JP2002056992A - 調整可能な色温度を有する補助照明装置 - Google Patents

調整可能な色温度を有する補助照明装置

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JP2002056992A
JP2002056992A JP2001111148A JP2001111148A JP2002056992A JP 2002056992 A JP2002056992 A JP 2002056992A JP 2001111148 A JP2001111148 A JP 2001111148A JP 2001111148 A JP2001111148 A JP 2001111148A JP 2002056992 A JP2002056992 A JP 2002056992A
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leds
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C Amerson Frederic
フレデリック・シー・アマーソン
Paul M Hubel
ポール・エム・ヒューベル
Ricardo J Motta
リカルド・ジェイ・モッタ
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    • H05B45/00—Circuit arrangements for operating light-emitting diodes [LED]
    • H05B45/20—Controlling the colour of the light
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S362/00—Illumination
    • Y10S362/80—Light emitting diode

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  • Circuit Arrangement For Electric Light Sources In General (AREA)
  • Color Television Image Signal Generators (AREA)
  • Led Device Packages (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 補助照明装置の色温度を調整することが可能
なシステムを提供すること。 【解決手段】 調整可能な色温度を有する補助照明装
置。少なくとも２つの別個に調整可能な光源(604)を変
動させることにより色温度が調整される。該光源は、少
なくとも２色からなるアレイである。該光源は典型的に
は、少なくとも１組のLEDを使用するものとなる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、一般にディジタル
カメラに関し、特に調整可能な色温度を有する補助照明
装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】ディジタルカメラでイメージを捕捉する
場合、シーンの照明源が該カメラで捕捉された色に影響
する。屋内のシーンでは、照明源は広範に変動し得るも
のであり、かかる照明源としては、タングステン電球、
ハロゲンランプ、蛍光灯、窓を通して入ってくる太陽
光、又はキセノン光等が挙げられる。これら各タイプの
光源は、異なるスペクトルエネルギー分布をそれぞれ有
している。高温で白熱するフィラメントを使用して光を
生成するタイプの光源（例えばタングステン電球）は、
光のフィラメントよりも50度高い温度を有するプランク
放射体（Plankian radiator）として定義される色温度
という特徴を一般に有するものである（図１を参照）。
また、太陽は、プランク放射体として特徴付けることも
可能であるが、大気中での散乱及び吸収を介した波長の
損失により、該損失した波長においてプランク放射体と
は大きな差が生じるものである。太陽のスペクトル出力
分布が変動するため、標準的なスペクトル出力分布曲線
が展開されてきた。かかる標準的な曲線の１つとして、
6500Kの色温度を有するD65と呼ばれるものがある（図２
を参照）。空の雲もまた、太陽からシーンに到達するエ
ネルギーのスペクトル分布に影響を与え得るものであ
る。時刻もまた太陽の色温度に影響を与える（「正午」
対「日の出」）。色温度は、物体が直接太陽光に当たっ
ているか日陰にあるかによって影響を受け得る。
【０００３】蛍光体層を励起して蛍光を発させるタイプ
の光源（例えば蛍光ランプ及びキセノンランプ）は、水
銀蒸気スペクトルとの組み合わせで該ランプの蛍光体に
一意のスペクトル分布を有する傾向にある（図３を参
照）。
【０００４】これら各光源は、それぞれ異なるスペクト
ル出力分布を有しており、これがカメラにより捕捉され
るシーンの色に影響を与える。例えば、タングステン電
球によって照明された白い物体は、カメラによって捕捉
されたシーンでは黄色に見える。これは、タングステン
電球がそれほど多くの青色光を生成しないためである。
白い物体は、その物体に当たる同様の量の赤色、緑色、
及び青色の光を反射する物体である。白い物体がタング
ステン電球によって照明される場合には、赤色光が青色
光より多く被写体に当たっており、そのため赤色光の方
が多く反射され、カメラには物体が黄色く見えることに
なる。人間の眼は、異なる照明に対する調節を行って色
