JP4251193B2 - 反射特性測定装置 - Google Patents

Description

本発明は、試料表面の光沢度を測定する反射特性測定装置に関する。

従来、試料表面の光沢度を測定する反射特性測定装置が知られている。図１８は、従来の反射特性測定装置の構成例を示す図である。

図１８に示すように、反射特性測定装置１００は、入射側光学系１０１と反射側光学系１０２とを備えており、適正な姿勢にある測定試料Ｓの表面の或る点を通る法線Ｇに対して所定の角度をなす位置から入射側光学系１０１により測定試料Ｓの表面に向けて光を出射し、法線Ｇに対して所定の角度をなす位置において測定試料Ｓの表面からの反射光が反射側光学系１０２に入射されるように構成されている。

入射側光学系１０１及び反射側光学系１０２にはそれぞれ絞り１０３，１０４が備えられており、入射側光学系１０１の絞り１０３は、光源１０５からの光を所定の開き角に制限して測定試料Ｓの表面に導く一方、反射側光学系１０２の絞り１０４は、測定試料Ｓの表面からの反射光を所定の範囲の受光角に制限して受光素子１０６の受光面に導くようになっており、この制限された反射光が到達した受光素子１０６の出力を用いて、測定試料Ｓの表面の光沢度を測定する。

一方、下記特許文献１には、被測定物によりその法線方向に反射される光を受光するラインセンサと、前記法線に対して互いに反対側の領域で被測定物をそれぞれ斜め４５度方向から照明する第１、第２の照明光学系とを備えた色彩・光沢度測定装置において、一方の照明光学系に、当該光学系に備えられる光源の光を被測定物に導く第１の姿勢と当該光学系に入射される光を前記光源の位置と異なる位置に反射する第２の姿勢との間で光路の切換えを行うためのミラーと、第２の姿勢にあるミラーにより反射される光を受光する撮像素子とを備え、前記被測定物の色彩測定時には、前記ミラーを前記第１の姿勢とした状態で、第１、第２照明光学系にそれぞれ照明動作を行わせて、前記ラインセンサにより被測定物からの反射光を受光する一方、前記被測定物の光沢測定時には、前記ミラーを前記第２の姿勢とした状態で、第１照明光学系に照明動作（投光動作）を行わせて、前記撮像素子により被測定物からの反射光を受光するように構成された装置が開示されている。
特開平８―２９２５８号公報

図１８に示す反射特性測定装置において、図１９に示すように例えば測定試料Ｓが角度θ傾いた場合、元の系に対して反射光の反射方向が角度２θだけ傾くこととなる。なお、この図１９では、絞り１０４及び受光素子１０６等の図示を省略している。このとき、図２０に示すように、結像位置Ｍ’は、受光素子１０６に反射光を導く反射側光学系１０２のレンズ部１０７の焦点距離ｆとすると、測定試料Ｓに傾きが生じていない場合における光の結像位置Ｍに対してｆ×tan２θだけずれることになる。

このように測定試料Ｓが傾くと、従来の反射特性測定装置１００では、反射側光学系１０２に備えられる絞り１０４の開口の大きさが固定であるため、受光素子１０６に導かれる反射光の光量が、測定試料Ｓの姿勢が反射特性測定装置１００に対して適正な場合（傾いていない場合）に対して変化し、その結果、測定試料Ｓの表面の光沢度を正確に検出することができない。

また、光沢度の測定対象となる試料表面には、受光素子１０６に導かれる反射光の光量（総和）が同一であっても、図２１（ａ）に示すように正反射光成分の拡散光成分に対する比率が比較的小さい試料表面と、図２１（ｂ）に示すように比較的大きい試料表面とがある。なお、図２１（ａ），（ｂ）における曲線（１），（２）は、反射光の強さを反射点Ｚからの距離の大きさで表した図であり、曲線（１），（２）上の点と反射点Ｚとの距離が長いほど、その点を通る反射光が強いことを示している。

ここで、従来の反射特性測定装置１００では、反射側光学系１０２に備えられる絞り１０４の開口の大きさが固定されており、この絞りを通過した光の総和に基づいて光沢度が導出されるようになっているため、受光素子１０６に導かれる反射光の光量（総和）が同一であると、いずれの試料表面も同一の光沢度を有するものと判断され、両者の区別をすることはできない。なお、前記特許文献１においても、この問題が解消されることはない。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、測定試料の光沢を正確に測定することのできる反射特性測定装置を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は、測定試料に光を照射する光照射部と、前記光照射部の光照射による前記測定試料からの反射光を受光して２次元の受光データを出力する受光部との組をそれぞれ備えた複数の投受光部と、前記各受光部から得られる各受光データに、前記複数の投受光部の各設置態様に基づく重みを割り当て、重みを割り当てた受光データの重み付き平均に基づいて、前記測定試料の表面の特性を導出する導出部とを備え、各組における各光照射部は、適正な姿勢にある測定試料の測定対象点における法線に対して互いに回転対称となる位置関係を有して配置され、各組における各受光部は、前記法線に対して互いに回転対称となる位置関係を有して配置されていることを特徴とする反射特性測定装置である。

この発明によれば、各組における各光照射部を、適正な姿勢にある測定試料の測定対象点における法線に対して互いに回転対称となる位置関係を有して配置し、各組における各受光部を、前記法線に対して互いに回転対称となる位置関係を有して配置したので、測定試料の姿勢が適正な姿勢からずれた場合（傾いた場合）に、或る受光部からは、測定試料が適正な姿勢である場合に比して出力値が増加した受光データを得る一方、他の受光部からは、測定試料が適正な姿勢である場合に比して出力値が減少した受光データを得ることが可能となる。

そして、前記各受光データに対して、前記複数の投受光部の各設置態様に基づく重みを割り当て、重みを割り当てた受光データの重み付き平均に基づいて、測定試料の表面の特性を導出することにより、測定試料の表面の特性を示すデータに含まれる誤差が、受光部が一つしか設けられていない場合に得られる受光データの誤差に比して低減される。

