JP2015161634A - 光学系および光沢計 - Google Patents

Abstract

【課題】構成の単純性および計測の正確性の点で有利な光学系を提供する。
【解決手段】光学系１０は、光源１００、２００と、受光器４００と、対象面５００での第１反射角θ１の第１反射光を受光器４００に受光させる第１受光系と、対象面５００での第１反射角θ１とは異なる第２反射角θ２の第２反射光を受光器４００に受光させる第２受光系とを有する。ここで、対象面５００での反射光のうち第１受光系を介した光に関する受光器４００の第１受光領域１２０は、当該反射光のうち第２受光系を介した光に関する受光器４００の第２受光領域２２０とは離れている。
【選択図】図１

Description

本発明は、光学系および光沢計に関する。

印刷物、塗装またはプラスチック材などの物体の光沢感（光学的な質感）は、品質に関わる重要な要素である。この光沢感を具体的な値で表すものとして、従来、被検面の性質に係る様々な指標とその計測方法が存在する。この指標としては、例えば、鏡面光沢度、ヘイズ、写像性または分光特性などがある。特許文献１は、光沢感を表す値としての光沢度と、実際に視覚で感ずる光沢感との乖離を低減させるために、それぞれ異なる複数の受光角で計測された指標を組み合わせて評価・判定する方法を開示している。

特開２００１−４１８８８号公報

しかしながら、特許文献１に開示されている方法では、複数の受光角ごとに異なる受光器を用いるため、精度（正確さ）の向上のために受光角のバリエーションを増やすほど受光器の設置数も増え、光学系の構成が複雑化する。これに対して、従来、複数の受光角での複数の計測に共通の受光器を用いることで構成を簡略化させる光学系が存在する。しかしながら、この共通化された受光器を用いる光学系では、一方の受光角での計測時に照射される光が、他方の受光角での計測に用いる光路に入り込み、受光器がノイズを含んだ信号を出力する可能性がある。

本発明は、例えば、構成の単純性および計測の正確性の点で有利な光学系を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の光学系は、光源と、受光器と、対象面での第１反射角の第１反射光を受光器に受光させる第１受光系と、対象面での第１反射角とは異なる第２反射角の第２反射光を受光器に受光させる第２受光系と、を有し、対象面での反射光のうち第１受光系を介した光に関する受光器の第１受光領域は、当該反射光のうち第２受光系を介した光に関する受光器の第２受光領域とは離れていることを特徴とする。

本発明によれば、例えば、構成の単純性および計測の正確性の点で有利な光学系を提供することができる。

本発明の第１実施形態に係る光学系を有する光沢計の構成を示す図である。 第１実施形態における光沢度の計測の流れを示すフローチャートである。 近傍反射光の取り込み条件を説明するための図である。 本発明の第２実施形態に係る光学系を有する光沢計の構成を示す図である。 本発明の第３実施形態に係る光学系を有する光沢計の構成を示す図である。 従来の光学系を有する光沢計の構成を示す図である。

以下、本発明を実施するための形態について図面などを参照して説明する。

（第１実施形態）
まず、本発明の第１実施形態に係る光学系、およびそれを用いた光沢計について説明する。図１は、本実施形態に係る光学系１０を有する光沢計１の構成を示す概略図である。光沢計１は、光を用いて物体の表面（被検面５００；「対象とする面」または「対象面」ともいう。）の光沢度を計測する。以下、光学的（視覚的）な質感を「光沢感」といい、光沢感を表す指標としての鏡面光沢度、ヘイズまたは写像性などを総称して「光沢度」という。例えば、国際規格として、鏡面光沢度は、ＪＩＳ−Ｚ８７４１で規定されており、ヘイズは、ＡＳＴＭ−Ｅ４３０で規定されており、写像性（ＤＯＩ）は、ＪＩＳ−Ｋ７３７４およびＡＳＴＭ−Ｄ５７６７で規定されている。また、国際規格では、例えばＪＩＳ−Ｚ８７４１のうちの第４章「測定条件」に記載されているように、光源像の開き角（投光系開き角）、受光器の開き角（受光系開き角）、入射角および受光角などが定義されている。そこで、本実施形態では、光沢計１におけるレンズ、偏向部材または受光器などの寸法、構成および配置は、国際規格で示される最低限の基本条件を満たすように設定するものとする。ただし、これは一例であり、本発明は、独自の方式、例えば独自に規定した開き角等による光沢度の計測にも適用され得る。そして、光沢計１は、より正確に光沢感を把握するために、異なる複数の受光角（反射角）に設定された光学系１０を採用する。ここで、受光角は、ＪＩＳ−Ｚ８７４１で規定されている定義と同義である。以下、本実施形態では、一例として、光学系１０が特定の異なる２つの受光角θ１、θ２（θ１＜θ２）に設定された２つの光学系を含むものとして説明する。

