JP3669044B2 - センサ付き負荷制御装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、人体検知装置とその検知信号によって負荷を制御する装置に関するものであって、人体検知センサ付きの照明器具を主な対象とするが、負荷を制御することによって熱量変化を伴う装置(例えば、冷暖房器具等)も対象に含まれる。
【0002】
【従来の技術】
従来、このような人体検知装置付きの負荷制御装置は、図15のような構成を有している(松下電工(株)熱線式検知器、熱線スイッチのカタログ参照)。図中、人体検知装置1は熱線スイッチ等であり、人体からの熱線を感知してスイッチを動作させるものである。負荷出力制御装置2は、負荷3が光源である場合には、トライアック等の電力付勢装置や蛍光灯用インバータ回路等などで構成される。負荷3は、光源等の熱量の変化を伴うものである。
【0003】
ここで、人体検知装置1の原理について、図16に回路図を示し説明する。本発明で対象とする人体検知装置は、人間の体温が36℃程度とすると、人体から10μm位の波長の赤外線が放射されるのを焦電効果の発生により検出するタイプのセンサ装置である(例えば、特開平2−67933号参照)。焦電素子11は赤外線量の変化のみに反応する微分型のセンサで、その出力電圧は微弱であるため、一旦、交流結合型の増幅器12で信号を増幅し、赤外線の変化量が一定量を越えたかどうかを判断するために、ウィンドコンパレータ13によって反応の有無を検出し、人体検知の有無としているものである。
【0004】
図16の増幅器12の回路構成について説明する。焦電素子11の出力信号は微弱であり、変化分を検出するために、抵抗R1 に得られた電圧をオペアンプOP1とOP2の2段増幅により増幅する。増幅器12の特性は、インピーダンス要素Zs1 ,Zs2 とZf1 ,Zf2 により決まる。インピーダンス要素ZsはコンデンサCと抵抗Rの直列回路、インピーダンス要素ZfはコンデンサCと抵抗Rの並列回路である。人の動きは通常0.3〜1.0m/secであり、速くても2.0m/secである。したがって、増幅器の周波数特性は素子の構造やレンズの形状にもよるが、およそ1Hzを中心周波数として設計することが多い。したがって、図17に示すように、Zf1 ・Zf2 /Zs1 ・/Zs2 で得られる周波数−ゲイン特性となるように、回路定数を設計している。
【0005】
検出される信号は、通常、オフセット電圧Vofを中心として増幅される。人を検知すると、オフセット電圧Vofを中心に上下に振れた増幅出力が得られる。これをオフセット電圧Vofより±Vthシフトした電圧をスレショルド電圧Vth1 (=Vof−Vth)、Vth2 (=Vof+Vth)とし、この電圧より上(>Vth2 )もしくは下(<Vth1 )になったことで、人体検知の有無を判定している。なお、コンパレータCMP1,CMP2の出力は、抵抗R2 によりHレベルにプルアップされたオープンコレクタ出力となっており、コンパレータCMP1又はCMP2が動作すると、図18に示すように、出力端子はLレベルとなる。
【0006】
センサの感度は、インピーダンス要素ZfやZsの値を変化させて、ゲインを上げ下げする。また、中心周波数f0 が想定する対象の動きと同じ周波数になるようにする。さらに、スレショルド電圧Vthを上げ下げすることによっても、センサの感度を変化させることができる。
【0007】
次に、負荷出力制御装置2の一例として、代表的な調光回路を図19に示し説明する。ここでは、負荷3として白熱灯を、また、制御装置としてトライアックQを用いる例を示す。商用電源ACをダイオードブリッジDBにより全波整流し、ダイオードDとコンデンサC1,C2及び電源レギュレータ21により直流電圧を得てCPU装置4に供給する。また、ダイオードブリッジDBの出力から電源同期回路22により電源周波数に同期したゼロクロス信号を作成する。このゼロクロス信号に同期して、CPU装置4の内部のタイマT1に調光量に相応するカウント値をセットし、所望の位相角の位置で割り込みを発生するようにする。この割り込みのタイミングでトライアックQのゲートをONすれば、いわゆる位相制御方式により調光が可能となる。
【0008】
