(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部信号にもとづいてデューティが変化するＰＷＭ信号を制御信号として生成する制御回路と、
前記制御信号のキャリア周波数よりも高い周波数でスイッチングするスイッチング素子と、
制御端子を含み、前記スイッチング素子に直列に接続され、前記制御信号を前記制御端子に印加することによって前記スイッチング素子に流れる電流の上限値を前記制御信号にもとづいて設定する定電流素子と、
を備えた点灯装置。
【請求項２】
請求項１に記載された点灯装置と、
前記点灯装置に接続された照明負荷と、
を備えた照明器具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、点灯装置および照明器具に関する。
【背景技術】
【０００２】
省エネルギ化等を実現するために、半導体発光素子や有機発光ダイオード等を用いた照明器具が普及しつつある。このような照明器具では、発光素子を点灯させるための点灯回路を小型化し、回路を簡素にすることによって低コスト化をはかることが求められている。
【０００３】
このような照明器具は、調光制御や調色制御を行うことによって、居住快適性や演色性等を向上させることができる。また、半導体発光素子の発光光の点滅を視認できない程度の周波数で変調することによって、可視光通信システムを構築することも可能になる。
【０００４】
このように照明器具を高機能化する場合には、一般的には、点灯回路の回路規模が増大し、占有面積が増大する傾向にある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−４０４００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
実施形態は、調光制御、調色制御、および可視光通信用の変調制御を、簡素な回路で実現する点灯装置および照明器具を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
実施形態に係る点灯装置は、外部信号にもとづいてデューティが変化するＰＷＭ信号を制御信号として生成する制御回路と、前記制御信号のキャリア周波数よりも高い周波数でスイッチングするスイッチング素子と、制御端子を含み、前記スイッチング素子に直列に接続され、前記制御信号を前記制御端子に印加することによって前記スイッチング素子に流れる電流の上限値を前記制御信号にもとづいて設定する定電流素子と、を備える。
【発明の効果】
【０００８】
本実施形態では、直列に接続されたスイッチング素子および定電流素子を備え、制御回路によって定電流素子の制御端子に制御信号を印加してスイッチング素子の出力する電流を設定することができるので、ほかに制御のための回路を設けることなく調光制御、調色制御、および可視光通信用の変調制御を簡素な回路で実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施形態に係る点灯装置および照明器具を例示するブロック図である。
【図２】比較例の点灯装置および照明器具を例示するブロック図である。
【図３】変形例に係る照明器具を例示するブロック図である。
【図４】変形例に係る照明器具を例示するブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施形態について説明する。
なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
なお、本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には、同一の符号を付して詳細な説明を適宜省略する。
【００１１】
図１は、本実施形態に係る点灯装置および照明器具を例示するブロック図である。
図１に示すように、本実施形態の照明器具１は、点灯装置１０と、照明負荷３と、を備える。点灯装置１０は、端子１１ａ〜１１ｅを含む。点灯装置１０は、端子１１ａ，１１ｂを介して交流電源２に接続される。交流電源２は、たとえば商用電源であり、５０Ｈｚまたは６０Ｈｚの周波数で１００Ｖまたは２００Ｖの交流電力を照明器具１に供給する。
