(57)【要約】放射線源（３１２）を使用して色を表示するカラーディスプレイ装置（３０１）及び方法を提供する。このディスプレイは、複数の放射線源（３１２）と、ディスプレイ面（３２４）と、正確かつ再現可能なカラー表示を可能にする制御ハードウェア（２３０）及びソフトウェアとを含むことができる。別の装置は、要求時に色を生成し、色スペクトルの生成に関するデジタル情報をローカル又はリモートのディスプレイ装置に伝達する手段を提供する。この装置は、サプライヤの制約を受ける色を選択して注文するのに使用することができる。【選択図】図３
2005500579.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
前端部と、後端部と、内部空間と、前記前端部と前記後端部の両方と交わっている軸線（Ｊ）と、前記前端部と前記後端部との間に延在している平面内にある少なくとも１つの側壁であって、前記内部空間に反射性内面を有している、前記側壁と、前記軸線に実質的に垂直である平面内にある内側空間の外周部と、を備えている柱状構造、
望ましい波長スペクトルを有する放射線を発するように適合化されている放射線発光体、及び、
前記柱状構造の前記前端部に位置する拡散ディスプレイ面を備えているビューウィンドウ、
を具備する、ディスプレイ装置。
【請求項２】
前記放射線発光体が前記柱状構造内に放射線を発する、請求項１に記載の装置であって、
複数の波長帯域のそれぞれの強度を表している入力信号を受信する手段と、
前記入力信号に応答して、それぞれが前記複数の波長帯域のそれぞれ異なる１つに対応する複数の変調制御信号を生成する強度変調器と、
を更に具備しており、
複数の被変調放射線源が、前記複数の変調制御信号に応答して複数の放射線ビームを供給し、前記ビームのそれぞれが、前記複数の波長帯域のそれぞれ異なる１つに対応する、
装置。
【請求項３】
１つ以上の波長にて前記放射線源から発せられている前記放射線の特性を監視する手段と、
前記監視された特性を望ましい一連の特性と比較し、前記望ましい一連の特性を提供するように前記強度変調器への前記入力信号を調整するフィードバック手段と、
を備えているカラー制御システムを更に具備している、請求項２に記載の装置。
【請求項４】
色を表示する装置であって、
１つ以上の着色剤の光学特性に対応するデータが中に格納されているコンピュータメモリ手段と、
ユーザによって選択された着色剤の組合せに応答して、前記格納されているデータを読み取って前記１つ以上の着色剤の前記光学特性を結合する手段と、
前記着色剤の組合せに対応する放射スペクトルを生成するために、複数の波長帯域のそれぞれの強度を表している入力信号を生成する手段と、
前記複数の波長帯域のそれぞれの強度を表している入力信号を受信する手段と、
前記入力信号に応答して、それぞれが前記複数の波長帯域のそれぞれ異なる１つに対応する複数の変調制御信号を生成する強度変調器と、
それぞれが前記複数の波長帯域のそれぞれ異なる１つに対応する複数の放射線ビームを供給する多波長放射線源であって、前記複数の制御信号に応答して、各放射線ビームの強度を制御して複数の変調された放射線ビームを供給する、前記多波長放射線源と、
前記変調された放射線ビームを結合して前記色を表示する手段と、
１つ以上の波長にて前記表示されている色の特性を監視する手段と、
前記監視された特性を望ましい一連の特性と比較し、前記望ましい一連の特性を提供するように前記強度変調器への前記入力信号を調整するコントローラと、
を具備している、装置。
【請求項５】
前記変調された放射線信号を結合する前記手段が、ディスプレイ装置を備えており、前記ディスプレイ装置が、
回転の極軸と反射性内面とを持つ、少なくとも部分的な外側球と、
前記極軸に沿って前記部分的な外側球の中に取り付けられている少なくとも部分的な内側球であって、反射性内面と反射性外面とを有し、前記内側球の前記反射性外面と前記外側球の前記反射性内面との間に放射線経路を形成している、前記内側球と、
放射線の１本以上のビームを前記放射線経路に伝えるように適合化されている１つ以上の放射線源と、
前記外側球を貫いて前記内側球まで延在しておりかつ極軸に沿って位置しているビューウィンドウであって、前記外側球から前記内側球まで延在している側壁によって囲まれており、前記側壁が、前記放射線経路の境界を成しておりかつここに入射する放射線を前記内側球に反射するように適合化されている内側反射面を有する、前記ビューウィンドウと、
前記ビューウィンドウに隣接する、前記内側球における透明な放射線入口と、
前記極軸に実質的に垂直な、前記ビューウィンドウ内に位置しているディスプレイ面と、
を含んでいる、請求項４に記載の装置。
【請求項６】
周囲と、中心と、裏側と、表側とを有する光伝導板、及び、
前記板の前記周囲付近に分散配置されておりかつ前記中心の方に放射線を発するように適合化されている複数の放射線源、
を備えており、
前記板の前記裏側が、前記板の前記表側のディスプレイ面の方に前記放射線を反射するのに十分な粗さを有する、
ディスプレイ装置。
【請求項７】
複数の個々の着色剤を所定の割合で混合することによって生成される混合色を表示する方法であって、
（ａ）個々の各着色剤によって生成される色の放射線スペクトルを供給するステップと、
（ｂ）前記放射線スペクトルを少なくとも４つの波長帯域に分割するステップと、
（ｃ）各波長帯域の強度を決定するステップと、
（ｄ）前記強度を放射線源に送信するステップと、
（ｅ）前記波長帯域のそれぞれの中で波長の狭帯域を選択するステップと、
（ｆ）複数の放射線のビームを生成するステップであって、放射線の各ビームが、本質的に、選択された波長の狭帯域に波長が一致し、かつそれぞれの波長帯域に強度が一致する、前記ステップと、
（ｇ）前記放射線のビームを結合して前記色を表示するステップ、
を含んでいる、方法。
【請求項８】
前部と後部とを有するディスプレイ装置であって、
第１の平面に対して対称的な凹形の反射性内面と第１の有効直径とを有する、前記ディスプレイの後部における第１の反射体と、
前記第１の平面に対して対称的な凹形の反射性内面を有しかつ前記第１の反射体に面している、前記ディスプレイの前記前部における第２の反射体であって、前記第１の有効直径よりも小さい第２の有効直径を有する、前記第２の反射体と、
前記装置の前記前部における前記第２の反射体の中のビューウィンドウと、
前記第２の反射体に面しておりかつ前記第１の平面に対して対称的である、前記第１の反射体の前記後部に取り付けられている凸形の反射性の衝突面と、
前記第１の反射体と前記第２の反射体との間の環状領域に配置されており、かつ前記第１の反射体の方に放射線を発するように適合化されている１つ以上の放射線源であって、前記放射線が、前記第１の反射体と、随意的に前記衝突面とによって、前記第２の反射体の方、最終的に前記ビューウィンドウの方に反射される、前記放射線源と、
を備えている、ディスプレイ装置。
【請求項９】
回転の極軸と反射性内面とを持つ、少なくとも部分的な外側球と、
前記極軸に沿って前記外側球の中に少なくとも一部が取り付けられている少なくとも部分的な内側球であって、反射性内面と反射性外面とを有し、前記反射性外面と前記外側球の前記反射性内面との間に放射線経路を形成している、前記内側球と、
放射線の１本以上のビームを前記放射線経路に伝えるように適合化されている複数の放射線源と、
前記外側球を貫いて前記内側球まで延在しておりかつ極軸に沿って位置しているビューウィンドウであって、前記外側球から前記内側球まで延在している側壁によって囲まれており、前記側壁が、前記放射線経路の境界を成している内側反射面を有する、前記ビューウィンドウと、
放射線が前記放射線経路から前記内側球に入ることができるようにするための、前記ビューウィンドウに隣接する、前記内側球における透明な放射線入口と、
前記極軸に実質的に垂直な、前記ビューウィンドウ内に位置しているディスプレイ面と、
を備えている、ディスプレイ装置。
【請求項１０】
遠隔的に色を表示する方法であって、
（ａ）個々の各着色剤によって生成される色の放射線スペクトルを供給するステップと、
（ｂ）色を表示させる遠隔位置に前記放射線スペクトルを送信するステップと、
（ｃ）前記放射線スペクトルを少なくとも４つの波長帯域に分割するステップと、
（ｄ）各波長帯域の強度を決定するステップと、
（ｅ）放射線の複数のビームを生成するステップであって、放射線の各ビームが、本質的に、前記波長帯域の１つに波長が一致し、かつ前記それぞれの決定された強度に強度が一致する、前記ステップと、
（ｆ）前記放射線のビームを結合して前記色を表示するステップと、
を含んでいる、方法。
【発明の詳細な説明】
【発明の分野】
【０００１】
[0001]本発明は、カラーディスプレイと、色を表示する方法とに関する。詳細には、本発明は、色を生成、伝達、及び表示するシステムに関する。
【発明の背景】
【０００２】
[0002]赤、緑、及び青の原色光源を異なる割合で混ぜることによって、幅広い色の範囲を生成して表示することができる。一般的には、特定の色見本に一致する色を、三原色を使用してディスプレイ上に生成することができる。
