JP5913143B2 - 測色計 - Google Patents

Description

この発明は測色計に係り、特に位置決定センサを設けて積分球が試料に接触することなく色を測定する測色計に関するものである。

ＪＩＳ Ｚ ８７２２「色の測定方法―反射及び透過物体色」には、測色計の幾何条件としてａからｄの４条件が記載されている。
幾何条件ａは、試料面の法線に対して４５度の角度から光線束で試料を照射し、試料の法線となす角度が１０度以下の反射光を受光する「４５度照明０度受光」であり、幾何条件ｂは、試料の法線となす角度が１０度以下の角度から光線束で試料を照射し、試料面の法線に対して４５度の反射光を受光する「０度照明４５度受光」である。
また、幾何条件ｃは、試料のあらゆる方向から均等に光を照射し、試料面の法線方向の反射光を受光する「拡散照明０度受光」であり、幾何条件ｄは、試料面の法線方向から光線束で照射し、あらゆる方向へ反射する光を集積して受光する「０度照明拡散受光」である。

ところで、従来の測色計では、物体表面までの距離を測定して、測定部を物体表面に対して接離移動して測色するものがある（特許文献１参照。）。
また積分球を使った測色方法で、試料までの距離を受光窓の直径以下とする、あるいは試料との距離を測定して測色値に補正を加えるものがある（特許文献２参照。）。

特開２００６−２６６９５９号公報 特開２０００−２８３９１３号公報

従来、幾何条件ｃ又はｄに規定された積分球を使用する測色計は、測定する試料の大きさ又は面積に応じて、積分球の測定部にアパーチャー又はターゲットマスクと呼ばれる治具を用いて試料と測定部を接触させ測定している。
幾何条件ｃ又はｄは、通常、製品の開発の際に用いられることが多く、とりわけ繊維、織物等のように、表面形状に方向性のある試料や光沢のある試料には積分球を使用して正反射光を測定に含むか否かを切り替える測定方法が有効である。
しかし、塗布したばかりで乾ききらない塗装板や粘着性物質、傷がつきやすい材質など、測定部に接触させて測定できない試料もある。
また、生産ライン上に測色計を設置する場合、試料が高速で移動したり、試料によって大きさや高さ（厚み）が変化したりすることもあり、従来の積分球を使用する測色計では測定が困難である。

一方、幾何条件ａ又はｂを満たす測色計は、積分球を使用しておらず、試料に接触することなく測定する構成とすることが比較的簡単なため、上述した測定部に接触させて測定できない試料や、生産ライン上での試料の測定に使用されることが多い。

しかし、製品開発時に用いられる積分球を使用する測色計（幾何条件ｃ及びｄ）と、生産ラインで用いられる積分球を使用しない測色計（幾何条件ａ及びｂ）では、幾何条件が異なるため、測定結果が一致しない場合があるという不具合がある。
また、同じ幾何条件でも試料に接触することなく測定する場合、光源もしくは積分球から試料までの距離の違いにより光学条件に差が発生するため、測定値が一致しないことがある。
そのため生産ラインでも、製品開発時と同じ幾何条件の積分球を使用する測色計を用いたいとの要望があり、積分球から試料までの距離を一定に保ち、試料に接触することなく測定する測色計の開発が切望されていた。

この発明は、積分球を使用し、かつ試料に接触することなく測定を行う測色計を実現することを目的とする。

この発明の積分球を用いて試料の色を測定する測色計においては、積分球と試料面との距離を測定するための距離位置決定センサと試料の傾斜を検知するための複数の傾斜位置決定センサと積分球移動機構と積分球回転機構とを有し、前記積分球移動機構は、案内レール部と前記案内レール部を垂直方向に移動する移動子と接続腕部と接続レールとを有し、前記積分球回転機構は、前記接続腕部に設けた回転軸と回転レールと回転枠とを有し、前記積分球の試料開口の周辺に前記複数の傾斜位置決定センサを設置し、前記複数の傾斜位置センサでの測長結果により試料の傾斜θを求め、前記積分球回転機構は前記試料開口と前記試料面とが互いに水平になるように前記積分球を傾斜θに傾斜させ、
前記距離位置決定センサは積分球と試料面までの距離を測り、前記距離を基に前記積分球移動機構は前記積分球を水平方向及び垂直方向に移動させることを特徴とする。

