JPS6183922A

JPS6183922A - 分光測色装置

Info

Publication number: JPS6183922A
Application number: JP59206103A
Authority: JP
Inventors: Akira Torao; 彰虎尾; Takeshi Kitagawa; 北川　孟; Kenichiro Nakamura; 中村　賢市郎; Masakazu Fujita; 正和藤田
Original assignee: Kawasaki Steel Corp; TOEI DENSHI KOGYO KK
Current assignee: JFE Steel Corp; TOEI DENSHI KOGYO KK
Priority date: 1984-10-01
Filing date: 1984-10-01
Publication date: 1986-04-28

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】【産業上の利用分野１本発明は、分光測色装置に係り、特に、オンライン測定
で用いるのに好適な、物体に光源から白色光を照、射し
、その分光反射光強度を光検出素子列を用いて検出する
ことにより、前記物体の色彩情報を得るようにした分光
測色ｖｉｉｌｌの改良に関する。

【従来の技術ｌ物体の色調は、その製品の良否を決定する重要な要素の
１つであるため、これの正確な測定が強く要請されてい
る。又、最近ではわずかな色むらや色違いが問題とされ
るようになってきており、島精度の測色装置の開発が要
求されている。

ところで、精度のよい測色を行うには、測色装置の光源
や信号増幅系の時間変動を補正する必要があり、従って
、標準白色板による補正を必ず実施しなければならない
。

従来、このような標準白色板による補正作業は、一定時
間毎、又は試料測定毎に、測定位置に標準白色板を置い
て測定し、その測定値を新たに記憶させ、その最新の記
憶値を反射率の演算に用いるという方法で行われていた
ため、そのための余分な手間と時間を必要とした。特に
、高速で移動する物体の色調を管理するようなオンライ
ン測色装置においては、このような補正のための余分な
作業は好ましくなく、又、連続測定中に前記作業を行う
ことは困難である。

又、前記作業を自動化したものとして、光源からの照射
光を測定対象物体と標準白色板に交互に照射して校正を
行う方法も考えられる。しかしながら、遠隔測色を行う
際には、測定対象位置と同一の場所に標準白色板を常に
保持することが構造的に難しいという問題点を有してい
た。

更に、前記のような作業を省略するべく、従来から、第
７図に示す如く、光源１０の光量変動による測定誤差を
除去するために、測定対象物体１゜２からの反射光強度
を検出するための光検出素子１４の他に、光量変化をモ
ニタリングする光量変動検出用の光検出素子１６を設け
て、補正回路１８で演Ｉｌｌ［処Ｉ！ｌ！することによ
って補正する方法が一般的に用いられている。又、前記
光検出素子１４．１６間の特性の違いによる誤差を防止
するべく、前記光検出素子１６を光検出素子１４と同一
種類のものとして温度変動の要因を減少させたり、ある
いは、第８図に示す如く、セクター２０や反射ｌ！２２
を用いて、単一の光検出素子１４に光源１０からの直接
光と測定対象物体１２からの反射光を交互に導入して、
補正回路１８で演算処理することにより変動要因を除去
することも行われている。

【発明が解決しようとする問題点］しかしながら、前記の方法においては、例えば第７図に
示した如く、２つの光検出素子１４．１６を用いる場合
には、両者の温度係数を完全に一致させることは不可能
であり、又、位置的に離れているため、周囲温度も必ず
しも同一ではない。

従って、温度変動によって生じる測定誤差を完全に除去
することは困難である。又、第８図に示したようなセク
ター２０を用いる方法は、光源１０が光検出部と離れて
いる場合には、構造的に適用することが困難であること
が多いという問題点を有していた。

このような問題点を解消するものとして、分光光学系と
は別に光学ファイバにより光源を光検出素子４１内の光
電変換面の一部と接続して、光源の光量変動をモニタリ
ングすると共に、温度変動による光検出素子の感度変動
をも補正する方法が、特開昭５８−１０２１１４で提案
されている。しかしながら、この方法では、光源の総光
量変動を検出するだけであるため、光量変動に波長依存
性がある場合には、厳密な補正が行えなくなる。例えば
、光源の立上がり時等に見られるように、特定波長領域
で安定性が悪く、光量変動が大きい場合には、総光量を
モニタリングするだけでは、変Ｗｂ　ＩＩが少ないもの
と誤認識することがあり得るため、測色結果に大きな誤
差が生じることになる。

