JP5217364B2 - 反射特性測定装置 - Google Patents

Description

本発明は、試料の試料面に配列された複数の色サンプルを走査し、各色サンプルの反射特性を連続測定する反射特性測定装置に関する。

印刷機器の校正にあたっては、まず、校正対象の印刷機器に印刷データを入力し、複数の色サンプルを当該印刷機器に印刷させる。その後に、印刷された各色サンプルの反射特性を測定し、各色サンプルの反射特性の測定値と各色サンプルが本来有しているべき反射特性の基準値との差異に基づいて当該印刷機器の印刷色を校正する。

ただ、各色サンプルの反射特性を１つずつ測定する作業は時間がかかりすぎるため、特許文献１に示すように、試料の試料面に配列された複数の色サンプルを走査し、各色サンプルの反射特性を連続測定する反射特性測定装置も実用化されている。

特開２００１−３１３８４３公報

しかし、従来の反射特性測定装置には、試料面に照明光を照射する照明系の消費電力が多く、電源に与える負荷が大きいという問題がある。

また、従来の反射特性測定装置には、照明系の電力消費に伴う照明系の発熱が大きいという問題がある。このような照明系の発熱は、光学部品の膨張や電子部品の特性変動を引き起こし、反射特性測定装置の測定精度の低下の原因となる。特に、コストダウンのために熱膨張係数が大きいプラスチック製の光学部品を採用した反射特性測定装置では、発熱に起因する測定精度の低下は大きな問題となる。

さらに、従来の反射特性測定装置には、照明系を構成する光源を大電流で連続して点灯させるため、光源の寿命が短いという問題がある。

本発明は、これらの問題を解決するためになされたもので、適切な照明光を試料面に照射することができる反射特性測定装置を提供し、さらには、電源の負荷を小さくし、反射特性測定装置の測定精度の低下を防ぎ、光源の寿命を長くすることを目的とする。

上記課題を解決するため、請求項１の発明は、試料の試料面に配列された複数の色サンプルを走査し、各色サンプルからの反射光を連続して測定する反射特性測定装置であって、試料面に第１の照明光を照射する第１の照明手段と、試料面に第２の照明光を照射し、前記第２の照明光の波長分布が前記第１の照明光の波長分布と異なる第２の照明手段と、試料面からの反射光を受光し、受光した反射光を測定する受光手段と、前記第１の照明光及び前記第２の照明光のうちの前記第１の照明光のみが試料面に照射されている場合の前記受光手段の測定結果から、前記受光手段の測定の対象となる測定域に２個以上の色サンプルが含まれている無効区間及び１個の色サンプルのみが含まれている有効区間のいずれを反射特性測定装置が走査しているかを判定する判定手段と、反射光測定装置が有効区間を走査していると前記判定手段により判定された場合に前記第１の照明光に加えて前記第２の照明光を試料面に照射させる照明光制御手段とを備える。

請求項２の発明は、請求項１に記載の反射特性測定装置において、前記第１の照明手段が第１の光源として第１の光を発光する第１のＬＥＤを備え、前記第２の照明手段が第２の光源として第２の光を発光する第２のＬＥＤを備え、前記第２の光の波長分布が前記第１の光の波長分布と異なる。

請求項３の発明は、請求項２に記載の反射特性測定装置において、前記第１のＬＥＤが白色ＬＥＤであり、前記第２のＬＥＤが紫色ＬＥＤである。

請求項４の発明は、請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の反射特性測定装置において、前記受光手段は、反射光を波長ごとに分散する波長分散素子と、入射した光量に応じた信号を出力するセンサを前記波長分散素子が反射光を波長ごとに分散する方向に配列して構成されたセンサアレイとを有するポリクロメータを備え、前記判定手段は、前記センサが出力した信号の時間変化に基づいて反射特性測定装置が有効区間及び無効区間のいずれを走査しているのかを判定する。

請求項５の発明は、請求項４に記載の反射特性測定装置において、前記判定手段は、前記センサが出力した信号の時間変化の絶対値の前記センサの複数についての総和が閾値以下である場合に反射特性測定装置が有効区間を走査していると判定する。

本発明によれば、反射特性測定装置が走査している区間によって照明光を変化させることができるので、適切な照明光を試料面に照射することができる。

請求項４の発明によれば、分光反射率係数等の演算が不要になるので、反射特性測定装置が有効区間及び無効区間のいずれを走査しているのかを高速に判定することができる。

請求項５の発明によれば、反射特性測定装置が有効区間及び無効区間のいずれを走査しているのかを高速かつ適切に判定することができる。

請求項３の発明によれば、可視域をカバーする４００〜７００ｎｍの波長の光を含む照明光を試料面に照射することができるので、色サンプルの反射特性を適切に測定することができる。

請求項１の発明によれば、反射特性測定装置が無効区間を走査しているときは第２の照明手段を消灯することができるので、適切な照明光を試料面に照射することができる。

＜１ 第１実施形態＞
＜１−１ 走査測色システム１の概略＞
図１は、本発明の第１実施形態に係る走査測色システム１の模式図である。走査測色システム１は、校正対象の印刷機器が印刷した色サンプルの分光反射率係数を測定し、色サンプルの分光反射率係数の測定値と色サンプルが本来有しているべき分光反射率係数の基準値との差異に基づいて、当該印刷機器の印刷色を校正する。

