(57)【要約】【課題】必要最小限の電力を供給し、一定以上の明るさで対象物を照射することができる発光ダイオードを用いた照明装置を提供する。【解決手段】ＬＥＤ基板１０に多数の発光ダイオード１１が搭載され、それらが一定数ずつ直列に接続された後、全てを並列接続されて構成された発光ダイオード群が用いられている。本装置は、上記した対象物照明用の発光ダイオード群と、発光ダイオード群の駆動電力を供給する電源回路と、電源回路の出力を基準値と比較して、当該基準値に近付ける方向に増減制御する信号を出力する制御回路と、発光ダイオード群とは別に独立して設けられ、発光ダイオード群を構成する発光ダイオード１１と同種の補償用発光ダイオードＤ１と、この発光ダイオードの光を受光する受光素子の受光量に応じて、制御回路の出力信号を補償する補償回路２２とを備えている。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象物照明用の発光ダイオード群と、
前記発光ダイオード群の駆動電力を供給する電源回路と、
電源回路の出力を基準値と比較して、当該基準値に近付ける方向に増減制御する信号を出力する制御回路と、
前記発光ダイオード群とは別に独立して設けられ、前記発光ダイオード群を構成する発光ダイオードと同種の補償用発光ダイオードと、
前記補償用発光ダイオードの光を受光する受光素子の受光量に応じて、前記制御回路の出力信号を補償する補償回路とを備えたことを特徴とする照明装置。
【請求項２】
請求項１記載の照明装置において、
前記発光ダイオード群は、対象物を照射するように光軸を向けて基板に搭載され、一定数ずつ直列に接続されたものが、それぞれ並列接続されて構成されたものであることを特徴とする照明装置。
【請求項３】
請求項１記載の照明装置において、
前記電源回路は、電流制御用のトランジスタと出力電流安定化のためのコンパレータを備えた定電流電源からなり、前記コンパレータの出力信号を、前記補償回路により制御することを特徴とする照明装置。
【請求項４】
請求項１記載の照明装置において、
前記補償回路は、前記発光ダイオード群と近似する温度特性の補償用発光ダイオードと、前記補償用発光ダイオードの光を受光する受光素子を備えた温度補償回路からなることを特徴とする照明装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発光ダイオード（ＬＥＤ）を多数集合させて、所定の光量の光源を形成し、要求された場所を照射する照明装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
発光ダイオードは、効率よく光を発する光源として広く利用されている。特に多数の発光ダイオードを例えば、マトリクス状に配置したパネル上の光源は全体として大きな光量となることから、様々な照明として利用されている。高速道路において、走行中の自動車を照明し、必要に応じてナンバープレートなどを撮影するために利用される光源も発光ダイオードを縦横に配列した基板を使用している（例えば、特許文献１参照。）。
こうした光源は、小型で寿命も長く、写真撮影に一般に利用されるキセノンランプ等と比べて経済性が高いという特徴を持っている。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１１−１９５３１７号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記のような従来の技術には、次のような解決すべき課題があった。
発光ダイオードは、温度によって発光効率が比較的大きく変化する。発光ダイオードの発光効率は、０．５％／Ｋ（Ｋ＝絶対温度）で変化する。すなわち、２０℃程度の気温の変化により発光効率が１０％程度変動する。こうしたことから、屋外で使用すると、昼間と夜間の外気温の差によって対象物を照らす明るさに大きな差が生じる。また、夏と冬とでも明るさに大きな差が生じる。外気温が最も高い時と外気温が最も低い時の差は、約６０℃程度になり、発光効率では３０％も変化する。従って、最も効率の悪い条件に合わせて電源回路を設計しておけば、発光ダイオードを用いて対象物を照明し、その写真をとった場合に、光量不足といった問題は生じない。しかしながら、これではせっかく効率のよい素子を利用したのに、効率よく発光する状態ではなく、無駄な電力を供給していることになる。
