JP6157006B2 - 多領域照明制御器 - Google Patents

Description

本発明は、照明システムのための照明制御器に関し、特にオフィス空間のような活動領域内において照明システムが光を発する場所及び期間を適応的に制御するように構成された照明システムに関連する。本発明はまた、照明システムを制御するための対応する方法に関する。

近年、発光ダイオード（ＬＥＤ）の明るさの増大においてかなりの進展がみられている。その結果ＬＥＤは、例えば調節可能な色を持つランプのような照明器具における光源として機能するのに、十分に明るく安価となっている。異なる色のＬＥＤを混合することにより、例えば白色のようないずれの数の色もが生成されることができる。調節可能なカラー照明システムは一般に、幾つかの原色を利用することにより構成され、一例においては、３原色である赤色、緑色及び青色が利用される。生成される光の色は、使用されるＬＥＤ、及び混合比により決定される。「白色」を生成するためには、３つのＬＥＤ全てがスイッチオンされる必要がある。

ＬＥＤを使用することにより、現在の環境的なトレンドに沿った要件である、エネルギー消費の削減が可能となる。照明器具のエネルギー消費を更に削減するため、それぞれ周囲の照明の変化及び接近している人物を検出する、光センサ及び存在検出器を含ませることも可能である。斯かる付加は、照明器具がアクティブである時間を削減することに導き、周囲光を考慮に入れることにより強度削減にも導く。

斯かる照明システムの例は、米国特許出願公開US2009/0310348A1に開示され、ここでは複数の離隔された光源が空間を照明するために備えられ、これら光源のそれぞれが複数の固体照明装置と、該光源の位置に対する該空間における人間の動きを感知するための手段と、を持つ。人間が検出された第１の場合においては、設定された照明レベルを持ち「質の良い」即ち比較的高いＣＲＩを持つ光が提供される。逆に、人間が検出されない第２の場合においては、同じ設定の照明レベルではあるが代わりに「質の悪い」即ち比較的低いＣＲＩを持つ光が提供される。斯かる照明システムにより、システムにより発せられる光の効率を最適化しながらも、人間が存在しないときにおいても該空間内の設定された照明レベルを保つことが可能となる。このことは、比較的低いＣＲＩを持つ光は一般に、比較的高いＣＲＩを持つ光よりもエネルギー効率が良いために、可能とされる。

しかしながら、米国特許出願公開US2009/0310348A1は、この場合には該空間内の人間の検出を用いることにより、少なくとも或る意味において照明システムのエネルギー消費を削減するが、空間内のエネルギー消費を更に削減することが可能な更なる拡張を提供することが望ましい。

本発明の一態様によれば、本目的は、光を発するための照明システムを制御するように構成された照明制御器であって、前記照明制御器は、活動領域の画像を撮像するように構成された画像センサと、前記画像を受信し、前記活動領域内の動きを検出し、前記照明システムの光源をスイッチオンするための起動信号を供給するように構成された制御ユニットと、を有し、前記制御ユニットは更に、前記活動領域内で動きが検出されない場合、計算された時間の後、前記光源をスイッチオフするための停止信号を供給するように構成され、前記計算された時間は、前記活動領域内の所定の位置と、前記活動領域内の最近の検出された動きの位置と、の間の計算された距離に基づく、照明制御器により少なくとも部分的に達成される。

本発明によれば、活動領域内のどこで動きが検出されたかを計算することにより、該照明システムの光源の「オン時間」を最適化することが可能となる。このことは、照明制御器が活動領域内のどこに動きが存在するかを「知っている」ために、照明システムの光源がオンとされる時間が最小化されるため、照明システムのエネルギー消費を更に削減することが可能となるという利点を持つ。

有利にも、活動領域内の所定の位置と、該活動領域内の最近の検出された動きの位置と、の間の計算された距離が小さくなると、計算される期間が長くされる。換言すれば、例えば人物が活動領域内の所定の位置（例えば活動領域の中心であっても良い）に近づくと、照明がスイッチオンされるまでに掛かる時間が長くされる。従って、好適には活動領域内の所定の位置にあっても良い机に該人物が座ると、照明がスイッチオフされる前にいずれかの動きを再び検出する必要が生じるまでに長い時間が掛かる。逆に、該人物が部屋から出て、所定の位置から離れて動くと、該所定の位置から人物が離れるほど、照明がオフにされるまでに掛かる時間が短くなる。

