JP2005062095A - 反射光測定装置及び反射光測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 測定値の有効桁数を上げ、測定精度を向上させることが可能な反射光測定装置及び反射光測定方法を提供する。
【解決手段】 光源１１により、試料面Ｓが照明され、イメージセンサ１４により、光源１１によって照明された試料面Ｓを含む２次元領域の２次元画像が取得され、結像レンズ１３により、光源１１によって照明された試料面Ｓを含む２次元領域の像がイメージセンサ１４に結像され、試料面Ｓを含む２次元領域内に互いに異なる反射率を有する少なくとも２以上の基準面Ｒ₁，Ｒ₂，Ｒ₃，Ｒ₁’，Ｒ₂’，Ｒ₃’が配置され、演算装置１９により、基準面Ｒ₁，Ｒ₂，Ｒ₃，Ｒ₁’，Ｒ₂’，Ｒ₃’のいずれか１に対応する部分のイメージセンサ１４の出力に応じて、イメージセンサ１４の出力信号が制御される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、２次元領域の色及び／又は反射光量を測定する反射光測定装置及び反射光測定方法に関するものである。

近年、各種産業分野において、色彩管理の重要性が高まっており、試料による反射光を測定することによって色彩の測定が行われている。このような色彩を測定する測色計では、試料面を光源により照明し、ＣＣＤ等が２次元的に配列されて構成される撮像素子により試料面で反射した反射光を受光し、受光した反射光の光強度に応じたレベルの電荷を蓄積する（例えば、特許文献１参照）。

また、上記の測色計における測定値は、光源の発光強度のばらつきや経時変化など光源の変動の影響を受ける場合がある。この光源の変動を除去するために、従来の２次元測色計では、試料面の近傍に測定の基準となる基準面を設け、下記の（１）式に示すように、試料面の反射光量を基準面の反射光量で除算することによって測定値が算出される。
測定値＝試料面の反射光量／基準面の反射光量・・・・（１）

図９は、従来の２次元測色計における測定開口部分を示す図である。図９に示すように、測定開口Ｈの辺縁部分には、例えば、灰色等の単色の基準面Ｒが配置され、測定時において、試料面Ｓによる反射光量を基準面Ｒによる反射光量で除算することによって測定値が算出される。
特開２００３−７５２５７号公報

一般に、撮像素子から出力される試料面の反射光量及び基準面の反射光量は、アナログ信号であり、上述のようにして測定値を求める際には、通常、このアナログ信号がＡ／Ｄ変換器によりデジタル信号に変換される。したがって、測定値の有効桁数は、試料面による反射光量の有効桁数と、基準面による反射光量の有効桁数とのうちの小さい側によって決定される。測定値の有効桁数を大きくするには、Ａ／Ｄ変換器への入力信号を上限を超えない範囲で大きくすればよい。このＡ／Ｄ変換器への入力信号を大きくする手法としては、増幅倍率を上げる、あるいはＣＣＤに蓄積される電荷の蓄積時間を長くする等が考えられる。

しかしながら、上記手法には以下の問題点がある。まず、基準面の明度が低く設定されている場合、試料面からの反射光量が大きくなると、測定値の有効桁数をとることが困難となってしまう。つまり、基準面からの反射光量を大きくするために、増幅倍率を上げる（又は、ＣＣＤに蓄積される電荷の蓄積時間を長くする）と、試料面からの反射光量が飽和してしまい、測定値の有効桁数をとることが困難となってしまう。また、基準面の明度が高く設定されている場合、試料面からの反射光量が小さくなると、測定値の有効桁数をとることが困難となってしまう。つまり、試料面からの反射光量を大きくするために、増幅倍率を上げる（又は、ＣＣＤに蓄積される電荷の蓄積時間を長くする）と、基準面からの反射光量が飽和してしまい、測定値の有効桁数をとることが困難となってしまう。

本発明は、上記の問題を解決するためになされたもので、測定値の有効桁数を上げ、測定精度を向上させることが可能な反射光測定装置及び反射光測定方法を提供することを目的とするものである。

請求項１に記載された発明に係る反射光測定装置は、試料面を照明する光源と、
前記光源によって照明された試料面を含む２次元領域の２次元画像を取得する画像センサと、
前記光源によって照明された試料面を含む２次元領域の像を前記画像センサに結像する結像光学系と、
前記試料面を含む２次元領域内に互いに異なる反射率を有する少なくとも２以上の基準面を配置し、
前記試料面の反射光量に応じて前記基準面のいずれか１を選択し、前記試料面と前記選択された基準面との反射光量に応じて測定条件を決定し、決定した測定条件で測定を行う制御部とを備える。

この構成によれば、光源により、試料面が照明され、画像センサにより、光源によって照明された試料面を含む２次元領域の２次元画像が取得され、結像光学系により、光源によって照明された試料面を含む２次元領域の像が画像センサに結像され、試料面を含む２次元領域内に互いに異なる反射率を有する少なくとも２以上の基準面が配置され、制御部により、試料面の反射光量に応じて基準面のいずれか１が選択され、試料面と選択された基準面との反射光量に応じて測定条件が決定され、決定された測定条件で測定が行われる。

また、請求項２に記載された発明に係る反射光測定装置は、試料面を照明する光源と、
前記光源によって照明された試料面を含む２次元領域の２次元画像を取得する画像センサと、
前記光源によって照明された試料面を含む２次元領域の像を前記画像センサに結像する結像光学系と、
前記試料面を含む２次元領域内に互いに異なる反射率を有する少なくとも２以上の基準面を配置し、
前記試料面の反射光量に応じて前記基準面のいずれか１を選択し、前記試料面と前記選択された基準面との反射光量に応じて、前記画像センサの出力信号を増幅する増幅器の増幅倍率を、前記出力信号が所定値を超えない範囲で決定する制御部とを備える。

