JP2010009874A

JP2010009874A - 照明制御システム

Info

Publication number: JP2010009874A
Application number: JP2008166269A
Authority: JP
Inventors: Masayuki Iguchi; 雅行井口
Original assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2008-06-25
Filing date: 2008-06-25
Publication date: 2010-01-14

Abstract

【課題】窓面等のある照明空間において、在室者の感覚に適合した照明制御を行うことができる照明制御システムを提供する。
【解決手段】屋外との間に光が透過する窓Ｗを設けた屋内の照明空間を照明する照明器具Ｌａと、照明空間内で互いに異なる方向から人の視野内の画像を撮像する複数のＣＣＤカメラ１３ａ〜１３ｄと、ＣＣＤカメラ１３ａ〜１３ｄが撮像した画像内の輝度分布を測定する輝度分布測定部１１ａと、ＣＣＤカメラ１３ａ〜１３ｄが撮像した画像内の窓Ｗの輝度を測定する窓面輝度演算部１２ａと、ＣＣＤカメラ１３ａ〜１３ｄが撮像した画像内に存在する人の視野方向を検出する在室者視野方向検知部１７と、当該検出された人の視野方向を撮像した画像内の輝度分布および窓面の輝度に基づいて照明器具Ｌａを調光制御する制御部１０とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、照明制御システムに関するものである。

一室複数灯での間接照明や壁面照明を主体とするデザイン性の高い部屋において、部屋の条件を考慮したうえで、部屋の用途に合った明るさ感の照明環境を実現する照明器具、照明器具の組み合わせを、照明の専門知識を持たない一般ユーザが手軽に選択できる従来の屋内照明設計方法として、「屋内の照明空間において照明器具の光源とは別の光源を用いて表面の輝度が変化する色票を部屋内に備えて、観測者から見た色票が部屋内に置かれた物体として認識される輝度のレベルと自ら発光している光源として認識される輝度のレベルとの中間である不自然な色の見え方になるときの色票の輝度である色モード境界輝度」との相関関係に基づいて、照明空間の明るさ感を表す「明るさ感覚指標」を照明器具個別に設定し、照明器具個別に設定した各明るさ感覚指標の和が、その部屋に必要な明るさ感覚指標となるように、照明器具を組み合わせる方法がある（例えば、特許文献１参照）。

また、上記特許文献１では、明るさ感単位の設定の際、標準条件の部屋において器具毎に色モード境界輝度をテストパッチ輝度提示装置を用いて実測する必要が有り、工数が多大にかかるうえに、個人の感覚にもとづく測定であることから、感覚のぶれによる測定誤差が大きくなる虞があり、この問題を改善するため、様々な条件での色モード境界輝度の実測データと、その各条件下での計算シミュレーションあるいは機器による測定によって得ることができる物理量との相関関係に着目し、その相関関係から導出される実験式によって、ある条件を設定した場合の色モード境界輝度にもとづく明るさ感覚指標を規定する方法が提案されたことを可能としていた（例えば、特許文献２参照）。

また、ＣＣＤカメラを用いた照明制御システムとしては、天井面に設置されたＣＣＤセンサによって撮像されたデジタル画像から作業領域での照度を推定し、作業領域での照度を最適に制御するものがある（例えば、特許文献３参照）。
特開２００６−２６９３７８号公報特開２００７−１７１０５５号公報特表２００４−５０１４９６号公報

しかしながら、上記従来の明るさ感覚指標では、昼光の入射する窓面等が存在する照明空間は想定していない。一般に、窓面等のように他の領域に比べて輝度が高い高輝度部が室内に存在する場合、その高輝度部に目が順応するために、高輝度部がない場合に比べて照明空間の印象は暗くなる。

また、特許文献３では、天井面に設置したＣＣＤカメラによって撮像可能な比較的狭い領域（例えば、欧米のオフィスに見られるような個室オフィスの机上面など）での水平面照度をその領域の画像データから推定する方法が示されている。日本で良く見られるようなビルの１フロアを間仕切りなしで使うようなオープンプランのオフィスでは、その全ての領域をカバーするために多数のＣＣＤカメラを天井面に設置しているが、在室者が感じる空間の明るさ感は水平面の照度のみでは規定できないこと、あるいは水平面照度を一定に保っても窓面の不快グレアなどの在室者の視野内輝度の状況によって生じる視環境上の不具合は解決できないといった問題があった。

本発明は、上記事由に鑑みてなされたものであり、その目的は、窓面等のある照明空間において、在室者の感覚に適合した照明制御を行うことができる照明制御システムを提供することにある。

請求項１の発明は、屋外との間に光が透過する窓面を設けた屋内の照明空間を照明する照明器具と、照明空間内で互いに異なる方向から人の視野内の画像を撮像する複数の撮像手段と、各撮像手段が撮像した画像内の輝度分布を測定する輝度分布測定手段と、各撮像手段が撮像した画像内の窓面の輝度を測定する窓面輝度演算手段と、撮像手段が撮像した画像内に存在する人の視野方向を検出する視野方向検知手段と、当該検出された人の視野方向を撮像した画像内の輝度分布および窓面の輝度に基づいて照明器具を調光制御する制御手段とを備えることを特徴とする。

