JP2015031649A - 測色装置 - Google Patents

Abstract

【課題】被測定面を均一な光強度の分布で照射して測色する測色装置を提供する。【解決手段】被測定面５に光６を照射する投光部２と、被測定面５を撮影する撮影部３と、を備え、投光部２は、光源７と、光源７が射出する光６を平行光６ａにするコリメートレンズ８と、平行光６ａの平行状態を維持して平行光６ａの進行方向を変える進路方向変更部９と、を有し、進路方向変更部９は被測定面５と平行に配置され、コリメートレンズ８の光軸８ｃの向きは被測定面５の法線方向５ａの向きと同じ向きになっている。【選択図】図１

Description

本発明は、測色装置に関するものである。

物体の色を客観的かつ高精度に測定し評価する測色装置が広く用いられている。そして、色を測定するときの光の照射方法はＪＩＳＺ８７２２に規定されている。これによると光の照射方法の１つは試料面の法線に対して４５±２°をなす光線束で試料を照射する。そして、試料面の法線となす角度が１０°以下の反射光を受光して測定する。照射及び受光光線束は中心線に対して８°以内の傾きに限定する。尚、この測定法はＰｕｂｌｉｃａｔｉｏｎ ＣＩＥ Ｎｏ．１５：２００４ ＣＯＬＯＲＩＭＥＴＲＹ， ＴＨＩＲＤ ＥＤＩＴＩＯＮに定める物体色の測定方法に準拠している。

この光の照射方法を用いた測色装置が特許文献１に開示されている。それによると、測色装置は光源が発光する光を集光レンズで集光させて絞りを通過させている。これにより光源の虚像を点光源に近づけている。そして、絞りを通過した光をコリメートレンズにて平行光にしている。平行光を被測定面に対して４５°の方向から照射する。被測定面にて反射した拡散光を集光レンズと積分球とを用いて集光し分光器に照射する。分光器を通過した光は光センサーを照射する。光センサーは光強度を電気信号に変換して出力していた。

特開平８−２９２５８号公報

特許文献１に開示された測色装置ではコリメートレンズの光軸と被測定面の法線とが４５°の角度にて交差していた。これにより、コリメートレンズから被測定面までの光路長が場所により異なる状態となっていた。そして、コリメートレンズから射出される平行光は厳密には平行でなく拡散する光が含まれている。従って、被測定面では場所によって照度のことなる照明となっていた。つまり、コリメートレンズから被測定面までの光路長が短い場所に比べて長い場所では照度が低くなっていた。測色装置が被測定面の１点でなく複数の箇所を測色するとき、照度が均一でないことは測定精度が低下する要因となる。そこで、被測定面を均一な分布の照度で照射して測色する測色装置が望まれていた。

本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。

［適用例１］
本適用例にかかる測色装置であって、被測定面に光を照射する投光部と、前記被測定面を撮影する撮影部と、を備え、前記投光部は、光源と、前記光源が射出する光を平行光にするコリメートレンズと、前記平行光の平行状態を維持して前記平行光の進行方向を変える進路方向変更部と、を有し、前記進路方向変更部における前記平行光の射出面は前記被測定面と平行に配置され、前記コリメートレンズの光軸は前記被測定面の法線と平行であることを特徴とする。

本適用例によれば、測色装置は投光部及び撮影部を備えている。投光部が被測定面に光を照射して撮影部が被測定面を撮影する。撮影部が撮影した画像を用いて被測定面の色を測定する。光源が射出する光はコリメートレンズを通過して平行光となる。そして、平行光は進路方向変更部を通過して平行のまま進路が変更されて被測定面を照射する。

コリメートレンズの光軸は被測定面の法線と平行になっている。これにより、コリメートレンズと被測定面との距離は略同じ距離となる。そして、コリメートレンズと被測定面との間に進路方向変更部が配置されている。進路方向変更部の射出面は被測定面と平行に配置されている。これにより、コリメートレンズを通過した光は平行に進行しコリメートレンズと被測定面との間の光路長は略同じ光路長となる。

コリメートレンズを通過する平行光は完全な平行ではなく広がる光が含まれている。平行光は複数の光線の集合体とするとき各光線の光路長がほぼ同じなので光が広がる程度が同じ程度となっている。その結果、被測定面を照射する光の分布を均一な分布にすることができる。

［適用例２］
上記適用例にかかる測色装置において、前記平行光が通過する範囲内において、前記進路方向変更部から前記被測定面までの前記平行光の光路長は同じ長さであることを特徴とする。

本適用例によれば、平行光が通過する範囲内では進路方向変更部と被測定面との間の光路長が同じになっている。これにより、コリメートレンズから被測定面に至るまでの間で光が広がる程度を同じ程度にすることができる。その結果、被測定面を照射する光の分布を均一な分布にすることができる。

［適用例３］
上記適用例にかかる測色装置において、前記進路方向変更部と前記被測定面との間には前記平行光以外の光を抑制するフィルターを備えることを特徴とする。

本適用例によれば、進路方向変更部と被測定面との間にはフィルターが配置されている。そして、フィルターは平行光のうち光が広がる部分を抑制する。従って、フィルターは通過した平行光を広がり難くする為、光が広がることによる光強度分布のばらつきを小さくすることができる。従って、被測定面を照射する光の照度分布をさらに均一な分布にすることができる。

［適用例４］
上記適用例にかかる測色装置において、前記平行光が通過する範囲内において、前記フィルターから前記被測定面までの前記平行光の光路長は同じ長さであることを特徴とする。

本適用例によれば、平行光が通過する範囲内ではフィルターと被測定面との間の光路長が同じになっている。これにより、フィルターと被測定面との間で光が広がる程度をさらに同じ程度にすることができる。その結果、被測定面を照射する光の分布を均一な分布にすることができる。

