(57)【要約】【課題】可動部を有しない構成で二次元面の分光データを同時且つ正確に測定することができる測定装置を提供する。【解決手段】光学系としてのメインレンズ２４の絞り位置Ｓ付近には、光学バンドパスフィルタとしてのカラーフィルタ２６が配置されている。カラーフィルタ２６は、ＸＹＺ表色系の等色関数に基づいた分光透過率が異なる複数のフィルタ２６ａ、２６ｂ、２６ｃから構成されている。メインレンズ２４の集光位置付近には、レンズアレイとしてのＭＬＡ３が配置されている。イメージ面６には、メインレンズ２４により集光された光情報を電気信号に変換する受光素子アレイが配置されている。電気信号は受光位置毎に補正手段により補正される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学系と、
前記光学系により集光された光情報を電気信号に変換する受光手段と、
前記光学系の絞り付近に配置され、異なる分光透過率を持つ複数の光学バンドパスフィルタと、
前記光学系と前記受光手段との間に配置され、前記受光手段の二次元平面方向に略平行に複数のレンズが並んだレンズアレイと、
前記電気信号を前記受光手段の受光位置毎に補正する補正手段と、
を備えた測定装置。
【請求項２】
請求項１に記載の測定装置において、
前記補正手段は、基準となる値と、該測定装置の出力値から算出した値とを用いて補正することを特徴とする測定装置。
【請求項３】
請求項１に記載の測定装置において、
前記補正手段は、該測定装置の設計モデルをもとに補正する演算を行うことを特徴とする測定装置。
【請求項４】
請求項に記載の測定装置において、
前記設計モデルをもとに補正する演算は、前記カラーフィルタの入射角度依存性を用いた演算であることを特徴とする測定装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１つに記載の測定装置において、
前記光学バンドパスフィルタは、色の三刺激値に対応したカラーフィルタであることを特徴とする測定装置。
【請求項６】
請求項５に記載の測定装置において、
前記カラーフィルタの分光透過率は、ＸＹＺ表色系の等色関数に基づいた分光透過率であることを特徴とする測定装置。
【請求項７】
請求項６に記載の測定装置において、
前記カラーフィルタのうち、Ｚに対応するフィルタは他のフィルタに比べて面積が大きいことを特徴とする測定装置。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１つに記載の測定装置において、
前記光学バンドパスフィルタは、誘電体多層膜で形成されていることを特徴とする測定装置。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１つに記載の測定装置において、
前記光学バンドパスフィルタは４つの種類からなり、
１つ目の分光特性は、４４０±１０ｎｍに極大値を持ち、半値全幅が４５±１０ｎｍ、
２つ目の分光特性は、４４５±１０ｎｍに極大値を持ち、半値全幅が５０±１０ｎｍ、
３つ目の分光特性は、５５５±１０ｎｍに極大値を持ち、半値全幅が１００±１０ｎｍ、
４つ目の分光特性は、６００±１０ｎｍに極大値を持ち、半値全幅が８０±１０ｎｍ、
であることを特徴とする測定装置。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか１つに記載の測定装置において、
前記補正手段の一部又は全部が測定装置本体と分離していることを特徴とする測定装置。
【請求項１１】
請求項１〜９のいずれか１つに記載の測定装置と、該測定装置により得られたデータに基づいて判別する判別手段とを備えた測定システム。
【請求項１２】
請求項１１に記載の測定システムにおいて、
前記判別手段が前記補正手段の一部又は全部を兼ねることを特徴とする測定システム。
【請求項１３】
光学系と、
前記光学系により集光された光情報を電気信号に変換する受光手段と、
前記光学系の絞り付近に配置され、異なる分光透過率を持つ複数の光学バンドパスフィルタと、
