JP3555400B2 - 反射特性測定装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、積分球を用いた分光測色計等に適用されるもので、試料の反射特性を測定する反射特性測定装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、試料の反射特性の測定は、照明系と受光系の光学的条件（ジオメトリ）によって大きい影響を受ける。従って、分光測色計等の反射特性測定装置の多くは、ＣＩＥ（国際照明委員会）が推奨する45／0（45°照明、垂直受光）、0／45（垂直照明、45°受光）や、d／0（拡散照明、垂直受光）、0／d（垂直照明、拡散受光）のいずれかのジオメトリを採用している。
【０００３】
従来、それらの内でもd／0の一種であるd／8（拡散照明、8°受光）ジオメトリは、試料表面の構造に影響されず安定性が高い鏡面反射成分を含(Specular Component Included)反射特性と、目視に近い鏡面反射成分を含まない(Specular Component Excluded)反射特性の双方の測定が可能であることから、広く用いられている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来の反射特性測定装置が有する課題の一つは、同一のジオメトリであっても異なる機種間において厳密な測定データの互換性がないことである。その要因として、異なる機種間において分光手段の特性やジオメトリが厳密な意味で一致していない点が上げられる。分光手段の波長精度や半値幅等の特性の相違を補正するのは容易ではなく、ジオメトリを高精度で一致させるのは更に困難である。
【０００５】
また、d／8ジオメトリの測定装置は、一般に試料を拡散照明するための積分球を備えているが、たとえ積分球の大きさや試料の測定径が同一であっても、試料面における照明特性は機種毎に少しずつ異なっているために、測定データの互換性に限界を与えている。
【０００６】
ここで、図２、図３を用いて測定データの互換性に限界を与える問題点（1）、（2）について説明する。
【０００７】
（1）積分球による拡散照明といっても、図２(ａ)、(ｂ)に示すように、積分球の構造や内壁の反射特性によって、照明光の配光は機種毎に異なる。図２(ａ)に示す拡散照明光Ｉ0は、試料３の表面の法線に対して−8°方向の成分が相対的に弱くなっており、図２(ｂ)に示す拡散照明光Ｉ0は、同成分が相対的に強くなって
いる。なお、各々の照明光Ｉ0の全光量は等しいとする。
【０００８】
試料３の表面が光沢面の場合には、試料３からの反射光は拡散反射光Ｒdと鏡面反射光Ｒsとからなる。拡散反射光Ｒdは、照明光Ｉ0の配光による影響を受けないため、図２(ａ)、図２(ｂ)とも、その配光及び強度はほぼ等しくなるが、鏡面反射光Ｒsは、照明光Ｉ0の配光を反映して、図２(ｂ)の場合には、図２(ａ)の場合に比べて8°方向の成分が相対的に強くなっている。
【０００９】
従って、観察される8°方向の反射光Ｒ8においても、試料特有の波長依存性を有する拡散反射光Ｒdに対する波長依存性のない鏡面反射成分の相対強度が、図２(ｂ)の場合には図２(ａ)の場合に比べて強くなっており、これによって分光反射率に差が生じる。
【００１０】
（2）図３に示すように、積分球９１に入射した光源９２の光束Ｆは、積分球９１の内壁９１ａで多重反射され、拡散光の一部Ｉ0は試料３を照明し、それによって反射される。拡散光の他の一部Ｍ0は参照用光ファイバ９３に入射し、参照光となる。なお、図３中、カッコを付加した符号は、その一部のみを示していることを表わす。
【００１１】
試料３と参照用光ファイバ９３の入射端は部位が異なるため、拡散光Ｉ0，Ｍ0は等しくはないが比例関係にあり(Ｉ0∝Ｍ0)、その比例係数はジオメトリにのみ依存する。
【００１２】
試料３の反射率をｒとすると、反射光Ｉ0・ｒは、再び積分球９１の内壁９１ａで拡散反射され、そのごく一部Ｉsが試料３を再照明する。この再照明に寄与す
る拡散光の一部Ｍsが、やはり参照用光ファイバ９３に入射する。
【００１３】
この拡散光の一部Ｉs，Ｍsもジオメトリにのみ依存する比例関係にあるが、この場合の光源は試料３自身であり、その部位も光源９２と異なるため、その比例係数は拡散光Ｉ0，Ｍ0間の比例係数とは異なる。
【００１４】
それぞれの比例係数が異なること、及び照明光に占める再照明光の割合が試料３の反射率ｒに依存することから、再照明光を含む照明光を正確に測定することはできない。
【００１５】
これによる誤差は、再照明光が試料の反射率ｒに比例することから、反射率の２乗(ｒ2)に比例する。これを例えば反射率90％の白色標準試料で校正すると、図４に示すように、再照明の影響により実線のように高反射率の試料で正にずれた反射率を90％で破線のように校正することになるため、特に中間反射率の試料について負の測定誤差が生じる。
【００１６】
この再照明は、いわゆる積分球効果によるもので、試料３を照明するための試料用開口近傍の構造による影響を受けやすい。通常、図３に示すように、光源９２が試料３を直接照明するのを防止するためのバッフル９４が試料用開口に近接して配設されている。この場合には、試料３からの反射光がバッフル９４により反射されて試料３を再照明することとなる。バッフル９４の位置や大きさは機種毎に異なるので、これが機種間差の原因となるが、この機種間差は、やはり反射率の２乗(ｒ2)に比例する。
【００１７】
これらの問題点に対して、（1）の配光の相違による機種間差を補正するために、特開平６−５０８１７号公報記載の測定装置では、図５に示すように、２つの照明手段１１０，１２０を有する積分球１００を用いている。各照明手段１１０，１２０は、それぞれ積分球１００の内壁の異なる直接照明域１１７，１２７を最初に照明している。これによって、各照明手段１１０，１２０による拡散照明光の配光は相違している。
【００１８】
そして、これらの拡散照明光により試料３を順次照明し、得られた２つの反射特性を適切な重み係数で線形結合し、所望の配光における反射率に近似する反射特性を求めることによって、上記問題点（1）の配光の相違による機種間差を補正している。
【００１９】
ところが、従来、上記問題点（2）の積分球効果による再照明に起因する誤差を補正するものは提供されていない。
【００２０】
本発明は、上記問題点（2）に鑑みてなされたもので、試料からの反射光による再照明も含めて異なる機種間に生じる誤差を厳密に補正することにより、測定データの互換性の高い反射特性測定装置を提供することを目的とする。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、互いに異なる位置に形成された複数の照明用開口、試料用開口及び受光用開口を有し、上記試料用開口に配置された試料を照明する積分球と、上記複数の照明用開口のそれぞれに配設され、上記積分球内に光束を導く複数の照明手段と、上記受光用開口に配設され、上記試料からの反射光を受光してその光強度に対応する受光データを出力する受光手段と、上記複数の照明手段をそれぞれ個別に発光させ、上記受光手段から、上記複数の照明手段に対応し、積分球効果による再照明に基づく反射光を含む受光データをそれぞれ個別に出力させる測定制御手段と、上記再照明に基づく反射光を含む受光データに基づき算出された上記複数の照明手段それぞれ個別の照明による上記試料の見かけの反射特性値及び上記見かけの反射特性値の２乗からなる線形結合が、互換性を得るために設定された特定の照明条件における上記試料の特定照明条件反射特性値に近似するように設定された、上記複数の照明手段のそれぞれに関する見かけの反射特性値に対する重み係数及び上記見かけの反射特性値の２乗に対する重み係数を記憶する記憶手段と、上記複数の照明手段のそれぞれに対応する上記受光データに関して、それぞれ上記試料の上記見かけの反射特性値及び上記見かけの反射特性値の２乗を求めるとともに、求めた上記それぞれの照明手段に対応する上記見かけの反射特性値及び上記見かけの反射特性値の２乗の各々に対応する上記各重み係数を乗じて線形結合することにより上記特定の照明条件における上記試料の特定照明条件反射特性値を求める演算処理手段とを備えたものである。
