(57)【要約】【課題】商用電源と周波数が略同等の点灯電圧で点灯される照明器具を明るさセンサによる明るさ検知を基に点灯制御する照明システムにおいて、正確、かつ、迅速に明るさを測定できるようにする。【解決手段】照明システムは、全波整流された交流電圧を位相制御して点灯電圧を出力する位相制御部３と、この点灯電圧が印加される照明負荷４と、照明される対象の明るさを検知してセンサ電圧を出力する明るさセンサ５と、センサ電圧を基に照明負荷４を点灯制御する制御部６とを備える。制御部６は、明るさセンサ５による明るさ検知を点灯電圧のオン状態で行い、検知されたセンサ電圧の実効値を求め、この値を対象の明るさとして照明負荷４を点灯制御する。これにより、対象の正確な明るさ測定が可能となり、正確な点灯制御が可能になる。また、測定時間が短くなり、点灯制御応答を速くすることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
商用電源と周波数が略同等の点灯電圧が供給されて点灯する照明器具と、前記照明器具によって照明される対象の明るさを検知してセンサ電圧を出力する明るさセンサと、前記明るさセンサから出力されるセンサ電圧と予め設定された所望の明るさでのセンサ電圧の基準値との比較に基づいて前記照明器具を点灯制御する制御部と、を備えた照明システムであって、
前記制御部は、前記明るさセンサによる明るさの検知を前記点灯電圧のオン状態で行い、検知されたセンサ電圧の実効値を求め、その値を対象の明るさとして前記照明器具を点灯制御することを特徴とする照明システム。
【請求項２】
前記制御部は、前記点灯電圧のオフ状態で前記明るさセンサによる明るさの検知を行い、検知された明るさを外乱光の明るさとし、この外乱光の明るさを用いて前記照明器具を点灯制御することを特徴とする請求項１に記載の照明システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、明るさを検知して照明器具の昼光利用制御を行う照明システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の照明システムにおいては、昼光の無い状態で照明器具の調光率を調整し、照明する机上面等の照度を希望照度に設定後、この希望照度に対応する明るさセンサのセンサ電圧値を所定値として記憶しておき、昼光が有る状態において現在のセンサ電圧値が所定値より小さいときは、調光率を上げることにより、昼光があっても机上面照度は一定に保たれるように制御される。
【０００３】
この種の照明システムとして、例えば、照明負荷が蛍光灯であるときの構成を図５（ａ）に示す。この照明システムは、照明負荷１０１と明るさセンサ１０２とを備え、それらは伝送線路１０３で互いに接続されている。明るさセンサ１０２は、照明負荷１０１により照射される机２００の机上面２０１からの反射光を検知して反射光量に比例したセンサ電圧を出力して、机上面照度を測定する。このとき、明るさセンサ１０２で検知されたセンサ電圧値は照明負荷１０１にフィードバックされ、机上面照度が所定の照度になるように照明負荷１０１が調光制御される。
【０００４】
ここでは、蛍光灯を駆動する点灯安定器は、高周波（例えば、５０ＫＨｚ、周期２０μｓｅｃ）の点灯電圧を出力するインバータが用いられる。このとき、図５（ｂ）に示すように、明るさセンサ１０２による明るさ測定は、光出力の変化の数周期における平均値により行われる。このとき、測定時間Ｔｓ（数１０μｓｅｃ程度）は光出力の周期より十分長いので、明るさセンサ１０２の測定タイミングが変わっても測定値に影響を与えることがほとんど無い。
【０００５】
ここで、この種の他の照明システムとして、照明負荷がＬＥＤであるときの構成を図６（ａ）に示す。この照明システムは、照明負荷１０４をＬＥＤとした以外は、前記図５（ａ）の照明システムと同じである。ここでは、照明負荷１０４は、位相制御された交流電圧で点灯され、図６（ｂ）に示すように、交流電圧（半周期Ｔ０）が全波整流された電圧で駆動される。このとき、照明負荷１０４の光出力における時間変化の周期は、電源周期の半周期Ｔ０（電源周波数を５０Ｈｚとすると、Ｔ０＝１０ｍｓｅｃ）となり、光出力は正弦波状に変化する。
【０００６】
このため、ＬＥＤの明るさ検知を前記蛍光灯の場合と同じ測定時間Ｔｓで行うと、この測定時間Ｔｓが正弦波の半周期Ｔ０より極めて短いので、測定時間Ｔｓ及びその測定タイミングによって、明るさセンサ１０２による明るさ検出値が大きく異なり、正確な測定を行うことができない。また、明るさの測定を前記蛍光灯の場合と同様に、点灯電圧の数周期で測定する平均値測定により行うと、ＬＥＤの光出力の周期が前記蛍光灯の場合と比較して極めて長いため、測定時間が長くなると共に、点灯制御の応答速度も低下する。
