JP4121724B2 - 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、被測定物の画像を含む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】
従来、各種産業分野において、色彩の重要性が高まっており、塗装、印刷、繊維、窯業、農林水産その他多くの分野においては、生産現場などで各種試料の分光反射率や色彩計算値などの測色データが利用されている。
【０００３】
このような色彩を測定する測色計として、従来、分光反射率などを測定するための分光センサと、ＣＣＤなどが２次元的に配列されて構成される撮像素子の双方を備えたものが提案されている（特開平６−２０１４７２号公報）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記分光センサに汎用されるシリコンダイオードなどの光電変換素子は、受光した光強度に応じたレベルの光電流を発生させるものであり、オペアンプとともに公知の電流電圧変換回路を構成することにより、１６〜２０ビットと広いダイナミックレンジを持つことができる。これに対して、撮像素子に汎用されるＣＣＤは、受光した光強度に応じたレベルの電荷を蓄積するものであることから、各画素に蓄積可能な電荷量に制限があるために、８〜１０ビット程度のごく狭いダイナミックレンジしか持つことができない。
【０００５】
従って、撮像素子の露光量が一定値のままでは、高反射率から低反射率まで広いレンジを包含する被測定物を所定の高分解能で撮像することが困難という問題がある。
【０００６】
近年、塗膜の意匠性を高めるために、微小フレーク状のアルミニウムや雲母などの光輝材を含有する光輝材含有塗膜を用いたメタリック塗装やパール塗装が自動車の塗装などに多く採用されているが、この光輝材含有塗膜を被測定物とする場合には、光輝材の種類、個々の塗膜によって撮像素子への入射光量が大きく異なることとなる。また、同一の塗膜内でも、光輝材の正反射光が入射する画素とそれ以外の画素とで入射光量が大きく異なる。従って、撮像素子の露光量が一定値のままでは、被測定物の２次元画像を好適に得ることが更に一層困難となってしまう。
【０００７】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたもので、反射特性測定のためのセンサと撮像素子の双方を備えた測定装置であって、その撮像素子の露光量を被測定物に応じて制御することにより被測定物の２次元画像を好適に得られるようにした反射特性測定装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、被測定物の測定域を少なくとも１つの特定方向から照明する照明手段と、この照明手段により照明された上記測定域からの反射光を受光し、当該測定域の反射率を測定する反射率測定手段と、上記測定域の２次元画像を撮像する撮像手段と、上記反射特性測定手段により上記反射率の測定を行わせた後、上記撮像手段により上記測定域の撮像を行わせる測定制御手段と、上記反射率の測定結果を用いて上記撮像手段の露光量を決定する露光量制御手段とを備え、上記測定制御手段は、上記露光量制御手段により決定された露光量で上記撮像手段により上記測定域の撮像を行わせるものであることを特徴としている。
【０００９】
この構成によれば、まず、被測定物の測定域が少なくとも１つの特定方向から照明され、照明された測定域からの反射光を受光して当該測定域の反射率が測定され、この反射率の測定結果を用いて撮像手段の露光量が決定されて、決定された露光量で測定域の２次元画像が撮像されることにより、被測定物に応じた露光量で撮像が行われることとなり、反射特性が大きく異なる被測定物であっても測定域の２次元画像が好適に得られることとなる。
【００１０】
特に、被測定物が薄片状のアルミニウムやマイカなどからなる光輝材を含有する塗膜である場合には、光輝材の種類、個々の塗膜によって撮像素子への入射光量が大きく異なり、同一の塗膜内でも光輝材の正反射光が入射する画素とそれ以外の画素とで入射光量が大きく異なることになるが、その場合でも、被測定物に応じた露光量で撮像が行われるので、被測定物の好適な２次元画像が得られることとなる。
【００１１】
また、上記露光量としては、撮像手段の露光時間を用いてもよく、照明手段の発光光量を用いてもよい。
【００１２】
上記請求項１の構成において、撮像手段は、被測定物をほぼ法線方向から撮像することが好ましい。これによって、シェーディングの影響を低減することができ、測定域全体に亘って好適な２次元画像が得られることとなる。
【００１３】
また、請求項２記載の発明は、上記反射率測定手段は、三刺激値のうちの１つの特性に関する測色値を少なくとも測定するもので、上記露光量制御手段は、上記三刺激値のうちの１つの特性に関する測色値を用いて上記撮像手段の露光量を決定するもので、上記撮像手段は、上記三刺激値のうちの１つの特性にほぼ等しい分光透過特性を有するフィルタを介して上記測定域の撮像を行うものであることを特徴としている。
【００１４】
この構成によれば、撮像手段により三刺激値のうちの１つの特性にほぼ等しい分光透過特性を有するフィルタを介して測定域の撮像が行われ、三刺激値のうちの１つの特性に関する測色値が少なくとも測定され、この１つの特性に関する測色値を用いて露光量が決定されることから、露光量は、測定域から撮像手段への平均的な入射光量に応じた値に決定されることとなり、これによって被測定物に応じた適切な露光量で撮像が行われることとなる。
【００１５】
また、請求項３記載の発明は、予め設定された複数の露光量を記憶する記憶手段をさらに備え、上記露光量制御手段は、上記反射率の測定結果を用いて上記複数の露光量から１つの露光量を選択するものであることを特徴としている。
【００１６】
この構成によれば、反射率の測定結果を用いて、予め設定された複数の露光量から１つの露光量が選択されることにより、露光量が簡易、かつ容易に短時間で決定されることとなる。
【００１７】
また、請求項４記載の発明は、上記撮像手段により撮像された上記測定域の２次元画像に基づき被測定物の光輝感を算出する演算処理手段をさらに備えたことを特徴としている。
【００１８】
この構成によれば、適切な露光量で撮像された被測定物の測定域の２次元画像に基づき被測定物の光輝感が算出されることにより、被測定物の光輝感の客観的な評価が精度良く行えることとなり、特に被測定物が光輝材を含有する塗膜である場合に有効である。
【００１９】
また、上記請求項４の構成において、予め設定された複数の露光量を記憶する記憶手段を備え、反射特性の測定結果を用いて複数の露光量から１つの露光量を選択する場合に、複数の露光量の比率により２次元画像を正規化した上で光輝感を算出することにより、種々の被測定物の光輝感を容易に比較することが可能になる。
【００２０】
また、請求項５記載の発明は、上記照明手段は、互いに異なる特定方向からそれぞれ上記測定域を照明する複数の照明部を備えたものであることを特徴としている。
【００２１】
この構成によれば、種々の方向から照明されたときの被測定物の反射特性が求められることから、特に被測定物が光輝材を含有する塗膜である場合に、当該被測定物の特徴を示す反射特性を得ることが可能になる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
まず、図１を用いて本発明に係る反射特性測定装置により測定される被測定物の一例として光輝材含有塗膜について説明する。但し、本発明に係る反射特性測定装置により測定される被測定物は光輝材含有塗膜に限られない。
【００２３】
