JP5354098B2 - Illumination optical system, reflection characteristic measuring apparatus, and illumination method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、複数の色サンプルの反射特性を測定する反射特性測定装置、その反射特性測定装置を用いた照明方法、及びその反射特性測定装置に用いられる照明光学系に関するものである。 The present invention relates to a reflection characteristic measuring apparatus for measuring reflection characteristics of a plurality of color samples, an illumination method using the reflection characteristic measuring apparatus, and an illumination optical system used for the reflection characteristic measuring apparatus.
カラープリンタなどの印刷色の校正は、用紙に印刷された色調及び濃度の異なる多数(例えば数百)の色サンプルの可視波長帯(400−700nm)の分光反射特性を測定し、その測定値と各色サンプルの基準値とのずれに基づいて行われる。色サンプルの分光反射特性の測定方法としては、対法線角(試料面の法線からの角度)を45°にして、全方位又は多数の方位から試料面を照明し、法線方向の反射光を受光する、いわゆる45°a:0°ジオメトリ(a:annular)や45°c:0°ジオメトリ(c:circumferential)が推奨されている。この測定方法は、試料面の傾き及び異方性の影響を抑制することができるという特徴を有している。 In the calibration of the printing color of a color printer or the like, the spectral reflection characteristics in the visible wavelength band (400 to 700 nm) of a large number (for example, several hundreds) of color samples having different color tones and densities printed on paper are measured, and the measured values and This is performed based on a deviation from the reference value of each color sample. Spectral reflection characteristics of color samples are measured by setting the normal angle (angle from the normal of the sample surface) to 45 °, illuminating the sample surface from all directions or from many directions, and reflecting in the normal direction. So-called 45 ° a: 0 ° geometry (a: annular) and 45 ° c: 0 ° geometry (c: circumferential) are recommended. This measuring method has a feature that the influence of the inclination and anisotropy of the sample surface can be suppressed.
通常のスポット測定用の反射特性測定装置で多数の色サンプルを測定すると、時間及び手間がかかる。そのため、一次元的に配列された20〜40の色サンプルを走査することで、各色サンプルの分光反射特性を順次に取得することができる自動走査型の反射特性測定装置が採用されるのが一般的である。 When a large number of color samples are measured with a reflection characteristic measuring apparatus for ordinary spot measurement, it takes time and labor. For this reason, an automatic scanning type reflection characteristic measuring apparatus that can sequentially acquire the spectral reflection characteristics of each color sample by scanning 20 to 40 color samples arranged one-dimensionally is generally adopted. Is.
また、自動走査型の反射特性測定装置は、カラープリンタに内蔵されたものも存在する。カラープリンタに内蔵された自動走査型の反射特性測定装置は、色サンプルが二次元的に配列された印刷物をカラープリンタに搬送させ、1列の色サンプルを一次元走査して1列の色サンプルの分光反射特性を測定することを繰り返し、多数の色サンプルの分光反射特性を取得する。 In addition, some automatic scanning type reflection characteristic measuring apparatuses are built in a color printer. An automatic scanning type reflection characteristic measuring apparatus built in a color printer conveys a printed matter in which color samples are arranged two-dimensionally to a color printer, and scans one row of color samples one-dimensionally to produce one row of color samples. The spectral reflection characteristics of a number of color samples are acquired by repeating the measurement of the spectral reflection characteristics.
カラープリンタに内蔵された反射特性測定装置の場合、搬送や走査に伴って、照明光学系と試料面との間の距離変動が避けられない。そして、照明光学系と試料面との間の距離が変動すると、試料面の照度が不安定となって測定誤差が生じてしまう。そのため、反射特性測定装置では、照明光学系と試料面との間の距離変動に伴う照度の変化を抑制することが要求されている。 In the case of a reflection characteristic measuring device built in a color printer, a change in the distance between the illumination optical system and the sample surface is unavoidable with conveyance and scanning. If the distance between the illumination optical system and the sample surface varies, the illuminance on the sample surface becomes unstable, resulting in measurement errors. For this reason, in the reflection characteristic measuring apparatus, it is required to suppress a change in illuminance accompanying a variation in the distance between the illumination optical system and the sample surface.
そこで、特許文献1及び特許文献2に示す反射特性測定装置が知られている。図12は、特許文献1及び特許文献2に示す反射特性測定装置の構成図である。図12に示す反射特性測定装置は、ランベルト配光の光源2を備えている。そして、光源2は、配光主軸2xが試料面1の中心Oを通る試料面1の法線1nに平行に配置されている。また、光源2は、法線1nまでの距離D1と、試料面1までの距離D2とが等しくDとなるように配置されている。
Therefore, the reflection characteristic measuring apparatuses shown in
これによって、試料面1の中心Oは、光源2からの放射光のうち、対主軸角(配光主軸2xからの角度)θがθ=45°の光束成分2aによって照明され、試料面1の反射光の法線方向の光束成分1aが受光光学系5を経て分光部6に入射して分光反射特性が測定される。
As a result, the center O of the
ここで、光源2と試料面1との間の距離D2(=D)がD+dに変化し、光源2と試料面1の中心Oとの間の距離LがL´に変化し、角θが変化したとする。距離LはD/sin(θ)で表される。また、照度Iは、距離Lの二乗に反比例する。そのため、照度Iはsin2(θ)に比例する。Here, the distance D2 (= D) between the
一方、光源2が角θで放射する光束密度はcos(θ)に比例する。また、試料面1に入射角(法線1nからの角度)θで入射する光束密度もcos(θ)に比例する。したがって、光束成分2aの試料面1での照度I(θ)はsin2(θ)・cos2(θ)に比例する。結局、照度I(θ)は、sin2(2θ)に比例するため、Kを比例定数とすると、式(1)で表される。On the other hand, the light flux density emitted from the
I(θ)=K・sin2(θ)・cos2(θ)=K・sin2(2θ) (1)I (θ) = K · sin 2 (θ) · cos 2 (θ) = K · sin 2 (2θ) (1)
sin2(2θ)はθ=45°で極大となり、微分係数が0となるので、θの変化、つまり、距離Dの変化に対する試料面1の照度I(θ)の変化率は、θ=45°近辺で最小になる。Since sin 2 (2θ) becomes maximum when θ = 45 ° and the differential coefficient becomes 0, the change rate of the illuminance I (θ) of the
図13は、ランベルト配光と、実際の白色LEDの450nmの波長帯の配光P_450と、600nmの波長帯の配光P_600とのそれぞれにおける距離Dの変位dに対する照度の変化を示したグラフである。 FIG. 13 is a graph showing the change in illuminance with respect to the displacement d of the distance D in each of the Lambert light distribution, the light distribution P_450 in the 450 nm wavelength band of the actual white LED, and the light distribution P_600 in the 600 nm wavelength band. is there.
図13では、距離Dは、D=20mmとされ、変位dは、d=−0.35mm〜+0.35mmの範囲とされている。図13において、縦軸は、照度の変化を示し、D2=Dのときの照度I(θ)に対する、D2=D+dのときの照度I(θ´)の比を示している。また、横軸は変位dを示している。また、◇で表されるグラフはランベルト配光の場合を示し、□で表されるグラフは配光P_600の場合を示し、△で表されるグラフは配光P_450の場合を示している。 In FIG. 13, the distance D is D = 20 mm, and the displacement d is in the range of d = −0.35 mm to +0.35 mm. In FIG. 13, the vertical axis indicates the change in illuminance, and the ratio of the illuminance I (θ ′) when D2 = D + d to the illuminance I (θ) when D2 = D. The horizontal axis indicates the displacement d. Further, the graph represented by ◇ shows the case of Lambert light distribution, the graph represented by □ shows the case of light distribution P_600, and the graph represented by Δ shows the case of light distribution P_450.
ランベルト配光の場合、d=0.2mmの変動に対し照度の変化は0.01%と低く抑えられていること分かる。 In the case of Lambert light distribution, it can be seen that the change in illuminance is suppressed to 0.01% with respect to the fluctuation of d = 0.2 mm.
しかしながら、特許文献1及び特許文献2では、光源2がランベルト配光(コサイン配光)の光を放射することを前提にしている。そのため、ランベルト配光以外の非ランベルト配光の光源2を採用すると、変位dに対して照度が大きく変化するという問題が生じる。特に、配光主軸2xに偏っている配光ほど、変位dに対する照度の変化は顕著になる。
However, in
図14は、光源2として、青色LEDと、青色LEDの放射光で励起される蛍光材とを含む白色LEDを採用した場合における、配光P_450と配光P_600とを示すグラフである。図14において、△で表されたグラフは配光P_450を示し、□で表されたグラフは配光P_600を示している。また、図14において、放射状に引かれた直線は角度を示し、半径方向は光の相対強度を示している。
FIG. 14 is a graph showing a light distribution P_450 and a light distribution P_600 when a white LED including a blue LED and a fluorescent material excited by the emitted light of the blue LED is employed as the
図14に示すように、配光P_600は、ほぼ真円であり、ランベルト配光に近い。一方、配光P_450は、ランベルト配光よりも配光主軸の方向(0°の方向)に偏っている。 As shown in FIG. 14, the light distribution P_600 is almost a perfect circle and is close to the Lambert light distribution. On the other hand, the light distribution P_450 is biased in the direction of the light distribution main axis (the direction of 0 °) rather than the Lambert light distribution.
