JPS63300923A - 測色計 - Google Patents

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】 イ、産業上の利用分野 本発明は、積分球を用いた測色計に関する。

口、従来の技術 測色測定において注意する点として、測色は試料からの
乱反射光の波長分布を分析することにより測定するので
あるが、試料によっては、反射特性に方向性があって、
方向によって彩度が異なって見えるから、試料にあらゆ
る方向から光を照射することによって、測定結果に方向
性がないようにする必要がある。また、試料からの鏡面
反射光が検出器に入射すると、鏡面反射光は色の情報を
含まないから、試料面の見掛けの彩度を低下させる誤差
原因となるので、鏡面反射光は除去しなければならない
、そして、垂直方向の反射光を測定する方が測色には望
ましい、第３図にＪ　Ｉ　５−Ｚ８７２２に則った拡散
照明垂直受光方式の測色計における鏡面反射光の除去機
能を持つ積分球の従来例を示す。

ＪＩＳ−２８７２２において、垂直受光方式とは「試料
面からの反射光の試料面の垂線からの振れ角が１０度以
内であること」と規定があり、第３図の方式はそれに則
った８度受光方式に相当する。第３図に示す実施例は、
光源８から入射した光を積分球１で拡散させて、試料３
にあらゆる方向から均等に照射させており、かつ、バッ
フル９Ｂによって試料３に光源８からの直射光が照射さ
れないようにしている。試料における鏡面反射光を受光
しないように、受光開口Ａを垂直方向から８度傾け、そ
の反射方向に鏡面反射光を吸収させる光トラップＩＡを
設けているものである。この方式の利点は、積分球１の
試料開口Ｓの平面に対して、受光開口Ａと光トラップＩ
Ａの開口部とが正反射の位置にあり、試料からの鏡面反
射光が完全に阻止されている点にある。第３図に示した
方式の第１の欠点は、試料３の垂直方向（０度方向）の
反射光束を全く含まず、垂直方向から８度の光束に限定
され、本来得たい情報である垂直方向（０度方向）の情
報が失われる点である。第２の欠点は測定試料３の規定
された領域からの反射光のみを入射開口Ａを介して取り
出すために、コリメート・レンズＫを用いなければなら
ない点と、光トラップを必要とする点にある。コリメー
ト・レンズＫを用いる場合には、光線の平行度、光軸調
整、レンズの収差７迷光の除去方法、レンズ系のコスト
及び大きさ等、装置の小型化１組立の容易性及びコスト
、可搬式装置に向かないなど不利な点が多い。

受光開口Ａの中心を積分球頂点のＰ点に設けて、測定試
料３に対し、完全に垂直方向に位置させ、コリメート・
レンズにより試料からの垂直反射光のみを測定する方法
も考えられる。この方法においては、試料からの鏡面反
射光のもととなる積分球壁が受光開口となるために存在
せず、従って、鏡面反射光が発生しないので、鏡面反射
光の除去も不要となるものの、試料及び試料近傍からの
反射光が、コリメートレンズにより反射され、再度試料
に垂直入射するため、この光の測定試料３から鏡面反射
光が測定光に混入し、これが測定誤差となる。

第４図にハンディタイプで拡散照明・垂直受光方式の測
色計（色彩計）の積分球の従来例を示す、第３図の積分
球と大きく異なる点は、試料３の測定領域の規制を、規
制開口Ｂの中心線を軸とする円筒２により行い、前記第
３図のコリメートレンズＫをなくした点と、積分球１を
上下２室に分割し、その境界に拡散照明特性を改善する
ための拡散透過板１０を設けている点である。この方式
は、試料への照射光の無方向性及び照射光量については
向上しているが、試料面を鏡として受光開口Ａから見え
る拡散透過板１０の領域（Ｋ−に’）から発光する光に
ついては、受光開口Ａに試料からの鏡面反射光として入
射されるので、試料からの鏡面反射光を除去できないこ
とに関しては問題がある。

ハ９発明が解決しようとする問題点 本発明は、鏡面反射光除去の拡散照明・垂直受光方式の
照明光学系を維持し、試料からの鏡面反射光を完全に除
去し、照明光量の減少を極力少なくすると共に、コリメ
ート・レンズ等を無くすことにより、積分球を小型化す
ることを目的とする二１問題点解決のための単段 拡散照明・垂直受光方式の測色計の積分球において、該
積分球の上面より積分球内部に円筒を突出させ、円筒の
積分球内突出端開口部を測色域規制開口とし、上記円筒
内部に受光開口を設け、該受光開口までの上記円筒内面
に光吸収処理を施し、上記円筒の外周に試料に対向する
面に光吸収処理を施した鍔状部を設けた。

