(57)【要約】【課題】コンパクトで安価な構成でかつＬＥＤ素子の破壊を生じる恐れなく明るい照明を実現できるＬＥＤ照明装置を提供する。【解決手段】単一若しくは極少数の高輝度白色ＬＥＤ２から成る発光部を有するＬＥＤ照明装置において、ＬＥＤ２の駆動電流を制御するＰＷＭ制御手段１７と、Ｖｆ検出手段１８にて検出したＬＥＤ２のＶｆからＬＥＤ２のジャンクション温度を検出する温度検出手段１９と、温度検出時にＬＥＤ２に低電流を流すようにＰＷＭ制御手段１７を制御してその時の温度検出手段１９の検出温度を取り込む制御手段２０を備え、制御手段２０にてジャンクション温度を監視するようにした。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
単一若しくは極少数の高輝度白色ＬＥＤから成る発光部を有するＬＥＤ照明装置において、ＬＥＤの駆動電流を制御する電流制御手段と、ＬＥＤの順方向両端電圧からＬＥＤのジャンクション温度を検出する温度検出手段と、温度検出時にＬＥＤに低電流を流すように電流制御手段を制御してその時の温度検出手段の検出温度を取り込む制御手段を備えたことを特徴とするＬＥＤ照明装置。
【請求項２】
制御手段は、ジャンクション温度が一定になるように電流制御手段を制御することを特徴とする請求項１記載のＬＥＤ照明装置。
【請求項３】
単一若しくは極少数の高輝度白色ＬＥＤから成る発光部を有するＬＥＤ照明装置において、ＬＥＤの駆動電流を制御する電流制御手段と、ＬＥＤを定ワットで駆動するように電流制御手段を制御する制御手段を備えたことを特徴とするＬＥＤ照明装置。
【請求項４】
単一若しくは極少数の高輝度白色ＬＥＤから成る発光部を有するＬＥＤ照明装置において、高輝度白色ＬＥＤに対してＰＷＭ制御による通電制御を行う電流制御手段と、照明の明るさを設定する調光手段と、調光手段の設定に応じて電流制御手段を制御する制御手段を備えたことを特徴とするＬＥＤ照明装置。
【請求項５】
単一若しくは極少数の高輝度白色ＬＥＤから成る発光部を有するＬＥＤ照明装置において、高輝度白色ＬＥＤに正温度特性抵抗素子を直列接続するとともに熱的に結合させたことを特徴とするＬＥＤ照明装置。
【請求項６】
単一若しくは極少数の高輝度白色ＬＥＤから成る発光部を有するＬＥＤ照明装置において、電源の電池寿命を検出する手段と、電池寿命が限界に近づいた時に警告動作をさせる制御手段とを備えたことを特徴とするＬＥＤ照明装置。
【請求項７】
制御手段は、警告動作として高輝度白色ＬＥＤを点滅させることを特徴とする請求項６記載のＬＥＤ照明装置。
【請求項８】
制御手段は、警告動作として警告表示手段を作動させることを特徴とする請求項６記載のＬＥＤ照明装置。
【請求項９】
制御手段は、警告動作として高輝度白色ＬＥＤに対する通電量を徐々に低下させることを特徴とする請求項６記載のＬＥＤ照明装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＬＥＤ照明装置に関し、特に単一若しくは極少数の高輝度白色ＬＥＤを用いた携帯型照明装置や自転車の前照灯などに好適に適用できるＬＥＤ照明装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の携帯型照明装置や自転車の前照灯における光源には、所定の輝度を確保するために、３００ｍＡ〜１０００ｍＡの電流を流すことができる豆電球が用いられていたが、フィラメントを用いているため寿命が短く、また光変換効率も低いために電池寿命も短いという問題があった。
【０００３】
一方、ＬＥＤは寿命が長くかつ光変換効率も高いという利点があるが、最大でも３０ｍＡ程度の電流しか流すことができないため、所望の輝度を得難く、そのため、照明装置としてではなく単体若しくは複数のＬＥＤ素子を配設した信号灯などに主に適用されていた。
