JP5797695B2 - 角度に対する色度測定（ａｎｇｕｌａｒｃｏｌｏｒｉｍｅｔｒｙ）のための装置及びその方法 - Google Patents

Description

本発明は、建築用ガラスパネルのような分野で用いられる角度に対する色度測定のための装置及びその方法に関する。

建築用及び自動車のガラス、その他の応用に、エネルギー効率の良いコーティングがますます用いられるようになっている。これらの使用は政府基準によって次第に義務付けられており、太陽光の伝達、赤外線の伝達及び熱の維持の制御を満たすべき詳細がますます増大するにつれて、コーティングは高度（sophisticated）になっている。

実際に、エネルギー効率を改善する要求を満たすため、少なくともいくらかのコーティングを多層干渉スタック（interference stacks）として配置することが必要であることが見い出されてきた（これは、非特許文献１で述べられていて、非特許文献１の全体の内容は本出願で参照することにより、本出願の一部をなす。）。略垂直（near-normal）入射で見る時、これらのスタックは特定の反射色（reflectance color）を有する。このようなコーティングされたガラスは常に、２つの光から構成される２重のガラスをはめた窓のユニットの一部として用いられる。光は、２つの光の間の空間を占める乾いた気体とともに窓枠に密封される。太陽光側から内側へ表面を数えた場合、建築用ガラスのコーティングされた表面は通常このような２重のガラスをはめたユニットの２番目の表面上にある。既に気付いているように、外からの光のガラスは色を帯び（tinted）、コーティング自身も通常いくつかの色を有する。

このような２重のガラスをはめた窓（商業界では断熱ガラスユニット又はＩＧＵｓとして知られている。）が大きな複数階の建物の外からの外装材（cladding）として用いられる時、建築家及び他者は反射色がすべての角度から均一に見えることを望む。不都合なことに、多層コーティングスタックのデザイナーに良く知られている理由により、このようなスタックの反射色が見る角度でかなり変化し得る。この態様に注意を払わない場合、色が劇的で、受け入れ難い程に変化する。見る角度と関係する色の変化は、ここでは角度に対する色の変化として述べられている。

建物の外から窓を見る時、角度に対する色の変化は曇った空模様からの光でより顕著となる。曇った空からの照明（illumination）はランダムに偏光した光であり、そのエネルギーは均等に可視スペクトルに分配される（白色光となる。）。これら２つの光の特性によって、窓割り製品において反射色（reflected color）の認知及び角度に対する反射色の変化が高まる。

観測者によって認知される窓から反射する光の色は、窓ユニット内に含まれるすべての反射表面からの反射全体である。

垂直入射とは別の角度から見た場合、窓ユニット内のこのようないかなる表面から鏡面状に（specular）反射する反射光は部分的に偏光している。光学分野において、ブルースター角度に到達するまで偏光効果は反射角とともに増加することが良く知られている。ブルースター角度を越えると、かすめ入射（grazing incidence）になるまで反射光の偏光は減少し、偏光効果はゼロに近づく。人間の目は典型的に偏光に対して感受性がなく、偏光誤差のない色を見ることができる。

多くの例において、限られた数のサンプルについての視覚検査によって角度に対する色の変化の制御が行われている。この方法の主な欠点として、観測者全体の人口のおよそ５％が赤／緑の色盲（color vision deficiency）を有している理由で、一部の観測者によってしばしば異なって認識される色の調和の主観的判断に頼っていることである。

R.Hill and S.Nadel, "Coated Glass Applications and Markets", BOC Coating Technology, Fairfield CA, 1999

本発明の１つの目的は、先行技術が有する（residing）問題を克服するスペクトル反射装置を提供することにある。

本発明のもう１つの目的は、コーティングされたガラス及び頑丈さ（rugged）、コスト効率の観点（form）でこれと同様の製品によって得られる角度に対する色の変化のデータを提供でき、かつ、コーティング又は建築用窓の発達のためだけでなく、特性制御手段（tool）としての使用にも適用できるスペクトル反射装置を提供することにある。

これら及びその他の様々な目的は、本発明の特定の実施形態において実現される。

本発明の１つの実施形態では、前面の反射面と背面の反射面とを有する対象物の反射特性を測定するための装置を提供する。この装置は、対象物を置くためのサンプルステージと、白色光を出射するように構成される光源と、対象物からの反射光を検出するように構成される検出器と、対象物への入射光は検出器へ向かって鏡面反射し、かつ、検出器が受ける反射光には対象物からの前面反射と、少なくとも１つの対象物からの背面反射と、が含まれるように、サンプルステージ上の対象物に対する複数の角度配置に光源及び検出器を配設する構成の位置決め装置と、を備える。
本発明の１つの実施では、前面の反射面と少なくとも１つの背面の反射面とを有する対象物の反射特性を測定するための方法を提供する。この方法は、様々な入射角度で対象物に出射する工程と、それぞれの鏡面反射角度で対象物の前面及び背面の反射表面からの反射光を集光する工程と、反射光をカラースペクトルへ波長解析する工程と、波長に対するカラースペクトルの強度を分析する工程と、を備える。

これは、前記の発明の一般的な記述とともに、続く詳細な説明に代表的に、この実施形態に限定されることなく述べられている。

本発明のより詳細な記述及び多くの利点は、続く詳細な説明とともに添付した図面によって、より理解することができる。

図１は、慣用装置のガラス板からの反射光を示す概略図。 図２は、前面及び背面の両方でのガラス板からの反射が測定される、本発明の１つの実施形態の概略図。 図３は、光源及びサンプルを本発発明の１つの実施形態による制御方法で移動させる状態を示す概略図。 図４Ａは、図３に示す制御移動を実現する本発明の新しい角度配置を示す概略図。 図４Ｂは、低い放射率のコーティングがされたガラスでの単一光のガラス側での反射の角度に対する色の変化を示すグラフ。 図５は、広範囲光源及び複数の検出器を用いた本発明の角度色素計の別の実施形態を示す光学図。 図６は、複数の光源及び複数の検出器を用いた本発明の角度色素計の別の実施形態を示す光学図。 図７は、単一の光源から複数の位置へ光を導くため及び複数の集光光学系のセットから単一の検出器へ光を導くための複数のファイバー光学系を用いた本発明の角度色素計の別の実施形態を示す光学図。 図８は、サンプルの前面から鏡面反射した光及び続いてサンプルの背面から鏡面反射した光を選択的に検出するためのシャッターを使用した、本発明の別の実施形態の光学光線を示す図。 図９は、本発明の角度色素計によって測定した角度に対するサンプルから受けた検出光のプロットを色変数に従って示した図。 図１０は、サンプルのコーティング側から受ける検出光を色変数としてプロットした図。 図１１は、検出器の像平面に（厚い基板又はサンプルの）前面及び背面から鏡面反射した光をそれぞれ投影した像を示す、光学概略図。 図１２は、単一の光源及びサンプルに光を投影するための半球状の拡散反射手段の一部を用いた、本発明の別の角度色素計を示す光学概略図。 図１３は、サンプル平面から複数回の内部鏡面反射をする本発明の角度色素計の１つの実施形態に係る光学光線を示す図。 図１４は、サンプル平板からの複数回の内部鏡面反射及びその検出器への経路を示す本発明の角度色素計の１つの実施形態に係る光学的光線を示す図。 図１５は、第１と第２の鏡面反射光ビームの間の間隔距離のサンプルの厚さ及び反射光の入射角への依存性をプロットした図。 図１６は、単一の光源及び検出器の同時の角度移動のために構成されるパンタグラフ式のアームを用いた本発明の角度色素計の別の実施形態の光学系の概略図。 図１７は、本発明に係る方法を示すフローチャート。 図１８は、本発明の角度色素計からの生のスペクトルを示す図。 図１９は、本発明の角度色素計からの比率化したスペクトル（反射率を％で示す。）を示す図。 図２０は、光源のスイッチを入れた後の時間に対するＬ*、ａ*、ｂ*の測定の安定性をプロットした図。 図２１は、本発明の１つの実施形態に係るオンライン式の制御システムの概略図。

