JP2007093273A - 反射特性測定装置及び反射特性測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ＳＣＩ及びＳＣＥの反射率係数を同時測定可能な反射特性測定装置において、反射率係数の繰り返し精度の向上、並びに安定性を改善する。
【解決手段】反射特性測定装置Ｓは、積分球２、第１照明手段３、第２照明手段４、受光手段５及び制御演算手段６を備える。また積分球２は、試料開口２ａと、該試料開口２ａに配置される試料面１の法線２ｎに関して対称な位置に設けられた受光開口２ｂ及び鏡面反射開口２ｔとを備える。制御演算手段６は、第１照明手段３及び第２照明手段４により順次試料面を照明させ、そのときの前記受光手段の出力から求められる第１、第２の反射特性を、所定の重み係数を用いて線形結合することで、ＳＣＩの反射特性と、ＳＣＥの反射特性とを算出する。
【選択図】図１

Description

本発明は、鏡面反射を含む条件（ＳＣＩ）の反射特性と、鏡面反射が除去された条件（ＳＣＥ）の反射特性とを同時測定可能な、積分球照明を用いた反射特性測定装置及び反射特性測定方法に関するものである。

照明光で試料面を照明すると、照明光の一部は試料と空気の境界で反射され、残る部分は試料内部に入射して、試料内部で吸収、反射され一部が再び外部に射出される。境界面での反射特性は空気及び試料の屈折率で決定され、通常殆ど波長依存性をもたないが、試料内部での反射特性は試料に固有の波長依存性をもつ。試料内部での反射は通常拡散反射である一方、境界面での反射は境界面の性状によって、拡散反射（拡散面の場合）から鏡面反射（光沢面の場合）までの様々な様相を呈する。

積分球照明を用いた反射特性測定装置は、積分球による拡散照明光で試料面を照明し、反射光の試料面法線から８度方向の成分を受光するｄ／８ジオメトリー（照明受光光学系）をもつものが一般的である。これは、特に光沢試料面の場合に、鏡面反射成分を含む条件（Specular Component Included；以下、ＳＣＩと略す）の反射率特性と、鏡面反射成分を含まない条件（Specular Component Excluded；以下、ＳＣＥと略す）の反射率特性との双方が測定できるようにするためである。

従来、ｄ／８ジオメトリーによるＳＣＩ及びＳＣＥ条件での反射率特性測定は、以下の２つの方法で行われている。
（１）鏡面反射トラップによる方法
図９は、鏡面反射トラップが採用された反射特性測定装置Ｐ１の構成図である。この反射特性測定装置Ｐ１は、積分球８０、光源８５及び受光系８６を備えている。そして、前記積分球８０は、試料開口８１と、該試料開口８１に配置される試料面８４の法線８４ａから８度の方向にある受光開口８２と、法線８４ａに関して受光開口８２と対称な位置にある鏡面反射開口８３とを有し、さらに鏡面反射開口８３を開閉する鏡面反射トラップ８３Ｔを具備してなる。

かかる構成において、光源開口８５ａから入射した光源８５からの光束は、積分球８０内で拡散多重反射され、試料面８４を拡散照明し、試料面反射光のうちの試料面法線８４ａに対して８度の成分８２Ｌが、受光開口８２を通して受光光学系及び分光手段等を有する受光系８６によって受光される。ここで、鏡面反射トラップ８３Ｔにより鏡面反射開口８３が閉じられている場合は、鏡面反射トラップ８３Ｔは積分球内壁８０ａの一部となり、当該部分において試料面８４を照明した光束は、試料面８４によって受光系８６の光軸方向に鏡面反射される。つまり、鏡面反射トラップ８３Ｔは受光される鏡面反射光の光源となるため、鏡面反射トラップ８３Ｔを閉じた状態ではＳＣＩの、開いた状態ではＳＣＥの反射率係数が測定されるものである。

（２）線形結合による方法（特許文献１に係る方法）
図１０は、線形結合による方法を実現可能な反射特性測定装置Ｐ２の構成図である。この反射特性測定装置Ｐ２は、積分球９０、試料面９４を拡散成分が強調された照明光で照明する第1の光源部９５、８度方向の指向性成分が強調された照明光で照明する第２の光源部９６及び受光系９７を備えている。前記積分球９０には、試料面９４の法線９４ａから８度の方向にある受光開口８２が設けられているが、鏡面反射トラップは備えられていない（符号９３で示す部分が鏡面反射トラップ相当部分である）。

かかる構成において、先ず第１の光源部９５により試料開口９１に配置された試料面９４を拡散照明し、試料面反射光のうちの試料面法線９４ａに対して８度の成分９２Ｌを受光系９７で受光して、第１の反射率係数ｒ_１を求める。次に、第２の光源部９６により前記鏡面反射トラップ相当部分９３を照明し、ここからの拡散反射光によって試料面９４を８度方向の指向性成分が強調された照明光で照明し、同様に受光系９７で受光して、第２の反射率係数ｒ_２を求める。そして、前記第１、第２の反射率係数ｒ_１、ｒ_２を、予め与えられている重み係数で線形結合することでＳＣＩ及びＳＣＥにおける反射率係数が求められるものである。
特開平９−６１２４３号公報

上記（２）の特許文献１に係る方法は、鏡面反射トラップを機械的に動作させる上記（１）の方法に比較して、機械的な可動部分が不要であるため信頼性が高くコストを抑えられる、ＳＣＩ及びＳＣＥの測定を同時に行える等の利点がある。しかしながら、ＳＣＥにおける反射率係数の繰り返し精度（同条件で測定を行った場合における測定値のバラツキ）や経時変化に問題があった。以下にその要因を説明する。

上述した通り、特許文献１に係る反射特性測定装置Ｐ２においては、８度方向の指向性成分が強調された照明光を生成する第２光源部９６は、積分球９０のトラップ相当部分９３を選択的に照明し、その反射光にて試料面９４を照明するものである。かかる照明方式を採用していることから、第２光源部９６からの光束の利用効率は低くならざるを得ず、また、鏡面反射トラップ相当部分９３で拡散光が生じてしまうことから、十分な照明光量を得ることが難しい。従って、第２の反射率係数ｒ_２は、少ない光量に基づいて求められることからＳ／Ｎ比が悪くなり、第１の反射率係数ｒ_１に比べて繰り返し精度が低くなってしまう。

上記第１の反射率係数ｒ_１はＳＣＩの反射率係数に近く、第２の反射率係数ｒ_２は鏡面反射率係数に近い。ここで、ＳＣＩの反射率係数を求めるための線形結合では第２の反射率係数ｒ_２の重みが小さく、ＳＣＥの反射率係数を求めるための線形結合では第２の反射率係数ｒ_２の重みが大きい。従って、第２の反射率係数ｒ_２の低い繰り返し精度の影響は、ＳＣＥの反射率係数において大きくなる。つまり、特許文献１に係る方法は、ＳＣＩの反射率係数と鏡面反射率係数とを測定してＳＣＥの反射率係数を導出する方法であることから、ＳＣＥの反射率係数が主たるノイズ要因である第２の反射率係数ｒ_２の影響を受け易い方法である。

とりわけ、黒色、或いは高彩度の赤色やオレンジ色の光沢試料の場合、全波長域、或いは短波長域の反射率係数は、ＳＣＩでは概ね４％以上あるものの、ＳＣＥでは０〜０．２％と極めて低いことから、このようなＳＣＥの反射率係数においては、その相対的な繰り返し誤差が著しく大きくなる。このため、反射率係数に基づき例えば色彩値を求める場合にあっても、色彩値の繰り返し精度に大きな影響を及ぼすという問題があった。

