JP2014526123A - マルチモード色調整可能光源 - Google Patents

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Abstract

少なくとも一つのマルチモード人工周囲光源、制御ユニット、及びリモートイメージセンサーを用いた周囲照明装置、方法、及びシステムが開示される。制御ユニットが少なくとも一つの人工周囲光源に結合し、また少なくとも一つの人工周囲光源に少なくとも一つの制御信号を出力するように構成される。少なくとも一つのマルチモード人工周囲光源は、少なくとも一つの制御信号に応じ、変化する色及び色温度の光を出力するように構成される。リモートイメージセンサーが少なくとも一つの制御ユニットに結合し、また少なくとも一つの色及び強度特性を検出し、検出した色及び強度特性に基づいて、少なくとも一つの制御ユニットに出力信号を出力するように構成される。

Description

関連出願の相互参照
本出願は、2011年8月5日に出願され、「マルチモード色調整可能光源」と題された米国特許出願シリアルNO.13/198,854に基づく利益と優先権を主張し、その全内容が参照により本明細書に組み込まれる。

本開示は、マルチモード光調整可能光源を用いる日照(daylighting)又はバック照明(backlighting)システム及び方法に関する。

図1は、従来技術に係る照明システムを図示する。

図2Aは、本開示に係る照明システムの様々な非限定の実施形態を図示する。 図2Bは、本開示に係る照明システムの様々な非限定の実施形態を図示する。 図2Cは、本開示に係る照明システムの様々な非限定の実施形態を図示する。 図2Dは、本開示に係る照明システムの様々な非限定の実施形態を図示する。

図3Aは、晴天(図3A)の日に亘る少なくとも1つの日光センサー(daylight sensor)により測定された例示の赤、緑、青、及び透明センサーデータを提供する。 図3Bは、曇り(図3B)の日に亘る少なくとも1つの日光センサーにより測定された例示の赤、緑、青、及び透明センサーデータを提供する。

図4は、本開示に係る照明システムの非限定の実施形態を図示する。

図5は、本開示に係る照明システムの別の非限定の実施形態を図示する。

図6は、本開示に係る色分析方法の別の非限定の実施形態を図示する。

図7Aは、本開示に係るイメージの選択領域分析による色分析方法の別の非限定の実施形態を図示する。 図7Bは、本開示に係るイメージの選択領域分析による色分析方法の別の非限定の実施形態を図示する。 図7Cは、本開示に係るイメージの選択領域分析による色分析方法の別の非限定の実施形態を図示する。

本明細書で用いられているように、用語「色」が用語「スペクトラム」と代替可能に使用される。しかしながら、用語「色」は、概して、見る者により知覚可能である放射線の特性に言及するために用いられる(但し、この用法は、この用語の範囲を限定するように意図されない)。従って、用語「異なる色」が異なる波長成分及び/又は帯域幅の2つの異なるスペクトラムを意味する。加えて、「色」が白色及び非白色光に言及するために用いられる。

この開示の目的のため、用語「色温度」は、白色光の特定の色内容又は濃淡(赤みを帯びた、青みを帯びた等)に言及する。放射サンプルの色温度は、従来、試験の放射と実質的に同一のスペクトラムを放射する黒体放射体のケルビン(K)の度合いの温度に応じて特徴化される。日光は、典型的には約700K〜10,000Kを超える範囲の色温度を有し、低い色温度がより強い赤成分を有する光に対応し、また高い色温度が、より強い青成分を有する光に対応する。参照のため、早朝の日光が、約3,000Kの色温度を呈し、他方、曇った空では約10,000Kの色温度を呈し得る。

ここで本開示の例示の実施形態により詳細に参照し、その例が添付図面に図示される。可能であるならば、同一の参照番号が、図面に一貫して用いられ、同一又は同類の部分に言及する。

日光(日照)の利用及び供給が、建築及び建造技術者の高まる関心になりつつある。日光は、内部空間の見え方を向上させることができ、また社会及び心理的な効果を建物の占有者に与えることができる。加えて、日光は、人工照明の代替若しくは補完として使用可能であり、これにより建物の全体エネルギー使用を低減し、建物の所有者/占有者に相当な節約を与える。

伝統的には、建物内部へ日光を通す主たるメカニズムとして窓が用いられてきた。窓が内部空間へ相当な量の光を通すことができるが、日照のためのこれらの有用性は幾つかの要因により制限される。例えば、窓は、特に多数で用いられる時、建物内部空間の相当な太陽光加熱を生じさせ得る。これは、建物占有者に不快を生じさせ、また建物の内部空間の温度を制御するために用いられる空調システムの負荷を増加させる。更に、窓は、建物の全内部空間、特に建物の外壁から離れた内部空間へ自然光を浸透させない。

結果として、研究により、自然光を内部空間へ供給する他の方法や装置が調査された。そのような調査から帰結した一つの製品は、所謂「ソーラーチューブ」である。

図1は、建物に設置されたソーラーチューブのある種類の構造を図示する。図示のように、ソーラーチューブ100は、ドーム101、光導管102、及び拡散器103を含む。設置時、ドーム101は、建物105の屋根線に一致又はそれよりも上にあり、また(太陽及び/又は空からの)日光を取り入れて光導管102内に向けるように作動する。光導管102は、(符号を付しない)1以上の高反射性内面を有する。結果として、取り込まれた日光が光導管の内面から1回又は複数回反射して離れ、また最終的に拡散器103に伝えられる。

図1に図示のものといったソーラーチューブは、相当な日光を建物の内部空間へ通すことができ、これらは制約を有しない。確かに、太陽の位置、天気、及び大気の透明度や拡散光といった要因は、全てソーラーチューブの有用性に影響する。これらの要因の多くは、一日の過程で変化し、これはソーラーチューブの効率、光品質、及び照明能力が大きく変化することを意味する。一例としては、図1に図示したものといったソーラーチューブは、建物の内部空間の夜時間の照明には概して無力である。更には、ソーラーチューブは、暗い領域を照明するにはそれ自体が度々にして不十分である。

