JP2016051681A

JP2016051681A - 照明装置および照明空間設計方法

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Publication number: JP2016051681A
Application number: JP2014177952A
Authority: JP
Inventors: 瑶子野口; Yoko Noguchi
Original assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Current assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Priority date: 2014-09-02
Filing date: 2014-09-02
Publication date: 2016-04-11
Anticipated expiration: 2034-09-02
Also published as: JP6376338B2; CN204717399U

Abstract

【課題】テレビカメラで撮影して放送する場合でも照明対象物の色再現性を向上できる照明装置を提供する。
【解決手段】照明装置10は、白色光源18Wと、４９０〜５２０ｎｍの領域にピーク波長を有する青緑色光源18Cとを備える。白色光源18Wの光束に対する青緑色光源18Cの光束の比は３０％以下である。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、色再現性を向上させる照明装置および照明空間設計方法に関する。

従来、例えば競技場で用いられる投光器等の照明装置は、遠方にある照射対象物を十分な明るさで照らすため、その光源に高出力化が比較的容易なＨＩＤランプ（高輝度放電ランプ）が広く用いられている。一方、近時、ＨＩＤランプに代わり、光源として長寿命や省電力が期待できるＬＥＤ（発光ダイオード）等の高効率の発光素子が用いられるようになってきている。

しかしながら、高効率の発光素子は概して色再現性が悪く、高効率の発光素子を用いた照明装置で照明する照明対象物の競技場内における色の見え方が不自然になるだけでなく、照明対象物をテレビカメラで撮影して放送する場合、放送を受信してテレビに映し出される映像の色再現性が悪いことがある。

特開２０１３−１１４９１６号公報

本発明が解決しようとする課題は、テレビカメラで撮影して放送する場合でも照明対象物の色再現性を向上できる照明装置および照明空間設計方法を提供することである。

実施形態の照明装置は、白色光源と、４９０〜５２０ｎｍの領域にピーク波長を有する青緑色光源とを備える。白色光源の光束に対する青緑色光源の光束の比は３０％以下である。

本発明によれば、テレビカメラで撮影して放送する場合でも照明対象物の色再現性が向上することが期待できる。

第１の実施形態を示す照明装置の斜視図である。同上照明装置の白色光源の相対分光分布図である。同上照明装置の青緑色光源の色度範囲を示す色度図である。同上照明装置の白色光源＋青緑色光源の相対分光分布図である。同上照明装置の分光分布毎の平均演色評価数Ｒａおよびテレビ照明用演色評価指数Ｑａの表である。同上照明装置の白色光源に対する青緑色光源の光束比と、平均演色評価数Ｒａおよびテレビ照明用演色評価指数Ｑａと、色偏差との関係を示すグラフである。同上照明装置の白色光源＋赤色光源の相対分光分布図である。である。同上照明装置の白色光源＋赤色光源＋青緑色光源の相対分光分布図である。である。同上照明装置の光源毎の光束および光束比の表である。同上照明装置の分光分布毎の平均演色評価数Ｒａおよびテレビ照明用演色評価指数Ｑａの表である。同上照明装置の白色光源に対する青緑色光源および赤色光源の光束比と平均演色評価数Ｒａとの関係を示すグラフである。同上照明装置の白色光源に対する青緑色光源および赤色光源の光束比とテレビ照明用演色評価指数Ｑａとの関係を示すグラフである。第２の実施形態を示す照明装置を設置する競技場の平面図である。第３の実施形態を示す照明装置の光源の断面図である。

以下、第１の実施形態を、図１ないし図１２を参照して説明する。

図１に照明装置10を示す。照明装置10は、例えば、競技場で用いられる投光器である。照明装置10は、本体11と、電源ユニット12と、これら本体11および電源ユニット12を設置するための設置台13を備えている。

本体11は、前面が開口するケース16およびケース16の前面開口を閉塞する透光カバー17を有している。本体11の内部には、複数の光源18が配置されているとともに、光源18毎に光源18からの光を集光し配光を制御する反射体19がそれぞれ配置されている。