【０００４】
また、照明用や表示用の光源として、多数のＬＥＤ素子を用いた大掛かりな構成のＬＥＤ光源も提案され、さらに制御手段にて温度検知素子にて検出したＬＥＤの温度が一定となるように電力制御を行うことが開示されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１１−１６２６６０号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ＬＥＤ素子を用いた携帯型照明装置を実現するためには、単体若しくは極少数のＬＥＤ素子を用いてコンパクトな構成とする必要があり、そのためには豆電球並みの大電流を流すことができて、単体で輝度の高いＬＥＤ素子を用いる必要があるが、そのようなＬＥＤ素子は発熱量が大きいために、自身の発熱によってＬＥＤ素子が破壊しないように、ＬＥＤ素子の温度に応じて通電制御を行う必要がある。
【０００７】
そこで、上記特許文献１に示すように、ＬＥＤ素子の近傍に温度検知素子を配設してＬＥＤ素子の温度を検知することにより、常に最大限の明るさの照明ができるようにすることが考えられるが、携帯型照明装置において温度検知素子を配設するとコンパクトに構成することができず、またコスト高になるという問題がある。
【０００８】
本発明は、上記従来の問題点に鑑み、コンパクトで安価な構成でかつＬＥＤ素子の破壊を生じる恐れなく明るい照明を実現できるＬＥＤ照明装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明のＬＥＤ照明装置は、単一若しくは極少数の高輝度白色ＬＥＤから成る発光部を有するＬＥＤ照明装置において、ＬＥＤの駆動電流を制御する電流制御手段と、ＬＥＤの順方向両端電圧（以下、Ｖｆと記すことがある。）からＬＥＤのジャンクション温度を検出する温度検出手段と、温度検出時にＬＥＤに低電流を流すように電流制御手段を制御してその時の温度検出手段の検出温度を取り込む制御手段を備えたものである。
【００１０】
この構成によれば、単一若しくは極少数の高輝度白色ＬＥＤから成る発光部を有するコンパクトな構成のＬＥＤ照明装置において、温度検知素子を用いないコンパクトで安価な構成にて、ＬＥＤのジャンクション温度を検出することができ、ＬＥＤが自身の発熱によって破壊しないようにＬＥＤに対する通電制御を行うことができる。
【００１１】
また、制御手段は、ジャンクション温度が一定になるように電流制御手段を制御するようにすると、ジャンクション温度の一定値を限界値に近づけることで、破壊を生じない範囲で常に限界の明るさを得ることができる。
【００１２】
また、本発明のＬＥＤ照明装置は、単一若しくは極少数の高輝度白色ＬＥＤから成る発光部を有するＬＥＤ照明装置において、ＬＥＤの駆動電流を制御する電流制御手段と、ＬＥＤを定ワットで駆動するように電流制御手段を制御する制御手段を備えたものであり、高輝度白色ＬＥＤのＶｆがばらついても常に一定の明るさの照明を得ることができる。
【００１３】
また、本発明のＬＥＤ照明装置は、単一若しくは極少数の高輝度白色ＬＥＤから成る発光部を有するＬＥＤ照明装置において、高輝度白色ＬＥＤに対してＰＷＭ制御による通電制御を行う電流制御手段と、照明の明るさを設定する調光手段と、調光手段の設定に応じて電流制御手段を制御する制御手段を備えたものであり、調光手段を調整設定することにより、設定値に応じてＰＷＭ制御にてＬＥＤに対する通電が制御されることで、任意の明るさの照明を得ることができる。
【００１４】