［適用例５］
上記適用例にかかる測色装置において、前記コリメートレンズはフレネルレンズであることを特徴とする。

本適用例によれば、コリメートレンズはフレネルレンズである。従って、コリメートレンズは薄いレンズとなっている。その結果、測色装置はコリメートレンズの軸方向の長さを短くすることができる。

［適用例６］
上記適用例にかかる測色装置において、前記進路方向変更部は棒状のプリズムが配列したプリズムアレイであることを特徴とする。

本適用例によれば、進路方向変更部はプリズムアレイとなっている。従って、進路方向変更部は薄い部位となっている。その結果、測色装置は進路方向変更部の厚さ方向の長さを短くすることができる。

［適用例７］
上記適用例にかかる測色装置において、前記進路方向変更部は前記プリズムアレイが複数重ねられていることを特徴とする。

本適用例によれば、進路方向変更部はプリズムアレイが複数重ねられている。従って、１つの段のプリズムアレイで平行光を曲げる角度が小さい角度であっても希望する方向に平行光を進行させることができる。

［適用例８］
上記適用例にかかる測色装置において、複数の前記投光部が前記被測定面を照射することを特徴とする。

本適用例によれば、複数の投光部が被測定面を照射する。従って、被測定面に照射する平行光の照度を高くすることができる。

第１の実施形態にかかわる測色装置の構成を示す模式構成図。 （ａ）は第１レンズを示す模式平面図、（ｂ）は第１レンズを示す模式側断面図、（ｃ）は第１プリズムアレイを示す模式平面図、（ｄ）は第１プリズムアレイを示す模式側断面図。 プリズムの構成を説明するための模式図。 （ａ）はフィルターの構造を示す概略斜視図、（ｂ）はフィルターの構造を示す模式側断面図。 （ａ）は波長可変干渉フィルターの構成を示す模式平面図、（ｂ）は波長可変干渉フィルターの構成を示す模式側断面図。 第２の実施形態にかかわり、（ａ）はフィルターの構造を示す概略斜視図、（ｂ）は上部フィルターの構造を示す概略斜視図、（ｃ）は下部フィルターの構造を示す概略斜視図。 第３の実施形態にかかわり、（ａ）は測色装置の構造を示す模式平面図、（ｂ）は測色装置の構造を示す模式側面図。

本実施形態では、測色装置の特徴的な例について、図１〜図７に従って説明する。以下、実施形態について図面に従って説明する。尚、各図面における各部材は、各図面上で認識可能な程度の大きさとするため、各部材毎に縮尺を異ならせて図示している。図をわかり易くするため、図中光線は線で表示しているが実際には光線は複数の光線の集合体である。
（第１の実施形態）
第１の実施形態にかかわる測色装置について図１〜図５に従って説明する。図１は、測色装置の構成を示す模式構成図である。図１に示すように、測色装置１は投光部２、撮影部３及び制御部４を備えている。投光部２は被測定面５に光６を照射する部位である。撮影部３は被測定面５が反射する光６ｃを受光する部位である。制御部４は投光部２及び撮影部３を制御する部位である。投光部２が光６を照射する場所と対向する場所に撮影部３が配置されている。投光部２から撮影部３に進む方向をＸ方向とする。そして、投光部２及び撮影部３と対向する場所に被測定面５が配置されている。被測定面の法線が向く方向をＺ方向とする。そして、Ｘ方向及びＺ方向と直交する方向をＹ方向とする。被測定面５はＸ方向及びＹ方向に延在する面となっている。被測定面５は特に限定されず、例えば、紙の表面や物体の表面を示している。そして、測色装置１は被測定面５の色を測定する。

投光部２は光６を発光する光源７を備えている。光源７の種類は特に限定されないが、周波数に対する光強度の分布が一様な光源が好ましい。さらに、発光する場所が点に近い光源が好ましい。本実施形態では例えば光源７に白色ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）を用いている。光源７が発光する光６は円錐状に広がる。光６の強度分布は円錐の中心が最も強く外周に近い程弱い光となっている。光源７が発光する光６の光強度分布の差があるときには絞りを配置して光６の分布の中心部分のみを利用しても良い。

光源７の−Ｚ方向にはコリメートレンズ８が設置されている。コリメートレンズ８は第１レンズ８ａと第２レンズ８ｂとが重なった構成となっている。第１レンズ８ａ及び第２レンズ８ｂはフレネルレンズであり、Ｚ方向の厚みが薄いレンズとなっている。これにより投光部２はＺ方向の長さが短い部位となっている。光源７から発光された光６はコリメートレンズ８を照射する。そして、光６はコリメートレンズ８を通過して平行光６ａになる。尚、コリメートレンズ８は第１レンズ８ａと第２レンズ８ｂとの２枚構成としたが、１枚構成にしても良く３以上の構成にしても良い。

コリメートレンズ８の光軸８ｃの向きは被測定面５の法線方向５ａと同じ向きとなっている。従って、平行光６ａの進行方向は法線方向５ａと平行となっている。これにより、コリメートレンズ８と被測定面５との距離はコリメートレンズ８のＸ方向側と−Ｘ方向側とで同じ距離となっている。

