JP6798686B2

JP6798686B2 - 照明システム

Info

Publication number: JP6798686B2
Application number: JP2016184460A
Authority: JP
Inventors: 希典河村
Original assignee: Akita University NUC
Current assignee: Akita University NUC
Priority date: 2016-09-21
Filing date: 2016-09-21
Publication date: 2020-12-09
Anticipated expiration: 2036-09-21
Also published as: JP2018049744A

Description

本願は照明システムを開示するものである。特に、商品等の光照射対象の移動に合わせて照明位置を補正可能な追尾型の照明システムを開示するものである。

スマートフォン等の情報端末やクラウドコンピューティングの普及により、世の中のあらゆるモノがインターネットに繋がる「Internet of Things (IoT)」社会が急速に広がりつつある。IoTは電子・情報通信分野の将来を豊かにする上で不可欠なテーマとなっている。一方で、インテリジェントな通信形態を有するセンサを組み合わせ、機械と機械とが通信ネットワークを介して互いに情報をやり取りする「Machine to Machine (M2M)」の独立制御機能を有する家電等のシステムが今後広く普及することが見込まれる。したがって、IoTやM2Mを用いた応用研究については、電子デバイス産業及びソフトウェア産業に与えるインパクトが大きく、スマート社会形成に向け、今後、市場形成と拡大が見込まれる。

IoTやM2Mを照明に適用した技術が知られている。例えば、専用アプリケーションをインストールした情報端末を介して、ユーザが好んだ色温度へと調色、調光が可能な照明製品が市販されている。この場合、情報端末から無線技術により照明の調色、調光の制御が可能であるが、駆動系を用いた配光制御の機能を有していないため光の照射位置及び照射角度は固定されている。

一方、特許文献１に開示されているように、照明の前方に装着した集光レンズをモータ制御によって移動させることで、光の配向制御（照明目的位置や照明領域の変更等）を行う技術が知られている。しかしながら、当該技術は、あくまでも人為的な操作によって光の配向制御を行うものであり、例えば商品等の光照射対象の移動に合わせて照明位置を補正する追尾機能を有する照明とすることはできない。

特開２０１３−４５５４３号公報

上記背景技術に鑑み、本願は、商品等の光照射対象の移動に合わせて照明位置を補正可能な照明システムを開示する。

本願は、上記課題を解決するための手段の一つとして、
光照射対象に光を照射する照明と、前記光照射対象に備えられた無線タグと、前記無線タグからの信号を検知するセンサと、前記センサにより検知された前記無線タグからの信号の強度に基づいて前記無線タグの位置を算出する演算手段と、前記演算手段により算出された前記無線タグの位置の情報に基づいて前記照明の光の照射方向を制御する制御手段と、を備える、照明システム
を開示する。

「光照射対象」とは、照明からの光が照射される対象物をいう。例えば、展示物、商品等が挙げられる。
「光照射対象に備えられた無線タグ」とは、上記の光照射対象が一部に無線タグを有することを意味する。例えば、光照射対象の一部に無線タグが貼り付けられている形態や、光照射対象の内部に無線タグが組み込まれている形態等が挙げられる。
「無線タグ」と「センサ」とは無線で接続される。すなわち、「センサ」は無線通信によって無線タグからの信号を検知するものであればよい。
「センサ」と「演算手段」と「制御手段」とは一体であっても別体であってもよい。すなわち、一の手段がセンサ、演算手段及び制御手段のうちの２つ以上の機能を有していてもよい。
「センサ」と「演算手段」と「制御手段」とが別体である場合、これらは無線で接続されていてもよいし、有線で接続されていてもよいが、配置の自由度等を考慮すると無線で接続されていることが好ましい。

本開示の照明システムにおいて、前記センサ及び前記制御手段がネットワークサーバに接続されていてもよい。この場合、前記センサにより検知された前記無線タグからの信号の強度に関する情報が前記センサから前記ネットワークサーバへと送信され、前記ネットワークサーバ内で前記無線タグの位置が算出され、算出された前記無線タグの位置の情報が前記ネットワークサーバから前記制御手段へと送信されてもよい。

