(57)【要約】【課題】  ハイスピードカメラに対応したフリッカが生じない照明装置を提供する。【解決手段】  実施形態によれば、照明装置は、光源と電源ユニットとを具備する。光源は、供給される電流によって点灯する発光素子を有する。電源ユニットは、光源へ供給する電流を制御する。電源ユニットは、カメラの設定フレームレートに応じてカメラが撮影する設定フレームレートの動画にフリッカが生じない周波数及びリップル率とした電流を光源へ供給する。【選択図】      図１
2018120842.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
動画を撮影するカメラの撮影領域に光を照射する照明装置において、
供給される電流によって点灯する発光素子を有する光源と、
前記光源へ供給する電流を制御する電源ユニットと、を具備し、
前記電源ユニットは、前記カメラの設定フレームレートに応じて前記カメラが撮影する設定フレームレートの動画にフリッカが生じない周波数及びリップル率とした電流を前記光源へ供給する、
ことを特徴とする照明装置。
【請求項２】
前記電源ユニットは、交流の商用電源を入力とし、前記商用電源に由来する周波数成分に対して前記カメラが撮影する設定フレームレートの動画にフリッカが生じないリップル率となる電流を前記光源へ供給する、
請求項１に記載の照明装置。
【請求項３】
前記電源ユニットは、動画におけるフリッカの有無を人が評価した結果から導出した前記光源へ供給する電流のリップル率と周波数との関係式に基づいて、フリッカが知覚されない範囲内の周波数及びリップル率とした電流を前記光源へ供給する、
請求項１または２の何れか１項に記載の照明装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、照明装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、夜間あるいは室内でスポーツ競技などを行うために必要な照明環境を提供する照明装置がある。従来の照明装置は、スポーツ競技が可能な照明環境を提供するため、照射面（競技面）での照度などを考慮して設計される。一方、近年では、スポーツ競技などをハイスピードカメラで撮影することが多くなってきている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−７９９９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来の照明装置は、ハイスピードカメラでの撮影を考慮して設計されていないため、ハイスピードカメラで撮影した画像にフリッカが生じることがある。また、現状では、ハイスピードカメラで撮影する映像にフリッカが生じる照明条件なども明らかではない。このため、ハイスピードカメラに対応してフリッカを抑制できる照明装置が要望されている。  
本発明が解決しようとする課題は、ハイスピードカメラに対応したフリッカが生じない照明装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
実施形態によれば、照明装置は、光源と電源ユニットとを具備する。光源は、供給される電流によって点灯する発光素子を有する。電源ユニットは、光源へ供給する電流を制御する。電源ユニットは、前記カメラの設定フレームレートに応じて前記カメラが撮影する設定フレームレートの動画にフリッカが生じない周波数及びリップル率とした電流を前記光源へ供給する。
【発明の効果】
【０００６】
本発明は、ハイスピードカメラに対応したフリッカが生じない照明装置を提供することである。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】図１は、実施形態に係る照明装置の構成例を示す図である。
【図２】図２は、波高値制御の例を示す図である。
【図３】図３は、照明装置が出力する光出力とハイスピードカメラが撮影する動画におけるちらつきとの関係を示す図である。
【図４】図４（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）は、照明装置が出力する光出力の周波数とハイスピードカメラが撮影する動画との関係を説明するための図である。
【図５】図５は、実験システムの構成例を示す図である。
【図６】図６は、照明装置が出力する光出力の周波数とハイスピードカメラが撮影する動画のフレームレートとの関係例を示す図である。
【図７】図７は、実験システムによる実験結果を示す図である。
【図８】図８は、実験結果から得られるフリッカの有無を示す光出力の周波数とリップル率との関係を示す図である。
【図９】図９は、複数種類の動画におけるフリッカの有無を示す光出力の周波数とリップル率との関係を示す図である。
【図１０】図１０は、照明装置における電流波形の計測例を示す図である。
【図１１】図１１は、照明装置が出力する光出力に含まれる周波数成分に対応したフリッカを生じないリップル率を説明するための図である。
【図１２】図１２は、第２の実施形態としての第２の実験において被験者にハイスピードカメラが撮影する動画を提示するシステムの構成例を示す図である。