これらの制約を打開する一つのメカニズムは、統合照明システムを提供することであり、ここでは、1以上のソーラーチューブが、白熱又は蛍光ランプといった人工照明に組み合わされて用いられる。人工照明は、ソーラーチューブ(群)により供給された自然光を補い、また夕方照明のメカニズムを提供する。そのような統合照明システムは、例えば、建物内での位置や一日の時間の関数として、光強度に応じて人工光源の強度(輝度)を変化するドライバで稼働できる。

人工光源の追加が内部照明用のソーラーチューブの使用に伴う問題の幾つかを解決するが、異なる光源、端的にはソーラーチューブと近傍の器具からの自然及び人工光の混合に帰結する。人工光源が典型的には自然光の色や色温度とは異なる単一色や色温度を有するため、そのような光源により供給された人工光がソーラーチューブにより供給された自然光に組み合わされると、感知できる望まない色差に帰結し得る。この色差は、一日の時間帯にて悪化し得る。例えば、太陽の位置に関し、ソーラーチューブにより供給される自然光の色温度や強度が大きく変化するためである。

典型的な統合照明システムが固定された色や色温度を有する人工照明を活用するため、仮に人工照明の強度を調整するドライバが具備されるとしても、そのようなシステムは、概して、上述の色差を解消することができない。更に、そのようなシステムは、望まない条件が存在する時にソーラーチューブにより供給される自然光の色及び/又は温度を無効にし、ソーラーチューブにより供給される光のスペクトラム及び/又は色を補い、及び/又は所望の照明条件(例えば、建物外で雨が降っていても、「晴れの日」内部照明プロファイルを生成する)をシミュレーションする能力を提供しない。

従って、本開示の一側面が、色及び/又は色温度が可変の光を生成する能力がある少なくとも一つの人工光源に対してソーラーチューブといった自然光源を統合する照明システムに関する。

図2Aは、本開示に係る照明システム200の一例を図示する。図示のように、照明システム200は、建物205の屋根線204を介して配備されたソーラーチューブを含む。ソーラーチューブは、自然光を取り入れる入口を該ケースドーム201に含む。ドーム201が、例えば太陽や空からの自然光を取り入れ、そして光導管202へそれを伝える。従来のソーラーチューブと同様、光導管202が高反射性内面を含み、これにより取り込まれた自然光を拡散器203へ効率的に伝達することができる。

照明システムが光を取り込むドーム201を含むように図示されるが、自然光を取り込むための任意の構造やメカニズムを有する入口が用いられるものと理解されるべきである。そのような入口の非限定の例は、窓、ミラーシステム、ソーラー集光器、レンズ、ドーム、若しくはこれらの組み合わせを含む。

ドーム201の出口や拡散器203の入口に対して光導管202が図2では傾斜して示されるが、当業者は、この構成は単なる例であり、光導管202は、拡散器203へ日光を伝える任意の適切な構成であり得ると理解するだろう。例えば、光導管102が直線、曲線、傾斜、若しくはこれらの組み合わせであり得る。光導管102が窓、若しくは天窓の形態でも構成され得る。そのような場合、光導管は、例えば、四辺形(正方形、長方形、台形等)、三角形、長円形(oblong)等の任意の適切な形状又は構成になり得る。幾つかの実施形態においては、光導管は、約0.5%未満の損失、若しくはたった約0.1%未満の損失といった約1%未満の損失で取り入れた自然光を拡散器203へ伝えるように構成される。更には、ソーラーチューブは、各々のドーム201と拡散器203のために(図示のような)一つ若しくは(例えば、2、3、4等の)一つ以上の光導管を用いるように構成され得る。

拡散器203は、光導管202から日光を受け取り、またそれを建物205の内部へ分配する。一般的には、拡散器203は、照明空間内に自然光の所望の分配を提供するように構成される。例えば、拡散器203が凸状ドームに構成され、光導管202から受け取った自然光の均一若しくは実質的に均一な分配を提供する。しかしながら、拡散器203の形状や構成は、多様な光学的分配及び効果を達成するべく変更され得る。更には、拡散器203が建物205の内部空間の天井206の下に設けられるように図2Aに示されるが、拡散器203が任意の態様で設けられ、またドーム201により取り込まれた自然光の分配が望ましい任意の場所に配置できるものと理解されるべきである。

上述の構成部品に加えて、本明細書で記述の照明システムは、少なくとも一つの人工光源207を含む。本開示に沿って用いられる好適な人工光源の非限定の例として、マルチモード人工光源、及びシングルモード人工光源と組のマルチモード人工光源が示唆される。

本明細書で用いられるように、用語「マルチモード人工光源」が、少なくとも2つの選択可能な色及び/又は色温度を有する任意の様々な線源を意味する。そのような線源は、限定するわけではないが、以下に規定のLED基準の線源、複数の選択可能な色及び/又は色温度の白熱線源(白熱電球、ハロゲンランプ)、複数の選択可能な色及び/又は色温度の蛍光線源(例えば、2以上の色温度の蛍光灯)、及び複数の選択可能な色及び/又は色温度の高強度放電線源(例えば、ナトリウム、水銀、及びハロゲン化金属ランプ)を含む。幾つかの実施形態では、本形態で使用のマルチモード光源が、赤、緑、青(RGB)全域及び/又は赤、緑、青、及び黄色(RGBY)全域の色といった広範囲の色及び色温度を呈する能力がある。

本明細書で用いられるように、用語「発光ダイオード」及び「LED」が交換可能に用いられ、任意の発光ダイオード若しくは電気信号に応じて放射線を生成する能力がある他の種類のキャリア注入/接合基準のシステムを意味する。従って、用語LEDは、限定するわけではないが、電流に応じて光を出射する様々な半導体基準の構造、発光ポリマー、発光ストライプ、電界ルミネセンスストライプ、及び同類のものを含む。