これをフローチャートで示すと、図20〜図23のようになる。図20は通常のCPU処理であり、電源投入から初期処理を行った後、タイマT2を起動し、一定時間毎に人体検知入力チェック、光源の制御処理、その他の処理といった、各処理を行うものである。人体検知等により点灯することや、時間経過後に消灯する主たる処理をこのループで実行している。
【0009】
図21は電源同期信号(ゼロクロス信号)による割り込みで、トライアックのゲートをON/OFFすることで点灯もしくは消灯するか、あるいは、調光するために所望の位相角でタイマT1の割り込みを発生させるための処理を行う。100%点灯であれば、トライアックのゲートをONにしてタイマT1の割り込みの処理はしない。100%点灯でなければ、トライアックのゲートをOFFにして、消灯か否かを判定する。消灯であれば、タイマT1の割り込みの処理はしない。消灯でなければ、タイマT1に位相角データをセットし、タイマT1を起動する。タイマT1がタイムアップすると、タイマT1による割り込みが発生する。
【0010】
図22はタイマT1の割り込みであり、この割り込みが発生すると、トライアックのゲートをONにして、元の処理に戻る。これにより、電源同期信号(ゼロクロス信号)から所定の位相角でトライアックのゲートがONになり、位相制御による調光が可能となる。
【0011】
フェードを行うためには、位相角を変更する必要があるので、図20の初期処理で起動された定期的なタイマT2の割り込みで位相角を調整する処理を行う。そのためのタイマT2の割り込み処理を図23に示す。調光中であれば、フェードイン、フェードアウトのいずれかに応じて位相角データの更新を行う。フェードインを開始すると、調光中の処理となり、徐々に導通する量が大となるように位相角データを更新する。フェードが目標値(ここでは100%)に達すると、フェード完了として、その状態を維持する処理を加える。逆に、センサの反応がなくなり、消灯するタイミングが来ると、フェードアウト側の処理を行うのである。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】
上述のように、人体検知装置の原理は、入射する熱量の変化を検出するものであるから、負荷の出力制御による熱量の変化が大きければ必ず検知してしまう。例えば、装置の近傍に壁があって、そこからの反射として入射してくる熱量や直接に入射してくる場合がある。そのため、従来は特開平2−123610号のように、器具本体の光源の照射方向と人体検知方向を分離した方向に取り付ける等の器具構造上の工夫や制約の必要があった。あるいは、負荷をOFFした後、1〜2秒間程度は人体検知センサの働かないマスク時間を設けて、誤動作を防止していた。しかしながら、たとえ2秒でも、反応しない時間があると、すぐさま反応しないので、人間に不快感や不信感を与えることになり、望ましくない。本発明は、このような不都合を取り除くものである。
【0013】
【課題を解決するための手段】
本発明にあっては、上記の課題を解決するために、図15に示すように、センサに入射する人体等からの熱量の変化を検知する検知装置1と、負荷3の出力を制御する負荷出力制御装置2と、検知装置1からの検知信号に応じて負荷3への出力量を調整するCPU装置4からなるセンサ付きの負荷制御装置において、負荷3の出力を低下させる方向に制御する際に検知装置1により検知される熱量の変化量が、人体を熱源として検知した場合の変化量以下となるように、検知装置1内部の増幅器のゲインを負荷3が高出力状態から低出力状態になるまでの間、一時的に低下させることを特徴とするものである。また、負荷が高出力状態から低出力状態になるまでの間、一時的に検知装置内部の増幅器の中心周波数を増幅器の出力の変化量が小さくなる側へシフトさせたり、検知装置内部のウィンドコンパレータの検知幅を一時的に広くしたり、あるいは、検知装置の近傍又は周囲を熱量の一部を遮断する部材で一時的に囲むようにしても良い。
【0014】
【発明の実施の形態】
