WO2020090299A1 - 分光測定装置 - Google Patents
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- G01N21/47—Scattering, i.e. diffuse reflection
- G01N21/49—Scattering, i.e. diffuse reflection within a body or fluid
Definitions
- the present invention relates to a spectroscopic measurement device, and more particularly, to a spectroscopic measurement device of an equal-magnification optical system that measures spectroscopic characteristics of a measurement target.
- a spectroscopic measurement device that irradiates each area of the surface (irradiated surface) of the measurement target with light and detects the reflected light to measure the spectral characteristics of each area is already known.
- a flatbed type measurement device can be cited.
- the flatbed type measurement devices there is an equal magnification such as a scanner adopting a CIS (Contact Image Sensor) type reading method.
- CIS Contact Image Sensor
- optical system device There is an optical system device.
- spectroscopic measurement devices have been developed that receive reflected light at various angles and acquire the intensity of the reflected light at each angle in order to evaluate the texture of the illuminated surface.
- An example of such a device is the device described in Patent Document 1.
- Patent Document 1 The device described in Patent Document 1 (in Patent Document 1, described as "bending characteristic acquisition device"), a light irradiation means for irradiating an object with light, a light receiving element including a plurality of pixels, and a reflective surface A plurality of mirrors arranged so as to face different directions. Each of the plurality of mirrors reflects the reflected light, which is reflected from a plurality of positions of the light applied to the target object at different angles, in the direction of the light receiving element at each reflecting surface. Further, the light receiving element acquires reflected light from the plurality of mirrors at different pixels.
- the spectral characteristics (for example, color and reflectance) of the measurement target may change depending on the irradiation angle of light.
- the spectral characteristics acquired according to the irradiation angle of the light with which the decorative member is irradiated. Is different. Therefore, in the above case, it is necessary to measure the spectral characteristics for each reflection angle while changing the light irradiation angle.
- the present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to solve the following objects. Specifically, the present invention solves the problems of the above-mentioned conventional techniques, and enables spectroscopic measurement to measure more spectral characteristics that vary depending on the irradiation angle and the reflection angle of light in a shorter time.
- the purpose is to provide a device.
- the spectroscopic measurement device of the present invention is a spectroscopic measurement device of an equal-magnification optical system that measures the spectral characteristics of a measurement target, and includes a plurality of regions on the irradiated surface of the measurement target. For each, an irradiation unit that irradiates light, a moving mechanism that moves one of the irradiation unit and the measurement object with respect to the other, and an irradiation unit is controlled so that the irradiation unit irradiates light.
- the control unit that changes the irradiation angle, and the detection unit that detects the reflected light reflected by each of the plurality of regions for each set angle that is set with respect to the reflection angle of the reflected light with respect to the irradiation surface, and moves. While the one of the irradiation unit and the measurement object is moved from one end to the other end of the movement range by the mechanism, the control unit changes the irradiation angle for each of the plurality of regions to a plurality of angles, and the irradiation angle is changed. Each time, the detection unit sets the reflected light to the set angle. And detecting separately.
- the irradiation angle of light changes to a plurality of angles while one of the irradiation unit and the measurement object is moved from one end to the other end of the movement range by the movement mechanism.
- the reflected light is detected for each set reflection angle (set angle). That is, in the spectroscopic measurement device of the present invention, the number of types of irradiation angles and the number of types of set angles are set for each region on the irradiated surface of the measurement target while the irradiation unit or the measurement target moves once in the movement range.
- the number of spectral characteristics is measured according to. As a result, it becomes possible to measure more spectral characteristics that change depending on the irradiation angle and the reflection angle of light and in a shorter time.
- the detection unit detects reflected light for each set angle for each of a plurality of set wavelengths set for the light emitted by the irradiation unit.
- the number of spectral characteristics corresponding to the number of wavelength types is measured. This makes it possible to measure more spectral characteristics that change depending on the irradiation angle and the reflection angle of light.
- the irradiation unit irradiates white light
- the detection unit has a plurality of channels provided for each set wavelength, and the plurality of channels have a corresponding set wavelength. It is more preferable to detect the reflected light for each set angle.
- the detection unit can detect the reflected light of the corresponding set wavelength in each channel. Accordingly, the detection unit can simultaneously detect the reflected light for each of the same number of setting wavelengths as the number of channels.
- each of the plurality of channels is configured by a light receiving element provided with a filter corresponding to a corresponding set wavelength.
- the detection unit detects the reflected light for each set angle.
- the detection unit can detect reflected light of various set wavelengths without providing a plurality of channels.
- the detection unit is provided with the same number of sensor rows as the number of kinds of set angles, and has an optical path changing unit that changes the optical path of reflected light according to the reflection angle. It is even more preferable that the optical path changing unit changes the optical path so that the reflected lights separated by the set angles reach different sensor rows.
- the optical path of the reflected light is changed by the optical path changing unit, so that each of the reflected lights separated by the set angle reaches different sensor rows in the detection unit. Accordingly, the detection unit can simultaneously detect each of the reflected lights that are separated by the set angle.
- the optical path changing unit has a collimator lens for making each of the reflected lights divided by the set angle into parallel light, and each of the reflected lights divided by the set angle uses the collimator lens. It is more and more advantageous to reach different sensor rows by passing through. In the above configuration, each reflected light becomes parallel light by passing through the collimator lens, and reaches different sensor rows in the detection unit. In other words, with the above configuration, it is possible to satisfactorily guide each of the reflected lights separated by the set angle to the corresponding sensor row.
- the moving mechanism may move the irradiation unit with respect to the measurement target
- the collimator lens may be a cylindrical lens that moves together with the irradiation unit by the moving mechanism.
- the optical path of each reflected light can be changed by the cylindrical lens that moves together with the irradiation unit by the moving mechanism so that each of the reflected lights separated by the set angle becomes parallel light.
- the irradiation unit has a plurality of light source units, and each of the plurality of light source units has a movement mechanism when moving one of the irradiation unit and the measurement object with respect to the other.
- the control unit changes the irradiation angle by switching the light source unit used when the irradiation unit emits light among the plurality of light source units. It is suitable. In the above configuration, the irradiation angle can be reliably changed by switching the light source unit used during light irradiation among the plurality of light source units.
- a measurement target having an image recording unit on which an image is recorded, the image changing depending on the viewing angle when the image recording unit is viewed from the irradiated surface side. It is more preferable to measure the spectral characteristics of the object. With the above configuration, the effect of the present invention becomes more significant. More specifically, the spectral characteristic of the measuring object whose image changes according to the viewing angle changes depending on the irradiation angle of light and the reflection angle of reflected light.
- the spectroscopic measurement device of the present invention When the spectroscopic measurement device of the present invention is applied to the measurement of the spectral characteristics of the measurement target, the spectral characteristics that change depending on the irradiation angle and the reflection angle of light can be measured more and in a shorter time. Will be demonstrated meaningfully.
- the number of types of irradiation angles that can be changed by the control of the control unit may be three or more. In the above configuration, when the number of types of irradiation angles is 3 or more, variations in irradiation angles increase, so that it is possible to measure more spectral characteristics.
- a spectroscopic measurement device capable of measuring the spectroscopic characteristics that change depending on the irradiation angle and the reflection angle of light more and in a shorter time.
- a spectroscopic measurement device (hereinafter, this embodiment) will be described below in detail with reference to the preferred embodiments shown in the accompanying drawings.
- this embodiment A spectroscopic measurement device according to one embodiment of the present invention (hereinafter, this embodiment) will be described below in detail with reference to the preferred embodiments shown in the accompanying drawings.
- the description of the constituents described below may be made based on a typical embodiment of the present invention, the present invention is not limited to such an embodiment. That is, the present invention can be modified or improved from the embodiments described below without departing from the spirit of the present invention. Also, of course, the present invention includes equivalents thereof.
- the numerical range represented by “to” means a range including the numerical values before and after “to” as the lower limit value and the upper limit value.
- “same”, “similar”, and “identical” include an error range generally accepted in the technical field to which the present invention belongs.
- “all”, “all”, “entire surface”, etc. include not only the case of 100% but also an error range generally accepted in the technical field to which the present invention belongs, for example, The case where it is 99% or more, 95% or more, or 90% or more is included.
- “parallel” includes not only being parallel to a reference line, plane, or direction, but also being substantially parallel and being inclined by several degrees.
- FIG. 1 is a schematic diagram showing an internal configuration of the spectroscopic measurement device 10.
- the spectral characteristics to be measured include the spectral reflectance and the spectral spectrum of the irradiated surface 14 of the measurement target 12.
- FIG. 2 is a schematic side view of the measuring object 12 according to this embodiment.
- the image recorded in the image recording unit 16 changes according to the viewing angle when the image recording unit 16 is viewed from the irradiation surface 14 side. That is, the measurement target 12 of the present embodiment has a light reflectance that changes according to the viewing angle.
- Examples of such an object 12 to be measured include a medium having a hologram image formed on the surface thereof, a decorative article, and a sheet (lenticular sheet) having a lenticular lens attached on the image recording unit 16. ..
- Other examples include polished metals. In this metal, the intensity of reflected light that is specularly reflected is very strong, while the intensity of light is sharply reduced at a reflection angle that deviates from the reflection angle of specular reflection.
- the visual recognition angle is an angle with respect to the normal line of the surface on which the image is formed in the image recording unit 16, and can be regarded as a reflection angle of light reflected toward the viewer.
- the spectroscopic measurement device 10 is a spectroscopic measurement device of a unit magnification optical system. More specifically, in the spectroscopic measurement device 10, the line light source device extending in a predetermined direction (hereinafter, referred to as a main scanning direction) moves in a direction (hereinafter, referred to as a sub-scanning direction) orthogonal to the main scanning direction while measuring the measurement target. The illuminated surface 14 of the object 12 is illuminated with light. At this time, the line light source device directly emits light from the position directly above the illuminated surface 14 toward the illuminated surface 14.
- a main scanning direction moves in a direction (hereinafter, referred to as a sub-scanning direction) orthogonal to the main scanning direction while measuring the measurement target.
- the illuminated surface 14 of the object 12 is illuminated with light.
- the line light source device directly emits light from the position directly above the illuminated surface 14 toward the illuminated surface 14.
- the irradiation light is reflected by each region of the irradiation surface 14, and the reflected light is guided to the two-dimensional sensor after passing through optical devices such as a collimator lens and a mirror.
- the two-dimensional sensor photoelectrically converts the detected reflected light and outputs an electric signal according to the intensity of the reflected light.
- Data indicating the spectral characteristics is obtained from the output electric signal.
- each area on the irradiated surface 14 is set as, for example, a rectangular area, and corresponds to a pixel of the two-dimensional sensor (specifically, the sensor 54 of the detection unit 50 described later).
- the irradiated surface 14 is divided into M areas in the vertical direction and N areas in the horizontal direction (M and N are natural numbers of 2 or more).
- the spectroscopic measurement device 10 is a device of equal-magnification optical system. It is almost equal to the size.
- the spectroscopic measurement device 10 is a flat-bed type device that performs spectroscopic measurement in a state where the measurement target 12 is placed on the mounting table 22 as shown in FIG. 1.
- the measurement target 12 is mounted on the mounting table 22 with the surface to be irradiated 14 facing upward (opposite to the mounting table 22).
- the spectroscopic measurement device 10 is provided with an irradiation unit 30, a moving mechanism 40, a detection unit 50, and an optical path changing unit 60.
