JP2011247671A - 光源の波長ピーク変動計測システム及びこれを用いた三刺激値演算システム - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構成により光源のピーク波長の変動を計測可能とする。また、その計測結果を用いて光源の三刺激値を演算可能とする。
【解決手段】予め感度の異なる２つ以上の光センサで、光源の波長を変動させた場合のそれぞれの検知データで検知データテーブルを作成しておき、現在の光源をそれぞれの光センサで測定し、現在のセンサ検知データと検知データテーブルとから光源のピーク波長の変動を求める。さらに、光源の波長を変動させた場合の視感度曲線に対する感度データを、感度テーブルとして作成しておき、現在のセンサ検知データと検知データテーブルと感度テーブルから光源の三刺激値を求める。
【選択図】図１

Description

本発明は、光源の波長ピーク変動計測システム及びこれを用いた三刺激値演算システムに関するものである。

従来から、光源の照度や三刺激値を得る方法として、フォトダイオードに視感度に近い特性を持ったフィルタを被せ、その出力電流を照度や三刺激値に比例させる手法が用いられてきた。

また、特表２００４−５２６２８９のように、複数個のフォトダイオードを用い、三刺激値を複数個のフォトダイオードの出力電流の関数として演算する方式もある。

特表２００４−５２６２８９号公報

しかしながら、上述の三刺激値演算システムでは、フォトダイオードに被せるフィルタの特性が視感度と完全には一致しておらず、特に鋭いスペクトルのＬＥＤの三刺激値を得る場合には、温度変化、経年変化で数ｎｍの波長変動があった場合に真の三刺激値と大きな誤差を発生する。

また、フォトダイオードに被せるフィルタを数十種類組み合わせて、視感度に極めて近い特性にした測定器もあるが、コストが非常に高く、フォトダイオードとフィルタを個々の光源に設置し、その出力電流を利用して、光源の光出力を調整するようなフィードバックシステムには用いることが出来ない。

本発明は、上述のような点に鑑みてなされたものであり、簡単な構成で光源の波長変動を計測可能な計測システムを提供することを課題とする。また、その計測結果を用いて光源の三刺激値を演算する演算システムを提供することを課題とする。

請求項１の光源の波長ピーク変動計測システムは、上記の課題を解決するために、図１に示すように、光源３のピーク波長を含む任意の波長範囲よりも広い波長範囲を波長検知範囲とする感度の異なる２つ以上のセンサ１，２と、光源３のピーク波長を任意の波長範囲で変動させる波長変動手段（恒温槽４）と、光源３のピーク波長が変動している各段階におけるピーク波長と各々のセンサの検知データとをテーブル化して記憶する検知データテーブル記憶部７と、を備え、検知データテーブル記憶部７に記憶された検知データテーブルと光源３を発光させた場合の各々の現在のセンサ１，２の検知データとから、光源３のピーク波長の変動を求めることを特徴とするものである。

請求項２の三刺激値演算システムは、請求項１に記載の波長ピーク変動計測システムと、光源３のピーク波長が変動している各段階におけるピーク波長と、光源のピーク波長を含む視感度曲線に対する感度とをテーブル化して記憶する感度テーブル記憶部８と、を備え、感度テーブル記憶部８に記憶された感度テーブルと、光源３を発光させた場合の各々のセンサ１，２の検知データとから三刺激値を求めることを特徴とするものである。

請求項１に記載された発明では、検知データテーブル記憶部に記憶された検知データテーブルと光源を発光させた場合の各々のセンサの現在の検知データとから、光源のピーク波長の変動を求めるので、簡単な手法により光源のピーク変動を計測することができる。この場合、光源のピーク波長を含む任意の波長範囲よりも広い波長範囲を波長検知範囲とする２つ以上のセンサの検知データを用いることから、検知データの比とピーク波長を１：１で関連付けることができ、ピーク波長の強度（輝度）の影響を受けることなく、ピーク波長の変動を把握することができる。

請求項２に記載された発明では、感度テーブル記憶部に記億された感度テーブルと、光源を発光させた場合の各々のセンサの現在の検知データとから、感度を求めるので、視感度曲線を忠実に再現した高価なセンサでなくとも、確実に感度を演算することができる。