【０００７】
ところで、机上面照度を検出する明るさセンサの検出値と明るさセンサが有するスレショルド値と比較し、この比較出力を基に照明負荷の光出力をフィードバック制御して机上面照度を一定にする照明システムが知られている（例えば、特許文献１参照）。しかしながら、このシステムにおいては、明るさセンサによる明るさの検知は、照明器具が蛍光灯の場合や、ＬＥＤの場合等を考慮して行われていないため、照明器具がＬＥＤの場合に、蛍光灯の場合と同じ測定時間で測定すると、正確な明るさ測定ができず、点灯制御を精度良くできないことがあった。
【特許文献１】特開平１１−１８５９７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、上記の問題を解決するためになされたものであり、商用電源と周波数が略同等の点灯電圧により点灯される照明器具を明るさセンサのセンサ電圧に基づいて点灯制御する照明システムにおいて、明るさ測定を正確に、かつ、迅速に行うことができる照明システム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】
【０００９】
上記目的を達成するために請求項１の発明は、商用電源と周波数が略同等の点灯電圧が供給されて点灯する照明器具と、前記照明器具によって照明される対象の明るさを検知してセンサ電圧を出力する明るさセンサと、前記明るさセンサから出力されるセンサ電圧と予め設定された所望の明るさでのセンサ電圧の基準値との比較に基づいて前記照明器具を点灯制御する制御部と、を備えた照明システムであって、前記制御部は、前記明るさセンサによる明るさの検知を前記点灯電圧のオン状態で行い、検知されたセンサ電圧の実効値を求め、その値を対象の明るさとして前記照明器具を点灯制御するものである。
【００１０】
請求項２の発明は、請求項１に記載の明るさ検知システムにおいて、前記制御部は、前記点灯電圧のオフ状態で前記明るさセンサによる明るさの検知を行い、検知された明るさを外乱光の明るさとし、この外乱光の明るさを用いて前記照明器具を点灯制御するものである。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１の発明によれば、点灯電圧のオン状態で対象の明るさを検知し、この検知電圧の実効値を求め、この値を対象の明るさとして照明器具を点灯制御するので、対象の正確な明るさ測定が可能となり、正確な点灯制御が可能となる。また、点灯電圧のオン状態だけで明るさ測定を行うので、周期内全域で測定する平均値測定に比較して測定時間が短くなり、点灯制御応答を速くすることができる。
【００１２】
請求項２の発明によれば、照明器具の非点灯時における明るさのバックグランドデータを取得することができるので、このデータを用いて外乱光の影響の補正、その他の点灯制御を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の第１の実施形態に係る照明システムについて、図１乃至図４を参照して説明する。図１は本実施形態の照明システムの電気的な構成を示す。本システムは、商用電源１からの交流電圧を全波整流する整流回路２と、整流回路２の出力電圧を位相制御する位相制御部３と、位相制御部３により位相制御された点灯電圧が印加される照明負荷（照明器具）４と、照明負荷４によって照明される対象の明るさを検知してセンサ電圧を出力する明るさセンサ５と、明るさセンサ５から出力されるセンサ電圧と予め設定された所望の明るさの基準値との比較に基づいて照明負荷４を点灯制御する制御部６とを備える。
【００１４】
位相制御部３は、例えば、トライアックなどのスイッチング素子を有し、制御部６から出力される位相トリガ信号を基に交流電圧の全波整流波を位相制御する。これにより、交流電圧の周期と略同等の周期を有する所定の周期波形を正弦波とし、正弦波が位相制御された点灯電圧を出力して、照明負荷４を位相制御により点灯制御する。なお、スイッチング素子として、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）、ＭＯＳＦＥＴ等、他の半導体スイッチング素子を用いてもよい。
【００１５】
照明負荷４は、位相制御部３からの点灯電圧により駆動される照明器具であり、ここではＬＥＤからなり、机上面などを点灯する。なお、照明負荷４として、白熱球等を使用することができる。
【００１６】
明るさセンサ５は、フォトダイオード等からなり、例えば、照明負荷４が照射する机上面からの反射光を検知して反射光量に比例したセンサ電圧を明るさ検出値として出力する。また、明るさ検出値は、机上面の明るさを表す机上面照度を示す。この明るさ検出値は、机上面照度をフィードバック制御するために制御部６に入力される。
