JP2014512649A - 光角度分布についての調光制御 - Google Patents

Abstract

第１の角度範囲２２１，２３１，２４１内に光を発するように構成された少なくとも１つの光源を具備する第１の光源セット１０５，２１１と、第１の角度範囲とは異なる第２の角度範囲２２２，２３２，２４２内に光を発するように構成された少なくとも１つの光源を具備する第２の光源セット１０７，２１０とを有する光出力装置１０２，２００によって発せられる光ビームの角度分布を制御するための方法が開示される。上記方法は、調光器１０１から調光設定Ｖ_ＤＳを受信するステップ４０１と、調光設定が第１の所定範囲内にある場合に、第１の角度範囲内で光を発するように第１の光源セットを制御するステップ４０４と、調光設定が第２の所定範囲内にある場合に、第２の角度範囲内で光を発するように第２の光源セットを制御するステップ４０５と、を有する。本発明に従った方法を通じて、単一の光出力装置から発せられる光の角度分布は、単一のスイッチを用いて制御されることができ、結果、複数のスイッチ、及び／又は、別途必要とされる新しい配線を備える必要がなくなる。

Description

本発明は、制御可能な光角度分布を持つ光出力装置、及び、光出力装置の光角度分布を制御するための方法に関する。

蛍光灯を含む従来の照明システムが、数十年間使われてきたが、将来的には、ＬＥＤベースの照明器具によって置き換えられる見通しである。典型的には、かかるＬＥＤベースの照明器具は、複数のＬＥＤを含む。

家庭用アプリケーションのための照明システムでは、照明は、好ましくは、多目的に用いられる多くの部屋に対して順応可能であるべきである。従って、これらの要件を満足するために、通常、調光スイッチが設置され、部屋の光レベルを制御するために用いられる。

内部用及び外部用の照明分野では、特定の設計及び機能を持つ照明システムに対する需要がますます増大している。例えば、オフィス環境では、一般照明のための間接照明と同様に、作業空間のための直接照明を供給することがしばしば望まれる。従って、幾つかの所望の方向へ光を発するように制御可能な照明システムを供給することが望ましいであろう。

欧州特許出願公開第１７６４５５２号は、４つの照明ユニットと、照明ユニットの各々に対して電力を選択的に供給するための４つのスイッチを持つ制御ユニットとを含んだ、ランプ又は光源の電気的構成を開示している。しかしながら、個別の照明ユニットに対する上記制御は、通常の家庭又はオフィスには存在しない、複数の光スイッチを持つ複雑な電気的システムと複雑な電気配線とを必要とする。

従来技術の上記欠点及び他の欠点を考慮して、本発明は、改善された光出力装置、特に、制御可能な光角度分布を持つ光出力装置を供給することを全体的な目的とする。

本発明の第１の態様によれば、上記目的及び他の目的は、第１の角度範囲内に光を発する少なくとも１つの光源を具備する第１の光源セットと、前記第１の角度範囲とは異なる第２の角度範囲内に光を発する少なくとも１つの光源を具備する第２の光源セットとを有する光出力装置によって発せられる光ビームの角度分布を制御するための方法であって、調光器から調光設定を受信するステップと、前記調光設定が第１の所定範囲内にある場合に、前記第１の角度範囲内で光を発するように前記第１の光源セットを制御するステップと、前記調光設定が第２の所定範囲内にある場合に、前記第２の角度範囲内で光を発するように前記第２の光源セットを制御するステップと、を有する方法を通じて達成される。

本発明の文脈において、「調光器」なる用語は、任意の連続的又は段階的に調整可能な電気的スイッチとして理解されるべきである。

本発明に従った方法を通じて、単一の光出力装置から発せられる光の角度分布は、単一のスイッチを用いて制御されることができ、結果、複数のスイッチ、及び／又は、別途必要とされる新しい配線を備える必要がなくなる。従って、通常、家庭及びオフィス内に設置された、単一の光出力装置から発せられる光の角度分布を制御するための調光スイッチを用いるという本発明のコンセプトは、実に経済的に好適であり、極めて簡単且つ容易な態様で、ユーザが部屋の照明を制御できるようにする。例えば、既存の調光スイッチが、好適に用いられ得る。

