JP2013214461A - 照度制御装置、及び照度制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】灯具により同一の空間を照らす場合にも、空間内の地点ごとに、そこにいるユーザの好みに応じた照度制御を行う。
【解決手段】照度制御装置２０は、複数の灯具Ｌをそれぞれ点灯率１００％で点灯したときに、複数の格子点の各々における照度を、行列の各成分とする照度行列Ｈを予め記憶する照度行列記憶部２２と、複数の格子点のうち、照度を制御する格子点と、該格子点における要求照度との入力を受け付ける入力部１０と、入力された格子点と該格子点に対する要求照度とに基づいて、設定照度分布ベクトルを生成する設定照度ベクトル生成部２１と、照度行列Ｈと設定照度分布ベクトルとに基づいて、複数の灯具Ｌの各々の点灯率ベクトルを算出する点灯率ベクトル算出部２３と、複数の灯具Ｌの各々の点灯率に基づいて、複数の灯具Ｌの点灯を制御する灯具制御部２４とを備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、照度制御装置、及び照度制御方法に関する。

複数の灯具により空間を照らす場合、その空間に複数の人がいればそれぞれの人に好みの照度があると考えられる。例えば異なる人が利用する複数のデスクが並ぶオフィス空間などにおいて、それぞれの人が自席の机上面を自分の好みの照度によって照らされるようにしたい場合がある。このような場合、例えばタスクアンビエント照明方式により、全体を照らすアンビエント照度を低くして、デスクスタンド等のタスク照明により各席を調光する方法がある。あるいは、灯具を動的に調光する制御方法として、照度センサを用い、昼光の入る量に応じて灯具の点灯率を制御することが考えられる。
特許文献１には、居室空間における複数の照明シーンごとの照明負荷を予め定めておき、照明シーンに応じて調光する調光システムが記載されている。

特開２００１−１６７８９１号公報

しかしながら、天井に設置された灯具の点灯率を調整して各個人の好みに応じた照度制御を行う場合、特定の灯具の点灯率を変更した場合の近傍への照度影響が大きいため、人が席を移動した場合や好みの照度が変更された場合など、状況に応じた照度制御が必要となる。このように、天井に設置された複数の灯具により同一の空間を照らす場合にも、空間内の地点ごとに、そこにいる人の好みに応じた照度制御を行うことが望ましい。

本発明は、このような事情を考慮してなされたものであり、その目的は、複数の灯具により同一の空間を照らす際、空間内の人がいる地点を、その人の好みに応じた照度により照らすことができる照度制御装置、及び照度制御方法を提供することにある。

上述した課題を解決するために、本発明は、複数の灯具が配置された空間内の照度を制御する照度制御装置であって、前記複数の灯具のうちいずれか１つを点灯させ当該灯具の点灯率を１００％で点灯したときの前記空間内を分割する複数の格子点の各々における照度を、前記灯具のそれぞれの場合ついて表され行列の各成分とする照度行列を予め記憶する照度行列記憶部と、前記複数の格子点のうち、照度を制御する対象の格子点と、該格子点における要求照度との入力を受け付ける入力部と、前記入力部から入力された格子点と該格子点に対する要求照度とに基づいて、設定照度分布を生成する設定照度生成部と、前記照度行列記憶部に記憶されている前記照度行列と前記設定照度生成部によって生成される前記設定照度分布とに基づいて、前記設定照度分布を満たすような前記複数の灯具の各々の点灯率を算出する点灯率算出部と、前記点灯率算出部によって算出された前記複数の灯具の各々の点灯率に基づいて、前記複数の灯具の点灯を制御する灯具制御部とを備えることを特徴とする。

本発明は、上記の発明において、前記入力部は、前記複数の格子点のうち、少なくとも１つ以上の格子点を含む領域と、該領域における要求平均照度との入力を受け付け、前記入力部から入力された領域における平均照度を算出するための平均照度算出行列を設定する平均照度算出行列設定部を更に備え、前記設定照度生成部は、前記入力部から入力された領域と該領域に対する要求平均照度とに基づいて、設定平均照度分布を生成し、点灯率算出部は、前記照度行列記憶部に記憶されている前記照度行列と、前記設定照度生成部によって生成される前記設定平均照度分布と、前記平均照度算出行列設定部によって設定された前記平均照度算出行列とに基づいて、前記複数の灯具の各々の点灯率を算出することを特徴とする。