この構成によれば、光源により、試料面が照明され、画像センサにより、光源によって照明された試料面を含む２次元領域の２次元画像が取得され、結像光学系により、光源によって照明された試料面を含む２次元領域の像が画像センサに結像され、試料面を含む２次元領域内に互いに異なる反射率を有する少なくとも２以上の基準面が配置され、制御部により、試料面の反射光量に応じて基準面のいずれか１が選択され、試料面と選択された基準面との反射光量に応じて、画像センサの出力信号を増幅する増幅器の増幅倍率が、出力信号が所定値を超えない範囲で決定される。

また、上記の反射光測定装置において、前記基準面は、前記試料面を挟んで対称に配置されることが好ましい。

この構成によれば、基準面が、試料面を挟んで対称に配置されるので、試料面の中心が画像センサの中心からずれることがなくなる。

また、上記の反射光測定装置において、前記画像センサは、インターライン型のフォトセンサアレイであり、
前記基準面は、一方向に分割された短冊形状であり、
前記画像センサのインターラインの方向と前記基準面の長手方向とが平行に配置されることが好ましい。

この構成によれば、画像センサは、インターライン型のフォトセンサアレイであり、基準面は、一方向に分割された短冊形状であり、画像センサのインターラインの方向と基準面の長手方向とが平行に配置される。

また、請求項５に記載された発明に係る反射光測定方法は、試料面及び互いに異なる反射率を有する少なくとも２以上の基準面を照明し、
前記試料面及び前記基準面を含む２次元領域の２次元画像データを取得し、
取得した２次元画像データの中から前記基準面のいずれか１に相当する部分の画像データを選択し、
前記試料面及び前記選択した基準面の画像データが所定値を超えない範囲で測定条件を決定し、
決定した測定条件で前記試料面の測定を行う。

この構成によれば、試料面及び互いに異なる反射率を有する少なくとも２以上の基準面が照明され、試料面及び基準面を含む２次元領域の２次元画像データが取得され、取得された２次元画像データの中から基準面のいずれか１に相当する部分の画像データが選択され、試料面及び選択した基準面の画像データが所定値を超えない範囲で測定条件が決定され、決定された測定条件で試料面の測定が行われる。

請求項１に記載の発明によれば、試料面の反射光量と基準面の反射光量とに基づいて測定値が算出される場合、複数の基準面のうちのいずれか１に対応する部分の画像センサの出力に応じて、画像センサの出力信号が制御されるので、測定値の有効桁数を上げることができ、測定精度を向上させることができる。

請求項２に記載の発明によれば、試料面の反射光量と基準面の反射光量とに基づいて測定値が算出される場合、複数の基準面のうちのいずれか１に対応する部分の画像センサの出力に応じて、画像センサの出力信号を増幅する増幅器の増幅倍率が補正されるので、測定値の有効桁数を上げることができ、測定精度を向上させることができる。

請求項３に記載の発明によれば、基準面が、試料面を挟んで対称に配置されるので、試料面の中心が画像センサの中心からずれることがなくなり、照明の均一性を保つことができる。

請求項４に記載の発明によれば、画像センサは、インターライン型のフォトセンサアレイであり、基準面は、一方向に分割された短冊形状であり、画像センサのインターラインの方向と基準面の長手方向とが平行に配置されるので、画像センサの各画素に蓄積される電荷が飽和したとしても、飽和した画素からの電荷の洩れがインターラインの方向にしか影響しなくなり、飽和した画素を含む基準面が、短冊状に配列された他の基準面の測定に影響を及ぼすことはないため、高い測定精度を維持することができる。

請求項５に記載の発明によれば、試料面の反射光量と基準面の反射光量とに基づいて測定値が算出される場合、取得した２次元画像データの中から基準面のいずれか１に相当する部分の画像データが選択され、選択された画像データを基準として試料面の測定条件が決定され、決定された測定条件で試料面の測定が行われるので、測定値の有効桁数を上げることができ、測定精度を向上させることができる。

以下、本発明に係る各種実施形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において同一の構成については、同一の符号を付し、その説明を省略する。

図１は、本実施形態における反射光測定装置の構成を示す図である。図１に示す反射光測定装置１は、光源１１、測定開口１２、結像レンズ１３、イメージセンサ１４、ゲイン可変アンプ１５、Ａ／Ｄ変換器１６、イメージセンサ制御装置１７、発光制御装置１８、演算装置１９及び記憶装置２０を備えて構成される。

光源１１は、例えば、キセノンフラッシュランプで構成され、測定開口１２に測定対象（試料）が配置されることで形成される試料面Ｓを照明する。測定開口１２は、反射光測定装置１の底部に形成される測定用の開口である。装置内部から見て測定開口１２の左辺縁部分には、それぞれ反射率が異なる複数の基準面Ｒ₁，Ｒ₂，Ｒ₃が配置されており、測定開口１２の右辺縁部分には、複数の基準面Ｒ₁，Ｒ₂，Ｒ₃と反射率の点で左右対称になるように複数の基準面Ｒ₁’，Ｒ₂’，Ｒ₃’が配置されている。

