JP6766825B2 - 測色装置 - Google Patents

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Description

本発明は、測色装置に関する。
積分球の開口部に配された試料を測色の対象物として該積分球を用いて照明し、該試料からの反射光を受光して、試料の表面色(具体的には、物体色)を測定する測色装置がある(例えば、特許文献1)。
この測色装置では、積分球における測定用の開口(測定用開口とも言う)の大きさは、試料の種類および大きさ等に応じて適宜決定される。そして、試料のうちの測定用開口に面するように配された部分を面状の測定の対象としての一領域(被測定領域とも言う)とした測定(平均値測定、スポット測定)が行われる。ここで、一般にポータブルまたはハンディタイプの測色装置では、測定用開口の径は、積分球の大きさに応じて、3mm〜20mm程度に設定されている。これは、積分球の直径に対して、物体色の測定に影響が生じ難い範囲内で、測定用開口の径が設定されることによる。
また、測色装置において、所定の大きさの被測定領域内における色彩の2次元分布が測定され得るのであれば、被測定領域の選択、離れた複数箇所の同時測定および細長い領域の測定等によって、被測定領域における色むらおよび柄物等の複雑な形状が測定され得る。このような測定は、従来の測色装置のように、試料の表面のうちの円形の測定用開口に配された円形の被測定領域の色の平均値が測定される態様では、実現され得なかった。
特開2005−62095号公報
ところで、色彩の2次元分布が測定され得る測色装置としては、机上等に設置される大型のタイプのものに限られず、小型かつ軽量で、手で持ち運ぶことが可能な携帯式のタイプのものが考えられる。そして、試料の表面における色彩の2次元分布を測定するためには、撮像素子と結像レンズとが組み合わされた受光系を採用することが考えられる。
しかしながら、測色に適した拡散照明方式の光照射を行うために積分球が用いられる場合には、積分球には受光系で受光される光線が遮られないように受光用の開口部(受光用開口部とも言う)が設けられる。また、表面の光沢によって生じ得る正反射光に起因する測色の誤差を低減するために、例えば、積分球に光トラップが設けられることで正反射光が除去されたSCE(Specular component excluded)の条件で試料が測定される。さらに、上述したように、試料に面する測定用開口が設けられる。このため、積分球には複数の大きな開口が設けられ、拡散照明を実現するための積分球の機能が低下してしまう。
このような問題は、積分球の大きさに対して試料に面する測定用開口の径が大きくなれば大きくなるほど、より深刻な問題となる。ただし、携帯式の測色装置に適した大きさおよび重さを実現するためには、積分球の大きさおよび重さを増大させることは適切でない。このため、積分球の大きさに対して、試料に面する測定用開口の径が大きくならざるを得ない。その一方で、光トラップが測定用開口に対して過度に小さくなれば、SCE(Specular component excluded)の条件が不完全なものとなる。したがって、試料の表面における色彩の測定精度を維持することは容易でない。
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、試料の表面における色彩が高精度に測定され得る小型の測色装置を提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、第1の態様に係る測色装置は、積分球と、光源部と、受光部と、低反射率部と、を備えている。前記積分球は、第1開口部と、第2開口部と、を有している。前記第1開口部は、試料が覆うように配される測定用の開口を形成している。前記第2開口部は、該第1開口部に対向して、前記試料からの反射光を通過させる受光用の開口を形成している。前記光源部は、前記積分球の内壁面に光を照射する。前記受光部は、前記光源部からの光が前記内壁面で反射され、前記測定用の開口を介して前記試料の表面の2次元領域に照射される際に、前記測定用の開口を介して前記積分球内に入射される前記2次元領域からの前記反射光を前記受光用の開口を介して受光し、光学系および該光学系によって導かれる前記反射光に応じた信号を出力する検出部を有する。前記低反射率部は、前記受光部の周囲の前記積分球の内部空間に臨む領域に配されており且つ前記積分球の内壁面よりも光の反射率が低い。前記測定用の開口から前記低反射率部を平面視したときの前記低反射率部の外径が、前記受光用の開口から前記測定用の開口を平面視したときの前記測定用の開口の径以上である。前記受光用の開口が、前記測定用の開口の中心を通る法線上に位置している。
第1の態様に係る測色装置によれば、低反射率部の存在によって、試料の表面から検出部へ入射する試料の表面で生じる反射光のうちの正反射光の成分が低減され得るため、試料の表面における色彩が高精度に測定され得る小型の測色装置を提供することが可能となる。
図1は、一実施形態に係る測色装置の概略的な構成を例示する図である。 図2は、積分球の底部を内側から見た様子を例示する図である。 図3は、回転式のフィルターユニットの一構成例を示す平面図である。 図4は、制御ユニットの一構成例を示すブロック図である。 図5は、一実施形態に係る測色ユニットの概略的な構成を例示する図である。 図6は、第1変形例に係る測色装置の概略的な構成を例示する図である。 図7は、第1変形例に係る積分球の上部を内側から見た様子を例示する図である。 図8は、第2変形例に係る測色装置の概略的な構成を例示する図である。 図9は、その他の変形例に係る測色ユニットの概略的な構成を例示する図である。
以下、一実施形態および各種変形例を図面に基づいて説明する。なお、図面においては同様な構成および機能を有する部分については同じ符号が付されており、下記説明では重複説明が省略される。また、図面は模式的に示されたものであり、各図における各種構造のサイズおよび位置関係等は適宜変更され得る。図1から図3および図5から図9には、測色装置1,1A,1Bの上方向(図1、図6、図8および図9の図面視上方向)を+Z方向とする右手系のXYZ座標系が付されている。