角度に対する色の変化の問題を定量化し、角度に対して色がほとんど変化しないコーティングの発達を支援し、角度に対する色の変化基準が製品と合っていることを保証するために、コーティングしたガラスの全体の反射色を測定できることが必要である。本発明の１つの実施形態では、角度に対する色の変化の客観的な測定するための手段を提供する。

角度分光測光器、複数角度色度計及び角度色度計は例えば塗料産業で用いられる慣用装置であり、塗料産業ではこのような装置を発達させるかなりの努力が行われてきた。特に、自動車の塗料産業では、このような装置は金属粒子及び雲母の薄片（flakes）、及び、見る角度によって変化する金属の輝き及びパール効果の発生させる干渉膜積層体（interference layer stack）を有する粒子において塗料の色を分析するために用いられてきた。

しかし、これら及びその他の様々な装置の使用は、半透明な（translucent or semi-transparent）対象物（例えば、実質数ミリメートル程度の厚さを有する、コーティングされた建築用ガラス）の第１の表面及び第２の表面の両方からの反射光を集めるように設計されていない装置である点で、使用が制限される。

ここでは図、特に図１について説明する。図１は、慣用装置が直面する問題を示す図である。光源１０１からの光はレンズ１０２によって平行にされ、結果的に平行ビーム１０３は厚さ１０５のガラス対象物１０４への入射光となる。対象物は第１の表面１０６と第２の表面１０７とを有する。平行ビームは直径ｗ（１０８）である。同一の直径の鏡面反射した光ビーム１０９、１１０は、検出器１１１に向かって移動する。検出器１１１は、通常、第１の表面での反射ビーム１０９全体よりも少し多くの光を集めるように大きさが設計される。第２の表面での反射ビーム１１０は、全く集められないか、又は、部分的にのみ集光するかのいずれかであり、装置は両方の表面での鏡面反射全体の測定を実現しない。実際に、明確に第２の表面での反射光は受け入れないように設計される装置もあれば、部分的に集められた第２の表面での反射光を障害（nuisance）とみなして、第２の表面を黒く塗ること、粗くすること、又は、その両方をすることによって第２の表面での反射光をなくす方策を採用した装置もある。ある装置では、前面と背面との間に少なくとも数度の角度を有するくさび形の（wedged）サンプルを特別に用いて、背面での反射光が検出器から逃げるようにして、第２の表面での反射光を除去している。

図２は本発明の１つの実施形態を示す概略図である。本実施形態では、図２で示される光学図で示すように、前面及び背面の両方でのガラス板からの反射光を測定する。図２で示す装置は、一体となった覆い（an integrating enclosure）２０２内にランプ２０１を有する。覆い２０２は、例えばバリウム硫酸塩又はLabsphere社によって販売されているSPECTRALON^ＴＭのような拡散反射を行う白色の材料で内側がコーティングされている。覆い２０２内で複数回反射した後、覆い２０２からの光は両面が拡散反射を行う白色の材料でコーティングされる表面２０３に入る（falls）。表面２０３から対象物２０７（例えば、建築用ガラスのサンプル）の前面２０５に入った光は、部分的に反射し、第２の反射が起こる対象物２０７の背面２０６へ部分的に透過する。図２に示すように、前面及び背面のそれぞれ同一の範囲（area）２０９、２１０からの鏡面反射した光線２０８は、穴２１１によって選択され、レンズシステム２１２によって検出器２１３へ透過される。検出器２１３は、波長分散機構２１４と、フォトダイオードアレイ（array）２１５と、スペクトルのデータをフォトダイオードアレイ２１５から計算装置２１８へ伝達する信号伝達装置２１６が内蔵されている。計算装置２１８は、測定したスペクトル及び色のデータを提供するためのスペクトルデータの操作を行う。

鏡面反射において、表面の法線２１７と入射ビーム２０４との間の角度（入射角）は、表面の法線と反射ビーム２０８との間の角度（反射角θ）に等しい。すべての角度の入射光について反射ビームが常に同じ経路を通って光受容体へ向かうことを保証するため、サンプル又は対象物２０７を、光源を保持しているアームに対して半分の角度で回転する。

これは、表面２０９及び表面２１０からの反射光が穴２１１及び検出器２１３で受け取るため同一の方向に向かうように、光源２０１を例えば検出器２１３に向かって回転させたことによる角度θの変化を、対象物２０７をθ／２回転することによって調整しているからである。図に示すように、表面２０９及び表面２１０からの前面反射光及び背面反射光はそれぞれ、通常は平行である。本発明の１つの実施形態の検出器は、狭い受け入れ角度（例えば１°〜５°）を有し、これにより、光を鏡面反射（拡散反射とは反対）したものに制限する。

図３は、光源及びサンプルを本発発明の１つの実施形態による制御方法で移動させる状態を示す概略図である。本実施形態では、回転関係は新しいゴニオメータ装置（goniometric arrangement）によって達成される。図３の右側において、光源３０１はアーム３０２上の第１の位置（実線）に示されている。拡散照射する白色の表面３０４からの光線３０３は第１の位置３０５に示されるサンプルに衝突する。前面と背面の両方から反射し、実線３０６で示される光線は、スペクトル選択検出器３０７へ向かう。検出器３０７は本実施例では、レンズシステム３０８と、光格子３０９と、線型ダイオードアレイ３２０（個々がフォトダイオードとして機能する。）と、デジタル出力３１５と、を有する。

光源とアームの第２の位置はそれぞれ、３１１、３１２で示す（点線）。この第２の位置にある拡散表面３１４からの光線３１３（太い破線）は、第１の位置からのアームの回転角度の半分だけ回転したサンプル（又は対象物）３１９に衝突する。これは、第２の位置においてサンプル３１９の前面と背面の両方からの反射光線３１８（太い破線）が検出器３０７に向かっていることを保証する。第１の位置、第２の位置でのサンプルの法線はそれぞれ、３１６、３１７で示されている。２つの法線の間の角度は、第１の位置から第２の位置へのアームの回転角の半分である。

図４Ａは、図３に示す制御移動を実現する本発明の新しいゴニオメータ装置を示す概略図である。図４Ａで、光源を保持するアーム４０１は第１の回転平板４０２に固定されている。回転平板４０２は、ベアリング４０３によって固定平板４０５に搭載される（mounted to）車軸４０４上を回転する。固定平板４０５と第１の回転平板４０２との間には、第２の回転平板４０６が設けられている。ボールベアリング４０７は第１の回転平板４０２と固定平板４０５の両方と接触している。第１の回転平板４０２が回転すると、ボールベアリング４０７は回転する。固定平板４０５との接触面でのボールベアリング４０７の回転動作は、第２の回転平板４０６を第１の回転平板４０２の動作と同一の方向に押し出す。この配置の効果は、光源アーム４０１が取り付けられる第１の回転平板４０２が、サンプルホルダーが固定されている回転平板４０６と同一の角度方向に２倍の角度で回転することにある。

この効果をより理解するため、レース（race）におけるボールベアリング４０７の質量中心を考える。ボールが１回転すると、質量中心は固定平板４０５との関係で円弧距離ｓ＝２πＲ移動する（ここで、Ｒはボールレースにおけるボールベアリングの半径４０９である。）。したがって、ボールレース４０７を含む第２の回転平板４０６はｓ／Ｌと同等角だけ移動する。ここでＬは、車軸４０３の軸からのボールベアリングの接点の半径４１０である。

