JP2016102679A - 分光計測装置 - Google Patents

Abstract

【課題】計測対象物が自発光物体でも隣接する領域からの発光色が重畳することなく複数個所の色を同時に計測することが可能である分光計測装置を提供する。【解決手段】分光計測装置２０は、計測対象物として自発光物体である表示デバイス１の計測対象領域を光学的にアレイ状に形成された開口により分割するピンホールアレイ基板５（領域分割手段）と、アレイ状の開口を通過して領域分割された表示デバイス１からの光を集光するアレイ状に形成されたマイクロレンズアレイ基板４（結像手段）と、マイクロレンズアレイ基板４により集光されたアレイ状の開口を通過した各開口からの領域分割された光を各回折像が重畳しないように分光する回折格子基板３（分光手段）と、各分光された光を受光するアレイ状に形成されたラインセンサ２（受光手段）と、ピンホールアレイ基板５と表示デバイス１の距離を規定するピンホールアレイ基板５（光路長固定手段）と、を有する。【選択図】図１

Description

本発明は、分光計測装置に関する。

近年、色を正確に計測するニーズは印刷や工業製品の色、青果の糖度計測など多岐に亘り、色の三原色であるＲ（レッド）、Ｇ（グリーン）、Ｂ（ブルー）計測だけではなく、分光計測による、より精度の高い技術が応用されている。例えば、プロダクションプリンティング分野においては枚葉機、連帳機ともにデジタル化が進み、電子写真方式、インクジェット方式などの製品が多く市場投入されている。ユーザニーズもモノクロ印刷からカラー印刷への移行における画像の多次元化、高精細高密度化が進んでいる。更には、写真高画質プリント、カタログ印刷、請求書等への個人嗜好に対応した広告掲載など、消費者の手元に届くサービス形態の多様化が進み、高画質、色再現への要求も高まっている。

高画質化に対応した技術として、電子写真方式では中間転写体や感光体上の定着前のトナー濃度を検知する濃度センサを搭載しトナー供給量を安定化するものがある。また、個人情報の保証では、画像形成方式によらず出力画像をカメラ等で撮像し文字認識や画像間差分による差異検出で検査するもの、色再現ではカラーパッチを出力し分光計で一点又は複数点の色計測を実行しキャリブレーションを行うものなどが上市されてきた。

工業製品の色計測では、ディスプレイの表示色の調整やキャリブレーションなどに高精度な画面全面の色計測が実施され、自動車の塗装や包装容器のパッケージ等の検査、色合わせ等にも分光計測が適用される。印刷やディスプレイの色計測では、ページ間、ページ内での色むらや画像変動に対応するため、画像全域で実行されることが望ましい。中でも、ディスプレイなどの自発光物体では隣接する光が誤差要因となるため、計測対象領域の色への混色を排除する必要がある。

画像の色を全幅で計測しようとした場合、異なる波長帯に限定した複数の光を照射してエリアセンサで撮像するか、ラインセンサで撮像しながら計測系と被検対象を相対的に移動する構成、又は撮像系を複数設定し、撮像系に入射する被検対象からの反射光の波長帯を限定する構成が一般的に考えられる。その際、取得される複数の波長帯に対応した画像において、画像間で被検対象とする位置にずれが生じた場合、被検対象の各位置での色情報を正確に計測することが不可能となる。
ここで、波長帯の異なる複数の画像から色情報を正確に計測する方法として、各画像の被検対象の位置で取得される反射光量の強度をリファレンスとなる現画像や原稿データと比較する方法がある。また、各画像の被検対象の位置で取得される反射光量の強度からウィナー推定などを適用して連続分光特性を推測する方法などがある。そのため、各画像で異なる位置を被検対象とした場合、リファレンスとの比較や、連続分光特性の推定に誤差が生じることとなる。

画像の全幅計測や計測対象物に合わせた多角度等での評価技術として、例えば、特許文献１及び２載の技術が知られている。
特許文献１には、２次元画素構造を有するＣＣＤを用い、１方向に画像データを、もう１方向には分光データを取得することで全幅の色情報を測定する構成が開示されている。
回折素子を用いてライン上の色情報を一度に取得しようとする際、０次光、±１次回折光、±２次回折光等のクロストーク、隣接する回折像同士のクロストークが問題となる。特許文献３には、上記クロストークの問題を回避し、分光計をライン状に配置し、画像全幅で分光情報を取得可能とした技術が開示されている。

しかしながら、上述の各技術においては、以下に説明する問題がある。
特許文献１記載の技術では、光反射部材である印刷物への対応は可能であるが、光学レイアウトから計測対象物が自発光物体では隣接する領域の色が計測対象領域の色と干渉し、正確な色が計測できない。また、２次元画素構造を有するＣＣＤを用いていることから高速計測ができない。

