WO2018147131A1 - 測色装置 - Google Patents

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WO2018147131A1
WO2018147131A1 PCT/JP2018/003060 JP2018003060W WO2018147131A1 WO 2018147131 A1 WO2018147131 A1 WO 2018147131A1 JP 2018003060 W JP2018003060 W JP 2018003060W WO 2018147131 A1 WO2018147131 A1 WO 2018147131A1
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light
receiving element
light receiving
color
measurement
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Inventor
和彦 松尾
Original Assignee
ストローブ株式会社
ゾンデックス株式会社
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/46—Measurement of colour; Colour measuring devices, e.g. colorimeters
    • G01J3/50—Measurement of colour; Colour measuring devices, e.g. colorimeters using electric radiation detectors
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/46—Measurement of colour; Colour measuring devices, e.g. colorimeters
    • G01J3/50—Measurement of colour; Colour measuring devices, e.g. colorimeters using electric radiation detectors
    • G01J3/51—Measurement of colour; Colour measuring devices, e.g. colorimeters using electric radiation detectors using colour filters

Definitions

  • the present invention relates to a color measuring device.
  • base paint is prepared from paint raw materials stocked at a repair shop based on automobile pure raw color preparation data. Then, another paint is mixed in accordance with the color difference between the base paint and the surrounding colors, and the paint is prepared while performing the trial coating.
  • another paint mixed with the base paint three primary colors of red, blue and yellow and white are basically used. That is, since the color mixing operation is performed by mixing a single color paint into the base paint, for example, only the red component cannot be reduced from the base paint. For this reason, in such color adjustment work, a lighter color than the color of the body is selected as the base paint.
  • the selection of the base paint and the mixing of the paint have a large part to be learned by experience, and conventionally, they have been performed depending on the experience of repair shop workers.
  • the Lab color system used in a general colorimetric apparatus determines colors in the range of L: 0 to 100, a: -60 to +60, b: -60 to +60, and each of them to the second decimal place. expressed. That is, the number of colors distinguished in the Lab color system reaches 1,440 billion colors (10000 ⁇ 12000 ⁇ 12000).
  • Any paint manufacturer not just an auto repair shop, usually stocks only a few hundred colors, at most thousands of colors, and the color of the body by blending a single color paint against the base paint. It is virtually impossible to match it completely. And under such circumstances, if you use a color measuring device for the purpose of obtaining reference data when selecting a base paint, or for the purpose of confirming some degree of identity between the color of the preparation paint and the body color, Accuracy that can identify 1 trillion colors or more is not necessary.
  • Patent Document 1 a scattered light irradiation type color measuring device
  • Patent Document 2 an annular illumination type color measuring device
  • Patent Document 3 a multi-angle type color measuring device
  • JP-A-6-207857 Japanese Patent Laid-Open No. 10-253457 JP 2006-145374 A
  • the above-described conventional colorimetric apparatus requires an integrating sphere, and the light emitting element or the light receiving element is arranged in an annular shape, so that a large space is required and the optical system becomes large.
  • the present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to provide a color measuring device capable of reducing the optical system such as a light emitting element and a light receiving element while maintaining a certain degree of accuracy.
  • the color measurement device of the present invention irradiates the measurement target surface with measurement light, and measures the color of the measurement target surface based on the light intensity of a predetermined color system included in the reflected light.
  • the color measurement device includes a light source capable of irradiating light in the light irradiation direction and irradiating the measurement target surface with the measurement light, and a predetermined color system included in the reflected light, arranged behind the light irradiation direction of the light source.
  • the colorimetric device of the present invention does not have an integrating sphere, and the light emitting element or the light receiving element is not arranged in an annular shape, so that the optical system can be reduced and the colorimetric device can be downsized. Can be achieved.
  • the lens body may be transparent or semi-transparent, and may have a curved shape in which the front in the light irradiation direction is convex forward, and the rear in the light irradiation direction may be a planar shape. If it carries out like this, it can refract in the front surface of a lens body, and can condense reflected light toward a light receiving element.
  • the through hole of the lens body may be colored black. If it carries out like this, it can prevent that a part of measurement light which passes the through-hole of a lens body permeate
  • the light receiving element may be an element that detects the color of the measurement target surface based on the RGB light intensity included in the reflected light.
  • the light receiving element includes a red light receiving element that detects red light intensity, a green light receiving element that detects green light intensity, and a blue light receiving element that detects blue light intensity. Good.
  • the red light receiving element, the green light receiving element, and the blue light receiving element are integrally disposed, the amount of reflected light detected by the light receiving elements of the respective colors can be made close to each other. For this reason, the color of the surface to be measured can be detected with high accuracy.
  • Each of the red light receiving element, the green light receiving element, and the blue light receiving element may be composed of a plurality of elements arranged in a predetermined pattern. By so doing, it is possible to reduce variations in the amount of reflected light detected by the light receiving elements of the respective colors, and to accurately detect the color of the measurement target surface.
  • Each of the plurality of elements has a diamond-shaped light receiving surface, and the plurality of red light receiving elements, the plurality of green light receiving elements, and the plurality of blue light receiving elements are rotated by 120 ° with respect to each other. It may be arranged.
  • the light source may emit white light as measurement light. This is based on the fact that light of each color is included in white light.
  • the color measuring device can be arranged with the light source tilted by bringing the front end of the spacer into contact with the surface to be measured.
  • FIG. 4 is an AA view showing the lens body from the AA direction in FIG. 3. It is a figure which shows schematic structure seen from the front of the light receiving element of this embodiment. It is a figure which shows schematic structure of the color measuring device of a 1st modification. It is a figure which shows schematic structure of the color measuring apparatus of a 2nd modification.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a schematic configuration of a color measurement device according to the present embodiment.
