JP5195905B2 - 分光特性測定システム - Google Patents

Description

本発明は、カラープリンタなど印刷機器の印刷色の校正のために、複数の色サンプルの分光特性を測定する技術に関する。

カラープリンタなど印刷機器の印刷色の校正にあたっては、まず、校正対象の印刷機器に印刷データを入力し、複数の色サンプルを当該機器に印刷させる。その後に、印刷された色調、濃度の異なる多数の色サンプルの分光特性を測定し、各色サンプルの分光特性の測定値と各色サンプルが本来有しているべき分光特性の基準値との差異に基づいて当該印刷機器の印刷色を校正する。

しかし、測定すべき色サンプルはしばしば膨大な数におよび、サンプルの測色を通常のマニュアル操作の測色計で行うことは煩雑で、多くの時間を費やすことになる。

従来技術においては、二次元的に配列されたサンプルの行方向に測色装置を走査し、用紙を列方向に搬送することで、配列内の各サンプルを自動的に測定する走査型測色システムが実用化されている（たとえば、特許文献１参照）。
米国特許第６７３２９１７号明細書

測色装置は、例えば、サンプルを照明する照明系と、照明されたサンプルからの反射光を受光してその分光特性を求める受光系とから構成される。測色装置では、サンプルの分光反射特性を求めた後に色彩値が算出される。測色装置の照明系の光源は、従来の白熱球から、例えば、寿命と効率で優れる半導体発光素子であるＬＥＤ（Light Emitting Diode)に置き換わりつつある。しかし、ＬＥＤによる照明光は、発光に伴うＬＥＤチップの温度上昇による発光特性の変化、およびＬＥＤを含む照明光学系の変化によって変動するが、特に、ＬＥＤチップの温度上昇による発光特性の変化に基づく影響が大きい。近年、測色システムにおいては、コストダウンのために照明光をモニターするための分光光度計を備える参照系を省略しつつあり、このような場合に、多数の色サンプルを連続的に測定する走査型測色システムにおいて、照明光の変動が生じても適時に検出することができず、測定値の大きな誤差要因となっていた。

したがって本発明は、ＬＥＤのような半導体発光素子を光源とし、参照系を省略した多数の色サンプルを連続的に測定する走査型測色システムなどにおいて、発光に伴う半導体発光素子の温度上昇による照明光の変動の影響を適切に補正可能とすることを目的とする。

上記の課題を解決するために、第１の態様に係る分光特性測定システムは、半導体発光素子からの照明光を用いて色サンプルの分光特性を求める分光特性測定システムであって、前記照明光の分光分布Ｄ１を取得するための前記照明光に応じた分光分布Ｌ１を測定し、その後に前記照明光で照明された前記色サンプルからの反射光または透過光の分光分布Ｌｘを測定し、さらにその後に前記照明光の分光分布Ｄ２を取得するための前記照明光に応じた分光分布Ｌ２を測定するように測定部を制御する測定制御部と、前記分光分布Ｌ１から得られた前記分光分布Ｄ１と、前記分光分布Ｌ２から得られた前記分光分布Ｄ２との補間演算によって、前記照明光で照明された前記色サンプルからの反射光または透過光の分光分布Ｌｘを測定したときの前記照明光の分光分布Ｄｘを推定する補間部と、前記分光分布Ｌｘと、前記分光分布Ｄｘとに基づいて、前記色サンプルの分光特性Ｃｘを特定する分光特性取得部とを備え、前記測定部は、前記分光分布Ｌ１の測定タイミングにおける前記半導体発光素子の順電圧Ｖｆ１と、前記分光分布Ｌ２の測定タイミングにおける前記半導体発光素子の順電圧Ｖｆ２と、前記分光分布Ｌｘの測定タイミングにおける前記半導体発光素子の順電圧Ｖｘと、を検出する順電圧検出部、を備え、前記補間部は、前記順電圧の値を補間パラメータとし、前記順電圧Ｖｆ１の値と、前記順電圧Ｖｆ２の値と、前記順電圧Ｖｆｘの値とに基づいて、前記分光分布Ｄ１と、前記分光分布Ｄ２とを補間して前記分光分布Ｄｘを推定する補間演算を行う。

また、第２の態様に係る分光特性測定システムは、第１の態様に係る分光特性測定システムであって、互いに異なる分光分布で発光する複数の半導体発光素子を含み、前記分光分布Ｌ１および前記分光分布Ｌ２の測定は、前記複数の半導体発光素子を時間順次に個別に点灯させて各前記半導体発光素子について行う一方、前記分光分布Ｌｘの測定は、前記複数の半導体発光素子を同時に点灯させて行い、前記順電圧検出部は、各前記半導体発光素子の順電圧を検出し、前記補間部は、各前記半導体発光素子から発せられる照明光の分光分布Ｄｘｍの推定を、各前記半導体発光素子について検出された前記順電圧の値を補間パラメータとして、個別に行う個別推定部と、前記個別推定部によって各前記半導体発光素子について推定された前記分光分布Ｄｘｍを合成して、前記分光分布Ｄｘを求める合成部とを備える。

また、第３の態様に係る分光特性測定システムは、第１の態様に係る分光特性測定システムであって、前記色サンプルの集合として、複数の色サンプルを配列させた色サンプルシートが用いられ、前記照明光で照明された各前記色サンプルからの反射光または透過光の分光分布Ｌｘの測定タイミングが、前記複数の色サンプルについて時間順次となっており、前記補間部における前記分光分布Ｄｘを推定するための補間演算は、前記照明光で照明された各前記色サンプルからの反射光または透過光の分光分布Ｌｘを測定した各タイミングについて行われる。

