(57)【要約】      （修正有）【課題】複数の短絡スイッチを順次オンすることで暗から明へ段階的に調光することができ、逆にオンとなっている短絡スイッチを順次オフにすることで明から暗に段階的に調光することができるＬＥＤ照明装置を提供する。【解決手段】直列に接続された複数個のＬＥＤＬ１〜Ｌｎと、複数個の短絡用スイッチＳ１〜Ｓｎとを有し、該短絡用スイッチの各々が、該複数個のＬＥＤの中の連続的に直列に繋がった任意の数の該ＬＥＤに並列に接続されていることを特徴とする調光可能ＬＥＤ照明装置。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＬＥＤを用いる照明装置であって、
直列に接続された複数個のＬＥＤと、
複数個の短絡用スイッチとを有し、
該短絡用スイッチの各々が、該複数個のＬＥＤの中の連続的に直列に繋がった任意の数の該ＬＥＤに並列に接続されていることを特徴とする調光可能ＬＥＤ照明装置。
【請求項２】
請求項１に記載のＬＥＤ照明装置であって、
前記複数の短絡用スイッチがロータリースイッチで構成されていることを特徴とする調光可能ＬＥＤ照明装置
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載のＬＥＤ照明装置であって、
制御用マイクロプロセッサーと
埋め込みソフトウエア用ＲＯＭと
明および暗を指示する調光指示ボタンと
を構成要素として有し、
該調光指示ボタンの押下による明または暗の指示を該制御用マイクロプロセッサーで検知し、
該ＲＯＭに該短絡スイッチごとに予め設定された順番に、予め設定された時間間隔で、明の指示を検知した場合は、前記複数の短絡用スイッチを順次スイッチオンし、暗の指示を検知した場合は、前記複数の短絡用スイッチを順次スイッチオフすること
を特徴とする調光可能ＬＥＤ照明装置
【請求項４】
請求項３に記載のＬＥＤ照明装置であって、
該調光指示ボタンの押下時間が予めＲＯＭに設定された規定時間以下の場合は、該押下時間内で許容される範囲で該複数の短絡用スイッチの内、明の指示を検知した場合は、オン状態にある該スイッチを順次オフにし、暗の指示を検知した場合は、オフ状態にある該スイッチを順次オンにし、
該押下時間が該規定時間を超えるときは、明の指示を検知した場合は、オン状態にあるすべての短絡用スイッチを順次オフにし、暗の指示を検知した場合は、オフ状態にあるすべての短絡用スイッチをオンにする
ことを特徴とする調光可能ＬＥＤ照明装置
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＬＥＤ（ｌｉｇｈｔ  ｅｍｉｔｔｉｎｇ  ｄｉｏｄｅ）を用いる照明装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＬＥＤの、白熱電球と比較した光源としての多くの潜在的な利点により、ＬＥＤは間もなく、現在白熱電球を用いている大部分の用途の代替物となる可能性がある。ＬＥＤは、ますます光量が増加するように開発がされており、現在利用可能なＬＥＤの中には、従来の６０ワット電球と同量の照明を提供するものがある。また、ＬＥＤは比較的効率的であり、最近のＬＥＤの試作品では、電力を２０ｍＡのみ消費する一方でワット当たり１３１ルーメンの白色光効率が示されている。
【０００３】
さらに、ＬＥＤが発する光の色について改良がなされており、また、ＬＥＤは寿命に関して白熱電球を凌ぐ大きな利点を有する。ＬＥＤの中には約１００、０００時間持ちこたえることが可能なものが開発されている。ＬＥＤ照明の現在の導入コストは大分高いが、ＬＥＤ照明の生涯コストは間違いなく白熱照明との競争力があるといえる。
【０００４】
ＬＥＤ照明に関する別の問題は、ＬＥＤに電力を供給するための電気回路に関する。加えられる電流の極性にかかわらず作動する白熱電球とは異なり、ＬＥＤは、電圧源が正極性で用いられるときにのみ、即ち、ＬＥＤが順方向バイアスである場合にのみ発光する。
