JP7036952B2 - 一体型センサ付き照明システム - Google Patents

Description

本発明は、照明方法及び照明システムに関する。本出願は、２０１８年８月１日に出願された欧州特許出願第１８１８６８３９.９号「一体型センサ付き照明システム」及び２０１８年６月２２日に出願された米国特許出願第１６／０１５,６９７号「一体型センサ付き照明システム」の優先権の利益を主張し、これら各出願は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。

調整可能な照明システムは、物体（object）を含む１つ以上のシーンを照明するために使用することができ、そのようなシステムによる光出力がユーザの入力に基づいて変化するように調整可能である。このような調整可能な照明システムは、例えば、シーン上に照明される光の量及び／又は種類を増加又は減少させるように調整することができる。さらに、そのような同調可能照明システムは、シーンを照明するために、複数の光バルブのような複数の光源を含んでもよい。

以下の説明は、シーンからの画像データを検知し、画像データに基づいて一次光源（primary light sources）を活性化（activate）するために提供される技術及び装置を含む。複数の一次光源のサブセットが、シーン上に光の検知（sensing）スペクトルを放射するように活性化され得る。複数の一次光源のサブセットが作動されている間に、画像データがシーンから検知されることができる。シーンの反射率情報が、結合された画像データに基づいて決定されることができる。一次光源のスペクトル最適化基準が、参照情報と、ユーザによって提供され又はコントローラによって決定される所望の出力パラメータとに基づいて決定され得る。複数の一次光源は、スペクトル最適化基準に基づいて照明スペクトルを放射するように活性化することができる。

添付の図面と共に例示として与えられる以下の説明から、より詳細な理解を得ることができる。

スペクトル最適化基準に基づいて一次光源を活性化するためのフローチャートである。 画像センサ、コントローラ、及び複数の一次光源の例示的な図である。 ５つの原色（primary）の色度（chromaticities）の例示的チャートである。 図３Ａの５つの原色のスペクトルの例示的チャートである。 図３Ａ及び３Ｂの５つの原色のスペクトルの例示的チャートであり、波長に対してプロットされたスペクトルパワーを含む、対応するTM-３０指数を有する。 図３Ａ及び３Ｂの５つの原色のスペクトルの例示的チャートであり、Rfに対してプロットされたRgを含む、対応するTM-３０指数を有する。 図３Ａ及び３Ｂの５つの原色のスペクトルの例示的チャートであり、色調（hue）ビンに対してプロットされたRfを含む、対応するTM-３０指数を有する。 図３Ａ及び３Ｂの５つの原色のスペクトルの例示的チャートであり、色調ビンに対してプロットされたRcsを含む、対応するTM-３０指数を有する。 図３Ａ及び３Ｂの５つの原色及び多項式適合アルゴリズムを用いた推定参照スペクトルを有する参照スペクトルの例示的チャートを示す。 CAM02－USCにおけるTM－30 CES 1－99の実際の色点（colorpoints）と、図３Ａ及び３Ｂの５つの原色を用いた推定色点を示す。 色調ビン１、５、９及び１３の各々における複数のCESの色点の例を示す。 図７Ａの高忠実度のための色調ビンの高飽和のための３つのカラーレンダリングモードを示すカラーベクトル図の例を示す。 オンボード処理ユニットに提供される工場入力データのフローチャートを示す。

異なる照明、同調可能照明、センサ及び／又は発光ダイオード（ＬＥＤ）の実施形態の実例を、添付図面を参照して、以下により詳細に説明する。これらの実例は、相互に排他的ではなく、一実例において見出される特徴は、追加の実施形態を達成するために、１つ以上の他の実例において見出される特徴と組み合わせることができる。したがって、添付図面に示された実例は、例示目的のためにのみ提供されており、それらは、本開示を限定することを決して意図するものではないことが理解されるであろう。同様な参照符号は全体を通して同様な要素を指す。

本明細書では、第１、第２などの用語を種々の要素を記述するために使用することができるが、これらの要素はこれらの用語によって限定されるべきではないことが理解されるであろう。これらの用語は、１つの要素を他の要素から区別するためにのみ使用される。例えば、本発明の範囲から逸脱することなく、第１要素を第２要素と称することができ、同様に、第２要素を第１要素と称することができる。本明細書中で使用される場合、用語「及び／又は」は、関連するリストされたアイテムの１つ以上の任意の及びすべての組み合わせを含む。

層、領域又は基板のような要素が、他の要素の「上に」又は「上へと」と表現されている場合、それは、他の要素に直接に存在し、他の要素の上へと直接に延在することができ、或いは、介在要素も存在し得ることが理解されるであろう。対照的に、ある要素が他の要素の「直接上に」又は「直接上へと」と表現されている場合、介在要素は存在しないことが理解されるであろう。また、ある要素が他の要素に「接続」又は「結合」されると表現されている場合、それは、他の要素に直接接続され又は結合され得ること、或いは、介在要素が存在し得ることが理解されるであろう。対照的に、ある要素が他の要素に「直接接続」又は「直接結合」されると表現される場合、介在要素は存在しないことが理解されるであろう。これらの用語は、図中に示される任意の方向に加えて、要素の異なる方向を包含することが意図されていることが理解されるであろう。

「下方」、「上方」、「上部」、「下部」、「水平」又は「垂直」などの相対的な用語は、本明細書では、図に示すように、ある要素、層又は領域と他の要素、層又は領域との関係を説明するために使用することができる。これらの用語は、図に示される方向に加えて、装置の異なる方向を包含することが意図されていることが理解されるであろう。

一次光源を有するものを含め、調整可能な照明アレイが、光分布の分布強度、空間的、及び時間的制御から利益を得るアプリケーションをサポートすることができる。一次光源は、所定の色を発するLEDのような発光デバイスであってもよい。調整可能な照明アレイベースの用途は、画素ブロック又は個々の画素からの放射光の正確な空間パターン化を含んでもよいが、これらに限定されない。用途に応じて、放射された光は、スペクトル的に区別可能であってもよく、経時的に適応的であってもよく、及び／又は環境的に応答性であってもよい。発光アレイは、種々の強度、空間的、又は時間的パターンで、シーンに基づく光分布を提供することができる。放射される光は、本明細書に開示されているように、受信されたセンサデータに少なくとも部分的に基づいてもよい。関連する光学系は、ピクセル、ピクセルブロック又はデバイスレベルで別個であってもよい。発光アレイによって支持される一般的な用途には、建築用照明及びエリア照明、プロ用照明、小売用照明及び／又は展示用照明などが含まれる。

