JP2003506838A - 無線遠隔センサを含む照明制御システム - Google Patents

無線遠隔センサを含む照明制御システム

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Abstract

(57)【要約】 遠隔センサと通信する無線インタフェースを含む光源を制御するシステムである。前記センサは、領域内の複数の方向又は面からの光を検出する機能を含む、無線通信用の低電力集積回路装置である。前記センサはまた、前記領域内の占有者の存在を検出する機能も含む。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、概して、照明制御の分野に関する。とりわけ、本発明は、領域内の
光及び／又は占有(occupancy)を検出する無線（集積回路）センサを含む照明制
御システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
良く知られているように、蛍光ランプは、白熱ランプと比較して大きなエネル
ギの節約をもたらす。追加のエネルギの節約を、調光可能な蛍光ランプのバラス
トを用いることにより実現することができる。それらバラストは、蛍光ランプに
より生成される光のレベルを低減するバラスト制御回路により制御され得る。こ
れに関し、エネルギの保存は常に照明システムを設計する際の経済的且つ環境的
に重要な事項である。
【０００３】 更に、当業者にとって十分に理解されるように、背景照度(background illumi
nation)のレベル及び形式は、作業領域に必要とされる最適な人工光に大きな影
響を及ぼす。適切な照明を与える際に関与する人間工学的な観点に加えて、領域
内の光のレベルは人間の生理にも影響を及ぼす。照明は人間の生理システムの概
日リズムに劇的に影響を及ぼし得ることが十分に認められている。従って、人工
光のレベルを制御し、最適な光量を与えることが望ましい（例えば、米国特許第
5,648,656号及び第5,459,376号を参照されたい。これら文献の内容は参照により
ここに組み込まれる）。
【０００４】 領域内の昼光のレベルに対して人工光のレベルを制御する、即ち、減少する又
は増加する照明システムが知られている。一般に、これら従来の照明制御システ
ムは、フレキシブルに採光するアプリケーションに対し適切な光センサがないこ
とにより阻害される。典型的には、従来のセンサ技術は、作業面の光を検知する
単一のフォトダイオードを用い、それに応じて光を日中一定の値に維持するよう
に調整することを可能にしている。
【０００５】 そのようなセンサは、各々の限定された位置からの光や、可能であれば所定の
領域上の平均値を検出するため、それらセンサを慎重に位置付け、角度付けるこ
とが必要である。これは、それらセンサが適切且つ正確な照度データを検出し、
所望の光レベルを一日を通じて提供することを確実にするために必要とされる。
【０００６】 更に、当業者にとって十分に理解されるように、従来のセンサ技術は、通常、
適切な結果を達成するために各アプリケーションに対し個別の較正を必要とする
。一つの理由は、典型的な光センサは、例えば、ドリフト及び不正確さを被りや
すいアナログ装置であることである。
【０００７】 上述した光センサに加えて、米国特許第5,489,827号に記載されるように（そ
の内容はここに参照により組み込まれる）、別個の動きセンサが、領域内の占有
者の動きを検出するために用いられるかもしれない。光源は、検知領域内の占有
者の存在又は非存在に依存して“オン”又は“オフ”される。しかしながら、領
域内の占有者の状態を決定することは、動きセンサの位置に依存して難しいこと
がある。例えば、動きセンサの視野は、限定されるか、遮られるかもしれない。
更に、動きセンサの配置後、領域のコンテンツ(contents)（例えば家具）のその
後の再配置が視野を損なうかもしれない。
【０００８】 そのような動きセンサの他の不利な点は、典型的にはバッテリ駆動されること
である。最終的には、それらバッテリを交換することが必要である。これはメン
