JP2010102894A - 照明システム - Google Patents

Abstract

【課題】作業者自身が動作を指示するのではなく、システム側で作業者の動作を検知し、動作に適した照明を提供することのできる、照明システムを提供する。
【解決手段】作業面上での人の手の状態を検知するセンサ１と、前記センサの出力に基づき、前記作業者の作業内容を推定する演算処理部２と、前記演算処理部２の出力に基づいて照明器具４の点灯制御を行う点灯制御部３と、前記点灯制御部により点灯制御され、前記作業面に光を照射する照明器具と、を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、照明システムに係り、特に行動予測機能を備えた照明システムに関する。

省エネルギー化の観点では、オフィス空間における均一な照明設計は電力の無駄が生じていると考えられている。
そのため、オフィスではタスク（視作業）・アンビエント（環境）照明方式が提唱されている（例えば特許文献１）。これは、タスク照明とアンビエント照明の役割を分割して、それぞれにあわせた照度レベルで制御する方式である。アンビエント照明としては、歩行用照度レベル300〜400[lx]を確保し、タスク照明では視作業内容に適したこれよりも高い照度レベルを確保するように設計している。さらに、アンビエント照明では、歩行用照度レベルだけでは、室内を陰鬱に感じ不快な思いをさせることになるので、視野角の大部分を占める壁面の照度レベルを高め室内全体の明るさ感を維持するような設計も考えられている。

しかしながらパーソナルコンピュータ（ＰＣ）の普及に伴い必要とされる照明設計は従来の書類作業による水平面照度だけではなく鉛直面照度も考慮する必要が生じてきている。作業面と作業領域の周辺の輝度分布は、視対象の見え方に影響し、その周辺が明るすぎても暗すぎても見え方が低下する。また、輝度分布の変化が極端な場合や不連続な場合には、視線の移動に伴う目の順応が追随できず、不快感やグレアなどの原因となり、作業能率の低下や疲労の原因ともなります。そのため、VDT（Visual Display Terminals）作業時はVDT周辺輝度を高めるよう設計することにより眼精疲労が軽減されるといわれている。

例えば、特許文献２では、人の全体または一部の形態を認識して、その認識結果に基づいて照明を制御する照明システムが提案されている。しかしながらこの照明システムでは、通常行なわれない形態、例えば「万歳」のポーズや、「大の字」のポーズなど不審侵入者などが行なわないポーズにかかる形態などを、コンピュータにより認識する。これにより、正当な住人であるか否か、照明を点灯し続ける或いは点滅させるなどの照明制御や、光源を点滅させるなどにより視覚的に刺激を与えるあるいは、違和感を生じさせるなどの警報動作を生ぜしめる。このように、特許文献２の照明システムでは、通常行なわれない形態を検出することで、照明動作の起動或いは変更を実現する。

特開平１１−２８３４１２号公報 特開２００８−１５２９５０号公報

前述したように、特許文献２の照明システムでは、通常行われない形態を検出し、この検出結果に基づき、照明装置の制御や動作の起動を行なうようにしている。しかしながら、その都度、意志表示をし、その動作を画像センサで検出して制御を行う必要があり、作業者が、規定の動作を学習して動作の中に取り入れることが必須であった。このため、作業者が、別途動作に関する規定を学習し、作業中にその意志表示をしなければならず、思考を中断してしまうなど、集中して作業を行なう場合には問題があった。
そこで、本発明は、作業者自身が動作を指示するのではなく、システム側で作業者の動作を検知し、動作に適した照明を提供することのできる、照明システムを提供することを目的とする。
すなわち、本発明では、VDT作業時には、鉛直面輝度を高めるように制御し、書類作業時には水平面照度を高めるように制御するなど、作業者の作業状態を検知し、この検知結果に基づいて照明環境を制御することにより、作業者に対して作業能率を下げることなく快適な照明環境で、かつ必要とされない部分での照度を下げるまたは消灯を自動で制御することにより煩雑な制御操作を必要とすることなく、省エネルギー化を実現することを目的とする。