また、第４の態様に係る分光特性測定システムは、半導体発光素子からの照明光を用いて色サンプルの分光特性を求める分光特性測定システムであって、前記照明光の分光分布Ｄ１を取得するための前記照明光に応じた分光分布Ｌ１を測定し、その後に前記照明光で照明された前記色サンプルからの反射光または透過光の分光分布Ｌｘを測定し、さらにその後に前記照明光の分光分布Ｄ２を取得するための前記照明光に応じた分光分布Ｌ２を測定するように測定部を制御する測定制御部と、前記分光分布Ｌ１から得られた前記分光分布Ｄ１と、前記分光分布Ｌ２から得られた前記分光分布Ｄ２との補間演算によって、前記照明光で照明された前記色サンプルからの反射光または透過光の分光分布Ｌｘを測定したときの前記照明光の分光分布Ｄｘを推定する補間部と、前記分光分布Ｌｘと、前記分光分布Ｄｘとに基づいて、前記色サンプルの分光特性Ｃｘを特定する分光特性取得部とを備え、前記補間部は、前記分光分布Ｌ１の測定タイミングと、前記分光分布Ｌｘの測定タイミングと、前記分光分布Ｌ２の測定タイミングとの間における各時間差を補間パラメータとして、補間処理を行う。

また、第５の態様に係る分光特性測定システムは、第１の態様に係る分光特性測定システムであって、前記分光分布Ｌ１および前記分光分布Ｌ２は、所定の分光特性をもつ基準サンプルを前記半導体発光素子によって照明しつつ、前記基準サンプルからの反射光または透過光を測定することによって特定されるものである。

第１の態様に係る分光特性測定システムによれば、色サンプルの測定の前後に取得した照明光の分光分布を補間することにより、色サンプルからの反射光または透過光の分光分布を得たときの照明光の分光分布を推定し、色サンプルからの反射光または透過光の分光分布と、推定された分光分布とに基づいて、色サンプルの分光特性を特定するので、発光に伴う半導体発光素子の温度上昇による照明光の変動を適切に補正可能となり、色サンプルの分光特性を高精度で得ることができる。また、半導体発光素子チップ温度（ジャンクション温度）と相関をもつ半導体発光素子の順電圧を検出し、順電圧の値を補間指標として照明光の分光分布の補間演算を行うので、色サンプル測定時の照明光の分光分布を精度よく推定でき、色サンプルの分光特性を高精度で得ることができる。

また、第２の態様に係る分光特性測定システムによれば、分光強度の異なる複数の半導体発光素子を光源とし、色サンプル測定時の順電圧に基づく補間による照明光の推定を半導体発光素子ｍごとに行い、推定された各照明光を合成して色サンプル測定時の照明光の分光分布を求めるので、色サンプルの分光特性を広い波長帯域（たとえば４００〜７００ｎｍの可視域全体）について、高精度かつ低コストで求めることができる。

また、第３の態様に係る分光特性測定システムによれば、色サンプルの集合として、複数の色サンプルを配列させた色サンプルシートが用いられ、複数の色サンプルのそれぞれの照明光の分光分布の推定のための補間演算もまた、複数の色サンプルのそれぞれからの反射光または透過光の分光分布を測定したそれぞれのタイミングについて行われるので、複数の色サンプルの分光特性測定を１つの走査の中で行うことができ、複数の色サンプルの分光特性を高速かつ高精度で測定することができる。

第４の態様に係る分光特性測定システムによれば、色サンプルの測定の前後に取得した照明光の分光分布を補間することにより、色サンプルからの反射光または透過光の分光分布を得たときの照明光の分光分布を推定し、色サンプルからの反射光または透過光の分光分布と、推定された分光分布とに基づいて、色サンプルの分光特性を特定するので、発光に伴う半導体発光素子の温度上昇による照明光の変動を適切に補正可能となり、色サンプルの分光特性を高精度で得ることができる。また、照明光の分光分布の取得および照明された色サンプルからの反射光または透過光の分光分布の測定を時間順次に行った際のそれぞれの間の時間差を補間指標として、補間処理を行うので、発光に伴う半導体発光素子の温度上昇による照明光の変動を適切に補正可能となり、色サンプルの分光特性を高精度で得ることができる。

また、第５の態様に係る分光特性測定システムによれば、所定の分光特性を持つ基準サンプルを前記半導体発光素子によって照明しつつ、基準サンプルからの反射光または透過光を測定することによって、照明光の分光分布が特定されるものであるので、色サンプルの分光特性を高精度で得ることができる。

本発明の第１実施形態に係る分光特性測定システム５０の模式図である。 図１における矢符Ａ方向からみた色サンプルシート１を示す平面図である。 光源２に供給される電流Ｉｆ、および、光源２の順電圧Ｖｆを示す模式図である。 定電流駆動された白色ＬＥＤの順電圧の温度依存性を示すグラフである。 分光特性測定器３０が、複合情報を生成して出力する手順を示すフローチャートである。 データ処理装置４０が、色サンプル１ｎの分光反射特性を補間を含む処理によって特定する手順を示すフローチャートである。 照明光の分光分布の一例として４５０ｎｍでの推定強度の誤差の実例を示したものである。 白色および紫色ＬＥＤの相対分光分布を示すグラフである。 第２実施形態における光源２である白色ＬＥＤおよび紫色ＬＥＤの点灯タイミングを示す図である。 光源２である白色ＬＥＤおよび紫色ＬＥＤを交互に点灯した場合の点灯タイミングを示す図である。 第３実施形態において、照明光の分光分布の一例として４５０ｎｍでの推定強度の誤差の実例を示したものである。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

＜第１実施形態＞
＜分光特性測定システムの全体構成＞
図１は、本発明の第１実施形態に係る分光特性測定システム５０の模式図である。図２は、図１における矢符Ａ方向からみた色サンプルシート１を示す平面図である。分光特性測定システム１は、校正対象の印刷機器が印刷した色サンプルシート１上の複数の色サンプル１ａ，１ｂ，１ｃ．…１ｚ（以下「色サンプル１ｎ」と代表的に表記する）のそれぞれの分光反射率係数を測定し、色サンプル１ｎの分光反射率係数の測定値と色サンプル１ｎが本来有しているべき分光反射率係数の基準値との差異に基づいて、当該印刷機器の印刷色を校正する。図１に示すように、分光特性測定システム５０は、分光特性測定器３０及びデータ処理装置４０を備える。分光特性測定器３０とデータ処理装置４０とは、ＵＳＢインターフェースによって接続されており、双方向にデータ通信をすることができる。また、分光特性測定器３０は、測定部１０、制御部５、走査部１３、搬送制御回路１４を備える。

