分光測色方法
【課題】色相、明度、彩度が変化する被測定物について、短時間で分光測定を可能とする分光測色装置を提供する。
【解決手段】分光測色装置は、被測定物の表面に対向する面に配置される開口１０ａを有する筐体１０と、可視光波長領域内の複数の波長の光に感度を有する多色撮像素子１９と、前記撮像素子の測定可能領域を含む波長の光であって異なる分光特性の白色光を発光可能な複数のＬＥＤからなる光源１１〜１４とを前記筐体内部に有し、光源１１〜１４から開口１０ａを通して被測定物に照射された光の反射光を多色撮像素子１９により受光して前記被測定物の色測定を行うものである。光源１１〜１４は、照射される光の照射角度を異ならせることができるように複数箇所に設けられており、照射角度ごとにＬＥＤを順次異なる分光特性で発光するように発光タイミングを制御する制御手段２１とを有する。
【解決手段】分光測色装置は、被測定物の表面に対向する面に配置される開口１０ａを有する筐体１０と、可視光波長領域内の複数の波長の光に感度を有する多色撮像素子１９と、前記撮像素子の測定可能領域を含む波長の光であって異なる分光特性の白色光を発光可能な複数のＬＥＤからなる光源１１〜１４とを前記筐体内部に有し、光源１１〜１４から開口１０ａを通して被測定物に照射された光の反射光を多色撮像素子１９により受光して前記被測定物の色測定を行うものである。光源１１〜１４は、照射される光の照射角度を異ならせることができるように複数箇所に設けられており、照射角度ごとにＬＥＤを順次異なる分光特性で発光するように発光タイミングを制御する制御手段２１とを有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、本発明は、被測定物の分光的な反射特性を特定することにより被測定物の色を測定する分光測色計に関する。
【背景技術】
【０００２】
印刷や染色や織物などの各種の色彩関連分野における製品の色彩管理手段として、各種の色彩測定装置が実用化されている。ところで、物体の色を分光的に測定するためには被測定物の反射率の分光特性を何らかの方法で特定する必要があり、大きく分けて「前分光方式」と「後分光方式」の２つの方法がある。図１０は、物体の色を分光的に測定する測色方式の概略構成を示す図であり、（ａ）は前分光方式のものであり、（ｂ）は後分光方式のものである。
【０００３】
前分光方式を用いた装置は、例えば、特許文献１に開示されており、図１０（ａ）に示すように、狭い波長範囲の光を発光する光源７１ａ〜７１ｆから光９１を被測定物２に照射し、その反射光９３を分光応答度の比較的均一な検出器７８（例えば、モノクロの撮像素子）で検出するものであり、入射光９１の波長範囲を発光させる光源７１ａ〜７１ｆを順次切り換えることにより分光測定を行う方法である。一方、後方分光方式を用いた装置は、例えば、特許文献２に開示されており、可視光全体の波長をほぼ均等に含む白色光を発光する光源８１から光９１を被測定物２に照射し、その反射光の光路の途中に設けられた複数のバンドパスフィルタ８５ａ〜８５ｆを備えるフィルタを順次切り換えて、分光応答度の比較的均一な検出器７８（例えば、モノクロの撮像素子）を用いて反射光９３の分光的な強度分布を測定する方法である。
【０００４】
このように、前分光方式及び後分光方式とも測定色（バンド）数の増加にともない、分光性能を向上させることができるが、撮像時間が長くなるという問題がある。
【０００５】
これに対し、非特許文献１には、一般的な３バンドのカラーデジタルカメラと複数光源を組み合わせたマルチバンド撮影法が開示されている。この方法は、いわば、前分光方式と後分光方式とを組み合わせたような方法であり、安価なデジタルカメラをそのまま用いることができると共に、撮影時間を短くすることができる点で好適である。
【０００６】
しかし、具体的な照射受光方式やその他タイミングなどが開示されておらず、また、面の色相、明度、彩度が変化するメタリックカラー塗装やパールマイカカラー塗装の塗装面を評価することができない。
【０００７】
一方、面の色相、明度、彩度が変化するメタリックカラー塗装やパールマイカカラー塗装の塗装面の評価に関しては、例えば、特開平１１-２１１６７３号公報などに開示されている。この装置は、所定の位置関係に保持された２次元アレイセンサと照明とを被測定物の塗装面に対して所定の距離で正対させた状態で保持する構成を有する。そして、２次元アレイセンサと照明とを被測定物に対して相対的に移動させながら広範囲にわたって撮影を繰り返すことで、被測定物の同一点から反射された光線の出射角度がそれぞれ異なった状態での複数の画像を得、この複数の画像から被測定物の同一点の輝度値などをそれぞれ抽出することにより、変角輝度の分布を求め、これに基づいて被測定物の光学的反射性状を定量的に評価するものである。
【０００８】
したがって、上述したいずれかの被測定物の反射率の分光特性の測定方法と、この装置を組み合わせることによって、メタリックカラー塗装やパールマイカカラー塗装の塗装面について分光測定ができそうである。
【０００９】
しかし、上述のように、２次元アレイセンサと照明とを被測定物に対して相対的に移動させながら広範囲にわたって撮影を繰り返す装置において、複数バンドの測定を行う必要があり、測定に長時間を有する。すなわち、最も撮影時間が短い非特許文献１に開示の分光測定方法を用いたとしても、まず、第１の光源を照射させて、被測定物を移動させることによって広範囲にわたって撮影したのち、被測定物と光源の位置関係を元の状態に戻してから、第２の光源を照射させて、同様に被測定物を移動させることが必要となる。すなわち、光源の数だけ被測定物の相対移動を繰り返す必要があり、測定に要する時間は多大なものとなる。
【００１０】
【特許文献１】特開２０００−２９２２５９号公報
【特許文献２】特開平７−１２０３２４号公報
【特許文献３】特開平１１-２１１６７３号公報
【非特許文献１】カラーフォーラムＪＡＰＡＮ２００２ 予稿集９１−９４頁
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
したがって、本発明が解決しようとする技術的課題は、色相、明度、彩度が変化する被測定物について、短時間で分光測定を可能とする分光測色装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、上記技術的課題を解決するために、以下の構成の分光測色装置を提供する。
【００１３】
分光測色装置は、被測定物の表面に対向する面に配置される開口を有する筐体と、可視光波長領域内の複数の波長の光に感度を有する多色撮像素子と、前記撮像素子の測定可能領域を含む波長の光であって異なる分光特性の白色光を発光可能な複数のＬＥＤからなる光源とを前記筐体内部に有し、前記光源から前記開口を通して被測定物に照射された光の反射光を前記多色撮像素子により受光して前記被測定物の色測定を行うものである。そして、前記光源は、照射される光の照射角度を異ならせることができるように複数箇所に設けられており、照射角度ごとにＬＥＤを順次異なる分光特性で発光するように発光タイミングを制御する制御手段とを有する。
【００１４】
上記構成において、装置は、筐体の内部に光源と多色撮像素子とを備える。光源としては、ＬＥＤが用いられ、被測定物に対向して配置される筐体の面に設けられた開口に向けて所定の照射角度で発光する。開口を通って被測定物の表面で反射した反射光は、多色撮像素子に入射して、被測定物の表面輝度を測定する。
【００１５】