【図１３】図１３は、第２の実験において被験者に提示する動画の光出力の条件を示す図である。
【図１４】図１４は、第２の実験の結果として得られたリップル率ごとの各ｆ／ｆｐｓ値においてフリッカを知覚した人の割合を示す図である。
【図１５】図１５は、第２の実験の結果に基づいてフリッカが生じないと評価される光出力のリップル率とｆ／ｆｐｓ値との関係を示す図である。
【図１６】図１６は、第２の実験で得られたリップル率に対するｆ／ｆｐｓ値の閾値を示す図である。
【図１７】図１７は、図１６のＮｏ．１に示す電流に含まれる周波数成分ごとのリップル率を示す図である。
【図１８】図１８は、図１６に示す各電流に含まれる周波数成分のリップル率に対するｆ／ｆｐｓ値の閾値を示す図である。
【図１９】図１９は、周波数解析によって得られた光出力の周波数成分ごとのリップル率とｆ／ｆｐｓ値の閾値との関係を示す図である。
【図２０】図２０は、カメラが撮影する動画のフレームレートごとの光出力のリップル率と周波数との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下で説明する実施形態に係る照明装置（１０）は、動画を撮影するカメラの撮影領域に光を照射する。照明装置（１０）は、光源（１８）と電源ユニット（１２）とを具備する。光源（１８）は、供給される電流によって点灯する発光素子（２１）を有する。電源ユニット（１２）は、光源（１８）へ供給する電流を制御する。電源ユニット（１２）は、前記カメラの設定フレームレートに応じて前記カメラが撮影する設定フレームレートの動画にフリッカが生じない周波数及びリップル率とした電流を光源（１８）へ供給する。
【０００９】
また、以下で説明する実施形態に係る照明装置（１０）は、電源ユニット（１２）が、交流の商用電源を入力とし、商用電源に由来する周波数成分に対してカメラが撮影する設定フレームレートの動画にフリッカが生じないリップル率となる電流を光源へ供給する。
【００１０】
また、以下で説明する実施形態に係る照明装置（１０）は、前記電源ユニット（１２）が、動画におけるフリッカの有無を人が評価した結果から導出した光源（１８）へ供給する電流のリップル率と周波数との関係式に基づいて、フリッカが知覚されない範囲内の周波数及びリップル率とした電流を光源（１８）へ供給する。
【００１１】
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。  
図１は、実施形態に係る照明装置１０の構成例を示す図である。  
図１に示す構成例において、照明装置１０は、本体１１、電源ユニット１２、および、設置台１３を有する。実施形態に係る照明装置１０は、例えば、競技場或いは屋内に設置される投光器である。照明装置１０は、例えば、複数個を並べて構成する大型照明装置として競技場に設置される。
【００１２】
本体１１は、ケース１６、透光カバー１７、複数の光源１８および光学系１９を有する。ケース１６は、前面が開口する。透光カバー１７は、ケース１６の前面を閉塞するカバーであり、光源１８からの光を透過する部材で形成する。光源１８、光学系１９は、本体１１内に配置される。
【００１３】
各光源１８は、光を発光する。各光源１８は、１又は複数のＬＥＤ等の発光素子２１により構成する。光源１８の発光素子２１は、電源ユニット１２から要求される電力により点灯する。例えば、光源１８は、白色系の光を発生する発光素子２１を主体として構成する。また、光源１８は、色再現性の向上のために、赤色系の光や青緑色の光を発生する発光素子２１を組み合わせてもよい。
【００１４】
光学系１９は、各光源１８にそれぞれ設けられる。光学系１９は、光源１８からの光を集光し、集光した光を配光する。光学系１９は、光源１８からの光を反射する反射体を有する。光学系１９は、反射体の他にレンズ等や他の光学部品を用いてもよい。  
なお、図１に示す構成例では、照明装置１０は、複数の光源１８を有するものとするが、本実施形態に係る照明装置は、１つの光源で構成するものであっても良い。また、本実施形態において、発光素子２１は、ＬＥＤであることを想定して説明するものとする。
【００１５】
設置台１３は、本体１１および電源ユニット１２を設置するための台である。  
電源ユニット１２は、各光源１８に電力を供給し、各光源１８を点灯させる。電源ユニット１２は、商用電源などの外部電源に接続され、外部電源からの電力を各光源１８へ供給する。本実施形態において、電源ユニット１２は、交流の商用電源に接続されるものとする。
【００１６】
電源ユニット１２は、交流の商用電源からの電力を発光素子２１としてのＬＥＤに供給する電流に変換する回路（電源回路）を有する。電源ユニット１２の電源回路は、発光素子２１へ供給する電流を制御する制御部として機能する。例えば、制御部としての電源ユニット１２は、波高値制御で光源１８を点灯させる。図２は、波高値制御の例を示す図である。図２に示すように、波高値制御は出力を直線になるように制御する方式である。ただし、実際の波高値制御では、完全な直線とすることは困難であり、図２に点線で示すように、波のような形状となる。
【００１７】