図１（ａ）は、光沢計１の構成を示す図である。光沢計１は、光学系１０と、制御部７００（「処理部」ともいう。）とを有する。光学系１０は、それぞれ異なる受光角に設定される、第１光学系１０ａと、第２光学系１０ｂとを含む。第１光学系１０ａは、第１光源１００と、第１投光側レンズ１０２と、第１受光側レンズ１０３と、反射部材１０４とを含む。第２光学系１０ｂは、第２光源２００と、第２投光側レンズ２０２と、第２受光側レンズ２０３とを含む。ここで、第１光学系１０ａにおける第１受光角（第１反射角）θ１は、被検面５００の法線と、第１受光側レンズ１０３に入射する光軸１１０とのなす角である。一方、第２光学系１０ｂにおける第２受光角（第２反射角）θ２は、被検面５００の法線と、第２受光側レンズ２０３の光軸２１０とのなす角である。さらに、光学系１０は、第１受光側レンズ１０３および第２受光側レンズ２０３を含む２つの受光系からの光を受光可能とする受光器４００を含む。これは、別の表現をすれば、第１光学系１０ａおよび第２光学系１０ｂにそれぞれ含まれ得る受光器が１つの受光器４００として共通化されているといえる。ここで、各受光角θ１、θ２は、国際規格に準ずるのであれば、２０度、４５度、６０度、７５度、８５度など様々な計測項目があり、この計測項目等に応じて適宜角度を設定することが望ましい。

各光源１００、２００は、それぞれ各投光側レンズ１０２、２０２に光を照射する。各光源１００、２００としては、それぞれ、無偏光であるＤ６５タイプの標準光またはＣタイプの標準光を発光するものが望ましく、例えば、経時ドリフトが少なく安価である白色ＬＥＤを採用し得る。なお、光源自体がそれらのような標準光のスペクトル分布特性を有しない場合には、色ガラスフィルタを光源と被検面５００との間に配置することで調整してもよい。さらに、本実施形態では、第１光源１００と第２光源２００とが独立した光源であるものとしているが、本発明はこれに限らない。例えば、光学系１０に含まれる発光体（光源）を１つとし、この発光体からビームスプリッタやファイバカプラなどで光を複数（本実施形態に対応させるならば２つ）に分岐させ、開閉可能な開口などにより別々に開閉制御可能とする構成としてもよい。

第１投光側レンズ１０２は、第１光源１００から出射された光を被検面５００に入射させ、第１反射光を生成するための第１投光系としての集光レンズである。同様に、第２投光側レンズ２０２は、第２光源２００から出射された光を被検面５００に入射させ、第２反射光を生成するための第２投光系としての集光レンズである。国際規格では、第１光源１００と第１投光側レンズ１０２との位置関係は、投光系開き角１１３と、第１光学系１０ａの光学倍率とで規定されている。同様に、第２光源２００と第２投光側レンズ２０２との位置関係は、投光系開き角２１３と、第２光学系１０ｂの光学倍率とで規定されている。投光系開き角１１３は、第１投光側レンズ１０２から見た第１光源１００の開き角である。同様に、投光系開き角２１３は、第２投光側レンズ２０２から見た第２光源２００の開き角である。そこで、光学系１０に国際規格を適用するために、投光系開き角１１３に対し、第１光学系１０ａの光学倍率を乗じたものを規定の値にするとともに、投光系開き角２１３に対し、第２光学系１０ｂの光学倍率を乗じたものを規定の値にする。なお、各投光系として、各投光側レンズ１０２、２０２を例示したが、さらなる性能向上や配置変更などのために、複数のレンズや偏向部材などを組み合わせてもよい。また、各投光側レンズ１０２、２０２は、コリメート光を照射するものであってもよいし、被検面５００に光束が集光または発散するものであってもよい。また、光源のみで調整に対応できない場合には、第１光源１００または第２光源２００に投光側スリットを配置し、２次光源としてもよい。または、ＪＩＳ−Ｚ８７４１中の図１に示されるように、中間結像を設けて中間結像面を２次光源面としてもよい。そして、被検面５００にコリメート光が入射するように、第１光源１００を第１投光側レンズ１０２の焦点面に配置し、一方、第２光源２００を第２投光側レンズ２０２の焦点面に配置すれば、ＪＩＳ−Ｚ８７４１に適合する。