【００１２】
照明負荷３は、端子１１ｃ，１１ｄを介して点灯装置１０に接続されている。照明負荷３は、発光素子４を含む。発光素子４は、複数個が直列に接続されていてもよい。発光素子４は、直列に接続されたものが並列に接続されていてもよい。発光素子４は、たとえば半導体発光ダイオード（Light Emitting Diode、以下、ＬＥＤという。）等である。照明負荷３は、点灯装置１０から出力される電流によって点灯する。照明負荷３の光量は、点灯装置１０から出力される直流の電流値や、パルス状の電流の平均値にもとづいて決定される。
【００１３】
照明負荷３は、端子１１ｃ，１１ｄによって点灯装置１０の出力に固定して接続されている。照明負荷３は、図示しないが、接続用の端子を有しており、接続用の端子を介して、点灯装置１０に着脱可能に接続されていてもよい。
【００１４】  照明器具１には、端子１１ｅを介して調光装置（図示せず）が接続される。調光装置は、入力された調光度の設定値等にしたがって、調光信号Ｓｄを生成し、出力する。生成される調光信号Ｓｄは、アナログ値であってもよく、ディジタル値であってもよい。調光信号Ｓｄは、たとえば照明負荷３の光量に応じて増大する電圧値を有するアナログ信号であり、あるいはＤＡＬＩ（登録商標）（Digital Addressable Lighting Interface）等にもとづくデータを含む信号等である。
【００１５】
照明器具１は、調光装置から供給される調光信号Ｓｄにしたがって設定された光量となるように電流値を設定し、照明負荷３に設定された電流値を有する電流を供給する。
【００１６】
点灯装置１０の構成について説明する。本実施形態の点灯装置１０では、照明負荷３をパルス幅変調（Pulse Width Modulation、以下、ＰＷＭという。）により調光制御を行うものとする。また、特に断らない限り、発光素子はＬＥＤであるものとする。
【００１７】
点灯装置１０は、ＡＣ−ＤＣ変換部２０と、ＤＣ−ＤＣ変換部３０と、制御回路６０と、電流設定回路７０と、を備える。ＡＣ−ＤＣ変換部２０は、端子１１ａ，１１ｂを介して交流電源２に接続される。ＤＣ−ＤＣ変換部３０は、ＡＣ−ＤＣ変換部２０の出力に接続されている。つまり、ＡＣ−ＤＣ変換部２０およびＤＣ−ＤＣ変換部３０は、縦続に接続されている。ＤＣ−ＤＣ変換部３０は、端子１１ｃ，１１ｄを介して照明負荷３に接続されている。
【００１８】
ＡＣ−ＤＣ変換部２０は、整流回路２１と、平滑コンデンサ２２と、を含む。整流回路２１の交流入力は、交流電源２に接続される。整流回路２１は、たとえば全波整流ブリッジである。平滑コンデンサ２２は、整流回路２１の直流出力間に接続されている。ＡＣ−ＤＣ変換部２０は、交流電源２から供給される交流電圧を全波整流して平滑し、直流電圧を出力する。
【００１９】
照明器具１が扱う電力容量が大きい場合には、ＡＣ−ＤＣ変換部２０は、力率改善回路を含んでもよい。力率改善回路は、整流回路２１と平滑コンデンサ２２との間に接続される。力率改善回路は、入出力の電圧の範囲や、扱う電力容量等にもとづいて適切な回路形式が選択される。力率改善回路は、たとえば昇圧電源回路の形式等が用いられる。
【００２０】
ＤＣ−ＤＣ変換部３０は、スイッチング素子３１と、定電流素子３２と、ダイオード３３と、トランス３４と、出力コンデンサ３７と、を含む。この例では、ＤＣ−ＤＣ変換部３０は、降圧チョッパ回路である。なお、ＤＣ−ＤＣ変換部３０の回路形式は、入力電圧、出力電圧、および電力容量等によって適切に選定される。ＤＣ−ＤＣ変換部の回路形式は、降圧チョッパ回路以外に、他の回路形式、たとえば昇圧チョッパ回路や昇降圧チョッパ回路、あるいはトランスを用いた回路等であってもよい。
【００２１】
スイッチング素子３１および定電流素子３２は、直列に接続されている。スイッチング素子３１および定電流素子３２の直列接続体Ｓの一方の端子は、ＡＣ−ＤＣ変換部２０の高電位側の出力に接続されている。直列接続体Ｓの他方の端子は、ダイオード３３と直列に接続されている。ダイオード３３は、カソードで直列接続体Ｓに接続されている。ダイオード３３のアノードは、ＡＣ−ＤＣ変換部２０の低電位側の出力および抵抗器５２を介して端子１１ｄに接続されている。
【００２２】
