JP2006202602A - 可変色照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
環境に応じて適切な色で照明を可能にすると共に、長期間安定した色の再現性を持つ可変色照明装置を提供する。
【解決手段】
少なくとも２色の光源１５と、前記各光源の調光を独立して行う制御装置３０と、前記光源の発光量を検出する１個の受光装置８３と、所望の光色を得るためプリセットされる前記各光源の光量比率を記憶する記憶装置７１と、前記受光装置で検出された前記各光源の光量比率と前記プリセットされた光量比率からの変動値を求め、該変動値を補正出力とし前記制御装置にフィードバックする演算装置５０とを有し、照明色を可変できるようにするとともに、長期期間安定動作させる。
【選択図】図１

Description

環境に応じてより適切な色での照明を可能とすると共に、長時間安定した色の再現性を有する照明装置に関する。

白色光源を構成するため、最低限必要なＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の３原色を自然光にあったそれぞれの光量で合成することで得られる。
ところが、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ；発光ダイオード）に同じ電流を流していても、ＬＥＤの特性は個々に差があると同時に経時変化を持つことが知られている。この変化は、それぞれのＬＥＤ特有のものであり、使用時間経過により変化するので、初期に合成された光は同じ色を保つことができない。
これを補うために、発生した光を受光素子によって測定し、初期の設定から変化した値を、それぞれのＬＥＤに流す電流を用いて補正することで、一定の色を保つことが可能となる。

この例として、可変色照明システムに関する回路構成１００が特許文献１（特開平５−２１１６８号公報）に開示されている。
図１２に示す可変色照明システム１００は、照明器具部１０１、受信側ＣＰＵ１１６などを含む調光制御部１０２、光色・光量検出部１１５を含むリモコン部１０３などで構成されている。
照明器具部１０１は三原色Ｒ，Ｇ，Ｂの発光色を持つ複数の光源からなる光源部１０４と、この光源部１０４を点灯駆動するとともに調光する調光装置１０５で構成されている。またこの調光装置１０５は調光制御部１０２から出力される調光信号で制御される。
調光調整部１１２はリモコン１０３の送信素子（Ｄ２）を介して信号が送られ、信号受信部１０９の受信素子（Ｄ１）で受信した後、受信信号の設定信号とデータを判別処理し、調光処理演算しその結果に応じて制御信号を出力する受信側ＣＰＵ１１６、ＲＧＢ調光比基準データメモリー部１０７、ＲＧＢ調光比補正値データメモリー部１０８などで構成されている。
受信側ＣＰＵ１１６は具体的に、信号受信部１０９、混色光設定値・混色光検出値判別部１１０、またそれらの出力値を記憶する混色光設定値記憶部１１１、混色光検出値記憶部１１２、さらに光色・光量比較判定部１１３、ＲＧＢ調光信号発生部１１４で構成され、受信素子Ｄ１で受信された信号を判別処理し、さらに調光演算処理してその結果に応じて照明器具部１０１に制御信号を出力する。

リモコン送信部１０３の一部を構成する光色・光量検出部１１５は受光素子と増幅器がＲＧＢ光源部の光源の数にそれぞれ対応して３個で構成され、光色の検出とその光量を検出する。
光色・光量検出部１１５の３個の検出器から出力された信号はＡ／Ｄ変換部１１６に出力され、アナログ信号がディジタル信号に変換される。送信側ＣＰＵ１１７は演算処理部１１９、信号送信部１２０で構成される。演算処理部１１９では、Ａ／Ｄ変換１１６を介してディジタル化された光色・光量データと、光色・光量設定部１１８から送られたデータを用いて演算処理を行う。信号送信部１２０は演算処理部１１７から送られてきた演算結果をパルスなどに変換し、送信素子Ｄ２をたとえばパルス信号で駆動して送信する。

光色・光量を設定する場合、リモコン送信部１０３の光色・光量設定部１１８で所望の値（データ）を入力し、演算処理部１１９を介してそのデータを信号送信部１２０に送り、送信素子Ｄ２を駆動して送信し、調光制御部１０２の受信素子Ｄ１と信号受信部１０９で送られてきた信号を受信し、そして混色光設定値・混色光検出値判別部１１０で混色光設定値かまたは混色光検出値かを判別する。いま、混色光設定の場合であるから、送られてきた光色・光量設定値を混色光設定値記憶部１１１に記憶する。この記憶された値がＲＧＢ調光信号発生部１１４と光色・光量比較判定部１１３に出力される。混色光設定の場合であるから、ＲＧＢ調光比基準データメモリー部１０７とデータの授受を行い、色度座標の光色・光量から混色光の座標値を求め、Ｒ，Ｇ，Ｂの光量比を求める。この例においては、任意の設定光に対するＲＧＢ各光源の調光比率がテーブルとしてＲＧＢ調光比基準データメモリー部１０７に記憶してある。

ＲＧＢ調光比基準データメモリー部１０７から読み出されたＲＧＢ光源を制御するデータはＲＧＢ調光信号発生部１１４に供給され、照明器具部１０１の調光装置１０５に出力される。調光装置１０５でＲＧＢの各光源の調光（電気的信号の発生）を行い、光源部１０４のそれぞれの光源（Ｒ，Ｇ，Ｂ）を駆動する。

