JP2020086319A - 光透過部材の制御方法、制御システム、及び位相制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】透過光の明るさ及び色の少なくとも一方を調整するための回路の小型化が可能な光透過部材の制御方法、制御システム、及び位相制御装置を提供する。【解決手段】光透過部材３００は、入力電圧Ｖ１の電圧値に応じて、透過光の明るさ及び色の少なくとも一方が変化する。光透過部材３００の制御方法では、交流電源１００と光透過部材３００との間に位相制御装置１を電気的に接続する。また、光透過部材３００の制御方法では、位相制御装置１が、交流電源１００から入力される入力電圧Ｖacの周期ごとに、交流電源１００から光透過部材３００に電力が供給される供給期間を制御することで、光透過部材３００の入力電圧Ｖ１の電圧値を制御する。【選択図】図１

Description

本開示は、光透過部材の制御方法、制御システム、及び位相制御装置に関する。より詳細には、本開示は、透過光の明るさ及び色の少なくとも一方を調節可能な光透過部材の制御方法、制御システム、及び位相制御装置に関する。

特許文献１には、電圧を印加又は非印加することで光の透過率が調整される調光窓（光透過部材）が開示されている。

特開２００４−９３８７３号公報

交流電圧で駆動される調光窓の場合、調光窓に印加する交流電圧の振幅を変化させることで、調光窓の透過率が調整される。例えば、交流電源と調光窓との間に、出力電圧の振幅を調整可能な変圧器を電気的に接続し、当該変圧器で出力電圧の振幅を変化させることにより、調光窓の透過率を調整し、調光窓を透過する透過光の明るさ又は色を調整することが可能である。しかしながら、変圧器は大型のため、調光窓の透過率（すなわち、透過光の明るさ又は色）を調整するための調光用の回路が大型になるという問題があった。

本開示の目的は、透過光の明るさ及び色の少なくとも一方を調整するための回路の小型化が可能な光透過部材の制御方法、制御システム、及び位相制御装置を提供することにある。

本開示の一態様の光透過部材の制御方法は、印加電圧の電圧値に応じて、透過光の明るさ及び色の少なくとも一方が変化する光透過部材の制御方法である。前記制御方法では、交流電源と前記光透過部材との間に位相制御装置を電気的に接続する。前記制御方法では、前記位相制御装置が、前記交流電源から入力される入力電圧の周期ごとに、前記交流電源から前記光透過部材に電力が供給される供給期間を制御することで、前記印加電圧の電圧値を制御する。

本開示の一態様の制御システムは、光透過部材と、位相制御装置と、を備える。前記光透過部材は、印加電圧の電圧値に応じて、透過光の明るさ及び色の少なくとも一方が変化する。前記位相制御装置は、交流電源と前記光透過部材との間に電気的に接続される。前記位相制御装置は、前記交流電源から入力される入力電圧の周期ごとに、前記交流電源から前記光透過部材に電力が供給される供給期間を制御することで、前記印加電圧の電圧値を制御する。

本開示の一態様の位相制御装置は、前記制御システムに備えられる。前記位相制御装置は、スイッチと、制御部と、を備える。前記スイッチは、前記交流電源と前記光透過部材との間に電気的に接続される。前記制御部は、前記スイッチのオン／オフを制御する。前記制御部が、前記交流電源から入力される入力電圧の前記周期ごとに、前記スイッチのオン／オフを制御することによって、前記交流電源から光透過部材に電力が供給される前記供給期間を制御する。

本開示によれば、透過光の明るさ及び色の少なくとも一方を調整するための回路の小型化が可能な光透過部材の制御方法、制御システム、及び位相制御装置を提供することができる。

図１は、本開示の一実施形態に係る制御システムの回路図である。 図２は、同上の制御システムが備える位相制御装置が逆位相制御を行う場合の電圧波形図である。 図３は、同上の制御システムにおいて、指令信号の大きさと供給期間の時間長との関係を示すグラフである。 図４は、本開示の一実施形態の変形例１に係る制御システムの回路図である。

以下に説明する実施形態は、本発明の種々の実施形態の一つに過ぎない。本発明の実施形態は、下記実施形態に限定されることはなく、この実施形態以外も含み得る。また、下記の実施形態は、本発明に係る技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計等に応じて種々の変更が可能である。

（実施形態）
（１）概要
本実施形態に係る制御システム１０は、図１に示すように、光透過部材３００と、位相制御装置１とを備える。

光透過部材３００は、印加電圧Ｖ１の電圧値に応じて、透過光（つまり、光透過部材３００を透過する透過光）の明るさ及び色の少なくとも一方が変化する。なお、印加電圧Ｖ１は、光透過部材３００に印加される電圧である。

位相制御装置１は、交流電源１００と光透過部材３００との間に電気的に接続される。位相制御装置１は、交流電源１００から入力される入力電圧Ｖacの周期ごとに、交流電源１００から光透過部材３００に電力が供給される供給期間を制御することで、印加電圧Ｖ１の電圧値を制御する。

ここにおいて、光透過部材３００は、印加電圧Ｖ１の電圧値（振幅値又はピーク値）に応じて、透過光の明るさ及び色の少なくとも一方が変化する。

このように、位相制御装置１は、交流電圧Ｖacの周期ごとに供給期間を制御することで、印加電圧Ｖ１の電圧値を制御しているので、変圧比を調整可能な変圧器を用いなくても、透過光の明るさ及び色の少なくとも一方を調節できる。したがって、光透過部材３００を透過する透過光の光量又は光色を調整するための回路の小型化が可能な制御システム１０を提供できる。なお、以下の実施形態では、交流電源１００からの入力電圧Ｖacを全波整流しているので、「入力電圧Ｖacの周期ごと」とは、交流電源１００の交流電源の半周期ごととなる。

また、本実施形態の位相制御装置１は、上記の制御システム１０に備えられる。位相制御装置１は、図１に示すように、スイッチ（双方向スイッチ２）と、制御部６とを備える。スイッチは、交流電源１００と光透過部材３００との間に電気的に接続される。制御部６は、スイッチのオン／オフを制御する。制御部６が、交流電源１００から入力される入力電圧Ｖacの周期ごとに、スイッチのオン／オフを制御することによって、交流電源１００から光透過部材３００に電力が供給される供給期間を制御する。