発光装置には、分光特性の異なる白色光を発光する。具体的には、例えば、異なる色の光を発光することができる複数の単色ＬＥＤと、各単色ＬＥＤから発光した光束を１箇所に集める集光手段とを備えることによって、これを実現することができる。また、各単色ＬＥＤを少なくとも３つ以上備え、各単色ＬＥＤをそれぞれ独立して点灯、消灯や照度を切り替える点灯切り替え手段をさらに備えることにより、分光特性が異なる白色光を発光することができる。一方、他の方法としては、異なる分光特性の白色光を発光する白色ＬＥＤを複数備えてもよい。
【００１６】
光源は、ＬＥＤから照射される光の照射角度が異なるように複数箇所に設けられている。
【００１７】
分光測色装置は、制御手段によってＬＥＤの発光のタイミングを制御する。具体的には、照射角度ごとにＬＥＤを異なる分光特性を備えて発光させる。すなわち、最初の照射角度において異なる分光特性を有する光を複数発光させ、その後照射角度を変えて同様に異なる分光特性を有する光を発光させる。このように発光するＬＥＤを順次切りかえる場合でも、応答が速いＬＥＤを用いているため、測色に要する時間が長くなることを防止することができる。
【００１８】
上記構成によれば、照射角度及び分光特性が異なる白色光源を順次切り替えて発光させて、その反射光を多色撮像素子を用いて測定することにより、被測定物の分光測定及び色相、明度、彩度が変化する面を有する被測定物の表面性状を評価することができる。また、測定においては、光源の切り替え制御ですみ、当該測定において、被測定物を測色装置に対して相対的に移動させる必要がないことから、短時間で測定を行うことができる。
【００１９】
本発明の分光測色装置は、具体的には以下のように種々の態様で構成することができる。
【００２０】
前記光源は、ＬＥＤを線状に配列したＬＥＤ列を備えていることが好ましい。また、この場合において、ＬＥＤ列は、前記分光特性の異なるＬＥＤを混在して同一線上に配列させていてもよい。
【００２１】
また、好ましくは、前記ＬＥＤは環状に配列されており、前記撮像素子は、前記反射光を前記環状に配列されたＬＥＤ列の内側から鉛直方向に受光するように配置してもよい。このような構成を取ることにより、被測定物の表面で鉛直方向に反射した反射光が多色撮像素子に入射することとなるため、被測定物の撮影領域を正方領域とすることができ、測定領域を大きくすることができる。
【００２２】
また、好ましくは、前記多色撮像素子とは異なる複数の波長の光に感度を有する第２多色撮像素子と、前記多色撮像素子に入射される反射光の光路途中に配置され前記反射光を第２多色撮像素子のほうに反射するビームスプリッタとを備える。このような構成を取ることにより、多色撮像素子及び第２多色撮像素子の２つにより測定可能なバンド数を増やすことができ、撮影時間を増加させることなく、より詳細な分光特性を測色することができる。
【００２３】
上記各構成において、さらに、光束を拡散する拡散部材を前記ＬＥＤから発光した光束の光路に挿入してもよい。このように拡散部材を用いることにより、発光装置から発光される光束を均一に広げることができ、被測定物状における場所による照度のばらつきを少なくすることができる。よって、測色の精度を向上させることができる。
【００２４】
好ましくは、前記多色撮像素子は、一次元撮像素子であり、分光測色装置に対する前記被測定物の位置を相対的に直線的に移動させる移動手段をさらに備える。このように構成することにより、被測定物を連続的に移動させて、広範囲にわたって測定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明の実施形態に係る分光測色装置について、図面を参照しながら説明する。
【００２６】
図１は、本発明の第１実施形態にかかる分光測色装置の構成を示すブロック図である。本分光測色装置１は、被測定物２に対向する面に開口１０ａを有する筐体１０の内部に以下の各ブロックを備えている。開口１０ａは、長方形の開口である。
【００２７】
筐体１０の内部には、開口の長手方向に平行に延在する線状に配置された第１ＬＥＤ１１、第２ＬＥＤ１２、第３ＬＥＤ１３、第４ＬＥＤ１４が設けられている。第１ＬＥＤ１１と第２ＬＥＤ１２及び、第３ＬＥＤ１３と第４ＬＥＤ１４は一組として機能し、それぞれの組のＬＥＤは、近接して配置されているため、ほぼ同じ照射角で白色光を発光する。一方、異なる組のＬＥＤ間では、照射角が異なるように配置されている。照射角は特に限定されるものではなく、例えば、２５゜、６０゜、９０゜など、被測定物の性状や装置の設計において、適宜自由に設定することができる。
【００２８】
２つの組に属するＬＥＤは、それぞれ異なる分光特性を有する白色光を発光する。具体的には、第１ＬＥＤ１１と第３ＬＥＤ１３から発光される白色光は同じ分光特性を有し、第２ＬＥＤ１２と第４ＬＥＤ１４から発光される白色光の分光特性とは異なっている。
【００２９】
各ＬＥＤからは、矢印９１、９２に示すように筐体１０の開口１０ａに向かって白色光が照射される。この光路の途中には、集光レンズ１５，１７と拡散部材１６，１８が設けられており、各ＬＥＤ１１〜１４からの光を１箇所に集めると共に、照射場所により照度のムラができないように、光束を拡散する。
【００３０】
また、筐体１０の内部には、各ＬＥＤ１１〜１４から照射された光が被測定物２表面で反射した反射光を受光するＣＣＤ１９を備える。すなわち、ＣＣＤ１９は、筐体１０の開口１０ａの方向に受光面を向けて配置されている。ＣＣＤ１９は、白黒のＣＣＤの表面にＲＧＢのバンドパスフィルタを付したものであり、一般的に３バンドのカラーＣＣＤとして広く用いられているものが使用可能であり、低コストで構成することができる。開口１０ａとＣＣＤ１９の光路の途中には、レンズ２０が設けられており、反射光をＣＣＤの撮像面上で結像させる。
【００３１】
また、筐体１０内には、制御回路２１が設けられており、後述するように各ＬＥＤ１１〜１４の発光タイミング及びＣＣＤ１９の光電変換処理のタイミングを調整する。操作２２、表示部２３は、本実施形態にかかる分光測色装置の操作及びモードや状態表示などに使用される。
【００３２】
図２は、図１の分光測色装置の光学系の構成を示す概略斜視図である。上述のように、各ＬＥＤ１１〜１４は、複数個が一列に配列されてＬＥＤ列１１ｘ〜１４ｘを構成する。各ＬＥＤ１１〜１４から照射された光は、レンズ１５，１７を通過することにより、厳密には異なる位置にある第１、第２ＬＥＤ及び、第３、第４ＬＥＤからの照射光９１、９２の被測定物２への入射角度をより近似させることができる。また、レンズ１５、１７の下方には、拡散部材１６，１８が設けられている。拡散部材は、直線状に延在するＬＥＤ列１１ｘ〜１４ｘから均一な照度の光を発光させるために照射光を拡散し、被測定物２上における場所による照度のムラを少なくするように機能する。
【００３３】
被測定物２の表面に到達した光束は、被測定物２の表面で反射し、レンズ２０によってＣＣＤの撮像面上で結像するように集光されたのち、ＣＣＤ１９に入射する。ＣＣＤは、被測定物２の表面の測定領域３から反射した光を受けて、輝度値情報を制御回路２１に出力する。
【００３４】
このときのＣＣＤ１９のＲＧＢの各輝度値は、ＬＥＤから照射された白色光の分光特性により異なる。図３は、分光特性が異なる白色光を受光したＣＣＤの出力例を示す図である。白色光は、ＣＣＤの測定可能領域Ｖを含む波長の光を発光することができるものであることが必要である。
【００３５】