- the irradiation unit 30 and the optical path changing unit 60 are housed in a carriage 42 described below, and the moving mechanism 40 including the carriage 42, the detection unit 50, and the like are located above the mounting table 22 by a supporter (not shown). It is supported. The entire device is covered by a light-shielding mechanism (not shown) to prevent outside light from entering the device.
- the spectroscopic measurement device 10 includes a control unit 70 that controls the irradiation unit 30, the moving mechanism 40, and the like, as illustrated in FIG. 3.
- FIG. 3 is a block diagram showing a control system of the spectroscopic measurement device 10.
- each component of the spectroscopic measurement device 10 will be described below.
- the measurement target 12 is placed on the mounting table 22 in a state where the width of the measurement target 12 is along the main scanning direction.
- a set of regions for one row arranged along the main scanning direction on the irradiated surface 14 of the measurement target 12 will be referred to as a “line”.
- the irradiation unit 30 irradiates each area on the irradiation surface 14 with light. As shown in FIG. 1, the irradiation unit 30 is arranged directly above the mounting table 22. The light emitted by the irradiation unit 30 reaches each region of the irradiation target surface 14 immediately below the irradiation unit 30. The light reaching each area is reflected by each area, and the reflected light travels toward a collimator lens 62 described later (see, for example, FIG. 9).
- the irradiation unit 30 has a plurality of light source units 32 and a holding member 38, as shown in FIGS. 1 and 4.
- FIG. 4 is a schematic plan view showing the configuration of the irradiation unit 30. It should be noted that, for convenience of explanation, only the light source unit 32 and the measurement target 12 mounted on the mounting table 22 are shown in FIG. 4, and other devices are omitted.
- each light source unit 32 is common between the light source units 32, as shown in FIGS. 1 and 4. Therefore, in the following, one of the plurality of light source units 32 will be taken as an example to describe the configuration thereof.
- the light source unit 32 is configured by, for example, a line light source device, and has a long light guide 34 extending in the main scanning direction and a light source 36, as shown in FIG.
- the light from the light source 36 enters from the end surface (light incident surface) in the longitudinal direction of the light guide 34, is guided inside the light guide 34, and exits from the side surface (light exit surface) of the light guide 34. It The emitted light at this time is a linear light (light flux) and is simultaneously irradiated to each region in one line.
- the light emitted by the light source unit 32 is white light.
- the light emitted by the light source unit 32 is not limited to white light, and light of a plurality of colors having different wavelengths, for example, light of three colors of R (red), G (green), and B (blue), and It may be light of a color other than RGB (to be exact, light other than white light).
- an LED Light Emitting Diode
- an EL Electro Luminescent
- an LD Laser Diode
- a fluorescent tube lamp a xenon lamp, or the like.
- a translucent inorganic material such as glass, an acryl resin such as PMMA (Polymethyl Methacrylate), a polyester resin, and a translucent organic material such as a polycarbonate resin can be used. .. Among them, it is preferable to use a synthetic resin material such as plastic which is easily molded. Further, if the cross-sectional shape of the light guide 34 (the shape of the cross section whose normal direction is the main scanning direction) is such that the emitted light can be guided to the irradiated surface 14 of the measurement target 12, It is not limited.
- the line light source device configured by the light guide 34 and the light source 36 is used as the light source unit 32, but the present invention is not limited to this.
- an array light source composed of point light sources (for example, LEDs) arranged in the same number as the number of regions in one line along the main scanning direction may be used as the light source unit 32.
- the number of light source units 32 included in the irradiation unit 30 is preferably 3 or more, more preferably 4 or more, and particularly preferably 6 or more. In the following, a configuration in which four light source units 32 are arranged as shown in FIG. 4 will be described as an example.
- Each of the plurality of light source units 32 is arranged at a different position in the sub scanning direction. More specifically, as shown in FIG. 1, the plurality of light source units 32 are attached symmetrically to the front and rear with respect to the holding member 38 having a substantially arc shape in a side view (strictly, viewed from the main scanning direction). Has been. More specifically, the two light source units 32 are attached to one end side portion (front side portion) of the holding member 38 at positions displaced from each other in the sub-scanning direction. The remaining two light source units 32 are attached to the other end side portion (rear side portion) of the holding member 38 at positions displaced from each other in the sub scanning direction.
- the respective light source units 32 irradiate light at irradiation angles different from each other. More specifically, the irradiation angle from the light source unit 32 located closest to one end side (scan start point side) in the sub-scanning direction is 30 degrees. The irradiation angles from the remaining three light source units 32 are 60 degrees, 90 degrees, and 120 degrees in that order toward the other end (scan end point).
- the irradiation angle is represented by an angle with respect to each region of the irradiated surface 14 in a direction in which the intensity of light emitted from each light source unit 32 is maximum, and strictly speaking, as shown in FIG. It is represented by an inclination angle (eg, ⁇ 1 to ⁇ 4 in FIG. 5) with respect to the upper surface (mounting surface) of the mounting table 22.
- FIG. 5 is an explanatory diagram of the irradiation angle in the present embodiment, and illustrates the optical path of the light that each light source unit 32 irradiates to a certain area in the irradiated surface 14.
- the irradiation angle of 0 degree is an irradiation angle when light is irradiated in a direction from one end (scan start point) to the other end (scan end point) in the sub-scanning direction.
- the irradiation angle of 180 degrees is the irradiation angle when the light is irradiated in the direction from the other end (scan end point) to one end (scan start point) in the sub-scanning direction.
- the moving mechanism 40 moves one of the irradiation unit 30 and the measurement target 12 with respect to the other.
- the moving mechanism 40 according to the present embodiment moves the irradiation unit 30 in the sub-scanning direction with respect to the measurement object 12 that is placed on the mounting table 22.
- the irradiation unit 30 can move a predetermined movement range from one end to the other end, and then returns from the other end to the one end and moves again in the movement range.
- one end of the moving range of the irradiation unit 30 is the position of the irradiation unit 30 at the start point of the spectroscopic measurement (that is, the scan start point), and the other end is the irradiation unit 30 at the end point of the spectroscopic measurement. Position (that is, the scan end point).
- the measurement target 12 that is placed on the mounting table 22 is within the movement range in the sub-scanning direction. That is, the total length (length in the vertical direction) of the measuring object 12 is shorter than the length of the mounting table 22 in the sub-scanning direction.
- the carriage 42 is equipped with an irradiation unit 30, a collimating lens 62 and a reflecting mirror 64 (the collimating lens 62 and the reflecting mirror 64 will be described later). Further, the carriage 42 is formed with a shaft hole (not shown) into which the guide shaft 46 extending in the sub-scanning direction is inserted.
- the drive device is composed of, for example, a belt and a pulley. A part of the driving device is engaged with the carriage 42.
- the motor 44 applies a driving force to the driving device via a gear (not shown).
- the driving device When the motor 44 rotates in the moving mechanism 40 configured as described above, the driving device operates to move the carriage 42 along the guide shaft 46. As a result, the irradiation unit 30 moves in the sub scanning direction together with the collimator lens 62 and the reflection mirror 64.
- the motor 44 is a stepping motor, which stops at every predetermined rotation amount during the spectroscopic measurement and intermittently rotates.
- the irradiation unit 30 intermittently repeats the intermittent movement operation of moving the predetermined movement amount during the spectroscopic measurement.
- the amount of movement of the irradiation unit 30 in one intermittent movement operation is a distance corresponding to the length of one line, and in the state where the vertical direction of the measuring object 12 is along the sub-scanning direction, the irradiation surface is 14 corresponds to the pitch (interval) of the regions arranged in the sub-scanning direction.
- the configuration is not limited to the configuration in which the carriage 42 and the irradiation unit 30 move intermittently by a predetermined distance, and the configuration in which the carriage 42 and the irradiation unit 30 move continuously at a constant speed may be used.
- the moving mechanism 40 moves the irradiation unit 30 in the sub-scanning direction with respect to the measurement target 12, but is not limited to this.
- the moving mechanism 40 may be a device that moves the measuring object 12 with respect to the irradiation unit 30 in a state where the irradiation unit 30 is fixed, such as an automatic document feeder.
- one end of the moving range of the measurement target 12 is the position of the measurement target 12 at the start of the spectroscopic measurement in the sub-scanning direction (strictly, the insertion position of the measurement target 12), and the other end is It is the position of the measurement target 12 at the end of the spectroscopic measurement (strictly speaking, the discharge position of the measurement target 12).
- the moving mechanism 40 may move both the irradiation unit 30 and the measurement target 12.
- the detection unit 50 detects the reflected light reflected by each of the plurality of areas on the illuminated surface 14. More specifically, when the light flux emitted from the irradiation unit 30 hits each region in one line (that is, N regions arranged in the main scanning direction), the light is reflected in each region, and the detection unit 50 The reflected light in each of the N areas is detected at the same time. Further, the detection unit 50 according to the present embodiment detects the reflected light reflected by each area of the illuminated surface 14 for each set angle set for a plurality of reflection angles.
- the reflection angle is the angle of the direction in which the reflected light advances with respect to the irradiation surface 14, and strictly speaking, as shown in FIG. 6, the inclination angle with respect to the upper surface (mounting surface) of the mounting table 22. (For example, ⁇ 1 to ⁇ 7 in FIG. 6).
- FIG. 6 is an explanatory diagram of the irradiation angle in the present embodiment, and is a diagram showing a part of the optical path of the light (reflected light) reflected in a certain region in the irradiated surface 14.
- the reflection angle of 0 ° or more and less than 90 ° is the reflection angle of the light reflected toward one end (scan start point) in the sub-scanning direction.
- the reflection angle of 90 degrees is the reflection angle of the reflected light that is perpendicular to the irradiation surface 14, and the reflection angle of more than 90 degrees and 180 degrees or less is oriented toward the other end (scan end point) in the sub-scanning direction. It is the reflection angle of the reflected light.
- the set angle is a plurality of reflection angles set in advance.
- the number of types of set angles and the size of each set angle can be set arbitrarily, but hereinafter, ⁇ 1 to ⁇ 7 shown in FIG. 6 are set angles.
- the set angle (that is, ⁇ 1 to ⁇ 7) is associated with the angle of the reflected light received by the sensor 54 (pixel) of the detection unit 50, as will be described later, and may be slightly different depending on the size of the pixel.
- a two-dimensional sensor constitutes the detection unit 50.
- the detection unit 50 has a rectangular shape in a plan view, and is arranged above the mounting table 22 with the sensor surface (incident surface of reflected light) perpendicular to the sub-scanning direction.
- the detection unit 50 is configured by arranging a plurality of sensor rows 52 in the vertical direction.
- Each sensor row 52 is composed of a linear sensor, and includes a plurality of sensors 54 (pixels) arranged in the main scanning direction.
- the number of sensors 54 forming the sensor array 52 that is, the number of pixels is the same as the number of regions in one line (specifically, N). Then, each sensor 54 detects the reflected light reflected in the corresponding region in one line.
- Each sensor 54 is composed of a CMOS sensor, and the charge photoelectrically converted according to the intensity of the received reflected light is transferred by the analog shift register and then converted into a voltage signal by the charge-voltage conversion amplifier, and the voltage signal is output. To do. Further, as shown in FIG. 7, each sensor 54 (that is, each pixel) is provided with L light receiving elements 56 (L is a natural number of 2 or more) having mutually different wavelengths of light received.
- FIG. 7 is an explanatory diagram of the configuration of each sensor array 52 in the detection unit 50. Further, in FIG. 7, the configuration of one sensor 54 is enlarged and shown. Incidentally, although the number L of the light receiving elements 56 provided in the sensor 54 is 6 in FIG. 7, it is naturally not limited to this.