端的には、用語LEDは、可視、紫外、及びUV周波数帯の1以上の全域若しくは様々な範囲を生成するように構成された全種類の発光ダイオード(半導体及び有機発光ダイオードを含む)を意味する。用いられる適切なLEDの非限定の例が、赤外LED、紫外LED、赤色LED、緑色LED、青色LED、黄色LED、こはく色LED、オレンジ色LED及び白色LEDの様々な種類を含む。そのようなLEDは、広範囲の周波数帯(例えば、全可視光帯域)又は狭い周波数帯に亘る光を出射するように構成され得る。

本開示で用いるLED光源は、一つ又は複数の個々のLEDで形成され得る。例えば、LED光源が、異なるスペクトラムを出射するが、総じては所望の色(例えば、白、赤、青、緑、黄色、オレンジ、コハク等)及び/又は色温度の光を出射する多数の個々のLEDを含むように構成され得る。LEDは、またLEDの一体化部分の蛍光材にも組み合され得る。

幾つかの実施形態においては、人工光源207が、少なくとも一つの赤色(R)、緑色(G)、及び青色(B)のLED、及びオプションとして少なくとも一つの黄色(Y)LEDを含むマルチモード光源である。R、G、B及びオプションのY色のLEDは、各々、可視光域の各帯域の光を出射するが、総じては、RGB及び/又はRGBY全域の色のいずれか若しくは一部を含む任意の色の光を出射する人工光源207を可能にする。代替的若しくは追加的に、本開示の照明システムは、所謂色調整可能なLED、すなわち調整可能な色温度やオプションの調整可能な強度の個別のLEDを利用する。そのような色調整可能なLEDの非限定の例としては、蛍光変換LEDが示唆される。

本開示のマルチモード光源は、例えば、周波数帯の所望の帯域に亘る強度及び/又は色再現を高めるため、シングルモード人工光源で補われ得る。本明細書で用いられるように、用語「シングルモード人工光源」は、単一色及び色温度を呈する様々な光源を意味する。そのような光源は、限定するわけではないが、シングルモードLED光源(例えば、調整可能若しくは選択可能な色及び色温度を有しない高強度白色LED)と同様、従来の白熱、蛍光、及び高強度放電線源(例えば、ランプ)を含む。

幾つかの実施形態においては、本明細書で記述の照明システムは、マルチモードLED光源と蛍光灯の組み合わせを活用する。例えば、上述のマルチモードLED光源は、シングルモード蛍光灯、マルチモード蛍光灯、及び/又は異なる色温度を有する複数のシングルモード蛍光灯と組み合わせ可能である。これらの実施形態では、蛍光灯は、所望の強度の光を供給するべく減光/駆動することができ、他方、LED光源が追加の色強調/シフトを供給するように駆動される。

シングルモード及びマルチモード人工線源は、広範囲の強度(輝度)値に亘る光を出射する能力があり得る。幾つかの実施形態では、本明細書に記述の照明システムに用いられるシングルモード線源とマルチモード線源は、個々に又は総じて、約25,000ルクスまでの若しくはそれ以上の強度の光を出射する。なお、1ルクス=1ルーメン毎平方メートルである。例えば、そのように線源は、個々に又は総じて、約1000〜約20,000ルクス、約2500〜約15000ルクス、約5000〜約12500ルクス、若しくはたった約8000〜約12000ルクスといった0よりも大きく約25,000ルクスまでの範囲の強度を呈する。幾つかの場合、本開示で使用の人工光源が、少なくとも一つのソーラーチューブにより供給される自然光の強度を近似する強度を呈する。幾つかの実施形態においては、シングル及びマルチモード人工光源の強度が、例えば、減光により、能動的に変更される。

幾つかの実施形態では、本明細書に記述の人工光源の少なくとも一つが、ソーラーチューブの少なくとも一つの構成部品内に配置される。例えば、図2Aに図示のように、人工光源207は、光導管202の内部に沿って周期的に配置される。もちろん、図2の人工光源207の配置は単なる例であり、そのような線源は、ドーム201や拡散器203内を含むソーラーチューブ内の任意の適切な場所に配置される。更には、複数の人工光源207が用いられるならば、これらはソーラーチューブ内で任意の態様で配列される。例えば、人工光源207は、ドーム201、光導管202、及び/又は拡散器203のいずれかの内部の周囲に幾何(円形、三角形、正方形、長方形等)又は不規則な形に配列され得る。ある非限定の例では、人工光源が光ガイド板を介して拡散器203内に配列される。代替して若しくは追加して、人工光源207は、ランダム、パターン及び/又は非ランダム又は非パターンの形態で設けられる。

幾つかの実施形態では、人工光源は、ソーラーチューブの内部又は外部に設けられ、また人工光源から出射された光がソーラーチューブにより供給された自然光に混合する態様で設けられる。この概念が図2Cに概して図示され、ここで、人工光源207(この場合、色調整可能なLED源)が、日光源、例えば、ドーム201、光導管202、及び拡散器203を包含するソーラーチューブに近接して設けられる。図示のように、人工光源207からの光と日光源により供給された自然光が、照明空間、例えば、建物の内部空間(不図示)内に出射される前に混合チャンバー215で混合する。

このように人工及び自然光源により供給された光を混合することにより、拡散器203といった共通の出口を出る前、全光源からの光が(例えば、ソーラーチューブ自体の部品にて)混合される。これは、出口から放射する全ての光が単一光源で発生するとの印象を与えることができる。また、それは、上述の感知可能な色差の問題を解消又は対処することもできる。

後述のように、本開示の幾つかの実施形態は、ソーラーチューブ及び任意の混合チャンバーの外に設けられた人工光源を活用する。そのような構成は上述の「単一光源」の利益を無くすが、他の有用な特徴及び/又は設計自由度を提供する。