特許文献２記載の技術では、計測対象物である画像を照明し、色情報である拡散反射光をピンホールアレイ等により領域分割後、バンドパスフィルタと遮光壁を併用し、それぞれのピンホールアレイからのマルチバンド分光情報をラインセンサで取得する。これにより、複数の分光計を整列して構成することを可能とするほか、ピンホールアレイ等により領域分割された拡散反射光を光軸に所定の角度だけ回転した回折素子で回折し光軸に角度を有する回折像をラインセンサに結像する。
このように、同技術では、画像の隣接する色情報や各次回折像間のクロストークを生じない分光センサアレイを構築することを可能とし、画像全幅の分光計測を同時に計測可能とするセンサとして非常に有効な構成を有している。つまり、同技術では、複数個所のそれぞれの色を分光計測により正確に計測することが可能である。
しかしながら、特許文献２記載の技術では、計測対象物が自発光物体の場合、隣接する発光色が計測対象領域の発光色に重畳する場合がある。

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、計測対象物が自発光物体でも隣接する領域からの発光色が重畳することなく複数個所の色を同時に計測することが可能である分光計測装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、自発光物体である計測対象物の計測対象領域を光学的にアレイ状に形成された開口により分割する領域分割手段と、前記アレイ状の開口を通過して領域分割された前記計測対象物からの光を集光するアレイ状に形成された結像手段と、前記結像手段により集光された前記アレイ状の開口を通過した各開口からの領域分割された光を各回折像が重畳しないように分光する分光手段と、各分光された光を受光するアレイ状に形成された受光手段と、前記領域分割手段と前記計測対象物との間の距離を規定する光路長固定手段と、を有する分光計測装置である。

本発明によれば、上記構成により、計測対象物が自発光物体である場合でも、その計測対象物の各位置での発光の光学的な開口によらず、計測対象物の発光色を隣接する領域の発光色に影響されることなく、狭ピッチで計測対象物の表示する色を複数個所同時に高精度に分光計測することが可能となる。これにより、計測対象物の２次元的な色むらや、局所の色表現を最適化することが可能となる。

本発明の一実施形態に係る分光計測装置を模式的に示す斜視図である。 図１の分光計測装置を構成するピンホールアレイ基板のピンホールの形成方法を説明する模式的な斜視図である。 図１の分光計測装置を構成するマイクロレンズアレイ基板のマイクロレンズアレイ及びマイクロレンズの形成方法を説明する断面図である。 図１の分光計測装置を構成する回折格子の断面構造、ラインセンサの画素構造及び分光状態を模式的に示す図である。 図４に示した回折格子及びラインセンサのレイアウトで分光計測した際の回折像の重なる状態を２次元ＣＣＤに受光した画像である。 回折格子の配置について説明するための図である。 図６に示した不要光を排除するレイアウトで、隣接する不要光と信号光（１次回折像）が重畳しない状態を２次元ＣＣＤに受光した画像である。 回折格子への光線入射角度により結像面での回折像の位置が異なることを説明する図である。 シミュレーションに用いたトナー画像の分光分布を例示する図である。 シミュレーション結果を例示する図である。 変形例１に係る分光計測装置を模式的に示す斜視図である。 変形例２に係る分光計測装置を模式的に示す斜視図である。 変形例３に係る分光計測装置を模式的に示す斜視図である。 （ａ）は変形例４に係る分光計測装置を模式的に示す斜視図、（ｂ）は変形例４に係る分光計測装置に用いる受光用のライトガイド、固定治具及び導光用のライトガイドの接続状態を模式的に示す斜視図である。

以下、図を参照して本発明の一実施形態を詳細に説明する。実施形態や変形例等に亘り、同一の機能及び形状等を有する構成要素（部材や構成部品）等については、混同の虞がない限り一度説明した後では同一符号を付すことによりその説明を省略する。図及び説明の簡明化を図るため、図に表されるべき構成要素であっても、その図において特別に説明する必要がない構成要素は適宜断わりなく省略することがある。公開特許公報等の構成要素を引用して説明する場合は、その符号に括弧を付して示し、各実施形態等のそれと区別するものとする。

以下に説明する本発明の一実施形態、変形例１及び変形例２では、以下の目的を達成する。即ち、自発光物体は微小な各表示領域でそれぞれ開口を有しており、自発光物体の色を細かい空間分解能で計測する場合、明るい光学系を有する計測系では、自発光物体での計測領域の隣接する領域からの光が受光され、計測対象領域の色を正確に計測することができない。また、隣接領域を個別に計測する場合は計測ごとに隣接する領域の光の入射を排除すればよいが、複数箇所の計測に時間がかかる。他に、複数の分光光学系を設定すれば複数箇所の計測は可能であるが、装置自体が大きくなり、コストが増大するばかりではなく、各分光光学系の相対位置決めが煩雑となる。本実施形態、変形例１及び変形例２では、これらの課題に鑑み、計測対象物が自発光物体である場合でも、その計測対象物の各位置での発光の光学的な開口によらず、計測対象物の発光色を隣接する領域の発光色に影響されることなく、狭ピッチで対象物の表示する色を複数個所同時に高精度に分光計測することを目的とする。