そこで本発明は、作業面上での人の手の状態を検知するセンサと、前記センサの出力に基づき、前記作業者の作業内容を推定する演算処理部と、前記演算処理部の出力に基づいて照明器具の点灯制御を行う点灯制御部と、前記点灯制御部により点灯制御され、前記作業面に光を照射する照明器具と、を有することを特徴とする。
この構成によれば、作業者が特別に意思表示をすることなく、手の状態をセンサで検出し、作業者の作業内容を推定するようにしているため、作業の継続に障害を与えることなく、省エネルギーでかつ明るさ感、作業効率を維持した室内環境を実現することができる。なお、これは人の眼の動きを検出して、作業内容の推定を行なう場合のように、人の眼の瞬きなどに起因する誤動作の多発も防止可能である。

また本発明は、上記照明システムにおいて、前記センサは前記作業面上での人の手の動きを検知する画像センサであるものを含む。
この構成によれば、手の静的な状態のみを検出するのに比べ、手の動きを検知することで、より作業内容の検出が容易となる。

また本発明は、上記照明システムにおいて、前記照明器具は、前記作業面上と、前記作業面に略直交する鉛直面上とに配光を切り替え可能であるものを含む。
この構成によれば、より効率よく作業面を照射することができる。

また本発明は、上記照明システムにおいて、前記照明器具は、配光の異なる２つ以上のセルより構成され、個別に制御可能であるものを含む。
この構成によれば、容易に照射状態を制御することができる。

また本発明は、上記照明システムにおいて、前記演算処理部は、鉛直面配光用照明を点灯後の点灯時間をカウントするタイマー部を有し、前記制御部は、前記タイマー部の出力に基づき、鉛直面配光用照明を点灯してから一定時間経過後、鉛直面配光用照明を明滅させ一定時間経過を作業者に知らせるように構成されたものを含む。
この構成によれば、PC作業を一定時間継続している作業者に対し、休息を促すなど、警告を発することができ、容易に安全管理を行なうことができる。

上記構成によれば、省エネルギーでかつ明るさ感、作業効率を維持した室内環境を実現することができる。すなわち、室内印象を左右するアンビエント照明については、壁面などを重視して空間の明るさ感を高め、全体的に従来の設計照度よりも低くして省エネルギー化を図る一方で、タスク照明においては、特別な意思表示を行なうことなく、視作業内容にあわせて必要な照度レベルとし、明るさ感、作業効率を低下させないようにすることができる。

次に本発明の実施の形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。
（実施の形態１）
まず本発明の実施の形態１の照明システムのシステム構成について説明する。
図１はシステムブロック図であり、作業面上での人の手の状態を検知する画像センサ１と、前記画像センサ１の出力に基づき、前記作業者の作業内容を推定する演算処理部２と、前記演算処理部２の出力に基づいて照明器具４の点灯制御を行う点灯制御部３と、前記点灯制御部３により点灯制御され、前記作業面に光を照射する照明器具４と、を有することを特徴とする。そして演算処理部２内には、画像センサ１の検出結果を記憶する記憶部６と、記憶部６に記憶されたデータと画像センサ１による検出結果とを照合比較する画像センサ照合比較部５と、データ画像センサ照合比較部５の比較結果と記憶部６（に格納された画像センサ１の検出結果）に基づき、手の位置を検出する、手の位置検出部７と、この検出結果から照明器具４の点灯を制御する照明制御設定部８とが内蔵されており、照明器具４の制御を行う。

ここでまた、画像センサ１は机上面上の動きを撮像するように構成されている。
そして、画像センサ照合比較部５は一定間隔で撮像した画像センサ１による検出結果の記憶部に時系列的に記憶された記憶データからフレーム間差分処理を行い、動作の有無を判断する。基本的に机上面上は手のみ、または手が物を持って動く手の動きを検出することとなる。