また、上述した課題を解決するために、本発明は、複数の灯具が配置された空間内の照度を制御するコンピュータに実行させる照度制御方法であって、前記複数の灯具のうちいずれか１つを点灯させ当該灯具の点灯率を１００％で点灯したときの前記空間内を分割する複数の格子点の各々における照度を、前記灯具のそれぞれの場合について表され行列の各成分とする照度行列を予め記憶しておくステップと、前記複数の格子点のうち、照度を制御する対象の格子点と、該格子点における要求照度との入力を受け付けるステップと、前記入力部から入力された格子点と該格子点に対する要求照度とに基づいて、設定照度分布を生成するステップと、前記照度行列と前記設定照度分布とに基づいて、前記設定照度分布を満たすような前記複数の灯具の各々の点灯率を算出するステップと、前記算出された前記複数の灯具の各々の点灯率に基づいて、前記複数の灯具の点灯を制御するステップとを含むことを特徴とする。

この発明によれば、灯具により同一の空間を照らす場合にも、空間内の地点ごとに、そこにいるユーザの好みに応じた照度制御を行うことができる。

本第１実施形態による照度制御システム１の構成を示すブロック図である。 本第１実施形態の照度制御装置２０による照度制御を行うオフィス室内の一例を示す概念図である。 本第１実施形態の照度制御装置２０で照度制御を行う際に用いる格子点を示す概念図である。 本実施形態において、ある灯具Ｌを点灯した場合の各格子点Ｇの照度を示す概念図である。 本第１実施形態の照度制御システム１の動作を説明するためのフローチャートである。 本第２実施形態による照度制御方法で用いる、領域と格子点との対応関係を説明するための概念図である。 本第２実施形態による照度制御方法で用いる、領域と格子点との対応関係を説明するための概念図である。 本第２実施形態による照度制御システム１の構成を示すブロック図である。 本第２実施形態の照度制御システム１の動作を説明するためのフローチャートである。 本発明による照度制御方法において、７０カ所の全灯具Ｌ０１〜Ｌ７０を１００％で点灯したときのオフィス室内の照度分布（シミュレーション結果）を示す模式図である。 本発明によるケース＃０における設定照度分布を示す模式図である。 本発明による照度制御方法により算出したケース＃０における、各灯具Ｌの最適点灯率と照度分布（シミュレーション結果）を示す模式図である。 本発明によるケース＃１における設定照度分布を示す模式図である。 本発明による照度制御方法により算出したケース＃１における、各灯具Ｌの最適点灯率と照度分布（シミュレーション結果）を示す模式図である。 本発明によるケース＃２における設定照度分布を示す模式図である。 本発明による照度制御方法により算出したケース＃２における、各灯具Ｌの最適点灯率と照度分布（シミュレーション結果）を示す模式図である。 本発明によるケース＃３における設定照度分布を示す模式図である。 本発明による照度制御方法により算出したケース＃３における、各灯具Ｌの最適点灯率と照度分布（シミュレーション結果）を示す模式図である。 本発明によるケース＃４における設定照度分布を示す模式図である。 本発明による照度制御方法により算出したケース＃４における、各灯具Ｌの最適点灯率と照度分布（シミュレーション結果）を示す模式図である。 本発明によるケース＃５における設定照度分布を示す模式図である。 本発明による照度制御方法により算出したケース＃５における、各灯具Ｌの最適点灯率と照度分布（シミュレーション結果）を示す模式図である。

以下、本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。

Ａ．発明の原理
本発明による照度制御を行う空間について説明する。
本発明では、複数の灯具の最適な点灯率を求める問題を、数学における最適化問題（特に、２次計画問題）として定式化することで、デスクと灯具との位置関係と、要求照度を満たす灯具の点灯率データを必要としない制御方法を実現することを特徴としている。すなわち、本発明の目的は、要求される照度分布（設定照度）に対して、実際の照度分布との差がなるべく小さくなるように各灯具の点灯率を決定する、という最適化問題を解くことにある。なお、以下では、灯具の数をｍ個とし、格子点をｎカ所、ある地点をｕとして説明する。

数式（１）は、ｍ個の灯具が、ある点灯率ベクトルｘで示される点灯率で点灯したときに、空間内の定められたｎカ所の地点（格子点）ｕでの照度分布ベクトルｙを算出する。

ここで、行列Ｈは、「照度行列」と呼ばれるものであり、ｍ個の灯具のうちいずれか１つを点灯させ当該灯具の点灯率を１００％で点灯したときの空間内を分割する各格子点Ｇの各々における照度を、前記灯具のそれぞれの場合ついて表され行列の各成分となっている。この行列Ｈは、事前に用意する必要があるが、計測によって求めることも、シミュレーションによって求めることも可能である。

ちなみに、数式(１）において、照度分布ベクトルｙは、ｎ行×１列の行列であり、各成分は、ｎカ所の格子点の照度である。また、点灯率ベクトルｘは、ｍ行×１列の行列であり、各成分は、ｍ個の灯具それぞれの点灯率である。そして、設定照度分布ベクトルｙ０は、ｎ行×１列の行列であり、各成分は、ｎカ所の格子点の照度であるが、照度を指定した地点（格子点）に対応する成分の照度のみが指定された値（設定照度または要求照度）に設定され、他の地点（格子点）に対応する成分における照度は０である。

