JP2007303993A - 干渉発色塗料の光学特性を決定する方法 - Google Patents

Abstract

【課題】干渉発色塗料において最小限の分光反射率を実測することで、干渉発色塗料の光学特性を評価することを可能とし、干渉発色塗料のＣＧ表現が最小限の実測データにより可能とする方法を提供する。
【解決手段】干渉発色塗料の光学特性を決定する方法において、入射角を固定して複数の分光反射率を測定し、各分光反射率曲線から検出される最大反射率の波長の比から算出される各波長倍率及び最大反射率ｒの比から算出される各強度倍率に基づいて、他の入射角に対する受光角の分光反射率曲線を決定する方法。
【選択図】図１

Description

本発明は、干渉発色塗料の光学特性を決定する方法に関する。

一般的に、工業デザイン分野では、物体に塗装を施したときに得られる物体の塗装色をコンピュータ・グラフィックスで表示する必要が存在する。特に自動車等に広く用いられている多くの塗料は、光輝材を含有しており、その塗装面の色彩は見る角度（受光角）によって相違する。つまりこのような受光角依存性光輝材を含有する塗料は、その塗装面に直交する方向から見たときに見える色彩と、斜めの角度で見たときに見える色彩は相違する。また近年では干渉発色光輝材（入射角依存性光輝材）を含有する塗料が存在し、見る角度が同じでも光の当たる角度（入射角）によってその塗装面の色彩は相違する。これらの受光角依存性光輝材及び干渉発色光輝材を含有する塗料を製造販売する色材メーカー及びそれを塗装する製品メーカーにとって、塗装色をコンピュータ・グラフィックス表示することが出来れば、実際に塗装することなく第三者にプレゼンテーションすることが出来る。

これに応えるものとして、受光角依存性光輝材及び干渉発色光輝材を含有する塗料を用いた自動車塗装色の変角特性を測定値に基づいて仮想表現する手法が開発されている。

特許文献１では、測色条件として、変角、準変角、あおり角等を所定の増角分だけ変化させて測色し、測色データに基づいてＣＧ画像が作成されている。

また、特許文献２では、測定する受光角を３０°〜−６０°とし変角分光光度計と呼ばれる装置を使用して塗色を測定している。

また、特許文献３では、この変角特性は、入射角を固定してその正反射軸からの受光部の角度つまり受光角を変化させたときの受光角依存性として測定されている。

特開平１０−２２７６９６号公報 特開２００５−０７７２０２号公報 特許第３６７１０８８号公報

しかし、特許文献１における複数の受光角における分光反射率や、特許文献２における任意の受光角における分光反射率は、変角分光光度計（例えば村上色彩技術研究所製ＧＣＭＳ４）によって測色されるが、変角分光光度計による測色は、測定時間がかなりかかり、さらに測定データが膨大でありデータを記憶する容量も膨大となる。

また、特許文献３では、このような変角分光光度計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（例えばＸ−ｒｉｔｅ社製ＭＡ−６８ＩＩ）を用いて、測色されているが、受光角だけでなく入射角が変わることによってその特性が変わる干渉発色光輝材を含有する塗料について、その光学特性表現が不十分である。

本発明は、干渉発色光輝材を含有する塗料（干渉発色塗料）において最小限の分光反射率を実測することで、干渉発色塗料の光学特性を評価することを可能とする方法を提供する。

本発明は、干渉発色塗料の光学特性を決定する方法であって、入射角Ｌ１を固定して、入射角Ｌ１に対する正反射軸の受光角の上側における複数の角度θｎで測定した干渉発色塗料の各分光反射率曲線Ｒ_ｎと、正反射軸の受光角の下側における特定の角度−θ１で測定した干渉発色塗料の分光反射率曲線Ｒ_−１とを測定するステップと、前記分光反射率曲線Ｒ_−１と、前記入射角Ｌ１とＬ１＋θ１＝Ｌ２の関係にある他の入射角Ｌ２に対する特定の受光角θ１の分光反射率曲線Ｑ１とを同一として、前記分光反射率曲線Ｑ１から検出される最大反射率の波長と前記分光反射率曲線Ｒ_ｎの内の１つの分光反射率曲線Ｒ_１から検出される最大反射率の波長との比から算出される第１の波長倍率Ｘ１と、前記分光反射率曲線Ｑ１から検出される最大反射率と前記分光反射率曲線Ｒ_１から検出される最大反射率との比から算出される第１の強度倍率Ｙ１とに基づいて、前記入射角Ｌ１とＬ１−θ１＝Ｌ３の関係にある他の入射角Ｌ３に対する特定の受光角θ１の分光反射率曲線Ｑ２を決定するステップと、を有する。

