JPH10311757A - 色彩測定装置の調整方法及び色彩測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 光検出器上での焦点調整を容易に行なう。 【構成】 一次元領域内で高反射率領域と低反射率領域
とを組み合わせた基準試料を分光測定し、光検出器に分
光画像を得る（Ｓ２）。位置方向に配列された、二つの
領域に対する画像部分の境界線の前後の受光素子の受光
信号を読み出し（Ｓ３）、高反射率領域に対応した最大
受光強度と低反射率領域に対応した最小受光強度とを抽
出し（Ｓ４）、これによりコントラストの指標値を計算
する（Ｓ５）。この値は焦点状態により変動するので、
表示された該数値を見ながらレンズと光検出器との間の
距離を変えて、最適な焦点調整を行なうことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、分光測定を利用し
た色彩測定装置における光学系の調整方法及び該調整方
法を用いた色彩測定装置に関し、更に詳しくは、試料の
一次元領域像に対応した分光画像を複数の微小受光素子
が二次元的に配置された光検出器に結像し、位置情報と
波長方向の情報とを同時に得るような分光測定を利用し
た色彩測定装置における調整方法及び色彩測定装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】人間が認識する物体の色は、光源の分光
分布、目の感度、物体の反射率又は透過率の三要素によ
って決まる。測色において、前者の二要素はＪＩＳ（日
本工業規格）に数値として規定されているので、物体の
反射率又は透過率を分光測定装置を用いて測定すること
により色を客観的な数値として求めることができる。一
般に測定対象とする物体の色は、二次元的な広がりを有
する色彩分布である。このため、色彩測定に利用される
分光測定装置では、物体の二次元投影面の反射率又は透
過率の分布を求める必要がある。

【０００３】図６は、試料の二次元領域の色彩分布を測
定可能な色彩測定装置の構成図である。光源１１から照
射された光は試料２のＹ軸方向に伸びる一次元領域で反
射され、焦点調整可能なレンズ１２で集光されてスリッ
ト１３に導かれる。スリット１３を通過した光はレンズ
１４でコリメートされ、回折格子１５で波長分散された
後に、二次光除去フィルタ１６及びレンズ１７を介して
光検出器１８上に投影される。光検出器１８は微小受光
素子が二次元的に配置されたものであって、光検出器１
８上のｙ軸（位置）方向には試料２の一次元領域内の位
置情報が得られ、該ｙ軸に直交するλ軸（波長）方向に
は該一次元領域内の各点（微小領域）における波長の広
がりの情報が得られる。

【０００４】信号処理部４０は、光検出器１８上に得ら
れた分光画像から反射率分布（スペクトル）を計算する
反射率演算部４１と該反射率を基に色彩の三刺激値等の
指標値（ここでは、これらを総称して「色値」と呼ぶ）
を計算する色値演算部４２とを含んでおり、演算結果は
ディスプレイやプリンタ等の出力部４４に送られる。ま
た、操作部４３は、測定の開始等の指示や各種パラメー
タの設定にために用いられる。なお、実際には、信号処
理部４０はパーソナルコンピュータ（以下「パソコン」
という）を中心に構成され、該パソコンに所定のプログ
ラムを実行させることにより後記のような各種処理を行
なうようにしている。

【０００５】分光画像から分光強度分布を求める際に
は、λ軸方向においてそれぞれ所定の中心波長λmに対
する波長幅Δλmが設定され、該波長幅Δλmに含まれる
複数の受光素子によって得られた強度信号が積分又は平
均化される。このようにして、一次元領域内の或る点に
おける分光強度分布が求められる。続いて、一次元領域
内の各点において上記分光強度分布が計算されることに
より、試料２上の一次元領域の分光強度分布が得られ
る。更に、試料２を載置した移動台１と光源１１等から
成る光学ユニット１０とを、Ｘ軸方向に所定ステップで
順次相対移動させながら繰り返し一次元領域の分光画像
を得ることにより、試料２の二次元領域の分光強度分布
を測定する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記構成の色彩測定装
置において、細かいパターンを有する試料に対し精度の
高い測色を行なうには、高いコントラストをもって試料
像を光検出器１８に投影する必要がある。投影像の輪郭
が明瞭であるとき高いコントラストが得られるから、光
検出器１８上に高い焦点精度で結像することが要求され
る。焦点精度が悪いと投影像はぼけたものとなり、光学
的ノイズが増加し、色分解能（ここでは、「所定のレベ
ル以上の精度で測色を行なうことが可能な試料上の最小
のパターンサイズ」を表わすものとする）が低下する。
また、光検出器１８上に同時に投影された各点におい
て、全てに一様なコントラスト特性を有していないと、
試料上の位置によって色分解能が相違し、測色の精度が
低下する。