本開示の照明システムは、また、1以上のシャッター208を含み、これは、ソーラーチューブにより採光された自然光の強度を調整するように動作する。シャッター208は、手動又は電気機械的に作動し、ソーラーチューブにより出射された自然光の強度に対する手動、電子、及び自動制御を許容する。幾つかの実施形態では、シャッター208が電気機械的に作動し、また後述のように照明システムに含まれる制御ユニットにより出力された制御信号に応答する。

シャッター208は、自然光の全又は一部が拡散器203を通過することを阻止することでソーラーチューブにより採光された自然光の強度を変更するように構成できる。幾つかの実施形態においては、シャッター208は、ドーム201により取り込まれた自然光の約50%まで、約75%まで、若しくはましてや約99%まで照明されるべき空間に進入することを阻止できる。シャッター208が精密モーター制御も含み得、上述の範囲のいずれか内で小さな増加(例えば、1%、5%等)の光阻止が許容される。

本開示の他の側面と共に、シャッター208は、例えば、後述のように照明システムにより供給される全光への自然光の寄与を制限することにより、本明細書に記述の照明システムを補佐してドーム201により取り込まれた自然光を「無効(override)」若しくは補うことができる。

本明細書に記述の照明システムが少なくとも一つの窓を含む場所に配置され、手動又は自動稼働の窓シャッターを更に含み得る。この概念が図2B及び2Dに反映されており、ここで(後述の)日光センサー209が窓213に配備される。窓シャッター214が窓213に設けられ、そして、例えば、(後述の)制御ユニットから伝達した制御信号に応じて、窓213を介して建物に進入する自然光の量や強度を制御するべく作動する。

図2Bに更に図示のように、本明細書に記述の照明システムは、人工光源207及び/又はシャッター208と通信する制御ユニット211を含む。動作の際、制御ユニット211が人工光源207とオプションのシャッター208に制御信号を出力する。これらの制御信号の内容に基づいて、人工光源207が所望の色、色温度、及びオプションの強度の光を出射する。加えて、シャッター208が、ソーラーチューブにより提供の自然光の強度を調整するように作動する。このようにして、制御ユニット211がシャッター208と人工光源207に「指令」を供給し、所望の照明プロファイルを達成する。

本明細書で用いられるように、用語「照明プロファイル」は、光源又はシステムにより提供される光のスペクトラム特性(色、温度、強度等)を意味する。照明プロファイルは、(例えば、アウトドアといった自然環境から記録又は測定された)自然のもの、又は(写真といった非自然のソースから手動で現像され、又は測定された)合成のものである。照明プロファイルを構成するデータは、自然環境、手動入力、照明環境のサンプル(例えば、写真、ビデオイメージ等)の測定、又はこれらの組み合わせの能動またオプションのリアルタイムのデータ測定から生成され得る。例えば、「自然」照明プロファイルは、晴天日に遭遇する照明状況、又は有名なビーチといった著名な場所でのといった所望の自然光状況を日光センサーで測定又は記録することで生成され得る。他方、「人工」照明プロファイルは、手動で生成され、照明アルゴリズム又は写真といった照明環境のサンプルのスペクトラム分析の実行により決定される。

制御ユニット211は、例えば、機械読出し可能なフォーマットで1以上の照明プロファイルを記憶することができるメモリーを含み得る。このように、本明細書で記述の制御ユニットは、ソーラーチューブ又は別の自然光源により供給された自然光を補う又は無効にできる所望の照明プロファイルの自動又は手動の選択を許容する。

制御ユニット211は、プロセッサを更に含み得る。プロセッサは、後述の日光センサー(群)又はカメラ209及び周囲センサー(群)210といった環境センサーから受信した環境信号を分析し解釈するように動作可能である。その分析に基づいて、制御ユニットは、人工光源207及び/又はシャッター208へ制御信号を出力できる。そのような制御信号が任意の所望のフォーマットであり、限定するわけではないが、照明システムで汎用のDMX及びDALIプロトコルを含む。

上述のように、また図2Bに図示のように、本明細書で記述の照明システムは、日光センサー209といった少なくとも一つの環境センサーを更に含む。日光センサー209は、自然光の色特性のモニタリングが望まれる任意の所望の場所に配置される。例えば、日光センサー209は、建物の窓に配置され、ここで、その窓の視野角から自然光の色を検出及びモニターできる。

動作においては、日光センサー209は、外部環境(例えば、アウトドア)のスペクトラム特性をモニターし、また分析及び解釈のために制御ユニット211に1以上の環境信号を伝送する。例えば、日光センサーは、アウトドア環境に存在する色特性(例えば、波長(色)、色温度、及び強度)をモニターするべく動作する。幾つかの実施形態では、複数の日光センサーが用いられ、建物内の異なる場所に配置される。各日光センサーは、その個々の場所から日光の色特性をモニターするように動作し、制御ユニット211への伝送のために環境信号を生成する。

日光センサー209により生成された環境信号に含まれる情報に基づいて、制御ユニット211は、人工光源207(及び/又はシャッター208)に制御信号を出力し、また人工光源207により生成された光の色や強度を変更して自然光の望まない特性を負担する。幾つかの実施形態では、人工光源207により生成された光の色及び/又は強度が制御ユニット211により調整されて自然光の色及び/又は強度を実質的に模倣若しくは補う。人工光が自然光を補う場合、自然光のスペクトラムのギャップ及び/又は望まない変動を「埋める」又は無効にして所望の品質、色、及び/又はスペクトラム特性の光を達成する。

この概念を図示するため、参照が図3A及び3Bに為され、これらは一日の時間に対する晴天(図3A)及び曇り(図3B)の日の過程で日光センサーにより測定される赤(R)、緑(G)、青(B)、透明(C)光強度をグラフにする。図3Bに示すように、曇りの日に対応するRGBCデータは、晴天の日に対応するRGBCデータと比較して、顕著な及び見かけ上ランダムな変動を呈する。曇りの日の過程で、ソーラーチューブにより供給された自然光が、図3Bに図示のデータに応じたものであり、これは、内部空間の望まない照明状況に繋がり得る。

