JP3790693B2 - 電子色票装置 - Google Patents

Description

【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】
繊維・印刷・塗装・樹脂プラスチック業から映像・デザインに至るまで、調色・配色などを必要とする分野においては、色彩管理は古くから現物サンプルで行われてきた。しかし、ディスプレイやプリンタなどの画像出力装置や、スキャナやデジタルカメラなどの画像入力装置における急速なデジタル化・高解像度化・フルカラー化に伴い、上に述べたような分野においても、電子的に色彩管理を行うことが多くなってきている。
【０００３】
また、インターネットの爆発的普及に伴い、カラー画像の伝送を行うさまざまなシステムも開発されている。例えば、テレビ電話等を利用した遠隔医療システム、ネットワークを通じたオンライン・ショッピングや電子商取り引き、また絵画や美術館等の画像データベースを用いた電子美術館等の実現が期待されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このように「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。
【０００５】
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。これらのデバイスが表示できる色の範囲(色域)はＲ(赤)、Ｇ(緑)、Ｂ(青)の３原色によって色度図上にはられる色三角形の内側に制限される。しかし、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、このような３原色では十分でないことがわかっている。
【０００６】
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(Pointer'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、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。
【０００７】
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。なお、液晶プロジェクタヘの適用を目的とした、多数の原色を用いたカラー画像表示はすでに行われており、色域拡大が可能であることは実験的に確認されている。
【０００８】
本発明の目的は、広い色域で色彩管理を行う際の色の基準として用いることができる任意の色(物体色)を高精度で電子的に表示できるようにすることである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る電子色票装置は、４色以上の多原色の表示素子と、表示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、目的となる目標色を入力する目標色入力部と、入力された目標色を、表示部の各表示素子に対応する多原色信号値に変換し、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、表示部の表示素子を駆動する駆動信号を発生する駆動部とからなる。表示素子の１例としてＬＥＤ素子を用いる。
好ましくは、前記の目標色入力部は、前記の目標色を表色値で入力する。
好ましくは、前記の目標色入力部は、前記の目標色を分光エネルギー分布で入力する。
【００１０】
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。
【００１１】
【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、三原色だけでなく多数の色光を用いて混合を行って、多数の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 gamut）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。
【００１２】
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１】

【００１３】
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。
【００１４】
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。この目標色は、複数のＬＥＤ素子の各々に対応する多原色信号値に変換される。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ＬＥＤ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。ここで、目標色は、たとえば、ＸＹＺデータや、分光エネルギー分布データとして入力される。以下に説明する実施形態では、目標色としてＸＹＺデータを入力する。
【００１５】
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３刺激値（ＣＩＥ−ＸＹＺの３原色データ）を入力する。ＸＹＺデータは、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ＸＹＺ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、ＸＹＺ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ＸＹＺ入力データを、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ＬＥＤの輝度を表わすものであるが、ＰＷＭ信号変換部２４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。
【００１６】
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。駆動回路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。
【００１７】
図６は、ＬＥＤの輝度をパルス幅変調（ＰＷＭ）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。
【００１８】
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３４までの光路３６を、光を反射する材料で囲み、各ＬＥＤ３２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。
【００１９】
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。ＬＥＤ３２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。
【００２０】
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。
【００２１】
ここで、分光特性を示す図８において、最も短波長側の青色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。
【００２２】
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。
【００２３】
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２】

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（３）、（４）が成り立てばよい。
【数３】

【数４】

ここで、(ｘ_w、ｙ_w)は白色の色度座標である。未知数Ｎ₁，…，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５】

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、それらが上の式（３）、（４）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。
【００２４】
次に、多原色値変換部２２における、ＸＹＺデータから多原色信号値への変換を説明する。３原色ＲＧＢを用いる場合、加法混色の方法に基づけば、Ｒ,Ｇ,Ｂ三原色によつて色立体内部の色を表示する場合、各ＲＧＢの混合する割合を r, g, b (０≦r, g, b≦１)であらわすと、表示される色のＸＹＺの値は、次の式（５）として計算できる。
【数６】

