JP6280429B2 - 色測定装置及び方法 - Google Patents

Description

本発明は、印刷物の評価に関して特に対象物上での光源の映り込みの色付きを測定するための技術に関する。

従来から、物体の色を測定する装置が、塗装色、製品の仕上がりの評価等に利用され、特に測定器としては、JIS Z 8722（色の測定方法−反射及び透過物体色）に規定される測定方法で測定されている。印刷業界においても、印刷出力はJIS Z 8722に準拠した方法で評価されるが、特に最近重要になりつつある高光沢の写真印刷においては、正反射光、つまり光源の映り込みの色付きの正確な評価が要求されている。

当業者の検討によると、光源の映り込みは拡散光と鏡面反射光の足し算であり、観察条件によって、鏡面反射光と拡散反射光の割合は変化することが導かれた。このことは測定器による色付き測定値と実際に人が観察した色付きとが乖離した結果となる問題があることを示し、評価上の問題となることが分かった。この対策として、正反射光、拡散反射光の個別測定を実施する解決策が特許文献１で提案されている。

特開２０１０−２４９７３５号公報

しかし、特許文献１では、光源と分光ユニットを複数セット設けており、装置構成が大がかりなうえ、分光ユニットを複数設けることでの出力のＳ/Ｎの低下も懸念される。また、正反射光測定光に拡散反射光が混入している点を解決していないため、正確な正反射光と拡散反射光の混入比で計算することができない。

本発明は、例えば、光源からの正反射光に寄与する光と、拡散反射光に寄与する光量比を所定の光量比に調整して照明することで、実際の任意の観察条件を再現できる構成を提供する。

本発明の一側面によれば、照明ユニットと、前記照明ユニットからの光による対象物からの反射光を受けて分光する分光ユニットと、前記照明ユニットの光源からの光の照射範囲を制限するための、開口径を可変に構成された第１アパーチャと、前記第１アパーチャの前記開口径を調整することで、前記分光ユニットに入射する前記反射光の正反射光成分と拡散反射光成分との光量比を制御する制御部とを有することを特徴とする色測定装置が提供される。

本発明によれば、光源からの正反射光に寄与する光と、拡散反射光に寄与する光量比を所定の光量比に調整して照明することで、実際の任意の観察条件を再現することが可能となる。

本発明の更なる目的又はその他の特徴は、以下の、添付の図面を参照して説明される好ましい実施形態によって明らかにされる。

第１実施形態における反射色測定装置の概略構成図。 完全拡散面の基準面及び対象物をそれぞれ２種類のアパーチャで測定した場合の出力値を表すグラフ。 第２実施形態における反射色測定装置の概略構成図。 第３実施形態における反射色測定装置の概略構成図。

以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されるものではなく、本発明の実施に有利な具体例を示すにすぎない。また、以下の実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが本発明の課題解決のために必須のものであるとは限らない。

＜第１実施形態＞
図１は、第１実施形態における反射色測定装置の概略構成図である。高光沢の写真印刷の光源映り込みの色付き評価する場合、色付きは地の色の上に、光源像が重なっている状態を測定することが好ましいが、地の色は拡散光、光源像の映り込みは正反射光であり、以後順々に説明する。

照明ユニット１００は、光源１、レンズ２を含む。面光源としての光源１上の点１ａ、１ｂ、１ｃのそれぞれから射出された光束は、中心光軸が互いに平行な発散光束として射出され、レンズ２で平行光とされる。それぞれの反射光の光軸は、第１光量調節部３１の第１アパーチャ３１ａの中心点に向かい、光源からの光の照射範囲を制限するための第１アパーチャ３１ａ上で交わる。第１アパーチャ３１ａは例えばφ３ｍｍの円として設けられ、この開口径（直径）を可変に構成されている。制御部Ｃは、第１アパーチャ３１ａの開口径を調整することで光量を制御することができる。その後、第１アパーチャ３１ａを通過した３つの光束はレンズ４１で再び集光光束で夫々の光軸は平行な光束となり、測定の対象物１０に照射される。

対象物１０は光源１ａ、１ｂ、１ｃからの光束の集光位置に設置されることで、第１アパーチャ３１ａの直径を変更しても対象物１０を照射する領域は変化しないようになっている。