<(1)一実施形態>
<(1−1)測色装置の概要>
図1は、一実施形態に係る測色装置1の概略的な構成を例示する図である。図2は、積分球21の底部を内側から見た様子を例示する図である。具体的には、図2は、図1にて一点鎖線II−IIで示した位置におけるXY断面を示す図である。
測色装置1は、被測定物としての試料4の表面の色(表面色とも言う)を測定するための装置である。ここで、表面色には、例えば、物体色が含まれる。なお、表面色の測定には、例えば、表面色を直接的に示す数値の取得、および表面色を導出することが可能な数値の取得が含まれ得る。
測色装置1は、測色ユニット2および制御ユニット3を備えている。ここでは、例えば、測色ユニット2と制御ユニット3とが一体的に構成されることで、測色装置1が構成されても良いし、測色ユニット2と制御ユニット3とが別体で構成されることで、測色装置1が構成されても良い。
なお、仮に、測色ユニット2と制御ユニット3とが別体で構成される場合には、制御ユニット3は、例えば、パーソナルコンピューター等によって構成され得る。このとき、測色ユニット2と制御ユニット3とが、例えば、有線あるいは無線によってデータの通信が可能に接続される。
<(1−2)測色ユニット>
測色ユニット2は、積分球21、照明部22、受光部23および低反射率部24を備えている。
積分球21は、内壁面21siが光をほぼ完全に拡散反射(乱反射)する球体状の部材である。ここで、内壁面21siは、例えば、球体状の部材の内面に硫酸バリウム等の白色塗料が塗布されることで形成され得る。また、積分球21は、3つの開口H0,H1,H2を形成している開口部Hp0,Hp1,Hp2を有している。各開口H0,H1.H2としては、例えば、略円形のものが採用され得る。
開口部Hp0は、照明部22からの光を積分球21の内壁面21siに照射させるための開口H0を形成している部分である。
開口部Hp1は、試料4が覆うように配される測定用の開口H1を形成している部分(第1開口部とも言う)である。本実施形態では、第1開口部Hp1は、積分球21の底部に設けられている。
開口部Hp2は、第1開口部Hp1に対向して、試料4からの反射光を通過させる受光用の開口H2を形成している部分(第2開口部とも言う)である。
照明部22は、試料4の表面色を測定するために、該試料4に光を照射することができる。該照明部22は、発光回路22aおよび光源部22bを有している。
発光回路22aは、光源部22bを発光させるための回路である。光源部22bは、積分球21の内壁面21siに光を照射することができる。
光源部22bとしては、例えば、白色光などの所定の色の光を発するハロゲンランプ、キセノンランプ、発光ダイオード(LED)等が採用され得る。
なお、本実施形態では、光源部22bから発せられた光は、開口H0を介して、積分球21内に入射され、積分球21の内壁面21siに照射される。ここで、内壁面21siに照射された光は、例えば、内壁面21siにおける1回以上の乱反射を経て、開口H1を介して該開口H1を覆うように配されている試料4に照射される。なお、光源部22bは、例えば、開口H0および開口部Hp0が設けられることなく、積分球21内に配されても良い。
受光部23は、試料4からの光を受光する部分である。具体的には、光源部22bからの光が内壁面21siで反射され、測定用の開口H1を介して試料4の表面の測定対象としての領域(2次元領域とも言う)Am1に照射される。この際に、受光部23は、測定用の開口H1を介して積分球21内に入射される2次元領域Am1からの反射光を受光用の開口H2を介して受光することができる。該受光部23は、例えば、光学系23aおよび検出部23bを有している。
光学系23aは、例えば、試料4からの反射光を検出部23bまで導くことができ、該反射光を該検出部23bにおいて結像させることが可能である。該光学系23aは、例えば、レンズユニット23a1とフィルターユニット23a2とを有している。
レンズユニット23a1は、試料4からの反射光を適宜屈折させて、該反射光を検出部23bに向けて集束させることができる。図1では、レンズユニット23a1の光軸A0が細い二点鎖線で示されている。本実施形態では、例えば、レンズユニット23a1の光軸A0は、例えば、開口H1および開口H2の中心を通る。そして、例えば、試料4の表面の法線が、光軸A0に略平行となるように、試料4が開口H1を覆うように配置される。
フィルターユニット23a2は、予め設定された所定の波長域の光を選択的に通過させることができる。該フィルターユニット23a2は、例えば、相互に異なる3以上の波長域の光をそれぞれ通過させる3以上のフィルターを有している。そして、該フィルターユニット23a2では、レンズユニット23a1から検出部23bに至る光路上に配置されるフィルターが適宜切り替えられることで、所望の波長域の光を選択的に通過させることが可能である。
図3は、フィルターユニット23a2の一構成例を示す平面図である。図3で示されるフィルターユニット23a2は、回転式のものである。具体的には、例えば、フィルターユニット23a2は、レンズユニット23a1の光軸A0に直交する平面上(図中XY平面上)の円形のディスクDk1、回転軸Ax1、フィルター部F1およびモーター部M1(図1)を有している。
ディスクDk1には、例えば、外縁に沿った周方向に複数の貫通孔Th1,Th2,Th3,Th4,Th5,Th6,Th7,Th8が設けられている。複数の貫通孔Th1,Th2,Th3,Th4,Th5,Th6,Th7,Th8は、例えば、ディスクDk1の中心に設けられているZ軸に沿って延在する回転軸Ax1を中心として、45°毎に設けられる。
