(57)【要約】【課題】容易に、かつ、安価にイオン化量を制御することで、ユーザが望んだ色調に近い発色を可能とする物理発色装置を提供すること。【解決手段】光を入射させ、装置内の内部構造によって光を反射することで構造発色する発色装置において、規則配列構造を有する金属物質、または透明な誘電体物質と、透明なゲルからなり、外部から入射光を入れることによって発色を行う色生成手段と、前記色生成手段からの反射光のスペクトルを制御するための前記透明なゲルの水分量またはイオン量を監視するゲル監視手段と、前記監視したゲルの水分量又はイオン量に基づいて前記ゲルの水分量又はイオン量を制御するゲル制御手段と、を設けたこととした。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を入射させ、装置内の内部構造によって光を反射することで構造発色する発色装置において、
規則配列構造を有する金属物質、または透明な誘電体物質と、透明なゲルからなり、外部から入射光を入れることによって発色を行う色生成手段と、
前記色生成手段からの反射光のスペクトルを制御するための前記透明なゲルの水分量またはイオン量を監視するゲル監視手段と、
前記監視したゲルの水分量又はイオン量に基づいて前記ゲルの水分量又はイオン量を制御するゲル制御手段と、
を設けたことを特徴とする発色装置。
【請求項２】
請求項１に記載の発色装置において、
前記反射光を検出する反射光検出手段と、
検出された反射光に基づいて、前記反射光の色調を算出する色調算出手段と、
ユーザの目標とする色調を設定する目標色調設定手段と、
前記光源手段により照射された光量、照射時間間隔、前記ゲルの水分量又はイオン量、前記色調算出手段により算出された色調との相関関係をデータベース化するデータベース化手段と、
算出された色調と前記目標色調の差異を算出する色調差異算出手段と、
算出された差異を小さくして、ユーザの目標とする色調に近づけるための情報を前記データベースより検索する制御情報検索手段と、
前記検索された情報に基づいて、前記ゲル制御手段に対して制御指令を出力する制御指令出力手段と、
を設けたことを特徴とする発色装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の発色装置において、
前記規則配列構造を、球状微粒子の直交状配列、または細密充填配列としたことを特徴とする発色装置。
【請求項４】
請求項１ないし３いずれか１つに記載の発色装置において、
前記ゲルを、ポリビニルアルコールとしたことを特徴とする発色装置。
【請求項５】
請求項１ないし４いずれか１つに記載の発色装置において、
前記誘電体を、シリカ、ポリエチレンテレフタレート、アクリルとしたしたことを特徴とする発色装置。
【請求項６】
請求項１ないし５いずれか１つに記載の発色装置において、
前記ゲル監視手段を、水量センサとしたことを特徴とする発色装置。
【請求項７】
請求項１ないし６いずれか１つに記載の発色装置において、
前記ゲル監視手段を、イオンセンサとしたことを特徴とする発色装置。
【請求項８】
請求項１ないし７いずれか１つに記載の発色装置において、
前記ゲル制御手段を、水分を乾燥させるための昇温手段と、気化した蒸気の換気を行う換気手段と、気化した蒸気を液化することで水を補給する補給手段から構成したことを特徴とする発色装置。
【請求項９】
請求項１ないし８いずれか１つに記載の発色装置において、
前記ゲル制御手段を、
低濃度イオンを保持する低濃度イオン保持部と、
高濃度イオンを保持する高濃度イオン保持部と、
低濃度イオン保持部と高濃度イオン保持部を連結し、前記低濃度イオン保持部及び高濃度イオン保持部のイオン量を制御するイオン量制御部と、
前記低濃度イオン保持部及び高濃度イオン保持部と前記ゲルとの間に設けられ、イオンの拡散減少を利用して前記ゲルとの間でイオンの供給・排出を行うイオン透過膜と、
前記イオン透過膜と前記ゲルとの間に設けられたゲートと、
から構成したことを特徴とする発色装置。
【請求項１０】
請求項１ないし９いずれか１つに記載の発色装置において、
