(57)【要約】【課題】低消費電力を実現しながら、所望の調光レベルの照明を可能にする。【解決手段】  入力電流に応じて発光する光源を点灯させる照明装置であって；前記光源において最大効率が得られる前記入力電流に対応した調光レベル以下の調光レベル時には前記光源をパルス点灯させ、前記最大効率が得られる前記入力電流に対応した調光レベルを超える調光レベル時には前記光源を直流点灯させる制御回路；を具備したことを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力電流に応じて発光する光源を点灯させる照明装置であって；
前記光源において最大効率が得られる前記入力電流に対応した調光レベル以下の調光レベル時には前記光源をパルス点灯させ、前記最大効率が得られる前記入力電流に対応した調光レベルを超える調光レベル時には前記光源を直流点灯させる制御回路；
を具備したことを特徴とする照明装置。
【請求項２】
前記制御回路は、
前記パルス点灯時には、前記調光レベルに応じて前記入力電流のデューティを変化させる；
ことを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光ダイオード（ＬＥＤ：Light Emitting Diode）等の光源を備えた照明装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、低消費電力、長寿命、発熱が少ない等の利点から、表示用だけでなく照明用としても、ＬＥＤが採用されるようになってきた。ＬＥＤの輝度はＬＥＤに流れる電流値に応じて決まる。ＬＥＤに流れる電流と順方向電圧との関係は周囲温度の影響を受け、定電圧駆動してもＬＥＤに流れる電流を一定にすることはできない。このため、ＬＥＤは定電流駆動する必要がある。
【０００３】
特許文献１においては、エネルギー消費を低減するために、効率的にＬＥＤを駆動する照明装置が提案されている。この提案の照明装置においては、ＬＥＤに周期的にパルス状に電力を供給し、ＬＥＤを周期的にパルス状に発光させることで、消費電力を抑制しつつ十分な明るさの照明装置を実現している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−１４６８９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１の発明では、ＬＥＤにパルス状の電力を供給して点灯することで、少ない光束でより明るく知覚させることを可能にしている。しかしながら、特許文献１の提案における消費電力低減効果は十分ではないという問題があった。
【０００６】
本発明は、消費電力を低減しながら所望の明るさを知覚させることができる照明装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の請求項１に係る照明装置は、入力電流に応じて発光する光源を点灯させる照明装置であって；前記光源において最大効率が得られる前記入力電流に対応した調光レベル以下の調光レベル時には前記光源をパルス点灯させ、前記最大効率が得られる前記入力電流に対応した調光レベルを超える調光レベル時には前記光源を直流点灯させる制御回路；を具備したことを特徴とし、
本発明の請求項２に係る照明装置は、前記制御回路は、前記パルス点灯時には、前記調光レベルに応じて前記入力電流のデューティを変化させる；ことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
請求項１の本発明によれば、消費電力を低減しながら所望の明るさを知覚させることができるという効果を有する。
【０００９】
請求項２の本発明によれば、パルス点灯時の消費電力を低減することができるという効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施の形態に係る照明装置を示す回路図。
【図２】パルス点灯時における光出力を示すグラフ。
【図３】トールボットの法則を説明するための説明図。
【図４】横軸に入力電流をとり縦軸に発光効率をとってＬＥＤの特性を示すグラフ。
【図５】調光制御を示すフローチャート。
