(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つのモータ駆動の太陽光防護手段及び／又は照明の制御のための外光測定方法であって、
低輝度を提供する実質的に均質な空である青空、高輝度を提供する実質的に均質な空である白い空、及び直射太陽の少なくとも３つの状態を検出して識別し、
同時には直射太陽光を受けないように異なる方向を向いた２個の日照センサの測定値の間の差の絶対値が、第１の閾値と比較され、この差の絶対値が前記第１の閾値より小さければ空の状態は均質であり、逆の場合には不均質であり、前記不均質な空の状態は直射太陽であり、
均質な空の場合には、前記２個の日照センサの少なくとも一方の測定値、又は前記２個の日照センサの測定値の平均は、第２の閾値と比較され、前記測定値又はその平均が前記第２の閾値より大きければ空の状態は白い空であり、逆の場合には青空である方法。
【請求項２】
不均質な空の状態の場合には、前記２個の日照センサの測定値の平均は、第３の閾値と比較され、前記平均が前記３の閾値より大きければ空の状態は迷惑な直射太陽であり、逆の場合には非迷惑な直射太陽である請求項１に記載の方法。
【請求項３】
少なくとも１つのモータ駆動の太陽光防護手段及び／又は照明の制御のための外光測定方法であって、
低輝度を提供する実質的に均質な空である青空、高輝度を提供する実質的に均質な空である白い空、及び直射太陽の少なくとも３つの状態を検出して識別し、
広角対物レンズを備えたマトリクスセンサを有する白黒カメラのビデオ信号が利用され、
少なくとも１つの走査期間に渉る前記ビデオ信号の差の最大値が、第１の閾値と比較され、この差の最大値が前記第１の閾値より小さければ空の状態は均質であり、逆の場合には不均質であり、前記不均質な空の状態は直射太陽であり、
均質な空の場合には、少なくとも１つの走査期間に渉る前記ビデオ信号の平均が、第２の閾値と比較され、前記平均が前記第２の閾値より大きければ空の状態は白であり、逆の場合には青空である方法。
【請求項４】
不均質な空の場合には、少なくとも１つの走査期間に渉る前記ビデオ信号の平均が、第３の閾値と比較され、前記平均が前記第３の閾値より大きければ空の状態は迷惑な直射太陽の状態であり、逆の場合には非迷惑な直射太陽の状態である請求項３に記載の方法。
【請求項５】
少なくとも１つのモータ駆動の太陽光防護手段及び／又は照明の制御のための外光測定方法であって、
低輝度を提供する実質的に均質な空である青空、高輝度を提供する実質的に均質な空である白い空、及び直射太陽の少なくとも３つの状態を検出して識別し、
広角対物レンズを備えたマトリクスセンサを有するカラーカメラのビデオ信号が利用され、
少なくとも１つの走査期間に渉る前記ビデオ信号の１つの色の差の最大値が、第１の閾値と比較され、この差の最大値が前記第１の閾値より小さければ空の状態は均質であり、逆の場合には不均質であり、前記不均質な空の状態は直射太陽であり、
均質な空の場合には、少なくとも１つの走査期間に渉る前記ビデオ信号の２つの色の比が、第２の閾値と比較され、前記比が前記第２の閾値より大きければ空の状態は白であり、逆の場合には青空である方法。
【請求項６】
ファジー論理アルゴリズムを使用するプロセッサが使用され、検出及び識別された状態のそれぞれは、ファジーサブセットにおけるそのメンバーシップ関数により特徴付けられる状態である請求項１に記載の方法。
【請求項７】
それぞれ均質な空及び不均質な空である２つの中間ファジーサブセット、及び対応するメンバーシップ関数が規定される請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記均質な空及び不均質な空のメンバーシップ関数の変化可能な強度は、前記２個の日照センサの測定値の差の最大値である請求項６に記載の方法。
【請求項９】
前記青空及び白い空のメンバーシップ関数の変化可能な強度は、１個の前記日照センサの測定値又は２個の日照センサの測定値の平均である請求項７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、建物の少なくとも１つの張間に適合した太陽光からの防護のためのモータ駆動される手段及び／又は照明の制御のために、外光を測定する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
