JP2011510510A - Ｌｅｄ型照明設備における一貫性のある色校正 - Google Patents

Abstract

本発明は、屋内又は屋外照明装置における色発生に係り、更に詳細には、例えば空間的に延びる構内又は障害物を含む環境内で使用するために設計され、従って効率的制御を可能にするために複数の光センサを含むような照明装置の空間的に一貫性のある色制御を行う制御方法に関するものである。色の一貫性は、１以上の光源の光が２以上の光センサに入射する構成により達成される。フィルタ特性等の構造的な検出器のフィーチャが一致する場合、これらセンサは原理的に、適切な処理の後には、当該光源の同一のカラー点を通知すべきである。確かに、色は光の経路とは独立した特性であり、これが、本発明による検出器の相互校正方式の基礎である。該校正方式は、制御アルゴリズムの一部であり、断続的又は永久的の何れかで従来の制御アルゴリズムの代わりに使用することを意図するものである。

Description

本発明は、屋内又は屋外照明装置における色発生に係り、更に詳細には斯様な照明装置の空間的に一貫した色制御を果たす制御方法に関する。

自身の構成発光素子の原色ではない色の光を供給する光源を実現するためには、利用可能な光成分を合成するための制御方法が必要である。斯かる制御方法は、白熱又は蛍光電球等の伝統的照明装置が使用される場合は極めて単純であるか又は決定論的である。発光ダイオード（ＬＥＤ）等の固体照明手段が使用される場合、状況はもっと複雑となる。何故なら、これら固体照明手段は一定しない色出力を呈するからである。事実、放出される色は、接合温度及び電流の変化により、並びに経年変化及び汚染により影響を受け得る。更に、同一のタイプの２つのＬＥＤからの出力も、製造欠陥及び斯かるＬＥＤの取り付けの結果として相違する。光出力が上記要因により所定のカラー点から減衰し始めるにつれ、当該光源の光出力のカラー点もずれる。従って、光源のカラー点は制御ループを介して安定化されねばならない。

1以上の光源の光出力を監視する目的の場合、観察者と同一の感度を持つ又はこれら特性を近似する、ＲＧＢセンサ又はツルーカラーセンサ（true color sensors）等の光検出器を使用するのが常套手段である。代わりに、光束センサが、恐らくは1以上の温度センサと共に使用される。光検出器の出力信号に基づいて、当該光源の光出力の結果的カラー点が決定されると共に、目標カラー点と比較され、必要なら、該光源に対する駆動信号を調整する。

上記光検出器が光出力を感知する場合、周囲の日光又は人工光源からの光等の他の光からの妨害が存在し得る。このような成分を検出器信号から削除して、一度に１つの光源の光出力のみが当該制御ループに供給されるようにする必要がある。従来技術において、個々の光源が斯かる光源の各々を固有の方法で変調することにより区別可能にされるならば、この困難さを如何にして克服することができるかは知られている。

しかしながら、光検出器も光源が受けるのと同様の非一貫性の問題を受ける。上述した影響、特に個々の部品の間の変動は、異なる検出器の測定値の間の食い違いを生じる。このような理由で、上述した技術による２つの公称的に同一の照明装置が同一の目標カラー点を生じるように設定された場合、各光の色が人の目にとり視覚的に相違することが良く起こり得る。このような欠点は、斯様な照明装置が別れて設置される限り余り重要ではないが、複数の同様の光源がロビー又は玄関等の大きな部屋の照明のために設置されると共に、一様な色温度が望ましい場合に、面倒な問題となる。

本発明の目的は、複数の光検出器が必要とされる、1以上の光源の形態の照明装置より放出される光の色を制御するための空間的に一貫性のある方法を提供することである。複数の検出器は、例えば当該照明装置が空間的に広がる構内を意図する場合、又は照明される環境が障害物を含む場合に必要となる。

この目的は、上記光源のうちの1以上のものの光が２上の光検出器に当たるような構成を提供することにより達成される。フィルタ特性等の構造上の検出器特性が一致する場合、これら検出器は、適切な処理の後、原理的に当該光源の同一のカラー点を通知すべきである。確かに、色は経路とは独立の光特性であり、このことは、本発明による上記検出器の相互的校正のための基礎である。

このように、本発明の一態様によれば、少なくとも１つの光源により放出される光の色を制御する方法が提供される。該方法は、
− 前記少なくとも１つの光源により放出された変調された光を２以上の光検出器において受光するステップであって、該変調が上記光源の各々により放出された光の区別を可能にし、これにより各検出器からの検出信号を生成するようにするステップと、
− 各検出信号に対する補正を、所定の目標カラー点で所定の光源からの光を測定する前記光検出器からの検出信号の群の比較に基づいて発生するステップと、
− 前記補正を各検出信号に適用するステップと、
− 各光源の実際のカラー点を、前記補正された検出信号に基づいて決定するステップと、
− 前記光源に対する駆動信号を、これら光源の実際のカラー点及び目標カラー点に基づいて発生するステップと、
を含む。

