JP6164673B2 - 照明試運転 - Google Patents

Description

本発明は、照明試運転に関する。

本開示は、照明試運転の分野に関する。個々の光源にデジタル知能が入り込むことで、このようなインテリジェントな個々の光源を管理するための照明制御システムの試運転の分野は、成功する設置のためのますます重要なステップになってきている。適切な試運転は、適切な装置動作、ユーザ受け入れ及び目標省エネルギ達成にとって重要である。例えば、フロリダ・パワー＆ライト社は、試運転を、「全てのビルシステムが、文書化された設計意図及び所有者の動作ニーズに従って双方向で実施することを確実にする体系的なプロセス」と規定している。現在、ほとんどのエネルギ条例が、照明自動化を義務付けており、２００５年のカリフォルニア州のタイトル２４のエネルギ条例は、現在、プロジェクト認可の一部として制御システム試運転を義務付けている。「試運転」という用語は、照明制御システムの適切な設置の分野における様々な状況に及び得るが、試運転の適切な方法においては、設置されるべき照明システム内の照明構成要素を構成する個々の照明器具間の相対距離を導き出すことが重要であるということは、立証されている。これは、照明器具及びスタンドアロンのセンサの相対位置を備える設備マップの作成を可能にし、制御し、これは、照明器具が、照明器具ランドスケープ内の様々なグループに割り当てられることを可能にし、従って、グループとして制御されることを可能にする。

原則的に、インテリジェント照明器具を含む照明システムによって得られる莫大な利益がある一方で、実際には、このような複雑な照明システムの設置及び適切な試運転のための必要とされるリソース及び伝統的なコストが、関連する意思決定者のボトルネックを形成するかもしれず、インテリジェント照明システムによって提供されるチャンスの受け取りを妨げるかもしれない。しかしながら、適切に試運転されたシステムによって、組み込まれた自動照明制御システムは、既存のビル及び新築において、従来の照明システムと比べて、照明消費量を２０％乃至４０％削減することができる。

従って、所謂自動試運転技術が開発されている。

米国特許第 8159156号は、個々の照明器具間の相対距離を決定することによって設備マップが導き出される自動試運転の方法を記載している。照明器具は、光センサを備えており、それ故、前記光センサは、各照明器具と同じ場所に配置される。個々の照明器具による順次発光により、他の照明器具において検出される光の量が、相対距離測定値に変換され得る。結果として、照明器具の相対位置を備えるマップが作成され得る。最後に、この照明器具ランドスケープで規定される様々なグループに照明器具が割り当てられ得る。

本願発明者は、米国特許第8159156号に記載されている自動試運転システムに付随する幾つかの実際的な問題点を発見した。一般的なオフィス照明の設置の場合は、用いられる照明は、天井に埋め込まれる、又は天井から吊り下げられる（例えば、フィリップス社のPowerBalanceという照明器具ファミリを考慮に入れる）。従って、組み込まれた光センサによって検出される光の量は、照明器具の直下の投影局所領域の反射率に強く依存する。本願発明者は、米国特許第8159156号に記載されている技術を用いて周囲の照明器具からの光レベルに基づいて決められる相対距離測定値は、光センサの測定値が、それらの周囲の領域（例えば、間仕切りのないオフィス空間）における非一様分布反射率により、著しく変動し得ることから、欠陥があるおそれがあることを発見した。例えば、テーブルは、周囲の床より高い反射面を持ち得る。米国特許第8159156号において取得される設備マップは、測定距離を備えるマッピング円に基づく三角測量法を用いる。異なる反射率が、距離測定の精度に著しく影響を及ぼし得る。

本発明の或る態様によれば、
複数の照明器具であって、各照明器具が光源及び光センサと同じ場所に配置される複数の照明器具と、
光を発するよう、及び前記光センサによって検出された光を表す信号を前記光センサから受信するよう、前記光源を選択的に制御するよう構成される制御装置と、
前記制御装置にアクセス可能なメモリとを有する照明試運転システムであって、前記制御装置が、各光センサへの光路内の反射面に関連する少なくとも1つの反射率値を決定し、前記反射率値を前記メモリに記憶する試運転の第１フェーズと、前記反射率値が、各光センサによって検出された発光光源からの光を、前記発光光源と前記センサとの間の距離の測定値に変換するために、前記制御装置によってアクセスされる試運転の第2フェーズとを実行するよう構成される照明試運転システムが提供される。

