JP2005009987A

JP2005009987A - Multi-angle type colorimeter

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Publication number: JP2005009987A
Application number: JP2003173770A
Authority: JP
Inventors: Kenji Imura; 健二井村; Susumu Ichikawa; 晋市川
Original assignee: Minolta Co Ltd
Current assignee: Minolta Co Ltd
Priority date: 2003-06-18
Filing date: 2003-06-18
Publication date: 2005-01-13

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a multi-angle colorimeter which does not require an optical system in every illumination direction or light reception direction and is capable of achieving compactness. SOLUTION: Reflected luminous flux r2 is emitted from a sample surface S to a toroidal mirror 11 as parallel luminous flux by the irradiation of the sample surface S with illumination luminous flux i1 from a light source part 40. The parallel luminous flux emitted toward the toroidal mirror 11 from the sample surface S is reflected by the toroidal mirror 11, converges on a focal circumference 11c, reflected by a conical mirror 12 provided for the vicinity of the focal circumference 11c, and made incident onto a relay optical system 20. The reflected luminous flux r2 emergent from the relay optical system 20 converges on an aperture circumference 31c of an aperture plate 31, is passed through a sample light aperture A2 provided for the aperture plate 31, and made incident onto a sample light sensor S2. COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、メタリック塗装やパールカラー塗装などの測色に用いられるマルチアングル測色計に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
自動車の塗装などに用いられるメタリック塗装やパールカラー塗装では、薄片状のアルミニウムやマイカなどからなる光輝材が塗膜内に含まれている。塗膜内における光輝材の向きにはばらつきがあるため、光輝材からの反射光強度が見る方向によって異なることになり、これによってメタリック効果やパール効果が得られる。このような特性を有するメタリック塗装やパールカラー塗装の色彩を測定する測色計としては、複数の方向から照明して一方向から受光する多方向照明一方向受光、又は一方向から照明して複数の方向から受光する一方向照明多方向受光の形式を有するマルチアングル光学系や、ゴニオ光学系を備えた測色計が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平７−２１８３４４号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のマルチアングル光学系を備えた測色計（以下、マルチアングル測色計とする）では、照明や受光方向毎に光学系を備える必要があり、また、複数方向から照明する場合、照明方向毎に光源が必要であり、複数方向から受光する場合、受光方向毎に受光センサが必要となるため、構成が複雑化し、コストがかかるという問題を有している。
【０００５】
また、従来のゴニオ光学系を備えた測色計（以下、ゴニオ測色計とする）では、照明方向や受光方向を機械的に切り換えるため、構成が複雑化し、コストがかかるという問題を有している。さらに、従来のゴニオ測色計は、照明方向や受光方向を機械的に切り換えるため、小型化が困難であり、また、測定に時間がかかるという問題を有している。
【０００６】
また、従来のマルチアングル測色計及びゴニオ測色計は、照明する光源と受光する複数の受光センサとが隣接して設けられているため、照明方向と受光方向との間、あるいは２つの受光方向の間の最小角が、光学系の隣接可能間隔により制限されるという問題を有している。
【０００７】
本発明は、上記の問題を解決するためになされたもので、照明方向及び受光方向毎に光学系が不要であり、小型化することができるマルチアングル測色計を提供することを目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るマルチアングル測色計は、試料面内に中心軸を有する円環状の第１の反射鏡と、前記第１の反射鏡の焦点群からなる焦点円周の近傍に設けられた第２の反射鏡と、前記中心軸を光軸として前記焦点円周の像を結像させるリレー光学系と、前記リレー光学系の結像面に設けられ、前記焦点円周の像に一致する開口円周上に１つ以上の試料光開口を有する開口板と、前記試料光開口の背後に設けられ、試料によって反射した反射光を受光する１つ以上の受光センサとを備え、前記試料面から前記第１の反射鏡に向けて放射された平行光束は、前記第１の反射鏡によって反射されて前記焦点円周上に収束した後、前記焦点円周の近傍に設けられた第２の反射鏡に反射されて前記リレー光学系に入射し、前記開口円周上に収束して前記試料光開口を通過して前記受光センサに入射する。
【０００９】
この構成によれば、試料面に照明光が照射されることで、試料面から第１の反射鏡に向けて反射光が平行光束となって放射される。試料面から反射光が放射されるが、試料面から第１の反射鏡に向かい、中心軸に垂直な平行反射光束は、第１の反射鏡によって反射されて焦点円周上に収束した後、焦点円周の近傍に設けられた第２の反射鏡に反射されてリレー光学系に入射する。リレー光学系から出射した光束は、開口板の開口円周上に収束して開口板に設けられた試料光開口を通過して受光センサに入射する。
【００１０】
したがって、開口板に設けられた試料光開口及び試料光開口に対応する受光センサを増やすことで、受光方向の光学系を増やすことなく、簡易に多方向の反射光を測定することができ、照明方向及び受光方向毎に光学系が不要であり、小型化することができる。
【００１１】
また、上記のマルチアングル測色計において、前記第１の反射鏡は、前記中心軸を含む面内では、当該面内の焦点円周を焦点とし、焦点から中心軸への垂線を軸とする放物線を断面とすることが好ましい。
【００１２】
この構成によれば、第１の反射鏡は、中心軸を含む面内において、当該面内の焦点円周と交わる点を焦点とし、焦点から中心軸への垂線を軸とする放物線を断面としているので、第１の反射鏡に入射した試料面からの平行光束の焦点を第２の反射鏡上に作ることができる。
【００１３】
また、上記のマルチアングル測色計において、前記開口板に近接して前記中心軸を中心に回転可能なフィルタ円板をさらに備え、前記フィルタ円板は、前記開口板の開口円周に対応するフィルタ円周上に、それぞれ異なる中心波長のバンドパスフィルタを備えた複数のフィルタ開口を有し、前記開口円周上に収束した光束は、前記複数のフィルタ開口のうちの１つを通過して前記受光センサに入射することが好ましい。
【００１４】
この構成によれば、開口板の試料光開口に入射した光束は、開口板の開口円周に対応するフィルタ円周上にそれぞれ異なる中心波長のバンドパスフィルタを備えたフィルタ開口を通過して受光センサに入射するので、試料の反射光を分光することができ、特定波長の反射光を受光センサで受光することができる。
【００１５】
また、上記のマルチアングル測色計において、前記開口板は、前記開口円周上に光源開口を有し、前記光源開口から放射された光束がリレー光学系によって焦点円周上に前記光源開口の像を結像させた後、前記第１の反射鏡により平行光束となって試料面に入射することが好ましい。
【００１６】
この構成によれば、開口板は、開口円周上に光源からの光が入射する光源開口を有しており、光源開口から放射された光束がリレー光学系によって焦点円周上に光源開口の像を結像させた後、第１の反射鏡により平行光束となって試料面に入射するので、照明方向の光学系を増やすことなく、簡易に多方向の反射光を測定することができ、照明方向及び受光方向毎に光学系が不要であり、小型化することができる。
【００１７】
また、上記のマルチアングル測色計において、前記開口板は前記光源開口に反射鏡を有しており、前記反射鏡に光を照射する光源をさらに備え、前記光源は、前記反射鏡に収束する光束を出力すると共に、前記反射鏡で反射された光束が前記リレー光学系に入射する光軸を有することが好ましい。
【００１８】
この構成によれば、光源は、開口板の光源開口が有する反射鏡に収束する光束を出力すると共に、反射鏡で反射された光束がリレー光学系に入射する光軸を有するので、光源から出力される光束を効率よくリレー光学系に導くことができ、照明方向の光学系を増やすことなく、簡易に多方向の反射光を測定することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る実施形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において同一の構成については、同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００２０】
図１は、本実施形態におけるマルチアングル測色計の構成を示す図であり、図２は、図１に示すマルチアングル測色計のＰ０面に沿った断面図であり、図３は、図１に示すマルチアングル測色計のＰ１面に沿った断面図である。
【００２１】
図１に示すマルチアングル測色計１は、測定部１０、リレー光学系２０、受光部３０及び光源部４０を備えて構成される。
【００２２】
測定部１０は、トロイダル鏡１１及びコニカル鏡１２を備えて構成される。トロイダル鏡１１は、試料が載置される試料面Ｓに垂直な測定面Ｑに垂直で試料面Ｓに接する中心軸１ｘに対して回転対称である。トロイダル鏡１１の焦点群は、トロイダル鏡１１と同心で略半分の径を有する焦点円周１１ｃ上にある。コニカル鏡１２は、トロイダル鏡１１の焦点群からなる焦点円周１１ｃ近傍に配置され、複数の反射面Ｃｎを備えて構成される。反射面Ｃｎは、中心軸１ｘを中心とする多角錐の一部を形成する。
【００２３】
なお、図２に示すように、トロイダル鏡１１は、中心軸１ｘを含むＰ０面内では、当該Ｐ０面内の焦点円周１１ｃを焦点とし、焦点から中心軸１ｘへの垂線を軸とする放物線を断面としている。このように、トロイダル鏡１１は、中心軸１ｘを含むＰ０面内において、当該Ｐ０面内の焦点円周１１ｃと交わる点を焦点とし、焦点から中心軸１ｘへの垂線を軸とする放物線を断面としているので、トロイダル鏡１１に入射した試料面Ｓからの中心軸に垂直な平行光束の焦点をコニカル鏡１２近傍に作ることができる。
【００２４】
リレー光学系２０は、開口板３１に設けられた光源開口の像をコニカル鏡１２上に結像させるとともに、中心軸１ｘを光軸として焦点円周１１ｃの像を開口板３１の開口円周３１ｃ上に結像させる。リレー光学系２０は、前群の第１のレンズ２１と、第１のレンズ２１に略対称な後群の第２のレンズ２２と、第１のレンズ２１と第２のレンズとの間に配置される開口絞り２３とで構成される。また、開口絞り２３の開口２３ａには、例えば、５％程度の反射率を有する平面反射鏡２４が配置されている。
【００２５】
受光部３０は、開口板３１、フィルタ円板３２及びセンサ基板３３を備えて構成される。開口板３１は、リレー光学系２０の結像面に設けられ、焦点円周１１ｃの像に一致する開口円周３１ｃ上に３つの試料光開口Ａ１，Ａ２，Ａ３と光源開口Ａ０と参照光開口Ａ４とが設けられ、試料光開口Ａ１，Ａ２，Ａ３と参照光開口Ａ４とには、後述するフィルタ円板３２のバンドパスフィルタＢｍのサイドバンド（使用する波長以外での２次的透過波長）を除去する赤外カットフィルタＩＲ１，ＩＲ２，ＩＲ３，ＩＲ４が取り付けられている。光源開口Ａ０には、光源からの光をリレー光学系２０に向けて反射する反射鏡Ｍ１が取り付けられている。
【００２６】
フィルタ円板３２は、開口板３１の背後に設けられ、開口板３１の開口円周３１ｃに対応するフィルタ円周３２ｃ上に３２個のフィルタ開口Ｆｍ（ｍ＝０〜３１）が等間隔で設けられている。フィルタ開口Ｆ１〜Ｆ３１には、１０ｎｍ間隔で４００ｎｍから７００ｎｍを中心波長とする３１のバンドパスフィルタＢｍ（ｍ＝１〜３１）が取り付けられている。また、フィルタ円板３２は、パルスモータ３２ａにより中心軸１ｘを中心として回転する。パルスモータ３２ａは、演算制御部（図４参照）により所定の制御信号（パルス信号）が印加されることによって駆動する。
【００２７】
センサ基板３３は、フィルタ円板３２の背後に設けられ、フィルタ円板３２のフィルタ円周３２ｃに対応するセンサ円周３３ｃ上に試料光開口Ａ１，Ａ２，Ａ３及び参照光開口Ａ４に対応する３つの試料光センサＳ１，Ｓ２，Ｓ３及び参照光センサＳ０が取り付けられている。この３つの試料光センサＳ１，Ｓ２，Ｓ３及び参照光センサＳ０の出力は、センサ基板３３上の処理回路によって並列に処理される。
【００２８】
光源部４０は、反射鏡Ｍ１に対置して配置され、光源４１及び収束光学系４２を備えて構成される。光源４１は、例えば、白熱ランプであり、照明光束ｉ１を収束光学系４２に向けて照射する。収束光学系４２は、白熱ランプ４１から放射された照明光束ｉ１を反射鏡Ｍ１上に収束させる。
【００２９】
なお、本実施形態では、バンドパスフィルタＢｍのサイドバンドを除去する赤外カットフィルタＩＲ１，ＩＲ２，ＩＲ３，ＩＲ４を試料光開口Ａ１，Ａ２，Ａ３と参照光開口Ａ４とに設けているが、本発明は特にこれに限定されず、光源部４０の収束光学系４２付近に赤外カットフィルタを設けてもよい。この場合、試料光開口Ａ１，Ａ２，Ａ３と参照光開口Ａ４との４箇所に必要である赤外カットフィルタＩＲ１，ＩＲ２，ＩＲ３，ＩＲ４を光源部４０の１箇所のみにすることができ、さらなるコスト削減を実現することができる。
【００３０】
図４は、本実施形態におけるマルチアングル測色計１の内部構成を示すブロック図である。図４に示すように、マルチアングル測色計は、試料光センサＳ１，Ｓ２，Ｓ３、参照光センサＳ０、パルスモータ３２ａ、光源４１、演算制御部１００、発光回路１０１、パルスモータ駆動回路１０２及び信号処理回路１０３を備えて構成される。なお、試料光センサＳ１，Ｓ２，Ｓ３、参照光センサＳ０、パルスモータ３２ａ及び光源４１については、すでに説明しているので、説明を省略する。
【００３１】
演算制御部１００は、発光回路１０１、パルスモータ駆動回路１０２及び信号処理回路１０３を制御する。すなわち、演算制御部１００は、光源４１を駆動するための所定の発光制御信号を発光回路１０１に出力し、フィルタ円板３２を駆動するためのフィルタ円板制御信号をパルスモータ駆動回路１０２に出力し、信号処理回路１０３を制御する制御信号を出力し、信号処理回路１０３より入力される試料光センサＳ１，Ｓ２，Ｓ３及び参照光センサＳ０からの出力に応じた分光反射率係数を算出する。
【００３２】
