JP2007024655A - 写像性測定方法および装置 - Google Patents

Abstract

【課題】被測定物のサンプル面の光量分布の幅が大きい場合でも信頼性の高い写像性の測定を行うことのできる写像性測定方法を提供する。
【解決手段】光源２からスリット３および第１のレンズ４を経て試験片１のサンプル面１ａに測定光を照射し、その反射光を第２のレンズ５によってＣＣＤカメラ６の受光面に集光し、スリット像であるスポット６ａの光量分布をＣＣＤカメラ６によって計測する。ＣＣＤカメラ６による光量分布から、受光面における所定領域の光量を求めて、前記単一領域の幅に対応するサンプル面１ａの写像性の値を算出する。
【選択図】図１

Description

本発明は、プラスチック、金属、紙、および印刷物等の写像性を測定する写像性測定方法および装置に関するものである。

従来、写像性の測定方法として、例えば、特許文献１に開示されたように、ＪＩＳ規格（ＪＩＳＨ−８６８６−２）による測定光学系を用いる方法が知られている。この方法は、図９に示すように、試験片（被測定物）１０１のサンプル面１０１ａへの測定光の入射面に垂直な方向を長手方向とするスリット１０３を有するマスクを備えている。光源１０２からの光をスリット１０３を経て、スリット１０３を焦点面とする第１のレンズ１０４を透過させて、前記サンプル面１０１ａに所定の入射角度で当てている。そしてその反射光を第２のレンズ１０５を経て、第２のレンズ１０５の焦点面上に配置した光学くし１１０を入射面内で面内移動させながら、透過光量を受光器１０６で測定する。

光学くし１１０は、光学くし１１０を面内移動させる方向に、光透過部分１１０ａと光遮断部分１１０ｂのそれぞれの幅（くし幅）ｗが互いに等しくなるように構成されている。光学くし１１０は、くし幅ｗにより異なる５種類がある。光学くし１１０の種類ごとに受光器１０６による測定光量の最大値Ｍと最小値ｍを求め、
（Ｍ−ｍ）÷（Ｍ＋ｍ）
を写像性の測定値ＣＪＩＳとしている。
特開平５−２１５６８１号公報

上記の写像性測定方法は、従来金属光沢面等の高い光沢性を有する表面に対して利用されていたため、第２のレンズ１０５の焦点面上の光量分布の幅は光学くし１１０のくし幅ｗに対して十分小さかった。

しかしながら、測定対象である試験片が、例えば顔料インクを用いたインクジェットプリンターによる印刷物である場合は、印刷した紙が高い光沢性を有する場合でも、印刷物上に分布した顔料により表面光沢が減少する場合がある。これは、第２のレンズ１０５の焦点面上の光量分布の幅ｗ０が光学くし１１０のくし幅ｗより大きくなる場合に生ずる。このような表面光沢の減少はプラスチック等紙以外の印刷物に対しても同様に生じることがある。

また、測定する試験片が紙上のトナー印刷物の場合、写真等のべた印刷領域の表面光沢を高くしても、文書領域の光沢を低く押さえるため、光沢性の低い紙を用いる場合がある。

これらの例のように光沢が低い領域がある試験片に対して、前述のＪＩＳＨ−８６８６−２による写像性測定方法では、光学くしのくし幅ｗに対して、光学くし上の光量分布の幅ｗ０が２ｗを超える場合がある。

図１０は、この様子を詳しく説明するための図で、光学くし１１０の光透過部分１１０ａと光遮断部分１１０ｂのくし幅ｗに対して、光学くし１１０上の光量分布の幅ｗ０が２ｗを超える場合を示している。

図１１は、横軸をくし幅ｗ、縦軸を写像性の測定値ＣＪＩＳ＝（Ｍ−ｍ）÷（Ｍ＋ｍ）としたグラフで、光学くし上の光量分布の幅ｗ０に対して、ｗ＜ｗ０の領域では測定値ＣＪＩＳの単調性が成り立たない様子を説明している。

