(57)【要約】【課題】分光方式の測色計及び刺激値直読方式の測色計のそれぞれの長所を兼ね備えた測色計を提供する。【解決手段】単体で分光特性を変化させ得る光源及び既知の色度値をもつカラーパッチを準備する（Ｓ１）。光源の分光特性を段階的に変化させ、光源からカラーパッチに対して光を照射し（Ｓ２）、カラーパッチからの反射光を１〜４種類のフィルタを備えた光センサーで検出し、分光データを分光特性の変化の段階毎にサンプリングする（Ｓ３）。最適解推定法を用いて、取得した分光データから、対応する色度値を導出する変換行列を求める（Ｓ４）。変換行列を求める際に使用した光源と同種の光源から測定対象に対して光を照射し（Ｓ５）、測定対象からの反射光を、変換行列を求める際に使用した光センサーと同じ分光特性をもつ光センサーで検出し（Ｓ６）、取得した分光データから、変換行列を用いて測定対象の色度値を求める（Ｓ７）。【選択図】図１
2011002287.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（１）単体で分光特性を変化させ得る光源、および予め決定された色度値が付与された少なくとも１つのカラーパッチを準備し、
（２）前記光源の前記分光特性を段階的に変化させながら、前記光源から前記カラーパッチに対して光を照射し、
（３）前記カラーパッチからの反射光を１〜４種類のフィルタを備えた光センサーで検出し、前記フィルタ毎の分光データを前記分光特性の変化の段階毎にサンプリングし、
（４）最適解推定法を用いて、サンプリングした前記分光データから、対応する前記色度値を導出する変換行列を求めること、を特徴とする分光データから色度値を求める方法。
【請求項２】
（５）前記光源と同種の光源から測定対象に対して光を照射し、
（６）前記測定対象からの反射光を、前記光センサーと同じ分光特性をもつ光センサーで検出し、
（７）検出した前記フィルタ毎の分光データから、前記変換行列を用いて前記測定対象の色度値を求めること、を特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記最適解推定法は、重回帰分析法またはニューラルネットワークまたは遺伝的アルゴリズムであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の方法。
【請求項４】
請求項２に記載の方法を実施するための測色計であって、
測定対象に光を照射する、前記変換行列を求める際に使用した前記光源と同種の光源と、
前記測定対象からの反射光を検出する、前記変換行列を求める際に使用した前記光センサーと同じ分光特性をもつ光センサーと、
前記変換行列を備えたデータ処理部と、
データ表示部と、を備え、
前記データ処理部は、前記同じ特性をもつ光センサーで検出されたフィルタ毎の分光データから、前記変換行列を用いて前記測定対象の色度値を求め、当該色度値を前記データ表示部に表示することを特徴とする測色計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、分光データから色度値を求める方法、および該方法を実施するための測色計に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
測色計には、刺激値直読方式の測色計と、分光方式の測色計の２種類がある（例えば、特許文献１、２参照）。
刺激値直読方式は、測定対象からの反射光を、赤、緑、青に対応したフィルターを通して分光し、それぞれの光量をセンサーで測定し、三刺激値Ｘ、Ｙ、Ｚを直接に測定する方式である。一方、分光方式は、測定対象からの反射光を、所定の波長間隔、例えば、１０ｎｍ間隔の波長に設定された分光フィルターを通して分光し、波長毎の反射率をセンサーで測定し、その測定データに基づいてマイクロコンピュータで計算を行い、三刺激値Ｘ、Ｙ、Ｚの値を算出する方式である。
【０００３】
刺激値直読方式の測色計は、比較的低価格であり、小型で機動性に優れ、手軽に三刺激値を測定できるという長所を有しているが、測定精度が低く、条件等色などの高度な色の解析には適していない。一方、分光方式の測色計は、各波長の分光反射率が求められるので、高精度の測定が可能であるが、分光フィルターを備える等、刺激値直読方式の測色計に比べて、構成が複雑で大型であり、高価である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平９−７２７８６号公報