前記反射光検出手段を、分光光度計としたことを特徴とする発色装置。
【請求項１１】
請求項１ないし１０いずれか１つに記載の発色装置において、
前記色調算出手段を、色相、彩度、明度を算出する手段としたことを特徴とする発色装置。
【請求項１２】
請求項２ないし１１いずれか１つに記載の発色装置において、
前記データベース化手段を、水分量、イオン量による色調の変化傾向を記憶する手段としたことを特徴とする発色装置。
【請求項１３】
請求項２ないし１２いずれか１つに記載の発色装置において、
前記色調差異算出手段を、色相、彩度、明度の差異の算出手段としたことを特徴とする発色装置。
【請求項１４】
請求項２ないし１３いずれか１つに記載の発色装置において、
前記制御指令出力手段を、前記ゲルの水分量又はイオン量の調節に必要な情報に基づいて前記ゲル制御手段に指令信号を出力する手段としたことを特徴とする発色装置。
【請求項１５】
請求項１ないし１４いずれか１つに記載の発色装置の色生成手段に用いられる材料製造方法であって、金属物質又は透明な誘電体物質と、温度を上昇させることで液体化し、温度を低下させることでゲル化する高分子を混合し、該混合材料を、昇温手段により温度を上昇させ液状化し、電場印可手段により電場を加え、この状態で冷却手段により混合材料温度を低下させることでゲル化することを特徴とする材料製造方法。
【請求項１６】
請求項１５に記載の材料製造方法おいて、
前記昇温手段を、サーモスタットを用いた手段としたことを特徴とする材料製造方法。
【請求項１７】
請求項１５または１６に記載の材料製造方法において、
前記電場印可手段を、前記混合材料の間に直流電圧を加える手段としたことを特徴とする材料製造方法。
【請求項１８】
請求項１５ないし１７いずれか１つに記載の材料製造方法において、
前記冷却手段を、ペルティエ素子を用いた手段としたことを特徴とする材料製造方法。
【請求項１９】
車両の内外装システムであって、請求項１ないし１８いずれか１つに記載の発色装置を、車両のインストルメントパネル内の表示盤、またはその周辺部分の表示装置、または外装のエンブレム内の発色部分として用いたことを特徴とする発色装置を用いた内外装システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回折、散乱作用など光の物理的作用によって発色する物理発色装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の動的に発色状態を変える物理発色技術としては、特許文献１に記載の技術が知られている。この技術は、光で相転移が制御されるものである。具体的には、回折波長が変化する光応答性のコロイド結晶であって、電荷をもつ単分散粒子が、光イオン化性物質を含有する水または有機溶媒に分散されている光応答性コロイド結晶を用いる。ここで回折とは、誘電体や金属で規則的な構造を形成し、その誘電体や金属の屈折率や反射率と規則性構造の周期等によって、特定の波長の光を反射する現象である。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−１４７４０７号公報。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記技術では、溶媒中にあるイオン化物質から生成されるイオン量の調整のみで波長ピーク位置や反射率を決めている。しかしながら、光イオン化物質のイオン化量を厳格に制御することは非常に困難であり、所望の色調を得るためには複雑、かつ、高価なシステムを必要とするという問題があった。
【０００５】
本発明は、上述の課題を解決するために、容易に、かつ、安価にイオン化量を制御することで、ユーザが望んだ色調に近い発色を可能とする物理発色装置を提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本発明は、光を入射させ、装置内の内部構造によって光を反射することで構造発色する発色装置において、規則配列構造を有する金属物質、または透明な誘電体物質と、透明なゲルからなり、外部から入射光を入れることによって発色を行う色生成手段と、前記色生成手段からの反射光のスペクトルを制御するための前記透明なゲルの水分量またはイオン量を監視するゲル監視手段と、前記監視したゲルの水分量又はイオン量に基づいて前記ゲルの水分量又はイオン量を制御するゲル制御手段と、を設けたことことで上記課題を解決するに至った。
