JP6038113B2 - 光角度分布についての調光制御 - Google Patents

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Description

本発明は、制御可能な光角度分布を持つ光出力装置、及び、光出力装置の光角度分布を制御するための方法に関する。
蛍光灯を含む従来の照明システムが、数十年間使われてきたが、将来的には、LEDベースの照明器具によって置き換えられる見通しである。典型的には、かかるLEDベースの照明器具は、複数のLEDを含む。
家庭用アプリケーションのための照明システムでは、照明は、好ましくは、多目的に用いられる多くの部屋に対して順応可能であるべきである。従って、これらの要件を満足するために、通常、調光スイッチが設置され、部屋の光レベルを制御するために用いられる。
内部用及び外部用の照明分野では、特定の設計及び機能を持つ照明システムに対する需要がますます増大している。例えば、オフィス環境では、一般照明のための間接照明と同様に、作業空間のための直接照明を供給することがしばしば望まれる。従って、幾つかの所望の方向へ光を発するように制御可能な照明システムを供給することが望ましいであろう。
欧州特許出願公開第1764552号は、4つの照明ユニットと、照明ユニットの各々に対して電力を選択的に供給するための4つのスイッチを持つ制御ユニットとを含んだ、ランプ又は光源の電気的構成を開示している。しかしながら、個別の照明ユニットに対する上記制御は、通常の家庭又はオフィスには存在しない、複数の光スイッチを持つ複雑な電気的システムと複雑な電気配線とを必要とする。
従来技術の上記欠点及び他の欠点を考慮して、本発明は、改善された光出力装置、特に、制御可能な光角度分布を持つ光出力装置を供給することを全体的な目的とする。
本発明の第1の態様によれば、上記目的及び他の目的は、第1の角度範囲内に光を発する少なくとも1つの光源を具備する第1の光源セットと、前記第1の角度範囲とは異なる第2の角度範囲内に光を発する少なくとも1つの光源を具備する第2の光源セットとを有する光出力装置によって発せられる光ビームの角度分布を制御するための方法であって、調光器から調光設定を受信するステップと、前記調光設定が第1の所定範囲内にある場合に、前記第1の角度範囲内で光を発するように前記第1の光源セットを制御するステップと、前記調光設定が第2の所定範囲内にある場合に、前記第2の角度範囲内で光を発するように前記第2の光源セットを制御するステップと、を有する方法を通じて達成される。
本発明の文脈において、「調光器」なる用語は、任意の連続的又は段階的に調整可能な電気的スイッチとして理解されるべきである。
本発明に従った方法を通じて、単一の光出力装置から発せられる光の角度分布は、単一のスイッチを用いて制御されることができ、結果、複数のスイッチ、及び/又は、別途必要とされる新しい配線を備える必要がなくなる。従って、通常、家庭及びオフィス内に設置された、単一の光出力装置から発せられる光の角度分布を制御するための調光スイッチを用いるという本発明のコンセプトは、実に経済的に好適であり、極めて簡単且つ容易な態様で、ユーザが部屋の照明を制御できるようにする。例えば、既存の調光スイッチが、好適に用いられ得る。
光の第1角度範囲は、光の第2角度範囲とは異なるため、例えば、ユーザは、調光スイッチを用いて、部屋の特定の領域が所望の通りに照明されるように、部屋の照明を制御することができる。例えば、ユーザは、光の第1及び第2の角度範囲にそれぞれ対応する、部屋の第1及び第2の領域のいずれかのみを照明することを選択したり、部屋の第1及び第2の領域の両方を照明することを選択したりすることができ、いずれの場合においても、部屋を所望の通りに照明することができ、特定の活動に適合させたり、及び/又は、エネルギーを節約したりすることができる。
従って、調光設定の第2の所定範囲が、第2の光源セットのみを制御することに対応していてもよいが、他の所定範囲が、第1の光源セットと第2の光源セットとの両方を制御することに対応していてもよい。
第1の角度範囲内での発光から第2の角度範囲内での発光への遷移は、好ましくは、滑らかであり、従って、第1及び第2の光源セットから発せられる光の強度は、第1及び第2の所定範囲内でそれぞれ変化し得る。例えば、ユーザが、調光スイッチにおける調光設定を、第1の所定範囲から第2の所定範囲に変えるにつれて、第1の角度範囲内で発せられる光の強度は、徐々に減少していく一方、第2の角度範囲内で発せられる光の強度は、徐々に増加していく。