つぎに、光源部１０４の各光源から出力された光色・光量が経時変化などで設定値からずれた場合について述べる。光源部１０４から出力されたたとえば混色光がリモコン送信部１０３の光色・光量検出部１１５に照射され、光色・光量検出部１１５の３個の検出器（Ｘ２，Ｙ，Ｚ）で光波長（光色）とその強度（光量）を検出する。検出した値のアナログデータ（信号）をＡ／Ｄ変換部１１６でディジタルデータに変換し、後段の送信ＣＰＵ１１７に出力する。演算処理部１１９で測定光の色度座標（ｘ０，ｙ０）と光量Ｙ０を演算処理し、信号送信部１２０に供給する。
混色光の色度座標（ｘ０，ｙ０）と光量Ｙ０データが送信素子Ｄ２、受信素子Ｄ１と信号受信部１０９を介して混色光設定値・混色光検出判別部１１０に供給される。ここで、混色光検出信号と判別され、検出された値が混色光検出値記憶部１１２に記憶される。リモコン送信部１０３の光色・光量設定部で設定した値が記憶されている混色光設定値記憶部１１１と検出されたデータが記憶されている混色光検出値記憶部１１２からの各出力値が光色・光量比較判定部１１３に供給され、設定値と検出値のずれ幅を検出する。

設定値と検出値のずれ幅のデータがＲＧＢ調光比補正値データメモリー部１０８に供給される。このＲＧＢ調光比補正値データメモリー部１０８には、たとえば混色光の調光比と光色補正のための補正係数などが記憶され、補正値に対応するデータが求められ、ＲＧＢ調光信号発生部１１４に出力される。ＲＧＢ調光信号発生部１１４において、調光比補正値（データ）を用いて調光信号が生成されて、上述した調光装置１０５を介して照明器具部１０１の光源部１０４を駆動する。この結果、設定値からずれ幅だけ設定量が調整されて目標の設定値の光色・光量の混色光が発生する。

このように、従来からＬＥＤなどの光源の光色・光量を補正する技術は存在するが、光色を測定するための受光素子には、光源に対応して、広域の視感度を持った３個の素子で構成する方法が知られている。

特開平５−１７２８６３号公報 特開昭６０−１２４３９８号公報

前述のように、光色を測定するために、受光素子は視感度と同じとされる色度座標のＢｘ・Ｂｙ・Ｂｚ（ここでＢｘはｘバー、Ｂｙはｙバー、Ｂｚはｚバーをそれぞれ示す）と呼ばれる感度領域をもっているもので構成されることが知られている。この感度領域には使用されるＬＥＤの一つ以上の波長領域まで感度が広がっているために、得られた測定値から、Ｒ，Ｇ，Ｂの値を演算する必要があった。
このため、受光素子が３個とそれぞれの受光素子から得られた検出電流などを増幅するための増幅器が同様に３個必要であり、占有面積が広くなることとコストが高くなっていた。
また、測定値を演算処理して、補正値を見つけることになるため、高度な演算機能と高速動作するＣＰＵ（演算処理装置）が必要になる。
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、可視領域に感度を持つ１個の受光素子を光源から投光まで間に設置し、Ｒ，Ｇ，ＢのＬＥＤの点灯を時間差を持って点灯し、同時に１色のＬＥＤしか点灯しない時間を設け、その時間に光量を測定する。したがって、受光素子は１個で構成でき、また、従来の受光素子を３個必要としたことに伴う回路構成も大幅に削減できる。

本発明の可変色照明装置は、少なくとも２色の光源と、前記各光源の調光を独立して行う制御装置と、前記光源の発光量を検出する１個の受光装置と、所望の光色を得るためプリセットされる前記各光源の光量比率を記憶する記憶装置と、前記受光装置で検出された前記各光源の光量比率と前記プリセットされた光量比率から変動値を求め、該変動値を補正出力とし前記制御装置にフィードバックする演算装置とを有する。

本発明の可変色照明装置は、受光素子と増幅器が１セットで構成することが出来、素子数が削減できる。また測定時間が１／１００秒以下となるため、人の目には感じない。
また、タイミングだけで、Ｒ，Ｇ，Ｂそれぞれの発光強度が独立して得られるため、複雑な演算処理が不要となり、高度な演算用ＣＰＵが不要となる。

図１に可変色照明装置１０の実施形態例を示す。図１において、可変色照明装置１０は、光源部１５、Ｒドライバー２１、Ｇドライバー２２、Ｂドライバー２３、ＲＧＢ調光パルス発生装置３０、ＣＰＵ（演算処理装置）５０、寿命表示装置６０、ＣＰＵ外不揮発性メモリー７０で構成されている。
図１の光量検出部８０には受光素子を１個示しているが、ＬＥＤが独立点灯しているときは受光素子を複数個用いて同時に光を検出することもでき、受光素子１個と等価な機能をすることができる。

光源部１５は、たとえばＲ（赤）ＬＥＤ（発光ダイオード）、黄色ＬＥＤ、Ｂ（青）ＬＥＤなどで構成されている。ＬＥＤは、長波長の赤外線発光のものから開発され、どんどん波長の短いものが開発され、最近青色ＬＥＤの開発により、可視光全域に渡って生産されるようになった。
青と同時に青色ＬＥＤと黄色蛍光体をＬＥＤ上に付けることで、合成した光が白く見えることから、白色のＬＥＤが市場に出てきて、照明用として脚光を浴びるようになった。

