JP2003143417A - 電子色票装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 多原色表示により分光的な色再現を行う。 【解決手段】 ｎ色（ｎ＞３）のＬＥＤ素子を発光させ
て色光を混合して目標色を再現する色再現において、ｎ
色（ｎ＞３）のＬＥＤをそれぞれ発光させたときの分光
エネルギー分布Ｓ_ｉ(λ)(ｉ＝１，２，‥,ｎ)（ここに
λは波長を表わす）を記憶しておく。目標色の分光エネ
ルギー分布Ｓ_ｏ(λ)が入力されると、ＬＥＤ素子の発光
によりｎ色の混色の割合α₁,α₂，…,α_nで加法混色に
より作られる分光エネルギー分布Ｓ'(λ)＝α_１Ｓ
_１(λ)＋α_２Ｓ_２(λ)＋…＋α_ｎＳ _ｎ(λ)と目標色の分
光エネルギー分布Ｓ_ｏ(λ)とが、Ｓ'(λ)とＳ_ｏ(λ)の
ＸＹＺ３刺激値が一致するという条件のもとで、一致す
るようにα₁,α₂，…,α_nを決定する。決定されたα₁,
α₂，…,α_nを用いてＬＥＤ素子を発光させて色再現を
おこなう。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子的な色彩管理
に関する。

【０００２】

【従来の技術】遠隔医療、オンラインショッピングなど
のカラー画像システムにおいて、被写体の色を正確に再
現することは非常に重要である。世の中に存在する自然
物体の色をすべて表示するためには、３原色では十分で
ないことがわかっている。表色系を、明るさを含めずに
色で表わしたものを色度図という。ＸＹＺ表色系におけ
るｘ−ｙ色度図（図１）に示す馬蹄形の領域内に種々の
色が分布する。２つ以上の色光の混合(加法)によって別
の色を得る加法混色の３原色の色度座標がＲ、Ｇ、Ｂ点
（中心波長Ｒ: 700nm, Ｇ: 546.1nm, Ｂ: 435.8nm）で
表されたとすれば、△ＲＧＢ(色三角形)内のどの点に相
当する色も三原色の適宜の混合によって作られる。この
色三角形をＲＧＢの色域という。この色三角形の外側の
色は三原色Ｒ、Ｇ、Ｂの加法混色によって作ることがで
きない。また、図２は、実在する反射物体の色域(Point
er's gamut)をｕ'−ｖ'に投影した色度図である。これ
は、自然界において実在する様々な物体色(花の色、葉
の色、染料や顔料によって作り出された色)について最
大の純度を示す色を計測して得られた色域である。こう
して自然界に実在する反射物体の色域についてさえも、
三原色Ｒ、Ｇ、Ｂの加法混色によって作ることのできな
い色の領域があることがわかる。なお、色を電子的に表
示するデバイスというとまずテレビやディスプレイが考
えられる。図２には、比較のため、３原色ディスプレイ
装置（ＣＲＴ、ＮＴＳＣ）の色域も表示しているが、実
在する反射物体の色域内の色をディスプレイ装置がすべ
て表示することが不可能であることがわかる。特に青緑
色や、紫〜赤色で、不十分である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】「色」というものを電
子的に扱うことが多くなってきている一方で、画像入出
力装置間の特性の違いによる色の違いや、カラー画像伝
送システムにおいて被写体の色を正確に再現できないこ
となどが問題となっている。近年では、こういったデジ
タルメディアにおける色彩管理技術（カラーマネジメン
ト）の必要性が叫ばれている。

【０００４】色票は、色彩管理（調色、配色など）のた
めの基準の色を表示するものである。色票は、たとえば
色見本として用いられる。従来の色票の問題として、色
情報のやりとりの困難さや照明の不安定による色の変化
がある。色を電子的に表示する電子色票はこれらの問題
を解決できると考えられる。しかし、上に説明したよう
に、３原色ディスプレイ装置（ＣＲＴ、ＮＴＳＣ）で
は、実在する反射物体の色域内の色をすべて表示するこ
とが不可能であり、電子色票としては、３原色の色三角
形よりも広い色域での任意の色を表示できることが望ま
れてきた。そこで、本発明者らは、４色以上の多原色Ｌ
ＥＤを用いた電子色票を提案している（特願２０００−
３０６１４６号）。この電子色票では、多原色ＬＥＤの
光を混合して色を生成する。

【０００５】近年、ＣＩＥ−ＸＹＺ３刺激値が等しいが
スペクトル形状の異なる２つに色があったとき、観測者
の等色関数にばらつきがあったり、等色関数が標準観測
者と異なっていることが原因で、同じ色に見えない場合
があることが明らかになってきた。しかし、３原色の加
法混色では、異なる等色関数を持つ観察者に対して条件
等色を実現することは不可能である。そこで、多原色表
示システムにより、個人差を考慮した高次の等色関数を
用いて色再現を行う手法が提案されている。しかし、現
在では個人差の影響を考慮して色再現に利用できる等色
関数のデータは得られていないため、被写体のスペクト
ルを再現することが望まれる。