そのため、図13の△で示すように配光P_450は、d=0.2mmの距離変動に対し、1%程度も照度が変化していることが分かる。したがって、特許文献1、2の反射特性測定装置において、上記の白色LEDを光源2として採用すると、d=0.2mmの距離変動で短波長帯に1%程度の照度変化が発生し、それによって反射特性測定値にも誤差が生じるという問題が発生する。
Therefore, as shown by Δ in FIG. 13, it can be seen that the illuminance of the light distribution P_450 is changed by about 1% with respect to the distance variation of d = 0.2 mm. Therefore, when the above white LED is employed as the
本発明の目的は、非ランベルト配光の光源を採用した場合であっても、照明光学系と試料面との間の距離変動に伴う照度の変化を抑制する技術を提供することである。 An object of the present invention is to provide a technique for suppressing a change in illuminance accompanying a variation in the distance between an illumination optical system and a sample surface even when a non-Lambertian light source is employed.
本発明の一局面による照明光学系は、非ランベルト配光で面発光する光源を備え、測定対象となる試料面の中心を通る試料面の法線から45°の角度で前記試料面を照明する照明光学系であって、前記光源は、前記光源の発光面の中心から前記試料面の法線までの距離と前記発光面の中心から前記試料面を含む平面までの距離とが実質的に等しく、かつ、前記光源の発光面に垂直な配光主軸が、前記試料面の法線に対して所定のオフセット角だけ傾けて配置され、前記オフセット角は、前記試料面が前記試料面の法線の方向に変動したときの前記試料面での照度の変化を抑制する角度を持つ。
An illumination optical system according to an aspect of the present invention includes a light source that emits surface light with non-Lambertian light distribution, and illuminates the sample surface at an angle of 45 ° from a normal line of the sample surface that passes through the center of the sample surface to be measured. In the illumination optical system, the light source has a substantially equal distance from a center of the light emitting surface of the light source to a normal line of the sample surface and a distance from the center of the light emitting surface to a plane including the sample surface. And a light distribution main axis perpendicular to the light emitting surface of the light source is arranged to be inclined by a predetermined offset angle with respect to the normal line of the sample surface, and the offset angle is a normal line of the sample surface to the sample surface. And an angle that suppresses a change in illuminance on the sample surface when it fluctuates in the direction.
本発明の別の一局面による反射特性装置は、上記の照明光学系と、前記照明光学系の前記光源が前記試料面を照明したときの反射光を、前記試料面の法線の方向から受光する受光光学系と、前記受光光学系が受光した反射光に基づいて、前記試料面の反射特性を測定する分光部とを備える。 A reflection characteristic device according to another aspect of the present invention receives reflected light from the normal direction of the sample surface when the illumination optical system and the light source of the illumination optical system illuminate the sample surface. And a spectroscopic unit that measures the reflection characteristics of the sample surface based on the reflected light received by the light receiving optical system.
本発明の更に別の一局面による照明方法は、測定対象となる試料面の中心を通る試料面の法線の方向から45°の角度で前記試料面を照明し、前記試料面での反射光を前記試料面の法線の方向から受光し、前記試料面の反射特性を測定するための照明方法であって、非ランベルト配光で面発光する光源を、前記光源の発光面の中心から前記試料面の法線までの距離と前記発光面の中心から前記試料面を含む平面までの距離とが実質的に等しくなるように配置する第1工程と、前記光源の発光面に垂直な配光主軸を、前記試料面の法線に対して所定のオフセット角(δ)だけ傾けて配置する第2工程とを備え、前記オフセット角は、前記試料面が前記試料面の法線の方向に変動したときの前記試料面での照度の変化を抑制する角度を持つ。
An illumination method according to yet another aspect of the present invention illuminates the sample surface at an angle of 45 ° from the direction of the normal of the sample surface passing through the center of the sample surface to be measured, and the reflected light on the sample surface Is an illumination method for measuring the reflection characteristics of the sample surface from a direction normal to the sample surface , wherein a light source that emits surface light by non-Lambertian light distribution from the center of the light emitting surface of the light source A first step in which the distance to the normal line of the sample surface and the distance from the center of the light emitting surface to a plane including the sample surface are substantially equal; and a light distribution perpendicular to the light emitting surface of the light source A second step of disposing the main axis at a predetermined offset angle (δ) with respect to the normal of the sample surface, wherein the offset angle varies in the direction of the normal of the sample surface. And an angle to suppress a change in illuminance on the sample surface.
(実施の形態1)
図1は、本発明の実施の形態1による反射特性測定装置の構成図である。なお、以下に示す実施の形態1〜5において、同一のものは説明を省略する。図1に示すように、反射特性測定装置は、試料面1、光源2、受光光学系5、及び分光部6を備えている。本実施の形態では光源2が照明光学系を構成する。この照明光学系は、試料面1の中心Oを通る試料面1の法線1nから45°の角度で試料面1を照明する照明光学系である。(Embodiment 1)
FIG. 1 is a configuration diagram of a reflection characteristic measuring apparatus according to
光源2は、発光面に垂直な配光主軸2xに偏った配光2dを有する非ランベルト配光で面発光する光源である。光源2は、法線1nまでの距離D1と試料面1までの距離D2とが実質的に等しく、D1=D2=Dである。光源2は、入射面内で、配光主軸2xが、法線2nに対して所定のオフセット角δだけ傾けて設置されている。そして、光源2は、法線1nからの角度(対法線角)が45°の光束成分2aで試料面1を照明する。入射面は、法線1nと光源2の発光域の中心とを含む面であり、図1では紙面に一致する。法線2nは、光源2の発光域の中心を通る試料面1の法線である。
The
照明された試料面1の反射光の法線成分1aは、受光光学系5を経て分光部6に入射し、45°:0°ジオメトリが実現されている。分光部6は入射した光の分光特性を測定し、図略の演算処理部に出力する。演算処理部は、分光部6で測定された分光特性に対し、公知の方法を用いて、試料面1の分光反射率係数及び色彩値を求める。
The
ここで、光束成分2aが法線2nとなす角θは45°に等しいが、配光主軸2xが法線2nからオフセット角δだけ傾いているため、光束成分2aの対主軸角φは、φ=θ−δ=45°−δとなる。なお、対主軸角φは、光束成分2aの配光主軸2xに対する角度である。
Here, the angle θ formed by the
配光2dをP(φ)で表すと、オフセット角δは、対主軸角φ=45°−δでの配光P(φ)の変化率dP/dφ(=dP/dθ)が、ランベルト配光PL(θ)=cos(θ)の対主軸角が45°での変化率dPL/dθ=−sin(θ)に等しくなるように設定されている。つまり、オフセット角δは、式(2)を満たすように設定されている。
When the
dP/dθφ=45°−δ=dPL/dθθ=45°=−sin(θ)θ=45° (2)dP / dθ φ = 45 ° −δ = dPL / dθ θ = 45 ° = −sin (θ) θ = 45 ° (2)
したがって、式(3)に示すように、φ=45°−δの近傍(φ≒45°−δで表す)のP(φ)はθ=45°の近傍(θ≒45°で表す)のPL(θ)=cos(θ)に比例するとおける。 Therefore, as shown in Equation (3), P (φ) in the vicinity of φ = 45 ° −δ (represented by φ≈45 ° −δ) is in the vicinity of θ = 45 ° (represented by θ≈45 °). It is possible to be proportional to PL (θ) = cos (θ).
P(φ)φ≒45°−δ∝cos(θ)θ≒45° (3)P (φ) φ≈45 ° −δ ∝cos (θ) θ≈45 ° (3)
ここで、距離D2がD+dに変化し、光源2と試料面1の中心Oとの距離LがL´に、角θがθ´に変化したとする。距離Lは、L=D/sin(θ)であり、光束密度は距離Lの二乗に反比例するため、試料面1に入射角θで入射する光束密度A1はsin2(θ)に比例する(A1=a1・sin2(θ))。試料面1に入射角θで入射する光束密度A2は、cos(θ)に比例する(A2=a2・cos(θ))。Here, it is assumed that the distance D2 changes to D + d, the distance L between the
前述のように、光源2が対主軸角φで射出する光束密度A3は、φ=45°−δの近傍、つまり、θ=45°の近傍ではcos(θ)に比例する(A3=a3・cosθ)。したがって、光束成分2aによる試料面1の照度I(θ)は、θ=45°近傍では、A1・A2・A3に比例し、K・sin2(θ)・cos2(θ)で表される。As described above, the light flux density A3 emitted from the
したがって、距離D2がD+dに変化し、光源2と試料面1の中心Oとの距離LがL´に、角θがθ´に変化したときの、光束成分2aによる試料面1での照度I(θ)は、近似的に式(1)で表される。
Therefore, the illuminance I on the
よって、dP/dθφ=45°−δ=dPL/dθθ=45°となるようにδを設定すれば、特許文献1及び2の方法と同一の理由により、距離D2の変化に対する試料面1の照度I(θ)の変化率は、θ=45°の近傍で最小にすることができる。Therefore, if δ is set so that dP / dθ φ = 45 ° −δ = dPL / dθθ = 45 ° , the
図2は、オフセット角δが設定された後のランベルト配光と450nmの波長帯の配光P_450とのそれぞれにおける、変位dに対する照度の変化を示したグラフである。図2では、距離Dは、D=20mmとされ、変位dは、d=−0.35mm〜+0.35mmとされている。 FIG. 2 is a graph showing a change in illuminance with respect to the displacement d in each of the Lambert light distribution after the offset angle δ is set and the light distribution P_450 in the wavelength band of 450 nm. In FIG. 2, the distance D is D = 20 mm, and the displacement d is d = −0.35 mm to +0.35 mm.