一次光源を含む調整可能な光システムの使用は、所定時間の間、シーンの一部分の制御された照明を提供し得る。このことにより、アレイは、例えば、シーン内の特定の色又は色特性を強調し、白色の背景を強調し、移動する物体を強調し、及び／又は類似のものを強調することができる。また、本明細書に開示されている照明は、建築物照明及び区域の照明にも利益をもたらすことができる。

調整可能な照明システムが使用される様々な用途において、照明されたシーンに基づいて、最適な照明スペクトルが変化することがある。その変化は、シーン内に存在する物体、色、及び角度の結果であるかも知れず、また１つ以上の所望の出力パラメータに基づいて変化するかも知れない。各シーン変化に対する照明スペクトルの手動調整は実用的ではなく、本明細書に開示されているように調整可能な照明システムが、照明されるシーン及び／又は１つ以上の所望の出力パラメータに基づいて照明スペクトルを自動的に調整することができる。

本明細書に開示される実施形態によれば、フローチャート１００を介して図１に示されるように、複数の一次光源又は原色光源（primary light sources）の第１サブセットが、ステップ１１０において、シーン上に第１検知スペクトル又は感知スペクトル（sensing spectrum）を放射するために活性化（activate）され得る。本明細書に記載されるように、検知スペクトルは、複数の一次光源のサブセットによって放射される光を指してよく、その放射の間に画像データが画像センサを介して収集される。検知スペクトルは、シーンを見る人間にとって不可視な光を含んでもよい。ステップ１２０において、複数の一次光源の第１サブセットが活性化されている間に、シーンから第１画像データを検知することができる。ステップ１３０において、シーン上に第２検知スペクトルを放射するために複数の一次光源の第２サブセットが活性化され得る。ステップ１４０において、複数の一次光源の第２サブセットが活性化されている間に、シーンから第２画像データを検知することができる。特に、これら複数の光源はサブセットで活性化することができ、１つのサブセットがアクティブ化され、その１つのサブセットがアクティブ化されている間に画像データが収集され、次いで、別のサブセットがアクティブ化され、追加の画像データが収集される。このプロセスが繰り返され、それにより複数の一次光源の各サブセットが１つの一次光源に対応し、各一次光源が活性化されるときに画像データが収集される。好ましくは、少なくとも４つ又は５つの一次光源を、本明細書に開示される照明システム内に設けることができる。

ステップ１５０において、第１画像データと第２画像データの組み合わせである結合された画像データに基づいて、シーンのための参照情報が決定され得る。この結合された画像データは、複数の一次光源の異なるサブセットが活性化されている間に画像データを結合することによって収集することができる。結合された画像データは、単に多数の異なる画像データの集合であってもよいので、必ずしも互いに追加された異なる画像データを指すものではないことに留意されたい。ステップ１６０において、複数の一次光源に対するスペクトル最適化基準が、参照情報及び１つ以上の所望の出力パラメータに基づいて決定され得る。所望の出力パラメータは、本明細書にさらに開示されるように、ユーザ又はコンポーネントによって入力されてもよく、或いはシーンに基づいて決定されてもよい。ステップ１７０において、スペクトル最適化基準に基づいて、照明スペクトル（lighting spectrum）を放射するために複数の一次光源を活性化することができる。本明細書に記載されているように、照明スペクトルは、光スペクトルがシーンを見る人間にとって可視であるように、スペクトル最適化基準に基づいて複数の一次光源によって放射される光を指すことができる。

図２は、本明細書に開示される照明システム２００の例示的な図を示す。基板２１０がマウント又はハウジングであってもよく、その上に照明システム２００の構成要素が取り付けられるか、又は配置される。複数の一次光源２６０が設けられてもよく、本明細書に開示されているように光を放射してもよい。複数の一次光源２６０は別々にアドレス指定可能なチャネルであってもよく、第１チャネルが第１一次光源（例えば、赤色光を放射するLED）に対応し、第２チャネルが第２一次光源（例えば、ローヤル青色光を放射するLED）に対応可能である。第１光学レンズ２４０が第１光学レンズ２６０に近接されてもよく、それにより第１一次光源２６０によって放射された光の全て又は一部が第１レンズ２４０を通過し、第１光学レンズ２４０によって成形又は調整され得る。第１光学レンズ２４０は、１つの構成要素として示されているが、複数の構成要素の組み合わせであってもよく、複数の構成要素の１つ又は複数のサブセットが、複数の一次光源の１つ又はサブセットと整合するように構成されてもよいことに留意されたい。

さらに、画像センサ２２０が設けられてもよく、基板２１０と接続されてもよく、或いは複数の一次光源２６０と概ね同じハウジング内に設けられてもよい。変形的には、画像センサ２２０は、複数の一次光源２６０から分離されてもよく、別個のハウジング内に設けられてもよい。第２光学レンズ２３０が画像センサ２２０に近接されてもよく、それにより画像センサ２２０によって検知又は収集される画像データの全て又は一部が第２光学レンズ２３０を通過し、第２光学レンズ２３０によって成形又は調整され得る。

さらに、コントローラ２５０が設けられてもよく、基板２１０と接続されてもよく、或いは複数の一次光源２６０及び画像センサ２２０と概ね同じハウジング内に設けられてもよい。変形的には、コントローラ２５０は、複数の一次光源２６０及び／又は画像センサ２２０から分離されてもよく、別個のハウジング内に設けられてもよい。コントローラ２５０は、画像センサ２２０及び／又は複数の一次光源２６０からデータを受信するように構成することができ、また、制御又は他の情報を複数の一次光源２６０及び／又は画像センサ２２０に提供することもできる。