【０００７】そこで、従来は、次のように光学ユニット
１０内の光路の調整を行なっている。まず、スリット１
３の開口に試料の一次元像が結像するようにレンズ１２
の焦点を調整する。例えば、スリット１３の位置に光検
出器を置き、その受光強度のピークが最大となるように
レンズ１２を調整する。次に、回折格子１５により波長
分散された光が光検出器１８上に高いコントラストをも
って集光するように、光検出器１８に投影された画像
（試料像）を見ながら、調整者がレンズ１７と光検出器
１８との距離を調整して、光検出器１８上に焦点が合う
ようにする。

【０００８】しかしながら、上記従来の調整方法は目視
確認に依存しているため、最適な焦点位置に調整するこ
とは困難であり、ましてや、一様な色分解能を得られる
ように調整を行なうことは殆ど不可能であった。また、
調整には熟練が必要であるため、専門の訓練を受けた者
が調整を行なう必要があった。

【０００９】本発明は上記課題を解決するために成され
たものであり、その第一の目的とするところは、調整者
が投影像のコントラストを客観的に把握しながら最適な
焦点調整を行なうことができる色彩測定装置の調整方法
を提供することにある。また、第二の目的とするところ
は、全体として最良の色分解能が得られるように最適な
焦点調整が自動的に行なわれる色彩測定装置を提供する
ことにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に成された第一の発明は、複数の微小受光素子が二次元
的に配置された光検出器の一方の次元方向に試料の一次
元領域像を投影させると共に他の次元方向に光を波長分
散させることにより分光画像を結像させ、該分光画像よ
り求めた分光強度分布を基に色彩を表現する指標値を算
出する色彩測定装置において、分光測定のための光学系
を調整する方法であって、 a)高反射率の第一領域と低反射率の第二領域とを組み合
わせた特定のパターンを有する基準試料を分光測定して
光検出器上に分光画像を投影し、 b)該光検出器の位置方向に沿って、前記第一領域に対す
る画像部分とそれに隣接する第二領域に対する画像部分
の境界線近傍に並ぶ受光素子の受光強度信号を読み出
し、 c)前記第一領域に対する画像部分の受光強度と第二領域
に対する画像部分の受光強度とに基づきコントラストを
示す指標値を計算し、 d)該指標値を利用して、光検出器上での結像の焦点が最
適な状態となるように光学系を調整する、 ことを特徴としている。

【００１１】また、上記課題を解決するために成された
第二の発明は、複数の微小受光素子が二次元的に配置さ
れた光検出器の一方の次元方向に試料の一次元領域像を
投影させると共に他の次元方向に光を波長分散させるこ
とにより分光画像を結像させ、該分光画像より求めた分
光強度分布を基に色彩を表現する指標値を算出する色彩
測定装置において、 a)高反射率の第一領域と低反射率の第二領域とを組み合
わせた特定のパターンを有する基準試料を分光測定する
ことにより光検出器上に投影された分光画像に対し、該
光検出器の位置方向に沿って、前記第一領域に対する画
像部分とそれに隣接する第二領域に対する画像部分の境
界線近傍に並ぶ受光素子の受光強度信号を読み出す読出
手段と、 b)該読出手段により読み出された前記第一領域に対する
画像部分の受光強度と第二領域に対する画像部分の受光
強度とに基づきコントラストを示す指標値を計算する演
算手段と、 c)光検出器上の投影像の焦点を変える調整手段と、 d)前記指標値に応じて、光検出器上での結像の焦点が最
適な状態となるように前記調整手段を制御する制御手段
と、 を備えることを特徴としている。

【００１２】

【発明の実施の形態及び発明の効果】第一の発明に係る
色彩測定装置の調整方法、及び、第二の発明に係る色彩
測定装置では、光検出器上での投影像の焦点の調整を実
行するために、高反射率の第一領域と低反射率の第二領
域とが一次元領域内で適当に組み合わされている特定の
パターンを有する基準試料を分光測定する。例えば、第
一領域は可視領域においてほぼ一様に高い反射率を有す
る白色とし、第二領域は可視領域においてほぼ一様に低
い反射率を有する黒色とすることが好ましい。

