JP2011159494A

JP2011159494A - 照度センサー付き照明器具

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Publication number: JP2011159494A
Application number: JP2010020289A
Authority: JP
Inventors: Sadao Nakano; 貞生中野; Kanji Satake; 勘二佐竹
Original assignee: NAKANO ENGINEERING CO Ltd
Current assignee: NAKANO ENGINEERING CO Ltd
Priority date: 2010-02-01
Filing date: 2010-02-01
Publication date: 2011-08-18

Abstract

【課題】照度センサーの出力に基づいてから比較器へ供給される入力電圧の電圧値又は基準電圧を変更することによって、比較的明るい状態で点灯させ、かつ点灯照度と消灯照度の差(ヒステリシス)を比較的広くできる照度センサー付き照明器具を提供することである。
【解決手段】照度センサー付き照明器具は、半導体型照度センサーＰＳと、該照度センサーの光電流を変換する電流電圧変換部１０と、変換電圧を入力電圧として、基準電圧と比較し、２値電圧信号を出力する比較部２０と、前記比較部からの２値電圧信号に基づいて、光源を点灯又は消灯させる点灯回路部４０と、前記光源の点灯時と消灯時とで前記基準電圧又は前記入力電圧を、前記２値電圧信号に応じて所定値以上の電圧幅で変更して、点灯時の外光照度と消灯時の外光照度に所定幅以上の差(ヒステリシス)を付与する切換部３０と、を具備したものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、照度センサー付き照明器具に係り、特に点灯照度と消灯照度に差(ヒステリシス)を有する、照度センサー付き照明器具に関するものである。

照度センサーを用いた照明器具は、外光(周辺)の明るさが暗くなる時にある照度で点灯し、外光の明るさが暗闇状態から明るくなるある照度で消灯するように、点灯及び消灯が自動的に制御される。しかし、照度センサーが照明器具内に一体的に設けられた、照度センサー内蔵の照明器具では、光源と照度センサーが距離的に近くに配置される関係で、点灯時に自己の光によって、一瞬消灯し、再び点灯する現象が発生し、点灯時の一瞬間は不安定な状態となるため、照度センサー周辺に自己の光の影響を受けないように、遮断物を配置している。

昨今、光源にＬＥＤが採用され、照明器具の構造が一変し、また環境に優しい商品が要求され、照度センサーも環境上、カドミュウムを使用せずにフォトダイオードと増幅回路とをＩＣ化した照度センサーが主流となってきている。

ＬＥＤの点灯時の光源の強さから照度センサーヘの影響が大きく、自己の光による影響を抑えるため、点灯時の照度センサー感度の比較的低い５Ｌｘ近辺に点灯照度を設定している照明器具が多い。なお、外光の明るさ(照度)をＬｘとし、その照度における照度センサーの出力電流をｉとすると、感度はｄｉ／ｄＬｘと表すことができる(図３参照)。

以下に点灯時の照度(点灯照度)と消灯時の照度(消灯照度)とに差(ヒステリシス特性)を有する照明器具の従来例を説明する。

従来例の照度センサーＡは、例えば図８に示すように、所定の電圧を出力する定電圧回路１と、外光の明るさに応じた光電流を発生するフォトダイオードＰＤと、前記光電流を電圧に変換し、適宜設定可能な増幅率で増幅する変換増幅部２と、変換増幅部２から出力される増幅電圧Ｖinを基準電圧Ｖrefと比較し、比較結果に応じた２値の出力電圧信号Ｖoutを出力することで外部のトライアックＱ(図示略)を開閉制御して、照明負荷Ｌｐ(図示略)への給電状態と給電停止状態とを切り換える比較部３とを備えている。

変換増幅部２は、入力端間にフォトダイオードＰＤが接続された電圧変換及び増幅用のオペアンプＯＰと、オペアンプＯＰの反転入力端と出力端の間に接続される負帰還用の可変抵抗ＶＲ1とを備え、可変抵抗ＶＲ1の抵抗値を適宜設定することによって、光電流が変換された電圧を前記抵抗値に応じた増幅率で増幅し増幅電圧Ｖinを出力する。このように光電流を電圧に変換する負帰還回路として構成された変換増幅部２は、外光の明るさに対する増幅電圧Ｖinにおいて直線特性を備えている。

比較部３は、定電圧回路１の出力電圧を分圧する抵抗Ｒ12，Ｒ13の直列回路と、反転入力端にオペアンプＯＰの出力端が接続され、非反転入力端に抵抗Ｒ12，Ｒ13の接続点が接続されたコンパレータＣＭＰと、コンパレータＣＭＰの非反転入力端と出力端の間に接続される抵抗Ｒ14とを備えている。

上述のような照度センサーＡでは、フォトダイオードＰＤが外光を受けると、外光の明るさに応じた光電流を発生し、変換増幅部２が前記光電流を上述のように電圧変換および増幅して増幅電圧Ｖinを出力し、そして比較部３が、コンパレータＣＭＰで増幅電圧Ｖinを、抵抗Ｒ12，Ｒ13により定電圧回路１の出力電圧が分圧された基準電圧Ｖrefと比較し、比較結果に応じて出力端からＨレベル又はＬレベルの出力電圧信号Ｖoutを出力する。例えば、増幅電圧Ｖinが基準電圧Ｖrefよりも大きければ、比較部３からＬレベルの出力電圧信号Ｖoutが出力され、逆に増幅電圧Ｖinが基準電圧Ｖrefよりも小さければ、Ｈレベルの出力電圧信号Ｖoutが出力される。これにより、自動点滅する照明器具は、外光の明るさに応じて照度センサーＡから出力される出力電圧信号Ｖoutによって、出力電圧信号ＶoutがＨレベルであればトライアックＱをオンして照明負荷Ｌｐを点灯させ、出力電圧信号ＶoutがＬレベルであればトライアックＱをオフして照明負荷Ｌｐを消灯させる。

