JP2011513927A - 可変色を有する光生成デバイス - Google Patents

Abstract

照明システム10は、− 色が可変する光17を生成するためのランプアセンブリ14と、− 当該ランプアセンブリに対する制御信号ξ1、ξ2、ξ3を生成するためのコントローラ15と、− ソース・カラーを規定している情報を、当該コントローラ15に入力するためのソース・カラー入力手段20、好ましくは色センサと、− 少なくとも1つの色彩調和規則を規定している情報を含み、当該コントローラ15に付随するメモリ30と、を有する。入力されたソース・カラーに基づき、及びメモリからの色彩調和規則を用いて、コントローラは目標となる色を算出し、これに応じてコントローラの出力制御信号を生成する。したがって、ランプアセンブリからの光出力は、測定された周囲の色又は対象物の色に調和し、マッチする。

Description

本発明は、概して照明の分野に関する。特に、本発明は、可変色の光を生成するための照明デバイスに関する。

可変色で空間を照明するための照明システムは、概して公知である。概して斯様なシステムは、各光源が特定の色を発し、異なる光源のそれぞれの色が相互に異なる、複数の光源を有する。総じてシステムによって生成された全体光は、この場合、複数の光源によって発された光の混合物である。異なる光源の相対的な強度を変化させることによって、全体の混合光の色が変えられることができる。

光源は、例えばTLランプ、ハロゲンランプ、LED、等々など、種々異なるタイプが可能であることに留意されたい。以下の説明では、単に「ランプ」という単語が使われるであろうが、しかし、これはLEDを排除することを意図してはいない。

例として、家庭、店、レストラン、ホテル、学校、病院等々の場合、家具などのインテリアの対象物の近くにあるドレープ又はカーペットなどの背景の色と調和して、照明の色を変化出来る、又は設定出来ることが望まれている。良好なマッチングは、魅力的な環境を作ることができる。しかしながら、訓練されていないユーザにとっては、調和した色をセットすることによって魅力的な環境を作ることは、困難である。

本発明は、これらの問題を解決するか、又は少なくとも減じることを意図している。より具体的には、本発明は、ユーザが、調和した色をセットすることによって魅力的な環境を作るのを容易にする照明システムを提供することを意図している。

本発明の重要な態様によれば、照明デバイスは、色が可変する少なくとも一つの照明器具、即ち、色が混合された光、例えばRGB、RGBA、等々を提供することができる照明器具を、有する。

本発明の重要な態様によれば、照明デバイスは、背景の色又は隣接する対象物の色を表す信号を提供することができる色センサを更に有する。

本発明の重要な態様によれば、照明デバイスは、センサが測定した信号を受信することができ、センサが測定した受信信号に基づいて照明器具を制御することができる、コントローラを更に有する。センサは、有線又は無線接続によってコントローラと通信し、コントローラとは独立していてもよいし、又は、センサがコントローラに一体化されていてもよい。

本発明の重要な態様によれば、コントローラは、色と色との間の調和規則を規定した規則を備えたメモリを有し、コントローラは、受信したセンサ測定信号に基づき、メモリ内に存在する情報に基づいて色を選択又は算出し、選択された色に基づいて照明器具を制御するよう作動する。

更に好都合な詳細が、従属請求項に記載されている。

本発明のこれらの態様並びに他の態様、特徴、及び長所が、図を参照し、以下の一つ以上の好ましい実施例の記述によって、更に説明されることであろう。説明において、同じ引用番号は、同じか又は同様のパーツを示している。

