JP4370769B2

JP4370769B2 - 照明制御装置

Info

Publication number: JP4370769B2
Application number: JP2002312483A
Authority: JP
Inventors: 和吉佃; 潤一加藤
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2002-10-28
Filing date: 2002-10-28
Publication date: 2009-11-25
Anticipated expiration: 2022-10-28
Also published as: JP2004146299A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は光センサを用いたフィードバック制御系を有する照明制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
【特許文献１】
特開平１０−３０２９６９号公報
【０００３】
従来、特許文献１には、被照射面の照度を検出する明るさ検出手段と、ある空間の人体の有無を検出する人体検出手段と、明るさ検出手段及び人体検出手段で検出された値を受けて被照射面の照度が目標照度値になるように光源の光出力を制御するようにした照明制御装置において、あるレベルの外部信号が入力されると、明るさ検出手段及び人体検出手段からの信号を無視して外部信号に対応するように光源の光出力を制御することが提案されている。
【０００４】
図１は光センサを用いたフィードバック制御のシステム構成を示すブロック図である。図中、１は光検知部（光センサ）、２は制御部、３は調光用インバータ、４は蛍光ランプ、５は人検知部（人センサ）である。ランプ４は調光用インバータ３により光出力が可変となっている。ランプ４の被照射面からの反射光量を光センサ１により測定し、その検出電圧が所定の目標値に近づくように制御部２から出力されるインバータ制御信号により調光用インバータ３を制御する。
【０００５】
図２は調光用インバータ３に入力されるインバータ制御信号（調光信号）の波形図である。周期Ｔが一定でオン幅ｔが可変のＰＷＭ信号となっており、Ｄｕｔｙ＝（ｔ／Ｔ）×１００（％）に応じてランプ４が調光される。
【０００６】
図３は前記インバータ制御信号に対する調光用インバータ３の光出力特性の一例である。Ｄｕｔｙ＝５％以下で光出力は１００％点灯となり、Ｄｕｔｙが大きくなるにしたがって光出力が低下する。この例ではＤｕｔｙ＝９０％以上でランプは消灯する。
【０００７】
図１のシステムではさらに人検知センサ５によりランプ４の出力を制御することができる。人を検知していない場合、すなわち人がいない場合にはランプ４を調光または消灯し、省エネルギーを図る。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
図４は光センサと人センサを用いた照明制御の一例である。人がいる場合には光センサにより照度が一定に保たれるようランプ出力をフィードバック制御する。人がいない場合にはランプを調光または消灯する。ランプが調光または消灯状態で人を検知すると、ランプを点灯しフィードバック制御に入る。ランプを点灯する際、蛍光ランプの場合、ランプの短寿命化を防止するために、１〜２秒の予熱時間が設けられる。この間、ランプは点灯していないにもかかわらず、フィードバック制御動作に入っているため、光出力を上げる方向に制御信号のＤｕｔｙ（％）が変化する。
【０００９】
図３のような調光特性を有する調光用インバータを用いたシステムでは、予熱時間の経過後にランプが点灯した時点では制御信号のＤｕｔｙはほぼ５％に近づいている。そのためランプは概ね１００％近い出力で点灯する。その後、光センサによるフィードバック制御が働き、目標の照度レべルに向かうよう制御されるが、光出力は図４のＡ部のように一瞬明るくなり不快に感じる。
【００１０】
本発明は上述のような点に鑑みてなされたものであり、人センサと光センサを有し、人の存在を検知すると設定照度となるように蛍光ランプの出力をフィードバック制御する照明制御装置において、フィードバック制御ができない場合に光出力が不適切に増大するような現象を防止できる構成を提供することを課題とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明によれば、上記の課題を解決するために、図６に示すように、ランプ４と、ランプ４の光出力を制御する制御部２と、ランプ４の被照射面からの反射光を検知する光検知部１とを備え、制御部２は光検知部１で検知される反射光量により被照射面の照度を判定し、前記光検知部１の検出値が所定の目標値に近づく方向にランプ４の光出力量を制御して、被照射面の照度が目標照度で略一定となるようにランプ４の光出力をフィードバック制御する照明制御装置において、図８に示すように、前記光検知部１の検出値が前記目標値よりも高く設定された上限値を越える場合に、上記フィードバック制御を停止させる手段を有することを特徴とするものである。
