JP2015162336A - 自然光照明装置及び光色調整方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、自然光と人工照明との光を組合わせた自然光照明装置において、光色の調整が可能な自然光照明装置及び光色調整方法を提供する。【解決手段】本発明は、太陽からの自然光を集光する集光部と、集光部で集光された自然光を伝搬する光ファイバと、光ファイバで伝搬された自然光を照射する光照射部と、集光部で集光された自然光のスペクトル強度を検出するスペクトル検出部と、外部から設定された光色のスペクトル強度と前記スペクトル検出部で検出された自然光のスペクトル強度との差分のスペクトル強度を有する光を照射する補助照明と、を備えることを特徴とする。【選択図】 図１

Description

本発明は、太陽の自然光と人工照明の光とを組み合わせた自然光照明装置及び光色調整方法に関する。

従来の自然光照明装置は、屋外に配置された集光装置で太陽からの自然光を集光し、集光した自然光をそのまま光ファイバによって室内に伝搬する。また、自然光照明装置は、伝搬された自然光を照明器具によって室内に照射する。

しかしながら、太陽からの自然光は、天候や時刻によって照度にばらつきがあるため、室内に照射される光の照度が安定しないという問題があった。そこで、光ファイバによって伝搬された自然光の照度を照度センサで検出し、この検出した照度の情報に基づいてＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）等の人工照明で室内に照射される自然光を補完する技術が開発されている（例えば、特許文献１）。

特開２０１１−１８７３８３号公報

一方で、ＬＥＤ等の人工照明は、光色を調節する機能を有するものがある。光色は生活の場面に応じて選択される。例えば、集中を要する作業時には青色に比重を置いた白色の光が用いられ、くつろぐ際には赤色に比重を置いた暖色の光が用いられる。しかしながら、特許文献１に記載の技術のように、自然光と人工照明の光とを組合せた自然光照明装置において、照度を調整することは可能であるが、光色については調整できないという問題があった。

本発明は、上記の課題を鑑みてなされたものであり、自然光と人工照明の光とを組合わせた自然光照明装置において、光色の調整を可能とすることを目的とする。

本発明の自然光照明装置は、太陽からの自然光を集光する集光部と、前記集光部で集光された自然光を伝搬する光ファイバと、前記光ファイバで伝搬された自然光を照射する光照射部と、前記集光部で集光された自然光のスペクトル強度を検出するスペクトル検出部と、外部から設定された光色のスペクトル強度と前記スペクトル検出部で検出された前記自然光のスペクトル強度との差分のスペクトル強度を有する光を照射する補助照明と、を備えることを特徴とする。

本発明の光色調整方法は、太陽からの自然光を集光する集光ステップと、集光した前記自然光を光ファイバによって伝搬する光伝搬ステップと、前記光ファイバで伝搬された自然光を照射する自然光照射ステップと、集光された前記自然光のスペクトル強度を検出するスペクトル検出ステップと、外部から設定された光色のスペクトル強度と前記スペクトル検出ステップで検出された前記自然光のスペクトル強度との差分のスペクトル強度を有する光を照射する光照射ステップと、を有することを特徴とする。

本発明の自然光照明装置は、外部から設定された光色のスペクトル強度とスペクトル検出部で検出した自然光のスペクトル強度との差分のスペクトル強度を有する光を照射する補助照明を備えるので、光色を調整することができる。

実施の形態１に係る自然光照明装置の構成図。 実施の形態１に係る重畳部の構成図。 実施の形態１における自然光のスペクトル強度、設定された光色のスペクトル強度、及び補助照明が照射する光のスペクトル強度の関係を説明する図。 実施の形態１に係る自然光照明装置の動作フローチャート。 実施の形態１に係る自然光照明装置が複数の部屋に自然光を伝搬する例。 実施の形態２に係る自然光照明装置の構成図。 実施の形態２に係る送信部の構成図。 実施の形態３に係る自然光照明装置の構成図。 実施の形態３に係る補助照明の構成図。