測定部１０は、光源２、レンズ３、レンズ８、ポリクロメータ４、制御部５、駆動回路６、信号処理回路７を備える。

光源２は、例えば白色ＬＥＤのような半導体発光素子から構成され、色サンプルシート１に照明光を連続的に照射する。白色ＬＥＤは、供給された電流に応じた強度の照明光を発光する。光源２として白色ＬＥＤを採用することによって、各色サンプル１ｎに白色の照明光を照射することができる。光源２は、色サンプルシート１の法線と４５°をなす方向から色サンプルシート１に照明光を照射する。

レンズ３は、光源２が発光した照明光をポリクロメータ４の測定の対象となる測定域に導く。

レンズ８は、色サンプルシート１の測定域からの反射光をポリクロメータ４に導く。

ポリクロメータ４は、色サンプルシート１から色サンプルシート１の法線方向へ向かう反射光を受光し、受光した反射光を分光測定する。ポリクロメータ４は、凹面回折格子１１及びフォトセンサアレイ１２（以下、単に「センサアレイ」と呼ぶ）を備える。

凹面回折格子１１は、反射光を波長ごとに分散する。もちろん、凹面回折格子１１以外の波長分散素子を用いて反射光を波長ごとに分散してもよい。

センサアレイ１２は、入射した光量に応じた信号を出力するフォトセンサセルを一方向に配列して構成されている。センサアレイ１２は、センサの配列方向が、凹面回折格子１１が反射光を波長ごとに分散する方向となるように設置され、波長ごとに分散した反射光はセンサアレイ１２の対応する画素に入射する。センサアレイ１２は、入力されたクロックに同期して測定を行う。センサアレイ１２としては、例えば、入射した光量に応じた電荷を発生する光電変換素子を一方向に配列して構成されたＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサを用いることができる。

駆動回路６は、後述する制御部５の制御に応じて光源２を駆動する。駆動回路６は、光源２へ供給される電流Ｉｆを一定に制御する。これにより、図示しない電源回路の電圧が変動しても光源２に供給される電流Ｉｆが変化しないので、電源回路の電圧の変動により照明光の強度が変動することを抑制することができる。また、駆動回路６は、制御部５と接続され、制御部５の制御に応じて光源２に供給する電流Ｉｆを切り替えることができる。これにより、光源２が発光する照明光の強度を変更することができる。さらに、駆動回路６は、順電圧検出回路６ａを備えており、この順電圧検出回路６ａは光源２を構成するＬＥＤチップの順電圧Ｖｆを検出するとともに、順電圧Ｖｆに応じた信号を発生し、発生した信号を制御部５経由でデータ処理装置に出力する。

図３は、光源２に供給される電流Ｉｆ、および、光源２の順電圧Ｖｆを示す模式図である。

図１を参照して、制御部５は、分光特性測定器３０全体の動作を決定し、測定制御部、順電圧検出部、信号生成部として機能する。制御部５は、照明光および色サンプル１ｎの分光分布の測定および光源２の順電圧の測定を行わせ、さらに、測定光から得られる分光分布と該順電圧の値とを対応づけた複合情報を生成して出力させる。制御部５は、走査部１３および搬送制御回路１４の駆動も制御する。制御部５は、走査部１３に走査駆動信号を入力し、この走査駆動信号に基づいて測定部１０を順次、各色サンプル１ｎ上に移動し、各色サンプル１ｎに対向配置したタイミングで分光分布と順電圧Ｖｆとの取込みを行わせる。

信号処理回路７は、センサアレイ１２の各画素の信号を処理した後、分光分布情報として制御部５に送る。

走査部１３は、駆動ベルトと回転駆動源であるパルスモータ等の電動モータによって構成される。測定部１０には、駆動ベルトが設けられており、パルスモータの駆動によって、駆動ベルトを回転させることで走査を行う。図１において、測定部１０が走査する方向を矢符Ｘで示す。これにより、色サンプルシート１の１次元配列に沿って測定域を移動させることができるので、ストリップ状の色サンプルシート１を搬送しながらセンサアレイ１２に繰り返し測定をさせることにより、複数の色サンプル１ｎを連続測定することが可能になる。

搬送制御回路１４は、色サンプルシート１をＹ方向に給送するための搬送機構を駆動させる。搬送機構は、ローラ対１５とローラ対１５の駆動源である図示しないパルスモータ等の電動モータとで構成されている。ローラ対１５を回転させて、図２に示す色サンプル１ｎの配列Ｙ方向に色サンプルシート１を搬送する。ローラ対１５は、供給された色サンプルシート１をニップするとともに協働回転して色サンプルシート１の各行を測定域に向かって搬送する。

図２に示すように、複数の色サンプル１ｎが二次元的に配列される。色サンプルシート１は、カラープリンタや印刷機などで作成されたシート状のカラーチャート（各色サンプル１ｎあるいはカラーパッチＣＰが数百個格子状に配列されたもの）である。電動モータを駆動すると、ローラ対１５が回転し、これによりローラ間に挟持された色サンプルシート１が当該ローラ対１５の回転方向（Ｙ方向）に給送される。電動モータの駆動方向を制御することによりローラ対１５の回転方向が制御され、これにより色サンプルシート１の給送方向が制御される。従って、本実施形態に係る測色装置１は、色サンプルシート１のＹ方向移動と測定部１０のＸ方向移動とを組み合わせることにより、測定部１０を色サンプルシート１に対して相対的に所定の方向に移動させて各色サンプル１ｎ（カラーパッチＣＰ）に順次、対向配置し、当該色サンプル１ｎの測色を自動的に行うようになっている。

測定部１０が、色サンプル配列の行方向Ｘに沿って走査され、色サンプルシート１が列方向Ｙに沿って搬送されることで、配列内の全ての色サンプル１ｎについて反射光の分光分布Ｄｘ(λ)が測定され、そのときの順電圧Ｖｆｘが測定される。既知の分光反射率係数をもつ基準白色板（基準白色面）２０が、Ｘ方向走査の開始端に配置されていて、測定部１０の１回の往復走査はこの位置から開始され、走査後はこの位置に戻る。色サンプル１ｎの全体についての読取りは、このようなＸ方向の往復走査を測定部１０が繰り返すことによって行われるが、そこでの走査方式としては片道読取り走査方式と往復読取り走査方式とがある。

