JP2018125196A - 照明装置および照明方法 - Google Patents

Abstract

【課題】照明光だけで多様な視覚的効果を生み出す照明装置を提供する。【解決手段】時間ごとに異なる色成分の可視光を出力する光源部および可視光を画素単位で変調して出力する表示素子部を含むプロジェクタ１０と、プロジェクタ１０を制御する制御部２０と、を備えた照明装置１であって、プロジェクタ１０の光源部は、制御部２０の制御下で、可視光の色成分を異ならせることなく、可視光の分光分布を異ならせることを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、照明装置および照明方法に関する。

一般的な照明器具は、ほとんどが太陽光の代替えとして作られており、一定の空間をむらなく照らし太陽光の下と同じ色の見え方を再現するものとして作られている。その結果、一般的な照明器具は、太陽光の代替え以上の機能をほとんど有していない。

一方、近年では、プロジェクタを利用した照明装置が存在する（例えば、特許文献１参照。）特許文献１に記載の照明装置は、プロジェクタと、プロジェクタを制御する照明制御装置と、を備える。この照明装置は、照明光を照射する範囲内において映像光を投影することができる。例えば、この照明装置は、料理において食材を包丁で切る場合に、手元を照明光により明るく照らしつつ、包丁で切るべき箇所を示すガイドラインを映像光として投影することができる。

特開２０１５−９１００８号公報

上記特許文献１に記載の照明装置は、照明光により空間または物体を照らすという照明に求められる本来の機能を保持しつつ、映像光により視覚的効果を生み出すことができる。しかしながら、上記特許文献１に記載の照明装置は、照明光だけで多様な視覚的効果を生み出すことはできない。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、その課題とするところは、照明光だけで多様な視覚的効果を生み出す照明装置および照明方法を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明に係る照明装置は、
時間ごとに異なる色成分の可視光を出力する光源部と、
前記可視光を画素単位で変調して出力する表示素子部と、
前記光源部および前記表示素子部を制御する制御部と、
を備えた照明装置であって、
前記光源部は、前記制御部の制御下で、前記可視光の色成分を異ならせることなく、前記可視光の分光分布を異ならせる
ことを特徴とする。

上記照明装置において、例えば、
前記光源部は、
白色光を出力する白色光源と、
前記制御部の制御下で回転し、前記白色光を前記可視光に変換するカラーホイールと、
を備え、
前記カラーホイールは、前記可視光の各色成分に対応した光を透過させる複数のバンドパスフィルタ群を備え、
前記複数のバンドパスフィルタ群の少なくとも１つは、透過光の色成分が同じで前記透過光の分光分布が異なる複数のバンドパスフィルタを備える
ように構成できる。

上記照明装置において、例えば、
前記光源部は、前記可視光の各色成分に対応した光を出力する複数の光源群を備え、
前記複数の光源群の少なくとも１つは、色成分が同じで分光分布が異なる光を出力する複数の光源を備える
ように構成できる。

上記照明装置において、例えば、
前記光源部は、内蔵されているデジタルマイクロミラーデバイスが制御されることにより、出力する光の分光分布特性が制御される波長プログラマブル光源からなる
ように構成できる。

上記課題を解決するために、本発明に係る照明方法は、
時間ごとに異なる色成分の可視光を出力する光源部と、前記可視光を画素単位で変調して出力する表示素子部と、前記光源部および前記表示素子部を制御する制御部と、を備えた照明装置を用いて対象物を照らす照明方法であって、
前記制御部は、前記光源部を制御し、前記可視光の色成分を異ならせることなく前記可視光の分光分布を異ならせる
ことを特徴とする。

上記照明方法において、例えば、
前記制御部は、前記光源部が備える白色光源を発光させるとともに前記光源部が備えるカラーホイールを回転させ、前記白色光源の白色光を、前記カラーホイールが備えるバンドパスフィルタであって透過光の色成分が同じで前記透過光の分光分布が異なる複数のバンドパスフィルタに順に当てることで、前記白色光を前記可視光に変換する
ように構成できる。

上記照明方法において、例えば、
前記制御部は、前記光源部が備える光源であって、色成分が同じで分光分布が異なる光を出力する複数の光源を、順に発光させる
ように構成できる。

ここで、本明細書において「色成分が同じ」とは、人が同じ光源色であると知覚することをいう。例えば、Ｌ^＊ａ^＊ｂ^＊座標系において色差△Ｅが、△Ｅ＝１３．０未満となる範囲、好ましくは△Ｅ＝６．５未満となる範囲にある２つの光を、本明細書において「色成分が同じ」光という。一方、本明細書において「色成分が異なる」とは、人が同じ光源色ではないと知覚することをいう。例えば、△Ｅ＝１３．０以上となる範囲にある２つの光を、本明細書において「色成分が異なる」光という。

