JP7159743B2 - 照明装置および光照射方法 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、照明装置および光照射方法に関する。

従来、舞台あるいはスタジオ等に設置される照明装置（以下、舞台向け照明装置とも称する）は、カラーフィルタを装着することで得られる色の光によって空間を演出する。従来の舞台向け照明装置としては、ハロゲンランプを光源とするものが多い。一方、近年では、ハロゲンランプに替えてＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）を光源とする照明装置が増えてきており、舞台向け照明装置としても白色のＬＥＤを光源とする照明装置が開発されている。白色のＬＥＤを光源とする舞台向け照明装置についても、色で空間を演出のために色を変化させる機能が必須であるため、ハロゲンランプからの光にカラーフィルタをかけて得られる光と同様な色合いの光を出力させたいという要望がある。

特開２０１３－０７７４９１号公報

白色のＬＥＤを光源とする照明装置の光は、ハロゲンランプを光源とする照明装置の光とは分光分布が同一ではない。このため、従来の白色のＬＥＤを光源とする照明装置とハロゲンランプを光源とする照明装置とでは、カラーフィルタを介して照明した場合には、同じ物体であっても異なる色で視認されることが多い。例えば、ハロゲンランプを光源とする照明装置は、青色のカラーフィルタを装着すると、空間（舞台）全体を青く照明しつつ、舞台上の人物などが自然な色合いで視認されるような演出を実現できる。これに対して、従来の白色のＬＥＤを光源とする照明装置は、青色のカラーフィルタを装着すると、舞台全体が青くなるとともに、舞台上の人物なども青色の不自然な色合いで視認されることが多い。
本発明は、上述した問題を解決するものであり、物体が自然な色合いで視認されるような光を出力できる照明装置および光照射方法を提供することを目的とする。

実施形態によれば、照明装置は、光源部と制御部とを具備する。光源部は、カラーフィルタが装着され、白色ＬＥＤを含む。制御部は、光源部が出力する光を制御する。光源部が出力する光は、等色関数に対応する波長領域において波長が６６０ｎｍ以上の放射エネルギーが全体の２５%以上である。

本発明は、物体が自然な色合いで視認されるような光を出力できる照明装置および光照射方法を提供できる。

図１は、本実施形態に係る照明装置の外観構成例を示す図である。 図２は、本実施形態に係る照明装置の構成例を示すブロック図である。 図３は、等色関数を示す図である。 図４は、肌色に対する分光反射率の例を示す図である。 図５は、色差に対応づけて人間が知覚する色の差の程度を解釈した例を示す図である。 図６は、一般的な白色のＬＥＤが発光する光の分光分布の例を示す図である。 図７は、本実施形態に係る照明装置の光源からの光の分光分布を示す図である。

以下で説明する実施形態に係る照明装置（１）は、カラーフィルタが装着される光源部（１１）と前記光源部が出力する光を制御する制御部（１２）とを具備し、前記光源部（１１）が出力する光は、等色関数に対応する波長領域において波長が６６０ｎｍ以上の放射エネルギーが全体の２５%以上である。
これにより、物体が自然な色合いで視認されるような光を出力できる照明装置を提供できる。

また、以下で説明する実施形態に係る照明装置（１）において、前記光源部（１１）は、等色関数に対応する波長領域において波長が６６０ｎｍ以上の放射エネルギーが全体の２５%以上となる光を発光するＬＥＤを含む。
これにより、ＬＥＤを光源として用いて、物体が自然な色合いで視認されるような光を出力できる照明装置を提供できる。

以下、図面を参照しながら、実施形態について詳細に説明する。
以下に説明する実施形態に係る照明装置は、舞台あるいはスタジオ等の色を変化させることが必要な空間を照明するための照明装置であることを想定するものとする。本実施形態に係る照明装置は、カラーフィルタが装着された状態で舞台あるいはスタジオ等の色を変化させることが必要な空間を照明するものであれば良い。なお、一般に、人間の目で感じとれることが可能な可視光線は波長が３８０ｎｍ～７８０ｎｍの範囲とされている。このため、後述する実施形態においては、波長が３８０ｎｍ～７８０ｎｍの範囲の光について説明するものとする。

図１は、本実施形態に係る照明装置１の外観構成例を示す図である。また、図２は、本実施形態に係る照明装置１の構成例を示すブロック図である。
照明装置１の筐体は、天井または壁などに固定される。図１に示すように、照明装置１は、カラーフィルタが装着される筐体を有する。照明装置１は、カラーフィルタを介して光源部１１からの光を出力するために、カラーフィルタを保持するフィルタ装着部１３が筐体に設けられる。

