JP2016038221A - 試料測定装置および試料測定プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】見る角度で異なる色に見える光輝材を含む塗料の総合的な定量評価を、一度に実行可能な試料測定装置を提供する。【解決手段】計算式によって指定される範囲に設置された複数の角度から試料６１に、一度に照明１５ｆ〜１５ｈを点灯駆動して、光を照射する。この際、フィルタ９１〜９３により、それぞれ異なる波長とした光を照射する。分光情報の取得が可能な２次元の分光カメラ装置１は、反射光をワンショットで撮像する。また、試料６１の２次元画像内のＸ軸方向およびＹ軸方向の画素毎の照明方向と撮像方向の光学幾何条件の変化を利用して偏角分光情報を得る。そして、面内を一様の試料として捉え、測定範囲として定めた角度範囲の偏角分光情報、偏角測色情報、ＢＲＤＦ情報を得ると共に、光輝感、粒子感、光沢、ヘーズ、写像性、オレンジピール等の質感を算出する。【選択図】図３５

Description

本発明は、試料測定装置および試料測定プログラムに関する。

今日において、パール色またはメタリック色などの、見る角度で異なる色に見える光輝材を含む塗料の評価としては、ＡＳＴＭ規格（Ｅ２５３９−１２）に定められている、多角度からの測色方法が知られている。ＡＳＴＭは、「米国試験材料協会」の略記である。しかし、ＡＳＴＭ規格に定められている測色方法の場合、測色結果と目視による評価とが、一致しない不都合を生ずることがあった。

特許文献１（特開２０１３−２３８５７６号公報）に、より正確で実用性の高い変角分光イメージング測定装置が開示されている。この変角分光イメージング測定装置の場合、測定サンプル面に対して、２つ以上の角度方向から照明光を照射する照明装置と、結像用の光学レンズ、および白黒２次元画像センサを備える。画像内Ｘ軸、Ｙ軸方向の画素毎の光学幾何条件の変化を利用し、変角分光イメージング情報を計測する。これにより、２次元画像の全ての画素において、画素毎に変角情報および分光情報を短時間で正確に計測できる。このため、より正確で実用性の高い変角分光イメージング測定装置を実現できる。

ここで、見る角度で異なる色に見える光輝材を含む塗料の評価項目として、干渉材等の光輝材の分布から表現される「光輝感」および「粒子感」の評価項目が知られている。また、見る角度で異なる色に見える光輝材を含む塗料の評価項目として、塗装表面状態の艶（つや）および光沢を表す「オレンジピール」および「写像性」の評価項目が知られている。

しかし、ＡＳＴＭ規格（Ｅ２５３９−１２）に定められている、多角度からの測色方法では、見る角度で異なる色に見える光輝材を含む塗料における、光輝感、粒子感、オレンジピール、および、写像性等の質感を定量化することは困難である。このため、従来は、光輝感、粒子感、オレンジピール、および、写像性等の質感は、目視で評価されることが多かった。そして、ＡＳＴＭ規格（Ｅ２５３９−１２）に定められている、多角度からの測色方法は、上述の光輝感等の質感を定量化することが困難なことから、見る角度で異なる色に見える光輝材を含む塗料の品質を、総合的に定量化することは困難な問題があった。

本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであり、様々な塗料の品質を、総合的に定量化できる試料測定装置および試料測定プログラムの提供を目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、試料の試料面に対して、複数の照明角度の照明部から一度に照明光を照射する光源装置と、各照明部にそれぞれ設けられた、異なる波長の照明光を透過させる光分光透過率特性を備えた複数のフィルタと、試料面の上方に配置され、試料面からの各波長の照明光に対応する反射光を分光して２次元分光情報を、１回の撮像動作で取得する分光カメラ装置と、分光情報のＸ軸方向およびＹ軸方向における、画素毎の照明方向および撮像方向の光学幾何条件の変化を利用して、試料の所定の評価項目の測定値を測定するための、試料面の偏角分光情報を算出する算出部とを有する。

本発明によれば、様々な塗料の品質を、総合的に定量化できるという効果を奏する。

図１は、第１の実施の形態の試料測定装置のブロック図である。 図２は、第１の実施の形態の試料測定装置の機能ブロック図である。 図３は、第１の実施の形態の試料測定装置に設けられている分光カメラ装置要部を概略的に示す図である。 図４は、第１の実施の形態の試料測定装置の分光カメラ装置において、光線の入射角度が０度の場合の各カラーフィルタの分光透過率を示す図である。 図５は、第１の実施の形態の試料測定装置の分光カメラ装置のカラーフィルタの幾何学的設計例を示す図である。 図６は、カラーフィルタの分光透過率の入射角度依存性を示す特性図である。 図７は、レンズアレイを光軸方向から見た図である。 図８は、分光カメラ装置の撮影画像の平面図である。 図９は、図８の画像を構成するマクロピクセルの拡大図である。 図１０は、色見本としてのカラーチェッカーの例を示す図である。 図１１は、カラーチェッカーの２４色のｘｙ色度図へのプロット図である。 図１２は、第１の実施の形態の試料測定装置に設けられる、他の分光カメラ装置の要部を概略的に示す図である。 図１３は、他の分光カメラ装置のセンサ面に設けられている分光フィルタを説明するための図である。 図１４は、第１の実施の形態の試料測定装置における、分光カメラ装置および光源装置の各照明部の位置関係を示す図である。 図１５は、第１の実施の形態の試料測定装置における、分光カメラ装置および光源装置の各照明部の位置関係で形成される各角度を示す図である。 図１６は、照明部から光を照射したタイミングで、分光カメラ装置で撮像された撮影画像の例を示す図である。 図１７は、第１の実施の形態の試料測定装置における、分光カメラ装置および光源装置の各照明部の、他の位置関係を示す図である。 図１８は、第１の実施の形態の試料測定装置における、偏角分光情報の校正情報の取得動作を説明するためのフローチャートである。 図１９は、第１の実施の形態の試料測定装置における、偏角分光情報の取得動作を説明するためのフローチャートである。 図２０は、第１の実施の形態の試料測定装置における、写像性およびオレンジピールの測定情報の校正情報の取得動作を説明するためのフローチャートである。 図２１は、第１の実施の形態の試料測定装置における、写像性およびオレンジピールの測定情報の取得動作を説明するためのフローチャートである。 図２２は、偏角測色情報の演算式の一例を示す図である。 図２３は、偏角測色情報の演算式の他の例を示す図である。 図２４は、ＢＲＤＦ情報の定義に用いられる角度を説明するための図である。 図２５は、アスペキュラ角度１０度、２０度、３０度の強度ヒストグラムを計算する領域を示す図である。 図２６は、アスペキュラ角度１０度、２０度、３０度の強度ヒストグラムを示す図である。 図２７は、粒子が細かいメタリック塗装の試料の画像および強度ヒストグラムを示す図である。 図２８は、粒子が粗いメタリック塗装の試料の画像および強度ヒストグラムを示す図である。 図２９は、パール塗装の試料の画像および強度ヒストグラムを示す図である。 図３０は、ヘーズの測定値の算出に用いられる演算式の一例を示す図である。 図３１は、写像性およびオレンジピールの測定値を算出する際に投影される所定波長のスリット光を示す図である。 図３２は、写像性およびオレンジピールの測定値を算出する演算式を説明するための図である。 図３３は、第２の実施の形態の試料測定装置で投影されるホワイトノイズを説明するための図である。 図３４は、第３の実施の形態の試料測定装置のブロック図である。 図３５は、第４の実施の形態の試料測定装置に設けられているフィルタの位置を示す図である。 図３６は、第４の実施の形態の試料測定装置に設けられているフィルタの分光透過率特性を説明するための図である。

以下に添付図面を参照して、本発明を適用した実施の形態となる試料測定装置を詳細に説明する。

（概要）
まず、実施の形態の試料測定装置は、以下の光学構成により、偏角分光情報、偏角測色情報およびＢＲＤＦ情報（Bidirectional Reflectance Distribution Function：双方向反射率分布関数）を取得することができる。ＢＲＤＦ情報は、ある反射地点に、ある方向から光が入射したとき、それぞれの方向へ，どれだけの光が反射されるかを表す、反射地点に固有の関数である。ＢＲＤＦ情報は、赤（Ｒ），緑（Ｇ），青（Ｂ）の３種類の光の波長の分光情報を用いる。

具体的には、計算式で指定される範囲に設置された２つ以上の角度から、試料に対して照明を照射し、２次元の分光カメラを用いて、１回の撮像動作（ワンショット）で撮像を行うことで、反射光から分光情報を取得する。そして、試料の２次元の分光情報を得た２次元画像内のＸ軸方向およびＹ軸方向の画素毎の照明方向と、撮像方向の光学幾何条件の変化を利用して、偏角分光情報を得る。これにより、２次元画像の面内を一様の試料と捉え、測定範囲として定めた角度範囲の偏角分光情報、偏角測色情報、および、ＢＲＤＦ情報を得ることができる。

次に、実施の形態の試料測定装置は、光輝感、粒子感、光沢、および、ヘーズ（濁度（曇度））、写像性、および、オレンジピール等の質感については、それぞれ以下の測定方法を用いることで質感を数値化する。なお、オレンジピールは、ディプレイ材料の素材に起因する光の乱反射で斑点ムラの現象（ミカンの皮のプツプツのように見える現象）である。