ボールベアリング４０７と第１の回転平板４０２との間の接点も、ボールレースの質量中心に対して距離ｓ移動する。このように、ボールベアリング４０７の１回転について、第１の回転平板４０２は固定平板４０５との関係で２ｓの円弧長さを全体で移動する。つまり、第１の回転平板は第２の回転平板の角度の２倍移動する。

サンプルホルダー４１１は、それ自体がサンプルホルダー台４０８に取り付け機構（図示しない）によって取り付けられる。取り付け機構は、調整のためサンプルホルダーを３自由度で調整できるようになっている。

本発明の１つの実施形態では、検出器はスペクトルの選択的な光検出器として用いられるPhoto Research PR650 SPECTRA SCAN^ＴＭである。この検出器は、焦点レンズと、接眼レンズのかなり大きな視野にわたって光検出器の受け入れ範囲を示す目視可能な円形の目盛用（graticule）の黒点と、を備える利点を有する。

SPECTRA SCAN^ＴＭ装置又はその他の検出器の起動手順には、ゴニオメータ（goniometer）の回転軸がサンプルの表面と交差すること及び検出器の焦点が図３の拡散照射表面３０４に合わせられていることを保証するための調整手順が含まれる。検出器を通して見た時、コーティングされたガラスサンプルの前面及び背面からの反射光は、接眼レンズの中に２つの像を形成する。２つの像はガラスの厚さに比例する距離だけ離れていて、入射光の角度に依存している。エネルギー効率の良いコーティングがされた建築用ガラスでは、２つ像は通常色が異なり、重複する範囲では一方の像のみの部分より明るい（図１１で後に示す。）。

本発明の別の実施形態では、例えばステッピングモータのコンピュータ制御等のようにコンピュータ制御によって光源及びサンプルを移動することにより、測定を自動化する能力を備える。これにより、最初の起動及びサンプルの挿入の後、測定を完全に自動化することができる。

このような実施形態は、ガラスコーティングプラント又は例えば、既存の建物における損傷又は劣化が原因で置き換える必要がある窓ユニットを調和させる分野において、角度に対する色をオンラインで測定する能力を備える。オンライン式の装置は、例えばガラスコーティングプラントのコーティングされたガラスの、数箇所の断面における角度に対する色を測定できる光学システムを備えてもよい。

本発明の角度によって変化する色の色素計は、発色（development）及びプロセス制御を目的として、コーティングスタックの層の厚さについていくつかの同じ型の情報を提供する点で、本発明は価格が高い多入射角分光エリプソメータ（ＶＡＳＡ）の経済的な代替機器として役立つ。例えば、角度測定からの情報によって、２層低放射率（low-e）建築用コーティングにおける中央の誘電性の層の厚さがおそらく厚すぎることを分析するために使用できる。例えば、中央の層に付着するカソードに対するスパッタリング（sputter）装置のパワーレベルを、厚さが公称値に戻るように、この場合は削減するように調整する。与えられた情報は、あいまい（fuzzy）論理システム、知識神経ネットワークシステム、単純なＰＩＤループのような人工的知能システムを介してフィードバックを伴うオンライン式のプロセス制御システムと結び付けりことができる。

経験を積んだコーティングプラントのオペレータ及びコーティングデザインの科学者は、スペクトルの反射率及び透過率プロット（plot）の理想からの特定の逸脱に基づくコーティングプロセスを調整するための規則を発達させている。慣用的に、スペクトルの反射率及び透過率プロットは略垂直の入射の場合のみ取得されてきた。本発明の角度色素計では、様々な角度でのスペクトルの反射率プロットを示すことができ、したがって、角度に対する色のプロットにそって、経験を積んだオペレータ／科学者がプロセスを調整するために用いることができる慣用情報を提供する。

窓の反射色として好ましいのは中間よりやや青、緑の範囲であることは窓割り製品の製造者によって良く知られている。赤、黄、紫を反射色とした窓は、市場において人気がない。また、窓割り製品の色が見る角度で変化する場合は、反射が赤、黄、紫に見える角度がないことが好ましい。窓建築の大部分において、建物の外からの見る反射色はガラス側で反射したものであるとして知られている。断熱ガラスユニットを備えるほとんどの窓構成で、最も外側の光は放射率（emissivity）の低いコーティングへの光で、この外側の光の内側に薄いフィルムコーティングが施されている。したがって、この構成では、建物の外から見た窓の最も顕著な色はガラス側での反射色である。

建築用ガラスに適用される一般的なコーティングの１つの種類として、低い放出率又は熱を反射するコーティングが知られている。これらは典型的には、銀のように誘電性があり赤外線を反射する金属の交互（alternating）層からなる多層の薄いフィルムスタックである。銀の周りには保護層又は核形成（nucleation）層のような他の層が存在する。これらのガラスコーティングは一般的に１つから３つの銀の層を含んでいる。誘電性のある干渉層によって分離される２つ以上の銀の層をスタックが含んでいる時、角度に対する色の変化は大きすぎるため、市場において受け入れ難い製品を創作してしまう。薄いフィルムスタックの層材料が層の厚さ及び光学特性について正確に制御できるならば、角度に対する色の変化を含めた様々な光学的及び機械的特性が許容制限内に抑えられる。本発明の角度に対する色の測定装置は層の厚さ及び光学特性が正確であるかを決定するのに用いられる。配置（deposition）プロセスの調整は角度に対する色の測定装置からの度数（readings）に基づいて行われる。調整プロセスは手動で又は自動フィードバックプロセス制御によって行われる。

薄いフィルムスタックのコンピュータシミュレーションの使用及び実際のコーティング実験を通して、角度に対する色の測定と層の厚さ及び光学特性との間の相互関係が築かれる。

（例１）
低い放射率の２つのスタックデザインが、デザインＡからデザインＢまで層の厚さを変化させて次の表１に与えられる。

単一の光の垂直入射の色度数をこれらのデザインで採用した時、両方とも同様の数字を示し、いずれもが市場で受け入れられる。

様々な角度でガラス側反射の色度数をこれらのコーティングから測定したとき、大きい入射角ではデザインＡは赤く見える。ａ*の色測定が１より大きい値となった時、一般的に所望よりもかなり赤く見える。デザインＢで層の厚さを修正することで、大きい入射角で過度に赤くならない。７５°の入射角で、デザインＢでのａ*の値は１より小さい。

図４Ｂは、低い放射率のコーティングがされたガラスでの単一光のガラス側での反射の角度に対する色の変化を示すグラフである。角度が０°から７５°まで５°ごとに増加する場合の角度に対する色度数を示している。０．０°の開始点では、両方の反射色はほぼ同一で、両方とも好ましい青〜緑の範囲である。６５°より大きい入射角では、デザインＡは過度に赤くなる。薄い光学フィルムスタックモデルの結果と一体に、この知識はあいまい論理、神経ネットワークシステムのような人工的知能システムに取り込むことができる。その結果、角度色素計（及び他の測定装置）と、プロセス及び測定できる製品のパラメータを許容制限内に保つためパワー及びガスの流れのようなパラメータを調整できる配置手段と、の間に適切なソフトウェア／ハードウェアインターフェイスの使用することによって、プロセスを自動的に制御できる。

神経ネットワークシステムの場合、他の製品パラメータとともに角度に対する色のデータは、関連するプロセスパラメータに沿って神経ネットワークに与えられる。その結果、プロセスを制御するため、神経ネットワークはネットワークの入力と出力との間の最も良い接続を“知る”ことができる。図１８及び図１９はそれぞれ、ＰＲ６５０からの生のスペクトル、比率化した（ratioed）スペクトル（反射率を％で表す。）を示す。