本発明の別の態様は、第１照明器具から第２照明器具までの距離を決定する方法であって、前記第２照明器具と同じ場所に配置される光源に、反射面に向けられた光を発させるステップと、前記第１照明器具と同じ場所に配置されるセンサを用いて、前記反射面からの反射光レベルを検出するステップと、前記反射面のために決定された反射率値にアクセスするステップと、アクセスした前記反射率値を考慮に入れるために、前記反射光レベルを修正するステップと、発せられた光の修正された測定値を用いて、前記第１照明器具と前記第２照明器具との間の距離の測定値を供給するステップとを有する方法を提供する。

前記反射率値は、前記反射面の反射率を表し、幾つかの実施例においては、前記反射率であり得る。前記光源からの発光レベルが複数の測定値にわたって共通である他の実施例においては、前記反射光それ自体が、前記反射光レベルを修正するのに適した反射率値を供給し得る。

以下に記載されている実施例は、試運転プロセスの４つのステップ、即ち、
− ステップ１：個々の照明器具の下の領域及び個々の照明器具の近くの領域の反射率の決定、
− ステップ２：照明器具（光源）とセンサとの様々な組み合わせを制御することによる様々な光レベルの順次測定、
− ステップ３：ステップ１の前記反射率を用いた、照明器具間の相対距離の決定、及び
− ステップ４：照明器具間の相対距離からの設備マップの導出を備える例示技術を呈示している。

本発明のより良い理解のために、及び同じものがどのようにして実施され得るかを示すために、ここで、一例として、添付図面に対する参照がなされる。

制御される照明器具の概略的なブロック図である。 反射率の算出のステップを図示する概略図である。 反射率の算出のステップを図示する概略図である。 反射率の算出のステップを図示する概略図である。 センサ角度感度を図示する概略図である。 デュアルビーム照明を図示する概略図である。 照明器具のアレイを示す、下側から見た概略的な平面図である。 試運転中の空間の斜視図である。

本開示に記述されている実施例においては、第１照明器具から第２照明器具までの距離を決定する方法であって、前記方法においては、光レベルの、距離測定値への変換が、決定される反射率を考慮に入れる方法が、記載されている。或る実施例においては、局所的な反射領域の上にある照明器具内の局所的な光源を用いて、反射率が評価され、同じ照明器具内の組み込まれたセンサを用いて反射率を較正する。局所的な表面の反射はランバートタイプのものであると仮定すれば、評価反射率は、同じオフィス領域内の他の照明器具によって発せられた光に関する測定光強度を変換するためにも用いられ得る。

以下に記載されているように、照明システムを試運転する方法における第１フェーズは、反射率を決定することを含み、第２フェーズは、照明器具間の距離を決定する方法において、決定された反射率を用いることを含む。距離測定値は、例えば、米国特許第8159156号に記載されているような円をプロットする三角測量法を用いて、設備マップを取得するために用いられ得る。

