JP2023025303A - 光学特性評価装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高い空間解像度で撮像できるが分光データを取得できないとか、分光データを取得できるが高い空間解像度でデータを取得できないという課題を、装置の大型化と測定時間の増加を抑えた上で解決できる光学特性測定装置を提供する。【解決手段】照明手段１からの可視光領域を含む波長帯に強度を持った照明光で、測定対象物１００の表面を局所的に照明したときの、測定対象物の表面より出射される光のうち、照明箇所１１の一部もしくは全部からの光と、照明箇所付近の直接照明されていない箇所１３からの光のどちらもを含む測定範囲１２を一次元的に空間分解し、空間分解された各測定箇所から取り込んだ光を分光して撮像手段５により受光し撮像する。【選択図】図１

Description

この発明は、測定対象物の表面に入射した光の表面下拡散の測定に用いられる光学特性測定装置に関する。

プラスチックや肌などの半透明物質では、物体に入射した光が表面下で散乱・拡散し、光が物体内に入射した箇所から離れた位置で出射する表面下散乱が起こる。この現象は透明度といったものの見え方に影響を与えるため、その表面下散乱の長さといった物理は、色空間におけるL*a*b*等の情報と同様に、物質のアピアランス特性を明らかにする上で重要である。

上記表面下散乱は、ものの見え方をヴァーチャルに再現するレンダリングの分野でよく研究されている。透明度を有する材料は身の回りに溢れており(大理石、肌、プラスチックなど)、そのアピアランスを正確に再現するためには表面下散乱の情報が必要となる。

また、表面下散乱は測色計の分野で度々問題となってきた”エッジロス”の補正に使える可能性がある。エッジロスは照明した光が検出領域の外側まで染み出してしまうことで生じる問題であるためである。この問題は特に異なる光学ジオメトリを有する測定器間の互換性において大きな問題となってきておりその補正には一定の需要がある。

さらに、表面下散乱の測定はコンピュータカラーマッチング（Computer Color Matching (CCM)）の教師データの特徴量の一つとして有用である可能性がある。これまでCCMは色情報の入力しかなかったが、表面下散乱の情報を入力データに追加することで、より少ない教師サンプル数で正確な混合色推定が可能になる可能性がある。もしくはより正確な混色推定が可能となる可能性がある。

表面下散乱の測定において、その特性は材料により異なるため、幅広い材料で検知するためには、十分に広い空間測定レンジと十分に高い空間分解能を、同時に有することが望ましい。加えて、サンプル内を拡散する光は、色素による吸収や微粒子によるレイリー散乱など光の波長に依存した過程を経るため、表面下散乱測定は波長分解測定であることが望ましい。

従来、表面下拡散長を検出するために、非特許文献１には、被測定物を特定方向から点光源がサンプル上でフォーカスするよう照明し、照らされたサンプルを別角度に固定されたRGBカメラで測定し、フォーカス点を通過するカメラ角度に直行した一次元を解析することで表面下散乱を測定することが記載されている。

また、別の表面下散乱の測定方法として、非特許文献２には、複数のファイバーを利用することで光が横拡散する空間情報を捉え、さらに出射側のファイバーを分光イメージングユニットに接続することで分光まで行う方法が提案されている。

SIGGRAPH '01 Proceedings of the 28th annual conference on Computer graphics and interactive techniques Pages 511-518, H. W. Jensen et. al., "A Practical Model for Subsurface Light Transport" 日本色彩学会誌/42 巻 (2018) 3+ 号, 分光応用技術研究所 高松操 松本和二, 空間分解分光(SRS)法を用いた肌の透明度測定装置の開発, https://www.jstage.jst.go.jp/article/jcsaj/42/3+/42_83/_article/-char/ja/

しかし、非特許文献１に記載の技術では、RGBカメラを利用しているため、表面拡散光の分光データを取得できず、また仮にRGBカメラの代わりに分光カメラを使用した場合でも、測定時間の増加や装置大型化が懸念される、という課題がある。

また非特許文献２に記載の技術での表面下散乱測定では、ファイバーの大きさ・個数により拡散長さの解像度・測定範囲が決まり、空間的に細かい測定を行うことが困難である、
という課題がある。