このうち、片道読取り走査方式では単位往復プロセスとして以下の工程が実行される。

（１）基準白色面の第１読取り工程： Ｘ方向原点からの往路の開始時における基準白色板（基準白色面）２０からの反射光の分光分布の読み取り、
（２）色サンプル読取り工程： 当該往路中での１行分の色サンプル１ｎからの反射光の分光分布の時間順次の読み取り、
（３）原点復帰工程： Ｘ方向原点への復帰、
（４）基準白色面の第２読取り工程： 当該復路の最後における基準白色板（基準白色面）２０からの反射光の分光分布の読取り、
（５）シート送り工程： 色サンプル１ｎの１行分だけ色サンプルシート１をＹ方向に搬送、
この単位往復プロセスが色サンプルシート１に含まれる色サンプルの行数に応じた回数だけ繰り返されるが、次の単位往復プロセスにおける基準白色面の第１読取り工程は、前回の単位往復プロセスにおける基準白色面の第２読取り工程と兼用することができる。

これに対して、往復読取り走査方式では、１回の往復走査の往路において一行分の色サンプル１ｎを読取るとともに、復路においても次の１行分の色サンプル１ｎを読取る。この場合には、往路における１行分の色サンプル読取り工程の直後にもシート送り工程が設けられるとともに、原点復帰工程が、復路における次の１行分の色サンプル読取り工程と兼用される。この場合においても、単位往復プロセスにおける基準サンプルの第２読取り工程は、次の単位往復プロセスにおける基準サンプルの第１読取り工程と兼用させることができる。

○＝基準白色面読取り、
Ａ＝往路１行分の色サンプル走査読取り、
Ｂ＝復路１行分の色サンプル走査読取り、
※＝原点復帰（読取り走査を伴わない）、
という記号で表現し、色サンプルシート１のＹ方向の送りの記載を省略すれば、上記の片道読取り走査方式は、
○Ａ※○Ａ※○Ａ※ …Ａ※○
という時系列となり、往復読取り走査方式は、
○ＡＢ○ＡＢ○ＡＢ○…Ｂ○
という時系列となる。

また、色サンプルシート１に含まれる全ての色サンプルの読取り走査の前後だけに基準白色面の読取りを行ってもよい（連続読取り方式）。この場合は、
○Ａ※Ａ※Ａ※Ａ※…Ａ※○
または、
○ＡＢＡＢＡＢＡＢ……ＡＢ○
という時系列となる。

以下では、片道読取り走査方式では１行分、往復読取り走査方式では２行分、連続読取り方式では全行分の色サンプルの集合を、「一群の色サンプル」と呼ぶことにする。

これらいずれの場合でも、１または複数の行走査の前後に基準白色板（基準白色面）２０の反射光の分光分布とそのときの順電圧が測定されることになる。なお、以下では、特に断らない限り、片道読取り走査方式を例として説明を続ける。

なお、たとえば、光源２に用いられる白色ＬＥＤは寿命、効率で優れるが、発光に伴う発熱で照明光の分光分布が変動する。分光特性測定システムにおいて、コストダウンのために照明光の分光分布を別途にモニターする参照系を省略した場合、照明光の変動は求められた色サンプル１ｎの分光反射特性の大きな誤差要因となる。そこで、本発明の第一実施形態に係る分光特性測定システム５０では、以下に詳述するように色サンプル１ｎの走査の前後で基準白色板（基準白色面）２０を測定して照明光の分光分布を求め、求められた２つの分光分布から、各色サンプル測定時の照明光の分光分布を推定している。

基準白色板（基準白色面）２０は、例えば、１０ｎｍピッチで分光反射率係数が既知の白色面、例えば「ＪＩＳ Ｚ ８７２２ 色の測定方法−反射及び透過物体色 ５．３．４節」の常用標準白色面のような白色面を有する板を用いる。

データ処理装置４０は、制御部４１、記憶部４２、入力部４３、および出力部４４を備える。

制御部４１は、たとえばＣＰＵなどの中央演算処理装置によって構成され、記憶部４２に記憶されるプログラムを実行することによって、データ処理装置４０全体の動作を決定し、データ処理装置４０全体に指令を与え、入力部４３から送られたデータを演算処理する。制御部４１は、順電圧の値を補間指標として用いて、基準白色面の照明光の分光分布を補間して、色サンプル１ｎの照明光の分光分布Ｄｘを推定演算する推定演算部、および推定された色サンプル１ｎの照明光の分光分布Ｄｘと照明された色サンプル１ｎからの反射光または透過光の分光分布Ｌｘとに基づいて、色サンプル１ｎの分光特性Ｃｘを表現する典型的な特徴量としての分光反射係数Ｒｘを求める分光特性演算部などを含む機能を実現する。また、処理した情報を記憶部４２に記憶させる。

記憶部４２は、たとえば半導体メモリなどの記憶装置によって構成され、制御部４１で実行されるプログラム、プログラムを実行する際に必要な情報、および入力部４３から入力された情報などを記憶する。

入力部４３は、分光特性測定器３０から出力された情報をＵＳＢケーブルを介して入力し、入力された情報を制御部４１に送る。

出力部４４は、制御部４１が処理した情報を出力する。

また、データ処理装置４０の特徴的機能としての補間処理（後述する）は専用ハードウエアで実行させることもできるが、この実施形態ではコンピュータによってそれを実現させており、記録媒体に記録させたプログラムをコンピュータにインストールすることによって実行できる。利用可能な記録媒体としてはプログラムを記録することが可能な全ての記録媒体を挙げることができる。