- Each of the L light receiving elements 56 is composed of a photoelectric conversion element, specifically, for example, a photodiode and a photodiode. Further, each light receiving element 56 is formed with a filter of a color that does not overlap with other light receiving elements on-chip. Here, one type of light receiving element 56 functions as one channel.
- Each sensor 54 is a multi-channel sensor and outputs an electric signal for each color for each of the L channels.
- each sensor array 52 has a plurality of channels provided for each set wavelength.
- each of the plurality of channels is configured by the light receiving element 56 having a filter corresponding to the corresponding set wavelength. Then, each sensor row 52 detects the reflected light of the corresponding set wavelength in each of the plurality of channels. As described above, each sensor row 52 outputs an electric signal of the number of pixels ⁇ the number of channels (the number of kinds of set wavelengths) per line. More specifically, each sensor 54 (each pixel) simultaneously serially outputs electrical signals for each channel in parallel.
- a plurality of set wavelengths are set with respect to the light detected by the detection unit 50 by the L light receiving elements 56 (in other words, the light emitted by the irradiation unit 30).
- the wavelengths correspond to the filters included in each of the elements 56.
- the number of types of set wavelengths L (the number of channels) and the size of each set wavelength are not particularly limited, but the number of types L (the number of channels) is preferably 3 or more, and more preferably 4 or more. It is preferably 16 or more, and more preferably 16. Further, regarding the set wavelengths, it is desirable to add wavelengths of three colors of RGB and wavelengths of several colors different from the wavelengths.
- the wavelength at which the sensitivity (stimulus value) in the color matching function becomes positive for each of the three RGB colors, and the color matching function for R (red)
- the sensitivity may be set to a wavelength at which the sensitivity becomes negative.
- L channels are arranged in the main scanning direction in each pixel.
- L color-based sensor rows 52x provided for each set wavelength (each color) are parallel to each other in the sub-scanning direction. It may be configured by lining up with.
- the color sensor array 52x light receiving elements of corresponding colors are arranged in the main scanning direction by the same number as the number of pixels.
- the detecting unit 50 shown in FIG. 8 configured as described above exhibits the same function as the detecting unit 50 having the configuration shown in FIG. 7.
- FIG. 8: is a figure which shows the structure of the sensor row 52 which concerns on a modification.
- the configuration of one sensor row 52 is shown in an enlarged manner.
- the number L of the sensor arrays 52x for each color is 6, but of course, it is not limited to this.
- the sensor array 52 employs a color sensor system that receives reflected light for each set wavelength (for each color) in the L channels when white light is emitted from the irradiation unit 30. ing.
- the present invention is not limited to this, and the irradiation unit 30 has a plurality of light sources provided for each set wavelength, and the light source used when the irradiation unit 30 emits light is sequentially switched for one line.
- a light source switching system may be adopted.
- each of the plurality of light sources emits light of different wavelengths (in other words, light of different colors), and the color of the light emitted by the irradiation unit 30 is different for each light source (in other words, set wavelength. Every time). Then, each time the color of the light emitted by the irradiation unit 30 is switched, each sensor row 52 of the detection unit 50 detects the reflected light. More specifically, each sensor 54 of each sensor array 52 receives the reflected light reflected by the corresponding region in one line by a monochrome light receiving element and outputs an electric signal according to its intensity. .. By repeating this operation for each set wavelength (in other words, for each light source), each sensor array 52 outputs electric signals of the number of pixels ⁇ the number of types of set wavelengths per line in a time division manner. ..
- a plurality of sensor rows 52 are arranged in a direction orthogonal to the main scanning direction.
- the devices 10 are arranged in the height direction.
- the number of sensor rows 52 is the same as the number of types of set angles set for the reflection angle.
- the function of the optical path changing unit 60 described later allows the reflected light reflected at each set angle to reach the sensor rows 52 different from each other.
- the detection unit 50 can detect the reflected light reflected at each of the plurality of set angles for each set angle. it can. More specifically, the detection unit 50 can simultaneously detect the reflected lights separated by the set angle by the corresponding sensor rows 52. As a result, the detection unit 50 can output electric signals of the number of pixels ⁇ the number of types of set wavelengths (the number of channels) ⁇ the number of types of set angles per line.
- each sensor 54 (pixel) when each sensor 54 (pixel) receives the reflected light reflected at a corresponding set angle, the sensor 54 (pixel) is within an angle range corresponding to the size of the pixel (specifically, the set angle The light is received at the median value of ⁇ d degrees).
- the optical path changing unit 60 is composed of a plurality of optical devices, and changes the optical path of reflected light according to the reflection angle. As shown in FIG. 1, the optical path changing unit 60 includes a collimator lens 62 located on the upstream side in the optical path and a reflection mirror 64 located on the downstream side.
- the “upstream side” in the optical path means the side closer to the measurement target 12 in the optical path
- the “downstream side” means the side closer to the detection unit 50 in the optical path.
- the collimator lens 62 is made up of a semi-cylindrical cylindrical lens, and has an arc-shaped incident surface and a planar exit surface.
- the reflected light enters the collimator lens 62 from the incident surface, is then refracted, and is emitted as light perpendicular to the emitting surface.
- the emission position of the reflected light (passing position on the emission surface) changes depending on the reflection angle of the reflected light.
- FIG. 9 is an explanatory diagram of the optical path of the reflected light, and the optical path is shown by a chain line in the figure. It should be noted that, for the purpose of making the drawing easy to understand, only the mounting table 22, the light source unit 32, the optical path changing unit 60, and the detecting unit 50 among the components of the spectroscopic measurement device 10 are illustrated in FIG. 9.
- the collimator lens 62 is mounted on the carriage 42 as described above, and more specifically, as shown in FIG. 1, is attached to the central portion of the holding member 38 in the sub-scanning direction. Therefore, when the irradiation unit 30 is moved in the sub-scanning direction by the carriage 42, the cylindrical lens forming the collimator lens 62 moves together with the irradiation unit 30.
- the reflection mirror 64 is arranged at a position facing the emission surface of the collimator lens 62, and totally reflects the reflected light (including the reflected light divided by the set angle) that has become parallel light after passing through the collimator lens 62. To move to the arrangement position of the detection unit 50.
- the reflection mirror 64 is mounted on the carriage 42 as shown in FIG. 1, and when the irradiation unit 30 moves by the carriage 42, it moves together with the irradiation unit 30 and the collimator lens 62. That is, the relative positional relationship between the irradiation unit 30, the collimator lens 62, and the reflection mirror 64 is fixed without changing before and after the movement of the irradiation unit 30.
- the light that has passed through the collimator lens 62 is reflected by the reflection mirror 64 so that it travels toward the detection unit 50 along an optical path substantially parallel to the sub-scanning direction. Note that, as shown in FIG. 9, the respective optical paths of the reflected light that has become parallel light at the time of being reflected by the reflection mirror 64 are deviated from each other in the vertical direction.
- each of the reflected lights divided by the set angle finally reaches the detection unit 50.
- each of the reflected lights divided by the set angle reaches the sensor line 52 corresponding to each set angle among the plurality of sensor lines 52 arranged in the detection unit 50.
- each of the reflected lights divided by the set angle is changed by the optical path changing unit 60 (strictly speaking, each reflected light is reflected by the reflection mirror 64 after passing through the collimator lens 62).
- the sensor rows 52 which are different from each other in the set angle, reach different sensor rows 52.
- the control unit 70 includes a microcomputer incorporated in the spectroscopic measurement device 10, and controls the irradiation unit 30 and the moving mechanism 40 via the control circuit 71.
- the control unit 70 performs on / off control of each of the plurality of light source units 32 when irradiating one line in the irradiation surface 14 with light, and when the irradiation unit 30 irradiates light.
- the light source unit 32 to be used is sequentially switched. Thereby, the control unit 70 can change the irradiation angle of light with respect to one line.
- the control unit 70 controls the line by line.
- the irradiation angle of light with respect to each area is changed to a plurality of angles.
- each of the plurality of regions forming the irradiation target surface 14 is irradiated with light a plurality of times at different irradiation angles.
- irradiation angles specifically, 30 degrees, 60 degrees, 90 degrees, and 120 degrees. Will be irradiated to each area.
- the number of types of irradiation angles that can be changed by the control of the control unit 70 is equal to the number of installed light source units 32, and as described above, is preferably 3 or more, more preferably 4 or more, and even more preferably 6 or more.
- the irradiation angle is preferably an angle other than 0 degree, 45 degrees, and 135 degrees, and specifically, may be set to, for example, 30 degrees, 60 degrees, 90 degrees, and 120 degrees.
- the irradiation unit 30 emits light while being positioned at one end (scan start point) in the movement direction in the sub-scanning direction.
- control unit 70 turns on one of the plurality of light source units 32, whereby light (luminous flux) is emitted from the light guide 34 of the light source unit 32.
- the irradiated light (light flux) is irradiated to a line (hereinafter, referred to as a first line) located on the most end side in the sub-scanning direction on the irradiated surface 14 of the measurement target 12 mounted on the mounting table 22. .. Then, the irradiated light is reflected by each area in the first line.
- the light reflected at each reflection angle is separated by the optical path changing unit 60 for each reflection angle. More specifically, the reflected light divided according to the reflection angle becomes parallel light by the collimator lens 62 and travels along the optical paths deviated from each other. Then, the reflected light divided by the reflection angle finally reaches the detection unit 50 after being reflected by the reflection mirror 64 toward the detection unit 50. At this time, among the reflected lights, the reflected lights whose reflection angles correspond to the set angles reach the sensor rows 52 corresponding to the respective set angles in a state of being divided by the set angles.
- the light receiving element 56 provided for each channel in each of the plurality of sensors 54 receives the reflected light of the corresponding wavelength (color).
- the detection unit 50 simultaneously outputs the electric signals of the number of pixels ⁇ the number of types of set angles ⁇ the number of channels for the first line in parallel.
- the control unit 70 turns off the light source unit 32 that has been radiating light until then, turns on one of the remaining light source units 32, and moves from the light guide 34 of the light source unit 32 to the first line. Light is emitted toward it. That is, the control unit 70 controls the irradiation unit 30 to change the irradiation angle of light with respect to the first line. Then, the above operation is repeated for the changed irradiation angle. That is, after the irradiation angle is changed, the detection unit 50 detects the reflected light for the first line again for each set angle, and outputs the electric signal of the number of pixels ⁇ the number of types of the set angle ⁇ the number of channels.
- control unit 70 sequentially switches the light source unit 32 used when the irradiation unit 30 emits light, and repeats changing the irradiation angle. Then, each time the irradiation angle changes, the detection unit 50 detects the reflected light for each set angle and outputs an electric signal of the number of pixels ⁇ the number of types of the set angle ⁇ the number of channels. This makes it possible to obtain the number of spectral characteristics corresponding to the number of pixels ⁇ the number of types of set angles ⁇ the number of channels ⁇ the number of types of irradiation angles for the first line.
- the moving mechanism 40 moves the irradiation unit 30 in the sub-scanning direction by a predetermined distance (specifically, a distance corresponding to one line).
- the control unit 70 controls the irradiation unit 30 by the same procedure as described above.
- the irradiation unit 30 irradiates the line adjacent to the first line in the sub-scanning direction (hereinafter, the second line) with changing the irradiation angle.
- the detection unit 50 detects the reflected light reflected by each area in the second line for each channel (for each color) and for each set angle. Thereby, it is possible to acquire the number of spectral characteristics corresponding to the number of pixels ⁇ the number of types of set angles ⁇ the number of channels ⁇ the number of types of irradiation angles for the second line.