【００１３】上記基準試料を分光測定すると、光検出器
上に投影された分光画像では、第一及び第二領域に対応
して波長方向に延伸する縞状のパターンが現われる。こ
のため、該縞模様を横切るように位置方向に沿って並ぶ
受光素子の受光信号を読み出すと、第一領域に対応した
画像部分では相対的に大きな受光強度が、第二領域に対
応した画像部分では相対的に小さな受光強度が得られ
る。そこで、第一領域に対応した画像部分とそれに隣接
する第二領域に対応した画像部分との受光強度の差（又
は比）を、第一領域毎に計算する。そして、該受光強度
の差に基づき、第一領域に対応した画像部分とそれに隣
接する第二領域に対応した画像部分との境界線近傍での
コントラストを示す指標値を計算し、これを表示する。
光検出器上での投影像の焦点がぼけると、上記境界線の
近傍で互いの画像部分の影響を受けるためコントラスト
が劣化する。従って、表示された指標値を見ながら、例
えば光検出器の位置を前後に移動し、最良の焦点位置を
見つけることができる。

【００１４】上記第一の発明に係る色彩測定装置の調整
方法によれば、光検出器上でのコントラストが客観的な
数値として表示されるので、調整者は該数値を見ながら
最適な焦点位置になるように光学系を容易に調整するこ
とができる。この結果、色彩測定の際に、高い色分解能
を得ることができる。

【００１５】なお、一般に、光検出器上の位置によって
コントラストは相違するため、同一の位置方向上で異な
る第一領域に対応した画像部分近傍、及び、異なる波長
において同一の第一領域に対応した画像部分近傍では、
それぞれ受光強度の差が相違する。そこで、光検出器全
体でコントラストが最も一様になるようにするには、光
検出器上の複数の箇所で得たコントラストの指標値を基
に、コントラストのばらつきを示す値を計算し、この値
を見ながら焦点の調整を行なえるように構成するとよ
い。このようにすれば、光検出器上のコントラストのば
らつきが軽減され、その結果、色分解能のばらつきの少
ない、より正確な測色が行なえる。

【００１６】また、第二の発明に係る色彩測定装置は、
光検出器上の投影像の焦点を変える調整手段を備えてお
り、制御手段は、演算手段により上記のように算出され
た指標値に応じて該調整手段を制御する。調整手段は、
例えば、回折格子等の波長分散手段から光検出器までの
距離を変化できるように、光検出器自体を該波長分散手
段に対し前後に摺動する調整機構とすることができる。
また、波長分散手段と光検出器との間に挿入された、焦
点距離を調整可能なレンズ機構とすることもできる。従
って、第二の発明に係る色彩測定装置によれば、光検出
器上で最適な焦点状態となるように自動的に調整が行な
われるので、煩わしい調整の手間や時間が節約できる。
また、調整者の熟練の程度等に依存する調整の誤差もな
くなる。

【００１７】

【実施例】以下、第一の発明に係る色彩測定装置の調整
方法に基づく色彩測定装置の一実施例を図１〜図４を参
照して説明する。図１は本実施例の色彩測定装置の要部
の構成図である。光検出器１８を構成する各受光素子の
受光信号は、調整処理部２０の読出部２１により読み出
されて演算部２２に入力される。演算部２２は該受光信
号に対し後述のような演算処理を行ない、その結果得ら
れた数値情報を表示部３１へ送る。表示部３１はディス
プレイ等であって、その画面内に該数値情報を所定の形
式で表示する。なお、調整処理部２０は、図６の信号処
理部４０と同様に、パソコンに所定のプログラムを実行
させることにより、その機能を具現化することができ
る。

【００１８】図２（ａ）は、本実施例における焦点調整
に用いられる基準試料の一例を示す平面図である。全体
は全可視領域において極めて低い反射率（０％に近い方
が好ましい）を示す黒色をしており、Ｙ1、Ｙ2、Ｙ3の
三箇所にてＹ方向に狭い幅の、全可視領域において極め
て高い反射率（１００％に近い方が好ましい）を示す白
色の領域を有している。

【００１９】以下、図３のフローチャートに沿って、本
実施例の色彩測定装置における焦点調整の手順を説明す
る。スリット１３の開口に対するレンズ１２による焦点
調整は、従来の方法により予め行なっておく。