実施の形態１．
以下、図１、図２を用いて、実施の形態１に係る自然光照明装置について説明する。

実施の形態１に係る自然光照明装置は、集光部１、光ファイバ２、重畳部３、光照射部５、補助照明６、設定部７を備える。自然光照明装置は、集光部１で集光した自然光を光ファイバ２によって宅内に伝搬し、光照射部５で自然光を出力する。以下、各構成について詳細に説明する。

集光部１は、屋外に設置され、太陽からの自然光を集光する装置である。例えば、集光部１は、集光レンズ等がこれに該当する。自然光とは、太陽の光を指し、人工の光でないものをいう。また、集光部１は屋外に設置されるものに限られず、室内であって自然光が差し込む場所に設置されていてもよく、自然光を集光できる場所に設置されていればよい。

光ファイバ２は、一端が集光部１に接続され、もう一端が後述する重畳部３に接続される。また、光ファイバ２は、重畳部３と後述する光照射部５とを接続する。光ファイバ２は、集光部１で集光した自然光を光照射部５に伝搬する。なお、光ファイバ２は、石英ガラスやプラスチックで形成される繊維状の物質で、心部のコアと、周囲を覆うクラッドの二層構造で構成され、光がコア内を全反射することでこの光を伝搬する。

重畳部３は、集光部１及び光照射部５と光ファイバ２によって接続される。重畳部３は、集光部１で集光された自然光のスペクトル強度を検出し、このスペクトル強度に関する情報を光ファイバ２に重畳して光照射部５に出力する。ここでいう重畳とは、スペクトル強度に関する情報を自然光にのせて伝搬することを指し、具体的には、自然光をスペクトル強度に関する情報で変調することを指す。また、スペクトル強度とは、光を分光器などで分解したときの各波長成分の強さを示すものとする。

また、重畳部３は、図２に示すように、分配部１３、変調部１４、スペクトル検出部１５及び符号化部１６から構成される。以下、重畳部３の構成について詳細に説明する。

分配部１３は、集光部１で集光された自然光を後述する変調部１４、及びスペクトル検出部１５に分配する。

スペクトル検出部１５は、分配部１３から自然光の一部を受け取り、この自然光のスペクトル強度を検出する。

符号化部１６は、スペクトル検出部１５からスペクトル強度に関する情報を受け、符号化する。

変調部１４は、分配部１３から受ける自然光を符号化部１６で符号化されたスペクトル強度に関する情報で変調する。変調は、様々な方法で可能であるが、自然光の損失が少ない方法であればなおよい。例えば、変調は、変調部１４により自然光の出力を変化させることにより行われる。具体的には、変調部１４は、入力される自然光の出力を１００％とすると、光の出力を変化させ、１００％と９０％の自然光を出力することによって、スペクトル強度に関する情報を表すことができる。また、変調部１４は、自然光をＯＮ／ＯＦＦさせることによって、スペクトル強度に関する情報を表すことも可能である。

なお、変調部１４は、変調を所定時間間隔で実行する。例えば、変調部１４は、５分に１回ＯＮ／ＯＦＦによる変調を行い、後述する光照射部５にスペクトル強度に関する情報を送信するようにしてもよい。また、変調部１４は、１００％／９０％を繰り返す変調を行う場合には、自然光の変化、及び損失が小さいため、短い時間間隔（例えば、１０秒に１回）で実行させることも可能である。ただし、所定時間間隔は、任意の値であって、上記値に限られるものではなく、予め自然光照明装置の設計者によって設定される。

光照射部５は、光ファイバ２により伝搬された自然光を室内に照射する。また、光照射部５は、自然光が変調されている場合には、この自然光を復調してスペクトル強度に関する情報を取り出す。光照射部５は、取り出したスペクトル強度に関する情報を補助照明６に有線又は無線で出力する。なお、光照射部５は、室内に設けられるものに限られず、屋外に設けることも可能である。

設定部７は、ユーザの操作により、光照射部５から出力される自然光及び後述する補助照明６から出力される光との合成光の光色が設定される。例えば、設定部７は、調光コントローラ等が該当する。ユーザは希望する光色をこの設定部７で設定することができる。また、設定部７は、設定された光色のスペクトル強度に関する情報を補助照明６に有線又は無線で送信する。なお、設定部７は、光色を設定できればよく、光色を連続的に細かく設定可能なコントローラでもよいし、光色を決められたパターンで段階的に設定可能なコントローラであってもよい。