基準面が、ある部位に集中すると、測定面（試料面）の中心がイメージセンサ１４の中心からずれるので照明の均一性が損なわれる可能性がある。そこで、本実施形態では、基準面を左右対称に配置することで、試料面に均一に照明されるようにしている。このように、基準面Ｒ₁，Ｒ₂，Ｒ₃と基準面Ｒ₁’，Ｒ₂’，Ｒ₃’とが、試料面Ｓを挟んで左右対称に配置されるので、試料面Ｓの中心が画像センサの中心からずれることがなくなり、照明の均一性を保つことができる。

なお、本実施形態では、基準面Ｒ₁と基準面Ｒ₁’とが同じ反射率であり、基準面Ｒ₂と基準面Ｒ₂’とが同じ反射率であり、基準面Ｒ₃と基準面Ｒ₃’とが同じ反射率であるが、本発明は特にこれに限定されず、基準面Ｒ₁，Ｒ₂，Ｒ₃，Ｒ₁’，Ｒ₂’，Ｒ₃’全てが異なる反射率であってもよい。また、基準面Ｒ₁と基準面Ｒ₃’とが同じ反射率であり、基準面Ｒ₂と基準面Ｒ₂’とが同じ反射率であり、基準面Ｒ₃と基準面Ｒ₁’とが同じ反射率であってもよい。さらに、本実施形態において、複数の基準面は、試料面を挟んで左右非対称であってもよく、複数の基準面の数は、図１に示す６つに限らず、７つ以上でもよく、５つ以下でもよく、少なくとも２つ以上あればよい。

結像レンズ１３は、光源１１によって照明された試料面Ｓを含む２次元領域の像をイメージセンサ１４に結像する。イメージセンサ１４は、例えば、インターライン型フォトセンサアレイで構成され、受光した反射光の光強度に応じたレベルの電荷を蓄積することによって、光源１１によって照明された試料面Ｓを含む２次元領域の２次元画像データを取得する。

ゲイン可変アンプ１５は、増幅倍率を演算装置１９からの信号により変更することができ、イメージセンサ１４より出力される出力信号を増幅する。Ａ／Ｄ変換器１６は、アナログ信号をデジタル信号に変換する。イメージセンサ制御装置１７は、イメージセンサ１４に蓄積される電荷の蓄積時間を制御するものであり、蓄積時間を変化させることによって出力信号強度を変化させる。発光制御装置１８は、光源１１の発光タイミング及び発光時間を制御するものである。

演算装置１９は、例えば、ＣＰＵ（中央演算処理装置）等で構成され、基準面選択部１９１、増幅倍率決定部１９２、蓄積時間決定部１９３、増幅倍率設定部１９４及び蓄積時間設定部１９５として機能する。

基準面選択部１９１は、イメージセンサ１４によって取得された２次元画像データの中から複数の基準面Ｒ₁，Ｒ₂，Ｒ₃，Ｒ₁’，Ｒ₂’，Ｒ₃’のいずれか１に相当する部分の画像データを選択する。

イメージセンサ１４からの信号強度は、各センサに入射する光量と、蓄積される電荷の蓄積時間とに依存する。Ａ／Ｄ変換器１６の分解能は、例えば１０ビットに固定であるため、このＡ／Ｄ変換器１６の分解能を有効に利用するためには、Ａ／Ｄ変換の基準内でイメージセンサ１４からの信号を大きくする必要がある。イメージセンサ１４からの信号を大きくするには、蓄積時間を長くしてイメージセンサ１４から出力される信号を大きくする方法と、光源１１からの光量が一定であるとすると、イメージセンサ１４から出力された信号を増幅する方法とがある。試料面からの信号強度と、基準面からの信号強度との比は増幅倍率や蓄積時間を変化させても不変であるので、信号強度が小さいほうに合わせて蓄積時間を長くしたり、増幅したりすると、信号強度が大きいほうの信号は飽和してしまう。そのため、試料面からの信号強度と、基準面からの信号強度との比は、理想的には１が好ましく、基準面を複数設けることによって、比が１に最も近づく基準面を選択することが可能となる。したがって、基準面選択部１９１は、試料面Ｓからの信号強度と、複数の基準面Ｒ₁，Ｒ₂，Ｒ₃，Ｒ₁’，Ｒ₂’，Ｒ₃’からの信号強度との比を算出し、算出された比が１に近似する基準面を選択する。

増幅倍率決定部１９２は、試料面Ｓの出力信号と、基準面選択部１９１によって選択された基準面の出力信号とがＡ／Ｄ変換器１６の限界値を超えない範囲で、ゲイン可変アンプ１５の増幅倍率を決定する。蓄積時間決定部１９３は、試料面Ｓの出力信号と、基準面選択部１９１によって選択された基準面の出力信号とがＡ／Ｄ変換器１６の限界値を超えない範囲で、イメージセンサ１４における電荷が蓄積される蓄積時間を決定する。

このように、増幅倍率決定部１９２によりゲイン可変アンプ１５の増幅倍率を決定し、蓄積時間決定部１９３によりイメージセンサ１４における電荷が蓄積される蓄積時間を決定することによって、イメージセンサ１４の出力信号を制御する。

増幅倍率設定部１９４は、ゲイン可変アンプ１５の増幅倍率を、増幅倍率決定部１９２によって決定された増幅倍率（増幅倍率記憶部２０１に記憶されている増幅倍率）に設定する。蓄積時間設定部１９５は、イメージセンサ１４における各画素の電荷の蓄積時間を、蓄積時間決定部１９３によって決定された蓄積時間（蓄積時間記憶部２０２に記憶されている蓄積時間）に設定する。

記憶装置２０は、例えば、ＲＡＭ（Random Access Memory）やＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory）等で構成され、測定結果などを一時的に記憶するとともに、演算装置１９を動作させるための制御プログラムを記憶し、さらに、増幅倍率記憶部２０１及び蓄積時間記憶部２０２として機能する。