【００２２】
この構成によれば、積分球の試料用開口に試料が配置された状態で各照明手段が個別に発光して積分球内に光束が導かれ、各照明手段の発光毎に試料からの反射光の光強度に対応する受光データが得られ、各受光データに基づいて各照明手段による試料の見かけの反射特性値、つまり積分球効果による再照明に基づく反射光を含んだ受光データに基づき算出された値である見かけの反射特性値がそれぞれ求められる。そして、互換性を得るために設定された特定照明条件反射特性値に近似するように予め記憶手段に記憶させている、上記複数の照明手段に関する見かけの反射特性値に対する重み係数、及び前記見かけの反射特性値の２乗に対する重み係数を乗じて線形結合することにより、上記特定の照明条件における試料特定照明条件反射特性値が求められる。これにより、特定の照明条件下において互換性の高い反射特性データが得られることとなる。
【００２３】
また、請求項２記載の反射特性測定装置において、上記受光用開口は、上記試料の表面の法線から略８°の方向に形成され、上記受光手段は、上記試料からの反射光の内で上記略８°の方向の成分を受光するもので、上記照明手段は、上記積分球内の所定の領域に向けて光束を導く第１の照明手段と、上記積分球内の上記略８°の方向と上記法線に関して対称な方向の領域に向けて光束を導く第２の照明手段とからなるものである。
【００２４】
この構成によれば、積分球の試料用開口に試料が配置された状態で第１、第２の照明手段が個別に発光し、第１の照明手段が発光すると積分球内の所定の領域に向けて光束が導かれ、試料は略均一な拡散照明光によって照明され、第２の照明手段が発光すると積分球内の試料の表面の法線から略8°の方向と上記法線に関して対称な方向の領域に向けて光束が導かれ、試料は鏡面反射を強調するような配光を有する拡散照明光によって照明される。
【００２５】
積分球の受光用開口は、上記略8°の方向に形成され、受光手段により試料からの反射光の内で上記略8°の方向の成分が受光されて、第１、第２の照明手段の発光毎に試料からの反射光の光強度に対応する受光データが得られ、各受光データに基づいて第１、第２の照明手段による試料の見かけの反射特性値、つまり積分球効果による再照明に基づく反射光を含んだ受光データに基づき算出された値である見かけの反射特性値がそれぞれ求められるようになる。そして上記と同様にして、特定の照明条件における試料特定照明条件反射特性値を求めることができるものである。
【００２６】
【発明の実施の形態】
図１は本発明に係る反射特性測定装置の第１実施形態の構成図である。
積分球１は、その内壁１ａ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、底部に形成され、測定対象である試料３を照明するための試料用開口２と、側面のほぼ中央に形成され、第１の照明手段１０からの光束を入射させるための光源用開口１６と、試料用開口２の側方に形成され、第２の照明手段２０からの光束を入射させるための光源用開口２６と、試料３表面の法線２ａに対して8°だけ傾斜した方向に形成され、試料３からの反射光を受光光学系３２に入射させるための受光用開口３１とを備えている。
【００２７】
第１の照明手段１０は、光源１１、発光回路１２等から構成され、光源用開口１６の近傍に配設されている。光源１１は、Ｘｅフラッシュ等が用いられ、積分球１内に光束を供給して、内壁１ａの広い直接照明域５を最初に照明するものである。発光回路１２は、光源１１を発光させるもので、後述する測定制御手段５２により動作が制御される。
【００２８】
第２の照明手段２０は、光源２１、発光回路２２、マスク板２３、照明光学系２４、反射鏡２５及び拡散板２７等から構成され、光源用開口２６の近傍に配設されている。光源２１は、Ｘｅフラッシュ等が用いられ、積分球１内に光束を供給するものである。発光回路２２は、光源２１を発光させるもので、測定制御手段５２により動作が制御される。
【００２９】
拡散板２７は、光源２１に近接して配置され、光源２１から入射する光束を拡散する半透明板である。マスク板２３は、開口２３ａを有し、光源２１からの光束による照射域を制限するものである。照明光学系２４は、レンズ等からなり、反射鏡２５を介して開口２３ａの像を積分球１の内壁１ａの直接照明域４に結像するものである。この直接照明域４は、試料３表面の法線２ａに対して−8°の方向に位置しており、受光用開口３１とは法線２ａに関して対称な位置になるように、第２の照明手段２０が配設されている。
【００３０】
受光光学系３２は、レンズ等からなり、その光軸３２ａが試料３表面の法線２ａに対して8°だけ傾斜した方向に設定されて拡散照明、8°受光のd／8光学系を形成しており、試料３からの反射光の内で8°方向の成分を試料用分光手段３０の受光面に集束するものである。試料用分光手段３０は、試料３からの反射光を受光して、その分光強度に対応する受光データを出力するもので、受光データは後述する制御手段５０に送られる。
【００３１】
このような構成により、第１の照明手段１０の光源１１が発光すると、積分球１の内壁１ａの広い直接照明域５に向けて光束が導かれた後、内壁１ａで多重反射する。従って、第１の照明手段１０により、試料３はあらゆる方向からほぼ一様に拡散照明されることとなる。
【００３２】
また、第２の照明手段２０の光源２１が発光すると、積分球１の内壁１ａの直接照明域４に向けて光束が導かれ、この直接照明域４が限定的に照明される。直接照明域４で反射した後、やはり多重反射されるが、一定部分の反射光は試料３を直接照明し、試料面で鏡面反射された光束は、受光用開口３１を通って受光光学系３２に入射する。従って、第２の照明手段２０により、試料３は拡散照明に加えて鏡面反射を強調するような配光を有する照明光によって照明されることとなる。
【００３３】
積分球１には、更に、参照用光ファイバ４１が取り付けられている。この参照用光ファイバ４１は、入射端に入射する積分球１内の照明光の一部を参照用分光手段４０に導くものである。参照用分光手段４０は、照明光を受光して、その分光強度に対応する受光データを出力するもので、受光データは制御手段５０に送られる。
【００３４】
制御手段５０は、ＣＰＵなどからなり、この反射特性測定装置の動作を制御するもので、記憶手段５１と、測定制御手段５２と、演算処理手段５３とを備えている。
【００３５】
記憶手段５１は、測定のための制御プログラム、後述する予め設定された重み係数などを記憶するとともに、試料用分光手段３０及び参照用分光手段４０から送られる受光データなどを一時的に記憶するものである。
【００３６】
測定制御手段５２は、発光回路１２，２２を介して光源１１，２１を個別に発光させて、試料用分光手段３０及び参照用分光手段４０から各光源１１，２１に対応し、積分球効果による再照明に基づく反射光を含む受光データをそれぞれ個別に出力させるものである。
【００３７】
演算処理手段５３は、試料用分光手段３０及び参照用分光手段４０から送られる光源１１，２１に対応する各受光データと、記憶手段５１に記憶されている重み係数とに基づいて、後述する手順にしたがって試料３の反射特性値（特定照明条件反射特性値）を求めるものである。