位相制御装置１は、交流電圧Ｖacの周期ごとに供給期間を制御することで、光透過部材３００に印加される印加電圧Ｖ１の電圧値を制御しているので、変圧比を調整可能な変圧器を用いなくても、透過光の明るさ及び色の少なくとも一方を調節できる。したがって、変圧器を備えなくても透過光の明るさ及び色の少なくとも一方を調節可能であるので、光透過部材３００を透過する透過光の明るさ又は色を調整するための回路（本実施形態では位相制御装置１）の小型化が可能な制御システム１０を提供できる。

（２）詳細
本実施形態の制御システム１０は、図１に示すように、光透過部材３００と、位相制御装置１とを備える。また、本実施形態の制御システム１０では、位相制御装置１と光透過部材３００との間にフィルタ回路２００が更に接続されている。以下、制御システム１０が備える各部の構成について説明する。

（２．１）光透過部材
光透過部材３００は、一対の入力端子３０１，３０２を有している。光透過部材３００は、例えばＳＰＤ（Suspended Particle Device）技術を利用して作成されたフィルム状の部材である。本実施形態では、光透過部材３００の入力端子３０１，３０２はフィルタ回路２００に電気的に接続されている。フィルタ回路２００には印加電圧Ｖ１が入力されており、印加電圧Ｖ１に含まれる高周波成分をフィルタ回路２００で減衰させた電圧Ｖ２が光透過部材３００に入力されている。

光透過部材３００は、入力端子３０１，３０２を介して入力される交流の電圧Ｖ２の電圧値（振幅）に応じて透過率が変化する。なお、光透過部材３００は、入力端子３０１，３０２を介して入力される電圧Ｖ２の電圧値に応じて透過光の明るさが変化するものに限定されず、透過光の色が変化するものでもよいし、透過光の明るさ及び色の両方が変化するものでもよい。

本実施形態の光透過部材３００は、例えば、建物の窓の窓ガラスに用いられる。窓ガラスは、２枚のガラス板の中間に光透過部材３００を挟んだ合わせガラスでもよいし、窓ガラスの表面にフィルム状の光透過部材３００が貼り付けられていてもよい。なお、光透過部材３００は、建物の窓に用いられるものに限定されない。光透過部材３００は、例えば、建物に設けられた扉（開き戸又は引き戸）、又は建物の内部に配置されるパーティション等に用いられてもよい。また、光透過部材３００は、例えば自動車、鉄道車両、航空機、船舶等の移動体に設けられた窓（天井に設けられた天窓も含む）に用いられてもよい。

また、本実施形態の光透過部材３００は、ＳＰＤ技術を利用して作成されるものに限定されない。光透過部材３００は、例えば、２枚のガラス板の間に挟まれるフィルム状の液晶からなり、交流電圧が印加される場合と印加されない場合とで透過光の明るさが調整されるものでもよい。

（２．２）位相制御装置
位相制御装置１は、図１に示すように、一対の接続端子８１，８２と、双方向スイッチ２（スイッチ）と、位相検出部３と、入力部４と、電源部５と、制御部６と、スイッチ駆動部７と、ダイオードＤ１，Ｄ２とを備えている。

本実施形態の位相制御装置１は２線式の位相制御装置であり、一例として壁スイッチ等に適用可能である。位相制御装置１の一対の接続端子８１，８２は、光透過部材３００と交流電源１００との間に電気的に接続される。換言すれば、位相制御装置１は、交流電源１００と光透過部材３００との間に電気的に接続される。交流電源１００は、例えば単相１００〔Ｖ〕、６０〔Ｈｚ〕の商用電源である。

双方向スイッチ２は、一対の接続端子８１，８２間において、双方向の電流の遮断・通過を切り替えるように構成されている。双方向スイッチ２は、例えば、接続端子８１，８２間に電気的に直列に接続された第１のスイッチ素子Ｑ１及び第２のスイッチ素子Ｑ２の２個の素子からなる。例えば、第１及び第２のスイッチ素子Ｑ１，Ｑ２（以下では単にスイッチ素子Ｑ１，Ｑ２と言う）の各々は、エンハンスメント形のｎチャネルＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor）からなる半導体スイッチ素子である。

スイッチ素子Ｑ１，Ｑ２は、接続端子８１，８２間において、いわゆる逆直列に接続されている。つまり、スイッチ素子Ｑ１，Ｑ２はソース同士が互いに接続されている。スイッチ素子Ｑ１のドレインは接続端子８１に接続され、スイッチ素子Ｑ２のドレインは接続端子８２に接続されている。両スイッチ素子Ｑ１，Ｑ２のソースは、電源部５のグランドに接続されている。なお、電源部５のグランドは、位相制御装置１の内部回路にとって基準電位となる。

双方向スイッチ２は、スイッチ素子Ｑ１，Ｑ２のオン、オフの組合せにより、４つの状態を切替可能である。４つの状態には、両スイッチ素子Ｑ１，Ｑ２が共にオフである双方向オフ状態と、両スイッチ素子Ｑ１，Ｑ２が共にオンである双方向オン状態と、スイッチ素子Ｑ１，Ｑ２の一方のみがオンである２種類の一方向オン状態とがある。一方向オン状態では、スイッチ素子Ｑ１，Ｑ２のうち、オンの方のスイッチ素子から、オフの方のスイッチ素子の寄生ダイオードを通して一対の接続端子８１，８２間が一方向に導通することになる。例えば、スイッチ素子Ｑ１がオン、スイッチ素子Ｑ２がオフの状態では、接続端子８１から接続端子８２に向けて電流を流す第１の一方向オン状態となる。また、スイッチ素子Ｑ２がオン、スイッチ素子Ｑ１がオフの状態では、接続端子８２から接続端子８１に向けて電流を流す第２の一方向オン状態となる。そのため、接続端子８１，８２間に交流電源１００から交流電圧Ｖacが印加される場合、交流電圧Ｖacの正極性の半周期においては、第１の一方向オン状態が「順方向オン状態」、第２の一方向オン状態が「逆方向オン状態」となる。一方、交流電圧Ｖacの負極性の半周期においては、第２の一方向オン状態が「順方向オン状態」、第１の一方向オン状態が「逆方向オン状態」となる。

