JPWO2019244458A1 - 光学特性測定装置 - Google Patents

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Abstract

光学特性測定装置は、測定開口を有し、その測定開口に臨む測定対象に関し、互いに異なる光学特性を互いに異なるジオメトリーで測定する第１光学測定部及び第２光学測定部を備え、さらに、第２光学測定部で得られた測定値を、第１光学測定部で得られた測定値に基づいて補正する処理部を備える。第１光学測定部は、測定開口に臨む測定対象を照明する照明光学系と、測定対象での反射光を集光する第１受光光学系と、第１受光光学系で集められた光を受光し測定信号として出力する第１受光部と、を有するとともに、照明光学系又は第１受光光学系に、入射光を拡散反射する拡散反射面を有する。第２光学測定部は、測定開口に臨む測定対象の被測定面法線に対し所定の角度傾いた方向から投光する投光光学系と、測定対象での反射光を正反射方向で集光する第２受光光学系と、第２受光光学系で集められた光を受光し測定信号として出力する第２受光部と、を有する。

Description

本発明は光学特性測定装置に関するものであり、例えば、測色計と光沢計とが一体化された光学特性測定装置に関するものである。
近年、物体表面の光学特性を評価する装置において、複数の光学特性を併せて測定したいという要望がある。それに応えるため、例えば測色計と６０°光沢計（６０°照明／６０°受光）とを一体化した測定装置が開発されている。このような一体型の測定装置において、例えば測色計に拡散光／８°ジオメトリー（拡散光照明、８度受光）を採用した場合、被測定面を均一な拡散光で照明する必要がある。均一な拡散光照明には、多くの場合、被測定面を囲むように配置された高反射率の拡散反射面が用いられる（例えば積分球）。その拡散反射面を光源で照明することにより、被測定面を拡散光で間接的に照明することができる。
上記のような拡散反射面を照明光学系に有する測色計に６０°光沢計を一体化させた場合、光沢計では投光光学系からの略平行光で被測定面を照明することになるため、例えば被測定面が粗面等であれば拡散反射が発生してしまう。被測定面で拡散反射された光の一部は、前記拡散反射面を有する照明光学系に入射し、その拡散反射面で反射された光が被測定面を再照明することになる（再帰拡散照明）。この再照明は、照明光学系に拡散反射面を持たない（つまり積分球等が無い）一般的な光沢計においては発生しないため、照明光学系に拡散反射面を持つ光沢計で同一の測定対象を計測した場合には、測定誤差が生じることになる。この課題を解決することを目的とした測定装置が、特許文献１で提案されている。
ＷＯ２０１７−２０８９３７Ａ１
特許文献１には、拡散反射面を有する照明光学系に補正光源と補正センサーが配置され、補正光源発光時の補正センサー出力及び光沢センサー出力と、光沢計光源発光時の補正センサー出力及び光沢センサー出力と、から再照明光量を推定し、光沢値の補正を実行する測定装置が記載されている。しかし、この測定装置では、追加の光源とセンサーを照明光学系に搭載する必要があるため、装置構成の複雑化を招くおそれがあり、またコスト面でも不利になる。
また、特許文献１に記載の他の測定装置では、測色計光源発光時の測色センサー出力と光沢センサー出力との関係を事前に記憶しておき、そのセンサー出力の関係と光沢計光源発光時の測色センサー出力とから、光沢値の補正量を決定して補正を実行する構成になっている。この測定装置では、追加の光源及びセンサーを搭載する必要はないが、測色センサーは光沢光源発光時の受光光量を想定したものではないので、照明光学系の構成によっては（例えば大型の積分球を用いた場合）、光沢光源発光時に測色センサーで補正に必要な光量が得られず、補正精度が下がってしまうこともあり得る。
本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであって、その目的は、複数の光学特性の測定が可能であって、所定の光学特性の測定において他の光学特性の測定に用いられる拡散反射面により被測定面に対する再帰拡散照明が生じても、高精度の測定が可能な光学特性測定装置を提供することにある。
上記目的を達成するために、本発明の光学特性測定装置は、測定開口を有し、前記測定開口に臨む測定対象に関し、互いに異なる光学特性を互いに異なるジオメトリーで測定する第１光学測定部及び第２光学測定部を備えた光学特性測定装置であって、
前記第１光学測定部が、前記測定開口に臨む測定対象を照明する照明光学系と、前記測定対象での反射光を集光する第１受光光学系と、前記第１受光光学系で集められた光を受光し測定信号として出力する第１受光部と、を有するとともに、前記照明光学系又は前記第１受光光学系に、入射光を拡散反射する拡散反射面を有し、
前記第２光学測定部が、前記測定開口に臨む測定対象の被測定面法線に対し所定の角度傾いた方向から投光する投光光学系と、前記測定対象での反射光を正反射方向で集光する第２受光光学系と、前記第２受光光学系で集められた光を受光し測定信号として出力する第２受光部と、を有し、
前記第２光学測定部で得られた測定値を、前記第１光学測定部で得られた測定値に基づいて補正する処理部を備えたことを特徴とする。
本発明によれば、複数の光学特性の測定が可能であって、所定の光学特性の測定において他の光学特性の測定に用いられる拡散反射面により被測定面に対する再帰拡散照明が生じても、高精度の測定が可能な光学特性測定装置を実現することができる。例えば、第２光学測定部で得られた測定値が第１光学測定部で得られた測定値に基づいて補正されるため、補正用に別途光源やセンサーを設ける必要がなく、補正精度の低下を招くような照明光量の不足も生じない。したがって、第２光学測定部による光学特性の測定において、第１光学測定部による光学特性の測定に用いられる拡散反射面により被測定面に対する再帰拡散照明が生じても、低コストで高精度の測定が可能である。