図１に示すように、走査測色システム１は、反射特性測定装置１０２、搬送機構１７０及び外部コンピュータ１８０を備える。反射特性測定装置１０２と外部コンピュータ１８０とは、ＵＳＢ（Universal Serial Bus）インターフェースによって接続されており、双方向にデータ通信をすることができる。また、反射特性測定装置１０２は、ＵＳＢバスパワードで動作しており、ＵＳＢインターフェースを介して外部コンピュータから動作電力の供給を受けている。もちろん、反射特性測定装置１０２と外部コンピュータ１８０との通信手段としてＵＳＢインターフェース以外のインターフェースを採用してもよいし、外部コンピュータ１８０とは独立した電源から反射特性測定装置１０２に動作電力を供給してもよい。

＜１−２ ストリップ状試料６０２＞
図３は、走査測色システム１の測定対象となるストリップ状試料６０２の平面図である。ストリップ状試料６０２は、細長矩形シート形状を有している。ストリップ状試料６０２の試料面６０４には、色調や濃度の異なる２０個の色サンプル６０６が印刷されている。色サンプル６０６は、典型的には、矩形形状又は正方形形状を有しており、ストリップ状試料６０２の長手方向に規則的に配列されている。なお、色サンプル６０６の数を１９個以下又は２１個以上に増減してもよい。

＜１−３ 反射特性測定装置１０２＞
図１に断面を示す反射特性測定装置１０２は、試料面６０４に配列された複数の色サンプル６０６を走査し、各色サンプル６０６からの反射光を連続して分光測定する。また、反射特性測定装置１０２は、分光測定の結果をあらわすデータをＵＳＢインターフェースを介して外部コンピュータ１８０に送信する。反射特性測定装置１０２は、照明系１０４、受光系１１２及び制御処理回路１２４を備える。

｛照明系１０４｝
照明系１０４は、レンズ１０６及び白色ＬＥＤ（Light Emitting Diode）１０８を備え、試料面６０４に照明光を照射する。照明系１０４は、試料面６０４の法線と４５°をなす方向から試料面６０４に照明光を照射する。

レンズ１０６は、白色ＬＥＤ１０８が発光した照明光を受光系１１２の測定の対象となる測定域に導く。

白色ＬＥＤ１０８は、供給された電流に応じた強度の照明光を発光する。光源として白色ＬＥＤ１０８を採用することにより、照明系１０４は、試料面６０４に白色の照明光を照射することができる。なお、１個の白色ＬＥＤ１０８ではなく２個以上の白色ＬＥＤを光源として用いてもよい。また、白色ＬＥＤ１０８に代えて、測定しようとする分光反射率係数の波長範囲の照明光を照射することができる他の種類の光源を用いることもできる。ただし、白色ＬＥＤ１０８には、応答が速いという利点がある。

｛受光系１１２｝
受光系１１２は、レンズ１１４及びポリクロメータ１１６を備え、試料面６０４からの反射光を受光し、受光した反射光を分光測定する。受光系１１２は、試料面６０４から試料面６０４の法線方向へ向かう反射光を受光する。

レンズ１１４は、試料面６０４の測定域からの反射光をポリクロメータ１１６に導く。

ポリクロメータ１１６は、反射光の分光測定を行う。ポリクロメータ１１６は、凹面回折格子１１８及びセンサアレイ１２０を備える。

凹面回折格子１１８は、反射光を波長ごとに分散する。もちろん、凹面回折格子１１８以外の波長分散素子を用いて反射光を波長ごとに分散してもよい。

センサアレイ１２０は、凹面回折格子１１８が波長ごとに分散した反射光を受光し、反射光の強度の波長分布を示す信号を出力する。センサアレイ１２０は、入射した光量に応じた信号を出力するセンサを一方向に配列して構成されている。センサアレイ１２０は、センサの配列方向が、凹面回折格子１１８が反射光を波長ごとに分散する方向となるように設置される。センサアレイ１２０は、入力されたクロックに同期して測定を行う。センサアレイ１２０としては、例えば、入射した光量に応じた電荷を発生する光電変換素子を一方向に配列して構成されたＣＣＤ（Charge Coupled Device）リニアイメージセンサやＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）リニアイメージセンサを用いることができる。

｛制御処理回路１２４｝
制御処理回路１２４は、白色ＬＥＤ１０８及びセンサアレイ１２０を制御し各種の処理を行う。

図２は、制御処理回路１２４を含む反射特性測定装置１０２の電気的な構成を示すブロック図である。

図２に示すように、反射特性測定装置１０２は、ＬＥＤ駆動回路１２６、センサアレイ駆動回路１３４、電源回路１４４及び組み込みコンピュータ１５２を備える。

ＬＥＤ駆動回路１２６は、組み込みコンピュータ１５２の制御に応じて白色ＬＥＤ１０８を駆動する。ＬＥＤ駆動回路１２６は、定電流回路１２８及び順電圧測定回路１３０を含む。

定電流回路１２８は、白色ＬＥＤ１０８と電源回路１４４との間に挿入され、電源回路１４４から白色ＬＥＤ１０８へ供給される電流Ｉｆを一定に制限する。これにより、電源回路１４４の電圧Ｖｃが変動しても白色ＬＥＤ１０８に供給される電流Ｉｆが変化しないので、電源回路１４４の電圧Ｖｉの変動により照明光の強度が変動することを抑制することができる。また、定電流回路１２８は、組み込みコンピュータ１５２と接続され、組み込みコンピュータ１５２の制御に応じて白色ＬＥＤ１０８に供給する電流Ｉｆを切り替えることができる。これにより、白色ＬＥＤ１０８が発光する照明光の強度を変更することができる。定電流回路１２８は、例えば、演算増幅器を用いて構成することができる。