被塗装物１００は、金属製またはプラスチック製で、例えば自動車外板などからなる。図１（ａ）の単層塗膜１０１は、キラキラ感や干渉作用などの特殊効果を示す鱗片状のアルミニウムや雲母、雲母状酸化鉄、金属酸化物被覆雲母などのいわゆるメタリック顔料１１１を含有している。図１（ｂ）の単層塗膜１０２は、このメタリック顔料１１１とソリッドカラー着色顔料１１２とを同一塗膜中に併用して構成されている。
【００２４】
これらの単層塗膜１０１，１０２は、例えば、熱硬化性、あるいは常温硬化性の樹脂組成物にメタリック顔料１１１やソリッドカラー着色顔料１１２などを混合分散してなる有機溶剤系塗料または水系塗料を被塗装物１００に直接、または下塗り塗装、さらには中塗り塗装を介して塗装することによって得られる。
【００２５】
図１（ｃ）の複層塗膜１０３，１０４は、被塗装物１００にソリッドカラー着色顔料１１３を有する塗膜１１４を形成した後に、それぞれ単層塗膜１０１，１０２を積層塗装することで形成される。
【００２６】
図１（ｄ）の複層塗膜１０５，１０６，１０７，１０８は、それぞれ、単層塗膜１０１，１０２、複層塗膜１０３，１０４に、さらにクリヤー塗料１１５を塗装することで形成される。
【００２７】
次に、図２〜図４を用いて、本発明に係る反射特性測定装置の一実施形態であるマルチアングル測色計の構成および機能について説明する。
【００２８】
このマルチアングル測色計１は、被測定物の試料面を互いに異なる方向から照明する３つの照明部を備えた多方向照明一方向受光光学系で、さらに被測定物の試料面を撮像する撮像部を備え、被測定物である光輝材含有塗膜の各照明方向での測色を行うとともに、その測色結果を用いて被測定物の反射率を推定し、その推定結果に応じた露光時間で撮像部により撮像を行い、被測定物の光輝感の評価値を求めるようにしたものである。
【００２９】
図２（ａ）に示すように、このマルチアングル測色計１は、後述する図３の各構成要素が収容された箱形状の測定器本体２からなる。この測定器本体２は、底壁に穿設された測定用開口３と、表面適所に配設され、測定結果を示すディスプレイや操作スイッチなどを備えた操作表示パネル４とを備え、持ち運び可能なポータブル測色計を構成している。
【００３０】
そして、図２（ｂ）に示すように、マルチアングル測色計１の測定用開口３を被測定物５に向けて測定を行い、測定用開口３に対向する被測定物５の領域が測定域５ａとなる。測定の際には、測定器本体２の中心軸２ｎ（測定用開口３の法線）と測定域５ａの法線５ｎとが一致するように、測定器本体２を被測定物５に対して配置する。
【００３１】
図３において、マルチアングル測色計１は、上記操作表示パネル４を備えるとともに、第１照明部１０と、第２照明部２０と、第３照明部３０と、受光部４０と、撮像部５０と、メモリ部６０と、制御部７０とを備えている。
【００３２】
第１照明部１０は、例えばキセノンフラッシュランプからなる光源１１と、この光源１１を発光させる発光回路１２と、光源１１からの光線を規制する規制板１３と、コリメートレンズ１４とから構成されている。
【００３３】
発光回路１２は、例えば、数百Ｖの直流高電圧を光源１１の電極に印加するためのメインコンデンサ、このメインコンデンサを充電するための充電回路、光源１１に密着して巻かれた金属ワイヤからなるトリガ電極に数万Ｖの交流高電圧を印加するためのトリガ発生回路、例えばＩＧＢＴからなる半導体スイッチ素子、この半導体スイッチ素子に駆動電圧を印加するための駆動回路からなる。
【００３４】
そして、半導体スイッチ素子をオンにしておき、メインコンデンサにより光源１１の両端電極に直流高電圧を印加した状態で、トリガ発生回路のトリガコンデンサによりトリガトランスを介してトリガ電極に交流高電圧を瞬間的に印加すると、光源１１がトリガされ、メインコンデンサから直流電流が流れて発光することとなる。
【００３５】
規制板１３は、その開口１３ａがコリメートレンズ１４の焦点に一致するように配置されており、規制板１３の開口１３ａを通過した光源１１からの光線は、コリメートレンズ１４によってコリメートされて平行光線i1となって、被測定物５を照明する。
【００３６】
第２、第３照明部２０，３０も、第１照明部１０と同様に、それぞれ、光源２１，３１と、発光回路２２，３２と、規制板２３，３３と、コリメートレンズ２４，３４とから構成されており、規制板２３，３３の開口２３ａ，３３ａを通過した光源２１，３１からの光線は、コリメートレンズ２４，３４によってコリメートされて平行光線i2，i3となって、被測定物５を照明する。
【００３７】
受光部４０は、被測定物５からの平行光線を集束する受光光学系４１と、この受光光学系４１の結像位置に配設され、入射光線を波長ごとに分離して光強度に応じた分光データを出力する分光部４２とから構成されている。
【００３８】
ここで、第１〜第３照明部１０〜３０および受光部４０の配置について説明する。
【００３９】
受光部４０は、その光軸４０Ｌが測定器本体２の中心軸２ｎに対して４５°の方向に一致するように配置され、第１〜第３照明部１０〜３０および受光部４０は、中心軸２ｎを含む同一の作用面上に配置されている。
【００４０】
また、測定器本体２の中心軸２ｎに関して受光部４０の光軸４０Ｌと対称な方向である基準方向４０Ｓを基準とし、中心軸２ｎのある側を正として、基準方向４０Ｓからの角度により第１、第２、第３照明部１０，２０，３０の配置を表わすと、第１、第２、第３照明部１０，２０，３０は、それぞれ、その光軸１０Ｌ，２０Ｌ，３０Ｌが、＋１５°，＋４５°，＋１１０°の方向に一致するように配置されている。従って、中心軸２ｎと光軸３０Ｌとは一致している。
【００４１】
第１照明部１０によりいわゆるハイライト方向の反射特性が得られ、第３照明部３０によりいわゆるシェード方向の反射特性が得られる。
【００４２】
撮像部５０は、被測定物５を撮像するもので、被測定物５からの平行光線を集束する受光光学系５１と、この受光光学系５１の結像位置に受光面が配設され、例えばＣＣＤからなる撮像素子（以下「画素」ともいう。）が２次元的に配置されてなるエリアセンサ５２と、エリアセンサ５２の前面に配設されたフィルタ５３とから構成されている。フィルタ５３は、本実施形態では例えば三刺激値Ｘ，Ｙ，Ｚの等色関数ｘ(λ)，ｙ(λ)，ｚ(λ)のうちの等色関数ｙ(λ)に近似する分光透過特性を有している。
【００４３】
この撮像部５０は、受光部４０に近接する上記作用面上に配置され、受光部４０が受光する光線とほぼ平行な光線を受光するように配置されている。
【００４４】
操作表示パネル４は、測定開始を指示するための測定スイッチ６５、測定結果を表示するための例えば液晶表示パネルからなる表示部６６などを備えている。
【００４５】
メモリ部６０は、ＲＡＭやＥＥＰＲＯＭなどからなり、測定結果などを一時的に保管するとともに、制御部７０を動作させるための制御プログラムや、この制御プログラムの一部として、予め設定された露光時間Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４などの固定データを記憶している。
【００４６】
露光時間Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４は、本実施形態では例えば、Ｔ１＝２・Ｔ２＝４・Ｔ３＝８・Ｔ４に設定されている。露光時間Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４での露光量の比率は、適当な反射率を有する試料を隣接する２つの露光時間で撮像部５０により撮像することで予め求められ、メモリ部６０に格納されている。この露光量の比率を用いて正規化することにより、種々の被測定物５を異なる露光時間で撮像した場合でも互いに比較することが可能になる。