また、反射特性測定装置Ｐ２の他の問題として、第２光源部９６で積分球９０の鏡面反射トラップ相当部分９３を一様な輝度の面光源になるように照明することの困難性が挙げられる。すなわち、第２光源部９６のように通常の結像光学系を用いて鏡面反射トラップ相当部分９３を照明した場合、一般に光軸中心付近の輝度が高く、周辺の輝度が低くなるような輝度分布が生じる。従って、試料面の傾きや凹凸によって、受光される鏡面反射光の光源となる領域が鏡面反射トラップ相当部分９３内で変化する（例えば、元々光軸中心付近の輝度で照明されていた部分が、その周辺の低輝度部分で照明されるようになる）と、上述のような輝度分布の影響を受けて第２の反射率係数ｒ_２も変化する。つまり、試料開口９１を含む照明受光光学系の経時あるいは熱的な変化で試料面９４が傾くことによって、さらに表面に凹凸のある光沢試料では試料の部位や方向が変ることによって第２の反射率係数ｒ_２が変化し、結果としてＳＣＥ反射率係数の長期的および短期的な安定性に影響を与えるという経時変化の問題が生じることがある。

本発明は以上のような問題点に鑑みてなされたもので、ＳＣＩ及びＳＣＥの反射率係数を同時測定可能な反射特性測定装置において、ＳＣＥにおける反射率係数等の繰り返し精度の向上、並びに安定性を改善することができる反射特性測定装置及び反射特性測定方法を提供することを目的とする。

本発明の請求項１にかかる反射特性測定装置は、試料開口と、該試料開口に配置される試料面の法線に関して対称な位置に設けられた受光開口及び鏡面反射開口とを備える積分球と、所定の照明光を発生する第１光源及び第２光源を有する第１照明手段及び第２照明手段と、前記第１照明手段又は第２照明手段で照明された前記試料面の反射光の一部を、前記受光開口を通して受光する受光手段と、測定動作を制御すると共に反射特性を算出する演算を行う制御演算手段とを具備する反射特性測定装置であって、前記第１照明手段は、前記積分球と第１光源とから構成され、前記試料面を拡散照明するものであり、前記第２照明手段は前記第２光源と所定の光学系とから構成され、前記積分球の鏡面反射開口から試料面を直接照明するものであり、前記制御演算手段は、前記第１光源及び第２光源を順次点灯して試料面を照明させ、そのときの前記受光手段の出力である第１の受光手段出力及び第２の受光手段出力に基づいて、鏡面反射を含む反射特性と、鏡面反射が除去された反射特性とを算出することを特徴とする。

この構成によれば、積分球に受光開口だけでなく鏡面反射開口が設けられていることから、第１照明手段により試料面が拡散照明された場合、鏡面反射光の光源となる領域が欠落していることになる。従って、第１照明手段による照明光はＳＣＥでの照明光に近いものとなり、このとき制御演算手段にて第１の受光手段出力から求められる反射特性は、ＳＣＥの反射特性に近いものとなる。つまり、本発明では、第１照明手段を用いてＳＣＩではなくＳＣＥの反射特性が測定される点において、特許文献１の方法と相違する。一方、第２照明手段は鏡面反射開口から試料面を直接照明することから、このとき制御演算手段にて第２の受光手段出力から求められる反射特性は、鏡面反射の反射特性に近いものとなる。

そして、例えば特許文献１の手法と同様にして、制御演算手段により第１の受光手段出力と第２の受光手段出力とを線形結合することでＳＣＥ及びＳＣＩの反射特性が求められるのであるが、この場合特許文献１の方法とは逆に、ＳＣＥの反射特性（例えば反射率係数）を求めるための線形結合では第２の受光手段出力から求められる反射特性（鏡面反射の反射特性；ここでは「第２の反射率係数」という）の重みが小さく、ＳＣＩの反射特性を求めるための線形結合では第２の反射率係数の重みが大きくなる。従って、第２の反射率係数の低い繰り返し精度の影響は、ＳＣＩの反射率係数において大きくなる。

しかし、ＳＣＩの反射率係数は、最低でも（例えば、黒色の光沢試料の場合）４％程度以上あるため、第２の反射率係数の繰り返し誤差が支配する相対的な繰り返し誤差は、最低値が０〜０．２％程度になってしまうＳＣＥの反射率係数に比べ大幅に（２０倍程度以上）改善されるようになる。すなわち、主たるノイズ要因である第２の反射率係数の影響を受ける測定値が、低いときには０〜０．２％程度になるＳＣＥの反射率係数ではなく、低くとも４％程度と相対的に高いＳＣＩの反射率係数となることから、Ｓ／Ｎ比を大幅に好転させることができるものである。

上記構成において、前記制御演算手段が、所定の重み係数を記憶する記憶部と、前記第１の受光手段出力及び第２の受光手段出力から第１の反射特性及び第２の反射特性を求める基礎反射特性演算部と、前記第１の反射特性及び第２の反射特性を、前記記憶部に記憶されている重み係数を用いて線形結合することで、鏡面反射を含む反射特性と、鏡面反射が除去された反射特性とを算出するＳＣＩ／ＳＣＥ反射特性演算部と、を具備する構成とすることができる（請求項２）。この構成によれば、先ず第１の受光手段出力及び第２の受光手段出力に基づき、基礎反射特性演算部により第１の反射特性及び第２の反射特性が求められ、続いてＳＣＩ／ＳＣＥ反射特性演算部により前記第１の反射特性及び第２の反射特性を、記憶部から読み出された重み係数を用いて線形結合することで、ＳＣＩの反射特性とＳＣＥの反射特性とが求められる。

また、上記構成において、前記制御演算手段が、所定の重み係数を記憶する記憶部と、前記第１の受光手段出力及び第２の受光手段出力から第１の反射特性及び第２の反射特性を求める基礎反射特性演算部と、前記第１の反射特性及び第２の反射特性を、前記記憶部に記憶されている重み係数を用いて線形結合することで、鏡面反射が除去された反射特性と、鏡面反射の反射特性とを求める第１演算と、前記鏡面反射が除去された反射特性と前記鏡面反射の反射特性とを加算して、鏡面反射を含む反射特性を求める第２演算とを行うＳＣＩ／ＳＣＥ反射特性演算部と、を具備する構成とすることができる（請求項３）。この構成によれば、前記第１の反射特性及び第２の反射特性を線形結合してＳＣＥの反射特性と鏡面反射の反射特性とが求められ、続いて両者を加算することでＳＣＩの反射特性が求められる。

さらに、上記構成において、前記第２照明手段が、面光源と、前記面光源の光束を収束して試料面に照射するコリメーターレンズとからなり、当該第２照明手段による照明域及び配光が、前記コリメーターレンズ及び面光源の有効径によって与えられる構成とされていることが望ましい（請求項４）。この構成によれば、照明域がコリメーターレンズの有効径で、また配光が面光源の有効径で与えられるので、鏡面反射されて受光手段によって受光される照明光を発生する第２照明手段の照明域と配光とを、十分な均一性をもつように構成することができる。また、特許文献１の方法では鏡面反射トラップ相当部分で反射させるため拡散光束となるが、上記第２照明手段によれば指向性光束となるため、光束の利用効率が高くなる。さらに、鏡面反射トラップ相当部分内の輝度分布が、面光源の法線方向近傍の配光に依存するので分布が生じにくく、たとえ経時変化で試料面が傾いたとしても影響が少なく、短期的にも長期的にも安定した測定が可能になる。

この場合、前記面光源が、拡散板と、前記拡散板を照明する白色ＬＥＤとで構成されることが望ましい（請求項５）。この構成によれば、点光源としての白色ＬＥＤの光束が拡散板により拡散されることで、面光源に変換される。