数式（１）で求められる照度分布ベクトルｙに対して、設定照度分布ベクトルｙ^０との差を小さくする最適化問題として、目的関数を数式（２）で表される残差ノルム２乗として定義する。

ここで、残差ｙ^０−Ｈｘの共分散行列Σは、次の数式（３）で表される。

位置ｉにおける重み係数ｗ_ｉは、数式（４）で表される。該重み係数ｗ_ｉとして、重み係数行列Ｗを数式（５）で定義する。

残差のノルム２乗は、次式（６）のように書き下される。

さらに、数式（２）を、数式（６）を用いて展開すれば、最終的に目的関数は、数式（７）のような２次（凸）関数となり、制約条件を有する２次計画問題に帰着される。

制約条件は、（１）点灯率が０〜１の範囲をとること、（２）要求照度を必ず満足すること、の２つであり、数式（８）及び数式（９）の不等式で表される。

すなわち、数式（８）では、点灯率（ベクトル）ｘの成分（すなわち、各灯具の点灯率）は、０〜１の範囲となることを表し、数式（９）では、実際の照度分布（ベクトル）ｙの成分が、設定照度分布（ベクトル）ｙ^０の成分を常に上回ることを条件としたものである。このような２次計画問題のソルバーには、汎用的な手法があるので、それを利用すれば、制約条件の下、数式（７）の目的関数ｆ（ｘ）を最小化するベクトルｘを求めることが可能である。これにより条件を満たす最適な点灯率を求めることができる。

Ｂ．第１実施形態
次に、本発明の第１実施形態について説明する。
図１は、本第１実施形態による照度制御システム１の構成を示すブロック図である。図１において、照度制御システム１は、複数の灯具Ｌ０１〜Ｌ７０（ＬＥＤ照明器具）と、これらの灯具Ｌ０１〜Ｌ７０に接続された照度制御装置２０とを備えている。灯具Ｌ０１〜Ｌ７０は、点灯率が連続して変更可能な灯具（ＬＥＤ照明器具、蛍光灯、白熱灯など）である。例えばインバータ基盤により蛍光灯の調光を行うものなどが適用できる。調光は段階的に明るさを変化させて調節するものであっても良いし、段階なく連続的に明るさを変化させて調節するものであっても良い。ここでは、灯具Ｌ０１〜Ｌ７０は、調光の度合いを示す点灯率が含まれる点灯命令の入力に応じて、点灯する明るさを変化させて調光する制御部を有するものとする。

灯具Ｌ０１〜Ｌ７０には、各々、灯具を識別するための識別情報（灯具ＩＤ）として、ＩＤ００１〜ＩＤ０７０が付けられている。ここで、複数の灯具Ｌ０１〜Ｌ７０は、同様の構成であるので、特に区別して説明する必要がない場合には灯具Ｌとして説明する。また、本第１実施形態では、灯具の数を７０個としているが、一例であり、これに限定されることなく、灯具が設置される空間の広さに応じて決定されるものである。

照度制御装置２０は、照度制御対象であるオフィス空間に設置された複数の灯具Ｌの調光制御を行うコンピュータ装置であり、複数の灯具Ｌに接続される。照度制御装置２０は、入力部１０と、設定照度ベクトル生成部２１と、照度行列記憶部２２と、点灯率ベクトル算出部２３と、灯具制御部２４とを備えている。

入力部１０は、ユーザ操作に応じて、座席近傍の格子点ＩＤと、その格子点ＩＤにおける所望する照度（設定照度）を入力する。より具体的には、ユーザは、座席に設置された入力１０から、座席に一致する格子点（実際には一致する可能性が低いので、座席近傍の格子点）の格子点ＩＤと、所望する設定照度とを入力する。より具体的な入力方法については後述する。なお、入力部１０は、照度制御装置２０に内蔵されず、外部機器として設けられてもよい。

設定照度ベクトル生成部２１は、ユーザから入力された格子点ＩＤに従って、入力された設定照度を、上述した設定照度分布ベクトルｙ^０の対応する各成分に設定する。照度行列記憶部２２は、上述した照度行列Ｈを記憶する。点灯率ベクトル算出部２３は、２次計画問題を解く汎用非線形最適化ツールを用いて、設定照度分布ベクトルｙ^０と照度行列Ｈとから点灯率ベクトルｘを算出する。例えば、点灯率ベクトル算出部２３は、照度行列記憶部２２に記憶されている照度行列と設定照度ベクトル生成部２１によって生成される設定照度分布とに基づいて、設定照度分布を満たすような複数の灯具の各々の点灯率を算出する。設定照度分布を満たすような複数の灯具の各々の点灯率とは、例えば、上記の数式（２）で表される残差ノルム２乗の値が所定の範囲内になるような灯具各々の点灯率である。灯具制御部２４は、点灯率ベクトルｘの行（灯具）の位置から、対応する灯具Ｌの点灯率を取得し、その灯具Ｌに対し、当該点灯率で点灯するように灯具Ｌを制御する。