【００４７】
なお、メモリ部６０に格納する露光時間は、４種類に限られない。また、露光時間の比率は、１：２：４：８に限られない。
【００４８】
制御部７０は、ＣＰＵやＡ／Ｄ変換器などの電子回路を備え、機能ブロックとして、測定制御部７１と、演算処理部７２とを備え、メモリ部６０に格納されている制御プログラムに従って、マルチアングル測色計１の各部の動作を制御するものである。
【００４９】
測定制御部７１は、測定スイッチ６５が操作されると、光源１１，２１，３１を順次発光させて測色を行わせるものである。また、測定制御部７１は、引き続いて光源１１，３１を発光させて、演算処理部７２により設定された露光時間で撮像部５０により被測定物５の撮像を行わせるものである。また、測定制御部７１は、演算処理部７２による算出結果を測定結果として表示部６６に表示するものである。上記露光時間の制御は、本実施形態では例えば、エリアセンサ５２のＣＣＤの露光時間を制御する電子シャッタ機能により行われる。
【００５０】
演算処理部７２は、以下の機能▲１▼〜▲３▼を有する。
【００５１】
▲１▼分光部４２からの分光データを用いて、第１、第２、第３照明部１０，２０，３０に対応する被測定物５の分光反射特性Ｒ1(λ)，Ｒ2(λ)，Ｒ3(λ)を求め、これらに基づき、第１照明部１０に対応する三刺激値Ｘ1，Ｙ1，Ｚ1、第２照明部２０に対応する三刺激値Ｘ2，Ｙ2，Ｚ2、第３照明部３０に対応する三刺激値Ｘ3，Ｙ3，Ｚ3を算出する機能。
【００５２】
▲２▼算出した三刺激値Ｙ1，Ｙ3に基づき、露光時間Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４のうちから、光源１１，３１を発光させたときにエリアセンサ５２の露光時間として適切な値を選択して設定する機能。ここで、露光時間として適切な値とは、各画素が飽和せず、かつダイナミックレンジを有効に使える値を言い、例えば８ビット（０〜２５５）のデジタル値で表わす場合には、１５０〜２００程度になるような値に設定すればよい。
【００５３】
▲３▼光源１１，３１を発光させたときにエリアセンサ５２から出力される画像データに基づき、それぞれ光輝感を定量的に評価する２次元パワースペクトル値αを算出する機能。
【００５４】
この２次元パワースペクトル値αの算出について説明する。例えば光源１１を発光させたときに、エリアセンサ５２で撮像することにより図４（ａ）に示すような２次元画像が得られる。この２次元画像を、まず露光時間に応じた露光量の比率で正規化し、この正規化された２次元画像を２次元フーリエ変換することにより、図４（ｂ）に示すようなパワースペクトル画像が得られる。このパワースペクトル画像は、中心が周波数０（直流成分）で、中心から周辺に離れるほど空間周波数が高くなっている。
【００５５】
人間が感じる光輝感に寄与するのは低周波数成分であるので、このパワースペクトル画像のうちで所定の低空間周波数領域を抽出すると、図４（ｃ）に示す小円領域が得られる。この領域を全方向について積分した２次元パワースペクトル積分値αは、図４（ｄ）における３次元表示の突出した部分の体積に相当し、この２次元パワースペクトル積分値αが目視観察による光輝感の評価との相関性が高いものとなる。
【００５６】
すなわち、２次元パワースペクトル積分値αは、
α＝∫f∫ωＰ(ｆ，ω)ｄｆｄω／Ｐ(０，０)
により求められる。但し、ｆは空間周波数を表わす線密度で、積分範囲は例えば０〜４．４本／ｍｍである。ωは方向を表わす角度で、積分範囲は０〜２πである。また、Ｐ(ｆ，ω)は２次元画像を２次元フーリエ変換することにより得られるパワースペクトル画像の強度、Ｐ(０，０)は当該パワースペクトル画像の中心強度である。
【００５７】
次に、図５を用いて、このマルチアングル測色計１による測定手順について説明する。
【００５８】
測定スイッチ６５が操作されると図５のルーチンが開始され、まず、光源１１，２１，３１が順次駆動されて、第１、第２、第３照明部１０，２０，３０による分光反射特性Ｒ1(λ)，Ｒ2(λ)，Ｒ3(λ)が求められる（＃１００，＃１０５，＃１１０）。次いで、各分光反射特性を用いて、それぞれ測色値として三刺激値が求められる（＃１１５）。
【００５９】
次いで、第１照明部１０による測色値Ｙ1に基づき、ハイライト方向の露光時間が算出され（＃１２０）、第３照明部３０による測色値Ｙ3に基づき、シェード方向の露光時間が算出される（＃１２５）。
【００６０】
次いで、第１照明部１０の光源１１が駆動されて、＃１２０で算出された露光時間で撮像部５０により画像データが求められ（＃１３０）、次いで、第３照明部３０の光源３１が駆動されて、＃１２５で算出された露光時間で撮像部５０により画像データが求められる（＃１３５）。
【００６１】
次いで、各画像データについて、光輝感データとして、２次元パワースペクトル積分値αが求められ（＃１４０）、最後に、算出された測色データおよび光輝感データが表示部６６に表示される（＃１４５）。
【００６２】
このように、本実施形態によれば、各照明部１０，３０により被測定物５を照明したときに得られる分光反射特性に基づき、撮像部５０の露光時間を決定するようにしているので、適切な露光時間で被測定物の撮像を行うことができる。これによって、被測定物５の光輝感を客観的に評価する２次元パワースペクトル積分値αを精度良く求めることができる。
【００６３】
また、本実施形態によれば、エリアセンサ５２の前面に三刺激値Ｙの等色関数ｙ(λ)にほぼ等しい分光透過特性を有するフィルタ５３を配設するとともに、分光反射特性から三刺激値Ｙを算出し、この算出した三刺激値Ｙに基づき露光時間を決定するようにしているので、適切な露光時間を確実に得ることができる。
【００６４】
また、本実施形態によれば、メモリ部６０に予め設定された露光時間Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４を記憶しておき、これらから算出した三刺激値Ｙに基づき露光時間を選択するようにしているので、容易、かつ簡易に、短時間で適切な露光時間を得ることができる。
【００６５】
また、本実施形態によれば、異なる露光時間の間の露光量の比率を予め求めてメモリ部６０に記憶しておき、エリアセンサ５２により撮像された画像データを上記露光量の比率で正規化するようにしているので、２次元パワースペクトル積分値αにより、種々の被測定物５の光輝感を容易に比較することができる。
【００６６】
また、本実施形態によれば、第１照明部１０によりハイライト方向から照明されたときの画像データおよび第３照明部３０によりシェード方向から照明されたときの画像データについて、それぞれ２次元パワースペクトル積分値αを求めるようにしているので、さらに一層好適に、被測定物５の光輝感を評価することができる。
【００６７】
なお、本発明は、上記実施形態に限られず、以下に示す変形形態を採用することができる。
【００６８】
（１）上記実施形態では、第１〜第３照明部１０〜３０は、図３に示すように、被測定物５をそれぞれ１方向から照明しているが、これに限られず、図６に示すように、被測定物５を環状に照明するようにしてもよい。
【００６９】
第１照明部１０は、複数（本変形形態では例えば１６個）の光学ファイバからなる光学ファイバ群１５をさらに備え、光源１１からの光線は光学ファイバ群１５の入射端１５ａに送り込まれる。そして、第１照明部１０は、光線１０ａにより被測定物５の試料面を照射角度θ1で照明するものである。
【００７０】