この発明は、このような技術的背景に鑑みてなされたものであって、高い空間解像度で撮像できるが分光データを取得できないとか、分光データを取得できるが高い空間解像度でデータを取得できないという課題を、装置の大型化と測定時間の増加を抑えた上で解決できる光学特性測定装置の提供を目的とする。

上記目的は、以下の手段によって達成される。
（１）物体内部における光の表面下散乱を測定する光学特性測定装置であって、可視光領域を含む波長帯に強度を持った照明光で、測定対象物の表面を局所的に照明するための少なくとも１つの照明手段と、前記照明光で照明された前記測定対象物の表面より出射される光のうち、照明箇所の一部もしくは全部からの光と、照明箇所付近の直接照明されていない箇所からの光のどちらをも含む測定範囲を一次元的に空間分解して撮像できる撮像手段と、前記撮像手段の上流側において、前記空間分解された各測定箇所から取り込んだ光を分光する分光手段と、を備え、前記撮像手段は、前記分光手段で分光された波長毎の光を受光することを特徴とする光学特性測定装置。
（２）前記照明手段は１つである前項１に記載の光学特性測定装置。
（３）前記照明手段は２つ以上であり、各照明手段が前記測定対象物の照明箇所に対して対称に配置されている前項１に記載の光学特性測定装置。
（４）前記照明手段により異なる角度から前記測定対象物の表面を照明し、前記撮像手段は、異なる角度で照明されたときの光をそれぞれ受光して撮像する前項１に記載の光学特性測定装置。
（５）局所的に照明とは、測定対象物の表面上での照明強度の空間分布が矩形もしくは矩形に近い形である前項１～４のいずれかに記載の光学特性測定装置。
（６）前記分光手段が分光する波長領域は、３００－８００ｎｍの範囲内の領域である前項１～５のいずれかに記載の光学特性測定装置。
（７）前記分光手段が分光する波長分解能は３０ｎｍよりも細かい前項１～６のいずれかに記載の光学特性測定装置。
（８）一次元的に空間分解された測定範囲は１ｍｍよりも大きい前項１～７のいずれかに記載の光学特性測定装置。
（９）一次元的に空間分解された測定範囲の分解能は０．１ｍｍよりも細かい前項１～８のいずれかに記載の光学特性測定装置。
（１０）一次元的な空間分解における一次元方向とは、前記照明手段から前記照明箇所への照射光の光軸を含み測定対象物の表面と交差する鉛直面に対して、測定対象物の表面上で平行もしくは垂直な方向である前項１～９のいずれかに記載の光学特性測定装置。
（１１）測定対象物の表面からの正反射光の取り込みを防止する正反射光除去機構を備えている前項１～１０のいずれかに記載の光学特性測定装置。
（１２）前記正反射光除去機構は、測定対象物の表面への入射光とその正反射光とを、角度的に検出しないように、前記照明手段と前記撮像手段の位置関係が設定されることによるものである前項１１に記載の光学特性測定装置。
（１３）前記正反射光除去機構は、照明手段側を直線偏光に変更し、受光側にその偏光と垂直なもののみを抽出する機構により構成されている前項１１に記載の光学特性測定装置。
（１４）前記撮像手段による撮像回数は、前記照明手段の数と同じかもしくはそれ以下の回数である前項１～１３のいずれかに記載の光学特性測定装置。
（１５）前記撮像手段により得られた各画素の画素値より、光の表面下散乱に関する一つ以上のパラメーターを算出する演算部を備えている前項１～１４のいずれかに記載の光学特性測定装置。
（１６）前記パラメーターは、表面下散乱の散乱長を特徴づける値である前項１５に記載の光学特性測定装置。
（１７）前記パラメーターは、コンピュータグラフィックにおけるレンダリングの入力値である前項１５または１６に記載の光学特性測定装置。
（１８）前記パラメーターは、エッジロスの補正係数である前項１５または１６に記載の光学特性測定装置。
（１９）前記パラメーターは、コンピュータカラーマッチングの入力値である前項１５または１６に記載の光学特性測定装置。
（２０）前記演算部は、外部のパーソナルコンピュータによって構成されている前項１５～１９のいずれかに記載の光学特性測定装置。
（２１）前記照明手段、撮像手段及び分光手段を収容する筐体を備え、前記筐体には、前記測定対象物の表面に照明光を照射し、測定対象物の表面より出射される光を取り込むための開口と、測定結果を表示するための表示手段を備えている前項１～２０のいずれかに記載の光学特性測定装置。
（２２）測色装置に内蔵されている前項１～２１のいずれかに記載の光学特性測定装置。