またこのとき、画像センサの出力を記憶する記憶部６にはあらかじめ、机の形状、PCの位置などが格納されている。
机の形状としては一般的な大きさ（W1200[mm]、奥行き600[mm]）を検知エリアとして格納していても良い。より精度の高い制御をするためには、机上面に何も置かない状態でディップスイッチ（動作環境設定用スイッチ）を押し、その時の直下とほぼ同等の輝度を有する均一な面を机の形状として、画像センサ１の出力結果を記憶部６に格納しても良い。または、ディップスイッチを押して赤外線を発する器具例えば光学マウスを宙に浮かせて机の輪郭をなぞることにより画像センサ１の出力結果を机の形状として記憶部６に格納しても良い。さらに、通信機能を用いて画像データをPC画面に表示し、そこで机の形状およびPCの位置を入力するようにしても良い。
PCの位置は、机の形状と同様に、ディップスイッチを押して赤外線を発する器具例えば光学マウスを宙に浮かせてPCの輪郭をなぞることにより画像センサ１の検出結果をPCの形状として記憶部６に格納しても良い。または、PCの位置は電源がONになれば飽和するまで温度が上昇するため固定位置での温度上昇を検知するか、一定の時間、輝度の高い面（高輝度面）を検知してPCの位置を判断して記憶部６に画像センサ１の出力結果を一旦出力するようにしても良い。さらに、キーボード、マウスは典型的な形状をしているため画像でのパターン認識により位置を判断しても良い。

手の動作・位置検出部７はオフィスなどの机上面作業を１．PC作業、２．書類の読み書きの２種類に大別して検出する。
１．PC作業時は、PC近傍領域内での動きを検出することにより判断する。
２．書類の読み書き時は、PC近傍領域外での動きを検出することにより判断する。
照明制御設定部８は上記の作業内容に対して個別の照明制御の設定を行う。
１．PC作業時は、表示画面になるべく光を当てないように机に対して鉛直面照度を高める。これは、画面に照射することによる表示コントラストの低下・写りこみを防止して、眼精疲労対策をするものである。
２．書類の読み書き時は、水平面照度を高める。周辺照度が300lx程度の設計の場合、机上面照度が800ｌｘになるよう500ｌｘ程度をタスク照明により照射する。この照度レベルは個人差が大きいためレベル調整つまみにより手動調整してもよい。

また、書類の読み書き時は右手が主に動いている場合は左側から、左手が主に動いている場合右側から光を照射するように照明制御部３によって照明器具４の点灯を制御することにより、手暗がりを防止しても良い。
照明制御は動きを最初に検知した場合、即座に点灯する。しかし、消灯は一定時間内に一度も検知されなかった場合に消灯することとし、タイムラグを設けて置く。そのため、上記２種以外の作業内容、いわゆる書類を見ながらのVDT作業が行われる場合は、両作業用照明がONした状態になる。

なお、画像センサ１に代えて、ＰＩＲ（受動型の赤外線人体検知）センサを用いた場合、静止検知ができない。そこで本実施の形態では、机領域に対してその周縁を含めて1.1倍の領域をサブ領域とし、その領域を通過しないで静止している時は机領域の中で静止したとして静止検知処理をすることにより、画像センサと同等の機能を有することができる。

なお、机上面の動作は全て手の動作によるものであるとしたが、書類も手の動作の一部と判断した場合、動作対象の領域が広く精度が低下する。そのため、手のみを判断するように、肌を検出してその動きを手の動きと判断しても良い。

図２にシステム概略図を示す。（ａ）は側面図、（ｂ）は背面図である。照明器具は机上面上方に位置しそれに付随してセンサ照明制御回路が備え付けられている。照明器具はパーティションに引っ掛ける構造でも、机に取り付ける構造でも、天井からぶら下げる構造でも、床から支持される構造でも良い。
図３に照明器具配光形状を示す。（ａ）書類作業時は光軸Ｌが机上（Ｄ）面に対して略鉛直方向を向いている。（ｂ）PC作業時は光軸Ｌが机（Ｄ）上面に鉛直な面であるパーティション（Ｐ）側に向いている。
図４にセル型照明器具の模式図を示す。この照明器具４は図３５に示すように、２行ｎ列のセル４００ａ１・・・ｂｎからなる光源本体４００と、この椅子側に配置された、状態設定用のディップスイッチ４０１と、レベル調整つまみ４０２と、これらディップスイッチ４０１およびレベル調整つまみ４０２に対向する側に設けられたＣＣＤセンサからなる画像センサ１とで構成され、照射方向を調整できるように構成されている。パーティション側のセル４００ｂ１・・・ｂｎはPC作業時配光を有し、椅子側のセル４００ａ１・・・４００ａｎは書類作業時配光を有するように光学設計されている。セルは個別に制御され、一列の内、部分的に点灯することにより、手暗がりを防ぐよう、右側から照射、左側から照射することが可能となる。また、各セルを独立して点灯制御できるため、種々のシーンへの対応が可能である。