【０００６】電子色票などの色再現システムにおいて、
等色関数の異なる複数の人が「被写体の色と同じ色」と
知覚するように色再現をするためには、被写体を見ると
きのスペクトルそのものを再現してやればよい。現在の
カラー画像システムにおいては、被写体と同じスペクト
ル形状を再現することは困難であるが、多原色表示は以
下の利点を持つ。（１）３原色表示に比べて、表示スペ
クトルの種類が多い。（２）ＸＹＺ値を合わせても、信
号値の選択に自由度があるため、それを生かしてスペク
トル誤差を小さくするような信号値の選択が可能であ
る。そこで、多原色表示を用いてスペクトルを近似する
ことは有効であると考えられる。

【０００７】電子色票では、混合した光をスクリーンま
たは投影板（または現物の素材サンプル）に照射して色
を見ることになるが、スクリーンの分光透過特性や、投
影板の分光反射特性は理想的なフラットな特性では無
い。このため、最終的にこれらを通して見る色を正確に
計算するためには、ＸＹＺ値ではなく光の分光エネルギ
ー分布を任意に合わせる必要がある。

【０００８】本発明の目的は、分光的な多原色表示によ
り色再現をよりよく実現することである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明に係る色再現方法
は、ｎ色（ｎ＞３）のＬＥＤ素子を発光させて色光を混
合して目標色を再現する色再現方法である。分光エネル
ギー分布（分光反射率または分光輝度）を用いて色再現
をおこなう。ここで、ｎ色（ｎ＞３）のＬＥＤをそれぞ
れ発光させたときの分光エネルギー分布Ｓ_ｉ(λ)(ｉ＝
１，２，‥,ｎ)（ここにλは波長を表わす）を記憶して
おく。そして、目標色の分光エネルギー分布Ｓ_ｏ(λ)が
入力されると、ＬＥＤ素子の発光によりｎ色の混色の割
合α₁,α ₂，…,α_nで加法混色により作られる分光エネ
ルギー分布Ｓ'(λ)＝α_１Ｓ_１(λ)＋α_２Ｓ_２(λ)＋…
＋α_ｎＳ_ｎ(λ)と目標色の分光エネルギー分布Ｓ_ｏ(λ)
とが、Ｓ'(λ)とＳ_ｏ(λ)のＸＹＺ３刺激値が一致する
という条件のもとで、一致するようにα₁,α₂，…,α_n
を決定する。

【００１０】好ましくは、この色再現方法において、前
記のα₁,α₂，…,α_nは、Ｓ'(λ)とＳ_ｏ(λ)のＸＹＺ３
刺激値が一致するという条件のもとで、Ｓ'(λ)とＳ
_ｏ(λ)とのスペクトル二乗誤差

【数２】 が最小となるα₁,α₂，…,α_nとして決定される。

【００１１】本発明に係る電子色票装置は、ｎ色（ｎ＞
３）のＬＥＤ素子と、ＬＥＤ素子が発光した光を案内し
混合する光路と、光路で混合された光を表示するスクリ
ーンとからなる表示部と、前記のｎ色のＬＥＤ素子をそ
れぞれ発光させたときの分光エネルギー分布Ｓ_ｉ(λ)
(ｉ＝１，２，‥,ｎ)（ここにλは波長を表わす）を記
憶する記憶部と、目的となる目標色の分光エネルギー分
布Ｓ_ｏ(λ)を入力する目標色入力部と、目標色入力部で
入力された目標色を、表示部の各色のＬＥＤ素子に対応
する多原色信号値α₁,α₂，…,α_nに変換し、さらに階
調数に変換する多原色値変換部と、多原色値変換部から
の多原色階調数信号を基に、表示部のＬＥＤ素子を駆動
する駆動信号を発生する駆動部とからなる。ここで、前
記の多原色値変換部は、ｎ色のＬＥＤ素子の発光により
ｎ色の加法混色により作られる分光エネルギー分布Ｓ'
(λ)＝α_１Ｓ_１(λ)＋α_２Ｓ_２(λ)＋…＋α_ｎＳ_ｎ(λ)
と目標色の分光エネルギー分布Ｓ_ｏ(λ)とが、Ｓ'(λ)
とＳ_ｏ(λ)のＸＹＺ３刺激値は一致するという条件のも
とで、一致するようにα₁,α₂，…,α_nを決定すること
を特徴とする。好ましくは、多原色値変換部では、α₁,
α₂，…,α_nは、Ｓ'(λ)とＳ_ｏ(λ)のＸＹＺ３刺激値が
一致するという条件のもとで、Ｓ'(λ)とＳ_ｏ(λ)との
スペクトル二乗誤差

