JP2012098222A

JP2012098222A - 測定装置およびその方法

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Publication number: JP2012098222A
Application number: JP2010247841A
Authority: JP
Inventors: Takahiro Suzuki; 隆広鈴木
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2010-11-04
Filing date: 2010-11-04
Publication date: 2012-05-24

Abstract

【課題】試料の二分光放射輝度率を高精度、短時間に測定する。
【解決手段】照射部102は、紫外域から可視域の範囲において、設定された幅で波長をシフトした、設定された波長幅を有する測定光を発生し、測定光の分光放射輝度を測定する。測定部103は、測定光の照射に対して試料12が放射する光の分光放射輝度を可視域において測定する。演算部104は、測定光の分光放射輝度および試料12が放射する光の分光放射輝度から試料12の二分光放射輝度率を演算する。
【選択図】図3

Description

本発明は、試料の二分光放射輝度率の測定に関する。

パーソナルコンピュータの普及により、ディジタルカメラ、スキャナなどの入力デバイスによって画像データを取得し、液晶ディスプレイ(LCD)などの表示デバイスに画像を表示し、プリンタなどの出力デバイスによって画像を形成することが容易になった。このような状況に伴い、入力デバイス、表示デバイス、出力デバイスの間の色を一致させるカラーマッチング処理が重要である。カラーマッチング処理を行うには、マッチング対象の機器が出力する色票（試料）の色再現特性を取得する必要がある。

試料の色再現特性は、一般に、波長λを変数とする一変数関数の形式（分光反射率R(λ)）で表される。これは、試料からの光に反射成分（波長λの光を同じ波長λで反射する成分）しか含まれていないことを前提にする表現方法である。しかし、例えば、蛍光増白剤を含むメディアにプリントした試料からの光は、蛍光成分（波長μの光を吸収して発光された、異なる波長λの成分）を含む。このような場合、色再現特性は、一変数関数ではなく、波長μおよび波長λを変数とする二変数関数（二分光放射輝度率F(μ,λ)）で表す必要がある。

図1により二分光放射輝度率F(μ,λ)を説明する。図1は、縦軸が入力波長μ、横軸が出力波長λの二次元テーブルを表し、各セルには、各入出力波長（10nm間隔）における試料からの分光放射輝度率が記入される。つまり、図1において、入出力波長が同一のセルの成分が反射成分、その他のセルの成分が蛍光成分である。

図2により二分光測定器の一例を説明する。二分光放射輝度率F(μ,λ)は、一般に、図2に示すような構造をもつ二分光測定器によって測定される。

二分光測定器では、光源13からの光を分光器16を用いて、波長μ（入力波長）の単色光に分光し、分光した波長μの単色光を試料12に照射する。そして、試料12からの放射光を分光器14により分光し、波長λ（出力波長）ごとに受光器15で受光する。以上の測定を例えば300nmから780nmまでの入力波長μに対して行い、図1に示す二分光放射輝度率F(μ,λ)を得る。このような二分光放射輝度率の測定方法は、特許文献1にも記載されている。

しかし、上記の二分光放射輝度率F(μ,λ)の測定を行うと、受光器15が受光する光量が微弱になる問題がある。具体的には、光源13からの光を波長μの単色光に分光するため、試料12に照射する光量が小さくなる。その上、光量が小さい単色光に対する試料12からの放射光を分光器14を通して測定するため、最終的に受光器15に届く光量は極めて微弱である。その結果、受光器15のノイズによる測定精度の悪化、あるいは、ノイズの影響を低減するために積分時間を長くすることになり測定に必要な時間が長くなる。

特開2003-110867公報

本発明は、試料の二分光放射輝度率を高精度、短時間に測定することを目的とする。

本発明は、前記の目的を達成する一手段として、以下の構成を備える。

本発明にかかる測定は、紫外域から可視域の範囲において、設定された幅で波長をシフトした、設定された波長幅を有する測定光を発生し、前記測定光の分光放射輝度を測定し、前記測定光の照射に対して試料が放射する光の分光放射輝度を、前記可視域において測定し、前記測定光の分光放射輝度および前記試料が放射する光の分光放射輝度から前記試料の二分光放射輝度率を演算することを特徴とする。