１．「光輝感」は、以下のように数値化する。すなわち、分光カメラの光学構成を、試料に対する１ピクセルの分解能が、例えば１０〜１００μｍの分解能があるような光学構成とし、ハイダイナミックレンジ技術を使用し、１８ビット以上のダイナミックレンジで撮影する。そして、照明角度毎、分光波長毎の明度ヒストグラムを計算し、角度および波長毎の光輝面積と光輝強度を算出する。

２．粒子感は、以下のように数値化する。すなわち、上述の分解能の分光カメラで、照明角度毎の粒子画像における、照明の正反射光を避けた拡散光として判定された画素のみを用いて、画像の再構成を行う。そして、再構成した画像から、明／暗の面積の均一性を粒子感として数値化する。均一性は、画像のエントロピーや分散を用いても良いし、フーリエ解析によって、求めてもよい。

３．光沢は、正反射光を撮像した画素について、人間の視感度である５５５ｎｍ付近の分光情報および標準ガラス板での校正結果を用いて、数値化する。

４．ヘーズ（濁度（曇度））は、正反射光と正反射光から１．９度〜３度ずれた試料面について、人間の視感度である５５５ｎｍ付近の分光情報および標準ガラス板での校正結果を用いて数値化する。

５．写像性は、投影機から投影した波長の短いスリット光（スリットパターンの光）を分光カメラで撮像し、人間の視感度である５５５ｎｍ付近の分光情報および標準ガラス板での校正結果を用いて、数値化する。

６．オレンジピールは、投影機から投影した波長の短いスリット光を分光カメラで撮像し、人間の視感度である５５５ｎｍ付近の分光情報および標準ガラス板での校正結果を用いて、数値化する。

また、実施の形態の試料測定装置は、投影機から投影するスリット光を用いて、試料の三次元形状を取得する。または、実施の形態の試料測定装置は、３次元取得装置によって試料の三次元形状を取得する。そして、実施の形態の試料測定装置は、取得した試料の三次元形状の法線方向から偏角分光情報を校正する。これにより、測定対象面の形状に影響されることなく、試料の測定を行うことができる。

実施の形態の試料測定装置は、このようにして、偏角分光情報、偏角測色情報、ＢＲＤＦ情報を取得して、光輝感、粒子感、光沢、ヘーズ、写像性、オレンジピール等の塗料の質感を数値化する。このため、例えばパール色、メタリックなどの、見る角度で異なる色に見える光輝材を含む塗料を、一度に定量評価することができる。

（第１の実施の形態）
図１に第１の実施の形態の試料測定装置のブロック図を示す。この図１に示すように、試料測定装置は、分光カメラ装置１、光源装置２、投影機３、情報処理装置４、および、モニタ装置５を有している。

後に詳しく説明するが、分光カメラ装置１としては、マルチバンドカメラ装置を用いることができる。マルチバンドカメラ装置は、２次元の分光情報を取得する分光情報取得部として、メインレンズ内に挿入された分光フィルタ群とメインレンズと受光素子の間に挿入されたマイクロレンズアレイによって、マイクロレンズ毎に分光フィルタの数に応じた分光情報を取得する。また、分光カメラ装置１として１組以上のフィルタ、および、回折格子（または、プリズム）を含むハイパースペクトルカメラ装置等を用いてもよい。

分光カメラ装置１は、撮像部１１および画像処理部１２を備えており、各角度に固定されている光源装置２の照明部１５による光の照射に同期して、２次元の分光情報を１回の撮像動作（ワンショット）で取得する。一例ではあるが、１回の撮像動作とは、撮像部１１がＣＭＯＳセンサ、または、ＣＣＤセンサ等の半導体撮像素子の場合、各画素で受光した撮像光（この例の場合は、試料からの反射光）に応じて生成された電荷を読み出すまでの動作を意味している。ＣＭＯＳは、「Complementary Metal Oxide Semiconductor Image Sensor」の略記である。ＣＣＤは、「Charge Coupled Device」の略記である。

光源装置２は、複数の照明部１５と、各照明部１５を点灯駆動する点灯制御部１６を有している。照明部１５としては、点光源、ライン照明、または、平行光照明を用いることができる。また、光源種としては、タングステンランプ、ハロゲンランプ、キセノンランプ、白色ＬＥＤなどを用いることができる。ＬＥＤは、「Light Emitting Diode」の略記である。

投影機３としては、プロジェクタ装置を用いることができる。投影機３は、試料の写像性（鮮明度）およびオレンジピールを測定する際等に、縞状の投影パターン（所定の空間周波数を有する投影パターン）を試料に照射する。

モニタ装置５としては、例えば液晶モニタ装置を用いることができる。詳しくは後述するが、モニタ装置５には、設定メニューおよび操作メニュー等の他、光輝感パラメータにおける光の各照射角度に対応する強度ヒストグラム等が表示される。

情報処理装置４としては、一般的なコンピュータ装置を用いることができる。情報処理装置４は、ＣＰＵ２１、ＲＯＭ２２、ＲＡＭ２３、ＨＤＤ（ハードディスクドライブ）２４を備える。また、情報処理装置４は、各種インタフェース（Ｉ／Ｆ）２５と、入出力インタフェース（Ｉ／Ｏ）２６を有している。ＣＰＵ２１〜Ｉ／Ｏ２６は、バスライン２７を介して相互に接続されている。ＣＰＵは、「Central Processing Unit」の略記である。ＲＯＭは、「Read Only Memory」の略記である。ＲＡＭは、「Random Access Memory」の略記である。

ＨＤＤ２４には、試料の質感を測定するために、分光カメラ装置１の撮像制御、光源装置２の光源点灯制御、投影機の投影パターンの投影制御と共に、取得された分光情報を用いて試料の各測定項目に対応する演算等を行う試料測定プログラムが記憶されている。図２に、試料測定プログラムに従ってＣＰＵ２１が動作することで実現される各機能の機能ブロック図を示す。この図２に示すように、ＣＰＵ１１は、光源制御部３１、撮像制御部３２、パターン制御部３３、校正情報取得部３４、情報校正部３５、および、算出部の一例である測定値算出部３６の各機能をソフトウェア的に実現する。

なお、この例では、光源制御部３１〜測定値算出部３６は、ソフトウェア的に実現されることとして説明を進めるが、光源制御部３１〜測定値算出部３６のうち、一部または全部をハードウェアで実現してもよい。

また、試料測定プログラムは、インストール可能な形式または実行可能な形式のファイルでＣＤ−ＲＯＭ、フレキシブルディスク（ＦＤ）などのコンピュータ装置で読み取り可能な記録媒体に記録して提供してもよい。また、ＣＤ−Ｒ、ＤＶＤ、ブルーレイディスク（登録商標）、半導体メモリなどのコンピュータ装置で読み取り可能な記録媒体に記録して提供してもよい。ＤＶＤは、「Digital Versatile Disk」の略記である。また、試料測定プログラムは、インターネットなどのネットワーク経由でインストールするかたちで提供してもよい。また、試料測定プログラムは、機器内のＲＯＭ等に予め組み込んで提供してもよい。

光源制御部３１は、光源装置２を点灯制御する。撮像制御部３２は、分光カメラ装置１を撮像制御する。パターン投影制御部３３は、所定の投影パターンを投影する。校正情報取得部３４は、測定開始時等に、例えば標準白色板、標準黒ガラスまたはミラー等の校正部材を読み取ることで、校正情報を取得する。情報校正部３５は、取得された校正情報を用いて写像性、オレンジピール等の測定情報を校正する。測定値算出部３６は、校正された測定情報を用いて、各種の測定項目の評価値を算出する。

次に、図３を用いて、分光カメラ装置１の原理を説明する。ここでは、理解容易とするために、光学系としてのメインレンズ５４は単レンズで示し、メインレンズ５４の絞り位置Ｓを単レンズの中心としている。メインレンズ５４の中心には、光学バンドパスフィルタとしてのカラーフィルタ５６が配置されている。カラーフィルタ５６は、ＸＹＺ表色系の等色関数に基づいた分光透過率を持つ色の三刺激値に対応したフィルタである。すなわち、カラーフィルタ５６は、ＸＹＺ表色系の等色関数に基づいた分光透過率が異なる複数（ここでは３つ）のカラーフィルタ５６ａ、５６ｂ、５６ｃから構成されている。

このような光学バンドパスフィルタは、分光透過率が異なるフィルタを複数組み合わせて構成してもよいし、一つのフィルタ上で領域毎に分光透過率を異ならせるように構成してもよい。例えば、４００ｎｍから７００ｎｍまでの波長域において、２０ｎｍ刻みで透過波長のピークを持った１６種類の光学バンドパスフィルタを用いた場合、４００ｎｍから７００ｎｍまでの波長域においての分光情報を２０ｎｍ刻みで取得することが可能である。

なお、実際には、図３に示すようにレンズ内にカラーフィルタ５６が位置することはない。カラーフィルタ５６は、メインレンズ５４の絞り付近に配置される。「絞り付近」とは、絞り位置を含み、種々の画角の光線が通過できる部位を意味する。換言すれば、メインレンズ５４に対するカラーフィルタ５６の設計上の許容範囲を意味する。