【数３】 が最小となるα₁,α₂，…,α_nとして決定される。

【００１２】好ましくは、前記の電子色票装置におい
て、前記のＬＥＤ素子は、色度図においてＲＧＢの３原
色が形成する色三角形の外側の領域にある光を発光する
ＬＥＤ素子を含む。好ましくは、前記の表示部は、さら
に、ＬＥＤ素子の発光した光から彩度の高い色を取り出
す波長域調整フィルタを備える。好ましくは、前記の表
示部は、ＬＥＤ素子が発光した光を拡散する拡散手段を
光路内に備える。好ましくは、前記の表示部は、ＬＥＤ
素子が発光した光を拡散する積分球を光路内に備える。
好ましくは、前記の電子色票装置において、前記の表示
部は、ＬＥＤ素子が発光した光を拡散する拡散板を光路
内に備える。好ましくは、前記の電子色票装置におい
て、前記の表示部のＬＥＤ素子は、すべてのＬＥＤ素子
を表示したときに白色となるように選択されている。好
ましくは、前記の電子色票装置において、前記の駆動部
は、パルス幅変調信号でＬＥＤ素子を駆動する。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、添付の図面を参照して本発
明の実施の形態を説明する。本発明では、４色以上の多
原色の色光を混合して、多原色によるカラー表示を行
う。色度図の馬蹄形により近づくように多数の色光を選
べば、いままで３原色による加法混色では作れなかった
色まで作れる。たとえば、図３に示すように、ＲＧＢの
色域の境界上またはその範囲外にある７色の原色を用い
て、加法混色の法則に従って、各色の色度値を頂点とす
る多角形内部の色を表す。多色で表示を行うので、色域
は色三角形でなく多角形となり、より複雑な広い色域を
再現できる。特に、色票つまり反射物体のもつ色を再現
するため、自然界の反射物体がもつ色域（Pointer's ga
mut）内の色をできるだけ多く表示できるようにする。
また、自然界の反射物体がもつ色域内の色をすべて表示
することも容易に実現できる。

【００１４】上述の色度図上での色域は、明るさを含ま
ない、つまり色方向にのみ考えたものであるが、実際に
電子色票を設計する場合には、明るさ方向まで含めた色
立体を考える必要がある。たとえばｎ原色の場合、各原
色のＸＹＺ値を(Ｘ₁、Ｙ₁，Ｚ₁)〜(Ｘ_n，Ｙ_n，Ｚ_n)とす
れば、次の式で表される立体の表面及び内部に相当する
色が表示可能な色である。図４は３色と５色の２つの場
合の色立体を示す。

【数４】

【００１５】任意の色を表示する電子色票システムにお
いて、表示素子として多数の種類のＬＥＤを用い、電圧
パルス幅変調によるＬＥＤの輝度制御を行って、高精度
な色を表示する。電子色票本体はコンパクトで、持ち運
びが容易でなければならないのに加え、安定した色を表
示でき、外部からの衝撃にも十分耐えることが要求され
る。このような観点から、この電子色票システムにおい
ては、表示素子としてＬＥＤを用いる。ＬＥＤは、近年
になり高輝度青色のものが開発され、また安定性や高速
応答性がある。また、レンズなどの高価な光学素子を用
いることはできるだけ避け、ＬＥＤ個々のバラツキを補
うように光学系を設計する。

【００１６】ＬＥＤ素子を用いた電子色票システムにお
いて、ユーザーは、目的となる目標色を入力する。ここ
で、目標色は、分光エネルギー分布（分光反射率または
分光輝度）のデータとして入力される。目標色は、複数
のＬＥＤ素子の各々に対応する多原色信号値（色光の混
合の割合に対応する）に変換される。そして、多原色信
号値に基づいて多原色ＬＥＤ素子を発光させ、複数のＬ
ＥＤ素子が発光した光を混合して、スクリーンに均一な
色として表示する。

【００１７】次に、多原色の光の混合で分光エネルギー
分布を近似する多原色信号値の計算について説明する。
ここで、原色を多数(４つ以上)用いて加法混色を行う場
合を考える。多原色値変換部２２における、分光エネル
ギー分布データから多原色信号値への変換では、以下に
説明するように、多原色信号値の最適化問題が２次計画
問題となる。

【００１８】原色ＬＥＤ素子を最大強度で発光させたと
きの分光エネルギー分布をＳ_ｉ(λ)（ｉ＝１，２，…，
ｎ)とすると、ｎ色のＬＥＤ素子の原色の加法混色によ
り作られる分光エネルギー分布Ｓ'(λ)は、以下の式
（２）で与えられる。 Ｓ'(λ)＝α_１Ｓ_１(λ)＋α_２Ｓ_２(λ)＋…＋α_ｎＳ_ｎ(λ) （２） ここで、α_ｉ(ｉ＝１, ２, …,ｎ)は、原色iの混合の割
合を示す多原色信号値（信号値係数）であり、Ｓ_ｉ(λ)
がＬＥＤ素子を最大発光させたときのスペクトルである
ことから、式（３）の範囲をとるものとする。 ０≦α_ｉ≦１ （３） また、原色ＬＥＤの分光エネルギー分布Ｓ_ｉ(λ)は強度
により相対的な形が変わらないものとしている。

