JPH0245718A - 光電色彩計の分光感度補正機構 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、三刺激値型の光電色彩計の分光感度補正ｖ４
構に関する。

（従来の技術） 国際照明委員会（ＣＩＥ）は１９３）年に、色を客観的
な数値で表現する基準として、スペクトル三刺激値が、
第６図実線の分光感度曲線１〜３に示すように設定され
た。３刺激値と同じ分光感度を持つ３つの受光系で、物
体の色を測定すれば、人間が感じるのと同じ色彩感覚で
物質の色を測定することができる。

色を数値化して表すには、分光光度計で試料からの反射
光のスペクトルを測定し、このスペクトルに３色刺激値
の等色関数を掛けて夫々積分することにより、３色刺激
値を求めるのが基本的な方法であるが、簡単に色度を測
定する方法の一つとして光電色彩計を用いる方法があり
、この光電色彩計は上記のスペクトル三刺激値と同じ感
度をもった３つの受光系により、物体からの反射光を測
定して色度点を算出する。

本発明は、このような光電色彩計に関するものである。

この色彩計の精度は上記３つの受光系の分光感度をＣＩ
Ｅが設定したスペクトル三刺激値の等色関数に如何に合
致させるかにかかつている、しかし、ＣＩＥが設定した
スペクトル三刺激値の等色関数は成る波長に対するピー
ク感度を設定したものではなく、３つの波長値を中心に
して互いに重なる成る幅を持った波長範囲にわたって決
定された連続関数であるから、光電色彩計の各受光系の
分光感度をＣＩＥの等色関数に合わせることは非常に難
しく、どうしても多少の誤差が残り、この誤差が色彩表
示誤差に結びついている。また、異機種では勿論のこと
、同一機種においても受光素子の分光感度にバラツキが
あり、機器間誤差がある。従来、この誤差を補正するた
めの手段が提示されているが、従来の手段は、夫々の３
刺激値受光系において、複数の色度既知の較正基準試料
を用いて、種々の色彩に対する夫々の受光系の出力を求
め、夫々の受光系の出力の実測値と該基準試料の既知色
度値に対応する基準値との比［基準値／実測値コを較正
定数としＣ求め、種々の色彩に対する較正定数を表とし
て記憶しておき、上記較正定数表の中から測定試料の実
測色度値に対応する最適な較正定数を選定し、選定され
た較正定数に基づいて、測定値を補正するようにしてい
る。しかし、このような方法では、較正点は有限の数で
あり、測定試料の色度が較正点と較正点との間にあたる
時は、最適な較正定数を選定できない場合がある。その
ような場合には誤差が発生すると云う問題があり、また
、較正定数を求める時に基準反射板を用いるので、照明
受光々学系が介在し、光沢性の有無等、測定物の表面状
態によって効果が異なる。極端な場合には、誤差を拡大
することになる０色度点に応じて較正定数を変えるもの
の、分光感度曲線自体を補正する方法ではないので、充
分な効果が得られないと云う問題がある。

（発明が解決しようとする課題） 測定光を３原色成分に分割するフィルターと各受光素子
の特性を合わせた受光系の分光感度特性はＣＩＥ規定の
等色関数に一致しなければならないが、実際の色彩計に
おいては、どうしてもずれが生じてしまう。そこで本発
明では、このずれを無くすことにより、より精度の高い
色彩計を堤供することを目的としている。

（課題を解決するための手段） ３刺激値型の光電色彩計において、各刺激値を決定する
３つの受光系の分光感度曲線を予め測定して、該分光感
度曲線と指定された分光感度曲線とのずれを計算し、そ
のずれを上記３つの受光系中の他の受光系の分光感度曲
線に補正係数を掛けたものを加減することにより零に近
づけるようにした。