【特許文献２】特開２００４−１６３３１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の課題は、分光方式の測色計および刺激値直読方式の測色計のそれぞれの長所を兼ね備えた測色計を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するため、本発明によれば、（１）単体で分光特性を変化させ得る光源、および予め決定された色度値が付与された少なくとも１つのカラーパッチを準備し、（２）前記光源の前記分光特性を段階的に変化させながら、前記光源から前記カラーパッチに対して光を照射し、（３）前記カラーパッチからの反射光を１〜４種類のフィルタを備えた光センサーで検出し、前記フィルタ毎の分光データを前記分光特性の変化の段階毎にサンプリングし、（４）最適解推定法を用いて、サンプリングした前記分光データから、対応する前記色度値を導出する変換行列を求めること、を特徴とする分光データから色度値を求める方法が提供される。
【０００７】
本発明の好ましい実施例によれば、さらに、（５）前記光源と同種の光源から測定対象に対して光を照射し、（６）前記測定対象からの反射光を、前記光センサーと同じ分光特性をもつ光センサーで検出し、（７）検出した前記フィルタ毎の分光データから、前記変換行列を用いて前記測定対象の色度値を求める。
本発明の別の好ましい実施例によれば、前記最適解推定法は、重回帰分析法またはニューラルネットワークまたは遺伝的アルゴリズムである。
【０００８】
また、本発明によれば、本発明による上記方法を実施するための測色計であって、測定対象に光を照射する、前記変換行列を求める際に使用した前記光源と同種の光源と、前記測定対象からの反射光を検出する、前記変換行列を求める際に使用した前記光センサーと同じ分光特性をもつ光センサーと、前記変換行列を備えたデータ処理部と、データ表示部と、を備え、前記データ処理部は、前記同じ特性をもつ光センサーで検出されたフィルタ毎の分光データから、前記変換行列を用いて前記測定対象の色度値を求め、当該色度値を前記データ表示部に表示することを特徴とする測色計が提供される。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、光源の分光特性を段階的に変化させながら、カラーパッチに光を照射し、反射光を光センサーで検出して分光データをサンプリングし、取得した分光データに基づいて色度値を導出する変換行列を求めるようにしている。この場合、光センサーの出力は、光源からの照射光のスペクトルと、カラーパッチ（測定対象）の分光反射率、および光センサーの分光感度の積分値となるので、光源からの照射光のスペクトルを変化させることで、光センサーから複数の異なった出力を得ることができる。
【００１０】
そして、本発明によれば、せいぜい４種類のフィルターを備えた光センサーを用いるだけで、多数個の分光データをサンプリングでき、それらの分光データを用いて高い精度の変換行列を得ることができる。そして、この変換行列を用いることにより、従来の刺激値直読式の測色計よりも高い精度で、分光データから色度値を求めることができる。
また、本発明によれば、測色計は、せいぜい４種類のフィルターを備えた光センサーを搭載しているに過ぎず、よって、従来の刺激値直読式の測色計と同程度の小型かつ簡単な構成となっており、従来の刺激値直読式の測色計と同程度のコストで製造され得る。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明による分光データから色度値を求める方法のフロー図である。
【図２】変換行列を用いて推定した色度値の推定誤差の平均値と、その変換行列を求める際の印加電圧のパターン数との関係を示したグラフである。
【図３】本発明による測色計の構成を概略的に示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、添付図面を参照して本発明の好ましい実施例について説明する。図１は、本発明による分光データから色度値を求める方法のフロー図である。図１を参照して、本発明によれば、まず、単体で分光特性を変化させ得る光源、および予め決定された色度値が付与された少なくとも１つのカラーパッチを準備する（図１のＳ１）。単体で分光特性を変化させ得る光源とは、フィルター等の付加的手段を用いることなく、光源への供給電圧を変化させるだけで分光特性を変化させ得る光源を意味し、このような光源の例として、ＬＥＤ（発光色は問わない）が挙げられる。
【００１３】