ＬＥＤはダイオードであるので、ＬＥＤの両端間に印加した電圧は電流に対して対数的である。電力は一般的に電流に比例すると考えられるので、ＬＥＤの電源は一定電圧を維持する電流源であるべきである。
【０００５】
携帯電話等の少数のＬＥＤのみを必要とする低電力用途では、必要なＤＣ（ｄｉｒｅｃｔ  ｃｕｒｒｅｎｔ）電力はバッテリ源により簡単に供給することができる。しかしながら、ＤＣ源が必須とすると、例えば建物の照明等、大きな光出力を必要とする用途で問題を生じる可能性がある。特に非常用ＵＰＳ電源の施設費用は莫大なものとなる。
【０００６】
現在の実施例の１つとしては、リニアまたはスイッチング電源を用いてＡＣ（ａｌｔｅｒｎａｔｉｎｇ  ｃｕｒｒｅｎｔ）電源を定電流ＤＣ電源へ変換する方法が知られている。しかしながら、そのような電源は、例えば変圧器、インダクタ、キャパシタなどの大規模な構成要素を必要とする。これにより、限られた空間で用いる照明の選択肢としてＬＥＤが除外される可能性がある。加えて、ＡＣからＤＣへ変換する複雑さは本質的に電力損失を招く。
さらに、もしＤＣ電力を長距離伝送するとすれば、システムの複雑さとコストは一般的に増大する。これらの理由から、従来の技術の応用として、ＡＣ電源から直接にＬＥＤ照明を交流駆動する手法も発表されている（特許文献１、特許文献２）。
【０００７】
従来のＡＣ電源で交流駆動する照明では、白熱電球などではトランスにてＡＣ電圧を可変とすることにより、また蛍光灯ではインバータ方式などでコンバータ部でのパルス比（Ｄｕｔｙ）を可変とすることで調光を実現している。またＬＥＤ照明装置では交流をＤＣに変換する電源部での電流を可変とすることで調光を実現しているものもあるが、コスト面での低減は難しい状況である。
【特許文献１】特開２００６−２２１９４０
【特許文献２】特開２００８−２８２７９３
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ＬＥＤ照明にも調光が求められている。従来はインバータ蛍光灯の駆動用電源のＤｕｔｙを可変とすることや、ＬＥＤ照明でＤＣコンバータ電源部での出力電流を可変とすることなどで調光機能を実現しているが、いずれも複雑であり、コストアップにもなるという問題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、係る問題に鑑みなされたものであり、
ＬＥＤを用いる照明装置であって、直列に接続された複数個のＬＥＤと、
複数個の短絡用スイッチとを有し、該短絡用スイッチの各々が、該複数個のＬＥＤの中の連続的に直列に繋がった任意の数の該ＬＥＤに並列に接続されていることを特徴とする調光可能ＬＥＤ照明装置を提供することにある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
図１は本発明の基本原理を示す。図１に示すように本発明による、直列接続されたｎ個（ｎは正の整数）のＬＥＤ（Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、・・・、Ｌｎ）は、交流源１００へ接続されたダイオードブリッジ回路部２００に接続されている。
各ＬＥＤには、ｎ個の短絡用スイッチ（Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、・・・、Ｓｎ）がそれぞれ並列接続されている。なお、図１に記載されたＲＬ１，ＲＬ２は、ＬＥＤ保護用の電流制限抵抗であって、それぞれ１００オーム前後の抵抗値をもつ。ただし、以下の計算では、単純化するため電流制限抵抗での電圧降下を無視している。
【００１１】
ＡＣ電源の電源電圧をＶとすると