- irradiation of light and detection of reflected light are repeatedly performed until the irradiation unit 30 reaches the other end of the movement range (scan end point). That is, the above series of operations is repeated until the spectral characteristic of the line located closest to the other end in the sub-scanning direction (that is, the Mth line) is obtained. Then, when the spectral characteristic of the M-th line is obtained, the spectroscopic measurement for one measurement target 12 ends.
- the irradiation angle of light with respect to each region on the irradiation target surface 14 of the measurement target 12 is switched to a plurality of angles in one scan. Then, each time the irradiation angle is switched, the reflected light reflected in each region is detected for each reflection angle (strictly, for each set angle). In particular, in this embodiment, the reflected light is detected for each wavelength (for each color) in each of the plurality of channels. This makes it possible to obtain the number of spectral characteristics corresponding to (the number of types of irradiation angles) ⁇ (the number of set angles ⁇ the number of channels) for each region in the irradiated surface 14.
- the spectroscopic measurement device 10 it is possible to measure the spectroscopic characteristics for each reflection angle while changing the irradiation angle of light, and thus the conventional spectroscopic measurement device including the device described in Patent Document 1 can be used. In comparison, more spectroscopic characteristics can be obtained with one measurement.
- the above effect is particularly significant when the spectroscopic measurement is performed on the measurement target 12 on which the image in which the hue, pattern and the like change according to the observation angle is formed.
- the image changes to the observation angle. It is possible to satisfactorily acquire the spectral characteristics for each observation angle of the measurement target 12 that changes accordingly.
- the irradiation unit 30 has the plurality of light source units 32 arranged at different positions in the sub-scanning direction.
- the light source unit 32 used when the irradiation unit 30 irradiates the light is switched to change the light irradiation angle.
- the mechanism for changing the irradiation angle is not limited to the above-mentioned mechanism, and other mechanisms may be considered.
- the irradiation unit 30 may include only one light source unit 32, and the light source unit 32 may be swingably held by the holding member 38.
- the irradiation unit 30 may be provided with a swing mechanism (not shown) that swings the light source unit 32 with respect to the holding member 38 in the sub-scanning direction.
- the control unit 70 controls the swing mechanism of the irradiation unit 30 to swing the light source unit 32, whereby the irradiation angle can be changed to an arbitrary angle.
- the irradiation unit 30 while the irradiation unit 30 is intermittently moved to irradiate light while changing the irradiation angle with respect to one line, the irradiation unit 30 is irradiated until light irradiation at all irradiation angles is completed. It was decided to stop the movement.
- the present invention is not limited to this, and the irradiation unit 30 may be continuously moved at a constant speed, and the irradiation unit 30 may be continuously moved even when the irradiation angle for one line is switched. In this case, the irradiation position of the light in each area is slightly shifted before and after the switching of the irradiation angle, but the light irradiated at each irradiation angle may fall within the same area.
- the detection unit 50 when the detection unit 50 detects the reflected light, the reflected light is detected for each channel (in other words, for each wavelength of light), but the present invention is not limited to this. ..
- the detection unit 50 may detect only the reflected light of one specific color when detecting the reflected light. That is, each sensor 54 (pixel) of the detection unit 50 has a single channel, and the detection unit 50 may detect the reflected light of one type of wavelength for each set angle by using only the single channel. ..
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Abstract
光の照射角度及び反射角度に応じて変わる分光特性を、より多く、且つより短時間に測定する。 等倍光学系の分光測定装置が、測定対象物の被照射面における複数の領域の各々に対して光を照射する照射部と、照射部及び測定対象物のうちの一方を他方に対して移動させる移動機構と、照射部を制御して照射部が光を照射する際の照射角度を変更させる制御部と、複数の領域の各々にて反射した反射光を、反射光の被照射面に対する反射角度に関して複数設定された設定角度別に検知する検知部と、を有する。移動機構によって照射部及び測定対象物のうちの一方が移動範囲の一端から他端まで移動する間に、制御部が複数の領域の各々に対する照射角度を複数の角度に変更させ、照射角度が変わる度に、検知部が反射光を設定角度別に検知する。
Description
本発明は、分光測定装置に係り、特に、測定対象物の分光特性を測定する等倍光学系の分光測定装置に関する。
測定対象物の表面(被照射面)の各領域に光を照射し、その反射光を検知して各領域の分光特性を測定する分光測定装置は、既に知られている。分光測定装置としては、例えば、フラットベッド型の測定装置が挙げられ、また、フラットベッド型の測定装置の中には、CIS(Contact Image Sensor)タイプの読取方式を採用したスキャナのような等倍光学系の装置が存在する。
また、近年では、被照射面の質感等を評価する目的から、様々な角度の反射光を受光して各角度での反射光の強度を取得する分光測定装置が開発されてきている。このような装置の一例としては、例えば特許文献1に記載の装置が挙げられる。
特許文献1に記載の装置(特許文献1では、「変角特性取得装置」と表記)は、対象物へ光を照射する光照射手段と、複数の画素を備えた受光素子と、反射面が互いに異なる方向を向くように配置された複数のミラーとを有する。複数のミラーの各々は、対象物に照射された光の複数位置から異なる角度で反射された反射光を、各々の反射面で受光素子の方向に反射させる。また、受光素子は、複数のミラーからの反射光を異なる画素で取得する。
以上のように構成された特許文献1に記載の装置では、機構上の構成要素の移動等を伴わずに、様々な角度からの反射光を取得することができる。つまり、特許文献1に記載の装置では、それぞれの反射角度での分光特性(厳密には、変角分光特性)を同時に取得することができ、分光特性の測定時間を短縮することが可能である。
ところで、測定対象物の分光特性(例えば、色及び反射率等)は、光の照射角度に応じて変化することがある。例えば、観察角度に応じて視認される画像が変化する加飾部材を測定対象物として分光特性を実施する場合には、加飾部材に照射する光の照射角度に応じて、取得される分光特性が異なる。そのため、上記の場合には光の照射角度を変えながら、反射角度別に分光特性を測定することが必要になる。
一方、上述した特許文献1に記載の装置では、光の照射角度が固定されているため、照射角度を変えながら分光特性を測定することが困難である。仮に、特許文献1に記載の装置を用いて、様々な照射角度の下で分光特性を測定する場合には、照射角度毎に照明装置の姿勢等を調整する手間が必要となるため、測定に時間を要する虞がある。
そこで、本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、以下に示す目的を解決することを課題とする。
具体的には、本発明は、上記従来技術の問題点を解決し、光の照射角度及び反射角度に応じて変わる分光特性を、より多く、且つより短時間に測定することが可能な分光測定装置を提供することを目的とする。