ここで、双方向スイッチ２は、「双方向オン状態」及び「順方向オン状態」の両状態がオン状態であり、「双方向オフ状態」及び「逆方向オン状態」の両状態がオフ状態である。

位相検出部３は、接続端子８１，８２間に印加される交流電圧Ｖacの位相を検出する。ここでいう「位相」は、交流電圧Ｖacのゼロクロス点、交流電圧Ｖacの極性（正極性、負極性）を含んでいる。位相検出部３は、交流電圧Ｖacのゼロクロス点を検出すると検出信号を制御部６に出力するように構成されている。位相検出部３は、ダイオードＤ３１と、第１検出部３１と、ダイオードＤ３２と、第２検出部３２と、を有している。第１検出部３１は、ダイオードＤ３１を介して接続端子８１に電気的に接続されている。第２検出部３２は、ダイオードＤ３２を介して接続端子８２に電気的に接続されている。

第１検出部３１は、交流電圧Ｖacが負極性の半周期から正極性の半周期に移行する際のゼロクロス点を検出すると、第１検出信号ＺＣ１を制御部６に出力する。第２検出部３２は、交流電圧Ｖacが正極性の半周期から負極性の半周期に移行する際のゼロクロス点を検出すると、第２検出信号ＺＣ２を制御部６に出力する。具体的には、第１検出部３１は、接続端子８１に印加される電圧の電圧値が規定値未満の状態から規定値以上の状態に移行したことを検出すると、ゼロクロス点と判断し、第１検出信号ＺＣ１を出力する。同様に、第２検出部３２は、接続端子８２に印加される電圧の電圧値が規定値より大きい状態から規定値以下の状態に移行したことを検出すると、ゼロクロス点と判断し、第２検出信号ＺＣ２を出力する。規定値は０〔Ｖ〕付近に設定された値である。例えば、第１検出部３１の規定値は、＋数〔Ｖ〕程度であり、第２検出部３２の規定値は、−数〔Ｖ〕程度である。したがって、第１検出部３１及び第２検出部３２で検出されるゼロクロス点の検出点は、厳密な意味でのゼロクロス点（０〔Ｖ〕）から少し時間が遅れる。

入力部４は、操作部から操作量（つまり光透過部材３０の透過光の明るさ）を表す信号を受け付け、透過光の明るさを指示する指令信号Ａ１を制御部６に出力する。なお、操作部は、例えば位相制御装置１に設けられた可変抵抗器やロータリスイッチなどからなり、ユーザによって操作される。また、操作部は、位相制御装置１以外の装置に備えられていてもよく、タッチパネル、リモートコントローラ、あるいはスマートフォン等の通信端末などでもよい。

制御部６は、例えば、コンピュータシステムを含んでいる。コンピュータシステムは、ハードウェアとしてのプロセッサ及びメモリを主構成とする。コンピュータシステムのメモリに記録されたプログラムをプロセッサが実行することによって、制御部６の機能が実現される。プログラムは、コンピュータシステムのメモリに予め記録されてもよく、電気通信回線を通じて提供されてもよく、コンピュータシステムで読み取り可能なメモリカード、光学ディスク、ハードディスクドライブ等の非一時的記録媒体に記録されて提供されてもよい。

制御部６は、位相検出部３からの検出信号及び入力部４からの指令信号Ａ１に基づいて双方向スイッチ２を制御する。制御部６は、スイッチ素子Ｑ１，Ｑ２の各々を別々に制御する。具体的には、制御部６は、第１制御信号Ｓｂ１にてスイッチ素子Ｑ１を制御し、第２制御信号Ｓｂ２にてスイッチ素子Ｑ２を制御する。

スイッチ駆動部７は、スイッチ素子Ｑ１を駆動（オン／オフ制御）する第１駆動部７１と、スイッチ素子Ｑ２を駆動（オン／オフ制御）する第２駆動部７２と、を有している。第１駆動部７１は、制御部６から第１制御信号Ｓｂ１を受けて、スイッチ素子Ｑ１にゲート電圧を印加する。これにより、第１駆動部７１はスイッチ素子Ｑ１をオン／オフ制御する。同様に、第２駆動部７２は、制御部６から第２制御信号Ｓｂ２を受けて、スイッチ素子Ｑ２にゲート電圧を印加する。これにより、第２駆動部７２はスイッチ素子Ｑ２をオン／オフ制御する。第１駆動部７１は、スイッチ素子Ｑ１のソースの電位を基準にしてゲート電圧を生成する。第２駆動部７２も同様である。

電源部５は、ダイオードＤ１を介して接続端子８１に電気的に接続され、ダイオードＤ２を介して接続端子８２に電気的に接続されている。これにより、双方向スイッチ２がオフ状態にある場合に、２個のダイオードＤ１，Ｄ２と、２個のスイッチ素子Ｑ１，Ｑ２の寄生ダイオードとで構成されるダイオードブリッジにて、交流電圧Ｖacを全波整流して得られた脈流電圧が電源部５に供給される。そして、電源部５は、ダイオードブリッジから出力される脈流電圧を安定化して、制御部６、位相検出部３、及びスイッチ駆動部７等の動作電圧を生成する。

（２．３）フィルタ回路
フィルタ回路２００は、交流電源１００と接続端子８２との間に接続されるインダクタ２０１と抵抗２０３とインダクタ２０２との直列回路を有し、抵抗２０３の両端が光透過部材３００の入力端子３０１，３０２にそれぞれ電気的に接続されている。

本実施形態の光透過部材３００はコンデンサと等価であり、フィルタ回路２００のインダクタ２０１，２０２及び抵抗２０３は光透過部材３００と共に低域通過フィルタを構成する。フィルタ回路２００に印加電圧Ｖ１が入力されると、印加電圧Ｖ１に含まれる高周波成分が低域通過フィルタによって減衰され、高周波成分が減衰された電圧Ｖ２が光透過部材３００に印加される。ここにおいて、高周波成分とは、交流電源１００の周波数よりも高い周波数領域の周波数成分であり、例えば数百Ｈｚ以上の周波数領域の周波数成分である。