図１は、例として、オフィスなどの照明されるべき領域の天井８から懸架インフラ１６によって吊り下げられる照明器具４を図示している。本願明細書に記載されている技術は、埋め込み型照明器具にも適用可能である。照明器具４は、下面４２に取り付けられ、照明を作業面１０の方へ、一般に下方へ、向けるよう構成される１つ以上の直接照明装置２２を含み得る直接照明構成要素を有する。更に、センサ１２は、破線によって示されている、一般に円錐形である、外側に向いている視野を具備する。概略的な形態ではあるが、図を完成させるため、照明器具を制御するために制御装置２４が接続されるこの開示においては、制御装置は、試運転ユニットとして動作する。制御装置は、光信号を処理し、制御信号を出力するためにコンピュータプログラムを実行する処理ユニットを含む。制御装置は、前記照明器具それ自体内に設けられてもよく、又は複数の同様の照明器具に接続される空間内に、及び／若しくは前記空間内の他の照明装置内に設けられてもよい。制御装置２４は、センサ１２によって検出されるその視野内の光φrに基づくセンサ１２からのセンサ信号S_uを受信する。センサ信号S_uは、センサによって検出される光に関するレベルを有し、センサによって変換されるとき、それは、センサ入力を表す光信号を制御装置に供給する。制御装置２４は、前記空間内の２つ以上のセンサから信号を受信し得る。照明システムの使用中、制御装置２４は、制御信号１４により、例えば、減光レベル、色、ビーム形状などを制御することによって、センサ１２（及び場合により、前記空間内の他のセンサ）からの検出センサ入力を用いながら、試運転中の照明構成要素２２の光出力を調整する役割を果たす。試運転段階においては、制御装置２４は、第１及び第２フェーズを実施し、前記空間内の照明器具の推定位置を示す設備マップを有する出力を生成するよう動作可能である。

幾つかの照明器具は、照明装置２２を適切に制御することによって広いビーム及び／又は狭いビームが選択され得る、所謂デュアルビームコンセプトに対応している。

本開示の試運転方法によれば、作業面１０上の、広くAで示されている、照明器具の下の局所的な領域の反射率R1が、第２フェーズにおいて照明器具間の相対距離測定値を決定する前の第1フェーズにおいて、決定される。局所的な領域の反射率の較正は、同じ照明器具に組み込まれている照明構成要素２２に給電するときに光反射φrを測定することによって、なされる。照明構成要素２２は、給電されるとき、作業面１０に向けて下へ光束φ1を送る。これは、センサ１２に入射する反射光束φrをもたらす。照明器具が所謂デュアルビームコンセプトを備えている場合、それは、後でより詳細に記載されるように、（壁又は窓などからの反射のような二次効果を減らすために）局所的な反射率を決定するために用いられる狭いビームである。

決定された反射率は、後でより詳細に記載されるように、試運転プロセス中、隣接する照明器具から反射される光の検出値を修正するために用いられる。

光センサ１２は、光ダイオード／トランジスタとして実施され得る。より空間精度を備える光量の測定のためにCMOS/CCDカメラも用いられ得る。このようなセンサは、利用可能な照明器具において知られている。図２Ａ、２Ｂ及び２Ｃは、反射率を測定するためのあり得るシーケンスを示している。図２Ａは、２つの照明器具L1、L2が天井から吊り下げられている領域を図示している。図２Ａには示されていないが、それらは、図１に示されている制御装置２４のような制御装置の制御下にある。例えば、制御装置は、まず、第１照明器具L1を作動させて、第１照明器具L1に、光のビームφ１を第１照明器具のすぐ下の領域A1の方へ下方へ向けさせる。センサ１２は、局所的な領域A1における反射率R1の結果としての反射光束φrを検出し、これは、反射率を決定することを可能にする。例えば、R1 = φr/φ1であり、ここで、φ1は、制御信号１４における所与の制御電力レベルに対する照明装置２２の出力光束に基づいて既知であり、φrは、検出器信号S_uに変換される。

次いで、図２Ｂへ進み、第１照明器具L1は、給電を停止され、第２照明器具L2は、同じシーケンスのステップを実行するために給電され、このことから、第２照明器具L2の下の局所的な領域A2の反射率R2が決定され得る。

R1及びR2が分かったら、それらは、照明器具によって共有される中間領域A1/2の反射率値を決定するアルゴリズム、例えば、

に適用される。

図２Ｃは、局所的な領域A1と局所的な領域A2との間の中間領域A1/2の反射率を決定するための他のプロセスにおける第１ステップを図示している。第１ステップによれば、第１照明器具L1が電源オンにされてそのビームを有し、第２照明器具L2のセンサから測定が行われる。これは、Ri1と呼ばれれる。その後、第１照明器具L1は、電源オフにされ、第２照明器具L2は、光のビームを下方へ向けるために電源オンにされ、前記光のビームは、第１照明器具L1のセンサによって検出される。反射測定値は、順当に、Ri2と決定される（