ところで、自動点滅する照明器具は、一般的に、外光の明るさに応じて照明負荷Ｌｐを点灯させる点灯照度よりも、消灯させる消灯照度が大きくなるように構成されている。一般に、消灯照度と点灯照度の照度差はヒステリシスと呼ばれ、自動点滅する照明器具では、短時間に点滅する誤動作を防止するために適切なヒステリシスを保つ必要がある。これは、雲の流れなどによる太陽光のゆらぎ、車のヘッドライトなどの閃光、自己に備えられた照明負荷Ｌｐからの光、周囲に配置された他の照明器具からの侵入光などの外乱光が照度センサーＡに入射することにより、照明器具が短時間で点滅するといった誤動作を防止するためである。

そこで、上記従来の照度センサーＡでは、外乱光に対する誤動作を防止するために、抵抗Ｒ14をコンパレータＣＭＰに接続することで、変換増幅部２の増幅電圧Ｖinに対する閾値にヒステリシスが付与されている。

ところで、照度センサーには図８に示したようにフォトダイオードの光電流を電圧に変換して増幅する電圧増幅型の照度センサーのほかに、フォトダイオードの光電流をそのまま増幅して出力する電流増幅型の照度センサーがある。

電流増幅型の照度センサーはフォトダイオードと電流増幅回路を１チップに集積化した製品として既に市場に流通している。
上記の図８に示した従来例は、電圧増幅型の照度センサーを用いたものであった。なお、図８に示すフォトダイオードＰＤ及び変換増幅部２は電圧増幅型の照度センサーを構成している。従って、図８の従来例は、抵抗Ｒ14による正帰還で得られるヒステリシス特性では照明器具に適用するには不充分であった。

また、足元照明のように、比較的低い５Ｌｘ近辺に点灯照度を設定している照明器具では、消灯照度も比較的低い照度に設定しておく必要から、点灯照度と消灯照度の差(ヒステリシス)も比較的狭く抑えているのが現状である。

特開２００２−２５０６６０号公報特開２００２−２５０６５９号公報

そこで、本発明は、上記の問題に鑑み、電流増幅型の照度センサーを用い、比較的明るい状態で点灯させ、点灯照度と消灯照度の差(ヒステリシス)を比較的広くしておくことが可能な照度センサー付き照明器具を提供することを目的としている。

本発明による照度センサー付き照明器具は、外光の明るさに応じた光電流を発生する電流増幅型の半導体型照度センサーと、前記半導体型照度センサーに直列に接続されて、前記光電流を電圧に変換する電流電圧変換部と、前記電流電圧変換部からの変換された電圧を入力電圧とし該入力電圧を、閾値となる基準電圧と比較し、比較結果を示す２値の電圧信号を出力する比較部と、光源と該光源に直列接続したスイッチ素子とを備え、前記比較部から出力される前記２値の電圧信号に基づいて前記スイッチ素子をオン又はオフさせることによって、前記光源を点灯又は消灯させる点灯回路部と、前記光源の点灯時と消灯時とで前記比較部へ入力する前記入力電圧又は前記基準電圧を、前記比較部から出力される前記２値の電圧信号に応じて所定値以上の電圧幅で変更することによって、点灯時の外光照度と消灯時の外光照度に所定幅以上のヒステリシスを付与する切換部とを具備したものである。

本発明によれば、電流増幅型の照度センサーを用い、比較的明るい状態で点灯させ、点灯照度と消灯照度の差(ヒステリシス)を比較的広くしておくことが可能な照度センサー付き照明器具を提供することができる。

本発明の第１の実施形態の照度センサー付き照明器具を示す回路図。図１における電流増幅型の照度センサーの構成の一例を示す図。電流増幅型の照度センサーにおける、外光の明るさ(照度)に対する出力電流特性を示す図。本発明の第２の実施形態の照度センサー付き照明器具を示す回路図。本発明の第３の実施形態の照度センサー付き照明器具を示す回路図。図５に用いられるダイオードの特性を示す図。本発明の第４の実施形態の照度センサー付き照明器具を示す回路図。従来例の電圧増幅型の照度センサーの構成の一例を示す回略図。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
［第１の実施形態］
図１は本発明の第１の実施形態の照度センサー付き照明器具を示し、図２は図１に用いられる電流増幅型の照度センサーの構成の一例を示し、図３は照度センサーに関する、外光照度に対する出力電流特性を示している。

照度センサー付き照明器具は、電流増幅型の半導体型照度センサー(以下、単に照度センサーという)ＰＳと、電流電圧変換部１０と、点灯回路部４０と、比較部２０と、切換部３０と、を備えている。

照度センサーＰＳは、外光の明るさに応じた光電流を発生する。
照度センサーＰＳは、図２に示すように、フォトダイオードＰＤと、電流増幅回路ＩＡＭＰと、内部保護抵抗Ｒiとを有し、ＩＣ化されている。

