JP2008251337A - 照明システム - Google Patents

Abstract

【課題】任意の場所を任意の色光でもって照明し得る照明システムを提供する。
【解決手段】ＲＧＢの各蛍光灯１１が一組でもって構成されてなる複数組の照明機器３と、これら各蛍光灯に対応して配置されて当該各蛍光灯で発光させる発光光度を制御する照明制御装置４と、照明機器の照明下に配置されて照度及び色度を測定し得るとともに目標照度及び目標色度を設定し得る移動式の色彩照度センサ５と、各照明制御装置と色彩照度センサとの間でデータの受け渡しを行い得るネットワーク回線６とを具備し、色彩照度センサからの現在照度と現在色度及び目標照度と目標色度を照明制御装置に送信し、この照明制御装置により、各蛍光灯の発光光度を、目標に対する照度差及び色度差を考慮した評価式を用いて、自律的に目標照度及び目標光度となるように制御するものである。
【選択図】図２

Description

本発明は、任意の場所に、任意の色光でもって照明を提供し得る照明システムに関するものである。

例えば、展示場、図書館、会議場などの広い部屋（空間室）の天井には、非常に多くの照明機器が配置されており、通常、各照明機器の発光光度は一定値にされている。
しかし、展示場、図書館などにあっては、物品の展示位置または利用者の好みにより、要求される照度が異なる場合があり、従来、このような要求に応じるものとして、個々の照明機器または小範囲のエリア毎の照明機器の光度を、手動にて調節するものがあったが、その調節作業は、非常に面倒であるという欠点があった。

また、会議室などにあっては、照明機器の光度値が決められているが、経年変化などによりその光度が低下するため、やはり、定期的に照度を測定して調節する必要があり、やはり、その作業が非常に面倒であるという欠点があった。

さらに、部屋に窓があると、差し込む日光により手元の照度が大きく変化するとともに、照明機器による発光をそれ程必要としない場合には、電力が無駄に消費されるという欠点があった。

このような欠点に対処するものとして、照明機器からの発光光度による照度が目標照度に自動的に近づくように制御する照明システムが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

この照明システムは、少なくとも、制御部を有する照明機器と、照明箇所に配置されてその照度を測定するとともに各照明機器の制御部にその照度および利用者が設定した目標照度を送信するようにした照度測定装置つまり照度センサとが具備されたものである。

例えば、図書館を例にして説明すると、利用者がその照度センサを持って或る場所に移動すると、その照度センサから目標照度および測定照度が制御部に送信され、この制御部にて、任意の照明機器に対する照度センサの位置関係を判断するとともに、照度センサからの目標照度に近づくように、その発光光度を制御するようにしたものである。
特開２００６−３０２５１７

ところで、上述した照明システムの構成によると、任意の照明機器に対する照度センサの位置関係を判断するとともに、照度センサからの目標照度に近づくように、その発光光度が制御されているが、例えば展示場などにおいては、利用者が希望する色光でもって照明することが望まれている。

そこで、本発明は、任意の場所を、任意の色光でもって照明し得る照明システムを提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の照明システムは、それぞれ赤色、青色、緑色の照明灯が一組でもって構成されてなる複数組の照明機器と、これら各照明機器における各照明灯に対応して配置されて当該各照明灯で発光させる発光光度を制御する照明制御装置と、上記照明機器の照明下に配置されて照度および色度を測定し得る色彩照度測定装置と、上記各照明制御装置と色彩照度測定装置との間で所定データの受け渡しを行い得るデータ通信手段とを具備し、
上記色彩照度測定装置は、
色光を受光してその照度および色度を検出し得る光センサ部と、目標色光を設定し得る目標色光設定部と、上記光センサ部にて測定された測定照度および測定色度、並びに上記目標色光設定部で設定された目標色光に応じた目標照度および目標色度をデータ通信手段に出力するデータ出力部とを有し、
上記照明制御装置は、
所定の光度に対し所定範囲内で任意に変化される光度値でもって発光光度を生成する光度生成手段と、
この光度生成手段にて生成された発光光度、この発光光度での発光による測定照度の目標照度に対する偏差、および測定色度の目標色度に対する偏差に基づき、当該生成された発光光度の良否を評価するための評価値を演算する評価値演算手段とを有するものである。

