JP2010103020A

JP2010103020A - 照明システム

Info

Publication number: JP2010103020A
Application number: JP2008274813A
Authority: JP
Inventors: Tetsuya Tanigawa; 哲也谷川; Shinji Matsuda; 真二松田
Original assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2008-10-24
Filing date: 2008-10-24
Publication date: 2010-05-06
Anticipated expiration: 2028-10-24
Also published as: JP5558690B2

Abstract

【課題】明るさセンサにより照明対象の明るさを検知し、その検知値に基づいてＬＥＤ照明器具を調光制御する照明システムにおいて、明るさの検知を正確、かつ迅速に行い、これによりＬＥＤ照明器具のフィードバック制御の高精度化及び迅速化を図る。
【解決手段】照明システム１の制御部４は、ＬＥＤ２１に印加される矩形波の点灯電圧がオンであるときに明るさセンサ３による検知を行い、そのときのセンサ電圧値にそのときのデューティ比を乗じて現在の明るさとし、その明るさに基づいて、ＬＥＤ２１に供給する電流の矩形波信号のデューティ比をフィードバック制御する。従って、例えば点灯電圧がオンである時間よりも検知時間の方が短い場合であっても、検知時間の影響を受けることなく、明るさを正確に検知できる。また、明るさの検知は点灯電圧の１周期のうち１度だけでもよいので、検知が迅速になる。
【選択図】図１

Description

本発明は、照明対象の明るさを検知し、その明るさが所望の値となるように照明器具をフィードバック制御する照明システムに関する。

従来から、この種の照明システムにおいては、昼光等の外光が無い状態で、照明器具の調光率が制御されて、照明対象の明るさが希望の明るさとなり、そのときの明るさセンサのセンサ電圧が基準値として記憶される。そして、外光が有る状態で、明るさセンサのセンサ電圧と上述の基準値とが比較され、センサ電圧が基準値よりも高いときには調光率が下げられ、センサ電圧が基準値よりも低いときには調光率が上げられる。このようにして、外光があっても照明対象の明るさが所望の値で一定に保たれる。

この種の照明システムの構成例として、蛍光灯を照明器具の光源とした照明システムの構成を図５（ａ）に示す。この照明システムは、蛍光灯１０と、明るさセンサ１１と、明るさセンサ１１による明るさの検知結果に応じて蛍光灯１０を調光制御する制御部１２とを備え、それらは伝送線路１３で互いに接続されている。明るさセンサ１１は、蛍光灯１０により照明される机上面からの反射光を検知し、反射光量に比例したセンサ電圧を出力する。検知は所定時間、行われ、制御部１２はその所定時間におけるセンサ電圧の平均値を算出する。そして、制御部１２は、その平均値に基づき、机上面の明るさが所定値と一致するように蛍光灯１０の光出力をフィードバック制御する。

蛍光灯１０を点灯駆動する点灯安定器としては、例えば周波数５０［ＫＨｚ］（周期［２０μｓｅｃ］）の高周波の点灯電圧を出力するインバータが用いられる。この場合、図５（ｂ）に示されるように、蛍光灯１０の光出力の周波数は１００［ｋＨｚ］であり、明るさセンサによる検知時間Ｔｓは数１０［μｓ］であることから、検知時間Ｔｓは光出力の周期よりも十分に長い。このため、光出力の変化を複数の周期に亘って検知でき、算出される平均値は正確な値となる。従って、検知時間が平均値に影響を与えることは殆んど無く、高精度なフィードバック制御が可能となる。

