JPH08236290A - 調光装置および方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 放電灯の調光が可能で水銀灯等にも適用可能
な調光装置および方法。 【構成】 受光センサ部８は、周囲の明るさ（光度）を
検出して、光度検出信号を出力し、制御回路１０は、光
度検出信号を受けて対応する制御信号を出力する。イン
バータ１２は、与えられた制御信号に応じた周波数の矩
形波交流を出力する。インバータ１２の出力回路側に
は、インピーダンス手段であるインダクタＬ₁と水銀灯
２₁の直列接続体が接続され、インバータ１２から出力
される矩形波交流の周波数が高くなるほど、各インダク
タＬ₁、Ｌ₂・・・のインピーダンスが大きくなり、各水
銀灯２₁、２₂・・・を流れる電流が小さくなって照度が
低くなる。インバータ１２から出力される矩形波交流の
周波数が低くなるほど、各インダクタＬ₁、Ｌ₂・・・の
インピーダンスが小さくなり、各水銀灯２₁、２₂・・・
を流れる電流が大きくなって照度が高くなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は調光装置に関し、特に
放電灯の自動調光に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、蛍光灯、電球等の発光体の照度
を調整する操作を調光という。このような調光の例を、
図１２を参照しつつ説明する。図１２Ａは、調光を行な
っていない場合（いわゆる１００％点灯の場合）に、蛍
光灯に供給される電圧波形である。調光を行なう場合に
は、図１２Ｂに示すように、この波形の導通角ＤＫを位
相制御回路によって制御し、照度を落とすようにしてい
た。

【０００３】しかしながら、従来の調光においては、次
のような問題点があった。

【０００４】第一に、上記のように導通角によって制御
を行なうためには、複雑な構成の位相制御回路が必要で
あり、調光回路全体の構造も複雑化するという問題があ
った。

【０００５】第二に、上記のような調光方法は、水銀灯
に適用できないという問題もあった。上記の調光制御で
は、照度を落とすためには、非導通期間ＺＤを長くしな
ければならない。一方、水銀灯は、電極が冷却されると
点灯しない性質を有している。したがって、非導通期間
ＺＤを余り長くすると、電極の冷却によって水銀灯の点
灯が維持できなくなるおそれがあった。このため、水銀
灯においては調光可能な範囲が狭く、実用に耐える調光
を行なうことは困難であった。すなわち、従来では、水
銀灯を点灯するか消灯するかを択一的に選択する必要が
あり、必要以上の照度で点灯させたり、必要があるにも
かかわらず消灯したりしており、無駄が多いばかりでな
く、不便でもあった。

【０００６】この発明は、上記のような問題点を解決し
て、簡易な構成によって放電灯の調光が可能であるとと
もに、水銀灯等にも適用可能な調光装置および方法を提
供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１の調光装置は、
周囲の光度を検出する光度検出手段、光度検出手段の検
出した光度の大きさに応じた制御信号を出力する制御手
段、制御手段からの制御信号に応じて、出力周波数を変
化させるインバータ手段、インバータ手段の出力回路側
に設けられたインピーダンス手段、前記出力回路側にイ
ンピーダンス手段と直列に設けられた放電灯、を備えて
いる。

【０００８】請求項２の調光装置は、前記光度検出手段
が、光度を電流値の大きさに変換して制御手段に伝送す
るものであることを特徴としている。

【０００９】請求項３の調光制御装置は、光度検出手段
の検出した光度の大きさに応じた制御信号を出力する制
御手段、制御手段からの制御信号に応じて、出力周波数
を変化させるインバータ手段、インバータ手段の出力回
路側に設けられ、放電灯と直列に接続されるインピーダ
ンス手段、を備えている。

【００１０】請求項４の調光制御装置は、前記制御手段
が、光度を電流値の大きさとして受け取ることを特徴と
している。

【００１１】請求項５の調光方法は、周囲の光度を検出
し、検出した光度の大きさに基づいて、インピーダンス
手段と放電灯との直列接続体に対して供給する周波数を
変化させて調光を行なうことを特徴としている。

