JP7027840B2 - 分光反射測定器 - Google Patents

Description

本発明は、分光反射測定器に関するものである。

被測定物に光を照射し反射光を分析して分光スペクトルを測定する分光反射測定器が活用されている。そして、分光反射測定器が特許文献１に開示されている。それによると、分光反射測定器は２種類の発光素子を備えている。１つは可視光を射出する第１発光素子であり、１つは波長が４００ｎｍ未満の光を射出する第２発光素子である。複数の周波数の光を被測定物に照射することにより分析に適した光を照射することができる。

分光反射測定器は受光部を備えている。受光部は受光素子及び波長可変光フィルターを備えている。受光部には受光感度分布における感度の高い方向を示す光軸があり、光軸上に被測定物が配置される。そして、第１発光素子と被測定物とを結ぶ線と光軸とがなす角度は４５度になっている。第２発光素子は凹面鏡に向けて光を射出する。第２発光素子から射出された光は凹面鏡で反射して多方向から被測定物に光を照射する。

特開２０１６－１３８７４９号公報

第１発光素子が射出する光のように光軸に対して４５度の角度で交差する光を被測定物に照射する。このとき、受光部には正反射を除く反射光が進行するので、被測定物の反射スペクトルを検出するのに良好な光を入手することができる。第２発光素子から射出された光は受光部の光軸に対して不特定の角度で交差する光を被測定物に照射する。従って、被測定物に反射した光の分布は第１発光素子が射出された光とは異なる分布になっている。このように、発光素子毎に光の照射条件が異なるのは、受光部が検出する光のスペクトルの測定精度を低下させる。複数の発光素子から光を照射するときには、被測定物に同じ入射角で照射することにより各発光素子から照射される光の影響を抑えることができる。そこで、複数の発光素子から被測定物に照射される光の角度の精度がよい光を照射する分光反射測定器が望まれていた。

本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。

［適用例１］
本適用例にかかる分光反射測定器であって、基板と、前記基板に設置され前記基板から発光部までの高さである発光部高さが異なる複数種類の発光素子と、光を受光する受光器と、を備え、前記発光部高さが高い前記発光素子は発光部高さが低い前記発光素子より前記受光器が受光する光の光軸との距離が近い場所に設置されていることを特徴とする。

本適用例によれば、分光反射測定器は基板を備えている。そして、基板には複数種類の発光素子が設置されている。複数種類の発光素子は基板からの発光部までの高さである発光部高さが異なっている。さらに、分光反射測定器は受光器を備えている。発光素子が射出した光を被測定物に照射し、被測定物で反射した光を受光器が受光する。

受光器には受光する光の光軸が設定されている。そして、受光器は光軸に沿って入射される光を受光する。発光部高さが高い発光素子は発光部高さが低い発光素子より受光器が受光する光の光軸との距離が近い場所に設置されている。発光部高さが高い発光素子の発光部は被測定物に近い。この発光素子は受光器の光軸に近い。そして、発光部高さが低い発光素子の発光部は被測定物から離れている。この発光素子は受光器の光軸から離れている。このように、発光素子の発光部の高さが異なる発光素子が混在する場合、各受光器の光軸と発光素子の発光部との距離とを異ならせることにより、各種類の発光素子の発光部と被測定物とを結ぶ直線と受光器の光軸とがなす角度を同じ角度に近づけることができる。その結果、複数の発光素子から被測定物に照射される光の角度の精度がよい光を分光反射測定器が照射することができる。

［適用例２］
上記適用例にかかる分光反射測定器において、複数種類の前記発光素子の前記発光部から前記受光器が受光する光の光軸上の被測定物に進む光と前記光軸とがなす角度が同じであることを特徴とする。

本適用例によれば、受光器には受光する光の光軸がある。そして、複数種類の発光素子から射出される光がこの光軸上の被測定物に進む光と受光器の光軸とがなす角度が同じである。このとき、受光器が被測定物に照射された光を受光するとき、複数種類の発光素子から照射された光を同じ反射状態で受光することができる。

［適用例３］
上記適用例にかかる分光反射測定器において、複数種類の前記発光素子の前記発光部から前記光軸上の前記被測定物に進む光と前記光軸とがなす角度が４５度であることを特徴とする。

本適用例によれば、複数種類の発光素子から射出される光が被測定物に進む光と受光器が受光する光の光軸とがなす角度が４５度である。このとき、受光器は被測定物で反射した光の内で正反射成分を除いた光を受光することができる。

［適用例４］
上記適用例にかかる分光反射測定器において、前記発光素子と対向する場所にレンズを備えることを特徴とする。

本適用例によれば、分光反射測定器は発光素子と対向する場所にレンズを備えている。レンズは発光素子が照射する光を効率良く被測定物に集光して照射することができる。

［適用例５］
上記適用例にかかる分光反射測定器において、前記発光素子と前記光軸上の前記被測定物との間に開口部を備えることを特徴とする。

本適用例によれば、分光反射測定器は発光素子と受光器の光軸上の被測定物との間に開口部を備えている。このとき、開口部を通過する光のみが被測定物を照射する。従って、発光素子の発光部から被測定物に進む光の角度をさらに、限定することができる。

［適用例６］
上記適用例にかかる分光反射測定器において、前記発光素子が光を射出する側に光透過性のある保護部を備えることを特徴とする。

本適用例によれば、分光反射測定器は発光素子が光を射出する側に光透過性のある保護部を備えている。被測定物の付近には塵や水分粒子が浮遊する場合がある。このとき、保護部は発光素子や受光器に塵や水分粒子が付着することを抑制することができる。

［適用例７］
上記適用例にかかる分光反射測定器において、前記保護部は通過させる光の波長を限定するフィルターであることを特徴とする。

本適用例によれば、保護部は通過させる光の波長を限定するフィルターである。このとき、保護部は受光器が受光したい波長以外の光が受光器に進行することを抑制することができる。

