JP2012112744A - 明るさセンサおよび、これを用いた照明システム - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な構成で、照度測定値の分解能を高くすると共に、照度算出値の飽和を抑制することができる明るさセンサおよび、これを用いた照明システムを提供する。
【解決手段】照度に応じた検出値を出力するフォトダイオード１１と、ゲインＧ１〜Ｇ３を用いてセンサ電圧Ｖ１〜Ｖ３を出力する増幅器１２と、照度計測値Ｌ０を取得する照度取得部１５と、センサ電圧Ｖ１〜Ｖ３と照度計測値Ｌ０とが入力される制御部１７と、制御部１７の動作モードを切り替えるモード切替部１６とを備え、制御部１７は、センサ電圧Ｖの単位電圧あたりの照度を示す係数Ｋ１〜Ｋ３を算出する係数算出部１３２と、係数Ｋ１〜Ｋ３を記憶する記憶部１４と、照度算出値Ｌ１〜Ｌ３を算出し、飽和していない照度算出値Ｌのうち、いずれか１つの照度算出値Ｌを外部に出力する照度算出部１３３とで構成される。
【選択図】図１

Description

本発明は、明るさセンサおよび、これを用いた照明システムに関するものである。

従来、明るさセンサの出力に基づいて、所定エリアの照度が目標照度に一致するように、光源の調光度を制御する照明装置が提供されている（例えば、特許文献１）。

また、図６に示すように、明るさセンサ１００とコントローラ２００と複数の照明器具３００とを備えた照明システムも提供されている。

明るさセンサ１００は、明るさ検出部１０１と増幅器１０２とマイクロコンピュータ１０３（以下、マイコン１０３と略称する）とで構成されている。

明るさ検出部１０１はフォトダイオードで構成されており、検出範囲の照度に応じた検出値を増幅器１０２に出力する。

増幅器１０２は、明るさ検出部１０１が出力する検出値を所定のゲインで増幅し、センサ電圧としてマイコン１０３に出力する。

マイコン１０３は、Ａ／Ｄ変換部を備えており、センサ電圧をＡ／Ｄ変換し、変換値と所定の係数とを乗算することで照度（照度算出値）を算出して、コントローラ２００に出力する。

コントローラ２００は、予め設定された目標照度値と、明るさセンサ１００が出力する照度算出値とが一致するように、照明器具３００の調光度を制御する。例えば、外光等が入り、照度算出値が目標照度値に対して大きい場合は、照明器具３００の調光度を下げる。また、夜間などで照度算出値が目標照度値に対して小さい場合は、照明器具３００の調光度を上げる。

特開２００１−５２８７９号公報

従来の明るさセンサ１００は、照度の計測が可能な測定照度範囲（ｌｘ）を複数設定することができ、目標照度値に応じて測定照度範囲を切り替えていた。

しかし、明るいエリアの照度を検出するために、測定照度範囲の上限を大きく設定した場合、照度算出値の分解能が低くなる。逆に、暗いエリアの照度を検出するために、測定照度範囲の上限を低く設定した場合、照度算出値の分解能は高くなるが、測定照度範囲の上限が低いため、マイコン１０３のＡ／Ｄ変換部がオーバーフローを起こしやすかった。

例えば、マイコン１０３が、増幅器１０２が出力するセンサ電圧を８ｂｉｔでＡ／Ｄ変換し、測定照度範囲の上限が１０００ｌｘとなるように設定されている場合、明るさセンサ１００は、２．５ｌｘ単位でしか照度を測定することができない。したがって、照度算出値の分解能が低く、細かい照度を測定することができない。

また、測定照度範囲の上限が２５０ｌｘとなるように設定されている場合、明るさセンサ１００は、１ｌｘ単位で測定することができ、測定照度範囲の上限が１０００ｌｘの場合に比べて測定算出値の分解能が向上している。しかし、測定照度範囲の上限が２５０ｌｘと低いので、マイコン１０３のＡ／Ｄ変換部がオーバーフローしやすかった。すなわち、マイコン１０３が出力する照度算出値が飽和するおそれがあった。