発光回路１０１は、演算制御部１００からの発光制御信号に基づいて光源４１を発光駆動する。パルスモータ駆動回路１０２は、演算制御部１００からのフィルタ円板制御信号に基づいてフィルタ円板３２を回転駆動する。
【００３３】
信号処理回路１０３は、演算制御部１００からの制御信号に基づいて、試料光センサＳ１，Ｓ２，Ｓ３及び参照光センサＳ０によって検出される光電流に対して所定の信号処理を施す。なお、信号処理回路１０３については後述する。
【００３４】
次に、本実施形態におけるマルチアングル測色計１の動作について説明する。まず、図３を用いて照明系及び参照系について説明する。なお、以下の説明では、４５度方向から照明光束ｉ１を照明し、０度方向から反射光束ｒ２を受光する場合について説明する。
【００３５】
演算制御部１００は、発光回路１０１を制御することで光源４１から照明光束ｉ１を照射させる。光源部４０の光源４１から放射された照明光束ｉ１は、収束光学系４２により光源開口Ａ０の反射鏡Ｍ１上に収束する。反射鏡Ｍ１によって反射された照明光束ｉ１は、リレー光学系２０に入射し、トロイダル鏡１１の焦点円周１１ｃ上に光源開口Ａ０の像を形成する。リレー光学系２０の開口絞り２３の開口２３ａが、照明光束ｉ１の大きさを決定し、試料面Ｓでの照明領域を決定する。焦点円周１１ｃ上に収束した照明光束ｉ１は、コニカル鏡１２の反射面Ｃｎで反射されて、トロイダル鏡１１に入射する。トロイダル鏡１１によって反射された照明光束ｉ１は、測定面Ｑに平行な光束となって、試料面Ｓを照射する。光源部４０から試料面Ｓに至る照明光束ｉ１の主光線は、中心軸１ｘを含む面Ｐ１内にあり、測定面Ｑ内の照明光束ｉ１の試料面Ｓに対する照明方向（図３では試料面法線に対して＋４５度）は、開口円周３１ｃ上の光源開口Ａ０の方向と一致する。また、図３に示すように、光源部４０の収束光学系４２の近傍に開口絞り４３を配置し、リレー光学系２０の開口絞り２３を通過できる照明光束ｉ１のみが射出されるような開口４３ａを設けることで照明光束ｉ１の迷光を抑えることができる。
【００３６】
リレー光学系２０の倍率は略１であり、略対称な第１のレンズ２１と第２のレンズ２２とで構成されているが、第１のレンズ２１と第２のレンズ２２との境界部分に設けられた開口絞り２３の開口２３ａには、５％程度の反射率を有する反射鏡２４が配置されている。したがって、光源部４０から光源開口Ａ０を介して第２のレンズ２２に入射した照明光束ｉ１は、中心軸１ｘ付近で平行光束となる。照明光束ｉ１の大部分は、反射鏡２４を通過して第１のレンズ２１を介してコニカル鏡１２に入射するが、一部は、反射鏡２４によって反射されて参照光束ｒ０として再び第２のレンズ２２に入射し、開口円周１１ｃ上の参照光開口Ａ４に光源開口Ａ０の像を形成して収束する。なお、参照光開口Ａ４と光源開口Ａ０とは、中心軸１ｘに対して対称となる位置に設けられる。参照光開口Ａ４と参照光開口Ａ４に配置された赤外カットフィルタＩＲ４とを通過した参照光束ｒ０は、順次光束に挿入されるフィルタ円周３３ｃ上のフィルタ開口Ｆｍ（ｍ＝０〜３１）を通過し、参照光開口Ａ４に対応する位置に設けられているセンサ基板３３上の参照光センサＳ０に入射する。フィルタ開口Ｆｍ（ｍ＝０〜３１）のうち、フィルタ開口Ｆ１〜Ｆ３１には、１０ｎｍピッチで４００ｎｍから７００ｎｍまでを中心波長とするバンドパスフィルタＢｍ（ｍ＝１〜３１）が取り付けられているので、フィルタ円板３２が１回転する間に４００ｎｍから７００ｎｍまでの３１波長で分光された反射光束ｒ２が試料光センサＳ２に入射することとなる。
【００３７】
次に、図２を用いて受光系について説明する。試料面Ｓに入射した照明光束ｉ１は、試料面Ｓによって反射される。試料面Ｓによって反射され、試料面に垂直な反射光束ｒ２は、トロイダル鏡１１によって反射され、焦点円周１１ｃ上に収束する。焦点円周１１ｃ上に収束した反射光束ｒ２は、コニカル鏡１２の反射面Ｃｎによって反射され、リレー光学系２０の第１のレンズ２１に入射する。第１のレンズ２１を介して平行光となった反射光束ｒ２は、開口絞り２３の開口２３ａを通過し、第２のレンズ２２に入射する。第２のレンズ２２から出射した反射光束ｒ２は、開口板３１の開口円周３１ｃ上に収束する。開口円周３１ｃ上に収束した反射光束ｒ２は、開口円周３１ｃ上に設けられた試料光開口Ａ２と、試料光開口Ａ２に設置された赤外カットフィルタＩＲ２とを通過し、試料光開口Ａ２に対応する位置に設けられた試料光センサＳ２に入射する。ここで、試料光センサＳ２に入射する反射光ｒ２は、フィルタ円板３２が回転することによって順次挿入されるフィルタ開口Ｆｍ（ｍ＝０〜３１）を通過する。フィルタ開口Ｆｍ（ｍ＝０〜３１）のうち、フィルタ開口Ｆ１〜Ｆ３１には、１０ｎｍピッチで４００ｎｍから７００ｎｍまでを中心波長とするバンドパスフィルタＢｍ（ｍ＝１〜３１）が取り付けられているので、フィルタ円板３２が１回転する間に４００ｎｍから７００ｎｍまでの３１波長で分光された反射光束ｒ２が試料光センサＳ２に入射することとなる。なお、上記と同様にして、試料光センサＳ１，Ｓ３は、−３０度方向からの反射光束ｒ１を受光し、６５度方向からの反射光束ｒ３を受光する。
【００３８】
図５は、本実施形態において、試料面Ｓを照明する方向及び試料面Ｓから反射する方向と、開口板３１に設けられた試料光開口の位置を示す図であり、図５（ａ）は、試料面Ｓを照明する方向及び試料面Ｓから反射する方向を示す図であり、図５（ｂ）は、開口板３１に設けられた光源開口、試料光開口及び参照光開口の位置を示す図である。
【００３９】
試料面Ｓから複数の試料光センサに至る反射光束ｒ１，ｒ２，ｒ３の主光線は、各々中心軸１ｘを含む平面内にあり、検知される反射光束ｒ１，ｒ２，ｒ３の測定面Ｑ内の方向は、試料光開口の中心軸１ｘ周りの方向と一致する。本実施形態では、図５（ａ）に示すように、試料面Ｓを照明する照明光束ｉ１は、試料面の法線に対して４５度であり、試料面Ｓから照明する反射光束（検出方向）ｒ１，ｒ２，ｒ３は、試料面の法線に対して−３０度、０度、＋６５度であり（照明光束ｉ１の正反射方向に対して１５度、４５度、１１０度）、ＡＳＴＭ規格に準拠した検出を行う。
【００４０】
また、図５（ｂ）に示すように、光源部４０より照明光束ｉ１が入射する光源開口Ａ０は、開口円周３１ｃ上の、中心軸１ｘに関し、照明光束ｉ１と点対称な方向の位置に設けられ、反射光束ｒ１，ｒ２，ｒ３が入射する試料光開口Ａ１，Ａ２，Ａ３は、開口円周３１ｃ上の、中心軸１ｘに関し、反射光束ｒ１，ｒ２，ｒ３と点対称な方向の位置に設けられ、参照光束ｒ０が入射する参照光開口Ａ４は、開口円周３１ｃ上の、中心軸１ｘに関し、光源開口Ａ０と点対称な方向の位置に設けられる。
【００４１】
図６は、図４に示す信号処理回路の具体的な構成を示す図である。図６に示す信号処理回路１０３は、試料光センサＳ１，Ｓ２，Ｓ３、参照光センサＳ０、電流電圧変換回路５１，５２，５３，５４、積分回路５５，５６，５７，５８、マルチプレクサ（ＭＰＸ）５９、Ａ／Ｄ変換器（ＡＤＣ）６０、０信号生成部６１、エンコード信号生成部６２及び演算制御部（ＣＰＵ）１００を備えて構成される。
【００４２】
試料光センサＳ１，Ｓ２，Ｓ３及び参照光センサＳ０は、電流電圧変換回路５１，５２，５３，５４にそれぞれ接続され、電流電圧変換回路５１，５２，５３，５４は、積分回路５５，５６，５７，５８にそれぞれ接続される。積分回路５５，５６，５７，５８は、マルチプレクサ５９に接続され、マルチプレクサ５９は、Ａ／Ｄ変換器６０に接続され、Ａ／Ｄ変換器６０は、演算制御部１００に接続される。また、電流電圧変換回路５４は、さらに０信号生成部６１及びエンコード信号生成部６２に接続され、０信号生成部６１及びエンコード信号生成部６２は、演算制御部１００に接続されている。
【００４３】
フィルタ円板３２に設けられたフィルタ開口Ｆｍを通過した反射光束ｒ１，ｒ２，ｒ３及び参照光束ｒ０は、センサ基板３３に設けられた試料光センサＳ１，Ｓ２，Ｓ３及び参照光センサＳ０にそれぞれ入射する。試料光センサＳ１，Ｓ２，Ｓ３及び参照光センサＳ０は、受光した反射光束ｒ１，ｒ２，ｒ３及び参照光束ｒ０の光強度に応じた光電流を電流電圧変換回路５１，５２，５３，５４に出力する。電流電圧変換回路５１，５２，５３，５４は、試料光センサＳ１，Ｓ２，Ｓ３及び参照光センサＳ０から出力された光電流を電圧信号Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４に変換する。光電流から電圧に変換された電圧信号Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４は、積分回路５５，５６，５７，５８に入力される。積分回路５５，５６，５７，５８は、電圧信号Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４を一定時間積分する。積分回路５５，５６，５７，５８から出力される出力信号Ｏ１，Ｏ２，Ｏ３，Ｏ４は、マルチプレクサ５９に入力される。マルチプレクサ５９は、積分回路５５，５６，５７，５８から出力される出力信号Ｏ１，Ｏ２，Ｏ３，Ｏ４のうち１つの信号を選択してＡ／Ｄ変換器６０に出力する。Ａ／Ｄ変換器６０は、マルチプレクサ５９より出力される出力信号をアナログ信号からデジタル信号に変換する。演算制御部１００は、フィルタ円板３２の回転に伴って、複数のフィルタ開口Ｆｍに設置されたバンドパスフィルタＢｍを順次通過した反射光束ｒ１、ｒ２、ｒ３及び参照光束ｒ０に対応するＡ／Ｄ変換器６０出力信号（分光データ）を記憶する。さらに、演算制御部１００は、記憶された分光データから、各方向の反射率係数を算出する。
【００４４】
また、反射光の強度が試料に依存しない参照光センサＳ０の出力からは、エンコード信号Ｅと０信号Ｚとが生成される。電流電圧変換回路５４によって電圧に変換された参照光センサＳ０の出力Ｖ４は、積分回路５８に入力するとともに、０信号生成部６１及びエンコード信号生成部６２に入力する。
【００４５】
エンコード信号生成部６２は、参照光開口Ａ４に複数のフィルタ開口Ｆｍのうちの１つが来る度に、エンコード信号Ｅ（３２／回転）を生成し、生成したエンコード信号Ｅを演算制御部１００に出力する。
【００４６】
０信号生成部６１は、参照光開口Ａ４に複数のフィルタ開口Ｆｍのうちのフィルタ開口Ｆ０が来たときのみ０信号Ｚ（１／回転）を生成し、生成した０信号Ｚを演算制御部１００に出力する。０信号生成部６１は、バンドパスフィルタＢｍを介さない透過光量が大きいフィルタ開口Ｆ０のときの出力電圧Ｖ４を参照電圧Ｖｒと比較して、他のフィルタ開口Ｆｍ（ｍ＝１〜３１）と区別する。
【００４７】
演算制御部１００は、エンコード信号Ｅと０信号Ｚとから積分信号Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３，Ｉ４と積分リセット信号ＲＩ１，ＲＩ２，ＲＩ３，ＲＩ４とマルチプレクサ制御信号ＭＸとＡ／Ｄ変換信号ＡＤとを発生させて信号処理回路１０３を制御する。
【００４８】
演算制御部１００は、各方向の反射光束ｒ１、ｒ２、ｒ３と参照光ｒ０の信号を波長毎にＡ／Ｄ変換したデータから試料面の各方向分光反射率係数Ｒ１（λ），Ｒ２（λ），Ｒ３（λ）を算出して出力する。反射光束ｒ１、ｒ２、ｒ３の強度は試料面法線からの射出角ｒの余弦ｃｏｓ（ｒ）に比例するので、３方向の試料光センサＳ１，Ｓ２，Ｓ３の電流電圧変換回路５１，５２，５３，５４の帰還抵抗ｒａ，ｒｂ，ｒｃ，ｒｄは１／ｃｏｓ（ｒ）に略比例した抵抗値を有する。フィルタ円板３２の回転によって、１つの試料光センサには、４００ｎｍから７００ｎｍまでの光束が入射するが、光源４１である白熱ランプの色温度を３０５０Ｋとすると放射エネルギーの比は、Ｅ（４００）：Ｅ（７００）＝１：１０となる。青色増感したシリコンダイオードの感度比は、Ｓ（４００）：Ｓ（７００）＝１：２であり、赤外カットフィルタの透過率比は、Ｔ（４００）：Ｔ（７００）＝２：１であるので、総合的な光電流の比は、Ｉ（４００）：Ｉ（７００）＝１：１０となる。
【００４９】
メタリック塗装面を測定した場合のハイライト方向の反射強度は完全拡散反射面の反射光強度の１０倍となるので、ハイライト方向の反射光束ｒ１に対応する試料光センサＳ１には、最大で完全拡散反射面の４００ｎｍでの光電流の１００倍の光電流が発生する。そこで、積分回路５５，５６，５７，５８は、切換え可能な入力抵抗回路ｚａ，ｚｂ，ｚｃ，ｚｄを備えており、積分回路５５，５６，５７，５８は、積分信号Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３，Ｉ４により６段階のゲイン（１倍、３倍、１０倍、３０倍、１００倍、３００倍）の中から適切なゲインを選択し、電流電圧変換回路５１，５２，５３，５４からの出力電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４が積分される。
【００５０】
図７は、信号処理回路１０３のタイミングチャートを示す図である。なお、図７中の数字は、フィルタ開口Ｆｍのフィルタ番号ｍを表す。
【００５１】
フィルタ円板３２のフィルタ円周上に等間隔で配置された３２のフィルタ開口Ｆｍ（ｍ＝０〜３１）のうち、フィルタ開口Ｆ０にはバンドパスフィルタＢｍ（ｍ＝１〜３１）が取り付けられておらず、入射した光束がそのまま通過し、フィルタ開口Ｆ１からフィルタ開口Ｆ３１には４００ｎｍから７００ｎｍまで１０ｎｍピッチの中心波長を有する３１種のバンドパスフィルタＢｍ（ｍ＝１〜３１）が取り付けられている。フィルタ円板３２は、パルスモータ３２ａによって等速回転するが、１回転の間に試料光開口Ａ１，Ａ２，Ａ３と参照光開口Ａ４を通過する反射光束に３１種のバンドパスフィルタＢｍ（ｍ＝１〜３１）が順次挿入される。図７に示すように、４つの開口Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４の相対位置に応じた位相差で信号Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４が発生する。演算制御部１００は、この位相差に応じた積分信号Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３，Ｉ４と積分リセット信号ＲＩ１，ＲＩ２，ＲＩ３，ＲＩ４とを出力して、信号Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４を積分し、マルチプレクサ制御信号ＭＸとＡ／Ｄ変換信号ＡＤとを出力して順次Ａ／Ｄ変換する。
【００５２】
このように、試料面Ｓに照明光束ｉ１が照射されることで、試料面Ｓからトロイダル鏡１１に向けて反射光束ｒ１、ｒ２、ｒ３が平行光束となって放射される。試料面Ｓから反射光が放射されるが、試料面Ｓからトロイダル鏡１１に向かい、中心軸１ｘに垂直な平行反射光束ｒ１、ｒ２、ｒ３は、トロイダル鏡１１によって反射されて焦点円周１１ｃ上に収束した後、焦点円周１１ｃの近傍に設けられたコニカル鏡１２に反射されてリレー光学系２０に入射する。リレー光学系２０から出射した反射光束ｒ１、ｒ２、ｒ３は、開口板３１の開口円周３１ｃ上に収束して開口板３１に設けられた試料光開口Ａ１，Ａ２，Ａ３を通過して試料光センサＳ１，Ｓ２，Ｓ３に入射する。
【００５３】
したがって、開口板３１に設けられた試料光開口Ａ１，Ａ２，Ａ３及び試料光開口Ａ１，Ａ２，Ａ３に対応する試料光センサＳ１，Ｓ２，Ｓ３を増やすことで、受光方向の光学系を増やすことなく、簡易に多方向の反射光を測定することができ、照明方向及び受光方向毎に光学系が不要であり、小型化することができる。
【００５４】
また、開口板３１の試料光開口Ａ１，Ａ２，Ａ３に入射した反射光束ｒ１、ｒ２、ｒ３は、開口板３１の開口円周３１ｃに対応するフィルタ円周３２ｃ上にそれぞれ異なる中心波長のバンドパスフィルタＢｍを備えたフィルタ開口Ｆｍを通過して試料光センサＳ１，Ｓ２，Ｓ３に入射するので、試料によって反射した反射光束ｒ１、ｒ２、ｒ３を分光することができ、特定波長の反射光束反射光束ｒ１、ｒ２、ｒ３を試料光センサＳ１，Ｓ２，Ｓ３で受光することができる。
【００５５】