光の第１角度範囲は、光の第２角度範囲とは異なるため、例えば、ユーザは、調光スイッチを用いて、部屋の特定の領域が所望の通りに照明されるように、部屋の照明を制御することができる。例えば、ユーザは、光の第１及び第２の角度範囲にそれぞれ対応する、部屋の第１及び第２の領域のいずれかのみを照明することを選択したり、部屋の第１及び第２の領域の両方を照明することを選択したりすることができ、いずれの場合においても、部屋を所望の通りに照明することができ、特定の活動に適合させたり、及び／又は、エネルギーを節約したりすることができる。

従って、調光設定の第２の所定範囲が、第２の光源セットのみを制御することに対応していてもよいが、他の所定範囲が、第１の光源セットと第２の光源セットとの両方を制御することに対応していてもよい。

第１の角度範囲内での発光から第２の角度範囲内での発光への遷移は、好ましくは、滑らかであり、従って、第１及び第２の光源セットから発せられる光の強度は、第１及び第２の所定範囲内でそれぞれ変化し得る。例えば、ユーザが、調光スイッチにおける調光設定を、第１の所定範囲から第２の所定範囲に変えるにつれて、第１の角度範囲内で発せられる光の強度は、徐々に減少していく一方、第２の角度範囲内で発せられる光の強度は、徐々に増加していく。

本発明の実施形態では、光の第１及び第２の角度範囲は、光出力装置の光軸に関して、第１の極角範囲及び第２の極角範囲にそれぞれ対応していてもよい。例えば、第２の極角範囲は、第１の極角範囲よりも大きな極角を囲んでいてもよく、第１及び第２の光源セットの各々を順次活性化させることによって、光出力装置から発せられる光ビームは、大きさにおいて、即ち、狭いビームから広いビームへ増加され得る。あるいは、第１及び第２の光源セットの各々を順次活性化させることは、光出力装置から発せられる光ビームの角度分布が、例えば、光出力装置の光軸に対して略平行な状態から、光出力装置の光軸に対して略垂直な状態に変化し得ることにつながり得る。他の実施形態では、第１の極角範囲は、光出力装置の光軸に関して、０°（下向き）を中心としており、第２の極角範囲は、光出力装置の光軸に関して、１８０°（上向き）を中心としていてもよい。

本発明の実施形態では、光の第１及び第２の角度範囲の両方が、光出力装置の光軸に関して、同じ極角を中心とする光に対応していてもよく、第１及び第２の角度範囲が、光出力装置の方位軸に関して、第１の方位角及び第２の方位角を中心とする光にそれぞれ対応していてもよい。従って、第１及び第２の光源セットの各々を順次活性化させることによって、光出力装置から発せられる光ビームは、光軸の周りで掃引され得る。

ここで称される「極角」及び「方位角」なる用語は、光軸が方位軸に対して垂直である球面座標系における位置を定義するために用いられる既知の数学的用語として理解されるべきであることに留意すべきである。

本発明の実施形態によれば、調光設定は、電源のデューティサイクルを示していてもよい。一般的に、調光設定の第１の所定範囲は、総正弦波形の百分率としての第１のデューティサイクルの第１の所定範囲に対応している。従って、上記調光設定は、当該技術分野における当業者によって知られている従来の調光スイッチの調光設定に対応又は一致している。

本発明の第２の態様によれば、上記目的及び他の目的は、第１の角度範囲内に光を発する少なくとも１つの光源を具備する第１の光源セットと、第２の角度範囲内に光を発する少なくとも１つの光源を具備する第２の光源セットとを制御するための制御ユニットであって、調光器から調光設定を受信するための入力部と、前記調光設定が第１の所定範囲内にある場合に、前記第１の角度範囲内で光を発するように前記第１の光源セットを制御し、前記調光設定が第２の所定範囲内にある場合に、前記第２の角度範囲内で光を発するように前記第２の光源セットを制御するように調光設定を評価するように構成された処理回路と、を有する制御ユニットを通じて達成される。