第１受光側レンズ１０３は、第１投光側レンズ１０２から入射した光で被検面５００で反射された第１反射光のうち正反射光（鏡面反射光）およびその近傍の反射光を受光器４００に入射させる第１受光系としての集光レンズである。同様に、第２受光側レンズ２０３は、第２投光側レンズ２０２から入射した光で被検面５００で反射された第２反射光のうち正反射光およびその近傍の反射光を受光器４００に入射させる第２受光系としての集光レンズである。ここで、受光系開き角も、投光系開き角と同様に国際規格で規定されている。受光系開き角１１４は、第１受光側レンズ１０３から見た受光器４００の開き角であり、第１受光側レンズ１０３と、受光器４００の直前に配置される不図示の受光側スリットで決定される。同様に、受光系開き角２１４は、第２受光側レンズ２０３から見た受光器４００の開き角であり、第２受光側レンズ２０３と、受光器４００の直前に配置される不図示の受光側スリットで決定される。なお、反射部材１０４としては、例えばミラーとし得るが、反射部材１０４に換えて、プリズム、偏芯レンズまたは回折格子のような偏向部材としてもよい。さらに、反射部材１０４は、複数であってもよいし、第１光学系１０ａおよび第２光学系１０ｂの両方が含むものであってもよい。また、各受光系として各受光側レンズ１０３、２０３を例示したが、さらなる性能向上や配置変更などのために、複数のレンズや偏向部材などを組み合わせてもよい。さらに、各投光側および各受光側レンズとしての集光レンズに換えて、収差を良くする観点から、ダブレットレンズとしてもよい。

受光器４００は、その受光面４００ａの位置が、反射部材１０４および第１受光側レンズ１０３の集光点と一致するかまたはレイリー長の範囲内となり、かつ、第２受光側レンズ２０３の集光点と一致するかまたはレイリー長の範囲内となるように配置される。受光器４００としては、例えばＣＣＤやＣＭＯＳなどの撮像素子（固体撮像素子）を採用し得る。このような撮像素子を用いれば、ＪＩＳ−Ｚ８７４１の図１に示されているような開口（受光側スリットＳ２）を設置しなくとも、後述する制御部７００において、このスリットに対応する画素の光量情報をピックアップして処理することができるという利点がある。また、反射光の角度分布を取得できることから、制御部７００は、ＡＳＴＭ−Ｅ４３０で規定されているヘイズや、ＡＳＴＭ−Ｄ５７６７に規定されている写像性を演算により求めることができる。さらに、撮像素子がカラータイプである場合には、制御部７００は、色相別に信号を取得することにより、スペクトル情報も取得可能となる。なお、受光器４００は、例えば、上記ＪＩＳ−Ｚ８７４１に示されているように、受光側スリットＳ２を組み合わせたものとしてもよい。この場合、受光側スリットＳ２は、各受光側レンズ１０３、２０３の近傍に配置される。

ここで、本実施形態では、第１光学系１０ａと第２光学系１０ｂとでは、被検面５００上の計測対象領域が同一であり、第１受光系の光軸１１０と第２受光系の光軸２１０とが被検面５００上で略同位置となる。このように同位置とすることにより、各受光角θ１、θ２の光沢度は、被検面５００における質感の面内誤差に影響されない。また、第１光学系１０ａと第２光学系１０ｂとは、いずれも被検面５００を鏡面とする正反射光学系であり、被検面５００に対する投光角と受光角とは同一である。

また、本実施形態では、被検面５００、第１受光側レンズ１０３、反射部材１０４および第２受光側レンズ２０３の位置関係は、以下の２つの条件を満たす。まず、第１条件として、第１光学系１０ａを用いて光沢度を計測する際、受光面４００ａにおいて、第１反射光を受光する第１受光領域１２０と、第１反射光のうち他方の第２光学系１０ｂを介して到達した光を受光する第２迂回受光領域とは離れている。また、第２条件として、第２光学系１０ｂを用いて光沢度を計測する際、受光面４００ａにおいて、第２反射光を受光する第２受光領域２２０と、第２反射光のうち他方の第１光学系１０ａを介して到達した光を受光する第１迂回受光領域とは離れている。ここで、「受光領域」とは、受光面４００ａ上に占める受光系開き角の領域をいう。

制御部７００は、各光源１００、２００および受光器４００に電気配線を介して接続される。そして、制御部７００は、計測に合わせて第１光源１００または第２光源２００のいずれかを発光させ、受光器４００からの情報（出力）に基づいて光沢度を求める（光沢度に関する情報を得る）。このとき、制御部７００は、第１光源１００と第２光源２００との発光タイミングや、それぞれの発光時の光量および照射時間などを制御する。また、制御部７００は、記憶装置７００ａを有するとともに、表示装置７１０に電気配線を介して接続されている。表示装置７１０は、例えば液晶ディスプレイであり、制御部７００が導出した光沢度を表示し得る。