【００１９】次に、再現したい目標分光エネルギー分布
をＳ_ｏ(λ)とする。この計算の目的は、Ｓ'(λ)が目標
色の分光エネルギー分布Ｓ_ｏ(λ)にできるだけ近くなる
ようにα_１〜α_ｎを最適化することである。しかし、単
にスペクトルを近似するだけでは視覚的に異なった色に
見えてしまう可能性がある。そこで、Ｓ_ｏ(λ)とＳ'
(λ)のＸＹＺ３刺激値は一致するという以下の条件
（４)〜(６）を追加する。

【数５】

【数６】

【数７】

【００２０】具体的には、式（３）及び式（４)〜(６）
を満足するという条件の下で、Ｓ_ｏ(λ)とＳ'(λ)のス
ペクトル二乗誤差関数

【数８】 を最小にするような多原色信号値α_１〜α_ｎを求める。
そこで、式（３)〜(７）を整理すると次のようになる。

【数９】

【数１０】

【数１１】

【数１２】

【数１３】

【数１４】

【数１５】

【数１６】

【数１７】

【数１８】 ここに、ｉ＝０，１，…，ｎ。 これより、本問題は、目標関数が２次式、制約条件が１
次式の線形制約条件付き２次計画問題となることがわか
る。ここで式（１３）において、行列Ｄの要素がすべて
正であるならば、目的関数Ｅは凸関数であり、かつ制約
条件がすべて線形であるので、縮小勾配法（たとえば、
刀根薫著、数理計画、朝倉書店）を用いて最適解を求め
ることが可能である。また、ラグランジュの未定乗数法
の解法が使用できる場合もある。

【００２１】より一般的には、誤差関数に波長に依存し
た重みｗ(λ)を用いてもよい。たとえば比視感度関数を
重みとして用いる。この場合、目的関数Ｅは下記の式
（１７）のようになるが、同様に２次計画法に帰着す
る。

【数１９】

【００２２】図５は、電子色票システムの構成を示す。
まず、目標色入力部２０において、色票などの目的とな
る物体１０の正確な色の情報つまり人間の視覚系に基づ
いた目標分光エネルギー分布（分光反射率または分光輝
度）のデータを入力する。目標分光エネルギー分布は、
表示時と同じ照明光のもとで分光色彩計などであらかじ
め推定しておく。こうして、ユーザーがシステムに分光
エネルギー分布データを入力し色を再現すると、その場
で、欲しい色がすぐに得られる。まず、多原色値変換部
２２は、分光エネルギー分布データを、多原色信号値に
変換し、さらに、多原色信号値を階調数に量子化する。
多原色値変換部２２は、具体的にはコンピュータを含
み、目標色である物体１０の分光エネルギー分布データ
を、加法混色における色再現手法を用いて多原色信号デ
ータに変換する。多原色信号値は、表示素子である各Ｌ
ＥＤの輝度を表わすものであるが、ＰＷＭ信号変換部２
４は、多原色階調数をパルス幅変調信号に変換しＬＥＤ
の輝度を制御する。駆動部２６は、パルス幅変調信号を
もとに表示部２８内の各ＬＥＤを駆動する。

【００２３】駆動部２６からの多原色階調数データは表
示部２８に与えられるが、ＬＥＤの輝度を変える場合、
単純に電流を変調する方式では安定した輝度や色が得ら
れない。そこで、人間の視覚特性の一つである色の時間
積分性を考慮し、駆動部２６は、パルス幅変調(ＰＷＭ)
方式を採用する。パルス幅変調方式では、ＬＥＤに流す
電流は一定になるようにしておいて、電流を流す時間と
流さない時間の比(デューティ比)を変えることで明るさ
を制御する。ＬＥＤは電圧の変化に対する応答が非常に
速いという利点があるため、このパルス幅変調方式が適
用可能である。駆動部２６は、多原色階調数データを電
圧パルス幅変調信号に変換して表示部２８へ送信し、各
々のＬＥＤを時分割でドライブすることによって、安定
した輝度・色度を得る。

【００２４】図６は、ＬＥＤの輝度をパルス幅変調（Ｐ
ＷＭ）によって制御するための回路を示す。人間が見て
ちらつかない程度のデューティサイクルでパルス幅変調
で表示するために、各原色に対し最大で３３階調までと
ることができる。人間の目には、一般的に３０フレーム
/秒以上では定常状態として知覚されることを考慮し
て、本実施形態ではデューティサイクルを約３３Ｈｚと
し、各原色で３０階調がとれるようにした。可変抵抗は
ＬＥＤの種類ごとに定電流(２０ｍＡ)が流れるようにす
るために設けたものである。

