JP5868989B2 - 人工的光と日光の分布の分離検出方法 - Google Patents

Description

本発明は、人工的な光と日光の分布を分離検出する方法と装置に関する。具体的に、本発明は、照明システムを設定する方法と、照明システムの設定部と、照明システムを制御する方法と、照明システムの制御部とに関する。

人工照明は、オフィス、レストラン、博物館、広告ボード、家庭、店舗、及び店舗ウィンドウなど、多くの屋内及び屋外のアプリケーションに用いられている。人工照明の制御は、長年にわたり、手動で行われている。しかし、照明の手動制御は望ましくなく、効率的でなく、及び／又は面倒である。手動制御に伴う問題を減らすため、自動制御に基づく照明システムが開発されている。複数の光源を有し、その光源が部屋、ビル、ストアなど内部空間の異なる場所にある照明システムに対して、自動制御は特に都合がよい。光源をスイッチのオン・オフやそのパワーレベルの調整をする手動操作は、不便である。

最近、自動照明システムは、手動操作をまったく必要としないところまで進化している。さらに、自動照明システムは、手動制御に基づくシステムと比較して、エネルギー効率が改善するように開発されている。自動システムは、例えば、照明の制御を改善するため、複数のセンサを有する。例えば、オフィスビルにおいて、照明だけで総エネルギー消費量の大きな部分を占め、約２５％乃至３５％になるので、エネルギー効率が高い自動システムに関心がもたれている。自動システムは一般的に経済的及び環境的な理由から好ましい。

もっと多くのエネルギーを節約するため、日光の貢献を用いて、部屋、ビル、ストアなどの空間の内部を照明すると都合がよい。確かに、良く晴れた日には、インテリアスペースにも、例えば、大きな及び／又は多数の窓が設けられた面で囲まれていれば、十分な強さの光が日光により得られる。このように日光があれば、通常の照明条件としては十分であり、人工的な照明は必要ない。対照的に、早朝、晩、及び／又は夜には、又は一年のうちのある季節には、日光では十分な照明が得られないことがある。この場合、インテリアスペースにおける照明は、人工的照明を用いて補強する。さらに、インテリアスペースにおける日光は、そのスペースのエリアごとに非常に不規則である。例えば、窓に近ければ日光は強いが、本棚などの家具の「影」では日光は弱い。よって、実効的照明の制御は、日光に応じて行うと都合がよい。

しかし、日光の分布を決定する既存の先行技術システムは、非常に高価であったり複雑であったりすることが多い。そこで、日光による貢献を決定する新しい方法と装置、及び日光に応じて照明を制御する新しい方法と装置を提供する必要性がある。

本発明の一目的は、上記の問題を緩和し、一方で照明システムの照明装置から放射される光以外の光の貢献（例えば、日光による貢献）を決定し、他方でかかる外部からの光による貢献に対して照明システムの照明を制御する方法と装置を改良することである。

この目的及びその他の目的は、独立項に規定した特徴を有する設定方法、設定部、制御方法、制御部により達成される。好ましい実施形態は従属項に規定した。

よって、本発明の第１の態様により、少なくとも１つの照明装置から放射される光以外の光に関して照明システムを設定する方法を提供する。本照明システムは、照明空間に配置され、作業空間平面を照明する少なくとも１つの照明装置を有する。上記方法は、第１の場所で測定した総光強度を表す第１の信号に基づいて、照明平面の第１の場所における少なくとも一の照明装置から放射された光以外の光の第１の貢献を求めるステップを有する。さらに、上記方法は、第２の場所で測定した総光強度を表す第２の信号に基づいて、作業空間平面の第２の場所における少なくとも一の照明装置から放射された光以外の光の第２の貢献を求めるステップを有する。上記方法は、さらに、少なくとも一の照明装置から放射された光以外の光の第１と第２の貢献との間の関係を表す伝達関数を決定するステップを有する。

本発明の第２の態様により、少なくとも１つの照明装置から放射される光以外の光に関して照明システムを設定する設定部を提供する。本発明の第１の態様について、本照明システムは、照明空間に配置され、作業空間平面を照明する少なくとも１つの照明装置を有する。上記設定部は、第１の場所で測定した総光強度を表す第１の信号に基づいて、照明平面の第１の場所における少なくとも一の照明装置から放射された光以外の光の第１の貢献を求めるように構成される。さらに、上記設定部は、第２の場所で測定した総光強度を表す第２の信号に基づいて、作業空間平面の第２の場所における少なくとも一の照明装置から放射された光以外の光の第２の貢献を求めるように構成される。上記設定部は、さらに、少なくとも一の照明装置から放射された光以外の光の第１と第２の貢献との間の関係を表す伝達関数を決定するように構成される。

本発明の第３の態様により、照明システムの照明を制御する方法を提供する。本照明システムは、照明空間に配置され、作業空間平面を照明する少なくとも１つの照明装置を有する。上記方法は、照明平面における少なくとも１つの照明装置から放射された光の貢献と、作業空間平面における少なくとも１つの照明装置から放射された光以外の光の貢献との間の関係を表す伝達関数を受け取るステップを有する。本方法は、さらに、照明平面中のある場所において測定した総光強度を表す信号を求めるステップと、求めた信号における、少なくとも１つの照明装置から放射された光以外の光の貢献を決定するステップとを有する。さらに、上記方法は、少なくとも１つの照明装置から放射された光以外の光の、照明平面における、決定された貢献と、伝達関数とに基づいて、少なくとも１つの照明装置を制御するステップを有する。

本発明の第４の態様により、照明装置の照明（又は照明機能）を制御する制御部を提供する。本照明システムは、照明空間に配置され、作業空間平面を照明する少なくとも１つの照明装置を有する。上記制御部は、照明平面における少なくとも１つの照明装置から放射された光の貢献と、作業空間平面における少なくとも１つの照明装置から放射された光以外の光の貢献との間の関係を表す伝達関数を受け取るように構成される。上記制御部は、さらに、照明平面中のある場所において測定した総光強度を表す信号を求め、求めた信号における、少なくとも１つの照明装置から放射された光以外の光の貢献を決定するように構成される。さらに、上記制御部は、少なくとも１つの照明装置から放射された光以外の光の、照明平面における、決定された貢献と、伝達関数とに基づいて、少なくとも１つの照明装置を制御するように構成される。