直列接続体Ｓおよびダイオード３３が接続されたノードＮに、トランス３４の主巻線を含む主インダクタ３５の一端が接続されている。主インダクタ３５の他端は、出力コンデンサ３７の高電位側の端子に接続されている。出力コンデンサ３７の高電位側の端子は、端子１１ｃに接続されている。出力コンデンサ３７の低電位側の端子は、ＡＣ−ＤＣ変換部２０の低電位側の出力に接続されている。
【００２３】
スイッチング素子３１および定電流素子３２は、いずれもノーマリオン形のトランジスタである。スイッチング素子３１および定電流素子３２は、たとえばワイドバンドギャップ半導体材料により形成されたトランジスタであり、ワイドバンドギャップ半導体材料は、窒化ガリウム（ＧａＮ）を含む。スイッチング素子３１および定電流素子３２は、ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）等のＩＩＩ−Ｖ族半導体を含んでもよい。スイッチング素子３１および定電流素子３２は、高電子移動度トランジスタ（High Electron Mobility Transistor、以下、ＨＥＭＴともいう。）あるいは接合型ＦＥＴ等である。以下では、スイッチング素子３１および定電流素子３２は、特に断らない限り、ＧａＮによって形成されたＨＥＭＴであるものとして説明する。
【００２４】
スイッチング素子３１のゲート端子は、トランス３４の補助巻線を含む補助インダクタ３６およびコンデンサ３８に接続されている。トランス３４の主巻線および補助巻線は、同一の磁心に巻回されており、磁気的に結合している。補助インダクタ３６およびコンデンサ３８は直列に接続されている。補助インダクタ３６は、主インダクタ３５の駆動電圧に応じて電圧を発生する。補助インダクタ３６によって発生された電圧は、スイッチング素子３１のゲートソース間に印加される。抵抗器３９，４０および定電圧ダイオード４１は、スイッチング素子３１のゲートソース間に過大な電圧が印加されないように保護する。
【００２５】
定電流素子３２のゲート端子には、バイアス回路Ｂが接続されている。バイアス回路Ｂは、抵抗器４３，４５，４９と、コンデンサ５０と、定電圧ダイオード５１と、を含む。抵抗器４３は、定電流素子３２と、後述する電流設定回路７０の出力である制御端子ＣＴＬとの間に接続されている。抵抗器４５は、抵抗器４３とともに、電流設定回路７０の制御端子の電位を設定する。抵抗器４９は、コンデンサ５０に電荷を供給する。コンデンサ５０は、定電流素子３２のゲートソース間に接続されている。コンデンサ５０は、定電流素子３２のゲート端子にソース端子に対して負電位となるようにバイアスを与える。定電圧ダイオード５１は、過大な絶対値を有する負電圧が定電流素子３２のゲートソース間に印加されないように保護する。
【００２６】
なお、ダイオード４２，４４は、スイッチング素子３１および定電流素子３２がオン状態のときに、ゲート端子にソース端子に対して正電位が印加されないように保護するために接続されている。
【００２７】
制御回路６０は、端子１１ｅを介して調光装置に接続される。制御回路６０は、電流設定回路７０を介して、ＤＣ−ＤＣ変換部３０に接続されている。制御回路６０は、外部の調光装置から供給される調光信号Ｓｄを調光信号ＳｄにもとづくＰＷＭ信号ＳＰＷＭに変換する。たとえば、制御回路６０は、調光信号Ｓｄが最小光量を表す場合には、デューティが０％になるＰＷＭ信号を出力する。制御回路６０は、調光信号Ｓｄが５０％の光量を表す場合には、デューティが５０％のＰＷＭ信号を出力する。ＰＷＭ信号ＳＰＷＭのキャリア周波数は、たとえば１ｋＨｚ程度に設定されている。ＰＷＭ信号ＳＰＷＭのキャリア周波数は、ＤＣ−ＤＣ変換部３０のスイッチング周波数に比べて十分低い値に設定されている。
【００２８】
ＰＷＭ信号ＳＰＷＭのキャリア周波数は、ＤＣ−ＤＣ変換部３０のスイッチング周波数に比べて十分に低い周波数に設定される。たとえば、キャリア周波数は、スイッチング周波数に対して、１／１０００〜１／１００程度に設定される。
【００２９】