【００３８】
次に、本実施形態の測定原理について説明する。
図１において、Ｉを光源１１を発光させたときの試料３の表面における照明光、Ｍを参照用光ファイバ４１の入射端における照明光とし、Ｉ0，Ｍ0を試料用開口２に何も配置されていないとき、すなわち試料３からの反射がないときの各照明光とすると、
【００３９】
【数１】
ａ＝Ｉ0／Ｍ0
は、光源１１による拡散照明光の不均一性を表わす。
【００４０】
試料用開口２に配置した試料３の反射率をｒとすると、各照明光Ｉ，Ｍは、試料３からの反射光Ｉ0・ｒによる再照明を考慮することによって、下記数２、数３で表わされる。
【００４１】
【数２】
【００４２】
【数３】
但し、ｓ1，ｓ2は、試料３からの反射光Ｉ0・ｒが積分球効果によって試料３及び参照用光ファイバ４１の入射端を再照明する比率で、通常極めて微小な値である。
【００４３】
ここで、観察される試料３からの反射光をＳとし、見かけの反射率を
【００４４】
【数４】
Ｒ＝Ｓ／Ｍ
とする。このとき、Ｉ／Ｍは、数１〜数３より、下記数５で表わされる。
【００４５】
【数５】
但し、ｂ＝s1−a・s2≪１で、試料３からの反射光による再照明の不均一性を表わす。従って、
【００４６】
【数６】
Ｉ＝ａ(１＋ｂ・ｒ)・Ｍ
である。従って、試料３の反射率ｒは、下記数７で表わされる。
【００４７】
【数７】
但し、ｘ＝ｃ＝1／a，ｙ＝−(ｂ・ｃ)である。
【００４８】
また、ｋは校正係数で、試料３の測定に先立って標準反射率が与えられている白色標準試料を試料用開口２に配置して測定し、上記数７によって算出された反射率ｒが既知の標準反射率に一致するように設定され、測定における光学条件の僅かな経時変化を補正する。
【００４９】
上記数７に示すように、試料３の反射率ｒは、見かけの反射率Ｒと見かけの反射率の２乗Ｒ2との線形結合で表わされ、見かけの反射率Ｒの重み係数はｘ、見かけの反射率の２乗Ｒ2の重み係数はｙである。
【００５０】
このように、反射率ｒと見かけの反射率Ｒとの関係は線形関係ではなく、微小値ｙを重み係数とする２次項を含んでいるが、これは試料３からの反射光による再照明の寄与を表わしている。
【００５１】
以上説明した測定原理を本実施形態に適用すると、第１の照明手段１０を発光させたときの第１の見かけの反射率Ｒ1及び第２の照明手段２０を発光させたときの第２の見かけの反射率Ｒ2の各々について、その２次項までの寄与を考慮し、係数を単純化すると、下記数８が得られる。
【００５２】
【数８】
ｒ1＝ｐ1・Ｒ1＋ｑ1・Ｒ1 2
ｒ2＝ｐ2・Ｒ2＋ｑ2・Ｒ2 2
但し、ｐ1，ｑ1及びｐ2，ｑ2は、それぞれ第１、第２の照明手段１０，２０に対応する係数、ｒ1，ｒ2は、それぞれ第１、第２の照明手段１０，２０に対応する反射率である。
【００５３】
ここで、試料の反射率ｒは適切な重み係数Ａ，Ｂによる線形結合で表現され、以下の式で表わされる。
【００５４】
【数９】
但し、ｇ1＝Ａ・ｐ1，ｈ1＝Ａ・ｑ1，ｇ2＝Ｂ・ｐ2，ｈ2＝Ｂ・ｑ2である。
【００５５】
そこで、係数ｇ1，ｈ1及びｇ2，ｈ2として適切な値を用いることによって、所望の照明条件に近い条件での試料３の反射率を求めることができる。
【００５６】
次に、この反射特性測定装置の測定手順について説明する。
まず、測定制御手段５２により発光回路１２が動作し、光源１１が発光して積分球１の試料用開口２に配置された試料３が拡散照明される。
【００５７】
そして、試料用分光手段３０から試料３の反射光の受光データＳ1(λ)が、参照用分光手段４０から照明光の受光データＭ1(λ)が、それぞれ演算処理手段５３に送られる。これら受光データは、積分球効果による再照明に基づく反射光を含んでいる。なお、以下において、説明の便宜上、各データに対する(λ)の記載を省略する。
【００５８】
これらの受光データから、演算処理手段５３により下記数１０に従って、第１の見かけの反射率Ｒ1が算出される。
【００５９】
【数１０】
Ｒ1＝Ｓ1／Ｍ1
続いて、測定制御手段５２により発光回路２２が動作し、光源２１が発光して試料３が−8°方向からの光束が強調された照明光で照明される。そして、同様に第２の見かけの反射率Ｒ2が算出される。
【００６０】
【数１１】
Ｒ2＝Ｓ2／Ｍ2
次いで、下記数１２により、記憶手段５１に予め記憶されている所望の照明条件（特定の機種が有する照明条件；以下「特定照明条件」という場合がある）における第１の照明手段１０に対する第１の重み係数ｇ1，ｈ1と、第２の照明手段２０に対する第２の重み係数ｇ2，ｈ2と、校正係数ｋとを用いて、特定照明条件における試料３の反射率ｒが算出される。
【００６１】
【数１２】
r＝k・(g1・R1＋h1・R1 2＋g2・R2＋h2・R2 2)
上記数１２に示すように、試料３の反射率ｒは、第１の見かけの反射率Ｒ1及び第１の見かけの反射率の２乗Ｒ1 2の線形結合と、第２の見かけの反射率Ｒ2及び第２の見かけの反射率の２乗Ｒ2 2の線形結合とを更に結合したもので表わされる。
【００６２】
また、上記数１２において、第１の見かけの反射率Ｒ1の重み係数はｇ1、第１の見かけの反射率の２乗Ｒ1 2の重み係数はｈ1、第２の見かけの反射率Ｒ2の重み係数はｇ2、第２の見かけの反射率の２乗Ｒ2 2の重み係数はｈ2である。
【００６３】
なお、所望の照明条件として、試料の反射光による再照明がなく、照明光の配光も理想に近い均一なものとする照明条件を採用してもよい。また、試料の反射光による特有の再照明を有するとともに、照明光の配光に不完全性を有する特定の機種に対応するような照明条件を採用してもよい。
【００６４】
次に、第１の重み係数ｇ1，ｈ1及び第２の重み係数ｇ2，ｈ2を求める手順について説明する。第１の重み係数ｇ1，ｈ1及び第２の重み係数ｇ2，ｈ2は、積分球１の構造によって決まるもので、本実施形態では、第１の基準試料Ｓ１〜第６の基準試料Ｓ６の６個の基準試料を測定することによって求めている。
【００６５】
第１の基準試料Ｓ１〜第６の基準試料Ｓ６は、光沢面及びマット面のそれぞれ異なる３種の明度を有する無彩色の試料で、それぞれ所望の照明条件における基準反射率ｒ1〜ｒ6が与えられている。
【００６６】
まず、第１の基準試料Ｓ１を試料用開口２に配置し、第１の照明手段１０による見かけの反射率Ｒ11と、第２の照明手段２０による見かけの反射率Ｒ21とを測定する。
【００６７】
次いで、第２の基準試料Ｓ２〜第６の基準試料Ｓ６についても、同様に、第１の照明手段１０による見かけの反射率Ｒ12〜Ｒ16と、第２の照明手段２０による見かけの反射率Ｒ22〜Ｒ26とを測定する。
【００６８】
ここで、見かけの反射率Ｒ1i，Ｒ2i、第１の重み係数ｇ1，ｈ1及び第２の重み係数ｇ2，ｈ2を用いて上記数１２に従って算出される反射率と、既知の基準反射率ｒiとの誤差ｅi(ｉ＝１〜６)は下記数１３となる。
【００６９】
【数１３】
ei＝ri−(g1・R1i＋h1・R1i 2＋g2・R2i＋h2・R2i 2)
但し、ｉ＝１〜６である。
【００７０】
そして、下記数１４に示す誤差ｅi(ｉ＝１〜６)の２乗和Ｔが最小になるように最小２乗法によって最適化した第１の重み係数ｇ1，ｈ1及び第２の重み係数ｇ2，ｈ2を採用する。
【００７１】
【数１４】
T＝(e1)2＋(e2)2＋(e3)2＋(e4)2＋(e5)2＋(e6)2