【００１２】
請求項２の発明によれば、請求項１に記載の照明制御装置において、フィードバック制御停止時にはランプの光出力を一定に制御することを特徴とする。
【００１３】
請求項３の発明によれば、請求項１に記載の照明制御装置において、図６、図７に示すように、フィードバック制御停止時にはランプの経時変化に伴う光束減退を補償するための初期照度補正制御を行うことを特徴とする。
請求項４の発明によれば、ランプ４と、ランプ４の光出力を制御する制御部２と、ランプ４の被照射面からの反射光を検知する光検知部１とを備え、制御部２は光検知部１で検知される反射光量により被照射面の照度を判定し、前記光検知部１の検出値が所定の目標値に近づく方向にランプ４の光出力量を制御して、被照射面の照度が目標照度で略一定となるようにランプ４の光出力をフィードバック制御する照明制御装置において、図９に示すように、外部制御装置７を付加し、外部制御信号が入力されたあとの一定時間はフィードバック制御を継続し、前記一定時間の経過後に外部制御信号により一義的に決まる制御信号によってランプの出力を制御することを特徴とする。
なお、請求項４の照明制御装置において、外部制御信号によりランプの出力が制御されている場合に、図１５に示すように、外部制御信号入力回路部が有する信号伝達の時定数で決まる遅延時間Ｔｄ以前の外部制御信号に基づいてランプの出力を制御することが好ましい（請求項５）。
【００１４】
【発明の実施の形態】
（前提となる構成）
図５は本発明の前提となる構成の説明図である。システムの構成は図１〜図３と同様である。本実施の形態での動作シーケンスは以下のようになる。
１）人検知状態においてシステムは光センサの出力値が目標レべルに一致するよう照明制御のためのＤｕｔｙ信号を制御する（フィードバック制御）。
２）人不検知状態と判断すると、ランプの光出力を徐々に下げて（フェードアウトして）消灯する。このとき直前の制御Ｄｕｔｙ＝ｑ（％）を記憶する。
３）人不検知状態では消灯状態を維持する。
４）ふたたび人を検知すると、少なくともランプの予熱時間以上の間、先ほど記憶したＤｕｔｙ＝ｑ（％）にて一定出力制御を行う。
５）上記一定出力制御時間の経過後は１）と同様のフィードバック制御に戻る。
【００１５】
定出力制御の間、ランプの被照射面の照度は外光等の影響により目標の照度と異なる場合があるが、上記のような制御を行うことにより、図４に示した従来例のようにランプが点灯直後に一瞬明るくなることなくフィードバック制御に移行するため、点灯直後の不快感を感じることがない。
【００１６】
この構成では消灯に入る直前の光出力にて定出力制御しているが、任意の調光レべルにて定出力制御しても同様の効果が得られる。ただし、定出力制御を行う調光レべルの設定を行う場合には、システムの設置環境における通常調光レべルを把握していることが望ましい。なぜなら定出力制御からフィードバック制御に移行する際に、そのレべル差が大きいとその光出力差を不快に感じることがあるからである。このような観点にたって考えてみても、この前提となる構成では直前の出力レべルにて定出力制御されているので、極端に外光等が変動していない限り、目標の照度レべルに近く、定出力制御からフィードバック制御への移行時にも光出力差がほとんど感じられない利点がある。
【００１７】
（実施の形態１）
図６は本発明の実施の形態１のシステム構成図である。基本的な構成および動作は図１の前提となる構成と同様であるが、初期照度補正データ６を備えている点が異なる。ランプ４は時間の経過とともに光束が減退し、ランプ寿命近くになると初期光束の７０％程度にまで光束が低下する。照明設計は通常この７０％の光束をもとに行われるため、初期の状態では必要以上の明るさが得られていることになる。そこで、図７に示すように、この光束減退カーブと逆比例するように初期のランプ出力を７０％程度にして時間の経過とともに徐々に１００％に近づくよう光出力を制御すれば、光出力は時間の経過にかかわらずほぼ一定にすることができ、その分、消費電力を抑えることができる。これを初期照度補正と称し、初期照度補正を行った照明システムにおける照度レべルは、システムの設置環境における目標照度レべルに極めて近いものとなる。したがって、点灯直後は初期照度補正レべルで定出力制御し、フィードバック制御に移行するシーケンスを採用すれば、定出力制御からフィードバック制御へのモード移行時の光出力差は大きくないと予想される。
【００１８】
本システムにおいて、フィードバック制御が何らかの原因で故障した場合を考える。本システムのフィードバック制御では光センサからの出力電圧（光検出電圧）を目標設定値と比較し、その値が等しくなるようランプを調光する。光センサが故障し、光検出電圧が出力されない場合には制御部は光出力が足りないものと判断し、出力を上げようとする。しかしながら、光センサが故障しているのであるから光検出電圧は一向に目標設定値には達しない。この場合にはランプの光出力はいずれ１００％で固定されることになり、無駄な電力を消費することになる。そこで、このような場合にはフィードバック制御を停止し、初期照度補正モードに切り換わるようにしてやればよい。