本発明の実施形態では、光の第1及び第2の角度範囲は、光出力装置の光軸に関して、第1の極角範囲及び第2の極角範囲にそれぞれ対応していてもよい。例えば、第2の極角範囲は、第1の極角範囲よりも大きな極角を囲んでいてもよく、第1及び第2の光源セットの各々を順次活性化させることによって、光出力装置から発せられる光ビームは、大きさにおいて、即ち、狭いビームから広いビームへ増加され得る。あるいは、第1及び第2の光源セットの各々を順次活性化させることは、光出力装置から発せられる光ビームの角度分布が、例えば、光出力装置の光軸に対して略平行な状態から、光出力装置の光軸に対して略垂直な状態に変化し得ることにつながり得る。他の実施形態では、第1の極角範囲は、光出力装置の光軸に関して、0°(下向き)を中心としており、第2の極角範囲は、光出力装置の光軸に関して、180°(上向き)を中心としていてもよい。
本発明の実施形態では、光の第1及び第2の角度範囲の両方が、光出力装置の光軸に関して、同じ極角を中心とする光に対応していてもよく、第1及び第2の角度範囲が、光出力装置の方位軸に関して、第1の方位角及び第2の方位角を中心とする光にそれぞれ対応していてもよい。従って、第1及び第2の光源セットの各々を順次活性化させることによって、光出力装置から発せられる光ビームは、光軸の周りで掃引され得る。
ここで称される「極角」及び「方位角」なる用語は、光軸が方位軸に対して垂直である球面座標系における位置を定義するために用いられる既知の数学的用語として理解されるべきであることに留意すべきである。
本発明の実施形態によれば、調光設定は、電源のデューティサイクルを示していてもよい。一般的に、調光設定の第1の所定範囲は、総正弦波形の百分率としての第1のデューティサイクルの第1の所定範囲に対応している。従って、上記調光設定は、当該技術分野における当業者によって知られている従来の調光スイッチの調光設定に対応又は一致している。
本発明の第2の態様によれば、上記目的及び他の目的は、第1の角度範囲内に光を発する少なくとも1つの光源を具備する第1の光源セットと、第2の角度範囲内に光を発する少なくとも1つの光源を具備する第2の光源セットとを制御するための制御ユニットであって、調光器から調光設定を受信するための入力部と、前記調光設定が第1の所定範囲内にある場合に、前記第1の角度範囲内で光を発するように前記第1の光源セットを制御し、前記調光設定が第2の所定範囲内にある場合に、前記第2の角度範囲内で光を発するように前記第2の光源セットを制御するように調光設定を評価するように構成された処理回路と、を有する制御ユニットを通じて達成される。
上記処理回路は、まず、調光設定の変更された波形のデューティサイクルを識別し、その後、デューティサイクルの所定範囲が特定の光源セットの制御を表すいわゆるルックアップテーブルを用いてデューティサイクルをマッピングすることによって、調光設定を評価してもよい。代替的な実施形態では、調光設定の変更された波形が、まず、アナログディジタルコンバータによって、特定の光源セットの制御と相関し得るディジタルデータに変換されてもよい。
制御ユニットは、好適には、光出力装置内に設けられ、第1の角度範囲内で光を発するように構成された少なくとも1つの光源を具備する第1の光源セットと、第2の角度範囲内で光を発するように構成された少なくとも1つの光源を具備する第2の光源セットとを有する。
「光源セット」なる用語は、1又は複数の光源を示すことが理解されるべきである。
一般的に、光出力装置は、全てが、異なる角度範囲で光を発するように構成された少なくとも1つの光源を有し、調光設定の各所定範囲を通じてそれぞれ制御可能である、例えば、2乃至100の範囲にある、複数の光源セットを有していてもよい。本発明の実施形態によれば、上記光出力装置は、任意の所与の時間における1つのみの光源セットを通じて光を発することに限定されず、調光設定の所定範囲は、然るべき方向へ同時に光を発するように、複数の光源セットを制御することに対応していてもよいことに留意すべきである。
光源セットにおける光源は、光源セットから出力される所望の総照明パターンを達成するように各々構成されていてもよい。
本発明の実施形態によれば、第1及び第2の光源セットの少なくとも一方は、第1及び/又は第2の光源セットからの光を第1及び/又は第2の角度範囲にリダイレクトするように構成された光学素子を有していてもよい。
これにより、第1及び/又は第2の光源セットから出力される照明パターンが、更に設定され得る。
本発明の実施形態では、第1及び/又は第2の光源セットは、少なくとも1つのLEDを有していてもよい。
