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EFFICIENT UTILIZATION METHOD FOR ILLUMINATION LIGHT BY COLOR CHANGE BASED ON CONTROL OF SPECTRAL DISTRIBUTION CHARACTERISTICS OF ILLUMINATION AND SPECTRAL REFLECTION CHARACTERISTICS OF COLOR MATERIAL, AND ILLUMINATION SYSTEM UTILIZING THE SAME commons

Patent code P150012154
File No. DP1461
Posted date Jul 29, 2015
Application number P2013-002493
Publication number P2014-135195A
Patent number P6025101
Date of filing Jan 10, 2013
Date of publication of application Jul 24, 2014
Date of registration Oct 21, 2016
Inventor
  • (In Japanese)坂東 敏博
Applicant
  • (In Japanese)学校法人同志社
Title EFFICIENT UTILIZATION METHOD FOR ILLUMINATION LIGHT BY COLOR CHANGE BASED ON CONTROL OF SPECTRAL DISTRIBUTION CHARACTERISTICS OF ILLUMINATION AND SPECTRAL REFLECTION CHARACTERISTICS OF COLOR MATERIAL, AND ILLUMINATION SYSTEM UTILIZING THE SAME commons
Abstract PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an efficient utilization method for illumination light by color change based on control of spectral distribution characteristics of illumination and spectral reflection characteristics of a color material, capable of achieving efficient utilization of illumination light, and of suppressing color change of a general color material in which a spectral reflective index changes gently.
SOLUTION: In an efficient utilization method for illumination light, preparations are preliminarily performed so that spectral distribution characteristics A of illumination and spectral reflection characteristics B of a color material respectively have comb teeth shapes similar to each other when a horizontal axis indicates a wavelength and a vertical axis indicates a spectrum intensity or a spectral reflective index. A phase difference between the spectral distribution characteristics A of illumination and the spectral reflection characteristics B of the color material is controlled to control stimulus values of human eyes to respective RGB sensors, calculated by multiplying a product of the spectral distribution characteristics A of illumination and the spectral reflection characteristics B of the color material by a spectral sensitivity of a sensor responsible for color sense of human eyes. By changing a mixture ratio of the three RGB stimulus values respectively controlled in such the way, color reflected on the human eyes is changed.
Outline of related art and contending technology (In Japanese)

先に本願発明者は、
(1)人間が見える色というのは色材と照明の組み合わせであって、Aを照明の分光分布(光源データより得られる)、Bを色材の分光反射率(反射特性。逆に言えば透過率)とすると、人間による色の見え方はA×Bに応じて変化すること(図7参照)、そして、
(2)LED照明は、
i) 分光分布の幅が狭いことと、
ii) 様々な分光分布のものを得ることができること、
という特徴があることを認識していること、を発想の根拠に、照明と色材の組み合わせを工夫することにより、例えば、照明変化により色彩が変化する色材と変化しない色材の組み合わせを作り、照明のコントロールひとつで模様を浮き上がらせたり消したり、或いは模様を変化させたりできる「照明によるパターン変化の演出法」を発明、提案している(特許文献1参照)。

これに引き続き、本願発明者は、例えば、宝飾品のディスプレイにあって、上記A×Bの考え方を適用すると、Aは同様に照明の分光分布であるが、Bは対象物である宝飾品の分光反射率(反射特性)と考えることができることを見い出し、そして、そのような考え方が適用できる余地があるとすれば、Aを刻々と変化させる手法によれば、現状のように観る者の視点の動きを伴わずとも、宝飾品が魅力的に見える要因ともなっている明度分布の急激な変化によるきらめき感や、プリズムの原理による虹色への分光の態様が刻々と変化することに依る宝飾品としての魅力的な色彩美を得ることが可能なディスプレイ方法および装置を提供できる可能性があることを見い出し、スペクトル可変照明光を用いた宝飾品のディスプレイ方法および装置を発明、提案している(特許文献2参照)。
この特許文献2に係る発明は、いわば、照明の分光分布特性の制御に基づく色彩変化を用いた発明に該当する。

上記特許文献2に係る発明においては、照明光源としては、スペクトル成分強度を時間的に変化させることが可能なもの、例えば、ピーク波長の異なる多数のLEDの輝度をコンピュータ制御するものや、波長プログラマブル光源を用いれば良い旨、開示されている。
一実施形態においても、そのようなスペクトル可変照明光源として、内蔵されているデジタルマイクロミラーデバイス(DMD; Digital Micromirror Device)が制御されることにより光の色や分光分布が制御され得る波長プログラマブル光源が例示されている。
この装置では、集光されたXeランプ光源からの光がDMDに投射される。そして、DMDの個々のミラーがオン状態に傾いている時の光が投影レンズで拡大され、外部出力される。一方、DMDミラーがオフ状態に傾いているときの光は投影レンズに入らず、捨てられる。