【００１２】

【作用および効果】請求項１の調光装置、請求項３の調
光制御装置および請求項５の調光方法は、周囲の光度を
検出し、検出した光度の大きさに基づいて、インピーダ
ンス手段と放電灯との直列接続体に対して供給する周波
数を変化さるようにしている。これにより、インピーダ
ンス手段のインピーダンスを変化させ、放電灯の電流を
変化させて、周囲の光度に応じた適切な自動調光を行な
うことができる。さらに、放電灯に連続的に電圧を印加
しつつ電流を変化させることができるので、水銀灯等の
ように電極を冷却すると発光を維持できないような放電
灯に対しても自動調光を行なうことができる。

【００１３】請求項２の調光装置および請求項４の調光
制御装置は、検出した光度を電流値の大きさに変換して
伝送するようにしている。したがって、伝送中のノイズ
による影響を排除して、正確な調光を行なうことができ
る。

【００１４】

【実施例】この発明の一実施例による調光装置を、ガソ
リンスタンドの水銀灯の調光に適用した場合の例を図２
に示す。ガソリンスタンドには、水銀灯２₁、２₂、
２₃、２₄、２₅・・・が設けられている。これら水銀灯
２₁、２₂、２₃、２₄、２₅・・・の明るさは、管理棟４
に設けられた調光制御装置によって制御される。

【００１５】図１に、調光装置のブロック図を示す。光
度検出手段である受光センサ部８は、管理棟４の窓６
（図２）に設置された光電変換素子を備えており、窓外
部の明るさ（光度）を検出して、光度検出信号を出力す
る。制御手段である制御回路１０は、光度検出信号を受
けて、これに対応する制御信号を出力する。この実施例
では、検出された光度が大きい（明るい）ほど大きな制
御信号を出力するようにしている。インバータ手段であ
るインバータ１２は、直流入力を矩形波交流に変換する
ものである。なお、インバータ１２は、与えられた制御
信号に応じた周波数の矩形波交流に変換する。この実施
例では、大きな制御信号が与えられるほど、高い周波数
の矩形波交流を出力するようにしている。

【００１６】インバータ１２の出力回路側には、インピ
ーダンス手段であるインダクタＬ₁と水銀灯２₁の直列接
続体が接続されている。同様に、インダクタＬ₂と水銀
灯２2の直列接続体、インダクタＬ₃と水銀灯２₃・・・
も接続されている。したがって、インバータ１２から出
力される矩形波交流の周波数が高くなるほど、各インダ
クタＬ₁、Ｌ₂・・・のインピーダンスが大きくなり、各
水銀灯２₁、２₂・・・を流れる電流が小さくなって照度
が低く（暗く）なる。また、インバータ１２から出力さ
れる矩形波交流の周波数が低くなるほど、各インダクタ
Ｌ₁、Ｌ₂・・・のインピーダンスが小さくなり、各水銀
灯２₁、２₂・・・を流れる電流が大きくなって照度が高
く（明るく）なる。

【００１７】つまりこの実施例によれば、周囲の明るさ
に応じて、水銀灯２₁、２₂・・・の明るさを自動的に調
節できる。例えば、夕立ち等によってにわかに周囲が暗
くなった場合であっても、水銀灯２₁、２₂・・・が当該
暗さに応じた明るさで点灯する。このため、スタンド内
の明るさを確保でき、さらに、顧客であるドライバに対
して、営業中であることを明らかにすることができる。

