JP2007533086A - 調光プロセスのデジタル制御部を有する電子式安定器 - Google Patents

Abstract

本発明は電子式安定器に関する。この安定器は、デジタル目標値設定によって調光プロセスを行う。ここで、連続的な調光プロセスを得るために、この目標値設定の平滑化が用いられる。

Description

技術分野
本発明は、電子式安定器、当該安定器と属する制御装置から成る照明システム並びに、当該安定器および照明システムに対する作動方法に関する。具体的にこれは、安定器によって作動される光生成エレメントの調光プロセスの内部的または外部的デジタル制御のことである。

従来技術
光を生成するエレメント、すなわち種々異なる様式のランプ（しかしＬＥＤおよび光を生成する電子構成素子もこれにあてはまる）に対する電子式安定器によって、調光プロセス、すなわち、多かれ少なかれ光出力の継続的な時間的変化が行なわれることは公知である。これは一方では例えば、電子式変圧器を伴う低圧ハロゲン電球の作動に対してあてはまり、他方では、低圧放電ランプ、殊に省エネルギーランプおよび他の適用ケースに対してあてはまる。

さらに、照明システムの構成部分である電子式安定器を、デジタル制御信号によって駆動制御することが既知である。近年では殊に、「ＤＡＬＩ（Digital Adressable Lighting Interface） 」という名前のもとにまとめられたシステムが公知である。ここでは安定器が例えばスイッチングまたは給電の影響によって接続および調光されるのではなく、これに依存しないデジタル制御信号によって接続および調光される。

発明の説明
本発明の課題は、調光プロセスのデジタル制御用に構成された、改善された安定器および相当する照明システム並びに作動方法を提供することである。

本発明は一方では、光生成エレメントの調光のための調光装置を有する光生成エレメントに対する電子式安定器に向けられている。ここでは、調光プロセスはデジタル目標値を時間的に変えることによって行われる。本願は、目標値の時間的変化のローパスフィルタリングのためのローパスフィルタリング装置および目標値のデジタル表示の結果生じる時間的段階の平滑化を特徴とする。

さらに本発明は照明システムに向けられている。この照明システムは、この安定器と、この安定器をデジタル制御する制御装置から成る。この制御装置は外部デジタル信号を出力するように構成されている。

さらに本発明は、相当する作動方法に関する。

有利な構成は従属請求項に記載されている。

本発明の基になる考えは次の観察に基づく。すなわち、殊にＤＡＬＩシステムの枠内で、調光プロセスに対するデジタル制御部の解像度が制限されていることが原因で、最終的に時間的に段階的にされた目標値の経過特性が設定されてしまうという観察に基づく。一方でこれは、外部制御信号による目標値の外部設定の場合である。ここでこれは、ノイズとして受け取られ、相応に駆動制御される安定器は、この目標値設定に、同じように時間的に段階付けされて追従する。

しかし本発明は他方ではデジタル目標値の内部形成にも関連し、これは調光プロセスに対する他のデータの外部設定の結果生じる、または個々に使用され、照明システム内に組み込まれない安定器の場合でもある。この場合には、安定器自体は例えばキー操作、相応する回路網電流中断等によって操作者によって制御される。安定器は内部で場合によって同じように、調光プロセスに対するデジタル目標値を生成する。ここから同じ問題が生じてしまう。

従って本発明は次のことを提案する。すなわち安定器内で、時間的な目標値経過特性を平滑化するためにローパスフィルタリングを行うことを提案する。これによって、アナログ制御された調光プロセスでは通常の連続的な時間的展開が保証される。他方では、フィルタ特性の適切な設計によって次のことが保証される。すなわち、これにもかかわらず、実質的に所望されている時間経過特性が維持されること、すなわち、全体的な調光持続時間の実質的な変化が生じないことが保証される。詳細には設計時には次のことが考慮される。すなわち、所望の光変化時の迅速な反応が強調されるのか否か、または緩慢な調光プロセス時の最適な平滑化が強調されるのか否かが考慮される。