活動領域内の所定の位置と活動領域内の最近の検出された動きの位置との間の計算される距離は、距離の分布を有し得ることは、留意されるべきである。このことは従って、必ずしも完全に円形又は正方形ではなく、例えば該照明制御器が使用されるオフィス空間のために最適化された、「ファジイな」活動領域を提供することを可能とする。また、このことは、照明がスイッチオフされる前の期間を計算するための異なる規則を持つ活動領域の部分を定義することを可能とする。

好適な実施例においては、該照明制御器は更に、制御ユニットに接続された受動型赤外センサ（例えばＰＩＲベースの動き検出器に内蔵された）を有する。照明制御器に受動型赤外センサを備えることにより、例えば該受動型赤外センサが測定される赤外光放射における変化を検出したときにのみ画像センサを選択的に起動することにより、該照明制御器が単に画像を捕捉するように構成することが可能となる。斯かる手法を用いることは、該受動型赤外センサが活動領域内に実際の動きを検出したときにのみ画像センサが起動されるため、該照明制御器が非常にエネルギー効率の良いものとされ得るという利点を持つ。当業者には理解されるように、受動型赤外センサは一般に、動きが検出されたときに単に「ディジタルのオン／オフ信号」を提供し、一方動きセンサは、活動領域のより詳細なビュー（例えば画素化されたもの）を提供し得る。

従って、一実施例においては、活動領域は、それぞれが所定の位置を持つ複数の個別の活動区域を有する。斯くして、受動型赤外センサに比べて（少なくとも僅かに）高い解像度の画像センサを利用することにより、該個別の活動区域のそれぞれにおける動きが検出され、該個別の活動区域のそれぞれについてのとり得る複数の光源を制御するために使用されることができる。従ってこのことは、複数の人物が互いから離れて個々の活動区域において動きまわり作業をしている、オフィス領域のような空間内で、照明を制御するため単一の照明制御器を使用する可能性を提供する。

好適には、該複数の活動区域、及び対応する該複数の個別の活動区域のそれぞれのための計算される期間を決定するための規則のセットは、学習期間の間に定義される。一例として、該個別の活動区域のそれぞれのなかの所定の位置のそれぞれは、当該区域内の照明をスイッチオン／オフすることにより決定されても良い。更に、画像センサがスイッチオンされている場合には、所定の期間（例えば１０秒）の間の活動が、ことによると各光源／区域ごとに個別な、一時的な活動マップに蓄積されても良い。

照明制御器は別個のユニットとして提供されても良いが、照明システムの光源に組み込まれても良いし、又は光源のソケットに含まれても良い。また、高いエネルギー効率を実現するため、光源は好適には、発光ダイオード（ＬＥＤ）、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）、高分子発光ダイオード（ＰＬＥＤ）、無機ＬＥＤ、冷陰極蛍光ランプ（ＣＣＦＬ）、熱陰極蛍光ランプ（ＨＣＦＬ）、プラズマランプを有する群から選択される。上述したように、ＬＥＤは、一般に最高でも約６％の電力のみを光の形で使用する従来の電球に比べ、かなり高いエネルギー効率を持つ。当業者は、アルゴン光源、クリプトン光源及び／又はキセノン光源のような、標準的な白熱光源を使用することも勿論可能であることを理解するであろう。より好適な実施例においては、光源は例えば、混合された色の照明を生成するため、赤色、緑色、青色、黄色、マゼンタ及びシアンのＬＥＤのうちの少なくとも幾つかの組み合わせを有しても良い。しかしながら、１つ又は複数の白色ＬＥＤを使用することも可能である。更なる組み合わせも可能である。