【０００３】
[0003]しかしながら、特定の色見本に一致する色を生成する赤、緑、及び青の原色の割合は、色見本を照らすのに使用される周囲光に依存する。更に、三原色のみが使用される場合、ある人には見本に一致しているように見えるが、別の人には一致していないように見える色が生成されることがある。ある周囲照明では互いに同じに見える色が、別の照明では異なって見え、ある人には互いに同じに見える色が、別の人には異なって見える。これらの現象は、「メタメリズム」と称されている。
【０００４】
[0004]特定の照明の下での色の外観は、反射スペクトルと照度スペクトル（ｉｌｌｕｍｉｎａｎｃｅ  ｓｐｅｃｔｒｕｍ）の両方に依存する。従って、色見本の外観を再現するためには、完全な反射スペクトルと完全な照度スペクトルの両方の情報が必要である。これらが既知であるとき、これら２つの畳み込みであるスペクトルを生成することによって色を再現することができる。
【０００５】
[0005]色を完全に再現するためには、可視スペクトルの各波長の強度レベルを制御する必要がある。実際には、スペクトルを複数の比較的狭い帯域に分割することができ、各帯域内の平均強度を指定することができる。従って、各帯域は、原色としての役割りを果たす。４個又は５個のこのような帯域、すなわち原色を使用することによって、一般に使用される三原色の場合と比較してメタメリズムを大幅に低減することができる。７個の原色を使用すると、メタメリズム効果が一桁減少する。
【０００６】
[0006]異なる原色帯域用に選択されているスペクトルが狭い場合、原色は強く、これらの原色の組合せによって生成することのできる色範囲は大きい。大きな色範囲は望ましいため、狭帯域原色が好ましい。
【０００７】
[0007]複数の狭帯域原色を使用するためには、出力強度が正確に制御されかつ出力が結合されて実質的に均一に表示される複数の光源を使用する必要がある。メタメリズムに関連する混同が低減されている、色を指定、測定、表示、及び伝達するシステムは、Ｒｉｄｄｌｅらによる米国特許第６，２５９，４３０号に記載されており、この特許は、本発明の譲受人に譲渡されており、本文書に参考とすることにより組み込まれている。この特許第６，２５９，４３０号には、この発明を使用するためのいくつかの模範的なディスプレイが開示されているが、この分野には、この発明を実施するのに特によく適合する他のディスプレイのニーズが依然として存在する。また、この特許第６，２５９，４３０号によって紹介された技術の新規かつ有用な用途の開発が、現在も引き続き望まれている。
【０００８】
[0008]たとえ１つの光源を使用する場合であっても、望ましい大きさの対象領域全体にわたり均一な照明を提供するという問題は、厄介なものである。１つの公知のディスプレイ１０は、図１に示すような配置構成の一連の積分球（ｉｎｔｅｇｒａｔｉｎｇ  ｓｐｈｅｒｅ）を使用している。小さな積分球１２の中の光源１１は、大きな積分球１６に送られる光を発する。大きな積分球１６は、ディスプレイ領域１８を有し、この領域は代表的にはディフューザによって覆われている。バッフル２４は、代表的には、光源の直接の照射からディスプレイ領域を遮るために使用されている。この配置構成の場合の１つの問題は、光源がディスプレイ領域の片側に位置していることであり、このことは、光が非対称的に伝えられるためにディスプレイにおける非対称性につながる。この問題は、球１２をビューウィンドウの大きさと比較して、より大きくすることによって軽減することができる。
【０００９】
[0009]しかしながら、大きい方の球の直径に近いビュー領域全体にわたり、許容される均一性で光源を正確に再現することのできるディスプレイ装置のニーズが依然として存在する。より詳細には、正確な色見本との比較が望まれる用途に有用な方法で、表示されている色をユーザが実際の見本の色と有効に比較することのできるディスプレイのニーズが存在する。
【発明の概要】
【００１０】
[0010]前端部と、後端部と、内部空間と、前端部と後端部の両方と交わっている軸線Ｊとを有する柱状構造を備えているディスプレイ装置が提供される。平面内の少なくとも１つの側壁が、前端部と後端部との間に延在している。この少なくとも１つの側壁は、内部空間に反射性内面を備えており、平面内の内側空間の外周部は、軸線に実質的に垂直である。このディスプレイ装置は、望ましい波長スペクトルを有する放射線を発するように適合化されている放射線発光体と、柱状構造の前端部に位置する拡散ディスプレイ面を備えているビューウィンドウとを、更に具備している。ディスプレイ装置の別の実施形態は、放射線発光体とビューウィンドウとの間に配置されている放射線ディフューザを備えている。
【００１１】
[0011]ディスプレイ装置の別の実施形態においては、放射線発光体は、柱状構造内に放射線を発する。放射線発光体は、複数の個別の放射線発光源を備えていることができる。
【００１２】
[0012]代替の実施形態においては、ディスプレイ装置は、複数の波長帯域のそれぞれの強度を表している入力信号を受信する手段と、この入力信号に応答して、それぞれが複数の波長帯域のそれぞれ異なる１つに対応する複数の変調制御信号を生成する強度変調器とを、更に備えていることができる。複数の被変調放射線源は、複数の変調制御信号に応答し、複数の放射線ビームを供給する。ビームのそれぞれは、複数の波長帯域のそれぞれ異なる１つに対応する。
【００１３】
[0013]別の実施形態においては、装置は、カラー制御システムを更に備えている。このカラーシステムは、１つ以上の波長にて放射線源から発せられている放射線の特性を監視する手段と、監視された特性を望ましい一連の特性と比較し、その望ましい一連の特性を提供するように強度変調器への入力信号を調整するフィードバック手段とを備えている。更に別の実施形態においては、装置は、ディスプレイ面に隣接して基準色を表示する手段を備えている。
【００１４】
[0014]これに代えて、装置は、周囲の光源を代表する照明を提供することのできる照明源を備えている、基準色を表示する手段か、又は、ディスプレイ面にテクスチャイメージパターンを重ねる手段を備えている。
【００１５】
[0015]別の実施形態は、コンピュータネットワークとのインタフェース処理を行う通信手段を備えている。
【００１６】
[0016]さらなる実施形態においては、色を表示する装置は、１つ以上の着色剤の光学特性に対応するデータが中に格納されているコンピュータメモリ手段と、ユーザによって選択された着色剤の組合せに応答して、格納されているデータを読み取って１つ以上の着色剤の光学特性を結合する手段と、着色剤の組合せに対応する放射スペクトルを生成するために、複数の波長帯域におけるそれぞれの強度を表している入力信号を生成する手段と、複数の波長帯域のそれぞれの強度を表している入力信号を受信する手段と、入力信号に応答して、それぞれが複数の波長帯域のそれぞれ異なる１つに対応する複数の変調制御信号を生成する強度変調器と、それぞれが複数の波長帯域のそれぞれ異なる１つに対応する複数の放射線ビームを供給する多波長放射線源であって、複数の制御信号に応答して、各放射線ビームの強度を制御して複数の変調された放射線ビームを供給する、前記多波長放射線源と、変調された放射線ビームを結合して色を表示する手段と、１つ以上の波長にて表示されている色の特性を監視する手段と、監視された特性を望ましい一連の特性と比較し、その望ましい一連の特性を提供するように強度変調器への入力信号を調整するコントローラと、を備えている。
【００１７】
[0017]１つの実施形態においては、変調された放射線信号を結合する手段は、前端部と、後端部と、内部面と、前端部と後端部の両方と交わっている軸線Ｊと、前端部と後端部との間に延在している、平面内の少なくとも１つの側壁とを有する柱状構造を備えているディスプレイ装置を具備している。少なくとも１つの側壁は、内部空間に反射性内面を備えており、内側空間の外周部は、この軸線に実質的に垂直な平面内にある。柱状構造は、望ましい波長スペクトルを有する放射線を発するように適合化されている放射線発光体と、柱状構造の前端部に位置する拡散ディスプレイ面を備えているビューウィンドウとを、更に備えている。
【００１８】
[0018]更に別の実施形態においては、ディスプレイ装置は、周囲、中心、裏側、及び表側を有する光伝導板と、この板の周囲付近に分散配置されておりかつ中心の方に放射線を発するように適合化されている複数の放射線源とを備えている。板の裏側は、板の表側のディスプレイ面の方に放射線を反射するのに十分な粗さを持っている。
【００１９】
[0019]別の実施形態は、複数の個々の着色剤を所定の割合で混合することによって生成される色を表示する方法を含む。この方法は、個々の各着色剤によって生成される色の放射線スペクトルを供給するステップと、この放射線スペクトルを少なくとも４つの波長帯域に分割するステップと、各波長帯域の強度を決定するステップと、その強度を放射線源に送信するステップと、波長帯域のそれぞれの中で波長の狭帯域を選択するステップと、放射線の複数のビームを生成するステップであって、放射線の各ビームが、本質的に、選択された波長の狭帯域に波長が一致し、かつそれぞれの波長帯域に強度が一致する、ステップと、放射線のビームを結合して色を表示するステップ、を含む。