また、前記光照射部を前記受光部と対応付けて設けるとともに、各組における各光照射部を、適正な姿勢にある測定試料の測定対象点における法線に対して互いに回転対称となる位置関係を有して配置し、各組における各受光部を、前記法線に対して互いに回転対称となる位置関係を有して配置することで、各受光部から得られた受光データに割り当てる各重みを一致させることができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の反射特性測定装置において、前記複数組の投受光部は、光照射部が前記法線を挟んで対向配置された一対の投受光部を１組又は複数組含むことを特徴とするものである。

この発明によれば、光照射部が前記法線を挟んで対向配置された一対の投受光部を１組しか設けない場合には、受光データの誤差を低減できる測定試料の傾き方向は１方向に限定されるが、前記一対の投受光部を複数組設けた場合には、その方向以外の方向の傾きに起因する受光データの誤差についても低減することができる。また、光照射部が前記法線を挟んで対向配置された一対の投受光部の数を１組とした場合には、少なくとも一方向における傾きに起因する受光データの誤差を低減することができるとともに、一対の投受光部を複数組設ける場合に比して、光照射部の数を低減することが出来る分、コストを抑制することができる。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の反射特性測定装置において、前記導出部は、前記各受光データにおけるピーク値の有無を検出し、前記ピーク値を検出したとき、各受光部から得られた受光データのうち、検出した各ピーク値の位置を基準とする予め定められた大きさの領域に属する受光データをそれぞれ抽出し、抽出した各受光データの重み付き平均に基づいて、前記測定試料の表面の特性を導出することを特徴とするものである。

この発明によれば、通常、正反射光に対応して受光データにピーク値が発生する。このピーク値を検出したときには、各受光部から得られた受光データのうち、検出した各ピーク値の位置を基準とする予め定められた大きさの領域に属する受光データをそれぞれ抽出するので、正反射光成分及び拡散光成分の両方を含む受光データが得られる。そして、適正な姿勢である場合に比して出力値が増加した受光部の受光データと、適正な姿勢である場合に比して出力値が減少した他の受光部の受光データとの重み付き平均を導出することで、正反射光成分及び拡散光成分のそれぞれについて、出力値の前記増加側の誤差と前記減少側の誤差が相殺または低減される。したがって、測定試料の姿勢が適正な姿勢からずれた場合（傾いた場合）でも、前記測定試料の表面の特性を正確に導出することができる。

請求項４に記載の発明は、請求項１ないし３のいずれかに記載の反射特性測定装置において、前記測定試料の表面の特性は、該表面の光沢に係る特性であることを特徴とするものである。

この発明によれば、測定試料の表面の光沢に係る特性を測定する反射特性測定装置において、前記請求項１ないし３のいずれかに記載の発明による作用が得られる。

請求項１，２に記載の発明によれば、測定試料の表面の特性を示すデータに含まれる誤差を、受光部が一つしか設けられていない場合に得られる受光データの誤差に比して低減することが可能となるため、該測定試料の姿勢が傾いた場合であっても、該測定試料の光沢を正確に測定することができる。

また、請求項１に記載の発明によれば、各受光部から得られた受光データに割り当てる各重みを一致させることができるため、重み付き平均演算が簡素化され、該演算を行うためのプログラムや回路を容易に設計することができる。

請求項３に記載の発明によれば、高光沢度の測定試料の表面の特性を測定することが可能になる。

請求項４に記載の発明によれば、請求項１ないし３のいずれかに記載の発明による効果を有する、測定試料の表面の光沢に係る特性を測定する反射特性測定装置が得られる。

本発明に係る反射特性測定装置の実施形態について説明する。図１は、反射特性測定装置の第１の実施形態を示す構成図である。

図１に示すように、反射特性測定装置１は、適正な姿勢（図１において水平な状態）にある測定試料Ｓの表面の或る点Ｐを通る法線Ｇに対し軸対称な位置関係を有して設置された第１、第２光学系２，３を備えて構成されている。第１、第２光学系２，３は、略同様の構成を有しており、その光軸Ｌ１，Ｌ２がそれぞれ測定試料Ｓが適正な姿勢にあるときの前記法線Ｇに対して角度θ（θは例えば６０°；以下、入射角θという）をなす態様で、前記交点Ｐに向けて光を出力する。なお、前記入射角θは、ＩＳＯ２８１３、ＩＳＯ７６６８、ＪＩＳ Ｚ８７４１等で規定されており、２０°や８０°に設定してもよい。

第１光学系２は、前記光軸Ｌ１の方向において前記交点Ｐから遠い順に、光源部４、拡散板５、規制スリット板６、第１レンズ部７、絞り８、ハーフミラー９、第２レンズ部１０が配置されているとともに、所定位置にフィルタ部１１及び撮像素子１２が設置されている。

光源部４は、例えばＬＥＤ（Light Emitting Diode）からなり、測定試料Ｓの表面の前記交点Ｐに向けて光を出力するものである。拡散板５は、光源部４の出力光を拡散させるためのものである。規制スリット板６は、照明領域を決定するスリットを有する板状の部材である。第１レンズ部７は、規制スリット板６を透過した光を集光するためのものである。絞り８は、前記第１レンズ部７を透過した光の進行を所定の角度（長方形状の範囲）に制限するものであり、光軸Ｌ１方向における第２レンズ部１０の焦点位置に設置されている。

ハーフミラー９は、前記光軸Ｌ１に対して例えば４５°傾斜した状態で設置されており、絞り８を透過した光を第２レンズ部１０側に向けて透過させる一方、第２レンズ部１０から導かれた光を、その光軸が例えば９０°屈曲するように反射するものである。第２レンズ部１０は、前記ハーフミラー９を通過した光を略平行光として測定試料Ｓの表面に導くものである。

フィルタ部１１は、ハーフミラー９で反射された光（以下、反射光）に含まれる赤外線を低減するために赤外線カットフィルターや、前記反射光の高周波成分をカットするＬＰＦ（ローパスフィルター）を含むものである。