増幅倍率記憶部２０１は、増幅倍率決定部１９２によって決定されたゲイン可変アンプ１５の増幅倍率を記憶する。蓄積時間記憶部２０２は、蓄積時間決定部１９３によって決定されたイメージセンサ１４が蓄積する電荷の蓄積時間を記憶する。

次に、本実施形態における反射光測定装置１の動作について説明する。図２は、本実施形態における反射光測定装置の動作を示すフローチャートである。

まず、試料の本測定の前に行われる予備測定が行われる。この予備測定は、本測定時においてイメージセンサ１４によって取得される２次元画像データの増幅倍率及びイメージセンサ１４における電荷の蓄積時間を決定するものである。ステップＳ１からステップＳ６までの動作が、予備測定として行われる動作である。

ステップＳ１において、発光制御装置１８は、発光タイミング及び発光時間を制御する発光制御信号を光源１１に出力する。光源１１は、発光制御装置１８より入力される発光制御信号に基づいて発光する。光源１１より出力された光は、試料面Ｓ及び複数の基準面Ｒ₁，Ｒ₂，Ｒ₃，Ｒ₁’，Ｒ₂’，Ｒ₃’を照明する。試料面Ｓ及び複数の基準面Ｒ₁，Ｒ₂，Ｒ₃，Ｒ₁’，Ｒ₂’，Ｒ₃’によって反射された反射光は、結像レンズ１３に入射し、結像レンズ１３によって、試料面Ｓ及び複数の基準面Ｒ₁，Ｒ₂，Ｒ₃，Ｒ₁’，Ｒ₂’，Ｒ₃’を含む２次元領域の像がイメージセンサ１４上に結像される。

ステップＳ２において、イメージセンサ制御装置１７は、イメージセンサ１４の電荷の蓄積時間を制御する蓄積時間制御信号をイメージセンサ１４に出力する。なお、ここでのイメージセンサ１４における電荷の蓄積時間は、予め決められている初期設定時間に設定される。イメージセンサ１４は、結像レンズ１３によって結像される２次元領域の像を受光し、イメージセンサ制御装置１７より入力される蓄積時間制御信号に基づいて２次元領域の２次元画像データを取得する。イメージセンサ１４により取得された２次元画像データは、ゲイン可変アンプ１５により増幅される。なお、ここでの増幅倍率は、予め決められている初期設定倍率に設定される。ゲイン可変アンプ１５によって増幅された２次元画像データは、Ａ／Ｄ変換器１６に入力される。

ステップＳ３において、Ａ／Ｄ変換器１６は、アナログ信号である２次元画像データをデジタル信号に変換する。Ａ／Ｄ変換器１６によってデジタル信号に変換された２次元画像データは、演算装置１９に入力される。

ステップＳ４において、演算装置１９は、Ａ／Ｄ変換器１６より入力される２次元画像データのうち、試料面Ｓに対応する信号の強度と、複数の基準面Ｒ₁，Ｒ₂，Ｒ₃，Ｒ₁’，Ｒ₂’，Ｒ₃’のうちの各基準面に対応する信号の強度との比を算出し、算出された比が１に最も近似する基準面を選択する。

ステップＳ５において、演算装置１９は、試料面Ｓに対応する出力信号と、選択された基準面に対応する出力信号とがＡ／Ｄ変換器１６の予め設定されている限界値を超えない範囲で、ゲイン可変アンプ１５の増幅倍率を決定するとともに、イメージセンサ１４における電荷が蓄積される蓄積時間を決定する。

ステップＳ６において、演算装置１９は、決定されたゲイン可変アンプ１５の増幅倍率を記憶装置２０に記憶するとともに、決定されたイメージセンサ１４の電荷の蓄積時間を記憶装置２０に記憶する。

このようにして、試料面Ｓの出力信号と、基準面Ｒ₁，Ｒ₂，Ｒ₃，Ｒ₁’，Ｒ₂’，Ｒ₃’の出力信号に基づいて、ゲイン可変アンプ１５の増幅倍率と、イメージセンサ１４の電荷の蓄積時間とが決定される。

このように、光源１１により、試料面Ｓが照明され、イメージセンサ１４により、光源１１によって照明された試料面Ｓを含む２次元領域の２次元画像が取得され、結像レンズ１３により、光源１１によって照明された試料面Ｓを含む２次元領域の像がイメージセンサ１４に結像され、試料面Ｓを含む２次元領域内に互いに異なる反射率を有する少なくとも２以上の基準面Ｒ₁，Ｒ₂，Ｒ₃，Ｒ₁’，Ｒ₂’，Ｒ₃’が配置され、演算装置１９により、基準面Ｒ₁，Ｒ₂，Ｒ₃，Ｒ₁’，Ｒ₂’，Ｒ₃’のいずれか１に対応する部分のイメージセンサ１４の出力に応じて、イメージセンサ１４の出力信号が制御される。具体的には、増幅倍率決定部１９２によりゲイン可変アンプ１５の増幅倍率が決定され、蓄積時間決定部１９３によりイメージセンサ１４における電荷が蓄積される蓄積時間が決定されることによって、イメージセンサ１４の出力信号が制御される。

したがって、試料面の反射光量と基準面の反射光量とに基づいて測定値が算出される場合、複数の基準面Ｒ₁，Ｒ₂，Ｒ₃，Ｒ₁’，Ｒ₂’，Ｒ₃’のうちのいずれか１に対応する部分のイメージセンサ１４の出力に応じて、イメージセンサ１４の出力信号が制御されるので、測定値の有効桁数を上げることができ、測定精度を向上させることができる。