【００２５】図７により表示部２８についてさらに詳し
く説明すると、カラーカード３０は、表示素子として複
数のＬＥＤ３２を備えた基板である。ＬＥＤ３２の発光
による多数の原色を用いて色再現を行い、外光の反射を
防ぐブラックスクリーン３４に表示する。ＬＥＤ３２は
カラーカード３０上に配置される。色票としての機能を
果たすためには、複数のＬＥＤ３２から出た光が混合さ
れ、スクリーン３４上で均一に拡散される必要がある。
ＬＥＤ３２から出る光は非常に指向性が強く、またその
指向性や強度は、ＬＥＤの種類によっても、さらに同じ
種類のＬＥＤでも個体ごとに異なる場合が多い。そこ
で、カラーカード３０のＬＥＤアレイからスクリーン３
４までの光路３６を、光を反射する材料で囲み、各ＬＥ
Ｄ３２が放射した光を少なくとも１回拡散させる。さら
に、光路３６の途中に拡散板(すりガラス)３８を配置し
て、ＬＥＤ３２から放射された光をさらに拡散する。光
は、拡散され混合されつつスクリーン３４に到達し、均
一な色を安定に表示する。こうして、スクリーン３４上
で光が均一になるようにする。なお、光の混合のため、
拡散板３８の代わりに積分球を使用してもよい。

【００２６】上述の電子色票システムをさらに詳しく説
明する。まず、ＬＥＤ３２の選択について説明する。Ｌ
ＥＤ３２は、色見本としての色票、さらにいえば自然界
に存在する反射物体の色域を再現できるように選択す
る。この色域を十分にカバーするため、原色は最低でも
４つ以上は用いる。近年になり可視領域の広くにわたる
ＬＥＤが入手可能になった。そこで、本実施形態では、
ＬＥＤの選択において、（１）高彩度である、（２）同
程度の彩度ならば、高輝度である、ということを念頭に
おいた。

【００２７】図８と図９は、それぞれ、本システムに用
いた各種ＬＥＤ３２の分光特性と色域を示す。これらの
データはＬＥＤ個々のものであり、ＬＥＤ３２からの光
を拡散板３８にあてて、拡散板３８上の色を分光計にて
測定したものである。分光特性は、各ＬＥＤの中心波長
で規格化した。

【００２８】ここで、分光特性を示す図８において、最
も短波長側の青１ＬＥＤ（青色、中心波長４３０nm）に
注目する。このＬＥＤは輝度が非常に低いが、スペクト
ルが高波長側に向かってなだらかに下がっている。その
ため、色度図でみるとかなり彩度が低くなっている。し
かし、このＬＥＤに高波長カットフィルタをかけて、図
８に破線で示すように高波長側の裾野の部分をカットす
ると、色度図上で非常に彩度の高い青紫色になることが
わかる。これにより、３原色ＣＲＴなどで再現不可能だ
った、実在する反射物体の色域における青〜紫の領域を
大幅に改善できる。

【００２９】次に各々のＬＥＤ３２の個数を決定する。
決定にあたっては、次の要領で行った。 (１）物理的な制約から、用いることのできるＬＥＤの
総個数を決定する（具体的には３０個)。 (２）ＬＥＤは各色について最低でも１個は使うものと
する。 (３）ＬＥＤをすべて表示（発光）したときには白色と
なる。 (４）上の３つの条件内でＬＥＤの個数を変えて、その
とき表示できる色立体を計算し、実在する反射物体の色
域をどれだけカバーしているかを計算する。 (５）実在する反射物体の色域のカバー率が最大になる
ときが、求めるＬＥＤの個数である。

【００３０】個数の決定は、次のように行った。まず、
各ＬＥＤ単体のＸＹＺ値を(Ｘ₁Ｙ₁Ｚ₁)，…，(Ｘ_nＹ_nＺ
_n)とし、各ＬＥＤの個数をＮ₁，Ｎ₂，…，Ｎ_nとする。
このとき各ＬＥＤを最大強度で表示し、白色になったと
すると、

【数２０】 が成り立つ。ここで（Ｘ_w，Ｙ_w，Ｚ_w)は白色のＸＹＺ値
である。しかし、いま明るさは考慮せず、色方向のみを
考えるので、以下の式（１９)，(２０）が成り立てばよ
い。

【数２１】

【数２２】 ここで、(ｘ_w、ｙ_w)は白色の色度座標である。未知数Ｎ
₁，…，Ｎ_nの数がｎ個であるのに対し式の数は２である
から、解を一意的に定めることはできない。そこで、
(１)，(２)の条件、すなわち、