図2において、縦軸は、照度の変化を示し、D2=Dのときの照度I(θ)に対する、D2=D+dのときの照度I(θ´)の比を示している。また、横軸は試料面1の変位dを示している。また、◇で表されるグラフはランベルト配光の場合を示し、△で表されるグラフは配光P_450の場合を示している。
In FIG. 2, the vertical axis indicates the change in illuminance, and the ratio of the illuminance I (θ ′) when D2 = D + d to the illuminance I (θ) when D2 = D. The horizontal axis represents the displacement d of the
図2に示すように、配光P_450は、照度の変化がdに対してほぼ平坦となっており、ランベルト配光と遜色のないレベルまで照度の変化が抑制されていることが分かる。 As shown in FIG. 2, in the light distribution P_450, the change in illuminance is substantially flat with respect to d, and it can be seen that the change in illuminance is suppressed to a level comparable to that of Lambert light distribution.
以下、オフセット角δの具体的な設定方法について説明する。光束成分2aの対主軸角φは、配光2dの配光主軸2xが法線2nからオフセット角δだけ傾いているため、φ=θ−δとなる。配光2dをP(φ)で表すと、その対主軸角φの光束成分の光束密度はP(φ)=P(θ−δ)となる。従って、光束成分2aで照明される試料面1の照度I(θ,δ)は、式(1)の右辺のcos(θ)の1つをP(φ)=P(θ−δ)に置き換えた式(4)で表される。
Hereinafter, a specific method for setting the offset angle δ will be described. The main axis angle φ of the
I(θ,δ)=K・sin2(θ)・cos(θ)・P(θ−δ) (4)I (θ, δ) = K · sin 2 (θ) · cos (θ) · P (θ−δ) (4)
オフセット角δをある値に設定したときに、d=0、つまり、θ=45°での照度I(45°,δ)は、K・sin2(45°)・cos(45°)・P(45°−δ)で表される。距離D1の変位dが想定され得る最大値(d´)になったときの角θをθ´とすると、照度I(θ´,δ)は、K・sin2(θ´)・cos(θ´)・P(θ´−δ)で表される。When the offset angle δ is set to a certain value, the illuminance I (45 °, δ) at d = 0, that is, θ = 45 ° is K · sin 2 (45 °) · cos (45 °) · P It is represented by (45 ° −δ). When the angle θ when the displacement d of the distance D1 reaches the maximum value (d ′) that can be assumed is θ ′, the illuminance I (θ ′, δ) is K · sin 2 (θ ′) · cos (θ ′) · P (θ′−δ).
ここで、照度I(45°,δ)に対する照度I(θ´,δ)の比を照度変化率R(δ)と定義する。すると、R(δ)は式(5)で表される。 Here, the ratio of the illuminance I (θ ′, δ) to the illuminance I (45 °, δ) is defined as the illuminance change rate R (δ). Then, R (δ) is expressed by Equation (5).
R(δ)=I(θ´,δ)/I(45°,δ)=(sin2(θ´)・cos(θ´)・P(θ´−δ))/(sin2(45°)・cos(45°)・P(45°−δ)) (5)R (δ) = I (θ ′, δ) / I (45 °, δ) = (sin 2 (θ ′) · cos (θ ′) · P (θ′−δ)) / (sin 2 (45 ° ) · Cos (45 °) · P (45 °-δ)) (5)
式(5)から分かるように、R(δ)=1の場合、照度の変化はない。したがって、R(δ)=1となるようなδを求めればよい。具体的には、所定のピッチでδを変化させて照度変化率R(δ)を求めてゆき、R(δ)が1に最も近いδをオフセット角δとして設定すればよい。 As can be seen from equation (5), when R (δ) = 1, there is no change in illuminance. Therefore, it is only necessary to obtain δ such that R (δ) = 1. Specifically, the illuminance change rate R (δ) is obtained by changing δ at a predetermined pitch, and δ that has R (δ) closest to 1 may be set as the offset angle δ.
これにより、オフセット角δは、光源2による初期位置の試料面1の中心Oにおける照度に対する、試料面1の法線1n方向への変位が想定され得る最大値になったときの中心Oの照度の変化を最小にする角度に設定される。
Thereby, the offset angle δ is the maximum illuminance at the center O when the displacement in the normal 1n direction of the
図3は、450nmの波長帯の配光P_450と600nmの波長帯の配光P_600とのそれぞれにおける、オフセット角δに対するdR(δ)(=R(δ)−1)を示したグラフである。なお、図3では、距離Dは、D=20mmとされ、変位dはd=0〜0.2mmとされている。変位dを0〜0.2mmとした場合、角θは44.7°〜45°の範囲で変動するため、照度変化率R(δ)=I(44.7°,δ)/I(45°,δ)で表される。 FIG. 3 is a graph showing dR (δ) (= R (δ) −1) with respect to the offset angle δ in each of the light distribution P_450 in the 450 nm wavelength band and the light distribution P_600 in the 600 nm wavelength band. In FIG. 3, the distance D is D = 20 mm, and the displacement d is d = 0 to 0.2 mm. When the displacement d is 0 to 0.2 mm, the angle θ varies in the range of 44.7 ° to 45 °. Therefore, the illuminance change rate R (δ) = I (44.7 °, δ) / I (45 °, δ).
図3において、縦軸は照度変化率の変化分R(δ)−1=dR(δ)を示し、横軸はオフセット角δを示している。また、図3において、△で表すグラフは配光P_450のdR(δ)を示し、□で表すグラフは配光P_600のdR(δ)を示し、×で表すグラフは配光P_450のdR(δ)と配光P_600のdR(δ)との差分ddR(δ)を表している。 In FIG. 3, the vertical axis represents the change in illuminance change rate R (δ) −1 = dR (δ), and the horizontal axis represents the offset angle δ. In FIG. 3, the graph represented by Δ represents dR (δ) of the light distribution P_450, the graph represented by □ represents dR (δ) of the light distribution P_600, and the graph represented by x represents dR (δ) of the light distribution P_450. ) And the difference ddR (δ) between the light distribution P_600 and dR (δ).
図3のグラフにおいて、dR(δ)=0のとき、照度変化率R(δ)=1となる。よって、dR(δ)=0とするδがオフセット角となる。図3の例では、配光P_450は、δ≒27°でdR(δ)=0となっている。したがって、オフセット角δはδ=27°となる。 In the graph of FIG. 3, when dR (δ) = 0, the illuminance change rate R (δ) = 1. Therefore, δ where dR (δ) = 0 is the offset angle. In the example of FIG. 3, the light distribution P_450 is dR (δ) = 0 at δ≈27 °. Therefore, the offset angle δ is δ = 27 °.
なお、図3の測定において、配光P_450,P_600としては、例えば所定間隔(例えば5°)刻みで配光P_450,P_600を実測し、実測値を補間したものを用いても良い。また、配光P(φ)の近似関数をP(φ)=cos(k・φ)とし、パラメータフィッティングによりkを求め、得られた配光P(φ)を用いてもよい。この場合、所定間隔(例えば5°)刻みで配光P_450,P_600を実測し、得られた実測値に対して、例えば最小二乗法等を用いて、0°〜45°の範囲で最もフィットする定数kを求めればよい。 In the measurement of FIG. 3, as the light distributions P_450 and P_600, for example, light distributions P_450 and P_600 may be measured at predetermined intervals (for example, 5 °) and the measured values may be interpolated. Alternatively, the approximate function of the light distribution P (φ) may be P (φ) = cos (k · φ), k may be obtained by parameter fitting, and the obtained light distribution P (φ) may be used. In this case, the light distributions P_450 and P_600 are measured at predetermined intervals (for example, 5 °), and the obtained measured values are best fit in a range of 0 ° to 45 ° using, for example, the least square method. What is necessary is just to obtain the constant k.
変位が正負均等に生じる場合、式(5)から求めたオフセット角δは、一般に、式(2)から求めたオフセット角δよりも大きい。特に配光P(φ)がランベルト配光から大きく乖離している場合、式(5)から求めたオフセット角δと式(2)から求めたオフセット角δとの差が大きくなる。図13に示すように、想定する変位dが増大するにつれて照度変化率R(δ)も大きくなり、配光P(φ)とランベルト配光との照度変化率R(δ)の差も大きくなる。 When the displacement occurs evenly in the positive and negative directions, the offset angle δ obtained from the equation (5) is generally larger than the offset angle δ obtained from the equation (2). In particular, when the light distribution P (φ) is greatly deviated from the Lambert light distribution, the difference between the offset angle δ obtained from Equation (5) and the offset angle δ obtained from Equation (2) becomes large. As shown in FIG. 13, the illuminance change rate R (δ) increases as the assumed displacement d increases, and the difference between the illuminance change rate R (δ) between the light distribution P (φ) and the Lambert light distribution also increases. .