同様に、第２、第３照明部２０，３０は、それぞれ、複数（本変形形態では例えば１６個）の光学ファイバからなる光学ファイバ群２５，３５をさらに備え、光源２１，３１からの光線は光学ファイバ群２５，３５の入射端２５ａ，３５ａに送り込まれる。そして、第２、第３照明部２０，３０は、光線２０ａ，３０ａにより被測定物５の試料面を照射角度θ2（＞θ1），θ3（＞θ2）で照明するものである。本変形形態では、例えばθ1＝７５°，θ2＝４５°，θ3＝２５°である。
【００７１】
なお、説明の便宜上、図６（ａ）では、光学ファイバ群１５，２５，３５をそれぞれ紙面内の２個のみ示し、図６（ｂ）では、光学ファイバ群２５のみを示している。
【００７２】
図６の形態における第１、第２、第３照明部１０，２０，３０の照射角度について言い換えると、各照明部１０，２０，３０は、受光部４０の光軸、すなわち法線２ｎと被測定物５の試料面との交点近傍を照明しており、同一の照射角度で試料面を照明する照明部、すなわち照明部１０，２０，３０の各光学ファイバ群１５，２５，３５は、それぞれ、例えば図６（ｂ）に示すように、上記交点Ｐを頂点とする直円錐Ａの側面Ｂに沿って被測定物５を照明している。
【００７３】
また、異なる照射角度で試料面を照明する照明部、すなわち光学ファイバ群１５と光学ファイバ群２５と光学ファイバ群３５とは、互いにテーパ角度の異なる直円錐の側面に沿って被測定物５を照明している。
【００７４】
この構成によれば、受光部４０および撮像部５０ともに被測定物５を法線方向から観察するようにしているので、シェーディングの影響を低減でき、測定域全域に亘って好適な２次元画像を得ることができる。
【００７５】
なお、光学ファイバ群１５，２５，３５の射出端の近傍にそれぞれコリメートレンズを配設し、上記実施形態と同様に、被測定物５を平行光線により照明するようにしてもよい。さらに、受光部４０および撮像部５０にそれぞれ受光光学系を配設し、被測定物５からの反射光を受光するようにしてもよい。この場合、受光部４０は、被測定物５からの反射光のうちの平行光線を受光することが好ましい。
【００７６】
（２）第１〜第３照明部１０〜３０の配置は、上記実施形態に限られず、多方向照明一方向受光光学系で照明部の配置が図３と異なる形態でもよい。例えば中心軸２ｎのある側を正として、基準方向４０Ｓからの角度により第１〜第３照明部１０〜３０の配置を表わしたときに、第１、第２、第３照明部１０，２０，３０は、それぞれ、その光軸１０Ｌ，２０Ｌ，３０Ｌが＋２５°，＋４５°，＋７５°の方向に一致するように配置したものでもよい。この形態でも、上記実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
【００７７】
（３）上記実施形態のように多方向照明一方向受光光学系に限られず、一方向照明多方向受光光学系でもよい。但し、この場合には、１つの受光部は、被測定物のほぼ法線方向の反射光を受光するように構成するとともに、撮像部を当該受光部の近傍に配置して被測定物をほぼ法線方向に撮像するように構成するのが好ましい。この構成によれば、上記受光部の測色結果を用いて撮像部の露光量を決定することにより、上記実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
【００７８】
（４）上記実施形態では、エリアセンサ５２の露光時間を変えることで露光量を制御するようにしているが、これに限られず、各光源１１，３１の発光時間を変えて発光光量を制御することにより、エリアセンサ５２の露光量を制御するようにしてもよい。これは、例えば光源１１の発光開始後に半導体スイッチ素子をオフにするタイミングを制御することで、光源１１の発光時間を制御することができる。この形態でも、上記実施形態と同様に、エリアセンサ５２の露光量を制御することができる。
【００７９】
（５）上記実施形態では、被測定物として光輝材含有塗膜を用いて説明しているが、本発明は、他の被測定物の反射特性測定にも適用することができ、その場合には、１つの照明部を備えればよく、複数の照明部を備える必要はない。
【００８０】
また、上記実施形態では、被測定物の分光反射特性を測定しているが、これに限られず、三刺激値を測定する刺激値直読型としてもよい。
【００８１】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１の発明によれば、反射率の測定結果を用いて撮像手段の露光量を決定し、決定された露光量で測定域の２次元画像を撮像するようにしているので、被測定物に応じた露光量で撮像を行うことができ、反射特性が大きく異なる被測定物であっても、その測定域の好適な２次元画像を得ることができる。
【００８２】
請求項２の発明によれば、三刺激値のうちの１つの特性にほぼ等しい分光透過特性を有するフィルタを介して測定域の撮像を行うとともに、上記１つの特性に関する測色値を用いて露光量を決定するようにしているので、被測定物に応じた適切な露光量で撮像を行うことができる。
【００８３】
請求項３の発明によれば、反射率の測定結果を用いて、予め設定された複数の露光量から１つの露光量を選択するようにしているので、露光量を簡易、かつ容易に短時間で決定することができる。
【００８４】
請求項４の発明によれば、撮像手段により適切な露光時間で撮像された被測定物の測定域の２次元画像に基づき被測定物の光輝感を算出するようにしているので、光輝感を精度良く求めることができる。
【００８５】
請求項５の発明によれば、互いに異なる特定方向からそれぞれ被測定物の測定域を照明するようにしているので、種々の方向から照明されたときの被測定物の反射特性を求めることができ、特に被測定物が光輝材を含有する塗膜である場合に、当該被測定物の特徴を示す反射特性を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 被塗装物に塗装された光輝材含有塗膜の例を示す断面図で、（ａ）（ｂ）は単層塗膜を示し、（ｃ）（ｄ）は複層塗膜を示している。
【図２】 （ａ）は本発明に係る反射特性測定装置の一実施形態であるマルチアングル測色計の外観を示す斜視図、（ｂ）は同マルチアングル測色計の測定器本体の中心軸と測定試料の試料面との角度を説明する模式図である。
【図３】 同マルチアングル測色計の光学系および電気的構成を示す図である。
【図４】 （ａ）〜（ｄ）は光輝感の定量的な評価値を求める手法を説明する図である。
【図５】 本マルチアングル測色計による測定手順を示すフローチャートである。
【図６】 （ａ）は被測定物を環状に照明する形態の光学系および電気的構成を示す図、（ｂ）は照明部による照射角度を説明する図である。
【符号の説明】
１０ 第１照明部
２０ 第２照明部
３０ 第３照明部
４０ 受光部（反射特性測定手段）
５０ 撮像部
５２ エリアセンサ
５３ フィルタ
６０ メモリ部（記憶手段）
７０ 制御部
７１ 測定制御部
７２ 演算処理部（反射特性測定手段、露光量制御手段）
【発明の属する技術分野】
本発明は、被測定物の画像を含む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】
従来、各種産業分野において、色彩の重要性が高まっており、塗装、印刷、繊維、窯業、農林水産その他多くの分野においては、生産現場などで各種試料の分光反射率や色彩計算値などの測色データが利用されている。
【０００３】
このような色彩を測定する測色計として、従来、分光反射率などを測定するための分光センサと、ＣＣＤなどが２次元的に配列されて構成される撮像素子の双方を備えたものが提案されている（特開平６−２０１４７２号公報）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記分光センサに汎用されるシリコンダイオードなどの光電変換素子は、受光した光強度に応じたレベルの光電流を発生させるものであり、オペアンプとともに公知の電流電圧変換回路を構成することにより、１６〜２０ビットと広いダイナミックレンジを持つことができる。これに対して、撮像素子に汎用されるＣＣＤは、受光した光強度に応じたレベルの電荷を蓄積するものであることから、各画素に蓄積可能な電荷量に制限があるために、８〜１０ビット程度のごく狭いダイナミックレンジしか持つことができない。