なお、白色ＬＥＤ１０８に直流を供給し電流を調整することにより白色ＬＥＤ１０８の調光を行うのではなく、白色ＬＥＤ１０８にパルスを供給しデューティ比を調整することにより白色ＬＥＤ１０８の調光を行ってもよい。ただし、後者の方法により白色ＬＥＤ１０８の調光を行う場合、白色ＬＥＤ１０８の点滅周期がセンサアレイ１２０の露光時間よりも十分に短くなるように周波数を決定する必要がある。

順電圧測定回路１３０は、カソードが接地された白色ＬＥＤ１０８のアノード及び組み込みコンピュータ１５２と接続され、白色ＬＥＤ１０８の順電圧Ｖｆに応じた信号を発生し、発生した信号を組み込みコンピュータ１５２に出力する。より具体的には、順電圧測定回路１３０は、Ａ／Ｄ変換器を用いて構成され、順電圧ＶｆをＡ／Ｄ変換して順電圧データとして組み込みコンピュータ１５２に出力する。順電圧測定回路１３０が組み込みコンピュータ１５２に出力した順電圧信号は、ＵＳＢインターフェース部１６６を介して外部コンピュータ１８０に送信され、外部コンピュータ１８０において白色ＬＥＤ１０８の温度を特定するために用いられる。なお、順電圧測定回路１３０に代えて白色ＬＥＤ１０８の温度を測定する温度センサを設け、温度センサが発生した信号を外部コンピュータ１８０に送信することにより、外部コンピュータ１８０において白色ＬＥＤ１０８の温度を特定することができるようにしてもよい。

センサアレイ駆動回路１３４は、組み込みコンピュータ１５２の制御に応じてセンサアレイ１２０を駆動する。センサアレイ駆動回路１３４は、クロック回路１３６、処理回路１３８及びＡ／Ｄ変換器１４０を備える。センサアレイ駆動回路１３４は、クロック回路１３６、処理回路１３８及びＡ／Ｄ変換器１４０を１チップ化した駆動ＩＣ（Integrated Circuit）を用いて構成することができる。ただし、このことは、２チップ以上の駆動ＩＣを組み合わせてセンサアレイ駆動回路１３４を構成することやディスクリート部品を一部に用いてセンサアレイ駆動回路１３４を構成することを妨げない。

クロック回路１３６は、センサアレイ１２０及び組み込みコンピュータ１５２と接続され、組み込みコンピュータ１５２の制御に応じてセンサアレイ１２０の駆動用のクロックを発生し、発生したクロックをセンサアレイ１２０に出力する。

処理回路１３８は、センサアレイ１２０及びＡ／Ｄ変換器１４０と接続され、センサアレイ１２０が出力した信号を処理し、処理した信号をＡ／Ｄ変換器１４０に出力する。処理回路１３８は、例えば、センサアレイ１２０がＣＣＤリニアイメージセンサである場合、相関二重サンプリング等を行う。

Ａ／Ｄ変換器１４０は、処理回路１３８及び組み込みコンピュータ１５２と接続され、処理回路１３８が出力したアナログの画素信号をデジタルの画素信号に変換し、変換により得られた画素信号を組み込みコンピュータ１５２に出力する。

電源回路１４４は、ＵＳＢインターフェース部１６６を介して外部コンピュータ１８０から動作電力の供給を受け、供給された動作電力をＬＥＤ駆動回路１２６、センサアレイ駆動回路１３４、組み込みコンピュータ１５２その他の反射特性測定装置１０２の各部に分配する。電源回路１４４は、定電圧回路１４６及び電気二重層キャパシタ１４８を備える。

定電圧回路１４６は、供給された動作電力を定電流回路１２８以外の回路に分配する際に電圧Ｖｉを一定の電圧Ｖｏに変換する。なお、定電圧回路１４６が１種類の電圧Ｖｏを出力するだけでなく、２種類以上の電圧を出力するようにしてもよい。

電気二重層キャパシタ１４８は、外部コンピュータ１８０から供給された動作電力を定電圧回路１４６及びＬＥＤ駆動回路１２６に分配する際に電流を平滑する。これにより、電源回路１４４からＬＥＤ駆動回路１２６を介して白色ＬＥＤ１０８に供給する電流が増加したときに電気二重層キャパシタ１４８から電流を供給することができるので、外部コンピュータ１８０から電源回路１４４に供給する電流のピークを抑制することができる。なお、バッファーとして電気二重層キャパシタ１４８を用いることは必須ではなく、十分な容量を有する他の種類のキャパシタや２次電池を用いてもよい。

組み込みコンピュータ１５２は、少なくともＣＰＵ１５４及びメモリ１５６を備え、メモリ１５６にロードされた制御処理プログラムをＣＰＵ１５４が実行することにより、ＬＥＤ駆動回路１２６、センサアレイ駆動回路１３４その他の反射特性測定装置１０２の各部を制御し各種の演算を行う。組み込みコンピュータ１５２は、ＬＥＤ制御部１６２、センサアレイ制御部１６４及びＵＳＢインターフェース部１６６を備える。