【００１９】
また、逆に外光が局所的に反射してその反射光が光センサに入射するような場合、図８に示すように、光検出電圧は周囲の照度レべルに比例した電圧よりも異常に高くなる。そのためランプは調光し過ぎることになり、必要照度が得られない。このような場合も上記と同様に初期照度補正モードに切り替えれば適切な視環境が得られることになる。
【００２０】
いずれの場合も初期照度補正モードへ移行するものとしたが、フィードバック制御手段の故障による不具合を解決するものであれば、あらかじめ設定された定出力制御でも良い。
【００２１】
（実施の形態２）
図９は本発明の実施の形態２のシステム構成図である。基本的な構成および動作は図１の前提となる構成と同様であるが、外部制御装置７を備えている点が異なる。照明のシステムの運用を考えた場合、通常は光センサによるフィードバック制御を行い、状況に応じて手動操作に切り換えたいという場合がある。例えば会議室等でＯＨＰを利用する場合には、通常の照度よりも明るさを落とす。このような用途に応えるために図９のようにあらたに外部制御装置７を接続する。外部制御装置７から外部制御信号が入力されない場合には、人検知部５や光検知部１からの信号に基づいて制御部２がインバータ制御信号を出力する。外部制御装置７から外部制御信号が入力された場合には、この外部制御信号にもとづいて制御部２からインバータ制御信号が出力され、ランプ４を調光する。
【００２２】
図１０は制御部２の一般的な回路構成を示したものである。外部制御信号入力部に接続されたダイオードブリッジ回路ＤＢは、外部制御信号の伝送線の接続を無極性化するために設けられている。図２のような矩形波の外部制御信号をフォトカプラＰＣを介してＣＲ回路にて直流電圧Ｖ_Aに変換する。外部制御信号の周期に対して十分に長い時定数にてＣＲ回路を構成すれば、外部制御信号のＤｕｔｙと直流電圧Ｖ_Aとの関係は図１１のようになる。直流電圧Ｖ_AがＶ５％以下となったときに外部制御信号が入力されたものと制御部２は判断し、直流電圧Ｖ_Aに基づいて図１１に示す外部制御信号と同じＤｕｔｙのインバータ制御信号を調光用インバータ３に出力する。
【００２３】
以下、図１０〜図１３を用いて実際の動作について説明する。外部制御信号が入力されていない場合（Ｄｕｔｙ＝０％と等価である）、Ｖ_A＝Ｖｃｃとなる。ここで外部制御信号Ｄｕｔｙ＝７０％を入力すると、ＣＲ回路の時定数により直流電圧Ｖ_Aは徐々に低下し、所定の値（Ｖ７０％）に到達する。この過程において、Ｖ_A＝Ｖ５％となった時点で制御部２は外部制御信号が入力されたものとして認識し、そのときの直流電圧Ｖ_Aから一義的に決まるＤｕｔｙを出力するため、図１２のように一旦１００％点灯した後に、Ｄｕｔｙ＝７０％に対応した光出力値まで徐々に光出力が低下して行くことになり、非常に不快な現象が発生する。
【００２４】
そこで、本実施の形態では、図１３に示すように、Ｖ_A＝Ｖ５％となってからも、しばらくはこれまでのフィードバック制御を継続し、回路上のＣＲ時定数に対して十分に長い時間が経過してから外部制御信号による制御に切り替えるようにする。これにより図１２のように一旦光出力が１００％になるような不快な現象は発生しない。
【００２５】
（実施の形態３）
図１４、図１５は本発明の実施の形態３の説明図である。システムの構成は上述の実施の形態２の図９〜図１１と同様である。ここでは、外部制御信号による制御モードからフィードバック制御モードへの移行時の現象について説明する。この場合も図１４に示すように、回路のＣＲ時定数の影響により外部制御信号をＯＦＦにしてもすぐには直流電圧Ｖ_Aは上昇しない。直流電圧Ｖ_Aが徐々に上昇し、Ｖ５％に達した時点で外部制御信号による制御モードからフィードバック制御モードに入るため、図１４のように一瞬１００％点灯となってしまう。この問題を解決するためには、図１５のようにすれば良い。すなわち、外部制御信号による制御モードでは、出力する制御信号のＤｕｔｙは所定の時間（Ｔｄ）前の直流電圧Ｖ_Aによって決まるものとする。そして、Ｖ５％を検出するとすぐに外部制御信号による制御モードからフィードバック制御に戻す。このようにすれば、外部制御信号をＯＦＦにしたときに、光出力が一瞬増大するような不都合は生じない。
【００２６】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、ランプの被照射面からの反射光を光検知部で検知し、この光検知部で検知される反射光量により被照射面の照度を判定し、前記光検知部の検出値が所定の目標値に近づく方向にランプの光出力量を制御して、被照射面の照度が目標照度で略一定となるようにランプの光出力をフィードバック制御する照明装置において、フィードバック制御が不可能な状態になった場合には、フィードバック制御を停止させるようにしたので、必要照度が得られなくなることを防止し、適切な視環境が得られる効果がある。