光学特性測定装置の一実施の形態を示す概略断面図。 図１のＶ−Ｖ’線断面図。 物質表面で生じる反射光の広がりを示す図。 図１の光学特性測定装置における測色計の測定値と光沢計の測定誤差との関係を示すグラフ。 特定サンプルの実測により補正テーブルを作成して光沢計の測定値を補正する具体例１の手順を示すフローチャート。 特定サンプルの実測により関係式を作成して光沢計の測定値を補正する具体例２の手順を示すフローチャート。 特定サンプルのシミュレーションにより関係式を作成して光沢計の測定値を補正する具体例３の手順を示すフローチャート。 測定条件１における測色計の測定値と光沢計の測定誤差との関係を示すグラフ。 測定条件２における測色計の測定値と光沢計の測定誤差との関係を示すグラフ。 測定条件３における測色計の測定値と光沢計の測定誤差との関係を示すグラフ。 測定条件４における測色計の測定値と光沢計の測定誤差との関係を示すグラフ。 測定条件５における測色計の測定値と光沢計の測定誤差との関係を示すグラフ。 測定条件６における測色計の測定値と光沢計の測定誤差との関係を示すグラフ。 測定条件１における測色計の測定値と光沢計の補正残差との関係を示すグラフ。 測定条件２における測色計の測定値と光沢計の補正残差との関係を示すグラフ。 測定条件３における測色計の測定値と光沢計の補正残差との関係を示すグラフ。 測定条件４における測色計の測定値と光沢計の補正残差との関係を示すグラフ。 測定条件５における測色計の測定値と光沢計の補正残差との関係を示すグラフ。 測定条件６における測色計の測定値と光沢計の補正残差との関係を示すグラフ。 図１の光学特性測定装置の積分球内面に設けられているマークとその撮影画像を示す図。 図２０のマーク像の劣化と反射広がり角θとの関係を示す図。 図２１の反射広がり角θと光沢計測定値との関係を示すグラフ。 測色光源の分光放射輝度を示すグラフ。 測色計の分光感度を示すグラフ。 測色計における分光放射輝度×分光感度を示すグラフ。 光沢光源の分光放射輝度を示すグラフ。 光沢計の分光感度を示すグラフ。 光沢計における分光放射輝度×分光感度を示すグラフ。 測定対象の分光反射率を示すグラフ。
以下、本発明の実施の形態に係る光学特性測定装置等を、図面を参照しつつ説明する。なお、実施の形態，具体例等の相互で同一の部分や相当する部分には同一の符号を付して重複説明を適宜省略する。
図１に、本発明の一実施の形態に係る光学特性測定装置１００の概略構成を縦断面で示し、図２にそのＶ−Ｖ’線断面（図１の直交方向の縦断面）の概略構造を示す。光学特性測定装置１００は、測定開口４を有し、その測定開口４に臨む測定対象ＳＰに関し、互いに異なる光学特性を互いに異なるジオメトリーで測定する第１光学測定部及び第２光学測定部を備えている。ここでは、光学特性として分光反射率（色彩値）を測定する拡散光／８°ジオメトリの測色計１を第１光学測定部として想定しており、光学特性として光沢値を測定する６０°入射角の光沢計２を第２光学測定部として想定している。このように光学特性測定装置１００は、測色計１と光沢計２とが一体化されたコンパクトな構成で、色彩と光沢の同時測定により作業効率の向上を可能としている。
また、光学特性測定装置１００は処理部５，記憶部６等を有しており、測色計１や光沢計２で得られた測定信号から色彩値や光沢値を処理部５で演算して求めたり、その演算に必要な補正テーブル，関係式等を記憶部６に格納したりすることが可能になっている。処理部５，記憶部６等は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit），ＲＡＭ（Random Access Memory），ＲＯＭ（Read Only Memory），ＨＤＤ（Hard Disk Drive）等によって構成されている。なお、ネットワークを介してサーバー等に記憶部６を有する構成にしてもよく、それによって大量の情報の蓄積により管理を容易にすることが可能となる。
測色計１は、照明用の光を放射する測色光源１０と、測定開口４に臨む測定対象ＳＰを照明する照明光学系１１と、測定対象ＳＰでの反射光を集光する測色受光光学系１２と、測色受光光学系１２で集められた光を受光し測定信号として出力する測色受光部１３と、を有している。照明光学系１１は積分球１４等で構成されており、積分球１４は入射光を拡散反射する拡散反射面１４ａを内壁に有している。測色受光光学系１２は受光レンズ１５等で構成されており、測色受光部１３は、受光スリット１６，レンズ１７ａ，１７ｂ，回折格子１８，センサー１９等で構成されている。
測定開口４は積分球１４に設けられており、その測定開口４の位置で測定表面（被測定面Ｓａ）が積分球１４の内側を向くように測定対象ＳＰが設置される。測色光源１０が発光すると、積分球１４内に入った光が積分球１４の内壁で繰り返し反射され、拡散光となって測定対象ＳＰの被測定面Ｓａを照明する。測色受光光学系１２は、測定対象ＳＰの測定表面から被測定面Ｓａの法線ＮＬに対し８°方向に反射した光を受光し、測色受光部１３の受光スリット１６の位置で結像させる。
測色受光部１３はポリクロメーター（分光器）であり、レンズ１７ａ，１７ｂ，回折格子１８等からなる分光光学系で測色計１は分光タイプの構成をとっている。受光スリット１６から測色受光部１３に入射した光は、レンズ１７ａで回折格子１８に導かれて分光される。回折格子１８で分光された光は、レンズ１７ｂを通過し、センサー１９に対して結像する。センサー１９は、ライン状に並設された複数のホトダイオードを持つラインセンサーである。センサー１９では、回折格子１８で分光された光が波長によって異なるホトダイオードに受光され、それぞれのホトダイオードが受光した光量に応じてセンサー１９は測定信号を出力する。処理部５での演算により、各ホトダイオードが受光した光量と測色光源１０の分光スペクトルとから、測定対象ＳＰの色彩値が分光反射率として算出される。
