JP2005259704A - 光ケーブルを使用した色制御フィードバックのためのサンプリング - Google Patents

光ケーブルを使用した色制御フィードバックのためのサンプリング Download PDF

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Abstract

【課題】 混合キャビティ内の光の色および輝度を、カラーセンサによりサンプリングされた伝達光からの情報に基いて調節する。
【解決手段】
光を混合する混合キャビティと、混合キャビティに取り付けられる光ケーブルと、前記光ケーブルを介して前記混合キャビティ内から光をサンプリングする、前記光ケーブルに取り付けられたカラーセンサと、前記カラーセンサからの情報を前記混合キャビティ内の光の色に関するフィードバックとして使用する、前記混合キャビティ内で光の色を制御する色制御装置とを備える照明システムが提供される。
【選択図】 図１

Description

本発明は光混合に関し、特に、光ケーブルを使用した色制御フィードバックのためのサンプリングに関する。
光混合は、基調色から所望の色を生成するために使用される。例えば、赤色、緑色および青色（ＲＧＢ）の発光ダイオード（ＬＥＤ）は、混合キャビティ内において結果として生じる所望の色を生成するために使用することができる。光混合キャビティは、結果として生じる所望の色を眼が知覚するように、ＲＧＢ ＬＥＤの十分な混合を確保するために使用される。混合が不完全な場合、眼は、混合キャビティの表面上で異なるカラースポットを見る場合がある。
混合キャビティには、多くの用途がある。例えば、適切な光導波路パネルを有する混合キャビティは、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）のバックライトとして使用することができる。この場合、十分な色の混合は、色および輝度をＬＣＤ全体に均一にする上で非常に重要である。一般に、ＬＣＤのバックライトは、ディスプレイ領域全体で１つのカラーポイントを必要とする。例えば、カラーポイントは白色Ｄ６５カラーポイントである。拡散物質は、混合キャビティの表面全体に使用すると、色および輝度の均一性を改善することができる。
混合キャビティは、例えば、室内照明を提供するために使用することもできる。この場合、混合キャビティ内の色の混合は、ＬＣＤにバックライトを提供する場合ほど重要ではない。レンズを混合キャビティの表面に追加すると、光を収集して室内を照明することができる。この場合、すべての表面からの反射光が３色光源を結果として生じる１つの色に拡散させることができる限り、ＬＥＤ光源を直接観察して赤色、緑色および／または青色に見えた場合、一般に欠点とは考えない。
色の正確な混合を要する混合キャビティを使用する場合、生成された色に関するフィードバックを得ることが望ましい。これは、例えば、光キャビティ内に配置された光センサを使用して行なうことができる。しかし、輝度は光センサの飽和を生じる場合がある。別法によると、光センサは光キャビティの外部に配置することができるが、この場合、周囲光は、得られた色のフィードバックの質に影響する場合もある。
本発明の一実施態様によると、光は混合キャビティ内で混合される。光は、混合キャビティから光ケーブルを通ってカラーセンサに伝達される。伝達された色は、カラーセンサによりサンプリングされる。混合キャビティ内の光の色および輝度は、カラーセンサによりサンプリングされた伝達光からの情報に基づいて調節される。