前項（１）に記載の発明によれば、可視光領域を含む波長帯に強度を持った照明光で、測定対象物の表面を局所的に照明したときの、測定対象物の表面より出射される光のうち、照明箇所の一部もしくは全部からの光と、照明箇所付近の直接照明されていない箇所からの光のどちらもを含む測定範囲を一次元的に空間分解し、空間分解された各測定箇所から取り込んだ光を分光して撮像手段により受光し撮像するから、光の表面下散乱の様子を高い空間解像度で、しかも波長分解した状態で迅速に取得することができる。また、大がかりな構成は不要であるから、装置の大型化を防ぐことができる。

前項（２）に記載の発明によれば、１つの照明手段を用いて光の表面下散乱の様子を測定することができる。

前項（３）に記載の発明によれば、照明手段は２つ以上であり、各照明手段が測定対象物の照明箇所に対して対称に配置されているから、照明箇所及びその付近の異方性を相殺でき、より精度の高い測定が可能となる。

前項（４）に記載の発明によれば、照明手段により異なる角度から測定対象物の表面を照明して撮像することで、多角度での情報を取得でき、さらに詳細な測定が可能となる。

前項（５）に記載の発明によれば、局所的に照明とは、測定対象物の表面上での照明強度の空間分布が矩形もしくは矩形に近い形であるから、照明箇所と直接照明されていない箇所との境界が明確になり、光の表面下散乱の精度の高い測定が可能となる。

前項（６）に記載の発明によれば、３００－８００ｎｍの範囲内の波長領域で測定が行われる。

前項（７）に記載の発明によれば、３０ｎｍよりも細かい波長分解能で高精度な測定が行われる。

前項（８）に記載の発明によれば、１ｍｍよりも大きい測定範囲を一次元的に空間分解して撮像が行われる。

前項（９）に記載の発明によれば、一次元的に空間分解された測定範囲の分解能は０．１ｍｍよりも細かいから、精度の高い測定を行うことができる。

前項（１０）に記載の発明によれば、照明手段から照明箇所への照射光の光軸を含み測定対象物の表面と交差する鉛直面に対して、測定対象物の表面上の平行もしくは垂直な方向において、測定が行われる。

前項（１１）に記載の発明によれば、測定対象物の表面からの正反射光の取り込みが防止されるから、正反射光による影響を受けることなく、光の表面下散乱の様子を測定することができる。

前項（１２）に記載の発明によれば、測定対象物の表面への入射光とその正反射光とを、角度的に検出しないように、照明手段と撮像手段の位置関係が設定されるから、簡易な方法で正反射光を除去できる。

