JPH11101692A - 分光測色装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 光源の光強度分布の時間的変動の影響を解消
する。 【解決手段】 試料３にＹ軸方向に隣接して光強度補正
用基準試料５を載置し、同一の一次元領域ｂ内で両者の
像光線を回折格子１７によりスリット１５の長手方向と
直交する方向に波長分散する。これにより、二次元的に
微小受光素子が配列された光検出器１９上には、試料３
の一次元領域像に対応する分光画像と光強度補正用基準
試料５の０次元領域像に対応する分光画像とが同時に得
られる。後者は光源１１の光強度分布を示しているか
ら、光強度補正部２３は、このデータを用いて波長毎の
光強度の変動が解消されるように試料３の分光画像の各
データを補正する。これにより、光源１１の光強度の時
間的変動の影響がなくなり、正確な反射率を計算するこ
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て
色彩を定量的に測定する分光測色装置に関し、更に詳し
くは、試料上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列された光検出器に結像
することにより位置情報と波長方向の情報とを同時に得
る分光測定を利用した分光測色装置に関する。

【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５は、試料の二次元領域の色彩分布を測
定可能な分光測色装置の要部の構成図である。光源１１
から出射された光は光ファイバ１２により導かれて、照
射部１３より移動台１上に載置された試料３表面に照射
される。試料３からの反射光は焦点距離調整可能な対物
レンズ１４でスリット１５の下面に一旦集光される。ス
リット１５によりＹ軸方向に延伸する一次元領域ａに制
限された試料３の像光線は、レンズ１６によりコリメー
トされ、回折格子１７によりスリット１５の長手方向と
直交する方向に波長分散される。そして、レンズ１８に
より光検出器１９上に投影される。光検出器１９は微小
受光素子を二次元的に配列した構成を有し、そのｙ軸方
向には試料３の一次元領域ａ内の位置情報が得られ、ｙ
軸に直交するλ軸方向には該一次元領域ａ内の各微小領
域における波長の広がりの情報が得られる。

【０００４】パーソナルコンピュータ等により構成され
る信号処理部２０は、反射率演算部２１、色値演算部２
２等を含んでいる。反射率演算部２１は、光検出器１９
にて得られた分光画像の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を設定し、その波長
幅Δλmに含まれる複数の受光素子によって得られた強
度信号を積分又は平均化する。このようにして、一次元
領域ａ内の或る微小領域における分光強度分布を求め、
続いて該一次元領域ａ内の各微小領域において上記分光
強度分布を計算することにより、試料３の一次元領域ａ
の分光強度分布を得る。また、移動台１と光源１１等か
ら成る光学ユニット１０とを、Ｘ軸方向に所定間隔でス
テップ状に順次相対移動させつつ繰り返し一次元領域に
対応する分光画像を得ることにより、試料３上の二次元
領域の分光強度分布を測定する。

【０００５】次いで、移動台２上に載置されている測色
用基準試料４を対物レンズ１４の下方に移動させて、上
記と同様にして測色用基準試料４の一次元領域に対応す
る分光画像を測定する。そして、この分光画像に基づい
て分光強度分布を求め、この分光強度分布を基準として
試料３上の二次元領域に対応する相対反射率の分布を計
算する。色値演算部２２は、この反射率分布を基に色彩
の三刺激値等の指標値を計算し、その演算結果をディス
プレイやプリンタ等の出力部３０により出力する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記分光測色装置で
は、測色用基準試料４を試料３と同一条件（同一の光源
１１や光学的位置関係）で測定し、その結果を用いて適
当な補正処理することにより、照射部１３における一次
元領域内での照度のむら等の影響が解消され、一次元領
域内の各微小領域における正確な反射率が得られる。し
かしながら、このような処理は、測色用基準試料４を測
定する際の照明の状態と試料３を測定する際の照明の状
態とが同一であることを前提としているので、光源１１
の光強度が時間的に変動してしまうと適正な補正が行な
えない。また、試料３と光学ユニット１０とを相対移動
させつつ繰り返し一次元領域の分光画像を得る間に、光
源１１の光強度が時間的に変動すると、各分光画像の照
明条件が同一でなくなってしまい、やはり正確な反射率
分布が得られない。