このように光沢が低い領域がある測定対象に対して、ＪＩＳＨ８６８６−２の写像性測定方法では、光学くしの光透過部分と光遮断部分のそれぞれの幅であるくし幅ｗに対して、光学くし上の光量分布の幅ｗ０が２ｗを超える場合がある。この場合は、測定値ＣＪＩＳが単調性を有するとは言えないため、測定値ＣＪＩＳからは、必ずしも写像性の良し悪しを比較判断できないという未解決の課題があった。

本発明は、上記従来の技術の有する未解決の課題に鑑みてなされたものであり、光沢性の低いプリンター用紙等であっても、その写像性を適正に判断できる写像性測定方法および装置を提供することを目的とするものである。

本発明の写像性測定方法は、光透過部分を有するマスクを透過した測定光を、前記マスクを焦点面とする第１のレンズを経て被測定物に所定の入射角度で当て、その透過光または反射光を第２のレンズを経て計測手段の受光面に集光し前記被測定物の写像性を測定する写像性測定方法において、前記受光面の、所定領域における受光量を前記計測手段によって測定し、その測定値を用いた演算によって前記写像性の値を求める工程を有することを特徴とする。

連続した単一領域の受光量を用いた演算によって写像性の値を求めるものであるため、測定範囲に対する写像性の値の単調性を保つことができる。従って、光沢性の低い表面であっても、写像性の良し悪しを常に適正に判断することが可能となる。

本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。

図１に示すように、被測定物である試験片１のサンプル面１ａに対して、光源２からの光をマスクのスリット３を経て、マスクを焦点面とする第１のレンズ４を透過させて、所定の入射角度で当てる。さらに、試験片１の透過光または反射光を第２のレンズ５を透過させ、第２のレンズ５の焦点面上で光量を測定する。第２のレンズ５の焦点面上には試験片１の反射特性が影響したマスクのスリット像が形成され、このスリット像であるスポット６ａの光量分布を撮像素子を有するＣＣＤカメラ（計測手段）６によって測定する。

スリット３は、試験片１への光の入射面に垂直な方向を長手方向とし、光源２からの光を、スリット３を経て第１のレンズ４を透過させ、試験片１に所定の入射角度で当てるため、スリット３の長手方向の位置によらず、スリット各位置と対応する試験片１の照射面位置との距離は等しい。

さらに、試験片１の透過光または反射光を第２のレンズ５を透過させ、第２のレンズ５の焦点面である受光面で受光量を測定する。そのため、第２のレンズ５の焦点面上に形成されるスリット像の長手方向各部分への試験片１の作用が試験片内部の光学特性の分布による影響を除いて均一になる。

試験片１の透過光または反射光を第２のレンズ５を透過させ、第２のレンズ５の焦点面上で、入射面に対して平行な短辺を有する長方形領域内の受光量を求めて、演算によって前記長方形領域の短辺の長さの単調な関数となる写像性の値を求める。例えば、前記長方形領域の短辺の中心を通る垂線を、前記スリット像の、前記長方形領域内の光量分布の重心と概ね一致させることで、写像性の単調性を保つことができる。

また、短辺の長さが異なる複数の単一スリット（開口手段）を用意しておくことで、前記長方形領域の短辺の長さの単調な関数を定義域とし、前記長方形領域における受光量による単調な関数を値域とする写像性の値を得ることができる。

図１は、実施例１により、被測定物である試験片１のサンプル面１ａの写像性を測定する写像性測定装置を示す。光源２から出た光は、スリット３を通して発散光となり、スリット３を焦点面とする第１のレンズ４を通して、試験片１である無印字のプリンター用紙のサンプル面１ａ上を照明する。その反射散乱光は、第２のレンズ５を通して、レンズ５の焦点面上にスポット６ａを形成し、レンズ５の焦点面上に撮像部（受光面）を配置したＣＣＤカメラ６で撮像する。