上記いずれかの構成において、前記制御演算手段により求められる反射特性が、分光反射率係数であることが望ましい（請求項６）。この構成によれば、求められたＳＣＩ及びＳＣＥの分光反射率係数から試料の色彩値や色差を算出することができる。

この場合、前記制御演算手段は、鏡面反射の分光反射率係数を求めるに際し、一部の波長における前記分光反射率係数を、内挿或いは外挿により求めるよう構成することができる（請求項７）。この構成によれば、鏡面反射の分光反射率係数の波長依存性が小さいことを利用して、一部の波長につき内挿或いは外挿を用いて実測によらず分光反射率係数を求めることができる。

また、前記制御演算手段は、各波長についての鏡面反射の分光反射率係数を求めるに際し、前記波長近傍の波長について重みつき平均により求めるよう構成することができる（請求項８）。この構成によれば、鏡面反射の分光反射率係数の波長依存性が小さいことを利用して、各波長における鏡面反射の反射率係数測定値の繰り返し精度を上げることができる。

上記構成において、前記重み係数が、２つ以上の基準試料についての既知の鏡面反射を含む反射特性と鏡面反射が除去された反射特性、若しくは鏡面反射が除去された反射特性と鏡面反射の反射特性と、前記基準試料を実際に測定し、前記基礎反射特性演算部により求められる前記第１の反射特性及び第２の反射特性とから求められるように構成することが望ましい（請求項９）。この構成によれば、２つ以上の基準試料を用いて、正確な重み係数を事前に設定することが可能となる。

本発明の請求項１０にかかる反射特性測定方法は、鏡面反射光の光源となる部分が除かれた態様で試料面を拡散照明する第１照明手段で試料面を拡散照明し、前記試料面の反射光の少なくとも一部を受光手段で受光し、第１の受光手段出力を取得するステップと、鏡面反射光の光源となる部分から試料面を直接照明する第２照明手段で試料面を直接照明し、前記試料面の反射光の少なくとも一部を前記受光手段で受光し、第２の受光手段出力を取得するステップと、前記第１照明手段で試料面を拡散照明して前記受光手段から第１の受光手段出力を取得するステップと、前記第２照明手段で試料面を直接照明して前記受光手段から第２の受光手段出力を取得するステップと、前記第１の受光手段出力及び第２の受光手段出力から第１の反射特性及び第２の反射特性を演算により求めるステップと、前記第１の反射特性及び第２の反射特性に基づいて、鏡面反射を含む反射特性と、鏡面反射が除去された反射特性とを演算により求めるステップと、を含むことを特徴とする。

請求項１若しくは請求項１０にかかる発明によれば、可動式の鏡面反射トラップ等を用いることなく、簡単な演算でＳＣＩ及びＳＣＥの反射特性を同時に得ることができると共に、ＳＣＥにおける反射率係数等の繰り返し精度を向上させた反射特性測定装置が提供できるようになる。

請求項２にかかる発明によれば、基礎反射特性演算部及びＳＣＩ／ＳＣＥ反射特性演算部による簡単な演算にて、ＳＣＩ及びＳＣＥの反射特性を同時に得ることができる。

請求項３にかかる発明によれば、基礎反射特性演算部及びＳＣＩ／ＳＣＥ反射特性演算部により、ＳＣＥの反射特性及び鏡面反射の反射特性を線形結合により求め、続いて両者を加算することでＳＣＩの反射特性を求めるという簡単な演算にて、ＳＣＩ及びＳＣＥの反射特性を同時に得ることができる。

請求項４にかかる発明によれば、ＳＣＥの反射特性の長期的および短期的な安定性に優れた反射特性測定装置が提供できるようになる。

請求項５にかかる発明によれば、第２照明手段が、高効率で指向性をもつ白色ＬＥＤの光束を有効に利用して構成されるので、当該反射特性測定装置の消費電流や発熱を抑えることができる。

請求項６にかかる発明によれば、ＳＣＩ及びＳＣＥの分光反射率係数から試料の色彩値や色差を算出することができるので、当該反射特性測定装置を色彩計や色差計として活用できるようになる。

請求項７にかかる発明によれば、一部の波長について、鏡面反射の分光反射率係数を内挿あるいは外挿で求めるので、第２の照明光学系の光源として、可視域の一部で放射強度をもたないか、非常に小さい光源を用いることができる。従って、安価な光源を用いることができる。

請求項８にかかる発明によれば、各波長における鏡面反射の反射特性測定値の繰り返し精度を上げることができ、結果として、ＳＣＩの反射率係数の測定精度を上げることができる。

請求項９にかかる発明によれば、予め求められた重み係数を用いて線形結合することで、容易に試料のＳＣＩとＳＣＥの反射特性を算出することができる。

以下、図面に基づいて、本発明の実施形態につき詳細に説明する。
［装置構成の説明］
図１は、本発明の一実施形態に係る反射特性測定装置Ｓの全体構成を示す構成図である。この反射特性測定装置Ｓは、測定対象とされる試料面１に所定の照明光を照射したときの反射特性を求めるものであって、積分球２、該積分球２を構成要素として含む第１照明手段３、第２照明手段４、受光手段５及び制御演算手段６を備えて構成されている。

積分球２は、その内壁２０に高拡散、高反射率の例えばＭｇＯやＢａＳＯ₄等の白色拡散反射塗料が塗布された中空の球で、試料面１を照明するための試料開口２ａ、試料面１からの反射光を受光手段５に入射させるための受光開口２ｂ、及び第２照明手段４からの光束を入射させるための鏡面反射開口２ｔ（トラップ開口）が備えられている。前記受光開口２ｂ及び鏡面反射開口２ｔは、試料開口２ａに配置される試料面１の法線２ｎに対して、各々−８度、＋８度だけ傾いた位置に設けられており、両者は前記法線２ｎに関して対称な位置関係とされている。

第１照明手段３は、試料面１を拡散照明するための照明手段であり、上述の積分球２と、該積分球２の内部に取り付けられる第１光源３１と、この第１光源３１を発光させる第１発光回路３２とを含んで構成されている。第１光源３１は、例えばＸｅフラッシュランプ等からなり、第１発光回路３２を介して制御演算手段６により発光動作が制御され、積分球２内に光束を供給するものである。当該第１光源３１からの光束は、積分球２の内壁２０で多重反射され、拡散照明光（以下、「第１照明光」という）となって試料開口２ａに配接された試料面１と、試料開口２ａ近傍の積分球壁である参照域２ｒとを照明する。

第１照明手段３からの第１照明光は、積分球２に受光開口２ｂと対象に鏡面反射開口２ｔが設けられていることから、試料面１からの鏡面反射光の光源となる領域が欠落している照明光となる。従って、第１照明手段による第１照明光は、ＳＣＥでの照明光に近いものとなる。

第２照明手段４は、積分球２の鏡面反射開口２ｔから試料面１を略平行な光束で直接照明するための照明手段であり、第２光源４１と、この第２光源４１を発光させる第２発光回路４２と、所定の光学系とから構成されている。本実施形態では、前記所定の光学系として、前記第２光源４１からの光束を拡散させる拡散板４３、該拡散板４３の前方に配置され所定面積の開口部を有する光源開口４４、及びコリメーターレンズ４５を有する構成を例示している。

第２光源４１は、例えばＸｅフラッシュランプ等からなり、第２発光回路４２を介して制御演算手段６により発光動作が制御され、拡散板４３に向けて光束を供給するものである。拡散板４３は、入射光を拡散透過させる性質を有する光学部材からなり、第２光源４１からの光束を拡散させて均一な面光源に変換するものである。光源開口４４は、前記拡散板４３からの光束による照射域を制限するものである。コリメーターレンズ４５は、前記光源開口４４を透過した光束を、略平行な光束（第２照明光）として、鏡面反射開口２ｔを通して試料面１に導くものである。

