JP2001351788A - 発光装置およびその制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 様々な色の光を様々なパターンで出力するこ
とができる発光装置を提供する。 【解決手段】 乱数処理部１５を設け、乱数によって各
色の光をオンする時間Ｔｏｎおよびオフする時間Ｔｏｆ
ｆを設定する。さらに、オンする間は、徐々に光量を増
減する。これにより、中間色も含めて様々な色の光が多
種多様なパターンで出力する発光装置を簡易なハードウ
ェアで実現することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、異なる色の光を出
力することができる装飾用などに適した発光装置および
その制御方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】装飾用に色の異なる光源、たとえばＬＥ
Ｄなどの発光源を設け、これらをランダムに点灯あるい
は点滅させることにより、様々な色彩パターンを出力す
ることができる技術が知られており、たとえば、特開平
８−５８３００に記載されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】出力される色彩パター
ンによってユーザの感じ方はさまざまであり、装飾用に
用いられ場合は、それによって照らし出されるオブジェ
の感じも大きく異なる。たとえば、上記のように色の異
なるＬＥＤをランダムに点灯あるいは点滅すると多彩な
色彩パターンが出力されるが、点滅するタイミングで光
の色が異なるので短期間で色彩パターンが変動し落ち着
かない感じを与えることがある。点滅する周期を長くす
れば、色彩パターンは緩やかに変動する。しかしなが
ら、赤色Ｒ、緑色Ｇおよび青色ＢのＬＥＤをランダムに
点滅させたときに、あるタイミングで表示される色は白
黒も含めて８通りしかなく、これを長時間表示しても観
賞用としてそれほど大きな効果をもった装置とはなり難
い。

【０００４】落ち着いた装飾効果を得るために、これら
のＬＥＤが点滅するタイミングを非同期にすることは非
常に有効である。すなわち、この方法であれば、色が切
り替わるときに少なくとも１つのＬＥＤが点灯しつづけ
ていれば同色系統で切り替わるので点滅の周期を短くし
ても落ち着いた感じと共に、色が変化する様々なパター
ンを楽しむことができる。しかしながら、この方法で
も、あるタイミングで表示される色は８通りに過ぎな
い。

【０００５】これに対し、ＬＥＤの発光量を徐々に変化
させることは表示される色彩を多様にする点で非常に効
果的である。たとえば、ＬＥＤを発光するときに、徐々
に光量（光の強度）を増減することにより、他のＬＥＤ
から出力される色の光との混色が様々なグレードで発生
する。したがって、理論的には、この方法で表示される
色は無限に変化する。しかしながら、各々のＬＥＤの発
光する周期が同一であると、色は変わっても変化する周
期がワンパターンになり、さらに，予測できない色の変
化や、色が変化するパターンが出現されるようにするた
めには変化する周期も変動できることが望ましい。した
がって、発光する色に加えて、発光するタイミング、お
よびその周期もランダムな発光装置を実現できれば、色
の変化およびその変化するタイミング、さらに、そのパ
ターンも予測できないものになるので、飽きのこない発
光装置を提供することができる。

【０００６】しかしながら、これらすべてを選択するた
めに乱数を用いると、乱数の利用度およびそれを発生す
る頻度が高くなり、滑らかな表示を行うためには高速で
動作するハードウェアが必要となる。したがって、コス
トが高くなり、コンパクトで低コストな発光装置では実
現することが難しい。また、乱数の利用度が高くなるの
で、再現率の低い高度な乱数発生手段を採用しないと、
同じあるいは類似のパターンが比較的短時間で表れる可
能性が高くなる。

【０００７】そこで、本発明においては、上記のような
発光する色、タイミングおよびその周期をランダムにす
ることができる発光装置を簡易なハードウェアで低コス
トで提供することができる発光装置およびその制御方法
を提供することを目的としている。さらに、発光強度を
徐々に変えることにより、様々な色を無限に表示するこ
とができる発光装置および制御方法を提供することも本
発明の目的としている。また、様々な色の変化を実際に
表現することができる発光装置および制御方法を提供す
ることも本発明の目的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】このため、本発明におい
ては、異なる色の複数の光を出力可能な発光装置におい
て、異なる色の光をオンする期間（時間）およびオフす
る期間（時間）だけをランダムに制御することにより、
点灯する色と、その色が点灯する期間を制御できるよう
にしている。すなわち、本発明の発光装置は、異なる色
の光毎のオンする期間およびオフする期間をランダムに
制御する手段を有しており、また、本発明の、異なる色
の複数の光を出力可能な発光装置の制御方法において
は、異なる色の光毎のオンする期間およびオフする期間
をランダムに制御する工程を有する。オンする期間およ
びオフする期間をランダムに制御することにより、それ
ぞれの色の光が点灯するタイミングおよび点灯する期間
がランダムになるので、予測できないタイミングで色が
変わり、さらに、同時に異なる色が点灯しないこともあ
るので、色の変化が極端に変わらず落ち着いた発光パタ
ーンの発光装置を提供できる。さらに、ランダムにタイ
ミングが変わり、複数の色が同時に変わることもあるの
で、色の変化にもアクセントが見られる発光装置を提供
できる。

【０００９】さらに、本発明の発光装置およびその制御
方法では、色毎にオンする期間およびオフする期間をラ
ンダムに制御する手段あるいは工程を設けているので、
色毎にランダムなタイミングでランダムな期間だけ点灯
する。したがって、結果的に発光する色をランダムに選
択しなくても、ランダムにＬＥＤなどの発光手段が点灯
し、発光する色をランダムに選択する手段および工程を
設ける必要がない。このため、簡易で低コストなハード
ウェアで上記のような落ち着きとアクセントがある多彩
なパターンの色を表示できる発光装置を提供できる。