上記のステップＳ１からステップＳ６までの予備測定が行われた後、本測定が行われる。ステップＳ７からステップＳ１２までの動作が、本測定として行われる動作である。

ステップＳ７において、演算装置１９は、記憶装置２０に記憶されている増幅倍率にゲイン可変アンプ１５を設定するとともに、記憶装置２０に記憶されている蓄積時間にイメージセンサ制御装置１７を設定する。

ステップＳ８において、発光制御装置１８は、発光タイミング及び発光時間を制御する発光制御信号を光源１１に出力する。光源１１は、発光制御装置１８より入力される発光制御信号に基づいて発光する。光源１１より出力された光は、試料面Ｓ及び複数の基準面Ｒ₁，Ｒ₂，Ｒ₃，Ｒ₁’，Ｒ₂’，Ｒ₃’を照明する。試料面Ｓ及び複数の基準面Ｒ₁，Ｒ₂，Ｒ₃，Ｒ₁’，Ｒ₂’，Ｒ₃’によって反射された反射光は、結像レンズ１３に入射し、結像レンズ１３によって、試料面Ｓ及び複数の基準面Ｒ₁，Ｒ₂，Ｒ₃，Ｒ₁’，Ｒ₂’，Ｒ₃’を含む２次元領域の像がイメージセンサ１４上に結像される。

ステップＳ９において、イメージセンサ制御装置１７は、イメージセンサ１４の電荷の蓄積時間を制御する蓄積時間制御信号をイメージセンサ１４に出力する。なお、ここでのイメージセンサ１４における電荷の蓄積時間は、ステップＳ７において決定された蓄積時間に設定される。イメージセンサ１４は、結像レンズ１３によって結像される２次元領域の像を受光し、イメージセンサ制御装置１７より入力される蓄積時間制御信号に基づいて２次元領域の２次元画像データを取得する。イメージセンサ１４により取得された２次元画像データは、ゲイン可変アンプ１５により増幅される。なお、ここでの増幅倍率は、ステップＳ７において決定された増幅倍率に設定される。ゲイン可変アンプ１５によって増幅された２次元画像データは、Ａ／Ｄ変換器１６に入力される。

ステップＳ１０において、Ａ／Ｄ変換器１６は、アナログ信号である２次元画像データをデジタル信号に変換する。Ａ／Ｄ変換器１６によってデジタル信号に変換された２次元画像データは、演算装置１９に入力される。

ステップＳ１１において、演算装置１９は、複数の基準面Ｒ₁，Ｒ₂，Ｒ₃，Ｒ₁’，Ｒ₂’，Ｒ₃’の各基準面それぞれにおける反射光量の平均を算出する。

ステップＳ１２において、演算装置１９は、下記の（２）式に基づいて測定値を算出する。
測定値＝試料面の反射光量／選択した基準面における反射光量の平均・・・・（２）

すなわち、演算装置１９は、試料面Ｓの反射光量を複数の基準面Ｒ₁，Ｒ₂，Ｒ₃，Ｒ₁’，Ｒ₂’，Ｒ₃’のうち選択された基準面における反射光量の平均で除算することによって測定値を算出する。

このように、光源１１により、試料面Ｓが照明され、イメージセンサ１４により、光源１１によって照明された試料面Ｓを含む２次元領域の２次元画像が取得され、結像レンズ１３により、光源１１によって照明された試料面Ｓを含む２次元領域の像がイメージセンサ１４に結像され、試料面Ｓを含む２次元領域内に互いに異なる反射率を有する少なくとも２以上の基準面Ｒ₁，Ｒ₂，Ｒ₃，Ｒ₁’，Ｒ₂’，Ｒ₃’が配置され、ゲイン可変アンプ１５及びイメージセンサ制御装置１７により、基準面Ｒ₁，Ｒ₂，Ｒ₃，Ｒ₁’，Ｒ₂’，Ｒ₃’のいずれか１に対応する部分のイメージセンサ１４の出力に応じて、イメージセンサ１４から出力される出力信号の信号強度が補正される。

したがって、試料面の反射光量と基準面の反射光量とに基づいて測定値が算出される場合、複数の基準面Ｒ₁，Ｒ₂，Ｒ₃，Ｒ₁’，Ｒ₂’，Ｒ₃’のうちのいずれか１に対応する部分のイメージセンサ１４の出力に応じて、イメージセンサ１４の出力信号の信号強度が補正されるので、測定値の有効桁数を上げることができ、測定精度を向上させることができる。

なお、本実施形態では、増幅倍率決定部１９２によりゲイン可変アンプ１５の増幅倍率が決定され、蓄積時間決定部１９３によりイメージセンサ１４における電荷が蓄積される蓄積時間が決定され、決定された増幅倍率及び蓄積時間に応じてゲイン可変アンプ１５及びイメージセンサ１４が制御されるが、本発明は特にこれに限定されず、増幅倍率決定部１９２及び蓄積時間決定部１９３のうちいずれか一方のみを設け、増幅倍率決定部１９２及び蓄積時間決定部１９３のうちいずれか一方により決定された増幅倍率及び蓄積時間のうちいずれか一方に応じてゲイン可変アンプ１５及びイメージセンサ１４のうちいずれか一方を制御してもよい。

また、本実施形態における反射光測定装置は、積分球方式の２次元測色計に適用することが可能である。

図３は、積分球方式の２次元測色計の構成を示す図であり、図３（ａ）は、２次元測色計の側面断面図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）に示す矢印Ｙ１の方向から試料面を見た図である。図３（ａ）に示す２次元測色計２は、本体２５の底部に形成される測定開口１２、結像レンズ１３、イメージセンサ１４、光源ユニット２１、積分球２２、電源２３及び制御部２４を備えて構成される。