本発明の光源の波長ピーク変動計測システム及びこれを用いた三刺激値演算システムの構成を示すブロック図である。 図１のＬＥＤ光源のスペクトルを分光器で測定した測定結果を示す分光特性図である。 図１の光センサの波長に対する感度特性を示す特性図である。 本発明において用いる視感度の感度特性を示す特性図である。 一般的なカラーセンサの波長に対する感度特性を示す特性図である。

（実施形態１）
図１は本発明の光源の波長ピーク変動計測システム及びこれを用いた三刺激値演算システムの構成を示すブロック図である。本発明のシステムは、図１に示すように、１個のＬＥＤ光源３と、そのＬＥＤ光源３のピーク波長を変動させるための恒温槽４と、ＬＥＤ光源３の光出力を検出するセンサ１，２と、センサ１，２の出力を受けて三刺激値を演算する三刺激値演算部５によって構成される。三刺激値演算部５は、現在のデータ検知部６と、検知データテーブル記憶部７と、感度テーブル記憶部８を含む。センサ１，２は例えばフォトダイオードよりなり、データ検知部６はＡ／Ｄ変換器よりなる。

まず、事前準備として、検知データテーブルと感度テーブルを測定するために、恒温槽４の温度を３０℃に設定し、ＬＥＤ光源３のスペクトルを分光器で測定すると、測定結果として、図２および表１のような分光特性が得られる。図２において、横軸は波長、縦軸はＬＥＤ光源の分光輝度（相対値）である。

次に、センサ１、センサ２の波長に対する感度特性は、データシート等より図３および表２のような感度を持つ。図３において、横軸は波長、縦軸はセンサの感度（相対値）である。

さらに、視感度の感度特性Ｘは、国際照明学会より図４および表３のような感度を持つと定められている。図４において、横軸は波長、縦軸は三刺激値Ｘの波長感度（相対値）である。

現在のデータ検知部６は、マイコンのＡ／Ｄ変換等の機能を利用して、センサ１，２の出力電圧を得ることが出来る。

ここで、恒温槽４の温度が＋１０℃変化する毎にＬＥＤ光源３の波長が＋１ｎｍづつ変化するものとすると、恒温槽４の温度が１０℃変化する毎に、センサ１，２の出力電圧を計測すると、表４の結果が得られる。

また、恒温槽４の温度が１０℃変化する毎に、分光器により三刺激値Ｘを計測すると、表５の結果が得られる。

ここで、ピーク波長の輝度を固定した場合の、センサ１の出力電圧、センサ２の出力電圧、三刺激値Ｘを計算で求めると、表６の検知データテーブルと、感度テーブルが作成できる。

また、センサ１の出力電圧／センサ２の出力電圧、三刺激値Ｘ／センサ１の出力電圧を計算で求め、表７のようにテーブル化しておく。

以上で、テーブル作成と事前準備を終了する。

次に、温度変化、経年変化で輝度、色度の変化した現在のＬＥＤ光源の三刺激値Ｘを求める手順を示す。
（１）現在のＬＥＤ光源３の光出力をセンサ１、センサ２で計測する。
（２）センサ１出力電圧／センサ２出力電圧を求める。
（３）表７のテーブルのセンサ１出力電圧／センサ２出力電圧とピーク波長の関係から、現在のＬＥＤ光源３のピーク波長が分かる。
（４）表７のテーブルのセンサ１出力電圧／センサ２出力電圧と三刺激値Ｘ／センサ１出力電圧の関係から、現在のＬＥＤ光源３の三刺激値が分かる。

具体例を示すと、現在のＬＥＤ光源３を測定したセンサ１の電圧が［２００］、センサ２の電圧が［２３２］の場合、センサ１出力電圧／センサ２出力電圧を計算すると、［０．８６２］となる。

