JPH06207857A

JPH06207857A - 色彩計測装置

Info

Publication number: JPH06207857A
Application number: JP354893A
Authority: JP
Inventors: Kenji Imura; 健二井村
Original assignee: Minolta Co Ltd
Current assignee: Minolta Co Ltd
Priority date: 1993-01-12
Filing date: 1993-01-12
Publication date: 1994-07-26

Abstract

(57)【要約】【目的】簡素な構成で精度良く試料面の色彩を２次元
的に測定可能にする。【構成】光源５ｘ，５ｙ，５ｚを順次点灯し、フィル
タ９ｘ，９ｙ，９ｚを通過して積分球１に入射させ、拡
散光を生成して試料３を照明する。試料面の複数の測定
点からの反射光を撮像素子１０で受光し、その受光信号
をメモリ１５のエリア１５ｘ，１５ｙ，１５ｚに各光源
別に記憶する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、各種試料の色彩を２次
元的に測定する色彩計測装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】各種産業分野においては、色彩の重要性
がますます高くなっている。すなわち、塗装、印刷、繊
維、窯業、農林水産その他多くの分野においては、生産
現場等で各種試料の分光反射率や色彩計算値等の色彩デ
ータが利用されている。

【０００３】従来、目視で標準色と比較することにより
行われてきた色彩計測は、最近になって、ＣＩＥ−１９
３１及び１９６４勧告による標準観察者と等しい感度を
有する測定器による客観的な計測が一般化しつつある。

【０００４】このような色彩計は、測定域の大小という
相違はあるものの、基本的には単一の測定域の色彩値を
提供するものとなっている。単一の測定域を有する従来
の色彩計について、図８を用いて説明する。この色彩計
は、拡散照明された試料面を、その法線から８°傾斜し
た方向から観察するＤ／８光学系を有するもので、積分
球１、光源５及び観察光学系７から構成されている。積
分球１の内壁１ａには、高拡散、高反射率を有する白色
粉末が塗布されている。例えばＸｅフラッシュランプで
構成された光源５からの光束は、開口部４から積分球１
内に入射し、内壁１ａで多重反射して拡散光となり、開
口部２に配置された試料３を一様に照明する。観察光学
系７は、この試料３の法線に対して８°傾斜した方向か
ら観察するもので、試料３で反射された光３ａは、開口
部６を通過してレンズ７ａにより集束され、光ファイバ
８の入射端８ａに入射する。この入射端８ａの大きさに
より、試料３上の測定域２ａが決定される。光ファイバ
８は分岐して、射出端８ｘ，８ｙ，８ｚを有し、射出端
８ｘから出た光は、フィルタ９ｘを通って検知器１０ｘ
に入射し、出力信号１１ｘに変換される。

【０００５】ここで、フィルタ９ｘの分光透過率は、光
源５の分光強度と検知器１０ｘの分光感度との組合せで
得られる分光特性がＣＩＥの標準光源Ｄ₆₅及びＣＩＥの
１０°視野標準観察者の等色関数Ｘ₁₀から得られる分光
特性に相当するように設定されており、出力信号１１ｘ
は、刺激値Ｘ₁₀に相当するものである。

【０００６】同様に、光ファイバ８の射出端８ｙ，８ｚ
から出た光束は、フィルタ９ｙ，９ｚを通って検知器１
０ｙ，１０ｚに入射し、出力信号１１ｙ，１１ｚに変換
される。また、同様に設定された分光透過率を有するフ
ィルタ９ｙ，９ｚにより、出力信号１１ｙ，１１ｚは、
標準光源Ｄ₆₅照明下の刺激値Ｙ₁₀，Ｚ₁₀に相当するよう
になっている。このような構成により、試料３を標準光
源Ｄ₆₅で拡散照明したときの、測定域２ａ全体のスペク
トル三刺激値を得ることができるが、測定可能な試料
は、測定域内で一様な色彩を有するものに限られる。

