(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
異なる波長の光を放射する複数種類の光源の光出力をそれぞれ制御することで所望の色温度の混色光を出力させる照明装置において、
前記混色光の出力を調整するための設定信号を出力する光出力設定手段と、
前記光出力設定手段からの前記設定信号を平滑する第１フィルタと、
前記第１フィルタにより平滑された前記設定信号の大きさに応じたデューティ比のＰＷＭ信号を前記各光源に向けて出力して前記各光源の光出力を調整する光出力調整手段と、
前記光出力調整手段から前記各光源に向けて出力される前記ＰＷＭ信号をそれぞれ平滑する複数の第２フィルタとを備え、
前記第２フィルタの時定数が前記第１フィルタの時定数よりも小さいことを特徴とする照明装置。
【請求項２】
前記光出力調整手段は、前記光出力設定手段による設定値の変化量が大きくなるに従って前記第２フィルタの時定数に対する前記第１フィルタの時定数の比率を大きく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】
前記光出力調整手段は、前記各光源を点灯させる点灯期間と、前記各光源を消灯させる消灯期間或いは前記点灯期間よりも低い光出力で前記各光源を点灯させる低出力点灯期間とを周期的に繰り返させ、前記光出力設定手段からの前記設定信号に応じて前記点灯期間の時間比率を変更することを特徴とする請求項１又は２記載の照明装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、照明装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、波長の異なる複数種類の光を混色させて所望の色温度の光を照射する照明システムが提供されている（例えば特許文献１参照）。この照明システムは、異なる波長の光を放射する複数種類のＬＥＤを有する照明ユニットと、照明ユニットから照射される光の色温度を調整する調整手段とを備えている。この照明システムでは、ユーザーによって調色操作が行われると、調整手段は照明ユニットから照射される光が上記調色操作に応じた色温度となるように各ＬＥＤの光出力を調整する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特表２００９−５１８７９９号公報（段落［００２１］−段落［００２３］、及び、第１図）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述の特許文献１に示した照明システムのように、上記調色操作に応じた単一のレベル信号に従って各色のＬＥＤの出力を調整する場合、出力変更の過渡時に各色のＬＥＤの出力比率が設定通りの値で再現されないことがあるが、その原因は以下の理由による。
【０００５】
例えば、マイコンの制御出力に応じて各色のＬＥＤに流れる電流を連続的に変化させて、照明ユニットから照射される光の色温度を変更する場合、コストアップを抑えるためにはＰＷＭタイマ回路を使用するのが好ましい。この場合、各色のＬＥＤに対応して設けられたＰＷＭタイマ回路の出力がローパスフィルタで平滑されて、各色のＬＥＤに流れる電流の指令値となる。なお、ＰＷＭタイマ回路の周波数は数１００Ｈｚから数ｋＨｚの範囲で設定され、ローパスフィルタの時定数はＰＷＭタイマ回路の周波数成分を十分平滑できる値に設定される。例えば、ＰＷＭタイマ回路の周波数が１ｋＨｚの場合、ローパスフィルタの時定数が０．１６であれば十分平滑できる。
【０００６】
ここで安定動作時には、各色のＬＥＤに流れる電流の比率はマイコンが備えるメモリに格納された値で決定されるが、出力変更の過渡時においてはＰＷＭタイマ回路の出力を平滑するローパスフィルタの遅れによって設定値とは異なる比率となってしまうことがある。具体的に説明すると、ローパスフィルタの応答期間中に各色のＬＥＤに流れる電流は、設定変更前の電流値から設定変更後の電流値へとローパスフィルタの特性に応じて連続的に変化し、上記設定値とは関係なく各色のＬＥＤに流れる電流が設定されるので、瞬間的に予想外の光色になってしまうのである。この問題は、ＰＷＭタイマ回路の出力を平滑するローパスフィルタによる遅れを小さくすることで改善されるが、遅れを小さくするとＰＷＭタイマ回路の周期で各色のＬＥＤに流れる電流が変動するため、ちらつきが発生しやすい。