  • the same or corresponding components are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
  • a color measurement device is used to measure a repaired part of an automobile.
  • the color measurement device may be used in vehicles such as trains and airplane maintenance, food, or apparel industry, for example.
  • the color measuring device 10 includes a casing 12, a light source 14 that irradiates measurement light toward the measurement target surface Sf, a light receiving element 30 that receives reflected light and detects light intensity, and reflected light. Is provided with a lens body 20 that focuses the light toward the light receiving element 30 and a control unit 40 that controls the colorimetric device 10 as a whole.
  • the direction in which the measurement light is irradiated from the light source 14 (light irradiation direction LA) will be described as “front”, and the opposite direction will be described as “rear” (see FIG. 1).
  • the casing 12 has a hollow bottomed cylindrical shape in the present embodiment, and defines a part of the outer shape of the color measuring device 10.
  • the casing 12 houses the light source 14, the light receiving element 30, and the control unit 40, and supports the lens body 20 at the front end.
  • the casing 12 may be configured by combining a plurality of members. In the present embodiment, it is preferable that the casing 12 is made opaque and the inner surface is colored matte black so that ambient light is not detected by the light receiving element 30.
  • the light source 14 irradiates light in the light irradiation direction LA using electric power from the outside through the power line 15.
  • the light source 14 uses an LED that emits white light, and the illuminance can be changed between 0 and 4800 lux.
  • the light source 14 may irradiate light of a predetermined color that is not white light, or may be an incandescent bulb or a fluorescent lamp.
  • the light source 14 may have a constant illuminance.
  • the light irradiation direction LA of the light source 14 means the center of the light emitted from the light source 14, for example, the direction in which the light amount emitted from the light source 14 is the largest, or the light amount is a predetermined amount or more.
  • the light emitted from the light source 14 is not refracted or reflected by the other configuration of the color measurement device 10 as measurement light (refer to the one-dot chain line in FIG. 1).
  • the measurement target surface Sf is directly irradiated. That is, the light irradiated from the light source 14 is irradiated onto the measurement target surface Sf in the light irradiation direction LA without changing the direction.
  • the lens body 20 is provided in front of the light source 14 in this embodiment.
  • the lens body 20 is provided to collect the reflected light from the measurement target surface Sf (see a two-dot chain line in FIG. 1) toward the light receiving element 30.
  • 2, 3, and 4 are a perspective view showing the lens body 20 of the present embodiment, a view seen from the front, and an AA view seen from the direction AA of FIG. 3.
  • the lens body 20 is made of a transparent or translucent material, and is made of, for example, quartz glass or resin.
  • the lens body 20 has a spherical shape (curved surface) with a front surface convex forward, and a rear surface is flat.
  • a through hole 22 is formed in the lens body 20.
  • the through hole 22 is formed in the center of the lens body 20 and penetrates the front surface and the rear surface.
  • the light source 14 is arranged so that the measurement light passes through the through hole 22.
  • the through hole 22 is arranged along the light irradiation direction LA of the light source 14.
  • the inner surface 23 (see FIG. 4) of the through hole 22 is colored matte black. Thereby, it is possible to suppress erroneous detection in the light receiving element 30 due to part of the measurement light from the light source 14 passing through the lens body 20 and irregularly reflecting in the lens body 20.
  • a cover body 16 is provided in front of the lens body 20 so as to cover the lens body 20.
  • the cover body 16 is a transparent or translucent plate-like member, and allows the measurement light from the light source 14 and the reflected light from the measurement target surface Sf to pass therethrough.
  • the cover body 16 may be formed of, for example, quartz glass or resin.
  • the cover body 16 is supported by a cylindrical support body 17 attached to the casing 12. It is preferable that the inner surface of the support body 17 is colored with a matte black color.
  • the cover body 16 is not limited to what is attached to the casing 12 via the support body 17, and may be directly attached to the casing 12. By providing such a cover body 16, it is possible to prevent the lens body 20 from being damaged or dirty.
  • the light receiving element 30 is disposed behind the light source 14 in the light irradiation direction LA. That is, the light source 14, the through hole 22 of the lens body 20, and the light receiving element 30 are arranged in a line along the light irradiation direction LA.
  • the light receiving element 30 is provided to detect the RGB light intensity by receiving the reflected light irradiated from the light source 14 and reflected by the measurement target surface Sf.
  • the light receiving element 30 should just be arrange
  • FIG. 5 is a diagram showing a schematic configuration viewed from the front of the light receiving element 30 of the present embodiment.
  • the light receiving element 30 of the present embodiment includes a red light receiving element 32R that detects red light intensity, a green light receiving element 32G that detects green light intensity, and a blue light receiving element that detects blue light intensity.
  • 32B is integrally arranged.
  • Si photodiodes are used for the respective light receiving elements 32R, 32G, and 32B
  • the maximum sensitivity wavelength of the red light receiving element 32R is 620 nm (sensitivity wavelength range 590 to 720 nm)
  • the maximum sensitivity wavelength of the green light receiving element 32G is 540 nm.
  • the sensitivity wavelength range is 480 to 600 nm
  • the maximum sensitivity wavelength of the blue light receiving element 32B is selected to be 460 nm (sensitivity wavelength range 400 to 490 nm).
  • Each of the red light receiving element 32R, the green light receiving element 32G, and the blue light receiving element 32B includes a plurality of rhombus-shaped elements 34R, 34G, and 34B, which are arranged so as to be rotated by 120 ° and arranged in a predetermined pattern. Yes.
