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【発明の名称】 照明装置およびその作成方法
【発明者】 【氏名】リチャード・エム・ボーゲル

【氏名】エリン・エス・ワネク

【氏名】ジェイムズ・エム・エンジ

【氏名】ブルース・エイチ・ピルマン
【要約】 【課題】画像キャプチャ装置の正確なテストおよびキャリブレーションのための照明装置を提供する。

【解決手段】統合チャンバー、複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）、およびＬＥＤから放射されるエネルギーを制御するためのコントローラを用いる、電子画像化、および伝統的な写真環境での、正確な比色作業に適した照明装置。ＬＥＤ支持材により、エネルギーのビームは、統合チャンバーのエネルギー入力端とエネルギー出力端との間の、所定の経路に沿って、確実に向けられる。所定波長のエネルギーは、統合チャンバーに入らないようフィルタリングされる。
【特許請求の範囲】
【請求項１】 エネルギーを受け取る第１ポート、および前記第１ポートによって受け取られたエネルギーを伝達するよう配置された第２ポートを有する統合チャンバーと、前記統合チャンバーにエネルギーのビームを向けるための、前記第１ポート内に配置されたエネルギー放射手段と、放射されたエネルギーが、前記統合チャンバー内の所定の光路に沿って向けられるように、前記エネルギー放射手段を支える手段と、前記エネルギー放射手段と前記統合チャンバー間に配置された、所定波長のエネルギーフィルタ手段と、ユーザコマンドを受け取り、その後、前記ユーザコマンドを前記エネルギー放射手段に伝達し、そこにおいて、前記エネルギー放射手段が制御可能にエネルギーを放射出来るよう、前記エネルギー放射手段と作用可能に関連する、コントローラ手段とを含む照明装置。
【請求項２】 前記エネルギー放射手段が、複数の発光ダイオードと、前記複数のダイオードの各々の一つと作動可能に接続される回路基板とを備えている、請求項１に記載の照明装置。
【請求項３】 エネルギーを受け取る第１ポート、および前記第１ポートによって受け取られたエネルギーを伝達するよう配置された第２ポートを有する統合チャンバーを設けるステップと、前記統合チャンバーにエネルギーのビームを向けるための、エネルギー放射手段を前記第１ポート内に配置するステップと、放射されたエネルギーが、前記統合チャンバー内の所定の光路に沿って向けられるよう、前記エネルギー放射手段を支えるステップと、所定波長のエネルギーが、前記統合チャンバーに入らないようフィルタリングするステップと、ユーザのコマンドを受け取り、その後、前記ユーザコマンドを前記エネルギー放射手段に伝達し、そこにおいて、前記エネルギー放射手段が制御可能にエネルギーを放射出来るよう、前記エネルギー放射手段と作動可能に関連する、コントローラ手段を設けるステップとを含む照明装置の作成方法。
【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、一般に、電子画像化、および伝統的な写真のデザイン、および生産環境での、正確な比色作業に適した照明装置の分野に関する。特に本発明は、ソリッドステートエミッタを用い、さらに出力スペクトル特性および電力レベルの双方の独立制御を有する照明装置に関連する。
【０００２】
【従来の技術】照明ソースは、デジタルスチルカメラ（ＤＳＣ）の開発および生産環境において、多くの異なるテストおよび／またはキャリブレーションを補助するために使われている。例えば、与えられたイルミナント色温度のために、同等のチャネル応答を実現するには、通常、ＤＳＣのさまざまな色チャネルの相対ゲインを設定する必要がある。この手順は、カメラの「ホワイトバランシング」と呼ばれている。カメラが実際に使用される照明状態のスペクトル特性を正確に模倣する、この調整手順の間、照明ソースを用いることは重要である。ＤＳＣで選択可能な、ホワイトバランス設定の例は、昼光、蛍光、タングステンおよびフラッシュである。用語「照明装置」および「照明ソース」は、この文書の全体にわたり、交替可能に用いられているが、同等のものを意味すると理解されなければならない。
【０００３】特定の照明スペクトル電力分布（ＳＰＤ）特性を正確に再現することに加えて、照明装置はまた、同様に、出力スペクトルの形状に影響を与えない、調節可能な出力レベルを提供するように求められることもある。この性能のための要求の若干の例としては、ＤＳＣ露出制御システムのテストまたはキャリブレーション、もしくは、撮像装置またはＤＳＣトーンスケールの線形性のマッピングである。この性能は、また、写真フィルムのログ露出特性に対する密度を決定するために有用である。通常、スペクトルの形状を変えずに、伝統的な照明ソースの出力レベルを調整する唯一の方法は、調整可能な機械的開口部、もしくは、一連の選択可能なニュートラルフィルタを採用することである。
【０００４】ＤＳＣの比色キャリブレーションを実行するために、照明装置は、反射タイプもしくは伝達タイプのカラーチャートと組み合わせて使用される。この手順のためには、照明装置が高品質のスペクトル出力を有するのみならず、照明装置の出力スペクトル特性が時間的に安定している必要がある。加えて、カラーチャートのスペクトル特性も、時間的に安定していることが重要である。残念なことに、大部分のランプの老化特性は、正確な結果を維持するためには、頻繁な照明装置の再キャリブレーションを必要とする。物理的カラーチャートは、しばしば製造コストが高く、周期的な再測定を必要とする退色作用が欠点である。加えて、時として、全チャート上に同一の照明を出力することが困難となり、この不均等が、ＤＳＣキャリブレーションに影響を与える。後に示すように、本発明によりカラーチャートは完全に除去可能となり、それによりコストを削減して、さらにキャリブレーション精度を改善する。