本発明による照明システムのブロックダイヤグラムを概観的に示す。 色度図を概観的に示す。

図1は、演色性のランプアセンブリ14を有する照明システム10のブロックダイヤグラムを概観的に示す。「演色性」という慣用句は、ランプアセンブリが可変する色をもつ光を生成することができること、及び、適切な制御信号を受信した場合、ランプアセンブリは所望の色を生成することができることを意味する。図示された考え得る実施例では、ランプアセンブリ14は複数の（ここでは：3つの）例えばLEDのランプ12A、12B、12Cを有する。ランプの各々は、付随するランプドライバ13A、13B、13Cをそれぞれ備え、共通のコントローラ15によって制御される。3つのランプ12A、12B、12Cは、相互に異なる色の光16A、16B、16Cを、それぞれ生成し、用いられる一般的な色は、赤色（R）、緑色（G）、青色（B）である。純粋な赤色、緑色、及び青色の代わりに、ランプは赤に近い光、緑に近い光、及び青に近い光を通常発する。ランプアセンブリ14によって発された全体光が17で示されており、個々の光16A、16B、16Cの混合光である、この全体光17は、一次ランプ12A、12B、12Cの相対光強度LI（R）、LI（G）、LI（B）によって決定された色をもち、当該相対光強度は、それぞれのドライバ13A、13B、13Cに対して、コントローラ15によって生成された制御信号ξ1、ξ2、ξ3によって順番に決定される。それぞれの強度LI（R）、LI（G）、LI（B）は、RGB-色空間の三次元座標として考えることができる。

照明システムが、4つ以上のランプをもってもよいことに留意されたい。第4のランプとして、白色ランプが用いられてもよい。例えば黄色のランプ、シアン色のランプ等々、一つ以上の追加の色が使われることも可能である。以下の解説では、RGBシステムが想定されるであろうが、しかし、本発明は4つ、又はより多くの色さえ有するシステムにも適用されることができる。

各ランプに対して、光強度は0（光が無い）から1（最大強度）までの数として表されることができる。カラーポイントが、三次元座標（ξ1、ξ2、ξ3）によって表されることができ、各々の座標は、ランプのうちの1つの相対的な強度に対する線形な態様に対応して、0から1までの範囲に整合している。個々のランプのカラーポイントは、それぞれ(1,0,0)、(0,1,0)、（0,0,1)として表されることができる。

これに関して、選択された一定のランプ電流にて、予め定められた開閉周波数でONとOFFとが切り替えられてLEDを作動するのが慣例であり、この結果、デューテイサイクル（即ち、ON時間と切替期間との間の比率）が、平均のランプ・パワーを決定することに留意されたい。

理論的には、色空間は、連続体であると考えられることができる。しかしながら、
実際には、照明システムのコントローラは、離散値の制御信号のみを生成することができるデジタルコントローラであり、この結果、潜在的に可能な色の合計数は限られている。

CIELAB色空間など、色空間の異なる表現も提案されたことに留意されたい。CIELAB色空間では、独立変数は、色相（H）、飽和度（S；CIELABでは、S＝彩度/明度によって算出される）、輝度（B；CIELABでは、明度から算出される）である。

色相、飽和、及び輝度の基本的概念は、他の色空間では、他の定義が得られることができるものの、CIE 1931（x,y）の色空間にて、図2を参照して最も容易に説明される。説明を簡単にするため、CIE 1931（x,y）色空間が、座標x、y、Yをもち、以下のように使われる。ここで、x及びyは色度座標であり、大文字のYは独立座標として輝度を示す。3つの色座標からx，y座標への変換は、以下の公式によって規定される：

ここで、大文字X、Y、及びZは、この技術の当業者には知られているべき、R、G、B値から算出されることができる三刺激値を表す。したがって、図2にCIE（x,y）色度図を概観的に示すように、全ての色が二次元のxy-平面にて表されることができる。この線図は良く知られているので、解説は最低限に保たれよう。点（1,0）、（0,0）、及び（0,1）は理想的な赤色、青色、及び緑色をそれぞれ示し、これらは仮想の色である。これらの点は、CIE 1931（x,y）色空間の三角形を表している。曲線1は、純粋なスペクトル色を表す。波長が、ナノメートル（nm）で示されている。破線2が、曲線1の両端部を接続している。曲線1と破線2とによって囲まれたエリア3は、全ての可視色、即ち人間の目によって知覚できる色を含み、曲線1上の純粋なスペクトル色とは対照的に、エリア3の色は混合色であり、これらの混合色は、2つ以上の純粋なスペクトル色の混合によって得られることができる。逆にいえば、各可視色は、色度図の座標によって表されることができ、色度図中のポイントは、「カラーポイント」として示されることであろう。