また、開口板３１は、開口円周３１ｃ上に光源４１からの光が入射する光源開口Ａ０を有しており、光源開口Ａ０から放射された照明光束ｉ１がリレー光学系２０によって焦点円周１１ｃ上に光源開口Ａ０の像を結像させた後、トロイダル鏡１１により平行光束となって試料面Ｓに入射するので、照明方向の光学系を増やすことなく、簡易に多方向の反射光を測定することができ、照明方向及び受光方向毎に光学系が不要であり、小型化することができる。
【００５６】
さらに、光源４１は、開口板３１の光源開口Ａ０が有する反射鏡Ｍ１に収束する照明光束ｉ１を出力すると共に、反射鏡Ｍ１で反射された照明光束ｉ１がリレー光学系２０に入射する光軸を有するので、光源４１から出力される照明光束ｉ１をリレー光学系２０に導くことができ、簡易に多方向の反射光束ｒ１、ｒ２、ｒ３を測定することができる。
【００５７】
次に、本実施形態の変形例について説明する。
【００５８】
（第１の変形例）
上記本実施形態では、図１〜３に示すように、リレー光学系２０の光軸が、試料面Ｓに接する中心軸１ｘに一致しており、リレー光学系２０、開口円周３１ｃ、フィルタ円周３２ｃ及びセンサ円周３３ｃは中心軸１ｘを中心とするので、光学系の一部（図２では中心軸１ｘより下の部分）が試料側に位置することとなる。したがって、この光学系の一部と干渉しない小さな試料にしか応用することができない。そこで、第１の変形例では、リレー光学系２０の光軸を９０度変化させる。
【００５９】
図８は、本実施形態の第１の変形例におけるマルチアングル測色計の構成を示す図である。図８に示す第１の変形例におけるマルチアングル測色計１’は、測定部１０’、リレー光学系２０、受光部３０及び光源部４０を備えて構成される。なお、図８に示す第１の変形例におけるマルチアングル測色計１’は、図１〜３に示すマルチアングル測色計１と測定部１０’以外は同じ構成であるので、測定部１０’の構成のみを説明する。また、図８は、図１に示すマルチアングル測色計のＰ０面に沿った断面図であり、４５度方向から照明光束ｉ１を照明し、０度方向から反射光束ｒ２を受光する場合について説明する。
【００６０】
測定部１０’は、トロイダル鏡１１、コニカル鏡１２及び反射鏡１３を備えて構成される。反射鏡１３は、リレー光学系２０の光軸の向きを９０度変更するものであり、リレー光学系２０から出射された照明光束ｉ１をコニカル鏡１２に向けて反射させるとともに、コニカル鏡１２によって反射された試料の反射光束ｒ１，ｒ２，ｒ３をリレー光学系２０に向けて反射させる。ここで、試料面Ｓは、リレー光学系２０の光軸に対し垂直になっており、測定面Ｑは、試料面Ｓと紙面に垂直である。
【００６１】
光源部４０からの照明光束ｉ１は、リレー光学系２０を通過し、反射鏡１３によって反射され、トロイダル鏡１１の焦点円周１１ｃ上に光源開口Ａ０の像を形成する。焦点円周１１ｃ上に収束した照明光束ｉ１は、コニカル鏡１２の反射面Ｃｎで反射されて、トロイダル鏡１１に入射する。トロイダル鏡１１によって反射された照明光束ｉ１は、測定面Ｑ内の光軸に平行な光束となって、試料面Ｓを照射する。ここで、試料面Ｓは、リレー光学系２０の光軸に対して垂直となっている。
【００６２】
そして、試料面Ｓに入射した照明光束ｉ１は、試料面Ｓによって反射される。試料面Ｓによって反射され、測定面Ｑ内の光軸に平行な反射光束ｒ２は、トロイダル鏡によって反射され、焦点円周１１ｃ上に収束する。焦点円周１１ｃ上に収束した反射光束ｒ２は、コニカル鏡１２の反射面Ｃｎによって反射され、反射鏡１３に入射し、反射鏡１３によって反射されてリレー光学系２０に入射する。リレー光学系２０から出射した反射光束ｒ２は、開口板３１の開口円周３１ｃ上に収束する。開口円周３１ｃ上に収束した反射光束ｒ２は、開口円周３１ｃ上に設けられた試料光開口Ａ２と、試料光開口Ａ２に設置された赤外カットフィルタＩＲ２とを通過し、試料光開口Ａ２に対応する位置に設けられた試料光センサＳ２に入射する。
【００６３】
反射は様々な方向に行われるが、その特定方向の成分を受光するので、このように、試料面Ｓから放射される反射光の、トロイダル鏡１１に向かう平行光束成分は、トロイダル鏡１１によって反射されて焦点円周１１ｃ上に収束した後、焦点円周１１ｃの近傍に設けられたコニカル鏡１２に反射されて反射鏡１３に入射し、反射鏡１３によって反射されてリレー光学系２０に入射し、開口板３１の開口円周３１ｃ上に収束して開口板３１の試料光開口を通過して試料光センサに入射する。したがって、反射光束が、反射鏡１３によって、リレー光学系２０の光軸に対して９０度変化するので、試料面Ｓがリレー光学系２０の光軸に対して垂直となり、光学系の一部が試料側になくなるため、試料の大きさに制約をなくすことができる。
【００６４】
（第２の変形例）
上記本実施形態では、試料光開口Ａ１，Ａ２，Ａ３と試料光センサＳ１，Ｓ２，Ｓ３とを設けて３方向の試料面反射光を測定しているが、開口円周３１ｃ上の試料光開口とセンサ円周３３ｃ上の試料光センサをさらに追加することによって、さらに多方向の試料面反射光を測定することができるようになる。
【００６５】
図９は、本実施形態の第２の変形例について説明するための図であり、図９（ａ）は、試料面Ｓを照明する方向及び試料面Ｓからの反射光の受光方向を示す図であり、図９（ｂ）は、開口板３１に設けられた光源開口、試料光開口及び参照光開口の位置を示す図である。
【００６６】
本実施形態の第２の変形例では、図９（ａ）に示すように、試料面法線に対して４５度方向からの照明光束ｉ１で試料面Ｓを照明し、１０度ピッチで１５方向の反射光束ｒｎ（ｎ＝１〜１５）を受光する。また、図９（ｂ）に示すように、開口板３１上には、光源開口Ａ０、試料光開口Ａｎ（ｎ＝１〜１５）、参照光開口Ａ１６が設けられる。また、センサ基板３３には、開口板３１の試料光開口Ａｎ及び参照光開口Ａ１６に対応する位置に試料光センサＳｎ（ｎ＝１〜１５）及び参照光センサＳ１６が設けられている。
【００６７】
演算制御部１００は、フィルタ円板３２が１回転する間に１５方向全ての測定を行う。したがって、たとえ測定方向の数が増えたとしても測定時間は変わらず、受光方向を順次切り換えることによって測定する従来のゴニオ測色計に比べてはるかに短時間で多方向の測定をすることができる。
【００６８】
また、従来のマルチアングル測色計のように照明方向及び各測定方向に個別の光学系を備える必要がないため、構成を簡略化することができ、低コストを実現することができる。
【００６９】
さらに、照明光束ｉ１及び測定される反射光束ｒｎの方向間の最小角が、従来のマルチアングル測色計やゴニオ測色計のように、光学系を隣接することができる間隔に制約されず、開口円周３１ｃ上の開口Ａｎ（ｎ＝０〜１６）及びセンサ円周上３３ｃ上の試料光センサＳｎ（ｎ＝１〜１６）が配置可能な角度にまで照明光束ｉ１及び測定される反射光束ｒｎの方向間の最小角を小さくすることができる。
【００７０】
（第３の変形例）
上記本実施形態では、照明光束を１方向から照明することによって得られる複数方向の反射光束を受光しているが、本実施形態の第３の変形例では、照明光束を２方向から照明することによって複数方向の反射光束を受光する。
【００７１】
図１０は、本実施形態の第３の変形例について説明するための図であり、図１０（ａ）は、試料面Ｓを照明する方向及び試料面Ｓからの反射光の受光方向を示す図であり、図１０（ｂ）は、開口板３１に設けられた光源開口、試料光開口及び参照光開口の位置を示す図である。
【００７２】
本実施形態の第３の変形例では、図１０（ａ）に示すように、試料面法線に対して４５度方向からの照明光束ｉ１１と、試料面法線に対して−４５度方向からの照明光束ｉ２１とで試料面Ｓを照明し、±３０度、０度、±６５度方向の反射光束ｒ１１，ｒ２１，ｒ１２，ｒ２２，ｒ１３，ｒ２３を受光する。また、図１０（ｂ）に示すように、開口板３１上には、照明光束ｉ１１を放射する光源開口Ａ１０、照明光束ｉ２１を放射する光源開口Ａ２０、反射光束ｒ１１が入射する試料光開口Ａ１１、反射光束ｒ２１が入射する試料光開口Ａ２１、反射光束ｒ１２及び反射光束ｒ２２が入射する試料光開口Ａ１２、反射光束ｒ１３が入射する試料光開口Ａ１３、反射光束ｒ２３が入射する試料光開口Ａ２３、照明光束ｉ１１の参照光束ｒ１０が入射する参照光開口Ａ１４及び照明光束ｉ２１の参照光束ｒ２０が入射する参照光開口Ａ２４が設けられる。また、センサ基板３３には、開口板３１の試料光開口Ａ１１，Ａ２１，Ａ１２，Ａ１３，Ａ２３及び参照光開口Ａ１４，Ａ２４に対応する位置に試料光センサ及び参照光センサが設けられている。さらに、本実施形態のマルチアングル測色計には、光源開口Ａ１０に対応する第１の光源部と、光源開口Ａ２０に対応する第２の光源部とが設けられている。なお、第１の光源部及び第２の光源部の構成は、図１〜３に示す光源部４０の構成と同じである。
【００７３】
まず、演算制御部１００は、第１の光源部の白熱ランプを点灯させ、試料面法線に対して＋４５度方向の照明光束ｉ１１で試料面Ｓを照明し、参照光束ｒ１０と−３０度、０度及び＋６５度方向の反射光束ｒ１１，ｒ１２，ｒ１３の強度を波長毎に測定し、各方向の分光反射率係数Ｒ１１（λ），Ｒ１２（λ），Ｒ１３（λ）を算出する。
【００７４】
次に、演算制御部１００は、第２の光源部の白熱ランプを点灯させ、試料面法線に対して−４５度方向の照明光束ｉ２１で試料面Ｓを照明し、参照光束ｒ２０と＋３０度、０度及び−６５度方向の反射光束ｒ２１，ｒ２２，ｒ２３の強度を波長毎に測定し、各方向の分光反射率係数Ｒ２１（λ），Ｒ２２（λ），Ｒ２３（λ）を算出する。
【００７５】
そして、演算制御部１００は、試料面法線に対して＋４５度方向の照明光束ｉ１１で試料面Ｓを照明した場合に得られる各方向の分光反射率係数Ｒ１１（λ），Ｒ１２（λ），Ｒ１３（λ）と、試料面法線に対して−４５度方向の照明光束ｉ２１で試料面Ｓを照明した場合に得られる各方向の分光反射率係数Ｒ２１（λ），Ｒ２２（λ），Ｒ２３（λ）との平均値Ｒ１（λ），Ｒ２（λ），Ｒ３（λ）を下記の（１）式に基づいて算出する。
Ｒｎ（λ）＝｛Ｒ１ｎ（λ）＋Ｒ２ｎ（λ）｝／２（ｎ＝１，２，３）・・・・（１）
【００７６】
なお、照明受光光学系の０度軸と試料面法線の測定面Ｑ内の不一致、すなわち姿勢誤差は、分光反射率係数Ｒ１ｎ（λ），Ｒ２ｎ（λ）に誤差を生じさせるが、両者が受ける誤差は、照明方向及び反射方向が試料面法線に対して対称であり、ほぼ同じ大きさであるので、平均値Ｒｎ（λ）では誤差が相殺され、姿勢誤差による影響を抑えることができる。
【００７７】
また、特開２００１−５０８１７号公報に記載されているように、光輝材の方向は、試料面法線に平行な方向を中心にガウス分布し、各方向の反射光もこれに準じて中心に対して対称な強度分布を持つ。したがって、姿勢誤差が小さい範囲では、対称な方向の反射光への姿勢誤差の影響は、同程度の大きさで逆方向であり、前述のように対称な２方向の平均をとることで影響を相殺することができる。この測定系では、測定される反射光束は測定面Ｑ内にあり、測定面Ｑに平行な姿勢誤差については、前述のように対称な２方向の平均をとることで姿勢誤差の影響を軽減できる。一方、測定面Ｑに直交する姿勢誤差については、測定面Ｑが試料面に垂直であるため、ガウス分布に準じた反射光強度分布の中心付近の姿勢誤差となる。しかし、ガウス分布の変化率は中心付近で小さいため、測定面Ｑに直交する姿勢誤差の測定される反射光束への影響は小さい。
【００７８】
また、分光反射率係数Ｒ２（λ）は、双方向照明の４５／０光学系での分光反射率係数と等価であり、本実施形態の第３の変形例では、４５／０光学系と双方向のマルチアングル光学系を併せ持つことができる。したがって、本実施形態の第３の変形例におけるマルチアングル測色計を用いれば、例えば、自動車の外装塗装をマルチアングル光学系で測定し、内装塗装を４５／０光学系で測定することができる。
【００７９】
（第４の変形例）
上記本実施形態では、試料の分光反射率係数を算出することによって色彩を測定しているが、本実施形態の第４の変形例では、さらに試料の光沢を測定することが可能な光沢測定系を備えることで試料の光沢度を測定する。
【００８０】
図１１は、本実施形態の第４の変形例について説明するための図であり、図１１（ａ）は、試料面Ｓを照明する方向及び試料面Ｓから反射する方向を示す図であり、図１１（ｂ）は、開口板３１に設けられた光源開口、試料光開口及び参照光開口の位置を示す図である。
【００８１】
本実施形態の第４の変形例では、図１１（ａ）に示すように、試料面法線に対して４５度方向からの照明光束ｉ１と、試料面法線に対して６０度方向からの照明光束ｉ１０とで試料面Ｓを照明し、−３０度、０度、６５度方向の反射光束ｒ１，ｒ２，ｒ３と、−６０度方向の反射光束ｒ１１とを受光する。また、図１１（ｂ）に示すように、開口板３１上には、照明光束ｉ１を放射する光源開口Ａ０、照明光束ｉ１０を放射する光源開口Ａ１０、反射光束ｒ１が入射する試料光開口Ａ１、反射光束ｒ２が入射する試料光開口Ａ２、反射光束ｒ３が入射する試料光開口Ａ３、反射光束ｒ１１が入射する試料光開口Ａ１１、照明光束ｉ１の参照光束ｒ０が入射する参照光開口Ａ４及び照明光束ｉ１０の参照光束ｒ１０が入射する参照光開口Ａ１２が設けられる。また、センサ基板３３には、開口板３１の試料光開口Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ１１及び参照光開口Ａ４，Ａ１２に対応する位置に試料光センサ及び参照光センサが設けられている。さらに、本実施形態のマルチアングル測色計には、光源開口Ａ１に対応する色測定用光源部と、光源開口Ａ１０に対応するグロス測定用光源部とが設けられている。なお、色測定用光源部及びグロス測定用光源部の構成は、図１〜３に示す光源部４０の構成と同じである。
【００８２】
まず、演算制御部１００は、色測定用光源部の白熱ランプを点灯させ、試料面法線に対して＋４５度方向の照明光束ｉ１で試料面Ｓを照明し、参照光束ｒ０と−３０度、０度及び＋６５度方向の反射光束ｒ１，ｒ２，ｒ３の強度を波長毎に測定し、各方向の分光反射率係数Ｒ１（λ），Ｒ２（λ），Ｒ３（λ）を算出する。
【００８３】
次に、演算制御部１００は、グロス測定用光源部の白熱ランプを点灯させ、試料面法線に対して＋６０度方向の照明光束ｉ１０で試料面Ｓを照明し、参照光束ｒ１０と−６０度方向の反射光束ｒ１１の強度を波長毎に測定し、照明光束の入射角が６０度、反射光束の反射角が６０度の場合のグロス値（光沢度）を算出する。
【００８４】
なお、本実施形態の第４の変形例における光沢測定系を上記第２の変形例及び第３の変形例に用いてもよい。
【００８５】
（第５の変形例）
現在、一般的に用いられているマルチアングル測色計には、１つの測定面内に照明系と受光系とを備えるプレーナ光学系と、試料面の法線に関し回転対称な照明系と受光系とを備えるリング光学系とがある。このリング光学系を用いた測色計では、上記第３の変形例と同様に、１つの方向の反射光束と、当該反射光束の方向と試料面の法線に対して回転対称な方向の反射光束とが受ける姿勢誤差の影響が相殺される。そこで、本実施形態の第５の実施例では、試料面の法線の方向から照明し、試料面の法線に対して互いに対称となる２方向の反射光束を受光し、２方向の反射光束の分光反射率係数の平均値を算出することによって、０度照明、リング受光光学系を用いて測色した場合と同様の測定結果を得る。
【００８６】
図１２は、本実施形態の第５の変形例について説明するための図であり、図１２（ａ）は、試料面Ｓを照明する方向及び試料面Ｓから反射する方向を示す図であり、図１２（ｂ）は、開口板３１に設けられた光源開口、試料光開口及び参照光開口の位置を示す図である。
【００８７】
本実施形態の第５の変形例では、図１２（ａ）に示すように、試料面法線に対して０度方向、つまり、試料面法線の方向からの照明光束ｉ１で試料面Ｓを照明し、±２０度、±４５度、±７５度方向の反射光束ｒ１，ｒ２，ｒ３，ｒ４，ｒ５，ｒ６を受光する。また、図１２（ｂ）に示すように、開口板３１上には、照明光束ｉ１を放射する光源開口Ａ０、反射光束ｒ１が入射する試料光開口Ａ１、反射光束ｒ２が入射する試料光開口Ａ２、反射光束ｒ３が入射する試料光開口Ａ３、反射光束ｒ４が入射する試料光開口Ａ４、反射光束ｒ５が入射する試料光開口Ａ５、反射光束ｒ６が入射する試料光開口Ａ６、照明光束ｉ１の参照光束ｒ０が入射する参照光開口Ａ７が設けられる。また、センサ基板３３には、開口板３１の試料光開口Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４，Ａ５，Ａ６及び参照光開口Ａ７に対応する位置に試料光センサ及び参照光センサが設けられている。