この発明によれば、窓面等の高輝度あるいは低輝度の箇所が存在する屋内の照明空間において、照明空間内を複数の方向から撮像できる撮像手段によって、その照明空間の全ての領域に対応した視野内の輝度分布データおよび窓面の輝度を取得し、さらには在室者の視野の方向を特定するので、高輝度あるいは低輝度の箇所に対する目の順応を考慮して適切な明るさ感を確保した調光制御を、在室者の視野方向に適応させて行うことができ、屋内の照明空間における在室者の快適性向上を図ることができる。すなわち、窓面等のある照明空間において、在室者の感覚に適合した照明制御を行うことができるのである。

請求項２の発明は、請求項１において、窓面の光透過面積を可変とする遮光手段を備え、前記制御手段は、前記検出された人の視野方向を撮像した画像内の輝度分布および窓面の輝度に基づいて、遮光手段を制御することを特徴とする。

この発明によれば、在室者の視野の方向に基づいて、特定の遮光手段を調光制御と連動して制御することによって、調光範囲が広がり、在室者の快適性がさらに向上する。

以上説明したように、本発明では、窓面等のある照明空間において、在室者の感覚に適合した照明制御を行うことができるという効果がある。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

（実施形態）
本実施形態は、窓面等のある照明空間において、在室者の感覚に適合した照明制御を行うことができる照明制御システムに関するものであるが、最初に「明るさ感覚指標」について説明する。

「明るさ感覚指標」とは、照明空間を観察したときに該空間に対して感じられる「明るさ」の総合評価であり、本発明では、この「明るさ感覚指標」を定量的に規定する明るさ感覚指標規定方法として、照明認識視空間の概念における「色モード境界輝度」（参考文献１：照明認識視空間の明るさサイズの測定による実環境における空間の明るさ感の評価、照明学会誌、第８６巻第１１号、２００２、Ｐ８３０〜８３６、山口他）との相関関係に基づいて規定している。ここで、「色モード境界輝度」とは、照明された部屋に置かれた色票（以下、テストパッチと呼ぶ）を観測者（被験者）から見た見え方が、その部屋内に置かれた物体（物体色）として認識される輝度のレベルと自ら発光している光源（光源色）として認識される輝度のレベルとの中間である、その部屋に置かれた物体としては不自然な色の見え方になる輝度のレベルのことであり、照明された部屋の明るさ感を定量的に表すものである。

また、不均一な照明環境において色モード境界輝度の加法性が成り立つことが示されており（参考文献２：不均一な照明環境における空間の明るさ感の加法性、第３６回照明学会全国大会講演論文集、Ｐ１５４、２００３、山口他）、ある照明環境Ｋ１が、照明環境Ｋ２とＫ３との和であるとき、照明環境Ｋ２，Ｋ３における各々の色モード境界輝度の和で照明環境Ｋ１における色モード境界輝度が予測できることが実証されている。

以上から、照明認識視空間の概念における「色モード境界輝度」によって、空間の明るさ感を定量的に把握することができ、ある照明器具を設置した部屋の明るさ感を規定する「明るさ感覚指標」を設定することが技術的に可能であるといえる。

この色モード境界輝度設定には、図３に示すテストパッチ輝度提示装置１を使用する。テストパッチ輝度提示装置１は、設置プレート１ｇ上に設置された、光源にハロゲン電球を用いたスライドプロジェクターで構成される光源システム１ｂを収納した光源ボックス１ａ、回転濃度フィルター１ｄを収納した光学系ボックス１ｃ、可動式平面ミラー１ｅ、支持具１ｆによって設置プレート１ａから１１００ｍｍの高さに設けられたテストパッチＴとからなる。テストパッチＴは、光源システム１ｂから回転濃度フィルター１ｄを通った光が可動式平面ミラー１ｅで反射して局所照明されている。観測者は、手元のスイッチで回転濃度フィルター１ｄを回転させることで自由にテストパッチＴの輝度を調節することが可能である。また、テストパッチＴは照明の影響をほとんど受けないように照射面を下向きに斜め４５°に傾けてある。テストパッチＴは、６０ｍｍ×６０ｍｍの大きさで、被照射面はＮ５，グレーの紙面からなる。

上記テストパッチ輝度提示装置１を操作して測定されたテストパッチＴの「色モード境界輝度Ａ」から、下記［数１］に基づいて「明るさ感覚指標Ｆ’」を導出する。なお、「色モード境界輝度Ａ」の単位は［ｃｄ／ｍ^２］である。

以下、この「色モード境界輝度Ａ」との相関関係に基づいて規定された「明るさ感覚指標Ｆ’」を用いる屋内照明設計方法の概略について説明する。

まず、図４に示す、部屋サイズ：３５００ｍｍ×３５００ｍｍ、天井高さ：２５００ｍｍの８畳実物大の住宅居室Ｒａを標準条件の測定環境として準備し、天井および壁の３面は白のクロス仕上げ、壁の一面は白のロールスクリーン２で間仕切りを施し、床はダークブラウンのフローリング仕上げであり、天井および壁の反射率を８０％、床の反射率を１０％とする。