【０００７】一方、繊維、建材、セラミック等で、色彩
が一様でない、模様、柄等を有する製品では、色彩が重
要な要素となる。これらの製品に対する模様等を含めて
の色彩の管理は、目視に頼る他、ＴＶカメラを使用した
客観的な測定によって一部で行われている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ＴＶカ
メラを使用したものは、ＴＶカメラの分光感度と人間の
それとは大きく異なっており、少なくとも色彩測定にお
ける精度は十分なものとは言えない。

【０００９】２次元の画素毎の色彩データは、図９に示
すように、エリアセンサとしての撮像素子１０の直ぐ前
面に、フィルタ９ｘ，９ｙ，９ｚを一定角度毎に取り付
けたチョッパ板５１を配設し、これをモータ５２によっ
て各フィルタが光路上に位置するまで回転させ、そのと
きの出力信号１１をそれぞれ記憶することによっても得
ることが可能である。

【００１０】しかしながら、上記図９に記載の計測装置
では、フィルタを順次所定位置まで正確に回転させるた
めの回転機構と駆動源が必要となり、構造が複雑、大型
化する。また、各色の計測毎に対応するフィルタを順番
に回転させる時間が余分に必要となるため、その分、三
刺激値の取り込みに長時間を要する。

【００１１】本発明は、上記課題に鑑みてなされたもの
で、簡素な構成で精度良く試料面の色彩を２次元的に測
定可能にする色彩計測装置を提供することを目的とす
る。

【００１２】

【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、第１，第２，第３の光源と、各光源から
の光がそれぞれ通過する異なる分光強度を有する第１，
第２，第３の光学フィルタと、この第１，第２，第３の
光学フィルタを通過した光をそれぞれ拡散させて試料を
照明する拡散光照明手段と、上記各光源を順次点灯させ
る光源制御手段と、上記試料面の複数の測定点からの反
射光を上記各光源の点灯毎に受光する２次元受光手段
と、この２次元受光手段の受光信号を上記各光源別に記
憶する記憶手段とを備えた構成である。

【００１３】

【作用】本発明によれば、まず、第１の光源が点灯さ
れ、第１の光学フィルタを通過した光から拡散光が生成
されて、試料が照明される。そして、試料面の複数の測
定点からの反射光が受光され、その受光信号が記憶され
る。続いて、第２の光源が点灯され、第２の光学フィル
タを通過した光から拡散光が生成されて、試料が照明さ
れる。そして、試料面の上記複数の測定点からの反射光
が受光され、その受光信号が記憶される。さらに、第３
の光源が点灯され、第３の光学フィルタを通過した光か
ら拡散光が生成されて、試料が照明される。そして、試
料面の上記複数の測定点からの反射光が受光され、その
受光信号が記憶される。

【００１４】

【実施例】本発明に係る色彩計測装置の第１実施例につ
いて、図１，図２を用いて説明する。まず、概略構成に
ついて、図１を用いて説明する。

【００１５】積分球１は、その内壁１ａに酸化マグネシ
ウムや硫酸バリウム等の白色拡散反射塗料がコーティン
グされた中空の球である。

【００１６】また、積分球１には、光源５ｘ，５ｙ，５
ｚからの光束をそれぞれ入射させるべく側面適所に形成
された開口部４ｘ，４ｙ，４ｚ、測定対象である試料３
を照明すべく底部に設けられた開口部２及び試料３から
の反射光を観察光学系７に入射すべく頂部近傍に設けら
れた開口部６が形成されている。

【００１７】光源５ｘ，５ｙ，５ｚとしては、Ｘｅフラ
ッシュ等が使用され、積分球１内に光束を供給するもの
である。なお、図１では、構造が容易に理解できるよう
に３個の光源５ｘ，５ｙ，５ｚを上下に並設している
が、各光源の照明条件を等しくするために、試料３から
同一距離、すなわち試料面に平行な円周上に３等分する
ように、あるいは接近させて配置させてもよい。