コリメートレンズ８の−Ｚ方向側にはコリメートレンズ８と対向する場所に進路方向変更部９が設置されている。進路方向変更部９は平行光６ａの進行方向をＸ方向側に４５°曲げる機能を備えている。進路方向変更部９では第１プリズムアレイ９ａ、第２プリズムアレイ９ｂ、第３プリズムアレイ９ｃが重ねて配置されている。第１プリズムアレイ９ａ、第２プリズムアレイ９ｂ、第３プリズムアレイ９ｃはそれぞれ平行光６ａの進行方向を曲げることができる。詳細には、第１プリズムアレイ９ａが平行光６ａを法線方向５ａに対して１３．９°曲げる。第２プリズムアレイ９ｂが平行光６ａを法線方向５ａに対して２８．４°曲げる。第３プリズムアレイ９ｃが平行光６ａを法線方向５ａに対して４５°曲げている。従って、第１プリズムアレイ９ａ、第２プリズムアレイ９ｂ、第３プリズムアレイ９ｃが重ねられることにより進路方向変更部９は平行光６ａを４５°曲げて進行させることができる。これにより平行光６ａは法線方向５ａに対して４５°傾いた照射角度６ｂの平行光６ｄとなり被測定面５に向かって進行する。第１プリズムアレイ９ａ、第２プリズムアレイ９ｂ、第３プリズムアレイ９ｃはそれぞれアレイ状でない単体の三角柱状からなるプリズムを用いるときに比べて薄い部位となっている。その結果、測色装置は進路方向変更部の厚さ方向の長さを短くすることができる。

進路方向変更部９が被測定面５を向く面を射出面９ｄとする。進路方向変更部９の射出面９ｄが被測定面５と平行となるように進路方向変更部９が配置されている。コリメートレンズ８を通過した平行光６ａは被測定面５から同じ距離離れた場所で進行が変更される。その後、平行光６ａは平行に進行する。進路方向変更部９と被測定面５との間の光路長を第１光路長１０とする。第１光路長１０は進路方向変更部９の−Ｘ方向側とＸ方向側とで略同じ光路長となる。コリメートレンズ８を通過する平行光６ａは完全な平行ではなく広がる光６が含まれている。このときにも光６が照射される場所によらず第１光路長１０がほぼ同じなので光６が広がる程度が同じ程度となっている。その結果、被測定面５を照射する光６の分布を均一な分布にすることができる。

進路方向変更部９の−Ｚ方向側には進路方向変更部９と対向する場所にフィルター１１が設置されている。フィルター１１は平行光６ａのうち広がる方向に進行する光６を吸収して除去するフィルターである。従って、フィルター１１は通過した平行光６ａの広がりを抑制する為、被測定面を照射する光の分布をさらに均一な分布にすることができる。フィルター１１は光６の光線束を中心線に対して８°以内の傾きに限定する。

フィルター１１と被測定面５との間の光路長を第２光路長１２とする。フィルター１１は被測定面５と平行に設置されている。従って、第２光路長１２はフィルター１１の−Ｘ方向側とＸ方向側とで略同じ光路長となる。フィルター１１を通過する平行光６ｅは完全な平行ではなく広がる光６が含まれている。このときにも光６が照射される場所によらず第２光路長１２がほぼ同じなので光６が広がる程度が同じ程度となっている。その結果、被測定面５を照射する光６の分布を均一な分布にすることができる。

投光部２では光６がコリメートレンズ８、進路方向変更部９及びフィルター１１を通過する。これにより、投光部２が照射する光６は被測定面５を均一な光強度で斜めから照射する平行光６ｅとなる。従って、被測定面５は平行光６ｅにより均一な光強度で照射角度６ｂにて照射される。この照射条件はＪＩＳＺ８７２２に規定されている照射条件に合う条件となっている。

被測定面５に照射された平行光６ｅは被測定面５にて反射する。撮影部３は平行光６ｅが照射される場所と対向する場所に位置する。そして、撮影部３は乱反射した光６ｃの一部を受光する。撮影部３は物体側テレセントリックレンズ１３、像側テレセントリックレンズ１４及び撮像素子１５が光軸１３ａ上に配置されている。物体側テレセントリックレンズ１３及び像側テレセントリックレンズ１４は図中省略して１枚のレンズとして表示したが各レンズはそれぞれ複数のレンズ群により構成されテレセントリック光学系を構成している。そして、被測定面５上の像が撮像素子１５に結像するように配置されている。

被測定面５にて反射した光６ｃの一部は物体側テレセントリックレンズ１３を通過する。物体側テレセントリックレンズ１３と像側テレセントリックレンズ１４との間には絞り１６が配置されている。物体側テレセントリックレンズ１３を通過した光６ｃは絞り１６を通過した後で像側テレセントリックレンズ１４に向かって進行する。光軸１３ａに対して８°以上傾いて進行する光６ｃは絞り１６により除去される。従って、観測する光６ｃは図中破線にて示される光６ｃに限定される。

絞り１６を通過した光６ｃは像側テレセントリックレンズ１４に入射する。像側テレセントリックレンズ１４と撮像素子１５との間には波長可変干渉フィルター１７が配置されている。像側テレセントリックレンズ１４を通過した光６ｃは波長可変干渉フィルター１７に入射する。波長可変干渉フィルター１７は通過可能な光６ｃの波長を電気信号により変更可能なフィルターである。波長可変干渉フィルター１７を配置することにより進行する光６ｃを指定した波長の光６ｃに限定することができる。

波長可変干渉フィルター１７を通過した光６ｃは撮像素子１５に入射し、被測定面５の像が撮像素子１５に結像される。撮像素子１５は光の像を電気信号に変換可能であれば良く、特に限定されない。例えば、撮像素子１５にはＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）撮像素子やＣＭＯＳ（相補性金属酸化膜半導体）を用いた固体撮像素子を用いることができる。

