JP4888352B2 - 照明装置およびそれを用いた照明器具 - Google Patents

Description

本発明は、照明負荷として、白熱灯のような抵抗性負荷、電球型蛍光灯のような容量性負荷、誘導性負荷などを併用するための照明装置及び該照明装置を用いた照明器具に関するものである。

近年、節電や防犯の目的により、人を検知して点灯させるための人体検知センサや周囲の明るさで点灯を制御するための照度センサを搭載した照明器具が、一般住宅の屋外や屋側にて普及してきている（図１８）。このような居住空間以外での照明器具には、より簡素で安価に構成できる白熱灯が組合せで使用されることが多いが、白熱灯は電気から光へのエネルギー変換効率が悪く、人がいない場合の明かり取りの場合は、調光して節電点灯されることも多い。

図１９に屋側で使用される白熱灯調光機能を有するセンサ付き照明器具の構成例を示す。照明器具２０は、透光材からなるカバー２１と防水のためのカバーパッキン２２、それらを支えるための灯具２３とフランジ２４、照明負荷１のためのソケット２５からなる。フランジ２４には、照明点灯制御のための照明装置が内包されるが、下部には人の動きを感知して照明負荷１を点灯させるための赤外線センサ、および、周囲の照度で点灯制御するための照度センサが組み込まれたセンサ部２６が露出し、その変化を照明装置内部の負荷制御部に読み取っている。

例えば、照度センサで読み取った値が昼間相当であれば、照明負荷は人の有無にかかわらず消灯状態とし、周囲の照度が任意の暗さになると、白熱灯を３０％で調光点灯させ、さらに、その状態で人の動きを赤外線センサで検知したら、白熱灯を１００％点灯させる。さらに、任意の時間が経ち、深夜になったと判断すると、再び、照明を消灯させ、人がいるときのみ１００％点灯させるといった機能を照明装置に持たせている。

次に、このような照明器具に使用されるスイッチング素子を用いた調光制御回路の構成例を図２０に示す。また、その具体的な回路例を図２１に示す。図２１の回路構成については、後述の図８の説明において詳述するが、電源位相検出部４により検出された電源位相信号に基づいて、負荷制御部５は所定の位相角でトリガ信号を出力し、トライアック素子ＴＲなどのスイッチング素子を用いて構成される負荷駆動部３を位相制御することで、照明負荷１を商用交流電源ＡＣにより駆動するものである。

トライアック素子ＴＲのオン時の負荷制御部５と負荷駆動部３の動作について、図２２を用いて説明する。負荷制御部５は、照明負荷１を点灯させない状態では、常時、負荷駆動部３への出力をＨレベルとしている。トライアック素子ＴＲをオン、すなわち、照明負荷１をオンにするときは、電源位相検出部４の出力がＨレベルからＬレベルに反転したタイミングから所定の位相時間Ｔ１（例えば９ミリ秒）後のタイミングから、パルス時間Ｔ２（例えば５００マイクロ秒）後のタイミングにかけてトリガ波形をパルス状にＬレベルとする。これにより、負荷駆動部３のトランジスタＱ２がオンされ、トライアック素子ＴＲはトリガ電流が流れることによりオンされる。このオン直後に、抵抗負荷である白熱電球からなる照明負荷１には正弦波状の電流が流れる。

この時、Ｔ１とＴ２の時間を負荷制御部５にて制御することで、調光制御が可能となる。例えば、Ｔ１を徐々に短時間に、Ｔ２を長時間にしていくことで、抵抗性照明負荷である白熱灯の入力電流の実効値は、それに比例して増加することになる。これによって、照明負荷は０％から１００％の明るさに向かって調光点灯されることになる。

また、これにセンサ機能を付加した場合の構成例を図２３に示す。この場合、照明負荷１の点灯に関しての基本的な動作は、前述に示す通りであるが、負荷制御部５にセンサ部７が接続されており、負荷制御部５は、点灯条件設定部およびセンサ部７から得られる各センサ信号の論理和・論理積などから、どのようなタイミングで、どのように照明負荷１を点灯させるかを決定している。

屋外・屋側で用いられる照明器具においては、このような抵抗性照明負荷で調光制御が可能な白熱灯とトライアック素子のようなスイッチング素子を用いた照明装置がセンサと組合せで多く使用されているが、近年、節電が求められる社会において、白熱灯に比べ、エネルギー変換効率が高く、長寿命である蛍光灯を使用した照明器具が増加してきている。実際に、このような背景の中で、電球型蛍光灯のように、大きさ、形状とも白熱灯と同等化させ、白熱灯用のソケットにそのまま装着できる照明負荷（図１７参照）も開発されている。例えば、特許文献１，２には電球型蛍光灯を位相制御する照明装置が開示されている。
特開平１１−１３５２９０号公報 特開平１１−１１１４８６号公報

しかし、調光制御される抵抗性負荷（例えば、白熱灯）を容量性負荷（例えば、電球型蛍光灯）にそのまま置き換えた場合、前述のような位相制御を行うと、調光状態において、白熱灯では点灯するが、電球型蛍光灯では点灯しない、白熱灯の点灯開始時間と電球型蛍光灯の点灯開始時間にズレが生じる、といった問題が生じる。これは、白熱灯が入力電圧に比例して入力電流が流れるという特徴があるのに対して、電球型蛍光灯のような容量性負荷は、ある一定の入力電圧に達しないと入力電流が流れない、すなわち点灯しないという特性によるものである。