【００１０】オンする期間およびオフする期間は、バリ
アブルにセットすることも可能であるが、数種類の長さ
の時間（設定時間）を予め用意しておき、それらの中か
らランダムに設定するようにしても良い。すなわち、制
御する手段あるいは工程では、オンする期間およびオフ
する期間を、異なる長さに予め設定された設定時間の中
からランダムに選択する手段あるいは工程とを設けるこ
とができる。限られた数種類の設定時間を選択するので
あれば、それに必要な乱数は数ビットですみ、乱数を発
生する機構を簡易にできる。あるいは、乱数として１度
発生したビット列から期間をセットするのに必要なビッ
ト長の乱数を順番に切り出すことも可能であり、乱数を
発生する頻度を低減することができる。このため、処理
速度の低い、低コストなプロセッサを用いても、時間遅
れや点滅などを起こすことなる乱数に基づきＬＥＤなど
の発光源を制御できる。

【００１１】さらに、乱数として発生したビット列から
実際に利用する数ビットの乱数を切り出す場合、その乱
数を必要とするタイミング、すなわち、オンする期間あ
るいはオフする期間も乱数に依存し、ビット列から切り
出す順番もランダムになる。したがって、順番を乱数と
して利用することが可能となり、オンする期間あるいは
オフする期間のいずれか一方を乱数、他方を切り出す順
番でセットしても、いずれの期間もランダムにセットで
きる。すなわち、ランダムに選択する手段あるいは工程
では、所定のビット列の乱数から所定のビット長のデー
タを順番に切り出し、そのデータに基づきオンする期間
およびオフする期間のいずれか一方の期間にセットする
設定時間に変換し、データを切り出す順番を他方の期間
にセットする設定時間に変換することができる。

【００１２】さらに、装飾用あるいは展示品の照明用と
して本発明の発光装置を考えた場合、光が出力されない
と装飾あるいは展示品の照明用として機能しない。さら
に、本発明の発光装置では、オフする期間もランダムに
変わるので、すべての光が長時間にわたりオフになる可
能性もある。したがって、制御する手段あるいは工程で
は、異なる色の光の１つの色の光のオフする期間をセッ
トするときに、他の色の光がオフする期間であれば、そ
の１つの色の光をオフする期間をオンする期間に切替え
ることにより、いずれかの色が出力されるようにするこ
とが望ましい。

【００１３】さらに、オフする期間中も、異なる色の光
を発光する複数の発光手段から出力される光量を完全に
発光無しの状態にするのではなく、発光手段の光量を視
覚的に発光が認識される程度にすることが望ましい。オ
フする期間中に完全に発光無しの状態にすると、たとえ
ば、３色のうち２色がオフする期間で発光がなく、他の
１色が減光して暗くなると視覚的には完全オフと同じよ
うな状態になり、オブジェが暗闇に埋もれてしまう。こ
れに対し、オフする期間中も光量を発光が認識される程
度にすると微量の発光を保つことができるので、常にオ
ブジェの輪郭が認識される程度の光量を確保することが
できる。したがって、暗闇でも常にオブジェが浮き上が
り、装飾効果のより高い発光装置を提供できる。

【００１４】そして、異なる色の光を発光する複数の発
光手段を設け、制御する手段あるいは工程では、オンす
る期間中は、発光手段の光量を徐々に増減することがも
っとも望ましい。徐々に光量を制御することにより、他
の色との混色が無限に変化するので、無限な色を表現す
ることができる。さらに、本発明の発光装置およびその
制御方法では、オンする期間が変動するので、それに伴
って光量を増減するスピードを変えることにより、色が
移り変わる速度もランダムに変えることができ、色彩が
変化するパターンは無限に広がる。さらに、各々の色の
光が同様に異なるタイミングで変動するので、色がグラ
デーションのように徐々に変動したり、急激に変動した
り、実に様々なパターンで様々な色が表示されるように
なる。

【００１５】本発明の制御方法は、ハードワイヤードロ
ジックありはゲートロジックで実現することも可能であ
るが、乱数の発生頻度も少なくなり、処理内容はそれほ
ど多くないので，簡単なプロセッサを用いてプログラム
制御しても表示の遅れなどを感じさせずに済む。したが
って、上記の工程を実行可能な命令を有する制御プログ
ラムとしてコンピュータあるいはプロセッサによって読
み込み可能な記録媒体、たとえば、ＲＡＭあるいはＲＯ
Ｍなどに記録して提供することができる。

【００１６】光量を増減する方法は、階調データに対し
て光量を比例制御する方法と、ＬＯＧ制御（逆ＬＯＧ）
する方法があるが、比例制御すると視覚に感じられる強
さが階調データに比例せずにサチュレートしやすいた
め、明るすぎて色の変化が分かりにくくなる。これに対
し、ＬＯＧ制御だと、色の変化がリニアに感じられるよ
うになるが原色が強く表示されやすく、色の移り変わり
が表れ難い。このため、本発明においては、これらの比
例制御とＬＯＧ制御の間、以降においては擬似ＬＯＧ制
御と称する制御で階調データを光量（光の強さ）に変換
している。したがって、本発明の発光装置においては、
様々な色に変化する様子を明瞭に表現することが可能と
なる。

【００１７】光量を増減するためにはＰＷＭ方式を採用
できるが、擬似ＬＯＧ制御では階調データに対し光量の
変化率を大きくする部分もあり、そのような状態では分
解能が低かったり、プロセッサの動作周波数が低いと、
フリッカが発生する要因となる。動作周波数を上げれば
改善されるが、コストが高くなり、消費電力も増加す
る。このため、ＰＷＭ方式で光量を制御する設定時間を
第１の周期としたときに、この第１の周期を複数に分割
した第２の周期でＰＷＭ制御用のパルス信号を出力し、
そのパルス幅を変えることにより光量を調整し、見かけ
の動作周波数を上げてフリッカなどが発生し難いように
している。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下に図面を参照して本発明につ
いてさらに説明する。図１に、本発明に係る発光装置１
の外観を示してある。この発光装置１は、薄い箱型の本
体（ハウジングあるいは筐体）５を備えており、その上
面２がビロードなどの生地に覆われ、ガラスあるいはそ
の他のオブジェを搭載できる、ライティングプレートと
しての機能を果たすようになっている。上面２のほぼ中
央には窓３が設けられており、その下の本体５の内部に
は複数のＬＥＤを備えた発光部６が設置されている。本
体５の内部には、さらに、乾電池あるいは蓄電池が配置
できるバッテリースペース７と、バッテリーから電力を
駆動回路１０によって制御し、発光部６を適当なタイミ
ングで点灯できる制御部８が設けられている。また，本
体５の側面４には、ＡＣアダプタなどの外部電源が接続
できるコネクタ９も設けられている。