【０００７】
また、このちらつきを解消するためにはＰＷＭタイマ回路の周波数を高くすることが考えられるが、ＰＷＭタイマ回路の周波数は電流設定値の分解能の制約からあまり高くすることができない。例えばタイマクロックが２０ＭＨｚの場合、１６ビットタイマの分解能は５０ｎｓである。そして、１６ビットの分解能で連続的に可変させた場合、１周期は６５５３６カウントであり、このときの周波数は約３００Ｈｚとなる。また、１４ビットの分解能である場合には周波数は約１．２ｋＨｚとなる。さらに周波数を高くするには分解能を低くするか、タイマクロックを高くすることになるが、分解能については連続調光特性から低くすることができず、またタイマクロックについても高くするのは消費電力や発熱の面から好ましくない。
【０００８】
本発明は上記問題点に鑑みて為されたものであり、その目的とするところは、出力変更の過渡時でも各光源の出力比率を安定して再現可能な照明装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の照明装置は、異なる波長の光を放射する複数種類の光源の光出力をそれぞれ制御することで所望の色温度の混色光を出力させる照明装置において、混色光の出力を調整するための設定信号を出力する光出力設定手段と、光出力設定手段からの設定信号を平滑する第１フィルタと、第１フィルタにより平滑された設定信号の大きさに応じたデューティ比のＰＷＭ信号を各光源に向けて出力して各光源の光出力を調整する光出力調整手段と、光出力調整手段から各光源に向けて出力されるＰＷＭ信号をそれぞれ平滑する複数の第２フィルタとを備え、第２フィルタの時定数が第１フィルタの時定数よりも小さいことを特徴とする。
【００１０】
この照明装置において、光出力調整手段は、光出力設定手段による設定値の変化量が大きくなるに従って第２フィルタの時定数に対する第１フィルタの時定数の比率を大きくするのが好ましい。
【００１１】
また、この照明装置において、光出力調整手段は、各光源を点灯させる点灯期間と、各光源を消灯させる消灯期間或いは点灯期間よりも低い光出力で各光源を点灯させる低出力点灯期間とを周期的に繰り返させ、光出力設定手段からの設定信号に応じて点灯期間の時間比率を変更するのも好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
出力変更の過渡時でも各光源の出力比率を安定して再現可能な照明装置を提供することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本実施形態の照明装置の一例を示す概略ブロック図である。
【図２】同上を構成する第１フィルタの動作を説明する説明図である。
【図３】（ａ）（ｂ）は同上の動作を説明するグラフである。
【図４】同上の他の例を示す概略ブロック図ある。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下に、照明装置の実施形態を図１〜図４に基づいて説明する。本実施形態の照明装置は、異なる波長の光を放射する複数種類（本実施形態では３種類）のＬＥＤ７Ａ〜７Ｃの光出力をそれぞれ制御することで所望の色温度の混色光を出力させる装置である。
【００１５】
図１は本実施形態の照明装置の一例を示す概略ブロック図であり、この照明装置は、調光器（光出力設定手段）１と、マイクロコントローラ（ＭＣＵ）１０と、複数（図１では３個）のＬＥＤ（光源）７Ａ〜７Ｃとを主要な構成として備える。またマイクロコントローラ１０は、Ａ／Ｄコンバータ２と、第１フィルタ３と、メモリ４と、複数（図１では３個）のＰＷＭタイマ回路５Ａ〜５Ｃと、複数（図１では３個）の第２フィルタ６Ａ〜６Ｃと、全般的な制御を行う制御回路（図示せず）とを主要な構成として備える。