【０００７】そこで、このような光源１１の光強度の時
間的変動の影響を解消するために、光源１１から発せら
れる光の一部を別に設けた光検出器でモニタし、そのモ
ニタ信号に基づいて分光画像を構成する各データ又は分
光強度分布データを補正する、という方法が考えられ
る。ところが、光源１１の光強度が時間的に変動する場
合には、単に照度が変動するのみならず、波長毎に光強
度の変動度合が相違する（つまり、光源１１のスペクト
ルの形状が時間的に変動する）ことが多い。このように
光強度が波長毎に異なる変動を呈すると、上記方法では
充分な補正が行なえず、正確な反射率分布が得られない
ために測色の精度が劣化する恐れがある。

【０００８】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、その目的とするところは、簡単な構成で
もって、光源の光強度の時間的変動の影響を軽減又は解
消し、より正確な測色を行なうことができる分光測色装
置を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に成された本発明は、試料を分光測定して得た反射率又
は透過率を利用して色彩を測定する分光測色装置におい
て、 a)複数の微小受光素子を二次元的に配列した光検出手段
と、 b)該光検出手段の一方の次元方向に一次元領域上の位置
情報を投影するとともに他の次元方向に該一次元領域内
の各微小領域の分光強度分布を投影する分光手段と、 c)光源からの照射光に対して試料にて反射又は透過した
光と、該光源からの照射光に対して基準試料にて反射又
は透過した光若しくは該光源より照射された光の一部を
取り出す光誘導手段を介して得た光とを、それぞれ領域
を分離して同時に前記分光手段に与える光導入手段と、 d)前記光源の照射光の波長毎の時間的変動を補正するた
めに、前記基準試料からの反射光又は透過光若しくは前
記光誘導手段を介した光に対応して前記光検出手段によ
り得られる信号を用いて、前記試料からの反射光又は透
過光に対応して前記光検出手段により得られる信号を補
正する演算手段と、を備えたことを特徴としている。

【００１０】

【発明の実施の形態】本発明に係る分光測色装置の特徴
は、測定対象の試料からの反射光又は透過光を分光する
ための分光手段を用いて、該試料からの反射光又は透過
光以外の光強度補正用の基準となる光を同時に分光し、
その結果得られる基準光の分光強度分布を用いて、試料
からの反射光又は透過光による分光強度分布を補正する
ことにある。光強度補正用の基準光としては、光源から
の光の一部を前記基準試料に照射したときの反射光又は
透過光、或いは、光ファイバ等の光誘導手段により光源
より直接的に導かれた光のいずれかを利用することがで
きる。

【００１１】具体的には、例えば、試料に近接して光強
度補正用の基準試料を設置し、光導入手段は、光源から
照射されて試料及びその基準試料にて反射した光が、同
一の一次元領域内に隣接して含まれるように分光手段に
導く。分光手段は、その一次元領域像を波長方向に分散
して光検出手段に投影するので、試料の一次元領域像に
対応する分光画像と基準試料の一次元領域像に対応する
分光画像とが隣接して得られる。この基準試料の一次元
領域像に対応する分光画像は、光源の波長毎の光強度分
布つまりスペクトルを示す。そこで、演算手段はこのス
ペクトルを用いて、波長毎の光強度の相違を解消するよ
うに、試料の一次元領域像に対応する分光画像を構成す
る各信号を補正する。更に、同一波長に対し時間的な光
強度の相違も同様に補正する。

【００１２】

【実施例】以下、本発明に係る分光測色装置の一実施例
を図１及び図２を参照して説明する。図１は、本実施例
の分光測色装置の要部の構成図である。本実施例におけ
る光学系の基本構成は図５に示した従来のものと同様で
あるが、本実施例の分光測色装置では、移動台１上で試
料３にＹ軸方向に近接して光強度補正用基準試料５が設
置されている。また、移動台２上で測色用基準試料４に
もＹ軸方向に近接して光強度補正用基準試料５が備えら
れている。光強度補正用基準試料５としては、測色用基
準試料４と同様に、例えば標準白板等を利用することが
できる。

