JP2005326389A

JP2005326389A - メタリツク塗膜の光学的性質を決定する方法

Info

Publication number: JP2005326389A
Application number: JP2004328203A
Authority: JP
Inventors: Yutaka Masuda; 豊増田; Yoichi Kawaguchi; 洋一川口
Original assignee: Kansai Paint Co Ltd
Current assignee: Kansai Paint Co Ltd
Priority date: 2004-11-11
Filing date: 2004-11-11
Publication date: 2005-11-24

Abstract

【課題】メタリツク塗膜の所望の角度における色を精度良く決定する。
【解決手段】メタリツク塗膜の５角度の条件で測定した分光反射率と、上記５角度の条件で測定した分光反射率によって算出された回帰式及び回帰係数とによって、メタリツク塗膜の所望の角度の分光反射率を決定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、メタリツク塗膜の光学的性質を決定する方法及びコンピユータ・グラフイツク装置に関する。

意匠効果を高めるために、バインダー中に有彩顔料と鱗片状の光輝性顔料（アルミフレーク、パールフレーク等）又はレーリー散乱を利用した微粒子酸化チタンを混ぜたメタリツク塗色はよく使われている。その発色の最大の特徴は、見る角度により、明度や彩度及び色相が変化し金属感やパール感等のさまざまな質感を感じさせることである。これらのメタリツク塗色を製造、販売する色材メーカーおよびそれを塗装する製品メーカーにとって色管理およびコンピユータ・グラフイツクを用いた塗色デザイン設計においてこのような見る角度によって色が変わる色を定量的に測色し、製品管理やコンピユータ・グラフイツク上に表現し第３者にプレゼンテーションすることは重要である。

しかしながら角度によって色が変わるこのような塗色を測定するには大変であり、任意の受光角度で測定する装置として、一般に変角分光光度計と呼ばれる装置（例えば村上色彩研究所（株）製ＧＣＭＳ−４）があるものの、これらの装置は大型で高価であり測定時間もかなりかかり、更に測定データも膨大でありデータを記憶する容量も膨大である。このため、メタリツク塗色の測色学的に正しいコンピユータ・グラフイツク装置は広く一般に普及するには至っていない。

このような測色機器の欠点を改良するために固定の受光角度で測定する装置、いわゆる携帯型分光光度計が開発された。この装置は携帯型であるので、小型で持ち運び可能であり、固定の受光角度であるので測定時間も極めて短く、測定データも少ないため記憶装置が少量ですむ利点がある。

しかし、この装置は、携帯型と言う制限のため測定できる角度は３〜５角度が限界であり、これではメタリツク塗色のハイライト（正反射光に近い角度で明るくまぶしく感じられる所で、例えば１０度の受光角度）からシェード（正反射光から遠い角度で暗く感じる所で、例えば１１０度の受光角度）までの広い範囲の角度に於ける色を連続的に測定することはできなかった。

ここで、色の予測に使うデータとして分光反射率を用いることは、下記のとおりに重要である。複数の角度から得た測色データで広範囲な色を予測する式はすでに米国特許第４，４７９，７１８号において、提案されている。しかしながらこの米国特許では、実際上３角度から得たデータを利用しており、Ｌ＊から角度の２次式で予測しているため、明暗のＬ＊しか予測することはできず、また４５度以上の角度では回帰式の精度が大幅に劣るという欠点があった。最近のメタリツク塗色は角度により色（主に色相）が変わるというバイカラーの塗色を求められるようになり様々な光輝材が開発されている。このように色相が変わるものは上記米国特許では全く計算できなかった。

従って、本発明の目的は、携帯型分光光度計から得られる５角度の受光角度からハイライトからシェードまでの広範囲に渡る任意の受光角度における色を精度良く決定することができる方法を提供することである。

本発明の他の目的は、携帯型分光光度計の利点を損なわず、任意の受光角度で測定できる大型の変角分光光度計で測定したのと同じ結果を得ることである。

本発明の他の目的は、測色学的に正しいメタリツク塗色を生成するコンピユータ・グラフイツク装置を提供することである。

本発明の他の目的は、メタリツク塗膜の所望の角度の分光反射率を決定するコンピユータ・グラフイツク装置であって、必要な記憶容量が極めて少ないコンピユータ・グラフイツク装置を提供することである。