本実施形態の制御システム１０では、位相制御装置１が交流電源１００から入力される入力電圧Ｖacを位相制御しており、位相制御後の電圧（印加電圧Ｖ１）がフィルタ回路２００を介して光透過部材３００に入力される。したがって、光透過部材３００には、印加電圧Ｖ１に含まれる高周波成分がフィルタによって減衰された後の電圧Ｖ２が印加されることになる。

（３）動作
（３．１）起動動作
まず、本実施形態の位相制御装置１の通電開始時の起動動作について説明する。

本実施形態の位相制御装置１によれば、接続端子８１，８２間に光透過部材３００を介して交流電源１００が接続されると、交流電源１００から接続端子８１，８２間に印加される交流電圧Ｖacが整流されて電源部５に供給される。電源部５は、交流電圧Ｖacを全波整流した電圧から、制御部６、位相検出部３、及びスイッチ駆動部７等の動作電圧を生成する。電源部５によって生成された動作電圧は、制御部６、位相検出部３、スイッチ駆動部７等に供給され、制御部６が起動する。

制御部６が起動すると、制御部６は、位相検出部３の検出信号を基に交流電源１００の周波数の判定を行う。そして、制御部６は、判定した周波数に応じて、予めメモリに記憶されている数値テーブルを参照し、各種の時間などのパラメータの設定を行う。ここで、入力部４からの指令信号Ａ１の大きさ（つまり、光透過部材３００の透過光の明るさ）が「０」であれば、制御部６は、双方向スイッチ２を双方向オフ状態に維持することで、一対の接続端子８１，８２間のインピーダンスをハイインピーダンス状態に維持する。これにより、光透過部材３００の光透過率は、調整範囲における最低値（例えば０％）となり、光透過部材３００を通して光透過部材３００の向こう側を見えにくい状態にすることができる。

（３．２）光透過部材の制御動作
次に、本実施形態の位相制御装置１が、入力部４から制御部６に入力される指令信号Ａ１（透過光の明るさを示す信号）に基づいて、光透過部材３００の光透過率を制御する制御動作について、図２等を参照して説明する。

まず、交流電圧Ｖacが正極性の半周期における位相制御装置１の動作について説明する。位相制御装置１は、位相制御の基準となる交流電圧Ｖacのゼロクロス点を位相検出部３で検出する。交流電圧Ｖacが負極性の半周期から正極性の半周期に移行する際には、交流電圧Ｖacが正極性の規定値「Ｖｚｃ」に達すると、第１検出部３１が第１検出信号ＺＣ１を出力する。本実施形態では、第１検出信号ＺＣ１の発生時点を第１時点ｔ１とし、半周期の始点（ゼロクロス点）ｔ０から第１時点ｔ１までの期間を、第一の期間Ｔ１とする。半周期の始点ｔ０から第１時点ｔ１までの第一の期間Ｔ１では、制御部６は、第１制御信号Ｓｂ１及び第２制御信号Ｓｂ２を「ＯＦＦ」信号にする。これにより、第一の期間Ｔ１では、２個のスイッチ素子Ｑ１，Ｑ２がいずれもオフになり、双方向スイッチ２が双方向オフ状態となる。第１時点ｔ１において、制御部６は、第１制御信号Ｓｂ１及び第２制御信号Ｓｂ２を「ＯＮ」信号にする。

第２時点ｔ２は、第１時点ｔ１から指令信号Ａ１に応じた長さのオン時間が経過した時点である。第２時点ｔ２においては、制御部６は、第２制御信号Ｓｂ２を「ＯＮ」信号に維持したまま、第１制御信号Ｓｂ１を「ＯＦＦ」信号にする。これにより、第１時点ｔ１から第２時点ｔ２までの第二の期間Ｔ２には、２個のスイッチ素子Ｑ１，Ｑ２がいずれもオンになり、双方向スイッチ２が双方向オン状態となる。そのため、第二の期間Ｔ２には、交流電源１００から双方向スイッチ２とフィルタ回路２００とを介して光透過部材３００に電力が供給され、光透過部材３００の光透過率が、第二の期間Ｔ２の時間幅に応じた透光率に調整される。すなわち、光透過部材３００の光透過率は、交流電源１００から光透過部材３００に電力が供給される供給期間（第二の期間Ｔ２）によって制御される。また、第２時点ｔ２になると、双方向スイッチ２が逆方向オン状態となるため、交流電源１００から光透過部材３００への電力供給が絶たれる。ここで、印加電圧Ｖ１に含まれる高周波成分をフィルタで減衰させた電圧Ｖ２が光透過部材３００に印加されるので、電力供給が絶たれた場合に光透過部材３００に発生するサージ電流が抑制される。

第３時点ｔ３は、半周期の終点（ゼロクロス点）ｔ４よりも一定時間（例えば３００〔μｓ〕）だけ手前の時間である。第３時点ｔ３においては、制御部６は、第１制御信号Ｓｂ１及び第２制御信号Ｓｂ２を「ＯＦＦ」信号にする。これにより、第２時点ｔ２から第３時点ｔ３までの第三の期間Ｔ３には、２個のスイッチ素子Ｑ１，Ｑ２のうちスイッチ素子Ｑ１のみがオフし、双方向スイッチ２が逆方向オン状態となる。そのため、第三の期間Ｔ３においては、交流電源１００から光透過部材３００への電力供給が断たれた状態が継続する。

第３時点ｔ３から半周期の終点（ゼロクロス点）ｔ４までの第四の期間Ｔ４には、２個のスイッチ素子Ｑ１，Ｑ２がいずれもオフになり、双方向スイッチ２が双方向オフ状態となる。

また、交流電圧Ｖacが負極性の半周期における位相制御装置１の動作は、正極性の半周期と基本的に同様の動作となる。以下、交流電圧Ｖacが負極性の半周期における位相制御装置１の動作について説明する。

負極性の半周期において、交流電圧Ｖacが負極性の規定値「−Ｖｚｃ」に達すると、第２検出部３２が第２検出信号ＺＣ２を出力する。負極性の半周期では、半周期の始点ｔ０（ｔ４）から第２検出信号ＺＣ２の発生時点である第１時点ｔ１までの期間が第一の期間Ｔ１となる。また、第２時点ｔ２は、第１時点ｔ１から指令信号Ａ１に応じた長さのオン時間が経過した時点であり、第３時点ｔ３は、半周期の終点ｔ４（ｔ０）よりも一定時間（例えば３００〔μｓ〕）だけ手前の時間である。