次に、本実施形態の特徴を明確にするために、比較例として従来の光学系を有する光沢計について説明する。図６は、従来の光学系５０を含む光沢計５の構成を示す概略図である。なお、本実施形態に係る光学系１０を含む光沢計１との比較を容易とするために、光学系５０において光学系１０の構成要素に対応するものにはそれぞれ同一の符号を付し、また、被検面５００および制御部７００も光沢計１の場合と同一符号とする。さらに、光沢計５において、異なる２つの受光角θ１、θ２で光沢度を計測し、その両方の計測にて共通する受光器４００を用いることは、本実施形態における光沢計１と同様である。

図６（ａ）は、光沢計５の構成を示す図である。光学系５０に含まれる第１光学系１０ａと第２光学系１０ｂとでは、図６（ａ）に示すように、第１受光領域１２０と第２受光領域２２０とが重なる。図６（ｂ）は、図６（ａ）から各受光側レンズ１０３、２０３および受光器４００を抜き出し、第１光学系１０ａによる計測が実施されている状態を示す概略図である。この場合、第１光源１００が被検面５００に光を照射すると、被検面５００では正反射光１１と拡散反射光１２とが生じる。正反射光１１およびその近傍の光は、第１受光側レンズ１０３を介して受光器４００に照射される。しかしながら、拡散反射光１２のうちの一部は、第１光学系１０ａとは異なる光学系である第２光学系１０ｂの光路に入り込み、第２受光側レンズ２０３を介して（迂回して）受光器４００に照射される。したがって、この状態では、取得すべき第１光学系１０ａにおける正反射光１１と、不要である第２光学系１０ｂにおける拡散反射光１２とが第１受光領域１２０上で重複する。光沢度は、正反射光１１およびその近傍の光の受光情報に基づいて算出されるものであるから、第２受光側レンズ２０３を介して受光した拡散反射光１２は、ノイズとなり、算出値に影響を及ぼし得る。

一方、図６（ｃ）は、図６（ａ）から各受光側レンズ１０３、２０３および受光器４００を抜き出し、第２光学系１０ｂによる計測が実施されている状態を示す概略図である。この場合、第２光源２００が被検面５００に光を照射すると、被検面５００では正反射光２１と拡散反射光２２とが生じる。正反射光２１およびその近傍の光は、第２受光側レンズ２０３を介して受光器４００に照射される。しかしながら、拡散反射光２２のうちの一部は、第２光学系１０ｂとは異なる第１光学系１０ａの光路に入り込み、第１受光側レンズ１０３を介して（迂回して）受光器４００に照射される。したがって、この状態では、取得すべき第２光学系１０ｂにおける正反射光２１と、不要である第２光学系１０ｂにおける拡散反射光２２とが第２受光領域２２０上で重複する。そして、上記と同様に、第１受光側レンズ１０３を介して受光した拡散反射光２２は、ノイズとなり、算出値に影響を及ぼし得る。そこで、本実施形態では、被検面５００での反射光のうち第１受光系を介した光に関する受光器４００の第１受光領域１２０は、第２受光系を介した光に関する受光器４００の第２受光領域２２０とは離れるものとする。

図１（ｂ）は、図１（ａ）から第１受光側レンズ１０３、反射部材１０４、第２受光側レンズ２０３および受光器４００を抜き出し、第１光学系１０ａによる計測が実施されている状態を示す概略図である。まず、このときの第１光学系１０ａについて、被検面５００上（対象面上）の第１計測領域１２１は、第１受光領域１２０の任意の点から反射部材１０４と第１受光側レンズ１０３とを介し被検面５００に光を向かわせたと仮定したときに到達する位置の集合である。これに対し、被検面５００上の第２非計測領域２２３は、実際の計測には不要な領域であって、第１受光領域１２０の任意の点から第２受光側レンズ２０３を介し被検面５００に光を向かわせたと仮定したときに到達する位置の集合である。すなわち、第２非計測領域２２３は、被検面５００で発生した拡散反射光が第２受光側レンズ２０３を介して第１受光領域１２０に入射し得る領域である。なお、図１（ｂ）中に示す不要光２２２は、第２非計測領域２２３の最外周光を示している。すなわち、図１（ａ）に示すように第１計測領域１２１と第２非計測領域２２３とが離れていれば、第１光学系１０ａを用いた計測の際に、第１計測領域１２１で発生する拡散反射光が第１受光領域１２０に入射することはない。