【００１８】以下、図１の各ブロックの詳細を説明す
る。図３に、受光センサ部８の詳細を示す。光電変換素
子であるフォトダイオードＰＤは、窓６（図２参照）の
ガラス面の内側に設けられ、外部の明るさに応じた電圧
を生成する。この電圧は、増幅器Ａ１および増幅器Ａ２
によって増幅される。さらに、増幅器Ａ３の出力に接続
されたトランジスタＱ１の動作特性により電流に変換さ
れて、出力端子δから出力される。つまり、受光センサ
部８においては、フォトダイオードＰＤの検出した明る
さに応じて、光度検出信号を電流値として出力する。こ
の実施例では、最も明るい時に２０ｍＡを出力し、最も
暗い時に４ｍＡを出力するようにしている。

【００１９】このように、電流として出力するようにし
ているので、ノイズによる影響を排除しつつ、光度検出
信号を伝送することができる。また、最小でも４ｍＡの
電流を流すようにしているので、さらにノイズによる影
響を受けにくい。

【００２０】なお、端子α、γは、制御回路１０から電
圧の供給を受けるための端子である。

【００２１】また、図３の回路においては、光電変換素
子としてフォトダーオードＰＤを用いたが、フォトセ
ル、フォトトランジスタ等、他の光電変換素子を用いて
もよい。

【００２２】図４に、制御回路１０の詳細を示す。制御
回路１０の端子α、β、γ、δは、ケーブルにより、そ
れぞれ受光センサ部８の端子α、β、γ、δに接続され
る。端子γに流れ込んだ電流（光度検出信号）は、抵抗
Ｒ２１によって電圧に変換される。この電圧は、増幅器
Ａ１１および増幅器Ａ１２によって増幅され、Ａ／Ｄ変
換器１４に与えられる。Ａ／Ｄ変換器１４は、与えられ
たアナログ電圧をディジタルデータに変換する。このよ
うにして、受光センサ部８において受光した明るさに応
じた値のディジタルデータが、Ａ／Ｄ変換器１４から出
力される。

【００２３】ＣＰＵ２０は、このディジタルデータに基
づいて所定の演算を行ない、Ｄ／Ａ変換器１８を介し
て、インバータ１２に制御信号を出力する。図５に、Ｒ
ＯＭ１６に記憶されたプログラムのフローチャートを示
す。このフローチャートにしたがって、ＣＰＵ２０の処
理を説明する。この実施例では、０．１秒ごとにＣＰＵ
２０に割り込みをかけて、以下の処理を実行するように
している。

【００２４】まず、ステップＳ１において、ＣＰＵ２０
は、Ａ／Ｄ変換器１４からのディジタルデータを取り込
むとともに、ＲＡＭ２２に記憶する。つまり、受光セン
サ部８からの電流値（４ｍＡ〜２０ｍＡ）を表わすディ
ジタルデータを取り込む。次に、ＣＰＵ２０は、今まで
に記憶した１００回分の（つまり過去１０秒分の）ディ
ジタルデータを平均する（ステップＳ２）。さらに、Ｃ
ＰＵ２０は、この平均データが、１０ｍＡ以下を示す値
であるか否かを判断する（ステップＳ３）。

【００２５】平均データが１０ｍＡ以下であれば、受光
センサ部８による検出がかなり暗いということであるか
ら、Ｄ／Ａ変換器１８、増幅回路２６を介して、最小値
の制御信号（ここでは４ｍＡ）をインバータ１２に与え
る（ステップＳ４）。これにより、水銀灯２₁、２₂・・
・は、最も明るく点灯する（後述する）。

【００２６】平均データが１２ｍＡ（すなわち５０％）
を超えていれば、ステップＳ５に進む。ステップＳ５に
おいては、平均データが大きければ（つまり明るけれ
ば）、大きな制御信号をインバータ１２に与え、平均デ
ータが小さければ（つまりある程度暗ければ）、小さな
制御信号をインバータ１２に与える。これにより、水銀
灯２₁、２₂・・・は、制御信号が大きければ暗く、小さ
ければ明るく点灯する（後述する）。

