JP2011523190A - 削減電力消費センサデバイス及び斯様なセンサデバイスを有する照明システム - Google Patents

Abstract

本発明は、エリア内のオブジェクトの動きを感知するように構成された無線センサデバイスに関する。本デバイスは、エリア内の動きを感知したときに感知信号を生成するように構成されたモーションセンサと、前記感知信号を処理するように構成された信号プロセッサとを有する。前記モーションセンサに電力を供給するために電源が設けられる。更に、無線センサデバイスは、前記感知信号から、前記エリア内の前記オブジェクトの大きなオブジェクト運動と小さなオブジェクト運動とを区別するように構成されたコントローラを有する。無線センサデバイスは、大きなオブジェクト運動を検出すると、１又はそれ以上の電力消費削減動作を実行するように構成される。電力消費削減動作は、モーションセンサを電源から一時的に切断し、信号プロセッサのデューティサイクルを減少させることを含む。

Description

本発明は、無線センサデバイスの分野、斯様なデバイスを動作させる方法、１又は複数の斯様な無線センサデバイスを有する照明システムに関する。より詳細には、本発明は、モーションセンサ、信号プロセッサ及び電力消費を削減可能な内蔵電源を有する無線センサデバイスに関する。

近年において、部屋等のエリアの照明の分野においてエネルギを節約する手段に対して注目が増えている。一例として、占有センサ（occupancy sensor；例えば、焦電赤外線センサ）を用いて、人の存在が検出されたときにのみ光源を活性化させ、光レベルセンサを用いて、前記エリア内の日光のレベルに依存して光源からの人工光のレベルを適合させる、制御システムが開発されている。占有センサ及び光センサは、有利に組み合わせて用いられ得る。

センサデバイスは、典型的には、センサ機能を満たすために前記エリア内の特定の場所に導入される必要がある。斯様なセンサデバイスの導入は、無線センサデバイスを設けることにより大いに促進される。斯様なセンサデバイスは、光源（又はその中央コントローラ）に対して、感知データ又はその派生情報の無線伝送が可能である。

実際の無線センサデバイスに関して、感知データだけが無線で伝送されるのではなく、センサデバイスへの電力供給も有線接続を必要とすべきではない。バッテリ又は他のエネルギ格納手段は、斯様な無線センサデバイスを達成するために用いられ得る。斯様なセンサデバイスに関して、電力消費は、エネルギ格納手段の動作寿命の延長のために重要である。

米国特許公開第２００３／００４７６７１号明細書は、感知電流を供給する焦電センサ、感知電流に比例した増幅電圧を供給する電圧増幅器、及び、増幅電圧が検出閾値を超えたときに検出信号を供給するレベルモニタを利用するオブジェクト検出デバイスを開示している。このデバイスは、電圧増幅器が、低増幅の電圧を供給するために、制限されたソース電流を受け、レベルモニタが、低増幅電圧が検出閾値よりも低い予備閾値を超えたときにウェークアップ信号を供給するスタンバイモードをもつ。ウェークアップ信号に応答して、このデバイスは、検出閾値との比較のための高増幅の電圧を供給するために増幅器が定格ソース電流を受ける動作モードに切り替えられる。

電力消費の更なる削減のために構成された無線センサデバイスの必要性が従来において存在する。

エリア内のオブジェクトの動きを感知するように構成された無線センサデバイスが提案される。本デバイスは、エリア内の動きを感知したときに感知信号を生成するように構成されたモーションセンサと、前記感知信号を処理するように構成された信号プロセッサとを有する。前記モーションセンサに電力を供給するために電源が設けられる。更に、無線センサデバイスは、前記感知信号から、前記エリア内の前記オブジェクトの大きなオブジェクト運動と小さなオブジェクト運動とを区別するように構成されたコントローラを有する。前記コントローラは、場合により、その目的のために信号プロセッサを用いてもよい。無線センサデバイスは、大きなオブジェクト運動を検出すると、１又はそれ以上の電力消費削減動作を実行するように構成される。電力消費削減動作は、モーションセンサを電源から一時的に切断し、信号プロセッサのデューティサイクルを減少させることを含む。

