JP2009238408A - 照明システム - Google Patents

Abstract

【課題】画像センサが出力する画像データに基づいて点灯制御する照明システムにおいて、光源が交流電源と同じ周期で出力変動しても、その影響を軽減して正確かつ迅速に点灯制御することを可能とする。
【解決手段】照明システム１０は、光源１２と、光源１２を点灯する点灯回路１３と、画像センサ１４から出力される画像データを取得して画像処理することにより点灯回路１３に対する点灯制御信号を生成する制御部１５と、交流電源１１のゼロクロスタイミングを検出するゼロクロス検出部１６とを備える。制御部１５は、ゼロクロス検出部１６によって検出された交流電源１１のゼロクロスタイミングと同期して画像データを取得する。これにより、光源１２が交流電源１１と同じ周期で出力変動しても、取得毎の画像データ上の出力変動分が略一定となり、出力変動の影響を軽減して正確かつ迅速に点灯制御することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、画像センサが出力する画像データに基づいて点灯制御する照明システムに関する。

従来から、明るさセンサで照射面の明るさを計測して明るさを制御する照明器具が知られている。図９は、明るさセンサとしてフォトダイオードを有する照明器具を示す。照明器具５１は、明るさに応じて出力電流が変化するフォトダイオード５２が設けられ、机上面をフォトダイオード５２の集光範囲としている。照明器具は、フォトダイオードの出力が一定となるように照明の調光率を制御することによって、外光や他の照明器具の影響を受けても机上面の照度を一定に保つ。

また、人感センサで人を検知して点灯と消灯を制御する照明器具が知られている。図１０は、人感センサとして焦電素子を有する照明器具を示す。照明器具６１は、熱線の変化を感知する焦電素子６２が設けられ、焦電素子６２によって所定の検知範囲に人を検知した場合に点灯したり、人を一定時間検知しない場合に消灯したりする。

さらに、図示しないが、フォトダイオードと焦電素子とを組み合わせて、焦電素子で人を検知したときに、フォトダイオードの出力を一定に制御することにより、机上面の明るさを一定に制御する照明器具も知られている。

しかし、焦電素子は、熱線の動きを検知するため、人が動いているときは検知できるが、人が着席したり、立ち止まったりしたときは検知することができない。そこで、撮像素子を用いて人を検知して点灯制御する照明システムが知られている。図１１（ａ）（ｂ）は、そのようなシステムの撮像素子が撮影した画像の例を示す。図１１（ａ）に示すように、現在の画像と、予め撮影した基準画像とを比較して差分を算出し、差分画像を形成する。差分画像に一定以上の差がある場合に、静止した人の存在を検知する（静止人体検知）。図１１（ｂ）に示すように、例えば、フレーム１乃至フレーム４の画像が一定時間毎に撮影され、フレーム２とその直前のフレーム１の画像の差によって、動く人を検知する。フレーム３とフレーム２の画像の差、フレーム４とフレーム３の画像の差についても同様である。このように、一定間隔毎の時系列に画像を撮影し、直前の画像との差によって動く人を検知する（動作人体検知）。

また、撮像素子を用いて明るさを計測して点灯制御する照明システムが知られている（例えば、特許文献１参照）。図１２は、ＣＣＤからなる撮像素子によって撮影された画像情報の例を示す。ＣＣＤによって撮影された画像情報は、ドットから形成され、各ドットに明るさの情報を有している。ＣＣＤで撮影された画像情報のうち計測範囲として指定した範囲について、その範囲の全ドットの明るさの平均を算出することによって明るさが計測される。

