JP5297821B2 - 測色方法及び測色装置 - Google Patents

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Description

本発明は、光源から出射される光の色度値を個人の等色関数の感度を考慮して補正するようにした測色方法及び測色装置に関するものである。
例えば、蛍光体の組成を調整してHID(高圧放電灯)とほぼ同じ色度値を有する白色LEDを作製する場合、HIDと白色LEDから出射される光の各色度値(x,y)はそれぞれ以下のようにして求められる。
先ず、次式によって光の三原色R(赤)、G(緑)、B(青)についての三刺激値X,Y,Zが求められる。
X=∫S(λ)*x(λ)dλ
Y=∫S(λ)*y(λ)dλ … (1)
Z=∫S(λ)*z(λ)dλ
ここで、S(λ)は光源の分光放射輝度(分光分布)であって、HIDと白色LEDのS(λ)は、光の波長λに対して図6に示すような特性を示す。又、x(λ),y(λ),z(λ)は等色関数(CIE1931等色関数(以下、単に「等色関数」と称する))であって、これらは光の波長λに対して図7に示す特性を示す。
従って、(1)式によれば、三刺激値X,Y,Zは、光源の分光放射輝度S(λ)に等色関数x(λ),y(λ),z(λ)を掛け合わせ、これらを可視光領域内で積分した値であって、この三刺激値X,Y,ZからHIDと白色LEDの光の各色度値(x,y)は次式によってそれぞれ求められる。
x=X(X+Y+Z),y=Y/(X+Y+Z) … (2)
実際の測定においては、通常、分光タイプの色差計(分光放射輝度計)等の測定器が光源からの光を取り込んでこれを電気信号に変換し、データベースとして保有している等色関数x(λ),y(λ),z(λ)を用いて前記(2)式によって色度値(x,y)を産出している。このようにして求められたHIDと白色LEDの各色度値(x,y)を図8に示す色度座標上に▲と●にてそれぞれ示す。
一般的にどのような種類の光源であっても、2つの光の色度座標上の色度点がほぼ同じであれば、これらの光は同色として知覚される。つまり、色度座標値は色の見えを定量的に表現していることになる。
ところで、色彩計は、等色関数x(λ),y(λ),z(λ)に近似した光学フィルタを使用し、この光学フィルタを通過した光を三刺激値X,Y,Zとして出力しており、分光放射輝度S(λ)は取得していない。このように色彩計は光学フィルタで等色関数x(λ),y(λ),z(λ)を表現するため、その測定値は正確でない反面、測定時間は短くて済むというメリットを有している。
又、分光タイプの色差計(分光放射輝度計)は、光源のエネルギーをプリズムや回折格子を利用して波長毎(通常は1nm毎)に分解し、等色関数データを用いて色度を計算する方式を採用している。このように分光タイプの色差計は色度を計算によって求めるため、光学フィルタを用いた色差計よりも高精度な値を取得することができる反面、波長毎にエネルギーを取得するために測定時間が長くなってしまうというデメリットを有している。
光源から出射される光束の色度又は照度を色彩計を用いて測定する技術に関して、特許文献1には、色彩計によって測定された光束の波長に応じて設定された色彩計の校正値に基づいて、該色彩計の測定値を補正することによって光束の色度又は照度を高精度に測定する提案がなされている。
特開2001−324386号公報
前述のように蛍光体の組成を調整してHID(高圧放電灯)とほぼ同じ色度値を有する白色LEDを作製するに際して、前記(2)式によって求められたHIDと白色LEDの光の各色度値(x,y)が図8に示す色度座標上に▲と●にてそれぞれ示される結果となった場合、両者の色度値(x,y)はほぼ一致しているために本来は同じ色として知覚される筈である。
ところが、実際にはHIDからの光はより白く、白色LEDからの光はより黄色に知覚され、両者は同色とは知覚されないという問題がある。従って、色度値に基づいてHIDと同じ光色に感じる白色LEDを狙って作製したとしても、決して同じ光色として知覚されないLEDが出来上がってしまうことになる。その理由は、従来から使用されている図7に示す等色関数x(λ),y(λ),z(λ)は個人差が反映されておらず、図8に示す色度座標上の色度値(x,y)と見え方が1:1で対応していないためである。
本発明者は、図9に示す実験装置を用いてHIDと白色LEDについて等色実験を行った。
