JP5211293B2 - 色位置を調整する方法および構造、ならびに発光システム - Google Patents

Description

本発明は、色位置を調整する方法および構造、ならびに発光システムに関する。

色位置を調整して安定化させるには３つの色が必要となる。これら個別色の各々は、３つの色刺激値ＸＹＺによって表される。３つの色の混合は、３つの方程式と３つの未知数を含む連立方程式によって一義的に規定される。

照明光学の用途については、３つの個別色に基づく発光システムはその発光特性の観点からして満足のいくものではなく、特に、そのような発光特性の観察者によって心地よいとは感じられない。

そこで、発光システムにおいては３つを超える個別色を用いることができる。１つの色位置について３つを超える個別色が混合されると、過剰決定された連立方程式が生じる。

発光源としては、さまざまに異なる発光手段が発光システムで用いられており、特に、発光ダイオードおよび／または波長の異なる発光ダイオードの組み合わせが用いられている。

本発明の課題は上に述べた欠点を回避し、特に、３つを超える発光源を含む発光システムの色位置の特別に効率的な調整をするための可能性を提供することにある。

この課題は、独立請求項の構成要件に基づいて解決される。本発明の発展例は従属請求項に記載されている。

課題を解決するために、
−ｎ個の発光源が設けられており、そのうちｎ−３個の発光源は予備調整されるか、もしくは予備調整されており、
−目標色位置に対するｎ個の発光源の色位置の相違が判定され、
−目標色位置が実現されるように、予備調整されていない３個の発光源が調整される、
色位置を調整する方法が提供される。

色位置は、特に色空間の座標の形態で判定される。目標色値とも呼ぶ色空間内での座標が調整または実現されるように、３個の発光源の強度を修正することができる。

ここで補足すると、各々の発光源はたとえばＬＥＤのような複数の発光手段を含むことができる。各々の発光源は、それぞれ波長が実質的に等しい複数のＬＥＤを含むことができるのが好ましい。発光源が、波長の異なる複数のＬＥＤを有することも可能である。

ｎ−３個の発光源の予備調整はオフラインで行われるのが好ましく、そのために、光学的、物理的なパラメータ（発光源の波長、放射特性、物理的な設計形態）ならびに発光源を含む発光システム（長さ、発光源の相互間隔など）が考慮される。それにより、過剰決定された連立方程式（色位置を調整するためには３個の発光源で足りる）を削減して、残りの３個の発光源によって目標色位置を効率的に調整できるようにすることができる。

１つの発展例では、ｎ個の発光源の色位置の相違は少なくとも１つのセンサによって判定され、少なくとも１つのセンサは特に次のセンサのうちの１つである：
−明度センサ、特にＶ_λ評価式の明度センサ
−温度センサ
−色センサ
別の発展例では、各々の発光源について、または発光源のグループについて、それぞれ少なくとも１つのセンサが設けられている。

特に、色位置の全体的強度と温度を判定するセンサが、発光源を含む発光システムのために設けられていてよい。

特に、１つの発展例では、ｎ個の発光源を用いた色位置の調整は、
−演色評価数
−色品質尺度
−用途依存的なスペクトル分布
の各目標量のうちの少なくとも１つが所定の値にできるだけ良く達するように行われる。

これに応じて、上述した目標量のうち少なくとも１つに着目して目標値最適化を行うことができ、この最適化は事前に実施されるのが好都合であり、発光源を調整するための制御ユニットおよび／または調節ユニットに格納または保存され、もしくはこれらのために格納または保存される。

また１つの発展例では、最適化は少なくとも１つの目標量に関して事前に実施され、特に、予備調整されていない３つの発光源についての制御情報として準備される。

さらに１つの発展例では、ｎ個の発光源を用いた少なくとも１つの目標量の調整は、次のパラメータのうちの少なくとも１つによって行われる：
−光束
−照度
−光度
−輝度
追加的な発展例の枠内においては、予備調整されていない３個の発光源はＣＩＥｘ−ｙ図において三角形を形成し、この三角形は特にできるだけ広い面積を有している。