テナンスの面から不便であるだけでなく、交換の必要性が常に直ちに分かるとも
限らない。
【０００９】 従来の光センサ及び動きセンサはまた、典型的には、制御ユニット、例えば、
バラストへの有線接続を持つ。この要求は、制御バラスト内の有線インタフェー
スに対する余分のコストばかりでなく、安全性の理由のために絶縁されなければ
ならない設置に対する余分のコストを加える。それら有線センサは、バラストと
手持ち式の又は壁に取り付けられる遠隔制御ユニットとの間の無線制御インタフ
ェースを提供するために、多くのバラストシステムにより用いられる別個の赤外
線(IR)センサの必要性を加えるかもしれない。この赤外線センサは、通例、バラ
ストへの有線接続を備える器具近傍の天井に取り付けられ、これも全体的なシス
テムの費用及び設置時間を増加させる。
【００１０】 照明制御技術におけるいくらかの向上が複数の光センサを用いることにより達
成されている。この設備においては、これらセンサは、当該複数のセンサからの
入力に基づいて制御信号を生成する制御ニットに繋げられている。例証すると、
従来技術においては、光源を制御するための、複数のセンサ入力のあるアルゴリ
ズムに基づくバラスト調光信号(a ballast dimming signal)が知られている。し
かしながら、この設備の形式は、複雑な設置／セットアップ工程及び高価な機器
の要求を招く。更に、この設備は、上述の従来のセンサ技術の不利な点に対処す
ることができない。
【００１１】 斯様に、当該技術分野において、性能の向上をもたらすと共に、当該システム
のコスト、複雑さ及び設置／セットアップ時間を低減させるという照明制御シス
テムの必要性が存在する。更に、有線接続及び制限された寿命を持つ電源により
阻害されないセンサを提供することが望まれる。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、上述した従来の照明制御システム及びセンサ技術の制限に対
処することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明の一つの観点においては、照明制御システムが、制御ユニット及び無線
受信機を持つ光源を含む。前記システムはまた、単一の集積回路(IC)により形成
される、複数のピクセル及び無線送信機を持つセンサを含む。前記センサは、前
記無線送信機を用いてデータを前記光源に送信し、前記制御ユニットは、送信さ
れた前記データに応じて前記光源を制御することができる。
【００１４】 本発明の有利な一実施例は、前記センサへのCMOS撮像技術の使用に関する。こ
の実施例は、複数の機能を一つの集積回路(IC)に集積することを可能にする。こ
れは、従来のセンサと比較して、大幅に低減された電力要求をもたらす。ICセン
サアーキテクチャは、採光(daylight harvesting)及び占有検出を向上させるピ
クセルアレイばかりか、無線インタフェースも兼ね備える。これら複数の機能を
単一の集積部品へ集積することは、照明制御システム及びセンサに対する著しい
コストの節約及び（設置／機器の）複雑さの低減をもたらす。
【００１５】 本発明のこれらの及び他の実施例及び観点は、以下の詳細な開示に具現されて
いる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明のこれらの特徴及び利点を、図面を用いて以下に述べられている好まし
い実施例の詳細な説明を参照することにより理解できるであろう。
【００１７】 図１を参照されたい。部屋等の領域１０（一部が図示されている）は、ランプ
器具等の照明器具２０、センサ３０、作業面４０、占有者５８及び遠隔制御ユニ
ット６０を含む。無論、本発明は、図１に示されるオフィス環境に限定されず、
如何なる家庭環境、又はビルディング、スポーツスタジアム、飛行機若しくは船
等の周辺環境に用いられても良い。また、ランプ器具２０は調光可能な蛍光ラン
プ等の如何なる制御可能な光源であっても良いことを理解されたい。
【００１８】 センサ３０は、部屋１０内の種々の方向及び面から光(illumination)を同時に