また、１又はそれ以上の光源と少なくとも１つの斯様な無線センサデバイスとを有する照明システムが提案される。

更に、エリア内のオブジェクトの動きを感知するように構成された無線センサデバイスを動作させる方法が提案される。本デバイスは、エリア内の動きを感知したときに感知信号を生成するように構成されたモーションセンサと、前記感知信号を処理するように構成された信号プロセッサとを有する。前記モーションセンサに電力を供給するために電源が設けられる。前記エリア内の前記オブジェクトの大きなオブジェクト運動及び小さなオブジェクト運動は、感知信号（又はその派生情報）から区別され得る。大きなオブジェクト運動に応答して、１又はそれ以上の電力消費削減動作が実行され得る。電力消費削減動作は、モーションセンサを電源から一時的に切断し、信号プロセッサのデューティサイクルを減少させることを含む。

大きなオブジェクト運動は、典型的には、オブジェクト全体の動き（例えば、部屋に入る人）を含む一方で、小さなオブジェクト運動は、オブジェクトの一部だけの動き（例えば、受話器を取り上げる人）を含む。

電力は、電源をオフにするか又は電源をモーションセンサ又は他の部品から切断することにより遮断され得る。

従来においては、増幅器が、ウェークアップ信号がない場合に消費する少ない電力を維持し、電力要求を削減している。しかしながら、増幅器は、比較的少ない量の電力を消費するだけである。本発明は、モーションセンサ（例えば、焦電赤外線モーションセンサ）及び信号プロセッサが、無線センサデバイスのエネルギ消費に主として関与する部品であるという見識に基づいている。規定された電力消費削減動作は、特に、これらの部品を対象にし、これにより、電源の寿命を引き延ばす。

照明アプリケーションのような幾つかのアプリケーションに関して、無線センサデバイスは、誰かが部屋に入るときに（即ち、大きなオブジェクト運動のときに）照明をオンにする。更なる運動が検出されない場合には、照明は直ちにオフにされるのではなく、光源のオン状態とオフ状態との間の連続的なスイッチングを回避するために予め決められた時間期間の後にオフに切り替えられる。光源を制御するためにこの期間において動作感知が要求されないことから、モーションセンサは、一時的にオフに切り替えられ、これにより、エネルギを節約する。

より低いデューティサイクルは、小さなオブジェクト運動信号を処理するよりも、大きなオブジェクト運動を示す信号を処理するためのプロセッサにおいて用いられ得る。より低いデューティサイクルは、一般に、より低い電力消費となる。また、信号プロセッサのデューティサイクルは、大きなオブジェクト運動に応答して適合され得る。一例として、誰かが部屋を出て大きなオブジェクト運動をもたらす場合には、概ね大きなオブジェクト運動（即ち、部屋に再び入る人）が小さなオブジェクト運動の前に予期され得、プロセッサのデューティサイクルが適宜低下され得る。

請求項２の実施形態は、動き検出を再び可能にするために予め決められた期間の後にモーションセンサをオンに切り替えるという利点を与える。エネルギ消費削減と無線センサデバイスの感知機能との間の最適バランスを実現するために、予め決められた期間は、１０分未満、好ましくは５分未満である。

請求項３及び請求項４の実施形態は、電源のモーションセンサへの再接続後に前記期間において削減されたエネルギ消費を与える。

概して、モーションセンサの感知信号は、更に処理される前に増幅され得る。これは、小さなオブジェクト運動から生ずる感知信号について特に当てはまる。請求項６の実施形態は、増幅器が、大きなオブジェクト運動を検出した後にのみ駆動され、これにより、大きなオブジェクト運動の前の前記期間において無線センサデバイスのためのエネルギを節約するという利点を与える。

請求項７に規定されるような焦電赤外線（ＰＩＲ；pyroelectric infrared）モーションセンサが動き検出のために適切である。斯様なＰＩＲセンサは、オブジェクトと背景との間の温度差に基づいて、大きなオブジェクト運動及び小さなオブジェクト運動を示す感知信号を供給する。

請求項８の実施形態は、内蔵電源が、電源線を設ける必要性を回避し、所望の位置に無線センサデバイスを設けるという自由度を与える。

請求項９の実施形態は、環境光及び利用可能な光源から放射された光から取り入れるエネルギを可能にすることにより電源の寿命を更に引き延ばすという利点を与える。

以下、本発明の実施形態が更に詳細に説明されるだろう。しかしながら、これらの実施形態は、本発明の保護範囲を限定するものと見なされ得ないことが理解されるべきである。

本発明の一実施形態の無線センサデバイス及び照明システムを有する部屋の線図である。 図１の無線センサデバイスの概略図である。 図２の無線センサデバイスを動作させる方法のフローチャートである。 図２の無線センサデバイスを動作させる方法のフローチャートである。