第２照明手段４からの第２照明光は、鏡面反射開口２ｔから試料開口２ａに配接された試料面１及び参照域２ｒを直接照明する。従って第２照明光は、前述の第１照明光とは逆に、鏡面反射光の光源となる領域のみが強調された態様で、試料面１及び参照域２ｒを照明する照明光となる。

受光手段５は、前記第１照明光及び第２照明光で照明された試料面１及び参照域２ｒからの反射光の一部を、積分球２の受光開口２ｂを介して受光するもので、ポリクロメータ５１と対物レンズ５２とを備えて構成されている。この受光手段５の光軸Ｌは、試料面１の法線２ｎに対して＋８度傾斜した方向に設定されており、ｄ／８ジオメトリーを形成している。

ポリクロメータ５１は、試料面１の反射光の分光強度を測定するもので、試料光スリット５１ｓ及び参照光スリット５１ｒの他、図略の回折格子、結像光学系、受光センサアレイ等を有して構成されている。対物レンズ５２は、前記第１、第２照明光で照明された試料面１からの反射光の、受光開口２ｂへ向かう試料面法線２ｎから略８度方向の成分を、ポリクロメータ５１の試料光スリット５１ｓに収束させるものである。また、対物レンズ５２は同時に、参照域２ｒからの反射光の前記光軸Ｌに近い方向の成分を、ポリクロメータ５１の参照光スリット５１ｒに収束させる。ポリクロメータ５１は、このように試料光スリット５１ｓ及び参照光スリット５１ｒから入射した被測定光を前記回折格子で分散させ、前記結像光学系で試料光スリット５１ｓ及び参照光スリット５１ｒの波長分散像を前記受光センサアレイ上に作る。そして、被測定光の分光強度に応じた受光センサアレイの各画素の出力は、所定の処理回路を経て制御演算手段６に取り込まれ、分光強度に変換される。これにより、測定域及び参照域の全波長の反射光強度分布が同時に測定される。

制御演算手段６は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等からなり、当該反射特性測定装置Ｓの動作を制御するものである。すなわち、制御演算手段６は、第１発光回路３２及び第２発光回路４２を介して第１光源３１及び第２光源４１を順次点灯して試料面１を照明させ、そのときの受光手段５（ポリクロメータ５１）の出力である第１の受光手段出力及び第２の受光手段出力に基づいて、ＳＣＩの反射特性と、ＳＣＥの反射特性とを算出する。この制御演算手段６の機能構成については、図４に基づき後記で詳述する。

以上の通り構成された反射特性測定装置Ｓにおいて、第２照明手段４の受光手段５に対する関係について、さらに詳しく説明する。ポリクロメータ５１の試料光スリット５１ｓと第２照明手段４の光源開口４４とは、対物レンズ５２、鏡面としての試料面１及びコリメーターレンズ４５で構成される光学系に関して略共役な位置関係とされている。第２照明手段４の光軸は試料面法線２ｎに関し、受光手段５の光軸Ｌと対称であり、従って第２照明手段４の照明光束が照射された場合に受光手段５によって受光される試料面１からの反射光は鏡面反射光となる。

ここで、第２照明手段４による照明域及び配光は、コリメーターレンズ４５の有効径及び面光源の有効径（つまり二次的な光源（面光源）となる拡散板４３からの光束による照射域を制限する光源開口４４の有効径）によって与えられる構成とされている。換言すると、コリメーターレンズ４５と光源開口４４とは、試料面１で鏡面反射されてポリクロメータ５１の試料光スリット５１ｓに入射する全ての光束の光源となるように構成される。具体的には、試料光スリット５１ｓをポリクロメータ５１の受光角と等しい発散角の仮想的な光源としたとき、鏡面反射開口２ｔ並びにコリメーターレンズ４５、光源開口４４は、前記仮想光源が発し、対物レンズ５２、鏡面としての試料面１及びコリメーターレンズ４５を経て光源開口４４の面に到達する光束を遮らない有効径を具備している。

また、第２照明手段４の拡散板４３は、第２光源４１からの光束を拡散し、一定の面範囲において均一性のある照明光を発生する。このように二次的な光源となる拡散板４３からの照明光は、光源開口４４内の位置と鏡面反射開口２ｔを見込む角度内で必要な光量とその均一性をもつことが望ましく、これらが得られるように第２光源４１及び拡散板４３が選択、配置される。これにより、第２照明手段４による第２照明光の照明域と配光とを、十分な均一性をもつように構成することができる。また、経時変化等で試料面１が傾いたとしてもその影響が少なく、短期的にも長期的にも安定した測定が可能になる。

ここで、受光手段５の対物レンズ５２を光軸Ｌに沿って移動させることで、試料面１における測定径を可変させることができる。図２及び図３は、このような測定径可変機構を備えた反射特性測定装置Ｓ’を示す構成図であり、対物レンズ５２が図中の矢印５２ａに沿って図略の駆動機構により移動可能に構成されている。この場合でも、鏡面反射開口２ｔ並びにコリメーターレンズ４５、光源開口４４は、試料光スリット５１ｓの仮想光源からの光束が、対物レンズ５２がどの移動位置に存在しても遮られることがない大きさの有効径を具備するように構成される。なお、この反射特性測定装置Ｓ’では、対物レンズ５２と試料光スリット５１ｓとの間に光束規制板５３が備えられている。

図２は、対物レンズ５２が受光開口２ｂから離間した位置Ａにある状態を示している。この位置Ａは、対物レンズ５２の焦点位置に試料光スリット５１ｓが存在する関係の位置である。この場合、前述した仮想光源からの光束は、光束規制板５３の有効径で決まる径の平行光束となって試料面１に到達し、この光束径が最大の測定域を与えるようになる。そして、この光束は、試料面１で鏡面反射してコリメーターレンズ４５によって光源開口４４の面に収束する。従って、図３の状態では、大きな測定径で試料面１の測定を行うことができる。

次に図３は、対物レンズ５２が受光開口２ｂに接近した位置Ｂにある状態を示している。この場合、試料光スリット５１ｓの対物レンズ５２による像が試料面１に結像し、結像倍率で決まる大きさの試料光スリット５１ｓの像で、最小の測定域を与えるようになる。対物レンズ５２が位置Ｂにある状態では、前記仮想光源からの光束は試料面１で鏡面反射し、コリメーターレンズ４５によって光源開口４４の面に前記位置Ａの場合より大きな範囲で収束する。従って、光源開口４４は、この最小の測定域を与える位置Ｂでの収束範囲を遮らない大きさをもつような開口径を有している。

続いて、制御演算手段６の機能構成について説明する。図４は、本実施形態にかかる反射特性測定装置Ｓの電気的構成を示すブロック図である。制御演算手段６は機能的に、測定制御部６１、演算処理部６２及び記憶部６３を備えている。

測定制御部６１は、第１発光回路３２及び第２発光回路４２を介して第１光源３１及び第２光源４１を順次点灯して試料面１を照明させ、そのときのポリクロメータ５１により取得された受光データを演算処理部６２へ出力させる。

演算処理部６２は、第１光源３１が点灯されたときのポリクロメータ５１の出力（第１受光手段出力）と、第２光源４１が点灯されたときのポリクロメータ５１の出力（第２受光手段出力）とに基づき、ＳＣＩの反射特性と、ＳＣＥの反射特性とを算出するもので、基礎反射特性演算部６２１とＳＣＩ／ＳＣＥ反射特性演算部６２２とを備えている。