このような手順で第１の重み係数ｇ1，ｈ1及び第２の重み係数ｇ2，ｈ2を予め求めておき、記憶手段５１に記憶しておく。つまり記憶手段５１は、積分球効果による再照明に基づく反射光を含む受光データに基づき算出されたものである、第１の照明手段１０及び第２の照明手段２０それぞれ個別の照明による試料３の見かけの反射特性値及び上記見かけの反射特性値の２乗からなる線形結合が、互換性を得るために設定された特定の照明条件における上記試料の特定照明条件反射特性値に近似するように設定された、第１、第２の照明手段１０、２０のそれぞれに関する見かけの反射特性値に対する重み係数及び上記見かけの反射特性値の２乗に対する重み係数を記憶している。
【００７２】
このようにして記憶手段５１に記憶されている第１の重み係数ｇ1，ｈ1及び第２の重み係数ｇ2，ｈ2を用い、演算処理手段５３において、前述したように数１２に従って、特定照明条件反射特性値が求められる。すなわち、演算処理手段５３にて、第１の照明手段１０及び第２の照明手段２０のそれぞれに対応する受光データに関して、それぞれ上記試料の上記見かけの反射特性値及び上記見かけの反射特性値の２乗を求めるとともに、求めた上記それぞれの照明手段に対応する上記見かけの反射特性値及び上記見かけの反射特性値の２乗の各々に対応する、第１の重み係数ｇ1，ｈ1及び第２の重み係数ｇ2，ｈ2を乗じて線形結合することにより、特定の照明条件における試料３の特定照明条件反射特性値が求められるものである。
【００７３】
なお、上記説明では(λ)の記載を省略しているが、反射率、受光データや照明特性などは波長依存性を有するので、それらから導かれる第１、第２の重み係数も波長依存性を有している。従って、各重み係数も波長毎に求められ、それぞれ重み係数ｇ1(λ)，ｈ1(λ)，ｇ2(λ)，ｈ2(λ)と表現することができる。
【００７４】
このように、本実施形態によれば、それぞれ異なる配光で試料３を照明する第１の照明手段１０及び第２の照明手段２０を備え、記憶手段５１に予め記憶されている所望の照明条件における第１の照明手段１０に対する第１の重み係数ｇ1，ｈ1と、第２の照明手段２０に対する重み係数ｇ2，ｈ2と、校正係数ｋとを用いて、上記数１２に従って試料３の反射率ｒを求めるようにしたので、機種間差の有無に関わりなく反射率ｒを求めることができ、これによって、各機種間における互換性の高い測定データを得ることができる。
【００７５】
また、積分球１の構造に依存する第１の重み係数ｇ1，ｈ1及び第２の重み係数ｇ2，ｈ2を所望の照明条件に近似するように最適化して求めることによって、試料３の反射率ｒを所望の照明条件に近似したものとすることができる。
【００７６】
また、例えば所望の照明条件として特定の機種が有する照明条件に近似したものとすることにより、当該機種について互換性の高い測定データを得ることができる。
【００７７】
なお、本発明は、上記実施形態に限られず、以下の（１）〜（４）に示す変形形態を採用することができる。
【００７８】
（１）上記実施形態では、拡散照明と−8°方向からの照明光が強調された照明光とを用いて、試料３からの鏡面反射成分を含む反射特性を求めているが、第１の基準試料Ｓ１〜第６の基準試料Ｓ６の鏡面反射込み（ＳＣＩ）の反射率データを基準とすることによりＳＣＩのための係数を得ることができ、第１の基準試料Ｓ１〜第６の基準試料Ｓ６の鏡面反射を含まない（ＳＣＥ）反射率データを基準とすることによりＳＣＥのための係数を得ることができる。
【００７９】
（２）予め求められた第１の重み係数ｇ1，ｈ1及び第２の重み係数ｇ2，ｈ2に対して、受光データ及び校正係数ｋの種々の値に基づき上記数１２を用いて予め反射率を算出して得られたテーブルデータを記憶手段５１に記憶しておくようにしてもよい。この場合には、演算処理手段５３は、試料用分光手段３０及び参照用分光手段４０から受光データが送られてくると、テーブルデータを参照して対応する値を反射率とすればよい。
【００８０】
この形態によれば、演算処理を行うことなく試料３の反射特性を求めることができる。
【００８１】
（３）第１の重み係数ｇ1，ｈ1及び第２の重み係数ｇ2，ｈ2を求めるときに用いる基準試料は、６個に限られない。互いに反射率及び表面状態が異なり、所望の照明条件において測定した基準反射率が既知の４個以上の基準試料を用いることによっても、各重み係数を求めることができる。
【００８２】
（４）照明手段として、図５に示す従来の装置と同様に、照明手段１１０，１２０を備えたものでもよい。照明手段１１０は、最初に直接照明域１１７を照明することにより、試料３の表面に浅い角度で入射する照明光が強調された拡散光により試料３を照明するものである。照明手段１２０は、最初に直接照明域１２７を照明することにより、試料３の表面に垂直に近い角度で入射する照明光が強調された拡散光により試料３を照明するものである。
【００８３】
この形態によれば、上記実施形態と同様にそれぞれ異なる配光で試料３を照明することができ、これによって積分球効果による再照明に起因する機種間差を補正することができる。
【００８４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、積分球の試料用開口に試料が配置された状態で複数の照明手段を個別に発光させて積分球内のそれぞれ異なる領域に光束を導き、各照明手段の発光毎に得られる試料からの反射光の光強度に対応する各受光データに基づいて各照明手段による試料の見かけの反射特性値を求め、予め記憶されている各照明手段による見かけの反射特性値の重み係数及び見かけの反射特性値の２乗の重み係数を乗じて線形結合することによって特定照明条件における試料の反射特性を求めることにより、特定照明条件について更に互換性の高い反射特性データを得ることができる。
【００８５】
また、試料からの反射光の内で試料の表面の法線から略8°の方向の成分を受光する受光手段と、積分球内の広い領域に向けて光束を導く第１の照明手段と、積分球内の上記略8°の方向と上記法線に関して対称な方向の領域に向けて光束を導く第２の照明手段とを備えることにより、所望の照明条件について更に互換性の高い反射特性データを精度よく得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る反射特性測定装置の一実施形態の構成図である。
【図２】(ａ)(ｂ)は配光の相違に起因する機種間差を説明する図である。
【図３】試料からの反射光による再照明に起因する誤差を説明する図である。
【図４】試料からの反射光による再照明に起因する誤差の例を示す図である。
【図５】従来の反射特性測定装置の構成図である。
【符号の説明】
１ 積分球
１ａ 内壁
２ 試料用開口
３ 試料
４ 第２の照明手段の直接照明域
５ 第１の照明手段の直接照明域
１０ 第１の照明手段
１１，２１ 光源
１２，２２ 発光回路
１６，２６ 光源用開口
２０ 第２の照明手段
２３ マスク板
２４ 照明光学系
２５ 反射鏡
２７ 拡散板
３０ 試料用分光手段（受光手段）
３１ 受光用開口
３２ 受光光学系
４０ 参照用分光手段
４１ 参照用光ファイバ
５０ 制御手段
５１ 記憶手段
５２ 測定制御手段
５３ 演算処理手段
【発明の属する技術分野】
本発明は、積分球を用いた分光測色計等に適用されるもので、試料の反射特性を測定する反射特性測定装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、試料の反射特性の測定は、照明系と受光系の光学的条件（ジオメトリ）によって大きい影響を受ける。従って、分光測色計等の反射特性測定装置の多くは、ＣＩＥ（国際照明委員会）が推奨する45／0（45°照明、垂直受光）、0／45（垂直照明、45°受光）や、d／0（拡散照明、垂直受光）、0／d（垂直照明、拡散受光）のいずれかのジオメトリを採用している。
【０００３】