制御部４は、測色装置１の全体動作を制御する。この制御部４としては、例えば汎用パーソナルコンピューター、携帯情報端末、その他、測色専用コンピューター等を用いることができる。制御部４は、光源制御部２０、フィルター制御部２１、測色処理部２２、統合制御部２３及び入出力インターフェイス２４等を備えて構成されている。統合制御部２３は入出力インターフェイス２４と接続され、入出力インターフェイス２４を介して図示しない外部機器の指示信号や操作者の指示信号を入力する。さらに、統合制御部２３は光源制御部２０、フィルター制御部２１及び測色処理部２２と接続されている。そして、統合制御部２３は光源制御部２０、フィルター制御部２１及び測色処理部２２に指示信号を出力して各部位を制御する。

光源制御部２０は光源７に接続されている。そして、例えば操作者の設定入力に基づいて光源制御部２０は光源７に所定の電圧を出力し、光源７から所定の明るさの光６を射出させる。フィルター制御部２１は、電圧制御部２５を介して波長可変干渉フィルター１７に接続されている。そして、例えば操作者の設定入力に基づいて統合制御部２３は撮像素子１５にて受光させる光の波長を設定し、波長可変干渉フィルター１７が設定した波長の光６ｃを透過させる旨の制御信号をフィルター制御部２１に出力する。フィルター制御部２１は制御信号を入力し制御信号に対応する電圧を電圧制御部２５から波長可変干渉フィルター１７に出力させる。そして、波長可変干渉フィルター１７は設定された波長の光６ｃを撮像素子１５に向けて通過させる。

撮像素子１５はセンサー駆動部２６を介して測色処理部２２と接続されている。センサー駆動部２６は撮像素子１５に電力を供給して撮像素子１５が出力を入力する。センサー駆動部２６は撮像素子１５に投影された画像に対応する電気信号をデジタル信号に変換して測色処理部２２に出力する。測色処理部２２は、被測定面５から反射された光の色度を算出して統合制御部２３に出力する。統合制御部２３は波長可変干渉フィルター１７が通過させる光６ｃの波長を順次切り替えて、撮像素子１５に投影された画像のデータを入力する。このようにして統合制御部２３は波長毎の画像情報を入手して入出力インターフェイス２４を介して外部機器に出力する。統合制御部２３は複数の波長に対応する画像データを合成し、合成画像を入出力インターフェイス２４を介して外部機器に出力しても良い。

図２（ａ）は第１レンズを示す模式平面図であり、図２（ｂ）は第１レンズを示す模式側断面図である。図２（ｂ）は図２（ａ）のＡ−Ａ線に沿う断面図となっている。図２（ａ）及び図２（ｂ）に示すように、第１レンズ８ａは同心円状に凹凸が形成され凸レンズ型のフレネルレンズとなっている。これにより第１レンズ８ａは光軸に沿うＺ方向の厚みが薄いレンズとなっている。第２レンズ８ｂも第１レンズ８ａと同様に凸レンズ型のフレネルレンズとなっている。これにより第２レンズ８ｂも光軸に沿うＺ方向の厚みが薄いレンズとなっている。

図２（ｃ）は第１プリズムアレイを示す模式平面図であり、図２（ｄ）は第１プリズムアレイを示す模式側断面図である。図２（ｄ）は図２（ｃ）のＢ−Ｂ線に沿う断面図となっている。図２（ｃ）及び図２（ｄ）に示すように、第１プリズムアレイ９ａは平行に三角プリズムが配列されている。これにより第１プリズムアレイ９ａのＺ方向の厚みが薄いプリズムとなっている。第２プリズムアレイ９ｂ及び第３プリズムアレイ９ｃも第１プリズムアレイ９ａと同様に三角プリズムが平行に配列されている。これにより第２プリズムアレイ９ｂ及び第３プリズムアレイ９ｃもＺ方向の厚みが薄いプリズムとなっている。

図３はプリズムの構成を説明するための模式図である。図３（ａ）は１つのプリズムを用いて光６を進行方向を４５°変更する状態を示している。図３（ｂ）は２つのプリズムを用いて光６を進行方向を４５°変更する状態を示している。図３（ａ）に示すように、光６の進行方向を照射角度６ｂにするためには光６の進行方向を４５°曲げる必要がある。例えばプリズムの材質を屈折率１．４９のアクリル樹脂にする。このとき１つのプリズムを用いるときにプリズムの角度を８６°に設定することになる。例えばプリズムの材質を屈折率１．６のガラスにしても１つのプリズムを用いるときにプリズムの角度を６９．９°に設定することになる。従って、プリズムアレイは光源７側の角度が鋭角になり隣り合うプリズムの隙間も狭くなるので製造し難いプリズムアレイとなる。

図３（ｂ）に示すように、プリズムアレイを２つ重ねて用いるとき、１つのプリズムアレイが光６を曲げる角度は２１．８°となる。このとき、プリズムの角度を４２．５°に設定することになる。従って、プリズムアレイは光源７側の角度が直角に近い角度になり隣り合うプリズムの隙間も長くなるので製造し易いプリズムアレイとなる。さらに、プリズムアレイを３つ重ねて用いるとき、１つのプリズムアレイが光６を曲げる角度は１３．９°となる。従って、さらに製造し易いプリズムアレイとすることができる。

図４（ａ）はフィルターの構造を示す概略斜視図であり、図４（ｂ）はフィルターの構造を示す模式側断面図である。図４（ｂ）は図４（ａ）のＣ−Ｃ線に沿う断面図であり、図を見やすくするためにハッチングを省略してある。図４に示すようにフィルター１１は平面が四角形の板状であり、円柱状の導光部１１ａが配列して設置されている。本実施形態では導光部１１ａは９行９列の格子状に配列されているが、行数と列数とは特に限定されない。製造のし易さと要求する光学特性に合わせて設定しても良い。