請求項１の発明によれば、光検知部の出力信号が規定レべル範囲外になったとき、例えば外光が局所的に反射してその反射光が光センサに入射しているような場合には、フィードバック制御を停止させるようにしたので、必要照度が得られなくなることを防止し、適切な視環境が得られる効果がある。
【００２７】
請求項２の発明によれば、フィードバック制御停止時には光源の光出力を一定に制御するようにしたので、必要照度が得られなくなることを防止し、適切な視環境が得られる効果がある。
【００２８】
請求項３の発明によれば、フィードバック制御停止時にはランプの経時変化に伴う光束減退を補償するための初期照度補正制御を行うようにしたので、ランプの経時変化に応じて光出力が適切に制御されることにより、適切な視環境が得られる効果がある。
請求項４の発明によれば、外部制御信号入力回路を付加し、外部制御信号が入力されたあとの一定時間はフィードバック制御を継続し、前記一定時間の経過後に外部制御信号により一義的に決まる制御信号によってランプの出力を制御するようにしたので、外部制御信号をＯＮしたときに、光出力が一瞬増大するような不都合を防止できる。
なお、請求項４の照明制御装置において、外部制御信号によりランプの出力が制御されている場合に、外部制御信号入力回路部が有する信号伝達の時定数で決まる遅延時間以前の外部制御信号に基づいてランプの出力を制御すれば、外部制御信号をＯＦＦしたときに、光出力が一瞬増大するような不都合を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の前提となる構成のシステム構成図である。
【図２】従来の調光用インバータの一般的な制御信号波形を示す波形図である。
【図３】図２の制御信号に対する調光用インバータの光出力特性の一例を示す特性図である。
【図４】従来の人センサおよび光センサを用いた照明制御の説明図である。
【図５】本発明の前提となる構成の動作説明図である。
【図６】本発明の実施の形態１のシステム構成図である。
【図７】本発明の実施の形態１の初期照度補正の動作説明図である。
【図８】本発明の実施の形態１の動作説明図である。
【図９】本発明の実施の形態２のシステム構成図である。
【図１０】本発明の実施の形態２の制御部の外部制御信号入力部の回路図である。
【図１１】本発明の実施の形態２の制御部の外部制御信号入力部の特性図である。
【図１２】本発明の実施の形態２が解決しようとする課題を示す動作説明図である。
【図１３】本発明の実施の形態２の動作説明図である。
【図１４】本発明の実施の形態３が解決しようとする課題を示す動作説明図である。
【図１５】本発明の実施の形態３の動作説明図である。
【符号の説明】
１光検知部（光センサ）
２制御部
３調光用インバータ
４蛍光ランプ
５人検知部（人センサ）

Claims

ランプと、ランプの光出力を制御する制御部と、ランプの被照射面からの反射光を検知する光検知部とを備え、制御部は光検知部で検知される反射光量により被照射面の照度を判定し、前記光検知部の検出値が所定の目標値に近づく方向にランプの光出力量を制御して、被照射面の照度が目標照度で略一定となるようにランプの光出力をフィードバック制御する照明制御装置において、前記光検知部の検出値が前記目標値よりも高く設定された上限値を越える場合に、上記フィードバック制御を停止させる手段を有することを特徴とする照明制御装置。
請求項１に記載の照明制御装置において、フィードバック制御停止時にはランプの光出力を一定に制御することを特徴とする照明制御装置。
請求項１に記載の照明制御装置において、フィードバック制御停止時にはランプの経時変化に伴う光束減退を補償するための初期照度補正制御を行うことを特徴とする照明制御装置。
ランプと、ランプの光出力を制御する制御部と、ランプの被照射面からの反射光を検知する光検知部とを備え、制御部は光検知部で検知される反射光量により被照射面の照度を判定し、前記光検知部の検出値が所定の目標値に近づく方向にランプの光出力量を制御して、被照射面の照度が目標照度で略一定となるようにランプの光出力をフィードバック制御する照明制御装置において、外部調光信号入力回路を付加し、外部調光信号が入力されたあと外部調光信号入力回路が有する信号伝達の時定数で決まる遅延時間に相当する一定時間はフィードバック制御を継続し、前記一定時間の経過後に外部調光信号により一義的に決まる制御信号によってランプの出力を制御することを特徴とする照明制御装置。
請求項４の照明制御装置において、外部調光信号によりランプの出力が制御されている場合に、外部調光信号入力回路が有する信号伝達の時定数で決まる遅延時間以前の外部調光信号に基づいてランプの出力を制御することを特徴とする照明制御装置。