【０００５】ポピュラーな照明装置技術の１つに、クォーツタングステンハロゲン（ＱＴＨ）ランプがある。ＱＴＨ照明装置は、照明装置とＤＳＣとの間に適切なカラー転換フィルタを用いることで、ＱＴＨ照明装置によるさらに高い色温度が達成可能であるが、概ね２８００から３２００ケルビンの色温度で作動する。比較的低コストであり、滑らかなスペクトル特性を持つため、ＱＴＨ照明装置は普及している。残念なことに、ＱＴＨランプ技術も多くの不利な点を有する。ＱＴＨランプは、急速に老化し、ランプの使用方法にもよるが、概して４０から２００時間の間隔で交換される必要がある。一貫した製品品質を確実にするためには、生産環境においてランプのキャリブレーションを頻繁に、通常、日に１回または２回、チェックすることが重要である。ＱＴＨランプはまた、赤外線（ＩＲ）領域内で著しい量のエネルギーを出力するので、この不必要なエネルギーを照明装置出力からブロックするために、高価な耐熱ガラスフィルタを使用する必要が生じる。
【０００６】ハライド金属ヨウ化物（ＨＭＩ）ランプおよびキセノンランプは、より高い相関色温度を有するため、昼光照明をシミュレーションするためによく選択されている。これらのランプタイプも、老化およびＩＲや熱の形での高出力という欠点がある。双方のランプタイプとも、若干のアプリケーションでは排除すべき、離散的な線スペクトルを若干量露呈する。キセノンランプはまた、照明装置出力の空間および時間的一様性に影響を及ぼし得る、「アークワンダー」の問題もある。
【０００７】蛍光灯は、屋外の照明条件と同様に、屋内での白熱光のシミュレーションに適した、相関色温度定格出力で利用出来、数千時間の有用寿命を呈するものである。蛍光灯の不利な点の１つは、蛍光体の励起用に使われる水銀蒸気により、ＳＰＤ特性にもたらされる、離散的な線構造である。水銀線構造は、ランプ駆動電流のＡＣ波形により変調され、これがランプの時間的出力に、潜在的に望ましくない変化を生じさせることがある。
【０００８】以上述べられた照明技術の全ては、その出力特性が安定する前に、ウォームアップ時間が必要であり、一般に、このウォームアップ時間は３０分程度である。急速に点灯する蛍光灯でさえ、ガラス包は、最適動作のための特定温度に達する必要がある。このウォームアップ特性ゆえ、これらのタイプの照明装置は、ｏｎの状態のままにしておくことが重要であり、さらに、シャッタ機構は、暗闇でのＤＳＣもしくは撮像装置測定を行なうために、照明装置と組み合わせて用いることが重要である。テスト中の装置またはフィルム上で、露出時間を正確に制御する必要もある場合、シャッタ機構は非常に高価なものとなり得る。
【０００９】近年、発光ダイオード（ＬＥＤ）技術は、これらの装置が、現在多くのアプリケーションで使用される、伝統的な照明技術に対する実行可能な代替物となるまでになった。ＬＥＤは１００ナノ秒程度のｏｎ時間を実現し、別々のシャッタ機構の必要性を排除している。さらに、安定したスペクトル特性ゆえに、ＬＥＤは、出力レベルを正確に変化させるためにパルス幅変調（ＰＷＭ）とともに使用可能であり、それによりニュートラルフィルタの必要性を排除している。複数の異なるピーク波長を有する一組のＬＥＤに対するＰＷＭの適切なアプリケーションは、異なるＳＰＤの統合を可能にし、それにより転換フィルタの必要性を除去する。
【００１０】パシュレイ（Ｐａｓｈｌｅｙ）他に対する、２０００年１０月３日発行の特許文献１、名称「電子調整カラーバランスを伴うＬＥＤ照明器具（ＬＥＤ Ｌｕｍｉｎａｉｒｅ Ｗｉｔｈ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃａｌｌｙ ＡｄｊｕｓｔｅｄＣｏｌｏｒ Ｂａｌａｎｃｅ）」では、３つのＬＥＤタイプの適切量の混合に基づき、異なる色の光を生成するために、赤、緑、青のＬＥＤから構成される照明器具が記載されている。パシュレイ（Ｐａｓｈｌｅｙ）の方法は、国際照明委員会（ＣＩＥ）ｘ−ｙ色度線図の色度に合致する三色の「原色」が、色度が三原色の色度により定義された三角形全域内に入る、任意の色を生成するために用いられる、三色理論に依存する。三色理論の良好な議論およびＣＩＥ色度線図の使用は、それぞれＲ．Ｗ．Ｇ フント（Ｒ．Ｗ．Ｇ．Ｈｕｎｔ）著「色測定（Ｍｅａｓｕｒｉｎｇ Ｃｏｌｏｕｒ）」（ＩＳＢＮ ０−４７０−２０９８６−０）内の、セクション２．４および３．３において見ることが出来る。パシュレイ（Ｐａｓｈｌｅｙ）は、個々のＬＥＤ色チャネルを通る電流を、各色チャネルの光出力を調整するために制御するが、これは全体的な混色の色度を変える所望の効果を有する。パシュレイ（Ｐａｓｈｌｅｙ）の方法は、ＤＳＣの文脈、もしくは撮影装置テストおよびキャリブレーションを考慮する場合、多くの欠点が存在する。第一に、ＤＳＣは、人間の視覚システムが行うのと同じようには、色識別が出来ないため、ＬＥＤによって生産されるような３つの狭帯域の原色の使用は、厳密なＤＳＣ比色キャリブレーションに不適当となり得る。この問題は、ＤＳＣのスペクトル感度が色合わせ機能（ＣＭＦ）ではない、すなわち、それらは人間の視覚システムのスペクトル感度に直接関連性がないという事実のために起こる。