JP2013505552A

JP2013505552A - 照明システムの色制御

Info

Publication number: JP2013505552A
Application number: JP2012530390A
Authority: JP
Inventors: エヒベルトレンデリンク
Original assignee: Koninklijke Philips NV; Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2009-09-23
Filing date: 2010-09-16
Publication date: 2013-02-14
Also published as: CN102577604A; WO2011036612A1; EP2481262A1; TW201127200A; US20120169238A1; KR20120076359A

Abstract

本発明は、異なる原色の光を放射するよう構成される第１光源１及び第２光源２を有する照明システム１０の色制御のための方法に関する。本発明によれば、前記第１光源１及び前記第２光源２によって放射される混合光のための色点cp₃であって、目標色点cp_Tと比較して知覚される色出力において最小色差を持つ色点cp₃を決定することが可能である。

Description

本発明は、２つの異なる色の光源を持つ照明システムの色制御のための方法に関する。本発明は、対応する照明システムにも関する。

最近、発光ダイオード（ＬＥＤ）の明るさの向上において、大きな進歩がなされている。結果として、ＬＥＤは、例えば調節可能な色を持つ照明システムにおける光源としての役割を果たすのに、十分に明るく且つ安価になっている。異なる色のＬＥＤを混合することによって、任意の数の色、例えば白色が、生成され得る。色が調節可能な照明システムは、一般に、多数の原色を用いて構成され、或る例においては、三原色、赤色、緑色及び青色が用いられる。生成される光の色は、用いられるＬＥＤ、及び混合比によって決定される。「白色」を生成するためには、３つのＬＥＤ全てがオンにされる必要がある。様々なアプリケーションに適するよう、照明システムが、所望の色出力を持つ光を放射するよう適合されることは重要である。

様々な色のＬＥＤが組み合わされ、各ＬＥＤが、当該アプリケーションに適する所望の色出力を得るために、照明システムから放射される混合光の色制御を供給するよう、別々に駆動され得る幾つかの照明システムが開発されている。このような制御は、例えば、較正テーブル、温度フィードバック、光束又は色フィードバックなどを用いて実施され得る。１つのステップとして、目標色点は、個々のチャネルからの望ましい光束に変換される。これは、システム内に三原色がある場合には簡単な計算である。しかしながら、目標色点が、照明システムの光源が生成し得る色域の外に位置している場合には、目標色点の近似が実施され得る。このような方法の例は、WO 2007/042984に開示されている。

WO 2007/042984の方法は、目標色点に対する近似を供給するけれども、それは、高い柔軟性を備える大規模照明システムに重点を置いている。従って、色制御の自由度はより低いが、より複雑ではない照明システムの色制御の方法を提供することは望ましいだろう。

本発明の或る態様によれば、異なる原色の光を放射するよう構成される第１及び第２光源を有する照明システムの色制御のための方法であって、所定の二次元色座標系に配設されるユーザ選択目標色点を受け取るステップと、前記第１及び第２光源のために、第１及び第２色点であって、前記第１及び第２色点が、前記所定の二次元色座標系内の直線上に配設される第１及び第２色点を各々決定するステップと、前記第１及び第２色点の間の前記線の上の第３色点であって、前記第３色点が、前記ユーザ選択目標色点と比較して最小色差を持つ第３色点を決定するステップと、前記第１及び第２光源によって放射される光の混合物が前記第３色点に対応するように、前記第３色点に基づいて、前記第１及び第２光源のための制御パラメータのセットを決定するステップとを有する方法によって、上記のニーズが少なくとも部分的に満たされる。

本発明による方法を通して、前記第３色点は、前記二次元色座標系内の前記第１及び第２色点の間の前記線の上の全ての色点の中で、前記目標色点と比較して最小色差を持つ色点であるよう能動的に決定される。換言すれば、前記第１及び第２光源が一緒に生成することができる色点を有する前記線の外の目標色点を持つ要求目標色は、前記線の上に位置する第３色点であって、知覚される色出力において最小差を持つ第３色点として出力され得る。

好ましい実施例においては、前記第３色点を決定するステップは、前記第１及び第２色点の間の前記線の上の位置の、前記ユーザ選択目標色点と比較した色差関数を形成し、最小色差を見つけるステップを更に含み得る。前記関数は、前記線の上の点と、前記目標色点との間の色差を表わすのに役立つ。

色差関数が手元にある場合には、最小色差を見つけるために様々な方法があり得る。好ましい実施例においては、最小色差を見つけることは、前記色差関数の、零と等しい導関数を決定することを含み得る。他の例においては、前記第１及び第２色点の間の前記線が、前記目標色点を通過する、前記線に垂直な線と交差する点を決定することも可能であり得る。