【００１６】
ＬＥＤ７Ａ〜７Ｃは、それぞれ異なる波長の光を放射するものであり、本実施形態ではＬＥＤ７Ａが赤色光を、ＬＥＤ７Ｂが緑色光を、ＬＥＤ７Ｃが青色光をそれぞれ放射することで白色の混色光が得られる。
【００１７】
調光器１は、上記混色光の出力を調整するための設定信号（調光信号）を生成し、生成した設定信号を後段のＡ／Ｄコンバータ２に出力する。なお本実施形態では、調光器１は上記設定信号としてアナログ電圧（例えば０Ｖ〜５Ｖ）を出力する。
【００１８】
Ａ／Ｄコンバータ２は、調光器１から出力される上記設定信号を周期的に取り込んでデジタル信号Ｄｘに変換し、変換したデジタル信号Ｄｘを後段の第１フィルタ３に出力する。このＡ／Ｄコンバータ２のサンプリング周波数は数１００Ｈｚ〜数ｋＨｚに設定されており、ユーザによる調光操作に十分応答できる周波数となっている。例えば１０ビットのＡ／Ｄコンバータの場合、デジタル信号Ｄｘは、上記設定信号の電圧値（例えば０Ｖ〜５Ｖ）に対応する形で０〜１０２３の値となる。
【００１９】
第１フィルタ３は、所定の周波数（遮断周波数）より高い周波数の帯域を減衰させるローパスフィルタからなり、Ａ／Ｄコンバータ２から出力されるデジタル信号Ｄｘの変化を滑らかにしてちらつきを抑えるように機能する。この第１フィルタ３では、Ａ／Ｄコンバータ２から出力されるデジタル信号Ｄｘを平滑して信号値Ｘを出力するが、好ましくは１０Ｈｚ以上の周波数成分を減衰させる特性を有するものがよい。
【００２０】
ここで本実施形態では、調光器１から出力されるアナログ電圧（設定信号）をデジタル信号Ｄｘに変換しているが、調光器１から出力されるアナログ電圧をそのまま用いる場合もあり、この場合には離散的な電圧となることがある。そのため、調光器１の操作速度によっては上記アナログ電圧に１０Ｈｚの低周波成分が生じることがあるが、第１フィルタ３が１次フィルタで構成され、且つ、時定数が０．１６である場合には遮断周波数が１Ｈｚとなり、１０Ｈｚの変動を約１／１０にすることができる。したがってこの場合には、上記アナログ電圧に含まれる不快なちらつきを生じさせる周波数成分を低減することができる。なお、第１フィルタ３の動作については後述する。
【００２１】
メモリ４には、信号値Ｘと各ＬＥＤ７Ａ〜７Ｃの出力値ｙ１〜ｙ３との関係を示すデータテーブルが予め記憶されており、信号値Ｘと出力値ｙ１〜ｙ３との関係をグラフに表すと図１中の各グラフのようになる。これらのグラフによれば、信号値Ｘ＝Ｘ１のときには、ＬＥＤ７Ａの出力値ｙ１＝ｙ１１、ＬＥＤ７Ｂの出力値ｙ２＝ｙ２１、ＬＥＤ７Ｃの出力値ｙ３＝ｙ３１にそれぞれ設定される。なお、上記出力値ｙ１〜ｙ３は１６ビットのデータとしてメモリ４に記憶されており、各出力値ｙ１〜ｙ３のデータ占有容量はそれぞれ２ｋバイトである。また、図１中の信号値Ｘと出力値ｙ１の関係を示すグラフにおいて、Ｘ≦Ｘ２の区間が調光器１からの設定信号に比例した出力値ｙ１を出力する第１区間であり、Ｘ＞Ｘ２の区間が上記設定信号に反比例した出力値ｙ１を出力する第２区間である。
【００２２】
ＰＷＭタイマ回路５Ａ〜５Ｃは、メモリ４から読み出された出力値ｙ１〜ｙ３がそれぞれ入力され、これら出力値ｙ１〜ｙ３に基づいて各ＬＥＤ７Ａ〜７Ｃのオンデューティを決定する。例えば１６ビットのＰＷＭタイマ回路であって、タイマクロックが２０ＭＨｚの場合には、分解能が５０ｎｓであることから６５５３６段階にＰＷＭ信号のデューティを設定できる。そして本実施形態では、ＰＷＭタイマ回路５Ａ〜５Ｃから出力される上記ＰＷＭ信号に従って、各ＬＥＤ７Ａ〜７Ｃを点灯させる点灯期間と、各ＬＥＤ７Ａ〜７Ｃを消灯させる消灯期間とを周期的に繰り返す、所謂バースト調光を行っている。また本実施形態では、調光器１からの設定信号に応じて上記点灯期間の時間比率が変更される。
【００２３】