従って、ＤＳＣ比色キャリブレーションの間、草、肌色、青い空、その他のような重要な色は、単にこれらの色のために同じ色度を生じる任意のＳＰＤではなく、実際のＳＰＤを有するＤＳＣを示すことが重要である。特定の色度は、無数の異なるどのＳＰＤを用いても実現可能であり、従って、この方法を用いた特定の色度設定が、特定の色のための所望のＳＰＤを保証しないことは、色彩科学の当業者の間ではよく知られている。ＬＥＤ強度と順電流との関係は、動作電流の合理的範囲にわたって線形であることが多く、電流制御は、ＬＥＤ出力を調整するための明らかな方法であるように思われる。残念なことに、ＬＥＤのスペクトル特性は順電流の関数として僅かに変化し、重要なアプリケーションでは、これが容認できない制御方法となる。
【００１１】他の既存の照明開発は、カリフォルニア州、サンディエゴのエアロドライブ８５８１にあるガンマサイエンティフィック（Ｇａｍｍａ Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ）により製造されている。ガンマサイエンティフィック（Ｇａｍｍａ Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ）は、実質的にパシュレイ（Ｐａｓｈｌｅｙ）によって教示された方法に基づく、商標ＲＳ−５デジタルライトソースシステム（ＤｉｇｉｔａｌＬｉｇｈｔ Ｓｏｕｒｃｅ ＳｙｓｔｅｍＴＭ）モデルを製造している。ＲＳ−５の最小構成は、モデル２１７５０パワー供給／コントローラと同様に、単一タイプの複数のＬＥＤから成る、シングルモデル４２２００シリーズＬＥＤ光学ヘッドを利用している。最小ＲＳ−５システムは、ＬＥＤへの供給電流を変化させることにより、光学出力パワーを変化させる。正確な出力レベルを確保するために、光学ヘッドに組み込まれたフォトダイオードフィードバック回路が、キャリブレーションデータとともに使われる。ガンマサイエンティフィック（Ｇａｍｍａ Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ）は、上述のように、４つのＲＳ−５システムから成るシステムを製造している。各ＲＳ−５システムは、４つのＬＥＤヘッドからの光学出力を結合させる１２インチ統合球、およびユーザの要求に従って原色を混合する制御ソフトウェアを有するパソコンと結合される異なるＬＥＤ波長を有する。三原色の代わりに四原色を用いることを除き、パシュレイ（Ｐａｓｈｌｅｙ）方法のインプリメンテーションを取り入れているのは、この後者の構成である。
【００１２】さらに、ガンマサイエンティフィック（Ｇａｍｍａ Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ）は、上述の商標ＲＳ−５デジタルライトソースシステム（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｌｉｇｈｔ Ｓｏｕｒｃｅ ＳｙｓｔｅｍＴＭ）に加えて、商標ＲＳ−５Ｍプログラマブルカラーチューナブルソース（Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｃｏｌｏｒ−Ｔｕｎａｂｌｅ ＳｏｕｒｃｅＴＭ）モデルのマーケティングを開始した。このシステムは、最高８つの標準ＬＥＤ光学ヘッドと、それに伴う制御ボックスを受け入れる統合空腔を備えている。このシステムに対する潜在的な欠点の１つは、個々のＬＥＤ光学ヘッドを用いることにかかる費用である。他の潜在的な欠点は、所望のＳＰＤを合成する場合に、良好なスペクトルの合致を確保するために、ＬＥＤ波長をほとんど用いない点である。
【００１３】バウォレク（Ｂａｗｏｌｅｋ）他に対する、２００１年３月２０日発行の特許文献２、名称「発光ダイオードもしくは他のスペクトル光源を利用した撮像装置カラーキャリブレーションのための方法（Ｍｅｔｈｏｄ Ｆｏｒ ＩｍａｇｅｒＤｅｖｉｃｅ Ｃｏｌｏｒ Ｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎ ＵｔｉｌｉｚｉｎｇＬｉｇｈｔ−Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅｓ Ｏｒ Ｏｔｈｅｒ Ｓｐｅｃｔｒａｌ Ｌｉｇｈｔ Ｓｏｕｒｃｅｓ）」では、画像キャプチャ装置を比色分析的にキャリブレートするために、複数のＬＥＤを用いるいくつかの方法を記載している。本発明に最も関連するバウォレク（Ｂａｗｏｌｅｋ）方法は、ＣＩＥ発光体Ｄ６５の下で、結果として生じる登録商標マクベスカラーチェッカー（Ｍａｃｂｅｔｈ Ｃｏｌｏｒ ＣｈｅｃｋｅｒＲ）の各色パッチのためのＣＩＥ ＸＹＺ 三刺激値を総合するために、個々のＬＥＤの各々の相対的出力パワーを制御することを含んでいる。３つより多い原色が用いられることを除くと、これはパシュレイ（Ｐａｓｈｌｅｙ）方法と類似している。バウォレク（Ｂａｗｏｌｅｋ）により用いられる各ＣＩＥ ＸＹＺトリプレットは、パシュレイ（Ｐａｓｈｌｅｙ）により用いられるＣＩＥ ｘ−ｙ色度に対応するよう、数学的に変換可能である。バウォレク（Ｂａｗｏｌｅｋ）方法は、ＣＩＥ発光体Ｄ６５により照らされた実際の色パッチから得られていたような、各色パッチのための同一ＸＹＺ 三刺激値（もしくはｘ−ｙ色度）を合成するＬＥＤを用いることを目的としている、パシュレイ（Ｐａｓｈｌｅｙ）方法と同じ潜在的な欠点を有している。この方法は、各カラーパッチ／発光体の組合せのためのＳＰＤが、ＬＥＤによって正確にシミュレーションされることを保証せず、結果として生じる比色キャリブレーションは、ＤＳＣスペクトル感度と人間の視覚システムのそれとの違いから生ずる、条件等色（Ｍｅｔａｍｅｒｉｓｍ）の効果により汚される。