撮像素子１２は、前記第２レンズ部１０の焦点位置と等価な位置であって、且つ、測定試料Ｓが適正な姿勢にあり該測定試料Ｓの表面による反射光が平行光である場合に、その受光面の略中心でハーフミラー９による反射光の光軸Ｌ１’と略直交する態様で設置されており、例えばフォトダイオードで構成される複数の光電変換素子（以下、画素という）がマトリックス状に２次元配列された直方形状の受光面を有するＣＣＤ（Charge Coupled Device）エリアセンサである。撮像素子１２は、前記フィルタ部１１を介して受光面に結像された被写体の光像をアナログの電気信号に変換し画素信号として出力する。なお、撮像素子１２としては、ＣＣＤイメージセンサの他に、ＣＭＯＳイメージセンサ等も採用可能である。

第２光学系３は、前記第１光学系２と略同様の構成を有しており、光軸Ｌ２の方向において前記交点Ｐから遠い順に、光源部１３、拡散板１４、規制スリット板１５、第１レンズ部１６、絞り１７、ハーフミラー１８、第２レンズ部１９が配置されているとともに、所定位置にフィルタ部２０及び撮像素子２１が設置されている。

光源部１３は、第１光学系２における光源部４と略同様の構成を有し、測定試料Ｓの表面の前記交点Ｐに向けて光を出力するものである。拡散板１４は、光源部４の出力光を拡散させるためのものである。規制スリット板１５は、照明領域を決定するスリットを有する板状の部材である。第１レンズ部１６は、規制スリット板１５を透過した光を集光するためのものである。絞り１７は、前記第１レンズ部１６を透過した光を所定の角度に制限するものであり、光軸Ｌ２方向における第２レンズ部１９の焦点位置に設置されている。

ハーフミラー１８は、前記光軸Ｌ２に対して例えば４５°傾斜した状態で設置されており、絞り１７を透過した光を第２レンズ部１９側に向けて透過させる一方、第２レンズ部１９から導かれた光を、その光軸が例えば９０°屈曲するように反射するものである。第２レンズ部１９は、前記ハーフミラー１８を通過した光を略平行光として測定試料Ｓの表面に導くものである。

フィルタ部２０及び撮像素子２１は、前記フィルタ部１１及び撮像素子１２と略同様の構成を有する。撮像素子２１は、前記第２レンズ部１９の焦点位置と等価な位置であって、且つ、測定試料Ｓが適正な姿勢にあり該測定試料Ｓの表面による反射光が平行光である場合に、その受光面の略中心でハーフミラー１８による反射光の光軸Ｌ２’と略直交する態様で設置されている。また、図２に示すように、撮像素子２１の受光面は、絞り８と共役な位置関係となる位置に、撮像素子１２の受光面は、絞り１７と共役な位置関係となる位置にそれぞれ配置されている。

また、撮像素子１２，２１は、その受光面における長辺が図１の紙面に直交する方向に沿うように設置されている。一方、撮像素子１２，２１の受光面に導かれる光（ハーフミラー９，１８による反射光）に着目したとき、その光は、光軸Ｌ１’又は光軸Ｌ２’に直交する平面による断面が長方形状を有している。そして、該断面における長辺は、撮像素子１２，２１の受光面における長辺と略平行となり、前記断面における短辺は、撮像素子１２，２１の受光面における短辺と略平行となる。

光源部４から出力される光は、第１光学系２の各光学素子５〜１０を介して測定試料Ｓの表面に到達し、該光はその表面で反射される。この反射光は、第２光学系３の第２レンズ部１９を透過してハーフミラー１８で反射された後、フィルタ部２０を介して撮像素子２１により受光される。

一方、光源部１３から出力される光は、第２光学系３の各光学素子１４〜１９を介して測定試料Ｓの表面に到達し、該光はその表面で反射される。この反射光は、第１光学系２の第２レンズ部１０を透過してハーフミラー９で反射された後、フィルタ部１１を介して撮像素子１２により受光される。

測定試料Ｓの表面で反射された反射光には、前記法線Ｇとのなす角度（以下、反射角という）が前記入射角θと同一角度近傍の正反射光とそれ以外の拡散光とが含まれており、光沢がある表面ほど正反射光成分の割合が多くなる（拡散光成分の割合が少なくなる）一方、光沢のない表面ほど拡散光成分の割合が多くなる（正反射光成分の割合が少なくなる）。反射特性測定装置１は、撮像素子１２，２１でそれぞれ受光される、前記正反射光成分と拡散光成分とからなる反射光の光量に基づいて、前記測定試料Ｓの表面の光沢度（試料表面に光を照射したときの反射の程度）を測定する。

図３は、撮像素子１２，２１の受光領域Ｗ１と、そのうちの光沢度を算出する対象領域Ｗ２との関係を示す図である。本実施形態では、光沢度を計算する対象領域Ｗ２は、従来の反射特性測定装置１００における絞り１０４の開口に相当する大きさに設定されており、図３に示すように、撮像素子１２，２１は、その受光領域Ｗ１が前記光沢度を算出する対象領域Ｗ２より大きく構成されている（Ｗ１＞Ｗ２）。

以上のような構成を有する反射特性測定装置１においては、測定試料Ｓが前記交点Ｐを中心として反時計回りに回転する方向（図１の矢印Ｑ１に示す方向）に傾いた状態であるとき、撮像素子２１の受光面上における像（ピーク位置）は、測定試料Ｓの姿勢が適正な場合における像（ピーク位置）から矢印Ｕ１の方向に、また、撮像素子１２の受光面上における像（ピーク位置）は、測定試料Ｓの姿勢が適正な場合における像（ピーク位置）から矢印Ｖ１の方向にそれぞれずれる。

一方、測定試料Ｓが前記交点Ｐを中心として時計回りに回転する方向（図１の矢印Ｑ２に示す方向）に傾いた状態であるとき、撮像素子２１の受光面上における像（ピーク位置）は、測定試料Ｓの姿勢が適正な場合における像（ピーク位置）から矢印Ｕ２の方向に、また、撮像素子１２の受光面上における像（ピーク位置）は、測定試料Ｓの姿勢が適正な場合における像（ピーク位置）から矢印Ｖ２の方向にそれぞれずれる。