ホ０作用 本発明は、拡散照明・垂直受光方式の照明光学系で、円
筒を積分球の上面より積分球内部に突出させ、その下部
開口部を測色域規制開口とし、測定域を規制する。これ
により、レンズ系が不要となり、従って、光学的にはレ
ンズ表面反射の問題が解消し、構造的問題も解消した。

この方法によると、受光面には試料規制領域から垂直を
含め成る角度範囲の光が入ることになる。このため鏡面
反射成分が混入すると云う問題が発生する。この鏡面反
射成分を除去する方法として、該円筒下部外周に鍔を設
け、試料面を鏡とした時、受光開口から見て望見できる
積分球内面が、この鍔によって遮蔽されるようにし、試
料測定域への光の照射角度を規制すると共に、鍔の下面
に光吸収処理を施し、鍔の反射光が直接に円筒内の上部
に設けた受光開口に入射しないようにしている。

へ、実施例 第１図に本発明の積分球の一実施例を示す、第１図にお
いて、１は積分球、２は測定領域を規制するために設け
た円筒で、積分球１の上面から下方に向けて積分球１の
中心よりやや下方まで挿入され、下端は開放されて規制
開口Ｂとなっている、また内面において積分球１の上面
の高さの位置に受光端が位置するようにして受光用光学
ファイバー５を保持している。３は測定試料、４は光源
８からの発光を均等に積分球１に入射させる反射傘で、
積分球１の側面に凹設されている。受光用光学ファイバ
ー５は試料３からの反射光束を試料測定用分光センサー
Ｓ１に導く。６は光源８の変動を測定する光源測定用分
光センサーＳ２に光束を導く受光用光学ファイバーであ
る。７は円筒２の外周に設けた鏡面反射光除去のための
鍔である。

光源８から発した光は、反射傘４で反射され積分球１に
入射させられる。積分球１に入射した光は積分球１の内
面で拡散反射され、方向性のない照明光となり、あらゆ
る角度から試料３に照射される。この時に試料面の鏡面
反射光が受光開口である受光用光学ファイバー５の下部
開口部Ａに入射しないように、筒２の外周上に鍔７を設
けて試料３への光束照射角度を制限すると共に、該鍔７
、の試料に対面する面に光を吸収する光学ブラック塗装
等の処理を施し、鍔７の反射光が、試料面の鏡面反射光
となって、受光開口Ａに入射しないようにしている。

筒２は外筒２−ａと内筒２−ｂで構成した。外筒２−ａ
は拡散反射特性に優れた白色セラミック（酸化アルミニ
ウム又は窒化ホウ素）で、鍔７と共に一体成型・焼結し
た後、鏡面反射光を除去するため、鏡面反射光除去鍔部
７の試料との対向面及び試料に対向する筒先端に光を全
て吸収する光学ブラック塗装を施した。外筒は拡散反射
特性が優れているが半透光性なので、筒の内側に光が侵
入しないように円筒２−ｂを挿入しである。また、内筒
２−ｂはアルミニウムを用いているが、内面が鏡面であ
ると、事実上受光開口Ａが規制開口Ｂの所まで出て来た
ことになるので、内壁には内面反射防止用のねじ山を設
け、内壁と積分球内に露出した外壁部に光を全て吸収す
る光学ブラック塗装を施す、外筒２−ａの白色セラミッ
クの成型面は反射率特性に秀れ、波長選択性もなく、拡
散反射性に秀れているので、積分球の積分効果を助ける
。

前記外筒は鏡面反射光除去の鍔をもセラミックで一体成
型して作った例であるが、外筒を上内部、鏡面反射光除
去刃、下円筒に３分割しても良い。また、前記セラミッ
クのかわりに白色樹脂（四フッ化エチレン等）を用いて
も良い。

前記筒２を二分割せずに一体とし、鏡面反射光吸収のた
めの光学ブラック塗装面以外の外壁面に硫酸バリウム、
酸化亜鉛等の一般的に積分球内壁内に使用される粉末を
塗装しても良い。