【００１４】デカロ（Ｄｅｃａｒｏ）他に対する、１９９９年１１月９日発行の特許文献３、名称「スキャナ照明（Ｓｃａｎｎｅｒ Ｉｌｌｕｍｉｎａｔｉｏｎ）」では、多くの異なる波長を有するＬＥＤの複数組の使用に基づく、フィルムスキャナ用ＬＥＤ照明システムの構成を記載している。一実施例では、ＬＥＤは、順番に、球面統合空腔の一部をなしている、コンセントレータコーン（Ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｏｒ ｃｏｎｅ）に添付された単一の回路基板に取り付けられる。コンセントレータコーンの目的は、統合空腔にＬＥＤからの光エネルギーを導くことである。他の実施例では、複数の回路基板およびコンパニオンコンセントレータコーンが、球面統合空腔とともに使われる。個々のＬＥＤチャネル出力の混合のための制御方法は、それらがｏｎの状態の場合、固定された所定の電流で作動するＬＥＤを伴った、パルス幅変調を用いている。この方法により、ＬＥＤのＳＰＤ特性は確実に一定に保たれる。デカロ（Ｄｅｃａｒｏ）は、製造業者の異なるフィルムタイプの特有の特徴のための補償のために、色度合致に対してスペクトル合致の概念を導く。デカロ（Ｄｅｃａｒｏ）スペクトル合致方法が、画像キャプチャ装置のテストおよびキャリブレーション用に好ましいにもかかわらず、彼はそれをフィルムスキャナへのアプリケーションの範囲のみに制限して来た。統合空腔にＬＥＤエネルギーを導くコンセントレータコーンの使用は、本発明により克服された、二、三の欠点を有している。特に、コンセントレータコーンにより必要される物理的サイズは、コンパクトな照明装置設計を妨げ、さらにコンセントレータコーンによって、統合空腔に入る第一波エネルギーが空腔内のほぼ至る所を打ちつけ、そのため照明装置出力の一様性を低下させる。
【００１５】
【特許文献１】米国特許第６，１２７，７８３号
【特許文献２】米国特許第６，２０５，２４４号
【特許文献３】米国特許第５，９８２，９５７号
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】従って、照明装置技術および照明装置作成方法においては、スペクトル特性の独立制御および画像キャプチャ装置の正確なキャリブレーションのためのパワーレベルの提供が、必要とされている。
【００１７】従って、本発明の目的は、画像キャプチャ装置の正確なテストおよびキャリブレーションのための照明装置を提供することである。
【００１８】本発明の他の目的は、出力スペクトル特性および電力レベルの双方の、独立制御を表示する照明装置を提供することである。
【００１９】本発明のさらに他の目的は、使用前のウォームアップ時間の必要性を除去する照明装置を提供することである。
【００２０】本発明のさらに他の目的は、画像キャプチャ装置の正確なテストおよびキャリブレーションのための照明装置を作成する方法を提供することである。
【００２１】
【課題を解決するための手段】本発明のこれらおよび他の目的、特徴および利点を達成するために、本発明の一態様において、エネルギーを受け取る第１ポート、および第１ポートを通して受け取られたエネルギーを伝達するよう配置された第２ポートを有する、統合チャンバーを含む照明装置が提供される。エネルギー放射手段は、統合チャンバーへエネルギーのビームを向けるために第１ポート内に配置される。エネルギー放射手段は、放射されたエネルギーが、統合チャンバー内の所定の光路に沿って向けられるように支えられる。所定の波長のエネルギーフィルター処理する手段は、エネルギー放射手段と統合チャンバーの間に配置される。コントローラは、ユーザコマンドを受け取るために、エネルギー放射手段に使用可能に関連され、その後、ユーザコマンドをエネルギー放射手段に伝達し、それによって、エネルギー放射手段がエネルギーを制御可能に放射するのを可能にする。
【００２２】本発明の他の態様では、照明装置の作成方法は、エネルギーを受け取る第１ポート、および第１ポートを通して受け取られたエネルギーを伝達するよう配置された第２ポートを有する、統合チャンバーを設けるステップを含む。エネルギー放射手段は、統合チャンバーへエネルギーのビームを向けるために第１ポート内に配置される。エネルギー放射手段は、放射されたエネルギーが、統合チャンバー内の所定の光路に沿って向けられるように支えられる。所定の波長のエネルギーは、フィルタ手段を用いて、統合チャンバーに入らないようにフィルタ処理される。エネルギー放射手段と使用可能な状態で関連するコントローラは、ユーザコマンドを受け取り、その後、ユーザコマンドをエネルギー放射手段に伝達し、それによって、エネルギー放射手段からエネルギーを制御可能に放射するのを可能にする。
【００２３】