図２は、本第１実施形態の照度制御装置２０による照度制御を行うオフィス室内の一例を示す概念図である。照度を制御（要求）するためのエリアとしてのオフィス室内には、個人座席Ｐ０１〜Ｐ３２の合計３２カ所、共有座席Ｃ０１〜Ｃ０６の合計６カ所、計３８カ所にデスクが設置されている。灯具Ｌ０１〜Ｌ７０は、オフィス室内の天井や壁等に設置されている。

図３は、本第１実施形態の照度制御装置２０で照度制御を行う際に用いる格子点を示す概念図である。本第１実施形態では、図３に示すように、オフィス室内に０．５ｍ格子点Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３、…（合計１６，２８４点）を設定し、指定された格子点Ｇにおける照度分布を算定する。このように、本第１実施形態では、格子点Ｇ単位で照度分布を算定することを特徴としている。このため、個人座席、共有座席の配置とは無関係に照度を算定することができる。各格子点Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３、…には、識別するための格子点ＩＤが付けられている。上記入力部１０では、該格子点ＩＤと設定照度とが入力される。図示の例では、ユーザが個人座席Ｐ０１に居た場合には、座席位置に該当する格子点Ｇａ、または格子点Ｇｂの格子点ＩＤを指定して所望する設定照度を入力することになる。

なお、自分の座席に対して、どの格子点を指定すればよいかは、例えば、オフィス室内に設定された格子点の地図（マップ）を座席毎に用意しておき、該地図を見て格子点（格子点ＩＤ）を特定すればよい。あるいは、各座席の照度を集中管理するものとし、座席のレイアウト後に、管理者が、座席毎に、対応する格子点ＩＤ、設定照度を入力するようにしてもよい。

図４（ａ）、（ｂ）は、本実施形態において、ある灯具Ｌを点灯した場合の各格子点Ｇの照度を示す概念図である。図４（ａ）は、灯具Ｌｘ１のみを点灯率１００％で点灯した場合における各格子点の照度を示すテーブルである。この場合、灯具に最も近い格子点（格子点ＩＤ「Ｇ０４」）で３４０ルクス、その前後（周辺）の格子点（格子点ＩＤ「Ｇ０３」、「Ｇ０５」）で８０ルクスというような分布となっている。

また、図４（ｂ）は、灯具Ｌｘ２のみを点灯率１００％で点灯した場合における各格子点の照度を示すテーブルである。この場合、灯具に最も近い格子点（格子点ＩＤ「Ｇ０５」）で３８０ルクス、その前後（周辺）の格子点（格子点ＩＤ「Ｇ０４」、「Ｇ０６」）で、それぞれ５０ルクス、２０ルクスというような分布となっている。

本第１実施形態では、７０カ所の灯具Ｌ０１〜Ｌ７０を、１カ所毎、点灯させたシミュレーションにより、１６２８４地点の照度を求めることで、図４（ａ）、（ｂ）に示すような、ある１つの灯具Ｌを点灯率１００％で点灯したときのｎ（＝１６２８４）個の各格子点における照度を求め、全ての灯具Ｌで同じシミュレーションを行い、照度行列記憶部２２に照度行列Ｈとして記憶している。したがって、照度行列Ｈは、１６２８４行×７０列となる。

次に、本第１実施形態の動作について説明する。
図５は、本第２実施形態の照度制御システム１の動作を説明するためのフローチャートである。入力部１０は、ユーザ操作に応じて、座席近傍の格子点ＩＤと、その格子点の位置における所望する照度（設定照度）を入力する（ステップＳ１）。照度制御装置２０において、設定照度ベクトル生成部２１は、ユーザから入力された格子点ＩＤに従って、入力された設定照度を、対応する成分に設定することで、設定照度分布ベクトルｙ^０を生成する（ステップＳ２）。

次に、照度制御装置２０において、点灯率ベクトル算出部２３は、２次計画問題を解く汎用非線形最適化ツールを用いて、設定照度分布ベクトルｙ^０と照度行列Ｈとから点灯率ベクトルｘを算出する（ステップＳ３）。そして、灯具制御部２４は、点灯率ベクトルｘの行（格子点）の位置から、対応する灯具Ｌの点灯率を取得し、該点灯率で点灯するように灯具Ｌを制御する（ステップＳ４）。

上述した第１実施形態によれば、灯具により同一の空間を照らす場合にも、照度を制御したい位置（格子点）とその位置の照度とを指定することで、空間内の地点ごとに、そこにいるユーザの好みに応じた照度制御を行うことができる。