【００２７】上記の処理における、光度検出信号と制御
信号との関係を表に示すと、図６のようになる。

【００２８】図５に、Ｄ／Ａ変換器１８および増幅回路
２６の詳細を示す。Ｄ／Ａ変換器１８の出力電圧は、増
幅器Ｂ１および増幅器Ｂ２によって増幅される。さら
に、増幅器Ｂ３の出力に接続されたトランジスタＱ１１
の動作特性により電流に変換されて、制御信号として出
力端子ε、σから出力される。この実施例では、４ｍＡ
〜２０ｍＡの値として出力される。

【００２９】ここでも、電流として出力するようにして
いるので、ノイズによる影響を排除しつつ、制御信号を
伝送することができる。また、最小でも４ｍＡの電流を
流すようにしているので、さらにノイズによる影響を受
けにくい。

【００３０】図８に、インバータ１２、水銀灯２₁、２₂
・・・の回路を示す。インバータ１２の入力端子ε、σ
は、ケーブルによって、それぞれ制御回路１０の出力端
子ε、σに接続されている。インバータ１２の電流電圧
変換アンプ３０の詳細を図９に示す。電流値として与え
られた制御信号は、抵抗Ｒ３１によって電圧に変換され
る。この電圧は、増幅器Ｂ１１および増幅器Ｂ１２によ
って増幅され、スイッチング制御回路３２に与えられ
る。図８に戻って、制御信号（電圧値）を受けたスイッ
チング制御回路３２は、トランジスタ３４ａ〜３４ｄの
オンオフを制御し、制御信号に応じた周波数を有する矩
形波交流Ｖcを出力する。

【００３１】一方、インバータ１２の直流入力には、整
流回路３６によって整流され、平滑回路３８によって平
滑された直流電圧が与えられている。図中、ａ点の電圧
を図１０Ａに示し、ｂ点の電圧を図１０Ｂに示す。イン
バータ１２は、これを図１０Ｃに示すような矩形波交流
Ｖcとして出力する。スイッチング制御回路３２は、制
御信号を受けて、制御信号が大きければ矩形波交流Ｖc
の周波数を高くし（周期ｔ_wを小さくし）、制御信号が
小さければ矩形波交流Ｖcの周波数を低くするように
（周期ｔ_wを大きくするように）トランジスタ３４ａ〜
３４ｄを制御する。

【００３２】インバータ１２の出力側には、インダクタ
Ｌ₁と水銀灯２₁の直列接続体、インダクタＬ₂と水銀灯
２₂の直列接続体・・・が接続されている。インダクタ
のインピーダンスＺは、ｆを周波数、Ｌをインダクタン
スとした時、 Ｚ＝２πｆＬ で表わされる。したがって、制御信号が大きくなって矩
形波交流Ｖcの周波数が高くなるほどインダクタのイン
ピーダンスＺが大きくなり、水銀灯を流れる電流が小さ
くなる。これにより、水銀灯が暗くなる。また、制御信
号が小さくなって矩形波交流Ｖcの周波数ｆが低くなる
ほどインダクタのインピーダンスＺが小さくなり、水銀
灯を流れる電流が大きくなる。これにより、水銀灯が明
るくなる。この実施例では、制御信号と矩形波交流Ｖc
の周波数ｆとの関係を、図６のようにした。

【００３３】上記のようにして、受光センサ部８によっ
て受光した値に応じて、水銀灯２₁、２₂・・・の明るさ
を自動的に調節できる。つまり、周囲が暗い時には水銀
灯２₁、２₂・・・を明るく、周囲が明るい時には水銀灯
２₁、２₂・・・を暗く点灯させることができる。図１１
に、矩形波交流Ｖcの周波数ｆ、その電圧、消費電力お
よび水銀灯の照度を測定した結果を示す。２５０Ｗの水
銀灯を２灯点灯させ、その照度を、水銀灯から約１．５
ｍ離れた位置において測定したものである。この図から
も明らかなように、周囲が最も暗い場合には、水銀灯は
３９９０ルクスで点灯し、５２１ワットの電力を消費す
る。周囲が最も明るくなれば、水銀灯の明るさは１８１
０ルクスまで落ち、電力消費の約半分の２５３ワットで
すむ。このように、この実施例によれば、周囲の明るさ
に応じて適切な照度に制御でき、無駄な電力消費を無く
すことができる。