また、請求項２に係る照明システムは、請求項１に記載のシステムにおける色度を表す表色系として、国際照明委員会が定めた（Ｌ＊ｕ＊ｖ＊）表色系を用いたものである。
また、請求項３に係る照明システムは、請求項１に記載のシステムにおける色度として、輝度が等しい色の感覚差が幾何学的距離にほぼ比例するように目盛が定められた色度図の直交座標値（ｕ′，ｖ′）を用いたものである。

さらに、請求項４に係る照明システムは、請求項１乃至３のいずれかに記載の照明システムにおける評価値演算手段は、
下記（１）式に示すように、目標照度に対する測定照度の偏差の絶対値を求める照度差演算部と、目標色度に対する測定色度の偏差の二乗の合計値を求める色度差演算部とを有するものである。

上記照明システムによると、照明機器に三原色（ＲＧＢ）の照明灯を配置するとともに、照明機器の照明下に配置された色彩照度測定装置からの目標色光および測定色光に係る照度および色度の各データを照明制御装置にネットワーク回線を介して送るとともに、この照明制御装置により、三原色に係る各照明灯を所定範囲内で変化させながら且つ発光光度毎に求められる評価値を介して、より適正な発光光度、すなわち適正な目標色光が得られるように制御するので、任意の場所にて色彩照度測定装置を携帯している利用者が希望する任意の色光でもって照明を行うことができる。

［実施の形態］
以下、本発明の実施の形態に係る照明システムを、図１〜図１４に基づき説明する。
本実施の形態においては、例えば展示場の天井（空間室の上方位置）に多数配置された照明機器を、利用者が携帯する色彩照度測定装置により、任意の位置でしかも利用者が希望する任意の色光での照明が得られるように制御する場合について説明する。

本発明の要旨は、任意の色光が得られるように各照明機器を制御することであり、その説明に際し、まず取り扱う色系について説明しておく。
ここでは、色差（色の違い）を評価するため、人間の色彩感覚で「近い」と感じられる色を得ることができる均等色空間を用いる。均等色空間とは、等しい大きさに知覚される色差が、空間内の等しい距離に対応するように意図された色空間をいう。すなわち、均等色空間として国際照明委員会（Commission Internationale de l'Eclairage：CIE）が1976年に定めた「CIELUV」を用いるものとする。この「CIELUV」とは、三次元直交座標系（Ｌ，ｕ′，ｖ′）で表される空間である。つまり、照度としてはＬが、また色度としては、輝度が等しい色の感覚差が幾何学的距離にほぼ比例するように目盛が定められた色度図の直交座標値（ｕ′，ｖ′）が用いられる。広く言えば、国際照明委員会が定めた（Ｌ＊ｕ＊ｖ＊）表色系が用いられる。勿論、この表色系以外に、例えばＲＧＢ表色系、ＸＹＺ表色系などを用いることもできる。

そして、ここで用いられる色彩照度測定装置において、測定される色度としては、「CIELUV」を決定するUCS色度座標のｕ′値およびｖ′値が取得される。したがって、目標色光についても、目標照度Ｌと目標色度（ｕ′，ｖ′）とでもって表わされる。

以下、照明システムについて説明する。
この照明システムは、図１および図２に示すように、大きく分けて、部屋の天井に配置されるとともに電力供給源（例えば、商用電力である）１に電気配線２を介して接続され且つ任意の色光を発光（照射）し得る複数の照明機器３と、当該照明機器３の照明下（影響下）の任意の位置に配置されて照射された色光を測定（検出）し得るとともに目標色光を出力し得る移動式（所謂、携帯式）の色彩照度測定装置（以下、色彩照度センサという）５と、この色彩照度センサ５からの測定色光および目標色光を入力して、各照明機器３から発光される色光が目標色光となるように制御する照明制御装置（例えば、マイクロチップなどで構成される）４とが具備されており、さらに上記照明制御装置４および色彩照度センサ５は、ネットワーク回線（データ通信手段の一例で、有線ＬＡＮ６ａおよびブルートゥースなどの無線方式の無線ＬＡＮ６ｂからなるものが用いられ、勿論、データ受信用の端末器６ｃが設けられている）６を介して接続されている。なお、図２は、照明システムを見易くした模式図である。

