(57)【要約】【課題】交流電圧のゼロクロスを正確に検出し、得られたゼロクロス信号に基づき安定した位相制御による調光を行う照明システムを実現する。【解決手段】降圧トランス１２の二次側１２ｂから低電圧に変換された直後の歪の少ない交流電圧のゼロクロスをゼロクロス検出器１４で検出し、検出結果をゼロクロス信号として生成し、このゼロクロス信号を、送信機１５を介して無線で光源の明るさを調光する調光制御部１３側に送信する。調光制御部１３では、ゼロクロス信号のタイミングに基づき、調光卓２０からの調光信号で制御器１９から調光卓２０に対応の調光器２１１〜２１ｎに入力される交流電圧の位相制御を行う信号を出力し、調光器２１１〜２１ｎの出力に接続された光源２２１〜２２ｎの調光を行う。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電源電圧のゼロクロスを検出し、ゼロクロス信号として生成するゼロクロス検出器と、
前記ロクロス信号のタイミングおよび調光信号に基づいて前記交流電源電圧の位相制御を行い光源の調光電圧を得る調光制御部と、を備えた照明システムにおいて、
前記ゼロクロス信号は、無線を用いて前記調光制御部に入力することを特徴とする照明システム。
【請求項２】
前記交流電源電圧のゼロクロスを検出箇所は、高電圧を光源点灯用の低電圧に電圧変換するトランスの一次側または二次側であることを特徴とする請求項１記載の照明システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明の実施形態は、劇場やテレビスタジオ等で使用される交流電源電圧の位相制御を行い、調光を行う照明システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、劇場やＴＶスタジオなどの、演出空間で使用される調光装置においては、数十台から数百台の照明器具が設置され、各照明器具に対応したサイリスタ調光器が接続されている。調光器には交流電圧のゼロクロス点が同期信号として入力され、ゼロクロス点を位相角の基準とし位相角制御信号によりサイリスタ素子の点弧位相角を決定し負荷の調光が行うようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−１１５４３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
テレビスタジオや劇場などの照明を調光させる場合は、ビル等に入力される高圧電源を光源点灯用の低電圧に電圧変換する位置から調光器に入力する位置までが数十ｍから百数十ｍ程度に及ぶことから、交流電源装置のインピーダンスや照明システムまでの配線インピーダンスの影響により交流電源が歪んだり、電圧降下の発生により照明システムがゼロクロスを正常に検出できなくなかったりして誤点灯する、という問題があった。
【０００５】
そこで、本発明は交流電源電圧のゼロクロス信号を正確に検出し、安定した位相制御による調光を行うことの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】
【０００６】
上記した課題を解決するために、本発明の照明システムの実施形態によれば、交流電源電圧のゼロクロスを検出し、ゼロクロス信号として生成するゼロクロス検出器と、前記ゼロクロス信号のタイミングおよび調光信号に基づいて前記交流電源電圧の位相制御を行い光源の調光電圧を得る調光制御部と、を備えた照明システムにおいて、前記ゼロクロス信号は、無線を用いて前記調光制御部に入力することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の実施形態によれば、交流電源電圧の毎半サイクルのゼロクロスを正確に得ることができ、この結果、光源を調光信号に従って正しく調光点灯できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の照明システムに関する第１の実施形態について説明するための回路構成図である。