次の発展例の要諦は、ｎ個の発光源が広い発光スペクトルをカバーしていることにある。

１つの実施形態では、ｎ個の発光源またはｎ個の発光源の一部はそれぞれのスペクトルに関してわずかな重なり合いしか有していないか、または重なり合いを有していない。

このようにして、発光源の一部が全体的スペクトルに対して、残りの発光源の少なくとも１つの部分によっては果たされない独自の貢献をそれぞれ果たすことが可能になるという利点がある。

別案の実施形態の要諦は、発光源が少なくとも１つの発光ダイオードを含んでいることにある。

次の実施形態では、予備調整されていない３個の発光源は、目標色位置が達成されるように反復的に調整される。

このようにして、特定の時点で繰り返される調節として本方法を適用することができる。

また１つの実施形態では、目標色位置を調整するために、相対的もしくは絶対的な目標色位置および／または明度情報が追加として調整可能なように設定される。

たとえば利用者は、たとえば発光源を含んでいるランプや照明具の場合、全体的明度ならびに色調を（たとえば所定の範囲の枠内で）調整できるという利点がある。その結果として生じる目標色位置に合わせて発光源が調整される。

上に述べた課題は、本明細書に記載の方法を実施可能であるようにセットアップされたプロセスユニットまたはコンピュータを含む、色位置を調整する構造によっても解決される。

さらに上に述べた課題は、
−３個よりも多い発光源であって、第１のグループは３個の発光源を含んでおり、第２のグループは残りの発光源を含んでいるものと、
−目標色位置に対する発光源の色位置の相違を判定するための少なくとも１つのセンサと、
−目標色位置を実現するために第１のグループの発光源の調整を規定するためのユニットとを含む、色位置を調整する構造によって解決される。

この構造は、特に、制御ユニットおよび／または調節ユニット（もしくはカラーマネジメントシステム）として施工されていてよく、またはそのようなユニットを含んでいてよい。

１つの発展例の要諦は、少なくとも１つのセンサを用いて色位置の相違を判定するためのユニットが設けられていることにある。このユニットは、第１のグループの発光源の調整を算定するためのユニットと一緒に施工されていてよい。

追加の実施形態では、発光源を調整するための制御ユニットが設けられている。
別の実施形態では、少なくとも１つのセンサは、次のセンサのうちの１つを含んでいる：
−明度センサ、特にＶ_λ評価式の明度センサ
−温度センサ
−色センサ
課題を解決するために、本明細書に記載の構造を含んでいる発光システムも記載されている。

さらに発光システムは、発光モジュール、ランプ、照明具、またはヘッドライトとして施工されていてよい。

カラーマネジメントシステムを用いて目標色位置を調節または調整するための方法である。 複数の（５個の）発光源を含む発光システムの最適化された色再現を実現するための制御曲線である。 色位置を調整する方法のフローチャートである。

次に、本発明の実施例について図面を参照しながら記述、説明する。
ここで紹介する取組みは、特に、カラーマネジメントシステムによる色位置の調整ならびに継続的および／または反復的な調節を可能にするものであり、波長の異なる３個よりも多い発光ダイオードが用られるのが好ましい。

一例として発光システムは、ＬＥＤとして構成されたｎ個の発光源を有しているものと仮定する。

まず、ｎ個の発光源が次のパラメータのうちの少なくとも１つによって規定される：
−光束
−照度
−光度
−輝度
このとき、ｎ個の発光源についての上に挙げたパラメータの比率は、次の設定可能な目標量のうちの少なくとも１つができる限り良く達成されるように調整することができる。
−演色評価数（ＣＲＩ）
−色品質尺度（ＣＱＳ）
−用途依存的なスペクトル分布
そのために適当な最適化を採用することができる。

たとえば、観察者にとって発光システムで心地よく感じられる好都合なスペクトル分布を有するように、ｎ個の発光源を選択または設定することが可能である。このことは、発光システムの発光スペクトルに関してそれぞれ他の発光源に対して補完的な貢献をする発光源が用いられることによって実現することができる。たとえば１つの発光源が、たとえばＬＥＤが、発光システムの所望のスペクトルの内部で非常に限られたスペクトルの広がりを有している場合、スペクトルがそれ以外の周波数領域にある他のＬＥＤが設けられていてよい。すなわち全体的スペクトルは、個々の発光源のスペクトルの重なり合いから生じる。