図１〜図１０を用いて、本発明の一実施形態に係る分光計測装置等について説明する（請求項１）。まず、図１を用いて、分光計測装置の構成について説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る分光計測装置２０を模式的に示す斜視図である。
図１に示す分光計測装置２０は、計測対象物として自発光物体の一例であるコンピュータディスプレイやスマートフォン、タブレット等の表示デバイス１の表示色を、ライン状の分光計測装置２０により複数個所の色計測を行うものである。分光計測装置２０は、ラインセンサ２と、回折格子基板３と、マイクロレンズアレイ基板４と、ピンホールアレイ基板５とを有する。

自発光物体としての表示デバイス１は、微小な各表示領域でそれぞれ開口を有しており、本実施形態では平面状態にあるものとする。ピンホールアレイ基板５は、後述するように多数のピンホールが形成されており、計測対象物である表示デバイス１の計測対象領域を光学的にアレイ状に形成された開口により分割する領域分割手段として機能する。
ピンホールアレイ基板５上のピンホールは、遮光素材に微小ホールを複数加工する方法や、図２に示すガラス板などの基板５ａ上にマスクを用いて光透過領域であるピンホール６を形成することで得られる。このピンホール６は、表示デバイス１等の計測対象物の計測対象領域を分割し、表示色を含んだ光線が隣接する光線と干渉しないようにする役割を担う。ピンホールアレイ基板５、基板５ａは、計測対象領域を微小な領域に分割することに加え、ピンホールアレイ基板５、基板５ａと表示デバイス１等の計測対象物との間の距離を規定する光路長固定手段として機能する。

マイクロレンズアレイ基板４は、開口列を通過して領域分割された表示デバイス１等の計測対象物からの光を集光するアレイ状に形成された結像手段として機能する。マイクロレンズアレイ基板４は、図３に示すように、マイクロレンズアレイ４ａを有する。マイクロレンズアレイ４ａ上には、多数のマイクロレンズ７が形成されている。マイクロレンズアレイ４ａ上の各マイクロレンズ７は、図２のピンホール６を透過してきた光線を略平行光にして、図２の回折格子基板３（具体的には図４に示す回折格子３ａ）に入射させる結像特性を有する。

回折格子基板３には、図４に示すように、例えば透明基板上に鋸歯形状の構造の回折格子３ａが周期的に形成されている。回折格子基板３は、マイクロレンズアレイ基板４の各マイクロレンズ７により集光されたアレイ状の開口を通過した各開口からの領域分割された光を各回折像が重畳しないように受光素子の画素配列方向と角度を有して（斜めに）分光する分光手段として機能する。尚、回折格子は、回折素子とも呼ばれる。

ラインセンサ２は、多数の画素から構成されており、回折格子基板３の各回折格子３ａによって分光された光を受光するアレイ状に形成された受光手段として機能する。ラインセンサ２としては、例えばＭＯＳ（Metal Oxide Semiconductor Device）、ＣＭＯＳ（Complimentary Metal Oxide Semiconductor Device）、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）、ＣＩＳ（Contact Image Sensor）等を用いることができる。以下、ラインセンサ２としては、ＣＣＤを用いる例で説明する。

表示デバイス１等の計測対象物からの発光光線は広がりを有し、更にピンホールアレイ基板５のピンホール６から出射する光線もピンホール６の開口により広がりを有する。回折格子３ａに入射する光に広がりがあると、回折格子３ａでの回折性能が光線の入射角度によりばらつき、ラインセンサ２上の一定の画素によって一定波長の光が受光できなくなる。回折性能を確保するために、マイクロレンズ７による光線の整形が必要となるが、精度とコストの兼ね合いから、マイクロレンズ７を省くことも不可能ではない。

上述の構成により、図１の分光計測装置２０では、表示デバイス１から発する表示色を有する光線がピンホールアレイ基板５のピンホール６を透過し、この透過した光線がマイクロレンズアレイ基板４上の図３の各マイクロレンズ７で整形される。更に、整形された光線は回折格子基板３の各回折格子３ａで分光され、分光された表示色の波長情報はラインセンサ２上の複数の画素で受光される。

ここで、図４を用いて、回折格子３ａ及びラインセンサ２の画素構造について更に詳しく説明する。図４は、回折格子３ａの断面構造及びラインセンサ２の画素構造を模式的に示す図である。
図４において、ラインセンサ２は、複数の画素がＹ方向（図１のＹ方向）に一列に配列した画素構造を有する。ラインセンサ２は、Ｙ方向に並設されたＮ個の画素を一群とする分光センサ２ａ，２ｂ，２ｃ等がＹ方向に複数個配列された分光センサアレイを構成している。各回折格子３ａにより分光した波長情報は、図４に示すように、各波長の光をラインセンサ２上の分光センサ２ａ，２ｂ，２ｃにおける複数画素に分けて受光することで分光計測を可能とする。表示デバイス１の計測対象領域から複数のピンホール６、マイクロレンズ７を透過した光を回折格子３ａの複数個所で分光し、それぞれの回折光を取得することで複数個所の分光計測を同時に実行可能とする。