図9は実験装置の構成図であって、この実験装置10には2つの積分球11,12が設置され、各積分球11,12の中心部には発光部11a,12aがそれぞれ形成されている。そして、図9の左側の積分球11には参照光源としてHID13又は白色LED14が配置され、HID13又は白色LED14には電源15が接続されている。又、図9の右側の積分球12にはテスト光源としてR(赤)、G(緑)、B(青)のLED16,17,18(LED_ R,LED_ G,LED_ Bとして表示)が設置され、これらはLED制御部19に接続されている。
実験に際して被験者は、左側の積分球11の発光部11aから出射される参照光源としてのHID13又は白色LED14からの光の色を見て、右側の積分球12の発光部12aから出射されるテスト光源としての3つのLED16〜18(LED_ R,LED_ G,LED_ B)からの光がHID13又は白色LED14からの光と同じ色と同じ明るさになるようLED制御部19によって3つのLED16〜18の出力を調整する。そして、実験者は、被験者が設定したテスト光源である3つのLED16〜18の分光放射輝度S(λ)を測定した。
而して、前記(2)式に基づいてHID13と白色LED14からの光の色度値(x,y)を求めた。その結果を図10の色度座標上に△と○にてそれぞれ示すが、これらの値は図7に示す等色関数x(λ),y(λ),z(λ)を用いて算出されたHID13と白色LED14についての色度値(x,y)(図10に▲と●にて示す値)に対して大きくずれ、HID13の光の方が白色LED14の光よりも高色温度側に知覚されている。つまり、図7に示す等色関数x(λ),y(λ),z(λ)を用いて算出されたHID13と白色LED14についての色度値(x,y)は図8に▲と●にて示すようにほぼ同じ値を示すが、実際には光源の種類(本例では、HID13と白色LED14)によっては知覚される色が異なることが分かる。
ところで、特許文献1において提案された色度測定方法では、使用する光源と基準光源が予め分かっているため、光源の分光分布の違いから色度値を補正するだけで対応可能であるが、補正の対象を光源に向け、等色関数を補正の対象としていないために前記問題を解決することができない。
本発明は上記問題に鑑みてなされたもので、その目的とする処は、個人が知覚する色を定量化することによって同じ色みを有する光源の作製を可能とする測色方法及び測色装置を提供することにある。
上記目的を達成するため、請求項1記載の発明は、 光源から出射される光から抽出された色光情報に応じた電気信号と、等色関数データ及び等色用光源の分光放射輝度データに基づいて色度値を求める測色方法において、
前記等色関数データに個人の等色関数データを加え、個人の等色関数の感度を考慮して色度値を補正する処理を備え、
前記処理が、次の(a)〜(f)のステップ;
(a)測定対象である光源の色光情報を取り込む測光ステップ
(b)測定対象の光源の等色用3原色の分光放射輝度を取り込む分光放射輝度ステップ
(c)前記個人の等色関数データをデータベース部に収納する個人統計データ収納ステップ
(d)前記測光ステップの情報と前記個人統計データ収納ステップの情報とを用いて三刺激値R,G,B(I=1,2,3…)を算出する個人三刺激値算出ステップ
(e)前記個人統計データ収納ステップの情報と前記分光放射輝度ステップの情報とを用いて算出される三刺激値が前記個人三刺激値算出ステップで算出した三刺激値R,G,B(I=1,2,3…)に等しくなるように係数を算出する係数算出ステップ
(f)前記等色関数データと前記分光放射輝度ステップの情報及び前記係数算出ステップにて算出した係数を使用して等色関数データを補正し、個人の等色関数の感度を考慮した三刺激値X,Y,Zを算出する個人三刺激値算出ステップ
を有することを特徴とする。
請求項2記載の発明は、少なくとも個人の等色関数データと等色関数データ及び等色用光源の分光放射輝度データを格納したデータベース部と、
光源から出射される光を取り込んでRGBの色光情報を抽出する色光情報抽出部と、
該色光情報抽出部によって抽出された色光情報を電気信号に変換する光電変換部と、
該光電変換部から取り込まれた電気信号と前記データベース部から取り込まれた個人の等色関数データと等色関数データ及び等色用光源の分光放射輝度データに基づいて個人の等色関数の感度を考慮した色度値を算出する信号処理部と、
を含み、
前記信号処理部は、
測定対象である光源の色光情報を取り込む色光情報取り込み部と、