なお、測定試料Ｓの姿勢変化が所定角度までの傾きならば、第１光学系２における光源部４についての像（ピーク位置）が撮像素子２１の受光面上に位置するように、第２光学系３における第２レンズ部１９の焦点距離が設定されているとともに、第２光学系３における光源部１３についての像（ピーク位置）が撮像素子１２の受光面上に位置するように、第１光学系２における第２レンズ部１０の焦点距離が設定されている。

図４は、反射特性測定装置１の電気的な構成を示すブロック図である。図４に示すように、反射特性測定装置１は、光源部４，１３と、撮像素子１２，２１と、発光回路２２と、駆動回路２３と、Ａ／Ｄ変換部２４と、メモリ２５と、表示部２６と、入力操作部２７と、制御部２８とを有する。

光源部４，１３及び撮像素子１２，２１は、図１に示す光源部４，１３及び撮像素子１２，２１に相当するものである。発光回路２２は、制御部２８からの指示に従って光源部４，１３に発光動作を行わせる回路である。駆動回路２３は、制御部２８からの指示に従って撮像素子１２，２１の撮像動作を行わせる回路である。

Ａ／Ｄ変換部２４は、撮像素子１２，２１から出力された画素信号を、複数のビット（例えば１０ビット）からなるデジタルの画素信号（以下、画素データという）に変換するものである。メモリ２５は、Ａ／Ｄ変換部２４から出力される画素データを一時的に記憶するとともに、この画素データに対し制御部２８により各種処理を行うための作業領域として用いられるものである。

表示部２６は、例えばＬＣＤ（Liquid Crystal Display）からなり、制御部２８により導出された測定試料Ｓ表面の光沢度を表示するものである。入力操作部２７は、反射特性測定装置１の主電源のオンオフを切り替えるための電源ボタンや、測定試料Ｓにおける表面の光沢度の測定開始を指示する入力を行うためのスイッチ等を含むものである。

制御部２８は、例えば制御プログラムを記憶するＲＯＭ（Read Only Memory）や一時的にデータを記憶するフラッシュメモリ等の記憶部が内蔵されたマイクロコンピュータからなる。

ところで、正反射光は、入射角が０°に近づくほど測定試料Ｓに吸収される割合が多くなるという性質を有しており、正反射光の強度（光量）は、前記入射角が大きくなるほど大きくなる。図５は、測定試料Ｓがミラーである場合とガラスである場合とにおける入射角と正反射光の反射率（正反射光の光量に相当）との関係を示すグラフであり、横軸は入射角を、縦軸は正反射光の反射率をそれぞれ示す。図５に示すように、測定試料がミラーである場合もガラスである場合も、入射角が大きくなるほど正反射光の反射率が大きくなっていることが判る。なお、測定試料がガラスである場合、正反射光の反射率は、或る値の入射角を超えると急激に大きくなる。

一方、拡散光の強度（光量）は、前記入射角が大きくなるほど小さくなるという性質を有している。なお、光源部４，１３により入射角θで光を出力し、前記法線Ｇに対して光源部４，１３と反対側の領域において法線Ｇと角度θをなす位置で測定試料Ｓからの反射光を撮像素子１２，２１で受光した場合の受光光量をｄ（θ）と表すものとすると、受光光量ｄ（θ）はｋ×cosθ（ｋ：定数）で表されることが知られている。

以上のことから、測定試料Ｓが適正な姿勢に対して傾いた状態では、入射角が、測定試料Ｓが適正な姿勢である場合の入射角と異なることにより、正反射光の強度及び拡散光の強度が、測定試料Ｓが適正な姿勢である場合とは異なる。その結果、正反射光成分と拡散光成分との比率が、測定試料Ｓが適正な姿勢である場合の比率に対して誤差が生じることとなる。

そこで、本実施形態では、光源部４，１３等を前記法線Ｇに対し軸対称な位置関係を有して設置するとともに、前述のように撮像素子１２，２１を光学的に等価な位置にそれぞれ設置し、各撮像素子１２，２１からそれぞれ得られた受光データを用い、以下に説明するような測定試料Ｓが適正な姿勢である場合との誤差を解消又は低減する処理を行って、測定試料Ｓの表面の光沢度を算出するようにしている。

制御部２８は、図４に示すように、発光制御部２９と、撮像制御部３０と、ピーク検出部３１と、反射特性演算部３２と、表示制御部３３とを機能的に備える。

発光制御部２９は、発光回路２２の動作を制御するものであり、入力操作部２７による測定試料Ｓの表面における光沢度の測定開始の指示が入力されると、光源部４，１３に所定時間の発光動作を交互に行わせる。

撮像制御部３０は、駆動回路２３の動作を制御するものであり、入力操作部２７による光沢度の測定開始の指示が入力されると、光源部４，１３による発光動作中に、撮像素子１２，２１に撮像動作を行わせる。すなわち、撮像制御部３０は、発光制御部２９により光源部４の発光動作が行われているときに撮像素子２１に撮像動作を行わせ、発光制御部２９により光源部１３の発光動作が行われているときに撮像素子１２に撮像動作を行わせる。

ピーク検出部３１は、撮像素子１２，２１における各画素の出力値のうち最大の出力値を出力した画素（以下、この画素の位置をピーク位置という）を検出するものである。前述したように、光沢度が高い表面ほど正反射光が拡散光に比して多くなるが、光沢度が比較的高い測定試料Ｓの場合、他の画素の出力値に比して相対的に大きな出力値（以下、ピーク値という）を出力する画素が発生する。このピーク値の大部分は前記正反射光成分によるものである。図６は、測定試料Ｓに姿勢変化（傾き）が生じていない場合において、前記ピーク値を有するときの反射光の強度分布を示す図である。

図６に示すように、前記ピーク値を有する場合、反射光の強度分布は、或る１点で出力値が大きくなるピーク値となり（ピーク位置ＰＫ）、このピーク位置ＰＫからの離間距離に応じて画素の出力値が小さくなる分布となる。したがって、略同等の出力値の画素を線で結んだときには、前記ピーク位置ＰＫを中心とする略同心円状の出力分布が得られる。