次に、容量性負荷で代表される電球型蛍光灯の基本的な構成例を図２４に示す。電源入力部にダイオードブリッジＤＢなどで構成される整流回路部と、その整流出力を平滑するための電解コンデンサＣｉを備え、電解コンデンサＣｉに蓄えられたエネルギーにより、蛍光ランプＦＬを点灯させるインバータ回路ＩＶから構成される。また、入力電圧と入力電流の関係は、図２５に示すような波形となり、電解コンデンサＣｉの両端電圧Ｖｃｉが所定の電圧になれば、入力電流が流れることになる（特許文献１参照）。

前述のような抵抗性負荷が調光制御される照明装置において、容量性負荷、例えば、電球型蛍光灯を点灯制御させる時の入力電圧と点灯状態の関係を図２６に示す。この図におけるトリガ信号は、白熱灯であれば、０％から１００％点灯へ増光するように調光点灯させる場合の波形である。トリガ信号がＨレベルからＬレベルに変化する立ち下がりの位置は、電源電圧の位相をｆ点（１８０°近傍）からｅ点（０°側）へとシフトされる。電球型蛍光灯の場合、トリガ信号の立ち下がりの位置が、電球型蛍光灯に電流が流れない位置、すなわち、電源電圧が低い位置でトリガ信号が印加されても、印加直後に点灯させることはできない。これが点灯する状態になるのは、調光制御によりトリガ信号の立ち下がりの位相が電球型蛍光灯の点灯可能な電圧位置（ｇ点）までシフトされた時点となる。

このような現象が存在するので、例えば、電球型蛍光灯が位相７０°で点灯可能になると仮定し、トリガ信号の立ち下がり位相が２°刻みに自動シフトされるとした場合、６０Ｈｚ周期の入力電圧の半周期（１２０Ｈｚ）ごとに位相シフトされたとしても、８．３ｍｓの３５周期後、すなわち０．３ｓほど遅延して、点灯することになる。この時、例えば、赤外線センサ付きの照明器具においては、仮に５ｍ／ｓで人が進行していた場合、人を検知してトリガ信号が印加されたとしても、１．５ｍほど進んだ後、点灯することになり、使用者は白熱灯と比べ、点灯遅延を感じることになってしまう。

また、実際には、電解コンデンサＣｉと入力電圧との関係から、電源電圧の位相が９０°以降において、電圧Ｖｃｉが所定の電圧より高い位相でトリガ信号が印加されると、インバータ回路ＩＶは、瞬時的に動作するが、電圧Ｖｃｉが即座に減少してしまうため、電解コンデンサＣｉに電荷がチャージされず、ちらつき現象が発生する場合もある。このため、例えば、一定レベルで調光点灯させ続けようとする点灯モードの場合、白熱灯では調光点灯するが、電球型蛍光灯では、ちらつきを繰り返すといった現象も生じる可能性がある。

したがって、このような現象に対しては、一般的に、照明装置を各々専用の制御方式にしておくか、切替スイッチを設けて使用者が使用する負荷ごとに切り替えるような構成をとることで、このような負荷違いによる不具合に対応している。しかし、このような対策を用いた場合、照明装置にスイッチ部を設けることで、照明装置の器具内部での配置が規制される、照明器具の構成が複雑になるといった課題も生じる。また、近年の照明負荷は、例えば、ＬＥＤを使用した照明負荷であれば、それが、抵抗性負荷であるか、容量性負荷であるかは、外観上、わからないものもあり、ユーザーがそれを見極めることも非常に困難である。

本発明は、このような点に鑑みてなされたものであり、その目的は、スイッチング素子により照明負荷を点灯制御する照明器具において、使用者が照明負荷を自由に選択でき、かつ、使用者が照明負荷に合わせて照明装置を意識して設定する必要がなくなり、各々の負荷特性に合わせた点灯制御のできる照明装置および照明器具を提供することにある。

請求項１の発明は、上記の課題を解決するために、図１に示すように、照明負荷１の電源として供給される商用電源ＡＣをＯＮ／ＯＦＦさせるスイッチング素子（負荷駆動部３）と、照明負荷１を位相制御するために商用電源ＡＣの位相を検出する電源位相検出部４と、電源位相検出部４の出力を受けてスイッチング素子の導通角を決める負荷制御部５とを備え、負荷制御部５からスイッチング素子へ任意の導通角で送信される信号により照明負荷１を点灯制御する照明装置において、照明負荷１の点灯の有無を検出する負荷点灯検出部８と、負荷点灯検出部８からの信号により照明負荷１の種類を判別する判別部５ａを有し、前記負荷制御部５は、電源投入後の所定の期間は、商用電源ＡＣの導通角を任意の照明負荷（例えば、白熱灯）しか点灯しない位相でスイッチング素子をＯＮし、その期間で判別した結果に応じて照明負荷１の種類に応じた動作モード（例えば、調光モードまたはＯＮ／ＯＦＦモード）に切り替えることを特徴とするものである。

請求項２の発明は、請求項１の発明において、負荷制御部５からスイッチング素子へ任意の導通角で送信される信号は、照明負荷１がオンされる区間が、商用電源が０Ｖから立ち上がるタイミングである０°の位相角から１８０°の位相角の間で掃引されることを特徴とする（図４）。

請求項３の発明は、請求項１または２の発明において、スイッチング素子は、トライアック素子ＴＲであり、負荷制御部５からスイッチング素子へ任意の導通角で送信される信号は、任意の幅Ｔ５で固定されたパルス波形であることを特徴とする（図６）。