【発明の目的１本発明は、前記従来の問題点を解消するべくなされたも
ので、比較的簡単な構成により、光源の光量変動に波長
依存性がある場合であっても、該光は変動や周囲温度変
化に起因する素子の感度変動による測定誤差を軽減させ
ることができるようにされた分光測色装置を提供するこ
とを目的とする。

【問題点を解決するための手段１本発明は、物体に光源から白色光を照射し、その分光反
射光強度を光検出素子列を用いて検出することにより、
前記物体の色彩情報を得るようにした分光測色装置にお
いて、前記光源で発生された光の一部を導くための光フ
ァイバと、該光ファイバで導かれた光を検出するための
光検出素子と、該光検出素子と前記光源の間に挿入され
た波長分離素子とを備え、前記光ファイバ及び波長分離
素子を介して光検出素子で検出された、特定波長におけ
る光源光強度の変動に応じて、測定値を補正するように
して、前記目的を達成したものである。

又、本発明の実施態様は、前記光検出素子を、前記光検
出素子列の一部として、簡単な構成で、精度の高い補正
が行えるようにしたものである。

更に、本発明の他の実施態様は、前記波長分離素子及び
光検出素子を複数とし、該複数の光検出素子で検出され
た、複数の特定波長における光源光強度の変動に応じて
、測定値を補正するようにして、より精度の高い補正が
行われるようにしたものである。

（作用１本発明においては、光源で発生された光の一部を尤ファ
イバを用いて光検出素子に導き、該光検出素子と前記光
源の間に挿入した波長分離素子によって選択された特定
波長における光源光強度の変動に応じて測定値を補正す
るようにしたので、光源の光量変動に波長依存性がある
場合でも、該九帛変彷や周囲温度変化に起因する素子の
感度変動による測定誤差を確実に軽減して、精度のよい
測定を行うことができる。即ち、光源の直接光は強度が
大であるため、これを光学ファイバで伝送する場合でも
、光学ファイバでの減衰は容易に補うことができる。し
かも、反射鏡等の光路変換器を用いる必要がないので、
汚れや配置、姿勢変化による変ｖＪ要因もなくなり、光
検出素子を任意の位置に配置することが可能である。

【実施例１以下図面を参照して、本発明の実施例を詳細に説明する
。

第１図は、本発明に係る分光測色装置の第１実施例の構
成を示したものである。この第１実施例においては、測
定対象物体１２を光源１０により照射し、その反射光を
、集光レンズ３０、スリット３２、コリメータレンズ３
４を通して反射型回折格子３６で分光した後、凹面＃１
ｔ３８を経て、フォトダイオードアレイのようなアレイ
型光検出素子４０により、各波長反射光強度を同時に受
光するようにしている。該アレイ型光検出素子４０で検
出された信号は、増幅器４２、アナログ−デジタル（以
下Ａ／Ｄと称する）変換器４４を経て、デジタル処理装
置４６において測色演算され、出力装置４８で潤色値が
出力される。

この第１実施例では、更に、前記光′ｇＡ１０からの一
部の光を、例えば３本の光学ファイバ５０で前８ｒ２ア
レイ型光検出素子列４０に導き、それぞれの光学ファイ
バ５０に、透過波長を定めた干渉フィルタのような分光
フィルタからなる波長分離素子５２を組合わせることに
より、特定波長での光源強度を一モニタリングして、標
準白色板での校正作業を省くようにしている。