基礎反射特性演算部６２１は、後述の演算手法に従って、前記第１の受光手段出力及び第２の受光手段出力から第１の反射率係数（第１反射特性）及び第２の反射率係数（第２の反射特性）を求める演算を行う。ここで、前記第１の反射率係数は、ＳＣＥの照明光に近い第１照明光を試料面１に照射したときの反射率係数である。また、前記第２の反射率係数は、鏡面反射光の光源となる部分が強調された第２照明光を試料面１に照射したときの反射率係数である。

ＳＣＩ／ＳＣＥ反射特性演算部６２２は、基礎反射特性演算部６２１で算出された前記第１の反射率係数及び第２の反射率係数を、記憶部６３に記憶されている所定の重み係数を用いて線形結合することで、ＳＣＩの反射率係数及びＳＣＥの反射率係数を求める演算を行う。

記憶部６３は、ＲＯＭ（Read Only Memory）やＲＡＭ（Random Access Memory）からなり、測定のための制御プログラム、後述する図６のフローに従って予め設定された重み係数などを記憶すると共に、ポリクロメータ５１から送られる受光データなどを一時的に記憶するバッファとして機能するものである。

［算出手法の説明］
次に、制御演算手段６の演算処理部６２において実行される演算の際に用いられる第１、第２の反射率係数の算出手法、及びＳＣＩ及びＳＣＥの反射率係数の算出手法について説明する。

［Ａ］第１、第２反射率係数の算出手法
先ず、基礎反射特性演算部６２１で行われる第１の反射率係数ｒ_１及び第２の反射率係数ｒ_２の算出手法について説明する。測定制御部６１により第１光源３１及び第２光源４１が順次点灯され、それぞれ第１、第２照明光で照明された試料面１及び参照域２ｒの反射光の、試料光スリット５１ｓ及び参照光スリット５１ｒに入射した成分である、試料光Ｓ１、Ｓ２及び参照光Ｒ１、Ｒ２の分光分布Ｓ１(λ)、Ｓ２(λ)及びＲ１(λ)、Ｒ２(λ)がポリクロメータ５１により測定される。

そして、基礎反射特性演算部６２１において、分光分布Ｓ１(λ)、Ｓ２(λ)及びＲ１(λ)、Ｒ２(λ)が、測定に先立って予め求められ記憶部６３に保存されている校正係数Ｃ１(λ)、Ｃ２(λ)を用いて、次の（１−１）式、（１−２）式によって第１、第２の反射率係数ｒ１(λ)、ｒ２(λ)に変換される。
ｒ１(λ)＝Ｃ１(λ)・Ｓ１(λ)／Ｒ１ (λ) ・・・（１−１）
ｒ２(λ)＝Ｃ２(λ)・Ｓ２(λ)／Ｒ２ (λ) ・・・（１−２）

但し、上記校正係数Ｃ１(λ)、Ｃ２(λ)は、第１、第２照明光による反射率係数Ｗ１(λ)、Ｗ２(λ)が与えられた白色校正試料の試料光Ｓ_Ｗ１、Ｓ_Ｗ２及び参照光Ｒ_Ｗ１、Ｒ_Ｗ２の測定値に基づいて、次の（２−１）式、（２−２）式によって求められる。
Ｃ１(λ)＝Ｗ１(λ)・Ｒ_Ｗ１(λ)／Ｓ_Ｗ１(λ) ・・・（２−１）
Ｃ２(λ)＝Ｗ２(λ)・Ｒ_Ｗ２(λ)／Ｓ_Ｗ２(λ) ・・・（２−２）

因みに、本発明にかかる反射特性測定装置Ｓでは、第１、第２照明光による第１、第２の反射率係数ｒ_１、ｒ_２を、別途求めた重み係数で線形結合してＳＣＥの反射率係数ｒ_ｅとＳＣＩの反射率係数ｒ_ｉに変換するので、第１、第２の反射率係数ｒ_１、ｒ_２の絶対精度に意味はない。また、当該反射特性測定装置Ｓにおける数値的な処理は全て波長毎に行われるので、以下の説明においては、(λ)の表記を省略する。

ここで、第１照明光をＩ_１、第２照明光をＩ_２とし、これらが各々８度方向（鏡面反射方向）の指向性成分Ｉ_１ｓ、Ｉ_２ｓと、拡散成分Ｉ_１ｄ、Ｉ_２ｄからなるものとすると、次の（３−１）式、（３−２）式のように表すことができる。
Ｉ_１＝Ｉ_１ｓ ＋Ｉ_１ｄ ・・・（３−１）
Ｉ_２＝Ｉ_２ｓ ＋Ｉ_２ｄ ・・・（３−２）

従って、固有の拡散反射率係数ｒ_ｄと鏡面反射率係数ｒ_ｓをもつ試料面１を、第１、第２照明光Ｉ_１、Ｉ_２で照明したときの第１、第２の反射率係数ｒ_１、ｒ_２は、拡散反射率係数ｒ_ｄと鏡面反射率係数ｒ_ｓとの線形結合で近似でき、次の（４−１）式、（４−２）式で表すことができる。これらの式において、Ｋは、全拡散反射光に対してポリクロメータ５１で受光される拡散反射光の比率を表す定数である。
ｒ_１＝Ｋ・(Ｉ_１・ｒ_ｄ＋Ｉ_１ｄ・ｒ_ｓ)／Ｉ_１＋Ｉ_１ｓ・ｒ_ｓ／Ｉ_１
＝Ｋ・ｒ_ｄ＋(Ｋ・Ｉ_１ｄ＋Ｉ_１ｓ)／Ｉ_１・ｒ_ｓ
＝Ｄ１・ｒ_ｄ＋Ｓ１・ｒ_ｓ ・・・（４−１）
ｒ_２＝Ｋ・(Ｉ_２・ｒ_ｄ＋Ｉ_２ｄ・ｒ_ｓ)／Ｉ_２＋Ｉ_２ｓ・ｒ_ｓ／Ｉ_２
＝Ｋ・ｒ_ｄ＋(Ｋ・Ｉ_２ｄ＋Ｉ_２ｓ)／Ｉ_２・ｒ_ｓ
＝Ｄ２・ｒ_ｄ＋Ｓ２・ｒ_ｓ ・・・（４−２）
但し、Ｄ１、Ｄ２、Ｓ１、Ｓ２は重み係数であり、いずれも照明受光光学系に固有のものであって、次の通り表される。
Ｄ１＝Ｄ２＝Ｋ
Ｓ１＝(Ｋ・Ｉ_１ｄ＋Ｉ_１ｓ)／Ｉ_１
Ｓ２＝(Ｋ・Ｉ_２ｄ＋Ｉ_２ｓ)／Ｉ_２

［Ｂ］ＳＣＩ及びＳＣＥの反射率係数の算出手法
続いて、ＳＣＩ／ＳＣＥ反射特性演算部６２２で行われるＳＣＩの反射率係数ｒ_ｉ及びＳＣＥの反射率係数ｒ_ｅの算出手法について説明する。ＳＣＩの反射率係数ｒ_ｉ及びＳＣＥの反射率係数ｒ_ｅは、前掲の拡散反射率係数ｒ_ｄ、鏡面反射率係数ｒ_ｓ及び定数Ｋを用いて、それぞれ次の（５−１）式、（５−２）式で表すことができる。
ｒ_ｉ＝Ｋ・ｒ_ｄ＋Ｋ・ｒ_ｓ ・・・（５−１）
ｒ_ｅ＝Ｋ・ｒ_ｄ ・・・（５−２）