前記光学系と前記受光手段との間に配置され、前記受光手段の二次元平面方向に略平行に複数のレンズが並んだレンズアレイと、
を備えた装置を用いた測定方法であって、
前記受光手段により撮像データを取得するステップと、
前記撮像データを前記受光手段の受光位置毎に補正するステップと、
を備えた測定方法。
【請求項１４】
請求項１３に記載の測定方法において、
前記光学バンドパスフィルタは、色の三刺激値に対応したカラーフィルタであり、
前記カラーフィルタの分光透過率は、ＸＹＺ表色系の等色関数に基づいた分光透過率であり、
等色関数の各ピーク曲線を分離し、全てのピーク曲線の最大透過率を高めることを特徴とする測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に色彩を測定するのに好適な測定装置、該測定装置を備えた測定システム、測定方法に関し、詳しくは、プレノプティックカメラの構成を基本構成とした測定装置等に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、物体から発する光の輝度や色度を測定する装置として、色彩輝度計が既に知られている。
例えば、国際照明委員会（ＣＩＥ）によるＸＹＺ表色系で規定された等色関数に対応した光学的バンドパスフィルタを用いたいわゆるＸＹＺカメラと呼ばれるものである。
人間の網膜の細胞は、物体からの反射光についてＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）に対応した感覚組織を持っており、その強さに応じた信号を脳に伝達する。それぞれの信号の割合によって物体の色を知覚するようになっている。
Ｒ、Ｇ、Ｂに対応する感覚組織の感度は、図２に示すような特性を持っており、この特性を等色関数という。
【０００３】
物体から反射して人間の目に入る光の分光分布に等色関数を掛け合わせたもののそれぞれの積分値Ｘ、Ｙ、Ｚを３刺激値という。この刺激量により色を感じることになる。
Ｘの刺激量が多い場合には物体の色は赤色として、Ｙの刺激量が多い場合には緑色として、Ｚの刺激量が多い場合には青色として知覚される。
【０００４】
この種の輝度や色度を測定する装置では、カメラレンズの周辺光量低下などにより撮像素子の周辺領域の光量が中心に比べて小さくなるなどの現象が生じる。
このため、測定領域全域で高精度な測定を行うことができないという問題があった。
この問題を解消すべく、特許文献１には、走査レンズと回転ミラーとを備えた走査光学部により、測定対象の測定領域を複数の領域に分割して走査し、測定対象の各位置から取り込む光量をムラ無く均一にする色彩輝度測定装置が開示されている。
走査光学部の走査レンズによって取り込まれる立体角が測定対象の走査位置にかかわらずほぼ一定となるので、光量ムラを均一にすることができる。
【０００５】
特許文献２には、ＣＩＥ−ＸＹＺ分光特性を満足する各分光特性（ｓ１、ｓ２、ｓ３）が負の値をもたず単独ピークをもつ山形であり、それぞれの分光曲線のピーク値が等しく、且つ、分光曲線のすその部分での重なりはできるだけ少なくするという条件を満たしたフィルタが開示されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載の構成では、分割領域における走査タイミングが時間的に変化しているため、二次元面の分光データを同時に測定することはできない。
光源からの光の強さ等の測定環境の条件は刻々変化するため、精度の高い測定データを得るためには同時測定が望ましい。
また、測定対象が動く場合には、上記のような分割走査方式では正確な測定データは得られない。
さらに、上記分割走査方式では可動部（回転ミラー）が必須であるため、可動部の経時的劣化による走査精度の低下が懸念される。
【０００７】
また、図２に示す等色関数に対応した光学的バンドパスフィルタを用いたＸＹＺカメラにおいては、Ｘについての等色関数が極大値を２つ持つ関係上、極大値の小さい４００〜５００ｎｍ域の分光強度は、極大値の大きい５００〜７００ｎｍ域の分光強度に比べ安定的に測定できないという問題があった。