上記照明機器３は、任意の色光を発光し得るようにされており、具体的には、三原色（ＲＧＢ）の蛍光灯（照明灯の一例である）１１、すなわち赤色の蛍光灯１１Ｒ、緑色の蛍光灯１１Ｇおよび青色の蛍光灯１１Ｂが一組でもって構成されたものであり、しかも上記各照明制御装置４は、各蛍光灯１１に対して１対１でもって設けられている。なお、各蛍光灯１１に対する各照明制御装置４は、通常は、一緒にその照明機器３に配置されるが、照明機器３から分離して配置することもできる。

また、上記各蛍光灯１１は、発光源である灯管１１ａと、上記照明制御装置４から指示された光度値に基づき当該灯管１１ａへの供給電圧を制御してその発光光度を調節する光度調節部（例えば、インバータなどが用いられる）１１ｂとから構成されている。

上記色彩照度センサ５は、図３に示すように、例えば携帯し得るカード型のものであり、矩形状のカード本体部５ａの表面に配置されて色光を受光し、その照度と色度とを測定（検出）し得る光センサ部５ｂと、目標色光（例えば、色名、色そのものなど）を選択するために見本（勿論、記号などでもよい）を表示し得る色表示部５ｃと、この色表示部５ｃに表示された色光を決定（選択）し得る決定ボタン５ｄと、決定された目標色光および当該色彩照度センサ５の識別情報（所謂、センサＩＤである）を記憶するデータ記憶部５ｅと、識別情報、目標照度、目標色度、および光センサ部５ｂで得られた測定照度、測定色度を所定時間間隔（例えば、１秒間隔）でもってネットワーク回線６に出力するデータ出力部５ｆとから構成されている。勿論、データ出力部５ｆが無線ＬＡＮ６ｂに接続されている。なお、上記色表示部５ｃ、決定ボタン５ｄおよびデータ記憶部５ｅにより、目標色光設定部が構成される。また、説明しなかったが、この色彩照度センサ５には、目標色光、識別情報などのデータを入力し得る入力部（無線で設定することもできる）が設けられている。

ところで、上記色彩照度センサ５には、目標色光のデータとして、その照度（Ｌ）と色度（つまり、ｕ′値とｖ′値との組み合わせ）とが、データ記憶部５ｅに記憶されており、目標色光が決定された場合には、その目標色光に対応する（目標色光を表す）照度と色度とが出力される。

次に、照明制御装置４を図４に基づき説明する。
この照明制御装置４は、所定の光度値が入力された場合に、その所定範囲（例えば、±５％程度）内にて、その光度をランダムに変化させて発光光度を生成するとともにこの変化された発光光度を順次出力し得る光度生成手段１１と、ネットワーク回線６を介して送られる識別情報、目標照度、目標色度、測定照度および測定色度の各データを順次取り込むデータ取込手段１２と、このデータ取込手段１２にて取り込まれたデータを所定回数分（少なくとも、演算に必要とする回数分を超える回数）を時系列データとして記憶（格納）し得るデータ記憶手段１３と、このデータ記憶手段１３に記憶されたデータを取り込むとともに現在の測定色光の良否、言い換えれば、各蛍光灯１１における現在光度の良否を評価するための評価値を評価式（目的関数ともいう）を用いて演算する評価値演算手段１４とから構成されている。なお、光度をランダムに変化させるのは、例えばコンピュータ装置の演算処理部（マイクロチップ）で乱数（正確には、擬似乱数）を発生させることにより行われる。ここで発生された光度は、他の照明機器、正確には各蛍光灯（照明灯）とは全く無関係に決定される。また、光度を変化させる所定範囲を±５％程度であると説明したが、勿論、この範囲に限定されるものではなく、例えば±３〜７％程度であってもよい。

