JPH05322655A

JPH05322655A - 自動変角３次元分光光度計

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Publication number: JPH05322655A
Application number: JP12360392A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiko Suzuki; 和彦鈴木; Goro Baba; 護郎馬場; Atsushi Takagi; 淳高木; Hitoshi Takaoka; 仁高岡
Original assignee: MURAKAMI SHIKISAI GIJUTSU KENKYUSHO KK; Toyota Motor Corp; Toyota Central R&D Labs Inc
Current assignee: MURAKAMI SHIKISAI GIJUTSU KENKYUSHO KK; Toyota Motor Corp; Toyota Central R&D Labs Inc
Priority date: 1992-05-15
Filing date: 1992-05-15
Publication date: 1993-12-07
Anticipated expiration: 2015-10-03
Also published as: JP3095525B2

Abstract

(57)【要約】【目的】シーン光沢による影響に拘わらず迅速かつ自
動的に測定対象の物体を３次元的に分光測色する。【構成】光源１４から射出された光が試料Ｆ及び参照
白色板Ｗに照射される。この各反射光を分光器６０が光
の波長毎に光量を計測する。参照白色板Ｗは試料Ｆと所
定角度を成している。この試料回転部３０を軸３７に回
転、試料Ｆを法線を軸に回転、光源部１２を軸３７に回
転、あおりプレート３４を軸３１にあおることによっ
て、３次元分光光度計１０の入射角、受光角、方位角、
試料回転角を所定の角度条件に変更する。この角度条件
のときの分光反射率を計測する。試料Ｆの分光反射率
は、白色塗板Ｗの計測値によって求めた基準の照度特性
及び受光特性で計測した分光立体角反射率に換算するた
めの補正値で補正される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、自動変角３次元分光光
度計にかかり、特に、織物等の複雑な反射特性の物体を
自動的に３次元分光測色する自動変角３次元分光光度計
に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、塗料等の品質管理等のために
光や塗料等の色を測定することが行われているが、受光
方向によって計測される光量や色の度合いが異なる複雑
な形状の試料、例えば繊維やメタリック塗装等の面を適
正に測色すること、すなわち、物体の分光立体角反射率
の３次元計測を行う装置はなかった。

【０００３】ところで、このような物体を測色すること
ができる装置として、物体の色を測定する測色装置や色
度計等の光度計がある。この光度計には、２次元自動変
角分光光度計や３次元自動変角光度計のように、単に試
料の測定位置における一義的な測色を行うのではなく試
料への入射角及び試料で反射された光を受光する受光素
子への受光角等を変角することにより立体的な反射率を
求め測色する光度計がある。

【０００４】この２次元自動変角分光光度計は、図１６
（１）に示すように、試料Ｆ表面の法線との成す角度
で、光源の入射角θ及び受光素子の受光角Ψを、ＣＰＵ
（中央演算処理装置）を有するパーソナルコンピュータ
により変角制御し、分光立体角反射率を計測するもので
ある。

【０００５】しかしながら、このような２次元自動変角
分光光度計の変角制御は、検出部を固定し（図示せ
ず）、光源部２００と試料台２０４を回転して入射角θ
及び受光角φを変角させることによる計測のため、３次
元的に分光立体角反射率を求めることはできない。

【０００６】これに対して、３次元自動変角光度計は、
図１６（２）に示すように、手動で試料Ｆを回転させる
３次元の変角機構を有し、光源部を固定し（図示せ
ず）、試料Ｆを回転、検出部２０２と試料台２０４を回
転させることによって変角させて３次元的に光度を計測
するものである。

【０００７】しかしながら、この３次元自動変角光度計
は試料Ｆの反射強度を求めるのみのため、分光反射率の
計測による分光測色ができない。この分光測色のために
は分光器等を配設すればよいが、３次元自動変角光度計
は可動部が光量を計測するための検出部２０２にあるた
めに、この可動部に分光器等の大型の光学機器を配設す
ることは困難であった。