一方、光沢度が比較的低い測定試料Ｓの場合、撮像素子１２，２１により受光される光には拡散光成分が相対的に多く含まれており、撮像素子１２，２１の受光面上での前記反射光の強度分布は緩やかな傾斜を有するものとなって、撮像素子１２，２１の各画素の出力値に前述のようなピーク値が存在しない。

ピーク検出部３１は、撮像素子１２，２１の撮像動作により得られた各受光データについて、画素の出力分布から前述のようなピーク値の有無を検出し、ピーク値が存在する場合には、このピーク値を出力した画素が正反射光を受光した画素であると判断し、この画素の位置をピーク位置として設定する一方、ピーク値が存在しない場合には、ピーク位置が存在しないものと判断する。

ピーク値の有無の検出方法としては、まず各画素の出力値を比較して最大の出力値を検出するとともに、この出力値に対応する画素に隣接する画素の出力値を抽出し、この抽出した出力値と前記最大の出力値との差が所定値以上の場合に、ピーク値が存在すると判断し、それ以外の場合にはピーク値は存在しないものと判断する方法が一例として想定される。

反射特性演算部３２は、次のような方法を用いて測定試料Ｓの表面の光沢度を算出するものである。まず、反射特性演算部３２は、前記ピーク検出部３１によりピークが存在すると判断されたときには、ピーク位置を基準とする所定範囲（所定の大きさの領域）をトリミング範囲とする。

例えば、測定試料Ｓの姿勢変化により、撮像素子２１から得られた受光データのピーク位置が、図６に示すピーク位置ＰＫから図７に示すピーク位置ＰＫ’に位置ずれしたものとすると、反射特性演算部３２は、このピーク位置ＰＫ’を中心とする所定範囲Ｆ１をトリミング範囲として決定する。

また、測定試料Ｓの姿勢変化により、撮像素子１２から得られた受光データのピーク位置が、図６に示すピーク位置ＰＫから図８に示すピーク位置ＰＫ”に位置ずれしたものとすると、反射特性演算部３２は、このピーク位置ＰＫ”を中心とする所定範囲Ｆ２をトリミング範囲として決定する。前記所定範囲Ｆ１，Ｆ２は、前記対象領域Ｗ２（図３参照）の大きさと略同一の大きさを有するものである。

図９は、ピーク値が存在する受光データにおいて、測定試料Ｓが適正な姿勢にあるときのピーク位置ＰＫ（図６参照）を通る撮像素子１２，２１の短辺方向に平行な線分Ｘを想定したとき、該線分Ｘ上に位置する各画素の位置における受光量の分布を示すグラフであり、横軸は、前記画素の位置、縦軸は、各画素における受光量を示す。

図９に示すように、測定試料Ｓが適正な姿勢にある場合において、撮像素子１２，２１の撮像動作によりそれぞれ得られた各受光データのうちピーク値Ｐ１を出力する画素を画素Ｇ１と表すものとすると、測定試料Ｓが適正な姿勢にあるとき、撮像素子１２，２１の撮像動作により得られた各受光データが画素Ｇ１でピーク値Ｐ１となる波形のグラフ（１）で示す分布になるものとする。

この場合において、例えば図１において測定試料Ｓが交点Ｐを中心として反時計回りに回転する方向（矢印Ｑ１の方向）に傾いた状態を想定したとき、撮像素子２１が受光する光のピーク位置は、撮像素子２１の短辺方向における一方向（上方向）に、例えば図６に示す位置から図７に示す位置にずれ（ＰＫ→ＰＫ’）、図９に示すように、ピーク値を出力する画素が画素Ｇ１から画素Ｇ２に変わる。さらに、この撮像素子２１に受光される光は、測定試料Ｓへの入射角が測定試料Ｓが適正な姿勢の場合に比して大きいものとなることにより、ピーク値は、ピーク値Ｐ１より大きなピーク値Ｐ２となる。

一方、撮像素子１２が受光する光のピーク位置は、撮像素子１２の短辺方向における他方向（下方向）に、例えば図６に示す位置から図８に示す位置にずれ（ＰＫ→ＰＫ”）、図９に示すように、ピーク値を出力する画素が画素Ｇ１から画素Ｇ３に変わる。さらにこの撮像素子１２に受光される光は、測定試料Ｓへの入射角が測定試料Ｓが適正な姿勢の場合に比して小さいものとなることにより、ピーク値は、ピーク値Ｐ１より小さなピーク値Ｐ３となる。

ここで、図５に示すように、測定試料Ｓが適正な姿勢にある場合の入射角を約６０°に設定しておくと、測定試料Ｓの姿勢変化が或る範囲内、すなわち入射角θの変化量が図５の斜線で示す範囲内のものであれば、測定試料Ｓがミラーの場合もガラスの場合も、正反射光の反射率は単調に変化する、換言すると、図１０の直線Ａに示すように、入射角θと反射率（正反射光の強度）とは比例関係にあると見なすことができる。図１０に示す直線Ａは、前記入射角が６０°近傍の範囲における反射率の変化を示すグラフである。

また、図１０に示す直線Ｂは、前記入射角が６０°近傍の範囲における拡散光成分の変化を示すグラフであり、図１０に示すように、前記入射角が６０°近傍の範囲においては、拡散光の反射率（拡散光の強度）も単調に変化し、拡散光成分は入射角に略比例して小さくなる。

したがって、正反射光成分及び拡散光成分とも、撮像素子２１に入射する光の入射角に対する反射率の変化量（絶対値）と、撮像素子１２に入射する光の入射角に対する反射率の変化量（絶対値）とは略同一であるから、測定試料Ｓが適正な姿勢にあるときのピーク位置ＰＫを中心とする所定範囲Ｆに属する画素の出力値の平均値をＰ４と表したとき、平均値Ｐ４から平均値Ｐ５への減少量（絶対値）│Ｐ４−Ｐ５│と、平均値Ｐ４から平均値Ｐ６への増加量（絶対値）│Ｐ６−Ｐ４│とを算出すると、それらは略一致すると考えられる。すなわち、正反射光成分及び拡散光成分とも、所定範囲Ｆにおける撮像素子１２，２１の受光データの平均をとることで、一方の撮像素子から得られた受光データの増加分（増加側の誤差）と、他方の撮像素子から得られた受光データの減少分（減少側の誤差）とが相殺される。よって、平均値Ｐ５と平均値Ｐ６との平均（Ｐ５＋Ｐ６）／２は、測定試料Ｓが適正な姿勢にあるときの平均値Ｐ４に近似するものと考えられる。