【００２０】
[0020]更に別の実施形態においては、前部と後部とを有するディスプレイ装置は、第１の平面に対して対称的な凹形の反射性内面と第１の有効直径とを有する、ディスプレイの後部における第１の反射体と、第１の平面に対して対称的な凹形の反射性内面を有しかつ第１の反射体に面している、ディスプレイの前部における第２の反射体であって、第１の有効直径よりも小さい第２の有効直径を有する、前記第２の反射体と、装置の前部における第２の反射体の中のビューウィンドウと、第２の反射体に面しておりかつ第１の平面に対して対称的である、第１の反射体の後部に取り付けられている凸形の反射性の衝突面と、第１の反射体と第２の反射体との間の環状領域に配置されており、かつ第１の反射体の方に放射線を発するように適合化されている１つ以上の放射線源であって、この放射線が、第１の反射体と、随意的に衝突面とによって、第２の反射体の方、最終的にビューウィンドウの方に反射される、前記放射線源と、を備えている。
【００２１】
[0021]別の実施形態は、色を遠隔的に表示する方法を含む。この方法は、個々の各着色剤によって生成される色の放射線スペクトルを供給するステップと、色を表示させる遠隔位置に放射線スペクトルを送信するステップと、放射線スペクトルを少なくとも４つの波長帯域に分割するステップと、各波長帯域の強度を決定するステップと、放射線の複数のビームを生成するステップであって、放射線の各ビームが、本質的に、波長帯域の１つに波長が一致し、かつそれぞれの決定された強度に強度が一致する、ステップと、放射線のビームを結合して色を表示するステップ、を含む。
【００２２】
[0022]更に別の実施形態は、色のスペクトルのデジタルデータセットを生成するステップと、要求者が利用可能なディスプレイ装置にデジタルデータセットを送信するステップとを含む、ビジネスを行う方法である。
【詳細な説明】
【００２３】
[0043]本発明の模範的なディスプレイ装置は、当該ディスプレイ装置に放射線を投影することによって色を表示するカラーシステムにおいて特に有用である。投影される放射線は、複数の放射線帯域のそれぞれの強度によって定義され、各帯域は、それぞれ異なる波長を持つ。好ましい実施形態においては、少なくとも４本の、好ましくは８本以上の、より好ましくは８本〜１０本の放射線のビームを使用して、特定の色を表示することができる。各ビーム内の放射線の強度は、色を表示するために使用される帯域の解像度内で望ましいスペクトルが生成されるように変えることができる。すべての動作は、デジタル制御下にあることが好ましい。
【００２４】
[0044]図２は、本発明によるカラーディスプレイシステムの概略図である。カラーディスプレイシステム２１０は、強度変調器２１４への入力信号２１２を受信する。変調器２１４は、多波長放射線源２１６によって生成される放射線の各ビームの、選択された波長それぞれの強度を制御する。変調器２１４として使用するのに適する模範的な装置について、図３〜図９を参照しながら以下に説明する。放射線のビーム２１８は、ディスプレイ装置２２０によって結合されて表示され、ディスプレイ装置２２０は、画面２２２を備えていることができる。図には、オプションの監視装置２２３とフィードバック制御手段２２４も示してあり、この制御手段２２４は、放射線ビームにおける放射線強度をより良好に制御するために使用することができる。
【００２５】
[0045]測定装置を使用して物体の放射線スペクトルと反射スペクトルを決定するプロセスは、米国特許第６，２５９，４３０号に説明されている。物体の放射線スペクトル又は反射スペクトルを直接使用して、測定装置からカラーディスプレイに入力を供給することができ、又は、いったん決定した後、コンピュータメモリ又は他の電子的な格納装置などに電子的に格納し、必要なときに使用することができる。例えば、有色の塗料、プラスチック、織物、化粧品などに使用されるものなど、顔料や染料などのさまざまな個々の着色剤に対応する光学特性を収集して格納することができる。
【００２６】
[0046]本文書に参考とすることにより組み込まれている米国特許第６，２５９，４３０号は、色を再現するうえで、可視の色スペクトルを多数の帯域、例えば少なくとも４つ、好ましくは少なくとも７つの帯域に分割し、それぞれが異なる帯域のうちの１つの帯域内の複数の個々の光源を選択することの恩恵について論じている。本発明のディスプレイの場合、８個〜１０個の範囲の帯域が最も好ましい。特許第６，２５９，４３０号は、放射線を生成するのに使用することのできる多数の各種の光源についても論じており、そのうちの任意の光源を本発明で使用することができる。しかしながら、簡略化のため、本明細書では、図２に示した放射線源１６が複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）を備えており、発光ダイオードのそれぞれが実質的に一定である特徴的な可視波長スペクトルを発する実施形態について、主として説明する。各ＬＥＤは、波長帯域の１つに対応する波長スペクトルを発する。放射線源は、各波長帯域に対応する少なくとも１つのＬＥＤを備えている。
【００２７】
[0047]従って、いくつかのＬＥＤが、いくつかの帯域内のスペクトルを発し、これらのスペクトル及び対応する帯域が重なることがある。すなわち、橙のＬＥＤが、６２０ｎｍの波長におけるピーク強度と、約２０ｎｍの半値幅と、ピークの両側に５０ｎｍ延びる大きな放射とを持つ光を発するとする。黄色のＬＥＤが、５９０ｎｍの波長におけるピーク強度と、約２０ｎｍの半値幅と、ピークの両側に５０ｎｍ延びる大きな放射とを持つ光を発するとする。この場合、橙の帯域と黄色の帯域の間に相当な重なりがある。各帯域に使用される光源は、異なる帯域の組合せによって形成されるスペクトルが比較的なめらかであるように、両隣の帯域の中心間の隔たりにほぼ等しい帯域幅を持つことが望ましい。更に、異なる原色光源群が高い色度を持ち、これによって広い色範囲を表示することが可能となるように、異なる原色光源の帯域が狭いことが望ましい。これらの必要性と、最小限のメタメリズムが望ましいことから、多数の原色を使用することが好ましい。
【００２８】
[0048]代表的には、１つのＬＥＤが供給することができるよりも多くの光を供給するためと、ディスプレイ面全体にわたる光の均一性を得るために、各帯域に対して複数の実質的に同じ一連のＬＥＤが使用される。ディスプレイ面全体にわたる光の均一性を促進するためには、いくつかのＬＥＤをディスプレイ装置内に適切な対称性で配置する必要があリ、この場合の適切な対称性は、システムの実施形態に依存する。各ＬＥＤ又は一連の実質的に同じ各ＬＥＤの強度は、本質的には、強度変調器２１４に送信される信号のそれぞれ１つに対応する。有機ＬＥＤ、又はこの分野において公知の他の任意の放射線源、特に米国特許第６，２５９，４３０号に記載されている放射線源も、使用することができる。
【００２９】
球の実施形態
[0049]図３に示した本発明の１つの実施形態においては、ディスプレイ装置３０１は、回転の極軸Ｉと反射性内面３０２とを持つ、少なくとも部分的な外側球３００を備えている。少なくとも部分的な内側球３０４は、極軸Ｉに沿って外側球３００の中に取り付けられている。内側球３０４は、反射性内面３０６と反射性外面３０８とを持つ。内側球３０４の反射性外面３０８と外側球３００の反射性内面３０２は、放射線経路３１０を形成している。これらの反射面は、鏡面反射面でよいが、白色の拡散反射面が好ましく、なぜなら、白色面はより効果的な光の混合を提供するためである。
【００３０】
[0050]１つ以上の放射線源３１２は、放射線の１本以上のビーム３１４を放射線経路３１０に伝えるように適合化されている。ビューウィンドウ３１６は、極軸Ｉに沿って位置し、外側球３００を貫いて内側球３０４まで延在している。ビューウィンドウ３１６は、外側球３００から内側球３０４まで延在している側壁３１８によって囲まれている。側壁３１８の内面上の反射面３２０は、放射線経路３１０からここに入射する放射線を内側球３０４に反射する。内側球３０４は、放射線を内側球３０４内に伝えることのできる透明な放射線入口３２２によって、外側球３００の中に支持されている。内側球３０４は、ビューウィンドウ内に位置して極軸Ｉに実質的に垂直であるディスプレイ面３２４に放射線を反射する。図３に示したディスプレイ面３００における内側球と外側球の配置によって、図１の先行技術のシステムでは球１２の大きさをビューウィンドウとディスプレイ１８に対して大きくする必要があるのとは逆に、ビューウィンドウ３１６と、内側球の直径に近いディスプレイ面３２４が依然として均一な色分布を維持することができる。
【００３１】