図５は、広範囲光源及び複数の検出器を用いた本発明の角度色素計（angular colorimeter）の別の実施形態を示す光学図である。図５において、光源５０１は広範囲にわたり、それはゴニオメータの回転軸から測定して相当な範囲（例えば、３０°から８０°）に該当する（subtends）。光は経路５０２，５０３、５０４、５０５に沿ってサンプル５０６へ向かい、サンプル５０６（サンプル５０６の前面と背面の両方から）で光はそれぞれ、経路５０７、５０８、５０９５１０に沿って検出器５１１、５１２、５１３、５１４に向かって鏡面反射する。本実施形態では、それぞれの検出器はサンプル５０６で鏡面反射し、検出器の受け入れ穴にちょうど入る光を選択する。信号線５１５は、情報をそれぞれの検出器からのスペクトルを操作するために計算装置に送る。

図６は、複数の光源及び複数の検出器を用いた本発明の角度色素計の別の実施形態を示す光学図である。図６において、複数の光源６０１、６０２、６０３、６０４は固定されたサンプル６０９に選択された入射角で入射光を供給する。これらの光源からの光はそれぞれ、経路６０５、６０６、６０７、６０８に沿ってサンプル６０９へ向かい、サンプル６０９でそれぞれの光源からの光はサンプルの前面と背面の両方によって、それぞれ経路６１０、６１１、６１２、６１３に沿って検出器６１４、６１５、６１６、６０７に向かって鏡面反射する。信号線（signal）６１８は、情報をそれぞれの光検出器からのスペクトルを操作するための計算装置に送る。光源６０１から６０４は、２０１（図２）又は３０１（図３）で示すように一体に形成した拡散光源としてもよい。

図７は、単一の光源から複数の位置へ光を導くため及び複数の集光光学系のセットから単一の検出器へ光を導くための複数のファイバー光学系（optics）を用いた本発明の角度色素計の別の実施形態を示す光学図である。図７において、単一の光源７０１からの光は、複数の光学ファイバー（点線で示す。）（７０２から７０７）によってそれぞれの平行（collimating）装置又は集約（integrating）装置（７０８から７１３）に供給される。

光源７０８から７１３は、２０１（図２）又は３０１（図３）で示すように一体に形成した拡散光源としてもよい。拡散光源では、ランプ要素はファイバー光学出力装置に置き換えられる。

ファイバー光学系光源からの光は、サンプル７１４の前面と背面の両方によって実線で示す経路に沿って鏡面反射する。測定の間固定されているサンプル７１４の法線と反対方向に同一の角度を形成する位置に、それぞれのファイバー光学系光源は、相応のファイバー光学系の集光光学系セット（７１５から７２０の中の１つ）を有する。集光光学系は光学ファイバー（実線で示す。）（７２１から７２６）を介して検出器７２７に光を導く（forwards）。検出器は内部の光学多チャンネルアナライザによって特定のファイバー出力が分析される連続的選択手段を有する。

図８は、サンプルの前面から鏡面反射した光及び続いてサンプルの背面から鏡面反射した光を選択的に検出するためのシャッターを使用した、本発明の別の実施形態の光学光線を示す図である。図８において、平行ビーム８０３を形成するため、光源８０１は光学システム８０２によって平行にされる。ビーム８０３はサンプル８０６の前面８０４及び背面８０５から鏡面反射し、検出器８０９へ向かう鏡面反射した平行ビーム８０７、８０８をそれぞれ形成する。前面と背面の反射スペクトルを分離して取得できるようにするため、平行ビーム８０７、８０８は開いたシャッター８１０、８１１によって連続的に光検出器８０９に収容される。シャッター８１０と８１１の両方が開いている時、通常のように、サンプル８０６からの前面及び背面での反射スペクトルの組み合わせが検出器８０９によって測定される。本実施形態では、平行な入射ビームの広がりを定義するために穴８１２を用いてもよく、以下に述べるように入射ビームをランダムに偏光させるために偏光解消装置８１３を用いてもよい。

シャッターの使用は本発明の他の実施形態にも適用できる。シャッターは、図８に関連するアウトラインとして用いることができ、また、連続的にスペクトルを取得するため光源又は検出器又は両方の前に用いてもよい。

本発明の１つの実施形態では、スペクトル及び色変数（coordinate）の正確な取得を実現するため、光源及び検出器は測定期間を通して十分に安定している。本発明の（present）角度色素計の安定性は、スイッチを入れて数分後から数時間経つまで繰り返し測定を行うことによって測定される。この結果は、本発明の角度色素計が光源のスイッチを入れた後２０分間は安定していることを示している。図２０は、光源のスイッチを入れた後の時間に対するＬ*、ａ*、ｂ*の測定の安定性を示す図である。

ＣＩＥ基準に従って色変数の正確な測定を実現するため、本発明の光源は波長が３８０ｎｍから７８０ｎｍのすべての範囲でスペクトルの照度（irradiance）を有する。この目的のため、タングステン石英ランプが多くの例で適応される。最も適応される一般的な種類のランプとして石英ハロゲンランプが知られている。これらのランプは石英の囲いの内側にタングステンフィラメントを有する。石英の囲いには、タングステンの堆積によって石英の囲いが暗くならないようにハロゲン又はハロゲンの混合物が含まれる。本発明に適応できる１つの特殊なランプとして製品番号がＷ−ＦＴＤのものがあり、これは特別ブランドで、FTD MR-11ハロゲン３０°フラッドランプで、GZ4ベースで２０Ｗ、１２Ｖであり、寿命が２０００時間で、フィラメントの温度は２９００Ｋである。

一定の目的のため、電磁気スペクトルの可視、赤外（ＩＲ），紫外（ＵＶ）範囲の選択された波長領域で、光源が実際にスペクトルの照度を有することが望ましい。これによって、おおよその色の測定及び／又はプロセス制御を目的として、これらの範囲でのスペクトルの反射率が測定される。このような光源には発光ダイオード（ＬＥＤｓ）、ガス排出ランプ、ダイオードレーザー、フラッシュランプ、赤外線ランプ、白熱バー（glowbars）、水銀ランプ、ナトリウムランプ等が含まれてもよい。これに対応して、光検出器（例えば、図２のアイテム２１５）がＩＲ、可視、ＵＶでのいかなる波長領域の組み合わせをも感知するようになっている。

本発明の特性の１つは、まず光源を直接測定することによってサンプルからの反射スペクトルを調整できることを保証することである。図３の実施形態では、光検出器の光軸上に光源を配置し、光学経路からサンプル及びサンプルホルダーを除去することで、光源を直接測定することによって、この調整が行われてもよい。図５、図６、図７、図８に示す実施形態で、単数又は複数の光源を調整するため、サンプルの位置において前面表面がスペクトル反射特性が知られている鏡を用いてもよい。

図４のゴニオメータ装置（goniometer arrangement）は、固定された止め具（stops）の補助を伴って手動で入射角を設定してもよく、又は、上述したステッピングモータのようなコンピュータ制御によって必要な入射角を自動的に設定して（stepped）もよい。

調整手順では、すべての入射角で、図１１に示すようなサンプルの前面と背面の両方から同一の比重で反射データを集めることを保証する前述の重複範囲内に、円形の目盛り（graticule）が存在することを確認する。

本発明の１つの実施形態では、偏光効果の影響を考慮する。この発明では、光の偏光は２箇所で起こる。この偏光を考慮しない場合、測定誤差が生じる。

垂直入射又はかすめ入射とは別の角度で光が表面から鏡面反射する時はいつでも、光は部分的に、場合によっては全体が、偏光する。この発明で偏光の１つの原因（source）は、測定されるサンプルからの光の反射時に起こる。

偏光の第２の原因は、スペクトル又は色の測定のためにサンプルからの反射ビームをそれぞれの波長に分配する時に起こる。混合した波長のビームをスペクトルに広げることは、典型的に回折格子又はプリズムで行う。格子又はプリズムに到達したビームが既に部分的に偏光している場合、測定誤差が生じる。

本発明の１つの実施形態では、装置の２箇所で光がランダムに偏光することを保証することによって、偏光による誤差を減少させている。光源からの光は必ず偏光解消していて、サンプルと格子又はプリズムの間のビームも必ず偏光解消している。