このようなスペクトル可変照明光源では、ミラーをオンにしている時間とオフにしている時間の比率で外部出力の明るさが制御される。すなわち、100%オン状態だと最大輝度となるし、50%オン、50%オフだと半分の輝度になる。
またそのようなスペクトル可変照明光源では、カラー外部出力を得るために、一般的に、光源とDMDの間に高速で回転するカラーホイールを配置し、R、G、Bの光を時分割でDMDに当てる手法(単板方式)を採っている。例えば赤色を投影したい場合には赤の光がDMDに当たっている瞬間だけミラーをオン状態にする。
なお、DMDを3個用い、光源もR、G、Bの3つを用意する手法もある。

上記DMDを構成するミラーは一般にマイクロ秒単位でオン、オフを変化させることができるため、上記特許文献2に係る発明においてはこの特性を生かして時々刻々とそのスペクトル成分を変化させ得るスペクトル可変照明光源を実現している。なお、上記特許文献2に係る発明において用いられた波長プログラマブル光源では、例えば1nm毎の波長設定が可能な程度の高精度が実現されている。

Field of industrial application (In Japanese)

本発明は、照明の分光分布特性および色材の分光反射特性の制御に基づく色彩変化による、照明光の効率的利用方法、並びに当該方法を利用した照明システムに関する。

Scope of claims (In Japanese)
【請求項1】
 
照明の分光分布特性および色材の分光反射特性の制御に基づく色彩変化による、照明光の効率的利用方法であって、
照明の分光分布特性および色材の分光反射特性のそれぞれを、横軸を波長、縦軸をそのスペクトル強度または分光反射率としてみたときに、互いに相似したいわゆる櫛歯形状となるように予め準備し、
前記照明の分光分布特性と前記色材の分光反射特性との位相差を制御することにより、前記照明の分光分布特性と前記色材の分光反射特性との積に、人間の目の色覚を担うセンサの分光感度を掛けることによって求まる人間の目のR、G、B各センサへの刺激値を制御し、そして、
このようにしてそれぞれがコントロールされたR、G、B三刺激値の混合比率を変化させることで、人間の目に映る色彩を変化させることを特徴とする、照明の分光分布特性および色材の分光反射特性の制御に基づく色彩変化による、照明光の効率的利用方法。

【請求項2】
 
前記照明の分光分布特性は、制御装置によって分光分布特性が制御されるスペクトル可変照明光源により形成されることを特徴とする請求項1に記載の照明光の効率的利用方法。

【請求項3】
 
前記スペクトル可変照明光源は、内蔵されているデジタルマイクロミラーデバイスが制御されることにより分光分布特性が制御され得る波長プログラマブル光源からなることを特徴とする請求項2に記載の照明光の効率的利用方法。

【請求項4】
 
前記色材の分光反射特性は、特別の色素に因らず物理的構造に基づく光学現象による発色や光沢を呈する構造色からなっていることを特徴とする請求項1~3のいずれかに記載の照明光の効率的利用方法。

【請求項5】
 
前記照明の分光分布特性と前記色材の分光反射特性との位相差を制御する手法として、前記照明の分光分布特性の位相を制御する手法が選ばれることを特徴とする請求項1~4のいずれかに記載の照明光の効率的利用方法。

【請求項6】
 
請求項1~5のいずれかに記載の照明光の効率的利用方法を利用した照明システムであって、
観測者の目に映る対象となる色材と、
前記色材に光を照射する光源であって、時間的に当該光源の分光分布特性を変化させ得るスペクトル可変照明光源と、
前記スペクトル可変照明光源に接続され、予め内部メモリ中に格納された制御プログラムまたは外部指令に基づいて時間的に前記スペクトル可変照明光源の分光分布特性を変化させる指令を送出して前記スペクトル可変照明光源を制御する制御装置と、
を備え、
前記スペクトル可変照明光源の分光分布特性および前記色材の分光反射特性のそれぞれは、横軸を波長、縦軸をそのスペクトル強度または分光反射率としてみたときに、互いに相似したいわゆる櫛歯形状からなっており、
前記スペクトル可変照明光源の分光分布特性と前記色材の分光反射特性との位相差が時間的に制御されることにより、前記スペクトル可変照明光源の分光分布特性と前記色材の分光反射特性との積に、さらに人間の目の色覚を担うセンサの分光感度を掛けることによって求まる人間の目のR、G、B各センサへの刺激値が制御され、このようにしてそれぞれがコントロールされたR、G、B三刺激値の混合比率を変化させることで、前記観測者の目に映る前記色材の色彩を変化させ得ることを特徴とする照明システム。

【請求項7】
 
前記スペクトル可変照明光源は、内蔵されているデジタルマイクロミラーデバイスが制御されることにより分光分布特性が制御され得る波長プログラマブル光源からなることを特徴とする請求項6に記載の照明システム。

【請求項8】
 
前記色材の分光反射特性は、特別の色素に因らず物理的構造に基づく光学現象による発色や光沢を呈する構造色からなっていることを特徴とする請求項6または7に記載の照明システム。
IPC(International Patent Classification)
F-term
Drawing

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JP2013002493thum.jpg
State of application right Registered
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