測定対象の光源の等色用3原色の分光放射輝度を取り込む分光放射輝度取り込み部と、
前記個人の等色関数データをデータベース部に収納する個人統計データ取り込み部と、
前記色光情報取り込み部の情報と前記個人統計データ取り込み部の情報とを用いて三刺激値R,G,B(I=1,2,3…)を算出する個人三刺激値算出処理部と、
前記個人統計データ収納取り込み部の情報と前記分光放射輝度取り込み部の情報とを用いて算出される三刺激値が前記個人三刺激値算出処理部で算出した三刺激値R,G,B(I=1,2,3…)に等しくなるように係数を算出する係数算出処理部と、
前記等色関数データと前記分光放射輝度取り込み部の情報及び前記係数算出処理部にて算出した係数を使用して等色関数データを補正し、個人の等色関数の感度を考慮した三刺激値X,Y,Zを算出する個人三刺激値算出処理部と、
を備えて構成されることを特徴とする。
本発明によれば、求められる色度値は個人の等色関数を用いて算出され、個人の等色関数の感度を考慮して補正されたものであるため、実際に人によって知覚される色と色度点が一致し、色度値がほぼ等しい2光源の光色は同じ色として知覚される。つまり、個人の等色関数の感度を考慮した補正システムを用いることによって、従来は定量化が不可能であった、個人が知覚する色を定量化することが可能となり、その結果、同じ色みを有する光源の作製が可能となる。
本発明に係る測色装置の構成を示すブロック図である。 本発明に係る測色装置のデータベース部に格納された各種統計データを示す図である。 本発明に係る測色方法の手順を示すフローチャートである。 個人の等色関数(r(λ),g(λ),b(λ))を示す図である。 本発明に係る測色方法によってHIDと白色LEDについて求められた色度値(x,y)を従来の値と対比して色度座標上に示す図である。 HIDと白色LEDの光の分光放射輝度S(λ)の特性を示す図である。 従来から使用されている等色関数(x(λ),y(λ),z(λ))を示す図である。 従来の測色方法によってHIDと白色LEDについて求められた色度値(x,y)を色度座標上に示す図である。 等色実験装置の構成図である。 等色実験によってHIDと白色LEDについて求められた色度値(x,y)を従来の測色方法によって求められた値と対比して色度座標上に示す図である。
以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
図1は本発明に係る測色装置の構成を示すブロック図、図2は同測色装置のデータベース部に格納された各種統計データを示す図、図3は本発明に係る測色方法の手順を示すフローチャート、図4は個人の等色関数(r(λ),g(λ),b(λ))を示す図、図5は本発明に係る測色方法によってHIDと白色LEDについて求められた色度値(x,y)を従来の値と対比して色度座標上に示す図である。
先ず、本発明に係る測色装置の基本構成を図1に基づいて説明すると、図示の測色装置1は、色光情報抽出部2、光電変換部3、信号処理部4、設定部5及びデータベース部6を備えており、図2に示すように、データベース部6には、少なくとも所定の方法により測定し取得された個人の等色関数(以下、単に「個人の等色関数」と称する)データr1 (λ),g1 (λ),b1 (λ)〜r10(λ),g10(λ),b10(λ)(10人分のデータ)がデータAとして格納され、従来から用いられてきた図7に示す等色関数x(λ),y(λ),z(λ)がデータBとして格納され、等色用3原色の分光放射輝度LED_ R,LED_ G,LED_ BがデータCとして格納されている。
ここで、データCとして等色用3原色の分光放射輝度を用いるのは、個人の等色関数データ(データB)の被験者が図9に示す等色実験を行ったものと同様のデータを、以下の演算により得るためである。
又、上記測色装置1の構成は、色光情報抽出部2、光電変換部3、操作部7及びコンピュータ等の各種情報処理装置(不図示)に格納る本発明に係る測色方法を実行可能なプログラムに基づいて、信号処理部4を実現し、設定部5に設定された情報及びデータベース部6に格納されたデータA,B,Cを用いて本発明に係る測色方法を実行している。
ここで、個人の等色関数データr1 (λ),g1 (λ),b1 (λ)〜r10(λ),g10(λ),b10(λ)としては、例えば図4に示すStiles-Burchの等色関数データ(図4には便宜上、3人(ObserberA,B,C)のデータのみを示す)が用いられる。尚、Stiles-Burchの等色関数データに関しては、文献:P.W.Terzona Individual observer data for the 1955 Stiles-Burch 2°pilot investigation
