JP2013077458A - 水中ライト - Google Patents

Abstract

【課題】二つのＬＥＤ光源を用いた被照射物との距離に応じて色配分を調整した照明光を用いる水中ライトにおいて、構成が平易で、低コストの制御部をもつＬＥＤ式の水中ライトを提供する。
【解決手段】主光源として白色ＬＥＤ１２と色調整用光源として橙ＬＥＤ１１の二色を選択することにより、水中距離に応じて直線的に電圧が変化するように設けた電圧発生部２７の出力を増幅率の絶対値を均等とした反転増幅器２５と非反転増幅器２４の二系統に別けるという平易な構成で、水中ライトとして前記二つのＬＥＤ光源を駆動するための適切な調光信号を作り出す。
【選択図】図３

Description

本発明は、色補正用の調色回路を有したＬＥＤ式水中ライトに関する。

水中での光の分校透過率は橙色から赤色の波長範囲では、他の可視光波長範囲に比較して悪化するという傾向があり、水中では被照射物は地上に比較して青く認識される。
そのため従来は、水中の撮像において前記課題を解消するために、色補正用フィルタを撮影装置に装着することや、ＣＣＤにより撮影画像から変換された画像信号に対しを色補正回路によって色修正を行うことが開示されている（特許文献１）。
この場合、撮影装置の機構および扱いが複雑化するとともに、ユーザが照明光の状態を確認しながら行う撮影シーンを想定した場合、撮影後に撮影画像の色再現を確認することが可能であるが、撮影前に被写体からの反射光の状態を確認することはできないという課題が残る。

これに対する照明光側での対策として、反射光が正しい色再現となるように、２つの異なった色付けの光源を含む照明ユニットにより、被照射物との距離に応じて色配分を調整した照明光を用いることが開示されている（特許文献２）。
このようにすれば確かに、前述の反射光の確認が容易であるし、扱いも平易で、また撮影装置に追加すべき機構も生じない。

特許文献２の内容によれば、２つの異なった色付けの光源の調整は、パルス幅変調の形態あるいは光源へ提供される電圧／電流の量で調整するとされている。光源にＬＥＤ光源を用いることとして、これに対する制御部の典型は、例えば図６および図７に示すようなものとなる。

図６は、前記制御部をパルス幅変調にて構成した例（以下パルス幅調光式と呼称する）で、二つの異なる発光色のＬＥＤ光源の色配分調整法として、最も標準的なもので、二つのＬＥＤ光源１１、および１２は夫々複数のＬＥＤによるＬＥＤストリングで形成されているものとして示している。
ここで１０１はＬＥＤ定電流パルスドライバで今日では様々なメーカから同様なものが市販されている。１０３はＭＣＵ（マイクロコントロールユニット）で被照射物との距離に応じた駆動補正特性がメモリに設定されている。１０２はＤＣ／ＤＣ昇圧コンバータ、１０４は被照射物までの距離入力装置である。入力装置１０４でユーザによって入力された距離情報は必要に応じてＡＤコンバータ（図示せず）によってデジタル情報化されてＭＣＵ１０３に伝達される。ＭＣＵ１０３は受けとった距離情報に応じて、内部メモリに設定された駆動条件を選択し、２つのＬＥＤ定電流パルスドライバ１０１にＬＥＤ発光部１１および１２が適正な色配分となるような駆動制御信号に送る。そしてＬＥＤ発光部１１および１２はＬＥＤ定電流パルスドライバ１０１によって指定されたパルス幅にて間欠点灯駆動される。

図７は、前記制御部を電圧／電流調整方式（以下アナログ調光式と呼称する）にて構成した例で、二つの異なる発光色のＬＥＤ光源の色配分調整法として一般的な手順で考え得るもので、二つのＬＥＤ光源１１、および１２は図６の場合と同様に夫々複数のＬＥＤによるＬＥＤストリングで形成されているものとして示している。
ここで２０１はアナログ制御式のＬＥＤアナログ調光ドライバで、例えばナショナルセミコンダクタ社などで用意されている。２０５は入力装置で二連ボリュームが調整ダイヤルとなっており、ユーザは被照射物との距離に応じた設定を一つの調整ダイヤルにて行う。２０４、２０４’は折線近似回路であり、ＬＥＤ発光部１１および１２に関して被照射物との距離に応じた光量の増減特性を近似していて、２０５からの入力電圧に応じて前記増減特性に沿う電圧を出力する。２０３の電圧バッファと２０２の可変レベル調整器で照明光の総量を調整する。そのようにしてＬＥＤ発光部１１および１２は指定された電流値にてＬＥＤアナログ調光ドライバ２０１によって直流点灯駆動される。

