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JP5962434B2 - 調光制御システム - Google Patents

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Description

本発明は調光制御システムに係り、詳しくは、照明装置を調光するためのPWM方式の調光信号を信号線を介して照明装置へ送信する調光器を備えた調光制御システムに関するものである。
従来より、パルス幅変調(PWM:Pulse Width Modulation)方式の調光信号を用いて照明装置を調光する技術が使用されている。
この技術では、調光器(調光装置)と照明装置(照明器具)を接続する信号線が長くなると、照明装置の明るさが低下するという問題がある。
この問題の原因は、信号線の寄生容量と照明装置の入力抵抗とによって生じる時定数により、信号線を伝送される矩形波である調光信号の立下がりが緩やかになってしまい、調光器が設定した調光信号のデューティ比よりも、照明装置が信号線から受信する調光信号のデューティ比が大きくなることにある。
そのため、この問題は信号線が長くなるほど顕著になる。
ところで、特許文献1には、パルス信号の電圧の立下がりを急峻にする技術が開示されている。
また、特許文献2には、バイアス電流の立下がりを低レベルより低くするピーキングを行うことにより、LEDの発光出力の立下がりを急峻にする技術が開示されている。
特開2012−109453号公報 特開2003−163377号公報
特許文献1および特許文献2の技術を利用すれば、信号線を伝送される調光信号の立下がりを急峻にすることが可能であり、前記問題を解決できる。
しかし、特許文献1および特許文献2の技術では、調光信号の立下がりを急峻にするための専用回路が必要である。
そのため、特許文献1および特許文献2の技術を利用した調光制御システムでは、前記専用回路の分だけシステム全体の構成が複雑化して高コストになるという問題がある。
本発明は前記問題を解決するためになされたものであって、その目的は、調光器と照明装置を接続する信号線の寄生容量の影響を回避して、照明装置を設定された明るさに確実に調光することが可能な調光制御システムを簡潔な構成で低コストに提供することにある。
本発明者らは前記課題を解決するために鋭意検討を重ねた結果、下記のように本発明の各局面に想到した。
<第1の局面>
第1の局面は、
照明装置と、
前記照明装置が有する光源を調光するためのPWM方式の調光信号を生成し、その調光信号を信号線を介して前記照明装置へ送信する調光器と
を備えた調光制御システムであって、
前記調光器は、
前記光源の明るさを設定する設定手段と、
前記調光器から送信された前記調光信号を検出する検出手段と、
前記設定手段により設定された前記明るさに基づいて生成した第1調光信号と、前記検出手段が検出した前記調光信号である第2調光信号とに基づいて、第1調光信号に対する第2調光信号の立下がりのターンオフ遅れ時間を算出し、そのターンオフ遅れ時間に基づいて第1調光信号を補正し、その補正した第1調光信号を前記調光信号として前記信号線に送信する制御手段とを備える。
第1の局面では、設定手段により設定された光源の明るさに基づいて生成した第1調光信号と、補正した第1調光信号を検出手段が検出した第2調光信号(補正した第2調光信号)とが同じ波形になる。
照明装置が信号線から受信する調光信号は、補正した第2調光信号と同じである。
その結果、設定手段により設定された光源の明るさに基づいて制御手段が生成した第1調光信号のデューティ比(目標のデューティ比)と、照明装置が信号線から受信する補正した第2調光信号のデューティ比(実際のデューティ比)とが等しくなり、光源の明るさを設定手段によって設定された明るさに等しくすることができる。
従って、第1の局面によれば、信号線の寄生容量の影響を回避して、照明装置を設定された明るさに確実に調光することができる。
そして、第1の局面では、調光信号の立下がりを急峻にするための専用回路を用いないため、システム全体の構成が簡潔になり、調光制御システムを低コストに提供できる。
<第2の局面>
第2の局面は、第1の局面において、前記検出手段は、前記調光信号を検出する際に用いる前記調光信号のレベル判定のためのしきい値電圧を可変して設定するための可変手段を備える。
調光信号を検出する際に用いる調光信号のレベル判定のためのしきい値電圧は、照明装置のメーカーや機種などによりその電圧値が異なる。