請求項４の発明は、請求項１〜３の発明において、照明負荷１の点灯の有無を検出する負荷点灯検出部８は、図７、図８に示すように、照明負荷１と商用電源ＡＣの間に直列に接続された高周波フィルタ回路２のインダクタンス素子Ｌｆの電流値により点灯の有無を検出することを特徴とする。

請求項５の発明は、請求項１〜３の発明において、周囲の明るさを検出するための照度センサ７Ａを備え、負荷制御部５は照度センサ７Ａにより検出された周囲照度に合わせて照明負荷１をスイッチング素子により点灯制御する機能を備え、負荷点灯検出部８は、照明負荷１から発せられる可視光出力の変化を照度センサ７Ａにて検出することにより照明負荷１の点灯有無を検出することを特徴とする（図１０〜図１２）。

請求項６の発明は、請求項１〜３の発明において、人を検知するための赤外線センサ７Ｂを備え、負荷制御部５は人を検知したと判断した場合に照明負荷１をスイッチング素子により点灯制御する機能を備え、負荷点灯検出部８は、照明負荷１から発せられる赤外線量の出力変化を赤外線センサ７Ｂにて検出することにより照明負荷１の点灯の有無を検出することを特徴とする（図１３、図１４）。

請求項７の発明は、請求項１〜６の発明において、動作モードが確定された状態において、常時、負荷点灯検出部からの信号を確認し、負荷点灯検出部の出力が点灯動作モードにおける点灯の有無と異なる状態と判断された場合に、点灯信号の送信を停止し、照明負荷の種類を再判別することを特徴とする。

請求項８の発明は、請求項１〜７の発明において、電源通電中に照明負荷１が無負荷状態になったことを検出する無負荷検出部１０を有し、無負荷を検出すると、点灯信号の送信を停止し、負荷検出した時点で照明負荷１の種類を再判別することを特徴とする（図１５）。

請求項９の発明は、請求項１〜８の発明において、負荷点灯検出部８の信号カウントから得られる照明負荷１の点灯回数、負荷点灯検出部８の信号長から得られる照明負荷１の累積点灯時間のどちらか、もしくは、両方を記憶する記憶部１１を有し、記憶された値が先に判別した照明負荷１の種類に応じた任意の設定値（例えば、寿命値）に達すると、所望の動作（例えば、負荷状態表示部１２による状態表示）を行うことを特徴とする（図１６）。

請求項１０の発明は、請求項１〜９のいずれかに記載の照明装置と、Ｅ口金の照明負荷用ソケット２５とを備えたことを特徴とする照明器具である（図１２、図１４、図１９）。

請求項１の発明によれば、電源投入後の所定の期間は、商用電源の導通角を任意の照明負荷しか点灯しない位相でスイッチング素子をＯＮし、その期間で判別した結果に応じて照明負荷の種類に応じた所定の動作モードに切り替えるようにしたので、照明負荷の特性違いにおけるちらつきや点灯遅延などの不具合を回避することができるようになる。これにより、負荷の特性違いに影響されない照明装置を提供でき、使用者は意識して設定をする必要は無く、自由に照明負荷を選択できるようになる。

請求項２の発明によれば、負荷の種類を判別することに加え、無負荷もしくは負荷異常を判別することができる。さらに、無負荷もしくは負荷異常と判断した場合、不要なスイッチング素子への信号を無くすことで節電することができ、また、照明負荷への不要な電圧印加を無くすことができる。

請求項３の発明によれば、必要最低限な卜リガ信号を送ることで、節電することができる。

請求項４の発明によれば、高周波フィルタ用のインダクタンス素子に流れる電流により照明負荷の点灯の有無を検出することにより、負荷点灯検出部の部品を削減できる。

請求項５の発明によれば、明るさセンサ付き照明器具の照度センサを用いて照明負荷の点灯の有無を検出することにより、負荷点灯検出部の部品を削減できる。

請求項６の発明によれば、人感センサ付き照明器具の赤外線センサを用いて照明負荷の点灯の有無を検出することにより、負荷点灯検出部の部品を削減できる。

請求項７の発明によれば、通電中に照明負荷を取り替えられた場合でも自動的に動作モードを切り替えることができる。

請求項８の発明によれば、通電中に照明負荷を取り替えられた場合でも自動的に動作モードを切り替えることができ、さらに、無負荷と判断した場合、不要なスイッチング素子への信号を無くすことで節電することができる。

請求項９の発明によれば、負荷点灯検出部の信号を利用して、例えば、点灯時間をカウントすることで、照明負荷の寿命お知らせを使用者に報知するなど、照明負荷の寿命についての付加機能を搭載することができる。

請求項１０の発明によれば、Ｅ口金形状であれば、照明器具への取付のため、回転しやすい略球状ないしは略円筒状の照明負荷形状となるので、異種の照明負荷であっても類似した形状となることから、各種照明負荷の共用を考えた場合、同照明装置を備える照明器具の設計が容易になる。

以下、本発明の実施形態について図面に基づき説明する。
（実施形態１）
本実施形態の照明装置の構成例を図１に示す。基本的な構成及び動作は、図２０の従来例と同じであるが、照明負荷１が点灯したかどうかを判別するための負荷点灯検出部８を設け、その検出信号を負荷制御部５に入力するように構成した点が異なる。

１は照明負荷であり、例えば、バルブへの銀の蒸着により配光用の反射膜が形成された比較的小型の白熱電球といった、抵抗性負荷からなる。また、白熱電球の代わりに、電球型蛍光灯のような容量性負荷が接続される場合もある。