本発明によれば、照明光だけで多様な視覚的効果を生み出す照明装置および照明方法を提供することができる。

本発明に係る照明装置の構成を示す図である。 本発明のプロジェクタの構成を示す図である。 （Ａ）本発明のカラーホイールの構成を示す図である。（Ｂ）（Ａ）のカラーホイールにおける透過光の分光分布を示す図である。 （Ａ）本発明の変形例に係るカラーホイールの構成を示す図である。（Ｂ）（Ａ）のカラーホイールにおける透過光の分光分布を示す図である。

以下、添付図面を参照して、本発明に係る照明装置および照明方法の実施形態について説明する。

（照明装置）
図１に、本実施形態に係る照明装置１を示す。照明装置１は、プロジェクタ１０と、プロジェクタ１０を制御する制御部２０と、を備える。プロジェクタ１０は、例えば、ＤＬＰ（Digital Light Processing：登録商標）プロジェクタを利用できる。

図２に示すように、プロジェクタ１０は、白色光源１１と、円盤状のカラーホイール１２と、デジタルマイクロミラーデバイス（以下、ＤＭＤ）１３と、少なくとも１つのレンズ１４とを備える。本実施形態のプロジェクタ１０と従来のＤＬＰプロジェクタとは、カラーホイール１２の構成が大きく相違し、白色光源１１とＤＭＤ素子１３とレンズ１４の構成が共通する。

白色光源１１とカラーホイール１２は、本発明の「光源部」に相当する。白色光源１１は、制御部２０の制御下で白色光を出力する、少なくとも１つのＬＥＤからなる。カラーホイール１２は、制御部２０の制御下で回転し、白色光源１１の白色光を時間ごとに異なる色成分の可視光に変換する。

カラーホイール１２は、可視光の各色成分に対応した光を透過させる複数のバンドパスフィルタ群を備える。例えば、図３に示すように、カラーホイール１２は、可視光の赤色成分に対応した光を透過させるバンドパスフィルタ群Ｒと、可視光の緑色成分に対応した光を透過させるバンドパスフィルタ群Ｇと、可視光の青色成分に対応した光を透過させるバンドパスフィルタ群Ｂと、白色光を透過させるバンドパスフィルタＷと、を備える。

カラーホイール１２の各バンドパスフィルタ群は、透過光の色成分が同じで透過光の分光分布が異なる複数のバンドパスフィルタを備える。バンドパスフィルタ群Ｒは、透過光の色成分が赤色で透過光の分光分布が異なるバンドパスフィルタｒ１、ｒ２を備える。バンドパスフィルタ群Ｇは、透過光の色成分が緑色で透過光の分光分布が異なるバンドパスフィルタｇ１、ｇ２を備える。バンドパスフィルタ群Ｂは、透過光の色成分が青色で透過光の分光分布が異なるバンドパスフィルタｂ１、ｂ２を備える。例えば、バンドパスフィルタｂ１を通過した青色の可視光とバンドパスフィルタｂ２を通過した青色の可視光とは、分光分布は異なるが、人間の目にはともに青色の光源色として知覚される。

ＤＭＤ１３とレンズ１４は、本発明の「表示素子部」に相当する。ＤＭＤ１３は、画素ごとに割り当てられたミラーがカラーホイール１２を通過した可視光をレンズ１４の方向に反射するか否かで、各画素の光をＯＮ／ＯＦＦさせる。

制御部２０は、例えば、ＣＰＵとメモリとを備えたコンピュータまたはＩＣで構成される。制御部２０は、プロジェクタ１０の内部に設けてもよい。

制御部２０は、予めメモリに格納された制御プログラムまたは外部指令に基づいて、白色光源１１、カラーホイール１２およびＤＭＤ１３を制御する。具体的には、制御部２０は、制御プログラムまたは外部指令で定められた所定の時間内において、ＤＭＤ１３の各画素に対応した領域ごとに、レンズ１４から投光される可視光の色成分を異ならせることなく当該可視光の分光分布を異ならせるように、白色光源１１、カラーホイール１２およびＤＭＤ１３を制御する。当然ながら、制御部２０は、所定の時間内において、ＤＭＤ１３の各画素に対応した領域ごとに、レンズ１４から投光される可視光の色成分を異ならせることもできる。