電源ユニット１２の電源回路は、例えば、スイッチング回路及び平滑回路などを含む。電源ユニット１２が発光素子２１へ供給する電流は、種々の周波数成分を含む。電源ユニット１２は、発光素子２１へ供給する電流のリップル率が後述する所定値以下となるように設計される。電源ユニット１２が発光素子２１としてのＬＥＤへ供給する電流の周波数およびリップル率は、光源１８が出力する光出力の周波数およびリップル率に相当する。
【００１８】
以下、ハイスピードカメラが撮影する映像にちらつきを生じない照明装置１０の設計について説明する。  
照明光によるちらつきについては、光源の光を肉眼でした場合の研究結果として、ちらつき（フリッカ）がリップル率と周波数とに応じて生じることが知られている。このような研究結果に基づけば、ハイスピードカメラが撮影する動画のちらつきについても、照明装置１０の光出力のリップル率と周波数に対して特定の関係があると考えられる。なお、本実施形態において、ハイスピードカメラは、一般にスポーツ競技などを撮影するためのフレームレートが６０〜３０００ｆｐｓ（ｆｒａｍｅ  ｐｅｒ  ｓｅｃｏｎｄ）程度のカメラを想定するものとする。
【００１９】
図３は、任意のｆｐｓに対する照明装置の光出力の周波数及びリップル率に対してハイスピードカメラが撮影する動画にちらつきが発生する条件を示す図である。光出力のリップル率と周波数とは、線形の関係にある。  
図３に示す関係は、光源からの光を人が肉眼で観察した場合のちらつきの研究結果に基づいて予測したものである。しかし、ハイスピードカメラが撮影する動画に生じるフリッカに着目して、光出力のリップル率と周波数との関係を研究したものは知られていない。つまり、ハイスピードカメラを介した映像におけるフリッカの評価指標については知られていない。
【００２０】
このため、発明者らは、ハイスピードカメラに対応してフリッカを生じない照明装置を設計するために、以下に示す仮説を立ててこれらの仮設を実証するための実験を行った。  
（１）カメラのフレームレート（ｆｐｓ）が小さいほど、フリッカは起きにくい。
（２）光出力の周波数が高いほど、フリッカは起きにくい。
（３）光出力の振幅（リップル率）が低いほど、フリッカは起きにくい。
（４）光出力の周波数がカメラのｆｐｓの整数倍であれば、フリッカは起きない。
【００２１】
図４（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）は、周波数とｆｐｓとの関係例を示す図である。  
図４（ａ）は、（光出力の周波数）／ｆｐｓ＝１となり、光出力の周波数がカメラのｆｐｓの整数倍となる例を示している。図４（ａ）では、１フレームあたりの電流波形の面積が同じとなる。この場合、光出力の周波数がカメラのｆｐｓの整数倍であるため、フリッカは起きないと考えられる。  
また、図４（ｂ）は、（光出力の周波数）／ｆｐｓ＝１．５となり、光出力の周波数がカメラのｆｐｓの整数倍とならない例を示している。図４（ｂ）では、１フレームあたりの電流波形の面積差が(光出力の周波数）／ｆｐｓが図４（ａ）〜（ｃ）のうちでは最大となる。この場合、光出力の周波数がカメラのｆｐｓの整数倍とならないため、フリッカが起きると考えられる。また、（光出力の周波数）／ｆｐｓ＝１．５の場合に限らず、（光出力の周波数）／ｆｐｓが整数倍とならない場合には、フリッカが起きるものと考えられる。
【００２２】
図４（ｃ）は、（光出力の周波数）／ｆｐｓ＝２となり、光出力の周波数がカメラのｆｐｓの整数倍となる例を示している。図４（ｃ）では、１フレームあたりの電流波形の面積が同じとなる。この場合、光出力の周波数がカメラのｆｐｓの整数倍であるため、フリッカは起きないと考えられる。
【００２３】
以下、実施した実験について説明する。  
図５は、実験を行ったシステム（実験システム）の構成を概略的に示す図である。  
図５に示す実験システムは、照明装置１０´、ハイスピードカメラ３０、ファンクションジェネレータ４０、および、ＰＣ５０を有する。  
照明装置１０´は、照明装置１０と同様に、発光素子としてのＬＥＤを備えた光源と光源に電流を供給する電源ユニットとを有する。本実験システムにおいて、照明装置１０´は、光源が１個のものとした。照明装置１０´は、電源ユニットが光源に供給する電流の周波数とリップル率とがファンクションジェネレータ４０により設定される。照明装置１０´が出力する光出力は、周波数およびリップル率がファンクションジェネレータ４０により設定可能である。
【００２４】
ハイスピードカメラ３０は、６０〜３０００ｆｐｓ程度のフレームレートで動画を撮影するカメラである。ハイスピードカメラ３０は、照明装置１０´によって照射される壁面を撮影するように設置される。また、ハイスピードカメラ３０は、ＰＣ５０に接続され、撮影した映像をＰＣ５０へ出力するように構成される。  
ファンクションジェネレータ４０は、照明装置１０´に対して光出力の周波数およびリップル率を設定する。ファンクションジェネレータ４０は、照明装置１０´とＰＣ５０とに接続される。ファンクションジェネレータ４０は、ＰＣ５０からの指示に従って照明装置１０´に光出力の周波数およびリップル率を設定する。
【００２５】