Ｃ．第２実施形態
次に、本発明の第２実施形態について説明する。
上述した第１実施形態では、設定照度を点で指定している。しかしながら、設定照度は、点で与えられるよりは、領域内の平均照度として与える方が現実的である。つまり、座席机上の広さを考慮し、ある領域に対する照度を指定する方が好ましい。領域で指定する場合には、その領域に何点かの格子点が含まれるので、設定照度は、指定された領域内にある各格子点の照度の平均値、すなわち平均照度を指定することになる。

本第２実施形態では、これを実現するために、数式（９）に代わる制約条件を与える。数式（１０）は、ｎカ所の地点（格子点）ｕでの照度分布ベクトルｙから、ｐカ所の領域（例えば各座席の範囲）の平均照度分布ベクトルｙ_ａへの変換式である。すなわち、数式（１０）を用いることで、照度分布ベクトルｙから、平均照度分布ベクトルｙ_ａを得ることができる。

ちなみに、数式(１０）において、照度分布ベクトルｙは、数式（１）と同様に、１列ｎ行の行列であり、各成分は、ｎカ所の格子点の照度である。Ａは、ｐ行×ｎ列の行列で、次式（１１）で表される平均照度算出行列と呼ぶ。各行列の成分は、領域ｉに含まれる地点に対して１／Ｎ_ｉ（ここで、Ｎ_ｉは、領域ｉに含まれる地点（グリッド）ｕの数）、それ以外は０となる。また、各領域ｉ（ｉ＝１〜ｐ）は、数式（１２）で表される。

また、平均照度分布ベクトルｙ_ａは、ｐ行×１列の行列であり、各成分は、ｐカ所の領域の照度である。点灯率ベクトルｘは、数式（１）と同様に、ｍ行×１列の行列であり、各成分は、ｍ個の灯具それぞれの点灯率である。

そして、領域毎の設定照度（または要求照度）をｙ_ａ ^０ベクトルとして、数式（１３）で示される不等式を、数式（９）の代わりに制約条件とすれば、座席に対応する領域内の平均照度を、要求照度として制御が可能となる。ちなみに、設定平均照度分布ベクトルｙ_ａ ^０は、ｎ行×１列の行列であり、各成分は、ｐカ所の領域の照度であるが、照度を指定した領域（複数の格子点を含む）に対応する成分の照度のみが指定された値（設定平均照度または要求平均照度）に設定され、他の領域に対応する成分における照度は０である。

本第２実施形態では、数式（１０）で示される平均照度分布ベクトルｙ_ａを、数式（１）の照度分布ベクトルｙの代わりに用い、設定平均照度分布ベクトルｙ_ａ ^０を、数式（１）の設定照度分布ベクトルｙ^０の代わりに用いる。

図６、及び図７は、本第２実施形態による照度制御方法で用いる、領域と格子点との対応関係を説明するための概念図である。図６には、説明を簡単にするために、室内を３×３の格子に分割した場合を示している。室内は、３×３の６つの領域Ｒ０１、Ｒ０２、…、Ｒ０９に分割されている。各領域Ｒ０１〜Ｒ０９には、６つの格子点が含まれている。例えば、領域Ｒ０１には、格子点ＩＤ「ｕ_１」〜「ｕ_６」が含まれており、領域Ｒ０２には、格子点「ｕ_７」〜「ｕ_１２」が含まれている。本第２実施形態では、領域ＩＤが指定されると、その領域に含まれる格子点を特定する必要がある。このため、図７に示すように、領域を識別するための領域ＩＤとその領域に含まれる格子点を識別するための格子点ＩＤとを対応付けて記憶している。なお、図６、図７では、格子点ＩＤを、数式（１１）、（１２）に合わせて、ｕ_１〜ｕ_ｎを用いている。

図８は、本第２実施形態による照度制御装置２０の構成を示すブロック図である。図８において、図１に対応する部分には同一の符号を付けて説明を省略する。図８において、照度制御システム１は、複数の灯具Ｌ０１〜Ｌ７０（ＬＥＤ照明器具）と、これらの灯具Ｌ０１〜Ｌ７０に接続された照度制御装置２０とを備えている。

照度制御装置２０は、照度制御対象であるオフィス空間に設置された複数の灯具Ｌの調光制御を行うコンピュータ装置であり、複数の灯具Ｌに接続される。照度制御装置２０は、入力部１１、設定平均照度ベクトル生成部２５と、照度行列記憶部２２と、平均照度算出行列Ａ設定部２６と、点灯率ベクトル算出部２７と、灯具制御部２４とを備えている。

入力部１１は、ユーザ操作に応じて、照度を決める座席に対応する領域を指定するための、領域を識別するための領域ＩＤとともに、その領域における所望する照度（設定平均照度）を入力する。なお、入力部１１は、照度制御装置２０に内蔵されず、外部機器として設けられてもよい。