特に、複数分光画像を同時に取得するプレノプティックカメラにおいては、瞳分割方式のため、一般的なカメラに比べ光量が低下する特徴がある。
そのため、黒色や暗部の測定においては、センサノイズなどの影響によりＸについての等色関数に係るフィルタの分光強度を安定的に測定することが難しい。分光強度の不安定さは、測色値の精度に影響する。
【０００８】
引用文献２に開示されたフィルタは、ＣＩＥの等色関数とは分光特性が異なっている点もあり、色差２．５未満の「３級色差」以上の測色精度は有さないといった問題がある。
【０００９】
本発明は、このような現状に鑑みて創案されたもので、可動部を有しない構成で二次元面の分光データを同時且つ正確に測定することができる測定装置の提供を、その主な目的とする。
また、本発明は、黒色や暗部においても精度よく測定することができる測定装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明は、光学系と、前記光学系により集光された光情報を電気信号に変換する受光手段と、前記光学系の絞り付近に配置され、異なる分光透過率を持つ複数の光学バンドパスフィルタと、前記光学系と前記受光手段との間に配置され、前記受光手段の二次元平面方向に略平行に複数のレンズが並んだレンズアレイと、前記電気信号を前記受光手段の受光位置毎に補正する補正手段と、を備えたことを特徴とする。
【００１１】
また、本発明は、光学系と、前記光学系により集光された光情報を電気信号に変換する受光手段と、前記光学系の絞り付近に配置され、異なる分光透過率を持つ複数の光学バンドパスフィルタと、前記光学系と前記受光手段との間に配置され、前記受光手段の二次元平面方向に略平行に複数のレンズが並んだレンズアレイと、を備えた装置を用いた測定方法であって、前記受光手段により撮像データを取得するステップと、前記撮像データを前記受光手段の受光位置毎に補正するステップと、を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、基準となる値と測定装置からの出力値から算出した値とを用いて補正するので、物体の二次元面の色や分光スペクトルを正確に測定することができる。
また、黒色や暗部においても精度よく測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る測定装置の原理を説明するための模式図である。
【図２】ＣＩＥで規定されたＸＹＺ表色系の等色関数の特性図である。
【図３】カラーフィルタの幾何学的設計例を示す図である。
【図４】光線の入射角度が０度の場合の各カラーフィルタの分光透過率を示す特性図である。
【図５】分光透過率の設計手順における途中結果を示すグラフである。
【図６】カラーフィルタの分光透過率の入射角度依存性を示す特性図である。
【図７】レンズアレイを光軸方向から見た図である。
【図８】図１の構成で撮影された画像の平面図である。
【図９】図８の画像を構成するマクロピクセルの拡大図である。
【図１０】色見本としてのカラーチェッカーの例を示す図である。
【図１１】カラーチェッカーの２４色のｘｙ色度図へのプロット図である。
【図１２】測定装置の補正演算を実現する機能ブロック図である
【図１３】補正演算の処理流れを示すフローチャートである。
【図１４】第２の実施形態に係るカラーフィルタの幾何学的設計例を示す図である。
【図１５】第２の実施形態に係るカラーフィルタの分光透過率を示す特性図である。
【図１６】図１５で示した等色関数の各ピーク値で正規化した場合のフィルタの分光透過率を示す特性図である。
【図１７】Ｘについてのフィルタの分光透過率の入射角度依存性を示す特性図である。
【図１８】図１の構成で撮影された画像の平面図である。
【図１９】図１８の画像を構成するマクロピクセルの拡大図である。
【図２０】測定装置の一例を示す概要構成図で、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図である。
【図２１】処理装置のハードウェア構成を示すブロック図である。
【図２２】測定システムの一例を示す概要構成図で、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図である。