また、コンピュータ等は、プログラムを通信ネットワークを介して受信し、そのプログラムを実行して、本発明を実施することができる。前述した実施の形態では、プログラムは、データ処理装置４０の記憶部４２、たとえば半導体メモリあるいはハードディスク装置など、コンピュータで読取り可能な記録媒体に記録されていてもよい。記録媒体は、たとえば図示しない外部記憶装置としてプログラム読取装置を設け、そこに記録媒体を挿入することによって読取り可能な記録媒体であってもよいし、あるいは他の装置の記憶装置であってもよい。

＜色サンプルの分光反射特性の測定＞
図４は、定電流駆動された白色ＬＥＤの順電圧の温度依存性を示すグラフである。グラフの横軸は白色ＬＥＤのジャンクション温度を表し、グラフの縦軸は白色ＬＥＤの順電圧を表す。

図４に示すように定電流駆動されたＬＥＤの順電圧Ｖｆは、ＬＥＤチップの温度（ジャンクション温度）と相関があるので、前記走査前後において、基準白色板（基準白色面）２０の測定で求めた２つの照明光の分光分布Ｄ１(λ)およびＤ２(λ)を用いて、それぞれの分光分布と、同時測定された順電圧Ｖｆ１およびＶｆ２と１行分のそれぞれの色サンプル１ｎ（以下では、識別記号ｘを用いて色サンプルｘとも書く）を測定したときの順電圧ＶｆｘとのＶｆ軸上の距離を補間指標に用いて補間して、色サンプルｘ測定時の照明光の分光分布Ｄｘ(λ)を推定する。推定された色サンプルｘ測定時の照明光の分光分布Ｄｘ(λ)と照明された色サンプルｘからの反射光の分光分布Ｌｘ(λ)とから色サンプルｘの分光反射特性Ｃｘ(λ)を特定する。

図５は、分光特性測定器３０が、測定光から得られる分光分布と、当該分光分布を得た際の光源２の順電圧の値とを対応づけた複合情報を生成して出力する手順を示すフローチャートである。分光特性測定器３０が基準白色板（基準白色面）２０の照明光の分光分布Ｄ１(λ)の測定の指示を受け、制御部５に伝達したとき、ステップＳ１に移る。ステップＳ１で、基準白色板（基準白色面）２０の測定での反射光の分光分布Ｌ１(λ)、および基準白色板（基準白色面）２０測定時の順電圧Ｖｆ１を測定させてステップＳ２に移る。ステップＳ２では、一群の色サンプルｘの反射光の分光分布Ｌｘ(λ)、およびそれらの色サンプルｘ測定時の順電圧Ｖｆｘを測定する。より詳細には、ひとつの色サンプルｘからの反射光についての分光分布の測定と順電圧Ｖｆｘの検出とがペアとされてこれらがほぼ同時に実行され、その後に、次の色サンプルに対向する位置へと測定部１０が到達すると、当該次の色サンプルについても同様の測定と検出とが行われる。ステップＳ３では、基準白色板（基準白色面）２０の測定での反射光の分光分布Ｌ２(λ)および基準白色板（基準白色面）２０測定時の順電圧Ｖｆ２を順電圧検出回路６ａが検出してステップＳ４に移る。ステップＳ４では、これらの測定された分光分布と分光分布を得た際の光源２の順電圧の値とを対応づけた複合情報の信号を生成してデータ処理装置４０に出力して、一群の色サンプルに対する処理が完了する。なお、Ｘ方向の走査が色サンプルの次の行に移る際には、カラーパッチＣＰのＹ方向の幅だけ色サンプルシート１をＹ方向に送る動作が行われ、これらは互いに同期して実行される。

図６は、データ処理装置４０が、色サンプル１ｎの分光反射特性を補間を含む処理によって特定する手順を示すフローチャートである。

データ処理装置４０の制御部４１が、分光特性測定器３０から出力された複合情報の信号を、入力部４３から入力されたとき、ステップＴ１に移る。

ステップＴ１で、一群の色サンプルｘ測定前後の基準白色板（基準白色面）２０の測定時の照明光の分光分布Ｄ１(λ)およびＤ２(λ)を求める。片道読取り走査方式や往復読取り走査方式の場合には、色サンプルシート１の全体を考えると照明光の分光分布Ｄ１（λ）、Ｄ２（λ）の測定結果はそれぞれ複数存在するが、そのうちで、着目する色サンプルが含まれている行の読取りに最も時間的に近い前後一対の照明光の分光分布の測定結果が採用される。具体的には、データ処理装置４０の制御部４１は、まず基準白色板（基準白色面）２０の既知の分光反射率係数Ｒ０(λ)と、色サンプルｘ測定前後の基準白色板（基準白色面）２０の測定での反射光の分光分布Ｌ１(λ)およびＬ２(λ)とから、その時点の照明光の分光分布Ｄ１(λ)およびＤ２(λ)を以下によって求める。ただし、これらの（１）式および（２）式では波長λごとに数値計算がなされることにより、分布としての全体が求まる。これは波長λがパラメータとして含まれる後記の各式においても同様である。
Ｄ１(λ)＝Ｌ１(λ)／Ｒ０(λ) …（１）
Ｄ２(λ)＝Ｌ２(λ)／Ｒ０(λ) …（２）

ステップＴ２では、前記分光分布Ｄ１(λ)およびＤ２(λ)を補間して、各色サンプルｘ測定時の照明光の分光分布Ｄｘ(λ)を求める。具体的には、各色サンプルｘ測定時の順電圧Ｖｆｘの基準白色板（基準白色面）２０の測定時の順電圧Ｖｆ１およびＶｆ２からの電圧差を補間指標として、分光分布Ｄ１(λ)およびＤ２(λ)を線形補間して、色サンプルｘ測定時の照明光の分光分布Ｄｘ(λ)を求める。
Ｄｘ(λ)＝Ｄ１(λ)・（Ｖｆ２―Ｖｆｘ)／（Ｖｆ２―Ｖｆ１)＋
Ｄ２(λ)・（Ｖｆｘ―Ｖｆ１)／（Ｖｆ２―Ｖｆ１) …（３）