図４に光線の入射角度が０度の場合の各カラーフィルタ５６ａ、５６ｂ、５６ｃの分光透過率を示す。図４における実線、破線、点線はそれぞれ、下記の等色関数に基づいたカラーフィルタ５６ａ（Ｆ_Ｘ）、５６ｂ（Ｆ_Ｙ）、５６ｃ（Ｆ_Ｚ）の分光透過率Ｔ_Ｘ（λ）、Ｔ_Ｙ（λ）、Ｔ_Ｚ（λ）である。

図５に、カラーフィルタ５６ａ（Ｆ_Ｘ）、５６ｂ（Ｆ_Ｙ）、５６ｃ（Ｆ_Ｚ）の幾何学的設計例を示す。図５では、カラーフィルタ５６をおおよそ扇型に３等分しているが、全体を円形としてもよいし、矩形で分割してもよい。また、各フィルタの面積の割合も等分である必要はない。

図４に示すように、Ｚについての等色関数のラインで囲まれる面積は他に比べて小さい。この面積の大小は信号雑音比（ＳＮ比）の大きさに相関する。ＳＮ比を大きくするために、Ｚに対応するカラーフィルタ５６ｃの面積を他に比べて大きくしてもよい。

次に、Ｔ_Ｘ（λ）、Ｔ_Ｙ（λ）、Ｔ_Ｚ（λ）の設計について説明する。図６の各分光透過率は、ＣＩＥ−１９３１表色系で規定された等色関数とレンズのフィルタを除く光学系の分光透過率Ｔ_Ｌ（λ）、および受光素子の分光感度Ｓ（λ）から設計される。すなわち、以下の数１式〜数３式で定義できる。

数１式〜数３式では、センサ自体にも分光感度があるため、その不均一性をなくすためにＳ（λ）で除している。数１式〜数３式において、それぞれの最大値を透過率１００％として規格化したものがＴ_Ｘ（λ）、Ｔ_Ｙ（λ）、Ｔ_Ｚ（λ）となる。規格化することで、特にｘ（λ）、ｙ（λ）に対応したカラーフィルタについてＳＮ比を改善できる。このように設計したカラーフィルタを用いると、そのカラーフィルタを透過した光線を受光素子で検出した場合に、最大値による規格化を逆算するだけで、その出力値をそのままＸ、Ｙ、Ｚ（三刺激値）として用いることができる。

Ｔ_Ｘ（λ）、Ｔ_Ｙ（λ）、Ｔ_Ｚ（λ）は複雑な波形ではあるが、設計値に近い値で生成することが可能である。Ｔ_Ｘ（λ）、Ｔ_Ｙ（λ）、Ｔ_Ｚ（λ）は、一例として誘電体多層膜で生成することができる。誘電体多層膜は、光学的な干渉作用によりバンドパスフィルタとして機能する。カラーフィルタ５６の分光透過率は、干渉作用でバンドパスフィルタを実現できるため、原理的に光線の入射角度依存性を持つ。図６に、カラーフィルタ５６ａ（Ｆ_Ｘ）での入射角度依存性の例を示す。実線、破線、点線はそれぞれ、入射角度０度、２０度、３０度の分光透過率である。入射角度が大きくなるにつれて短波長側に透過帯域がシフトしていることがわかる。

図３に示すように、メインレンズ５４の集光位置付近には、複数のマイクロレンズ（小レンズ）から構成されるマイクロレンズアレイ（ＭＬＡ）５３が配置されている。イメージ面には、メインレンズ５４により集光された光情報を電子情報（電気信号）に変換する複数の受光素子（センサ）を備えた受光素子アレイ５５が配置されている。ＭＬＡ５３のマイクロレンズの径と、受光素子アレイ５５を構成する各受光素子とは、約「３０：１〜２：１」の比率の関係にある。

図７に、ＭＬＡ３を光軸方向から見た図を示す。図７において、白い円は各レンズを示しており、黒く塗りつぶしている部分は遮光部を示している。すなわち、レンズアレイを構成するレンズの部分以外は遮光部により遮光されている。一例ではあるが、遮光部は、酸化クロムを蒸着して形成されている。遮光部は、曲率を持たない平坦部や、曲率が製造的に設計値仕様を満たさない領域である。これらの領域からの光は、設計上意図しない光線を受光素子まで届けるおそれがあるため、遮光することで設計から想定される電気信号を得ることができる。これにより、正確な測定値を得ることができる。

受光素子アレイ５５は、画素毎のカラーフィルタが実装されていないモノクロセンサである。以下、受光素子アレイを「モノクロセンサ」ともいう。図３に示す物体５７から発する光のうち、メインレンズ５４の開口に入射し絞りを通過する光束が測定の対象となる。メインレンズに入射した光束は、無数の光線の集合であり、それぞれの光線はメインレンズ５４の絞りの異なる位置を通過する。図３の例の場合、メインレンズ５４の絞り位置に、３つのカラーフィルタ５６ａ、５６ｂ、５６ｃを配置しているので、各光線は異なる分光透過率を持つ３つのフィルタを通過することになる。このとき、フィルタ面に入射する光線の角度は物体高さにより異なる。これは図３中、符号Ｐ、符号Ｑで示す物体上の点から発した光束の主光線が、異なる角度でメインレンズ５４の絞り面を通過していることからもわかる。

カラーフィルタ５６を通過した光線は、ＭＬＡ５３付近で一旦結像するが、その後ＭＬＡ５３によりそれぞれセンサの別位置に到達する。すなわち、センサ面の位置（受光位置）は、光線が通過したフィルタ面に対応するため、物体のある一点から発した光を波長的に三刺激値Ｘ、Ｙ、Ｚに分解した値を測定することができる。

しかし、図６を用いて説明したように、カラーフィルタ５６の分光透過率は、入射角依存性を持つため、受光素子の出力を単純に用いただけでは、光軸上はよくても軸外を含めた二次元面の正確な三刺激値Ｘ、Ｙ、Ｚを測定することは困難となる。

このため、分光カメラ装置１は、基準となる値と、分光カメラ装置１からの出力値から算出した値とを用いて受光位置毎に補正した、二次元面の正確な三刺激値を得るようになっている。一般には、重回帰分析と呼ばれる手法である。重回帰分析では、説明変数と目的変数とを予め用意し、それらから求まる回帰行列を利用して補正演算を行う。以下にその手順を具体的に述べる。まず、分光カメラ装置１からの出力値を算出する手順について述べる。これは重回帰分析における説明変数に相当する。

図３の構成で撮影された画像は、図８に示すような小さな円が並んだものとなる。円になるのは単レンズ（メインレンズ５４）の絞り形状が円形状だからである。ここでは、それぞれの小さな円を「マクロピクセル」と呼ぶこととする。各マクロピクセルは、レンズアレイを構成する各小レンズの直下に形成される。マクロピクセルの内部構造は、図５に示したカラーフィルタの構造に対応したものとなる。マクロピクセルの拡大図を図９に示す。図９と図５とを比べて、上下左右が反転しているのは、光学系を通過したことによるものである。ただし、この対応関係は光学系に依存するため、この例に限ったものではない。

マクロピクセルの内部構造Ｍ_Ｘ、Ｍ_Ｙ、Ｍ_Ｚは、それぞれ、カラーフィルタＦ_Ｘ、Ｆ_Ｙ、Ｆ_Ｚを通過した光が到達した結果である。Ｍ_Ｘ、Ｍ_Ｙ、Ｍ_Ｚの受光素子の出力値をｖ＝［ｖ_Ｘ，ｖ_Ｙ，ｖ_Ｚ］^ｔとする。ｔは行列の転置を意味する。出力値の取り方は、Ｍ_Ｘ、Ｍ_Ｙ、Ｍ_Ｚの平均値をとってもよいし、Ｍ_Ｘ、Ｍ_Ｙ、Ｍ_Ｚから一つの受光素子を選択し、その出力値を代表値としてもよい。

次に、基準となる値の取得方法について述べる。これは重回帰分析における目的変数に相当する。色空間において広い範囲をカバーする色見本を分光器等のＸ値、Ｙ値、Ｚ値を測定する装置で測定し、それらを基準の値とする。色見本としては、例えば広く用いられている「カラーチェッカー」と呼ばれる２４色の矩形の色見本が並んだものを用いることができる。カラーチェッカーの例を、図１０に示す。カラーチェッカーに含まれる２４色の測定値のｘｙ色度図へのプロット結果を、図１１に示す。

色見本はカラーチェッカーに限るわけではなく、測定したい対象がわかっていれば、そ
の色に近いものを基準の値とすることでより良い補正結果を得ることができる。ある色見本に対するＸ、Ｙ、Ｚ（三刺激値）の基準の値をｒ＝［ｒ_Ｘ，ｒ_Ｙ，ｒ_Ｚ］^ｔとする。

次に、補正演算の流れを述べる。まず、色見本を測定器で測定し、基準の値を得る。色見本に２４色のカラーチェッカーを用いた場合、便宜的に番号を付け、１番目の色に対する基準の値をｒ_１＝［ｒ_１Ｘ ｒ_１Ｙ ｒ_１Ｚ］^ｔとする。すなわち、ｒ_１〜ｒ_２４までの値を得る。Ｒ＝［ｒ_１，・・・，ｒ_２４］とする。Ｒは、３行２４列の行列となる。この行列Ｒが目的変数である。