本実施形態では、本体11の前面から見て周辺部に６つの光源18が配置されているとともに、中央部に１つの光源18が配置されている。そして、周辺部の光源18は、白色光源18Wとされている。中央の光源18は、第２の光源としての青緑色光源（シアン色光源）18C、または、青緑色光源18Cおよび第３の光源としての赤色光源18Rの両方とされている。

まず、照明装置10の中央の光源18が青緑色光源（シアン色光源）18Cである場合について説明する。

白色光源18Wは、相関色温度３０００〜６５００Ｋの白色光を発する。白色光源18Wは、発光素子としての青色ＬＥＤチップ、およびこの青色ＬＥＤチップを覆う黄色蛍光体を有する白色ＬＥＤである。白色光源18Wは、青色ＬＥＤが発する青色光とこの青色光で黄色蛍光体が励起されて発する黄色光とが混光された分光分布の白色光を発する。そして、図２には、白色光源18Wが発する白色光の相対分光分布Ａを示す。

青緑色光源18Cは、ピーク波長が４９０〜５２０ｎｍ、半値幅が６０ｎｍ以下であり、図３に示すｘｙ色度図上で０．０８≦ｘ≦０．２１、０．２７≦ｙ≦０．７２を満たす光を発する。青緑色光源18Cは、前記色度と半値幅を有する青緑色ＬＥＤである。白色光源18Wの光束に対する青緑色光源18Cの光束の比は３０％以下である。図４には、図２の相対分光分布Ａに、主波長５００ｎｍおよび半値幅４０ｎｍの青緑色光源18Cが発する青緑色光が、（白色光）９０：（青緑色光）１０の光束比の割合で混光された相対分光分布Ｂを示す。

また、電源ユニット12は、各光源18に電力を供給し、各光源18を発光させる。

そして、照明装置10は、競技場に立設される支柱の上部や競技場の屋根等に複数設置され、競技場内に光を照射する。

照明装置10から照射する光は、白色光源18Wからの白色光および青緑色光源18Cからの青緑色光が含まれ、図４に示す相対分光分布Ｂとなっている。

図５には、白色光源18Wの相対分光分布Ａ、および白色光源18W＋青緑色光源18Cの相対分光分布Ｂのそれぞれについて、平均演色評価数Ｒａおよびテレビ照明用演色評価指数（Television Lighting Consistency Index）Ｑａを求めた結果を示す。

白色光と青緑色光を混光した相対分光分布Ｂでは、白色光のみの相対分光分布Ａに比べて、平均演色評価数Ｒａおよびテレビ照明用演色評価指数Ｑａとも高くなり、特に、テレビ照明用演色評価指数Ｑａが大幅に高くなった。

平均演色評価数Ｒａが高くなることにより、競技場内に居る人から見て競技場内の視対象の色再現性を向上させることができる。

テレビ照明用演色評価指数Ｑａが高くなることにより、競技場内をテレビカメラで撮影して放送する場合、撮影された映像の色再現性が向上し、そのため、放送を受信してテレビに映し出される映像の色再現性を向上させることができる。

このように、照明装置10は、白色光と青緑色光とを混光し、照射することにより、平均演色評価数Ｒａのみでなく、テレビ照明用演色評価指数Ｑａを高くでき、実際の視対象の色再現性およびテレビ放送時の映像の色再現性を向上させることができる。

さらに、白色光源18Wの光束に対する青緑色光源18Cの光束の比が３０％以下であることにより、十分な色再現性を確保することができる。白色光源18Wの光束に対する青緑色光源18Cの光束の比が３０％よりも大きいと、青緑色光の割合が多くなり過ぎで、色再現性が低下する影響が生じる。