光源ビームの偏光解消は、拡散反射光源を使用することによって、又は、図８でアイテム８１２として概略的に示すデポラライザーを用いることによって達成される。このようなデポラライザーは、出射（exit）ビームが効果的にランダムに偏光されるように偏光を行う（scramble）ために用いられる、様々な光学密度（consistency）の高速回転ディスクから構成されている。代わりに、適切な光学材料（例えば、石英、方解石、マグネシウムフッ化物）の２つのくさび形のものを用いてLyotデポラライザーを形成してもよい。Lyotデポラライザーは典型的に光軸と平行に切られた２つの水晶平面の平行平板を備える。Lyotデポラライザーでの平面の厚さの比は、正確に２：１である。典型的なLyotデポラライザーでは、２つの平面は光学的に接続され、それぞれの平面の光軸は４５°＋５°の角度を形成し、組み合わせの傾き誤差（wedge error）は２″より小さい。

サンプルから反射した後で、格子又はプリズムに到達する前の光ビームの偏光解消は、光源ビームにおいて用いられるのと同様の方法によって行われる。別の一般的な技術としてファイバー光学系のライトガイドにビームを通す方法を、いずれか一方の偏光解消に用いてもよい。ファイバーの内壁からの多数の光ビームの反射によって、ランダムにビームの偏光が行われる。

本発明の特定の実施形態では、反射スペクトルの連続的測定は、それぞれｐ及びｓ方向に偏光した入射光によって行われる。ｐ偏光では、入射光の電磁気の電位ベクトルが、サンプル表面の法線及び入射光線を含む平面内にある。ｓ偏光では、入射光の電磁気の電位ベクトルが、サンプル表面の法線及び入射光線を含む平面に垂直ある。

入射光の偏光は、例えば様々な型のプリズムポラライザー（例えば、Glan Taylorプリズム）及びフィルムポラライザーを伴うことによって行われる。これらのポラライザーは、ポリマーフィルムの中のように分子の連鎖を伴う様々な型の光学的に調整された光学微量要素（microelements）を有する。２つのこのようなポリマーポラライザーは、商品名POLAROID（登録商標）^ＴＭで利用されている。

図９は、本発明の角度色素計によって測定した角度に対するサンプルから受けた検出光のプロットを示す図であり、色変数に従って示したものである。特に、図９はコーティングされたガラス表面の測定結果の例を示し、LabパラメータＬ*が入射角の角度に対してプロットされている。本発明の角度色素計は積分（integrating）球でBYK^ＴＭ Gardner装置によるものと８．５°での結果と比較され、“インスペクトル（in spec）”コーティングで示す色度の値の範囲にわたり理にかなって一致することを見い出した。

図１０は、サンプルのコーティング側から受ける検出光を色変数としてプロットしたものである。特に、図１０はコーティングされたガラス表面の測定結果の例を示し、入射角が８．５°から、１５°、２５°、３５°、４５°、５５°、６５°、７５°と変化する時のLabパラメータａ*、ｂ*がそれぞれに対してプロットされている。パラメータａ*、ｂ*は、国際照明委員会（Commission Internationale de l’Eclairage：CIE）によって確立され、米国特許６９８５２５４号明細書で議論されている。この明細書の全体の内容は本出願で参照することにより本出願の一部をなす。このシステムにおいて、ＣＩＥ Ｌ*ａ*ｂ*空間は変数Ｌ*、ａ*、ｂ*を伴う３刺激値色空間である。中央の垂直な軸（Ｌ*）は、０（黒）から１００（白）までの値を伴った明るさを示す。２つの色の軸は、正から負まで延びている。ａ−ａ´軸（ａ*）では、正の値は赤色の量を示し、負の値は緑色の量を示す。ｂ−ｂ´軸（ｂ*）では、正が黄色、負が青色を示す。ａ−ａ´軸、ｂ−ｂ´軸の両方において、ゼロは中間のグレイを示す。単一の特定の色が、それぞれの色の軸の値及び明るさ又はグレイスケールの軸の値によって比類なく認定できる。ＣＩＥ Ｌ*ａ*ｂ*空間は装置から独立している（device-independent）。実際に、システムでは次の数値計算が用いられる。

ＣＩＥＬＡＢの色度システムは次のように定義される。

図１１は、検出器の像平面にコーティングされた前面及び背面から鏡面反射した光をそれぞれ投影した像を示す、光学概略図である。特に、図１１はPR650 SPECTRASCAN^ＴＭ光検出装置から見た視野を示し、黒く塗られた円１１０１はSPECTRASCAN^ＴＭユニットの円形の目盛を示し、光検出器の光が集まる領域と一致する。実線及び点線の円はそれぞれ、コーティングされたガラスサンプルの前面及び背面からの２つの像１１０２、１１０３の重なり部分を示す。

図１２は、単一の光源及びサンプルに光を投影するための半球状の鏡の一部又は拡散反射手段（reflector）とを用いた、本発明の別の角度色素計を示す光学的概略図である。

図１２では、広範囲光源が図５のアイテム５０１と同様に示されている。図１２では、広範囲光源１２０１は、曲がった鏡又は白色の曲がった拡散反射手段のいずれか一方である。この場合、光源１２０２からの光は経路１２０３、１２０４、１２０５、１２０６に沿って進み、経路１２０７、１２０８、１２０９、１２１０に沿って曲がった装置１２０１からサンプル１２１１に向かって跳ね返る。光源１２０２には、タングステンランプ、タングステンハロゲンランプ、ミニアーク（miniarc）ランプ、フラッシュランプを含む多くの異なる種類を用いることができる。光源１２０２及びサンプル１２１１は、図の平面の少し内側及び外側の平面内にあるように示していて、正確に機能するための光学的配置において、光源１２０２及びサンプル１２１１が同一の物理的空間を占める必要がないようになっている。図１２は、物理的配置を少し斜めから見た図である。

図１３は、サンプル平面から複数回の内部反射をする本発明の１つの実施形態の光学光線を示す図である。特に図１３は、対象物１３０４の前面１３０３に角度θ（１３０２）で入射する強度“Ｉ”の単一の入射光線１３０１による複数回の内部反射を示す。対象物１３０４は背面１３０５を有し、厚さは“ｐ”（１３０６）である。第１の透過光線１３０７は面の法線１３０９に対して角度φ（１３０８）で屈折する。主な反射光線は後でＲ_１と示す１３１３である。内部反射は、図１３に示すように順次に強度が弱まるいくつかの２次的な反射光線１３１４、１３１５，１３１６等を発生させる。これらの反射は説明のため、ここではそれぞれＲ_２、Ｒ_３、Ｒ_４と示す。さらに、外部の第１の表面での反射率をＲ_ｅと示し、外部又は内部の第１の表面での入射光の透過率をＴと示し、前面の内部反射率をＲ_ｆと示し、背面の内部反射率をＲ_ｂと示し、基板（substrate）での透過率をＴ_ｓと示す。したがって、

このように、第３の反射Ｒ_３は最初の２つの反射Ｒ_１、Ｒ_２のインコヒーレント（incoherent combination）の０．６５％の強度を有する。典型的な建築用ガラス製品のエネルギー効率の良いコーティングでは、色変数における誤差はわずかに０．１であり、したがって、すべての実用的な目的において誤差は無視できる。

このように、第４の反射Ｒ_４は最初の３つの反射Ｒ_１、Ｒ_２、Ｒ_３のインコヒーレントの０．００５％の強度を有し、第４の反射は実用的な目的において全体的に無視できる。

図１３は、本発明の１つの態様も説明している。この態様では、光源が直径“ｗ”の平行ビームならば、受ける光学系は、第１の反射光線１３１３及び背面で１回の内部反射した光線１３０７の結果である第２の反射光線１３１４の両方を取得するのに十分に大きな穴を、有していなければならない。