つまり、実際に第１、第２照明光Ｉ_１、Ｉ_２で照明したときに得られる第１、第２の反射率係数ｒ_１、ｒ_２と、ＳＣＩ及びＳＣＥの仮想的な照明光による反射率係数ｒ_ｉ及びｒ_ｅとが、全て拡散反射率係数ｒ_ｄと鏡面反射率係数ｒ_ｓとの線形結合で表されることになる。これは各々が他の２つの線形結合で表されることを意味するので、ＳＣＩの反射率係数ｒ_ｉ及びＳＣＥの反射率係数ｒ_ｅは、照明受光系に固有の重み係数Ａ１、Ａ２、Ｂ１、Ｂ２を用い、それぞれ次の（６−１）式、（６−２）式で示すように、第１、第２の反射率係数ｒ_１、ｒ_２の線形結合で表すことができる。
ｒ_ｉ＝Ａ１・ｒ_１＋Ａ２・ｒ_２ ・・・（６−１）
ｒ_ｅ＝Ｂ１・ｒ_１＋Ｂ２・ｒ_２ ・・・（６−２）

ここで、重み係数Ａ１、Ａ２、Ｂ１、Ｂ２は、当該反射特性測定装置Ｓの製造時等に、ＳＣＩ、ＳＣＥの反射率係数ｒ_ｉ０、ｒ_ｅ０が既知である２つ以上の基準試料を測定し、該測定により基礎反射特性演算部６２１で算出される第１、第２の反射率係数ｒ_１、ｒ_２と、既知のＳＣＩ、ＳＣＥの反射率係数ｒ_ｉ０、ｒ_ｅ０とから求められ、記憶部６３に保存される。そして、実際の測定時においては、ＳＣＩ／ＳＣＥ反射特性演算部６２２により記憶部６３に保存されている重み係数Ａ１、Ａ２、Ｂ１、Ｂ２が読み出され、基礎反射特性演算部６２１で算出された試料面１の第１、第２の反射率係数ｒ_１、ｒ_２を、上記（６−１）式、（６−２）式にて線形結合することで、ＳＣＩ、ＳＣＥの反射率係数ｒ_ｉ、ｒ_ｅが求められる。

このような算出方式によれば、上記（６−２）式に示す、ＳＣＥの反射率係数ｒ_ｅを求めるための線形結合では、第２の反射率係数ｒ_２の重みが小さく、上記（６−１）式に示す、ＳＣＩの反射率係数ｒ_ｉを求めるための線形結合では、第２の反射率係数ｒ_２の重みが大きくなる。第２の反射率係数ｒ_２は、その繰り返し精度が高いとは言えないが、この第２の反射率係数ｒ_２の低い繰り返し精度の影響は、ＳＣＩの反射率係数ｒ_ｉにおいて大きくなる。

しかし、ＳＣＩの反射率係数ｒ_ｉは、黒色の光沢試料の場合でも４％程度以上あるため、第２の反射率係数ｒ_２の繰り返し誤差が支配する相対的な繰り返し誤差は、最低値が０〜０．２％程度になってしまうＳＣＥの反射率係数ｒ_ｅに比べ２０倍程度以上改善されるようになる。すなわち、主たるノイズ要因である第２の反射率係数ｒ_２の影響を受ける測定値が、低いときには照明光の０〜０．２％程度となるＳＣＥの反射率係数ｒ_ｅではなく、低くとも４％程度と相対的に高いＳＣＩの反射率係数ｒ_ｉとなることから、Ｓ／Ｎ比が大幅に改善されるようになる。

［動作フローの説明］
以上説明した反射特性測定装置Ｓの動作について説明する。図５は、反射特性測定装置Ｓによる測定フローを示すフローチャートである。積分球２の測定開口２ａに、被測定対象となる試料面１をセットした上で、先ず測定制御部６１により第１光源３１がパルス点灯され、前記試料面１が第１照明光にて拡散照明される。このときにポリクロメータ５１で検出される受光データ（第１の受光手段出力）に基づき、演算処理部６２の基礎反射特性演算部６２１において、第１の反射率係数ｒ_１が求められる（ステップＳ１１）。

次に、測定制御部６１により第２光源４１がパルス点灯され、前記試料面１が第２照明光にて鏡面反射の光源方向から照明される。このときにポリクロメータ５１で検出される受光データ（第２の受光手段出力）に基づき、演算処理部６２の基礎反射特性演算部６２１において、第２の反射率係数ｒ_２が求められる（ステップＳ１２）。

そして、ＳＣＩ／ＳＣＥ反射特性演算部６２２により、記憶部６３に格納されている重み係数Ａ１、Ａ２、Ｂ１、Ｂ２が読み出され（ステップＳ１３）、このうち重み係数Ａ１、Ａ２を用い上記（６−１）式に基づいて、上記ステップＳ１１、ステップＳ１２で求められた第１、第２の反射率係数ｒ_１、ｒ_２を線形結合することで、ＳＣＩの反射率係数ｒ_ｉが求められる（ステップＳ１４）。続いて、重み係数Ｂ１、Ｂ２を用い上記（６−２）式に基づいて、第１、第２の反射率係数ｒ_１、ｒ_２を線形結合することで、ＳＣＥの反射率係数ｒ_ｅが求められる（ステップＳ１５）。

次に、重み係数Ａ１、Ａ２、Ｂ１、Ｂ２を求める重み係数校正フローを、図６に基づいて説明する。この重み係数校正フローを実行するに際しては、ＳＣＩ、ＳＣＥの反射率係数（基準値）ｒ_ｉ０、ｒ_ｅ０が既知である基準試料Ｎが２つ以上用意される。そして、基準試料Ｎのうちの一つを積分球２の測定開口２ａにセットした上で、図５に基づき説明した測定フローにおけるステップＳ１１、ステップＳ１２と同様の手順で、基準試料Ｎについて第１、第２の反射率係数ｒ_１Ｎ、ｒ_２Ｎが求められる（ステップＳ２１）。このステップＳ２１と同様の測定が、準備された残りの基準試料Ｎについて繰り返される（ステップＳ２２）。

このようにして２つ以上の基準試料Ｎの全てについての第１、第２の反射率係数ｒ_１Ｎ、ｒ_２Ｎが得られたら、演算処理部６２（ＳＣＩ／ＳＣＥ反射特性演算部６２２）により、先ずＳＣＩの反射率係数ｒ_ｉを与える重み係数Ａ１、Ａ２が求められる。すなわち、重み係数Ａ１、Ａ２の初期値としてＡ１＝１、Ａ２＝１が与えられ（ステップＳ２３）、次の（７−１）式に基づき、各基準試料ＮのＳＣＩ反射率係数ｒ_ｉＮを求める演算がそれぞれ行われる（ステップＳ２４）。
ｒ_ｉＮ＝Ａ１・ｒ_１Ｎ＋Ａ２・ｒ_２Ｎ ・・・（７−１）

そして、このステップＳ２４で算出されたＳＣＩ反射率係数ｒ_ｉＮと、各基準試料Ｎの既知の基準値（ｒ_ｉ０）との差の平方和Ｅ１が次の（７−２）式により求められる（ステップＳ２５）。
Ｅ１＝Σ_Ｎ（ｒ_ｉＮ−ｒ_ｉ０Ｎ）^２ ・・・（７−２）

続いて、記憶部６３に格納されている所定の閾値Ｅ１_ｔｈが演算処理部６２により読み出され、上記ステップＳ２５で求められた平方和Ｅ１が閾値Ｅ１_ｔｈより小さいか否かが判定される（ステップＳ２６）。平方和Ｅ１が閾値Ｅ１_ｔｈより大きい場合（ステップＳ２６でＮＯ）、重み係数Ａ１、Ａ２の設定値を修正し（ステップＳ２７）、ステップＳ２４に戻って同様な演算が行われる。一方、平方和Ｅ１が閾値Ｅ１_ｔｈより小さい場合（ステップＳ２６でＹＥＳ）、演算処理部６２はこのときの重み係数Ａ１、Ａ２を採用して記憶部６３に記憶させる（ステップＳ２８）。