また、照明装置１は、図２に示すように、光源部１１および点灯制御部１２などを具備する。光源部１１および点灯制御部１２は、照明装置１の筐体内に設けられる。
光源部１１は、１又は複数の光源により構成する。光源部１１は、光源として白色の光を発光する白色ＬＥＤを含むものであれば良い。光源部１１の白色ＬＥＤは、後述する分光分布となる光を発光する。
点灯制御部１２は、光源部１１が発する光を制御する。点灯制御部１２は、光源部１１の白色ＬＥＤにＰＷＭ波形または直流波形の電流を入力して点灯を制御する。点灯制御部１２は、光源部１１としての白色ＬＥＤに対して、調光制御だけでなく、時間的に徐々に明るくしたり、暗くしたりする制御も可能である。

なお、光源部１１は、白色の光を発光する第１光源（第１のＬＥＤ）と、第１光源からの光との組み合わせで後述する放射エネルギー（波長が６６０ｎｍ以上の放射エネルギーの割合が全体の２５％以上）となる光を発光する第２光源（第２のＬＥＤ）と、を具備するものであっても良い。この場合、第１光源は、汎用の白色の光を発光する白色ＬＥＤであって良い。このような構成であれば、点灯制御部１２は、第１光源のみを点灯させる第１の点灯制御と第１光源および第２光源の２つの光源を点灯させる第２の点灯制御とを切替えることも可能である。

光源の発光効率は、「ルーメン／入力電力」で表される。このため、波長が６６０ｎｍ以上の放射エネルギーの割合を多くするような光を発光する第２光源を点灯させても、ルーメンは大きく上昇せず、入力電力が増加して発光効率が低下する。従って、点灯制御部１２は、第２光源からの特定波長の光による照明が不要な状況では、第２光源を消灯して第１光源のみを点灯させる第１の点灯制御によって発光効率を良くし、第２光源１１Ｂからの特定波長の光による照明が必要な状況（人物の肌色などの物体を自然な見え方としたい状況）では、第１光源１１Ａに加えて第２光源１１Ｂを点灯させる第２の点灯制御によって人物の肌色などの物体を自然な見え方となるような照明制御が実現できる。

さらに、光源部１１は、白色の光を発光する第１光源を色温度が異なる２つの白色ＬＥＤ（第１白色ＬＥＤおよび第２白色ＬＥＤ）で構成しても良い。第１光源として色温度が異なる第１白色ＬＥＤおよび第２白色ＬＥＤを有する場合、点灯制御部１２は、第１白色ＬＥＤの出力と第２白色ＬＥＤの出力との比率を変化させることで色温度を制御する。この場合、点灯制御部１２は、上述した第１の点灯制御および第２の点灯制御において、さらに色温度を変化させることが可能となる。

フィルタ装着部１３は、カラーフィルタＣＦを保持する。カラーフィルタＣＦは、光源としての白色ＬＥＤからの白色の光を有彩色の光に変換するフィルタである。例えば、カラーフィルタＣＦとしては、白色の光を青色の光に変換する青色のフィルタ、白色の光を赤色の光に変換する赤色のフィルタなどがある。

次に、本実施形態に係る照明装置１が出力する光の分光分布について説明する。
ここで、照明装置からの照射される光によって照らされる物体の色を人物が知覚することについて説明する。
人間が視認する物体の色は、人間の目の感度と物体が発する色（物体が反射する光の波長）とが関連する。人間の目の感度を示す情報としては、等色関数と呼ばれるものが知られている。等色関数は、人間の目に対応する分光応答度を示すものである。

図３は、等色関数を示す図である。
図３に示すように、等色関数は、３つの曲線ｚ（λ）、曲線ｙ（λ）および曲線ｘ（λ）を有する。各曲線は、人間が知覚する色を数値化する指標として用いられる。図３に示す等色関数によれば、人間が知覚する色は、人間の目で視認できる可視光線の波長領域としての３８０ｎｍ～７８０ｎｍのうち、３８０～６８０ｎｍの波長領域において数値化できる。言換えれば、等色関数を用いて人間が知覚する色を数値化する場合、色を数値化した値には３８０～６８０ｎｍの波長領域の光が寄与（対応）することとなる。