【０００５】
従って、撮像素子の露光量が一定値のままでは、高反射率から低反射率まで広いレンジを包含する被測定物を所定の高分解能で撮像することが困難という問題がある。
【０００６】
近年、塗膜の意匠性を高めるために、微小フレーク状のアルミニウムや雲母などの光輝材を含有する光輝材含有塗膜を用いたメタリック塗装やパール塗装が自動車の塗装などに多く採用されているが、この光輝材含有塗膜を被測定物とする場合には、光輝材の種類、個々の塗膜によって撮像素子への入射光量が大きく異なることとなる。また、同一の塗膜内でも、光輝材の正反射光が入射する画素とそれ以外の画素とで入射光量が大きく異なる。従って、撮像素子の露光量が一定値のままでは、被測定物の２次元画像を好適に得ることが更に一層困難となってしまう。
【０００７】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたもので、反射特性測定のためのセンサと撮像素子の双方を備えた測定装置であって、その撮像素子の露光量を被測定物に応じて制御することにより被測定物の２次元画像を好適に得られるようにした反射特性測定装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、被測定物の測定域を少なくとも１つの特定方向から照明する照明手段と、この照明手段により照明された上記測定域からの反射光を受光し、当該測定域の反射率を測定する反射率測定手段と、上記測定域の２次元画像を撮像する撮像手段と、上記反射特性測定手段により上記反射率の測定を行わせた後、上記撮像手段により上記測定域の撮像を行わせる測定制御手段と、上記反射率の測定結果を用いて上記撮像手段の露光量を決定する露光量制御手段とを備え、上記測定制御手段は、上記露光量制御手段により決定された露光量で上記撮像手段により上記測定域の撮像を行わせるものであることを特徴としている。
【０００９】
この構成によれば、まず、被測定物の測定域が少なくとも１つの特定方向から照明され、照明された測定域からの反射光を受光して当該測定域の反射率が測定され、この反射率の測定結果を用いて撮像手段の露光量が決定されて、決定された露光量で測定域の２次元画像が撮像されることにより、被測定物に応じた露光量で撮像が行われることとなり、反射特性が大きく異なる被測定物であっても測定域の２次元画像が好適に得られることとなる。
【００１０】
特に、被測定物が薄片状のアルミニウムやマイカなどからなる光輝材を含有する塗膜である場合には、光輝材の種類、個々の塗膜によって撮像素子への入射光量が大きく異なり、同一の塗膜内でも光輝材の正反射光が入射する画素とそれ以外の画素とで入射光量が大きく異なることになるが、その場合でも、被測定物に応じた露光量で撮像が行われるので、被測定物の好適な２次元画像が得られることとなる。
【００１１】
また、上記露光量としては、撮像手段の露光時間を用いてもよく、照明手段の発光光量を用いてもよい。
【００１２】
上記請求項１の構成において、撮像手段は、被測定物をほぼ法線方向から撮像することが好ましい。これによって、シェーディングの影響を低減することができ、測定域全体に亘って好適な２次元画像が得られることとなる。
【００１３】
また、請求項２記載の発明は、上記反射率測定手段は、三刺激値のうちの１つの特性に関する測色値を少なくとも測定するもので、上記露光量制御手段は、上記三刺激値のうちの１つの特性に関する測色値を用いて上記撮像手段の露光量を決定するもので、上記撮像手段は、上記三刺激値のうちの１つの特性にほぼ等しい分光透過特性を有するフィルタを介して上記測定域の撮像を行うものであることを特徴としている。
【００１４】
この構成によれば、撮像手段により三刺激値のうちの１つの特性にほぼ等しい分光透過特性を有するフィルタを介して測定域の撮像が行われ、三刺激値のうちの１つの特性に関する測色値が少なくとも測定され、この１つの特性に関する測色値を用いて露光量が決定されることから、露光量は、測定域から撮像手段への平均的な入射光量に応じた値に決定されることとなり、これによって被測定物に応じた適切な露光量で撮像が行われることとなる。
【００１５】
また、請求項３記載の発明は、予め設定された複数の露光量を記憶する記憶手段をさらに備え、上記露光量制御手段は、上記反射率の測定結果を用いて上記複数の露光量から１つの露光量を選択するものであることを特徴としている。
【００１６】
この構成によれば、反射率の測定結果を用いて、予め設定された複数の露光量から１つの露光量が選択されることにより、露光量が簡易、かつ容易に短時間で決定されることとなる。
【００１７】
また、請求項４記載の発明は、上記撮像手段により撮像された上記測定域の２次元画像に基づき被測定物の光輝感を算出する演算処理手段をさらに備えたことを特徴としている。
【００１８】
この構成によれば、適切な露光量で撮像された被測定物の測定域の２次元画像に基づき被測定物の光輝感が算出されることにより、被測定物の光輝感の客観的な評価が精度良く行えることとなり、特に被測定物が光輝材を含有する塗膜である場合に有効である。
【００１９】
また、上記請求項４の構成において、予め設定された複数の露光量を記憶する記憶手段を備え、反射特性の測定結果を用いて複数の露光量から１つの露光量を選択する場合に、複数の露光量の比率により２次元画像を正規化した上で光輝感を算出することにより、種々の被測定物の光輝感を容易に比較することが可能になる。
【００２０】
また、請求項５記載の発明は、上記照明手段は、互いに異なる特定方向からそれぞれ上記測定域を照明する複数の照明部を備えたものであることを特徴としている。
【００２１】
この構成によれば、種々の方向から照明されたときの被測定物の反射特性が求められることから、特に被測定物が光輝材を含有する塗膜である場合に、当該被測定物の特徴を示す反射特性を得ることが可能になる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
まず、図１を用いて本発明に係る反射特性測定装置により測定される被測定物の一例として光輝材含有塗膜について説明する。但し、本発明に係る反射特性測定装置により測定される被測定物は光輝材含有塗膜に限られない。
【００２３】
被塗装物１００は、金属製またはプラスチック製で、例えば自動車外板などからなる。図１（ａ）の単層塗膜１０１は、キラキラ感や干渉作用などの特殊効果を示す鱗片状のアルミニウムや雲母、雲母状酸化鉄、金属酸化物被覆雲母などのいわゆるメタリック顔料１１１を含有している。図１（ｂ）の単層塗膜１０２は、このメタリック顔料１１１とソリッドカラー着色顔料１１２とを同一塗膜中に併用して構成されている。
【００２４】
これらの単層塗膜１０１，１０２は、例えば、熱硬化性、あるいは常温硬化性の樹脂組成物にメタリック顔料１１１やソリッドカラー着色顔料１１２などを混合分散してなる有機溶剤系塗料または水系塗料を被塗装物１００に直接、または下塗り塗装、さらには中塗り塗装を介して塗装することによって得られる。
【００２５】
図１（ｃ）の複層塗膜１０３，１０４は、被塗装物１００にソリッドカラー着色顔料１１３を有する塗膜１１４を形成した後に、それぞれ単層塗膜１０１，１０２を積層塗装することで形成される。
【００２６】
図１（ｄ）の複層塗膜１０５，１０６，１０７，１０８は、それぞれ、単層塗膜１０１，１０２、複層塗膜１０３，１０４に、さらにクリヤー塗料１１５を塗装することで形成される。