【００１３】光源１１から出射され光ファイバ１２を介
して照射部１３より発せられた光は、移動台１上に載置
されている試料３と光強度補正用基準試料５との両者を
同時に照射する。その反射光は、対物レンズ１４によっ
てスリット１５の下面に結像される。スリット１５によ
り一次元領域（図１中の領域ｂに相当）に制限された試
料３及び光強度補正用基準試料５の像光線はレンズ１６
によりコリメートされ、回折格子１７によりスリット１
５の長手方向と直交する方向に波長分散される。そし
て、レンズ１８により光検出器１９上に結像される。

【００１４】スリット１５により制限された一次元領域
ｂ内には、図２（ａ）に示すように、試料３の一次元領
域（線領域）像ｂ１と、光強度補正用基準試料５の０次
元領域（点領域）像ｂ２とを含む。このため、光検出器
１９上に投影される分光画像は、図２（ｂ）に示すよう
に、試料３の一次元領域像ｂ１に対応する領域Ａと、光
強度補正用基準試料５の０次元領域像ｂ２に対応する領
域Ｂとを有する。この領域Ｂの情報は、領域Ａの分光測
定と同時刻の光源１１の波長別光強度である。

【００１５】移動台１をＸ軸方向に所定間隔ずつステッ
プ状に移動させつつ上述の如く一次元領域に対応する分
光画像を得たとき、各分光画像における領域Ｂの情報は
光源１１のスペクトルの時間的変動を示している。そこ
で、光強度補正部２３は、この領域Ｂの情報に基づいて
領域Ａの情報つまり試料３の一次元領域に対応する分光
強度分布を補正し、光源１１の光強度の変動を各波長に
おいて解消することができる。

【００１６】具体的には、例えば以下の補正処理を実行
することにより、光源１１の光強度の時間的変動の影響
を解消することができる。すなわち、Ｘ軸方向にｉ回目
の分光測定において、試料３の一次元領域内の位置ｙに
対応する波長λでの分光測定データをＳ（ｉ、ｙ、λ）
とする。また、その分光測定時に得られた波長λでの光
強度データをＬ（ｉ、λ）とする。このとき、次式によ
り補正後データＳ’（ｉ、ｙ、λ）を計算する。 Ｓ’（ｉ、ｙ、λ）＝Ｓ（ｉ、ｙ、λ）×〔Ｃ／Ｌ
（ｉ、λ）〕 ここで、Ｃは適宜の定数とする。すなわち、各分光測定
データＳ（ｉ、ｙ、λ）は、同時刻に測定された光強度
データＬ（ｉ、λ）を用いて規格化され、波長λ毎の光
強度の相違が補正される。また、Ｘ軸方向に位置をずら
しながら行なうｉ＝１〜ｎの分光測定の各回において上
記補正を行なうことにより、光強度の時間的変動も補正
される。これにより、全ての補正後データＳ’（ｉ、
ｙ、λ）は、同一の照度条件下で測定した値として取り
扱うことができる。

【００１７】このようにして試料３の所定の二次元領域
内の分光測定を終了したならば、次に移動台２上に載置
されている測色用基準試料４と光強度補正用基準試料５
とを同時に測定する。この場合にも、上述の補正処理を
行なうことにより、測色用基準試料４の各分光測定デー
タにおける光強度の波長毎の時間的変動の影響が除去さ
れる。

【００１８】反射率演算部２１は、このように補正処理
がなされたデータを用いて試料３のに二次元領域の相対
反射率分布を求める。そして、色値演算部２２は、この
反射率分布に基づいて所定の演算を行ない、色彩分布を
算出する。このようにして、光源１１の光強度の時間的
変動の影響を排除した正確な色彩分布が得られる。

【００１９】なお、上記実施例では、光強度補正用基準
試料５はＹ軸方向に小さいため、一次元領域ｂ内に点領
域として含まれるが、Ｙ軸方向により大きな光強度補正
用基準試料５を用いることにより、一次元領域ｂ内に線
領域として含まれようにしてもよい。この場合には、各
波長毎に得られる複数の光強度信号に対して平均化処理
等を行なうことにより一つのスペクトルを算出し、その
スペクトルを用いて上記のような補正処理を実行する。