そのため、前記しきい値電圧を予め固定値に設定した場合には、実際の照明装置の前記しきい値電圧が固定値と異なることがあり、正確な調光制御ができないおそれがある。
そこで、第2の局面では、可変手段を備えておき、調光制御システムのユーザーが、照明装置の光源の実際の明るさを観察しながら、しきい値電圧を可変して設定し直すことにより、照明装置のメーカーや機種などに応じて、調光制御を最適化することができる。
<第3の局面>
第3の局面は、第1の局面において、前記検出手段は、前記調光信号を検出する際に用いる前記調光信号のレベル判定のためのしきい値電圧を、前記調光信号の時間変位に基づいて検出する。
第3の局面では、検出手段が調光信号の時間変位に基づいてしきい値電圧を検出し、そのしきい値電圧を用いて調光信号を検出することにより、照明装置のメーカーや機種などに応じて、調光制御を最適化することができる。
図1(A)は、本発明を具体化した一実施形態の調光制御システム10の構成を示すブロック図。図1(B)は、従来の調光制御システム100の構成を示すブロック図。 調光制御システム10の構成を示すブロック回路図。 調光制御システム10の各部の調光信号S1〜S3の波形を示す波形図。 調光制御システム10の各部の調光信号S1’〜S3’の波形を示す波形図。 調光制御システム10の各部の調光信号S1〜S3,S1’〜S3’の波形を示す波形図。 本発明を具体化した別の実施形態の調光制御システム50の構成を示すブロック図。
図1(A)および図2に示すように、本実施形態の調光制御システム10は、信号線(信号伝送路)11を介して接続された調光器20および照明装置30を備える。
調光器20は、照度設定回路21、調光制御回路22、調光信号送出回路23、調光信号検出回路24を備える。
照明装置30は、調光信号検出回路31、電力制御回路(駆動回路)32、LED33を備える。
信号線11は、調光信号Sを伝送可能であれば、どのような信号線(例えば、平行線、ツイストペアケーブル、同軸ケーブルなど)によって具体化してもよい。
照度設定回路21は、照明装置30のLED33の明るさを設定する。
尚、照度設定回路21による明るさの設定は、例えば、照明装置30が設置されている室内の明るさを検出して当該明るさを一定に維持するように設定したり、調光制御システム10のユーザーが所望の明るさに設定する、などの方法によって行えばよい。
調光制御回路22は、照度設定回路21によって設定されたLED33の明るさと、調光信号検出回路24の検出結果とに基づいて、照明装置30のLED33を調光するためのPWM方式の調光信号Sを生成する。
尚、調光制御回路22は、マイクロコンピュータを用いて具体化すればよい。
調光信号送出回路23は、調光制御回路22が生成した調光信号Sを、信号線11を介して照明装置30へ送信する。
調光信号検出回路24は、調光信号送出回路23から送信された調光信号Sを検出する。
調光信号検出回路31は、調光器20から信号線11を介して送信されてくる調光信号Sを検出する。
電力制御回路32は、調光信号検出回路31が検出した調光信号SをPWM方式により復調して調光用データであるデューティ比DUTY(復調結果)を取得し、そのデューティ比DUTYに基づいて、LED33に供給される電力を制御することにより、LED33を点灯駆動する。
尚、調光制御回路22が生成した調光信号Sに「S1」、調光信号送出回路23が送信した調光信号Sに「S2」、調光信号検出回路24,31が検出した調光信号Sに「S3」と符号を付して区別する。
図2に示すように、調光信号送出回路23は、オープンコレクタ方式の出力回路であり、PNPトランジスタQ1およびNPNトランジスタQ2を備える。
トランジスタQ2のエミッタは調光器20内のアースに接続され、トランジスタQ2のコレクタはトランジスタQ1のベースに接続され、トランジスタQ2のベースに調光制御回路22が生成した調光信号S(S1)が印加される。
トランジスタQ1のエミッタは直流電源Vccに接続され、トランジスタQ1のコレクタは調光器20の高電位側出力端子20aに接続される。
調光器20の低電位側出力端子20bは、調光器20内のアースに接続される。
各出力端子20a,20bは信号線11に接続され、各出力端子20a,20bから信号線11を介して調光信号S(S2)が送信される。
信号線11は寄生容量Cpを有する。
図2に示すように、調光信号検出回路31は、フォトカプラFKおよび抵抗R1,R2を備える。
フォトカプラFKは、フォトダイオードPCおよびNPNフォトトランジスタQ3を備える。