ここでＸ^R，Ｙ^R，Ｚ^RはＲのＸＹＺの値であり、Ｇ，Ｂも同様である。逆にある目標色Ｃ＝(Ｘ，Ｙ，Ｚ)を表示したい場合、ＲＧＢの混合の割合は、式（５）を逆に解いて、
【数７】

とすればよい。ここで、表示したい色Ｃ＝(Ｘ，Ｙ，Ｚ)がＲＧＢの３原色によつて作られる色立体内部の色ならば、ｒ，ｇ，ｂは０≦ｒ，ｇ，ｂ≦１の範囲内で一意に求まる。ここでｒ,ｇ,ｂを原色の信号値と呼ぶ。
【００２５】
次に、本実施形態のように原色を多数(４つ以上)用いて加法混色を行う場合を考える。いま、原色数をｎとし、各原色のＸＹＺ値をそれぞれ
Ｐ₁＝(Ｘ₁，Ｙ₁，Ｚ₁)，Ｐ₂＝(Ｘ₂，Ｙ₂，Ｚ₂)，・・・，Ｐ_n＝(Ｘ_n，Ｙ_n，Ｚ_n)
とし、各原色の混合の割合を０≦α₁,α₂,…,α_n≦１とすると、混合されて作られた色Ｃ＝(Ｘ_C,Ｙ_C,Ｚ_C)は次の式（７）であらわせる。
【数８】

逆に、ある目標色Ｃを表示したい場合は、３原色のときと同様に上式でα₁,α₂，…,α_nを求めればいいが、式の数が３つなのに対し未知数がｎ個あるので、解を一意に求めることができない。一般的に多色表示において０≦α₁,α₂,…,α_n≦１となる解を求めるためには、多色印刷で用いられているような膨大な色変換テーブルを必要とするが、このようなテーブルは膨大であり、作成にも時間がかかる。また表示装置の校正を行う際には、テーブルを用いると補正が困難である。しかし、本システムでは、式（７）を満たし、かつ０≦α₁,α₂,…,α_n≦１であるような解をすべて求める必要はない。なぜなら、式（７）で求まったα₁,α₂,…,α_nを用いて、多原色により色再現を行った場合、式（７）を満たす限りそれらはすべてＸＹＺ値が等しく、人間の目には同じ色に見えるからである。つまり、スペクトルの組成が異なっていてもＸＹＺの値が等しければ同じ色と見なすことができるのである。従って、本システムでは式（７）を満たす解を一つでも見つけることができれば、それで必要十分であるといえる。
【００２６】
図１０は、上述のＸＹＺ値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ＸＹＺ値（Ｘ_i，Ｙ_i，Ｚ_i）を記憶しておく（Ｓ１０）。ユーザーにより目標色のＸＹＺ値（Ｘ_C,Ｙ_C,Ｚ_C）が入力されると（Ｓ１２でＹＥＳ）、ＸＹＺ値から多原色信号値への変換式である式（７）を満足する混色の割合α₁,α₂，…,α_n（０≦α₁,α₂,…,α_n≦１）を計算する（Ｓ１４）。具体的な計算手順は次に説明する。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）。
【００２７】
次に、ＸＹＺ値から多原色信号値への変換を高速に行う手法を説明する。式(７)において、０≦α₁,α₂,…,α_n＜１であるような解を見つけることは、ＸＹＺ空間において、各原色のベクトル
Ｐ₁＝(Ｘ₁，Ｙ₁，Ｚ₁)，Ｐ₂＝(Ｘ₂，Ｙ₂，Ｚ₂)，・・・，Ｐ_n＝(Ｘ_n，Ｙ_n，Ｚ_n)
が作る色立体内部の点（目標色）Ｃ＝(Ｘ_C，Ｙ_C，Ｚ_C)を、Ｐ₁，Ｐ₂，…,Ｐ_nの線形結合で表すということに等しい。そこで、表示したい色ベクトルＣの延長線と、色立体表面との交点をＣ'とし、色立体の頂点Ｗ＝Ｐ₁＋Ｐ₂＋…＋Ｐ_nからみて、交点Ｃ'と反対方向の原色ベクトルを減らしていくことで、まずＣ'をｎ本の原色ベクトルで表すことを考える(図９)。
【００２８】
まず、Ｗからスタートして、減らす原色ベクトルを選択する方法について述べる。図９において、ベクトルＣ及びその延長線上の点はすべて色が等しく、明るさのみが違うことは容易にわかる。そこで原色ベクトルとＣ，Ｃ'，Ｗを色度図上に表すことで、減らす原色を選択する(図１１)。図１１で、Ｃ，Ｃ'を基準にＰ₁，Ｐ₂，…，Ｐ_n，Ｗの各点を角度で表す。すなわち、
【数９】