本発明の実施形態では、制御ユニットは、第1又は第2の光源セットに給電するためのAC電源に電気的に接続可能な電源入力部電源入力部を更に有していてもよく、この場合、調光設定は、第1及び第2の光源セットへ電源から供給される電力を調整するために用いられる。
従来の調光器は、調光器の設定に依存して、変化された電源のデューティサイクルを通じて、異なるレベルの電力供給をランプに付与し、当該電力供給が照明の所与のレベルに対応している。しかしながら、調光スイッチが、上述のように、光出力装置からの光の方向を制御するために用いられる場合、光の角度範囲が調光スイッチの設定の変更に応じて変化するため、電力消費は変化せず、実際、電力消費は、調光スイッチの設定に関わらず一定であり、結果として、ある調光設定において、調光スイッチを通じて光源に供給される電力レベルは不十分であろう。従って、「外部の」AC電源に光源を接続することによって、このことが回避され、光源に供給される電力が確保され得る。しかしながら、かかる配置において、調光器からの調光設定は、光源を有する光出力装置によって発せられる光の角度分布を制御するためになお用いられる、即ち、「外部の」AC電源を通じて給電される第1及び第2の光源セットの一方を調整するために用いられる。
また、本発明は、本発明に従った光出力装置と、光出力装置からの光角度分布のユーザ制御を可能にするための調光器と、を有する照明システムにも関する。かかる照明システムの効果及び特徴は、本発明の第1及び第2の態様に関連して上述された効果及び特徴と大きく類似している。
本発明の上記態様及び他の態様が、本発明の実施例を示している添付の図面を参照して、より詳細に説明される。
図1は、本発明に従った照明システムの実施例を概略的に示している。 図2a乃至図2dは、本発明に従った光出力装置の実施例を概略的に示している。 図3は、本発明に従った制御ユニットの実施例を概略的に示している。 図4は、本発明に従った光出力装置によって発せられる光ビームの光角度分布を制御するための方法の実施形態を概略的に示しているフローチャートである。
以下の説明では、本発明は、光出力装置によって発せられる光ビームの光角度分布を制御するための方法を参照して、説明される。
図1は、調光設定VDSを出力するように構成された調光器101と、光の一般的な方向106によって示される第1の角度範囲内で光を発するように構成された第1の光源セット105と光の一般的な方向108によって示される第2の角度範囲内で光を発するように構成された第2の光源セット107とを具備する光出力装置102とを有する、本発明に従った照明システム100の実施例を示している。また、光出力装置102は、調光器101から調光設定VDSを受信するとともに評価し、当該評価に基づいて、第1の角度範囲内で光を発するように第1の光源セット105を制御し、及び/又は、第2の角度範囲内で光を発するように第2の光源セット107を制御する制御ユニット103を備えている。
調光スイッチ101は、一般的に、市販されており、調光スイッチにおける特定の調光設定が総正弦波形の百分率としての特定のデューティサイクルに対応している、つまり、完全な波形のうちの対応している一部のみが負荷に達するように、特定の調光設定がAC波形の特定の変更に対応している。従って、調光スイッチから光出力装置102への電力は、相応に変化する。しかしながら、電力消費は、光出力装置が、第1の光源セット105及び第2の光源セット107を通じて、第1の角度範囲内で光を発するのか、又は、第2の角度範囲内で光を発するのかに関わらず一定である。従って、図1に示されるように、光出力装置への電力供給は、代わりに、外部AC電源109を通じて供給されてもよく、結果、かかる配置において、調光器からの変更されたAC波形は、制御ユニットが光出力装置の角度分布を制御するために用いる制御信号としてのみ機能する。
図2aは、光の一般的な方向203によって示される角度範囲内で光を発するように構成されたLED202と、LED202から発せられる光203を光の一般的な方向205によって示される第1の角度範囲にリダイレクトするように配置された第1の光学素子204とを具備する第1の光源211を有する、本発明に従った光出力装置200の一実施形態の側面図を示している。また、光出力装置200は、光の一般的な方向203によって示される角度範囲内で光を発するように構成されたLED206と、LED206から発せられる光203を光の一般的な方向209によって示される第2の角度範囲にリダイレクトするように配置された第2の光学素子208とを具備する第2の光源210を有する。従って、図2aに示されるように、光出力装置200における第1の光源211及び第2の光源210から発せられる光203は、任意の適切な光学素子を用いて、所望の通りに容易に方向付けられることができる。