また、前記干渉発色塗料の光学特性を決定する方法であって、前記分光反射率曲線Ｒ_１から検出される最大反射率の波長と前記分光反射率曲線Ｒ_ｎの内のその他の分光反射率曲線Ｒ_２から検出される最大反射率の波長との比から算出される第２の波長倍率Ｘ２と、前記分光反射率曲線Ｒ_１から検出される最大反射率と前記分光反射率曲線Ｒ_ｎの内のその他の分光反射率曲線Ｒ_２から検出される最大反射率との比から算出される第２の強度倍率Ｙ２とに基づいて、前記他の入射角Ｌ２に対する所望の受光角θの分光反射率曲線Ｑ３又は入射角Ｌ３に対する所望の受光角θの分光反射率曲線Ｑ４を決定するステップと、をさらに有することが好ましい。

本発明に係る自動車塗装色等の光学特性の決定方法においては、入射角を固定して複数の分光反射率曲線を測定し、各分光反射率曲線から検出される最大反射率の波長の比から算出される各波長倍率及び最大反射率の比から算出される各強度倍率を求めることによって、他の入射角に対する受光角の分光反射率曲線を決定することができるため、干渉発色光輝材を含有する塗料を最小限の実測で評価することを可能とすることができる。

本発明の実施の形態について以下説明する。

干渉発色塗料は、受光角だけでなく入射角が変わることにより、その分光反射率が変化するものである。つまり入射角が変われば受光角が同一であっても、受光角に対する分光反射率は変化するため、その色彩が異なる。そのため固定した１角度の入射角に対する受光角の各分光反射率を測定するのみでは、干渉発色塗料の測色を充分に表現することができない。そこで干渉発色塗料において、複数の入射角に対する受光角の分光反射率を調査した結果、以下の点が明らかになった。

図２に、干渉発色塗料における、異なる入射角とそれに対する受光角の分光反射率の性質の一例を示し、以下に説明する。

図２（イ）に示すように、干渉発色塗料を塗装した試料１０面への例えば４５°の入射角に対する正反射軸の受光角の下側−１５°の分光反射率は、試料１０面を受光角側に例えば７．５°傾けた場合の、試料１０面への５２．５°の入射角に対する正反射軸の受光角０°の分光反射率と同じである。一方、図２（ロ）に示すように、試料１０面への６０°の入射角に対する正反射軸の受光角の上側１５°の分光反射率は、試料１０面を入射角側に７．５°傾けた場合の、試料１０面への５２．５°の入射角に対する正反射軸の受光角０°の分光反射率と同じである。つまり、試料１０面への４５°の入射角に対する正反射軸の受光角の下側−１５°における分光反射率測定と試料１０面への６０°の入射角に対する正反射軸の受光角の上側１５°における分光反射率測定は、いずれも試料１０面への５２．５°の入射角に対する正反射軸の受光角０°の分光反射率を測定していることになる。塗装の分光反射率は、干渉発色塗料の正反射を主要因として規定されるため、試料１０面を入射角側又は受光角側に同じ角度傾けた時の分光反射率に実質的な差はないと言える。そうすると、試料１０面への４５°の入射角に対する正反射軸の受光角の下側−１５°と試料１０面への６０°の入射角に対する正反射軸の受光角の上側１５°の分光反射率は同一と推定される。すなわち、試料１０面への入射角Ｌ１に対する正反射軸の下側の受光角−θ１の分光反射率曲線Ｒ_−１と入射角Ｌ１とＬ１＋θ１の関係にある試料１０面への入射角Ｌ２に対する正反射軸の上側の受光角θ１の分光反射率曲線Ｑ１は同一と推定される。このことを利用すると、以下に説明するように干渉発色塗料の光学特性において、１角度の入射角に対する複数の受光角の分光反射率を測定すれば、他の入射角に対する複数の受光角の分光反射率が決定される。