光源2に対して設定したオフセット角δが最適なオフセット角δ_opより大きい場合、対主軸角φ(=45°−δ)は最適なオフセット角δ_opを設定した場合の対主軸角φ_opより小さくなる。そして、対主軸角φは、対主軸角φ_opより小さい方が好ましい。したがって、式(5)の手法は、式(2)の手法に比べ、オフセット角δが大きくなるため、より好ましいオフセット角δを求めることができる。
When the offset angle δ set for the
(実施の形態2)
実施の形態2における反射特性測定装置は、図1の反射特性測定装置において、光源2として、高効率かつ長寿命の白色LEDを用いたことを特徴とする。本実施の形態では、白色LEDとして、450nm近傍の放射光を放射する青色LEDと、青色LEDの放射光で励起され、600nmを中心とする波長帯の蛍光を放射する蛍光材と含む白色LEDを採用する。この白色LEDは、高効率かつ低価格であるという特徴を有している。(Embodiment 2)
The reflection characteristic measurement apparatus according to the second embodiment is characterized in that a high-efficiency and long-life white LED is used as the
図4は、本実施の形態の光源2として採用された白色LEDの構成図である。図4に示す白色LEDは、LEDチップ2c、レジン2r、及びパッケージ2pを含む。LEDチップ2cは、450nmを中心とする半値幅20nm程度の放射光を放射する青色LEDにより構成されている。レジン2rは、チップ2cの表面に塗布され、その内部に分散する粉末状の蛍光物質が、LEDチップ2cの放射光の一部によって励起され、600nmを中心とする半値幅150nm程度の波長帯の蛍光を放射する。パッケージ2pは、透明であり、レジン2rで拡散されたLEDチップ2cの放射光と、レジン2rの蛍光との双方を放射する。
FIG. 4 is a configuration diagram of a white LED employed as the
図6は、図4に示す白色LEDを光源2として用いた場合の、分光強度分布を示している。図6において、縦軸は相対強度を示し、横軸は波長を示している。
FIG. 6 shows a spectral intensity distribution when the white LED shown in FIG. 4 is used as the
図6に示すように、白色LEDの分光強度分布は430nm以下で殆ど強度がないことが分かる。図4に示すように、レジン2rが放射する蛍光の配光2fはランベルト配光であるが、拡散されたLEDチップ2cの放射光の配光2dは、ランベルト配光より配光主軸に偏っていて、非ランベルト配光であることが多い。つまり、白色LEDは波長帯に応じて配光が異なっている。
As shown in FIG. 6, it can be seen that the spectral intensity distribution of the white LED is 430 nm or less and there is almost no intensity. As shown in FIG. 4, the
このように1つの光源2が波長帯ごとに異なる配光をもつ場合、配光主軸2xへの偏りが最も大きい配光について設定されるオフセット角δを光源2のオフセット角δとして設定すればよい。これにより、距離D2の変化に対する照度の変化を全波長帯に亘って最適に抑制できる。図4の光源2を備える反射特性測定装置では、配光2dについて設定されるオフセット角δを光源2のオフセット角δとして設定すればよい。この理由は、以下の2点で説明される。
Thus, when one
(1)図3に示すように、ランベルト配光に近い配光ほどオフセット角δのずれに対する照度変化率の変化は小さくなる。そのため、ランベルト配光に近い配光は、光源2に対して設定したオフセット角δが、自身の最適なオフセット角δ_opからずれても、照度変化率の変化は小さい。一方、ランベルト配光から大きくずれた配光は、光源2に対して設定したオフセット角δが、自身の最適なオフセット角δ_opからずれた場合の照度変化率の変化は大きくなる。
(1) As shown in FIG. 3, the change in the illuminance change rate with respect to the offset angle δ is smaller as the light distribution is closer to the Lambert light distribution. Therefore, in the light distribution close to the Lambert light distribution, even if the offset angle δ set for the
(2)光源2に対して設定したオフセット角δが、ある配光P1(φ)の最適なオフセット角δ_op1よりも小さい場合(δ<δ_op1)、配光P1(φ)の対主軸角φ(=45°−δ)は大きくなる。また、光源2に対して設定したオフセット角δが配光P1(φ)の最適なオフセット角δ_op1よりも大きい場合(δ>δ_op)、配光P1(φ)の対主軸角φは小さくなる。
(2) When the offset angle δ set for the
配光P1(φ)の変化率dP1/dφは、対主軸角φが大きくなるにつれて増大する傾向にある。したがって、光源2に対して設定したオフセット角δが、配光P1(φ)の最適なオフセット角δ_op1より小さいと、配光P1(φ)の対主軸角φが大きくなるため、配光P1(φ)の変化率dP1/dφがランベルト配光PL(θ)の変化率dPL/dθから大きく乖離する。
The change rate dP1 / dφ of the light distribution P1 (φ) tends to increase as the opposite main shaft angle φ increases. Therefore, if the offset angle δ set for the
一方、光源2に対して設定したオフセット角δが配光P1(φ)の最適なオフセット角δ_op1より大きいと、対主軸角φが小さくなるため、配光P1(φ)の変化率P1/dφがランベルト配光PL(θ)の変化率dPL/dθから大きく乖離しない。
On the other hand, when the offset angle δ set for the
複数の配光の中で、配光主軸への偏りが最も大きい配光PX(φ)の最適なオフセット角δ_opxは最も大きい。そのため、光源2のオフセット角δをδ_opxに設定すると、他の配光PY(φ)の対主軸角φは、配光PY(φ)に対して最適なオフセット角δ_opyを設定した場合の対主軸角φ_yよりも小さくなる。
Among the plurality of light distributions, the optimum offset angle δ_opx of the light distribution PX (φ) having the largest deviation to the light distribution main axis is the largest. Therefore, when the offset angle δ of the
そのため、複数の配光のうち、配光主軸への偏りが最も大きい配光PX(X)の最適なオフセット角δ_opxを光源2のオフセット角δとして設定することが好ましい。
Therefore, it is preferable to set the optimum offset angle δ_opx of the light distribution PX (X) having the greatest deviation to the light distribution main axis among the plurality of light distributions as the offset angle δ of the
図5は、配光P_450の最適なオフセット角δ_450を光源2のオフセット角δとして設定した場合の配光P_450及び配光P_600の変位dに対する照度の変化を示したグラフである。図5において縦軸は照度変化率R(δ)を示し、横軸は変位dを示している。
FIG. 5 is a graph showing a change in illuminance with respect to the displacement d of the light distribution P_450 and the light distribution P_600 when the optimum offset angle δ_450 of the light distribution P_450 is set as the offset angle δ of the
図13に示す配光P_450のグラフに比べ、図5では、オフセット角δがδ_450に設定されているため、配光P_450のグラフが平坦となり、変位dに対する照度の変化率が小さくなっていることが分かる。また、図5では、配光P_600のグラフもほぼ平坦であり、変位dに対する照度の変化率が全体としても低く抑えられていることが分かる。 Compared to the graph of the light distribution P_450 shown in FIG. 13, in FIG. 5, the offset angle δ is set to δ_450, so the graph of the light distribution P_450 is flat and the change rate of the illuminance with respect to the displacement d is small. I understand. Further, in FIG. 5, the graph of the light distribution P_600 is also almost flat, and it can be seen that the change rate of the illuminance with respect to the displacement d is kept low as a whole.
このように、配光P_600に比べて配光主軸2xへの偏りが大きい配光P_450に対して最適なオフセット角δ_450を光源2のオフセット角δとして設定することで、両配光において、変位dに対する照度の変化を抑制することができる。
As described above, by setting the optimum offset angle δ_450 as the offset angle δ of the
配光P_450と配光P_600との変位dに対する照度の変化率の差は、分光反射率係数の波長帯間の差となる。そして、分光反射率係数から求められる色差値では、しばしばこの差が増幅されるため、波長帯間のdR(δ)の差ddRを小さくすることの意味は大きい。 The difference in the change rate of the illuminance with respect to the displacement d between the light distribution P_450 and the light distribution P_600 is a difference between the wavelength bands of the spectral reflectance coefficients. Since this difference is often amplified in the color difference value obtained from the spectral reflectance coefficient, it is significant to reduce the difference ddR of dR (δ) between wavelength bands.
本実施の形態では、図4に示すように配光2d,2fと2つの配光が存在するため、配光2d,2fのそれぞれについて、実施の形態1と同様にして照度変化率R(δ)を求め、配光主軸への偏りが大きな配光2dの最適オフセット角δ_opdを光源2に設定するオフセット角δとすればよい。
In the present embodiment, as shown in FIG. 4, since there are two
図3の例では、配光P_450のグラフはδ=27°のときに横軸と交差しているため、δ=27°に設定される。但し、前述のように配光P_450,P_600の差であるddRは色差値誤差の原因となる。したがって、色彩値誤差を重視する場合は、ddRが小さくなるように27°より大きい角度を光源2のオフセット角δとして設定することが好ましい。
In the example of FIG. 3, the graph of the light distribution P_450 intersects with the horizontal axis when δ = 27 °, so δ = 27 ° is set. However, as described above, ddR, which is the difference between the light distributions P_450 and P_600, causes a color difference value error. Therefore, when emphasizing the color value error, it is preferable to set an angle larger than 27 ° as the offset angle δ of the
(実施の形態3)
図6に示すように白色LEDの分光強度分布は、可視光の波長帯(400−700nm)において2つのピークを有し、両端付近では強度が低い。特に、430nm以下の短波長帯では殆ど強度がない。(Embodiment 3)
As shown in FIG. 6, the spectral intensity distribution of the white LED has two peaks in the visible light wavelength band (400-700 nm), and the intensity is low near both ends. In particular, there is almost no intensity in a short wavelength band of 430 nm or less.
