バースト調光を行わない。点灯装置１０は、調光レベル（％）がＤ１からＤ２までの所定の調光レベル以上の場合、バースト調光を行う。点灯装置１０は、調光レベル（％）がＤ２から０までの所定の調光レベル未満の場合でも、バースト調光を行う。点灯装置１０では、信号変調部３ｄは、所定の調光レベル未満の場合、第２周波数ｆ２を所定の固定値とし、調光レベルに応じてバースト調光のデューティ比を変更することが好ましい。

点灯装置１０は、第２周波数ｆ２を所定の固定値とし、調光レベルに応じてバースト調光のデューティ比を変更する比較的に簡単な構成で、より低光束で固体光源２０を調光することが可能となる。

点灯装置１０では、図３に示す調光制御だけに限られず、図４の変形例１のように調光制御することもできる。信号変調部３ｄは、バースト調光のオン・デューティを所定の固定値とし、調光レベルに応じて第２周波数ｆ２を変更することが好ましい。信号変調部３ｄは、図４に示すように、調光レベルに応じて第２周波数ｆ２を、第１周波数ｆ１よりも高い所定の第３周波数ｆ０と第１周波数ｆ１との間で変更することができる。

点灯装置１０は、バースト調光のオン・デューティを所定の固定値とし、調光レベルに応じて第２周波数ｆ２を変更することで、より低光束で固体光源２０を調光することが可能となる。

点灯装置１０では、図３や図４に示す調光制御だけに限られず、図５の変形例２のように調光制御することもできる。信号変調部３ｄは、図５に示すように、第２周波数ｆ２とバースト調光のオン・デューティとを両方とも、調光レベルに応じて変更することが好ましい。信号変調部３ｄは、図５に示すように、調光レベルに応じて第２周波数ｆ２を、第１周波数ｆ１よりも高い所定の第３周波数ｆ０と第１周波数ｆ１との間で変更することができる。

点灯装置１０は、第２周波数ｆ２とバースト調光のオン・デューティとを両方とも、調光レベルに応じて変更することで、より低光束で固体光源２０を高精度に調光することが可能となる。

（実施形態２）
図８に示す本実施形態の照明器具３０は、実施形態１の点灯装置１０を備えた構成としている。実施形態１と同様の構成要素には、同一の符号を付して適宜に説明を省略する。各図面が示す部材の大きさや位置関係は、説明を明確にするために誇張していることがある。以下の説明において、本実施形態を構成する各要素は、複数の要素を一の部材で構成して一の部材で複数の要素を兼用する態様としてもよいし、一の部材の機能を複数の部材で分担して実現してもよい。

本実施形態の照明器具３０は、図８に示すように、点灯装置１０と、固体光源２０とを備えている。

本実施形態の照明器具３０は、固体光源２０を、より低光束で調光することが可能な点灯装置１０を備えた構成とすることができる。

以下では、本実施形態の照明器具３０の一例について詳述する。

照明器具３０は、点灯装置１０が筐体３１に収納されている。照明器具３０は、固体光源２０が器具本体２３に取り付けられている。照明器具３０は、たとえば、天井材５１に埋め込み配置される構成とすることができる。照明器具３０は、固体光源２０と、点灯装置１０とを別に配置した電源別置型の照明器具を構成している。照明器具３０は、電源別置型の構造とすることで、器具本体２３を薄型に構成することができる。照明器具３０は、電源別置型の構造とすることで、設置場所の自由度を高めることができる。照明器具３０は、電源別置型の構造だけに限られない。照明器具３０は、点灯装置１０と、固体光源２０とが一体化された構成でもよい。

固体光源２０となるＬＥＤモジュールは、複数のＬＥＤ素子２１と、実装基板２２とを備えている。実装基板２２は、たとえば、平板の円形状の外形形状に形成されている。実装基板２２の表面には、ＬＥＤ素子２１が実装されている。実装基板２２は、表面に配線が設けられている。配線は、銅箔などを用いることができる。実装基板２２は、配線を用いて、複数のＬＥＤ素子２１を電気的に接続させている。実装基板２２は、配線と、給電用の第１接続線２５とを電気的に接続させている。実装基板２２は、セラミック基板を採用することができる。実装基板２２は、セラミック基板を用いる構成だけに限られず、たとえば、金属ベースプリント配線板やガラスエポキシ基板などを用いてもよい。