前項（１３）に記載の発明によれば、照明手段側を直線偏光に変更し、受光側にその偏光と垂直なもののみを抽出する機構により、正反射光を確実に除去できる。

前項（１４）に記載の発明によれば、撮像手段による撮像回数は、前記照明手段の数と同じかもしくはそれ以下の回数であるから、高速な測定が可能となる。

前項（１５）に記載の発明によれば、撮像手段により得られた各画素の画素値より、光の表面下散乱に関する一つ以上のパラメーターを算出できる。

前項（１６）に記載の発明によれば、撮像手段により得られた各画素の画素値より、表面下散乱の散乱長を特徴づける値を算出できる。

前項（１７）に記載の発明によれば、撮像手段により得られた各画素の画素値より、コンピュータグラフィックにおけるレンダリングの入力値を算出できる。

前項（１８）に記載の発明によれば、撮像手段により得られた各画素の画素値より、エッジロスの補正係数を算出できる。

前項（１９）に記載の発明によれば、撮像手段により得られた各画素の画素値より、コンピュータカラーマッチングの入力値を算出できる。

前項（２０）に記載の発明によれば、外部のパーソナルコンピュータによって、光の表面下散乱に関する一つ以上のパラメーターを算出できる。

前項（２１）に記載の発明によれば、コンパクトな光学特性測定装置とすることができる。

前項（２２）に記載の発明によれば、表面下拡散の測定を行うことができる測色装置を提供できる。

この発明の一実施形態に係る光学特性測定装置の構成を示すブロック図である。 （Ａ）（Ｂ）は、照明箇所と測定範囲の関係を説明するための図である。 図１のブロック図に示した光学特性測定装置の照明手段、分光手段、撮像手段等の実際の配置関係を示す図である。 一次元的な空間分解における一次元方向を説明するための図で、（Ａ）は測定対象物の上面図、（Ｂ）は２次元光電変換素子の画素面を示す図、（Ｃ）は、一次元的な空間分解方向がＸ方向であるときの空間分解能毎の、波長５００ｎｍと７００ｎｍについての光の強度の一例を示す図である。 一次元的な空間分解における一次元方向についての他の例を説明するための図で、（Ａ）は測定対象物の上面図、（Ｂ）は２次元光電変換素子の画素面を示す図である。 偏光により正反射光を除去する例を示す図である。 偏光により正反射光を除去する他の例を示す図である。 この発明の他の実施形態に係る光学特性測定装置の構成を示す図である。 この発明のさらに他の実施形態に係る光学特性測定装置の構成を示す図である。 内部反射光の輝度分布の一例を示す図である。 （Ａ）は通常の測色(表面下散乱の効果を考慮しない測定)では表現できない測定対象物の表面状態の一例を示す図、（Ｂ）は質感をより忠実に再現した測定対象物の表面状態を示す図である。 （Ａ）（Ｂ）はエッジロスを説明するための図である。 この発明の一実施形態に係る光学特性測定装置の外観を示す斜視図である。

以下、この発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

図１はこの発明の一実施形態に係る光学特性測定装置の構成を示すブロック図である。光学特性測定装置は、１つの照明部１を備え、照明部１からの光をレンズ２を介して集光し、測定対象物１００の表面を照明するようになっている。

照明部１による照明光は、可視光領域を含む波長帯に強度を持った照明光であり、レンズ２の作用とも相俟って測定対象物１００の表面を局所的に照明する。局所的に照明とは、測定対象物１００の表面における照明箇所と照明箇所付近の直接照明されていない箇所との差が明確であることを意味する。具体的には、限定はされないが、測定対象物１００の表面上での照明強度の空間分布が、照明箇所と直接照明されていない箇所との境界で立下がる矩形もしくは矩形に近い形であるのが望ましい。これにより、光の表面下散乱の精度の高い測定が可能となる。

測定対象物１００の表面の照射箇所に照明された光が、測定対象物１００の表面下に侵入し、光が拡散する空間的な様子を、レンズ３を介して分光部４により波長分解した形で、撮像手段としての２次元光電変換素子５により受光し撮像してデータを取得する。このとき測定対象物１００の表面と２次元光電変換素子５は共役関係にあることが望ましいが、限定はされない。また、２次元光電変換素子５の受光範囲（測定範囲）は、限定はされないが、測定対象物１００の表面上で１ｍｍ以上とするのが良く、この測定範囲で測定対象物１００からの光を一次元的に空間分解して受光する。空間分解能は測定精度を高くするため０．１ｍｍより小さいことが望ましいが、その限りではない。

図２（Ａ）に示すように、２次元光電変換素子５により撮像される測定範囲１２には、照明光で照明された測定対象物１００の表面より出射される光のうち、照明箇所１１の全部からの光と、照明箇所付近の直接照明されていない非照明箇所１３からの光のどちらもが含まれる。あるいは、図２（Ｂ）に示すように、照明箇所１１の一部からの光と、照明箇所付近の直接照明されていない非照明箇所１３からの光のどちらもが含まれる。つまり、照明箇所１１からの光は、照明箇所１１の一部であっても全部であっても良いが、いずれの場合も、照明箇所付近の直接照明されていない非照明箇所１３からの光が測定範囲１２に含まれる。

分光部４は、２次元光電変換素子５上での分光方向が測定方向と垂直な方向となるように波長分解する。分光部４は、回折格子によってでも良いし、リニアバリアブルフィルター（Liner Variable Filter (LVF)）などを利用したフィルター方式であっても良いが、３００－８００ｎｍの範囲内の波長領域、特に可視光領域である４００－７００ｎｍ程度の範囲内の波長領域を３０ｎｍよりも細かい波長分解能で分解できることが望ましい。このような波長分解能により高精度な測定を行うことができる。