さらに、本発明のさらに別の態様により、上記設置部の処理手段に、本発明の第１の態様による方法のステップを実行させるソフトウェアコード部分を有する、照明装置の設定部または制御部にロード可能な、コンピュータプログラム製品を提供する。

さらに、本発明のさらに別の態様により、上記制御部の処理手段に、本発明の第３の態様による方法のステップを実行させるソフトウェアコード部分を有する、照明装置の制御部にロード可能な、コンピュータプログラム製品を提供する。

このように、本発明は、照明システムの照明装置から放射される光以外の光（例えば、日光）に対して、照明システムを設定するとのアイデアに基づく。この制御は、（照明平面で測定された総光強度に基づき）照明平面で得られた照明システムの照明装置から放射された光以外の光（例えば、日光の明るさ）の第１の貢献と、（作業空間平面で測定された総光強度に基づき）作業空間平面で求めた照明システムの照明装置から放射された光以外の光（例えば、日光の明るさ）の第２の貢献との間の伝達関数（transfer function）を決定することにより行う。伝達関数は、照明システムの照明装置から放射された光以外の光の、求められた第１と第２の貢献との間の関係を表す。このように、照明システムの照明装置から放射される光以外の光の、照明平面における貢献と、照明システムの照明装置から放射される光以外の光の、作業空間平面における貢献との間の伝達関数又は相関を確立する設置プロセスをまず提供する。本発明は、作業空間平面における直接的な測定を必要とせずに、決定される伝達関数を用いて、作業空間平面における照明システムの照明装置から放射された光以外の光（例えば、日光の明るさ）の貢献を、照明平面において求める照明システムの照明装置から放射された光以外の光（例えば、太陽の明るさ）の貢献から推定又は導出できるという点で都合がよい。

本願では、言うまでもなく、「照明システムの照明装置から放射される光以外の光」や「少なくとも一の照明装置から放射される光以外の光」などの表現は、窓などから内部空間（例えば、部屋）に入ってくる日光などの昼間光や、階段や廊下の照明などの人工光を含む。特に、インドアアプリケーションの場合、照明システムの照明装置から放射される光以外の光は、照明システムの外部の光源、すなわち照明システムが配置された内部空間の外に配置された光源だけでなく、内部空間に配置されているが照明システムの一部ではない任意の光源（例えば、緊急時の出口サイン）から放射される任意の光であり得る。

通常、このような「少なくとも１つの照明装置から放射される光以外の光」への主な貢献は日光（すなわち、昼間光）であり、以下の説明では、主に日光について説明する。したがって、言うまでもなく、以下の説明において「日光」や「日光による明るさ」などの言葉は、「少なくとも１つの照明装置から放射される光以外の（任意の）光」などの表現と置き換えることができる。

換言すると、設定セッションやプロセスにおいて、本発明の設置する方法や設定方法は、後段（例えば、照明システムの制御）において、照明平面において求めた日光の明るさの貢献から、作業空間平面における日光の明るさによる貢献を決定できる伝達関数を決定する。伝達関数により、作業空間平面における日光の明るさの貢献を推定でき、作業空間平面における日光の明るさをさらに測定する必要はない。

言うまでもなく、発明者は、設定方法及び設置部が、設定セッション又はプロセス中に（すなわち、事前に）、日光の明るさ（daylight illumination）に対して照明システムを設定できることに気づいた。結果として、照明システムは、例えば、照明の制御を必要とする場合に作業空間平面における日光の明るさ（daylight illumination）を決定する必要性に備えている。本発明は、日光の分布は動的に変化するが、日光に応じて照明システムを設定できるという点で都合がよい。設定において決定される伝達関数により、照明システムの制御中に作業空間平面における日光の明るさを決定でき、作業空間平面における日光の直接的な測定は必要なく、照明平面における測定でよく、より便利である。逆に、日光の分布を決定する既存の先行技術システムは、ゴニオ光度計（goniophotometer）やカメラなどを用いて、高価であったり複雑であったりすることが多い。それゆえ、本発明の設定部と設定方法は、作業空間平面における日光の明るさの貢献を効率的かつ便利に決定する照明システムを効率的かつ便利に準備するという点で都合がよい。

本照明システムは、照明空間に配置され、作業空間平面を照明する照明装置を有する。照明装置は、部屋の天井及び／又は壁に、天井及び／又は壁に平行な平面内に配置できる。一方、作業空間平面は、照明平面に面した平面（であり、例えば、照明平面に対して実質駅に平行）である。

作業空間平面は、例えば、内部空間の床、又は床に実質的に平行であり床からある距離のところにあるように画定された平面であり得る。あるいは、作業空間平面は、内部空間の天井に実質的に平行であり、天井からある距離だけ離れたところにあるように画定され得る。言うまでもなく、作業空間平面と照明平面は、必ずしも互いに平行である必要はない。

設定方法と設定部により、第１の場所において測定した総光強度を表す第１の信号に基づき、照明平面中の第１の場所における日光の明るさの第１の貢献を求められる。第１の場所は、光センサが配置された照明平面中の、例えば、一又は複数の照明装置の近くの点である。

さらに、設定方法と設定部により、第２の場所において測定した総光強度を表す第２の信号に基づき、作業空間平面中の第２の場所における日光の明るさの第２の貢献を求められる。第２の場所は、作業空間平面中のどの点であってもよい。光の明るさを測定するため、光センサを第２の場所に（少なくとも一時的に）配置してもよい。

さらに、設定方法と設定部により、日光の明るさの第１と第２の貢献の間の関係を表す伝達関数を提供する。伝達関数は、ここでは、照明平面からの日光の明るさの貢献を作業空間平面に伝達、相関、又は「マップ（map）」する（数学的な関数や演算行列などの）関数と考えることができる。伝達関数は、照明平面から作業空間平面へのマッピングは複数のパラメータに依存し、信頼性、正確性、及び／又は反復性に対する要求を満たす。例えば、伝達関数は、時間及び／又は空間に依存し、すなわち照明平面における照明の作業空間平面への伝達は、時刻及び／又は部屋などのエリアに依存する。