[0051]図３に示したように、放射線源３１２は、本質的に極軸Ｉ上又は周囲に位置している、発光ダイオード（ＬＥＤ）などの複数の狭帯域放射線ビーム源３１２ａ、３１２ｂ、及び３１２ｃを備えている。光源を本質的に軸線上に配置することにより、ディスプレイ面３２４上の色パターンの半径方向の対称性が確保される。図３に示したように、内側球３０４も、外側球３００の中で同心に位置している。別の実施形態においては、内側球は外側球と同心でなくてもよい。非同心の配置は、ラグランジュの不変量又はエタンデュの保存環境（ＬａＧｒａｎｇｅ ｉｎｖａｒｉａｎｔ  ｏｒ  ｅｔｅｎｄｕ  ｐｒｅｓｅｒｖｉｎｇ  ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｓ）などの反射面が使用されるとき、放射線経路に入る光線の角度広がりを操作する場合に特に望ましい。
【００３２】
[0052]図３に示したように、ディスプレイ面３２４は、ビューウィンドウ３１６の内側の端部に内側球３０４に隣接して位置しているが、このディスプレイ面は、ビューウィンドウ３１６の内側の端部と外側の端部の間のどこに位置していてもよい。ビューウィンドウ３１６の端部の間でディスプレイ面を前後に動かすことによって、ディスプレイ面上のエネルギ密度分布を調整することができる。ビューウィンドウ３１６は、代表的には、円筒形状であるが、別の形状でもよい。また、図３に示したように、内側球３０４は、半球より大きい。図４に概略的に示した別のディスプレイの実施形態４０１においては、内側球４０４は半球のみでよく、又は別の実施形態（図には示していない）においては、半球より小さくてよい。半球より大きい形状を使用すると、より均一な半径方向密度関数（円形のディスプレイ面の各半径にて測定される、面積あたりのエネルギ）が得られる傾向にある。図４に示した実施形態においては、側壁４１８の内面４２０は、外側球４００からビューウィンドウ４１６の内側の端部４１７まで半径方向に延在する円錐台の形状である。
【００３３】
[0053]図３〜図５に示したように、ビューウィンドウの側壁３１８の内側反射面３２０は、円錐台の形状である。図５に示した実施形態を参照すると（ただし図３に示した実施形態にも当てはまる）、側壁の内面３２０を形成している円錐台は、外側球から、ビューウィンドウ５１６の内側の端部５１７と外側の端部５１９の間にある平面まで延在している。しかしながら、この側壁の内面は、円錐台の形状に限定されず、放射線を内側球の中に反射する効果のある任意の形状でよい。
【００３４】
[0054]図５は、外側球５００から極軸Ｉに沿って延在しているランプハウジング５３０も示している。ランプハウジング５３０のこの使用は、これによって、光の分布の半径方向の対称性に重大に影響することなく、ランプハウジングの後端部５３２にて非常に多数の放射線源（図には示していない）を使用することができるため、有利である。ランプハウジング５３０の前端部５３４は、極軸Ｉと同心の穴を備えていることができ、ランプハウジングの内壁５３６は、ランプハウジングの後部に存在する複数の点光源ではなく１つの点光源としての特徴を示す放射線信号５３８を供給するために反射性でよい。
【００３５】
[0055]図６Ａに示した更に別の実施形態６０１においては、外側球６００は、ビューウィンドウの側壁３１８から、極軸Ｉと同心の円まで、内側球３０４の周りに部分的にのみ延在している。環状壁６４０は、反射性内面６４１を持つことが好ましく、外側球６００と内側球３０４との間に半径方向に延在している。複数の狭帯域放射線ビーム源３１２ａと３１２ｂがこの環状壁６４０に取り付けられており、放射線ビーム３１４はこの壁を通じて放射線経路３１０に伝えられる。１つの波長帯域に対応する、好ましくは少なくとも３つ、より好ましくは少なくとも４つの異なる狭帯域放射線ビーム源３１２ａと３１２ｂは、ディスプレイ面３２４おける光の均一性を促進するために、極軸Ｉに対して対称的に配置されている。図６Ａに示した実施形態においては、外側球は、極軸Ｉに垂直な平面に沿って内側球をその直径にて二等分している平面に沿って位置している赤道円まで延びている。
【００３６】
[0056]図６Ｂに示した別の実施形態６５１においては、外側球６５０は、極軸Ｉに沿って赤道円よりも更に後ろの円まで延在している。また、図６Ｂは、ウィンドウの背後の光センサー（例：ＰＩＮダイオード）などのセンサー６５４を持つ拡散面６５２も示しており、このセンサーは、球内の光を感知してフィードバック制御を提供するために使用され、これについては後から説明する。これに代えて、センサー６５４は分光計でよく、又は、分光計に接続されている光ファイバーピックアップをセンサー６５４の代わりに配置してもよい。ＬＥＤ  ３１２とセンサー６５４は、回路基板６５６上に取り付けて、米国特許第６，２５９，４３０号に詳しく説明されている方法を実行するために必要なものなど、さまざまな電子回路と共に回路内で電気的に接続することができる。外側球６５０の反射性内面３０２と、側壁３１８の内面３２０と、内側球３０４の外面３０８及び内面３０６は、白色であることが好ましい。
【００３７】
[0057]図６Ａと図６Ｂに示した実施形態は、図３に示した実施形態と比較していくつかの利点を持つ。第一に、周囲壁の周囲には、球の後ろよりも、複数の放射線源を取り付けるためのより広い領域がある。放射線のスループットは、図６Ａと６Ｂに示した実施形態ではより大きく、なぜなら図３に示した実施形態よりも放射線の経路長が短いためである。製造コストと複雑さも低減し、なぜなら、放射線が当たる面のすべては代表的にはコストのかかる工程において高反射率の材料によってコーティングされるが、外側球の後ろ半分がないために内側球の後ろ部分のこの反射コーティングの必要性もなくなるためである。
【００３８】
[0058]図６Ｃに示した更に別のディスプレイの実施形態６６０においては、内側球６６２と外側球６６４との間の関係と、対応する光路とが異なる。図６Ｃに示すように、ＬＥＤ  ３１２は、外側球６６４の内面３０２を内側球６６２の外面３０８に結合している環状壁６４０に取り付けられている。複数のＬＥＤ  ３１２は、周囲壁６４０上に極軸Ｉを中心に分散配置されている。上述したように、ＬＥＤ  ３１２は、少なくとも４つ、好ましくは７つ以上の異なるタイプのＬＥＤを備えており、各タイプが可視スペクトルのそれぞれの帯域に対応している。各タイプの少なくとも３つの実質的に同じＬＥＤを極軸Ｉに対して対称的に分散配置させることが、更に好ましい。ＬＥＤ  ３１２の周囲には、内側球の直径に等しい直径の円筒形のシールド６６６が極軸Ｉと同心に取り付けられている。ＬＥＤ  ３１２からの光は、外側球６６４の内面３０２とシールド６６６によって、外側球の後部６６９における衝突面６６８の方に反射される。光は、衝突面によって、拡散ビューウィンドウ６７０の方に反射される。衝突面６６８は、極軸Ｉに沿う回転対称性を持ち、ビューウィンドウ６７０の中心領域に達する光の量を増加させる役割りを果たす。シールド６６６は、ＬＥＤ  ３１２からの光と、外側球６６４によるＬＥＤ光の最初の反射とがビューウィンドウ６７０に直接向かうことを防ぎ、これによってビューウィンドウ全体の光の均一性を向上させる役割りを果たす。シールドは、ビューウィンドウの外側領域に達する光の量を増大させる役割りも果たす。シールドと衝突面とを適切に設計することにより、ビューウィンドウ全体にわたり光の分布を非常に均一にすることが可能になる。
【００３９】
[0059]図６Ｃには、シールド６６６が円筒形、衝突面６６８が球形、内側球６６２が球形、外側球６６４が球形であるように示してあるが、別の形状を使用することができる。例えば、シールド６６６は、外側球６６４の後部６６９の方向に傾斜するか又は張り出している円錐台形状を持つことができる。衝突面６６８、内側球６６２、外側球６６４は、球形である必要はまったくなく、好ましくは対称的な、より好ましくは極軸Ｉについて回転対称的な楕円放物線、円錐、又はその他の形状でよい。形状の任意の組み合わせを使用してもよい。
【００４０】
[0060]図６Ｃに示した構成は、図６Ｂにおける設計と比較して約２倍の光のスループットが可能であるため、有利である。更に、この設計は、部品がより少なく、組み立てが容易であり、従って製造費用がより安価である。また、ビューウィンドウ６７０が、図３〜図６Ｂに示したビューウィンドウ（３１６、４１６、５１６）などのように空洞の中に配置されるのではなく、構造の表面にある。
【００４１】