図６に、白色光源18Wの光束に対する青緑色光源18Cの光束比と、平均演色評価数Ｒａおよびテレビ照明用演色評価指数Ｑａと、ＣＩＥ１９６０ＵＣＳ色度図上の色偏差ｄｕｖとの関係を示す。青緑色光を混光することで、ＲａおよびＱａは向上するが、青緑色光の混光比が約３０％を境にＲａ、Ｑａは維持または低下するようになる。よって青緑色光の割合は３０％以下が望ましい。一方、ＪＩＳＺ８７２５：１９９９によれば、色偏差ｄｕｖは−０．０２≦ｄｕｖ≦０．０２の範囲にある場合に相関色温度として表すことができるとされている。この範囲を逸脱すると、相関色温度をもつ白色として定義できなくなるため、プラス側では緑色がかった、マイナス側ではピンク色がかった不自然な光色となる。この色偏差ｄｕｖの範囲において、平均演色評価数Ｒａおよびテレビ照明用演色評価指数Ｑａが良好な値を示すのは、白色光源18Wの光束に対する青緑色光源18Cの光束の比が約１６％以下の範囲となる。光色そのものの自然さを考慮する場合は、青緑色の混光比は１７％以下とすることがより望ましいといえる。

また、平均演色評価数Ｒａが高くなると効率が低下する傾向があるが、青緑色光源18Cは効率の低下が少なく、白色光源18Wと青緑色光源18Cを組み合わせた照明装置10では高い効率を維持することができる。

次に、照明装置10の中央の光源18が青緑色光源18Cおよび赤色光源18Rの両方である場合について説明する。白色光源18Wおよび青緑色光源18Cの構成および特性は上述したとおりである。

赤色光源18Rは、ピーク波長が６２０〜６６０ｎｍであり、ｘｙ色度図上で０．４８≦ｘ≦０．７２、０．２８≦ｙ≦０．４５を満たす光を発する。赤色光源18Rは、前記色度を有する赤色ＬＥＤである。そして、青緑色光源18Cの光束と赤色光源18Rの光束との合計は照明装置全体の光束の８％以上である。さらに、青緑色光源18Cの光束は赤色光源18Rの光束よりも大きい。

図７には、図２の相対分光分布Ａに、主波長６４０ｎｍの赤色光源18Rが発する赤色光が、（白色光）９５：（赤色光）５の光束比の割合で混光された相対分光分布Ｃを示す。

図８には、図２の相対分光分布Ａに、主波長５００ｎｍの青緑色光源18Cが発する青緑色光、および主波長６４０ｎｍの赤色光源18Rが発する赤色光が、（白色光）９０：（青緑色光）６：（赤色光）４の光束比の割合で混光された相対分光分布Ｄを示す。

図９には、白色光源18W、青緑色光源18Cおよび赤色光源18Rのそれぞれの光束、および照明装置全体における光束比を示す。なお、青緑色光源18Cおよび赤色光源18Rの光束比は、青緑色光源18Cおよび赤色光源18Rを同数とし、電源ユニットで光束比を調整してもよいし、全光時に所定の光束比となるように青緑色光源18Cおよび赤色光源18Rのそれぞれの数を調整してもよい。

照明装置10から照射する光は、白色光源18Wからの白色光、青緑色光源18Cからの青緑色光、および赤色光源18Rからの赤色光が含まれ、図８に示す相対分光分布Ｄとなる。

図１０には、白色光源18Wの相対分光分布Ａ、白色光源18W＋青緑色光源18Cの相対分光分布Ｂ、白色光源18W＋赤色光源18Rの相対分光分布Ｃ、白色光源18W＋青緑色光源18C＋赤色光源18Rの相対分光分布Ｄのそれぞれについて、平均演色評価数Ｒａおよびテレビ照明用演色評価指数Ｑａを求めた結果を示す。