【００２７】
次に、図２〜図４を用いて、本発明に係る反射特性測定装置の一実施形態であるマルチアングル測色計の構成および機能について説明する。
【００２８】
このマルチアングル測色計１は、被測定物の試料面を互いに異なる方向から照明する３つの照明部を備えた多方向照明一方向受光光学系で、さらに被測定物の試料面を撮像する撮像部を備え、被測定物である光輝材含有塗膜の各照明方向での測色を行うとともに、その測色結果を用いて被測定物の反射率を推定し、その推定結果に応じた露光時間で撮像部により撮像を行い、被測定物の光輝感の評価値を求めるようにしたものである。
【００２９】
図２（ａ）に示すように、このマルチアングル測色計１は、後述する図３の各構成要素が収容された箱形状の測定器本体２からなる。この測定器本体２は、底壁に穿設された測定用開口３と、表面適所に配設され、測定結果を示すディスプレイや操作スイッチなどを備えた操作表示パネル４とを備え、持ち運び可能なポータブル測色計を構成している。
【００３０】
そして、図２（ｂ）に示すように、マルチアングル測色計１の測定用開口３を被測定物５に向けて測定を行い、測定用開口３に対向する被測定物５の領域が測定域５ａとなる。測定の際には、測定器本体２の中心軸２ｎ（測定用開口３の法線）と測定域５ａの法線５ｎとが一致するように、測定器本体２を被測定物５に対して配置する。
【００３１】
図３において、マルチアングル測色計１は、上記操作表示パネル４を備えるとともに、第１照明部１０と、第２照明部２０と、第３照明部３０と、受光部４０と、撮像部５０と、メモリ部６０と、制御部７０とを備えている。
【００３２】
第１照明部１０は、例えばキセノンフラッシュランプからなる光源１１と、この光源１１を発光させる発光回路１２と、光源１１からの光線を規制する規制板１３と、コリメートレンズ１４とから構成されている。
【００３３】
発光回路１２は、例えば、数百Ｖの直流高電圧を光源１１の電極に印加するためのメインコンデンサ、このメインコンデンサを充電するための充電回路、光源１１に密着して巻かれた金属ワイヤからなるトリガ電極に数万Ｖの交流高電圧を印加するためのトリガ発生回路、例えばＩＧＢＴからなる半導体スイッチ素子、この半導体スイッチ素子に駆動電圧を印加するための駆動回路からなる。
【００３４】
そして、半導体スイッチ素子をオンにしておき、メインコンデンサにより光源１１の両端電極に直流高電圧を印加した状態で、トリガ発生回路のトリガコンデンサによりトリガトランスを介してトリガ電極に交流高電圧を瞬間的に印加すると、光源１１がトリガされ、メインコンデンサから直流電流が流れて発光することとなる。
【００３５】
規制板１３は、その開口１３ａがコリメートレンズ１４の焦点に一致するように配置されており、規制板１３の開口１３ａを通過した光源１１からの光線は、コリメートレンズ１４によってコリメートされて平行光線i1となって、被測定物５を照明する。
【００３６】
第２、第３照明部２０，３０も、第１照明部１０と同様に、それぞれ、光源２１，３１と、発光回路２２，３２と、規制板２３，３３と、コリメートレンズ２４，３４とから構成されており、規制板２３，３３の開口２３ａ，３３ａを通過した光源２１，３１からの光線は、コリメートレンズ２４，３４によってコリメートされて平行光線i2，i3となって、被測定物５を照明する。
【００３７】
受光部４０は、被測定物５からの平行光線を集束する受光光学系４１と、この受光光学系４１の結像位置に配設され、入射光線を波長ごとに分離して光強度に応じた分光データを出力する分光部４２とから構成されている。
【００３８】
ここで、第１〜第３照明部１０〜３０および受光部４０の配置について説明する。
【００３９】
受光部４０は、その光軸４０Ｌが測定器本体２の中心軸２ｎに対して４５°の方向に一致するように配置され、第１〜第３照明部１０〜３０および受光部４０は、中心軸２ｎを含む同一の作用面上に配置されている。
【００４０】
また、測定器本体２の中心軸２ｎに関して受光部４０の光軸４０Ｌと対称な方向である基準方向４０Ｓを基準とし、中心軸２ｎのある側を正として、基準方向４０Ｓからの角度により第１、第２、第３照明部１０，２０，３０の配置を表わすと、第１、第２、第３照明部１０，２０，３０は、それぞれ、その光軸１０Ｌ，２０Ｌ，３０Ｌが、＋１５°，＋４５°，＋１１０°の方向に一致するように配置されている。従って、中心軸２ｎと光軸３０Ｌとは一致している。
【００４１】
第１照明部１０によりいわゆるハイライト方向の反射特性が得られ、第３照明部３０によりいわゆるシェード方向の反射特性が得られる。
【００４２】
撮像部５０は、被測定物５を撮像するもので、被測定物５からの平行光線を集束する受光光学系５１と、この受光光学系５１の結像位置に受光面が配設され、例えばＣＣＤからなる撮像素子（以下「画素」ともいう。）が２次元的に配置されてなるエリアセンサ５２と、エリアセンサ５２の前面に配設されたフィルタ５３とから構成されている。フィルタ５３は、本実施形態では例えば三刺激値Ｘ，Ｙ，Ｚの等色関数ｘ(λ)，ｙ(λ)，ｚ(λ)のうちの等色関数ｙ(λ)に近似する分光透過特性を有している。
【００４３】
この撮像部５０は、受光部４０に近接する上記作用面上に配置され、受光部４０が受光する光線とほぼ平行な光線を受光するように配置されている。
【００４４】
操作表示パネル４は、測定開始を指示するための測定スイッチ６５、測定結果を表示するための例えば液晶表示パネルからなる表示部６６などを備えている。
【００４５】
メモリ部６０は、ＲＡＭやＥＥＰＲＯＭなどからなり、測定結果などを一時的に保管するとともに、制御部７０を動作させるための制御プログラムや、この制御プログラムの一部として、予め設定された露光時間Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４などの固定データを記憶している。
【００４６】
露光時間Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４は、本実施形態では例えば、Ｔ１＝２・Ｔ２＝４・Ｔ３＝８・Ｔ４に設定されている。露光時間Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４での露光量の比率は、適当な反射率を有する試料を隣接する２つの露光時間で撮像部５０により撮像することで予め求められ、メモリ部６０に格納されている。この露光量の比率を用いて正規化することにより、種々の被測定物５を異なる露光時間で撮像した場合でも互いに比較することが可能になる。
【００４７】
なお、メモリ部６０に格納する露光時間は、４種類に限られない。また、露光時間の比率は、１：２：４：８に限られない。
【００４８】
制御部７０は、ＣＰＵやＡ／Ｄ変換器などの電子回路を備え、機能ブロックとして、測定制御部７１と、演算処理部７２とを備え、メモリ部６０に格納されている制御プログラムに従って、マルチアングル測色計１の各部の動作を制御するものである。
【００４９】
測定制御部７１は、測定スイッチ６５が操作されると、光源１１，２１，３１を順次発光させて測色を行わせるものである。また、測定制御部７１は、引き続いて光源１１，３１を発光させて、演算処理部７２により設定された露光時間で撮像部５０により被測定物５の撮像を行わせるものである。また、測定制御部７１は、演算処理部７２による算出結果を測定結果として表示部６６に表示するものである。上記露光時間の制御は、本実施形態では例えば、エリアセンサ５２のＣＣＤの露光時間を制御する電子シャッタ機能により行われる。
【００５０】
演算処理部７２は、以下の機能▲１▼〜▲３▼を有する。