さらにこの発明の測色計においては、前記積分球移動機構は、試料面の測定する点と積分球の試料開口における積分球内面の延長面の中心点とが一致する位置に積分球を移動させて試料に接触することなく非接触に測定することを特徴とする。
前記位置は、積分球と試料の相対的な位置であり、接触型の測色計を用いた場合に積分球に対して試料が設置される位置と同じ位置である。

この発明の測色計は、試料に接触することなく積分球を用いて試料の色を測定することで、製品開発においても、生産ラインにおいても同じ幾何条件で測定することができる。
また、前記位置決定センサによる積分球と試料面との距離を基に、前記積分球移動機構により積分球を、試料面の測定する点と積分球の試料開口における積分球内面の延長面の中心点とが一致する位置に移動させることで、従来からの試料に接触させて測定する測色計と同じ光学条件で測定することができる。

図１は実施例１の分光測色計の概略正面図である。（実施例１） 図２は実施例１の分光測色計の制御装置の構成図である。（実施例１） 図３は実施例２の分光測色計の概略上面図である。（実施例２） 図４は実施例３の分光測色計の概略正面図である。（実施例３） 図５は実施例３の分光測色計の概略上面図である。（実施例３）

以下図面に基づいてこの発明の実施例を詳細に説明する。

図１及び図２は、この発明の実施例１を示すものである。
図１において、１は幾何条件ｃに規定された分光測色計である。
この分光測色計１は、光源２と、積分球３と、受光器４と、位置決定センサ５と、載置台（試料台ともいう）６とからなる。
積分球３には、光源２と受光器４と位置決定センサ５が配置され、光源２からの光を積分球３内で拡散させ、積分球３の載置台６側に設けた試料開口７から、拡散させた光を試料８に当て、試料８から反射した光を受光器４で受光する。
このとき試料開口７の大きさは、外部からの入射光による影響がない程度、例えば積分球３の内表面積に対して試料開口７の開口面積が、１０％以内にする必要がある。
本実施例では、積分球３の内径を１５０ｍｍとし、試料開口７の大きさを７０ｍｍとしたが、これに限定されるものではない。
詳述すれば、積分球３の上部において、図１に示す如く、直上部位に試料８までの距離を測定するための位置決定センサ５を配置する。
本実施例では位置決定センサ５は積分球３の直上部位にあるが、積分球３の他の部分に設置してもよい。
本実施例では、試料開口７にアパーチャーやターゲットマスクを用いず、試料８に接触することなく測定する。

また、分光測色計１は、積分球３を試料８に対して接離方向に自動又は手動で移動させる積分球移動機構９と、積分球移動機構９を駆動制御する制御装置１０を有し、試料８の測定を行う際に、位置決定センサ５による積分球３と試料面との距離の測定値に基づいて、制御装置１０によって積分球移動機構９を駆動制御し、試料面に対して積分球３の位置を移動させる。

積分球移動機構９は、上下方向に移動させるために立設した案内レール部１１と、案内レール部１１を上下方向に移動する移動子１２とからなり、接続腕部１３によって、積分球３を移動子１２に接続している。
本実施例では積分球移動機構９をスライダー構造としたが、例えばレール方式、エレベーター方式、ボールねじ方式、チェーン駆動方式などでもよく、スライダー構造に限定されるものではない。

図２は分光測色計１における制御装置１０の構成図である。
制御装置１０は、入力側に受光器４と位置決定センサ５とを接続する一方、出力側には積分球移動機構９と光源２とを接続している。
制御装置１０は、分光測色計１の操作を行う操作部１４と、入力データの表示や測定結果などを表示する表示部１５と、位置決定センサ５からの入力情報を判断し積分球移動機構９を駆動制御する積分球移動制御部１６と、光源２の点灯・消灯を制御する光源制御部１７と、受光器４からの入力情報の計算を行う計測部１８と、測定結果などを記録する記録部１９を備えている。
なお、上述した各部１４〜１９までの一部を制御装置１０と別体に形成することも可能である。