【００１７】
制御部６は、交流電圧のゼロクロスタイミング（ゼロクロスという）を検出するゼロクロス検出部６１と、明るさセンサ５からの明るさ検出値等を記憶する記憶部６２と、本システムを制御するＣＰＵ（不図示）とを有する。
【００１８】
ゼロクロス検出部６１は、交流電源１から入力される正弦波の交流電圧のゼロクロスを検出する。このゼロクロスの検出は、交流電圧の正電圧時と負電圧時にそれぞれ動作するスイッチング回路を形成し、それらのスイッチング動作が切り替わるときを検出して行うことができる。
【００１９】
記憶部６２は、明るさセンサ５で検出された明るさ検出値を記憶すると共に、昼光のない状態において、例えば、机上面の明るさが所望の机上面照度（例えば、７５０ルックス（ｌｘ））に設定されたときに、明るさセンサ５で検出された明るさ検出値を予め所望の明るさの基準値として記憶している。なお、明るさセンサ５に入射される机上面からの反射光量と机上面照度とは略比例関係にあるとする。
【００２０】
上記制御部６は、ユーザにより設定される調光率に基いて交流電圧の位相制御のタイミングを規定するための位相トリガ信号を位相制御部３に出力する。また、制御部６は、明るさセンサ５からの明るさ検出値を記憶部６２に記憶されている基準値と比較して、この比較値を基に位相トリガ信号のタイミングを制御して点灯電圧を制御し、照明負荷４の出力光をフィードバックする制御を行い、机上面照度を略一定にするように制御する。
【００２１】
このとき、昼光が有る状態の通常制御時において、明るさセンサ５により測定した明るさ検出値が基準値より大きい場合には、現在の明るさが所望照度より高いので、照明負荷４の調光率を下げるように位相トリガ信号のタイミングを制御することにより、昼光があっても机上面照度を所望照度に保つようにしている。また、現在の明るさ検出値が記憶した基準値より小さい場合には、上記と同様に、現在の明るさが所望照度より低いとして照明負荷４の調光率を上げることにより、机上面照度を希望照度に保つようにしている。
【００２２】
ここで、図２を参照して、位相制御部３から出力される位相トリガ信号のタイミングで出力される位相制御信号について説明する。位相制御部３は、図２（ａ）に示される交流電圧が整流回路２に供給され、図２（ａ）に示される全波整流電圧となって、トライアック（不図示）に供給され、図２（ｃ）に示される位相トリガ信号が入力されると、図２（ｄ）に示されるように、位相トリガ信号の入力タイミングｔａ、ｔｂからそれぞれ交流電圧のゼロクロスｔ２、ｔ３までの位相制御信号を出力し、この位相制御信号を点灯電圧として照明負荷４に供給する。このとき、位相制御信号は、交流電圧の周期（半周期はＴ０）と略同等の周期の正弦波が位相制御された周期波形を成し、調光率に基いて定められた点灯期間にオン状態となる点灯電圧となって照明負荷４を調光制御する。
【００２３】
ここで、図３を参照して、点灯電圧のオン状態において、明るさセンサにより検知されたセンサ電圧の実効値を求める方法について説明する。ここでは、明るさセンサによりＬＥＤの光出力を所定の測定時間で測定し、測定されたセンサ電圧（明るさ検出値Ｐ（ｔ）と言う）を基にセンサ電圧の実効値を求める。
【００２４】
照明負荷４により照射される対象の明るさは、照明負荷４の点灯電圧の振幅が大きく、点灯されている時間が長いほど大きい。ここでは、図３（ａ）に示される位相制御信号に基づく点灯電圧は振幅が一定でなく、交流電圧の周期と同じ周期の正弦波で変化するので、明るさ検出値Ｐ（ｔ）は、図３（ｂ）に示すように、測定時間における正弦波関数の面積に比例するとして求める。ここで、比例定数をＡとし、点灯電圧がオン状態において、ゼロクロスｔ１から明るさ測定までの測定開始時間をｔｐとし、測定時間をΔｔｐとすると、測定期間Δｔｐで測定された明るさ検出値Ｐ（ｔ）は、式１で表される。
【数１】
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ここでは、正弦波の交流電圧の周波数ｆ（５０Ｈｚ，６０Ｈｚなど）は既知であり、明るさセンサ４の測定開始時間ｔｐと測定期間Δｔｐは指定されて既知となるので、式１の左辺の測定値と、右辺の積分計算から定数Ａを求めることができる。
【００２５】
この定数Ａが求められることにより、点灯開始時間をｔａ、点灯時間をΔｔａとして、点灯時間Δｔａにおける光出力に基づく机上面照度は、明るさ検出値Ｐ（ｔ）をオン区間（時間ｔａ〜［ｔａ＋Δｔａ］）で積分することにより、明るさ検出値Ｐ（ｔ）の実効電圧値Ｐｅ（ｔ）は、式２により求めることができる。
【００２６】
【数２】
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【００２７】