図３（ａ）に示すように、白色光が長波長の光が強い場合、すなわち、赤っぽい白色光の場合は、ＣＣＤの各ＲＧＢのピクセルの感度４Ｒ，４Ｇ，４Ｂに対して、長波長側にシフトした出力値５Ｒ，５Ｇ，５Ｂのピークを得ることができる。一方、図３（ｂ）に示すような短波長の光が強い場合、すなわち、青っぽい白色光が照射された場合は、出力値６Ｒ，６Ｂ，６Ｇのピークは、短波長側にシフトする。すなわち、同一のＣＣＤ１９について、２つの白色光の分光特性を異ならせることにより、それぞれＲＧＢの各ピクセルから２バンドの測定を行うことができる。
【００３６】
ＬＥＤ１１〜１４はそれぞれ、制御回路２１を介して、コンピュータで制御されており、照射角度及び分光特性を変えて配置されたＬＥＤを高速に点滅切り換え制御して測定することにより、変角情報を取得する。これらの情報はすべてコンピュータに伝送され、取得した変角情報を用いて、被測定物２の色、光沢感、フロップ感、メタリック感などの評価値が演算される。
【００３７】
図４は、図１にかかる分光測色装置の制御回路の各ＬＥＤ及びＣＣＤの制御タイミングチャートである。制御回路２１は、点灯させるＬＥＤを順次切り替えると共に、ＣＣＤの露光開始及び露光終了のタイミングを制御する。具体的には、まず、ｔ１において、第１ＬＥＤ１１が点灯し、同時にＣＣＤ１９が露光を開始する。所定時間が経過した後、ｔ１０のタイミングで第１ＬＥＤ１１を消灯させ、ＣＣＤの露光を終了させる。その後、ｔ２までＣＣＤの情報の出力を行い、ｔ２のタイミングで、第２ＬＥＤ１２を点灯させ、同時にＣＣＤ１９の露光を開始する。同様にｔ２０のタイミングでＬＥＤを消灯してＣＣＤの露光を終了する。この段階で、第１組の６バンドの測定が終了する。次に、第３ＬＥＤ及び第４ＬＥＤ１４についても同様に順次点灯させ、点灯中にＣＣＤの露光を行うように制御する。
【００３８】
このように、照射角度及び分光特性が異なる白色光源を順次切り替えて発光させて、その反射光を多色撮像素子を用いて測定することにより、被測定物の分光測定及び色相、明度、彩度が変化する面を有する被測定物の表面性状を評価することができる。また、測定においては、光源の切り替え制御ですみ、当該測定において、被測定物を測色装置に対して相対的に移動させる必要がないことから、短時間で測定を行うことができる。
【００３９】
また、本実施形態にかかる分光測色装置の変形例としては、光源として用いられる白色ＬＥＤのかわりに、異なる色の光を発光することができる複数の単色ＬＥＤ（例えば、赤、青、緑のＬＥＤ）を用い、各単色ＬＥＤから発光した光束を１箇所に集めるレンズにより白色光を発光するようにしてもよい。また、この場合に、中心波長の異なる単色ＬＥＤを少なくとも３つ以上備え、各単色ＬＥＤをそれぞれ独立して点灯、消灯、照度などを切り替えることにより、分光特性の異なる白色光を発光させることもできる。このように複数の単色ＬＥＤを用いて白色光を発光させることにより、色の異なる白色ＬＥＤを用いた場合より分光精度を高くすることができる。
【００４０】
次に本発明にかかる第２実施形態について説明する。第２実施形態にかかる分光測色装置１ｂは、大部分が第１実施形態にかかる分光測色装置と共通するため、異なる点についてのみ説明する。図５は、本発明の第２実施形態にかかる分光測色装置の光学系の概略構成を示す図である。
【００４１】
本実施形態にかかる分光測色装置１ｂは、各ＬＥＤ１１〜１４と前記被測定物との間に設けられたレンズ１５、１７及び拡散部材１６、１８が設けられていない点において、第１実施形態にかかる分光測色装置と異なる。すなわち、当該分光測色装置の光源として用いられるＬＥＤは、非常に小さいものであるため、同一組のＬＥＤにおいて、これを隣接して配置した場合における、照射角度の差はほとんど無視することができることから、これらの部材を省略したものである。
【００４２】
次に、本発明にかかる第３実施形態について説明する。第３実施形態にかかる分光測色装置１ｃについても、第１実施形態にかかる分光測色装置と共通する部分については説明を省略し、異なる点についてのみ説明する。図６は、本発明の第３実施形態にかかる分光測色装置の光学系の概略構成を示す図である。
【００４３】
本実施形態にかかる分光測色装置１ｃは、組を構成する２種類のＬＥＤが交互に一列に配列されている点において、第１実施形態にかかる分光測色装置と異なる。具体的には、１つの組を構成する第１ＬＥＤ１１と第２ＬＥＤ１２は、交互に直線状に配置されて１つのＬＥＤ列４０を構成する。一方、もう１つの組を構成する第３ＬＥＤ１３と第４ＬＥＤ１４についても交互に直線状に配置されて１つのＬＥＤ列４１を構成する。
【００４４】
このようにＬＥＤを配置することにより、同じ組に属するＬＥＤについて照射角度の差を極めて小さくすることができ、分光測色の精度を高くすることができる。
【００４５】
次に、本発明にかかる第４実施形態について説明する。第４実施形態にかかる分光測色装置１ｄについても、第１実施形態にかかる分光測色装置と共通する部分については説明を省略し、異なる点についてのみ説明する。図７は、本発明の第４実施形態にかかる分光測色装置の光学系の概略構成を示す図である。
【００４６】
本実施形態にかかる分光測色装置１ｄは、ＣＣＤ１９ａとは異なる複数の波長の光に感度を有する第２のＣＣＤ１９ｂと、前記ＣＣＤ１９ａに入射される反射光の光路途中に配置され、一部の反射光を第２ＣＣＤ１９ｂのほうに反射するビームスプリッタ２９とを備えた点に特徴を有する。
【００４７】
ＣＣＤ１９ａ及び第２ＣＣＤ１９ｂは、感度を有する波長が異なっている。すなわち、ＣＣＤ１９ａはＲＧＢの原色フィルタが用いられているのに対し、第２ＣＣＤ１９ｂは、ＭＹＣの補色フィルタが用いられている。このように感度を有する波長が異なる２つのＣＣＤを用いることにより、１つの光源が点灯している間に測定することができるバンド数を増やすことができる。
【００４８】
また、本実施形態にかかる分光測色装置の変形例として、感度を有する波長が異なるＣＣＤを用いる変わりに、フィルタ機能を有するビームスプリッタ２９を使用してもよい。フィルタ機能を有するビームスプリッタを用いることにより、同じＣＣＤを用いながら、本実施形態と同様にバンド数を増やすことができる。
【００４９】
次に、本発明にかかる第５実施形態について説明する。第５実施形態にかかる分光測色装置１ｄについても、第１実施形態にかかる分光測色装置と共通する部分については説明を省略し、異なる点についてのみ説明する。図８は、本発明の第５実施形態にかかる分光測色装置の光学系の概略構成を示す図である。
【００５０】
本実施形態にかかる分光測色装置１ｅは、ＣＣＤ１９としてラインセンサを用いている点に特徴を有する。また、ラインセンサを用いて平面画像とするために、矢印９８に示すように、分光測色装置に対して被測定物を相対的に移動させるための手段を備えている。
【００５１】
このようにＣＣＤとして、ラインセンサを用いることにより、画像の取り込みを極めて短時間に行うことができ、処理の高速化を図ることができる。また、ＣＣＤの画角のすべての位置から被測定物表面までの距離の差が少なくなり、反射光の方向性を精度よく測定することができる。
【００５２】