【００２０】調整者が図２（ａ）に示した基準試料３を
移動台１上の所定位置に載置し（ステップＳ１）、操作
部３０にて所定の操作を行なうと、該基準試料３に光が
照射されて、光検出器１８上には図２（ｂ）に示すよう
な分光画像が投影される（ステップＳ２）。すなわち、
Ｙ1、Ｙ2、Ｙ3の三箇所の白色領域に対してλ軸方向に
延伸する、複数の線状のパターンが現われる。なお、上
記基準試料３は予め装置内部に組み込んでおき、所定操
作により分光測定可能な位置に自動的に設置されて測定
が開始されるようにしてもよい。

【００２１】読出部２１は、予め定められた波長のｙ軸
方向の列上で、上記白色領域に対応した領域ｙ1、ｙ2、
ｙ3の近傍の光検出器１８の受光素子の受光信号を読み
出す。ここでは、図２（ｂ）の分光画像上のλ1、λ2、
λ3の三つの波長において、領域ｙ1、ｙ2、ｙ3の近傍の
信号を読み出すものとする。従って、この場合、読出箇
所は、λn＊ｙn（ｎ＝１〜３）の９箇所である（ステッ
プＳ３）。このように受光信号を読み出すと、領域ｙ
1、ｙ2、ｙ3に対応するパターンの近傍では、図４
（ａ）に示すような波形がそれぞれ得られる。つまり、
反射率の高い白色領域に対応した画像部分では受光強度
Ｓが大きく、反射率の低い黒色領域に対応した画像部分
では受光強度Ｓが小さくなる。

【００２２】光検出器１８の投影像の焦点が良好であっ
て白色領域と黒色領域との境界線が明瞭であると、図４
（ａ）に示すように、白色領域に対するパターンの幅は
相対的に狭くなり、その波高値は高くなる。このため、
受光強度の最大値Ｓmaxと最小値Ｓminとの差は大きくな
る。逆に、焦点が適当でなく結像が不明瞭な状態である
と、両者の境界線の近傍では互いの影響を受け、図４
（ｂ）に示すように、境界線の近傍での受光強度Ｓの変
動がなだらかになり、白色領域に対するパターンの波高
値が低くなってしまう。このため、受光強度の最大値Ｓ
maxと最小値Ｓminとの差は縮小する。

【００２３】演算部２２は上記のように読み出された受
光信号を受け、受光強度の最大値Ｓmaxと最小値Ｓminを
抽出し（ステップＳ４）、次式によりコントラストを表
わす指標値Ｃを計算する（ステップＳ５）。 Ｃ＝（Ｓmax−Ｓmin）／（Ｓmax＋Ｓmin） つまり、この指標値Ｃは１以下であって、最大値Ｓmax
と最小値Ｓminの差分が大きいほど１に近付く。この指
標値Ｃをそのまま表示部３１に送り、数値又はグラフ化
された図表として表示部３１の画面上に表示するように
してもよい。しかしながら、上記９箇所から得られた受
光信号によりそれぞれ計算される指標値Ｃは一般には相
異なるので、全指標値を併記して表示したのみでは、こ
れを見ながら全体が均一なコントラストとなるように調
整するのは容易ではない。

【００２４】そこで、演算部２２は、９個の指標値Ｃの
平均偏差自重和等のばらつきを反映する指標値を計算し
（ステップＳ６）、表示部３１は各コントラスト指標値
Ｃと共にこのばらつき指標値も同時に表示する（ステッ
プＳ７）。調整者が光検出器１８の位置をｚ方向にずら
すと上記各指標値が変動するから、例えば、ばらつき指
標値が最小となるように光検出器１８の位置を調整する
（ステップＳ８）。なお、実際には、表示部３１に表示
された数値が非常に短い周期で変動すると調整者は読み
取りにくいから、時間方向に適当な積分又は平均化を行
なって数値を表示するとよい。このようにして、光検出
器１８上での焦点を最適な状態にすることができる。

【００２５】次に、第二の発明に係る色彩測定装置の実
施例を図５を用いて説明する。この実施例では、上記実
施例と同様の手順に従ってコントラストを表わす指標値
が求められる。更に、この実施例の色彩測定装置には、
モータ等から構成される移動機構１９が光検出器１８に
付設されており、該移動機構１９により光検出器１８は
ｚ方向に摺動するようになっている。光検出器１８が摺
動するとレンズ１７との間の距離が変わるので、光検出
器１８上での焦点が変化する。駆動制御部２３は、演算
部２２より上述のようなコントラスト指標値を受け取
り、移動機構１９に制御信号を与える。すなわち、光検
出器１８、読出部２１、演算部２２、駆動制御部２３、
移動機構１９はフィードバックループを構成しており、
次のようにして焦点が最適となるようにレンズ１７と光
検出器１８との間隔を調整する。