図２においては、直流電源ラインに対して、内部保護抵抗Ｒi、フォトダイオードＰＤ、及び電流増幅回路ＩＡＭＰが直列に接続され、電流増幅回路ＩＡＭＰには内部保護抵抗Ｒi(例えば１５０Ω)を介して直流電圧Ｖccが供給されると同時に内部保護抵抗Ｒiを介してフォトダイオードＰＤのカソードに直流電圧Ｖccが供給され、外光がフォトダイオードＰＤに入ることによって光電流が発生する。フォトダイオードＰＤで発生した光電流はそのアノードから出力された後直ぐに電流増幅回路ＩＡＭＰに供給され、電流増幅回路ＩＡＭＰで約３００００倍増幅して出力される。そして、電流増幅回路ＩＡＭＰの出力電流は後述の負荷抵抗ＶＲ1に供給される。

負荷抵抗ＶＲ1には、前記照度センサーＰＳからの出力電流に応じた電圧が発生する。負荷抵抗ＶＲ1に発生した電圧は比較器ＣＭＰの−端子に供給される。負荷抵抗ＶＲ1は電流電圧変換部１０を構成する。照度センサーＰＳの内部インピーダンスは負荷抵抗ＶＲ1の値に比べて非常に大きい。
電圧増幅型の照度センサーに比べて電流増幅型の照度センサーの利点は、フォトダイオードは照度に対し電流が増減するので、電流増幅の方が照度との対応が分かり易いと言える。

電流電圧変換部１０は、半導体型照度センサーＰＳに直列に接続された抵抗回路例えば可変抵抗ＶＲ1で構成され、照度センサーＰＳから出力される光電流を入力し電圧に変換する。なお、電流電圧変換部１０は、照度センサーＰＳの光電流のばらつきを調整可能にするために可変抵抗で構成されている。

比較部２０は、比較器ＣＭＰと、閾値としての基準電圧を与える基準電圧生成部２１とを有し、電流電圧変換部１０からの変換された電圧を入力電圧として比較器ＣＭＰの一方の−入力端子に入力し、閾値を与える基準電圧を比較器ＣＭＰのもう一方の＋入力端子に入力し、両入力端子の電圧を比較し、比較結果を示す２値の電圧信号(ハイレベル，ローレベル)を出力する。前記基準電圧生成部２１は、電源電圧Ｖccの電源ラインと接地ラインGNDとの間に抵抗Ｒ2と抵抗Ｒ3を直列接続して構成され、直流電源からの直流電圧Ｖccを抵抗分割することによって基準電圧を生成する。

点灯回路部４０は、光源としての例えばＬＥＤ光源４１と、このＬＥＤ光源４１に直列接続したスイッチ素子である例えばサイリスタＳＣＲとを備え、比較部２０から出力される前記２値の電圧信号に基づいて前記サイリスタＳＣＲをオン又はオフさせることによって、前記ＬＥＤ光源４１を点灯又は消灯させる。、
切換部３０は、前記基準電圧生成部２１に並列的(又は直列的)に接続され、前記ＬＥＤ光源４１の点灯時と消灯時とで前記比較部２０へ入力する前記基準電圧を、前記比較部２０から出力される前記２値の電圧信号に応じて所定値以上の電圧幅で変更することによって、点灯時の外光照度と消灯時の外光照度に所定幅以上のヒステリシスを付与する。

前記切換部３０は、前記基準電圧生成部２１を抵抗Ｒ2及び抵抗Ｒ3の直列回路で構成した場合に、例えば一方の抵抗Ｒ2に対して並列的(又は直列的)に所定値以上のもう１つの抵抗Ｒ8を、点灯時と消灯時とで前記比較部２０からの前記２値の電圧信号に応じて接続または非接続することによって、点灯時の外光照度と消灯時の外光照度との間に所定幅以上のヒステリシスを付与する。図１の構成では、抵抗Ｒ2に対して抵抗Ｒ8を並列に接続または非接続するためのにスイッチ素子として、抵抗Ｒ8にトランジスタＱを直列接続し、ベースに前記比較部２０からの２値の電圧信号を入力している。

照度センサーＰＳの負荷は可変抵抗ＶＲ1でその摺動可変端子は比較器ＣＭＰの一端子に接続され同＋端子には抵抗Ｒ2と抵抗Ｒ3とで電源電圧Ｖccを分割した電位が閾値(基準電位)として供給される。抵抗Ｒ2の並列抵抗Ｒ8はトランジスタＱのコレクタに接続され、同エミッタは比較器ＣＭＰの＋端子に接続される。

トランジスタＱのベースは比較器ＣＭＰの出力端子に接続された抵抗Ｒ9に接続される。また、比較器ＣＭＰの出力端子は抵抗Ｒ10を介し更にゲート抵抗Ｒ6を介してサイリスタＳＣＲのゲートに接続され、同アノードは複数のＬＥＤが直列接続されたＬＥＤ光源４１のカソードに接続されている。ＬＥＤ光源４１のアノードは電流制限抵抗Ｒ5を介して電源電圧Ｖddの直流電源に接続される。サイリスタＳＣＲのカソードは接地ラインGNDに接続される。