であると期待される）。次いで、中間領域A1/2のための結果として生じる反射率が、

と決定される。図２Ｃのプロセスにおいては、１回の測定（S2に対するL1；S1に対するL2）しか必要とされないかもしれず、ここで、S2、S1は、各々、L2、L1上のセンサを示している。

図２Ｃを参照して記載した技術の補外法を用いて中間領域の反射率を決定するために、３つ以上の照明器具が利用されてもよいことは、理解されるだろう。

２つの隣接する照明器具の間の中間領域の反射率が計算される方法は、多くの要因に依存し得る。照明器具上に設けられるセンサは、異なる場合があり、とりわけ、それらの、光の検出のための指向性感度は、相対的に狭い検出角度と、より広い、より全方向性の検出角度との間で異なり得る。図３は、窓に隣接する２つの照明器具を図示しており、ここでは、照明器具の下の面から（拡散）反射される光だけを受け取り、例えば、図３において１１で示されている窓からの鏡面反射光にフィルタをかけるために、狭い角度の感度が用いられ得る。

更に、上述のように、幾つかの照明器具は、照明器具の光源によって発せられる光の角度を、狭い角度又はより広いビームに向けることを可能にするデュアルビームコンセプトを備えている（図４参照、図４においては、実線が、広いビーム２２ａを示しており、破線が、狭いビーム２２ｂを示している）。２つの照明器具の間の中間領域の反射率の最適な測定をなす方法の決定時には、図２Ａ及び２Ｂにおいて示されているように照明器具のすぐ下方の２つの測定を行い、次いで、これらの測定値を平均することが、より正確である見込みがあるかどうか、又は図２Ｃを参照して記載したような技術を用いることが、より適切であり得るかどうかを決定するために、照明器具が備えている光源及びセンサの特性が、考慮に入れられ得る。デュアルビームコンセプトを備える照明器具の場合には、狭いビーム２２ｂしか供給しないことで、照明器具の下の局所的な領域の反射率のより正確な評価を可能にするだろう。図２Ｃの手法は、おそらく、センサがより全方向性である場合に、より正確であるだろう。この場合に、照明器具がデュアルビームコンセプトを備えている場合には、隣接する照明器具の全方向性センサによって検出される反射光を最大化するために、より広いビームが利用され得る。

図３に図示されているように、（隣接する照明器具によって発せられる）反射光は、鏡面反射性寄与と、拡散反射性寄与との両方から成り得る。鏡面反射性寄与は、例えば、検出する照明器具の広角センサと、隣接する照明器具の広いビーム光分布を組み合わせることによって、決定され得る。拡散反射性寄与は、図３において実線の広いビーム２２ａによって示されているように、検出する照明器具における狭角センサと、広いビーム放射とを用いることによって、測定され得る。

２つの技術の組み合わせは、中間領域の反射率を決定するアルゴリズムにおいて利用され得る多くのあり得る測定値を供給することも期待される。

他の改善として、光センサは、照明器具の下の局所的な領域の反射率だけが決定され、それによって、壁／窓の反射の寄与を減らすことを確実にするために、（最大で２０度の）プログラム可能な狭い検出角度を具備し得る。この角度は、図１においてθで示されている。

反射率値は、決定されたら、制御装置２４に関連するメモリ３０などの適切な記憶装置に記憶される。各反射率値は、反射率値が決定された領域を共有する照明器具に関連づけられる。例えば、照明器具１と照明器具２との間の共有領域と関連づけられている反射率値が、適切な行列位置において、R12と示されている単純な行列の例が、図１に示されている。近傍に幾つかの照明器具があり、各照明器具と関連づけられている共用空間があり、反射率値を記憶するためにより複雑な行列構造が必要とされる可能性があることは、容易に理解されるだろう。

