JP4982496B2 - 可変光照明のための方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明は、可変色照明システム及び方法、及びこのような可変色照明システムの色出力を制御するための制御装置に関する。本発明はさらに、複数の照明システムを備えている照明ネットワークに関する。

照明における現在の傾向では、簡単な照明よりもむしろ、雰囲気を作るために、光がますます使用されている。“雰囲気提供装置”として適当な照明の解決策は、異なる色の光を放射できると共に、強度を変化できる（調光可能）必要がある。理想的には、このような照明の解決策は、人間の目によって認知可能な、色の三角形（例えば、ＣＩＥのＸＹＺ系におけるｘｙ平面）の全体にわたって変化できるべきである。しかしながら、実際には、可変色照明の解決策は、色の三角形の一部分だけにかかっている。特定の可変色照明の解決策においては、色の三角形におけるこの部分は、照明の解決策における色域と称される。さらに、異なった照明解決策は、一般的に、異なる色域を有している。

ＵＳ５ ３８４ ５１９号は、このような可変色照明構成の例を開示しており、所望の色の光を放射するために、少なくとも３つの調光可能な単色光源からの光を混合させている。

あらゆる可変色照明の解決策における色は、色の三角形の一部分だけにかかっているので、照明の解決策における色域の外部にある色の光を、ユーザが要求する可能性は常に存在する。さらに、可変色照明システムは、与えられた時間に、特定された色域内にある色の光を放射することができない。照明システムに含まれる光源における、経時的な変化や温度などに起因して生じる。

従って、色域外の色の点に対する要求を満足に取り扱うことができるような、改良された可変色照明システムを求める要望が存在する。

上述及び従来技術におけるその他の不都合に鑑みて、本発明の概略的な目的は、改良された可変色照明システムを提供することである。

本発明のさらに別の目的は、可変色照明システムの色域外に要求された色を取り扱うことである。

本発明の第１の観点によれば、これらの及びその他の目的を達成するために、色域内において光を放射できる可変色照明システムの色出力を制御するための方法は、目標色の要求を受けるステップと、目標色を、照明システムの制御パラメータのセットに変換するステップと、照明システムの制御パラメータのセットを適用して、それにより、照明システムにおける色出力を制御するステップとを備えている。変換するステップは、目標色に対応する、照明システムの制御パラメータの目標セットを決定するステップと、照明システムの制御パラメータにおける目標セットを、許容可能な制御パラメータの範囲に対して評価して、それにより、目標色が色域の外部にあるか否かを決定するステップと、を備え、目標色が色域の外部にあるとき、制御パラメータの近似セットを決定し、近似セットは、色域内における出力色に対応し、出力色は、目標色の近似になっている、ことを特徴とする。

色空間における所定の点（ｘ，ｙ，ｚ）は、照明システムの制御パラメータ（Ｄ_１ − Ｄ_ｎ）と関連付けられ、ｎ個の光源について以下の式に従う。

ここで、３×ｎの行列は、照明装置に特有の情報を含み、光源を色度座標にリンクする。

本願の文脈において、“許容可能な制御パラメータの範囲”とは、照明システムに含まれる照明装置によって設定される制限によって決定される、制御パラメータの範囲として理解されるべきである。

本発明による方法においては、照明システムの制御パラメータの目標セットは、アクティブに評価され、目標セットが、可変色照明システムの色域内の目標色に対応するか否かを決定する。さらに、要求された目標色の点が、照明システムにおける色域の外部に位置することが見い出されたならば、制御パラメータの近似セットが決定される。それにより、可変色照明システムによって、色域外にある要求された色について近似が放射される。

本発明による方法においては、色域の外部にて要求された色が近似され、ユーザはほとんどの時間、色域外の色が要求されたことに気づかない。このような結果は、照明装置が到達できない出力に対応する、色の要求を受けたとき、照明システムに含まれる照明装置を単に能動的に飽和させるだけでは得られにくい。