上記処理回路は、まず、調光設定の変更された波形のデューティサイクルを識別し、その後、デューティサイクルの所定範囲が特定の光源セットの制御を表すいわゆるルックアップテーブルを用いてデューティサイクルをマッピングすることによって、調光設定を評価してもよい。代替的な実施形態では、調光設定の変更された波形が、まず、アナログディジタルコンバータによって、特定の光源セットの制御と相関し得るディジタルデータに変換されてもよい。

制御ユニットは、好適には、光出力装置内に設けられ、第１の角度範囲内で光を発するように構成された少なくとも１つの光源を具備する第１の光源セットと、第２の角度範囲内で光を発するように構成された少なくとも１つの光源を具備する第２の光源セットとを有する。

「光源セット」なる用語は、１又は複数の光源を示すことが理解されるべきである。

一般的に、光出力装置は、全てが、異なる角度範囲で光を発するように構成された少なくとも１つの光源を有し、調光設定の各所定範囲を通じてそれぞれ制御可能である、例えば、２乃至１００の範囲にある、複数の光源セットを有していてもよい。本発明の実施形態によれば、上記光出力装置は、任意の所与の時間における１つのみの光源セットを通じて光を発することに限定されず、調光設定の所定範囲は、然るべき方向へ同時に光を発するように、複数の光源セットを制御することに対応していてもよいことに留意すべきである。

光源セットにおける光源は、光源セットから出力される所望の総照明パターンを達成するように各々構成されていてもよい。

本発明の実施形態によれば、第１及び第２の光源セットの少なくとも一方は、第１及び／又は第２の光源セットからの光を第１及び／又は第２の角度範囲にリダイレクトするように構成された光学素子を有していてもよい。

これにより、第１及び／又は第２の光源セットから出力される照明パターンが、更に設定され得る。

本発明の実施形態では、第１及び／又は第２の光源セットは、少なくとも１つのＬＥＤを有していてもよい。

本発明の実施形態では、制御ユニットは、第１又は第２の光源セットに給電するためのＡＣ電源に電気的に接続可能な電源入力部電源入力部を更に有していてもよく、この場合、調光設定は、第１及び第２の光源セットへ電源から供給される電力を調整するために用いられる。

従来の調光器は、調光器の設定に依存して、変化された電源のデューティサイクルを通じて、異なるレベルの電力供給をランプに付与し、当該電力供給が照明の所与のレベルに対応している。しかしながら、調光スイッチが、上述のように、光出力装置からの光の方向を制御するために用いられる場合、光の角度範囲が調光スイッチの設定の変更に応じて変化するため、電力消費は変化せず、実際、電力消費は、調光スイッチの設定に関わらず一定であり、結果として、ある調光設定において、調光スイッチを通じて光源に供給される電力レベルは不十分であろう。従って、「外部の」ＡＣ電源に光源を接続することによって、このことが回避され、光源に供給される電力が確保され得る。しかしながら、かかる配置において、調光器からの調光設定は、光源を有する光出力装置によって発せられる光の角度分布を制御するためになお用いられる、即ち、「外部の」ＡＣ電源を通じて給電される第１及び第２の光源セットの一方を調整するために用いられる。

また、本発明は、本発明に従った光出力装置と、光出力装置からの光角度分布のユーザ制御を可能にするための調光器と、を有する照明システムにも関する。かかる照明システムの効果及び特徴は、本発明の第１及び第２の態様に関連して上述された効果及び特徴と大きく類似している。

本発明の上記態様及び他の態様が、本発明の実施例を示している添付の図面を参照して、より詳細に説明される。
図１は、本発明に従った照明システムの実施例を概略的に示している。 図２ａ乃至図２ｄは、本発明に従った光出力装置の実施例を概略的に示している。 図３は、本発明に従った制御ユニットの実施例を概略的に示している。 図４は、本発明に従った光出力装置によって発せられる光ビームの光角度分布を制御するための方法の実施形態を概略的に示しているフローチャートである。