本発明によれば、次に、光源の分光特性を段階的に変化させながら、光源からカラーパッチに対して光を照射し（図１のＳ２）、カラーパッチからの反射光を１〜４種類のフィルタを備えた光センサーで検出し、検出したフィルタ毎の分光データを、分光特性の変化の段階毎にサンプリングする（図１のＳ３）。１〜４種類のフィルタを備えた光センサーとして、例えば、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）の３種類のフィルタを備えた光センサーや、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）の３種類のフィルタを備えた光センサーを用いることができる。また、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）のうちの１種類のフィルタのみを備えた光センサーを用いることもできる。また、シアン（Ｃ）フィルターを備えたセンサー、マゼンタ（Ｍ）フィルタを備えたセンサー、イエロー（Ｙ）フィルタを備えたセンサー、およびフィルタなしのセンサーの４個のセンサーの組合わせからなる光センサーを用いることもできる。
【００１４】
そして、最適解推定法を用いて、サンプリングした分光データから、対応する色度値を導出する変換行列を求める（図１のＳ４）。最適解推定法として、重回帰分析法またはニューラルネットワークまたは遺伝的アルゴリズムを用いることができる。
【００１５】
本発明によれば、さらに、上記変換行列を求める際に使用した光源と同種の光源から測定対象に対して光を照射し（図１のＳ５）、測定対象からの反射光を、上記変換行列を求める際に使用した光センサーと同じ分光特性をもつ光センサーで検出し（図１のＳ６）、検出したフィルタ毎の分光データから、変換行列を用いて測定対象の色度値を求める（図１のＳ７）。この場合、変換行列を求める際に使用した光源と同種の光源とは、該変換行列を求める際に使用した光源と同じ型番の光源を意味する。
【００１６】
［実施例］
次に、本発明の方法に従って実際に変換行列を求め、求めた変換行列による測定精度を調べた。この場合、光源として市販の白色ＬＥＤを用い、また、光センサーとして、それぞれ赤色（Ｒ）フィルター、緑色（Ｇ）フィルターおよび青色（Ｂ）フィルターを備えた３つのカラーセンサーの組を用い、さらに、カラーパッチとしては、表１に示すような既知の色度値（Ｘ、Ｙ、Ｚ）を有する２４種類のカラーパッチを用いた。
【００１７】
【表１】
2011002287.tif 000003
【００１８】
そして、白色ＬＥＤへの印加電圧を３段階に変化させることにより、白色ＬＥＤの分光特性を３段階に変化させ、分光特性の変化の段階毎に、各カラーパッチについて、フィルター毎にセンサー出力（分光データ）をサンプリングした。取得した分光データを表２に示す。表２中、Ｒ０、Ｇ０、Ｂ０は、第１段階の印加電圧としたときの分光データを、Ｒ１、Ｇ１、Ｂ１は、第２段階の印加電圧としたときの分光データを、Ｒ２、Ｇ２、Ｂ２は、第３段階の印加電圧としたときの分光データをそれぞれ表す。
【００１９】
【表２】
2011002287.tif 000004
【００２０】
まず、第１段階の印加電圧としたときに取得した分光データのみに基づき、重回帰分析法を用いて、分光データから色度値を導出する変換行列を求めた。
これは、重回帰分析法において、
φ＝ｍ・ω
としたときの変換行列ｍを求める問題に帰着する。
このとき、変換行列ｍは、
ｍ＝φ・ωｔ・（ω・ωｔ）−１
によって求めることができ、変換行列は、
【００２１】
【数１】
2011002287.tif 000005
と表される。
【００２２】
さらに、前と同じ白色ＬＥＤおよび同じ光センサーを使用し、白色ＬＥＤから前と同じカラーパッチに光を照射し（印加電圧は任意）、各カラーパッチからの反射光を光センサーで検出し、取得した分光データから上で求めた変換行列を用いて、各カラーパッチの色度値を推定した。そして、推定値と各カラーパッチの既知の色度値との間の誤差（平均二乗誤差（ＲＭＳ））を調べた。それらの結果を表３に示す。
【００２３】
【表３】
2011002287.tif 000006
【００２４】
表３において、推定誤差の平均値が１．７６９２となっているが、これは、従来の刺激値直読式の測色計の測定誤差と同程度である。
【００２５】
次に、第１段階〜第３段階の、印加電圧の３つのパターンのすべてにおいて取得した分光データを用いて、上と同様に、重回帰分析法を用いて、
【数２】
2011002287.tif 000007
を満たす変換行列Ａを、
【００２６】
【数３】