【図２】図１の要部のより具体的な構成図である。
【図３】図２の調光動作について説明するための説明図である。
【図４】第１の実施形態の効果について説明するための説明図である。
【図５】本発明の照明システムに関する第２の実施形態について説明するための回路構成図である。
【図６】三相４線式の各相の交流電圧波形について説明するための説明図である。
【図７】図５の要部のより具体的な構成図である。
【図８】ゼロクロス信号の送信データについて説明するための説明図である。
【図９】図８のアドレスデータについて説明するための説明図である。
【図１０】光源を調光させるための調光出力について説明するための説明図である。
【図１１】本発明の照明システムに関する第３の実施形態について説明するための回路構成図である。
【図１２】第３の実施形態の効果について説明するための説明図である。
【図１３】三相４線式にした場合の第３の実施形態の効果について説明するための説明図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１０】
（第１の実施形態）
図１〜図４は、照明システムに関する第１の実施形態について説明するためのもので、図１は概略的な回路構成図、図２は図１要部の具体的な構成図、図３は図２の動作について説明するための説明図、図４は第１の実施形態の効果について説明するための説明図である。
【００１１】
図１において、１１は、降圧トランス１２の一次側１２ａに入力される商用周波数の例えば６．６ｋＶの高圧の交流電源である。降圧トランス１２では、例えば１００Ｖの低電圧に電圧変換し、二次側１２ｂから調光制御部１３等の電源として出力する。さらに、二次側１２ｂの交流電圧は、ゼロクロスを検出するゼロクロス検出器１４に入力される。ゼロクロス検出器１４は、トランス１２の二次側１２ｂから入力される正弦波の交流電圧Ｖ１（ＡＣ１００Ｖ）のゼロクロスを検出する。このゼロクロス検出は、例えば交流電圧Ｖ１の絶対値が所定電圧以下であることを検知して動作するスイッチング回路を形成し、これらのスイッチング動作が切り換わるときを検出して行う。しかし、ゼロクロス検出器１４は、前記のものに限定されるものではなく、各種のものを採用し得る。ゼロクロス検出器１４で検出されたゼロクロス信号は、次段の送信機１５に送られる。送信機１５では、ゼロクロス信号をデジタル変換してゼロクロス信号するとともに、送信機能を使い送信アンテナ１６を介して送信される。
【００１２】
送信アンテナ１６から送信されたゼロクロス信号は、受信アンテナ１７を介して受信機１８で受信され、調光制御部１３のＣＰＵ等で具体化される制御器１９に入力される。制御器１９には調光操作を行う調光卓２０からの０〜１００％の調光信号がＤＭＸ形式で入力される。さらに、制御器１９の出力からは、調光信号に基づく位相制御信号を出力し、ｎ個の調光器２１１〜２１ｎにそれぞれ入力される。調光器２１１〜２１ｎの各出力は、対応の光源２２１〜２２ｎにそれぞれ入力される。
【００１３】
図２および図３を参照し、調光についての具体的な構成例について説明するが、ここでは代表として調光器２１１の構成例について説明する。
【００１４】
図２において、降圧トランス１２の二次側１２ｂのＡＣ１００Ｖの一方は、電力線２３ａを介して、２つのサイリスタ２４，２５を逆極性で並列接続されたスイッチング回路とリアクタＬの直列回路で構成される調光器２１１の入力側に接続される。調光器２１１の出力側は、光源２２１の一方の電極に接続される。光源２２１の他方の電極は、電力線２３ｂを介してトランス１２の二次側１２ｂの他方に接続される。リアクタＬは、サイリスタ２４，２５の点弧に伴う急峻な電流の立ち上がりを抑制して、劇場やテレビスタジオに併設される音響機器へのノイズ障害などを低減させるためのものである。
【００１５】
