(57)【要約】  【課題】低発熱且つ低消費電力でありながら広い発光面積を得ることができ、高いエネルギー効率で長時間の発光を可能とする。  【解決手段】街灯１の支柱２の部に保護カバーで外部筐体を形成した照明ユニット３を取付け、照明ユニット３の投光面側に平面状の発光パネル４を内設し、受光面側に平面状の太陽電池パネル６を内設する。発光パネル４としては、低発熱且つ低消費電力の電界放出型発光デバイスを用い、発光パネル４の背面側に蓄電デバイス５を積層し、更に蓄電デバイス５の上に太陽電池パネル６を積層した積層構造とする。これにより、広い発光面積を確保しつつ小型化を可能とし、電力消費を抑制して長時間の発光を可能とすることができ、電力損失が少ないエネルギー効率に優れた発光システムを実現することができる。【選択図】図１
2007026962.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽電池からの発電電力を発光デバイスに供給して発光させる太陽光発電を用いた発光システムであって、
上記発光デバイスを、冷陰極電子放出源からの放出電子で蛍光体を励起発光させる電界放出型発光デバイスで構成し、
上記太陽電池と、上記太陽電池で発電した電力を蓄電すると共に蓄電した電力を上記電界放出型発光デバイスに供給するための蓄電デバイスと、上記電界放出型発光デバイスとを順に積層したことを特徴とする太陽光発電を用いた発光システム。
【請求項２】
上記蓄電デバイスを、リチウムイオン系蓄電デバイスとすることを特徴とする請求項１記載の太陽光発電を用いた発光システム。
【請求項３】
上記太陽電池の受光面側に光検知センサを備え、
上記光検知センサの出力に応じて上記発光デバイスの点灯開始を判別し、点灯開始時の上記蓄電デバイスの残存容量に応じて上記発光デバイスの発光輝度を制御する制御手段を備えたことを特徴とする請求項１又は２記載の太陽光発電を用いた発光システム。
【請求項４】
上記制御手段は、
上記残存容量に基づいて上記発光デバイスの点灯時の平均電力を算出し、この平均電力に基づいて上記発光デバイスの発光輝度を制御する際の目標輝度を算出することを特徴とする請求項３記載の太陽光発電を用いた発光システム。
【請求項５】
上記制御手段は、
上記残存容量に基づいて使用可能エネルギー量を算出し、この使用可能エネルギー量を上記発光デバイスの点灯開始から点灯終了までの点灯時間で除算して上記平均電力を算出することを特徴とする請求項４記載の太陽光発電を用いた発光システム。
【請求項６】
上記制御手段は、
上記平均電力を予め設定した上下限範囲内に規制して目標電力を算出し、この目標電力に基づいて上記目標輝度を算出することを特徴とする請求項４又は５記載の太陽光発電を用いた発光システム。
【請求項７】
上記制御手段は、
予め設定した規定時間、カレンダーに応じて設定した点灯終了時刻と上記光検知センサの出力に基づいて判定した点灯開始時刻との差による時間、上記光検知センサの出力に基づいて判定した今回の点灯開始時刻と上記光検知センサの出力に基づく前回の点灯終了時刻との差による時間、上記光検知センサの出力に基づいて判定した今回の点灯開始時刻と一定期間での上記光検知センサの出力に基づく点灯終了時刻の移動平均値との差による時間の何れか一の時間を、上記発光デバイスの点灯時間とすることを特徴とする請求項５又は６記載の太陽光発電を用いた発光システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽光発電の電力を発光デバイスに供給して発光させる太陽光発電を用いた発光システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、太陽電池による太陽光発電を用いた独立型電源装置が実用化され、各種用途への適用が試みられている。例えば、特許文献１には、夜間照明装置への適用として、太陽電池の裏側に、蓄電器、制御部及び発光ダイオードを配設し、蓄電器を、薄型（５ｍｍ以下の厚さ）の電気二重層コンデンサとすることにより、省スペース化、軽量化、施工性を向上するようにしている。