【０００８】従って、試料Ｆの３次元分光立体角反射率
を求めるためには、２次元自動変角分光光度計による計
測データと、３次元自動変角光度計による計測データと
に基づいて推定することによって求めていた。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記２
次元自動変角分光光度計による計測データと、３次元自
動変角光度計による計測データとから分光立体角反射率
の３次元計測データを求めることは多大な時間や人手を
必要とすると共に得られたデータは推定によるため誤差
が避けられない、という問題があった。

【００１０】また、分光立体角反射率Ｒ（λ）は、物体
から反射する波長λの分光放射束と完全拡散反射面から
反射する波長λの分光放射束との比（JIS-Z8105,Z8722
）によって求めるものである。この分光立体角反射率
を、より短時間で求めるために、硫酸バリウムが塗布さ
れたガラス板等の参照白色板Ｓを用いて参照白色板Ｓの
反射光と試料Ｆの反射光との計測値に基づいて分光立体
角反射率を求めるダブルビーム方式がある。このダブル
ビーム方式では、同一光源から射出される光を参照白色
板Ｓと試料Ｆとの各々に同一条件、すなわち入射角度及
び受光角度で照射し、以下の式（１）に基づいて試料Ｆ
の分光立体角反射率を求めることができる。

【００１１】Ｒ（λ）＝Ｒ_W（λ）・ｒ（λ）／ｒ_W（λ） −−−（１）但し、Ｒ（λ）：試料Ｆの分光立体角反射率Ｒ_W（λ）：標準白色板Ｃの分光立体角反射率ｒ（λ）：試料Ｆの参照白色板Ｓに対する相対分光立
体角反射率ｒ_W（λ）：標準白色板Ｃの参照白色板Ｓに対する相対
分光立体角反射率。

【００１２】しかしながら、参照白色板Ｓを用いた場合
に入射角の小さい領域では均等拡散であった表面が入射
角が大きくなると正反射（入射角θ及び受光角φが略同
一の角度）方向に強い反射光のピークが現れる現象（シ
ーン光沢）が知られている。このシーン光沢の領域では
均等拡散の均等性が崩れ、このシーン光沢の領域におけ
る分光立体角反射率を正確に求める方法は確立されてい
なかった。

【００１３】本発明は、上記問題を解決すべく成された
もので、シーン光沢による影響に拘わらず迅速かつ自動
的に測定対象の物体を３次元分光測色することができる
自動変角３次元分光光度計を得ることが目的である。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、試料と基準板とが所定角度を成すように配
設される載置手段と、前記試料および基準板へ同一光源
からの光を照射する照射手段と、前記試料および基準板
からの各光量を、所定波長または所定波長帯毎に計測す
る計測手段と、前記試料へ照射される光の入射角度、前
記計測手段が受光する試料からの光の受光角度、前記試
料の法線を軸として回転される前記試料の回転角度、前
記試料の法線と前記試料への入射光軸とを含む入射平面
に対して前記試料の法線と前記計測手段への検出光軸と
を含む検出平面が成す方位角度、の各角度を変更する角
度変更手段と、拡散反射面を有する板を前記試料配設位
置に配設し、正反射領域以外のときには該板の基準角度
条件における基準計測値と、前記基準角度条件と異なる
所定角度条件における該板の計測値と、に基づいて補正
値を求め、かつ、正反射領域のときには前記所定角度条
件における該板の該正反射領域近傍の計測値または該正
反射領域近傍の補正値に基づいて補間によって正反射領
域の補正値を求める補正値演算手段と、前記計測手段に
よって計測された前記試料、前記基準板の計測値、およ
び前記補正値演算手段によって求めた補正値に基づいて
試料の分光立体角反射率を求める反射率演算手段と、を
備えたことを特徴としている。

【００１５】

【作用】本発明の自動変角３次元分光光度計は、載置手
段に所定角度を成すように配設される試料と基準板と
へ、各々同一光源からの光を照射手段によって照射し
て、試料および基準板からの各光量を光の波長または所
定波長帯毎に計測手段によって計測し、各々の計測値に
基づいて試料の分光立体角反射率を求めている。この基
準板は、標準白色板、や参照白色板を用いることができ
る。