言うまでもなく、制御方法と制御部について、受け取った伝達関数と、求めた信号とを両方とも計算に用いて、作業空間平面における日光の貢献を求め、照明装置の制御を可能とする。換言すると、照明装置は、照明平面における日光の明るさの決定された貢献と、伝達関数とに基づき、制御できる。上記の通り、これは、照明平面における日光の明るさの貢献の決定のみを必要とし、作業空間平面における日光の明るさの貢献の測定は必要ないという点で、都合がよい。照明システムの制御は、このように伝達関数により行われ、作業空間平面における日光の明るさの推定が照明平面のみにおける測定から得られる。この目的のため、複数の光センサを照明平面に設けてもよい。

本発明は、照明装置の制御の際に、作業空間平面における測定に係わる問題を緩和する点で、特に都合がよい。本発明は、直接的に測定する代わりに、伝達関数による推定に基づき、より便利であり邪魔にならないとの利点を有する。

また、本発明は、作業空間平面における日光の貢献が照明平面において求めた日光の貢献から直接的に決定され、動的変化に応じて照明が制御されるという点でも都合がよい。具体的に、伝達関数は、日光の明るさの様々な状態に依存し得る。

また、本発明は、作業空間平面における日光の貢献を信頼性高く推定できる点でも都合がよい。

以下、本発明の第１と第２の態様に関する実施形態を説明する。しかし、本発明の様々な態様は、ある実施形態では、組み合わせることができるので、これらの実施形態は原理的には上記の態様のどれかに当てはまる。具体的には、言うまでもなく、第１の態様による照明システムを設定する方法を参照して説明したすべての実施形態は、第２の態様による設定部に直接的に当てはまる。同様に、第３の態様による照明システムを制御する方法について説明するすべての実施形態は、第４の態様による制御部に直接的に当てはまる。

本発明の一実施形態によると、照明装置はオフにされ得る。本実施形態では、照明装置は、非アクティブであってもよく、日光の明るさの第１と第２の貢献は、それぞれ第１と第２の場所で測定された総光強度と等しい。本実施形態の利点は、照明システムの設定がより効率的になることである。照明装置からの貢献は設定において考慮する必要がないからである。それぞれの平面において、測定される光強度と、日光の貢献との間には直接的な相関がある。この目的のため、設定部は、照明装置がオフされているか検出し、又はその検出に関する情報を受け取るように構成されている。照明装置がオフされている場合、設定部は上記の手順に応じて設定セッションを開始する。

本発明の一実施形態によると、上記設定方法は、第１の信号における照明装置による照明の第１の潜在的な貢献を推定して、日光の明るさの第１の貢献を求めるステップと、第２の信号における照明装置による照明の第２の潜在的な貢献を推定して、日光の明るさの第２の貢献を求めるステップとをさらに有する。本実施形態による利点は、照明装置がオンにされていても、照明システムの設定を行えることである。本実施形態では、照明システムの設定は、第１と第２の信号における照明装置から放射される光の貢献に合わせられる。本実施形態は、設定がアクティブな照明装置からの光の貢献に依存する、信頼性がより高い伝達関数の決定ができるという点で都合がよい。

本発明の一実施形態によると、上記設定方法は、推定された第１の潜在的貢献と推定された第２の潜在的貢献との間の関係を表す伝達関数を決定するステップをさらに有する。本実施形態は、照明平面における人工的照明の貢献に応じて、作業空間平面における人工的照明の貢献を求めることができる点で、都合がよい。よって、本実施形態では、照明平面における照明装置の貢献を推定することにより、伝達関数から、作業空間平面における照明へのこれらの装置の貢献を求められ、作業空間平面における光強度の直接的測定は必要ない。本実施形態によるさらに別の利点は、照明システムが、作業空間平面における照明への照明装置の貢献の効果を予測するように構成でき、後の段階（制御中）における照明装置をより正確に制御できる点にある。

本発明の一実施形態によると、日光の明るさの第１の貢献を求めるステップは、照明平面中の複数の第１の場所又は複数の時点に対してくり返され、日光の明るさの第２の貢献を求めるステップは、作業空間平面中の複数の第２の場所又は複数の時点に対してくり返され得る。本実施形態の利点は、日光の明るさの第１と第２の貢献の間の関係を表す伝達関数の決定がさらに改善され、具体的にはより正確になることである。日光の明るさの貢献を求める第１と第２の場所の数及び／又は時点の数が増えるからである。

言うまでもなく、第１と第２の場所における日光の明るさの貢献を求める繰り返し測定は、空間的及び／又は時間的に変化し得る。例えば、測定は、内部空間の複数の場所をカバーするため、複数の第１と第２の場所について行われ、日光による様々なタイプの照明状態をカバーするため、朝、昼、晩、及び／又は夜などの間の複数の時点について行われる。結果として、空間及び／又は時間に応じて、改良された伝達関数が得られ、照明システムの設定が改善され、その後の照明システムにおける照明の制御が改善される。このように改善された伝達関数は、照明の制御において都合よく、日光の明るさの様々な状態に対してより正確である。

本発明の一実施形態によると、第１の潜在的貢献を推定するステップは、照明平面の複数の第１の場所に対して、又は複数のパワーレベルに対してくり返されてもよく、第２の潜在的貢献を推定するステップは、作業空間平面の複数の第２の場所に対して、又は複数のパワーレベルに対してくり返されてもよい。本実施形態の利点は、第１と第２の潜在的な貢献の間の関係を表す伝達関数の決定がさらに改善され、具体的にはより正確になることである。潜在的な貢献を求める第１と第２の場所の数及び／又は時点の数が増えるからである。第１と第２の場所における潜在的な貢献を求める繰り返し測定は、照明装置の空間、時間、及び／又はパワーレベル（調光）において変化する。照明平面に複数の照明装置が配置されている場合、調光は空間及び／又は時間の関数として変わり得る。

本発明の一実施形態によると、日光の明るさの第１の貢献は、推定された第１の潜在的な貢献を第１の信号から差し引くことにより得られ、日光の明るさの第２の貢献は、推定された第２の潜在的な貢献を第２の信号から差し引くことにより得られる。これは、日光の明るさの第１と第２の貢献を求める有利な（そして比較的容易な）方法である。