光沢計２は、投光用の光を放射する光沢光源２０と、測定開口４に臨む測定対象ＳＰの被測定面法線ＮＬに対し所定の角度傾いた方向から略平行光を投光する投光光学系２１と、測定対象ＳＰでの反射光を正反射方向で集光する光沢受光光学系２２と、光沢受光光学系２２で集められた光を受光し測定信号として出力する光沢受光部２３と、を有している。投光光学系２１は投光レンズ２４等で構成されており、光沢受光光学系２２は受光レンズ２５等で構成されており、光沢受光部２３は光学フィルター２６，センサー２７等で構成されている。
光沢光源２０，投光光学系２１，光沢受光光学系２２，光沢受光部２３は、測色計１を構成している積分球１４の外側に設けられている。そして積分球１４には、光沢計２の光路を通過させるための投光開口２８ａと受光開口２８ｂが設けられている。光沢光源２０が発光すると、その光は投光レンズ２４でコリメートされ、投光開口２８ａを通って測定対象ＳＰを照射する。
測定対象ＳＰによる反射光は、測定対象ＳＰの表面でのフレネル反射光と、測定対象ＳＰの内部に入って内部で散乱や吸収を受けて表面から放射される内部拡散反射光と、に分けられ、表面反射率での反射後、透過した成分が拡散反射率で反射することになる。図３に示すように、入射光Ｌ１が物質表面ＳＳに入射して表面反射すると、物質表面ＳＳが平滑面である場合には、正反射光Ｌ２として正反射方向にのみ反射するが、物質表面ＳＳの表面粗さによっては、正反射方向を中心に広がる表面散乱反射光Ｌ３が生じる。表面散乱反射光Ｌ３は、正反射光Ｌ２を中心にある角度で広がる反射光であり、物質表面ＳＳが鏡面ではなく粗面の場合に生じる。内部拡散反射光Ｌ４は、ランベルトの余弦則に従う反射光であり、物質内部による散乱等により入射光Ｌ１の入射角によらず全方位に均等な反射光として生じる。
測定対象ＳＰで反射した光のうち受光レンズ２５の受光角度範囲に入る光は、図１に示すように、受光開口２８ｂを通って光学フィルター２６に入射し、センサー２７で受光される。センサー２７は受光した光量に応じて測定信号を出力する。なお、光沢計２の分光感度は光学フィルター２６で決まる。
受光レンズ２５の受光角度範囲に入らない光は、測色計１の積分球１４内に入射する。積分球１４内に入射した光は、その内壁で繰り返し反射され、拡散光として測定対象ＳＰを再照明することになる（再帰拡散照明）。測色計１と一体化されていない一般的な光沢計では再帰拡散照明が発生しないため、それと比較すると、再帰拡散照明が発生する場合にはその分が測定誤差となって光沢値が高く測定されてしまう。光学特性測定装置１００は、その光沢値の補正（つまり、再帰拡散照明による誤差のキャンセル）を処理部５で行う構成になっており、光沢計２で得られた測定値は測色計１で得られた測定値に基づいて補正される。その補正方法を以下に説明する。
測定対象ＳＰとして、ガラスやプラスチックのような誘電体を想定し、屈折率，表面粗さ，内部拡散反射率等をパラメータとして測定対象ＳＰの反射特性をモデリングし、シミュレーションで測色計１の測定値と光沢計２の再照明による測定誤差との関係を求めると、凡そ２次関数のような関係が得られる。このとき、測色計１の測定値は、測色計１によって測定された測定対象ＳＰの分光反射率に対し、光沢計２の光源スペクトルと光学フィルター２６の透過率とを掛け合わせた分光スペクトルの総和である。つまり、（測色計１の測定値）＝｛（測色計１によって測定された測定対象ＳＰの分光反射率）×（光沢計２の光源スペクトル）×（光学フィルター２６の透過率）｝の総和である。これによると、測色計１の測定値を光沢計２で受光する光と同じ分光スペクトルの成分に変換することになるため、正しい補正を行うことができる。
補正方法の具体例としては、測色計１及び光沢計２による特定サンプルの測定値の算出を、実測又はシミュレーションによって事前に行い、測色計１により得られた特定サンプルの測定値と、光沢計２により得られた特定サンプルの測定値が含む測定誤差と、の関係を、補正テーブル又は関係式として記憶部６に記憶しておき、補正テーブル又は関係式に、測色計１により得られた測定対象ＳＰの測定値を適用することにより、光沢計２の測定値の補正量を決定する方法が挙げられる。
つまり、補正量を求める方法には、補正テーブルから求める方法と関係式から求める方法があり、補正テーブル又は関係式を決める方法には、特定サンプルの実測による方法とシミュレーションによる方法とがある。ここでは、特定サンプルの実測により補正量を求める補正テーブルを作成して、光沢計２の測定値を補正する具体例１と、特定サンプルの実測により補正量を求める関係式を作成して、光沢計２の測定値を補正する具体例２と、特定サンプルのシミュレーションにより補正量を求める関係式を作成して、光沢計２の測定値を補正する具体例３と、を挙げて光沢値の補正を説明する。
表１に、光学特性測定装置１００に搭載されている測色計１及び光沢計２と、基準機（測色計と一体化されていない光沢計）と、で反射率の異なる特定サンプルＳ１〜Ｓ５を実測して得られた測定値等を示す。特定サンプルＳ１〜Ｓ５は、測色計と一体化されていない光沢計の基準機によって値付けされており、その基準機で得られた測定値がＡ０である。また、図４のグラフに光沢計２の測定誤差を示す。光沢計２の測定誤差ｙは、光沢計２の測定値Ａ１と基準機の測定値Ａ０との差Ａ１−Ａ０であり、図４のグラフと関係式（ｙ＝1.43496×10-5ｘ2−1.24233×10-4ｘ）は、その測定誤差ｙと測色計１の測定値ｘとの関係を示している。この関係が、補正テーブル又は関係式として記憶部６に記憶される。
Figure 2019244458