なお、本実施形態にかかる分光測色装置は、平面画像を得るために、次のように処理すること望ましい。まず、（１）第１ＬＥＤ１１を点灯して、ＣＣＤ１９で１ライン分計測する。被測定物表面からの反射光の１次元情報を第１データとして取得する。第１データ取得後、第１ＬＥＤを消灯する。次いで（２）第２ＬＥＤ１２を点灯して、ＣＣＤ１９で次の１ラインを計測する。被測定物表面からの反射光の１次元情報を第２データとして取得する。データ取得後、第２ＬＥＤを消灯する。（３）同様に第３ＬＥＤ１３により第３データ、第４ＬＥＤ１４により第４データを取得し、第１ラインにおけるデータを取得を終了する。（４）移動手段によって被測定物を矢印９８に示すように移動しつつ、これらの処理を任意に設定した取り込みライン数になるまで繰り返し行ない、各ラインにおけるデータを取得する。（５）所定ラインまで取り込みが終了すると、それぞれのラインの第１〜第４データを４枚の画像に並べ替え、それぞれ取り込みライン順に表示することにより、それぞれの平面画像を取得する。すなわち、第１ラインの第１データを第１平面画像の第１ラインに移動し、第１ラインの第２データを第２平面画像の第１ラインに移動する。以下同様に第３平面画像、第４平面画像を作成する。このようにして得られた第１〜第４の平面画像に基づいて、被測定物の表面を測色する。
【００５３】
次に、本発明にかかる第６実施形態について説明する。第６実施形態にかかる分光測色装置１ｆについても、第１実施形態にかかる分光測色装置と共通する部分については説明を省略し、異なる点についてのみ説明する。図９は、本発明の第６実施形態にかかる分光測色装置の概略構成を示す図である。
【００５４】
本実施形態にかかる分光測色装置１ｆは、同じ組のＬＥＤが交互に環状に配置された１つのＬＥＤ列２５、２６を構成しており、ＣＣＤ１９は、反射光を環状に配列されたＬＥＤ列２５、２６の内側から鉛直方向に受光するように配置されている。
【００５５】
各ＬＥＤ列２５，２６に属するＬＥＤは、中心方向を向くように傾斜して設けられており、当該傾斜が各ＬＥＤからの照射角を構成する。また、ＣＣＤは、鉛直方向すなわち、被測定物の法線方向の反射光を受光するように配置されている。このようにＣＣＤを配置することにより、撮影領域を正方領域とすることができ、１回の測定でより広範囲の測色を行うことができる。
【００５６】
以上説明したように、上記各実施形態にかかる分光測色装置によれば、照射角度及び分光特性が異なる白色光源を順次切り替えて発光させて、その反射光を多色撮像素子を用いて測定することにより、被測定物の分光測定及び色相、明度、彩度が変化する面を有する被測定物の表面性状を評価することができる。また、測定においては、光源の切り替え制御ですみ、当該測定において、被測定物を測色装置に対して相対的に移動させる必要がないことから、短時間で測定を行うことができる。
【００５７】
また、同じ組の異なるＬＥＤを線上に交互に配列させることにより、それぞれのＬＥＤからの照射角度を同じにすることができ、測定精度を高くすることができる。
【００５８】
また、ＣＣＤとは異なる複数の波長の光に感度を有する第２ＣＣＤと、前記ＣＣＤに入射される反射光の光路途中に配置され、反射光の一部を第２ＣＣＤのほうに反射するビームスプリッタとを備えることにより、１つの光源が点灯している間に測定することができるバンド数を増やすことができる。
【００５９】
さらに、ＣＣＤ１９としてラインセンサを用いることにより、きわめて短時間で画像の取り込みを行うことができ、処理の高速化を図ることができる。また、ＬＥＤを環状に配列し、ＣＣＤを反射光が環状に配列されたＬＥＤ列の内側から鉛直方向に入射するように配置することにより、撮影領域を正方領域とすることができ、１回の測定でより広範囲の測色を行うことができる。
【００６０】
なお、本発明は上記の各実施形態及びそれらの変形例に限定されるものではなく、その他種々の態様で実施可能である。
【００６１】
例えば、本実施形態では、ＬＥＤは２箇所に設けられ、変角情報としては、２つとしたが、特にこれに限定されるものではなく、３個所以上とすることができる。また、各組を構成する分光特性が異なるＬＥＤを２種類としたが、これも３種以上の分光特性を有するＬＥＤを使用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明の第１実施形態にかかる分光測色装置の構成を示すブロック図である。
【図２】図１の分光測色装置の光学系の構成を示す概略斜視図である。
【図３】分光特性が異なる白色光を受光したＣＣＤの出力例を示す図である。
【図４】図１にかかる分光測色装置の制御回路の各ＬＥＤ及びＣＣＤの制御タイミングチャートである。
【図５】本発明の第２実施形態にかかる分光測色装置の光学系の概略構成を示す図である。
【図６】本発明の第３実施形態にかかる分光測色装置の光学系の概略構成を示す図である。
【図７】本発明の第４実施形態にかかる分光測色装置の光学系の概略構成を示す図である。
【図８】本発明の第５実施形態にかかる分光測色装置の光学系の概略構成を示す図である。
【図９】図９は、本発明の第６実施形態にかかる分光測色装置の概略構成を示す図である。
【図１０】物体の色を分光的に測定する測色方式の概略構成を示す図である。
【符号の説明】
【００６３】
１，１ａ〜１ｆ 分光測色装置
２ 被測定物
３ 撮影画角
１０ 筐体
１０ａ 開口
１１ 第１ＬＥＤ
１２ 第２ＬＥＤ
１３ 第３ＬＥＤ
１４ 第４ＬＥＤ
１５，１７ 集光レンズ
１６，１８ 拡散部材
１９，１９ａ ＣＣＤ
１９ｂ 第２ＣＣＤ
２０ レンズ
２１ 制御回路
【技術分野】
【０００１】
本発明は、本発明は、被測定物の分光的な反射特性を特定することにより被測定物の色を測定する分光測色計に関する。
【背景技術】
【０００２】
印刷や染色や織物などの各種の色彩関連分野における製品の色彩管理手段として、各種の色彩測定装置が実用化されている。ところで、物体の色を分光的に測定するためには被測定物の反射率の分光特性を何らかの方法で特定する必要があり、大きく分けて「前分光方式」と「後分光方式」の２つの方法がある。図１０は、物体の色を分光的に測定する測色方式の概略構成を示す図であり、（ａ）は前分光方式のものであり、（ｂ）は後分光方式のものである。
【０００３】
前分光方式を用いた装置は、例えば、特許文献１に開示されており、図１０（ａ）に示すように、狭い波長範囲の光を発光する光源７１ａ〜７１ｆから光９１を被測定物２に照射し、その反射光９３を分光応答度の比較的均一な検出器７８（例えば、モノクロの撮像素子）で検出するものであり、入射光９１の波長範囲を発光させる光源７１ａ〜７１ｆを順次切り換えることにより分光測定を行う方法である。一方、後方分光方式を用いた装置は、例えば、特許文献２に開示されており、可視光全体の波長をほぼ均等に含む白色光を発光する光源８１から光９１を被測定物２に照射し、その反射光の光路の途中に設けられた複数のバンドパスフィルタ８５ａ〜８５ｆを備えるフィルタを順次切り換えて、分光応答度の比較的均一な検出器７８（例えば、モノクロの撮像素子）を用いて反射光９３の分光的な強度分布を測定する方法である。
【０００４】
このように、前分光方式及び後分光方式とも測定色（バンド）数の増加にともない、分光性能を向上させることができるが、撮像時間が長くなるという問題がある。
【０００５】
これに対し、非特許文献１には、一般的な３バンドのカラーデジタルカメラと複数光源を組み合わせたマルチバンド撮影法が開示されている。この方法は、いわば、前分光方式と後分光方式とを組み合わせたような方法であり、安価なデジタルカメラをそのまま用いることができると共に、撮影時間を短くすることができる点で好適である。
【０００６】
しかし、具体的な照射受光方式やその他タイミングなどが開示されておらず、また、面の色相、明度、彩度が変化するメタリックカラー塗装やパールマイカカラー塗装の塗装面を評価することができない。
【０００７】