ＰＣ５０は、プロセッサ、メモリ、各種インターフェース、表示部および操作部を有するコンピュータである。ＰＣ５０は、プロセッサがメモリに記憶したプログラムを実行することにより各種の処理を実行する。ＰＣ５０は、インターフェースを介してハイスピードカメラ３０およびファンクションジェネレータ４０に接続する。また、表示部は、例えば、ハイスピードカメラ３０が撮影した映像を表示する。操作部は、オペレータが情報を入力する装置である。例えば、オペレータは、表示部が表示する映像を見て、主観評価などを操作部により入力する。
【００２６】
次に、実験条件について説明する。  
実験は、図３に示すハイスピードカメラが撮影する動画におけるちらつきに対する照明装置が出力する光出力のリップル率と周波数との関係を導くものである。このため、実施した実験では、照明装置１０´が出力する光出力の周波数とリップル率とをファンクションジェネレータ４０で変化させて、ハイスピードカメラ３０が撮影した動画におけるちらつきを被験者の主観により評価した。
【００２７】
実験に用いるハイスピードカメラ３０は、フレームレートが６０〜３０００ｆｐｓのものを想定している。このため、６０〜３０００ｆｐｓにおける複数種類のフレームレートで撮影した動画について光出力に対するフリッカの見え方を検証することが必要であると考えられる。  
ここで、（光出力の周波数）÷（カメラが撮影する動画のフレームレート（ｆｐｓ））（以下、ｆ／ｆｐｓと表現する）が一定であれば、異なるｆｐｓの動画であっても、フリッカの見え方は同じと考えられる。ただし、異なるｆｐｓの動画では、画像の明るさは異なる。このため、ｆ／ｆｐｓの閾値が分かれば、任意のｆｐｓの閾値が推定可能と考えられる。このような関係を考慮すれば、特定のｆｐｓで動画を撮影するハイスピードカメラ３０を用いて光出力の条件を変更した実験結果から多数のｆｐｓの動画におけるフリッカについても検証できる。
【００２８】
図６は、光出力の周波数とカメラが撮影する動画のフレームレート（ｆｐｓ）との関係例を示す図である。  
図６に示す例によれば、ｆ／ｆｐｓが１．５で共通の場合、９０Ｈｚの光出力に対する６０ｆｐｓの動画、７５０Ｈｚの光出力に対する５００ｆｐｓの動画、および、１５００Ｈｚの光出力に対する１０００ｆｐｓの動画は、フリッカの見え方が同じになると考えられる。また、ｆ／ｆｐｓが３．５で共通の場合、たとえば、２１０Ｈｚの光出力に対する６０ｆｐｓの動画、１７５０Ｈｚの光出力に対する５００ｆｐｓの動画、および、３５００Ｈｚの光出力に対する１０００ｆｐｓの動画は、フリッカの見え方が同じになると考えられる。ｆ／ｆｐｓが１０．５で共通の場合、たとえば、６３０Ｈｚの光出力に対する６０ｆｐｓの動画、５２５０Ｈｚの光出力に対する５００ｆｐｓの動画、および、１０５００Ｈｚの光出力に対する１０００ｆｐｓの動画は、フリッカの見え方が同じになると考えられる。また、ｆ／ｆｐｓが３０．５で共通の場合、たとえば、１８３０Ｈｚの光出力に対する６０ｆｐｓの動画、１５２５０Ｈｚの光出力に対する５００ｆｐｓの動画、および、３０５００Ｈｚの光出力に対する１０００ｆｐｓの動画は、フリッカの見え方が同じになると考えられる。
【００２９】
すなわち、図６に示すような関係を用いることにより、代表的な１つのフレームレートで動画を撮影するハイスピードカメラを用いて実施した実験結果から、他のフレームレートの動画におけるフリッカの見え方を検証できる。以下に説明する実験は、フレームレートが５００ｆｐｓのハイスピードカメラ３０を用いて実施したものである。
【００３０】
図７は、図５に示す実験システムにおいてハイスピードカメラ３０が撮影する動画におけるフリッカの見え方を検証した実験の結果を示す図である。  
図７に示す実験は、光出力の周波数を８条件（７５０Ｈｚ、１２５０Ｈｚ、１７５０Ｈｚ、３２５０Ｈｚ、５２５０Ｈｚ、８７５０Ｈｚ、１５２５０Ｈｚ、２８２５０Ｈｚ）で実施した。また、図７に示す実験では、各周波数において、リップル率を７条件（０．１３、０．３０、０．６１、０．９６、１．３３、１．６７、１．９５）として実施したものである。また、図７に示す実験において、照明装置１０´は正弦波の光を出力するものとし、ハイスピードカメラ３０は照度１０００ｌｘとなる照明装置１０´による照射面を５００ｆｐｓの動画で撮影するものとした。
【００３１】
図７に示す実験結果では、被験者の主観評価として、複数種類の光出力の条件に対応づけて、フリッカが見られた場合を「有」とし、フリッカが見られなかった場合を「なし」として記している。なお、被験者による主観評価を省略した条件については、「有」又は「なし」の記載を省略している。
【００３２】
例えば、図７に示す実験結果によれば、光出力の周波数が７５０Ｈｚ及び１２５０Ｈｚの場合（ｆ／ｆｐｓ＝１．５及び２．５の場合）、リップル率が０．１３で５００ｆｐｓの動画にフリッカが現れず、リップル率が０．３０以上で５００ｆｐｓの動画にフリッカが現れる結果となった。
【００３３】
また、光出力の周波数が１７５０Ｈｚ及び３２５０Ｈｚの場合（ｆ／ｆｐｓ＝３．５及び６．５の場合）、リップル率が０．３０以下で５００ｆｐｓの動画にフリッカが現れず、リップル率が０．６１以上で５００ｆｐｓの動画にフリッカが現れる結果となった。  