図５に図４のA-A’断面図でのセル構造を示す。図５に示すように、セル構成される光源４００は素子自体を傾けることにより、２種の配光を実現するものである。書類の読み書き時であると判定された場合は、図５に示すように、２列のＬＥＤセル４００ａ、４００ｂのうち、４００ｂのみを点灯して水平面照度を高める。一方、PC作業時であると判断された場合、４００ａのみを点灯して机に対して鉛直な面いわゆるパーティション面の照度を高める。ここでセルの上面には照明制御部３を構成する照明制御回路３００が配置されている。

ここで画像センサ１は、1/3インチサイズの撮像素子とレンズなどで構成される。
検出波長は、人体が出す赤外線の7〜10μmに対して良好な感度を持つものとする。

また演算処理部２は、8ビットADコンバータにより画像を512×512の解像度でデジタルデータとして入力し、画像処理用CPUにより画像処理を行う。

またPC近傍領域は、例えばキーボード450[mm]×160[mm]、マウス操作領域200[mm]×200[mm]と合わせて、約700[ｍｍ]角を、ディスプレイ・キーボード・マウスを含む領域で設定する。

さらに、照明装置は、前述したように出射面が２つ以上のセルにより構成されている。
具体的にはLEDパッケージをｎ行２列配置しており、それぞれにアドレスを有し、個別に制御を行うことが可能である。

図６に人の手を検出する画像センサ比較部５、記憶部６および手の動作・位置検出部７の処理を示す。記憶部６には予め机上面領域、PC作業領域を含む基準画像が記憶されている。画像センサ比較部５により画像センサ１からの取得画像のフレーム間処理を行い、時刻ｔと時刻t-nの輝度差を算出することで、対象となる手の動作を検出する。手の動作・位置検出部７では、記憶部６との比較で検出された手の位置が机上面領域内・PC作業領域内か否かを判断する。

次に、この照明システムの動作について説明する。
図７はこの照明システムの動作を示すフローチャートである。
まず点灯フローを説明する。画像センサ１による画像データを取得する。画像センサ照合比較部５でフレーム間処理を行い、時刻ｔと時刻ｔ-ｎの輝度差を算出し、２値化データを作成する。手の動作・位置検出部６により手を机上面領域内に検出したか否かを判断する。さらに手の位置がPC作業領域内か否かを判断する。PC作業領域内と判断された場合、図４に示すように、２列のＬＥＤセルのうち４００ａの列のセルにより、鉛直面照明を点灯する。PC作業領域外と判断された場合、水平面照明を点灯する。
また、机上面領域内、PC作業領域外と判断された場合、図４に示すように、２列のＬＥＤセルのうち４００ｂの列のセルにより、水平面照明を点灯する。
一方消灯フローは、一旦点灯してから各領域内に手を検出しなかった場合、即座に消灯すると、煩雑でとても煩わしいシステムとなる。そのため、領域内に手を検出しない時間がある一定の時間以上になった場合消灯するようにする。H時間は水平面照明が点灯状態でPC作業領域を除く机上面領域内に手を検出しなかった時間を積算したもので、再度PC作業領域を除く机上面領域内に手を検出した場合、H時間をクリアして、H時間が一定時間以上になった場合、水平面照明を消灯するものである。V時間は鉛直面照明が点灯状態でPC作業領域内に手を検出しなかった時間を積算したもので、再度PC作業領域内に手を検出した場合、V時間をクリアして、V時間が一定時間以上になった場合、鉛直面照明を消灯するものである。

以上説明したように、照明制御は動きを最初に検知した場合、即座に点灯する。しかし、消灯は一定時間内に一度も検知されなかった場合に消灯することとし、タイムラグを設けておく。そのため、上記２種以外の作業内容、いわゆる書類を見ながらのVDT作業が行われる場合は、両作業用照明がONした状態になる。