器具本体２３は、円盤状の底壁２３ａと、円筒状の側壁２３ｂとを備えている。器具本体２３は、底壁２３ａと側壁２３ｂとで、有底円筒状に形成されている。器具本体２３は、実装基板２２が底壁２３ａに取り付けられている。照明器具３０では、実装基板２２を底壁２３ａに取り付けるため、たとえば、電気絶縁性および熱伝導性を有する接着シートなどを用いることができる。底壁２３ａには、導出孔が形成されている。器具本体２３は、第１接続線２５を導出孔から導出している。第１接続線２５は、導出孔から導出した先端に第１コネクタ４２ｂを備えている。側壁２３ｂの開口端には、側方へ延設された鍔部２３ｃが設けられている。側壁２３ｂは、取付金具を設けることができる。器具本体２３は、鍔部２３ｃと取付金具とで、天井材５１に形成された埋込孔５１ａの周部を挟み持たせることができる。器具本体２３の材料としては、たとえば、鉄、アルミニウム、ステンレスなどの金属や樹脂を採用することができる。照明器具３０は、天井材５１の埋込孔５１ａの周部を、取付金具と鍔部２３ｃとで挟み持たせることで、器具本体２３を天井材５１に埋め込み配置することが可能となる。

器具本体２３は、保護パネル２４を備えている。保護パネル２４は、円板状に形成されている。保護パネル２４は、器具本体２３の開口部を覆っている。保護パネル２４は、透光性を有している。保護パネル２４は、ＬＥＤ素子２１から放射された光を拡散して出射できるように構成されている。保護パネル２４の材料としては、たとえば、アクリル樹脂、ガラスなどが挙げられる。照明器具３０は、器具本体２３の側壁２３ｂの端部に、保護パネル２４が着脱自在に取り付けられている。

筐体３１は、矩形箱状に形成されている。筐体３１は、内部に点灯装置１０を収納している。筐体３１は、天井材５１の一表面５１ａａ側に配置することができる。筐体３１は、天井材５１との間を規定の距離に保つスペーサ３２を備えている。筐体３１の側壁には、孔部が形成されている。筐体３１は、孔部から第２接続線３３を導出させている。第２接続線３３は、孔部から導出した先端に第２コネクタ４２ａを備えている。第２接続線３３は、点灯装置１０と電気的に接続されている。筐体３１は、アルミダイカストで形成することができる。筐体３１の材料としては、アルミニウムを用いるだけに限られず、たとえば、鉄、銅やステンレスなどの金属材料や樹脂材料を採用することができる。

本実施形態の照明器具３０は、点灯装置１０と調光器４１とが接続されている。照明器具３０は、調光器４１からの調光信号に従って、固体光源２０を調光することができる。

Ｃｂ 第１容量
Ｃｃ 第２容量
ｆ１ 第１周波数
ｆ２ 第２周波数
１ 蓄電部
２ スイッチング回路部
３ 制御回路部
３ｅ 蓄電制御部
３ｄ 信号変調部
１０ 点灯装置
２０ 固体光源
３０ 照明器具
４０ 照明システム

Claims (6)

1. 固体光源と電気的に並列に接続させる蓄電部と、前記固体光源に流す電流をスイッチング制御して前記蓄電部に出力するスイッチング回路部と、前記スイッチング回路部を制御する制御回路部と、を備え、
   前記蓄電部は、蓄電容量を変更することができるように構成されており、
   前記制御回路部は、前記固体光源を調光させる調光レベルに応じて、間欠的に前記固体光源を点灯させるバースト調光の制御を行うことができるように構成されており、
   前記制御回路部は、前記蓄電部の蓄電容量を変更させる蓄電制御部と、バースト調光の周波数を変更する信号変調部と、を備え、
   前記蓄電制御部は、所定の調光レベル以上の場合、前記蓄電部の蓄電容量を第１容量とし、且つ前記信号変調部は、所定の調光レベル以上の場合、バースト調光の周波数を第１周波数とし、
   前記蓄電制御部は、所定の調光レベル未満の場合、前記蓄電部の蓄電容量を第１容量よりも蓄電容量が小さい第２容量とし、且つ前記信号変調部は、所定の調光レベル未満の場合、バースト調光の周波数を第１周波数の周波数より高い第２周波数とすることを特徴とする点灯装置。
2. 前記信号変調部は、所定の調光レベル未満の場合、第２周波数を所定の固定値とし、調光レベルに応じてバースト調光のデューティ比を変更することを特徴とする請求項１に記載の点灯装置。
3. 前記信号変調部は、所定の調光レベル未満の場合、バースト調光のオン期間を所定の固定値とし、調光レベルに応じて第２周波数を変更するとこと特徴とする請求項１に記載の点灯装置。
4. 前記信号変調部は、所定の調光レベル未満の場合、第２周波数とバースト調光のオン・デューティとを両方とも、調光レベルに応じて変更することを特徴とする請求項１に記載の点灯装置。
5. 請求項１ないし請求項４のいずれか１項の点灯装置と、前記固体光源と、を備えたことを特徴とする照明器具。
6. 請求項１ないし請求項４のいずれか１項の点灯装置と、調光レベルの情報が含まれた調光信号を前記点灯装置に伝送するコントローラと、を備えたことを特徴とする照明システム。

Images