上記の照明システムにおいては、照明器具の光源が蛍光灯１０であるが、これに代えて、ＬＥＤを用いたいとの要請がある。そこで、ＬＥＤを照明器具の光源とした照明システムの構成を図６（ａ）に示す。このＬＥＤ１４を調光制御する技法としては、ＬＥＤ１４に供給される電流を矩形波化し、その矩形波信号を所望の調光率に応じてＰＷＭ制御する方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。この調光制御方法においては、一般に、商用電源が矩形波信号の生成に用いられる。図６（ｂ）に示されるように、その矩形波信号の周波数は例えば５０［Ｈｚ］であり、明るさセンサによる検知時間Ｔｓは数１０［μｓ］であることから、検知時間ＴｓがＬＥＤ１４の光出力の周期よりも短くなる。従って、蛍光灯１０の場合とは異なり、光出力の平均値を算出しても不正確な値となり、その平均値に基づくフィードバック制御は精度の低いものとなる。

そこで、図７に示されるように、光出力の１周期内の明るさ検知回数を増やすことが考えられる。このようにすれば、１周期内の光出力の平均値を正確に求めることが可能になる。しかしながら、平均値を求めるに際して、１周期内のセンサ電圧値の和を計算する必要があり、その計算は１周期が過ぎるまでにし終えることはできないので、演算に時間が掛かり、フィードバック制御の応答速度が遅くなってしまう。
特開２００４−２１４５１９号公報

本発明は、上記の従来の問題を解決するためになされたものであり、明るさセンサにより照明対象の明るさを検知し、その検知値に基づいてＬＥＤ照明器具を調光制御する照明システムにおいて、明るさの検知を正確、かつ迅速に行うことができ、これによりＬＥＤ照明器具のフィードバック制御の高精度化及び迅速化を図ることができる照明システムを提供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の発明は、ＬＥＤを有するＬＥＤ照明器具と、前記ＬＥＤ照明器具による照明対象の明るさを検知する明るさセンサと、前記明るさセンサによる検知値に基づき、前記照明対象の明るさが予め設定された設定値と一致するように、前記ＬＥＤに供給される電流を制御して該ＬＥＤ照明器具を調光制御する制御部と、を備えた照明システムにおいて、前記制御部は、前記ＬＥＤに供給される電流の振幅を略一定に保った状態でその電流をオン／オフして矩形波信号として矩形波の点灯電圧を該ＬＥＤに印加し、前記設定値に応じてその矩形波信号のデューティ比を制御し、該矩形波信号がオンであるときに前記明るさセンサによる検知を行い、そのときの検知値にそのときのデューティ比を乗じて現在の明るさとし、その明るさに基づいて矩形波信号のデューティ比をフィードバック制御するものである。

請求項２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、前記点灯電圧がオフであるときに前記明るさセンサによる検知を行い、その検知値を外光による明るさと認識し、その明るさに基づいて矩形波信号のデューティ比をフィードバック制御するものである。

請求項１の発明によれば、ＬＥＤに印加される矩形波の点灯電圧がオンであるときに明るさの検知が行われ、その検知値にそのときのデューティ比が乗算されて現在の明るさとされるので、例えば点灯電圧がオンである時間よりも検知時間の方が短い場合であっても、検知時間の影響を受けることなく、明るさを正確に検知できる。従って、明るさに基づくフィードバック制御の高精度化を図れる。また、明るさセンサによる検知は点灯電圧の１周期のうち１度だけでもよいので、検知が迅速になり、従ってフィードバック制御の迅速化を図れる。

請求項２の発明によれば、ＬＥＤ照明器具が点灯していないときに明るさが検知されるので、バックグランドデータである外光の明るさを検知でき、従って外光補正を行う場合に、正確な調光制御を行うことができる。

本発明の一実施形態に係る照明システムについて図面を参照して説明する。図１は、本実施形態の照明システムの電気的構成を示す。この照明システム１は、ＬＥＤ照明器具２（以下、照明器具２と略記）と、照明器具２による照明対象の明るさ、すなわち照度を検知するフォトダイオード等で構成された明るさセンサ３（以下、センサ３と略記）と、センサ３から出力されるセンサ電圧値（検知値）に基づき、照明対象の明るさ（以下、単に明るさという）が予め設定された設定値と一致するように、照明器具２を調光制御する制御部４と、を備える。照明器具２及びセンサ３は天井等に設けられ、制御部４は天井裏又は壁等に設けられる。照明器具２は机上面等を照明対象とし、センサ３はその照明対象で反射した照明器具２の光と外光を検知する。外光には昼光が含まれる。