図１は、本実施形態にかかる干渉発色塗料の光学特性を決定する方法の一例を説明するための図である。

本実施形態において分光反射率は、例えば、一般的に知られている変角分光光度計（例えば村上色彩技術研究所製のＧＣＭＳ４）を使用することにより測定される。これを用いて、図１に示すように、干渉発色塗料を塗装した試料１０面に対して、光源１２から放射された照明光を照射し、受光素子１４の観測方向を変化させ、複数の観測方向から受光した分光反射率を取得する。本実施形態で使用する干渉発色塗料を塗装した試料１０は、例えば干渉マイカ等の干渉発色光輝材を含有する塗料を所定面積の板状に塗装されたものである。

干渉発色塗料の分光反射率は、試料１０面に対して入射角Ｌ１、例えば４５°の入射角で照射光を入射し、入射角Ｌ１に対する正反射軸の受光角の下側−θ１（受光角−θ１）の例えば１点、上側θｎ、例えばθ１、θ２、θ３、θ４、θ５、（受光角θ１、θ２、θ３、θ４、θ５）の５点によって測定される。受光角−θ１とは、入射角Ｌ１に対する正反射軸の受光角を基準の０°として、例えば−１０°〜−３０°の間の任意の１角度であり、受光角θ１、θ２、θ３、θ４、θ５とは、入射角Ｌ１に対する正反射軸の受光角を基準の０°として、θ１が例えば１０°〜２０°、θ２が例えば２０°〜３０°、θ３が例えば３０°〜５０°、θ４が例えば５０°〜８０°、θ５が例えば８０°〜１１０°の間の任意の１角度であるが特に制限されるものではない。また、入射角Ｌ１に対する正反射軸の受光角下側の測定点は、少なくとも１点測定され、入射角Ｌ１に対する正反射軸の受光角上側の測定点は、少なくとも２点、好ましくは少なくとも５点測定されればよく、特に制限されるものではない。

分光反射率曲線は、反射光の波長（例えば４００ｎｍ〜７００ｎｍの波長範囲で、１０ｎｍ毎の３１ステップ）とその波長範囲における光の反射率として表される。波長４００ｎｍ〜７００ｎｍの反射光の波長範囲において、最大反射率ｒ_θがどの範囲の波長（最大反射率の波長λ_θ）であるかによって、干渉による色彩の特徴が決定される。そこで試料１０において実測した入射角Ｌ１の受光角−θ１の分光反射率曲線Ｒ_−１から検出される最大反射率の波長λ_−θ１と入射角Ｌ１の受光角θ１の分光反射率曲線Ｒ_１から検出される最大反射率の波長λ_θ１との比、及び入射角Ｌ１の受光角−θ１の分光反射率曲線Ｒ_−１から検出される最大反射率のｒ_−θ１と入射角Ｌ１の受光角θ１の分光反射率曲線Ｒ_１から検出される最大反射率のｒ_θ１との比を下式（１），（２）により、それぞれ求め、波長倍率Ｘ１と強度倍率Ｙ１とする。
Ｘ１＝（λ_−θ１−４００）／（λ_θ１−４００） （１）
Ｙ１＝ｒ_−θ１／ｒ_θ１ （２）
λ_−θ１：受光角−θ１の最大反射率の波長（ｎｍ）
ｒ_−θ１：受光角−θ１の最大反射率
λ_θ１：受光角θ１の最大反射率の波長（ｎｍ）
ｒ_θ１：受光角θ１の最大反射率