印刷色の校正では、可視光の全波長帯の分光強度分布が求められる。そこで、実施の形態4では、短波長帯の強度をカバーするために、白色LEDに加えて紫色LEDが併用されている。 In printing color calibration, the spectral intensity distribution of all visible light wavelength bands is required. Therefore, in the fourth embodiment, a purple LED is used in combination with a white LED in order to cover the intensity of the short wavelength band.
また、図1の反射特性測定装置では一方位からしか照明されてないので、試料面1が傾いた場合や非等方性をもつ場合、照明の方位によって測定値が変動する虞がある。これらに対応するため、実施の形態3では、光源2を複数配置した。
Further, since the reflection characteristic measuring apparatus of FIG. 1 is illuminated only from one side, the measured value may vary depending on the direction of illumination when the
図7は、本発明の実施の形態3による反射特性測定装置の構成図を示し、(A)は上面視からの光源2の配置を示し、(B)は側面視からの反射特性測定装置の構成を示している。
7 shows a configuration diagram of a reflection characteristic measuring apparatus according to
本実施の形態では、試料面1から距離D離れた試料面1と平行な面内において、法線1nを中心とする半径Dの円周上に60度間隔で配置された6つの光源21〜26を備えている。光源21,23,25は、白色LEDであり、光源22,24,26は紫色LEDにより構成されている。つまり、本実施の形態では、白色LEDと紫色LEDとが交互に配置されている。
In the present embodiment, six
白色LED及び紫色LEDはそれぞれ配光が異なるため、最適なオフセット角δ1,δ2も異なる。光源21,23,25は、それぞれ、配光主軸21x,23x,25xが法線1nに対してオフセット角δ1だけ傾けて配置される。光源22,24,26は、それぞれ、配光主軸22x,24x,26xが法線1nに対してオフセット角δ2だけ傾けて配置される。
Since the white LED and the purple LED have different light distributions, the optimum offset angles δ1 and δ2 are also different. The
光源21,23,25は、白色LEDであるため、上述した配光P_450について設定されるオフセット角δが光源21,23,25のオフセット角δ1として設定される。
Since the
光源22,24,26は、紫色LEDであるため、紫色LEDの配光を式(5)に代入して照度変化率R(δ2)を求め、実施の形態1と同様にしてオフセット角δ2を求めればよい。
Since the
この反射特性測定装置によれば、可視光の波長帯(400−700nm)の全てをカバーし、かつ、可視光の全波帯に亘って、変位dに伴う照度の変化を抑制できる。更に、白色LEDと紫色LEDとがそれぞれ3方位から試料面1を照明するため、試料面1の傾きや非等方性の影響を受けにくい45°c:0°ジオメトリ(c:circumferential)を実現することができる。
According to this reflection characteristic measuring apparatus, it is possible to cover the entire visible light wavelength band (400 to 700 nm) and to suppress the change in illuminance accompanying the displacement d over the entire visible light wave band. Furthermore, since the white LED and the purple LED each illuminate the
なお、実施の形態3において、ある光源が複数の配光をもつ場合は、実施の形態2と同様、配光主軸への偏りが最大の配光に対して設定されるオフセット角δをその光源のオフセット角δとして設定すればよい。 In the third embodiment, when a certain light source has a plurality of light distributions, the offset angle δ set for the light distribution with the maximum deviation to the light distribution main axis is set to the light source as in the second embodiment. May be set as the offset angle δ.
(実施の形態4)
実施の形態4の反射特性測定装置は、1つの光源12を備え、この光源12からの放射光を複数の平面鏡3で反射させて試料面1の中心Oを照明することを特徴とする。(Embodiment 4)
The reflection characteristic measuring apparatus according to Embodiment 4 includes one
図8は、本発明の実施の形態4による反射特性測定装置の構成図であり、(A)は側面視からの構成図であり、(B)は上面視からの平面鏡3の配置であり、(C)は1つの平面鏡3に注目した場合の構成図である。
FIG. 8 is a configuration diagram of a reflection characteristic measuring apparatus according to Embodiment 4 of the present invention, (A) is a configuration diagram from a side view, (B) is an arrangement of a
光源12(実光源の一例)は、面発光で発光する非ランベルト配光の光源であり、発光面に直交する配光12dの配光主軸12xが法線1nに一致させて配置されている。平面鏡3は、試料面1と光源12との間に、法線1nを対称軸として軸対称に複数配置されている。
The light source 12 (an example of an actual light source) is a non-Lambertian light source that emits light by surface light emission, and the light distribution
平面鏡3は、それぞれ光源12の対主軸角φの光束成分12aをその反射面3aで反射して中心Oに導く。これにより、中心Oは、複数の方位から対法線角が45°の光束成分12aにより照明される。
Each of the plane mirrors 3 reflects the
本実施の形態では、配光12dが非ランベルト配光である。そのため、平面鏡3は、その反射面3aによる光源12の光源像12´を通る試料面1の法線2nに対して、光源像12´の配光主軸12´xが所定のオフセット角δだけ傾くように配置されている。光源像12´は、平面鏡3の反射面3aに対して光源12と線対称な仮想的な光源である。
In the present embodiment, the
オフセット角δは、実施の形態1と同様、配光主軸12´xに対して45°−δの角度における光源12の配光の変化率が、ランベルト配光の配光主軸に対して45°の角度における変化率に実質的に等しくなる角度に設定されている。
As in the first embodiment, the offset angle δ is such that the change rate of the light distribution of the
なお、オフセット角δは実施の形態1、2と同一の手法を採用して設定すればよい。反射鏡4は、法線1n上であって、光源12と中心Oとの間の所定の位置に配置され、試料面1の反射光の法線成分1aの光路をほぼ90°変更する。反射光は受光光学系5を経て分光部6に入射し分光特性が測定され、図略の演算処理部に出力される。演算処理部は、分光部6により測定された分光特性から、公知の方法を用いて試料面1の分光反射率係数及び色彩値を求める。これにより、45°c:0°ジオメトリ(c:circumferential)の照明光学系が実現されている。
The offset angle δ may be set by adopting the same method as in the first and second embodiments. The reflecting mirror 4 is disposed at a predetermined position on the
図8(C)に示すように、平面鏡3は、反射面3aが、光源像12´と法線1nとを含む入射面に直交し、反射面3aの中心O3を通る試料面1の法線3nに対してδ/2だけ傾けて配置されている。
As shown in FIG. 8C, in the
試料面1及び光源12間の距離をD3とすると、反射面3aの中心O3から法線1nまでの距離d3は、反射面3aの中心O3から試料面1までの距離d3に等しく、d3=D3/(cot(45°−δ)+1)である。
Assuming that the distance between the
図8(C)から明らかなように、光源像12´は、試料面1への入射角45°の光軸12´a上にあって、法線1nからの距離と、試料面1からの距離とが共にd4となる位置に配置されている。
As is clear from FIG. 8C, the
図8では、平面鏡3は16枚存在する。そのため、試料面1は、16個の光源像12´で照明されるが、各光源像12´の配光主軸12´xがオフセット角δだけ傾けて配置されているため、距離D3の変動が発生しても照度の変化が抑えられる。
In FIG. 8, there are 16 plane mirrors 3. Therefore, although the
本実施の形態では1つの光源12を用いて45°c:0°ジオメトリを実現しているため、複数の光源を用いて45°c:0°ジオメトリを実現する場合に比べて、光束の利用効率が高く、低消費電力、低発熱、及び低コストといった効果を得ることができる。また、本実施の形態において光源12として白色LEDを採用し、特開2008−298579号公報に示す白色校正を行う場合、光源12が1つであるため、1つの光源のみの順電圧をモニタすればよくなり、構成の簡素化を図ることができる。
In the present embodiment, since the 45 ° c: 0 ° geometry is realized using one
光束の利用効率は平面鏡3の個数が多いほど高くなるが、本実施の形態では、照度が光源12と試料面1との間の距離の二乗に反比例することが前提となっている。したがって、平面鏡3は、光源12から試料面1の測定領域1fに向かう全光束を反射する大きさを持つ必要がある。
Although the utilization efficiency of the light beam increases as the number of the plane mirrors 3 increases, the present embodiment assumes that the illuminance is inversely proportional to the square of the distance between the
図9は、本実施の形態における平面鏡3の大きさを説明するための図である。図9では、上面視からの平面鏡3が示されている。図9に示すように、平面鏡3は、反射面3aの光源像12´から試料面1の測定領域1fに向かう全光束の反射面3a上の照射域よりも大きく設定されている。つまり、平面鏡3の上面視の幅Wは、光源像12´の上面視における領域12´_Dと測定領域1fの最外郭とを結ぶ2つの光線が、反射面3aに交差する2点の幅l1より大きな値に設定されている。平面鏡3の側面視の幅も上面視の幅Wと同様に、側面視における最外郭の2光線と反射面3aとの交点の幅よりも大きな値に設定されている。よって、本実施の形態では、平面鏡3の枚数は、幅Wが幅l1より小さくならないような枚数に制限されている。
FIG. 9 is a diagram for explaining the size of the
(実施の形態5)
実施の形態5の反射特性測定装置は、実施の形態4の反射特性測定装置において、光源12が、青色LEDと、青色LEDの放射光により励起され、蛍光を放射する蛍光材とを備える白色LEDと、紫色LEDとで構成されていることを特徴とする。(Embodiment 5)
The reflection characteristic measurement apparatus according to the fifth embodiment is the reflection characteristic measurement apparatus according to the fourth embodiment, in which the
図10(A)は、実施の形態5における反射特性測定装置の構成図を示し、図10(B)は、実施の形態5における光源12の構成図を示している。
FIG. 10A shows a configuration diagram of the reflection characteristic measuring apparatus in the fifth embodiment, and FIG. 10B shows a configuration diagram of the
図6に示すように、白色LEDの分光強度分布は430nm以下で殆ど強度がないため、これでは可視光の全波長帯(400−700nm)の反射特性を求めることができない。そこで、図10(B)に示す構成を採用した。 As shown in FIG. 6, since the spectral intensity distribution of the white LED is 430 nm or less and there is almost no intensity, it is not possible to obtain the reflection characteristics of the visible light in the entire wavelength band (400 to 700 nm). Therefore, the configuration shown in FIG.