ステップＴ３では、色サンプルｘの分光反射率係数Ｒｘ(λ)を求めて、ステップＴ４で終了する。具体的には、求められたＤｘ(λ)と測定された色サンプルｘの反射光の分光分布Ｌｘ(λ)を用いて、色サンプルｘの分光反射特性としての分光反射率係数Ｒｘ(λ)を以下によって求める。
Ｒｘ(λ)＝Ｌｘ(λ)／Ｄｘ(λ) …（４）

図７は、２次元に配列された色サンプルのうち、一行内に配列された３１個の色サンプルｘ上を走査して測定し、照明光の分光分布の一例として４５０ｎｍでの推定強度の誤差の実例を示したものである。グラフの横軸は色サンプル１ｎの配列番号を表し、色サンプルは１番目から３１番目に配列され、その前後において、基準白色板（基準白色面）２０の測定が行われる。また、グラフの縦軸は誤差率を表す。

測定時間が経過し、色サンプル１ｎの測定が後になるのにしたがって、発光に伴うＬＥＤの温度上昇による照明光の変動が大きくなり、補間を行わない場合は色サンプルｘ測定時の照明光の分光分布の誤差率が大きくなっているが、分光分布Ｄ１(λ)およびＤ２(λ)を、色サンプルｘ測定時の順電圧Ｖｆｘの基準白色板（基準白色面）２０測定時の順電圧Ｖｆ１およびＶｆ２からの電圧差に基づいて補間して、色サンプルｘ測定時の照明光の分光分布Ｄｘ(λ)を求めることによって、誤差を改善することができる。すなわち、ＬＥＤのような半導体発光素子を光源とし、参照系を省略した複数の色サンプル１ｎを連続的に測定する走査型測色システムにおいて、発光に伴うＬＥＤの温度上昇による照明光の変動を適切に補正可能となり、色サンプル１ｎの分光特性を高精度で得ることができる。また、本実施形態によれば、走査によって各色サンプル１ｎの反射光とその時点におけるＬＥＤの順電圧を測定するとともに、走査の開始時と終了時に前記基準白色板（基準白色面）２０の反射光とその時点におけるＬＥＤの順電圧を測定するので、複数の色サンプルとその前後での基準白色板（基準白色面）２０の反射光測定を１つの走査の中で行うことができ、複数の色サンプルの分光反射特性を高速で測定することができる。

＜第２実施形態＞
第２実施の形態では、光源２に、分光分布の異なる複数の半導体発光素子を使用し、基準白色板測定時は半導体発光素子ｍごとの反射光の分光分布と半導体発光素子の順電圧を測定するとともに、色サンプル測定時の照明光の分光分布の推定を半導体発光素子ｍごとに行い、推定された半導体発光素子ｍごとの照明光の分光分布を合成して色サンプル測定時の照明光の分光分布を求める。第２実施の形態では、データ処理装置４０の制御部４１は、前述の推定演算部、分光特性演算部のほか、半導体発光素子ｍごとの照明光の分光分布の推定を、各半導体発光素子について検出された前記順電圧を補間指標として個別に行う個別推定部、および推定された半導体発光素子ｍごとの照明光の分光分布を合成して、色サンプル測定時の照明光の分光分布を求める合成部などを含む機能を実現する。

図８は、白色および紫色ＬＥＤの相対分光分布を示すグラフである。グラフの横軸は波長（ｎｍ）を表し、グラフの縦軸は相対強度を表す。

図８に示すように白色ＬＥＤは４００〜４２０ｎｍで強度がなく、測色に必要とされる４００〜７００ｎｍの全域で分光反射率係数を求めることができないが、図８に示すように、４００〜４２０ｎｍに強度をもつ中心波長４１０ｎｍの紫色ＬＥＤを白色ＬＥＤとともに併用することで４００〜７００ｎｍの全域の分光反射率係数を求めることができる。この場合、上述のＶｆ軸上の補間による照明光の分光分布の推定をＬＥＤごとに行い、推定された各ＬＥＤによる照明光の分光分布を合成して、各色サンプル測定時の照明光の分光分布を推定することができる。

図９は、第２実施形態における光源２である白色ＬＥＤおよび紫色ＬＥＤの点灯タイミングを示す図である。図９において、ハイレベルはＬＥＤの点灯状態を表し、破線で示す０レベルは、消灯状態を表す。また、横軸は走査開始時からの経過時間を表す。

分光特性測定器３０の制御部５は、図９に示すように、３１個の色サンプルの測定期間ＣＳ１〜ＣＳ３１の前後に基準白色板（基準白色面）２０の測定期間ＳＳ１，ＳＳ２を設ける。基準白色板（基準白色面）２０の測定期間ＳＳ１，ＳＳ２の測定において、まず、紫ＬＥＤを短時間消灯して白色ＬＥＤが単独で点灯している状態Ｗｌ，Ｗ２をつくり、反射光の分光分布Ｌ１Ｗ(λ)およびＬ２Ｗ(λ)と白色ＬＥＤの順電圧Ｖｆ１ＷおよびＶｆ２Ｗを測定する。反射光の分光分布は、以下によって白色ＬＥＤによる照明光の分光分布Ｄ１Ｗ(λ)およびＤ２Ｗ(λ)に変換される。
Ｄ１Ｗ(λ)＝Ｌ１Ｗ(λ)／Ｒ０(λ) …（５）
Ｄ２Ｗ(λ)＝Ｌ２Ｗ(λ)／Ｒ０(λ) …（６）

次に、白色ＬＥＤを短時間消灯して紫ＬＥＤが単独で点灯している状態Ｐ１，Ｐ２をつくり、反射光の分光分布Ｌ１Ｐ(λ)およびＬ２Ｐ(λ)と、紫ＬＥＤの順電圧Ｖｆ１ＰおよびＶｆ２Ｐを測定する。反射光の分光分布は、以下によって紫ＬＥＤによる照明光の分光分布Ｄ１Ｐ(λ)およびＤ２Ｐ(λ)に変換される。
Ｄ１Ｐ(λ)＝Ｌ１Ｐ(λ)／Ｒ０(λ) …（７）
Ｄ２Ｐ(λ)＝Ｌ２Ｐ(λ)／Ｒ０(λ) …（８）