次に、対象物１０で反射された光のうち、正反射光に関して説明する。対象物１０で反射された光束は、対象物１０が鏡面の場合はレンズ４２で再び平行光束となり分光ユニット５０に導かれる。分光ユニットに導入される光は、第２光量調節部６０における例えばφ０．６ｍｍの第２アパーチャ６０ａで制限されて、分光ユニット５０に導入される。分光ユニット５０に導入された光束は凹面回折格子７０で波長毎に分散され、ラインセンサ１１０で受光され、波長毎の光強度として出力される。

レンズ４１，４２は等倍光学系として構成され、対象物１０とレンズ４１，４２の距離はそれぞれ等距離に置かれている。また、第２アパーチャ６０ａは第１アパーチャ３１ａと共役な位置に設けられている。すなわち、本実施形態における色測定装置はケラー照明系を構成している。このため、第１アパーチャ３１ａの像が第２光量調節部６０に等倍で（＝３ｍｍ）投影されることになる。すなわち、分光ユニット５０に導入される光の光量は、第１アパーチャ３１ａの像面積と第２アパーチャ６０ａの面積比となるため、全光量の１／２５となる。

次に、第１アパーチャ３１ａの直径をφ１．５ｍｍに変更した場合を説明する。この場合、分光ユニット５０側の第２光量調節部６０上に投影される第１アパーチャ３１ａの像はφ１．５ｍｍになる。そうすると、分光ユニット５０に導入される光の光量は、第１アパーチャ３１ａの像面積と第２アパーチャ６０ａの面積比となり、全光量の４／２５となる。言い換えると、対象物１０の表面が鏡面に近い場合、分光ユニット５０に導入される光量を変化させずに照明の全体光量を１／４にしたことになる。

次に、対象物からの拡散光について説明する。拡散光は対象物の地の色のことであるが、あらゆる方向から一様に同じ明るさに見えるランバート散乱とみなすことができる。分光ユニットでは装置固有のＮＡの光が取り込み可能となる。ただし、前述したように、第１アパーチャ３１ａの直径をφ３ｍｍからφ１．５ｍｍに変更したとしても対象物１０の照射面積は変化しないため、照明光量が変化した分だけ、分光ユニット５０に導入される光量も変化する。すなわち、対象物を照射する光量は１／４になり、拡散光として測定される地の色の明るさも１／４となる。よって、第１アパーチャ３１ａをφ３ｍｍからφ１．５ｍｍに変更することで、正反射光の光量はそのままで拡散反射光の光量を１／４にすることができる。

以上、拡散光と正反射光の振る舞いについて別々に説明したが、実際には拡散光と正反射光は同時に分光ユニット５０で測定される。上記説明では第１アパーチャ３１ａの直径をφ３ｍｍとφ１．５ｍｍで説明したが、例えば絞り等を設け、無段階で第１アパーチャ３１ａの直径を変えることで、任意の正反射光と拡散光の光量比に調整できる。すなわち任意の観測条件を再現することが可能となる。

以上は対象物１０の表面反射が鏡面の場合について述べた。対象物１０の表面が鏡面から外れている場合でも、正反射光の光量の絶対値は減少していくが、任意に正反射光と、拡散反射光の混入比率が任意に変えられることは同様である。

なお、分光ユニット５０は、導入された反射光の所定の波長帯を透過させる波長選択フィルタと、波長選択フィルタを透過した光を光電変換する光電変換素子とを含む構成としてもよい。

次に、正反射光成分と拡散光成分とを分離する方法について述べる。まず、完全拡散面の基準面（例えば白拡散面）に対し、第１アパーチャ３１ａをφ１．５ｍｍにすることで第１光量で照明を行う。次に、完全拡散面の基準面に対し、第１アパーチャ３１ａをφ３ｍｍにすることで、第１光量とは異なる第２光量で照明を行う。第１アパーチャ３１ａがφ１．５ｍｍのときの分光ユニットの出力値が図２（ａ）のＷ(λ)で示される。また、φ３ｍｍのときの分光ユニットの出力値が図２（ｂ）のｗ(λ)で示される。次に、照明光量比ａ：ｂを、Ｗ(λ)/ｗ(λ)から計算する。具体的には、各波長のそれぞれの比の平均値等を使用して求めることができる。