一方、図１（ｃ）は、図１（ａ）から第１受光側レンズ１０３、反射部材１０４、第２受光側レンズ２０３および受光器４００を抜き出し、第２受光角θ２の第２光学系１０ｂによる計測が実施されている状態を示す概略図である。まず、このときの第２光学系１０ｂについて、被検面５００上の第２計測領域２２１は、第２受光領域２２０の任意の点から第２受光側レンズ２０３を介し被検面５００に光を向かわせたと仮定したときに到達する位置の集合である。これに対し、被検面５００上の第１非計測領域１２３は、第２受光領域２２０の任意の点から被検面５００に光を向かわせたと仮定したときに到達する位置の集合である。すなわち、第１非計測領域１２３は、被検面５００で発生した拡散反射光が第１受光側レンズ１０３と反射部材１０４とを介して第２受光領域２２０に入射し得る領域である。なお、第１Ａ非計測領域１２３ａは、反射部材１０４と第１受光側レンズ１０３とを介して到達する位置の集合であり、図１（ｃ）中に示す不要光１２２ａは、第１Ａ非計測領域１２３ａの最外周光を示している。一方、第１Ｂ非計測領域１２３ｂは、反射部材１０４を介さずに、第１受光側レンズ１０３を直接介して到達する位置の集合であり、図１（ｃ）中に示す不要光１２２ｂは、第１Ｂ非計測領域１２３ｂの最外周光を示している。すなわち、図１（ａ）に示すように第２計測領域２２１と第１非計測領域１２３とが離れていれば、第２光学系１０ｂを用いた計測の際に、第２計測領域２２１で発生する拡散反射光が第２受光領域２２０に入射することはない。

次に、光学系１０を含む光沢計１による光沢度計測について説明する。図２は、光沢計１による光沢度計測の流れを示すフローチャートである。まず、制御部７００は、受光器４００のバックグラウンドノイズを計測し、その情報を記憶装置７００ａに記録する（ステップＳ１０１）。このとき、制御部７００は、第１光源１００および第２光源２００の状態をＯＦＦとし、この状態で、受光器４００が受光した光量をモニタする。この光量に係る情報（第１光量情報）は、記憶装置７００ａに記録される。なお、バックグラウドノイズが十分に小さいと判断されるときは、このステップＳ１０１を省略しても構わない。

次に、制御部７００は、第１光学系１０ａを用いて光沢度を予備計測し、本計測時に好適な光量および照射時間を決定する（ステップＳ１０２）。このとき、第１光源１００の状態は、ＯＮであり、第２光源２００の状態は、ＯＦＦである。ここで、制御部７００は、まず、第１光源１００を一定時間発光させつつ受光器４００のサチレーションを確認し、サチレーションが発生しない発光光量まで光量を下げる。次に、制御部７００は、第１光源１００の光量、受光器４００の受光量および受光器４００のダイナミックレンジに基づいて好適な光量を決定する。また、制御部７００は、ステップＳ１０１で取得されたノイズに係る光量情報と受光器４００の最低光量とを参照して好適な照射時間を決定する。

次に、制御部７００は、第２光学系１０ｂを用いて光沢度を予備計測し、第１光学系１０ａについてのステップＳ１０２と同様に、本計測時に好適な光量および照射時間を決定する（ステップＳ１０３）。このとき、第２光源２００の状態は、ＯＮであり、第１光源１００の状態は、ＯＦＦである。なお、第２光学系１０ｂについての光量と照射時間の決定は、必ずしも予備計測によるものに限られず、例えば、決定時間の短縮のために、ステップＳ１０２で決定された第１光学系１０ａについての光量および照射時間を参照し、おおよその値に決定してもよい。

次に、制御部７００は、ステップＳ１０２にて決定された光量および照射時間として、第１光学系１０ａを用いて光沢度を本計測する（ステップＳ１０４）。このとき、第１光源１００の状態は、ＯＮであり、第２光源２００の状態は、ＯＦＦである。ここで、制御部７００は、受光器４００が受光した光量に係る情報（第２光量情報）を記憶装置７００ａに記録する。なお、制御部７００は、計測時間の短縮のために、受光器４００から第１受光領域１２０の画素に当たる部分の光量情報のみを取得してもよいし、画素を間引いて取得してもよい。

次に、制御部７００は、ステップＳ１０３にて決定された光量および照射時間として、第２光学系１０ｂを用いて光沢度を本計測する（ステップＳ１０５）。このとき、第２光源２００の状態は、ＯＮであり、第１光源１００の状態は、ＯＦＦである。ここで、制御部７００は、受光器４００が受光した光量に係る情報（第３光量情報）を記憶装置７００ａに記録する。ここでも、制御部７００は、ステップＳ１０４と同様に、計測時間の短縮のために、受光器４００から第２受光領域２２０の画素に当たる部分の光量情報のみを取得してもよいし、画素を間引いて取得してもよい。