叩ら、可視波長ｇＡ域の４００〜７００　ｎｍにおいて
分光測光を行う場合、光学系の配置を適切に行うことに
より、アレイ型光検出素子４０内の各素子にＩＱｎｍお
きの波長間隔で分光された光を導くことができる。従っ
て、可視波長領域を３１分割して！！！１ｗｌ的に反射
光強度が検出されることになるが、アレイ型光検出素子
４０として、市・販の３５チせンネルの７オトダイオー
ドアレイを使用すれは、４つの素子が余る口とになる７
従って、本実施例（゛は、これら余った素子の内３個を
利用して、３木の光学）／イム５０により辱かれた光＃
！光の相異なる３つの波長での光間をしニタリングする
ようにしくいる。相異なる３つの波長としては、例λば
４５０ｎｍ、　５５０ｎｍ、６５０ｎｍの３つとするの
が適当である。

この第１寅施例においては、モニタリングした光を、反
射光強度を検出しているものと同一の７レイ型光検出素
子４０に照射しているため、例えば周囲温度変動に起因
する感度変動が生じた場合でら、素子ＩＪ１１内での各
素子での変動はほぼ同様の傾向ぐあることから、温度変
動による影響も受は難くなる。

なお、外部環境変動に対して感度特性変動が全く同一に
なるように、同種又は類似素子を同一系内に設置リ−れ
ば、必ずしも同一素子列内に光を導く必要はない。

この第１実施例によれば、予め測定位置にて検出される
標準白色板の各波長信号強度と光学ファイバ５０により
＋’Ｊられる信号強度の比を求めておくことにより、そ
の後は、標準白色板の測定を行わなくても、光学ファイ
バ５０による検出値から標準白色板の校正値が推定可能
となる。即ち、３つの特定波長をλＸ、λｙ、λＺとし
、それぞれの波長において任意の時間と基準時間での検
出光強度の比をそれぞれＣｘ　、Ｃｙ　、Ｃｚとすると
、任意の時間における任意の波長λの光強度比Ｃを次式
により算出し、前記アレイ型光検出素子４０により検出
されるすべての波長における信号をこのＣを用いて補正
する。

λくλＺ；Ｃ−ＣＺ　・・・（１） λＺくλ〈λｙ；Ｃ＝ＣＶ　　（λ−λＺ）／（λｙ−λ２）＋Ｃｚ　　
（λｙ−λ）／（λｙ−λＺ）・・・（２）λｙくλく
λＸ　；Ｃ＝Ｃｘ　　（λ−λｙ）／（λＸ−λｙ）＋Ｃｙ　　
（λＸ−λ）／（λＸ−λｙ）・・・（３）λ　ｘ　く
　λ　；Ｃ＝Ｃｘ　　　・　・　・　　く　４　）以下
、この第１実施例の効果を確認するために行った実験の
結果を説明吏る。

この実験では、特定波長λｘ＝５５Ｑｎｍ、λｙ＝５５
０ｎｎ＋、λｚ−４５Ｑｎｍとし、分光測色装置は、１
０ｎｍ毎に信号を検出するようにしている。

実験において、基準時間より一定時間経過後の光学ファ
イバ５０より検出される光強度比は、Ｃｘ＝１００．５
３０、Ｃｙ−９９，０７９、ＣＺ＝９８．８２７となっ
た。これは基準に対する各波長における％変動の値であ
る。前出（１）〜（４）式を適用して強度比Ｃを算出し
た結果を第１表に示す。

又、第２表には、実験に使用した標準白色板の反射率Ｒ
Ｗ（％）、基準時間における分光潤色装置から得られた
各波長の強度１ｏを示す。

一定時間経過後、その強度はｉｏ−となったが、これを
第１表を使用して補正すると、１ｏｃ３となる。なお、
１ｏｃ１は、５５０ｎｍの１′ａ長のみで、即ち、すべ
ての波長においてＣ−Ｃｙと仮定して、補正した場合の
値、（Ｓは、）０−測定時におけるベージュ色サンプル
鋼板の検出値である。