白色光と青緑色光と赤色光を混光した相対分光分布Ｄでは、白色光のみの相対分光分布Ａに比べて、平均演色評価数Ｒａおよびテレビ照明用演色評価指数Ｑａの両方とも大幅に高くなり、また、白色光と青緑色光を混光した相対分光分布Ｂに比べて、平均演色評価数Ｒａおよびテレビ照明用演色評価指数Ｑａの両方とも高くなり、特に平均演色評価数Ｒａが大幅に高くなり、また、白色光と赤色光とを混光した相対分光分布Ｃに比べて、平均演色評価数Ｒａおよびテレビ照明用演色評価指数Ｑａの両方とも高くなり、特にテレビ照明用演色評価指数Ｑａが大幅に高くなった。

このように、照明装置10は、白色光と青緑色光と赤色光とを混光し、照射することにより、平均演色評価数Ｒａのみでなく、テレビ照明用演色評価指数Ｑａを高くでき、実際の視対象の色再現性およびテレビ放送時の映像の色再現性を向上させることができる。

さらに、青緑色光源18Cの光束と赤色光源18Rの光束との合計は照明装置全体の光束の８％以上であることにより、十分な色再現性を確保することができる。青緑色光源18Cの光束と赤色光源18Rの光束との合計は照明装置全体の光束の８％よりも小さいと、青緑色光および赤色光の割合が少ないために十分な色再現性の向上が得られない。なお、照明装置全体の光束に対する青緑色光源18Cの光束と赤色光源18Rの光束との合計の上限は、色再現性が確保される範囲内で適宜設定されるが、２５％以下が好ましい。

さらに、青緑色光源18Cの光束は赤色光源18Rの光束よりも大きいことにより、平均演色評価数Ｒａを向上させながら、テレビ照明用演色評価指数Ｑａを高くできる。

また、照明装置10が白色光源18W、青緑色光源18Cおよび赤色光源18Rを備える場合、白色光源18Wの光束に対する青緑色光源18Cの光束比は２４％未満、かつ白色光源18Wの光束に対する赤色光源18Rの光束の比は１３％未満が好ましい。

図１１は、横軸に白色光源18Wに対する青緑色光源18Cの光束比、縦軸に白色光源18Wに対する赤色光源18Rの光束比をとり、それぞれの光束比で混光された光の平均演色評価数Ｒａの分布を示している。

図１２は、横軸に白色光源18Wに対する青緑色光源18Cの光束比、縦軸に白色光源18Wに対する赤色光源18Rの光束比をとり、それぞれの光束比で混光された光のテレビ照明用演色評価指数Ｑａの分布を示している。

なお、図１１および図１２では、相関色温度５０００Ｋの白色光源18W、ｘ＝０．０８５、ｙ＝０．５８７の青緑色光源18C、ｘ＝０．７０６、ｙ＝０．２９２の赤色光源18Rを用いている。

そして、図１１から、平均演色評価数Ｒａが８５以上と良好な値を示すには、縦軸が１３％未満、すなわち白色光源18Wの光束に対する赤色光源18Rの光束の比は１３％未満程度であることが適切であるとわかる。

図１２から、テレビ照明用演色評価指数Ｑａが８５以上と良好な値を示すには、横軸が２４％未満、すなわち白色光源18Wの光束に対する青緑色光源18Cの光束比は２４％未満程度であることが適切であるとわかる。

したがって、白色光源18Wの光束に対する青緑色光源18Cの光束比が２４％未満、かつ白色光源18Wの光束に対する赤色光源18Rの光束の比が１３％未満である混光を呈する照明装置10は、平均演色評価数Ｒａとテレビ照明用演色評価指数Ｑａがともに良好であり、実際の視対象の色再現性およびテレビ放送時の映像の色再現性を向上させることができる。

次に、図１３に第２の実施形態を示す。なお、第１の実施形態と同じ構成については同じ符号を用い、その構成および作用効果についての説明を省略する。

図１３に競技場の平面図を示し、競技場30は、競技が行われるフィールド31、フィールド31を囲って設置される観客席32、および競技場30内（主にフィールド31）を照明する複数の照明装置10を備えている。複数の照明装置10は、例えば、競技場30に隣接して立設される複数の支柱33の上部に設置され、あるいは競技場30が屋根を備える場合には屋根に設置されている。