【００３４】また、周波数を変化させることによって調
光を行なっており、水銀灯２₁、２₂・・・には、連続的
に電圧を印加するようにしているので、水銀灯の電極が
冷えて点灯不能となるおそれがない。

【００３５】さらに、比較的低い周波数（上記実施例で
は５００Ｈｚ〜１０００Ｈｚ）を用いて調光を行うこと
ができ、インバータ１２も高周波用の高価なものを使用
する必要がない。また、周波数が低いので、インダクタ
（チョークコイル）も小型のものを使用することがで
き、装置の小型化、軽量化を図ることが可能である。加
えて、周波数が低いので、インダクタの鉄損を小さくす
ることができ、電力消費を抑えることができる。

【００３６】上記実施例では、インダクタの鉄芯として
珪素鋼板を用いたが、アモルファス合金を用いれば、さ
らに鉄損を小さくすることができて好ましい。

【００３７】上記実施例では、放電灯として水銀灯を例
にとって説明したが、メタルハライドランプ等にも適用
できる。また、蛍光灯のように電極を冷却しても点灯を
維持できるような放電灯にも適用でき、この場合には、
構成が簡易であるとともに、ちらつきがないという効果
を得ることができる。

【００３８】また、上記実施例では、制御回路１０をＣ
ＰＵを用いて構成したが、その機能の全部または一部を
ハードウエアロジックによって構成してもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例による調光回路のブロック
図である。

【図２】この発明の一実施例による調光回路をガソリン
スタンドの水銀灯の調光に適用した例を示す図である。

【図３】受光センサ部８の詳細を示す回路図である。

【図４】制御回路１０の詳細を示す回路図である。

【図５】ＣＰＵ２０の動作を示すフローチャートであ
る。

【図６】光検出信号、制御信号、インバータの出力周波
数の関係を示す図である。

【図７】増幅回路２６の詳細を示す図である。

【図８】インバータ１２の詳細を示す図である。

【図９】電流電圧変換アンプ３０の詳細を示す図であ
る。

【図１０】図８の各部の電圧を示すグラフである。

【図１１】インバータの出力周波数、電圧、照度、消費
電力の関係を示す図である。

【図１２】従来の位相制御による調光を説明するための
図である。

【符号の説明】

２・・・水銀灯 ８・・・受光センサ部 １０・・・制御回路 １２・・・インバータ Ｌ・・・インダクタ

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】周囲の光度を検出する光度検出手段、 光度検出手段の検出した光度の大きさに応じた制御信号
   を出力する制御手段、 制御手段からの制御信号に応じて、出力周波数を変化さ
   せるインバータ手段、 インバータ手段の出力回路側に設けられたインピーダン
   ス手段、 前記出力回路側にインピーダンス手段と直列に設けられ
   た放電灯、 を備えた調光装置。
2. 【請求項２】請求項１の調光装置において、 前記光度検出手段は、光度を電流値の大きさに変換して
   制御手段に伝送するものであることを特徴とするもの。
3. 【請求項３】光度検出手段の検出した光度の大きさに応
   じた制御信号を出力する制御手段、 制御手段からの制御信号に応じて、出力周波数を変化さ
   せるインバータ手段、 インバータ手段の出力回路側に設けられ、放電灯と直列
   に接続されるインピーダンス手段、 を備えた調光制御装置。
4. 【請求項４】請求項３の調光制御装置において、 前記制御手段は、光度を電流値の大きさとして受け取る
   ことを特徴とするもの。
5. 【請求項５】周囲の光度を検出し、検出した光度の大き
   さに基づいて、インピーダンス手段と放電灯との直列接
   続体に対して供給する周波数を変化させて調光を行なう
   ことを特徴とする調光方法。