検出するスタンドアローンの装置である。これは、単一又は複数のフォトダイオ
ードセンサを用いる光レベルの検知に依存する従来の照明制御方法と比較して部
屋１０内の光レベルの制御及びバランスの向上を得るためになされる。
【００１９】 図２に示されるように、センサ３０は、好ましくは、CMOSピクセル（撮像）ア
レイ３１を有する。しかしながら、本発明は、CMOS技術に限定されない。他の形
式の低電力消費型の論理技術を用いても良い。また、センサ３０は、Xデコーダ
３２、Yデコーダ３３、A/D変換器３４、デジタル信号プロセッサ(DSP)３５、無
線送信機３６及び電源３７を含む。この実施例においては、ピクセルアレイ３１
は、行（X軸）及び列（Y軸）に配列されている。無論、他のピクセル構造も可能
である。Xデコーダ３２及びYデコーダ３３はアレイ３１から関連するピクセルを
選択するために用いられる。A/D変換器３４は、当該技術分野において良く知ら
れているように関連するピクセルからのアナログデータをデジタルデータに変換
する。DSP３５は、無線送信機３６による送信のためにデジタルデータを処理す
る。CMOS撮像センサのより詳細な説明に関しては、米国特許第US5,841,126号を
参照されたい。この文献の内容はここに参照により組み込まれる。
【００２０】 当該技術分野において良く知られている電荷結合素子(CCD)と比較して、CMOS
撮像センサは、単一のIC上への複雑な信号処理素子の集積を可能にする。これは
、CMOS撮像センサが、CCDと比較して電力要求を大きく低減する一方、同様の解
像度を持つことを可能にする。
【００２１】 照明アプリケーションに関しては、センサ３０に対し数百ピクセルの光学解像
度が好ましい。無論、他の解像度が用いられても良い。例えば、CMOS撮像センサ
は、（ビデオ及びカメラアプリケーションに主として用いられている）数万乃至
数十万のピクセルの解像度を用いても良い。しかしながら、好ましい解像度は、
センサ３０に対するサイズ及びコストの著しい利点をもたらす。更に、１ピクセ
ルの解像度を提供する従来のフォトダイオードセンサと比較して、センサ３０の
解像度は、部屋１０内の種々の方向及び面からの光を検知する能力を著しく向上
させる。
【００２２】 この解像度は、センサ３０が、部屋１０内の種々の方向及び供給源(sources)
からの光を同時に区別することを可能にする。この光は、領域内の異なる供給源
又は面から生じる又は反射されるかもしれない。例えば、図１に示されるように
、センサ３０は、作業面４０からの光１２、窓からの光１１（即ち昼光）及び部
屋１０の周囲の壁面からの光１３（即ち背景光又は周囲光）を検出する。この情
報はセンサ３０により収集され、以下に述べるように、採光に対する人工照明の
最適レベルを決定することができる。第２に、この解像度はまた、センサ３０の
ピクセルアレイ３１が、センサ３０を占有検出器としても用い得るかの如く、部
屋内の占有者の動きを検出することも可能にする。
【００２３】 動作時、センサ３０はピクセルアレイ３１の各ピクセルにおけるデータを収集
する。次いで、このデータは、A/D変換器３４によりデジタル形態に変換される
。次いで、デジタルデータは、DSP３５により処理／分析され、動作中の対象物
、種々の供給源からの光レベル及び特定フィーチャの識別等のキー情報を抽出す
る。次いで、この情報は、無線送信機３６による送信のためにDSP３５によりフ
ォーマット化される。
【００２４】 センサ３０は、ドリフト及びオフセット等のアナログエラーを除去するために
、例えばA/D変換器３４に含まれるデジタル回路３８により自動的に較正するこ
とができる。また、デジタル回路３８は、センサ３０を異なる環境及び照明条件
に適合させるべくプログラミングすることができ、これは、設置を迅速且つ面倒
のないものにする。更に、センサ３０は、例えば以下のような複数の所定の環境
設定及び動作モードを持っても良い。 ・ オフィス−窓（周囲光が日中大きく変動する恐れがある窓を備えるオフィス
） ・ オフィス−窓なし ・ 住宅−台所（日中明るい光が要求されるが、夜は、占有者が検出される際に