本発明の他の態様によれば、画像センサと制御ユニットとを有する照明制御器を用いて照明システムを制御するための方法であって、活動領域の画像を撮像するステップと、前記活動領域内の動きを検出するステップと、前記照明システムの光源をスイッチオンするための起動信号を供給するステップと、前記活動領域内の所定の位置と、前記活動領域内の最近の検出された動きの位置と、の間の距離を計算するステップと、前記活動領域内で動きが検出されない場合、計算された時間の後、前記光源をスイッチオフするための停止信号を供給するステップと、を有し、前記計算された時間は計算された前記距離に基づく方法が提供される。本発明の当該態様は、本発明の前述した態様に関連して以上に議論されたものと同様の利点を提供する。

以上に議論されたように、該照明制御器は更に、受動型赤外センサを有しても良い。従って、ここでもまた、該受動型赤外センサが測定される赤外光放射における変化を検出したときにのみ画像を捕捉することが可能である。

本発明の更なる特徴及び利点は、添付される請求項及び以下の説明を読むことにより明らかとなるであろう。当業者は、本発明の範囲から逸脱することなく、本発明の異なる特徴が組み合わせられ、以下に説明されたものの他の実施例をつくり出し得ることを理解するであろう。

本発明の特定の特徴及び利点を含む本発明の種々の態様は、以下の詳細な説明及び添付図面から容易に理解されるであろう。

多区域のオフィス空間の例に配置された、本発明の現在好適な実施例による、概念的な照明システムを示す。 照明制御器の詳細な図を示す。 照明システムを制御するための本発明の方法を動作させるためのフロー図を示す。

本発明は、本発明の現在好適な実施例が示された添付図面を参照しながら、以下により完全に説明される。しかしながら、本発明は多くの異なる形態で実施化されることができ、ここで開示された実施例に限定されるものとして解釈されるべきではなく、これら実施例は完全さのために提供されるものであり、当業者に本発明の範囲を完全に教示するものである。実施例を通して、同様の参照番号は同様の要素を示す。

ここで、図１及び２を併せて参照すると、本発明の実施例による照明システム１００が示されている。図示された実施例においては、照明システム１００は、複数の机を有するオフィス空間の天井に配置され、複数の人物により利用されるように構成される。照明システム１００は更に、同様にオフィス空間の天井に配置され、それぞれが対応する個々の活動区域１１２、１１４、１１６及び１１８内の適切な量の環境光／タスク照明を提供するように構成された、複数の光源１０４、１０６、１０８及び１１０を有する。即ち、図示された実施例においては、１つの個別の活動区域が、当該区域のなかで照明を提供するための専用の光源を持つ。単一の活動区域に関連付けられた複数の光源又は２つの活動区域に関連付けられた１つの光源といった、他の実装も勿論可能であり、本発明の範囲内である。

以上に議論されたように、光源１０４、１０６、１０８及び１１０は例えば、発光ダイオード（ＬＥＤ）、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）、高分子発光ダイオード（ＰＬＥＤ）、無機ＬＥＤを有する群から選択されたものであっても良い。白色光の発光のためには、白色光発光ＬＥＤが利用されても良く、またあわせて白色光を生成する複数の異なる色のＬＥＤ、又は例えば本質的に白色光を生成する蛍光体で被覆された青色ＬＥＤが利用されても良い。

光源１０４、１０６、１０８及び１１０のそれぞれは、個々の活動区域１１２、１１４、１１６及び１１８のそれぞれのなかの個々の動きに依存して、照明制御器１０２により、個別に制御可能である。斯かる制御機能を提供するため、照明制御器１０２は、例えば低解像度（例えばＶＧＡ）ＣＭＯＳセンサの形をとる画像センサ２０２に接続された制御ユニット２００を有する。照明制御器１０２は更に、受動型赤外センサと、光源１０４、１０６、１０８及び１１０との通信及びこれら光源の制御を可能とするための通信回路２０６と、を含む、ＰＩＲベースの動き検出器２０４を有する。通信回路２０６は、例えば有線２０８及び／又は無線２１０（例えばアンテナ）の接続手段に接続され、例えばＤＡＬＩ、ＤＭＸ、ＡＣＭ等のような標準的な照明制御通信規格を用いた通信を可能とする。