第　　１　　表ｎｍ　　　Ｃｎｉ＋　　Ｃ４００１００，５３０５６０９９，０５４４１０１００
，５３０５７０９９，０２９４２０１００，５３０５８
０９９，００４４３０１００，５３０５９０９８，９７
９４４０１００，５３０６００９８，９５３４５０＋Ｏ
Ｏ，５３０６１０９８，９２８４１３０１００，３８０
６２０９８，９０２４７０１００，２４０６３０９８，
８７７４８０１００，１００６４０９８，８５２４９０
９９，９５０６５０９８，８２７５００９９，８００６
６０９８，８２７５＋０　９９，６５０　　　６７０　
９Ｌ８２７５２０　９９．５０５　　　６８０　９８．
８２７５３０　９９．３６３　　　６９０　９８，８２
７５４０　９９．２２１　　　７００　９８．８２７５
５０　９９．０７９第　　２　　表ｎｍ　Ｒｗ（幻ｒｏ　ｒＯ’　（ｏｃ３１ｏｃｌ　ｌ５
４００９３．４７２６６４２６７６２６７８．１２６３
９，４３８０．７１０　’１３．６４２８８８２９０２
２９０３．３２Ｂ６１．４４２４，５２０９３．９６３
０４６３０６２３０６２．１３０１８．０４６９，２３
０９４．２０３１７６３１９２３１９２．８３１４Ｇ、
７５２８．６４０９４．２２３３１１３３２８３３２８
．５３２８０．５５ｇ２，８５０９４．２６３３９４３
４１２３４１２．０３３６２，７５９３．６６０９３．
９９３５２７３５４２３５４０．４３４９４．５６２９
．９７０９４．１γ３６２２３Ｅｉ３４３６３０，７３
５８８，６６５２．１８０９４．２０３７３０３７３２
３７３０，０３６９５．６６８１．４９０９４．４１３
７９２３７９４３７９０．１３７５７．１７３１，４５
００９４．５７３８５４３８４８３８４６．３３８１８
．５８０１，１１０９４．６１３８８８３８７８３８７
４，４３８５２．２８８１．２２０９４．４６３９５６
３９３４３９３６．４３９１９．６９８７，０３０９４
．４５３’１９ｇ　３９７４３９７２．５３９６Ｌ２　
＋１０２．３４０９４．４７４０２８３９９０３９９６
．６３９９０，９１１９９，５５０９４．６２４０２０
３９８３３９８３，０３９８３．０　＋２５０．２６０
９４．５８４０４２３９９６４００３．８４００４，８
１３０５．５第２表（ｆｃき）ｎｎ＋　　Ｒｖｔｊ別ｉｏ　　ｉｏ’１ｏｃ３　１ｏｃ
ｌ　　１ｓ７０９４．５４４０４７４０００４００７，
７　４００９，７１３７０．８８０９４．５０４０６４
４００６４０２３．５　４０２６．６　＋４３２．８９
０９４．５９４０７６４０２０４０３４，４　４０３８
．５１４７０，５６００９４．５７４０８８４０２４４
０４５．２　４０５０．３　＋４７６．５１０９４．５
４４０９５４０３６４０５１．１　４０５７，３１４７
２．８２０９４．５７４０９５４０４７４０５０．０　
４０５７．３１４５９．３３０９４．５６４０９５４０
４７４０４９．０　４０５７．３１４５０．９４０９４
．７０４０９５．４０５２４０４８，０　４０５γ、３
１４３９，８５０９４．６３４０９５４０４７４０４７
．０　４０５７．３１４１５．６６０９４．６１４０９
５４０５０４０４７．０　４０５７，３１４１６，９７
０９４．５９４０９５４０４７４０４７．０　４０５７
．３１４０７，６８０９４．４１４０９５４０４７４０
４７．０　４０５７．３１４０１，７９０９４．３８４
０９５４０５６４０４７．０　４０５７．３１４０１．
０７００９４．３３４０９５４０４６４０４７，０　４
０５７，３１３９４．０このように、基準時間における
１ｉａ（ケースエ）３波長で補正した１ｏｃ３の場合（
ケース■）、１波長のみで補正した（ｏｃｌの場合（ケ
ース■）、全く補正しなかった場合（ケースＩＶ　）に
（りられたベージュ色鋼板の反射率を調べると、それら
の分布曲線の傾向はすべて第２図に示す如くとなったが
、それぞれの差異を明確にするために、波長５５０〜７
００　ｒｖで拡大したものを第３図に示す。