特に、相応に広いスペクトルをもつ（実質的に）白色の発光源が設けられていてよい。
このように、発光システムの色位置の調整にあたって、相応に最適化されたスペクトルに基づき、発光システムは調整された色または事前選択された色を観察者にとって心地よい均質な仕方で再現することができる。

ｎ−３個の特定のパラメータは、色刺激値Ｙ４．．．Ｙｎとして設定されるのが好ましい。

それぞれ特定の色刺激値を有する設定されたｎ−３個の発光源に基づいて、調整されるべき目標色位置に対する色位置の相違を判定することができ、たとえば色位置差を判定することができる。そのために特に、目標色位置ならびに発光システムの明度をたとえば利用者によって調整することが可能である。

色位置差を判定するために、目標色刺激値Ｙ−Ｇｅｓａｍｔが好ましくは１００％にセットされ、または、システムにより実現されるべき値（利用者の明度設定）にセットされる。

そして所定の色をもつ３個の発光源を、目標色位置に合わせた調整を実現するために利用することができる。そのためにこれら３個の発光源は、特に、当該発光源によってできるだけ広い面積（たとえばできるだけ大きい三角形）がＣＩＥ−ｘ−ｙ図の中で形成されるように設定されている。

３個の発光源を調整するためのパラメータは、次のように規定することができる：

この式は、色位置差を調整するために、または目標色位置を実現するために、セットされるべき照明工学上の量またはパラメータＹ_１，Ｙ_２およびＹ_３の側色計算を可能にする。

ここで補足すると、３個の発光源の各々は１個よりも多い発光手段または１個よりも多いＬＥＤを含むこともできる。その場合、たとえば色刺激値の実質的に等しい複数のＬＥＤが、１つの発光源にまとめられていてよい。これに対応して、色刺激値の異なる複数のＬＥＤが、本明細書に基づいて１つの光源にまとめられていてもよい。

発光システムの少なくとも１つの制御量および／または調節量の測定は、特に次のものを含む少なくとも１つのセンサによって行われる：
−少なくとも１つの明度センサ、特に少なくとも１つのＶ_λ評価式の明度センサ
−少なくとも１つの温度センサ
−少なくとも１つの色センサ
発光システムの測定された少なくとも１つの制御量および／または調節量に基づいて、光源の個々の色の色刺激値を判定するとともに、目標色位置を実現するために必要な変位（ｘ，ｙ）を判定することができる。

さらに、調節を反復的に、継続的に、および／または特定の時点で行い、それにより、制御ユニット（カラーマネジメントシステム）が（発光システムの少なくとも１つの制御量および／または調節量の新たな測定によって）セットされるべき色刺激値Ｙを新たに判定し、そのようにして、たとえばＬＥＤの障壁層温度に生じる変化に対して、目標色位置の再調節または安定化によって対応するようにすることができる。

発光源が調節可能な白色光源を含んでいる場合については、目標色位置を実現するために、個別色を目標色位置に依存して別々に調節する必要がないというケースが生じる可能性がある。そうすれば、１つの制御チャネルの共同利用が可能である。

ここで述べている取組みは、３個よりも多い発光源が使用され（このとき各々の発光源は特に少なくとも１つの発光ダイオードを含んでいる）、３個の発光源が好ましくは異なる色を有するとともに、できるだけ広い色空間を形成している場合に、色空間の内部で自由に設定される色位置を３つの色の調節によって安定化させることができ、１つまたは複数の目標量に合わせて最適化されたスペクトルを放出できるようにすることを可能にする。

さらにスペクトルの最適化は、特定の目標量の観点から、特に１回だけ事前に算定しておくことができる。このような種類の最適化はたとえば高いコストと所要時間がかかる可能性があり、したがって発光モジュールそれ自体で行わないほうが好ましい。最適化は、自由に調整可能な発光源を用いて目標色値を実現または調整するための、調節（カラーマネジメントシステム）のためのインプットとしての役目を果たす。３つの発光源を用いて目標色位置を調整するための連立方程式を解くことは、迅速かつ効率的に発光モジュールで実施することができる。