制御ユニット２００は、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、プログラム可能なディジタル信号プロセッサ、又はその他のプログラム可能な装置を含んでも良い。制御ユニット２００は更に、又は代替として、特定用途向け集積回路、プログラム可能なゲートアレイ、プログラム可能アレイ論理回路、プログラム可能な論理素子、又はディジタル信号プロセッサを含んでも良い。制御ユニット２００が上述したマイクロプロセッサ又はマイクロコントローラのようなプログラム可能な装置を含む場合には、該プロセッサは更に、該プログラム可能の動作を制御するコンピュータ実行可能なコードを含んでも良い。

照明制御器１０２は、該空間内における柔軟な配置を可能とするため、電池（図示されていない）により給電されても良いことは、更に留意されるべきである。しかしながら、例えば照明制御器１０２が光源１０４、１０６、１０８及び１１０の有線（２０８）制御を可能とするように構成される場合には、照明制御器１０２は勿論、有線（２０８）通信手段を用いて電力供給されても良い。他の構成も勿論可能であり、本発明の範囲内である。

該照明制御器の動作の間、図３を参照すると、照明制御器１０２は最初に、例えばオフィス空間のような活動領域内の個々の活動区域１１２、１１４、１１６及び１１８が定義される、「学習段階」に配置される（Ｓ１）。このことは例えば、画像センサ１０２を用いて複数の画像（これら画像から動き検出アルゴリズムによりオフィス空間内における局所的な活動が検出される）を取得することにより、実行されても良い。一例として、制御ユニット２００が最新の取得された画像を保存し、次に取得された画像から減算して、オフィス空間についての「活動マップ」を得ることを可能としても良い。該活動マップは次いで、局所的な適応閾値を用いて二値化され、オフィス空間における画像センサ２０２からのノイズによる照明の変化に対する依存性を低減させても良い。その後、該活動マップは、更なる計算の複雑さを低減させるため、適切な解像度（例えば３２×３２画素）へとダウンスケールされても良い。

この場合、オフィス空間全体についての活動マップは、いずれの区域特有の情報も含まない。区域特有な活動は、個々の活動区域１１２、１１４、１１６及び１１８のそれぞれについての領域特有活動マスク、及び個々の活動区域１１２、１１４、１１６及び１１８のそれぞれの中のとり得る所定の位置（例えば個々の活動区域１１２、１１４、１１６及び１１８のそれぞれの中心）により、活動マップから抽出され得る。個々の活動区域１１２、１１４、１１６及び１１８における照明はそれぞれの光源１０４、１０６、１０８及び１１０により提供されるため、感度マスクは好適には、個々の区域及び該オフィス空間の入口へのとり得る経路をカバーする。勿論、オフィス空間全体をカバーする単一の抽象的な活動マップにより、個々の活動マスクを置き換えることが可能となり得る点は留意されるべきである。しかしながら依然として、複数の個々の活動区域１１２、１１４、１１６及び１１８がオフィス空間内に定義されている場合には、個々の活動区域１１２、１１４、１１６及び１１８のそれぞれについて所定の「中心」位置を定義することが必要である。

学習段階Ｓ１は、上述したように自動でも良く、勿論幾分かのユーザインタラクションを含んでも良いものであり、従って例えばリモートコントローラ（図示されていない）を用いて手動及び／又は半手動となることを可能としても良い。該リモートコントローラは従って、有利には無線接続を介して制御ユニット２００に接続されても良いが、例えば壁に設置されたユーザインタフェースが制御ユニット２００に有線接続を持っていても良い。代替として、又はこれに加えて、個々の活動区域１１２、１１４、１１６及び１１８は、特定の部屋の幾何に対して予めプログラミングされていても良い。

学習段階Ｓ１に続いて、照明制御器１０２は、個々の活動区域１１２、１１４、１１６及び１１８のそれぞれの中に備えられた照明が制御される、制御段階に移行する。従って、ステップＳ２において、ＰＩＲベースの動き検出器２０４が、オフィス空間内で放射する測定された赤外光における変化を検出する。ＰＩＲベースの動き検出器２０４は本来的に、例えばオフィス空間の存在し得る窓を通した、オフィス空間の外からの照明条件及び影に対しては感度が低いため、オフィス空間における人物の存在を堅固に検出することができる。しかしながら、ＰＩＲベースの動き検出器２０４は、オフィス空間内の人物の位置を決定することは殆どできず、それ故画像センサ２０２を起動するために使用される。後者は、オフィス空間における個々の活動区域１１２、１１４、１１６及び１１８の占有を決定するために利用されることができる。