開示された主題の実施形態に従えば、図１において１１０で示されているように、複数の一次光源の第１サブセットが、シーン上に第１検知スペクトル又は感知スペクトル（sensing spectrum）を放射するように活性化され得る。複数の一次光源の第１サブセットは、原色（primary color）（例えば、赤色）に対応する１つ以上の光源を活性化するチャネルに対応し得る。一例として、１１０において、図２の複数の一次光源２６０のうちの赤色発光ダイオード（LED）を活性化することができる。原色に対応する光源は、一緒にグループ化されてもよく、好ましくは、光源のアレイ全体に拡散されてもよい。例えば、図２に示すように、一次光源２６０は、複数の光源を含む。赤色LEDは、光源２６０全体に広がり、シーンの様々な部分に到達できるようにすることができる。図１の１１０において、複数の光源の第１サブセットは、例えば、活性化が生じる高周波数、短時間及び／又は低振幅変調のために、それらの活性化がシーンを見る人間には見えないように活性化され得る。図２に示すように、一次光源２６０の第１サブセットからの光は、第１光学レンズ２４０を介して放射されることができる。

一次光源２６０は、例えば、ロイヤルブルー、シアン、ライム、アンバー及び赤の原色を含んでもよい。本明細書に開示された主題に従って使用される一次光源２６０の特性は、システムに知らされてもよく、具体的には、例えば、コントローラ２５０に知らされてもよい。一例として、一次光源２６０は、図３Ａに示すような色度及び図３Ｂに示すような波長スペクトルを有してもよい。３１０、３１１、３１２、３１３及び３１４を含む図３Ａの各ドットは、この実施例では、一次光源２６０の５つの原色のうちの１つに対応し得る。点線は、単一の波長に対応し得る。示されるように、少なくとも３つの原色を使用することによって、湾曲した黒体軌跡３２０が、例えば、調整可能な白色系において、より密接に追跡され得る。実施形態によれば、図２の一次光源２６０によって出力される色は、３１０、３１１、３１２、３１３及び３１４を含む図３Ａのドットによって囲まれた領域に対応する色度を有することができる。さらに、図３Ｂは、この実施例の５つの原色に対応するスペクトル３４１、３４２、３４３、３４４及び３４５を示す。

さらに、図４Ａは、本開示の実施形態に従って異なるカラーレンダリングモードを生成するために、異なる比率で複数の一次光源を活性化することによって生成されるスペクトルのスペクトルパワー分布４１０のグラフを示す。スペクトルパワー分布４１５は、原色の範囲内、特にこの実施例の５つの原色の範囲内で最大の色忠実度を与えるカラーレンダリングモードに対応する。図４Ｂは、色域指数（gamut index）Rg及び忠実度（fidelity
index）Rfのグラフ図４２０を示し、色域指数Rgは平均相対色域に対するTM-３０測定値であり、忠実度Rfは平均色忠実度に対するTM-３０測定値である。示されるように、点４３０、４３１、４３２、４３３及び４３４は異なるカラーレンダリングモードに対応し、正方形４３５は最大色忠実度モードに対応する。図４Ｃは、TM-３０の１６個の色調ビン（hue bins）の関数としてのRf値のグラフ図４４０を示す。示されるように、データ線４４２、４４３、４４４、４４５及び４４６は、異なるカラーレンダリングモードに対する対応する色調ビンのRf値に対応する。データ線４４１は、最大カラー忠実度モードに対応する。図４Ｄは、TM-３０の１６個の色調ビンの関数としてのRcs値のグラフ図４５０を示す。示されるように、データ線４５１、４５２、４５３、４５４及び４５５は、異なるカラーレンダリングモードに対する対応する色調ビンに対するRCS値に対応する。データ線４５６は、最大カラー忠実度モードに対応する。

図１の１２０において、複数の一次光源の第１サブセットが活性化されている間に、シーンから第１画像データを検出することができる。図２に示すように、第１画像データは、画像センサ２２０を用いて検知され、画像センサ２２０によって検知された第１画像データは、第２光学レンズ２３０を介して画像センサ２２０に到達することができる。本明細書にさらに開示されるように、画像データはシーンに関する特徴を含んでもよい。その特徴によって、コントローラ２５０が、画像センサの各画素又は各ピクセルについての反射率スペクトル（reflectance spectrum）を近似することが可能になり、かつ／或いはシーンのカラーマップを作成することが可能になる。

画像センサ２２０は、空間分解能を有する光センサであってもよく、それにより画像センサ２２０及び／又はコントローラ２５０は、図１のステップ１１０で説明されるプロセスによって照明されるシーンに存在する異なる色の平均化を回避することができる。特に、複数の一次光源の数サブセットが活性化されてシーン上に検知スペクトルを放射する際に、コントローラ２５０が複数の一次光源の数サブセットを制御するので、画像センサは、情報を得るための波長分解能力を有する必要がない。明瞭にすると、一次光源２６０の数サブセットがシーン上に光を放射する際に、コントローラ２５０は、シーンに関するカラー情報を得るために、一次光源２６０に関する既知の情報を利用することができる。したがって、一次光源２６０の数サブセットを変調することによって、及び反射画像を検知することによって、本明細書にさらに開示するように、シーンに関するスペクトル情報を、スペクトル選択性センサを使用することなく得ることができる。画像データを介してスペクトル情報が、一次光源２６０の数サブセットによって放射された光に基づいて得られるので、スペクトル情報の解像度は、一次光源２６０の帯域幅によって制限されることに留意されたい。しかしながら、そのようなスペクトル情報は、一次光源２６０によるカラーレンダリングを最適化するのに十分であることに留意されたい。何故ならば、照明スペクトル（lighting spectrum）を放射するときの一次光源２６０が持つ制限は、検知スペクトルを放射する場合の制限と同じであるからである。

ステップ１３０では、複数の一次光源の第２サブセットを活性化させて、シーン上に第２検知スペクトルを放射することができる。複数の一次光源の第２サブセットは、複数の一次光源の第１サブセットとは異なる色（例えば、ロイヤルブルー）に対応する１つ以上の光源を活性化するチャネルに対応し得る。一例として、ステップ１３０において、図２の複数の一次光源２６０のロイヤルブルー発光ダイオード（LED）を活性化させることができる。ロイヤルブルー色に対応する光源は、一緒にグループ化されてもよく、或いは好ましくは、一次光源２６０のアレイ全体に広がってもよい。例えば、図２に示すように、一次光源２６０は、複数の光源を含む。ロイヤルブルーLEDは、シーンの様々なセクションに到達できるように、一次光源２６０全体に広がることができる。図１のステップ１３０において、ステップ１１０と同様に、複数の光源の第２サブセットは、それらの活性化が、例えば、活性化が生じる高周波数、短時間及び／又は低振幅変調のために、シーンを見ている人間には見えないように、活性化され得る。図２に示すように、一次光源の第２サブセット２６０からの光は、第１光学レンズ２４０を介して放射することができる。