［適用例８］
上記適用例にかかる分光反射測定器において、前記保護部は着脱可能に設置されていることを特徴とする。

本適用例によれば、保護部は着脱可能に設置されている。従って、保護部に塵や水分粒子が付着するときにも、保護部を分光反射測定器から外して塵や水分粒子を拭き取ることができる。そして、清浄化された保護部を分光反射測定器に再設置することができる。

［適用例９］
上記適用例にかかる分光反射測定器において、複数種類の前記発光素子は発光する波長分布の異なる３種類以上の前記発光素子で構成されていることを特徴とする。

本適用例によれば、複数種類の発光素子は発光する波長分布の異なる３種類以上の発光素子で構成されている。１種類の発光素子が射出する光の波長分布は波長の範囲が限定されていることが多い。このときにも、波長分布の異なる３種類以上の発光素子から光を照射することにより自然光に近い波長分布の光を被測定物に照射できる。

［適用例１０］
上記適用例にかかる分光反射測定器において、前記受光器は波長可変ファブリ・ペロー・エタロンを備えることを特徴とする。

本適用例によれば、受光器は波長可変ファブリ・ペロー・エタロンを備えている。波長可変ファブリ・ペロー・エタロンは小型な波長可変フィルターである。従って、受光器が特定の波長の光を受光するときにも、受光器を小型にすることができる。

第１の実施形態にかかわる分光反射測定器の構造を示す概略斜視図。 基板の構成を示す概略斜視図。 分光反射測定器の構造を示す模式側断面図。 光源ユニットの構成を示す模式平面図。 発光素子の相対位置を説明するための模式側断面図。 発光素子の相対位置を説明するための模式側断面図。 波長可変フィルターの構造を示す模式側断面図。 分光反射測定器の電気制御ブロック図。 第２の実施形態にかかわる分光反射測定器の構造を示す模式側断面図。 第３の実施形態にかかわる分光反射測定器の構造を示す模式側断面図。 分光反射測定器の構造を示す模式平面図。 変形例にかかわる分光反射測定器の構造を示す模式平面図。

以下、実施形態について図面に従って説明する。尚、各図面における各部材は、各図面上で認識可能な程度の大きさとするため、各部材毎に縮尺を異ならせて図示している。

（第１の実施形態）
本実施形態では、分光反射測定器の特徴的な例について、図に従って説明する。第１の実施形態にかかわる分光反射測定器について図１～図８に従って説明する。図１は、分光反射測定器の構造を示す概略斜視図である。図１に示すように、分光反射測定器１は筒状の筐体２を備えている。筐体２には第１開口部２ａが設置され、第１開口部２ａにおいて第１発光素子３、第２発光素子４及び第３発光素子５が露出する。第１発光素子３、第２発光素子４及び第３発光素子５はそれぞれ外形形状の異なる発光素子６である。発光素子６は図示しない被測定物に向けて光を照射する。筒状の筐体２の軸付近には第２開口部２ｂが設置されている。分光反射測定器１は被測定物で反射した光のうち第２開口部２ｂを通過した光を検出する。

複数種類の発光素子６は発光する波長分布の異なる３種類以上の発光素子６で構成されているのが好ましい。測色を行うためには可視光全域の波長の光を被測定物に照射するのが好ましい。１種類の発光素子６が射出する光の波長分布は波長の範囲が限定されていることが多い。このときにも、波長分布の異なる３種類以上の発光素子６から光を照射することにより自然光に近い波長分布の光を被測定物に照射できる。従って、３種類以上の波長分布の発光素子６を設置するのが好ましい。

各発光素子６の構成は特に限定されないが、本実施形態では、例えば、第１発光素子３は白ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）である。第２発光素子４は紫外ＬＥＤである。第２発光素子４は輝度のピークの波長が４００ｎｍ以下に存在する。第３発光素子５は青ＬＥＤである。第３発光素子５は輝度のピークの波長が４００ｎｍから４２０ｎｍに存在する。第１発光素子３、第２発光素子４及び第３発光素子５を同時に照射させるとき自然光に近い光を射出できる。尚、発光素子６は１カ所で発光する点発光でも良く、面で発光する面発光でも良い。他にも、発光する場所にレンズが設置された形態でも良い。最も強く光を照射する場所を発光部とする。

筒状の筐体２の側面から基板としての第１基板７、第２基板８及び第３基板９が突出している。そして、第１基板７、第２基板８及び第３基板９は制御部１０と配線１１により電気的に接続されている。

図２は基板の構成を示す概略斜視図であり、分光反射測定器１から筐体２を除いた図である。図２に示すように、第１基板７には第１発光素子３、第２発光素子４及び第３発光素子５が設置されている。第１基板７には孔７ａが設置され、第１発光素子３、第２発光素子４及び第３発光素子５は孔７ａを囲んで配置されている。

第１基板７にはスイッチ回路１２及び第１コネクター１３が設置されている。第１発光素子３、第２発光素子４及び第３発光素子５は図示しない配線によりスイッチ回路１２と電気的に接続されている。さらに、スイッチ回路１２は第１コネクター１３と電気的に接続されている。そして、第１コネクター１３は配線１１により制御部１０と電気的に接続されている。

第１発光素子３、第２発光素子４及び第３発光素子５には面実装型のＬＥＤが用いられている。面実装型のＬＥＤはフィラメントランプや砲弾型のＬＥＤに比べて小型である。従って、面実装型のＬＥＤを用いることにより分光反射測定器１を小型にすることができる。また、面実装型のＬＥＤはチップ抵抗やチップトランジスターと同じ工程で実装できるので、生産性良く第１基板７に実装することができる。

制御部１０はスイッチ回路１２に電力及び制御信号を出力する。制御信号は発光素子６の点灯と消灯を指示する信号である。スイッチ回路１２は発光素子６の点灯を指示する制御信号を入力するとき、発光素子６に電力を供給する。スイッチ回路１２は発光素子６の消灯を指示する制御信号を入力するとき、発光素子６に電力の供給を停止する。従って、発光素子６は制御部１０が出力する制御信号に従って点灯と消灯とを行う。第１基板７、発光素子６、スイッチ回路１２等により光源ユニット１４が構成されている。