制御回路６０は、たとえばマイクロコントローラやマイクロプロセサ等のプログラムによって動作する回路素子である。動作のためのプログラムは、制御回路６０内に設けられた記憶部に格納される。動作のためのプログラムは、制御回路６０の外部に設けられた記憶回路に格納されるようにしてもよい。制御回路６０を動作させるためのプログラムは、たとえば、制御回路６０をプリント基板等に実装した後に書き込まれたり、書き換えられたりすることができるようにしてもよい。
【００３０】
電流設定回路７０は、オペアンプ７１と、バッファ回路７６と、を含む。オペアンプ７１の一方の入力、この場合には非反転入力は、抵抗器５２の一端に接続され、他方の入力、この場合には反転入力は、制御回路６０の出力に接続されている。オペアンプ７１は、抵抗器７２，７３，７４およびコンデンサ７５によって、ゲインおよびスルーレートが設定される。バッファ回路７６は、オペアンプ７１の出力に接続されている。バッファ回路７６は、この例ではＮＰＮトランジスタ７６ａと抵抗器７６ｂ，７６ｃとを含む。バッファ回路７６は、抵抗器７６ｂ，７６ｃによって駆動する電流および出力の電圧が設定される。
【００３１】
本実施形態の照明器具１の動作について説明する。
ＡＣ−ＤＣ変換部２０は、交流電源２から交流電力の供給を受けて動作する。ＡＣ−ＤＣ変換部２０は、交流電圧を整流し、平滑して非安定の直流電圧を出力する。
【００３２】
ＤＣ−ＤＣ変換部３０は、ＡＣ−ＤＣ変換部２０から非安定の直流電圧を供給されて、安定化された直流電圧を出力する。より具体的には、ＤＣ−ＤＣ変換部３０は、端子１１ｃ，１１ｄに接続された照明負荷３の両端電圧に応じた電圧を出力する。そして、ＤＣ−ＤＣ変換部３０は、調光信号Ｓｄによって設定された電流値を有する電流を照明負荷３に供給する。
【００３３】
制御回路６０は、調光信号Ｓｄを入力して、ＰＷＭ信号ＳＰＷＭに変換する。ＰＷＭ信号ＳＰＷＭは、周期ＴＰＷＭを有する方形波である。周期ＴＰＷＭは、たとえば１ｍｓである。つまり、ＰＷＭ信号ＳＰＷＭのキャリア周波数は１ｋＨｚである。ＰＷＭ信号ＳＰＷＭの振幅は、Ｖ０〜Ｖ１である。最小の電圧Ｖ０は、たとえば０Ｖであり、最大の電圧Ｖ１は、たとえば１Ｖである。ＰＷＭ信号ＳＰＷＭのデューティＤＰＷＭは、調光信号Ｓｄが照明負荷３の光量０％を表す場合には、たとえば０％である。デューティＤＰＷＭは、ＰＷＭ信号Ｓｄが照明負荷３の光量５０％を表す場合には、たとえば５０％である。デューティＤＰＷＭは、ＰＷＭ信号Ｓｄが照明負荷３の光量１００％を表す場合には、たとえば１００％である。
【００３４】
電流設定回路７０のオペアンプ７１の一方の入力は、ＤＣ−ＤＣ変換部３０の抵抗器５２が出力する電圧値を入力する。この電圧値は、照明負荷３に流れる電流の値を抵抗器５２の抵抗値によって電圧換算した値であり、検出電圧Ｖｓと呼ぶ。オペアンプ７１の他方に入力は、制御回路６０から出力されるＰＷＭ信号ＳＰＷＭを入力する。オペアンプ７１は、バッファ回路７６を介して、ＰＷＭ信号ＳＰＷＭに対する検出電圧値Ｖｓの誤差を増幅して出力する。
【００３５】
ＤＣ−ＤＣ変換部３０のスイッチング素子３１および定電流素子３２の動作について説明する。
ＤＣ−ＤＣ変換部３０は、オン期間ではスイッチング素子３１がオンする。オンしたスイッチング素子３１は、主インダクタ３５に電流を流す。ＤＣ−ＤＣ変換部３０は、オフ期間ではスイッチング素子３１がオフする。オフ期間では、ダイオード３３が導通して主インダクタ３５に電流を流す。主インダクタ３５に流れる電流は、照明負荷３に供給される。
【００３６】
スイッチング素子３１は、補助インダクタ３６によって、ゲートソース間に電圧が印加される。オン期間では、スイッチング素子３１のゲートソース間には、スイッチング素子３１のしきい値電圧を超える電圧が印加される。印加される電圧はたとえば０Ｖである。オフ期間では、スイッチング素子３１のゲートソース間には、スイッチング素子３１のしきい値を下回る電圧が印加される。スイッチング素子３１のゲート端子に印加される電圧は、スイッチング素子３１のソース端子に対して負の電圧である。
【００３７】
定電流素子３２のゲート端子には、ソース端子に対して負の電圧が印加されている。定電流素子３２のゲートソース間電圧Ｖｇは、Ｖｔｈ〜０Ｖの範囲内で設定される。電圧Ｖｔｈは、定電流素子３２のしきい値電圧である。ゲートソース間電圧Ｖｇの設定値は、電流設定回路７０から、制御端子ＣＴＬを介して供給される。