図３に示すテストパッチ輝度提示装置１を用いて、住宅居室Ｒａ内に様々な照明器具Ｌ１〜Ｌｎを単体で個別に配置した場合の「色モード境界輝度Ａ１〜Ａｎ」を測定し、上記［数１］に基づいて照明器具Ｌ１〜Ｌｎ個別の「明るさ感覚指標Ｆ１´〜Ｆｎ´」を算出する。

次に、上記測定環境に、乳白アクリルカバーが付いた天井直付のシーリングライトである照明器具Ｌｒ（図４中の破線）を部屋中央に設置する。照明器具Ｌｒは、２５％〜１００％の範囲で調光可能であり、観測者の主観評価によって、ちょうどよい明るさとなるように調光した場合の「色モード境界輝度Ａｒ」を測定し、［数１］より上記測定環境における「所要の明るさ感覚指標Ｆｒ´」を設定する。

次に、部屋の形状、内装レイアウト、大きさより照明器具の設置位置を決定し、各設置位置に配置する照明器具の「明るさ感覚指標Ｆ’」の和が「所要の明るさ感覚指標Ｆｒ´」となるように、照明器具Ｌ１〜Ｌｎから照明器具を選択する。例えば、照明器具Ｌ１０，Ｌ１５，Ｌｎを選択して、各照明器具の明るさ感覚指標Ｆ１０´，Ｆ１５´，Ｆｎ´とすると、Ｆｒ´＝［Ｆ１０´＋Ｆ１５´＋Ｆｎ´］となればよい。

このように、「色モード境界輝度Ａ」との相関関係に基づいて「明るさ感覚指標Ｆ’」を規定することで、「所要の明るさ感覚指標Ｆｒ´」が設定された部屋に対して、各照明器具の「明るさ感覚指標の和」が前記部屋の「所要の明るさ感覚指標Ｆｒ´」となるように照明器具を組み合わせれば、一室複数灯での間接照明や壁面照明を主体とする部屋においても、部屋の条件を考慮したうえで、部屋の用途に合った所要の明るさ感の照明環境を実現することができる。

すなわち、カタログ等に記載された照明器具個々の「明るさ感覚指標」の値に基づく足し算を行うことで、専門の知識を持たない一般ユーザでも容易に、所要の明るさ感の照明環境を実現する照明器具の組み合わせを決定することができるのである。

しかしながら、上記方法では照明器具毎に「色モード境界輝度Ａ」の測定を行う必要があり、多くの工数がかかる上に、「色モード境界輝度Ａ」の測定が個人の感覚に基づく測定であるので、個人毎の感覚のぶれによる測定誤差が大きくなる可能性があった。

そこで、様々な条件での「色モード境界輝度Ａ」の実測データと、前記様々な条件での観測者の視野内における照明空間の特定領域の光源輝度を除く「幾何平均輝度」との相関関係に着目し、その相関関係から導出される実験式に基づいて、ある条件を設定した場合の「明るさ感覚指標Ｆ’」を規定する方法について、以下説明する。

まず、図４に示す住宅居室Ｒａにおいて、ロールスクリーン２を右手に臨む背面壁Ｒａ１側の略中央を観測者の視点位置Ｐとする。そして、本実施形態の屋内照明設計方法においては図５（ａ）（ｂ）に示すように、人間の有効な視野の範囲に基づいて、被験者の視点位置Ｐから視線方向Ｐ１に対して上方向θ１＝３５°、下方向θ２＝５０°、左方向θ３＝５０°、右方向θ４＝５０°の視野角内の領域Ｇを設定し、領域Ｇ内の「幾何平均輝度Ｂ」を、各照明器具Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３の配光データから、ラジオシティ法を用いた計算シミュレーションによって算出する。

図４に示す住宅居室Ｒａにおいて、被験者の視点位置Ｐから正面壁Ｒａ２の略中心を注視したときの領域Ｇは図６に示すように立体的な領域となる。

使用する照明器具は、間接照明系の３台の照明器具Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３を、観測者からは光源が見えないように配置している。照明器具Ｌ１としては、バーチカルコーナーライトを観測者の視点位置Ｐに対面する正面壁Ｒａ２の右コーナー近傍に配置する。照明器具Ｌ２としては、床置のホリゾントライトを正面壁Ｒａ２の左コーナー近傍に配置する。照明器具Ｌ３としては、フロアスタンドを背面壁Ｒａ１の左コーナー近傍に配置する。なお、これらの各照明器具Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３は、観測者の手元に配置した調光器３によって調光可能である。

まず、テストパッチＴが背面壁Ｒａ１から２５００ｍｍに位置するようにテストパッチ輝度提示装置１を設置し、各照明器具Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３単体で点灯した場合の「色モード境界輝度Ａ１，Ａ２，Ａ３」を測定した。この「色モード境界輝度Ａ１，Ａ２，Ａ３」の測定は、各照明器具Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３を調光して、部屋の床面中央部に設置した照度計４によって測定される「床面中央照度」を変えた複数の条件下で３回づつ行った。