次に測定手順について説明する。
予め操作部１４を利用して制御装置１０に表示方法や測定項目を設定、入力し、ゼロ合わせ、標準合わせを行う。

積分球移動制御部１６は、位置決定センサ５からの測長結果をフィードバックして、位置決定センサ５と試料８との距離Ｓを試料面の測定する点と積分球３の試料開口における積分球内面の延長面の中心点とが一致する位置となるように、積分球移動機構９により積分球３を駆動制御している。
したがって、試料８を接触させて測定する従来の測色計と同じ光学条件で測定することになり、光学条件の違いにより発生する測定値の差を考慮する必要がなくなる。

計測部１８は、受光器４からの入力情報の計算を行う。
測定結果は、記録部１９に順次記録され、必要に応じて表示部１５に表示され、また必要に応じてインターフェースを通して図示しないパソコンへデータ送信される。

本実施例では、受光器４は上述した試料表面の法線から８°の位置に配置されるが、これに限定されるものではなく、幾何条件ｃに規定されるように試料表面の法線とのなす角が±１０°以内であればどの角度でもよい。

また、工場などの生産ライン上で使用する場合には、載置台６を設けずに分光測色計１を設置し、別途設ける測定タイミングセンサ（図示せず）からのセンサ指示信号を使用することにより、試料８が所定位置に流れてきたタイミングで分光測色計１による測色を行う。
そして、例えば制御装置１０に測定値の上限値及び下限値を予め設定しておき、測定値が設定された範囲を逸脱した際には、この結果を表示部１５に表示するとともに、ブザーやベル、警報ランプの点灯などの方策からなる告知手段（図示せず）によって告知し、同時に分光測色計１による計測動作を停止する。

上記により、積分球３を使用し、かつ試料８に接触することなく測定を行う分光測色計１を実現することができ、塗布したばかりで乾ききらない塗装板や粘着性物質、傷がつきやすい材質など、測定部に接触させて測定できない試料８や、生産ライン上において試料８が高速で移動したり、大きさや高さ（厚み）が変化したりする試料８が測定可能となる。
また、従来の試料８に接触させて測定する測色計と同じ光学条件で測定することが可能となり、測色計の使い勝手を向上させることができる。

また、積分球３は、正反射光を測定に含むか否かを切り替えるための開閉可能な白板２０を備えている。
白板２０は、試料面の法線に対して、受光器４と対称の位置になるように配置される。
本実施例においては、図１に示す如く、受光器４が試料面の法線に対し左側８°の位置に配置されるので、白板２０は右側８°の位置に配置される。
追記すれば、ＪＩＳ Ｚ ８７２２には、２種類の測色方法が規定されている。
積分球３に設けた白板２０を閉鎖すると、試料８からの鏡面反射となる成分を含んだ測定を行うことができ、逆に、白板２０を開放すると、試料８からの鏡面反射となる成分を除いた測定をすることができる。
一般的に、織物や表面が不規則であるもの、あるいは表面が鏡面のようなサンプルの場合、上述した白板２０の開閉を自動で行う測定方法が適していると言われている。

図３は、この発明の実施例２における分光測色計1の上面図を示すものである。
上述実施例１で示した分光測色計１の積分球移動機構９ａに、積分球３を水平方向に移動させるための接続レール２１ａ及び２１ｂを配置して、試料８の複数の位置を自動で測定可能とする。
ここで、本実施例では接続レール２１ａ及び２１ｂをスライダー構造としたが、例えばレール方式、ボールねじ方式、チェーン駆動方式などでもよく、スライダー構造に限定されるものではない。

接続レール２１ａ及び２１ｂによって、試料８の複数の位置を測定するために積分球３を水平方向及び垂直方向に移動させるとともに、位置決定センサ５によって積分球３と試料８までの距離Ｓを随時確認し、積分球移動機構９ａによって試料面の測定する点と積分球３の試料開口における積分球内面の延長面の中心点とが一致する位置に調整することで、試料８が平坦でなかったとしても、常に、積分球３から測定する試料面８までの距離を一定にして測定することができる。
また、色むらのある試料８や、パターンがある試料８などには、試料８の複数の箇所を測定することや、またその測定値から平均値を求めることが有効である。