尚、図１示す分光計測装置２０及び後述の変形例に係る分光計測装置では、各波長の光をラインセンサ２上の分光センサにおける複数画素に分けて受光して様子を誇張してイメージ的に表している。図１示す分光計測装置２０では、分光計測装置２０を構成する上記構成要素・部品がケース部材に収容されており、分光計測時には表示デバイス１の被測定面上に載置して分光計測が実行される。

回折格子３ａは、ラインセンサ２に近接して配置されている。回折格子３ａは、図４中の破線で光路を模式的に示すように、マイクロレンズ７からの入射光を回折させることでラインセンサ２の（Ｎ−１）個の画素２ｂ２〜２ｂ７に互いに分光特性の異なる光を入射させている（図４の例ではＮ＝７である）。また、入射光を透過させることでラインセンサ２の１個の画素２ｂ１に分光されていない光を入射させている。

次に、図５を用いて、図４に示した回折格子３ａ及びラインセンサ２のレイアウトで分光計測した際の回折像の重なる状態を説明する。図５は、図４に示した回折格子３ａ及びラインセンサ２のレイアウトで分光計測した際の回折像の重なる状態を受光面の結像データから取得した画像である。図４のレイアウトにおいて、特別の工夫がされていない場合、マイクロレンズ７を透過した光を回折格子３ａの複数個所で分光し、ラインセンサ２の画素配列方向に回折させると、図５に示すように、複数個所の回折像が重なり、正確な分光計測が実行できない。特に、後述する０次光、−１次回折像、±２次回折像などが隣接する計測対象領域の回折像に重畳して誤差要因となる

そこで、図６を用いて、所望の次数以外の不要光となる回折光を遮断する方法について説明する。図６は、回折格子の配置について説明するための図であり、ラインセンサ２及びラインセンサ２へ入射する光を入射面側から見た状態を示している。図６に示すように、所望の回折光である＋１次光Ｂ以外の回折光を遮断するためには、回折格子が、回折格子の回折方向がラインセンサ２のＮ個の画素が配列している方向（Ｙ方向）に対して非平行となるように配置されていることが好ましい。

図６では、回折格子を透過する光として、所望の回折光である＋１次光Ｂの他に、所望の回折光でない非回折光（０次光）Ａ、及び＋1次光Ｂより弱い強度ではあるが所望の回折光でない−１次光Ｃ、＋２次光Ｄ、−２次光Ｅ等が発生している。回折格子の回折方向は、図６に示すように、ラインセンサ２の画素配列方向（Ｙ方向）に対して微小な角度βだけＸ方向に傾いている。このときの具体的な回折格子の配置としては、図４で示した回折格子３ａの鋸歯形状がラインセンサ２の画素の配列方向（Ｙ方向）とは角度βだけＸ方向に傾いた方向に配列するようにすればよい。これによって、所望の回折光である＋１次光Ｂはラインセンサ２の画素へ入射するが、所望の回折光でない非回折光（０次光）Ａ及び−１次光Ｃや、＋２次光Ｄ、−２次光Ｅ等はほとんど入射しない配置とすることが可能である。また、非回折光（０次光）Ａにより画像の明るさデータを取得することが可能となる。

上述したとおり、回折格子３ａの波数ベクトルの向きをラインセンサ２の画素配列方向に対して微小な角度βに設定する。これにより、図６に示すようにラインセンサ２ｂから不要光を排除するレイアウトとすることで、隣接する不要光と信号光（１次回折像）が図７に示すように重畳しないようにすることができる。

回折像をラインセンサ２のＮ個の画素で取得する場合、回折格子３ａの鋸歯形状部の周期をｐとすると、回折格子３ａへ角度αで入射する波長λの光は、下式（数１）で表わす角度θ_ｍに回折する。式（数１）において、ｍは、回折格子の次数と呼ばれるもので、正負の整数の値を取ることができる。

回折格子３ａの形状としては、図４に示すような鋸歯形状とすることで、＋１次の回折光強度を強くすることが可能であり、最も望ましい。鋸歯形状の他に、階段状の形状を取ることも可能である。また、ラインセンサ２の画素周期ｄを１０μｍとすると、回折格子３ａの周期ｐが１０μｍで、回折格子３ａの回折部とラインセンサ２との距離が２ｍｍのときに、可視光をおよそ６画素に分光して入射することが可能である。また、回折格子３ａのピーク回折効率は鋸歯状の回折格子に比較し多少低下するものの、ホログラフィー回折格子を適用することで、可視域および可視域外の広い波長領域で一定の回折性能を確保することが可能となる。