ここで、例えば、複数の貫通孔Th1,Th2,Th3,Th4,Th5,Th6,Th7,Th8のうち、予め設定された複数の貫通孔(例えば、3つの貫通孔Th1,Th3,Th3)に、予め設定された3以上(本実施形態では、3つ)のフィルター部F1が取り付けられている。図3には、貫通孔Th1に、XYZ表色系のXの波長域の光を通過させるフィルター部F1xが取り付けられ、貫通孔Th2に、XYZ表色系のYの波長域の光を通過させるフィルター部F1yが取り付けられ、貫通孔Th3に、XYZ表色系のZの波長域の光を通過させるフィルター部F1zが取り付けられている一例が示されている。
なお、3以上のフィルター部F1としては、例えば、3つのフィルター部F1x,F1y,F1zの代わりに、赤色(R)、緑色(G)、青色(B)のフィルター部およびシアン(C)、マゼンタ(M)、イエロー(Y)のフィルター部等と言った他の3色に係るフィルター部が採用されても良い。
ディスクDk1は、例えば、モーター部M1によって回転軸Ax1を中心にして回転されることで、レンズユニット23a1と検出部23bとの間に配置されるフィルター部F1の種類が切り替えられる。例えば、図3で示されるフィルターユニット23a2では、ディスクDk1が回転軸Ax1を中心として反時計回りに45°回転することで、フィルター部F1x、フィルター部F1yおよびフィルター部F1zの順に、フィルター部F1が切り替えられ得る。
検出部23bは、フィルターユニット23a2を介して入射する光の強度に応じた信号を出力する。つまり、検出部23bでは、光学系23aによって導かれる反射光に応じた信号が出力される。該検出部23bは、例えば、2次元的に配置された複数の光電変換素子を有している。ここで、複数の光電変換素子は、例えば、マトリックス状に配置されることで、CCD等のエリアセンサーを構成する。また、本実施形態では、フィルターユニット23a2によって、検出部23bで受光される光の波長域が調整されるため、検出部23bは、例えば、モノクロのエリアセンサー等によって構成される。
このような検出部23bでは、開口H1を介して積分球21内に入射される試料4の表面の測定対象としての2次元領域Am1からの反射光が、第2開口部Hp2を介して受光される。このとき、フィルターユニット23a2においてフィルター部F1が順次切り替えられることによって、検出部23bでは、3以上の相互に異なる波長域の光にそれぞれ対応する信号を出力する。本実施形態では、検出部23bにおける3以上の相互に異なる波長域の光にそれぞれ対応する信号の出力が、3刺激値X,Y,Zに対応する信号の出力を含むため、等色関数に対応する信号が容易に取得され得る。
ここで、2次元領域Am1が、例えば、試料4の表面のうちの開口H1の外縁近傍の領域を含まないように設定される。これにより、第1開口部Hp1の縁部によって試料4の表面に生じ得る影や照射光量の低下等の影響が低減された2次元領域Am1からの反射光に応じた信号が得られる。図1では、2次元領域Am1が太線で示されており、図2では、2次元領域Am1の外縁が細い二点鎖線で示されている。例えば、積分球21の内径が100mmである場合に、測定用の開口H1の直径が40mmに設定され、2次元領域Am1の直径が35mmに設定される態様が考えられる。
低反射率部24は、受光部23の周囲に配置されており、積分球21の内部空間Si0に臨むように配されている。つまり、低反射率部24が、積分球の内部空間Si0に向かい対している。そして、低反射率部24は、積分球21の内壁面21siよりも光の反射率が低い。このような低反射率部24の存在により、2次元領域Am1から受光部23に向かう正反射光が、生じ難くなる。つまり、2次元領域Am1から光学系23aを介して検出部23bに入射される光における、2次元領域Am1で生じる正反射光の成分が低減され得る。
なお、低反射率部24は、例えば、黒色の部分によって構成され得る。このように、例えば、低反射率部24が、黒色の部分を含む構成が採用されれば、容易に低反射率部24が形成され得る。また、低反射率部24の表面における光の反射率は、均一である必要はなく、例えば、部分的あるいは局所的に反射率が異なっていても良い。すなわち、例えば、低反射率部24の表面における光の反射率の平均値が、積分球21の内壁面21siにおける光の反射率よりも低い態様が考えられる。
ところで、本実施形態では、例えば、受光用の開口H2によって、積分球21の略球状の内部空間Si0と、該内部空間Si0の外部に位置している空間(外部空間とも言う)So0とが接続されている。そして、例えば、受光部23とともに外部空間So0を形成している部分が、低反射率部24を構成している。
ここでは、低反射率部24の存在によって、例えば、受光用の開口H2が、検出部23bへ入射する試料4からの反射光における正反射光の成分の低減に資する所謂光トラップとしての機能を果たす。日本工業規格(JIS)のZ8722:2009の「色の測定方法−反射及び透過物体色」の規定では、「鏡面反射となる成分を除く場合に用いる光トラップは、平滑な鏡面からの正反射光を少なくとも95%は除くことが望ましい。」とされている。このため、例えば、低反射率部24における光の反射率が5%以下であれば、該低反射率部24によって所謂光トラップとしての機能が十分果たされ得る。
そして、例えば、受光用の開口H2が適切な大きさおよび配置を有していれば、低反射率部24が適切な大きさに設定され、2次元領域Am1から受光部23に向かう反射光に、2次元領域Am1の表面で生じる正反射光の成分が混入し難くなる。したがって、例えば、積分球21に設けられる受光用の開口H2の大きさおよび配置が調整されることで、試料4の表面から検出部23bへ入射する試料4の表面で生じる反射光のうちの試料4の表面で生じる正反射光の成分が低減され得る。なお、低反射率部24の大きさおよび配置については、更に後述する。
<(1−3)制御ユニット>
図4は、制御ユニット3の一構成例を示すブロック図である。
制御ユニット3は、入力部31、出力部32、記憶部33、入出力(I/O)部34、インターフェース(I/F)部35,36,37および制御部38を備えており、各部がバス3bを介してデータ送受信可能に接続されている。