２はフィルタ部であり、商用交流電源ＡＣと照明装置間での高周波ノイズの出入りを除去するため、コンデンサとコイルから構成される。

３は負荷駆動部であり、負荷制御部５から出力されるトリガ信号を受けて照明負荷１を駆動させるため、トライアック素子などのスイッチング素子を用いて構成される。

４は電源位相検出部であり、照明負荷１を位相制御するにあたり、同期信号として利用するための電源位相を検出する。

５は負荷制御部であり、照明負荷１の動作を制御するため、マイクロコンピュータなどＩＣから構成される。また、負荷点灯検出部８からの負荷点灯検出信号を受けて、負荷の種類を判別する負荷判別部５ａの機能を兼ねている。

６は制御電源生成部であり、商用交流電源ＡＣを整流し、直流電圧に変換するため、ダイオードとコンデンサおよびツェナーダイオードなどから構成される。

各部の詳細な回路例は図８の実施形態において後述する。

図２は本実施形態の動作を示すフローチャート、図３は動作波形を示す。照明装置は、電源投入された後、まず、電源位相検出部４からの電源位相信号を負荷制御部５に読み込む。このとき、図３のｈ−ｉまたはｉ−ｊ間の長さは、電源周波数に固有の数値となる。例えば、５０Ｈｚであれば、ｈ−ｉ間の長さは１０ｍｓと図８のトランジスタＱ１のオン信号分の和となる。このようにして、一度、電源周波数を判別するとともに、一旦、照明負荷１の点灯トリガ信号をオフさせる。

つぎに、電源周波数の情報をもとに、電源位相検出部４から得られたタイミングから任意の位相ずれた、容量性負荷が点灯しない位相（例えば、１３５°近傍）となるように、負荷制御部５で計算する。例えば、この場合、電源位相信号の立ち上がり（図３のｊ点）から時間Ｔ３後のタイミングで１８０°までの期間Ｔ４の間、トリガ信号をＯＮにする。この時、同時に、負荷点灯検出部８の信号を読み取り、負荷点灯を確認したら、抵抗性負荷と判別して、それ以降のタイミングから、位相制御を用いた調光点灯を行う。図３の動作波形は、この場合の例である。

もし、この時、点灯検出しなければ、容量性負荷とみなし、それ以降は、０°位相から１８０°位相まで点灯信号を送る制御を行う。

このように、まず、所定の位相制御で照明負荷１が点灯するか否かを確認し、その後、それぞれの点灯動作に合わせた制御を行うことで、どのような照明負荷が接続されても、それに適した制御に自動で切り替え可能となる。

実施形態は、抵抗性負荷と容量性負荷の差異を狙った設定であるが、たとえば、抵抗性負荷と誘導性負荷を判別する場合においても同様であり、誘導性負荷が点灯しない位相に設定することで、点灯の有無に応じて各々の動作モードに切り替えるという手段がとれる。

なお、照明負荷が容量性負荷である場合、入力部の電解コンデンサＣｉ（図２４）の状態によっては、電荷がチャージされてない状態とチャージされている状態とでは、入力電流が異なる場合があるので、例えば、図３のように、電源周波数判別の際に、一旦、故意に点灯させて、電解コンデンサＣｉの状態を通常点灯時と同様に電荷がチャージされた状態にしておくとよい。

また、電圧印加に対して、負荷点灯に遅延がある場合は、点灯の有無を確認する際の所定の位相でのトリガ信号の印加をある周期分は続けて繰り返すようにすればよい。

（実施形態２）
本実施形態の制御動作を図４に、そのフローチャートを図５に示す。基本動作は、実施形態１と同様であるが、実施形態１とは、負荷点灯検出時のトリガ信号の位相制御方法が異なる。

実施形態１においては、固定された位相で負荷点灯の有無を判断しているが、例えば、照明負荷が何らかの不具合（例えば、フィラメント断線）で不点状態であるとした場合、もし、白熱灯であった場合でも点灯しないため、負荷制御部５は、電球型蛍光灯と誤判別してしまい、点灯信号を送り続けてしまう。

これに対して、本実施形態では、トリガ信号の位相を０°から１８０°の位相の間で掃引している。このようにすることで、０°から１８０°の位相まで掃引しても負荷点灯を検出しない場合、負荷異常もしくは無負荷状態と判断することで、例えば、負荷異常と判別した場合は、照明負荷への点灯信号を停止することで、無駄な電力消費を抑えることができ、また、照明負荷への不要な電圧印加を無くすことができる。

図４を説明すると、まず、トリガ信号の立ち下がりの位相（オン開始タイミング）を０°位相付近に固定し、立ち上がりの位相（オン終了タイミング）をｋ点の位相としている。次の周期でこの立ち上がりの位相のみをｌ点へ移動させ、点灯が検知されなければ、更にｍ点、ｎ点へと移動して行く。

抵抗性負荷であれば、最初の位相で点灯するので、点灯検知されなければ、その時点で、その他の負荷（例えば、容量性負荷）、もしくは、負荷異常と判断できる。次に、位相を徐々に移動していき、点灯したら、容量性負荷と判断し、更に、１８０°の位相でも点灯しなければ、負荷異常と判断して、負荷出力を停止すればよい。