【特許文献１】特開２００２−１５１７１７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、特許文献１に開示の照明装置は、発光デバイスとしてＬＥＤ（発光ダイオード）を用いている。ＬＥＤは、指向性の強い点光源であり、スポットライトやダウンライト等の指向性を要する照明用光源には適しているが、広い発光面積を求められる場合には、必ずしも適しているとは言えない。
【０００４】
この場合、ＬＥＤを用いて全体を明るく照らすことのできる照明光を得ようとする場合には、多数のＬＥＤを面状に敷き詰める必要があるが、小型化のためには、実装密度を上げざるを得ず、熱がこもって発光効率が大きく低下し、実用上、問題が生じる。例えば、ＬＥＤの周囲温度が８０°Ｃ付近を越えて上昇すると、発光輝度が１／３程度まで低下し、実用に耐えられなくなる。更に、面発光とするためにＬＥＤを大量に並べる必要があることから、消費電力の増大を招き、太陽光発電のみでは長時間の発光が困難となる。
【０００５】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、低発熱且つ低消費電力でありながら広い発光面積を得ることができ、高いエネルギー効率で長時間の発光を可能とすることのできる太陽光発電を用いた発光システムを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明による太陽光発電を用いた発光システムは、太陽電池からの発電電力を発光デバイスに供給して発光させる太陽光発電を用いた発光システムであって、上記発光デバイスを、冷陰極電子放出源からの放出電子で蛍光体を励起発光させる電界放出型発光デバイスで構成し、上記太陽電池と、上記太陽電池で発電した電力を蓄電すると共に蓄電した電力を上記電界放出型発光デバイスに供給するための蓄電デバイスと、上記電界放出型発光デバイスとを順に積層したことを特徴とする。
【０００７】
蓄電デバイスは、リチウムイオン系蓄電デバイスとすることが望ましく、太陽電池の受光面側に光検知センサを備え、光検知センサの出力に応じて発光デバイスの点灯開始を判別し、点灯開始時の蓄電デバイスの残存容量に応じて発光デバイスの発光輝度を制御することが望ましい。
【０００８】
発光デバイスの発光輝度を制御する際には、蓄電デバイスの残存容量に基づいて発光デバイスの点灯時の平均電力を算出し、この平均電力に基づいて目標輝度を算出することが望ましい。
【０００９】
平均電力は、残存容量に基づいて使用可能エネルギー量を算出し、この使用可能エネルギー量を発光デバイスの点灯開始から点灯終了までの点灯時間で除算して算出することができ、目標輝度は、平均電力を予め設定した上下限範囲内に規制して算出した目標電力に基づいて算出することができる。
【００１０】
発光デバイスの点灯時間は、予め設定した規定時間、カレンダーに応じて設定した点灯終了時刻と光検知センサの出力に基づいて判定した点灯開始時刻との差による時間、光検知センサの出力に基づいて判定した今回の点灯開始時刻と光検知センサの出力に基づく前回の点灯終了時刻との差による時間、光検知センサの出力に基づいて判定した今回の点灯開始時刻と一定期間での光検知センサの出力に基づく点灯終了時刻の移動平均値との差による時間の何れかの時間とすることができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明による太陽光発電を用いた発光システムは、発光デバイスに発熱の少ない電界放出型発光デバイスを用いていることから、蓄電デバイスと太陽電池を積層しても温度特性が悪化することがないため発光システムの小型化が可能であり、低発熱且つ低消費電力でありながら広い発光面積を得ることができ、高いエネルギー効率で長時間の発光を可能とすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１〜図１３は本発明の実施の一形態に係り、図１は街灯の構成図、図２は輝度制御システムの構成図、図３は輝度制御の機能ブロック図、図４は蓄電デバイスの電圧と残存容量との関係を示す説明図、図５は蓄電デバイスの電圧と電力との関係を示す説明図、図６は発光パネルの電力と発光輝度との関係を示す説明図、図７は点灯開始後の経過時間と輝度係数との関係を示す説明図、図８はメイン制御ルーチンのフローチャート、図９は目標輝度算出ルーチンのフローチャート、図１０は点灯終了判定ルーチンのフローチャート、図１１は充電終了判定ルーチンのフローチャート、図１２は放電判定ルーチンのフローチャート、図１３は窓枠一体型照明システムへの適用例を示す構成図である。