張間又は張間の組みに据え付けられた太陽光防護手段を駆動するために、外部の日照センサにより送られた信号を使用することが知られている。
【０００３】
このような太陽光設備は、例えば、仏国特許第2510777号、仏国特許第2740825号及び独国特許第4315406号に記載されている。これらの設備においては、モータ駆動の太陽光防護要素が、１個以上の太陽光セル、すなわち光電セルにより達成される測定値の関数として制御される。一般には１正面当たり１個のセルである。これらの太陽光セルは、直接的な太陽光放射の発光強度を測定する。（独国特許第4315406号に記載されているように）ある閾値以上で、ある時間遅延後に、太陽光防護がある位置に配置される。この閾値以下であれば、ある時間遅延後に、それらは再び上げられる。
【０００４】
これらの設備に対して、可変時間遅延、出現と解除の異なる閾値、経度、緯度、日付、時間の関数としての太陽のコースの追跡、正面の向き、防護する張間の機械的及び大きさの特徴などのような数々の改良が成されてきた。従来技術の全ての自動化機構は共通の点を有しているが、しかしそのすべては晴天の期間に機能し、直接的な太陽光放射により制御される。
【０００５】
米国特許第4538218号は、外部照明の測定で直接的な太陽の影響を迂回することを可能にするセンサを記載している。意図した目的は、天空からの散乱により少なくとも利用できる光のレベルを確認することであり、このレベルは照明ユニットにより提供される光の追加の供給を、そしてその結果としてこれらの照明ユニットに分配するパワーを調整する。このため、ずれた角度で配置されて正面から見える天空の全部分をカバーする複数の外部センサを使用する。検出される信号の最低値は、必然的に利用可能な自然照明の最小値を表す。逆に、最高値は直射太陽の効果に対応する。この値は除かれ、他の信号が平均化され、もし適当であれば平均的な利用可能な散乱照明を評価する。
【０００６】
本出願人の名義である米国特許第5237169号では、太陽光防護及び人工的な照明が、これら２つの成分の視覚的な快適さを最適化する観点から同時に制御される。
【０００７】
米国特許第4355896号は、曇りの程度を決定する観点で、１つは太陽からの直接光を受け、他は太陽を含まない空の部分に向けられたいくつかの光センサの使用を提供している。この装置は、気象予測、気象的な要因の評価、太陽光エネルギの変換器の評価及び他の特定されない応用を意図している。
【０００８】
米国特許第4008391号は、ワーク（対象物）表面の照明の品質を測定する装置を記載している。この装置は、２個のリニアセンサを使用する。センサにより伝達された信号の演算による加算及び除算により、結果が決定されて表示手段上に読み出される。
【０００９】
パイロメータとして知られている装置により散乱された放射の正確な測定を行うことが知られている。この装置は、単一の水平光電センサと、このセンサを中心とし配置の緯度に沿って傾いた円の不透明な円弧とを有するだけである。このような装置は、太陽光防護の制御で使用するのに比べて相対的に複雑である。
【００１０】
一般的に、散乱光、すなわち直射太陽がなく、曇り空又は逆に非常に曇った空又は湿気で飽和した空の散乱光の基本的に異なる状態を識別することに関心を示した従来技術の文献はない。後者の状況は、「白い空」といわれて赤道付近の地域だけでなく、また北部欧州の田園でもしばしば遭遇する。太陽は、非常な散乱を生じる曇りの領域を照明して非常な輝度を提供するので、太陽光防護が必要となる。この状況は、関係する張間に対向しそれ自体が太陽の直接照射にさらされる建物の大きな明るい面の状態にも類似している。関係する張間から見える小さな固定角度の高反射で小さな隣接する面は、逆に直接の太陽に類似している。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明の目的は、上記の欠陥を補うことである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の外光を測定する方法は、青空、白い空及び直射太陽の少なくとも３つの状態を検出して識別することが行われる方法である。用語青空は低輝度を提供する実質的に均質な空（晴天の空、灰色の空、夜の空）を示し、用語白い空は高輝度を提供する実質的に均質な空を示す。
【００１３】
各状態は、いくつかのサブ状態に分割される。
【００１４】