（数式１）    Ｖ＝Ｖ０・ｓｉｎωｔ
すべての短絡スイッチがオフすなわち開の場合、各ＬＥＤに印加される電圧ＶＬは、各ＬＥＤの電気特性にバラツキが無いとして（以下同じ条件とする）、
（数式２）    ＶＬ＝｜Ｖ／ｎ  ｜≦  Ｖ０／ｎ  ≡  ＶＬｍａｘ
で示される。
【００１２】
ｎ個のＬＥＤの内、ｍ個（ｍはｎ>ｍ>０を満たす整数）のＬＥＤの短絡スイッチをオンすなわち閉とした場合、短絡スイッチがオフすなわち開となっているスイッチに対応する個々のＬＥＤに印加される電圧ＶＳは、
（数式３）    ＶＳ＝｜Ｖ／（ｎ−ｍ）｜≦  Ｖ０／（ｎ−ｍ）≡  ＶＳｍａｘ
で示される。
【００１３】
各ＬＥＤの発光するための順方向閾値電圧をＶｆｔとすると
（数式４）    ＶＬｍａｘ＜  Ｖｆｔ  ＜  ＶＳｍａｘ
となるようなｎ，ｍを選定することができる。
【００１４】
数式４の左部分  ＶＬｍａｘ＜  Ｖｆｔ  が意味するところは、短絡スイッチがすべてオフすなわち開の状態では、各ＬＥＤに印かされる電圧ＶＬは、（数式２）を考慮すると  ＶＬ≦ＶＬｍａｘ＜Ｖｆｔとなり、ＬＥＤの発光のための順方向閾値電圧Ｖｆｔを超えることがないので、すべてのＬＥＤは、発光することはないことを意味する。
【００１５】
一方数式４の右部分  Ｖｆｔ  ＜  ＶＳｍａｘ  の意味するところは、ｍ個の短絡スイッチがオンすなわち閉の状態では、各ＬＥＤに印加される電圧ＶＳは、（数式３）を考慮すると  ＶＳ≦ＶＳｍａｘ  であり、ＶＳとＶｆｔとの大小関係は一義的に決まらないが、ＶＳがＶＳｍａｘをピーク値とする正弦波であることを考えると、ＶＳｍａｘが、少なくともＬＥＤの発光に必要な順方向閾値電圧Ｖｆｔを超えることがあることを示しており、各ＬＥＤはその超える時間だけ発光することになる。
【００１６】
ｎの値をＬＥＤが発光する寸前の値に設定し、ｍの値をＬＥＤの発光が必要とする照度となるように設定し、短絡スイッチを零個からｍ個まで順次オンすなわち閉にしてゆくことで暗から明に段階的に調光することができ、逆にオンとなっているｍ個の短絡スイッチを順次オフにしてゆくことで、明から暗に段階的に調光することができる。
以下実施例に基ついて、詳細に説明する。
【実施例１】
【００１７】
図２に本発明の実施例１を示す。
図２において、ダイオードブリッジ２００と交流電源１００の間には、メインスイッチ４００が設置され、交流電源１００はＡＣ１００Ｖである。ＬＥＤは全部で４２個搭載されており、短絡スイッチとしてロータリースイッチ３００が使われている。図３に示すようにロータリスイッチ３００は、1個のコモン端子ＰＣと１１個の個別端子Ｐ０、Ｐ１、Ｐ２、・・・Ｐ１０を有している。ＲＬ１，ＲＬ２は図１の場合と同じである。
【００１８】
図２に示すように、コモン端子ＰＣは、ダイオードブリッジ２００とＬＥＤ１の間に接続され、個別端子Ｐ０は、空き端子でありどこにも接続されていない。また、個別端子Ｐ１は、ＬＥＤ１とＬＥＤ２の結線に接続され、個別端子Ｐ２は、ＬＥＤ２とＬＥＤ３の結線に接続され、順次同様に、個別端子Ｐ１０は、ＬＥＤ１０とＬＥＤ１１の結線に接続されている。
【００１９】
消灯時には、ロータリスイッチ３００のコモン端子ＰＣは、個別端子Ｐ０と接続する位置に配置されている。
この状態でメイン電源４００を投入しても各ＬＥＤに印加される電圧ＶＬは、
（数式５）  ＶＬ＝（１００・２１/２／４２）ｓｉｎωｔ≦３．３７
高々３．３７ボルトであって、ＬＥＤの順方向閾値電圧標準値３．５ボルトに達しないのでＬＥＤ照明装置は発光しない。
【００２０】
この状態で、ロータリスイッチ３００を回転させ、コモン端子ＰＣと接続される個別端子をＰ１、からＰ２、Ｐ３・・Ｐ１０とスライドさせてゆくと各ＬＥＤに印加される電圧は、高々３．４４、３．５３、３．６２、３．７２、・・・４．４１ボルトと上昇し、ＬＥＤ照明装置は、徐々に発光し、Ｐ１０では、所定の照度の照明装置となる。