  • a light receiving element 30 when reflected light reaches the light receiving element 30, it is possible to reduce the influence of variations in reflected light and accurately detect the RGB light intensity.
  • each of the plurality of elements 34R, 34G, and 34B of the red light receiving element 32R, the green light receiving element 32G, and the blue light receiving element 32B is inclined by about 0.1 ° with respect to the light irradiation direction LA. Has a surface (not shown). By having such an inclined surface, the area for receiving reflected light can be increased, and the influence of detection errors due to variations in reflected light can be reduced.
  • a signal line is connected to the control unit 40 from each of the plurality of elements 34R, 34G, and 34B of the red light receiving element 32R, the green light receiving element 32G, and the blue light receiving element 32B.
  • a signal is sent to the control unit 40.
  • the total area of each of the red light receiving element 32R, the green light receiving element 32G, and the blue light receiving element 32B is preferably substantially the same, and FIG. 5 shows a completely identical example. However, the total area of each of the red light receiving element 32R, the green light receiving element 32G, and the blue light receiving element 32B may be different, and correction may be performed in the control unit 40 based on the respective area ratios.
  • the control unit 40 is accommodated in the casing 12 and is provided to control the entire colorimetric device 10.
  • the control unit 40 can use various configurations such as a microprocessor centered on a CPU or a dedicated electronic circuit.
  • an external power source is connected to the control unit 40. It is preferable that the control unit 40 can accept electric power having a voltage of about 10 to 36 V so that the power source of the vehicle or the power source of the aircraft can be used.
  • the control unit 40 performs a lighting process of the light source 14 and a calculation process for detecting the RGB light intensity based on the detection signals of the light receiving elements 32R, 32G, and 32B of the respective colors.
  • the control unit 40 blinks the light emitted from the light source 14 at a predetermined light emission cycle, and performs synchronous detection based on the light emission cycle of the light source 14 on the signals from the light receiving elements 32R, 32G, and 32B of the respective colors. Also good.
  • synchronous detection light having a period different from the light emission period of the measurement light can be excluded. For example, if the light emission period is set to a sufficiently high frequency compared to the change in disturbance light, the high frequency component and the low frequency component are detected separately, and the light intensity of the low frequency component is subtracted from the light intensity of the high frequency component. By doing so, it is possible to detect only the reflected light intensity of the light-modulated measurement light.
  • the control unit 40 may be connected to a computer (not shown) by wire or wirelessly, and the measurement result may be displayed on a display (not shown) or stored in a predetermined storage area.
  • the color measuring device 10 of the embodiment when measuring the body color of an automobile, the color measuring device 10 is arranged so that the measurement light is emitted from the light source 14 toward an arbitrary measurement target surface Sf of the automobile.
  • the color measurement device 10 of the present embodiment is configured to be capable of color measurement at a distance of about 30 mm to 500 mm from the measurement target surface Sf.
  • measurement light may be irradiated from the light source 14 to the measurement target surface Sf at predetermined angles of 15 °, 45 °, and 90 ° with respect to the measurement target surface Sf. preferable. Thereby, it is possible to suitably measure the color of a metallic paint or the like.
  • a part of the reflected light reflected by the measurement target surface Sf is collected by the lens body 20 and detected by the light receiving element 30.
  • the light receiving elements 32R, 32G, and 32B of the light receiving element 30 detect light intensities of red (620 nm), green (540 nm), and blue (460 nm) that are the three primary colors of light, and the detected signals are transmitted to the control unit 40.
  • the RGB light intensity is calculated.
  • the calculation by the control unit 40 at this time may be performed by various known calculation formulas.
  • the lens body 20 is disposed in front of the light source 14, and a through-hole through which the measurement light passes is formed in the lens body 20.
  • a light receiving element 30 is provided behind the light source 14 in the light irradiation direction LA.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating a schematic configuration of the color measuring device 10 according to the first modification.
  • the color measuring device 10 of the first modified example is different from the color measuring device 10 of the present embodiment in that a spacer 50 is provided and a screw groove 13 is formed on the outer peripheral surface of the casing 12. This is the same as the colorimetric device 10.
  • the spacer 50 is attached to the front of the casing 12 and has a front end face 54 that is inclined at a predetermined angle (for example, 75 ° with respect to the light irradiation direction LA) with respect to the light irradiation direction LA.
  • the spacer 50 is formed of a light-shielding material, and the inner peripheral surface is colored black of the mat.
  • a thread groove 52 corresponding to the thread groove 13 formed on the outer periphery of the casing 12 is formed on the inner peripheral surface of the spacer 50.
  • the spacer 50 can be detachably attached to the casing 12.
  • the front end face 54 of the spacer 50 does not damage the measurement target surface Sf when coming into contact with the measurement target surface Sf, and a cushion material such as felt (not shown) so that external light does not enter the spacer 50. Z) is pasted.
  • the color measurement device 10 of the first modification a standard in which the distance from the light source 14 or the light receiving element 30 to the measurement target surface Sf is determined in a state where the front end surface 54 of the spacer 50 is in contact with the measurement target surface Sf.
  • the spacer 50 and the casing 12 are assembled so as to match the working distance (for example, 50 mm).
  • the color measurement by the color measurement device 10 is performed by bringing the spacer 50 into contact with the measurement target surface Sf, so that the color measurement can be easily performed at a constant angle and under a certain condition.
  • FIG. 7 is a diagram showing a schematic configuration of the color measuring device 10 of the second modified example.
  • the color measurement device 10 of the second modification is different from the spacer 50 of the first modification in the spacer 150, and the other points are the same as the color measurement device 10 of the first modification.
