JPH08261827A - 回折格子による色彩表示体およびその作製方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】光の波長分布レベルで任意の色彩を表現する。 【構成】任意の空間周波数成分を有する回折格子によっ
て構成され、照射される照明光の波長成分を分離変調
し、特定位置への回折光を利用して色彩を表示する色彩
表示体。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、照明光で照明し、特定
位置から観察することによって、分光分布まで特定した
色彩を表現できる色彩表示体とその作製方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】色を表現する場合、下記の２通りの方法
が一般的である。

【０００３】顔料や染料を混合し、任意の色を表現す
ることによる、減色混合を利用した表現方法。 ＣＲＴモニターに代表される赤・青・緑の３原色によ
る、加法混色を利用した表現方法。

【０００４】上記のような、人間の三刺激値を利用す
る方法は、目的に近い色を簡便に表現できる方法ではあ
るが、物理学的な光の波長分布としての色（任意の波長
分布を有する色）の表現は出来ない。

【０００５】上記のことは、既存の顔料や染料（上記３
原色であるカラーフィルターの赤・青・緑の各原色）で
は、それらが本来的に有している分光特性が既に決定し
ており、任意の波長分布を有する色を表現することが不
可能であることに起因する。

【０００６】そのため、観察者（個体差）による色の見
え方の違い、特に色覚異常者による色評価や、人間以外
の動物による色評価、さらには分光測定などに用いるた
めの標準色表（カラー・チャート）などに用いることが
出来るような色表現は実現されなかった。

【０００７】また、３原色を用いない上記の方法で
は、特別にインキを調合することによって任意の色彩を
表現しているが、これらは非常に大変な作業であり、た
くさんの色彩を表現することは、現実的に不可能であ
る。

【０００８】また、これらの方法は、物体の光の吸収を
利用した方式（物体が、白色光のうち、特定波長分布を
有する光を発し、前記分布に応じた色彩を呈する現象で
あって、残りの波長成分は、物体が吸収してしまうこ
と）であるため、彩度の高い色彩（分布を有さず、特定
波長の光による色彩）を表現することが出来ない。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】以上のように、従来の
色彩表示方法においては、光の波長分布のレベルで任意
の色彩を表現することが出来なかった。

【００１０】本発明は、簡便に光の波長分布レベルで任
意の色彩を表現することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決する手段】上記目的を達成するために、本
発明では、光の回折の現象を利用した色彩表示体とその
作製方法を提供する。

【００１２】すなわち、請求項１に記載の発明は、任意
の空間周波数成分を有する回折格子によって構成され、
照明光の照射による特定位置への回折光を利用して色彩
を表示する色彩表示体である。

【００１３】請求項２に記載の発明は、光の波長を示す
変数をλ、表示する色彩の波長分布を示す関数をｃ
（λ）、表示体を照明する照明光の波長分布を示す関数
をｌ（λ）、表示体への照明光の入射角度をα、表示体
から特定位置への回折光の回折角度をβ、空間周波数を
ｆｘとした場合、空間周波数分布を示す関数である次式
Ｆ（ｆｘ）を満たすことを特徴とする任意の空間周波数
成分を有する回折格子による色彩表示体である。 Ｆ（ｆｘ） ＝ｃ（λ）／ｌ（λ） ＝ｃ（（sin α＋sin β）／ｆｘ）／ｌ（（sin α＋si
n β）／ｆｘ）

【００１４】請求項３に記載の発明は、以下の一連の工
程を具備することを特徴とする色彩表示体の作製方法で
ある。 (a) 視差が１次元方向以下の、第１のホログラムを作製
する工程。 (b) 表現しようとする任意の波長分布に対応する透過率
分布として、透過光の強度を変調する手段を準備する工
程。 (c) 前記手段を通して、第１のホログラムから回折光を
再生させ、強度が変調された回折光と参照光とを干渉さ
せて、第２のホログラムを作製する工程。