フィルター１１のＺ方向側の面を上面１１ｂとし−Ｚ方向側の面を下面１１ｃとする。導光部１１ａは上面１１ｂから下面１１ｃまで貫通して設置されている。導光部１１ａが延在する方向はＸ方向及びＺ方向に対して斜めに配置され、Ｙ方向と直交する方向に配置されている。そして、導光部１１ａが延在する方向は照射角度６ｂで進行する光６が屈折して進行する方向となっている。そして、上面１１ｂと下面１１ｃとは平行な面となっている。従って、照射角度６ｂで導光部１１ａに入射する光６は導光部１１ａを通過した後で照射角度６ｂの角度で射出される。

上面１１ｂ及び下面１１ｃにおいて導光部１１ａ以外の場所には光６を吸収する光吸収膜２７が設置されている。例えば、炭素の顆粒を配列した膜にしても良い。さらに、導光部１１ａの側面にも光吸収膜２７が設置されている。そして、光吸収膜２７を入射する光６は光吸収膜２７に吸収されるのでフィルター１１を通過しないようになっている。

フィルター１１を通過した後の平行光６ａの進行方向のばらつきは導光部１１ａの長さを示す導光部長２８と直径を示す導光部直径２９によって設定される。導光部長２８を長くするほどばらつきが小さくなり、導光部直径２９を小さくするほどばらつきが小さくなる。従って、導光部長２８及び導光部直径２９を調整することによりフィルター１１を通過した後の平行光６ａの進行方向のばらつきの程度を設定することができる。本実施形態では平行光６ａは中心線に対して８°以内の傾きに限定されている。

図５（ａ）は波長可変干渉フィルターの構成を示す模式平面図である。図５（ｂ）は波長可変干渉フィルターの構成を示す模式側断面図である。図５（ｂ）は図５（ａ）のＤ−Ｄ線に沿う断面図である。波長可変干渉フィルター１７はファブリーペローエタロンと称されるフィルターである。波長可変干渉フィルター１７は固定基板３０及び可動基板３１を備えている。固定基板３０及び可動基板３１は、それぞれ例えば石英ガラス、ソーダガラス、結晶性ガラス、鉛ガラス、カリウムガラス、ホウケイ酸ガラス、無アルカリガラス等の各種ガラスや、水晶、シリコン等により形成されている。そして、これらの固定基板３０と可動基板３１とは、例えばシロキサンを主成分とするプラズマ重合膜等により構成された接合膜３２により接合され、一体に構成されている。

固定基板３０は例えばエッチング等により形成された凹部３０ａ及び第１反射膜３３が配置された凸部３０ｂを備える。固定基板３０の図中左下の外周縁には切欠部３０ｃが設けられており、この切欠部３０ｃから可動基板３１の電極パッド４１が波長可変干渉フィルター１７の表面に露出される構成となっている。

凹部３０ａは、固定基板３０の厚み方向から見た平面視で、固定基板３０のフィルター中心点１７ａを中心としたリング状に形成されている。凸部３０ｂは、固定基板３０の厚み方向から見た平面視において、凹部３０ａの中心部から可動基板３１側に突出して形成されている。この凹部３０ａの底面は、静電アクチュエーターの第１駆動電極３７が配置される電極設置面となる。凸部３０ｂの突出先端面は、第１反射膜３３が配置される反射膜設置面となる。

可動基板３１は可動基板３１の厚み方向から見た平面視でフィルター中心点１７ａを中心とした円形状の可動部３１ｂを備えている。さらに、可動基板３１は、可動部３１ｂの中心と同心円のリング状となっており可動部３１ｂを保持する保持部３１ａを備えている。また、可動基板３１には図中右上の角に切欠部３１ｃが設けられ、切欠部３１ｃから固定基板３０の電極パッド４２が露出する。可動部３１ｂは、保持部３１ａよりも厚み寸法が大きく形成されている。この可動部３１ｂは、可動基板３１の厚み方向から見た平面視において、凸部３０ｂの反射膜設置面の外周縁の径寸法よりも大きい径寸法に形成されている。

固定基板３０の凸部３０ｂには第１反射膜３３が設けられ、可動基板３１の可動部３１ｂには、第２反射膜３４が設けられている。これらの第１反射膜３３及び第２反射膜３４は、反射膜間ギャップを介して対向配置されている。さらに、第１反射膜３３の上には導電性の第１導電膜３５が積層され、第２反射膜３４の上には導電性の第２導電膜３６が積層されている。これらの第１導電膜３５、第２導電膜３６は、それぞれ第１反射膜３３、第２反射膜３４と同じ大きさに形成されている。そして、波長可変干渉フィルター１７には、この反射膜間ギャップのギャップ量を変更するのに用いられる静電アクチュエーターが設けられている。この静電アクチュエーターは、固定基板３０に設けられた第１駆動電極３７と、可動基板３１に設けられた第２駆動電極３８とにより構成されている。この一対の第１駆動電極３７、第２駆動電極３８は、電極間ギャップを介して対向し、静電アクチュエーターとして機能する。

第１駆動電極３７はリング形状に形成されている。第１駆動電極３７の構成については特に限定されないが、例えば下地層をＣｒ膜とし、その上に電極層としてＡｕ膜を積層した構成の電極を利用できる。この場合、Ｃｒ膜の厚み寸法は約１０ｎｍ、Ａｕ膜の厚み寸法は１００ｎｍ〜２００ｎｍに構成されている。尚、下地層のＣｒ膜に変えて、Ｔｉ，ＮｉＣｒ，ＴｉＷ等の膜を用いても良い。また、第１駆動電極３７はＩＴＯ（酸化インジウムスズ）等の透明導電膜を利用しても良い。