第１の反射１３１３と第２の反射１３１４の間の間隔“ｓ”（１３１２）を計算するため、“ａ”を対象物の内部での光線１３０７の長さ、“ｎ”を対象物の屈折率、“ｐ”（１３０６）を対象物の厚さ、“θ”（１３０２）を入射角、“φ”を屈折角とする。

例えば、ｎ＝１．５３のソーダガラスでガラス対象物の厚さ“ｐ”が１５ｍｍの場合、第１の反射と第２の反射との間の垂直間隔距離“ｓ”は入射角５０°で最大値１１．１５ｍｍとなる。このように、検出器の収集穴は、入射光及び対象物の前面の法線を含む入射平面上に、少なくとも間隔距離“ｓ”にビームの幅“ｗ”（図１のアイテム１０８）を加えたのに等しい寸法（dimension）を有する。

ビームの最小幅は光検出器の収集効率、そのノイズ特性及び光源の照度によって決定される。本発明の１つの実施形態では２０ワットのタングステンハロゲンランプ（上述したように。）を使用し、ビームの幅は７ｍｍである。このように、この例では収集穴は、第１の反射光線１３１３と第２の反射光線１３１４の両方をそれぞれ収集するため少なくとも１８ｍｍより大きな寸法を有し、幅“ｗ”のビームに対応している。実際に、穴及びサンプルホルダーにサンプルを載せる範囲での小さな調整誤差を考慮して、収集穴は１８ｍｍよりかなり大きく（例えば約２５ｍｍ）している。

さらに、全体の反射率及び色変数のような光学特性の測定において受け入れ難い誤差が導入されるのを避けるため、収集光学系は穴全体にわたって効率が均一であることが好ましい。本発明の本角度色素計の均一性は筋の通った方法で点検され、出射光源が用いられる範囲において均一であることが示されている。

相対的に大きくなるのを避けるため、図２に示すような本発明の１つの実施形態として、図１３の光学経路を逆にした高性能な光学系を考えてもよい。光学系における可逆性の原理を用いると、図１３において、すべての経路で矢印が逆となり、１３０１が検出器への出力光と、光線１３１３、１３１４、１３１５等が大きな均一の検出器よりかなり簡単に製造される広範囲光源からの入力光となることが想像される。

図１４は、サンプル平板からの複数回の内部鏡面反射及びその検出器への経路（直前で上述したように）を示す本発明の角度色素計の１つの実施形態に係る光学的光線の図である。この図で、広範囲光源１４０１は、経路１４０２、１４０３、１４０４に沿って、対象物１４０６の前面１４０５に対して同一の入射角で光を供給する。対象物１４０６は背面１４０７を有する。光線１４０２は前面１４０５で経路１４０８に沿って検出器（図示しない）に向かって反射する。

光線１４０３は背面で１回反射し、経路１４０９に沿って光検出器に向かう。光線１４０４は１４１０、１４１１、１４１２及び１４１３の経路に沿って検出器へ向かう際、背面で１回、前面で１回の内部反射をする。少なくとも“ｓ”＋“ｗ”の寸法を備える光源は寸法“ｗ”に入る。すべての寸法は入射及び反射平面で測定されるものである。

このように、受け入れ穴の寸法“ｗ”＝７ｍｍの検出器において、本発明の１つの実施形態では、厚さ１５ｍｍのガラス対象物への５０°の入射角で、ｓ＋ｗ＝１８ｍｍの寸法の均一光源を使用する。光源２０２は、図２の２０２に示すように、１４０１の視野範囲全体にわたって均一性を発生させる統一球として機能し、図２では１４０１は要素２０３に置き換えられる。およそ＋／―３．５ｍｍの調整誤差に対処するため、本発明の１つの実施形態では、寸法２５ｍｍの均一光源を使用する。これらの検討は特に図５、図６、図７で示した実施形態で特に効果的であり、これらの実施形態では複数の位置に固定された検出器が描かれている。

図１５は、第１と第２の鏡面反射光ビームの間の間隔距離ｓのサンプルの厚さ（ｐ）及び入射光、反射光の入射角への依存性をプロットした図である。特に、図１５では、屈折率１．５３のガラス対象物についての間隔距離“ｓ”のプロットを入射角及びガラスの厚さに対して示す図である。プロットはガラスの屈折率に対して変化する。最大の間隔距離“ｓ”は、いかなるサンプルの厚さについても、図１５で示されるデータから決定できる。これにより、入射面での均一な寸法が、事前に議論したように“ｓ”＋“ｗ”より大きくなる要求に応じるように、光源が設計される。

図１６は、単一の光源及び検出器の同時の角度移動のために構成されるパンタグラフ式のアームを用いた本発明の角度色素計の別の実施形態の光学系の概略図である。特に、図１６は単一の光源及び検出器の同時の角度移動の要求を達成する別の手段を示し、光のサンプルへの入射角が変化する際に、検出器が常にサンプルからの鏡面反射光を収集するようになっている。

図１６に示すように、パンタグラフは固定アーム１６０１及び可動アーム１６０２を備える。固定アームは長い台（bench）で固定され、一端で光源１６０３を支持している。

光源は、複数回反射する球状の空洞によって作り出されるような、均一なスポットライト（spot）である。固定アームの他端は垂直ベアリングロッド１６０４を支持している。可動アームは垂直ベアリングロッドについて回転自在である。可動アーム１６０２の他端は、サンプル１６０６の表面の方向に向けられる検出器１６０５を支持している。サンプルホルダー１６０７が垂直ベアリングロッド上に載せられ、サンプルホルダー１６０７は回転自在である。

２つのパンタグラフ式のアーム１６０８及び１６０９がアーム上でベアリングに連結され、また、ピボットブロック１６１０に連結されるベアリングでパンタグラフ式のアーム１６０８及び１６０９が互いに連結されている。角度ガイドロッド１６１１がピボットブロックを貫通していて、サンプルホルダーサポート１６１２の内部で固定されている。このロッドはサンプルホルダーの向きを制御している。可動アーム１６０２が垂直ベアリング１６０４について回転する時、パンタグラフ式の配置によって、サンプルホルダー１６０７が可動アームのちょうど半分の角度だけ移動する。反射角が変化しても、光源の反射像は常に検出望遠鏡１６０５を通して見ることができる。

パンタグラフ式の装置の操作において、アームは１８０°離れていて、サンプルは検出器と光源の間の経路から取り除かれている。この構成で手段が光学的に調整される。検出器は垂直ベアリングロッドを有する線上で水平な高さに調整される。光源は検出器の視野範囲の中央に調整される。光源は１００％の反射率の値が設定されるように調整される（measured）。

サンプルが配置される場所と可動アームとが１６０°と１５°の間の値の状態で、前面の反射面が垂直ベアリングロッドの回転中心となるように調整され、光源の反射像（view）を光検出器の視野範囲の中心に見ることができるように、サンプルが調整される。これにより、サンプルでは、約１６０°と約１５°の間のいかなる角度（挟角）において、反射率を測定することができる。入射角は挟角のすべての値について挟角の半分である。

建築用ガラスの評価に加え、本発明の角度色素計は、例えば色交換色素、模様ガラス（シャワードア、プライバシーガラス等）、非反射コーティング、ざらざらした表面、拡散（鏡面の反対）表面、活性化フィルム（電気クロム、光クロムまたはＳＰＤ（浮遊粒子装置）のような。）、塗料、エナメル、光滑剤（glazes）、テープ、フィルム、印刷記事、金属、セラミック、液体、布、髪、建物材料、皮膚、食料等の分析のような他の分野に適応される。

いくつかの前述した例はかなりの量の拡散反射を伴うが（これにより、測定した反射率は鏡面及び拡散反射の混合となる。）、それにもかかわらず、本発明の角度色素計は反射率が既知又は一定であるいずれか一方の場合で役立つ。