図10(B)に示すように光源12は、紫色LED12_v及び白色LED12_wを備えている。紫色LED12_vは、白色LED12_wに対向して配置され、紫色の放射光L_vを放射し、白色LED12_wを照射する。
As shown in FIG. 10B, the
白色LED12_wは、表面にレジン12rが塗布されたLEDチップ12c及びLEDチップ12cを収納するパッケージ12pを備えている。
The white LED 12_w includes an
LEDチップ12cは、450nmを中心とする半値幅20nm程度の青色の光を放射する。レジン12rは、粉末状の蛍光物質及び散乱物質を含み、粉末状の蛍光物質がLEDチップ12cからの放射光の一部で励起され、600nmを中心とする半値幅150nm程度の波長帯の蛍光を放射する。LED放射光の他の部分はレジン12rで拡散される。したがって、図11に示すように白色LED12_wは、青色の放射光と蛍光とからなる白色の拡散放射光LAを放射する。
The
また、レジン12rは、紫色の放射光L_vを、蛍光物質と散乱物質とにより散乱反射し、配光12gの拡散光として再放射する。
Further, the
レジン12rに含まれる散乱物質としては、散乱性を高めるという観点から、例えば酸化チタン粉末を採用することが好ましい。
As the scattering material contained in the
図11は、実施の形態5による光源12の分光分布を示している。図11において、縦軸は相対強度を示し、横軸は波長(nm)を示している。
FIG. 11 shows the spectral distribution of the
図11に示すように、LEDチップ12cからは、白色の拡散放射光LAと、紫色の放射光L_vの散乱反射光LBとが放射されている。散乱反射光LBは、白色の拡散放射光LAではカバーされていない、430nm以下の波長帯の光である。なお、LB´は、紫色の放射光L_vによる蛍光を示している。
As shown in FIG. 11, white diffused radiation light LA and scattered reflected light LB of purple radiation light L_v are emitted from the
したがって、図10(B)の光源12は、分光分布は可視光の全波長帯(400−700nm)をカバーすることができる。また、本実施の形態では、平面鏡3は、図10(A)に示すように配置されている。その結果、可視光の全波長帯に亘って、照明光学系と試料面1との間の距離が変動しても照度の変化を抑えることができる。また、1つの白色LED12_wと、1つ紫色のLED12_vとからなる光源12が採用されているため、複数方位の光束を1つの光源12で試料面1に導くことで、45°c:0°ジオメトリの反射特性測定装置が構成されている。そのため、高効率かつ低コストな反射特性測定装置を提供することができる。
Therefore, the
なお、本実施の形態では、拡散放射光LAに含まれる青色の放射光及び蛍光による2つの配光12d,12fと、散乱反射光LBによる1つの配光12gとの合計3つの配光が含まれている。したがって、3つの配光のうち配光主軸への偏りが最大となる配光に対するオフセット角δを光源12のオフセット角δとして設定すればよい。
In the present embodiment, a total of three light distributions including two
なお、1つの光源12を用いた場合、光源12から放射される光の方位によって配光が異なることもある。この場合、各平面鏡3に、対応する方位の配光に応じたオフセット角δを設定すればよい。
When one
上記実施の形態の技術的特徴は以下のようにまとめることができる。 The technical features of the above embodiment can be summarized as follows.
(1)上記の照明光学系は、非ランベルト配光で面発光する光源を備え、測定対象となる試料面の中心を通る試料面の法線から45°の角度で前記試料面を照明する照明光学系であって、前記光源は、前記光源の発光面の中心から前記試料面の法線までの距離と前記発光面の中心から前記試料面を含む平面までの距離とが実質的に等しく、かつ、前記光源の発光面に垂直な配光主軸が、前記試料面の法線に対して所定のオフセット角だけ傾けて配置され、前記オフセット角は、前記試料面が前記試料面の法線の方向に変動したときの前記試料面での照度の変化を抑制する角度を持つ。
(1) The illumination optical system includes a light source that emits surface light with non-Lambertian light distribution, and illuminates the sample surface at an angle of 45 ° from the normal of the sample surface passing through the center of the sample surface to be measured. In the optical system, the light source is substantially equal in distance from the center of the light emitting surface of the light source to the normal line of the sample surface and from the center of the light emitting surface to a plane including the sample surface, A light distribution principal axis perpendicular to the light emitting surface of the light source is disposed at a predetermined offset angle with respect to the normal line of the sample surface, and the offset angle is determined so that the sample surface is normal to the sample surface. It has an angle that suppresses a change in illuminance on the sample surface when it changes in direction.
この構成によれば、LED等の非ランベルト配光の光源を用いても、照明光学系と試料面との間の距離変動に伴う試料面の照度の変化を抑制することができる。また、この照明光学系を反射特性測定装置に適用すると、照明光学系と試料面との間の距離変動に伴う試料面の分光反射率係数の誤差や、分光反射率係数から算出される色彩値の誤差を抑制することができる。 According to this configuration, even when a non-Lambertian light source such as an LED is used, a change in illuminance on the sample surface due to a change in the distance between the illumination optical system and the sample surface can be suppressed. In addition, when this illumination optical system is applied to a reflection characteristic measuring apparatus, an error in the spectral reflectance coefficient of the sample surface due to a variation in the distance between the illumination optical system and the sample surface, and a color value calculated from the spectral reflectance coefficient The error can be suppressed.
(2)前記オフセット角(δ)は、前記配光主軸に対して45°−δの角度における光源の配光の変化率が、ランベルト配光の配光主軸に対して45°の角度における変化率に実質的に等しくなる角度に設定されていることが好ましい。 (2) The offset angle (δ) is such that the change rate of the light distribution of the light source at an angle of 45 ° −δ with respect to the light distribution main axis is a change at an angle of 45 ° with respect to the light distribution main axis of the Lambert light distribution. It is preferable that the angle is set to be substantially equal to the rate.
この構成によれば、LED等の非ランベルト配光の光源を用いても、照明光学系と試料面との間の距離変動に伴う試料面の照度の変化を抑制することができる。 According to this configuration, even when a non-Lambertian light source such as an LED is used, a change in illuminance on the sample surface due to a change in the distance between the illumination optical system and the sample surface can be suppressed.
(3)前記オフセット角は、前記発光面の法線と前記光源とを含む入射面内の角度であることが好ましい。 (3) The offset angle is preferably an angle within an incident surface including a normal line of the light emitting surface and the light source.
この構成によれば、配光主軸が入射面に含まれ、オフセット角が入射面内に設定されているため、オフセット角の設定が容易になる。 According to this configuration, since the light distribution main axis is included in the incident surface and the offset angle is set in the incident surface, the offset angle can be easily set.
(4)前記オフセット角は、前記光源による初期位置の前記試料面の照度に対する、前記試料面の法線の方向への変位が想定され得る最大値になったときの前記試料面の照度の変化を最小にする角度であることが好ましい。 (4) The offset angle changes in illuminance on the sample surface when the displacement in the direction of the normal of the sample surface can be assumed with respect to the illuminance on the sample surface at the initial position by the light source. It is preferable that the angle be a minimum.
この構成によれば、照明光学系と試料面との間の距離変動が想定し得る距離の範囲内で変動したとしても、試料面の照度の変化を最小にすることができる。また、この照明光学系を反射特性測定装置に適用すると、照明光学系と試料面との間の距離変動に伴う試料面の分光反射率係数の誤差や、分光反射率係数から算出される色彩値の誤差を抑制することができる。 According to this configuration, even if the variation in the distance between the illumination optical system and the sample surface varies within a possible range of distance, the change in the illuminance on the sample surface can be minimized. In addition, when this illumination optical system is applied to a reflection characteristic measuring apparatus, an error in the spectral reflectance coefficient of the sample surface due to a variation in the distance between the illumination optical system and the sample surface, and a color value calculated from the spectral reflectance coefficient The error can be suppressed.