鏡面反射光除去のためだけであれば、第１図の鏡面反射
光除去鍔７の代わりに、ＷＩ分球の内壁面上で鏡面反射
光除去を施す黒化処理部工を設けても良いが、積分球１
の内面総面積に対して、鏡面反射光除去面の面積占有率
は、試料３への照明光量及び積分球の積分効果に大きく
係わり、前記鏡面反射光除去面の面積占有率は小さい方
が良いので、積分球１の壁面上で鏡面反射光除去を行う
場合の前記黒化処理部■と本発明の鏡面反射光除去鍔７
の面積を比較すると、明らかに部上に設けた鍔の方が小
さい面積で構成でき、積分球内面の有効面積の損失も少
ない、また、前記鍔７の位置を筒２の先端に近づける程
、より小さな面積で鏡面反射光除去が可能であることか
ら、実施例の方がより効果的である。

第１図において、鍔７による鏡面反射光の阻止動作を説
明する。受光用光学ファイバー５の受光量ロ端Ａ、筒２
の内壁端Ｂを通る光線が受光用光学ファイバー５の受光
開口Ａに入射する鏡面反射光の中で、最大入射角をなし
、前記光線Ａ−Ｂの試料３の表面での鏡面反射光線がＣ
−Ｄである。

受光用光学ファイバー５に入射する鏡面反射光線は、全
て前記Ｃ−Ｄの光線を陵線とする円錐台の内側に含まれ
る。従って、筒２における鏡面反射光除去のための鍔７
の円周内部に最大入射角をなす鏡面反射光の光線が含ま
れることが設計上の必要条件である。

試料３に入射する光線の最小入射角は、測定範囲を規制
する筒２の径と、筒２の先端と受光開口Ａとの距離で決
まるが、ＪＩＳに従う場合は１０度以下になるようにし
て、装置の仕様に応じて適当な組合せを決定することに
なる。

第１図において、試料３の測定範囲内の各点における最
小入射角の光線の中で最も入射角が大きいのは、測定範
囲の中心Ｅを通り筒２の外壁に接する光線Ｅ−Ｇ、Ｅ−
Ｆであり、光線Ｅ−Ｇ、Ｅ−Ｆの入射角を小さくするこ
とが、測定範囲内の照射光線の入射角を小さくすること
になる。Ｄ点は測定開口の中心Ｅと筒２との外壁との接
線となる光線Ｅ−Ｆと鏡面反射光線の中で最大入射角と
なる光線Ｃ−Ｄとの交点である。このＤ点よりも筒２の
先端に近い地点に鏡面反射光除去の鍔７を設けた場合、
鍔７の外周円は光線Ｅ−Ｆ−Ｄを内部に含み、測定点Ｅ
に照射される最大入射角をなす光線は、より入射角の大
きいＥ−Ｈの光線になる。

以上より、本発明を最も効果的に実現する条件は、鍔７
の外周が筒２の中心線に対し最大入射角をなす鏡面反射
光線Ｃ−Ｄより外に位置し、受光、開口Ａの中心Ｅに入
射する最大入射角光線Ｅ−Ｆ−Ｄよりも内側に位置し、
可能な限り前記２光線の交点であるＤ点に近づけること
である。つまり、鍔７の試料面側の外周がＤ点になるよ
うに設計することである。

第２図に本発明の積分球を使用した測色計の一実施例の
測色回路を示す、３は試料、８は試料３に光を照射する
光源でパルスキセノンランプが用いられ、照明回路１３
によって制御される。１は積分球で光源８からの光を拡
散させあらゆる方向から試料３に光を照射させる。Ｓｌ
は試料測定用分光センサーで、試料３がらの０度方向の
反射光を分光・検出する。Ｆｌは試料測定用分光センサ
ーＳｌ内に設けられた分光器であり、同じく試料測定用
分光センサーＳｌ内に設けられた光検出器ＰＤＡＩと対
で、入射光を短波長から長波長まで分光・検出するよう
に、４０組のバンドパスフィルター（分光器Ｆ１の１構
成要素）とシリコンフォトダイオード（分光器ＦＤＡＩ
の１構成要素）がバンドパスフィルターを透過した光が
シリコンダイオードに受光されるように並設されている
。

Ｓ２は光源測定用分光センサーで光源８からの光を試料
測定用分光センサーＳ１と同様に４０組のバンドパスフ
ィルターとシリコンフォトダイオードで光源８からの光
束を短波長から長波長まで分光・検出する。１４は測光
回路部で各分光センサーＳＬ、Ｓ２で得られた検出信号
を波長別（構成要素毎）に積分及びＡ／Ｄ変換する。