センサアレイ制御部１６４は、センサアレイ駆動回路１３４を介してセンサアレイ１２０を制御する。センサアレイ制御部１６４は、センサアレイ１２０に反射光を測定させ、測定ごとに測定結果を示すデータを取得する。センサアレイ制御部１６４が測定ごとに取得するデータは、センサアレイ１２０を構成するＮ個のセンサの各々の測定結果を示す画素データＰ（１），Ｐ（２），・・・，Ｐ（Ｎ）の集合である。

ＬＥＤ制御部１６２は、ＬＥＤ駆動回路１２６を介して白色ＬＥＤ１０８を制御する。ＬＥＤ制御部１６２は、白色ＬＥＤ１０８に照明光を照射させるとともに照明光の強度を変化させる。また、ＬＥＤ制御部１６２は、白色ＬＥＤ１０８の順電圧Ｖｆの測定結果を示す順電圧データを取得する。

組み込みコンピュータ１５２は、画素データＰ（１），Ｐ（２），・・・，Ｐ（Ｎ）の測定が行われるごとに、メモリ１５６にアクセスして、最新の測定で得られた画素データＰｎｅｗ（１），Ｐｎｅｗ（２），・・・，Ｐｎｅｗ（Ｎ）を新データ保存域１５８に保存するとともに、最新の測定の１つ前の測定で得られた画素データＰｏｌｄ（１），Ｐｏｌｄ（２），・・・，Ｐｏｌｄ（Ｎ）を旧データ保存域１６０に保存する。

また、組み込みコンピュータ１５２は、式（１）にしたがって、画素データＰｎｅｗ（ｎ）と画素データＰｏｌｄ（ｎ）との差分ｄ（ｎ）を画素ごとに演算する（ｉ＝１，２，・・・，Ｎ）。

さらに、組み込みコンピュータ１５２は、式（２）にしたがって、差分ｄ（ｎ）の絶対値を画素の全てあるいは一部について総和し、受光系１１２の測定結果の時間変化を示す差分Ｄを演算する。

なお、式（２）は、照明光の強度の波長分布やセンサごとの感度の不均一性を無視しているが、これらを無視することができない場合は、補正係数Ｃ（ｎ）をあらかじめ求めておき、式（３）にしたがって、差分Ｄを演算することが望ましい。

加えて、組み込みコンピュータ１５２は、差分Ｄが閾値より大きい場合には、測定域に２個以上の色サンプル６０６が含まれている無効区間を反射特性測定装置１０２が走査していると判定し、差分Ｄが閾値以下である場合には、測定域に１個の色サンプル６０６のみが含まれている有効区間を反射特性測定装置１０２が走査していると判定する。

そして、ＬＥＤ制御部１６２は、反射特性測定装置１０２が無効区間を走査していると判定されたときは、白色ＬＥＤ１０８にＩｆ＝Ｉ１（３０ｍＡ）が供給されるように制御を行い、反射特性測定装置１０２が有効区間を走査していると判定されたときは、白色ＬＥＤ１０８にＩｆ＝Ｉ２（１５０ｍＡ）が供給されるように制御を行う。

これにより、反射特性測定装置１０２が無効区間を走査しているときは照明光の強度は相対的に弱くなり、有効区間を走査しているときは照明光の強度は相対的に強くなる。このように、反射特性測定装置１０２が有効区間及び無効区間のいずれを走査しているかに応じて照明光を変化させれば、反射特性測定装置１０２が走査している区間によって照明光を変化させることができるので、適切な照明光を試料面６０４に照射することができる。すなわち、適切な測定を行うことができる有効区間を反射特性測定装置１０２が走査しているときは測定に必要な強度の照明光を測定域に照射しつつ、適切な測定を行うことができない無効区間を反射特性測定装置１０２が走査しているときは照明光の強度を弱くし、照明系１０４の消費電力を減らすことができる。これにより、電源の負荷を小さくし、発熱に起因する反射特性測定装置１０２の測定精度の低下を防ぎ、白色ＬＥＤ１０８の寿命を長くすることができる。なお、白色ＬＥＤ１０８に供給する電流を３０ｍＡと１５０ｍＡとの間で切り替えることは必須ではない。すなわち、ここでいう「３０ｍＡ」や「１５０ｍＡ」という電流Ｉ１，Ｉ２の具体値は例示に過ぎず、白色ＬＥＤ１０８の定格や必要な照明光の強度等に応じて変更してもよい。

組み込みコンピュータ１５２は、反射特性測定装置１０２が有効区間を走査している間に測定された画素データＰ（ｎ）及び順電圧データを分光測定の結果をあらわすデータとしてＵＳＢインターフェース部１６６を介して外部コンピュータ１８０に送信する。

＜１−４ 搬送機構１７０＞
図１に断面を示す搬送機構１７０は、色サンプル６０６の配列方向にストリップ状試料６０２を搬送することにより反射特性測定装置１０２とストリップ状試料６０２とを相対的に移動させ、反射特性測定装置１０２に複数の色サンプル６０６を走査させる。これにより、色サンプル６０６の１次元配列に沿って測定域を移動させることができるので、ストリップ状試料６０２を搬送しながらセンサアレイ１２０に繰り返し測定をさせることにより、複数の色サンプル６０６を連続測定することが可能になる。もちろん、ストリップ状試料６０２を搬送することにより反射特性測定装置１０２とストリップ状試料６０２とを相対的に移動させるのではなく、反射特性測定装置１０２を搬送することにより反射特性測定装置１０２とストリップ状試料６０２とを相対的に移動させるようにしてもよい。また、反射特性測定装置１０２又はストリップ状試料６０２を手動で動かすことにより反射特性測定装置１０２とストリップ状試料６０２とを相対的に移動させるハンドスキャンの場合にも本発明は適用可能である。