【００１９】図２に、本例の発光装置１にガラス製の透
明あるいは半透明なオブジェ９０が配置された様子を示
してある。発光装置１の発光部６には、赤色Ｒ、緑色Ｇ
および青色Ｂの光線を照射する複数のＬＥＤが配置され
ており、これらが制御部８によって様々なタイミングお
よび強度で点灯する。このため、窓３からは様々な色の
光が様々なパターンで出力される。したがって、窓３の
上に配置されたオブジェ９０は、その光によって照らし
出される。さらに、オブジェ９０が透明あるいは半透明
であると、その光を内部で反射あるいは屈折し、複雑な
色彩のパターンを見せたり、外部のその光を照射する。
このため、本例の発光装置１は、窓３から複雑な色の光
を出力するので、それ自体でもインテリアなどとして価
値があるが、オブジェ９０を搭載することにより、イン
テリアとしての効果が増大し、また、オブジェ９０の新
たな価値を見出すことができる。また、上面２に搭載す
るオブジェ９０はユーザの選択に任されるので、本例の
発光装置１を用いてユーザの好みの雰囲気を演出するこ
とができる。

【００２０】図３に、本例の発光装置１の内部構成の概
要を示してある。発光部１０には、赤色の光を発するＬ
ＥＤ１１Ｒ、緑色の光を発するＬＥＤ１１Ｇおよび青色
の光を発するＬＥＤ１１Ｂの３種類のＬＥＤが配置され
ており、それぞれのＬＥＤから発生される光量（光強
度）を考慮し、ほぼ同等の光量が得られるようにＬＥＤ
の数が調整されている。たとえば、本例では、ＬＥＤ１
１ＲおよびＬＥＤ１１Ｇは４つ配置され、これに対しＬ
ＥＤ１１Ｂは３つ配置され、合計１１個のＬＥＤが発光
部６を構成している。もちろん、発光部６の構成はこれ
に限定されることはなく、ＬＥＤの個数および組み合わ
せはもちろん、ＬＥＤの変わりにレーザを配置してもよ
く、その他の光源、たとえば、カラーフィルタなどを通
して色を表現することができる白色光源であっても良
い。

【００２１】発光部６に電力を供給する駆動回路１０
も、これらのＬＥＤ１１Ｒ、１１Ｇおよび１１Ｂに対し
個別に電力（電圧または電流）を制御できる回路１２
Ｒ、１２Ｇおよび１２Ｂを備えている。本例では、ＰＷ
Ｍ方式で電力を制御できるようになっており、このた
め、制御部８から供給される駆動パルスφｄによってド
ライブされるパワートランジスタ１３が配置されてい
る。本例では、ＬＥＤごとに電力がＰＷＭ制御されてお
り、１１個のＬＥＤに対応して１１個のトランジスタ１
３が用意されている。もちろん、各色ごとにＰＷＭ制御
用のトランジスタを配置して電力を制御しても良いが、
ＬＥＤは固体差が大きいので、ＬＥＤ毎に制御すること
により均質は色を出力するように制御することが可能と
なる。

【００２２】制御部８は、ＬＥＤ１１Ｒ、１１Ｇおよび
１１Ｂを個別に制御する個別制御部１４Ｒ、１４Ｇおよ
び１４Ｂと、これらに対し共通した乱数を発生し供給す
る乱数処理部１５とを備えている。実際には、図４に示
すように、本例の発光装置１の制御部８のほとんどの機
能は本体５に内蔵されたワンチップマイコンとして機能
するＣＰＵ２１あるいはプロセッサによって行われるよ
うになっており、制御部８の機能は、ＣＰＵのプログラ
ムとしてＲＯＭ２２などの記録媒体に記録して提供され
る。したがって、本例の発光装置１の制御機構として
は、これらにオンオフスイッチおよび発光するモードを
複数用意する場合は、それらのモードを切替えるための
インタフェース２３を設けるだけの非常に簡単なハード
ウェアで実現することができ、低コストで提供できる。

【００２３】個別制御部１４Ｒ、１４Ｇおよび１４Ｂの
機能は共通するので、以降においては赤色のＬＥＤ１１
Ｒを制御する場合を例に説明する。また、特に、色毎に
制御が変わる場合を除き、Ｒ、ＧおよびＢは付さない。
個別制御部１４は、ＬＥＤのオン時間Ｔｏｎあるいはオ
フ時間Ｔｏｆｆを決める時間設定部２５と、オフ時間Ｔ
ｏｆｆを設定するときに、他の個別制御部１４Ｇおよび
１４ＢでＬＥＤ１１Ｇおよび１１Ｂを点灯しているか否
かを判断する判定部２６と、オン時間Ｔｏｎが設定され
たときにその期間内でＬＥＤの出力を増減する階調発生
部２７と、その階調データを擬似Ｌｏｇで変換して実際
にＬＥＤから出力される光量を決定する変換部２８と、
それに基づいて駆動パルスφｐを出力するＰＷＭ制御部
２９とを備えている。