ゼロクロス検出器１４で検出されたゼロクロス信号と調光信号を入力し、ゼロクロス信号に同期した位相制御信号として出力する制御器１９の出力は、ゲート電極が共通接続されたサイリスタ２４，２５に入力される。
【００１６】
ここで、図３とともに図２の調光動作について説明する。図３（ａ）は、調光制御部１３に入力される交流電圧ａを示し、調光制御部１３を駆動させる電源となる。降圧トランス１２の二次側１２ｂ直後のＡＣ１００Ｖのゼロクロスがゼロクロス検出器１４で検出された結果は、送信機１５、受信機１８を経由し、図３（ｂ）に示すゼロクロス信号ｂとして制御器１９に入力する。二次側１２ｂの直後とは、ゼロクロス付近のゼロクロスを検出するために必要な特性の得られる歪の発生の少ない範囲を意味する。距離的にはせいぜい数ｍ以内であることが好ましい。
【００１７】
調光卓２０の光源２２１用の図示しない操作子を操作して得られる調光信号と、ゼロクロス信号ｂのタイミングとに基づき制御器１９から図３（ｃ）に示す位相制御信号ｃが出力する。図３（ｄ）は、制御器１９から出力される位相制御信号ｃに基づき得られた調光器２１１の調光出力を示し、この出力で光源２２１を点灯させている。
【００１８】
図３は、５０％の調光例を挙げている。すなわち、ゼロクロス信号ｂを基準といて交流電圧ａの半サイクルを時間ｔとした場合、５０％の調光信号に基づき制御器１９の出力から得られる位相制御信号ｃがゼロクロス信号ｂからｔ／２となるよう演算するように、制御器１９は予めプログラミングされている。
【００１９】
制御器１９の出力からは交流電圧ａの半サイクルの中間部分で立ち上がる位相制御信号ｃを、サイリスタ２４，２５のゲート電極に入力している。サイリスタ２４はアノード・カソード電極間に電流を流し、交流電圧ａのゼロクロス点まで調光器２１１の出力から図３（ｄ）に示す電圧を出力し、サイリスタ２４はオフする。同様に、制御器１９から次の位相制御信号ｃがサイリスタ２４，２５のゲート電極に入力されると、サイリスタ２５がオンしてアノード・カソード電極間に電流を流し、交流電圧ａのゼロクロス点まで調光器２１１の出力から図３（ｄ）に示す電圧を出力し、サイリスタ２５はオフする。以降同様の動作を半サイクル毎に繰り返す。
【００２０】
光源２２１の調光を変更したい場合は、調光卓２０の光源２２１に対応する操作子を操作し、制御器１９の位相制御信号ｃの発生のタイミングをゼロクロス信号ｂに対して変更することで０〜１００％の調光が可能となる。
【００２１】
図４は、この実施形態の効果について説明するためのもので、図４（ａ）の破線は並列に分岐して設けられた負荷の投入や変動等により電圧波形が歪んだ場合に電力線２３ａ，２３ｂを介して調光制御部１３に入力される交流電圧波形の一例を、実線は降圧トランス１２の二次側１２ｂ直後の交流電圧波形をそれぞれ示している。
【００２２】
調光制御部１３に入力される交流電圧のゼロクロスを検出した場合は、図４（ｃ）に示すようにゼロクロス点が複数回検出される。この検出結果に基づき調光した場合は、ゼロクロスを正常に検出できなくなかったり、ちらついたりして誤点灯が生じることとなる。これに対し、歪の少ない降圧トランス１２の二次側１２ｂ直後の交流電圧のゼロクロスを検出した場合は、ゼロクロス検出器１４が図４（ｂ）に示すように確実にゼロクロスを検出し、安定した位相制御による調光を行うことができる。
【００２３】
この実施形態では、電源インピーダンスや配線インピーダンスの影響あるいは負荷側の影響を受けない安定した交流電圧の得られる箇所で正常なゼロクロスを検出し、検出されたゼロクロス信号を無線で送信することにより、誤点灯を防止することが可能となる。また、調光制御部１３側における電源歪みを取り除くフィルタ回路が不要となる。
【００２４】
（第２の実施形態）