図１３（ａ）（ｂ）は、照明器具が交流電源で点灯している場合の明るさの計測を示す。計測される明るさは、照明器具による明るさと外光による明るさの重ね合わせである。図１３（ａ）に示すように、交流電源で点灯している照明器具による明るさは、交流電源の周期と同じ周期で出力変動するが、出力変動の周期及び変動幅は一定であり、周期的に安定している。特許文献１に記載のシステムでは、照明器具が交流電源で点灯している場合、撮影のタイミングによって照明器具による明るさの瞬時値が異なるため、計測毎の明るさの相関が取れない。例えば、照明器具による明るさが最大のときに画像データが撮影され、次に照明器具による明るさが最小のときに撮影された場合、照明器具による明るさが周期的に安定し、外光による明るさの変動がない場合であっても、画像データ上の明るさは変動するので、明るさの変動を補償する点灯制御が行われ、あたかも外光が変動しているかのような誤制御が生じる。図１３（ｂ）に示すように、交流電源の周期を無視できる程度の時間幅で画像データを撮影し、その時間幅における平均的な明るさを計測することによって、照明器具による明るさ変動の影響を軽減する対策も考えられるが、交流電源の周期によっては、明るさを計測するのに時間がかかり過ぎ、制御遅れが生じる。
特表２００４−５０１４９６号公報

本発明は、上記問題を解決するためになされたもので、画像センサが出力する画像データに基づいて点灯制御する照明システムにおいて、光源が交流電源と同じ周期で出力変動しても、その出力変動の画像データへの影響を軽減し、正確かつ迅速に点灯制御することを目的とする。

上記目的を達成するために請求項１に記載の発明は、交流電源からの電力を受けて交流電源と同じ周期で出力変動する光源と、前記光源を点灯する点灯回路と、画像センサと、前記画像センサから出力される画像データを取得し、該画像データを画像処理することにより前記点灯回路に対する点灯制御信号を生成する制御部と、を備えた照明システムであって、交流電源のゼロクロスタイミングを検出するゼロクロス検出部をさらに備え、前記制御部は、前記ゼロクロス検出部によって検出された交流電源のゼロクロスタイミングと同期して画像データを取得するものである。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の照明システムにおいて、前記制御部は、交流電源のゼロクロスタイミングから一定の期間経過後に一定の時間幅で画像データを取得するものである。

請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の照明システムにおいて、前記制御部は、交流電源のゼロクロスタイミングから交流電源の周期を算出し、算出された周期の整数倍の時間幅で画像データを取得するものである。

請求項４に記載の発明は、請求項１に記載の照明システムにおいて、前記制御部は、交流電源のゼロクロスタイミングに一定の時間幅で画像データを取得するものである。

請求項５に記載の発明は、請求項１に記載の照明システムにおいて、前記制御部は、交流電源のゼロクロスタイミング及びゼロクロスタイミングから一定の期間経過後に一定の時間幅で画像データを取得し、該画像データに基づいて交流電源の１周期における明るさを算出するものである。

請求項１に記載の発明によれば、交流電源のゼロクロスタイミングに同期して画像データを取得するので、光源が交流電源と同じ周期で出力変動しても、取得毎の画像データ上の出力変動分が略一定となり、出力変動の影響を軽減して正確かつ迅速に点灯制御することができる。

請求項２に記載の発明によれば、同じタイミング、同じ時間幅で画像データを取得するので、取得毎の画像データが相関の取れた正確なものとなり、正確かつ迅速に点灯制御することができる。

請求項３に記載の発明によれば、交流電源の周期の整数倍の時間幅で画像データを取得するので、人が感じるのと同じ、時間的に平均的な明るさを計測することができ、人が感じる明るさを正確に制御する点灯制御ができる。

請求項４に記載の発明によれば、ゼロクロスタイミングでは光源による明るさは無視できるので、外光のみの明るさを計測することができ、昼夜の判別や、昼夜別の調光率での点灯制御ができる。

請求項５に記載の発明によれば、極短時間の２回の計測によって１周期の明るさを算出するので、迅速に点灯制御することができる。

以下、本発明の第１の実施形態に係る照明システムについて図１及び図２を参照して説明する。図１は、本実施形態の照明システム１０の機能ブロックを示す。照明システム１０は、交流電源１１からの電力を受けて交流電源１１と同じ周期で出力変動する光源１２と、光源１２を点灯する点灯回路１３と、画像センサ１４と、画像センサ１４から出力される画像データを取得し、その画像データを画像処理することにより点灯回路１３に対する点灯制御信号を生成する制御部１５とを備える。