本実施形態でアレイ状のラインセンサ２を構成するそれぞれの分光計を個別にユニットとした場合、ユニットを構成する画素数は図１及び図２のピンホールアレイ基板５のピンホール６間のピッチ及びピンホール径、式（数１）中のα、ｐ、回折格子基板３とラインセンサ２の受光面との距離などから決まる。これにより、ラインセンサ２上に構成するユニット数、計測する波長範囲等の条件に合わせ柔軟に調整することが可能となる光学レイアウト全体の優位性を効果的に適用できる。換言すれば、本実施形態では、上記構成により、狭ピッチで計測対象物の表示する色を複数個所同時に高精度に分光計測することが可能となる。

本発明では、微小な分光センサが連続配置される構造であるため各分光センサ間で計測精度のばらつきが無いことが望ましい。そこで、図８を用いて、本実施形態における、複数の連続配置される分光センサアレイの精度に影響を与えるレイアウト上の特徴を示す。図８において、括弧を付して示す回折格子３ａの回折面１３へ入射する各像高における主光線１４（以下、単に光線１４という）の角度が異なる場合、回折角θが光線１４ごとに異なる。これにより、分光センサアレイの結像面である、回折格子有りの受光面１５Ａや回折格子無しの受光面１５Ｂにおいて、出フォーカス量や回折像の分光分布に対する画素数の差異など、一様な結像特性を得られない。そこで、回折格子３ａへの入射角度を一定に、特に平行とすることが望ましい。これはマイクロレンズやピンホールの物体側にテレセントリックなレンズを置くことが一般的に考えられるが、本件では計測対象物に密着させることに特徴がある。そのため、レンズの付加ではなく、マイクロレンズとピンホールの相対位置を各センサユニットで同一にすることで対応可能となる。

加えて、複数のマイクロレンズ及びピンホールの組合わせのピッチが受光素子の画素サイズに対して一定とし、回折像の分光された波長帯がセンサユニットを構成する受光素子の何番目の画素で受光するかを全センサユニットで共通化する。これにより、全センサユニットで同様の回折像を取得することが可能となり、ハードウェア上のばらつき要因を排除することができる。尚、図８において、符号ｔは回折格子３ａの回折面１３から回折格子有りの分光センサアレイの受光面１５Ａまでの距離を、符号ｔ０は回折格子３ａの回折面１３から分光センサアレイの回折格子無しの受光面１５Ｂまでの距離を、それぞれ表している。また、回折面１３で分光している光線色を実線の太さを変えて表現している。

本実施形態において、ラインセンサ２上で複数波長に分光する色計測系を実行する複数のマルチバンド分光センサを構成する。マルチバンド分光ではバンド数が多いほど分光分布の詳細な測定結果を得ることが可能となり、好ましい。しかしながら、本実施形態ではラインセンサ２の画素数が一定であるとき、バンド数が増えることによって１セットの分光センサに用いられる画素数が多くなり、アレイ化することが可能な分光センサの数は減少することになる。よって、本実施形態の分光センサアレイにおいては、バンド数を最小に抑えてウィナー推定などの推定手段によって分光分布の推定を行う処理（分光推定処理）を有していることが好ましい。

分光推定処理に関しては多くの手法が提案されており、例えば非特許文献１である『ディジタルカラー画像の解析・評価：東京大学出版会：ｐ１５４〜ｐ１５７』に詳細が述べられている。
以下に、１つの分光センサからの出力viから分光分布を推定する手法の一例を示す。１つの分光センサを構成しているN個の画素からの信号出力vi（i＝ 1〜N）を格納した行ベクトルｖと、変換行列Gから、各波長帯の分光反射率（例えば４００〜７００［ｎｍ］で１０［ｎｍ］ピッチの３１個）を格納した行ベクトルｒは式（数２）で表される。

変換行列Gは、式（数３）〜式（数５）に示すように、予め分光分布が既知な多数（ｎ個）のサンプルに対して分光分布を格納した行列Rと、同様のサンプルを本測定装置で測定したときのｖを格納した行列Vから、最小二乗法を用いて誤差の二乗ノルム‖・‖２を最小化することによって求まる。

Vを説明変数、Rを目的変数としたVからRへの回帰式の回帰係数行列である変換行列Gは、行列Vの二乗最小ノルム解を与えるMoore-Penroseの一般化逆行列を用いて式（数６）のように計算される。

ここで、上付きTは行列の転置を、上付き−１は逆行列を表す。これで求まった変換行列Gを記憶させておくことで、実際の測定時には変換行列Gと信号出力ｖの積を取ることで任意の被測定物の分光分布ｒが推定される。