図１は、色を混合するために使用される混合キャビティ１０を示す。混合キャビティ１０内には、赤色発光ダイオード（ＬＥＤ）１４は赤色光を提供し、緑色発光ダイオード（ＬＥＤ）１５は緑色を提供し、青色発光ダイオード（ＬＥＤ）１６は青色光を提供する。ＬＥＤドライバ２７は、赤色制御信号４１の使用により、赤色ＬＥＤ１４の輝度を調節する。ＬＥＤドライバ２７は、緑色制御信号４２を使用して緑色ＬＥＤ１５の輝度を調節する。ＬＥＤドライバ２７は、青色制御信号４３を使用して青色ＬＥＤ１６の輝度を調節する。
色制御ブロック２６は、ＬＥＤドライバ２７に赤色パルス幅変調（ＰＷＭ）信号３１と、緑色PWM信号３２と、青色ＰＷＭ信号３３とを提供する。例えば、赤色ＰＷＭ信号３１と、緑色ＰＷＭ信号３２と、青色ＰＷＭ信号３３とは各々、８ビットディジタル値をＬＥＤドライバ２７に提供する。ＬＥＤドライバ２７は、赤色ＰＷＭ信号３１、緑色ＰＷＭ信号３２、青色ＰＷＭ信号３３を使用して、それぞれ赤色制御信号４１、緑色制御信号４２および青色制御信号４３を生成する。８ビット値の使用は、使用するビット数が用途に応じて異なるため、例示的である。
色制御装置２６は、ポート２０を介して受信した要求赤色値（ＲREQ）、要求緑色値（ＧREQ）および要求青色値（ＢREQ）を記憶する。要求値のフォーマットは、例えば単にＲＧＢ値、ＣＩＥ Ｙ，ｘ，ｙ、ＣＩＥ Ｙ，ｕ、ＶまたはＣＩＥ ＸＹＺで良い。色制御ブロック２６は、制御ブロック２６内に記憶された赤色制御値（ＲCON）に基づいて赤色ＰＷＭ信号３１を生成する。色制御ブロック２６は、制御ブロック２６内に記憶された緑色制御値（ＧCON）に基づいて緑色ＰＷＭ信号３２を生成する。色制御ブロック２６は、制御ブロック２６内に記憶された青色制御値（ＢCON）に基づいて青色ＰＷＭ信号３３を生成する。
混合キャビティ１０内の光の色フィードバックは、光ケーブル１７により得られる。例えば、光ケーブル１７は光ファイバケーブルである。別法によると、光ケーブル１７は、任意のタイプの光導波路、または外部の周囲光からシールドされているかもしくはシールドされていない光パネルである。光ケーブル１７は、プラスチック、ガラスまたは別のタイプの光透過性材料を使用して形成することができ、光が、適切な色の検出を可能にするのに十分な輝度で移動し、カラーセンサ１９に到達することを可能にする任意の形状またはサイズで良い。光ケーブル１７は、混合キャビティ１０内のどの場所に配置しても良い。光ケーブル１７は、光が混合キャビティ内のすべてのＬＥＤから十分に混合されて、正確なフィードバックを提供する混合キャビティ１０内のある場所に取り付けることが好ましい。例えば、混合キャビティ１０の選択した場所に、小さい孔を設けることができる。光ケーブル１７は、この孔の内部に配置して、光学的に透明かつ透過性のエポキシで接着する。
光ケーブル１７は、周囲光の干渉をなくすため、混合キャビティ１０の外側の場所にシールドされる。これは、光を光ケーブル１７内で伝達する時に、非常に良好な色制御および解像度を提供する。
ファイバーケーブル１７内の光は、任意の減光フィルタ２９を通してカラーセンサ１９に提供される。減光フィルタ２９は取り去ってもいいし、照明システム内のどこか別のところに配置して良い。別法によると、減光フィルタ２９の代わりに、単一または複数のカラーフィルタを使用することができる。例えば、赤色フィルタは、フィルタがないと、カラーセンサ１９の赤色チャネル色のみが飽和する場合に使用することができる。減光フィルタは、例えば、カラーセンサ１９の赤色、緑色および青色のチャネルがすべて飽和する場合に使用される。