また、本発明のＬＥＤ照明装置は、単一若しくは極少数の高輝度白色ＬＥＤから成る発光部を有するＬＥＤ照明装置において、高輝度白色ＬＥＤに正温度特性抵抗素子を直列接続するとともに熱的に結合させたものであり、電圧検出手段及び温度検出手段による検出温度に応じて制御手段にて通電制御を行う代わりに、正温度特性抵抗素子を設けることで、ＬＥＤが自身の発熱によって破壊しないように温度上昇に応じてＬＥＤに対する通電を制御することができる。
【００１５】
また、本発明のＬＥＤ照明装置は、単一若しくは極少数の高輝度白色ＬＥＤから成る発光部を有するＬＥＤ照明装置において、電源の電池寿命を検出する手段と、電池寿命が限界に近づいた時に警告動作をさせる制御手段とを備えたものであり、ＬＥＤを用いていることにより電池寿命が近づいて電池電圧が一定値以下になった時にＬＥＤの発光が突然停止し、不測に照明が消えてしまうという不都合の発生を未然に警告されることで、的確に対策を講じることができ、使い勝手が向上する。
【００１６】
また、その警告動作としては、高輝度白色ＬＥＤを点滅させたり、警告表示手段を作動させたり、高輝度白色ＬＥＤに対する通電量を徐々に低下させて照明を徐々に暗くしたりするのが好適である。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のＬＥＤ照明装置を適用した携帯型照明装置の第１の実施形態について、図１〜図３を参照して説明する。
【００１８】
まず、携帯型照明装置の装置構成を図１を参照して説明する。図１において、１は小型電池を電源とする懐中電灯などの携帯型照明装置であって、光源として単一の高輝度白色ＬＥＤ２から成るＬＥＤ発光部３を有し、電源用の電池４がケース５内に配設されている。
【００１９】
ケース５は、電池４を収容する電池収容部６と、ＬＥＤ発光部３とその基板７とＬＥＤ発光部３に対する通電制御を行う制御部８とを収容する光源収容部９とを有する本体ケース１０を備えており、その光源収容部９の前部に、反射部材１１と集光用のレンズ１２を収容保持する前ケース１３が螺合して装着され、また電池収容部６の後端面に開口された電池挿入口を電池蓋１４にて開閉するように構成されている。
【００２０】
ＬＥＤ発光部３を構成する高輝度白色ＬＥＤ２は、定格電流値が３５０ｍＡ程度で、最大５００ｍＡの電流が流すことができる性能を有しているもので、これによって懐中電灯や自転車の前照灯などに使用できる輝度の光を放射することができる。なお、高輝度白色ＬＥＤ２の定格電流値としては、１００ｍＡ〜１０００ｍＡのものを適用することができ、３５０ｍＡ〜５００ｍＡのものが必要な輝度が得られるとともに消費電力が過大とならず好適である。
【００２１】
反射部材１１は、ＬＥＤ発光部３からの光をほぼ一方向に向けて反射するように前面開口１１ａに向けて湾曲した椀形状に形成されるとともに、熱伝達係数の高い金属材料にて構成されており、その中央部にＬＥＤ発光部３が熱的に結合されて配置されている。また、ＬＥＤ発光部３の基板７も熱伝達係数の高い金属材料にて構成されており、反射部材１１の中央部はこの基板７にも熱的に結合されている。
【００２２】
集光用のレンズ１２は、反射部材１１の前面開口１１ａに配設され、透明樹脂にて構成されるとともに反射部材１１とこのレンズ１２との間に断熱部材１５が介装されている。
【００２３】
制御部８においては、図２に示すように、電池４と限流抵抗１６と高輝度白色ＬＥＤ２とこの高輝度白色ＬＥＤ２に対する通電制御を行うＰＷＭ制御手段１７とが直列接続されている。また、高輝度白色ＬＥＤ２のＶｆを検出するＶｆ検出手段１８と、このＶｆ検出手段１８による検出信号に基づいて高輝度白色ＬＥＤ２のジャンクション温度を検出する温度検出手段１９が設けられている。ＰＷＭ制御手段１７は制御手段２０にて制御される。また、制御手段２０はＶｆ検出手段１８に対して温度検出手段１９に対して検出信号を出力するタイミング信号が出力されるとともに、Ｖｆ検出手段１８及び温度検出手段１９の検出信号が入力されている。