次に、ＳＣＥの反射率係数ｒ_ｅを与える重み係数Ｂ１、Ｂ２が同様な手法で求められる。重み係数Ｂ１、Ｂ２の初期値としてＢ１＝１、Ｂ２＝０が与えられ（ステップＳ２９）、次の（７−３）式に基づき、各基準試料ＮのＳＣＥ反射率係数ｒ_ｅＮを求める演算がそれぞれ行われる（ステップＳ３０）。
ｒ_ｅＮ＝Ｂ１・ｒ_１Ｎ＋Ｂ２・ｒ_２Ｎ ・・・（７−３）

そして、このステップＳ２４で算出されたＳＣＥ反射率係数ｒ_ｅＮと、各基準試料Ｎの既知の基準値（ｒ_ｅ０）との差の平方和Ｅ２が次の（７−４）式により求められる（ステップＳ３１）。
Ｅ２＝Σ_Ｎ（ｒ_ｅＮ−ｒ_ｅ０Ｎ）^２ ・・・（７−４）

続いて、記憶部６３に格納されている所定の閾値Ｅ２_ｔｈが演算処理部６２により読み出され、上記ステップＳ３１で求められた平方和Ｅ２が閾値Ｅ２_ｔｈより小さいか否かが判定される（ステップＳ３２）。平方和Ｅ２が閾値Ｅ２_ｔｈより大きい場合（ステップＳ３２でＮＯ）、重み係数Ｂ１、Ｂ２の設定値を修正し（ステップＳ３３）、ステップＳ３０に戻って同様な演算が行われる。一方、平方和Ｅ２が閾値Ｅ２_ｔｈより小さい場合（ステップＳ３２でＹＥＳ）、演算処理部６２はこのときの重み係数Ｂ１、Ｂ２を採用して記憶部６３に記憶させ（ステップＳ３４）、処理が完了する。

［変形実施形態１］
上記実施形態では、演算処理部６２の基礎反射特性演算部６２１により算出された第１、第２の反射率係数ｒ_１、ｒ_２に、上記（６−１）式、（６−２）式を適用して、直接ＳＣＩの反射率係数ｒ_ｉとＳＣＥの反射率係数ｒ_ｅとを求める場合について説明したが、先ずＳＣＥの反射率係数ｒ_ｅと鏡面反射の反射率係数ｒ_ｓとを求め、その後にＳＣＩの反射率係数ｒ_ｉを求めるようにすることもできる。

この場合、図４に示すＳＣＩ／ＳＣＥ反射特性演算部６２２は、第１、第２の反射率係数ｒ_１、ｒ_２を、記憶部６３に記憶されている所定の重み係数を用いて線形結合することで、ＳＣＥの反射率係数ｒ_ｅと鏡面反射の反射率係数ｒ_ｓとを求める第１演算と、この第１演算により得られたＳＣＥの反射率係数ｒ_ｅと鏡面反射の反射率係数ｒ_ｓとを加算して、ＳＣＩの反射率係数ｒ_ｉを求める第２演算とを順次行うものとなる。なお、その他の構成については、先に説明した実施形態と同様であるので、説明を省略する。

上記第１演算において、ＳＣＥの反射率係数ｒ_ｅは上記（６−２）式を用いて求められる。一方、前記鏡面反射の反射率係数ｒ_ｓも、重み係数をＣ１、Ｃ２とすると、次の（８−１）式に示すように、第１、第２の反射率係数ｒ_１、ｒ_２の線形結合で表すことができる。
ｒｓ＝Ｃ１・ｒ_１＋Ｃ２・ｒ_２ ・・・（８−１）

上述の実施形態と同様に、ここでの重み係数Ｂ１、Ｂ２、Ｃ１、Ｃ２は、当該反射特性測定装置Ｓの製造時等に、ＳＣＥの反射率係数ｒ_ｅ０と鏡面反射の反射率係数ｒ_ｓ０とが既知である２つ以上の基準試料を測定し、該測定により基礎反射特性演算部６２１で算出される第１、第２の反射率係数ｒ_１、ｒ_２と、既知のＳＣＥの反射率係数ｒ_ｅ０及び鏡面反射の反射率係数ｒ_ｓ０とから求められ、記憶部６３に保存される。この場合、基準試料における鏡面反射の反射率係数ｒ_ｓ０は、次の（８−２）式に示すように、既知のＳＣＩ、ＳＣＥの反射率係数ｒ_ｉ０、ｒ_ｅ０の差から求められる。
ｒ_ｓ０＝ｒ_ｉ０−ｒ_ｅ０ ・・・（８−２）

上記第２演算では、上記（６−２）式、（８−１）式に基づき求められたＳＣＥの反射率係数ｒ_ｅ、鏡面反射の反射率係数ｒ_ｓを用い、次の（８−３）式により、ＳＣＩの反射率係数ｒ_ｉが求められる。
ｒ_ｉ＝ｒ_ｅ＋ｒ_ｓ ・・・（８−３）

一般に、塗料製品、プラスチック製品など多くの工業製品の鏡面反射率係数は、波長依存性が小さく、なだらか分光特性をもつ。この変形実施形態１では、一旦鏡面反射の反射率係数ｒ_ｓを算出するので、波長依存性が小さいことを利用すれば、各波長の鏡面反射率係数を前後の波長の重みつき平均で求めることができるようになる。従って、各波長における鏡面反射率係数の繰り返し精度を上げることができ、ひいてはＳＣＩの反射率係数ｒ_ｉの繰り返し精度を上げることができる。このような重みつき平均演算を行わせるために、図４に示す演算処理部６２に、上記第１演算により求められた鏡面反射の反射率係数ｒ_ｓに基づき、各波長の鏡面反射率係数を重みつき平均で求める重みつき平均処理部を具備させることが望ましい。

図７は、変形実施形態１の演算処理を行う場合の測定フローを示すフローチャートである。先ず、図５に示したフローのステップＳ１１、ステップＳ１２と同様にして、基礎反射特性演算部６２１により、第１の反射率係数ｒ_１が求められ（ステップＳ４１）、続いて第２の反射率係数ｒ_２が求められる（ステップＳ４２）。

そして、ＳＣＩ／ＳＣＥ反射特性演算部６２２により、記憶部６３に格納されている重み係数Ｂ１、Ｂ２、Ｃ１、Ｃ２が読み出され（ステップＳ４３）、このうち重み係数Ｂ１、Ｂ２を用い上記（６−２）式に基づいて、上記ステップＳ４１、ステップＳ４２で求められた第１、第２の反射率係数ｒ_１、ｒ_２を線形結合することで、ＳＣＥの反射率係数ｒ_ｅが求められる（ステップＳ４４）。続いて、重み係数Ｃ１、Ｃ２を用い上記（８−１）式に基づいて、第１、第２の反射率係数ｒ_１、ｒ_２を線形結合することで、鏡面反射の反射率係数ｒ_ｓが求められる（ステップＳ４５）。以上が第１演算である。

しかる後、第２演算として、上記ステップＳ４１、ステップＳ４２で求められたＳＣＥの反射率係数ｒ_ｅ、鏡面反射の反射率係数ｒ_ｓを用い、上記（８−３）式に基づいてＳＣＩの反射率係数ｒ_ｉが求められ（ステップＳ４６）、処理が完了する。

［変形実施形態２］
上記実施形態では、第２照明手段４に備えられる拡散板４３を照明する第２光源４１として、Ｘｅフラッシュランプ等を用いる例について示したが、これに代えて、限定された立体角で効率よく光束を放射する白色ＬＥＤランプを用いることができる。この場合、第２光源４１の電力消費や発熱を抑えることができるという利点がある。