したがって、上述のいくつかの例で示すように、本発明は前面の反射表面と少なくとも１つの背面の反射表面を有する対象物の反射特性を測定する方法を提供する。図１７は、本発明に係る一般的な方法を示すフローチャートである。１７０２では、対象物が様々な入射角で照射される。１７０４では、それぞれの鏡面反射角での対象物の前面及び背面反射面からの反射光を収集する（例えば、反射光に焦点を合わせた検出光学系によって。）。１７０６では、反射光はカラースペクトルへ波長解析される。１７０８では、波長に対するカラースペクトルの強度が分析される。

１７０２では、例えば図２の光源２０２又は図１６の光源１６０３のような拡散反射表面の光源で対象物を照射してもよい。上述のように、本発明の１つの実施形態では、バリウム硫酸塩の拡散手段（diffuser）を伴ったタングステンハロゲンランプを用いてもよい。１７０２では、入射角の範囲（例えば、少なくとも対象物の法線から４５°、又は、好ましくは少なくとも７５°以上）にわたって対象物上に光を放射する広範囲角度光源で対象物を照射してもよい。

さらに、光源からの照明光は、光源からの光を拡散（及びランダムに偏光）する拡散装置、又は、光源からの光をランダムに偏光する偏光解消装置、又は、その両方を通過してもよい。

さらに、光源と検出器の間の光学経路にポラライザーを配置して、入射平面上の偏光平面と入射平面に垂直な偏光平面との両方において、対象物の前面及び背面での鏡面反射全体の分離測定を行えるようにしてもよい。さらに、照明光は、広範囲にわたる曲がった光学的拡散光源、又は、単一ランプからの光の鏡面反射装置又は拡散反射装置を有するように構成される広範囲光源から照射されてもよい。

１７０４では、検出器又は光源に対する対象物の角度位置が変化する時、対象物からの鏡面反射が、固定位置にある検出器に向かうようにしてもよい。例えば、図４に示すゴニオメータをアーム４０１及び４０６上で回転するサンプルステージ及び光源とともに用いてもよく、また、アーム１６０２が静止したままの状態で図１６に示すパンタグラフ式の装置を用いてもよい。１７０４では、光源が対象物の２倍の角度で移動している間、検出器は固定されたままでもよい。代わりに、検出器が対象物の２倍の角度で移動している間、光源が固定されたままでもよい。例えば、図４に示すゴニオメータをアーム４０１及び４０６上で回転するサンプルステージ及び検出器とともに用いてもよく、また、アーム１６０１が静止したままの状態で図１６に示すパンタグラフ式の装置を用いてもよい。１７０４では、対象物の前面の反射表面及び背面の反射表面からの収集される光が、少なくとも１ｍｍの距離で離れていてもよい。

さらに、１７０４では、対象物の背面及び前面の鏡面反射を分離計測できるようにするため、シャッターを用いてもよい。さらに、収集される光は断熱ガラスユニット（ＩＧＵ）、それらのモックアップ、又は上述の物品（例えば、色交換色素、模様ガラス、非反射コーティング、ざらざらした表面、拡散表面、活性化フィルム、塗料、エナメル、光滑剤、テープ、フィルム、印刷記事、金属、セラミック、液体、布、髪、建物材料、皮膚、食料等）からのものでもよい。

１７０６では、波長解析がスペクトル光検出器を用いて行われてもよい。さらに、１７０８の分析では、対象物からの反射光のスペクトル測定を実現してもよい。

１７０８では、分析は対象物に対して複数の角度に配置される複数の検出器からの信号に基づくものであってもよい。例えば、光源が対象物に対して複数の角度に配置される複数の光源であってもよい（図６及び図７に示す。）。さらに本発明の１つの実施形態では、１７０８で、例えば検出器の出力装置からの信号によって反射光の色強度の兆候（indicative）が提供される。

色強度は、例えばＣＩＥ色度図を用いて反射光を分類するのに用いられてもよい。ＣＩＥシステムでは発光パラメータＹ及び色度図に点で示される２つの色変数ｘ及びｙ（又はａ*及びｂ*）によって色が特徴付けられる。ＣＩＥシステムでは、光のスペクトルパワー分布（ＳＰＤ）に基づき、人間の目によって測定される感度曲線を要素とするパラメータが用いられる。ＣＩＥ基準に従い、そして、人間の目は３つの異なる種類の色の感覚組織を有するという事実に基づくと、目の反応は３つの“三刺激値”によって最も良く述べられる。しかし、いったんこれが成し遂げられる（accomplished）と、いかなる色も２つの色変数ｘ及びｙによって表現できることに気付く。与えられた一連の３原色（青、緑、赤）を組み合わせることで調和させた色は、色度図で３色についての変数をつないだ三角形によって示される。

このように、図１０に示すような定量化が、対象物の可視色の主観的な測定を取り除くため、本発明の１つの実施形態で行われる。さらに、上記で詳細したように、集められた角度に対する色のデータは、リアルタイムでコーティングプロセスを制御するように構成されるプロセス制御によって用いられてもよい。したがって、ガラス（又はその他の対象物の製造プロセス）のプロセス制御は、角度に対する色のデータに基づき操作を行う人工知能を備えてもよい。図２１は、本発明の１つの実施形態に係るオンライン式の制御システムの概略図である。図２１に示すように、本発明の２つ（それ以上使用できるが。）の角度色素計はガラスを製造する能力の様々な段階（例えば、コーティング領域１及び２）で使用される。本発明の１つの実施形態では、１つのみの角度色素計がいつのコーティング状態においてフィードバックループによるプロセス制御のために用いられ、現在のコーティングの結果に基づき将来のコーティングを調整するようになっている。計算装置は、コーティング状態を調整する（上述したように）ため、段階を制御し、角度色素計からデータを受け入れる。このようなプロセスは、制御を実現するだけでなく、いずれのコーティング状態が標準であるかについて主観的な決定を取り除く。

さらに、本発明の１つの態様（例えば、調整のために用いられる。）では、対象物を検出器から光源までの光学経路から取り除き、白色光の干渉スペクトルを測定してもよい。

したがって、１７０８では、対象物の放射分析での全体の鏡面反射率を提供するため、計算装置は、光源からの直接光に対応する基準（reference）信号に対する対象物からの反射信号に対応する信号を比率化してもよい。さらに、１７０８では、角度に対する色のデータをつくり出すため（角度解析及び反射光の波長解析から）、検出器からのデータが計算装置によって用いられてもよい。本発明の１つの実施形態では、計算装置が、例えばガラスの製造又はガラスのコーティングプロセスを制御するためのプロセス制御装置に角度に対する色のデータを提供してもよい。上述したように、プロセス制御装置は、ガラスの製造又はガラスのコーティングプロセスに指示を与えるために、角度に対する色のデータに基づき操作を行う人工知能アルゴリズムを備えてもよい。

