JP6432138B2 - 測定装置、色情報取得装置及び製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、測定装置、色情報取得装置及び製造方法に係り、更に詳しくは、測定対象の色情報を測定する測定装置、該測定装置を備える色情報取得装置、及び前記測定装置を用いた製造方法に関する。

従来、物体から発せられる光の輝度や色度などを測定する装置として、国際照明委員会（ＣＩＥ）によるＸＹＺ表色系で規定された等色関数に対応したフィルタを用いた装置が知られている。

例えば、特許文献１には、波長可変フィルタを用いて、撮影波長領域を複数チャンネルに分割し、各チャンネルに対応して同一の被写体を撮影手段により撮影した複数の原画像から成るマルチバンド画像を得、このマルチバンド画像から前記被写体の分光反射率のスペクトルを推定する方法が開示されている。

しかしながら、特許文献１に開示されている方法では、マルチバンド画像を得るのに時間がかかるという不都合があった。

そこで、被写体の同一点から発した複数の光情報を含む光線を同時に効率良く取得することを目的とする装置が考案された（例えば、特許文献２参照）。

この特許文献２には、被写体から出射する光線を捕捉する撮像レンズと、前記撮像レンズを介して入射する前記光線から、各々が異なる光情報を有する光線を生成するフィルタが複数個配置されたフィルタ部と、前記撮像レンズを介して入射する前記光線が前記フィルタ部を通過する領域において、隣接する前記フィルタの境界部が露出するように前記フィルタを保持するフィルタ保持部と、前記フィルタを通過した前記異なる光情報を有する光線を、各々複数の領域に分割する領域分割手段と、前記領域分割手段により複数の領域に分割された各光線を受光して画像情報を出力する撮像素子アレイと、を有する撮像装置が開示されている。

ところで、近年、物体の色情報を取得する際の精度に対する要求が高まっている。しかしながら、特許文献２に開示されている撮像装置では、その要求に対応するのは困難であった。

本発明は、物体からの光がそれぞれ入射される、光学的なバンドパス特性が異なる複数のフィルタと、前記複数のフィルタを介した光を受光する受光素子と、前記複数のフィルタは、フィルタＦ _Ｘ 、フィルタＦ _Ｙ 、フィルタＦ _Ｚ を含み、前記受光素子の受光面は、前記フィルタＦ _Ｘ を通過した光によって形成される領域Ｍ _Ｘ と、前記フィルタＦ _Ｙ を通過した光によって形成される領域Ｍ _Ｙ と、前記フィルタＦ _Ｚ を通過した光によって形成される領域Ｍ _Ｚ とを有し、前記領域Ｍ _Ｘ 、前記領域Ｍ _Ｙ 、前記領域Ｍ _Ｚ に対応する画素の出力値に基づいて、ＸＹＺ表色系における三刺激値Ｘ、Ｙ、Ｚを求める処理部と、を備え、前記複数のフィルタにおける境界部は、光吸収材が塗布された遮光領域である測定装置である。

本発明の測定装置によれば、高コスト化を招くことなく、物体の色情報を高い精度で取得することができる。

図１（Ａ）及び図１（Ｂ）は、それぞれフィルタの境界部での光の散乱を説明するための図である。 本発明の一実施形態に係る色情報取得装置の概略構成を説明するための図である。 物体Ｐに対する第１レンズの位置を説明するための図である。 アパーチャ部材を説明するための図である。 アパーチャ部材の開口部に設けられたフィルタ部材を説明するための図である。 フィルタ部材を説明するための図である。 ＸＹＺ表色系の等色関数を説明するための図である。 各フィルタの分光透過率を説明するための図である。 図９（Ａ）〜図９（Ｃ）は、それぞれフィルタを説明するための図である。 フィルタの境界部を説明するための図である。 光吸収材の塗布を説明するための図である。 第２レンズに対するマイクロレンズアレイの位置を説明するための図である。 マイクロレンズアレイを説明するための図である。 マイクロレンズアレイに対する受光器の位置を説明するための図である。 物体の１点から射出された光の光路を説明するための図である。 受光器の複数画素を説明するための図である。 受光器の受光面に形成される複数の微小像を説明するための図である。 微小像を説明するための図である。 微小像と画素との関係を説明するための図である。 図２０（Ａ）は、フィルタの境界部に遮光領域が設けられている場合のゴースト像を説明するための図であり、図２０（Ｂ）は、フィルタの境界部に遮光領域が設けられていない場合のゴースト像を説明するための図である。 フィルタ部材の変形例１を説明するための図である。 変形例１のフィルタ部材における各フィルタの分光透過率を説明するための図である。 フィルタ部材の変形例２を説明するための図である。 変形例２のフィルタ部材における微小像と画素との関係を説明するための図である。 フィルタ部材の変形例３を説明するための図である。 測定部の変形例１を説明するための図である。 測定部の変形例２を説明するための図である。 測定部の変形例３を説明するための図である。 測定部の変形例４を説明するための図である。