図４は、この発明の実施例３における分光測色計１の正面図を示すものである。
さらに図５は、この発明の実施例３における分光測色計１の上面図を示すものである。
上述実施例２で示した分光測色計１の接続腕部１３に回転軸２２ａを配置し、積分球３に回転軸２２ｂ、回転レール２３及び回転枠２４を配置することで積分球回転機構２５を構成し、積分球３を傾斜させて測定可能とする。

試料面が傾斜していると、積分球３の試料開口９と試料面とが互いに水平でなくなるため、光が外部に漏れてしまうだけでなく、本来測定したい幾何条件からも外れてしまう。
そこで、試料８の傾斜を検知するために、例えば試料開口７の周囲に位置決定センサ５ａ、５ｂ及び図示しない５ｃを、位置決定センサ５ａ、５ｂ、５ｃの測定点が一直線上にならないように配置する。
前記位置決定センサ５ａ、５ｂ、５ｃの３点の測長結果から傾斜θを算出し、積分球回転機構２５によって積分球３を傾斜θに傾斜させることで、試料開口９と試料面とが互いに水平とすることができる。

なお、この発明は上述第１〜第３実施例に限定されるものではなく、種々の応用改変が可能である。

例えば、この発明の第１〜第３実施例においては、分光測色方法を実現する測色計としたが、この分光測色方法の代わりに、三刺激値直読方法を実現する測色計とすることも可能である。

追記すれば、分光測色方法は、分光器で試料から反射された光を分光し、各波長の反射率を測定し、その測定データを基に計算を行い、三刺激値と呼ばれるＸ、Ｙ、Ｚの３つの値を算出している。
これに対して三刺激値直読方法は、試料から反射された光を人の目が感じる赤、青、緑の知覚感度とほぼ同一の感度を持つ３つのセンサで試料を測定し、直接三刺激値（Ｘ、Ｙ、Ｚ）の３つの値を測定している。

１ 分光測色計
２ 光源
３ 積分球
４ 受光器
５、５ａ、５ｂ、５ｃ 位置決定センサ
６ 載置台（「試料台」ともいう。）
７ 試料開口
８ 試料
９、９ａ 積分球移動機構
１０ 制御装置
１１ 案内レール部
１２ 移動子
１３ 接続腕部
１４ 操作部
１５ 表示部
１６ 積分球移動制御部
１７ 光源制御部
１８ 計測部
１９ 記録部
２０ 白板
２１ａ、２１ｂ 接続レール
２２ａ、２１ｂ 回転軸
２３ 回転レール
２４ 回転枠
２５ 積分球回転機構
Ｓ 距離
θ 傾斜

Claims (2)

1. 積分球を用いて試料の色を測定する測色計において、
   積分球と試料面との距離を測定するための距離位置決定センサと試料の傾斜を検知するための複数の傾斜位置決定センサと積分球移動機構と積分球回転機構とを有し、
   前記積分球移動機構は、案内レール部と前記案内レール部を垂直方向に移動する移動子と接続腕部と
   接続レールとを有し、
   前記積分球回転機構は、前記接続腕部に設けた回転軸と回転レールと回転枠とを有し、
   前記積分球の試料開口の周辺に前記複数の傾斜位置決定センサを設置し、
   前記複数の傾斜位置決定センサでの測長結果により試料の傾斜θを求め、
   前記積分球回転機構は前記試料開口と前記試料面とが互いに水平になるように前記積分球を傾斜θに傾斜させ、
   前記距離位置決定センサは積分球と試料面までの距離を測り、
   前記距離を基に前記積分球移動機構は前記積分球を水平方向及び垂直方向に移動させることを特徴とする測色計。
2. 前記積分球移動機構は、試料面の測定する点と積分球の試料開口における積分球内面の延長面の中心点とが一致する位置に前記積分球を移動させて試料に接触することなく非接触に測定することを特徴とする請求項１に記載の測色計。

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