照明器具２は、ＬＥＤ２１と、交流電源５からＬＥＤ２１に供給される電流を制御する電流制御部２２とを備える。電流制御部２２は、マイクロコンピュータ（以下、マイコンと略記）等で構成され、制御部４から送出される制御信号（Ａ点の信号）に基づいてＬＥＤ２１への供給電流を制御する。この供給電流の制御においては、供給電流の振幅が略一定に保たれた状態でその電流がオン／オフされて矩形波信号とされる。電流制御部２２は、この電流制御を行うことで、矩形波の点灯電圧をＬＥＤ２１に印加する。上述の制御信号は、この矩形波信号のデューティ比を指示する信号であり、電流制御部２２は、その制御信号に基づいて矩形波信号のデューティ比を制御し、これにより点灯電圧のデューティ比を制御する。矩形波信号と点灯電圧とでは、周波数、オン／オフのタイミング、及びデューティ比は略同じとなる。なお、矩形波信号の振幅は、デューティ比を変えることで調光できる範囲を拡げるため、ＬＥＤ２１の規格内で最大の電流値であることが望ましい。照明器具２の台数は単数であっても複数であってもよい。

ここで、上述の制御信号及び矩形波の点灯電圧の各波形とそれらの対応関係を図２に示す。制御信号は、ＰＷＭ制御されたＰＷＭ信号であり、矩形波の点灯電圧に持たせたいデューティ比と同じデューティ比を有する。点灯電圧は、制御信号がオンの区間でオンとされ、オフの区間でオフとされている。従って、制御信号と点灯電圧とでは、デューティ比が略同じとされ、例えば、制御信号のデューティ比が５０％、７５％のときには、矩形波信号のそれも夫々５０％、７５％となる。また、制御信号と点灯電圧とでは、周波数及びオン／オフのタイミングも略同じとされる。このため、制御部４は、制御信号の周波数、オン／オフのタイミング及びデューティ比を制御することで、点灯電圧のそれらを制御できる。また、点灯電圧のオン／オフのタイミングを把握できる。

制御部４は、マイコン等で構成され、予め設定された明るさの設定値に関する各種情報を記憶した明るさ記憶部４１を有する。明るさ記憶部４１はフラッシュメモリ等で構成され、明るさ記憶部４１には、外光が無い状態で明るさを設定値とするのに必要な矩形波信号のデューティ比と、外光が無い状態で明るさが設定値となったときのセンサ３のセンサ電圧値にそのときの矩形波信号のデューティ比を乗じて得た値、すなわち明るさの基準値とを記憶している。上述のデューティ比は、外光が無い状態で照明器具２を点灯させ、明るさを照度計で図りながら矩形波信号のデューティ比を変化させて、明るさが所望の設定値（例えば７５０［ｌｘ］）になったときのデューティ比である。ここに、このデューティ比をデューティ比の初期値という。

制御部４は、電流制御部２２を制御して矩形波信号を生成し、さらにその信号のデューティ比を上述の初期値に合わせ、その信号でもってＬＥＤ２１を点灯させる。そして、制御部４は、センサ３による検知をタイミングを制御して行う。その検知タイミング例を図３に示す。同図に示されるように、センサ３による検知は矩形波の点灯電圧がオンであるタイミングで行われる。この検知は、点灯電圧の１周期毎に行われても、所定の複数周期毎に行われてもよい。制御部４は、上述のセンサ３による検知時のセンサ電圧値にそのときの点灯電圧のデューティ比すなわち矩形波信号のそれを乗じて現在の明るさとし、その明るさに基づいて矩形波信号のデューティ比をフィードバック制御する。このフィードバック制御においては、現在の明るさと、明るさ記憶部４１に格納された明るさの基準値とが比較され、現在の明るさが基準値よりも高いときにはデューティ比が下げられ、現在の明るさが基準値よりも低いときにはデューティ比が上げられる。このようにして、外光があっても照明対象の明るさが所望の値で一定に保たれる。