また、精度を更に向上させるために新たに受光系を付加
し、該受光系の分光感度曲線の補正値を上記３刺激値の
分光感度曲線に加減させるようにした。

（作用） ３刺激値の一つを与える等色関数を第８図のＡ（λ）と
し、同刺激値を測定する受光系の実測分光感度をａ（λ
）とする。曲線ｄ（λ）はＡ（λ）−ａ（λ）の曲線で
ある。本発明は、この曲線ｄ（λ）を３刺ｍ値の他の２
つを測定する受光系の感度曲線に適当な係数を掛算した
もので近似するものである。第８図で、Ｂ、Ｃが他の２
つの刺激値を測定する受光系の感度曲線で、これらの感
度曲線に夫々適当な係数に、、に２を掛けて圧縮したも
のをす、ｃで示す、ａの曲線にこのす、ｃの曲線を加算
すれば、ａの曲線そのものより曲線Ａに近づけることが
できる。即ち、一つの受光系の出力に他の受光系の出力
に適当な係数を掛けたものを加減することにより、この
一つの受光系の感度曲線の補正ができるのである０曲線
す、ｃに曲線ｄを重ねてみれば、波長λ１〜λ２の範囲
で稍補正不足、波長λ１〜λ２の外側で夫々稍補正過剰
となっていることが分かる。波長λｌ、λ２の点では誤
差は０である。誤差を０にする波長をどこに選定するか
は、Ｋ１．に２の決め方で調節することができる。

上のような方法で近似的な補正が可能であるのは、各刺
激値を与える各受光系の感度曲線の裾が互いに重なり合
っていることによる。また、一つの等色関数とそれに対
応する受光系の感度曲線との間の誤差は、実際上比較的
簡単な第８図の６曲線のような形になり、従って、６曲
線の２つの山を１つの受光系の両隣の受光系の感度曲線
を定倍圧縮したもので近似することができるのである。

このようにして理想の感度曲線に近似させた感度曲線を
ａ’　　（λ）とすると、 Ａ（λ）舛ａ　（λ） ＝ａ（λ）　＋に、　Ｂ　（λ）　＋に２　Ｃ（λ）試
料からの光のスペクトルをＳ（λ）とすると、今考えて
いる受光系の出力に補正を行ったＡ。

は Ａ’　＝ｆＳ　（λ）ａｏ（λ）ｄλ ＝ｆｓｔλ）ａ（λ）ｄλ ＋に１　ｆＳ　（λ）Ｂ（λ）ｄλ ＋に２ｆＳ（λ）Ｃ（λ）ｄ＾ 上式の右辺の３つの積分のうち一番目のものは考えてい
る受光系の出力、２番目は他の一つの受光系の出力、３
番目は更にもう一つの受光系の出力であるから、目的と
する補正は一つの受光系の出力に池の受光系の出力に適
当な定数を掛算したものを加減すれば良いことになる。

上の説明から予想されるように上述補正方法では、補正
の残差がある。実際上この残差は無視できるが、高精度
を求めるときは、適当な分光感度（例えば、第８図でλ
′、λ“等にピーク中心を持つ比較的狭い感度域）の受
光系を付設して、その出力に適当な定数を掛けて上記補
正に追加すれば良い。