【００１３】
図１は、本発明による太陽光発電を用いた発光システムを街灯１に適用した例を示し、この街灯１は、支柱２の上部に、保護カバーで外部筐体を形成した照明ユニット３を取付けて構成されている。照明ユニット３は、地上に照明光を投光するための投光面と太陽からの光を受光するための受光面とを有しており、投光面側に平面状の発光パネル４が内設され、受光面側に太陽光で発電する平面状の太陽電池パネル６が内設されている。発光パネル４と太陽電池パネル６との間には、太陽電池パネル６で発電した電力を蓄える平面状の蓄電デバイス５が配置されている。
【００１４】
発光パネル４は、低発熱且つ低消費電力の電界放出型発光デバイスであり、照明ユニット３内においては、発光パネル４の背面側（投光面と反対側の面）に蓄電デバイス５が積層され、更に蓄電デバイス５の上に太陽電池パネル６が積層されている。この積層構造により、発電要素と蓄電要素と発光要素とを一体化して小型化し、太陽光による独立型電源で夜間の照明光を十分に確保することのできる照明システムを実現している。太陽電池パネル６が配設される受光面側には、太陽光を検知して昼間と夜間とを認識するため、例えばフォトダイオード等からなる光検知センサ７が配設されている。
【００１５】
発光パネル４は、図２に示すように、所定間隔で対向配置された絶縁基板１０，１１の内部を真空状態に維持し、この真空状態下で、冷陰極電子放出源１６を有するカソード電極１５、グリッド状のゲート電極２０、電子線によって励起発光する蛍光体２６を有するアノード電極２５を、蓄電デバイス５に積層される基底面側から投光面側に向かって順に配置した基本構成を有している。
【００１６】
尚、投光面側の絶縁基板１１は、ガラス基板等の透明基板から形成されている。また、本形態においては、カソード電極とゲート電極とアノード電極との３極構造を有する電界放出ランプについて説明するが、ゲート電極を用いない２極構造の電界放出ランプであっても良い。
【００１７】
カソード電極１５は、ベースとなる絶縁基板１０上に形成された導電材からなり、例えば、アルミニウムやニッケル等の金属を蒸着やスパッタ法等によって堆積したり、銀ペースト材を塗布して乾燥・焼成する等して形成されている。このカソード電極１５の表面には、カーボンナノチューブ、カーボンナノウォール、スピント型マイクロコーン、金属酸化物ウィスカー等のエミッタ材料が膜状に塗布され、冷陰極電子放出源１６が形成されている。
【００１８】
ゲート電極２０は、カソード電極１５に対向して配置されるグリッド状の電極であり、カソード電極１５との電位差（ゲート電圧）に応じてカソード電極１５上に形成された冷陰極電子放出源１６に電界を印加し、電子を放出させる。このゲート電極２０には、冷陰極電子放出源１６から放出された電子を通過させる微細な開口が多数形成されており、ステンレス材、ニッケル材、アンバー材等の導電性の薄板に、エッチング或はパンチング法等を用いて円形や矩形等の多数の開口が形成される。
【００１９】
アノード電極２５は、投光面となる絶縁基板１１の裏面側に配置された透明導電膜（例えば、ＩＴＯ膜）からなり、ゲート電極２０（カソード電極１５）に対向する面に、冷陰極電子放出源１６から放出された電子によって励起発光される蛍光体２６が塗布されている。蛍光体２６は、例えば、インクジェット法、フォトグラフィ法、沈殿法、電着法等によってアノード電極２５上に成膜される。
【００２０】