[0061]図６Ａ〜図６Ｃに示したディスプレイは、これを変更して、図７に示した区画型ディスプレイ７００を製作することができる。この区画型ディスプレイは、極軸Ｉと同一直線上の平面に沿う、内側球３０４と外側球６００とを複数の区画に分割している少なくとも１つの直径面仕切り７０２を備えている。図には外側球６００は分割して示していないが、仕切り７０２は複数の構成要素、すなわち、内側球３０４の内側に示されている内側構成要素と、内側構成要素と同じ平面に沿って内側球３０４から外側球６００まで延在している外側構成要素（図には示していない）とを備えていることができる。各仕切り７０２は、対向する反射性の平面７０３、７０４を持ち、仕切りによって形成される各区画は、各区画で同じ複数のＬＥＤなど、自身の放射線源を持つ。面７０３と面７０４は、白色面などの拡散反射性でよく、又は、鏡面などの鏡面反射性でよい。区画型ディスプレイにより、１つの色を一方の側に表示し、異なる色を他方の側に表示することが可能となる。図７は、２つの区画を形成している１つの仕切りのみを示しているが、ディスプレイは任意の数の区画を持つことができる。直径面仕切り７０２は、球の直径全体にわたり延在しているが、以降の仕切りは、直径面仕切りから外側球まで延在している半径方向の仕切りでよい。
【００４２】
柱の実施形態
[0062]代替の実施形態においては、ディスプレイは、図８Ａと図８Ｂに示した直方体など、柱状構造８００として製造することができる。柱状構造８００は、少なくとも前端部と後端部とを持つ任意の多角柱又は円柱、好ましくは直方体、三角柱、又は六角柱を有することができる。柱８００の壁８０３の内面８０２は、反射性であり、拡散白色面又は好ましくは鏡面のいずれかである。光は、ＬＥＤ  ３１２によってなど後部８０４の中に伝えられる。特に柱の断面が長方形又は正三角形又は六角形である場合、反射壁８０２によって、柱はあたかも無限に広く、光源すべてがその全幅に存在しているかのようになり、従って、壁８０３が十分に長ければ、ディスプレイ面８１０に達する光は軸線Ｊに垂直な方向に実質的に均一である。均一性の所定のレベルに必要な柱の長さは、特に、柱の端部の大きさと、後端部、具体的にはディフューザ８０６にて発せられる光の分布と、鏡面壁の反射率とに依存する。
【００４３】
[0063]多数のＬＥＤ源からの放射線は、ランバーティアン（Ｌａｍｂｅｒｔｉａｎ）分布ではなく、狭ビームを形成する傾向にある。狭ビームはビュー面８１０における照射の均一性に貢献しないため、光を本質的にランバーティアン分布に散乱させ、これによってビュー面８１０における光の分布の均一性を向上させるために、少なくとも１つの拡散面８０６が構造内に配置されている。
【００４４】
[0064]図１２Ａは、後端部８０４に光源３１２が分散配置されている、一例の四角柱の平面図を示している。柱の側壁１２２０ａ、１２２０ｂ、１２２０ｃ、及び１２２０ｄは、鏡である。これらの鏡のそれぞれは、前の各物体からの光を反射し、対応する仮想イメージをその後ろに作成し、この仮想イメージは物体の反射像である。従って、図１２Ｂを参照して、光源１２３０に対して、反射１２３０ａ、１２３０ｂ、１２３０ｃ、及び１２３０ｄがあり、これらはそれぞれ鏡１２２０ａ、１２２０ｂ、１２２０ｃ、及び１２２０ｄに反射されている仮想光源を表している。図１２Ｂと図１２Ｃには、反射によって形成されている仮想イメージは点線で示してある。
【００４５】
[0065]更に、鏡の仮想イメージが、別の鏡に形成される。例えば、鏡１２２０ａには、それぞれ鏡１２２０ｂ、１２２０ｃ、１２２０ｄの仮想イメージ１２３０ｂ、１２３０ｃ、１２３０ｄが反射されている。更に、（それぞれ鏡１２２０ｂ、１２２０ｃ、１２２０ｄの）仮想イメージ１２３０ｂ、１２３０ｃ、１２３０ｄ自体が、別の実際の鏡と仮想鏡と光源の仮想イメージ（図１２Ｂには示していない）を含んでいる。
【００４６】
[0066]図１２Ｃには、光源と鏡の一連の仮想イメージが示してあり、これらは無限に延び、各仮想光源は対応する真の光源と実質的に同じ（不完全な鏡面反射によってわずかに低減されている）強度を持つ。従って、もし図１２Ｂの鏡１２２０ａを取り除き、それまでの仮想イメージ１２２２ｂ、１２２２ｃ、及び１２２２ｄの位置に真の鏡１２４０ａ、１２４０ｂ、及び１２４０ｃを配置し、仮想光源１２３０ａを、強度と波長が真の光源１２３０に等しい真の光源１２５０に置き換えるならば、ビュー面８１０における光の分布は実質的に均一なままである。この配置構成は、断面積が元の柱の２倍である新しい柱を形成する。ビュー面８１０が新しい柱全体にわたり延在する場合、この拡張されたビュー面は、柱の長さを増大させることなく、元のビュー面と同じ強度の光の分布を持つ。
【００４７】
[0067]このプロセスを一般化することによって、任意の大きさの格子の正方形内の光源が、隣接する正方形内の光源とそれぞれの境界全幅にわたり反射によって対称的であるならば、１つの正方形内に分散配置されている光源を、正方形のその任意の大きさの格子に拡張することができるものと考えられる。後面から前面までの距離が格子の１つの正方形の辺の約４倍より小さくなければ、ビュー面における均一性は保持される。更に、この対称性の議論を拡張して、長方形格子、正三角形及び六角形の格子のほか、鏡の壁が仮想鏡壁の無限の格子を形成する他の形状の格子を含めることもできる。
【００４８】
[0068]ディスプレイ面８１０は、入射光を実質的に１８０度のランバーティアン分布に散乱させるディフューザ（ｄｉｆｆｕｓｅｒ）を含んでいる。また、ディスプレイ面８１０は、ディスプレイのコントラストを向上させるための光吸収材と反射防止材も含んでいる。このような向上したディスプレイのコントラストによって、例えば明るい環境の中で暗い色を表示することができる。
【００４９】
[0069]本発明の代替の実施形態においては、ディスプレイのコントラストは、実質的に黒い回路基板にＬＥＤ  ３１２を取り付けることによって、更に向上している。実質的に黒い回路基板は、ビュー面８１０を通じて装置に入りうる周囲光を吸収し、周囲光が反射されてビュー面に戻ることを防止する。
【００５０】
[0070]１つの実施形態においては、鏡壁８０２は金属性であり、例えばプラスチック面に溶着させたアルミニウム膜である。別の実施形態においては、鏡壁は誘電性多層干渉反射体である。
【００５１】
[0071]代替の実施形態においては、柱８００は、壁８０３に反射性の材料（金属又は誘電体）が貼り付けられている、アクリルなどの透明な材料の固体ブロックである。この実施形態においては、前面８１０などの端面とディフューザ８０６とに拡散材料を貼り付けることができる。これに代えて、端面は、エッチングなどによって処理して拡散特性を与えることもできる。
【００５２】
[0072]柱状構造は、球設計よりも有利であり、なぜなら、その非球形状は、ビューウィンドウの有効寸法を超えて突き出す壁を持たないためである。光のスループットも、拡散面による多重反射が存在する他の設計（内側球及び外側球など）よりも大きくすることができる。また、複数のユニットを互いに隣接させて配置することができ、これによって複数の色を並べて提示することが可能になる。具体的には、このような提示のためには、３本、４本、又は６本の辺を持つ柱（辺の数に制限はない）が有利である。柱状構造の周囲は、辺の数と辺の寸法とによって決まる。
【００５３】
[0073]図８Ｃと図８Ｄに示した代替のディスプレイ８２０においては、ＬＥＤ  ３１２は、柱状構造８００の対向する壁８０３に隣接させて配置し、ディスプレイの後面８２２の方を照らすことができる。後面８２２は、ビュー面８１０の光のより均一な分布を生成するために、好ましくは壁８０３の間の平面Ｐに対して対称的な、傾斜した壁又は丸い壁８２４若しくは衝突面６６８、又はその両方を含むことができる。傾斜壁８２４は、ビュー面８１０の周辺領域における光を増大させる役割りを果たすのに対し、衝突面６６８は、ビュー面の中心における光を増大させる役割りを果たす。反射面８０２、８２４、及び６６８は、白色の拡散反射面であることが好ましいが、鏡面でもよい。衝突面６６８は、図８Ｃと図８Ｄに示したような円形断面の半円筒形でよいが、放物線状又はその他の断面形状を有してもよく、又は図６Ｃに示すような球形でもよい。
【００５４】
[0074]ディスプレイ８２０は、底部よりも側面の方が光源を配置するために広い領域が利用できるという点において、柱状構造８００のみよりも有利である。図８Ｄに示した構造は、複数の色を並べて表示することが可能であるという利点があり、ただし、そのようなディスプレイは二次元配列ではなく一列のみ形成することができる。
【００５５】
[0075]後面８２２は、４つの壁８０３のうちの２つのみから距離Ｄだけ延びている幅を持つ、図８Ｄに示すような長方形でよいが、この後面８２２は、ビュー面８１０と同じ形状でありただし壁のそれぞれから距離Ｄだけ延びている形状でよい。このような実施形態においては、光源は、柱の壁と後面の周辺部との間の環状領域に沿って分散配置させることができる。後面は、代わりに球形又は放物線状でもよい。従って、このディスプレイは、内側球６６２の代わりに図８に示したような柱状構造８００がＬＥＤ  ３１２と同心に取り付けられていることを除き、図６Ｃのディスプレイに似ていてよい。このような実施形態においては、柱状構造８００の長さによってはシールド６６６が必要ないことがある。
【００５６】
モノリシック実施形態