第２基板８には波長可変フィルター１５、フィルター駆動回路１６及び第２コネクター１７が設置されている。波長可変フィルター１５はフィルター駆動回路１６と図示しない配線で電気的に接続されている。フィルター駆動回路１６は第２コネクター１７と図示しない配線で電気的に接続されている。波長可変フィルター１５は波長可変ファブリ・ペロー・エタロンである。波長可変ファブリ・ペロー・エタロンは小型な波長可変フィルター１５である。従って、分光反射測定器１を小型にすることができる。フィルター駆動回路１６は波長可変フィルター１５を駆動する回路である。フィルター駆動回路１６は波長可変フィルター１５を通過する光の波長を制御する。

フィルター駆動回路１６は第２コネクター１７と電気的に接続されている。そして、第２コネクター１７は配線１１により制御部１０と電気的に接続されている。制御部１０はフィルター駆動回路１６に制御信号を出力する。制御信号は波長可変フィルター１５を通過させる光の波長を指示する信号である。フィルター駆動回路１６は制御信号に従って、波長可変フィルター１５を通過させる波長を制御する。波長可変フィルター１５、フィルター駆動回路１６及び第２基板８等によりフィルターユニット１８が構成されている。

第３基板９には受光素子２１、受光素子駆動回路２２及び第３コネクター２３が設置されている。受光素子２１は受光素子駆動回路２２と電気的に接続されている。受光素子駆動回路２２は第３コネクター２３と電気的に接続されている。そして、第３コネクター２３は配線１１により制御部１０と電気的に接続されている。受光素子２１は入射する光の強度を検出する。そして、光の強度に対応する電圧信号を出力する。受光素子２１にはシリコンフォトダイオードやフォトＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）を用いることができる。受光素子駆動回路２２は受光素子２１を駆動する回路である。受光素子駆動回路２２は受光素子２１に電力を供給し、受光素子２１が出力する電圧信号を入力してデジタル信号に変換する。そして、受光素子駆動回路２２は光の強度を示すデジタル信号を制御部１０に出力する。波長可変フィルター１５が通過させる光の波長の調整を終了したタイミングに合わせて、制御部１０は受光素子駆動回路２２が出力するデジタル信号を入力する。従って、制御部１０は特定の波長の光の強度を品質良く検出できる。

受光素子２１、受光素子駆動回路２２及び第３基板９等により受光ユニット２４が構成されている。そして、フィルターユニット１８及び受光ユニット２４により受光器２５が構成されている。フィルターユニット１８が波長可変ファブリ・ペロー・エタロンを備えているので、受光器２５は波長可変ファブリ・ペロー・エタロンを備えている。受光器２５と光源ユニット１４によりセンサーユニット２６が構成されている。

受光素子２１には受光感度分布における感度の高い方向を示す光軸２１ａがある。孔７ａ及び波長可変フィルター１５は光軸２１ａが通る場所に設置されている。

図３は分光反射測定器の構造を示す模式側断面図である。図３に示すように、第１基板７、第２基板８及び第３基板９が光軸２１ａ方向にそれぞれ間隔をあけて配置されている。第１基板７と第２基板８との間には筐体２の一部が設置され、第２基板８と第３基板９との間にも筐体２の一部が設置されている。筐体２は複数の部分が組み立てられた構造になっている。

分光反射測定器１は発光素子６が光２７を射出する側に光透過性のある保護部２８が設置されている。このとき、発光素子６は光２７を被測定物３０に向けて射出する。そして、保護部２８は発光素子６と被測定物３０との間に位置する。被測定物３０の付近には塵や水分粒子が浮遊する場合がある。このとき、保護部２８は発光素子６や受光器２５に塵や水分粒子が付着することを抑制することができる。

保護部２８は通過させる光２７の波長を限定するフィルターである。例えば、分光反射測定器１が可視光の波長領域における分光反射測定をするときには、保護部２８には可視光の波長領域に限定した光２７を通過させるフィルターを用いる。保護部２８が透過する光２７の波長特性は特に限定されないが、本実施形態では、例えば、保護部２８は波長が３５０ｎｍ～７００ｎｍの間の光２７を透過する。そして、保護部２８は波長が３５０ｎｍ未満の光２７及び波長が７００ｎｍを超える光２７を非透過にする。これにより、保護部２８は受光器２５が受光したい波長以外の光２７が受光器２５に進行することを抑制することができる。近赤外等測定する波長以外の光２７はノイズ成分になるので、保護部２８が近赤外の光２７を通過させないことにより精度の高い測定を行うことができる。

保護部２８は支持部２９に接着固定されている。支持部２９は筒状の外周部２９ａと円板状の天板部２９ｂとが接合された形状になっている。天板部２９ｂには開口部２９ｃが設置され、この開口部２９ｃに保護部２８が設置されている。外周部２９ａは筐体２に挿入されており、筐体２から外すことが可能になっている。そして、保護部２８は支持部２９により筐体２と着脱可能に設置されている。従って、保護部２８に塵や水分粒子が付着するときにも、保護部２８を分光反射測定器１から外して塵や水分粒子を拭き取ることができる。そして、清浄化された保護部２８を分光反射測定器１に再設置することができる。従って、保護部２８を保守し易くすることができる。

分光反射測定器１は受光素子２１の光軸２１ａ上の場所に被測定物３０を設置して使用される。さらに、保護部２８からの距離が所定の距離の場所に被測定物３０が配置される。発光素子６から射出された光２７は被測定物３０を照射する。被測定物３０の表面において光２７が乱反射する。光軸２１ａ上の被測定物３０の表面を観測点３０ａとする。分光反射測定器１は観測点３０ａで反射した光２７を分析する。

被測定物３０の表面で反射した光２７の一部は保護部２８を通過する。保護部２８は赤外光を除去する。保護部２８を通過した光２７の一部は波長可変フィルター１５に到達する。波長可変フィルター１５は特定の波長の光２７を通過させる。通過させる光２７の波長は制御部１０により制御される。

保護部２８と波長可変フィルター１５との間には第２開口部２ｂ及び第３開口部２ｃが設置されている。第２開口部２ｂ及び第３開口部２ｃは筐体２の一部である。第２開口部２ｂ及び第３開口部２ｃは被測定物３０で反射した光２７のみを受光素子２１に進行させるための絞りとして作用する。