一例として、Ｒ2＝０．７Ｒ3、Ｒ8＝０．４Ｒ3とし、電源電圧Ｖcc＝Ｅ(Ｖ)（但し(Ｖ)は電圧単位のボルトを意味する、以下同様）とした場合、照度センサーＰＳの図３に示す特性から１５Ｌｘ近辺では３０μＡ程度の出力電流が流れ、可変抵抗ＶＲ1の両端の電位は３０×１０^−６ＶＲ1(Ｖ)となる。比較器ＣＭＰの基準電位はＥ×Ｒ3(Ｒ2＋Ｒ3)≒０．６Ｒ3・Ｅ(Ｖ)なのでこの照度では比較器ＣＭＰの−端子は０．６Ｒ3・Ｅ(Ｖ)を摺動可変端子で分割した電位となり、この近辺でそのＣＭＰ出力はＨレベルとなる。その結果、サイリスタＳＣＲが導通してＬＥＤ光源４１は点灯状態となる。この時、トランジスタＱも導通するので抵抗Ｒ２と抵抗Ｒ8は並列接続となり、合成抵抗は０．４Ｒ3・Ｒ3(Ｒ3＋０．４Ｒ3)≒０．２９Ｒ3となり、比較器ＣＭＰの基準電位は０．７８Ｒ3・Ｅ (Ｖ)に上昇する。つまり、トランジスタＱが導通したことによって比較器ＣＭＰの＋端子の基準電位は０．６Ｒ3・Ｅ(Ｖ)が０．７８Ｒ3・Ｅ (Ｖ)に上昇し、外光の明るさが暗くなる状態では比較器ＣＭＰの出力はＨレベルを維持し、ＬＥＤ光源４１は点灯状態を維持することになる。ここで、外光の明るさが徐々に明るくなっていく状態について考えると、ＬＥＤ光源４１が消灯するためには、外光の明るさが比較器ＣＭＰの−端子の電位が０．７８Ｒ3・Ｅ (Ｖ)を超える電位に達する明るさとなることが必要となる。この電位０．７８Ｒ3・Ｅ (Ｖ)に準じる照度センサーＰＳの出力電流はＶＲ1＝０．６Ｒ3・Ｅで３０×１０^−６(Ａ)（但し(Ａ)は電流単位のアンペアを意味する、以下同様）なので、０．７８Ｒ3・Ｅ÷ＶＲ1≒４０μＡとなる。図３に示す照度センサーＰＳの出力電流が４０μＡになる照度は２２Ｌｘ近辺となる。従って、ＬＥＤ光源４１が消灯するには外光が２２Ｌｘ以上の明るさになった時である。この実施形態のように点灯照度が１５Ｌｘで、消灯照度が２２Ｌｘとすると、７Ｌｘの差が生じることからＬＥＤ光源４１が一旦点灯したとき、ＬＥＤ光源自らの光によって照度センサーＰＳの出力電流が急激に上昇して比較器ＣＭＰがＬレベルとなりＬＥＤ光源４１が一瞬オフするという不具合を、この一瞬消灯時の２２Ｌｘを超えない２２Ｌｘ以下(即ち照度センサーＰＳの出力電流を４０μＡ以下)に抑えれば、ＬＥＤ点灯時の不安定性は解消
可能となる。

この実施形態の場合は、比較器ＣＭＰの閾値(基準電位)をその出力レベルに応じて抵抗Ｒ2に並列抵抗Ｒ8を接続又は非接続することで変更することによって、点灯照度と消灯照度に必要な差(ヒステリシス)を確保できるようにする。

この場合、比較器ＣＭＰの基準値(閾値)を変えればビステリシス幅を任意に変更可能である。比較器ＣＭＰの基準電圧を決定する抵抗Ｒ2，Ｒ3，Ｒ8を精度の高い１％許容差品を採用すれば、点灯照度及び消灯照度のバラツキを少なくしヒステリシス幅を精度良くすることが可能である。

上述の第１の実施形態は、通常の足元照明用の照度センサー付きの照明器具のように足元が見える程度の５Ｌｘ付近に点灯照度があるものとは異なり、もう少し明るい１５Ｌｘ付近に点灯照度を設定することが可能となる。具体的には、ほぼ暗闇状態(例えば５Ｌｘ)で点灯する常夜灯型の照明器具ではなく、比較的明るい状態(例えば１５Ｌｘ)で点灯させ、さらに明るい状態(例えば２２Ｌｘ)で消灯させることが可能である。

［第２の実施形態］
図４は本発明の第２の実施形態の照度センサー付き照明器具を示す回路図である。本実施形態は、照度センサーＰＳから比較器ＣＭＰへ供給される入力電圧を可変とする実施形態を示している。

図４に示す照度センサー付き照明器具は、電流増幅型の照度センサーＰＳと、電流電圧変換部１０と、比較部２０と、切換部３０Ａと、点灯回路部４０と、を備えている。これらの各部は、電源電圧Ｖcc又はＶddと接地電位GNDライン間に構成されている。

電源電圧Ｖccラインと接地電位GNDライン間には、照度センサーＰＳと切換部３０Ａと電流電圧変換部１０とが直列的に接続され、また両ライン間には比較部２０も設けられている。一方、電源電圧Ｖddラインと接地電位GNDライン間には、点灯回路部４０が設けられている。

照度センサーＰＳは、図２に示したようにフォトダイオードＰＤと電流増幅回路ＩＡＭＰと内部保護抵抗Ｒｉとを備え、外光(周辺)の明るさに応じた光電流を発生し、該光電流を負荷となる電流電圧変換部１０及びこれに直列接続した切換部３０Ａに出力する。
照度センサーＰＳから出力される電流は負荷抵抗の値に殆ど影響されず外光の照度のみに応じた光電流となる。これは照度センサーＰＳの内部インピーダンスが負荷抵抗の値に比べて非常に大きいためである。なお、電流電圧変換部１０は、照度センサーＰＳから出力される光電流のばらつきを調整可能にするために可変抵抗で構成されている。