本発明の一実施形態によると、第１の潜在的貢献と第２の潜在的貢献を求めるステップは、周波数分割多重に基づく。このコンテクストでは、周波数分割多重は、第１と第２の潜在的な貢献が、単一の照明装置及び／又は複数の照明装置のグループからの照明の貢献を、この単一の照明装置又は複数の照明装置のグループに割り当てられた周波数により、特定することにより、推定できる。本実施形態の利点は、単一の照明装置及び／又は複数の照明装置のグループの貢献を特定することが容易になることである。実際、測定された総光強度に対するすべての照明装置の貢献を求めることは困難である。しかし、一般的に、パルス幅変調（ＰＷＭ）信号を用いて発光ダイオード（ＬＥＤ）などの照明装置を制御する場合、ある場所で測定される総光強度を表す信号のＤＣ成分は、推定される日光の明るさによるものと考えられる。一方、その場所で測定される総光強度を表す信号の高調波成分は、個々のＬＥＤ光源によるものと考えられる（ＰＷＭ信号の周波数が高調波に変換される）。このように、各光源の貢献は、周波数分析に基づき決定でき、各光源の貢献の和を決定して、ある場所において測定された総光強度を表す信号から日光の貢献を減算により計算できる。

以下の説明では、とりわけ照明の制御に、すなわち本発明の第３と第４の態様に関する本発明の実施形態を説明する。

一実施形態によれば、本制御方法は、求められた信号における照明装置による照明の潜在的な貢献を推定するステップをさらに有し、日光の明るさによる貢献は推定された潜在的な貢献に基づく。本実施形態の一利点は、（総光強度を表す）求められた信号における日光の貢献を決定するとき、その求められた信号に対する照明装置の貢献を補正できることである。よって、日光の貢献をより正確に決定でき、その結果、照明をより正確に制御できる。上記の設定セッションについて、光源はＰＷＭ信号に基づき動作され、割り当てられた周波数により、各信号源又は複数の信号源のグループを特定できる。

本発明の一実施形態によると、制御方法はさらに、照明平面のある場所における少なくとも１つの照明装置による照明の貢献と、作業空間平面のある場所における少なくとも１つの照明装置による照明の貢献との間の関係を表す追加的伝達関数を受け取るステップをさらに有し、少なくとも１つの照明装置を制御するステップは、さらに、追加的伝達関数に基づく。本実施形態の一利点は、照明システムにおける照明の制御がさらに改善される。追加的伝達関数により、作業空間平面における照明装置による照明の予測される貢献に基づく制御をできるからである。言い換えると、追加的伝達関数により、照明システムにおける照明の制御に、作業空間平面における照明装置による予測される照明レベルを考慮できる。この目的のため、制御部は、伝達関数（又は照明平面と作業空間平面における貢献の値の集合）を記録し、求めた信号における照明の推定される貢献から、対応する、調光（パワーレベル）、場所、及び／又は時間などのパラメータを読み出すことができる。制御部は、所望の照明レベルに対して、照明装置を制御する最適パラメータ（特に、パワーレベル）を読み出すように構成されうる。

本発明の一実施形態によると、制御方法は、さらに、作業空間平面にターゲットがいることの検出に関する情報を受け取るステップを有する。照明装置の制御は、作業空間平面にターゲットを検出したかにさらに基づく。本実施形態の一利点は、照明装置の制御は、作業空間平面におけるターゲットの存在（又は不在）に合わせられる。この制御により、照明のエネルギー効率をより高められる。作業空間平面にターゲットを検出したときに、照明をオンにしたり強くしたりでき、同様に、作業空間平面にターゲットを検出しないときに、照明をオフにしたり弱くしたりできるからである。「ターゲット」との用語は、ここでは部屋の中を歩いている人間などの、動く対象を意味する。この目的のため、制御部は、ターゲットの存在を検出するように構成された存在検出センサに動作可能に接続され得る。かかる存在検出センサは、例えば超音波センサやＲＦ（radio-frequency）センサである。かかるセンサは、照明平面と作業空間平面を含む内部空間の壁や天井に配置できる。

本発明の一実施形態によると、制御方法は、さらに、作業空間平面において検出されたターゲットの位置及び／又は数に基づき、照明装置を制御するステップを有する。これは、照明装置の制御を特にエネルギー効率の点で改善できるという利点がある。照明装置は、ターゲットの位置に基づき制御できる。例えば、ターゲットが検出されたエリアには、より強い光を供給できる。内部空間や作業空間平面の全体の照明を上下する替わりに、局所的な照明を上下してもよい。さらに、照明装置は、作業空間平面において検出されるターゲットの数に基づき制御でき、ターゲットの数に応じて光を合わせられる。例えば、部屋に大勢の人がいるとき、影ができたり、照明装置自体が邪魔になったりなるので、照明を高くすればよい。

本発明の一実施形態によると、制御方法は、さらに、作業空間平面における所定の照明レベル又は所定範囲の照明レベルに基づき照明装置を制御するステップを有する。実際、標準化などの点で、作業空間平面における照明を所定のレベルや所定のレベル範囲にすることが好ましかったり、要求されたりする。照明を、かかる所定の照明レベルやその範囲に向けて自動的に制御できる。本実施形態は、存在検出に関する上記の２つの実施形態を組み合わせると、作業空間平面におけるターゲットの存在が検出されると、照明を好ましい又は要求される照明レベルに制御できる点で、特に有利である。同様に、ターゲットが検出されなければ、照明は低いレベルになるように制御される。本実施形態の一利点は、よりエネルギー効率が高く、好ましく、便利な照明を提供することである。例えば、所定の照明レベルを、ターゲットがいない場合には比較的低いレベルにプリセットして、エネルギーを節約できる。さらに、例えば、部屋のエリアごとに所定照明レベル又はその範囲を変えて、照明を空間の機能に合わせても良い。さらに、所定の照明レベルや所定の範囲に基づく照明装置の制御は、時間に依存してもよい。すなわち、ある時間（periods of time）には照明のレベルを低く又は高くしてもよい。

本発明の一実施形態によると、制御方法はさらに、照明システムの設定について前述した複数の実施形態（すなわち、本発明の第１の及び／又は第２の態様）のどれかにより、伝達関数及び／又は追加的伝達関数を求めるステップを有する。本実施形態の利点は、照明システムの設定に関してすでに説明した利点のどれかであり得る。この目的のため、言うまでもなく、設定部と制御部は別々の装置であっても、単一の装置であってもよい。