第１駆動電極３７は、第１反射膜３３の上に形成された第１導電膜３５の外周縁の全周において接触している。第１反射膜３３はＡｇまたはＡｇを主成分とする合金で形成され、第１反射膜３３の厚み寸法は１０ｎｍ〜８０ｎｍである。第１反射膜３３として、ＡｇまたはＡｇを主成分とする合金を用いることで、光の透過特性、反射特性の両者に優れた特性を得ることができる。第１導電膜３５はインジウム系酸化物、スズ系酸化物、亜鉛系酸化物等の透明導電膜で形成されている。具体的にはＩＴＯ、ＩＣＯ（セリウムドープ酸化インジウム）、ＡＺＯ（アルミドープ酸化亜鉛）、ＳｎＯ等が用いられる。また、ＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）を利用することもできる。そして、第１導電膜３５の厚み寸法は５ｎｍ〜３０ｎｍである。このようにして、第１反射膜３３の光透過特性を阻害することなく第１導電膜３５を形成することができる。このように、第１反射膜３３、第１導電膜３５と第１駆動電極３７とが電気的に接続され導通が図られている。第１駆動電極３７は配線４２ａにより電極パッド４２と接続されている。

第２駆動電極３８も第１駆動電極３７と同様にリング形状に形成され、第２駆動電極３８は特に限定されないが、例えば下地層をＣｒ膜とし、その上に電極層としてＡｕ膜を積層した構成の電極を利用できる。このＣｒ膜、Ａｕ膜は、それぞれ第１駆動電極３７と同様の厚み寸法で形成されている。

第２駆動電極３８は、第２反射膜３４の上に形成された第２導電膜３６の外周縁の全周において接触している。第２反射膜３４は、第１反射膜３３と同様にＡｇまたはＡｇを主成分とする合金で形成され、第２反射膜３４の厚み寸法は１０ｎｍ〜８０ｎｍである。第２導電膜３６はインジウム系酸化物、スズ系酸化物、亜鉛系酸化物等の透明導電膜で形成されている。具体的にはＩＴＯ、ＩＣＯ（セリウムドープ酸化インジウム）、ＡＺＯ（アルミドープ酸化亜鉛）、ＳｎＯ等が用いられる。また、ＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）を利用することもできる。そして、第２導電膜３６の厚み寸法は５ｎｍ〜３０ｎｍである。このようにして、第２反射膜３４の光透過特性を阻害することなく第２導電膜３６を形成することができる。このように、第２反射膜３４、第２導電膜３６と第２駆動電極３８とが電気的に接続され導通が図られている。第２駆動電極３８は配線４１ａにより電極パッド４１と接続されている。

電圧制御部２５は電極パッド４１、４２に接続されている。そして、電圧制御部２５はフィルター制御部２１から測定対象波長に対応した電圧指令信号を受信すると、測定対象波長に対応する電圧を電極パッド４１、４２間に印加する。これにより、波長可変干渉フィルター１７の第１駆動電極３７と第２駆動電極３８との間に印加電圧に基づいた静電引力が発生する。これにより、可動部３１ｂが固定基板３０側に変位して第１反射膜３３と第２反射膜３４との間のギャップ量が変化する。

第１反射膜３３及び第２反射膜３４はギャップ量が可変のファブリペロー干渉計を構成する。第１反射膜３３側から入射する光６は第１反射膜３３と第２反射膜３４との間で多重反射を繰り返す。そして、第２反射膜３４にて位相の合う光６は第２反射膜３４を透過する透過率が高くなる。位相の合わない光６は第１反射膜３３側に戻る。従って、波長可変干渉フィルター１７に入射する光６のうち第１反射膜３３と第２反射膜３４とに多重反射して位相の合う光６だけが波長可変干渉フィルター１７を通過する。波長可変干渉フィルター１７を通過する光６の波長はギャップ量により設置することができる。従って、フィルター制御部２１が指定した波長の光６に限定して波長可変干渉フィルター１７を透過させることができる。

波長可変干渉フィルター１７を通過する光６は指定された波長の光６に限定されている。波長可変干渉フィルター１７を通過する光６は撮像素子１５に入射する。これにより、撮像素子１５には被測定面５から反射された光６のうち指定した波長の光６の画像が撮影される。統合制御部２３は波長可変干渉フィルター１７を通過させる波長をフィルター制御部２１に指示して撮像素子１５に投影された画像を撮影する。そして統合制御部２３は波長可変干渉フィルター１７を通過させる波長を順次切り替えて画像を撮影することにより被測定面５の色の分布を測定することができる。

上述したように、本実施形態によれば、以下の効果を有する。
（１）本実施形態によれば、コリメートレンズ８の光軸８ｃの向きは被測定面５の法線方向５ａと同じ向きとなっている。これにより、コリメートレンズ８と被測定面５との距離は略同じ距離となる。そして、コリメートレンズ８と被測定面５との間に進路方向変更部９が配置されている。進路方向変更部９は被測定面５と平行に配置されている。これにより、コリメートレンズ８を通過した光６は平行に進行するので進路方向変更部９と被測定面５との間の第１光路長１０は略同じ長さとなっている。コリメートレンズ８を通過する平行光６ａは完全な平行ではなく広がる光６が含まれている。このときにも第１光路長１０がほぼ同じなので光６が広がる程度が同じ程度となっている。その結果、被測定面５を照射する光６の分布を均一な分布にすることができる。

（２）本実施形態によれば、平行光６ａが通過する範囲内では進路方向変更部９と被測定面５との距離が同じになっている。進路方向変更部９を略板状とするとき、進路方向変更部９、被測定面５及び平行光６ａは平行四辺形を形成する。従って、進路方向変更部９と被測定面５とは平行であり、コリメートレンズ８の光軸８ｃの方向と進路方向変更部９の厚み方向とは同じ向きとなっている。これにより、光６が通過する場所では進路方向変更部９から被測定面５に至るまでの第１光路長１０がほぼ同じになるので光６が広がる程度が同じ程度となる。その結果、被測定面５を照射する光６の分布を均一な分布にすることができる。

