JP2006100088A - 発光装置の輝度制御方法及び制御データ生成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】線状に１次元配列された発光素子を有する発光装置を用いて自然現象に近い揺らぎを表現し、また、その輝度制御用の制御データを十分簡単に生成すること。
【解決手段】制御手順２００は、各発光ユニットの各色のＬＥＤ（赤、緑、青）の輝度Ｚを制御するための制御データを生成する手順を示している。各ステップにおける配列の引数ｋは、各発光ユニットの通し番号ｋに１対１に対応しており、各処理はこの範囲内（１≦∀ｋ≦６０）で順次それぞれ実施される。これらの処理により、式（６）のロジスティック写像に基づくカオス演算が実行される。ただし、ここで時刻ｎはループ回数に対応する。これらの処理を例えば４００ミリ秒毎に周期的に繰り返すことにより、若葉の揺らめきを表現する制御データを実時間で生成できる。
ｙ（ｋ，ｎ＋１）＝４．０×ｙ（ｋ，ｎ）×｛１．０−ｙ（ｋ，ｎ）｝ …（６）
【選択図】図１

Description

本発明は、線状に１次元配列されたＫ個（Ｋ≧２）の発光素子を有する発光装置の各発光素子の輝度を制御する方法に関する。
この方法は、電飾（イルミネーション）、信号表示、情報表示、或いは、照明などの輝度制御に大いに有用なものである。

発光素子を線状に配列した発光装置としては、例えば下記の特許文献１や或いは特許文献２に記載されている装置などが知られている。
また、発光素子を線状に配列したその他の発光装置としては、クリスマスツリーなどに用いられる電飾（イルミネーション）などが一般的である。
特開２００２−２８９００４ 特開２００３−３４７５９３

しかしながら、これらの従来装置では、例えばＬＥＤなどに代表される各発光素子の発光に関するＯＮ／ＯＦＦ制御を行うことが可能ではあるものの、これらのＯＮ／ＯＦＦ制御は、タイマーを用いて単純な発光パターンを周期的に繰り返すものが殆どである。
また、個々の発光素子に対する多段階に渡ってのきめ細かい輝度制御を行うものや、或いは光の３原色等を用いた光の色合成に基づく色調制御などを行うものは特に見当たらない。

このため、これらの従来装置を用いている限り、例えば若葉の揺らめき、水面のきらめき、或いは木漏れ日などと言った微妙な揺らぎを伴う自然現象を自在または十分自然に表現することはできなかった。

また、これらの揺らぎを表現するために、単に乱数を導入して制御データをランダムに生成するだけでは、各発光素子の発光パターンに関して時間的な相関若しくは空間的な相関を生成することができないので、自然現象に近い微妙な揺らぎを表現することはできない。これは、若葉の揺らめきや水面のきらめき等の自然界の光パターンには、不規則ながらもある程度一定の時間的若しくは空間的な相関が介在しているためだと考えられる。

本発明は、上記の課題を解決するために成されたものであり、その目的は、線状に１次元配列された発光素子を有する発光装置を用いて、自然現象に近い揺らぎを表現することである。
また、本発明の更なる目的は、上記の様な輝度制御を実行するための制御データを十分簡単に生成することである。
また、本発明の更なる目的は、上記の様な輝度制御を実行するための制御データを人間の視覚的な感覚に対して十分に適合させることである。
ただし、上記の個々の目的は、本発明の個々の手段の内の少なくとも何れか１つによって、個々に達成されれば十分であって、本願の個々の発明（下記の個々の手段）は、上記の全ての課題を同時に解決する具体的実施形態が存在することを必ずしも保証するものではない。

上記の課題を解決するためには、以下の手段が有効である。
即ち、本発明の第１の手段は、発光素子を有する発光ユニットをＫ個（Ｋ≧２）線状に１次元配列して構成される発光装置の各発光ユニットの輝度を制御する制御手順において、整数ｎを用いて量子化される時刻における、第ｋ番目（１≦∀ｋ≦Ｋ）の各発光ユニットの輝度ｚ（∀ｋ，ｎ）をそれぞれ何れもその整数ｎに関する漸化式を用いて決定することである。

ただし、上記の各発光ユニットは、１つの発光素子を用いて構成しても良いし、複数の発光素子を用いて構成しても良い。また、これらは、例えばＬＥＤなどの周知の発光素子を用いて構成することができ、また、それらの発光素子のピーク波長や発光スペクトルや発光性能などは任意で良い。
また、発光ユニットを線状に１次元配列する配列形態は任意で良く、よって、上記の発光ユニットは、１直線上に配列しても良いし、平面上の曲線上に配列しても良いし、曲面上の曲線上に配列しても良い。

また、ここで、上記の整数ｎと量子化された時刻とは、一対一かつ単調に対応させることが望ましいが、必ずしもその限りではない。例えば、整数ｎと初期時刻ｔ₀ と所定の微小時間間隔Δｔとを用いて、発光ユニットの輝度を変更すべき時刻ｔをｔ＝ｎΔｔ＋ｔ₀ などと表す方法が最も一般的ではあるが、必ずしもその様に定義する必要はない。即ち、発光ユニットの輝度を変更すべき時刻ｔは必ずしも上記の整数ｎに比例させなくても良いし、また、上記の輝度ｚ（∀ｋ，ｎ）は必ずしも所定の周期（微小時間間隔Δｔ）に基づいて周期的に変更しなくても良い。