本発明による方法によれば、“不可能な”、すなわち、ｘｙ平面における色の三角形の外部にある、要求された色の点を検出することが可能になる。

さらに、本発明による方法によれば、経時的に変化する光源及び照明システムの他の機能部品の特性に起因する、又は温度などの環境要因の変化に起因する、色域の変化を取り扱うことが可能になる。

この機能性は、例えば、照明システムに、温度センサなどの１又は複数のセンサを具備することで実現され、環境及びその他のパラメータの変化に続き及び／又は所定の時間の経過後に、新たな色域を計算するために、照明システムに含まれる制御装置を適合することで実現される。

近似セットを決定するステップは、照明システムの色域内の色に対応する、照明システムの制御パラメータの修正セットを選択するステップと、目標セットを、修正係数が乗算された、修正セットと結合させて、近似セットを形成するステップとを備えている。

上述したアプローチによれば、要求された目標色の近似を達成し、続いて、照明システムの色域内にある修正色の点を簡単な計算で適切に選択する。修正色の点は、すべての近似に使用される普遍的な色の点であるか、又は要求された目標色の点の位置に応じて選択される。

近似セットは、好ましくは、以下の式に従って形成される。
Ｄ_Ａ ＝ Ｄ_Ｔ ＋ ａ*Ｄ_Ｃ
ここで、Ｄ_Ａは近似セット、Ｄ_Ｔは目標セット、Ｄ_Ｃは修正セット、及び、ａは修正係数である。

それぞれの制御パラメータのセットは、照明システムに含まれる少なくとも３つの光源のための、動作周期のセットに対応する。

０〜１００％の動作周期の範囲は、特定の光源について、すべての利用可能な出力の強度をカバーしている。ある種の動作周期は、例えば、光源に対応する量の電力を供給することで実現され、又は光源を“オフ”状態と“オン”状態との間にて迅速に切り替えて、“オン”状態の相対的な時間を動作周期に対応させることで実現される。

この場合、利用可能な色域の外部にある目標色は、負の値を有する目標セットに含まれる、少なくともひとつの動作周期によって指示される。

光源は、明らかに負の動作周期において動作することはできないので、ここでは、容易に、不要な計算なしに、要求された目標色の点が、色域の外部にあるか否かを決定できる。

上述した修正係数は、近似セットに含まれる動作周期のすべてが、ゼロ以上になるように決定される。
このアプローチによれば、近似セットが、利用可能な色域内の色に対応することが保証される。

好ましくは、修正係数は、最も負の目標動作周期を有する光源が、０％の動作周期に割り当てられるように決定される。それにより、近似色の点は、利用可能な色域の縁部に配置され、目標色の点と修正色の点との間の色空間における線上に配置される。これにより、要求された目標色の良好な近似が得られる。

修正セットは、黒体曲線上の白色点に対応している。
修正セットをこのように選択することで、目標色は、白色点に向かって、有効に、脱飽和する。このように、目標色として知覚される、近似出力色が得られる。
変形例としては、修正セットは、単位ベクトルである。

当業者が理解するように、複数のその他の適当な修正セットが存在する。このような適当な修正セットは、例えば、昼光発光体、例えば、Ｄ５０、Ｄ５５、Ｄ６５、及びＤ７５など、又は発光体ＡからＤに対応している。

ひとつの実施形態によれば、本発明による方法はさらに、目標色が色域の外部にあるとき、色域外警告、及び、出力色を指示する色座標を、少なくとも第２の照明システムに伝達するステップを備えている。