本開示の幾つかの実施形態では、本開示の制御ユニット211は、日光センサーにより取得されたデータを1以上の照明プロファイルと比較し、この望まない変動に対処できる。制御ユニット211は、この比較に基づいて制御信号を出力し、モニターされた自然光の望まない変動を人工照明ユニットで補償する。一例として図3A及び3Bを用いると、制御ユニット211は、曇りの日(図3B)の過程で測定されたRGBCセンサーデータと晴天日(図3A)の過程で測定された所望のRGBCセンサーデータとの比較を実行できる。この比較に基づいて、制御ユニット211は、雨の日のRGBCデータの変動を負担するのに十分な色と強度の光を出力するように人工照明ユニット207に指示できる。

例えば、もしRGBCデータが、晴れの日に比べて、曇りの日の過程で相対的に小さい青い光が放射されたことを示すならば、制御ユニット211は、対応の色(波長)及び強度の青い光を放射するように人工照明ユニット207に指示することができ、晴れの日RGBCデータに曇りの日RGBCデータを「標準化(normalize)」する。このようにして、上述の人工光源は、ローカルセンサーにより駆動されることができ、従って、本明細書で記述の照明システムにより供給される照明状況の動的な変化を許容する。

当該分野で理解されるように、日光センサーといった環境センサーにより提供されるデータは、LED光源といった人工光源の放射色及び強度レベルに必ずしも関係するものではない。従って、例えば、日光センサー209により生成された環境信号がRGB及び強度センサーデータを制御ユニット211に提供するならば、人工光源207に一致するRGB及び強度レベルへそのようなデータを変換することが必要になる。従って、LED光源が人工光源207に用いられる場合、制御ユニット211は、適切なアルゴリズムを用い、所望の照明プロファイルを達成するために求められる必要なLED色及び強度値にセンサーデータを変換できる。

制御ユニット211は、人工光源207の出力光、シャッター208の動作、及び(用いられるならば)窓シャッター213の動作をワイヤード又はワイヤレス結合を介して調整することができる。例えば、制御ユニット211は、直接又は1以上のワイヤレス中継器212を介してのいずれかで、人工光源207、シャッター208、及び窓シャッター213上のレシーバー215とワイヤレスに通信する。そのようなワイヤレス通信は、802.11ワイヤレス標準、802.15.4ワイヤレス標準、又は別の適切なワイヤレス通信プロトコルを使用して行われる。

幾つかの実施形態では、各人工光源207が制御ユニット211により個別に対処される。結果として、制御ユニット211は、多数の人工光源が採用されるとしても、各人工光源207の出力を個別に制御できる。更には、制御ユニット211は、別の場所に配備された人工光源とは無関係にある場所に配備された人工光源の出力を変更できる。

上述の日光センサー(群)209に加えて、本開示の照明システムは、少なくとも一つの周囲光センサー210を更に含む。日光センサー209と同じく、周囲光センサー210は、色と他の環境特性をモニターし、制御ユニット211に環境信号を伝送するべく機能する。しかしながら、外部環境をモニターするに代えて、周囲センサー210は、本明細書で記述の照明システムにより照明される領域の照明状態(例えば、色、色温度、強度等)をモニターし、その情報を含む環境信号を制御ユニット211に出力するように構成される。これらの環境信号は、制御システム211により用いられ、例えば、照明システムにより出力された光の色及び強度特性を制御ユニット211のメモリーに記憶された照明プロファイルと比較し、人工光源207の出力を精密に調整する。

加えて、周囲センサー210は、人工光源207のより柔軟な配置を許容できる。例えば、人工光源は、上述の混合チャンバー215の使用無く、ソーラーチューブの外部に設けられる。幾つかの実施形態では、人工光源がソーラーチューブから0を超えて約100フィート又はそれ以上といった相当な距離に配置される。

上述のようにソーラーチューブの外への人工光源の配置は、人工光源により供給された光とソーラーチューブにより供給された自然光の間の知覚可能な色変化に帰結し得る。そのような配置が本開示により想定され、本明細書で記述の人工光源と自然光源の間の色差の程度を制御することが望ましい。従って、本開示の幾つかの実施形態では、周囲センサー(群)210と制御ユニット211が協調して機能し、ソーラーチューブといった自然光源から出力された光の色及び強度に対し、人工光源から出力された光の色、色温度、及び強度をモニター及び調整する。このようにして本明細書で記述の照明システムは、実質的に均一、若しくは変更した色、色温度、及び/又は強度の光により照明される領域を組み込む照明プロファイルで領域を照明することができる。

図2Dは、この概念の非限定の一例を図示する。図示のように、照明システム200は、ドーム201、光導管202、拡散器203、及びシャッター208を有する複数のソーラーチューブを含む。人工光源207、例えば、調整可能なLED光源が、建物205の内部空間の天井206といったソーラーチューブの外部に設けられる。日光センサー209が窓213の外の色及び強度情報を測定し、また制御ユニット211にそのような情報を含む環境信号を伝送する。複数の周囲センサー210が建物205の内部空間の周囲に設けられる。複数の周囲センサー210は、建物205の内部空間に存在する光、人工光源207により出射された光、及び/又は自然光源、例えば、ソーラーチューブ及び/又は窓213ソーラーチューブ(群)により放射された光の色、色温度、及び強度を測定する。幾つかの実施形態においては、周囲センサーは、単独若しくは上述の色、色温度、及び強度情報との組み合わせで、温度及び/又は湿度といった他の環境要因を測定するように構成される。そのような温度及び湿度データが、例えば、HVAC制御に入力されると、これにより制御環境の照明、温度及び湿度に対する制御が許容される。