光源ユニット２１は、光源１１等を備えて構成される。積分球２２は、その内壁に高拡散性、高反射率の例えば酸化マグネシウムや硫酸バリウム等の白色拡散反射塗料が塗布された中空の球で、光源１１からの光線を内壁で多重反射して拡散光を生成するものである。電源２３は、光源ユニット２１及び制御部２４等に電源電圧を供給するものである。制御部２４は、図１に示すゲイン可変アンプ１５、Ａ／Ｄ変換器１６、イメージセンサ制御装置１７、発光制御装置１８、演算装置１９及び記憶装置２０を備えて構成される。なお、制御部２４は、プリンタやパーソナルコンピュータ等の外部機器と接続可能に構成されている。

また、図３（ｂ）に示すように、図３（ａ）に示す矢印Ｙ１の方向から測定開口１２を見た場合、測定開口１２には、試料面Ｓと、測定開口１２に設けられた基準面Ｒ₁，Ｒ₂，Ｒ₃，Ｒ₁’，Ｒ₂’，Ｒ₃’とが配置されている。

この構成では、積分球２２によって生成された拡散光により試料面Ｓ及び基準面Ｒ₁，Ｒ₂，Ｒ₃，Ｒ₁’，Ｒ₂’，Ｒ₃’をあらゆる方向から均等に照明することができ、拡散光による試料面Ｓの反射光と、拡散光による基準面Ｒ₁，Ｒ₂，Ｒ₃，Ｒ₁’，Ｒ₂’，Ｒ₃’の反射光とを測定することができる。

また、本実施形態における反射光測定装置は、ハンディ型（携帯型）の２次元測色計に適用することが可能である。

図４は、ハンディ型の２次元測色計の構成を示す図である。図４に示すハンディ型の２次元測色系３は、光源１１、測定開口１２、結像レンズ１３、イメージセンサ１４、積分球２２、電源２３及び制御部２４を備えて構成される。

本体３５の底部に形成される測定開口１２には、着脱可能な基準面アダプタ１２１が装着されている。図５は、基準面アダプタについて説明するための図であり、図５（ａ）は、基準面アダプタを示す斜視図であり、図５（ｂ）は、基準面アダプタを示す平面図であり、図５（ｃ）は、図５（ｂ）に示す基準面アダプタのＡ−Ａ線断面図である。

基準面アダプタ１２１は、長方形状の枠体Ｆと、枠体Ｆに支持され、枠体Ｆの内側の短辺に平行に設けられた短冊状の基準面Ｒ₁，Ｒ₂，Ｒ₃，Ｒ₁’，Ｒ₂’，Ｒ₃’とで構成される。基準面アダプタ１２１は、２次元測色計３の底部に形成される測定開口１２に着脱可能に構成される。この基準面アダプタ１２１が、２次元測色計３の底部に形成される測定開口１２に装着されることによって、枠体Ｆと基準面Ｒ₁，Ｒ₂，Ｒ₃，Ｒ₁’，Ｒ₂’，Ｒ₃’との間に開口が形成され、この開口下に試料が配置されることによって試料面Ｓが形成される。

このように、基準面Ｒ₁，Ｒ₂，Ｒ₃，Ｒ₁’，Ｒ₂’，Ｒ₃’は、測定開口１２に着脱可能であり、複数の異なる組み合わせの反射率を有するので、測定対象である試料に応じて基準面の形状を変化させることができ、また、複数の基準面のうち各基準面の反射率を試料面に応じて所望の反射率に変更することができる。

なお、本実施形態において、短冊状の基準面Ｒ₁，Ｒ₂，Ｒ₃，Ｒ₁’，Ｒ₂’，Ｒ₃’は、長方形状の枠体Ｆにおける内側の短辺側に平行に設けられているが、本発明は特にこれに限定されず、短冊状の基準面Ｒ₁，Ｒ₂，Ｒ₃，Ｒ₁’，Ｒ₂’，Ｒ₃’を、長方形状の枠体Ｆにおける内側の長辺側に平行に設けてもよい。

本実施形態において、イメージセンサ１４は、インターライン型のフォトセンサアレイであり、基準面は、一方向に分割された短冊形状であり、イメージセンサ１４のインターラインの方向と基準面の長手方向とが平行に配置される。図６は、基準面の形状について説明するための図であり、図６（ａ）は、インターライン型のフォトセンサアレイについて説明するための図であり、図６（ｂ）は、試料面及び基準面を示す図である。図６（ａ）に示すように、インターライン型のフォトセンサアレイ４０は、光電変換することにより電荷を蓄積する画素アレイ４１と、画素アレイ４１によって蓄積された電荷を垂直方向（図６（ａ）の矢印Ｙ２で示すインターライン方向）に転送する垂直レジスタ４２と、垂直レジスタ４２に転送された電荷を水平方向に転送する水平レジスタ４３とを備えて構成される。各画素アレイ４１は、蓄積した電荷を垂直レジスタ４２に転送し、垂直レジスタ４２は、画素アレイ４１より転送された電荷を順次垂直方向に転送する。水平レジスタ４３は、垂直レジスタ４２から転送された電荷を水平方向に転送し、ゲイン可変アンプ１５に出力する。