具体的には、本発明は、上記従来技術の問題点を解決し、光の照射角度及び反射角度に応じて変わる分光特性を、より多く、且つより短時間に測定することが可能な分光測定装置を提供することを目的とする。
上記の目的を達成するために、本発明の分光測定装置は、測定対象物の分光特性を測定する等倍光学系の分光測定装置であって、測定対象物の被照射面における複数の領域の各々に対して、光を照射する照射部と、照射部及び測定対象物のうちの一方を他方に対して移動させる移動機構と、照射部を制御して、照射部が光を照射する際の照射角度を変更させる制御部と、複数の領域の各々にて反射した反射光を、反射光の被照射面に対する反射角度に関して複数設定された設定角度別に検知する検知部と、を有し、移動機構によって照射部及び測定対象物のうちの一方が移動範囲の一端から他端まで移動する間に、制御部が、複数の領域の各々に対する照射角度を複数の角度に変更させ、照射角度が変わる度に、検知部が、反射光を設定角度別に検知することを特徴とする。
上記のように構成された分光測定装置では、移動機構によって照射部及び測定対象物のうちの一方が移動範囲の一端から他端まで移動する間に、光の照射角度が複数の角度に変化し、照射角度が変わる度に、反射光を設定された反射角度(設定角度)別に検知する。つまり、本発明の分光測定装置では、照射部又は測定対象物が移動範囲を一回移動する間に、測定対象物の被照射面における各領域について、照射角度の種類数及び設定角度の種類数に応じた数の分光特性を測定する。これにより、光の照射角度及び反射角度に応じて変わる分光特性を、より多く、且つより短時間に測定することが可能となる。
また、上記の分光測定装置において、検知部は、照射部が照射する光に関して複数設定された設定波長のそれぞれについて、反射光を設定角度別に検知すると、好適である。
上記の構成であれば、照射部又は測定対象物が移動範囲を一回移動する間に、測定対象物の被照射面における各領域について、照射角度の種類数、設定角度の種類数、及び設定波長の種類数に応じた数の分光特性を測定する。これにより、光の照射角度及び反射角度に応じて変わる分光特性を、より一層多く測定することが可能となる。
上記の構成であれば、照射部又は測定対象物が移動範囲を一回移動する間に、測定対象物の被照射面における各領域について、照射角度の種類数、設定角度の種類数、及び設定波長の種類数に応じた数の分光特性を測定する。これにより、光の照射角度及び反射角度に応じて変わる分光特性を、より一層多く測定することが可能となる。
また、上記の分光測定装置において、照射部は、白色光を照射し、検知部は、設定波長毎に設けられた複数のチャンネルを有し、複数のチャンネルのそれぞれにて、対応する設定波長の反射光を設定角度別に検知すると、より好適である。
上記の構成であれば、照射部が照射する光の種類(厳密には、色)を変更する必要がない。また、検知部は、各チャンネルにて、対応する設定波長の反射光を検知することができる。これにより、検知部は、チャンネル数と同数の設定波長のそれぞれについて、反射光を同時に検知することが可能となる。
上記の構成であれば、照射部が照射する光の種類(厳密には、色)を変更する必要がない。また、検知部は、各チャンネルにて、対応する設定波長の反射光を検知することができる。これにより、検知部は、チャンネル数と同数の設定波長のそれぞれについて、反射光を同時に検知することが可能となる。
また、上記の分光測定装置において、複数のチャンネルのそれぞれは、対応する設定波長に応じたフィルタを備えた受光素子によって構成されていると、さらに好適である。
上記の構成であれば、各チャンネルを、波長別のフィルタがオンチップされた受光素子によって構成するので、より汎用的な構成の検知部が実現されることになる。
上記の構成であれば、各チャンネルを、波長別のフィルタがオンチップされた受光素子によって構成するので、より汎用的な構成の検知部が実現されることになる。
また、上記の分光測定装置において、照射部が照射する光の色は、設定波長毎に切り替わり、照射部が照射する光の色が切り替わる度に、検知部が反射光を設定角度別に検知してもよい。
上記の構成では、複数のチャンネルを設けなくても、検知部が、様々な設定波長の反射光を検知することができる。
上記の構成では、複数のチャンネルを設けなくても、検知部が、様々な設定波長の反射光を検知することができる。
また、上記の分光測定装置において、検知部には、設定角度の種類数と同数のセンサ列が並んで設けられており、反射光の光路を反射角度に応じて変更する光路変更部を有し、光路変更部が光路を変更することにより、設定角度別に分かれた反射光の各々が、互いに異なるセンサ列に到達すると、より一層好適である。
上記の構成では、反射光の光路が光路変更部によって変更されることにより、設定角度別に分かれた反射光の各々が、検知部において、互いに異なるセンサ列に到達する。これにより、検知部は、設定角度別に分かれた反射光の各々を同時に検知することが可能となる。
上記の構成では、反射光の光路が光路変更部によって変更されることにより、設定角度別に分かれた反射光の各々が、検知部において、互いに異なるセンサ列に到達する。これにより、検知部は、設定角度別に分かれた反射光の各々を同時に検知することが可能となる。
また、上記の分光測定装置において、光路変更部は、設定角度別に分かれた反射光の各々を平行光とするためのコリメートレンズを有し、設定角度別に分かれた反射光の各々は、コリメートレンズを通過することにより、互いに異なるセンサ列に到達すると、益々好適である。
上記の構成では、各反射光が、コリメートレンズを通過することで平行光となり、検知部において互いに異なるセンサ列に到達するようになる。つまり、上記の構成であれば、設定角度別に分かれた反射光のそれぞれを、対応するセンサ列に良好に導くことが可能となる。
上記の構成では、各反射光が、コリメートレンズを通過することで平行光となり、検知部において互いに異なるセンサ列に到達するようになる。つまり、上記の構成であれば、設定角度別に分かれた反射光のそれぞれを、対応するセンサ列に良好に導くことが可能となる。
また、上記の分光測定装置において、移動機構は、照射部を測定対象物に対して移動させ、コリメートレンズは、移動機構によって照射部と共に移動するシリンドリカルレンズであるとよい。
上記の構成では、移動機構によって照射部と共に移動するシリンドリカルレンズによって、設定角度別に分かれた反射光の各々が平行光となるように、各反射光の光路を変更することができる。
上記の構成では、移動機構によって照射部と共に移動するシリンドリカルレンズによって、設定角度別に分かれた反射光の各々が平行光となるように、各反射光の光路を変更することができる。
また、上記の分光測定装置において、照射部は、複数の光源ユニットを有し、複数の光源ユニットの各々は、移動機構が照射部及び測定対象物のうちの一方を他方に対して移動させる際の移動方向において、互いに異なる位置に配置されており、制御部は、複数の光源ユニットのうち、照射部が光を照射する際に用いる光源ユニットを切り替えることにより、照射角度を変更させると、より好適である。
上記の構成では、複数の光源ユニットのうち、光照射時に用いる光源ユニットを切り替えることにより、照射角度を確実に変更させることができる。
上記の構成では、複数の光源ユニットのうち、光照射時に用いる光源ユニットを切り替えることにより、照射角度を確実に変更させることができる。
また、上記の分光測定装置において、画像が記録された画像記録部を有する測定対象物であって、被照射面側から画像記録部を視認した際に画像が視認角度に応じて変化する測定対象物の分光特性を測定すると、さらに好適である。
上記の構成では、本発明の効果がより有意義なものとなる。具体的に説明すると、視認角度に応じて画像が変化する測定対象物の分光特性は、光の照射角度及び反射光の反射角度に応じて変動する。このような測定対象物の分光特性の測定に本発明の分光測定装置を適用すれば、光の照射角度及び反射角度に応じて変わる分光特性を、より多く、且つより短時間に測定するという効果が有意義に発揮されることになる。
上記の構成では、本発明の効果がより有意義なものとなる。具体的に説明すると、視認角度に応じて画像が変化する測定対象物の分光特性は、光の照射角度及び反射光の反射角度に応じて変動する。このような測定対象物の分光特性の測定に本発明の分光測定装置を適用すれば、光の照射角度及び反射角度に応じて変わる分光特性を、より多く、且つより短時間に測定するという効果が有意義に発揮されることになる。
また、上記の分光測定装置において、制御部の制御によって変更可能な照射角度の種類数が、3以上であってもよい。
上記の構成では、照射角度の種類数が3以上であると、照射角度のバリエーションが増えるので、分光特性をより一層多く測定することが可能となる。
上記の構成では、照射角度の種類数が3以上であると、照射角度のバリエーションが増えるので、分光特性をより一層多く測定することが可能となる。
本発明によれば、光の照射角度及び反射角度に応じて変わる分光特性を、より多く、且つより短時間に測定することが可能な分光測定装置が実現される。
本発明の一実施形態(以下、本実施形態)に係る分光測定装置について、添付の図面に示す好適な実施形態を参照しながら、以下に詳細に説明する。ただし、以下に記載する構成要件の説明は、本発明の代表的な実施態様に基づいてなされることがあるが、本発明はそのような実施態様に限定されるものではない。すなわち、本発明は、その趣旨を逸脱しない限りにおいて、以下に説明する実施形態から変更又は改良され得る。また、当然ながら、本発明には、その等価物が含まれる。
なお、本明細書において、「~」を用いて表される数値範囲は、「~」の前後に記載される数値を下限値及び上限値として含む範囲を意味する。
また、本明細書において、「同じ」、「同様」及び「同一」は、本発明が属する技術分野において一般的に許容される誤差範囲を含むものとする。
また、本明細書において、「全部」、「いずれも」及び「全面」等というとき、100%である場合のほか、本発明が属する技術分野で一般的に許容される誤差範囲を含み、例えば99%以上、95%以上、または90%以上である場合を含むものとする。
また、本明細書において、「平行」は、基準となるライン、面若しくは方向に対して平行であることは勿論のこと、略平行である場合、及び数度程度傾いている場合を含むものとする。
また、本明細書において、「同じ」、「同様」及び「同一」は、本発明が属する技術分野において一般的に許容される誤差範囲を含むものとする。
また、本明細書において、「全部」、「いずれも」及び「全面」等というとき、100%である場合のほか、本発明が属する技術分野で一般的に許容される誤差範囲を含み、例えば99%以上、95%以上、または90%以上である場合を含むものとする。
また、本明細書において、「平行」は、基準となるライン、面若しくは方向に対して平行であることは勿論のこと、略平行である場合、及び数度程度傾いている場合を含むものとする。
<<本実施形態に係る分光測定装置の概要>>
本実施形態に係る分光測定装置10は、図1に示すように、測定対象物12の被照射面14に光を照射し、被照射面14にて反射した反射光を検知することで、測定対象物12の分光特性を測定する。図1は、分光測定装置10の内部構成を示す概略図である。
本実施形態に係る分光測定装置10は、図1に示すように、測定対象物12の被照射面14に光を照射し、被照射面14にて反射した反射光を検知することで、測定対象物12の分光特性を測定する。図1は、分光測定装置10の内部構成を示す概略図である。
なお、測定する分光特性としては、測定対象物12の被照射面14の分光反射率及び分光スペクトル等が挙げられる。
測定対象物12について説明すると、図2に示すように、測定対象物12は、不図示の画像が記録された画像記録部16を有する。図2は、本実施形態に係る測定対象物12の模式的な側面図である。
また、画像記録部16に記録された画像は、被照射面14側から画像記録部16を視認した際に視認角度に応じて変化する。つまり、本実施形態の測定対象物12は、視認角度に応じて光の反射率が変化するものである。このような測定対象物12としては、例えば、表面にホログラム画像が形成された媒体及び加飾品、並びに、画像記録部16の上にレンチキュラーレンズが貼り付けられたシート(レンチキュラーシート)等が挙げられる。その他、磨いた金属等が挙げられ、この金属では、正反射する反射光の強度が非常に強くなる一方で、正反射の反射角度からずれる反射角度では光の強度が急減する。
なお、視認角度は、画像記録部16において画像が形成された表面の法線に対する角度であり、視認者側に向かって反射される光の反射角度と捉えることができる。
なお、視認角度は、画像記録部16において画像が形成された表面の法線に対する角度であり、視認者側に向かって反射される光の反射角度と捉えることができる。
また、本実施形態に係る分光測定装置10は、等倍光学系の分光測定装置である。具体的に説明すると、分光測定装置10では、所定の方向(以下、主走査方向)に延びるライン光源装置が、主走査方向と直交する方向(以下、副走査方向)に移動しながら、測定対象物12の被照射面14に光を照射する。このとき、ライン光源装置は、被照射面14の直上位置から被照射面14に向けて光を直接照射する。照射光は、被照射面14の各領域にて反射し、その反射光は、コリメートレンズ及びミラー等の光学機器を経由した後に2次元センサに導かれる。2次元センサは、検知した反射光を光電変換し、反射光の強度に応じた電気信号を出力する。この出力された電気信号により、分光特性を示すデータ(測定データ)が得られる。