入力部31は、例えば、ユーザーの動作に応じて信号を入力することができる。入力部31としては、例えば、ユーザーによる各種ボタンの操作等に応じて信号を入力する操作部、およびユーザーの発する音声に応じて音声の認識を行って信号を入力する音声入力部等が採用され得る。
出力部32は、例えば、ユーザーが認識可能な態様で各種情報を出力することができる。出力部32としては、例えば、各種情報をユーザーが視認可能な態様で出力する表示デバイスまたはプロジェクター、ならびに各種情報をユーザーが聞き分けることが可能な態様で出力するスピーカー等が採用され得る。
記憶部33は、例えば、プログラム3Pおよび各種情報等を記憶することができる。記憶部33としては、例えば、ROM等の不揮発性の記憶媒体等が採用され得る。
I/O部34は、記憶媒体39を受け付けて、該記憶媒体39と制御部38との間でデータの授受を行うことができる。I/O部34としては、例えば、USBポートおよびカードリーダー等が採用され得る。また、記憶媒体39としては、例えば、フラッシュメモリー、ならびにSDメモリーカード等が採用され得る。
I/F部35,36,37は、通信回線またはケーブル等を介して、制御ユニット3以外の部分との間で、各種信号および各種データの送受信を行うことができる。ここでは、I/F部35が、照明部22に接続され、I/F部36が、検出部23bに接続され、I/F部37が、モーター部M1に接続されている例が示されている。
制御部38は、プロセッサー38aおよびメモリー38b等を備えた電気回路である。ここで、プロセッサー38aとしては、例えば、中央処理装置(CPU:Central Processing Unit)等が採用され、メモリー38bとしては、揮発性のメモリーであるRAM(Random Access Memory)等が採用され得る。制御部38は、記憶部33に記憶されているプログラム3Pを読み込んで実行することで、記憶部33に記憶されているプログラム3Pとの協働によって各種機能および各種情報処理等を実現する。これにより、制御ユニット3の各部の動作および制御ユニット3における各種処理が制御される。ここで、各種情報処理において一時的に生成されるデータは、メモリー38b等に適宜記憶され得る。なお、制御部38で実現される機能的な各種構成は、例えば、専用の電子回路等のハードウェアによって実現されても良い。
制御部38は、例えば、モーター部M1の回転を制御することができる。これにより、例えば、レンズユニット23a1と検出部23bとの間に配置されるフィルター部F1の種類が切り替えられる。
具体的には、例えば、3刺激値X,Y,Zのフィルター部F1x,F1y,F1zのうちの何れか1つのフィルター部が、レンズユニット23a1と検出部23bとの間に配置され得る。このとき、検出部23bによって、3刺激値X,Y,Zのうちの各波長域に係る信号が出力され得る。このとき、例えば、3刺激値Xのフィルター部F1xが、レンズユニット23a1と検出部23bとの間に配置されることで、検出部23bによって、3刺激値Xの波長域に係る信号が出力され得る。また、3刺激値Yのフィルター部F1yが、レンズユニット23a1と検出部23bとの間に配置されることで、検出部23bによって、3刺激値Yの波長域に係る信号が出力され得る。また、3刺激値Zのフィルター部F1zが、レンズユニット23a1と検出部23bとの間に配置されることで、検出部23bによって、3刺激値Zの波長域に係る信号が出力され得る。
また、制御部38は、例えば、照明部22による積分球21の内壁面21siに対する光の照射を制御することができる。ここでは、発光回路22aを介して光源部22bの発光が制御される。
また、制御部38は、例えば、検出部23bから出力される信号に基づいて、試料4の2次元領域Am1における表面色の2次元の分布(2次元分布とも言う)を取得することができる。例えば、3刺激値X,Y,Zのうちのそれぞれの値に係る光の波長域について、2次元領域Am1における表面色の2次元分布を示す画像データが取得され得る。ここでは、例えば、検出部23bから出力される信号に対して、検出部23bのセンサーの出力に係る直線性についての補正が施された後に、表面色の2次元分布が取得され得る。なお、制御部38で取得される表面色の2次元分布には、必要に応じた補正が適宜施される。そして、制御部38で取得される、試料4の2次元領域Am1における表面色の2次元分布を示す画像データについては、記憶部33に適宜記憶され得る。
なお、検出部23bでは、例えば、2次元的に配された複数の光電変換素子の全てを含むエリア、または該複数の光電変換素子のうちの外縁部近傍の光電変換素子を除くエリアが、2次元領域Am1における表面色の2次元分布に対応するエリア(有効エリアとも言う)となっている。
<(1−4)低反射率部の配置>
図5は、一実施形態に係る測色ユニット2の概略的な構成を例示する図である。図5は、図1の測色ユニット2に着目した図である。また、図5では、図1と同様に、2次元領域Am1が、太線で示されている。
図5で示されるように、例えば、測定用の開口H1から低反射率部24を平面視したときの低反射率部24の外径W2が、受光用の開口H2から測定用の開口H1を平面視したときの測定用の開口H1の径W1よりも大きくなるように設定されている。これにより、低反射率部24の存在によって、試料4の表面から検出部23bへ入射する試料4の表面で生じる反射光のうちの正反射光の成分が低減され得る。
換言すれば、例えば、受光用の開口H2が、検出部23bへ入射する試料4からの反射光における正反射光の成分の低減に資する所謂光トラップとしての機能をも果たす。このため、例えば、制御部38において、検出部23bから出力される信号に基づいて取得される、試料4の2次元領域Am1における表面色の2次元分布に、積分球21の内壁面21siの映り込みの影響が生じ難くなる。そして、このとき、例えば、受光用の開口H2とは別に所謂光トラップ用の開口が積分球21に設けられる構成よりも、積分球21に設けられる複数の開口の数および該複数の開口が占める面積が低減され得る。その結果、積分球21の機能の低下が抑制され、試料4の表面における色彩が高精度に測定され得る。