本開示の照明システムにおいて、前記ネットワークサーバに接続された情報端末をさらに備えていてもよい。この場合、前記情報端末からの信号が前記ネットワークサーバを介して前記センサ及び／又は前記制御手段へと伝達可能とされてもよい。

本開示の照明システムにおいて、前記制御手段が前記照明の光の照射方向を変化させるための液晶レンズと、前記液晶レンズの液晶分子に印加される電圧を制御する回路とを備えることが好ましい。

本開示の照明システムによれば、センサと演算手段と制御手段とによって、無線タグに追従するように照明の角度等を調整可能である。このような照明システムにおいて無線タグを商品等の光照射対象に付けることで、光照射対象の移動に合わせて照明位置を補正可能である。

照明システム１０の構成を説明するための概略図である。照明システム１０の追尾機能を説明するための概略図である。実施例に係る照明システムの構成を説明するための概略図である。実施例にて使用したＬＥＤ照明の構成を説明するための概略図である。

図１に照明システム１０の構成を概略的に示す。図１に示すように、照明システム１０は、光照射対象に光を照射する照明１と、光照射対象に備えられた無線タグ２と、無線タグ２からの信号を検知するセンサ３（３ａ、３ｂ）と、センサ３により検知された無線タグ２からの信号の強度に基づいて無線タグ２の位置を算出する演算手段４と、演算手段４により算出された無線タグ２の位置の情報に基づいて照明１の光の照射方向を制御する制御手段５と、を備えている。

１．照明１
照明１としては公知の照明を用いることができる。白熱灯、蛍光灯、ＬＥＤ照明等、種々の照明を採用可能であり、照明システムの用途に応じて適宜選択すればよい。

２．無線タグ２
無線タグ２は、センサ３に対して信号（電波信号）を発信可能なものであればよく、パッシブタイプであってもアクティブタイプであってもよい。無線タグ２の具体例としてはＲＦタグが挙げられる。無線タグ２からの信号強度は距離が長くなるほど弱くなる。すなわち、無線タグ２の信号強度に基づいて無線タグ２の位置を求めることができる。

無線タグ２には光照射対象の情報が記録されていてもよい。これにより、例えば、光照射対象が複数（複数種類）存在する場合でも、照明システム１０に光照射対象をそれぞれ区別して認識させることができる。例えば、光照射対象の色や形状等によって、照明１からの光の色温度等を照明システム１０自ら自動的に最適化することができる。

また、無線タグ２は上記した以外の種々の機能を有するものであってもよい。例えば、無線タグ２に加速度センサを付けることも可能である。これにより、無線タグ２の停止中にのみ照明１から光を照射したり、或いは、無線タグ２の移動中にのみ照明１から光を照射することができる。

３．センサ３
センサ３は、無線タグ２からの信号を検知可能なものであればよい。例えば、無線タグ２がＲＦタグである場合、当該ＲＦタグからの信号を検知可能であるとともに下記の演算手段４へと信号強度に関する情報を送信可能なセンサとしては、センサネットワークを主目的とする近距離無線通信規格の一つであるＷｉＦｉやＺｉｇＢｅｅデバイス等を用いることができる。センサ３は複数種類のセンサを組み合わせて用いてもよい。

照明システム１０では、センサ３として二つのセンサ３ａ、３ｂを用いるものとしたが、センサ３の数はこれに限定されるものではない。センサ３の数が多いほど、無線タグ２の位置を精度良く求めることができる。好ましくはセンサ３を２つ以上、より好ましくは３つ以上設置する。