補助照明６は、自然光を用いたものではなく、調色制御が可能な人工照明である。例えば、ＬＥＤ照明等がこれにあたる。補助照明６は、光照射部５から自然光のスペクトル強度に関する情報を受け、さらに設定部７に設定された光色のスペクトル強度に関する情報を受け、この自然光のスペクトル強度（図３Ａ）及び設定された光色のスペクトル強度（図３Ｂ）を比較する。補助照明６は、設定されたスペクトル強度から自然光のスペクトル強度を差し引いた差分値（図３Ｃ）のスペクトル強度を有する光（図３Ｄ）を照射する。

次に、本実施の形態に係る自然光照明装置の動作について説明する。図４は実施の形態１に係る自然光照明装置の動作フローチャートである。

ＳＴ１において、室内のユーザは、設定部７に光色の設定を行う。また、設定部７は、設定された光色に対応するスペクトル強度の情報を補助照明６に有線又は無線で送信する。

ＳＴ２において、集光部１は、太陽からの自然光を集光する。また、集光部１は、集光した自然光を光ファイバ２に出力する。

ＳＴ３において、重畳部３は、光ファイバ２から自然光を受ける。重畳部３の分配部１３は、自然光の一部をスペクトル検出部１５に、残りの自然光を変調部１４に出力する。このとき、スペクトル検出部１５に出力される自然光は、集光部１が集光した自然光の１／１０程度の光を受ければ十分である。ただし、この数値１／１０は、この値に限られず、スペクトル検出部１５が自然光のスペクトル強度を検出できる数値であればよい。この数値が少ないほど、照射部１５で照射される自然光の損失は少なくなる。分配部１３は、スペクトル検出部１５の性能を考慮して、最小限の自然光をスペクトル検出部１５に出力すればよい。

また、スペクトル検出部１５は、自然光の一部を受けて、この自然光のスペクトル強度を検出する。さらに、スペクトル検出部１５は、検出したスペクトル強度に関する情報を符号化部１６に出力する。符号化部１６は、スペクトル検出部１５が検出したスペクトル強度の情報を符号化して変調部１４に出力する。

ＳＴ４において、変調部１４は、分配部１３から受けた自然光を符号化部１６で符号化されたスペクトル強度の情報で変調する。変調は、所定時間間隔毎に実行される。変調部１４は、所定時間間隔で変調した自然光を光ファイバ２を介して光照射部５に出力する。

ＳＴ５において、光照射部５は、変調された自然光を復調して、スペクトル強度に関する情報を取り出す。また、光照射部５は、取り出したスペクトル強度に関する情報を補助照明６に有線又は無線で出力する。さらに、光照射部５は、変調された自然光を室内に照射する。

ＳＴ６において、補助照明６は、ＳＴ１で設定部７に設定された光色のスペクトル強度から、光照射部５から受けたスペクトル強度を差し引いた分のスペクトル強度を有する光を照射する。

このように、補助照明６は、ユーザが所望する光色のスペクトル強度と、集光部１で集光された自然光のスペクトル強度とを比較して、自然光に不足する分のスペクトル強度を有する光を照射するので、光照射部５と補助照明６とから出力される光の合成光をユーザの所望する光色とすることができる。

なお、実施の形態１に係る自然光照明装置は、１つの室内に自然光を照射する例を用いて説明したが、図５に示すように、複数の部屋に対して光ファイバ２を用いて自然光を伝搬してもよい。この場合、各部屋の光照射部５は、重畳部３からそれぞれ光ファイバ２を介して変調された自然光を受ける。本実施の形態に係る自然光照明装置は、重畳部３からそれぞれの部屋の光照射部５に接続された光ファイバ２を利用してスペクトル強度に関する情報を光照射部５に伝搬することが可能であるため、重畳部３と光照射部５とを接続しスペクトル強度に関する情報を送信するための配線又は重畳部３から光照射部５にスペクトル強度に関する情報を送信するための無線送信機を１つ１つ設ける必要がなく、コストを低減することができる。