また、光出力の周波数が５２５０Ｈｚ及び８７５０Ｈｚの場合（ｆ／ｆｐｓ＝１０．５及び１７．５の場合）、リップル率が０．６１以下で５００ｆｐｓの動画にフリッカが現れず、リップル率が０．９６以上で５００ｆｐｓの動画にフリッカが現れる結果となった。
【００３４】
また、光出力の周波数が１５２５０Ｈｚの場合（ｆ／ｆｐｓ＝３０．５の場合）、リップル率が１．６７以下で５００ｆｐｓの動画にフリッカが現れず、リップル率が０．９５で５００ｆｐｓの動画にフリッカが現れる結果となった。  
また、光出力の周波数が２８２５０Ｈｚの場合（ｆ／ｆｐｓ＝５６．５の場合）、本実験で設定するリップル率（１．９５以下）では５００ｆｐｓの動画にフリッカが現れなかった。
【００３５】
図８は、図７に示す実験結果に基づいてフリッカが生じなかった光出力の条件（周波数とリップル率）をプロットした図である。図８では、図７に斜線で示すフリッカがなかった７つの条件（周波数とリップル率）をプロットしたものである。  
図８では、各点を結ぶ曲線の上側が５００ｆｐｓのハイスピードカメラで撮影する動画にフリッカが現れない条件を示し、当該曲線の下側が５００ｆｐｓのハイスピードカメラで撮影する動画にフリッカが現れる条件を示す。図８に示す実験結果によれば、フリッカが生じる条件となる光出力の周波数とリップル率との関係を示す曲線が図３に示すような曲線となることが検証できたと考えられる。
【００３６】
図９は、図７及び図８に示す実験結果に対する考察から得られる各種のハイスピードカメラで撮影する動画にフリッカが生じない条件となる曲線を示すイメージ図である。  
図９では、６０ｆｐｓ、５００ｆｐｓ、３０００ｆｐｓの３種類の動画においてフリッカが生じない条件となる光出力の周波数及びリップル率の曲線を示している。図９に示すように、ハイスピードカメラが撮影する動画のフレームレート（ｆｐｓ）が高くなればなるほど、フリッカが生じなくなる光出力のリップル率は小さい値とする必要がある。従って、照明装置１０は、対応すべきハイスピードカメラの最大のフレームレートに応じて光源へ供給する電流のリップル率を制御すればフリッカが生じない照明環境が提供できるものと考えられる。
【００３７】
次に、一般的な照明装置が光源に供給する電流の周波数成分について説明する。  
図１０は、ある照明装置における電流波形を実際に計測した例を示す図である。  
図１０に示す実測に使用した照明装置は、交流の商用電源などの外部電源から入力する電力を電源ユニットが光源の発光素子を点灯させるための電流に変換する。図１０に示す実測に使用した照明装置は、光源の発光素子がＬＥＤである。このため、電源ユニットは、交流の商用電源から入力した電力をＬＥＤ用の電流に変換して光源へ供給する。電源ユニットは、交流電源を入力してＬＥＤへ電流を供給するため、平滑回路及びスイッチング回路などの電源回路を有する。このような電源回路を有する電源ユニットが光源へ供給する電流は幾つかの周波数成分を含む波形となる。例えば、電源ユニットが光源へ供給する電流には、スイッチングに伴うスイッチング周波数の成分と交流電源の周波数に応じた周波数成分とが含まれることが想定される。
【００３８】
図１０に示す実測結果によれば、実測した電流波形には、３６９００Ｈｚの周波数成分と１００Ｈｚの周波数成分とが含まれることが検出された。３６９００Ｈｚの周波数成分は、電源ユニットにおけるスイッチング制御に伴う周波数の成分であると考察される。また、１００Ｈｚの周波数成分は、入力した交流の商用電源（ここでは、５０Ｈｚの交流電源とする）に由来する周波数の成分であると考察される。電流波形を実測した照明装置の電源ユニットには５０Ｈｚの交流電源を入力したため、５０Ｈｚの２倍となる１００Ｈｚの周波数成分が電流波形に現れたものと考えられる。
【００３９】
従って、照明装置１０は、電源ユニット１２が出力する電流波形に含まれる周波数成分を考慮してハイスピードカメラに対応したリップル率を設定（設計）すれば、ハイスピードカメラで撮影する動画にフリッカが生じない照明環境を提供できると考えられる。
【００４０】
図１１は、フリッカが生じない条件となる周波数及びリップル率の曲線にスイッチング周波数と電源由来の周波数と対応づけた図である。  
図１１に示すように、照明装置１０が光源１８に供給する電流の周波数成分を特定すると、電流に含まれる各周波数成分についてフリッカが生じない照明環境となるリップル率が具体的に特定できる。図１１では、図１０に示すスイッチング制御に由来する周波数成分（３６９００Ｈｚ）と電源に由来する周波数成分（１００Ｈｚ）とを図示している。これらのうち電源に由来する周波数成分（１００Ｈｚ）に着目すると、フリッカが生じないリップル率は、０．０４程度となった。
【００４１】
発明者らは、具体的な検証の１つとして、光出力の周波数を１００Ｈｚとし、リップル率を０．０４とした照明環境下では、スポーツを撮影する一般的なハイスピードカメラが撮影する映像にフリッカが生じないことを確認した。また、光出力の周波数を１００Ｈｚとし、リップル率を０．０８とした照明環境下では、スポーツを撮影する一般的なハイスピードカメラが撮影する映像にフリッカが生じることも確認した。
【００４２】