校正及び制御を実行する上記アルゴリズムは、当該照明装置がオンされた場合、所定の時間間隔で、又は連続的に実行することができる。

本方法によれば、公称的に同一の特性を持つ別々の検出器により実行される、１つの特定の光波に対する別々の測定が収集され比較される。変調は、当該光検出器により受光される異なる光成分が分離されるのを可能にする。何故なら、各光源からの光は固有に区別可能となるからである。従属請求項は、本発明の好ましい実施例を記載している。

本発明の第２の態様によれば、光の色を制御する装置であって、
− 少なくとも１つの光源により放出される光を受光し、且つ、各々が検出信号を生成する少なくとも２つの光検出器と、
− 各検出信号に関連する補正を、所定の光源からの光を所定の目標カラー点で測定する前記光検出器からの検出信号の群の比較に基づいて決定する手段と、
− 前記補正を各検出信号に適用する手段と、
− 各光源の実際のカラー点を前記補正された検出信号に基づいて決定する手段と、
− 前記光源に対する駆動信号を、これら光源の実際のカラー点及び目標カラー点に基づいて発生する手段と、
を有する装置が提供される。

好ましい実施例、特には特別に適した光源を含む実施例は、従属請求項に記載されている。

本発明の更なる特徴及び本発明による利点は、添付請求項及び下記の詳細な説明を精査することにより明らかとなるであろう。当業者であれば、本発明の異なるフィーチャを組み合わせて以下に説明するもの以外の実施例を生成することができることを理解するであろう。

図１は、本発明による色制御された照明装置の一実施例のブロック図である。

以下、本発明を、添付図面を参照して詳細に説明する。

本発明の一実施例を、図１を参照して説明する。本発明の好ましい実施例による色制御装置は、Ｎ≧２個の光検出器１０７を有し、これら光検出器は検出信号１０９を各々発生する。検出信号１０９は補正手段１１５に供給され、該補正手段はユニット１１１により決定された補正を適用すると共に、次いで、これら補正された信号１１９を、各光源１０１により放出された光の実際のカラー点１２１を計算するように構成された部分１１７に供給する。当該装置は、Ｍ≧１個の光源１０１から放出された光の色を、これら光源の各駆動信号１０３を調整することにより制御する。上記駆動信号１０３は、制御ユニット１２３により、所望の目標カラー点Ｔ及び放出された光１０５の実際のカラー点１２１に基づいて発生される。簡略化のために、図面は相対的に少ない部品、即ちＭ＝２個の光源及びＮ＝３個の光検出器を備える実施例を開示している。実際には、より多くの光源（及び少なくとも、より幾らか多い検出器）が使用される。例えば、典型的なショールームでは、数百もの光源を使用することができる。

１１１、１１５、１１７及び１２３により示された手段は、典型的には、制御及び校正の上記機能を実現するための適切なソフトウェアコードを実行するコンピュータ等の処理ユニットにより実施化される。中央コンピュータを、上記検出信号を受信し、上述した処理を実行し、必要とされる駆動信号を発生し、及び斯かる駆動信号を上記光源に送信するために使用することができる。従って、本発明の好ましい実施例による色制御部は、複数の光検出器と適切なソフトウェアコードを実行するコンピュータとにより実施化することができる。

図１に示されるように、各光検出器１０７は、幾つかの制御可能な光源１０１からの光１０５、並びに日光及び人工光源からの光の形態の摂動を受ける。所与の光源の実際のカラー点１２１を決定するためには、当該光検出器に入射する種々の他の光成分から、該所与の光源の貢献度を判別する必要がある。従来から、例えば国際特許出願公開第WO2006/111930号に記載されているように各光源に変調された光源を両放射パターンが一致するように併置することにより、又は単一の光源の光を変調することにより、この判別をどの様にして達成することができるかが知られている。例えば光源がパルス駆動される場合、パワー制御はデューティサイクルを調整することにより実行される。この場合、変調は、パルス幅変調若しくはパルス振幅変調、オン／オフ変調、二相変調、又はゴールドコード（Gold codes）による変調等のＣＤＭＡ技術からの一層複雑な符号化解決策であり得る。上記光源と上記検出信号を復調する手段との間の共時性は、殆どの変調技術において望ましいか又は必要でさえあり、従って上記光検出器は好ましくはネットワーク化された形式のものとする。