ここでもまた、画像センサ２０２は、オフィス空間の複数の画像を撮影し（ステップＳ３）、画像をダウンスケールして、オフィス空間内において動きが検出される動き検出を実行する（ステップＳ４）ように構成される。その後（ステップＳ５）、制御ユニット２００は、個々の活動区域１１２、１１４、１１６及び１１８のそれぞれのなかの所定の位置と、オフィス空間における動きが検出された位置と、の間の距離を計算する。該距離は、距離の分散を有し得るものであり、例えば検出された距離を変化させる際における処理の変動に対して時間ベースの平均化フィルタを用いてフィルタリングされても良い。

また、個々の活動区域１１２、１１４、１１６及び１１８内の所定の位置と、動きが検出された位置と、の間の距離における変化を計算することにより、動き方向、即ち人物が該所定の位置に向かって動いているか該所定の位置から離れるように動いているかを決定する（ステップＳ６）ことが可能となり得る。当該情報を用いて、特定の個々の活動区域１１２、１１４、１１６及び１１８（のそれぞれ）のなかにおいて照明がスイッチオンされる時間を調節するように、光源１０４、１０６、１０８及び１１０を適応的に制御することが可能となる（ステップＳ７）。開示された実施例においては、動きが検出されない場合に、光源１０４、１０６、１０８及び１１０がスイッチオンされる継続時間を決定する「オン時間」は、人物が該所定の位置から（離れるように）動いている場合に短縮され、人物が該所定の位置に近づいている場合に延長される。従って、人物がオフィス空間を離れる時点と、照明がスイッチオフされる時点との間の時間が最小に保たれることができるため、照明システム１００の効率を向上させることが可能となる。逆に、人物が該所定の位置に近い又は該所定の位置にいる場合には、照明が本質的に誤ってスイッチオフされないようにして照明システム１００に堅固さを与えるため、該オン時間は長く保たれる。動きが再び検出されたときには、照明が既にスイッチオンされている場合には、該オン時間は再び、動きが再び検出された場所に基づいて適切な値に設定されることとなることは、勿論留意されるべきである。

更に、該照明システムの更なる堅固さを実現するため、個々の活動区域１１２、１１４、１１６及び１１８のそれぞれの互いに対する計算された距離の決定を可能とすることも可能である。例えば、個々の活動区域の１つ１１２がオフィス空間の入口に近い場合、他の個々の活動区域１１４、１１６及び１１８の光源１０６、１０８及び１１０が中にあることを示す具体的な規則が適用されても良い。また、個々の活動区域１１２、１１４、１１６及び１１８の１つから個々の活動区域１１２、１１４、１１６及び１１８の他の１つへと「移動している」検出された動きが、動きが検出された２つの区域のそれぞれの中におけるオン時間を制御するために利用されても良い。

本発明は特定の実施例を参照しながら説明されたが、多くの異なる変形、変更等が当業者には明らかであろう。図面、説明及び添付される請求項を読むことにより、請求される本発明を実施化する当業者によって、開示された実施例に対する変形が理解され実行され得る。請求項において、「有する（comprising）」なる語は他の要素又はステップを除外するものではなく、「１つの（a又はan）」なる不定冠詞は複数を除外するものではない。単一のプロセッサ又はその他のユニットが、請求項に列記された幾つかのアイテムの機能を実行しても良い。特定の手段が相互に異なる従属請求項に列挙されているという単なる事実は、これら手段の組み合わせが有利に利用されることができないことを示すものではない。