【００１６】角度制御手段は、試料へ照射される光の入
射角度、計測手段が受光する試料からの光の受光角度、
試料の法線を軸として回転される試料の回転角度、試料
の法線と試料への入射光軸とを含む入射平面に対して試
料の法線と計測手段への検出光軸とを含む検出平面が成
す方位角度、の各角度を変更する。このように各々の角
度を変更することによって、照射手段、計測手段及び試
料等は３次元的に位置、すなわち上記の各角度を変更で
き、この計測値によって３次元分光立体角反射率を求め
ることが可能となる。

【００１７】ここで、分光立体角反射率を求めるため
に、例えば、入射角を固定し、受光角を変化させて分光
立体角反射率を求めるとき、計測手段の受光領域に対応
する試料の領域（受光視野）の全てにわたり充分に光が
照射されている場合には輝度が測定され、反射光の角度
分布は方向性がなく一定の値となるが、受光角が大きく
なり受光視野が広がる場合にはこの受光視野内に光が照
射されることになり、部分反射光束が測定されることに
なる。また、３次元的に試料に対する諸々の角度の関係
を変化させたときは、試料と基準板、例えば参照白色板
とにおける照度が異なる場合がある。従って、３次元的
に分光立体角反射率を求めると、角度条件によっては求
めた分光立体角反射率が適正でない場合がある。更に、
試料や基準板等の反射板に対する入射角が大きくなる
と、正反射方向に、例えば入射平面と検出平面とが同一
で入射角と受光角が略同一の方向のとき、シーン光沢が
生じ、求めた分光立体角反射率が適正でない場合もあ
る。

【００１８】そこで、補正値演算手段は、拡散反射面を
有する板を試料の配設位置に配設し、正反射領域以外の
とき該板の基準角度条件における基準計測値と、前記基
準角度条件と異なる所定角度条件における該板の計測値
と、に基づいて、例えば、比によって補正値を求めてい
る。この拡散反射面を有する板としては、白色塗板を用
いることができる。また、補正値演算手段は、正反射領
域のときには該正反射領域近傍の計測値または該正反射
領域近傍の補正値に基づいて補間によって正反射領域の
補正値を求めている。反射率演算手段は、所定角度条件
における試料の計測値と該角度条件における補正値演算
手段によって求めた補正値とに基づいて分光立体角反射
率を求めている。

【００１９】従って、例えば、補正値を試料の計測値に
乗算すれば、基準の照度特性及び受光角度特性、すなわ
ち、基準板、例えば標準白色板の校正時の条件で計測し
た分光立体角反射率に換算することができる。これによ
って、３次元的に試料に対する諸々の角度の関係を変化
させたときであっても、適正に分光立体角反射率を求め
ることができ、また、シーン光沢が生じて適正に計測す
ることができない角度領域であっても、最適に補正され
た分光立体角反射率を求めることができる。

【００２０】

【実施例】以下、図面を参照して、本発明の実施例を詳
細に説明する。

【００２１】図１に示したように、本実施例の３次元分
光光度計１０は、光源部１２を備えており、この光源部
１２はランプハウス１３（図２参照）内にランプ１４を
備えている。このランプ１４は、電源が投入されること
により点灯する。ランプ１４の上下には、入射された光
を平行光束にするレンズ２２、２４が配設されており、
レンズ２２、２４から射出される光の光軸Ｌ３、Ｌ４が
鉛直軸を含む同一平面上で平行になるように、ランプ１
４から射出される光がミラー１６、１８によってレンズ
２２、２４へ案内される。レンズ２２の射出側にはフィ
ルタホルダ２３が配設され、例えばレンズ２２、２４の
各々から射出される光の光量や波長分布が一致するよう
にフィルターが挿入可能となっている。