【図６】調光制御を示すグラフ。
【図７】各調光レベル時における光出力の波形を示す波形図。
【図８】変形例を説明するためのグラフ。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。図１は本発明の一実施の形態に係る照明装置を示す回路図である。図２はパルス点灯時における光出力を示すグラフであり、図３はトールボットの法則を説明するための説明図である。また、図４は横軸に入力電流をとり縦軸に発光効率をとってＬＥＤの特性を示すグラフである。
【００１２】
本実施の形態は光源としてＬＥＤを用いた照明装置に適用したものである。ＬＥＤは、入力電流波形と光出力波形とが近似しており、入力電流の変化がそのまま光出力にも現れる。本実施の形態はこのような特性を有する光源を用いた照明装置に適用するものである。なお、以下、明細書中において明るさは人間の主観が加味されたものとし、光出力は電気的な測定によって求められるものとして扱う。
【００１３】
先ず、図２乃至図４を参照して本実施の形態における点灯制御について説明する。
【００１４】
図２はＬＥＤ等に対するパルス点灯における光出力の発光波形を示している。パルス点灯は、光源をパルス状の入力によって駆動することにより、光源の光出力が周期的にパルス状に変化して点灯する状態をいう。図２は、デューティ比が約５０％の光出力が得られているパルス点灯の例を示している。
【００１５】
図３はトールボットの法則を示している。トールボットの法則は、人間の網膜の一点が、ちらつきを感じない周波数（融合周波数）を超える周波数の光刺激を受けた場合の視感覚についての法則を規定している。トールボットの法則によれば、この場合の視感覚は、光刺激の変動の１周期にわたって平均した強度と等しい強度をもつ定常刺激によって生じる視感覚と等しい。
【００１６】
図３（ａ）はピーク（振幅）がｆ（ｌｍ）の一定レベルの光出力が発生していることを示し、図３（ｂ）はピークが２ｆ（ｌｍ）の光出力がデューティ５０％で周期的に発生していることを示している。図３（ａ）の直流点灯による発光状態と図３（ｂ）のパルス点灯による発光状態とでは、人間が知覚する明るさは同等である。
【００１７】
このように、ＬＥＤをパルス点灯させた場合には、トールボットの法則から、人間が感じる明るさは、ＬＥＤから出射される光出力（ｌｍ）の平均値によって与えられる。
【００１８】
図４の丸印は、所定のＬＥＤを直流点灯した場合における効率（１ワット当たりの光出力）をプロットしたものである。直流点灯しているので、人間が感じる明るさは、光出力の振幅、即ち、入力電流値に比例する。一方、効率は、図４に示すように、入力電流値の所定レベル（以下、最大効率電流値という）をピークに山形の特性となる。以下、直流点灯時に最大効率が得られる最大効率電流値に対応した調光レベルを最大効率調光レベルという。例えば、入力電流が３００ｍＡにおいて１００％調光が行われるものとすると、図４の例では、約２０％調光レベルが最大効率調光レベルであり、調光レベルが最大効率調光レベルよりも減少又は増加するに従って、効率は低下する。
【００１９】
なお、図４は所定のＬＥＤについて求めた一例であるが、全てのＬＥＤについて同様の特性が得られる。
【００２０】
一方、パルス点灯時には、人間が知覚する明るさは光出力の平均で与えられるので、光出力のピークが一定である場合でも、光出力のデューティを変化させることで人間が知覚する明るさを変化させることができる。図４のプラス印は、光出力のピーク値及びデューティを変化させながら、同一の明るさが得られる場合の入力電流と効率との関係を示している。
【００２１】
図４のプラス印は、オンデューティが５％、１０％及び５０％の光出力の場合を示している。オンデューティ５％の光出力のピークに対してオンデューティ１０％の光出力のピークを１／２にすることによって、これらの光出力から人間が知覚する明るさは相互に同一となる。同様に、オンデューティ１０％の光出力のピークに対してオンデューティ５０％の光出力のピークを１／５にすることによって、これらの光出力から人間が知覚する明るさは相互に同一となる。
【００２２】