電流電圧変換部１０は、例えば可変抵抗ＶＲ1のような抵抗回路で構成され、照度センサーＰＳの出力端に切換部３０Ａを介して直列に接続され、照度センサーＰＳからの光電流を電圧に変換して比較器ＣＭＰの−端子に供給している。切換部３０Ａを構成するスイッチ素子としてのトランジスタＱのオフ又はオンによって抵抗Ｒ1が可変抵抗ＶＲ1に直列に接続されたり又は非接続(短絡)され、照度センサーＰＳの負荷抵抗が段階的に変更し得るようになっている。

比較部２０は、電流電圧変換部１０及び切換部３０Ａで変換された電圧を入力電圧とし該入力電圧を、閾値となる基準電圧と比較し、比較結果を示す２値の電圧信号を出力する。比較部２０は、基準電圧を一方の＋端子に入力し、照度センサーＰＳの出力端から供給される入力電圧をもう一方の−端子に入力する比較器ＣＭＰと、直流電源からの直流電圧Ｖccを２つの直列接続した抵抗Ｒ2と抵抗Ｒ3によって分圧して基準電圧を生成する基準電圧生成部２１とで構成されている。

切換部３０Ａは、電流電圧変換部１０に直列接続して設けられ、後述のＬＥＤ光源４１の点灯時と消灯時とで比較部２０の−端子に入力する入力電圧を、比較部２０から出力される２値の電圧信号に応じて所定値以上の電圧幅で変更することによって、点灯時の外光照度と消灯時の外光照度との間に所定幅以上の差(ヒステリシス)を付与する機能を有している。

切換部３０は、具体的には、照度センサーＰＳと電流電圧変換部１０との間に直列に接続して設けられ、照度センサーＰＳの出力電流が供給される。切換部３０は、電流電圧変換部１０に直列に接続された抵抗Ｒ1と、この抵抗Ｒ1に並列に接続されるトランジスタで構成されるスイッチ素子Ｑとを備え、切換部３０と電流電圧変換部１０との接続点に生成する電圧(比較部２０の一方の端子に入力する入力電圧)を、比較部２０から出力される前述の２値の電圧信号に応じて切り換える機能を有している。図４の構成では、比較部２０から出力される前述の２値の電圧信号は抵抗Ｒ4を介してトランジスタＱのベースに供給されている。

点灯回路部４０は、複数のＬＥＤを直列接続したＬＥＤ光源４１と、該ＬＥＤ光源４１に直列に接続したスイッチ素子としてのサイリスタＳＣＲと、該スイッチ素子ＳＣＲのゲートに接続したゲート抵抗Ｒ6と、電流制限抵抗Ｒ5とを備え、比較部２０から出力される前述の２値の電圧信号を、サイリスタＳＣＲのゲートに供給し、２値の電圧信号のＨレベル又はＬレベルに応じてサイリスタＳＣＲをオン又はオフさせることによって、ＬＥＤ光源４１に供給される直流電源からの直流電流をオン又はオフしてＬＥＤ光源４１を点灯又は消灯する。

次に、第２の実施形態の動作を図４を参照して説明する。
照度センサーＰＳの負荷は抵抗Ｒ1と可変抵抗ＶＲ1でありトランジスタＱはオフして抵抗Ｒ1と可変抵抗ＶＲ1が直列に接続した状態では、外光が十分明るいと、照度センサーＰＳの出力電流が増加して、照度センサーＰＳの出力端の電位は抵抗Ｒ1と可変抵抗ＶＲ1の直列抵抗回路による電圧降下分（照度センサーＰＳの光電流×(Ｒ1＋ＶＲ1)）となり、比較器ＣＭＰの−端子入力電圧は＋端子入力(基準電圧)より高い電圧(この−端子入力電圧を比較器ＣＭＰの消灯時の入力電圧と言う)に設定され、比較器ＣＭＰの出力はＬレベルとなるのでトランジスタＱはオフ状態を維持する。このとき、サイリスタＳＣＲがオフしており、ＬＥＤ光源４１は消灯状態となっている。この状態では、(比較器ＣＭＰの−端子入力電圧)＞(比較器ＣＭＰの＋端子入力(基準電圧)) の関係がある。

今、外光が暗くなり、照度センサーＰＳの出力電流が低下し、所定値以下の電流まで低下すると、抵抗Ｒ1と可変抵抗ＶＲ1の直列抵抗回路の両端の電圧が低下し、比較器ＣＭＰの−端子入力電圧が＋端子入力(基準電圧)より低くなり、比較器ＣＭＰの出力がＬレベルからＨレベルに反転し、トランジスタＱがオフからオンして、照度センサーＰＳの負荷抵抗が可変抵抗ＶＲ１のみとなる。このように抵抗Ｒ1の両端が短絡しても照度センサーＰＳの出力電流はほぼ外光の照度のみによって決まる電流が出力される。これにより、比較器ＣＭＰの−端子には、照度センサーＰＳの出力端の電位として可変抵抗ＶＲ1の電圧降下によって設定された電圧が印加されるので、−端子入力電圧は＋端子入力電圧レベルより低い電圧(この−端子入力電圧を比較器ＣＭＰの点灯時の入力電圧と言う)に設定され、比較器ＣＭＰの出力がＨレベルにされて、サイリスタＳＣＲがオンし、ＬＥＤ光源４１が点灯状態となる。この状態では、(比較器ＣＭＰの＋端子入力(基準電圧))＞(比較器ＣＭＰの−端子入力電圧) の関係がある。