まず、図１及び図２を参照して、メタリツク塗膜の分光反射率の性質を説明する。

一般にメタリツク塗色の塗膜構造と変角による光沢分布は、図１に示したとおりである。有彩顔料または染料を含むカラーベース中に鱗片状の光輝材（アルミ、マイカ等のフレーク）がほぼ平行に並んでいる。メタリツク塗膜の構造は有彩有機顔料を含まないメタリツクベースの上にカラークリヤーを塗布したいわゆるカラークリヤー方式の塗色でもかまわない。

このような塗膜構造の分光反射率の代表的な例を図２に示した。図２は村上色彩研究所製の変角分光光度計ＧＣＭＳ−４で入射角度４５度、受光角度を正反射光からの角度で１０度から１２０度まで１度刻みで測定したもので、子細にみると分光反射率レベルでは受光角度の増大によって滑らかに減少している。

他方、色の測定方法として、変角分光光度計を用いて変角毎の分光反射率を求める方法、及び変角比色計を用いて３刺激ＸＹＺを求める方法の２つがある。分光反射率は、純粋に物体のスペクトルであり変角による反射率の減衰率は各波長により異なるものの単純に減少する。しかし、３刺激値ＸＹＺは、人間の目視比視感感度を反射率に乗じて得られる値であり、目視感度を乗じているために塗色によって変化の仕方が異なり、メタリツク塗色の光学的性質を数式化することは困難である。等色差式Ｌａｂ＊も同様である。また分光反射率は、物質の情報なのでＣＣＭ（コンピユータ・カラーマツチング）による配合計算の元データとして使える。分光反射率が決定されれば、分光反射率から３刺激値ＸＹＺへ、そして３刺激値ＸＹＺから等色差式Ｌａｂ＊へは良く知られているようにＪＩＳＺ８７０１、Ｚ８７２９にある式で容易に計算できる。従って、色の測定方法は、３刺激値ＸＹＺを求める方法ではなく、分光反射率を求める方法であることが重要である。

例えば、正反射に対して１０度の角度位置であるハイライトから正反射に対して１１０度の角度位置であるシェードまでの広い角度範囲の色を、より少ない実測の反射率から決定するために、メタリツク塗色の４５度入射光における変角特性を詳しく研究した結果、以下の４点が明らかになった。

１）変角のごく小さい（例えば、１０度以下）の領域である正反射光領域では、反射率が非常に高いためにほとんどフラツトで白色光に近く、つまり彩度は小さいので色というよりも光沢の性質が強い。

２）変角が小さい（例えば、１０〜３０度）領域であるハイライト領域では、反射率は急激に直線的に変化する。

３）中間の変角（例えば、３０〜８０度）の領域であるフェースカラー領域では、反射率は滑らかに曲線的に変化する。

４）変角が大きい（例えば、８０〜１１０度）領域であるシェード領域では、反射率はゆるやかに直線的に減少する。

以上の研究結果から、例えば、ハイライトからシェードまで、即ち、１０〜１１０度までの受光角度における色を決定するために、以下の５角度（Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３、Ｘ４、Ｘ５）を選択した。Ｘ１は１０〜２０度の間の任意の１角度、Ｘ２は２０〜３０度の間の任意の１角度、Ｘ３は３０〜５０度の間の任意の１角度、Ｘ４は５０〜８０度の間の任意の１角度、Ｘ５は８０〜１００度の間の任意の１角度である。この５角度で測定した反射率を目的関数（Ｒ（Ｘ））、受光角度を従属関数（Ｘ）として様々な関数型を工夫して回帰式の回帰係数を最小自乗法で求めて評価した結果、受光角度の範囲によって、例えば、以下の関数型の３つのを採用することによって極めて実測値と計算値が一致することを発見した。この式のａ１、ａ２、ａ３、ｂ１、ｂ２、ｂ３、ｃ２が最小自乗法によって求めた回帰係数である。

Ｒ(ｘ)＝ｅｘｐ(ａ１ｘ＋ｂ１) １０≦ｘ＜３０（１）
Ｒ(ｘ)＝ｅｘｐ(ａ２ｘ２＋ｂ２ｘ＋ｃ２) ３０≦ｘ＜８０（２）
Ｒ(ｘ)＝ａ３ｘ＋ｂ３８０≦ｘ＜１１０（３）
上記のとおりにこの態様においては、ハイライト領域では、反射率は急激に直線的に変化するため、上記式（１）を用い、フェースカラー領域では、反射率は滑らかに曲線的に変化するため、上記式（２）を用い、シェード領域では、反射率はゆるやかに直線的に減少するため、上記式（３）を用いる。