その後、対象物１０に対し、第１アパーチャ３１ａをφ１．５ｍｍにすることで第１光量で照明を行う。次に、対象物１０に対し、第１アパーチャ３１ａをφ３ｍｍにすることで第２光量で照明を行う。第１アパーチャ３１ａがφ１．５ｍｍのときに測定された分光ユニットの第１出力値が、図２（ｃ）のＳ(λ)で示される。また、φ３ｍｍのときに測定された分光ユニットの第２出力値が、図２（ｄ）のｓ(λ)で示される。Ｓ(λ)は拡散反射光成分Ｙ(λ)と正反射光成分Ｖ(λ)の足し算であり、s(λ)は拡散反射光成分y(λ)と正反射光成分Ｖ(λ)の足し算となる。ここで、先に求めた照明光量比ａ：ｂを使用して、計算で拡散反射光成分を取り除くことができる。

具体的には、出力値Ｓ(λ)とｓ(λ)と光量比ａ：ｂから
Ｓ(λ）−ａ/ｂ×ｓ(λ）＝（1−ａ/ｂ）Ｖ(λ) ・・・ 式１
となり、正反射光成分のみを分離することができる。正反射光成分については第２光量調節部６０上に投影される第１アパーチャ３１ａの像のボケ具合により出力レベルは若干異なる。そのため、平均をとる等することにより、アパーチャ径がφ１．５ｍｍとφ３ｍｍの２つの状態の中間の状態の正反射光の分光強度を算出することができる。

＜第２実施形態＞
図３は、第２実施形態における色測定装置の概略構成図である。本実施形態では、第１光源１ａは、分光ユニット５０が正反射光を受けるように対象物１０を照明し、第２光源１ｂは、分光ユニット５０が拡散反射光を受けるように対象物１０を照明する。第１光源１ａからの光束はレンズ４１を介して平行光となり、対象物１０で反射される。反射された光はレンズ４２を介して集光光束となり、分光ユニット５０の第２光量調節部６０に構成された第２アパーチャ６０ａで制限され分光ユニット５０に導入される。

正反射光と拡散反射光を含む対象物１０を測定した際に、この光束には正反射光と拡散反射光が混入していることは実施形態１の説明で述べた。第２光源１ｂは、分光ユニット５０に正反射光が入射しない方向から対象物１０を照明するよう配置されている。また、第２光源１ｂは、照射光量を調整可能に構成されている。制御部Ｃは、第２光源１ｂを任意の光量で発光させて対象物１０を照明することで、任意の拡散反射光を分光ユニット５０に導入させることが可能である。拡散反射光用の第２光源１ｂの光量を増減した場合の光量比は第１実施形態の場合と同様に、完全拡散面の基準面（例えば白拡散面）を第２光源１ｂを所定の光量にした時に測定することで求められる。

具体的には第１光源１ａも、第２光源１ｂの発光と同時に所定の光量で発光させた状態で測定し、２種類の発光状態での光量比ａ：ｂを求めることで、式１での演算を実施することができる。本実施形態の場合、光源の種類が増えるが、拡散反射光を２種類の状態で測定したときの正反射光の状態は全く同一であるため、より高精度に正反射成分と拡散反射成分を分離することが可能である。従って、より正確に環境を再現して色付き測定を実施することが可能となる。

＜第３実施形態＞
第３実施形態として、第２実施形態の変形例を示す。図４は、第３実施形態における反射色測定装置の概略構成図である。図４では、第２実施形態に係る図３の構成に対して、光源１ａ，１ｂの後段にそれぞれ、光スペクトル調整部としての第１色フィルタ８１ａ、第２色フィルタ８２が設けられている。第１色フィルタ８１ａ、第２色フィルタ８２をそれぞれ変更することにより、光源１ａからの光束の光スペクトルと光源１ｂからの光束の光スペクトルを個別に調整することできる。こうすることで、屋内や屋外、あるいは照明光の種類を任意に再現することが可能となる。これにより、よりさまざまな環境に応じた色付き測定を実施することができる。
また、別の変形例として、色フィルタを設けるかわりに、それぞれの光源を、互いに異なるスペクトルを持つ複数の光源で構成し、複数の光源の各々からの光量を制御することで光スペクトルの調整を行うようにしてもよい。