図５のフローチャートに、具体例１の手順を示す。まず、特定サンプルＳ１〜Ｓ５の分光反射率（色彩値）ｘと光沢値Ａ１を、測色計１と光沢計２でそれぞれ測定する（Ａ１０）。特定サンプルＳ１〜Ｓ５は測色計と一体化されていない光沢計の基準機によって値付けされているので、測色計１の測定値ｘと光沢計２の測定誤差ｙ（光沢計２の測定値Ａ１と基準機の測定値Ａ０との差Ａ１−Ａ０）を、補正テーブルとして記憶部６に記憶する（Ａ２０）。測定対象ＳＰである任意のサンプルの分光反射率と光沢値を、測色計１と光沢計２でそれぞれ測定する（Ａ３０）。その任意のサンプルの測色計１による測定値（Ａ３０）に相当する光沢計２の測定誤差ｙを、記憶部６の補正テーブル（Ａ２０）から求める（Ａ４０）。任意のサンプルの光沢計２による測定値（Ａ３０）から、補正テーブルで求めた光沢計２の測定誤差（Ａ４０）を補正量として引く。このようにして、光沢計２で得られた測定値は、測色計１で得られた測定値ｘからなる補正テーブルに基づいて補正することができる。
図６のフローチャートに、具体例２の手順を示す。まず、特定サンプルＳ１〜Ｓ５の分光反射率（色彩値）ｘと光沢値Ａ１を、測色計１と光沢計２でそれぞれ測定する（Ｂ１０）。特定サンプルＳ１〜Ｓ５は測色計と一体化されていない光沢計の基準機によって値付けされているので、測色計１の測定値ｘと光沢計２の測定誤差ｙ（光沢計２の測定値Ａ１と基準機の測定値Ａ０との差Ａ１−Ａ０）との関係を表す式（２次式：ｙ＝ａｘ2＋ｂｘ＋ｃ）の係数ａ，ｂ，ｃを求め、関係式として記憶部６に記憶する（Ｂ２０）。測定対象ＳＰである任意のサンプルの分光反射率と光沢値を、測色計１と光沢計２でそれぞれ測定する（Ｂ３０）。その任意のサンプルの測色計１による測定値（Ｂ３０）に相当する光沢計２の測定誤差ｙを、記憶部６の関係式（Ｂ２０）から求める（Ｂ４０）。任意のサンプルの光沢計２による測定値（Ｂ３０）から、関係式で求めた光沢計２の測定誤差（Ｂ４０）を補正量として引く。このようにして、光沢計２で得られた測定値は、測色計１で得られた測定値ｘからなる関係式に基づいて補正することができる。
上記のように具体例１，２では、測色計１と光沢計２で反射率の異なる複数の特定サンプルＳ１〜Ｓ５の測定を行うことにより、測色計１の測定値ｘと光沢計２の測定値Ａ１を得ておき、その一方で、測色計と一体化されていない光沢計の基準機で特定サンプルＳ１〜Ｓ５の測定を行うことにより、基準機の測定値Ａ０を得ておく。このようにして特定サンプルＳ１〜Ｓ５から得られた測色計１の測定値ｘと光沢計２の測定誤差ｙ（＝光沢計２の測定値Ａ１−基準機の測定値Ａ０）との関係から、任意のサンプルの光沢値の補正が可能となる。拡散反射面が積分球からなる場合、具体例２のように２次関数の関係式で測定値ｘと測定誤差ｙとの関係をある程度決めることができる。拡散反射面が積分球からなるものでない場合には、その関係が２次関数で表されるとは限らないので、補正テーブルの間を直線で補完するようにしてもよい。
図７のフローチャートに、具体例３の手順を示す。まず、特定サンプルＳ１〜Ｓ５を測色計１と光沢計２でそれぞれ測定したときの光反射率（色彩値）と光沢値をシミュレーションで求める（Ｃ１０）。測色計１の測定値ｘと光沢計２の測定誤差ｙとの関係を表す式（２次式：ｙ＝ａｘ2＋ｂｘ＋ｃ）の係数ａ，ｂ，ｃを求め、関係式として記憶部６に記憶する（Ｃ２０）。測定対象ＳＰである任意のサンプルの分光反射率と光沢値を、測色計１と光沢計２でそれぞれ測定する（Ｃ３０）。その任意のサンプルの測色計１による測定値（Ｃ３０）に相当する光沢計２の測定誤差ｙを、記憶部６の関係式（Ｃ２０）から求める（Ｃ４０）。任意のサンプルの光沢計２による測定値（Ｃ３０）から、関係式で求めた光沢計２の測定誤差（Ｃ４０）を補正量として引く。このようにして、光沢計２で得られた測定値は、測色計１で得られた測定値ｘからなる関係式に基づいて補正することができる。
測色計１と光沢計２による特定サンプルＳ１〜Ｓ５の測定値（表１，図４）の算出を、具体例２では実測により行う構成になっているのに対し、具体例３ではシミュレーションにより行う構成になっている。具体例２では、特定サンプルＳ１〜Ｓ５の実際の測定値をもとに関係式を作成して補正する構成になっているので、光学特性測定装置１００に個体毎の組立バラツキ等があった場合でも、その違いも合わせて補正することができる。それに対して具体例３では、補正量を求める関係式をシミュレーションで作成して補正する構成になっているので、どの測定装置に対しても同じ値を適用することになる。したがって、光学特性測定装置１００に個体毎の組立バラツキ等があった場合には、その違いに対応することができない。ただし、補正テーブル又は関係式を複数用意しておき、そのなかから最適な補正テーブル又は関係式を選択可能にしておけば、測色計１の測定条件や測定対象ＳＰの材質等の違いに対応することは可能である。
表２に、具体例３で想定した測定対象ＳＰのパラメータを示す。測定対象ＳＰの材質として、ガラス，プラスチック，金属を想定し、さらに屈折率や表面反射率が異なるサンプルを想定した。反射広がり角θは、表面散乱反射光Ｌ３（図３）の広がり角であり、シミュレーションモデルでの広がり成分は、正反射方向となす角に対して任意の反射広がり角θを標準偏差とした正規分布になると仮定している（反射広がり角θ＝０°なら正反射）。
Figure 2019244458
表３に、測色計１と光沢計２の測定条件１〜６を示す。測定条件１〜６において、測色計１の条件は、測定径（測定範囲，ｍｍ），ＳＣＩ（正反射光含む）とＳＣＥ（正反射光除く）のいずれか、測定開口径（ｍｍ）であり、光沢計２の条件は測定径（測定範囲，ｍｍ）である。光学特性測定装置１００では、測定条件１〜６の選択が可能な構成を想定しており、補正テーブル又は関係式は測定条件によって異なるため、各測定条件１〜６において補正テーブル又は関係式を求めて光沢値の補正を行う。なお、正反射光を含む測色（ＳＣＩ）と正反射光を除く測色（ＳＣＥ）との切り替えは、トラップ１４ｂ（図１）の開閉により行われる。正反射光を含む測色ではトラップ１４ｂを閉じ（正反射光を積分球１４内に留める）、正反射光を除く測色ではトラップ１４ｂを開く（正反射光を積分球１４外へ射出する）ことになる。
Figure 2019244458