【００１８】フィルタ９ｘ，９ｙ，９ｚは、光源５ｘ，
５ｙ，５ｚと開口部４ｘ，４ｙ，４ｚ間に介設され、そ
れらの分光透過率は、各フィルタ９ｘ，９ｙ，９ｚを光
源５ｘ，５ｙ，５ｚの分光強度と後述する撮像素子１０
の分光感度を組み合わせた分光特性が、ＣＩＥの標準光
源Ｄ₆₅の分光強度とＣＩＥの１０°視野標準観測者の等
色関数Ｘ₁₀，Ｙ₁₀，Ｚ₁₀を組み合わせた分光特性に相当
するように、設定されている。

【００１９】そして、光源５ｘ，５ｙ，５ｚからの光束
は、フィルタ９ｘ，９ｙ，９ｚを透過して所定の分光強
度が与えられ、開口部４ｘ，４ｙ，４ｚから積分球１内
に入射され、その内壁１ａで多重反射されて拡散光とな
り、開口部２に置かれた試料３を拡散照明する。

【００２０】観察光学系７は、レンズ７ａ及び撮像素子
１０からなり、拡散照明された試料３からの反射光の一
部を受光し、観察するもので、その光軸７ｂは、試料３
表面の法線に対して８°だけ傾斜した方向に設定され、
Ｄ／８光学系を構成している。

【００２１】撮像素子１０は、ｎ×ｍ画素を有する２次
元のＣＣＤエリアセンサ等で構成され、レンズ７ａの結
像位置に配置されている。測定域２ａは、この撮像素子
１０のレンズ７ａによる試料面上の投影により決定され
る。

【００２２】従って、光源５ｘ，５ｙ，５ｚがそれぞれ
発光したときの撮像素子１０の画素Ｐｉｊ（ｉ＝１〜
ｎ，ｊ＝１〜ｍ）での出力信号１１は、測定域２ａの測
定面各位置からの三刺激値Ｘｉｊ，Ｙｉｊ，Ｚｉｊとし
て得られるようになっている。

【００２３】センサ２０は、撮像素子１０と同一の分光
感度を有してなり、開口部１９を通って積分球１から漏
出する光束を受光し、各光源５ｘ，５ｙ，５ｚの発光量
の変動を補正するための出力信号２１を得るものであ
る。

【００２４】次に、制御系について、図２のブロック図
を用いて説明する。入力部１７は、測定開始を指示する
スイッチ等を備えるものである。制御部１４は、マイク
ロコンピュータ等で構成され、この色彩計測装置全体の
動作を制御するものである。また、制御部１４は、セン
サ２０からの出力信号２１に基づいて、光源５ｘ，５
ｙ，５ｚ間の発光量のバラツキを補正するものである。

【００２５】発光回路１６ｘ，１６ｙ，１６ｚは、制御
部１４からの指示信号に基づいて、光源５ｘ，５ｙ，５
ｚを発光させるものである。駆動回路１８は、制御部１
４からの指示信号に基づいて、各発光タイミングに同期
して撮像素子１０を所定時間露光させるとともに、撮像
素子１０の各画素Ｐｉｊに蓄積された測定域２ａのＸ，
Ｙ，Ｚ刺激像を順次読み出すものである。メモリ１５
は、計測したデータを記憶するもので、エリア１５ｘ，
１５ｙ，１５ｚは、それぞれ測定域２ａのＸ，Ｙ，Ｚ刺
激像を記憶する領域である。

【００２６】次に、この色彩計測装置の動作について説
明する。入力部１７から測定開始の指示信号を受けて、
発光回路１６ｘにより、光源５ｘを発光させる。光源５
ｘからの光束はフィルタ９ｘを透過して、積分球１内で
多重反射され、試料３を拡散照明するとともに、センサ
２０を照明する。