１：光源、２：レンズ、３１ａ：第１アパーチャ、６０ａ：第２アパーチャ、５０：分光ユニット、１１０：ラインセンサ

Claims (11)

1. 照明ユニットと、
   前記照明ユニットからの光による対象物からの反射光を受けて分光する分光ユニットと、
   前記照明ユニットの光源からの光の照射範囲を制限するための、開口径を可変に構成された第１アパーチャと、
   前記第１アパーチャの前記開口径を調整することで、前記分光ユニットに入射する前記反射光の正反射光成分と拡散反射光成分との光量比を制御する制御部と、
   を有することを特徴とする色測定装置。
2. 前記第１アパーチャと共役な位置に設けられ、前記反射光の照射範囲を制限するための第２アパーチャを更に有し、
   前記第２アパーチャを通過した光が前記分光ユニットに導入されることを特徴とする請求項１に記載の色測定装置。
3. 前記第１アパーチャの前記開口径を変更しても、前記対象物を照射する領域が変化しないように構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の色測定装置。
4. 前記分光ユニットは、
   導入された前記反射光を波長毎に分散する凹面回折格子と、
   前記凹面回折格子で分散された波長毎の光を受光するラインセンサと、
   を含むことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の色測定装置。
5. 前記分光ユニットは、
   導入された前記反射光の所定の波長帯を透過させる波長選択フィルタと、
   前記波長選択フィルタを透過した光を光電変換する光電変換素子と、
   を含むことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の色測定装置。
6. 前記照明ユニットは、
   前記分光ユニットが正反射光を受けるように前記対象物を照明する第１光源と、
   前記分光ユニットが拡散反射光を受けるように前記対象物を照明する第２光源と、
   を含み、
   前記制御部は、前記第２光源の照射光量を調整することで前記光量比を制御する
   ことを特徴とする請求項１に記載の色測定装置。
7. 前記第２光源は、前記分光ユニットに正反射光が入射しない方向から前記対象物を照明するように配置されていることを特徴とする請求項６に記載の色測定装置。
8. 前記第１光源からの光束の光スペクトル及び前記第２光源からの光束の光スペクトルをそれぞれ調整する光スペクトル調整部を更に有することを特徴とする請求項６又は７に記載の色測定装置。
9. 前記光スペクトル調整部は、
   前記第１光源と前記対象物との間に設けられる第１色フィルタと、
   前記第２光源と前記対象物との間に設けられる第２色フィルタと、
   を含むことを特徴とする請求項８に記載の色測定装置。
10. 前記第１光源及び第２光源はそれぞれ、互いに異なるスペクトルを持つ複数の光源を含み、
    前記制御部は、前記複数の光源からの各々からの光量を調整することで前記光量比を制御する
    ことを特徴とする請求項６乃至９のいずれか１項に記載の色測定装置。
11. 照明ユニットと、前記照明ユニットからの光による対象物からの反射光を受けて分光する分光ユニットと、前記照明ユニットの光源からの光の照射範囲を制限するための、開口径を可変に構成された第１アパーチャと、前記第１アパーチャの前記開口径を調整することで、前記分光ユニットに入射する前記反射光の正反射光成分と拡散反射光成分との光量比を制御する制御部とを有する色測定装置を用いて、前記対象物からの反射光の正反射光成分と拡散反射光成分とを分離する方法であって、
    前記対象物に対して、第１光量、及び、前記第１光量とは異なる第２光量でそれぞれ照明を行ったときの前記分光ユニットの第１出力値及び第２出力値を測定する工程と、
    前記測定された前記第１出力値及び第２出力値と、完全拡散面の基準面に対して前記第１光量及び前記第２光量でそれぞれ照明を行ったときの前記分光ユニットの出力値の比とを用いて、前記反射光の正反射光成分と拡散反射光成分とを分離する工程と、
    を有することを特徴とする方法。

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