【００２４】時間設定部２５では、乱数に基づいてＬＥ
Ｄのオンする期間（オンする時間あるいはオン時間）Ｔ
ｏｎおよびオフする期間（オフする時間あるいはオフ時
間）Ｔｏｆｆをセットし、各ＬＥＤ１１Ｒ、１１Ｇおよ
び１１Ｂから出力される光のタイミング、色、点灯時間
および消灯時間をランダムに決める。一方、判定部２６
では、オフ時間Ｔｏｆｆが設定されたときに、他のＬＥ
Ｄ１１Ｇおよび１１Ｂが点灯していないときは、オフ時
間Ｔｏｆｆを採用すると光が窓３から出力されなくなる
ので、これを避けてオフ時間Ｔｏｆｆをオン時間Ｔｏｎ
に置換する。さらに、本例の発光装置１では、オフ時間
Ｔｏｆｆを設定する場合に、光量の制御量Ｉｓにオフセ
ットを付加し、オフの状態でもＬＥＤに最低電力が常に
供給されるように制御する。これにより、オフ時間Ｔｏ
ｆｆの間でもＬＥＤは発光が認識できる程度の光量を出
力するので、窓３に設置されたオブジェ９０を常に輪郭
程度は識別できるように照明することができる。オフセ
ットを付加する代わりに、電源制御部１０を微小電流が
常時流れるようにパラメータなどを設定し、オフ時間Ｔ
ｏｆｆに制御量Ｉｓが０になってもＬＥＤ１１が微小点
灯するようにしても良い。

【００２５】階調発生部２７は、オン時間Ｔｏｎの間
に、本例では１周期の増減を行うように階調データを発
生する。これによって、オン時間Ｔｏｎの間にＬＥＤ１
１Ｒから出力される光量（光強度）は緩やかに変化し、
他のＬＥＤ１１Ｇおよび１１Ｂから出力される色の光と
様々な割合で混色する。したがって、無数の色の光が窓
３から出力される。

【００２６】変換部２８は、階調データをより色の変化
が見えやすい状態でＬＥＤから出力するために、本例で
は擬似Ｌｏｇで光量に変換している。これについては、
後にさらに詳しく説明する。本例のＰＷＭ制御部２９で
は、駆動回路１２を制御する駆動パルスφｐを、ＣＰＵ
２１の動作クロックを上げずに短周期で制御できるよう
にしているが、これについても詳しくは後で説明する。

【００２７】さらに、本例の制御部１５はこれらの個別
制御部１４Ｒ、１４Ｇおよび１４Ｂに共通した乱数処理
部１５を備えている。乱数処理部１５は、リクエストに
より６ビットの乱数１７を発生する発生部１６と、乱数
１７から順番Ｓで２ビットの乱数φｒを切り出して個別
制御部１４Ｒ、１４Ｇおよび１４Ｂに供給する切り出し
部１８を備えている。

【００２８】以下では、制御部８の処理をフローチャー
トを参照しながらさらに説明する。図５に、各色の光の
制御を行う主な処理を示してある。まず、ステップ３１
で、赤色Ｒの光を出力するＬＥＤ１１Ｒの、オン時間Ｔ
ｏｎあるいはオフ時間Ｔｏｆｆが経過したか否かを判断
し、経過している場合は、ステップ３２で乱数を用いて
時間ＴｏｎあるいはＴｏｆｆを再設定する。時間中であ
れば、ステップ３３でＬＥＤ１１Ｒをオンする処理ある
いはオフする処理を継続して行う。他の色の光も同様で
あり、ステップ３４で、緑色Ｇの光を出力するＬＥＤ１
１Ｇの、オン時間Ｔｏｎあるいはオフ時間Ｔｏｆｆが経
過したか否かを判断し、経過している場合は、ステップ
３５で乱数を用いてそのＬＥＤの時間ＴｏｎあるいはＴ
ｏｆｆを再設定する。時間中であれば、ステップ３６で
オンする処理あるいはオフする処理を継続して行う。ま
た、ステップ３７で、青色Ｂの光を出力するＬＥＤ１１
Ｂの、オン時間Ｔｏｎあるいはオフ時間Ｔｏｆｆが経過
したか否かを判断し、経過している場合は、ステップ３
８で乱数を用いてその時間ＴｏｎあるいはＴｏｆｆを再
設定する。時間中であれば、ステップ３９でオンする処
理あるいはオフする処理を継続して行う。このように処
理を行うＬＥＤの順番などは例示にすぎないことはもち
ろんである。

【００２９】各ＬＥＤ１１Ｒ、１１Ｇおよび１１Ｂにお
ける再設定するステップ３２、３５および３８は共通
し、また、オンあるいはオンする処理であるステップ３
３、３６および３９も共通する。このため、以下では、
赤色のＬＥＤ１１Ｒに対する処理を例に説明する。図６
に、再設定するステップ３２をさらに詳細に示してあ
る。まず、ステップ５１で２ビットの乱数φｒを乱数処
理部１５に要求する。このとき、６ビットの乱数１７が
使い切られていれば、ステップ５２で乱数発生部１６に
より新たな乱数を発生させる。乱数切り出し部１８は、
ステップ５３で、乱数の要求に対し、２ビットの乱数φ
ｒと、それを切り出した順番Ｓ（１から３のいずれか）
を返す。ステップ５４では乱数φｒが「００」であるか
を判断する。乱数φｒが「００」のときは、ステップ５
６でオフ時間Ｔｏｆｆに順番Ｓを設定する。一方、乱数
φｒが「００」でないときは、ステップ５５で乱数φｒ
（１から３）をオン時間Ｔｏｎに設定する。

【００３０】本例の発光装置１では、ＬＥＤを点灯する
時間および消灯する時間として予め３つの異なる長さの
時間（設定時間）ＴＳ１からＴＳ３（本例では、１６．
４秒、１４秒および１３秒の種類）が設けられており、
２ビットの乱数φｒによりそれらの単位時間ＴＳ１から
ＴＳ３を選択してオン時間Ｔｏｎに設定している。ま
た、乱数φｒが０のときは、乱数を切り出した順番Ｓで
設定時間ＴＳ１からＴＳ３のいずれかを選択し、その設
定時間をオフする時間Ｔｏｆｆに設定している。もちろ
ん、オン時間Ｔｏｎとオフ時間Ｔｏｆｆとの設定を逆に
しても良いが、乱数φｒが０になる確率が１／４である
ことを考慮し、ＬＥＤを発光する機会が多いことが望ま
しいことを考慮すると上記のような選択方法が望まし
い。また、乱数をそのままオン時間Ｔｏｎあるいはオフ
時間Ｔｏｆｆに設定する方法あるいは制御も可能である
が、２ビットの乱数φｒそのままでは値に差がつかず好
ましくない。利用する乱数の桁（ビット長）を長くすれ
ば良いが、乱数の消費率が高くなるので、乱数を発生す
る頻度が高くなり、ＣＰＵの処理能力に影響を与える可
能性がある。また、オフ時間に乱数をそのまま設定する
場合も乱数の消費が増えることは同様である。乱数に適
当な係数をかけてオン時間Ｔｏｎに設定すること可能で
あるが、揺らぎとして適当な時間にならない可能性もあ
る。これに対し、複数の設定時間を設けて、乱数によっ
てそれらの中のいずれかを選択するようにすれば、乱数
の消費も低減でき、ＬＥＤを発光させる期間を揺らがせ
るのに適当な時間を選択することも可能となる。