また、発光パネル４と太陽電池パネル６との間に挟持される蓄電デバイス５としては、例えば、シート型の電気二重層コンデンサやリチウムイオン系蓄電デバイスが用いられる。リチウムイオン系の蓄電デバイスは、その電圧から残存容量を容易に推定することができ、残存容量に応じて発光パネル４の輝度を制御することにより、可能な限りの少ない蓄電量で長時間の点灯を可能とすることができる。
【００２１】
以上の構成を有する照明ユニット３は、発光パネル４として発熱の少ない電界放出型発光デバイスを用いていることから、蓄電デバイス５及び太陽電池６を積層して一体化しても温度特性が悪化することがない。しかも、広い発光面積を確保しつつ小型化が可能であり、電力消費を抑制して長時間の発光を可能とすることができ、電力損失が少ないエネルギー効率に優れた発光システムを実現することができる。
【００２２】
次に、照明ユニット３を制御するコントローラ５０について説明する。コントローラ５０は、マイクロコンピュータ等から構成され、光検知センサ７からの出力に応じて発光パネル４の点灯開始を判定し、蓄電デバイス５の残存容量の算出、発光パネル４に供給する電圧の調整、目標輝度の算出等の処理を行い、駆動回路３０を介して発光パネル４の輝度を制御する。
【００２３】
尚、図２においては、コントローラ５０と駆動回路３０とを分離して示しているが、これらは、一体のユニットとして構成することが好ましく、照明ユニット３内や照明ユニット３の近傍、或いは支柱２内部に設置される。
【００２４】
コントローラ５０の輝度制御に係わる機能は、図３の機能ブロック図に示され、点灯時間算出部５１、残存容量算出部５２、平均電力算出部５３、目標輝度算出部５４、パルス周期算出部５５、駆動パルス算出部５６によって代表することができる。そして、駆動パルス算出部５６からの駆動パルスによって駆動回路３０が制御され、発光パネル４の輝度が制御される。駆動回路３０は、本形態においては、発光パネル４のカソード電極１５をパルス駆動して輝度を制御するようにしており、詳細は後述する。
【００２５】
点灯時間算出部５１は、光検知センサ７からの出力ＶＰにより、昼間から夜間への推移に伴う発光パネル４の点灯開始を判断し、点灯開始から点灯終了までの点灯時間ＴＭＬＧＴを算出する。点灯時間ＴＭＬＧＴは、例えば、以下の（ａ）〜（ｄ）に示す各種の方法によって決定することができる。
【００２６】
（ａ）予めタイマに設定してある規定時間（例えば、１２時間）を点灯時間ＴＭＬＧＴとする。
【００２７】
（ｂ）カレンダー機能を内蔵し、点灯を開始した時刻と予めカレンダーに応じて設定しておいた点灯終了時刻との差を、点灯時間ＴＭＬＧＴとして算出する。
【００２８】
（ｃ）光検知センサ７の出力ＶＰに基づいて点灯終了を判定し、点灯開始を判定した時刻と、記憶しておいた前回の点灯終了判定時刻との差から、今回の点灯時間ＴＭＬＧＴを算出する。
【００２９】
（ｄ）光検知センサ７の出力ＶＰに基づいて点灯終了を判定し、点灯終了時刻の一定期間の移動平均値（例えば、５回分）を記憶しておく。そして、点灯開始を判定した時刻と点灯終了時刻の移動平均値とにより、点灯時間ＴＭＬＧＴを算出する。
【００３０】
（ａ）による点灯時間ＴＭＬＧＴは、制御上の簡素化を図ることができる一方、（ｂ）のカレンダー機能による点灯時間ＴＭＬＧＴでは、日照時間の変化に応じた適正な点灯状態とすることができる。また、（ｃ），（ｄ）による点灯時間ＴＭＬＧＴでは、実際の状態に応じた点灯時間を確保することができる。
【００３１】
残存容量算出部５２は、蓄電デバイス５の電圧ＶＢを読み取り、残存容量ＳＯＣを算出する。蓄電デバイス５の残存容量ＳＯＣは、図４に示すように、予め蓄電デバイス５の電圧と残存容量との関係を記憶したマップ等を用意しておき、電圧ＶＢをパラメータとしたマップ参照等により、残存容量ＳＯＣを算出する。
【００３２】
平均電力算出部５３は、以下の（１）式に示すように、蓄電デバイス５の現在の残存容量ＳＯＣと使用可能残存容量の最低値ＳＯＣＬとの差に蓄電デバイス５のエネルギー容量ＥＢＦＬを乗算して使用可能エネルギー量ＥＢＰＳを求め、以下の（２）式に示すように、この使用可能エネルギー量ＥＢＰＳを、点灯時間ＴＭＬＧＴで除算して平均電力ＷＴＬＧＴを算出する。  
ＥＢＰＳ＝（ＳＯＣ−ＳＯＣＬ）×ＥＢＦＬ…（１）
ＷＴＬＧＴ＝ＥＢＰＳ／ＴＭＬＧＴ…（２）