これらの検証結果により、スポーツを撮影する一般的なハイスピードカメラであれば、光出力の周波数が１００Ｈｚである場合、ハイスピードカメラが撮影する動画にフリッカが生じないリップル率の最大値は、０．０４〜０．０８の値であると考えられる。また、上述の検証結果によれば、光出力の周波数が１００Ｈｚであれば、少なくともリップル率を０．０４以下に設定した照明装置が照明する環境下では、ハイスピードカメラが撮影する動画にフリッカが生じないと考えられる。
【００４３】
次に、上述した実施結果に基づく照明装置の構成について説明する。  
以上のような実験結果によれば、ハイスピードカメラが撮影する動画にフリッカが生じない照明環境を提供するため、照明装置１０は、電源ユニット１２が光源１８に供給する電流の周波数成分とハイスピードカメラが撮影する動画のフレームレートとに応じて、リップル率を設計する必要がある。
【００４４】
例えば、３０００ｆｐｓのハイスピードカメラに対応する場合、照明装置１０は、３０００ｆｐｓの動画にフリッカが生じない条件となる周波数及びリップル率の曲線に応じて電源ユニット１２が光源１８へ供給する電流を設計する。また、１０００ｆｐｓのハイスピードカメラに対応する場合、照明装置１０は、１０００ｆｐｓの動画にフリッカが生じない条件となる周波数及びリップル率の曲線に応じて電源ユニット１２が光源１８へ供給する電流を設計する。
【００４５】
また、照明装置１０が交流電源を入力電源とする場合、電源ユニット１２は、光源１８に供給する電流のリップル率が、交流電源の周波数に由来する周波数成分に対してフリッカが生じないリップル率以下となるように設計する。例えば、入力する交流電源が５０Ｈｚである場合、電源ユニット１２は、光源１８に供給する電流のリップル率が、フリッカが生じない条件となる周波数及びリップル率の曲線において１００Ｈｚ（２×５０Ｈｚ）に対応するリップル率以下となるように設計する。
【００４６】
上記のように、実施形態に係る照明装置は、ハイスピードカメラが撮影する動画にフリッカが生じない条件となる光出力の周波数及びリップル率の曲線に基づいて、電源ユニットが光源へ供給する電流をフリッカが生じない周波数及びリップル率となるように設計する。これにより、実施形態に係る照明装置は、ハイスピードカメラが撮影する動画にフリッカが生じない光を出力でき、ハイスピードカメラで撮影する動画にちらつきが生じることがない良好な照明環境を提供できる。
【００４７】
また、実施形態に係る照明装置は、交流電源に由来して生じる周波数成分に対応してハイスピードカメラが撮影する動画にフリッカが生じないリップル率となるように設計した電流を電源ユニットから光源へ供給する。これにより、実施形態に係る照明装置は、交流電源の周波数に対応してハイスピードカメラが撮影する動画にフリッカが生じない光を出力でき、ハイスピードカメラで撮影する動画にちらつきが生じることがない良好な照明環境を提供できる。
【００４８】
（第２の実施形態）
第２の実施形態では、光出力のリップル率と周波数との関係を特定するために実施した第２の被験者実験（第２の実験）と第２の実験の結果から導出したフリッカに関わる関係式について説明する。第２の実験は、基本的に、上述した実験システムを用いて撮影された動画に対する複数の被験者による主観実験である。ただし、第２の実験では、上述した図５に示す実験システムの構成において、ハイスピードカメラ３０は、照明装置１０´からの光が照射されるスクリーン（壁）を撮影するものとした。また、ハイスピードカメラ３０が撮影するスクリーンの近傍には、被験者が観察しやすいようにボール（球体）などの物体を配置した。
【００４９】
図１２は、第２の実験において被験者にハイスピードカメラ３０が撮影した動画を提示するシステムの構成例を示す図である。  
図１２に示すシステムは、ハイスピードカメラ３０が撮影する動画を表示するディスプレイを有するコンピュータ（ＰＣ）１０１を被験者が観察できるように配置する。ＰＣ１０１は、ハイスピードカメラ３０が撮影する動画を表示するディスプレイを有するものであれば良い。ハイスピードカメラ３０のフレームレート（ｆｒａｍｅ／ｓｅｃｏｎｄ：ｆｐｓ）は、一般にスポーツ競技などを撮影に使用される６０〜３０００ｆｐｓであることを想定する。
【００５０】
第２の実施形態で説明する第２の実験は、カメラ３０のフレームレートを２０００ｆｐｓに設定し、１０名の被験者に対して行ったものである。ハイスピードカメラ３０が撮影する動画は、フレームレート（ｆｐｓ）によって画像の明るさは異なるが、上述したように、ｆ（光出力の周波数）／ｆｐｓ値が一定であれば、異なるｆｐｓの動画でも動画に発生するフリッカの見え方は同じである。これにより、１つのｆｐｓに対するｆ／ｆｐｓの閾値が求められれば、任意のｆｐｓに対する閾値が推定可能であると考えられる。
【００５１】
図１３は、第２の実験において被験者に提示する動画の光出力条件を示す図である。  