搬送機構１７０は、給紙ローラ対１７２及び排紙ローラ対１７４を備える。給紙ローラ対１７２は、搬送経路の上流に設置され、供給されたストリップ状試料６０２をニップするとともに協働回転してストリップ状試料６０２を測定域に向かって搬送する。排紙ローラ対１７４は、搬送経路の下流に設置され、搬送されてきたストリップ状試料６０２をニップするとともに協働回転してストリップ状試料６０２をテンションをかけながら排出する。

＜１−５ 外部コンピュータ１８０＞
外部コンピュータ１８０は、反射特性測定装置１０２が有効区間を走査している間に測定された画素データＰ（ｎ）を積算した有効積算データＳ（ｎ）を演算する。そして、外部コンピュータ１８０は、順電圧データから白色ＬＥＤ１０８の温度を特定し、白色ＬＥＤ１０８の温度による照明光の強度の波長分布の変化を考慮して、有効積算データＳ（ｎ）から色サンプル６０６の分光反射率係数を演算する。

＜１−６ 動作＞
図４〜図１０は、第１実施形態に係る制御処理プログラムを組み込みコンピュータ１５２に実行させた場合の走査測色システム１の動作を説明する図である。図４は、色サンプル６０６の１次元配列に沿う測定域６０８の移動を示す図である。図５〜図１０は、走査測色システム１の動作を説明するタイミングチャートであって、それぞれ、クロックＣＬ、画素データＰ（ｎ）、差分Ｄ、電流Ｉｆ、有効積算データＳ（ｎ）、電圧Ｖｃの時間変化を示している。

｛測定｝
図５に示すように、センサアレイ１２０は、一定の周期で繰り返し入力されるクロックＣＬに同期して繰り返し測定を行う。したがって、ストリップ状試料６０２を一定の速度で搬送する場合、図４に示すように、測定域６０８は色サンプル６０６の１次元配列に沿って移動し、隣接する測定域６０８の間隔は一定となる。なお、ここでは、反射特性測定装置１０２が１秒間に２０個の色サンプル６０６を走査し、１個の色サンプル６０６を走査する間に８回の測定を行うようにクロックＣＬの周波数が決められているとする。もちろん、反射特性測定装置１０２が１秒間に走査する色サンプル６０６の数を１９個以下又は２１個以上に増減してもよいし、１個の色サンプル６０６を走査する間に測定を行う回数を７回以下又は９回以上に増減してもよい。ただし、反射特性測定装置１０２が有効区間を操作している間に複数回の測定を行うことができるように反射特性測定装置１０２が１秒間に走査する色サンプル６０６の数や１個の色サンプル６０６を走査する間に測定を行う回数を決定すれば、画素データＰ（ｎ）を積算した有効積算データＳ（ｎ）を分光反射率の特定に用いることができるようになるので、反射特性測定装置１０２の測定精度を向上することができる。

｛有効性判定｝
このような測定を行った場合、図６に示すように、反射特性測定装置１０２が無効区間を走査している間に行われた測定で得られる画素データＰ（ｎ）は、時間が経過するにつれて増加又は減少する。このため、図７に示すように、反射特性測定装置１０２が無効区間の走査を開始すると差分Ｄは増加し、反射特性測定装置１０２が無効区間の走査を終了すると差分Ｄは減少する。そこで、組み込みコンピュータ１５２は、差分Ｄが閾値ＤＴＨより大きくなった場合は、反射特性測定装置１０２が有効区間の走査を終了し無効区間の走査を開始したと判定し、差分Ｄが閾値以下となった場合は、反射特性測定装置１０２が無効区間の走査を終了し有効区間の走査を開始したと判定する。このように差分Ｄに基づいて反射特性測定装置１０２が有効区間及び無効区間のいずれを走査しているのかを判定する（以下では、「有効性判定をする」という）ようにすれば、有効性判定を高速に行うことができるだけでなく、有効性判定をするための機構を別途設ける必要がないので、反射特性測定装置１０２を簡略化することができる。ただし、このことは、そのような機構を反射特性測定装置１０２に別途設けることを妨げるものではない。

また、クロックＣＬに同期して受光系１１２が反射光を測定するごとに有効性判定をすれば、走査の状況にかかわらず適切に有効性判定をすることができ、適切な照明光を試料面に照射することができる。例えば、何らかの理由でストリップ状試料６０２の搬送速度が変動しても適切に有効性判定をすることができる。

さらに、分光反射率係数等を演算し演算により得られた分光反射率等に基づいて有効性判定を行うのではなく、上述のように画素データＰ（１），Ｐ（２），・・・，Ｐ（Ｎ）に基づいて直接有効性判定を行うようにすれば、分光反射率係数等の演算が不要になるので、高速に有効性判定をすることができる。

｛照明光の制御｝
ＬＥＤ制御部１６２は、図８に示すように、反射特性測定装置１０２が無効区間を走査していると判定されたときは、白色ＬＥＤ１０８に電流Ｉ１が供給されるように制御を行い、反射特性測定装置１０２が有効区間を走査していると判定されたときは、白色ＬＥＤ１０８に電流Ｉ２が供給されるように制御を行う。

また、ＬＥＤ制御部１６２は、反射特性測定装置１０２が有効区間を走査しているときに測定域６０８に含まれる色サンプル６０６の反射率に応じて、白色ＬＥＤ１０８に電流Ｉ２を供給する時間を変更する。このように、色サンプル６０６の反射率に応じて照明光を変化させることにより、色サンプル６０６の反射率に適した照明光を試料面６０４に照射することができる。