次に、図３の分光カメラ装置１で色見本を撮影し、撮像情報を取得する。このとき画像全体に一つの色見本が映るように配置する。各マクロピクセルからｖを取得する。基準の値と同様にＶ＝［ｖ１，・・・，ｖ_２４］を得る。このＶが説明変数となる。ここまでに得られたＲおよびＶから行列Ｇを求める。

Ｇ＝ＲＶ^ｔ（ＶＶ^ｔ）^−１・・・（数４式）

この行列Ｇは、回帰行列と呼ばれ、補正演算に用いられる。説明変数Ｖは、マクロピクセル毎に別の値を持つため、行列Ｇもマクロピクセル毎に算出される。以上が補正演算のための準備である。

実際に測定を行うときの流れを説明する。測定対象となる試料を、分光カメラ装置１で撮像する。撮像画像に含まれる各マクロピクセルについて出力値を算出する。これを、「ｖ_Ｃ＝［ｖ_ＣＸ，ｖ_ＣＹ，ｖ_ＣＺ］^ｔ」とする。次に、補正された三刺激値ｒ_Ｃを、以下の数５式の演算を行うことで算出する。マクロピクセル毎にｒ_Ｃを求めることで、二次元面の正確な三刺激値を求めることができる。

ｒ_Ｃ＝Ｇｖ_Ｃ・・・（数５式）

上述の流れでは、出力値をそのまま用いるＶやｖ_Ｃを用いたが、以下の数６式に示すように拡張することもできる。

ｖ＝［ｖ_Ｘ， ｖ_Ｙ， ｖ_Ｚ １ ｖ_Ｘ ^２ ｖ_Ｙ ^２ ｖ_Ｚ ^２ ・・・］^ｔ（数６式）

数６式の「…」は、ｖ_Ｘｖ_Ｙおよびｖ_Ｘ ^３などの高次の項を意味する。このような拡張を行うことで、補正の精度を高め、より正確な値を求められることができる。拡張したＶで回帰行列Ｇを求めた場合には、実際に数５式を用いた測定の場合にも、拡張したｖ_Ｃを用いることが好ましい。

次に、分光カメラ装置１としては、図１２の構成の分光カメラ装置を用いてもよい。図１２に示す分光カメラ装置１の場合、メインレンズ８５の像位置とセンサ面８８が共役関係になるようにマイクロレンズアレイ８７を設けている。また、センサ面８８上には、図１３に示すように、複数の分光フィルタ８９ａ〜８９ｄを設けることにより、上述と同等の効果が得ることができる。

図１２に示す分光カメラ装置１の場合、マイクロレンズアレイ８７のレンズの数と分光フィルタ８９ａ〜８９ｄの数は一致する。そして、メインレンズ８５の像を各々のマイクロレンズアレイ８７で、各センサ位置に結像する。図１２に示す分光カメラ装置１の場合、複雑な画像処理が不要であるため、高速演算が可能となる。また各分光画像を、それぞれ隣接する撮像領域で同時に撮像可能であるため、センサ面８８を有効に利用でき、図３等を用いて説明した上述の分光カメラ装置１よりも、より高解像度の分光画像を得ることができる。

また、メインレンズ８５と、マイクロレンズアレイ８７との間に、フィールドレンズ８６を設けてもよい。このフィールドレンズ８６を設けることで、各マイクロレンズアレイ８７で作られる像の視差を低減できる。なお、フィールドレンズ８６は、メインレンズ８５の射出瞳とマイクロレンズアレイ８７の入射瞳が共役関係にあることが好ましい。

次に、図１４に、実施の形態の試料測定装置における、分光カメラ装置１および光源装置２の各照明部１５の位置関係を示す。また、図１５に、分光カメラ装置１および光源装置２の各照明部１５の位置関係で形成される各角度を示す。

実施の形態の試料測定装置は、平面状の試料６１に対して、２つ以上の角度に設置された光源装置２の各照明部１５ａ〜１５ｅからそれぞれ光を照射する。そして、試料６１に対して、例えば垂直方向（試料６１の真上）または図１４に示すような上方（試料６１の斜め上）に設置された分光カメラ装置１で、試料６１の２次元の分光情報を、各照明部１５ａ〜１５ｅの光の照射角度毎に、１回の撮像動作（ワンショット）で取得する。この場合において、試料測定装置は、試料６１のサイズ、被写体距離、分光カメラ装置１の画角に対応して、試料６１の右端６１ａ、左端６１ｂにおける光の照射角および鏡面反射角と、試料６１の右端６１ａ、左端６１ｂにおける分光カメラ装置１の視野角との差の角度（アスペキュラ角：ａｓｐｅｃｕｌａｒ）を、以下のような条件で設定する。そして、分光カメラ装置１の位置に対応して決定した偏角範囲における、試料６１の試料面の偏角分光情報を漏れなく取得する。

例えば、−１５度から１１０度までの範囲の偏角分光情報を取得する場合、図１４および図１５に示すように、試料６１に対して４５度の角度に分光カメラ装置１を設置する。また、図１４および図１５に示すようにアスペキュラ角として、「角度Ａ≦−１５度≦角度Ｃ≦角度Ｂ≦角度Ｅ≦角度Ｄ≦角度Ｇ≦角度Ｆ≦角度Ｉ≦角度Ｈ≦１１０度≦角度Ｊ」となるように照明を配置し、所望の偏角範囲の分光情報（偏角分光情報）を漏れなく取得する。

図１６に、照明部１５ｄから光を照射したタイミングで、分光カメラ装置１で撮像された撮影画像の例を示す。照明部１５ｄを用いて行われる撮像は、照明部１５ｄからの光が、試料６１のやや右端側６１ａから試料６１に照射される。また、分光カメラ装置１は、試料６１のやや左端６１ｂ側から、試料６１に照射された光の反射光を受光して、試料６１を撮像する。このため、光の照射方向と撮像方向が反対となるため、図１６に示すように、試料６１の左端６１ｂ側から試料６１の右端６１ａ側にかけて、徐々に暗くなる試料６１の撮像画像が撮像される。

図１４の構成において、一例として、試料６１の直径を６０ｍｍ、画角を２２．６度の分光カメラ装置１と試料６１との間の距離を１５０ｍｍ、試料６１と各角度に設置された各照明部１５ａ〜１５ｅとの距離を、それぞれ１５０ｍｍとする。この場合、図１５に示すように、取得できる最大偏角範囲は−１６度〜１２１度となる。同条件において、照明部の数を増加した場合、最大で−５４度〜１４２度の偏角範囲となる。

これに対して、０度から９０度までの範囲の偏角分光情報を取得する場合は、図１７に示すように、試料６１に対して分光カメラ装置１を垂直に設置する。また、アスペキュラ角として、「角度Ｎ≦０度≦角度Ｏ≦角度Ｋ≦角度Ｐ≦角度Ｌ≦９０度≦角度Ｍ」の条件を満たすように照明部１５ｆ〜１５ｈを設置し、カバー範囲の偏角分光情報をもれなく取得できるようにする。図１７の例では、照明部として照明部１５ｆ〜１５ｈの計３つを設けたが、試料６１のサイズ、被写体距離、分光カメラ装置１の画角、測定したい偏角範囲に応じた照明部の数を設ければよい。

図１７に示す構成において、試料６１の直径を６０ｍｍ、分光カメラ装置１と試料６１との間の距離を１５０ｍｍ、試料６１と各角度に設置された照明部１５ｆ〜１５ｈとの間の距離をそれぞれ１５０ｍｍとする。この場合、取得可能な最大偏角範囲は−２３度〜１０１度となる。ＡＳＴＭ基準（Ｅ２５３９）では、パール色に対する通常のアスペキュラ角として−１５度〜１１０度が推奨されている。ＡＳＴＭは、「米国材料試験協会」の略記である。しかし、試料によっては、アスペキュラ角が０〜９０度でも、試料の特徴を把握可能な測定を行うことができる場合もある。このため、上述の図１４の構成および図１７の構成は、試料に応じて使い分ければよい。

次に、試料６１の測定動作および各評価項目の測定値の算出動作を説明する。まず、動作の概要を説明する。図１において、情報処理装置４は、図２に示す撮像制御部３２で分光カメラ装置１の撮像制御を行う。また、情報処理装置４は、光源制御部３１で照明部１５の点灯制御を行い、測定値算出部３６で、各評価項目の測定値を算出する。算出された各測定値は、ＨＤＤ２４、ＲＡＭ２３またはＲＯＭ２２等の記憶部に格納される。

また、情報処理装置４は、試料の測定の前に、校正情報取得部３４で標準白色板等の校正部材の読み取りを行い、偏角分光情報を校正するための校正情報を生成する。また、情報処理装置４は、写像性およびオレンジピールの測定時には、校正情報取得部３４で均一な標準黒ガラスまたは標準ミラー等の校正部材の読み取りを行い、偏角分光情報を校正するための校正情報を生成する。校正情報取得部３４は、生成された校正情報を、ＨＤＤ２４、ＲＡＭ２３またはＲＯＭ２２等の記憶部に格納する。情報校正部３５は、測定により得られた試料の偏角分光情報を、校正情報を用いて校正する。測定値算出部３６は、校正された偏角分光情報を用いて、各評価項目の測定値を算出する。なお、校正情報の生成は、例えば工場出荷時等の、試料の測定前に行っても良いし、校正部材を常備しておくことで、試料の測定毎に行ってもよい。