（３）本実施形態によれば、進路方向変更部９と被測定面５との間にはフィルター１１が配置されている。そして、フィルター１１は平行光６ａのうち光６が広がる部分を除去する。従って、フィルター１１は通過した平行光６ａを広がり難くする為、光６が広がることによる光強度分布のばらつきを小さくすることができる。従って、被測定面５を照射する光６の分布をさらに均一な分布にすることができる。

（４）本実施形態によれば、平行光６ａが通過する範囲内ではフィルター１１と被測定面５との距離が同じになっている。フィルター１１を略板状とするとき、フィルター１１、被測定面５及び平行光６ａは平行四辺形を形成する。従って、フィルター１１と被測定面５とは平行であり、コリメートレンズ８の光軸８ｃの方向とフィルター１１の厚み方向とは同じ向きとなっている。これにより、コリメートレンズ８から被測定面５に至るまでの光路長がさらにほぼ同じになるので光が広がる程度をさらに同じ程度とすることができる。その結果、被測定面５を照射する光６の分布をさらに均一な分布にすることができる。

（５）本実施形態によれば、コリメートレンズ８はフレネルレンズである。従って、コリメートレンズ８は薄いレンズとなっている。その結果、測色装置１はコリメートレンズ８の軸方向の長さを短くすることができる。

（６）本実施形態によれば、進路方向変更部９はプリズムアレイとなっている。従って、進路方向変更部９は薄い部位となっている。その結果、測色装置１は進路方向変更部９の厚さ方向の長さを短くすることができる。

（７）本実施形態によれば、進路方向変更部９はプリズムアレイが複数重ねられている。従って、１つの段のプリズムアレイで平行光６ａを曲げる角度が小さい角度であっても希望する方向に平行光６ａを進行させることができる。

（第２の実施形態）
次に、測色装置に設置されるフィルターの一実施形態について図６を用いて説明する。図６（ａ）はフィルターの構造を示す概略斜視図。図６（ｂ）は上部フィルターの構造を示す概略斜視図であり、図６（ｃ）は下部フィルターの構造を示す概略斜視図である。本実施形態が第１の実施形態と異なるところは、フィルター１１の構造が異なる点にある。尚、第１の実施形態と同じ点については説明を省略する。

すなわち、本実施形態では図６に示すように測色装置４５にはフィルター４６が用いられている。フィルター４６は第１の実施形態におけるフィルター１１と同様の機能を有する。フィルター４６は板状の下部フィルター４７の上に板状の上部フィルター４８が重ねて配置されている。図６（ｂ）に示すように、上部フィルター４８は光透過部４８ａと光吸収部４８ｂとがＹ方向に交互に積層されている。光透過部４８ａは角柱状であり光を透過する部材により構成されている。光吸収部４８ｂは膜状であり光を吸収する部材により構成されている。光吸収部４８ｂはＸＺ平面と平行に複数配置されている。

ＸＺ平面と平行な方向に進行する光６は光透過部４８ａを通過して上部フィルター４８から下部フィルター４７に進行することができる。一方ＸＺ平面と交差する方向に進行する光６は光透過部４８ａから進入して光吸収部４８ｂに入射する。そして、光６は光吸収部４８ｂに吸収されるので、下部フィルター４７に進行することができない。これにより、フィルター４６はＸＺ平面と平行な方向に進行する光６に限って通過させるフィルターとなっている。

図６（ｃ）に示すように、下部フィルター４７は光透過部４７ａと光吸収部４７ｂとがＸ方向とＺ方向との中間の方向に交互に積層されている。光透過部４７ａと光吸収部４７ｂとはＸ方向と−Ｚ方向との中間の方向に延在し平行に複数配置されている。光透過部４７ａは角柱状であり光を透過する部材により構成されている。光吸収部４７ｂは膜状であり光を吸収する部材により構成されている。

光吸収部４７ｂが延在する方向と平行な方向に進行する光６は光透過部４７ａを通過してから被測定面５に向かって進行することができる。一方Ｚ方向に進行する光６やＸ方向に進行する光６は光透過部４７ａから進入して光吸収部４７ｂに入射する。そして、光６は光吸収部４７ｂに吸収されるので、被測定面５に向かって進行することができない。これにより、下部フィルター４７は光吸収部４７ｂと平行な方向に進行する光６に限って通過させるフィルターとなっている。

フィルター４６は光６の進行方向が光吸収部４８ｂが延在する方向であり且つ、光吸収部４７ｂが延在する方向の光６を通過させる。従って、フィルター４６は第１の実施形態のフィルター１１と同様の光学特性をもつフィルターとなっている。

（第３の実施形態）
次に、測色装置の一実施形態について図７を用いて説明する。図７（ａ）は測色装置の構造を示す模式平面図であり、図７（ｂ）は測色装置の構造を示す模式側面図である。尚、第１の実施形態と同じ点については説明を省略する。

すなわち、本実施形態では図７に示すように、測色装置５１は撮影部３を囲んで第１投光部５２、第２投光部５３、第３投光部５４、第４投光部５５が配置されている。第１投光部５２〜第４投光部５５はそれぞれ第１の実施形態における投光部２と同様の機能を備えている。第１投光部５２は撮影部３のＹ方向側に位置し、撮影部３と対向する場所の被測定面５に平行光６ａを照射する。第２投光部５３は撮影部３のＸ方向側に位置し、撮影部３と対向する場所の被測定面５に平行光６ａを照射する。第３投光部５４は撮影部３の−Ｙ方向側に位置し、撮影部３と対向する場所の被測定面５に平行光６ａを照射する。第４投光部５５は撮影部３の−Ｘ方向側に位置し、撮影部３と対向する場所の被測定面５に平行光６ａを照射する。