したがって、従来の明るさセンサ１００は、照度算出値の分解能を高くすると共に、照度算出値の飽和を抑制するのが困難であった。

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、簡易な構成で、照度測定値の分解能を高くすると共に、照度算出値の飽和を抑制することができる明るさセンサおよび、これを用いた照明システムを提供することにある。

本発明の明るさセンサは、検出範囲の照度に応じた検出値を出力する明るさ検出部と、複数のゲインを有し、当該ゲインの各々を用いて前記検出値を増幅した複数の増幅値を出力する増幅器と、前記検出範囲の照度値を取得する照度取得部と、前記増幅器が出力する前記複数の増幅値と、前記照度取得部が取得する前記照度値とが入力される制御部と、前記制御部の動作モードを、通常モードと設定モードとのいずれかに切り替えるモード切替部とを備え、前記制御部は、前記設定モードにおいて、前記照度値と前記複数の増幅値とを用いて、前記増幅値の単位大きさあたりの照度を示す係数を、前記ゲイン毎に算出する係数算出部と、前記係数算出部が算出する前記ゲイン毎の前記係数を記憶する記憶部と、前記通常モードにおいて、前記複数の増幅値と前記ゲイン毎の前記係数とを用いて、前記ゲイン毎の照度算出値を算出し、前記ゲイン毎の前記照度算出値が飽和しているか否かを判断し、飽和していない１乃至複数の前記照度算出値のうち、いずれか１つの前記照度算出値を外部に出力する照度算出部とで構成されることを特徴とする。

この明るさセンサにおいて、前記照度算出部は、飽和していない１乃至複数の前記照度算出値のうち、最も高い前記ゲインに対応した前記照度算出値を外部に出力することが好ましい。

本発明の照明システムは、調光率を可変できる照明器具と、前記照明器具の調光率を制御するコントローラと、
前記照明器具の照射範囲における照度に応じた検出値を出力する明るさ検出部と、複数のゲインを有し、当該ゲインの各々を用いて前記検出値を増幅した複数の増幅値を出力する増幅器と、前記検出範囲の照度値を取得する照度取得部と、前記増幅器が出力する前記複数の増幅値と、前記照度取得部が取得する前記照度値とが入力される制御部と、前記制御部の動作モードを、通常モードと設定モードとのいずれかに切り替えるモード切替部とを備え、前記制御部は、前記設定モードにおいて、前記照度値と前記複数の増幅値とを用いて、前記増幅値の単位大きさあたりの照度を示す係数を、前記ゲイン毎に算出する係数算出部と、前記係数算出部が算出する前記ゲイン毎の前記係数を記憶する記憶部と、前記通常モードにおいて、前記複数の増幅値と前記ゲイン毎の前記係数とを用いて、前記ゲイン毎の照度算出値を算出し、前記ゲイン毎の前記照度算出値が飽和しているか否かを判断し、飽和していない１乃至複数の前記照度算出値のうち、いずれか１つの前記照度算出値を前記コントローラに出力する照度算出部とで構成される明るさセンサとを備え、前記設定モードにおいて前記コントローラは、最も高い前記ゲインに対応した前記照度算出値が飽和しないように、前記照明器具の調光率を制御することを特徴とする。

以上説明したように、本発明では、簡易な構成で、照度測定値の分解能を高くすると共に、照度算出値の飽和を抑制することができるという効果がある。

本発明の実施形態１の明るさセンサのブロック構成図である。 同上の照明システムのブロック構成図である。 同上のテーブルＴＢ１を示す図である。 同上のテーブルＴＢ２を示す図である。 同上のテーブルＴＢ２を示す図である。 従来の照明システムのブロック構成図である。

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１）
本実施形態の明るさセンサ１のブロック構成図を図１、明るさセンサ１を備える照明システムのブロック構成図を図２に示す。