図２は、実施例１による写像性測定方法の処理の流れを示すフローチャートである。ステップ１で、初期化処理として、ＣＣＤカメラのスポットの光量分布データを取得後、ステップ２でスポットの全光量Ｑ、光量分布幅Ｔを求める。さらに、スポットの光量測定範囲を入射面に垂直な方向ではスポットが全て含まれる範囲とし、入射面内の長方形領域である光量測定範囲の幅（長方形領域の短辺の長さ）をｄとする。以降の処理で光量測定範囲の幅ｄを変化させて複数の条件で光量測定範囲内の光量（受光量）を求めるため、光量測定範囲の幅ｄの変化量（増分Δｄ）をＴ÷１０とし、光量測定範囲の幅ｄの初期値を０とする。

繰り返し処理として、ステップ３で、光量測定範囲の幅ｄをΔｄだけ増分して、ステップ４でその値がスポットの光量分布幅Ｔを超えたら、処理を終える。その値がスポットの光量分布幅Ｔ以下ならば、ステップ５で入射面内の光量測定範囲の重心位置を変えながら、光量測定範囲の幅ｄの範囲内の光量ｑ（ｄ）の最大値ｑｘ（ｄ）を求める。光量測定範囲の幅ｄの範囲内の光量ｑ（ｄ）の最大値ｑｘ（ｄ）が２箇所以上で存在する場合があるが、その場合でも、最大値ｑｘ（ｄ）を求めればよい。

ステップ６で、光量測定範囲の幅ｄの写像性の値を演算式（２×ｑｘ（ｄ）−Ｑ）÷Ｑを用いた演算によって求める。以降、繰り返し処理を処理が終了するまで繰り返す。これにより、各光量測定範囲の幅ｄに対する写像性の値を求めることができる。

図３は、実施例１によるプリンター用紙の写像性の測定例である。このグラフから、各光量測定範囲の幅ｄに対する写像性の値の単調性が確保されていることが分かる。なお、上記の処理で、最大値ｑｘ（ｄ）を求める代わりに、光量測定範囲の幅ｄを除いた領域の最小値ｑｎ（ｄ）を求めてから、演算式ｑｘ（ｄ）＝Ｑ−ｑｎ（ｄ）によって求めてもよい。

また、上記の処理で、最大値ｑｘ（ｄ）と、光量測定範囲の幅ｄを除いた領域の最小値ｑｎ（ｄ）を求めて、全光量ＱをＱ＝ｑｘ（ｄ）＋ｑｎ（ｄ）として求めて、写像性の値を演算式（ｑｘ（ｄ）−ｑｎ（ｄ））÷（ｑｘ（ｄ）＋ｑｎ（ｄ））によって求めてもよい。

あるいは、全光量Ｑを初期化処理で求めず、光量測定範囲の幅ｄが光量分布幅Ｔ以上の場合のｑｘ（ｄ）を全光量Ｑとしてもよい。また、光量ｑｘ（ｄ）に対して、ｑｘ（ｄ）のべき乗や自然対数等を用いて、写像性を定義しても写像性の単調性を保つことができる。このような写像性を定義する演算式は例えばｑｘ（ｄ）×ｑｘ（ｄ）÷Ｑ÷Ｑなどがある。

また、図２のステップ２における、「入射面内の光量測定範囲の重心位置を変えながら、光量測定範囲の幅ｄの範囲内の光量ｑ（ｄ）の最大値ｑｘ（ｄ）を求める」処理の代わりに、光量測定位置の中心を一定にした条件で、光量測定範囲の幅ｄに対する光量ｑ（ｄ）をｑｘ（ｄ）とする方法もある。

なお、長方形領域であるスリット３の代わりに円形領域である円形や楕円形等のピンホールを設けてもよい。円形のピンホールの場合は、光量分布幅Ｔに代わり、スポット直径Ｒを用い、Ｒを変化させながら、各直径Ｒの円内のＣＣＤ受光量の積分値の最大値ｑｘ（Ｒ）を求め、直径Ｒが変化してもＣＣＤ受光量の積分値の最大値ｑｘ（Ｒ）が変化しなくなった時の値を全光量Ｑとする。その後、写像性の値を演算式（２×ｑｘ（Ｒ）−Ｑ）÷Ｑによって求める。