反射特性演算部３２は、これに基づき、平均値Ｐ５及び平均値Ｐ６に掛け合わせる重み係数をそれぞれ１に設定した上で、平均値Ｐ５，Ｐ６と各重み係数との乗算値の平均値（１×Ｐ５＋１×Ｐ６）／２を算出し、この平均値（Ｐ５＋Ｐ６）／２から所定の演算式を用いて測定試料Ｓの表面の光沢度を算出する。

なお、この重みとは、光源部４，１３及び撮像素子１２，２１の設置場所や個数を含む設置態様に応じて決定される値であり、本実施形態では、各撮像素子１２，２１に対応して光源部４，１３が設けられており、光源部４と光源部１３とが、また、撮像素子１２と撮像素子２１とがそれぞれ法線Ｇに対して軸対称となる位置に設置されているため、各受光データの重みを同一としている。

一方、前記ピーク検出部３１によりピークが存在しないと判断されたときには、反射特性演算部３２は、撮像素子１２，２１の受光面の中心位置Ｏを基準とする所定範囲（所定の大きさの領域）をそれぞれトリミング範囲として決定し、各トリミング範囲に属する画素の出力値の総和をそれぞれ算出し、この総和の平均値から前記演算式を用いて測定試料Ｓの表面の光沢度を算出する。

表示制御部３３は、反射特性演算部３２により算出された光沢度を前記表示部２６に表示させるものである。

図１１は、反射特性測定装置１の光沢度測定動作を示すフローチャートである。

図１１に示すように、制御部２８は、一方の光源部４に発光動作を行わせ（ステップ♯１）、この状態で一方の撮像素子２１に撮像動作を行わせる（ステップ♯２）。また、制御部２８は、他方の光源部１３に発光動作を行わせ（ステップ♯３）、この状態で他方の撮像素子１２に撮像動作を行わせる（ステップ♯４）。

次に、制御部２８は、各撮像素子１２，２１から得られた受光データについてピーク値の有無を検出し（ステップ♯５）、ピーク値が存在する場合には（ステップ♯５でＹＥＳ）、前記ピーク値を出力する画素（ピーク位置）を中心とする所定範囲（例えば前記トリミング範囲Ｆ１，Ｆ２）の受光データをトリミング範囲として抽出し（ステップ♯６）、各トリミング範囲における受光データの平均値から測定試料Ｓの表面の反射特性（光沢度）を所定の演算式を用いて演算し（ステップ♯７）、この算出した反射特性を表示部２６に表示させる（ステップ♯８）。

一方、ステップ♯５において、制御部２８は、ステップ♯５においてピーク値が存在しないと判断した場合には（ステップ♯５でＮＯ）、各撮像素子１２，２１における受光面の中心位置Ｏを基準とする所定範囲の受光データをトリミング範囲として抽出し（ステップ♯９）、各トリミング範囲の受光データの平均から測定試料Ｓの表面の反射特性（光沢度）を所定の演算式を用いて演算する（ステップ♯１０）。そして、制御部２８は、この算出した反射特性を表示部２６に表示させる（ステップ♯８）。

以上のように、本実施形態では、光源部４，１３を適正な姿勢にある測定試料Ｓの表面の或る点Ｐを通る法線Ｇに対し軸対称な位置に配置するとともに、各光源部４，１３から出力された光の測定試料Ｓによる反射光を受光する撮像素子１２，２１を所定位置に設置し、各光源部４，１３を交互に発光させたときに撮像素子１２，２１から得られる受光データを用いて、測定試料Ｓの表面の反射特性（光沢度）を測定することにより、光源部及び撮像素子が１つずつしか設けられていない場合に比して、より正確に光沢度を測定することができる。

その際、撮像素子１２，２１から得られる受光データにピーク値が存在する場合には、ピーク値を出力する画素（ピーク位置）を中心とする所定範囲の受光データをトリミング範囲として抽出し、各トリミング範囲における受光データの平均値から測定試料Ｓの表面の反射特性（光沢度）を所定の演算式を用いて演算するようにしたので、測定試料Ｓが高光沢度を有する測定試料である場合において、測定試料Ｓの姿勢変化により生じる正反射光成分及び拡散光成分の誤差をそれぞれ解消又は低減することができる。

また、ピーク値が存在しない場合には、撮像素子１２，２１の受光面の中心位置Ｏに位置する画素を基準とする所定範囲をトリミング範囲として決定し、このトリミング範囲に属する画素の出力値に基づいて測定試料Ｓの表面の光沢度を測定するようにしたので、ピーク値が検出されなかった場合であっても、測定試料Ｓの傾きによる誤差を低減し、測定試料Ｓにおける表面の特性をより正確に導出することができる。

本件は、前記実施形態に加えて、あるいは前記実施形態に代えて次の変形形態も含むものである。

（１）前記第１の実施形態では、ピーク位置の検出方法として、各画素の出力値の中から最大の出力値（ピーク値）を検出し、このピーク値を出力した画素をピーク位置とする方法を採用したが、これに限らず、次のような方法によりピーク位置を検出するようにしてもよい。

図１２に示すように、撮像素子１２，２１が縦１２列×横１６列の画素で構成されているものとし、水平方向に並んでなる各水平画素列をｈ１〜ｈ１２、垂直方向に並んでなる垂直画素列をｄ１〜ｄ１６と表すものとする。

このとき、各水平画素列ｈ１〜ｈ１２にそれぞれ属する画素の出力値の総和をそれぞれ算出し、各総和の中から最大のものを検出する。今、図１２の矢印Ａで示すように、水平画素列ｈ５の総和が最大であったものとする。また、各垂直画素列ｄ１〜ｄ１６にそれぞれ属する画素の出力値の総和をそれぞれ算出し、各総和の中から最大のものを検出する。今、図１２の矢印Ｂで示すように、垂直画素列ｄ８の総和が最大であったものとする。