【００２２】また、ランプハウス１３は長尺状のランプ
ベース２８の一端に固定され（図２参照）、ランプベー
ス２８の他端は鉛直軸３７に軸着されている。

【００２３】光源部１２の射出側には試料回転部３０が
配設される。試料回転部３０は鉛直軸３７を中心軸とし
て回転可能な試料台ベース３６（図２参照）を備えてお
り、試料台ベース３６の上面にはコ字状の固定部材３２
が上方に開口部が向くように固定されている。固定部材
３２のコ字状内部の上面には試料Ｆと反射率を比較する
ための参照白色板Ｓが所定角度で傾斜して取付られてい
る。このように、参照白色板を傾斜させることによっ
て、正反射方向のシーン光沢を回避することができる。
なお、この角度は、小さ過ぎる（数度）とシーン光沢の
影響を十分回避できない、あるいは、大き過ぎる（数１
０度）と参照白色板の照度が低下して測定誤差が生ずる
等の場合があるため、参照白色板を含めた光学系に応じ
て適切な角度範囲（例えば、５〜３０°）とする必要が
ある。さらには、シーン光沢を回避できる最小の角度と
するのが望ましい。

【００２４】固定部材３２の中腹部には軸３１を有した
あおりプレート３４が、鉛直軸３７と直交する軸を中心
軸として回動（図２矢印Ｄ方向）可能にされている。こ
のあおりプレート３４の中心付近は測定領域５０とさ
れ、モータ３８の回動によってあおりプレート３４に取
付られた試料Ｆがあおられる。また軸３１にはモータ３
８の回転軸が固定されている。このモータ３８は、ステ
ッピングモータで構成されかつ制御装置９０（図３参
照）に接続され、所定のパルス信号が入力されると所定
角度だけ回転するようになっている。なお、測定領域５
０には、標準白色板Ｃ及び白色塗板Ｗが配設可能とされ
る。また、あおりプレート３４にはモータ４０が取り付
けられている。このモータ４０は、ステッピングモータ
で構成されかつ制御装置９０（図３参照）に接続され、
所定のパルス信号が入力されると所定角度だけ回転する
ようになっている。従って、モータ４０が回転するとあ
おりプレート３４に取付られた試料Ｆ等が同一面上、す
なわち試料Ｆの法線を軸として回転（図２矢印Ｃ方向）
する。

【００２５】上記試料台ベース３６は、図示は省略した
が、いわゆる回転ステージの一方に固定され、この回転
ステージの他方は３次元分光光度計１０の図示しない装
置本体に固定される。同様に、上記ランプベース２８も
本体に固定された回転ステージの移動側に固定される。
なお、各々の回転中心軸は鉛直軸３７と同一となるよう
に形成される。

【００２６】試料台ベース３６の下方には、試料台ベー
ス３６を回転、すなわち試料回転部３０を鉛直軸３７を
軸として回転（図２矢印Ｂ方向）するためのモータ４
２、及びランプベース２８を鉛直軸３７を軸として回
転、すなわち光源部１２を回転（図２矢印Ａ方向）する
ためのモータ４４が配設されている。また、これらのモ
ータ４２、４４によって回転される試料台ベース３６及
びランプベース２８の角度は、エンコーダ４６、４８に
よって検出され、エンコーダ４６、４８は回転角度に応
じた電気信号を出力する。このエンコーダ４６、４８
は、制御装置９０（図３参照）に接続されている。

【００２７】試料回転部３０の反射側には、試料回転部
３０の測定領域５０及び参照白色板Ｓに対応してミラー
７２、７４が配設されている。このミラー７２及びミラ
ー７４へ至る光路Ｌ５、Ｌ６は略平行とされる。ミラー
７２は、光路Ｌ５を経た光がセクター部７０へ至るよう
に案内する。同様に、ミラー７４は、光路Ｌ６を経た光
がセクター部７０へ至るように案内する。

【００２８】ミラー７２、７４の射出側には、分光器６
０へ照射する光を選択するセクター部７０が配設されて
いる。すなわちセクター部７０は、制御装置９０に接続
された図示しない駆動手段により回動され（図３参
照）、試料回転部３０に配設された測定物（例えば、試
料Ｆ）と参照白色板Ｓとの拡散反射光を交互に分光器６
０へ照射する。

【００２９】分光器６０は、複数の光電変換素子を有し
たフォトダイオードアレイ６２を備えており、フォトダ
イオードアレイ６２には分光器６０に入射された光がレ
ンズ及び凹面回折格子を介して照射される。従って、分
光器６０に案内された光は、回折格子で波長または波長
帯毎に分散されフォトダイオードアレイ６２の各波長ま
たは波長帯に対応した素子によって光電変換される。こ
のフォトダイオードアレイ６２は、制御装置９０（図３
参照）に接続されている。