上記で述べたように、例えば試料１０面へのＬ１＝４５°の入射角に対する正反射軸の受光角の下側−１５°の分光反射率曲線とＬ１とＬ１＋θ１＝Ｌ２の関係にある試料１０面へのＬ２＝６０°の入射角に対する正反射軸の受光角の上側１５°の分光反射率曲線は同一と推定されるため、試料１０面への入射角Ｌ１例えば４５°の受光角−θ１の分光反射率曲線Ｒ_−１と試料１０面への入射角Ｌ２例えば６０°の受光角θ１の分光反射率曲線Ｑ１は同一と推定される。従って、上式（１），（２）で求めた波長倍率Ｘ１及び強度倍率Ｙ１は、試料１０面への入射角Ｌ２の受光角θ１の分光反射率曲線Ｑ１から検出される最大反射率の波長λ_{６０°θ１}及び最大反射率ｒ_{６０°θ１}と入射角Ｌ１の受光角θ１の分光反射率曲線Ｒ_１から検出される最大反射率の波長λ_{４５°θ１}及び最大反射率ｒ_{４５°θ１}の比から求められる波長倍率及び強度倍率を表していることとなる。そして、入射角を試料１０面に対して垂直方向に同じ角度それぞれ変角させた場合（例えば試料１０面への入射角６０°から４５°へ変角した場合と試料１０面への入射角４５°から３０°へ変角した場合、例えば試料１０面への入射角４５°から３０°へ変角した場合と試料１０面への入射角３０°から１５°へ変角した場合）、受光角が同じであれば、各波長倍率及び強度倍率は同一となる。従って波長倍率Ｘ１と強度倍率Ｙ１は試料１０面への入射角Ｌ１（例えば４５°）の受光角θ１と試料１０面への入射角Ｌ３（例えば３０°）の受光角θ１との関係にも適用され、同様に試料１０面への入射角Ｌ３の受光角θ１と試料１０面への入射角Ｌ４（例えば１５°）の受光角θ１との関係にも適用される。

上記関係から、試料１０面への入射角Ｌ３の受光角θ１の分光反射率曲線Ｑ２（以下Ｑθ１（Ｌ３）と呼ぶ）は、実測した試料１０面への入射角Ｌ１の受光角θ１の分光反射率曲線Ｒ_１に波長倍率Ｘ１と強度倍率Ｙ１を導入することにより求められる。下記表１に実測した試料１０面への入射角Ｌ１の受光角θ１の分光反射率曲線Ｒ_１を示し、下記表２に分光反射率曲線Ｑθ１（Ｌ３）を決定する方法を示す。

また、同様に試料１０面への入射角Ｌ４の受光角θ１の分光反射率曲線Ｑθ１（Ｌ４）も、上記決定した分光反射率曲線Ｑθ１（Ｌ３）に波長倍率Ｘ１と強度倍率Ｙ１を導入することにより求められる。下記表３に分光反射率曲線Ｑθ１（Ｌ４）を決定する方法を示す。

次に、実測した試料１０面への入射角Ｌ１の受光角θ１の分光反射率曲線Ｒ_１から検出される最大反射率の波長λ_θ１と最大反射率ｒ_θ１と、実測した試料１０面への入射角Ｌ１の受光角θ２との分光反射率曲線Ｒ_２から検出される最大反射率の波長λ_θ２と最大反射率ｒ_θ２とは下式（３），（４）より求められ、それぞれを波長倍率Ｘ２と強度倍率Ｙ２とする。同様に試料１０面への入射角Ｌ１の受光角θ３と、θ４と、θ５との各分光反射率曲線Ｒ_ｎから検出されるそれぞれの最大反射率の波長λ_θ３，λ_θ４，λ_θ５と最大反射率ｒ_θ３，ｒ_θ４，ｒ_θ５は下式（３），（４）より求められ、それぞれを波長倍率Ｘ３，Ｘ４，Ｘ５と、強度倍率Ｙ３，Ｙ４，Ｙ５とする。

Ｘｎ＝（λ_ｎ−１−４００）／（λ_ｎ−４００） （３）
Ｙｎ＝ｒ_ｎ−１／ｒ_ｎ （４）
λ_ｎ：任意の受光角θの最大反射率の波長（ｎｍ）
ｒ_ｎ：任意の受光角θの最大反射率
Ｘｎ：任意の受光角θの波長倍率
Ｙｎ：任意の受光角θの強度倍率
ｎ：任意の受光角θ