【００１５】

【作用】本発明の色彩表示体では、照明光の波長成分を
回折格子を用いて分離変調し、任意の波長分布を有する
光を表現できるため、波長分布レベルにおいてでも任意
の色彩を表現できる。

【００１６】また、回折格子は、凹凸（レリーフ）の形
でも表現できるため、レリーフ型の色彩表示体（マスタ
ー）を作製すれば、それから得られるスタンパを用いた
熱プレスなどのいわゆるエンボス法で複製できるため、
低コストでの大量生産に適している。

【００１７】

【実施例】以下、上記のような考え方に基づく本発明の
実施例について、図面を参照して詳細に説明する。

【００１８】回折格子では、光は以下に示すように回折
する。

【００１９】空間周波数ｆの回折格子に、角度αで波長
λの光を入射したとき、回折光は角度βで回折するとす
ると、それらの関係は次式（式１）で表される。

【００２０】λ＝（sin α＋sin β）／ｆ （式１）

【００２１】つまり、白色光を角度αで、空間周波数ｆ
の回折格子に入射させると、角度β方向には、白色光の
成分のうち、波長λの光が回折することになる。

【００２２】本発明では、回折格子に任意の空間周波数
成分を持たせることにより、回折光が任意の波長分布を
有するようにする。

【００２３】表現したい色彩の波長分布を、関数ｃ
（λ）で表す。ｃ（λ）は、図２に示すような、各波長
に対する相対的な強度分布を表す分布関数である。

【００２４】上記ｃ（λ）の波長分布を持つ回折光を回
折する回折格子の空間周波数成分を示す関数Ｆ（ｆｘ）
は、次式（式２）のようになる。

【００２５】 Ｆ（ｆｘ）＝ｃ（λ） ＝ｃ（（sin α＋sin β）／ｆｘ） （式２）

【００２６】つまり、Ｆ（ｆｘ）の空間周波数分布を持
つ回折格子に、波長分布が一定な白色光を角度αから照
明すると、角度βでは、ｃ（λ）の分布を持つ回折光が
観察されることになる。

【００２７】関数Ｆ（ｆｘ）は、図３に示すような、空
間周波数と相対強度との関数を表す。関数Ｆ（ｆｘ）を
フーリエ変換することによって、回折格子の形状を求め
ることができる。

【００２８】上記では、照明光の波長分布が一定である
ことを前提としたが、照明光の波長分布が関数ｌ（λ）
で表されるとし、その影響を考慮すると、上式２は下記
式３のようになる。

【００２９】 Ｆ（ｆｘ） ＝ｃ（λ）／ｌ（λ） ＝ｃ（（sin α＋sin β）／ｆｘ）／ｌ（（sin α＋sin β）／ｆｘ） （式３）

【００３０】つまり、Ｆ（ｆｘ）の空間周波数分布をも
つ回折格子に、波長分布がｌ（λ）の光を角度αから照
明すると、角度βでは、ｃ（λ）の分布を持つ回折光が
観察されることになる。関数Ｆ（ｆｘ）をフーリエ変換
することによって、回折格子の形状を求めることができ
る。

【００３１】このようなＦ（ｆｘ）の空間周波数分布を
持つ回折格子は次のような方法で作製できる。

【００３２】(1) 第１ホログラムの撮影 まず、１次元以下の方向に視差を有するホログラムを撮
影する。

【００３３】図４に示すように、拡散板を被写体として
ホログラム撮影（以後、感光材料に、参照光と干渉させ
て物体光を記録することをホログラム撮影と称する）す
ることにより、全く視差を持たない（言い換えれば、０
次元の視差を有する）ホログラムが撮影される。拡散板
を被写体（物体光）としたホログラムを第１ホログラム
とする。