まずＬＥＤの特徴について述べる。
第１の特徴は、小面積から高輝度の光が発生することである。面積が小さいことにより、細いスポットに絞ることや、小さな面積を光らせることが可能になる。また、屋外での大画面テレビや、看板などの画像を作り出すことも可能となった。
第２の特徴は、他の照明器具に使用される光源と比較してＬＥＤの寿命が長いことである。赤や黄色などの、従来から製造されているＬＥＤはその光量が半分になるまでの時間が２０万時間以上と非常に長い。しかし、最近開発された青色ＬＥＤや白色ＬＥＤは、現時点において１〜２万時間にとどまっている。
第３の特徴は、低温で発光することである。半導体であるため、他の照明器具（たとえば、ハロゲンランプ、蛍光灯、メタルハライドランプ）のように、高温で使用することは無い。そのため、高温による問題は生じないし、密閉された場所、風呂場や水場等での使用も可能となる。
第４の特徴は、色表現が自由である。可視光の範囲で、ほとんどすべての色が開発されているため、組み合わせることによって、どんな色でも表現できる。たとえば、自然光に近い色再現のいい照明器具が構成できる。また、コマーシャルユースとして、カラフルで、色の変化できる照明も可能になる。これは、従来のネオン管や、蛍光灯の色は、製造時に決めた色から変化させられないことと大きく異なる。
しかしながら、ＬＥＤは他の照明器具と同じ光量を得るのに、初期費用が高くなる。しかし、上述した特徴によりカバーできるアプリケーションを作り出していくことで、将来が期待できる。

次に、光源にＬＥＤを用いた実施形態例を示す。可変色照明装置１０のドライバー回路はＲ，Ｇ，Ｂの光源（ＬＥＤ）１５の各発光素子に対応して設けられていて、具体的には、Ｒドライバー２１、Ｇドライバー２２、Ｂドライバー２３で構成されている。これらのドライバーには駆動用入力信号、たとえばパルス波形をした電圧が供給される。この電圧パルスが電流パルスに変換された信号が前述の光源部１５のＲ(赤)ＬＥＤ１６，Ｇ(緑)ＬＥＤ１７，Ｂ(青)ＬＥＤ１８に供給され、その電流量とパルス期間に比例して発光する。
ＲＧＢ調光パルス発生装置３０はＣＰＵ（演算処理装置）５０の出力値送信及び制御部５４から供給される信号に基づいて、ＲＬＥＤ１６，ＧＬＥＤ１７，ＢＬＥＤ１８を駆動する調光パルスが発生される。
通常点灯時はＲ，Ｇ，Ｂ駆動パルスを同時に発生し混色光を発生することができるようにし、一方、光量検出時にはＲドライバー２１を駆動するためのパルス、Ｇドライバーを駆動するためのパルス、Ｂドライバーを駆動するためのパルスがそれぞれ重なることが無いようにする。即ち出力値送信及び制御部５４の制御信号に応じて時系列的に重ならない駆動パルスをＲＧＢ調光パルス発生装置で生成し、次段に送信する。
限界出力値記憶部５１は、ＬＥＤから出力される光量の限界値を記憶するメモリーで構成されている。たとえば、Ｒ（赤）ＬＥＤ１６，Ｇ（緑）ＬＥＤ１７，Ｂ（青）ＬＥＤ１８の各発光素子の寿命は、それぞれの出力光量を測定し、その光量が時間経過などにより初期値から約１／２に減少したときの値とする。この寿命に相当する光量を限界値としてメモリーに記憶する。
現在出力値記憶部５３はたとえば通常点灯時に所望の混色光と光量を得るための設定値が記憶されている。また、光量検出時においては、設定値（基準値）からのずれ幅を補正するためのデータが記憶される。

比較部５２には上述した限界出力値記憶部５１から出力された各ＬＥＤの寿命に対応する値と現在出力値記憶部５３に記憶されたＬＥＤ駆動用の設定値とが入力され、この両者を比較して、もし現在出力値が限界出力値より小さいと、（寿命）表示装置６０に制御信号を出力し、特定の光源たとえばＲ（赤）ＬＥＤ１６、Ｇ（緑）ＬＥＤ１７，Ｂ（青）ＬＥＤ１８のうちどれかまたは全てが寿命であることを表示する。
逆に、現在出力値が限界出力値より大きいと、寿命表示装置６０に制御信号を出力する必要はない。もし、必要な時は光源たとえばＲ（赤）ＬＥＤ１６、Ｇ（緑）ＬＥＤ１７，Ｂ（青）ＬＥＤ１８は全て正常という表示などをすればよい。