分光された各波長の光を２次元光電変換素子５の各画素により受光して光電変換された撮像データとしての電気信号は、図示しない電流－電圧変換回路（IV変換回路）、アナログ－デジタル変換回路（AD変換回路)を通じてデジタル信号とされ、演算部６で演算処理に供される。表示部７は演算結果を表示する。演算部６での演算処理については後述する。

ここで、上記空間分解能と光の表面下散乱長との関係性について述べる。表面下散乱についての先行研究によれば、例えば試料が肌である場合、照明箇所から０．３ｍｍ程度で光量は１／２となり、１．０ｍｍ程度で１／４程度となる。そのため、空間分解能は０．１ｍｍ以下であることが望ましく、測定範囲は１．０ｍｍ以上であることが望ましい。

また、その撮像範囲は光源により直接照明されている照明箇所１１以外の非照明箇所１３だけで１．０ｍｍ以上であることが望ましい。また照明強度の空間分布は矩形に近いことが望ましく、矩形形状と比べたときのボケ量が０．１ｍｍ以下であることが望ましい。

このように、この実施形態に係る光学特性測定装置は、光の表面下散乱の様子を高い空間解像度で、しかも波長分解した状態で迅速に取得することができる。また、大がかりな構成は不要であるから、装置の大型化を防ぐことができる。

図１のブロック図に示した光学特性測定装置の照明部１、分光部４、２次元光電変換素子５等の実際の配置関係の一例を図３に示す。図３では、照明側が測定対象物１００の法線より傾いており、受光側が法線方向にあるが、この配置に限定されることはない。また、測定対象物１００と２次元光電変換素子５とは共役となるようレンズが設計されている。

図３に示した実施形態では、可視光領域に強度を持つ照明部１からの照明光を、レンズ２により測定対象物１００の表面にフォーカスさせ局所的に照射し、照射箇所１１とその付近の非照明箇所１３の表面から出力される光を空間一次元的に取得し、一次元回折格子等の分光部４により分光した後、２次元光電変換素子５により電気信号に変換する。直接照明されていない非照明箇所１３も測定することで、照明箇所１１に侵入した光が測定対象物１００の表面下で散乱する様子を測定することができる。従って、一度の撮像により、光の表面下散乱の様子を波長別に取得することが可能となる。

また、測定対象物１００の表面への正反射光３０が検出されると、表面下散乱の測定精度が低下するため、正反射光３０を角度的に検出しないように、照明部１(照明側）と２次元光電変換素子５（受光側）の位置関係が設定されている。図３の例では、照明側がサンプル法線より傾いており、受光側が法線方向にあるが、その配置に限定されるものではない。

一次元的な空間分解における一次元方向、換言すれば測定範囲１２の延びる方向は、照明部１から照明箇所１１へ照射される照射光の光軸を含み測定対象物１００の表面と鉛直に交差する面に対して、測定対象物１００の表面上で平行もしくは垂直な方向である。

図４（Ａ）に示す測定対象物１００の上面図において、左右方向をＸ方向、上下方向をＹ方向とすると、図４（Ｂ）に示す２次元光電変換素子５における画素面の左右方向がＸ方向、上下方向が波長λ方向となり、上記鉛直に交差する面に対して平行な方向はＸ方向となる。図４（Ａ）では測定範囲１２がＸ方向に延びていることを示している。なお、測定範囲１２の方向は面内（in-plane）方向でも面外（out-plan）方向でも良い。一次元的な空間分解方向がＸ方向であるときの空間分解能毎の、波長５００ｎｍと７００ｎｍについての光の強度の一例を図４（Ｃ）に示す。

図５は、一次元的な空間分解方向がＹ方向であるときの状態を示すものであり、同図（Ａ）は測定対象物１００の上面図、同図（Ｂ）は２次元光電変換素子５における画素面をそれぞれ示す。測定対象物１００及び２次元光電変換素子５の画素面の各方向は、図４（Ａ）（Ｂ）にそれぞれ示した方向と同じであるが、図５（Ａ）では測定範囲１２がＹ方向に延びている。