【００３１】また、オン時間Ｔｏｎを乱数で設定するこ
とにより、ＬＥＤ１１Ｒのみならず、他の色のＬＥＤ１
１ＧおよびＬＥＤ１１Ｂがオンとなる時間Ｔｏｎはラン
ダムに決まる。したがって、次に時間を設定するために
乱数φｒが必要となる順番Ｓもランダムになる。このた
め、順番Ｓの組み合わせもランダムになるので、これを
オフ時間Ｔｏｆｆに適用することができ、オフ時間Ｔｏ
ｆｆもランダムに決定される。このように、本例の制御
部８では、オン時間Ｔｏｎおよびオフ時間Ｔｏｆｆが設
定時間ＴＳ１からＴＳ３の組み合わせとしてランダムに
なる。したがって、各々の色のＬＥＤ１１Ｒ、１１Ｇお
よび１１Ｂが点灯するタイミング、点灯する時間がラン
ダムになり、その結果、色が移り変わる順番もランダム
になる。このため、オンする時間Ｔｏｎおよびオフする
時間Ｔｏｆｆをランダムにすることにより、光の色の順
番、光が出るタイミング、光が継続する時間をすべてラ
ンダムにすることが可能であり、多種多様で繰り返しが
ほとんどない様々なパターンの色彩豊かな光を窓３から
出射することができる。オン時間Ｔｏｎだけをランダム
に設定するようにしても、予測の付かない色の組み合わ
せを出力できるが、オフ時間Ｔｏｆｆもランダムにした
ほうがパターンは増え、さらに、次に乱数が必要となる
タイミングもランダムになる。したがって、色彩のパタ
ーン変動はさらに予測されにくくなる。

【００３２】すべての光が消えて、次にいずれかのタイ
ミングで新たな光が窓３から出てくるような制御も可能
であるが、本例では、オブジェ９０を照明したいという
要望もあり、常に何色かの光が窓３からでるようにして
いる。このため、オン時間Ｔｏｎあるいはオフ時間Ｔｏ
ｆｆが設定された後に、ステップ５７で判定部２６の機
能を用いて他の光（ＬＥＤ１１ＧおよびＬＥＤ１１Ｂ）
が点灯していないタイミングで乱数φｒが０になり、オ
フ時間Ｔｏｆｆが設定された場合は、ステップ５８でオ
フ時間Ｔｏｆｆをオン時間Ｔｏｎに置換し、ＬＥＤ１１
Ｒは必ず点灯するようにしている。

【００３３】図７に、オンあるいはオフの処理をフロー
チャートで示してある。まず、ステップ６１でオフ時間
Ｔｏｆｆが設定されていれば、ステップ６８で階調デー
タＩｓにＬＥＤ１１が微小点灯していることが肉眼で認
識できる程度の値をオフセットとして付加する。そし
て、以下で説明するステップ６６でＰＷＭパルスを出力
し、ステップ６７でその時間、すなわちオフ時間Ｔｏｆ
ｆをカウントする。これにより、オフ時間でも微量な光
が常に出力されるので、オブジェ９０が闇に埋もれて不
快感を与えることが無く、オブジェの輪郭を常に浮き立
たせ、視覚的に違和感を与えない照明あるいは装飾効果
を得ることができる。オフセットをセットする代わりに
電力制御部１０でオフ時にも微小電流が流れてＬＥＤ１
１が微小発光するようにしても良いことは上述した通り
である。

【００３４】一方、オン時間Ｔｏｎが設定されていれ
ば、ステップ６２で、オン時間Ｔｏｎの前半であればス
テップ６３で階調データを増加し、後半であればステッ
プ６４で階調データＩｓを減少する。このように、本例
では、単にＬＥＤ１１を一定の強度で点灯させるのでは
なく、強度（光量）を変化させることにより、光の強弱
を表現できるようにしている。そして、詳しくは後述す
るようにステップ６５で擬似Ｌｏｇで強度を変換し、そ
れに基づきステップ６６でＰＷＭパルスφｄを出力し、
さらに、オン時間Ｔｏｎをカウントして光の強度を徐々
に変えながらＬＥＤ１１を点灯する。光量を徐々に変え
ることにより、本例の発光装置１で３色の光が混色され
るときに、各々の光の強度成分がランダムではあるが、
一定の傾向をもって混じりあう。したがって、３原色を
単に混合した８種類の色だけではなく、３原色の比率を
バリアブルに変えた３原色で表現できるすべての多種多
様な色がランダムに表れる可能性がある。さらに、それ
らの多種多様な色の変化が徐々におき、急激に変動する
ことはない。このため、ユーザを極端に刺激することは
なく、むしろ癒し効果をもった、落ち着いた色彩のパタ
ーンを出力することができ、その一方で色およびそれら
が現れるパターンは一定しないので、飽きのこない光の
光を出力することができる。そして、そのような複雑な
変化を示す色の光を非常に簡易なハードウェアで実現で
きることは上述した通りである。