図１のステップ１４０において、図２の複数の一次光源２６０の第２サブセットが活性化されている間に、第２画像データをシーンから検知することができる。第２画像データは画像センサ２２０を使用して検知でき、画像センサ２２０によって検知される第２画像データは、第２光学レンズ２３０を介して画像センサ２２０に到達できる。本明細書にさらに開示されるように、画像データは、シーンに関する特徴を含むことができる。その特徴によって、コントローラ２５０が、画像センサの各画素又は各ピクセルについての反射率スペクトルを近似可能になり、かつ／或いはシーンのカラーマップを作成することが可能になる。

本明細書にさらに開示するように、コントローラ２５０は、所望の応答を提供するように工場出荷時にプログラムされてもよく、或いはユーザがプログラム可能であってもよい。コントローラ２５０を変調することにより、第１サブセットが活性化され、画像センサ２２０が第１画像データを収集し、次いで第２サブセットが活性化され、画像センサ２２０が第２画像データを収集することができる。本開示は、第１スペクトル及び第２スペクトルにそれぞれ対応する第１及び第２画像データに言及するが、画像データは、追加の利用可能な一次光源について検知され得ることが理解されよう。好ましくは、４つ以上、より好ましくは、５つ以上の一次光源を利用することができる。したがって、第３、第４及び第５のスペクトルに対応する第３、第４及び第５の画像データが、それぞれ、検知され、図２のコントローラ２５０などのコントローラに提供され得る。

図１のステップ１５０において、結合された画像データに基づいて、シーンの参照情報又は基準情報（reference information）が、決定され得る。結合された画像データは、第１画像データ及び第２画像データのような入手可能な画像データの組み合わせである。図２のコントローラ２５０のようなコントローラが、第１画像データと第２画像データとの組み合わせのような結合された画像データに基づいて、参照情報を決定することができる。さらに、実施形態に従えば、コントローラは、一次光源２６０に関する検知スペクトル情報（sensing spectrum information）も有することができる。本明細書に記載されているように、４Ａ～４Ｄは、スペクトル及び対応するTM-３０指数の例示的なグラフを提供する。TM-３０指数は、コントローラが有し又はアクセスすることができ、図３Ａ及び図３Ｂの一次光源で実現することができる。

参照情報は、画像センサの各画素に対する近似反射率スペクトルの推定値に対応し、かくして、シーンのカラーマップに対応し得る。実施形態によれば、カラーマップは、図２の一次光源２６０のサブセットの各々に対する各ピクセルの相対応答として表現され得る。一例として、表１は、４つの異なる例示的な反射率スペクトルについて、画像センサの単一ピクセルによって感知される相対的な反射強度を含む。表１に示されるように、５つの一次光源について相対強度が感知され、それにより所与の一次光源（すなわち、チャネル）についての相対反射強度が、その一次光源がシーン上に光を放射するときに感知される。この例では、４つの例示的な反射率スペクトルは、TM-３０で定義された４つの色評価サンプル（CES）に対応し、CES ５（大体マルーン（maroon））、CES ６４大体ティール（teal））、CES
３２（大体マスタード（mustard））及びCES ８１（大体紫（purple））に対応する。特定の例として、表１は、ロイヤルブルーの一次光源がローヤルブルー光をシーンのその部分に放射している間に、シーンのマルーン部分を感知する画像センサ２２０によって感知される相対反射強度が、０.０９８であることを示す。同様に、表１に示すように、赤色一次光源がシーンのその部分に赤色光を放射する間に、シーンのマルーン部分を感知する画像センサ２２０によって感知される相対反射強度は、０.５４６８である。赤色はシーンのほぼマルーンにより近いので、赤色の一次光源が活性化されたときに感知される相対反射強度（すなわち、０.５４６８）は、ロイヤルブルーの一次光源が活性化されたとき（すなわち、０.０９８）よりも高い。この技術を用いて、この実施形態に従って、コントローラは、画像センサの画素を介して収集されたデータに基づいてシーンのカラーマップを開発することができる。

別の実施形態によれば、カラーマップは、CIE１９３１、CIE１９７６、CAM０２－UCSなどのような標準化された色空間で表現することができる。このような標準化された色空間でカラーマップを表現することにより、より高度なスペクトル最適化アルゴリズム及び／又は所望の応答のより直感的なプログラミングを可能にすることができる。画像センサの各ピクセルの反射率スペクトルを推定することができ、続いて、ピクセルに対する関連する色座標を、推定された反射率スペクトルに基づいて計算することができる。図５は、それぞれ線５１１、５１２、５１３及び５１４で表される、TM-３０からのCES５、CES６４、CES３２及びCES８１の反射率スペクトルを含む実施形態例を示す。線５２１、５２２、５２３及び５２４は、図３Ａ及び３Ｂの５つの一次光源を使用するそれぞれの推定反射率スペクトルを示す。

線５２１、５２２、５２３及び５２４は、画像センサによって収集された画像データに基づいて推定される。具体的な例として、図３Ｂに示すように、ロイヤルブルーの一次チャネルは、５４１によって示される４５０nmにおけるピーク波長を発する。したがって、図５は、図２の画像センサ２２０のような画像センサによって感知された相対反射強度が、ロイヤルブルーの一次チャネルが活性化されている間に、４つの異なるCES色点（color point）５３１、５３２、５３３及び５３４を感知し、５４１によって示された４５０nmでピーク波長を放射することを示す。この実施例における４つの異なるCESは、マルーン（CES５）５３１、ティール（CES６４）５３２、マスタード（CES３２）５３３、及び紫（CES８１）５３４に対応する。５つの一次光源に対応する５つの波長は、ロイヤルブルーについては５４１、シアンについては５４２、ライムについては５４３、アンバーについては５４４、赤については５４５で示されている。具体的な例として、ロイヤルブルーの一次光源が、５４１で示される４５０nmで感知光を放射するように活性化される間に、画像センサは、図５の点５３１で示されるように、マルーンCES ５に対応する約０.０９８の相対反射率強度を登録することができる。そして、点５３４によって示されるように、ティールCES６４に対応する約０.３６２１の相対反射率強度を登録できる。同様に、図５に示す実施例では、画像センサ２２０は、この実施例では、合計２０のSPDデータポイントについて、図３Ａ及び３Ｂの５つの主光源の各々について、ピーク波長で４つのCES色点を捕捉することができる。要約すると、５つの原色を循環させ、画像センサを介して反射強度を記録することによって、各原色の重心波長（centroid wavelength）においてSPDデータ点が得られる。その後、線５２１、５２２、５２３及び５２４によって示されるような多項式適合（polynomial fits）を介して、これらのデータ点に基づいて、近似的な反射率スペクトルを推定することができる。各線５２１、５２２、５２３及び５２４は、３８０nm及び７８０nmで定義された条件で、５つの一次光源のピーク波長で収集されたデータ点に基づいて、それぞれのCES色に対する最良の多項式適合（Poly.）を表す。線形補間、スプライン補間又は移動平均補間のような他の補間方法も使用され得ることに留意されたい。