３つの状態の間の識別は、空の均質状態（ＣＨ）又は不均質状態（ＣＮＨ）のいずれかであることを識別する中間検出に基づいて得られる。
【００１５】
１つの実行モードによれば、同時には直射太陽光を受けない２個の日照センサ又は複数の日照センサの測定値Ｅ１、Ｅ２の間の差が、第１の閾値Ｓ１と比較され、この差の絶対値が閾値Ｓ１より小さければ空の状態は均質ＣＨであり、逆の場合には不均質ＣＮＨである。均質な空ＣＨの場合には、少なくとも１つの日照センサの測定値Ｅ１，Ｅ２、又はいくつかの日照センサの平均は、第２の閾値Ｓ２と比較され、この差の絶対値が閾値Ｓ２より大きければ空の状態は白であり、逆の場合には青である。
【００１６】
直射太陽の状態は、空の不均質状態に対応する。
【００１７】
他の実行モードによれば、不均質な空状態ＣＮＨの場合には、少なくとも１つの日照センサの測定値Ｅ１，Ｅ２、又はいくつかの日照センサの平均は、第３の閾値Ｓ３と比較され、測定値が閾値Ｓ３より大きければ空の状態は迷惑な直射太陽であり、逆の場合には非迷惑な直射太陽である。
【００１８】
他の実行モードによれば、複数のセンサは、広角対物レンズを備えたマトリクスセンサを有する白黒カメラにより置き換えられ、そのビデオ信号は、少なくとも１走査周期に渉って、測定した差を第１の閾値Ｓ１と比較することにより、空の均質又は不均質状態を規定するのに利用され、次に均質な空の場合に、測定値の平均が第２の閾値Ｓ２より小さければ青空状態を規定し、逆の場合に白い空状態を規定し、そして最後に測定値を第３の閾値Ｓ３と比較することにより、迷惑な直射太陽の状態を規定する。
【００１９】
他の実行モードによれば、複数のセンサは、広角対物レンズを備えたマトリクスセンサ（Ｒ、Ｇ、Ｂ）を有するカラーカメラにより置き換えられ、そのビデオ信号は、少なくとも１走査周期に渉って、測定した差を第１の閾値Ｓ１と比較することにより、空の均質又は不均質状態を規定するのに利用され、次に均質な空の場合に、少なくとも２つの色の比Ｒ／Ｂ又はその差を使用して、空の色を規定する。
【００２０】
ファジー論理アルゴリズムを使用するプロセッサを使用する他の実行モードによれば、検出及び識別された状態のそれぞれは、ファジーサブセットにおけるそのメンバーシップ関数により特徴付けられる状態である。
【００２１】
それぞれ均質な空ＣＨ及び不均質な空ＣＮＨである２つの中間ファジーサブセット、及び対応するメンバーシップ関数が規定される。
【００２２】
他の実行モードによれば、均質な空ＣＨ及び不均質な空ＣＮＨのメンバーシップ関数の変化可能な強度は、２個のセンサの測定値Ｅ１、Ｅ２の差の絶対値又は直射太陽光を同時には受けない複数の日照センサの最大の差である。
【００２３】
他の実行モードによれば、青空及び白い空のメンバーシップ関数の変化可能な強度は、少なくとも１個の日照センサの測定値Ｅ１、Ｅ２又はいくつかの日照センサの平均である。
【００２４】
使用されるセンサは、例えば、広角対物レンズを備えた白黒又はカラーカメラの感光性のマトリクスで構成される。
【００２５】
本発明の主題は、前記実行モードの１つの方法により動作される少なくとも１つの要素を備える太陽光防護及び／又は照明装置である。
【００２６】
付属の図面は、本発明の方法を組み込んだいくつかのモードを例として表す。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
図１の実行モードでは、建物の２つの非平行な面３と４上にそれぞれ配置された２個の光電センサ１と２が使用される。これらのセンサは、互いに近接することができるが、十分な角度、典型的には走査される空間の角度をなす開口の半分に等しい角度をなすように配置される。現在市場にあるセンサは意識的に方向性がないようにされており、天空をカバーするには２個のセンサで十分である。センサ１と２により提供された信号は、ストレートフォワード演算ユニット５に印加され、演算ユニット５は絶対値｜Ｅ１−Ｅ２｜をその出力の一方に、平均（Ｅ１＋Ｅ２）／２を他方の出力に出す。絶対値｜Ｅ１−Ｅ２｜は、第１の比較器６により第１の閾値Ｓ１と比較され、平均（Ｅ１＋Ｅ２）／２は、第２の比較器７により第２の閾値Ｓ２と比較される。Ｓ１は天空の輝度の均質性を検出する閾値として使用され、閾値Ｓ２はまぶしさに対応する値である。Ｓ１はＳ２より大幅に小さい。比較器７は、２つのアナログ入力ＡとＢ、イネーブル入力Ｖ（ＣＨ）及び２つの出力を示し、出力の１つはＡ＞Ｂならばアクティブで、もう１つはＡ＜Ｂならばアクティブであり、出力はイネーブル入力が活性化される時だけアクティブである形式である。