可変色照明システムは、様々な異なる光源によって実現される。このような光源には、ＬＥＤ、フィルタ付きハロゲンランプ、及び着色蛍光灯が含まれる。多数の照明システムが相互に結合されて、照明ネットワークを形成し、このネットワークを形成する照明システムは、異なる色域を有している。これらのひとつの照明システムが、色域外の目標色の点の要求を受けたならば、照明システムは、本発明によれば、ネットワーク上の他の照明システムに警告し、その照明システムによって決定された、近似出力色の色の座標を伝達する。この伝達は、他の照明システムが、特定の目標色の要求に対するのと同様なやり方にて応答することを可能とし、ユーザは、同一の要求の結果として、照明ネットワークにおける異なる照明システムから異なる出力を得ることはない。

本発明の第２の観点によれば、上述した及びその他の目的を達成するために、少なくとも２つの照明装置を備えてなる可変色照明システムの色出力を制御するための制御装置は、目標色の要求を受け、目標色を、照明システムの制御パラメータのセットに変換し、照明システムの制御パラメータのセットを、照明装置に適用して、それにより、照明システムの色出力を制御し、この制御装置において、制御装置が、さらに、目標色に対応する、照明システムの制御パラメータの目標セットを決定し、照明システムの制御パラメータにおける目標セットを、許容可能な制御パラメータの範囲に対して評価して、それにより、目標色が色域の外部にあるか否かを決定するステップと、を備え、目標色が色域の外部にあるとき、制御パラメータの近似セットを決定し、近似セットは、色域内における出力色に対応し、出力色は、目標色の近似になっている、ことを特徴とする。

本発明のこの第２の観点によって得られるさらに別の効果は、本発明の第１の観点に関連して上述した効果と、大きく類似している。

本発明の第３の観点によれば、上述した及びその他の目的を達成するために、色域内の光を放射できる可変色照明システムは、少なくとも２つの照明装置であって、それぞれ原色の光を制御可能に放射するように構成されている上記照明装置と、本発明に従った制御装置と、を備えている。

本発明の第４の観点によれば、上述した及びその他の目的を達成するために、照明ネットワークは、本発明に従った複数の可変色照明システムを備え、可変色照明システムは、照明ネットワークを介して通信するように構成されていることを特徴とする。

本発明の第５の観点によれば、上述した及びその他の目的を達成するために、コンピュータプログラムモジュールは、請求項１に記載のステップを実行するために、可変色照明システムにおける制御装置で走らせるように構成されていることを特徴とする。

例示的な目的のために、本発明のこれらの及びその他の観点について、本発明の現時点において好ましい実施形態を示した添付図面を参照して、以下、より詳細に説明する。

以下の説明においては、３つの狭帯域の光源を備えたスタンドアロンの可変色照明システムを参照して、本発明を説明する。これは、本発明の範囲を制限するものではなく、本発明は、様々な他のやり方にて構成された照明システムにも等しく適用可能であり、例えば、多数の物理的に分離された装置から構成され、より少数又はより多数の狭帯域の光源を有し、又は１又は複数の広帯域の光源を具備するものにも適用可能であることに留意されたい。例えば、可変色照明システムは、マスター制御装置を備え、これは、コンピュータの形態において設けられ、ユーザから色の要求を受け、これらの要求を照明システムの制御パラメータに変換して、遠隔配置された照明装置へと送る。制御パラメータは、有線又は無線によって送られる。

図１には、本発明の好ましい実施形態による可変色照明システムのブロック図を模式的に示している。

図１を参照すると、可変色照明システム１は、狭帯域の本質的には単色である３つの光源２ａ〜ｃと、光源インターフェース３と、マイクロプロセッサ４、ＲＡＭ又は不揮発メモリなどのメモリ５、及び外部インターフェース６を備えた制御装置８とを備えている。例示的な照明システム１は、外部電力接続部７を介して、電力を受ける。もちろん、バッテリーなどの内部電源を使用しても良い。