Ａ／Ｄ変換部５７は光量検出部８０から出力されたＲ（赤）ＬＥＤ１６，Ｇ（緑）ＬＥＤ１７，Ｂ（青）ＬＥＤ１８のいずれかから出力された光量のアナログ電圧値をディジタルデータに変換し、後段の処理回路でディジタル的に演算処理し易いようにしている。また、このＡ／Ｄ変換部５７には、タイミング発生部５８から出力されたタイミング信号（クロックなど）が供給され、光量検出時のＲドライバー２１、Ｇドライバー２２、Ｂドライバー２３を駆動するパルス波形に一定量の遅延を加味して同期させてＡ／Ｄ変換するようにしている。この測定は、光量検出部８０が１個で構成されているため、一回の測定で光源１５のＲ（赤）ＬＥＤ１６，Ｇ（緑）ＬＥＤ１７，Ｂ（青）ＬＥＤ１８の光量を測定することはできない。そのため、上述したように、お互いの測定時間が重ならないように、時系列的にＡ／Ｄ変換を行っている。この変換動作は多くても３回行うが、動作期間は非常に短く１／１００秒程度であり、人間の目には無視できる期間であり問題ない。
（測定結果）ＲＧＢ比率演算５６はＡ／Ｄ変換５７から出力されたＲＬＥＤ１６，ＧＬＥＤ１７，ＢＬＥＤ１８のディジタル値の光量を用いて、測定値の比率を求める演算を行う。この演算にはＣＰＵ（演算処理装置）が内蔵されているので、それを用いて計算することができる。

基準ＲＧＢ比率との比較による出力値演算５５にはたとえば製造時にＲＧＢ比率記憶部７１に記憶されていた光色、光量データと測定結果ＲＧＢ比率演算５６から出力されたデータとが供給され、両者を比較し、この比較結果をもとに演算処理して以前設定した基準ＲＧＢ比率からのずれ幅を求め最終出力値を算出して現在出力値記憶部５３と最終出力値記憶部７２にそれぞれ出力する。

出力値送信及び制御部５４には、現在出力値記憶部５３から出力された、通常点灯時のデータまたは光量検出時のデータが供給され、各ＲＬＥＤ１６、ＧＬＥＤ１７，ＢＬＥＤ１８を駆動するためのデータまたは補正データをタイミング発生部５８から供給されたタイミング信号に従って（ＲＧＢ調光）パルス発生装置３０へ出力する。

ＲＧＢ調光パルス発生装置３０は出力値送信及び制御部５４から出力された各ＲＬＥＤ１６、ＧＬＥＤ１７，ＢＬＥＤ１８を駆動するデータまたは補正データをパルス波形に変換し、通常点灯時タイミング、光量検出時タイミングに従ってパルスを出力する。

ＣＰＵ（演算処理装置）５０の外部に、たとえば（不揮発性）メモリー７０を備え、このメモリーは、たとえば（製造時）ＲＧＢ比率記憶部７１と最終出力値記憶部７２とで構成されている。
製造時ＲＧＢ比率記憶部７１には出荷時に使用者が所望の発光色、光量が得られるようにプリセットされた各ＬＥＤ発光強度などの値が記憶されている。
また、最終出力値記憶部７２には、基準ＲＧＢ比率との比較による出力値演算部５５において、光量検出されてＲＧＢ比率演算５６から出力された値と上述した基準ＲＧＢ比率と比較して光量検出時の補正された値が求められ、その値が記憶される。

図２のフロ−チャートを用いて図１に示した可変色照明装置１０の動作について説明する。
図２のフローチャートにおいて、ステップＳＴ１１で出力値送信及び制御部５４に現在出力値記憶部５３から現在出力値が供給される。つぎに、ステップＳＴ１２で現在出力値が測定周期かどうか判別される。
判別結果が測定周期でない場合即ち通常の点灯時である場合、ステップＳＴ１１に戻り次の(現在出力値)データに基いて通常点灯用のパルスを出力するためのデータがＲＧＢ調光パルス発生装置３０に供給され、ＲＧＢ調光パルス発生装置３０から出力された通常点灯パルスがＲドライバー２１、Ｇドライバー２２、Ｂドライバー２３に供給され、所望の光色、光量を発光する光源が駆動される。光源１５のたとえばＲＬＥＤ１６、ＧＬＥＤ１７，ＢＬＥＤ１８が駆動されて設定値に従って発光する。この状態が次の現在出力値記憶部５３から現在値が入力されるまで継続される。
ステップＳＴ１２で測定周期の場合ステップＳＴ１３へ移行し、出力値送信及び制御部５４から出力された光量制御データとタイミング制御信号などがＲＧＢ調光パルス発生装置３０に出力され、そしてＲＬＥＤ１６，ＧＬＥＤ１７，ＢＬＥＤ１８に時間的に互いに重複しないパルスを発生し、Ｒドライバー２１、Ｇドライバー２２、Ｂドライバー２３に駆動パルスとして供給する。
たとえばＲドライバー１６で駆動された光源（Ｒ（赤）ＬＥＤ１６）１５から発光された光は光検出部８０の受光素子（ホトディテクタ）８３で光を電流に変換し、この光電流を増幅器８１，８２でアナログ電圧に変換して信号電圧を出力する。検出されたアナログ電圧はＡ／Ｄ変換部５７でディジタル値に変換される。またＧドライバー２２で駆動された光源、Ｇ（緑）ＬＥＤ１７から発光された光も同様に光検出部８０で光−電流変換された後アナログ電圧として出力され、Ａ／Ｄ変換５７でディジタル値に変換される。さらに、Ｂドライバー２３で駆動された光源、Ｂ（青）ＬＥＤ１８で発光された光も同様に変換されて、Ａ／Ｄ変換５７でディジタル値に変換される。これらの、測定は時系列にお互いに重複しないように行われる（ステップＳＴ１４）。