図１は、カラーマネジメントシステム１０１によって目標色位置を調節または調整する方法を示している。ここでは入力量１０２として、目標色位置とこれに対応する明度とを含む目標色位置の全体的強度が利用される。カラーマネジメントシステム１０１の別の入力量１０３は、図２に示すような制御曲線に基づくｎ個の発光源の色の最適化された強度である。ｎ個の発光源を前提としたうえで、たとえば発光源４からｎの強度が図２の制御曲線に基づき、少なくとも１つの目標量に従って事前に規定された最適化を参照したうえで、カラーマネジメントシステム１０１により判定される。目標色位置を実現するために、この設定が残りの発光源１から３を調整するのに利用される。

カラーマネジメントシステム１０１は、色位置差判定をするユニット１０４と、個別色Ｙ１，Ｙ２およびＹ３の強度を計算するユニット１０５とを含んでいる。したがって、カラーマネジメントシステム１０１は出力量として発光源１からｎの強度Ｙ１からＹｎを提供し、この出力量がドライバ１０８により、ここではＬＥＤ発光源１０６である発光源を調整するために利用される。

ＬＥＤ発光源１０６を含む発光システムの目標色位置を判定するために、少なくとも１つのセンサ１０７が利用される。各々のＬＥＤまたは発光源の現在の色位置、および／または対応する温度を含めた全体的色位置が、カラーマネジメントシステム１０１に転送される。そこで目標色位置との差異が算定され、それに応じて発光源Ｙ１，Ｙ２およびＹ３の強度が判定されて、温度について保存されている発光源Ｙ４からＹｎの強度とともに、ドライバ１０８へＬＥＤ発光源の調整のために転送される。

図２には、発光システムの最適化された（かつ好ましくは事前に規定された）色再現を実現するための制御曲線が示されている。

横軸に沿って色温度が単位ケルビンで示されており、縦軸に沿って、パルス幅変調ＰＷＭにより調整されるべきそれぞれの発光源の明度が単位パーセントで示されている。

一例として、図２では５個の発光ダイオードについて制御曲線が図示されている。制御曲線２０１は白色ＬＥＤについての推移を示しており、制御曲線２０２は緑色ＬＥＤについての推移を示しており、制御曲線２０３は赤色ＬＥＤについての推移を示しており、制御曲線２０４は黄色ＬＥＤについての推移を示しており、約４７００Ｋからは制御曲線２０４は約０％の明度を有しており、制御曲線２０５は青色ＬＥＤについての推移を示しており、約４７００Ｋまでは制御曲線２０５は約０％の明度を有している。

４７００Ｋからは黄色ＬＥＤから青色ＬＥＤへのチャネル切換が可能である。
制御曲線２０１から２０５の推移は、たとえば発光システムのシミュレーションによって求めることができる。

図３は、色位置を調整する方法のフローチャートを示している。
ステップ３０１で、好ましくはそれぞれの発光システムに依存して目標値最適化が行われ、それにより、所定の目標値ができるだけ良く達成されるようにｎ個の発光源のパラメータが選択または規定されるようにする。たとえばパラメータとして、次の量のうちの少なくとも１つを利用することができる：光束、照度、光度、および／または輝度。たとえば次の目標量のうちの少なくとも１つを、目標値最適化のために利用することができる：演色評価数、色品質尺度、および／または用途依存的なスペクトル分布。

ステップ３０２で、目標値最適化を参照しながら、ｎ−３個の発光源の色刺激値Ｙ４からＹｎが設定される。

ステップ３０３で、発光システムの少なくとも１つの制御量および／または調節量の測定が行われる。特に各々の発光源について、少なくとも１つのこのような制御量および／または調節量を求めることができる。

ステップ３０４で、測定された制御量および／または調節量と、目標設定、特に目標色値との間の比較が行われる。設定されていない３つの発光源の調整が行われることによって、求められた相違が克服されて目標色が調整される（ステップ３０５）。任意選択で、ステップ３０５の後でステップ３０３へと分岐し、そのようにして、目標色位置の反復的な調節または調整を行うことができる。

ここに紹介している取組みは、特に、たとえばプロセスユニットまたはコンピュータまたは制御ユニットを含む、発光ユニットや発光モジュールのような発光システムで実施することができる。このとき発光システムは、各々が特に少なくとも１つのＬＥＤを有する複数の発光源を含むことができる。

上述した発光システムまたは発光モジュールは、特に、ヘッドライトおよび／またはランプおよび／または照明具で利用可能である。明度または色調をある程度の範囲内で利用者により設定できるという利点がある。たとえば青みがかった光から赤みがかった光までの色調を可能にすることができ、ここで紹介した取組みによって、ランプはそのつど選択される色調とこれに対応する明度を有している。