【０００７】
【発明の効果】
本発明によって、光を入射させ、内部構造での反射光で構造発色する装置において、イオン濃度によって規則配列構造の因子を変更可能な色生成手段を設け、イオン濃度を変更することで、ユーザが望んだ色調に近い物理発色が可能となる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の発色装置について詳細に説明する。
【０００９】
（第１実施例）
図１は、本発明の第１実施例における発色装置の制御構成を表すブロック図、図２は第１実施例における発色装置の構成を表す概略図である。まず構成を説明すると、３０１は入射光、３０２は反射光、３０５は色生成手段、３０７はゲル監視手段、３０８はゲル制御手段である。
【００１０】
容器８７内には、色生成手段３０５と、水８９と、空気８８が透明ガラス９０により封入されている。
【００１１】
また、ゲル監視手段３０７として、容器８７内に封入された水分量を検出する水量センサが設けられている（請求項６に対応）。
【００１２】
また、ゲル制御手段３０８として、コントロールユニット８１と、冷却器８２と、換気装置８３と、第１ゲート８４と、第２ゲート８５と、水８９を加熱する昇温器８６から構成されている。昇温器８６としては、サーモスタット等が好ましい（請求項１６に対応）。また、冷却器８２としては、異種の導体または半導体の接点に電流を流すとき、接点でジュール熱以外に熱の発生または吸収が発生するペルティエ効果に基づいてペルティエ素子を用いることが好ましい（請求項１８に対応）。
【００１３】
容器８７内の水分量を減らすときは、第１ゲート８４を開き、第２ゲート８５を閉じ、昇温器８６により加温して水分を蒸発させ、換気装置８３により蒸気を吸い込む。吸い込まれた蒸気は冷却器８２に送られ、冷却されることで水として貯留される。一方、容器８７内の水分量を増やすときは、第２ゲート８５を開き、貯留された水を容器８７内に供給する。このように、水分量を調整することでゲル内のイオン濃度を調整する（請求項８に対応）。
【００１４】
色生成手段３０５内には、金属物質又は透明な誘電体物質の微粒子３０５ａと、温度を上昇させることで液体化し、温度を低下させることでゲル化する高分子３０５ｂからなる混合材料が設けられている。微粒子３０５ａとしては、シリカ、ポリエチレンテレフタレート、又はアクリルが好ましい（請求項５に対応）。第１実施例ではシリカ（ＳｉＯ２：屈折率１．３５）を用いた。また、ゲルを構成する高分子３０５ｂとしては、ポリビニールアルコールが好ましい（請求項４に対応）。第１実施例ではポリビニールアルコール（屈折率１．５）を用いた。
【００１５】
そして、装置内への入射光３０１を、装置内の色生成手段３０５による反射光３０２によって構造発色する。
【００１６】
（色生成手段３０５の混合材料の作成方法）
図３は混合材料の作成手順を表す概略図である。図３（ａ）において、ポリビニールアルコールの粉末を８０℃のお湯に溶かし、４％濃度の４ホウ酸ナトリウムを加え、更に微粒子３０５ａを加え、微粒子３０５ａ及びイオンを含む溶融状態の液体を作成する。尚、溶融状態はサーモスタットを用いて行う（請求項１６に対応）。
【００１７】
次に、図３（ｂ）において、溶融状態の液体に対し直流電圧による電場をかけ、微粒子３０５ａを規則的に配列する（請求項１７に対応）。このとき、図４に示すように、図４（ａ）の直交状配列、または図４（ｂ）の細密充填配列とすることが好ましい（請求項３に対応）。この規則性が強いほど、ピークの高い発色が得られる。
【００１８】
最後に、ペルティエ素子を用いて冷却し、溶融状態の液体をゲル化することで配列を維持する（請求項１８に対応）。以上によって混合材料が形成される（請求項１５に対応）。
【００１９】