【００３８】
定電流素子３２は、設定されたゲートソース間電圧Ｖｇによって、ドレインソース間を流れる電流Ｉｄを決定する。オン期間において、スイッチング素子３１に流れる電流が、設定された電流Ｉｄに達したときに、定電流素子３２のドレインソース間電圧は上昇する。そのため、スイッチング素子３１のソース端子の電位は上昇する。スイッチング素子３１のソース端子の電位が上昇して、スイッチング素子３１のゲートソース間電圧がしきい値よりも低くなると、スイッチング素子３１は急速にターンオフする。
【００３９】
スイッチング素子３１がターンオフすることによって、主インダクタ３５の両端の電圧は反転するので、補助インダクタ３６が出力する電圧は反転する。したがって、スイッチング素子３１のゲートソース間には、継続的にしきい値を下回る電圧が印加されるので、スイッチング素子３１はオフ状態を継続する。
【００４０】
このようにして、スイッチング素子３１は、高速スイッチング動作を行うことが可能になる。スイッチング周波数は、入力電圧、出力電圧および主インダクタ３５のインダクタンス等によって決定されるが、たとえば１ＭＨｚまたは１ＭＨｚを超える値に設定することができる。
【００４１】
定電流素子３２のゲートソース間電圧Ｖｇの値は、電流設定回路７０の出力により設定される。電流設定回路７０は、ＰＷＭ信号ＳＰＷＭを基準信号とするので、方形波を出力する。ゲートソース間電圧Ｖｇの値は、電流設定回路７０から出力された方形波である制御電圧Ｖｃｔｌによって変化する。ＰＷＭ信号ＳＰＷＭの周波数は、１ｋＨｚであり、スイッチング素子３１のスイッチング周波数に比べて十分低いので、ＤＣ−ＤＣ変換部３０は、ＰＷＭ信号ＳＰＷＭがオンデューティの期間では、出力電流を電圧Ｖ１によって決定される値に設定する。
【００４２】
たとえば、抵抗器５２の抵抗値が１Ωの場合には、検出電圧Ｖｓ＝Ｖ１＝１Ｖとなるように、ＤＣ−ＤＣ変換部３０は動作する。したがって、ＤＣ−ＤＣ変換部３０は、照明負荷３に１Ａを供給するように動作する。
【００４３】
ＤＣ−ＤＣ変換部３０は、ＰＷＭ信号ＳＰＷＭがオフデューティの期間では、検出電圧Ｖｓ＝Ｖ１＝０Ｖとなるように出力電流を設定するので、０Ａを出力する。
【００４４】
ＰＷＭ信号ＳＰＷＭのデューティ比が５０％の場合には、ＤＣ−ＤＣ変換部３０は、０．５ｍｓの期間では、１Ａを出力し、残りの０．５ｍｓの期間では、０Ａを出力する。
【００４５】
スイッチング素子３１のスイッチング周波数は、１ＭＨｚ程度以上である。そのため、ＤＣ−ＤＣ変換部３０は、ＰＷＭ信号ＳＰＷＭのキャリア周波数である１ｋＨｚに応答してオンデューティおよびオフディーティに応じた電流値を設定して出力することができる。
【００４６】
本実施形態の照明器具の作用および効果について、比較例の照明器具と比較しつつ説明する。
図２は、比較例の照明器具を例示するブロック図である。
図２に示すように、比較例の照明器具１０１は、ＡＣ−ＤＣ変換部２０と、ＤＣ−ＤＣ変換部１３０と、制御回路６０と、を含んでいる。
【００４７】
ＤＣ−ＤＣ変換部１３０は、スイッチング素子１３１と、制御部１３２と、電流設定回路１７０と、を含む。スイッチング素子１３１は、たとえばノーマリオフ形のトランジスタであり、たとえばＭＯＳＦＥＴである。制御部１３２は、電流設定回路１７０から供給される制御信号にもとづいてスイッチング素子１３１を駆動する。スイッチング素子１３１は、インダクタ１３５を駆動する。シリコン（Ｓｉ）製ＭＯＳＦＥＴの場合には、スイッチング周波数は、数１０ｋＨｚ程度である。そのため、電流設定回路１７０は、固定された基準電圧Ｖｒｅｆと検出電圧Ｖｓとの誤差を制御信号として生成し、制御部１３２に供給する。つまり、ＤＣ−ＤＣ変換部１３０は、基準電圧Ｖｒｅｆによって設定された定電流値を出力する定電流源として動作する。
【００４８】
比較例の照明器具１０１では、ＰＷＭ信号ＳＰＷＭによる調光は、スイッチ回路１３３によって実現される。スイッチ回路１３３には、ＰＷＭ信号ＳＰＷＭをインバータ１３４を介して反転された信号が供給される。インバータ１３４は、制御回路６０の出力とスイッチ回路１３３との間に設けられている。
【００４９】
