JP6384183B2 - 試料測定装置および試料測定プログラム - Google Patents
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Description
まず、実施の形態の試料測定装置は、以下の光学構成により、偏角分光情報、偏角測色情報およびBRDF情報(Bidirectional Reflectance Distribution Function:双方向反射率分布関数)を取得することができる。BRDF情報は、ある反射地点に、ある方向から光が入射したとき、それぞれの方向へ,どれだけの光が反射されるかを表す、反射地点に固有の関数である。BRDF情報は、赤(R),緑(G),青(B)の3種類の光の波長の分光情報を用いる。
図1に第1の実施の形態の試料測定装置のブロック図を示す。この図1に示すように、試料測定装置は、分光カメラ装置1、光源装置2、投影機3、情報処理装置4、および、モニタ装置5を有している。
の色に近いものを基準の値とすることでより良い補正結果を得ることができる。ある色見本に対するX、Y、Z(三刺激値)の基準の値をr=[rX,rY,rZ]tとする。
偏角分光情報は、試料表面上のある点x(i,j,θ,λ)における偏角分光反射特性であり、上述のように、分光カメラ装置1により、各波長の情報としてHDD24等の記憶部に保存される。「i」は、X軸における受光素子上の座標、「j」は、Y軸における受光素子上の座標、「θ」は、アスペキュラ角、「λ」は、分光した波長を示す。
測定値算出部36は、偏角測色情報を算出する場合、CIE(Commission Internationale de l'Eclairage:国際照明委員会)で定められている通り、まず、上述の偏角分光情報を用いて、三刺激値XYZを計算する。そして、三刺激値XYZを用いて、図22に示す演算を行うことで、L*a*b*表色系に変換し、これを、偏角測色情報とする。または、測定値算出部36は、三刺激値XYZを、図23に示す演算を行うことで、L*u*v*表色系に変換し、これを偏角測色情報とする。
図24において、試料61の表面上のある点x(i,j)におけるBRDFは、入射と反射の双方向に依存し、照明15の方向(θi,φi)からの入射光の強さに対する分光カメラ装置1の撮像方向(θr,φr)への反射光の強さの比として定義される。図24に示す角度Qはθi、角度Rはφi、角度Sはθr、角度Tはφrを示している。赤(R),緑(G),青(B)の3チャネル毎にBRDFを定義する。以下の数7式のように、4つの角度QRSTをパラメータとするのが一般的であることから、測定値算出部36は、以下の数7式の演算により、BRDF情報を算出する。
また、測定値算出部36は、光輝感、粒子感、光沢、ヘーズ、写像性およびオレンジピール等の質感については、それぞれ以下のように測定値を算出する。
分光カメラ装置1は、試料61に対する分解能が、1画素あたり、10〜100μmの分解能の光学構成を有している。そして、分光カメラ装置1は、ハイダイナミックレンジ技術を用いて、例えば18ビット以上のダイナミックレンジで試料61の撮像を行う。
分光カメラ装置1は、試料61に対する分解能が、1画素あたり、10〜100μmの分解能の光学構成を有している。そして、分光カメラ装置1は、ハイダイナミックレンジ技術を用いて、例えば18ビット以上のダイナミックレンジで試料61の撮像を行う。
測定値算出部36は、光沢の測定値を算出する場合、鏡面反射光を撮像した画素について、人間の視感度である555nmの分光強度情報を用いる。そして、測定値算出部36は、日本工業規格(JIS) Z8741−1997 鏡面光沢度−測定方法(Specular glossiness Methods of measurement)に準じた、以下の数8式の演算を行うことで、光沢の測定値を算出する。