光源１２は、交流電源１１によって点灯する、位相制御等の電流制御が可能な白熱球、蛍光灯、ＬＥＤ等からなる照明負荷である。点灯回路１３は、光源１２に流れる電流（負荷電流）を制御する。負荷電流の制御は、例えば、振幅制御である。画像センサ１４は、ＣＣＤやＣＭＯＳ等からなる撮像素子１４１と、撮像素子１４１の視野範囲を決定するレンズ１４２を有し、視野範囲を撮影して画像データを出力する。制御部１５は、ＣＰＵ等からなり、画像センサ１４から出力される画像データを取得し、その画像データを画像処理することによってＰＷＭ信号等からなる点灯制御信号を生成する。制御部１５による画像処理は、例えば、明るさの計測である。点灯制御信号は、例えば、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）信号である。

照明システム１０は、交流電源１１のゼロクロスタイミングを検出するゼロクロス検出部１６をさらに備える。ゼロクロス検出部１６は、例えば、オペアンプ等によるコンパレータ等からなり、入力のゼロクロスタイミングにおいてパルスを出力する。

図２は、上記構成における交流電源１１とゼロクロスタイミングの検出の関係及び、点灯制御信号と光源１２（照明負荷）に供給される電流（負荷電流）の関係を示す。ゼロクロス検出部１６は、交流電源１１のゼロクロスタイミングを検出したときにパルスを出力する。制御部１５は、そのパルスと同期して、画像データを取得する。ゼロクロスタイミングに同期して画像データを撮影するように制御部１５が画像センサ１４を制御してもよい。制御部１５により生成されたＰＷＭ信号のオンデューティに応じて、点灯回路１３は、光源１２の負荷電流を制御する。ＰＷＭ信号のオンデューティが大きい程、光源１２の負荷電流が大きく、調光率が高い。

このように、照明システム１０は、交流電源１１のゼロクロスタイミングに同期して画像データを取得するので、光源１２が交流電源１１と同じ周期で出力変動しても、取得毎の画像データ上の出力変動分が略一定となり、出力変動の影響を軽減して正確かつ迅速に点灯制御することができる。

ここで、照明システム１０における、画像データの取得タイミングを図３を参照して説明する。図３は、ゼロクロスタイミングと画像データの取得タイミングの関係を示す。制御部１５は、ゼロクロスタイミングの間隔から、交流電源１１の周期Ｔを計測し、ゼロクロスタイミングから一定期間、例えば、半周期Ｔ／２経った時に一定の時間幅で画像データを取得する。交流電源１１の周期とは、絶対値の周期であり、負荷電流の半周期に相当し、光源１２の出力変動の周期と同じ周期である。

図４は、画像データの取得タイミングにおいて計測される明るさを示す。計測される明るさは、光源１２（照明負荷）による明るさと、外光による明るさの重ね合わせである。画像データは、光源１２の出力が同じになるタイミング、例えば、ゼロクロスタイミングから半周期Ｔ／２経った時に取得される。画像データからの明るさの計測は、ＣＣＤ等からなる撮像素子１４１の各ＲＧＢ素子の出力の合計を明るさとしてもよいし、ＲＧＢからのＹ変換を用いて明るさを計算してもよい。明るさの関数をＡ（ｔ）、撮影の開始時間をｔ＝ａ、撮影の終了時間をｔ＝ｂとすると、撮影される明るさは、次式のようにＡ（ｔ）を時間ｔで積分したものになる。