一般に、近似の精度は、一次光源の数が増えるにつれて改善され得、一次光源が狭い帯域幅を有し、可視スペクトルにわたって一様に広がる場合に最も高くなり得る。参考として、図６は、図３Ａ及び３Ｂの５つの原色との多項式適合の分析を示す。ここで、TM-３０からの全９９のCES色のデータポイントが、５つの原色の各々を順次活性化することによって計算された。図６のグラフ６００において、TM-３０からの９９のCESのうち、５８のCES色が正しいTM-３０色調ビン（１-１６）によって識別され、９６のCES色がプラスマイナス１色調ビン内で正しく識別される。図６において、円はオリジナルのCES色点を表し、対応するダイヤモンドは、５つの一次光源を用いて決定された推定色点を表す。

図１のステップ１６０において、一次光源のスペクトル最適化基準は、参照情報及び１つ以上の所望の出力パラメータに基づいて決定され得る。本明細書でさらに説明するように、スペクトル最適化基準は、シーン上に照明スペクトルを放射するときに、一次光源がそれに基づいて動作するという基準であってもよい。したがって、スペクトル最適化基準は、シーンの参照情報に基づいて所望の出力を達成する基準である。参照情報は、図１のステップ１５０を参照して、本明細書に開示されているような組み合わされた画像データに基づいて決定され得る。所望の出力パラメータは、ユーザ入力に基づいて、装置又は構成要素の位置に基づいて、画像データに基づいて、所定の基準に基づいて、等の任意の適用可能な方法によって生成することができる。ユーザは、Bluetooth、WiFi、RFID、赤外線等の無線信号を介して入力を提供することができる。変形的には、ユーザは、キーボード、マウス、タッチパッド、触覚応答、音声コマンド等を介して入力を提供することができる。図２のコントローラ２５０のようなコントローラが、参照情報及び所望の出力パラメータを利用して、スペクトル最適化基準を生成することができる。

実施例に従えば、スペクトル最適化基準は、潜在的な画像データ及び出力パラメータに基づいてオフラインで予備的に計算されてもよく、コントローラ又はコントローラによってアクセス可能なメモリ上に、ルックアップテーブルなどの適用可能な技術を介して記憶されてもよい。このような予備計算及び記憶は、その計算能力において制限され得るオンボードコントローラによる複雑な計算の必要性を低減し得る。図８は、そのような実施形態の例示的なフローチャートを示す。図示のように、工場出荷時の入力データ８１０が、オンボード処理システム８２０に提供されてもよい。具体的には、工場出荷時の入力データ８１０は、シーン色マッピングモジュール８２１に提供される。シーン色マッピングモジュール８２１は、例えば、一次光源が検知スペクトルを放射する間に収集された画像データ、並びに強度値及び工場出荷時の入力データ８１０に基づいてスペクトルデータポイントを生成する。工場出荷時の入力データ８１０は、ソーススペクトル最適化モジュール８２２にも提供されてよい。ソーススペクトル最適化モジュール８２２は、シーン色マッピングモジュール８２１からの出力、及びユーザプログラミングモジュール８１５からの特定応答挙動（specified response behavior）（出力パラメータ）に基づいて、所望のインデックス／スペクトル最適化基準を計算することができる。また、スペクトル最適化モジュール８２２は、決定されたスペクトル最適化基準に基づいてチャネル駆動電流を設定してもよい。

図１のステップ１７０において、複数の一次光源は、スペクトル最適化基準に基づいて、照明スペクトルを放射するように活性化され得る。スペクトル最適化基準は、本明細書にさらに開示するように、有線又は無線通信チャネルのような、直接に又は適用可能な通信チャネルを介して、コントローラによって複数の一次光源に提供することができる。

開示された主題の実施形態に従えば、スペクトル最適化基準は、異なる色レンダリングモードが放射される結果をもたらす。例えば、所望の出力パラメータは、シーン内の最も対照的な支配的色又は最優勢色（dominant color）の彩度（saturation）又は忠実度（fidelity）を最大化することであってもよい。コントローラは、画像データを利用して、所与のシーンにおける最も対照的な支配的色を決定し、これらの色の彩度又は忠実度が最大化されるように放射する光源のためのスペクトル最適化基準を生成することができる。一例として、図３Ａ～図３Ｂの５つの一次光源は、色彩化のために使用されてもよい。図７Ａのチャート７１０は、TM-３０色調ビン１、５、９及び１３の各々におけるいくつかのCES色の推定された色点及び実際の色点を含む。図７Ａにチャート７１０を介して示されるように、彩度は、主に、２方向の何れかにおいて達成される。すなわち、図７Ａの横軸に沿って示される赤からシアンへの軸（例えば、TM-３０色調ビン１及び９）に沿って、又は図７Ａの縦軸に沿って示される緑黄から紫への軸（例えば、ビン５及び１３）のいずれかの方向で達成され得る。したがって、特定の例として、図７Ｂに示されるように、コントローラは、ビンがTM-３０色調ビンに対応し、７３０が完全なTM-３０円に対応するところの、以下の３つの色レンダリングモードのうちの１つに基づいて、スペクトル最適化基準を選択することができる。（１）トレース７２１によって表されるように、主に赤色及び／又はシアンが検出される場合、ビン１及びビン９の過飽和（oversaturation）；（２）トレース７２２によって表されるよう、主に緑黄色及び／又は紫色が検出される場合、ビン５及びビン１３の過飽和；及び（３）トレース７２３によって表されるように、これらの色調ビンのうちの１つで検出される支配的色がない場合、高い忠実度スペクトルの３つである。