ずれを補償するが、カメラはシーンの実際の光を記録す
る。
【０００５】幸いにも、光源により生成されるかかる色
ずれは補正することが可能である。該補正は、一般にホ
ワイトバランス処理と呼ばれる。イメージを正しいホワ
イトポイントに調節しようとして現在２つの方法が用い
られている（米国特許第6,038,399号を参照のこと）。
【０００６】その１つの方法では、シーン中の最も明る
いポイントを探し、該ポイントが白色であるべきと仮定
する。該最も明るいポイントが白色になるまで調整さ
れ、次いで該調整を用いてシーンの残りのバランスをと
る。この方法は、シーン中の最も明るいポイントが白い
物体から又は鏡面反射からのものであるとの仮定に基づ
いて動作する。例えば、鏡面反射は車のフロントガラス
から到来するものである。もう１つのホワイトバランス
方法では、イメージ中の全ての領域の和が中間の灰色(n
eutral gray)になるまでイメージを調整する。一般に、
これらの方法は何れも、シーン全体に適用されるもので
ある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】シーン全体に対するホ
ワイトバランスアルゴリズムの適用は、フラッシュを使
用してシーン内のイメージを生成する場合に問題となり
得る。フラッシュまたは補助照明装置を使用してシーン
の照明を向上させる場合、一般に該フラッシュは該シー
ン内の周囲光と同じ色温度を有していない。フラッシュ
が使用されると、近くの対象物は遠く離れた対象物より
も多くフラッシュにより照明される。フラッシュの出力
または強度は一般に角度に依存する。これは、フラッシ
ュがシーンの端に比べてシーンの中心をより多く照明す
ることを意味している。このため、１シーン中の各対象
物の照明色は、カメラと該対象物との間の距離、該対象
物と該シーンの中心との間の角度、及び周囲光の色温度
とフラッシュの色温度との差異に依存するものとなる。
これは、シーンの光源に起因する色温度のシフトに関す
るシーンの補正を困難にする。フラッシュの色温度を調
整して周囲光の色温度と一致させることができれば、シ
ーン全体の補正またはホワイトバランス処理を行うこと
が可能となる。したがって、補助照明装置の色温度を調
整することができるシステムが必要とされている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は、調整可能な色
温度を有する補助照明装置を提供する。該色温度は、別
個に調整することが可能な光源の光出力を変更すること
により調整される。該光源は、赤色LED、緑色LED、及び
青色LEDのアレイとすることが可能である。
【０００９】本発明の他の特徴及び利点は、本発明の原
理を例示する図面と共に以下の詳細な説明を参照するこ
とにより明らかとなろう。
【００１０】
【発明の実施の形態】シーンの照明を援助するために使
用される補助照明装置の色温度を調整することができる
システムは、獲得されるシーンの色バランスを大きく改
善する。
【００１１】本発明の一実施形態は、発光ダイオード
（LED）のアレイを備えている。このアレイは、異なる
３色のLED（図４参照）から構成されている。これら３
色のうちの２色は、青色（402）及び緑色（404）であ
る。第３の色は、赤色または黄色である。別の実施形態
では、LEDアレイは、赤色、緑色、青色、及び黄色の４
色を含むものとなる。更に別の実施形態では、広波長帯
域光源（ハロゲン電球等）が、単一色のLEDアレイと組
み合わされる。更に別の実施形態では、広波長帯域光源
（ハロゲン電球等）が、異なる２色のLEDのアレイと組
み合わされる。該LEDアレイは、一色のLEDを複数個含む
ことが可能であり、またある色のLEDを他の色のLEDより
も多く含むことも可能である。例えば、アレイは、10個
の赤色LED、10個の青色LED、及び8個の緑色LEDを含むこ
とが可能である。ある１色の全てのLEDにより１組のLED
が構成される。各組のLEDは、その組をなすLEDがどれだ
けの量の光を生成するかを別個に制御することが可能と
なっている。各組のLEDがその他の組のLEDと比較して所
定の比率の出力を生成している場合に、該LEDアレイか
らの光出力の総和が白になる。
【００１２】LEDアレイが周囲光の色温度を模倣するた
めには、一致させるべき照明のタイプが既知でなければ
ならない。一つの方法では、ユーザが、複数の選択子の
リストから光のタイプを選択する。別の方法では、カメ
ラまたは補助装置がシーン中の現在の光を測定して照明
のタイプを決定する。一致させるべき照明のタイプが決
定されると、各組のカラーLEDから到来する光の量が、
かかるLEDアレイから到来する光の総量が周囲の照明源
と比色的に一致する（colorimetric match）よう調整さ
れる。各タイプの周囲光源は、典型的には、複数組のカ
ラーLEDから到来する光の比率とは異なる比率を有する
ものとなる。
【００１３】図１は、フィラメント温度が3250Kである
タングステン電球のスペクトル出力分布を示している。
図５は、４つのLED、すなわち青色LED（502）、緑色LED
（504）、黄色LED（506）、及び赤色LED（508）のスペ
クトル出力分布を示している。図５から、周囲光源と一
致させるためのLEDのうちの３つ、例えば赤色LED、緑色
LED、及び青色LEDに関する出力の比率は、以下の方程式
を用いて計算することができる。（当業界で周知の）標
準的な比色公式（colorimetric formula）を使用して周
囲光源の色度を計算する（例えば、x0＝0.4202、y0＝0.