このようにして、光検出器から見て特定の光源の光の色及び輝度を測定することが可能となる。測定された輝度は、異なる位置の光検出器に対しては変化するであろうが、色はクリーンな大気中を進行する光の経路に依存しない特性である。従って、各光源から出力される際の光のカラー点を所望の目標カラー点Ｔと比較することにより、当該装置は駆動信号１０３を調整して可能性のある差を減少させることができる。

本発明の一実施例によれば、上記カラー点の決定は、各光源の出力を非対称関数モデル化のためのアルゴリズムにより近似することを含む。例えば、二重Ｓ字関数を、放出された光の空間密度関数の既知の点に適合させることができる。

本発明によれば、上述した制御手順は、一貫した色測定を保証するために、光検出器１０７の校正により補足される。当該校正方法の実行はＮ個の補正１１３（恐らくは、色に依存する）を発生し、これら補正は、次いで、補正手段１１５により対応する検出信号１０９に適用される。以下に続く異なる校正方法の説明のために、或る数学的表記が導入される。上記検出信号（これら信号の補正と共に説明される）は、必ずしも上記光検出器からの全出力ではなく、色成分のみであることが理解される。この約束事は、光検出器から見た光波は例えばＲＧＢ信号又はＸＹＺ信号等の３成分信号により完全に表すことができるという事実に鑑み、無制限である。このような信号を、１つの輝度成分（ビデオ技術で使用される広く知られたモデルにおけるルミナンスとして知られている）と２つの色成分（クロミナンス）とに変換するのは容易いことである。更に、比較は、製造により同等である（comparable）検出器に対してのみ行われると仮定する。フィルタされた光検出器という特定の場合、これらのフィルタ特性は、信頼性のある校正が行われるべきなら、少なくとも基準光の波長の近くでは実質的に合致すべきである。

ｓ_i,k（ｐ）により、目標カラー点ｐでｋ番目の光源から光を受光する際にｉ番目の検出器により形成される検出信号を示し（ここで、１≦ｉ≦Ｎ及び１≦ｋ≦Ｍである）、ｃ_i(ｐ)により、ｉ番目の光検出器に関連する加法的補正を示すものとしよう。更に、Ｇ_ｋ（ここで、１≦ｋ≦Ｍである）を、ｋ番目の光源から或る所定の最小輝度より高い光を受光する検出器のインデックスの集合とする。例えば、第１の光源が検出器１、２及び４から見える場合、Ｇ_１＝｛１，２，４｝となる。これらの定義を用いて、相対誤差

を導入するものとし、これは、目標カラー点ｐでｋ番目の光源から光を受光している間のｉ番目の検出器とｊ番目の検出器との間の偏差である。ｘがｄ個の成分を持つベクトルである場合、

と理解することができるが、他のノルムも同様に使用することができる。ｅ_i,j,k(ｐ)＝ｅ_j,i,k(ｐ)であり、ｅ_i,i,k(ｐ)＝０であることに注意されたい。

簡単な方法によれば、補正ｃ_i(ｐ) （ここで、１≦ｉ≦Ｎである）は、検出器の組をリニアに横切ることにより決定される。典型的な校正方法は下記のような構造を有する。
ｃ_１(ｐ)＝０と設定する、
２，３∈Ｇ_k2となるようなｋ_２を見付ける。
ｅ_2,3,k2(ｐ)＝０となるようなｃ_２(ｐ)を選択する。
３，４∈Ｇ_k3となるようなｋ_３を見付ける。
ｅ_3,4,k3(ｐ)＝０となるようなｃ_３(ｐ)を選択する。
…
Ｎ−１，Ｎ∈Ｇ_kNとなるようなｋ_Ｎを見付ける。
ｅ_N-1,N,kN(ｐ)＝０となるようなｃ_Ｎ(ｐ)を選択する。

多数の検出器を使用する場合、この幾らか"近視的"アルゴリズムは、開始点から遠い距離に位置した光検出器に対する補正の発振的な挙動につながる可能性がある。従って、列に配置された複数の検出器を校正する場合（実際にはよくあり得る）、開始点のより良い選択は、当該列の中央の近くであり、例えば複数の廊下に設置された複数の光源を校正する場合、当該アルゴリズムは斯かる廊下の主交差部に最も近い光検出器において開始すべきである。

もっと洗練された実施例では、補正は、大域的最適化処理により同時に決定される。誤差ｑノルムを、

と定義する。所与のｐ及びｑに対して、補正ｃ_i(ｐ) （ここで、１≦ｉ≦Ｎである）は、最適化問題

に対する解である。

数ｑは、審美的配慮、信号コーティングシステム、アプリケーションの要件等に従って自由に選択することができる。しかしながら、通常は３つの特別なｑノルムが使用される。即ち、ｑ＝２の場合、補正は最小二乗的に最適となり、ｑ＝１の場合、補正は合計絶対誤差を最小化し、ｑ＝∞の場合、補正は最大誤差を最小化する。