従来、それらの内でもd／0の一種であるd／8（拡散照明、8°受光）ジオメトリは、試料表面の構造に影響されず安定性が高い鏡面反射成分を含(Specular Component Included)反射特性と、目視に近い鏡面反射成分を含まない(Specular Component Excluded)反射特性の双方の測定が可能であることから、広く用いられている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来の反射特性測定装置が有する課題の一つは、同一のジオメトリであっても異なる機種間において厳密な測定データの互換性がないことである。その要因として、異なる機種間において分光手段の特性やジオメトリが厳密な意味で一致していない点が上げられる。分光手段の波長精度や半値幅等の特性の相違を補正するのは容易ではなく、ジオメトリを高精度で一致させるのは更に困難である。
【０００５】
また、d／8ジオメトリの測定装置は、一般に試料を拡散照明するための積分球を備えているが、たとえ積分球の大きさや試料の測定径が同一であっても、試料面における照明特性は機種毎に少しずつ異なっているために、測定データの互換性に限界を与えている。
【０００６】
ここで、図２、図３を用いて測定データの互換性に限界を与える問題点（1）、（2）について説明する。
【０００７】
（1）積分球による拡散照明といっても、図２(ａ)、(ｂ)に示すように、積分球の構造や内壁の反射特性によって、照明光の配光は機種毎に異なる。図２(ａ)に示す拡散照明光Ｉ0は、試料３の表面の法線に対して−8°方向の成分が相対的に弱くなっており、図２(ｂ)に示す拡散照明光Ｉ0は、同成分が相対的に強くなって
いる。なお、各々の照明光Ｉ0の全光量は等しいとする。
【０００８】
試料３の表面が光沢面の場合には、試料３からの反射光は拡散反射光Ｒdと鏡面反射光Ｒsとからなる。拡散反射光Ｒdは、照明光Ｉ0の配光による影響を受けないため、図２(ａ)、図２(ｂ)とも、その配光及び強度はほぼ等しくなるが、鏡面反射光Ｒsは、照明光Ｉ0の配光を反映して、図２(ｂ)の場合には、図２(ａ)の場合に比べて8°方向の成分が相対的に強くなっている。
【０００９】
従って、観察される8°方向の反射光Ｒ8においても、試料特有の波長依存性を有する拡散反射光Ｒdに対する波長依存性のない鏡面反射成分の相対強度が、図２(ｂ)の場合には図２(ａ)の場合に比べて強くなっており、これによって分光反射率に差が生じる。
【００１０】
（2）図３に示すように、積分球９１に入射した光源９２の光束Ｆは、積分球９１の内壁９１ａで多重反射され、拡散光の一部Ｉ0は試料３を照明し、それによって反射される。拡散光の他の一部Ｍ0は参照用光ファイバ９３に入射し、参照光となる。なお、図３中、カッコを付加した符号は、その一部のみを示していることを表わす。
【００１１】
試料３と参照用光ファイバ９３の入射端は部位が異なるため、拡散光Ｉ0，Ｍ0は等しくはないが比例関係にあり(Ｉ0∝Ｍ0)、その比例係数はジオメトリにのみ依存する。
【００１２】
試料３の反射率をｒとすると、反射光Ｉ0・ｒは、再び積分球９１の内壁９１ａで拡散反射され、そのごく一部Ｉsが試料３を再照明する。この再照明に寄与す
る拡散光の一部Ｍsが、やはり参照用光ファイバ９３に入射する。
【００１３】
この拡散光の一部Ｉs，Ｍsもジオメトリにのみ依存する比例関係にあるが、この場合の光源は試料３自身であり、その部位も光源９２と異なるため、その比例係数は拡散光Ｉ0，Ｍ0間の比例係数とは異なる。
【００１４】
それぞれの比例係数が異なること、及び照明光に占める再照明光の割合が試料３の反射率ｒに依存することから、再照明光を含む照明光を正確に測定することはできない。
【００１５】
これによる誤差は、再照明光が試料の反射率ｒに比例することから、反射率の２乗(ｒ2)に比例する。これを例えば反射率90％の白色標準試料で校正すると、図４に示すように、再照明の影響により実線のように高反射率の試料で正にずれた反射率を90％で破線のように校正することになるため、特に中間反射率の試料について負の測定誤差が生じる。
【００１６】
この再照明は、いわゆる積分球効果によるもので、試料３を照明するための試料用開口近傍の構造による影響を受けやすい。通常、図３に示すように、光源９２が試料３を直接照明するのを防止するためのバッフル９４が試料用開口に近接して配設されている。この場合には、試料３からの反射光がバッフル９４により反射されて試料３を再照明することとなる。バッフル９４の位置や大きさは機種毎に異なるので、これが機種間差の原因となるが、この機種間差は、やはり反射率の２乗(ｒ2)に比例する。
【００１７】
これらの問題点に対して、（1）の配光の相違による機種間差を補正するために、特開平６−５０８１７号公報記載の測定装置では、図５に示すように、２つの照明手段１１０，１２０を有する積分球１００を用いている。各照明手段１１０，１２０は、それぞれ積分球１００の内壁の異なる直接照明域１１７，１２７を最初に照明している。これによって、各照明手段１１０，１２０による拡散照明光の配光は相違している。
【００１８】
そして、これらの拡散照明光により試料３を順次照明し、得られた２つの反射特性を適切な重み係数で線形結合し、所望の配光における反射率に近似する反射特性を求めることによって、上記問題点（1）の配光の相違による機種間差を補正している。
【００１９】
ところが、従来、上記問題点（2）の積分球効果による再照明に起因する誤差を補正するものは提供されていない。
【００２０】
本発明は、上記問題点（2）に鑑みてなされたもので、試料からの反射光による再照明も含めて異なる機種間に生じる誤差を厳密に補正することにより、測定データの互換性の高い反射特性測定装置を提供することを目的とする。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、互いに異なる位置に形成された複数の照明用開口、試料用開口及び受光用開口を有し、上記試料用開口に配置された試料を照明する積分球と、上記複数の照明用開口のそれぞれに配設され、上記積分球内に光束を導く複数の照明手段と、上記受光用開口に配設され、上記試料からの反射光を受光してその光強度に対応する受光データを出力する受光手段と、上記複数の照明手段をそれぞれ個別に発光させ、上記受光手段から、上記複数の照明手段に対応し、積分球効果による再照明に基づく反射光を含む受光データをそれぞれ個別に出力させる測定制御手段と、上記再照明に基づく反射光を含む受光データに基づき算出された上記複数の照明手段それぞれ個別の照明による上記試料の見かけの反射特性値及び上記見かけの反射特性値の２乗からなる線形結合が、互換性を得るために設定された特定の照明条件における上記試料の特定照明条件反射特性値に近似するように設定された、上記複数の照明手段のそれぞれに関する見かけの反射特性値に対する重み係数及び上記見かけの反射特性値の２乗に対する重み係数を記憶する記憶手段と、上記複数の照明手段のそれぞれに対応する上記受光データに関して、それぞれ上記試料の上記見かけの反射特性値及び上記見かけの反射特性値の２乗を求めるとともに、求めた上記それぞれの照明手段に対応する上記見かけの反射特性値及び上記見かけの反射特性値の２乗の各々に対応する上記各重み係数を乗じて線形結合することにより上記特定の照明条件における上記試料の特定照明条件反射特性値を求める演算処理手段とを備えたものである。
【００２２】