ところで、測定対象物１００の照明箇所１１へ局所的に照射された照明光の正反射光３０が、２次元光電変換素子５に侵入すると、測定対象物１００の表面下での散乱を高精度に測定することができない。このため、図３の例では前述したように、測定対象物１００の表面からの正反射光３０を角度的に検出しないように、照明部１(照明側）と２次元光電変換素子５（受光側）の位置関係が設定されている構成としたが、図６及び図７のように、偏光により正反射光３０を除去しても良い。

図６の例では偏光ビームスプリッター８１を、レンズ３と分光部４との間に介在させ、照明部１からの照明光を偏光ビームスプリッター８１で照明箇所１１へと導き、測定対象物１００からの光をレンズ３、偏光ビームスプリッター８１、分光部４を介して２次元光電変換素子５へと導くようになっている。具体的には、例えばＰ偏光を反射、Ｓ偏光を透過する偏光ビームスプリッター８１を使用すると、Ｐ偏光で照明することになるため、正反射光もＰ偏光のため偏光ビームスプリッター８１を透過せず、拡散反射のみを検出できる。

図７の例では、偏光ビームスプリッター８１の代わりに、ビームスプリッター８３を配置し、レンズ２とビームスプリッター８３の間及びビームスプリッター８３と分光部４の間に、それぞれ偏向子８２、８２を配置している。また、円偏光を利用して正反射光を除去しても良い。

図８は、この発明の他の実施形態に係る光学特性測定装置の構成を示す図である。この実施形態では、２つの照明部１ａ、１ｂが測定対象物１００の照明箇所１１に対して対称に配置され、それぞれ異なるレンズ２ａ、２ｂを介して、照明光が照明箇所１１に同時に照射されるようになっている。

このような構成によって、測定対象物１００の照明箇所１１及びその付近に異方性が存在してもこれを相殺でき、より精度の高い測定を行うことができる。なお、照明部１は２つでなく３つ以上であっても良い。また、複数の照明部１を配置するのではなく、１つの照明部１の位置を、測定対象物１００の照明箇所１１に対して対称となる位置に変更し、それぞれの位置で取得した測定データから異方性を相殺しても良い。ただし、複数の照明部１を使用して同時に照明し撮像した方が、２次元光電変換素子５による撮像回数が照明部１の数と同じかもしくはそれ以下の回数で済むことから望ましい。

図９は、この発明のさらに他の実施形態に係る光学特性測定装置の構成を示す図である。この実施形態では、２つの照明部１ｃ、１ｄが測定対象物１００の照明箇所１１に対して角度を変えて配置され、それぞれ異なるレンズ２ｃ、２ｄを介して、照明光が照明箇所１１に異なる角度で照射されるようになっている。

照明光の測定対象物１００の表面における透過率はアスペキュラー角（正反射方向からの反射光の光路の傾きを示す角度）に依存するため、照明光の照射角度を変えて測定することで多角度の情報を取得することができ、多くの情報を得ることができる。

図９の例では２つの異なる角度の場合を示すが、３つ以上でもよい。また、複数の照明部１ｃ、１ｄを異なる角度に配置した場合を示したが、１つの照明部１を角度を変えて移動配置するようにしても良い。また、図８に示したように、複数の照明部１ａ、１ｂを測定対象物１００の照明箇所１１に対して対称に配置して測定を行うとともに、各照明部１ａ、１ｂの角度を変更してさらに測定を行う構成であっても良い。

次に、２次元光電変換素子５によって得られた撮像データの演算部６での演算処理について説明する。演算処理によって算出されるパラメーターは限定はされないが、以下のいくつかを例示できる。