そして、各水平画素列の中で最大の総和を有すると判断された水平画素列と、各垂直画素列の中で最大の総和を有すると判断された垂直画素列との両方に属する画素の位置をピーク位置とする。例えば図１２の例では、水平画素列ｈ５と垂直画素列ｄ８との両方に属する矢印Ｃで示す画素の位置がピーク位置として導出される。

この検出方法によれば、前記第１の実施形態に比して、多数の画素の出力値の大小を検出する必要がなくなるため、ピーク位置の導出に要する処理時間を短縮化することができる。

（２）前記第１の実施形態では、撮像素子１２，２１としてエリアセンサを用いたが、これに限らず、ラインセンサも採用可能であり、この場合には、該ラインセンサをその画素配列方向と直交する方向に移動させつつ撮像動作を行わせるようにして、２次元の受光データを得るようにするとよい。また、微小な受光領域を有する点状のセンサも採用可能であり、この場合には、該センサを２次元の方向に移動させつつ撮像動作を行わせるようにして、２次元の受光データを得るようにするとよい。

（３）光源部及び撮像素子の個数や設置位置は、前記第１の実施形態に限られるものではなく、例えば次に示す形態も採用可能である。

（３−１）図１３は、図１における第１、第２光学系２，３を１組の光学ユニットというものとすると、図１に示す構成に加えて、さらにもう１組の光学ユニットを、図１の紙面垂直方向に設置した形態を、法線Ｇの方向から見て示した図である。すなわち、図１３に示す光源部４，１３及び撮像素子１２，２１が図１に示すものに相当するとともに、前記法線Ｇに直交する平面を想定したとき、新たに設けた光学ユニットにおける光学系の光軸Ｌ３，Ｌ４の前記平面への正射影が、第１、第２光学系２，３の光軸Ｌ１，Ｌ２の前記平面への正射影と略直交するように、光源部４０，４１等を設置するとともに、光源部４０から出力された光の測定試料Ｓによる反射光を受光する撮像素子４３、及び光源部４１から出力された光の測定試料Ｓによる反射光を受光する撮像素子４２を、図１と同様の態様で所定位置に設置した形態を示している。

この形態によれば、測定試料Ｓが適正な姿勢に対して図１の左右方向の傾きだけでなく、撮像素子４２，４３から得られる受光データを前記第１の実施形態と同様に用いることで、図１の紙面の手前側又は奥側の傾きが存在している場合についても、測定試料Ｓの姿勢変化により生じる誤差を解消または低減することができる。なお、前記光学ユニットは、２組に限らず、３組以上設けてもよい。また、撮像素子に対応して光源部が設けられている場合には、各撮像素子から得られた受光データに割り当てる重みは同一とするとよい。

（３−２）複数の光源部を設ける場合に、前記第１の実施形態や図１３に示す形態では、前記法線Ｇを挟んで各光源部を対向配置した構成であるため、反射光を受光する撮像素子を、光源部を避けた位置に設置するべく、ハーフミラーで反射光の光軸を略９０°屈曲させるようにしたが、複数の光源部を法線Ｇに対して対向しないように設置する場合には、各撮像素子を、法線Ｇを挟んで対応する光源部と対向配置するようにしてもよい。

例えば図１４に示すように、３つの光源部４４〜４６が、前記法線Ｇに直交する平面上において、互いに対向しないように前記法線Ｇの位置を中心とする同一円周上に等間隔で設置されている場合には、各光源部４４〜４６から出力された光の測定試料による反射光を受光する各撮像素子５５〜５７を、それぞれ対応する光源部と法線Ｇを挟んで反対側の位置に配置するとよい。

この形態では、対応する一対の光源部と撮像素子とを投受光部というものとすると、前記法線Ｇに直交する平面を想定したとき、図１４の点線で示すように、各投受光部における光軸の前記平面への正射影は、隣接する正射影と約６０°で交差する。

なお、光源部等（拡散板５、規制スリット板６、第１レンズ部７、絞り８、第２レンズ部１０に相当する光学素子を含む）と撮像素子との組数は、図１４に示すように３組に限られるものではない。また、この形態においても、撮像素子に対応して光源部が設けられているので、各撮像素子から得られた受光データに割り当てる重みは同一とするとよい。

（３−３）図１５、図１６は、図１に示す法線Ｇ上に１つの光源部を設置し、姿勢変化が生じていないときの測定試料Ｓの表面における法線Ｇに沿って前記光源部が光を出力するとともに、複数の撮像素子を前記法線Ｇに対して軸対称となる位置に設置した形態を示したものである。

図１５は、２つの撮像素子４７，４８を前記法線Ｇに直交する平面上に、且つ前記法線Ｇを挟んで反対側に設置した一形態を示し、図１６は、３つの撮像素子４９〜５１を前記法線Ｇに直交する平面上において、法線Ｇの位置を中心とする同一円周上に等間隔で設置した一形態を示す。

この構成においては、一の受光データからピーク値が検出されたとしても、他の受光データからはピーク値が検出されないので、測定試料Ｓの姿勢変化による正反射光成分の変化を相殺することはできない。したがって、この構成は、測定対象が光沢度が比較的低い測定試料Ｓである場合に適している。そして、この場合において、前記第１の実施形態において反射特性演算部３２によるピーク値が検出されない場合の処理を適用することで、測定試料Ｓの傾きによる誤差を解消または低減し、測定試料Ｓにおける表面の特性をより正確に導出することができる。なお、このように各撮像素子が法線Ｇに対して軸対称となる位置に設置されている場合には、各撮像素子から得られた受光データに割り当てる重みは同一とするとよい。

（３−４）複数の撮像素子を前記法線Ｇに対して軸対称でない位置に設置した場合は、各撮像素子から得られた受光データの重みをその位置に応じて設定し、その重みを考慮して測定試料Ｓの表面の反射特性を導出するようにするとよい。