【００８８】
まず、演算制御部１００は、光源部の白熱ランプを点灯させ、試料面法線に対して０度方向の照明光束ｉ１で試料面Ｓを照明し、参照光束ｒ０と±２０度、±４５度、±７５度方向の反射光束ｒ１，ｒ２，ｒ３，ｒ４，ｒ５，ｒ６との強度を波長毎に測定し、各方向の分光反射率係数Ｒ１（λ），Ｒ２（λ），Ｒ３（λ），Ｒ４（λ），Ｒ５（λ），Ｒ６（λ）を算出する。
【００８９】
そして、演算制御部１００は、試料面法線に対して対称な２方向の分光反射率係数の平均値を算出し、算出された平均値を±２０度、±４５度、±７５度方向の分光反射率係数とする。すなわち、演算制御部１００は、＋２０度方向の反射光束ｒ１の分光反射率係数Ｒ１（λ）と、−２０度方向の反射光束ｒ２の分光反射率係数Ｒ２（λ）との平均値｛Ｒ１（λ）＋Ｒ２（λ）｝／２を±２０度方向の分光反射率係数として算出し、＋４５度方向の反射光束ｒ３の分光反射率係数Ｒ３（λ）と、−４５度方向の反射光束ｒ４の分光反射率係数Ｒ４（λ）との平均値｛Ｒ３（λ）＋Ｒ４（λ）｝／２を±４５度方向の分光反射率係数として算出し、＋７５度方向の反射光束ｒ５の分光反射率係数Ｒ５（λ）と、−７５度方向の反射光束ｒ６の分光反射率係数Ｒ６（λ）との平均値｛Ｒ５（λ）＋Ｒ６（λ）｝／２を±７５度方向の分光反射率係数として算出する。
【００９０】
このように、０度方向から照明し、試料面法線に対して対称な±２０度、±４５度、±７５度方向の分光反射率係数の平均値を算出することによって、０度照明、２０度、４５度、７５度リング受光光学系によって測定される分光反射率係数を求めることができる。
【００９１】
なお、この測定系では、上記第３の変形例で説明したように、測定面に直交する姿勢誤差の反射光束への影響は小さいので、姿勢誤差に対する感度が小さいというリング光学系の特徴は維持することができる。
【００９２】
（第６の変形例）
本実施形態の第６の変形例では、第５の変形例と同様、試料面の法線の方向から照明し、試料面の法線に対する方向が異なる複数の反射光束と、試料面の法線について前記複数の反射光束と対称な方向の反射光束を受光し、対称な２方向の分光反射率係数の平均値を算出することによって、０度方向照明拡散受光光学系を用いて測色した場合と同様の測定結果を得る。
【００９３】
図１３は、本実施形態の第６の変形例について説明するための図であり、図１３（ａ）は、試料面Ｓを照明する方向及び試料面Ｓから反射する方向を示す図であり、図１３（ｂ）は、開口板３１に設けられた光源開口、試料光開口及び参照光開口の位置を示す図である。
【００９４】
本実施形態の第６の変形例では、図１３（ａ）に示すように、試料面法線に対して０度方向、つまり、試料面法線の方向からの照明光束ｉ１で試料面Ｓを照明し、±１０度から±７５度までの１０度ピッチ１４方向の反射光束ｒｎ（ｎ＝１〜１４）を受光する。また、図１３（ｂ）に示すように、開口板３１上には、照明光束ｉ１を放射する光源開口Ａ０、反射光束ｒｎが入射する試料光開口Ａｎ（ｎ＝１〜１４）、照明光束ｉ１の参照光束ｒ０が入射する参照光開口Ａ１５が設けられる。また、センサ基板３３には、開口板３１の試料光開口Ａｎ（ｎ＝１〜１４）及び参照光開口Ａ１５に対応する位置に試料光センサ及び参照光センサが設けられている。
【００９５】
まず、演算制御部１００は、光源部の白熱ランプを点灯させ、試料面法線に対して０度方向の照明光束ｉ１で試料面Ｓを照明し、参照光束ｒ０と±１０度から±７５度までの１０度ピッチ１４方向の反射光束ｒｎ（ｎ＝１〜１４）との強度を波長毎に測定し、各方向の分光反射率係数Ｒｎ（λ）（ｎ＝１〜１４）を算出する。
【００９６】
そして、演算制御部１００は、各方向の分光反射率係数Ｒｎ（λ）（ｎ＝１〜１４）から、内挿法及び外挿法によって０度方向±９０度をＮ（Ｎ＞ｎ）分割する反射方向の分光反射率係数ＲＮ（λ）を算出し、算出した分光反射率係数ＲＮ（λ）に反射方向に依存する重み付け係数ＷＮを乗算することで、０度方向照明拡散受光光学系、あるいはその逆光学系（拡散方向照明０度受光光学系）での分光反射率係数を近似する分光反射率係数Ｒｄ（λ）を算出する。この分光反射率係数Ｒｄ（λ）の算出は、下記の（２）式で表すことができる。
Ｒｄ（λ）＝ΣＷＮ・ＲＮ（λ）・・・・（２）
【００９７】
なお、完全な０度方向照明拡散受光光学系を近似する場合、反射方向を試料面法線に対しθＮ度方向とすると、重み付け係数ＷＮは、ｃｏｓ（θＮ）・ｓｉｎ（２θＮ）に比例するとしてもよい。また、合成された分光反射率係数Ｒｄ（λ）が、０度方向照明拡散受光光学系、あるいはその逆光学系を有する特定の測色計によって測定された分光反射率係数に近似するように重み付け係数ＷＮを実験的に求めてもよい。
【００９８】
また、照明系を８度傾ける、すなわち、照明光束ｉ１を試料面法線に対して８度傾けることによって、一般的な光学系である８度方向照明拡散受光光学系を近似することができる。
【００９９】
また、積分球を用いた８度方向照明拡散受光光学系は、ＣＣＭ（コンピュータカラーマッチング）のための分光反射率係数の測定に一般的に用いられている。積分球は汚損しやすく、積分球が汚損することによって正確な測定が困難となる。しかしながら、本実施形態の第６の変形例のマルチアングル測色計では、積分球を用いることなく、８度方向照明拡散受光光学系に近似の光学系を実現することができるので、例えば、ＰＯＳ（Ｐｏｉｎｔ−Ｏｆ−Ｓａｌｅｓ）等の汚損しやすい環境においても測定が可能となる。
【０１００】
（第７の変形例）
本実施形態の第７の変形例は、トロイダル鏡１１の焦点円周上にコニカル鏡１２を設けるのではなく、トロイダル鏡１１の焦点円周を光源開口及び試料光開口を有する開口円周に一致させる点が上記第１〜第６の変形例とは異なる。
【０１０１】
図１４は、本実施形態の第７の変形例について説明するための図であり、図１４（ａ）は、本実施形態の第７の変形例におけるマルチアングル測色計の構成を示す図であり、図１４（ｂ）は、トロイダル鏡の焦点円周（第２の開口板の試料光開口Ｄ２）を拡大した図である。
【０１０２】
なお、図１４（ａ）に示す第７の変形例におけるマルチアングル測色計１”の測定部１０”は、図２に示すマルチアングル測色計１の構成に加えて、第２の開口板１４をさらに備えて構成される。なお、以下の説明では、図１４に示す開口板３１は第１の開口板３１とする。
【０１０３】
第２の開口板１４は、トロイダル鏡１１の焦点群からなる焦点円周１１ｃを含む面内に設けられ、焦点円周１１ｃに一致する開口円周上に３つの試料光開口Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３と光源開口Ｄ０とが設けられている。光源開口Ｄ０は、焦点円周１１ｃ上の照明光束ｉ１が入射する位置に設けられ、試料光開口Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３は、焦点円周１１ｃ上の反射光束ｒ１，ｒ２，ｒ３が入射する位置に設けられる。リレー光学系２０からの照明光束ｉ１は、第２の開口板１４の光源開口Ｄ０で収束する。焦点円周１１ｃ上の光源開口Ｄ０に収束した照明光束ｉ１は、コニカル鏡１２の反射面Ｃｎで反射されて、トロイダル鏡１１に入射する。また、コニカル鏡１２によって反射された反射光束ｒ２は、第２の開口板１４の試料光開口Ｄ２に入射し、試料光開口Ｄ２の像がフィルタ円板３２のフィルタ開口Ｆｍの近傍に形成される。
【０１０４】
このように、コニカル鏡１２とリレー光学系２０との間に第２の開口板１４を設け、トロイダル鏡１１の焦点円周１１ｃ上と、第２の開口板１４の開口円周とを一致させることにより、フィルタ円板３２のフィルタ円周上に試料光開口の像が形成される。したがって、トロイダル鏡１１の焦点円周上にコニカル鏡１２を設ける必要がなくなり、光学系を設計する自由度が増すこととなる。
【０１０５】
なお、上述した具体的実施形態には以下の構成を有する発明が主に含まれている。
【０１０６】
（１）試料面内に中心軸を有する円環状の第１の反射鏡と、
前記第１の反射鏡の焦点群からなる焦点円周の近傍に設けられた第２の反射鏡と、
前記中心軸を光軸として前記焦点円周の像を結像させるリレー光学系と、
前記リレー光学系の結像面に設けられ、前記焦点円周の像に一致する開口円周上に１つ以上の試料光開口を有する開口板と、
前記試料光開口の背後に設けられ、試料によって反射した反射光を受光する１つ以上の受光センサとを備え、
前記試料面から前記第１の反射鏡に向けて放射された平行光束は、前記第１の反射鏡によって反射されて前記焦点円周上に収束した後、前記焦点円周の近傍に設けられた第２の反射鏡に反射されて前記リレー光学系に入射し、前記開口円周上に収束して前記試料光開口を通過して前記受光センサに入射することを特徴とするマルチアングル測色計。
【０１０７】
（２）前記第１の反射鏡は、前記中心軸を含む面内では、当該面内の焦点円周を焦点とし、焦点から中心軸への垂線を軸とする放物線を断面とすることを特徴とする上記（１）記載のマルチアングル測色計。
【０１０８】
（３）前記開口板に近接して前記中心軸を中心に回転可能なフィルタ円板をさらに備え、
前記フィルタ円板は、前記開口板の開口円周に対応するフィルタ円周上に、それぞれ異なる中心波長のバンドパスフィルタを備えた複数のフィルタ開口を有し、前記開口円周上に収束した光束は、前記複数のフィルタ開口のうちの１つを通過して前記受光センサに入射することを特徴とする上記（１）又は（２）記載のマルチアングル測色計。
【０１０９】
（４）前記開口板は、前記開口円周上に光源開口を有し、前記光源開口から放射された光束がリレー光学系によって焦点円周上に前記光源開口の像を結像させた後、前記第１の反射鏡により平行光束となって試料面に入射することを特徴とする上記（１）〜（３）のいずれかに記載のマルチアングル測色計。
【０１１０】
（５）前記開口板は前記光源開口に反射鏡を有しており、前記反射鏡に光を照射する光源をさらに備え、
前記光源は、前記反射鏡に収束する光束を出力すると共に、前記反射鏡で反射された光束が前記リレー光学系に入射する光軸を有することを特徴とする上記（４）記載のマルチアングル測色計。
【０１１１】
（６）前記光源からの光束を参照光として受光する参照光受光素子をさらに備え、前記リレー光学系は、その対称面に反射面を有し、前記光源開口から前記リレー光学系に入射した光束の一部が前記反射面で反射して再び前記開口円周上に収束して参照光開口を通過し、前記フィルタ円板上の前記複数のフィルタ開口の１つを通過して前記参照光受光素子に入射することを特徴とする上記（４）又は（５）記載のマルチアングル測色計。
【０１１２】
（７）前記フィルタ円板の回転に伴って、前記参照光開口と、１つ以上の前記試料光開口とに入射した光束が前記複数のフィルタ開口を順次通過したときの各試料光センサの出力から前記試料面の各反射方向への分光反射率係数を算出する演算部をさらに備えることを特徴とする上記（６）記載のマルチアングル測色計。
【０１１３】
（８）前記試料面を特定方向から照明して１つ以上の方向の反射光を受光する第１の測定系と、
前記試料面法線に関して前記第１の測定系と対称な第２の測定系とをさらに備え、
前記演算部は、前記第１の測定系により測定した試料面の各方向の第１の分光反射率係数と、前記第２の測定系により測定した試料面の各方向の第２の分光反射率係数との平均を算出することを特徴とする上記（７）記載のマルチアングル測色計。
【０１１４】
（９）前記第１の測定系及び前記第２の測定系の照明方向が＋４５度及び−４５度であり、前記第１の測定系及び前記第２の測定系の受光方向が０度を含み、
前記演算部は、双方向の４５／０光学系での測定を行うことを特徴とする上記（７）記載のマルチアングル測色計。
【０１１５】
（１０）前記試料面を特定方向から照明して前記試料面法線に関して前記照明方向と対称な方向から正反射光を受光するグロス測定系をさらに備え、
前記演算部は、前記グロス測定系によって前記試料面の光沢の程度を示す値を求めることを特徴とする上記（７）〜（９）のいずれかに記載のマルチアングル測色計。
【０１１６】
（１１）前記照明方向が試料面の法線方向であることを特徴とする上記（８）記載のマルチアングル測色計。
【０１１７】
（１２）前記演算部は、各反射方向の分光反射率係数に重みを付けて積算することで０度照明、拡散受光光学系に近似させることを特徴とする上記（１１）に記載のマルチアングル測色計。
【０１１８】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明によれば、開口板に設けられた試料光開口及び試料光開口に対応する受光センサを増やすことで、受光方向の光学系を増やすことなく、簡易に多方向の反射光を測定することができ、照明方向及び受光方向毎に光学系が不要であり、小型化することができる。
【０１１９】
請求項２に記載の発明によれば、第１の反射鏡は、中心軸を含む面内において、当該面内の焦点円周と交わる点を焦点とし、焦点から中心軸への垂線を軸とする放物線を断面としているので、第１の反射鏡に入射した試料面からの平行光束の焦点を第２の反射鏡近傍に作ることができる。
【０１２０】
請求項３に記載の発明によれば、開口板の試料光開口に入射した光束は、開口板の開口円周に対応するフィルタ円周上にそれぞれ異なる中心波長のバンドパスフィルタを備えたフィルタ開口を通過して受光センサに入射するので、試料の反射光を分光することができ、特定波長の反射光を受光センサで受光することができる。
【０１２１】
請求項４に記載の発明によれば、開口板は、開口円周上に光源からの光が入射する光源開口を有しており、前記光源開口から放射された光束がリレー光学系によって焦点円周上に光源開口の像を結像させた後、第１の反射鏡により平行光束となって試料面に入射するので、照明方向の光学系を増やすことなく、簡易に多方向の反射光を測定することができ、照明方向及び受光方向毎に光学系が不要であり、小型化することができる。
【０１２２】
請求項５に記載の発明によれば、光源は、開口板の光源開口が有する反射鏡に収束する光束を出力すると共に、反射鏡で反射された光束がリレー光学系に入射する光軸を有するので、光源から出力される光束を効率よくリレー光学系に導くことができ、照明方向の光学系を増やすことなく、簡易に多方向の反射光を測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態におけるマルチアングル測色計の構成を示す図である。
【図２】図１に示すマルチアングル測色計のＰ０面に沿った断面図である。
【図３】図１に示すマルチアングル測色計のＰ１面に沿った断面図である。
【図４】本実施形態におけるマルチアングル測色計の内部構成を示すブロック図である。
【図５】本実施形態において、試料面Ｓを照明する方向及び試料面Ｓから反射する方向と、開口板に設けられた試料光開口の位置を示す図である。
【図６】図４に示す信号処理回路の具体的な構成を示す図である。
【図７】信号処理回路のタイミングチャートを示す図である。
【図８】本実施形態の第１の変形例におけるマルチアングル測色計の構成を示す図である。
【図９】本実施形態の第２の変形例について説明するための図である。
【図１０】本実施形態の第３の変形例について説明するための図である。
【図１１】本実施形態の第４の変形例について説明するための図である。
【図１２】本実施形態の第５の変形例について説明するための図である。
【図１３】本実施形態の第６の変形例について説明するための図である。
【図１４】本実施形態の第７の変形例について説明するための図である。
【符号の説明】
１マルチアングル測色計
１０測定部
１１トロイダル鏡
１２コニカル鏡
２０リレー光学系
２１第１のレンズ
２２第２のレンズ
２３開口絞り
３０受光部
３１開口板
３２フィルタ円板
３３センサ基板
４０光源部
４１光源
４２収束光学系
１００演算制御部
１０１発光回路
１０２パルスモータ駆動回路
１０３信号処理回路[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a multi-angle colorimeter used for color measurement such as metallic coating and pearl color coating.