[0076]別の実施形態においては、変調された狭帯域放射線信号を結合する手段は、図９に示したディスプレイ装置を備えている。ディスプレイ９００の多波長放射線源は、複数の狭帯域放射線源９０２を備えており、この放射線源のそれぞれが、狭帯域放射線ビーム９０４のそれぞれ１つを供給する。図を簡略にするため、８つの光源９０２のみを示してあるが、ディスプレイは、任意の数の光源を備えていてよく、各波長帯域用に複数の光源を含めることができる。従って、例えば、４つの波長帯域を使用するディスプレイは、各タイプのＬＥＤを３個ずつ、合計１２個の光源を含んでいることができる。８個〜１０個の波長帯域を使用する好ましい実施形態は、全体で２４個〜４０個、又はそれ以上の光源を持つことができる。同じ波長帯域の複数の光源は、ディスプレイに対して対称的に分散配置される。図９Ａには、各位置に１つの光源を示したが、各位置において異なる波長帯域の複数の光源を１つにまとめることができる。
【００５７】
[0077]ディスプレイ９００は、周囲９０８と、ビュー面９１０と、裏側９１２と、表側９１４とを有する光伝導板を備えている。複数の狭帯域放射線源は、板９０６の周囲９０８付近に分散配置されており、中心９１０の方に放射線９０４を発するように適合化されている。ビュー面９１０の反対側に位置する、裏側９１２の領域９１１は、表示のために放射線９０４を表側９１４の方に反射するのに十分な粗さを持っている。板９０６は、円又は多角形形状を持つポリカーボネート又はポリメタクリル酸メチルを有するモノリシック構造を備えていることが好ましい。透過性が半径方向に変化する濃度フィルタ９２０は、図９に示すように板９０６の表側９１４に取り付けることができる。必要な方向に光を導くためのマイクロレンズ又はホログラムの板９２２も、ビュー面に取り付けることができる。
【００５８】
基準色
[0078]人間の視覚系がある色を見るとき、その色を異なる色に対して見ると、その色の知覚が変わることがある。例えば、人間の目には、緑の色相の隣に見える赤の色相が、橙の色相の隣に見える赤の色相と異なって見えることがある。従って、ディスプレイを囲んでいる枠などディスプレイの横に基準色を表示する手段をディスプレイ手段に組み込むことが望ましいことがある。有用な基準色は灰色である。基準枠は、白熱灯や日光などさまざまなタイプの照明に対応する望ましい灰色の陰（ｓｈａｄｅ  ｏｆ  ｇｒａｙ）を供給することのできるＬＥＤ又はその他の光源によって照らすことができる。本明細書では、これらのさまざまなタイプの照明のことを環境照明と称する。これに代えて、白色のディスプレイ周囲部を使用して灰色と類似する結果を提供することができ、又は、望ましい任意の色の周囲部を使用することができる。
【００５９】
[0079]次に、図１１を参照する。この図は、図６Ｃに示した実施形態６６０に類似するディスプレイの実施形態６６０ｆを示しており、この実施形態は、ビューウィンドウ６７０の周囲に基準枠６８０を更に備えている。その他の構成要素のすべては、図６Ｃに示して説明したとおりである。基準枠６８０は、枠領域付近に好ましくは対称的に分散配置されている１つ以上の枠ランプ６８２（図に示したＬＥＤなど）と、ランプ６８２からの光を通して輝かせる拡散面６８４とを備えている。ランプ６８２は、白色か、又は赤、緑、及び青又は別の色の混合でよい。ランプ６８２と拡散面６８４の組合せにより、基準色の望ましい陰が生成される。交換可能な拡散面６８４若しくは交換可能なランプ６８２、又はその両方を使用して基準色を変えることができ、或いは、異なる影の複数のランプ６８２と、望ましいランプとそれぞれの強度とを選択して望ましい基準の陰又は色を生成するための制御手段とを設けることができる。図にはディスプレイ６６０に関連して示してあるが、本明細書に示した他のディスプレイの実施形態のいずれにも、基準枠を追加することができる。ランプ６８２と拡散面６８４との間のバッフル（図には示していない）、若しくは拡散面の上又は下の追加のディフューザ（図には示していない）、又はその両方を、基準枠からの均一な光を供給するためなど必要に応じて追加することができる。
【００６０】
テクスチャ
[0080]本発明のディスプレイによって色を表示させるときに、テクスチャに対して色を見るのが望ましいこともある。これによって、材料のテクスチャに関連して色を観察することができ、このことは、材料のテクスチャの側面が重要である用途の場合に有用である。テクスチャ面の二次元のイメージは、テクスチャ物体を写真撮影することによって、又はゼログラフィなどイメージ化の別の手段によって生成することができる。このようなイメージをカラーディスプレイ上に重ねることによって、テクスチャの外観も持つ色のパターンを生成することができる。次に、図６Ａを参照する。この重ね合わせは、例えば、このようなテクスチャイメージのグレースケール透明板３６０を、透明板がなければ均一なカラーディスプレイ面の上に置くことによって達成することができる。テクスチャイメージは、固定パターン、例えば印刷された透明板上のパターンか、又はプログラム可能パターン、例えば透過型液晶ディスプレイでよい。パターンは、テクスチャ材料の実際のサンプルをスキャンすることによって得ることができる。
【００６１】
[0081]テクスチャを重ねる別の手法においては、図１０に示すように、ディスプレイ１０００は、ユーザ１００１が部分鏡１００２を通じて見ることができ、この部分鏡は、ディスプレイ１０００に表示されている色を透過させると同時に、イメージ１００４の反射を重ねることができる。イメージ１００４は、部分鏡１００２によって反射されるイメージを生成するために照らされているテクスチャ品目の実際のサンプルか、反射型又は透過型液晶ディスプレイか、或いは紙の上の照らされているイメージ又は裏面を照らされている透明板でよい。この方法の利点は、透過型液晶ディスプレイ又はディスプレイ上の透明板の場合のように光を差し引くのではなく、この実施形態ではディスプレイから来ている色の上にイメージを重ねることである。
【００６２】
[0082]ビュー面の前に配置されている透過性ディスプレイ部（図６Ａにおける要素３６０など）、又は図１０に示したような部分鏡１００２に反射されるディスプレイ部は、ディスプレイテクスチャ材料を単に表示するのではなく、イメージングシステムを備えていることができる。反射型ディスプレイ又は透過型ディスプレイは、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）でよい。イメージングシステムによって、車又は椅子などの表面として見える色を考慮することができる。
【００６３】
フィードバック制御
[0083]この装置の好ましい実施形態は、図２に示すようなフィードバック制御手段２２４を含んでいる。ディスプレイ装置２２０における放射線は、制御コンピュータに接続されている光センサー又は分光計などの監視装置２２３によってサンプリングすることができる。必要な場合、各ビームの波長若しくは強度、又はその両方を、例えば一度に１本のビームを短時間作動させてして感知することによって、サンプリングすることができる。このサンプリングによって、フィードバックが提供され、これにより、異なる放射線ビームにおける放射線強度をより良好に制御して、ディスプレイ装置における望ましいスペクトルをより正確に供給することができる。分光計サンプリングは、鏡、レンズ、格子、光ファイバなどの光学系を利用することもできる。
【００６４】
[0084]従って、本発明のさまざまなディスプレイの実施形態は、表示させる色に関するオペレータ入力又は外部入力２３２を受信するコントローラ２３０と、１つ以上の波長にて放射線源から発せられている放射線の特性を監視する手段２２３と、監視された特性を望ましい一連の特性と比較し、強度変調器２１４へのフィードバック信号２２６を調整してディスプレイ装置２２０上にその望ましい一連の特性を提供するフィードバック手段とを備えているカラー制御システム２１０を、更に備えていることができる。監視手段は、ＰＩＮダイオードなどの光センサーか、強度を独立して監視することを可能にする分光計を備えていることができる。監視手段の出力は、コントローラ２３０に供給することもできる。
【００６５】
[0085]強度変調器２１４は、調整された電流を放射線源２１６の各光源に供給する、トランジスタなどのドライバを備えていることができる。強度変調器は、入力信号２１２とフィードバック信号２２６とを処理するためと、ドライバを制御するためのマイクロコントローラを含んでいることができ、マイクロコントローラの出力によってトランジスタを駆動することを可能にするデジタル／アナログ変換器も随意的に備えている。強度変調器２１４は、複数の波長帯域のそれぞれの望ましい強度を示している入力２１２を受信する。この入力２１２は、パーソナルコンピュータなどのコントローラ２３０から、シリアル又はパラレル符号化リンク（ｅｎｃｏｄｅｄ  ｌｉｎｋ）などを介して入力される。パーソナルコンピュータは、オペレータの要求を適切な符号化信号に変換するソフトウェアを含んでいることができる。これに代えて、コントローラの機能は、強度変調器の中に含めることができる。強度変調器２１４は、表示されている光の総強度（ＰＩＮダイオードなどの総光レベルセンサー又はその他のタイプの光センサーの場合）、又は波長の関数としての強度（分光計の場合）を示しているフィードバック信号２２６を、フィードバック制御手段２２４及び監視装置２２３から受信する。マイクロコントローラは、監視された強度を望ましい強度と比較し、実際のレベルと望ましいレベルとの間の差が最小になるように必要に応じて各光源への出力のレベルを調整する。各光源への出力のレベルは、光源に供給される電流の大きさを調整する（電流変調）か、電流のデューティサイクルを調整する（パルス幅変調）か、これら２つの調整の組み合わせのいずれかによって調整することができる。