本発明の有利な構成では、ローパスフィルタリング装置は制御可能であるので、安定器内のこの整合は固定的には設定されず、変化可能である。これは殊に安定器が、時間的変化の速度を検出し、フィルタ特性を相応に自動的に調整するように構成されていることによって行われる。すなわち事前に、調光プロセスの各速度に対する有利な妥協点が設定され、これに基づいて、安定器は、相応する調光プロセスに対して時間的に整合するフィルタ特性を選択する。当然ここでは、「クラス分け」においても作動される。従って、各可能な時間的経過特性に対して固有の整合されたフィルタ特性が選択されるのではなく、時間的な経過特性が特定のグループにまとめられた相応するフィルタ特性に割り当てられる。

ローパスフィルタ装置はアナログに設計されていてよく、ここでは例えば抵抗またはコンデンサの切り換えによって種々異なるフィルタ特性が得られる。制御される抵抗、例えば電界効果トランジスタも可変抵抗として使用され得る。

しかし本発明の枠内では、フィルタ装置のデジタル電子式の実現が有利であり、殊にプログラミング可能な回路（例えばマイクロコントローラ）内での計算アルゴリズムとしての実現が有利である。当然ながら、「ハードウェア」内でのデジタル電子式の実現（例えばＡＳＩＣとして）も行われ得る。デジタル電子式ローパスフィルタリングに対する作動アルゴリズムとして、殊にいわゆる再帰ローパスが考えられる。これは当業者には文献から公知である。再帰ローパスは例えば、Elmar Schruefer著「Signalverarbeitung（Hanser-Verlag, Wien １９９０年）」に記載されている。

調光プロセスの時間的経過特性の速度の上述した検出は、例えば、微分素子を介して行われる。この微分素子は同じようにアナログ技術によって実現され得るが、有利にはデジタル電子式に実現される。同じように有利には、マイクロコンピュータ内での計算アルゴリズムとしての実現が可能である。

外部制御の場合には、殊にＤＡＬＩシステムの枠内で、微分素子を介した検出に対して有利な選択肢が存在する。ここでは、これから行われる調光プロセスの速度が既に外部デジタル信号内に示されている。すなわちこれによって既に、元来の調光プロセスの開始時ないしは元来の調光プロセスが開始される前に、時間的な経過特性に関する必要な情報が伝送される。この場合に安定器は、属するフィルタ特性を計算アルゴリズムを介して、またはルックアップテーブル内での相応する値の検索によって求めることができる。

図面の簡単な説明
本発明を以下で、実施例に基づいてより詳細に説明する。ここで開示された特徴は、他の組み合わせにおいても発明性を有する。上述した説明および以下で述べる説明は、それぞれ、本発明の装置のカテゴリーにも、方法のカテゴリーにも関連する。これはまだ詳細に言及されていない。すなわちこれらの特徴は、安定器にも、照明システムにも重要であり、最終的には作動方法にとっても重要である。

図１には、本発明に相応する照明システムの概略図が示されており、
図２には、図３に示された方法を説明するための調光プロセスの種々異なる時間経過特性ダイヤグラムが示されており、
図３には、本発明に相応する方法に対する基本図が示されている。

本発明の有利な実施形態
図１には、本発明に相応する照明システムの、著しく概略的にされた図が示されている。制御装置ＳＧは信号線路を介してデジタル制御信号を電子式安定器ＥＶＧ１，ＥＶＧ２およびＥＶＧ３に供給する。これらの電子式安定器は、より大きな照明システムを代表しており、各ランプＬ１，Ｌ２ないしＬ３を駆動制御している。安定器ＥＶＧ１−ＥＶＧ３は、制御装置ＳＧのデジタル制御信号に反応して、調光機能、すなわち該当するランプＬ１，Ｌ２またはＬ３のランプ出力の継続的な上昇または低減を行うように構成されている。