[0002]
[Prior art]
In metallic paints and pearl color paints used for automobile paintings and the like, a glittering material made of flaky aluminum or mica is included in the coating film. Since the direction of the glittering material in the coating film varies, the intensity of the reflected light from the glittering material varies depending on the viewing direction, thereby obtaining a metallic effect and a pearl effect. As a colorimeter for measuring the color of metallic paint and pearl color paint having such characteristics, multidirectional illumination that receives light from one direction and receives light from one direction, or one that receives light from one direction, A multi-angle optical system having a type of unidirectional illumination and multi-directional light reception that receives light from the same direction, and a colorimeter equipped with a gonio optical system are known (see, for example, Patent Document 1).
[0003]
[Patent Document 1]
JP-A-7-218344
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, in a conventional colorimeter equipped with a multi-angle optical system (hereinafter referred to as a multi-angle colorimeter), it is necessary to provide an optical system for each illumination and light receiving direction, and when illuminating from a plurality of directions, When a light source is required for each illumination direction and light is received from a plurality of directions, a light receiving sensor is required for each light receiving direction, which causes a problem that the configuration becomes complicated and costs increase.
[0005]
In addition, a conventional colorimeter equipped with a gonio optical system (hereinafter referred to as a gonio colorimeter) has a problem that the configuration is complicated and expensive because the illumination direction and the light receiving direction are mechanically switched. ing. Furthermore, the conventional gonio colorimeter mechanically switches the illumination direction and the light receiving direction, so that it is difficult to reduce the size and takes time to measure.
[0006]
Further, in the conventional multi-angle colorimeter and gonio colorimeter, the light source for illumination and the plurality of light-receiving sensors for receiving light are provided adjacent to each other, and therefore, between the illumination direction and the light reception direction, or two light receptions. The problem is that the minimum angle between the directions is limited by the possible spacing of the optics.
[0007]
The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a multi-angle colorimeter that does not require an optical system for each illumination direction and light receiving direction and can be miniaturized. Is.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
A multi-angle colorimeter according to the present invention is provided in the vicinity of a focal circle composed of an annular first reflecting mirror having a central axis in a sample plane and a focal group of the first reflecting mirror. 2, a relay optical system that forms an image of the focal circumference with the central axis as an optical axis, and an aperture that is provided on the imaging plane of the relay optical system and that coincides with the image of the focal circumference An aperture plate having one or more sample light apertures on the circumference, and one or more light receiving sensors provided behind the sample light apertures and receiving reflected light reflected by the sample; The parallel light flux emitted toward the first reflecting mirror is reflected by the first reflecting mirror and converges on the focal circle, and then a second reflection provided in the vicinity of the focal circle. Reflected by a mirror and incident on the relay optical system, converged on the circumference of the aperture, and Passes through the optical aperture is incident on the light receiving sensor.
[0009]
According to this configuration, when the illumination light is irradiated on the sample surface, the reflected light is radiated as a parallel light beam from the sample surface toward the first reflecting mirror. Reflected light is radiated from the sample surface, but the parallel reflected light beam that is directed from the sample surface to the first reflecting mirror and is perpendicular to the central axis is reflected by the first reflecting mirror and converges on the focus circle. The light is reflected by a second reflecting mirror provided in the vicinity of the focal circumference and enters the relay optical system. The light beam emitted from the relay optical system converges on the aperture circumference of the aperture plate, passes through the sample light aperture provided in the aperture plate, and enters the light receiving sensor.
[0010]
Therefore, by increasing the sample light aperture provided on the aperture plate and the light receiving sensor corresponding to the sample light aperture, it is possible to easily measure the reflected light in multiple directions without increasing the optical system in the light receiving direction. An optical system is not required for each direction and light receiving direction, and the size can be reduced.
[0011]
In the multi-angle colorimeter, the first reflecting mirror has a focal point circumference within the plane including the central axis as a focal point, and a vertical line from the focal point to the central axis as an axis. The parabola is preferably a cross section.
[0012]
According to this configuration, the first reflecting mirror has, as a focal point, a point intersecting with the focal circumference in the plane within a plane including the central axis, and a parabola having a perpendicular line from the focal point to the central axis as a cross section. Therefore, the focal point of the parallel light beam from the sample surface incident on the first reflecting mirror can be formed on the second reflecting mirror.
[0013]
The multi-angle colorimeter may further include a filter disc that is rotatable about the central axis in the vicinity of the aperture plate, and the filter disc corresponds to the aperture circumference of the aperture plate. A plurality of filter apertures each having a bandpass filter having a different center wavelength are provided on the filter circumference, and the light beam that has converged on the circumference of the aperture passes through one of the plurality of filter apertures. It is preferable to enter the light receiving sensor.
[0014]
According to this configuration, the light beam incident on the sample light aperture of the aperture plate is received by passing through the filter apertures having bandpass filters of different center wavelengths on the filter circumference corresponding to the aperture circumference of the aperture plate. Since the light is incident on the sensor, the reflected light of the sample can be dispersed, and the reflected light having a specific wavelength can be received by the light receiving sensor.
[0015]
In the multi-angle colorimeter, the aperture plate has a light source aperture on the circumference of the aperture, and a light beam emitted from the light source aperture is formed on the focus circumference by a relay optical system. After the image is formed, it is preferable that the first reflecting mirror forms a parallel light beam and enters the sample surface.
[0016]
According to this configuration, the aperture plate has the light source aperture through which light from the light source enters on the aperture circumference, and the light beam emitted from the light source aperture is formed on the focus circumference by the relay optical system. After forming the image, the first reflecting mirror forms a parallel light beam and enters the sample surface, so that it is possible to easily measure reflected light in multiple directions without increasing the optical system in the illumination direction. An optical system is not required for each illumination direction and light receiving direction, and the size can be reduced.
[0017]
In the multi-angle colorimeter, the aperture plate has a reflecting mirror at the light source opening, and further includes a light source that irradiates light to the reflecting mirror, and the light source converges on the reflecting mirror. It is preferable to have an optical axis for outputting a light beam and for allowing the light beam reflected by the reflecting mirror to enter the relay optical system.
[0018]
According to this configuration, the light source outputs a light beam that converges on the reflecting mirror included in the light source opening of the aperture plate, and also has an optical axis on which the light beam reflected by the reflecting mirror enters the relay optical system. The reflected light beam can be efficiently guided to the relay optical system, and multi-directional reflected light can be easily measured without increasing the optical system in the illumination direction.
[0019]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments according to the present invention will be described below with reference to the drawings. In addition, about the same structure in each figure, the same code | symbol is attached | subjected and the description is abbreviate | omitted.
[0020]
FIG. 1 is a diagram showing the configuration of the multi-angle colorimeter in the present embodiment, FIG. 2 is a cross-sectional view along the plane P0 of the multi-angle colorimeter shown in FIG. 1, and FIG. FIG. 2 is a cross-sectional view along the P1 surface of the multi-angle colorimeter shown in FIG.
[0021]
The multi-angle colorimeter 1 shown in FIG. 1 includes a measuring unit 10, a relay optical system 20, a light receiving unit 30, and a light source unit 40.
[0022]
The measurement unit 10 includes a toroidal mirror 11 and a conical mirror 12. The toroidal mirror 11 is rotationally symmetric with respect to a central axis 1x that is perpendicular to the measurement surface Q perpendicular to the sample surface S on which the sample is placed and is in contact with the sample surface S. The focal group of the toroidal mirror 11 is on a focal circumference 11c that is concentric with the toroidal mirror 11 and has a half diameter. The conical mirror 12 is disposed in the vicinity of a focal circumference 11c that is a focal group of the toroidal mirror 11, and includes a plurality of reflecting surfaces Cn. The reflective surface Cn forms part of a polygonal pyramid centered on the central axis 1x.
[0023]
As shown in FIG. 2, the toroidal mirror 11 has a parabola with the focal point circumference 11c in the P0 plane as the focal point and the vertical axis from the focal point to the central axis 1x as the axis in the P0 plane including the central axis 1x. Is a cross section. In this way, the toroidal mirror 11 has a cross section of a parabola with a point intersecting with the focal circumference 11c in the P0 plane as a focal point and a perpendicular line from the focal point to the central axis 1x in the P0 plane including the central axis 1x. Therefore, the focal point of the parallel light beam perpendicular to the central axis from the sample surface S incident on the toroidal mirror 11 can be formed in the vicinity of the conical mirror 12.
[0024]
The relay optical system 20 forms an image of the light source aperture provided on the aperture plate 31 on the conical mirror 12 and also displays an image of the focal circumference 11c with the central axis 1x as the optical axis and the aperture circumference 31c of the aperture plate 31. Image on top. The relay optical system 20 is disposed between the first lens 21 in the front group, the second lens 22 in the rear group that is substantially symmetric to the first lens 21, and between the first lens 21 and the second lens. And an aperture stop 23. In addition, a planar reflecting mirror 24 having a reflectivity of, for example, about 5% is disposed in the opening 23a of the aperture stop 23.
[0025]
The light receiving unit 30 includes an aperture plate 31, a filter disc 32, and a sensor substrate 33. The aperture plate 31 is provided on the imaging plane of the relay optical system 20, and has three sample beam apertures A1, A2, A3, a light source aperture A0, and a reference beam aperture on an aperture circle 31c that coincides with the image of the focus circle 11c. A4 is provided, and the sample light apertures A1, A2, A3 and the reference light aperture A4 are sidebands (secondary transmission wavelengths other than the wavelengths used) of the bandpass filter Bm of the filter disc 32 described later. Infrared cut filters IR1, IR2, IR3, and IR4 are attached. A reflection mirror M1 that reflects light from the light source toward the relay optical system 20 is attached to the light source opening A0.
[0026]
The filter disc 32 is provided behind the aperture plate 31, and 32 filter apertures Fm (m = 0 to 31) are provided at equal intervals on the filter circumference 32c corresponding to the aperture circumference 31c of the aperture plate 31. It has been. 31 band-pass filters Bm (m = 1 to 31) having a central wavelength of 400 nm to 700 nm at intervals of 10 nm are attached to the filter openings F1 to F31. The filter disc 32 is rotated about the central axis 1x by a pulse motor 32a. The pulse motor 32a is driven when a predetermined control signal (pulse signal) is applied by an arithmetic control unit (see FIG. 4).
[0027]
The sensor substrate 33 is provided behind the filter disk 32, and 3 corresponding to the sample light openings A1, A2, A3 and the reference light opening A4 on the sensor circumference 33c corresponding to the filter circumference 32c of the filter disk 32. Two sample light sensors S1, S2, S3 and a reference light sensor S0 are attached. The outputs of the three sample light sensors S1, S2, S3 and the reference light sensor S0 are processed in parallel by the processing circuit on the sensor substrate 33.
[0028]
The light source unit 40 is disposed to face the reflecting mirror M1 and includes a light source 41 and a converging optical system 42. The light source 41 is, for example, an incandescent lamp and irradiates the illumination light beam i1 toward the converging optical system 42. The converging optical system 42 converges the illumination light beam i1 emitted from the incandescent lamp 41 on the reflecting mirror M1.
[0029]
In the present embodiment, the infrared cut filters IR1, IR2, IR3, and IR4 for removing the sidebands of the bandpass filter Bm are provided in the sample light apertures A1, A2, and A3 and the reference light aperture A4. The invention is not particularly limited to this, and an infrared cut filter may be provided near the converging optical system 42 of the light source unit 40. In this case, the infrared cut filters IR1, IR2, IR3, IR4 required at the four positions of the sample light openings A1, A2, A3 and the reference light opening A4 can be provided at only one place of the light source section 40, and further Cost reduction can be realized.
[0030]
FIG. 4 is a block diagram showing an internal configuration of the multi-angle colorimeter 1 in the present embodiment. As shown in FIG. 4, the multi-angle colorimeter includes sample light sensors S1, S2, S3, a reference light sensor S0, a pulse motor 32a, a light source 41, an arithmetic control unit 100, a light emitting circuit 101, a pulse motor drive circuit 102, and A signal processing circuit 103 is provided. Since the sample light sensors S1, S2, S3, the reference light sensor S0, the pulse motor 32a, and the light source 41 have already been described, description thereof will be omitted.
[0031]
The arithmetic control unit 100 controls the light emitting circuit 101, the pulse motor driving circuit 102, and the signal processing circuit 103. That is, the arithmetic control unit 100 outputs a predetermined light emission control signal for driving the light source 41 to the light emitting circuit 101 and outputs a filter disk control signal for driving the filter disk 32 to the pulse motor driving circuit 102. Then, a control signal for controlling the signal processing circuit 103 is output, and a spectral reflectance coefficient corresponding to the outputs from the sample light sensors S1, S2, S3 and the reference light sensor S0 input from the signal processing circuit 103 is calculated.
[0032]
The light emitting circuit 101 drives the light source 41 to emit light based on the light emission control signal from the arithmetic control unit 100. The pulse motor drive circuit 102 rotationally drives the filter disc 32 based on the filter disc control signal from the arithmetic control unit 100.
[0033]
The signal processing circuit 103 performs predetermined signal processing on the photocurrent detected by the sample photosensors S1, S2, S3 and the reference light sensor S0 based on the control signal from the arithmetic control unit 100. The signal processing circuit 103 will be described later.
[0034]
Next, the operation of the multi-angle colorimeter 1 in this embodiment will be described. First, the illumination system and the reference system will be described with reference to FIG. In the following description, the case where the illumination light beam i1 is illuminated from the 45 degree direction and the reflected light beam r2 is received from the 0 degree direction will be described.
[0035]
The arithmetic control unit 100 controls the light emitting circuit 101 to irradiate the illumination light beam i 1 from the light source 41. The illumination light beam i1 emitted from the light source 41 of the light source unit 40 is converged on the reflecting mirror M1 of the light source opening A0 by the converging optical system 42. The illumination light beam i1 reflected by the reflecting mirror M1 enters the relay optical system 20, and forms an image of the light source aperture A0 on the focal circumference 11c of the toroidal mirror 11. The aperture 23a of the aperture stop 23 of the relay optical system 20 determines the size of the illumination light beam i1 and determines the illumination area on the sample surface S. The illumination light beam i1 converged on the focal circumference 11c is reflected by the reflection surface Cn of the conical mirror 12 and enters the toroidal mirror 11. The illumination light beam i1 reflected by the toroidal mirror 11 becomes a light beam parallel to the measurement surface Q and irradiates the sample surface S. The principal ray of the illumination light beam i1 from the light source unit 40 to the sample surface S is in the plane P1 including the central axis 1x, and the illumination direction of the illumination light beam i1 in the measurement surface Q with respect to the sample surface S (in FIG. 3, the sample surface method). +45 degrees with respect to the line) coincides with the direction of the light source opening A0 on the opening circumference 31c. Also, as shown in FIG. 3, an aperture stop 43 is disposed in the vicinity of the converging optical system 42 of the light source unit 40, and an aperture 43a that emits only the illumination light beam i1 that can pass through the aperture stop 23 of the relay optical system 20 is emitted. The stray light of the illumination light beam i1 can be suppressed.
[0036]
The magnification of the relay optical system 20 is approximately 1, and is configured by a first lens 21 and a second lens 22 that are substantially symmetrical, but at the boundary between the first lens 21 and the second lens 22. A reflecting mirror 24 having a reflectivity of about 5% is disposed in the opening 23a of the aperture stop 23 provided. Therefore, the illumination light beam i1 incident on the second lens 22 from the light source unit 40 via the light source opening A0 becomes a parallel light beam near the central axis 1x. Most of the illumination light beam i1 passes through the reflecting mirror 24 and enters the conical mirror 12 via the first lens 21, but a part of the illumination light beam i1 is reflected by the reflecting mirror 24 and becomes the second reference light beam r0 again. The light enters the lens 22 and converges by forming an image of the light source aperture A0 in the reference light aperture A4 on the aperture circumference 11c. The reference light aperture A4 and the light source aperture A0 are provided at positions that are symmetric with respect to the central axis 1x. The reference beam r0 that has passed through the reference beam aperture A4 and the infrared cut filter IR4 disposed in the reference beam aperture A4 passes through the filter aperture Fm (m = 0 to 31) on the filter circumference 33c that is sequentially inserted into the beam. Passes and enters the reference light sensor S0 on the sensor substrate 33 provided at a position corresponding to the reference light opening A4. Among the filter openings Fm (m = 0 to 31), bandpass filters Bm (m = 1 to 31) having a center wavelength from 400 nm to 700 nm at a pitch of 10 nm are attached to the filter openings F1 to F31. The reflected light beam r2 dispersed at 31 wavelengths from 400 nm to 700 nm is incident on the sample light sensor S2 while the filter disk 32 rotates once.