周囲センサー209は、環境信号の形態で上述のデータを制御ユニット211に通信する。制御ユニット211は、日光センサー209及び複数の周囲センサー210により提供された環境信号を分析し、レシーバー215及びオプションのワイヤレス中継器212を介して、シャッター208及び複数の人工光源へワイヤレスに制御信号を出力する。これらの制御信号に応じて、シャッター208は、ソーラーチューブにより建物205の内部空間へ供給された自然光の強度を調整するように作動する。加えて、各人工光源207の色、色温度、及び/又は強度が調整される。このようにして、制御ユニット211は、照明システム200により供給された光の色、温度、品質、及び強度を能動的に調整する能力がある。

上述の説明に基づくと、本明細書で記述の照明システムの構成要素が様々な異なる場所に配置され得るものと理解されるべきである。従って、例えば、センサー、ソーラーチューブ、及び人工光源が同じ部屋又は建物内で異なる場所に配置される。これらの位置付けに関わらず、そのような構成要素が制御ユニット211により個別に対処及び制御可能である。加えて、制御ユニット211が、異なる制御信号を照明システムの様々な部分(例えば、異なる人工光源、シャッター等)に送信する能力を有するように構成され得る。結果として、制御ユニット211は、システム内の別のポイントに対し、システム内のあるポイントで異なる光出力やシャッター制御を生じさせる制御信号を発行できる。結果として、制御ユニット211は、内部空間の全体照明環境の変更に関して顕著な柔軟性を照明デザイナーに提供することができる。もちろん、そのようなシステムにより、照明デザイナーは、実質的に均一な色及び/又は強度の光を利用する、若しくは建物内の場所、一日の時間、又は他の要因に依存して変化する色及び/又は強度の光を利用する照明環境をデザインすることが可能になる。

本開示の別の側面は、本明細書で記述の照明システムを利用した照明方法に関する。そのような方法の一例として、参照が図4に為され、ここで、本開示に従う例示の照明システム400の構成要素の間の情報及び/又は信号の流れを図示するために矢印が利用される。図示のように、本明細書で説明の方法は、少なくとも一つの自然光源(例えば、ソーラーチューブ)、少なくとも一つの人工光源407(例えば、マルチモード人工光源)、少なくとも一つの環境センサー409、及び少なくとも一つの制御ユニット411を含む照明システム400の提供を含む。自然光源は、少なくとも一つのシャッター408(不図示)も含み得る。少なくとも一つの周囲センサー409及び少なくとも一つ窓シャッター410も含まれ得る。

そのような方法においては、環境センサー(例えば、日光センサー)が、アウトドア環境の色、色温度、及び/又は強度といった、少なくとも一つの環境的な特性を測定する。環境センサー409は、少なくとも一つの環境特性に関する情報を含む環境信号を制御システム411に出力する。周囲センサー410を利用するシステムにおいては、周囲センサー410は、環境センサー409とは独立に、自然光源及び人工光源407により出力された光と同様、照明システム400により照明されるべき環境の環境特性(例えば、色、色温度、及び/又は強度)を測定する。これらの測定に基づいて、周囲センサー410が環境信号を制御システム411に出力する。

環境センサー409、及びオプションとして周囲センサー410から環境信号を受信すると、制御システム411が少なくとも一つの制御信号を人工光源407及びオプションとしてシャッター408及び窓シャッター414に出力する。これらの制御信号に応じ、人工光源407が所望の色、色温度、及び/又は強度の光を出力する。これに加えて、シャッター408及び/又は窓シャッター414がより多く又は少ない自然光を取り入れるように作動し得る。このようにして、制御システム411は、照明システム400の個々の構成要素を独立に制御でき、照明空間で所望の照明プロファイルが達成される。

本開示の照明システム及び方法は、より多くの自然光の利用により相当なエネルギー節約の潜在性を有する。加えて、そのようなシステムは、現在の日光状況を再現し、また所望のオプションの照明プロファイルで現在の日光状況を無効にする能力を有し、従って、多数の選択肢をエンドユーザーに提供する。

本開示の別の側面は、本明細書で説明の照明システムを利用する照明装置及び方法に関する。そのような方法及びシステムの例として、参照が図5に為され、ここで、本開示に従う例示の照明システム500の構成要素間の情報及び/又は信号の流れを図示するために矢印が利用される。図示のように、本明細書で説明の方法は、少なくとも一つのセンサー又はカメラ又は色情報源、少なくとも一つの人工光源(例えば、マルチモード人工光源)、少なくとも一つの周囲センサー/モニター、及び少なくとも一つの制御ユニットを含む照明システム500の提供を含む。上述の自然光源が、また含まれ得るが、必要ではない。

カメラ、イメージセンサー、又は色情報源は、本明細書で用いられるように、任意のイメージング装置、例えば、限定するわけではないが、ビデオカメラ、ウェブカメラ、デジタル単レンズレフレックス式カメラ(DSLR(Digital Single−Lens Reflex Camera))、モバイル/スマートフォーンカメラ、ゲーム機、R‐G‐Bイメージセンサー、又はイメージ情報を取得する他のイメージング装置を意味する。カメラは、様々な通信及びネットワークプロトコルを使用してコンピューター又はプロセスにワイヤード又はワイヤレスにより接続され得る。情報がイメージ及び/又はストリーミングビデオフレームとして通信され得る。ビデオ信号により、「フレーム取込装置(frame grabber)」が分析のためにイメージ又は個々のフレームを提供処理するように要求され得る。

コンピューターは、ソフトウェア及び/又はハードウェアを用いてカメラにより取得されたイメージの色/強度情報を、例えば、R‐G‐Bビットマップフォーマットに変換する。このフォーマットは、R‐G‐B入力で照明器具又は照明設備を駆動するために使用できる。ヒトの視覚システムは、厳密に一致するわけではないが、R‐G‐B色空間に似た方法で働くため、R‐G‐Bは、コンピューターグラフィクスにとって便利な色モデルである。R‐G‐B色モデルは、赤、緑、及び青光が様々な方法で一緒に足されて広範囲な色配列を複製する加法色モデルである。モデル名は、3つの加法混色の原色、赤、緑、及び青のイニシャルに由来する。