実施形態に従えば、コントローラは、出力パラメータに基づいて、検出された支配的色の過飽和を最大化するスペクトルのための最適化基準、又はそれらの発生によって重み付けされたすべての検出された色の過飽和を最大化するスペクトルのための最適化基準を選択することができる。幾つかの実施形態では、出力パラメータによって示されるように、わずかに過飽和した色が主観的に好ましい場合がある。さらに、実施形態に従えば、過飽和は、例えば、TM-３０のRcs指数のようなクロマシフト（chroma shift）によって定量化され得る。Rcsのための典型的な好ましい範囲は、０～２０%であってもよく、より好ましい範囲は５～１０%であってもよい。

さらに、一実施形態に従えば、画像データを以前に記録された画像データと比較して、対象となる移動する物体（object）又は新規の物体の色を決定して、この物体のスペクトルを最適化することができる。変形的には、画像の平均反射率スペクトルを使用して、平均色のスペクトルを最適化することができる。スペクトルの最適化では、色度（chromaticity）を一定に保つか、又は変化させることができる。

一実施形態に従えば、出力パラメータは、画像データに基づいて決定された所与のシーンに基づいて、放射された光の特定の色度を目標とすることに対応し得る。例えば、シーンが青、シアン及び緑のような涼しい色調（cool hue）を含む場合には、涼しい白色が望ましく、一方、暖かい白色は、黄色、オレンジ色及び赤色の色調を照らすことができる。そのようなスキームは、シーンの色域（color gamut）及び視覚的輝度（visual brightness）を高めることができる。この例によれば、コントローラは、３つ以上の原色に対応するスペクトル最適化基準を提供することができる。

一実施形態に従えば、出力パラメータは、所望の色点を達成することに対応し得る。この実施形態に従えば、コントローラは、画像内の反射光情報を利用し、所望の全体的な色点を達成するために必要とされる放射スペクトルのスペクトル最適化基準を決定することができる。例えば、着色された物体又は壁が白色の背景の近くで照明される空間において、着色された物体又は壁から反射される光は、白色の背景を非白色に見せることがあり、出力パラメータによって示されるように、望ましくないことがある。したがって、コントローラは、一次光源が白色背景を白色として維持する照明スペクトルを放射するように、スペクトル最適化基準を生成することができる。

表２は、出力パラメータの例、画像データの例、及び対応するスペクトル最適化基準の概要を示す。

一実施形態に従えば、本明細書に開示される照明システムは、外部の構成要素又はシステムへの通信を可能にする通信インターフェースを含んでもよい。通信は、有線又は無線送信によって容易にすることができ、Bluetooth、WiFi、セルラー、赤外線などを含む任意の適用可能なモードを組み込むことができる。一実施形態に従えば、コントローラは照明システムの外部にあってもよく、画像データがそのような外部コントローラに提供され、スペクトル最適化基準が外部コントローラによって決定され、及び／又は提供され得る。追加的又は代替的に、出力基準は、外部入力装置（例えば、携帯電話）を介して提供されてもよく、かつ／或いは外部コントローラなどの外部コンポーネントに提供されてもよい。

一実施形態に従えば、検知スペクトルが、一次光源の第１サブセットによって放射されてもよく、一方、照明スペクトルが、一次光源の残りのサブセット又は他のサブセットによって放射されてもよい。第１サブセットは、検知スペクトルが人間にとって可視でない（例えば、高周波数で）ように、検知スペクトルを放射することができる。画像データは、本明細書に開示するように、検知スペクトルを放射する第１サブセットに基づいて収集することができ、その後、第２サブセットが検知スペクトルを放射し、続いて第１サブセットが照明スペクトルを放射するようにスイッチングする場合に収集することができる。

特徴及び要素は、特定の組み合わせで上述されているが、当業者は、各特徴又は要素を単独で、又は他の特徴及び要素と任意の組み合わせで使用することができることを理解するであろう。さらに、本明細書に記載の方法は、コンピュータ又はプロセッサによる実行のためのコンピュータ読み取り可能媒体に組み込まれたコンピュータ・プログラム、ソフトウェア、又はファームウェアで実施することができる。コンピュータ読取可能媒体の例には、電子信号（有線又は無線接続を介して送信される）及びコンピュータ読取可能記憶媒体が含まれる。コンピュータ可読記憶媒体の例としては、読出し専用メモリ（ROM）、ランダムアクセスメモリ（RAM）、レジスタ、キャッシュメモリ、半導体メモリデバイス、内部ハードディスク及びリムーバブルディスクのような磁気媒体、光磁気媒体、CD-ROMディスクのような光媒体、及びデジタル多用途ディスク（DVDs）が挙げられるが、これらに限定されない。

Claims (21)