しかるに図６のパルス幅調光式では、撮影装置のシャッタ値との関係でフリッカを発生させる恐れがある。ユーザの様々な撮影シーンに対応すること想定した場合、パルス発光による照明では撮像品質を安定的に確保できるとは言い難い。
また図７のアナログ調光式では、ＬＥＤドライバへの制御部構成で特に折線近似回路の設定に労力を要し、さらにコスト高である。

特開２０００−２４４８０６号 特表２００９−５２７８７２号

したがって、特許文献２における開示内容は被照射物との距離に応じて色配分を調整した照明光を用いるという概念構成として語られているが、平易で実現性が高く、コストを抑制するという視点で具体的構成を記述したものではなかった。

本発明の目的は、二つのＬＥＤ光源を用いた被照射物との距離に応じて色配分を調整した照明光を用いる水中ライトにおいて、構成が平易で、低コストの制御部をもつＬＥＤ式の水中ライトを提供することである。

上記目的を達成するため、本発明の請求項１に記載の発明によれば、
主光源である白色ＬＥＤと色調整用光源である非白色ＬＥＤにより水中距離に応じて二つの光源色の色配分を調整した照明光を提供する水中ライトにおいて、
前記主光源は青色発光ダイオード素子と黄色蛍光体を用いた少なくとも一つの疑似白色ＬＥＤであり、
前記色調整用光源はピーク発光波長が５８０ｎｍ以上の光を発する少なくとも一つの非白色ＬＥＤであり
ユーザが指定した水中距離に応じて直流電圧信号を発生する入力電圧発生部と
前記入力電圧発生部からの直流電圧信号を増幅率の絶対値を均等に設定した非反転増幅部と出力範囲を正領域に移行させるためのバイアスを設定された反転増幅部の二つ増幅部を通して二系統に別けることで前記少なくとも一つの疑似白色ＬＥＤおよび前記少なくとも一つの非白色ＬＥＤの調光用電圧信号として該二つの光源を駆動することで、照明光を前記少なくとも一つの疑似白色ＬＥＤの水中透過前の光の色合いに調整することを特徴とすることで、構成が平易で、低コストの制御部をもつＬＥＤ式の水中ライトが提供可能であり上記した目的が達成される。

本発明の請求項２に記載の発明によれば、
請求項１記載の水中ライトであって、
前記少なくとも一つの非白色ＬＥＤからの光は、ドミナント波長が５９０ｎｍであることを特徴とすることにより、より忠実に照明光を前記少なくとも一つの疑似白色ＬＥＤの水中透過前の光の色合いに調整することが可能となるという利点がある。

本発明によれば、二つのＬＥＤ光源を用いた被照射物との距離に応じて色配分を調整した照明光を用いる水中ライトにおいて、構成が平易で、低コストの制御部をもつＬＥＤ式の水中ライトを提供することができる。

図１は、ＣＩＥ色度図上において、白色ＬＥＤの色温度が水中では透過距離に応じて直線上を推移するに変化する様子を示した図である。 図２は、水中距離に対する白色ＬＥＤの光量と橙ＬＥＤの光量の割合変化をグラフ化した様子を示す図である。 図３は、本発明に係るＬＥＤ光源を用いた水中ライトの回路例を示す図である。 図４は、予め、陸上において橙ＬＥＤの光量を白色ＬＥＤの光量に加えた場合に図２と比較して水中距離に対する白色ＬＥＤの光量の割合変化を示す直線が割合を減少する方向にシフトする様子を示した図である。 図５（ａ）は、図３における入力電圧発生部の別の形態を示す図であり、図５（ｂ）は、図２に示した光量の割合変化のグラフをデータ加工し量子化した例を示す図である。 図６は、従来技術によりパルス幅調光によるＬＥＤ光源を用いた中ライトの調光回路例を示す図である。 図７は、従来技術により。アナログ調光によるＬＥＤ光源を用いた中ライトの調光回路例を示す図である。