【０００５】
本発明は以上の点に着目してなされたもので、必要最小限の電力を供給し、一定以上の明るさで対象物を照射することができる発光ダイオードを用いた照明装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は次の構成により上記の課題を解決する。
〈構成１〉
対象物照明用の発光ダイオード群と、上記発光ダイオード群の駆動電力を供給する電源回路と、電源回路の出力を基準値と比較して、当該基準値に近付ける方向に増減制御する信号を出力する制御回路と、上記発光ダイオード群とは別に独立して設けられ、上記発光ダイオード群を構成する発光ダイオードと同種の補償用発光ダイオードと、上記補償用発光ダイオードの光を受光する受光素子の受光量に応じて、上記制御回路の出力信号を補償する補償回路とを備えたことを特徴とする照明装置。
【０００７】
照明で照らす対象物は任意である。この対象物を照明するために発光ダイオード群を駆動する。電源回路は発光ダイオード群を所定の光量で駆動するものであればどのような構成のものでもよい。照明の明るさを安定にするために、定電流電源、定電圧電源等が使用される。電源回路の出力の基準値は、発光ダイオード群が適正値で発光するように予め定められる。制御回路の構成は任意である。発光ダイオードは、定電圧電源を用いて駆動をしていても，温度特性等により発光強度が時間的に変化する。この発光ダイオード群の発光強度を安定に維持するために、補償回路を使用する。発光ダイオード群を構成する発光ダイオードと同種の補償用発光ダイオードを補償回路に使用するのは、温度特性等がほぼ一致しているからである。
【０００８】
〈構成２〉
構成１記載の照明装置において、上記発光ダイオード群は、対象物を照射するように光軸を向けて基板に搭載され、一定数ずつ直列に接続されたものが、それぞれ並列接続されて構成されたものであることを特徴とする照明装置。
【０００９】
対象物を照射するように光軸を向けて基板に搭載されているから、所定の電流を供給した場合に全ての発光ダイオードが、対象物を照射することができる。また、一定数ずつ直列に接続されたものが、それぞれ並列接続されているので、電源回路の出力を制御すると、これら全ての発光ダイオードの出力光を同時に制御できる。
【００１０】
〈構成３〉
構成１記載の照明装置において、上記電源回路は、電流制御用のトランジスタと出力電流安定化のためのコンパレータを備えた定電流電源からなり、上記コンパレータの出力信号を、上記補償回路により制御することを特徴とする照明装置。
【００１１】
コンパレータの出力信号を、補償回路により制御することで、コンパレータに供給する基準電圧のレベルが最適化される。こうして、電源回路の出力を容易に安定化制御できる。
【００１２】
〈構成４〉
構成１記載の照明装置において、上記補償回路は、上記発光ダイオード群と近似する温度特性の補償用発光ダイオードと、上記補償用発光ダイオードの光を受光する受光素子を備えた温度補償回路からなることを特徴とする照明装置。
【００１３】
温度補償回路に設けた、発光ダイオード群と近似する温度特性の補償用発光ダイオードは、上記ＬＥＤ基板に搭載された発光ダイオード群と同様の温度特性で発光強度が変化する。故に、その光をモニタして、安定化するようにすれば、発光ダイオード群の出力が安定化する。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を具体例を用いて説明する。
図１は、本発明による照明装置の具体例を示す結線図である。
図１においてＬＥＤ基板１０には、多数の発光ダイオード１１が搭載され、それらは、一定数ずつ直列に接続された後、全てを並列接続することにより、発光ダイオード群が構成されている。これによって、所定の電流を供給した場合に全ての発光ダイオードがほぼ同じ条件で発光し、対象物を所定の範囲で照射する。