上述のように、光学素子の使用は、例えば、所与のアプリケーションにとって望ましくない、所定の角度範囲にしか光を発しない非順応性LEDを持つ光源において、好適である。本発明の実施形態によれば、第1の光源セット及び第2の光源セットは、第1の光源セットにおける少なくとも1つの光源と第2の光源セットにおける少なくとも1つの光源とが、第1の角度範囲内及び第2の角度範囲内でそれぞれ光を発するように構成される限り、同じ角度範囲内で光を発するように構成された複数の光源を両方有していてもよく、ここで、第1の角度範囲は、第2の角度範囲とは異なっており、従って、第1及び第2の光源セットは、少なくとも同程度に、異なる総照明パターンを生成することに留意すべきである。また、図2aにおける光出力装置は、調光器から調光設定を受信するとともに評価し、第1の光源セット211及び第2の光源セット210が発光するように制御するための制御ユニット201を有している。
図2bは、発せられる光ビームが光出力装置200の光軸220を中心として対称であり、第1の光源セット(図示省略)が、光軸220に関して、第1の極角範囲θ1に対応する第1の角度範囲221内で光を発するように構成され、第2の光源セット(図示省略)が、光軸220に関して、第2の極角範囲θ2に対応する第2の角度範囲222内で光を発するように構成された、本発明に従った光出力装置200の実施形態を示している。図2bに例示されるように、第2の極角範囲θは、第1の極角範囲θよりも大きく、結果、光出力装置から発せられる光ビームは、第1及び第2の光源セットの活性化にそれぞれ対応している、第1の所定範囲から第2の所定範囲に調光設定を切り替えることによって、大きさにおいて増加され得る。
光出力装置200の代替的な実施形態が、図2cに示されており、ここで、光出力装置から発せられる光の第1の角度範囲231及び第2の角度範囲232は、光出力装置の光軸220に関して、第1の極角θ及び第2の極角θを中心とする光にそれぞれ対応している。従って、第1及び第2の光源セットの各々を順次活性化することによって、光出力装置200から発せられる光ビームは、第1の極角θ(図2cでは、0°に等しい)を中心とする状態から第2の極角θを中心とする状態に掃引され得る。
図2dは、光の第1及び第2の角度範囲が光軸220に関して所与の極角θを中心として固定される一方、光の第1の角度範囲241が方位軸243に関して第1の方位角φを中心とする光を表し、光の第2の角度範囲242が方位軸243に関して第2の方位角φを中心とする光を表している、光出力装置200の実施形態を図示している。これにより、光出力装置によって発せられる光ビームは、光出力装置の光軸220を中心として掃引されることができる。
本発明に従った制御ユニットの一実施形態が、図3に概略的に示されており、ここで、制御ユニット300は、調光設定VDSを受信するための入力部301と、本発明の方法に従って、第1の角度範囲内で光を発するように第1の光源セットを制御するとともに、第2の角度範囲内で光を発するように第2の光源セットを制御するように構成された処理回路302とを有している。上述のように、光出力装置の光源セットは、調光設定を表している可変AC波形によってよりもむしろ、外部のAC電源を通じて給電され得るので、処理回路からの出力Voutは、例えば、AC電源に接続された天井の配電盤から、第1及び第2の光源セットの各々への電源を制御するように構成され得る。
光出力装置によって発せられる光ビームの角度分布を制御するための本発明の方法の例示的な実施形態が、図4を参照して、以下明らかにされる。第1のステップ401において、調光器からの調光設定VDSが受信される。上述のように、調光器は、可変交流正弦波形であるデューティサイクルであってもよい調光設定を与える、当該技術分野における当業者によって知られた従来の調光スイッチであってもよい。次のステップ402において、調光設定が、例えば、ルックアップテーブルを用いて評価され、ここで、各調光設定は、受信された調光設定のデューティサイクルに対応している、即ち、総正弦波形の所与の百分率に対応している所与の値Xを表している。続くステップ403において、図4に概略的に示されるように、生成された値Xが、更に評価される。値Xが第1の所定の閾値Th1よりも低い場合、ステップ404において、第1の光源セットが、第1の角度範囲内で光を発するように制御され、値Xが第1の所定の閾値Th1よりも高い場合、ステップ405において、第2の光源セットが、第2の角度範囲内で光を発するように制御される。