【００３３】
尚、図５にしめすように、蓄電デバイス５の電圧ＶＢ（又は残存容量ＳＯＣ）と電力との関係を予め設定しておき、蓄電デバイスの電圧ＶＢ（又は残存容量ＳＯＣ）から平均電力ＷＴＬＧＴを算出するようにしても良い。
【００３４】
目標輝度算出部５４は、平均電力ＷＴＬＧＴを設定範囲に規制して目標電力ＷＴＴＧＴを算出し、この目標電力ＷＴＴＧＴに基づいて目標輝度ＣＤＴＧＴを算出する。目標電力ＷＴＴＧＴは、以下の（３）〜（５）式に示すように、平均電力ＷＴＬＧＴが最小値ＷＴＭＩＮと最大値ＷＴＭＡＸとの間になるように算出される。最小値ＷＴＭＩＮと最大値ＷＴＭＡＸは、発光パネル４を駆動する駆動パルスの周波数範囲（例えば、６０〜２００Ｈｚ）に応じて設定される。  
ＷＴＬＧＴ＜ＷＴＭＩＮのとき            ：ＷＴＴＧＴ＝ＷＴＭＩＮ…（３）
ＷＴＭＩＮ≦ＷＴＬＧＴ≦ＷＴＭＡＸのとき：ＷＴＴＧＴ＝ＷＴＬＧＴ…（４）
ＷＴＬＧＴ＞ＷＴＭＡＸのとき            ：ＷＴＴＧＴ＝ＷＴＭＡＸ…（５）
【００３５】
目標輝度ＣＤＴＧＴは、図６に示すように、予め発光パネル４で消費する電力と発光輝度との関係をマップ等に設定しておき、目標電力ＷＴＴＧＴをパラメータとするマップ参照等により、目標輝度ＣＤＴＧＴを算出する。
【００３６】
この場合、発光パネル４の点灯時の違和感防止と消費電力の低減のため、点灯開始からの経過時間に応じて目標輝度ＣＤＴＧＴを徐々に上げるようにしても良い。すなわち、図７に示すように、点灯開始から設定時間ＴＣＣＥに達するまでの間、時間経過とともに大きくなる輝度係数ＫＳＴを導入し、以下の（６）式に示すように、目標輝度ＣＤＴＧＴに輝度係数ＫＳＴを乗算することにより、目標輝度ＣＤＴＧＴを徐々に上げる。  
ＣＤＴＧＴ＝ＫＳＴ×ＣＤＴＧＴ…（６）
【００３７】
但し、輝度係数ＫＳＴを用いて目標輝度ＣＤＴＧＴを徐々に上昇させる場合には、点灯開始から設定時間ＴＣＣＥに達するまで、平均電力ＷＴＬＧＴは予め設定した初期値ＷＴＬＨＴ１として固定する。そして、設定時間ＴＣＣＥを経過した後に上述の使用可能エネルギー量ＥＢＰＳ及び点灯時間ＴＭＬＧＴを算出し、（２）式に従って平均電力ＷＴＬＧＴを算出する。
【００３８】
以上の目標輝度ＣＤＴＧＴは、パルス周期算出部５５及び駆動パルス算出部５６を介して、駆動回路３０に出力されるパルス信号に変換される。コントローラ５０による発光パネル４の輝度制御は、本形態においては、パルス幅一定で周波数を可変する周波数変調方式によって行われ、ゲート電極２０からカソード電極１５へパルス状にゲート電圧を印加する際のパルス信号のパルス幅を一定として周期を可変することにより、発光輝度を制御する。
【００３９】
発光デバイス４の輝度とパルス駆動周期との関係は、予め設定されてコントローラ５０内に記憶されており、パルス駆動周期が長くなるにつれて発光輝度が減少関数的に低くなる。この輝度とパルス駆動周期との関係は、予め実験或いはシミュレーション等によって求められてマップ化され、パルス周期算出部５５において、目標輝度ＣＤＴＧＴに対するパルス周期Ｔ１として算出される。
【００４０】
駆動パルス算出部５６は、パルス周期算出部５５で算出したパルス周期Ｔ１でパルス幅が一定のパルス信号を生成し、駆動回路３０に出力する。その結果、パルス幅が一定で周期Ｔ１が目標輝度ＣＤＴＧＴに応じて変化するパルス信号により駆動回路３０が駆動され、周波数変調による輝度制御が行われる。
【００４１】
この場合、発光パネル４の点灯中、目標輝度ＣＤＴＧＴの更新を、一定周期毎（例えば、１時間毎）とすることが望ましく、発光パネル４の消費電力の外乱に対応して制御性を向上することができる。
【００４２】
また、周波数変調方式による発光パネル４の輝度制御では、ゲート電極２０へ印加する電圧を周期Ｔ１で可変して発光輝度を制御しても良いが、本形態においては、ゲート電極２０に印加する電圧を一定として、駆動回路３０でカソード電極１５側のインピーダンスを低インピーダンス状態と高インピーダンス状態とに切り換えるようにしている。これにより、電源系の簡素化を図りつつ、実質的にゲート電極２０からカソード電極１５に印加される電圧をパルス状に変化させることができ、発光パネル４の発光輝度を制御することができる。