また、上記の輝度ｚ（∀ｋ，ｎ）の決定は、必ずしもリアルタイムで実行する必要はない。これらの制御データは、バッチ処理によって予め所定の時間分を一括生成しておいても良いし、実時間処理によって随時生成しても良い。

また、漸化式の初項の決定方法は任意で良い。また、第ｎ項を決定する際に、第ｎ−１項を用いても良いし、第ｎ−２項を用いても良いし、或いは第ｎ−ｊ項（ｊ＝３，４，５，．．．）を用いても良い。即ち、各項は、必ずしもその前項のみに依存させる必要はないし、またその前項に依存させなくても良い。
また、上記の漸化式は、複数同時に用いても良い。即ち、例えばｎが奇数となる時刻に対しては第１の漸化式を用意し、ｎが偶数となる時刻に対しては第２の漸化式を用いるなどの方式を採用しても良い。

また、本発明の第２の手段は、上記の第１の手段において、上記の漸化式として、所定の正定数ａを用いて表される下記のロジスティック写像（：次式（１））を用いることである。
（ロジスティック写像）
ｙ（ｋ，ｎ＋１）＝ａ×ｙ（ｋ，ｎ）×｛１−ｙ（ｋ，ｎ）｝，
０＜ｙ（ｋ，ｎ）＜１，１≦∀ｋ≦Ｋ …（１）
ここで、ａの値は４が望ましいが、それ以下の正の数でも良い。また、例えば、絶対値処理や切り捨て演算などの適当な手続きを導入すれば、上記の係数ａには０以外の任意の定数を用いることもできる。

また、ここでカオスを生成する漸化式にロジスティック写像を用いる方法は、本発明の実施形態のほんの一例に過ぎない。本発明の漸化式には、その他の周知或いは任意のカオス計算式を用いても良い。

また、本発明の第３の手段は、上記の第１又は第２の手段において、各発光ユニットに対してそれぞれ何れも、上記の漸化式の初項を乱数を用いて決定することである。
ただし、この乱数は、必ずしも十分にランダムなものでなくても良い。即ち、この乱数は、例えば正弦波などの適当な関数等を用いて簡単に生成することも可能である。より具体的には、例えば、次式（２）を用いた場合にも、初期位相δや定数ωを適当に設定すれば、漸化式の初項ｙ（ｋ，０）を見た目には概ねランダムに生成することができ、よって、その様な場合にもこの第３の手段の作用・効果を得ることができる。
（使用可能な乱数の１例）
ｙ（ｋ，０）＝｜ｓｉｎ（ｋω＋δ）｜ （１≦∀ｋ≦Ｋ） …（２）

また、本発明の第４の手段は、上記の第１乃至第３の何れか１つの手段において、上記の漸化式の第ｎ項であるｙ（ｋ，ｎ）と、視覚に係わる感覚の法則に基づいて定められた所定の関数ｆとを用いて表される関数「ｚ（ｋ，ｎ）＝ｆ（ｙ（ｋ，ｎ））」によって、上記の輝度ｚ（∀ｋ，ｎ）の値をそれぞれ与えることである。
ただし、上記の感覚の法則としては、例えば「ウェバー（Weber ）の法則」や、「ウェバー・フェチナー（Weber-Fechner ）の法則」や、或いは「スチーブンス（Stevens ）の冪関数の法則」などの公知の感覚の法則を用いることができる。

また、本発明の第５の手段は、上記の第４の手段において、上記の感覚の法則として、スチーブンス（Ｓｔｅｖｅｎｓ）の冪関数の法則を用いて上記の関数ｆを規定することである。例えば、視認者の感覚の強さ（：視覚感度）が閾上刺激（：発光素子の輝度）のａ乗に比例する場合には、設定すべき閾上刺激を先に設計された感覚の強さの１／ａ乗に比例させることによって、先に設計された感覚の強さを具現することができる。

また、これら本発明の第１乃至第５の手段は、コンピュータを用いて自動化することができ、かつ、その様な構成を採用することがより望ましい。即ち、本発明の請求項６乃至請求項１０は、その様な自動化を前提として考えられた装置に関するものであり、請求項６以降の各請求項の各制御データ生成装置がそれぞれ、上記の本発明の第１の手段〜第５の手段をコンピュータを用いて自動化した装置に対応している。

即ち、例えば本発明の第６の手段は、発光素子を有する発光ユニットをＫ個（Ｋ≧２）線状に１次元配列して構成される発光装置の各発光ユニットの輝度を制御する制御データを生成する装置において、整数ｎを用いて量子化される時刻における、第ｋ番目（１≦∀ｋ≦Ｋ）の各発光ユニットの輝度ｚ（∀ｋ，ｎ）をそれぞれ何れも整数ｎに関する漸化式を用いて算定する輝度演算手段を備えることであり、この様な制御データ生成装置を構成することによって、上記の本発明の第１の手段の作用・効果を高速、正確、かつ自動的に得ることができる。

また、本発明の制御データ生成装置は、制御対象となる発光装置の駆動中にリアルタイムに動作させても良いし、バッチ処理によって目的の制御データを生成しておいても良い。また、その制御データの生成過程を適当な複数段階に分割して、その途中までをバッチ処理によって実行し、その途中以降をリアルタイムで動作させる様にしても良い。
即ち、本発明の制御データ生成装置の動作と、制御対象となる発光装置の駆動とは、必ずしも同期させる必要があるものではなく、よって、両者は分離して認識することができるものである。
以上の本発明の手段により、前記の課題を効果的、或いは合理的に解決することができる。