４．演算手段４
演算手段４は、センサ３により検知された無線タグ２からの信号の強度に基づいて無線タグ２の位置を算出する。演算手段４は公知の演算手段を採用可能である。例えばＪａｖａＳｃｒｉｐｔ（登録商標）等のアプリケーションを利用して演算可能である。尚、センサ３から送信された信号強度に関する情報をネットワークサーバ側に送信し、当該ネットワークサーバ内で演算処理が行われるような形態であってもよい。すなわち、センサ３及び制御手段５がネットワークサーバ（演算手段４）に接続されており、センサ３により検知された無線タグ２からの信号の強度に関する情報がセンサ２からネットワークサーバへと送信され、ネットワークサーバ内で無線タグ２の位置が算出され、算出された無線タグ２の位置の情報がネットワークサーバから制御手段５へと送信される形態であってもよい。演算手段４においては、例えば、図２に示すように、センサ３ａにより検知される無線タグ２からの信号強度Ｐ１と、センサ３ｂにより検知される無線タグ２からの信号強度Ｐ２とから、三角測量の要領で無線タグ２の位置座標（ｘ，ｙ）を求めることができる。信号強度Ｐ１、Ｐ２は無線タグ２の移動に合わせて変化することから、例えば、信号強度Ｐ１、Ｐ２を逐次検知して演算手段４に送信することで、無線タグ２の移動に合わせて、無線タグ２の位置を逐次算出することが可能である。演算手段４により算出された無線タグ２の位置の情報は、制御手段５に送信される。

５．制御手段５
制御手段５は無線タグ２の位置の情報に基づいて照明１の光の照射方向を制御する。すなわち、図２に示すように、無線タグ２の移動に合わせて、光の照射方向を変更する。制御手段５の具体例としては、例えば、照明１の角度を機械的に変更する駆動モータが挙げられる。また、印加電圧を制御することで照明１の光の照射方向を変更可能な制御手段５として、液晶レンズが挙げられる。液晶レンズを利用した制御手段は、駆動部を要さず、小型化が可能である。すなわち、照明１の前方（光の出射方向）に液晶レンズを配置し、回路によって液晶レンズの液晶分子に印加される電圧を制御して、液晶レンズの屈折率を変化させることで、照明１の光の照射方向を制御可能である。このように、制御手段５は液晶レンズと当該液晶レンズの液晶分子に印加する電圧を制御する回路とを備えるものが好ましい。このような液晶レンズ及び制御回路自体は公知のものを応用すればよい。ここでは説明を省略する。

制御手段５は上述した照明１の光の照射方向の制御のほか、照明１の色温度等の調光制御を行ってもよい。これにより、光照射対象に対してより適した光を照射することができる。

６．その他の構成
図１に示すように、照明システム１０は情報端末６をさらに備えていることが好ましい。情報端末６は演算手段４としても機能するネットワークサーバに接続されており、情報端末６からの信号がネットワークサーバを介してセンサ２及び／又は制御手段５へと伝達可能とされている。これにより、例えば、情報端末からの信号によって、制御手段５の動作を人為的に制御することができ、照明１の調光や照明１の光の照射方向の調整等が可能である。

以上の通り、照明システム１０は、センサ３と演算手段４と制御手段５とによって、無線タグ２に追従するように照明１の角度等を調整可能である。このような照明システム１０において無線タグ２を商品等の光照射対象に付けることで、光照射対象の移動に合わせて照明位置を補正可能である。

尚、上記説明では、照明システム１０の各構成がいずれも別体であり、且つ、いずれも無線で接続される形態について説明したが、照明システムの形態はこれに限定されるものではない。例えば、センサ３と演算手段４と制御手段５とは一体であっても別体であってもよい。すなわち、一つの機器がセンサ３、演算手段４及び制御手段５のうちの２つ以上の機能を有していてもよい。また、センサ３と演算手段４と制御手段５とが別体である場合、これらは無線で接続されていてもよいし、有線で接続されていてもよい。ただし、配置の自由度等を考慮すると無線で接続されていることが好ましい。一方、無線タグ２とセンサ３とは無線で接続される。無線タグ２とセンサ３とが有線で接続されていては、無線タグ２の移動範囲が過度に制限されてしまい実使用に適さない。

無線タグとしてＲＦタグを用い、WiFiデバイスとZigBeeデバイスとを組み合わせてセンサネットワークを構築した。特定のアドレスを割り振った数箇所の中継器についても作製し、さらに、ＲＦタグからの電波強度に基づいて三角測量の要領でＲＦタグの位置座標を求めるアプリケーション（JavaScript（登録商標））を開発した。さらに、位置座標を管理するネットワークサーバ（Raspberry Pi）及びアプリケーションを開発した。