表２により最大反射率及び最大波長倍率から特定の分光反射率曲線Ｑθ１（Ｌ３）が求められるように、試料１０面への入射角Ｌ２の例えば受光角θ２の分光反射率曲線Ｑ３（Ｑθ２（Ｌ２））は、実測した試料１０面への入射角Ｌ１の受光角−θ１の分光反射率曲線Ｒ_−１と同一と推定される試料１０面への入射角Ｌ２の受光角θ１の分光反射率曲線Ｑ１（Ｑθ１（Ｌ２））に波長倍率Ｘ２及び強度倍率Ｙ２を導入することにより求められる。さらに同様に試料１０面への入射角Ｌ３及びＬ４の各受光角θ２の分光反射率曲線Ｑ４（Ｑθ２（Ｌ３））及び分光反射率曲線Ｑ５（Ｑθ２（Ｌ４））は、表２，３で求めた入射角Ｌ３とＬ４の受光角θ１の各分光反射率曲線Ｑθ１（Ｌ３）及びＱθ１（Ｌ４）に、波長倍率Ｘ２及び強度倍率Ｙ２を導入することにより、求められる。下記表４に実測した分光反射率曲線Ｒ_−１と同一と推定される分光反射率曲線Ｑθ１（Ｌ２）と、表２，３で求めた各分光反射率曲線Ｑθ１（Ｌ３）及びＱθ１（Ｌ４）と、に対応する分光反射率曲線Ｑθ１（Ｌ）を示し、下記表５に分光反射率曲線Ｑθ１（Ｌ３）を決定する方法を示す。

また、同様に試料１０面への入射角Ｌ２の例えば受光角θ３と、θ４と、θ５との分光反射率曲線Ｑ３（Ｑθｎ（Ｌ２））も波長倍率Ｘ３，Ｘ４，Ｘ５と、強度倍率Ｙ３，Ｙ４，Ｙ５とを導入することにより求められる。さらに同様に試料１０面への入射角Ｌ３及びＬ４の各受光角θ３と、θ４と、θ５の分光反射率曲線Ｑ４（Ｑθｎ（Ｌ３））及び分光反射率曲線Ｑ５（Ｑθｎ（Ｌ４））も求められる。下記表６〜８に分光反射率曲線Ｑθｎ（Ｌ２）、Ｑθｎ（Ｌ３）及びＱθｎ（Ｌ４）に対応する分光反射率曲線Ｑθｎ（Ｌ）を決定する方法を示す。なお、Ｑθｎ（Ｌ）は任意の入射角Ｌの任意の受光角θの分光反射率曲線である。

試料１０面への入射角Ｌの受光角θ３の分光反射率曲線Ｑθ３（Ｌ）を決定する方法は、下記表６により表すことができる。

試料１０面への入射角Ｌの受光角θ４の分光反射率曲線Ｑθ４（Ｌ）を決定する方法は、下記表７により表すことができる。

試料１０面への入射角Ｌの受光角θ５の分光反射率曲線Ｑθ５（Ｌ）を決定する方法は、下記表８により表すことができる。

以上のように、入射角を固定して複数の分光反射率を測定し、各波長倍率及び各強度倍率を求めることにより、他の入射角に対する受光角の分光反射率を決定することができるという効果が得られるため、干渉発色塗料のＣＧ表現を最小限の実測で評価することを可能とすることができる。また、分光反射率の測定は、変角分光光度計に限られず携帯型分光光度計によっても可能である。

以下、実施例および比較例を挙げ、本発明をより具体的に詳細に説明するが、本発明は、以下の実施例に限定されるものではない。

＜入射角４５°に対する各受光角の分光反射率の測定と最大反射率の波長と最大反射率の決定＞
＃３Ｒ２（トヨタ自動車製）を干渉発色塗料として塗装した試料１０の分光反射率を測定した。分光反射率測定装置としては、変角分光光度計（村上色彩技術研究所製のＧＣＭＳ４）を使用することができる。ここでの測定条件は、波長が４００ｎｍ〜７００ｎｍ，入射角４５°の正反射軸に対する受光角が−１５°，１５°，２５°とした。＃３Ｒ２の波長と反射率の関数で表した分光反射率曲線を図３に示す。上記測定した受光角−１５°と１５°との分光反射率曲線から検出される各最大反射率の波長λ_−１５，λ_１５と最大反射率ｒ_−１５°，ｒ_１５°から上式（１），（２）より求めると、波長倍率Ｘ１が１．２４、強度倍率Ｙ１が０．８４となった。また、測定した受光角の１５°と２５°との分光反射率曲線から検出される最大反射率の波長λ_１５°，λ_２５°と最大反射率ｒ_１５°，ｒ_２５°から上式（３），（４）より求めると、波長倍率Ｘ２が１．０８、強度倍率Ｙ２が０．４０となった。