なお、図１で、ＣＣＤカメラの代わりに液晶などの空間光変調素子と光ダイオードなどの受光素子を用いても良い。

図４は実施例２を示す。これは、試験片１のサンプル面１ａの反射光を測定する代わりに、サンプル面１ａの透過光を測定する光学系を用いたものである。光源２、スリット３、レンズ４、５、ＣＣＤカメラ６等については実施例１と同様である。

図５は、実施例３による写像性測定装置の光学系を示す。実施例１と同様に、光源２から出た光は、スリット３を通して発散光となり、スリット３を焦点面とする第１のレンズ４を通して、試験片１である無印字のプリンター用紙のサンプル面１ａを照明する。その反射散乱光は、第２のレンズ５を通して、レンズ５の焦点面上にスポット６ａを形成し、レンズ５の焦点面上に撮像部を配置したＣＣＤカメラ６で計測され、スポット６ａの光量分布の入射面内方向の幅（光量分布幅）Ｔが測定される。その後、ＪＩＳ規格による写像性測定器と同様に、ＣＣＤカメラ６のスポット６ａの位置に光学くし１０を置き、その透過全光量をＣＣＤカメラ６で測定する。光学くし１０は、光透過部分と光遮断部分の幅ｗがＴの半分以上であるもののみを用い、光学くし１０を入射面内で移動させながら、透過光量の最大値Ｍと最小値ｍを求め、演算式（Ｍ−ｍ）÷（Ｍ＋ｍ）によって、写像性の値を求める。

試験片１として、印字済みのプリンター用紙や、プリンターによる印字済みまたは前のプラスチック、金属等を測定することも可能である。

図６は、実施例４による写像性測定装置を示し、図７は、実施例４の写像性測定装置に用いる光学くし１１を示す図である。ＪＩＳ規格による写像性測定器の光学系との違いは、光学くし１１の単一スリットを用いることである。

図７に示すように、光学くし１１は、スリット幅の異なる４つの単一スリットＳ１〜Ｓ４を有し、各スリットの光透過部分の幅、面積は、この順に大きい。図６は、図７の光学くし１１のスリットＳ１が第２のレンズ５の光軸上にある場合を示している。光学くし１１がレンズ５の焦点面上に配置され、測定光の入射面内で移動し、光学くし１１の各スリット位置ごとに計測手段である受光器７によって受光量を測定するように構成されている。

光学くし１１が、レンズ５の焦点面上を前述のように移動した場合、レンズ５を通して、レンズ５の焦点面上に形成したスポット光を受光器７に透過させる領域がいつでも、一つのスリットのみとなるようしなければならない。そのため、図７の光学くし１１のスリット中心間距離は十分に大きく設定されている。従って、レンズ５を通して、レンズ５の焦点面上に形成したスポット光を受光器７に透過させる領域は連続である。またスリットＳ１、スリットＳ２、スリットＳ３、スリットＳ４に対して、受光器７によって受光する光量の最大値をｑ１、ｑ２、ｑ３、ｑ４とすると、光量はこの順に大きな値となる。

図８は、図６の写像性測定装置で、光学くし１１が無い状態を示す。この時の受光器７の測定光量をＱとし、写像性の値をスリットの光量ｑを用いた演算式２×ｑ÷Ｑ−１によって求めると、スリットＳ１、スリットＳ２、スリットＳ３、スリットＳ４に対する写像性の値は単調増加を保つことができる。