また、上記複数の条件下において、領域Ｇの「幾何平均輝度Ｂ」の値を、各照明器具Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３の配光データから、ラジオシティ法を用いた計算シミュレーションによって算出した。ここで、領域Ｇにおける照明器具Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３の各「幾何平均輝度Ｂ」の値を、「幾何平均輝度Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３」とする。なお、「幾何平均輝度Ｂ」の単位は［ｃｄ／ｍ^２］である。

図７（ａ）（ｂ）（ｃ）は、上記「色モード境界輝度Ａ１，Ａ２，Ａ３」の測定結果、および上記領域Ｇの「幾何平均輝度Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３」のシミュレーション結果を示す表であり、図７（ａ）は照明器具Ｌ１単体で点灯した場合の結果、図７（ｂ）は照明器具Ｌ２単体で点灯した場合の結果、図７（ｃ）は照明器具Ｌ３単体で点灯した場合の結果を各々示す。

なお、実験設備の内装面の反射率を実際に測定しており、上記シミュレーションに用いる住宅居室Ｒａの内装面の反射率の設定は、天井の反射率を７９％、壁の反射率を８１％、床の反射率を９．８％とし、さらにはロールスクリーン２の反射率を６８％とする。

図８は、領域Ｇの「幾何平均輝度Ｂ」を対数目盛の横軸に、「色モード境界輝度Ａ」を対数目盛の縦軸にとって、図７（ａ）（ｂ）（ｃ）に示す「床面中央照度」を変えた各条件での「色モード境界輝度Ａ１，Ａ２，Ａ３」の測定結果の平均値と、領域Ｇの「幾何平均輝度Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３」のシミュレーション結果との関係をグラフに示したものである。

図８中の直線５１は、全てのプロット点に対して線形回帰で求めた直線であり、線形回帰分析の結果、その決定係数は０．９３と高い値を示している。すなわち、「色モード境界輝度Ａ」と上記領域Ｇの「幾何平均輝度Ｂ」との間には高い相関関係があるといえ、「色モード境界輝度Ａ」と上記領域Ｇの「幾何平均輝度Ｂ」との関係は、下記［数２］で表される。したがって、「色モード境界輝度Ａ」は、上記領域Ｇの「幾何平均輝度Ｂ」から推定することができる。

そして、「明るさ感覚指標Ｆ’」を「色モード境界輝度Ａ」の１／２として定義した場合、「明るさ感覚指標Ｆ’」は下記［数３］で表される。

このように、「色モード境界輝度Ａ」と上記領域Ｇの「幾何平均輝度Ｂ」との相関関係（上記［数２］参照）と、「明るさ感覚指標Ｆ’」と「色モード境界輝度Ａ」との相関関係（上記［数１］参照）とに基づいて、「明るさ感覚指標Ｆ’」を、上記領域Ｇの「幾何平均輝度Ｂ」の関数として規定することができる（上記［数３］参照）。

具体例を以下説明する。図９に示す部屋サイズ：３６００ｍｍ×３６００ｍｍ、天井高さ：２５００ｍｍの居住居室Ｒを標準条件の部屋として設定し、照明器具Ｌ１（バーチカルコーナーライト）を被験者の視点位置Ｐに対面する正面壁Ｒ２の右コーナー近傍に配置する。

そして、この照明器具Ｌ１を対象として、照明器具個別の「明るさ感覚指標Ｆ’」を設定する場合、まず、照明器具Ｌ１を単体で点灯させたときの領域Ｇの「幾何平均輝度Ｂ」を、ラジオシティ法を用いた計算シミュレーションによって算出する。

計算シミュレーションを行う場合、まず、対象とする部屋の条件（大きさ、内装反射率、照明器具の配置等）を設定し、照明器具の条件（光束、配光データ等）に基づいて、各内装面に入射する直射照度を算出する。次に、各内装面を光源とした場合の相互反射成分をラジオシティ法を用いて計算し、最終的に各内装面に入射する光束を決定した後、視点位置、注視点および視野の範囲を設定することで、その視野の範囲における各内装面の輝度分布を得ることができる。

図９に示す居住居室Ｒａであれば、Ｘ軸，Ｙ軸，Ｚ軸を有する３次元空間内で、居住居室Ｒの大きさをＸ方向寸法３６００ｍｍ、Ｙ方向寸法３６００ｍｍ、Ｚ方向寸法２５００ｍｍに設定し、各内装面の内装反射率を設定する。そして、被験者の視点位置Ｐに対面する正面壁Ｒａ２の右コーナー近傍に、所定の光束、配光データ等を有する照明器具Ｌ１（バーチカルコーナーライト）を配置する。さらに、視点位置Ｐの座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）＝（１８００ｍｍ、０ｍｍ、１２５０ｍｍ）、注視点Ｑの位置座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）＝（１８００ｍｍ、３６００ｍｍ、１２５０ｍｍ）とし、視野の範囲を、被験者の視点位置Ｐから視線方向Ｐ１に対して上方向θ１＝３５°、下方向θ２＝５０°、右方向θ３＝５０°、左方向θ４＝５０°の視野角内の領域Ｇとすると、領域Ｇの「幾何平均輝度Ｂ」は６．０［ｃｄ／ｍ^２］というシミュレーション結果を得た。このように、領域Ｇの「幾何平均輝度Ｂ」は、各照明器具の配光データ等に基づいて、ラジオシティ法を用いた計算シミュレーションによって客観的に算出可能である。