【００４３】
カソードインピーダンスを変換する駆動回路３０は、図２に示すように、主として、コントローラ５０からのパルス信号によって駆動されるスイッチング素子としてのトランジスタＴＲ１，ＴＲ２と、カソード電極１５に接続された直列抵抗Ｒ１，Ｒ２とにより構成されており、カソード電極１５に接続された直列抵抗Ｒ１，Ｒ２を切換えることにより、カソードインピーダンスを低インピーダンス状態と高インピーダンス状態とに周期的に変換する。
【００４４】
コントローラ５０からのパルス信号は、ＯＮ（ハイレベル），ＯＦＦ（ローレベル）の周期がＴ１で、ＯＦＦ時間がＴ２の信号であり、このパルス信号は、目標輝度ＣＤＴＧＴに対応するパルス信号として１段目のトランジスタＴＲ１のベースにバイアス抵抗ＲＢを介して入力される。
【００４５】
１段目のトランジスタＴＲ１は、エミッタが接地され、コレクタがコレクタ抵抗ＲＣを介して電源Ｖｃｃに接続されると共に、２段目のトランジスタＴＲ２のベースに接続されている。２段目のトランジスタＴＲ２は、同様にエミッタが接地され、コレクタがカソード電極１５に直列接続される抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２との中間に接続されている。カソード電極１５は抵抗Ｒ１から抵抗Ｒ２を経て接地されている。
【００４６】
一方の抵抗Ｒ１は、低インピーダンス用の抵抗であり、蛍光体２６の発光に必要な電流密度を発生させる電圧をカソード電極１５に印加可能とする抵抗値に設定されている。他方の抵抗Ｒ２は、高インピーダンス用の高抵抗値に設定され、カソード電流を略零とする抵抗値に設定されている。
【００４７】
従って、コントローラ５０からのパルス信号がＯＦＦの時間Ｔ２では、１段目のトランジスタＴＲ１がＯＦＦのとき、２段目のトランジスタＴＲ２がＯＮとなり、抵抗Ｒ２が短絡されてカソードインピーダンスが抵抗Ｒ１による低インピーダンス状態となる。その結果、ピーク値一定のゲート電圧がゲート電極２０からカソード電極１５に印加され、蛍光体２６が発光する。
【００４８】
一方、コントローラ５０からのパルス信号がＯＮの時間（Ｔ１−Ｔ２）では、１段目のトランジスタＴＲ１がＯＮされて２段目のトランジスタＴＲ２がＯＦＦされ、カソードインピーダンスが抵抗Ｒ１，Ｒ２の合成抵抗による高インピーダンス状態となる。その結果、ゲート電極２０とカソード電極１５とが同電位となって冷陰極電子放出源１６からの電子の放出が停止し、蛍光体２６が非発光状態となる。
【００４９】
以上の過程が繰り返されて蛍光体２６が間欠的に発光することになるが、パルス信号の周波数を６０Ｈｚ以上の周波数とすることにより、人間の視覚にはトランジスタＴＲ２がＯＮの期間での高輝度発光が残像として残り、連続発光として認識される。
【００５０】
以上のコントローラ５０による照明ユニット３の制御は、具体的には、図８〜図１３のフローチャートに示す各制御ルーチンによって実行される。次に、各制御ルーチンについて説明する。
【００５１】
図８は、照明ユニット３の点灯／消灯を制御するメイン制御ルーチンであり、最初のステップＳ１において、光検知センサ７の出力ＶＰを読み込み、ステップＳ２で夜間判定を行う。この夜間判定は、光検知センサ７の出力ＶＰが予め設定した閾値以下になったとき、照明ユニット３の発光パネル４を点灯させて照明する夜間になったと判定する。
【００５２】
ステップＳ２における判定の結果、夜間判定が成立しない場合には、ステップＳ２からステップＳ３へ進んで発光パネル４を消灯状態とし、ルーチンを抜ける。一方、夜間判定がなされたときには、ステップＳ２からステップＳ４へ進んで図９の目標輝度算出ルーチンを呼び出し、目標輝度ＣＤＴＧＴを算出する。そして、ステップＳ５で発光パネル４を点灯させて目標輝度への制御を行い、ルーチンを抜ける。
【００５３】
図９の目標輝度算出ルーチンが呼び出されると、先ず、ステップＳ１１で蓄電デバイス５の電圧ＶＢを読み込んで残存容量ＳＯＣを算出し、ステップＳ１２で残存容量ＳＯＣに基づいて使用可能エネルギー量ＥＢＰＳを算出する（前述の（１）式参照）。