言うまでもなく、設定方法を参照して上に説明した実施形態及び追加的特徴は、本発明の第２の態様による設定部、本発明の第３の態様による制御方法、及び本発明の第４の態様による制御部にも同様に適用でき、組み合わせることができる。

本発明のさらに別の目的、特徴、及び利点は、以下の詳細な開示、図面、及び添付した特許請求の範囲を読めば明らかになるだろう。当業者には言うまでもないが、本発明の異なる特徴を組み合わせて、以下に説明する実施形態以外の実施形態を作ることができる。

ここで、本発明のこれらの態様やその他の態様を、本発明の現時点において好ましい実施形態を示す添付図面を参照して、より詳細に説明する。
本発明の一実施形態による照明システムを設定する設定部を示す図である。 本発明の一実施形態による作業空間平面における日光の明るさの貢献を示す図である。 本発明の実施形態による作業空間平面において測定した総光強度を示す図である。 本発明の一実施形態による照明装置の調光レベルを示す図である。 本発明の一実施形態による場所ごとのエネルギー節約を示すブロック図である。 本発明の一実施形態によるセンサにより得られるターゲットの軌跡を示す図である。

以下の説明では、日光に応じて照明システムを設定する設定部を参照して、本発明を説明する。この照明システムは、照明平面に配置され作業空間平面を照明する照明装置を有する。

図１は、日光の明るさ１０２に応じて照明システム１０１を設定する設定部１００を示す図である。照明システム１０１は、照明平面１０４に配置された一又は複数の照明装置１０３を有する。照明装置１０３は例えば発光ダイオード（ＬＥＤ）である。照明装置１０３は、以下、簡略化のため、ＬＥＤ１０３と記す。ＬＥＤ１０３は、アクティブ状態（すなわち、スイッチオン状態）、非アクティブ状態（すなわち、スイッチオフ状態）、又は係数ｄ（０≦ｄ≦１）の調光状態であり得る。ｄ＝０のとき、ＬＥＤ１０３は調光によりオフされていることを意味し、ｄ＝１はＬＥＤ１０３が最大照明状態にあることを表す。よって、調光状態ｄにあるＬＥＤ１０３により消費される平均消費電力は、Ｆ（ｄ）＝ｄ・Ｐ０である。ここで、Ｐ０はＬＥＤ１０３がオンの時の消費電力である。

ＬＥＤ１０３は、照明平面１０４中の対称的格子に配置されてもよいし、例えば、直線、四角形、三角形、又は円形のパターンで配置されてもよい。代替的に、ＬＥＤは不規則ないかなる幾何学形状に配置されてもよい。照明平面１０４は、例えば部屋１０５の天井である。あるいは、照明平面１０４は、例えば、ＬＥＤ１０３が天井平面自体とは別の平面にあるごとく、部屋１０５の天井からある距離にある平行な平面であってもよい。さらに、一又は複数の光センサ１０６が光の強さを図るために、照明平面１０４に設けられる。例えば、Ｋ個のＬＥＤ１０３とＮ個の光センサ１０６とがあってもよいし、本発明の限定ではない一例では、Ｋ＝Ｎであり、光センサ１０６がＬＥＤ１０３と一対一の関係で結合していてもよい。図１に示した実施形態の照明平面１０４において、照明平面１０４には８個の光源１０７があり、各光源１０７は７×８の一様な正方格子に５６個のＬＥＤ１０３を有し、ＬＥＤ１０３の間は約０．１ｍ分離している。さらに、ＬＥＤ１０３の間隔は、一方向（例えば、長さ方向（ｙ））で約０．９ｍであり、他の一方向（例えば、幅方向（ｘ））で１．２ｍであってもよい。ＬＥＤ１０３は、例えば、Ｌａｍｂｅｒｔｉａｎ放射パターンを有し、半パワービーム角が６０°であり、最大強度が１４．３ｌｘのタイプである。光源１０７の調光レベルはグループレベルに調節できる、すなわち光源１０７中のＬＥＤ１０３は同じ調光レベルにあると仮定する。光源１０７中のＬＥＤ１０３が個別に調節できる場合への拡張は簡単である。

照明平面１０４は、作業空間平面１１０を照明するように構成される。作業空間平面１１０は、照明平面１０４に対して実質的に平行であってもよい。作業空間平面１１０は、例えば、部屋１０５の床であっても、床より高い平面であってもよい。図１では、照明平面１０４と作業空間平面１１０とは垂直方向に距離ｈだけ離れており、部屋１０５中の作業空間平面１１０は、人などのターゲットが動く平面である。

設定部１００は、日光の明るさ１０２の第１の貢献Ｄ（ｘ_ｋ，ｙ_ｋ，０）を取得するように構成されている。日光の明るさ１０２は、太陽及び／又は部屋１０５の外の照明（すなわち、外部照明）によるものである。日光の明るさ１０２は、例えば窓１１２を通して部屋１０５に入る。日光の明るさ１０２の第１の貢献は、照明平面１０４の第１の場所１１３、（ｘ_ｋ，ｙ_ｋ）で、すなわち光センサ１０６が配置されている場所で取得される。日光の明るさ１０２の第１の貢献は、照明平面（すなわち、ｚ＝０）中の第１の場所１１３（ｘ_ｋ，ｙ_ｋ）で測定した総光強度ＥＴ（ｘ_ｋ，ｙ_ｋ，０）を表す第１の信号に基づき得られる。よって、第１の場所１１３で測定した総光強度は日光の明るさ１０２の第１の貢献に依存する。

さらに、設定部１００は、作業空間平面１１０の第２の場所１２１（ｘ，ｙ）における日光の明るさ１０２の第２の貢献Ｄ（ｘ，ｙ，ｈ）を取得するように構成されている。日光の明るさ１０２の第２の貢献は、作業空間平面（すなわち、ｚ＝ｈ）中の第２の場所１２１（ｘ，ｙ）で測定した総光強度Ｅ_Ｔ（ｘ，ｙ，ｈ）を表す第２の信号に基づき得られる。総光強度は、一又は複数の光センサ１０６により、第２の場所１２１において測定できる。光センサ１０６は、設定セッション中、作業空間平面１１０の一又は複数の場所に（少なくとも一時的に）配置される。