そして、照明器具Ｌ１の「明るさ感覚指標Ｆ’」は、上記［数３］に基づいて、Ｆ’＝１．５Ｂ^０．７＝５．３に設定され、「明るさ感覚指標Ｆ’」と「色モード境界輝度Ａ」との相関関係を維持しながら、客観的に算出した領域Ｇの「幾何平均輝度Ｂ」に基づいて個人の主観による誤差の少ない照明空間の「明るさ感覚指標Ｆ’」を容易に得ることができる。

また、照明器具毎の「幾何平均輝度Ｂ」は上記計算シミュレーションによって算出するので、照明器具毎に「色モード境界輝度Ａ」の測定を行う必要はなく、工数の短縮が可能になる。

そして、一室複数灯での間接照明や壁面照明を主体とする部屋においても、部屋の条件を考慮したうえで、カタログ等に記載された照明器具個々の「明るさ感覚指標Ｆ’」の値に基づく足し算を行うことで、専門の知識を持たない一般ユーザでも容易に、所要の明るさ感の照明環境を実現する照明器具の組み合わせを決定することができるのである。

しかしながら、上記のような「明るさ感覚指標Ｆ’」の規定方法は、昼光の入射する窓面等のように他の領域に比べて輝度が高い高輝度部や、他の領域に比べて輝度が低い低輝度部が存在する照明空間は想定していない。一般に、他の領域に比べて輝度が高い高輝度部が室内に存在する場合、その高輝度部に目が順応するために、高輝度部がない場合に比べて照明空間の印象は暗くなる。すなわち、同一の明るさ感覚指標に対して感じる照明空間の明るさ感が、高輝度部がない場合に比べて減少するのである。また、逆に、他の領域に比べて輝度が低い低輝度部が室内に存在する場合、その低輝度部に目が順応するために、低輝度部がない場合に比べて照明空間の印象は明るくなる。すなわち、同一の明るさ感覚指標に対して感じる照明空間の明るさ感が、低輝度部がない場合に比べて増加する。

そこで、本発明では、室内の高輝度部や低輝度部による影響を排除するために「明るさ感覚指標Ｆ’」に補正を施す。

まず、種々の屋外の明るさに対して、窓を有する室内の主観的な明るさ評価を得ることを目的として、昼および夜および夕方に屋外の明るさが時々刻々と変化する間、窓の位置と景色の種類、屋内照明の出力を種々に設定し、室内の明るさを被験者に評価させる主観評価実験を実施した。

部屋は、東（窓外景色は住宅）と北（窓外景色は緑木）の２面が全面ガラスであり、室内側に設置されたロールスクリーンがガラス面を適宜遮光することによって、ガラス面の開口部の位置と大きさを可変として、窓の位置、大きさを任意に設定可能なW５．０ｍ×Ｄ５．０ｍ×Ｈ２．４ｍの実験室であり、天井は天井面全体を光源に見せる光天井、床がフローリング、壁が白クロス張りで構成される。

そして、部屋に設ける窓の位置（窓条件）は、「観測者の対向壁の全面に窓が位置する（窓条件：Ｍ１）」、「部屋幅の１／３、部屋高さと同一寸法の縦長窓が対向壁中央に位置する（窓条件：Ｍ２）」、「部屋高さの１／３、部屋幅と同一寸法の横長窓が対向壁中央に位置する（窓条件：Ｍ３）」、「対向壁の上部２／３に窓が位置する（窓条件：Ｍ４）」の４条件とした。

窓から見える景色の種類（景色条件）は、東面を対向壁とした場合は「住宅」であり、北面を対向壁とした場合は「緑」であり、東面を対向壁とした場合（すなわち、景色条件「住宅」とした場合）は、窓の位置を上述の窓条件Ｍ１〜Ｍ４とし、北面を対向壁とした場合（すなわち、景色条件「緑」とした場合）は、窓の位置を上述の窓条件Ｍ１，Ｍ２とした。

また、室内においては光天井を常に全面発光させるとともに、この光天井以外に他の人工照明が設置されており、照明条件として、昼および夜は、「人工照明のみで床面中央照度を３００ｌｘに設定」し、夕方は、さらに「人工照明を消灯する」、「床面中央照度を窓面鉛直面照度の３％に設定する」、「床面中央照度を窓面鉛直面照度の１０％に設定する」、「床面中央照度を窓面鉛直面照度の３０％に設定する」の４条件を加えた計５条件を設けた。