ここで、例えば、測定用の開口H1の中心および受光用の開口H2の中心が、光学系23aの光軸A0上に配されている場合を想定する。この場合、例えば、光学系23aの光軸A0に直交する一方向において該光軸A0から低反射率部24が存在している領域の外縁部までの距離L2が、一方向において光軸A0から測定用の開口H1の端縁部までの距離L1よりも大きく設定されている。なお、図5では、該一方向として−X方向が採用されている例が示されている。
ところで、ここで、例えば、2次元領域Am1からの反射光のうちの2次元領域Am1の外縁部Pe1から検出部23bに向けて光学系23aの中心を通る主光線の直線状の光路が光路Lc1とされ、外縁部Pe1において試料4の表面の法線L0を基準として主光線の光路Lc1と線対称の関係にある直線が直線Lc2とされる場合を想定する。主光線は、例えば、光学系23aの絞りの中心を通る光線である。
この場合、図5で示されるように、例えば、直線Lc2と交差する位置に、低反射率部24が配置されれば、検出部23bに入射される試料4からの反射光に含まれる正反射光の成分が、半分程度まで低減され得る。このため、拡散照明を実現するための積分球21の機能の低下が抑制されつつ、検出部23bに入射される試料4からの反射光に正反射光の成分が混入し難くなる。その結果、積分球21の機能の低下がさらに抑制され、試料4の表面における色彩がさらに高精度に測定され得る。なお、図5では、光路Lc1および直線Lc2が一点鎖線で示されている。そして、図5では、光学系23aの周囲の部分から、直線Lc2と交差する位置まで、低反射率部24が配置されている例が示されている。
さらに、ここで、例えば、2次元領域Am1からの反射光のうち、光学系23aの光軸A0と交差し且つ2次元領域Am1の外縁部Pe1から検出部23bの有効エリアの端部に向けて光学系23aを通る光線の直線状の光路が光路Lm1とされ、外縁部Pe1において試料4の表面の法線L0を基準として光路Lm1と線対称の関係にある直線が直線Lm2とされる場合を想定する。
この場合、図5で示されるように、例えば、直線Lm2と交差する位置に、低反射率部24が配置されれば、検出部23bに入射される試料4からの反射光に正反射光の成分が、ほとんど含まれないようになる。このため、試料4の表面から検出部23bの有効エリアへ入射する試料4の表面で生じる反射光のうちの正反射光の成分が顕著に低減され得る。その結果、積分球21の機能の低下が顕著に抑制され、試料4の表面における色彩の測定の精度が顕著に向上し得る。ここで、例えば、2次元領域Am1の外縁部Pe1からの反射光のうち、入射瞳の端部を通る光が、検出部23bの有効エリアの端部に照射される場合には、光路Lm1は、マージナル光線の光路となる。なお、図5では、光路Lm1および直線Lm2が一点鎖線で示されている。そして、図5では、光学系23aの周囲の部分から、直線Lm2と交差する位置まで、低反射率部24が配置されている例が示されている。
ここで、例えば、2つの開口H1,H2の中心が光軸A0上に配され、該2つの開口H1,H2が円形であり、積分球21の内径が100mm、光学系23aと試料4との距離(WD)が136mm、光学系23aの焦点距離(fl)が15mm、光学系23aのFナンバーが4.0に設定される場合を想定する。この場合、測定用の開口H1の直径が40mm、2次元領域Am1の直径が35mmにそれぞれ設定されると、受光用の開口H2の直径が約60mmに設定されれば、直線Lm2と交差する位置に低反射率部24が配置され得る。つまり、受光用の開口H2の直径が約60mmに設定されれば、例えば、所謂光トラップとしての機能が実現され得る。
ところで、受光用の開口H2の直径は、約20mmに設定されれば、検出部23bにおいて2次元領域Am1の撮像が可能である。ここで、直径が約60mmの開口の面積は、直径が約20mmの開口の面積の約9倍である。このため、所謂光トラップ用の開口と受光用の開口とが別々に設けられる場合と比較して、こられの2つの開口が1つにまとめて設けられれば、2つの開口に係る面積は、約10%減少し得る。その結果、積分球21の機能の低下が抑制され得る。
<(1−5)一実施形態のまとめ>
以上のように、本実施形態に係る測色装置1では、低反射率部24が、受光部23の周囲に配置されており且つ積分球21の内部空間Si0に臨むように配されている。そして、該低反射率部24は、積分球21の内壁面21siよりも光の反射率が低い。このような低反射率部24の存在により、2次元領域Am1で生じる正反射光が、受光部23に入射し難くなる。すなわち、2次元領域Am1から光学系23aを介して検出部23bに入射される光における、2次元領域Am1で生じる正反射光の成分が低減され得る。したがって、試料4の表面における色彩が高精度に測定され得る小型の測色装置1が提供され得る。
<(2)変形例>
なお、本発明は上述の一実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更、改良等が可能である。
<(2−1)第1変形例>
上記一実施形態では、積分球21の内部空間Si0を基準にして、受光用の開口H2よりも外部に位置している外部空間So0を形成している部分が、低反射率部24を構成していたが、これに限られない。例えば、低反射率部が、受光用の開口の周囲において、積分球21の内壁面の一部を構成していても良い。このような構成では、例えば、積分球に設けられる受光用の開口の周囲に設けられた低反射率部の大きさおよび配置が調整されることで、試料4の表面から検出部23bへ入射する試料4の表面で生じる反射光のうちの試料4の表面で生じる正反射光の成分が低減され得る。
ここで、このような構成が採用される具体例を挙げて説明する。図6は、第1変形例に係る測色装置1Aの概略的な構成を例示する図である。図7は、第1変形例に係る積分球の上部を内側から見た様子を例示する図である。具体的には、図7は、図6にて一点鎖線VII−VIIで示した位置におけるXY断面を示す図である。図6では、低反射率部24Aが太線で示されており、光路Lc1、直線Lc2、光路Lm1および直線Lm2が細い一点鎖線で示されている。また、図7では、低反射率部24Aに砂地ハッチングが付されている。