一例として、電子写真方式の画像形成装置によって出力したトナー画像を、本実施形態に係る分光センサアレイで読み取って分光分布を推定し、推定した分光分布から推定誤差である色差を算出するシミュレーションを行った。シミュレーションでは、Nの値を変えたときの測色結果と、より詳細な分光装置から得られる測色結果との色差（ΔE）を求めている。

図９は、シミュレーションに用いたトナー画像の分光分布を例示する図である。図１０は、シミュレーション結果を例示する図である。実際にシミュレーションに用いたリファレンスの分光分布をトナー等の色材の分光特性を利用して図９のようにした。
図１０のシミュレーション結果より、Nが６以上では推定値の誤差に大きな違いがないことが分かる。各位置での各分光センサ２ａ，２ｂ，２ｃに必要とされる画素数を６以上で設定することで、各分光センサ間に精度の差異は生じるが、全域にわたって精度の高い分光計測が可能となる。

以上説明したとおり、本実施形態によれば、計測対象物が自発光物体である場合でも、その計測対象物の各位置での発光の光学的な開口によらず、計測対象物の発光色を隣接する領域の発光色に影響されることなく、狭ピッチで計測対象物の表示する色を複数個所同時に高精度に分光計測することが可能となる。これにより、計測対象物の２次元的な色むらや、局所の色表現を最適化することが可能となる。

（変形例１）
図１１を用いて、図１〜図１０に示した一実施形態の変形例１を説明する（請求項２）。図１１は、変形例１に係る分光計測装置２０Ａを模式的に示す斜視図である。
変形例１は、図１〜図１０に示した一実施形態と比較して、分光計測装置２０に代えて、図１１の分光計測装置２０Ａを用いる点が相違する。分光計測装置２０Ａは、分光計測装置２０と比較して、表示デバイス１とピンホールアレイ基板５との間にフレーム８を新たに配置した点が主に相違する。この相違点以外の分光計測装置２０Ａの構成は、分光計測装置２０と同様である。

フレーム８は、表示デバイス１に密着し、光路長を規定するとともに環境光を排除する光路長固定手段としての機能を有する。フレーム８は、表示デバイス１とピンホールアレイ基板５との光学距離を一定に保つように、表示デバイス１側（下側）に全面開口しており、周囲からの環境光の入射を排除するように表示デバイス１に接触・密着するよう構成されている。

変形例１によれば、上記一実施形態の効果に加え、以下の効果を奏する。即ち、フレーム８を上述したとおり配置したことにより、ノイズとなる迷光を排除し、フレーム８の高さ（図１１においてＺ軸方向）に規定された光学距離を常に得ることが可能となり、簡易な計測が可能となる。
（変形例２）
図１２を用いて、図１１に示した変形例１の別の変形例２を説明する（請求項３）。図１２は、変形例２に係る分光計測装置２０Ｂを模式的に示す斜視図である。
変形例２は、図１１に示した変形例１と比較して、分光計測装置２０Ａに代えて、図１２の分光計測装置２０Ｂを用いる点が相違する。分光計測装置２０Ｂは、分光計測装置２０Ａと比較して、ピンホールアレイ基板５に代えて、フレーム８とマイクロレンズアレイ基板４の各マイクロレンズ７とを光学的にアレイ状に形成された開口により分割して接続するライトガイド９を用いる点が主に相違する。この相違点以外の分光計測装置２０Ｂの構成は、分光計測装置２０Ａと同様である。

ライトガイド９は、例えば、光ファイバからなり、受光用の第１のライトガイドとして機能する。ライトガイド９の一端部（下端部）はフレーム８におけるピンホールアレイ基板５に対応した各ピンホールの位置に、ライトガイド９の他端部（上端部）はマイクロレンズアレイ基板４の各マイクロレンズ７に、それぞれ光学的に接続して固定される。

変形例２によれば、上記一実施形態の効果に加え、以下の効果を奏する。即ち、ライトガイド９を上述したとおり接続配置したことにより、表示デバイス１の光線をライトガイド９で取得し、各位置ので分光データを取得することができる。ピンホールをライトガイドとすることで、光学系の配置の自由度を高めることが可能となる。

（変形例３）
図１３を用いて、図１２に示した変形例２の別の変形例３を説明する（請求項４）。図１３は、変形例３に係る分光計測装置２０Ｃを模式的に示す斜視図である。

変形例３を説明するに当たり、まず、上記した背景技術内容を補説する。自動車のボディや包装容器などでの印刷では曲面の色を計測することが必要であり、計測対象物の形状に合わせて色を計測しなければならないが、正確な光学系を確保することは難しく、一点での計測で多角度による評価をすることが一般的に行われている。
曲面の色を計測することが可能な技術として、例えば、特開２００６−０１０５０８号公報が挙げられる。同公報には、曲面へ対応すべく多角度計測により計測対象物の色の変角特性を簡易に取得する技術が開示されており、観察角度による色の変化を数値として取得する装置が市場に展開されている。