第２フィルタ６Ａ〜６Ｃは、第１フィルタ３と同様に、所定の周波数（遮断周波数）より高い周波数の帯域を減衰させるローパスフィルタからなり、各ＰＷＭタイマ回路５Ａ〜５Ｃから出力される上記ＰＷＭ信号を平滑する。ここに本実施形態では、メモリ４、ＰＷＭタイマ回路５Ａ〜５Ｃ及び上記制御回路により光出力調整手段が構成されており、また第１フィルタ３及び第２フィルタ６Ａ〜６Ｃはデジタルフィルタで実現されている。
【００２４】
次に、第１フィルタ３のフィルタ演算の一例を図２に基づいて説明する。なお、以下の説明では第１フィルタ３を１次フィルタで構成した場合を例に説明するが、第１フィルタ３は２次フィルタで構成してもよい。
【００２５】
第１フィルタ３では、Ａ／Ｄコンバータ２から出力されるデジタル信号Ｄｘと信号値（出力値）Ｘの差分Ｄｘ−Ｘを求めた後、差分Ｄｘ−Ｘを係数τで除算し、最後に除算結果（Ｄｘ−Ｘ）／τを積分することで信号値Ｘが得られる。ここで、演算周期をＴ、時定数をＡとすると、例えば演算周期Ｔ＝１ｍｓ、係数τ＝１６０であれば、時定数Ａ＝Ｔ×τ＝０．００１×１６０＝０．１６となる。
【００２６】
ところで、調光器１からの設定信号を平滑する第１フィルタ３と、各ＰＷＭタイマ回路５Ａ〜５ＣからのＰＷＭ信号を平滑する第２フィルタ６Ａ〜６Ｃの時定数を比較したとき、第２フィルタ６Ａ〜６Ｃの時定数が第１フィルタ３の時定数以上である場合には、各ＬＥＤ７Ａ〜７Ｃの調光中に調光器１からの設定信号が入力されることがある。その結果、各ＬＥＤ７Ａ〜７Ｃの調光中に次の調光動作が行われることになり、瞬間的に予想外の光色になってしまう。そこで本実施形態では、第２フィルタ６Ａ〜６Ｃの時定数が第１フィルタ３の時定数よりも小さくなるように第１フィルタ３及び第２フィルタ６Ａ〜６Ｃの時定数を設定している。その結果、各ＬＥＤ７Ａ〜７Ｃの調光動作が完了するまでは次の調光信号が入力されないため、出力変更の過渡時でも各ＬＥＤ７Ａ〜７Ｃの色比率を安定して再現することができる。
【００２７】
また本実施形態では、第１フィルタ３及び第２フィルタ６Ａ〜６Ｃをデジタルフィルタで構成しているため、第１フィルタ３及び第２フィルタ６Ａ〜６Ｃの時定数を任意に設定することができる。そこで本実施形態では、調光器１による設定値の変化量が大きくなるに従って第１フィルタ３の時定数を大きくし、第２フィルタ６Ａ〜６Ｃの時定数に対する第１フィルタ３の時定数の比率を大きくしている。その結果、出力変更の過渡時でも各ＬＥＤ７Ａ〜７Ｃの色比率を安定して再現することができる。
【００２８】
次に、照明装置の動作を図３に基づいて説明する。なお、以下の説明ではＬＥＤ７Ａの動作について説明し、ＬＥＤ７Ｂ，７Ｃについては同様であるから、ここでは説明を省略する。
【００２９】
図３（ａ）は信号値Ｘ及び出力値ｙ１の時間変化を示すグラフであり、実線ａが信号値Ｘの変化を、実線ｂが出力値ｙ１の変化をそれぞれ示している。このグラフによれば、例えば時刻ｔ＝０付近で調光器１による調光レベル（デジタル信号Ｄｘ）が２０から１０００まで変化したとき、第１フィルタ３からの信号値Ｘは１次遅れの応答をする。そして、出力値ｙ１は第１フィルタ３からの信号値Ｘにより決定されるため、実線ｂに示すように時刻ｔ＝１２０ｍｓのときにピークとなり、その後徐々に低下していく。
【００３０】
ここで、信号値Ｘと出力値ｙ１の関係を示すデータは１０２４組あるが、出力値ｙ１が変化しても信号値Ｘが変化しない場合がある。これは、出力値ｙ１が１６ビットであるのに対して信号値Ｘは１０ビットであり、分解能が不足しているからである。この場合、信号値Ｘを２７ビット（出力値ｙ１の分解能＋デジタル信号Ｄｘの分解能＋符号ビット）まで拡張することで、どんな特性のデータテーブルであっても出力値ｙ１の分解能に対して信号値Ｘの分解能が不足することはない。以下、その一例について説明する。
【００３１】