(5)前記光源は、前記試料面の法線の方向を中心とする円周上に配列された複数の光源であることが好ましい。 (5) It is preferable that the light sources are a plurality of light sources arranged on a circumference centering on a direction of a normal line of the sample surface.
この構成によれば、45°c:0°ジオメトリで試料面を照射するため、試料面の傾きや異方性が測定値に与える影響を抑制することができる。 According to this configuration, since the sample surface is irradiated with a 45 ° c: 0 ° geometry, the influence of the inclination and anisotropy of the sample surface on the measurement value can be suppressed.
(6)前記試料面と前記光源との間に配置された平面鏡を更に備え、前記光源は、前記法線の方向に配光主軸を一致させて配置され、非ランベルト配光で面発光する実光源と、前記平面鏡の反射面に対して対称な光源像とを含み、前記平面鏡は、前記光源像の発光面に垂直な配光主軸が、前記試料面の法線から前記オフセット角だけ傾くように配置されていることが好ましい。 (6) It further includes a plane mirror disposed between the sample surface and the light source, and the light source is disposed with the light distribution main axis aligned with the direction of the normal line, and performs surface emission with non-Lambertian light distribution. A light source and a light source image symmetric with respect to the reflecting surface of the plane mirror, wherein the plane mirror is such that a light distribution principal axis perpendicular to the light emitting surface of the light source image is inclined by the offset angle from a normal line of the sample surface It is preferable to arrange | position.
この構成によれば、試料面の法線の方向に配光主軸が一致するように配置された非ランベルト配光を持つ実光源から放射された光を平面鏡で反射させて、45°の角度で試料面を照射する照明光学系であっても、実光源及び試料面間の距離変動による試料面の照度の変化を抑制することができる。 According to this configuration, the light emitted from the real light source having the non-Lambertian light distribution arranged so that the light distribution main axis coincides with the direction of the normal line of the sample surface is reflected by the plane mirror, and at an angle of 45 °. Even an illumination optical system that irradiates the sample surface can suppress a change in illuminance on the sample surface due to a variation in the distance between the actual light source and the sample surface.
(7)前記オフセット角は、前記光源像による初期位置の前記試料面の照度に対する、前記試料面の法線の方向への変位が想定され得る最大値になったときの前記試料面の照度の変化を最小にする角度であることが好ましい。 (7) The offset angle is the illuminance of the sample surface when the displacement in the direction of the normal of the sample surface can be assumed with respect to the illuminance of the sample surface at the initial position by the light source image. An angle that minimizes the change is preferred.
この構成によれば、光源及び試料面間の距離変動が想定し得る距離範囲内で変動したときの、試料面の照度の変化を最小にすることができる。また、この照明光学系を反射特性測定装置に適用すると、照明光学系と試料面との間の距離変動に伴う試料面の分光反射率係数の誤差や、分光反射率係数から算出される色彩値の誤差を抑制することができる。 According to this configuration, it is possible to minimize the change in the illuminance on the sample surface when the distance variation between the light source and the sample surface varies within a possible distance range. In addition, when this illumination optical system is applied to a reflection characteristic measuring apparatus, an error in the spectral reflectance coefficient of the sample surface due to a variation in the distance between the illumination optical system and the sample surface, and a color value calculated from the spectral reflectance coefficient The error can be suppressed.
(8)前記平面鏡は、前記反射面が、前記光源像と前記実光源の発光面の法線とを含む入射面に直交し、前記試料面の法線に対してδ/2だけ傾けて配置され、前記試料面と前記実光源との間の距離をDとすると、前記反射面の中心から前記実光源の発光面の法線までの距離は、前記反射面の中心から前記試料面までの距離に等しく、かつ、D/(cot(45°−δ)+1)であることが好ましい。 (8) The plane mirror is arranged such that the reflection surface is orthogonal to an incident surface including the light source image and the normal line of the light source surface of the real light source, and is inclined by δ / 2 with respect to the normal line of the sample surface. When the distance between the sample surface and the real light source is D, the distance from the center of the reflection surface to the normal line of the light emission surface of the real light source is from the center of the reflection surface to the sample surface. It is preferable to be equal to the distance and D / (cot (45 ° −δ) +1).
この構成によれば、平面鏡が上記のように配置されているため、照明光学系と試料面との間の距離変動に伴う試料面の照度の変化を抑制することができる。 According to this configuration, since the plane mirror is arranged as described above, it is possible to suppress a change in the illuminance on the sample surface due to a variation in the distance between the illumination optical system and the sample surface.
(9)前記平面鏡は、前記反射面が、前記光源像から前記試料面の測定領域に向かう全光束の前記反射面上の入射域よりも大きいことが好ましい。 (9) In the plane mirror, it is preferable that the reflection surface is larger than an incident area on the reflection surface of the total luminous flux from the light source image toward the measurement region of the sample surface.
この構成によれば、光源像から試料面に到達する全光束を反射することができる。その結果、試料面の照度を光源像及び試料面間の距離の二乗に厳密に比例させることができ、照明光学系と試料面との間の距離変動に伴う試料面の照度の変化を理論どおりに抑制することができる。 According to this configuration, it is possible to reflect the total luminous flux reaching the sample surface from the light source image. As a result, the illuminance on the sample surface can be made to be strictly proportional to the square of the distance between the light source image and the sample surface, and the change in the illuminance on the sample surface due to the variation in the distance between the illumination optical system and the sample surface can be calculated as expected. Can be suppressed.
(10)前記平面鏡は、前記実光源の発光面の法線を中心に複数配置されることが好ましい。 (10) It is preferable that a plurality of the plane mirrors are arranged around the normal line of the light emitting surface of the real light source.
この構成によれば、実光源の発光面の法線を中心に複数の平面鏡が配列されているため、試料面の傾きや異方性の影響を受けにくい45°c:0°ジオメトリの照明光学系を構成することができる。また、1つの光源で複数方位の光束を用いて試料面を照明することができ、光束の利用効率を高めることができる。そのため、照明光学系と試料面との間の距離変動に伴う照度の変化をより小さくすることができると共に、低消費電力、低発熱、及び低コストを実現することができる。 According to this configuration, since a plurality of plane mirrors are arranged around the normal line of the light emitting surface of the actual light source, illumination optics with a 45 ° c: 0 ° geometry that is not easily affected by the inclination or anisotropy of the sample surface. A system can be constructed. Moreover, the sample surface can be illuminated with a single light source using light beams in a plurality of directions, and the utilization efficiency of the light beams can be improved. For this reason, it is possible to reduce the change in illuminance due to the variation in the distance between the illumination optical system and the sample surface, and to realize low power consumption, low heat generation, and low cost.
(11)前記実光源は、方位に応じて異なる配光を有し、各平面鏡は、前記実光源の対応する方位の配光に応じて前記オフセット角が設定されていることが好ましい。 (11) It is preferable that the real light source has a different light distribution according to an orientation, and each of the plane mirrors is set with the offset angle according to the light distribution in the corresponding orientation of the real light source.
この構成によれば、方位によって異なる配光をもつ非ランベルト光源を用いても、照明光学系と試料面との間の距離変動に伴う試料面の照度変化を抑制することができる。 According to this configuration, even if a non-Lambertian light source having a different light distribution depending on the azimuth is used, a change in illuminance on the sample surface due to a variation in the distance between the illumination optical system and the sample surface can be suppressed.
(12)前記光源は、配光が異なる複数の波長帯の光を照射し、前記オフセット角は、複数の配光のうち、前記配光主軸への偏りが最大となる配光にオフセット角が設定されることが好ましい。 (12) The light source irradiates light of a plurality of wavelength bands having different light distributions, and the offset angle has an offset angle in a light distribution having a maximum deviation from the light distribution main axis among the plurality of light distributions. It is preferably set.
この構成によれば、波長帯に応じて複数の配光を放射する光源を採用した場合であっても、複数の配光のうち、配光主軸への偏りが最大となる配光に設定されるオフセット角で光源のオフセット角が設定されるため、照明光学系と試料面との間の距離変動に伴う照射面の照度の変化を全波長に亘って最小にすることができる。 According to this configuration, even when a light source that emits a plurality of light distributions according to the wavelength band is adopted, the light distribution is set so that the bias to the light distribution main axis is the maximum among the plurality of light distributions. Since the offset angle of the light source is set at the offset angle, the change in illuminance on the irradiation surface accompanying the variation in the distance between the illumination optical system and the sample surface can be minimized over all wavelengths.
(13)前記光源は、白色発光ダイオードであり、前記白色発光ダイオードは、青色発光ダイオードと、前記青色発光ダイオードからの放射光で励起される1種類以上の蛍光材とを含むことが好ましい。 (13) It is preferable that the light source is a white light emitting diode, and the white light emitting diode includes a blue light emitting diode and one or more kinds of fluorescent materials excited by radiated light from the blue light emitting diode.