J.Opt.Soc.Am Vol.4,No4 April 1987 に詳述されている。
上記のように構成された測色装置1においては、測定対象である不図示の光源から出射される光は色光情報抽出部2に取り込まれ、RGBの色光情報が抽出される。そして、色光情報抽出部2によって抽出された色光情報は、光電変換部3によって電気信号に変換されて信号処理部4へと送信される。
他方、測定者が操作部を操作して設定部7によって種々の設定を行うと、データベース部6に格納されている統計データA,B,Cが信号処理部4に取り込まれ、信号処理部4において前記色光情報と統計データA,B,Cに基づいて色度値(x,y)等が演算され、その結果が計測結果として出力される。
次に、本発明に係る測色方法、具体的には上記測色装置1の信号処理部4における処理手順を図3に示すフローチャートに基づいて説明する。
不図示の光源から出射される光の測色が開始されると(ステップS1)、図1に示す設定部7に補正システムが設定されたか否かが判定される(ステップS2)。補正システムが設定されていない場合(ステップS2での判断結果がNoである場合)には、従来の手法によって処理がなされる。
即ち、図2に示すデータベース部6から統計データB(等色関数x(λ).y(λ),z(λ))と光電変換部3から電気信号が信号処理部4に入力され、信号処理部4は、前記(1)式によって三刺激値X,Y,Zを算出し(ステップS3)、求められた三刺激値X,Y,Zを用いて前記(2)式によって色度座標値(x,y)を算出し(ステップS4)、処理を終了する(ステップS5)。
他方、補正システムが設定されている場合(ステップS2での判断結果がYesである場合)には、個人の等色関数の感度を考慮して色度値を補正する処理がなされる。
即ち、図1に示す信号処理部4は、データベース部6から統計データA(個人の等色関数データri (λ),gi (λ),bi (λ))を取り込み、次式によって三刺激値Ri ,Gi ,Bi (i=1,2,3…)を算出する(ステップS6)。
Ri =∫S(λ)*ri (λ)dλ
Gi =∫S(λ)*gi (λ)dλ … (3)
Bi =∫S(λ)*bi (λ)dλ
次に、信号処理部4は、図2に示すデータベース部6から統計データAと統計データC(等色用3原色の分光放射輝度LED_ R,LED_ G,LED_ B)を取り込み、これらのデータに基づいて算出される三刺激値が(3)式によって算出した三刺激値Ri ,Gi ,Bi に等しくなるよう下記行列式によって係数ai ,bi ,ci を算出する(ステップS7)。
Figure 0005297821
… (4)
その後、図2に示すデータベース部6から統計データB(等色関数x(λ).y(λ),z(λ))と統計データC(等色用3原色の分光放射輝度LED_ R,LED_ G,LED_ B)を取り込み、前記(4)式によって求めた係数ai ,bi ,ci を使用して次式の行列式によって図7に示す等色関数x(λ).y(λ),z(λ)を補正し、個人の等色関数の感度を考慮した三刺激値Xi ,Yi ,Zi を算出する(ステップS8)。
Figure 0005297821
… (5)
そして、最後に上式(5)によって求められた三刺激値Xi ,Yi ,Zi を用いて次式によって色度座標値(xi ,yi )を算出し(ステップS9)、処理を終了する(ステップS10)。
xi =Xi (Xi +Yi +Zi ),yi =Yi /(Xi +Yi +Zi ) … (6)
而して、上記(6)式によって求められる色度座標値(xi ,yi )は個人の等色関数ri (λ),gi (λ),bi (λ)を用いて算出されたものであって、個人の等色関数の感度を考慮して補正されたものであるため、実際に人によって知覚される色と色度点が一致し、色度値がほぼ等しい2光源の光色は同じ色として知覚される。つまり、本発明によれば、個人の等色関数の感度を考慮した補正システムを用いることによって、従来は定量化が不可能であった、個人が知覚する色を定量化することが可能となった。この結果、本実施の形態によって得られた色度値の補正値に基づいて例えば蛍光体の組成を調整してHIDとほぼ同じ色度値を有する白色LEDを作製することが可能となる。