本発明によれば、試料の二分光放射輝度率を高精度、短時間に測定することができる。

二分光放射輝度率F(μ,λ)を説明する図。二分光測定器の一例を説明する図。実施例の測定装置の構成例を説明するブロック図。制御部が実行する測定処理の一例を説明するフローチャート。照射部の処理を説明するフローチャート。測定光S(μ)と照射光Si(μ)の関係を説明する図。測定部の処理を説明するフローチャート。演算部の処理を説明するフローチャート。実施例2の測定装置の構成例を説明するブロック図。測定条件の設定用のUIを説明する図。

以下、本発明にかかる実施例の二分光放射輝度率F(μ,λ)の測定を図面を参照して詳細に説明する。

［装置の構成］
図3のブロック図により実施例の測定装置の構成例を説明する。

測定装置100の制御部106は、後述する構成を制御して、試料12の二分光放射輝度率F(μ,λ)を測定する。光源部101は、試料12の色再現を測定するための測定光S(μ)を発光する。照射部102は、光源部101が発生した測定光S(μ)を分光した光Sn(μ)（照射光）を試料12に照射する。測定部103は、試料12からの放射光I(λ)を分光し、その強度（分光放射輝度）を測定する。なお、試料12からの放射光には、照射光が反射された反射光と、試料12が蛍光物質を含む場合は励起波長の照射光によって励起された蛍光が含まれる。

演算部104は、照射部102から照射光Sn(μ)の強度（分光放射輝度）を示す情報を入力し、測定部103から放射光I(λ)の強度を示す情報（測定結果）を入力して、それらから試料12の二分光放射輝度率F(μ,λ)を算出する。出力部105は、演算部104が算出した試料12の二分光放射輝度率F(μ,λ)を例えば記憶部130に出力する。なお、記憶部130には、ハードディスクドライブ(HDD)などの記憶装置や、ネットワークに接続されたサーバ装置などを利用することができる。

［測定処理］
図4のフローチャートにより制御部106が実行する測定処理の一例を説明する。

制御部106は、カウント値iをi=1に初期化する(S11)。なお、カウント値iは測定回数を示し、一回目の測定はi=1、二回目の測定はi=2、…、N回目の測定はi=nにそれぞれ対応する。例えば、一つの試料12の特性を測定する際に44回(i=44)の測定を繰り返す。

次に、制御部106は、光源部101を制御して、試料12の特性を測定するための測定光S(μ)を発光する(S12)。光源部101は光源として例えばタングステンランプやハロゲンランプを有し、測定光S(μ)は紫外域および可視域を含む波長域（例えば300nmから780nm）に対して強度をもつ。

次に、詳細は後述するが、制御部106は、照射部102を制御して、測定光S(μ)をある波長範囲の光Si(μ)に分光し、光Si(μ)を試料12に照射する(S13)。そして、測定部103を制御して、照射光Si(μ)に対する試料12の放射光Ii(λ)の強度を可視域で測定する(S14)。なお、測定結果は、順次、演算部104のメモリに入力されて保持される。

制御部106は、測定部103から測定終了が通知されると、測定回数iが所定回数に達したか否かを判定する(S15)。例えば、カウント値i＜44か否かを判定し、i＜44であればカウント値iをインクリメントして(S18)、処理をステップS13に戻す。

測定回数iが所定回数Nに達する(例えばi=44)と、制御部106は、詳細は後述するが、演算部104を制御して、測定結果に基づき試料12の二分光放射輝度率F(μ,λ)を演算させる(S16)。そして、演算が終了すると、出力部105を制御して、試料12の二分光放射輝度率F(μ,λ)を記憶部130に出力させて(S17)、処理を終了する。なお、二分光放射輝度率F(μ,λ)の出力形式はどのような形式でも構わないが、例えば、図1に示した二次元テーブルの形式を用いればよい。