補正効果を確認するため、測定対象ＳＰのパラメータ（表２）と測定条件１〜６（表３）を設定して、測色計１及び光沢計２の測定値をシミュレーションした結果を、図８〜図１３のグラフに示す。図８〜図１３のグラフは、測色計１の測定値と光沢計２の測定誤差との関係を示している。図８〜図１３中の関係式を用いて光沢値を補正したときの補正残差を、図１４〜図１９のグラフに示す。
図８〜図１９のグラフにおいて、
横軸：測色計１の測定値（反射率）、
縦軸：光沢計２の測定誤差ΔＧＵ、
四角形のプロット：ガラス屈折率１．４６、
円形のプロット：ガラス屈折率１．５６、
菱形のプロット：ガラス屈折率１．６６、
三角形のプロット：金属、
点線：ガラス材質（円形のプロット）の測定値における近似曲線（２次式）、
グラフ内の関係式：近似曲線の数式、
ＭＡＶ：光沢の測定径Φ１０ｍｍ、
ＳＡＶ：光沢の測定径Φ３ｍｍ、
ＬＡＶｍａｓｋ：測定開口径Φ３０ｍｍ、
ＭＡＶｍａｓｋ：測定開口径Φ１１ｍｍ、
ＳＣＩ：正反射を含む測定（測色）、
ＳＣＥ：正反射を除く測定（測色）、
である。
図１４〜図１９のグラフに示す補正残差は、図８〜図１３中の点線で示される関係式で補正量を求めて光沢値を補正しても残る測定誤差（［各プロットの値］−［点線の値］）である。ここでは、ガラスの測定値に基づいて補正量を決定しているため、ガラス材質の光沢値は良好に補正されているが、金属の一部で補正残差が大きくなっている。金属補正用の補正テーブル又は関係式も記憶部６に記憶しておき、ユーザーが測定対象ＳＰの材質ごとに異なる補正テーブル又は関係式を選択できるようにすれば、金属の光沢値も良好に補正することが可能である。また、測定条件１〜６に関しても測定対象ＳＰの材質と同様である。つまり、測定条件１〜６ごとに異なる補正テーブル又は関係式を記憶部６に記憶しておき、ユーザーが測定条件１〜６ごとに異なる補正テーブル又は関係式を選択できるようにすれば、適正な測定条件１〜６で良好な補正が可能となる。
測定対象ＳＰの材質に応じた補正テーブル又は関係式を選択できるようにするため、光学特性測定装置１００は、図２に示すように、測定対象ＳＰを撮像するための撮像装置３と、測定対象ＳＰでの反射を介して撮像装置３で観察されるように位置するマーク７と、を備えている。マーク７は、図２０に示すように、撮影範囲８に収まる大きさを有し、かつ、その周囲とは異なる反射率を有している。なお、ここで想定しているマーク７は、黒色の十字形状を成すように積分球１４の内壁に描かれたものであるが、十字形状の穴を積分球１４に形成するようにしてもよい。
撮像装置３は測定対象ＳＰを視認するためのカメラであり、測色計１による測定時に同時に撮影を行う。測定対象ＳＰの被測定面Ｓａが鏡面（θ＝０°）であれば、測定対象ＳＰでの反射を介して、積分球１４内の撮影範囲８のマーク７がそのまま撮像装置３で撮影されることになる。測定対象ＳＰの被測定面Ｓａが粗面であれば（θ＞０°）、正反射方向の反射は鏡面反射ではなく、表面散乱反射となって広がりを持つため（図３）、図２０に示す撮影画像８ｉのようにマーク７のエッジが不鮮明なマーク像７ｉとして撮影される。
図２１に、マーク像７ｉの劣化と反射広がり角θとの関係を示し、図２２のグラフに、反射広がり角θと光沢計２の測定値との関係を示す。図２１及び図２２に示すように、事前にシミュレーションで、反射広がり角θとマーク像７ｉの劣化との関係を求めて記憶部６に記憶させておき、撮影画像８ｉから反射広がり角θを求められるようにする。反射広がり角θと光沢計２の測定値と表面反射率との関係も、事前にシミュレーションで求めて記憶部６に記憶させておく。反射広がり角θと光沢計２の測定値が既知になるため、測定対象ＳＰの表面反射率がおよそ推定可能となる。そして、推定された表面反射率に基づいて、補正テーブル又は関係式を選択することによって、光沢値を良好に補正することが可能となる。
例えば、測色計１での光沢値の測定において、処理部５が撮像装置３による画像取得を行い、得られた撮影画像８ｉから測定対象ＳＰの画像劣化度合いを画像処理で求めて反射広がり角θを算出する。処理部５で算出された反射広がり角θと光沢計２の測定値とから測定対象ＳＰの材質を推定し、その材質に応じた補正テーブル又は関係式が選択され適用されることになる。
測色計１の測色光源１０と光沢計２の光沢光源２０とが異なる分光放射輝度を有する場合、測色計１のセンサー１９が受光する光と、光沢計２のセンサー２７が受光する光と、では、異なる分光スペクトルを有することになる。測定対象ＳＰによっては、波長によって異なる反射率を示すため、測色計１で受光する光から出力される測定値（色彩値）で、光沢計２で受光する光から出力される測定値（光沢値）を補正すると、誤った補正になる場合がある。これを解決するため、光源１０の分光放射輝度とセンサー１９の分光感度とを乗算した分光スペクトルと、光源２０の分光放射輝度とセンサー２７の分光感度とを乗算した分光スペクトルと、を同じにする。このようにすれば、同じ測定対象ＳＰに対し同じ分光スペクトルを受光することになるため、異なる光源１０，２０でも正しい補正が可能となる。
ここで、測色光源１０がキセノンフラッシュランプであり、光沢光源２０が白色ＬＥＤ(light emitting diode)である場合を考える。図２３に測色光源１０の分光放射輝度を示し、図２４に測色計１の分光感度を示し、図２５に測色計１における分光放射輝度×分光感度を示す。また、図２６に光沢光源２０の分光放射輝度を示し、図２７に光沢計２の分光感度を示し、図２８に光沢計２における分光放射輝度×分光感度を示す。
測色計１及び光沢計２において、受光部１３，２３におけるセンサー１９，２７の受光光量は以下の式（Ｆ１）で表すことができる。
Ｏ＝∫Ｂ（λ）・Ｒ（λ）・ｆ（λ）ｄλ …（Ｆ１）
ただし、
Ｏ：センサーの受光光量、
Ｂ（λ）：光源の分光放射輝度、
Ｒ（λ）：測定対象の分光反射率、
ｆ（λ）：センサーの分光感度、
である。