ここで、測定データは、被照射面14を複数の領域に区画したときに、それぞれの領域について得られる。つまり、被照射面14における各領域は、例えば方形状の領域として設定されており、2次元センサの画素(具体的には、後述する検知部50のセンサ54)に対応している。なお、以下の説明では、被照射面14が縦方向にM個、且つ横方向にN個の領域(M,Nは2以上の自然数)に区画されていることとする。
また、2次元センサの画素のサイズは、2次元センサの解像度に応じて決まるが、本実施形態では、分光測定装置10が等倍光学系の装置であるので、被照射面14における各領域のサイズと略等しい。
<<分光測定装置の構成例>>
分光測定装置10の構成について説明すると、分光測定装置10は、図1に示すように、載置台22に測定対象物12を載せた状態で分光測定を実施するフラットベッド型の装置である。なお、図1に図示の構成において、測定対象物12は、被照射面14が上方(載置台22とは反対側)を向いた状態で載置台22に載置される。
分光測定装置10の構成について説明すると、分光測定装置10は、図1に示すように、載置台22に測定対象物12を載せた状態で分光測定を実施するフラットベッド型の装置である。なお、図1に図示の構成において、測定対象物12は、被照射面14が上方(載置台22とは反対側)を向いた状態で載置台22に載置される。
また、分光測定装置10には、図1に示すように照射部30、移動機構40、検知部50及び光路変更部60が設けられている。なお、照射部30及び光路変更部60は、後述するキャリッジ42に収容されており、キャリッジ42を含む移動機構40及び検知部50等については、不図示の支持器によって載置台22の上方位置に支持されている。また、装置全体は、不図示の遮光機構によって覆われており、装置内への外光の進入が回避さている。さらに、分光測定装置10は、図3に示すように、照射部30及び移動機構40等を制御する制御部70を有する。図3は、分光測定装置10の制御系統を示すブロック図である。
以下、分光測定装置10の各構成要素について説明する。なお、以下では、測定対象物12の横幅が主走査方向に沿った状態で測定対象物12が載置台22に載置されていることとする。また、以下の説明では、測定対象物12の被照射面14において主走査方向に沿って並ぶ一列分の領域の集合を「ライン」と呼ぶこととする。
<照射部>
照射部30は、被照射面14における各領域に対して光を照射する。照射部30は、図1に示すように、載置台22の直上位置に配置されている。照射部30が照射した光は、照射部30の直下にある被照射面14の各領域に到達する。なお、各領域に到達した光は、各領域にて反射し、その反射光は、後述するコリメートレンズ62に向かって進む(例えば、図9参照)。
照射部30は、被照射面14における各領域に対して光を照射する。照射部30は、図1に示すように、載置台22の直上位置に配置されている。照射部30が照射した光は、照射部30の直下にある被照射面14の各領域に到達する。なお、各領域に到達した光は、各領域にて反射し、その反射光は、後述するコリメートレンズ62に向かって進む(例えば、図9参照)。
本実施形態において、照射部30は、図1及び図4に示すように、複数の光源ユニット32と、保持部材38とを有する。図4は、照射部30の構成を示す模式的な平面図である。なお、説明を分かり易くする都合上、図4では、光源ユニット32及び載置台22に載置された測定対象物12のみを図示しており、それ以外の機器の図示を省略している。
それぞれの光源ユニット32の構成は、図1及び図4に示すように、光源ユニット32の間で共通している。そのため、以下では、複数の光源ユニット32の一つを例に挙げ、その構成について説明することとする。
光源ユニット32は、例えばライン光源装置によって構成されており、図4に示すように、主走査方向に延びた長尺な導光体34と、光源36とを有する。光源36からの光は、導光体34の長手方向端面(光入射面)から入射され、導光体34の内部で導光されて、導光体34の側面(光出射面)から出射される。この時の出射光は、線状の光(光束)であり、1ライン中の各領域に同時に照射される。
ちなみに、本実施形態では、光源ユニット32が照射する光が白色光である。ただし、光源ユニット32が照射する光は白色光には限定されず、互いに波長が異なる複数色の光、例えば、R(赤)、G(緑)及びB(青)の3色の光、並びにRGB以外の色の光(正確には、白色光を除く光)であってもよい。また、光源ユニット32の光源36としては、LED(Light Emitting Diode)、EL(Electro Luminescent)、LD(Laser Diode)、蛍光管ランプ、及びキセノンランプ等が利用可能である。
また、導光体34の材料としては、ガラス等の透光性の無機材料、PMMA(Polymethyl Methacrylate)等のアクリル樹脂、ポリエステル樹脂、及びポリカーボネイト樹脂等の透光性の有機材料を用いることができる。その中でも、プラスチック等の成型容易な合成樹脂材料を用いることが好ましい。また、導光体34の断面形状(主走査方向を法線方向とする断面の形状)は、出射光を測定対象物12の被照射面14に導光することができる形状であれば、特に限定されるものではない。
また、本実施形態では、導光体34と光源36とによって構成されたライン光源装置を光源ユニット32として用いているが、これに限定されるものではない。例えば、主走査方向に沿って1ライン中の領域の数と同数だけ並べた点光源(例えば、LED)からなるアレイ光源を光源ユニット32として用いてもよい。
また、照射部30が備える光源ユニット32の数については、3個以上が好ましく、4個以上がより好ましく、6個以上が特に好ましい。以下では、図4に図示したように光源ユニット32が4個配置された構成を例に挙げて説明することとする。
また、複数の光源ユニット32の各々は、副走査方向において互いに異なる位置に配置されている。より詳しく説明すると、複数の光源ユニット32は、図1に示すように、側面視で(厳密には、主走査方向から見て)略円弧状の保持部材38に対して前後に対称的に取り付けられている。具体的に説明すると、副走査方向において、2つの光源ユニット32が、互いにずれた位置にて、保持部材38の一端側の部分(前側部分)に取り付けられている。また、残り2つの光源ユニット32は、副走査方向において、互いにずれた位置にて保持部材38の他端側の部分(後側部分)に取り付けられている。
そして、本実施形態では、上記の配置により、それぞれの光源ユニット32が、互いに異なる照射角度にて光を照射することになる。具体的に説明すると、副走査方向において最も一端側(スキャン開始地点側)に位置する光源ユニット32からの照射角度は、30度である。残りの3つの光源ユニット32からの照射角度は、他端(スキャン終了地点)に向かうにつれて、順に60度、90度及び120度となっている。
ここで、照射角度は、各光源ユニット32から照射される光の強度が最大となる方向の、被照射面14の各領域に対する角度にて表され、厳密には、図5に示すように、載置台22の上面(載置面)に対する傾き角度(例えば、図5中のα1~α4)にて表される。図5は、本実施形態における照射角度の説明図であり、各光源ユニット32が被照射面14中のある領域に対して照射する光の光路を図示している。
なお、照射角度0度は、副走査方向において一端(スキャン開始地点)から他端(スキャン終了地点)に向かう向きに光を照射した際の照射角度である。反対に、照射角度180度は、副走査方向において他端(スキャン終了地点)から一端(スキャン開始地点)に向かう向きに光を照射した際の照射角度である。
なお、照射角度0度は、副走査方向において一端(スキャン開始地点)から他端(スキャン終了地点)に向かう向きに光を照射した際の照射角度である。反対に、照射角度180度は、副走査方向において他端(スキャン終了地点)から一端(スキャン開始地点)に向かう向きに光を照射した際の照射角度である。
<移動機構>
移動機構40は、照射部30及び測定対象物12のうちの一方を他方に対して移動させるものである。特に、本実施形態に係る移動機構40は、載置台22上に静置させた測定対象物12に対して照射部30を副走査方向に移動させる。これにより、照射部30は、所定の移動範囲をその一端から他端に向かって移動することができ、その後に、他端から一端に戻って再び移動範囲を移動する。ここで、照射部30の移動範囲の一端とは、分光測定の開始時点での照射部30の位置(つまり、スキャン開始地点)であり、他端は、分光測定の終了時点での照射部30の位置(つまり、スキャン終了地点)である。
移動機構40は、照射部30及び測定対象物12のうちの一方を他方に対して移動させるものである。特に、本実施形態に係る移動機構40は、載置台22上に静置させた測定対象物12に対して照射部30を副走査方向に移動させる。これにより、照射部30は、所定の移動範囲をその一端から他端に向かって移動することができ、その後に、他端から一端に戻って再び移動範囲を移動する。ここで、照射部30の移動範囲の一端とは、分光測定の開始時点での照射部30の位置(つまり、スキャン開始地点)であり、他端は、分光測定の終了時点での照射部30の位置(つまり、スキャン終了地点)である。
なお、載置台22上に静置された測定対象物12は、副走査方向において移動範囲内に収まっている。つまり、測定対象物12の全長(縦方向の長さ)は、副走査方向における載置台22の長さよりも短くなっている。
移動機構40の構成例について説明すると、図1に図示のキャリッジ42と、不図示の駆動機器と、この駆動機構の動力源であるモータ44(図3参照)と、が移動機構40を構成している。
キャリッジ42は、照射部30、コリメートレンズ62及び反射ミラー64(コリメートレンズ62及び反射ミラー64については、後述する)を搭載している。また、キャリッジ42には、副走査方向に沿って延出したガイドシャフト46が挿通された軸孔(不図示)が形成されている。駆動機器は、例えばベルト・プーリ等によって構成されている。駆動機器の一部は、キャリッジ42と係合している。モータ44は、不図示のギアを介して駆動機器に駆動力を付与する。
以上のように構成された移動機構40においてモータ44が回転すると、駆動機器が作動してキャリッジ42をガイドシャフト46に沿って移動させる。これにより、照射部30がコリメートレンズ62及び反射ミラー64と共に副走査方向に移動する。
また、本実施形態では、モータ44がステッピングモータからなり、分光測定中、所定の回転量毎に停止して断続的に回転する。これにより、照射部30は、分光測定中、所定の移動量を移動する間欠移動動作を断続的に繰り返し実施することになる。ここで、一回の間欠移動動作における照射部30の移動量は、1ラインの長さに相当する距離であり、測定対象物12の縦方向が副走査方向に沿った状態では、被照射面14において副走査方向に並ぶ領域のピッチ(間隔)に相当する。
ただし、キャリッジ42及び照射部30が所定の距離ずつ断続的に移動する構成に限定されるものではなく、キャリッジ42及び照射部30が一定速度にて連続的に移動する構成であってもよい。
ただし、キャリッジ42及び照射部30が所定の距離ずつ断続的に移動する構成に限定されるものではなく、キャリッジ42及び照射部30が一定速度にて連続的に移動する構成であってもよい。
ちなみに、本実施形態に係る移動機構40は、照射部30を測定対象物12に対して副走査方向に移動させるものであるが、これに限定されるものではない。移動機構40は、オートドキュメントフィーダのように、照射部30が固定された状態で測定対象物12を照射部30に対して移動させる装置であってもよい。この場合、測定対象物12の移動範囲の一端は、副走査方向における分光測定開始時での測定対象物12の位置(厳密には、測定対象物12の投入位置)であり、他端は、分光測定終了時での測定対象物12の位置(厳密には、測定対象物12の排出位置)である。また、移動機構40は、照射部30及び測定対象物12の双方を移動させるものであってもよい。
<検知部>
検知部50は、被照射面14における複数の領域の各々にて反射された反射光を検知する。より詳しく説明すると、照射部30から出射された光束が1ライン中の各領域(すなわち、主走査方向に並ぶN個の領域)に当ると、各領域で光が反射し、検知部50は、N個の領域の各々での反射光を同時に検知する。また、本実施形態に係る検知部50は、被照射面14の各領域にて反射した反射光を、反射角度に関して複数設定された設定角度別に検知する。
検知部50は、被照射面14における複数の領域の各々にて反射された反射光を検知する。より詳しく説明すると、照射部30から出射された光束が1ライン中の各領域(すなわち、主走査方向に並ぶN個の領域)に当ると、各領域で光が反射し、検知部50は、N個の領域の各々での反射光を同時に検知する。また、本実施形態に係る検知部50は、被照射面14の各領域にて反射した反射光を、反射角度に関して複数設定された設定角度別に検知する。
ここで、反射角度とは、反射光が進む方向の、被照射面14に対する角度のことであり、厳密には、図6に示すように、載置台22の上面(載置面)に対する傾き角度(例えば、図6中のβ1~β7)にて表される。図6は、本実施形態における照射角度の説明図であり、被照射面14中のある領域にて反射された光(反射光)の一部の光路を示す図である。