上記の記述を考慮すると、本発明では多くの実施例及び変形例が可能である。したがって、請求項の範囲において、ここで述べた実施形態に限定されることなく本発明は実施できる。
以下に、本願出願の当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
［１］
前面の反射表面と、背面の反射表面と、を有する対象物の反射特性を測定するための装置であって、
前記対象物を配置するためのサンプルステージと、
光源と、
前記対象物からの反射光を検出するように構成される検出器と、
前記対象物への入射光を前記検出器へ向かって鏡面反射させ、かつ、前記検出器が受ける反射光には前記対象物からの前面での反射と、少なくとも１つの前記対象物からの背面での反射と、が含まれるように、前記サンプルステージ上の前記対象物に対する複数の角度配置に、前記光源及び前記検出器を配設する構成の位置決め装置と、
を備える装置。
［２］
さらに、前記検出器からの前記反射光のスペクトル強度の表示から信号を供給するように構成される出力装置を備える［１］の装置。
［３］
前記位置決め装置は、
前記検出器及び前記光源の少なくともいずれか一方に対する前記対象物の角度位置が変化する際に、前記対象物から前記検出器に向かう前記反射光の前記検出器に対する角度が一定となるように、前記サンプルステージ、前記検出器及び前記光源を互いに対して配置するように構成されるゴニオメータを備える［１］の装置。
［４］
前記光源は、拡散反射表面光源、白色光源、発光ダイオード、ガス排出ランプ、ガスレーザー、ダイオードレーザー、フラッシュランプ、赤外線ランプ、白熱バー、水銀ランプ及びナトリウムランプの少なくとも１つを備える［１］の装置。
［５］
前記位置決め装置は、前記光源のスペクトル測定を行えるようにするために、前記検出器と前記光源との間の光学経路から前記サンプルステージを移動するように構成される［１］の装置。
［６］
前記検出器は、前記対象物からの前記反射光の波長解析を行うように構成されるスペクトル光検出器を備える［１］の装置。
［７］
前記検出器は、前記反射光が前記対象物から鏡面反射した光であるとして受け取る受け入れ角度を有するように構成される［１］の装置。
［８］
前記対象物の前記前面の反射表面と前記背面の反射表面とは、少なくとも１ミリメートル離れていて、
前記光源は、前記対象物から前記検出器へ複数の表面反射を収集できるようにするために、直径にわたって略均一な照度を有する［１］の装置。
［９］
前記光源は、入射角の広範囲にわたって前記対象物上に光を放射するように構成される広範囲角度光源を備える［１］の装置。
［１０］
前記広範囲は、少なくとも前記対象物の法線から４５度である［９］の装置。
［１１］
前記検出器は、前記対象物に対して複数の角度に配置される複数の検出器を備える［１］の装置。
［１２］
前記光源は、前記対象物に対して複数の角度に配置される複数の光源を備える［１］の装置。
［１３］
さらに、前記光源及び前記サンプルステージの間に配置されるとともに、前記光源からの光を拡散及びランダムに偏光するように構成される拡散装置を備える［１］の装置。
［１４］
さらに、前記光源及び前記サンプルステージの間に配置されるとともに、前記光源からの光をランダムに偏光するように構成される偏光解消装置を備える［１］の装置。
［１５］
さらに、２つの偏光解消装置を備え、
前記偏光解消装置の一方は、前記光源と前記サンプルステージの間に配置され、前記光源からの光をランダムに偏光するように構成されるとともに、
前記偏光解消装置のもう一方は、前記サンプルと前記反射光が個々の波長スペクトルに広げられる位置の間に配置される［１］の装置。
［１６］
さらに、前記検出器と前記サンプルステージとの間に配置されるとともに、前記対象物の前記背面及び前記前面からのそれぞれの鏡面反射率を分離測定できるように構成される少なくとも１つのシャッターを備える［１］の装置。
［１７］
さらに、前記光源と前記検出器の間の光学経路に配置される少なくとも１つのポラライザーを備え、
前記ポラライザーは、入射平面における偏光平面及び前記入射平面に垂直な偏光平面の両方で、前記前面の反射表面及び前記背面反射平面の全体の鏡面反射率を分離測定できるように構成される［１］の装置。
［１８］
前記光源は、単一の光源からの光を拡散又は鏡面反射する広範囲の湾曲した装置を有するように構成される広範囲光源を備える［１］の装置。
［１９］
前記位置決め装置は、ゴニオメータを備え、
前記ゴニオメータは、前記光源の第１の光軸と前記検出器の第２の光軸との間の角度が変化する際、前記サンプル対象物から鏡面反射する前記光源からの光が常に前記検出器へ向かうように、前記ゴニオメータに取り付けられる前記光源、前記サンプル対象物及び前記検出器が移動するように構成されるボールレースを有する［１］の装置。
［２０］
前記検出器は、断熱ガラス又はそのモックアップからのすべての前記反射光を収集するように構成される［１］の装置。
［２１］
さらに、放射分析上前記対象物の全体の鏡面反射率を提供するために、前記光源から前記検出器へ向かう直接光に対応する基準信号に対する前記対象物からの反射光に対応する信号の比を、計算するように構成される計算装置を備える［１］の装置。
［２２］
さらに、放射分析上前記対象物の全体の鏡面反射率を提供するために、スペクトル反射率が既知の干渉表面からの反射光対応する基準信号に対する前記対象物からの反射光に対応する信号の比を、計算するように構成される計算装置を備える［１］の装置。
［２３］
さらに、前記検出器からデータを受け取り、角度位置及び前記反射光の波長解析からスペクトル反射率又は角度に対する色のデータの少なくとも一方への角度の依存性を計算するように構成される計算装置を備える［１］の装置。
［２４］
前記計算装置は、スペクトル反射率又は角度に対する色のデータの少なくとも一方への角度の依存性を、ガラス製造プロセスを制御するプロセス制御装置に提供するように構成される［２３］の装置。
［２５］
前記プロセス制御装置は、ガラス製造プロセスに指示を提供するために、スペクトル反射率又は角度に対する色のデータの少なくとも一方への角度の依存性に基づいて操作を行う人工知能アルゴリズムを備える［２４］の装置。
［２６］
対象物の反射特性を測定するための装置であって、
前記対象物を配置するためのサンプルステージと、
光源と、
前記対象物からの反射光を検出するように構成される検出器と、
前記光源が前記サンプルステージの２倍の角度で回転する一方で、前記検出器は静止したままであるか、又は、前記検出器が前記サンプルステージの２倍の角度で回転する一方で、前記光源は静止したままであるか、の少なくともいずれか一方に構成される位置決め装置と、
を備える装置。
［２７］
対象物の反射特性を測定するための装置であって、
前記対象物を配置するためのサンプルステージと、
光源と、
前記対象物からの反射光を検出するように構成される検出器と、
前記光源から前記対象物上への光の入射角が変化し、前記入射角が変化しても前記対象物からの鏡面反射光が常に前記検出器に向かうことを保証するように構成される位置決め装置と、
を備える装置。
［２８］
前面の反射表面と、少なくとも１つの背面の反射表面と、を有する対象物の反射特性を測定する方法であって、
前記対象物を様々な入射角で照射する工程と、
前記対象物の前記前面の反射表面及び前記背面の反射表面からのそれぞれの鏡面反射角度での反射光を収集する工程と、
前記反射光をカラースペクトルへ波長解析する工程と、
波長に対するカラースペクトルの強度を分析する工程と、
を備える方法。

Claims (2)

1. 対象物の角度に対する色度を測定するための装置であって、
   前記対象物を配置するための回転可能なサンプルステージと、
   可視光で対象物を照射する回転可能な光源と、
   前記対象物の前面と背面とからの反射可視光を検出し、反射可視光を色スペクトルに波長解析するように構成された検出器と、
   前記光源が前記サンプルステージの２倍の角度で回転する一方で、前記検出器は静止したままであるか、又は、前記検出器が前記サンプルステージの２倍の角度で回転する一方で、前記光源は静止したままであるか、の少なくともいずれか一方に構成される位置決め装置と、
   を備える装置。
2. 前面の反射表面と、少なくとも１つの背面の反射表面と、を有する対象物の角度に対する色度を測定するための装置であって、
   前記対象物を配置するためのサンプルステージと、
   対象物を照射するための光源と、
   前記対象物の前面と少なくとも１つの背面とからの反射可視光を検出し、反射可視光を色スペクトルに波長解析するように構成された検出器と、
   前記光源から前記対象物上への光の入射角が変化し、前記入射角が変化しても前記対象物の前記前面と少なくとも１つの背面とからの反射光が常に前記検出器に向かうことを保証するように構成される位置決め装置と、
   を備える装置。

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