【００１５】
この発光ダイオード群の駆動電力を供給するために、定電流電源２０が設けられている。定電流電源２０は、その一部のみを図示したが、電流制御用のトランジスタＴＲと出力電流安定化のためのコンパレータとして使用されるオペアンプＡＭ１と抵抗器Ｒ１などを備えている。
【００１６】
オペアンプＡＭ１の一方の入力端子には、比較電圧発生回路１２の出力が供給される。オペアンプＡＭ１には、この比較電圧発生回路１２の出力が基準電圧として供給される。トランジスタＴＲに流れる電流が所定の基準値より大きくなったり、小さくなったりした時には、オペアンプＡＭ１のもう一方の端子に入力する信号によってオペアンプＡＭ１の出力信号が変動する。これがトランジスタＴＲのベース電圧を制御し、トランジスタＴＲが常に一定の基準値で指定された出力電流を出力するように安定化制御される。ここで、この比較電圧発生回路１２に対し、温度補償回路２２から所定の信号が加えられるように構成されている。
【００１７】
温度補償回路２２には、発光ダイオード群、すなわち、ＬＥＤ基板１０に搭載された発光ダイオード１１と同種の補償用発光ダイオードＤ１と、この補償用発光ダイオードＤ１の光を受光する受光素子ＤＲとを備える。補償用発光ダイオードＤ１の発光強度は、ＦＥＴ（Ｆｉｅｌｄ  Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ；電界効果トランジスタ）によって制御される。
補償用発光ダイオードＤ１は、発光ダイオード１１と同種の、すなわち、発光ダイオード群と近似する温度特性を有するもので、一定の電力を供給され、常に一定の光量で発光しているものとする。なお、温度変化に応じて発光効率が変動するから、この補償用発光ダイオードＤ１は、ＬＥＤ基板１０に搭載された発光ダイオード１１と同様の温度特性で発光強度が変化する。この光を受光素子ＤＲがとらえる。
【００１８】
受光素子ＤＲの出力は、オペアンプＡＭ２を経て比較電圧発生回路１２に供給される。比較電圧発生回路１２は、この温度補償回路２２の出力によってコンパレータであるオペアンプＡＭ１に供給する基準電圧のレベルを最適化する。例えば、気温が下がれば、ＬＥＤ基板１０の発光ダイオード１１の発光効率が低下する。これによって、光量がダウンする。一方、補償用発光ダイオードＤ１も発光ダイオード１１と同じ種類の同規格のものを採用するため、全く同様の特性で輝度が変化する。ダイオードＤ１の明るさが明るくなれば、受光素子ＤＲの端子電圧は、高くなる。この電圧が比較電圧発生回路１２に加わるから、基準電圧が高くなる。これによってトランジスタＴＲの出力電流が増大し、発光ダイオード１１の光量が減少した分を補う。
【００１９】
図２は、本発明による照明装置の使用状態を示すもので、（ａ）は、上記のような発光ダイオード群の使用状態を示す平面図、（ｂ）は、本発明による照明装置の全体構成を示すブロック図である。
図２（ａ）に示すように、ＬＥＤ基板１０に搭載された発光ダイオード１１は、自動車２５のナンバープレートの部分を照射する。これによって、図示しないカメラによる写真撮影などが行われる。
【００２０】
照明装置の全体構成としては、図２（ｂ）に示すように、定電流電源２０などの電源回路と、その温度補償を行う温度補償回路２２と、電源により駆動電流を供給されるＬＥＤ基板１０とから構成される。このＬＥＤ基板１０から発せられる光によって対象物２３が照射される。対象物２３は、自動車に限らず一定の光量を要求される様々なものがある。
【００２１】
一般には、音や光などを出力する装置の出力安定化を図るには、ＬＥＤ基板１０の正面、すなわち、図２（ｂ）の矢印Ａに示すような場所に受光素子を配置し、光量を測定して、これを定電流電源２７の制御にフィードバックするという方法が考えられる。しかしながら、ＬＥＤ基板１０を用いて対象物２３を照らしている光路中に検出器を配置すると、光の進行を妨げる。これによって、対象物２３を照らす明るさに影響を及ぼしたり、対象物２３の一部が影ができるといった問題が発生する。