図５は発色機構を表す概略図である。入射光３０１を色生成手段３０５に入射させ、その反射光３０２は、図中Ｘ−Ｙ面内で２次元状に規則配列された球状誘電体である微粒子３０５ａと、これを取り囲むゲル３０５ｂから構成されている。また、微粒子３０５ａとゲル３０５ｂはそれぞれ互いに異なった屈折率を有している。各微粒子３０５ａの直径を２ｒとし、Ｘ軸方向に沿ってＭ列、Ｙ軸方向に沿ってＮ行あるものとする。ここで、回折・散乱のスペクトル形状や分布は、微粒子の直径と、微粒子間の距離と、微粒子とゲルとの屈折率比によって決定される。本第１実施例では、水分量を調整することで、ゲルの膨張、収縮を調整する。これにより各微粒子間の距離を変更することが可能となり、発色を制御することができるものである。以下、発色制御について説明する。
【００２０】
（発色装置の発色制御）
【００２１】
図６は発色装置の制御を表すフローチャートである。
【００２２】
ステップ１０１では、実水分量を検出する。
【００２３】
ステップ１０２では、目標水分量を読み込む。
【００２４】
ステップ１０３では、目標水分量が実水分量と一致しているかどうかを判断し、一致しているときは本制御を終了し、一致していないときはステップ１０４へ進む。
【００２５】
ステップ１０４では、目標水分量が実水分量よりも多いかどうかを判断し、実水分量が目標水分量よりも多いときはステップ１０５へ進み、少ないときはステップ１０６へ進む。
【００２６】
ステップ１０５では、水分量減少制御を実行する。
【００２７】
ステップ１０６では、水分量増大制御を実行する。
【００２８】
ステップ１０７では、目標水分量が実水分量と一致したかどうかを判断し、一致したときはステップ１０８へ進み、それ以外はステップ１０４→ステップ１０５もしくはステップ１０６を繰り返す。
【００２９】
ステップ１０８では、終了制御として各ゲートを閉じ、各機器をＯＦＦとする。
【００３０】
すなわち、実水分量を検出し、目標とする発色となる目標水分量を読み込む。この目標水分量は、例えば、予め目標とする色調と水分量との関係を表すマップ等を設け、目的とする色調に合った水分量を読み込むことで行えばよい。目標水分量と実水分量が一致しているときは、制御の必要がないため、本制御を終了し、一致していないときは、水分が不足しているのか過剰なのかを判断する。
【００３１】
水分が過剰と判断されたときは、ステップ１０５へ進み、水分量減少制御を実行する。ここで、水分量減少制御とは、昇温器８６により水８９を加温し、蒸気を発生させる。このとき、第２ゲート８５を閉じ、第１ゲート８４を開く。同時に換気装置８３を作動し、発生した蒸気を容器８７から排出する。排出された蒸気は冷却器８２に送られ、冷却されることで水とし冷却器８２内に貯留する。
【００３２】
水分が不足していると判断されたときは、ステップ１０６へ進み、水分量増大制御を実行する。ここで、水分量増大制御とは、昇温器８６，換気装置８３，冷却器８２の作動を停止し、第１ゲート８４を閉じ、第２ゲート８５を開くことで、冷却器８２内に貯留された水を容器８７へ供給する。
【００３３】
目標水分量と実水分量が一致するまで上述の制御を繰り返し、目標水分量と実水分量が一致すると、終了制御として、開いているゲートは閉じ、作動している機器を停止する。
【００３４】
以上説明したように、水分量を調整することでイオン濃度を調整し、これにより各微粒子間の距離を制御することができる。これにより、ユーザの要求する色調に近い色調の発色をさせることができる（請求項１に対応）。
【００３５】
ここで、図７に水分量制御を行わず短い波長が反射された状態を初期状態と、水分量制御を実行後の長い波長が反射された状態を最終状態とする光反射スペクトルを表す。図に示すように、波長位置が移動していることが分かる。
【００３６】
（第２実施例）
次に、第２実施例について説明する。図８は第２実施例の発色装置の制御構成を表すブロック図である。混合材料等は第１実施例と同様であるため、異なる点についてのみ説明する。
【００３７】