本発明の前提となる人体検知センサの誤動作防止のための技術について説明する。例えば、検知装置の増幅器の中心周波数をf0 とすると、フェードアウトするときのフェード時間Tfとの関係をTf≫1/f0 (又はf0 ≫1/Tf)とするものである。通常、光源と検知装置の検知方向が直接相対することは無いが、器具形状や周囲に平坦でないような壁がある場合等を想定すると、間接的に光源からの熱量の変化の影響が加わると予想される。もともと、増幅器のゲインは、中心周波数f0 を中心にしているため、この周波数を少しでも外れるとゲインは小さくなり、熱量の変化が中心周波数f0 よりずれていれば、誤動作の可能性は低くなる。したがって、フェードアウトする時間Tf(フェードインはセンサの反応によって生じるので無視して考えられる)の逆数が比較する周波数と見なせるものであり、上記関係:Tf≫1/f0 を保てば、誤動作の可能性が減る。
【0015】
これを実現するには、従来の図23のタイマT2の割り込みの動作フローにおいて、フェードアウト時の位相角データの更新頻度を更に少なくすれば良い。これを図1に示す。このフローでは、遅延カウントのための変数Cに1を加算して、遅延カウントの値Cが所定値Coに達していれば、C=0として遅延カウントをクリアし、位相角データを更新する。遅延カウントの値Cが所定値Coに達していなければ、位相角データの更新は行わない。これにより、フェードアウト時には、フェードイン時に比べて位相角データの更新頻度が少なくなるので、その調光出力は図2のような変化を示す。また、このような直線的なフェードアウトでなく、図3のような下に凸となる指数関数的になだらかに減少させ、変化成分を少なくすることによっても同様の効果が得られる。この場合は、フェードアウト時の位相角データを予めテーブルとして持ち、これを参照してデータを更新するのみで良い。
【0016】
次に、図4の例は、フェードアウト時に光出力を多段階に落として行くものであり、フェードアウト時の出力制御を、十分安定とみなせる時間Tsとフェード時間Tfとに分ける。図4は2段の場合を例示している。十分安定とみなせる時間Tsはフェード時間Tf1 ,Tf2 に対して十分大きな時間(Ts≫Tf1 ,Ts≫Tf2 )とすれば、中間の調光レベルまで落とすことで、熱量変化が少なくなるので、フェード時間Tfを長くすることと同様の効果が得られる。これを実現する際は、フェード完了処理を途中段階の処理とし、中間の目標値までフェードした後は、一旦フェードを中止し、十分安定とみなせる時間Tsの経過を待ってから次の目標値までフェードさせれば良いので、フローによる説明は省く。これを応用して3段以上の多段にすることも可能である。
【0017】
図5は光源の出力を徐々に減衰させた場合の検知装置の増幅器の出力を示している。また、比較例として、図6は光源の出力をフェード無しにいきなり落とした場合の検知装置の増幅器の出力を示している。各図において、aは検知装置の増幅器の出力、bは光源の出力である。図5と図6を比較すると明らかなように、フェードを組み合わせることにより、検知装置の増幅器の出力の揺れは少ないのに対して、フェードが無いときは、光源の消灯後、少しおいて大きな変化を示している。
【0018】
図7は他の実施例の動作を示すタイムチャートである。この実施例はフェードアウトするタイミングで、増幅器の感度を調整するものである。通常はGA1 のゲインでもって増幅しているが、フェードアウトを開始する少し前からフェードが完了して一定時間経つまでゲインをGA2 まで下げる。これは図8に示すような増幅回路の一部をマイクロコンピュータからの出力信号によりスイッチSW1で切り替えることによりインピーダンスを変えて増幅率を抑えれば良い。例えば、Zf21は純抵抗であれば、Zf2 と並列にした分だけ、ゲインが落ちることとなる。これは一例を示したもので、インピーダンスを変える位置ならば、1段目や2段目のZsやZfのいずれでも良い。この方式は、増幅器のゲインを0とはしないので、感度は悪くなるが、全く人感機能を失うわけではないので、実用的である。
【0019】
また、図8の実施例とほぼ同様の手段で、Zs又はZfのインピーダンスを変えることによって、ゲインをそのまま下げるのではなく、ゲインの中心周波数f0 を非常に高くするか、非常に低くすることによっても同様の効果が得られる。
【0020】