ステップＳＴ１５において、Ａ／Ｄ変換部５７から出力されたＲＬＥＤ１６、ＧＬＥＤ１７，ＢＬＥＤ１８の測定結果のディジタル化された光量データを用いてたとえばＣＰＵで演算処理し、ＲＧＢの光量比率を求める。
つぎに、ステップＳＴ１６において、製造時ＲＧＢ比率記憶部７１に記憶されていた値またはその後設定された基準値とステップＳＴ１５で得られたデータをもとに、比較演算され、経時変化によるずれ幅などを求め、ＲＧＢ出力値を得る。
ステップＳＴ１７において、ステップＳＴ１６で得られたＲＧＢ出力値を現在出力記憶部５３と最終出力値記憶部７２に出力し、それぞれの記憶部に記憶する。
現在出力値記憶部５３に記憶されたＲＧＢ出力値は比較部５２に供給される。また限界出力値記憶部５１から光源１５（ＲＬＥＤ１６、ＧＬＥＤ１７，ＢＬＥＤ１８）の限界寿命値が同時に供給され、比較される。ＲＧＢ出力値が限界値より大きいとステップＳＴ１１に移行し、ステップＳＴ１１からステップＳＴ１７を繰り返す。
一方、ＲＧＢ出力値が限界値より小さいと、ステップＳＴ１９に移行し、比較部５２から出力された制御信号により寿命表示装置６０に、光源１５の特定の素子が寿命であることを表示する。そしてステップＳＴ１１に戻り、同様な動作を繰り返す。

図２に示した光量検出方法は、ＲＬＥＤ１６、ＧＬＥＤ１７、ＢＬＥＤ１８の光量検出に時間差を設けて一つのフローで測定する方法であるが、それぞれ単独の流れでしかも時間間隔を設けて測定、演算処理する他の実施形態例があり、それを次に示す。図３に、ＬＥＤのＲ光量測定（ＲＬＥＤ１６の光量測定）、Ｇ光量測定（ＧＬＥＤ１７の光量測定）、Ｂ光量測定（ＢＬＥＤ１８の光量測定）を３つのグループとしてそれぞれ独立して測定している例のフローチャートを示す。また、各光源の光量測定方法は図２に示した方法と同じである。各光源の測定方法は図２と同じであるので、その個別光源に関する測定についての詳細な説明は省略する。
図３において、ステップＳＴ４１とステップＳＴ４２は図２のステップＳＴ１１とステップＳＴ１２と同じであり、ここで通常点灯時かまたは光量検出時かを判別している。
またステップＳＴ４３からステップＳＴ４５におけるＲ光源（赤ＬＥＤ）１６の光量の検出動作はステップＳＴ１３からステップＳＴ１７に相当する。Ｒ光源（ＲＬＥＤ１６）を点灯させて、光量を測定し、その結果を記憶する。
その後、ステップＳＴ４６において、Ｒ（赤）ＬＥＤ１６、Ｇ（緑）ＬＥＤ１７、Ｂ（青）ＬＥＤ１８を駆動させて、混色発光（通常発光状態）を一定期間継続する。

つぎに、Ｇ光源（Ｇ（緑）ＬＥＤ１７）についても同様に、ステップＳＴ４７からステップＳＴ４９でＧ光源の光量の検出、データの保存を行う。ステップＳＴ５０で、混色発光（通常発光状態）を一定期間継続する。
さらに、Ｂ光源（Ｂ（青）ＬＥＤ１８）についても同様に、ステップＳＴ５１からステップＳＴ５３で光量の検出とそのデータを保存する。そして、ステップＳＴ５４で混色発光（通常発光状態）を一定期間継続する。

各ＲＬＥＤ１６，ＧＬＥＤ１７，ＢＬＥＤ１８の光量のデータを用いて光量補正値と寿命表示について、ステップＳＴ５５からステップＳＴ５９で処理する。この処理方法は図２に示したステップＳＴ１５からステップＳＴ１９ものと同じである。
上述したように、ＲＬＥＤ１６，ＧＬＥＤ１７，ＢＬＥＤ１８の測定を単独で行ってもよい。

また、図２と図３に示した光量補正のフローを、各光源の劣化による光量低下が色の変化として許容できない値になる前に行うと良い。上述した光源１６の例として、今までＬＥＤを用いてきた。このＬＥＤは前述したように、通常劣化による光量低下には時間がかかるので、本補正のための周期は月単位の周期で十分性能を維持できる。
また、図１に示したように、光量検出部８０に使用するセンサ（受光素子）はシリコンで形成された素子を使用することができる。このシリコンで形成されたセンサは、広い波長感度域を持ち、十分速い応答速度を持っている。応答速度が速いため、測定フローのための検出時間は１／１００秒程度で十分可能であり、測定時の単独光源点灯によっても、人間の目には違和感をほとんど与えずに行うことが可能である。