発明者等は、物体の色情報を取得する際の精度を向上させることを目的として種々の実験等を繰り返し行った。そして、物体からの光のうち、複数のフィルタにおける隣接する２つのフィルタの境界部に入射した光は、該境界部で散乱され（図１（Ａ）及び図１（Ｂ）参照）、ゴースト光が発生し、該ゴースト光の発生が色情報の測定結果に悪影響を及ぼしていることを見出した。本発明は、上述した発明者等の得た新規知見に基づいてなされたものである。なお、図１（Ｂ）は、図１（Ａ）のＡ−Ａ断面図である。

以下、本発明の一実施形態を図２〜図２０（Ｂ）に基づいて説明する。図２には、一実施形態に係る色情報取得装置１００の概略構成が示されている。

この色情報取得装置１００は、測定部１０及び処理部２０を有している。

測定部１０は、第１レンズ１１、アパーチャ部材１２、フィルタ部材１３、第２レンズ１４、マイクロレンズアレイ１５、受光器１６などを有している。そして、これらは、不図示の筐体内に収容されている。

なお、本明細書では、各レンズの光軸に平行な方向をａ軸方向とし、該ａ軸方向に直交する平面内で互いに直交する２つの軸方向をｂ軸方向とｃ軸方向として説明する。また、色情報取得装置１００は、測定対象である物体Ｐの＋ａ側に位置しているものとする。

アパーチャ部材１２は、第１レンズ１１の＋ａ側に配置され、開口部１２０を有している（図４参照）。アパーチャ部材１２は、第１レンズ１１を介した光を整形する。このアパーチャ部材１２は、いわゆる開口絞りである。

フィルタ部材１３は、アパーチャ部材１２の開口部１２０に設けられている（図５参照）。すなわち、フィルタ部材１３は、開口絞りの位置に配置されている。

このフィルタ部材１３は、一例として図６に示されるように、互いにバンドパス特性が異なる３つのフィルタ（Ｆ_Ｘ、Ｆ_Ｙ、Ｆ_Ｚ）及び遮光領域１３０を有している。各フィルタは、特定の波長範囲の光だけを透過させ、それ以外の光を吸収する、いわゆる吸収型のフィルタである。

各フィルタは、国際照明委員会（ＣＩＥ）によるＸＹＺ表色系の等色関数（図７参照）に基づいた分光透過率を有している。図８には、フィルタＦ_Ｘの分光透過率Ｔ_Ｘ（λ）、フィルタＦ_Ｙの分光透過率Ｔ_Ｙ（λ）、フィルタＦ_Ｚの分光透過率Ｔ_Ｚ（λ）、が示されている。

フィルタ部材１３の作成方法について簡単に説明する。
（１）所定の形状（ここでは、扇型）のガラス板に誘電体多層膜を蒸着し、フィルタＦ_Ｘ、フィルタＦ_Ｙ、フィルタＦ_Ｚを作成する（図９（Ａ）〜図９（Ｃ）参照）。
（２）図１０に示されるように、各フィルタの２つの側面が、他のフィルタと接するように、フィルタＦ_Ｘ、フィルタＦ_Ｙ、フィルタＦ_Ｚを組み合わせる。
（３）各フィルタの境界部に光吸収材を塗布する（図１１参照）。この光吸収材を塗布した領域が前記遮光領域１３０となる。なお、光吸収材としては、チタンブラック、黒色酸化鉄、酸化クロム等の金属酸化物系黒色顔料や、カーボンブラックあるいは黒色染料、さらには赤、青、緑の３色の顔料を混色したものなどを用いることができる。

図２に戻り、第２レンズ１４は、フィルタ部材１３を通過した光の光路上に配置され、該光を集光する。

マイクロレンズアレイ１５は、第２レンズ１４を介した光の集光位置に配置されている（図１２参照）。

なお、第１レンズ１１の焦点距離ｆ１と第２レンズ１４の焦点距離ｆ２とが同じであっても良い。この場合は、第１レンズ１１及び第２レンズ１４に共通のレンズを使用することができ、低コスト化を促進することができる。