図6および図7で示されるように、第1変形例に係る測色装置1Aは、上記一実施形態に係る測色装置1がベースとされて、積分球21および低反射率部24を有する測色ユニット2が、積分球21Aおよび低反射率部24Aを有する測色ユニット2Aに置換されたものである。積分球21Aは、上記一実施形態に係る積分球21がベースとされて、受光用の開口H2を形成している第2開口部Hp2が、直径が狭められた受光用の開口H2Aを形成している第2開口部Hp2Aに置換され、内壁面21siが内壁面21siAに置換されたものである。また、低反射率部24Aは、上記一実施形態に係る低反射率部24がベースとされて、外部空間So0Aを形成している部分だけでなく、受光用の開口H2Aの周囲に位置する積分球21Aの内壁面21siAにまで配されている低反射率部24Aに置換されたものである。なお、ここで、外部空間So0Aは、積分球21の内部空間Si0を基準にして、受光用の開口H2Aよりも外部に位置している。
このように、本変形例では、低反射率部24Aが、受光用の開口H2Aの周囲において、積分球21Aの内壁面21siの一部24bを構成していても良い。このような構成では、例えば、積分球21Aに設けられる受光用の開口H2Aの周囲に設けられた低反射率部24Aの大きさおよび配置が調整されることで、試料4の表面から検出部23bへ入射する試料4の表面で生じる反射光のうちの試料4の表面で生じる正反射光の成分が低減され得る。
また、本変形例では、低反射率部24Aに、受光用の開口H2Aにおいて内部空間Si0に接続しており且つ該内部空間Si0の外部に位置する外部空間So0Aを形成している部分24aが含まれている。ここで、例えば、受光用の開口H2Aが適切な大きさおよび配置を有し、該開口H2Aの周囲に設けられた低反射率部24aが適切な大きさおよび配置を有していれば、低反射率部24Aが適切な大きさに設定され得る。これにより、2次元領域Am1から受光部23に向かう反射光に、2次元領域Am1の表面で生じる正反射光の成分が混入し難くなる。その結果、試料4の表面から検出部23bへ入射する試料4の表面で生じる反射光のうちの試料4の表面で生じる正反射光の成分が低減され得る。
なお、図6および図7では、受光用の開口H2Aの周囲において、積分球21Aの球面状の内壁面21siに、低反射率部24Aが形成されていたが、これに限られない。例えば、受光用の開口H2Aの周囲では、積分球21Aの内壁面21siが、球面状ではなく、開口H2Aに接続するテーパー状の部分とされても良い。
<(2−2)第2変形例>
上記一実施形態および上記第1変形例では、光学系23aに一般的な結像レンズが適用された例について説明されたが、これに限られない。例えば、光学系23aが、テレセントリックレンズが用いられた光学系23aBに置換されても良い。
ここで、このような構成が採用される具体例を挙げて説明する。図8は、第2変形例に係る測色装置1Bの概略的な構成を例示する図である。図8では、低反射率部24Bが太線で示されており、光路Lc1および直線Lc2が、光軸A0と平行な破線で示されており、光路Lm1および直線Lm2が一点鎖線で示されている。
図8で示されているように、第2変形例に係る測色装置1Bは、例えば、上記一実施形態に係る測色装置1がベースとされて、測色ユニット2が、測色ユニット2Bに置換されたものである。測色ユニット2Bは、上記一実施形態に係る測色ユニット2がベースとされて、積分球21、受光部23および低反射率部24が、積分球21B、受光部23Bおよび低反射率部24Bに置換されたものである。積分球21Bは、上記一実施形態に係る積分球21がベースとされて、受光用の開口H2を形成する第2開口部Hp2が、直径が狭められた受光用の開口H2Bを形成する第2開口部Hp2Bに置換されたものである。受光部23Bは、上記一実施形態に係る受光部23がベースとされて、光学系23aが、いわゆる両側テレセントリックレンズが適用された光学系23aBに置換され、検出部23bが、2次元領域Am1と略同一の形状の有効エリアを有する検出部23bBに置換されたものである。
光学系23aBは、第1レンズ部23aB1と絞り部23aB2と第2レンズ部23aB3とが、この順番で配列されたレンズユニットである。本変形例に係る検出部23bBは、例えば、カラーのエリアセンサー等で構成される。
低反射率部24Bは、積分球21Bの略球状の内部空間Si0と受光用の開口H2Bによって接続されている該内部空間Si0の外部に位置している外部空間So0Bを、受光部23Bとともに形成している。
ここで、光学系23aBには、いわゆる両側テレセントリックレンズが適用されており、外縁部Pe1に係る主光線の光路Lc1が、光軸A0と略平行である。このため、例えば、主光線の光路Lc1は、2次元領域Am1の外縁部Pe1における試料4の表面の法線L0と略一致する。また、例えば、主光線の光路Lc1は、主光線に係る直線Lc2と略一致する。
さらに、例えば、テレセントリックレンズでは、絞り23aB2が狭いため、法線L0に対して光路Lc1および直線Lc2が成す角度が、上記一実施形態と比較して、格段に狭くなり得る。このため、例えば、低反射率部24Bが配設される領域が狭くても良い。これにより、例えば、受光用の開口H2Bの径は、上記一実施形態に係る受光用の開口H2の径よりも大幅に低減され得る。このため、例えば、積分球21Bの機能の低下が抑制されつつ、試料4の表面における色彩が高精度に測定され得る。
このとき、図8で示されているように、例えば、測定用の開口H1から低反射率部24Bを平面視したときの低反射率部24Bの外径W2が、受光用の開口H2Bから測定用の開口H1を平面視したときの測定用の開口H1の径W1と略同一となっている。このような構成が採用されても、例えば、2次元領域Am1から受光部23Bに向かう反射光に、2次元領域Am1の表面で生じる正反射光の成分が混入し難くなる。その結果、試料4の表面から検出部23bBへ入射する試料4の表面で生じる反射光のうちの試料4の表面で生じる正反射光の成分が低減され得る。すなわち、例えば、測定用の開口H1から低反射率部24Bを平面視したときの該低反射率部24Bの外径W2が、受光用の開口H2Bから測定用の開口H1を平面視したときの測定用の開口H1の径W1以上であれば、受光用の開口H2Bが、検出部23bBへ入射する試料4からの反射光における正反射光の成分の低減に資する所謂光トラップとしての機能をも果たす。