フォトダイオードPCのアノードは抵抗R1から信号線11を介して調光器20の出力端子20aに接続され、フォトダイオードPCのカソードは信号線11を介して調光器20の出力端子20bに接続される。
フォトトランジスタQ3のエミッタは照明装置30のアースに接続され、フォトトランジスタQ3のコレクタは抵抗R2を介して直流電源Vccに接続される。
そして、フォトトランジスタQ3のコレクタから、調光信号検出回路31が検出した調光信号S(S3)が出力される。
調光器20の調光信号検出回路24の構成は、照明装置30の調光信号検出回路31と同一である。
そのため、調光信号検出回路24が検出した調光信号Sは、調光信号検出回路31が検出した調光信号S3と同一になる。
図1(B)に示すように、従来の調光制御システム100において、本実施形態の調光制御システム10の構成と異なるのは、調光信号検出回路24が設けられていない点である。
そのため、調光制御システム100の調光制御回路22は、照度設定回路21によって設定されたLED33の明るさだけに基づいて、照明装置30のLED33を調光するためのPWM方式の調光信号Sを生成する。
図3(A)には、照度設定回路21により設定されたLED33の明るさだけに基づいて、調光制御システム10,100の調光制御回路22が生成した調光信号S1を示す。
図3(B)には、調光信号S1に基づいて調光信号送出回路23が送信した調光信号S2を示す。
図3(C)には、調光信号S2に基づいて調光信号検出回路24,31が検出した調光信号S3を示す。
図3(D)には、調光信号S1〜S3を重ね合わせた状態を示す。
図3(A)に示すように、調光制御回路22が生成したPWM方式の調光信号S1は矩形波であり、そのデューティ比DUTYは、立ち上がりエッジから立ち下りエッジまでのハイレベルの期間tsを、立ち上がりエッジから次の立ち上がりエッジまでの期間である周期t0で除算することによって算出される(DUTY=ts/t0)。
図3(B)に示すように、調光信号送出回路23が送信した調光信号S2は、立ち上がりについては調光信号S1と同じであるものの、信号線11の寄生容量Cpと照明装置30の入力抵抗である抵抗R1とによって生じる時定数により、調光信号S2の立下がりは緩やかになってしまう。
図3(C)(D)に示すように、調光信号検出回路24,31が検出した調光信号S3は矩形波であり、立ち上がりについては調光信号S1,S2と同じである。
調光信号検出回路24,31は、調光信号S2がフォトダイオードPCのしきい値電圧Vf以上の場合にはハイレベルの調光信号S3を生成し、調光信号S2がフォトダイオードPCのしきい値電圧Vf未満の場合にはローレベルの調光信号S3を生成する。
そのため、調光信号S2が立ち下がり始めた時点(調光信号S1の立ち下がりエッジ)から、調光信号S2がフォトダイオードPCのしきい値電圧Vf未満になるまでの期間が、調光信号S3のターンオフ遅れ時間tdとなる。
すなわち、調光信号S3の立下がりは、信号線11の寄生容量Cpと照明装置30の入力抵抗である抵抗R1とによって生じる時定数により、調光信号S1の立下がりに比べてターンオフ遅れ時間td分だけ遅れることになる。
その結果、従来の調光制御システム100では、照度設定回路21により設定されたLED33の明るさだけに基づいて調光制御回路22が生成した調光信号S1のデューティ比(目標のデューティ比)よりも、照明装置30が信号線11から受信する調光信号S3のデューティ比(実際のデューティ比)の方が大きくなり、照明装置30のLED33の明るさは、照度設定回路21によって設定された明るさに比べて低下することになる。
ここで、ターンオフ遅れ時間td(sec)は、フォトダイオードPCのしきい値電圧Vf、調光器20の直流電源Vccの直流電圧Vcc、信号線11の寄生容量Cp、抵抗R1の抵抗値R1から、数式1により算出される。
そして、調光信号S1のデューティ比に対する調光信号S3のデューティ比の誤差E(%)は、ターンオフ遅れ時間tdを、調光信号S(S1〜S3)の周期t0から、数式2により算出される。
td=−log{Vf/(Vcc−Vf)}×Cp×R1 ………(数式1)
E=td/t0 ………(数式2)
ちなみに、信号線11として一般的なツイストペアケーブルを用いた場合、寄生容量Cpは長さ1mあたり約100〜150(pF)である。
また、一般的な照明装置30において、抵抗値R1は約2〜5(kΩ)であり、フォトダイオードPCのしきい値電圧Vfは約1.2〜2(V)である。