【００２８】
もし｜Ｅ１−Ｅ２｜＜Ｓ１ならば、空は均質であると言われ（出力ＣＨ）、センサのいずれも直射太陽を受けていない。一方｜Ｅ１−Ｅ２｜＞Ｓ１ならば、センサの１つが直射太陽を受けている（不均質な空、出力ＣＮＨ）。
【００２９】
平均（Ｅ１＋Ｅ２）／２をＳ２と比較すると、空が均質である時（ＣＨ）には、空がまぶしい（「白」）又はそうでない（「青」）かを確認することを可能にする。平均を比較する替わりに、単にＥ１又はＥ２をＳ２と比較することも可能である。
【００３０】
もちろん、和Ｅ１＋Ｅ２をＳ２の２倍の閾値Ｓ’２と比較することも可能である。
【００３１】
もしセンサが、太陽光防護が十分に閉じられるか又は十分に開放されているストレートフォワードな設備の制御に使用されるならば、一般的には閾値Ｓ２より大きな第３の閾値Ｓ３を使用することが望ましい。「直射太陽」の状態は、次に２つの副状態「迷惑な直射太陽」と「非迷惑直射太陽」に分割される。この実行モードは、図２に図示されている。ここで、平均（Ｅ１＋Ｅ２）／２は、比較器８によりＳ３と比較され、出力に２つの副状態「迷惑な直射太陽」と「非迷惑直射太陽」が得られる。
【００３２】
例えば、センサとして米国特許第4538218号に記載されたセンサが使用される。識別器は、「直射太陽光」レベルをＳ３と比較し、「空光」レベルをＳ２と比較するように変形されなければならない。
【００３３】
もちろん、上記の２つのセンサは、多数のセンサにより置き換えられ、それにより空の異質の姿に関するより広い領域及び／又はより良好な情報を可能にする。
【００３４】
この場合、上記の方法を使用する単純な方法は、均質性テスト（閾値Ｓ１との比較）のための（絶対値での）最大差、及び青空／白い空識別（閾値Ｓ２との比較）又は迷惑直射太陽と非迷惑直射太陽の識別（閾値Ｓ３との比較）のための測定の平均値を考慮することからなる。
【００３５】
他の実行モードによれば、この複数のセンサは、広角対物レンズを装着した「走査型」のＣＣＤカメラの感光性要素のマトリクスにより構成される。白黒カメラの場合には、周期に渉るビデオ信号の使用は、各種の画素上で受ける光の分布を与える。上記の処理を適用するように、この信号から平均値と差の最大値を得ることがこの技術分野の技術者には知られている。本発明は空の詳細な解析を必要としないが、今日そのようなカメラは非常な低価格で入手可能であり、デジタルシステムにそのまま接続できるので、そのような解法は有益である。このようなカメラは「ウェブカム」として知られている。
【００３６】
図３は、カラーカメラの使用を図示している。カメラ９は、建物１０の外に配置される。それは３つのビデオ信号Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）を出力する。センサのマトリクスの完全な各走査サイクルの間、各ビデオ信号は連続して走査される全ての画素により検知される光に応じて変化する。Ｒ、Ｇ、Ｂビデオ信号は、ユニット１１により処理される。ビデオ信号の１つ、例えばＧは、デジタルな方法又は簡単なアナログ手段（ダイオード、抵抗及び容量）に補助されて処理され、２つの値ＶＭＡＸとＶＭＩＮを発生させる。ユニット１１は、第３の出力に、他の２つのビデオ信号の比、この場合はＲ／Ｂを出力する。
【００３７】
回路１２は、差ＶＭＡＸ−ＶＭＩＮの絶対値、すなわち｜ＶＭＡＸ−ＶＭＩＮ｜を演算し、この値は比較器１３により閾値Ｓ１と比較される。第１の実行モードにおけるように、もし｜ＶＭＡＸ−ＶＭＩＮ｜＜Ｓ１であれば、天空は均質（青空又は白い空、出力ＣＨ）であると考えられる。もしそれがＳ１より大きければ、これは直射太陽（不均質な空、出力ＣＮＨ）を示す。
【００３８】
均質な空（ＣＨ）の場合には、青空と白い空を識別することが残る。このため、カメラにより与えられるスペクトル分解が使用される。より正確には、比Ｒ／Ｂは比較器１４により閾値Ｓ’’２と比較される。Ｓ’’２の値は、１より十分に小さい。もしＲ／Ｂ＜Ｓ’’２であれば、これは信号Ｂが信号Ｒより十分に大きいこと、すなわち空が「青」であることを示す。もしＲ／Ｂ＞Ｓ’’２であれば、これは空が「白」であることを示す。
【００３９】
他の２つのビデオ信号ＲとＢの１つを選択して値ＭＡＸとＭＩＮを出力して、他の２つの信号の比を演算することももちろん可能である。