【００２７】試料３の測定域２ａからの反射光は、レン
ズ７ａによって撮像素子１０上に結像する。そして、駆
動回路８により各画素Ｐｉｊから順次読み出された出力
信号１１は、増幅器１２で増幅され、Ａ／Ｄ変換器１３
でディジタル値に変換されて、制御部１４を介してメモ
リ１５のエリア１５ｘに格納される。

【００２８】続いて、発光回路１６ｙ，１６ｚにより、
光源５ｙ，５ｚを順次発光させ、同様にして測定域２ａ
のＹ，Ｚ刺激像が、メモリ１５のエリア１５ｙ，１５ｚ
に格納される。なお、これらの３回の発光は、例えば数
ｍｓで終了するようになっている。

【００２９】このとき、センサ２０からの信号も、光源
５ｘ，５ｙ，５ｚの発光毎にＡ／Ｄ変換器１３によって
ディジタル値に変換され、制御部１４に取り込まれる。
そして、制御部１４により、エリア１５ｘ，１５ｙ，１
５ｚのデータが補正されて、測定域２ａの２次元の三刺
激値情報として再格納される。

【００３０】このようにして、測定域２ａに模様等があ
る場合にも、模様に応じた刺激値データがメモリ１５内
に格納されるので、これを処理することにより、模様を
構成する各色彩の色彩データ、その面積比率、それらに
よって生じる全体の色調などを得ることができる。

【００３１】次に、本発明に係る色彩計測装置の第２実
施例について、図３，図４を用いて説明する。なお、第
１実施例と同一物については、同一符号を付す。

【００３２】本実施例は、いわゆる４５／０光学系を構
成するもので、積分球１の開口部２を光源とする照明光
学系が別途設けられている。

【００３３】リング状のレンズ２２，２３は、この法線
方向の光軸２上に一定距離隔てて並設され、開口部２か
ら出る光束の中の光軸２ｂに対して４５°前後の角度で
射出される光束２ｃのみを集束し、試料３をその法線に
対して４５°前後の角度で照射するものである。測定域
２ａは、開口部２及び撮像素子１０の投影で決定され
る。凹面鏡２４は、円形状で、レンズ２２に内接すると
ともに、その曲率中心が開口部２の中心になるように配
設され、光束２ｄ等のレンズ２２の内側に来る光束を全
て反射して積分球１に戻すものである。

【００３４】なお、レンズ２２及び凹面鏡２４に代え
て、図４に示すように、凸レンズ２２１とその直下に配
設した平面鏡２４１とを用いて、光束２ｃを下方のレン
ズ２３へ、その内側の光束２ｄ等を積分球１に戻すよう
にしても良い。このような構成により、従来の４５／０
光学系を用いた色彩計（例えば、特公昭６２−８７２９
号公報）のように、４５／０光学系の円錐状光束の内、
４５°以外の角度方向からの光束を無駄にすることがな
くなる。

【００３５】観察光学系７１は、レンズ２２，２３間に
介設され、試料３を試料面の法線方向から観察するもの
で、光軸２ｂに対して４５°に配置された平面鏡２５に
より試料３からの垂直方向近辺の反射光がレンズ７ａで
集束されて、撮像素子１０上に測定域２ａの像を結像す
るようになっている。なお、試料３とレンズ２３（また
は平面鏡２５）との距離は、例えば計測器本体の下部フ
レーム（不図示）等で固定できるようになっている。

【００３６】次に、本発明に係る色彩計測装置の第３実
施例について、図５を用いて説明する。なお、第１実施
例と同一物については、同一符号を付す。

【００３７】本実施例は、メタリック等の光輝材を含む
ような塗装面を測定対象とし、マルチアングルの色彩計
をベースにしたものである。

【００３８】照明光学系２６は、積分球１の開口部２を
光源とし、そこからの光束をレンズ２６ａによって集束
して約４５°の方向から試料３を照明するものである。
なお、本体は、この４５°が保持できるように試料３の
位置を固定できる構成（不図示）を備えている。