以上のように、実施の形態１に係る自然光照明装置は、ユーザが所望する光色のスペクトル強度と、集光部１で集光された自然光のスペクトル強度とを比較して、自然光に不足する分のスペクトル強度を有する光を照射するので、自然光と補助照明６の光とを組合わせた自然光照明装置において、光色を調整することができる。

実施の形態２．
以下、図６、図７を用いて、実施の形態２に係る自然光照明装置の構成について説明する。図６は、実施の形態２に係る自然光照明装置の構成図である。図７は、実施の形態２に係る送信部の構成図である。なお、実施の形態２に係る自然光照明装置の説明において、図１及び図２と同様の構成については、図１及び図２と同じ番号を付して説明を省略する。

実施の形態２に係る自然光照明装置は、重畳部３の代わりに送信部８を備える。

送信部８は、集光部１で集光した自然光のスペクトル強度を検出し、このスペクトル強度に関する情報を補助照明６に直接有線又は無線で送信する。また、送信部８は、分配部１３、スペクトル検出部１５、符号化部１６、及び出力部１７を備える。

図７において、分配部１３は、集光部１で集光した自然光を分配する。分配部１３は、分配した自然光のうち一方をスペクトル検出部１５に出力する。また、分配部１３は、もう一方の自然光を光ファイバ２を介して光照射部５に出力する。

スペクトル検出部１５は、分配部１３から受けた自然光のスペクトル強度を検出し、このスペクトル強度に関する情報を符号化部１６に出力する。また、符号化部１６は、このスペクトル強度に関する情報を符号化し、符号化されたスペクトル強度に関する情報を出力部１７に出力する。

さらに、出力部１７は、スペクトル強度に関する情報を受けて、このスペクトル強度に関する情報を有線又は無線で補助照明６に出力する。

図１において説明したように、補助照明６は、設定部７に設定された光色のスペクトル強度から、光照射部５から受けたスペクトル強度を差し引いた分のスペクトル強度を有する光を照射する。

このように、実施の形態２に係る自然光照明装置において、送信部８から直接スペクトル強度に関する情報を送信するので、光照射部５は、有線又は無線で補助照明６に自然光のスペクトル強度に関する情報を送信する必要がない。したがって、補助照明６は、光照射部５と補助照明６との間に障害物があっても、送信部８から直接自然光のスペクトル強度に関する情報を得ることができる。すなわち、光照射部５及び補助照明６の配置の自由度が向上する。

実施の形態３．
以下、図８、図９を用いて、実施の形態３に係る自然光照明装置について説明する。図８は、実施の形態３に係る自然光照明装置の構成図である。図９は、実施の形態３に係る補助照明の構成図である。なお、実施の形態３に係る自然光照明装置の説明において、図１及び図６で説明した構成と同様のものに関しては、同じ番号を付して説明を省略する。

実施の形態３に係る自然光照明装置は、補助照明６が光照射部５から出力される自然光を直接モニタしてスペクトル強度に関する情報を取得することを特徴とする。なお、本実施の形態に係る自然光照明装置において、図１及び図６に示した重畳部３及び送信部８は不要となる。

光照射部５は、集光部１で集光された自然光を光ファイバ２を介して直接受ける。また、光照射部５は、受けた自然光を出力する。

このとき、補助照明６は、光照射部５から出力される自然光をモニタし、自然光のスペクトル強度を検出する。

本実施の形態において、図９に示すように、補助照明６はモニタ回路２０、受信回路２１、検出回路２２、及び人工光源２３を備える。

モニタ回路２０は、光のスペクトル強度を検出する装置である。例えば、モニタ回路２０は、光スペクトルアナライザがこれに該当する。また、モニタ回路２０は、光照射部５から照射される自然光のスペクトル強度を検出し、このスペクトル強度に関する情報を後述する検出回路２２に出力する。