上記のとおり、本実施形態に係る照明装置１は、所定の時間間隔で、かつ複数の領域において、プロジェクタ１０から出力される可視光（照明光）を、その色成分を異ならせることなく分光分布のみを異ならせることができる。その結果、例えば、舞台照明、劇場照明、広告照明等で、見る人に照明光の変化（光源色の変化）を意識させずに、対象物の見え方の変化（物体色の変化）のみを意識させることが可能になる。

したがって、本実施形態に係る照明装置１によれば、所定の時間間隔で、かつ複数の領域において、照明光だけで多様な視覚的効果を生み出すことができる。なお、本実施形態に係る照明装置１は、分光分布の異なる数種類の白色光を出力することもできるし、複数の領域において可視光（照明光）の色成分を異ならせて分光分布を異ならせることもできる。

（照明方法）
次に、本実施形態に係る照明方法について説明する。本実施形態に係る照明方法は、上記の照明装置１を用いて対象物（例えば、部屋全体）を照らす照明方法である。

本実施形態に係る照明方法では、制御部２０が、少なくとも白色光源１１とカラーホイール１２とＤＭＤ１３とを制御し、所定の時間間隔で、かつ複数の領域において、プロジェクタ１０から出力される可視光（照明光）を、その色成分を異ならせることなく分光分布のみを異ならせる。

具体的には、制御部２０は、白色光源１１を発光させるとともにカラーホイール１２を制御プログラムに従って回転させ、白色光源１１の白色光を、透過光の色成分が同じで透過光の分光分布が異なる複数のバンドパスフィルタ（例えば、バンドパスフィルタｂ１およびバンドパスフィルタｂ２）に順に当てる。

制御部２０は、上記のとおり白色光源１１およびカラーホイール１２を制御するとともに、制御プログラムに従ってＤＭＤ１３を制御し、ＤＭＤ１３の各画素の光をＯＮ／ＯＦＦさせる。これにより、各画素に対応した複数の領域において、プロジェクタ１０から出力される可視光（照明光）を、その色成分を異ならせることなく分光分布のみを異ならせることができる。その結果、例えば、舞台照明、劇場照明、広告照明等で、見る人に照明光の変化（光源色の変化）を意識させずに、対象物の見え方の変化（物体色の変化）のみを意識させることが可能になる。

したがって、本実施形態に係る照明方法によれば、所定の時間間隔で、かつ複数の領域において、照明光だけで多様な視覚的効果を生み出すことができる。なお、本実施形態に係る照明方法は、分光分布の異なる数種類の白色光を出力させることもできるし、複数の領域において可視光（照明光）の色成分を異ならせて分光分布を異ならせることもできる。

［変形例］
以上、本発明に係る照明装置および照明方法の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。以下、本発明に係る照明装置および照明方法の変形例について説明する。

カラーホイール１２の構成は、可視光の各色成分に対応した光を透過させる複数のバンドパスフィルタ群を備え、かつ複数のバンドパスフィルタ群の少なくとも１つが、透過光の色成分が同じで透過光の分光分布が異なる複数のバンドパスフィルタを備えるのであれば、適宜変更することができる。例えば、カラーホイール１２は、ＲＧＢ以外の色成分に対応した光を透過させるバンドパスフィルタ群を備えていてもよい。

カラーホイール１２に変えて、図４に示すカラーホイール１２’を用いてもよい。カラーホイール１２’は、透過光のピーク波長が可視光の波長領域（例えば、４００〜７００ｎｍ）においてリニアに変化し、かつ、透過光の色成分が同じで透過光の分光分布が異なる複数のバンドパスフィルタを備える、リニア可変バンドパスフィルタである。リニア可変バンドパスフィルタとしては、例えば、回転させることにより可視光範囲で透過光のピーク波長が変化する干渉フィルタ、すなわち円形リニアフィルタを用いることができる。

カラーホイール１２’は、２４個のバンドパスフィルタを備える。２４個のバンドパスフィルタのうち、透過光の色成分が同じで透過光の分光分布が異なる複数のバンドパスフィルタが、１のバンドパスフィルタ群を構成する。例えば、可視光の青色成分に対応した光を透過させるバンドパスフィルタ群Ｂは、４つのバンドパスフィルタで構成される。

上記実施形態では、本発明の「光源部」を白色光源１１とカラーホイール１２とで構成したが、可視光の各色成分に対応した光を出力する複数の光源群で構成することができる。この場合、カラーホイール１２は不要となる。