図４に可変色照明装置９０の概略構成図を示す。光量検出器は、ＲＬＥＤ８６，ＧＬＥＤ８７、ＢＬＥＤ８８で構成された光源部と、これらのＬＥＤから発光された光を検出する受光素子８９とで構成される。本実施形態例においては図１に図示した実施形態例と同様に、３個のＬＥＤ光源と１個の受光素子で構成されている。
一方光源ドライブ回路、演算処理装置は、Ｒドライバー９１、Ｇドライバー９２、Ｂドライバー９３、タイミング発生回路９４、ＣＰＵ９６、Ａ／Ｄ変換部９５で構成されている。これらの動作は図１に示したものと同じである。

図５と図６に可変色照明装置９０の製造方法の主要部を示す。図５において他の実施形態例である第１の製造方法についてのフローチャートを示す。製造工程の組み立て方法については、本発明においては主たる目的でないので省略する。組み立てが完了すると（ステップＳＴ７１）、ステップＳＴ７２において、各ＬＥＤ発光強度の調整を行う。この調整は、可変すべき各色温度、または必要光色の数に応じて繰り返し行う。
ステップＳＴ７３において、各色ＬＥＤ発光強度比率データを電気的に書き換え可能なメモリー（フラッシュメモリーなど）に格納し、製造が完了する（ステップＳＴ７４）。この格納するメモリーは図１に図示した製造時ＲＧＢ比率記憶部７１に相当する。

図６に他の実施形態例の第２の製造方法に関するフローチャートを示す。
ステップＳＴ８１において、組み立て完了後、黒体放射に関連するプランクの法則またはウイーンの法則の式をＣＰＵのメモリーのプログラム内に格納する。
ステップＳＴ８２において、各色光源（たとえばＲＬＥＤ８６、ＧＬＥＤ８７，ＢＬＥＤ８８）の発光強度を調整する。調整は、光源の数に応じて繰り返し行う。
ステップＳＴ８３において、各色光源の調整による補正値を書き換え可能メモリーに格納し、製造を完了する（ステップＳＴ８４）。
本方法においては、黒体放射のどの色温度に対しても、全ての調整値をメモリーに記憶させる必要は無い。また、プランクの法則として知られる、黒体放射のスペクトル計算式をＣＰＵ（演算処理装置、コンピュータ）のメモリーに記憶させておき、各色温度による各光源の発光強度をそれぞれの補正値を与えて決定する。この場合、プランクの式と補正値を記憶するだけでよい。

光色設定の原理に基いて製造時ＲＧＢ比率記憶部７１にデータがプリセットされ、また最終出力値記憶部７２に記憶された補正値もこの原理に基いて最終的にはＲＧＢ比率が決定される。
以下具体的に光色設定の原理について示す。図７は色度図を示したものである。この座標中に示される、Ｂ点で示され４８０ｎｍの波長を発光するＬＥＤと、Ｙ点で示される５８０ｎｍの波長を発光するＬＥＤの２個発光させ混色させた場合、Ｂ及びＹのＬＥＤの発光強度の比によって、Ｂ及びＹの二点を結ぶ線上の光色を混色によって得ることができる。
また図７には、自然界の存在する自然光（黒体放射）の温度によって変化を示す曲線が示されている。前述のＹ及びＢを結ぶ線と、この黒体放射曲線は近似しており、Ｙ及びＢの発光強度比によって、座標上に示すように、３０００Ｋから７５００Ｋ（ケルビン）までの発光色が得られることが示されている。
つぎに、２点光源を３点光源に展開した場合について述べる。図７の色度座標中において、点Ｂで示される４８０ｎｍの波長を発光するＬＥＤと、点Ｇで示される５２０ｎｍの波長を発光するＬＥＤと点Ｒで示される６２０ｎｍの波長を発光するＬＥＤの３個を発光し混色させた場合、Ｂ，Ｇ及びＲのＬＥＤの発光強度の比によって、座標Ｂ，Ｇ及びＲの三点を結ぶ領域内の光色を混色によって得ることができる。色度図から明らかなように、上述の３点を結ぶ領域内の色は、色度図全域の過半数の色を創出できることを示している。

図８に代表的な光源の分光分布図を示す。
図８（Ａ）において、たとえば曲線ａは標準の光Ｄ６５で、紫外線を含む太陽の光を元にした、ＣＩＥ，ＩＳＯの基準光（６５０４Ｋ）を示す。曲線ｃは白熱電球の標準光源（２８５６Ｋ）、図８（Ｂ）の曲線ｄは白色蛍光灯、曲線ｅは昼光色蛍光灯、曲線ｆは３波長形昼白色蛍光灯のそれぞれの波長に対する光強度を示す。
曲線ａの標準光は４００ｎｍから７００ｎｍの範囲において発光強度が約７５以上でほぼ均一な発光強度を持つことを示している。曲線ｃの白熱電球は短波長側の発光強度は小さいが、長波長側の発光強度は大きいことを示している。曲線ｆの３波長形昼白色蛍光灯は約４３０ｎｍ、５４０ｎｍと６２０ｎｍの３箇所にピークを有し、白色を発光していることを示している。