測定値算出部36は、正反射光と正反射光から1.9度〜3度ずれた試料面について、人の視感度である555nmの分光強度情報から、例えば図30に示す「ASTM E−430 Test Method B」の演算を行い、ヘーズの測定値を算出する。図30の例は、20度の鏡面反射光の例であるが、角度に応じて拡張可能である。例えば、図16の例の場合、45度の鏡面反射光の例である。
オレンジピールの測定値を算出する場合、図31に示したように、投影機3からスリット光80を投影して分光カメラ装置1で撮像するのであるが、オレンジピールの測定時には、所定の長い波長のスリット光を投影して撮像を行う。測定値算出部36は、人の視感度である555nm付近の分光強度情報を用いて、例えば上述の数10式を用いて、オレンジピールの測定値を算出する。オレンジピールについては、周期の長いスリット光80を用いることで、写像性よりも周期の長い大局的な凹凸特性を評価することができる。
次に、第2の実施の形態の試料測定装置の説明をする。上述の第1の実施の形態の試料測定装置は、写像性の測定時に、スリット光81を照射して撮像するものであった。
次に、第3の実施の形態の試料測定装置の説明をする。この第3の実施の形態の試料測定装置は、試料面の各位置の三次元形状の光学幾何条件を補正することで、測定対象面の形状に影響されない計測ができる。
次に、第4の実施の形態の試料測定装置の説明をする。上述の各実施の形態では、例えば図17に示す各照明部15f〜15hを、一つずつ点灯制御しながら、分光カメラ装置1において、ワンショットで撮像を行うものであった。
2 光源装置
3 投影機
4 情報処理装置
5 モニタ装置
11 撮像部
12 画像処理部
15 照明部
16 点灯制御部
31 光源制御部
32 撮像制御部
33 パターン投影制御部
34 校正情報取得部
35 情報校正部
36 測定値算出部
53 マイクロレンズアレイ(MLA)
54 メインレンズ
56 カラーフィルタ
61 試料
61a 試料の右端
61b 試料の左端
80 スリット光
90 3次元情報取得装置
91 フィルタ
92 フィルタ
93 フィルタ
Claims (14)
- 試料の試料面に対して、複数の照明角度の照明部から照明光を照射する光源装置と、
前記試料面の上方に配置され、前記試料面からの反射光を分光して2次元分光情報を、1回の撮像動作で取得する分光カメラ装置と、
前記分光情報のX軸方向およびY軸方向における、画素毎の照明方向および撮像方向の光学幾何条件の変化を利用して、前記試料の所定の評価項目の測定値を測定するための、前記試料面の偏角分光情報を算出する算出部と、を有し、
前記算出部は、前記分光カメラ装置で取得された前記2次元分光情報を用いて、照明角度毎および分光波長毎の明度ヒストグラムを計算し、照明角度および分光波長毎の光輝面積と光輝強度を計算すること
を特徴とする試料測定装置。 - 前記光学幾何条件は、前記試料面の測定範囲、前記分光カメラ装置の画角、前記試料面と前記照明部との間の距離、前記分光カメラ装置と前記照明部との間の距離、および前記照明部の照明角度の少なくとも1つであり、
前記光学幾何条件で、測定する偏角範囲を連続的に取得可能となるように、前記照明部および前記分光カメラ装置を配置したこと
を特徴とする請求項1に記載の試料測定装置。 - 前記光源装置は、光量および撮像時の露光時間のうち、少なくとも一方を変更し、
前記分光カメラ装置は、前記光源装置による光量、または撮像時の露光時間、または光量および撮像時の露光時間の変更に応じて取得した複数の前記2次元分光情報を合成することで、ダイナミックレンジを拡大した前記2次元分光情報を生成すること
を特徴とする請求項1又は請求項2に記載の試料測定装置。 - 前記算出部は、前記分光カメラ装置で取得した前記2次元分光情報から、正反射角度を除いた拡散光反射角度の範囲を決定し、照明角度毎の粒子画像の照明の正反射光以外の拡散光と判定した画素のみを用いて画像の再構成を行い、画像のエントロピー、分散またはフーリエ解析を用いて、再構成した画像から明るい箇所および暗い箇所の面積の均一性を粒子感として算出すること