、即ち、夜遅く軽食を取る人のために冷蔵庫への道筋を与える際に指向性照明し
か必要とされない住宅の台所） ・ 頻度−速（素早く変化する環境における人工光のレベルを制御／調節するた
めに更新情報を頻繁に送信するモード） ・ 頻度−遅 ・ 光のみ（光のレベルのみを検出するモード） ・ 占有者のみ ・ 光及び占有者 ・ 夜−オン（昼光が検出されない又は昼光が所定の閾値レベルを下回る場合に
ランプ器具２０を自動的にオンするモード）
【００２５】 図３に示されるように、ランプ器具２０は無線インタフェース２１及び制御ユ
ニット２２を含む。センサ３０により送信された情報は無線インタフェース２１
により受信される。次いで、制御ユニット２２は、情報を処理し、部屋の照明レ
ベル及び／又は占有者の存在に基づく的確な制御情報（例えば、光出力の低減又
は増加）を獲得する。
【００２６】 十分に理解されるように、（例えば、ソフトウェア又はファームウェアにより
実施される）アルゴリズム及びハードウェアが、それに応じて情報を処理するた
めに制御ユニット２２により用いられる及び／又は制御ユニット２２に組み込ま
れる。制御ユニット２２は、バラスト制御ハードウェア並びにそのようなアルゴ
リズム及び機能を実行するためのマイクロプロセッサを含んでも良い。
【００２７】 また、制御ユニット２２は、センサ３０から受信された情報を処理し、種々の
所定のセッティング及びモードに応じてセンサ３０により送信された情報を解釈
する。環境及びモードセッティングは相互に排他的である必然性はないことも理
解されたい。異なる環境及びモードセッティングが、必要に応じて照明制御シス
テムを適応させるために一緒に用いられても良い。
【００２８】 好ましくは、センサにより送信された情報は圧縮されたデジタル形態である。
当業者にとって十分に理解されるように、種々の圧縮フォーマットを用いても良
い。圧縮はセンサ３０の送信電力消費を低減する。更に、好ましくは、情報は低
いデータレートで送信される。なぜなら、そのような送信は、確実性があり、低
電力を用いて実行できるからである。好ましくは、最高送信データレートは、10
Kビット／秒以下の範囲である。
【００２９】 十分に理解されるように、センサ３０は、無線送信機３６を組み込むことによ
り有線コストの問題に対処する。CMOS受動又は能動RF送信機が当該技術分野にお
いて知られていて、識別バッジ等のアプリケーションに用いられている。好まし
くは、無線送信機３６は、低電力RF送信機である。短距離RF送信機(a short ran
ge RF transmitter)は、1mW以下の電力レベルで確実性をもって動作することが
できる。更に、データが短いバーストで周期的に（例えば毎秒）送信される場合
、その低いデューティーサイクルが、100μWよりも低く平均RF電力レベルを低減
することができる。この形式のRF送信機は、センサ３０とランプ器具２０との間
の短距離リンク（1〜2m）を与えるであろう。無論、RFではなく、IRや超音波イ
ンタフェース等の他の形式の無線インタフェースが用いられても良い。
【００３０】 低電力RF無線機を用いる場合、センサ３０は、例えば、センサ３０をランプ器
具２０近傍の天井に取付けることにより、制御ユニット２２に近接して配置され
る。この場合、無線通信リンクは自動的に確立される。天井に有線やドリルの穴
は必要とされない。更に、システムのセットアップは素早く簡単である。
【００３１】 また、そのような構造においては、センサ３０は、自身近傍のランプ器具２０
のみを制御するために用いられる。これは、セルラー式の照明設備における個々
の照明の容易な制御を可能にする。大きなオフィスルームにおける照明器具にお
いては、例えば、これにより、窓近傍の器具が窓から遠く離れている器具と別個
に応答することを可能にすることによって、良好な採光を達成することが可能に
なる。また、占有者５８はコンピュータを作業している際や物書きをしている際
に作業面への光を各様に制御することを望むかもしれず、占有者５８による個人
専用の光設定も可能である。