一方、人が知覚する物体の色は、等色関数で表されるような人間の目に対応する分光応答度だけでなく、物体の分光反射率（分光反射率係数）にもよる。一般に、色の見え方はカラーチャートを用いて確認される。カラーチャートの例としては、マクベスチャートと呼ばれるものがある。例えば、マクベスチャート（マクベスチャートのＮＯ．２）では人間の肌色としての色票が示されている。カラーチャートの各色票を用いると、各色の分光反射率を特定できる。例えば、図４は、マクベスチャートのＮＯ．２で示される色票（肌色）の分光反射率を示す図である。

上述したような等色関数と色としての物体の分光反射率とを用いると、光の分光分布から色の見え方を数値化できる。つまり、光源からカラーフィルタを透過した光の分光分布が分かれば、各色（例えば、カラーチャートの各色票）の見え方を数値化できる。各色の見え方が数値化できると、光源を変えた場合の見え方の相違を判定するための指標（色差）も算出することができる。例えば、ハロゲンランプからの光による色の見え方を基準とすれば、各種の光源からの光による色の見え方は、ハロゲンランプからの光による色の見え方に対する色差として算出できる。

色差については、小さければ小さいほど、人間による色の見え方に差がなくなることは明らかであるが、どの程度で人間に色の差として知覚されるかを確定するような基準はない。一般には、色差ΔＥが３．２程度未満であれば、人間には色の差として知覚されないレベルであるとされている。

例えば、図５は、色差ΔＥに対応づけて人間が知覚する色の差の程度を解釈した例を示す図である。ただし、図５は、「ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｔｏｙｏｉｎｋ１０５０ｐｌｕｓ．ｃｏｍ／ｃｏｌｏｒ－ｓｏｌｕｔｉｏｎ／ｃｈｒｏｍａｔｉｃｓ／ｂａｓｉｃ／００５．ｐｈｐ／」を参照するものである。
図５に示す解釈によれば、色差ΔＥが３．２未満であれば、人間はほとんど色の差として視認できないレベルであるとされている。

本実施形態に係る照明装置は、舞台あるいはスタジオなどの空間の照明を想定している。このため、以下に説明する実施形態では、色差ΔＥに対する閾値を３．２とし、色差が３．２以上であれば色の見え方が異なる（色の差がある）ものとし、色差が３．２未満であれば色の見え方に差がないものとして説明するものとする。

図６は、照明装置１の光源部１１の白色ＬＥＤに対する比較例として、一般的な電球色の白色ＬＥＤが発光する光の分光分布を示す図である。
一般に、白色ＬＥＤは、等色関数で数値化できる波長領域の光を再現することを想定して設計される。しかしながら、ハロゲンランプからカラーフィルタに通した光を照射した空間では自然な色合いで観察される物体（人物など）が、図６に示すような一般的な白色ＬＥＤからカラーフィルタを通した光で照射した場合には不自然な色合いで観察されることが確認されている。例えば、一般的な白色ＬＥＤを光源から青色のカラーフィルタを通した光で照射した場合、人物の肌色は、青っぽい不自然な色合いで観察されることがある。

実際に色差を算出すると、カラーフィルタを通した図６に示す分光分布の光とハロゲンランプからの光とでは、色差が閾値とする３．２よりも大きくなり、色の見え方が異なることが確認される。例えば、図６に示す分光分布の光とハロゲンランプからの光とを赤色フィルタに通した場合、図４に示す肌色の色票については色差が１２．０となる。図６に示す分光分布の光とハロゲンランプからの光とを青色フィルタに通した場合、図４に示す肌色の色票については色差が４．０となる。色差に対する閾値を３．２とすると、赤色フィルタを通した場合も青色フィルタを通した場合も、図６に示す分光分布の光は、ハロゲンランプの光に対して色の見え方が異なるといえる。

白色ＬＥＤとハロゲンランプとで色差が生じてしまう理由はいくつかあると考えられる。上述したように、人間の目が知覚する色は、等色関数によって数値化される。従って、色差ΔＥも、等色関数に寄与（対応）する波長領域における光の分光分布で決まる。ここで、実際に人間の目が知覚する色が図３に示す等色関数に従うものとすれば、等色関数に寄与する波長領域においてフィルタを透過する光の分光分布をコントロールすることで色差を小さくできる。

本実施形態では、白色ＬＥＤが発する光について、波長が長い領域（長波長領域）の放射エネルギーの割合を調整（大きく）することでハロゲンランプからの光に対する色差が所定閾値未満となる照明装置を構成するものとする。ただし、本実施形態に係る照明装置１の光源部１１に用いる白色ＬＥＤは、等色関数で数値化できる波長領域における光の分布が調整されることを想定するものとする。