設定平均照度ベクトル生成部２５は、入力部１１から入力された領域ＩＤに従って、入力された設定平均照度を、上述した設定平均照度分布ベクトルｙ_ａ ^０の対応する各成分として設定する。第１実施形態では、設定照度分布ベクトルｙ^０の各成分は、格子点における設定照度であったが、本第２実施形態では、設定平均照度分布ベクトルｙ_ａ ^０の各成分は、領域における設定平均照度である点が異なる。

平均照度算出行列Ａ設定部２６は、入力された領域ＩＤに基づいて、その領域ＩＤに対応する領域に含まれる格子点を特定し、その領域における平均照度算出行列Ａを設定する。すなわち、算出する対象の領域（ユーザから要求があった領域）に含まれる格子点の位置に対応する平均照度算出行列Ａの成分について、それぞれある値（δ／Ｎ）となり、他の成分（ユーザに指定されていない領域に含まれる格子点の位置に対応する成分）については、すべて０の値となる平均照度算出行列Ａを生成する。なお、予め記憶しておき、領域ＩＤに対応する平均照度算出行列Ａを読み出すようにしてもよい。

点灯率ベクトル算出部２７は、設定平均照度ベクトル生成部２５からの設定平均照度分布ベクトルｙ_ａ ^０とｙ_ａとの差がなるべく小さくなるような点灯率ベクトルｘを算出する。すなわち、点灯率ベクトル算出部２７は、２次計画問題を解く汎用非線形最適化ツールを用いて、設定照度分布ベクトルｙ_ａ ^０と照度行列Ｈと平均照度算出行列Ａとから点灯率ベクトルｘを算出する。この点灯率ベクトルｘを求める方法としては、上述した第１実施形態と同じく、２次計画問題として、汎用非線形最適化ツールを利用することで算出する。点灯率ベクトルｘが求まると、該点灯率ベクトルｘに従った点灯率で、各灯具Ｌを点灯させる。

次に、本第２実施形態の動作について説明する。
図９は、本第２実施形態の照度制御システム１の動作を説明するためのフローチャートである。入力部１０は、ユーザ操作に応じて、座席位置を含む領域ＩＤと、その領域における所望する照度（設定平均照度）を入力する（ステップＳ１０）。照度制御装置２０において、設定照度ベクトル生成部２５は、ユーザから入力された領域ＩＤに従って、入力された設定平均照度を、対応する成分に設定することで、設定平均照度分布ベクトルｙ_ａ ^０を生成する（ステップＳ１１）。

次に、照度制御装置２０において、平均照度算出行列Ａ設定部２６は、入力された領域ＩＤに基づいて、その領域ＩＤに対応する領域に含まれる格子点を特定し、その領域における平均照度算出行列Ａを設定する（ステップＳ１２）。次に、点灯率ベクトル算出部２７は、２次計画問題を解く汎用非線形最適化ツールを用いて、設定平均照度分布ベクトルｙ_ａ ^０と平均照度算出行列Ａと照度行列Ｈとから点灯率ベクトルｘを算出する（ステップＳ１３）。そして、灯具制御部２４は、点灯率ベクトルｘの行（灯具）の位置から、対応する灯具Ｌの点灯率を取得し、該点灯率で点灯するように灯具Ｌを制御する（ステップＳ４）。

上述した第２実施形態によれば、灯具により同一の空間を照らす場合にも、照度を制御したい領域とその領域の照度とを指定することで、空間内の地点ごとに、そこにいるユーザの好みに応じた照度制御を行うことができる。

図１０は、本発明による照度制御方法において、７０カ所の全灯具Ｌ０１〜Ｌ７０を１００％で点灯したときのオフィス室内の照度分布（シミュレーション結果）を示す模式図である。図１０には、各灯具Ｌ０１〜Ｌ７０を１００％（＝１．０）で点灯させた場合における、各座席上での照度（単位（ｌｘ：ルクス））を示している。総消費電力は、３５００Ｗ（灯具１灯当たり５０Ｗ×７０灯）、各座席机上の平均照度は、９００ルクスであり、最大１３３５ルクス（座席Ｃ０５）、最小７１４ルクス（座席Ｐ１５）である。濃淡が照度を表しており、黒いほど照度が小さい、すなわち暗いことを示している。

次に、所望する照度（設定照度）を様々に変えた場合における数値実験（シミュレーション）について説明する。設定照度は、座席(個人、共有）の平均照度として与えているが（領域で指定しているが）、制約条件は、要求照度を満足させる必要のある座席のみ（具体的には、在席している座席のみ）に与えて、それ以外には与えないようにする。すなわち、先の数式（１０）において、平均照度算出行列Ａを、制約対象となる領域のみとなるように与える。