【００３０】なお、上記光路Ｌ５上には減光板部７６に
配設されたＮＤフィルタ等の減光素子が挿入可能とさ
れ、モータ８０の回動によって減光率を変更できるよう
になっている。同様に、光路Ｌ６上にも減光板部７８に
配設されたＮＤフィルタ等の減光素子が挿入可能とさ
れ、モータ８２の回動によって減光率を変更できるよう
になっている。また、光路Ｌ５上にはフィルタホルダ８
４が配設され、フィルタ等が常設できるようになってい
る。

【００３１】図３に示すように、制御装置９０は、ＣＰ
Ｕ９２、ＲＯＭ９３、ＲＡＭ９４、入力ポート９６、出
力ポート９７がバス９５によって接続されかつ相互にデ
ータやコマンドが送受が可能なマイクロコンピュータを
含んで構成されている。

【００３２】入力ポート９６には、所定の増幅率のＡＭ
Ｐ６４に接続されたアナログ信号をデジタル信号に変換
するためのＡＤ変換器６６が接続されている。また、入
力ポート９６にはエンコーダ４６、４８の検出信号（角
度）をデジタル信号に変換するための検出回路４７、４
９が接続されている。

【００３３】出力ポート９７には、駆動手段２１、セク
ター部７０、モータ８０、モータ８２が接続され、かつ
ドライバ３９、４１、４３、４５を介してモータ３８、
４０、４２、４４に接続されている。

【００３４】なお、制御装置９０には、図示は省略した
が、計測結果、計測手順及び状況等を操作者に知らせる
表示装置が接続されている。また、計測結果等が出力さ
れる出力装置も接続されている。

【００３５】以下、本実施例の作用を計測手順と共に説
明する。先ず、分光立体角反射率Ｒ（λ）計測に先立
ち、上記構成の３次元分光光度計１０の変角制御のため
の角度変換について図４を参照し説明する。

【００３６】試料Ｆを固定して光源１４及びフォトダイ
オードアレイ６２を、試料Ｆに対して直交座標系で移動
して計測する場合、試料Ｆの法線Ｎと入射光軸Ｌ３との
成す角度が入射角θ、法線Ｎとフォトダイオードアレイ
６２への射出光路Ｌ５との成す角度が受光角φであり、
法線Ｎと入射光軸Ｌ３とを含む入射面Ｐ１、法線Ｎと射
出光路Ｌ５とを含む受光面Ｐ２との成す角度が方位角
Ψ、試料Ｆの回転の位置基準となる基準方位線Ｑ１と試
料面と入射面Ｐ１と交差する線Ｑ２との成す角度を試料
方位角Ψｏとする。３次元計測は、これらの角度（θ、
φ、Ψ、Ψｏ）を変化させて３次元計測を行うことがで
きる。

【００３７】本実施例の３次元分光光度計１０は、試料
Ｆに対する入射光軸Ｌ３と射出光路Ｌ５とが同一面上に
形成されている（図２参照）。従って、試料Ｆ、光源及
びフォトダイオードアレイ６２を移動して、光度計測面
Ｐ３が入射光軸Ｌ３と射出光路Ｌ５とを含むような面を
形成するようにすればよい。すなわち、光度計測面Ｐ３
及び試料Ｆが直交するときの試料Ｆの法線Ｎ’と上記法
線Ｎとの成す角度があおり角ξとなり、入射角及び受光
角は、法線Ｎ’を基準とする入射角θ’、受光角φ’と
なる。また、光度計測面Ｐ３と試料面とが交差する線Ｑ
３と、上記線Ｑ２との成す角度が試料Ｆの面内回転角δ
となる。この関係を式で示すと、以下の式（２）にな
る。

【００３８】Ｇ（θ’，φ’，ξ，δ）＝Ｆ（θ，φ，Ψ，Ψｏ） −−−−（２）但し、Ｇ（θ’，φ’，ξ，δ）：本実施例の３次元分光光
度計１０における角度条件Ｆ（θ ，φ ，Ψ，Ψｏ）：試料固定のときの角度条
件。