【００２４】
また、電池４の電池寿命を検出するため、電池電圧検出手段２１が設けられてその検出信号が制御手段２０に入力され、制御手段２０にて電池寿命が近いことを警告する警告表示手段２２を作動させるように構成されている。また、制御手段２０には高輝度白色ＬＥＤ２の輝度を調整設定する調光手段２３による指令信号が入力されている。
【００２５】
次に、以上の構成の携帯型照明装置１の作用を説明する。ＬＥＤ発光部３の高輝度白色ＬＥＤ２に電池４からＰＷＭ制御手段１７にて制御された電流が流されることで光が発せられ、その光が反射部材１１にてその前面開口１１ａからほぼ一方向に向けて出射されることで、所望領域が所要の照度で照明される。また、このようにＬＥＤ発光部３の高輝度白色ＬＥＤ２に３５０ｍＡ〜５００ｍＡ程度の大電流を流すことによって、発熱量が大きくなっても、ＬＥＤ発光部３で発生した熱は反射部材１１にてその周囲に伝熱されて効果的に放熱することができ、したがって大きな放熱手段を別途に設けることなく、コンパクトな構成にてＬＥＤ発光部３の過熱を確実に防止し、ＬＥＤ発光部３を用いた長寿命の携帯型照明装置１を得ることができる。
【００２６】
また、反射部材１１の前面開口１１ａに集光用のレンズ１２を配設しているので、高輝度白色ＬＥＤ２の発光部が点光源でなくかつ光の放射角度が大きいために反射部材１１だけでは照明範囲が拡がって所定の照度が得られなくなるのに対して、レンズ１２で集光することで所要の照明領域において所定の照度を確保することができ、かつレンズ１２と反射部材１１との間に介装された断熱部材１５にて放熱部材としての反射部材１１が高温になってもレンズ１２が熱で悪影響を受けたり、損傷したりするのを防止することができる。
【００２７】
そして、上記ＰＷＭ制御手段１７による高輝度白色ＬＥＤ２に対する通電制御は、次のように行われる。すなわち、制御手段２０にて適当時間間隔おきに、人には照度低下が気にならない程度の極めて短い時間だけ低電流を流し、そのときの高輝度白色ＬＥＤ２のＶｆをＶｆ検出手段１８にて検出し、その検出結果に基づいて温度検出手段１９にてジャンクション温度を推定検出する。高輝度白色ＬＥＤ２のＶｆとジャンクション温度とは、図３に示すような相関を有しているので、温度検出素子を設けて温度検出しなくても、Ｖｆを測定することで図３の相関に基づいてジャンクション温度を推定検出することができる。
【００２８】
このようにして検出したジャンクション温度が高輝度白色ＬＥＤ２が破壊しない温度範囲内の最高温度に近い一定温度になるように、制御手段２０からＰＷＭ制御手段１７に対して通電指令を出力し、ＰＷＭ制御手段１７にて通電制御を行っている。これにより、高輝度白色ＬＥＤ２のＶｆがばらついても、高輝度白色ＬＥＤ２が破壊しないように通電制御がなされ、かつその範囲で常に限界の明るさで照明することができる。したがって、温度検知素子を用いないコンパクトで安価な構成にて、高輝度白色ＬＥＤ２が自身の発熱によって破壊しないように通電制御を行うことができる。
【００２９】
また、使用者が調光手段２３にて無段階若しくは段階的に照度調整を行うと、制御手段２０にその指令信号が入力され、制御手段２０からＰＷＭ制御手段１７に対して通電指令が出力され、ＰＷＭ制御手段１７にて所望の照度となるように通電制御が行われる。その際に、高輝度白色ＬＥＤ２が破壊しないように電流値の最大値が制限されることは勿論のことである。かくして、調光手段２３を調整設定することで、任意の明るさの照明を得ることができる。
【００３０】