マイクロプロセッサ４は、外部インターフェース６を介して、出力色の要求を受け、処理に続き、光源インターフェース３を介する、光源２ａ〜ｃの要求に進む。

光源２ａ〜ｃは、強度が制御可能（調光可能）であり、それぞれの光の出力光を、０％〜１００％の相対的強度又は動作周期に制御する。

出力光の要求は、例えば、ＣＩＥのＸＹＺ色空間などの色空間における色度座標の形態にて受けられる。これらの色座標は、照明システムの制御パラメータに変換され、この例では動作周期に変換され、原則として、以下の関係による計算が実行される。

ここで、Ｄ_１−３は３つの光源２ａ〜ｃの動作周期であり、Ｔ_Ｘ−Ｚは目標色の色度座標であり、ａ_１１〜ａ_３３は色度座標と光源の動作周期との間の変換のための、照明システム特有の情報である。

値ａ_１１〜ａ_３３は、照明システムの色域を定め、メモリ５に格納され、動作周期は、それぞれの要求された色について、マイクロプロセッサ４において計算される。変形例としては、メモリ５はルックアップ表を収容し、多数の対応する色座標及び動作周期を備えている。ルックアップ表に直接表されない色の要求については、色域内の要求された色に対応する動作周期を得るために、格納された値の間において補間する。

図２には、目に見える色を表すＸＹＺ色空間の部分を示した、ｘｙ平面の投影を示している。この投影は、一般的に、色空間のｘｙ表現と称される。

図１及び図２を参照すると、例示的な色の点Ｒ、Ｇ、Ｂは、光源２ａ、ｂ、ｃからの原色の出力を表し、それぞれ、ｘｙ平面内にプロットされている。Ｒ、Ｇ、Ｂの点は、一緒になって三角形を形成し、この三角形の内部においては、原則として、すべての色の点は、３つの制御可能な光源２ａ〜ｃを用いて、表現される。この三角形によってｘｙ平面に形成された領域は、照明システムの色域と称される。

図２において、黒体曲線ＢＢは、異なる温度における黒体輻射からの放射を示している。

さらに、要求された、色域の外部にある、目標色の点Ｔと併せて、近似出力色の点Ａ_１、Ａ_２と、修正色の点Ｃ_１、Ｃ_２とを示している。要求された、色域の外部にある、目標色の点Ｔの取扱いについては、図３及び図４を参照して、以下に説明されている。

図３は、本発明による方法を模式的に示したフローチャートであり、第１のステップ１０において、目標色Ｔを求める要求が受けられている。次のステップ１１においては、照明システムの制御パラメータについて、目標セットＤ_Ｔが決定される。次のステップ１２においては、この目標セットは、許容可能な制御パラメータの範囲に関連して評価される。図２に示して上述した、例示的な照明制御システムを参照すると、この範囲は、好ましくは、光源２ａ〜ｃの動作周期の０〜１００％の範囲である。

目標セットＤ_Ｔが制御パラメータの許容可能な範囲内にあるならば、目標色Ｔは、照明システムの色域内にあって、従って、照明システムによって表現できる。これを行うには、目標セットＤ_Ｔを照明システムに適用し（ステップ１３）、図２の例示的なシステムにおいては、動作周期に対応する電力を光源に直接適用することで行われる。

他方において、目標セットＤ_Ｔが、許容可能な制御パラメータの範囲の外部にあることが見い出されたならば、図２の例示的なシステムにおいては、代表的に、負の値を有する１又は複数の動作周期を呈するように対応し、工程はステップ１４に進んで、照明システムの制御パラメータの近似セットＤ_Ａを決定する。この近似セットＤ_Ａは、色域内の出力色Ａに対応し、出力色Ａは、要求された、色域外にある目標色Ｔの近似である。続いて、この近似セットＤ_Ａは、ステップ１５において、照明システムに適用され、照明システムによって出力色Ａが放射され、それにより、ユーザに、要求された、色域外の目標色Ｔの近似を提示する。