ＰＷＭ信号ＳＰＷＭがオンデューティのときには、スイッチ回路１３３が開放され、ＤＣ−ＤＣ変換部１３０が出力する電流は、すべて照明負荷３に供給される。ＰＷＭ信号ＳＰＷＭがオフディーティのときには、スイッチ回路１３３は閉じるので、ＤＣ−ＤＣ変換部１３０が出力する電流は、スイッチ回路１３３にバイパスされる。そのため、照明負荷３に供給される電流が低減される。
【００５０】
このような比較例の照明器具１０１では、ＰＷＭ調光のために、スイッチ回路１３３を設ける必要がある。調光方式をＰＷＭ調光方式から直流電流レベルを設定する方式に変更する場合には直流電流レベル調光方式のための回路を採用する必要がある。つまり、複数の調光方式を兼用した照明器具とすることは困難である。
【００５１】
比較例の照明器具１０１では、ＰＷＭ動作をスイッチ回路１３３によって照明負荷３への電流供給を断続するので、照明負荷３の光量を大きく設定した場合も小さく設定した場合も、消費電力はほとんど同じである。したがって、調光制御によって省エネルギ化を達成することが困難となる。
【００５２】
スイッチ回路１３３には、トランジスタやＭＯＳＦＥＴ等の半導体素子を用いることができるが、開閉の際の速度制御が困難な場合が多い。スイッチ回路１３３の速度制御を十分に行えない場合には、図２の円内に示したように、点灯装置１１０の出力端には、開閉時に高周波のリンギングやサージ電圧等が発生し、高周波ノイズ放射の原因となる。
【００５３】
本実施形態の照明器具１では、次のような効果を奏する。
本実施形態の照明器具１では、制御回路６０から出力される制御信号を、電流設定回路７０を介して定電流素子３２のゲートソース間に印加して、ＤＣ−ＤＣ変換部３０の出力電流値を設定する。そのため、照明器具１は、制御信号の制御電圧Ｖｃｔｌに応じた出力電流を設定することができ、出力電流の値が低いときには、出力電流の値に応じて消費電力を低減させることが可能である。このようなＰＷＭ方式による調光によって光量制御を行うので、照明器具１は、大きな省エネルギ効果を達成することができる。
【００５４】
定電流素子３２のゲートソース間に印加される制御信号は、スイッチング素子３１のスイッチング周波数よりも十分低い周波数を有する信号であればよく、ＰＷＭ信号に限らない。たとえば制御信号は、後述するように、直流のレベル信号であってもよく、ＰＷＭ以外の変調方式によって変調された信号等であってもよい。また、制御信号は、方形波に限らず、のこぎり波や三角波等であってもよい。つまり、制御信号に変化が含まれる場合には、この変化の周期によって制御信号に含まれる周波数が規定される。また、制御信号が直流レベルで一定の場合は制御信号に含まれる周波数が最も小さい０となる。そして、スイッチング素子のスイッチング周波数は制御信号に含まれる周波数よりも高ければよい。照明器具１は、制御信号の制御電圧Ｖｃｔｌに応じて設定された電流を出力することができる。そのため、制御回路６０の変換プロトコルを設定することによって、同一の回路を用いて異なる調光方式の照明器具を構成することができる。
【００５５】
本実施形態の照明器具１では、電流設定回路７０にオペアンプを用いているので、ＰＷＭ信号ＳＰＷＭのスルーレートや応答速度を任意に設定して定電流素子３２に供給することができる。さらに、照明器具１では、ＤＣ−ＤＣ変換部３０の出力側の回路を開閉する必要がない。そのため、照明器具１では、点灯装置１０の出力端でのリンギングやサージ等が発生しにくく、不要なノイズ放射等が抑制される。
【００５６】
本実施形態の照明器具１では、スイッチング素子３１のスイッチング周波数に応じてＰＷＭ信号ＳＰＷＭのキャリア周波数を高くすることができる。スイッチング周波数を十分高くすることによって、ＰＷＭ信号ＳＰＷＭのキャリア周波数を、ハイスピードビデオカメラのフレーム周波数に比べて十分高い周波数とすることができる。たとえば、キャリア周波数を、フレーム周波数に対して、数倍〜１ケタ程度高くすることによって、出力コンデンサ３７の静電容量を大きくすることなく、ＰＷＭ調光時のちらつき等を低減することができる。
【００５７】