「光源部」を複数の光源群で構成する場合、複数の光源群の少なくとも１つは、色成分が同じで分光分布が異なる光を出力する複数の光源を備える必要がある。例えば、青色成分に対応した光を出力する光源群は、出力光の色成分が青色で出力光の分光分布が異なる第１および第２の青色光源を備える。第１の青色光源から出力された青色の可視光と第２の青色光源から出力された青色の可視光とは、分光分布は異なるが、人間の目にはともに青色の光源色として知覚される。

「光源部」を複数の光源群で構成する場合における本発明の照明方法では、本発明の制御部が、色成分が同じで分光分布が異なる光を出力する複数の光源を順に発光させる。これにより、上記実施形態と同様に、所定の時間間隔で、かつ複数の領域において、照明光だけで多様な視覚的効果を生み出すことができる。なお、この場合も、分光分布の異なる数種類の白色光を出力することができるし、複数の領域において可視光（照明光）の色成分を異ならせて分光分布を異ならせることができる。

「光源部」は、内蔵されているデジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）が制御されることにより、出力する光の分光分布特性が制御される波長プログラマブル光源で構成することができる。波長プログラマブル光源は、色成分が同じで分光分布が異なる光を出力するように制御される。波長プログラマブル光源を用いた照明装置は、上記と同様に、分光分布の異なる数種類の白色光を出力することができるし、複数の領域において可視光（照明光）の色成分を異ならせて分光分布を異ならせることができる。

「光源部」は、時間ごとに異なる色成分の可視光を出力し、かつ制御部２０の制御下で、可視光の色成分を異ならせることなく、可視光の分光分布を異ならせることができるのであれば、適宜構成を変更することができる。

本発明の「表示素子部」は、可視光を画素単位で変調して出力することができるのであれば、適宜構成を変更することができる。

本発明の「制御部」は、光源部および表示素子部を制御し、光源部から出力される可視光の色成分を異ならせることなく、当該可視光の分光分布を異ならせることができるのであれば、適宜構成を変更することができる。

１ 照明装置
１０ プロジェクタ
１１ 白色光源
１２ カラーホイール
１３ デジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）
１４ レンズ
２０ 制御部

Claims (7)

1. 時間ごとに異なる色成分の可視光を出力する光源部と、
   前記可視光を画素単位で変調して出力する表示素子部と、
   前記光源部および前記表示素子部を制御する制御部と、
   を備えた照明装置であって、
   前記光源部は、前記制御部の制御下で、前記可視光の色成分を異ならせることなく、前記可視光の分光分布を異ならせる
   ことを特徴とする照明装置。
2. 前記光源部は、
   白色光を出力する白色光源と、
   前記制御部の制御下で回転し、前記白色光を前記可視光に変換するカラーホイールと、
   を備え、
   前記カラーホイールは、前記可視光の各色成分に対応した光を透過させる複数のバンドパスフィルタ群を備え、
   前記複数のバンドパスフィルタ群の少なくとも１つは、透過光の色成分が同じで前記透過光の分光分布が異なる複数のバンドパスフィルタを備える
   ことを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
3. 前記光源部は、前記可視光の各色成分に対応した光を出力する複数の光源群を備え、
   前記複数の光源群の少なくとも１つは、色成分が同じで分光分布が異なる光を出力する複数の光源を備える
   ことを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
4. 前記光源部は、内蔵されているデジタルマイクロミラーデバイスが制御されることにより、出力する光の分光分布特性が制御される波長プログラマブル光源からなる
   ことを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
5. 時間ごとに異なる色成分の可視光を出力する光源部と、前記可視光を画素単位で変調して出力する表示素子部と、前記光源部および前記表示素子部を制御する制御部と、を備えた照明装置を用いて対象物を照らす照明方法であって、
   前記制御部は、前記光源部を制御し、前記可視光の色成分を異ならせることなく前記可視光の分光分布を異ならせる
   ことを特徴とする照明方法。
6. 前記制御部は、前記光源部が備える白色光源を発光させるとともに前記光源部が備えるカラーホイールを回転させ、前記白色光源の白色光を、前記カラーホイールが備えるバンドパスフィルタであって透過光の色成分が同じで前記透過光の分光分布が異なる複数のバンドパスフィルタに順に当てることで、前記白色光を前記可視光に変換する
   ことを特徴とする請求項５に記載の照明方法。
7. 前記制御部は、前記光源部が備える光源であって、色成分が同じで分光分布が異なる光を出力する複数の光源を、順に発光させる
   ことを特徴とする請求項５に記載の照明方法。

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