図１は、人Ｐにより占有された（部屋等の）エリア内に設けられた照明システム１を示している。照明システム１は、無線センサデバイス２と１又はそれ以上の光源（図示省略）をもつ少なくとも１つの電機子３とを有する。このエリアは、例えば、オフィス環境又は家庭環境であり得る。代わりに、中央コントローラ４は、無線センサデバイス２から信号を受信し、部屋内の電機子又は複数の電機子３に対して動作コマンドを供給するために、部屋内に存在し得る。

本実施形態において、無線センサデバイス２は、感知デバイス２により感知されたトリガに応答して電機子３の動作を制御する。斯様なトリガは、人Ｐの部屋への入場又は部屋内の環境光レベルの変化を含み得る。検出され得るトリガのタイプは、無線センサデバイス２に含まれるセンサに依存する。電機子３の動作の制御の例は、電機子の１又はそれ以上の光源をオン／オフに切り替えること、光源により放射された光の色及び／又は輝度を適合させること、光源の光を再指向すること等を含む。

図２は、図１の無線センサデバイスの概略図である。無線センサデバイス２は、モーションセンサ１０、例えば焦電赤外線（ＰＩＲ）センサを有する。斯様なＰＩＲセンサ１０は、オブジェクトと背景との間の温度差に基づいて、大きなオブジェクト運動及び小さなオブジェクト運動を示す感知信号を供給する。図１の例では、人Ｐの運動が検出され得る。

ＰＩＲセンサ１０の感知信号は、感知電流である。Ｉ／Ｖコンバータ１１は、ＰＩＲセンサ１０からの信号を電圧信号に変換する。電圧信号は、増幅された感知信号を得るために後に増幅器１２により増幅される。信号プロセッサ１３は、更に処理するための増幅された感知信号を受信する。信号プロセッサは、以下で更に説明されるように、可変デューティサイクルで信号を処理する。

無線センサデバイスは、ＰＩＲセンサ１０、Ｉ／Ｖコンバータ１１、増幅器１２及び信号プロセッサ１３に電力を供給するための内蔵電源１４をもつ。電源１４は、好ましくはバッテリを有する。エネルギは、光電モジュール１５、例えば太陽電池により、バッテリを充電するために取り込まれ得る。また、光電モジュール１５は、感知及びエネルギ取り込みの双方の目的のために用いられる光センサを有してもよい。

無線センサデバイス２は、コントローラ１６を含む。コントローラ１６は、ＰＩＲセンサ１０及び増幅器１２への給電を制御するように構成される。更に、コントローラ１６は、信号プロセッサ１３のデューティサイクルを制御し得る。これらの手段により、コントローラ１６は、図３Ａ及び３Ｂを参照して更に詳細に説明されるように、ＰＩＲセンサ１０及び増幅器１２の動作並びに／又は信号プロセッサ１３のデューティサイクルを制御することにより電力消費削減動作を実行するように構成される。

最後に、無線センサデバイス２は、動作コマンドを照明システム１（図１）の電機子３に出力するように構成されたコマンドトランスミッタ７を有し得る。

図３Ａにおいて、ＰＩＲに対する給電がコントローラ１６により一時的に中断される、電力消費削減動作を実行するフローチャートが示される。

ステップ２０において、ＰＩＲセンサ１０は、電源１４により給電される。人Ｐは、部屋に入り、これは、信号プロセッサ１３を用いて、大きな運動として、ステップ２１においてＰＩＲセンサ１０により検出される。増幅器１２は、オフであり、信号プロセッサ１３は、低いデューティサイクルで実行し得る（図３Ｂ参照）。

ステップ２２において、コントローラ１６は、大きなオブジェクト運動を知らされ、予め決められた期間Ｐ１の間、電源１４をＰＩＲセンサ１０から切り離す。Ｐ１は、例えば５分であり得る。勿論、この期間Ｐ１の間、ＰＩＲセンサ１０は、部屋内のオブジェクト運動を検出することはできないだろう。しかしながら、これは、照明アプリケーションに関して典型的には部屋内の運動の検出後の任意の時間（例えば１０〜１５分）まで照明がオンにされたままであるので、必要ではない。

期間Ｐ１の終了後、コントローラ１６は、ステップ２３において再び電源１４からＰＩＲセンサ１０への給電を制御する。ＰＩＲセンサは、一般に、信頼性のある感知信号を供給するために安定化前にかなりの時間（例えば３０秒〜１分）を必要とすることに留意されたい。