  • the spacer 150 of the color measuring device 10 of the second modified example is a frame type, and connects the screwing portion 152 screwed to the casing 12, the contact portion 154 abutting against the measurement target surface Sf, and these. And a plurality of rods 156.
  • the contact portion 154 is formed to be inclined at a predetermined angle (for example, 75 ° with respect to the light irradiation direction LA) with respect to the light irradiation direction LA.
  • a cushioning material (not shown) such as felt is affixed to the contact portion 154 in the same manner as the front end face 54 of the first modification.
  • the color measurement device 10 of the second modification example similarly to the color measurement device 10 of the first modification example, by performing the color measurement by bringing the spacer 150 into contact with the measurement target surface Sf, it is easy to obtain a constant angle.
  • the colorimetry can be performed under certain conditions while maintaining the above.
  • the colorimetric device 10 includes the cover body 16 in front of the lens body 20, the cover body 16 may have any configuration and may not be provided.
  • the light receiving element 30 of the above-described embodiment detects the color of the measurement target surface Sf based on the RGB light intensity included in the reflected light.
  • the light receiving element 30 is not limited to those detecting the RGB light intensity having the red light receiving element 32R, the green light receiving element 32G, and the blue light receiving element 32B, and other color systems such as the Lab color system.
  • the color of the measurement target surface Sf may be detected based on the light intensity.
  • the light receiving element 30 of the color measuring device 10 is not limited to the example shown in FIG. 5.
  • the light receiving elements 32 R, 32 G, and 32 B of each color composed of a single element may be integrally provided. Good.
  • the plurality of elements 34R, 34G, and 34B of the light receiving element 30 are not limited to those having a diamond-shaped light receiving surface, and may have light receiving surfaces of other shapes such as a square, a circle, and a regular hexagon.
  • the plurality of elements 34R, 34G, and 34B of the light receiving element 30 are not limited to those arranged to be rotated by 120 ° with respect to each other, and may be arranged, for example, in the same direction.
  • the lens body 20 of the color measuring device 10 is a plano-convex lens whose front surface is convex forward and whose rear surface is planar.
  • the lens body 20 is capable of condensing reflected light on the light receiving element 30.
  • the plano-convex lens is not limited to this.