【００２０】図３は、本発明の他の実施例による分光測
色装置の要部の構成図である。この実施例では、光強度
補正用基準試料５を光学ユニット１０と同一フレームの
台座１０ａの所定位置に固定して設けている。光学ユニ
ット１０内のスリットにより制限される一次元領域ｃの
端部に光強度補正用基準試料５を配置することにより、
移動台１、２をＸ軸方向の任意の位置に移動しても、常
に、試料３と光強度補正用基準試料５の分光測定を同時
に行なうことができる。この構成によれば、試料３及び
測色用基準試料４に対して唯一の光強度補正用基準試料
５を用意すればよく、また、試料３の大きさに拘らず光
強度補正用基準試料５は小さなもので済む。

【００２１】また、図４は、本発明の更に他の実施例に
よる分光測色装置の要部の構成図である。この実施例で
は、光強度補正用基準試料５を用いずに、光源１１から
出射された光の一部を光ファイバ１２により、移動台１
と略同一平面内の光学ユニット１０のフレームの台座１
０ａに設けた光強度補正用光出射部６に導く。この光強
度補正用光出射部６の位置は、図３の実施例における光
強度補正用基準試料５の載置位置とほぼ同一である。従
って、光強度補正用光出射部６より出射された光は、試
料３又は測色用基準試料４からの反射光とともに一次元
領域ｄの一部として取り込まれ、上述のように分光測定
される。光強度補正用光出射部６の出射光と試料３又は
測色用基準試料４からの反射光とは時間的にずれがない
と看做せるので、試料３又は測色用基準試料４の分光測
定と同時点での光源１１の分光強度分布を得ることがで
きる。

【００２２】また、上記実施例では、二次元的に微小受
光素子を配列した光検出器１９上に試料３又は測色用基
準試料４の一次元領域に対する分光画像と光強度補正用
基準試料５の一次元領域に対する分光画像とを投影する
ようにしていたが、唯一の回折格子１７で分光した後
に、それぞれ異なる光検出器上に結像させる構成として
もよい。

【００２３】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。

【００２４】

【発明の効果】本発明の分光測色装置では、試料又は測
色用基準試料の各分光測定と同一時点における光源の波
長毎の光強度分布が得られ、その光強度分布を用いて、
試料又は測色用基準試料の分光測定の各測定値が同一の
照明条件によるものとなるように補正が行なわれる。こ
のため、光源の光強度分布に時間的変動があってもその
影響が解消されるので、正確な反射率を求めることがで
き、この反射率に基づく色値も高精度に計算できる。ま
た、光源の光強度分布を得るために試料の分光測定と同
一の分光手段を利用しているので、光学系の構成が複雑
にならず、低廉なコストで効果的な補正を達成すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施例である分光測色装置の要部
の構成図。

【図２】 本実施例により得られる分光画像の一例を示
す模式図。

【図３】 本発明の他の実施例である分光測色装置の要
部の構成図。

【図４】 本発明の他の実施例である分光測色装置の要
部の構成図。

【図５】 従来の一般的な分光測色装置の構成図。

【符号の説明】

１、２…移動台 ３…試料 ４…測色用基準試料 ５…光強度補正用基
準試料 ６…光強度補正用光出射部 １０…光学ユニット １１…光源 １２…光ファイバ １３…照射部 １４、１６、１８…
レンズ １５…スリット １７…回折格子 １９…光検出器 ２０…信号処理部 ２１…反射率演算部 ２２…色値演算部 ２３…光強度補正部

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 試料を分光測定して得た反射率又は透過
   率を利用して色彩を測定する分光測色装置において、 a)複数の微小受光素子を二次元的に配列した光検出手段
   と、 b)該光検出手段の一方の次元方向に一次元領域上の位置
   情報を投影するとともに他の次元方向に該一次元領域内
   の各微小領域の分光強度分布を投影する分光手段と、 c)光源からの照射光に対して試料にて反射又は透過した
   光と、該光源からの照射光に対して基準試料にて反射又
   は透過した光若しくは該光源より照射された光の一部を
   取り出す光誘導手段を介して得た光とを、それぞれ領域
   を分離して同時に前記分光手段に与える光導入手段と、 d)前記光源の照射光の波長毎の時間的変動を補正するた
   めに、前記基準試料からの反射光又は透過光若しくは前
   記光誘導手段を介した光に対応して前記光検出手段によ
   り得られる信号を用いて、前記試料からの反射光又は透
   過光に対応して前記光検出手段により得られる信号を補
   正する演算手段と、 を備えたことを特徴とする色彩測定装置。