交流電圧Ｖacが負極性の半周期における第一の期間Ｔ１では、制御部６は、第１制御信号Ｓｂ１及び第２制御信号Ｓｂ２を「ＯＦＦ」信号にする。これにより、第一の期間Ｔ１には双方向スイッチ２が双方向オフ状態となる。そして、第１時点ｔ１において、制御部６は、第１制御信号Ｓｂ１及び第２制御信号Ｓｂ２を「ＯＮ」信号にする。これにより、負極性の半周期において、第１時点ｔ１から第２時点ｔ２までの第二の期間Ｔ２には、２個のスイッチ素子Ｑ１，Ｑ２がいずれもオンになり、双方向スイッチ２が双方向オン状態となる。そのため、第二の期間Ｔ２には、交流電源１００から双方向スイッチ２とフィルタ回路２００とを介して光透過部材３００に電力が供給されるので、光透過部材３００の光透過率が、第二の期間Ｔ２の時間幅に応じた光透過率に調整される。

負極性の半周期における第２時点ｔ２では、制御部６は、第１制御信号Ｓｂ１を「ＯＮ」信号に維持したまま、第２制御信号Ｓｂ２を「ＯＦＦ」信号にする。これにより、第２時点ｔ２では双方向スイッチ２は逆方向オン状態となり、交流電源１００から光透過部材３００への電力供給が絶たれる。ここで、印加電圧Ｖ１に含まれる高周波成分をフィルタで減衰させた電圧Ｖ２が光透過部材３００に入力されるので、電力供給が絶たれた場合に光透過部材３００に発生するサージ電流が抑制される。

負極性の半周期における第３時点ｔ３では、制御部６は、第１制御信号Ｓｂ１及び第２制御信号Ｓｂ２を「ＯＦＦ」信号にする。これにより、負極性の半周期において、第２時点ｔ２から第３時点ｔ３までの第三の期間Ｔ３には、２個のスイッチ素子Ｑ１，Ｑ２のうちスイッチ素子Ｑ２のみがオフし、双方向スイッチ２が逆方向オン状態となる。そのため、第三の期間Ｔ３には、交流電源１００から光透過部材３００７への電力供給が断たれた状態が継続する。また、負極性の半周期において、第３時点ｔ３から半周期の終点ｔ４までの第四の期間Ｔ４には、２個のスイッチ素子Ｑ１，Ｑ２がいずれもオフになり、双方向スイッチ２が双方向オフ状態となる。

本実施形態の位相制御装置１は、以上説明した正極性の半周期の動作と負極性の半周期の動作とを交流電圧Ｖacの半周期ごとに交互に繰り返すことで、光透過部材３００の光透過率が指令信号Ａ１に応じた光透過率に制御され、透過光の明るさが制御される。

なお、上述した各周期での双方向スイッチ２の動作は一例であり、交流電源１００の入力電圧Ｖacの周期ごとに供給期間を制御可能であれば、双方向スイッチ２の動作は適宜変更が可能である。

ここで、「双方向オン状態」はオン状態であり、「逆方向オン状態」はオフ状態であるから、双方向スイッチ２が双方向オン状態から逆方向オン状態に切り替わる時点、つまり第２時点ｔ２で、交流電源１００から光透過部材３００への電力供給が遮断される。そして、第１時点ｔ１から第２時点ｔ２までの時間（オン時間）が、交流電源１００から光透過部材３００に電力が供給される供給期間となり、この供給期間は、入力部４から入力される指令信号Ａ１に応じた時間となる。よって、半周期において接続端子８１，８２間が導通する時間（供給期間）は、指令信号Ａ１（つまり、透過光の明るさを示す信号）に従って規定されることになる。言い換えれば、交流電源１００から光透過部材３００に電力が供給される供給期間は時間幅が可変長の期間であって、交流電圧Ｖacに対する切替時点（第２時点ｔ２）の位相は指令信号Ａ１に応じて変化する。すなわち、光透過部材３００の光透過率を小さくする場合には供給期間の時間長は短く、光透過部材３００の光透過率を大きくする場合には供給期間の時間長は長く規定される。そのため、制御部６は、指令信号Ａ１に基づいて、交流電圧Ｖacの半周期ごとに双方向スイッチ２の導通期間、つまり交流電源１００から光透過部材３００に電力が供給される供給期間を変えることで、光透過部材３００の光透過率を変えることができる。

上述のように、本実施形態の位相制御装置１は、交流電源１００から入力される入力電圧Ｖacの周期（本実施形態では半周期）ごとに、周期の途中で供給期間を終了する。すなわち、位相制御装置１は、交流電圧Ｖacの各周期の始点から各周期の途中までを、交流電源１００から光透過部材３００に電力を供給する供給期間とする逆位相制御（トレイリング・エッジ方式の制御）を行っている。したがって、本実施形態の位相制御装置１では、双方向スイッチ２がオン状態となるときの突入電流を低減できる。

なお、位相制御装置１は、交流電圧Ｖacの各周期の始点（時点ｔ０）から各周期の途中（第２時点ｔ２）まで双方向スイッチ２をオフ状態とし、各周期の途中（第２時点ｔ２）から次の周期の始点までは双方向スイッチ２をオン状態としてもよい。つまり、位相制御装置１は、交流電源１００から入力される入力電圧Ｖacの周期（本実施形態では半周期）ごとに、周期の途中で供給期間を開始する正位相制御（リーディング・エッジ方式の制御）を行ってもよい。

また、位相制御装置１は、交流電圧Ｖacの周期ごとに、周期の始点から当該周期の途中のオン時点まで双方向スイッチ２をオフ状態とし、オン時点から当該周期の途中のオフ時点まで双方向スイッチ２をオン状態としてもよい。そして、位相制御装置１は、オフ時点から次の周期の始点まで双方向スイッチ２をオフ状態としてもよい。このように、位相制御装置１は、交流電圧Ｖacの周期ごとに、周期の途中に設けた供給期間だけ交流電源１００から光透過部材３００に電力を供給してもよく、供給期間の長さを変化させることで光透過部材３００の透光率を変化させることができる。