発色装置には、反射光を検出する反射光検出手段３０６と、ユーザの希望する目標色調を入力するユーザインタフェース３１０と、色調を制御する色調制御手段４００が設けられている。反射光検出手段３０６としては、分光光度計を用いることが好ましい（請求項１０に対応）。
【００３８】
図９は色調制御手段４００の制御構成を表すブロック図である。色調制御手段４００には、反射光検出手段３０６により検出された反射光から色調を算出する色調算出手段４０１と、色調算出手段４０１により算出された色調とイオン濃度の相関関係をデータベース化するデータベース化手段４０２が設けられている。色調算出手段４０１では、色相、彩度、明度を算出する（請求項１１に対応）。また、データベース化手段４０２では、イオン量による色調の変化傾向を記憶する（請求項１２に対応）。
【００３９】
更に、算出された色調と目標色調の差異を算出する色調差異算出手段４０３と、算出された差異を小さくして、ユーザの目標とする色調に近づけるための情報をデータベースより検索する制御情報検索手段４０４と、検索された情報に基づいて、ゲル制御手段３０８に対して制御指令を出力する制御指令出力手段４０５から構成されている。よって、色調差異算出手段４０３では、算出された色相、彩度、明度の差を算出し（請求項１３に対応）、この差異を小さくする変化傾向となる情報（イオン量）をデータベースより検索する。この情報に基づいて、ユーザの目標とする色調に近づける指令（水分量又はイオン量）を出力する（請求項１４に対応）。
【００４０】
図１０は第２実施例の発色装置を表す概略図である。容器８７内には、色生成手段である混合材料３０５と、ホウ素イオンを含んだ水８９ａが満たされ、透明ガラス９０により封入されている。また、ゲル監視手段として、水８９ａ内のイオン濃度を検出するイオンセンサ３０７が設けられている。
【００４１】
容器８７には、ゲル制御手段としてイオン濃度変更機構が取り付けられている（請求項９に対応）。このイオン濃度変更機構は、容器８７と第１高濃度ゲート１１及び第１低濃度ゲート１２を介して接続されている。第１高濃度ゲート１１には、イオン透過膜１８ａを介して高濃度イオン水を含む高濃度容器１８が接続されている。高濃度容器１８は、第２高濃度ゲート１５を介して気化によるイオン分離を行うイオン分離器１６に接続されている。
【００４２】
第１低濃度ゲート１２には、イオン透過膜１７ａを介して低濃度イオン水を含む低濃度容器１７が接続されている。低濃度容器１７は、第２低濃度ゲート１４を介してイオン分離器１６に接続されている。更に、第３低濃度ゲート１３を介してイオン分離器１６に接続され、気化により分離された水を第３低濃度ゲート１３を介して低濃度容器１７に供給することで、低濃度イオン状態を維持する。
【００４３】
容器８７内の水８９ａのイオン濃度を減少させるには、第１低濃度ゲート１２を開き、イオン透過膜１７ａを介して、低濃度容器１７内にイオンを導く。所定の濃度に到達すると、第１低濃度ゲート１２を閉じる。そして、低濃度を維持するために、第２低濃度ゲート１４を開き、イオン濃度の高まった溶液をイオン分離器１６に導き、気化した水を第３低濃度ゲート１３より低濃度容器１７内に循環させることで、低イオン濃度を維持する。このとき、濃縮された高イオン濃度の液体は第２高濃度ゲート１５から高濃度容器１８内に導かれる。
【００４４】
容器８７内の水８９ａのイオン濃度を上昇させるには、第１高濃度ゲート１１を開き、イオン透過膜１８ａを介して、容器８７内にイオンを導く。所定の濃度に到達すると、第１高濃度ゲート１１を閉じる。
【００４５】
上述の各ゲートは、色調制御手段４００の制御指令出力手段４０５からの指令信号に基づいて開閉する。
【００４６】
図１１は第２実施例における発色装置の制御内容を表すフローチャートである。尚、下記の制御は所定時間周期毎に繰り返し実行される。
【００４７】
ステップ２０１では、ユーザの設定する目標色調及びイオン濃度を読み込む。
【００４８】
ステップ２０２では、反射光検出手段３０６で反射光３０２を検出する。
【００４９】
ステップ２０３では、色調算出手段４０１において、検出した反射光をスペクトル分解し、色彩因子計算を実行することで、色彩因子に落とし、どんな色かを確定する。