この構成によれば、積分球の試料用開口に試料が配置された状態で各照明手段が個別に発光して積分球内に光束が導かれ、各照明手段の発光毎に試料からの反射光の光強度に対応する受光データが得られ、各受光データに基づいて各照明手段による試料の見かけの反射特性値、つまり積分球効果による再照明に基づく反射光を含んだ受光データに基づき算出された値である見かけの反射特性値がそれぞれ求められる。そして、互換性を得るために設定された特定照明条件反射特性値に近似するように予め記憶手段に記憶させている、上記複数の照明手段に関する見かけの反射特性値に対する重み係数、及び前記見かけの反射特性値の２乗に対する重み係数を乗じて線形結合することにより、上記特定の照明条件における試料特定照明条件反射特性値が求められる。これにより、特定の照明条件下において互換性の高い反射特性データが得られることとなる。
【００２３】
また、請求項２記載の反射特性測定装置において、上記受光用開口は、上記試料の表面の法線から略８°の方向に形成され、上記受光手段は、上記試料からの反射光の内で上記略８°の方向の成分を受光するもので、上記照明手段は、上記積分球内の所定の領域に向けて光束を導く第１の照明手段と、上記積分球内の上記略８°の方向と上記法線に関して対称な方向の領域に向けて光束を導く第２の照明手段とからなるものである。
【００２４】
この構成によれば、積分球の試料用開口に試料が配置された状態で第１、第２の照明手段が個別に発光し、第１の照明手段が発光すると積分球内の所定の領域に向けて光束が導かれ、試料は略均一な拡散照明光によって照明され、第２の照明手段が発光すると積分球内の試料の表面の法線から略8°の方向と上記法線に関して対称な方向の領域に向けて光束が導かれ、試料は鏡面反射を強調するような配光を有する拡散照明光によって照明される。
【００２５】
積分球の受光用開口は、上記略8°の方向に形成され、受光手段により試料からの反射光の内で上記略8°の方向の成分が受光されて、第１、第２の照明手段の発光毎に試料からの反射光の光強度に対応する受光データが得られ、各受光データに基づいて第１、第２の照明手段による試料の見かけの反射特性値、つまり積分球効果による再照明に基づく反射光を含んだ受光データに基づき算出された値である見かけの反射特性値がそれぞれ求められるようになる。そして上記と同様にして、特定の照明条件における試料特定照明条件反射特性値を求めることができるものである。
【００２６】
【発明の実施の形態】
図１は本発明に係る反射特性測定装置の第１実施形態の構成図である。
積分球１は、その内壁１ａ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、底部に形成され、測定対象である試料３を照明するための試料用開口２と、側面のほぼ中央に形成され、第１の照明手段１０からの光束を入射させるための光源用開口１６と、試料用開口２の側方に形成され、第２の照明手段２０からの光束を入射させるための光源用開口２６と、試料３表面の法線２ａに対して8°だけ傾斜した方向に形成され、試料３からの反射光を受光光学系３２に入射させるための受光用開口３１とを備えている。
【００２７】
第１の照明手段１０は、光源１１、発光回路１２等から構成され、光源用開口１６の近傍に配設されている。光源１１は、Ｘｅフラッシュ等が用いられ、積分球１内に光束を供給して、内壁１ａの広い直接照明域５を最初に照明するものである。発光回路１２は、光源１１を発光させるもので、後述する測定制御手段５２により動作が制御される。
【００２８】
第２の照明手段２０は、光源２１、発光回路２２、マスク板２３、照明光学系２４、反射鏡２５及び拡散板２７等から構成され、光源用開口２６の近傍に配設されている。光源２１は、Ｘｅフラッシュ等が用いられ、積分球１内に光束を供給するものである。発光回路２２は、光源２１を発光させるもので、測定制御手段５２により動作が制御される。
【００２９】
拡散板２７は、光源２１に近接して配置され、光源２１から入射する光束を拡散する半透明板である。マスク板２３は、開口２３ａを有し、光源２１からの光束による照射域を制限するものである。照明光学系２４は、レンズ等からなり、反射鏡２５を介して開口２３ａの像を積分球１の内壁１ａの直接照明域４に結像するものである。この直接照明域４は、試料３表面の法線２ａに対して−8°の方向に位置しており、受光用開口３１とは法線２ａに関して対称な位置になるように、第２の照明手段２０が配設されている。
【００３０】
受光光学系３２は、レンズ等からなり、その光軸３２ａが試料３表面の法線２ａに対して8°だけ傾斜した方向に設定されて拡散照明、8°受光のd／8光学系を形成しており、試料３からの反射光の内で8°方向の成分を試料用分光手段３０の受光面に集束するものである。試料用分光手段３０は、試料３からの反射光を受光して、その分光強度に対応する受光データを出力するもので、受光データは後述する制御手段５０に送られる。
【００３１】
このような構成により、第１の照明手段１０の光源１１が発光すると、積分球１の内壁１ａの広い直接照明域５に向けて光束が導かれた後、内壁１ａで多重反射する。従って、第１の照明手段１０により、試料３はあらゆる方向からほぼ一様に拡散照明されることとなる。
【００３２】
また、第２の照明手段２０の光源２１が発光すると、積分球１の内壁１ａの直接照明域４に向けて光束が導かれ、この直接照明域４が限定的に照明される。直接照明域４で反射した後、やはり多重反射されるが、一定部分の反射光は試料３を直接照明し、試料面で鏡面反射された光束は、受光用開口３１を通って受光光学系３２に入射する。従って、第２の照明手段２０により、試料３は拡散照明に加えて鏡面反射を強調するような配光を有する照明光によって照明されることとなる。
【００３３】
積分球１には、更に、参照用光ファイバ４１が取り付けられている。この参照用光ファイバ４１は、入射端に入射する積分球１内の照明光の一部を参照用分光手段４０に導くものである。参照用分光手段４０は、照明光を受光して、その分光強度に対応する受光データを出力するもので、受光データは制御手段５０に送られる。
【００３４】
制御手段５０は、ＣＰＵなどからなり、この反射特性測定装置の動作を制御するもので、記憶手段５１と、測定制御手段５２と、演算処理手段５３とを備えている。
【００３５】
記憶手段５１は、測定のための制御プログラム、後述する予め設定された重み係数などを記憶するとともに、試料用分光手段３０及び参照用分光手段４０から送られる受光データなどを一時的に記憶するものである。
【００３６】
測定制御手段５２は、発光回路１２，２２を介して光源１１，２１を個別に発光させて、試料用分光手段３０及び参照用分光手段４０から各光源１１，２１に対応し、積分球効果による再照明に基づく反射光を含む受光データをそれぞれ個別に出力させるものである。
【００３７】
演算処理手段５３は、試料用分光手段３０及び参照用分光手段４０から送られる光源１１，２１に対応する各受光データと、記憶手段５１に記憶されている重み係数とに基づいて、後述する手順にしたがって試料３の反射特性値（特定照明条件反射特性値）を求めるものである。
【００３８】
次に、本実施形態の測定原理について説明する。
図１において、Ｉを光源１１を発光させたときの試料３の表面における照明光、Ｍを参照用光ファイバ４１の入射端における照明光とし、Ｉ0，Ｍ0を試料用開口２に何も配置されていないとき、すなわち試料３からの反射がないときの各照明光とすると、
【００３９】
【数１】
ａ＝Ｉ0／Ｍ0
は、光源１１による拡散照明光の不均一性を表わす。
【００４０】
試料用開口２に配置した試料３の反射率をｒとすると、各照明光Ｉ，Ｍは、試料３からの反射光Ｉ0・ｒによる再照明を考慮することによって、下記数２、数３で表わされる。
【００４１】
【数２】
【数３】
【００４３】
ここで、観察される試料３からの反射光をＳとし、見かけの反射率を
【００４４】
【数４】
Ｒ＝Ｓ／Ｍ
とする。このとき、Ｉ／Ｍは、数１〜数３より、下記数５で表わされる。