一方、面の色相、明度、彩度が変化するメタリックカラー塗装やパールマイカカラー塗装の塗装面の評価に関しては、例えば、特開平１１-２１１６７３号公報などに開示されている。この装置は、所定の位置関係に保持された２次元アレイセンサと照明とを被測定物の塗装面に対して所定の距離で正対させた状態で保持する構成を有する。そして、２次元アレイセンサと照明とを被測定物に対して相対的に移動させながら広範囲にわたって撮影を繰り返すことで、被測定物の同一点から反射された光線の出射角度がそれぞれ異なった状態での複数の画像を得、この複数の画像から被測定物の同一点の輝度値などをそれぞれ抽出することにより、変角輝度の分布を求め、これに基づいて被測定物の光学的反射性状を定量的に評価するものである。
【０００８】
したがって、上述したいずれかの被測定物の反射率の分光特性の測定方法と、この装置を組み合わせることによって、メタリックカラー塗装やパールマイカカラー塗装の塗装面について分光測定ができそうである。
【０００９】
しかし、上述のように、２次元アレイセンサと照明とを被測定物に対して相対的に移動させながら広範囲にわたって撮影を繰り返す装置において、複数バンドの測定を行う必要があり、測定に長時間を有する。すなわち、最も撮影時間が短い非特許文献１に開示の分光測定方法を用いたとしても、まず、第１の光源を照射させて、被測定物を移動させることによって広範囲にわたって撮影したのち、被測定物と光源の位置関係を元の状態に戻してから、第２の光源を照射させて、同様に被測定物を移動させることが必要となる。すなわち、光源の数だけ被測定物の相対移動を繰り返す必要があり、測定に要する時間は多大なものとなる。
【００１０】
【特許文献１】特開２０００−２９２２５９号公報
【特許文献２】特開平７−１２０３２４号公報
【特許文献３】特開平１１-２１１６７３号公報
【非特許文献１】カラーフォーラムＪＡＰＡＮ２００２ 予稿集９１−９４頁
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
したがって、本発明が解決しようとする技術的課題は、色相、明度、彩度が変化する被測定物について、短時間で分光測定を可能とする分光測色装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、上記技術的課題を解決するために、以下の構成の分光測色装置を提供する。
【００１３】
分光測色装置は、被測定物の表面に対向する面に配置される開口を有する筐体と、可視光波長領域内の複数の波長の光に感度を有する多色撮像素子と、前記撮像素子の測定可能領域を含む波長の光であって異なる分光特性の白色光を発光可能な複数のＬＥＤからなる光源とを前記筐体内部に有し、前記光源から前記開口を通して被測定物に照射された光の反射光を前記多色撮像素子により受光して前記被測定物の色測定を行うものである。そして、前記光源は、照射される光の照射角度を異ならせることができるように複数箇所に設けられており、照射角度ごとにＬＥＤを順次異なる分光特性で発光するように発光タイミングを制御する制御手段とを有する。
【００１４】
上記構成において、装置は、筐体の内部に光源と多色撮像素子とを備える。光源としては、ＬＥＤが用いられ、被測定物に対向して配置される筐体の面に設けられた開口に向けて所定の照射角度で発光する。開口を通って被測定物の表面で反射した反射光は、多色撮像素子に入射して、被測定物の表面輝度を測定する。
【００１５】
発光装置には、分光特性の異なる白色光を発光する。具体的には、例えば、異なる色の光を発光することができる複数の単色ＬＥＤと、各単色ＬＥＤから発光した光束を１箇所に集める集光手段とを備えることによって、これを実現することができる。また、各単色ＬＥＤを少なくとも３つ以上備え、各単色ＬＥＤをそれぞれ独立して点灯、消灯や照度を切り替える点灯切り替え手段をさらに備えることにより、分光特性が異なる白色光を発光することができる。一方、他の方法としては、異なる分光特性の白色光を発光する白色ＬＥＤを複数備えてもよい。
【００１６】
光源は、ＬＥＤから照射される光の照射角度が異なるように複数箇所に設けられている。
【００１７】
分光測色装置は、制御手段によってＬＥＤの発光のタイミングを制御する。具体的には、照射角度ごとにＬＥＤを異なる分光特性を備えて発光させる。すなわち、最初の照射角度において異なる分光特性を有する光を複数発光させ、その後照射角度を変えて同様に異なる分光特性を有する光を発光させる。このように発光するＬＥＤを順次切りかえる場合でも、応答が速いＬＥＤを用いているため、測色に要する時間が長くなることを防止することができる。
【００１８】
上記構成によれば、照射角度及び分光特性が異なる白色光源を順次切り替えて発光させて、その反射光を多色撮像素子を用いて測定することにより、被測定物の分光測定及び色相、明度、彩度が変化する面を有する被測定物の表面性状を評価することができる。また、測定においては、光源の切り替え制御ですみ、当該測定において、被測定物を測色装置に対して相対的に移動させる必要がないことから、短時間で測定を行うことができる。
【００１９】
本発明の分光測色装置は、具体的には以下のように種々の態様で構成することができる。
【００２０】
前記光源は、ＬＥＤを線状に配列したＬＥＤ列を備えていることが好ましい。また、この場合において、ＬＥＤ列は、前記分光特性の異なるＬＥＤを混在して同一線上に配列させていてもよい。
【００２１】
また、好ましくは、前記ＬＥＤは環状に配列されており、前記撮像素子は、前記反射光を前記環状に配列されたＬＥＤ列の内側から鉛直方向に受光するように配置してもよい。このような構成を取ることにより、被測定物の表面で鉛直方向に反射した反射光が多色撮像素子に入射することとなるため、被測定物の撮影領域を正方領域とすることができ、測定領域を大きくすることができる。
【００２２】
また、好ましくは、前記多色撮像素子とは異なる複数の波長の光に感度を有する第２多色撮像素子と、前記多色撮像素子に入射される反射光の光路途中に配置され前記反射光を第２多色撮像素子のほうに反射するビームスプリッタとを備える。このような構成を取ることにより、多色撮像素子及び第２多色撮像素子の２つにより測定可能なバンド数を増やすことができ、撮影時間を増加させることなく、より詳細な分光特性を測色することができる。
【００２３】
上記各構成において、さらに、光束を拡散する拡散部材を前記ＬＥＤから発光した光束の光路に挿入してもよい。このように拡散部材を用いることにより、発光装置から発光される光束を均一に広げることができ、被測定物状における場所による照度のばらつきを少なくすることができる。よって、測色の精度を向上させることができる。
【００２４】
好ましくは、前記多色撮像素子は、一次元撮像素子であり、分光測色装置に対する前記被測定物の位置を相対的に直線的に移動させる移動手段をさらに備える。このように構成することにより、被測定物を連続的に移動させて、広範囲にわたって測定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明の実施形態に係る分光測色装置について、図面を参照しながら説明する。
【００２６】
図１は、本発明の第１実施形態にかかる分光測色装置の構成を示すブロック図である。本分光測色装置１は、被測定物２に対向する面に開口１０ａを有する筐体１０の内部に以下の各ブロックを備えている。開口１０ａは、長方形の開口である。
【００２７】