2011002287.tif 000008
として求めた。
【００２７】
そして、前と同じ白色ＬＥＤおよび同じ光センサーを使用し、白色ＬＥＤから前と同じカラーパッチに光を照射し（印加電圧は任意）、各カラーパッチからの反射光を光センサーで検出し、取得した分光データから上で求めた変換行列を用いて、各カラーパッチの色度値を推定した。さらに、推定値と各カラーパッチの既知の色度値との間の誤差（平均二乗誤差（ＲＭＳ））を調べた。それらの結果を表４に示す。
【００２８】
【表４】
2011002287.tif 000009
【００２９】
表４において、推定誤差の平均値は１．４６４２８４であって、表２に示した推定誤差の平均値よりも小さく、よって、従来の刺激値直読式の測色計の場合よりも測定誤差が小さくなっていることがわかる。
【００３０】
さらに、上記と同様にして、第１段階および第２段階の、印加電圧の２つのパターンにおいて取得した分光データを用いて変換行列を求めた後、同じ白色ＬＥＤおよび同じ光センサーを使用し、白色ＬＥＤから同じカラーパッチに光を照射し（印加電圧は任意）、各カラーパッチからの反射光を光センサーで検出し、取得した分光データから上で求めた変換行列を用いて、各カラーパッチの色度値を推定し、推定値と各カラーパッチの既知の色度値との間の誤差（平均二乗誤差（ＲＭＳ））を調べた。
【００３１】
そして、上で求めた３つの異なる変換行列について、その変換行列を用いて推定した色度値の推定誤差の平均値を、その変換行列を求める際の印加電圧のパターン数に対してプロットすることにより、図２に示すようなグラフを得た。
図２のグラフから、印加電圧のパターン数、よって、白色ＬＥＤの分光特性を変化させる段階数を多くし、サンプリング数（分光データのデータ数）を多くすればするほど、変換行列の精度が向上することがわかる。
【００３２】
本発明によれば、白色ＬＥＤの分光特性を段階的に変化させながら、カラーパッチに光を照射し、反射光を光センサーで検出して分光データをサンプリングし、取得した分光データに基づいて色度値を導出する変換行列を求めるようにしたので、せいぜい４種類のフィルターを備えた光センサーを用いるだけで、多数個の分光データをサンプリングでき、それらの分光データに基づいて高い精度の変換行列を得ることができる。そして、この変換行列を用いることにより、従来の刺激値直読式の測色計よりも高い精度で、分光データから色度値を求めることができる。
【００３３】
図３は、本発明による分光データから色度値を求める方法を実施するための測色計の概略構成を示すブロック図である。図３を参照して、本発明による測色計は、測定対象６に光を照射する、上記変換行列を求める際に使用された光源と同種の光源１と、測定対象６からの反射光を検出する、上記変換行列を求める際に使用された光センサーと同じ分光特性をもつ光センサー２と、上記変換行列を備えたデータ処理部３と、データ表示部４とを備えている。
【００３４】
この場合、変換行列を求める際に使用された光源と同種の光源とは、変換行列を求める際に使用された光源と型番が同じ光源を意味する。
光センサー２は、変換行列を求める際に使用された光センサーと同じ分光特性をもつ光センサーであればよく、変換行列を求める際に使用された光センサーと同じ光センサーである必要はない。しかし、変換行列を求める際に使用された光センサーは、１〜４種類のフィルターを備えた光センサーであるから、この測色計の光センサーも、せいぜい４種類のフィルターを備えた光センサーから構成される。なお、この実施例では、光センサー２は、それぞれ赤色フィルタ３ａ、緑色フィルタ３ｂおよび青色フィルタ３ｃを備えたカラーセンサー４ａ〜４ｃから構成されている。
【００３５】
そして、データ処理部３は、光センサー２で検出されたフィルタ３ａ〜３ｃ毎の分光データから、変換行列を用いて測定対象５の色度値を求め、当該色度値をデータ表示部４に表示するようになっている。
【００３６】
本発明による測色計は、せいぜい４種類のフィルターを備えた光センサーを搭載しているに過ぎず、よって、従来の刺激値直読式の測色計と同程度の小型かつ簡単な構成となっており、また、従来の刺激値直読式の測色計と同程度の低価格で提供可能である。
【符号の説明】
【００３７】
１  光源
２  光センサー
３ａ〜３ｃ  フィルター
４ａ〜４ｃ  カラーセンサー
５  データ処理部
６  データ表示部
７  測定対象
【図１】
2011002287.tif 000010
【図２】
2011002287.tif 000011
【図３】
2011002287.tif 000012