同公報記載の技術では、計測対象物の複数方向からの照射光に対する反射光の色を計測することが可能であり、リファレンスとの比較により面の傾斜を推定した計測結果の補正を実現できる。しかしながら、一点計測になり、面での色計測は何度も計測を実行する必要がある。
そこで、変形例３では、以下の分光計測装置を提供することを目的とする。即ち、対象物が柔軟性のあるフィルム状の自発光ディスプレイや、大型光源など平面ではない場合も多い。このような曲面の局所的な色分布を計測する場合、一方向からの分光放射輝度、光度を計測するだけでは計測対象物の局所領域からの放射光束の伝播方向により正確に光を取得することが困難であり、形状に合わせて複数回位置を変えて計測する場合は時間、コストが増大することが懸念される。本変形例では、これらの問題に鑑み、複数の計測光学系が計測対象物表面に密着し、各領域の形状に合わせ局所的に面と垂直になることで、図８に示したハードウェア上の問題点が曲面を有する計測対象物にあっても自発光物体の出射光を適切に取得し、分光計測可能とする。

変形例３は、図１２に示した変形例２と比較して、計測対象物側が平面である表示デバイス１に代えて、計測対象物側が曲面である表示デバイス１Ａに対応可能な点、分光計測装置２０Ｂに代えて、図１３の分光計測装置２０Ｃを用いる点が相違する。分光計測装置２０Ｃは、分光計測装置２０Ｂと比較して、フレーム８に代えて、フレーム８Ａを用いる点、及びライトガイド９の一端部（下端部）をフレーム８Ａに固定する固定治具１０を用いる点が主に相違する。この相違点以外の分光計測装置２０Ｃの構成は、分光計測装置２０Ｂと同様である。

フレーム８Ａは、光路長固定手段として機能する。フレーム８Ａは、フレーム８と比較して計測対象物側が曲面をなす表示デバイス１Ａに対して柔軟な材料で構成されており、例えば柔軟な材料としてゴム状の樹脂等により形成することで曲面に自由に対応・追従できるようになっている。ラインセンサ２、回折格子基板３、マイクロレンズアレイ基板４よりなる分光光学系計測対象領域の光を導光するライトガイド９の一端部を、固定治具１０を介してフレーム８Ａに固定する。固定治具１０は、ライトガイド９の計測対象物側（例えば自由曲面を有する表示デバイス）の一端部を計測対象物に対し９０[°]又は４５[°]等の角度に固定する。固定治具１０が必要な強度を有する材料で構成されていることで、柔軟なフレーム８Ａが計測対象物の曲面に沿って計測対象物に密着・保持されても、ライトガイド９が計測対象物と特定の角度を保持したまま相対姿勢が確保される。これにより、自由曲面を有する表示デバイスの表示色を含む光を分光光学系へ導光し、分光計測することで、例えば湾曲した曲面状のディスプレイ等の表示デバイスの表示色を複数箇所で同時に色計測可能となる。尚、図１３では、図の簡明化のため表示デバイス１Ａ及びフレーム８Ａが単純Ｒ曲面で示したが、３次元方向の曲面であっても対応可能に構成できることは無論である。

変形例３によれば、上記一実施形態の効果に加え、以下の効果を奏する。即ち、計測対象物がフィルム状やデザイン上自由な曲面状である形状をしていても、その表面形状に合わせて個別のセンサユニットが倣うこととなる。これにより、平面ではなくても、隣接する領域の色の影響を受けることなく、曲面の複数位置を同時に高精度に分光計測し、色を正確に計測することが可能となる。

（変形例４）
図１４を用いて、図１３に示した変形例３の別の変形例３４説明する（請求項５）。図１４（ａ）は変形例４に係る分光計測装置２０Ｄを模式的に示す斜視図、図１４（ｂ）は変形例４に係る分光計測装置２０Ｄに用いる受光用のライトガイド９、固定治具１０及び導光用のライトガイド１１の接続状態を模式的に示す斜視図である。

変形例４では、以下の分光計測装置を提供することを目的とする。即ち、上記変形例３記載の分光計測装置において、計測対象物が自発光物体ではなく（非自発光物体）、且つ表面形状が平面ではなくても、局所ごとの光照射と分光光学系をセットとした複数のセンサユニットを形成する。これにより、複数のセンサユニットが計測対象物表面の曲面に倣い、隣接する反射光の影響を受けることなく、曲面の複数位置を同時に高精度に分光計測し、色を正確に計測することを可能とする。

変形例４は、図１３に示した変形例３と比較して、分光計測装置２０Ｃに代えて、図１４の分光計測装置２０Ｄを用いる点が相違する。分光計測装置２０Ｄは、分光計測装置２０Ｃと比較して、光源１２と、ライトガイド９のアレイ状に分割して形成された開口に対応して設けられ、光源１２からの光を各計測対象領域に個別に導光するライトガイド１１とを新設した点が主に相違する。この相違点以外の分光計測装置２０Ｄの構成は、分光計測装置２０Ｃと同様である。ライトガイド１１は、本発明の第２のライトガイドとして機能する。