【数１０】

ただし、各原色とＣ，Ｗの色度座標を(ｘ_i, ｙ_i)、(ｘ_c, ｙ_c)、(ｘ_w, ｙ_w)とした。このとき、
θ_i≦θ_w≦θ_i+1 (１０）
となるようなｉ及びｉ＋１が、減らす原色の組である。そして、これらの原色に対応する信号値α_i，α_i+1を減らすことで(ｘ_c，ｙ_c)に近づける。図１１の５原色の場合（ｎ＝５）ではｉ＝４，ｉ＋１＝５となるので、
(α₁,α₂,α₃,α₄,α₅)＝(１,１,１,ａ,ｂ)
とし、この割合で原色を足し合わせたときに色度値が(ｘ_c，ｙ_c)に等しくなるという条件から方程式をたてると次のようになる。
【数１１】

【数１２】

ここで０≦ａ，ｂ≦１で求まれば、そのときのα₁,α₂,…,α_nが求める解である。ここでもしａ＜０またはｂ＜０となったなら、負となる信号値に対してそれに隣接する原色を減らすことで(ｘ_c，ｙ_c)に近づける。たとえばａ＜０であるならば、
(α₁,α₂,α₃,α₄,α₅)＝(１,１,ａ,０,ｂ)
とし、ｂ＜０ならば、
(α₁,α₂,α₃,α₄,α₅)＝(ｂ,１,１,ａ,０)
とし、ａ＜０かつｂ＜０ならば、
(α₁,α₂,α₃,α₄,α₅)＝(ｂ,１,ａ,０,０)
とし、前述の方程式（１１）、（１２）に当てはめて再度計算する。こうして０≦(ａ，ｂ)≦１となるまで繰り返し作業を行うことにより、交点Ｃ'をＰ₁,…,Ｐ_nの線形結合で表すことができる。あとは、

とすれば、（ｋα₁,ｋα₂,…,ｋα_n）が求める解（目標色を表わす混合の割合）である。
【００２９】
この変換手法を用いることにより、多色表示により表示可能な色空間(色立体)内部の目標色(Ｘ_C，Ｙ_C，Ｚ_C)に対して各原色信号値(α₁,α₂,…,α_n)を求めることができる。特に各色度点における最大輝度の色、すなわち色立体表面上の点に対応する色を再現する際に与える信号値については、上記の手法で求められる最大原色信号値として一意に決定される。
【００３０】
なお、最大原色信号値以外の信号値については信号値の範囲で任意性があるので、（１）量子化誤差等を最小にするような信号値、（２）Ｓ/Ｎ比を高くするような信号値など、システムの特性に合わせた信号値を使用できる。
【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１３】