以上の本発明の手段によって得られる効果は以下の通りである。
即ち、本発明の第１の手段によれば、例えば一般にカオスと呼ばれている現象の様な、不規則でありながら、時間的若しくは空間的に一定の相関を有する様な動作を表現することが可能または容易となる。したがって、本発明によれば、線状に１次元配列されたＫ個（Ｋ≧２）の発光ユニットを有する発光装置を用いて自然現象に近い揺らぎを表現することが可能または容易となる。
即ち、上記の漸化式は、発光パターンにおける不規則性と相関と言う一見相いれない性質を統一的に融合させる作用を奏し、これにより、簡単に所望の揺らぎ（：非周期的な振動）を表現を実現することができる。

したがって、上記の漸化式には、通常のソフトウェアの記述表現でしばしば見受けられる様な「Ａ＝Ａ＋ΔＡ」等と言った極めて単純な形のもの（例：等差数列など）は含まれない。即ち、本発明における上記の漸化式は、いわゆるカオスの様な不規則でありながら、時間的若しくは空間的に一定の相関を有する動作を、逐次決定論的に簡潔に統一的に規定するものと解釈すべきものである。

また、本発明の第２の手段によれば、周知のロジスティック写像を用いて、上記のカオスを極めて簡単に規定することができる。したがって、本発明の第２の手段によれば、線状に１次元配列されたＫ個（Ｋ≧２）の発光ユニットを有する発光装置において、非常に簡単に所望の揺らぎを表現することができる。

また、本発明の第３の手段によれば、隣り合う発光ユニット間の発光パターンにおける空間的な強い相関を良好に排除することができ、なおかつ、それらの発光パターンは同等の漸化式に従うので、「１次元空間（：発光装置全体）×時間」の２次元空間における発光パターンに関しては、個々の発光動作間にて全く相関が失われてしまうと言うこともなくなる。したがって、発光装置全体の発光パターンが自然に揺らいでいるように見える確率が高くなる。

また、本発明の第４の手段によれば、感覚の法則に基づいて、人間にとっての心理学的な見た目の明るさと、第ｎ項ｙ（ｋ，ｎ）で規定される物理的な輝度との間の関係を改良若しくは是正することができる。このため、上記の漸化式によって規定される揺らぎ（カオス）のイメージを極力定式化された強度に応じてそのまま視認者に伝えることができる。この様な感覚の法則としては、例えば、周知のＳｔｅｖｅｎｓの冪関数の法則などを用いることができる（本発明の第５の手段）。

また、本発明の第１乃至第５の何れか１つの手段をコンピュータを用いて自動化すれば、上記の作用・効果を高速、正確かつ自動的に得ることができる。
心理学的

本発明を実施する上では、ＬＥＤの色は唯一１色でも良いし、幾つの色を用いても良いし、どんな発光色のＬＥＤを用いても良い。ＬＥＤの発光色の種類は多いほど、幅広い色表現が可能となるが、光の色合成を光の３原色を用いて制御する場合には、色度図上の可視領域は３角形で概ね近似できるので、通常は、一般のカラーテレビの場合と同様に、３原色あれば十分だと考えられる。

以下、本発明を具体的な実施例に基づいて説明する。
ただし、本発明の実施形態は、以下に示す個々の実施例に限定されるものではない。

本実施例では、使用する各発光ユニットの通し番号をｋ（１≦ｋ≦６０）とする。そして、この範囲の上限値であるｋ＝６０が請求項１の整数Ｋに相当している。即ち、本実施例では、６０台の発光ユニットを用いて発光装置を構成する。
図１は、本実施例１の若葉の揺らめきを表現する制御手順２００のフローチャートである。このフローチャートは、所定のパソコン上でこれらの発光ユニットの輝度を制御するための制御データを生成する手順を示している。即ち、この制御データによって、使用する発光装置の発光パターンを一意に規定することができる。
この制御データの生成を例えば４００ミリ秒毎に周期的に繰り返すことにより、発光装置の発光パターンを規定する制御データを実時間で生成することができる。

なお、この制御手順２００は、後から説明する図２のコンピュータＣ上で実行するものである。また、このフローチャートの各ステップにおける配列の引数ｋは、何れも上記の発光ユニットの通し番号ｋに１対１に対応しており、図１のフローチャートの何れのステップにおいても、この引数ｋに関する各当該処理は、１≦ｋ≦６０の範囲内で順次それぞれ実施するものとする。

例えば、ステップ２１０では、次式（３）を満たす様に、６０個の実数型の変数で構成される配列ｙ（ｋ）の各値を乱数を使って決定する。この各値が配列ｙ（ｋ）の初期値となる。そして、この初期値がロジスティック写像の初項となる。ここで用いる乱数は任意で良い。例えば、前述の式（２）などを使っても良いが、通常は簡単なハッシュ関数を用いる。
（配列ｙ（ｋ）の値域と定義域）
０＜ｙ（ｋ）＜１ ，１≦∀ｋ≦６０ …（３）