イメージセンサ１４において、飽和した画素からの電荷の洩れが、測定の精度に影響する可能性がある。そこで、イメージセンサ１４としてインターライン型のエリアイメージセンサを用い、図６（ｂ）に示すように、基準面Ｒ₁，Ｒ₂，Ｒ₃，Ｒ₁’，Ｒ₂’，Ｒ₃’を一方向に分割された短冊形状にし、イメージセンサ１４のインターラインの方向と基準面Ｒ₁，Ｒ₂，Ｒ₃，Ｒ₁’，Ｒ₂’，Ｒ₃’の長手方向（図６（ｂ）の矢印Ｙ３で示す方向）とを平行に配置することによって、飽和した画素からの電荷の洩れがインターラインの方向に影響したとしても、飽和した画素を含む基準面が、短冊状に配列された他の基準面の測定に影響を及ぼすことは少ないないため、高い測定精度を維持することができる。

なお、本実施形態において、イメージセンサ１４としては、上記のインターライン型フォトセンサアレイ以外に、フルフレーム型フォトセンサアレイ、又はフレームトランスファ型フォトセンサアレイ等を用いてもよい。

また、本実施形態における基準面は、一方向に分割された短冊形状であるが、本発明は特にこれに限定されず、試料面の側方に長方形状の基準面を設け、この基準面を長手方向にさらに複数に分割することで、複数の基準面を作成してもよい。図７は基準面の他の例を示す図である。図７に示すように、反射光測定装置の底部に形成される開口１２の左右両側に矩形状の複数の基準面Ｒ₁₁，Ｒ₁₂，Ｒ₁₃，Ｒ₁₁’，Ｒ₁₂’，Ｒ₁₃’を配置する。なお、基準面Ｒ₁₁，Ｒ₁₂，Ｒ₁₃と基準面Ｒ₁₁’，Ｒ₁₂’，Ｒ₁₃’とは、左右対称に配置されるが、本発明は特にこれに限定されず、左右非対称であってもよく、複数の基準面の数は、図７に示す６つに限らず、７つ以上でもよく、５つ以下でもよく、少なくとも２つ以上あればよい。

さらに、試料面Ｓが円形状である場合、複数の基準面を試料面Ｓに対して同心円環状に配置してもよく、円形状の試料面Ｓを含む長方形の試料面Ｓを除いた部分を複数に分割することにより複数の基準面を作成してもよい。図８は、試料面Ｓが円形状である場合における基準面の配置例を示す図であり、図８（ａ）は、円形状の試料面に対して同心円環状に配置される基準面を示す図であり、図８（ｂ）は、円形状の試料面に対して同心円環状に配置されるとともに、１の同心円環が複数に分割されて形成される基準面を示す図であり、図８（ｃ）は、円形状の試料面の周囲に配置される基準面を示す図である。

図８（ａ）に示すように、反射光測定装置の底部に形成される円形状の開口１２’の同心円環状に複数の基準面Ｒ₂₁，Ｒ₂₂を配置する。なお、円形状の試料面Ｓの同心円環状に配置される複数の基準面の数は、図８（ａ）に示す２つに限らず、３つ以上であってもよく、少なくとも２つ以上あればよい。このように、反射光測定装置の底部に形成される開口１２’が円形状である場合（すなわち、試料面Ｓが円形状である場合）であっても、試料面Ｓに対して同心円環状に複数の基準面を配置することができる。

また、図８（ｂ）に示すように、反射光測定装置の底部に形成される円形状の開口１２’の同心円環状に配置するとともに、１の同心円環を分割して複数の基準面Ｒ₃₁，Ｒ₃₂，Ｒ₃₃，Ｒ₃₄を配置する。なお、同心円環は１に限らず、複数であってもよい。また、１の同心円環において分割される基準面の数も図８（ｂ）に示す４つに限らず、３つであっても、５つ以上であってもよく、少なくとも２つ以上に分割されていればよい。このように、反射光測定装置の底部に形成される開口１２’が円形状である場合（すなわち、試料面Ｓが円形状である場合）であっても、試料面Ｓに対して同心円環状に配置するとともに、１の同心円環を複数に分割することで複数の基準面を配置することができる。また、この場合、試料面Ｓを大きくとることができ、より正確に色及び／又は反射光量を測定することができる。

また、図８（ｃ）に示すように、反射光測定装置の底部に形成される円形状の開口１２’を含む長方形の隅部分に複数の基準面Ｒ₄₁，Ｒ₄₂，Ｒ₄₃，Ｒ₄₄を配置する。なお、円形状の試料面Ｓを含む長方形の隅部分に配置される複数の基準面の数は、図８（ｃ）に示す４つに限らず、５つ以上であってもよく、３つ以下であってもよく、少なくとも２つ以上あればよい。このように、反射光測定装置の底部に形成される開口１２’が円形状である場合（すなわち、試料面Ｓが円形状である場合）であっても、試料面Ｓを含む長方形の隅部分に複数の基準面を配置することができる。

また、上述した具体的実施形態には以下の構成を有する発明が主に含まれている。

（１）請求項１記載の反射光測定装置であって、前記測定条件は前記画像センサの露光時間であり、当該露光時間は、試料面又は選択された基準面の反射光量が前記画像センサの取得可能な限界を超えない範囲で決定される。

（２）上記（１）記載の反射光測定装置であって、前記露光時間の決定は、前記画像センサに備えられた電子シャッタ、又はメカニカルシャッタにより行う。

（３）請求項１記載の反射光測定装置であって、前記測定条件は前記光源の発光量であり、当該発光量は、試料面又は選択された基準面の反射光量が前記画像センサの取得可能な限界を超えない範囲で決定される。