本発明者らは、主光源として青色発光ダイオード素子と黄色蛍光体を用いた疑似白色ＬＥＤ（以下、単に白色ＬＥＤと表記）による水中での透過距離に対しする色温度の変化挙動の特有性と、さらに色調整用光源として特定の発光色のＬＥＤを選定することで水中での透過距離に対し夫々のＬＥＤの光量の割合を直線的に変化させて混光することで、水中においても陸上における元の白色ＬＥＤの色温度を再現できることを見出して、本発明をするに至った。以下に現象把握および検討の経緯について詳細説明する。

まず白色ＬＥＤによる水中の色温度を測定したところ、水中での透過距離に対して色温度変化がＣＩＥ色度図上で直線的に推移する傾向があり、さらに前記直線はＣＩＥ色度図上のスペクトル軌跡と５９０ｎｍの個所で交錯することが分かった。図１はＣＩＥ色度図上において、白色ＬＥＤの陸上での色温度を示す点Ｑが水中では透過距離に応じてｘ座標が増加する方向に、ほぼ黒体軌跡上を沿うように直線A上を推移する様子を示したものである。点Ｐは直線ＡがＣＩＥ色度図のスペクトル軌跡と交錯する５９０ｎｍを示す点である。
ドミナント波長５９０ｎｍの光色は橙色で、これにより白色ＬＥＤと橙ＬＥＤの二色を互いに調光すれば、ほぼ黒体軌跡上に沿って、色調を変化させることが可能であり、逆に前記二色のＬＥＤを水中の透過距離に応じて混光比を変化させてやれば、陸上における本来の白色ＬＥＤの色温度を保持できることが理解できる。

そこで、水中で複数個所の透過距離を抽出して夫々の透過距離ごとに前記疑似白色ＬＥＤと橙色ＬＥＤによる刺激値（Ｘ１、Ｙ１）、（Ｘ２，Ｙ２）を測定し、気中での疑似白色ＬＥＤ本来の刺激値（Ｘ０、Ｙ０）を生成できるように前記刺激値（Ｘ１、Ｙ１）、（Ｘ２，Ｙ２）の混光量を求めるため、以下の二式より夫々の透過距離ごとに疑似白色ＬＥＤの光量ａと橙色ＬＥＤの光量ｂを求めた。
Ｘ０＝ａ×Ｘ１＋ｂ×Ｘ２、 Ｙ０＝ａ×Ｙ１＋ｂ×Ｙ２
図２は測定結果を水中距離に対する白色ＬＥＤの光量ａと橙ＬＥＤの光量ｂの割合変化をグラフ化したものである。図２によれば、気中での白色ＬＥＤ本来の刺激値（Ｘ０、Ｙ０）を水中での透過距離応じて生成するための前記光量ａ、光量ｂの割合は互いに直線状の変化し、さらに夫々の直線の傾きの絶対値（すなわち光量ａの増加率と光量ｂの減少率）も略均等であることが判った。

この結果から、主光源として白色ＬＥＤと色調整用光源として橙ＬＥＤの二色を選択すれば、水中距離に応じて直線的に電圧が変化するように設けた電圧発生部の出力を増幅率の絶対値を等しくした反転増幅器と非反転増幅器で振り分けることにより、水中ライトとして前記二つのＬＥＤ光源を駆動する二つの電流制御ドライバに対して適切な調光信号を作り出すことが可能と考えられる。