次に、ステップ２２０では、Ｓｔｅｖｅｎｓの冪関数の法則を利用して、各発光ユニットの各発光強度ｘ（ｋ）を次式（４）に従って算定する。
（発光強度ｘ（ｋ））
ｘ（ｋ）＝２５５×ｙ（ｋ）³ …（４）

ここでは、発光強度を０〜２５５の２５６段階に規定するために、ｙ（ｋ）³ の係数として２５５を用いている。即ち、ステップ２２０の演算は、次のことを前提として行っている。
（ａ）各発光ユニットの発光強度（輝度）は少なくとも、略等間隔の２５６段階に制御可能である。
（ｂ）発光パターンに対する視認者は、上記の２５６段階の発光強度の、最小の発光強度も最大の発光強度も認識（識別）することができる。即ち、発光装置の周辺にはその他の光（光源や反射や導波など）がない。
（ｃ）各発光ユニットに関する視認者の感覚の強さは、その発光ユニットの出力（発光強度）の１／３乗に比例する。

次のステップ２４０では、次式（５）に従って、各発光ユニットが有する赤色ＬＥＤの輝度Ｚｒ（ｋ）と、緑色ＬＥＤの輝度Ｚｇ（ｋ）と、青色ＬＥＤの輝度Ｚｂ（ｋ）とを次式（５）に従ってそれぞれ算定する。
（３原色ＬＥＤの各輝度）
Ｚｒ（ｋ）＝０．７５×ｘ（ｋ），
Ｚｇ（ｋ）＝０．２５×ｘ（ｋ），
Ｚｂ（ｋ）＝０．００×ｘ（ｋ） …（５）

ただし、Ｚｒ（ｋ），Ｚｇ（ｋ），Ｚｂ（ｋ）は何れもそれぞれ、８ビット（１バイト）の制御データであるので、演算結果に対しては適当な整数化（例：四捨五入等）が行われるものとする。また、ｘ（ｋ）の各係数（０．７５，０．２５，０．００）は、必ずしもこれらの値に固定する必要はない。例えば、他の定数を用いても良いし、これらの値の各近傍で周期的或いは非周期的に振動させたり変更したりしても良い。ただし、上記の設定に近いものが望ましく、この色の合成比によって、表現テーマである若葉の黄緑色が出力可能となる。

ステップ２６０では、所定のバッファ領域上に、上記の３原色ＬＥＤの各輝度Ｚｒ（ｋ），Ｚｇ（ｋ），Ｚｂ（ｋ）を出力する。このバッファ領域上の制御データ（各輝度Ｚｒ（ｋ），Ｚｇ（ｋ），Ｚｂ（ｋ））は、後から詳しく説明する様に、発光パターンを規定するシリアルデータとして定期的に、所定の出力タスクによって図２のコンピュータＣの接続端子４ｔから出力される。

ステップ２７０では、前に求めた配列ｙ（ｋ）の値をそれぞれ配列ｙ０（ｋ）に退避する。ステップ２８０では、前述の式（１）の係数ａを４として、配列ｙ（ｋ）に対するロジスティック写像（：次項ｙ（ｋ，ｎ＋１））を求める。

即ち、ステップ２７０とステップ２８０は、次式（６）で表される漸化式を構成している。
ｙ（ｋ，ｎ＋１）＝４．０×ｙ（ｋ，ｎ）×｛１．０−ｙ（ｋ，ｎ）｝，
０＜ｙ（ｋ，ｎ）＜１，１≦∀ｋ≦６０ …（６）
ここで、整数ｎは次式（７）に従って量子化された時刻を表している。

（時間の量子化）
ｔ＝ｎΔｔ＋ｔ₀ ，ｎ≧０ …（７）
時刻ｔ₀ は、発光パターンの制御が開始されるべき基準時刻を表している。また、前述の様に、制御周期Δｔは、例えば４００ミリ秒程度で良い。
なお、ここで、ステップ２８０の配列ｙ（ｋ）が引数としてｎを持っていないのは、ステップ２６０によって上記の制御データ（３バイトデータ×６０組）が随時上記のバッファ領域に出力（退避）されるので、同一の領域（配列ｙ（ｋ））を使い回していれば十分なためである。言い換えれば、式（６）の量子化された時刻ｎは、図１のループ処理におけるループ回数に相当するが、リアルタイム処理ではこの回数を意識する必要がない。

ステップ２９０では、以上の演算処理が例えば４００ミリ秒周期で実行される様に、タイマー割り込み待ちを設定する。この待ちが解除されると、その後実行べき手順（制御）はステップ２２０に戻される。
以上の処理を繰り返し実行することにより、式（６）のロジスティック写像に基づくカオス演算が実現される。

一方、上記の出力タスク側では、上記の４００ミリ秒毎に得られる１８０バイトの制御データを所定の補間処理によって、１０ミリ秒制御周期の制御データ（１８０バイト）に変換して、図２の接続端子ｔ４から１０ミリ秒周期で出力する。この補間処理は、任意の方式で実行可能であるが、例えば線形補間などで十分である。この補間処理は、表現目的とする若葉の揺らめきがゆっくり滑らかに揺らめいている様に見せるための処置である。