ここで、上記第1実施形態と同様に、例えば、2つの開口H1,H2の中心が光軸A0上に配され、該2つの開口H1,H2が円形であり、積分球21の内径が100mm、光学系23aと試料4との距離(WD)が136mm、光学系23aの焦点距離(fl)が15mm、光学系23aのFナンバーが4.0に設定される場合を想定する。この場合、受光用の開口H2の直径は、約20mmに設定されれば、検出部23bにおいて2次元領域Am1の撮像が可能である。ここで、例えば、仮に、測定用の開口H1の径W1と、受光用の開口H2Bの径W2とが略同一であり、受光用の開口H2Bの直径W2が約40mmに設定されれば、例えば、所謂光トラップとしての機能が実現され得る。
ところで、仮に、受光用の開口H2Bの直径が、約20mmに設定されていれば、直径が約40mmの開口の面積は、直径が約20mmの開口の面積の約4倍である。このため、所謂光トラップ用の開口と受光用の開口とが別々に設けられる場合と比較して、本変形例のように、これらの2つの開口が1つにまとめて設けられれば、2つの開口に係る面積は、約20%減少し得る。これにより、受光用の開口H2Bとは別に所謂光トラップ用の開口が積分球21Bに設けられる構成よりも、積分球21Bに設けられる複数の開口の数および該複数の開口が占める面積が低減され得る。その結果、積分球21Bの機能の低下が抑制され、試料4の表面における色彩が高精度に測定され得る。
なお、ここでは、光学系23aBに、いわゆる両側テレセントリックレンズが採用される例を挙げて説明したが、これに限られず、例えば、試料4側(すなわち物体側)で光軸A0と主光線の光路Lc1とが略平行となる、いわゆる物体側テレセントリックレンズが採用されても良い。
<(2−3)その他の変形例>
例えば、上記一実施形態および上記第1変形例では、フィルターユニット23a2によって、検出部23bで受光される光の波長域が調整されるため、検出部23bは、モノクロのエリアセンサー等によって構成されたが、これに限られない。例えば、フィルターユニット23a2が設けられる代わりに、検出部23bが、例えば、カラーのエリアセンサー等によって構成されても良い。
また、上記第2変形例では、検出部23bBが、カラーのエリアセンサー等によって構成されたが、これに限られない。例えば、上記一実施形態および上記第1変形例と同様に、フィルターユニット23a2が設けられることで、検出部23bBが、モノクロのエリアセンサー等によって構成されても良い。
また、上記一実施形態および上記各種変形例では、制御部38によって、例えば、検出部23b,23bBから出力される信号に基づいて、試料4の2次元領域Am1における表面色の2次元分布が取得可能であったが、これに限られない。例えば、制御部38では、検出部23b,23bBからの出力に応じて、種々の形状を有する2次元領域Am1における色彩の代表値が取得されても良い。ここで、種々の形状には、例えば、円形だけでなく、星形状および線状等と言った様々な形状が含まれ得る。また、ここで、色彩の代表値には、例えば、色彩の平均値、中間値および最頻値等の種々の統計値が含まれ得る。
また、上記一実施形態および上記各種変形例では、レンズユニット23a1および光学系23aBの光軸A0が、測定用の開口H1および受光用の開口H2の中心を通っていたが、これに限られない。つまり、測定用の開口H1と受光用の開口H2とは、完全に対向していなくても良い。例えば、測定用の開口H1の中心を通る該開口H1の法線と、受光用の開口H2の中心を通る該開口H2の法線とが、若干ずれていても良いし、若干傾いている関係を有していても良い。例えば、測定用の開口H1と受光用の開口H2とが、相互にある程度正対し合う領域を有していれば良い。但し、測定用の開口H1の中心を通る該開口H1の法線と、受光用の開口H2の中心を通る該開口H2の法線とが、近づけば近づく程、あるいは相互に傾いている角度が小さくなれば小さくなる程、受光用の開口H2の拡大による積分球21,21A,21Bの機能の低下が抑制されつつ、試料4の表面から検出部23b,23bBへ入射する試料4の表面で生じる反射光のうちの試料4の表面で生じる正反射光の成分が低減され得る。
また、上記一実施形態および上記各種変形例では、外部空間So0,So0A,So0Bの径が略同一である例を挙げて説明したが、これに限られない。例えば、図9で示されるように、第2開口部Hp2によって形成される受光用の開口H2に接続する外部空間So0のうち、受光用の開口H2の法線に直交する断面における径W3が、受光用の開口H2の径W2よりも大きくなるように設定されても良い。これにより、例えば、内部空間Si0から外部空間So0に入射した迷光の内部空間Si0への出射が抑制される。このため、低反射率部24における光の反射率がさらに低減され得る。
なお、上記一実施形態および各種変形例をそれぞれ構成する全部または一部を、適宜、矛盾しない範囲で組み合わせ可能であることは、言うまでもない。
<(2−4)その他>
本発明には、例えば、以下の第2から第7の態様に係る測色装置が含まれる。
第2の態様に係る測色装置は、上記第1の態様に係る測色装置であって、前記低反射率部が、前記受光用の開口において前記内部空間に接続しており且つ該内部空間の外部に位置する外部空間を形成している部分を含んでいる。
第2の態様に係る測色装置によれば、例えば、積分球に設けられる受光用の開口の大きさおよび配置が調整されることで、試料の表面から検出部へ入射する試料の表面で生じる反射光のうちの試料の表面で生じる正反射光の成分が低減され得る。
第3の態様に係る測色装置は、上記第2の態様に係る測色装置であって、前記外部空間のうちの前記受光用の開口の法線に直交する断面における径が、前記受光用の開口の径よりも大きい。