波長可変フィルター１５を通過した光２７は受光素子２１を照射する。そして、受光素子２１は照射された光２７の強度を検出して制御部１０に出力する。このように、受光器２５は光２７を受光する。

図４は光源ユニットの構成を示す模式平面図である。図５及び図６は発光素子の相対位置を説明するための模式側断面図である。図４に示すように、第１発光素子３、第２発光素子４及び第３発光素子５の３種類の発光素子６が設置されている。つまり、複数種類の発光素子６が第１基板７に設置されている。第１発光素子３、第２発光素子４及び第３発光素子５が光２７を発光する部位をそれぞれ、第１発光部３ａ、第２発光部４ａ及び第３発光部５ａとする。第１発光部３ａ、第２発光部４ａ及び第３発光部５ａは発光部に相当する。

第１基板７上には３つの第１発光素子３が設置されている。第１発光素子３では光軸２１ａと第１発光部３ａとの間の距離が第１距離３１となっている。第２発光素子４では光軸２１ａと第２発光部４ａとの間の距離が第２距離３２となっている。第３発光素子５では光軸２１ａと第３発光部５ａとの間の距離が第３距離３３となっている。

第１基板７上では第１発光素子３、第２発光素子４、第３発光素子５がこの順で光軸２１ａを中心にして反時計回りで順番に繰り返して配置されている。そして、隣り合う発光素子６と光軸２１ａとが成す角度は４０度になっている。従って、発光素子６は等角度で配列されている。

被測定物３０の表面に凹凸があるとき光２７を照射する方向により反射する光２７の強度やスペクトルが異なる。分光反射測定器１では第１発光素子３、第２発光素子４及び第３発光素子５がそれぞれ３方向から光２７を照射している為、被測定物３０の表面に凹凸があるときにも分光反射測定器１が検出するスペクトルの測定精度を向上させることができる。

発光素子６の発光部の形状には平面、点状、半球状、楕円体状等があり、発光部の形状は多種多様である。そして、各種類毎に発光素子６は光軸２１ａに対して同じ配置にしてある。これにより、第１基板７に同じ種類の発光素子６を複数設置するときにも、各発光素子６が被測定物３０を照射する光２７の分布を類似する分布にすることができる。

図５及び図６に示すように、第１基板７から第１発光部３ａまでの高さを発光部高さとしての第１発光部高さ３ｂとする。第１基板７から第２発光部４ａまでの高さを発光部高さとしての第２発光部高さ４ｂとする。第２発光部高さ４ｂは第１発光部高さ３ｂより高い。このように、第１発光部高さ３ｂと異なる第２発光部高さ４ｂの発光素子６が第１基板７に設置されている。

第２発光部高さ４ｂが高い第２発光素子４は第１発光部高さ３ｂが低い第１発光素子３より光軸２１ａとの距離が近い場所に設置されている。

第１基板７から第３発光部５ａまでの高さを発光部高さとしての第３発光部高さ５ｂとする。第３発光部高さ５ｂは第２発光部高さ４ｂより高い。このように、第１発光部高さ３ｂ及び第２発光部高さ４ｂと異なる第３発光部高さ５ｂの発光素子６が第１基板７に設置されている。

第３発光部高さ５ｂが高い第３発光素子５は第２発光部高さ４ｂが低い第２発光素子４より光軸２１ａとの距離が近い場所に設置されている。第１発光部高さ３ｂ、第２発光部高さ４ｂ及び第３発光部高さ５ｂを発光部高さとする。このとき、発光部高さが異なる複数種類の発光素子６が第１基板７に設置されている。そして、発光部高さが高い発光素子６は発光部高さが低い発光素子６より受光器２５が受光する光２７の光軸２１ａとの距離が近い場所に設置されている。

発光部高さが高い発光素子６は発光部が被測定物３０に近い。発光部高さが高い発光素子６の発光部は光軸２１ａに近い。そして、発光部高さが低い発光素子６の発光部は被測定物３０から離れている。この発光素子６は光軸２１ａから離れている。このように、発光素子６の発光部の高さが異なる発光素子６が混在する場合、各受光器２５の光軸２１ａと発光素子６の発光部との距離とを異ならせることにより、各発光素子６の発光部と被測定物３０とを結ぶ直線と光軸２１ａとがなす角度を同じ角度に近づけることができる。その結果、複数の発光素子６から被測定物３０に照射される光２７の角度の精度がよい光２７を分光反射測定器１が照射することができる。

第１発光素子３の第１発光部３ａから光軸２１ａ上の被測定物３０である観測点３０ａに進む光２７と光軸２１ａとがなす角度を第１角度３４とする。第２発光素子４の第２発光部４ａから光軸２１ａ上の被測定物３０である観測点３０ａに進む光２７と光軸２１ａとがなす角度を第２角度３５とする。第３発光素子５の第３発光部５ａから光軸２１ａ上の被測定物３０である観測点３０ａに進む光２７と光軸２１ａとがなす角度を第３角度３６とする。

第１角度３４、第２角度３５及び第３角度３６は同じ角度になっている。つまり、複数種類の発光素子６の発光部から受光器２５が受光する光２７の光軸２１ａ上の被測定物３０に進む光２７と光軸２１ａとがなす角度が同じになっている。このとき、受光器２５が被測定物３０に照射された光２７を受光するとき、複数種類の発光素子６から照射された光を同じ反射状態で受光することができる。

第１角度３４、第２角度３５及び第３角度３６は４５度になっている。つまり、複数種類の発光素子６の発光部から光軸２１ａ上の被測定物３０に進む光２７と光軸２１ａとがなす角度が４５度になっている。このとき、受光器２５は被測定物３０で反射した光の内で正反射成分を除いた光２７を受光することができる。