以下、具体的に説明する。まず、図１８は、写像性およびオレンジピールに対応する校正情報以外の、通常の校正情報の取得動作の流れを示すフローチャートである。この図１８のフローチャートにおいて、ステップＳ１では、ユーザが手動で、または、校正情報取得部３４が、標準白色板の移動機構を制御して、図１４または図１７に示した試料６１の設置位置（分光カメラ装置１の撮像範囲内）に標準白色板を設置する。

ステップＳ２では、光源制御部３１が、図１４または図１７に示した照明部１５ａ〜１５ｅ、または、照明部１５ｆ〜１５ｈのうち、いずれか一つの照明部を点灯制御する。また、ステップＳ３では、撮像制御部３２は、点灯制御された照明部からの光が照射された標準白色板を、ワンショットで撮像するように、分光カメラ装置１を撮像制御する。校正情報取得部３４は、標準白色板の撮像情報を校正情報として、図１のＨＤＤ２４等の記憶部に記憶する。

実施の形態の試料測定装置は、一つずつ、順次、照明部を点灯制御しながら標準白色板を撮像する。ステップＳ４では、ＣＰＵ２１が、全ての照明部に対応する撮像が完了したか否かを判別する。ＣＰＵ２１により、全ての照明部に対応する撮像が完了していないものと判別された場合（ステップＳ４：Ｎｏ）、処理がステップＳ２に戻る。そして、再度、次に点灯駆動される照明部が、光源制御部３１により点灯駆動され、撮像制御部３２の制御で、分光カメラ装置１による標準白色板の撮像が繰り返し行われる。これにより、ＨＤＤ２４には、各照明部に対応する各校正情報が格納される。

これに対して、全ての照明部に対応する撮像が完了したものと判別された場合（ステップＳ４：Ｙｅｓ）、図１８のフローチャートの処理が終了する。

実施の形態の試料測定装置は、このように校正情報を取得すると、図１９のフローチャートに示すように、試料の撮像を行うことで照明部毎の偏光分光情報を取得し、各偏光分光情報を用いて、各評価項目の測定値を算出する。この図１９のフローチャートにおいて、ステップＳ１１では、ユーザが手動で、または、校正情報取得部３４が移動機構を制御して、図１４または図１７に示すように、分光カメラ装置１の撮像範囲内に試料６１を設置する。

ステップＳ１２では、光源制御部３１が、図１４または図１７に示した照明部１５ａ〜１５ｅ、または、照明部１５ｆ〜１５ｈのうち、いずれか一つの照明部を点灯制御する。また、ステップＳ１３では、撮像制御部３２は、点灯制御された照明部からの光が照射された試料６１を、ワンショットで撮像するように、分光カメラ装置１を撮像制御する。撮像制御部３２は、試料６１の撮像情報である上述の偏角分光情報を、図１のＲＡＭ２３等の記憶部に記憶する。

ここで、試料測定装置は、光源制御部３１が、所定の露光時間となるように各照明部１５ａ〜１５ｅを点灯制御する動作（光量を変更する動作）、および、撮像制御部３２が撮像時の露光時間を変更する動作のうち、いずれか一つ、または、両方を行う。そして、測定値算出部３６が、このような光量の変更または露光時間の変更に応じて取得した複数の２次元分光情報を合成する。これにより、ダイナミックレンジを拡大した２次元分光情報を生成することができる。

次に、実施の形態の試料測定装置は、一つずつ、順次、照明部を点灯制御しながら試料６１を撮像する。ステップＳ１４では、ＣＰＵ２１が、全ての照明部に対応する撮像が完了したか否かを判別する。ＣＰＵ２１により、全ての照明部に対応する撮像が完了していないものと判別された場合（ステップＳ１４：Ｎｏ）、処理がステップＳ１２に戻る。そして、再度、次に点灯駆動される照明部が、光源制御部３１により点灯駆動され、撮像制御部３２の制御で、分光カメラ装置１による試料６１の撮像が繰り返し行われる。これにより、ＨＤＤ２４には、各照明部に対応する各偏角分光情報が格納される。

次に、ステップＳ１４において、全ての照明部に対応する撮像が完了したものと判別されることで（ステップＳ１４：Ｙｅｓ）、処理がステップＳ１５に進むと、情報校正部３５が、ＨＤＤ２４に記憶されている校正情報を用いて、ＲＡＭ２３に記憶した偏角分光情報をそれぞれ補正（校正）する。測定値算出部３６は、ステップＳ１６において、補正された偏角分光情報を用いて、後述するように各評価項目の測定値を算出する。具体的には、測定値算出部３６は、偏角分光情報、偏角測色情報、ＢＲＤＦ情報、光輝感、粒子感、光沢、および、ヘーズの各測定値を算出し、算出した測定値をＨＤＤ２４等の記憶部に記憶し、図１９のフローチャートの処理が終了となる。

次に、図２０は、写像性およびオレンジピールに対応する校正情報の取得動作の流れを示すフローチャートである。この図２０のフローチャートにおいて、ステップＳ２１では、ユーザが手動で、または、校正情報取得部３４が、標準黒ガラスまたはミラーの移動機構を制御して、図１４または図１７に示した試料６１の設置位置（分光カメラ装置１の撮像範囲内）に標準黒ガラス等を設置する。

ステップＳ２２では、光源制御部３１が、図１４または図１７に示した照明部１５ａ〜１５ｅ、または、照明部１５ｆ〜１５ｈのうち、いずれか一つの照明部を点灯制御する。また、ステップＳ２３では、撮像制御部３２が、点灯制御された照明部からの光が照射された標準黒ガラス等を、ワンショットで撮像するように、分光カメラ装置１を撮像制御する。校正情報取得部３４は、標準黒ガラス等の撮像情報を、写像性およびオレンジピールに対応する校正情報として、図１のＨＤＤ２４等の記憶部に記憶する。

実施の形態の試料測定装置は、一つずつ、順次、照明部を点灯制御しながら標準黒ガラス等を撮像する。ステップＳ２４では、ＣＰＵ２１が、全ての照明部に対応する撮像が完了したか否かを判別する。ＣＰＵ２１により、全ての照明部に対応する撮像が完了していないものと判別された場合（ステップＳ２４：Ｎｏ）、処理がステップＳ２２に戻る。そして、再度、次に点灯駆動される照明部が、光源制御部３１により点灯駆動され、撮像制御部３２の制御で、分光カメラ装置１による標準黒ガラス等の撮像が繰り返し行われる。これにより、ＨＤＤ２４には、各照明部に対応する写像性およびオレンジピールの各校正情報が格納される。

これに対して、全ての照明部に対応する撮像が完了したものと判別された場合（ステップＳ２４：Ｙｅｓ）、図２０のフローチャートの処理が終了する。

次に、このように写像性およびオレンジピールの各校正情報を取得すると、実施の形態の試料測定装置は、図２１のフローチャートに示すように、試料の撮像を行うことで照明部毎の偏光分光情報を取得し、各偏光分光情報を用いて、写像性およびオレンジピールの各評価項目の測定値を算出する。

図２１のフローチャートにおいて、ステップＳ３１では、ユーザが手動で、または、校正情報取得部３４が移動機構を制御して、図１４または図１７に示すように、分光カメラ装置１の撮像範囲内に試料６１を設置する。ステップＳ３２では、光源制御部３１が、図１４または図１７に示した照明部１５ａ〜１５ｅ、または、照明部１５ｆ〜１５ｈのうち、いずれか一つの照明部を点灯制御する。また、ステップＳ３３では、撮像制御部３２は、点灯制御された照明部からの光が照射された試料６１を、ワンショットで撮像するように、分光カメラ装置１を撮像制御する。撮像制御部３２は、試料６１の撮像情報である上述の偏角分光情報を、図１のＲＡＭ２３等の記憶部に記憶する。

実施の形態の試料測定装置は、一つずつ、順次、照明部を点灯制御しながら試料６１を撮像する。ステップＳ３４では、ＣＰＵ２１が、全ての照明部に対応する撮像が完了したか否かを判別する。ＣＰＵ２１により、全ての照明部に対応する撮像が完了していないものと判別された場合（ステップＳ３４：Ｎｏ）、処理がステップＳ３２に戻る。そして、再度、次に点灯駆動される照明部が、光源制御部３１により点灯駆動され、撮像制御部３２の制御で、分光カメラ装置１による試料６１の撮像が繰り返し行われる。これにより、ＨＤＤ２４には、各照明部に対応する各偏角分光情報が格納される。

次に、ステップＳ３４において、全ての照明部に対応する撮像が完了したものと判別されることで（ステップＳ３４：Ｙｅｓ）、処理がステップＳ３５に進むと、情報校正部３５が、ＨＤＤ２４に記憶されている写像性およびオレンジピールの校正情報を用いて、ＲＡＭ２３に記憶した偏角分光情報をそれぞれ補正（校正）する。測定値算出部３６は、ステップＳ３６において、補正された偏角分光情報を用いて、後述するように写像性およびオレンジピールの測定値を算出し、算出した測定値をＨＤＤ２４等の記憶部に記憶し、図２１のフローチャートの処理が終了となる。