さらに、設定部１００は、日光の明るさ１０２の第１の貢献と第２の貢献との間の関係を表す伝達関数又はマッピングテーブル１３０を決定するように構成されている。言うまでもなく、伝達関数１３０は、照明平面１０４で取得した日光の明るさ１０２の第１の貢献を、作業空間平面１１０の点における日光の明るさの貢献に伝達する、相関させる、又は「マップ」する、数学的関数又はテーブルと考えることができる。作業空間平面１１０の第２の場所１２１の中間点へのマッピングは、好適な外挿により得られる。

設定部１００は、さらに、日光の明るさ１０２の第１の貢献を取得するため、第１の信号中のＬＥＤ１０３による照明の第１の潜在的貢献

〔外１〕

を推定するように構成されている（

〔外２〕

は、照明平面のある場所（ｘ_ｋ，ｙ_ｋ）における各ＬＥＤの貢献の合計を表す）。よって、日光の明るさ１０２の第１の貢献と、ＬＥＤ１０３による照明の第１の潜在的貢献とを、照明平面１０４に設置された光センサ１０６により、個別の貢献として求める。同様に、設定部１００は、作業空間平面１１０に（少なくとも一時的に）配置された光センサによる測定から、第２の信号中のＬＥＤ１０３による照明の第２の潜在的貢献

〔外３〕

を推定するように構成されている。日光の明るさ１０２の第２の貢献が第２の潜在的貢献から得られる。さらに、設定部１００は、推定された第１の潜在的貢献と、推定された第２の潜在的貢献との間の関係を表すもう一つの伝達関数１５０を決定するように構成される。もう一つの伝達関数又はマッピングテーブル１５０は、前記の伝達関数１３０と同様に考えることができる。

設定部１００はさらに、照明平面１０４中の複数の第１の場所１１３の日光の明るさ１０２の第１の貢献を取得するステップと、作業空間平面１１０中の複数の第２の場所１２１の日光の明るさ１０２の第２の貢献を取得するステップとをくり返す。第１の場所１１３と第２の場所１２１の日光の明るさ１０２の貢献を取得する繰り返しは、照明平面１０４及び／又は作業空間平面１１０にわたり行われる。例えば、日光の明るさ１０２の第１の貢献を取得する繰り返しは、照明平面１０４に配置された各光センサ１０６について実行され、及び／又は作業空間平面１０４中の光センサの組合せ又は光センサの場所１２１について実行される。同様に、日光の明るさ１０２の第２の貢献を取得する繰り返しは、照明平面に配置された各光センサ１０６について実行され、及び／又は作業空間平面１１０中の光センサの組合せ又は光センサの場所１２１について実行される。さらに、第１と第２の貢献は時間の関数として日光の明るさ１０２に依存するので、日光の明るさの組合せを取得する繰り返しは、複数の時点で行われる。同様に、第１と第２の信号中のＬＥＤ１０３の第１と第２の潜在的な貢献を推定するのに、照明平面１０４と作業空間平面１１０中の複数の第１と第２の場所１１３、１２１について、同様の繰り返しをする。

日光の明るさ１０２の第１の貢献Ｄ（ｘ_ｋ，ｙ_ｋ，０）は、次式のように、第１の信号Ｅ_Ｔ（ｘ_ｋ，ｙ_ｋ，０）から、推定された第１の潜在的貢献

〔外４〕

を差し引くことにより得られる：

ここで、ｄ_ｉは「ｉ」番目のＬＥＤ１０３の調光であり、日光の明るさ１０２の第２の貢献Ｄ（ｘ_ｋ，ｙ_ｋ，ｈ）は、次式のように、第２の信号Ｅ_Ｔ（ｘ，ｙ，ｈ）から、推定された第２の潜在的な貢献

〔外５〕

を差し引くことにより得られる：

設定部１００は、さらに、周波数分割多重（ＦＤＭ）に基づきＬＥＤ１０３の第１と第２の潜在的な貢献を推定するステップを有する。ＦＤＭでは、各ＬＥＤ１０３、複数のＬＥＤのグループ、又は光源１０７に、別の周波数が割り当てられる。ＬＥＤ１０３の照明強度は、パルス幅変調（ＰＷＭ）を用いて制御してもよい。この場合、デューティサイクルがＬＥＤ１０３の調光レベルである。結果として、照明平面又は作業空間平面中のある場所において測定した総光強度を表す信号への、ＬＥＤ又は複数のＬＥＤのグループによる貢献は、周波数分析により、別々に特定できる。

図１において、照明システム１０１において照明を制御する制御部１６０が設けられ、照明平面１０４中の日光の明るさ１０２の決定された第１の貢献と、伝達関数１３０とに基づいてＬＥＤ１０３を制御する。制御部１６０は、照明システム１０１を制御するため、伝達関数１３０を受け取る又は自ら求める。例えば、照明平面１０４における日光の明るさ１０２の第１の貢献が大きい場合、制御部１６０は、伝達関数１３０により、作業空間平面１１０における日光の明るさ１０２の貢献も大きいと推定すると、例えば、ＬＥＤ１０３からの照明を減らすことにより、適宜、照明を制御する。同様に、制御部１６０は、取得した信号中のＬＥＤ１０３による照明の第１の潜在的な貢献と、受け取った又は求めた追加的伝達関数１５０とに基づき、ＬＥＤ１０３を制御してもよい。

制御部１６０は、分布が動的に変化する日光に応じてＬＥＤ１０３を制御するように構成されてもよい。制御部１６０は、照明システム１０１中の照明を制御するのに好適な任意の制御アルゴリズムを有している。

図２において、例えば、長さ４．５ｍ、幅３ｍの部屋１０５における離散的分布格子として、作業空間平面１１０における日光の明るさ１０２の第２の貢献１２０を示した。作業空間平面１１０は天井から約２ｍのところにある。（図２に示したように）窓１１２は部屋１０５の左上にある。作業空間平面１１０における日光の明るさ１０２の第２の貢献１２０は、窓１１２に近いところでは大きいが、窓１１２から遠ざかり部屋の右下側に行くにつれて徐々に小さくなる。