スイッチング素子３１のスイッチング周波数を高くすることによって、主インダクタ３５のインダクタンス値や、出力コンデンサ３７の静電容量値を小さくすることができ、これらの受動部品の実装面積や体積を小さくすることができる。したがって、点灯装置１０の電力密度を向上させることができ、装置全体を小型化して低コスト化を実現することが可能になる。
【００５８】
以下では、上述した実施形態の変形例について説明する。
（変形例１）
図３は、本変形例に係る点灯装置および照明器具を例示するブロック図である。
上述した照明器具は、ＰＷＭ信号を用いたＰＷＭ調光方式を採用している。ＰＷＭ調光方式は、調色制御を適切に行うことができる。調色制御は、複数の光源をそれぞれＰＷＭ方式により調光して、調光されたそれぞれの発光光を混色することによって発光色を調整する。
【００５９】
図３に示すように、変形例に係る照明器具２０１は、照明負荷３Ｒ，３Ｇ，３Ｂと、点灯装置１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂと、を備えるようにしてもよい。照明負荷３Ｒ，３Ｇ，３Ｂは、第１色〜第３色をそれぞれ発光する。点灯装置１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂは、上述の実施形態の場合の点灯装置１０と同じ構成を含んでいる。点灯装置１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂは、３つの照明負荷３Ｒ，３Ｇ，３Ｂをそれぞれ点灯させる。第１色は、たとえば赤色であり、点灯装置１０Ｒは、赤色を発光する照明負荷３Ｒの光量を調光信号Ｓｄ（Ｒ）で設定される。調光信号Ｓｄ（Ｒ）は、制御回路６０ＲによってＰＷＭ信号ＳＰＷＭ（Ｒ）に変換される。点灯装置１０Ｒは、ＰＷＭ信号ＳＰＷＭ（Ｒ）によって設定された電流で照明負荷３Ｒを駆動する。第２色は、たとえば緑色であり、点灯装置１０Ｇは、緑色を発光する照明負荷３Ｇの光量を調光信号Ｓｄ（Ｇ）で設定される。調光信号Ｓｄ（Ｇ）は、制御回路６０ＧによってＰＷＭ信号ＳＰＷＭ（Ｇ）に変換される。点灯装置１０Ｇは、ＰＷＭ信号ＳＰＷＭ（Ｇ）によって設定された電流で照明負荷３Ｇを駆動する。また、第３色は、たとえば青色であり、点灯装置１０Ｂは、青色を発光する照明負荷３Ｂの光量を調光信号Ｓｄ（Ｂ）で設定される。調光信号Ｓｄ（Ｂ）は、制御回路６０ＢによってＰＷＭ信号ＳＰＷＭ（Ｂ）に変換される。点灯装置１０Ｂは、ＰＷＭ信号ＳＰＷＭ（Ｂ）によって設定された電流で照明負荷３Ｂを駆動する。
【００６０】
照明器具２０１は、各色のＰＷＭ信号ＳＰＷＭ（Ｒ），ＳＰＷＭ（Ｇ），ＳＰＷＭ（Ｂ）を適切に設定することによって所望の調色された発光光を得ることができる。
【００６１】
調色のための点灯装置および照明負荷の数は、３つに限らず、それぞれの発光色も赤色、緑色、青色に限らない。２色や４色以上を用いてもよく、他の発光色を用いてももちろんよい。
【００６２】
（変形例２）
上述した照明器具１の制御回路６０が変換して出力する制御信号は、調光信号に応じて設定された直流の電圧レベル信号であってもよい。たとえば、調光信号が光量０％を表す場合には、制御回路６０は、最小値の電圧レベル信号を出力する。このときの電圧レベルは、たとえばＶｃｔｌ＝Ｖ０＝０Ｖである。このときには、出力電流は０Ａである。調光信号が光量５０％を表す場合には、制御回路６０は、最大値の１／２の電圧レベル信号を出力する。このときの電圧レベルは、たとえばＶｃｔｌ＝（１／２）×Ｖ１＝０．５Ｖである。抵抗器５２の抵抗値を１Ωとすると、出力電流は、０．５Ａに設定される。調光信号が光量１００％を表す場合には、制御回路６０は、最大振幅の電圧レベル信号を出力する。このときの電圧レベルは、たとえばＶｃｔｌ＝Ｖ１＝１Ｖである。このときには、出力電流は１Ａである。
【００６３】
ＤＣ−ＤＣ変換部３０の定電流素子３２のゲートソース間電圧Ｖｇには、Ｖｃｔｌに応じた負電圧が印加され、定電流素子３２は、Ｖｇに応じた定電流値Ｉｄを設定する。
【００６４】
なお、このような直流の出力電流の大きさで調光制御を行う複数の照明器具を用いて、調色制御を行うようにしてももちろんよい。
【００６５】
（変形例３）
図４は、本変形例に係る照明器具を例示するブロック図である。