【００３５】本例の制御部８では、色の変化をより美し
く、明瞭に感じられるように幾つかの工夫を施してい
る。まず、ステップ６５で、階調データＩｓを擬似Ｌｏ
ｇで変換する。光源の輝度を変調して光量が視覚への刺
激となったときに、視覚が感じる物理量は、Ｗｅｂｅｒ
−Ｆｅｃｈｎｅｒの法則として知られる通り、光量の対
数で表される。したがって、視覚に直線的な明るさを感
じさせるためには、予め光量を逆Ｌｏｇカーブで変化さ
せる手法が一般的に用いられる。すなわち、図８（ａ）
に示すように、階調データ（ステップ数）Ｉｓと、光量
Ｉあるいは光量に比例する電流あるいは電圧とを比例制
御すると、図８（ｂ）に示すように肉眼でみたときの光
量Ｉｏは比例しない。その結果、図８（ｃ）に示すよう
に、３つの色の光Ｒ、ＧおよびＢを徐々に変化させなが
ら混ぜたときに、ほとんど光が強い状態で混色され、色
の変化が分かりにくく白色に近い状態で色が変わるだけ
になる。

【００３６】一方、図９（ａ）に示すように、階調デー
タ（ステップ数）Ｉｓと、光量Ｉあるいは光量に比例す
る電流あるいは電圧とをＬｏｇ制御（逆Ｌｏｇ制御）す
ると、図９（ｂ）に示すように肉眼でみたときの光量Ｉ
ｏは比例する。しかしながら、この方法でも、混色した
状態はそれほど芳しくない。すなわち、図９（ｃ）に示
すように、３つの色の光Ｒ、ＧおよびＢを徐々に変化さ
せながら混ぜたときに、ほとんど色の光が弱い状態で混
色され、原色に近い色が表示される期間が長くなる。し
たがって、多様な色が表示されるものの、中間色が表示
される割合が低くなり、また、色が徐々に移り変わるス
ピードが速く感じられる。

【００３７】そこで、本例では、リニア制御と、Ｌｏｇ
制御の中間で階調データＩｓを光量Ｉに変換している。
すなわち、図１０（ａ）に示すように、階調データＩｓ
に対し、リニア制御とＬｏｇ制御のほぼ中間となるよう
に光量Ｉを変換する。その結果、図１０（ｂ）に示すよ
うに、肉眼で見たときに、若干、低階調度のデータが強
調されるようにＬＥＤから出力することができる。した
がって、このように変換した色の光を混色すると、図１
０（ｃ）に示すように、中間的な強度のときに色が混ざ
り合う。このため、中間色がより頻繁に表示され、ま
た、中間色が表示される時間が長くなる。さらに、色が
変化するスピードが穏やかになり、白色に近い強い光が
出射される確率も少なくなる。

【００３８】このように、本例の発光装置１において
は、複数個の赤・緑・青ＬＥＤがそれぞれ３つの明暗周
期（速度）からランダムに選ばれ、それらの明るさの変
化は対数変化とリニア変化の間で交差させ、色の交差点
が対数変化より中間点に近くなる擬似Ｌｏｇ変化により
制御される。このため、光量の変化がＬｏｇ曲線に近い
折れ線を描く事により、肉眼で見た場合、リニア変化よ
り明るさの変化は緩やかになる。したがって、本例の発
光装置１が目的としている、癒し効果のある、穏やか
で、落ち着いた色の変化が表現でき、長時間見ていても
飽きのこない多色の光を多彩なパターンで出力すること
ができる。

【００３９】擬似Ｌｏｇで階調データＩｓを光量Ｉに変
換した後、その光量Ｉに比例するように電力をＰＷＭ方
式でＬＥＤに供給して発光する。そして、その駆動パル
スφｄを生成する図７に示したステップ６６において、
駆動パルスφｄの周期を短くすることにより徐々に移り
変わる色をフリッカしないで表現できるようにしてい
る。すなわち、光量を擬似Ｌｏｇカーブに忠実に変化さ
せようとした場合、カーブが緩やかな部分での変化を実
現するために、明るさ制御の分解能は、１０ビット程度
以上が必要である。しかしながら、ＣＰＵを使った安価
な回路でＰＷＭ制御を行う場合、ＣＰＵの動作クロック
を発生させるために、水晶発振子やセラミック発振子を
用いず、抵抗・コンデンサによるＣＲ発振回路を用いコ
ストダウンを図ることが多い。このような構成は、安価
ではあるが、動作クロックが高くできず、たとえば、４
ＭＨｚ程度の動作クロックが得られる程度である。

【００４０】さらに、安価にＰＷＭ制御を行おうとする
と、本例のように、ハードウェアによるＰＷＭ発生回路
を持てず、また、低コストなＣＰＵでは内部リソースと
しても用意されていないので、ソフトウェア処理により
ＰＷＭ波形を生成することになる。このような構成にお
けるＰＷＭ制御は、その分解能に比例して、ＰＷＭ周期
が長くなってしまう。例えば８ビット（２５６段階）の
分解能を持たせたＰＷＭ波形を上述したような低い動作
クロックのＣＰＵで、ソフトウェアで発生させようとす
ると、ＰＷＭ周期は数ミリ秒、たとえば、３ミリ秒程度
となり、ＰＷＭ周波数にすると３３３Ｈｚとなる。そし
て、本例の発光装置１のように、ＲＧＢ３色を同時に処
理する場合は、３倍つまりＰＷＭ周波数１１１Ｈｚなど
となる。したがって、１０ビットの分解能を持ちたい場
合には、ＰＷＭ周期が４倍つまりＰＷＭ周波数は、約２
８Ｈｚと非常に低くなる。

【００４１】このため、逆Ｌｏｇあるいは擬似Ｌｏｇな
どの非線型な光量変化を、安価なＣＰＵのソフトウェア
によるＰＷＭ制御で実現しようとした場合、ＰＷＭ周波
数が低くなってしまうことが避けられない。これによ
り、ＬＥＤなどＯＮ／ＯＦＦ応答性の速い発光デバイス
を制御した場合、低いＰＷＭ周波数の影響で光がちらつ
いて見えるいわゆるフリッカが発生することがある。上
述の例で３色の制御を行う場合の２８Ｈｚなどは、この
影響が顕著である。