安定化時間の後、ＰＩＲセンサ１０は、部屋内のオブジェクト運動を検出するために、期間Ｐ２の間、給電され続ける（ステップ２４）。また、増幅器１２も給電され、信号プロセッサ１３のデューティサイクルは、部屋内の小さなオブジェクト運動を容易に検出するために増大され得る。後者の動作は、図３Ｂの最後のブロックにおいて概略的に示される。

期間Ｐ２の間に運動が検出された場合には、コントローラ１６は、再び、期間Ｐ１の間、電源１４からＰＩＲセンサ１０への給電を中断し得る。

期間Ｐ２の間に運動が検出されない場合には、コントローラ１６は、照明をオフにするよう電機子３に指示するためにコマンドトランスミッタ１７を動作させ得る（ステップ２５）。電力は、オブジェクト運動を検出するために電源１４からＰＩＲセンサ１０に供給され続ける。

信号プロセッサのデューティサイクルは、ＰＩＲセンサ１０が部屋内のオブジェクトの動きを検知しなかった時間期間の終了のようなトリガの変化により減少され得る。

Claims (12)

1. エリア内のオブジェクトの動作を感知するように構成された無線センサデバイスであって、
   前記エリア内の動作を感知したときに感知信号を生成するモーションセンサと、
   前記感知信号を処理する信号プロセッサと、
   少なくとも前記モーションセンサに対して電力を供給する電源と、
   前記感知信号から、前記エリア内の前記オブジェクトの大きなオブジェクト運動と小さなオブジェクト運動とを区別し、大きなオブジェクト運動を検出すると、前記電源から前記モーションセンサへの給電を一時的に中断する動作、及び、前記信号プロセッサのデューティサイクルを適合させる動作のうち少なくとも１つの動作を実行するコントローラとを有する、無線センサデバイス。
2. 前記コントローラは、予め決められた期間の間、前記電源からの給電を中断し、前記期間の経過後、前記電源から前記モーションセンサに電力を供給するように構成される、請求項１に記載の無線センサデバイス。
3. 光源のためのコマンドを出力するためのコマンドトランスミッタを有し、
   前記コントローラは、前記予め決められた期間の後の第２の期間において感知信号がない場合に前記第２の期間の終了後に前記光源をオフにするためのコマンドを出力するよう前記コマンドトランスミッタに指示するように構成される、請求項２に記載の無線センサデバイス。
4. 前記コントローラは、更に、前記第２の期間において感知信号に応答して前記予め決められた期間の後の第２の期間の終了後に前記電源から前記モーションセンサへの給電を中断するように構成される、請求項２に記載の無線センサデバイス。
5. 前記コントローラは、更に、大きなオブジェクト運動を示す感知信号に応答して前記信号プロセッサの前記デューティサイクルを増大させるように構成される、請求項１に記載の無線センサデバイス。
6. 増幅された感知信号を得るために前記モーションセンサから前記感知信号を受信するように設けられた増幅器を更に有し、
   前記コントローラは、更に、大きなオブジェクト運動を検出すると、前記電源から前記増幅器に電力を供給するように構成される、請求項１に記載の無線センサデバイス。
7. 前記モーションセンサは、焦電赤外線モーションセンサである、請求項１に記載の無線センサデバイス。
8. 前記電源は、バッテリである、請求項１に記載の無線センサデバイス。
9. 前記電源にエネルギを供給するための光電モジュールを更に有する、請求項１に記載の無線センサデバイス。
10. １又はそれ以上の光源と、
    請求項１に記載の少なくとも１つの無線センサデバイスとを有する、照明システム。
11. エリア内の動作を感知したときに感知信号を生成するモーションセンサと、前記感知信号を処理する信号プロセッサと、少なくとも前記モーションセンサに対して電力を供給する電源とを用いて、前記エリア内のオブジェクトの動作を感知するように構成された無線センサデバイスを動作させる方法であって、
    前記感知信号に基づいて、前記エリア内の前記オブジェクトの大きなオブジェクト運動と小さなオブジェクト運動とを区別するステップと、
    大きなオブジェクト運動を示す感知信号に応答して、前記電源から前記モーションセンサへの給電を中断するステップ、及び／又は、大きなオブジェクト運動を示す感知信号に応答して、前記信号プロセッサのデューティサイクルを減少させるステップとを有する、方法。
12. 請求項２〜５のうちいずれか一項に記載のコントローラのステップを更に有する、請求項１１に記載の方法。

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