また、電圧印加に対して、負荷点灯に遅延がある場合は、所定の位相でのトリガ信号の印加を任意の周期分は続けて繰り返しながら掃引させればよい。

（実施形態３）
本実施形態の制御動作を図６に示す。基本動作は、実施形態１と同様であるが、実施形態１とは、負荷点灯検出時のトリガ信号の制御方法が異なる。本実施形態の特徴は、スイッチング素子にトライアック素子ＴＲ（図８参照）を用いることで、トリガ信号を任意の幅のパルス信号にできることにある。トライアック素子の動作においては、一度、トライアック素子のゲート信号がオンされると、保持電流値以上の電流がトライアック素子に流れていれば、ゲート信号がオフになったとしても、電源電圧がゼロになる点まで、トライアック素子はオンし続ける。

したがって、例えば、パルス幅はトライアック素子の特性に合わせた必要最低限の幅（例えば、３００μｓ程度）であっても、点灯維持することができる。これによって、ゲート電流を最小限に抑えることができ、節電できる。

図６を説明すると、負荷点灯検出処理の期間に、Ｔ５（例えば、３００μｓ）の幅を持つトリガ信号が所定の位相区間に印加される。このとき、抵抗性負荷（例えば、白熱灯）であれば、図に示すようにトライアック素子は、トリガ信号がオフになった後も、Ｔ６の間、オンし続ける。

更に、負荷判別後の処理においても、図６に示すようなパルストリガ信号（パルス幅Ｔ５）とすることで、同じ点灯制御であっても、必要最低限なゲート信号の印加で負荷を点灯させることができる。

（実施形態４）
本発明の実施形態４の構成図を図７に、その回路図を図８に示す。基本的な構成は実施形態１と同じであるが、負荷点灯検出部８の構成が異なり、フィルタ部２に流れる電流の有無により負荷点灯の有無を検出している。

本実施形態の負荷点灯検出部８は、図８に示されるように、照明負荷１の調光時に発生する高周波ノイズを除去するために使用されるフィルタ部２を利用している。フィルタ部２は、コンデンサＣｆとインダクタＬｆから構成されるローパスフィルタよりなり、インダクタＬｆの誘起電圧を利用して負荷点灯の有無を検出する。すなわち、フィルタ部２のインダクタＬｆに電磁的な結合を施した検出巻線Ｌｄを配置し、この検出巻線Ｌｄに発生する電圧をダイオードブリッジＤＢｄとコンデンサＣｄで整流平滑している。そして、この電圧を抵抗ＲｄとツェナーダイオードＺＤｄでクランプすることで、図９のようなＴｄの幅を有したパルス波形信号として検出することができる。

図９は、容量性負荷である電球型蛍光灯が点灯した時の検出信号の例である。負荷制御部５において、信号ＶｄがＨ信号であると判定すると、負荷が点灯と判断する。このとき、抵抗性負荷しか点灯しない位相であれば、抵抗性負荷と判断する。また、実施形態２に示すようにトリガ信号を掃引させる場合であれば、印加時のトリガ信号のパルス位相との関係から負荷の種類を判別する。

ここで、図８の各部の回路構成について説明する。以下の説明は図２１の従来例においても同様である。

負荷駆動部３は、交流電源ＡＣから照明負荷１への給電路に挿入されたトライアック素子ＴＲと、エミッタがトライアック素子ＴＲのゲートに接続されコレクタが抵抗Ｒ６を介してグランドに接続されたＰＮＰ形のトランジスタＱ２とを備える。トランジスタＱ２のベースは、抵抗Ｒ７を介して負荷制御部５に接続されるとともに、抵抗Ｒ８を介してトランジスタＱ２のエミッタに接続されている。また、トライアックＴＲの一方の主電極とトランジスタＱ２のエミッタとの間には、抵抗Ｒ９とコンデンサＣ５との並列回路が接続されている。

電源位相検出部４は、アノードが交流電源ＡＣに接続された整流ダイオードＤ３と、ベースが抵抗Ｒ３を介して整流ダイオードＤ３のカソードに接続されたＮＰＮ形のトランジスタＱ１と、トランジスタＱ１のベース−エミッタ間に接続された抵抗Ｒ４とコンデンサＣ４との並列回路とを備える。つまり、交流電源ＡＣの出力電圧が整流ダイオードＤ３で整流されて抵抗Ｒ３，Ｒ４で分圧され、コンデンサＣ４で平滑されてトランジスタＱ１のベースに入力されている。また、トランジスタＱ１のコレクタは抵抗Ｒ５を介して直流電源に接続され、この抵抗Ｒ５とトランジスタＱ１との接続点が負荷制御部５のＩＣに接続されている。すなわち、電源位相検出部４は、交流電源ＡＣの出力電圧が所定の電圧を上回っている間はトランジスタＱ１がオンされることにより出力がＬレベルとなり、入力された電圧が所定の電圧を下回ったときにトランジスタＱ１がオフされることにより出力がＨレベルとなるのであり、交流電源ＡＣの電圧が０Ｖになる位相付近で出力が反転するものである。

従来例の図２２に示すように、電源位相検出部４の出力がＬレベルからＨレベルに転じるタイミングａは対応する電圧が０Ｖになる位相のタイミングｂよりも僅かに前となり、出力がＨレベルからＬレベルに転じるタイミングｃは対応する電圧が０Ｖになる位相のタイミングｄよりも僅かに後となる。

制御電源生成部６は、両端がそれぞれ交流電源ＡＣに接続された突入電流防止用の第１の抵抗Ｒ１と、例えばフィルムコンデンサからなる第１のコンデンサＣ１と第１のダイオードＤ１との直列回路と、第１のダイオードＤ１に並列に接続された第２のダイオードＤ２と第２のコンデンサＣ２との直列回路と、第２のコンデンサＣ２に並列に接続された第２の抵抗Ｒ２とツェナーダイオードＺＤとの直列回路と、ツェナーダイオードＺＤに並列に接続された第３のコンデンサＣ３とを有する。