[0037]
Next, the light receiving system will be described with reference to FIG. The illumination light beam i1 incident on the sample surface S is reflected by the sample surface S. The reflected light beam r2 reflected by the sample surface S and perpendicular to the sample surface is reflected by the toroidal mirror 11 and converges on the focal circumference 11c. The reflected light beam r2 converged on the focal circumference 11c is reflected by the reflecting surface Cn of the conical mirror 12 and enters the first lens 21 of the relay optical system 20. The reflected light beam r 2 that has become parallel light through the first lens 21 passes through the opening 23 a of the aperture stop 23 and enters the second lens 22. The reflected light beam r 2 emitted from the second lens 22 converges on the opening circumference 31 c of the opening plate 31. The reflected light beam r2 converged on the aperture circumference 31c passes through the sample light aperture A2 provided on the aperture circumference 31c and the infrared cut filter IR2 installed in the sample light aperture A2, and passes through the sample light aperture A2. Is incident on the sample optical sensor S2 provided at the position corresponding to. Here, the reflected light r2 incident on the sample light sensor S2 passes through the filter openings Fm (m = 0 to 31) sequentially inserted as the filter disk 32 rotates. Among the filter openings Fm (m = 0 to 31), bandpass filters Bm (m = 1 to 31) having a center wavelength from 400 nm to 700 nm at a pitch of 10 nm are attached to the filter openings F1 to F31. The reflected light beam r2 dispersed at 31 wavelengths from 400 nm to 700 nm is incident on the sample light sensor S2 while the filter disk 32 rotates once. In the same manner as described above, the sample light sensors S1 and S3 receive the reflected light beam r1 from the -30 degree direction and receive the reflected light beam r3 from the 65 degree direction.
[0038]
FIG. 5 is a diagram showing the direction in which the sample surface S is illuminated and the direction in which it is reflected from the sample surface S and the position of the sample light aperture provided in the aperture plate 31 in this embodiment, and FIG. FIG. 5B is a diagram showing a direction in which the sample surface S is illuminated and a direction in which the sample surface S is reflected. FIG. 5B shows the positions of the light source opening, the sample light opening, and the reference light opening provided in the aperture plate 31. FIG.
[0039]
The principal rays of the reflected light beams r1, r2, r3 from the sample surface S to the plurality of sample light sensors are in the plane including the central axis 1x, respectively, and are within the measurement surface Q of the detected reflected light beams r1, r2, r3. The direction coincides with the direction around the central axis 1x of the sample light aperture. In this embodiment, as shown in FIG. 5A, the illumination light beam i1 that illuminates the sample surface S is 45 degrees with respect to the normal line of the sample surface, and the reflected light beam (detection direction) illuminates from the sample surface S. ) R1, r2, and r3 are −30 degrees, 0 degrees, and +65 degrees with respect to the normal of the sample surface (15 degrees, 45 degrees, and 110 degrees with respect to the regular reflection direction of the illumination light beam i1), and are ASTM standards. Detection is performed in compliance with.
[0040]
Further, as shown in FIG. 5B, the light source opening A0 into which the illumination light beam i1 enters from the light source unit 40 is located at a position on the opening circumference 31c that is point-symmetric with respect to the illumination light beam i1 with respect to the central axis 1x. The sample light apertures A1, A2, and A3 that are provided and into which the reflected light beams r1, r2, and r3 are incident are located on the aperture circumference 31c in positions that are symmetric with respect to the reflected light beams r1, r2, and r3 with respect to the central axis 1x. The reference light aperture A4 to which the reference light beam r0 is incident is provided at a position on the aperture circumference 31c that is point-symmetric with respect to the light source aperture A0 with respect to the central axis 1x.
[0041]
FIG. 6 is a diagram showing a specific configuration of the signal processing circuit shown in FIG. The signal processing circuit 103 shown in FIG. 6 includes sample light sensors S1, S2, and S3, a reference light sensor S0, current-voltage conversion circuits 51, 52, 53, and 54, integration circuits 55, 56, 57, and 58, and a multiplexer (MPX). 59, an A / D converter (ADC) 60, a 0 signal generation unit 61, an encode signal generation unit 62, and an arithmetic control unit (CPU) 100.
[0042]
The sample light sensors S1, S2, S3 and the reference light sensor S0 are connected to the current-voltage conversion circuits 51, 52, 53, 54, respectively. The current-voltage conversion circuits 51, 52, 53, 54 are integrated with the integration circuits 55, 56, 57 and 58, respectively. The integration circuits 55, 56, 57, and 58 are connected to the multiplexer 59, and the multiplexer 59 is connected to the A / D converter 60, and the A / D converter 60 is connected to the arithmetic control unit 100. The current-voltage conversion circuit 54 is further connected to the 0 signal generation unit 61 and the encode signal generation unit 62, and the 0 signal generation unit 61 and the encode signal generation unit 62 are connected to the arithmetic control unit 100.
[0043]
The reflected light beams r1, r2, r3 and the reference light beam r0 that have passed through the filter opening Fm provided in the filter disc 32 are incident on the sample light sensors S1, S2, S3 and the reference light sensor S0 provided on the sensor substrate 33, respectively. To do. The sample light sensors S1, S2, S3 and the reference light sensor S0 output photocurrents corresponding to the light intensities of the received reflected light beams r1, r2, r3 and the reference light beam r0 to the current-voltage conversion circuits 51, 52, 53, 54. To do. The current-voltage conversion circuits 51, 52, 53, and 54 convert the photocurrents output from the sample light sensors S1, S2, and S3 and the reference light sensor S0 into voltage signals V1, V2, V3, and V4. Voltage signals V1, V2, V3, and V4 converted from photocurrents to voltages are input to integrating circuits 55, 56, 57, and 58. The integrating circuits 55, 56, 57, and 58 integrate the voltage signals V1, V2, V3, and V4 for a predetermined time. Output signals O 1, O 2, O 3, and O 4 output from the integration circuits 55, 56, 57, and 58 are input to the multiplexer 59. The multiplexer 59 selects one of the output signals O 1, O 2, O 3, and O 4 output from the integration circuits 55, 56, 57, and 58 and outputs the selected signal to the A / D converter 60. The A / D converter 60 converts the output signal output from the multiplexer 59 from an analog signal to a digital signal. As the filter disk 32 rotates, the arithmetic control unit 100 performs A / D corresponding to the reflected light beams r1, r2, r3 and the reference light beam r0 that have sequentially passed through the bandpass filters Bm installed in the plurality of filter openings Fm. The converter 60 output signal (spectral data) is stored. Further, the arithmetic control unit 100 calculates the reflectance coefficient in each direction from the stored spectral data.
[0044]
Further, an encode signal E and a zero signal Z are generated from the output of the reference light sensor S0 whose reflected light intensity does not depend on the sample. The output V4 of the reference light sensor S0 converted into a voltage by the current-voltage conversion circuit 54 is input to the integration circuit 58 and also to the 0 signal generation unit 61 and the encode signal generation unit 62.
[0045]
The encode signal generation unit 62 generates an encode signal E (32 / rotation) each time one of the plurality of filter apertures Fm comes to the reference light aperture A4, and outputs the generated encode signal E to the arithmetic control unit 100 To do.
[0046]
The 0 signal generator 61 generates the 0 signal Z (1 / rotation) only when the filter aperture F0 of the plurality of filter apertures Fm comes to the reference beam aperture A4, and the generated 0 signal Z is calculated by the arithmetic control unit 100. Output to. The 0 signal generator 61 compares the output voltage V4 at the time of the filter opening F0 with a large transmitted light amount not passing through the bandpass filter Bm with the reference voltage Vr, and distinguishes it from the other filter openings Fm (m = 1 to 31). To do.
[0047]
The arithmetic control unit 100 generates the integration signals I1, I2, I3, I4, the integration reset signals RI1, RI2, RI3, RI4, the multiplexer control signal MX, and the A / D conversion signal AD from the encode signal E and the 0 signal Z. Thus, the signal processing circuit 103 is controlled.
[0048]
The arithmetic control unit 100 performs A / D conversion of the reflected light fluxes r1, r2, r3 in each direction and the signal of the reference light r0 for each wavelength from the spectral reflectance coefficients R1 (λ), R2 (λ ), R3 (λ) is calculated and output. Since the intensity of the reflected light beams r1, r2, r3 is proportional to the cosine cos (r) of the exit angle r from the sample surface normal, the current-voltage conversion circuits 51, 52, 3 of the sample light sensors S1, S2, S3 in three directions The feedback resistors ra, rb, rc, and rd 53 and 54 have resistance values that are substantially proportional to 1 / cos (r). The light beam from 400 nm to 700 nm is incident on one sample light sensor by the rotation of the filter disc 32. However, if the color temperature of the incandescent lamp as the light source 41 is 3050K, the ratio of radiant energy is E (400). : E (700) = 1: 10. The sensitivity ratio of the blue-sensitized silicon diode is S (400): S (700) = 1: 2, and the transmittance ratio of the infrared cut filter is T (400): T (700) = 2: 1. Therefore, the total photocurrent ratio is I (400): I (700) = 1: 10.
[0049]
Since the reflection intensity in the highlight direction when the metallic paint surface is measured is 10 times the reflected light intensity of the perfect diffuse reflection surface, the sample light sensor S1 corresponding to the reflected light beam r1 in the highlight direction has a maximum completeness. A photocurrent of 100 times the photocurrent at 400 nm of the diffuse reflection surface is generated. Therefore, the integrating circuits 55, 56, 57, and 58 include switchable input resistance circuits za, zb, zc, and zd, and the integrating circuits 55, 56, 57, and 58 are integrated signals I1, I2, I3, and I3, respectively. The output voltage from the current-voltage conversion circuits 51, 52, 53, 54 is selected by selecting an appropriate gain from six levels of gain (1 ×, 3 ×, 10 ×, 30 ×, 100 ×, 300 ×) by I4. V1, V2, V3 and V4 are integrated.
[0050]
FIG. 7 is a timing chart of the signal processing circuit 103. In addition, the number in FIG. 7 represents the filter number m of the filter opening Fm.
[0051]
Of the 32 filter openings Fm (m = 0 to 31) arranged at equal intervals on the filter circumference of the filter disc 32, a bandpass filter Bm (m = 1 to 31) is attached to the filter opening F0. However, the incident light flux passes through as it is, and 31 types of band-pass filters Bm (m = 1 to 31) having a center wavelength of 10 nm from 400 nm to 700 nm are attached to the filter openings F1 to F31. Yes. The filter disk 32 is rotated at a constant speed by a pulse motor 32a, but 31 kinds of band-pass filters Bm (m = m = 30) are applied to the reflected light beam passing through the sample light apertures A1, A2, A3 and the reference light aperture A4 during one rotation. 1-31) are inserted sequentially. As shown in FIG. 7, signals V1, V2, V3, and V4 are generated with phase differences corresponding to the relative positions of the four openings A1, A2, A3, and A4. The arithmetic control unit 100 outputs integration signals I1, I2, I3, I4 and integration reset signals RI1, RI2, RI3, RI4 according to the phase difference, integrates the signals V1, V2, V3, V4, The multiplexer control signal MX and the A / D conversion signal AD are output to perform A / D conversion sequentially.
[0052]
In this way, by irradiating the sample surface S with the illumination light beam i1, the reflected light beams r1, r2, and r3 are emitted from the sample surface S toward the toroidal mirror 11 as parallel light beams. Reflected light is radiated from the sample surface S. The parallel reflected light beams r1, r2, and r3 that are directed from the sample surface S to the toroidal mirror 11 and are perpendicular to the central axis 1x are reflected by the toroidal mirror 11 and are on the focal circumference 11c. Then, the light is reflected by the conical mirror 12 provided in the vicinity of the focal circumference 11 c and enters the relay optical system 20. The reflected light beams r 1, r 2, r 3 emitted from the relay optical system 20 converge on the aperture circumference 31 c of the aperture plate 31 and pass through the sample light apertures A 1, A 2, A 3 provided in the aperture plate 31, and the sample light The light enters the sensors S1, S2, and S3.
[0053]
Therefore, by increasing the sample light apertures A1, A2, A3 provided on the aperture plate 31 and the sample light sensors S1, S2, S3 corresponding to the sample light apertures A1, A2, A3, the optical system in the light receiving direction is increased. Therefore, reflected light in multiple directions can be easily measured, and no optical system is required for each illumination direction and light receiving direction, and the size can be reduced.
[0054]
The reflected light beams r1, r2, and r3 incident on the sample light apertures A1, A2, and A3 of the aperture plate 31 are bandpasses having different center wavelengths on the filter circumference 32c corresponding to the aperture circumference 31c of the aperture plate 31. Since the light passes through the filter opening Fm provided with the filter Bm and enters the sample light sensors S1, S2, and S3, the reflected light beams r1, r2, and r3 reflected by the sample can be dispersed, and the reflected light beam reflected light beam having a specific wavelength is reflected. r1, r2, and r3 can be received by the sample light sensors S1, S2, and S3.
[0055]
The aperture plate 31 has a light source aperture A0 on which light from the light source 41 is incident on the aperture circumference 31c, and the illumination light beam i1 emitted from the light source aperture A0 is focused on the focal circumference 11c by the relay optical system 20. After the image of the light source opening A0 is formed on the top, it is incident on the sample surface S as a parallel light beam by the toroidal mirror 11, so that multidirectional reflected light can be easily measured without increasing the optical system in the illumination direction. This eliminates the need for an optical system for each of the illumination direction and the light receiving direction, and enables miniaturization.
[0056]
Further, the light source 41 outputs an illumination light beam i1 that converges on the reflecting mirror M1 included in the light source opening A0 of the aperture plate 31, and an optical axis on which the illumination light beam i1 reflected by the reflecting mirror M1 enters the relay optical system 20. Therefore, the illumination light beam i1 output from the light source 41 can be guided to the relay optical system 20, and the reflected light beams r1, r2, and r3 in multiple directions can be easily measured.
[0057]
Next, a modification of this embodiment will be described.
[0058]
(First modification)
In the present embodiment, as shown in FIGS. 1 to 3, the optical axis of the relay optical system 20 coincides with the central axis 1x in contact with the sample surface S, and the relay optical system 20, the opening circumference 31c, the filter circle Since the circumference 32c and the sensor circumference 33c are centered on the central axis 1x, a part of the optical system (a part below the central axis 1x in FIG. 2) is located on the sample side. Therefore, it can be applied only to a small sample that does not interfere with a part of the optical system. Therefore, in the first modification, the optical axis of the relay optical system 20 is changed by 90 degrees.
[0059]
FIG. 8 is a diagram showing the configuration of the multi-angle colorimeter in the first modification of the present embodiment. The multi-angle colorimeter 1 ′ in the first modification shown in FIG. 8 includes a measuring unit 10 ′, a relay optical system 20, a light receiving unit 30, and a light source unit 40. The multi-angle colorimeter 1 ′ in the first modification shown in FIG. 8 has the same configuration as the multi-angle colorimeter 1 and the measurement unit 10 ′ shown in FIGS. Only the configuration will be described. FIG. 8 is a cross-sectional view taken along the plane P0 of the multi-angle colorimeter shown in FIG. 1, and explains the case where the illumination light beam i1 is illuminated from the 45 degree direction and the reflected light beam r2 is received from the 0 degree direction. To do.
[0060]
The measurement unit 10 ′ includes a toroidal mirror 11, a conical mirror 12, and a reflecting mirror 13. The reflecting mirror 13 changes the direction of the optical axis of the relay optical system 20 by 90 degrees, reflects the illumination light beam i1 emitted from the relay optical system 20 toward the conical mirror 12, and reflects it by the conical mirror 12. The reflected light beams r 1, r 2, r 3 of the sample are reflected toward the relay optical system 20. Here, the sample surface S is perpendicular to the optical axis of the relay optical system 20, and the measurement surface Q is perpendicular to the sample surface S and the paper surface.
[0061]
The illumination light beam i1 from the light source unit 40 passes through the relay optical system 20, is reflected by the reflecting mirror 13, and forms an image of the light source opening A0 on the focal circumference 11c of the toroidal mirror 11. The illumination light beam i1 converged on the focal circumference 11c is reflected by the reflection surface Cn of the conical mirror 12 and enters the toroidal mirror 11. The illumination light beam i1 reflected by the toroidal mirror 11 becomes a light beam parallel to the optical axis in the measurement surface Q and irradiates the sample surface S. Here, the sample surface S is perpendicular to the optical axis of the relay optical system 20.
[0062]
The illumination light beam i1 incident on the sample surface S is reflected by the sample surface S. The reflected light beam r2 reflected by the sample surface S and parallel to the optical axis in the measurement surface Q is reflected by the toroidal mirror and converges on the focal circumference 11c. The reflected light beam r2 converged on the focal circumference 11c is reflected by the reflecting surface Cn of the conical mirror 12, enters the reflecting mirror 13, is reflected by the reflecting mirror 13, and enters the relay optical system 20. The reflected light beam r 2 emitted from the relay optical system 20 converges on the opening circumference 31 c of the opening plate 31. The reflected light beam r2 converged on the aperture circumference 31c passes through the sample light aperture A2 provided on the aperture circumference 31c and the infrared cut filter IR2 installed in the sample light aperture A2, and passes through the sample light aperture A2. Is incident on the sample optical sensor S2 provided at the position corresponding to.