照明システムは、明るさセンサ１とコントローラ２と照明器具３とで構成されている。明るさセンサ１は、照明器具３の照射範囲である机上面や床面などの所定のエリアＡ１における照度を検出する。照明器具３は、調光度が可変自在に構成されており、コントローラ２によって調光度が制御される。コントローラ２は、ユーザーによって設定された目標照度値と明るさセンサ１が出力する照度算出値Ｌとが一致するように、照明器具３の調光度を制御する。

次に、明るさセンサ１の構成について説明する。

明るさセンサ１は、フォトダイオード１１と、増幅器１２と、マイクロコンピュータ１３（以下、マイコン１３と略称する）と、記憶部１４と、照度値取得部１５と、モード切替部１６とで構成されている。また、マイコン１３と記憶部１４とで制御部１７を構成している。

フォトダイオード１１（明るさ検出部）は、所定のエリアにおける照度を検出しており、その照度に応じた電流が発生する。

増幅器１２は、オペアンプ等の増幅回路で構成されており、複数のゲインＧ（入力に対する出力の比率）を切り替えることができる。本実施形態の増幅器１２は３つのゲインＧ１〜Ｇ３（ゲインＧ１＝１倍，ゲインＧ２＝１０倍，ゲインＧ３＝１００倍）が設定されている。そして、増幅器１２は、フォトダイオード１１が出力する電流を検出し、各ゲインＧ１〜Ｇ３を用いてＩ−Ｖ変換を行い、センサ電圧Ｖ１〜Ｖ３（増幅値）としてマイコン１３に出力する。

マイコン１３は、Ａ／Ｄ変換部１３１と、係数算出部１３２と、照度算出部１３３とで構成されている。

Ａ／Ｄ変換部１３１は、増幅器１２から出力されるセンサ電圧Ｖに対して８ｂｉｔのＡ／Ｄ変換を行い、係数算出部１３２および照度算出部１３３に出力する。なお、Ａ／Ｄ変換部１３１の入力範囲は０〜５Ｖに設定されている。したがって、センサ電圧Ｖが５Ｖを越えるとＡ／Ｄ変換部１３１はオーバーフローを起こし、Ａ／Ｄ変換部１３１の出力値は飽和する。

係数算出部１３２は、ゲインＧ１〜Ｇ３毎に、センサ電圧Ｖ１〜Ｖ３の単位電圧あたりの照度を示す係数Ｋ１〜Ｋ３を算出し、記憶部１４に記憶する。なお、本実施形態の係数Ｋは、センサ電圧Ｖの１Ｖあたりの照度を示す。

照度算出部１３３は、増幅器１２から出力されるセンサ電圧Ｖ１〜Ｖ３と、記憶部１４に記憶された係数Ｋ１〜Ｋ３とを乗算して、ゲインＧ１〜Ｇ３毎に対応する照度算出値Ｌ１〜Ｌ３を算出する。

照度取得部１５は、１０キーやボリュームなどの入力手段を備えており、エリアＡ１の実際の照度計測値（照度値）が入力される。本実施形態では、ユーザーが照度計４を用いてエリアＡ１の照度計測値Ｌ０を測定し、入力手段を操作して照度取得部１５に照度計測値Ｌ０を入力する。

モード切替部１６は、マイコン１３の動作モードを、通常モードと設定モードとに切り替える。本実施形態のモード切替部１６は、ボタンスイッチやスライドスイッチなどの切替手段を備えており、ユーザーが切替手段を操作することでマイコン１３の動作モードを通常モードと設定モードとに切り替えることができる。マイコン１３が通常モード時は、照度算出値Ｌをコントローラ２に出力し、設定モード時は係数Ｋ１〜Ｋ３を算出して記憶部１４に記憶する。