  • the lens body 20 may be, for example, a front surface that is flat or a curved surface that is concave forward, or a rear surface that is convex or concave forward.

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Abstract

測色装置は、測定対象面に測定光を照射し、その反射光に含まれる所定の表色系の光強度に基づいて測定対象面の色を測定する。この測色装置は、光照射方向に光を照射して測定対象面に測定光を照射可能な光源と、光源の光照射方向における後方に配置され、反射光に含まれる所定の表色系の光強度を検出する受光素子と、光源から照射される測定光が通過する貫通孔を有し、反射光を受光素子に向けて集光するレンズ体と、を備える。

Description

測色装置
　本発明は、測色装置に関する。
　一般に、自動車修理工場では、ボディ外装の修理箇所をその周囲の色と同色に塗装する仕上げが行われている。このとき、当初から塗装されている塗料の情報があったとしても、多数の自動車メーカーで使用している塗料を修理工場ですべて取りそろえることは困難なため、そのまま使用できる塗料の用意がない場合がある。また、自動車の塗装は退色などによって変色するため、当初の塗料をそのまま使用すると、周囲の色とに差異が生じてしまう場合がある。
　このような場合には、修理工場にストックされている塗料原料から、自動車純生色調合データを基にベース塗料が調合される。そして、ベース塗料と周囲の色との色差に応じて別の塗料を混色し、試塗をしながら塗料を調合するという作業が行われる。ベース塗料に混色する別の塗料としては、基本的に赤青黄の３原色と白とが用いられる。つまり、混色作業では、ベース塗料に単色の塗料を混合することにより行われるため、たとえばベース塗料から赤成分だけを減らすことができない。このため、こうした色調整作業では、ベース塗料としてボディの色より薄めの色が選択される。こうしたベース塗料の選択および塗料の混合は、経験により会得する部分が大きくあり、従来は修理工場の作業者の経験に頼って行われていた。
　そこで、近年では、現在のボディの色を客観的に把握するために、対象箇所の色を正確に測定することのできる測色装置を利用することが行われている。ところで、一般的な測色装置で用いられるＬａｂ表色系は、Ｌ：０～１００、ａ：－６０～＋６０、ｂ：－６０～＋６０の範囲で色が判別され、それぞれ小数点第２位まで表される。つまり、Ｌａｂ表色系で区別される色数は１兆４４００億色（10000×12000×12000）に達する。
　自動車修理工場に限らずどのような塗料メーカーにおいても、普通は数百色、多くても数千色しか塗料をストックしておらず、ベース塗料に対して単色塗料を調合することによってボディの色に完全に一致させることは事実上不可能である。そして、こうした実情の下、ベース塗料を選定するときの参考データを得る目的、または、調合塗料の色とボディ色とのある程度の同一性を確認する目的で、測色装置を用いるのであれば、１兆色以上を識別できるような精度は不要である。
　従来、こうした目的で用いられる測色装置として、散乱光照射タイプの測色装置（特許文献１参照）、環状照明タイプの測色装置（特許文献２参照）、および、マルチアングルタイプの測色装置（特許文献３参照）が知られている。
　また、近年、こうした測色装置は、自動車の修理工場だけではなく、列車などの車両および飛行機の整備、食品、もしくは、アパレル産業においても利用が求められている。
特開平６－２０７８５７号公報 特開平１０－２５３４５７号公報 特開２００６－１４５３７４号公報
　上記した従来の測色装置は、積分球が必要とされたり、発光素子または受光素子が環状に配置されたりするために、大きなスペースが必要となり、光学系が大型になっていた。
　本発明は上述の点に鑑みてなされたものであり、ある程度の精度を維持しつつ、発光素子および受光素子などの光学系を小さくできる測色装置を提供することを目的の１つとする。
　本発明の測色装置は、測定対象面に測定光を照射し、その反射光に含まれる所定の表色系の光強度に基づいて測定対象面の色を測定する。この測色装置は、光照射方向に光を照射して測定対象面に測定光を照射可能な光源と、光源の光照射方向における後方に配置され、反射光に含まれる所定の表色系の光強度を検出する受光素子と、光源から照射される測定光が通過する貫通孔を有し、反射光を受光素子に向けて集光するレンズ体と、を備える。
　かかる構成により、本発明の測色装置は、積分球を有しておらず、発光素子または受光素子が環状に配置されていないので、光学系を小さくすることができ、測色装置の小型化を図ることができる。
　また、レンズ体は、透明または半透明であってもよく、光照射方向における前方が当該前方に凸となる曲面形状であり、光照射方向における後方が平面形状であってもよい。
　こうすれば、レンズ体の前方面で屈折させて反射光を受光素子に向けて集光できる。
　また、レンズ体の貫通孔は黒色に着色されていてもよい。
　こうすれば、レンズ体の貫通孔を通過する測定光の一部がレンズ体内に透過することを防止でき、受光素子による誤検出を防止できる。
　また、受光素子は、反射光に含まれるＲＧＢの光強度に基づいて測定対象面の色を検出する素子であってもよい。そして、受光素子は、赤の光強度を検出する赤色受光素子と、緑の光強度を検出する緑色受光素子と、青の光強度を検出する青色受光素子とが、一体に配置されていてもよい。
　こうすれば、赤色受光素子と緑色受光素子と青色受光素子とが一体に配置されているので、各色の受光素子で検知される反射光の光量を近い値にすることができる。このため、測定対象面の色を精度よく検出することができる。
　また、赤色受光素子、緑色受光素子、および、青色受光素子のそれぞれは、所定のパターンに並べられて配置された複数の素子からなるものでもよい。
　こうすれば、各色の受光素子で検出される反射光の光量のばらつきを小さくすることができ、測定対象面の色を精度よく検出することができる。
　また、複数の素子のそれぞれはひし形の受光面を有し、赤色受光素子の複数の素子と、緑色受光素子の複数の素子と、青色受光素子の複数の素子とは、互いに１２０°回転して配置されていてもよい。