【発明の実施の形態】ここで図面に戻ると、特に図１および図２では、本発明で用いられる照明装置１が示されているように、照明装置１は、統合チャンバー１０を含み、球状に成形されているのが好ましい。本発明にとって本質的なことではないが、統合チャンバー１０は、半球カップリング１２によって１つに連結される、下部半球１０ａおよび上部半球ｌ０ｂ（図２に示す）を有している。エネルギー出口ポート１８は、下部半球ｌ０ａの中央部分に位置する。複数のエネルギー入口ポート１４は、下部半球ｌ０ａ上のエネルギー出口ポート１８のまわりに、対称的に配置される。ポート１４、１８は、入口ポート取付フランジ１６の平面が、エネルギー出口ポート１８の平面に対して垂直となるように配置される。好ましくは、エネルギー入口ポート１４を奇数個設けることにより、どの２つのエネルギー入口ポート１４も、互いに正反対にならないことを保証し、それによって、球状統合チャンバー１０に入ったエネルギーが、他のエネルギー入口ポート１４のうちの１つを通って出てしまわないことを確実にすることを補助する。好ましい実施例は、３つのエネルギー入口ポート１４を用いた場合に関して記載されているが、本発明が３つのエネルギー入口ポート１４の使用に限られるものではないことは、当業者よって理解されるだろう。
【００２４】図２によれば、複数のエネルギー放射手段（好ましくは発光ダイオード（ＬＥＤ）２６は、統合チャンバー１０へ放射エネルギーのビームを向けるためのエネルギー入口ポート１４内に配置される。ＬＥＤ ２６が、適切な個々のスペクトル特性を有することは、本発明にとり重要である。この実施例において、一組のＬＥＤ ２６は、ＬＥＤドライバ回路基板２４内に配置される。好ましい実施例では、好適には１５度以下のフル放射角を有する、業界標準のＴ １−３／４（直径５ｍｍ）スタイルパッケージのＬＥＤ ２６を用いている。本発明において用いられる、ＬＥＤ ２６の代表的なＬＥＤ製造業者およびモデル番号を、表１に示す。しかし、本発明が、これらの特定の装置の使用のみに限られるものではないことは、当業者によって理解されるであろう。
【００２５】
【表１】

【００２６】再び図１および図２を参照すると、ＬＥＤ ２６からの不必要なＩＲエネルギーが球状統合チャンバー１０に入ることを防止するために、各入口ポート取付フランジ１６には、フィルタ手段、好ましくは赤外線（ＩＲ）フィルタ２０が配置されている。ＩＲフィルタ２０はまた、塵のような汚染物が球状統合チャンバー１０に入ることを防止する。回路基板カプラ２２は、ＬＥＤ ２６を含むＬＥＤドライバ回路基板２４を、照明チャンバー１０の入口ポート取付けフランジ１６に取り付ける手段を提供する。回路基板カプラ２２はまた、入口ポート取り付けフランジ１６内にＩＲフィルタ２０を保持するのに役立ち、その円周の周りにはＬＥＤ ２６の対流冷却を可能にする穴を有する。
【００２７】図２を参照すると、凹面ＬＥＤ照準ブロック２８は、その光学軸を、各エネルギー入口ポート１４に直接に向かい合う、下部半球ｌ０ａの内壁上に収束するよう、ＬＥＤ ２６の出力を向けるのに役立つ。下部半球ｌ０ａの壁から反射されたエネルギーは、球状統合チャンバー１０内で多数回反射した後、上部半球１０ｂからの、実質的に均一な発光分布を生成する。この方法はまた、照明装置１の出力が、スペクトル的にも均一となることを確実にする。均一光源アプリケーションのための球面統合空腔の使用の議論は、ラボスフェアー、インコーポレイテッド（Ｌａｂｓｐｈｅｒｅ、Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ）、私書箱７０、北サットン、ＮＨ ０３２６０により出版された、「統合球面放射計測および測光へのガイド（Ａ Ｇｕｉｄｅ ｔｏ Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｎｇ Ｓｐｈｅｒｅ Ｒａｄｉｏｍｅｔｒｙ ａｎｄ Ｐｈｏｔｏｍｅｔｒｙ）」に見ることが出来る。
【００２８】図３を参照すると、各ＬＥＤドライバ回路基板２４は、本願明細書においてセル１００と称する、個々の各ＬＥＤ ２６を駆動する適切な手段を含んでいる。好ましくは、各ＬＥＤドライバ回路基板２４のための複数（Ｎ）のセル１００は、存在する複数のＬＥＤ ２６と対応する。各セルは、動作電流がデジタル／アナログ（Ｄ／Ａ）コンバータ１０４によりセットされるような、定電流源１０２から成る。ＬＥＤをｏｆｆにするよう要求された場合、スイッチ１０６により、ＬＥＤ ２６周辺で順電流（ＩＦＷＤ）を短絡させることが出来る。ＬＥＤ照明装置がキャリブレーションされるときはいつでも、特定のＬＥＤ ２６のための順電流が選択可能であり、現在の設定は、使用中に個々のＬＥＤ ２６のスペクトルが変化しないことを確保するために、照明装置の続く操作の間用いられる。好ましい実施例では、Ｄ／Ａコンバータ１０４は、アナログデバイセズ（Ａｎａｌｏｇ Ｄｅｖｉｃｅｓ）社製の部品番号ＡＤ８８０４のような、登録商標トリムダック（ＴｒｉｍＤＡＣ）Ｒの１つのチャネルである。
【００２９】さらに図３を参照すると、好ましい定電流源１０２は、ＤＡコンバータ１０４出力に接続したプラス極端子を有する、オペアンプ１１２を使用している。Ｐ‐チャネルＭＯＳＦＥＴトランジスタ１１４は、オペアンプ１１２の出力に接続したゲート、ＬＥＤ ２６の陽極に接続したドレイン、および、順番に調整ＤＣ電源に接続された抵抗１１６に接続したソースを伴う、電流調整要素として役立つ。オペアンプ１１２のマイナス入力は、ＭＯＳＦＥＴトランジスタ１１４のソース端子に接続されている。電流調整は、Ｄ／Ａコンバータ１０４により、ＭＯＳＦＥＴトランジスタ１１４のソース端子と直列に繋がれたレジスタ１１６の電圧降下を設定することにより達成される。ＬＥＤ ２６がｏｎの状態となるよう所望される場合、スイッチ１０６は、図３に示すように開いたままにされる、そして、逆に、ＬＥＤがｏｆｆの状態となるよう所望される場合は、スイッチ１０６は、ＬＥＤ ２６周辺で順電流を短絡させるために閉じることが重要である。