これにより、撮影部３が撮影する場所の被測定面５を第１投光部５２が照射する光強度より強い光強度で照射することができる。従って、撮影部３が撮影する場所の被測定面５の照度を高くすることができる。そして、第１投光部５２〜第４投光部５５はそれぞれ第１の実施形態における投光部２と同様の機能を備えているので、被測定面５は光強度の分布が均一になっている。従って、測色装置５１は精度良く被測定面５の色の分布を測定することができる。

第１投光部５２〜第４投光部５５が照射する光６はそれぞれ異なる波長となっていても良い。例えば、第１投光部５２及び第２投光部５３からは緑色の光６を照射する。そして、第３投光部５４からは青色の光６を照射する。第４投光部５５からは赤色の光６を照射する。そして、撮影部３が撮影する場所の被測定面５では各波長に対する照度の分布が平坦な分布になるように第１投光部５２〜第４投光部５５が照射する光６を調整しても良い。入手し易い光源７に合わせて構成を変更しても良い。

尚、本実施形態は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想内で当分野において通常の知識を有する者により種々の変更や改良を加えることも可能である。変形例を以下に述べる。
（変形例１）
前記第１の実施形態では、波長可変干渉フィルター１７にファブリーペローエタロンを用いたが、他の構造のフィルターを用いても良い。例えば、波長可変干渉フィルター１７にＬＣＴＦ（Ｌｉｑｕｉｄ ｃｒｙｓｔａｌ ｔｕｎａｂｌｅ ｆｉｌｔｅｒ）を用いても良い。ＬＣＴＦはリニアポラライザー、複屈折フィルター、液晶セルをこの順に複数積層した構造となっている。そして、液晶セルの印加電圧を調整することによりＬＣＴＦを通過する光６の波長を選択的に限定することができる。

他にも例えば、波長可変干渉フィルター１７にＡＯＴＦ（Ａｃｏｕｓｔｏ−Ｏｐｔｉｃ Ｔｕｎａｂｌｅ Ｆｉｌｔｅｒ）を用いても良い。ＡＯＴＦは音響波を加えた二酸化テルルの結晶に光６を照射し、光６を回折させて特定の波長の光６を分離するフィルターである。このときにも、音響波の周波数を調整することによりＡＯＴＦを通過する光６の波長を選択的に限定することができる。波長可変干渉フィルター１７は各方式のフィルターの中から製造し易く精度良く分離するフィルターを選択しても良い。そして、特定の波長の光の画像を撮影することにより被測定面５の測色を行うことができる。

（変形例２）
前記第１の実施形態では、光源７に白色光を射出するＬＥＤを用いた。光源７は他の発光体を用いても良い、発光する波長のことなるＬＥＤを複数組み合わせても良い。他にも、蛍光灯、白熱灯、ハロゲンランプ、ナトリウムランプ、高周波蛍光灯、ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）、冷陰極管等を用いることができる。測色する波長に合わせて選択しても良い。

（変形例３）
前記第３の実施形態では、撮影部３を囲む４方向に第１投光部５２〜第４投光部５５を配置した。投光部は円環状に撮影部３を囲んで配置しても良い。さらに、強い光強度で被測定面５を照射することができる。

２…投光部、３…撮影部、５…被測定面、６…光、７…光源、８…コリメートレンズ、８ｃ…光軸、９…進路方向変更部、９ａ…プリズムアレイとしての第１プリズムアレイ、９ｂ…プリズムアレイとしての第２プリズムアレイ、９ｃ…プリズムアレイとしての第３プリズムアレイ、９ｄ…射出面、１１…フィルター、５１…測色装置、５２…第１投光部、５３…第２投光部、５４…第３投光部、５５…第４投光部。

Claims (8)

1. 被測定面に光を照射する投光部と、
   前記被測定面を撮影する撮影部と、を備え、
   前記投光部は、
   光源と、
   前記光源が射出する光を平行光にするコリメートレンズと、
   前記平行光の平行状態を維持して前記平行光の進行方向を変える進路方向変更部と、を有し、
   前記進路方向変更部における前記平行光の射出面は前記被測定面と平行に配置され、前記コリメートレンズの光軸は前記被測定面の法線と平行であることを特徴とする測色装置。
2. 請求項１に記載の測色装置であって、
   前記平行光が通過する範囲内において、前記進路方向変更部から前記被測定面までの前記平行光の光路長は同じ長さであることを特徴とする測色装置。
3. 請求項１に記載の測色装置であって、
   前記進路方向変更部と前記被測定面との間には前記平行光以外の光を抑制するフィルターを備えることを特徴とする測色装置。
4. 請求項３に記載の測色装置であって、
   前記平行光が通過する範囲内において、前記フィルターから前記被測定面までの前記平行光の光路長は同じ長さであることを特徴とする測色装置。
5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載の測色装置であって、
   前記コリメートレンズはフレネルレンズであることを特徴とする測色装置。
6. 請求項１〜５のいずれか一項に記載の測色装置であって、
   前記進路方向変更部は棒状のプリズムが配列したプリズムアレイであることを特徴とする測色装置。
7. 請求項１〜６のいずれか一項に記載の測色装置であって、
   前記進路方向変更部は前記プリズムアレイが複数重ねられていることを特徴とする測色装置。
8. 請求項１〜７のいずれか一項に記載の測色装置であって、
   複数の前記投光部が前記被測定面を照射することを特徴とする測色装置。

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