筐体１０の内部には、開口の長手方向に平行に延在する線状に配置された第１ＬＥＤ１１、第２ＬＥＤ１２、第３ＬＥＤ１３、第４ＬＥＤ１４が設けられている。第１ＬＥＤ１１と第２ＬＥＤ１２及び、第３ＬＥＤ１３と第４ＬＥＤ１４は一組として機能し、それぞれの組のＬＥＤは、近接して配置されているため、ほぼ同じ照射角で白色光を発光する。一方、異なる組のＬＥＤ間では、照射角が異なるように配置されている。照射角は特に限定されるものではなく、例えば、２５゜、６０゜、９０゜など、被測定物の性状や装置の設計において、適宜自由に設定することができる。
【００２８】
２つの組に属するＬＥＤは、それぞれ異なる分光特性を有する白色光を発光する。具体的には、第１ＬＥＤ１１と第３ＬＥＤ１３から発光される白色光は同じ分光特性を有し、第２ＬＥＤ１２と第４ＬＥＤ１４から発光される白色光の分光特性とは異なっている。
【００２９】
各ＬＥＤからは、矢印９１、９２に示すように筐体１０の開口１０ａに向かって白色光が照射される。この光路の途中には、集光レンズ１５，１７と拡散部材１６，１８が設けられており、各ＬＥＤ１１〜１４からの光を１箇所に集めると共に、照射場所により照度のムラができないように、光束を拡散する。
【００３０】
また、筐体１０の内部には、各ＬＥＤ１１〜１４から照射された光が被測定物２表面で反射した反射光を受光するＣＣＤ１９を備える。すなわち、ＣＣＤ１９は、筐体１０の開口１０ａの方向に受光面を向けて配置されている。ＣＣＤ１９は、白黒のＣＣＤの表面にＲＧＢのバンドパスフィルタを付したものであり、一般的に３バンドのカラーＣＣＤとして広く用いられているものが使用可能であり、低コストで構成することができる。開口１０ａとＣＣＤ１９の光路の途中には、レンズ２０が設けられており、反射光をＣＣＤの撮像面上で結像させる。
【００３１】
また、筐体１０内には、制御回路２１が設けられており、後述するように各ＬＥＤ１１〜１４の発光タイミング及びＣＣＤ１９の光電変換処理のタイミングを調整する。操作２２、表示部２３は、本実施形態にかかる分光測色装置の操作及びモードや状態表示などに使用される。
【００３２】
図２は、図１の分光測色装置の光学系の構成を示す概略斜視図である。上述のように、各ＬＥＤ１１〜１４は、複数個が一列に配列されてＬＥＤ列１１ｘ〜１４ｘを構成する。各ＬＥＤ１１〜１４から照射された光は、レンズ１５，１７を通過することにより、厳密には異なる位置にある第１、第２ＬＥＤ及び、第３、第４ＬＥＤからの照射光９１、９２の被測定物２への入射角度をより近似させることができる。また、レンズ１５、１７の下方には、拡散部材１６，１８が設けられている。拡散部材は、直線状に延在するＬＥＤ列１１ｘ〜１４ｘから均一な照度の光を発光させるために照射光を拡散し、被測定物２上における場所による照度のムラを少なくするように機能する。
【００３３】
被測定物２の表面に到達した光束は、被測定物２の表面で反射し、レンズ２０によってＣＣＤの撮像面上で結像するように集光されたのち、ＣＣＤ１９に入射する。ＣＣＤは、被測定物２の表面の測定領域３から反射した光を受けて、輝度値情報を制御回路２１に出力する。
【００３４】
このときのＣＣＤ１９のＲＧＢの各輝度値は、ＬＥＤから照射された白色光の分光特性により異なる。図３は、分光特性が異なる白色光を受光したＣＣＤの出力例を示す図である。白色光は、ＣＣＤの測定可能領域Ｖを含む波長の光を発光することができるものであることが必要である。
【００３５】
図３（ａ）に示すように、白色光が長波長の光が強い場合、すなわち、赤っぽい白色光の場合は、ＣＣＤの各ＲＧＢのピクセルの感度４Ｒ，４Ｇ，４Ｂに対して、長波長側にシフトした出力値５Ｒ，５Ｇ，５Ｂのピークを得ることができる。一方、図３（ｂ）に示すような短波長の光が強い場合、すなわち、青っぽい白色光が照射された場合は、出力値６Ｒ，６Ｂ，６Ｇのピークは、短波長側にシフトする。すなわち、同一のＣＣＤ１９について、２つの白色光の分光特性を異ならせることにより、それぞれＲＧＢの各ピクセルから２バンドの測定を行うことができる。
【００３６】
ＬＥＤ１１〜１４はそれぞれ、制御回路２１を介して、コンピュータで制御されており、照射角度及び分光特性を変えて配置されたＬＥＤを高速に点滅切り換え制御して測定することにより、変角情報を取得する。これらの情報はすべてコンピュータに伝送され、取得した変角情報を用いて、被測定物２の色、光沢感、フロップ感、メタリック感などの評価値が演算される。
【００３７】
図４は、図１にかかる分光測色装置の制御回路の各ＬＥＤ及びＣＣＤの制御タイミングチャートである。制御回路２１は、点灯させるＬＥＤを順次切り替えると共に、ＣＣＤの露光開始及び露光終了のタイミングを制御する。具体的には、まず、ｔ１において、第１ＬＥＤ１１が点灯し、同時にＣＣＤ１９が露光を開始する。所定時間が経過した後、ｔ１０のタイミングで第１ＬＥＤ１１を消灯させ、ＣＣＤの露光を終了させる。その後、ｔ２までＣＣＤの情報の出力を行い、ｔ２のタイミングで、第２ＬＥＤ１２を点灯させ、同時にＣＣＤ１９の露光を開始する。同様にｔ２０のタイミングでＬＥＤを消灯してＣＣＤの露光を終了する。この段階で、第１組の６バンドの測定が終了する。次に、第３ＬＥＤ及び第４ＬＥＤ１４についても同様に順次点灯させ、点灯中にＣＣＤの露光を行うように制御する。
【００３８】
このように、照射角度及び分光特性が異なる白色光源を順次切り替えて発光させて、その反射光を多色撮像素子を用いて測定することにより、被測定物の分光測定及び色相、明度、彩度が変化する面を有する被測定物の表面性状を評価することができる。また、測定においては、光源の切り替え制御ですみ、当該測定において、被測定物を測色装置に対して相対的に移動させる必要がないことから、短時間で測定を行うことができる。
【００３９】
また、本実施形態にかかる分光測色装置の変形例としては、光源として用いられる白色ＬＥＤのかわりに、異なる色の光を発光することができる複数の単色ＬＥＤ（例えば、赤、青、緑のＬＥＤ）を用い、各単色ＬＥＤから発光した光束を１箇所に集めるレンズにより白色光を発光するようにしてもよい。また、この場合に、中心波長の異なる単色ＬＥＤを少なくとも３つ以上備え、各単色ＬＥＤをそれぞれ独立して点灯、消灯、照度などを切り替えることにより、分光特性の異なる白色光を発光させることもできる。このように複数の単色ＬＥＤを用いて白色光を発光させることにより、色の異なる白色ＬＥＤを用いた場合より分光精度を高くすることができる。
【００４０】
次に本発明にかかる第２実施形態について説明する。第２実施形態にかかる分光測色装置１ｂは、大部分が第１実施形態にかかる分光測色装置と共通するため、異なる点についてのみ説明する。図５は、本発明の第２実施形態にかかる分光測色装置の光学系の概略構成を示す図である。
【００４１】
本実施形態にかかる分光測色装置１ｂは、各ＬＥＤ１１〜１４と前記被測定物との間に設けられたレンズ１５、１７及び拡散部材１６、１８が設けられていない点において、第１実施形態にかかる分光測色装置と異なる。すなわち、当該分光測色装置の光源として用いられるＬＥＤは、非常に小さいものであるため、同一組のＬＥＤにおいて、これを隣接して配置した場合における、照射角度の差はほとんど無視することができることから、これらの部材を省略したものである。
【００４２】
次に、本発明にかかる第３実施形態について説明する。第３実施形態にかかる分光測色装置１ｃについても、第１実施形態にかかる分光測色装置と共通する部分については説明を省略し、異なる点についてのみ説明する。図６は、本発明の第３実施形態にかかる分光測色装置の光学系の概略構成を示す図である。
【００４３】