ところで、白色ＬＥＤランプ（例えばＧａＮ系青色ＬＥＤチップを黄色蛍光物質を分散配合した樹脂材料で封止したもの）には、図８に示すように４００〜７００ｎｍの可視域の一部（図８の例では４００〜４２０ｎｍ）で放射がないか、極めて弱いものがある。従って、これらの波長域では、反射率係数を実測値に基づいて求められないことになるが、先に変形実施形態１で説明したように、先ず波長依存性が小さい鏡面反射の反射率係数ｒ_ｓを求める手法を採れば、放射がない波長域の鏡面反射率係数ｒ_ｓを内挿、あるいは外挿によって大きな誤差を伴わずに与えることができる。従って、第２光源４１として白色ＬＥＤランプを用いた場合でも、全ての波長域についてＳＣＩの反射率係数ｒ_ｉとＳＣＥの反射率係数ｒ_ｅとを求めることが可能となる。

本発明の一実施形態に係る反射特性測定装置Ｓの全体構成を示す構成図である。 測定径可変機構を備えた反射特性測定装置Ｓ’を示す構成図であって、対物レンズ５２が受光開口２ｂから離間した位置Ａにある状態を示す図である。 測定径可変機構を備えた反射特性測定装置Ｓ’を示す構成図であって、対物レンズ５２が受光開口２ｂに接近した位置Ｂにある状態を示す図である。 反射特性測定装置Ｓの電気的構成を示すブロック図である。 反射特性測定装置Ｓによる測定フローを示すフローチャートである。 重み係数Ａ１、Ａ２、Ｂ１、Ｂ２を求める重み係数校正フローを示すフローチャートである。 変形実施形態１の演算処理を行う場合の測定フローを示すフローチャートである。 白色ＬＥＤの分光分布を示すグラフである。 従来技術にかかる、鏡面反射トラップが採用された反射特性測定装置Ｐ１の構成図である。 従来技術にかかる、線形結合による方法を実現可能な反射特性測定装置Ｐ２の構成図である。

符号の説明

１ 試料面
２ 積分球
２ａ 試料開口
２ｂ 受光開口
２ｔ 鏡面反射開口
２ｎ 試料面の法線
３ 第１照明手段
３１ 第１光源
４ 第２照明手段
４１ 第２光源
４３ 拡散板（面光源）
４４ 光源開口
４５ コリメーターレンズ
５ 受光手段
５１ ポリクロメータ
６ 制御演算手段
６１ 測定制御部
６２ 演算処理部
６２１ 基礎反射特性演算部６２１
６２２ ＳＣＩ／ＳＣＥ反射特性演算部
６３ 記憶部
Ｓ，Ｓ’ 反射特性測定装置

Claims (10)

1. 試料開口と、該試料開口に配置される試料面の法線に関して対称な位置に設けられた受光開口及び鏡面反射開口とを備える積分球と、
   所定の照明光を発生する第１光源及び第２光源を有する第１照明手段及び第２照明手段と、
   前記第１照明手段又は第２照明手段で照明された前記試料面の反射光の一部を、前記受光開口を通して受光する受光手段と、
   測定動作を制御すると共に反射特性を算出する演算を行う制御演算手段とを具備する反射特性測定装置であって、
   前記第１照明手段は、前記積分球と第１光源とから構成され、前記試料面を拡散照明するものであり、
   前記第２照明手段は前記第２光源と所定の光学系とから構成され、前記積分球の鏡面反射開口から試料面を直接照明するものであり、
   前記制御演算手段は、前記第１光源及び第２光源を順次点灯して試料面を照明させ、そのときの前記受光手段の出力である第１の受光手段出力及び第２の受光手段出力に基づいて、鏡面反射を含む反射特性と、鏡面反射が除去された反射特性とを算出することを特徴とする反射特性測定装置。
2. 前記制御演算手段が、
   所定の重み係数を記憶する記憶部と、
   前記第１の受光手段出力及び第２の受光手段出力から第１の反射特性及び第２の反射特性を求める基礎反射特性演算部と、
   前記第１の反射特性及び第２の反射特性を、前記記憶部に記憶されている重み係数を用いて線形結合することで、鏡面反射を含む反射特性と、鏡面反射が除去された反射特性とを算出するＳＣＩ／ＳＣＥ反射特性演算部と、
   を具備することを特徴とする請求項１に記載の反射特性測定装置。
3. 前記制御演算手段が、
   所定の重み係数を記憶する記憶部と、
   前記第１の受光手段出力及び第２の受光手段出力から第１の反射特性及び第２の反射特性を求める基礎反射特性演算部と、
   前記第１の反射特性及び第２の反射特性を、前記記憶部に記憶されている重み係数を用いて線形結合することで、鏡面反射が除去された反射特性と、鏡面反射の反射特性とを求める第１演算と、前記鏡面反射が除去された反射特性と前記鏡面反射の反射特性とを加算して、鏡面反射を含む反射特性を求める第２演算とを行うＳＣＩ／ＳＣＥ反射特性演算部と、
   を具備することを特徴とする請求項１に記載の反射特性測定装置。
4. 前記第２照明手段が、面光源と、前記面光源の光束を収束して試料面に照射するコリメーターレンズとからなり、
   当該第２照明手段による照明域及び配光が、前記コリメーターレンズ及び面光源の有効径によって与えられる構成とされていることを特徴とする請求項１に記載の反射特性測定装置。
5. 前記面光源が、拡散板と、前記拡散板を照明する白色ＬＥＤとで構成されることを特徴とする請求項４に記載の反射特性測定装置。
6. 前記制御演算手段により求められる反射特性が、分光反射率係数であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の反射特性測定装置。
7. 前記制御演算手段は、鏡面反射の分光反射率係数を求めるに際し、一部の波長における前記分光反射率係数を、内挿或いは外挿により求めることを特徴とする請求項６に記載の反射特性測定装置。
8. 前記制御演算手段は、各波長についての鏡面反射の分光反射率係数を求めるに際し、前記波長近傍の波長について重みつき平均により求めることを特徴とする請求項６に記載の反射特性測定装置。
9. 前記重み係数が、２つ以上の基準試料についての既知の鏡面反射を含む反射特性と鏡面反射が除去された反射特性、若しくは鏡面反射が除去された反射特性と鏡面反射の反射特性と、
   前記基準試料を実際に測定し、前記基礎反射特性演算部により求められる前記第１の反射特性及び第２の反射特性とから求められることを特徴とする請求項２又は３に記載の反射特性測定装置。
10. 鏡面反射光の光源となる部分が除かれた態様で試料面を拡散照明する第１照明手段で試料面を拡散照明し、前記試料面の反射光の少なくとも一部を受光手段で受光し、第１の受光手段出力を取得するステップと、
    鏡面反射光の光源となる部分から試料面を直接照明する第２照明手段で試料面を直接照明し、前記試料面の反射光の少なくとも一部を前記受光手段で受光し、第２の受光手段出力を取得するステップと、
    前記第１照明手段で試料面を拡散照明して前記受光手段から第１の受光手段出力を取得するステップと、
    前記第２照明手段で試料面を直接照明して前記受光手段から第２の受光手段出力を取得するステップと、
    前記第１の受光手段出力及び第２の受光手段出力から第１の反射特性及び第２の反射特性を演算により求めるステップと、
    前記第１の反射特性及び第２の反射特性に基づいて、鏡面反射を含む反射特性と、鏡面反射が除去された反射特性とを演算により求めるステップと、
    を含むことを特徴とする反射特性測定方法。

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