【００３４】(2) 第２ホログラムの撮影 第１ホログラムからの再生光と参照光とで第２ホログラ
ムを撮影する。（図５参照）

【００３５】第２ホログラムの撮影時に、第１ホログラ
ムは傾けて配置することが望ましい。傾斜角度γは、第
２ホログラムとなるホログラム感材への参照光の入射角
をα’とすると、tan γ＝sin α’（式４）の関係を満
たすことが望ましい。

【００３６】表現する色彩の精度によっては、式４の関
係を厳格に満たす必要はなく、第１ホログラムを傾けず
に配置するような光学系で撮影を行っても良い。

【００３７】第２ホログラムの撮影時に、第１ホログラ
ムからの再生光を、光変調要素を用いて強度の変調をか
ける。強度変調は、表現したい色彩の波長分布によって
決定される。

【００３８】空間周波数分布が、Ｆ（ｆｘ）で表される
ような回折格子を第２ホログラムとして撮影するような
光変調について、以下に説明する。

【００３９】図５の光学系において、第２ホログラム
（ホログラム感材）の中央から光変調要素上のある１点
に対してなす角度をβ’とし、この点を通過する第１ホ
ログラムからの再生光の相対強度は、この点での光変調
要素の相対透過率として表現される。

【００４０】相対透過率Ｉ（β’）は、次式で与えられ
る。尚、ホログラム撮影時のレーザーの波長をλ’とす
る。

【００４１】 Ｉ（β’） ＝Ｆ（（sin α’＋sin β’）／λ’） ＝ｃ（λ’・（sin α＋sin β）／（sin α’＋sin β’））÷ ｌ（λ’・（sin α＋sin β）／（sin α’＋sin β’）） （式５）

【００４２】すなわち、表現したい光の波長分布が関数
Ｃ（λ）で与えられ、照明光の波長分布関数がｌ
（λ）、照明光の入射角がα、表現したい光の回折方向
がβ、ホログラム撮影時のレーザーの波長がλ’である
場合、光変調要素上の位置を示す角度β’の点での相対
透過率を、光変調要素上の全面に渡り、相対透過率分布
として示せば良いことになる。

【００４３】前記分布を示す関数は、上式５で示され
る。

【００４４】図５の例では、光変調要素は第１ホログラ
ムの再生光側に配置したが、第１ホログラムの入射光側
に配置し、照明光を変調するように配置しても良い。

【００４５】また、本実施例では、ホログラフィックな
光学系を利用した撮影方法によって、色彩表示体を作製
する方法を示したが、電子線描画装置やレーザー描画装
置を用いて、Ｆ（ｆｘ）の空間周波数分布をもつ回折格
子を直接描画することによっても良い。

【００４６】このように作製された色彩表示体を、図６
に示すようにして、光（任意の波長分布を有する色）を
表現する。

【００４７】照明する光源は、ｌ（λ）の波長分布を持
ち、角度αで色彩表示体（回折格子）に入射する。

【００４８】色彩表示体からは、角度βの方向に波長分
布ｃ（λ）の光が回折する。回折格子の大きさを考慮す
ると、図５における距離ｄに相当する位置で観察もしく
は測定する光が、最も精度良く所望の波長分布を再現す
る。

【００４９】尚、図６では反射回折光を用いたが、図７
に示すように、透過回折光を利用するような構成にして
も良い。

【００５０】また、回折格子は、凹凸（レリーフ）の形
でも表現できるため、レリーフ型の色彩表示体（マスタ
ー）を作製すれば、それから得られるスタンパを用いた
熱プレスなどのいわゆるエンボス法で複製できるため、
低コストでの大量生産に適している。

【００５１】熱エンボスなどで複製される回折格子は、
アクリルなどの樹脂や、銅・アルミなどの金属表面に直
接成形する場合と、図８に示すように、樹脂表面に凹凸
を成形したものを、ガラス・金属・樹脂などの基材に接
着層を介して貼り付ける場合とがあり、用途に応じて使
用時の形態を適宜使い分ける。