例えば、直流電圧Vcc=12(V)、寄生容量Cp=52000(pF)、抵抗値R1=2.2(kΩ)、フォトダイオードPCのしきい値電圧Vf=1.2(V)とすると、数式1より、ターンオフ遅れ時間td=2.51E−4(sec)となる。
そして、調光信号S(S1〜S3)の周期t0を1(kHz)とすると、数式2より、調光信号S1のデューティ比に対する調光信号S3のデューティ比の誤差Eは25.1(%)となる。
すなわち、従来の調光制御システム100では、調光器20が設定した調光信号S1のデューティ比よりも、照明装置30が信号線11から受信する調光信号S3のデューティ比が誤差E=25.1(%)分だけ大きくなり、照明装置30のLED33の明るさは、照度設定回路21によって設定された明るさよりも誤差E分だけ低下することになる。
そこで、本実施形態の調光制御システム10において、調光制御回路22は、まず、照度設定回路21により設定されたLED33の明るさに基づいて調光制御回路22自身が生成した調光信号S1と、調光信号検出回路24が検出した調光信号S3とに基づいて、ターンオフ遅れ時間tdを算出し、次に、調光信号S1のハイレベルの期間tsからターンオフ遅れ時間tdを減算した期間ts’(=ts−td)を算出し、続いて、その補正した期間ts’に基づいた調光信号S1’を生成し、その補正した調光信号S1’を先に生成した調光信号S1に置き換え、調光信号S1を調光信号S1’に更新して、調光信号S1’を調光信号送出回路23に出力する。
図4(A)には、本実施形態の調光制御システム10の調光制御回路22が生成した調光信号S1’を示す。
図4(B)には、調光信号S1’に基づいて調光信号送出回路23が送信した調光信号S2’を示す。
図4(C)には、調光信号S2’に基づいて調光信号検出回路24,31が検出した調光信号S3’を示す。
図4(D)には、調光信号S1’〜S3’を重ね合わせた状態を示す。
図5(A)は図3(D)と同じであり、図5(B)は図4(D)と同じである。
図5に示すように、調光信号S3’は調光信号S1と同じ波形になる。
その結果、本実施形態の調光制御システム10では、照度設定回路21により設定されたLED33の明るさに基づいて調光制御回路22が生成した調光信号S1のデューティ比(目標のデューティ比)と、照明装置30が信号線11から受信する調光信号S3’のデューティ比(実際のデューティ比)とが等しくなり、照明装置30のLED33の明るさを、照度設定回路21によって設定された明るさに確実に調光することができる。
従って、本実施形態の調光制御システム10によれば、信号線11の寄生容量Cpの影響を回避して、照明装置30のLED33を設定された明るさに確実に調光することができる。
そして、本実施形態の調光制御システム10では、調光信号Sの立下がりを急峻にするための専用回路を用いないため、システム全体の構成が簡潔になり、低コスト化を図ることができる。
<別の実施形態>
本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、以下のように具体化してもよく、その場合でも、前記実施形態と同等もしくはそれ以上の作用・効果を得ることができる。
[A]フォトダイオードPCのしきい値電圧Vfは、調光器20の調光信号検出回路24が調光信号S(S3,S3’)を検出する際に用いる調光信号Sのレベル判定のためのしきい値電圧であるが、照明装置30のメーカーや機種などによりその電圧値が異なる。
前記実施形態では、予め設定されているしきい値電圧Vfの固定値を用いて、調光信号検出回路24が調光信号S(S3,S3’)を検出している。
そのため、実際の照明装置30のしきい値電圧Vfが、予め設定されているしきい値電圧Vfの固定値と異なる場合には、正確な調光制御ができないおそれがある。
図6に示すように、調光制御システム50において、調光制御システム10の構成と異なるのは、調光器20にしきい値電圧設定回路25が設けられている点である。
調光制御システム50のユーザーは、しきい値電圧設定回路25を用いて、しきい値電圧Vfを可変して設定する。
調光制御システム50の調光信号検出回路24は、しきい値電圧設定回路25によって設定されたしきい値電圧Vfを用いて、調光信号S(S3,S3’)を検出する。
このようにすれば、調光制御システム10のユーザーが、照明装置30のLED33の実際の明るさを観察しながら、しきい値電圧設定回路25を操作することにより、しきい値電圧Vfを可変して設定し直すことにより、照明装置30のメーカーや機種などに応じて、調光制御を最適化することができる。