Claims (19)

1. 色位置を調整する方法において、
   ｎ個の発光源が設けられており、そのうちｎ−３個の発光源は予備調整されるか、もしくは予備調整されており、
   目標色位置に対するｎ個の発光源の色位置の相違が判定され、
   目標色位置が実現されるように、予備調整されていない３個の発光源が調整され、
   ｎ個の前記発光源またはｎ個の前記発光源のうちの少なくとも４つの部分はそれぞれのスペクトルに関してわずかな重なり合いしか有していないか、または重なり合いを有していない、方法。
2. ｎ個の前記発光源の色位置の相違は少なくとも１つのセンサによって判定され、少なくとも１つの前記センサは特に、
   明度センサ、特にＶ_λ評価式の明度センサ、
   温度センサ、
   色センサ、のセンサのうちの１つである、請求項１に記載の方法。
3. 各々の前記発光源について、または前記発光源のグループについて、それぞれ少なくとも１つのセンサが設けられている、請求項２に記載の方法。
4. ｎ個の前記発光源を用いた色位置の調整は、
   演色評価数、
   色品質尺度、
   用途依存的なスペクトル分布、の各目標量のうちの少なくとも１つが所定の値にできるだけ良く達するように行われる、先行請求項のうちいずれか１項に記載の方法。
5. 少なくとも１つの目標量に関する最適化が事前に行われ、特にｎ−３個の前記発光源についての制御情報として準備される、請求項４に記載の方法。
6. ｎ個の前記発光源を用いた少なくとも１つの目標量の調整は、
   光束、
   照度、
   光度、
   輝度、のパラメータのうちの少なくとも１つによって行われる、請求項４または５に記載の方法。
7. 予備設定されていない３個の前記発光源はＣＩＥｘ−ｙ図で三角形を形成し、該三角形は特にできるだけ広い面積を有している、先行請求項のうちいずれか１項に記載の方法。
8. ｎ個の前記発光源は広いスペクトルをカバーしている、先行請求項のうちいずれか１項に記載の方法。
9. 前記発光源は少なくとも１つの発光ダイオードを含んでいる、先行請求項のうちいずれか１項に記載の方法。
10. 予備調整されていない３個の前記発光源は目標色位置が達成されるように反復して調整される、先行請求項のうちいずれか１項に記載の方法。
11. 目標色位置を調整するために相対的または絶対的な目標色位置および／または明度情報が調整可能なように追加的に設けられる、先行請求項のうちいずれか１項に記載の方法。
12. 色位置を調整する構造において、先行請求項のうちいずれか１項に記載の方法を実施可能であるようにセットアップされたプロセッサユニットまたはコンピュータを含んでいる、構造。
13. 色位置を調整する構造において、
    ３個よりも多い発光源であって、第１のグループは３個の発光源を含んでおり、第２のグループは残りの発光源を含んでいるものと、
    目標色位置に対する前記発光源の色位置の相違を判定するための少なくとも１つのセンサと、
    目標色位置を実現するために前記第１のグループの発光源の調整を規定するためのユニットとを含み、
    ｎ個の前記発光源またはｎ個の前記発光源のうちの少なくとも４つの部分はそれぞれのスペクトルに関してわずかな重なり合いしか有していないか、または重なり合いを有していない、構造。
14. 少なくとも１つのセンサを用いて色位置の相違を判定するためのユニットが設けられている、請求項１３に記載の構造。
15. 前記発光源を調整するための制御ユニットが設けられている、請求項１３または１４に記載の構造。
16. 少なくとも１つの前記センサは、
    明度センサ、特にＶ_λ評価式の明度センサ、
    温度センサ、
    色センサ、の各センサのうちの１つを含んでいる、請求項１３から１５までのいずれか１項に記載の構造。
17. 請求項１２から１６までのいずれか１項に記載の構造を含んでいる発光システム。
18. 前記発光システムはランプ、照明具、またはヘッドライトである、請求項１７に記載の発光システム。
19. 予備設定されていない３個の前記発光源はＣＩＥｘ−ｙ図で三角形を形成し、該三角形は特にできるだけ広い面積を有している、請求項１３から１６のいずれかに記載の構造。

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