【００３９】従って、試料Ｆに対して直交座標系で規定
される角度（θ、φ、Ψ、Ψｏ）は、本実施例の３次元
分光光度計１０における変更可能な角度（θ’，φ’，
ξ，δ）に変換できる。

【００４０】次に、図５のフローチャートを参照し、計
測手順について説明する。３次元分光光度計１０の電源
が投入されると、ステップ１１０へ進み、標準校正を行
う。この標準校正は、標準白色板Ｃを用い、既知の値で
ある標準白色板Ｃの分光立体角反射率Ｒｗ（λ）が出力
されるように本実施例の３次元分光光度計１０の計測デ
ータを校正するためのものである。なお、このときの角
度条件（基準角度条件）は、標準白色板を試料台にセッ
トし３次元分光光度計１０の入射角θ’＝４５°、３次
元分光光度計１０の受光角φ’＝０°、あおり角ξ＝０
°で行う。また、この分光立体角反射率は、上記式
（１）の演算によって求めた値が出力される。従って、
この校正終了後に出力される計測値は、分光立体角反射
率となる。

【００４１】標準校正が終了すると、ステップ１２０へ
進み、角度補正値Ｋのための計測及び演算を行う。すな
わち、この角度補正値は、試料回転部３０の測定領域５
０に高光沢の白色塗板Ｗをセットして、試料Ｆを計測す
るときと同等の複数の角度条件で白色塗板Ｗの反射光を
計測し、以下の式（３）に基づいて各角度補正値Ｋを演
算する。なお、この角度条件の各角度は、上記の式
（２）に基づいて３次元直交座標系の角度を本実施例の
３次元分光光度計１０の角度に変換したものである。

【００４２】Ｋ（θ’，φ’，ξ，δ，λ）＝Ｍ（θ’，φ’，ξ，δ，λ）／Ｃ（λ） −−−（３）但し、Ｋ（θ’，φ’，ξ，δ，λ）：角度補正値Ｍ（θ’，φ’，ξ，δ，λ）：白色塗板計測値（分光
立体角反射率）Ｃ（λ）：３次元分光光度計の入
射角４５°、受光角０°、あおり角０°、面内回転角０
°、のときの白色塗板計測値（分光立体角反射率） θ’ ：３次元分光光度計の入
射角 φ’ ：３次元分光光度計の受
光角 ξ ：あおり角 δ ：面内回転角 λ ：波長。

【００４３】従って、この角度補正値Ｋは、校正時の基
準角度条件と異なる角度条件で計測した分光立体角反射
率を、３次元分光光度計の受光角φ’＝０°、あおり角
ξ＝０°、面内回転角δ＝０°のときの角度条件（照度
特性及び受光特性）で計測したときの分光立体角反射率
Ｒ（λ）に換算する補正係数となる。このように角度補
正値を求めることによって、受光角を変更したときの部
分反射光束による反射光の角度分布の変化を補正するこ
とができる。

【００４４】ここで、一般に分光光度計の計測時参照用
の白色板は、参照白色板Ｓが用いられている。この参照
白色板Ｓは拡散反射の反射率の均等性に優れているが、
拡散反射率の均等性が崩れる正反射領域やシーン光沢が
生じる角度領域が大きい（図６（１）参照）。このた
め、本実施例では、正反射方向には鋭い反射光のピーク
を有するものの、この均等性が崩れる角度領域が参照白
色板Ｓより少ない白色塗板Ｗを角度補正用の白色板とし
て用いている（図６（２）参照）。

【００４５】なお、本実施例では、正反射領域、すなわ
ち白色塗板Ｗの均等拡散が崩れる角度領域（本実施例で
は、θ’−７°≦φ’≦θ’＋７°）における角度補正
値は、白色塗板Ｗの拡散反射領域（φ’＜θ’−７°、
φ’＞θ’＋７°）の計測データによる補間値を角度補
正値として用いる。これにより、シーン光沢を帯びる角
度領域における正反射方向の強反射光により、計測デー
タが変動し求める分光反射率が変動することがない。従
って、均等拡散の角度領域でない角度領域においても最
適な分光反射率の計測を行うことができる（図６（２）
破線参照）。なお、上記正反射領域の角度補正値は、拡
散反射領域の角度補正値を補間して求めてもよい。