ところで、本実施形態において、位相制御装置１は、照明器具及び換気扇のいずれかを負荷として、負荷に供給する電力を調整する負荷制御装置である。つまり、位相制御装置１と、照明器具及び換気扇用の負荷制御装置とに１種類の装置が共用されるので、１種類の装置を複数の用途に使用できる。

なお、位相制御装置１が、照明器具及び換気扇の制御用に使用される場合と、光透過部材３００の制御用に使用される場合とで、入力部４から制御部６に入力される指令信号Ａ１の大きさと電力の供給期間の時間長との関係が異なっている。

位相制御装置１が照明器具及び換気扇の制御用に使用される場合、制御部６は、例えば、指令信号Ａ１の大きさに対して電力の供給期間の時間長が線形に変化するように双方向スイッチ２がオン状態となる期間を制御する。

一方、位相制御装置１が光透過部材３００の制御用に使用される場合、制御部６は、指令信号Ａ１の大きさに対して電力の供給期間の時間長が非線形に変化するように双方向スイッチ２がオン状態となる期間を制御する。ここで、図３は、指令信号Ａ１の大きさ（つまり、透過光の明るさを表す値）と供給期間の時間長との関係を示している。制御部６は、指令信号Ａ１の大きさが比較的小さい範囲では、指令信号Ａ１の大きさが比較的大きい範囲に比べて、指令信号Ａ１の変化に対して供給期間の変化が大きくなるように、双方向スイッチ２がオン状態となる期間を制御している。このように、制御部６は、指令信号Ａ１の大きさ（つまり、透過光の明るさを表す値）に対して供給期間の時間長が非線形に変化するように、双方向スイッチ２がオン状態となる期間を制御することで、指令信号Ａ１に対して透過光の明るさを線形に変化させることができる。なお、指令信号Ａ１の大きさと供給期間の時間長との関係は、制御対象の光透過部材３００の特性等に応じて適宜変更が可能である。

（３）変形例
上記実施形態は、本開示の様々な実施形態の一つに過ぎない。上記実施形態は、本開示の目的を達成できれば、設計等に応じて種々の変更が可能である。また、制御システム１０と同様の機能は、光透過部材３００の制御方法、コンピュータプログラム、又はプログラムを記録した非一時的な記録媒体等で具現化されてもよい。一態様に係る光透過部材３００の制御方法は、印加電圧Ｖ１の電圧値に応じて、透過光の明るさ及び色の少なくとも一方が変化する光透過部材３００の制御方法である。この制御方法では、交流電源１００と光透過部材３００との間に位相制御装置１を電気的に接続する。この制御方法では、位相制御装置１が、交流電源１００から入力される入力電圧Ｖacの周期ごとに、交流電源１００から光透過部材３００に電力が供給される供給期間を制御することで、印加電圧Ｖ１の電圧値を制御する。

以下、上記の実施形態の変形例を列挙する。以下に説明する変形例は、適宜組み合わせて適用可能である。なお、以下では、上記実施形態を「基本例」と呼ぶこともある。

本開示における位相制御装置１は、コンピュータシステムを含んでいる。コンピュータシステムは、ハードウェアとしてのプロセッサ及びメモリを主構成とする。コンピュータシステムのメモリに記録されたプログラムをプロセッサが実行することによって、本開示における位相制御装置１の機能が実現される。プログラムは、コンピュータシステムのメモリに予め記録されてもよく、電気通信回線を通じて提供されてもよく、コンピュータシステムで読み取り可能なメモリカード、光学ディスク、ハードディスクドライブ等の非一時的記録媒体に記録されて提供されてもよい。コンピュータシステムのプロセッサは、半導体集積回路（ＩＣ）又は大規模集積回路（ＬＳＩ）を含む１ないし複数の電子回路で構成される。ここでいうＩＣ又はＬＳＩ等の集積回路は、集積の度合いによって呼び方が異なっており、システムＬＳＩ、ＶＬＳＩ（Very Large Scale Integration）、又はＵＬＳＩ（Ultra Large Scale Integration）と呼ばれる集積回路を含む。さらに、ＬＳＩの製造後にプログラムされる、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）、又はＬＳＩ内部の接合関係の再構成若しくはＬＳＩ内部の回路区画の再構成が可能な論理デバイスについても、プロセッサとして採用することができる。複数の電子回路は、１つのチップに集約されていてもよいし、複数のチップに分散して設けられていてもよい。複数のチップは、１つの装置に集約されていてもよいし、複数の装置に分散して設けられていてもよい。ここでいうコンピュータシステムは、１以上のプロセッサ及び１以上のメモリを有するマイクロコントローラを含む。したがって、マイクロコントローラについても、半導体集積回路又は大規模集積回路を含む１ないし複数の電子回路で構成される。

また、位相制御装置１における複数の機能が、１つの筐体内に集約されていることは位相制御装置１に必須の構成ではなく、位相制御装置１の構成要素は、複数の筐体に分散して設けられていてもよい。

（３．１）変形例１
変形例１の制御システム１０は、交流電圧で駆動される光透過部材３００に代えて、直流電圧で駆動される光透過部材３００Ａを用いる点で上記実施形態と相違する。変形例１の制御システム１０では、接続端子８１，８２の間に交流電源１００と電子ダウントランス４００とが電気的に接続されており、電子ダウントランス４００で平滑化された直流電圧が光透過部材３００Ａに供給されている。なお、光透過部材３００Ａ及び電子ダウントランス４００以外は上記の基本例と共通であるので、同一の構成要素には同一の符号を付してその説明は省略する。

光透過部材３００Ａは、例えば可変色調エレクトロクロミック（EC：electrochromic）を用いた光透過部材である。光透過部材３００Ａは、入力端子３０１，３０２間に印加される直流電圧の電圧値に応じて、透過光の明るさ及び色の少なくとも一方が変化する。