マイクロレンズアレイ１５は、ａ軸方向に直交する面内で２次元配列された複数のマイクロレンズを有している（図１３参照）。

ところで、マイクロレンズアレイ１５には、曲率を持たない平坦部や、曲率が設計値の仕様を満たさない部分（以下では、これらを「レンズ部以外の部分」ともいう）が存在する。そして、レンズ部以外の部分を通過した光は、設計上意図しない光となって受光器１６で受光されるおそれがある。そこで、本実施形態では、レンズ部以外の部分に一例として酸化クロムを蒸着し、遮光部１５０としている。これにより、設計上意図しない光が受光器１６で受光されるのを抑制することができる。

受光器１６は、マイクロレンズアレイ１５を介した光の光路上であって、ａ軸方向に関するマイクロレンズアレイ１５と受光器１６の受光面との距離がマイクロレンズの焦点距離（ｆ３とする）と一致するように配置されている（図１４参照）。そこで、ａ軸方向に関して、受光器１６の受光面位置は、フィルタ部材１３と共役な位置となる。図１５には、物体Ｐの１点から射出された光の光路が示されている。

受光器１６は、一例として図１６に示されるように、ａ軸方向に直交する面内で２次元配置された複数の画素を有し、画素毎に受光光量に対応した信号を処理部２０に出力する。すなわち、受光器１６は、画素にカラーフィルタが実装されていない、いわゆるモノクロ画像センサである。

受光器１６として、ＭＯＳ（Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｄｅｖｉｃｅ）、ＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｉｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｄｅｖｉｃｅ）、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）、ＣＩＳ（Ｃｏｎｔａｃｔ Ｉｍａｇｅ Ｓｅｎｓｏｒ）等を用いることができる。

なお、第１レンズ１１と第２レンズ１４とによって構成されるレンズのＦ値、及び１つのマイクロレンズのＦ値は、同じである。

そこで、物体Ｐからの光が第１レンズ１１に入射すると、受光器１６の受光面では、一例として図１７に示されるように、複数の円形状の微小像が２次元的に並んで形成される。１つの微小像は、１つのマイクロレンズに対応している。なお、微小像が円形状となるのはアパーチャ部材１２の開口部１２０の形状が円形状であるためであり、開口部１２０の形状が四角形状の場合は微小像も四角形状となる。

１つの微小像の拡大図が図１８に示されている。微小像は、３つの領域（Ｍ_Ｘ、Ｍ_Ｙ、Ｍ_Ｚ）を有している。領域Ｍ_Ｘは、フィルタ部材１３のフィルタＦ_Ｘを通過した光によって形成される領域である。領域Ｍ_Ｙは、フィルタ部材１３のフィルタＦ_Ｙを通過した光によって形成される領域である。領域Ｍ_Ｚは、フィルタ部材１３のフィルタＦ_Ｚを通過した光によって形成される領域である。なお、フィルタ部材１３を通過した光は、マイクロレンズアレイ１５を通過する際に上下左右が反転するため、微小像は、フィルタ部材１３が上下左右に反転した像となっている。

ここでは、図１９に示されるように、１つの微小像は、２１画素×２１画素で受光されるように設定されている。

処理部２０は、各微小像における領域Ｍ_Ｘ、領域Ｍ_Ｙ、領域Ｍ_Ｚに対応する画素の出力値に基づいて、ＸＹＺ表色系における三刺激値Ｘ、Ｙ、Ｚを算出する。

フィルタ部材１３におけるフィルタの境界部に遮光領域１３０が設けられている場合の受光面でのゴースト像が図２０（Ａ）に示され、フィルタの境界部に遮光領域１３０が設けられていない場合の受光面でのゴースト像が図２０（Ｂ）に示されている。図２０（Ａ）と図２０（Ｂ）から明らかなように、フィルタの境界部に遮光領域１３０を設けることによりゴースト像を大幅に減少させることができる。

すなわち、本実施形態では、フィルタ部材１３において、フィルタの境界部に遮光領域１３０が設けられているため、フィルタ部材１３でのゴースト光の発生を抑制することができ、三刺激値Ｘ、Ｙ、Ｚを精度良く求めることができる。