そして、図４に示すように、この結果をプロットしたプラス印と実線との関係から、効率は、人間が知覚する明るさや光出力のデューティ比とは無関係に、光出力のピークに比例して変化することが分かる。
【００２３】
つまり、直流点灯によって最大効率調光レベルの光出力を得るための電流値（最大効率電流値）の電流をＬＥＤに与えることにより、デューティ等に拘わらず、最も高い効率でＬＥＤを点灯させることができる。従って、直流点灯時に最大効率が得られる光出力のピーク（以下、最大効率光出力ピーク）を維持したまま調光可能ならば所望の明るさを得ながら高効率でＬＥＤを駆動して、低消費電力を達成することができる。
【００２４】
約２０％調光レベルよりも高い調光レベルを得るためには、光出力のピークを最大効率光出力ピークよりも高くする必要がある。しかし、トールボットの法則から、最大効率調光レベル（図４では約２０％調光レベル）以下の調光レベルを得るためには、最大効率光出力ピークを維持したまま、オンデューティを１００％から低下させればよい。
【００２５】
そこで本実施の形態においては、調光レベルが０％から最大効率調光レベルまでは、最大効率光出力ピークを維持しながらオンデューティを変化させることで調光を行い、調光レベルが最大効率調光レベルから１００％までは、光出力のピーク値を変化させることで調光を行う。即ち、調光レベルが０％から最大効率調光レベルまではパルス点灯を行い、調光レベルが最大効率調光レベルから１００％までは、直流点灯を行う。
【００２６】
図１において、照明装置には、ＬＥＤ等の光源１２，１２が設けられている。なお、光源の数は適宜設定可能である。制御回路１１は、光源１２に対して電力の供給を行って、光源１２を点灯制御する。制御回路１１には調光データが与えられる。記憶部１４には光源１２についての最大効率調光レベルの情報が記憶されている。
【００２７】
制御回路１１は、調光データが与えられると、調光データに基づく調光レベルを得るために必要な電流を発生して光源１２に供給する。この場合において、制御回路１１は、調光レベルが最大効率調光レベル以下の場合には、光源１２をパルス点灯させるための電流を発生して光源１２に供給する。
【００２８】
また、制御回路１１は、調光レベルが最大効率調光レベルを超える場合には、光源１２を直流点灯させるための電流を発生して光源１２に供給する。
【００２９】
次に、このように構成された実施の形態の動作について図５乃至図７を参照して説明する。図５は調光制御を示すフローチャートである。図６は調光制御を示すグラフであり、図６（ａ）は制御回路１１から光源１２に供給される電流の振幅変化を示し、図６（ｂ）は制御回路１１から光源１２に供給される電流のデューティ比の変化を示している。また、図７は各調光レベル時における光出力の波形を示す波形図である。
【００３０】
図５のステップＳ１において、制御回路１１には、調光レベルを指定するための調光データが入力される。制御回路１１は、調光データによって指定された調光レベルが記憶部１４に記憶されている最大効率調光レベルを超えたか否かを判定する（ステップＳ２）。いま、指定された調光レベルが最大効率調光レベルを超えていないものとする。この場合には、制御回路１１は、図６（ａ）に示すように、光源１２に供給する電流の電流値を最大効率電流値に設定すると共に、調光データに基づいて電流のデューティを変化させる（ステップＳ３）。
【００３１】
いま、最大効率調光レベルが４０％調光レベルであるものとする。この場合において、指定された調光レベルが２０％調光レベルであるものとする。この場合には、制御回路１１は、光源１２に供給する電流振幅を最大効率電流値に設定し、デューティ比を５０％とする。これにより、図７に示すように、光出力は振幅が最大効率光出力ピークで、デューティ５０％のパルス波形となり、２０％調光が得られる。
【００３２】
次に、指定された調光レベルが４０％調光レベルであるものとする。この場合には、制御回路１１は、光源１２に供給する電流振幅を最大効率電流値に設定し、デューティ比を１００％とする。これにより、図７に示すように、光出力は振幅が最大効率光出力ピークの直流波形となり、４０％調光が得られる。
【００３３】