例えば、光ケーブル１７は、透明エポキシ１８を使用して、カラーセンサ１９に対して配置されるか、および／または、カラーセンサ１９に取り付けられるか、接着される。カラーセンサ１９を囲む不透明なエポキシ２４、および光ケーブル１７とカラーセンサ１９との間の継目によって、光ケーブル１７およびカラーセンサ１９の接合点における周囲光の干渉がなくなる。１本の光ケーブル１７を示すが、当業者は、用途によっては、追加の光ケーブルを混合キャビティ１０内の場所に配置して、これらを使用し、追加の光センサを使用して追加の色フィードバックを行なうことにより、追加のフィードバック解像度を得ることができることを理解できよう。
カラーセンサ１９は、３種類の別個の出力電圧（Ｖｏｕｔ）：Ｖｏｕｔ（Ｒ）信号１１と、Ｖｏｕｔ（Ｇ）信号１２と、Ｖｏｕｔ（Ｂ）信号１３とを生成する。Ｖｏｕｔ（Ｒ）信号１１は、混合キャビティ１０内から検出された比例赤色成分を指示するアナログ信号である。例えば、Ｖｏｕｔ（Ｒ）信号１１は、０〜３ボルトのＤＣ電圧である。Ｖｏｕｔ（Ｇ）信号１２は、混合キャビティ１０内から検出された比例緑色成分を指示するアナログ信号である。例えば、Ｖｏｕｔ（Ｇ）信号１２は、０〜３ボルトのＤＣ電圧である。Ｖｏｕｔ（Ｂ）信号１３は、混合キャビティ１０内から検出された比例青色成分を指示するアナログ信号である。例えば、Ｖｏｕｔ（Ｂ）信号１３は０〜３ボルトのＤＣ電圧である。これらの実施例に関するすべての詳細は、当業者なら分かると思われるが、その他の色およびその他の電圧値および／またはその他の信号タイプを使用することができるため、例示的である。
アナログ／ディジタル変換（ＡＤＣ）ブロック２５を条件付けする信号は、Ｖｏｕｔ（Ｒ）信号１１、Ｖｏｕｔ（Ｇ）信号１２およびＶｏｕｔ（Ｂ）信号１３を受信する。Ｖｏｕｔ（Ｒ）信号１１、Ｖｏｕｔ（Ｇ）信号１２およびＶｏｕｔ（Ｂ）信号１３の各々は、ローパスフィルタを使ってフィルタされ、このフィルタは、高周波ノイズを除去し、Ｖｏｕｔ（Ｒ）信号１１、Ｖｏｕｔ（Ｇ）信号１２およびＶｏｕｔ（Ｂ）信号１３の各々の平均振幅を提供する。結果として得られる信号は増幅されてから、アナログ／ディジタル変換が行なわれる。
アナログ／ディジタル変換（ＡＤＣ）ブロック２５を条件付ける信号は、測定赤色強度（ＲMEAS）値２１、測定緑色強度（ＧMEAS）値２２および測定青色強度（ＢMEAS）値２３を生成する。例えば、測定赤色強度（ＲMEAS）値２１は、Ｖｏｕｔ（Ｒ）信号１１の平均振幅のディジタル表現である８ビット幅値である。解像度がより大きい場合、測定赤色強度（ＲMEAS）値２１は、８ビット幅より大きくて良い。例えば、ＲMEAS値２１は、色制御ブロック２６に直列送信される。例えば、測定緑色強度（ＧMEAS）値２２は、Ｖｏｕｔ（Ｇ）信号１２の平均振幅のディジタル表現である８ビット値である。解像度がより大きい場合、測定緑色強度（ＧMEAS）値２２は、８ビット幅より大きくて良い。例えば、ＧMEAS値２２は、色制御ブロック２６に直列送信される。例えば、測定青色強度（ＢMEAS）値２３は、Ｖｏｕｔ（Ｂ）信号１３の平均振幅のディジタル表現である８ビット値である。解像度がより大きい場合、測定青色強度（ＢMEAS）値２３は、８ビット幅より大きくて良い。例えば、ＢMEASは、色制御ブロック２６に直列送信される。
測定赤色強度（ＲMEAS）値２１、測定緑色強度（ＧMEAS）値２２および測定青色強度（ＢMEAS）値２３の直列送信は、例えば強度値各々に別個のラインを使用して行なわれるか、または別法によると、１個のラインマルチプレクサに３本のライン、または１個のセレクタに他に３本のラインという状態で、単一の直列ラインを使用して行なうことができる。別法によると、並列送信を使用することができる。
ノイズ干渉を最小限にするため、カラーセンサ１９は、信号状態調節ＡＤＣブロック２５付近に物理的に配置される。
図２は、カラーセンサ１９の単純化されたブロック図である。カラーセンサ１９は、電力入力信号５１および接地入力信号５２を受信する。例えば、電力入力５１は５．０ボルトである。カラーセンサ１９のゲインおよび解像度は用途に基づき、カラーセンサ１９は、所望のフィードバック精度を提供するのに十分なゲインおよび解像度で設計される。