なお、測定部１０は、ディスプレイや車両の製造工程で用いることができる。例えば、ディスプレイを製造する際に、該ディスプレイを発色させ、その色情報を測定部１０で測定し、測定結果に基づいて色調整を行うことにより、所望の色が発色されるディスプレイを製造することができる。また、車両を製造する際、塗装後の車体の色情報を測定部１０で測定し、測定結果に基づいて色調整を行うことにより、所望の色の車両を製造することができる。

ところで、従来の色測定装置には、フィルタ切り替え方式もしくはプリズム方式を採用したものがあった。フィルタ切り替え方式では、バンドパスフィルタを順次切り替えて測定するため、短時間での測定ができないという不都合があった。また、プリズム方式では、短時間での測定はできるが、ＣＣＤ等の撮像素子を複数有するためシステムが複雑になり、コストが高くなる傾向にあった。

また、特開２００１−０９９７１０には、二次元の分光反射率特性を測定する目的で、波長可変フィルタを用いて、波長領域が異なる複数のチャンネルを切り替え、撮影されたマルチバンド画像より、撮影被写体の分光反射率のスペクトルを推定するマルチバンド画像の分光反射率のスペクトル推定方法が開示されている。しかし、複数のチャンネルのスペクトル画像を短時間に測定することでできないという不都合については、明確な対策がなされていない。

以上の説明から明らかなように、本実施形態に係る色情報取得装置１００では、測定部１０によって本発明の測定装置が構成されている。

以上説明したように、本実施形態に係る測定部１０は、第１レンズ１１、アパーチャ部材１２、フィルタ部材１３、第２レンズ１４、マイクロレンズアレイ１５、受光器１６などを有している。

フィルタ部材１３は、アパーチャ部材１２の開口部１２０に設けられ、互いにバンドパス特性が異なる３つのフィルタ（Ｆ_Ｘ、Ｆ_Ｙ、Ｆ_Ｚ）を有している。そして、フィルタの境界部には遮光領域１３０が設けられている。

物体Ｐから射出された光は、第１レンズ１１を通過し、アパーチャ部材１２の開口部１２０に設けられているフィルタ部材１３を通過し、第２レンズ１４によって集光され、マイクロレンズアレイ１５を介して受光器１６で受光される。

この場合は、フィルタ部材１３でのゴースト光の発生を抑制することができるため、受光器１６は、各フィルタを通過した光の光量に関する情報を精度良く出力することができる。

そこで、本実施形態に係る測定部１０によると、高コスト化を招くことなく、物体の色情報を短時間に高い精度で測定することが可能となる。

そして、色情報取得装置１００は、測定部１０を備えているため、結果として、物体の三刺激値を精度良く取得することができる。

なお、上記実施形態では、フィルタ部材１３が吸収型のフィルタの場合について説明したが、これに限定されるものではなく、反射型のフィルタであっても良い。

また、上記実施形態において、前記光吸収材に代えて光反射材を用いても良い。

また、上記実施形態では、マイクロレンズアレイ１５の遮光部１５０に、酸化クロムが蒸着される場合について説明したが、これに限定されるものではない。

また、上記実施形態では、フィルタ部材１３における３つのフィルタの大きさが等しい場合について説明したが、これに限定されるものではない。

また、上記実施形態では、フィルタ部材１３が３つのフィルタを有する場合について説明したが、これに限定されるものではない。図２１には、一例として、フィルタ部材１３が４つのフィルタ（Ｆ_１，Ｆ_２，Ｆ_３，Ｆ_４）を有する場合が示されている。

図２２には、フィルタＦ_１の分光透過率Ｔ_１（λ）、フィルタＦ_２の分光透過率Ｔ_２（λ）、フィルタＦ_３の分光透過率Ｔ_３（λ）、フィルタＦ_４の分光透過率Ｔ_４（λ）、が示されている。この場合、フィルタＦ_２のバンドパス特性は、上記フィルタＦ_Ｚのバンドパス特性と同じであり、フィルタＦ_３のバンドパス特性は、上記フィルタＦ_Ｙのバンドパス特性と同じである。そして、フィルタＦ_１のバンドパス特性とフィルタＦ_４のバンドパス特性とを合わせたバンドパス特性は、上記フィルタＦ_Ｘのバンドパス特性と同じである。

また、上記実施形態では、アパーチャ部材１２の開口部１２０の形状が円形状の場合について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、開口部１２０の形状が、楕円形状、四角形状、多角形状であっても良い。図２３には、開口部１２０の形状が、四角形状の場合が示されている。この場合、図２４に示されるように、上記実施形態よりも多くの画素が微小像を受光することができる。また、図２５には、開口部１２０の形状が四角形状であって、フィルタ部材１３が４つのフィルタ（Ｆ_１，Ｆ_２，Ｆ_３，Ｆ_４）を有する場合が示されている。