上記構想を具体化した本発明による水中ライトの回路例を図３に示す。図３において、２１は図６と扱われたものと同様のアナログ制御式のＬＥＤアナログ調光ドライバであるが、特にこの形態に拘るものではなく、トランジスタによる定電流出力回路などでも良い。２２はＤＣ／ＤＣコンバータであるが、電源電圧と橙色ＬＥＤ発光部１１および白色ＬＥＤ発光部１２内のＬＥＤ素子使用個数や結線方法の関係で省略される場合や、あるいは降圧型および昇圧型ＤＣ／ＤＣコンバータを橙色ＬＥＤ発光部１１および白色ＬＥＤ発光部１２とそれぞれに使い分ける場合や、さらに昇圧側ＤＣ／ＤＣコンバータの出力から降圧側ＤＣ／ＤＣコンバータの電源入力を確保する等の様々な形態が想定可能である。２７は入力電圧発生部でユーザが水中距離に応じて可変抵抗器２８を操作する。可変抵抗器２８は抵抗値変化特性が直線的なＢカーブ特性のものを使用する。入力電圧発生部２７の電圧信号は非反転増幅部２４と反転増幅部２５の二系統で増幅されて、図３に示したように入力電圧発生部２７の電圧信号の大きさに応じて、非反転増幅部２４が橙ＬＥＤ発光部１１の光量の割合を、反転増幅部２５が白色ＬＥＤ発光部１２の光量の割合を決定するように電圧信号出力を発生させる。尚、反転増幅部２５の非反転入力端子につながる電源２６は反転出力を正領域にシフトさせるためのバイアス源を示すものである。ここで、前述したように図２において橙ＬＥＤ発光部１１の光量と白色ＬＥＤ発光部１２の光量の変化率の絶対値がほぼ等しいので、非反転増幅部２４と反転増幅部２５の増幅率も絶対値も等しくしておく必要がある。また増幅率を１００倍程度として非反転増幅部２４と反転増幅部２５の帰還抵抗および非反転入力端子につながる各々の抵抗を共通化してもよい。この場合双方の回路で増幅率の差異は無視できる程度となる。２３は可変レベル調整器で照明光の総量を調整する。先の図２で求めた各ＬＥＤ光源の光量の割合は照明光の総量が常に一定光量なる場合の割合を示しているので、水中距離に応じて照明光の総量を変化させる場合には可変レベル調整器２３を操作する。

このようにして白色ＬＥＤ発光部１２と橙ＬＥＤ発光部１１が直流点灯駆動されることにより、本水中ライトは水中においても白色ＬＥＤ発光部１２と橙ＬＥＤ発光部１１が適切に調光され、陸上での主光源である白色ＬＥＤの色温度を保持しながら所望とする光量での照明が可能となる。
更に図６の回路と比較して、本発明により制御部構成が大幅に簡素化されて、より平易で低コスト化が実現されている。

本発明における水中ライトの主光源として青色発光ダイオードと黄色蛍光体を用いた疑似白色ＬＥＤを用いているため、照明光として演色性に支障が生じる場合もある。この場合、陸上においても主光源の白色ＬＥＤと色調整用光源である橙ＬＥＤによる調光を実施しておくことで、橙色から赤色領域での欠落するスペクトルを補うことができ、演色性の改善が可能となる。

このとき水中距離に対する白色ＬＥＤの光量と橙ＬＥＤの光量の割合変化は、陸上で予め橙色ＬＥＤの光量を加えているため、水中でも実施例１における図２で示した橙ＬＥＤの光量に対する白色ＬＥＤの光量割合を低下させることが必要である。図４に陸上で予め橙ＬＥＤの光量を加えた場合の水中距離と白色ＬＥＤ、橙ＬＥＤ光量の割合の変化の様子を示す。図４に示すように前述の図２の調光割合と比較して、水中距離に対する白色ＬＥＤの光量割合の減少率は変化せず、白色ＬＥＤの光量割合を示す直線が光量割合を減少させる方向に平行にシフトしたグラフとなる。

上述の演色性改善処置に伴う図３の回路における対応は非常に容易で反転増幅部２５のバイアス源２６の設定値を低くするように調整するだけである。

上述までの実施例２および３の説明は測定結果に基づいて、水中においても忠実に色温度を保持するために色調整用光源としてドミナント波長が５９０ｎｍの橙ＬＥＤを選択した例であって、実質的には発光ピーク波長が５８０ｎｍ以上の発光色が橙色から赤色領域のＬＥＤが実使用上は使用可能である。色調整用光源の発光色が赤色領域に振れても光量の割合が適切調整されていれば、調光による色温度のずれは視感的にさほど支障がない。特に、水中ダイビングにおける照明用途などでは十分な照明品質が得られる。