以下の説明では、本発明は、光出力装置によって発せられる光ビームの光角度分布を制御するための方法を参照して、説明される。

図１は、調光設定Ｖ_ＤＳを出力するように構成された調光器１０１と、光の一般的な方向１０６によって示される第１の角度範囲内で光を発するように構成された第１の光源セット１０５と光の一般的な方向１０８によって示される第２の角度範囲内で光を発するように構成された第２の光源セット１０７とを具備する光出力装置１０２とを有する、本発明に従った照明システム１００の実施例を示している。また、光出力装置１０２は、調光器１０１から調光設定Ｖ_ＤＳを受信するとともに評価し、当該評価に基づいて、第１の角度範囲内で光を発するように第１の光源セット１０５を制御し、及び／又は、第２の角度範囲内で光を発するように第２の光源セット１０７を制御する制御ユニット１０３を備えている。

調光スイッチ１０１は、一般的に、市販されており、調光スイッチにおける特定の調光設定が総正弦波形の百分率としての特定のデューティサイクルに対応している、つまり、完全な波形のうちの対応している一部のみが負荷に達するように、特定の調光設定がＡＣ波形の特定の変更に対応している。従って、調光スイッチから光出力装置１０２への電力は、相応に変化する。しかしながら、電力消費は、光出力装置が、第１の光源セット１０５及び第２の光源セット１０７を通じて、第１の角度範囲内で光を発するのか、又は、第２の角度範囲内で光を発するのかに関わらず一定である。従って、図１に示されるように、光出力装置への電力供給は、代わりに、外部ＡＣ電源１０９を通じて供給されてもよく、結果、かかる配置において、調光器からの変更されたＡＣ波形は、制御ユニットが光出力装置の角度分布を制御するために用いる制御信号としてのみ機能する。

図２ａは、光の一般的な方向２０３によって示される角度範囲内で光を発するように構成されたＬＥＤ２０２と、ＬＥＤ２０２から発せられる光２０３を光の一般的な方向２０５によって示される第１の角度範囲にリダイレクトするように配置された第１の光学素子２０４とを具備する第１の光源２１１を有する、本発明に従った光出力装置２００の一実施形態の側面図を示している。また、光出力装置２００は、光の一般的な方向２０３によって示される角度範囲内で光を発するように構成されたＬＥＤ２０６と、ＬＥＤ２０６から発せられる光２０３を光の一般的な方向２０９によって示される第２の角度範囲にリダイレクトするように配置された第２の光学素子２０８とを具備する第２の光源２１０を有する。従って、図２ａに示されるように、光出力装置２００における第１の光源２１１及び第２の光源２１０から発せられる光２０３は、任意の適切な光学素子を用いて、所望の通りに容易に方向付けられることができる。上述のように、光学素子の使用は、例えば、所与のアプリケーションにとって望ましくない、所定の角度範囲にしか光を発しない非順応性ＬＥＤを持つ光源において、好適である。本発明の実施形態によれば、第１の光源セット及び第２の光源セットは、第１の光源セットにおける少なくとも１つの光源と第２の光源セットにおける少なくとも１つの光源とが、第１の角度範囲内及び第２の角度範囲内でそれぞれ光を発するように構成される限り、同じ角度範囲内で光を発するように構成された複数の光源を両方有していてもよく、ここで、第１の角度範囲は、第２の角度範囲とは異なっており、従って、第１及び第２の光源セットは、少なくとも同程度に、異なる総照明パターンを生成することに留意すべきである。また、図２ａにおける光出力装置は、調光器から調光設定を受信するとともに評価し、第１の光源セット２１１及び第２の光源セット２１０が発光するように制御するための制御ユニット２０１を有している。