【実施例２】
【００２１】
図４に実施例２のＬＥＤ照明装置１０００の機能ブロック構成を示す。
図４に示すように、ロータリスイッチ３００の切り替えを制御する照度制御部５００が実装される。照度制御部５００は、制御用のマイクロプロセッサ５１０、制御プログラム及び制御パラメータを格納するＲＯＭ５２０、ロータリスイッチを駆動するスイッチドライバ―５３０、ロータリスイッチの位置識別部５４０、照度の明暗を指示する調光指示ボタン５５０および電源部５６０を構成要素として有する。
【００２２】
ＲＯＭ５２０には、制御用のプログラムの他、各個別端子Ｐ１、Ｐ２・・Ｐ１０毎に
コモン端子ＰＣとの接続時間を規定するテーブル６００が格納されている。
図７にテーブル６００の内容を示す。６２１列に各個別端子毎のコモン端子ＰＣとの明方向時の接続時間が記載され、６２２列の各個別端子毎にコモン端子ＰＣとの暗方向時の接続時間が記載されている。
【００２３】
図５は、照度制御部５００の動作フローを示す。
図６に示すように調光指示ボタン５５０は、明方向と暗方向を選択し押下することができる。
【００２４】
調光指示ボタンが押下されるとマイクロプロセッサー５１０がそれを検知し（Ｓ５０１、Ｙ）、処理に必要なタイマーをスタートさせ（Ｓ５０２）、明方向指示か暗方向指示かを識別する（Ｓ５０３）。
【００２５】
明方向指示の場合（Ｓ５０３，明）、ＲＯＭ５２０にアクセスして、識別した明方向の指示に応じたテーブル６００の接続時時間６２１列を読みだす（Ｓ５１０）。暗方向指示の場合（Ｓ５０３，暗）の場合、接続時間列６２２列を読み出す（Ｓ５３０）
【００２６】
次に、例えば、明方向の指示の場合は、ロータリースイッチ３００のスイッチ位置がどの位置Ｐｉ（ｉは０≦ｉ≦１０の整数）にあるかをスイッチ位置識別部５４０を通して識別する（Ｓ５１１）。識別したスイッチ位置Ｐｉが個別端子Ｐ１０と判定した場合（Ｓ５１２，Ｙ）には、すでに照明装置１０００は照度が最大値となっていることを示すので、処理を行わないで待機中（Ｓ５０0）に戻り、終了する。
【００２７】
スイッチ位置Ｐｉが個別端子Ｐ１０でないと判定した場合は（Ｓ５１２、Ｎ）、直ちにスイッチをＰｉ＋１に移動させ（Ｓ５１３）、Ｐｉ＋１を新たにＰｉと読み替える（Ｓ５１４）。新たなＰｉがＰ１０かどうかをさらに判定し、Ｐ１０である場合（Ｓ５１５、Ｙ）には、直ちに処理を終了し、待機中（Ｓ５００）に戻る。
【００２８】
新たなＰｉがＰ１０でない場合（Ｓ５１５，Ｎ）には、すでに読み込済のテーブル６００上の欄６１１のＰｉに記載された明方向の接続時間（本例では１００ｍｓ）の経過後（Ｓ５１６，Ｙ）に、タイマー値が所定の時間（本例では５００ｍｓ）を超えているかどうかを判定する（Ｓ５１７）。
【００２９】
５００ｍｓを超えていない場合（Ｓ５１７、Ｎ）には、照度指示ボタン５５０が押下中かどうかを判定する（Ｓ５１８）。押下中でない場合（Ｓ５１８，Ｎ）には、もはや照度の明方向への変更は要求されていないと認識し、処理を終了し、待機中（Ｓ５００）に戻る。
【００３０】
一方、依然として、照度指示ボタン５５０が押下継続中である場合（Ｓ５１８，Ｙ）には、さらにスイッチをＰｉ＋１に移動させ（Ｓ５１３）、以降上記と同じ動作を繰り返す。
【００３１】
Ｓ５１７で５００ｍｓを超えている場合Ｓ５１７、Ｙ）にも、さらにスイッチをＰｉ＋１に移動させ（Ｓ５１３）、以降上記と同じ動作を繰り返す。
これは所定の時間（本例では５００ｍｓ）を超えて照度指示ボタン５５０が押下された場合には、その後の照度指示ボタン５５０の押下状態にかかわらず、照度を明方向の最大まで行うようにとの指示と解釈するからである。
【００３２】
スイッチがＰ１０に移動すると処理は終了する（Ｓ５１５、Ｙ）ので、Ｐ１０に対応するテーブル６００の６２０欄の明方向接続時間には規定がない。