受信回路２１は、設定部７に設定された光色のスペクトル強度に関する情報を受ける。また、受信回路２１は、設定部７に設定された光色のスペクトル強度に関する情報を検出回路２２に出力する。

検出回路２２は、受信回路２１とモニタ回路２０とから受けたスペクトル強度の差分を検出する。また、検出回路２２は、このスペクトル強度の差分に関する情報を人工光源２３に出力する。

人工光源２３は、例えばＬＥＤ素子等であり、検出回路２２から受けた差分に関する情報に基づいたスペクトル強度で光を照射する。

なお、実施の形態１から３に示した光照射部５及び補助照明６は、1つの照明装置として一体で形成されていてもよい。すなわち、光照射部５が補助照明６の機能を包含するようにしてもよいし、補助照明６が光照射部５の機能を包含するように構成してもよい。このように構成することで、省スペース化を実現することが可能である。

また、実施の形態１から３に示した自然光照明装置は、設定部７を備えるものとしたが、設計者又はユーザが補助照明６に対して予め所望の光色のスペクトル強度を設定しておくよう補助照明６を構成することも可能である。この場合、補助照明６は、予め設定された所望のスペクトル強度になるように、照射する光のスペクトル強度を調整する。このように構成することで、自然光照明装置は、刻々と変わる太陽からの自然光に対して、光照射部５と補助照明６とを合わせて一定の光色の光を室内に照射することができる。

以上のように、実施の形態３に係る自然光照明装置は、補助照明６が光照射部５から出力される自然光のスペクトル強度を検出するモニタ回路２０を備えるので、重畳部３及び送信部８が不要となる。また、光照射部５と補助照明６とをつなぐ配線や、光照射部５が自然光のスペクトル強度に関する情報を補助照明６に送信するための送信手段も必要ない。したがって、コストを削減することができる。

１ 集光部、２ 光ファイバ、３ 重畳部、５ 光照射部、６ 補助照明、７ 設定部、８ 送信部、１３ 分配部、１４ 変調部、１５ スペクトル検出部、１６ 符号化部、１７ 出力部、２０ モニタ回路、２１ 受信回路、２２ 検出回路、２３ 人工光源

Claims (5)

1. 太陽からの自然光を集光する集光部と、
   前記集光部で集光された自然光を伝搬する光ファイバと、
   前記光ファイバで伝搬された自然光を照射する光照射部と、
   前記集光部で集光された自然光のスペクトル強度を検出するスペクトル検出部と、
   外部から設定された光色のスペクトル強度と前記スペクトル検出部で検出された前記自然光のスペクトル強度との差分のスペクトル強度を有する光を照射する補助照明と、
   を備える自然光照明装置。
2. 前記スペクトル検出部が検出したスペクトル強度に関する情報を用いて、前記集光部で集光した自然光を変調する変調部を備え、
   前記光照射部は、前記変調部によって変調された自然光を復調して前記スペクトル強度に関する情報を抽出し、前記補助照明に送信することを特徴とする請求項１に記載の自然光照明装置。
3. 前記スペクトル検出部が検出したスペクトル強度に関する情報を前記補助照明に送信する送信部を備えることを特徴とする請求項１に記載の自然光照明装置。
4. 太陽からの自然光を集光する集光部と、
   前記集光部で集光された自然光を伝搬する光ファイバと、
   前記光ファイバで伝搬された自然光を照射する光照射部と、
   前記光照射部から照射された自然光のスペクトル強度を検出し、外部から設定された光色のスペクトル強度と前記自然光のスペクトル強度との差分のスペクトル強度を有する光を照射する補助照明と、
   を備える自然光照明装置。
5. 太陽からの自然光を集光する集光ステップと、
   集光した前記自然光を光ファイバによって伝搬する光伝搬ステップと、
   前記光ファイバで伝搬された自然光を照射する自然光照射ステップと、
   集光された前記自然光のスペクトル強度を検出するスペクトル検出ステップと、
   外部から設定された光色のスペクトル強度と前記スペクトル検出ステップで検出された前記自然光のスペクトル強度との差分のスペクトル強度を有する光を照射する光照射ステップと、
   を有する光色調整方法。

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