好ましい実施例では、スイッチ１０６は、それは最大４０ミリアンペア（ｍＡ）降下可能な部品番号７４ＬＳ０６のような、オープンコレクターＴＴＬドライバ集積回路（１Ｃ）の１つのチャネルである。ＬＥＤ電流のより低い値のために、スイッチ１０６機能を直接インプリメントさせる、プログラム可能な論理装置（ＰＬＤ）１０８のオープンドレイン出力を使用してもよい。Ｎセル１００の各々のための制御信号は、ＰＬＤ １０８により提供される。ＰＬＤ １０８からのパルス幅変調（ＰＷＭ）信号は、スイッチ１０６を経てＬＥＤ ２６のｏｎ時間を制御する。コマンド、データおよびクロック信号は、コントローラ２００（下に述べるように、図４に示す）から、低電圧差分通信ＬＶＤＳレシーバ回路１１０を経て、ＬＥＤドライバ回路基板２４により受け取られる。好ましい実施例に関して本発明を述べてきたが、当業者は、本発明の範囲内で、他の適切な回路要素を、定電流源１０２、Ｄ／Ａコンバータ１０４およびスイッチ１０６と置換可能であることに同意するだろう。
【００３０】図４を参照すると、コントローラ２００は、照明装置１を制御するために、ユーザが指定した操作の必要条件を、必要なタイミングシーケンスに変換する手段を提供する。好ましい実施例では、コントローラ２００は、照明装置１に不可欠であり、マイクロプロセッサ２０２を含んでいる。コントローラ２００は、任意のキーパッド２１２経由、もしくは、例えば、パソコン（ＰＣ）でもあり得るリモートコントローラ２１６に接続した、デジタルインタフェース２１８の遠隔的経由のいずれかにより、ユーザコマンドを受け取る。任意のディスプレイ２１４は、選択された操作条件下のユーザに、視覚的フィードバックを提供する。キーパッド２１２およびディスプレイ２１４の双方は、照明装置ハウジング内、もしくはオペレータにとってより都合がよい遠隔位置に置くことが可能であった。ユーザに指定された操作必要条件は、マイクロプロセッサ２０２により必要なタイミングおよび制御信号に変換され、この情報は実行のため、ＰＬＤ ２０４に伝送される。ＰＬＤ ２０４からの制御信号は、その後ＬＶＤＳドライバ回路２１０を経て、個々のＬＥＤドライバ回路基板２４に伝えられる。
【００３１】再び図４を参照すると、関連するトランスインピーダンスアンプ２０６を伴ったフォトダイオード３２およびアナログディジタル（Ａ／Ｄ）コンバータ２０８は、短期のウォームアップ効果と同様に長期の老化による、ＬＥＤ照明装置出力レベルの変化を補償する手段を提供する。フォトダイオード３２は、図１における、球面統合空腔１０内に、発光に正比例するチャンバーを生成する。フォトダイオード鏡ブロック３０は、フォトダイオード３２が、上部半球ｌ０ａの中心から放射エネルギーを受け取るのを可能にするように用いられる。トランスインピーダンスアンプ２０６は、フォトダイオード電流を、その後Ａ／Ｄコンバータ２０８によりデジタル値に変換される電圧に変換する。照明装置のキャリブレーションの間、複数のフォトダイオード読込みは、所定パルス幅および順電流で操作される一方で、個々の各ＬＥＤと見なされる。各ＬＥＤのための一時読込みは、ノイズ効果を緩和するために平均を取られ、後の使用のために、コントローラボード２００上の不揮発性メモリ装置２２０内に保存される。照明装置の操作の間、フォトダイオード読込みは、周期的に各ＬＥＤチャネルと見なされ、一時的に平均をとられ、その後、キャリブレーション値と比較されて、老化およびウォームアップ効果を補償するために用いられる。ＬＥＤチャネルが同タイプの１つ以上のＬＥＤを含んでいるため、使用する個々のＬＥＤ用キャリブレーション値は、ＬＥＤチャネルのためのキャリブレーション値に到達するよう、一緒に合計される。
【００３２】熟練した技術者は、ＬＥＤが作動し損なった場合を感知するため、フォトダイオードフィードバック回路が使用可能だと認識するだろう。照明装置のパワーアップ直後に、自己診断が個々に各ＬＥＤを働かせ、その反応を格納されたキャリブレーション値と比較する。特定のＬＥＤが、全く作動しないか、もしくは所定の閾値未満の応答を起こす場合は、それは照明装置の操作の間、用いられないようにされる。故障許容アルゴリズムを実行することにより、なくなったＬＥＤを補償して、ＬＥＤが交換可能となるまで、操作の続行が可能となる。
【００３３】図５から図７を参照すると、照明装置１の４つの操作モードのうち、３つが示されている。図５によれば、単発モードでは、１からＭまで（Ｍは利用出来るＬＥＤチャネル数）の個々のＬＥＤチャネルのための相対的なｏｎ時間が、所望の出力スペクトルの形状を達成するように調整される一方で、絶対的なｏｎ時間が所望の出力エネルギーを達成するように調整され、画像キャプチャ装置の利用出来る露光時間の範囲内で実行する。、ＬＥＤ照明装置は、トリガーパルスが受け取られる所望の出力の各時間を提供する。個々のＬＥＤチャネルのｏｎ時間が、トリガーパルスを受け取ると同時に開始するのが、例により示されているが、本発明がこれに限定されるわけではなく、さらに、本発明の範囲内で、ＬＥＤ照明装置電力供給上の瞬間的な電流需要を制限するために、ｏｎ時間を食い違わせることが好ましい場合もあることが理解されよう。単発モードの変形では、ユーザが個々のＬＥＤチャネルの絶対的ｏｎ時間、およびＬＥＤ照明装置の出力エネルギーを定めることが出来る。この場合、照明装置アルゴリズムは、その順電流と同様に、使用するＬＥＤ数を、ユーザが指定した必要条件を満たすために制御可能である。単発モードは、照明ソースの同期が必要である装置のテストに役立つ。