照明システム１０は、常に同じタイミング、同じ時間幅で画像データを取得するので、取得毎の画像データが相関の取れた正確なものとなり、正確かつ迅速に点灯制御することができる。例えば、照明システム１０の設置時に、外光の無い状態で明るさを計測し、計測した明るさ値を制御部１５に記憶しておき、その値を目標値として一定に保つように光源１２の調光率を変化させるフィードバック制御を行うことにより、外光が入ってきたら調光率を下げ、外光が少なくなったり、光源１２のランプの寿命によって光度が減った場合には、調光率を上げることができ、その結果、外光が無い時の明るさと同じ明るさに保つことができる。

次に、本発明の第２の実施形態に係る照明システムについて図５を参照して説明する。本実施形態の照明システムは、第１の実施形態と同様の構成を有し（以下同様）、画像データを取得するタイミングと時間幅が異なる。図５（ａ）（ｂ）は、本実施形態における画像データを取得するタイミングと時間幅を示す。本実施形態では、交流電源１１のゼロクロスタイミングから交流電源１１の周期Ｔを算出し、算出された周期Ｔの整数倍の時間幅で画像データを取得する。交流電源１１の周期Ｔは、交流電源１１のゼロクロスタイミングから次のゼロクロスタイミングまでの周期から算出される。制御部１５は、ゼロクロスタイミングから次のゼロクロスタイミングまでの時間幅Ｔ（１点灯周期）で画像データを取得してもよいし（図５（ａ）参照）、ゼロクロスタイミングから任意のゼロクロスタイミングまでの時間幅（点灯周期の整数倍）で画像データを取得してもよい（図５（ｂ）参照）。

これにより、人が感じる明るさと同じ、時間的に平均的な明るさを計測することができ、人が感じる明るさを正確に制御する点灯制御ができる。負荷電流の振幅制御によって光源１２を調光する場合は、本実施形態による明るさの計測は、第１の実施形態による明るさの計測と略同じであるが、図６に示すように負荷電流の位相制御によって光源１２を調光する場合は、第１の実施形態のような瞬間的な明るさの計測が時間的に平均的な明るさに比例しないため、本実施形態のような点灯周期Ｔの整数倍の計測が必要となる。

次に、本発明の第３の実施形態に係る照明システムについて図７を参照して説明する。図７は、本実施形態における画像データを取得するタイミングと時間幅を示し、制御部１５は、交流電源１１のゼロクロスタイミングに一定の時間幅ＴＣで画像データを取得する。

これにより、ゼロクロスタイミングでは光源１２による明るさは無視できるので、外光のみの明るさを計測することができる。外光の明るさのみを計測することにより、明るい場合には昼、暗い場合には夜と判別することや、例えば、昼は調光率が２５％、夜は７０％などと予め決めた昼夜別の調光率で点灯制御することができる。

次に、本発明の第４の実施形態に係る照明システムについて図８を参照して説明する。図８は、本実施形態における画像データを取得するタイミングと時間幅を示し、制御部１５は、交流電源１１のゼロクロスタイミングに一定の時間幅ＴＣで、ゼロクロスタイミングから一定の期間ＴＡ経過後に一定の時間幅ＴＢで、画像データを取得し、その画像データに基づいて交流電源１１の１周期Ｔにおける明るさを算出する。ゼロクロスタイミングにおける画像データの取得によって、外光のみの明るさが計測され、ゼロクロスタイミングから一定の期間経過後における画像データの取得によって、光源１２が点灯している場合の明るさが計測される。

時間ｔにおける光源１２のみによる明るさをＢ（ｔ）とすると、Ｂ（ｔ）＝Ｍ・ｓｉｎ（ｔ）と表わされる（Ｍは明るさの振幅）。外光による明るさをＮ、全体の明るさをＡ（ｔ）とすると、Ａ（ｔ）＝Ｂ（ｔ）＋Ｎと表わされる。前述の計測により、ゼロクロスタイミングから一定の期間経過後のＢ（ｔ）の値が分かるので、Ｍを求めることができる。また、外光のみの明るさＮが分かるので、全体の明るさＡ（ｔ）が分かり、１周期における明るさを算出することができる。