カラーセンサ１９は、光ケーブル１７からの入射光５３に基づいて出力電圧Ｖｏｕｔ（Ｒ）信号１１と、Ｖｏｕｔ（Ｇ）信号１２と、Ｖｏｕｔ（Ｂ）信号１３とを生成する。Ｖｏｕｔ（Ｒ）信号１１は、すべてカラーセンサ１９内にあるフォトセンサ５７、増幅器５９、フィードバック抵抗器５８により生成される。フォトセンサ５７は、一体の赤色カラーフィルタを備える。フォトセンサ５７は、電力入力信号５１に接続される。
Ｖｏｕｔ（Ｇ）信号１２は、フォトセンサ６０、増幅器６２、フィードバック抵抗器６１により生成され、これらはすべて、カラーセンサ１９内に配置される。フォトセンサ６０は、一体の緑色カラーフィルタを備える。フォトセンサ６０は、電力入力信号５１に接続される。
Ｖｏｕｔ（Ｂ）信号１３は、フォトセンサ６３、増幅器６５、フィードバック抵抗器６４により生成され、これらはすべて、カラーセンサ１９内に配置される。フォトセンサ６３は、一体の青色カラーフィルタを備える。フォトセンサ６３は、電力入力信号５１に接続される。
カラーセンサ１９のゲインおよび解像度は、用途に基づく。カラーセンサ１９は、所望のフィードバック精度を提供するのに十分なゲインおよび解像度で設計される。カラーセンサ１９の飽和は、カラーセンサ１９と光ケーブル１７との間に減光フィルタを設けるか、または混合キャビティ１０内に減光フィルタを設けて、光ケーブル１７が受信する光をフィルタすることにより防止することができる。飽和は、光ケーブル１７が縮小した直径を有するように選択するか、またはカラーセンサ１９に光を提供するために使用される光ファイバの数を減少させることにより解決することも可能である。別法によると、または追加として、光ケーブル１７は、光が完全に混合されるが、光の強度は、カラーセンサ１９の飽和を防止する点で十分に低い混合キャビティ１０内のある場所に取り付けることができる。
図２は、カラーセンサ１９の実施例の一例のみを示す。別法による実施例は、例えば、別個のフォトセンサおよびフィルタ、またはＣＭＯＳなどの上に一体化したカラーセンサから構成することができる。
図３は、制御ブロック２６の動作を示す。色制御ブロック２６は、例えば、ハードウェア、ファームウェアおよび／またはソフトウェアで実行することができる。
ブロック７１では、ＲMEAS値２１（図１に示す）は、要求赤色値（ＲREQ）と比較される。要求赤色値（ＲREQ）がＲMEAS値２１より大きい場合、ブロック７２で、赤色制御値（ＲCON）が増加される。例えば、赤色制御値（ＲCON）がインクリメントする。
ブロック７３では、ＲMEAS値２１（図１に示す）は、要求赤色値（ＲREQ）と比較される。要求赤色値（ＲREQ）がＲMEAS値２１より小さい場合、ブロック７４で、赤色制御値（ＲCON）が減少される。例えば、赤色制御値（ＲCON）がデクリメントする。
ブロック７５では、ＧMEAS値２２（図１に示す）が、要求緑色値（ＧREQ）と比較される。要求緑色値（ＧREQ）がＧMEAS値２２より大きい場合、ブロック７６で、緑色制御値（ＧCON）が増加される。例えば、緑色制御値（ＧCON）がインクリメントする。
ブロック７７では、ＧMEAS値２２（図１に示す）が、要求緑色値（ＧREQ）と比較される。要求緑色値（ＧREQ）がＧMEAS値２２より小さい場合、ブロック７８で、緑色制御値（ＧCON）が減少される。例えば、緑色制御値（ＲCON）がデクリメントする。
ブロック７９では、ＢMEAS値２３（図１に示す）が要求青色値（ＢREQ）と比較される。要求青色値（ＢREQ）がＢMEAS値２３より大きい場合、ブロック８０で、青色制御値(ＢCON)が増加される。例えば、青色制御値（ＢCON）がインクリメントする。