図９に各光源に対する効率（ｌｍ／Ｗ；ルーメン／ワット）と寿命（時間）を示したグラフを示す。白熱球の効率は２０［ｌｍ／Ｗ］で寿命は１０００時間以下である。ハロゲンランプは約３５［ｌｍ／Ｗ］、寿命は２０００時間弱である、蛍光灯（熱陰極）は７０［ｌｍ／Ｗ］、寿命は１５００〜２２００時間で、効率は前者より良い。
ＨＩＤランプ（メタルハライドランプ）は効率が良く約９０［ｌｍ／Ｗ］で、かつ寿命も２００００時間以上である。冷陰極管の発光効率は約６５［ｌｍ／Ｗ］、寿命は３００００時間以上である。また青色＆白色ＬＥＤの効率は約２５［ｌｍ／Ｗ］であるが、寿命は２００００時間弱と長いのが特徴である。また、これらの光源の内、青色＆白色ＬＥＤを除いた光源は一般に色再現が良好である。

図１０に白色ＬＥＤのスペクトルに対する相対的発光強度のグラフを示す。横軸に波長λ［ｎｍ］、４００ｎｍから７００ｎｍの範囲を示し、縦軸には相対的な発光強度を任意目盛［ａ．ｕ．］、０〜１００を示している。白色ＬＥＤの発光強度は４２０ｎｍから急激に立ち上がり約４７０ｎｍで最大の第１のピーク（１００［ａ．ｕ．］）を示し、その後５００ｎｍまで減少し、また増加して約５６０ｎｍで第２のピーク（４０［ａ．ｕ．］）を示す。そして、波長が増加するに伴い単調減少し、７００ｎｍで１０［ａ．ｕ．］以下となる。
したがって、この白色ＬＥＤは７００ｎｍ近傍の発光強度が１０［ａ．ｕ．］以下で、相対的に赤の色が非常に少ないことが分かる。この光で対象物を照明した場合、赤い色がくすんでしまう。

図１１にたとえば試料（りんご）に標準の光Ｄ５６（太陽光）と標準光の白熱球を光源として照射した場合の分光反射率を示す。
図１１（Ａ）に試料（りんご）の分光反射率を示す。横軸に波長を示し、４００ｎｍ〜７００ｎｍを示し、縦軸に分光反射率の相対値０〜１００％を示す。分光反射率は４００ｎｍ〜５８０ｎｍまで１０％以下で、６００ｎｍ以上になると急激に増加し、６５０ｎｍで約７０％となり、その後飽和特性を示し、７００ｎｍで約７０％となる。
一方、図１１（Ｂ）に標準の光Ｄ６５の分光分布を示す。４００ｎｍで約８０［ｌｍ／Ｗ］、４８０ｎｍで約１２０［ｌｍ／Ｗ］のピークを示し、その後波長の増加とともに単調減少し７００ｎｍで約７０［ｌｍ／Ｗ］である。
図１１（Ｃ）に、試料（りんご）に標準の光を照射した時の反射される光の分光分布を示す。これは、図１１（Ａ）の試料（りんご）の分光反射率と図１１（Ｂ）の標準の光の分光分布を乗算したものであるから、図から、約６００ｎｍ〜７００ｎｍの範囲の反射される光の分光分布が減少していることが分かる。これは試料（りんご）の赤色がややくすんだことを示している。

つぎに、同じ試料（りんご）（図１１（Ｄ））に標準の光の白熱球で照射した場合について述べる。白熱球の光の分光分布を図１１（Ｅ）に示す。４００ｎｍで約２０［ｌｍ／Ｗ］で、４５０ｎｍまで下に凸の曲線を示し単調増加し、４５０ｎｍで約２５［ｌｍ／Ｗ］で、それから直線的に増加し、７００ｎｍで約２００［ｌｍ／Ｗ］である。
そして、図１１（Ｆ）に示すように、試料（りんご）から反射される光の分光分布は、前述と同様に、図１１（Ｄ）の試料（りんご）の分光反射率と図１１（Ｅ）の標準の光の分光分布を乗算したものであるから、波長６００ｎｍ以下では分光分布の値は小さく、６００ｎｍ以上で急激に増加していることを示している。これは、長波長側の光を強調していることを示し、試料（りんご）がより赤色を帯びていることを示している。

このように、光源の分光分布特性により、試料から反射される分光分布が異なるため、実際とは異なる色に見えることがある。これを改善するには光源の分光特性を変えるとよい。また一度光源の光色（と光量）を設定しても、光源にＬＥＤを使用した場合経時変化により光色が変化することもある。このような場合、前述した色可変照明装置またはその補正方法を用いて、実際の色に近づけることもできる。

つぎに、本可変色照明装置を用いた応用例である他の実施形態例を示す。
たとえば３個のＲＬＥＤ，ＧＬＥＤ，ＢＬＥＤを用いて可変色のスポット照明装置を設け、広角度に照明を照らし、たとえば筆記用具などの文具に任意の光色をあてて展示することができる。とくに可変色スポット照明装置の場合、３個のＬＥＤの発光比率を可変できるので、光色、光量を変化させて雰囲気を変えて展示することができる。またＬＥＤの発光比率を可変して、製品の色を可変して、対象製品に照射することにより特定の光を強調して展示することもできる。
さらに上述した３個のＬＥＤを用いたフルカラー照明は、たとえばカラフルな店舗の照明や、食品・服飾・化粧など色が重要な分野に用途があり、その目的に応じて、自然光（太陽光〜白熱球）に至るまで、どんな光でも再現できる。
スポット照明の実施形態例として、スポットライトの投光角度を可変にして、読書灯として用いることができる。光源に、複数個たとえば３個のＬＥＤを用いて３波長形昼白色蛍光灯とすることもできるし、さらに、読書環境（部屋）などに合わせて光色を可変することもできる。
またスポット照明では広角度照明とは逆に、狭角度照明も行うこともできる。