【００５４】
次に、ステップＳ１３へ進み、発光パネル４の点灯時間ＴＭＬＧＴを算出し、ステップＳ１４へ進む、尚、点灯時間ＴＭＬＧＴは、前述したように、タイマ設定の規定時間、カレンダーによる点灯終了時刻、光検知センサ７による前回の点灯終了時刻等に基づいて算出される。
【００５５】
ステップＳ１４では、使用可能エネルギー量ＥＢＰＳと点灯時間ＴＭＬＧＴとから平均電力ＷＴＬＧＴを算出し（（２）式参照）、ステップＳ１５以降で、平均電力ＷＴＬＧＴを発光パネル４を駆動する駆動パルスの周波数範囲に応じて設定される最小値ＷＴＭＩＮと最大値ＷＴＭＡＸとの間に上下限規制して目標電力ＷＴＴＧＴを算出する。
【００５６】
。尚、平均電力ＷＴＬＧＴは、蓄電デバイス５の電圧ＶＢ（又は残存容量ＳＯＣ）から算出しても良い。
【００５７】
ステップＳ１４に続くステップＳ１５では、平均電力ＷＴＬＧＴと最小値ＷＴＭＩＮとを比較し、ＷＴＬＧＴ＜ＷＴＭＩＮの場合、ステップＳ１６で最小値ＷＴＭＩＮを目標電力ＷＴＴＧＴとして算出し（ＷＴＴＧＴ＝ＷＴＭＩＮ）、ＷＴＬＧＴ≧ＷＴＭＩＮの場合、ステップＳ１７へ進んで平均電力ＷＴＬＧＴと最大値ＷＴＭＡＸとを比較する。
【００５８】
ステップＳ１７において、ＷＴＬＧＴ≦ＷＴＭＡＸの場合には、ステップＳ１８で平均電力ＷＴＬＧＴを目標電力ＷＴＴＧＴとして算出し（ＷＴＴＧＴ＝ＷＴＬＧＴ）、ＷＴＬＧＴ＞ＷＴＭＡＸの場合、ステップＳ１９で最大値ＷＴＭＡＸを目標電力ＷＴＴＧＴとして算出する（ＷＴＴＧＴ＝ＷＴＭＡＸ）。
【００５９】
そして、目標電力ＷＴＴＧＴを算出した後、ステップＳ２０へ進み、発光パネル４の電力と発光輝度との関係（図６参照）に基づいて目標電力ＷＴＴＧＴに対応する目標輝度ＣＤＴＧＴを算出し、ルーチンを抜ける。
【００６０】
これにより、発光パネル４を駆動する駆動パルス信号の駆動周期Ｔ１の目標輝度ＣＤＴＧＴに応じて可変され、蓄電デバイス５の残存容量に応じた輝度制御を行うことができ、エネルギー使用効率を向上して長時間の照明を確保することができる。
【００６１】
以上の処理による発光パネル４の点灯中は、図１０に示す点灯終了判定ルーチンを並行に実行し、蓄電デバイス５の電圧状態を監視する。また、発光パネル４の消灯中は、図１１に示す充電終了判定ルーチン、或いは図１２に示す放電判定ルーチンを実行し、蓄電デバイス５の電圧状態を監視する。
【００６２】
すなわち、図１０に示す点灯終了判定ルーチンにおいては、最初のステップＳ２１で蓄電デバイス５の電圧ＶＢを読み込み、ステップＳ２２で蓄電デバイス５の電圧ＶＢが予め設定してある最低値ＶＢＭＩＮを下回っているか否かを調べる。そして、ステップＳ２２において、ＶＢ≧ＶＢＭＩＮである場合には、そのままルーチンを抜け、ＶＢ＜ＶＢＭＩＮの場合、ステップＳ２３で発光パネル４の点灯を終了させ、ルーチンを抜ける。
【００６３】
すなわち、日照度不足等により蓄電デバイス５の蓄電量が少ない場合においても、発光パネル４の点灯中に蓄電デバイス５の電圧が最低値を下回らないように監視することで、蓄電デバイス５が過放電となることがなく、蓄電デバイス５を保護することができる。
【００６４】
また、図１１に示す充電終了判定ルーチンにおいては、最初のステップＳ３１で蓄電デバイス５の電圧ＶＢを読み込み、ステップＳ３２で蓄電デバイス５の電圧ＶＢが予め設定してある最高値ＶＢＭＡＸを上回っているか否かを調べる。そして、ステップＳ３２において、ＶＢ≦ＶＢＭＡＸである場合には、そのままルーチンを抜け、ＶＢ＞ＶＢＭＡＸの場合、ステップＳ３３で太陽電池パネル６から蓄電デバイス５への充電を終了させ、ルーチンを抜ける。
【００６５】
一方、図１２に示す放電判定ルーチンにおいては、最初のステップＳ４１で蓄電デバイス５の電圧ＶＢを読み込み、ステップＳ４２で、予め設定してある最高値ＶＢＭＡＸと読み込んだ電圧ＶＢとの偏差ＥＶＢを算出する（ＥＶＢ＝ＶＢＭＡＸ−ＶＢ）。次に、ステップＳ４３へ進み、偏差ＥＶＢが０を下回っているか否か、すなわち蓄電デバイス５の電圧ＶＢが最高値ＶＢＭＡＸを上回っているか否かを調べる。