また、上記実施形態では、フィルタ部材１３が第１レンズ１１と第２レンズ１４との間に設けられる場合について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、図２６に示されるように、フィルタ部材１３が物体Ｐと第１レンズ１１との間に設けられても良い。また、図２７に示されるように、フィルタ部材１３が第２レンズ１４とマイクロレンズアレイ１５との間に設けられても良い。

また、上記実施形態において、第１レンズ１１と第２レンズ１４に代えて、１つのレンズ１９を用いても良い（図２８及び図２９参照）。

また、上記実施形態において、第１レンズ１１に代えて、複数のレンズからなるレンズ群を用いても良い。

また、上記実施形態において、第２レンズ１４に代えて、複数のレンズからなるレンズ群を用いても良い。

また、上記実施形態では、ａ軸方向に関するマイクロレンズアレイ１５と受光器１６の受光面との距離がマイクロレンズの焦点距離ｆ３と一致する場合について説明したが、これに限定されるものではない。

また、上記実施形態において、処理部２０は、更に、物体Ｐの色彩値や、分光反射率を算出しても良い。

また、複数のフィルタを有する従来の装置において、該複数のフィルタに代えてフィルタ部材１３を用いることにより、該装置の性能を向上させることができる。

１０…測定部（測定装置）、１１…第１レンズ、１２…アパーチャ部材（開口絞り）、１３…フィルタ部材（複数のフィルタ）、１４…第２レンズ、１５…マイクロレンズアレイ（レンズアレイ）、１６…受光器（受光素子）、２０…処理部、１００…色情報取得装置、１３０…遮光領域、１５０…遮光部、Ｆ_ｘ，Ｆ_Ｙ，Ｆ_Ｚ…フィルタ、Ｆ_１，Ｆ_２，Ｆ_３，Ｆ_４…フィルタ、Ｐ…物体。

特開２００１−９９７１０号公報 特開２０１３−２１４９５０号公報

Claims (11)

1. 物体からの光がそれぞれ入射される、光学的なバンドパス特性が異なる複数のフィルタと、
   前記複数のフィルタを介した光を受光する受光素子と、
   前記複数のフィルタは、フィルタＦ _Ｘ 、フィルタＦ _Ｙ 、フィルタＦ _Ｚ を含み、前記受光素子の受光面は、前記フィルタＦ _Ｘ を通過した光によって形成される領域Ｍ _Ｘ と、前記フィルタＦ _Ｙ を通過した光によって形成される領域Ｍ _Ｙ と、前記フィルタＦ _Ｚ を通過した光によって形成される領域Ｍ _Ｚ とを有し、前記領域Ｍ _Ｘ 、前記領域Ｍ _Ｙ 、前記領域Ｍ _Ｚ に対応する画素の出力値に基づいて、ＸＹＺ表色系における三刺激値Ｘ、Ｙ、Ｚを求める処理部と、を備え、
   前記複数のフィルタにおける境界部は、光吸収材が塗布された遮光領域である測定装置。
2. 前記物体と前記受光素子との間に配置された開口絞りを有し、
   前記複数のフィルタは、前記開口絞りの位置に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の測定装置。
3. 前記複数のフィルタと前記受光素子との間に配置されたレンズアレイを有することを特徴とする請求項１又は２に記載の測定装置。
4. 前記物体と前記複数のフィルタとの間に配置されたレンズを有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の測定装置。
5. 前記複数のフィルタと前記受光素子との間に配置されたレンズを有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の測定装置。
6. 前記開口絞りの形状は矩形であることを特徴とする請求項２に記載の測定装置。
7. 前記レンズアレイにおけるレンズ部以外の部分は遮光部であることを特徴とする請求項３に記載の測定装置。
8. 前記レンズアレイにおける遮光部は、酸化クロムが蒸着されていることを特徴とする請求項７に記載の測定装置。
9. 前記複数のフィルタは、吸収型のフィルタであることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の測定装置。
10. 物体からの光の光路上に配置された請求項１〜９のいずれか一項に記載の測定装置と、
    前記測定装置の受光素子の出力に基づいて、前記物体の色情報を取得する処理部とを備える色情報取得装置。
11. 着色物又は発色物を製造する製造方法において、
    請求項１〜９のいずれか一項に記載の測定装置によって色情報を測定する工程を含む製造方法。