第１のダイオードＤ１はアノードが第１のコンデンサＣ１に接続されるとともにカソードが交流電源ＡＣに接続され、第２のダイオードＤ２はアノードが第２のコンデンサＣ２に接続されるとともにカソードが第１のダイオードＤ１と第１のコンデンサＣ１との接続点に接続され、ツェナーダイオードＺＤはアノードが第２の抵抗Ｒ２に接続されるとともにカソードが交流電源ＡＣに対し第１のダイオードＤ１と同じ側に接続されている。つまり、ツェナーダイオードＺＤのツェナー電圧により、制御電源電圧が生成される。

なお、負荷駆動部３、電源位相検出部４、制御電源生成部６の回路構成は例示であり、同様の機能を有する他の回路構成に置き換えても良いことは言うまでもない。

（実施形態５）
本実施形態の照明装置の構成例を図１０に示す。本実施形態は、負荷点灯検出部８をセンサ部７の照度センサで兼用したものである。実施形態４と異なり、負荷点灯の検出は、照明負荷１が点灯した場合の照度変化を検出するために照度センサを利用する。

このときの動作について、図１１を用いて説明する。まず、照度センサの信号と照明器具の周囲照度との関係を図１１（イ）に示す。照度センサの出力信号波形は、任意の範囲α〜βにおいて、１日の間で連続的に変位する。この時、負荷制御部５において、照度センサに対して、任意に閾値Ｘを設定し、信号レベルが閾値Ｘを上回っている場合は、照明負荷１を消灯させ、閾値Ｘを下回ったときに照明負荷１を点灯させるといった制御が可能となる。例えば、夕暮れ時の照度センサの信号レベルに閾値Ｘを設定すれば、毎日、夕方になると、照明負荷１を自動点灯できるようになる。本実施形態では、このような点灯制御用の照度センサを利用して照明負荷１の点灯の有無を検出可能としたものである。

次に、照明負荷の点灯検出を行い、負荷判別する処理とその後の動作について図１１（ロ）を用いて説明する。例えば、電源投入が、任意に設定された閾値Ｘを下回ったときに行われた場合、まず、照明装置は、電源周波数の判別処理を行った後、一旦、照明負荷を強制消灯させる。つぎに、電源周波数の情報をもとに、電源位相検出部４から得られたタイミングから任意の位相ずれた、容量性負荷が点灯しない位相でトリガ信号を与える。所定の位相でトリガ信号が与えられたときに、照明負荷１が点灯した場合、照度センサの検出照度が急峻に上昇する。そこで、照度センサの信号を読み取り、自光による照度センサ信号の電圧上昇を確認したら、照明負荷１は抵抗性負荷であると判別する。さらに、負荷判別処理が完了した時点で、一度、照明負荷１を消灯し、それ以降から照明負荷１の種類に合わせた動作モードを行う。図では、白熱灯と判断して、調光点灯した場合を示す。

本実施形態では、照度センサは周囲照度に応じた照明負荷の点灯制御と、照明負荷の種類判別のための点灯確認用のセンサを兼用しているので、電源投入後、少なくとも負荷点灯検出処理が完了するまでは、周囲照度に対する閾値Ｘとの比較判定結果を無視する。

なお、照明負荷が点灯することで、照度センサの信号レベルが上昇し、閾値Ｘを越えることで、再び照明負荷が消灯される現象（自己点滅現象）が発生する可能性があるが、負荷判別を行った後は、照明負荷の点灯によるセンサ信号への影響を除くようなマスク処理を施すことで、自光による自己点滅を防止すればよい。例えば、点灯後は、点灯前の照度レベルに対する照明負荷点灯後の上昇分（自光による上昇分）を差し引いて閾値Ｘと比較するといった手段を用いる。

実際の照明器具の構成例を図１２に示す。照明器具は、器具筐体３０と、光を透過させるための透光性グローブ３１の中に、照明負荷１と照明装置３４が配置される。さらに、その照明装置３４の内部には、照度センサ７Ａが組み込まれており、照明器具の周囲の光を透過させるために器具外郭側に設けられた透光窓３３に加え、照明器具内側に配置されるよう透光窓３２を設けることで、自身の照明負荷１の点灯も検出できるように構成されている。

なお、照度センサ７Ａは例えばフォトＩＣダイオードからなり、図１１（イ）に示すように、周囲が明るいほど電圧値の高い電圧信号を出力する。

（実施形態６）
本実施形態の照明装置の構成例は、実施形態６（図１０）と同様で、負荷点灯検出部８をセンサ部７の赤外線センサで兼用したものである。センサ部７の赤外線センサは、例えば人体から放射される赤外線を検出する焦電センサを有し、焦電センサの出力に基づいて人体の存在を検知する。また、この赤外線センサを用いて照明負荷１が点灯する際に発する熱を検知することにより負荷点灯の有無を検出する。