ＬＥＤなどを用いたスポット照明の場合、低消費電力でかつ５００００時間以上の長寿命で、小型化できる特徴がある。
またこれ以外に、ＬＥＤ光源を直線状に配列したリニアライトユニットもある。これは、リニアライトをガラスやアクリルできた棚板の上下に備え付け、光源からの光をこの棚板で反射させて、棚板を明るくすることも、棚板下を明るくすることも可能である。
リニアライトの他の実施形態例として、フィルムポスターの端部にリニアライトを設けその光源とすることができる。これ以外にも、病院でＸ線フィルム観察用のパネルライトとして使用することができる。
また、光色、光量を可変することができるから、美容院や歯科医での光源として用いることができる。

このように、可変色照明装置は、環境に応じてより適切な色での照明を可能とすると共に、長時間安定した色を再現することができる。
上述したように、光源にたとえばＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ；発光ダイオード）に同じ電流を流していても、経時変化によりＬＥＤの特性は変化することが知られている。この変化は、それぞれのＬＥＤ特有のもので、使用時間経過による特性の変化で、初期に合成された光は、同じ色を保つことができなかった。しかし、ＬＥＤなどの光源から発生した光を受光素子によって測定し、初期の設定から変化した値を、１個の受光素子で時系列的に重複しないように測定し、その測定結果から補正値を演算し、それぞれのＬＥＤに流す電流を補正することで、一定の色を保つことが可能となる。
また、複数の光源から１個の受光素子で光量を検出して、光色、光量を求め、任意の混色光を発生することができるので、種々の光源に用いることができるとともに光検出器を小形にすることができる。また回路を小形したことにより消費電流を削減できる。さらに光源にＬＥＤを用いた場合、寿命が従来の光源と比較して長いので上述したように種々の分野に適用できる。

本発明の可変色照明装置の全体ブロックを示すブロック構成図である。 図１に示した可変色照明装置の動作を説明するためのフローチャートである。 図１に示した可変色照明装置の他の動作例を説明するためのフローチャートである。 図１に示した可変色照明装置の構成を示した図である。 図４に示した可変色照明装置の製造工程を示すフローチャートである。 図４に示した可変色照明装置の他の製造工程を示すフローチャートである。 図１の可変色照明装置の動作を説明するために用いるＲＧＢ光源を用いた色度図である。 各種光源の分光分布図である。 各種光源の発光効率と寿命を示したグラフである。 白色ＬＥＤのスペクトル図である。 試料に光源を照射したときの分光分布特性を示したグラフである。 従来の可変色照明装置の全体ブロックを示すブロック構成図である。

符号の説明

１０，１００…可変色照明装置、１５，１０４…光源部、２１，９１…Ｒドライバー、２２，９２…Ｇドライバー、２３，９３…Ｂドライバー、３０…ＲＧＢ調光パルス発生装置、５０…ＣＰＵ（演算処理装置）、５１…限界出力値記憶部、５２…比較部、５３…現在出力値記憶部、５４…出力値送信及び制御部、５５…基準ＲＧＢ比率との比較による出力値演算部、５６…測定結果ＲＧＢ比率演算部、５７，９５…Ａ／Ｄ変換部（アナログ−ディジタル変換器；Ａ／Ｄ−Ｃ）、５８，９４…タイミング発生部（回路）、６０…寿命表示装置、７０…ＣＰＵ外不揮発性メモリー、７１…製造時ＲＧＢ比率記憶部、７２…最終出力値記憶部、８０…光検出部、８２…増幅記、８３，８９…受光素子、８６…Ｒ（赤）ＬＥＤ，８７…Ｇ（緑）ＬＥＤ、８８…Ｂ（青）ＬＥＤ、１０１…照明器具部、１０２…調光制御部、１０３…リモコン送信部、１１５…光色・光量検出部、１１６…受信側ＣＰＵ。

Claims (5)

1. 少なくとも２色の光源と、
   前記各光源の調光を独立して行う制御装置と、
   前記光源の発光量を検出する１個の受光装置と、
   所望の光色を得るためプリセットされる前記各光源の光量比率を記憶する記憶装置と、
   前記受光装置で検出された前記各光源の光量比率と前記プリセットされた光量比率から変動値を求め、該変動値を補正出力とし前記制御装置にフィードバックする演算装置と
   を有する可変色照明装置。
2. 前記演算装置は、前記フィードバックの時間間隔と光量検出に必要な時間を発生する時間調節手段を有する
   請求項１記載の可変色照明装置。
3. 前記各光源の光量検出は時系列に検出され、その後補正演算される
   請求項１または２記載の可変色照明装置。
4. 前記各光源の光検出と補正出力の演算は独立して処理され、該処理間に前記光源を点灯する
   請求項１から３のいずれかに記載の可変色照明装置。
5. 光源調光制御値の限界値を記憶する記憶装置と、フィードバックによって得られた前記各光源の光量から算出された出力値が、前記限界値を越える場合に、前記光源が寿命であることを知らせる報知手段とをさらに有する
   請求項１から４のいずれかに記載の可変色照明装置。

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