測色計１が三刺激値タイプ（刺激値直読方式）である場合、図２４に示すように、「ＪＩＳ Ｚ ８７８１」に規定されたＣＩＥ等色関数ｘ，ｙ，ｚの３つの分光感度のセンサー１９を測色受光部１３に持つことになる。光沢計２の分光感度（図２７）を測色計１における分光放射輝度×分光感度（図２５）に合わせて調整する。その調整は、測色計１と光沢計２とでＢ（λ）・ｆ（λ）を一致させることに相当するため、測定条件が揃うことになり、測定対象ＳＰの分光反射率Ｒ（λ）によらず正しい補正を行うことができる。つまり、測定対象ＳＰの分光反射率Ｒ（λ）が分からなくても、測色光源１０の分光放射輝度Ｂ（λ）とセンサー１９の分光感度ｆ（λ）との乗算と、光沢光源２０の分光放射輝度Ｂ（λ）とセンサー２７の分光感度ｆ（λ）との乗算と、を等しくすれば、同じスペクトルを受光していることに相当するので、測色計１の測定値を使って光沢計２の測定値を補正することができる。
上記とは異なるタイプの測色計１では、異なる光源１０，２０でも正しい補正を行うことが可能である。つまり、測定対象ＳＰからの反射光の分光スペクトルを測色計１で測定することができれば、それを光源の分光スペクトルで除算することにより、測定対象ＳＰの分光反射率Ｒ（λ）を得ることができる。測定対象ＳＰの分光反射率Ｒ（λ）に光沢計２の光源２０のスペクトルを乗算することにより、測色計１で測定した場合と等価な分光スペクトルを、光沢光源２０を用いて得ることができる。したがって、異なる光源１０，２０でも正しい補正が可能となる。
図２９のグラフに、測定対象ＳＰの分光反射率Ｒ（λ）の一例を示す。測色計１が分光タイプ（分光測色計）である場合、図２９に示すように、測定対象ＳＰの分光反射率Ｒ（λ）が分かる。式（Ｆ１）においてＲ（λ）が既知になるため、光沢計２のＢ（λ）・ｆ（λ）で求めた受光光量Ｏを測色計１の測定値とすれば、光沢計２と同じ条件の測定値とみなすことができる。測色計１では、測色受光部１３が測定対象ＳＰでの反射光を分光する回折格子１８を有しているので、処理部５が回折格子１８で得られた分光スペクトルを光学特性の測定に用いることにより、異なる光源１０，２０でも正しい補正を行うことが可能である。
以上説明した光学特性測定装置１００によれば、分光反射率（色彩値）と光沢値の測定がそれぞれ可能であって、色彩値の測定に用いられる拡散反射面１４ａにより測定対象ＳＰの被測定面Ｓａに対する再帰拡散照明が光沢値の測定において生じても、光沢値の高精度の測定が可能である。光沢計２で得られた測定値が測色計１で得られた測定値に基づいて補正されるため、補正用に別途光源やセンサーを設ける必要がなく、補正精度の低下を招くような照明光量の不足も生じない。したがって、光沢計２による光沢値の測定において、測色計１による色彩値の測定に用いられる拡散反射面１４ａにより被測定面Ｓａに対する再帰拡散照明が生じても、低コストで高精度の測定が可能である。
なお、光学特性測定装置１００では照明光学系１１が積分球１４に拡散反射面１４ａを有しているが、測色受光光学系１２が拡散反射面を有する場合でも上記と同様の効果を得ることができる。測色光源１０と受光スリット１６との位置関係から、照明光学系１１と測色受光光学系１２との入れ替えが可能であるため、例えば、平行光で被測定面Ｓａを照明し、その反射光を積分球１４を介して受光するようにしてもよい。
例えば、測定対象ＳＰが正反射方向に強い強度の反射角度特性を有する場合、再帰拡散照明に関わる拡散反射面がその反射方向にあるかどうかで、再帰拡散照明の光量が大きく変わってしまう。積分球１４内に入った光はその内面で反射を繰り返して積分球１４の内面を均一に照明する。光学特性測定装置１００のように、再帰拡散照明に関わる拡散反射面１４ａが積分球１４からなっている場合、光沢計２に入射しなかった光は、均一に測定対象ＳＰの再帰拡散照明に寄与するため、測定対象ＳＰの反射角度特性は関係なく、拡散反射光の反射率に応じて再帰拡散照明の光量が決まることになる。したがって、反射角度特性によらず同一の補正テーブル又は関係式で補正することができる。
光学特性測定装置１００では、投光光学系２１は被測定面法線ＮＬに対し６０°傾いた略平行光を投光するように構成されているため、その正反射方向で受光することで、光沢計２をＪＩＳ等の工業規格に準拠した光沢計の構成にすることができる。
光学特性測定装置１００では、測色計１及び光沢計２による特定サンプルＳ１〜Ｓ５の測定値の算出を、実測又はシミュレーションによって事前に行い、測色計１により得られた特定サンプルＳ１〜Ｓ５の測定値と、光沢計２により得られた特定サンプルＳ１〜Ｓ５の測定値が含む測定誤差と、の関係を、補正テーブル又は関係式として記憶しておき、補正テーブル又は関係式に、測色計１により得られた測定対象の測定値を適用することにより、光沢計２の測定値の補正量を決定する構成になっている。このため、測色計１の測定値から光沢計２に生じる誤差量を推定できない場合でも、光沢計２の測定値の補正を高い精度で行うことができる。
光学特性測定装置１００では、測色計１で複数の測定条件の設定が可能であり、補正テーブル又は関係式が、測定条件ごとに異なるように複数設定され、かつ、そのなかから選択可能な構成になっている。異なる測定条件では表面反射率が異なるため、測色計１で測定される測定値と光沢計２に生じる測定誤差との関係も異なる。そのため、測定条件に合わせて異なる補正テーブル又は関係式を事前に作成し、測定条件に合わせた補正を行えるようにすることで、補正精度を高めることができる。
光学特性測定装置１００では、補正テーブル又は関係式が、測定対象ＳＰの材質ごとに異なるように複数設定され、かつ、そのなかから選択可能な構成になっている。異なる材質では表面反射率が異なるため、測色計１で測定される測定値と光沢計２に生じる測定誤差との関係も異なる。そのため、材質に合わせて異なる補正テーブル又は関係式を事前に作成し、材質に合わせた補正を行えるようにすることで、補正精度を高めることができる。