［照射部］
図5のフローチャートにより照射部102の処理(S13)を説明する。

照射部102は、制御部106から照射指示を受信すると、制御部106からカウント値iを取得し(S31)、取得したカウント値iと下式に基づき、照射光Si(μ)の波長範囲を決定する(S32)。
μmin = b + s・(i - 1)
μmax = μmin + w …(1)
ここで、bは最短波長（例えば300nm）、
sはステップ幅（例えば10nm)、
wは波長幅（例えば50nm）。

次に、照射部102は、光源部101が発光した測定光S(μ)から決定した波長範囲μmin〜μmaxの照射光Si(μ)を生成する(S33)。

図6により測定光S(μ)と照射光Si(μ)の関係を説明する。分光器による減衰を無視すれば、照射光Si(μ)は、図6に示すように、式(1)の波長幅wによって決まる範囲において、測定光S(μ)の分光分布と同様の強度をもつ。制御部106によってカウント値iが更新されると、照射光Si(μ)の波長範囲は、長波長側に、式(1)のステップ幅sによって決まる波長（例えば10nm）分シフトする。

例えばb=300、s=10、w=50で44回の測定を行うと、一回目、二回目、…、44回目の測定の照射光S1(μ)、S2(μ)、…、照射光S44(μ)は、それぞれ300〜350、310〜360、…、730〜780nmの波長範囲を有する。つまり、測定回数Nは、照射部102が発生する照射光（測定光）の数に相当する。なお、このような処理は、一般的な分光器を用いることで容易に実現できるため、照射光Si(μ)の生成の詳細な説明は省略する。

次に、照射部102は、照射光Si(μ)を試料12に照射し(S34)、制御部106から指示を受信するのを待つ(S35)。そして、制御部106から照射光の更新指示を受信すると処理をステップS31に戻し、照射終了指示を受信すると処理を終了する。

［測定部］
図7のフローチャートにより測定部103の処理(S14)を説明する。

測定部103は、制御部106から測定指示を受信すると、受光する波長λをλmin（例えば380nm）に設定し(S41)、試料12からの放射光を分光する(S42)。そして、設定した波長λの光Ii(λ)を受光し(S43)、光Ii(λ)の強度を示す情報を演算部104に出力する(S44)。なお、分光および受光は、一般的な分光器および受光器を用いることで容易に実現できるため、詳細な説明は省略する。

次に、測定部103は、現在の設定波長λがλmax（例えば780nm）未満か否かを判定し(S45)、λ＜λmaxの場合は、受光する波長λにステップ幅s（例えば10nm）を加え(S46)、処理をステップS42に戻す。また、λ≧λmaxであれば、照射光Si(μ)に対する、測定波長範囲（例えば可視範囲380〜780nm）の受光が完了しているため、制御部106に測定終了を通知して(S47)、処理を終了する。

［演算部］
図8のフローチャートにより演算部104の処理(S16)を説明する。

演算部104は、制御部106から演算指示を受信すると、照射部102から照射光Si(μ)のステップ幅sごとの強度を示す情報を取得する(S61)。例えば、N回の測定を行った場合、Si(μ)の強度を示すN組の情報を取得する。

次に、演算部104は、メモリに保持する測定部103の測定結果（放射光Ii(λ)の強度を示す情報）と、照射光Si(μ)の強度を示す情報を用いて、試料12の二分光放射輝度率F(μ,λ)を演算する(S62)。一般に、照射光Si(μ)および放射光Ii(λ)の強度と、二分光放射輝度率F(μ,λ)の関係は下式によって表すことができる。
Ii(λ) = F(μ,λ)Si(μ) …(2)