本発明では、発光ダイオード群とは別にその発光ダイオード群を構成する発光ダイオードと同種の発光ダイオードを電源回路２０の近くに配置し、この発光ダイオードの光の特性を検出し、制御回路の出力信号を補償している。
【００２２】
図３は、ＬＥＤ基板の具体例を示す正面図である。
図３に示すように、ＬＥＤ基板１０の上には、多数の発光ダイオード１１がほぼ隙間なく縦横に配列されている。これらの発光ダイオードを同時に点灯させるためにコネクタ１５を介して定電流電源２０を接続する。この定電流電源２０は、ＬＥＤ基板１０から離れた場所に配置することができる。また、この定電流電源２０の近くに温度補償回路２２を配置すればよい。
【００２３】
図４は、上記した本発明による照明装置の温度変化に対する動作を説明する説明図である。
図４に示すようにＬＥＤ基板１０に搭載された各発光ダイオードは、特性Ｇ１に示すように気温の変化に応じて光量が増減する所定の特性を有する。温度補償回路２２に設けられたダイオードＤ１も、これとほぼ同等の特性Ｇ２を有し、気温の変動に応じて光量が変化する。
【００２４】
この特性を利用して比較電圧発生回路１２から出力される基準電圧を補償する。定電流電源２０は、ＬＥＤ基板１０の駆動のために、発光ダイオードの光量増減を補償するような特性Ｈ１の特性の電源電流を供給する。なお、特性Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３の横軸は気温、縦軸は光量を示す。特性Ｈ１の横軸は気温、縦軸は電流値を示す。以上のような補償制御によって、ＬＥＤ基板１０の発光ダイオードの光量が特性Ｇ３に示すように、気温の変化にかかわらず一定になる。
【００２５】
上記のように発光光量を直接モニタしてフィードバック制御する場合には、光路を遮るという問題があり、さらに、温度安定化の制御ために使用されるサーミスタなどは、発光ダイオードとは特性が微妙に異なるため、安定化制御のためには、適切でない。すなわち、上記のような基板に使用した発光ダイオードとほぼ同一の温度特性を有する同種の発光ダイオードを使用して補償回路を構成することによって、温度変化の高い地域においても発光ダイオードを使用した照明の輝度を安定化することが可能になる。
【００２６】
なお、上記の演算処理装置にインストールされたコンピュータプログラムは、それぞれ独立したプログラムモジュールを組み合わせて構成してもよいし、全体を一体化したプログラムにより構成してもよい。コンピュータプログラムにより制御される処理の全部または一部を同等の機能を備えるハードウエアで構成しても構わない。また、上記のコンピュータプログラムは、既存のアプリケーションプログラムに組み込んで使用してもよい。
【００２７】
上記のような本発明を実現するためのコンピュータプログラムは、例えばＣＤ−ＲＯＭのようなコンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録して、任意の情報処理装置にインストールして利用することができる。また、ネットワークを通じて任意のコンピュータのメモリ中にダウンロードして利用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による照明装置の具体例を示す結線図である。
【図２】本発明による照明装置の使用状態を示すもので、（ａ）は照明対象物に対する多数の発光ダイオードを搭載したＬＥＤ基板の配置状態を示す平面図、（ｂ）は本発明による照明装置の全体構成を示すブロック図である。
【図３】ＬＥＤ基板と発光ダイオードの具体例を示す正面図である。
【図４】本発明による照明装置の温度変化に対する動作を説明する説明図である。
【符号の説明】
１０  ＬＥＤ基板
１１  発光ダイオード
１２  比較電圧発生回路
２０  定電流電源
２２  温度補償回路
ＴＲ  トランジスタ
Ｒ１  抵抗
ＡＭ１、ＡＭ２  オペアンプ
Ｄ１  補償用発光ダイオード
ＤＲ  受光素子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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