本実施形態の動作について、図１３を用いて説明する。まず、赤外線センサ信号を利用した照明負荷の点灯制御動作を（イ）に示す。赤外線センサの出力信号波形は、人体を検知している間、Ｌレベルとなる。赤外線センサが接続される負荷制御部５は、一度、Ｌレベルの信号を検出すると、トリガ信号を出力し、照明負荷１を点灯させる。図では、Ｌレベルのトリガ信号で照明負荷１をＯＮとする設定である。この時、同時に、点灯保持タイマがカウントを開始し、このタイマが任意の時間を計時終了した時点で、トリガ信号をＨレベルに戻して、照明負荷１を消灯させる。点灯保持タイマがカウント中に、再度、人を検知した信号が入った場合、その時点から再カウントする設定になっている。本実施形態では、このような人体検知による点灯制御のための赤外線センサを利用して照明負荷１の点灯検出を行う。

次に、照明負荷の点灯検出を行い、負荷判別するための処理とその後の動作について、図１３（ロ）を用いて説明する。図中に示すように、赤外線センサの信号出力は、照明負荷１が点灯または消灯した場合、照明負荷のフィラメント部から発生される熱の変化に伴って切り替わる。

電源投入が行われたら、まず、負荷点灯検出処理が始まるまでは、赤外線センサの出力を無視する。そして、点灯検出処理が始まり、所定の位相でトリガ信号が与えられると同時に、赤外線センサの信号を監視し、出力変化があれば、照明負荷が点灯したと判断する。さらに、負荷判別処理が完了した時点で、赤外線センサの出力を無視した状態で、一度、照明負荷を消灯し、それ以降から赤外線センサによる人検知判定および照明負荷の種類に合わせた動作モードを行う。

この時、照明負荷が点滅することで、赤外線センサに出力が生じてしまい、人検知と判断してしまわないよう、照明負荷が点灯して完全に消灯を完了するまで、赤外線センサの信号を無視するようなマスク処理を施すことで、自光による誤動作を防止すればよい。

実際の照明器具の構成例を図１４に示す。照明器具は、器具筐体４０と光を透過させるための透光性グローブ４１の中に、照明負荷１と照明装置４５が配置される。さらに、その照明装置４５の内部には、赤外線センサ７Ｂが組み込まれており、照明器具の周囲の人を検知するために器具外郭側に設けられた集光レンズ４３に加え、照明器具の内側に配置されるよう集光レンズ４２を設け、各々が赤外線センサ７Ｂに集光されるような反射板４４を用いることで、自身の照明負荷１の点灯の際の熱変化も検出できるように構成されている。

（実施形態７）
本実施形態は、負荷点灯検出処理により、動作モードが確定した後に、負荷制御部５において、継続して負荷点灯状態を監視するというものである。負荷を判別した後に、本来なら点灯しなければならない位相でトリガ信号を印加しても点灯しない場合、または、点灯しないはずの位相で点灯を検知した場合に、負荷異常と判断し、一旦、点灯のためのトリガ信号の送信を停止し、電源投入時の負荷判別の処理を再度繰り返す。このような機能を付加することで、照明負荷が通電中に使用者によって取り替えられた場合や照明負荷が故障した場合にも、照明装置自身で自動対応できるようになる。

（実施形態８）
本実施形態の構成図を図１５に示す。負荷点灯検出部８に加え、無負荷検出部１０を設けたものである。無負荷検出部１０の信号は、負荷制御部５によって、電源投入後から常時監視されている。無負荷検出部１０は、例えば、ソケット部に設けられた機械的スイッチを負荷制御部５に接続したものである。

負荷点灯検出処理により動作モードが確定した後に、この無負荷検出部１０から無負荷検出信号が出力されると、負荷制御部５は、負荷が取り外されたと判断して、一度、点灯のためのトリガ信号の送信を停止し、電源投入時の負荷判別の処理を再度繰り返す。このような機能を付加することで、照明負荷が通電中に使用者によって取り替えられた場合でも照明装置自身で自動対応できるようになる。また、無負荷と判断した場合、不要なスイッチング素子への信号を無くすことで節電することができる。

（実施形態９）
本実施形態の構成図を図１６に示す。本実施形態は、負荷点灯検出部８に加え、負荷制御部５に点灯回数や点灯累積時間を記憶する負荷点灯記憶部１１を設けると共に、負荷状態表示部１２を設けたものである。負荷点灯検出部８の検出信号は、実施形態７と同様、負荷制御部５によって常時監視されている。

負荷制御部５に設けられた負荷点灯記憶部１１は、負荷点灯検出部８の点灯検出信号の立ち上がりもしくは立ち下がりの回数を記憶する。また、その回数と電源位相信号から得られる電源周波数の周期の積より点灯時間を計算し、累積点灯時間として記憶しておく。この記憶された値が判別された照明負荷に設定された任意の回数に達すると、負荷状態表示部１２に信号を送信して、使用者に現在の状況を報知するというものである。このような機能を付加することで、例えば、電球型蛍光灯の点滅性能が３００００回とした場合に、残り１０００回になると、使用者に点灯動作に合わせて、何らかの音で知らせるといった報知機能を付加することができる。

玄関口で使用されるような照明器具は、それ以外に、周囲に光源が無い場合も多く、夜間に突然照明がつかなくなるといった不具合やランプ切れを無くすことで、防犯性を確保するといった使用者への利便性を高めることができる。

（実施形態１０）
本実施形態を図１７にて説明する。１ａは白熱灯、１ｂは電球型蛍光灯、１ｃは電球型ＬＥＤ灯である。照明負荷の種類は、抵抗性負荷であれば白熱灯、ＬＥＤ灯、容量性負荷であれば電球型蛍光灯、ＬＥＤ灯と様々な組合せが考えられる。このとき、蛍光灯やＬＥＤ灯であれば、その口金も様々である。