【００４０】
値ＭＩＮの替わりに平均値を使用することも可能である。
【００４１】
光の各種のスペクトル成分の相対強度を比較するために、比以外の他の組合せを使用できることも、この技術分野の技術者には知られている。
【００４２】
カラーカメラの替わりに、米国特許第5426294号に記載されたようにフィルタを装着したフォトダイオードを使用して、捕らえた光のスペクトル構造を解析することも可能である。
【００４３】
本発明の他の実行モードでは、ファジー論理アルゴリズムが使用される。応答をいくつかの態様を組み合わせた状態を適用するように、ファジー論理アルゴリズムを使用することが自動化の技術者には知られている。各個別の場合は、「ルール」と呼ばれる特定の応答を呼び出すが、いくつかのルールの重み付けした組合せが必要になる場合でも受け入れ可能である。これにより、本発明の場合、均質な湿った大気によりベールが掛かった空は、白い空及び（減衰された）直射太陽のような態様の組合せを発生させる。
【００４４】
本発明による３状態の識別は、検出されて識別される３つの状態のそれぞれはファジーサブセット（直射太陽又は青空又は白い空）におけるそのメンバーシップ関数により特徴付けられる。従来の場合を異なり、状態はもはや排他的でない。
【００４５】
ストレートフォワード方法において、上記の実行モードにおけるのと同様の原理により、均質な空の中間メンバーシップ関数を示すことにより、識別を２つの状態に分割すると利点がある。
【００４６】
図４は、従来の方法での、均質な空及び不均質な空のメンバーシップ関数の例を示す。上記の実行モードのように、均質な空及び不均質な空のファジーサブセットの１つ又は他におけるメンバーシップの程度を決定するのを可能にするのは、２個のセンサ又は複数の基本センサ（ＣＣＤカメラ）の間の照明の差の絶対値である。ストレートファワードの場合には、不均質な空は直射太陽に擬せられる。
【００４７】
同様に、図５は、青空及び白い空のメンバーシップ関数の例を示す。ファジーサブセットの１つ又は他におけるメンバーシップの程度は、照明の平均レベルの値又は使用するセンサに応じたそのスペクトル構成、例えばＲ／Ｂに依存している。
【００４８】
太陽光防護手段の制御への応用においては、２つの異なる状態の検出は２つの異なる処理動作をかならずしも含まない。このため、自動照明無しで、中間位置の無い（０又は１００％）自動太陽光防護を有するストレートファワード設備の場合には、太陽光防護が状態１（青空）で非活性化され、状態２及び３（直射太陽又は白い空）で活性化される。
【００４９】
例えば、張間の透明性を低減する穴明きスクリーン及び直射太陽を遮断可能な不透明スクリーンを備えるより精巧な太陽光防護設備の場合には、太陽光防護は状態１で非活性化され、不透明スクリーンは状態２で活性化され、穴明きスクリーンは状態３で活性化される。
【００５０】
もしそれが可能な設備であれば、不透明スクリーンは建物の居住者に迷惑にならない十分なレベルまでだけ、例えば、ユーザに合わせて、又は緯度、時間及び暦の関数として低下される。この場合、状態２は、複数の又は連続したサブ状態に分割される。
【００５１】
状態２の分割は、スレート化されたブラインドのスレートの向きを制御するのに特に有用である。
【００５２】
同様の方法で、必要であれば従来技術と述べたように、状態１である時にそれを複数の又は連続したサブ状態に分割することにより、照明ユニットをより大きな程度又はより小さな程度に制御することが可能である。
【００５３】
状態３（白い空）の分割は、空のより大きな又はより小さな輝度の関数として、エレクトロクロミックな光沢の透明性を変形するのにも使用できる。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】図１は、第１の実行モードを概略的に表す。
【図２】図２は、第１の実行モードの変形例を概略的に表す。
【図３】図３は、第２の実行モードを概略的に表す。
【図４】図４は、従来の方法での、ファジー論理の方法の３つの状態の処理への適用を示すチャートである。
【図５】図５は、従来の方法での、ファジー論理の方法の３つの状態の処理への適用を示すチャートである。
【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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