本実施形態にかかる分光測色装置１ｃは、組を構成する２種類のＬＥＤが交互に一列に配列されている点において、第１実施形態にかかる分光測色装置と異なる。具体的には、１つの組を構成する第１ＬＥＤ１１と第２ＬＥＤ１２は、交互に直線状に配置されて１つのＬＥＤ列４０を構成する。一方、もう１つの組を構成する第３ＬＥＤ１３と第４ＬＥＤ１４についても交互に直線状に配置されて１つのＬＥＤ列４１を構成する。
【００４４】
このようにＬＥＤを配置することにより、同じ組に属するＬＥＤについて照射角度の差を極めて小さくすることができ、分光測色の精度を高くすることができる。
【００４５】
次に、本発明にかかる第４実施形態について説明する。第４実施形態にかかる分光測色装置１ｄについても、第１実施形態にかかる分光測色装置と共通する部分については説明を省略し、異なる点についてのみ説明する。図７は、本発明の第４実施形態にかかる分光測色装置の光学系の概略構成を示す図である。
【００４６】
本実施形態にかかる分光測色装置１ｄは、ＣＣＤ１９ａとは異なる複数の波長の光に感度を有する第２のＣＣＤ１９ｂと、前記ＣＣＤ１９ａに入射される反射光の光路途中に配置され、一部の反射光を第２ＣＣＤ１９ｂのほうに反射するビームスプリッタ２９とを備えた点に特徴を有する。
【００４７】
ＣＣＤ１９ａ及び第２ＣＣＤ１９ｂは、感度を有する波長が異なっている。すなわち、ＣＣＤ１９ａはＲＧＢの原色フィルタが用いられているのに対し、第２ＣＣＤ１９ｂは、ＭＹＣの補色フィルタが用いられている。このように感度を有する波長が異なる２つのＣＣＤを用いることにより、１つの光源が点灯している間に測定することができるバンド数を増やすことができる。
【００４８】
また、本実施形態にかかる分光測色装置の変形例として、感度を有する波長が異なるＣＣＤを用いる変わりに、フィルタ機能を有するビームスプリッタ２９を使用してもよい。フィルタ機能を有するビームスプリッタを用いることにより、同じＣＣＤを用いながら、本実施形態と同様にバンド数を増やすことができる。
【００４９】
次に、本発明にかかる第５実施形態について説明する。第５実施形態にかかる分光測色装置１ｄについても、第１実施形態にかかる分光測色装置と共通する部分については説明を省略し、異なる点についてのみ説明する。図８は、本発明の第５実施形態にかかる分光測色装置の光学系の概略構成を示す図である。
【００５０】
本実施形態にかかる分光測色装置１ｅは、ＣＣＤ１９としてラインセンサを用いている点に特徴を有する。また、ラインセンサを用いて平面画像とするために、矢印９８に示すように、分光測色装置に対して被測定物を相対的に移動させるための手段を備えている。
【００５１】
このようにＣＣＤとして、ラインセンサを用いることにより、画像の取り込みを極めて短時間に行うことができ、処理の高速化を図ることができる。また、ＣＣＤの画角のすべての位置から被測定物表面までの距離の差が少なくなり、反射光の方向性を精度よく測定することができる。
【００５２】
なお、本実施形態にかかる分光測色装置は、平面画像を得るために、次のように処理すること望ましい。まず、（１）第１ＬＥＤ１１を点灯して、ＣＣＤ１９で１ライン分計測する。被測定物表面からの反射光の１次元情報を第１データとして取得する。第１データ取得後、第１ＬＥＤを消灯する。次いで（２）第２ＬＥＤ１２を点灯して、ＣＣＤ１９で次の１ラインを計測する。被測定物表面からの反射光の１次元情報を第２データとして取得する。データ取得後、第２ＬＥＤを消灯する。（３）同様に第３ＬＥＤ１３により第３データ、第４ＬＥＤ１４により第４データを取得し、第１ラインにおけるデータを取得を終了する。（４）移動手段によって被測定物を矢印９８に示すように移動しつつ、これらの処理を任意に設定した取り込みライン数になるまで繰り返し行ない、各ラインにおけるデータを取得する。（５）所定ラインまで取り込みが終了すると、それぞれのラインの第１〜第４データを４枚の画像に並べ替え、それぞれ取り込みライン順に表示することにより、それぞれの平面画像を取得する。すなわち、第１ラインの第１データを第１平面画像の第１ラインに移動し、第１ラインの第２データを第２平面画像の第１ラインに移動する。以下同様に第３平面画像、第４平面画像を作成する。このようにして得られた第１〜第４の平面画像に基づいて、被測定物の表面を測色する。
【００５３】
次に、本発明にかかる第６実施形態について説明する。第６実施形態にかかる分光測色装置１ｆについても、第１実施形態にかかる分光測色装置と共通する部分については説明を省略し、異なる点についてのみ説明する。図９は、本発明の第６実施形態にかかる分光測色装置の概略構成を示す図である。
【００５４】
本実施形態にかかる分光測色装置１ｆは、同じ組のＬＥＤが交互に環状に配置された１つのＬＥＤ列２５、２６を構成しており、ＣＣＤ１９は、反射光を環状に配列されたＬＥＤ列２５、２６の内側から鉛直方向に受光するように配置されている。
【００５５】
各ＬＥＤ列２５，２６に属するＬＥＤは、中心方向を向くように傾斜して設けられており、当該傾斜が各ＬＥＤからの照射角を構成する。また、ＣＣＤは、鉛直方向すなわち、被測定物の法線方向の反射光を受光するように配置されている。このようにＣＣＤを配置することにより、撮影領域を正方領域とすることができ、１回の測定でより広範囲の測色を行うことができる。
【００５６】
以上説明したように、上記各実施形態にかかる分光測色装置によれば、照射角度及び分光特性が異なる白色光源を順次切り替えて発光させて、その反射光を多色撮像素子を用いて測定することにより、被測定物の分光測定及び色相、明度、彩度が変化する面を有する被測定物の表面性状を評価することができる。また、測定においては、光源の切り替え制御ですみ、当該測定において、被測定物を測色装置に対して相対的に移動させる必要がないことから、短時間で測定を行うことができる。
【００５７】
また、同じ組の異なるＬＥＤを線上に交互に配列させることにより、それぞれのＬＥＤからの照射角度を同じにすることができ、測定精度を高くすることができる。
【００５８】
また、ＣＣＤとは異なる複数の波長の光に感度を有する第２ＣＣＤと、前記ＣＣＤに入射される反射光の光路途中に配置され、反射光の一部を第２ＣＣＤのほうに反射するビームスプリッタとを備えることにより、１つの光源が点灯している間に測定することができるバンド数を増やすことができる。
【００５９】
さらに、ＣＣＤ１９としてラインセンサを用いることにより、きわめて短時間で画像の取り込みを行うことができ、処理の高速化を図ることができる。また、ＬＥＤを環状に配列し、ＣＣＤを反射光が環状に配列されたＬＥＤ列の内側から鉛直方向に入射するように配置することにより、撮影領域を正方領域とすることができ、１回の測定でより広範囲の測色を行うことができる。
【００６０】
なお、本発明は上記の各実施形態及びそれらの変形例に限定されるものではなく、その他種々の態様で実施可能である。
【００６１】
例えば、本実施形態では、ＬＥＤは２箇所に設けられ、変角情報としては、２つとしたが、特にこれに限定されるものではなく、３個所以上とすることができる。また、各組を構成する分光特性が異なるＬＥＤを２種類としたが、これも３種以上の分光特性を有するＬＥＤを使用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明の第１実施形態にかかる分光測色装置の構成を示すブロック図である。
【図２】図１の分光測色装置の光学系の構成を示す概略斜視図である。
【図３】分光特性が異なる白色光を受光したＣＣＤの出力例を示す図である。
【図４】図１にかかる分光測色装置の制御回路の各ＬＥＤ及びＣＣＤの制御タイミングチャートである。
【図５】本発明の第２実施形態にかかる分光測色装置の光学系の概略構成を示す図である。