式（１）〜（３）を用いた予測値Ｒ’％の精度は外挿角度になる１０度においても色差は２程度と小さく、１５度から１１０度の広範囲でほぼ色差１以下に収まる。一般に色の商品取引において色差（ＮＢＳ単位）が１以下ならば等色と考え、これを出荷基準にしていることを考えればハイライト（１０度）の推定精度が色差で２であり目標の１をやや上回るが非常に反射率が高い１０度では目視感度が低下することが経験上知られているので実用上この式（１）〜（３）を用いて１０度から１１０度までの広範囲な色を精度良く決定することができる。

次に、図３を参照して、本発明の好適実施例に従うコンピユータ・グラフイツク装置を説明する。このコンピユータ・グラフイツク装置は、メタリツク塗膜１を携帯型分光光度計２で測定し、得られた５角度の反射率をコンピユータ３に取り込み、これらの５角度の反射率から上記のとおりの式（１）〜（３）及び回帰係数を求め、１０度〜１１０度までの間を１度の間隔で（作成する画像の解像度に応じて１度以下でもよい）計算反射率を求め、反射率から３刺激値ＸＹＺに変換し、３刺激値ＸＹＺからグラフィツクモニターの特性表からモニター４の蛍光体ＲＧＢの発光強度を計算して色を表示させる。このコンピユータ・グラフイツク装置上記測色学的に正しいメタリツク塗色のコンピユータ・グラフイツクを短時間で安価に小型の装置で行える。

また、例えばコンピユータ・グラフィツク装置で自動車で最も多いメタリツク色の質感を損なわずに自動車の画像を作成する場合を考えると、従来では１０度から１１０度までの広範囲に渡り測定角度を１度以下の刻みで連続的に分光反射率１６個（４００ｎｍから７００ｎｍの波長範囲を２０ｎｍで測定した場合）を測定して入力データにしていた。この場合仮に１度刻みで測定したとしてデータを実数４バイトで記憶すると［（１１０−１０）＋１］＊４＊１６＝６４６４バイトの記憶容量が必要であった。一方、本発明によると、例えば、５＊４＊１６＝３２０バイトの極めて少ない記憶容量（わずか５％の量）の５角度の反射率を保存しておけば、コンピユータ内部で良く知られている最小自乗法のプログラムを用いて、上記回帰式及び回帰係数を算出して、任意の角度の反射率を計算することができる。更にコンピユータ・グラフイツクの精度を高めようとして０.５度刻みで決定しようとすれば、従来法は測定角度数に比例して必要な記憶容量は増えるが、本方法では僅かに５角度の反射率のデータさえあれば十分である。なぜならば、任意の角度の反射率は式（１）〜（３）で計算できるからである。

また連続的に変角で測定する変角分光光度計は非常に高価であり、測定角度数が増えると測定時間は膨大にかかり、このデータを元にしてメタリツク塗色の画像を作成していたので、１つの画像を作成するのに多大な労力を必要としていた。しかし本方法では僅かに５角度のデータだけで良いので小型で安価な測定装置でしかも測定時間を非常に短くできる。十分に実用になる広範囲な角度に於ける反射率を得ることができる。この式を用いれば、安価で早く簡単に測色学的に正しいメタリツク塗色のコンピユータ・グラフイツクを作成することができる。

メタリツク塗色（アルミフレーク、黄色有機顔料、微粒子チタン）を含むゴールドメタリツクの上記式（１）〜（３）の精度の確認を波長６６０ｎｍで確認した。検証に用いた角度はそれぞれＸ１＝１５、Ｘ２＝２５、Ｘ３＝４５、Ｘ４＝７５、Ｘ５＝１１０を用いた。上記式（１）〜（３）の回帰係数の作成には式（１）では１５、２５度の２つのデータから、式（２）では２５、４５、７５度のデータから、式（３）では７５、１１０度の２のデータから計算した。その結果、ハイライト１０度以下では誤差が大きいが、それ以外では非常に良く実測値と計算値が一致していた。