光学特性測定装置１００では、測定対象ＳＰを撮像するための撮像装置３と、測定対象ＳＰでの反射を介して撮像装置３で観察されるように位置するとともに、撮影範囲８に収まる大きさを有し、かつ、その周囲とは異なる反射率を有するマーク７と、を備えている。そして、処理部５が、測色計１又は光沢計２での光学特性の測定において（例えば、測色光源１０又は光沢光源２０の発光時）、撮像装置３による画像取得を行い、得られた画像８ｉから測定対象ＳＰの画像劣化度合いを画像処理で求めて拡散反射特性を算出し、算出された拡散反射特性と測色計１又は光沢計２により得られた測定対象ＳＰの測定値とから測定対象ＳＰの材質を推定し、測定対象ＳＰの材質に応じた補正テーブル又は関係式を選択して適用する構成になっている。
この方法によると、測定対象ＳＰがミラーである場合、撮像装置３によって得られる撮影画像８ｉは、測定対象ＳＰの反射を介してその向こう側を観察したものとなる。測色計１の照明光学系１１は積分球１４からなっているため、積分球１４の内壁の一部がミラーを介して観察されることになる。積分球１４の内壁には、それとは反射率の異なるマーク７（例えば図２０の黒色の十字マーク）が設けられているので、そのマーク７の像７ｉが撮像されることになる。
しかし、測定対象ＳＰの被測定面Ｓａが粗面等の拡散反射面である場合、測定対象ＳＰで光が拡散反射するため、マーク像７ｉはぼやけることになる。測定対象ＳＰをミラーとして事前に撮像されたマーク像７ｉと、任意の測定対象ＳＰで撮像されたマーク像７ｉと、を比較することで、測定対象ＳＰの拡散反射の広がり等を推定することができる。さらに、測色計１又は光沢計２によって測定される測定値を合わせることで、測定対象ＳＰの反射特性を凡そ推定することができるため、最適な補正テーブル又は関係式を選択することが可能になる。
光学特性測定装置１００では、測色光源１０の分光放射輝度と測色受光部１３の分光感度との乗算と、光沢光源２０の分光放射輝度と光沢受光部２３の分光感度との乗算と、が等しい構成になっている。測色光源１０と光沢光源２０とが異なる分光放射輝度を有する場合、測色受光部１３のセンサー１９が受光する光と、光沢受光部２３のセンサー２７が受光する光とでは、異なる分光スペクトルを有することになる。測定対象ＳＰによっては、波長によって異なる反射率を示すため、測色受光部１３で受光する光から出力される測定値で、光沢受光部２３で受光する光から出力される測定値を補正すると、誤った補正になる場合がある。上記のように光源１０，２０の分光放射輝度と受光部１３，２３の分光感度とを乗算した分光スペクトルを同じにすることで、同じ測定対象ＳＰに対し同じ分光スペクトルを受光することになるため、異なる光源１０，２０でも正しい補正を行うことができる。なお、測色受光部１３が複数のセンサー１９を有することにより複数の分光感度を持つ場合、そのうちの少なくとも１つでも、分光放射輝度×分光感度が同じ構成であれば、その測色受光部１３の測定値を使って光沢計２の測定値を正しく補正することができる。
光学特性測定装置１００では、測色受光部１３が測定対象ＳＰでの反射光を分光する分光素子として回折格子１８を有し、処理部５が回折格子１８で得られた分光スペクトルを光学特性の測定に用いる構成になっている。反射光の分光スペクトルが測定できれば、それを光源１０の分光スペクトルで除算することで、測定対象ＳＰの分光反射率となる。測定対象ＳＰの分光反射率に光沢光源２０のスペクトルを乗算することで、光沢光源２０を用いて、測色計１で測定した場合と等価な分光スペクトルを得ることができるため、正しい補正を行うことができる。
以上の説明から分かるように、上述した実施の形態には以下の特徴的な構成（＃１）〜（＃９）等が含まれている。
（＃１）：測定開口を有し、前記測定開口に臨む測定対象に関し、互いに異なる光学特性を互いに異なるジオメトリーで測定する第１光学測定部及び第２光学測定部を備えた光学特性測定装置であって、
前記第１光学測定部が、前記測定開口に臨む測定対象を照明する照明光学系と、前記測定対象での反射光を集光する第１受光光学系と、前記第１受光光学系で集められた光を受光し測定信号として出力する第１受光部と、を有するとともに、前記照明光学系又は前記第１受光光学系に、入射光を拡散反射する拡散反射面を有し、
前記第２光学測定部が、前記測定開口に臨む測定対象の被測定面法線に対し所定の角度傾いた方向から投光する投光光学系と、前記測定対象での反射光を正反射方向で集光する第２受光光学系と、前記第２受光光学系で集められた光を受光し測定信号として出力する第２受光部と、を有し、
前記第２光学測定部で得られた測定値を、前記第１光学測定部で得られた測定値に基づいて補正する処理部を備えたことを特徴とする光学特性測定装置。
（＃２）：前記拡散反射面が積分球からなることを特徴とする（＃１）記載の光学特性測定装置。
（＃３）：前記投光光学系が、前記被測定面法線に対し６０°傾いた略平行光を投光することを特徴とする（＃１）又は（＃２）記載の光学特性測定装置。
（＃４）：前記第１光学測定部及び前記第２光学測定部による特定サンプルの測定値の算出を、実測又はシミュレーションによって事前に行い、前記第１光学測定部により得られた特定サンプルの測定値と、前記第２光学測定部により得られた特定サンプルの測定値が含む測定誤差と、の関係を、補正テーブル又は関係式として記憶しておき、前記補正テーブル又は関係式に、前記第１光学測定部により得られた前記測定対象の測定値を適用することにより、前記第２光学測定部の測定値の補正量を決定することを特徴とする（＃１）〜（＃３）のいずれか１項に記載の光学特性測定装置。
（＃５）：前記第１光学測定部で複数の測定条件の設定が可能であり、前記補正テーブル又は関係式が、測定条件ごとに異なるように複数設定され、かつ、そのなかから選択可能であることを特徴とする（＃４）記載の光学特性測定装置。
（＃６）：前記補正テーブル又は関係式が、前記測定対象の材質ごとに異なるように複数設定され、かつ、そのなかから選択可能であることを特徴とする（＃４）又は（＃５）記載の光学特性測定装置。
（＃７）：前記測定対象を撮像するための撮像装置と、前記測定対象での反射を介して前記撮像装置で観察されるように位置するとともに、撮影範囲に収まる大きさを有し、かつ、その周囲とは異なる反射率を有するマークと、を更に備え、