制御信号は、ＰＷＭ信号に限らず、他の変調方式によって変調された信号であってもよい。たとえば、制御回路は、入力されたバイナリデータを、所定の通信方式に対応した変調方式によって変調して制御信号として出力してもよい。
【００６６】
図４に示すように、点灯装置３１０は、制御回路３６０を含んでおり、制御回路３６０は、入力されたバイナリデータをたとえばＯＯＫ（On-Off Keying）変調された制御信号に変換する。ＯＯＫ変調のキャリア周波数は、ＤＣ−ＤＣ変換部のスイッチング周波数よりも十分低い周波数である。スイッチング周波数が１ＭＨｚ程度の場合には、たとえばキャリア周波数を１ｋＨｚ〜１０ｋＨｚ程度とすることができる。スイッチング周波数をより高周波した場合、たとえば１０ＭＨｚ程度等としたときには、キャリア周波数を１００ｋＨｚ程度にすることができる。キャリア周波数を高周波化することによって、通信するデータを大容量化することができる。
【００６７】
点灯装置３１０は、ＯＯＫ変調された制御信号によって、視認することができない周波数で照明負荷３を点滅させる。照明負荷３が放射する発光光３８０は、ＯＯＫ変調されたデータを含む。つまり、照明器具３０１は、可視光通信のための送信機である。変調されたデータを含む発光光３８０は、復調回路を含む受信機３９０によって受信され、データは復調される。照明器具３０１は、このような受信機３９０とともに用いることによって、可視光通信を行う。
【００６８】
データの変調方式は、ＯＯＫ変調に限らず、可視光通信において用いられる他の変調方式を用いることができる。たとえば、変調方式には、ＰＡＭ（Pulse Amplitude Modulation）方式や、ＡＳＫ（Amplitude Shift Keying）方式、ＰＳＫ（Phase Shift Keying）方式等を用いることができる。
【００６９】
以上説明した実施形態によれば、調光制御、調色制御、および可視光通信用の変調制御を、簡素な回路で実現する点灯装置および照明器具を実現することができる。そして、実施形態は、制御回路を動作させるためのプログラムを変更することによって、同一の照明器具を複数の調光方式等に容易に設定することができる。
【００７０】
なお、上述の実施形態およびその変形例では、スイッチング素子および定電流素子は、いずれもノーマリオン形のトランジスタとして、ＧａＮを含むＨＥＭＴであるものとして説明した。スイッチング素子および定電流素子は、他のノーマリオン形のトランジスタであってももちろんよい。また、スイッチング素子および定電流素子は、いずれか一方あるいは両方がノーマリオフ形のトランジスタであってもよい。定電流素子にノーマリオフ形のトランジスタを適用するためには、正のしきい値電圧を超える範囲でゲートソース間の電圧を設定すればよい。スイッチング素子および定電流素子を直列に接続することによって、スイッチング素子のゲートソース間に急速に逆バイアスを印加することができるので、スイッチング周波数を高周波化することが可能になる。
【００７１】
以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他のさまざまな形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明およびその等価物の範囲に含まれる。また、前述の各実施形態は、相互に組み合わせて実施することができる。
【符号の説明】
【００７２】
１  照明器具、２  交流電源、３  照明負荷、４  発光素子、１０  点灯装置、２０  ＡＣ−ＤＣ変換部、２１  整流回路、２２  平滑コンデンサ、３０  ＤＣ−ＤＣ変換部、３１  スイッチング素子、３２  定電流素子、３３  ダイオード、３４  トランス、３５  主インダクタ、３６  補助インダクタ、５０  コンデンサ、６０  制御回路、７０  電流設定回路、７１  オペアンプ、  ７２〜７４  抵抗器、７５  コンデンサ、７６  バッファ回路、２０１，３０１  照明器具、３１０  点灯装置、３６０  制御回路、３９０  受信機
【図１】
0006607522.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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