消灯時間は、それによる各ＬＥＤの温度低下が無視できる程度に短いことが望ましい。色サンプルｘ測定時、同時点灯される白色ＬＥＤと紫ＬＥＤとによる白色照明光の分光分布の推定にあたっては、まず、白色ＬＥＤ照明光の分光分布Ｄ１Ｗ(λ)およびＤ２Ｗ(λ)を、色サンプルｘ測定時の順電圧ＶｆｘＷの基準白色板（基準白色面）２０の測定時の順電圧Ｖｆ１ＷおよびＶｆ２Ｗからの電圧差を補間指標として線形補間して、色サンプルｘ測定時の照明光の分光分布ＤｘＷ(λ)を求める。
ＤｘＷ(λ)＝Ｄ１Ｗ(λ)・（Ｖｆ２Ｗ―ＶｆｘＷ)／（Ｖｆ２Ｗ―Ｖｆ１Ｗ)＋
Ｄ２Ｗ(λ)・（ＶｆｘＷ―Ｖｆ１Ｗ)／（Ｖｆ２Ｗ―Ｖｆ１Ｗ) …（９）

次いで、同様に、色サンプルｘ測定時の紫ＬＥＤ照明光の分光分布ＤｘＰ(λ)を補間によって求める。
ＤｘＰ(λ)＝Ｄ１Ｐ(λ)・（Ｖｆ２Ｐ―ＶｆＸＰ)／（Ｖｆ２Ｐ―Ｖｆ１Ｐ)＋
Ｄ２Ｐ(λ)・（ＶｆｘＰ―Ｖｆ１Ｐ)／（Ｖｆ２Ｐ―Ｖｆ１Ｐ) …（１０）

その後、色サンプルｘ測定時の２つのＬＥＤによる照明光の分光分布Ｄｘ(λ)をＤｘＷ(λ)とＤｘＰ(λ)の合成によって求める。
Ｄｘ(λ)＝ＤｘＷ(λ)＋ＤｘＰ(λ) …（１１）
以後の計算は（４）式と同様である。

第２実施形態においては、基準白色板（基準白色面）２０測定時のみ、白色ＬＥＤと紫ＬＥＤを個別に発光させているが、消灯時間を各ＬＥＤの温度低下が無視できる程度になるようにして、白色ＬＥＤと紫ＬＥＤを常時交互に点灯し、個別に推定した各ＬＥＤによる色サンプル照明光の分光分布を合成するとともに、各ＬＥＤでの色サンプル反射光の分光分布も合成し、合成照明光と合成反射光の分光分布から色サンプル１ｎの分光反射率係数を算出してもよい。図１０は、光源２である白色ＬＥＤおよび紫色ＬＥＤを交互に点灯した場合の点灯タイミングを示す図である。図９と同様に、ハイレベルはＬＥＤの点灯状態を表し、破線で示す０レベルは、消灯状態を表す。また、横軸は走査開始時からの経過時間を表す。

本実施の形態の装置においても、分光分布Ｄ１(λ)およびＤ２(λ)を、色サンプルｘ測定時の順電圧Ｖｆｘの基準白色板（基準白色面）２０測定時の順電圧Ｖｆ１およびＶｆ２からの電圧差を補間指標として線形補間して、色サンプルｘ測定時の照明光の分光分布Ｄｘ(λ)を求めることによって、誤差を改善することができる。したがって、その他前記実施の形態と同様の効果を達成することができる。

＜第３実施形態＞
第３実施形態では、色サンプル１ｎの走査前後において、基準白色板（基準白色面）２０の測定で求めた２つの照明光の分光分布Ｄ１およびＤ２を用いて、分光分布Ｄ１およびＤ２取得時の時間軸上の距離（時間差）を補間指標としつつ補間して、色サンプルｘ測定時の照明光の分光分布を推定する。推定された色サンプルｘ測定時の照明光の分光分布と照明された色サンプルｘからの反射光の分光分布とから色サンプルｘの分光反射特性を（４）式によって特定する。この場合には、第１の実施形態における（３）式の順電圧Ｖｆ１，Ｖｆ２，Ｖｆｘのかわりに、それぞれの分光分布Ｄ１，Ｄ２，Ｄｘの取得タイミングに相当する時間指標Ｔｆ１，Ｔｆ２，Ｔｆｘを用いた線形補間となる。第２の実施形態についても同様の読み替えが可能である。

第３実施形態に係る分光特性測定システムにおいては、測定部１０の制御部５は、測定光から得られる分光分布と測定時間（例えば走査開始時からの経過時間で表現された時刻情報）とを対応づけた複合情報を生成して出力する。

この実施形態の場合には取得タイミングを表現する時間パラメータが補間指標として使用されるが、ＬＥＤ温度の変化が時間の経過に対してほぼ線形であるとする近似では、このような補間指標も有効である。さらに、色サンプルシート１の走査がほぼ等速であるとする近似においては、Ｘ方向の走査における移動距離も補間指標として利用できる。

また、上記各実施形態では、分光分布Ｄ１，Ｄ２，Ｄｘなどの諸量として具体的な例を示したが、この発明においてはそれらの具体例に限定されるものではない。

図１１は、第３実施形態において、２次元に配列された色サンプル１ｎのうち、一行内に配列された３１の色サンプル上を走査して測定し、照明光の分光分布の一例として４５０ｎｍでの推定強度の誤差の実例を示したものである。グラフの横軸は色サンプル１ｎの配列番号を表し、色サンプルは１番目から３１番目に配列され、その前後において、基準白色板（基準白色面）２０の測定が行われる。また、グラフの縦軸は誤差率を表す。

図１１に示すように、基準白色板（基準白色面）２０の分光分布Ｄ１およびＤ２取得時の時間軸上の距離に基づいて補間して、色サンプルｘ測定時の照明光の分光分布を推定し、推定された色サンプルｘ測定時の照明光の分光分布と色サンプルｘからの反射光の分光分布とから色サンプルｘの分光反射特性を特定することによっても、誤差を改善することができる。したがって、前記実施の形態と同様の効果を、達成することができる。