演算部６による演算処理は、演算部６に備えられたコンピュータにおいて、ＣＰＵ等のプロセッサが記憶部(いずれも図示せず)に格納されたアプリケーションに従って動作することにより実行される。
（１）散乱長特有の係数の算出
図１０に示すような内部反射光の輝度分布に対して、明るさ（輝度値）I(x, λ)を例えば、I(x, λ) = C1・exp(-C2・x)のような関数でフィッティングしたときの、散乱長特有の係数C2を算出する。
（２）レンダリング
本実施形態によれば、測定対象物１００の表面下散乱の様子を波長別に取得することができる。そこで、取得されたデータを、コンピュータグラフィックにおけるレンダリングの入力データの一部として利用することで、図１１（Ａ）に示すような通常の測色(表面下散乱の効果を考慮しない測定)では表現できない測定対象物１００の質感を、図１１（Ｂ）にグレースケールで模式的に示したように、より忠実に再現することが可能となる。
（３）エッジロス補正
照明光の一部が観測外(マスクの外に拡散)に拡散するエッジロス、が半透明材料の測色の際よく問題となる。

即ち、図１２（Ａ）のように、マスク４２のサイズ (受光エリアのサイズ) により、照明光４１で照明され測定対象物１００ａの表面下に侵入した光のうち、受光エリアにとどまり検出される光Ｑと、エッジロスにより測定範囲外に光が拡散され検出されない光Ｐと、の割合が変化するため、図１２（Ｂ）の左図と右図に示すように、透明性のある測定対象物ではマスク４２の大きさ(受光エリアＬとＳ領域)が変化すると測色値も異なって測定されてしまう。そのため、異なる照明系・受光系を持つ測定器では測色値の互換性が取れない問題があった。なお、図１２（Ｂ）において、符号４３は照明域、４４はエッジロス帯である。

本実施形態により測定結果から各波長の表面下散乱を測定することで、どのような波長の光がどの程度測定エリアの外に拡散するかの定量的な値を取得することができるため、その測定結果を解析することで、装置間におけるエッジロスによる互換性の問題を、補正することが可能である。
（４）コンピュータカラーマッチング
表面下散乱の測定はコンピュータカラーマッチング（Computer Color Matching(CCM)）の教師データの特徴量の一つとして有用である可能性がある。これまでCCMは色情報の入力しかなかったが、表面下散乱の情報を入力データに追加することで、より少ない教師サンプル数で正確な混合色推定が可能になる可能性がある。もしくはより正確な混色推定が可能となる可能性がある。

図１３は、この発明の実施形態に係る光学特性測定装置の外観を示す斜視図である。この実施形態では、光学特性測定装置は携行可能なハンディタイプのものに構成されている。勿論ベンチトップタイプのものであっても良い。

図１３に示す光学特性測定装置は、照明部１、レンズ２及び３、分光部４、２次元光電変換素子５、演算部６が筐体２００内に収容されている。また、筐体２００の上面には、携行用の把持部２０２が備えられるとともに、演算部６による測定結果(演算結果)等を表示するための表示部７が備えられ、さらに筐体２００の下面には、測定対象物１００に照明光を照射し、測定対象物１００からの光を取り込むための開口２０１が形成されている。

図１３に示す光学特性測定装置は、使用に際して、把持部２０２を把持して下面の開口２０１を測定対象物１００の被測定部位に位置させる。そしてこの状態で、筐体２００の内部に収容されている照明部１から照明光を測定対象物１００に照射し、照射箇所１１及びその付近からの光を分光部４で分光し２次元光電変換素子５で受光し、２字光電変換素子５から出力された撮像データを用いて演算部６で演算することにより、光の表面下散乱の様子を測定し、測定結果を測定結果表示部７に表示するようになっている。

このような光学特性測定装置によれば、筐体２００を持ち運ぶことにより、場所を問わず光の表面下散乱の様子を測定できる。

なお、演算部６については筐体２００とは別の外部のパーソナルコンピュータを使用し、筐体２００内の２次元光電変換素子５から出力された撮像データを外部のコンピュータに送信して、測定を行う構成としても良い。

また、光学特性測定装置は単独の測定装置として構成されるのではなく、既存のあるいは新規な測色装置に内蔵されていてもよい。

１、１ａ～１ｄ 照明部
４ 分光部
５ ２次元光電変換素子
６ 演算部
７ 表示部
１１ 照明箇所
１２ 測定範囲
１３ 照明箇所付近の非照明箇所
３０ 正反射光
８１ 偏光ビームスプリッター
８２ 偏光子
８３ ビームスプリッター
２００ 筐体
２０１ 開口部
２０２ 把持部

Claims (22)