　また、レンズ体の光照射方向における前方に配置され、透明または半透明であり、測定光および反射光が通過可能な、カバー体を更に備えてもよい。
　こうすれば、レンズ体の前方がカバー体によってカバーされる。このため、レンズ体の損傷および汚れを防止できる。
　また、光源は測定光として白色光を照射してもよい。
　これは、白色光に各色の光が含まれていることに基づく。
　また、レンズ体の光照射方向における前方に配置され、前端が光照射方向に対して傾斜している、スペーサを更に備えてもよい。
　こうすれば、スペーサの前端を測定対象面に当接させることにより、光源を傾斜させた状態で測色装置を配置することができる。
本実施形態の測色装置の概略構成を示す図である。 本実施形態のレンズ体を示す斜視図である。 本実施形態のレンズ体を前方から見た図である。 レンズ体を図３のＡ－Ａ方向から示すＡＡ視図である。 本実施形態の受光素子の前方から見た概略構成を示す図である。 第１変形例の測色装置の概略構成を示す図である。 第２変形例の測色装置の概略構成を示す図である。
　以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。図１は本実施形態の測色装置の概略構成を示す図である。なお、図面では、同一または相当する構成要素には、同一の符号を付して重複した説明を省略する。本実施形態では、一例として、自動車の修理箇所を測定するために測色装置を用いる場合について説明する。しかしながら、測色装置は、例えば列車などの車両および飛行機の整備、食品、もしくは、アパレル産業などにおいて利用されてもよい。
　図１に示すように、測色装置１０は、ケーシング１２と、測定対象面Ｓｆに向けて測定光を照射する光源１４と、反射光を受けて光強度を検出する受光素子３０と、反射光を受光素子３０に向けて集光するレンズ体２０と、測色装置１０全体を制御する制御ユニット４０と、を備えている。なお、本実施形態では、光源１４から測定光が照射される方向（光照射方向ＬＡ）を「前方」とし、その反対方向を「後方」として説明する（図１参照）。
　ケーシング１２は、本実施形態では中空な有底円筒状であり、測色装置１０の外形の一部を画定する。ケーシング１２は、光源１４、受光素子３０、および制御ユニット４０を収容し、前方端にレンズ体２０を支持する。なお、ケーシング１２は、複数の部材が組み合わされて構成されてもよい。本実施形態では、外乱光が受光素子３０で検出されないように、ケーシング１２は不透明に形成され、内面がマットな黒色に着色されていることが好ましい。
　光源１４は、電力ライン１５を通じて外部からの電力を用いて、光照射方向ＬＡに光を照射する。本実施形態では、光源１４は、白色光を照射するＬＥＤが用いられており、０～４８００ルクスで照度を変更可能である。ただし、光源１４は、白色光でない所定色の光を照射するものでもよいし、白熱球または蛍光灯などでもよい。また、光源１４は、照度が一定のものでもよい。本実施形態では、光源１４の光照射方向ＬＡは、光源１４から照射される光の中心を意味し、例えば、光源１４から照射される最も光量が大きい方向、または、光量が所定量以上となる範囲の中心方向などとして定義することができる。そして、本実施形態の測色装置１０では、光源１４から照射される光は、測色装置１０の他の構成によって屈折または反射されることなく、測定光（図１中、一点鎖線参照）として直接に測定対象面Ｓｆに照射される。つまり、光源１４から照射される光は、方向が変更されることなく、光照射方向ＬＡで測定対象面Ｓｆに照射される。
　レンズ体２０は、本実施形態では、光源１４の前方に設けられている。このレンズ体２０は、測定対象面Ｓｆからの反射光（図１中、２点鎖線参照）を受光素子３０に向けて集光するために設けられている。図２、図３、及び図４は、本実施形態のレンズ体２０を示す斜視図、前方から見た図、及び、図３のＡ－Ａ方向から示すＡＡ視図である。レンズ体２０は透明または半透明の素材で形成されており、例えば石英ガラス、樹脂などで形成される。レンズ体２０は、前方面が前方に凸となる球面状（曲面状）であり、後方面が平面状である。そして、レンズ体２０には、貫通孔２２が形成されている。貫通孔２２は、レンズ体２０の中央に形成されており、前方面と後方面とを貫通する。光源１４は、この貫通孔２２を測定光が通過するように配置される。言い換えれば、貫通孔２２は、光源１４の光照射方向ＬＡに沿って配置される。貫通孔２２の内面２３（図４参照）は、マットな黒色に着色されている。これにより、光源１４からの測定光の一部がレンズ体２０の内部に通過してレンズ体２０内で乱反射することによる受光素子３０での誤検出を抑制することができる。
　説明を図１に戻す。本実施形態では、レンズ体２０を覆うように、レンズ体２０の前方にはカバー体１６が設けられている。カバー体１６は、透明または半透明の板状部材であり、光源１４からの測定光、及び、測定対象面Ｓｆからの反射光を通過させる。カバー体１６は、例えば、石英ガラス、樹脂などで形成されればよい。本実施形態では、カバー体１６は、ケーシング１２に取り付けられた筒状の支持体１７に支持されている。支持体１７は、内周面がマットの黒色に着色されていることが好ましい。なお、カバー体１６は、支持体１７を介してケーシング１２に取り付けられるものに限定されず、ケーシング１２に直接に取り付けられてもよい。こうしたカバー体１６を備えることにより、レンズ体２０が損傷したり汚れたりすることを防止できる。
　受光素子３０は、光源１４の光照射方向ＬＡにおける後方に配置されている。つまり、光源１４と、レンズ体２０の貫通孔２２と、受光素子３０とは、光照射方向ＬＡに沿って一列に並んで配置されている。受光素子３０は、光源１４から照射されて測定対象面Ｓｆで反射された反射光を受けてＲＧＢの光強度を検出するために設けられている。受光素子３０は、レンズ体２０から集光された光を効率よく受けることができるように、レンズ体２０の焦点の位置に基づいてケーシング１２内に配置されればよい。
　図５は、本実施形態の受光素子３０の前方から見た概略構成を示す図である。図示するように、本実施形態の受光素子３０は、赤の光強度を検出する赤色受光素子３２Ｒと、緑の光強度を検出する緑色受光素子３２Ｇと、青の光強度を検出する青色受光素子３２Ｂとが、一体に配置されている。本実施形態では、各受光素子３２Ｒ，３２Ｇ，３２ＢはＳｉフォトダイオードが用いられ、赤色受光素子３２Ｒの最大感度波長が６２０ｎｍ（感度波長範囲５９０～７２０ｎｍ）、緑色受光素子３２Ｇの最大感度波長が５４０ｎｍ（感度波長範囲４８０～６００ｎｍ）、青色受光素子３２Ｂの最大感度波長が４６０ｎｍ（感度波長範囲４００～４９０ｎｍ）に選定されている。