具体的には、色サンプル６０６の反射光が閾値以下である場合は、反射特性測定装置１が有効区間を走査しているときに行われる３回の測定の間、白色ＬＥＤ１０８に供給される電流ＩｆをＩ２に増やして照明光の強度を相対的に強くし、色サンプル６０６の反射光が閾値より大きい場合は、測定装置が有効区間を走査しているときに行われる１回の測定の間のみ、白色ＬＥＤ１０８に供給する電流ＩｆをＩ２に増やして照明光の強度を相対的に強くする。

色サンプル６０６の反射光は、反射特性測定装置１０２が有効区間の走査を開始した後の最初のクロックに同期して行われる測定で得られる画素データＰ（ｎ）に基づいて判定することが望ましい。

｛画素データＰ（ｎ）の積算｝
このような照明光の制御を行うことにより、外部コンピュータ１８０は、図９に示すように、色サンプル６０６の反射率が低く反射光が弱い場合は、３回の測定で得られる画素データＰ（ｎ）を積算したデータを有効積算データＳ（ｎ）とし、色サンプル６０６の反射率が高く反射光が強い場合は、１回の測定で得られる画素データＰ（ｎ）をそのまま有効積算データＳ（ｎ）とする。これにより、色サンプル６０６の反射率が低い場合には照明光の強度を相対的に強くする時間を長くして測定精度を確保することができるとともに、色サンプル６０６の反射率が高い場合には照明光の強度を相対的に強くする時間を短くして照明系１０４の消費電力や発熱を減らすことができる。

｛電圧Ｖｃの変動｝
また、このような照明光の制御を行った場合、３回の測定に要する時間を１９ｍｓ、照明光の強度が安定するまでの白色ＬＥＤ１０８の立ち上がり時間を１ｍｓ、白色ＬＥＤ１０８以外の消費電流を１０ｍＡとすれば、反射特性測定装置１０２は、２０ｍｓの間１６０ｍＡを消費し（色サンプル６０６の反射率が低い場合）、３０ｍｓの間４０ｍＡを消費することになる。したがって、ＵＳＢインターフェース部１６６を介して供給することができる電流の容量が１００ｍＡである場合は、２０ｍｓの間の不足電流１６０ｍＡ−１００ｍＡ＝６０ｍＡは、電気二重層キャパシタ１４８の放電によって補われる。ここで、電気二重層キャパシタ１４８の容量を１０ｍＦとすれば、電気二重層キャパシタ１４８の放電時の電圧降下は（６０ｍＡ×２０ｍｓ）／１０ｍＦ＝０．１２Ｖとなる。このため、図１０に示すように、電圧Ｖｃは、概ね、４．９〜５．０Ｖの範囲内で変動する。

電気二重層キャパシタ１４８の放電によって失われた電気エネルギーは、３０ｍｓの余剰電流１００ｍＡ−４０ｍＡ＝６０ｍＡによって再充電されるが、その再充電に要する時間は、（６０ｍＡ×２０ｍｓ）／６０ｍＡ＝２０ｍｓである。

すなわち、反射特性測定装置１０２では、電気二重層キャパシタ１４８により外部電源に要求される電流の供給能力を抑制することができる。

＜２ 第２実施形態＞
図４、図５、図１１〜図１３は、第１実施形態に係る制御処理プログラムに代えて第２実施形態に係る制御処理プログラムを組み込みコンピュータ１５２に実行させた場合の走査測色システム１の動作を説明する図である。図４は、色サンプル６０６の１次元配列に沿う測定域６０８の移動を示す図である。図５、図１１〜図１３は、走査測色システム１の動作を説明するタイミングチャートであって、それぞれ、クロックＣＬ、電流Ｉｆ、有効積算データＳ（ｎ）、電圧Ｖｃの時間変化を示している。

図５に示すように、第２実施形態においても、センサアレイ１２０は、一定の周期で繰り返し入力されるクロックＣＬに同期して繰り返し測定を行い、組み込みコンピュータ１５２は差分Ｄが閾値ＤＴＨより大きくなった場合は、反射特性測定装置１０２が有効区間の走査を終了し無効区間の走査を開始したと判定し、差分Ｄが閾値以下となった場合は、反射特性測定装置１０２が無効区間の走査を終了し有効区間の走査を開始したと判定する。

しかし、図１１に示すように、第２実施形態においては、ＬＥＤ制御部１６２は、反射特性測定装置１が有効区間を走査しているときに測定域に含まれる色サンプル６０６の反射率が閾値以下である場合のみ、反射特性測定装置１が有効区間を走査しているときに行われる３回の測定の間、白色ＬＥＤ１０８に供給する電流ＩｆをＩ２として照明光の強度を相対的に強くし、色サンプル６０６の反射率が閾値より大きい場合は、反射特性測定装置１が有効区間を走査している間、白色ＬＥＤ１０８に供給する電流ＩｆをＩ１として照明光の強度を相対的に弱いままとする。そして、図２に示すように、色サンプル６０６の反射率が低い場合も高い場合も３回の測定で得られる画素データＰ（ｎ）を積算したデータを有効積算データＳ（ｎ）とする。このような照明光の制御により、色サンプル６０６の反射率が低いときにも測定精度を確保することができるとともに、色サンプル６０６の反射率が高いときはは照明光の強度を相対的に弱くして照明系１０４の消費電力や発熱を減らすことができる。これにより、電源の負荷を小さくし、発熱に起因する反射特性測定装置１０２の測定精度の低下を防ぎ、白色ＬＥＤ１０８の寿命を長くすることができる。