図７は波長可変フィルターの構造を示す模式側断面図である。図７に示すように、波長可変フィルター１５は固定基板３７及び可動基板３８を備えている。固定基板３７は四角形の板状になっている。固定基板３７の中央には円柱状に突出する反射膜設置部３７ａが設置されている。この反射膜設置部３７ａを囲んで円環状に凹んだ電極設置溝３７ｂが設置されている。電極設置溝３７ｂの周囲には可動基板３８側に突出する第１接合部３７ｃが設置されている。第１接合部３７ｃは可動基板３８と接合する部位である。

固定基板３７の材質は光２７を透過する材質であり、強度があれば良く特に限定されない。固定基板３７の材質にはケイ酸ガラスが用いられている。

反射膜設置部３７ａには第１反射膜４１が設置されている。電極設置溝３７ｂには第１電極４２が設置されている。第１電極４２は円環状になっている。

可動基板３８には中央を囲む円環状の溝３８ａが設置されている。溝３８ａに囲まれた円柱状の部分を可動部３８ｂとする。可動部３８ｂは固定基板３７の反射膜設置部３７ａと対向して配置されている。溝３８ａの部分では可動基板３８の厚みが薄くなっているので、可動部３８ｂは容易に図中上下方向に移動することが可能になっている。可動基板３８の材質は光２７を透過する材質である。

可動部３８ｂの固定基板３７側の面には第２反射膜４３が設置されている。第１反射膜４１と第２反射膜４３とは対向配置されている。可動基板３８の固定基板３７側の面には第２電極４４が設置されている。第１電極４２と第２電極４４とは対向配置されている。

第１電極４２及び第２電極４４は配線１１により制御部１０と電気的に接続されている。制御部１０は第１電極４２と第２電極４４との間に印加する電圧を制御する。第１電極４２と第２電極４４との間の電圧を変えることにより、第１電極４２と第２電極４４との間に加わる静電力が変わる。そして、制御部１０は第１電極４２と第２電極４４との間に印加する電圧を制御することにより第１反射膜４１と第２反射膜４３との間の距離を制御する。

第１反射膜４１と第２反射膜４３との間の距離を制御することにより、第１反射膜４１及び第２反射膜４３を透過する光２７の波長の半値幅を制御することができる。波長可変フィルター１５の厚みは２ｍｍ以下であり、波長可変フィルター１５を用いることにより分光反射測定器１を小型にすることができる。

図８は分光反射測定器の電気制御ブロック図である。図８において、分光反射測定器１は分光反射測定器１の動作を制御する制御部１０を備えている。そして、制御部１０はプロセッサーとして各種の演算処理を行うＣＰＵ４５（中央演算処理装置）と、各種情報を記憶する記憶部としてのメモリー４６を備えている。受光ユニット２４、フィルターユニット１８、光源ユニット１４、入力装置４７及び表示装置４８は入出力インターフェイス４９及びデータバス５０を介してＣＰＵ４５に接続されている。

センサーユニット２６には受光器２５及び光源ユニット１４が含まれる。受光器２５には受光ユニット２４及びフィルターユニット１８が含まれる。光源ユニット１４はＣＰＵ４５の指示信号を入力する。指示信号は光源ユニット１４が光２７を射出するか否かの情報を含んでいる。そして、光源ユニット１４は指示信号に基づいて光２７の射出と射出停止との切り替えを行う。

フィルターユニット１８もＣＰＵ４５の指示信号を入力する。指示信号はフィルターユニット１８が通過させる光２７の波長の情報を含んでいる。そして、フィルターユニット１８は指示信号に基づいて通過させる波長の光２７を限定する。

受光ユニット２４もＣＰＵ４５の指示信号を入力する。指示信号は受光ユニット２４が検出した光２７の強度を示すデータを出力するか否かの情報を含んでいる。そして、受光ユニット２４は指示信号に基づいて検出した光２７の強度をデジタルデータに変換してＣＰＵ４５へ出力する。

入力装置４７はキーボードやマウス等の装置である。入力装置４７は操作者が分光反射測定器１に測定開始と測定終了、測定条件等の各種の指示をするための装置である。表示装置４８は測定結果や測定に係わる情報を表示する装置である。表示装置４８には液晶表示装置、有機エレクトロルミネッセンスディスプレイ、プラズマディスプレイ、表面電界ディスプレイを用いることができる。

メモリー４６は、ＲＡＭ、ＲＯＭ等といった半導体メモリーや、ハードディスクといった外部記憶装置を含む概念である。メモリー４６は分光反射測定器１の動作の制御手順や距離測定の演算手順が記述されたプログラム５１を記憶する。他にも、メモリー４６は第１発光素子３、第２発光素子４及び第３発光素子５が発光する光２７の強度等の測定条件データ５２を記憶する。測定条件データ５２にはフィルターユニット１８に出力する電圧とフィルターユニット１８が透過させる光２７の波長との関係を示すデータが含まれている。

他にも、メモリー４６はフィルターユニット１８が通過させる光２７の波長に係わるデータであるフィルター関連データ５３を記憶する。他にも、メモリー４６は受光ユニット２４が検出した光２７の強度のデータである受光量データ５４を記憶する。他にも、メモリー４６はフィルターユニット１８を通過した光２７の波長と受光量との関係を示すスペクトルデータ５５を記憶する。他にも、ＣＰＵ４５が動作するためのワークエリアやテンポラリーファイル等として機能する記憶領域やその他各種の記憶領域を備える。

ＣＰＵ４５は、メモリー４６内に記憶されたプログラム５１に従って、センサーユニット２６を駆動させる。そして、ＣＰＵ４５は被測定物３０で反射した光２７のスペクトルを演算して表示装置４８に表示させる。制御部１０は入力装置４７、表示装置４８及びＣＰＵ４５を搭載したコンピューターとして機能する。プログラム５１が動作するＣＰＵ４５は具体的な機能実現部として光源制御部５６を有する。光源制御部５６は測定条件データ５２を用いて第１発光素子３、第２発光素子４及び第３発光素子５が発光する光２７の強度を制御する。

他にも、ＣＰＵ４５はフィルター制御部５７を有する。フィルター制御部５７はフィルターユニット１８を通過する光２７の波長を制御する。フィルター制御部５７は測定する波長の範囲内でフィルターユニット１８を通過する光２７の波長を順次変更する。