図9の実施例は、図7のタイミングチャートに示した動作と同様な動作を別の手段で実現するものである。この実施例は、増幅器のゲインを下げるのではなく、スレショルド電圧を変更してウィンドコンパレータのウィンドを大きくするものである。すなわち、通常はVth1 とVth2 のスレショルド電圧を使うが、フェードアウトを開始する少し前からフェードが完了して一定時間経つまで、スイッチSW2,SW3をマイクロコンピュータからの出力信号により切り替えて、Vth1 より低いレベルのVth11、Vth2 より高いレベルのVth21をコンパレータCMP1,CMP2に基準電圧として与えるものである。これによって、増幅器のゲインを下げるのと同様の効果が得られる。
【0021】
ところで、照明器具がリモコンによって光源の強制的なON/OFF、又はセンサモードへの切り替えが可能なセンサ付きの照明器具であるとすると、これまでと同様なことがリモコンで光源をOFFしようとしたときにも発生する。ここで云うOFFは、光源の強制的なOFFでなく、強制的なON/OFFを止めて、通常のセンサモードに戻したことを示す。遠方より、リモコンによりセンサモードとすれば、人の反応は無いので、一定時間後、フェードアウトするが、このとき、誤検知する可能性が無いわけではない。この場合、リモコンで操作することによって、センサモードとなっているので、図10のタイミングチャートに示すように、リモコン操作後の一定期間、増幅器のゲインを下げるものである。こうすれば、不用意に人感センサが反応せず、消灯するのを早く確認できる効果を生じる。増幅器のゲインを下げるための手段は図8と同じであるので、説明は省略する。
【0022】
以上は自身の照明を制御するリモコンを対象として書いたが、外部の例えばエアコン制御のリモコン信号によって感度を変えて、エアコンからの熱量の変化が激しいことによる誤検知を防止するように応用することもできる。
【0023】
また、リモコン信号のような外部信号をトリガとして人感センサの感度を変化させるのではなく、内部の信号を用いても良い。人感センサは、多くの場合、焦電素子の近傍にCdS等の明るさセンサを持っている。これは、周囲が暗い時にしか人感センサを働かせないようにして、周囲が明るい時には点灯しない等の制御をするためである。照明をOFFするときは、回りの照度も大きく変化するので、この照度変化を検出し、これをトリガとして、人感センサの感度を下げるものである。そのタイミングチャートを図11に示す。増幅器のゲインを下げるための手段は図8とほぼ同じである。また、CdSの抵抗変化はマイクロコンピュータに内蔵されたA/D変換器で検出すれば良く、これによって、以前と大幅な変化があることの判断はできる。このように、内部の明るさセンサを利用することにより、自身の制御の場合だけでなく、近くの器具がON/OFFされた場合の誤動作も少なくできる。
【0024】
また、図12及び図13に示すように、熱的に検知装置と光源を引き離すようにしても構わない。この実施例では、照明器具7の内部で、光源3とセンサ1の間に、熱の透過率を減衰させるような板6をモーター等の可動手段によって上/下させるものである。図中、5はセンサ1を支持するアームである。減衰板6を置くと、検知エリアが狭くなるので、通常は図12のように低くしておき、消灯前には図13のように徐々に減衰板6を高くし、熱量の変化を防止する。なお、同様のことは、図14に示すように、光源3をセンサ1から遠くすることでも実現できる。また、光源の照射方向をセンサと逆方向へ寝かすなどの手段によっても同様の効果を得ることができる。
【0025】
以上の説明では、負荷として光源を対象としてきたが、エアコン等のように、出力を制御したときに熱量の変化を伴うものであれば、同様のことが言える。
【0026】
【発明の効果】
請求項1〜4の発明によれば、負荷の出力を低下させる方向に制御する際に、負荷の出力制御による熱量の変化を人体の存在として誤検知することを防止できると共に、人体検知センサが全く働かない時間は無くすことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の前提となる比較例1の動作を示すフローチャートである。
【図2】 本発明の前提となる比較例1の直線的フェードを示す動作説明図である。
【図3】 本発明の前提となる比較例1の指数関数的フェードを示す動作説明図である。
【図4】 本発明の前提となる比較例2の段階的フェードを示す動作説明図である。
【図5】 本発明の前提となる比較例1又は2における光源出力の変化と検知装置の増幅器の出力波形を示す波形図である。