以下で説明されるように、前記三角形内の全ての色は、前記純粋なスペクトル色を混合することによって生成されることができる。2つの純粋なスペクトル色が混合された場合、結果として生じる混合色のカラーポイントは2つの純粋な色のカラーポイントを接続する線上に位置しており、結果として生じるカラーポイントの正確な場所は、混合の比率（強度の比率）による。例えば、バイオレット及び赤が混合された場合、結果として生じる混合色である紫のカラーポイントは破線2上にある。2つの色が白色光を生成するために混合されることができる場合、これら2つの色は「補色」と呼ばれている。例えば図2は、青色（480 nm）と黄色（580 nm）とを接続している線4を示し、同線は白色点を交差している。これは、青色光及び黄色光の正しい強度の比率が白色光として知覚されるだろうことを示している。同じことが、どのような他の補色のセットにも適用することであろうし、相応する正しい強度の比率である場合、光の混合物は、白色光として知覚されるであろう。光の混合が実際には、異なる波長の2つのスペクトルの寄与を依然として含むことに留意されたい。

2つの補色（ランプ）の光強度がI1及びI2としてそれぞれ示される場合、混合光の全体強度ItotはI1＋I2によって規定されることであろうし、同時に、結果として生じる色は比率I1/I2によって規定されるであろう。例えば、第1の色が強度I1の青色で、第2の色が強度I2の黄色であると看做す。I2=0である場合、結果として生じる色は純粋な青色で、結果として生じるカラーポイントは曲線1上にある。I2が増大した場合、カラーポイントは白色点の方へと線4を移動する。カラーポイントが純粋な青色と白色との間の場所にある限り、対応する色は依然として青っぽいとして知覚されるが、しかし、白色点に近づけば近づくほど、結果として生じる色はより青白いことであろう。

以下では「色」という単語が、「カラーポイント」という慣用句に関連して、エリア3にある実際の色に対して使われることであろう。色についての「印象」は、「色相」という単語によって示されるであろうし、上記の例では色相は、青い、であろう。色相は曲線1のスペクトル色と関連していて、各カラーポイントに対応する色相が、このカラーポイントを白色点と交差する線に沿って曲線1へと投射することにより、見出されることができる点に留意されたい。

更に、色が幾分ぼんやりした色相であるかどうかは、慣用句「飽和」によって表されることであろう。カラーポイントが曲線1上にある場合、対応する色は純粋なスペクトル色であり、また、完全に飽和した色相（飽和度＝1）として示される。カラーポイントが白色点へと移動するにつれて、飽和度は減少し（より少なく飽和した色相、又はよりぼんやりした色相となり）、白色点では、規定により、飽和度はゼロである。

多くの可視色が2つの色を混合することによって得られることができるが、しかし、図2から容易に見て取れるように、これは全ての色に対して適用するというわけではないことに留意されたい、更に、実際には、ランプが理想的な色を生成することができるというわけではない。図2において、異なる3つの色を生成し、対応するカラーポイントC1、C2、C3をもつ3つのランプを有するシステムでは、これらの3つのカラーポイントC1、C2、C3によって規定される三角形の範囲内にある、どのような所望の色をもつ光も生成することが可能である。より多くのランプが用いられてもよいが、しかし、それは必要ではない。例えば、白色光のランプを加えることも可能である。または、前記三角形の外側の色を生成することが所望される場合、所望の色により近いカラーポイントをもつ第4のランプが加えられてもよい。斯様な場合、前記三角形の内部では、色は3つの光出力の固有の組合せとして得られるのではなく、4つの光出力の組合せとして、複数の異なる態様で得られることができる。

図2の二次元表現が、同じ輝度Yをもつ全ての色に対応することに留意されたい。異なる輝度に対しては、線1及び線2の形状が異なる可能性がある。輝度は、図2で描かれた平面と垂直な第3の軸として考慮されている。全ての二次元の曲線が一緒に、輝度によって積み重ねられ、曲線状の三次元体を規定している。言い換えると、 図2の色度図は、三次元の色空間の二次元の横断面である。二次元平面での色の表現が、別の形状、例えば円形形状、又は車輪形状（色環）に変換されることができる点に更に留意されたい。