図５〜図１０は、照明システムに関する第２の実施形態について説明するためのもので、図５は回路構成図、図６はゼロクロス信号の送信データについて説明するための説明図、図７は図５要部のより具体的な構成図、図８は図三相のゼロクロス信号について説明するための説明図、図９は図８の三相のアドレスについて説明するための説明図、図１０は光源を調光させるための調光出力について説明するための説明図である。なお、以下の各実施形態において、上記した第１の実施形態と同一または対応する構成部分には同一の符号を付し、その説明は省略する。
【００２５】
この実施形態は、三相４線式によるＲ，Ｓ，Ｔの各相の位相が図６に示すように１２０度順次ずらし、各相が例えば２００Ｖの商用周波数の電圧を出力し、調光制御部１３の各調光器２１１〜２１ｎに入力される。調光制御部１３では、Ｒ，Ｓ，Ｔ相毎に、調光卓２０の操作子による調光信号にそれぞれ対応した光源２２１〜２２ｎの調光が行われる。
【００２６】
図７に調光器２１１の具体的な構成例を示す。三相４線式の交流電圧が入力される調光制御部１３の調光器２１１のＲ相はＲ調光器２１１ｒに、Ｓ相はＳ調光器２１１ｓに、Ｔ相はＴ調光器２１１ｔにそれぞれ入力される。図６に示すＲ，Ｓ，Ｔ相のゼロクロスをゼロクロス検出器１４でそれぞれ検出する。なお、他の調光器２１２〜２１ｎも同じように構成されている。
【００２７】
ゼロクロス検出器１４で検出された、Ｒ，Ｓ，Ｔ相のそれぞれのゼロクロス信号は、送信機１５に送られる。送信機１５では、図８に示すように、各相のアドレスとゼロクロス信号がシリアルデータに変換され、送信アンテナ１６を介して送信される。送信されたゼロクロス信号は、受信アンテナ１７を介して受信機１８で受信し、シリアルデータをパラレルデータに変換し、制御器１９に入力する。各相のアドレスは、例えば図９に示す２ビットでＲ，Ｓ，Ｔ相のいずれのゼロクロス信号であるかを識別できるようにデータ化してある。
【００２８】
制御器１９では、パラレルデータに変換されたＲ，Ｓ，Ｔ相の各ゼロクロス信号と調光卓２０の調光信号から位相制御信号を調光器２１１〜２１ｎにそれぞれ出力する。調光器２１１のＲ調光器２１１ｒに対しては、例えば３０％の調光信号が操作卓２０から制御器１９に入力された場合、Ｒ調光器２１１ｒから図１０（ｂ）に示す電圧を光源２２１に出力し、光源２２１を３０％の調光で点灯する。調光器２１１のＳ調光器２１１ｓに対しては、例えば７０％の調光信号が操作卓２０から制御器１９に入力された場合、Ｓ調光器２１１ｓから図１０（ｃ）に示す電圧を光源２２２に出力し、光源２２２を７０％の調光で点灯する。さらに、調光器２１１のＴ調光器２１１ｔに対しては、例えば５０％の調光信号が操作卓２０から制御器１９に入力された場合、Ｔ調光器２１１ｔから図１０（ｄ）に示す電圧を光源２２３に出力し、光源２２３を５０％の調光で点灯する。
【００２９】
同様にして、調光器２１２のＲ，Ｓ，Ｔの各調光器の出力に接続された光源の調光を何％にするかに応じて、調光卓２０の光源に対応する操作子を操作することにより、操作子の調光信号とＲ，Ｓ，Ｔ相の各ゼロクロス信号のタイミングに基づき、対応の光源に対する調光を行うことができる。
【００３０】
この実施形態では、電力損失が低減できたり、同じ電力の配電のための電線路の数や太さを減らせたりする等の三相４線式の特徴を生かしながら、電源インピーダンスや配線インピーダンスの影響を受けない安定した交流電圧の得られる箇所で正常なゼロクロスを検出し、検出されたゼロクロス信号を無線で送信することにより、誤点灯を防止することが可能となる。
【００３１】
（第３の実施形態）
図１１、図１２は、照明システムに関する第３の実施形態について説明するためのもので、図１１は回路構成図、図１２はこの実施形態の効果について説明するための説明図である。
【００３２】
この実施形態は、電力会社から給電され、降圧トランス１２の一次側１２ａに入力される低電流で６．６ｋＶの高圧の商用交流電圧のゼロクロスを、ゼロクロス検出器１４で検出し、検出結果をゼロクロス信号として生成し、このゼロクロス信号を調光制御部１３に送信するようにしたものである。そして本実施形態は降圧トランス１２の容量が相対的に小さく負荷側の電源電圧波形歪が二次側１２ｂの直後にも発生し易い場合に好適である。