＜入射角３０°に対する受光角１５°の分光反射率曲線の決定＞
上式（１），（２）で求めた波長倍率Ｘ１が１．２５、強度倍率Ｙ１が０．８５を上記表２に導入して決定した分光反射率曲線を図４に示す。

＜入射角６０°に対する受光角２５°の分光反射率曲線の決定＞
上式（３），（４）で求めた波長倍率Ｘ２が１．１０、強度倍率Ｙ２が０．４０を上記表５に導入して決定した分光反射率曲線を図５に示す。

（比較例）
比較例として、＃３Ｒ２を用いて、３０°の入射角に対する正反射軸の受光角１５°の分光反射率を実測し、その結果を図４に示す。同様に６０°の入射角に対する正反射軸の受光角２５°の分光反射率を実測し、その結果を図５に示す。

図４、図５からわかるように、上記実施例で決定した分光反射率曲線と比較例で実測した分光反射率曲線データはほぼ同一の形状を示している。つまり干渉発色塗料において、比較例のように多数の入射角に対する受光角の分光反射率の測定を行うことなく、実施例のように特定の１角度の入射角に対する複数の受光角の分光反射率を測定することのみによって、他の入射角に対する受光角の分光反射率曲線を決定することができた。

本実施形態にかかる干渉発色塗料の光学特性を決定する方法の一例を示す図である。 干渉発色塗料において異なる入射角とそれに対する受光角の分光反射率の性質の一例を示す図である。 本発明の実施例において測定した干渉発色塗料の分光反射率曲線を示す図である。 本発明の実施例と比較例における入射角３０°に対する受光角１５°の分光反射率曲線を示す図である。 本発明の実施例と比較例における入射角６０°に対する受光角２５°の分光反射率曲線を示す図である。

符号の説明

１０ 試料、１２ 光源、１４ 受光素子。

Claims (2)

1. 干渉発色塗料の光学特性を決定する方法であって、
   入射角Ｌ１を固定して、入射角Ｌ１に対する正反射軸の受光角の上側における複数の角度θｎで測定した干渉発色塗料の各分光反射率曲線Ｒ_ｎと、正反射軸の受光角の下側における特定の角度−θ１で測定した干渉発色塗料の分光反射率曲線Ｒ_−１とを測定するステップと、
   前記分光反射率曲線Ｒ_−１と、前記入射角Ｌ１とＬ１＋θ１＝Ｌ２の関係にある他の入射角Ｌ２に対する特定の受光角θ１の分光反射率曲線Ｑ１とを同一として、前記分光反射率曲線Ｑ１から検出される最大反射率の波長と前記分光反射率曲線Ｒ_ｎの内の１つの分光反射率曲線Ｒ_１から検出される最大反射率の波長との比から算出される第１の波長倍率Ｘ１と、前記分光反射率曲線Ｑ１から検出される最大反射率と前記分光反射率曲線Ｒ_１から検出される最大反射率との比から算出される第１の強度倍率Ｙ１とに基づいて、前記入射角Ｌ１とＬ１−θ１＝Ｌ３の関係にある他の入射角Ｌ３に対する特定の受光角θ１の分光反射率曲線Ｑ２を決定するステップと、
   を有することを特徴とする干渉発色塗料の光学特性を決定する方法。
2. 請求項１記載の干渉発色塗料の光学特性を決定する方法であって、前記分光反射率曲線Ｒ_１から検出される最大反射率の波長と前記分光反射率曲線Ｒ_ｎの内のその他の分光反射率曲線Ｒ_２から検出される最大反射率の波長との比から算出される第２の波長倍率Ｘ２と、前記分光反射率曲線Ｒ_１から検出される最大反射率と前記分光反射率曲線Ｒ_ｎの内のその他の分光反射率曲線Ｒ_２から検出される最大反射率との比から算出される第２の強度倍率Ｙ２とに基づいて、前記他の入射角Ｌ２に対する所望の受光角θの分光反射率曲線Ｑ３又は入射角Ｌ３に対する所望の受光角θの分光反射率曲線Ｑ４を決定するステップと、
   をさらに有することを特徴とする干渉発色塗料の光学特性を決定する方法。

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