【００５１】
▲１▼分光部４２からの分光データを用いて、第１、第２、第３照明部１０，２０，３０に対応する被測定物５の分光反射特性Ｒ1(λ)，Ｒ2(λ)，Ｒ3(λ)を求め、これらに基づき、第１照明部１０に対応する三刺激値Ｘ1，Ｙ1，Ｚ1、第２照明部２０に対応する三刺激値Ｘ2，Ｙ2，Ｚ2、第３照明部３０に対応する三刺激値Ｘ3，Ｙ3，Ｚ3を算出する機能。
【００５２】
▲２▼算出した三刺激値Ｙ1，Ｙ3に基づき、露光時間Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４のうちから、光源１１，３１を発光させたときにエリアセンサ５２の露光時間として適切な値を選択して設定する機能。ここで、露光時間として適切な値とは、各画素が飽和せず、かつダイナミックレンジを有効に使える値を言い、例えば８ビット（０〜２５５）のデジタル値で表わす場合には、１５０〜２００程度になるような値に設定すればよい。
【００５３】
▲３▼光源１１，３１を発光させたときにエリアセンサ５２から出力される画像データに基づき、それぞれ光輝感を定量的に評価する２次元パワースペクトル値αを算出する機能。
【００５４】
この２次元パワースペクトル値αの算出について説明する。例えば光源１１を発光させたときに、エリアセンサ５２で撮像することにより図４（ａ）に示すような２次元画像が得られる。この２次元画像を、まず露光時間に応じた露光量の比率で正規化し、この正規化された２次元画像を２次元フーリエ変換することにより、図４（ｂ）に示すようなパワースペクトル画像が得られる。このパワースペクトル画像は、中心が周波数０（直流成分）で、中心から周辺に離れるほど空間周波数が高くなっている。
【００５５】
人間が感じる光輝感に寄与するのは低周波数成分であるので、このパワースペクトル画像のうちで所定の低空間周波数領域を抽出すると、図４（ｃ）に示す小円領域が得られる。この領域を全方向について積分した２次元パワースペクトル積分値αは、図４（ｄ）における３次元表示の突出した部分の体積に相当し、この２次元パワースペクトル積分値αが目視観察による光輝感の評価との相関性が高いものとなる。
【００５６】
すなわち、２次元パワースペクトル積分値αは、
α＝∫f∫ωＰ(ｆ，ω)ｄｆｄω／Ｐ(０，０)
により求められる。但し、ｆは空間周波数を表わす線密度で、積分範囲は例えば０〜４．４本／ｍｍである。ωは方向を表わす角度で、積分範囲は０〜２πである。また、Ｐ(ｆ，ω)は２次元画像を２次元フーリエ変換することにより得られるパワースペクトル画像の強度、Ｐ(０，０)は当該パワースペクトル画像の中心強度である。
【００５７】
次に、図５を用いて、このマルチアングル測色計１による測定手順について説明する。
【００５８】
測定スイッチ６５が操作されると図５のルーチンが開始され、まず、光源１１，２１，３１が順次駆動されて、第１、第２、第３照明部１０，２０，３０による分光反射特性Ｒ1(λ)，Ｒ2(λ)，Ｒ3(λ)が求められる（＃１００，＃１０５，＃１１０）。次いで、各分光反射特性を用いて、それぞれ測色値として三刺激値が求められる（＃１１５）。
【００５９】
次いで、第１照明部１０による測色値Ｙ1に基づき、ハイライト方向の露光時間が算出され（＃１２０）、第３照明部３０による測色値Ｙ3に基づき、シェード方向の露光時間が算出される（＃１２５）。
【００６０】
次いで、第１照明部１０の光源１１が駆動されて、＃１２０で算出された露光時間で撮像部５０により画像データが求められ（＃１３０）、次いで、第３照明部３０の光源３１が駆動されて、＃１２５で算出された露光時間で撮像部５０により画像データが求められる（＃１３５）。
【００６１】
次いで、各画像データについて、光輝感データとして、２次元パワースペクトル積分値αが求められ（＃１４０）、最後に、算出された測色データおよび光輝感データが表示部６６に表示される（＃１４５）。
【００６２】
このように、本実施形態によれば、各照明部１０，３０により被測定物５を照明したときに得られる分光反射特性に基づき、撮像部５０の露光時間を決定するようにしているので、適切な露光時間で被測定物の撮像を行うことができる。これによって、被測定物５の光輝感を客観的に評価する２次元パワースペクトル積分値αを精度良く求めることができる。
【００６３】
また、本実施形態によれば、エリアセンサ５２の前面に三刺激値Ｙの等色関数ｙ(λ)にほぼ等しい分光透過特性を有するフィルタ５３を配設するとともに、分光反射特性から三刺激値Ｙを算出し、この算出した三刺激値Ｙに基づき露光時間を決定するようにしているので、適切な露光時間を確実に得ることができる。
【００６４】
また、本実施形態によれば、メモリ部６０に予め設定された露光時間Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４を記憶しておき、これらから算出した三刺激値Ｙに基づき露光時間を選択するようにしているので、容易、かつ簡易に、短時間で適切な露光時間を得ることができる。
【００６５】
また、本実施形態によれば、異なる露光時間の間の露光量の比率を予め求めてメモリ部６０に記憶しておき、エリアセンサ５２により撮像された画像データを上記露光量の比率で正規化するようにしているので、２次元パワースペクトル積分値αにより、種々の被測定物５の光輝感を容易に比較することができる。
【００６６】
また、本実施形態によれば、第１照明部１０によりハイライト方向から照明されたときの画像データおよび第３照明部３０によりシェード方向から照明されたときの画像データについて、それぞれ２次元パワースペクトル積分値αを求めるようにしているので、さらに一層好適に、被測定物５の光輝感を評価することができる。
【００６７】
なお、本発明は、上記実施形態に限られず、以下に示す変形形態を採用することができる。
【００６８】
（１）上記実施形態では、第１〜第３照明部１０〜３０は、図３に示すように、被測定物５をそれぞれ１方向から照明しているが、これに限られず、図６に示すように、被測定物５を環状に照明するようにしてもよい。
【００６９】
第１照明部１０は、複数（本変形形態では例えば１６個）の光学ファイバからなる光学ファイバ群１５をさらに備え、光源１１からの光線は光学ファイバ群１５の入射端１５ａに送り込まれる。そして、第１照明部１０は、光線１０ａにより被測定物５の試料面を照射角度θ1で照明するものである。
【００７０】
同様に、第２、第３照明部２０，３０は、それぞれ、複数（本変形形態では例えば１６個）の光学ファイバからなる光学ファイバ群２５，３５をさらに備え、光源２１，３１からの光線は光学ファイバ群２５，３５の入射端２５ａ，３５ａに送り込まれる。そして、第２、第３照明部２０，３０は、光線２０ａ，３０ａにより被測定物５の試料面を照射角度θ2（＞θ1），θ3（＞θ2）で照明するものである。本変形形態では、例えばθ1＝７５°，θ2＝４５°，θ3＝２５°である。
【００７１】
なお、説明の便宜上、図６（ａ）では、光学ファイバ群１５，２５，３５をそれぞれ紙面内の２個のみ示し、図６（ｂ）では、光学ファイバ群２５のみを示している。
【００７２】
図６の形態における第１、第２、第３照明部１０，２０，３０の照射角度について言い換えると、各照明部１０，２０，３０は、受光部４０の光軸、すなわち法線２ｎと被測定物５の試料面との交点近傍を照明しており、同一の照射角度で試料面を照明する照明部、すなわち照明部１０，２０，３０の各光学ファイバ群１５，２５，３５は、それぞれ、例えば図６（ｂ）に示すように、上記交点Ｐを頂点とする直円錐Ａの側面Ｂに沿って被測定物５を照明している。
【００７３】