従って、消灯照度＞点灯照度となり、しかも消灯照度と点灯照度との差は抵抗Ｒ1の大小によって決まる。
以上ことから、ＬＥＤ光源４１が点灯した状態からＬＥＤ光源４１が消灯するには、外光の明るさがある程度以上明るくなり，照度センサーＰＳの出力電流が増加して、ＬＥＤ光源４１が点灯している状態で、可変抵抗ＶＲ1の摺動可変端子の電位(＝−端子入力電位)が＋端子入力の基準電位を上回って比較器ＣＭＰの出力がＬレベルに反転する必要がある。従って、ＬＥＤが消灯するための外光の明るさ(照度)は，点灯時の外光の明るさ(照度)より明るい状態で実現する。

以下に、図４の抵抗値の一例を示している。
照度センサーＰＳに抵抗Ｒ1と可変抵抗ＶＲ1が直列に接続された場合
Ｖcc＝Ｅ(Ｖ)、Ｒ3、Ｒ2 =０．７Ｒ3・・・閥値０．６Ｅ(Ｖ)
Ｒ1 ：ＶＲ1 = １：３とする
外光照度が明るい場合・・・比較器ＣＭＰ出力はＬレベルでトランジスタＱはオフ
ＰＳの負荷抵抗(直列合成抵抗)＝Ｒ1＋ＶＲ1＝４Ｒ1
外光が暗くなり１５Ｌｘの時（図３よりＰＳ出力電流＝３０μＡ）
ＣＭＰの−端子入力電圧＝３０×１０^−６×４Ｒ1(Ｖ)
この照度(１５Ｌｘ)近辺でＣＭＰは反転する・・ＣＭＰ出力はＨレベルとなりＬＥＤ光源＝点灯、Ｑ＝オン
この負荷抵抗(出力抵抗)＝ＶＲ1＝３Ｒ1
１５ＬｘではＣＭＰの−端子入力電圧＝３０×１０^−６×４Ｒ1≒０．６Ｅ
この場合、ＬＥＤ光源が消灯するには消灯時の電流をＩμＡとすると
Ｉ＝０．６Ｅ÷３Ｒ1＝０．６Ｅ÷[(０．６Ｅ×３)／(３０×１０^−６×４)]
＝(４／３)×３０×１０^−６＝４０×１０^−６＝４０μＡ
この時の照度は、２２L xとなる。

第２の実施形態によれば、点灯時と消灯時の照度差は抵抗Ｒ１の値で決定されるから、ヒステリシス幅は抵抗Ｒ1の値の選択により任意に設定できる。
さらに，比較器ＣＭＰの設定閾値(抵抗Ｒ2，Ｒ3の分割比で決定）を適宜に設定すれば、比較的明るい外光照度で照明器具を点灯させ消灯時の外光照度を更に高く設定し点灯照度と消灯照度の照度差を十分広く設定することが可能となる。ほぼ暗闇状態(例えば５Ｌｘ)で点灯する常夜灯型の照明器具ではなく、比較的明るい状態(例えば１５Ｌｘ)で点灯させ、さらに明るい状態(例えば２２Ｌｘ)で消灯させることが可能である。

従って、点灯照度が１５Ｌｘで、消灯照度が２２Ｌｘといった比較的広い幅(７Ｌｘ)のヒステリシスを持ち、かつ点灯時に自分の光で一時消灯する不具合のない照度センサー付き照明器具を実現することが可能である。

［第３の実施形態］
図５は本発明の第３の実施形態の照度センサー付き照明器具を示す回路図、図６は図５におけるダイオードの特性を示す図である。本実施形態は、照度センサーＰＳから比較器ＣＭＰへ供給される入力電圧を可変とする一実施形態を示している。

切換部３０Ｂは、第１の実施形態の電流電圧変換部１０を構成する抵抗回路(ＶＲ1)に対して直列に接続または非接続する所定値以上のもう１つの前記抵抗Ｒ1に代えて、少なくとも１つのダイオードを直列接続してなるダイオード回路(Ｄ1，Ｄ2，…Ｄn)を用いた構成とするものである。その他の構成は、図４の第２の実施形態と同様である。

図５の第３の実施形態は、具体的には、図４の第２の実施形態で示した抵抗Ｒ１に代えて、照度センサーＰＳの出力端と可変抵抗ＶＲ１間に複数の直列接続されたダイオード群Ｄ1，Ｄ2，…Ｄnを接続するものである。ダイオード群を構成する各ダイオードの順電流(ＩF)及び順電圧(ＶF)の特性は、図６に示すように、シリコンエピタキシャルプレーナ型のダイオード(例えば東芝製１ＳＳ２２６)では周囲温度Ｔa＝２５℃で順電流が１００μＡ〜１０μＡ間では順電圧が０．５Ｖ〜０．４Ｖ程度の値となる。

次に、図５の第３の実施形態の動作を説明する。
外光が明るい時は、トランジスタＱはオフで、ダイオード群Ｄ1，Ｄ2，…Ｄnと可変抵抗ＶＲ1の直列回路の電圧レベルが上昇し、比較器ＣＭＰの基準電圧を上回ると、比較器ＣＭＰの出力がＬレベル、トランジスタＱがオフして直列接続されたダイオード群Ｄ1，Ｄ2，…Ｄnは可変抵抗ＶＲ1に直列接続されている。ここで外光が暗くなり、光電流が減少すると、ダイオード群Ｄ1，Ｄ2，…Ｄnと可変抵抗ＶＲ1の直列回路の電圧が基準電圧より下降し、比較器ＣＭＰの出力がＬレベルからＨレベルに反転すると、トランジスタＱがオンし、ダイオード群Ｄ1，Ｄ2，…Ｄnの両端が短絡し、照度センサーＰＳの出力電流は可変抵抗ＶＲ１のみに流れるので比較器ＣＭＰの一端子の電位はダイオード群Ｄ1，Ｄ2，…Ｄnの順方向電位分だけ減衰し、比較器ＣＭＰの出力はＨレベルの状態に維持される。この状態から、照明器具が消灯するときの照度は図４の第２の実施形態の場合と同様な理由でダイオード群による前記電位減衰を補う光電流の増加がなければ(即ち点灯時の照度より明るい照度でなければ)消灯できないことになる。