上記評価値演算手段１４は、各蛍光灯１１に対して得られた次光度が良好であるか否か（不良であるか）を判断するもので、下記（１）式にて演算される評価値ｆの値に基づき判断される。例えば、色光の照度および色度に基づき求められる値であり、評価値ｆが小さくなれば、照明機器３による色光が、色彩照度センサ５からの目標色光に近づいていることを示している。

上記（１）式から判るように、評価値ｆは、目標照度に対す測定照度（現在照度である）の偏差の絶対値と、色度図（ｕ′，ｖ′直交座標系）上における目標色度に対する測定色度（現在色度である）の距離の二乗に、重み係数ｗを掛けた値とを加算したものである。また、目標色度に対する現在色度の距離は、色度図上での目標色光の座標を（ｕ′ｔ，ｖ′ｔ）、測定色光（現在色光である）の座標を（ｕ′ｃ，ｖ′ｃ）とすると、各成分座標の差の二乗の和で表される。なお、重み係数ｗは、照度を重視するか、色度を重視するかを決定するものであり、実際の照明環境に応じて決められる。

また、色彩照度センサ５が複数存在している場合、評価値ｆは、各色彩照度センサ５に対して求められた、目標照度に対する現在照度の偏差の絶対値と色度図上における目標色度に対する現在色度の距離の二乗に重み係数ｗを掛けた値とを加算してなる合計値を、センサの個数分加算された値となる。

そして、各照明制御装置４においては、発光光度を変化させながら且つ評価値ｆが最小となるように制御が行われる。つまり、システム全体の最適化が図られている。
したがって、上記評価値演算手段１４は、図５に示すように、目標照度に対する測定照度の差の絶対値を求める照度差演算部２１と、色度図上における目標色度に対する測定色度の各成分の差の二乗の和を求める色度差演算部２２と、上記各演算部２１，２２で求められた値を加算して評価値を求める加算部２３と、上記加算部２３にて求められた評価値ｆと前回の評価値（例えば、データ記憶手段に記憶されている）ｆとを比較して値が改善しているか否かを判断する、すなわち小さくなっているか否かを判断する評価値判断部２４とから構成されている。

次に、上記照明システムでの照明制御手順を、図６のフローチャートに基づき説明する。
なお、ここでは、３本（ＲＧＢ）の照明灯１１を有する一つの照明機器３に着目するとともに、さらに３本（ＲＧＢ）のうち、任意の、例えば赤（Ｒ）の照明灯１１に着目して説明する。勿論、残り２本の緑（Ｇ）、青（Ｂ）についても、それぞれ同様の制御が行われる。図６には、赤、緑、青についての制御フローを一緒に記載している。

まず、システムが起動されると、照明制御装置４により初期設定がなされ（ステップ１）、そして照明機器３における照明灯１１Ｒに対して初期光度が与えられ、この初期光度でもって点灯される（ステップ２）。

次に、ネットワーク回線６を介して、色彩照度センサ５から所定時間間隔でもって送られてくる識別情報、目標照度、目標色度、測定照度（現在照度）および測定色度（現在色度）が取り込まれ、データ記憶手段１３に記憶される（ステップ３）。

次に、評価値演算手段１４にて、取り込まれたすなわち記憶された色彩照度センサ５の識別情報、目標照度、目標色度、測定照度および測定色度を用いて評価値が演算される（ステップ４）。

次に、光度生成手段１１にて、現在の光度に対して所定範囲内（±５％）でもってランダムに変化されて次に発光すべき光度、つまり次光度が生成される（ステップ５）。
次に、再度、ステップ３と同様に、色彩照度センサ５から識別情報、目標照度、目標色度および次光度に基づく測定照度、測定色度が取り込まれ、データ記憶手段１３に記憶される（ステップ６）。

次に、評価値演算手段１４にて、新たに取り込まれた次光度に基づく各データが用いられて、この次光度を評価するための評価値が演算され（ステップ７）、そして評価値判断部２４にて、ステップ７で演算された評価値が前回の評価値より改善されているか否かが、すなわち次光度を受理するか否かが判断される（ステップ８）。