【００６６】
[0086]監視手段として総光レベルセンサーが使用される場合、光源を少なくとも短時間だけ個々に励起して各波長の強度レベルを調べることができる。また、すべての光源を短時間だけ励起オフにして背景レベルを読み取ることができる。この背景レベルが、装置付近に存在しておりディスプレイ面を通じて装置に入る周囲光の結果である場合、背景の読みは、周囲光の色特性を示すことができる。周囲光は、例えばオペレータの側での手動操作によって、又はシャッター装置（図には示していない）を使用しての自動操作によって、ディスプレイ面を覆うことによって背景から除外することができる。従って、監視装置は、適切な励起特性を決定するうえで役立つ情報２２８をコントローラ２３０に供給することができ、この特性は周囲光の特性に基づかせることができる。ＬＥＤと光センサー（例：ＰＩＮダイオード）のいずれも、応答時間が非常に速いという利点があり、ＬＥＤは最大出力まで１マイクロ秒の数分の一で達し、ＰＩＮダイオードなどの光センサーは１マイクロ秒の数分の一で光のレベルに応答する。従って、わずか数マイクロ秒でＬＥＤのそれぞれを個々に励起してその出力を監視することができ、或いは、わずか数マイクロ秒でＬＥＤすべてを励起オフにして背景を監視することができ、これらは十分に高速であるため見ている人には認識されない。監視が行われている間のこの時間のことを「サンプリング周期」と称する。短いサンプリング周期の間に発せられる光は、望ましい光レベルと比較して無視できるものと考えられる。しかしながら、望ましい場合、サンプリング周期の間に発せられる光を発せられる光全体の一部として含めるように、マイクロコントローラをプログラムすることができる。
【００６７】
[0087]ディスプレイの望ましい光のレベルを供給するために各ＬＥＤがオンになっていなければならない時間長を推定するように、マイクロコントローラをプログラムすることができる。その場合、マイクロコントローラは、サンプリング周期の間に使用されるのと同じ駆動電流にて、望ましい表示間隔の間だけＬＥＤをオンにすることができる。マイクロプロセッサの駆動クロックの周期が１マイクロ秒であり、０．１％のレベルの制御が望ましい場合、表示周期を１ミリ秒という短いものにできる。従って、サンプリング周期と表示周期を、人間の目が感知することができるよりもずっと速いミリ秒のオーダーという非常に高速で繰り返すことができる。従って、実際にはＬＥＤのオン／オフが繰り返されているにも拘わらず、表示は一定の色であるように見える。
【００６８】
[0088]コントローラ２３０は、表示させる色を簡単に指定できるようにするインタフェースソフトウェアを持つ、オペレータの制御下にあるパーソナルコンピュータを備えていることができる。これに代えて、又はこれに加えて、コントローラ２３０は、表示させる色をシリアルリンク、イーサネット（登録商標）リンク、又はインターネットなどの通信手段によって遠隔制御できるようにする外部インタフェース２３２を含むことができる。この通信手段により、遠隔位置のオペレータが色を表示させることと、遠隔の色データベースから表示させることとができる。
【００６９】
着色剤の混合シミュレーションの用途
[0089]本システムの１つの用途は、例えば有色の塗料、プラスチック、織物、化粧品において使用される顔料や染料など、さまざまな着色剤を混合することによって生成される色の電子的シミュレーションを提供することである。代表的には、白、黒、赤、黄、青、緑、その他の着色剤が、望ましい色を生成するレシピに従って一緒に混合される。各着色剤は、吸収や散乱など、その色につながる特徴的な光学特性を持つ。着色剤が組み合わされるとき、各波長における着色剤の光学的定数の線形の組み合わせから、色の分光測光曲線を予測することができる。スペクトルを予測する１つの方法は、周知のＫｕｂｅｌｋａ−Ｍｕｎｋ式を使用することである。
【００７０】
【数１】
2005500579.tif 000003
この式において、
Ｒ＝厚さＸの有色膜の反射率、
ａ＝１＋（Ｋ／Ｓ）
ｂ＝（ａ２−１）１／２
Ｋ、Ｓ＝膜の吸収係数、散乱係数
Ｒｇ＝背景の反射率
である。
【００７１】
[0090]完全に不透明な材料の場合、式１の代わりに次の式を使用することができる。
【数２】
2005500579.tif 000004
この式において、
Ｒ＝無限の厚さのサンプルの、特定の波長の光に対する分数形式で表された反射率、
である。
【００７２】
[0091]有色の材料の吸収係数と散乱係数は、その材料を着色するために使用される個々の顔料又は染料の吸収係数と散乱係数の組み合わせによって、次の式を使用して決定することができる。
【数３】
2005500579.tif 000005
この式において、
ｃ＝着色剤の濃度
Ｋ＝吸収係数
Ｓ＝散乱係数
であり、添字１、２、３などは、個々の着色剤を識別し、
添字ｓは、基板を識別し、多くの顔料用途の場合は材料に使用される白色顔料（乳白剤）を識別する。
【００７３】
[0092]本発明の１つの実施形態では、正確なカラーディスプレイを作製することに加えて、ユーザはディスプレイ上の色のデジタル表現である分光測光曲線を得ることができる。このような反射率曲線は、ディスプレイの色に一致する顔料又は染料の混合を調合するうえで有用である。反射率は着色剤（染料又は顔料）の濃度に対して線形ではないため、Ｋｕｂｅｌｋａ−Ｍｕｎｋ関数など、着色剤の濃度と線形関係にある反射の関数を使用することが望ましい。
【００７４】
[0093]本発明の１つの実施形態においては、第１のユーザがディスプレイを使用して色を作成する。カラーディスプレイ、又はディスプレイに接続されているコンピュータなどの手段を操作して、ディスプレイ上に望ましい色を生成することができる。色に関する電子的な情報は、通信手段を使用して第２のユーザに送信することができる。例えば、１つの用途においては、色を内壁の色として選択し、次に、カラーディスプレイの設定を塗料メーカー又は色を混合する人に電子的に直接送ることができる。塗料メーカー又は色を混合する人は、この電子色情報を自身のディスプレイ上に受信する。ディスプレイ自体、或いはディスプレイと通信しているコンピュータ又は他の手段は、ディスプレイ上の色に対応する分光測光曲線を生成することができ、これによって塗料メーカー又は色を混合する人は、色合わせシステムと一緒に使用して、ディスプレイ上の色に一致させるための正しい顔料と対応する濃度とを決定することができる。
【００７５】
[0094]分光測光曲線は、有用なスペクトル全体にわたり任意の波長に対して補間することができる。例えば、代表的な色合わせソフトウェアは、各着色剤について、４００ｎｍ〜７００ｎｍの波長範囲内の１０ｎｍ又は２０ｎｍ間隔で吸収定数と散乱定数とを特性化し、１６個又は３１個の波長におけるデータを生成することができ、これらのデータから曲線を補間することができる。本発明のディスプレイは、ディスプレイ上の色を作成するのに複数の光源（好ましくは少なくとも４つ、より好ましくは７つ以上、更に好ましくは８〜１０の範囲）を使用することができる。従って、各着色剤について第１の数のデータ点を使用して分光測光定数の曲線を生成し、ディスプレイによって使用される適切な数の光源で使用することができるように変換することができる。
【００７６】
[0095]本発明の別の実施形態においては、システムは、ユーザに固有な光学定数Ｋ又はＳの値を組み込むことができる。例えば、色を生成するとき、システムは、有色の製品を製造している特定の会社のデータファイル内の着色剤にアクセスする。これによって、ディスプレイは、利用可能な着色剤を用いて実際に一致させることのできる色のみを作成する。本発明の別の実施形態は、分光測光曲線の限界と、利用可能な顔料によって一致させることのできる三刺激値とを組み込むソフトウェアを備えていることができる。このソフトウェアは、ディスプレイ上の色の生成を、利用可能な顔料を使用して一致させることのできる色のみに制限することができる。着色剤の光学特性を生成し、そのような着色剤を混合することによって実際に生成することのできる色を表示させるときに、日光や白熱灯などの望ましい照明源を考慮することもできる。
【００７７】