【００３９】また、試料３に対して、±４５°と法線方
向に観察光学系２７，２８，７２が配設されている。観
察光学系２７は、地色を観察するもので、シェード方向
の反射光がレンズ２７ａで集束されて、検知器３０上に
結像するようになっている。観察光学系２８は、光輝材
による色彩を観察するもので、ハイライト方向の反射光
がレンズ２８ａで集束されて、検知器３１上に結像する
ようになっている。観察光学系７２は、観察光学系２
７，２８の間に配置され、垂直方向の反射光がレンズ７
ａで集束されて、撮像素子１０上に結像するようになっ
ている。

【００４０】検知器３０，３１は、単一受光面のセンサ
で構成され、試料３の色彩を一様に検出するものであ
る。

【００４１】このように、１種類の撮像素子１０、１組
のフィルタ９ｘ，９ｙ，９ｚ及び１個の積分球１で、色
彩計測装置が構成できるので、垂直、シェード、ハイラ
イト方向の各方向間で分光感度の差が生じることがな
い。従って、従来の三方向受光タイプの色彩計（例え
ば、ＵＳＰ４，４７９，７１８号）のように、各方向の
受光センサの特性を一致させる必要がなくなる。これに
よって、底色、フロップ、ギラギラ感等、色彩の不均一
性に関するデータを得ることにより、光輝材を含む塗装
面を評価することができる。

【００４２】なお、拡散光照明手段として、積分球１に
代えて、図６に示すように、ミラー３２ｘ，３２ｙ，３
２ｚ及び内部で乱反射して拡散光を生成するように形成
された拡散板３３を用いても良い。

【００４３】また、積分球１に代えて、図７に示すよう
に、フィルタ９ｘ，９ｙ，９ｚの直後に入射端３４ｘ，
３４ｙ，３４ｚを有し、各入射端３４ｘ，３４ｙ，３４
ｚからの繊維がランダムに混合されて１射出端から拡散
光を射出するように形成された光ファイバ３４を用いて
も良い。

【００４４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は、第１，
第２，第３の光源を順次点灯し、第１，第２，第３の光
学フィルタを通過した光から拡散光を生成して試料を照
明し、試料面の複数の測定点からの反射光を受光して、
その受光信号を記憶するようにしたので、色むら、模様
等を有する試料面の色彩を簡素な構成で精度良く測定す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る色彩計測装置の第１実施例を示す
構成図である。

【図２】同色彩計測装置の制御系を示すブロック図であ
る。

【図３】同色彩計測装置の第２実施例を示す構成図であ
る。

【図４】第２実施例の変形例を示す構成図である。

【図５】本発明に係る色彩計測装置の第３実施例を示す
構成図である。

【図６】拡散光照明手段の別の例を示す構成図である。

【図７】拡散光照明手段のさらに別の例を示す構成図で
ある。

【図８】色彩計測装置の従来例を示す構成図である。

【図９】色彩計測装置の別の従来例を示す構成図であ
る。

【符号の説明】

１積分球（拡散光照明手段）１ａ内壁２，４ｘ，４ｙ，４ｚ，６，１９開口部２ａ測定域３試料５ｘ，５ｙ，５ｚ光源７，２７，２８，７１，７２観察光学系７ａ，２２，２３レンズ９ｘ，９ｙ，９ｚフィルタ１０撮像素子１４制御部１５メモリ１５ｘ，１５ｙ，１５ｚエリア１６ｘ，１６ｙ，１６ｚ発光回路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】第１，第２，第３の光源と、各光源から
の光がそれぞれ通過する異なる分光強度を有する第１，
第２，第３の光学フィルタと、この第１，第２，第３の
光学フィルタを通過した光をそれぞれ拡散させて試料を
照明する拡散光照明手段と、上記各光源を順次点灯させ
る光源制御手段と、上記試料面の複数の測定点からの反
射光を上記各光源の点灯毎に受光する２次元受光手段
と、この２次元受光手段の受光信号を上記各光源別に記
憶する記憶手段とを備えたことを特徴とする色彩計測装
置。