【００３２】 他の例においては、センサ３０は、各送信された情報パケットの一部として識
別コードを組み込んでも良い。他の制御／選択情報も情報パケットにおいて送信
することができる。この実施例においては、ランプ器具２０の制御ユニット２２
は特定コードを持つ情報パケットしか受け入れない。これは、センサ３０が領域
内の複数のランプ器具を個別に制御することを可能にする。例えば、図３に示さ
れるように、第２ランプ器具２０Ａも、センサ３０からの送信を受信し復号する
。
【００３３】 ランプ器具２０への無線インタフェースはまた制御ユニット２２における設計
の向上及び利点をもたらす。CMOS受信機は、小さく低コストのICに容易に集積す
ることができ、ことによるとランプ器具２０又は制御ユニット２２の主マイクロ
コントローラICの一部としてさえも集積することができる。小さく安価のアンテ
ナ構造に対する対処しか必要とされない。
【００３４】 同時に、本発明の無線インタフェース実施例を用いることにより、例えば、蛍
光ランプにおける制御に典型的に用いられている従来の二線式インタフェースを
省くことができる。この二線式インタフェースは高価である。なぜなら、安全性
の理由のために高電圧の絶縁を持たなければならなく、例えば、典型的には、変
圧器又は二重光学絶縁回路(a dual opto-isolator circuit)を必要とするからで
ある。従って、この実施例は、バラストの設計における著しいコストの節約をも
たらし、そのようなランプ器具に必要とされるプリント回路板の物理的なサイズ
を低減する。
【００３５】 本発明の他の実施例においては、センサ３０は、（図２に示される）無線受信
機３９用の回路を含む。無線受信機３９用の別個の回路ブロックを用いても良い
が、DSP３５がこの機能を含むことが好ましい。好ましくは、無線受信機３９は
、赤外線(IR)検出器として機能し、故に、ランプ器具２０を手持ち式の又は壁に
取付けられる遠隔制御ユニット６０を用いて制御することができる。これらの形
式の遠隔制御ユニットの使用及び人気が増している。
【００３６】 DSP３５はピクセルアレイ３１により検出される他の光学信号からIR信号を濾
波することができる。ピクセルアレイ３１は効率良く白色光及びIR信号の両方を
検出することができ、故に、別個のIRフォト検出器は必要とされない。典型的に
は、IR信号は、高周波（例えば典型的なテレビ遠隔制御装置からの36kHz）で変
調し、デジタル方式で符号化される。DSP３５は、ゆっくり変化する白色光信号
からこのIR信号を濾波し復号することができる。
【００３７】 遠隔制御ユニット６０からの赤外線信号に基づく情報は、センサ３０により制
御ユニット２２に送信される他の情報と組合わされる。上述したように、無線イ
ンタフェースは、有線の必要性をなくし、とりわけ後付設置に対する設置コスト
を低減する。
【００３８】 本発明の他の実施例においては、センサ３０は、受動装置として機能するか、
少なくともバッテリ等の電源や外部電源への接続なしに動作する。これは、低電
力CMOS回路技術を用いることにより達成することができる。センサ３０において
（上述した）信号処理及びデータ圧縮を実行し、短時間のみ低電力送信機を用い
ることにより、非常に低いICの電力要求（例えば、100μWより低い電力レベル）
が得られる。斯様に電力要求が低いので、センサ３０は、周囲エネルギ源から発
する電磁放射、即ち、“自由”電力(“free” power)のみを用いる（図２に示さ
れる）電源３７により動作を維持することができる。例えば、自由電力は、周囲
光、またはランプ器具２０の近傍のバラストからのRFエネルギから得ることがで
きる。
【００３９】 更に他の実施例においては、センサ３０は、周囲エネルギ源から“自由”電力
を受けると共に、バッテリバックアップを含んでも良い。この実施例においては
、電源３７は、動作のために“自由”電力及び／又はバッテリ供給される電力を
用いてセンサ３０に電力を供給する。これは、センサ３０が、可能な場合には“
自由”電力を用いることによりバッテリエネルギレベルを保存することを可能に
する。