尚、色調整用光源が赤色領域に振れた場合の主光源の白色ＬＥＤ光量の割合は前述の図４の場合の逆となり、図２において、白色ＬＥＤの光量割合を示す直線が光量割合を増加させる方向に平行にシフトしたグラフとなる（図示せず）。
この場合の図３の回路における対応も実施例２の場合の逆で、反転増幅部２５のバイアス源２６の設定値を高くするように調整するだけである。

ユーザによっては水中の距離推定により、無段階の距離入力による調節では煩わしさを感じる場合もあるかもしれない。そこで図３の入力電圧発生部２７は撮像品質に影響のない程度で水中距離に対して段階的な調整として推定距離を含む距離範囲を選択させるようなインターフェースを用いるのが使い勝手が向上し、実用的であろう。

図５（ａ）は図３の入力電圧発生部２７を段階的選択入力とした例で、図５（ｂ）に示すように図２で示した水中距離ごとの二つＬＥＤ部の光量割合変化（橙色ＬＥＤの特性加工例のみを示す）を段階的選択入力となるように加工により量子化した例を示すものである。
ユーザは水中での推定距離に応じて、入力装置で与えられた距離選択スイッチにより距離範囲を選択する操作となるためユーザビリティが向上する。尚、５（ａ）は回転スィッチを用いた例であるが、押しボタンスィッチなどでも良い。

更に、水中ライトの全体光量も撮像装置の露出との関係で自動化の要求があるかもしれない。その場合、図３の可変レベル調整器２３はデジタルポテンショメータに置き換えて撮像装置側から光量調整信号を受ける様にしてもよい。

上記実施例はあらゆる点で単なる例示にすぎない。これらの記載によって本発明は限定的に解釈されるものではない。水中ライトを用いた撮影行為は、リアリティのみの追及ではなく水中らしさを演出する様なニーズもある。従って本実施例に対して、例えば入力電圧発生部の電圧出力カーブ特性を変更や、主光源のＬＥＤと色調整用光源のＬＥＤ光量の割合を変更して照明光の色温度を演出することも本発明に包含される。

本発明に係る水中ライトは、水中での写真撮影やビデオ撮影用の照明光源、水中でのダイビング活動用の照明光源などの用途にも適用できる。

１１ 橙ＬＥＤ発光部
１２ 白色ＬＥＤ発光部
２１ アナログ制御式のＬＥＤアナログ調光ドライバ
２２ ＤＣ／ＤＣコンバータ
２３ 可変レベル調整器
２４ 非反転増幅部
２５ 反転増幅部
２６ バイアス源
２７ 入力電圧発生部
２８ 可変抵抗器

Claims (2)

1. 主光源である白色ＬＥＤと色調整用光源である非白色ＬＥＤにより水中距離に応じて二つの光源色の色配分を調整した照明光を提供する水中ライトにおいて、
   前記主光源は青色発光ダイオード素子と黄色蛍光体を用いた少なくとも一つの疑似白色ＬＥＤであり、
   前記色調整用光源はピーク発光波長が５８０ｎｍ以上の光を発する少なくとも一つの非白色ＬＥＤであり
   ユーザが指定した水中距離に応じて直流電圧信号を発生する入力電圧発生部と
   前記入力電圧発生部からの直流電圧信号を増幅率の絶対値を均等に設定した非反転増幅部と出力範囲を正領域に移行させるためのバイアスを設定された反転増幅部の二つ増幅部を通して二系統に別けることにより前記少なくとも一つの疑似白色ＬＥＤおよび前記少なくとも一つの非白色ＬＥＤの調光用電圧信号を形成し、
   前記調光用電圧信号により該二つの光源を駆動することで、
   水中で照射される照明光を前記少なくとも一つの疑似白色ＬＥＤの水中透過前の光の色合いに調整することを特徴とする水中ライト。
2. 請求項１の水中ライトであって、
   前記少なくとも一つの非白色ＬＥＤからの光は、ドミナント波長が５９０ｎｍであることを特徴とする水中ライト。

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