照明装置10には、複数の第１の照明装置10a、および少なくとも１つの第２の照明装置10bが含まれている。照明装置10の基本的な構成は図１に示す構成と同様である。

第１の照明装置10aは、相関色温度３０００〜６５００Ｋの白色光を発し、その分光分布は図２に示す相対分光分布Ａと同様である。第１の照明装置10aは、図１に示す照明装置10の７つの光源18の全てが白色光源18Wの場合に相当する。

第２の照明装置10bは、ピーク波長が４９０〜５２０ｎｍ、半値幅が６０ｎｍ以下であり、図３に示すｘｙ色度図上で０．０８≦ｘ≦０．２１、０．２７≦ｙ≦０．７２を満たす光を発する。第２の照明装置10bは、図１に示す照明装置10の７つの光源18の全てが青緑色光源18C、または、青緑色光源18Cと赤色光源18Rの両方の場合に相当する。

そして、競技場30に設置された第１の照明装置10aからの光と第２の照明装置10bからの光とが混光されて、競技場30内（主にフィールド31）に照射される。

照射面の分光分布は、第１の照明装置10aからの白色光と、第２の照明装置10bからの青緑色光、または青緑色および赤色光とが混光された分光分布となる。その分光分布は、第２の照明装置10bが青緑色光を照射し、白色光と青緑色光との光束比が９０：１０の場合には図４に示す相対分光分布Ｂと同様となり、第２の照明装置10bが青緑色光および赤色光を照射し、白色光と青緑色光と赤色光との光束比が９０：６：４の場合には図８に示す相対分光分布Ｄと同様となる。そのため、平均演色評価数Ｒａおよびテレビ照明用演色評価指数Ｑａを向上できる。

そして、第１の照明装置10aと第２の照明装置10bとが独立しているため、競技場30に設置する第１の照明装置10aと第２の照明装置10bとの台数比を調整することにより、白色光と青緑色光との光束比、または白色光と青緑色光と赤色光との光束比を自由に設定することができる。

このように、白色光を発する第１の照明装置10aとともに、青緑色光を発する第２の照明装置10b、または青緑色光および赤色光を発する第２の照明装置10bを用い、これらの台数比を調整して光束比を設定することにより、実際の視対象の色再現性およびテレビ放送時の映像の色再現性を向上させることができる。そして、競技場30のような照明空間における色再現性の向上を実現するための照明空間設計方法を提供できる。

次に、図１４に第３の実施形態を説明する。なお、上記実施形態と同じ構成については同じ符号を用い、その構成および作用効果についての説明を省略する。なお、照明装置10の基本的な構成は図１に示す構成と同様である。

図１４に照明装置10の光源18の断面図を示す。光源18は、基板40に複数の青色ＬＥＤ41が実装され、これら青色ＬＥＤ41を覆って蛍光体層42が形成されている。蛍光体層42は、シリコーン樹脂等の透明樹脂に黄色蛍光体43Yと緑色蛍光体43Gが含有され、均一に分散されている。

青色ＬＥＤ41は４００〜４８０ｎｍの領域にピーク波長を有する。

緑色蛍光体43Gは、４８０〜５２０ｎｍの領域にピーク波長を有するとともに半値幅が５０ｎｍ以下となっている。

蛍光体層42から出射する光の相対分光分布は、エネルギーの最大値を１とすると、５２０〜６００ｎｍの範囲において０．６以上である。

光源18の分光分布は、白色光と青緑色光とが混光された分光分布となる。その分光分布は、図４に示す相対分光分布Ｂと同様となる。

このように、照明装置10は、光源18から白色光と青緑色光とを混光した光を照射するため、平均演色評価数Ｒａのみでなく、テレビ照明用演色評価指数Ｑａを高くでき、実際の視対象の色再現性およびテレビ放送時の映像の色再現性を向上させることができる。