これにより、点灯電圧の位相制御信号が正弦波で変化し、オン状態の点灯期間で点灯電圧の振幅が一定でなくても、明るさ検出値を実効値に変換して、机上面の明るさを求めることができる。この実効値は、点灯制御において、従来の点灯電圧の振幅が一定の場合における明るさセンサによるセンサ電圧と同じ扱いが可能となる。
【００２８】
このとき、明るさセンサ５による測定をオン状態の一部の点灯区間のみ測定すれば、定数Ａが求められることにより、実効値が計算で自動的に求められる。すなわち、実効値はオン状態内で測定時間及びその測定タイミングに関わらず略一定となる。従って、明るさセンサ５の測定時間が短い測定時間であっても、オン状態内の測定時間及びその測定タイミングによって明るさ検出が影響を受けることがなく、正確に机上面照度を測定することができる。
【００２９】
また、点灯のオン状態だけで測定すればよいので、周期内全域のオン、オフ状態で測定する平均値測定による場合に比較して、測定時間を短縮することができる。また、オン状態における点灯期間の全域で明るさを測定しなくてもよいので、測定時間を短縮することができる。また、この測定時間の短縮により、照明負荷４の点灯制御の応答速度を速めることができる。また、オン状態の期間であれば、任意の測定ポイントで同じ実効値を得ることができるので、測定ポイントが異なっても同じ明るさを得ることができ、測定バラツキが少ない。
【００３０】
ここで、位相制御信号による点灯電圧がオフ状態における明るさセンサ５による明るさ検出値の測定について、図４を参照して説明する。同図に示されるように、点灯電圧のオフのタイミングで明るさを測定する。点灯電圧のオフ時には、ＬＥＤの照明負荷４は瞬時的に消灯しているため、照明負荷４以外から発せられている光を測定することができる。これにより、照明負荷４の非点灯時における明るさであるバックグランドデータを取得することができるので、このデータを基に点灯時の明るさに対して外乱光の影響の補正を行うことにより、正確な点灯制御を行うことができる。また、例えば、外乱光の明るさが、ある閾値以下になったら調光率を設定値より５％アップで点灯するなど、色々な制御に応用することができる。
【００３１】
このように、本実施形態の照明システムによれば、点灯電圧のオン状態において明るさセンサで検知されたセンサ電圧の実効値を求め、これを対象の明るさとするので、明るさの測定時間により測定値が影響を受けることなく、正確に明るさを測定することができ、従って、正確な点灯制御を行うことができる。また、点灯電圧のオン状態だけで明るさ測定を行うので、平均値測定に比較して測定時間が短くなり、点灯制御応答を速くすることができる。
【００３２】
なお、本発明は上記各種の実施形態の構成に限定されるものではなく、発明の趣旨を変更しない範囲で適宜に種々の変形が可能である。上記実施形態では、点灯電圧は正弦波の交流電圧が位相制御された位相制御信号の周期波形としたが、交流電源の周波数と略同等の周期波形であれば、正弦波以外の波形であってもよい。また、照明負荷が白熱灯の場合は、整流回路は必要なく、正負の振幅を有する位相制御信号のオン状態で明るさを検知して点灯制御することができる。また、例えば、明るさセンサによる明るさ検知に基いて点灯電圧を交流電圧周期のＰＷＭ信号により点灯制御して照明負荷を調光制御する場合には、ＰＷＭ信号のオン期間で明るさセンサにより検知されるセンサ電圧を測定して、このセンサ電圧の実効値を基に点灯制御してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の実施形態に係る照明システムの構成図。
【図２】（ａ）は上記システムにおける交流電圧波形を示す図、（ｂ）は同全波整流電圧を示す図、（ｃ）は同位相トリガ信号を示す図、（ｄ）は同位相制御信号を示す図。
【図３】（ａ）は上記システムにおける位相制御信号を示す図、（ｂ）は上記システムにおける照明負荷の点灯時の明るさ測定を説明するための図。
【図４】上記システムにおける照明負荷が非点灯時の明るさ測定を説明するための図。
【図５】（ａ）は従来の蛍光灯を用いた照明システムの構成図、（ｂ）は同システムにおける明るさ測定を説明するための図。
【図６】（ａ）は従来のＬＥＤを用いた照明システムの構成図、（ｂ）は同システムにおける明るさ測定を説明するための図。
【符号の説明】
【００３４】
１  交流電源
３  位相制御部（制御部）
４  照明負荷（照明器具）
５  明るさセンサ
６  制御部
Ｖ（ｔ）  明るさ検出値（センサ電圧）
Ｖｅ（ｔ）  実効電圧値（実効値）
【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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