具体的には、Raspbian（Linux（登録商標））ベースのRasberry PI（Node.js）をサーバとし、USBドングル（ToCoStick）及びPLANEX無線LAN子機（USBアダプタ型）11n/g/b 150Mbps GW-USN ANO2Aを取り付けた。ＲＦタグとして加速度センサ内臓IoT無線タグ（TWE-Lite-2525A、2.5cm角）とZigBeeワイヤレスモジュール（TWE-Lite Dip-WA）との間の信号強度をシリアル通信によりWiFiモジュール（ESP8266）を介してサーバ側へ情報送信するものとした。２点間でのTWE-Lite Dip-WA端末の通信速度に基づいて、位置と距離とをサーバで計算し、その情報をWiFi無線を用いて、タブレット端末へ情報送信するものとした。これにより、使用機器に依存せず、タブレット端末によりWebブラウザのソフトウェアを用いることで、サーバを介して、照明の調光とサーボモータによる照明の角度を調整可能とした。

照明については、超薄型LED STF0A36B（青：457nm、赤：625nm、緑：525nm）を直列に４個接続し、アノード側を共通コモンとした（図４（Ａ））。LED一個当たりの順電流Ｉ_Ｆの最大定格は３０ｍＡであり、約８０％の２４ｍＡとなるように抵抗で調整をした。各同色のＬＥＤ素子９個にはＤＣ−ＤＣコンバータで直流電圧３０Ｖの電圧を加えるように昇圧した。一方、トランジスタ（2SC1815）（図４（Ｂ））を用いて、PWM（Pulse Width Modulation）回路が組み込まれたTWE-Lite Dip-WAからのPWM信号により、LED光の調光を可能とした。ＬＥＤ照明の筐体内部にこれらのＬＥＤ素子を配置し、上部に散乱板を取り付けた。

以上のようにして照明システムを構成したところ、ＲＦタグの位置座標をネットワークサーバで管理し、その情報をＬＥＤ照明に無線送信することで、ＲＦタグを追尾するようにＬＥＤ照明の照射角度と光強度とを自動制御することができた。

尚、上記実施例では、サーボモータを利用して照明の照射角度を調整するものとしたが、機械的駆動部を要しない液晶レンズ（液晶マイクロレンズアレイ）によって照明の照射角度を調整することも可能である。

本開示の照明システムは、商品等に取り付けた無線タグの位置情報を追尾しながら照明位置を補正することができる。今後、IoTとM2Mを利用した家電製品等として広く利用可能と考えられる。例えば、商品のディスプレイ照明として利用可能である。或いは、演者の衣装に無線タグを取り付けておけば、演者の動きに合わせて照明位置を自動追尾させることができることから、各種演出のためのスポットライト等として利用することも可能である。

１照明
２無線タグ
３センサ
４演算手段（ネットワークサーバ）
５制御手段
１０照明システム

Claims

光照射対象に光を照射する照明と、
光照射対象に備えられた無線タグと、
前記無線タグからの信号を検知するセンサと、
前記センサにより検知された前記無線タグからの信号の強度に基づいて前記無線タグの位置を算出する演算手段と、
前記演算手段により算出された前記無線タグの位置の情報に基づいて前記照明の光の照射方向を制御する制御手段と、を備え、
前記制御手段が前記照明の光の照射方向を変化させるための液晶レンズと、前記液晶レンズの液晶分子に印加される電圧を制御する回路とを備える、
照明システム。
前記センサ及び前記制御手段がネットワークサーバに接続されており、
前記センサにより検知された前記無線タグからの信号の強度に関する情報が前記センサから前記ネットワークサーバへと送信され、前記ネットワークサーバ内で前記無線タグの位置が算出され、算出された前記無線タグの位置の情報が前記ネットワークサーバから前記制御手段へと送信される、
請求項１に記載の照明システム。
前記ネットワークサーバに接続された情報端末をさらに備え、
前記情報端末からの信号が前記ネットワークサーバを介して前記センサ及び／又は前記制御手段へと伝達可能とされる、
請求項２に記載の照明システム。
前記無線タグが加速度センサを備える、請求項１〜３のいずれかに記載の照明システム。