3976）。ここで、x0及びy0は、周囲光源の色度座標であ
る。所与の色度座標の一致は、CIE三刺激値（tristimul
us values）X,Y,Zを求めることにより実施することがで
きる。該三刺激値は、三刺激関数X(λ),Y(λ),Z(λ)及
びLEDアレイからの総出力パワーから計算される。LEDア
レイからの出力は、３つのLEDアレイのスペクトル出力
分布RLED(λ),GLED(λ),BLED(λ)、及び各アレイ毎の乗
数E1,E2,E3によって表される。
【００１４】 X＝∫X(λ)（E1RLED(λ)＋E2GLED(λ)＋E3BLED(λ)）dλ (式1) Y＝∫Y(λ)（E1RLED(λ)＋E2GLED(λ)＋E3BLED(λ)）dλ (式2) Z＝∫Z(λ)（E1RLED(λ)＋E2GLED(λ)＋E3BLED(λ)）dλ (式3) この場合、該積分は可視スペクトル（例えば350〜780n
m）について評価される。これらの等式からLEDアレイの
色度座標を次のように計算することができる。
【００１５】y＝Y／(X＋Y＋Z） (式4) x＝X／(X＋Y＋Z） (式5) ここで、各組のLEDの相対的な出力が関心の対象である
ため、次式を設定することができる。
【００１６】E1＋E2＋E3＝1 (式6) 次いで、式1、式2、及び式3を式4及び式5に代入する。
よって、LEDアレイの色度座標をE1及びE2に関して次の
ように表すことができる。
【００１７】x(E1，E2)＝x0 y(E1，E2)＝y0 ここで、x0及びy0は、所望の周囲光の色度座標である。
ニュートン・ラプソン法（W.H.Press、B.P.Flannery、
S.A.Peukoastky、及びW.T.Vetterling著「Numerical re
gression: the art of scientific computing」(Cambri
ge University Press,1988)に記載されている）は、２
次元の場合には、次のように一般化することができる。
【００１８】
【数１】
【００１９】ｎ回目の反復について、E1,n及びE2,nに関
する偏導関数xn及びynが数値的に計算される。これによ
り、E1,E2の一次近似に基づいてE1,E2の新たな値が与え
られる。逆行列を求めることにより、E1,E2の次の値が
得られる。
【００２０】
【数２】
【００２１】これは、E1,E2の全体的な変化が所定の誤
差量（例えば0.0001）未満になるまで反復される。上記
方法を用いて計算されたLEDアレイの出力比は、LEDの光
と周囲光との間の視覚的な（又は比色的な）一致を与え
るものとなる。大抵の場合、これは、カメラのためのス
トロボ設定としての使用に適当なものとなる。これらの
計算及びその結果として得られるLEDの出力比をカメラ
の特定のスペクトル感度に合わせて調整することによ
り、更なる改善を達成することが可能である。カメラ設
計においては、スペクトル感度を、等色関数（X(λ),Y
(λ),Z(λ)）を線形変換したものとすることが目標であ
るが、信号対ノイズ及び設計上の制約のため、かかる目
標が厳密に達成されることはない。このため、周囲光か
らカメラにより受容された信号にLED照明を一致させる
ことが望ましい。これにより、カメラから見た色一致が
提供され、かかる色一致は、人間の観測者に関して設計
された一致とは僅かに異なるものとなる。カメラから見
た色一致の場合には、等色関数（X(λ),Y(λ),Z(λ)）
がカメラ固有のスペクトル感度関数に置換される点を除
き、上記のように分析が反復される。カメラ固有のスペ
クトル感度関数を使用する結果として、カメラが検出す
る周囲光からのカラーと一致するようLEDに関する正し
い出力比が得られることになる。
【００２２】CIE等色関数（X(λ),Y(λ),Z(λ)）を用い