ステップ８で改善されている（評価値が小さくなっている）と判断された場合には、演算終了判定部（例えば、演算を強制的に終了させるもので、無くてもよい）を介して（ステップ１０）、上記ステップ４に戻り、引き続き、上記各ステップ４〜１０が繰り返し実行される。

一方、ステップ８で改善されていないと判断された場合には、ステップ９に進み前回の値、すなわち前回の光度を採用した後、上記ステップ４に戻り、引き続き、上記各ステップ４〜１０が実行される。

上述した各ステップが蛍光灯１１Ｒに対して行われ、すなわち各蛍光灯１１ＲＧＢに行われ、色彩照度センサ５からの目標照度および目標色度に近づくように、自律分散制御が行われる。すなわち、空間室内を希望する色でもって自律的に照明することができる。この照明制御システムを、例えばＲＧＢ蛍光灯を用いた自律分散型雰囲気制御システムと呼ぶことができる。

ところで、ＲＧＢの各蛍光灯１１に対する制御アルゴリズムは同一であるが、それぞれが所定範囲（例えば、現在光度の±５％）内でランダムに変化され、この変化された光度値（発光光度）が適用された際に、その評価値が改善する場合に、その光度値が採用（探索ともいえる）されていくことになり、この制御回数（探索回数）が増えるにしたがって、ＲＧＢの各蛍光灯１１は、自分が何色の蛍光灯であるかどうかを考慮することなく、単なる３本の蛍光灯として、すなわち照明機器３として、色彩照度センサ５からの目標照度および目標色度に近づくように制御が行われる。なお、現在光度に対して±５％の範囲内で変化させるようにしているのは、近くに存在する、より好ましい光度を見つけるためである。

ここで、上述した本発明に係る自律分散型の照明制御アルゴリズムを、実際に実験室に構築した照明システムに適用した場合について説明する。
図７に示すように、部屋の天井に、それぞれＲＧＢの蛍光灯を有する照明機器を１５機配置するとともに、１台の色彩照度センサを使用して実験を行った。なお、実験に用いたパラメータを、下記の第１表に示しておく。

この実験により得られた色彩照度センサ５の照度履歴を図８〜図１３における各（ａ）にて示す。横軸は探索回数、縦軸は照度〔lx〕を表す。また、その色度（ｕ′，ｖ′）の履歴を図８〜図１３における各（ｂ）にて示す。横軸は探索回数、縦軸は色度を表す。

図８（ａ）より、約２００回程度の探索回数で照度は収束していることが確認できる。また、図８（ｂ）より、約１００回の探索回数で色度も収束していることが確認できる。また、図９〜図１３でも同様な結果が得られていることが分かり、全ての場合で、目標照度および目標色度に収束していることが確認できた。なお、照度と色度で収束までの時間に違いが出た理由は、照度よりも色度を重視した探索を行うために、先に色度を収束させるような評価式（目的関数）および重み係数（重み付け）に設定したためである。また、目標色光が赤色の場合の定常状態における各ＲＧＢ蛍光灯の光度〔％〕を図１４に示す。

このように、照明機器に三原色（ＲＧＢ）の蛍光灯を配置するとともに、照明機器の照明下に配置された色彩照度センサからの目標色光および測定色光に係る照度および色度の各データを照明制御装置にネットワーク回線を介して送るとともに、この照明制御装置により、三原色に係る各蛍光灯を所定範囲内で変化させながら且つ発光光度毎に求められる評価値を介して、より適正な発光光度となるように、すなわち適正な目標色光が得られるように制御するので、任意の場所にて色彩照度センサを携帯している利用者が希望する任意の色光でもって照明を自律的に行うことができる。

ところで、上記実施の形態にて説明した各手段（例えば、光度生成手段、評価値演算手段など）およびこれら各手段を構成する各構成部は、例えばプログラムにより実行されるものであり、それぞれ機能部と呼ぶこともでき、また場合によっては、それぞれの機能を発揮し得る回路部として構成することもできる。