次に、制御部７００は、上記各工程で得られた第１〜第３光量情報に基づいて光沢度を導出する（ステップＳ１０６）。具体的には、第２光量情報から第１光量情報１を減算し、例えばＪＩＳ−Ｚ８７４１に定められている演算処理を実行することで、第１光学系１０ａによる第１光沢度を取得し得る。同様に、第３光量情報から第１光量情報１を減算して演算処理を実行することで、第２光学系１０ｂによる第２光沢度を取得し得る。なお、光沢度の算出に採用される演算処理は、上記国際規格で規定されている方法のみならず、国際規格以外の方法でもよい。国際規格以外の算出方法としては、例えば、被検面５００の変角反射光分布特性を計測により取得して、この変角反射光分布特性の半値全幅を正反射近傍光強度として正反射光強度とともに求め、これらに基づいて光沢度を算出する方法がある。または、ある入射角で被検面５００に対して光を照射し、散乱光強度の角度分布関数を計測により取得して、この角度分布関数の散乱角に関する微分値に基づいて光沢度を算出する方法がある。

そして、制御部７００は、ステップＳ１０６にて得られた光沢度を出力する（ステップＳ１０７）。このとき、制御部７００は、例えば、表示装置７１０へ光沢度情報を送信して表示させる。これ以外にも、制御部７００は、例えば、光沢度情報を信号回線を通じて外部に送信してもよいし、記憶装置７００ａに記録し続けてもよい。

なお、上記各工程の流れは、これに限定されるものではなく、適宜前後してもよい。例えば、ステップＳ１０１としたバックグラウンドノイズを計測および記録する工程は、ステップＳ１０６での光沢度算出工程の前に実行される範囲でどのときに実行されるものでも構わない。また、ステップＳ１０６とした光沢度算出工程の一部は、他の工程中に並行して実行されてもよい。

ここで、被検面５００と受光系との間の光学距離、投光系から出射された光が被検面５００に照射される照射領域、または受光系の有効瞳径の各条件によっては、受光系開き角で規定される正反射光近傍の反射光（以下「近傍反射光」という。）が取り込まれないことがある。光沢度を導出する際には、近傍反射光を取り込むものとすることが望ましい。そこで、以下、近傍反射光を好適に取り込み可能とする条件について説明する。

図３は、近傍反射光の取り込み条件を説明するための概略図であり、入射面を切断面（国際規格でいう角度αの方向のなす平面）とした、第１光学系１０ａにおける被検面５００から受光器４００までの光学配置を示すものである。照射領域１３１は、第１光源１００から出射した光が第１投光側レンズ１０２を介して被検面５００に照射される領域である。反射光光束１３２は、照射領域１３１で角度αの方向に反射した光であり、第１受光側レンズ１０３を介して受光器４００に集光される。なお、角度α＝０度のとき、鏡面反射である。ここで、鏡面反射のときの光軸をｘ軸とし、入射面内においてｘ軸に垂直で第１受光側レンズ１０３の主点を通る直線をｙ軸とする。また、被検面５００への入射面内における入射光束径がσであり、第１受光側レンズ１０３の入射面内における有効瞳径がＤであるとする。その上で、照射領域１３１のｙ軸方向の長さをσ_αとし、第１受光側レンズ１０３のｙ軸方向の有効瞳径をＤ_αとし、ｘ軸と照射領域１３１との交点と原点Ｏとの距離をｄとし、受光角をγとすると、反射光光束１３２の大きさＬαは、以下のように定義される。

ただし、ｌαは、式（２）で表される。

式（１）から、角度αの方向に反射する光を受光器４００で受光するには、σ_α、Ｄ_α、ｄ、γの各値がＬα＞０を満たすときのものであればよい。国際規格では、受光角γに対する受光系開き角が規定されている。この規定されている受光系開き角をα_２とすると、受光系開き角α_２内で近傍反射光を取り込むには、式（１）を変形して得られる式（３）で表される条件を満たせばよい。

ＩＳＯ規格２８１３、ＩＳＯ規格７６６８、ＪＩＳ−Ｚ８７４１およびＡＳＴＭ−Ｄ５２３に規定されている条件に合わせると、受光角γ＝２０度のとき、受光系開き角α_２＝１．８０である。したがって、光学系１０は、式（４）で表される条件を満たせば、角度αの方向に反射する光を取り込むことができる。

同様に、受光角γ＝４５度、６０度、７５度、８５度のとき、受光系開き角α_２＝４．４、４．４、１１．５、４．０であるから、光学系１０は、式（５）〜（８）で表される条件をそれぞれ満たせば、角度αの方向に反射する光を取り込むことができる。

また、ＡＳＴＭ−Ｅ４３０で規定されているヘイズ２０度を計測するには、受光角θ＝２０度で受光系開き角α_２＝２．８とすればよいので、光学系１０は、式（９）で表される条件を満たせば、ヘイズ２０度を正確に計測し得る。