を特徴とする請求項1から請求項3のうち、いずれか一項に記載の試料測定装置。 - 前記算出部は、前記偏角分光情報を用い、正反射角度から光沢値を算出し、正反射角度および近傍の角度からヘーズ値を算出すること
を特徴とする請求項1から請求項4のうち、いずれか一項に記載の試料測定装置。 - 前記分光カメラ装置の撮像範囲に、所定パターンのスリット光を投影する投影機を、さらに備え、
前記算出部は、前記スリット光を前記分光カメラ装置で撮像することで生成された偏角分光情報を用いて、前記試料の写像性およびオレンジピールの各測定値を測定すること
を特徴とする請求項1から請求項5のうち、いずれか一項に記載の試料測定装置。 - 前記投影機は、前記分光カメラ装置の撮像範囲に、ホワイトノイズの画像を投影し、
前記算出部は、分光カメラ装置で前記ホワイトノイズの画像を撮像することで得られた前記偏角分光情報を用いて、前記試料の写像性の測定値を算出すること
を特徴とする請求項6に記載の試料測定装置。 - 前記算出部は、前記偏角分光情報を用いて、偏角色情報、BRDF情報、光輝感、粒子感、光沢、ヘーズ、写像性、オレンジピールの測定値をそれぞれ算出すること
を特徴とする請求項6又は請求項7に記載の試料測定装置。 - 前記試料の試料面の3次元形状情報を測定して取得する3次元情報取得装置を、さらに備え、
前記算出部は、取得された前記試料面の3次元形状情報を用いて、前記試料面の各位置の法線方向を算出し、算出した法線方向を用いて、前記分光カメラ装置で取得された前記偏角分光情報を補正すること
を特徴とする請求項1から請求項8のうち、いずれか一項に記載の試料測定装置。 - 前記分光カメラ装置は、
メインレンズ、分光フィルタ群、および、マイクロレンズを備え、前記分光フィルタの数に応じた分光情報を取得するマルチバンドカメラ、または、1組以上のフィルタおよび回折格子もしくはプリズムを含むハイパースペクトルカメラであり、
前記照明部の各照明角度の照明光の照射に同期して、前記2次元分光情報を1回の撮像動作で取得すること
を特徴とする請求項1から請求項9のうち、いずれか一項に記載の試料測定装置。 - 前記マルチバンドカメラは、メインレンズ内に挿入された分光フィルタ群、およびメインレンズと受光素子との間に挿入されたマイクロレンズアレイを備え、前記マイクロレンズアレイの各マイクロレンズを介して、前記分光フィルタの数に応じた分光情報を取得すること
を特徴とする請求項10に記載の試料測定装置。 - 前記マルチバンドカメラは、前記マイクロレンズアレイと前記受光素子との間に前記分光フィルタ群を設けることにより、前記分光フィルタの数に応じた分光情報を取得すること
を特徴とする請求項11に記載の試料測定装置。 - 前記分光カメラ装置は、前記試料に対する各画素の分解能が、それぞれ10μmから100μmの光学構成を備えること
を特徴とする請求項1から請求項12のうち、いずれか一項に記載の試料測定装置。 - コンピュータを、
試料の試料面に対して、複数の照明角度の照明部から照明光を照射するように光源装置を制御する光源制御部と、
前記試料面の上方に配置された分光カメラ装置を、1回の撮像動作で、前記試料面からの反射光を分光して2次元分光情報を取得するように制御する撮像制御部と、
前記分光情報のX軸方向およびY軸方向における、画素毎の照明方向および撮像方向の光学幾何条件の変化を利用して、前記試料の所定の評価項目の測定値を測定するための、前記試料面の偏角分光情報を算出する算出部として機能させ、
前記算出部として機能させる際に、前記分光カメラ装置で取得された前記2次元分光情報を用いて、照明角度毎および分光波長毎の明度ヒストグラムを計算し、照明角度および分光波長毎の光輝面積と光輝強度を計算する前記算出部として機能させること
を特徴とする試料測定プログラム。
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