要約すると、本発明は、光を発するための照明システム（１００）を制御するように構成された照明制御器（１０２）に関し、該照明制御器は、活動領域の画像を撮像するように構成された画像センサ（２０２）と、前記画像を受信し、前記活動領域内の動きを検出し、前記照明システム（１００）の光源（１０４、１０６、１０８、１１０）をスイッチオンするための起動信号を供給するように構成された制御ユニット（２００）と、を有し、前記制御ユニット（２００）は更に、前記活動領域内で動きが検出されない場合、計算された時間の後、前記光源（１０４、１０６、１０８、１１０）をスイッチオフするための停止信号を供給するように構成され、前記計算された時間は、前記活動領域内の所定の位置と、前記活動領域内の最近の検出された動きの位置と、の間の計算された距離に基づく。

本発明は、例えば照明システムの光源の最適化された「オン時間」に関する利点を提供し、それにより照明システムの総エネルギー消費に対する改善を提供する。

Claims (10)

1. 光を発するための照明システムを制御するように構成された照明制御器であって、前記照明制御器は、
   活動領域の画像を撮像するように構成された画像センサと、
   前記画像を受信し、前記活動領域内の動きを検出し、前記照明システムの光源をスイッチオンするための起動信号を供給するように構成された制御ユニットと、
   を有し、前記制御ユニットは更に、前記活動領域内で動きが検出されない場合、計算された時間の後、前記光源をスイッチオフするための停止信号を供給するように構成され、前記計算された時間は、前記活動領域内の所定の位置と、前記活動領域内の最近の検出された動きの位置と、の間の計算された距離に基づく、照明制御器。
2. 前記活動領域内の所定の位置と、前記活動領域内の最近の検出された動きの位置と、の間の計算された距離は、距離の分布を有する、請求項１に記載の照明制御器。
3. 前記計算された時間は、前記活動領域内の所定の位置と、前記活動領域内の最近の検出された動きの位置と、の間の計算された距離が減少すると、増大する、請求項１又は２に記載の照明制御器。
4. 前記制御ユニットに接続された受動型赤外センサを更に有し、前記画像センサは、前記受動型赤外センサが測定される赤外光放射における変化を検出した場合に、前記画像を撮像するように構成された、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の照明制御器。
5. 前記活動領域は、それぞれが所定の位置を持つ複数の個々の活動区域を有し、前記光源は、前記複数の個々の活動区域のそれぞれのなかに光を発するように構成された複数の個々の光源を有し、前記制御ユニットは更に、前記複数の個々の活動区域のそれぞれにおいて、前記活動区域内で動きが検出されない場合、対応する計算された時間の後、対応する光源をスイッチオフするための停止信号を供給するように構成され、前記対応する計算された時間は、前記活動区域内の所定の位置と、前記活動区域内の最近の検出された動きの位置と、の間の対応する計算された距離に基づく、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の照明制御器。
6. 前記複数の個々の活動区域、及び対応する前記複数の個々の活動区域のそれぞれについての計算された時間を計算するための規則のセットは、前記制御ユニットによる学習により定義される、請求項５に記載の照明制御器。
7. 前記制御ユニットは更に、前記光源が起動及び停止されたときの照明における変化を決定することにより、前記複数の個々の活動区域のそれぞれのなかにおける所定の位置を決定するように構成される、請求項５又は６に記載の照明制御器。
8. 請求項１乃至７のいずれか一項に記載の照明制御器を有する照明システム。
9. 画像センサと制御ユニットとを有する照明制御器を用いて照明システムを制御するための方法であって、
   活動領域の画像を撮像するステップと、
   前記活動領域内の動きを検出するステップと、
   前記照明システムの光源をスイッチオンするための起動信号を供給するステップと、
   前記活動領域内の所定の位置と、前記活動領域内の最近の検出された動きの位置と、の間の距離を計算するステップと、
   前記活動領域内で動きが検出されない場合、計算された時間の後、前記光源をスイッチオフするための停止信号を供給するステップと、
   を有し、前記計算された時間は計算された前記距離に基づく方法。
10. 前記照明制御器は更に受動型赤外センサを有し、前記方法は更に、
    前記受動型赤外センサが測定された赤外光放射における変化を検出した場合に前記画像を撮像するステップ
    を有する、請求項９に記載の方法。

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