このように、光学系１０は、まず、異なる複数の受光角θ１、θ２に対して同一の受光器４００を用いるので、複数の受光角のそれぞれに合わせた専用の受光器を用いる従来に比べ、受光器の設置数を減少させる、すなわち構成を簡略化させることができる。また、光学系１０は、上記のような配置とすることで、複数の受光角での計測に対応させつつ、受光器４００の情報（出力）に含まれ得るノイズを低減できるので、情報取得の精度が向上する。

以上のように、本実施形態によれば、構成の単純性および計測の正確性の点で有利な光学系を提供することができる。また、この光学系を用いた光沢計によれば、光沢計自体の構成の単純性の点にも有利であることに加え、受光器４００（光学系１０）からのノイズが低減された情報に基づいて光沢度を求めるので、計測して得られる光沢感の把握の正確性も向上する。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態に係る光学系、およびそれを用いた光沢計について説明する。図４は、本実施形態に係る光学系２０を含む光沢計２の構成を示す概略図である。第１実施形態では、各受光側レンズ１０３、２０３や反射部材１０４等の配置が適切に設定された光学系１０を有する光沢計１を例示した。これに対して、本実施形態に係る光学系２０および光沢計２の特徴は、第１実施形態に係る光学系１０の構成（配置）に加え、受光器４００の受光面４００ａの表面近傍に遮光部材を有する点にある。なお、本実施形態における光沢計２では、第１実施形態における光沢計１と同一構成のものには同一の符号を付し、説明を省略する。

遮光部材４５０は、各受光領域１２０、２２０に影響を与えない範囲で、第１受光領域１２０の任意の点から第２受光側レンズ２０３が見えない位置、かつ第２受光領域２２０の任意の点から第１受光側レンズ１０３が見えない位置に設置される。また、遮光部材４５０は、例えば、遮光性の板材とし得る。遮光部材４５０では、入射角の大きさに関わらず反射率をゼロに近づけるため、例えば、表面に黒色メッキ処理を施し反射率を低減したり、シボ加工などの表面加工を施して光を拡散したりすることが望ましい。または、遮光部材４５０は、ブレーズド型のような指向性のある反射特性を持つ構造体を有し、ゴーストを低減するものであってもよい。これにより、計測の際に使用していない方の受光側レンズから、計測に使用されている受光領域に反射光が進入しようとしたとしても、遮光部材４５０は、その反射光を好適に遮蔽する。

このように、本実施形態によれば、第１実施形態と同様の効果を奏しつつ、その確実性が向上する。なお、上記説明した遮光部材４５０の設置位置の条件は、必ずしも満たさなければならないものではない。例えば、第１受光領域１２０の任意の点から第２受光側レンズ２０３の一部が見える場合や、第２受光領域２２０の任意の点から第１受光側レンズ１０３の一部が見える場合であっても、第１実施形態の条件を満たす限り一定の効果を奏する。また、遮光部材４５０は、図４に示すような板材に限られず、適切に反射光の進行方向を規定し得るものであれば、例えば、アパーチャー（開口を有する部材）や鏡筒などとすることもあり得る。

（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態に係る光学系、およびそれを用いた光沢計について説明する。図５は、本実施形態に係る光学系３０を含む光沢計３の構成を示す概略図である。第１実施形態では、異なる２つの受光角θ１、θ２で、かつ１つの受光器４００で計測を行う光学系１０を有する光沢計１を例示した。これに対して、本実施形態に係る光学系３０および光沢計３の特徴は、第１実施形態における各光学系１０ａ、１０ｂに加え、第１受光角θ１および第２受光角θ２とは異なる第３受光角（第３反射角）θ３を有する第３光学系１０ｃを含む点にある。なお、本実施形態における光沢計３では、第１実施形態における光沢計１と同一構成のものには同一の符号を付し、説明を省略する。

第３光学系１０ｃは、第３光源３００と、第３投光系としての第３投光側レンズ３０２と、第３受光系としての第３受光側レンズ３０３と、上記の受光器４００とは異なる第２受光器６００とを含む。第３光源３００は、第３投光側レンズ３０２に光を照射する。第３投光側レンズ３０２は、第３反射光を生成するために、第３光源３００から出射された光をコリメートし被検面５００に入射させる。第３受光側レンズ３０３は、被検面５００で反射された反射光のうち正反射光およびその近傍の反射光を第２受光器６００に入射させる。第３投光側レンズ３０２と第３受光側レンズ３０３とは、正反射配置の関係にある。本実施形態では、一例として、第３光学系１０ｃにおける被検面５００上の光軸３１０の始点と、第２光学系１０ｂにおける被検面５００上の光軸２１０の始点とが略同位置としており、各受光角は、θ１＜θ２＜θ３の関係にある。なお、構成のコンパクト化のために、投光系または受光系は、偏向部材を用いて折り曲げた光路を形成するものとしてもよい。そして、第３光学系１０ｃも、第１実施形態で説明した各光学系１０ａ、１０ｂと同様に、投光系開き角３１３、受光系開き角３１４および第３受光領域３２０が設定される。なお、第３光源３００や第２受光器６００自体は、第１実施形態にて説明した各光源１００、２００または受光器４００と同種のものを採用し得る。