測光回路部１４でＡ／Ｄ変換された信号は入出力ボート
１５を介して制御・演算部（ＣＰＵ）１６に送られる。

制御・演算部１６は、システム全体の制御と演算を行う
中央処理装置である。制御・演算部１６には、制御・演
算部１６が実行するプログラムを格納したプログラム格
納部１７と、演算データやシステムの状態等を記憶する
データ格納部１８と、分光センサーＳＬ、Ｓ２の検出波
長や各種補正定数等を記憶する分光センサーデータ格納
部１９と、外部のパーソナルコンピューター等外部機器
との間で、データを入出力するための外部入出力ボート
２０と、フロッピーディスク装置やハードディスク装置
等、磁気記憶装置２２を制御する磁気記憶装置制御部２
１と、液晶やＣＲＴからなる表示部２４を制御する表示
制御部２３と、キーボード２５とプリンター２６と現在
時刻を計時するリアルタイムクロック２７が接続されて
おり、これらは制御・演算部１６によって制御される。

上記構成により測定時の動作を説明する。試料３を積分
球１の試料開口に設置し、キーボード２５に設けた測定
キー又は測光回路１４内に設けた測定キー（ＳＷＩ又は
５Ｗ２）を押すことにより、制御演算部１６はプログラ
ム格納部１７の測定プログラムに従って測定動作を開始
する。

制御演算部１６はパルスキセノンランプ８を発光させる
ための照明回路１３の準備が出来ているか否かの信号Ｖ
ＣＨＫを入出力ボート１５を介して調べる。照明回路１
３の準備ができていたならば、制御演算部１６は入出力
ボートを介して測光回路部１４へ測光開始信号を送り、
同時に照明回路１３にパルスキセノンランプ８を発光さ
せるＦＬＡＳＨ信号を送り、パルスキセノンランプ８を
発光させる。パルスキセノンランプ８から発光した白色
光は積分球１内に照射され、積分効果により均一な拡散
光となり、一部は光源測定用分光センサーＳ２に入射さ
れ、残りの一部は試料３を拡散照明し、その試料３から
の反射光は試料測定用分光センサーＳ１に入射される。

センサーＳｌ。

Ｓ２に入射した光の波長ごとのエネルギーに比例した光
電流は測光回路部１４へ入力され、センサー内の各シリ
コンフォトダイオードごとに、即ち、設定波長毎に積分
及びＡ／Ｄ変換され、その値は入出力ボート１５を介し
て、制御・演算部１６へ入力される。制御・演算部１６
に取り込まれたＡ／Ｄ変換値は、試料３からの反射光の
Ａ／Ｄ変換値と光源光のＡ／Ｄ変換値ごとに、前もって
データ格納部１８に保存された絶対値の値付けのための
基準校正板のＡ／Ｄ変換値との比を計算し、試料３から
の反射光のＡ／Ｄ変換値と基準校正板のＡ／Ｄ変換値と
の比に基準校正板の絶対反射率を掛けて試料の反射率を
計算し、その試料の反射率を試料を測定したときの光源
光のＡ／Ｄ変換値と基準校正板を測定したときの光源光
のＡ／Ｄ変換値との比で光源の変動の補正を施した値を
試料の分光反射率の絶対値との比で光源の変動の補正を
施した値を試料の分光反射率の絶対値としてデータ格納
部１８に記憶する。データ格納部１８に記憶された試料
３の分光反射率データは前もって設定された表示モード
（反射率グラフ表示、色彩グラフ表示、濃度表示ｅｔｃ
）の指定や表色系の指定に従って、表示計算・色彩演算
を行い、その結果を表示制御部２３へ送り、表示部２４
に表示する。

ト、効果 本発明によれば、照明光量を減少させずに、鏡面反射光
を除去することができたことにより、測定精度が一段と
向上した。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の側断面図、第２図は本発明
の積分球を使用した測色計の実施例の構成図、第３図は
従来例の側断面図、第４図は他の従来例の側断面図であ
る。 １・・・積分球、２・・・円筒、２−　ａ・・・外筒、
２−ｂ・・・内筒、３・・・試料、４・・・反射傘、５
・・・受光用光学ファイバー、６・・・受光用光学ファ
イバー、７・・・鏡面反射光除去のための鍔、８・・・
光源、Ｓｌ・・・試料測定用分光センサー、Ｓ２・・・
光源測定用分光センサー　。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 拡散照明・垂直受光方式の測色計において、積分球の上
   面より積分球内部に円筒を突出させ、円筒の積分球内突
   出端開口部を測色域規制開口とし、上記円筒内部に受光
   開口を設け、該受光開口までの上記円筒内面に光吸収処
   理を施し、上記円筒の外周に試料に対向する面に光吸収
   処理を施した鍔状部を設けたことを特徴とする測色計。