以下、上記の制御データに基づいて具体化される発光パターンが実際に反映される発光装置の構成について詳しく説明する。
図２に、本実施例１の発光装置の論理的な構成を示す。本発光装置１０００の電気回路は、図示するパソコンＣと、所定の発光ユニットを連結して構成される連結体１２０と、これらを繋ぐ配線から構成されている。即ち、この連結体１２０は図３或いは図４の発光ユニット１２１を一列に連結接続したものであり、その一端はターミナルＴから構成されており、反対側の一端はパソコンＣに接続されている。
図中の各接続端子ｔｊ（１≦ｊ≦６）は、それぞれ以下の様に用途が特定されて使用されている。

（接続端子の用途）
ｔ１ ： ＧＮＤ（接地用）
ｔ２ ： ＣＬＯＣＫ（クロック信号伝送用）
ｔ３ ： ＬＡＴＣＨ（ラッチ制御信号伝送用）
ｔ４ ： ＤＡＴＡ（３原色制御信号配信用）
ｔ５ ： ５Ｖ（５Ｖ直流電位供給用）
ｔ６ ： １７Ｖ（１７Ｖ直流電位供給用）
そして、特に、接続端子ｔ４によって直列に繋がれた図中の太線部分（ｙ）は、ＬＥＤの発光制御、即ち、発光強度及び発光色に係わる制御データをパソコンＣからシリアルに伝送する制御信号伝送回路ｙを各発光ユニット１２１と共に構成している。

図３−Ａ，−Ｂ，−Ｃは、それぞれ発光ユニット１２１の平面図（上面）、側面図、及び平面図（底面）である。各発光ユニット１２１の表側（表面Ｂａ）には、３原色ＬＥＤ１２１ａが中央に前後方向に４つ等間隔に配設されている。
また、基板Ｂの裏面Ｂｂには、３つのモージュールＩＣ１２１ｂが等間隔に配設されている。この３つのモージュールＩＣ１２１ｂは、図５を用いて後で詳しく説明する様に、同一基板Ｂ上の４つの３原色ＬＥＤ１２１ａの個々の発光色や輝度を制御する。

発光ユニット１２１の基板Ｂには何れもそれぞれ１２個の穴Ｂｈが空けられており、この１２個の穴Ｂｈが図２の各接続端子ｔｊ（１≦ｊ≦６）にそれぞれ対応する。そして、各ハーネスは何れも基板Ｂの３原色ＬＥＤ１２１ａが配設されない裏面Ｂｂ側を通る様に、各穴Ｂｈに半田で接続される。

なお、符号１２１ｃは、基板Ｂの裏面に搭載すべきの各所要の抵抗やコンデンサの配設領域を示している。また、基板Ｂの表面Ｂａ上や裏面Ｂｂ上には、必要な金属配線を実現する図略の金属層が形成されている。また、基板Ｂの内部には、給電層や接地層（ＧＮＤ層）などの金属層が形成されている。これらの金属層は、上記の各３原色ＬＥＤ１２１ａやモージュールＩＣ１２１ｂや抵抗やハーネスなどを、図５に例示する様にそれぞれ適切に接続する。

図４に発光ユニット１２１の論理的な構成を示す。ここで、制御信号伝送回路ｙは、青色系の発光駆動単位ＸＢ、赤色系の発光駆動単位ＸＲ、及び緑色系の発光駆動単位ＸＧのそれぞれの各一部分と図中に太線で示す配線（上記の金属層の何れか）から形成されており、各接続端子ｔ４、ｔ４で入出力端子がそれぞれ形成されている。言い換えれば、各発光駆動単位ＸＢ，ＸＲ，ＸＧの３つの回路は、発光ユニット１２１の上の制御信号伝送回路ｙ上に３つ直列に接続されている。これらの各発光駆動単位ＸＢ，ＸＲ，ＸＧは、論理的には略相似に構成される。

図５は、発光ユニット１２１の一部を構成する上記の発光駆動単位ＸＢの回路図である。図中のＬＥＤ１Ｂ，ＬＥＤ２Ｂ，ＬＥＤ３Ｂ，ＬＥＤ４Ｂは、図３−Ａ，−Ｂに図示する４つの３原色ＬＥＤ１２１ａ上にそれぞれ配設されている各青色発光のＬＥＤを示している。即ち、これらのＬＥＤは各色別に分けて同色の４つが直列に接続されて、それぞれ各色毎に駆動制御される。

モジュールＩＣ１２１ｂは、周知のＬＥＤドライバＩＣを用いて構成することができる。図６には、発光駆動単位ＸＢの一部を構成するモジュールＩＣ１２１ｂの平面図を、また図７には、このモジュールＩＣ１２１ｂの機能概要を表すブロック図とその真理値表をそれぞれ示す。図６の各端子番号１〜１６は、図５に示すモジュールＩＣ１２１ｂの各端子番号１〜１６と一致する。
以下、モジュールＩＣ１２１ｂの各端子の機能を端子番号順に説明する。

（各端子の機能説明）
１ ： 制御系とパワー系の共通のグランド端子
２ ： シフトレジスタに送るシリアルデータ（制御データ）の入力端子
３ ： クロック信号入力端子
４ ： ラッチ信号入力端子
５〜１２ ： ドライバ出力端子
１３ ： 出力イネーブル用端子
１４ ： シフトレジスタを通ったシリアルデータ（制御データ）の出力端子
１５ ： 出力電流の設定抵抗を接続する端子
１６ ： ＩＣの５Ｖ系電源電圧供給端子