なお、0度以上且つ90度未満の反射角度は、副走査方向において一端(スキャン開始地点)寄りの向きに反射した光の反射角度である。反射角度90度は、被照射面14に対して垂直な反射光の反射角度であり、90度超且つ180度以下の反射角度は、副走査方向において他端(スキャン終了地点)寄りの向きに反射した光の反射角度である。
なお、0度以上且つ90度未満の反射角度は、副走査方向において一端(スキャン開始地点)寄りの向きに反射した光の反射角度である。反射角度90度は、被照射面14に対して垂直な反射光の反射角度であり、90度超且つ180度以下の反射角度は、副走査方向において他端(スキャン終了地点)寄りの向きに反射した光の反射角度である。
また、設定角度とは、予め複数設定された反射角度である。設定角度の種類数及び各設定角度の大きさについては、任意に設定し得るが、以下では、図6に図示のβ1~β7を設定角度とする。ここで、設定角度(すなわち、β1~β7)は、後述するように検知部50のセンサ54(画素)が受光する反射光の角度と対応付けられており、画素の大きさに応じて若干の幅(広がり)を有する。すなわち、設定角度は、その中央値に画素に応じた範囲を加えた形で設定されている。なお、以下の説明において、設定角度が30度±d(dは、0度より大きく、且つ2度以下。以下、同様)、45度±d、60度±d、90度±d、120度±d、135度±d、及び150度±dの7種類に設定されていることとする。
本実施形態に係る検知部50の構成について説明すると、2次元センサが検知部50を構成している。検知部50は、平面視で矩形形状をなしており、センサ表面(反射光の入射面)が副走査方向に対して垂直となった状態で載置台22よりも上方位置に配置されている。
検知部50は、鉛直方向において複数のセンサ列52が並ぶことによって構成されている。それぞれのセンサ列52は、リニアセンサによって構成されており、主走査方向に並ぶ複数のセンサ54(画素)からなる。センサ列52を構成するセンサ54の数、すなわち、画素数は、1ラインにおける領域の数(具体的には、N個)と同数である。そして、各センサ54は、1ライン中、対応する領域にて反射した反射光を検知する。
各センサ54は、CMOSセンサからなり、受光した反射光の強弱に応じて光電変換された電荷を、アナログシフトレジスタで転送した後に電荷-電圧変換増幅器により電圧信号に変換し、その電圧信号を出力する。また、各センサ54(すなわち、各画素)には、図7に示すように、互いに受光する光の波長が異なるL個(Lは2以上の自然数)の受光素子56が設けられている。図7は、検知部50における各センサ列52の構成についての説明図である。また、図7中には、一つのセンサ54の構成を拡大して図示している。ちなみに、図7では、センサ54内に設けられる受光素子56の個数Lが6となっているが、当然ながら、これに限定されるものではない。
L個の受光素子56の各々は、光電変換素子からなり、具体的には、例えばフォトダイオード及びフォトダイオード等からなる。また、それぞれの受光素子56には、他の受光素子と重複しない色のフィルタがオンチップで形成されている。ここで、1種類の受光素子56は、1つのチャンネルとして機能する。各センサ54は、マルチチャンネルのセンサであり、L個のチャンネルのそれぞれについて、色別の電気信号を出力する。
以上のように、本実施形態では、各センサ列52が設定波長毎に設けられた複数のチャンネルを有している。また、複数のチャンネルのそれぞれは、対応する設定波長に応じたフィルタを備えた受光素子56によって構成されている。そして、各センサ列52は、複数のチャンネルのそれぞれにて、対応する設定波長の反射光を検知する。以上により、各センサ列52は、1ラインにつき、画素数×チャンネル数(設定波長の種類数)の電気信号を出力する。より詳しく説明すると、各センサ54(各画素)からは、チャンネル毎の電気信号が同時並行でシリアル出力される。
ここで、設定波長は、検知部50がL個の受光素子56にて検知する光(換言すると、照射部30が照射する光)に関して複数設定されており、具体的には、L個の受光素子56のそれぞれが備えるフィルタと対応する波長である。なお、設定波長の種類数L(チャンネル数)及び各設定波長の大きさについては、特に限定されないが、種類数L(チャンネル数)については、3以上であると好ましく、4以上であるとより好ましく、16以上であると更に好ましい。また、設定波長については、RGB3色の波長と、その波長とは異なる数色の波長を追加させるのが望ましい。例えば、設定波長の種類数が4波長である場合には、RGB3色の各々について等色関数での感度(刺激値)が正となるときの波長、及び、R(赤)について等色関数での感度が負となるときの波長に設定すればよい。
なお、図7に図示した検知部50の構成では、各画素においてL個のチャンネルが主走査方向に並んでいることとした。ただし、これに限定されるものではなく、図8に示すように、各センサ列52が、設定波長別(色別)に設けられたL個の色別センサ列52xが副走査方向において互いに平行に並ぶことによって構成されてもよい。色別センサ列52xには、対応する色の受光素子を主走査方向において画素数と同じ数だけ並んでいる。以上のように構成された図8に図示の検知部50であれば、図7に図示した構成の検知部50と同様の機能を発揮する。
図8は、変形例に係るセンサ列52の構成を示す図である。また、図8中には、一つのセンサ列52の構成を拡大して図示している。ちなみに、図8では、色別センサ列52xの個数Lが6となっているが、当然ながら、これに限定されるものではない。
図8は、変形例に係るセンサ列52の構成を示す図である。また、図8中には、一つのセンサ列52の構成を拡大して図示している。ちなみに、図8では、色別センサ列52xの個数Lが6となっているが、当然ながら、これに限定されるものではない。
また、本実施形態において、センサ列52は、照射部30から白色光が照射されたときに、L個のチャンネルにて設定波長別(色別)に反射光を受光するカラーセンサ方式を採用している。ただし、これに限定されるものではなく、照射部30が設定波長毎に設けられた複数の光源を有し、1ラインに対して、照射部30が光を照射する際に用いる光源を順次切り替える光源切替方式を採用してもよい。
光源切替方式では、複数の光源の各々が、互いに異なる波長の光(換言すると、互いに異なる色の光)を発し、照射部30が照射する光の色は、光源毎に(換言すると、設定波長毎に)切り替わる。そして、照射部30が照射する光の色が切り替わる度に、検知部50の各センサ列52が反射光を検知する。より具体的に説明すると、各センサ列52の各センサ54は、1ライン中の対応する領域にて反射した反射光をモノクロの受光素子にて受光し、その強度に応じた電気信号を出力する。かかる動作が設定波長毎(換言すると、光源毎)に繰り返されることにより、各センサ列52は、1ラインあたりに、画素数×設定波長の種類数の電気信号を、それぞれ時分割式に出力する。
検知部50の構成について改めて説明すると、検知部50では、図7及び図8に示すように、複数のセンサ列52が主走査方向と直交する方向に並んでおり、具体的には、分光測定装置10の高さ方向に並んでいる。また、センサ列52の個数は、反射角度に対して設定された設定角度の種類数と同数である。
さらに、本実施形態では、後述する光路変更部60の機能により、それぞれの設定角度にて反射された反射光を、互いに異なるセンサ列52に到達させることができる。これにより、照射部30が被照射面14の1ラインに対して光が照射した際、検知部50は、複数の設定角度のそれぞれにて反射された反射光を、設定角度別に検知することができる。より詳しく説明すると、検知部50は、設定角度別に分かれた反射光を、それぞれ対応するセンサ列52にて同時に検知することができる。この結果、検知部50は、1ラインにつき、画素数×設定波長の種類数(チャンネル数)×設定角度の種類数の電気信号を出力することができる。
なお、本実施形態において、各センサ54(画素)は、対応する設定角度にて反射された反射光を受光する際に、画素の大きさに相当する角度範囲内(具体的には、設定角度の中央値±d度の範囲内)にて光を受光する。
なお、本実施形態において、各センサ54(画素)は、対応する設定角度にて反射された反射光を受光する際に、画素の大きさに相当する角度範囲内(具体的には、設定角度の中央値±d度の範囲内)にて光を受光する。
<光路変更部>
光路変更部60は、複数の光学機器によって構成されており、反射光の光路を反射角度に応じて変更する。光路変更部60は、図1に示すように、光路においてより上流側に位置するコリメートレンズ62と、より下流側に位置する反射ミラー64と、を有する。ここで、光路における「上流側」とは、光路において測定対象物12に近い側を意味し、「下流側」とは、光路において検知部50に近い側を意味する。
光路変更部60は、複数の光学機器によって構成されており、反射光の光路を反射角度に応じて変更する。光路変更部60は、図1に示すように、光路においてより上流側に位置するコリメートレンズ62と、より下流側に位置する反射ミラー64と、を有する。ここで、光路における「上流側」とは、光路において測定対象物12に近い側を意味し、「下流側」とは、光路において検知部50に近い側を意味する。
コリメートレンズ62は、半円柱形状のシリンドリカルレンズによって構成されており、円弧面状の入射面と平面状の出射面とを有する。反射光は、入射面からコリメートレンズ62内に進入した後に屈折し、出射面に垂直な光として出射される。ここで、反射光の出射位置(出射面における通過位置)は、その反射光の反射角度に応じて変わる。
したがって、1ライン中の各領域で生じた複数の反射光は、それぞれ図9に示すように平行光となり、且つ、互いにずれた位置にてコリメートレンズ62の出射面から出射される。つまり、反射角度が設定角度に等しい複数の反射光(換言すると、設定角度別に分かれた反射光)の各々は、コリメートレンズ62を通過することで平行光となる。
図9は、反射光の光路についての説明図であり、図中では光路を一点鎖線にて図示している。なお、図示を分かり易くする目的から、図9には、分光測定装置10の構成要素のうち、載置台22、光源ユニット32、光路変更部60及び検知部50のみを図示している。
図9は、反射光の光路についての説明図であり、図中では光路を一点鎖線にて図示している。なお、図示を分かり易くする目的から、図9には、分光測定装置10の構成要素のうち、載置台22、光源ユニット32、光路変更部60及び検知部50のみを図示している。
また、コリメートレンズ62は、前述したようにキャリッジ42に搭載されており、より具体的には、図1に示すように、副走査方向における保持部材38の中央部分に取り付けられている。したがって、キャリッジ42によって照射部30が副走査方向に移動する際には、コリメートレンズ62を構成するシリンドリカルレンズが照射部30と共に移動する。
反射ミラー64は、コリメートレンズ62の出射面と対向する位置に配置されており、コリメートレンズ62を通過して平行光となった反射光(設定角度別に分かれた反射光を含む)を全反射させて検知部50の配置位置に向かわせる。
なお、本実施形態において、反射ミラー64は、図1に示すようにキャリッジ42に搭載されており、キャリッジ42によって照射部30が移動する際には照射部30及びコリメートレンズ62と共に移動する。つまり、照射部30、コリメートレンズ62及び反射ミラー64との間の相対的な位置関係は、照射部30の移動前後で変化せず固定されている。
コリメートレンズ62を通過した光は、反射ミラー64にて反射することにより、副走査方向と略平行な光路にて検知部50に向かうようになる。なお、反射ミラー64にて反射された時点で、平行光となった設定角度別の反射光の各々の光路は、図9に示すように、鉛直方向において互いにずれている。
そして、設定角度別に分かれた反射光の各々は、最終的に検知部50に到達する。このとき、設定角度別に分かれた反射光の各々は、検知部50において並ぶ複数のセンサ列52のうち、それぞれの設定角度と対応するセンサ列52に到達する。つまり、設定角度別に分かれた反射光の各々は、光路変更部60が光路を変更すること(厳密には、各反射光がコリメートレンズ62を通過した後に反射ミラー64にて反射すること)により、設定角度毎に分離した状態で、互いに異なるセンサ列52に到達する。
<制御部>
制御部70は、分光測定装置10に内蔵のマイクロコンピュータからなり、制御回路71を介して照射部30及び移動機構40を制御する。本実施形態において、制御部70は、被照射面14中の1ラインに対して光を照射する際に、複数の光源ユニット32の各々をオンオフ制御し、照射部30が光を照射する際に用いる光源ユニット32を順次切り替える。これにより、制御部70は、1ラインに対する光の照射角度を変更させることができる。
制御部70は、分光測定装置10に内蔵のマイクロコンピュータからなり、制御回路71を介して照射部30及び移動機構40を制御する。本実施形態において、制御部70は、被照射面14中の1ラインに対して光を照射する際に、複数の光源ユニット32の各々をオンオフ制御し、照射部30が光を照射する際に用いる光源ユニット32を順次切り替える。これにより、制御部70は、1ラインに対する光の照射角度を変更させることができる。