次に、マイコン１３の動作モードについて説明する。まずマイコン１３が設定モード時の動作について説明する。

マイコン１３が設定モードに移行すると、マイコン１３からコントローラ２に設定モード移行信号が出力され、コントローラ２も設定モードに移行する。

そして、係数算出部１３２がゲインＧ１〜Ｇ３のうち、最も高いゲインＧ３を選択し、増幅器１２からゲインＧ３に対応するセンサ電圧Ｖ３が出力される。そして、Ａ／Ｄ変換部１３１がセンサ電圧Ｖ３をＡ／Ｄ変換し、係数算出部１３２は、センサ電圧Ｖ３の電圧情報をコントローラ２に出力する。

設定モード時のコントローラ２は、センサ電圧Ｖ３が４．５Ｖ〜５．０Ｖとなるように照明器具３の調光度を制御する。本実施形態では、コントローラ２は、照明器具３の消灯状態から調光度を上昇させ、センサ電圧Ｖ３が４．７Ｖとなった時点の調光度３０％を維持する。

そして、ユーザーはエリアＡ１における照度を照度計４を用いて測定し、明るさセンサ１の照度取得部１５に測定した照度計測値Ｌ０＝１５０ｌｘを入力する。

次に、係数算出部１３２は、ゲインＧ１〜Ｇ３を順次切り替えて、増幅器１２が出力する各ゲインＧ１〜Ｇ３に対応するセンサ電圧Ｖ１〜Ｖ３を順次取得して、図３に示すテーブルＴＢ１を生成して記憶部１４に記憶する。テーブルＴＢ１には、照度取得部１５に入力された照度計測値Ｌ０と、各ゲインＧ１〜Ｇ３に対応するセンサ電圧Ｖ１〜Ｖ３が格納される。センサ電圧Ｖ１〜Ｖ３は、図３のテーブルＴＢ１に示すように、ゲインＧ１に対応するセンサ電圧Ｖ１＝０．０４８Ｖ、ゲインＧ２に対応するセンサ電圧Ｖ２＝０．４６Ｖ、ゲインＧ３に対応するセンサ電圧Ｖ３＝４．７Ｖとなった。なお、増幅器２はオペアンプの増幅回路等を用いているため、設計上はＧ１＝１倍，Ｇ２＝１０倍，Ｇ３＝１００倍であるが、測定値は１倍，１０倍，１００倍になるとは限らない。

そして、係数算出部１３２は、照度取得部１５に入力された照度値Ｌ０（＝１５０ｌｘ）と、増幅器１２から出力されたセンサ電圧Ｖ１〜Ｖ３とを用いて、ゲインＧ１〜Ｇ３毎に対応する係数Ｋ１〜Ｋ３を算出して、図４に示すテーブルＴＢ２を生成する。テーブルＴＢ２は、各ゲインＧ１〜Ｇ３に対応する係数Ｋ１〜Ｋ３，測定照度範囲Ｒ１〜Ｒ３，分解能Ｂ１〜Ｂ３が格納される。係数Ｋ１〜Ｋ３は、図４のテーブルＴＢ２に示すように、Ｋ１＝１５０（ｌｘ）÷０．０４８（Ｖ）＝３１２５、Ｋ２＝１５０（ｌｘ）÷０．４６（Ｖ）＝３２６、Ｋ３＝１５０（ｌｘ）÷４．７（Ｖ）＝３１．９となった。すなわち、各センサ電圧Ｖ１〜Ｖ３に、各係数Ｋ１〜Ｋ３を乗算することで、各ゲインＧ１〜Ｇ３に対応する照度算出値Ｌ１〜Ｌ３が得られる。

また、Ａ／Ｄ変換部１３１の入力電圧範囲は０〜５Ｖに設定されており、０〜５Ｖの範囲で８ｂｉｔのＡ／Ｄ変換を行う。したがって、係数Ｋに５（Ｖ）を乗算することで、測定照度範囲Ｒの上限値が算出される。図４のテーブルＴＢ２に示すように、各ゲインＧ１〜Ｇ３に対応する測定照度範囲Ｒ１〜Ｒ３は、Ｒ１＝０〜１５６２５１ｌｘ，Ｒ２＝０〜１６３０１ｌｘ，Ｒ３＝０〜１５９．５ｌｘとなる。