ここで、ケースエが、標準白色板測定時に同時にサンプ
ル測定した値であるので、この反射率を基準として、ケ
ース■〜ケースＩＶの曲線を比較すると、ケース「が非
常に正確であることが分る。即ち、ケース■の補正を全
く行わなかった場合は勿論、１波長のみで補正を行った
ケース■の場合も、ケースエからのずれが比較的大きい
。色の３刺激値とハンターの色差式から得られるり、ａ
　、ｂ値及び色差ｄＥで比較した第３表を見ると、その
相第　　３　　表ケース　　　ＸＹＺＬａｂｄＥＪ　２９，０７２９，１９１９，７０５４，０３１．４
９１６．２０ＩＩ　２９．０１２９．１４１９．γ０５
３，９８１，４６１６，１５０．０８ＩＩＩ　２９，０
３２９，１６１９，９６５４，００１．４６１５．８８
０．３２ＩＶ　２８．７６２８，８９１９，７γ５３．
７５１．４５１５，８２０．４７即ち、ケースエを基準
として見ると、ケース■では色差ｄＥが０．１以下と実
用上全く問題とな　　。

らない範囲に収まっているのに対して、ケース■では色
差ｄＥが０．３２、ケース■では色差ｄＥが０．４７と
精度が悪くなっている。

この第１実施例では、ＩＯとｉｏ−を比較して、短波長
側ではＩＯと■０−の変動はほとんどなく、長波長側で
１％程度変動している。変動が全波長にわたり一様に生
じると、どのような補正をしても基準に近い値が得られ
るので、この実施例は最悪の場合の実施例である。それ
にもかかわらず、ケース■で正確な（直が１７られてい
るのは、第１実施例の方法を適用した効果である。

次に、本発明の第２実施例を詳細に説明する。

この第２実施例は、第４図に示す如く、前記第１実施例
と同様の光源１０と、集光レンズ３ｏと、スリット３２
と、コリメータレンズ３４と、反射型回折格子３６と、
凹面鏡３８と、アレイ型光検出素子４０と、増幅器４２
と、Ａ／Ｄ変換器４４と、デジタル処理装置４６と、出
力１Ａ置４８とを備えた分光測色装置において、１本の
光学ファイバ５４で光源１０の光を伝送し、アレイ型光
検出素子４０の直航で光ビーム分配素子５６を用いて３
つの光路に分岐させた後、３本の短い光学ファイバ５７
でアレイ型光検出素子４０に導くようにしたものである
。これに伴って、波長分ｔ！ｌＸ子５２は、アレイ型光
検出素子４０の直航に設けられている。他の点について
は前記第１実施例と同様であるので説明は省略する。

この第２実施例においては、光源１０とアレイ型光検出
素子４０直前の波長分離素子５２を結ぶ光学ファイバ５
４が１本でよいので、両者の接続が容易である。

次に、本発明の第３実施例を詳細に説明する。

この第３実施例は、第５図に示す如く、前記第２実施例
と同様の光源１０と、集光レンズ３０と、スリット３２
と、コリメータレンズ３４と、反射型回折格子３６と、
凹面鏡３８と、アレイ型光検出素子４０と、増幅器４２
と、Ａ／Ｄ変換器４４と、デジタル処理装置４６と、出
力装［４８と、波長分離素子５２と、１本の光学ファイ
バ５４とを有する分光測色装置において、前記光学ファ
イバ５４によって光源１０からアレイ型光検出素子４０
の直前に導かれてきた光を、光ビーム拡散素子５８を用
いて分離するようにしたものである。