前記処理部が、前記第１光学測定部又は前記第２光学測定部での光学特性の測定において、前記撮像装置による画像取得を行い、得られた画像から前記測定対象の画像劣化度合いを画像処理で求めて拡散反射特性を算出し、算出された拡散反射特性と前記第１光学測定部又は前記第２光学測定部により得られた前記測定対象の測定値とから前記測定対象の材質を推定し、前記測定対象の材質に応じた前記補正テーブル又は関係式を選択して適用することを特徴とする（＃４）〜（＃６）のいずれか１項に記載の光学特性測定装置。
（＃８）：前記第１光学測定部が照明用の光を放射する第１光源を更に有し、前記第２光学測定部が投光用の光を放射する第２光源を更に有し、前記第１光源の分光放射輝度と前記第１受光部の分光感度との乗算と、前記第２光源の分光放射輝度と前記第２受光部の分光感度との乗算と、が等しいことを特徴とする（＃１）〜（＃７）のいずれか１項に記載の光学特性測定装置。
（＃９）：前記第１受光部が前記測定対象での反射光を分光する分光素子を有し、前記処理部が前記分光素子で得られた分光スペクトルを光学特性の測定に用いることを特徴とする（＃１）〜（＃７）のいずれか１項に記載の光学特性測定装置。
１ 測色計（第１光学測定部）
２ 光沢計（第２光学測定部）
３ 撮像装置
４ 測定開口
５ 処理部
６ 記憶部
７ マーク
７ｉ マーク像
８ 撮影範囲
８ｉ 撮影画像
１０ 測色光源（第１光源）
１１ 照明光学系
１２ 測色受光光学系（第１受光光学系）
１３ 測色受光部（第１受光部）
１４ 積分球
１４ａ 拡散反射面
１４ｂ トラップ
１５ 受光レンズ
１６ 受光スリット
１７ａ，１７ｂ レンズ
１８ 回折格子
１９ センサー
２０ 光沢光源（第２光源）
２１ 投光光学系
２２ 光沢受光光学系（第２受光光学系）
２３ 光沢受光部（第２受光部）
２４ 投光レンズ
２５ 受光レンズ
２６ 光学フィルター
２７ センサー
２８ａ 投光開口
２８ｂ 受光開口
１００ 光学特性測定装置
Ｌ１ 入射光
Ｌ２ 正反射光
Ｌ３ 表面散乱反射光
Ｌ４ 拡散反射光
ＮＬ 被測定面法線
ＳＳ 物質表面
ＳＰ 測定対象
Ｓａ 被測定面

Claims (9)

  1. 測定開口を有し、前記測定開口に臨む測定対象に関し、互いに異なる光学特性を互いに異なるジオメトリーで測定する第１光学測定部及び第２光学測定部を備えた光学特性測定装置であって、
    前記第１光学測定部が、前記測定開口に臨む測定対象を照明する照明光学系と、前記測定対象での反射光を集光する第１受光光学系と、前記第１受光光学系で集められた光を受光し測定信号として出力する第１受光部と、を有するとともに、前記照明光学系又は前記第１受光光学系に、入射光を拡散反射する拡散反射面を有し、
    前記第２光学測定部が、前記測定開口に臨む測定対象の被測定面法線に対し所定の角度傾いた方向から投光する投光光学系と、前記測定対象での反射光を正反射方向で集光する第２受光光学系と、前記第２受光光学系で集められた光を受光し測定信号として出力する第２受光部と、を有し、
    前記第２光学測定部で得られた測定値を、前記第１光学測定部で得られた測定値に基づいて補正する処理部を備えた光学特性測定装置。
  2. 前記拡散反射面が積分球からなる請求項１記載の光学特性測定装置。
  3. 前記投光光学系が、前記被測定面法線に対し６０°傾いた略平行光を投光する請求項１又は２記載の光学特性測定装置。
  4. 前記第１光学測定部及び前記第２光学測定部による特定サンプルの測定値の算出を、実測又はシミュレーションによって事前に行い、前記第１光学測定部により得られた特定サンプルの測定値と、前記第２光学測定部により得られた特定サンプルの測定値が含む測定誤差と、の関係を、補正テーブル又は関係式として記憶しておき、前記補正テーブル又は関係式に、前記第１光学測定部により得られた前記測定対象の測定値を適用することにより、前記第２光学測定部の測定値の補正量を決定する請求項１〜３のいずれか１項に記載の光学特性測定装置。
  5. 前記第１光学測定部で複数の測定条件の設定が可能であり、前記補正テーブル又は関係式が、測定条件ごとに異なるように複数設定され、かつ、そのなかから選択可能である請求項４記載の光学特性測定装置。
  6. 前記補正テーブル又は関係式が、前記測定対象の材質ごとに異なるように複数設定され、かつ、そのなかから選択可能である請求項４又は５記載の光学特性測定装置。
  7. 前記測定対象を撮像するための撮像装置と、前記測定対象での反射を介して前記撮像装置で観察されるように位置するとともに、撮影範囲に収まる大きさを有し、かつ、その周囲とは異なる反射率を有するマークと、を更に備え、
    前記処理部が、前記第１光学測定部又は前記第２光学測定部での光学特性の測定において、前記撮像装置による画像取得を行い、得られた画像から前記測定対象の画像劣化度合いを画像処理で求めて拡散反射特性を算出し、算出された拡散反射特性と前記第１光学測定部又は前記第２光学測定部により得られた前記測定対象の測定値とから前記測定対象の材質を推定し、前記測定対象の材質に応じた前記補正テーブル又は関係式を選択して適用する請求項４〜６のいずれか１項に記載の光学特性測定装置。
  8. 前記第１光学測定部が照明用の光を放射する第１光源を更に有し、前記第２光学測定部が投光用の光を放射する第２光源を更に有し、前記第１光源の分光放射輝度と前記第１受光部の分光感度との乗算と、前記第２光源の分光放射輝度と前記第２受光部の分光感度との乗算と、が等しい請求項１〜７のいずれか１項に記載の光学特性測定装置。
  9. 前記第１受光部が前記測定対象での反射光を分光する分光素子を有し、前記処理部が前記分光素子で得られた分光スペクトルを光学特性の測定に用いる請求項１〜７のいずれか１項に記載の光学特性測定装置。
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