最も汎用されているR‐G‐B色空間は、sRGBとAdobe RGB(これは、かなり広い全域を有する)である。sRGBは、特に消費者等級のデジタルカメラ、HDビデオカメラ、及びコンピューターモニターでは、最も汎用されているR‐G‐B色空間と考えられる。HDTVがsRGB原色を共有する同様の空間を用い、一般的に呼ばれるRec.709.sRGBが大半の消費者用途に十分と考えられる。全装置に同一の色空間を使用させることは、イメージ表示前にある色空間から別に変換する必要がないという点で簡便である。

コンピューターは、撮像されたシーンの良好な色再現のために既に最適化されたカメラソフトウェアアルゴリズムを用い、この情報は、R‐G‐Bチャネルタイプ照明装置に色/強度制御情報を提供するために有利に利用可能である。現在のカメラアルゴリズムの追加の利点は、カメラが動作する必要があるダイナミックレンジ(各色チャネルにとって255強度値に等しい8ビット)の減少が現在のコンピューター(R‐G‐B)モニターシステムに互換することから導かれる。これらの利点は、8ビットに限らず、16ビット又はより高いイメージング装置にも利点を提供する。

相当に高い範囲の実際の日光強度を補償するため、アルゴリズムは、カメラセンサーの露光時間やアパーチャ開口を動的に調整し、これにより、既に、典型的な現状のデジタル照明器具駆動素子にR‐G‐B値の必要な制限された値の範囲を提供している。

コンピューターは、コントローラ/ドライバに色/強度情報を供給する。コントローラは、照明器具に所望の色及び強度を出射させ、イメージの色及び強度を再現する。上述のように、追加のセンサー(図5では不図示)が、照明される領域内に現在の光出射を指定するために配置可能である。照明器具は、次に、現在の出射を補うように使用可能であり、照明される領域内でイメージの所望の照明プロファイルを再現する。

図6に示すように、コンピューター又はカメラの処理アルゴリズム600が、ストリーミングビデオフレーム又は保存されたイメージから色/強度情報を抽出する。これらのR‐G‐B値は、照明器具から出力されるR‐G‐Bと同一になる必要はない。照明器具の出力R’‐G’‐B’は、通常、イメージと同一のR‐G‐B値を生成するように調整される必要がある。度々、この「調整」は、僅かに異なる比率で照明器具の色を混合することにより行うことができる。この混合は、(照明器具に依存する)変換マトリックスにより説明可能である。

マトリックス要素M11〜M33が測定により決定されなければならない;この工程が「キャリブレーション」として説明される。次に、ドライバが照明器具に供給する必要があるR’‐G’‐B’値は、次式により与えられる。

このマトリックス記述の利点は、マイクロプロセッサアルゴリズムに簡単にインプリメントできるという事実にある。

本発明の実施形態は、イメージの領域に基づいて色分析を選択的に限定する様々な処理アルゴリズムも含むことができる。例示のモードが、限定するわけではないが、次の実施形態を含む。ある実施形態においては、方法は、図7Aに示すように色分析用に中央ピクセルのみを使用する。別の実施形態においては、図7Bに示すように統合された中央領域が色分析に用いられる。別の実施形態においては、ユーザーが、例えば、図7Cに示すようにカーソルを位置づけることにより領域を選択する。領域サイズは、意図される用途に基づいて選択可能である。別例においては、全体のイメージが用いられ若しくは部分を選択し、例えば、イメージの境界又はボーダーが色分析に用いられる。加えて、重み関数が色/強度値に適用可能である;例えば、イメージの境界領域が中央よりも高く重みづけ可能である。これにより、イメージから想定のバックグラウンド照明へスムーズな移行に繋がることができる。他の実施形態では、幾つかのイメージの平均化が適用できる。これにより、時間ドメインでのスムーズな移行に繋がることができる。

別の実施形態においては、重み関数が時間ドメインの色/強度値に適用可能である。典型的な米国での30/秒(NTSC)又はヨーロッパで25/秒(PAL)のフレームレートの映像が色/強度情報のアップデートに使用可能であり、アップデート速度を低減することが望ましいかもしれない。低減されたフレームレートが、ネットワークデマンドと電子機器ドライバ要求を低減する。実際、日光用途では、より低減された速度(例えば、5分に一回)で照明器具出力をアップデートすることが望ましいかもしれない。実施形態が、ヒトの知覚の限界に鑑みて照明器具のアップデートを最小化する。

例示の実施形態は、所望の場所及び/又は天気状況を再現するために使用可能であり、例えば、旅行中の個人は、家又は好みのロケーションで現在の状況の照明プロファイルを持つように望むかもしれない。別例においては、個人は、晴天の夕方のカリビアンサンセットの照明プロファイルを有するように望むかもしれない。

他の用途においては、実施形態が、モニター上へのイメージの表示と組み合わされて使用される。一例においては、イメージのスライドショーが、スライドショーの各イメージの分析から得られた再現された照明プロファイルの出射で補われる。別例においては、映画が、映画から得られた再現された照明プロファイルの出射で補われる。この例では、インドア、アウトドア、夕方、真昼、及び/又は朝のシーンが、シーン中に照明プロファイルの出射で高められる。これらの例では、表示前にイメージが分析され、又はカメラがイメージ又はビデオを表示するモニターに向けられる。上述のプロセスは、イメージ又はイメージの特定領域の境界を検査し、要求される情報を取得する。例を再現するシーンでは、例えば、値の範囲が、例えば、インドアシーン又は晴れたアウトドアシーンを示唆するならば、プロセスは、既知のセットの値を使用してシーン用の出射セットを提供する。

発明の他の実施形態が当業者には明細書の検討及び本明細書に開示の発明の手法から明らかである。明細書や実施例が単なる例示であると理解されることが意図され、発明の真の範囲や精神が次の請求項により指南される。