電子ダウントランス４００は、トランス４０１と、全波整流器４０２と、ダイオード４０３と、コンデンサ４０４とを備える。電子ダウントランス４００では、位相制御装置１によって位相制御された脈流電圧をトランス４０１で降圧し、全波整流器４０２で全波整流しており、全波整流器４０２からの出力電流によってダイオード４０３を介してコンデンサ４０４が充電される。そして、コンデンサ４０４の両端電圧が光透過部材３００Ａに供給される。

変形例１の制御システム１０では、位相制御装置１の制御部６が入力部４から入力される指令信号Ａ１に応じて、双方向スイッチ２がオン状態となる期間を変化させ、交流電源１００から光透過部材３００へ電力が供給される供給期間を変化させている。交流電源１００から光透過部材３００へ電力が供給される供給期間が変化すると、電子ダウントランス４００から出力される直流電圧（コンデンサ４０４の両端電圧）の電圧値が変化する。これにより、変形例１においても、入力部４から入力される指令信号Ａ１に応じて、光透過部材３００Ａを透過する透過光の明るさ及び色の少なくとも一方を変化させることができる。

（３．２）その他の変形例
基本例の位相制御装置１において、交流電圧Ｖacの周期ごとに交流電源１００から光透過部材３００に電力を供給する供給期間を制御することで、光透過部材３００を透過する透過光の色を変化させてもよい。また、位相制御装置１は、交流電圧Ｖacの周期ごとに交流電源１００から光透過部材３００に電力を供給する供給期間を制御することで、光透過部材３００を透過する透過光の明るさ及び色の両方を変化させてもよい。

基本例の位相制御装置１では、双方向スイッチ２の制御において、「双方向オン状態」の代わりに「順方向オン状態」に制御することも可能であり、逆に「順方向オン状態」の代わりに「双方向オン状態」に制御することも可能である。また、「双方向オフ状態」の代わりに「逆方向オン状態」に制御することも可能であり、「逆方向オン状態」の代わりに「双方向オフ状態」に制御することも可能である。すなわち、双方向スイッチ２が、オン状態又はオフ状態の状態が変わらなければよい。

また、フィルタ回路２００は、制御システム１０に必須の構成ではなく、フィルタ回路２００は適宜省略されてもよい。フィルタ回路２００が省略される場合には、接続端子８１，８２の間に交流電源１００と光透過部材３００とが直列に接続される。

また、基本例の位相制御装置１において、制御部６は、例えば周囲の明るさを検出する照度センサ（例えばフォトダイオード等）の出力信号に基づいて、光透過部材３００を透過する透過光の明るさ及び色の少なくとも一方を変化させてもよい。例えば、周囲の明るさが明るくなるにつれて、制御部６は、光透過部材３００の光透過率を低下させてもよく、光透過部材３００を透過する透過光の明るさを暗くすることができる。

また、スイッチ駆動部７は、位相制御装置１に必須の構成ではなく、適宜省略されていてもよい。スイッチ駆動部７が省略される場合、制御部６が直接的に双方向スイッチ２を駆動する。

なお、上記の実施形態において、ダイオードＤ１，Ｄ２は位相制御装置１に必須の構成ではなく、ダイオードＤ１，Ｄ２は適宜省略されていてもよい。

上記の実施形態では、双方向スイッチ２を構成する２個のスイッチ素子Ｑ１，Ｑ２の各々は、エンハンスメント形のｎチャネルＭＯＳＦＥＴに限らず、例えばＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）などであってもよい。さらに、双方向スイッチ２において、一方向オン状態を実現するための整流素子（ダイオード）は、スイッチ素子Ｑ１，Ｑ２の寄生ダイオードに限らず、外付けのダイオードであってもよい。ダイオードは、スイッチ素子Ｑ１，Ｑ２の各々と同一パッケージに内蔵されていてもよい。

また、双方向スイッチ２はダブルゲート構造のスイッチ素子でもよい。ダブルゲート構造のスイッチ素子は、例えばＧａＮ（窒化ガリウム）などのワイドバンドギャップの半導体材料を用いたダブルゲート（デュアルゲート）構造の半導体素子である。

（まとめ）
以上説明したように、第１の態様に係る光透過部材（３００）の制御方法は、印加電圧（Ｖ１）の電圧値に応じて、透過光の明るさ及び色の少なくとも一方が変化する光透過部材（３００）の制御方法である。光透過部材（３００）の制御方法では、交流電源（１００）と光透過部材（３００）との間に位相制御装置（１）を電気的に接続する。光透過部材（３００）の制御方法では、位相制御装置（１）が、交流電源（１００）から入力される入力電圧（Ｖac）の周期ごとに、交流電源（１００）から光透過部材（３００）に電力が供給される供給期間を制御することで、光透過部材（３００）の印加電圧（Ｖ１）の電圧値を制御する。

この態様によれば、位相制御装置（１）が電力の供給期間を制御することで、印加電圧（Ｖ１）の電圧値を制御しているので、変圧器を備えなくても透過光の明るさ及び色の少なくとも一方を調整することが可能になる。したがって、透過光の明るさ及び色の少なくとも一方を調整するための回路（位相制御装置（１））の小型化が可能になる。

第２の態様に係る光透過部材（３００）の制御方法では、第１の態様において、位相制御装置（１）は、交流電源（１００）から入力される入力電圧（Ｖac）の周期ごとに、周期の途中で供給期間を終了する。

この態様によれば、位相制御装置（１）が逆位相制御を行うことで、光透過部材（３００）に印加される印加電圧（Ｖ１）の電圧値を制御することができる。

第３の態様に係る光透過部材（３００）の制御方法では、第１又は第２の態様において、位相制御装置（１）は、交流電源（１００）から入力される入力電圧（Ｖac）の周期ごとに、周期の途中で供給期間を開始する。

この態様によれば、位相制御装置（１）が正位相制御を行うことで、光透過部材（３００）に印加される印加電圧（Ｖ１）の電圧値を制御することができる。

第４の態様に係る光透過部材（３００）の制御方法では、第１〜第３のいずれかの態様において、印加電圧（Ｖ１）に含まれる高周波成分をフィルタ（２００）で減衰させた電圧（Ｖ２）が光透過部材（３００）に入力される。