【００４０】 本発明を特定の実施例の見地から述べたが、本発明がここに開示される実施例
に限定されることを目論んではいないことを理解されたい。それとは逆に、本発
明が添付の請求項の精神及び範囲内に含まれる種々の構成及びその変形を含むこ
とを目論むものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一観点による部屋の概要図である。
【図２】本発明の好ましい実施例による遠隔センサの詳細を示す概略図であ
る。
【図３】本発明の他の観点による照明制御システムを示すブロック図である
。
【符号の説明】
１０ 部屋 ２０ 照明器具 ２１ 無線受信機 ２２ 制御ユニット ３０ センサ ３１ ピクセルアレイ ３４ Ａ／Ｄ変換器 ３５ デジタル信号プロセッサ ３６ 無線送信機 ３７ 電源 ３８ デジタル回路 ３９ 無線受信機
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 3K073 AA13 AA16 AA52 AA60 AA62 AA73 AA83 AA85 AB02 AB07 BA25 BA27 BA28 BA34 CA01 CA05 CB06 CC22 CC23 CE04 CE10 CE12 CE17 CF01 CF13 CF16 CG06 CG28 CG42 CJ02 CJ16 CJ22 CJ23 CJ24

Claims (13)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 制御ユニット及び無線受信機を含む光源と、 単一の集積回路により形成される、複数のピクセル及び無線送信機を含むセン
    サとを有し、 前記センサは、前記無線送信機を用いてデータを前記光源に送信することがで
    きる照明制御システム。
  2. 【請求項２】 前記集積回路はCMOS技術を有することを特徴とする請求項１
    に記載の照明制御システム。
  3. 【請求項３】 前記センサは、前記集積回路上に形成される、前記無線機に
    よる送信前に前記データを圧縮する手段を含むことを特徴とする請求項１に記載
    の照明制御システム。
  4. 【請求項４】 前記センサは、前記集積回路上に形成される、所定の領域内
    の動きを検出する手段を含むことを特徴とする請求項１に記載の照明制御システ
    ム。
  5. 【請求項５】 前記センサは、前記集積回路上に形成される無線受信機を含
    むことを特徴とする請求項１に記載の照明制御システム。
  6. 【請求項６】 前記集積回路上に形成される前記無線受信機は赤外線受信機
    であることを特徴とする請求項５に記載の照明制御システム。
  7. 【請求項７】 前記センサは、周囲供給源から電磁放射を受ける手段を含み
    、前記センサは、受けた前記電磁放射により少なくとも一部給電されることを特
    徴とする請求項１に記載の照明制御システム。
  8. 【請求項８】 前記無線送信機はRF送信機であることを特徴とする請求項１
    に記載の照明制御システム。
  9. 【請求項９】 前記センサは複数の方向及び面からの光を検出することを特
    徴とする請求項１に記載の照明制御システム。
  10. 【請求項１０】 送信された前記データは、前記複数のピクセルにより検出
    された光に基づく情報及び識別コードを含むことを特徴とする請求項９に記載の
    照明制御システム。
  11. 【請求項１１】 前記制御ユニットは、前記センサから受信した送信された
    前記データに応じて前記光源を制御することを特徴とする請求項９に記載の照明
    制御システム。
  12. 【請求項１２】 前記センサは、複数の所定のモードの少なくとも一つを設
    定する手段を含むことを特徴とする請求項１に記載の照明制御システム。
  13. 【請求項１３】 請求項１乃至１２の何れか一項以上に記載の照明制御シス
    テムにおいて用いるのに適した光源。
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