〈実施例） 第１図に本発明の一実施例の色彩計を示す、この色彩色
は内蔵光源の光を試料に照射し、試料からの反射光を色
分解して測光する構成で、外光の影響をなくすため、内
蔵光源を点滅して、同光源点灯時の測光値から同光源非
点灯時の測光値を引算して、外光の影響を消去している
。第１図において、光電色彩計は光電変換部１００とデ
ータ処理部２００を備えている。上記光電変換部１００
には６つの光センサーであるフォトダイオードＰ１〜Ｐ
６があり、その内、３つのフォトダイオードＰ１〜Ｐ３
は試料１の測定に、残りの３つのフォトダイオードＰ４
〜Ｐ６は試料１を照射する光源２の測定に使われ、［試
料の測定値］／［光源の測定値］を計算することにより
、光源２のゆらぎを除去し、常に一定の状態の測定を可
能にしている。照明回路４により光源２の点灯制御を行
い、試料１に光源２からの光を照射し、試料１からの光
を、光学フィルターＦ１〜Ｆ３により、それぞれ基本色
成分に分解し、フォトダイオードＰ１〜Ｐ３でそれを検
知し、光源２からの光を、光学フィルターＦ４〜Ｆ６に
より、それぞれ基本色成分に分解し、フォトダイオード
Ｐ４〜Ｐ６でそれを検知し、それぞれの光電変換回路（
Ｅｌ〜Ｅ６）により電気信号に変換・増幅し、光の信号
強度に応じた電気がゲート０１へ０６を通り、それぞれ
のサンプルホールド回路Ｈ１〜Ｈ６に蓄えられ、さらに
ゲートＧ７〜Ｇ１２を介して順次Ａ／Ｄ変換回路３へ送
られ、データ処理部２００の制御部である中央処理装置
ｔ（ＣＰＵ）５にデジタル値として取り入れられる。測
定は第２図のタイムチャートに示したように、各制御信
号が制御部のＣＰｔＪ５から各回路に送られ、照明有り
と、照明なしの状態でそれぞれ行っている。

一方、データ処理部２００には、制御や演算処理を行う
前述のＣＰＵ５と、システム制御や色空間変換等のプロ
グラムを記憶したリードオンリー・メモリ（ＲＯＭ）６
と、色情報等のデータを記憶するランダムアクセス・メ
モリ（ＲＡＭ）７と、クロック８と、Ｉ１０ボート９と
、測定結果等を表示する表示部１０と、操作指示及びデ
ータ入力するためのキーボード１２とデコーダ１３が設
けられ、上記照明有りの時の測定データから、照明なし
の時の測定データを引算することにより、外来光、セル
の暗電流１回路のオフセット及びドリフト等をキャンセ
ルすると共に、下記の方法によりデータを処理している
。

基本色成分の各受光系の分光感度Ｘ（λ）、ｙ（λ）、
ｚ（λ）はフィルタの分光特性と受光素子の分光感度特
性との積で表され、以下に述べる理論によって補正が可
能である。

まず、分光感度補正の理論について説明する。

例としてＸ（λ）の補正を行う場合について説明する。

Ｘ（λ）に対応する正しい等色関数をｘａ（λ）とする
、補正関数Ｃ（λ）は Ｃ〈λ）＝Ｘｅ（λ）−Ｘ（λ） このＣ（λ）をＸ（λ）に加算すれば良い。ここでＣ（
λ）を他の２色の受光系の感度ｙ（λ）、ｚ（λ）に適
当な係数に、、に２を掛けて近似できる。即ち以下の■
式の形で補正された分光感度ｘ’　　（λ）を求める。

Ｘ　（λ） −ｘ（λ）＋Ｋｔｙ（λ）＋に２Ｚ（λ）・・・■（Ｋ
ｌ　、に２　：補正係数） ここで、補正後の三刺激値の一つＸ゛は０式で表すこと
ができる。

但し、には分光感度Ｘ′を％で表示する係数Ｓ（λ）；
光源の分光分布 Ｒ（λ）；試料の分光立体角反射率 ０式を０式に代入して整理すると、最終的に０式が得ら
れる。

Ｘ’　＝ＫｆＳ　（λ）［Ｘ（λ）±Ｋｔ　ｙ　（＾）
＋に２　ｚ　（λ）］Ｒ（λ）ｄλ 上式で左辺の３つの積分のうち、第１項の積分をＸ、第
２項の積分をＹ、第３項の積分をＺと表せば、ｘ、ｙ、
ｚは補正前の三刺激値の測光値であり、上式は１ 、’、　　Ｘ’　＝Ｘ＋に、Ｙ＋に２　Ｚ・・・・・・
・・・■で表される。従って、三刺激値型の光電色彩計
において得られた三刺激値即ちセンサーからの出力値を
用いて０式の補正を行えば、■式の分光感度補正を行っ
たことになる。ｙ（λ）、２（λ）についても同様に■
、■式の補正を行うことによって、同様の分光感度補正
を行うことができる。