好ましくは、前記制御パラメータが、前記照明システムの前記光源を制御するために用いられる減光方法のタイプに依存する駆動電流設定及びデューティサイクルのうちの少なくとも１つである。また、本発明の方法は、前記第１及び第２光源の各々の色点を決定するために、前記第１及び第２光源の各々のためのセンサデータを取得するステップを更に含み得る。従って、原色点は、センサデータに基づいて決定され得る。このようなフィードバック機能により、現在の状況を反映する色点が、前記照明システムによって取得され得る。それによって、これらの状況に適合する方法が実施され得る。初期値は、例えば、前記照明システム内に記憶され、動作中の測定に従って更新される。

好ましくは、前記所定の二次元色座標系は、CIE 1976色座標系に対応し得る。CIE 1976座標系の二次元描写は、色が一定の明るさを持つ色度図である。CIE 1976色座標系の利点は、知覚可能な色差と、この座標系内の色点間の幾何学的距離との間に優れた相関性があることである。

本発明の別の態様によれば、異なる原色の光を放射するよう構成される第１及び第２光源と、前記第１及び第２光源によって放射される光を検出するためのセンサと、制御ユニットとを有する照明システムであって、前記制御ユニットが、所定の二次元色座標系に配設されるユーザ選択目標色点を受け取り、前記第１及び第２光源のために、第１及び第２色点であって、前記第１及び第２色点が、前記所定の二次元色座標系内の直線上に配設される第１及び第２色点を各々決定し、前記第１及び第２色点の間の前記線の上の第３色点であって、前記第３色点が、前記ユーザ選択目標色点と比較して最小色差を持つ第３色点を決定し、前記第１及び第２光源によって放射される光の混合物が前記第３色点に対応するように、前記第３色点に基づいて、前記第１及び第２光源のための制御パラメータのセットを決定するよう構成される照明システムが提供される。このような照明システムでは、本発明の第１の態様に関連して記載されているのと同様の効果が達成され得る。

本発明の他の特徴及び利点は、添付の請求項及び以下の記載を研究すれば、明らかになるであろう。本発明の異なる特徴が、本発明の範囲から逸脱することなく、以下に記載されている実施例以外の実施例を作成するよう組み合され得ることは、当業者には分かるだろう。

以下の詳細な説明及び添付図面から、本発明の特定の特徴及び利点を含む本発明の様々な面が、容易に理解されるであろう。

本発明の現在好ましい実施例による照明システムを図示する。色空間色度図を示す。本発明による方法ステップのフローチャートである。

以下、本発明の現在好ましい実施例が示されている添付図面を参照して、本発明をより詳細に説明する。しかしながら、本発明は、多様な形態で実施されることができ、本願明細書に記載されている実施例に限定されると解釈されるべきでない。もっと正確に言えば、これらの実施例は、完全及び完璧を期すために示されており、当業者に本発明の範囲を十分に伝える。全体を通して、同様の参照符号は、同様の素子を指す。

ここで、図面、詳細には図１を参照すると、第１光源１と、第２光源２とを有する例示照明システム１０が示されている。第１光源１は、ここでは、本質的に白色の光を放射するよう適合される、蛍光体と組み合わされた単一のＬＥＤ３を有する。第２光源２は、ここでは、各々が本質的に赤色の光を放射するよう適合される、３つのＬＥＤ４を有する。従って、第１光源１は、第１原色を放射するのに対して、第２光源は、第２原色を放射する。当然、本発明の範囲は、図１に図示されている原色以外の原色を放射する、他のＬＥＤの組み合わせもカバーする。

カラーセンサ５及び温度センサ６が設けられ得る。カラーセンサは、放射される光の色座標（例えば、CIE X, Y）を示すよう適合されるセンサ、即ち、個々の原色の色座標を測定するよう適合されるセンサである。温度センサ６は、ＬＥＤ３、４の基板温度及び／又は周囲の温度を決定するよう適合され得る。更に、２つの光源１及び２の光束を別々に決定することを可能にする駆動及び測定方式では、放射される光の単一の光束数を示すよう適合される光束センサ７が用いられ得る。その読み取り値から不可欠な計算をすることができるように、光束センサ７のスペクトル感度は、既知でなければならない。光束センサは、人間の目の感度に似ている感受性スペクトルを備える光度計光束センサ（photometric flux sensor）であってもよく、又はセンサの材料特性によって決定される感受性スペクトルを備える放射計光束センサ（radiometric flux sensor）であってもよい。上記のセンサは、各々、ＬＥＤ３、４の各々の光束及び／又は色の測定値を供給するために光源１、２の近くに設けられることに注意されたい。