また、測定照度範囲Ｒの最大値を８ｂｉｔ（２５６）で除算することで、１ｂｉｔあたりの照度を示す分解能Ｂを算出することができる。図４のテーブルＴＢ２に示すように、各ゲインＧ１〜Ｇ３に対応する分解能Ｂ１〜Ｂ３は、Ｂ１＝６１ｌｘ，Ｂ２＝６．４ｌｘ，Ｂ３＝０．６３ｌｘとなる。

そして、係数算出部１３２は、算出した係数Ｋ１〜Ｋ３，測定照度範囲Ｒ１〜Ｒ３，分解能Ｂ１〜Ｂ３が格納されたテーブルＴＢ２を記憶部１４に記憶する。なお、本実施形態の記憶部１４はＥＥＰＲＯＭで構成されており、電源をオフしてもテーブルＴＢ１，ＴＢ２のデータは消去されずに記憶しておくことができる。

図４のテーブルＴＢ２に示すように、ゲインＧ１〜Ｇ３が大きくなるにつれて、測定照度範囲Ｒ１〜Ｒ３は狭くなるが、分解能Ｂ１〜Ｂ３は高くなる。

このように、本実施形態では、設定モードにおいて、最も高いゲインＧ３のセンサ電圧Ｖ３がＡ／Ｄ変換部１３１の入力範囲に収まる４．５〜５．０Ｖとなるように、コントローラ２が照明器具３の調光度を制御している。すなわち、ゲインＧ３よりも小さいゲインＧ１，Ｇ２のセンサ電圧Ｖ１，Ｖ２もＡ／Ｄ変換部１３１の入力範囲に収まる。したがって、係数Ｋ１〜Ｋ３を算出する際に、ゲインＧ１〜Ｇ３毎に照明器具３の調光度を制御する必要がなく、工数を削減することができる。

次に、マイコン１３の通常モード時の動作について説明する。

マイコン１３が通常モードに移行すると、マイコン１３からコントローラ２に通常モード移行信号が出力され、コントローラ２も通常モードに移行する。

照度算出部１３３は、ゲインＧ１〜Ｇ３を順次切り替えて、増幅器１２が出力する各ゲインＧ１〜Ｇ３に対応するセンサ電圧Ｖ１〜Ｖ３を順次取得する。そして、照度算出部１３３は、取得した各センサ電圧Ｖ１〜Ｖ３と、記憶部１４に記憶された各係数Ｋ１〜Ｋ３とを乗算して、各ゲインＧ１〜Ｇ３に対応する照度算出値Ｌ１〜Ｌ３を算出する。そして、図５に示すように、テーブルＴＢ２に照度算出値Ｌ１〜Ｌ３を格納する。

そして、照度算出部１３３は、各ゲインＧ１〜Ｇ３に対応する照度算出値Ｌ１〜Ｌ３が飽和しているか否かを判断する。本実施形態では、判断対象のゲインＧに対応する測定照度範囲Ｒ内に、判断対象のゲインＧよりも小さいゲインＧに対応する照度算出値Ｌが入っているか否かで判断する。例えば、ゲインＧ３に対応する照度算出値Ｌ３が飽和しているか否かを判断する場合、ゲインＧ２に対応する照度算出値Ｌ２がゲインＧ３に対応する測定照度範囲Ｒ３内に入っているか否かを判断する。照度算出値Ｌ２が測定照度範囲Ｒ３内に入っている場合、照度算出値Ｌ３は飽和していないと判断し、照度算出値Ｌ２が測定照度範囲Ｒ３内に入っていない場合、照度算出値Ｌ３は飽和していると判断する。

そして、照度算出部１３３は、飽和していない照度算出値Ｌのうち、最も分解能Ｂが高い照度算出値Ｌを選択してコントローラ２に出力する。すなわち、照度算出部１３３は、飽和していない照度算出値Ｌのうち、最も高いゲインＧに対応する照度算出値Ｌを選択してコントローラ２に出力する。