Ｎ　；データ採取個数 前述の０式の補正、即ち、■式の補正を行う場合の補正
係数の求め方について説明する。０式のΔ＾ｖＥが最小
つまり０となるようにすればよいから、０式が成立すれ
ばよい。

Δ＾ｖｔ　”だΔ（λ）／Ｎ λ！ Ｙ　’　　＝Ｙ　＋　Ｋ　３　　Ｘ　＋　Ｋ４　　Ｚ−
・・＝・・■Ｚ’　　＝Ｚ＋に５　Ｘ＋に６　Ｚ・・・
・・・・・・■但し、Ｋ３〜に６　；補正係数 以下０〜０式の補正係数の求め方について説明する。

まず補正を行う受光系の分光感度を測定する。

そして、重点的に補正を行いたい波長域において、適当
な波長間隔で測定した分光感度と理想の分光感度とのず
れΔくλ）の平均値Δ＾ｖｉを０にするような補正係数
を求める。

但し、λＳ；補正波長域下限波長、 λＥ；補正波長域上限波長、 ＋に２　　ｚ　　（＾））　−Ｘ八　（λ）］）／Ｎ＝
０・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・■但し、ＸＲ（λ）；基準となる理想の分光感度
０式を整理すると、■式のようになる。

■式には、未知の補正係数が２つ（Ｋｌ、に２）含まれ
ているので、２ケ所の相異なる波長域について、それぞ
れ■式の方程式を立て、その連立方程式の解として、補
正係数に、、に２が求められる、■、■式の補正につい
ても同様の手順で、補正係数を求めることができる。（
■、［株］式）以上述べてきたのは、何ら新しいセンサ
ーを付加することなく、ｘ、ｙ、ｚの３つのセンサーの
みを用いて補正を行う場合についてであるが、上記実施
例では、要求される高精度が得られない場合には、新た
に別のセンサーを追加してそのセンサー出力を用いて補
正を行うことでより高精度の測定が可能となる。その場
合の補正式は、前述の３つのセンサーのみを用いる場合
の補正と同様の理論により、より一般化した形で０〜０
式のように表せる。

Ｘ’　＝Ｘ＋に１°Ｙ　＋　Ｋ　２　’　Ｚ　＋　Ｌ　
Ｌ　ＸＩ−Ｎ　Ｉ・・・■Ｚ’　＝Ｚ＋に、°Ｘ＋に６
’Ｙ＋ＣＬｚ＋−Ｎｌ　・・・＠但し、Ｋ１゛〜に２°
；補正係数、 Ｌｍｔ、　ＬＹＩ、　Ｌｚｔ　；　１番目のセンサー出
力に乗する補正係数、 Ｎ、；１番目のセンサー出力。

０〜０式は、Ｎ１〜ＮＮと云うＮ個のセンサーを付加し
た場合の補正式である。この場合の補正係数を求める式
は［相］〜［相］式で表せる。

但し、ｎ＋　　（λ〉；１番目の新たに付加したセンサ
ーの分光感度 ［相］〜［株］式から補正係数を求めるには、それぞれ
の式にＮ＋２個の未知の補正係数が含まれているので、
それぞれ（Ｎ＋２）ケ所の波長領域について方程式を立
てれば、（Ｎ＋２）元連立方程式の解として補正係数が
求められる。

新たに設けるセンサーの一例を下表１に示す。

表１ ピーク波長　　　半値幅 センサー１　　６５０ｎｍ　　　　４０ｎｍセンサー２
　　５００ｎｍ　　　　４０ｎｍセンサー３　　４１０
ｎｍ　　　　３０ｎｍ上記表１のセンサー分光感度及び
Ｘ（λ＞、ｙ（λ）、２（λ）の理想の分光感度と実際
の分光感度の一例を第３図に示す、実線１〜３が理想の
分光感度、点線１ａ〜３ａが補正前の分光感度、４〜６
が表１の新たに設けるセンサーの分光感度である。