以上、この発明の実施形態について説明したが、この発明は上記説明した内容のものに限定されるものではない。

例えば、本発明は、色サンプルｘからの透過光に基づいて分光特性を測定する場合においても、前記実施の形態と同様の効果を達成することができる。第１実施形態においては、色サンプルシート１からの反射光に基づいて分光特性を測定するものであるため、基準白色板（基準白色面）２０を配置しているが、色サンプルｘからの透過光に基づいて分光特性を測定する場合には、既知の分光透過特性をもつ基準透過サンプルの透過光の分光分布を求める。なお、前記基準透過サンプルは、透明板を配置したり、何も配置しないことによっても実現される。

また、分光特性測定器の測定部と色サンプルシート１とを搬送することによって、測定時に対向配置するだけではなく、分光特性測定器の測定部のみ、または色サンプルシート１のみを搬送することによって対向配置してもよい。

また、上記実施形態では、データ処理装置が分光特性測定器から独立した構成である場合について説明したが、分光特性測定器そのものの内部に設けたコンピュータによって分光特性測定システムの各構成を実現する構成でもよい。
これらの変形例によっても、前記実施の形態と同様の効果を達成することができる。

Claims (5)

1. 半導体発光素子からの照明光を用いて色サンプルの分光特性を求める分光特性測定システムであって、
   前記照明光の分光分布Ｄ１を取得するための前記照明光に応じた分光分布Ｌ１を測定し、その後に前記照明光で照明された前記色サンプルからの反射光または透過光の分光分布Ｌｘを測定し、さらにその後に前記照明光の分光分布Ｄ２を取得するための前記照明光に応じた分光分布Ｌ２を測定するように測定部を制御する測定制御部と、
   前記分光分布Ｌ１から得られた前記分光分布Ｄ１と、前記分光分布Ｌ２から得られた前記分光分布Ｄ２との補間演算によって、前記照明光で照明された前記色サンプルからの反射光または透過光の分光分布Ｌｘを測定したときの前記照明光の分光分布Ｄｘを推定する補間部と、
   前記分光分布Ｌｘと、前記分光分布Ｄｘとに基づいて、前記色サンプルの分光特性Ｃｘを特定する分光特性取得部と、
   を備え、
   前記測定部は、
   前記分光分布Ｌ１の測定タイミングにおける前記半導体発光素子の順電圧Ｖｆ１と、前記分光分布Ｌ２の測定タイミングにおける前記半導体発光素子の順電圧Ｖｆ２と、前記分光分布Ｌｘの測定タイミングにおける前記半導体発光素子の順電圧Ｖｘと、を検出する順電圧検出部、
   を備え、
   前記補間部は、前記順電圧の値を補間パラメータとし、前記順電圧Ｖｆ１の値と、前記順電圧Ｖｆ２の値と、前記順電圧Ｖｆｘの値とに基づいて、前記分光分布Ｄ１と、前記分光分布Ｄ２とを補間して前記分光分布Ｄｘを推定する補間演算を行うことを特徴とする分光特性測定システム。
2. 請求項１に記載の分光特性測定システムであって、
   互いに異なる分光分布で発光する複数の半導体発光素子を含み、
   前記分光分布Ｌ１および前記分光分布Ｌ２の測定は、前記複数の半導体発光素子を時間順次に個別に点灯させて各前記半導体発光素子について行う一方、
   前記分光分布Ｌｘの測定は、前記複数の半導体発光素子を同時に点灯させて行い、
   前記順電圧検出部は、各前記半導体発光素子の順電圧を検出し、
   前記補間部は、
   各前記半導体発光素子から発せられる照明光の分光分布Ｄｘｍの推定を、各前記半導体発光素子について検出された前記順電圧の値を補間パラメータとして、個別に行う個別推定部と、
   前記個別推定部によって各前記半導体発光素子について推定された前記分光分布Ｄｘｍを合成して、前記分光分布Ｄｘを求める合成部と、
   を備えることを特徴とする分光特性測定システム。
3. 請求項１に記載の分光特性測定システムであって、
   前記色サンプルの集合として、複数の色サンプルを配列させた色サンプルシートが用いられ、
   前記照明光で照明された各前記色サンプルからの反射光または透過光の分光分布Ｌｘの測定タイミングが、前記複数の色サンプルについて時間順次となっており、
   前記補間部における前記分光分布Ｄｘを推定するための補間演算は、前記照明光で照明された各前記色サンプルからの反射光または透過光の分光分布Ｌｘを測定した各タイミングについて行われることを特徴とする分光特性測定システム。
4. 半導体発光素子からの照明光を用いて色サンプルの分光特性を求める分光特性測定システムであって、
   前記照明光の分光分布Ｄ１を取得するための前記照明光に応じた分光分布Ｌ１を測定し、その後に前記照明光で照明された前記色サンプルからの反射光または透過光の分光分布Ｌｘを測定し、さらにその後に前記照明光の分光分布Ｄ２を取得するための前記照明光に応じた分光分布Ｌ２を測定するように測定部を制御する測定制御部と、
   前記分光分布Ｌ１から得られた前記分光分布Ｄ１と、前記分光分布Ｌ２から得られた前記分光分布Ｄ２との補間演算によって、前記照明光で照明された前記色サンプルからの反射光または透過光の分光分布Ｌｘを測定したときの前記照明光の分光分布Ｄｘを推定する補間部と、
   前記分光分布Ｌｘと、前記分光分布Ｄｘとに基づいて、前記色サンプルの分光特性Ｃｘを特定する分光特性取得部と、
   を備え、
   前記補間部は、前記分光分布Ｌ１の測定タイミングと、前記分光分布Ｌｘの測定タイミングと、前記分光分布Ｌ２の測定タイミングとの間における各時間差を補間パラメータとして、補間処理を行うことを特徴とする分光特性測定システム。
5. 請求項１に記載の分光特性測定システムであって、
   前記分光分布Ｌ１および前記分光分布Ｌ２は、所定の分光特性をもつ基準サンプルを前記半導体発光素子によって照明しつつ、前記基準サンプルからの反射光または透過光を測定することによって特定されるものであることを特徴とする分光特性測定システム。

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