図５は、天井に取り付けられた照明器具のセットの下側から見た平面図の例を示している。照明器具L1、L2、L3…Lnが、グリッド配列で示されているが、如何なる配列の照明器具もあり得る。各照明器具は、図１の行列３３で示されているように、各照明器具が検出センサと共有する領域に関する関連反射率値を持つ。共有領域の反射率値が、決定され、記憶されると、前記反射率値は、試運転方法の第２フェーズにおいて用いられる。

図６は、試運転が実施される空間の概略的な斜視図である。床１００は、例えば、暗色のカーペットを有するかもしれず、空間は、より高い反射率を持つ薄灰色のテーブル１１０を含むかもしれない。

第２フェーズにおいては、各照明器具が、給電されて、光を投影する（図６においては、照明器具L1がオン状態で示されている）。１つの照明器具が給電されるとき、他の全ての照明器具と関連するセンサ１２がモニタされ、それらの信号S_uが記録される。次いで、記憶装置３０が、「受取」照明器具を識別するためのセンサ番号を用いて、照明器具の対又は照明器具のグループの各組み合わせに関連する反射率値を取り出すためにアクセスされる。これらの反射率値は、発光している照明器具からの光路内の反射率値を考慮に入れるために関連受取照明器具から受信した信号S_uを修正するために用いられる。修正された信号値は、次いで、各受取照明器具から発光している照明器具までの相対距離を、それ自体は既知である方法で、決定するために用いられ得る。最も簡単な実施例は、算出された中間反射率値を考慮に入れない、局所的な反射率値Rnでの（照明器具Lnによって測定された）S_uの修正であるが、より正確な結果のために、中間反射率値も考慮に入れられ得る。

「照明器具間」距離を算出するための式は、以下に示されている。
Int₂ = Amb + C*R₂*(Flux₁/(D_1-2)²)
ここで、Flux₁は、Lum 1によって発せられる光束であり、R₂は、Lum 2の下の反射率であり、Int₂は、Lum 2(Int₂)に組み込まれたセンサによって測定された光強度であり、D_1-2は、Lum 1とLum 2との間の距離であり、Ambは、周囲光であり（係数Ambは、発光している照明器具を減光することによって、決定され得る）、Cは、（例えば、センサ感度に依存する）定数である。

試運転のフェーズ２において用いられる技術は、図２Ｃに示されている技術と同様であるが、フェーズ２においては、これは、反射率値を決定する目的で行われるのではなく、その代わりに、フェーズ１において決定された反射率値が、受取照明器具（図２ＣにおけるL2）から発光している照明器具（図２ＣにおけるL1）の距離のより正確な評価が決定され得るようにセンサ出力信号S_uを修正するために利用されることは、理解されるだろう。このようにして、照明器具の相対位置を示すより正確な設備マップが得られ得る。

他の向上は、調整可能な色である。照明器具の下の反射率は、色の関数として測定される（(x,y)又はCCT）。これは、照明器具間距離測定値の信号対雑音(S/N)比を改善し得る。

センサは、照明器具と同じ場所に配置されるとして記載されているが、センサは、スタンドアロンであってもよく、又は光スイッチ若しくは調光器のような制御装置などの任意の器具又は備品に関連づけられてもよいことは明らかであるだろう。

請求項に記載の発明を実施する当業者は、図面、明細及び添付の請求項の研究から、開示されている実施例に対する他の変形を、理解し、達成し得る。請求項において、「有する」という用語は、他の要素又はステップを除外せず、単数形表記は、複数性を除外しない。請求項において列挙されている幾つかのアイテムの機能を単一のプロセッサ又は他のユニットが実現してもよい。単に、特定の手段が、相互に異なる従属請求項において引用されているという事実は、これらの手段の組み合わせが有利になるように用いられることができないことを示すものではない。コンピュータプログラムは、他のハードウェアと共に又はそれの一部として供給される光記憶媒体又は固体媒体などの適切な媒体に記憶／分散されてもよいが、インターネット又は他の有線若しくは無線電気通信システムなどを介して、他の形態で分散されてもよい。請求項におけるいかなる参照符号も、範囲を限定するものとして解釈されてはならない。