例えば、図５のテーブルＴＢ２に示すように、ゲインＧ１に対応する照度算出値Ｌ１＝９７６ｌｘ，ゲインＧ２に対応する照度算出値Ｌ２＝９７９．２ｌｘとなっている。しかし、ゲインＧ２に対応する照度算出値Ｌ２＝９７９．２１ｌｘは、ゲインＧ３に対応する照度範囲Ｒ３＝０〜１５９．５ｌｘ内に入っていないので、照度算出値Ｌ３は飽和して頭打ち（１５９．５ｌｘ）となっている。したがって、照度算出部１３３は、飽和していない照度算出値Ｌ１，Ｌ２のうち、最も高いゲインＧ２に対応する照度算出値Ｌ２を選択してコントローラ２に出力する。

そして、コントローラ２は、予め設定された目標照度値と照度算出値Ｌ２とが一致するように、照明器具３の調光度をフィードバック制御する。

また、通常モード時では、上記動作を所定周期毎に繰り返して、各ゲインＧ１〜Ｇ３に対応する照度算出値Ｌ１〜Ｌ３を算出して、テーブルＴＢ２を更新する。そして、照度算出部１３３は、飽和していない照度算出値Ｌのうち、最も高いゲインＧに対応する照度算出値Ｌを選択してコントローラ２に出力する。

したがって、本実施形態では、エリアＡ１の照度に応じて、自動的に、照度算出値Ｌが飽和せず、より分解能Ｂが高いゲインＧを用いて算出した照度算出値Ｌを選択してコントローラ２に出力することができる。

なお、本実施形態では３つのゲインＧ１〜Ｇ３を用いているが、３つに限定するものではなく、さらに多くのゲインＧを用いてもよい。

１ 明るさセンサ
１１ フォトダイオード（明るさ検出部）
１２ 増幅器
１３ マイコン
１４ 記憶部
１５ 照度取得部
１６ モード切替部
１７ 制御部
１３１ Ａ／Ｄ変換部
１３２ 係数算出部
１３３ 照度算出部
Ｇ１〜Ｇ３ ゲイン

Claims (3)

1. 検出範囲の照度に応じた検出値を出力する明るさ検出部と、
   複数のゲインを有し、当該ゲインの各々を用いて前記検出値を増幅した複数の増幅値を出力する増幅器と、
   前記検出範囲の照度値を取得する照度取得部と、
   前記増幅器が出力する前記複数の増幅値と、前記照度取得部が取得する前記照度値とが入力される制御部と、
   前記制御部の動作モードを、通常モードと設定モードとのいずれかに切り替えるモード切替部とを備え、
   前記制御部は、前記設定モードにおいて、前記照度値と前記複数の増幅値とを用いて、前記増幅値の単位大きさあたりの照度を示す係数を、前記ゲイン毎に算出する係数算出部と、前記係数算出部が算出する前記ゲイン毎の前記係数を記憶する記憶部と、前記通常モードにおいて、前記複数の増幅値と前記ゲイン毎の前記係数とを用いて、前記ゲイン毎の照度算出値を算出し、前記ゲイン毎の前記照度算出値が飽和しているか否かを判断し、飽和していない１乃至複数の前記照度算出値のうち、いずれか１つの前記照度算出値を外部に出力する照度算出部とで構成されることを特徴とする明るさセンサ。
2. 前記照度算出部は、飽和していない１乃至複数の前記照度算出値のうち、最も高い前記ゲインに対応した前記照度算出値を外部に出力することを特徴とする請求項１記載の明るさセンサ。
3. 調光率を可変できる照明器具と、
   前記照明器具の調光率を制御するコントローラと、
   前記照明器具の照射範囲における照度を検出し、前記照度算出値を前記コントローラに出力する請求項１または２記載の明るさセンサとを備え、
   前記設定モードにおいて前記コントローラは、最も高い前記ゲインに対応した前記照度算出値が飽和しないように、前記照明器具の調光率を制御することを特徴とする照明システム。

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