次に、測定値算出部３６における、各評価項目の具体的な算出動作を説明する。この実施の形態の試料測定装置においては、予め計算された範囲にそれぞれ異なる角度で設置した複数の照明部から、試料に対して光を照射する。そして、試料からの反射光を、ワンショットで分光情報を取得可能な２次元の分光カメラ装置１で撮影し、撮像された２次元画像のＸ軸方向およびＹ軸方向の各画素の、照明方向および撮像方向の光学幾何条件の変化を利用して変角分光情報を得る。

実施の形態の試料測定装置では、面内を一様の試料と捉えている。測定値算出部３６は、測定範囲として定めた角度範囲の偏角分光情報を用いて、偏角測色情報およびＢＲＤＦ情報（双方向反射率分布関数：ＢＲＤＦ：Bi-directional Reflectance Distribution Function）を、以下のように算出する。

（偏角分光情報）
偏角分光情報は、試料表面上のある点ｘ（ｉ，ｊ，θ，λ）における偏角分光反射特性であり、上述のように、分光カメラ装置１により、各波長の情報としてＨＤＤ２４等の記憶部に保存される。「ｉ」は、Ｘ軸における受光素子上の座標、「ｊ」は、Ｙ軸における受光素子上の座標、「θ」は、アスペキュラ角、「λ」は、分光した波長を示す。

（偏角測色情報）
測定値算出部３６は、偏角測色情報を算出する場合、ＣＩＥ（Commission Internationale de l'Eclairage：国際照明委員会）で定められている通り、まず、上述の偏角分光情報を用いて、三刺激値ＸＹＺを計算する。そして、三刺激値ＸＹＺを用いて、図２２に示す演算を行うことで、Ｌ＊ａ＊ｂ＊表色系に変換し、これを、偏角測色情報とする。または、測定値算出部３６は、三刺激値ＸＹＺを、図２３に示す演算を行うことで、Ｌ＊ｕ＊ｖ＊表色系に変換し、これを偏角測色情報とする。

（ＢＲＤＦ情報）
図２４において、試料６１の表面上のある点ｘ（ｉ，ｊ）におけるＢＲＤＦは、入射と反射の双方向に依存し、照明１５の方向（θｉ，φｉ）からの入射光の強さに対する分光カメラ装置１の撮像方向（θｒ，φｒ）への反射光の強さの比として定義される。図２４に示す角度Ｑはθｉ、角度Ｒはφｉ、角度Ｓはθｒ、角度Ｔはφｒを示している。赤（Ｒ），緑（Ｇ），青（Ｂ）の３チャネル毎にＢＲＤＦを定義する。以下の数７式のように、４つの角度ＱＲＳＴをパラメータとするのが一般的であることから、測定値算出部３６は、以下の数７式の演算により、ＢＲＤＦ情報を算出する。

∫_ＢＤＲＦ（ｘ，θi，φi，θr，φr，）・・・（数７式）

（質感パラメータの取得）
また、測定値算出部３６は、光輝感、粒子感、光沢、ヘーズ、写像性およびオレンジピール等の質感については、それぞれ以下のように測定値を算出する。

（光輝感）
分光カメラ装置１は、試料６１に対する分解能が、１画素あたり、１０〜１００μｍの分解能の光学構成を有している。そして、分光カメラ装置１は、ハイダイナミックレンジ技術を用いて、例えば１８ビット以上のダイナミックレンジで試料６１の撮像を行う。

測定値算出部３６は、照明角度毎、分光波長毎に強度ヒストグラムを計算し、角度および波長毎の光輝面積、光輝強度、および、光輝分散を算出する。具対的には、測定値算出部３６は、例えば波長５５５ｎｍにおいて、角度１０度±２．５度の範囲毎に強度ヒストグラムを計算し、一定画素数以上の強度ヒストグラムを算出する。なお、この例では１０度毎に計算しているが、例えば５度毎等、他のアスペキュラ角度で強度ヒストグラムを計算してもよい。

図２５に、アスペキュラ角度１０度、２０度、３０度の強度ヒストグラムを計算する領域を示す。また、図２６に、アスペキュラ角度１０度、２０度、３０度の強度ヒストグラムを示す。図２５に示すように、アスペキュラ角度１０度におけるピークの画素数を「光輝面積ＡＲ１」、アスペキュラ角度２０度におけるピークの画素数を「光輝面積ＡＲ２」、アスペキュラ角度３０度におけるピークの画素数を「光輝面積ＡＲ３」とする。また、図２６において、アスペキュラ角度１０度におけるピークの光輝強度を「光輝強度Ｋ１」、アスペキュラ角度２０度におけるピークの光輝強度を「光輝強度Ｋ２」、アスペキュラ角度３０度におけるピークの光輝強度を「光輝強度Ｋ３」とする。さらに、アスペキュラ角度１０度におけるヒストグラムの光輝分散は「光輝分散Ｂ１」、アスペキュラ角度２０度におけるヒストグラムの光輝分散は「光輝分散Ｂ２」、アスペキュラ角度３０度におけるヒストグラムの光輝分散は「光輝分散Ｂ３」とする。

この場合において、角度θにおける光輝感パラメータＳ（θ）は、一例として、「Ｓ＿ａｒｅａ（θ）」、「Ｓ＿ｓｔｒｅｎｇｔｈ（θ）」および「Ｓ＿ｖａｒｉａｎｃｅ（θ）」の３つのパラメータで表すことができる。「Ｓ＿ａｒｅａ（θ）」のパラメータは、光輝面積（ピークの画素数）ＡＲ１，光輝面積ＡＲ２，光輝面積ＡＲ３で表される。「Ｓ＿ｓｔｒｅｎｇｔｈ（θ）」のパラメータは、ピークの光輝強度Ｋ１、光輝強度Ｋ２、光輝強度Ｋ３で表される。「Ｓ＿ｖａｒｉａｎｃｅ（θ）」のパラメータは、光輝分散Ｂ１，光輝分散Ｂ２，光輝分散Ｂ３で表される。

一例として、図２７の（ａ）の符号を付した図に、粒子が細かいメタリック塗装の試料の画像を示し、図２７の（ｂ）の符号を付した図に、粒子が細かいメタリック塗装の試料の強度ヒストグラムを示す。また、図２８の（ａ）の符号を付した図に、粒子が粗いメタリック塗装の試料の画像を示し、図２８の（ｂ）の符号を付した図に、粒子が粗いメタリック塗装の試料の強度ヒストグラムを示す。さらに、図２９の（ａ）の符号を付した図に、パール塗装の試料の画像を示し、図２９の（ｂ）の符号を付した図に、パール塗装の試料の強度ヒストグラムを示す。なお、図２７〜図２９は、試料を垂直方向から撮像（図１７参照）した際の画像および強度ヒストグラムである。図１に示す情報処理装置４は、このような分光カメラ装置１で撮像された試料の画像、および、算出した強度ヒストグラムを、モニタ装置５に表示する。

（粒子感）
分光カメラ装置１は、試料６１に対する分解能が、１画素あたり、１０〜１００μｍの分解能の光学構成を有している。そして、分光カメラ装置１は、ハイダイナミックレンジ技術を用いて、例えば１８ビット以上のダイナミックレンジで試料６１の撮像を行う。

測定値算出部３６は、照明角度毎の粒子画像の照明の正反射光以外の拡散光と判定した画素のみを用いて、画像の再構成を行う。すなわち、図２６の強度ヒストグラムに示す例を用いて説明すると、測定値算出部３６は、ピークの画素数の「光輝面積ＡＲ２」および「光輝面積ＡＲ３」を除いた画素のみを用いて、画像の再構成を行う。

そして、測定値算出部３６は、再構成した画像から明るい箇所および暗い箇所の分散値を算出し、算出した分散値を粒子感の測定値とする。正反射光は、ノイズである場合も多く、粒子感の演算が不正確なものとなるおそれがある。しかし、正反射光以外の拡散光に対応する画素のみを用いて、上述の画像の再構成および分散値の算出を行うことにより、粒子感の正確な数値化を図ることができる。なお、分散値が小さければ、塗装面に対して塗料の粒子が均一に分散していることを示し、分散値が大きければ、塗装面に対して塗料の粒子がまばらに分散していることを示す。なお、均一性の数値化は、画像のエントロピーを用いて算出してもよいし、フーリエ解析によって算出してもよい。

（光沢）
測定値算出部３６は、光沢の測定値を算出する場合、鏡面反射光を撮像した画素について、人間の視感度である５５５ｎｍの分光強度情報を用いる。そして、測定値算出部３６は、日本工業規格（ＪＩＳ） Ｚ８７４１−１９９７ 鏡面光沢度−測定方法（Specular glossiness Methods of measurement）に準じた、以下の数８式の演算を行うことで、光沢の測定値を算出する。