また、ここでは２列のＬＥＤセル４００ａ、４００ｂを列ごとに点灯制御したが、セルごとに独立して点灯することも可能である。これにより細かな点灯制御が可能となる。そのため、書類の読み書き時は右手が主に動いている場合は左側から、左手が主に動いている場合、右側から光を照射するように照明制御部３によって照明器具４の点灯を制御することにより、手暗がりを防止しても良い。

上記照明システムによれば、省エネルギーでかつ明るさ感、作業効率を維持した室内環境を実現することができる。すなわち、室内印象を左右するアンビエント照明については、壁面などを重視して空間の明るさ度を高め、全体的に従来の設計照度よりも低くして省エネルギー化を図る一方で、タスク照明においては、特別な意思表示を行なうことなく、視作業内容にあわせて必要な照度レベルとし、明るさ感、作業効率を低下させないようにすることができる。

なお、画像センサ１に代えて、ＰＩＲ（受動型の赤外線人体検知）センサを用いた場合、静止検知ができない。そこで本実施の形態では、机領域に対してその周縁を含めて1.1倍の領域をサブ領域とし、その領域を通過しないで静止している時は机領域の中で静止したとして静止検知処理をすることにより、画像センサと同等の機能を有することができる。

なお、図５に示したように、前記実施の形態ではＬＥＤセルの方向を変化することで照射方向を制御したが、図８に示すように、集光部材にプリズムレンズを付加した光学部材４０３をＬＥＤセル４００ａ、４００ｂの一方であるＬＥＤセル４００ａの列の前面に配置し、この光学部材４０３の方向を調整することで照射方向を調整することができる。このように、ＬＥＤ素子を傾ける事無く、出射面に光学部材４０３を付加することにより、実現するものである。製造上、傾斜湾曲は精度が出しにくいので、光学部材を付加することで、配光精度を高めることができる。また、部材を付加することは価格が高くなるというデメリットもある。

また、図９に示すように、照明制御回路３００の前面に有機ＥＬ素子４０４ａ、４０４ｂを配置しておき、有機ＥＬ素子を湾曲させて、配光を制御するようにしてもよい。

また図１０に示すように、有機ＥＬ素子を光源として用いる場合にも一方にプリズムレンズや偏向シートなどの光学部材４０５を付加するようにしてもよい。

（実施の形態２）
図１１は本発明の実施の形態２の照明システムを示すシステムブロック図であり、基本構成も基本動作も図１に示した実施の形態１の照明システムと同様である。
本実施の形態で、実施の形態１と異なるのは手の動作・位置検出部に代えて、手の動きではなく手の形状・位置を検出する手の形状・位置検出部１７を具備し、この手の形状・位置検出部１７により照明手法を判定することである。
また、本実施の形態では、机上面上の手の形状を撮像するためセンサとしては赤外線画像センサ１１として赤外線カメラを用いる。

赤外線カメラを用いることにより、例えば30度前後の物体だけを検知するように設定した場合、手は検知できるが、その他の温度の背景などは全て無視でき、手の領域のみを正確に抜き出すことができる。更に撮像された画像にエッジ検出処理を施すことにより、手の形状を精度よく検出できる。エッジ検出に際しては、人の手の輪郭を検出するが、輪郭とは、物体の外縁をあらわす線、または画像を特徴づける線要素であり、画像処理において輪郭を抽出することを「輪郭抽出」または「エッジ抽出」と呼ぶ。輪郭は濃度値が急激に変化する部分であるので、関数の変化分を取り出す微分演算が輪郭抽出に利用可能である。微分には1次微分（グラディエント）と2次微分（ラプラシアン）があり、ともに輪郭抽出に利用されている。

肌の検出に際しては、近赤外マルチバンドによる人感センサなどが開発されており、肌特有の970[nm]弱吸収帯を利用し、870[nm]との比較により肌を検出することが可能である。
図１２および１３に手の代表的な形状を示す。
図１２（ａ）および（ｂ）は、ＰＣ操作時の手の状態を示し、（ａ）は、キーボードを打つ手、（ｂ）は、マウスを動作する手を示す。なお、制御は上記以外の手の形状が検出される場合があるため、一定時間内での手の形状の出現率により判断する。
図１３（ａ）および（ｂ）は、書類の読み書き時の手の状態を示し、（ａ）は本をめくる手、（ｂ）は、鉛筆を持つ手を示す。なお、制御は上記以外の手の形状が検出される場合があるため、一定時間内での手の形状の出現率により判断する。