【００４２】従来のＰＷＭ制御では、例えば分解能６ビ
ット（６４段階）の変調をおこなう場合、図１１(ａ)に
示すように、１つのＰＷＭ波形は６４段階分の周期を持
ち、この一つの波形が繰り返されている。すなわち、分
解能と駆動パルスφｐの周期（ＰＷＭ周期）が一致して
おり、このままＬＥＤを点灯するとＬＥＤの点灯周期で
光のちらつきが肉眼で認識できてしまう。そこで、本例
では、図１１（ｂ）に示すように、６４段階分の周期を
例えば４分割、すなわち１６段階分の周期を持つ４つの
部分に分割し、これをＰＷＭ制御によってエネルギーを
制御するための１波形（１周期）とする。そして、この
波形をＣＰＵで繰り返し発生させることにより光量を制
御する。

【００４３】図１１では、分解能６４段階のＰＷＭ制御
においてデューティー３３／６４の状態を示している。
例えば、デューティーが３４／６４に上がった場合、駆
動パルスφｐの周期は１／４となり、ＬＥＤが点滅する
周期が１／４になる。したがって、ＬＥＤの点滅がちら
つきとして肉眼で認識できる可能性は減る。そして、図
１１（ｂ）に示した本例の方式では、第２周期で駆動パ
ルスφｐＨの期間が９Ｔ、Ｌの期間が７Ｔと変化する。
このため、エネルギーを変動する周期（６４Ｔ）では、
従来と同様にＰＷＭ制御ができており、４パルスで階調
が表現される。したがって、ＬＥＤ１１をＰＷＭ制御す
るときに、低解像度であってもちらつきがなく高品質な
中間強度の光を出力することができる。デューティーの
増加あるいは減少に伴い駆動パルスφｐのパルス幅Ｈを
伸ばす制御は、第１周期、第２周期・・の順でなくても
よく、逆順、飛び飛びなどでエネルギーを制御すること
ができる。

【００４４】オン時間Ｔｏｎが設定されている場合は、
このように光量を徐々に変化させながらＬＥＤ１１から
光が照射される。そして、図７のステップ６７に示した
ように、オン時間Ｔｏｎをカウントし、時間が経過する
と乱数を要求して次のサイクルに入る。なお、本例で
は、光量を徐々に減少させてオン時間Ｔｏｎを終了する
ときに、ステップ６８で説明したのと同じ程度のオフセ
ットを維持している。すなわち、オン時間Ｔｏｎが終了
するタイミングでも、ＬＥＤ１１の光量を示す制御信号
Ｉｓは肉眼で見える程度の光量に相当する値にしてお
り、制御信号Ｉｓはそれ以下に下がらず、ＬＥＤ１１が
全く消えてしまうことがないようにしている。これは赤
色のＬＥＤ１１Ｒに限らず、すべての色のＬＥＤでも同
様である。したがって、上述したステップ６８の処理で
オフ時間Ｔｏｆｆの間もＬＥＤは肉眼で認識できる程度
に光ように制御されるので、本例の発光装置１において
は、常にすべてのＬＥＤ１１Ｒ、１１Ｇおよび１１Ｂ
が、少なくとも肉眼で認識できる最小輝度で発光し、オ
ブジェ９０をライトアップできるようになっている。

【００４５】以上に説明したように、本例の発光装置１
では、中間色も含めた多種多様な色の光が様々なパター
ンで表示され、さらに、それらの色が徐々に移り変わ
る。したがって、オフィスでは、会杜のロゴのライトア
ップ、ショウルームでは光を通す商品のライトアップな
どに利用できる。上に置かれる物はガラス細工に限ら
ず、身のまわりにあるありふれた物が、思わぬディスプ
レイとして変身する。光を通すものであれば素材は問わ
ず、香水のビン、台所用品、プラスティックの文具など
様々である。上に置かれたオブジェにより同じ照明色で
あっても、目に映る配光は異なってくる。また、オブジ
ェの中の装飾（たとえ泡や傷であっても）は、不思議な
造詣として映し出される。

【００４６】また、このように徐々に色が変化するパタ
ーンだけではなく、他のパターンと混合したり、あるい
は、他のパターンを切り替えて表示できるようにしてお
くことも可能である。本例の発光装置１は、輝度４パタ
ーン点灯モードも備えており、このモードでは、オン時
間Ｔｏｎおよびオフ時間Ｔｏｆｆをランダムに選択する
代わりに、階調データＩｓがオフも入れて４段階にラン
ダムに設定され、点灯時間は０．８秒などの一定時間に
設定される。したがって、中間色も表示され、点灯パタ
ーンもランダムに変わるが、点滅がスピーディに切り替
わり、上記と異なった趣の照明を行うことができる。

【００４７】また、発光部にはＬＥＤを採用しているが
ＬＥＤに限定されないことは上述した通りである。しか
しながら、コンパクトで光強度の応答性がよく、単色の
光を発光する光学素子としてＬＥＤは最も適当な発光源
であると言える。

【００４８】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明の発光装
置は、異なる色の光毎のオンする期間およびオフする期
間をランダムに制御することができるものであり、簡易
なハードウェアにより、色の順番、タイミングおよびそ
の色の光が出ている期間のすべてをランダムに出力でき
るものである。さらに、発光期間内で光量を増減するこ
とにより、中間色を含めた多種多様な光を予期できない
パターンで出力することが可能であり、イルミネーショ
ン、玩具、文房具、気分転換などを目的とした治療具な
どの多種多様な方面で利用することが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に係る発光装置の概要を示
す図である。