[0063]
Although reflection is performed in various directions, components in the specific direction are received. Thus, the parallel light flux component toward the toroidal mirror 11 of the reflected light emitted from the sample surface S is reflected by the toroidal mirror 11. After being converged on the focal circumference 11c, it is reflected by the conical mirror 12 provided in the vicinity of the focal circumference 11c, enters the reflecting mirror 13, is reflected by the reflecting mirror 13, and enters the relay optical system 20. Then, the light converges on the opening circumference 31c of the aperture plate 31, passes through the sample light aperture of the aperture plate 31, and enters the sample light sensor. Accordingly, the reflected light beam is changed by 90 degrees with respect to the optical axis of the relay optical system 20 by the reflecting mirror 13, so that the sample surface S becomes perpendicular to the optical axis of the relay optical system 20, and a part of the optical system is Since it is not on the sample side, the size of the sample can be removed.
[0064]
(Second modification)
In the above embodiment, the sample light apertures A1, A2, A3 and the sample light sensors S1, S2, S3 are provided to measure the sample surface reflected light in the three directions, but the sample light aperture on the aperture circumference 31c is measured. By further adding a sample light sensor on the sensor circumference 33c, it becomes possible to measure the sample surface reflected light in more directions.
[0065]
FIG. 9 is a diagram for explaining a second modification of the present embodiment, and FIG. 9A is a diagram showing the direction in which the sample surface S is illuminated and the direction in which the reflected light from the sample surface S is received. FIG. 9B is a diagram illustrating the positions of the light source opening, the sample light opening, and the reference light opening provided in the opening plate 31.
[0066]
In the second modification of the present embodiment, as shown in FIG. 9A, the sample surface S is illuminated with an illumination light beam i1 from a 45 degree direction with respect to the sample surface normal, and the direction is 15 directions at a 10 degree pitch. The reflected light flux rn (n = 1 to 15) is received. Further, as shown in FIG. 9B, on the aperture plate 31, a light source aperture A0, a sample beam aperture An (n = 1 to 15), and a reference beam aperture A16 are provided. The sensor substrate 33 is provided with a sample light sensor Sn (n = 1 to 15) and a reference light sensor S16 at positions corresponding to the sample light opening An and the reference light opening A16 of the aperture plate 31.
[0067]
The arithmetic control unit 100 performs measurement in all 15 directions while the filter disk 32 rotates once. Therefore, even if the number of measurement directions increases, the measurement time does not change, and multi-directional measurement can be performed in a much shorter time than conventional gonio colorimeters that measure by sequentially switching the light receiving direction. .
[0068]
In addition, unlike the conventional multi-angle colorimeter, it is not necessary to provide separate optical systems in the illumination direction and in each measurement direction, so that the configuration can be simplified and low cost can be realized.
[0069]
Furthermore, the minimum angle between the directions of the illumination light beam i1 and the reflected light beam rn to be measured is not limited to the interval at which the optical system can be adjacent, unlike the conventional multi-angle colorimeter and gonio colorimeter, The illumination light beam i1 and the reflected light beam to be measured up to an angle at which the opening An (n = 0 to 16) on the opening circumference 31c and the sample light sensor Sn (n = 1 to 16) on the sensor circumference 33c can be arranged. The minimum angle between the directions of rn can be reduced.
[0070]
(Third Modification)
In the present embodiment, a reflected light beam in a plurality of directions obtained by illuminating the illumination light beam from one direction is received. In the third modification of the present embodiment, the illumination light beam is illuminated from two directions. To receive reflected light beams in a plurality of directions.
[0071]
FIG. 10 is a diagram for explaining a third modification of the present embodiment, and FIG. 10A shows a direction in which the sample surface S is illuminated and a direction in which the reflected light from the sample surface S is received. FIG. 10B is a diagram showing the positions of the light source opening, the sample light opening, and the reference light opening provided in the opening plate 31.
[0072]
In the third modification of the present embodiment, as shown in FIG. 10A, the illumination light beam i11 from the 45 degree direction with respect to the sample surface normal and the −45 degree direction with respect to the sample surface normal. The sample surface S is illuminated with the illumination light beam i21, and the reflected light beams r11, r21, r12, r22, r13, r23 in the directions of ± 30 degrees, 0 degrees, and ± 65 degrees are received. Further, as shown in FIG. 10B, on the aperture plate 31, a light source opening A10 that emits an illumination light beam i11, a light source opening A20 that emits an illumination light beam i21, a sample light opening A11 on which a reflected light beam r11 enters, Sample light aperture A21 where the reflected light beam r21 enters, sample light aperture A12 where the reflected light beam r12 and reflected light beam r22 enter, sample light aperture A13 where the reflected light beam r13 enters, sample light aperture A23 where the reflected light beam r23 enters, illumination light beam A reference light aperture A14 into which the reference beam r10 of i11 enters and a reference beam aperture A24 into which the reference beam r20 of the illumination beam i21 enters are provided. The sensor substrate 33 is provided with a sample light sensor and a reference light sensor at positions corresponding to the sample light openings A11, A21, A12, A13, A23 and the reference light openings A14, A24 of the aperture plate 31. Furthermore, the multi-angle colorimeter of the present embodiment is provided with a first light source unit corresponding to the light source aperture A10 and a second light source unit corresponding to the light source aperture A20. In addition, the structure of the 1st light source part and the 2nd light source part is the same as the structure of the light source part 40 shown in FIGS.
[0073]
First, the calculation control unit 100 turns on the incandescent lamp of the first light source unit, illuminates the sample surface S with the illumination light beam i11 in the direction of +45 degrees with respect to the sample surface normal line, the reference light beam r10 and −30 degrees, The intensities of the reflected light beams r11, r12, r13 in the 0 degree and +65 degrees directions are measured for each wavelength, and the spectral reflectance coefficients R11 (λ), R12 (λ), R13 (λ) in the respective directions are calculated.
[0074]
Next, the arithmetic control unit 100 turns on the incandescent lamp of the second light source unit, illuminates the sample surface S with the illumination light beam i21 in the direction of −45 degrees with respect to the sample surface normal, and +30 degrees with the reference light beam r20. The intensities of the reflected light beams r21, r22, r23 in the directions of 0 ° and −65 ° are measured for each wavelength, and the spectral reflectance coefficients R21 (λ), R22 (λ), R23 (λ) in the respective directions are calculated.
[0075]
Then, the arithmetic control unit 100 divides the spectral reflectance coefficients R11 (λ), R12 (λ), R12 (λ) in each direction obtained when the sample surface S is illuminated with the illumination light beam i11 in the +45 degree direction with respect to the sample surface normal. R13 (λ) and spectral reflectance coefficients R21 (λ), R22 (λ), and R23 in each direction obtained when the sample surface S is illuminated with an illumination light beam i21 in the direction of −45 degrees with respect to the sample surface normal. Average values R1 (λ), R2 (λ), and R3 (λ) with (λ) are calculated based on the following equation (1).
Rn (λ) = {R1n (λ) + R2n (λ)} / 2 (n = 1, 2, 3) (1)
[0076]
Note that a mismatch between the 0 degree axis of the illumination light receiving optical system and the sample surface normal in the measurement surface Q, that is, an attitude error causes an error in the spectral reflectance coefficients R1n (λ) and R2n (λ). The received error is that the illumination direction and the reflection direction are symmetric with respect to the normal to the sample surface and are approximately the same size. Therefore, the average value Rn (λ) cancels the error, and the influence of the posture error can be suppressed. .
[0077]
Further, as described in Japanese Patent Laid-Open No. 2001-50817, the direction of the bright material is Gaussian distributed around the direction parallel to the normal to the sample surface, and the reflected light in each direction is also centered accordingly. It has a symmetrical intensity distribution. Therefore, in the range where the attitude error is small, the influence of the attitude error on the reflected light in the symmetric direction is the same magnitude and in the reverse direction, and the influence is obtained by taking the average of the two symmetric directions as described above. Can be offset. In this measurement system, the reflected light beam to be measured is in the measurement surface Q, and the posture error parallel to the measurement surface Q can be reduced by taking the average of two symmetrical directions as described above. . On the other hand, the posture error orthogonal to the measurement surface Q is a posture error near the center of the reflected light intensity distribution according to the Gaussian distribution because the measurement surface Q is perpendicular to the sample surface. However, since the change rate of the Gaussian distribution is small near the center, the influence of the posture error orthogonal to the measurement surface Q on the reflected light flux to be measured is small.
[0078]
The spectral reflectance coefficient R2 (λ) is equivalent to the spectral reflectance coefficient in the 45/0 optical system of bidirectional illumination. In the third modification of the present embodiment, both the 45/0 optical system and the spectral reflectance coefficient R2 (λ) are equivalent. Direction multi-angle optical system. Therefore, if the multi-angle colorimeter in the third modification of the present embodiment is used, for example, the exterior coating of an automobile can be measured with a multi-angle optical system, and the interior coating can be measured with a 45/0 optical system. .
[0079]
(Fourth modification)
In the present embodiment, the color is measured by calculating the spectral reflectance coefficient of the sample. However, in the fourth modification of the present embodiment, a gloss measurement system that can further measure the gloss of the sample. The glossiness of the sample is measured.
[0080]
FIG. 11 is a diagram for explaining a fourth modification of the present embodiment, and FIG. 11A is a diagram showing a direction in which the sample surface S is illuminated and a direction in which the sample surface S is reflected, FIG. 11B is a diagram illustrating the positions of the light source opening, the sample light opening, and the reference light opening provided in the opening plate 31.
[0081]
In the fourth modification of the present embodiment, as shown in FIG. 11A, the illumination light beam i1 from the 45 degree direction with respect to the sample surface normal and the 60 degrees from the direction of the sample surface normal. The sample surface S is illuminated with the illumination light beam i10, and the reflected light beams r1, r2, and r3 in the directions of −30 degrees, 0 degrees, and 65 degrees and the reflected light beam r11 in the directions of −60 degrees are received. Further, as shown in FIG. 11B, on the aperture plate 31, a light source opening A0 that emits an illumination light beam i1, a light source opening A10 that emits an illumination light beam i10, a sample light opening A1 into which a reflected light beam r1 enters, The sample light aperture A2 into which the reflected light beam r2 enters, the sample light aperture A3 into which the reflected light beam r3 enters, the sample light aperture A11 into which the reflected light beam r11 enters, the reference light aperture A4 into which the reference light beam r0 of the illumination light beam i1 enters, and the illumination light beam A reference light aperture A12 through which the reference light beam r10 of i10 enters is provided. The sensor substrate 33 is provided with a sample light sensor and a reference light sensor at positions corresponding to the sample light openings A1, A2, A3, A11 and the reference light openings A4, A12 of the aperture plate 31. Furthermore, the multi-angle colorimeter of the present embodiment is provided with a color measurement light source unit corresponding to the light source aperture A1 and a gloss measurement light source unit corresponding to the light source aperture A10. In addition, the structure of the light source part for a color measurement and the light source part for a gloss measurement is the same as the structure of the light source part 40 shown in FIGS.
[0082]
First, the calculation control unit 100 turns on the incandescent lamp of the color measurement light source unit, illuminates the sample surface S with the illumination light beam i1 in the +45 degree direction with respect to the sample surface normal, and the reference light beam r0 and −30 degrees. The intensities of the reflected light beams r1, r2, and r3 in the directions of 0 degrees and +65 degrees are measured for each wavelength, and spectral reflectance coefficients R1 (λ), R2 (λ), and R3 (λ) in each direction are calculated.
[0083]
Next, the arithmetic control unit 100 turns on the incandescent lamp of the light source unit for gloss measurement, illuminates the sample surface S with the illumination light beam i10 in the direction of +60 degrees with respect to the normal to the sample surface, and -60 degrees with the reference light beam r10. The intensity of the reflected light beam r11 in the direction is measured for each wavelength, and the gloss value (glossiness) when the incident angle of the illumination light beam is 60 degrees and the reflection angle of the reflected light beam is 60 degrees is calculated.
[0084]
Note that the gloss measurement system in the fourth modification of the present embodiment may be used in the second modification and the third modification.
[0085]
(Fifth modification)
Currently used multi-angle colorimeters include a planar optical system having an illumination system and a light receiving system in one measurement surface, and an illumination system and a light receiving system that are rotationally symmetric with respect to the normal of the sample surface. And a ring optical system. In the colorimeter using this ring optical system, as in the third modification, the reflected light beam in one direction and the reflection in a rotationally symmetric direction with respect to the direction of the reflected light beam and the normal of the sample surface The influence of the posture error received by the luminous flux is canceled out. Therefore, in the fifth example of the present embodiment, illumination is performed from the direction of the normal of the sample surface, the reflected light beams in two directions that are symmetrical with respect to the normal of the sample surface are received, and the reflected light beams in two directions are received. By calculating the average value of the spectral reflectance coefficients, a measurement result similar to that obtained when the color measurement is performed using the 0 degree illumination and the ring light receiving optical system is obtained.
[0086]
FIG. 12 is a diagram for explaining a fifth modification of the present embodiment, and FIG. 12A is a diagram showing a direction in which the sample surface S is illuminated and a direction in which the sample surface S is reflected, FIG. 12B is a diagram illustrating the positions of the light source opening, the sample light opening, and the reference light opening provided in the opening plate 31.
[0087]
In the fifth modification of the present embodiment, as shown in FIG. 12A, the sample surface S is moved with the illumination light beam i1 in the direction of 0 degree with respect to the sample surface normal, that is, in the direction of the sample surface normal. Illuminates and receives reflected light beams r1, r2, r3, r4, r5, r6 in the directions of ± 20 °, ± 45 °, and ± 75 °. Further, as shown in FIG. 12B, on the aperture plate 31, a light source aperture A0 that emits an illumination beam i1, a sample beam aperture A1 that receives a reflected beam r1, and a sample beam aperture A2 that receives a reflected beam r2. Reference to the sample light aperture A3 where the reflected light beam r3 is incident, the sample light aperture A4 where the reflected light beam r4 is incident, the sample light aperture A5 where the reflected light beam r5 is incident, the sample light aperture A6 where the reflected light beam r6 is incident, and the illumination light beam i1 A reference light aperture A7 through which the light beam r0 is incident is provided. The sensor substrate 33 is provided with a sample light sensor and a reference light sensor at positions corresponding to the sample light openings A1, A2, A3, A4, A5, A6 and the reference light opening A7 of the aperture plate 31.
[0088]
First, the arithmetic control unit 100 turns on the incandescent lamp of the light source unit, illuminates the sample surface S with the illumination light beam i1 in the direction of 0 degree with respect to the normal of the sample surface, and ± 20 degrees or ± 45 degrees with the reference light beam r0. , The intensities of the reflected light beams r1, r2, r3, r4, r5, r6 in the ± 75 degrees direction are measured for each wavelength, and the spectral reflectance coefficients R1 (λ), R2 (λ), R3 (λ) in each direction are measured. , R4 (λ), R5 (λ), and R6 (λ).
[0089]
Then, the calculation control unit 100 calculates the average value of the spectral reflectance coefficients in two directions symmetrical with respect to the sample surface normal, and calculates the calculated average values in the directions of ± 20 degrees, ± 45 degrees, and ± 75 degrees. Spectral reflectance coefficient. That is, the arithmetic control unit 100 calculates the average value {R1 () of the spectral reflectance coefficient R1 (λ) of the reflected light beam r1 in the + 20 ° direction and the spectral reflectance coefficient R2 (λ) of the reflected light beam r2 in the −20 ° direction. λ) + R2 (λ)} / 2 is calculated as the spectral reflectance coefficient in the ± 20 degree direction, and the spectral reflectance coefficient R3 (λ) of the reflected light beam r3 in the +45 degree direction and the reflected light flux r4 in the −45 degree direction are calculated. The average value {R3 (λ) + R4 (λ)} / 2 with the spectral reflectance coefficient R4 (λ) is calculated as the spectral reflectance coefficient in the ± 45 degree direction, and the spectral reflectance coefficient of the reflected light beam r5 in the +75 degree direction. The average value {R5 (λ) + R6 (λ)} / 2 of R5 (λ) and the spectral reflectance coefficient R6 (λ) of the reflected light beam r6 in the −75 degree direction is defined as the spectral reflectance coefficient in the ± 75 degree direction. calculate.
[0090]
Thus, by illuminating from the 0 degree direction and calculating the average value of the spectral reflectance coefficients in the ± 20 degrees, ± 45 degrees, and ± 75 degrees directions symmetrical to the sample surface normal, The spectral reflectance coefficient measured by the 20 °, 45 °, and 75 ° ring light receiving optical systems can be obtained.