ブロック８１では、ＢMEAS値２３（図１に示す）が、要求青色値（ＢREQ）と比較される。要求青色値（ＢREQ）がＢMEAS値２３より小さい場合、ブロック８２で、青色制御値（ＢCON）が減少される。例えば、青色制御値（ＢCON）がデクリメントする。
上記の説明は、本発明の単に例示的な方法および実施態様を開示し、説明するものである。当業者は分かると思われるが、本発明は、本発明の精神または本質的な特徴から逸脱せずに、他の特定の形態で具体化することができる。別法によると、本発明の開示は具体的に示すことを意図しており、以下の請求の範囲に記載される本発明の範囲を制限する意図はない。
光ケーブルが、本発明の一実施態様によるフィードバックセンサに光を伝達するために使用される光キャビティの単純化されたブロック図である。 本発明の一実施態様によるフィードバックセンサとして使用されるカラーセンサの単純化されたブロック図である。 本発明の一実施態様による色制御装置の動作を示す。
符号の説明
１０ 混合キャビティ
１７ 光ケーブル
１８ 光学的に透明かつ透過性のエポキシ
１９ カラーセンサ
２４ 光学的に不透明なエポキシ
２６ 色制御装置
２９ 減光フィルタ
５７ 発光ダイオード
６０ 発光ダイオード
６３ 発光ダイオード

Claims (10)

  1. 光を混合する混合キャビティと、
    混合キャビティに取り付けられる光ケーブルと、
    前記光ケーブルを介して前記混合キャビティ内から光をサンプリングする、前記光ケーブルに取り付けられたカラーセンサと、
    前記カラーセンサからの情報を前記混合キャビティ内の光の色に関するフィードバックとして使用する、前記混合キャビティ内で光の色を制御する色制御装置と
    を備える照明システム。
  2. 前記混合キャビティ内で、複数の色の発光ダイオードが混合される光を生成する請求項１に記載の照明システム。
  3. 前記混合キャビティ内で、赤色、緑色および青色を含む複数の色の発光ダイオードが混合される光を生成する請求項１に記載の照明システム。
  4. 前記光ケーブルが、実質的に光学的に透明かつ透過性のエポキシにより前記混合キャビティに取り付けられる請求項１に記載の照明システム。
  5. 前記光ケーブルが、実質的に光学的に透明かつ透過性のエポキシにより前記カラーセンサに取り付けられ、結果として生じる継目が、実質的に光学的に不透明なエポキシによりシールドされる請求項１に記載の照明システム。
  6. 減光フィルタが、光ケーブルとカラーセンサとの間と、混合キャビティ内との２つの位置の１つに配置され、前記光ケーブルにより受信される光をフィルタする請求項１に記載の照明システム。
  7. 混合キャビティ内で光を混合するステップと、
    前記混合キャビティから光ケーブルを通ってカラーセンサに光を伝達するステップと、
    前記カラーセンサにより伝達された光をサンプリングするステップと、
    前記カラーセンサによりサンプリングされた伝達光からの情報に基づき、前記混合キャビティ内の光の色を制御するステップと
    を含む方法。
  8. 複数の色の発光ダイオードにより、前記混合キャビティ内で光を生成するステップをさらに含む請求項１に記載の方法。
  9. 赤色、緑色および青色を含む複数の色の発光ダイオードにより前記混合キャビティ内において光を生成するステップをさらに含む請求項１に記載の方法。
  10. 前記混合キャビティから光を伝達することが、光が減光フィルタを通過するステップを含む請求項１に記載の方法。
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