図４は、本発明の好ましい実施形態による方法を模式的に示したフローチャートであり、図３と異なるのは、近似セットＤ_Ｔを決定する図３におけるステップ１４に置き換えて、照明システムの制御パラメータの修正セットＤ_Ｃを選択するステップ２０と、この修正セットＤ_Ｃを用いて、照明システムの制御パラメータの近似セットＤ_Ａを形成するステップ２１とが用いられている。

修正セットＤ_Ｃを選択するステップ２０においては、適当な色の点Ｃに対応する制御パラメータが選択される。このような適当な色の点Ｃは、図２を参照すると、例えば、黒体曲線ＢＢ上の白色点Ｃ_１、又は等しい動作周期などの等しい制御パラメータの点Ｃ_２である。従って、Ｃ_２は、例えば、図１の例示的な照明システム１における光源２ａ〜ｃのすべてに、１００％の動作周期を適用することで得られる出力色である。

制御パラメータにおける近似セットＤ_Ａを決定するときには、以下の式が使用される。

ここで、目標の動作周期はＤ_Ｔ、赤の光源２ａのためのＲは負であり、我々は、近似色の点Ａを色域の縁部に配置したいと仮定する。近似動作周期はＤ_Ａ、赤の光源２ａのためのＲはゼロになる。これは、係数ａについて、以下の関係を与える。

ａ ＝ −Ｄ_Ｔ，Ｒ／Ｄ_Ｃ，Ｒ

本発明の第１の好ましい実施形態による方法によれば、黒体曲線ＢＢ上の白色点Ｄ_１に対応する修正セットＤ_Ｃ１は、例えば、４０００Ｋである。そして、係数は、以下のようになる。

ａ ＝ −Ｄ_Ｔ，Ｒ／Ｄ_Ｃ１，Ｒ

第２の例によれば、修正セットＤ_Ｃ２は、動作周期が等しい点Ｃ_２に対応する。修正セットＤ_Ｃ２は、単位ベクトルになり、係数は、

ａ ＝ −Ｄ_Ｔ，Ｒ

当業者は、本発明が上述した好ましい実施形態に決して制限されないことを理解する。逆に、特許請求の範囲の範囲内において、多くの改変及び変更が可能である。例えば、上述した動作周期よりも適した制御パラメータが存在する。このような制御パラメータは、電圧、電流、電力、及びその他のパラメータであって、可変色照明システムにおける光源の出力の制御に使用可能なものが含まれる。

図１は、本発明の好ましい実施形態による可変色照明システムのブロック図を模式的に示している。 図２は、ＣＩＥのＸＹＺ色空間のｘｙ平面において、目標色の点と、本発明による方法によって得られた近似色の点との間の２つの例による関係を示している。 図３は、本発明による方法を示した、模式的なフローチャートである。 図４は、本発明の好ましい実施形態による方法を示した、模式的なフローチャートである。

Claims (16)