Claims (13)

1. 複数の照明器具であって、各照明器具が光源及び光センサと同じ場所に配置される複数の照明器具と、
   光を発するよう、及び前記光センサによって検出された光を表す信号を前記光センサから受信するよう、前記光源を選択的に制御するよう構成される制御装置と、
   前記制御装置にアクセス可能なメモリとを有する照明試運転システムであって、
   前記制御装置が、各光センサへの光路内の反射面に関連する少なくとも1つの反射率値を決定し、前記反射率値を前記メモリに記憶する試運転の第１フェーズと、少なくとも、前記反射率値、及び各光センサによって検出された発光光源からの光を表わす信号を用いて、前記発光光源と各光センサとの間の距離を決定するために、前記反射率値が、前記制御装置によってアクセスされる試運転の第２フェーズとを実行するよう構成され、
   前記制御装置が、前記試運転の第１フェーズにおいて、
   第１照明器具の光源を作動させるステップと、
   前記第１照明器具の局所的な領域から、前記第１照明器具上の光センサへ反射される光を測定するステップと、
   前記第１照明器具の局所的な領域の反射率を決定するステップと、
   少なくとも１つの隣接する照明器具のために前記ステップを繰り返して、それによって、前記隣接する照明器具の下の局所的な領域の反射率を少なくとも１つ決定するステップと、
   前記第１照明器具の局所的な領域と、前記少なくとも１つの隣接する照明器具の局所的な領域との間にある反射面に関連する少なくとも１つの反射率値を算出するアルゴリズムを実行するステップとを実行するよう構成される照明試運転システム。
2. 前記アルゴリズムが、前記反射率の平均値を生成する請求項１に記載のシステム。
3. 前記複数の照明器具のうちの少なくとも幾つかの前記光源が、狭いビームを持つ第１モード及びより広いビームを持つ第２モードに制御可能である請求項１に記載のシステム。
4. 各照明器具のための前記光センサが、指向性光センサ及び全方向性光センサから選択される請求項１に記載のシステム。
5. 前記指向性光センサのセンサ角度がプログラム可能である請求項４に記載のシステム。
6. 前記メモリが、反射率値の行列を保持し、各反射率値が、前記行列において識別される隣接する照明器具間の中間領域に関連する請求項１に記載のシステム。
7. 前記制御装置が、前記試運転の第２フェーズにおいて、決定された前記距離を用いて、光源及び光センサの設備マップを決定するよう動作するよう構成される請求項１に記載のシステム。
8. 前記制御装置の制御下の少なくとも１つの固定光センサを有し、それによって、前記少なくとも１つの固定センサの位置が、前記試運転の第２フェーズにおいて、前記少なくとも１つの固定センサにおいて検出された光に基づいて、決定され得る請求項１に記載の試運転システム。
9. 前記固定センサが、スタンドアロンである、又は光制御装置を有する器具と同じ場所に配置される請求項８に記載の試運転システム。
10. 前記照明器具のうちの少なくとも幾つかの前記光源が、異なる色の光を発するよう制御可能であり、それによって、異なる色の光に対する反射率値が、決定され得る請求項１に記載の試運転システム。
11. 第１照明器具から第２照明器具までの距離を決定する方法であって、
    前記第２照明器具と同じ場所に配置される光源に、反射面に向けられた光を発させるステップと、
    前記第１照明器具と同じ場所に配置されるセンサを用いて、前記反射面からの反射光レベルを検出するステップと、
    前記反射面のために決定された反射率値にアクセスするステップと、
    少なくとも、アクセスした前記反射率値、及び検出された前記反射光レベルを用いて、前記第１照明器具と前記第２照明器具との間の距離を決定するステップとを有する方法。
12. 照明システムの試運転において、前記距離の測定値に基づいて、照明器具の設備マップを決定するよう用いられる請求項１１に記載の方法。
13. 試運転の第１フェーズにおいて前記反射率値を決定するステップを有する請求項１１に記載の方法。
    

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