上述したように、照明装置１０´の電源ユニットが光源に供給する電流（光出力）のリップル率と周波数とは、ファンクションジェネレータ４０により設定する。第２の実験では、ファンクションジェネレータ４０が設定する光条件を図１３に示す値に設定した。図１３に示す光出力条件は、光出力のリップル率または周波数の少なくともいずれかを変えた４２の条件である。図１３に示す光出力条件では、リップル率が０．０４〜１．４５の範囲で変動し、周波数が１０〜１２６５００Ｈｚの範囲で変動するものとした。
【００５２】
ハイスピードカメラ３０は、図１３に示す光出力の各条件で照明装置３０´が出力する光を照射したスクリーン（照射面）を動画として撮影する。ＰＣ１０１は、ハイスピードカメラ３０が撮影した動画をディスプレイに表示する。各被験者は、ＰＣ１０１が表示する各種の条件で撮影された動画を見て、フリッカがあるかないかを条件ごとに評価するものとした。
【００５３】
図１４は、第２の実験の結果を示す図である。  
図１４では、動画のｆ／ｆｐｓ値とフリッカがあると判断した被験者との割合の関係をリップル率ごとに示す図である。図１４に示す実験結果によれば、リップル率が小さいほどフリッカを知覚する人の割合は少なく、また、ｆ／ｆｐｓ値が大きいほどフリッカを知覚する人の割合は少ないことが分かる。
【００５４】
図１５は、第２の実験の結果に基づく、動画にフリッカが生じないと評価される光出力のリップル率とｆ／ｆｐｓ値との関係を示す図である。フリッカを知覚する人（被験者）が０％となる場合を基準としてリップル率に対するｆ／ｆｐｓ値の閾値を決定するものとする。図１５に示すように、第２の実験結果をもとにリップル率ごとのｆ／ｆｐｓ値の閾値を求めると、人がフリッカを知覚する閾値を示すリップル率とｆ／ｆｐｓ値との関係式が導出される。
【００５５】
図１５に示すリップル率とｆ／ｆｐｓ値との関係式は、第２の実験結果から導出された定数を含む一次式で表される。リップル率をＲとすると、図１５に示す関係式は、以下の式（１）となる。以下の式（１）は決定係数が０．９９である。
Ｒ＝０．０３４３ｆ／ｆｐｓ＋０．００７９・・・（１）
図１５において、直線を示す一次式としての式（１）は、フリッカが知覚される範囲が直線の上側の範囲であり、フリッカが知覚されない範囲が直線の下側の範囲である。すなわち、第２の実験では、光源へ供給する電流のリップル率とｆ／ｆｐｓとが関係式（１）が示す線の下側の値であればフリッカが知覚されない動画が撮影できる照明環境を提供できるものと考えられる。ただし、関係式（１）は、光源へ供給する電流に複数の周波数成分が含まれることを考慮していない。
【００５６】
次に、電源ユニットが光源へ供給する電流に含まれる複数の周波数成分を考慮した指標について説明する。  
上述したように、照明装置１０に用いる電源ユニット１２が光源１８へ出力する電流には、入力する商用電源に由来する周波数成分が含まれる。また、照明装置１０に用いる電源ユニット１２は、平滑回路、制御回路、スイッチング回路などの各種の回路を有する。電源ユニット１２を構成する各回路は、出力する電流に複数の異なる周波数成分を発生させる要因となりうる。一般には、上述したように、照明装置１０の電源ユニット１８が光電１８へ供給する電流には、１００〜数十ｋＨｚの範囲にある複数の周波数成分が含まれることが知られている。
【００５７】
上述した第２の実験の結果を用いて、照明装置の電源ユニットが光源に供給される電流に含まれる複数の周波数成分を考慮して、周波数成分ごとのリップル率およびｆ／ｆｐｓとフリッカとの関係式を改めて導出し、その関係式を用いて複数の周波数成分が含まれる電流波形に対するフリッカの有無を判定する方法について説明する。  
まず、第２の実験に用いた照明装置１０´の電源ユニットが光源に出力する電流の波形を測定する。測定した光出力の電流波形を周波数解析し、電流波形に含まれる周波数成分ごとのリップル率を算出する。リップル率を算出した周波数成分ごとに改めて求めた関係式を適用し、フリッカの有無を判定する。
【００５８】
光出力の電流に含まれる周波数成分ごとのリップル率は、光源へ供給する電流ｘ（ｔ）をサンプリング周波数３．１２５ＭＨｚ、サンプル点数２６２，１４４点（＝２１８）で取得し、以下の式（３）、（４）を用いた周波数解析によって求める。
Ｒ（ｆ）＝４｜Ｘ（ｆ）｜／（２６２１４４×ｘ＿ａｖｅ）…（３）
ここで、ｘ＿ａｖｅはｘ（ｔ）の平均値であり、Ｘ（ｆ）は式（４）で示す各周波数成分のフーリエスペクトルである。
Ｘ（ｆ）＝Σ＿（ｋ＝０）＾（Ｎ−１）［ｘ（ｋ）ｅ＾（−ｊ２πｆ／Ｎｋ）］…（４）。
【００５９】
次に、第２の実験の結果を用いてフリッカが生じないと判定される周波数成分ごとのリップル率とｆ／ｆｐｓとの関係式を導出する手順について説明する。  
第２の実験において、すべての被験者がカメラの撮影動画にフリッカが生じないと判定した電流のｆ／ｆｐｓ値とリップル率との関係を導く。リップル率は、実際に計測した電流ｘ（ｔ）の最大、最小および平均値から求めた値である。リップル率を実際に電流に含まれる周波数成分ごとのリップル率に変換した後、複数の周波数成分を考慮した指標としての関係式を作成する。
【００６０】
図１６は、第２の実験で求めたリップル率に対するｆ／ｆｐｓ値の閾値を示す図である。あるリップル率の計測値に対して、ｆ／ｆｐｓ値が対応する図１６に示す値以上であれば、カメラが撮影する動画にはフリッカが知覚されない。なお、第２の実験では、カメラのフレームレートを２０００ｆｐｓとしたため、電流の周波数はｆ／ｆｐｓ値に２０００を乗じた値である。