第１フィルタ３では、フィルタ演算を行う際に、例えば１０ビットの分解能を除算演算で３２ビットまで拡張し、そのうち符号ビットを除く上位１０ビットでデータテーブルの決定を行う。また第１フィルタ３では、残りの下位ビットを使って補間処理を行い、出力値ｙ１が連続的に変化するように補正する（図３（ｂ）参照）。つまり、残りの下位ビットを使って出力値ｙ１の補間処理を行うことで、出力値ｙ１の分解能に対する信号値Ｘの分解能の不足分を補うことができるのである。なお、図３（ｂ）中の破線ｃは補間前の出力値ｙ１を、実線ｄは補間後の出力値ｙ１をそれぞれ示している。
【００３２】
次に、図４は本実施形態の照明装置の他の例を示す概略ブロック図であり、図１に示す例では第２フィルタ６Ａ〜６Ｃがデジタルフィルタで構成されているが、本例では第２フィルタ６Ａ〜６Ｃがアナログフィルタで構成されている。なお、それ以外の構成は図１に示す例と同様であり、同一の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。
【００３３】
本例の照明装置は、調光器１と、マイクロコントローラ１０と、複数（図４では３個）の第２フィルタ６Ａ〜６Ｃと、複数（図４では３個）のＬＥＤ７Ａ〜７Ｃとを主要な構成として備える。またマイクロコントローラ１０は、Ａ／Ｄコンバータ２と、第１フィルタ３と、メモリ４と、複数（図４では３個）のＰＷＭタイマ回路５Ａ〜５Ｃと、全般的な制御を行う制御回路（図示せず）とを主要な構成として備える。
【００３４】
ここで、第２フィルタ６Ａ〜６Ｃはアナログフィルタであるため、その時定数は予め固定された値であり、一方、第１フィルタ３はデジタルフィルタであるため、その時定数を任意に設定することができる。そこで本例では、第２フィルタ６Ａ〜６Ｃの時定数が第１フィルタ３の時定数よりも小さくなるように第１フィルタ３の時定数を設定し、さらに調光器１による設定値の変化量が大きくなった場合には、それに応じて第２フィルタ６Ａ〜６Ｃの時定数に対する第１フィルタ３の時定数の比率が大きくなるように第１フィルタ３の時定数を大きくする。その結果、図１で説明した照明装置と同様に、出力変更の過渡時でも各ＬＥＤ７Ａ〜７Ｃの色比率を安定して再現することができる。
【００３５】
而して本実施形態によれば、調光器１からの設定信号（調光信号）の遅れ時間に対して光出力調整手段からの出力信号（ＰＷＭ信号）の遅れ時間を小さくしているので、出力変更の過渡時でも各ＬＥＤ７Ａ〜７Ｃの光出力を安定して再現することができる。また、調光器１による設定値の変化量が大きくなった場合には、それに応じて第２フィルタ６Ａ〜６Ｃの時定数に対する第１フィルタ３の時定数の比率を大きくすることで、同様に出力変更の過渡時でも各ＬＥＤ７Ａ〜７Ｃの光出力を安定して再現することができる。
【００３６】
さらに、本実施形態のように第１フィルタ３をデジタルフィルタで構成した場合には、第１フィルタ３の時定数をマイクロコントローラ１０内で処理するため、ノイズによるちらつきが発生しにくいという利点がある。また、本実施形態の照明装置によれば、各ＬＥＤ７Ａ〜７Ｃをそれぞれバースト調光可能な照明装置を提供することができる。
【００３７】
なお本実施形態では、光源がＬＥＤ７Ａ〜７Ｃの場合を例に説明したが、光源は本実施形態に限定されるものではなく、各光源からの放射光を混色させる構成のものであれば他のものでもよい。また、光源の個数についても本実施形態は一例であって、２種類や４種類以上であってもよい。さらに本実施形態では、点灯期間と消灯期間とを繰り返すことでバースト調光を行っているが、例えば消灯期間の代わりに、点灯期間よりも低い光出力で各ＬＥＤ７Ａ〜７Ｃを点灯させる低出力点灯期間としてもよく、同様に点灯期間と低出力点灯期間とを繰り返すことでバースト調光を行うことができる。
【符号の説明】
【００３８】
１  調光器（光出力設定手段）
３  第１フィルタ
４  メモリ（光出力調整手段）
５Ａ〜５Ｃ  ＰＷＭタイマ回路（光出力調整手段）
６Ａ〜６Ｃ  第２フィルタ
７Ａ〜７Ｃ  ＬＥＤ（光源）
【図１】
0005807200.tif 000002
【図２】
0005807200.tif 000003
【図３】
0005807200.tif 000004
【図４】
0005807200.tif 000005