また、蛍光体層42の透明樹脂には、黄色蛍光体43Yと緑色蛍光体43Gに加えて、赤色蛍光体43Rが含有され、均一に分散されていてもよい。

赤色蛍光体43Rは、６００〜６８０ｎｍの領域にピーク波長を有する。

蛍光体層42から出射する光の相対分光分布は、エネルギーの最大値を１とすると、５２０〜６６０ｎｍの範囲において０．６以上である。

光源18の分光分布は、白色光と青緑色光と赤色光とが混光された分光分布となる。その分光分布は、図８に示す相対分光分布Ｄと同様となる。

このように、照明装置10は、光源18から白色光と青緑色光と赤色光を混光した光を照射するため、平均演色評価数Ｒａのみでなく、テレビ照明用演色評価指数Ｑａを高くでき、実際の視対象の色再現性およびテレビ放送時の映像の色再現性を向上させることができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

10 照明装置
10a 第１の照明装置
10b 第２の照明装置
18C 第２の光源としての青緑色光源
18R 第３の光源としての赤色光源
18W 白色光源
41 青色ＬＥＤ
42 蛍光体層
43G 緑色蛍光体
43R 赤色蛍光体
43Y 黄色蛍光体

Claims

白色光源と；
４９０〜５２０ｎｍの領域にピーク波長を有する青緑色光源と；
を具備し、
前記白色光源の光束に対する前記青緑色光源の光束の比が３０％以下である
ことを特徴とする照明装置。
相関色温度３０００〜６５００Ｋの白色光源と；
ｘｙ色度図上で０．０８≦ｘ≦０．２１、０．２７≦ｙ≦０．７２を満たす光を発する第２の光源と；
を具備し、
前記白色光源の光束に対する前記第２の光源の光束の比が３０％以下である
ことを特徴とする照明装置。
６２０〜６６０ｎｍの領域にピーク波長を有する赤色光源を具備し、
前記青緑色光源と前記赤色光源の光束の合計は照明装置全体の光束の８％以上である
ことを特徴とする請求項１または２記載の照明装置。
相関色温度３０００〜６５００Ｋの白色光源と；
ｘｙ色度図上で０．０８≦ｘ≦０．２１、０．２７≦ｙ≦０．７２を満たす光を発する第２の光源と；
ｘｙ色度図上で０．４８≦ｘ≦０．７２、０．２８≦ｙ≦０．４５を満たす光を発する第３の光源と；
を具備し、
前記白色光源の光束に対する前記第２の光源の光束比が２４％未満かつ前記白色光源の光束に対する前記第３の光源の光束の比が１３％未満である
ことを特徴とする照明装置。
４００〜４８０ｎｍの領域にピーク波長を有する青色ＬＥＤと；
黄色蛍光体、および４８０〜５２０ｎｍの領域にピーク波長を有するとともに半値幅が５０ｎｍ以下の緑色蛍光体を含み、前記青色ＬＥＤを覆う蛍光体層と；
を具備することを特徴とする照明装置。
前記蛍光体層は、６００〜６８０ｎｍの領域にピーク波長を有する赤色蛍光体を含む
ことを特徴とする請求項５記載の照明装置。
白色光を発する複数の第１の照明装置と、４９０〜５２０ｎｍの領域にピーク波長を有する光を発する少なくとも１つの第２の照明装置とを用い、
照射面の分光分布を、前記第１の照明装置からの白色光と前記第２の照明装置からの光とが混光された分光分布とする
ことを特徴とする照明空間設計方法。
相関色温度３０００〜６５００Ｋの白色光を発する複数の第１の照明装置と、ｘｙ色度図上で０．０８≦ｘ≦０．２１、０．２７≦ｙ≦０．７２を満たす光を発する少なくとも１つの第２の照明装置とを用い、
照射面の分光分布を、前記第１の照明装置からの白色光と前記第２の照明装置からの光とが混光された分光分布とする
ことを特徴とする照明空間設計方法。