【００６１】
図１７は、図１６のＮｏ．１に示す電流ｘ（ｔ）から求めた周波数成分ごとのリップル率を示す図である。図１７に示すように、８４，５００Ｈｚ成分のリップル率は、１．０８となった。ファンクションジェネレータ４０は光源に供給する電流の周波数をリップル率１．４５、周波数８４，５００Ｈｚとして作成する。しかし、実際に光源に供給される電流はノイズ等の影響を受けて別の周波数成分を含むため、８４５００Ｈｚ成分のリップル率は１．０８となり、１．４５と比較して値が低下した。第２の実験に対する解析では、上述したものと同様の解析を図１６のＮｏ．２〜７に示す各電流に対しても行った。
【００６２】
図１８は、図１６に示すリップル率を、上述した手順で周波数成分のリップル率に変換したものである。図１８に示す周波数成分ごとのリップル率とｆ／ｆｐｓ値から最小二乗法で作成した回帰式（関係式）が、以下の式（５）、（６）である。以下の式の決定係数は０．９８である。ただし、ここで、周波数ｆ（Ｈｚ）成分のリップル率をＲ（ｆ）と表記する。  
ｆ／ｆｐｓ＞１．１１のとき、
Ｒ（ｆ）＜０．０２６５ｆ／ｆｐｓ−０．０２０２…（５）
ｆ／ｆｐｓ≦１．１１のとき、
Ｒ（ｆ）＜０．００１３…（６）。
【００６３】
図１９は、上述した関係式（５）、（６）をグラフで表した図である。  
横軸が電流の周波数成分をフレームレートで除した値（以下ｆ／ｆｐｓ値）、縦軸が周波数成分ごとのリップル率である。電流に含まれる周波数成分のリップル率が、すべて境界線（関係式が示す線）以下の「フリッカなし」の領域にプロットされるように電源ユニットを設計（設定）することで、フリッカが知覚されない照明環境を提供できる。
【００６４】
図２０は、カメラが撮影する動画のフレームレートごとの関係式（５）、（６）に基づく周波数成分ごとのリップル率と周波数との関係を示す図である。  
図２０において、フレームレートごとの境界線よりも左上の領域がフリッカを人が知覚する範囲であり、右下の領域がフリッカを人が知覚しない範囲である。従って、照明装置は、ハイスピードカメラが撮影する動画のフレームレートごとに、電源ユニットが光源に出力する電流の周波数成分ごとのリップル率と周波数とをフリッカを人が知覚しない範囲になるように設定する。
【００６５】
以上のように、第２の実施形態で説明した第２の実験の結果および第２の実験結果に対する解析結果によれば、ハイスピードカメラが撮影する動画にフリッカが生じないような照明装置の設定を行える指標を提供できる。すなわち、ハイスピードカメラが撮影する動画のフレームレートに応じて、照明装置の電源ユニットが光源に供給する電流の周波数成分ごとのリップル率と周波数とを上述した指標に基づいて設定または制御することにより、ハイスピードカメラが撮影する動画にフリッカが生じないようにできる。
【００６６】
また、第２の実施形態によれば、照明装置は、電源ユニットが光源に供給する電流の周波数成分ごとのリップル率と周波数とが、ｆ／ｆｐｓ＞１．１１のときに、Ｒ（ｆ）＜０．０２６５ｆ／ｆｐｓ−０．０２０２となり、ｆ／ｆｐｓ≦１．１１のときに、Ｒ（ｆ）＜０．００１３となるように設計する。これにより、ハイスピードカメラが撮影する動画にフリッカが生じないような照明装置を提供できる。
【００６７】
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。たとえば、調光方法として波高値制御を対象とした実施形態を説明したが、制御方法をこれに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。
【符号の説明】
【００６８】
１０…照明装置、１２…電源ユニット、１８…光源、２１…発光素子、３０…ハイスピードカメラ、４０…ファンクションジェネレータ、５０…ＰＣ、１０１…ＰＣ。
【図１】
2018120842.tif 000003
【図２】
2018120842.tif 000004
【図３】
2018120842.tif 000005
【図４】
2018120842.tif 000006
【図５】
2018120842.tif 000007
【図６】
2018120842.tif 000008
【図７】
2018120842.tif 000009
【図８】
2018120842.tif 000010
【図９】
2018120842.tif 000011
【図１０】
2018120842.tif 000012
【図１１】
2018120842.tif 000013
【図１２】
2018120842.tif 000014
【図１３】
2018120842.tif 000015
【図１４】
2018120842.tif 000016
【図１５】
2018120842.tif 000017
【図１６】
2018120842.tif 000018
【図１７】
2018120842.tif 000019
【図１８】
2018120842.tif 000020
【図１９】
2018120842.tif 000021
【図２０】
2018120842.tif 000022