1. アレイに形成された複数の一次光源の第１サブセットからの光出力を変調することによって、前記複数の一次光源の前記第１サブセットにより放射される第１検知スペクトルでシーンを照明するステップ；
   前記シーンが前記第１検知スペクトルで照明されている間に前記シーンの第１画像を捕捉するステップ；
   前記第１画像を捕捉した後、前記第１サブセットとは異なる前記複数の一次光源のうちの第２サブセットからの光出力を変調することによって、前記複数の一次光源の前記第２サブセットにより放射される第２検知スペクトルで前記シーンを照明するステップ；及び
   前記シーンが前記第２検知スペクトルで照明されている間に前記シーンの第２画像を捕捉するステップ；
   前記第１画像及び前記第２画像に基づいて照明スペクトルを決定するステップ；
   前記照明スペクトルにより規定される所定の比率で、前記一次光源の多数で前記シーンを照明するステップ；
   を含み、
   前記第１サブセット及び前記第１検知スペクトルは第１原色を有し、前記第２サブセット及び前記第２検知スペクトルは前記第１原色とは異なる第２原色を有する、方法。
2. 前記複数の一次光源の前記第１サブセットからの前記光出力を変調することは、前記複数の一次光源の前記第１サブセットからの前記光出力を第１変調周波数で変調することを含み、前記複数の一次光源の前記第２サブセットからの光出力を変調することは、前記複数の一次光源の前記第２サブセットからの光出力を第２変調周波数で変調することを含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記複数の一次光源の前記第１サブセットからの前記光出力の変調及び前記複数の一次光源の前記第２サブセットからの前記光出力の変調は、人間にとって実質的に可視ではない、請求項２に記載の方法。
4. 前記複数の一次光源の前記第１サブセットからの前記光出力を変調することは、前記複数の一次光源の前記第１サブセットからの前記光出力を第１変調振幅で変調することを含み、前記複数の一次光源の前記第２サブセットからの光出力を変調することは、前記複数の一次光源の前記第２サブセットからの光出力を第２変調振幅で変調することを含む、請求項１に記載の方法。
5. 前記複数の一次光源の前記第１サブセットからの前記光出力の変調及び前記複数の一次光源の前記第２サブセットからの前記光出力の変調は、人間にとって実質的に可視ではない、請求項４に記載の方法。
6. 前記複数の一次光源の前記第１サブセットからの前記光出力を変調することは、前記複数の一次光源の前記第１サブセットからの前記光出力を第１変調期間で変調することを含み、前記複数の一次光源の前記第２サブセットからの光出力を変調することは、前記複数の一次光源の前記第２サブセットからの光出力を第２変調期間で変調することを含む、請求項１に記載の方法。
7. 前記複数の一次光源の前記第１サブセットからの前記光出力の変調及び前記複数の一次光源の前記第２サブセットからの前記光出力の変調は、人間にとって実質的に可視ではない、請求項６に記載の方法。
8. 前記第１検知スペクトルは、前記複数の一次光源の前記第１サブセットによって放射され、前記照明スペクトルは、前記複数の一次光源の少なくとも前記第２サブセットを含む前記複数の一次光源のうちの残りのサブセットによって放射される、請求項１に記載の方法。
9. 請求項１に記載の方法であって：
   前記複数の一次光源の前記第１サブセットにより放射される前記第１検知スペクトルで前記シーンを再度照明するステップ；
   前記シーンが前記第１検知スペクトルで再度照明されている間に前記シーンの更新第１画像を捕捉するステップ；
   前記複数の一次光源の前記第２サブセットにより放射される前記第２検知スペクトルで前記シーンに再度照明するステップ；
   前記シーンが前記第２検知スペクトルで再度照明されている間に前記シーンの更新第２画像を捕捉するステップ；
   前記更新第１画像及び前記更新第２画像を、前記第１画像及び前記第２画像と比較するステップ；
   前記更新第１画像が前記第１画像と異なる場合、前記更新第２画像が前記第２画像と異なる場合、又は前記更新第１画像が前記第１画像と異なりかつ前記更新第２画像が前記第２画像と異なる場合に、前記更新第１画像及び前記更新第２画像に基づいて修正された照明スペクトルを決定するステップ；及び
   前記修正された照明スペクトルにより決定される所定の比率で、前記複数の一次光源の多数で前記シーンを照明するステップ；
   を含む方法。
10. 複数の一次光源の第１サブセットにより放射される第１検知スペクトルでシーンを照明する一方、前記第１サブセットを含まない前記複数の一次光源のうちの第１剰余複数光源で照明するステップであり、前記複数の一次光源をアレイとして形成し、前記第１サブセットが前記アレイに亘って広がっている、ステップ；
    前記シーンが前記第１検知スペクトルで照明されている間に前記シーンの第１画像を捕捉するステップ；
    前記第１画像を捕捉した後、前記第１サブセットとは異なる前記複数の一次光源のうちの第２サブセットにより放射される第２検知スペクトルで前記シーンを照明し、前記第２サブセットを含まない前記複数の一次光源のうちの第２剰余複数光源で前記シーンを照明するステップであり、前記第２サブセットがアレイに亘って広がっている、ステップ；
    前記シーンが前記第２検知スペクトルで照明されている間に前記シーンの第２画像を捕捉するステップ；
    前記第１画像及び前記第２画像に基づいて照明スペクトルを決定するステップ；
    前記照明スペクトルにより規定される所定の比率で、前記複数の一次光源の多数で前記シーンを照明するステップ；
    を含む方法。
11. 前記第１検知スペクトルで前記シーンを照明するステップは、前記複数の一次光源の前記第１サブセットからの光出力を変調するステップを含み、前記第２検知スペクトルで前記シーンを照明するステップは、前記複数の一次光源の前記第２サブセットからの光出力を変調するステップを含む、請求項１０に記載の方法。
12. 前記複数の一次光源の前記第１サブセットからの光出力を変調するステップは、前記複数の一次光源の前記第１サブセットからの光出力を、第１変調周波数、第１変調振幅及び第１変調期間のうちの少なくとも１つで変調するステップを含み、前記複数の一次光源の前記第２サブセットからの光出力を変調するステップは、前記複数の一次光源の前記第２サブセットからの光出力を、第２変調周波数、第２変調振幅及び第２変調期間のうちの少なくとも１つで変調するステップを含む、請求項１１に記載の方法。
13. 前記複数の一次光源の前記第１サブセットからの前記光出力の前記変調及び前記複数の一次光源の前記第２サブセットからの前記光出力の前記変調は、人間にとって実質的に可視ではない、請求項１２に記載の方法。
14. 前記第２画像を捕捉した後、前記複数の一次光源の第３サブセットにより放射される第３検知スペクトルで前記シーンを照明し、前記第３サブセットはアレイに亘って広がっており、前記第３サブセットを含まない前記複数の一次光源のうちの第３剰余複数光源でシーンを照明するステップ；
    前記シーンが前記第３検知スペクトルで照明されている間に前記シーンの第３画像を捕捉するステップ；
    前記第３画像を捕捉した後、前記複数の一次光源の第４サブセットにより放射される第４検知スペクトルで前記シーンを照明し、前記第４サブセットはアレイに亘って広がっており、前記第４サブセットを含まない前記複数の一次光源のうちの第４剰余複数光源で前記シーンを照明するステップ；