【数２３】 の範囲内でＮ₁，…，Ｎ_n-2を固定し、残りのＮ_n-1，Ｎ_n
を上の式により求め、それらが式（１９)、(２０）を満
たしていれば、そのときのＮ₁，…，Ｎ_nは求める解にな
っている。ここで、Ｎ_n-1，Ｎ_nは一般的に小数になる
が、用いる個数は小数部分を繰り上げて求め、ＬＥＤを
ドライブする電流値を変えることで、実質小数個数分の
明るさが得られるようにする。

【００３１】次に、色立体の計算を、自然界に存在する
反射物体の色域と比較する。求めた各ＬＥＤの個数
Ｎ₁，…，Ｎ_nに対し、各ＬＥＤのＸＹＺ値を改めて (Ｘ₁'，Ｙ₁'，Ｚ₁')＝(Ｎ₁Ｘ₁，Ｎ₁Ｙ₁，Ｎ₁Ｚ₁)，…，(Ｘ_n'，Ｙ_n'，Ｚ_n') ＝(Ｎ_nＸ_n，Ｎ_nＹ_n，Ｎ_nＺ_n) とおいて色立体を計算した。自然界に存在する反射物体
の色域は物体色の色域であるから、照明光の明るさを設
定しなくてはならないが、この明るさは多原色ＬＥＤ素
子３２を全部表示したときの白色の明るさ、つまりＹ₁'
＋Ｙ₂'＋・・・＋Ｙ_n'に等しいとおいた。次に、自然界に
存在する反射物体の色域のカバー率について少し説明す
る。ＬＥＤ素子３２が、ある個数の組み合わせＮ₁，
…，Ｎ_nのときに、各ＬＥＤの色ベクトルによつて作ら
れる色立体をＶ_led(Ｎ₁，Ｎ₂，…，Ｎ_n)とし、自然界に
存在する反射物体の色域の色立体をＶ_ptr（Ｎ₁，Ｎ₂，
…，Ｎ_n)と表す。このとき、自然界に存在する反射物体
の色のカバー率ηは

【数２４】 として求めた。このようにして求めたηの最大値とその
ときのＮ₁，…，Ｎ_nの計算結果は次のとおりである。

【００３２】この結果より考察すると、青１ＬＥＤや黄
緑ＬＥＤなどの輝度の低いＬＥＤは光量を稼ぐためにた
くさん使わなくてはならないことがわかる。特に青１Ｌ
ＥＤはフィルタをかけるため、光量が通常の半分くらい
に落ちてしまうので、この結果は妥当であるといえる。

【００３３】図１２に示すグラフは、上の結果によるＬ
ＥＤ素子の色立体（実線）と、自然界に存在する反射物
体の色域の色立体（１点鎖線）を１５≦Ｌ≦９０で比較
したものである。暗い部分(Ｌ＝１５, ３０)で青領域
が、また、明るい部分(Ｌ＝７５, ９０)で緑の領域がわ
ずかにカバーできていないほかは、ほとんどの色をカバ
ーできている。すなわち、表示可能な色域は、従来のよ
うに３原色を用いたときと比べ格段に広くなり、世の中
の自然反射物体の持つ色を表示するのに十分な色域が得
られる。

【００３４】次に、こうして設計した電子色票システム
を用いて、色域を計測し、多原色にすることの有効性を
確かめた。各原色ＬＥＤ素子を最大強度で表示し、色の
計測は表示パネル中心部で行った。図１３は、その結果
を色度図上にプロットしたものである。図１３からわか
るとおり個々のＬＥＤ素子で測定したときとほとんど同
等な色域が得られた。

【００３５】図１０は、分光エネルギー分布データから
多原色信号値への変換を行う多原色値変換部２２を制御
するＣＰＵのフローチャートである。初期設定として、
多原色の各ＬＥＤの最大強度で発光させたときの分光エ
ネルギー分布Ｓ_ｉ(λ)(ｉ＝１，２，‥,ｎ)を記憶して
おく（Ｓ１０）。ユーザーにより目標色の分光エネルギ
ー分布Ｓ_ｏ(λ)が入力されると（Ｓ１２でＹＥＳ）、式
(８)を最小とする混色の割合α₁,α₂，…,α_n（０≦
α₁,α₂,…,α_n≦１）を計算する（Ｓ１４）。そして、
得られたα₁,α₂，…,α_nを多原色信号値としてＰＷＭ
変換部２４に出力する（Ｓ１６）。