図７のブロック図では、クロック信号入力端子（ＣＬＯＣＫ）に対して８連並列に接続されている下段の回路群が、８ビットのシフトレジスタを中心とするシリアルパラレル変換回路に相当する。また、ラッチ信号入力端子（上記の端子４）に対して８連並列に接続されている中段の回路群が、８ビットデータ（制御データ）を保持するラッチ回路に相当する。そして、ラッチ回路上に保持される制御データを用いて、図５の各抵抗Ｒ１０〜Ｒ１７に流れる各電流の量をそれぞれ自在に制御することができる。

即ち、互いに並列接続された抵抗Ｒ１０〜Ｒ１７から可変の合成抵抗を構成することができ、かつ、これらの抵抗Ｒｊ（１０≦ｊ≦１７）は、それぞれ概ね次式（８）を満たすので、２⁸ 通りの輝度（発光時の出力強度）を略等間隔に制御することができる。
（抵抗Ｒｊの値）
Ｒｊ＝ｒ×２^(j-17)，
ｒ＝５１［ｋΩ］ …（８）
ただし、本式（８）の定数ｒの具体的な値は、用いるＬＥＤの性能（最大輝度）などによって最適化すれば良く、ＬＥＤの各発光色毎にそれぞれ最適値が存在する。

以下、本実施例１における出力強度制御手段（モージュールＩＣ１２１ｂ）によって実行される出力強度制御の制御方式について、より具体的に説明する。
図４の制御信号伝送回路ｙ上で上記の制御データは、上記のシリアルパラレル変換回路の作用に基づいて、１クロック毎に１ビットずつシリアルに伝送される。そして、シリアルパラレル変換回路上のシフトレジスタから上記のラッチ回路に周期的に転送されて保持される１バイトデータ（上記の制御データ）により、ＬＥＤの輝度が２５６段階に制御される。この制御は、図４の構成からも判る様に、赤、緑、青の各発光駆動単位（ＸＢ，ＸＲ，ＸＧ）でそれぞれ独立に実施される。各制御データ（８ビットデータ）は、図５及び図７に示す様に個々の抵抗に直列に接続された８つのスイッチのＯＮ／ＯＦＦ信号として用いられるので、互いに並列接続された図５の８個の抵抗（Ｒ１０〜Ｒ１７）の合成抵抗の値は自在に制御することができる。即ち、図４の発光ユニット１２１から出力される光の色は、光の３原色が合成される結果、前記の式（８）に基づいて２²⁴通りに自在に制御される。

これらの動作を実現する上記のモジュールＩＣ１２１ｂは、例えば、次の様な構造または動作上の特徴を有する。
（ａ）端子１５（Ｒ−ＥＸＴ）と端子１（ＧＮＤ）との間に適当な外付け抵抗（図５のＲ７）を接続して、出力電流（ＬＥＤ駆動電流）を最適化することができる。
（ｂ）クロック信号の立ち上がりエッジでシフトレジスタはデータをシフトする。
（ｃ）端子４（ラッチ信号入力端子）から入力されるラッチ信号は、シフトレジスタ上のシリアルデータ（制御データ）をラッチ回路へ転送するタイミングを制御する。
（ｄ）図７の真理値表では、Ｄ_n ＝”Ｈ”レベルのときＯＵＴ０〜７はオンし、Ｄ_n ＝”Ｌ”レベルのときＯＵＴ０〜７はオフする。

図２、図４及び図５に示した様に、全てのモージュールＩＣ１２１ｂは、制御信号伝送回路ｙ上で直列に接続されており、各発光ユニット１２１の発光色を規定するそれぞれの制御データ（上記の１バイト情報）は、パソコンＣの制御データ出力端子であるパソコンＣの接続端子ｔ４から１クロック当たり１ビットずつシリアル転送される。

また、上記のラッチ信号は、０．０１秒周期でパルス出力され、ラッチ回路上の制御データ（該当バイト）を書き換えるタイミング、即ち、シフトレジスタからラッチ回路上に制御データを転送するタイミングを制御する。これにより、ラッチ回路上の制御データは０．０１秒毎に周期的に書き換えられ、よって、０．０１秒毎に本発光装置１００の各基板Ｂの各発光色が変化する。
したがって、毎回０．０１秒毎にシリアル転送する毎秒１８０００バイト（６０基板×３原色×１００）の制御データを適当にプログラムすることにより、１列の所望のフルカラー電飾（発光サイン）を設計することができる。制御データ、ラッチ信号、クロック信号などは、勿論図２のパソコンＣから、前述の出力タスクが行う制御にしたがって出力する。

この時、パソコンＣの接続端子ｔ４から出力すべきシリアルデータ（制御データ）は、上記の通り毎秒１８０００バイト（１４４０００ビット）であるから、パソコンＣ及び各モージュールＩＣ１２１ｂは、それぞれ何れも１４４ｋＨｚ以上の動作周波数を持つ必要があるが、現在一般に普及しているモジュールＩＣ（ＬＥＤドライバＩＣ）の中には、５〜１５ＭＨｚの動作周波数を有するものも多く、よって、周知のＬＥＤドライバＩＣを用いることにより、以上の様な動作条件は十分容易に満たすことができる。

したがって、以上の様な構成に従えば、図１の制御手順２００によって黄緑色の発光輝度が不規則に非周期振動する揺らぎの状態を示す制御データを生成することができるので、上記の発光装置１０００を用いて若葉の揺らめきを極めて容易かつ自然に表現することができる。