また、電池電圧検出手段２１にて電池４の出力電圧が検出されており、その出力電圧が高輝度白色ＬＥＤ２を点灯できない電圧まで低下する電池４の寿命に達する前に、制御手段２０にて警告表示手段２２が作動される。これにより、電池４の寿命が近いことを使用者に警告し、不測に突然高輝度白色ＬＥＤ２が消灯して全く照明できないという事態の発生が未然に防止される。
【００３１】
また、この警告表示手段２２の作動に替えて若しくはそれと共に、電池４の寿命が近づくと、高輝度白色ＬＥＤ２が点滅するようにＰＷＭ制御手段１７を制御してもよく、また高輝度白色ＬＥＤ２の輝度が徐々に暗くなるようにＰＷＭ制御手段１７を制御してもよい。
【００３２】
また、高輝度白色ＬＥＤ２に対する通電制御方法として、上記のように温度検出手段１９にて検出したジャンクション温度が一定になるように制御手段２０からＰＷＭ制御手段１７に対して通電指令を出力する代わりに、電圧値（Ｖｆ）と電流値（Ｉ）の積の電力値（Ｗ）が一定になるように制御手段２０から電流値（Ｉ）指令をＰＷＭ制御手段１７に対して出力するようにしてもよく、そうすると高輝度白色ＬＥＤ２のＶｆがばらついても常に一定の照度の照明を行うことができる。
【００３３】
次に、本発明のＬＥＤ照明装置を適用した携帯型照明装置の第２の実施形態について、図４を参照して説明する。なお、装置構成は第１の実施形態と同一であるため説明を省略し、制御部の構成についても第１の実施形態と同一の構成要素については、同一の参照符号を付して説明を省略し、相違点のみを説明する。
【００３４】
上記第１の実施形態では、Ｖｆ検出手段１８や温度検出手段１９を設けて高輝度白色ＬＥＤ２のジャンクション温度を監視して通電制御を行うようにした例を示したが、本実施形態においては、高輝度白色ＬＥＤ２に熱的に結合されるように正温度特性抵抗素子２４を配設するとともにこの正温度特性抵抗素子２４を高輝度白色ＬＥＤ２に対して直列に接続している。
【００３５】
このように構成することで、高輝度白色ＬＥＤ２のジャンクション温度が高くなるとそれに伴って正温度特性抵抗素子２４の抵抗値が高くなることで高輝度白色ＬＥＤ２に対する通電量が制御されることでジャンクション温度の上昇が阻止され、常に所定のジャンクション温度以下となるように高輝度白色ＬＥＤ２に対して駆動電流が通電され、高輝度白色ＬＥＤ２の破壊が防止される。
【００３６】
【発明の効果】
本発明のＬＥＤ照明装置によれば、単一若しくは極少数の高輝度白色ＬＥＤから成る発光部を有するコンパクトな構成のＬＥＤ照明装置において、温度検知素子を用いないコンパクトで安価な構成にて、ＬＥＤのジャンクション温度を検出することができ、ＬＥＤが自身の発熱によって破壊しないようにＬＥＤに対する通電制御を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のＬＥＤ照明装置の第１の実施形態の携帯型照明装置の概略構成を示す断面図である。
【図２】同実施形態の制御部の構成図である。
【図３】ＬＥＤの順方向端子電圧（Ｖｆ）とジャンクション温度の相関図である。
【図４】本発明のＬＥＤ照明装置の第２の実施形態の制御部の構成図である。
【符号の説明】
１  携帯型照明装置（ＬＥＤ照明装置）
２  高輝度白色ＬＥＤ
３  ＬＥＤ発光部
４  電池
１７  ＰＷＭ制御手段（電流制御手段）
１８  Ｖｆ検出手段
１９  温度検出手段
２０  制御手段
２２  警告表示手段
２３  調光手段
２４  正温度特性抵抗素子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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