1. 物体内部における光の表面下散乱を測定する光学特性測定装置であって、
   可視光領域を含む波長帯に強度を持った照明光で、測定対象物の表面を局所的に照明するための少なくとも１つの照明手段と、
   前記照明光で照明された前記測定対象物の表面より出射される光のうち、照明箇所の一部もしくは全部からの光と、照明箇所付近の直接照明されていない箇所からの光のどちらをも含む測定範囲を一次元的に空間分解して撮像できる撮像手段と、
   前記撮像手段の上流側において、前記空間分解された各測定箇所から取り込んだ光を分光する分光手段と、
   を備え、
   前記撮像手段は、前記分光手段で分光された波長毎の光を受光することを特徴とする光学特性測定装置。
2. 前記照明手段は１つである請求項１に記載の光学特性測定装置。
3. 前記照明手段は２つ以上であり、各照明手段が前記測定対象物の照明箇所に対して対称に配置されている請求項１に記載の光学特性測定装置。
4. 前記照明手段により異なる角度から前記測定対象物の表面を照明し、前記撮像手段は、異なる角度で照明されたときの光をそれぞれ受光して撮像する請求項１に記載の光学特性測定装置。
5. 局所的に照明とは、測定対象物の表面上での照明強度の空間分布が矩形もしくは矩形に近い形である請求項１～４のいずれかに記載の光学特性測定装置。
6. 前記分光手段が分光する波長領域は、３００－８００ｎｍの範囲内の領域である請求項１～５のいずれかに記載の光学特性測定装置。
7. 前記分光手段が分光する波長分解能は３０ｎｍよりも細かい請求項１～６のいずれかに記載の光学特性測定装置。
8. 一次元的に空間分解された測定範囲は１ｍｍよりも大きい請求項１～７のいずれかに記載の光学特性測定装置。
9. 一次元的に空間分解された測定範囲の分解能は０．１ｍｍよりも細かい請求項１～８のいずれかに記載の光学特性測定装置。
10. 一次元的な空間分解における一次元方向とは、前記照明手段から前記照明箇所への照射光の光軸を含み測定対象物の表面と鉛直に交差する面に対して、測定対象物の表面上で平行もしくは垂直な方向である請求項１～９のいずれかに記載の光学特性測定装置。
11. 測定対象物の表面からの正反射光の取り込みを防止する正反射光除去機構を備えている請求項１～１０のいずれかに記載の光学特性測定装置。
12. 前記正反射光除去機構は、測定対象物の表面への入射光とその正反射光とを、角度的に検出しないように、前記照明手段と前記撮像手段の位置関係が設定されることによるものである請求項１１に記載の光学特性測定装置。
13. 前記正反射光除去機構は、照明手段側を直線偏光に変更し、受光側にその偏光と垂直なもののみを抽出する機構により構成されている請求項１１に記載の光学特性測定装置。
14. 前記撮像手段による撮像回数は、前記照明手段の数と同じかもしくはそれ以下の回数である請求項１～１３のいずれかに記載の光学特性測定装置。
15. 前記撮像手段により得られた各画素の画素値より、光の表面下散乱に関する一つ以上のパラメーターを算出する演算部を備えている請求項１～１４のいずれかに記載の光学特性測定装置。
16. 前記パラメーターは、表面下散乱の散乱長を特徴づける値である請求項１５に記載の光学特性測定装置。
17. 前記パラメーターは、コンピュータグラフィックにおけるレンダリングの入力値である請求項１５または１６に記載の光学特性測定装置。
18. 前記パラメーターは、エッジロスの補正係数である請求項１５または１６に記載の光学特性測定装置。
19. 前記パラメーターは、コンピュータカラーマッチングの入力値である請求項１５または１６に記載の光学特性測定装置。
20. 前記演算部は、外部のパーソナルコンピュータによって構成されている請求項１５～１９のいずれかに記載の光学特性測定装置。
21. 前記照明手段、撮像手段及び分光手段を収容する筐体を備え、
    前記筐体には、前記測定対象物の表面に照明光を照射し、測定対象物の表面より出射される光を取り込むための開口と、測定結果を表示するための表示手段を備えている請求項１～２０のいずれかに記載の光学特性測定装置。
22. 測色装置に内蔵されている請求項１～２１のいずれかに記載の光学特性測定装置。

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