図示されている実施例においては、制御ユニット８が設けられ、前記制御ユニット８は、センサ５、６、７からの測定値と、所定の目標色とを受け取るよう適合され得る。制御ユニット８は、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、プログラム可能なデジタル・シグナル・プロセッサ、又は別のプログラム可能な装置を含み得る。制御ユニット８は、更に又はその代わりに、特定用途向け集積回路、プログラム可能なゲートアレイ若しくはプログラム可能なアレイ論理、プログラム可能な論理デバイス、又はデジタル・シグナル・プロセッサを含み得る。制御ユニット８が、上記の、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ又はプログラム可能なデジタル・シグナル・プロセッサなどのプログラム可能な装置を含む場合、プロセッサは、プログラム可能な装置の動作を制御するコンピュータ実行可能なコードを更に含み得る。もしも、制御ユニット８が、上記の、マイクロプロセッサ又はマイクロコントローラなどのプログラム可能な装置を有する場合には、プロセッサは、照明システム１０の動作を制御するコンピュータ実行可能なコードを更に含み得る。制御ユニット８は、第１及び第２光源１、２のデューティサイクル及び／又は電流レベルを調節することを可能にする調整器を更に含み得る。

照明システム１０は、ユーザインタフェース９を更に含み得る。ユーザインタフェース９は、ボタンなどのユーザ入力装置と、信号又は電圧、例えば、デジタルのhigh及びlow状態に対応するデジタル信号を生成する調節可能な制御機構とを含み得る。電圧がアナログ電圧の形態である場合には、電圧を使用可能なデジタルの形態に変換するために、アナログ・デジタル変換器（Ａ／Ｄ）が用いられ得る（図示せず）。ユーザは、ユーザインタフェース９を介して、所望の色を選択することができ得る。

図２は、cp₁、cp₂、cp_T、cp₃で示される色点を図示する、二次元空間CIE1976 u', v'で表現されている色空間色度図２０を図示している。cp₁は、第１光源１によって生成される色点であり、cp₂は、第２光源２によって生成される色点である。２つの異なる原色の光を放射する光源は、cp₁とcp₂との間に図示されている直線２１上のどこかの混合光出力を持つ。cp_Tは、目標色点であり、cp₃は、本発明の方法によって決定される色点であり、色空間において、目標色点cp_Tから最短距離を持つ前記直線上の色点である。

図３は、示されている実施例の照明システム１０によって出力されるべき第３色点cp₃を決定するための例示ステップを示している。前記ステップは、照明システム１０の制御ユニット８で実行される際に、例えば、コンピュータプログラムによって実施され得る。以下のステップの幾つかは、提案されている順序と別の順序で実施されてもよく、又はそれどころか、同時に実施されてもよいことの注意されたい。

使用中、所望の色であって、照明システム１０が前記所望の色で光を供給すべき所望の色が決定される。従って、最初のステップ３００において、所望の設定点を表わす目標色点cp_T入力値が識別され得る。記載されている実施例においては、この値は、ユーザインタフェース９から取得され得る。しかしながら、当業者には、前記値が、同様に、例えば別の電気システム、又は所定の設定から得られてもよいことは分かるだろう。取得される目標色点cp_Tは、ここでは、照明システムによって生成され得る色点を有する線２１の横に位置している。

次のステップ３０１においては、第１及び第２色点cp₁、cp₂の現在位置を識別するために、好ましくは、少なくとも１つの温度センサ６、カラーセンサ５及び光束センサ７の１つ又は組み合わせからの測定値が取得される。更に、前記色点の値を決定するための測定値の取得に対して、照明システム１０の較正から又は公称値からから既知の所期所定値が利用されてもよい。２つの光源の公称電流における公称光束は、システムによって、常に、較正行列の形態で知られている。較正行列は、例えばＡ及びＢで示される、２つの形態で用いられ得る。ここで、Ｂの形態は、例えば、以下のような、３つのCIE1931三刺激値Ｘ、Ｙ、Ｚ及びCIE1931色座標ｘ、ｙのための標準的な計算ルールによって、Ａの形態から計算されてもよく、その逆であってもよい。

ここで、i = 1、2

その後、ステップ３０２において、色点cp₁、cp₂、cp_Tが、決定され、二次元空間、CIE1976 u', v'にマッピングされる。色点は、標準的な変換に従って変換される、cp₁ = u'₁, v'₁、cp₂ = u'₂, v'₂及びcp_T = u'_T, v'_Tによって与えられる。