生産組立時の手順は第４図のようになる。

まず、ｘ、ｙ、ｚの３つのセンサーの分光感度を測定し
く３４１）、前述の計算手順に従って［相］〜［相］式
より、補正係数を求め（３４ｇ）、求まった補正係数を
色彩計本体内のメモリ（ＲＯＭ＞に格納する（Ｓ４Ｓ）
。

実際の測定時における測定から演算結果表示までの演算
の流れは第５図のようになる。

測定が行われ（Ｓ　ｓｌ）　、＠−（ｅ式の演算を行う
ことによって、３刺激値を求める（Ｓ５２）。

Ｘ＝　［Ｆｌｌｌ−Ｄ（１１］／　［Ｆ（２）−Ｄは）
］・・・・・・・・・ＯＹ＝［Ｆ（２１−Ｄ■］　／　
［Ｆ（５１−Ｄ＋５１］・・・・・・・・・■Ｚ＝　［
Ｆ（３）−Ｄ（３）］　／　［Ｆｉ６１−Ｄ＋６１］・
・・・・・・・・◎但し、Ｆ（１）〜Ｆ（３）；照明有
りの時の試料測定値Ｆ１４１〜Ｆ＋６１；照明有りの時
の光源測定値Ｄ（１）〜Ｄ（３）：照明無しの時の試料
測定値Ｄ１４１〜Ｉ）　＋６１　：照明無しの時の光源
測定値０〜０式の演算によって求まっな３刺激値Ｘ。

Ｙ、Ｚとメモリ（ＲＯＭ）内に格納しである補正係数を
用いて０〜０式の補正演算を行う（Ｓｓｓ）、補正演算
によって求められた３刺激値Ｘ　’、Ｙ　’Ｚ°とメモ
リ（ＲＡＭ）内に格納しである較正係数α、β、γを用
いて［相］〜Ｏ式の形で較正、即ち、感度合わせを行う
（Ｓｑａ）− ＸＮ＝α・Ｘ゛・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・［相］ＹＮ＝β・Ｙ′・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・２１Ｚｓ
”γ・Ｚ′・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・２２但し、α、β、γ；較正係数 較正係数α、β、γは２３〜２５式の形で求められる。

α−Ｘｏ　　／Ｘｏ’・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・２３β＝Ｙ、／Ｙθ°・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・２
４γ＝２ｏ／Ｚｏ’・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・２５但し、Ｘ　ｏ　、　Ｙ　ｏ
　、　Ｚ　ｏ　：較正試料の３刺激値Ｘｏ、Ｙｏ、Ｚｏ
　：較正試料を測定した時の３刺激値 Ｘ、、Ｙｏ、Ｚｏは予め色彩計本体内のメモリ（ＲＡＭ
）内に入力しておく、このようにして求められた３刺激
値Ｘ　Ｎ　、　Ｙ　Ｎ　、　Ｚ　ｎを用いて各種表色系
演算を行い（Ｓ５５）、演算結果の表示及び外部装置等
へのデータ出力を行う（３５６）。

第６図は３刺激値ｘ、ｙ、ｚに対応する理想の分光感度
（１〜３）と、補正前の分光感度曲線の一例（ｌｂ〜３
ｂ）を表したものである。１ｂ〜３ｂに新たにセンサー
を設けない補正、即ち、０〜０式（０〜０式でＮ＝Ｏと
しても同じ）の補正を行ったものが、第７図の１ｃ〜３
Ｃである。第６図から明らかなように、Ｚ（λ）につい
ては補正は殆ど不要であり、Ｘ（λ）については短波長
側のみ補正すればよく、本例では■〜■式において、Ｋ
２＝に、＝に、＝Ｏとしている。■〜［株］式の方程式
を立てる波長域は、４２０〜４９０ｎｍ５００〜５８０
ｎｍ、５８０〜７００ｎｍの３ケ所である。