【００４５】
【数５】
【００４６】
【数６】
Ｉ＝ａ(１＋ｂ・ｒ)・Ｍ
である。従って、試料３の反射率ｒは、下記数７で表わされる。
【００４７】
【数７】
【００４８】
また、ｋは校正係数で、試料３の測定に先立って標準反射率が与えられている白色標準試料を試料用開口２に配置して測定し、上記数７によって算出された反射率ｒが既知の標準反射率に一致するように設定され、測定における光学条件の僅かな経時変化を補正する。
【００４９】
上記数７に示すように、試料３の反射率ｒは、見かけの反射率Ｒと見かけの反射率の２乗Ｒ2との線形結合で表わされ、見かけの反射率Ｒの重み係数はｘ、見かけの反射率の２乗Ｒ2の重み係数はｙである。
【００５０】
このように、反射率ｒと見かけの反射率Ｒとの関係は線形関係ではなく、微小値ｙを重み係数とする２次項を含んでいるが、これは試料３からの反射光による再照明の寄与を表わしている。
【００５１】
以上説明した測定原理を本実施形態に適用すると、第１の照明手段１０を発光させたときの第１の見かけの反射率Ｒ1及び第２の照明手段２０を発光させたときの第２の見かけの反射率Ｒ2の各々について、その２次項までの寄与を考慮し、係数を単純化すると、下記数８が得られる。
【００５２】
【数８】
ｒ1＝ｐ1・Ｒ1＋ｑ1・Ｒ1 2
ｒ2＝ｐ2・Ｒ2＋ｑ2・Ｒ2 2
但し、ｐ1，ｑ1及びｐ2，ｑ2は、それぞれ第１、第２の照明手段１０，２０に対応する係数、ｒ1，ｒ2は、それぞれ第１、第２の照明手段１０，２０に対応する反射率である。
【００５３】
ここで、試料の反射率ｒは適切な重み係数Ａ，Ｂによる線形結合で表現され、以下の式で表わされる。
【００５４】
【数９】
【００５５】
そこで、係数ｇ1，ｈ1及びｇ2，ｈ2として適切な値を用いることによって、所望の照明条件に近い条件での試料３の反射率を求めることができる。
【００５６】
次に、この反射特性測定装置の測定手順について説明する。
まず、測定制御手段５２により発光回路１２が動作し、光源１１が発光して積分球１の試料用開口２に配置された試料３が拡散照明される。
【００５７】
そして、試料用分光手段３０から試料３の反射光の受光データＳ1(λ)が、参照用分光手段４０から照明光の受光データＭ1(λ)が、それぞれ演算処理手段５３に送られる。これら受光データは、積分球効果による再照明に基づく反射光を含んでいる。なお、以下において、説明の便宜上、各データに対する(λ)の記載を省略する。
【００５８】
これらの受光データから、演算処理手段５３により下記数１０に従って、第１の見かけの反射率Ｒ1が算出される。
【００５９】
【数１０】
Ｒ1＝Ｓ1／Ｍ1
続いて、測定制御手段５２により発光回路２２が動作し、光源２１が発光して試料３が−8°方向からの光束が強調された照明光で照明される。そして、同様に第２の見かけの反射率Ｒ2が算出される。
【００６０】
【数１１】
Ｒ2＝Ｓ2／Ｍ2
次いで、下記数１２により、記憶手段５１に予め記憶されている所望の照明条件（特定の機種が有する照明条件；以下「特定照明条件」という場合がある）における第１の照明手段１０に対する第１の重み係数ｇ1，ｈ1と、第２の照明手段２０に対する第２の重み係数ｇ2，ｈ2と、校正係数ｋとを用いて、特定照明条件における試料３の反射率ｒが算出される。
【００６１】
【数１２】
r＝k・(g1・R1＋h1・R1 2＋g2・R2＋h2・R2 2)
上記数１２に示すように、試料３の反射率ｒは、第１の見かけの反射率Ｒ1及び第１の見かけの反射率の２乗Ｒ1 2の線形結合と、第２の見かけの反射率Ｒ2及び第２の見かけの反射率の２乗Ｒ2 2の線形結合とを更に結合したもので表わされる。
【００６２】
また、上記数１２において、第１の見かけの反射率Ｒ1の重み係数はｇ1、第１の見かけの反射率の２乗Ｒ1 2の重み係数はｈ1、第２の見かけの反射率Ｒ2の重み係数はｇ2、第２の見かけの反射率の２乗Ｒ2 2の重み係数はｈ2である。
【００６３】
なお、所望の照明条件として、試料の反射光による再照明がなく、照明光の配光も理想に近い均一なものとする照明条件を採用してもよい。また、試料の反射光による特有の再照明を有するとともに、照明光の配光に不完全性を有する特定の機種に対応するような照明条件を採用してもよい。
【００６４】
次に、第１の重み係数ｇ1，ｈ1及び第２の重み係数ｇ2，ｈ2を求める手順について説明する。第１の重み係数ｇ1，ｈ1及び第２の重み係数ｇ2，ｈ2は、積分球１の構造によって決まるもので、本実施形態では、第１の基準試料Ｓ１〜第６の基準試料Ｓ６の６個の基準試料を測定することによって求めている。
【００６５】
第１の基準試料Ｓ１〜第６の基準試料Ｓ６は、光沢面及びマット面のそれぞれ異なる３種の明度を有する無彩色の試料で、それぞれ所望の照明条件における基準反射率ｒ1〜ｒ6が与えられている。
【００６６】
まず、第１の基準試料Ｓ１を試料用開口２に配置し、第１の照明手段１０による見かけの反射率Ｒ11と、第２の照明手段２０による見かけの反射率Ｒ21とを測定する。
【００６７】
次いで、第２の基準試料Ｓ２〜第６の基準試料Ｓ６についても、同様に、第１の照明手段１０による見かけの反射率Ｒ12〜Ｒ16と、第２の照明手段２０による見かけの反射率Ｒ22〜Ｒ26とを測定する。
【００６８】
ここで、見かけの反射率Ｒ1i，Ｒ2i、第１の重み係数ｇ1，ｈ1及び第２の重み係数ｇ2，ｈ2を用いて上記数１２に従って算出される反射率と、既知の基準反射率ｒiとの誤差ｅi(ｉ＝１〜６)は下記数１３となる。
【００６９】
【数１３】
ei＝ri−(g1・R1i＋h1・R1i 2＋g2・R2i＋h2・R2i 2)
但し、ｉ＝１〜６である。
【００７０】
そして、下記数１４に示す誤差ｅi(ｉ＝１〜６)の２乗和Ｔが最小になるように最小２乗法によって最適化した第１の重み係数ｇ1，ｈ1及び第２の重み係数ｇ2，ｈ2を採用する。
【００７１】
【数１４】
T＝(e1)2＋(e2)2＋(e3)2＋(e4)2＋(e5)2＋(e6)2
このような手順で第１の重み係数ｇ1，ｈ1及び第２の重み係数ｇ2，ｈ2を予め求めておき、記憶手段５１に記憶しておく。つまり記憶手段５１は、積分球効果による再照明に基づく反射光を含む受光データに基づき算出されたものである、第１の照明手段１０及び第２の照明手段２０それぞれ個別の照明による試料３の見かけの反射特性値及び上記見かけの反射特性値の２乗からなる線形結合が、互換性を得るために設定された特定の照明条件における上記試料の特定照明条件反射特性値に近似するように設定された、第１、第２の照明手段１０、２０のそれぞれに関する見かけの反射特性値に対する重み係数及び上記見かけの反射特性値の２乗に対する重み係数を記憶している。
【００７２】
このようにして記憶手段５１に記憶されている第１の重み係数ｇ1，ｈ1及び第２の重み係数ｇ2，ｈ2を用い、演算処理手段５３において、前述したように数１２に従って、特定照明条件反射特性値が求められる。すなわち、演算処理手段５３にて、第１の照明手段１０及び第２の照明手段２０のそれぞれに対応する受光データに関して、それぞれ上記試料の上記見かけの反射特性値及び上記見かけの反射特性値の２乗を求めるとともに、求めた上記それぞれの照明手段に対応する上記見かけの反射特性値及び上記見かけの反射特性値の２乗の各々に対応する、第１の重み係数ｇ1，ｈ1及び第２の重み係数ｇ2，ｈ2を乗じて線形結合することにより、特定の照明条件における試料３の特定照明条件反射特性値が求められるものである。
【００７３】
なお、上記説明では(λ)の記載を省略しているが、反射率、受光データや照明特性などは波長依存性を有するので、それらから導かれる第１、第２の重み係数も波長依存性を有している。従って、各重み係数も波長毎に求められ、それぞれ重み係数ｇ1(λ)，ｈ1(λ)，ｇ2(λ)，ｈ2(λ)と表現することができる。