図３は、照明システムの制御中に、作業空間平面１１０における総光強度１１５を示す図である。制御部１６０は、座標（例えば、ｘ＝０；ｙ＝２．２５）に、部屋１０５の作業空間平面１１０において検出したターゲット３００がいることに関する情報を受け取る。この情報は例えば検出センサから受け取る。例えば、部屋１０５中の各ターゲット３００について、占有領域Ｒｏを作業空間平面１１０中のすべての第２の場所１２１の集まりと定義する。占有領域ＲｏではレベルＬｏの一様な照明であることは望ましい。占有エリアでは、照明レベルＬｕが低い又は最低であることが望ましく、レベルＬｏとＬｕは照明基準に基づき選択される。実際には、一様な照明には、値Ｌｏに対する照明レベルの変動が、エネルギー効率の点から、ある閾値Ｃｏより低いことが望ましい。

制御部１６０は、ターゲット３００が作業空間平面１１０で検知されるかに基づき、より具体的には、作業空間平面１１０で検出されたターゲット３００の位置及び／又は数に基づき、照明システム１０１における照明を制御する。図３において、ターゲット３００の場所における総光強度１１５は、ターゲット３００の周りの場所におけるものよりも強い。この目的のため、制御部は、日光の明るさが足りなくて、ターゲット３００における照明レベルがＬｏにならない場合、照明レベルがＬｏになるように、ターゲット３００の上に配置されたＬＥＤを制御する。窓１１２の近くでは、窓１１２を通して入ってくる日光の明るさ１０２の第２の貢献１２０により、総光強度１１５は高い。

図４は、部屋１０５中の照明平面１０４に配置された８個の光源１０７を示す図である。光源１０７はＬＥＤ１０３を有し、このＬＥＤは、図３中の検出されたターゲット３００に基づき、及び照明平面１０４中の日光の明るさ１０２の第１の貢献に基づき調光（dim）されている。作業空間平面１１０中のターゲット３００の位置に近い、照明平面１０４中のＬＥＤ１０３は、調光されていない、又は少しだけ調光され、ターゲット３００に対して適した照明を供給する。他方、部屋１０５の上側部分では、ＬＥＤ１０３は強く調光され、又は完全に調光され、すなわちスイッチオフにされている。これは、部屋１０５のこの部分が窓１１２に近く、ターゲット３００からは離れた距離にあり、そのため作業空間平面１１０において照明をあまり必要としないことの効果である。

図５は、部屋１０５中のターゲット３００の場所ごとの、エネルギー節約を示す図である。エネルギー節約は、ターゲット３００の場所が窓１１２に近いほど大きく、より具体的には、日光の明るさ１０２の第２の貢献が大きい場所ほど大きい。これは、かかる場所における照明の必要性を満足するＬＥＤ１０３から必要な貢献が、最小であり、エネルギー効率が改善されることを意味する。

図６は部屋１０５におけるターゲット３００の軌跡６０１すなわち、経路、ルート、または道程を示す図である。ターゲット３００の軌跡６０１は時間の関数として推定される。よって、例えば、時刻ｔ_１において場所ｘ_１，ｙ_１にいると推定されたターゲット３００は、時刻ｔ_２には場所ｘ_２，ｙ_２にいて、さらに時刻ｔ_３には場所ｘ_３，ｙ_３にいると推定される。

多数の星印によりマークされた軌跡６０１により示されるように、ターゲット３００は、人間として図示したが、部屋１０５の長い側の真ん中あたりから部屋１０５に入り、左に曲がり、部屋１０５の短い側に向かって部屋１０５の左側まで歩く。ターゲット３００は、そこから、右に曲がり、その人が部屋１０５に入った長い側とは反対の、部屋１０５の長い側に沿って歩く。そして、ターゲット３００は部屋１０５の右側から部屋１０５を出る。

ターゲット３００の軌跡６０１は、制御部１６０により推定され、又は代替的に別の装置（entity）により推定される。制御部１６０は、さらに、ターゲット３００の実際の軌跡６０１を推定した推定軌跡６０２に基づき、照明システム１０１中の照明を制御できる。かかる実験の結果を図６に示した。推定軌跡６０２は、多数のアスタリスクとして示され、部屋１０５におけるターゲット３００の実際の軌跡６０１とよく合っている。

ターゲット３００が、例えば、時刻ｔ_１においてターゲットの推定軌跡中の場所ｘ_１，ｙ_２にいて、時刻ｔ_２において場所ｘ_２，ｙ_２にいると推定される場合、ＬＥＤ１０３が、時刻ｔ_１において又はそれに近い時刻において、座標ｘ_１，ｙ_１のエリアを照らし、時刻ｔ_２において又はそれに近い時刻において、座標ｘ_２，ｙ_２のエリアを照らすように、ＬＥＤ１０３が制御される。同様に、ターゲット３００が時刻ｔ_１における推定場所ｘ_１，ｙ_１と時刻ｔ_２における推定場所ｘ_２，ｙ_２から比較的遠いとき、それぞれのＬＥＤ１０３の照明は調光（dim）される。例えば、ターゲット３００が部屋１０５に入ったとき、一又は複数のＬＥＤ１０３を発光させるが、ターゲット３００が部屋１０５を出ると、一又は複数のＬＥＤを調光する。

本発明をその具体的な実施形態を参照して説明したが、異なる多くの改変、修正などができることは、当業者には明らかだろう。それゆえ、説明した実施形態は、添付した請求項により規定される本発明の範囲を限定することを意図したものではない。

言うまでもなく、本発明の環境は図１に示したものとは異なり得る。例えば、本発明は、室内ではなく室外において提供することができる。さらに、ユニット、装置などのサイズ及び／又は数は、説明したものと異なってもよい。例えば、光源１０７の構成及び／又は数は、図１に示したものと異なってもよい。これも言うまでもなく、照明システムの設定部による、本発明の方法による設定セッションは、好都合にも、照明システムの設置において実行することができるが、設定セッションは何時実行してもよく、照明の設置後であってもよい。このように、設定部は、設定を更新できるように、所定の時間間隔で照明システムの設定セッションを実行するように構成してもよい。部屋の環境は、例えば、部屋１０５における家具の移動などが原因で、影、光の反射などの光状態の点で設置時とは変化することがあるので、かかる実施形態は都合がよい。

Claims (14)