Ｇｓ（θ）＝φｓ／φｏｓ＊Ｇｏｓ（θ）・・・（数８式）

数８式において、「φｓ」は、規定された入射角θに対する試料面からの鏡面反射光束を示す。「φｏｓ」は、規定された入射角θに対する標準面からの鏡面反射光束を示す。「Ｇｏｓ（θ）」は、使用した標準面の光沢度（％）を示す。なお、標準面としては、標準黒ガラスまたは標準ミラーを用いてもよい。

また、測定値算出部３６は、三刺激値ＸＹＺを変換した上述のＬ＊ａ＊ｂ＊表色系の情報からフロップインデックス（Flop Index）を算出し、フロップ特性（明るさの変化の度合い）を算出する。フロップインデックスとは、角度毎のＬ＊ａ＊ｂ＊表色系の情報の値と、ハイライトとシェードの間で見られる明度の相対的な変化である。

フロップインデックスの計算式としては、測定値算出部３６は、デュュポン社（Ｄｕｐｏｎｔ社）が開発した、以下の数９式を用いる。

Flop Index＝２．６９＊（Ｌ＊１５−Ｌ＊１１０）^１．１１／（Ｌ＊４５）^０．８５・・・（数９式）

なお、４５度で正規化せずに、単にハイライト（１５度）とシェード（１１０度）の差をフロップインデックスとしてもよい。

（ヘーズ）
測定値算出部３６は、正反射光と正反射光から１．９度〜３度ずれた試料面について、人の視感度である５５５ｎｍの分光強度情報から、例えば図３０に示す「ＡＳＴＭ Ｅ−４３０ Ｔｅｓｔ Ｍｅｔｈｏｄ Ｂ」の演算を行い、ヘーズの測定値を算出する。図３０の例は、２０度の鏡面反射光の例であるが、角度に応じて拡張可能である。例えば、図１４の例の場合、４５度の鏡面反射光の例である。

次に、写像性およびオレンジピールの測定値を算出する場合、図３１に示すように、投影機１から試料に投影した所定の短波長のスリット光８０を、分光カメラ装置１で撮像する。測定値算出部３６は、人間の視感度である５５５ｎｍ付近の分光強度情報を用いて、例えば以下の数１０式に示すＡＳＴＭ Ｄ５７６７−９５ Ｔｅｓｔ Ｍｅｔｈｏｄ Ｂの演算を行い、写像性およびオレンジピールの測定値を算出する。

Ｃ＝（（Ｍ−ｍ）／（Ｍ＋ｍ））×１００・・・（数１０式）

なお、数１０式における、「Ｃ」は写像性の測定値、「Ｍ」は分光強度情報の最大値、「ｍ」は分光強度情報の最小値を示している。図３２の（ａ）の符号を付した図、および、（ｂ）の符号を付した図に、分光強度情報波形の一例を示す。

（オレンジピール）
オレンジピールの測定値を算出する場合、図３１に示したように、投影機３からスリット光８０を投影して分光カメラ装置１で撮像するのであるが、オレンジピールの測定時には、所定の長い波長のスリット光を投影して撮像を行う。測定値算出部３６は、人の視感度である５５５ｎｍ付近の分光強度情報を用いて、例えば上述の数１０式を用いて、オレンジピールの測定値を算出する。オレンジピールについては、周期の長いスリット光８０を用いることで、写像性よりも周期の長い大局的な凹凸特性を評価することができる。

なお、図１に示す情報処理装置４は、このように算出された偏角分光情報、偏角測色情報、ＢＲＤＦ情報、光輝感、粒子感、光沢、ヘーズ、写像性およびオレンジピールの各測定値をモニタ装置５に表示する。ユーザは、表示された各測定値から、試料を総合的に評価することができる。

以上の説明から明らかなように、第１の実施の形態の試料測定装置は、計算式によって指定される範囲に設置された複数の角度から試料６１に照明を照射し、その反射光をワンショットで、分光情報の取得が可能な２次元の分光カメラ装置１で撮像する。また、試料６１の２次元画像内のＸ軸方向およびＹ軸方向の画素毎の照明方向と撮像方向の光学幾何条件の変化を利用して偏角分光情報を得る。そして、面内を一様の試料として捉え、測定範囲として定めた角度範囲の偏角分光情報、偏角測色情報、ＢＲＤＦ情報を得る。

また、試料６１の質感については、それぞれ以下のようにして数値化した測定情報を算出する。すなわち、光輝感の算出は、以下のようにして行う。試料に対して、１画素あたり、１０〜１００μｍの分解能を有する分光カメラ装置１を用い、ハイダイナミックレンジ技術を使用し、１８ビット以上のダイナミックレンジで撮影する。照明角度毎、分光波長毎の明度ヒストグラムを計算し、角度および波長毎の光輝面積と光輝強度を算出する。

粒子感の算出は、以下のようにして行う。試料に対して、１画素あたり、１０〜１００μｍの分解能を有する分光カメラ装置１を用い、照明角度毎の粒子画像の照明の正反射光を避けた拡散光と判定された画素のみを用いて、画像の再構成を行い、その画像から明／暗の面積の均一性を粒子感として、数値化する。均一性は画像のエントロピーまたは分散を用いても良いし、フーリエ解析で求めてもよい。

光沢の算出は、以下のようにして行う。正反射光を撮像した画素については、人間の視感度である５５５ｎｍ付近の分光情報および標準ガラス板での校正結果を用いて、数値化する。

ヘーズ（濁度（曇度））の算出は、以下のようにして行う。正反射光と正反射光から１．９度〜３度ずれた試料面について、人間の視感度である５５５ｎｍ付近の分光情報および標準ガラス板での校正結果を用いて、数値化する。

写像性の算出は、以下のようにして行う。投影機３から投影するスリット光（波長短い）を分光カメラ装置１で撮像し、人間の視感度である５５５ｎｍ付近の分光情報および標準ガラス板での校正結果を用いて、数値化する。

オレンジピールの算出は、以下のようにして行う。投影機３から投影するスリット光（波長長い）を分光カメラ装置１で撮像し、人間の視感度である５５５ｎｍ付近の分光情報および標準ガラス板での校正結果を用いて、数値化する。

第１の実施の形態の試料測定装置は、パール色、または、メタリック色等の、見る角度で異なる色に見える光輝材を含む塗料の偏角分光情報、偏角色情報、ＢＲＤＦ情報、光輝感、粒子感、光沢、ヘーズ、写像性、オレンジピールを各評価項目の測定値を算出できる。このため、見る角度で異なる色に見える光輝材を含む塗料の総合的な定量評価を、一度に行うことができる。

（第２の実施の形態）
次に、第２の実施の形態の試料測定装置の説明をする。上述の第１の実施の形態の試料測定装置は、写像性の測定時に、スリット光８１を照射して撮像するものであった。

これに対して、第２の実施の形態の試料測定装置は、写像性の測定時となると、パターン投影制御部３３が、図３３に示すように、分光カメラ装置１の撮像限界空間周波数までの空間周波数を含む２次元のホワイトノイズ８２を、試料に投影するように、投影機３を制御する。そして、上述のように、光源制御部３１が照明部を順次点灯駆動し、撮像制御部３２が、分光カメラ装置１を撮像制御して、ホワイトノイズ８２を撮像する。

ホワイトノイズは、フーリエ変換を行い、パワースペクトルにすると、全ての周波数で同じ強度となる。測定値算出部３６は、ホワイトノイズの撮像画像をフーリエ変換することで得られる２次元空間周波数特性を、写像性の測定値として算出する。投影したホワイトノイズの撮像画像をフーリエ変換して得られる２次元空間周波数特性は、全ての入射像の空間周波数に対する写像の空間周波数応答そのものとなる。このため、上述のスリット光８０の代わりに、ホワイトノイズを投影しても、写像性を算出できる他、上述の第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。

（第３の実施の形態）
次に、第３の実施の形態の試料測定装置の説明をする。この第３の実施の形態の試料測定装置は、試料面の各位置の三次元形状の光学幾何条件を補正することで、測定対象面の形状に影響されない計測ができる。

具体的には、第３の実施の形態の試料測定装置の場合、投影機３から投影するスリット光、または、図３４に示す３次元情報取得装置９０によって、試料面の各位置の三次元形状を取得する。測定値算出部３６は、取得された試料面の各位置の三次元形状から、試料の各位置の法線方向を算出する。そして、測定値算出部３６は、算出した試料の各位置の法線方向、および、分光カメラ装置１、各照明部、試料の位置関係から、照明部からの光の正反射方向を補正した上で、アスペキュラ角を再計算する。これにより、試料面の各位置の三次元形状の光学幾何条件を補正することができる。

試料の偏角特性を測定する場合、試料が水平方向から１度傾いているだけで、偏角特性にもズレが生じる。しかし、第３の実施の形態の試料測定装置の場合、試料面の法線方向と、その幾何学的配置から、１度傾いた偏角特性のズレを校正して、算出を行うことができる。このため、試料の各位置の三次元形状から法線方向を計算し、照明の正反射方向を補正した上で、アスペキュラ角を計算し直すことで、測定対象面の形状に影響されない測定を行うことができ、各評価項目の、より正確な測定値を得られる他、上述の各実施の形態の同じ効果を得ることができる。