　赤色受光素子３２Ｒ、緑色受光素子３２Ｇ、及び、青色受光素子３２Ｂのそれぞれは、ひし形状の複数の素子３４Ｒ、３４Ｇ、３４Ｂからなり、互いに１２０°回転して所定のパターンに並べられて配置されている。こうした受光素子３０を用いることにより、受光素子３０に反射光が届いたときに、反射光のばらつきの影響を小さくしてＲＧＢの光強度を精度よく検出することができる。また、本実施形態では、赤色受光素子３２Ｒ、緑色受光素子３２Ｇ、及び、青色受光素子３２Ｂのそれぞれの複数の素子３４Ｒ、３４Ｇ、３４Ｂは、光照射方向ＬＡに対して０．１°程度の傾斜面を有している（図示せず）。このように傾斜面を有することにより、反射光を受ける面積を大きくすることができるとともに、反射光のばらつきによる検出誤差の影響を小さくすることができる。
　赤色受光素子３２Ｒ、緑色受光素子３２Ｇ、及び、青色受光素子３２Ｂのそれぞれの複数の素子３４Ｒ、３４Ｇ、３４Ｂからは、制御ユニット４０に信号線が繋がれており、それぞれで検出された光強度を示す信号が制御ユニット４０に送られる。赤色受光素子３２Ｒ、緑色受光素子３２Ｇ、及び、青色受光素子３２Ｂのそれぞれの総面積はほぼ同一であることが好ましく、図５では完全に同一の例を示している。ただし、赤色受光素子３２Ｒ、緑色受光素子３２Ｇ、及び、青色受光素子３２Ｂのそれぞれの総面積が異なり、それぞれの面積比に基づいて制御ユニット４０において補正がなされてもよい。
　制御ユニット４０は、ケーシング１２に収容されており、測色装置１０全体を制御するために設けられている。制御ユニット４０は、ＣＰＵを中心としたマイクロプロセッサ、または、専用の電子回路など、種々の構成を用いることができる。本実施形態では、制御ユニット４０には、外部電源が接続されている。車両の電源、または、航空機の電源等を用いることができるように、制御ユニット４０には、１０～３６Ｖ程度の電圧の電力を受け入れられることが好ましい。制御ユニット４０は、光源１４の点灯処理と、各色の受光素子３２Ｒ，３２Ｇ，３２Ｂの検出信号に基づいてＲＧＢの光強度を検出する演算処理とを行う。このときには、制御ユニット４０は、光源１４から照射する光を所定の発光周期で点滅させ、各色の受光素子３２Ｒ，３２Ｇ，３２Ｂからの信号に対して光源１４の発光周期に基づく同期検波を行ってもよい。同期検波により、測定光の発光周期と異なる周期の光を排除することができる。例えば、発光周期を外乱光の変化に比して十分に高い周波数に設定すれば、高周波成分と低周波成分とを分離して検出し、高周波成分の光強度から低周波成分の光強度をマイナスすることにより、光変調された測定光の反射光強度のみを検出することができる。なお、制御ユニット４０は、図示しないコンピュータに有線または無線で接続し、測定した結果を図示しないディスプレイに表示させたり所定の記憶領域に記憶させたりしてもよい。
　次に、実施形態の測色装置１０の動作について説明する。例えば、自動車のボディ色を測定する場合には、自動車の任意の測定対象面Ｓｆに向けて光源１４から測定光が照射されるように測色装置１０を配置する。ここで、本実施形態の測色装置１０は、測定対象面Ｓｆから３０ｍｍ～５００ｍｍ程度の距離で測色が可能な構成としている。また、測定の際には、測定対象面Ｓｆに対して、１５°，４５°，及び９０°の予め定めた角度で、光源１４から測定対象面Ｓｆに対して測定光が照射されることが好ましい。これにより、メタリック塗料などの色についても好適に測色することができる。そして、測定対象面Ｓｆで反射された反射光の一部がレンズ体２０によって集光され、受光素子３０で検知される。受光素子３０の各色受光素子３２Ｒ，３２Ｇ，３２Ｂは、光の三原色である赤色（６２０ｎｍ）、緑色（５４０ｎｍ）、青色（４６０ｎｍ）の光強度を検出し、検出した信号が制御ユニット４０に送信されてＲＧＢの光強度が演算される。このときの制御ユニット４０による演算は、公知の種々の計算式によってなされればよい。
　以上説明した実施形態の測色装置１０では、光源１４の前方にレンズ体２０が配置され、レンズ体２０に測定光を通過させる貫通孔が形成されている。また、光源１４の光照射方向ＬＡにおける後方に受光素子３０が設けられている。こうした構成により、測色装置１０は、光源または受光素子が環状に配置されておらず、また、積分球を有していないので、光学系を小さくすることができ、装置の小型化を図ることができる。
（変形例）
　図６は、第１変形例の測色装置１０の概略構成を示す図である。第１変形例の測色装置１０は、スペーサ５０を備えてケーシング１２の外周面にネジ溝１３が形成されている点で本実施形態の測色装置１０と異なり、その他の点では本実施形態の測色装置１０と同一である。図６に示すように、スペーサ５０は、ケーシング１２の前方に取り付けられ、光照射方向ＬＡに対して所定角度（例えば、光照射方向ＬＡに対して７５°など）傾斜した前端面５４を有している。スペーサ５０は、遮光性材料で形成され、内周面がマットの黒色に着色されている。また、スペーサ５０の内周面には、ケーシング１２の外周に形成されたネジ溝１３に対応するネジ溝５２が形成されている。これにより、スペーサ５０は、ケーシング１２に対して着脱可能に装着できる。また、スペーサ５０の前端面５４には、測定対象面Ｓｆと当接するときに測定対象面Ｓｆを傷つけず、また、外光がスペーサ５０内に入らないように、フェルトなどのクッション材（図示せず）が貼り付けられている。
　第１変形例の測色装置１０では、スペーサ５０の前端面５４を測定対象面Ｓｆに当接させた状態で光源１４または受光素子３０から測定対象面Ｓｆまでの距離が予め定められている標準作動距離（例えば５０ｍｍ）に一致するように、スペーサ５０とケーシング１２とが組み付けられる。これにより、スペーサ５０を測定対象面Ｓｆに当接させて測色装置１０による測色を行うことで、容易に一定の角度に維持して一定の条件下で測色を行うことができる。