なお、色サンプル６０６の反射率が低い場合に白色ＬＥＤ１０８に供給する電流Ｉｆを、反射特性測定装置１が無効区間を走査しているときに白色ＬＥＤ１０８に供給する電流Ｉｆ＝Ｉ１（３０ｍＡ）と一致させることは必須ではない。例えば、色サンプル６０６の反射率が低い場合に白色ＬＥＤ１０８に４０ｍＡの電流を供給するようにしてもよい。

また、色サンプル６０６の反射率を２段階に分類して、その分類に応じて白色ＬＥＤ１０８に供給する電流をＩ１とＩ２との２段階に切り替えることも必須ではなく、色サンプル６０６の反射率を３段階以上に分類して、その分類に応じて白色ＬＥＤ１０８に供給する電流を３段階以上に切り替えるようにしてもよい。

＜３ 第３実施形態＞
図１４は、第１実施形態に係る反射特性測定装置１０２に代えて採用することができる第３実施形態に係る反射特性測定装置３０２の模式図である。反射特性測定装置３０２は、反射特性測定装置１０２と同様に、照明系３０４としてレンズ３０６及び白色ＬＥＤ３０８、受光系３１２としてレンズ３１４及びポリクロメータ３１６を備える。また、反射特性測定装置３０２は、反射特性測定装置１０２と同様に、白色ＬＥＤ３０８及びセンサアレイ３２０を制御し各種の処理を行う制御処理回路３２４を備える。

反射特性測定装置１０２と反射特性測定装置３０２との相違は、反射特性測定装置３０２は、光源として白色ＬＥＤ３０８に加えて中心波長が４１０ｎｍの照明光を発光する紫色ＬＥＤ３１０を備え、制御処理回路３２４は、白色ＬＥＤ３０８に加えて紫色ＬＥＤ３１０を制御する点にある。

これにより、可視域をカバーする４００〜７００ｎｍの波長の光を含む照明光を試料面６０４に照射することができるので、色サンプル６０６の反射特性をさらに適切に測定することができる。これは、図１５のグラフに示すように、白色ＬＥＤ３０８が発光する光は４００〜４２０ｎｍの波長の光をほとんど含んでいないのに対して、紫色ＬＥＤ３１０が発光する光は４００〜４２０ｎｍの波長の光を含んでいるからである。

ここで、有効性の判定をする際には白色ＬＥＤ３０８が発光する照明光のみを試料面６０４に照射すれば十分であるので、反射特性測定装置３０２が無効区間を走査しているときは白色ＬＥＤ３０８のみに電流を供給し、反射特性測定装置３０２が有効区間を走査してるときは白色ＬＥＤ３０８及び紫色ＬＥＤ３１０の両方に電流を供給するように制御を行うとよい。このように、反射特性測定装置３０２が有効区間を走査しているときのみ紫色ＬＥＤ３１０を点灯させるようにしても、反射特性測定装置３０２が走査している区間によって照明光を変化させることができるので、適切な照明光を試料面６０４に照射することができる。

もちろん、第１実施形態及び第２実施形態において説明したように、色サンプル６０６の反射率に応じて紫色ＬＥＤ３１０に電流を供給する時間や紫色ＬＥＤ３１０に供給する電流を変化させてもよい。

＜４ 第４実施形態＞
図１６は、第１実施形態に係る反射特性測定装置１０２に代えて採用することができる第４実施形態に係る反射特性測定装置４０２の模式図である。反射特性測定装置４０２は、反射特性測定装置１０２と同様に、照明系４０４としてレンズ４０６及び白色ＬＥＤ４０８、受光系４１２としてレンズ４１４及びポリクロメータ４１６を備える。また、反射特性測定装置４０２は、反射特性測定装置１０２と同様に、白色ＬＥＤ４０８及びセンサアレイ４２０を制御し各種の処理を行う制御処理回路４２４を備える。

反射特性測定装置１０２と反射特性測定装置４０２との相違は、図１７の平面図に示すストリップ状試料７０２の試料面７０６に印刷されたマーク７０８を読み取る読み取りセンサ４７０を反射特性測定装置４０２が備えている点にある。マーク７０８は、色サンプル７０６の１次元配列に並べて有効区間に対応する位置に印刷されている。このようなマーク７０８により、制御処理回路４２４は、読み取りセンサ４７０がマーク７０８を検出することができない間は反射特性測定装置４０２が無効区間を走査していると判定し、読み取りセンサ４７０がマーク７０８を検出することができている間は反射特性測定装置４０２が有効区間を走査していると判定する。そして、反射特性測定装置４０２が無効区間を走査していると判定されたときは、白色ＬＥＤ４０８にＩｆ＝Ｉ１（３０ｍＡ）が供給されるように制御を行い、反射特性測定装置４０２が有効区間を走査していると判定されたときは、白色ＬＥＤ４０８にＩｆ＝Ｉ２（１５０ｍＡ）が供給されるように制御を行う。これにより、反射特性測定装置１０２が無効区間を走査しているときは照明光の強度は相対的に弱くなり、有効区間を走査しているときは照明光の強度は相対的に強くなり、適切な照明光を試料面７０４に照射することができる。