本発明の実施の形態に係る照明システムの概略全体構成を示す図である。 同照明システムを見易くした模式図を示す。 同照明システムにおける色彩照度センサのカード本体部の平面図である。 同照明制御装置の概略構成を示すブロック図である。 同照明制御装置における評価値演算手段の構成を示すブロック図である。 同照明システムにおける照明制御方法を説明するフローチャートである。 同照明システムにおける実環境への適用実験を説明する機器配置図である。 同適用実験における目標色光（赤）に対する照明機器の収束状態の経過を示すグラフで、（ａ）は照度、（ｂ）は色度を示す。 同適用実験における目標色光（緑）に対する照明機器の収束状態の経過を示すグラフで、（ａ）は照度、（ｂ）は色度を示す。 同適用実験における目標色光（青）に対する照明機器の収束状態の経過を示すグラフで、（ａ）は照度、（ｂ）は色度を示す。 同適用実験における目標色光（紫）に対する照明機器の収束状態の経過を示すグラフで、（ａ）は照度、（ｂ）は色度を示す。 同適用実験における目標色光（シアン）に対する照明機器の収束状態の経過を示すグラフで、（ａ）は照度、（ｂ）は色度を示す。 同適用実験における目標色光（オレンジ）に対する照明機器の収束状態の経過を示すグラフで、（ａ）は照度、（ｂ）は色度を示す。 同適用実験における照明機器の定常状態における各蛍光灯の光度を示す機器配置図である。

符号の説明

１ 電力供給源
２ 電気配線
３ 照明機器
４ 照明制御装置
５ 色彩照度測定装置（色彩照度センサ）
５ａ カード本体部
５ｂ 光センサ部
５ｃ データ入力部
５ｄ データ記憶部
５ｅ データ出力部
６ ネットワーク回線
１１ 光度生成手段
１２ データ取込手段
１３ データ記憶手段
１４ 評価値演算手段
２１ 照度演算部
２２ 色度演算部
２３ 加算部
２４ 評価値判断部

Claims (4)

1. それぞれ赤色、青色、緑色の照明灯が一組でもって構成されてなる複数組の照明機器と、これら各照明機器における各照明灯に対応して配置されて当該各照明灯で発光させる発光光度を制御する照明制御装置と、上記照明機器の照明下に配置されて照度および色度を測定し得る色彩照度測定装置と、上記各照明制御装置と色彩照度測定装置との間で所定データの受け渡しを行い得るデータ通信手段とを具備し、
   上記色彩照度測定装置は、
   色光を受光してその照度および色度を検出し得る光センサ部と、目標色光を設定し得る目標色光設定部と、上記光センサ部にて測定された測定照度および測定色度、並びに上記目標色光設定部で設定された目標色光に応じた目標照度および目標色度をデータ通信手段に出力するデータ出力部とを有し、
   上記照明制御装置は、
   所定の光度に対し所定範囲内で任意に変化される光度値でもって発光光度を生成する光度生成手段と、
   この光度生成手段にて生成された発光光度、この発光光度での発光による測定照度の目標照度に対する偏差、および測定色度の目標色度に対する偏差に基づき、当該生成された発光光度の良否を評価するための評価値を演算する評価値演算手段とを有することを特徴とする照明システム。
2. 色度を表す表色系として、国際照明委員会が定めた（Ｌ＊ｕ＊ｖ＊）表色系を用いたことを特徴とする請求項１に記載の照明システム。
3. 色度として、輝度が等しい色の感覚差が幾何学的距離にほぼ比例するように目盛が定められた色度図の直交座標値（ｕ′，ｖ′）を用いたことを特徴とする請求項１に記載の照明システム。
4. 評価値演算手段は、
   下記（１）式に示すように、目標照度に対する測定照度の偏差の絶対値を求める照度差演算部と、目標色度に対する測定色度の偏差の二乗の和を求める色度差演算部と、これら両演算部で求められた値を加算する加算部とを有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の照明システム。
   

   

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