【００３４】図６を参照すると、反復モードで、個々のＬＥＤチャネルのために相対的ｏｎ時間は、再び所望の出力スペクトル形状を達成するように調整されるが、全ｏｎ時間は、所望の出力レベルを達成出来るよう、利用出来る繰り返し間隔内で実行する形に調整される。繰り返し周波数は、ユーザーにより特定される。このモードは、照明ソース画テスト中の装置に容易には同期出来ない、ビデオカメラのような装置のテストに役立つ。ビデオカメラフレームレートと関連する照明装置のために、高い繰り返し周波数を使用することは、フレーム間露光差の最小化を確実にする補助となる。
【００３５】図７を参照すると、単発および反復モードの双方の特徴を有するゲート制御モードが示されている。ゲート制御モードでは、トリガー信号が受け取られるたびに、特定の繰り返し周波数で何個のパルスを出力するべきかを、ユーザが特定することが出来る。
【００３６】最後に、連続モード（図示せず）は、画像キャプチャ装置が、照明装置に同期不能で、さらに反復タイプの出力に耐えられないアプリケーションに対して提供される。この作動モードにおいて、順電流は、所望のスペクトル出力を生じるよう調整される。
【００３７】ＬＥＤ照明装置がキャリブレートされる場合、個々のＬＥＤの各々のための絶対ＳＰＤデータ（ワット／ｓｒ−ｍ２−ｎｍ）は、複数の所定パルス幅および順電流で操作されるＬＥＤを用いて集められる。このＳＰＤキャリブレーションデータは、後の使用のために、図４での、コントローラボード２００上の不揮発性メモリ装置２２０内に保存される。以前議論したように、個々のＬＥＤの各々のためにフォトダイオード読み出しはまた、この時に測定され、格納される。ＳＰＤデータの絶対フォーマットは、操作の間、照明装置のために正確な出力設定を可能にする。
【００３８】本発明に従うＬＥＤ照明装置の好ましい実施例は、（１）式に従う所望の出力スペクトルの形状を総合するために、用いられる各ＬＥＤチャネルの量を計算する。ここで、ａは１×Ｍベクトルで、所望のＳＰＤに適合するために必要とされる、各ＬＥＤチャンネルスペクトルの量を定める係数を含んでいる；ＬＥＤは、Ｍ個のＬＥＤチャネルの各々のための絶対ＳＰＤデータ（ワット／ｓｒ−ｍ２−ｎｍ）を含む、Ｍ×Ｎマトリックスである；そして、ｓｐｄは、所望のＳＰＤデータを含む１×Ｎベクトルである。変数Ｍは、使用するユニークなＬＥＤタイプの数を表し、変数Ｎは、使用する波長サンプルの数を表す。例えば、ＬＥＤスペクトルデータが、４００から７５０ナノメートルの範囲で、１ナノメートルごとに測定される場合、Ｎ＝３５１である。（１）式で、結果として得られる係数は、ゼロか正とならねばならない。これは、ＬＥＤによる光吸収を表すのであるから、負の係数は許されない。各ＬＥＤチャネルのためのスペクトルデータは、波長基準で、波長上のそのチャネル内で使用される、個々のＬＥＤの各々のためのスペクトルキャリブレーションデータを加えることにより決定される。
ａ＝（ＬＥＤＴ・ＬＥＤ）−１・ＬＥＤＴ・ｓｐｄ （１）式【００３９】（１）式を用いて一旦混合係数が決定されると、その後、ｓｒｃが合成されたＳＰＤのためのスペクトルデータを含む１×Ｎベクトルである（２）式に従い、合成ＳＰＤが見出される。
ｓｒｃ＝ａＴ・ＬＥＤＴ （２）式【００４０】ＬＥＤチャネルのｏｎ時間を制御するために使用する実際のパルス幅は、（３）式に従う（１）式を用いて見出される。ここで定数ｋは、照明装置からの所望の出力レベルを達成するために計算され、さらに、下付き文字"ｍ"は、ＬＥＤチャネル（ｍ＝１からＭ）を示す。
ＰＷｍ＝ｋ・ａｍ （３）式【００４１】操作の反復モードでは、パルス幅は、チャネル間のパルス幅の変化を低減するために、特定のＬＥＤチャネルからＬＥＤを加えたり減じたりすることにより、さらに修正される。パルス幅変化の最小化は、反復モードにおいて、照明装置を作動可能にさせる光パワーレンジを増加させる長所がある。重要でないアプリケーションのために、各ＬＥＤの順電流は、パルス幅変化を最小化し、光パワーレンジを制御するための、他のディメンジョンの制御を提供するように、個々に調整可能である。
【００４２】図８を参照すると、好ましい実施例で用いられる１８の異なるＬＥＤタイプのための相対的スペクトルが示されている。これらのＬＥＤのための製造業者およびモデル番号は、表１にまとめられている。場合によっては、同タイプで添え字を異にする複数の装置が用いられた。図８のスペクトルデータでは、比較目的のためだけに、各ＬＥＤタイプのピークが同一値を持つように正規化された。
【００４３】図９を参照すると、ここでは、実際のＣＩＥ発光体Ｄ５５と、この発明に従って、図８および（１）式乃至（３）式で得られたＬＥＤスペクトルを用いた総合出力とが比較されている。さまざまなソースまたは発光体のＳＰＤを合成する能力に加え、ＬＥＤ照明装置はまた、特定のソースまたは発光体により照らされる場合に、さまざまなオブジェクトスペクトルのＳＰＤを合成するためにも使用可能である。例えば、照明装置が、画像キャプチャ装置の比色キャリブレーションをサポートするために、カラーチャートのパッチをシミュレーションするよう要求される場合、この能力は有用である。
【００４４】第１ポートには複数のエネルギー入力開口部を備え、第２ポートには複数のエネルギー出力開口部を備えた照明装置。
【００４５】第１ポートにＮ個のエネルギー入力開口部を備え、Ｎは奇数の整数である照明装置。
【００４６】Ｎが３である照明装置。