一例として、本実施形態に係る照明装置１は、ハロゲンランプからの光に対する色差が小さくなるように、波長が６６０ｎｍ以上の放射エネルギーの割合が全体の２５％以上となるように設計した白色ＬＥＤを用いる。なお、白色ＬＥＤからの光は、例えば、ハロゲンランプを想定して３０００Ｋであるものとするが、２７００Ｋ、２３００Ｋ、３２００Ｋあるいは３５００Ｋなどの３５００Ｋ以下であれば良いものとする。

図７は、波長が６６０ｎｍ以上の放射エネルギーの割合が全体の２５％以上となる光の分光分布の例を示す図である。
図７に示す分光分布では、図６などに示す一般的な白色ＬＥＤが発する光の分光分布に比べて、波長が６６０～６８０ｎｍの間で相対値が大きくなっている。図７に示すような分光分布によれば、等色関数に寄与する波長領域において波長が６６０ｎｍ以上の放射エネルギーの割合が全体の２５％以上となる。つまり、図７に示すような分光分布の光を発光する白色ＬＥＤを設計すれば、波長が６６０ｎｍ以上の放射エネルギーの割合が全体の２５％以上となる白色ＬＥＤを実現できる。

例えば、波長が６６０ｎｍ以上の放射エネルギーの割合が全体の２５％以上となる電球色の白色ＬＥＤからの光は、ハロゲンランプからの光に対して、赤色フィルタを通した場合に色差が２．５となり、青色フィルタを通した場合に色差ΔＥが１．７となる。すなわち、白色ＬＥＤは、波長が６６０ｎｍ以上の放射エネルギーの割合が全体の２５％以上となるように設計することで、ハロゲンランプに対する色差が閾値としての３．２よりも十分に小さくなる。この結果として、波長が６６０ｎｍ以上の放射エネルギーの割合が全体の２５％以上となる光を発光する白色ＬＥＤを光源とする本実施形態に係る照明装置は、カラーフィルタを装着しても、ハロゲンランプを光源とする照明装置と比べて、色の見え方に差が生じないものとなる。

以上のように、実施形態に係る照明装置は、カラーフィルタが装着可能な白色ＬＥＤを有する光源部と前記白色ＬＥＤの出力を制御する点灯制御部とを具備し、前記白色ＬＥＤが発光する光は、３５００Ｋ以下であり、波長が６６０ｎｍ以上の放射エネルギーが全体の２５％以上である。

すなわち、本実施形態に係る照明装置に用いる白色ＬＥＤからの光は、カラーフィルタを通しても、ハロゲンランプからの光に比べて色の見え方に差が生じない。このため、本実施形態によれば、カラーフィルタを装着しても、物体の色が自然な見え方となる照明を実現できるＬＥＤを光源に用いた照明装置を実現できる。この結果、舞台やスタジオなどの照明によって色を演出するような場面であっても、ハロゲンランプにカラーフィルタを装着した場合に近い自然な見え方を実現できるＬＥＤを光源に用いた照明装置を提供できる。

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。

１…照明装置、１１…光源部、１２…点灯制御部（制御部）。

Claims (4)

1. カラーフィルタが装着され、白色ＬＥＤを含む光源部と、
   前記光源部が出力する光を制御する制御部と、を具備し、
   前記光源部が出力する光は、等色関数に対応する波長領域において波長が６６０ｎｍ以上の放射エネルギーが全体の２５％以上である、
   照明装置。
2. 前記光源部は、等色関数に対応する波長領域において波長が６６０ｎｍ以上の放射エネルギーが全体の２５％以上となる光を発光するＬＥＤを含む、
   請求項１に記載の照明装置。
3. カラーフィルタが装着される光源部と、
   前記光源部が出力する光を制御する制御部と、を具備し、
   前記光源部は、等色関数に対応する波長領域において波長が６６０ｎｍ以上の放射エネルギーが全体の２５％以上であって、前記カラーフィルタを透過したハロゲンランプの光に対するマクベスチャートのＮＯ．２の色票における色差が３．２未満となる光を照射する、
   照明装置。
4. 光源部から、等色関数に対応する波長領域において波長が６６０ｎｍ以上の放射エネルギーが全体の２５％以上であって、カラーフィルタを透過したハロゲンランプの光に対するマクベスチャートのＮＯ．２の色票における色差が３．２未満となる光を照射する、
   光照射方法。

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