【図６】本発明の第３実施形態にかかる分光測色装置の光学系の概略構成を示す図である。
【図７】本発明の第４実施形態にかかる分光測色装置の光学系の概略構成を示す図である。
【図８】本発明の第５実施形態にかかる分光測色装置の光学系の概略構成を示す図である。
【図９】図９は、本発明の第６実施形態にかかる分光測色装置の概略構成を示す図である。
【図１０】物体の色を分光的に測定する測色方式の概略構成を示す図である。
【符号の説明】
【００６３】
１，１ａ〜１ｆ 分光測色装置
２ 被測定物
３ 撮影画角
１０ 筐体
１０ａ 開口
１１ 第１ＬＥＤ
１２ 第２ＬＥＤ
１３ 第３ＬＥＤ
１４ 第４ＬＥＤ
１５，１７ 集光レンズ
１６，１８ 拡散部材
１９，１９ａ ＣＣＤ
１９ｂ 第２ＣＣＤ
２０ レンズ
２１ 制御回路
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定物の表面に対向する面に配置される開口を有する筐体と、可視光波長領域内の複数の波長の光に感度を有する多色撮像素子と、前記撮像素子の測定可能領域を含む波長の光であって異なる分光特性の白色光を発光可能な複数のＬＥＤからなる光源とを前記筐体内部に有し、前記光源から前記開口を通して被測定物に照射された光の反射光を前記多色撮像素子により受光して前記被測定物の色測定を行う分光測色装置であって、
前記光源は照射される光の照射角度を異ならせることができるように複数箇所に設けられており、照射角度ごとにＬＥＤを順次異なる分光特性で発光するように発光タイミングを制御する制御手段とを有することを特徴とする分光測色装置。
【請求項２】
前記光源は、異なる色の光を発光することができる複数の単色ＬＥＤを備え、各単色ＬＥＤから発光した光束を１箇所に集める集光手段とを備えることを特徴とする、請求項１に記載の分光測色装置。
【請求項３】
前記各単色ＬＥＤを少なくとも３つ以上備え、各単色ＬＥＤをそれぞれ独立して点灯、消灯を切り替える点灯切り替え手段をさらに備えることを特徴とする、請求項２に記載の分光測色装置。
【請求項４】
前記光源は、異なる分光特性の白色光を発光する白色ＬＥＤをそれぞれ複数備えることを特徴とする、請求項１に記載の分光測色装置。
【請求項５】
前記光源は、ＬＥＤを線状に配列したＬＥＤ列を備えていることを特徴とする、請求項１乃至４のいずれか１つに記載の分光測色装置。
【請求項６】
前記ＬＥＤ列は、前記分光特性の異なるＬＥＤを混在して同一線上に配列していることを特徴とする、請求項５に記載の分光測色装置。
【請求項７】
前記ＬＥＤは環状に配列されており、前記撮像素子は、前記反射光を前記環状に配列されたＬＥＤ列の内側から鉛直方向に受光するように配置されていることを特徴とする、請求項１乃至４のいずれか１つに記載の分光測色装置。
【請求項８】
さらに、前記多色撮像素子とは異なる複数の波長の光に感度を有する第２多色撮像素子と、前記多色撮像素子に入射される反射光の光路途中に配置され前記反射光の一部を第２多色撮像素子のほうに反射するビームスプリッタとを備えたことを特徴とする、請求項１乃至７のいずれか１つに記載の分光測色装置。
【請求項９】
さらに、光束を拡散する拡散部材を前記ＬＥＤから発光した光束の光路に挿入したことを特徴とする、請求項１乃至８のいずれか１つに記載の分光測色装置。
【請求項１０】
前記多色撮像素子は、一次元撮像素子であり、分光測色装置に対する前記被測定物の位置を相対的に直線的に移動させる移動手段をさらに備えることを特徴とする、請求項１乃至９のいずれか１つに記載の分光測色装置。
【請求項１】
被測定物の表面に対向する面に配置される開口を有する筐体と、可視光波長領域内の複数の波長の光に感度を有する多色撮像素子と、前記撮像素子の測定可能領域を含む波長の光であって異なる分光特性の白色光を発光可能な複数のＬＥＤからなる光源とを前記筐体内部に有し、前記光源から前記開口を通して被測定物に照射された光の反射光を前記多色撮像素子により受光して前記被測定物の色測定を行う分光測色装置であって、
前記光源は照射される光の照射角度を異ならせることができるように複数箇所に設けられており、照射角度ごとにＬＥＤを順次異なる分光特性で発光するように発光タイミングを制御する制御手段とを有することを特徴とする分光測色装置。
【請求項２】
前記光源は、異なる色の光を発光することができる複数の単色ＬＥＤを備え、各単色ＬＥＤから発光した光束を１箇所に集める集光手段とを備えることを特徴とする、請求項１に記載の分光測色装置。
【請求項３】
前記各単色ＬＥＤを少なくとも３つ以上備え、各単色ＬＥＤをそれぞれ独立して点灯、消灯を切り替える点灯切り替え手段をさらに備えることを特徴とする、請求項２に記載の分光測色装置。
【請求項４】
前記光源は、異なる分光特性の白色光を発光する白色ＬＥＤをそれぞれ複数備えることを特徴とする、請求項１に記載の分光測色装置。
【請求項５】
前記光源は、ＬＥＤを線状に配列したＬＥＤ列を備えていることを特徴とする、請求項１乃至４のいずれか１つに記載の分光測色装置。
【請求項６】
前記ＬＥＤ列は、前記分光特性の異なるＬＥＤを混在して同一線上に配列していることを特徴とする、請求項５に記載の分光測色装置。
【請求項７】
前記ＬＥＤは環状に配列されており、前記撮像素子は、前記反射光を前記環状に配列されたＬＥＤ列の内側から鉛直方向に受光するように配置されていることを特徴とする、請求項１乃至４のいずれか１つに記載の分光測色装置。
【請求項８】
さらに、前記多色撮像素子とは異なる複数の波長の光に感度を有する第２多色撮像素子と、前記多色撮像素子に入射される反射光の光路途中に配置され前記反射光の一部を第２多色撮像素子のほうに反射するビームスプリッタとを備えたことを特徴とする、請求項１乃至７のいずれか１つに記載の分光測色装置。
【請求項９】
さらに、光束を拡散する拡散部材を前記ＬＥＤから発光した光束の光路に挿入したことを特徴とする、請求項１乃至８のいずれか１つに記載の分光測色装置。
【請求項１０】
前記多色撮像素子は、一次元撮像素子であり、分光測色装置に対する前記被測定物の位置を相対的に直線的に移動させる移動手段をさらに備えることを特徴とする、請求項１乃至９のいずれか１つに記載の分光測色装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２００８−１８０７４２（Ｐ２００８−１８０７４２Ａ）
【公開日】平成２０年８月７日（２００８．８．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１１３７５１（Ｐ２００８−１１３７５１）
【出願日】平成２０年４月２４日（２００８．４．２４）
【分割の表示】特願２００３−１４９８０（Ｐ２００３−１４９８０）の分割
【原出願日】平成１５年１月２３日（２００３．１．２３）
【出願人】（０００００１０９６）倉敷紡績株式会社 (296)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年８月７日（２００８．８．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年４月２４日（２００８．４．２４）
【分割の表示】特願２００３−１４９８０（Ｐ２００３−１４９８０）の分割
【原出願日】平成１５年１月２３日（２００３．１．２３）
【出願人】（０００００１０９６）倉敷紡績株式会社 (296)
【Ｆターム（参考）】
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