第3の態様に係る測色装置によれば、外部空間に入射した迷光の内部空間への出射が抑制されるため、低反射率部における光の反射率がさらに低減され得る。
第4の態様に係る測色装置は、上記第1から第3の何れか1つの態様に係る測色装置であって、前記低反射率部が、前記受光用の開口の周囲において前記内壁面を構成している。
第4の態様に係る測色装置によれば、例えば、積分球に設けられる受光用の開口の周囲に設けられた低反射率部の大きさおよび配置が調整されることで、試料の表面から検出部へ入射する試料の表面で生じる反射光のうちの試料の表面で生じる正反射光の成分が低減され得る。
第5の態様に係る測色装置は、上記第1から第4の何れか1つの態様に係る測色装置であって、前記低反射率部が、黒色の部分を含んでいる。
第5の態様に係る測色装置によれば、容易に低反射率部が形成され得る。
第6の態様に係る測色装置は、上記第1から第5の何れか1つの態様に係る測色装置であって、前記低反射率部が、前記反射光のうちの前記2次元領域の外縁部から前記検出部に向けて前記光学系の中心を通る主光線の光路と、前記試料の表面の前記外縁部における法線を基準として線対称の関係にある直線と交差する位置に、配置されている。
第6の態様に係る測色装置によれば、拡散照明を実現するための積分球の機能の低下が抑制され得る。
第7の態様に係る測色装置は、上記第1から第5の何れか1つの態様に係る測色装置であって、前記低反射率部が、前記反射光のうちの前記光学系の光軸と交差し且つ前記2次元領域の外縁部から前記検出部の有効エリアの端部に向けて前記光学系を通る光路と、前記試料の表面の前記外縁部における法線を基準として線対称の関係にある直線と交差する位置に、配置されている。
第7の態様に係る測色装置によれば、試料の表面から検出部の有効エリアへ入射する試料の表面で生じる反射光のうちの正反射光の成分が顕著に低減され得る。
1,1A,1B 測色装置
2,2A,2B 測色ユニット
3 制御ユニット
4 試料
21,21A,21B 積分球
21si,21siA 内壁面
22 照明部
22b 光源部
23,23B 受光部
23a,23aB 光学系
23a1 レンズユニット
23a2 フィルターユニット
23b,23bB 検出部
24,24A,24B 低反射率部
A0 光軸
Am1 2次元領域
H0,H1,H2,H2A,H2B 開口
Hp1 第1開口部
Hp2,Hp2A,Hp2B 第2開口部
L0 法線
Lc1,Lm1 光路
Lc2,Lm2 直線
Pe1 外縁部
Si0 内部空間
So0,So0A,So0B 外部空間

Claims (8)

  1. 試料が覆うように配される測定用の開口を形成している第1開口部と、該第1開口部に対向して、前記試料からの反射光を通過させる受光用の開口を形成している第2開口部とを有する積分球と、
    前記積分球の内壁面に光を照射する光源部と、
    前記光源部からの光が前記内壁面で反射され、前記測定用の開口を介して前記試料の表面の2次元領域に照射される際に、前記測定用の開口を介して前記積分球内に入射される前記2次元領域からの前記反射光を前記受光用の開口を介して受光し、光学系および該光学系によって導かれる前記反射光に応じた信号を出力する検出部を有する受光部と、
    前記受光部の周囲の前記積分球の内部空間に臨む領域に配されており且つ前記積分球の内壁面よりも光の反射率が低い低反射率部と、を備え、
    前記測定用の開口から前記低反射率部を平面視したときの前記低反射率部の外径が、前記受光用の開口から前記測定用の開口を平面視したときの前記測定用の開口の径以上であり、
    前記受光用の開口が、前記測定用の開口の中心を通る法線上に位置している、測色装置。
  2. 請求項1に記載の測色装置であって、
    前記光学系は、前記反射光を前記検出部まで導き、
    前記光学系の光軸が、前記受光用の開口の法線および前記測定用の開口の法線と一致している、測色装置。
  3. 請求項1に記載の測色装置であって、
    前記低反射率部が、
    前記受光用の開口において前記内部空間に接続しており且つ該内部空間の外部に位置する外部空間を形成している部分を含んでおり、
    前記光学系は、前記反射光を前記検出部まで導き、
    前記外部空間は、前記受光用の開口と前記光学系との間において、前記受光用の開口の法線に直交する断面における径が、前記受光用の開口の径よりも大きく且つ該外部空間のうちの前記光学系側の部分における前記受光用の開口の法線に直交する断面の径よりも大きい部分を有する、測色装置。
  4. 請求項に記載の測色装置であって、
    前記外部空間のうちの前記受光用の開口の法線に直交する断面における径が、前記受光用の開口の径よりも大きい、測色装置。
  5. 請求項1から請求項の何れか1つの請求項に記載の測色装置であって、
    前記低反射率部が、
    前記受光用の開口の周囲において前記内壁面を構成している、測色装置。
  6. 請求項1から請求項の何れか1つの請求項に記載の測色装置であって、
    前記低反射率部が、
    黒色の部分を含んでいる、測色装置。
  7. 請求項1から請求項の何れか1つの請求項に記載の測色装置であって、
    前記低反射率部が、
    前記反射光のうちの前記2次元領域の外縁部から前記検出部に向けて前記光学系の中心を通る主光線の光路と、前記試料の表面の前記外縁部における法線を基準として線対称の関係にある直線と交差する位置に、配置されている、測色装置。
  8. 請求項1から請求項の何れか1つの請求項に記載の測色装置であって、
    前記低反射率部が、
    前記反射光のうちの前記光学系の光軸と交差し且つ前記2次元領域の外縁部から前記検出部の有効エリアの端部に向けて前記光学系を通る光路と、前記試料の表面の前記外縁部における法線を基準として線対称の関係にある直線と交差する位置に、配置されている、測色装置。
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