他にも、ＣＰＵ４５は受光制御部５８を有する。受光制御部５８は受光ユニット２４が光２７の強度を検出するタイミングを制御する。受光制御部５８はフィルターユニット１８が通過させる光２７の波長の変更が終了した後で受光ユニット２４に光２７の強度を検出させる指示信号を出力する。フィルターユニット１８の動作が完了した後で光２７の強度を検出するので、受光ユニット２４は品質良く光２７の強度を検出することができる。

他にも、ＣＰＵ４５はスペクトル演算部５９を有する。スペクトル演算部５９はフィルターユニット１８が通過させた光２７の波長のデータと受光ユニット２４が検出した光２７の強度のデータとを組み合わせる。そして、スペクトル演算部５９は光２７の波長に対する強度の関係を示すスペクトルデータ５５を演算する。

他にも、ＣＰＵ４５は表示制御部６０を有する。表示制御部６０はフィルターユニット１８が通過させる光２７の波長と受光ユニット２４が検出した光２７の強度とを表形式で表示装置４８に表示する制御を行う。他にも、表示制御部６０はスペクトル演算部５９が演算したスペクトルデータ５５を表示する制御を行う。

次に、分光反射測定器１の動作を説明する。分光反射測定器１は波長の範囲が４００ｎｍから７００ｎｍのスペクトルを測定することとする。まず、光源制御部５６が光源ユニット１４を駆動させて第１発光素子３、第２発光素子４及び第３発光素子５から被測定物３０に光２７を射出する。予め、被測定物３０に照射される光２７のスペクトルが自然光に近くなるように、第１発光素子３、第２発光素子４及び第３発光素子５が射出する光２７の強度のデータを測定条件データ５２の一部として設定しておく。光源制御部５６は測定条件データ５２を用いて光源ユニット１４を駆動させる。これにより、光源ユニット１４から被測定物３０に自然光に近い光２７を照射することができる。

次に、フィルター制御部５７がフィルターユニット１８に４００ｎｍの光２７を通過させる指示信号を出力する。フィルターユニット１８は指示信号を入力して、通過させる光２７の波長を４００ｎｍに調整する。続いて、受光制御部５８は受光ユニット２４に光２７の強度を検出する指示信号を出力する。受光ユニット２４は指示信号を入力して、受光ユニット２４を照射する光２７の強度を検出する。そして、光２７の光強度を示す受光量データ５４のデータをＣＰＵ４５に送付する。受光制御部５８は光強度を示す受光量データ５４と光２７の波長が４００ｎｍであることを示すデータをメモリー４６に記憶する。

次に、フィルター制御部５７がフィルターユニット１８に４０５ｎｍの光２７を通過させる指示信号を出力する。フィルターユニット１８は指示信号を入力して、通過させる光２７の波長を４０５ｎｍに調整する。続いて、受光ユニット２４が受光ユニット２４を照射する光２７の強度を検出して受光量データ５４のデータをＣＰＵ４５に送付する。受光制御部５８は光強度を示す受光量データ５４と光２７の波長が４０５ｎｍであることを示すデータをメモリー４６に記憶する。

次に、フィルター制御部５７がフィルターユニット１８に光２７を通過させる波長をさらに５ｎｍ長くする指示信号を出力する。そして、受光ユニット２４が光２７の強度を検出して、光強度を示す受光量データ５４を受光制御部５８はメモリー４６に記憶する。

以上のように、光２７を通過させる波長が７００ｎｍになるまで波長を５ｎｍずつ増加するステップと、受光ユニット２４が光２７の強度を検出するステップと、受光量データ５４と光２７の波長データをメモリー４６に記憶するステップを繰り返す。

次に、スペクトル演算部５９がスペクトルデータ５５を演算する。受光ユニット２４が２７の強度を検出するときの波長を横軸にして縦軸には受光ユニット２４が検出した光２７の強度をスペクトル演算部５９がプロットする。スペクトル演算部５９は光２７の波長が４００ｎｍ～７００ｎｍに対する光２７の強度をプロットして演算を終了する。続いて、表示制御部６０がスペクトルデータ５５を表示装置４８に表示して測定を終了する。

上述したように、本実施形態によれば、以下の効果を有する。
（１）本実施形態によれば、分光反射測定器１は第１基板７を備えている。そして、第１基板７には３種類の発光素子６が設置されている。３種類の発光素子６における第１基板７から各発光部までの高さである第１発光部高さ３ｂ、第２発光部高さ４ｂ及び第３発光部高さ５ｂが異なっている。さらに、分光反射測定器１は受光器２５を備えている。発光素子６が射出した光２７を被測定物３０に照射し、被測定物３０が反射した光２７を受光器２５が受光する。

受光器２５には受光する光２７の光軸２１ａが設定されている。そして、光軸２１ａに沿って入射される光２７を受光器２５が受光する。発光部高さが高い発光素子６は発光部高さが低い発光素子６より受光する光２７の光軸２１ａとの距離が近い場所に設置されている。

発光部高さが高い発光素子６は被測定物３０に近い。そして、発光部高さが高い発光素子６の発光部は受光器２５の光軸２１ａに近い。また、発光部高さが低い発光素子６は被測定物３０から離れている。そして、発光部高さが低い発光素子６の発光部は受光器２５の光軸２１ａから離れている。このように、発光素子６の発光部の高さが異なる発光素子６が混在する場合、各受光器２５の光軸２１ａと発光素子６の発光部との距離とを異ならせることにより、３種類の発光素子６の発光部と被測定物３０の観測点３０ａとを結ぶ直線と受光器２５の光軸２１ａとがなす角度を同じ角度に近づけることができる。その結果、複数の発光素子６から被測定物３０に照射される光２７の角度の精度がよい光２７を分光反射測定器１が照射することができる。

（２）本実施形態によれば、３種類の発光素子６から射出される光２７が光軸２１ａ上の被測定物３０である観測点３０ａに進む光２７と受光器２５が受光する光２７の光軸２１ａとがなす角度が同じである。このとき、受光器２５が被測定物３０に照射された光２７を受光するとき、３種類の発光素子６から照射された光２７を同じ反射状態で受光することができる。