【００５０】
ステップ２０４では、データベース化手段４０２において、イオン濃度と反射光３０２に基づく色調との相関関係をデータベース化する。
【００５１】
ステップ２０５では、色調差異算出手段４０３において、ユーザの目標とする目標色調と反射光から算出された色調の差異を算出する。
【００５２】
ステップ２０６では、算出された色調の差異が０かどうかを判断し、０のときは本制御を終了し、０以外のときはステップ２０７へ進む。
【００５３】
ステップ２０７では、ユーザの目標とする色調に近づけるためのイオン濃度を、データベースの情報から検索する。
【００５４】
ステップ２０８では、制御指令出力手段４０５において、検索された情報に基づいて、イオン濃度不足であればイオン濃度を高くする制御指令を出力し、イオン濃度過剰であればイオン濃度を低くする制御指令を出力する。そしてイオン濃度制御を実行する。再び、ステップ２０２に戻り算出された色調が目標色調になるまで同じことを何度も繰り返す。
【００５５】
以上説明したように、第２実施例では、反射光を検出し、色調を算出することで、イオン濃度と色調の関係をデータベース化することができる。更に、ユーザの設定する目標色調との差異を検出し、その差異を小さくするイオン濃度をデータベースから検索することができる。検索された情報に基づいてイオン濃度変更機構の各ゲートに対し制御指令を出力することで、容易にユーザの目標とする色調を提供することができる（請求項２に対応）。
【００５６】
（第３実施例）
次に、第３実施例について説明する。近年、運転者各人の個性化が進み、その心理や車両内外の環境変化によって、車両内の意匠性を自由に変化させることが望まれている。特に、色に関しては、簡便な方法で選択することで色の切り換えが行えることが望まれている。そこで、図１２に本発明の発色装置を車両内のインストルメントパネルへ適用した例を示す。５００はインストルメントパネルであり、５０１は速度メータ、５０２はガソリン量を示す燃料メータである。この速度メータ５０１や燃料メータ５０２の背後にある基盤５０３に発色装置を適用した。これにより、その日の気分によって色を自由に変更することが可能となり、操作性や視認性の向上と共に、新しい意匠性を与えることができる。
【００５７】
尚、上記各実施例では、発色装置として主に色調を制御したが、色調に限られるものではなく、例えば、特定の波長域（紫外線等）を全て反射するように制御することで、車両の車室内の温度上昇を防止するよう制御しても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態１における発色装置の制御構成を表すブロック図である。
【図２】第１実施例における発色装置を表す概略図である。
【図３】混合材料の作成方法を表す概略図である。
【図４】粒子状物質の配列を表す図である。
【図５】発色装置の発色機構を表す図である。
【図６】第１実施例における発色装置の制御内容を表すフローチャートである。
【図７】第１実施例における発色装置の反射光の波長及び反射率を表す図である。
【図８】第２実施例における発色装置の制御構成を表すブロック図である。
【図９】第２実施例における色調制御手段の制御構成を表すブロック図である。
【図１０】第２実施例における発色装置を表すフローチャートである。
【図１１】第２実施例における発色装置の制御内容を表すフローチャートである。
【図１２】第３実施例における発色装置の適用例を表す図である。
【符号の説明】
３０１  入射光
３０２  反射光
３０５  色生成手段
３０６  反射光検出手段
３０７  ゲル監視手段
３０８  ゲル制御手段
４００  色調制御手段
４０１  色調算出手段
４０２  データベース化手段
４０３  色調差異算出手段
４０４  制御情報検索手段
４０５  制御指令出力手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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