【００５２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
任意の波長分布を持つ光を表現することができるので、
色彩を波長分布レベルで指定した厳密な表示を行うこと
が可能である。

【００５３】また、非常に純度の高い色彩を表現できる
ため、彩度の高い色でも表現できる。

【００５４】本発明の応用分野として、観察者もしくは
観察装置の個体差による色彩特性（視覚特性）を測定す
ることや、分光測定における測定時の標準色として利用
することによって、分光測定装置の初期化の精度を向上
させることなどが可能になる。

【００５５】

【図面の簡単な説明】

【図１】回折格子による照明光と回折光の関係を示す説
明図。

【図２】表現しようとする色の波長分布を示すグラフ。

【図３】図２の波長分布を持つ色を回折する回折格子の
空間周波数分布を示すグラフ。

【図４】第１のホログラムの撮影光学系の概要を示す説
明図。

【図５】第２のホログラムの撮影光学系の概要を示す説
明図。

【図６】反射回折光を利用した色彩表示体の再生の概要
を示す説明図。

【図７】透過回折光を利用した色彩表示体の再生の概要
を示す説明図。

【図８】色彩表示体の構成の一例を示す説明図。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｇ０３Ｈ 1/22 Ｇ０３Ｈ 1/22 Ｇ０９Ｆ 19/12 Ｇ０９Ｆ 19/12 Ｌ

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】任意の空間周波数成分を有する回折格子に
   よって構成され、照明光の照射による特定位置への回折
   光を利用して色彩を表示する色彩表示体。
2. 【請求項２】光の波長を示す変数をλ、表示する色彩の
   波長分布を示す関数をｃ（λ）、表示体を照明する照明
   光の波長分布を示す関数をｌ（λ）、表示体への照明光
   の入射角度をα、表示体から特定位置への回折光の回折
   角度をβ、空間周波数をｆｘとした場合、 空間周波数分布を示す関数である次式Ｆ（ｆｘ）を満た
   すことを特徴とする請求項１記載の色彩表示体。 Ｆ（ｆｘ） ＝ｃ（λ）／ｌ（λ） ＝ｃ（（sin α＋sin β）／ｆｘ）／ｌ（（sin α＋si
   n β）／ｆｘ）
3. 【請求項３】以下の一連の工程を具備することを特徴と
   する色彩表示体の作製方法。 (a) 視差が１次元方向以下の、第１のホログラムを作製
   する工程。 (b) 表現しようとする任意の波長分布に対応する透過率
   分布として、透過光の強度を変調する手段を準備する工
   程。 (c) 前記手段を通して、第１のホログラムから回折光を
   再生させ、強度が変調された回折光と参照光とを干渉さ
   せて、第２のホログラムを作製する工程。
4. 【請求項４】工程(a) において、視差を持たない拡散光
   を物体光とする第１のホログラムを作製することを特徴
   とする請求項３記載の色彩表示体の作製方法。
5. 【請求項５】工程(b) において、任意の波長分布に対応
   する透過率分布を示す関数である次式で与えられる相対
   透過率Ｉ（β’）を満たす光強度変調手段を用いること
   を特徴とする請求項３または請求項４に記載の色彩表示
   体の作製方法。 Ｉ（β’） ＝Ｆ（（sin α＋sin β’）／λ’） ＝ｃ（λ’・（sin α＋sin β）／（sin α＋sin
   β’））÷ｌ（λ’・（sin α＋sin β）／（sin α＋
   sin β’）） （上式においては、光の波長を示す変数λ、第２のホロ
   グラムを作製する際に用いるレーザー光の波長λ’、第
   ２のホログラムの中央から光強度変調手段のある１点ま
   でのなす角度β’、表示する色彩の波長分布を示す関数
   ｃ（λ）、表示体を照明する照明光の波長分布を示す関
   数ｌ（λ）、表示体への照明光の入射角度α、表示体か
   ら特定位置への回折光の回折角度β）