て計算された視覚的（あるいは比色的）な一致を用いて
出力比を生成する結果として、汎用的なフラッシュが得
られることになる。この汎用的なフラッシュは、異なる
スペクトル感度を有する複数のカメラ間で交換可能に使
用することができるものである。カメラ間のスペクトル
感度の違いは、CCD設計の相違及び／またはフィルタ通
過帯域の相違によって生成され得るものである。カメラ
固有のスペクトル感度関数を使用して生成された出力比
は、その設計対象となったカメラで最も良好に作用す
る。
【００２３】上記で使用した方法は、２つの光源（例え
ば赤色LED及び青色LED）間での出力比を決定するために
も使用されることが可能である。この方法はまた、広帯
域光源及び狭帯域光源（例えばLED及びハロゲン光源）
についても有効なものである。２つの光源しか存在しな
い場合には、その光を周囲光源に厳密に一致させること
ができない可能性がある。該２つの光源は、周囲光源の
数を最大限にするよう選択すること、又は特定の周囲光
源に極めて近接した１つの一致しか存在しないように選
択することが可能である。広帯域光源B及び狭帯域光源N
に関する等式の形は次のようになる。
【００２４】X＝∫X(λ)（E1B(λ)＋E2N(λ)）dλ ここで、B(λ)は広帯域光源のスペクトル出力、N(λ)は
狭帯域光源のスペクトル出力である。
【００２５】４つの光源要素を有する調整可能光源の場
合には、それら４つの光源要素間の出力比は、周知の計
算方法を使用して決定することができる。
【００２６】補助照明装置は、多数の周囲光源に関する
正しい出力比のテーブル又はリストを含むものとなる。
【００２７】本発明の上記説明は、例示及び説明を目的
として提示したものである。全てを網羅すること又は本
開示の厳密な形態に本発明を限定することは意図してお
らず、上記教示に鑑み他の修正及び変形を実施すること
が可能である。本実施形態は、本発明の原理及びその実
際上の用途を最も良好に説明し、これにより当業者が企
図する特定の使用に適した様々な実施形態及び様々な変
形形態で本発明を最も良好に利用することが可能となる
ようにするために選択されたものである。特許請求の範
囲は、従来技術により制限されない限り、本発明の他の
代替的な実施形態を含むことを意図したものである。
【００２８】以下においては、本発明の種々の構成要件
の組み合わせからなる例示的な実施態様を示す。 １．調整可能な色温度を有する多要素光源であって、第
１の波長帯域にわたる光を生成する第１の光源と、第２
の波長帯域にわたる光を生成する第２の光源と、各光源
により生成される光の量を調整することが可能な制御シ
ステムとを備えている、調整可能な色温度を有する多要
素光源。 ２．調整可能な色温度を有する多要素光源であって、第
１の波長帯域にわたる光を生成する第１の光源(402)
と、第２の波長帯域にわたる光を生成する第２の光源(4
04)と、第３の波長帯域にわたる光を生成する第３の光
源と、各光源によって生成される光の量を調整すること
が可能な制御システムとを備えている、調整可能な色温
度を有する多要素光源。 ３．前記第１の光源が赤色光(508)を生成し、前記第２
の光源が緑色光(504)を生成し、前記第３の光源が青色
光(502)を生成する、前項２に記載の多要素光源。 ４．前記第１の光源が黄色光(506)を生成し、前記第２
の光源が緑色光(504)を生成し、前記第３の光源が青色
光(502)を生成する、前項２に記載の多要素光源。 ５．第４の波長帯域にわたる光を生成する第４の光源を
更に備えている、前項２に記載の多要素光源。 ６．多要素光源の色温度を調整する方法であって、前記
多要素光源(602)に関する第１の色温度を選択し、第２
の波長帯域(604)における光を生成する第２の光源要素
の光出力に対する第１の波長帯域にわたる光を生成する