観測者は５名であり、上記窓条件、景色条件、照明条件を各々設定した条件（以降、環境条件と称す）下で部屋内に着座して眼を開け、この環境条件に３分間順応した後、室内の明るさを評価させた。各観測者が明るさ評価を行い、全観測者の明るさ評価が完了した後に環境条件を変更し、環境条件を変更している間、被験者が眼を閉じて待機するまでを一連の作業とし、次の環境条件を設定した後にこの一連の作業を繰り返した。夕方の時々刻々と昼光が変化する間の実験は、同一日には景色条件と窓条件の組み合せ２通りについて、屋外の明るさが異なる３段階で全照明条件（５条件）における明るさ評価を得た。実験は複数日に亘って実施し、同一の環境条件で１観測者につき３回の明るさ評価データを得た。

そして、各環境条件下において各観測者の明るさに対する主観評価と同時に、窓面鉛直面照度、観測者の顔前鉛直面照度、および観測者の視野内の輝度分布を測定している。観測者視野内の輝度分布からは窓面の幾何平均輝度、および領域Ｇ内の幾何平均輝度（上述の［数３］における「幾何平均輝度Ｂ」）が得られ、領域Ｇ内の幾何平均輝度からは［数３］に基づいて「明るさ感覚指標Ｆ’」が導出される。

実験結果の一例として、窓条件「Ｍ１」且つ景色条件「住宅」における「明るさ感覚指標Ｆ’」と室内の明るさ評価との関係を図１０に示す。この実験結果から、室内の明るさ評価が窓面幾何平均輝度（＝窓外の景色の輝度）によって影響されていることが明らかとなり、「明るさ感覚指標Ｆ’」と「観測者による室内の明るさ評価」との関係が窓外の輝度に依って左右されていることが判明した。

窓外の輝度に影響された「明るさ感覚指標Ｆ’」と「観測者による室内の明るさのカテゴリカル評価」との関係は、図１０中の予測曲線Ｙ１〜Ｙ１０で示され、Ｙ１，Ｙ２，．．．，Ｙ９，Ｙ１０の順に窓面幾何平均輝度が高くなっており、窓面幾何平均輝度が高いほど同一の明るさ感覚指標Ｆ’であっても明るさの評価が低くなり、窓面幾何平均輝度が低いほど同一の明るさ感覚指標Ｆ’であっても明るさの評価が高くなっている。これら予測曲線Ｙ１〜Ｙ１０は、窓の位置と景色の種類の組み合せ毎に、明るさ感覚指標と窓面幾何平均輝度とを変量として、「観測者による室内の明るさ評価」を予測する予測式として示すことが可能である。

明るさ感覚指標と室内の明るさのカテゴリカル評価との対応関係については、全般照明された窓のない標準内装の部屋に代表されるような、室内の輝度分布に大きな変化のない状態においては、既往の実験データから、高い相関関係が成立することが明らかになっている。このことから、窓のある部屋において室内の輝度と窓面の輝度とがほぼ等しい状態、つまり、室内の輝度分布に大きな変化がない状態で得られる明るさ感覚指標と室内の明るさのカテゴリカル評価との対応関係を基準状態として設定する。

例えば、窓面幾何平均輝度と領域Ｇの幾何平均輝度がほぼ等しい基準状態となる条件を、窓面幾何平均輝度と領域Ｇの幾何平均輝度の比が２／３〜３／２の範囲になる場合とすると、基準状態における明るさ感覚指標と室内の明るさのカテゴリカル評価との対応関係は、図１０中の基準曲線Ｙａで示される関係となる。この関係は、明るさ感覚指標のみを変量とした関数として表現することができる。

次に、窓面幾何平均輝度（窓外の景色の輝度）の影響を考慮して、明るさ感覚指標Ｆ’を補正した補正明るさ感覚指標Ｆを算出する方法としては、まず、上述の測定方法で測定した明るさ感覚指標Ｆ’、および測定時の窓面幾何平均輝度に基づいて、景色や窓面輝度の影響を考慮した上述の予測式（予測曲線Ｙ１〜Ｙ１０）のいずれかを用いて部屋の明るさ評価を予測する。そして、基準状態（図１０中の基準曲線Ｙａ）において、上記予測した評価が得られる明るさ感覚指標の値を、補正明るさ感覚指標Ｆとして用いることで、これまでの明るさ感覚指標と室内の明るさ評価との関係を維持したまま、窓面幾何平均輝度の影響を受けた室内の明るさを、明るさ感覚指標で示すことが可能となる。

図１０は、窓条件「Ｍ１」且つ景色条件「住宅」における明るさ感覚指標と室内の明るさとの関係を、窓面幾何平均輝度の変化に応じて例示したものであるが、図１０における予測曲線Ｙ１〜Ｙ１０を示す各予測式において、各予測式に含まれる１つの係数のみを変化させることで、他の窓条件や景色条件においても同様の予測曲線Ｙ１〜Ｙ１０を得ることができる。つまり、代表的な窓条件や景色条件の組み合せ毎に上記係数を求めておくことで、それぞれの窓条件や景色条件に対応した窓面幾何平均輝度の影響を考慮した明るさ感覚指標と観測者による室内の明るさ評価との関係（予測曲線Ｙ１〜Ｙ１０）を規定することが可能となり、測定した明るさ感覚指標Ｆ’と、測定時の窓面幾何平均輝度と、予測曲線Ｙ１〜Ｙ１０と、基準曲線Ｙａとから、窓条件や景色条件の組み合せ毎の補正明るさ感覚指標Ｆを上述のように求めることができる。