Claims (20)

  1. 少なくとも一つのマルチモード人工周囲光源;
    前記少なくとも一つの人工周囲光源に結合され、少なくとも一つの制御信号を前記少なくとも一つの人工周囲光源に出力するように構成された少なくとも一つの制御ユニットであって、前記少なくとも一つのマルチモード人工周囲光源が、前記少なくとも一つの制御信号に応じ、変化する色及び色温度の光を出力するように構成される、少なくとも一つの制御ユニット;及び
    前記少なくとも一つの制御ユニットに結合された一つのリモートイメージセンサーであって、少なくとも一つの色及び強度特性を検出し、検出した前記色及び強度特性に基づいて、前記少なくとも一つの制御ユニットへ出力信号を出力するように構成される、一つのリモートイメージセンサーを備える、照明システム。
  2. 前記リモートイメージセンサーが、色及び強度特性のために一つのピクセルのみを用いる、請求項1に記載の照明システム。
  3. 前記リモートイメージセンサーが、検出イメージの領域よりも小さい検出イメージの領域を用いる、請求項1に記載の照明システム。
  4. 前記リモートイメージセンサーが、検出イメージの領域よりも小さい検出イメージのボーダー領域のみを用いる、請求項1に記載の照明システム。
  5. 前記リモートイメージセンサーが、重み付けられたボーダー領域及び検出イメージの中央領域を用いる、請求項1に記載の照明システム。
  6. 前記リモートイメージセンサーが、フレーム取込装置を用いてイメージを提供し、当該リモートイメージセンサーにより少なくとも一つの色及び強度特性を検出する、請求項1に記載の照明システム。
  7. 前記リモートイメージセンサーが、前記色及び強度特性をR‐G‐Bビットマップフォーマットで出力信号へ変換する、請求項1に記載の照明システム。
  8. 前記少なくとも一つの制御ユニットに結合した追加のセンサーを更に備え、
    前記追加のセンサーが、現在の照明状況の少なくとも一つの色及び強度特性を検出するように構成され、前記制御ユニットが、現在の照明状況のために前記制御信号を補償する、請求項1に記載の照明システム。
  9. 自然光源からの光及び前記少なくとも一つのマルチモード人工周囲光源からの光を受けるように構成された混合チャンバーを更に備える、請求項8に記載の照明システム。
  10. 前記少なくとも一つのマルチモード人工周囲光源が、複数の発光ダイオード(LEDs)を備え、前記複数のLEDsの各々が、前記少なくとも一つの制御ユニットにより個別に対処及び制御可能である、請求項1に記載の照明システム。
  11. 前記少なくとも一つのマルチモード人工周囲光源が、少なくとも一つのソーラーチューブ内に配置される、請求項1に記載の照明システム。
  12. 少なくとも一つの色及び強度特性を検出し、リモートイメージセンサーでの前記色及び強度特性に基づいて出力信号を少なくとも一つの制御ユニットへ生成し、
    前記少なくとも一つの制御ユニットにより、少なくとも一つの人工周囲光源へ少なくとも一つの制御信号を出力し、
    前記少なくとも一つの制御信号に応じ、少なくとも一つのマルチモード人工周囲光源により、変化する色及び色温度の光を出力する、照明方法。
  13. 前記リモートイメージセンサーが、色及び強度特性のために一つのピクセルのみを用いる、請求項12に記載の照明方法。
  14. 前記リモートイメージセンサーが、検出イメージの領域よりも小さい検出イメージの領域を用いる、請求項12に記載の照明方法。
  15. 前記リモートイメージセンサーが、フレーム取込装置を用いてイメージを提供し、当該リモートイメージセンサーにより少なくとも一つの色及び強度特性を検出する、請求項12に記載の照明方法。
  16. 前記リモートイメージセンサーが、前記色及び強度特性をR‐G‐Bビットマップフォーマットで出力信号へ変換する、請求項12に記載の照明方法。
  17. 前記少なくとも一つの制御ユニットに結合した追加のセンサーが更に設けられ、
    前記追加のセンサーが、現在の照明状況の少なくとも一つの色及び強度特性を検出するように構成され、前記制御ユニットが、現在の照明状況のために前記制御信号を補償する、請求項12に記載の照明方法。
  18. 自然光源からの光及び前記少なくとも一つのマルチモード人工周囲光源からの光を受けるように構成された混合チャンバーが更に設けられる、請求項12に記載の照明方法。
  19. 前記少なくとも一つのマルチモード人工周囲光源が、複数の発光ダイオード(LEDs)を備え、前記複数のLEDsの各々が、前記少なくとも一つの制御ユニットにより個別に対処及び制御可能である、請求項12に記載の照明方法。
  20. 少なくとも一つのマルチモード人工周囲光源;
    前記少なくとも一つの人工周囲光源に結合され、前記少なくとも一つの人工周囲光源に少なくとも一つの制御信号を出力するように構成された少なくとも一つの制御ユニットであって、前記少なくとも一つのマルチモード人工周囲光源が、前記少なくとも一つの制御信号に応じ、変化する色及び色温度の光を出力するように構成される、少なくとも一つの制御ユニット;
    前記少なくとも一つの制御ユニットに結合された一つのリモートイメージセンサーであって、少なくとも一つの色及び強度特性を検出し、検出した前記色及び強度特性に基づいて、前記少なくとも一つの制御ユニットへ出力信号を出力するように構成される、一つのリモートイメージセンサー;
    自然光源からの光と前記少なくとも一つのマルチモード人工周囲光源からの光を受けるように構成されたソーラー混合チューブ;及び
    前記少なくとも一つの制御ユニットに結合した追加の自然光センサーを備え、
    前記追加の自然光センサーが、前記自然光源の少なくとも一つの色及び強度特性を検出するように構成され、また前記制御ユニットが、前記自然光源のために前記制御信号を補償する、照明システム。
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