[0091]
In this measurement system, as described in the third modified example, the influence of the attitude error orthogonal to the measurement surface on the reflected light beam is small, so the characteristic of the ring optical system that the sensitivity to the attitude error is small is maintained. can do.
[0092]
(Sixth Modification)
In the sixth modification example of the present embodiment, as in the fifth modification example, a plurality of reflected light beams that are illuminated from the direction of the normal surface of the sample surface and have different directions with respect to the normal surface of the sample surface, and the normal line of the sample surface When a reflected light beam in a direction symmetric to the plurality of reflected light beams is received, and an average value of spectral reflectance coefficients in two symmetric directions is calculated, and color measurement is performed using a 0-degree illumination diffusion light receiving optical system A similar measurement result is obtained.
[0093]
FIG. 13 is a diagram for explaining a sixth modification of the present embodiment. FIG. 13A is a diagram illustrating a direction in which the sample surface S is illuminated and a direction in which the sample surface S is reflected. FIG. 13B is a diagram illustrating the positions of the light source opening, the sample light opening, and the reference light opening provided in the opening plate 31.
[0094]
In the sixth modification of the present embodiment, as shown in FIG. 13A, the sample surface S is moved with the illumination light beam i1 in the direction of 0 degree with respect to the sample surface normal, that is, in the direction of the sample surface normal. Illuminate and receive a reflected light beam rn (n = 1 to 14) in the direction of 10 ° pitch 14 from ± 10 ° to ± 75 °. Further, as shown in FIG. 13B, on the aperture plate 31, a light source opening A0 that emits an illumination light beam i1, a sample light opening An (n = 1 to 14) into which a reflected light beam rn enters, and an illumination light beam i1. Is provided with a reference light aperture A15 into which the reference light beam r0 is incident. The sensor substrate 33 is provided with the sample light sensor and the reference light sensor at positions corresponding to the sample light opening An (n = 1 to 14) and the reference light opening A15 of the aperture plate 31.
[0095]
First, the arithmetic control unit 100 turns on the incandescent lamp of the light source unit, illuminates the sample surface S with the illumination light beam i1 in the direction of 0 degree with respect to the sample surface normal, and ± 10 degrees to ± 75 degrees with the reference light beam r0. The intensity with the reflected light flux rn (n = 1 to 14) in the 10-degree pitch 14 direction is measured for each wavelength, and the spectral reflectance coefficient Rn (λ) (n = 1 to 14) in each direction is calculated.
[0096]
Then, the arithmetic control unit 100 divides ± 90 degrees in the 0 degree direction by N (N> n) by the interpolation method and the extrapolation method from the spectral reflectance coefficient Rn (λ) (n = 1 to 14) in each direction. The spectral reflectance coefficient RN (λ) in the reflection direction is calculated, and the calculated spectral reflectance coefficient RN (λ) is multiplied by a weighting coefficient WN that depends on the reflection direction, whereby the 0-degree direction illumination diffusion light receiving optical system, Alternatively, the spectral reflectance coefficient Rd (λ) that approximates the spectral reflectance coefficient in the reverse optical system (diffuse direction illumination 0 degree light receiving optical system) is calculated. The calculation of the spectral reflectance coefficient Rd (λ) can be expressed by the following equation (2).
Rd (λ) = ΣWN · RN (λ) (2)
[0097]
In the case of approximating a complete 0-degree direction illumination diffusion light receiving optical system, the weighting coefficient WN is assumed to be proportional to cos (θN) · sin (2θN) when the reflection direction is the θN-degree direction with respect to the sample surface normal. Also good. Further, the combined spectral reflectance coefficient Rd (λ) is weighted so as to approximate the spectral reflectance coefficient measured by a specific colorimeter having a 0-degree direction illumination diffusion light receiving optical system or its inverse optical system. The coefficient WN may be obtained experimentally.
[0098]
In addition, by tilting the illumination system by 8 degrees, that is, by tilting the illumination light beam i1 by 8 degrees with respect to the normal to the sample surface, it is possible to approximate an 8-degree directional illumination diffusion light receiving optical system that is a general optical system.
[0099]
Further, an 8-degree illumination diffusion light receiving optical system using an integrating sphere is generally used for measuring a spectral reflectance coefficient for CCM (computer color matching). The integrating sphere is easily contaminated, and the integrating sphere is contaminated, making accurate measurement difficult. However, in the multi-angle colorimeter of the sixth modification of the present embodiment, an optical system approximate to the 8-degree illuminating diffused light receiving optical system can be realized without using an integrating sphere. Measurement is possible even in an easily contaminated environment such as (Point-Of-Sales).
[0100]
(Seventh Modification)
In the seventh modification of the present embodiment, the conical mirror 12 is not provided on the focal circumference of the toroidal mirror 11, but the focal circumference of the toroidal mirror 11 coincides with the aperture circumference having the light source opening and the sample light opening. This is different from the first to sixth modifications.
[0101]
FIG. 14 is a diagram for explaining a seventh modification of the present embodiment, and FIG. 14A is a diagram showing a configuration of a multi-angle colorimeter in the seventh modification of the present embodiment. FIG. 14B is an enlarged view of the focal circumference (sample light aperture D2 of the second aperture plate) of the toroidal mirror.
[0102]
Note that the measurement unit 10 ″ of the multi-angle colorimeter 1 ″ in the seventh modification shown in FIG. 14A includes a second aperture plate in addition to the configuration of the multi-angle colorimeter 1 shown in FIG. 14 is further provided. In the following description, the aperture plate 31 shown in FIG.
[0103]
The second aperture plate 14 is provided in a plane including the focal circumference 11c formed of the focal group of the toroidal mirror 11, and three sample light apertures D1, D2, D3 are arranged on the aperture circumference coinciding with the focal circumference 11c. And a light source opening D0. The light source opening D0 is provided at a position where the illumination light beam i1 is incident on the focal circumference 11c, and the sample light openings D1, D2, and D3 are disposed at positions where the reflected light beams r1, r2, and r3 are incident on the focal circumference 11c. Provided. The illumination light beam i1 from the relay optical system 20 converges at the light source opening D0 of the second aperture plate 14. The illumination light beam i1 converged on the light source opening D0 on the focal circumference 11c is reflected by the reflection surface Cn of the conical mirror 12 and enters the toroidal mirror 11. The reflected light beam r2 reflected by the conical mirror 12 is incident on the sample light aperture D2 of the second aperture plate 14, and an image of the sample light aperture D2 is formed in the vicinity of the filter aperture Fm of the filter disc 32. .
[0104]
As described above, the second aperture plate 14 is provided between the conical mirror 12 and the relay optical system 20 so that the focal circumference 11c of the toroidal mirror 11 and the aperture circumference of the second aperture plate 14 coincide with each other. As a result, an image of the sample light aperture is formed on the filter circumference of the filter disc 32. Therefore, it is not necessary to provide the conical mirror 12 on the focal circumference of the toroidal mirror 11, and the degree of freedom in designing the optical system is increased.
[0105]
The specific embodiments described above mainly include inventions having the following configurations.
[0106]
(1) an annular first reflecting mirror having a central axis in the sample plane;
A second reflecting mirror provided in the vicinity of a focal circumference composed of a focal group of the first reflecting mirror;
A relay optical system that forms an image of the focal circumference with the central axis as an optical axis;
An aperture plate provided on the imaging plane of the relay optical system and having one or more sample light apertures on an aperture circumference coinciding with the image of the focal circumference;
One or more light receiving sensors provided behind the sample light aperture and receiving reflected light reflected by the sample;
The parallel luminous flux radiated from the sample surface toward the first reflecting mirror is reflected by the first reflecting mirror and converged on the focal circumference, and then provided in the vicinity of the focal circumference. A multi-angle colorimeter which is reflected by a second reflecting mirror and enters the relay optical system, converges on the circumference of the aperture, passes through the sample light aperture, and enters the light receiving sensor. .
[0107]
(2) In the plane including the central axis, the first reflecting mirror has a focal point in the plane as a focal point, and a parabola having a perpendicular line from the focal point to the central axis as a cross section. The multi-angle colorimeter according to (1) above.
[0108]
(3) further comprising a filter disk that is rotatable about the central axis in proximity to the aperture plate;
The filter disk has a plurality of filter openings each having a bandpass filter having a different center wavelength on the filter circumference corresponding to the circumference of the aperture of the aperture plate, and the light beam converged on the circumference of the aperture The multi-angle colorimeter according to (1) or (2), wherein the multi-angle colorimeter is incident on the light receiving sensor through one of the plurality of filter openings.
[0109]
(4) The aperture plate has a light source opening on the circumference of the aperture, and a light beam emitted from the light source aperture forms an image of the light source aperture on the focus circumference by a relay optical system, The multi-angle colorimeter according to any one of (1) to (3), wherein the first reflecting mirror makes a parallel light beam incident on a sample surface.
[0110]
(5) The aperture plate has a reflecting mirror at the light source opening, and further includes a light source that irradiates the reflecting mirror with light.
The multi-angle measurement according to (4) above, wherein the light source has a light axis that outputs a light beam that converges on the reflecting mirror and a light beam that is reflected by the reflecting mirror enters the relay optical system. Color meter.
[0111]
(6) A reference light receiving element that receives a light beam from the light source as a reference light is further provided, and the relay optical system has a reflection surface on a symmetrical surface thereof and is incident on the relay optical system from the light source opening. Is reflected by the reflecting surface, converges again on the circumference of the aperture, passes through the reference beam aperture, passes through one of the plurality of filter apertures on the filter disc, and receives the reference beam. The multi-angle colorimeter according to (4) or (5) above, which is incident on an element.
[0112]
(7) Output of each sample light sensor when a light beam incident on the reference light aperture and one or more sample light apertures sequentially passes through the plurality of filter apertures as the filter disk rotates. The multi-angle colorimeter according to (6), further comprising a calculation unit that calculates a spectral reflectance coefficient in each of the reflection directions of the sample surface.
[0113]
(8) a first measurement system that illuminates the sample surface from a specific direction and receives reflected light in one or more directions;
A second measurement system that is symmetrical with the first measurement system with respect to the sample surface normal;
The computing unit includes a first spectral reflectance coefficient in each direction of the sample surface measured by the first measurement system and a second spectral reflectance in each direction of the sample surface measured by the second measurement system. The multi-angle colorimeter according to (7), wherein an average with a coefficient is calculated.
[0114]
(9) The illumination directions of the first measurement system and the second measurement system are +45 degrees and −45 degrees, and the light receiving directions of the first measurement system and the second measurement system include 0 degrees. ,
The multi-angle colorimeter according to (7), wherein the calculation unit performs measurement with a bidirectional 45/0 optical system.
[0115]
(10) further comprising a gloss measurement system that illuminates the sample surface from a specific direction and receives specularly reflected light from a direction symmetrical to the illumination direction with respect to the sample surface normal;
The multi-angle colorimeter according to any one of (7) to (9), wherein the calculation unit obtains a value indicating a degree of gloss of the sample surface by the gloss measurement system.
[0116]
(11) The multi-angle colorimeter according to (8), wherein the illumination direction is a normal direction of the sample surface.
[0117]
(12) The multi-angle according to (11), wherein the calculation unit approximates the 0-degree illumination and the diffusion light receiving optical system by weighting and integrating the spectral reflectance coefficient in each reflection direction. Colorimeter.
[0118]
【The invention's effect】
According to the first aspect of the present invention, it is possible to easily perform multi-directional reflection without increasing the optical system in the light receiving direction by increasing the sample light openings provided on the aperture plate and the light receiving sensors corresponding to the sample light openings. Light can be measured, an optical system is not required for each illumination direction and light receiving direction, and the size can be reduced.
[0119]
According to the second aspect of the present invention, the first reflecting mirror has a focal point at a point that intersects the focal circumference in the plane in the plane including the central axis, and a perpendicular line from the focal point to the central axis. Since the parabola to be made has a cross section, the focal point of the parallel light beam from the sample surface incident on the first reflecting mirror can be made near the second reflecting mirror.
[0120]
According to the third aspect of the present invention, the light beam incident on the sample light aperture of the aperture plate is a filter aperture provided with bandpass filters having different center wavelengths on the filter circumference corresponding to the aperture circumference of the aperture plate. Since it passes through and enters the light receiving sensor, the reflected light of the sample can be dispersed, and the reflected light of a specific wavelength can be received by the light receiving sensor.
[0121]
According to the invention described in claim 4, the aperture plate has a light source aperture on which the light from the light source is incident on the circumference of the aperture, and the light beam emitted from the light source aperture is focused by the relay optical system. After the image of the light source aperture is formed on the circumference, it is made into a parallel light beam by the first reflecting mirror and enters the sample surface. Therefore, multidirectional reflected light can be easily obtained without increasing the optical system in the illumination direction. Measurement is possible, and an optical system is not required for each of the illumination direction and the light receiving direction, and the size can be reduced.
[0122]
According to the fifth aspect of the present invention, the light source has an optical axis for outputting the light beam that converges on the reflecting mirror of the light source opening of the aperture plate and for allowing the light beam reflected by the reflecting mirror to enter the relay optical system. Therefore, the light beam output from the light source can be efficiently guided to the relay optical system, and reflected light in multiple directions can be easily measured without increasing the optical system in the illumination direction.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a multi-angle colorimeter in the present embodiment.
2 is a cross-sectional view taken along the plane P0 of the multi-angle colorimeter shown in FIG.
3 is a cross-sectional view taken along the plane P1 of the multi-angle colorimeter shown in FIG.
FIG. 4 is a block diagram showing an internal configuration of a multi-angle colorimeter in the present embodiment.
FIG. 5 is a diagram illustrating a direction in which the sample surface S is illuminated and a direction in which the sample surface S is reflected and a position of the sample light opening provided in the aperture plate in the present embodiment.
6 is a diagram showing a specific configuration of the signal processing circuit shown in FIG. 4;
FIG. 7 is a timing chart of the signal processing circuit.
FIG. 8 is a diagram showing a configuration of a multi-angle colorimeter in a first modification of the present embodiment.
FIG. 9 is a diagram for explaining a second modification of the present embodiment.
FIG. 10 is a diagram for explaining a third modification of the present embodiment.
FIG. 11 is a diagram for explaining a fourth modification of the present embodiment.
FIG. 12 is a diagram for explaining a fifth modification of the present embodiment.
FIG. 13 is a diagram for explaining a sixth modification of the present embodiment.
FIG. 14 is a diagram for explaining a seventh modification example of the embodiment;
[Explanation of symbols]
1 Multi-angle colorimeter
10 Measurement unit
11 Toroidal mirror
12 Conical mirror
20 Relay optical system
21 First lens
22 Second lens
23 Aperture stop
30 Light receiver
31 aperture plate
32 filter disc
33 Sensor board
40 Light source
41 Light source
42 Convergence optics
100 arithmetic control unit
101 Light emitting circuit
102 Pulse motor drive circuit
103 Signal processing circuit

Claims

An annular first reflecting mirror having a central axis in the sample plane;
A second reflecting mirror provided in the vicinity of a focal circumference composed of a focal group of the first reflecting mirror;
A relay optical system that forms an image of the focal circumference with the central axis as an optical axis;
An aperture plate provided on the imaging plane of the relay optical system and having one or more sample light apertures on an aperture circumference coinciding with the image of the focal circumference;
One or more light receiving sensors provided behind the sample light aperture and receiving reflected light reflected by the sample;
The parallel luminous flux radiated from the sample surface toward the first reflecting mirror is reflected by the first reflecting mirror and converged on the focal circumference, and then provided in the vicinity of the focal circumference. A multi-angle colorimeter which is reflected by a second reflecting mirror and enters the relay optical system, converges on the circumference of the aperture, passes through the sample light aperture, and enters the light receiving sensor. .

The first reflecting mirror has a parabola with a perpendicular line from the focal point to the central axis as a cross section in a plane including the central axis as a focal point in a plane including the central axis. The multi-angle colorimeter according to Item 1.

A filter disc that is rotatable about the central axis in the vicinity of the aperture plate;
The filter disk has a plurality of filter openings each having a bandpass filter having a different center wavelength on the filter circumference corresponding to the circumference of the aperture plate, and the light beam converged on the circumference of the aperture The multi-angle colorimeter according to claim 1, wherein the multi-angle colorimeter is incident on the light receiving sensor through one of the plurality of filter openings.

The aperture plate has a light source aperture on the circumference of the aperture, and a light beam emitted from the light source aperture forms an image of the light source aperture on the focus circumference by a relay optical system, and then the first aperture The multi-angle colorimeter according to claim 1, wherein the multi-angle colorimeter is incident on the sample surface as a parallel light beam by the reflecting mirror.

The aperture plate has a reflecting mirror at the light source opening, and further includes a light source for irradiating the reflecting mirror with light.
5. The multi-angle colorimetric measurement according to claim 4, wherein the light source has a light axis that outputs a light beam converged on the reflecting mirror, and a light beam reflected by the reflecting mirror is incident on the relay optical system. Total.