例えば図１７に示すように、前記法線Ｇに直交する平面上において、法線Ｇの位置を中心とする同一円周上に不等間隔で３つの撮像素子５２〜５４が設けられている場合（角度α≠角度β≠角度γ，角度α≠角度γ）場合において、法線Ｇの直交する２軸（Ｘ軸及びＹ軸）周りの回転方向における測定試料Ｓの傾きに起因する誤差を低減する場合を想定する。

この場合においても、前記変形形態（３−３）と同様、一の受光データからピーク値が検出されたとしても、他の受光データからはピーク値が検出されないので、測定試料Ｓの姿勢変化による正反射光成分の変化を相殺することはできない。したがって、この構成は、測定対象が光沢度が比較的低い測定試料Ｓである場合に適している。そして、この場合において、前記第１の実施形態において反射特性演算部３２によるピーク値が検出されない場合の処理を適用することで、測定試料Ｓの傾きによる誤差を解消または低減し、測定試料Ｓにおける表面の特性をより正確に導出することができる。

その場合に、各撮像素子５２〜５４の受光面における中心位置を基準とする所定範囲の受光データに対して、前記２軸に対応する各方向ごとに角度α，β，γの大きさに応じた重みを設定し、各方向において、前記重みを考慮した各受光データの平均値を算出することにより、各方向における誤差を解消または低減する。これにより、複数の撮像素子を前記法線Ｇに対して軸対称でない位置に設置した場合であっても、正確な測定試料Ｓの反射特性を測定することができる。

また、本実施形態及び（３−３）に示す変形形態のように、図１に示す法線Ｇ上に１つの光源部を設置し、姿勢変化が生じていないときの測定試料Ｓの表面における法線Ｇに沿って前記光源部が光を出力するとともに、複数の撮像素子を前記法線Ｇに対して軸対称となる位置に設置する形態では、各撮像素子に対応して光源部を備える構成に比して、光源部の数が少ない分、コストを抑制することができる。

（４）光沢度の算出に用いる領域の大きさ（取得角度範囲）を変更してもよい。比較する複数の測定試料が、正反射光成分と拡散光成分の比率が異なる（＝反射特性が異なる）が光沢度は同一であるというものであっても、前記トリミングする画素領域の大きさを変更することで、その画素領域に属する画素の出力値の総和が異なることが確認できるため、異なる反射特性を有するものとして区別することができる。

反射特性測定装置の第１の実施形態を示す構成図である。 第２レンズ部から測定試料の表面に導かれる光及び撮像素子に導かれる反射光の態様を示す図である。 撮像素子の受光領域Ｗ１と測定試料による反射光が撮像素子の受光面に結像する領域Ｗ２との関係を示す図である。 反射特性測定装置の電気的な構成を示すブロック図である。 測定試料Ｓがミラーである場合とガラスである場合とにおける入射角と正反射光の反射率（正反射光の光量に相当）との関係を示すグラフである。 測定試料に姿勢変化が生じていない場合における、ピーク値を有する場合の反射光の強度分布を示す図である。 測定試料の姿勢変化が生じた場合において、一方の撮像素子から得られる受光データがピーク値を有するときの反射光の強度分布を示す図である。 測定試料の姿勢変化が生じた場合において、他方の撮像素子から得られる受光データがピーク値を有するときの反射光の強度分布を示す図である。 ピーク値が存在する受光データにおいて、測定試料Ｓが適正な姿勢にあるときのピーク位置ＰＫを通る各撮像素子の短辺方向に平行な線分Ｘを想定したとき、該線分Ｘ上に位置する各画素の位置における受光量の分布を示すグラフである。 正反射光成分及び拡散光成分についての入射角と反射率との関係を示すグラフである。 反射特性測定装置の光沢測定動作を示すフローチャートである。 他のピーク位置の検出方法を説明するための図である。 光源部及び撮像素子の配置態様に関わる他の実施形態を示す図である。 光源部及び撮像素子の配置態様に関わる他の実施形態を示す図である。 光源部及び撮像素子の配置態様に関わる他の実施形態を示す図である。 光源部及び撮像素子の配置態様に関わる他の実施形態を示す図である。 光源部及び撮像素子の配置態様に関わる他の実施形態を示す図である。 従来技術の説明図である。 同じく従来技術における問題点の説明図である。 同じく従来技術における問題点の説明図である。 同じく従来技術における問題点の説明図である。

符号の説明

１ 反射特性測定装置
２，３ 第１，第２光学系
４，１３，４０，４１，４４ 光源部
１２，２１，４２，４３，５２〜５７ 撮像素子
２６ 表示部
２８ 制御部
２９ 発光制御部
３０ 撮像制御部
３１ ピーク検出部
３２ 反射特性演算部
３３ 表示制御部

Claims (4)

1. 測定試料に光を照射する光照射部と、前記光照射部の光照射による前記測定試料からの反射光を受光して２次元の受光データを出力する受光部との組をそれぞれ備えた複数の投受光部と、
   前記各受光部から得られる各受光データに、前記複数の投受光部の各設置態様に基づく重みを割り当て、重みを割り当てた受光データの重み付き平均に基づいて、前記測定試料の表面の特性を導出する導出部と
   を備え、
   各組における各光照射部は、適正な姿勢にある測定試料の測定対象点における法線に対して互いに回転対称となる位置関係を有して配置され、各組における各受光部は、前記法線に対して互いに回転対称となる位置関係を有して配置されていることを特徴とする反射特性測定装置。
2. 前記複数組の投受光部は、光照射部が前記法線を挟んで対向配置された一対の投受光部を１組又は複数組含むことを特徴とする請求項１に記載の反射特性測定装置。
3. 前記導出部は、前記各受光データにおけるピーク値の有無を検出し、前記ピーク値を検出したとき、各受光部から得られた受光データのうち、検出した各ピーク値の位置を基準とする予め定められた大きさの領域に属する受光データをそれぞれ抽出し、抽出した各受光データの重み付き平均に基づいて、前記測定試料の表面の特性を導出することを特徴とする請求項１又は２に記載の反射特性測定装置。
4. 前記測定試料の表面の特性は、該表面の光沢に係る特性であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の反射特性測定装置。

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