【００４７】エネルギー入力開口部が、第２ポートに対して対称的に配置され、エネルギー入口開口部の各々の一つが、通常、第２ポートの光軸に直角な光軸を有する照明装置。
【００４８】フィルタ手段が赤外線フィルタである照明装置。
【００４９】カプラが、回路基板を統合チャンバーの第１ポートに接続し、そのカプラが、さらにフィルタ用手段を固定する手段を提供する照明装置。
【００５０】複数の発光ダイオードの各々の一つが、約１５度未満のフル放出角度を有する照明装置。
【００５１】回路基板が、複数の発光ダイオードの各々の一つを個々に駆動する手段を備えた照明装置。
【００５２】個々に駆動するための手段がデジタル／アナログ変換装置によってプログラム可能に作動される定電流源を備えた照明装置。
【００５３】複数の発光ダイオードの各々のパルス幅変調信号を実行するための個々の駆動手段と作動可能に関連するスイッチをさらに備え、このスイッチは、パルス幅変調信号に応答して、複数の発光ダイオードの各々の一つがｏｆｆ状態にある場合、複数の発光ダイオードの各々の周りで順電流を短絡し、さらにそれぞれがｏｎ状態にある場合、順電流を発光ダイオードを通って通過させる、照明装置。
【００５４】スイッチが、オープンコレクターＴＴＬドライバ集積回路の１本のチャネルであり、このＴＴＬドライバ集積回路は作動可能にコントローラ手段と関連する、照明装置。
【００５５】定電流源がＰチャネルＭＯＳＦＥＴトランジスタから成る照明装置。
【００５６】サポート手段が凹形である照明装置。
【００５７】統合チャンバーが全体としてに球状形となっている照明装置。
【００５８】複数の発光ダイオードの各々の一つの出力パワーが、複数の発光ダイオード各々の一つに対する、パルス幅変調により制御される照明装置。
【００５９】複数の発光ダイオードの各々の一つの出力パワーが、順電流制御により制御される照明装置。
【００６０】複数の発光ダイオードの各々の一つの出力パワーが、複数の発光ダイオードに対する順電流制御と結合した、パルス幅変調により制御される照明装置。
【００６１】複数の発光ダイオードの長期老化、および、短期ウォームアップ効果用の補償のための制御手段と作動可能に関連する、フォトダイオードフィードバック回路をさらに備えた照明装置。
【００６２】フォトダイオードフィードバック回路が、トランスインピーダンスアンプと、Ａ／Ｄコンバータとを備えた照明装置。
【００６３】エネルギー放射手段の配置ステップが、奇数の入力開口部を設けるステップを含む、照明装置作成方法。
【００６４】奇数の入力開口部を設けるステップが、３つの入力開口部を設けることを含む、照明装置作成方法。
【００６５】統合チャンバーを設けるステップが、球状形統合チャンバーを予め選択するステップを含む、照明装置作成方法。
【００６６】エネルギー放射手段の配置ステップが、複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）、複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）の各々の一つと作動可能に関連する回路基板から成る、エネルギー放射手段を設けるステップからなる、照明装置作成方法。
【００６７】複数の発光ダイオードの長期老化、および短期ウォームアップ効果用の補償のための制御手段と作動可能に関連する、フォトダイオードフィードバック回路を設けるステップをさらに含む、照明装置作成方法。
【００６８】エネルギー放射手段を設けるステップが、複数の発光ダイオードの各々の一つを個々に駆動する手段を備えた回路基板を設けるステップから成る、照明装置作成方法。
【００６９】回路基板を設ける手段が、デジタル／アナログ変換装置によりプログラム可能に作動される、定電流源から成る駆動手段を設けることをさらに含む、照明装置作成方法。
【００７０】複数の各発光ダイオードの各々のパルス幅変調信号を実行するための駆動手段と作動可能に関連するスイッチを設けるステップをさらに含み、このスイッチは、パルス幅変調信号に応答して、複数の発光ダイオードの各々の一つがｏｆｆ状態にある場合、複数の発光ダイオードの各々の周りで順電流を短絡し、さらにそれぞれがｏｎ状態にある場合、順電流を発光ダイオードを通って通過させる、照明装置作成方法。
【００７１】
【発明の効果】本発明は、従って、現行の開発に勝る、以下を含む多数の効果を有する：頻繁な電球の取替えの必要性をさらに取り除く、ソリッドステート放射手段の使用に関連した低操作コスト；ＬＥＤ放射装置のスペクトル特性が安定することによる、頻繁なキャリブレーションの排除；ソースの必要性に応じた、スペクトル特性およびパワーレベルの変更能力；および、画像キャプチャ装置をキャリブレートするための、物理的カラー目標のための必要性の除去。
【００７２】本発明の上記及び他の目的、特徴、および効果は、以下の説明および図面を参照することにより、より明らかとなろう。図に共通な同一要素を示すために、ここでは、可能な場合に、同じ参照番号を用いている。
【出願人】 【識別番号】５９００００８４６
【氏名又は名称】イーストマン コダック カンパニー
【出願日】 平成１５年３月２７日（２００３．３．２７）
【代理人】 【識別番号】１０００６２１４４
【弁理士】
【氏名又は名称】青山 葆 （外１名）
【公開番号】 特開２００３−３３１６３１（Ｐ２００３−３３１６３１Ａ）
【公開日】 平成１５年１１月２１日（２００３．１１．２１）
【出願番号】 特願２００３−８７９００（Ｐ２００３−８７９００）