（第４の実施の形態）
次に、第４の実施の形態の試料測定装置の説明をする。上述の各実施の形態では、例えば図１７に示す各照明部１５ｆ〜１５ｈを、一つずつ点灯制御しながら、分光カメラ装置１において、ワンショットで撮像を行うものであった。

これに対して、第４の実施の形態の試料測定装置は、図３５に示すように分光透過率特性がそれぞれ異なるフィルタ９１，９２，９３を、各照明部１５ｆ〜１５ｈの前面に設けている。なお、分光透過率特性がそれぞれ異なる塗料を各照明部１５ｆ〜１５ｈに塗布してもよい。各フィルタ９１，９２，９３の分光透過率特性は、図３６に示すようになっている。一例ではあるが、図３６において、実線のグラフがフィルタ９１の分光透過率特性、点線のグラフがフィルタ９２の分光透過率特性、一点鎖線のグラフがフィルタ９３の分光透過率特性を示している。この図３６からわかるように、各フィルタ９１，９２，９３は、透過させる光の波長が所定分ずつずれている。

光源制御部３１は、全ての照明部１５ｆ〜１５ｈを同時に点灯制御する。なお、「同時に点灯制御」する場合、各照明部１５ｆ〜１５ｈの点灯タイミングを一致させて一度に点灯制御する他、各照明部１５ｆ〜１５ｈを、一つまたは複数ずつ点灯制御して、最終的に、全ての照明部１５ｆ〜１５ｈを、同時に点灯制御してもよい。すなわち、各照明部１５ｆ〜１５ｈが、同時に点灯している時間が存在するように、各照明部１５ｆ〜１５ｈを点灯制御すればよい。

撮像制御部３３は、全ての照明部１５ｆ〜１５ｈが同時に点灯制御されている間に、１回の撮像動作を行うように分光カメラ装置１を撮像制御する。これにより、ワンショットで、各照明部１５ｆ〜１５ｈに対応する偏角分光情報および偏角測色情報を、一度に取得することができる。このため、試料の測定時間を短縮化できる他、上述の各実施の形態と同じ効果を得ることができる。

上述の各実施の形態は、例として提示したものであり、本発明の範囲を限定することは意図していない。この新規な各実施の形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことも可能である。各実施の形態および各実施の形態の変形は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１ 分光カメラ装置
２ 光源装置
３ 投影機
４ 情報処理装置
５ モニタ装置
１１ 撮像部
１２ 画像処理部
１５ 照明部
１６ 点灯制御部
３１ 光源制御部
３２ 撮像制御部
３３ パターン投影制御部
３４ 校正情報取得部
３５ 情報校正部
３６ 測定値算出部
５３ マイクロレンズアレイ（ＭＬＡ）
５４ メインレンズ
５６ カラーフィルタ
６１ 試料
６１ａ 試料の右端
６１ｂ 試料の左端
８０ スリット光
９０ ３次元情報取得装置
９１ フィルタ
９２ フィルタ
９３ フィルタ

特開２０１３−２３８５７６号公報

Claims (15)

1. 試料の試料面に対して、複数の照明角度の照明部から一度に照明光を照射する光源装置と、
   前記各照明部にそれぞれ設けられた、異なる波長の照明光を透過させる光分光透過率特性を備えた複数のフィルタと、
   前記試料面の上方に配置され、前記試料面からの前記各波長の照明光に対応する反射光を分光して２次元分光情報を、１回の撮像動作で取得する分光カメラ装置と、
   前記分光情報のＸ軸方向およびＹ軸方向における、画素毎の照明方向および撮像方向の光学幾何条件の変化を利用して、前記試料の所定の評価項目の測定値を測定するための、前記試料面の偏角分光情報を算出する算出部と
   を有する試料測定装置。
2. 前記光学幾何条件は、前記試料面の測定範囲、前記分光部の画角、前記試料面と前記照明部との間の距離、前記分光部と前記照明部との間の距離、および前記照明部の照明角度の少なくとも１つであり、
   前記光学幾何条件で、測定する偏角範囲を連続的に取得可能となるように、前記照明部および前記分光部を配置したこと
   を特徴とする請求項１に記載の試料測定装置。
3. 前記算出部は、前記分光カメラ装置で取得された前記２次元分光情報を用いて、照明角度毎および分光波長毎の明度ヒストグラムを計算し、照明角度および分光波長毎の光輝面積と光輝強度を計算すること
   を特徴とする請求項１または請求項２に記載の試料測定装置。
4. 前記光源装置は、光量および撮像時の露光時間のうち、少なくとも一方を変更し、
   前記分光カメラ装置は、前記光源装置による光量、または撮像時の露光時間、または光量および撮像時の露光時間の変更に応じて取得した複数の前記２次元分光情報を合成することで、ダイナミックレンジを拡大した前記２次元分光情報を生成すること
   を特徴とする請求項１から請求項３のうち、いずれか一項に記載の試料測定装置。
5. 前記算出部は、前記分光カメラ装置で取得した前記２次元分光情報から、正反射角度を除いた拡散光反射角度の範囲を決定し、照明角度毎の粒子画像の照明の正反射光以外の拡散光と判定した画素のみを用いて画像の再構成を行い、画像のエントロピー、分散またはフーリエ解析を用いて、再構成した画像から明るい箇所および暗い箇所の面積の均一性を粒子感として算出すること
   を特徴とする請求項１から請求項４のうち、いずれか一項に記載の試料測定装置。
6. 前記算出部は、前記偏角分光情報を用い、正反射角度から光沢値を算出し、正反射角度および近傍の角度からヘーズ値を算出すること
   を特徴とする請求項１から請求項５のうち、いずれか一項に記載の試料測定装置。
7. 前記分光カメラ装置１の撮像範囲に、所定パターンのスリット光を投影する投影機を、さらに備え、
   前記算出部は、前記スリット光を前記分光カメラ装置で撮像することで生成された偏角分光情報を用いて、前記試料の写像性およびオレンジピールの各測定値を測定すること
   を特徴とする請求項１から請求項６のうち、いずれか一項に記載の試料測定装置。
8. 前記試料の試料面の３次元形状情報を測定して取得する３次元情報取得装置を、さらに備え、
   前記算出部は、取得された前記試料面の３次元形状情報を用いて、前記試料面の各位置の法線方向を算出し、算出した法線方向を用いて、前記分光カメラ装置で取得された前記偏角分光情報を補正すること
   を特徴とする請求項１から請求項７のうち、いずれか一項に記載の試料測定装置。
9. 前記算出部は、前記偏角分光情報を用いて、偏角色情報、ＢＲＤＦ情報、光輝感、粒子感、光沢、ヘーズ、写像性、オレンジピールの測定値をそれぞれ算出すること
   を特徴とする請求項１から請求項８のうち、いずれか一項に記載の試料測定装置。
10. 前記投影機は、前記分光カメラ装置１の撮像範囲に、ホワイトノイズの画像を投影し、
    前記算出部は、分光カメラ装置で前記ホワイトノイズの画像を撮像することで得られた前記偏角分光情報を用いて、前記試料の写像性の測定値を算出すること
    を特徴とする請求項７から請求項９のうち、いずれか一項に記載の試料測定装置。
11. 前記分光カメラ装置は、
    メインレンズ、分光フィルタ群、および、マイクロレンズを備え、前記分光フィルタの数に応じた分光情報を取得するマルチバンドカメラ、または、１組以上のフィルタおよび回折格子もしくはプリズムを含むハイパースペクトルカメラであり、
    前記照明部の各照明角度の照明光の照射に同期して、前記２次元分光情報を１回の撮像動作で取得すること
    を特徴とする請求項１から請求項１０のうち、いずれか一項に記載の試料測定装置。
12. 前記マルチバンカメラは、メインレンズ内に挿入された分光フィルタ群、およびメインレンズと受光素子との間に挿入されたマイクロレンズアレイを備え、前記マイクロレンズアレイの各マイクロレンズを介して、前記分光フィルタの数に応じた分光情報を取得すること
    を特徴とする請求項１１に記載の試料測定装置。
13. 前記マルチバンカメラは、前記マイクロレンズアレイと前記受光素子との間に前記分光フィルタ群を設けることにより、前記分光フィルタの数に応じた分光情報を取得すること
    を特徴とする請求項１２に記載の試料測定装置。
14. 前記分光カメラ装置は、前記試料に対する各画素の分解能が、それぞれ１０μｍから１００μｍの光学構成を備えること
    を特徴とする請求項１〜請求項１１のうち、いずれか一項に記載の試料測定装置。
15. コンピュータを、
    複数の照明角度の照明部の点灯タイミングを一致させ、それぞれ異なる波長の光を透過させる光分光透過率特性を備えたフィルタを介して、それぞれ異なる波長の照明光を試料の試料面に照射するように光源装置を制御する光源制御部と、
    前記試料面の上方に配置され、前記試料面からの前記各波長の照明光に対応する反射光を分光して２次元分光情報を、１回の撮像動作で取得するように分光カメラ装置を撮像制御する撮像制御部と、
    前記分光情報のＸ軸方向およびＹ軸方向における、画素毎の照明方向および撮像方向の光学幾何条件の変化を利用して、前記試料の所定の評価項目の測定値を測定するための、前記試料面の偏角分光情報を算出する算出部として機能させること
    を特徴とする試料測定プログラム。