また、異なる照射角度で試料面を照明する照明部、すなわち光学ファイバ群１５と光学ファイバ群２５と光学ファイバ群３５とは、互いにテーパ角度の異なる直円錐の側面に沿って被測定物５を照明している。
【００７４】
この構成によれば、受光部４０および撮像部５０ともに被測定物５を法線方向から観察するようにしているので、シェーディングの影響を低減でき、測定域全域に亘って好適な２次元画像を得ることができる。
【００７５】
なお、光学ファイバ群１５，２５，３５の射出端の近傍にそれぞれコリメートレンズを配設し、上記実施形態と同様に、被測定物５を平行光線により照明するようにしてもよい。さらに、受光部４０および撮像部５０にそれぞれ受光光学系を配設し、被測定物５からの反射光を受光するようにしてもよい。この場合、受光部４０は、被測定物５からの反射光のうちの平行光線を受光することが好ましい。
【００７６】
（２）第１〜第３照明部１０〜３０の配置は、上記実施形態に限られず、多方向照明一方向受光光学系で照明部の配置が図３と異なる形態でもよい。例えば中心軸２ｎのある側を正として、基準方向４０Ｓからの角度により第１〜第３照明部１０〜３０の配置を表わしたときに、第１、第２、第３照明部１０，２０，３０は、それぞれ、その光軸１０Ｌ，２０Ｌ，３０Ｌが＋２５°，＋４５°，＋７５°の方向に一致するように配置したものでもよい。この形態でも、上記実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
【００７７】
（３）上記実施形態のように多方向照明一方向受光光学系に限られず、一方向照明多方向受光光学系でもよい。但し、この場合には、１つの受光部は、被測定物のほぼ法線方向の反射光を受光するように構成するとともに、撮像部を当該受光部の近傍に配置して被測定物をほぼ法線方向に撮像するように構成するのが好ましい。この構成によれば、上記受光部の測色結果を用いて撮像部の露光量を決定することにより、上記実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
【００７８】
（４）上記実施形態では、エリアセンサ５２の露光時間を変えることで露光量を制御するようにしているが、これに限られず、各光源１１，３１の発光時間を変えて発光光量を制御することにより、エリアセンサ５２の露光量を制御するようにしてもよい。これは、例えば光源１１の発光開始後に半導体スイッチ素子をオフにするタイミングを制御することで、光源１１の発光時間を制御することができる。この形態でも、上記実施形態と同様に、エリアセンサ５２の露光量を制御することができる。
【００７９】
（５）上記実施形態では、被測定物として光輝材含有塗膜を用いて説明しているが、本発明は、他の被測定物の反射特性測定にも適用することができ、その場合には、１つの照明部を備えればよく、複数の照明部を備える必要はない。
【００８０】
また、上記実施形態では、被測定物の分光反射特性を測定しているが、これに限られず、三刺激値を測定する刺激値直読型としてもよい。
【００８１】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１の発明によれば、反射率の測定結果を用いて撮像手段の露光量を決定し、決定された露光量で測定域の２次元画像を撮像するようにしているので、被測定物に応じた露光量で撮像を行うことができ、反射特性が大きく異なる被測定物であっても、その測定域の好適な２次元画像を得ることができる。
【００８２】
請求項２の発明によれば、三刺激値のうちの１つの特性にほぼ等しい分光透過特性を有するフィルタを介して測定域の撮像を行うとともに、上記１つの特性に関する測色値を用いて露光量を決定するようにしているので、被測定物に応じた適切な露光量で撮像を行うことができる。
【００８３】
請求項３の発明によれば、反射率の測定結果を用いて、予め設定された複数の露光量から１つの露光量を選択するようにしているので、露光量を簡易、かつ容易に短時間で決定することができる。
【００８４】
請求項４の発明によれば、撮像手段により適切な露光時間で撮像された被測定物の測定域の２次元画像に基づき被測定物の光輝感を算出するようにしているので、光輝感を精度良く求めることができる。
【００８５】
請求項５の発明によれば、互いに異なる特定方向からそれぞれ被測定物の測定域を照明するようにしているので、種々の方向から照明されたときの被測定物の反射特性を求めることができ、特に被測定物が光輝材を含有する塗膜である場合に、当該被測定物の特徴を示す反射特性を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 被塗装物に塗装された光輝材含有塗膜の例を示す断面図で、（ａ）（ｂ）は単層塗膜を示し、（ｃ）（ｄ）は複層塗膜を示している。
【図２】 （ａ）は本発明に係る反射特性測定装置の一実施形態であるマルチアングル測色計の外観を示す斜視図、（ｂ）は同マルチアングル測色計の測定器本体の中心軸と測定試料の試料面との角度を説明する模式図である。
【図３】 同マルチアングル測色計の光学系および電気的構成を示す図である。
【図４】 （ａ）〜（ｄ）は光輝感の定量的な評価値を求める手法を説明する図である。
【図５】 本マルチアングル測色計による測定手順を示すフローチャートである。
【図６】 （ａ）は被測定物を環状に照明する形態の光学系および電気的構成を示す図、（ｂ）は照明部による照射角度を説明する図である。
【符号の説明】
１０ 第１照明部
２０ 第２照明部
３０ 第３照明部
４０ 受光部（反射特性測定手段）
５０ 撮像部
５２ エリアセンサ
５３ フィルタ
６０ メモリ部（記憶手段）
７０ 制御部
７１ 測定制御部
７２ 演算処理部（反射特性測定手段、露光量制御手段）
Claims (5)
- 被測定物の測定域を少なくとも１つの特定方向から照明する照明手段と、
この照明手段により照明された上記測定域からの反射光を受光し、当該測定域の反射率を測定する反射率測定手段と、
上記測定域の２次元画像を撮像する撮像手段と、
上記反射率測定手段により上記反射率の測定を行わせた後、上記撮像手段により上記測定域の撮像を行わせる測定制御手段と、
上記反射率の測定結果を用いて上記撮像手段の露光量を決定する露光量制御手段とを備え、
上記測定制御手段は、上記露光量制御手段により決定された露光量で上記撮像手段により上記測定域の撮像を行わせるものであることを特徴とする反射特性測定装置。 - 上記反射率測定手段は、三刺激値のうちの１つの特性に関する測色値を少なくとも測定するもので、上記露光量制御手段は、上記三刺激値のうちの１つの特性に関する測色値を用いて上記撮像手段の露光量を決定するもので、上記撮像手段は、上記三刺激値のうちの１つの特性にほぼ等しい分光透過特性を有するフィルタを介して上記測定域の撮像を行うものであることを特徴とする請求項１記載の反射特性測定装置。
- 予め設定された複数の露光量を記憶する記憶手段をさらに備え、上記露光量制御手段は、上記反射率の測定結果を用いて上記複数の露光量から１つの露光量を選択するものであることを特徴とする請求項１または２記載の反射特性測定装置。
- 上記撮像手段により撮像された上記測定域の２次元画像に基づき被測定物の光輝感を算出する演算処理手段をさらに備えたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の反射特性測定装置。
- 上記照明手段は、互いに異なる特定方向からそれぞれ上記測定域を照明する複数の照明部を備えたものであることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の反射特性測定装置。
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