（３）本実施形態によれば、３種類の発光素子６から射出される光２７が光軸２１ａ上の被測定物３０である観測点３０ａに進む光２７と受光器２５が受光する光２７の光軸２１ａとがなす角度が４５度である。このとき、受光器２５は被測定物３０で反射した光２７の内で正反射成分を除いた光２７を受光することができる。

（４）本実施形態によれば、分光反射測定器１は発光素子６が光２７を射出する側に光透過性のある保護部２８を備えている。被測定物３０の付近には塵や水分粒子が浮遊する場合がある。このとき、保護部２８は発光素子６や受光器２５に塵や水分粒子が付着することを抑制することができる。

（５）本実施形態によれば、保護部２８は通過させる光２７の波長を限定するフィルターである。このとき、保護部２８は受光器２５が受光したい波長以外の光２７が受光器２５に進行することを抑制することができる。

（６）本実施形態によれば、保護部２８は着脱可能に設置されている。従って、保護部２８に塵や水分粒子が付着するときにも、保護部２８を分光反射測定器１から外して塵や水分粒子を拭き取ることができる。そして、清浄化された保護部２８を分光反射測定器１に再設置することができる。

（７）本実施形態によれば、分光反射測定器１は発光する波長分布の異なる３種類の発光素子６をそなえている。１種類の発光素子６が射出する光２７の波長分布は波長の範囲が限定されていることが多い。このときにも、波長分布の異なる３種類の発光素子６から光２７を照射することにより自然光に近い波長分布の光２７を被測定物３０に照射できる。

（８）本実施形態によれば、受光器２５は波長可変ファブリ・ペロー・エタロンを備えている。波長可変ファブリ・ペロー・エタロンは小型な波長可変フィルターである。従って、受光器２５が特定の波長の光を受光するときにも、受光器２５を小型にすることができる。

（第２の実施形態）
次に、分光反射測定器の一実施形態について図９の分光反射測定器の構造を示す模式側断面図を用いて説明する。本実施形態が第１の実施形態と異なるところは、発光素子６と観測点３０ａとの間にレンズを備えた点にある。尚、第１の実施形態と同じ点については説明を省略する。

すなわち、本実施形態では、図９に示すように、分光反射測定器６３は筐体６４に光源ユニット１４が設置されている。そして、光源ユニット１４と保護部２８との間には発光素子６と対向する場所にレンズ６５が設置されている。レンズ６５は凸レンズである。発光素子６から射出された光２７はレンズ６５を通過して被測定物３０の表面に到達する。そして、レンズ６５は通過する光２７を被測定物３０の表面に集光させる。従って、レンズ６５は発光素子６が照射する光２７を効率良く被測定物３０に集光して照射することができる。

第１基板７上には第１発光素子３、第２発光素子４及び第３発光素子５の発光素子６が設置されている。そして、各発光素子６が射出した光２７はいずれもレンズ６５を通過して被測定物３０の表面に到達する。レンズ６５から観測点３０ａに向かう光２７が光軸２１ａとなす角度を照射角度６６とする。第１発光素子３、第２発光素子４及び第３発光素子５から射出された光２７の照射角度６６は総て同じ角度であり４５度になっている。

尚、レンズ６５は発光素子６と観測点３０ａとの間が凸レンズになっていれば良い。従って、光軸２１ａが通る場所は穴があいていても良く、平板となっていても良い。

上述したように、本実施形態によれば、以下の効果を有する。
（１）本実施形態によれば、分光反射測定器６３は発光素子６と対向する場所にレンズ６５を備えている。レンズ６５は発光素子６が照射する光２７を効率良く被測定物３０に集光して照射することができる。

（第３の実施形態）
次に、分光反射測定器の一実施形態について図１０～図１１を用いて説明する。図１０は分光反射測定器の構造を示す模式側断面図である。図１１は分光反射測定器の構造を示す模式平面図であり、保護部２８及び支持部２９を省略した図である。本実施形態が第１の実施形態と異なるところは、発光素子６と観測点３０ａとの間に開口部を備えた点にある。尚、第１の実施形態と同じ点については説明を省略する。

すなわち、本実施形態では、図１０に示すように、分光反射測定器６９は筐体７０に光源ユニット１４が設置されている。そして、光源ユニット１４と保護部２８との間には発光素子６と光軸２１ａ上の被測定物３０との間に開口部７１が設置されている。発光素子６から射出された光２７は開口部７１を通過して被測定物３０の表面に到達する。このとき、開口部７１を通過する光２７のみが被測定物３０を照射する。従って、発光素子６の発光部から被測定物３０に進む光２７の角度をさらに、限定することができる。

開口部７１は筐体７０における被測定物３０側の面に設置されている。筐体７０における被測定物３０側の面には光軸２１ａが通る中央開口部７２も設置されている。発光素子６から射出された光２７は開口部７１を通過して被測定物３０の観測点３０ａを照射する。そして、観測点３０ａで反射した光２７は中央開口部７２を通過して受光素子２１を照射する。

図１１に示すように、開口部７１は略円形であり、発光素子６と同数の９個設置されている。そして、各発光素子６と光軸２１ａとの間に開口部７１が設置されている。

上述したように、本実施形態によれば、以下の効果を有する。
（１）本実施形態によれば、分光反射測定器６９は発光素子６と光軸２１ａ上の被測定物３０との間に開口部７１を備えている。このとき、開口部７１を通過する光２７のみが被測定物３０を照射する。従って、各発光素子６の発光部から被測定物３０に進む光２７の角度をさらに、限定することができる。

尚、本実施形態は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想内で当分野において通常の知識を有する者により種々の変更や改良を加えることも可能である。変形例を以下に述べる。

（変形例１）
前記第１の実施形態では、第１角度３４、第２角度３５及び第３角度３６が４５度であった。被測定物３０の表面に凹凸が少ないときには、第１角度３４、第２角度３５及び第３角度３６は４５度に限らず、３０度以上６０度以下でも良い。このときにも、受光素子２１は正反射した光２７を受光しないようにすることができる。