そして、本実施形態では、移動機構40によって照射部30が移動範囲の一端(スキャン開始地点)から他端(スキャン終了地点)まで移動する間に、制御部70が、1ライン毎に、ライン中の各領域に対する光の照射角度を複数の角度に変更させる。これにより、1回のスキャンにおいて、被照射面14を構成する複数の領域の各々には、異なる照射角度にて光が複数回照射されることになる。ちなみに、図1に図示の構成、すなわち、光源ユニット32が4個配置されている構成では、4種類の照射角度(具体的には、30度、60度、90度及び120度)にて光が各領域に対して照射されることになる。
なお、制御部70の制御によって変更可能な照射角度の種類数は、光源ユニット32の設置数と等しく、前述したように、3以上が好ましく、4以上がより好ましく、6以上が更に好ましい。また、照射角度については、0度、45度及び135度以外の角度であることが望ましく、具体的には、例えば、30度、60度、90度及び120度等に設定してもよい。
<<本実施形態に係る分光測定装置の動作例>>
次に、本実施形態に係る分光測定装置10の動作例について説明する。
まず、照射部30が、副走査方向において移動方向の一端(スキャン開始地点)に位置している間に光を照射する。
次に、本実施形態に係る分光測定装置10の動作例について説明する。
まず、照射部30が、副走査方向において移動方向の一端(スキャン開始地点)に位置している間に光を照射する。
具体的に説明すると、制御部70が複数の光源ユニット32中の一つをオンし、これにより、その光源ユニット32の導光体34から光(光束)が照射される。照射された光(光束)は、載置台22に載置された測定対象物12の被照射面14中、副走査方向において最も一端側に位置するライン(以下、最初のライン)に照射される。そして、照射された光は、最初のライン中の各領域にて反射する。
それぞれの反射角度にて反射した光(反射光)は、光路変更部60によって反射角度毎に分離される。より具体的に説明すると、反射角度別に分かれた反射光は、コリメートレンズ62によって平行光となり、互いにずれた光路に沿って進行する。そして、反射角度別に分かれた反射光は、検知部50に向かうように反射ミラー64にて反射された後、最終的に検知部50に到達する。このとき、反射光のうち、反射角度が設定角度に該当する反射光は、設定角度別に分かれた状態で、それぞれの設定角度と対応するセンサ列52に到達する。
各センサ列52では、複数のセンサ54(画素)のそれぞれにおいて、チャンネル毎に設けられた受光素子56が、対応する波長(色)の反射光を受光する。この結果、検知部50は、最初のラインについて、画素数×設定角度の種類数×チャンネル数の電気信号を同時並行で出力する。
その後、制御部70は、それまで光を照射していた光源ユニット32をオフし、残りの光源ユニット32のうちの一つをオンし、その光源ユニット32の導光体34から最初のラインに向けて光を照射させる。つまり、制御部70は、照射部30を制御して、最初のラインに対する光の照射角度を変更する。そして、変更後の照射角度について上記の動作が繰り返される。つまり、照射角度の変更後、検知部50が最初のラインについて再び反射光を設定角度別に検知し、画素数×設定角度の種類数×チャンネル数の電気信号を出力する。
以降、制御部70は、照射部30が光を照射する際に用いる光源ユニット32を順次切り替えて照射角度の変更を繰り返す。そして、照射角度が変わる度に、検知50部が反射光を設定角度別に検知し、画素数×設定角度の種類数×チャンネル数の電気信号を出力する。これにより、最初のラインについて、画素数×設定角度の種類数×チャンネル数×照射角度の種類数に相当する数の分光特性を取得することができる。
次に、移動機構40が副走査方向において照射部30を所定の距離(具体的には、1ラインに相当する距離)だけ移動させる。その後、制御部70が上記と同様の手順により照射部30を制御する。これにより、照射部30が照射角度を変えながら、副走査方向において最初のラインと隣接するライン(以下、2番目のライン)に対して光を照射する。
そして、それぞれの照射角度について、検知部50が、2番目のライン中の各領域にて反射した反射光を、チャンネル毎(色毎)に分けて設定角度別に検知する。これにより、2番目のラインについて、画素数×設定角度の種類数×チャンネル数×照射角度の種類数に相当する数の分光特性を取得することができる。
以降、照射部30が移動範囲の他端(スキャン終了地点)に到達するまで、光の照射及び反射光の検知が繰り返し実施される。つまり、上記一連の動作は、副走査方向において最も他端側に位置するライン(すなわち、M番目のライン)についての分光特性が得られるまで繰り返される。そして、M番目のラインについての分光特性が得られた時点で、一つの測定対象物12を対象とする分光測定が終了する。
以上のように、本実施形態では、1回のスキャンにおいて、測定対象物12の被照射面14中の各領域に対する光の照射角度を複数の角度に切り替える。そして、照射角度が切り替わるごとに、各領域で反射した反射光を反射角度別(厳密には、設定角度別)に検知する。特に、本実施形態では、複数のチャンネルのそれぞれにおいて、反射光を波長毎(色毎)に検知する。これにより、被照射面14中の各領域について、照射角度の種類数×設定角度の種類数×チャンネル数に相当する数の分光特性を取得することができる。
したがって、本実施形態に係る分光測定装置10によれば、光の照射角度を変えながら反射角度別に分光特性を測定することができるので、特許文献1に記載の装置を含む従来の分光測定装置に比して、1回の測定でより多くの分光特性を取得することができる。
また、上記の効果は、観察角度に応じて色合い及び模様等が変化する画像が形成された測定対象物12を対象として分光測定を実施する場合には、特に有意義である。つまり、観察角度に相当する光の照射角度を変更し、それぞれの照射角度で照射した光の反射光を反射角度別(厳密には、設定角度別)に検知することにより、画像が観察角度に応じて変化する測定対象物12について、観察角度毎の分光特性を良好に取得することが可能となる。
また、本実施形態に係る分光測定装置10では、1スキャン(照射部30の1往復動作)中に照射角度を複数の角度に切り替えることができるため、照射角度を変更する度にスキャンを繰り返す必要がなく、照射角度の切り替えがより短時間で行われる。つまり、本実施形態に係る分光測定装置10であれば、被照射面14の各領域について、より多くの分光特性を、より短時間(1スキャン)で取得することが可能となる。
<<変形例>>
上記の実施形態では、照射部30が、副走査方向において互いに異なる位置に配置された複数の光源ユニット32を有することとした。そして、上記の実施形態では、照射部30が光を照射する際に用いる光源ユニット32が切り替わることで、光の照射角度が変わることとした。ただし、照射角度を変えるための機構については、上記の機構に限定されず、他の機構も考えられる。
上記の実施形態では、照射部30が、副走査方向において互いに異なる位置に配置された複数の光源ユニット32を有することとした。そして、上記の実施形態では、照射部30が光を照射する際に用いる光源ユニット32が切り替わることで、光の照射角度が変わることとした。ただし、照射角度を変えるための機構については、上記の機構に限定されず、他の機構も考えられる。
具体的に説明すると、例えば、照射部30が光源ユニット32を一つのみ備え、この光源ユニット32が揺動自在に保持部材38に保持されてもよい。そして、副走査方向において光源ユニット32を保持部材38に対して揺動させる揺動機構(不図示)が照射部30に設けられていてもよい。このような構成であれば、制御部70が照射部30の揺動機構を制御して光源ユニット32を揺動させることで、照射角度を任意の角度に変えることが可能となる。
また、上記の実施形態では、照射部30を断続的に移動させ、1ラインに対して照射角度を変えながら光を照射する間、すべての照射角度での光の照射が終わるまで照射部30の移動を停止させることとした。ただし、これに限定されるものではなく、照射部30を一定の速度にて連続的に移動させ、1ラインに対する照射角度を切り替える際にも照射部30を移動させ続けてもよい。この場合、照射角度の切り替え前後で各領域における光の照射位置が多少ずれることになるが、それぞれの照射角度にて照射した光が同じ領域内に当ればよい。
また、上記の実施形態では、検知部50が反射光を検知する際に、チャンネル別(換言すると、光の波長別)に反射光を検知することとしたが、これに限定されるものではない。例えば、検知部50が反射光を検知する際に、一つの特定色の反射光のみを検知する構成であってもよい。すなわち、検知部50の各センサ54(画素)が単一のチャンネルを有し、検知部50は、単一のチャンネルのみを用いて一種類の波長の反射光を設定角度別に検知してもよい。ただし、より多くの分光特性を取得する観点では、言うまでもなく、チャンネル別に反射光を検知する方が望ましい。
10 分光測定装置
12 測定対象物
14 被照射面
16 画像記録部
22 載置台
30 照射部
32 光源ユニット
34 導光体
36 光源
38 保持部材
40 移動機構
42 キャリッジ
44 モータ
46 ガイドシャフト
50 検知部
52 センサ列
52x 色別センサ列
54 センサ
56 受光素子
60 光路変更部
62 コリメートレンズ
64 反射ミラー
70 制御部
71 制御回路
12 測定対象物
14 被照射面
16 画像記録部
22 載置台
30 照射部
32 光源ユニット
34 導光体
36 光源
38 保持部材
40 移動機構
42 キャリッジ
44 モータ
46 ガイドシャフト
50 検知部
52 センサ列
52x 色別センサ列
54 センサ
56 受光素子
60 光路変更部
62 コリメートレンズ
64 反射ミラー
70 制御部
71 制御回路
Claims (11)
- 測定対象物の分光特性を測定する等倍光学系の分光測定装置であって、
前記測定対象物の被照射面における複数の領域の各々に対して、光を照射する照射部と、
前記照射部及び前記測定対象物のうちの一方を他方に対して移動させる移動機構と、
前記照射部を制御して、前記照射部が光を照射する際の照射角度を変更させる制御部と、
前記複数の領域の各々にて反射した反射光を、前記反射光の前記被照射面に対する反射角度に関して複数設定された設定角度別に検知する検知部と、を有し、
前記移動機構によって前記照射部及び前記測定対象物のうちの一方が移動範囲の一端から他端まで移動する間に、前記制御部が、前記複数の領域の各々に対する前記照射角度を複数の角度に変更させ、
前記照射角度が変わる度に、前記検知部が、前記反射光を前記設定角度別に検知することを特徴とする分光測定装置。 - 前記検知部は、前記照射部が照射する光に関して複数設定された設定波長のそれぞれについて、前記反射光を前記設定角度別に検知する請求項1に記載の分光測定装置。
- 前記照射部は、白色光を照射し、
前記検知部は、前記設定波長毎に設けられた複数のチャンネルを有し、前記複数のチャンネルのそれぞれにて、対応する前記設定波長の前記反射光を前記設定角度別に検知する請求項2に記載の分光測定装置。 - 前記複数のチャンネルのそれぞれは、対応する前記設定波長に応じたフィルタを備えた受光素子によって構成されている請求項3に記載の分光測定装置。
- 前記照射部が照射する光の色は、前記設定波長毎に切り替わり、
前記照射部が照射する光の色が切り替わる度に、前記検知部が前記反射光を前記設定角度別に検知する請求項2に記載の分光測定装置。 - 前記検知部には、前記設定角度の種類数と同数のセンサ列が並んで設けられており、
前記反射光の光路を前記反射角度に応じて変更する光路変更部を有し、
前記光路変更部が前記光路を変更することにより、前記設定角度別に分かれた前記反射光の各々が、互いに異なる前記センサ列に到達する請求項1乃至5のいずれか一項に記載の分光測定装置。 - 前記光路変更部は、前記設定角度別に分かれた前記反射光の各々を平行光とするためのコリメートレンズを有し、
前記設定角度別に分かれた前記反射光の各々は、前記コリメートレンズを通過することにより、互いに異なる前記センサ列に到達する請求項6に記載の分光測定装置。 - 前記移動機構は、前記照射部を前記測定対象物に対して移動させ、
前記コリメートレンズは、前記移動機構によって前記照射部と共に移動するシリンドリカルレンズである請求項7に記載の分光測定装置。 - 前記照射部は、複数の光源ユニットを有し、
前記複数の光源ユニットの各々は、前記移動機構が前記照射部及び前記測定対象物のうちの一方を他方に対して移動させる際の移動方向において、互いに異なる位置に配置されており、
前記制御部は、前記複数の光源ユニットのうち、前記照射部が光を照射する際に用いる光源ユニットを切り替えることにより、前記照射角度を変更させる請求項1乃至8のいずれか一項に記載の分光測定装置。 - 画像が記録された画像記録部を有する前記測定対象物であって、前記被照射面側から前記画像記録部を視認した際に前記画像が視認角度に応じて変化する前記測定対象物の分光特性を測定する請求項1乃至9のいずれか一項に記載の分光測定装置。
- 前記制御部の制御によって変更可能な前記照射角度の種類数が、3以上である請求項1乃至10のいずれか一項に記載の分光測定装置。
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