第１の光源要素の光出力の比により、前記多要素光源に
関する前記第１の色温度が生成されるように、該２つの
光源要素の該光出力の比を調整し、前記多要素光源に関
する第２の色温度を選択し、前記調整ステップを繰り返
して、前記多要素光源に関する前記第２の色温度を生成
する光を生成する、という各ステップを有する、多要素
光源の色温度を調整する方法。 ７．多要素光源の色温度を調整する方法であって、前記
多要素光源に関する色温度を選択し、第１の波長帯域に
わたる光を生成する第１の光源の光出力を調整し、第２
の波長帯域にわたる光を生成する第２の光源の光出力を
調整し、第３の波長帯域にわたる光を生成する第３の光
源の光出力を、該３つの光源の光出力の比が所望の多要
素光源の前記色温度を生成するものとなるように、調整
する、という各ステップを有する、多要素光源の色温度
を調整する方法。 ８．前記光源のうちの少なくとも一つが発光ダイオード
(LED)である、前項７に記載の方法。 ９．前記LEDのうちの一つが赤色LEDであり、前記LEDの
うちの一つが緑色LEDであり、前記LEDのうちの一つが青
色LEDである、前項８に記載の方法。 10．多要素光源の色温度を調整する方法であって、前記
多要素光源に関する色温度を選択し、第１の波長帯域に
わたる光を生成する第１の光源の光出力を調整し、第２
の波長帯域にわたる光を生成する第２の光源の光出力を
調整し、第３の波長帯域にわたる光を生成する第３の光
源の光出力を調整し、第４の波長帯域にわたる光を生成
する第４の光源の光出力を、該４つの光源の光出力の比
が所望の多要素光源の前記色温度を生成するものとなる
ように、調整する、という各ステップを有する、多要素
光源の色温度を調整する方法。
【図面の簡単な説明】
【図１】タングステン電球の出力のスペクトル分布を示
すグラフである。
【図２】D65の出力のスペクトル分布を示すグラフであ
る。
【図３】蛍光電球の出力のスペクトル分布を示すグラフ
である。
【図４】本発明による異なる３色のLEDのアレイを有す
る補助照明装置を示す説明図である。
【図５】赤色LED、緑色LED、黄色LED、及び青色LEDの出
力のスペクトル分布を示すグラフである。
【図６】本発明による多要素光源の色温度の調整方法を
示すフローチャートである。
【符号の説明】
402 第１の光源 404 第２の光源 502 青色光 504 緑色光 506 黄色光 508 赤色光 602 多要素光源 604 第２の波長帯域
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ポール・エム・ヒューベル アメリカ合衆国カリフォルニア州94040, マウンテンビュー，クエスタ・ドライブ・ 956 (72)発明者 リカルド・ジェイ・モッタ アメリカ合衆国カリフォルニア州94303, パロアルト，ヒルバー・レーン・539 Ｆターム(参考） 3K073 AA46 BA32 CJ17 CM09 5C065 BB01 BB41 FF05 5F041 AA14 DA14 DA82 FF16

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】調整可能な色温度を有する多要素光源であ
    って、 第１の波長帯域にわたる光を生成する第１の光源と、 第２の波長帯域にわたる光を生成する第２の光源と、 各光源により生成される光の量を調整することが可能な
    制御システムとを備えている、調整可能な色温度を有す
    る多要素光源。
JP2001111148A 2000-04-25 2001-04-10 調整可能な色温度を有する補助照明装置 Pending JP2002056992A (ja)

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