    前記シーンが前記第４検知スペクトルで照明されている間に前記シーンの第４画像を捕捉するステップ；
    前記第４画像を捕捉した後、前記複数の一次光源の第５サブセットにより放射される第５検知スペクトルで前記シーンを照明し、前記第５サブセットはアレイに亘って広がっており、前記第５サブセットを含まない前記複数の一次光源のうちの第５剰余複数光源で前記シーンを照明するステップ；
    前記シーンが前記第５検知スペクトルで照明されている間に前記シーンの第５画像を捕捉するステップ；
    を含み、
    前記照明スペクトルを決定するステップは、前記第１画像、前記第２画像、前記第３画像、前記第４画像及び前記第５画像に基づいて前記照明スペクトルを決定するステップを含む、請求項１０に記載の方法。
15. 請求項１０記載の方法であって、さらに
    前記第１画像及び前記第２画像に基づいて前記照明スペクトルを決定した後に、
    前記複数の一次光源の前記第１サブセットにより放射される第１検知スペクトルでシーンを再度照明する一方、前記第１剰余複数光源により放射される前記照明スペクトルで前記シーンを照明するステップ；
    前記シーンが前記第１検知スペクトルで及び前記第１剰余複数光源により放射される前記照明スペクトルで再度照明されている間に、前記シーンの更新第１画像を捕捉するステップ；
    前記更新第１画像を捕捉した後、前記複数の一次光源の前記第２サブセットにより放射される前記第２検知スペクトルでシーンを再度照明する一方、前記第２剰余複数光源により放射される前記照明スペクトルで前記シーンを照明するステップ；
    前記シーンが前記第２検知スペクトルで及び前記第１剰余複数光源により放射される前記照明スペクトルで再度照明されている間に、前記シーンの更新第２画像を捕捉するステップ；
    前記更新第１画像及び前記更新第２画像に基づいて修正された照明スペクトルを決定するステップ；及び
    前記修正された照明スペクトルにより規定される修正された所定の比率で、前記複数の一次光源の多数で前記シーンを照明するステップ；
    を含む方法。
16. 前記修正された照明スペクトルを決定するステップは、前記更新第１画像及び前記更新第２画像における前記シーンが前記第１画像及び前記第２画像に比較して異なるかどうかを決定することを含む、請求項１５に記載の方法。
17. アレイに形成された複数の一次光源の第１サブセットにより放射される第１検知スペクトルでシーンを照明するステップ；
    前記シーンが前記第１検知スペクトルで照明されている間に、複数の画像センサピクセル上で前記シーンの第１画像を捕捉するステップ；
    前記第１画像を捕捉した後、前記第１サブセットとは異なる前記複数の一次光源のうちの第２サブセットにより放射される第２検知スペクトルで前記シーンを照明するステップ；
    前記シーンが前記第２検知スペクトルで照明されている間に、前記複数の画像センサピクセル上で前記シーンの第２画像を捕捉するステップ；
    前記第１画像及び前記第２画像に基づいて照明スペクトルを決定するステップ；
    前記照明スペクトルを決定した後、前記複数の一次光源から放射された前記照明スペクトルで前記シーンを照明するステップ；
    前記複数の一次光源の前記第１サブセットにより放射される前記第１検知スペクトルでシーンを再度照明するステップ；
    前記シーンが前記第１検知スペクトルで再度照明されている間に、前記複数の画像センサピクセル上で前記シーンの更新第１画像を捕捉するステップ；
    前記更新第１画像を捕捉した後、前記複数の一次光源の前記第２サブセットにより放射される前記第２検知スペクトルでシーンを再度照明するステップ；
    前記シーンが前記第２検知スペクトルで再度照明されている間に、前記複数の画像センサピクセル上で前記シーンの更新第２画像を捕捉するステップ；
    前記更新第１画像及び前記更新第２画像と前記第１画像及び前記第２画像との間で各画像センサピクセルからのデータを比較することにより、前記更新第１画像及び前記更新第２画像と前記第１画像及び前記第２画像とを比較するステップ；
    前記更新第１画像が前記第１画像と異なる場合、前記更新第２画像が前記第２画像と異なる場合、又は前記更新第１画像が前記第１画像と異なりかつ前記更新第２画像が前記第２画像と異なる場合に、修正された照明スペクトルを決定するステップ；及び
    前記修正された照明スペクトルにより決定される所定の比率で、前記複数の一次光源の多数で前記シーンを照明するステップ；
    を含む方法。
18. 前記第１検知スペクトルは前記第１サブセットにより放射され、前記照明スペクトルは、少なくとも前記第２サブセットを含む前記複数の一次光源の剰余サブセットにより放射される、請求項１７に記載の方法。
19. 前記第１検知スペクトルで前記シーンを照明するステップは、前記複数の一次光源の前記第１サブセットからの光出力を変調するステップを含み、前記第２検知スペクトルで前記シーンを照明するステップは、前記複数の一次光源の前記第２サブセットからの光出力を変調するステップを含む、請求項１７に記載の方法。
20. 前記複数の一次光源の前記第１サブセットからの光出力を変調するステップは、前記複数の一次光源の前記第１サブセットからの光出力を、第１変調周波数、第１変調振幅及び第１変調期間のうちの少なくとも１つで変調するステップを含み、前記複数の一次光源の前記第２サブセットからの光出力を変調するステップは、前記複数の一次光源の前記第２サブセットからの光出力を、第２変調周波数、第２変調振幅及び第２変調期間のうちの少なくとも１つで変調するステップを含む、請求項１９に記載の方法。
21. アレイ内に形成された複数の光源であり、当該複数の光源の第１サブセットが第１色を有し、当該複数の光源の第２サブセットが第１色とは異なる第２色を有する、複数の光源；
    第１チャネルを介して前記複数の光源の前記第１サブセットに電気的に接続され、前記第１チャネルとは異なる第２チャネルを介して前記複数の光源の前記第２サブセットに電気的に接続されたコントローラ；及び
    前記コントローラに電気的に接続された光センサ；
    を含む照明装置であって、
    前記コントローラが、
    前記第１チャネルを介して前記複数の光源の前記第１サブセットを活性化し、前記複数の光源の前記第１サブセットからの光出力を変調することにより、第１検知スペクトルでシーンを照明し；
    前記シーンが前記第１検知スペクトルで照明されている間に捕捉された前記シーンの第１画像データを前記光センサから受信し；
    前記第１画像データを受信した後、第２チャネルを介して前記複数の光源の前記第２サブセットを活性化し、前記複数の光源の前記第２サブセットからの光出力を変調することにより、前記複数の光源の前記第２サブセットにより放射される第２検知スペクトルで前記シーンを照明し；
    前記シーンが前記第２検知スペクトルで照明されている間に捕捉された前記シーンの第２画像データを前記光センサから受信し；
    前記第１画像データ及び前記第２画像データに基づいて照明スペクトルを決定し、前記照明スペクトルにより規定された所定の比率で前記複数の光源の多数を活性化して前記シーンを照明する；
    ように構成されている、
    照明装置。

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