上記のようにされた本実施形態においては、ＬＥＤ２１に印加される矩形波の点灯電圧がオンであるタイミングで明るさの検知が行われ、その検知値にそのときのデューティ比が乗算されて現在の明るさとされるので、例えば点灯電圧がオンである時間よりも検知時間の方が短い場合であっても、検知時間の影響を受けることなく、明るさを正確に検知できる。従って、明るさに基づくフィードバック制御の高精度化を図れる。また、明るさセンサによる検知は点灯電圧の１周期のうち１度だけでもよいので、検知が迅速になり、従って、フィードバック制御の迅速化を図れる。

なお、制御部４は、上記とは別のタイミングでセンサ３による検知を行ってもよい。その例を図４に示す。この例は、矩形波の点灯電圧がオフのタイミングでセンサ３による検知を行うものである。制御部４は、矩形波の点灯電圧がオフのときのセンサ電圧値を外光による明るさと認識し、その明るさに基づいて矩形波信号のデューティ比をフィードバック制御する。このフィードバック制御においては、例えば、センサ電圧値が所定の閾値以下になった場合に矩形波信号のデューティ比が略５［％］高められる。このように、照明器具２が点灯していないときに明るさが検知されるので、これによりバックグランドデータである外光の明るさを検知でき、従って、外光補正を行う場合に、正確な調光制御を行うことができる。

本発明は、上記の実施形態の構成に限定されるものでなく、使用目的に応じ、様々な変形が可能である。例えば、制御部４から送出される制御信号は、矩形波信号のデューティ比を電流制御部２２へ指示できる信号であればよく、そのデューティ比情報を含むデジタル信号であっても、又はデューティ比に応じて波高値が制御された信号であってもよい。

本発明の一実施形態に係る照明システムの電気的構成図。上記システムの制御信号と点灯電圧の波形図。上記システムにおける明るさ検知タイミングを説明するための図。上記とは別の明るさ検知タイミングを説明するための図。（ａ）は従来の照明システムの構成図、（ｂ）は同システムの光出力と明るさ検知の関係を示す図。（ａ）は上記とは別の従来の照明システムの構成図、（ｂ）は同システムの光出力と明るさ検知の関係を示す図。上記とはさらに別の従来の照明システムにおける光出力と明るさ検知の関係を示す図。

符号の説明

１照明システム
２ＬＥＤ照明器具
２１ＬＥＤ
３明るさセンサ
４制御部

Claims

ＬＥＤを有するＬＥＤ照明器具と、前記ＬＥＤ照明器具による照明対象の明るさを検知する明るさセンサと、前記明るさセンサによる検知値に基づき、前記照明対象の明るさが予め設定された設定値と一致するように、前記ＬＥＤに供給される電流を制御して該ＬＥＤ照明器具を調光制御する制御部と、を備えた照明システムにおいて、
前記制御部は、前記ＬＥＤに供給される電流の振幅を略一定に保った状態でその電流をオン／オフして矩形波信号として矩形波の点灯電圧を該ＬＥＤに印加し、前記設定値に応じてその矩形波信号のデューティ比を制御し、該点灯電圧がオンであるときに前記明るさセンサによる検知を行い、そのときの検知値にそのときのデューティ比を乗じて現在の明るさとし、その明るさに基づいて矩形波信号のデューティ比をフィードバック制御することを特徴とする照明システム。
前記制御部は、前記点灯電圧がオフであるときに前記明るさセンサによる検知を行い、その検知値を外光による明るさと認識し、その明るさに基づいて矩形波信号のデューティ比をフィードバック制御することを特徴とする請求項１に記載の照明システム。