【図２】発光装置にガラスのオブジェを搭載した状態を
示す図である。

【図３】発光装置の機能構成を示す図である。

【図４】発光装置の概略構成を示す図である。

【図５】発光装置の概略動作を示すフローチャートであ
る。

【図６】オン期間およびオフ期間を再設定する処理を示
すフローチャートである。

【図７】オンおよびオフする処理を示すフローチャート
である。

【図８】リニア制御の様子を示す図である。

【図９】Ｌｏｇ制御の様子を示す図である。

【図１０】擬似Ｌｏｇ制御の様子を示す図である。

【図１１】ＰＷＭ制御の様子を示す図である。

【符号の説明】

１ 発光装置（ライティングプレート） ３ 発光用の窓 ６ 発光部 ７ バッテリースペース ８ 制御部 １０ 電力制御部 １１Ｒ、１１Ｇ、１１Ｂ ＬＥＤ １２Ｒ、１２Ｇ、１２Ｂ 駆動回路 １４Ｒ、１４Ｇ、１４Ｂ 個別制御部 １５ 乱数処理部 １６ 乱数発生部 １７ ６ビットの乱数 １８ 乱数切り出し部 ２１ ＣＰＵ ２２ ＲＯＭ ２５ 時間設定部 ２６ 判定部 ２７ 階調発生部 ２８ 擬似Ｌｏｇ変換部 ２９ ＰＷＭ制御部 ９０ オブジェ

フロントページの続き (72)発明者 高木 わか子 長野県岡谷市赤羽３丁目６番８号 株式会 社サイパーク内 Ｆターム(参考） 3K060 AA06 BB02 BB06 BD02 BD06 BD10 EA01 3K073 AA41 CE00 CG06 CG10 CG13 CG15 CG21 CJ05 CJ17 CJ19 CJ21 CL01 CL02

Claims (17)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 異なる色の複数の光を出力可能な発光装
   置であって、 前記異なる色の光毎のオンする期間およびオフする期間
   をランダムに制御する手段を有する発光装置。
2. 【請求項２】 請求項１において、前記制御する手段
   は、前記オンする期間およびオフする期間を、異なる長
   さに予め設定された複数の設定時間の中からランダムに
   選択する手段を備えている発光装置。
3. 【請求項３】 請求項２において、前記ランダムに選択
   する手段は、所定のビット列の乱数から所定のビット長
   のデータを順番に切り出し、そのデータに基づき前記オ
   ンする期間およびオフする期間のいずれか一方の期間に
   セットする前記設定時間に変換し、前記データを切り出
   す順番を他方の期間にセットする前記設定時間に変換す
   る発光装置。
4. 【請求項４】 請求項１において、前記制御する手段
   は、前記異なる色の光の１つの色の光の前記オフする期
   間をセットするときに、他の色の光が前記オフする期間
   であれば、前記１つの色の光をオフする期間を前記オン
   する期間に切替える手段を備えている発光装置。
5. 【請求項５】 請求項４において、前記異なる色の光を
   発光する複数の発光手段を有しており、前記制御する手
   段は、前記オフする期間中は、前記発光手段の光量を視
   覚的に発光が認識される程度にする発光装置。
6. 【請求項６】 請求項１において、前記異なる色の光を
   発光する複数の発光手段を有しており、前記制御する手
   段は、前記オンする期間中は、前記発光手段の光量を徐
   々に増減する手段を備えている発光装置。
7. 【請求項７】 請求項６において、前記光量を増減する
   手段は、階調データに対して光量を、比例制御およびＬ
   ＯＧ制御の間で制御する手段を備えている発光装置。
8. 【請求項８】 請求項６において、前記光量を増減する
   手段は、ＰＷＭ方式で光量を制御する手段であり、光量
   を制御する単位の第１の周期を複数に分割した第２の周
   期のパルス信号により光量を制御する発光装置。
9. 【請求項９】 異なる色の複数の光を出力可能な発光装
   置の制御方法であって、 前記異なる色の光毎のオンする期間およびオフする期間
   をランダムに制御する工程を有する発光装置の制御方
   法。
10. 【請求項１０】 請求項９において、前記制御する工程
    は、前記オンする期間およびオフする期間を、異なる長
    さに予め設定された複数の設定時間の中からランダムに
    選択する工程とを備えている発光装置の制御方法。
11. 【請求項１１】 請求項１０において、前記ランダムに
    選択する工程では、所定のビット列の乱数から所定のビ
    ット長のデータを順番に切り出し、そのデータに基づき
    前記オンする期間およびオフする期間のいずれか一方の
    期間にセットする前記設定時間に変換し、前記データを
    切り出す順番を他方の期間にセットする前記設定時間に
    変換する発光装置の制御方法。
12. 【請求項１２】 請求項９において、前記制御する工程
    は、前記異なる色の光の１つの色の光の前記オフする期
    間をセットするときに、他の色の光が前記オフする期間
    であれば、前記１つの色の光をオフする期間を前記オン
    する期間に切替える工程を備えている発光装置の制御方
    法。
13. 【請求項１３】 請求項１２において、前記発光装置
    は、異なる色の光を発光する複数の発光手段を有してお
    り、 前記制御する工程は、前記オフする期間中は、前記発光
    手段の光量を視覚的に発光が認識される程度にする工程
    を備えている発光装置の制御方法。
14. 【請求項１４】 請求項９において、前記発光装置は、
    異なる色の光を発光する複数の発光手段を有しており、 前記制御する工程は、前記オンする期間中は、前記発光
    手段の光量を徐々に増減する工程を備えている発光装置
    の制御方法。
15. 【請求項１５】 請求項１４において、前記光量を増減
    する工程では、階調データに対して光量を、比例制御お
    よびＬＯＧ制御の間で制御する発光装置の制御方法。
16. 【請求項１６】 請求項１４において、前記光量を増減
    する工程では、ＰＷＭ方式で光量を制御し、光量を制御
    する単位の第１の周期を複数に分割した第２の周期のパ
    ルス信号により光量を制御する発光装置の制御方法。
17. 【請求項１７】 異なる色の複数の光を出力可能な発光
    装置の制御プログラムであって、 前記異なる色の光毎のオンする期間およびオフする期間
    をランダムに制御する工程を実行可能な命令を有する前
    記制御プログラムが記録されていることを特徴とするコ
    ンピュータ読み取り可能な記録媒体。