【００７４】
このように、本実施形態によれば、それぞれ異なる配光で試料３を照明する第１の照明手段１０及び第２の照明手段２０を備え、記憶手段５１に予め記憶されている所望の照明条件における第１の照明手段１０に対する第１の重み係数ｇ1，ｈ1と、第２の照明手段２０に対する重み係数ｇ2，ｈ2と、校正係数ｋとを用いて、上記数１２に従って試料３の反射率ｒを求めるようにしたので、機種間差の有無に関わりなく反射率ｒを求めることができ、これによって、各機種間における互換性の高い測定データを得ることができる。
【００７５】
また、積分球１の構造に依存する第１の重み係数ｇ1，ｈ1及び第２の重み係数ｇ2，ｈ2を所望の照明条件に近似するように最適化して求めることによって、試料３の反射率ｒを所望の照明条件に近似したものとすることができる。
【００７６】
また、例えば所望の照明条件として特定の機種が有する照明条件に近似したものとすることにより、当該機種について互換性の高い測定データを得ることができる。
【００７７】
なお、本発明は、上記実施形態に限られず、以下の（１）〜（４）に示す変形形態を採用することができる。
【００７８】
（１）上記実施形態では、拡散照明と−8°方向からの照明光が強調された照明光とを用いて、試料３からの鏡面反射成分を含む反射特性を求めているが、第１の基準試料Ｓ１〜第６の基準試料Ｓ６の鏡面反射込み（ＳＣＩ）の反射率データを基準とすることによりＳＣＩのための係数を得ることができ、第１の基準試料Ｓ１〜第６の基準試料Ｓ６の鏡面反射を含まない（ＳＣＥ）反射率データを基準とすることによりＳＣＥのための係数を得ることができる。
【００７９】
（２）予め求められた第１の重み係数ｇ1，ｈ1及び第２の重み係数ｇ2，ｈ2に対して、受光データ及び校正係数ｋの種々の値に基づき上記数１２を用いて予め反射率を算出して得られたテーブルデータを記憶手段５１に記憶しておくようにしてもよい。この場合には、演算処理手段５３は、試料用分光手段３０及び参照用分光手段４０から受光データが送られてくると、テーブルデータを参照して対応する値を反射率とすればよい。
【００８０】
この形態によれば、演算処理を行うことなく試料３の反射特性を求めることができる。
【００８１】
（３）第１の重み係数ｇ1，ｈ1及び第２の重み係数ｇ2，ｈ2を求めるときに用いる基準試料は、６個に限られない。互いに反射率及び表面状態が異なり、所望の照明条件において測定した基準反射率が既知の４個以上の基準試料を用いることによっても、各重み係数を求めることができる。
【００８２】
（４）照明手段として、図５に示す従来の装置と同様に、照明手段１１０，１２０を備えたものでもよい。照明手段１１０は、最初に直接照明域１１７を照明することにより、試料３の表面に浅い角度で入射する照明光が強調された拡散光により試料３を照明するものである。照明手段１２０は、最初に直接照明域１２７を照明することにより、試料３の表面に垂直に近い角度で入射する照明光が強調された拡散光により試料３を照明するものである。
【００８３】
この形態によれば、上記実施形態と同様にそれぞれ異なる配光で試料３を照明することができ、これによって積分球効果による再照明に起因する機種間差を補正することができる。
【００８４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、積分球の試料用開口に試料が配置された状態で複数の照明手段を個別に発光させて積分球内のそれぞれ異なる領域に光束を導き、各照明手段の発光毎に得られる試料からの反射光の光強度に対応する各受光データに基づいて各照明手段による試料の見かけの反射特性値を求め、予め記憶されている各照明手段による見かけの反射特性値の重み係数及び見かけの反射特性値の２乗の重み係数を乗じて線形結合することによって特定照明条件における試料の反射特性を求めることにより、特定照明条件について更に互換性の高い反射特性データを得ることができる。
【００８５】
また、試料からの反射光の内で試料の表面の法線から略8°の方向の成分を受光する受光手段と、積分球内の広い領域に向けて光束を導く第１の照明手段と、積分球内の上記略8°の方向と上記法線に関して対称な方向の領域に向けて光束を導く第２の照明手段とを備えることにより、所望の照明条件について更に互換性の高い反射特性データを精度よく得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る反射特性測定装置の一実施形態の構成図である。
【図２】(ａ)(ｂ)は配光の相違に起因する機種間差を説明する図である。
【図３】試料からの反射光による再照明に起因する誤差を説明する図である。
【図４】試料からの反射光による再照明に起因する誤差の例を示す図である。
【図５】従来の反射特性測定装置の構成図である。
【符号の説明】
１ 積分球
１ａ 内壁
２ 試料用開口
３ 試料
４ 第２の照明手段の直接照明域
５ 第１の照明手段の直接照明域
１０ 第１の照明手段
１１，２１ 光源
１２，２２ 発光回路
１６，２６ 光源用開口
２０ 第２の照明手段
２３ マスク板
２４ 照明光学系
２５ 反射鏡
２７ 拡散板
３０ 試料用分光手段（受光手段）
３１ 受光用開口
３２ 受光光学系
４０ 参照用分光手段
４１ 参照用光ファイバ
５０ 制御手段
５１ 記憶手段
５２ 測定制御手段
５３ 演算処理手段
Claims (2)
- 互いに異なる位置に形成された複数の照明用開口、試料用開口及び受光用開口を有し、上記試料用開口に配置された試料を照明する積分球と、
上記複数の照明用開口のそれぞれに配設され、上記積分球内に光束を導く複数の照明手段と、
上記受光用開口に配設され、上記試料からの反射光を受光してその光強度に対応する受光データを出力する受光手段と、
上記複数の照明手段をそれぞれ個別に発光させ、上記受光手段から、上記複数の照明手段に対応し、積分球効果による再照明に基づく反射光を含む受光データをそれぞれ個別に出力させる測定制御手段と、
上記再照明に基づく反射光を含む受光データに基づき算出された上記複数の照明手段それぞれ個別の照明による上記試料の見かけの反射特性値及び上記見かけの反射特性値の２乗からなる線形結合が、互換性を得るために設定された特定の照明条件における上記試料の特定照明条件反射特性値に近似するように設定された、上記複数の照明手段のそれぞれに関する見かけの反射特性値に対する重み係数及び上記見かけの反射特性値の２乗に対する重み係数を記憶する記憶手段と、
上記複数の照明手段のそれぞれに対応する上記受光データに関して、それぞれ上記試料の上記見かけの反射特性値及び上記見かけの反射特性値の２乗を求めるとともに、求めた上記それぞれの照明手段に対応する上記見かけの反射特性値及び上記見かけの反射特性値の２乗の各々に対応する上記各重み係数を乗じて線形結合することにより上記特定の照明条件における上記試料の特定照明条件反射特性値を求める演算処理手段と、
を備えたことを特徴とする反射特性測定装置。 - 請求項１記載の反射特性測定装置において、上記受光用開口は、上記試料の表面の法線から略８°の方向に形成され、上記受光手段は、上記試料からの反射光の内で上記略８°の方向の成分を受光するもので、上記照明手段は、上記積分球内の所定の領域に向けて光束を導く第１の照明手段と、上記積分球内の上記略８°の方向と上記法線に関して対称な方向の領域に向けて光束を導く第２の照明手段とからなるものであることを特徴とする反射特性測定装置。
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