として求めた。
【００３２】
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。

【００３３】
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１ＬＥＤ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。
【００３４】
図１２に示すグラフは、上の結果によるＬＥＤ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。
【００３５】
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示す。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。
【００３６】
次に、任意のＸＹＺを入力し本システムにて表示された色を計測し色再現性を確かめた。以下にＸＹＺ入力から表示までの処理の流れを示す。
（１）目標色をＸＹＺ値にて入力する。
（２）表示部にて測定した各ＬＥＤのＸＹＺ値を基に、目標色のＸＹＺ値を多原色信号に変換する。
（３）多原色信号値を階調数にて量子化する。
（４）量子化された多原色信号値をパルス幅変調信号に変換する。
（５）各ＬＥＤがドライブされ、色が表示される。
ここで、（３）階調の数に関しては、２５階調とした。また、入力したＸＹＺ値は図１４の５点である。評価方法は、入力したＸＹＺ値に対し、量子化を行った後のＸＹＺ値及び測定して得られたＸＹＺ値から、それらのＬａｂ色差を出すことでおこなった。その結果を次の表１に示す。入力−量子化の誤差が比較的大きいという問題をもっているが、入力色を精度よく再現することが確かめられた。
【００３７】
【表１】

【００３８】
より詳細には、明るい色に対してはよい精度で任意の色が得られたが、暗い色に対しては色差が大きくでてしまうことがわかった。しかし、多原色信号値の階調数への量子化の精度を上げること、暗い色に階調数を多くとること、ＬＥＤ素子の明るさをさらに精確に制御することにより解決できると考えられる。また、この電子色票を実際に色見本として使うことを考えると、絶対的な明るさを高くすることが望ましいが、これには、光量の損失をさらに抑えることや、ＬＥＤ素子の個数の増加により対応できる。
【００３９】
上述の実施形態では、目標色のＸＹＺデータを目標色入力部２０に入力した。目標色として分光エネルギー分布を入力することもできる。この場合、目標色入力部２０にスペクトル分布（分光反射率または分光輝度）を入力する。目標色を多原色ＬＥＤの階調数信号に変換する計算は、各原色ＬＥＤを最大輝度で発光させたときのスペクトル分布Ｓ_ｉ(λ)（ｉ＝１，２，…，ｎ）を用いてスペクトル分布をマッチングさせるようにおこなえばよい。ここでλは波長を表わす。ｎ原色の加法混色により作られるスペクトル分布は、以下の式（１５）で与えられる。
Ｓ'(λ)＝β_１Ｓ_１(λ)＋β_２Ｓ_２(λ)＋…＋β_ｎＳ_ｎ(λ) （１５）ここで、β_ｉ(ｉ＝１，２，…，ｎ)はｉ番目の原色の混合の割合である（０≦β₁，β₂，…，β_n≦１）。再現したい目標スペクトルＳ_ｏ(λ)とすると、Ｓ_ｏ(λ)＝Ｓ'(λ)となるようにβ_ｉを決定する。ここで、例えば、複数の波長λ_ｊ（ｊ＝１，２，…，ｍ）について目標スペクトルＳ_ｏ(λ_ｊ)とスペクトル分布Ｓ_ｉ(λ_ｊ)の値を求め、ｍ個の連立方程式から目標スペクトルＳ_ｏ(λ_ｊ)に最も近くなるβ_ｉ(ｉ＝１，２，…，ｎ)を決定する。そして、そのβ_ｉを用いて各原色のＬＥＤを発光させる。
【００４０】
【発明の効果】
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。
【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。すなわち、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
【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、
３４ スクリーン、 ３６ 光路、 ３８ 拡散板。

Claims (9)

1. ４色以上の多原色の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、
   目的となる目標色を入力する目標色入力部と、
   入力された目標色を、表示部の各ＬＥＤ素子に対応する多原色信号値に変換し、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
   からなる電子色票装置。
2. 前記の目標色入力部は、前記の目標色を表色値で入力することを特徴とする請求項１に記載された電子色票装置。
3. 前記の目標色入力部は、前記の目標色を分光エネルギー分布で入力することを特徴とする請求項１に記載された電子色票装置。
4. 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素子を含むことを特徴とする請求項１に記載された電子色票装置。
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１に記載された電子色票装置。
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１に記載された電子色票装置。
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１に記載された電子色票装置。
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１に記載された電子色票装置。
9. 前記の駆動部は、パルス幅変調信号でＬＥＤ素子を駆動することを特徴とする請求項１に記載された電子色票装置。

Images