以下に、図５の抵抗値及びダイオードの一例を示している。
ダイオード群Ｄ1，Ｄ2，…Ｄnの各ダイオードはシリコンエピタキシャルプレーナ型を採用すると、図６のデータから順電流が１００μＡから１０μＡ間では順電圧が０．５Ｖから０．４Ｖ程度の値となるので２個直列にする。

Ｖcc＝Ｅ(Ｖ)、Ｒ2 = ０．７Ｒ3・・・閥値０．６Ｅ(Ｖ)
外光照度が明るい場合・・・比較器ＣＭＰ出力はＬレベルでトランジスタＱはオフ
外光が暗くなり今１５Ｌｘ近辺ではＰＳの出力電流が３０μＡ(図３参照)とすれば
ダイオード１個の順方向電圧は０．４５Ｖ程度なので２個直列では
０．４５Ｖ×２個＝０．９Ｖ
ＶＲ1両端の電位＝３０μＡ×ＶＲ1
ＣＭＰの一端子入力電圧＝０．９Ｖ＋３０μＡ×ＶＲ1(Ｖ)＝０．６Ｅ(Ｖ)
故にこの近辺でＣＭＰは反転する・・・ＣＭＰ出力はＨレベルとなりＬＥＤ光源が点灯
この時ＱがオンするのでＰＳの出力電流はもっぱらＶＲ1にのみ流れる
ＬＥＤ光源の消灯時の電流をＩμＡとすると
Ｉ・ＶＲ1＝０６Ｅ＝０．９Ｖ＋３０μＡ・ＶＲ1からＩ＝３０μＡ＋０．９／ＶＲ1
ＶＲ1＝９０ＫΩ近辺でＩ＝３０μＡ＋１０μＡ＝４０μＡ
この時の照度は、２２L xとなる。

第３の実施形態では、ダイオード群のダイオード数を選択することで、点灯時の外光照度と消灯時の外光照度との照度差（ヒステリシス）は広くも狭くも出来ることになる。ほぼ暗闇状態(例えば５Ｌｘ)で点灯する常夜灯型の照明器具ではなく、比較的明るい状態(例えば１５Ｌｘ)で点灯させ、さらに明るい状態(例えば２２Ｌｘ)で消灯させることが可能である。

［第４の実施形態］
図７は本発明の第４の実施形態の照度センサー付き照明器具を示す回路図である。この第３の実施形態は、図４の第２の実施形態では電流電圧変換部１０に直列に切換部３０を設けていたのに対して、電流電圧変換部１０に並列に切換部３０Ｃを設ける構成としたものである。

電流電圧変換部１０に切換部３０Ｃを並列的に接続して設け、外光に応じて切換部３０Ｃの並列抵抗Ｒ1を非接続又は接続することにより点灯時と消灯時とで比較部２０の−端子に入力する入力電圧を、比較部２０から出力される２値の電圧信号に応じて所定値以上の電圧幅で変更することによって、点灯時の外光照度と消灯時の外光照度について所定幅以上の照度差(ヒステリシス)を付与するものである。その他の構成は、図４の実施形態と同様である。

具体的には、照度センサーＰＳの出力端に可変抵抗ＶＲ1を直列接続し、可変抵抗ＶＲ1に並列に抵抗Ｒ1を接続し、抵抗Ｒ1はトランジスタＱを介して接地ラインGNDに接続している。

なお、第４の実施形態で示した抵抗Ｒ１に代えて、前述の第３の実施形態のように、複数の直列接続されたダイオード群Ｄ1，Ｄ2，…Ｄnを照度センサーＰＳの出力端と接地ラインGND間に接続する構成としてもよい。

次に、図７の第４の実施形態の動作を説明する。
今、外光の照度が明るいと、照度センサーＰＳの出力電流増加により可変抵抗ＶＲ1の摺動可変端子の電圧が上昇し、比較器ＣＭＰの一端子入力が抵抗Ｒ２と抵抗Ｒ３の分割比で決定される基準電圧(閾値)より高くなり、比較器ＣＭＰの出力はＬレベルとなる。この時点ではＬＥＤ光源４１は消灯しておりかつトランジスタＱはオフ状態である。ここで、外光が暗くなれば、照度センサーＰＳの出力が比較器ＣＭＰの閾値以下となり、比較器ＣＭＰがＬレベルからＨレベルに反転する。この時点で、ＬＥＤ光源４１は点灯し、トランジスタＱがオンし、抵抗Ｒ1が可変抵抗ＶＲ1と並列接続となる。可変抵抗ＶＲ1と抵抗Ｒ1の合成抵抗値は可変抵抗ＶＲ1単体より小さくなるので照度センサーＰＳの出力端の電位(即ち比較器ＣＭＰの−端子入力電圧)は照明器具が点灯した時より低下するため、次に消灯するときの外光の照度は点灯時よりも明るい照度が必要とされる。このとき、点灯照度と消灯照度の照度差（ヒステリシス）は抵抗Ｒ1の値で決定される。