図２は、上方において、ａ）の参照符号が付与されているダイヤグラムにおいて、調光プロセスの間の、相対的な光束（垂直な軸）として表現された目標値設定の典型的に段階付けされた時間経過を示している。水平な開始値レベルと水平な最終値との間な直線はここでは、調光プロセスの所望の継続的な特性経過に相応する。また段階付けされた線は、デジタル目標値設定の最終的な解像度をあらわしている。

部分ダイヤグラムｂ）は、目標値設定に関してダイヤグラムａ）と比較して、比較的迅速な調光プロセスの場合に、相応に段階付けされた移行を示す。開始値と最終値の間に湾曲して示された曲線はここでは、このように段階付けされた目標値設定の、ローパスフィルタリングによる本発明に相応する平滑化に相応する。しかしこの平滑化によって、全体的に、二倍を超える時間延長に、調光プロセスが著しく延ばされてしまうことがわかるだろう。

部分ダイヤグラムｃ）は、平滑化を伴った比較的緩慢な調光プロセスを示している。しかしここでこの平滑化は、ローパスフィルタリングの時定数が過度に短いので、段階性を完全には除去していない。調光プロセスは、部分ダイヤグラムｃ）に示された平滑化によって視覚的に、明確に連続的に認識されるが、さらに改善される余地がある。

部分ダイヤグラムｄ）およびｅ）は再び、部分ダイヤグラムｂ）からの迅速な調光プロセスに従った目標値設定ないし、部分ダイヤグラムｃ）からの緩慢な調光プロセスに従った目標値設定を示している。ここでは、それぞれ整合されたローパスフィルタリングが行われている。従って、部分ダイヤグラムｄ）に対しては比較的短い時定数が選択され、これによって、部分ダイヤグラムｂ）に示された調光プロセスの明らかな延長が回避される。しかしここでは目標値設定の段階性が完全にフィルタリング除去されている。

これに対して補足的に、部分ダイヤグラムｅ）は、部分ダイヤグラムｃ）と比べてローパスフィルタリングの時定数の延長を示しており、従って同じように、調光プロセスの持続時間が著しく高められていない部分ダイヤグラムｃ）と比較して、段階性の完全なフィルタリング除去を示している。

すなわち図２は全体的に次のことを示している。すなわち、本発明によって少なくとも、デジタル目標値設定によって実施される調光プロセスの視覚的出現図の改善が可能であることを示している。ローパスフィルタ特性を相応に最適化した場合、一方の最適な段階フィルタリング除去と、他方の調光プロセスの強すぎない時間的延長との間で良好な妥協が得られる。

本発明の別の形態では、図１に示された制御装置ＳＧは既に、図２に示されたデジタル目標値をデジタル制御信号の形で、安定器ＥＶＧ１−ＥＶＧ３に送出している。すなわちここでは、各安定器において、外部の段階付けされた目標値設定が図２に相応して平滑化されている。ＤＡＬＩシステム内では８ビット表示で作業されているので、この平滑化によって、可視の調光プロセスにおいてビット解像度が効果的に上げられる。

目標値設定は、ここでデジタルコードに相応する。このデジタルコードは各安定器内に格納されたルックアップテーブルによって、相応するランプ作動データに割り当てられている。この割り当ては次のように行われる。すなわち、輝度に対する人間の目の非線形の感受が補償されるように行われる。すなわち、隣接する目標値コードの連続シーケンスは最終的に、物理的な意味において線形的な時間的光束展開を生じさせない。光束展開はむしろ実際には指数関数的であり、詳細にはこのようにして、目に対して線形の刺激が生じる。

デジタル制御信号形状で目標値設定を伝達する代わりに、調光プロセスに対する他のデータを伝送することもできる。例えば他の実施形態では、図１に示された制御装置ＳＧは、安定器ＥＶＧ１−ＥＶＧ３にデジタルの制御信号を伝送する。このデジタル制御信号は、例えば調光プロセスの全体的持続時間の形における、調光プロセスの最終値および速度に対する表示も含む。その後、図２に示されたデジタル目標値がＥＶＧ自体内で形成される。これはその後、実施例の枠内で、ＤＡＬＩ制御信号に対して使用される同じ８ビットシステム内で形成される。さらに、上述したルックアップテーブルを介して、ランプ作動パラメータへの割り当てが行われる。