一般的に、2つより多くの上記光源セットを制御することが望ましく、この場合、もちろん、値Xが、所与の光源セットの制御にそれぞれ対応している所定の閾値範囲に対して更に評価される更なるステップがステップ403の後に続き得る。
さらに、開示された実施形態に対する変形が、図面、開示、及び、添付の請求項の研究から、本発明を実施する際に、当業者によって理解及び実現されてもよい。例えば、光出力装置は、光学素子を具備する光源と光学素子を有さない光源との両方を有していてもよく、光出力装置は、事実上、当業者によって既知の任意の適切な形状及び設計であってもよい。さらに、本発明の方法は、複数の光出力装置を制御するために用いられてもよい。
請求項中、「有する」なる用語は、他の要素又はステップを除外せず、不定冠詞「a」又は「an」は、複数を除外しない。単一のプロセッサ又は他のユニットが、請求項に記載された幾つかの項目の機能を果たしてもよい。特定の特徴が相互に異なる従属項において言及されているという単なる事実は、これらの特徴の組み合わせが好適に用いられないということを示すものではない。

Claims (12)

  1. 第1の角度範囲内に光を発するよう構成される第1の光源と、前記第1の角度範囲とは異なる第2の角度範囲内に光を発するよう構成される第2の光源とを有する光出力装置によって発せられる光ビームの角度分布を制御するための方法であって、
    調光器から、電源のデューティサイクルを示す調光設定を受信するステップと、
    前記調光設定が第1の所定範囲内にある場合に、前記第1の角度範囲内光を発するよう構成される前記第1の光源を制御するステップと、
    前記調光設定が第2の所定範囲内にある場合に、前記第2の角度範囲内光を発するよう構成される前記第2の光源を制御するステップと、
    を有する、方法。
  2. 前記第1の角度範囲内での発光から前記第2の角度範囲内での発光への連続的な遷移を可能とするために、前記第1の光源及び前記第2の光源から発せられる光の強度は、前記第1及び第2の所定範囲内でそれぞれ変更可能である、請求項1記載の方法。
  3. 前記第1及び第2の角度範囲は、前記光出力装置の光軸に関して、第1の極角範囲及び第2の極角範囲にそれぞれ対応している、請求項1又は2に記載の方法。
  4. 前記第1及び第2の角度範囲は、前記光出力装置の方位軸に関して、第1の方位角範囲及び第2の方位角範囲にそれぞれ対応している、請求項1乃至3のいずれか1項に記載の方法。
  5. 第1の角度範囲内に光を発するよう構成される第1の光源と、第2の角度範囲内に光を発するよう構成される第2の光源とを有する光出力装置によって発せられる光ビームの角度分布を制御するための制御ユニットであって、
    調光器から、電源のデューティサイクルを示す調光設定を受信するための入力部と、
    前記調光設定が第1の所定範囲内にある場合に、前記第1の角度範囲内光を発するよう構成される前記第1の光源を制御し、前記調光設定が第2の所定範囲内にある場合に、前記第2の角度範囲内光を発するよう構成される前記第2の光源を制御する処理回路と、
    を有する、制御ユニット。
  6. 第1の角度範囲内に光を発するよう構成される第1の光源と、
    第2の角度範囲内に光を発するよう構成される第2の光源と、
    請求項記載の制御ユニットであって、前記光出力装置によって発せられる光ビームの角度分布を制御するための制御ユニットと、
    を有する、光出力装置。
  7. 前記第1及び第2の角度範囲は、前記光出力装置の光軸に関して、第1の極角範囲及び第2の極角範囲にそれぞれ対応している、請求項6に記載の光出力装置。
  8. 前記第1の光源及び前記第2の光源のうちの少なくとも一方は、前記第1の光源及び/又は前記第2の光源からの光を前記第1及び/又は第2の角度範囲へリダイレクトする光学素子を有する、請求項6又は7記載の光出力装置。
  9. 前記第1の光源及び/又は前記第2の光源は、少なくとも1つのLEDを有する、請求項6乃至8のいずれか1項に記載の光出力装置。
  10. 前記制御ユニットは、前記第1の光源又は前記第2の光源に給電するためのAC電源に電気的に接続可能な電源入力部を有する、請求項乃至9のいずれか1項に記載の光出力装置。
  11. 前記調光設定は、前記第1の光源及び前記第2の光源への前記AC電源からの電力供給を調整するために用いられる、請求項10記載の光出力装置。
  12. 請求項乃至11のいずれか1項に記載の光出力装置と、
    前記光出力装置からの前記光角度分布のユーザ制御を可能にするための調光器と、
    を有する照明システム。
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