（変形例２）
前記第１の実施形態では、保護部２８は通過させる光２７の波長を限定するフィルターであった。測定範囲外の波長の光２７が保護部２８を通過しても測定に影響がでないときには保護部２８は透明な部材にしても良い。そして、保護部２８が通過させる光２７の波長を限定しないようにしても良い。保護部２８を生産性良く製造することができる。

（変形例３）
前記第１の実施形態では、保護部２８及び支持部２９が筐体２から着脱可能に設置されていた。筐体２が図示しない支持部材から容易に着脱できるときには、保護部２８及び支持部２９が筐体２に固定された構造にしても良い。つまり、保護部２８を筐体２から外さずに容易に保護部２８から塵や水分粒子を拭き取ることができるときには保護部２８及び支持部２９が筐体２に固定された構造にしても良い。保護部２８及び支持部２９を筐体２からはずしたときに筐体２の内部に塵が入ることを抑制することができる。

（変形例４）
前記第１の実施形態では、光源ユニット１４に発光するスペクトルの異なる３種類の発光素子６が設置された。発光素子６の種類は３種類に限定されない。１～２種類でも良く、４種類以上を設置しても良い。発光素子６が発光するスペクトルの特性に合わせて調整しても良い。

（変形例５）
前記第１の実施形態では、光源ユニット１４には各種類とも３個の発光素子６が設置された。発光素子６の個数は３個に限定されない。各種類とも２個でも良く、４個以上を設置しても良い。発光素子６が発光する指向性の特性に合わせて調整しても良い。

（変形例６）
前記第１の実施形態では、第１基板７に発光素子６が面実装された。第１基板７に対して発光素子６を斜めに設置しても良い。発光素子６が光２７を射出する方向を観測点３０ａに向くように発光素子６を第１基板７に設置しても良い。効率良く観測点３０ａを照射することができる。

（変形例７）
前記第１の実施形態では、受光素子２１にシリコンフォトダイオードやフォトＩＣが用いられた。受光素子２１にエリアセンサーを用いても良い。そして、所定の範囲の色の分布を分析する分光カメラとしても良い。

（変形例８）
前記第３の実施形態では、開口部７１は略円形であり、発光素子６と同数の９個設置されていた。図１２は分光反射測定器の構造を示す模式平面図である。図１２の分光反射測定器７５に示すように、開口部７１の代わりに円弧状の開口部７６を筐体７７に設置しても良い。光源ユニット１４と保護部２８との間において開口部７６は発光素子６と光軸２１ａ上の被測定物３０との間に設置される。発光素子６から射出された光２７は開口部７６を通過して被測定物３０の表面に到達する。このとき、開口部７６を通過する光２７のみが被測定物３０を照射する。従って、発光素子６の発光部から被測定物３０に進む光の角度をさらに、限定することができる。また、開口部７６の個数を減らせるので、筐体７７を成形する金型を製造し易くすることができる。

（変形例９）
前記実施形態に記載の分光反射測定器１、分光反射測定器６３、分光反射測定器６９及び分光反射測定器７５をプリンターに設置しても良い。プリンターが印刷した色を分光反射測定器１、分光反射測定器６３、分光反射測定器６９または分光反射測定器７５が解析することができる。そして、プリンターヘッドを移動させるキャリッジに分光反射測定器１、分光反射測定器６３、分光反射測定器６９及び分光反射測定器７５を設置しても良い。プリンターが印刷した直後に印刷した色を解析することができる。

１，６３，６９，７５…分光反射測定器、３ａ…発光部としての第１発光部、３ｂ…発光部高さとしての第１発光部高さ、４ａ…発光部としての第２発光部、４ｂ…発光部高さとしての第２発光部高さ、５ａ…発光部としての第３発光部、５ｂ…発光部高さとしての第３発光部高さ、６…発光素子、７…基板としての第１基板、２１ａ…光軸、２５…受光器、２７…光、２８…保護部、３０…被測定物、６５…レンズ、７１，７６…開口部。

Claims (9)

1. 基板と、
   前記基板に設置され前記基板から発光部までの高さである発光部高さが異なる複数種類
   の発光素子と、
   光を受光する受光器と、を備え、
   前記発光部高さが高い前記発光素子は発光部高さが低い前記発光素子より前記受光器が
   受光する光の光軸との距離が近い場所に設置されていて、
   複数種類の前記発光素子の前記発光部から前記受光器が受光する光の光軸上の被測定物
   に進む光と前記光軸とがなす角度が同じである、
   ことを特徴とする分光反射測定器。
2. 請求項１に記載の分光反射測定器であって、
   複数種類の前記発光素子の前記発光部から前記光軸上の前記被測定物に進む光と前記光
   軸とがなす角度が４５度であることを特徴とする分光反射測定器。
3. 請求項１～２のいずれか一項に記載の分光反射測定器であって、
   前記発光素子と対向する場所にレンズを備えることを特徴とする分光反射測定器。
4. 請求項１に記載の分光反射測定器であって、
   前記発光素子と前記光軸上の前記被測定物との間に開口部を備えることを特徴とする分
   光反射測定器。
5. 請求項１～４のいずれか一項に記載の分光反射測定器であって、
   前記発光素子が光を射出する側に光透過性のある保護部を備えることを特徴とする分光
   反射測定器。
6. 請求項５に記載の分光反射測定器であって、
   前記保護部は通過させる光の波長を限定するフィルターであることを特徴とする分光反
   射測定器。
7. 請求項５または６に記載の分光反射測定器であって、
   前記保護部は着脱可能に設置されていることを特徴とする分光反射測定器。
8. 請求項１～７のいずれか一項に記載の分光反射測定器であって、
   複数種類の前記発光素子は発光する波長分布の異なる３種類以上の前記発光素子で構成
   されていることを特徴とする分光反射測定器。
9. 請求項１～８のいずれか一項に記載の分光反射測定器であって、
   前記受光器は波長可変ファブリ・ペロー・エタロンを備えることを特徴とする分光反射
   測定器。

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