分光計測装置２０Ｄでは、変形例３の分光計測装置２０Ｃと同様に、ライトガイド９の一端部が固定治具１０を介してフレーム８Ａに固定されている。ライトガイド１１は、例えば、光ファイバからなり、一端部が光源１２に、他端部が固定治具１０に、それぞれ接続固定されている。変形例３と同様に、固定治具１０が必要な強度を有する材料で構成されていることで、柔軟なフレーム８Ａが計測対象物の曲面に沿って計測対象物に密着・保持されても、ライトガイド９が計測対象物と特定の角度を保持したまま相対姿勢が確保される。加えて、固定治具１０に接続固定されたライトガイド１１により、受光用のライトガイド９と０°／４５°等の相対姿勢を確保し、色計測用の微小光学系を複数、設定することが可能となる。
これらにより、曲面からなる計測対象物が自発光物体ではなくても、曲面に合わせ、各計測領域に光源１２からの照明光を照射し、物体色を含む反射光を分光光学系へ導光し、分光計測することで、例えば曲面の自動車ボディの塗装色などの色の状態を計測することが可能となる。

変形例４によれば、上記一実施形態の効果に加え、以下の効果を奏する。即ち、計測対象物が自発光物体ではなく、且つ表面形状が平面ではなくても、局所ごとの光照射と分光光学系をセットとした複数のセンサユニットが形成され、複数のセンサユニットが計測対象表面の曲面に倣うこととなる。これにより、隣接する反射光の影響を受けることなく、曲面の複数位置を同時に高精度に分光計測し、色を正確に計測することが可能となる。

以上本発明の好ましい実施の形態について説明したが、本発明はかかる特定の実施形態に限定されるものではなく、上述の説明で特に限定していない限り、特許請求の範囲に記載された本発明の趣旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。例えば、上記実施形態や実施例等に記載した技術事項を適宜組み合わせたものであってもよい。

本発明の実施の形態に適宜記載された効果は、本発明から生じる最も好適な効果を列挙したに過ぎず、本発明による効果は、本発明の実施の形態に記載されたものに限定されるものではない。

１ 表示デバイス（自発光物体、計測対象物の一例）
１Ａ （非自発光物体、計測対象物の一例）
２ ラインセンサ（受光手段の一例）
２ａ，２ｂ，２ｃ 分光センサ
３ 回折格子基板（分光手段の一例）
３ａ 回折格子（分光手段を構成）
４ マイクロレンズアレイ基板（結像手段の一例）
４ａ マイクロレンズアレイ（結像手段の一例）
５ ピンホールアレイ基板（領域分割手段、光路長固定手段の一例）
６ ピンホール（領域分割手段を構成）
７ マイクロレンズ（結像手段を構成）
８，８Ａ フレーム（光路長固定手段の一例）
９ ライトガイド（第１のライトガイド）
１０ 固定治具
１１ ライトガイド（第２のライトガイド）
１２ 光源
２０，２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄ 分光計測装置

特開２００３−１３９７０２号公報 特開２０１０−２６１８６１号公報

『ディジタルカラー画像の解析・評価：東京大学出版会：ｐ１５４〜ｐ１５７）』

Claims (5)

1. 自発光物体である計測対象物の計測対象領域を光学的にアレイ状に形成された開口により分割する領域分割手段と、
   前記アレイ状の開口を通過して領域分割された前記計測対象物からの光を集光するアレイ状に形成された結像手段と、
   前記結像手段により集光された前記アレイ状の開口を通過した各開口からの領域分割された光を各回折像が重畳しないように分光する分光手段と、
   各分光された光を受光するアレイ状に形成された受光手段と、
   前記領域分割手段と前記計測対象物との間の距離を規定する光路長固定手段と、
   を有する分光計測装置。
2. 前記光路長固定手段が、前記計測対象物に密着し、光路長を規定するとともに環境光を排除することを特徴とする請求項１記載の分光計測装置。
3. 前記領域分割手段に代えて、前記光路長固定手段と前記結像手段とを光学的にアレイ状に形成された開口により分割して接続する第１のライトガイドを用いることを特徴とする請求項２記載の分光計測装置。
4. 前記光路長固定手段が、柔軟な材料で構成されていることを特徴とする請求項３記載の分光計測装置。
5. 光源と、
   前記第１のライトガイドのアレイ状に分割して形成された開口に対応して設けられ、前記光源からの光を前記各計測対象領域に個別に導光する第２のライトガイドと、を有し、
   前記計測対象物が非自発光物体を含み、
   前記第２のライトガイドを介して前記光源からの光を前記各計測対象領域に個別に導光し、照明することを特徴とする請求項４記載の分光計測装置。

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