以上の説明から、一旦、コントローラ15が色空間内で目標となるカラーポイントを規定したならば、コントローラ15が、全体の出力光17、即ち個々の光16A、16B、16Cの混合光が所望の目標となる色をもつように、制御信号ξ1、ξ2、ξ3を生成出来ることが明らかでなければならない。

コントローラ15は、目標となるカラーポイントを規定しているユーザ入力信号を受信することが可能である。このために、コントローラ15は、ユーザ・インターフェース（図示せず）を具備してもよい。ある例では、適切なユーザ・インターフェースは、0と1との間のR-値、G-値、及びB-値を規定するためのポテンショメータなど、3つの別々の入力デバイスを有する。別の例では、適切なユーザ・インターフェースは、色環表示での色相の角度を規定するための回転型ポテンショメータと、飽和度を規定するための直線型のポテンショメータとを有する。別の例では、適切なユーザ・インターフェースは、ユーザが二次元の色空間で1つのカラーポイントを示すことが出来るグラフィック表示部を有する。これら全ての例において、ユーザは、出力光17の色を直接制御することが可能であろう。

実際にはユーザが、出力光の色が周囲にマッチする、又は特定の対象物の色にマッチするよう、出力光の色を設定出来ることが望ましい。上の例では、これは、目標となる色を直接規定しているユーザ入力信号を、ユーザが生成することを必要とするであろう。しかしながら、実際には、これは訓練されていないユーザにとって困難であるように思え、ユーザは退屈な試行錯誤のプロセスに従う傾向がある。

この問題を回避するために、システム10は、ユーザが、周囲の色又は特定の対象物の色を規定している情報をコントローラ15に入力することを可能にしており、この色は、これ以降「ソース・カラー」として示されるであろう。この目的のために、システムが、上で説明されたタイプのユーザ・インターフェースを有することが可能である。しかしながら、好ましくは、システム10はユーザから独立して働くことができ、光を検出し、検出された光のカラーポイントを示す、測定信号Smを生成することができる、少なくとも1つの色センサ20を有する。色センサは、それ自体が知られているので、同センサの動作を詳しく説明することは必要ではない。ある例では、斯様な色センサは、各々が比較的小さな波長域（例えばR、G、B）内の光に敏感な光検出器のセットか、又は、適切なフィルタを通して光を受信する広帯域の光検出器を有する。色センサが1つ以上の光源を有し、反射光を検出することも可能である。

色センサ20はコントローラ15と一体化されてもよいし、又は、有線又は無線接続によってコントローラに連結された、別々の携帯用デバイスでもよい。色センサ20が、照明装置のハウジング内に一体化されることも可能である。

実際には、ユーザは、出力された光17をマッチさせようと望む周囲の色を、又は鍵となる対象物の色を検出するために、色センサ20を用いることであろう。あるいは、一体化された色センサを備えた照明器具の場合、センサで受信される光に周囲が影響を及ぼす限り、照明器具は自動的に当該照明器具の周囲に適応する。

システム10は、色彩調和規則を規定している情報を含むメモリ30を更に含んでいる。これらの規則は、目標となる色を、ソース・カラーの関数として基本的に規定している。これらの規則は、例えばルックアップテーブルの形、又は計算式の形であってもよい。当該色彩調和規則は、システム10の製造業者によって予め規定されている。

種々異なるタイプの色彩調和規則が考えられる。例えば、色空間の表現としての色環に基づくと、色彩調和規則は目標となる色を、ソース・カラーの補色として（例えば黄色対青紫のように）算出することができる。別の例では、色彩調和規則は、色環上で、互いに調和している3つ又は4つの等距離の色を規定していてもよく、従って、目標となる色が、ソース・カラーに対して特定の角距離（色相距離に対応する）をもつものとして算出されることができる。

この技術の当業者に知られているように、色彩調和規則それ自体は公知であることに留意されたい。例の態様により、ウェブサイトhttp://www.sessions.edu/career_center/design_tools/color_calculator/index.asp#について説明を行うが、同サイトでは、種々異なる、選択可能な色彩調和規則に従って、対話形式による色計算機が利用可能である。