【００２６】駆動制御部２３は、光検出器１８が予め定
めたｚ方向の所定の範囲内でステップ状で移動するよう
に移動機構１９を制御する。光検出器１８が移動して一
時停止する毎に、演算部２２は、上記のようにコントラ
スト指標値やばらつき指標値を算出する。そして、所定
の範囲内の走査が終了した後に、駆動制御部２３は、最
も焦点の状態が良好であった位置に光検出器１８が移動
するように移動機構１９を制御する。更に、その位置の
近傍で先の移動よりも細かいステップで移動させつつ再
度コントラスト指標値やばらつき指標値を算出し、その
近傍の所定の範囲で焦点が最良となる位置を見つける。
このようにして、自動的に焦点が最適となるように調整
することができる。なお、光検出器１８の位置を移動す
る代わりに、レンズ１７の焦点を調整する機構を設ける
ようにしてもよい。

【００２７】なお、上記実施例は一例であって、本発明
の趣旨の範囲で適宜変形や修正を行なえることは明らか
である。

【図面の簡単な説明】

【図１】 第一の発明に係る色彩測定装置の調整方法を
用いた色彩測定装置の要部の構成図。

【図２】 この色彩測定装置の調整に利用される基準試
料の一例を示す図（ａ）及び該基準試料に対する分光画
像を示す図（ｂ）。

【図３】 この色彩測定装置の調整方法の手順を示すフ
ローチャート。

【図４】 光検出器から読み出した受光信号の一例を示
す波形図。

【図５】 第二の発明に係る色彩測定装置の要部の構成
図。

【図６】 一般的な色彩測定装置の構成図。

【符号の説明】

１…移動台 ３…基準試料 １０…光学ユニット １１…光源 １３…スリット １２、１４、１７…レン
ズ １５…回折格子 １８…光検出器 １９…移動機構 ２０…調整処理部 ２１…読出部 ２２…演算部 ２３…駆動制御部 ３１…表示部

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の微小受光素子が二次元的に配置さ
   れた光検出器の一方の次元方向に試料の一次元領域像を
   投影させると共に他の次元方向に光を波長分散させるこ
   とにより分光画像を結像させ、該分光画像より求めた分
   光強度分布を基に色彩を表現する指標値を算出する色彩
   測定装置において、分光測定のための光学系を調整する
   方法であって、 a)高反射率の第一領域と低反射率の第二領域とを組み合
   わせた特定のパターンを有する基準試料を分光測定して
   光検出器上に分光画像を投影し、 b)該光検出器の位置方向に沿って、前記第一領域に対す
   る画像部分とそれに隣接する第二領域に対する画像部分
   の境界線近傍に並ぶ受光素子の受光強度信号を読み出
   し、 c)前記第一領域に対する画像部分の受光強度と第二領域
   に対する画像部分の受光強度とに基づきコントラストを
   示す指標値を計算し、 d)該指標値を利用して、光検出器上での結像の焦点が最
   適な状態となるように光学系を調整する、 ことを特徴とする色彩測定装置の調整方法。
2. 【請求項２】 複数の微小受光素子が二次元的に配置さ
   れた光検出器の一方の次元方向に試料の一次元領域像を
   投影させると共に他の次元方向に光を波長分散させるこ
   とにより分光画像を結像させ、該分光画像より求めた分
   光強度分布を基に色彩を表現する指標値を算出する色彩
   測定装置において、 a)高反射率の第一領域と低反射率の第二領域とを組み合
   わせた特定のパターンを有する基準試料を分光測定する
   ことにより光検出器上に投影された分光画像に対し、該
   光検出器の位置方向に沿って、前記第一領域に対する画
   像部分とそれに隣接する第二領域に対する画像部分の境
   界線近傍に並ぶ受光素子の受光強度信号を読み出す読出
   手段と、 b)該読出手段により読み出された前記第一領域に対する
   画像部分の受光強度と第二領域に対する画像部分の受光
   強度とに基づきコントラストを示す指標値を計算する演
   算手段と、 c)光検出器上の投影像の焦点を変える調整手段と、 d)前記指標値に応じて、光検出器上での結像の焦点が最
   適な状態となるように前記調整手段を制御する制御手段
   と、 を備えたことを特徴とする色彩測定装置。