この構成によれば、青色発光ダイオードと、青色発光ダイオードからの放射光で励起される1種類以上の蛍光材とを含む白色LEDを用いた場合であっても、照明光学系と照射面との間の距離変動に伴う照射面の照度の変化を最小にすることができる。また、このような白色LEDは低コスト、かつ、高効率であるため、消費電力及び発熱を抑制することができ、低コストな照明光学系を構成することができる。また、光源が長寿命となり、光源の交換間隔を広げてサービスコストを下げることができる。特に、この照明光学系が適用された反射特性測定装置をカラープリンタに実装した場合におけるメリットを高めることができる。 According to this configuration, even when a white LED including a blue light emitting diode and one or more kinds of fluorescent materials excited by light emitted from the blue light emitting diode is used, the illumination optical system and the irradiation surface It is possible to minimize the change in illuminance on the irradiated surface due to the distance variation between the two. Moreover, since such white LED is low-cost and highly efficient, power consumption and heat generation can be suppressed, and a low-cost illumination optical system can be configured. In addition, the light source has a long life, and the service cost can be reduced by extending the replacement interval of the light sources. In particular, it is possible to increase the merit when the reflection characteristic measuring apparatus to which the illumination optical system is applied is mounted on a color printer.
(14)上記の反射特性測定装置は、上記の照明光学系と、前記照明光学系の前記光源が前記試料面を照明したときの反射光を、前記試料面の法線の方向から受光する受光光学系と、前記受光光学系が受光した反射光に基づいて、前記試料面の反射特性を測定する分光部とを備える。 (14) The reflection characteristic measuring apparatus receives light reflected from the illumination optical system and the light source of the illumination optical system when the sample surface is illuminated from the normal direction of the sample surface. An optical system; and a spectroscopic unit that measures reflection characteristics of the sample surface based on the reflected light received by the light receiving optical system.
この構成によれば、非ランベルト配光の光源を採用した場合であっても、照明光学系と試料面との間の距離変動に伴う試料面の照度の変化を抑制することができ、試料面の分光反射率係数の誤差や、分光反射率係数から算出される色彩値の誤差を抑制することができる。 According to this configuration, even when a non-Lambertian light distribution light source is employed, a change in illuminance on the sample surface due to a variation in the distance between the illumination optical system and the sample surface can be suppressed. The error of the spectral reflectance coefficient and the error of the color value calculated from the spectral reflectance coefficient can be suppressed.
(15)上記の反射特性測定装置を用いた照明方法は、測定対象となる試料面の中心を通る試料面の法線の方向から45°の角度で前記試料面を照明し、前記試料面での反射光を前記試料面の法線の方向から受光し、前記試料面の反射特性を測定するための照明方法であって、非ランベルト配光で面発光する光源を、前記光源の発光面の中心から前記試料面の法線までの距離と前記発光面の中心から前記試料面を含む平面までの距離とが実質的に等しくなるように配置する第1工程と、前記光源の発光面に垂直な配光主軸を、前記試料面の法線に対して所定のオフセット角(δ)だけ傾けて配置する第2工程とを備え、前記オフセット角は、前記試料面が前記試料面の法線の方向に変動したときの前記試料面での照度の変化を抑制する角度を持つ。 (15) In the illumination method using the reflection characteristic measuring apparatus, the sample surface is illuminated at an angle of 45 ° from the normal direction of the sample surface passing through the center of the sample surface to be measured. Is an illumination method for measuring the reflection characteristics of the sample surface from the direction of the normal of the sample surface, and a light source that emits surface light by non-Lambertian light distribution is provided on the light emitting surface of the light source. A first step in which the distance from the center to the normal of the sample surface and the distance from the center of the light emitting surface to a plane including the sample surface are substantially equal; and perpendicular to the light emitting surface of the light source And a second step of disposing a light distribution main axis at a predetermined offset angle (δ) with respect to a normal line of the sample surface, wherein the sample surface is normal to the sample surface. Have an angle that suppresses the change in illuminance on the sample surface when it fluctuates in the direction. One.
この構成によれば、(1)と同様の効果が得られる。 According to this configuration, the same effect as (1) can be obtained.
Claims (15)
前記光源は、前記光源の発光面の中心から前記試料面の法線までの距離と前記発光面の中心から前記試料面を含む平面までの距離とが実質的に等しく、かつ、前記光源の発光面に垂直な配光主軸が、前記試料面の法線に対して所定のオフセット角だけ傾けて配置され、
前記オフセット角は、前記試料面が前記試料面の法線の方向に変動したときの前記試料面での照度の変化を抑制する角度を持つ照明光学系。 An illumination optical system that includes a light source that emits a surface with non-Lambertian light distribution and illuminates the sample surface at an angle of 45 ° from a normal to the sample surface passing through the center of the sample surface to be measured,
In the light source, the distance from the center of the light emitting surface of the light source to the normal of the sample surface is substantially equal to the distance from the center of the light emitting surface to the plane including the sample surface, and the light emission of the light source A light distribution principal axis perpendicular to the surface is disposed at a predetermined offset angle with respect to the normal of the sample surface;
The offset angle is an illumination optical system having an angle that suppresses a change in illuminance on the sample surface when the sample surface fluctuates in a direction normal to the sample surface.
前記光源は、前記試料面の法線の方向に配光主軸を一致させて配置され、非ランベルト配光で面発光する実光源と、前記平面鏡の反射面に対して対称な光源像とを含み、
前記平面鏡は、前記光源像の発光面に垂直な配光主軸が、前記試料面の法線の方向から前記オフセット角だけ傾くように配置されている請求項1記載の照明光学系。 A flat mirror disposed between the sample surface and the light source;
The light source includes a real light source that is arranged with a light distribution principal axis coincident with a direction of a normal line of the sample surface, emits light by non-Lambertian light distribution, and a light source image that is symmetrical with respect to the reflection surface of the plane mirror. ,
2. The illumination optical system according to claim 1, wherein the plane mirror is disposed such that a light distribution principal axis perpendicular to a light emitting surface of the light source image is inclined by the offset angle from a normal direction of the sample surface.
前記試料面と前記実光源との間の距離をDとすると、前記反射面の中心から前記実光源の発光面の法線までの距離は、前記反射面の中心から前記試料面までの距離に等しく、かつ、D/(cot(45°−δ)+1)である請求項6記載の照明光学系。 The plane mirror is arranged such that the reflecting surface is orthogonal to an incident surface including the light source image and the normal line of the light source surface of the real light source, and is inclined by δ / 2 with respect to the normal line of the sample surface.
When the distance between the sample surface and the real light source is D, the distance from the center of the reflection surface to the normal line of the light emission surface of the real light source is the distance from the center of the reflection surface to the sample surface. The illumination optical system according to claim 6, which is equal and D / (cot (45 ° −δ) +1).
各平面鏡は、前記実光源の対応する方位の配光に応じて前記オフセット角が設定されている請求項10記載の照明光学系。 The real light source has a different light distribution depending on the orientation,
The illumination optical system according to claim 10, wherein each of the plane mirrors has the offset angle set according to light distribution in a corresponding direction of the real light source.
前記オフセット角は、複数の配光のうち、前記配光主軸への偏りが最大となる配光にオフセット角が設定される請求項1〜11のいずれかに記載の照明光学系。 The light source emits light of a plurality of wavelength bands having different light distributions,
The illumination optical system according to any one of claims 1 to 11, wherein the offset angle is set to a light distribution having a maximum deviation from the light distribution main axis among a plurality of light distributions.
前記白色発光ダイオードは、
青色発光ダイオードと、
前記青色発光ダイオードからの放射光で励起される1種類以上の蛍光材とを含む請求項1〜12のいずれかに記載の照明光学系。 The light source is a white light emitting diode;
The white light emitting diode is
A blue light emitting diode,
The illumination optical system according to any one of claims 1 to 12, further comprising at least one fluorescent material that is excited by radiation emitted from the blue light emitting diode.
前記照明光学系の前記光源が前記試料面を照明したときの反射光を、前記試料面の法線の方向から受光する受光光学系と、
前記受光光学系が受光した反射光に基づいて、前記試料面の反射特性を測定する分光部とを備える反射特性測定装置。 The illumination optical system according to any one of claims 1 to 13,
A light receiving optical system that receives reflected light when the light source of the illumination optical system illuminates the sample surface from the direction of the normal of the sample surface;
A reflection characteristic measuring apparatus comprising: a spectroscopic unit that measures reflection characteristics of the sample surface based on reflected light received by the light receiving optical system.
非ランベルト配光で面発光する光源を、前記光源の発光面の中心から前記試料面の法線までの距離と前記発光面の中心から前記試料面を含む平面までの距離とが実質的に等しくなるように配置する第1工程と、
前記光源の発光面に垂直な配光主軸を、前記試料面の法線に対して所定のオフセット角(δ)だけ傾けて配置する第2工程とを備え、
前記オフセット角は、前記試料面が前記試料面の法線の方向に変動したときの前記試料面での照度の変化を抑制する角度を持つ照明方法。
Illuminating the sample surface at an angle of 45 ° from the normal direction of the sample surface passing through the center of the sample surface to be measured, and receiving reflected light from the sample surface from the normal direction of the sample surface; An illumination method for measuring the reflection characteristics of the sample surface,
For a light source that emits a surface by non-Lambertian light distribution, the distance from the center of the light emitting surface of the light source to the normal of the sample surface is substantially equal to the distance from the center of the light emitting surface to a plane including the sample surface. A first step of arranging so that
A second step of disposing a light distribution main axis perpendicular to the light emitting surface of the light source at a predetermined offset angle (δ) with respect to a normal line of the sample surface,
The offset angle is an illumination method having an angle that suppresses a change in illuminance on the sample surface when the sample surface changes in a direction of a normal line of the sample surface.
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