どのように特定の色彩調和規則がルックアップテーブル又は計算式に実装されるべきかが、当業者には明らかであろう点に更に留意されたい。

メモリ30は、1つの色彩調和タイプのみによる色彩調和規則を含むことができる。しかしながら、メモリ30が複数の色彩調和タイプによる複数の色彩調和規則を含むことも可能で、コントローラ15は、ユーザが1つの色彩調和タイプを選択出来るユーザ入力部19を具備してもよい。ユーザ入力部19は、コントローラ15に規則選択信号Srsを提供し、コントローラ15は、メモリ内の規則の中から1つの色彩調和規則を選択するために、この規則選択信号Srsを使用する。

本発明が、図及び前述の説明にて詳細に例示され、説明された一方、斯様な例示及び説明は、例示的又は典型的であり、拘束するものではないことが、当業者に明らかでなければならない。本発明は、開示された実施例に限定されることはなく、それよりむしろ、複数のバリエーション及び修正が、添付の請求項中に記載の本発明の保護範囲の中で考えられる。

例えば、システムが複数の色センサを有することが可能であり、ユーザがセンサのうちの1つを実行センサとして選ぶことが可能であり、又はコントローラが、ソース・カラーを測定された色の平均として算出するよう設計されることが可能である。

更に、本発明は、R、G、B値を用いて説明された。しかしながら、他の色空間又は色の表現も考えられる。更に、RGB値が輝度、即ち光強度を本質的に規定していることに留意されたい。しかしながら、ユーザは、周囲の色の輝度にかかわりなく、マッチしている色を見いだすことが出来なければならず、当該ユーザは、制御可能なランプ12の輝度を自由に設定することが出来なければならない。これらの特徴を（全ての値を同一量で乗算することによって）RGB空間での検出及び算出と組み合わせることが可能であるにもかかわらず、輝度とは独立した表現で、例えば色相及び飽和を用いて、算出することが好まれる。RGB-センサの場合、コントローラは、RGB測定信号を色相、飽和、及び輝度信号へと最初に変換し、色相の値及び飽和の値のみを処理する。

更に本発明は、色彩調和規則が、1つの色彩調和した目標となる色を、入力されたソース・カラーの関数として生じる実施例に対して説明された。しかしながら、色彩調和規則が、2つ又は3つ、若しくはより多くの調和した目標となる色を、入力されたソース・カラーの関数として生じることも可能である。システムが1つの制御可能なランプアセンブリを有するにすぎない場合、又は、複数の制御可能なランプアセンブリが全て同じ色を生成することが望ましい場合、目標となる1つの色が、2つ以上の考え得る色彩調和した目標となる色の中から選択されなければならない。これは、好ましくはユーザの選択であるべきである。ここで問題点は、ユーザがコントローラにどのように彼の選択を伝えることを可能にするかである。単純で簡潔な解決策においては、コントローラは、考え得る種々異なる目標となる色を結果として生じる制御信号でランプアセンブリを順次ドライブするよう、プログラムされ、この結果、ユーザがこれらの色を見て選択をすることができる。この選択は、コントローラが選択された色を示している期間に、ユーザがOKボタン（図示せず）を押すことによって、コントローラに簡単に入力することができる。

システムが、複数の制御可能なランプアセンブリを有する場合、上記は各ランプに対して可能であるが、しかし、異なるランプが異なる目標となる色に対してドライブされることも可能である。ここで、どの色がどのランプによって生成されるかの決定がコントローラによって成されても良いが、しかし、これはユーザの決定事項でもよい。

要約すると、本発明は、
− 色が可変する光17を生成するためのランプアセンブリ14と、
− 制御信号ξ1、ξ2、ξ3をランプアセンブリに対して生成するためのコントローラ15と、
− ソース・カラーを規定している情報をコントローラに入力するための、ソース・カラーの入力手段20、好ましくは色センサと、
− 少なくとも1つの色彩調和規則を規定している情報を含み、コントローラに付随したメモリ30と、を有する照明システム10を提供する。

入力されたソース・カラーに基づき、メモリからの色彩調和規則を使用して、
コントローラは、目標となる色を算出し、これに応じて、この色用の出力制御信号を生成する。したがって、ランプアセンブリからの光出力は、測定された周囲の色又は対象物の色に調和し、マッチする。