従って、N組の照射光Si(μ)の強度および放射光Ii(λ)の強度を行列化し、逆行列を用いて式(2)を解くことで、試料12の二分光放射輝度率F(μ,λ)を算出することができる。具体的には、まず、N個の照射光Si(μ)の強度の行列（式(3)）、N組の放射光Ii(λ)の強度の行列（式(4)）を作成する。
┌ ┐
│S_1,300 0 … 0 │
│S_1,310 S_2,310 … 0 │
│S_1,320 S_2,320 … 0 │
│S_1,330 S_2,330 … 0 │
│S_1,340 S_2,340 … 0 │
│S_1,350 S_2,350 … 0 │
S = │ 0 S_2,360 … 0 │ …(3)
│ 0 0 … 0 │
│ 0 0 … S_N,730│
│ 0 0 … S_N,740│
│ 0 0 … S_N,750│
│ 0 0 … S_N,760│
│ 0 0 … S_N,770│
│ 0 0 … S_N,780│
└ ┘
┌ ┐
│I_1,380 I_2,380 … I_N,380│
│I_1,390 I_2,390 … I_N,390│
I = │I_1,400 I_2,400 … I_N,400│ …(4)
│ : : … : │
│I_1,780 I_2,780 … I_N,780│
└ ┘
ここで、S_i,νは照射光Si(μ)における波長ν成分(μmin≦ν≦μmax)の強度、
I_i,λは放射光Ii(λ)の強度。

以上の行列を用いると式(2)を下式に変形することができる。つまり、行列Iaと行列Sの逆行列S^-1の積算により、試料12の二分光放射輝度率F(μ,λ)を算出することができる。
I = F(μ,λ)・S
F(μ,λ) = I・S^-1 …(5)

このように、本実施例は、波長幅w（例えば50nm）を有する光を試料に照射し、試料からの放射光を測定する。そして、ステップ幅s（例えば10nm）ずつ波長をシフトした照射光によって当該測定を繰り返し、それらの測定結果から試料の二分光放射輝度率を演算する。例えば50nmの波長幅分の照射光の光量は、単色光の光量に比べて大きく、二分光放射輝度率を測定する際により大きな光量の照射光が得られる。従って、受光器のノイズによる測定精度の劣化を軽減し、ノイズの影響を低減するための積分時間の増加を抑制することができる。つまり、試料の二分光放射輝度率を高精度、短時間に測定することができる。

以下、本発明にかかる実施例2の二分光放射輝度率F(μ,λ)の測定を説明する。なお、実施例2において、実施例1と略同様の構成については、同一符号を付して、その詳細説明を省略する。

実施例1においては、本発明にかかる測定装置100を説明した。実施例2においては、コンピュータ機器上で稼働するアプリケーションによって測定器を制御する例を説明する。

［装置の構成］
図9のブロック図により実施例2の測定装置の構成例を説明する。

コンピュータ装置(PC)150のCPU151は、RAM152をワークメモリとして、ROM153やハードディスクドライブ(HDD)154に格納されたオペレーティングシステム(OS)や各種プログラムを実行する。そして、システムバス157およびビデオカード(VC)156を介して、モニタ160にユーザインタフェイス(UI)を表示する。ユーザは、例えばUSBなどの汎用インタフェイス(I/F)155に接続された図示しないキーボードやマウスなどを操作することで、UIを介して、PC150に指示やデータを入力する。

CPU151は、二分光放射輝度率F(μ,λ)の測定が指示されると、当該測定用のプログラムを実行し、I/F155を介して測定器140を制御する。ユーザは、UIによって、二分光放射輝度率F(μ,λ)の測定における測定回数Nや照射光Sn(μ)の最短波長b、ステップ幅s、波長幅wなどの測定条件を設定することが可能である。

図10により測定条件の設定用のUIを説明する。ユーザは、設定部1001に測定回数N、設定部1002に最短波長b、設定部1003にステップ幅s、設定部1004に波長幅wをそれぞれ設定する。なお、設定部1001〜1004には既定値が表示される。また、設定部1005には、試料12の二分光放射輝度率F(μ,λ)を出力するファイル名を設定する。なお、ステップ幅sは、CPU151が下式によって計算してもよい。
s = (range - w)/(N - 1) …(6)
ここで、rangeは測定範囲（例えば300〜780nm）。
例えばN=44、w=50の場合は、
s = (480 - 50)/43 = 10