また基準となる理想の分光感度としては、任意のものを
選ぶことができるので、実際の製品の分光感度のある台
数分の平均を用いてもよいし、また、１０’視野の分光
感度を理想の分光感度に選べば、２°視野の分光感度の
ままで１０°視野の分光感度を作り出すことも可能であ
るので、１０°視野用のセンサーを追加することなしに
、２゜視野と１０°視野をソフトウェアで切換えること
が可能である。

なお、表１の３つのセンサーを設けると分光感度のほぼ
全域での補正が可能である。

補正係数の求め方としては、本実施例では、理想曲線と
のずれΔ＾ｖｃ　（０式参照）が０になるように選んで
いるが、理想曲線とのずれの面積がＯになるような選び
方をしてもよい。

（発明の効果） 本発明によれば、装置側々の分光感度曲線自身を補正す
るようにしたので、装置間の感度による誤差が無くなり
、また、光沢の有無等測定物の表面状態によって補正効
果が変化することがなくなると共に、異なる色度点にお
いても補正効果が一定となり、−段と測定精度が向上し
た。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の構成図、第２図は制御信号
のタイムード、第３図は理想の分光感度曲線と実際の分
光感度曲線の一例を示す分光感度曲線図、第４図は生産
組立時のフローチャート、第５図は測定時のフローチャ
ート、第６図は理想と補正前の分光感度曲線図、第７図
は理想と補正後の分光感度曲線図、第８図は分光感度曲
線補正説明図である。 １・・・試料、２・・・光源、３・・・Ａ／Ｄ変換回路
、４・・・照明回路、５・・・ＣＰＵ、６・・・ＲＯＭ
、７・・・ＲＡＭ、８・・・クロック、９・・・Ｉ１０
ボート、１０・・・表示部、１１・・・警告部、１２・
・・キーボード、１３・・・デコーダ、１００・・・光
電変換部、２００・・・データ処理部、Ｆ１〜Ｆ６・・
・光学フィルター、Ｐ１〜Ｐ６・・・フォトダイオード
、Ｅ１〜Ｅ６・・・光電変換回路、０１〜Ｇ６・・・ゲ
ート、Ｈ１〜Ｈ６・・・サンプルホールド回路、０７〜
Ｇ１２・・・ゲート。 べ疼Ｎ賀蜜 一檻へ賀早 ←−門ｖμｍ−−−１−一 第６図 第７図 生座紐窒蒔 より　定時 １１８図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）３刺激値型の光電色彩計において、上記３刺激値
   を測定する３つの受光系の夫々につき、その受光系の出
   力に、他の２つの受光系の出力に補正係数を掛けた信号
   を加減することにより、その受光系の分光感度特性を与
   えられた分光感度特性に近似させるようにしたことを特
   徴とする光電色彩計の分光感度補正機構。
2. （２）３刺激値を求めるための受光系の他に、補正用と
   して別の受光系を付加したことを特徴とする請求項（１
   ）記載の光電色彩計の分光感度補正機構。
3. （３）新たに設ける受光系として、ピーク波長６５０ｎ
   ｍ、半値幅４０ｎｍと、ピーク波長５００ｎｍ、半値幅
   ４０ｎｍと、ピーク波長４１０ｎｍ、半値幅３０ｎｍの
   受光系を設けたことを特徴とする請求項（２）記載の光
   電色彩計の分光感度補正機構（４）指定する分光感度特
   性として、国際照明委員会（ＣＩＥ）規定の２度視野及
   び１０度視野の等色関数を得るようにしたことを特徴と
   する請求項（１）乃至請求項（３）のいずれかに記載の
   光電色彩計の分光感度補正機構。