このように、調光率０％から最大効率調光レベルまでは、制御回路１１は、光出力の振幅を最大効率光出力ピークとし、調光レベルに比例してデューティ比を変化させるパルス点灯を行う（図６（ａ），（ｂ））。
【００３４】
次に、指定された調光レベルが最大効率調光レベルを超えるものとする。この場合には、制御回路１１は、図６（ａ）に示すように、光源１２に供給する電流の電流値を、調光データに基づいて変化させる（ステップＳ４）。
【００３５】
例えば、最大効率調光レベルが４０％調光レベルであって、指定された調光レベルが７０％調光レベルであるものとする。この場合には、制御回路１１は、光源１２に供給する電流振幅を調光レベルに応じたレベルに設定する。これにより、図７に示すように、光出力は振幅が調光レベルに応じた直流波形となり、７０％調光が得られる。
【００３６】
このように本実施の形態においては、直流点灯時において最大効率が得られる電流値に対応した調光レベルを最大効率調光レベルとして予め求め、指定された調光レベルが最大効率調光レベル以下の場合にはパルス点灯制御すると共に、最大効率調光レベルを超える場合には直流点灯制御する。そしてパルス点灯時には、最大効率が得られる光出力ピーク（最大効率光出力ピーク）を維持しながらデューティを変化させることで調光を行う。これにより、消費電力を低減しながら所望の明るさを知覚させることができる。
【００３７】
なお、上記実施の形態においては、記憶部が最大効率調光レベルを記憶し、制御回路において、設定された調光レベルが最大効率調光レベルを超えたか否かを判定してパルス点灯と直流点灯とを切換える例について説明したが、記憶部は最大効率電流値を記憶するようにしてもよい。この場合には、制御回路は、設定された調光レベルに基づいて光源に供給する電流値が最大効率電流を超えるか否かによって、パルス点灯と直流点灯とを切換えるようにする。
【００３８】
図８は変形例を説明するためのグラフである。本変形例は制御回路の調光制御のみが上記実施の形態と異なるのみである。
【００３９】
本変形例はパルス点灯制御時において、点灯周波数を最適化することで一層の効率向上を図るものである。即ち、制御回路は、パルス点灯時においては、パルス点灯周波数を４０〜１２０Ｈｚ、例えば６０Ｈｚに設定すると共に、オンデューティを上記実施の形態よりも小さな値にする。
【００４０】
図９は横軸にデューティ比をとり縦軸に輝度比をとって、直流点灯時の明るさを基準にしたパルス点灯時の明るさを示すグラフである。図９の輝度比は、上記実施の形態において調光レベルに応じてトールボットの法則に従って設定されたパルス点灯により実際に知覚される輝度と、これと同一調光レベルに従って設定された直流点灯により実際に知覚される輝度との比を示している。図９の例では、点灯周波数が３０Ｈｚ、６０Ｈｚ及び１２０Ｈｚの例を示してある。
【００４１】
図９に示すように、オンデューティ５０％以下のパルス点灯時には、いずれの点灯周波数時であっても輝度比は１以上である。即ち、同一調光レベルとして設定された直流点灯とパルス点灯とでは、実際に知覚される明るさは、パルス点灯の方が直流点灯よりも明るい。また、パルス点灯の周波数を変更することで、知覚される明るさが変化する。
【００４２】
そこで、本変形例においては、制御回路は、図９の輝度比に基づいて、上記実施の形態よりもデューティー比を小さくして、知覚される明るさを指定された調光レベルに一致させるようになっている。
【００４３】
これにより、本変形例においては、パルス点灯時の効率を向上させることができ、一層の低消費電力化を図ることができる。
【００４４】
なお、図９では点灯周波数が３０Ｈｚの場合に最も効率がよいが、周波数が低い場合にはチラツキが生じやすいことから、６０〜１００Ｈｚ等の周波数で駆動する方が望ましい。
【符号の説明】
【００４５】
１１…制御回路、１２…光源、１４…記憶部。
【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】
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【図８】
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