[B]図3〜図5に示すように、調光信号S2,S2’の立下がりにおいて、フォトダイオードPCのしきい値電圧Vf以上の波形特性と、しきい値電圧Vf未満の波形特性とは異なる。
すなわち、調光信号S2,S2’の立下がりにおいて、調光信号S2,S2’がしきい値電圧Vfとなるポイントαを境にして、調光信号S2の波形特性が異なっている。
そのため、調光信号S2,S2’の時間変位に基づいてポイントαを検出すれば、しきい値電圧Vfを検出することができる。
そこで、調光器20の調光信号検出回路24は、しきい値電圧Vfを調光信号S2,S2’の時間変位に基づいて検出し、そのしきい値電圧Vfを用いて調光信号S3,S3’を検出することにより、照明装置30のメーカーや機種などに応じて、調光制御を最適化することができる。
[C]LED33は、PWM方式の調光信号で調光可能であれば、どのような光源(例えば、有機EL、電球など)に置き換えてもよい。
[D]前記各実施形態を適宜組み合わせて実施してもよく、その場合には組み合わせた実施形態の作用・効果を合わせもたせたり、相乗効果を得ることができる。
本発明は、前記各局面および前記各実施形態の説明に何ら限定されるものではない。特許請求の範囲の記載を逸脱せず、当業者が容易に想到できる範囲で種々の変形態様も本発明に含まれる。本明細書の中で明示した論文、公開特許公報、特許公報などの内容は、その全ての内容を援用によって引用することとする。
<用語の説明>
[特許請求の範囲]および[課題を解決するための手段]に記載した構成要素と、[発明を実施するための形態]に記載した構成部材との対応関係は以下のようになっている。
「光源」は、LED33に該当する。
「設定手段」は、照度設定回路21に該当する。
「検出手段」は、調光信号検出回路24に該当する。
「制御手段」は、調光制御回路22および調光信号送出回路23に該当する。
「第1調光信号」は、調光信号S1に該当する。
「第2調光信号」は、調光信号S3に該当する。
「補正した第1調光信号」は、調光信号S1’に該当する。
「可変手段」は、しきい値電圧設定回路25に該当する。
10…調光制御システム
11…信号線
20…調光器
30…照明装置
21…照度設定回路
22…調光制御回路
23…調光信号送出回路
24…調光信号検出回路
25…しきい値電圧設定回路
31…調光信号検出回路
32…電力制御回路
33…LED
S(S1〜S3,S1’〜S3’)…調光信号
Vf…しきい値電圧

Claims (2)

  1. 照明装置と、
    前記照明装置が有する光源を調光するためのPWM方式の調光信号を生成し、その調光信号を信号線を介して前記照明装置へ送信する調光器と
    を備えた調光制御システムであって、
    前記調光器は、
    前記光源の明るさを設定する設定手段と、
    前記調光器から送信された前記調光信号を検出する検出手段と、
    前記設定手段により設定された前記明るさに基づいて生成した第1調光信号と、前記検出手段が検出した前記調光信号である第2調光信号とに基づいて、第1調光信号に対する第2調光信号の立下がりのターンオフ遅れ時間を算出し、そのターンオフ遅れ時間に基づいて第1調光信号を補正し、その補正した第1調光信号を前記調光信号として前記信号線に送信する制御手段と、を備え、
    前記検出手段は、前記調光信号を検出する際に用いる前記調光信号のレベル判定のためのしきい値電圧を可変するための可変手段を備えた、
    調光制御システム。
  2. 照明装置と、
    前記照明装置が有する光源を調光するためのPWM方式の調光信号を生成し、その調光信号を信号線を介して前記照明装置へ送信する調光器と
    を備えた調光制御システムであって、
    前記調光器は、
    前記光源の明るさを設定する設定手段と、
    前記調光器から送信された前記調光信号を検出する検出手段と、
    前記設定手段により設定された前記明るさに基づいて生成した第1調光信号と、前記検出手段が検出した前記調光信号である第2調光信号とに基づいて、第1調光信号に対する第2調光信号の立下がりのターンオフ遅れ時間を算出し、そのターンオフ遅れ時間に基づいて第1調光信号を補正し、その補正した第1調光信号を前記調光信号として前記信号線に送信する制御手段と、を備え、
    前記検出手段は、前記調光信号を検出する際に用いる前記調光信号のレベル判定のためのしきい値電圧を、前記調光信号の時間変位に基づいて検出する、
    調光制御システム。
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