【００３６】前述の分光的色再現法の有効性を確認する
ために、電子色票システムを用いて実験を行った。電子
色票は７色のＬＥＤ光源を用いており、各原色の階調は
１０ビットで表示可能である。ＬＥＤの原色の分光エネ
ルギー分布データを予め計測しておく。Ｄ65照明を当て
た３色(Bluish Green，Blue，Magenta)の色票の分光エ
ネルギー分布をそれぞれ分光計により取得し、多原色Ｌ
ＥＤの原色の分光エネルギー分布データを用いて前述の
計算手法により多原色信号値α_１〜α_７を算出した。図
１５のグラフには、取得したスペクトルのうちBluish G
reenの色票（目標サンプル）について、（１）本実施形
態の分光分布を用いた色再現法（○）で得られたスペク
トルを示すとともに、比較のために、（２）ＸＹＺ表色
値を用いた色再現法（●）と、（３）Ｒ，Ｇ，Ｂの３色
のＬＥＤのみを用いた色再現法（破線）、で得られたス
ペクトルも示す。このグラフでは、輝度の波長依存性が
可視光範囲で示される。ここで（２）の色再現法は、表
色値（ＸＹＺ３刺激値）を用いた色再現法であり、スペ
クトルを用いて色を近似するものではない。図１５よ
り、本実施形態の色変換法により色票のスペクトルがよ
く近似されていることが確認できる。なお、他の色(青
とマゼンタ）の色票についても同様の結果が得られてい
る。

【００３７】表１は、電子色票により再現した分光エネ
ルギー分布を測定し、色票の分光エネルギー分布との二
乗誤差を色票のスペクトルのパワーで規格化した値を示
す。電子色票システムの表示精度の影響により、本実施
形態の色変換法では、計算上の値よりも二乗誤差が大き
くなっている。しかし、どの色についてもスペクトル二
乗誤差が他の手法よりも小さくなっていることが確認で
きる。また、視覚的な定量評価は行っていないが、本実
施形態の色変換法により再現した色及び３原色により再
現した色とを、照明を当てた色票の色を見て比較した結
果、本実施形態の色変換法により再現した色の方が色票
の色に近く見えることを確認した。

【００３８】

【表１】

【００３９】

【発明の効果】分光エネルギー分布を用いたので、色再
現をより正確におこなえる。

【００４０】色を電子化することが可能になるため、調
色や配色をする際に、欲しい色を瞬時に得ることができ
るなどの利点がある。

【００４１】このような電子色票ができることによっ
て、今まで大量にあったファイル式の色見本をコンパク
トなケースに収めることができるため、このようなファ
イルを持ち歩く必要がなくなる。本物の色票のようにど
こにでも持ち運びができる。

【００４２】また、色を電子的に表示できるため、たと
えば調色・配色をする際には表色値データでやりとりを
すればよいことになり、相手に正確な色の情報を伝える
ことができる。また、調色や配色を必要とするとき、い
つでもどこでも欲しい色が得られる。

【００４３】また、原色を４つ以上（たとえば７つ）用
いるので、自然物体がもつ色域内の色を十分にカバーす
ることができ、従来のような３原色による色域の狭さが
改善できる。

【００４４】また、時間の経過による色の劣化も少な
く、ＬＥＤの劣化補正をすることでほとんどなくなる。

【００４５】また、表示素子としてＬＥＤ素子を用いた
ので、電子色票はコンパクトになると同時に、安定した
色を表示できる。また、ＬＥＤ素子の安定性や高速応答
性を利用することで、任意の色を正確に表示できる。

【００４６】なお、ＬＥＤ素子の高安定性を活用すれ
ば、電子色票システムは、色見本としての使用のほか
に、カメラの校正をするための計測用色票などとしても
使用できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 ３原色による色域を表わしたｘ−ｙ色度図

【図２】 自然物体がもつ色域と３原色デイスプレイの
色域を示すｕ'−ｖ'色度図

【図３】 電子色票システムに用いる多原色ＬＥＤによ
る色域を示すｕ'−ｖ'色度図

【図４】 ３原色と多原色(ｎ＝５)における色立体の例
を示す図

【図５】 電子色票システムの構成を示すブロック図

【図６】 パルス幅変調の駆動回路図

【図７】 電子色票システムの表示部の断面図

【図８】 電子色票システムに用いる多原色ＬＥＤの分
光特性のグラフ

【図９】 多原色信号変換方法の原理を説明するための
図

【図１０】 多原色値変換部のフローチャート

【図１１】 多原色信号変換方法の原理を説明するため
の図

【図１２】 色域最適化時のＬＥＤ素子の色立体と自然
物体がもつ色域の比較を示す図

【図１３】 表示時における色域を示す色度図

【図１４】 任意の色の色度図上での位置を示す図

【図１５】 目標色のスペクトルと再現スペクトルのグ
ラフ

【符号の説明】

２０ 目標色入力部、 ２２ 多原色値変換部、
２４ ＰＷＭ信号変換部、 ２６ 駆動部、 ２８
表示部、 ３０ 基板、 ３２ ＬＥＤ、 ３
４ スクリーン、 ３６ 光路、 ３８ 拡散板。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小尾 高史 神奈川県横浜市青葉区奈良３−14−１ あ おば山の手台グランジャルダン６−402 (72)発明者 村上 百合 神奈川県川崎市高津区新作６−１−10 高 津スカイハイツ305 (72)発明者 石井 順一郎 千葉県市川市菅野１−７−７ (72)発明者 服部 英治 大阪府大阪市中央区久太郎町２丁目４番31 号 倉敷紡績株式会社大阪本社内 Ｆターム(参考） 5B057 CA01 CA08 CA12 CA16 CB01 CB08 CB12 CB16 CC01 CE17 CH08 5C077 LL19 MP08 PP32 PP37 PQ12 SS06 5C079 HB01 HB05 HB11 LA23 LB02 LB04 MA11 NA03 PA05