安定器内でのＤＡＬＩ８ビットシステムの保持は次の利点も有する。すなわち、例えば、特定の理由から終了に導かれない、始められた調光プロセスの場合には、制御装置への安定器のフィードバック通知が特に容易に行われるという利点も有する。さらに上述したルックアップテーブルが、目標値コードをランプ作動パラメータに割り当てるために使用される。しかも、これは、より高いデジタル解像度を有する安定器内部システムに対して新たに形成される必要はない。

図３は、平滑化の簡単な変形を示している。示されたエレメントはここでマイクロコントローラプログラミングの機能ブロックに相当する。ここでは左から、安定器内に入ってくる目標値が、安定器内で一方ではローパスフィルタＴＰに導かれ、他方では参照符号ＧＥが付与されている、調光速度を求めるエレメントに導かれる。この実施例ではこれはアルゴリズム部分である。このアルゴリズム部分は、デジタル信号から、調光プロセスの始めに、これから行われる調光プロセスの速度を読み出す。すなわちここではデジタル信号は既に必要な情報を含んでいる。これに相応して、調光速度をあらわす値が出力され、ローパスフィルタＴＰのフィルタ特性を調整するために使用される。目標値設定はこれに相応して平滑化される。

これに対して択一的に、図３ではこのエレメントＧＥは微分素子もあらわし得、第１の派生を求めることによって、調光速度が推測される。微分素子は信号を微分の元来の意味で供給し、デジタルアルゴリズムのスキャンレートおよび計算レートは、目標値信号の段階間隔よりも緩慢になる。しかしながら、微分素子の概念も、段階の高さおよび段階の時間的間隔から速度を求めることに拡張可能である。段階の高さは、ここでは常に同じである必要はない。この実施例ではローパスフィルタＴＰの調整も、離散した時間でのみ行われるので、断続的な速度検出から困難性は生じない。

ローパスフィルタＴＰ内での調光速度への時定数の割り当ては、簡単な計算アルゴリズムによって行われる。これは例えばコンプライアンス形成および定数との乗算である。しかしここでは有利にはルックアップテーブルが使用され、すなわち、ローパスフィルタリングの時定数に対するデータを、相応する調光速度に対して固定的に設定する。

しかし他の実施例では、図３は以下のようにも説明される：示された目標値は、外部制御信号によって与えられた調光プロセスの定義に従って、例えば調光速度および最終値を介して、安定器自体によって生成される。これは既に図１に関して説明されている。

しかしさらに本発明は、外部制御がない個々の安定器にも関連する。この意味では図３は別の実施例として次のように説明される：目標値は安定器自身によって形成され、その後に、条件によって、例えば特定の時間の間の回路網中断によって、または特定の時間の間のキー押圧によって、相応の命令が安定器自体内に、操作者によって入力される。ここでは、ＤＡＬＩ照明システム用に設計された安定器とこの種の安定器のできるだけ広範な互換性、ないし、広範な標準化の枠内での安定器の同一性の意味で、コスト削減のために、上述の８ビットコードの場合に、ＤＡＬＩ制御から形成することが所望されている。ここでは、殊に上述したルックアップテーブルがさらに使用される。

本発明に相応する照明システムの概略図 図３に示された方法を説明するための調光プロセスの種々異なる時間経過特性ダイヤグラム 本発明に相応する方法に対する基本図

Claims (16)