　図７は、第２変形例の測色装置１０の概略構成を示す図である。第２変形例の測色装置１０は、スペーサ１５０が第１変形例のスペーサ５０と異なり、その他の点は第１変形例の測色装置１０と同一である。第２変形例の測色装置１０のスペーサ１５０は、フレームタイプであり、ケーシング１２に螺合される螺合部１５２と、測定対象面Ｓｆに当接される当接部１５４と、これらを連結する複数本のロッド１５６と、を有している。当接部１５４は、光照射方向ＬＡに対して所定角度（例えば、光照射方向ＬＡに対して７５°など）傾斜して形成されている。当接部１５４には、第１変形例の前端面５４と同様に、フェルトなどのクッション材（図示せず）が貼り付けられている。
　こうした第２変形例の測色装置１０においても、第１変形例の測色装置１０と同様に、スペーサ１５０を測定対象面Ｓｆに当接させて測色を行うことで、容易に一定の角度に維持して一定の条件で測色を行うことができる。
　なお、上記した実施形態の測色装置１０は、レンズ体２０の前方にカバー体１６を備えるものとしたが、カバー体１６は任意の構成であり備えていなくてもよい。
　また、上記した実施形態の受光素子３０は、反射光に含まれるＲＧＢの光強度に基づいて測定対象面Ｓｆの色を検出するものとした。しかし、受光素子３０としては、赤色受光素子３２Ｒ、緑色受光素子３２Ｇ、及び、青色受光素子３２Ｂを有するＲＧＢの光強度を検出するものに限定されず、Ｌａｂ表色系など、他の表色系の光強度に基づいて測定対象面Ｓｆの色を検出するものでよい。
　また、測色装置１０の受光素子３０は、図５に示す例に限定されるものではなく、例えば、単一の素子からなる各色の受光素子３２Ｒ，３２Ｇ，３２Ｂが一体に設けられたものでもよい。また、受光素子３０の複数の素子３４Ｒ，３４Ｇ，３４Ｂは、ひし形状の受光面を有するものに限定されず、正方形、円形、正六角形など他の形状の受光面を有していてもよい。さらに、受光素子３０の複数の素子３４Ｒ，３４Ｇ，３４Ｂは、互いに１２０°回転して配置されるものに限定されず、例えば互いに同一の方向に向いて配置されてもよい。
　また、測色装置１０のレンズ体２０は、前方面が前方に凸となる曲面状であり、後方面が平面状の平凸レンズとしたが、反射光を受光素子３０に集光できるものであればよく、こうした平凸レンズに限定されるものではない。レンズ体２０は、例えば、前方面が平面状または前方に凹となる曲面状であってもよいし、後方面が前方に凸または凹となる曲面状であってもよい。
　以上、本発明の実施の形態について説明してきたが、上記した発明の実施の形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得るとともに、本発明にはその均等物が含まれることはもちろんである。また、上述した課題の少なくとも一部を解決できる範囲、または、効果の少なくとも一部を奏する範囲において、実施形態および変形例の任意の組み合わせが可能であり、特許請求の範囲および明細書に記載された各構成要素の任意の組み合わせ、または、省略が可能である。
　本願は、２０１７年２月９日出願の日本特許出願番号第２０１５－０９６２４８号に基づく優先権を主張する。日本特許出願番号第２０１７－０２２１１２号の明細書、特許請求の範囲、図面及び要約書を含む全ての開示内容は、参照により全体として本願に援用される。特開平６－２０７８５７号公報（特許文献１）、特開平１０－２５３４５７号公報（特許文献２）および特開２００６－１４５３７４号公報（特許文献３）の明細書、特許請求の範囲、図面及び要約書を含む全ての開示は、参照により全体として本願に援用される。
　　１０…測色装置
　　１２…ケーシング
　　１４…光源
　　１５…電力ライン
　　１６…カバー体
　　２０…レンズ体
　　２２…貫通孔
　　２３…内面
　　３０…受光素子
　　３２Ｒ…赤色受光素子
　　３２Ｇ…緑色受光素子
　　３２Ｂ…青色受光素子
　　３４Ｒ，３４Ｇ，３４Ｂ…素子
　　４０…制御ユニット
　　５０，１５０…スペーサ
　　Ｓｆ…測定対象面
　　ＬＡ…光照射方向
 
 

Claims (9)

  1. 　測定対象面に測定光を照射し、その反射光に含まれる所定の表色系の光強度に基づいて前記測定対象面の色を測定する測色装置であって、
    　光照射方向に光を照射して前記測定対象面に前記測定光を照射可能な光源と、
    　前記光源の前記光照射方向における後方に配置され、前記反射光に含まれる前記所定の表色系の光強度を検出する受光素子と、
    　前記光源から照射される前記測定光が通過する貫通孔を有し、前記反射光を前記受光素子に向けて集光するレンズ体と、
    　を備える測色装置。
  2. 　前記レンズ体は、透明または半透明であり、前記光照射方向における前方が当該前方に凸となる曲面形状であり、前記光照射方向における後方が平面形状である、
    　請求項１に記載の測色装置。
  3. 　前記レンズ体の前記貫通孔は黒色に着色されている、
    　請求項１または２に記載の測色装置。
  4. 　前記受光素子は、前記反射光に含まれるＲＧＢの光強度に基づいて前記測定対象面の色を検出する素子であり、赤の光強度を検出する赤色受光素子と、緑の光強度を検出する緑色受光素子と、青の光強度を検出する青色受光素子とが、一体に配置されている、
    　請求項１から３の何れか１項に記載の測色装置。
  5. 　前記赤色受光素子、前記緑色受光素子、および、前記青色受光素子のそれぞれは、所定のパターンに並べられて配置された複数の素子からなる、
    　請求項４に記載の測色装置。
  6. 　前記複数の素子のそれぞれはひし形の受光面を有し、前記赤色受光素子の前記複数の素子と、前記緑色受光素子の前記複数の素子と、前記青色受光素子の前記複数の素子とは、互いに１２０°回転して配置されている、
    　請求項５に記載の測色装置。
  7. 　前記レンズ体の前記光照射方向における前方に配置され、透明または半透明であり、前記測定光および前記反射光が通過可能な、カバー体を更に備える、
    　請求項１から６の何れか１項に記載の測色装置。
  8. 　前記光源は前記測定光として白色光を照射する、
    　請求項１から７の何れか１項に記載の測色装置。
  9. 　前記レンズ体の前記光照射方向における前方に配置され、前端が前記光照射方向に対して傾斜している、スペーサを更に備える、
    　請求項１から８の何れか１項に記載の測色装置。
     
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