CPU151は、［測定開始］ボタン1006が押されると、測定条件を含む測定命令を測定器140に送信する。I/F142を介して測定命令を受信した制御部141は、光源部101、照射部102、測定部103の動作条件を設定し測定を実行する。制御部141は、照射部102の照射光Si(μ)のステップ幅sごとの強度を示す情報、および、測定部103の測定結果（放射光Ii(λ)の強度を示す情報）をI/F142を介してPC150に送信する。

これらの情報を受信すると、CPU151は、測定器140から受信した情報をRAM152またはHDD154の所定領域に格納する。そして、測定器140から測定終了が通知されると、格納した情報によって試料12の二分光放射輝度率F(μ,λ)を演算し、演算結果をユーザに指示された出力ファイルに格納してHDD154などに格納する。

［変形例］
光源部101の光源は、タングステンランプやハロゲンランプに限らず、蛍光物質の励起波長域および可視波長域に強度をもつ光源であればどのような光源でもよい。また、光源部101の光源は一つに限らず、発光波長域が異なる複数の光源を光源部101に備え、測定波長に応じて光源を切り替えてもよい。

また、照射光Si(μ)の波長幅wを例えば50nmとしたが、40nmや100nmの幅でもよい。さらに、測定部103の受光器の感度に応じて波長幅wを決めてもよい。例えば、受光器の感度が低い場合は波長幅wを広くして照射光量を増やし、受光器の感度が高い場合は波長幅wを狭くしてもよい。

また、照射光Si(μ)のステップ幅sを例えば10nmとしたが、5nmや20nmでよい。

また、光源マトリクスSの逆行列S^-1は、S_i,νが既知であれば、演算部104やHDD154などに逆行列S^-1を予め用意しておくことができる。

［その他の実施例］
また、本発明は、以下の処理を実行することによっても実現される。即ち、上述した実施形態の機能を実現するソフトウェア（プログラム）を、ネットワーク又は各種記憶媒体を介してシステム或いは装置に供給し、そのシステムあるいは装置のコンピュータ（又はCPUやMPU等）がプログラムを読み出して実行する処理である。

Claims

紫外域から可視域の範囲において、設定された幅で波長をシフトした、設定された波長幅を有する測定光を発生し、前記測定光の分光放射輝度を測定する発生手段と、
前記測定光の照射に対して試料が放射する光の分光放射輝度を、前記可視域において測定する測定手段と、
前記測定光の分光放射輝度および前記試料が放射する光の分光放射輝度から前記試料の二分光放射輝度率を演算する演算手段とを有することを特徴とする測定装置。
前記測定手段は、前記発生手段が前記幅で波長をシフトした測定光ごとに、前記試料が放射する光の分光放射輝度を前記可視域において測定することを特徴とする請求項1に記載された測定装置。
さらに、前記発生手段が発生する前記波長をシフトした測定光の数と前記波長幅を入力し、前記測定光の数と前記波長幅から前記幅を設定する設定手段を有することを特徴とする請求項1または請求項2に記載された測定装置。
発生手段、測定手段、演算手段を有する測定装置の測定方法であって、
前記発生手段が、紫外域から可視域の範囲において、設定された幅で波長をシフトした、設定された波長幅を有する測定光を発生し、前記測定光の分光放射輝度を測定し、
前記測定手段が、前記測定光の照射に対して試料が放射する光の分光放射輝度を、前記可視域において測定し、
前記演算手段が、前記測定光の分光放射輝度および前記試料が放射する光の分光放射輝度から前記試料の二分光放射輝度率を演算することを特徴とする測定方法。
測定装置を制御して、請求項1から請求項3の何れか一項に記載された測定装置の各手段として機能させることを特徴とするプログラム。