【００４６】角度補正値の演算が終了すると、ステップ
１３０へ進み、試料Ｆ、例えば、織物、を試料回転部３
０の測定領域５０に配設して、試料Ｆを計測し、分光反
射率Ｒ（λ）を以下に示した式（４）に基づいて求め
る。

【００４７】Ｒ（θ’，φ’，ξ，δ，λ）＝Ｄ（θ’，φ’，ξ，δ，λ）／Ｋ（θ’，φ’，ξ，δ，λ） −−−（４）但し、Ｒ（θ’，φ’，ξ，δ，λ）：試料Ｆの分光立体角反
射率Ｄ（θ’，φ’，ξ，δ，λ）：試料計測値。

【００４８】従って、求められた分光立体角反射率Ｒ
（λ）は、計測した試料計測値Ｄが角度補正値Ｋによっ
て、３次元分光光度計の受光角φ’＝０°、あおり角ξ
＝０°、面内回転角δ＝０°のときの角度条件（照度特
性及び受光特性）で計測したときの分光立体角反射率Ｒ
（λ）に換算された反射率となる。

【００４９】分光反射率Ｒ（λ）の演算が終了すると、
ステップ１４０へ進み、以下に示した式（５）、
（６）、（７）に基づいて三刺激値Ｘ，Ｙ，Ｚを求め、
表色計算を行い、この計算が終了した後、求めた値が表
示及び出力される。

【００５０】

【数１】

【００５１】以上のようにして求めた３次元分光反射率
及び表色の計測結果を以下に示す。図７には、入射角θ
が７０°、方位角Ψが１８０°、試料方位角Ψｏが０°
のときの三刺激値のＹ値と受光角φとの関係を示した。
従来、均等な拡散反射でない角度領域ではシーン光沢に
よって求めた反射率は大きくなり、三刺激値のＹ値は、
正反射方向の角度領域で谷となったが、本実施例では参
照白色板Ｓより均等拡散が崩れる角度領域が少ない白色
塗板Ｗを用い、かつシーン光沢が発生する角度領域（正
反射領域）の計測値を均等拡散の角度領域の計測値で補
正するため、正反射方向の強反射光により、求めた分光
反射率が変動することがなく、最適な分光反射率の計測
を行うことができる。

【００５２】図１２及び図１３は入射角θが０°、試料
方位角Ψｏが０°のときの三刺激値のＹ値の３次元分布
を示したものである。また、図１４及び図１５は入射角
θが６０°、試料方位角Ψｏが０°のときの三刺激値の
Ｙ値の３次元分布を示したものである。このように、入
射角θが０°のときはＹ値は方位角Ψが変化しても均等
反射しているが、入射角θが変化し６０°になると、方
位角Ψの変化に伴って不均等に反射することが理解され
る。

【００５３】図８は入射角θを６０°、方位角Ψを０
°、試料方位角Ψｏを０°に夫々固定し、受光角φを０
°〜７５°まで変化させたときの分光立体角反射率Ｒの
変化の様子を示したものである。この角度条件で色差表
示を行った。これを図９に示す。なお、この色差表示に
は、Ｌ^*ａ^*ｂ^*表色系（ＣＩＥＬＡＢ）を用い、見や
すくするために同心円座標に変換して打点した。また、
図１０は入射角θを６０°、方位角Ψを９０°、試料方
位角Ψｏを０°に夫々固定し、受光角φを０°〜７５°
まで変化させたときの分光立体角反射率Ｒの変化の様子
を示したものであり、上記と同様にこの角度条件で色差
表示を行った。これを図１１に示す。

【００５４】このように、方位角Ψが０°のときは受光
角φが変化しても表色結果の変化は少ないが、方位角Ψ
が９０°のときは受光角φの変化に伴って色相がＰ（慣
用的には紫）からＰＢ（慣用的には青紫）方向へ変化す
ることが理解される。