（４）請求項１又は２記載の反射光測定装置であって、前記基準面は着脱可能であり、複数の異なる組み合わせの反射率を有する。

この構成によれば、基準面が着脱可能であり、複数の異なる組み合わせの反射率を有するので、測定対象である試料に応じて基準面の形状を変化させることができ、また、複数の基準面のうち各基準面の反射率を試料に応じて所望の反射率に変更することができる。

（５）請求項１又は２記載の反射光測定装置であって、前記試料面は略円形状であり、前記基準面は前記試料面に対して同心円環状に配置される。

この構成によれば、試料面が略円形状であり、基準面が試料面に対して同心円環状に配置されるので、試料面が円形状である場合であっても、複数の基準面を試料面に対して同心円環状に配置することができる。

（６）請求項１又は２記載の反射光測定装置であって、前記試料面は略円形状であり、前記基準面は前記試料面を含む長方形の隅部分に配置される。

この構成によれば、試料面が略円形状であり、基準面が試料面を含む長方形の隅部分に配置されるので、試料面が円形状である場合であっても、複数の基準面を試料面を含む長方形の隅部分に配置することができる。

（７）光源によって照明された試料面及び互いに異なる反射率を有する少なくとも２以上の基準面を含む２次元領域の２次元画像データを取得する２次元画像データ取得部と、
前記２次元画像データ取得部によって取得された２次元画像データの中から前記基準面のいずれか１に相当する部分の画像データを選択する選択部と、
前記選択部によって選択された画像データを基準として前記試料面の測定条件を決定する測定条件決定部と、
前記測定条件決定部によって決定された測定条件で前記試料面の測定を行う測定部としてコンピュータを機能させることを特徴とする反射光測定プログラム。

この構成によれば、光源によって照明された試料面及び互いに異なる反射率を有する少なくとも２以上の基準面を含む２次元領域の２次元画像データが取得され、取得された２次元画像データの中から基準面のいずれか１に相当する部分の画像データが選択され、選択された画像データを基準として試料面の測定条件が決定され、決定された測定条件で試料面の測定が行われる。

したがって、試料面の反射光量と基準面の反射光量とに基づいて測定値が算出される場合、取得した２次元画像データの中から基準面のいずれか１に相当する部分の画像データが選択され、選択された画像データを基準として試料面の測定条件が決定され、決定された測定条件で試料面の測定が行われるので、測定値の有効桁数を上げることができ、測定精度を向上させることができる。

本実施形態における反射光測定装置の構成を示す図である。 本実施形態における反射光測定装置の動作を示すフローチャートである。 積分球方式の２次元測色計の構成を示す図である。 ハンディ型の２次元測色計の構成を示す図である。 基準面アダプタについて説明するための図である。 基準面の形状について説明するための図である。 基準面の他の例を示す図である。 試料面が円形状である場合における基準面の配置例を示す図である。 従来の２次元測色計における測定開口部分を示す図である。

符号の説明

１ 反射光測定装置
１１ 光源
１２ 測定開口
１３ 結像レンズ
１４ イメージセンサ
１５ ゲイン可変アンプ
１６ Ａ／Ｄ変換器
１７ イメージセンサ制御装置
１８ 発光制御装置
１９ 演算装置
２０ 記憶装置
１９１ 基準面選択部
１９２ 増幅倍率決定部
１９３ 蓄積時間決定部
２０１ 増幅倍率記憶部
２０２ 蓄積時間記憶部
Ｓ 試料面
Ｒ₁，Ｒ₂，Ｒ₃，Ｒ₁’，Ｒ₂’，Ｒ₃’ 基準面

Claims (5)

1. 試料面を照明する光源と、
   前記光源によって照明された試料面を含む２次元領域の２次元画像を取得する画像センサと、
   前記光源によって照明された試料面を含む２次元領域の像を前記画像センサに結像する結像光学系と、
   前記試料面を含む２次元領域内に互いに異なる反射率を有する少なくとも２以上の基準面を配置し、
   前記試料面の反射光量に応じて前記基準面のいずれか１を選択し、前記試料面と前記選択された基準面との反射光量に応じて測定条件を決定し、決定した測定条件で測定を行う制御部とを備えることを特徴とする反射光測定装置。
2. 試料面を照明する光源と、
   前記光源によって照明された試料面を含む２次元領域の２次元画像を取得する画像センサと、
   前記光源によって照明された試料面を含む２次元領域の像を前記画像センサに結像する結像光学系と、
   前記試料面を含む２次元領域内に互いに異なる反射率を有する少なくとも２以上の基準面を配置し、
   前記試料面の反射光量に応じて前記基準面のいずれか１を選択し、前記試料面と前記選択された基準面との反射光量に応じて、前記画像センサの出力信号を増幅する増幅器の増幅倍率を、前記出力信号が所定値を超えない範囲で決定する制御部とを備えることを特徴とする反射光測定装置。
3. 前記基準面は、前記試料面を挟んで対称に配置されることを特徴とする請求項１又は２記載の反射光測定装置。
4. 前記画像センサは、インターライン型のフォトセンサアレイであり、
   前記基準面は、一方向に分割された短冊形状であり、
   前記画像センサのインターラインの方向と前記基準面の長手方向とが平行に配置されることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の反射光測定装置。
5. 試料面及び互いに異なる反射率を有する少なくとも２以上の基準面を照明し、
   前記試料面及び前記基準面を含む２次元領域の２次元画像データを取得し、
   取得した２次元画像データの中から前記基準面のいずれか１に相当する部分の画像データを選択し、
   前記試料面及び前記選択した基準面の画像データが所定値を超えない範囲で測定条件を決定し、
   決定した測定条件で前記試料面の測定を行うことを特徴とする反射光測定方法。

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