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ｎ色（ｎ＞３）のＬＥＤ素子を発光させ
   て色光を混合して目標色を再現する色再現方法であっ
   て、 ｎ色（ｎ＞３）のＬＥＤをそれぞれ発光させたときの分
   光エネルギー分布Ｓ_ｉ(λ)(ｉ＝１，２，‥,ｎ)（ここ
   にλは波長を表わす）を記憶しておき、目標色の分光エ
   ネルギー分布Ｓ_ｏ(λ)が入力されると、 ＬＥＤ素子の発光によりｎ色の混色の割合α₁,α₂，…,
   α_nで加法混色により作られる分光エネルギー分布Ｓ'
   (λ)＝α_１Ｓ_１(λ)＋α_２Ｓ_２(λ)＋…＋α_ｎＳ_ｎ(λ)
   と目標色の分光エネルギー分布Ｓ_ｏ(λ)とが、Ｓ'(λ)
   とＳ_ｏ(λ)のＸＹＺ３刺激値が一致するという条件のも
   とで、一致するようにα₁,α₂，…,α_nを決定する色再
   現方法。
2. 【請求項２】 前記のα₁,α₂，…,α_nは、Ｓ'(λ)とＳ
   _ｏ(λ)のＸＹＺ３刺激値が一致するという条件のもと
   で、Ｓ'(λ)とＳ_ｏ(λ)とのスペクトル二乗誤差 【数１】 が最小となるα₁,α₂，…,α_nとして決定されることを
   特徴とする請求項１に記載された変換方法。
3. 【請求項３】 ｎ色（ｎ＞３）のＬＥＤ素子と、ＬＥＤ
   素子が発光した光を案内し混合する光路と、光路で混合
   された光を表示するスクリーンとからなる表示部と、 前記のｎ色のＬＥＤ素子をそれぞれ発光させたときの分
   光エネルギー分布Ｓ_ｉ(λ)(ｉ＝１，２，‥,ｎ)（ここ
   にλは波長を表わす）を記憶する記憶部と、 目的となる目標色の分光エネルギー分布Ｓ_ｏ(λ)を入力
   する目標色入力部と、 目標色入力部で入力された目標色を、表示部の各色のＬ
   ＥＤ素子に対応する多原色信号値α₁,α₂，…,α_nに変
   換し、さらに階調数に変換する多原色値変換部と、 多原色値変換部からの多原色階調数信号を基に、表示部
   のＬＥＤ素子を駆動する駆動信号を発生する駆動部とか
   らなり、 前記の多原色値変換部は、ｎ色のＬＥＤ素子の発光によ
   りｎ色の加法混色により作られる分光エネルギー分布
   Ｓ'(λ)＝α_１Ｓ_１(λ)＋α_２Ｓ_２(λ)＋…＋α _ｎＳ
   _ｎ(λ)と目標色の分光エネルギー分布Ｓ_ｏ(λ)とが、
   Ｓ'(λ)とＳ_ｏ(λ)のＸＹＺ３刺激値は一致するという
   条件のもとで、一致するようにα₁,α₂，…,α _nを決定
   することを特徴とする電子色票装置。
4. 【請求項４】 前記のＬＥＤ素子は、色度図においてＲ
   ＧＢの３原色が形成する色三角形の外側の領域にある光
   を発光するＬＥＤ素子を含むことを特徴とする請求項３
   に記載された電子色票装置。
5. 【請求項５】 前記の表示部は、さらに、ＬＥＤ素子の
   発光した光から彩度の高い色を取り出す波長域調整フィ
   ルタを備えることを特徴とする請求項３に記載された電
   子色票装置。
6. 【請求項６】 前記の表示部は、ＬＥＤ素子が発光した
   光を拡散する拡散手段を光路内に備えることを特徴とす
   る請求項３に記載された電子色票装置。
7. 【請求項７】 前記の表示部は、ＬＥＤ素子が発光した
   光を拡散する積分を光路内に備えることを特徴とする請
   求項３に記載された電子色票装置。
8. 【請求項８】 前記の表示部のＬＥＤ素子は、すべての
   ＬＥＤ素子を表示したときに白色となるように選択され
   ていることを特徴とする請求項３に記載された電子色票
   装置。
9. 【請求項９】 前記の駆動部は、パルス幅変調信号でＬ
   ＥＤ素子を駆動することを特徴とする請求項３に記載さ
   れた電子色票装置。