以下に、図７の抵抗値の一例を示している。
ＶＲ1：Ｒ1 = １：３
Ｖcc＝Ｅ(Ｖ)、Ｒ2 = ０．７Ｒ3、Ｒ3・・・閥値０．６Ｅ(Ｖ)
外光照度が１５Ｌｘ以上ではＣＭＰ出力はＬレベルでトランジスタＱはオフなのでＰＳの出力電流はもっぱらＶＲ1に流れる
外光が暗くなり１５Ｌｘ近辺ではＰＳの出力電流が３０μＡ(図３参照)なのでＣＭＰの−端子入力電圧は
ＶＲ1×３０μＡ＝３０μＡ・ＶＲ1(Ｖ)なのでこの近辺でＣＭＰ出力がＨレベルとなりＬＥＤ光源は点灯する
この時、ＱがオンするのでＰＳの出力電流はＶＲ1とＲ1の並列合成抵抗に流れる
ＬＥＤ光源が消灯するには消灯時の電流をＩμＡとすると
Ｉ×０．７５ＶＲ1＝０．６Ｅ＝３０μＡ・ＶＲ1(Ｖ) Ｉ＝４０μＡ
この時の照度は、２２L xとなる。

第４の実施形態によれば、比較器ＣＭＰの閾値は自由に設定可能なので、点灯照度を比較的明るい照度に選定することが可能であり、ヒステリシス幅も広くも狭くも設定することが容易である。ほぼ暗闇状態(例えば５Ｌｘ)で点灯する常夜灯型の照明器具ではなく、比較的明るい状態(例えば１５Ｌｘ)で点灯させ、さらに明るい状態(例えば２２Ｌｘ)で消灯させることが可能である。

以上述べた本発明の実施形態によれば、照度センサー付き照明器具を、(1)電流増幅型の照度センサーを使用できる、(2)必要な照度で点灯させることが可能である、(3)自光による点灯時の不安定現象を抑制できる、(4)その抑制幅は精度良く一定の幅内で自由に選択可能である、という特徴を有するセンサー付き照明器具を提供することが可能となる。

本発明の実施形態では、５Ｌｘを点灯照度とする足元照明器具に限らず、例えば１５Ｌｘを点灯照度とし２２Ｌｘを消灯照度とするように、点灯照度を比較的明るい照度に設定可能であり、かつ消灯照度を更に高く設定して、点灯照度と消灯照度間の差(ヒステリシス)を比較的幅広く設定できる照度センサー付き照明器具を実現することが可能である。これにより、ヒステリシスを有する照度センサー付き照明器具は、これまでは寝室などの足元照明器具に限らず、住宅の玄関や廊下、例えば高齢者住宅などの常夜灯照明器具としても利用することが可能となる。

尚、以上述べた本発明の実施形態においては、光源としてＬＥＤ光源を用いた照度センサー付き照明器具について説明したが、本発明はこれに限定されることなく、白熱灯や蛍光灯などの他の光源を用いた照度センサー付き照明器具であってもよい。

１０…電流電圧変換部
２０…比較部
３０…切換部
４０…点灯回路部
ＰＳ…電流増幅型の照度センサー(半導体型照度センサー)
ＣＭＰ…比較器
ＳＣＲ…サイリスタ(ＬＥＤ光源のオンオフ用スイッチ素子)
Ｑ…トランジスタ(比較器入力電圧又は基準電圧の変更用スイッチ素子)

Claims

外光の明るさに応じた光電流を発生する電流増幅型の半導体型照度センサーと、
前記半導体型照度センサーに直列に接続されて、前記光電流を電圧に変換する電流電圧変換部と、
前記電流電圧変換部からの変換された電圧を入力電圧とし該入力電圧を、閾値となる基準電圧と比較し、比較結果を示す２値の電圧信号を出力する比較部と、
光源と該光源に直列接続したスイッチ素子とを備え、前記比較部から出力される前記２値の電圧信号に基づいて前記スイッチ素子をオン又はオフさせることによって、前記光源を点灯又は消灯させる点灯回路部と、
前記光源の点灯時と消灯時とで前記比較部へ入力する前記入力電圧又は前記基準電圧を、前記比較部から出力される前記２値の電圧信号に応じて所定値以上の電圧幅で変更することによって、点灯時の外光照度と消灯時の外光照度に所定幅以上のヒステリシスを付与する切換部と、
を具備したことを特徴とする照度センサー付き照明器具。
前記切換部は、
前記基準電圧を電源電圧を分圧する抵抗回路によって構成した場合に、分割された一方の抵抗に対して並列又は直列に所定値以上のもう１つの抵抗を接続または非接続することによって、点灯時の外光照度と消灯時の外光照度に所定幅以上のヒステリシスを付与することを特徴とする請求項１に記載の照度センサー付き照明器具。
前記切換部は、
前記電流電圧変換部を抵抗回路で構成した場合に、該抵抗回路の抵抗に対して並列又は直列にもう１つの抵抗を接続または非接続することによって、点灯時の外光照度と消灯時の外光照度に所定幅以上のヒステリシスを付与することを特徴とする請求項１に記載の照度センサー付き照明器具。
前記切換部は、前記抵抗回路の抵抗に対して直列的又は並列的に接続または非接続する所定値以上の前記もう１つの抵抗に代えて、少なくとも１つのダイオードを直列接続したダイオード回路を用いる構成とすることを特徴とする請求項２又は３に記載の照度センサー付き照明器具。
前記切換部は、前記半導体型照度センサーの光電流のばらつきを調整可能とする可変抵抗に並列に接続された抵抗を接続又は非接続することを特徴とする請求項１に記載の照度センサー付き照明器具。