図、開示物、及び添付の請求の範囲の学習から、開示された実施例に対する他のバリエーションが、請求された本発明を実施する際に当業者によって理解され、遂行されることができる。請求項において、単語「有する」が他の要素又はステップを排除することはなく、不定冠詞「a」又は「an」が複数を除外することはない。単一のデータプロセッサ又は他のユニットが、請求項に列挙された複数の項目の機能を遂行することができる。特定の手段が相互に種々異なる従属請求項中に列挙されているという単なる事実は、これらの手段の組合せが有効に使用されることはできないと示しているわけではない。コンピュータプログラムは、他のハードウェアと共に、又は他のハードウェアの一部として供給される光学記憶媒体又は半導体媒体などの適切な媒体上に格納/配信されてもよいが、しかし、インターネット、又は他の有線若しくは無線の通信システムを介してなど、他の形で配布されてもよい。請求項中のいかなる引用符号も、請求項の範囲を限定するものとして解釈されてはならない。

これまでに、本発明によるデバイスの機能ブロックを例示しているブロックダイヤグラムを引用して、本発明が説明された。これらの機能ブロックの1つ以上のものがハードウェアで実装されてもよいことを理解すべきであり、斯様な機能ブロックの機能は、個々のハードウェア・コンポーネントによって実行されるが、しかし、これらの機能ブロックの1つ以上のものがソフトウェアにて実装されることも可能であり、この結果、斯様な機能ブロックの機能が、コンピュータプログラムの1つ以上のプログラム行か、又はマイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、デジタル信号プロセッサなどの、プログラム可能なデバイスによって実施される。

Claims (8)

1. 照明システムであって、
   − 色が可変する光を生成することが出来る、少なくとも1つの演色性のランプアセンブリと、
   − 当該ランプアセンブリに対する制御信号を生成するためのコントローラと、
   − ソース・カラーを規定している情報を、前記コントローラに入力するためのソース・カラー入力手段と、
   − 少なくとも1つの色彩調和規則を規定している情報を含んでいて、前記コントローラに付随するメモリと、
   を有し、
   前記コントローラが、前記メモリからの前記調和規則を用いて前記ソース・カラーの関数として少なくとも1つの目標となる色を規定するために、当該コントローラの前記出力制御信号を算出するよう設計されている、照明システム。
2. 前記ランプアセンブリが、複数のランプ、及び付随するランプドライバを有し、個々のランプの光出力の寄与から成る光の混合物を生成するよう設計されている、請求項１に記載のシステム。
3. 前記ソース・カラー入力手段が、受光した光の色を測定でき、及び測定された色を示す測定信号を生成することができる色センサを有する、請求項１に記載のシステム。
4. 前記メモリが、複数の色彩調和規則を規定している情報を含み、
   前記システムが、前記複数の色彩調和規則の中から、ユーザが選択した調和規則を示す規則選択信号をコントローラに入力するためのユーザ入力デバイスを更に有し、
   前記コントローラが、前記メモリから前記ユーザが選択した調和規則を用いて前記ソース・カラーの関数として前記目標となる色を規定するために、当該コントローラの前記出力制御信号を算出するよう設計されている、請求項１に記載のシステム。
5. 前記コントローラが、輝度とは独立した二次元の色空間を算出するよう設計されている、請求項１に記載のシステム。
6. 前記色彩調和規則が、前記ソース・カラーと調和した2つ以上の色を生じ、前記システムが、ユーザがこれらの調和した色のうちの1つを、前記目標となる色として選ぶことが出来るユーザ入力部をもつ、請求項１に記載のシステム。
7. 複数のランプアセンブリを有し、前記色彩調和規則が、前記ソース・カラーと調和した2つ以上の色を生じ、前記コントローラは、異なるランプアセンブリに対して、異なる調和した色が当該異なるランプアセンブリによって生成されるように、前記コントローラの前記出力制御信号を算出するよう設計されている、請求項１に記載のシステム。
8. 前記システムが、どのランプアセンブリがどの色になるかについて、ユーザが規定することが出来るユーザ入力部をもつ、請求項７に記載のシステム。

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