ここで、i = 1、2、T

次に、ステップ３０３において、以下に従って、第３色点が決定される。即ち、第１色点と第２色点との間の線が、パラメータαを用いて記載され得る。

次のステップ３０３ａにおいて、以下の式によって与えられる、前記線の上の点と、目標色点cp_Tとの間の距離Dを記述する色差関数が形成される。

後続ステップ３０３ｂにおいて、目標色点cp_Tに対して最短距離を持つαの値を見つけるために、0と等しい、色差関数の、αについての導関数、即ち、

が決定される。

ステップ３０３ｃにおいては、αの値を、u'及びv'のための式に代入することで、第３色点cp₃を与える。第３色点cp₃は、逆変換によってx, y座標フレームに変換し戻される。

次のステップ３０４において、第１及び第２光源のためのデューティサイクルのセットが各々決定される。即ち、第３色点cp₃を得るための色座標が、照明システム制御パラメータに変換される。前記照明システム制御パラメータは、本例においては、照明システム１０のＬＥＤ３、４を制御するために用いられるパルス幅変調波形のデューティサイクルである（上記のように、前記制御パラメータは、照明システムの光源を制御するために用いられる減光方法のタイプに依存する駆動電流設定であり得る）。較正行列のＢの形態からの入力を用いると、以下の式が得られる。

これは、

を与える。

他の例においては、同様の方法で、直流（ｄｃ）変調のための所要駆動電流が計算され得る。

本発明の特定の例示実施例に関して本発明を説明しているが、当業者には、多くの異なる変形例、修正例などが明らかになるであろう。請求項に記載の発明を実施する当業者は、図面、明細及び添付の請求項の研究から、開示されている実施例に対する変形を、理解し、達成し得る。

更に、請求項において、「有する」という用語は、他の要素又はステップを除外せず、単数形表記は、複数性を除外しない。

Claims

異なる原色の光を放射するよう構成される第１及び第２光源を有する照明システムの色制御のための方法であって、
所定の二次元色座標系に配設されるユーザ選択目標色点を受け取るステップと、
前記第１及び第２光源のために、第１及び第２色点であって、前記第１及び第２色点が、前記所定の二次元色座標系内の直線上に配設される第１及び第２色点を各々決定するステップと、
前記第１及び第２色点の間の前記線の上の第３色点であって、前記第３色点が、前記ユーザ選択目標色点と比較して最小色差を持つ第３色点を決定するステップと、
前記第１及び第２光源によって放射される光の混合物が前記第３色点に対応するように、前記第３色点に基づいて、前記第１及び第２光源のための制御パラメータのセットを決定するステップとを有する方法。
前記第３色点を決定するステップが、前記第１及び第２色点の間の前記線の上の位置の、前記ユーザ選択目標色点と比較した色差関数を形成し、最小色差を見つけるステップを有する請求項１に記載の方法。
最小色差を見つけるステップが、前記色差関数の、零と等しい導関数を決定するステップを有する請求項２に記載の方法。
前記制御パラメータが、デューティサイクル及び駆動電流設定のうちの少なくとも１つである請求項１乃至３のいずれか一項に記載の方法。
前記第１及び第２光源の各々の色点を決定するために、前記第１及び第２光源の各々のためのセンサデータを取得するステップを更に有する請求項１乃至４のいずれか一項に記載の方法。
前記所定の二次元色座標系が、CIE 1976色座標系に対応する請求項１乃至５のいずれか一項に記載の方法。
異なる原色の光を放射するよう構成される第１及び第２光源と、
前記第１及び第２光源によって放射される光を検出するためのセンサと、
制御ユニットとを有する照明システムであって、前記制御ユニットが、
所定の二次元色座標系に配設されるユーザ選択目標色点を受け取り、
前記第１及び第２光源のために、第１及び第２色点であって、前記第１及び第２色点が、前記所定の二次元色座標系内の直線上に配設される第１及び第２色点を各々決定し、
前記第１及び第２色点の間の前記線の上の第３色点であって、前記第３色点が、前記ユーザ選択目標色点と比較して最小色差を持つ第３色点を決定し、
前記第１及び第２光源によって放射される光の混合物が前記第３色点に対応するように、前記第３色点に基づいて、前記第１及び第２光源のための制御パラメータのセットを決定するよう構成される照明システム。
前記第３色点の前記決定が、前記第１及び第２色点の間の前記線の上の位置の、前記ユーザ選択目標色点と比較した色差関数を形成し、最小色差を見つけることを含む請求項７に記載の照明システム。
最小色差を見つけることが、前記色差関数の、零と等しい導関数を決定することを含む請求項８に記載の照明システム。
前記光源がＬＥＤを有する請求項７乃至９のいずれか一項に記載の照明システム。
前記第１光源が、少なくとも１つの赤色ＬＥＤを有し、前記第２光源が、少なくとも１つの、遠隔蛍光体と組み合わされた青色ＬＥＤを有する請求項９に記載の照明システム。