表７のテーブルと比較すると、ＬＥＤ光源３のピーク波長は［６０１ｎｍ］と［６０２ｎｍ］の間にあることが分かる。

さらに、詳細なピーク波長を計算する場合は、［６０１ｎｍ］、［６０２ｎｍ］のピーク波長と、そのときのセンサ１出力電圧／センサ２出力電圧の［０．８５２］、［０．８６９］を直線近似し、ピーク波長をｙ、センサ１出力電圧／センサ２出力電圧をｘとすると、ｙ＝５８．８ｘ＋５５０．９となり、センサ１出力電圧／センサ２出力電圧が［０．８６２］の場合には、［６０１．５９ｎｍ］と近似できる。

また、表７より、センサ１出力電圧／センサ２出力電圧の［０．８５２］、［０．８６９］と三刺激値Ｘ／センサ１出力電圧の［０．２９７］、［０．２９３］を直線近似し、センサ１出力電圧／センサ２出力電圧の［０．８５２］、［０．８６９］をｘ、三刺激値Ｘ／センサ１出力電圧をｙとすると、ｙ＝−０．２３５ｘ＋０．４９７２となり、センサ１出力電圧／センサ２出力電圧が［０．８６２］の場合には、［０．２９４６］と近似できる。

以上のテーブル値、テーブルから得られる近似式より、センサ１の出力電圧が［２００］、センサ２の出力電圧が［２３２］の場合の［三刺激値Ｘ／センサ１出力電圧］は［０．２９４６］となるため、三刺激値Ｘ＝［三刺激値Ｘ／センサ１出力電圧］×センサ電圧として、三刺激値Ｘ＝［０．２９４６］×［２００］＝［５８．９２］と求めることが出来る。

上記例では、三刺激値Ｘを求める方式のみを示したが、三刺激値Ｙ（照度）、三刺激値Ｚも同様の方法で求めることが出来る。

図１の例では、感度の異なる２つのセンサ１，２の出力電圧を用いたが、図５に示されるような一般的なカラーセンサのうちの２つもしくは３つを用いても良い。図５において、横軸は波長、縦軸はセンサの感度（相対値）である。

センサは、測定する光源が波長変化した際の、センサの出力電圧の勾配が異なるものが少なくとも２つあれば、本発明が実施できる。

また、テーブルについて、上記例では、［センサ１出力電圧／センサ２出力電圧］をパラメータとして、実際に恒温槽を利用して温度を変えることでピーク波長を変化させ、［三刺激値Ｘ／センサ電圧１］のテーブルを作成し、直線近似にてテーブル間の補正を行ったが、テーブルの作成はＬＥＤの波長感度、センサの詳細な感度データが分かっている場合には、計算によっても求めることが出来る。

テーブルのパラメータも［センサ１出力電圧／センサ２出力電圧］、［三刺激値Ｘ／センサ１出力電圧］に限らず、波長の変化に伴って変動する様々な値をパラメータとし、テーブル作成、計算式等を利用して三刺激値を計算することが出来る。

１ 光センサ
２ 光センサ
３ ＬＥＤ光源
４ 恒温槽
５ 三刺激値演算部
６ データ検知部
７ 検知データテーブル記憶部
８ 感度テーブル記憶部

Claims (2)

1. 光源のピーク波長を含む任意の波長範囲よりも広い波長範囲を波長検知範囲とする感度の異なる２つ以上のセンサと、
   光源のピーク波長を任意の波長範囲で変動させる波長変動手段と、
   光源のピーク波長が変動している各段階におけるピーク波長と各々のセンサの検知データとをテーブル化して記憶する検知データテーブル記憶部と、を備え、
   検知データテーブル記憶部に記憶された検知データテーブルと光源を発光させた場合の各々の現在のセンサの検知データとから、光源のピーク波長の変動を求めることを特徴とする光源の波長ピーク変動計測システム。
2. 請求項１に記載の波長ピーク変動計測システムと、
   光源のピーク波長が変動している各段階におけるピーク波長と、光源のピーク波長を含む視感度曲線に対する感度とをテーブル化して記憶する感度テーブル記憶部と、を備え、
   感度テーブル記憶部に記憶された感度テーブルと、光源を発光させた場合の各々のセンサの検知データとから三刺激値を求めることを特徴とする三刺激値演算システム。

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