[0096]従って、本発明の実施形態は、さまざまな着色剤を一緒に混合することによって生成される色を表示するのに使用することができる。着色剤の既知の光学特性は、コンピュータのメモリ手段にデータとして格納することができる。光学特性を加法的に組み合わせて、望ましい吸収スペクトル（すなわち色）を生成することができる。ディスプレイ、又はディスプレイに関連付けられているコンピュータは、格納されているデータを読み取る手段と、ユーザの入力に応答して１つ以上の着色剤の光学特性を組み合わせる手段とを備えていることができる。ディスプレイ又はコンピュータは、着色剤の組み合わせに対応する発光スペクトルをディスプレイ面上に生成するために、波長帯域の強度を表している入力信号を生成する手段を、更に備えていることができる。ディスプレイは、特定の用途の場合に利用可能な着色剤に対して望ましい照明源（例えば日光や白熱灯など）を考慮するように発光スペクトルを調整する手段を、更に備えていることができる。従って、特定のシステムにおいて着色剤（塗料、プラスチックなど）によって実際に生成することのできるスペクトルのみが表示される。
【００７８】
通信用途
[0097]本発明の別の実施形態は、コンピュータネットワークとのインタフェース処理を行う通信手段を更に備えていることができる。通信手段は、コンピュータとインターネット通信とを含んでいることができ、これによって、協力中の参加者は、遠隔地の他者もまったく同じスペクトルを見ているという前提のもとに、表示されている、又は表示させたいスペクトルを指定して見ることができる。１つの実施形態においては、ディスプレイ装置は、シリアルポート又はイーサネット接続などの標準的なインタフェースを通じてコンピュータに取り付けられている。コンピュータは、インタフェースを利用して、表示させる１つ以上の色を装置に指定することができる。コンピュータを持つユーザは、インターネット、又はコンピュータとコンピュータの間のその他の通信手段を使用して、そのような色に関連付けられている材料（顔料、染料、塗料、プラスチックなど）の１社以上のサプライヤから利用できる色の選択肢に対応する分光測光データのデータベースを検索することができる。そして、データから生成される正確な演色（ｃｏｌｏｒ  ｒｅｎｄｉｔｉｏｎ）を、コンピュータに取り付けられているディスプレイ装置上に表示させることができる。同様に、コンピュータとコンピュータの間の通信手段を使用して、複数の参加者が協力して色を選択したり指定することができる。
【００７９】
[0098]インタラクションの方法は、物理的なサンプルの分光測光測定を行って色を参加者に送信すること、データベースを検索して検索結果を共有すること、色の属性をオンラインで討議すること、或いは、地理的に離れている複数の人が正確な演色を共通に見ることによってビジネス上又は個人的な色の選択プロセスが促進されるその他の形式で協力すること、を含んでいることができる。
【００８０】
[0099]データの通信の場合と同様に、データが権限なく不正に取得されることを防止するために通信を符号化することができる。この通信は、スペクトルを受信し、スペクトルを保管し、かつスペクトルを特定のユーザ又は権限を与えられている一般的なユーザに送信する１つ以上のデータベースサーバの間で行うことができる。すなわち、色スペクトルの提供者は、スペクトルが特定のユーザにのみ利用可能であること、又は、それを要求する任意のユーザが一般的に利用できることを指定することができる。特定のスペクトルに関連付けられる取得、保管、検索、送信、受信、表示時間のうちの１つ以上に対して、料金を請求することができる。
【００８１】
[0100]本発明は、メタメリズムに関連する混同が低減されている、色の指定、測定、表示、及び伝達に特に有用である多数のディスプレイ装置を提供する。この装置を使用すると、指定されたスペクトルの色を表示することと、色サンプルを観察するための指定されたスペクトルを持つ照明を生成することと、同様のシステムと通信して遠隔地にて同様に表示及び測定できるようにすることができる。ユーザは、表示された色を変えて、自身の好みの新しい色を生成することができる。制御に使用されるコンピュータを用いて、遠隔地と通信する、遠隔地における同様のディスプレイ装置上の色の表示を制御する、ローカルに表示されているスペクトルを遠隔地から制御することを可能にすることもできる。このような通信は、専用の電話回線、ローカルエリアネットワーク、又はワイドエリアネットワークを通じて行うことができる。
【００８２】
[0102]カラーディスプレイは、インターネットなどの分散型コンピュータネットワークとの接続を備えていることができる。データが権限なく不正に取得されることを防止するため、通信を符号化することができる。この通信は、放射線スペクトルを受信し、スペクトルを保管し、かつスペクトルを特定のユーザ又は権限を与えられている一般的なユーザに送信する１つ以上のデータベースサーバの間で行うことができる。すなわち、塗料又はその他の有色仕上げ材のサプライヤなど、放射線スペクトルの提供者は、スペクトルが特定のユーザ（指定された顧客など）にのみ利用可能であること、又は、それを要求する任意のユーザから一般的に利用可能であることを指定することができる。放射線スペクトルの取得、保管、検索、及び送信に対して、料金を請求することができる。
【００８３】
[0103]これに代えて、サーバは、照明源のスペクトルのライブラリと、反射スペクトルから放射線スペクトルを計算するソフトウェアとを含んでいることができる。ユーザは、提案された自動車の仕上げ材の反射スペクトルなど、反射スペクトルをサーバに供給することができる。サーバは、日光、白熱灯、蛍光灯、ナトリウム灯などのさまざまな光源の下での、提案された仕上げ材の放射線スペクトルを計算する。サーバは、カラーディスプレイの入力信号を計算し、その信号をカラーディスプレイに送信する。カラーディスプレイは、さまざまなタイプの照明の下で見える色を表示する。商業的な実施形態においては、いくつかの異なる光源の下での多数の仕上げ材の入力信号をあらかじめ求めておき、記述子として格納することができる。各記述子は、それぞれの光源の下で見たときのそれぞれの仕上げ材におけるそれぞれの色の入力信号を表している。顧客は、カラー仕上げ材と光源とを選択し、結果の色を、単一の色として、又はスキャンされたフルカラーイメージの一部として表示させることができる。このことは、例えば自動車補修業など、多数の異なるタイプの照明の下での色の外観を一致させることが望ましい場合に、特に有用である。このサービスの提供に対して、料金を課すことができる。
【００８４】
[0104]本発明は、特定の好ましい実施形態を参照しながら具体的に図示及び説明したが、当業者には、形式と細部におけるさまざまな改良及び変更を、本発明の範囲から逸脱することなく行うことができることが理解されるであろう。
【００８５】
[0105]例えば、上記の説明では、本発明をより完全に理解できるようにするために具体的な細部が記載されているが、当業者には、本発明がこれらの特定の細部を使用せずに実施することができることが明らかであろう。
【図面の簡単な説明】
【００８６】
【図１】先行技術のディスプレイの図である。
【図２】本発明によるカラーディスプレイシステムの概略図である。
【図３】半円よりも大きい内側球を有する、本発明の模範的なディスプレイ装置の縦断面図である。
【図４】半円である内側球を有する、本発明の別の模範的なディスプレイ装置の概略図である。
【図５】ランプハウジング延長部を持つ、本発明の更に別の模範的なディスプレイ装置の概略図である。
【図６Ａ】ビューウィンドウから延在している部分的のみの外側球を有する、本発明の模範的なディスプレイ装置の縦断面図である。
【図６Ｂ】ビューウィンドウから延在している部分的のみの外側球を有する、別の模範的なディスプレイ装置の縦断面図である。
【図６Ｃ】本発明の別のディスプレイの実施形態の縦断面図である。
【図７】部分的な外側球を有しかつ複数の区画を有する、本発明の模範的なディスプレイ装置の縦断面図である。
【図８Ａ】本発明の模範的な柱状構造ディスプレイの実施形態の横断面図である。
【図８Ｂ】図８Ａの柱状構造ディスプレイの実施形態の縦断面図である。
【図８Ｃ】本発明の別の柱状構造ディスプレイの実施形態の横断面図である。
【図８Ｄ】図８Ｃの柱状構造ディスプレイの実施形態の縦断面図である。
【図９Ａ】本発明の模範的なモノリシックディスプレイ装置の平面図である。
【図９Ｂ】図９Ａのディスプレイの横断面図である。
【図１０】反射性の、及び／又は、透過性の、及び／又は、テクスチャの表面に光を投影する、本発明のディスプレイの概略図である。
【図１１】ビューウィンドウから延在している部分的のみの内側球を有する、本発明の模範的なディスプレイ装置の概略図である。
【図１２Ａ】柱状構造内の光源の模範的な配置の平面図である。
【図１２Ｂ】図１２Ａの構造によって形成される仮想イメージの概略図である。
【図１２Ｃ】柱状構造内の光源の代替の配置の概略図である。
【図２】
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【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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