【００３３】
個別端子Ｐ１、Ｐ２・・Ｐ９の明方向接続時間が、本実施例では、すべて１００ｍｓに設定されているとすると明方向への照度指示ボタン押下より、約９００ｍｓ強でロータリスイッチは、個別端子Ｐ１０に到達し、照明装置１０００は明状態になる。
【００３４】
逆に暗方向への指示の場合は、詳細の説明は省略するが明方向と逆に、ロータリースイッチの位置Ｐｊ（ｊは０≦ｊ≦１０の整数）が個別端子Ｐ０以外にあることを確認し、テーブル６００の暗方向接続時間を用いて、個別端子Ｐ０に到達するまで動作さを繰り返す。本実施例では、図７のテーブル６００の６２２欄に示すように、個別端子Ｐ９、Ｐ８・・Ｐ１の暗方向接続時間が、すべて２００ｍｓに設定されている。したがって、本実施例では暗方向への照度指示ボタン押下より、少なくとも約１秒８００ｍｓ強で照明装置１０００は、暗状態となる。
【００３５】
一般に明状態には素早く、暗状態にはゆっくりと遷移するのが望まれので、明暗で遷移時間を個別に設定できるように工夫したものである。
なお、個別端子の接続時間は、本実施例では、明方向も暗方向も一律に設定（明方向  １００ｍｓ、暗方向  ２００ｍｓ）されているとしたが、個別端子毎に適宜設定することができる。
【００３６】
また、図８Ａ、図８Ｂに示すように、最良の実施形態、あるいは実施例１において、短絡スイッチの開閉によって増減するＬＥＤの数は１個で説明したが、図９Ａ、図９Ｂに示す様に２個であっても良く、さらに３個、４個・・・ｋ個の複数であっても良い。また、短絡スイッチ毎に対応するＬＥＤの数が一様でなくてもよい。
【００３７】
また、ロータリースイッチは、メカ的なスイッチとして説明したが、電子回路で構成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の基本的構成図である。
【図２】本発明の実施例の構成図である。
【図３】ロータリスイッチの構成図である。
【図４】照度制御部の機能ブロック図である。
【図５】照度制御部の動作フロー図である。
【図６】照度指示ボタンの外観図である。
【図７】接続時間登録のテーブルである。
【図８Ａ】短絡スイッチとＬＥＤの１：１対応（その１）
【図８Ｂ】短絡スイッチとＬＥＤの１：１対応（その２）
【図９Ａ】短絡スイッチとＬＥＤの１：２対応（その１）
【図９Ｂ】短絡スイッチとＬＥＤの１：２対応（その２）
【符号の説明】
【００３９】
１００  ：  ＡＣ電源
２００  ：  ダイオードブリッジ
３００  ；  ロータリースイッチ
４００  ：  メイン電源スイッチ
５００  ：  照度制御装置
５１０  ：  マイクロプロセッサ
５２０  ：  ＲＯＭ
５３０  ：  スイッチドライバ
５４０  ：  スイッチ位置識別部
５５０  ：  照度指示ボタン
５６０  ：  電源
Ｌ１〜Ｌｎ  ：ＬＥＤ
Ｐｃ        ：ロータリスイッチのコモン端子
Ｐ０〜Ｐ９    ：ロータリスイッチの個別端子
Ｒ１，Ｒ２  ：電流制限抵抗
Ｓ１〜Ｓｎ  ：短絡スイッチ
【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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【図６】
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【図７】
2011090971.tif 000009
【図８Ａ】
2011090971.tif 000010
【図８Ｂ】
2011090971.tif 000011
【図９Ａ】
2011090971.tif 000012
【図９Ｂ】
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