このように求められた「補正明るさ感覚指標Ｆ」は、高輝度部または低輝度部の存在に目が順応することの影響を補正されており、この「補正明るさ感覚指標Ｆ」を用いて屋内照明を設計すれば、高輝度部または低輝度部が存在する照明空間において目の順応を考慮して適切な明るさ感を確保した屋内照明を設計することができ、屋内の照明空間における在室者の快適性向上を図ることができる。

なお、上記「所要の明るさ感覚指標Ｆｒ´」についても同様に補正することで、「補正後の所要の明るさ感覚指標Ｆｒ」を得ることができる。

次に、上記「補正明るさ感覚指標Ｆ」を用いて照明器具の調光制御を行う照明制御システムについて説明する。

まず、図１は、照明制御システムの構成を示し、窓Ｗから外光が入射する矩形の部屋Ｒｂの照明空間を照明する照明器具Ｌａと、照明器具Ｌａへ供給する点灯電力を可変として調光制御する制御部１０と、「明るさ感覚指標Ｆ’」を計測する明るさ感覚指標計測部１１と、「補正明るさ感覚指標Ｆ」を導出する明るさ感覚指標補正部１２と、複数のＣＣＤカメラ１３（１３ａ〜１３ｄ）と、窓Ｗに組み込んだ調光ミラーフィルム等の遮光手段１５を駆動することで窓Ｗの開口条件（開口面積、位置等）を可変とする遮光装置１４と、ＣＣＤカメラ１３で撮像された画像データから、撮像範囲内の在室者の顔を画像処理技術によって認識する顔認識処理部１６と、認識した在室者の顔の向き（視野方向）を判断する在室者視野方向検知部１７とで構成される。

そして図２に示すように、部屋Ｒｂには在室者が着席する複数の机Ｄが配置されており、ＣＣＤカメラ１３ａ〜１３ｄは、在室者の目線と略同じ高さ位置に設置されて、その撮像範囲は在室者の視野と略同範囲に設定されており、ＣＣＤカメラ１３ａ，１３ｂ，１３ｄは、窓Ｗを設けている壁面Ｒｂ１，Ｒｂ２，Ｒｂ３の各方向を撮像し、ＣＣＤカメラ１３ｃは、窓Ｗを設けていない壁面Ｒｂ４の方向を撮像している。そして各撮像データは、明るさ感覚指標計測部１１および顔認識処理部１６に出力される。

明るさ感覚指標計測部１１は、図１に示すように、輝度分布測定部１１ａと、幾何平均輝度算出部１１ｂと、明るさ感覚指標算出部１１ｃとで構成される。輝度分布測定部１１ａは、ＣＣＤカメラ１３ａ〜１３ｄの各撮像データに基づいて各撮像空間の輝度分布を測定し、幾何平均輝度算出部１１ｂは、各撮像空間の輝度分布に基づいて各壁面方向における領域Ｇ内の「幾何平均輝度Ｂ」を算出する。そして、明るさ感覚指標算出部１１ｃは、壁面Ｒｂ１〜Ｒｂ４方向の各「幾何平均輝度Ｂ」から上記［数３］にしたがって、在室者が壁面Ｒｂ１〜Ｒｂ４を向いた場合の各「明るさ感覚指標Ｆ’」を算出する。

明るさ感覚指標補正部１２は、図１に示すように、輝度分布測定部１１ａで測定された輝度分布データから窓Ｗの窓面幾何平均輝度を算出する窓面輝度演算部１２ａと、補正明るさ感覚指標算出部１２ｂとで構成されている。そして、補正明るさ感覚指標算出部１２ｂは、窓面輝度演算部１２ａが算出した窓面幾何平均輝度に基づき、壁面Ｒｂ１〜Ｒｂ４における窓条件と景色条件との組み合せ毎に予め設定され、明るさ感覚指標と窓面幾何平均輝度を変量として「観測者による室内の明るさ評価」を予測する予測式（予測曲線Ｙ１〜Ｙ１０のいずれか）を選択し、選択した予測式と、基準曲線Ｙａと、測定した明るさ感覚指標Ｆ’とから「補正明るさ感覚指標Ｆ」を、上述の方法で算出する。なお、窓面輝度演算部１２ａが、輝度分布データから窓Ｗがない（すなわち、輝度分布データに高輝度部または低輝度部がない）と判断した場合、補正明るさ感覚指標算出部１２ｂは明るさ感覚指標Ｆ’に対して補正を行わず、補正明るさ感覚指標Ｆ＝Ｆ’に設定する。

さらに、顔認識処理部１６は、ＣＣＤカメラ１３ａ〜１３ｄで撮像された各画像データから、各撮像範囲内の在室者の顔を画像処理技術によって認識し、在室者視野方向検知部１７が、認識した在室者の顔の向きを判断する。