＜５ 第５実施形態＞
図１８は、第１実施形態に係るストリップ状試料６０２に代えて用いることができる第５実施形態に係るストリップ状試料８０２の平面図である。ストリップ状試料８０２は、ストリップ状試料６０２と同様に、細長矩形シート形状を有している。ストリップ状試料８０２の試料面８０４には、ストリップ状試料６０２と同様に、色調や濃度の異なる２０個の色サンプル８０６が印刷されている。色サンプル８０６は、典型的には、矩形形状又は正方形形状を有しており、ストリップ状試料８０２の長手方向に規則的に配列されている。さらに、試料面８０４の色サンプル８０６の１次元配列の先頭部には、基準マーク８１０が印刷されている。

このようなストリップ状試料８０２を用いた場合、基準マーク８１０を検出してから反射特性測定装置１０２が有効区間の走査を開始するまでの時間及び有効区間の走査を終了するまでの時間を反射特性測定装置１０２にあらかじめ与えておけば、画素データＰ（１），Ｐ（２），・・・，Ｐ（Ｎ）から基準マーク８１０を検出してからの経過時間から有効区間及び無効区間のいずれを反射特性測定装置１０２が走査しているのかを判定することができるようになる。

＜６ その他＞
反射特性測定装置１０２では、受光系１１２が分光測定を行う例を示したが、受光系１１２が反射光を波長ごとに分光することなく反射特性を測定する場合や単色光に対する反射特性を測定する場合にも本発明を適用することができる。

また、上記の説明は、全ての局面において例示であって、この発明がそれに限定されるものではない。例示されていない無数の変形例が、この発明の範囲から外れることなく想定され得るものと解される。

第１実施形態に係る走査測色システムの模式図である。 反射特性測定装置のブロック図である。 ストリップ状試料の平面図である。 色サンプルの１次元配列に沿う測定域の移動を示す図である。 クロックＣＬの時間変化を示す図である。 画素データＰ（ｎ）の時間変化を示す図である。 差分Ｄの時間変化を示す図である。 電流Ｉｆの時間変化を示す図である。 有効積算データＳ（ｎ）の時間変化を示す図である。 電圧Ｖｃの時間変化を示す図である。 電流Ｉｆの時間変化を示す図である。 有効積算データＳ（ｎ）の時間変化を示す図である。 電圧Ｖｃの時間変化を示す図である。 第３実施形態に係る反射特性測定装置の模式図である。 白色ＬＥＤ及び紫色ＬＥＤが発光する光の強度の波長分布を示す図である。 第４実施形態に係る反射特性測定装置の模式図である。 ストリップ状試料の平面図である。 ストリップ状試料の平面図である。

符号の説明

１ 走査測色システム
１０２，３０２，４０２ 反射特性測定装置
１０４，３０４，４０４ 照明系
１０８，３０８，４０８ 白色ＬＥＤ
１１２，３１２，４１２ 受光系
１１６，３１６，４１６ ポリクロメータ
１１８ 凹面回折格子
１２０，３２０，４２０ センサアレイ
１２４，３２４，４２４ 制御処理回路
１５２ 組み込みコンピュータ
１７０ 搬送機構
１８０ 外部コンピュータ
３１０ 紫色ＬＥＤ
６０２，７０２，８０２ ストリップ状試料
６０６，７０６，８０６ 色サンプル

Claims (5)

1. 試料の試料面に配列された複数の色サンプルを走査し、各色サンプルからの反射光を連続して測定する反射特性測定装置であって、
   試料面に第１の照明光を照射する第１の照明手段と、
   試料面に第２の照明光を照射し、前記第２の照明光の波長分布が前記第１の照明光の波長分布と異なる第２の照明手段と、
   試料面からの反射光を受光し、受光した反射光を測定する受光手段と、
   前記第１の照明光及び前記第２の照明光のうちの前記第１の照明光のみが試料面に照射されている場合の前記受光手段の測定結果から、前記受光手段の測定の対象となる測定域に２個以上の色サンプルが含まれている無効区間及び１個の色サンプルのみが含まれている有効区間のいずれを反射特性測定装置が走査しているかを判定する判定手段と、
   反射光測定装置が有効区間を走査していると前記判定手段により判定された場合に前記第１の照明光に加えて前記第２の照明光を試料面に照射させる照明光制御手段と、
   を備える反射特性測定装置。
2. 前記第１の照明手段が第１の光源として第１の光を発光する第１のＬＥＤを備え、前記第２の照明手段が第２の光源として第２の光を発光する第２のＬＥＤを備え、前記第２の光の波長分布が前記第１の光の波長分布と異なる
   請求項１に記載の反射特性測定装置。
3. 前記第１のＬＥＤが白色ＬＥＤであり、前記第２のＬＥＤが紫色ＬＥＤである
   請求項２に記載の反射特性測定装置。
4. 前記受光手段は、反射光を波長ごとに分散する波長分散素子と、入射した光量に応じた信号を出力するセンサを前記波長分散素子が反射光を波長ごとに分散する方向に配列して構成されたセンサアレイとを有するポリクロメータを備え、
   前記判定手段は、前記センサが出力した信号の時間変化に基づいて反射特性測定装置が有効区間及び無効区間のいずれを走査しているのかを判定する請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の反射特性測定装置。
5. 前記判定手段は、前記センサが出力した信号の時間変化の絶対値の前記センサの複数についての総和が閾値以下である場合に反射特性測定装置が有効区間を走査していると判定する請求項４に記載の反射特性測定装置。

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