次に、上記式（１）〜（３）が、種々のメタリツク塗色に適用できるか否かを調べるためにメタリツク、パール、板状酸化鉄やマイクロチタンを含む色相、明度、彩度を振った７２色の塗色をＧＣＭＳ−４で入射角４５度、受光角１０度から１１０度までの間を５度刻みで分光反射率を測定し、４００〜７０ｎｍの波長区間に対して２０ｎｍ間隔にサンプリングし、１６個の反射率を得た。検証に用いた角度はそれぞれＸ１＝１５、Ｘ２＝２５、Ｘ３＝４５、Ｘ４＝７５、Ｘ５＝１１０を用いた。式３の回帰係数の作成には式（１）では１５、２５度の２つのデータから、式（２）では２５、４５、７５度のデータから、式（３）では７５、１１０度の２のデータから計算した。その結果は、７２色の平均色差として図４に示す。図４に示されているとおり、ハイライト付近で色差が２程度と少し大きいがそれ以外は色差ほぼ１以内であった。

メタリツク塗色の塗膜構造と変角による光沢分布を示す図。ゴールドメタリツク塗色を１０度から１２０度まで測定した６６０ｎｍの反射率値及び式（１）〜（３）に従って決定された値を示す図。本発明の一実施例に従うコンピユータ・グラフイツク装置を示す図。７２色の塗色の実測値と本発明に従って決定した値との色差を示す図。

符号の説明

１メタリツク塗膜
２分光光度計
３コンピユータ
４モニター

Claims

鱗片状光輝材又はレーリー散乱を起こす微粒子酸化チタンを含み角度によって色が変化するメタリツク塗膜の光学的性質を決定する方法において、
特定の５角度の条件における測定で測定したメタリツク塗膜の分光反射率と、上記特定の５角度の条件における測定で測定した分光反射率によって算出された回帰式及び回帰係数とによって、メタリツク塗膜の所望の角度の分光反射率を決定すること、
上記特定の５角度の条件における測定が、入射角度が４５度であり、受光角度が、下記の５つの角度Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３、Ｘ４及びＸ５である測定であり、
上記Ｘ１が、１０〜２０度の間の任意の１角度であり、上記Ｘ２が、２０〜３０度の間の任意の１角度であり、上記Ｘ３が、３０〜５０度の間の任意の１角度であり、上記Ｘ４が、５０〜８０度の間の任意の１角度であり、上記Ｘ５が、８０〜１１０度の間の任意の１角度であること
を特徴とするメタリツク塗膜の光学的性質を決定する方法。
特定の５角度の条件における測定でメタリツク塗膜の分光反射率を測定する分光光度計と、上記特定の５角度の条件における測定で測定された分光反射率から所望の角度の分光反射率を決定するコンピユータとを具備し、
該コンピユータが、上記５角度条件における測定で測定された分光反射率から回帰式及び回帰係数を算出する手段、及び上記特定の５角度条件における測定によって測定された分光反射率と上記回帰式と上記回帰係数とからメタリツク塗膜の所望の角度の分光反射率を決定する手段を備えていること、
上記特定の５角度の条件における測定が、入射角度が４５度であり、受光角度が、下記の５つの角度Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３、Ｘ４及びＸ５である測定であり、
上記Ｘ１が、１０〜２０度の間の任意の１角度であり、上記Ｘ２が、２０〜３０度の間の任意の１角度であり、上記Ｘ３が、３０〜５０度の間の任意の１角度であり、上記Ｘ４が、５０〜８０度の間の任意の１角度であり、上記Ｘ５が、８０〜１１０度の間の任意の１角度であること
を特徴とするコンピユータ・グラフイツク装置。
分光光度計によって特定の５角度の条件における測定によって測定された分光反射率を記憶する手段、該記憶する手段から読み出された上記特定の５角度の条件における測定によって測定された分光反射率から回帰式及び回帰係数を算出する手段、及び該記憶する手段から読み出された上記特定の５角度の条件における測定によって測定された分光反射率と上記回帰式と上記回帰係数とからメタリツク塗膜の所望の角度の分光反射率を決定する手段を具備し、
上記特定の５角度の条件における測定が、入射角度が４５度であり、受光角度が、下記の５つの角度Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３、Ｘ４及びＸ５である測定であり、
上記Ｘ１が、１０〜２０度の間の任意の１角度であり、上記Ｘ２が、２０〜３０度の間の任意の１角度であり、上記Ｘ３が、３０〜５０度の間の任意の１角度であり、上記Ｘ４が、５０〜８０度の間の任意の１角度であり、上記Ｘ５が、８０〜１１０度の間の任意の１角度であること
を特徴とするコンピユータ・グラフイツク装置。