池の点については前記第２実施例と同様であるので説明
を省略する。

この第３実施例においては、光学ファイバの数を更に省
略することができる。

次に、本発明の第４実施例を詳細に説明する。

この第４実施例は、第６図に示す如く、前記第１実施例
と同様の光源１０と、集光レンズ３０と、スリット３２
と、コリメータレンズ３４と、反射型回折格子３６と、
凹面鏡３８と、アレイ型光検出素子４０と、増幅器４２
と、Ａ／Ｄ変換器４４−と、デジタル処理装置４６と、
出力装置４日と、３本の光学ファイバ５０と、３個の波
長分離素子５２とを備えた分光測色装置において、前記
アレイ型光検出素子４０とは独立したモニタリング用の
光検出素子６０を３個設けたものである。

他の点については前記第１実施例と同様であるので説明
は省略する。

この第４実施例においては、アレイ型光検出素子４０に
素子の余裕がない場合であっても、本発明を適用可能で
ある。

なお、前記実施例においてはいずれも、光源波長を６５
０ｎｌ、　５５０ｎｓ、４５０ｎｌｌｌの３つの波長に
分離していたが、モニタリングを行うための特定波長の
種類は、これに限定されず、４００〜７００ｎＩｌｌの
範囲で任意の波長とすることができる。

又、波長の数も３に限定されず、２以下又は４以上とす
ることができる。但し、前記実施例からも明らかなよう
に、３波長でも十分よい精度が得られるので、構造を複
雑にしないためには、３つが最良である。又、３波長と
して、人の目の視感度の最大値、３刺激値の最大値、−
６０Ｏｎ１ｌｌ、５５５ｎｍ、４５０ｎｍを選択しても
よい。

又、前記実施例においては、波長分離素子として干渉フ
ィルタが用いられていたが、波長分離素子は必ずしも干
渉フィルタのようにシャープカットのものでなくてもよ
く、選択的に光を透過する色硝子フィルタやその他の分
光的フィルタを用いることができる。

【発明の効果１以上説明した通り、本発明によれば、比較的簡単な構成
により、光源の光量変動に波長依存性がある場合であっ
ても、該光量変動や周囲温度変化に起因する素子の感度
変動による測定誤差を確実に軽減させることができる。

従って、標準白色板による校正を常時行わなくとも、正
確な色測定や色差測定が行え、オンライン測色に用いる
ことができるという優れた効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係る分光測色装置の第１実施例の構
成を示す、一部ブロック線図を含む光路図、第２図は、
曲間第１実施例及び従来例における反射率の傾向を示す
線図、第３図は、第２図の波長５５０〜７００ｎｍの領
域を拡大して示す線図、第４図は、本発明に係る分光潤
色装置の第２実施例の構成を示す、一部ブロック線図を
含む光路図、第５図は、同じく第３実施例の構成を示す
、一部ブロック線図を含む光路図、第６図は、同じく第
４実施例の構成を示す、一部ブロック線図を含む光路図
、第７図は、光源の光量変動を補正するようにされた従
来の積分球式測色計の一例の構成を示す断面図、第８図
は、同じ〈従来の積分球式測色計の他の例の構成を示す
断面図である。１０・・・光源、　　　　　１２・・・測定対象物体、
３６・・・反射型回折格子、４０・・・アレイ型光検出素子、５０．５４．５７・・・光学ファイバ、５２・・・波長
分離素子、５６・・・光ビーム分配素子、５８・・・光ビーム拡散素子、　６０・・・光検出素子
。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）物体に光源から白色光を照射し、その分光反射光
強度を光検出素子列を用いて検出することにより、前記
物体の色彩情報を得るようにした分光測色装置において
、前記光源で発生された光の一部を導くための光ファイバ
と、該光ファイバで導かれた光を検出するための光検出素子
と、該光検出素子と前記光源の間に挿入された波長分離素子
とを備え、前記光ファイバ及び波長分離素子を介して光検出素子で
検出された、特定波長における光源光強度の変動に応じ
て、測定値を補正するようにしたことを特徴とする分光
測色装置。
（２）前記光検出素子が、前記光検出素子列の一部とさ
れている特許請求の範囲第１項記載の分光測色装置。
（３）前記波長分離素子及び光検出素子が複数とされ、
該複数の光検出素子で検出された、複数の特定波長にお
ける光源光強度の変動に応じて、測色値を補正するよう
にした特許請求の範囲第１項記載の分光測色装置。