実施例１による写像性測定装置を示す模式図である。 実施例１による写像性測定方法の処理の流れを示すフローチャートである。 実施例１によるプリンター用紙の写像性の測定例である。 実施例２による写像性測定装置を示す模式図である。 実施例３による写像性測定装置を示す模式図である。 実施例４による写像性測定装置を示す模式図である。 実施例４の写像性測定装置に用いる光学くしを説明する図である。 実施例４による写像性測定装置で、光学くしが無い状態を示す。 一従来例によるＪＩＳ規格の写像性測定装置を示す図である。 光沢が低い領域がある試験片に対して、光学くしの光透過部分と光遮断部分のそれぞれの幅ｗに対して、光学くし上の光量分布の幅が２ｗを超える場合を説明する図である。 図９の従来例において、ＣＪＩＳの単調性が成り立たない様子を説明するグラフである。

符号の説明

２ 光源
３ スリット
４ 第１のレンズ
５ 第２のレンズ
６ ＣＣＤカメラ
７ 受光器
１０、１１ 光学くし

Claims (9)

1. 光透過部分を有するマスクを透過した測定光を、前記マスクを焦点面とする第１のレンズを経て被測定物に所定の入射角度で当て、その透過光または反射光を第２のレンズを経て計測手段の受光面に集光し前記被測定物の写像性を測定する写像性測定方法において、
   前記受光面の、所定領域における受光量を前記計測手段によって測定し、その測定値を用いた演算によって前記写像性の値を求める工程を有することを特徴とする写像性測定方法。
2. 前記所定領域が前記測定光の入射面に対して平行な短辺を有する長方形領域であり、前記写像性の値は、前記短辺の長さの単調な関数であることを特徴とする請求項１記載の写像性測定方法。
3. 光透過部分を有するマスクを透過した測定光を、前記マスクを焦点面とする第１のレンズを経て被測定物に所定の入射角度で当て、その透過光または反射光を第２のレンズを経て計測手段の受光面に集光し前記被測定物の写像性を測定する写像性測定方法において、
   前記受光面の、前記第２のレンズの焦点面上の円形領域における受光量を前記計測手段によって測定し、その測定値を用いた演算によって前記写像性の値を求める工程を有し、前記写像性の値が、前記円形領域の直径の単調な関数であることを特徴とする写像性測定方法。
4. 光源と、前記光源から被測定物への照射される測定光を整形するマスクと、整形した前記測定光を、前記マスクを焦点面とする第１のレンズを経て前記被測定物に所定の入射角度で当て、その透過光または反射光を第２のレンズを経て受光面に集光させる光学系と、前記受光面において、前記測定光の所定領域の受光量を計測する計測手段と、を有し、前記計測手段の測定値を用いた演算により、前記所定領域の前記測定光の入射面に対して平行な長さの単調な関数である前記被測定物の写像性の値を求めることを特徴とする写像性測定装置。
5. 前記マスクは前記測定光の入射面に垂直な方向を長手方向とするスリットを有し、前記所定領域は前記測定光の入射面に対して平行な短辺を有する長方形領域であり、前記写像性の値は、前記短辺の長さの単調な関数であることを特徴とする請求項４記載の写像性測定装置。
6. 光源と、前記光源から被測定物への照射される測定光を整形するピンホールを有するマスクと、前記ピンホールを透過した測定光を、前記ピンホールを焦点とする第１のレンズを経て前記被測定物に所定の入射角度で当て、その透過光または反射光を第２のレンズを経て受光面に集光させる光学系と、前記受光面において、前記測定光の円形領域の受光量を計測する計測手段と、を有し、前記計測手段の測定値を用いた演算により、前記円形領域の直径の単調な関数である前記被測定物の写像性の値を求めることを特徴とする写像性測定装置。
7. 前記計測手段が、前記第２のレンズの焦点面上に配置された撮像素子によって前記受光面の光量分布を取得することを特徴とする請求項４ないし６いずれか１項記載の写像性測定装置。
8. 前記計測手段が、前記第２のレンズの焦点面上に配置された光空間変調素子と受光素子で構成されることを特徴とする請求項４ないし６いずれか１項記載の写像性測定装置。
9. 前記計測手段が、前記長方形領域を確定するための開口手段を有することを特徴とする請求項５記載の写像性測定装置。

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