図１１は、本発明によるケース＃０における設定照度分布を示す模式図である。また、図１２は、本発明による照度制御方法により算出したケース＃０における、各灯具Ｌの最適点灯率と照度分布（シミュレーション結果）を示す模式図である。該ケース＃０では、図１１に示すように、個人座席Ｐ０１〜Ｐ３２（３２カ所）における設定照度を５００ルクスに指定し、共有座席Ｃ０１〜Ｃ０６（６カ所）における設定照度を５００ルクスに指定している。図１２に示すように、各灯具Ｌを図示の照度（実数値）で点灯させることで、総消費電力は、１７３９Ｗ、個人座席Ｐ０１〜Ｐ３２（３２カ所）、共有座席Ｃ０１〜Ｃ０６（６カ所）における設定照度が確実に５００ルクスになっていることが分かる。

図１３は、本発明によるケース＃１における設定照度分布を示す模式図である。また、図１４は、本発明による照度制御方法により算出したケース＃１における、各灯具Ｌの最適点灯率と照度分布（シミュレーション結果）を示す模式図である。該ケース＃１では、図１３に示すように、個人座席Ｐ０１〜Ｐ３２（３２カ所）における設定照度を５００ルクスに指定し、共有座席Ｃ０１〜Ｃ０６（６カ所）については指定していない。図１４に示すように、各灯具Ｌを図示の照度（実数値）で点灯させることで、総消費電力は１３７８Ｗ、個人座席Ｐ０１〜Ｐ３２（３２カ所）における設定照度が確実に５００ルクスになっていることが分かる。

図１５は、本発明によるケース＃２における設定照度分布を示す模式図である。また、図１６は、本発明による照度制御方法により算出したケース＃２における、各灯具Ｌの最適点灯率と照度分布（シミュレーション結果）を示す模式図である。該ケース＃２では、図１５に示すように、個人座席Ｐ０１〜Ｐ３２（３２カ所）については指定せず、共有座席Ｃ０１〜Ｃ０６（６カ所）における設定照度を５００ルクスに指定している。図１６に示すように、各灯具Ｌを図示の照度（実数値）で点灯させることで、総消費電力は４６２Ｗ、共有座席Ｃ０１〜Ｃ０６（６カ所）における設定照度が確実に５００ルクスになっていることが分かる。

図１７は、本発明によるケース＃３における設定照度分布を示す模式図である。また、図１８は、本発明による照度制御方法により算出したケース＃３における、各灯具Ｌの最適点灯率と照度分布（シミュレーション結果）を示す模式図である。該ケース＃３では、図１７に示すように、個人座席Ｐ０１〜Ｐ１６（１６カ所）における設定照度を５００ルクスに指定し、共有座席Ｃ０１〜Ｃ０６（６カ所）については指定していない。図１８に示すように、各灯具Ｌを図示の照度（実数値）で点灯させることで、総消費電力は７７１Ｗ、個人座席Ｐ０１〜Ｐ１６（１６カ所）における設定照度が確実に５００ルクスになっていることが分かる。

図１９は、本発明によるケース＃４における設定照度分布を示す模式図である。また、図２０は、本発明による照度制御方法により算出したケース＃４における、各灯具Ｌの最適点灯率と照度分布（シミュレーション結果）を示す模式図である。該ケース＃４では、図１９に示すように、個人座席Ｐ１７〜Ｐ３２（１６カ所）における設定照度を５００ルクスに指定し、共有座席Ｃ０１〜Ｃ０６（６カ所）については指定していない。図２０に示すように、各灯具Ｌを図示の照度（実数値）で点灯させることで、総消費電力は７６７Ｗ、個人座席Ｐ１７〜Ｐ３２（１６カ所）における設定照度が確実に５００ルクスになっていることが分かる。

図２１は、本発明によるケース＃５における設定照度分布を示す模式図である。また、図２２は、本発明による照度制御方法により算出したケース＃５における、各灯具Ｌの最適点灯率と照度分布（シミュレーション結果）を示す模式図である。該ケース＃５では、図２１に示すように、個人座席Ｐ０２、Ｐ１０、Ｐ１６、Ｐ２０、Ｐ２３、Ｐ２７、Ｐ３０（７カ所）における設定照度を５００ルクスに指定し、共有座席Ｃ０２、Ｃ０５（２カ所）における設定照度を７００ルクスに指定している。図２２に示すように、各灯具Ｌを図示の照度（実数値）で点灯させることで、総消費電力は８１７Ｗ、個人座席Ｐ０２、Ｐ１０、Ｐ１６、Ｐ２０、Ｐ２３、Ｐ２７、Ｐ３０（７カ所）における設定照度が確実に５００ルクスになり、共有座席Ｃ０２、Ｃ０５（２カ所）における設定照度が確実に７００ルクスになっていることが分かる。