図２ｂは、発せられる光ビームが光出力装置２００の光軸２２０を中心として対称であり、第１の光源セット（図示省略）が、光軸２２０に関して、第１の極角範囲θ１に対応する第１の角度範囲２２１内で光を発するように構成され、第２の光源セット（図示省略）が、光軸２２０に関して、第２の極角範囲θ２に対応する第２の角度範囲２２２内で光を発するように構成された、本発明に従った光出力装置２００の実施形態を示している。図２ｂに例示されるように、第２の極角範囲θ_２は、第１の極角範囲θ_１よりも大きく、結果、光出力装置から発せられる光ビームは、第１及び第２の光源セットの活性化にそれぞれ対応している、第１の所定範囲から第２の所定範囲に調光設定を切り替えることによって、大きさにおいて増加され得る。

光出力装置２００の代替的な実施形態が、図２ｃに示されており、ここで、光出力装置から発せられる光の第１の角度範囲２３１及び第２の角度範囲２３２は、光出力装置の光軸２２０に関して、第１の極角θ_１及び第２の極角θ_２を中心とする光にそれぞれ対応している。従って、第１及び第２の光源セットの各々を順次活性化することによって、光出力装置２００から発せられる光ビームは、第１の極角θ_１（図２ｃでは、０°に等しい）を中心とする状態から第２の極角θ_２を中心とする状態に掃引され得る。

図２ｄは、光の第１及び第２の角度範囲が光軸２２０に関して所与の極角θを中心として固定される一方、光の第１の角度範囲２４１が方位軸２４３に関して第１の方位角φ_１を中心とする光を表し、光の第２の角度範囲２４２が方位軸２４３に関して第２の方位角φ_２を中心とする光を表している、光出力装置２００の実施形態を図示している。これにより、光出力装置によって発せられる光ビームは、光出力装置の光軸２２０を中心として掃引されることができる。

本発明に従った制御ユニットの一実施形態が、図３に概略的に示されており、ここで、制御ユニット３００は、調光設定Ｖ_ＤＳを受信するための入力部３０１と、本発明の方法に従って、第１の角度範囲内で光を発するように第１の光源セットを制御するとともに、第２の角度範囲内で光を発するように第２の光源セットを制御するように構成された処理回路３０２とを有している。上述のように、光出力装置の光源セットは、調光設定を表している可変ＡＣ波形によってよりもむしろ、外部のＡＣ電源を通じて給電され得るので、処理回路からの出力Ｖ_ｏｕｔは、例えば、ＡＣ電源に接続された天井の配電盤から、第１及び第２の光源セットの各々への電源を制御するように構成され得る。

光出力装置によって発せられる光ビームの角度分布を制御するための本発明の方法の例示的な実施形態が、図４を参照して、以下明らかにされる。第１のステップ４０１において、調光器からの調光設定Ｖ_ＤＳが受信される。上述のように、調光器は、可変交流正弦波形であるデューティサイクルであってもよい調光設定を与える、当該技術分野における当業者によって知られた従来の調光スイッチであってもよい。次のステップ４０２において、調光設定が、例えば、ルックアップテーブルを用いて評価され、ここで、各調光設定は、受信された調光設定のデューティサイクルに対応している、即ち、総正弦波形の所与の百分率に対応している所与の値Ｘを表している。続くステップ４０３において、図４に概略的に示されるように、生成された値Ｘが、更に評価される。値Ｘが第１の所定の閾値Ｔｈ１よりも低い場合、ステップ４０４において、第１の光源セットが、第１の角度範囲内で光を発するように制御され、値Ｘが第１の所定の閾値Ｔｈ１よりも高い場合、ステップ４０５において、第２の光源セットが、第２の角度範囲内で光を発するように制御される。

一般的に、２つより多くの上記光源セットを制御することが望ましく、この場合、もちろん、値Ｘが、所与の光源セットの制御にそれぞれ対応している所定の閾値範囲に対して更に評価される更なるステップがステップ４０３の後に続き得る。