これにより、本実施形態の照明システムは、極短時間の２回の計測によって１周期の明るさを算出することができ、迅速に点灯制御することができる。

なお、本発明は、上記の実施形態の構成に限られず、発明の要旨を変更しない範囲で種々の変形が可能である。例えば、光源１２と点灯回路１３がインバータ蛍光灯の場合のように、点灯周期が画像データ取得の時間幅と比較して十分速い場合には、適当なタイミングで画像データを取得し、５０Ｈｚ等の商用電源で点灯する場合には、ゼロクロスタイミングに同期して画像データを取得することにより、照明器具のタイプによって画像データの取得を簡略化することができる。

また、取得した画像データを画像処理して明るさを計測するだけでなく、同時に画像データから前述した静止人体検知や動作人体検知の画像処理によって人体の検知を行なってもよい（図１１（ａ）（ｂ）参照）。画像データから人体の検知を行うには、ゼロクロスタイミング付近よりも明るいゼロクロスタイミングの中間時点での画像データの取得が好ましい。

本発明の第１の実施形態に係る照明システムの機能ブロック図。 同システムにおけるゼロクロスタイミングの検出及び点灯制御信号による負荷電流の制御を説明する図。 同システムにおける画像データの取得タイミングを説明する図。 同取得タイミングにおいて計測される明るさを説明する説明図。 （ａ）は本発明の第２の実施形態に係る照明システムにおける１周期の時間幅での画像データ取得を説明する図、（ｂ）は同システムにおける３周期の時間幅での画像データ取得を説明する図。 同システムにおいて光源を位相制御する場合の負荷電流の時間波形図。 本発明の第３の実施形態に係る照明システムにおける画像データの取得タイミングを説明する図。 本発明の第４の実施形態に係る照明システムにおける画像データの取得タイミングを説明する図。 フォトダイオードを有する従来の照明器具の構成図。 焦電素子を有する従来の照明器具の構成図。 （ａ）は撮像素子を用いた静止人体検知の説明図、（ｂ）は撮像素子を用いた動作人体検知の説明図。 撮像素子を用いた明るさ計測の説明図。 （ａ）は交流電源で点灯する従来の照明器具における明るさ計測の説明図、（ｂ）は交流電源で点灯する照明器具における長時間の明るさ計測の説明図。

符号の説明

１０ 照明システム
１１ 交流電源
１２ 光源
１３ 点灯回路
１４ 画像センサ
１５ 制御部
１６ ゼロクロス検出部

Claims (5)

1. 交流電源からの電力を受けて交流電源と同じ周期で出力変動する光源と、前記光源を点灯する点灯回路と、画像センサと、前記画像センサから出力される画像データを取得し、該画像データを画像処理することにより前記点灯回路に対する点灯制御信号を生成する制御部と、を備えた照明システムであって、
   交流電源のゼロクロスタイミングを検出するゼロクロス検出部をさらに備え、
   前記制御部は、前記ゼロクロス検出部によって検出された交流電源のゼロクロスタイミングと同期して画像データを取得することを特徴とする照明システム。
2. 前記制御部は、交流電源のゼロクロスタイミングから一定の期間経過後に一定の時間幅で画像データを取得することを特徴とする請求項１に記載の照明システム。
3. 前記制御部は、交流電源のゼロクロスタイミングから交流電源の周期を算出し、算出された周期の整数倍の時間幅で画像データを取得することを特徴とする請求項１に記載の照明システム。
4. 前記制御部は、交流電源のゼロクロスタイミングに一定の時間幅で画像データを取得することを特徴とする請求項１に記載の照明システム。
5. 前記制御部は、交流電源のゼロクロスタイミング及びゼロクロスタイミングから一定の期間経過後に一定の時間幅で画像データを取得し、該画像データに基づいて交流電源の１周期における明るさを算出することを特徴とする請求項１に記載の照明システム。

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