図5に本発明に係る測色方法によってHIDと白色LEDについて求められた色度値(x,y)を従来の値と対比して色度座標上に示すが、特に図5に□にて示す補正後のHIDの色度値は、▲にて示す補正前の色度値に対して高色温度側にシフトしており、図10に△にて示す等色実験によって得られた値に近づいていることが分かる。
尚、以上の実施の形態では、個人の等色関数としてStiles-Burchのデータを用いたが、これに限定されることはなく、個別に取得した他の個人の等色関数データを使用することができる。又、等色用光源(3原色)としてR,G,BのLEDを使用したが、これに限定される訳ではなく、他の任意の3原色の光源を使用することができる。又、本実施の形態においては、測色の対象としてHIDと白色LEDとを例示したが、本発明は、その適用対処がこれらに限定されず、様々な光源における色度値の補正に用いることができる。
本発明は、分光放射輝度計、色彩照度計、色温計等の測定器及びこれらを用いて光の色度を測定する方法全般に対して適用可能である。
1 測色装置
2 色光情報抽出部
3 光電変換部
4 信号処理部
5 設定部
6 データベース部
7 操作部

Claims (2)

  1. 光源から出射される光から抽出された色光情報に応じた電気信号と、等色関数データ及び等色用光源の分光放射輝度データに基づいて色度値を求める測色方法において、
    前記等色関数データに個人の等色関数データを加え、個人の等色関数の感度を考慮して色度値を補正する処理を備え、
    前記処理が、次の(a)〜(f)のステップ;
    (a)測定対象である光源の色光情報を取り込む測光ステップ
    (b)測定対象の光源の等色用3原色の分光放射輝度を取り込む分光放射輝度ステップ
    (c)前記個人の等色関数データをデータベース部に収納する個人統計データ収納ステップ
    (d)前記測光ステップの情報と前記個人統計データ収納ステップの情報とを用いて三刺激値R,G,B(I=1,2,3…)を算出する個人三刺激値算出ステップ
    (e)前記個人統計データ収納ステップの情報と前記分光放射輝度ステップの情報とを用いて算出される三刺激値が前記個人三刺激値算出ステップで算出した三刺激値R,G,B(I=1,2,3…)に等しくなるように係数を算出する係数算出ステップ
    (f)前記等色関数データと前記分光放射輝度ステップの情報及び前記係数算出ステップにて算出した係数を使用して等色関数データを補正し、個人の等色関数の感度を考慮した三刺激値X,Y,Zを算出する個人三刺激値算出ステップ
    を有することを特徴とする測色方法。
  2. 少なくとも個人の等色関数データと等色関数データ及び等色用光源の分光放射輝度データを格納したデータベース部と、
    光源から出射される光を取り込んでRGBの色光情報を抽出する色光情報抽出部と、
    該色光情報抽出部によって抽出された色光情報を電気信号に変換する光電変換部と、
    該光電変換部から取り込まれた電気信号と前記データベース部から取り込まれた個人の等色関数データと等色関数データ及び等色用光源の分光放射輝度データに基づいて個人の等色関数の感度を考慮した色度値を算出する信号処理部と、
    を含み、
    前記信号処理部は、
    測定対象である光源の色光情報を取り込む色光情報取り込み部と、
    測定対象の光源の等色用3原色の分光放射輝度を取り込む分光放射輝度取り込み部と、
    前記個人の等色関数データをデータベース部に収納する個人統計データ取り込み部と、
    前記色光情報取り込み部の情報と前記個人統計データ取り込み部の情報とを用いて三刺激値R,G,B(I=1,2,3…)を算出する個人三刺激値算出処理部と、
    前記個人統計データ収納取り込み部の情報と前記分光放射輝度取り込み部の情報とを用いて算出される三刺激値が前記個人三刺激値算出処理部で算出した三刺激値R,G,B(I=1,2,3…)に等しくなるように係数を算出する係数算出処理部と、
    前記等色関数データと前記分光放射輝度取り込み部の情報及び前記係数算出処理部にて算出した係数を使用して等色関数データを補正し、個人の等色関数の感度を考慮した三刺激値X,Y,Zを算出する個人三刺激値算出処理部と、
    を備えて構成されることを特徴とする測色装置。
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