本実施の形態においは、２種類の作業内容の検出方法としては、赤外線カメラの出力に対してエッジ検出処理を行うようにしている。
１．PC作業時は、キーボード入力の際、手は開いて指が３本以上離れて、伸びている。マウス入力の際も、手は開いて指が３本以上離れて、伸びていることにより判断する。
２．書類の読み書き時は、指が２本以下離れて認識され、曲っていることにより判断する。
このように、手の動きではなく手の状態をエッジ検出処理で検出することで、より容易に作業内容を判断することができる。

（実施の形態３）
図１４は本発明の実施の形態３の照明システムを示すシステムブロック図であり、基本構成も基本動作も図１に示した実施の形態１の照明システムと同様である。
本実施の形態で、実施の形態１と異なるのはVDT作業時間での休息を知らせる機能を付加するためにタイマー９を照明器具に付加した点である。
厚生労働省が平成１４年４月５日に発表した『新ＶＤＴ作業ガイドライン』では「一連続作業時間は1時間を越えないようにすること。連続作業と連続作業の間に10〜15分の作業休止時間を設けること。」と明記されている。VDT作業者は作業に熱中するあまり、時間の経過を忘れてしまいがちである。更に、自分で時間を見て管理するのは非常に煩わしい。そのため、タイマー機能を照明器具に付加することにより、一定時間、約1時間経過後に照明を点滅または変化させることにより、作業者に休息を促す。

タイマー９は、一般的にはあらかじめ時間を設定し、残り時間0となった時に、ブザーや発光で設定された時間が経過した事を知らせるように構成されている。
この構成によれば、作業者の眼精疲労を抑制し、作業環境の改善をはかることができる。

本発明の実施の形態１の照明システムを示すブロック図 本発明の実施の形態１の照明システムの概略構成を示す図 本発明の実施の形態１の照明システムの配光状況を示す図 本発明の実施の形態１の照明システムで用いられる照明器具の上面図 図４のＡ−Ａ断面図 本発明の実施の形態１の照明システムにおける画像処理を示す説明図 本発明の実施の形態１の照明システムの動作を示すフローチャート図 本発明の実施の形態１の照明システムで用いられる照明器具の変形例 本発明の実施の形態１の照明システムで用いられる照明器具の変形例 本発明の実施の形態１の照明システムで用いられる照明器具の変形例 本発明の実施の形態２の照明システムを示すブロック図 ＰＣ作業時の手の状態を示す図 書類の読み書き時の手の状態を示す図 本発明の実施の形態３の照明システムを示すブロック図

符号の説明

１ 画像センサ
２ 演算処理部
３ 点灯制御部
４ 照明器具
５ 比較部
６ 記憶部
７ 手の動作・位置検出部
８ 照明制御設定部
９ タイマー部
Ｐ パーティション
Ｄ 机
Ｃ 椅子
Ｌ 光軸

Claims (5)

1. 作業面上での人の手の状態を検知するセンサと、
   前記センサの出力に基づき、前記作業者の作業内容を推定する演算処理部と、
   前記演算処理部の出力に基づいて照明器具の点灯制御を行う点灯制御部と、
   前記点灯制御部により点灯制御され、前記作業面に光を照射する照明器具と、を有する照明システム。
2. 請求項１に記載の照明システムであって、
   前記センサは前記作業面上での人の手の動きを検知するように構成された画像センサである照明システム。
3. 請求項１または２に記載の照明システムであって、
   前記照明器具は、前記作業面上と、前記作業面に略直交する鉛直面上とに配光を切り替え可能である照明システム。
4. 請求項１または２に記載の照明システムであって、
   前記照明器具は、配光の異なる２つ以上のセルより構成され、個別に制御可能である照明システム。
5. 請求項３または４に記載の照明システムであって、
   前記演算処理部は、鉛直面配光用照明を点灯後の点灯時間をカウントするタイマー部を有し、
   前記制御部は、前記タイマー部の出力に基づき、鉛直面配光用照明を点灯してから一定時間経過後、鉛直面配光用照明を明滅させ一定時間経過を作業者に知らせるように構成された照明システム。