なお、図１のステップ２４０では、赤、緑、青の原色毎にｘ（ｋ）の各係数をそれぞれ、０．７５，０．２５，０．００に固定してあるが、これらは時間とともに変化させても良い。また、これらの係数の合計値は１でなくても良く、一定値である必要もない。
例えば、赤色の係数は、０．７５を中心として振動させても良い。その他の係数も赤色の係数とは同期させて、或いは非同期に、変化させても良い。何れの場合においても、この発光装置１０００の発光パターンは、関数ｙ（ｋ）（即ち、ステップ２１０の初期値とステップ２８０の漸化式）によって支配される。

また、上記の実施例１では、黄緑色を主体として若葉の揺らめきを表現する処理手順を開示したが、色調（色彩）自身に対しても揺らぎを与えることが可能である。
例えば、図１のｙ（ｋ）やｘ（ｋ）の各値を各原色毎に別々に独立して算定すれば、その様な応用も容易に実施することができる。

図８に、本実施例２の水面のきらめきを表現する制御手順３００のフローチャートを例示する。この制御手順３００は、実施例１の制御手順２００と似ており、前提とするハードウェアは同じである。即ち、この制御手順３００も、その物理的または論理的な構成が図２〜図７に図示される発光装置１０００に対して適用するものである。

この制御手順３００のステップ３１０と、ステップ３６０〜ステップ３９０の各ステップは、実施例１の制御手順２００のステップ２１０と、ステップ２６０〜ステップ２９０の各ステップに対応しており、これらの対応する各ステップでは、それぞれ同じ処理を実行する。

ステップ３３０〜ステップ３５０により、各ＬＥＤの輝度は二値化される。即ち、ステップ３３０〜ステップ３５０は、各ｋ（１≦∀ｋ≦６０）毎に個別に順次実行されるが、この時、ステップ３４０では、３原色の各ＬＥＤの出力レベルは最低位（＝０）に設定され、ステップ３５０では、３原色の各ＬＥＤの出力レベルは次式（９）に従って設定される。
（フラッシュ発光の輝度設定条件）
Ｚｒ（ｋ）＝２４０，
Ｚｇ（ｋ）＝２４０，
Ｚｂ（ｋ）＝２５５ …（９）
この設定により、青白いフラッシュ発光が実現されるので、その発光がある程度ランダムであれば、発光装置１０００全体における当該発光パターンは水面のきらめきの様に見える。ただし、この不規則性は、ロジスティック写像によって支配されているので、完全なものではなく、その挙動は実施例１の若葉の揺らめきの場合と同様に一種のカオス挙動となる。

ここで、例えば、ｋ番目の発光ユニットがフラッシュ発光に設定される条件は、ステップ３２０とステップ３３０の作用により、次式（１０）の様に規定されている。
（フラッシュ発光の発現条件）
ｘ（ｋ）＝２５５×ｙ（ｋ）² ＞２５４ …（１０）

この設定により、各発光ユニット（図３の発光ユニット１２１）を１０^-2〜１０^-3程度の確率で、概ねランダムなカオス挙動としてフラッシュ発光させることができる。ここで、ｙ（ｋ）をステップ２２０（図１）の様な３乗ではなく２乗としたのは、演算処理オーバーヘッドを削減するためと、フラッシュ発光の発現確率を調整するためである。ステップ２２０でｙ（ｋ）の３乗を求めている理由は、Ｓｔｅｖｅｎｓの冪関数の法則を率直に反映するためであったが、上記の様に二値化されたフラッシュ発光を採用する場合には、感覚の法則を加味する効果はあまり重要ではないので、逆に、この様な演算処理オーバーヘッドの削減が有効となる場合がある。

以上の様な構成に従えば、フラッシュ発光の発光パターンの中に、不規則ながらも、時間的或いは空間的な弱い相関を発光パターンの全体に導入することができるので、表現目的である水面のきらめきを容易かつ自然に表現することができる。

〔その他の変形例〕
本発明の実施形態は、上記の形態に限定されるものではなく、その他にも以下に例示される様な変形を行っても良い。この様な変形や応用によっても、本発明の作用に基づいて本発明の効果を得ることができる。

例えば、上記の実施例では、ロジスティック写像の係数ａを４．０としたが、この値は任意に変更することができ、それにより、各発光ユニットの点灯の仕方を変えることができる。また、ロジスティック写像の係数ａの値によってはカオスが生成されずに、各発光ユニットの点灯動作が時間に対して周期的になる場合があるが、しかし、この様な場合でも、その周期が視覚的或いは感覚的に短くなければ、所望の自然な揺らぎを得ることができる。

また、ステップ２２０やステップ３２０では、ｙ（ｋ）の３乗や２乗を求めているが、これらの指数は任意であり、例えば１でも５／２等でも良い。これらの変更により、きらめきや揺らめきの仕方が変わる。
また、利用する感覚の法則としては、その他の周知または任意のものを用いることができる。

また、例えば、上記の実施例１では、発光ユニットの連結形態は分岐のない一次元配置としたが、発光ユニットに関する上記の一次元配置においては、分岐点が有っても良い。上記の実施例１の連結体１２０に分岐点を設けた場合、上記の３原色制御方式に従えば、その分岐点以降、即ち、その分岐点から個々の枝先のターミナルＴに向うまでの間の各発光ユニットでは、どちらの枝上でも同じ発光パターンを示す結果となる。しかしながら、この様な場合においても、本発明の手段に基づいて本発明の作用や本発明の効果を得ることができる。