そして、制御部１０は、在室者の顔が向いている方向（すなわち、在室者の視野方向）にある壁面（Ｒｂ１〜Ｒｂ４のいずれか）を撮像領域に設定しているＣＣＤカメラ（１３ａ〜１３ｄのいすれか）の撮像データに基づいて求めた「補正明るさ感覚指標Ｆ」が、予め設定されている目標値に一致するように照明器具Ｌａを調光制御することで、在室者の視野方向に適応した調光制御を行うことができ、さらには窓Ｗを介して入射する外光の影響を考慮した適切な明るさ感に調光することができる。

このように、窓面等の高輝度あるいは低輝度の箇所が存在する屋内の照明空間において、照明空間内を複数の方向から撮像できるように配置されたＣＣＤカメラ１３ａ〜１３ｄによって、その照明空間の全ての領域に対応した視野内の輝度分布データを取得し、高輝度あるいは低輝度の箇所に対する目の順応を考慮して適切な明るさ感を確保した調光制御を、在室者の視野方向に適応させて行うことができ、屋内の照明空間における在室者の快適性向上を図ることができる。

さらに、窓Ｗに組み込んだ調光ミラーフィルム等の遮光手段１５の光透過率を電気的に可変とする遮光装置１４を設けて、制御部１０は、在室者の視野方向の「補正明るさ感覚指標Ｆ」が目標値となるように照明器具Ｌａを調光制御するとともに、在室者の視野方向の窓Ｗに設けた遮光手段１５に対応する遮光装置１４の動作も連動して制御すれば、調光範囲が広がり、在室者の快適性がさらに向上する。例えば、部屋Ｒｂ内の複数の在室者が向いている方向が別々の場合でも、調光制御とともに遮光装置１４の動作を連動制御することで、全ての在室者の視野方向に適応させた調光制御を行うことが可能となる。ここで、窓Ｗの輝度は遮光装置１４の動作によって変動するが、明るさ感覚指標補正部１２は、遮光装置１４の動作状態を逐次取得して、遮光装置１４の動作状態に応じた適切な「補正明るさ感覚指標Ｆ」を算出している。

また、在室者が向いていない壁面に設けた窓Ｗについては遮光手段１５の光透過率を最大にして、より多くの昼光を室内に取り入れておく。さらに、顔認識処理部１６が画像処理を行い、画像内に人がいないと判断した場合は全ての窓Ｗについて遮光手段１５の光透過率を最大にして、最大の昼光を室内に取り入れるようにする。

このように、窓面等の高輝度あるいは低輝度の箇所が存在する屋内の照明空間において、照明空間内を複数の方向から撮像できるように配置されたＣＣＤカメラ１３ａ〜１３ｄによって、その照明空間の全ての領域に対応した視野内の輝度分布データを取得し、さらにその画像データを処理することで在室者の顔を認識して、在室者の視野の方向ならびに在室者の有無を特定し、在室者の視野の方向ならびに在室者の有無に基づいて、特定の遮光装置１４を動作させることによって、在室者の快適性を維持しながらより多くの昼光を室内に取り入れることが可能となり、照明消費電力の大幅な削減効果が期待できる。

実施形態の照明制御システムの構成を示す図である。同上のＣＣＤカメラの配置を示す図である。同上のテストパッチ輝度提示装置の構成を示す図である。同上の実験設備を示す図である。（ａ）（ｂ）同上の幾何平均輝度を算出する領域を示す平面図である。同上の幾何平均輝度を算出する領域を視線方向から見た図である。（ａ）（ｂ）（ｃ）同上の照明器具毎の実験結果を示す図である。同上の領域Ｇの幾何平均輝度と色モード境界輝度との相関を示す図である。同上の居住居室を示す図である。屋内での明るさ感覚指標と明るさ評価との関係を示す図である。

符号の説明

Ｌａ照明器具
１０制御部
１１明るさ感覚指標計測部
１１ａ輝度分布測定部
１２明るさ感覚指標補正部
１３（１３ａ〜１３ｄ）ＣＣＤカメラ
１４遮光装置
１５遮光手段
１６顔認識処理部
１７在室者視野方向検知部

Claims

屋外との間に光が透過する窓面を設けた屋内の照明空間を照明する照明器具と、
照明空間内で互いに異なる方向から人の視野内の画像を撮像する複数の撮像手段と、
各撮像手段が撮像した画像内の輝度分布を測定する輝度分布測定手段と、
各撮像手段が撮像した画像内の窓面の輝度を測定する窓面輝度演算手段と、
撮像手段が撮像した画像内に存在する人の視野方向を検出する視野方向検知手段と、
当該検出された人の視野方向を撮像した画像内の輝度分布および窓面の輝度に基づいて照明器具を調光制御する制御手段と
を備えることを特徴とする照明制御システム。
窓面の光透過面積を可変とする遮光手段を備え、前記制御手段は、前記検出された人の視野方向を撮像した画像内の輝度分布および窓面の輝度に基づいて、遮光手段を制御することを特徴とする請求項１記載の照明制御システム。