さらに、開示された実施形態に対する変形が、図面、開示、及び、添付の請求項の研究から、本発明を実施する際に、当業者によって理解及び実現されてもよい。例えば、光出力装置は、光学素子を具備する光源と光学素子を有さない光源との両方を有していてもよく、光出力装置は、事実上、当業者によって既知の任意の適切な形状及び設計であってもよい。さらに、本発明の方法は、複数の光出力装置を制御するために用いられてもよい。

請求項中、「有する」なる用語は、他の要素又はステップを除外せず、不定冠詞「ａ」又は「ａｎ」は、複数を除外しない。単一のプロセッサ又は他のユニットが、請求項に記載された幾つかの項目の機能を果たしてもよい。特定の特徴が相互に異なる従属項において言及されているという単なる事実は、これらの特徴の組み合わせが好適に用いられないということを示すものではない。

Claims (12)

1. 第１の角度範囲内に光を発する少なくとも１つの光源を具備する第１の光源セットと、前記第１の角度範囲とは異なる第２の角度範囲内に光を発する少なくとも１つの光源を具備する第２の光源セットとを有する光出力装置によって発せられる光ビームの角度分布を制御するための方法であって、
   調光器から調光設定を受信するステップと、
   前記調光設定が第１の所定範囲内にある場合に、前記第１の角度範囲内で光を発するように前記第１の光源セットを制御するステップと、
   前記調光設定が第２の所定範囲内にある場合に、前記第２の角度範囲内で光を発するように前記第２の光源セットを制御するステップと、
   を有する、方法。
2. 前記第１の角度範囲内での発光から前記第２の角度範囲内での発光への連続的な遷移を可能とするために、前記第１及び第２の光源セットから発せられる光の強度は、前記第１及び第２の所定範囲内でそれぞれ変更可能である、請求項１記載の方法。
3. 前記第１及び第２の角度範囲は、前記光出力装置の光軸に関して、第１の極角範囲及び第２の極角範囲にそれぞれ対応している、請求項１又は２に記載の方法。
4. 前記第１及び第２の角度範囲は、前記光出力装置の方位軸に関して、第１の方位角範囲及び第２の方位角範囲にそれぞれ対応している、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の方法。
5. 前記調光設定は、電源のデューティサイクルを示す、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の方法。
6. 第１の角度範囲内に光を発する少なくとも１つの光源を具備する第１の光源セットと、第２の角度範囲内に光を発する少なくとも１つの光源を具備する第２の光源セットとを制御するための制御ユニットであって、
   調光器から調光設定を受信するための入力部と、
   前記調光設定が第１の所定範囲内にある場合に、前記第１の角度範囲内で光を発するように前記第１の光源セットを制御し、前記調光設定が第２の所定範囲内にある場合に、前記第２の角度範囲内で光を発するように前記第２の光源セットを制御する処理回路と、
   を有する、制御ユニット。
7. 第１の角度範囲内に光を発する少なくとも１つの光源を具備する第１の光源セットと、
   第２の角度範囲内に光を発する少なくとも１つの光源を具備する第２の光源セットと、
   請求項６記載の制御ユニットであって、前記光出力装置によって発せられる光ビームの角度分布を制御するための制御ユニットと、
   を有する、光出力装置。
8. 前記第１及び第２の光源セットのうちの少なくとも一方は、前記第１及び／又は第２の光源セットからの光を前記第１及び／又は第２の角度範囲へリダイレクトする光学素子を有する、請求項７記載の光出力装置。
9. 前記第１及び／又は第２の光源セットは、少なくとも１つのＬＥＤを有する、請求項７又は８に記載の光出力装置。
10. 前記制御ユニットは、前記第１又は第２の光源セットに給電するためのＡＣ電源に電気的に接続可能な電源入力部を有する、請求項７乃至９のいずれか１項に記載の光出力装置。
11. 前記調光設定は、前記第１及び第２の光源セットへの前記ＡＣ電源からの電力供給を調整するために用いられる、請求項１０記載の光出力装置。
12. 請求項７乃至１１のいずれか１項に記載の光出力装置と、
    前記光出力装置からの前記光角度分布のユーザ制御を可能にするための調光器と、
    を有する照明システム。

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