【図6】 従来例における光源出力の変化と検知装置の増幅器の出力波形を示す波形図である。
【図7】 本発明の第1実施例における増幅器のゲイン制御を示す動作説明図である。
【図8】 本発明の第1実施例における増幅器のゲイン制御のための回路図である。
【図9】 本発明の第2実施例におけるウィンドコンパレータの基準値切り替えのための回路図である。
【図10】 本発明に対する比較例3のリモコン信号による増幅器のゲイン制御を示す動作説明図である。
【図11】 本発明に対する比較例4の明るさセンサによる増幅器のゲイン制御を示す動作説明図である。
【図12】 本発明の第3実施例の減衰板を備える照明器具の概略構成図である。
【図13】 本発明の第3実施例の減衰板を備える照明器具の動作説明図である。
【図14】 本発明の第3実施例に対する比較例の動作説明図である。
【図15】 従来の一般的なセンサ付き負荷制御装置のブロック回路図である。
【図16】 従来例における人体検知装置の回路図である。
【図17】 従来例における人体検知装置の増幅器の周波数特性図である。
【図18】 従来例における人体検知装置のコンパレータの動作説明図である。
【図19】 従来例における負荷出力制御装置の回路図である。
【図20】 従来例におけるCPU装置の通常の処理を示すフローチャートである。
【図21】 従来例におけるCPU装置の電源同期処理を示すフローチャートである。
【図22】 従来例におけるCPU装置の第1のタイマ割り込み処理を示すフローチャートである。
【図23】 従来例におけるCPU装置の第2のタイマ割り込み処理を示すフローチャートである。
【符号の説明】
1 人体検知装置
2 負荷出力制御装置
3 負荷
4 CPU装置
Claims (4)
- センサに入射する人体等からの熱量の変化を検知する検知装置と、負荷の出力を制御する負荷出力制御装置と、検知装置からの検知信号に応じて負荷への出力量を調整するCPU装置からなるセンサ付きの負荷制御装置において、負荷の出力を低下させる方向に制御する際に検知装置により検知される熱量の変化量が、人体を熱源として検知した場合の変化量以下となるように、検知装置内部の増幅器のゲインを負荷が高出力状態から低出力状態になるまでの間、一時的に低下させることを特徴とするセンサ付き負荷制御装置。
- センサに入射する人体等からの熱量の変化を検知する検知装置と、負荷の出力を制御する負荷出力制御装置と、検知装置からの検知信号に応じて負荷への出力量を調整するCPU装置からなるセンサ付きの負荷制御装置において、負荷の出力を低下させる方向に制御する際に検知装置により検知される熱量の変化量が、人体を熱源として検知した場合の変化量以下となるように、負荷が高出力状態から低出力状態になるまでの間、一時的に検知装置内部の増幅器の中心周波数を低域側又は高域側のうち増幅器の出力の変化量が小さくなる側へシフトすることを特徴とするセンサ付き負荷制御装置。
- センサに入射する人体等からの熱量の変化を検知する検知装置と、負荷の出力を制御する負荷出力制御装置と、検知装置からの検知信号に応じて負荷への出力量を調整するCPU装置からなるセンサ付きの負荷制御装置において、負荷の出力を低下させる方向に制御する際に検知装置により検知される熱量の変化量が、人体を熱源として検知した場合の変化量以上となったことを検知するための検知装置内部のウィンドコンパレータの検知幅を負荷が高出力状態から低出力状態になるまでの間、一時的に広くすることを特徴とするセンサ付き負荷制御装置。
- センサに入射する人体等からの熱量の変化を検知する検知装置と、負荷の出力を制御する負荷出力制御装置と、検知装置からの検知信号に応じて負荷への出力量を調整するCPU装置からなるセンサ付きの負荷制御装置において、負荷の出力を低下させる方向に制御する際に検知装置により検知される熱量の変化量が、人体を熱源として検知した場合の変化量以下となるように、負荷が高出力状態から低出力状態になるまでの間、検知装置の近傍又は周囲を熱量の一部を遮断する部材で一時的に囲むことにより検出感度を低下させることを特徴とするセンサ付き負荷制御装置。
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