結果としての補正ｃ_i(ｐ) （ここで、１≦ｉ≦Ｎである）は、前記補正手段又は他の場所に記憶され、新たな校正が実行されるまで前記検出信号に適用される。上述した校正方法は、１つの目標カラー点ｐに対する測定に基づいている。当業者によれば、第１に、上記アルゴリズムは幾つかの色に対して繰り返すことができ（測定された信号をメモリに記憶することにより、又は見える色の変化が許容される場合は特定の校正モードで実行することにより）、第２に、既知の補正の間で補間することができることは、明らかであろう。

以上、本発明を該発明の特定の実施例を参照して説明したが、当業者によれば、多くの異なる代替例、変形例等が明らかであろう。従って、上述した実施例は、添付請求項に記載された本発明の範囲を限定しようとするものではない。

Claims (16)

1. 少なくとも１つの光源により放出される光の色を制御する方法であって、
   − ２以上の光検出器において、前記少なくとも１つの光源により放出される変調された光を受光するステップであって、該変調が前記光源の各々により放出される光の区別を可能にし、これにより前記光検出器の各々から検出信号を生成させるステップと、
   − 前記検出信号の各々に対する補正を、所定の光源からの光を所定の目標カラー点で測定する前記光検出器からの検出信号の群の比較に基づいて発生するステップと、
   − 前記補正を前記検出信号の各々に適用するステップと、
   − 前記光源の各々の実際のカラー点を前記補正された検出信号に基づいて決定するステップと、
   − 前記光源に対する駆動信号を、これら光源の実際のカラー点及び目標カラー点に基づいて発生するステップと、
   を有する方法。
2. 前記１以上の光源が少なくとも１つの固体光素子により光を放出する請求項１に記載の方法。
3. 前記固体光素子が発光ダイオードである請求項２に記載の方法。
4. 前記光が少なくとも１つのフィルタされた光検出器により受光される請求項１ないし３の何れか一項に記載の方法。
5. 前記少なくとも１つのフィルタされた光検出器が、ＲＧＢセンサ、ＸＹＺセンサ及び光束センサのうちの１つである請求項４に記載の方法。
6. 前記変調が、
   − 前記駆動信号の拡散スペクトル変調、前記駆動信号のＣＤＭＡ変調、パルス幅変調、オン／オフキーイング、二相変調及びゴールドコードによる変調、
   からなる群における１つの方法により実行される請求項１ないし５の何れか一項に記載の方法。
7. 前記補正が、別々の前記光検出器からのデータの間の誤差を最小二乗的に減少させるアルゴリズムにより決定される請求項１ないし６の何れか一項に記載の方法。
8. 前記補正が、別々の前記光検出器からのデータの間の最大誤差を減少させるアルゴリズムにより決定される請求項１ないし６の何れか一項に記載の方法。
9. 前記補正が、別々の前記光検出器からのデータの間の合計絶対誤差を減少させるアルゴリズムにより決定される請求項１ないし６の何れか一項に記載の方法。
10. 前記光源の実際のカラー点を決定するステップが、非対称関数モデル化のためのアルゴリズムにより当該光源のスペクトル出力を近似するステップを有する請求項１ないし９の何れか一項に記載の方法。
11. 少なくとも１つの光源により放出される光を受光し、且つ、各々が検出信号を生成する少なくとも２つの光検出器と、
    前記検出信号の各々に関連する補正を、所定の光源からの光を所定の目標カラー点で測定する前記光検出器からの検出信号の群の比較に基づいて決定する手段と、
    前記補正を前記検出信号の各々に適用する手段と、
    前記光源の各々の実際のカラー点を前記補正された検出信号に基づいて決定する手段と、
    前記光源に対する駆動信号を、これら光源の実際のカラー点及び目標カラー点に基づいて発生する手段と、
    を有する光の色を制御する装置。
12. 各々が変調された光を放出する、前記駆動信号により制御可能な１以上の光源を更に有し、該変調が前記光の区別を可能にする請求項１１に記載の装置。
13. 前記１以上の光源が少なくとも１つの固体光素子により光を放出する請求項１２に記載の装置。
14. 前記固体光素子が発光ダイオードである請求項１３に記載の装置。
15. 前記光が少なくとも１つのフィルタされた光検出器により受光される請求項１１ないし１４の何れか一項に記載の装置。
16. 前記少なくとも１つのフィルタされた光検出器が、ＲＧＢセンサ、ＸＹＺセンサ及び光束センサのうちの１つである請求項１５に記載の装置。

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