【００３３】
図１２（ａ）は降圧トランス１２の一次側１２ａの電圧波形を、図１２（ｂ）は降圧トランス１２の二次側１２ｂの電圧波形をそれぞれ示している。なお、一次側１２ａは例えば６．６ｋＶの交流電源で、二次側１２ｂは例えば１００Ｖの交流電源であるが、ゼロクロス検出器１４に入力される交流電圧としては同値として示している。
【００３４】
図１２（ｂ）に示すように、並列分離して設けられた光源としての電球が矢印Ｐの位相で、点灯開始されると、過大なラッシュ電流かが流れ、矢印Ｐで示す箇所に歪が発生する。このことから、ゼロクロス検出器１２が誤検出し、図１２（ｃ）に示すように、調光出力レベルが低下し、本来意図する調光状態とならない可能性がある。
【００３５】
その点、図１２（ａ）に示すように、降圧トランス１２の一次側１２ａの交流電圧は、歪の少ない正弦波のゼロクロスを検出している。従って、調光出力は、所望のレベルとなり調光卓２０の操作者の意図する調光で光源を点灯させることができる。
【００３６】
このように、低電流で高圧の電力会社から入力される特性の優れた商用電源電圧のゼロクロスを、ゼロクロス信号として生成し、調光器に入力することができる。このため、負荷側で発生する歪の影響を受けない交流電圧から正確なゼロクス信号を検出することができ、より安定した位相制御による調光を実現することが可能となる。
【００３７】
この実施形態では、第１および第２の実施形態に比して、さらに降圧トランスの二次側の歪の影響を抑えた分、さらに安定した調光を実現することができる。
【００３８】
なお、この第３の実施形態では、単相２線式の送配電による例を挙げたが、三相４線式であっても低電圧に電圧変換される前の交流電圧のゼロクロスを検出した場合に適用可能であり、同様の効果を奏する。
【００３９】
図１３に示すように、同相の多数の調光器を特にランプが冷えているときに、同じ点弧タイミングで点灯すると、突入電流が流れて電源が歪むためゼロクロス信号検出がずれることがある。すなわち、図１３（ａ）は照明トランスの一次側の電圧波形を、図１３（ｂ）はＲ相の調光出力の点弧タイミングがＳ相のゼロ点と重なった場合に、図１３（ｃ）に示す照明トランスの二次側Ｓ相電源のゼロ点が歪み、結果Ｓ相のゼロクロス信号がずれることを示している。
【００４０】
従って、低電流で高圧の電力会社から供給される特性の優れた三相４線式の商用電源電圧を用いた場合でも、負荷側で発生する歪の影響を受けない交流電圧から正確なゼロクス信号を検出し無線で送信することで、より安定した位相制御による調光を実現することが可能となる。
【００４１】
上記した各実施形態での調光器は、逆方向に並列接続されたサイリスタを用いたが、制御器からの出力を、調光信号に基づきパルス幅を変えて交流電圧のスイッチングを行う、いわゆるＰＷＭ制御による調光等でも構わない。また、調光器のスイッチング素子としてサイリスタとしたが、トライアックやＦＥＴ等の他のスイッチング素子を用いても構わない。
【００４２】
また、光源は、電球の他にＬＥＤ、放電灯、有機ＥＬ等であっても構わない。
【００４３】
いくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、組み合わせ、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００４４】
１１  交流電源
１２  降圧トランス
１２ａ  一次側
１２ｂ  二次側
１３  調光制御部
１４  ゼロクロス検出器
１５  送信機
１８  受信機
１９  制御器
２０  調光卓
２１１〜２１ｎ  調光器
２２１〜２２ｎ  光源
【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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