【００５５】以上説明したように、従来の２次元の分光
測色や３次元変角光度計で得ることができなかった分光
反射率の３次元分布を、３次元分光光度計１０の角度
（θ’，φ’，ξ，δ）を変更することによって、自動
的に求めることができる。更に、シーン光沢が発生する
正反射領域であっても拡散反射領域の計測値によって補
間したデータを用いるため、正確に分光反射率を求める
ことができる。

【００５６】なお、本実施例では、上記のように多量の
計測データを演算処理するために、３次元分光光度計１
０における入射角θ’、及び受光角φ’を各々所定角度
単位（例えば、１０°）で小分割したグループ分けを行
い、角度条件を並び代えた測定条件テーブルを作成し、
これに基づいて自動計測することによって、高速化を図
っている。本発明者は、入射角θ’、及び受光角φ’の
各々を１０°単位で分割した測定条件テーブルによって
自動計測したときに、従来の略半分の時間（約４８時
間）で計測できたことを確認した。

【００５７】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、３
次元の分光立体角反射率を自動的に計測することがで
き、織物等複雑な反射特性を持つ物体の３次元分光側色
が容易にできる、という効果がある。

【００５８】また、正反射方向のシーン光沢が生じるこ
とによって正確な反射率の計測ができない角度領域であ
っても、その周辺領域の計測値または補正値により補間
するため、最適な立体角反射率を求めることができる、
という効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係る３次元分光光度計の概略
構成を示す斜視図である。

【図２】本実施例の光源部及び試料回転部を示した斜視
図である。

【図３】本実施例の制御装置の構成を示したブロック図
である。

【図４】試料に対する光の角度関係を示す斜視図であ
る。

【図５】３次元分光光度計の制御装置の制御を示すフロ
ーチャートである。

【図６】（１）は参照白色板の拡散反射の状態を示す線
図である。（２）は本実施例に用いた白色塗板の拡散反
射の状態を示す線図である。

【図７】受光角とＹ値（三刺激値）の関係を示す特性曲
線である。

【図８】受光角を変化させたときの分光立体角反射率を
示す特性曲線である。

【図９】図８の色相環図である。

【図１０】受光角を変化させたときの分光立体角反射率
を示す特性曲線である。

【図１１】図１０の色相環図である。

【図１２】Ｙ値の３次元分布の上面及び正面図である。

【図１３】図１２の斜視図である。

【図１４】Ｙ値の３次元分布の正面及び側面図である。

【図１５】図１４の上面図である。

【図１６】（１）は、従来の２次元自動変角分光光度計
を示す斜視図である。（２）は、従来の３次元自動変角
光度計を示す斜視図である。

【符号の説明】

Ｗ白色塗板Ｆ試料１０３次元分光光度計１２光源部３０試料回転部６０分光器９０制御装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者鈴木和彦愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番地の１株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者馬場護郎東京都中央区勝どき３丁目11番３号株式会社村上色彩技術研究所内 (72)発明者高木淳愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内 (72)発明者高岡仁愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】試料と基準板とが所定角度を成すように
配設される載置手段と、前記試料および基準板へ同一光源からの光を照射する照
射手段と、前記試料および基準板からの各光量を、所定波長または
所定波長帯毎に計測する計測手段と、前記試料へ照射される光の入射角度、前記計測手段が受
光する試料からの光の受光角度、前記試料の法線を軸と
して回転される前記試料の回転角度、前記試料の法線と
前記試料への入射光軸とを含む入射平面に対して前記試
料の法線と前記計測手段への検出光軸とを含む検出平面
が成す方位角度、の各角度を変更する角度変更手段と、拡散反射面を有する板を前記試料配設位置に配設し、正
反射領域以外のときには該板の基準角度条件における基
準計測値と、前記基準角度条件と異なる所定角度条件に
おける該板の計測値と、に基づいて補正値を求め、か
つ、正反射領域のときには前記所定角度条件における該
板の該正反射領域近傍の計測値または該正反射領域近傍
の補正値に基づいて補間によって正反射領域の補正値を
求める補正値演算手段と、前記計測手段によって計測された前記試料、前記基準板
の計測値、および前記補正値演算手段によって求めた補
正値に基づいて試料の分光立体角反射率を求める反射率
演算手段と、を備えたことを特徴とする自動変角３次元分光光度計。