複数の灯具により空間を証明する場合に、空間の地点毎に要求される照度がある。例えば、オフィス空間などにおいて、個人の座席毎の要求照度を満足するように、在席状況に応じて照明の最適な制御を行うことは、省エネルギーの観点からも重要となる。

従来、同様の目的で複数の灯具により同一の空間を照らす際の、空間内のそれぞれの地点で所望する照度となるよう照度制御方法が提案されているが、
１）複数の灯具が１カ所毎１００％点灯したときの空間内の定められた地点における照度データを事前に用意するとともに、
２）照度を調整したい地点（デスク）と灯具との位置関係を明確にした上で、
３）それぞれの地点（デスク）を目標とする照度とするために必要な各灯具の点灯率データを予め用意する必要がある。

これら１）〜３）は、空間内の机のレイアウトを変更するたびに、新たに更新したものを用意する必要があり、特に、２）のデスクと灯具との位置関係は、３）の点灯率データの形式を決定するものであり、固定した形式を取ろうとすれば、各灯具の位置も机のレイアウトに合わせて変更しなければならない。

上述した第１、第２実施形態によれば、シミュレーション結果を見ると分かるように、設定照度を満足するように、無駄なく各灯具（ＬＥＤ照明）の点灯率を定めることができており、最適な制御が可能であることを示している。本発明による照度制御方法では、灯具１カ所毎、点灯させたシミュレーションによる照度行列Ｈのみ用意すれば、灯具Ｌと座席との位置関係が変化しても、それに合わせた新たな点灯率データを必要とせずに制御が可能であり、汎用性が高い。

１ 照度制御システム
１０、１１ 入力部
２０ 照度制御装置
２１ 設定照度ベクトル生成部
２２ 照度行列記憶部
２３、２７ 点灯率ベクトル算出部
２４ 灯具制御部
２５ 設定平均照度ベクトル生成部
２６ 平均照度算出行列Ａ設定部
Ｌ０１〜Ｌ７０ 灯具
Ｐ０１〜Ｐ３２ 個人座席
Ｃ０１〜Ｃ０６ 共有座席

Claims (3)

1. 複数の灯具が配置された空間内の照度を制御する照度制御装置であって、
   前記複数の灯具のうちいずれか１つを点灯させ当該灯具の点灯率を１００％で点灯したときの前記空間内を分割する複数の格子点の各々における照度を、前記灯具のそれぞれの場合ついて表され行列の各成分とする照度行列を予め記憶する照度行列記憶部と、
   前記複数の格子点のうち、照度を制御する対象の格子点と、該格子点における要求照度との入力を受け付ける入力部と、
   前記入力部から入力された格子点と該格子点に対する要求照度とに基づいて、設定照度分布を生成する設定照度生成部と、
   前記照度行列記憶部に記憶されている前記照度行列と前記設定照度生成部によって生成される前記設定照度分布とに基づいて、前記設定照度分布を満たすような前記複数の灯具の各々の点灯率を算出する点灯率算出部と、
   前記点灯率算出部によって算出された前記複数の灯具の各々の点灯率に基づいて、前記複数の灯具の点灯を制御する灯具制御部と
   を備えることを特徴とする照度制御装置。
2. 前記入力部は、
   前記複数の格子点のうち、少なくとも１つ以上の格子点を含む領域と、該領域における要求平均照度との入力を受け付け、
   前記入力部から入力された領域における平均照度を算出するための平均照度算出行列を設定する平均照度算出行列設定部を更に備え、
   前記設定照度生成部は、
   前記入力部から入力された領域と該領域に対する要求平均照度とに基づいて、設定平均照度分布を生成し、
   点灯率算出部は、
   前記照度行列記憶部に記憶されている前記照度行列と、前記設定照度生成部によって生成される前記設定平均照度分布と、前記平均照度算出行列設定部によって設定された前記平均照度算出行列とに基づいて、前記複数の灯具の各々の点灯率を算出する
   ことを特徴とする請求項１に記載の照度制御装置。
3. 複数の灯具が配置された空間内の照度を制御するコンピュータに実行させる照度制御方法であって、
   前記複数の灯具のうちいずれか１つを点灯させ当該灯具の点灯率を１００％で点灯したときの前記空間内を分割する複数の格子点の各々における照度を、前記灯具のそれぞれの場合について表され行列の各成分とする照度行列を予め記憶しておくステップと、
   前記複数の格子点のうち、照度を制御する対象の格子点と、該格子点における要求照度との入力を受け付けるステップと、
   前記入力部から入力された格子点と該格子点に対する要求照度とに基づいて、設定照度分布を生成するステップと、
   前記照度行列と前記設定照度分布とに基づいて、前記設定照度分布を満たすような前記複数の灯具の各々の点灯率を算出するステップと、
   前記算出された前記複数の灯具の各々の点灯率に基づいて、前記複数の灯具の点灯を制御するステップと
   を含むことを特徴とする照度制御方法。