1. 少なくとも１つの照明装置から放射される光以外の光に関して照明システムを設定する方法であって、前記照明システムは、照明平面に配置され、作業空間平面を照明する少なくとも１つの照明装置を有し、前記方法は：
   前記照明平面における複数の第１の場所の各場所で測定した総光強度を表す第１の信号に基づいて、前記複数の第１の場所における前記少なくとも１つの照明装置から放射された光以外の光の第１の貢献を求めるステップ；
   前記作業空間平面における複数の第２の場所の各場所で測定した総光強度を表す第２の信号に基づいて、前記複数の第２の場所における前記少なくとも１つの照明装置から放射された光以外の光の第２の貢献を求めるステップ；及び
   前記少なくとも１つの照明装置から放射された光以外の光の前記第１と第２の貢献を前記作業空間平面の複数の点においてマップする伝達関数を決定するステップを有する方法。
2. 前記少なくとも１つの照明装置は電源がオフされる、請求項１に記載の方法。
3. 前記第１の信号中の前記少なくとも１つの照明装置による照明の第１の潜在的貢献を推定し、前記少なくとも１つの照明装置から放射される光以外の光の前記第１の貢献を求めるステップ；及び
   前記第２の信号中の前記少なくとも１つの照明装置による照明の第２の潜在的貢献を推定し、前記少なくとも１つの照明装置から放射される光以外の光の前記第２の貢献を求めるステップを有する、請求項１に記載の方法。
4. 前記推定された第１の潜在的貢献と前記推定された第２の潜在的貢献との間の関係を表す伝達関数を決定するステップをさらに有する、請求項３に記載の方法。
5. 前記少なくとも１つの照明装置から放射された光以外の光の第１の貢献を求めるステップは、複数の時点に対してくり返され、前記少なくとも１つの照明装置から放射された光以外の光の第２の貢献を求めるステップは、複数の時点に対してくり返される、請求項１乃至４いずれか一項に記載の方法。
6. 第１の潜在的貢献を推定するステップは、前記照明平面の複数の第１の場所に対して、又は複数のパワーレベルに対してくり返され、第２の潜在的貢献を推定するステップは、前記作業空間平面の複数の第２の場所に対して、又は複数のパワーレベルに対してくり返される、請求項３乃至５いずれか一項に記載の方法。
7. 前記少なくとも１つの照明装置から放射される光以外の光の第１の貢献は、前記第１の信号から前記推定された第１の潜在的貢献を差し引くことにより得られ、及び前記少なくとも１つの照明装置から放射される光以外の光の第２の貢献は、前記第２の信号から前記推定された第２の潜在的貢献を差し引くことにより得られる、請求項３乃至６いずれか一項に記載の方法。
8. 前記第１の潜在的貢献と前記第２の潜在的貢献を求めるステップは、周波数分割多重に基づく、請求項３乃至７いずれか一項に記載の方法。
9. 照明平面に配置され、作業空間平面を照明する少なくとも１つの照明装置を有する照明システムの照明を制御する方法であって、前記方法は：
   前記照明平面における前記少なくとも１つの照明装置から放射された光の貢献と、前記作業空間平面における前記少なくとも１つの照明装置から放射された光以外の光の貢献とを、前記作業空間平面の複数の点においてマップする伝達関数を受け取るステップ；
   前記照明平面中のある場所において測定した総光強度を表す信号を求めるステップ；
   前記求めた信号における、前記少なくとも１つの照明装置から放射された光以外の光の貢献を決定するステップ；及び
   前記作業空間平面におけるターゲットの存在検出に関する情報を受け取るステップ；
   前記少なくとも１つの照明装置から放射された光以外の光の、前記照明平面における、前記決定された貢献と、前記伝達関数と、前記作業空間平面における前記ターゲットの位置とに基づいて、前記少なくとも１つの照明装置を制御するステップを有する方法。
10. 前記求められた信号における、前記少なくとも１つの照明装置による照明の潜在的貢献を推定するステップをさらに有し、前記少なくとも１つの照明装置から放射された光以外の光の貢献は、前記推定された潜在的貢献に基づく、請求項９に記載の方法。
11. 前記照明平面のある場所における前記少なくとも１つの照明装置による照明の貢献と、前記作業空間平面のある場所における前記少なくとも１つの照明装置による照明の貢献との間の関係を表す追加的伝達関数を受け取るステップをさらに有し、
    前記少なくとも１つの照明装置を制御するステップは、さらに、前記追加的伝達関数に基づく、請求項９または１０に記載の方法。
12. 前記照明装置を制御するステップは、さらに、前記作業空間平面における所定の照明レベル又は所定範囲の照明レベルに基づく、請求項９乃至１１いずれか一項に記載の方法。
13. 少なくとも１つの照明装置から放射される光以外の光に関して照明システムを設定する設定部であって、前記照明システムは、照明平面に配置され、作業空間平面を照明する少なくとも１つの照明装置を有し、前記設定部は：
    前記照明平面における複数の第１の場所の各場所で測定した総光強度を表す第１の信号に基づいて、前記複数の第１の場所における前記少なくとも１つの照明装置から放射された光以外の光の第１の貢献を求め；
    前記作業空間平面における複数の第２の場所の各場所で測定した総光強度を表す第２の信号に基づいて、前記複数の第２の場所における前記少なくとも１つの照明装置から放射された光以外の光の第２の貢献を求め；及び
    前記少なくとも１つの照明装置から放射された光以外の光の前記第１と第２の貢献を前記作業空間平面の複数の点においてマップする伝達関数を決定するように構成された、設定部。
14. 照明平面に配置され、作業空間平面を照明する少なくとも１つの照明装置を有する照明システムの照明を制御する制御部であって、前記制御部は：
    前記照明平面における前記少なくとも１つの照明装置から放射された光の貢献と、前記作業空間平面における前記少なくとも１つの照明装置から放射された光以外の光の貢献を前記作業空間平面の複数の点においてマップする伝達関数を受け取り；
    前記照明平面中のある場所において測定した総光強度を表す信号を求め；
    前記求めた信号における、前記少なくとも１つの照明装置から放射された光以外の光の貢献を決定し；
    前記作業空間平面におけるターゲットの存在検出に関する情報を受け取り；及び
    前記少なくとも１つの照明装置から放射された光以外の光の、前記照明平面における、前記決定された貢献と、前記伝達関数と、前記作業空間平面における前記ターゲットの位置とに基づいて、前記少なくとも１つの照明装置を制御するように構成された、制御部。

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