【００６６】
そして、ステップＳ４３において、ＥＶＢ≧０であり、蓄電デバイス５の電圧ＶＢが最高値ＶＢＭＡＸ以下の場合には、そのままルーチンを抜け、ＥＶＢ＜０で蓄電デバイス５の電圧ＶＢが最高値ＶＢＭＡＸを上回っている合には、ステップＳ４５以降へ進んで、蓄電デバイス５の電圧が最高値ＶＢＭＡＸ以下になるように、発光パネル４の点灯による蓄電デバイス５の強制放電を行う。
【００６７】
この強制放電の処理は、ステップＳ４５で発光パネル４を点灯させ、ステップＳ４６で偏差ＥＶＢによる比例積分制御を行って目標電力を算出する。そして、ステップＳ４７で目標電力に基づいて目標輝度を算出し、発光パネル４の輝度が目標輝度となるようにフィードバック制御を行ってルーチンを抜ける。
【００６８】
この充電終了或いは発光パネルの点灯による強制放電では、十分すぎる日照度により太陽電池パネル６の発電量が増大した場合においても、蓄電デバイス５の過充電を未然に防止することができ、同様に、蓄電デバイス５を保護することができる。
【００６９】
以上の実施形態においては、街灯１を例に取って説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、道路案内板照明、標識、工事場の発光ポール、路面誘導灯、家庭用の門灯等に適用することができる。
【００７０】
図１３は、屋内の照明システムとして適用した例を示し、窓枠一体型の照明システムである。この照明システムは、壁６０に設けられたガラス窓７０の上部に、照明ユニット８０を配設して構成され、照明ユニット８０を、室内側に発光面を向けた平面状の発光パネル８１と、この発光パネル８１の背面側に配置される蓄電デバイス８２と、屋外に露呈されて太陽光を受光する太陽電池パネル８３とを順に積層した積層体として構成している。発光パネル８１は、上述の発光パネル４と同様、低発熱且つ低消費電力の電界放出型発光デバイスである。
【００７１】
窓枠一体型照明システムでは、日中の太陽電池パネル８３の発電電力を蓄電デバイス８２に充電し、夜間の太陽電池パネル８３での発電がないときは、蓄電デバイス８２の電力で発光パネル８１を点灯する。発光パネル８１の発光輝度は、上述と同様にして制御することができる。
【００７２】
以上のように、本実施の形態においては、発光デバイスとして発熱の少ない電界放出型発光デバイスを用いていることから、広い発光面積を確保しつつ小型化を可能とすることができ、また、光検知センサによる昼夜判定で発光輝度を適正に制御し、省エネルギー効果を促進することができる。また、日照度の不足や過多に対しても蓄電デバイスの過放電や過充電を防止し、蓄電デバイスを保護して耐久性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】街灯の構成図
【図２】輝度制御システムの構成図
【図３】輝度制御の機能ブロック図
【図４】蓄電デバイスの電圧と残存容量との関係を示す説明図
【図５】蓄電デバイスの電圧と電力との関係を示す説明図
【図６】発光パネルの電力と発光輝度との関係を示す説明図
【図７】点灯開始後の経過時間と輝度係数との関係を示す説明図
【図８】メイン制御ルーチンのフローチャート
【図９】目標輝度算出ルーチンのフローチャート
【図１０】点灯終了判定ルーチンのフローチャート
【図１１】充電終了判定ルーチンのフローチャート
【図１２】放電判定ルーチンのフローチャート
【図１３】窓枠一体型照明システムへの適用例を示す構成図
【符号の説明】
【００７４】
４  発光パネル（電界放出型発光デバイス）
５  蓄電デバイス
６  太陽電池パネル
７  光検知センサ
１６  冷陰極電子放出源
２６  蛍光体
５０  コントローラ
ＣＤＴＧＴ  目標輝度
ＥＢＰＳ  使用可能エネルギー量
ＳＯＣ  残存容量
ＴＭＬＧＴ  点灯時間
ＷＴＬＧＴ  平均電力
ＷＴＴＧＴ  目標電力
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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