本発明の発光装置は、電飾（イルミネーション）、信号表示、情報表示、或いは、照明などに大いに有用なものである。したがって、本発明の発光装置は、車両、船舶、航空機、家屋、ビル、道路、鉄道、駅、踏み切り、高架、屋内ステージ、野外ステージ、地下街、店舗などの任意の場所に、配設して用いることができる。

実施例１の若葉の揺らめきを表現する制御手順２００のフローチャート 発光装置１０００の論理的な構成を示すブロック図 発光ユニット１２１の平面図（上面） 発光ユニット１２１の側面図 発光ユニット１２１の平面図（底面） 発光ユニット１２１の論理的な構成を示すブロック図 発光ユニット１２１の一部を構成する発光駆動単位ＸＢの回路図 発光駆動単位ＸＢの一部を構成するモジュールＩＣ１２１ｂの平面図 モジュールＩＣ１２１ｂの機能概要を表すブロック図 実施例２の水面のきらめきを表現する制御手順３００のフローチャート

符号の説明

１０００： 発光装置
１２０ ： 連結体
１２１ ： 発光ユニット
１２１ａ： ３原色ＬＥＤ
１２１ｂ： モジュールＩＣ
Ｂ ： 基板
Ｂａ ： 基板Ｂの上面（表）
Ｂｂ ： 基板Ｂの裏面
Ｂｈ ： 穴
Ｔ ： ターミナル
Ｃ ： パソコン
ｔｋ ： 接続端子（１≦ｋ≦６）
ＸＢ ： 発光駆動単位（青色系）
ＸＲ ： 発光駆動単位（赤色系）
ＸＧ ： 発光駆動単位（緑色系）

Claims (10)

1. 発光素子を有する発光ユニットをＫ個（Ｋ≧２）線状に１次元配列して構成される発光装置の各発光ユニットの輝度を制御する方法であって、
   整数ｎを用いて量子化される時刻における、第ｋ番目（１≦∀ｋ≦Ｋ）の各前記発光ユニットの輝度ｚ（∀ｋ，ｎ）をそれぞれ何れも前記整数ｎに関する漸化式を用いて決定する
   ことを特徴とする輝度制御方法。
2. 前記漸化式として、
   所定の正定数ａを用いて表されるロジスティック写像：
   ｙ（ｋ，ｎ＋１）＝ａ×ｙ（ｋ，ｎ）×｛１−ｙ（ｋ，ｎ）｝，
   ０＜ｙ（ｋ，ｎ）＜１，１≦∀ｋ≦Ｋ．
   を用いる
   ことを特徴とする請求項１に記載の輝度制御方法。
3. 各前記発光ユニットに対してそれぞれ何れも前記漸化式の初項を乱数を用いて決定する
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の輝度制御方法。
4. 前記輝度ｚ（∀ｋ，ｎ）の値はそれぞれ何れも、
   前記漸化式の第ｎ項であるｙ（ｋ，ｎ）と、
   視覚に係わる感覚の法則に基づいて定められた所定の関数ｆと
   を用いて表される関数：
   ｚ（ｋ，ｎ）＝ｆ（ｙ（ｋ，ｎ））
   によって与えられる
   ことを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載の輝度制御方法。
5. 前記感覚の法則として、
   スチーブンスの冪関数の法則を用いて前記関数ｆを規定した
   ことを特徴とする請求項４に記載の輝度制御方法。
6. 発光素子を有する発光ユニットをＫ個（Ｋ≧２）線状に１次元配列して構成される発光装置の各発光ユニットの輝度を制御する制御データを生成する装置であって、
   整数ｎを用いて量子化される時刻における、第ｋ番目（１≦∀ｋ≦Ｋ）の各前記発光ユニットの輝度ｚ（∀ｋ，ｎ）をそれぞれ何れも前記整数ｎに関する漸化式を用いて算定する輝度演算手段を有する
   ことを特徴とする制御データ生成装置。
7. 前記輝度演算手段は、
   所定の正定数ａを用いて表されるロジスティック写像：
   ｙ（ｋ，ｎ＋１）＝ａ×ｙ（ｋ，ｎ）×｛１−ｙ（ｋ，ｎ）｝，
   ０＜ｙ（ｋ，ｎ）＜１，１≦∀ｋ≦Ｋ．
   を前記漸化式として用いている
   ことを特徴とする制御データ生成装置。
8. 各前記発光ユニットに対してそれぞれ何れも前記漸化式の初項を乱数を用いて決定する
   ことを特徴とする請求項６または請求項７に記載の制御データ生成装置。
9. 前記輝度ｚ（∀ｋ，ｎ）の値はそれぞれ何れも、
   前記漸化式の第ｎ項であるｙ（ｋ，ｎ）と、
   視覚に係わる感覚の法則に基づいて定められた所定の関数ｆと
   を用いて表される関数：
   ｚ（ｋ，ｎ）＝ｆ（ｙ（ｋ，ｎ））
   によって与えられる
   ことを特徴とする請求項１乃至請求項８の何れか１項に記載の制御データ生成装置。
10. 前記感覚の法則として、
    スチーブンスの冪関数の法則を用いて前記関数ｆを規定した
    ことを特徴とする請求項９に記載の制御データ生成装置。