ここで、本実施形態に係る光学系３０において、例えば、３つの受光角θ１〜θ３をそれぞれ２０度、６０度、８５度に設定すれば、ＩＳＯ規格２８１３、ＡＳＴＭ−Ｄ５２３およびＪＩＳ−Ｚ８７４１に適合する。または、３つの受光角θ１〜θ３をそれぞれ２０度、４５度、６０度に設定すれば、ＩＳＯ規格７６６８、ＡＳＴＭ−Ｄ２４５７およびＪＩＳ−Ｚ８７４１に適合する。または、３つの受光角θ１〜θ３のいずれかを７５度に設定すれば、特に紙を用途とする光沢度の計測規格ＪＩＳ−Ｚ８７４１に適合する。さらには、光沢感を正確に把握するために、例えば、被検面５００内の第１受光角θ１および第２受光角θ２とは異なる方向に第３受光角θ３を設定すれば、被検面５００の光沢の異方性を計測することができる。

このように、本実施形態によれば、第１実施形態と同様の効果を奏するとともに、より詳細に光沢感を把握したり、光沢度の別の指標を計測したりすることができる。なお、本実施形態に係る光学系３０は、３つの光学系を含むが、第３光学系１０ｃのような光学系をさらに増やしてもよいし、または、第１実施形態の光学系１０を構成する２つの光学系を複数組み合わせたものとすることもあり得る。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、これらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形および変更が可能である。

１０ 光学系
１００ 第１光源
１０３ 第１受光側レンズ
２００ 第２光源
２０３ 第２受光側レンズ
４００ 受光器

Claims (9)

1. 光源と、
   受光器と、
   対象面での第１反射角の第１反射光を前記受光器に受光させる第１受光系と、
   前記対象面での前記第１反射角とは異なる第２反射角の第２反射光を前記受光器に受光させる第２受光系と、を有し、
   前記対象面での反射光のうち前記第１受光系を介した光に関する前記受光器の第１受光領域は、当該反射光のうち前記第２受光系を介した光に関する前記受光器の第２受光領域とは離れている、
   ことを特徴とする光学系。
2. 前記第１反射光を生成するための第１投光系と、前記第２反射光を生成するための第２投光系とを含み、
   前記第１受光系は、前記第１反射光を前記受光器に向けて偏向させる偏向部材を含む、
   ことを特徴とする請求項１に記載の光学系。
3. 前記第１反射光は、前記第１投光系から前記対象面に入射する光の正反射光を含み、
   前記第２反射光は、前記第２投光系から前記対象面に入射する光の正反射光を含む、
   ことを特徴とする請求項２に記載の光学系。
4. 前記第１受光領域の任意の点から前記第１受光系を経て前記対象面に向かわせた場合に該対象面上に到達する光の位置の集合としての計測領域と、前記任意の点から前記第２受光系を経て前記対象面に向かわせた場合に該対象面上に到達する光の位置の集合としての領域とが離れているように、前記第１受光系と前記第２受光系とが構成されている、
   ことを特徴とする請求項２に記載の光学系。
5. 前記第２受光系を介して前記第１受光領域に向かう光を遮る遮光部材を有する、
   ことを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の光学系。
6. 第２受光器と、
   前記第１反射角および前記第２反射角とは異なる第３反射角の第３反射光を前記第２受光器に受光させる第３受光系と、を有する、
   ことを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の光学系。
7. 前記第３反射光を生成するための第３投光系を含み、
   前記第３反射光は、前記第３投光系から前記対象面に入射する光の正反射光を含む、
   ことを特徴とする請求項６に記載の光学系。
8. 前記第１反射角または前記第２反射角は、２０度、４５度、６０度、７５度、８５度のうちのいずれかである、ことを特徴とする請求項１に記載の光学系。
9. 対象面の光沢度を計測する光沢計であって、
   請求項１ないし請求項８のうちいずれか１項に記載の光学系と、
   前記光学系により取得された情報に基づいて前記光沢度に関する情報を得る処理部と、
   を有することを特徴とする光沢計。

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