1. 光生成エレメント（Ｌ１〜Ｌ３）を調光するための調光装置を有する、光生成エレメント（Ｌ１〜Ｌ３）に対する電子式安定器（ＥＶＧ１〜３）であって、
   前記調光プロセスをデジタル目標値の時間的な変化によって行う形式のものにおいて、
   前記目標値の時間的な変化をローパスフィルタリングする、および目標値のデジタル表示の結果生じる時間的な段の平滑化を行うローパスフィルタ装置（ＴＰ）を有している、
   ことを特徴とする電子式安定器。
2. 前記ローパスフィルタ装置（ＴＰ）のフィルタリング特性が制御可能である、請求項１記載の安定器（ＥＶＧ１〜ＥＶＧ３）。
3. 前記目標値の時間的変化の速度を検出し（ＧＥ）、フィルタリング特性を当該速度に合わせて自動的に調整する、請求項２記載の安定器（ＥＶＧ１〜ＥＶＧ３）。
4. 前記ローパスフィルタ装置（ＴＰ）はデジタル電子式に実現されている、請求項１から３までのいずれか１項記載の安定器（ＥＶＧ１〜ＥＶＧ３）。
5. 前記ローパスフィルタ装置（ＴＰ）は再帰ローパスとして実現されている、請求項４記載の安定器（ＥＶＧ１〜ＥＶＧ３）。
6. 前記ローパスフィルタ装置（ＴＰ）は、マイクロコントローラ内で走行する計算アルゴリズムとして実現されている、請求項４または５記載の安定器（ＥＶＧ１〜ＥＶＧ３）。
7. 前記目標値の時間的変化の速度を検出するための微分素子（ＧＥ）を有する、請求項１から６までのいずれか１項記載の安定器（ＥＶＧ１〜ＥＶＧ３）。
8. 前記微分素子（ＧＥ）はデジタル電子式に実現されている、請求項７記載の安定器（ＥＶＧ１〜ＥＶＧ３）。
9. 前記微分素子（ＧＥ）はマイクロコントローラ内で走行する計算アルゴリズムとして実現されている、請求項８記載の安定器（ＥＶＧ１〜ＥＶＧ３）。
10. 外部のデジタル信号によって、調光装置によって実施される調光プロセスに対するデータが設定される、請求項１から９までのいずれか１項記載の安定器。
11. 前記外部デジタル信号は、調光プロセスに対する目標値を設定する、請求項１０記載の安定器。
12. 前記外部デジタル信号は、前記調光プロセスに対する最終値および持続時間または速度を設定する、請求項１０記載の安定器。
13. 前記目標値の時間的変化の速度を、調光プロセスの開始前に、前記外部デジタル信号から引き出す、請求項１から１２までのいずれか１項記載の安定器（ＥＶＧ１〜ＥＶＧ３）。
14. 請求項１から１３までのいずれか１項、少なくとも請求項１０に記載された安定器（ＥＶＧ１〜ＥＶＧ３）と、当該安定器（ＥＶＧ１〜ＥＶＧ３）をデジタル制御する制御装置（ＳＧ）から成る照明システムであって、
    前記制御装置（ＳＧ）は、外部デジタル信号を出力するように構成されている、
    ことを特徴とする照明システム。
15. 光生成エレメント（Ｌ１〜Ｌ３）の調光のための調光装置を有する、請求項１から１３までのいずれか１項記載の安定器を作動させる方法であって、
    調光プロセスをデジタル目標値の時間的な変化によって行う形式の方法において、
    前記目標値の時間的な変化をローパスフィルタリングし、目標値のデジタル表示の結果生じる段階を平滑化する、
    ことを特徴とする、安定器を作動させる方法。
16. 請求項１４記載の照明システムを作動させる方法であって、
    制御装置（ＳＧ）によってデジタル信号が、安定器（ＥＶＧ１〜３）の調光装置によって実施される調光プロセスに対してデータを設定するために出力され、
    安定器（ＥＶＧ１〜３）は当該デジタル信号を受信し、調光プロセスを当該デジタル信号に反応して実施し、
    調光プロセスをデジタル目標値の時間的な変化によって行う形式の方法において、
    前記目標値の時間的な変化をローパスフィルタリングし、目標値のデジタル表示の結果生じる段階を平滑化する、
    ことを特徴とする、照明システムを作動させる方法。

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