1. 色域内において光を放射できる可変色照明システムの色出力を制御するための方法であって、
   目標色の要求を受けるステップと、
   前記目標色を、照明システムの制御パラメータのセットに変換するステップと、
   前記照明システムの制御パラメータのセットを適用して、それにより、前記照明システムにおける色出力を制御するステップとを備え、
   前記変換するステップが、
   前記目標色に対応する、照明システムの制御パラメータの目標セットを決定するステップと、
   照明システムの制御パラメータにおける前記目標セットを、許容可能な制御パラメータの範囲に対して評価して、それにより、前記目標色が前記色域の外部にあるか否かを決定するステップと、
   前記目標色が前記色域の外部にあるとき、制御パラメータの近似セットを決定するステップであって、前記色域内の色に対応する照明システムの制御パラメータにおける修正セットを選択するステップと、前記目標セットを、修正係数が乗算された前記修正セットと組み合わせ、前記近似セットを形成するステップと、を有する決定ステップを備え、前記近似セットは、前記色域内における出力色に対応し、前記出力色は、前記目標色の近似になっている、
   ことを特徴とする方法。
2. 前記近似セット（Ｄ_Ａ）は、以下の式に従って形成され、
   Ｄ_Ａ ＝ Ｄ_Ｔ ＋ ａ*Ｄ_Ｃ
   ここで、Ｄ_Ａは近似セット、Ｄ_Ｔは目標セット、Ｄ_Ｃは修正セット、及び、ａは修正係数である、
   請求項１に記載の方法。
3. 前記制御パラメータのそれぞれのセットは、前記照明システムに備えられた少なくとも３つの光源における動作周期のセットに対応している、
   請求項１又は２に記載の方法。
4. 前記色域の外部にある目標色は、前記目標セットに含まれている少なくとも一つの負の値を有する前記動作周期によって指示される、
   請求項３に記載の方法。
5. 前記修正係数は、前記近似セットに含まれるすべての動作周期がゼロ以上になるように決定される、
   請求項３又は４に記載の方法。
6. 前記修正セットは、黒体曲線上の白色点に対応している、
   請求項１乃至５に記載の方法。
7. 前記修正セットは、単位ベクトルである、
   請求項１乃至５に記載の方法。
8. さらに、少なくとも一つの第２の照明システムに、色域外警告を伝達する、
   請求項１ないし７のいずれか１項に記載の方法。
9. さらに、前記少なくとも第２の照明システムに、前記出力色を指示する色座標を伝達する、
   請求項８に記載の方法。
10. 少なくとも２つの照明装置を備えた可変色照明システムの色出力を制御するための制御装置であって、
    目標色の要求を受け、
    前記目標色を、照明システムの制御パラメータのセットに変換し、
    照明システムの制御パラメータの前記セットを、前記照明装置に適用して、それにより、前記照明システムの色出力を制御するように構成されている制御装置において、
    前記目標色に対応する、照明システムの制御パラメータの目標セットを決定し、
    照明システムの制御パラメータにおける前記目標セットを、許容可能な制御パラメータの範囲に対して評価して、それにより、前記目標色が前記色域の外部にあるか否かを決定するステップと、を備え、
    前記目標色が前記色域の外部にあるとき、前記色域内の色に対応する、照明システムの制御パラメータにおける修正セットを選択し、前記目標セットを、修正係数が乗算された、前記修正セットと結合させて、制御パラメータの近似セットを形成し、前記近似セットは、前記色域内における出力色に対応し、前記出力色は、前記目標色の近似になっている、
    ことを特徴とする制御装置。
11. 制御装置は、以下の式に従って前記近似セット（Ｄ_Ａ）を形成するように構成され、
    Ｄ_Ａ ＝ Ｄ_Ｔ ＋ ａ*Ｄ_Ｃ
    ここで、Ｄ_Ａは近似セット、Ｄ_Ｔは目標セット、Ｄ_Ｃは修正セット、及び、ａは修正係数である、
    請求項１０に記載の制御装置。
12. 制御装置がさらに、少なくとも一つの第２の照明システムに、色域外警告を伝達するように構成されている、
    請求項１０又は１１に記載の制御装置。
13. 制御装置はさらに、前記少なくとも第２の照明システムに、前記出力色を指示する色座標を伝達するように構成されている、
    請求項１２に記載の制御装置。
14. 色域内の光を放射できる可変色照明システムであって、このシステムが、
    少なくとも２つの照明装置であって、それぞれ原色の光を制御可能に放射するように構成される照明装置と、
    請求項１０乃至１３に従った制御装置と、
    を備えている可変色照明システム。
15. 照明ネットワークであって、請求項１４に従った複数の可変色照明システムを備え、前記可変色照明システムは、前記照明ネットワークを介して通信するように構成されている、
    ことを特徴とする照明ネットワーク。
16. コンピュータプログラムモジュールであって、請求項１に記載のステップを実行するために、可変色照明システムにおける制御装置で走らせるように構成されている、
    ことを特徴とするコンピュータプログラムモジュール。

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