この態様によれば、高周波成分を減衰させた電圧（Ｖ２）を光透過部材（３００）に入力させることができる。

第５の態様に係る制御システム（１０）は、光透過部材（３００）と、位相制御装置（１）と、を備える。光透過部材（３００）は、印加電圧（Ｖ１）の電圧値に応じて、透過光の明るさ及び色の少なくとも一方が変化する。位相制御装置（１）は、交流電源（１００）と光透過部材（３００）との間に電気的に接続される。位相制御装置（１）は、交流電源（１００）から入力される入力電圧（Ｖac）の周期ごとに、交流電源（１００）から光透過部材（３００）に電力が供給される供給期間を制御することで、印加電圧（Ｖ１）の電圧値を制御する。

この態様によれば、位相制御装置（１）が電力の供給期間を制御することで、印加電圧（Ｖ１）の電圧値を制御しているので、変圧器を備えなくても透過光の明るさ及び色の少なくとも一方を調整することが可能になる。したがって、透過光の明るさ及び色の少なくとも一方を調整するための回路（位相制御装置（１））の小型化が可能になる。

第６の態様に係る制御システム（１０）では、第５の態様において、位相制御装置（１）は、交流電源（１００）から入力される入力電圧（Ｖac）の周期ごとに、周期の途中で供給期間を終了する。

この態様によれば、位相制御装置（１）が逆位相制御を行うことで、光透過部材（３００）に印加される印加電圧（Ｖ１）の電圧値を制御することができる。

第７の態様に係る制御システム（１０）では、第５又は第６の態様において、位相制御装置（１）は、交流電源（１００）から入力される入力電圧（Ｖac）の周期ごとに、周期の途中で供給期間を開始する。

この態様によれば、位相制御装置（１）が正位相制御を行うことで、光透過部材（３００）に印加される印加電圧（Ｖ１）の電圧値を制御することができる。

第８の態様に係る制御システム（１０）では、第５〜第７のいずれかの態様において、位相制御装置（１）は、照明器具及び換気扇のいずれかを負荷として負荷に供給する電力を調整する負荷制御装置である。

この態様によれば、位相制御装置（１）と、照明器具及び換気扇用の負荷制御装置とを１つの装置で共用できる。

第９の態様に係る位相制御装置（１）では、第５〜第８のいずれかの態様の制御システム（１０）に備えられる。位相制御装置（１）は、交流電源（１００）と光透過部材（３００）との間に電気的に接続されるスイッチ（２）と、スイッチ（２）のオン／オフを制御する制御部（６）と、を備える。制御部（６）が、交流電源（１００）から入力される入力電圧（Ｖac）の周期ごとに、スイッチ（２）のオン／オフを制御することによって、交流電源（１００）から光透過部材（３００）に電力が供給される供給期間を制御する。

この態様によれば、位相制御装置（１）が電力の供給期間を制御することで、印加電圧（Ｖ１）の電圧値を制御しているので、変圧器を備えなくても透過光の明るさ及び色の少なくとも一方を調整することが可能になる。したがって、透過光の明るさ及び色の少なくとも一方を調整するための回路（位相制御装置（１））の小型化が可能になる。

上記態様に限らず、上記の実施形態に係る制御システム１０の種々の構成（変形例を含む）は、光透過部材３００の制御方法、又は位相制御装置１等で具現化可能である。

第２〜第４の態様に係る構成については、光透過部材（３００）の制御方法に必須の構成ではなく、適宜省略可能である。第６〜第８の態様に係る構成については、制御システム（１０）に必須の構成ではなく、適宜省略可能である。

１ 位相制御装置
２ 双方向スイッチ（スイッチ）
６ 制御部
１０ 制御システム
１００ 交流電源
２００ フィルタ
３００ 光透過部材
Ｖ１ 入力電圧
Ｖ２ 電圧
Ｖａｃ 交流電圧

Claims (9)

1. 入力電圧の電圧値に応じて、透過光の明るさ及び色の少なくとも一方が変化する光透過部材の制御方法であって、
   交流電源と前記光透過部材との間に位相制御装置を電気的に接続し、
   前記位相制御装置が、前記交流電源から入力される入力電圧の周期ごとに、前記交流電源から前記光透過部材に電力が供給される供給期間を制御することで、前記光透過部材の前記入力電圧の電圧値を制御する、
   光透過部材の制御方法。
2. 前記位相制御装置は、前記交流電源から入力される入力電圧の前記周期ごとに、前記周期の途中で前記供給期間を終了する、
   請求項１に記載の光透過部材の制御方法。
3. 前記位相制御装置は、前記交流電源から入力される入力電圧の前記周期ごとに、前記周期の途中で前記供給期間を開始する、
   請求項１又は２に記載の光透過部材の制御方法。
4. 前記入力電圧に含まれる高周波成分をフィルタで減衰させた電圧が前記光透過部材に入力される、
   請求項１〜３のいずれかに記載の光透過部材の制御方法。
5. 入力電圧の電圧値に応じて、透過光の明るさ及び色の少なくとも一方が変化する光透過部材と、
   交流電源と前記光透過部材との間に電気的に接続され、前記交流電源から入力される入力電圧の周期ごとに、前記交流電源から前記光透過部材に電力が供給される供給期間を制御することで、前記光透過部材の前記入力電圧の電圧値を制御する位相制御装置と、を備える、
   制御システム。
6. 前記位相制御装置は、前記交流電源から入力される入力電圧の前記周期ごとに、前記周期の途中で前記供給期間を終了する、
   請求項５に記載の制御システム。
7. 前記位相制御装置は、前記交流電源から入力される入力電圧の前記周期ごとに、前記周期の途中で前記供給期間を開始する、
   請求項５又は６に記載の制御システム。
8. 前記位相制御装置は、照明器具及び換気扇のいずれかを負荷として前記負荷に供給する電力を調整する負荷制御装置である、
   請求項５〜７のいずれかに記載の制御システム。
9. 請求項５〜８のいずれかに記載の制御システムに備えられ、
   前記交流電源と前記光透過部材との間に電気的に接続されるスイッチと、
   前記スイッチのオン／オフを制御する制御部と、を備え、
   前記制御部が、前記交流電源から入力される入力電圧の前記周期ごとに、前記スイッチのオン／オフを制御することによって、前記交流電源から前記光透過部材に電力が供給される前記供給期間を制御する、
   位相制御装置。

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