そこで本実施形態では、実施形態１〜９の照明装置をＥ口金のソケットと組み合わせた照明器具の構成にしている。これは、Ｅ口金のソケットを用いれば、照明負荷の取り付けの関係上、照明負荷の形状が、図１７に示すように、略球状もしくは略円筒状となり、かつ、人が操作しやすい直径としなければならないことから、概寸法が必然的に同じようになるためで、この時、例えば、照明器具のカバーは、照明負荷違いに対して、その意匠への影響を大きく受けずに各々の負荷が収納できる共用設計が容易になる。

本発明の実施形態１の構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態１の動作を示すフローチャートである。 本発明の実施形態１の動作波形図である。 本発明の実施形態２の動作波形図である。 本発明の実施形態２の動作を示すフローチャートである。 本発明の実施形態３の動作波形図である。 本発明の実施形態４の構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態４の具体的な回路構成を示す回路図である。 本発明の実施形態４の動作波形図である。 本発明の実施形態５の構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態５の動作説明図である。 本発明の実施形態５を用いた照明器具の断面図である。 本発明の実施形態６の動作説明図である。 本発明の実施形態６を用いた照明器具の断面図である。 本発明の実施形態８の構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態９の構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態１０に用いるＥ口金の照明負荷の形状を示す斜視図である。 従来の屋側で使用される照明器具の外観を示す斜視図である。 従来の屋側で使用される白熱灯調光型センサ付き照明器具の構成例を示す分解斜視図である。 従来の白熱灯調光用照明装置の構成例を示すブロック図である。 従来の白熱灯調光用照明装置の詳細な回路構成を示す回路図である。 従来例の白熱灯調光時の動作波形図である。 従来のセンサ付き白熱灯調光用照明装置の構成例を示すブロック図である。 従来の容量性負荷である電球型蛍光灯の内部構成例を示す回路図である。 従来の電球型蛍光灯の入力電流波形を示す波形図である。 従来の白熱灯調光用照明装置に電球型蛍光灯を接続したときの動作を示す波形図である。

符号の説明

ＡＣ 商用交流電源
１ 照明負荷
３ 負荷駆動部
４ 電源位相検出部
５ 負荷制御部
５ａ 負荷判別部
８ 負荷点灯検出部

Claims (10)

1. 照明負荷の電源として供給される商用電源をＯＮ／ＯＦＦさせるスイッチング素子と、照明負荷を位相制御するために商用電源の位相を検出する電源位相検出部と、電源位相検出部の出力を受けてスイッチング素子の導通角を決める負荷制御部とを備え、負荷制御部からスイッチング素子へ任意の導通角で送信される信号により照明負荷を点灯制御する照明装置において、
   照明負荷の点灯の有無を検出する負荷点灯検出部と、
   負荷点灯検出部からの信号により照明負荷の種類を判別する判別部を有し、
   前記負荷制御部は、電源投入後の所定の期間は、商用電源の導通角を任意の照明負荷しか点灯しない位相でスイッチング素子をＯＮし、その期間で判別した結果に応じて照明負荷の種類に応じた動作モードに切り替えることを特徴とする照明装置。
2. 負荷制御部からスイッチング素子へ任意の導通角で送信される信号は、照明負荷がオンされる区間が、商用電源が０Ｖから立ち上がるタイミングである０°の位相角から１８０°の位相角の間で掃引されることを特徴とする請求項１記載の照明装置。
3. スイッチング素子は、トライアック素子であり、負荷制御部からスイッチング素子へ任意の導通角で送信される信号は、任意の幅で固定されたパルス波形であることを特徴とする請求項１または２記載の照明装置。
4. 照明負荷の点灯の有無を検出する負荷点灯検出部は、照明負荷と商用電源の間に直列に接続された高周波フィルタ用のインダクタンス素子の電流値により点灯の有無を検出することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の照明装置。
5. 周囲の明るさを検出するための照度センサを備え、負荷制御部は照度センサにより検出された周囲照度に合わせて照明負荷をスイッチング素子により点灯制御する機能を備え、負荷点灯検出部は、照明負荷から発せられる可視光出力の変化を照度センサにて検出することにより照明負荷の点灯有無を検出することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の照明装置。
6. 人を検知するための赤外線センサを備え、負荷制御部は人を検知したと判断した場合に照明負荷をスイッチング素子により点灯制御する機能を備え、負荷点灯検出部は、照明負荷から発せられる赤外線量の出力変化を赤外線センサにて検出することにより照明負荷の点灯の有無を検出することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の照明装置。
7. 動作モードが確定された状態において、常時、負荷点灯検出部からの信号を確認し、負荷点灯検出部の出力が点灯動作モードにおける点灯の有無と異なる状態と判断された場合に、点灯信号の送信を停止し、照明負荷の種類を再判別することを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の照明装置。
8. 電源通電中に照明負荷が無負荷状態になったことを検出する無負荷検出部を有し、無負荷を検出すると、点灯信号の送信を停止し、負荷検出した時点で照明負荷の種類を再判別することを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の照明装置。
9. 負荷点灯検出部の信号カウントから得られる照明負荷の点灯回数、負荷点灯検出部の信号長から得られる照明負荷の点灯時間のどちらか、もしくは、両方を記憶する記憶部を有し、記憶された値が先に判別した照明負荷の種類に応じた任意の設定値に達すると、所望の動作を行うことを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の照明装置。
10. 請求項１〜９のいずれかに記載の照明装置と、Ｅ口金の照明負荷用ソケットとを備えたことを特徴とする照明器具。

Images