【図２３】ＰＣのハードウェア構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態を図を参照して説明する。
図１乃至図１３に基づいて第１の実施形態を説明する。本実施形態に係る測定装置等の具体的構成を説明する前に、図１に基づいて本実施形態に係る測定装置の原理を説明する。
ここでは、分かり易く説明するために、光学系としてのメインレンズ２４は単レンズで示し、メインレンズ２４の絞り位置Ｓを単レンズの中心としている。
【００１５】
メインレンズ２４の中心には、光学バンドパスフィルタとしてのカラーフィルタ２６が配置されている。
カラーフィルタ２６は、ＸＹＺ表色系の等色関数に基づいた分光透過率を持つ色の三刺激値に対応したフィルタである。
すなわち、カラーフィルタ２６は、ＸＹＺ表色系の等色関数に基づいた分光透過率が異なる複数（ここでは３つ）のカラーフィルタ２６ａ、２６ｂ、２６ｃから構成されている。
【００１６】
本発明における「分光透過率が異なる複数の光学バンドパスフィルタ」とは、分光透過率が異なるフィルタを複数組み合わせて構成する場合と、一つのフィルタ上で領域毎に分光透過率を異ならせる場合の双方の概念を含む。
【００１７】
実際には、レンズ内にカラーフィルタが位置することはない。
カラーフィルタ２６は、メインレンズ２４の絞り付近に配置される。「絞り付近」とは、絞り位置を含み、種々の画角の光線が通過できる部位を意味する。
換言すれば、メインレンズ２４に対するカラーフィルタ２６の設計上の許容範囲を意味する。
【００１８】
カラーフィルタ２６の幾何学的設計例を、図３に示す。
図３ではカラーフィルタ２６をおおよそ扇型に３等分しているが、もちろんこれに限定される趣旨ではなく、全体が円形でなくてもよいし、矩形で分割してもよい。
また、各フィルタの面積の割合も等分である必要はない。
図２から明らかなように、Ｚについての等色関数のラインで囲まれる面積は他に比べて小さい。この面積の大小は信号雑音比（ＳＮ比）の大きさに相関する。
ＳＮ比を大きくする観点から、Ｚに対応するカラーフィルタ２６ｃの面積を他に比べて大きくしてもよい。
【００１９】
図４に光線の入射角度が０度の場合の各カラーフィルタの分光透過率を示す。
図４における実線、破線、点線はそれぞれ、図２の等色関数に基づいたカラーフィルタ２６ａ（ＦＸ）、２６ｂ（ＦＹ）、２６ｃ（ＦＺ）の分光透過率ＴＸ（λ）、ＴＹ（λ）、ＴＺ（λ）である。
【００２０】
次に、ＴＸ（λ）、ＴＹ（λ）、ＴＺ（λ）の分光透過率の設計手順について述べる。
図４の各分光透過率はＣＩＥ−１９３１表色系で規定された等色関数ｘ（λ）、ｙ（λ）、ｚ（λ）（上にバー付き）とレンズのフィルタを除く光学系の分光透過率ＴＬ（λ）、および受光素子の分光感度Ｓ（λ）から設計され、その途中結果Ｔ’Ｘ（λ）、Ｔ’Ｙ（λ）、Ｔ’Ｚ（λ）は、次式のように書ける。
【００２１】
【数１】
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【００２２】
Ｔ’Ｘ（λ）、Ｔ’Ｙ（λ）、Ｔ’Ｚ（λ）のグラフを図５に示す。
【００２３】
式（１）、（２）、（３）では、センサ自体にも分光感度があるため、その不均一性をなくすためにＳ（λ）で除している。
式（１）、（２）、（３）において、それぞれの最大値を透過率１００％として規格化したものが図４のＴＸ（λ）、ＴＹ（λ）、ＴＺ（λ）となる。
規格化することで、特にＸ（λ）、Ｙ（λ）に対応したカラーフィルタについてＳＮ比を改善できる。
このように設計したカラーフィルタを用いると、そのカラーフィルタを透過した光線を受光素子で検出した場合に、最大値による規格化を逆算するだけで、その出力値をそのままＸ、Ｙ、Ｚ（三刺激値）として用いることができる。
【００２４】
ＴＸ（λ）、ＴＹ（λ）、ＴＺ（λ）は複雑な波形ではあるが、設計値に近い値で作製することが可能である。
作製方法として、誘電体多層膜で形成することができる。多層膜は光学的な干渉作用によりバンドパスフィルタとして機能する。
カラーフィルタの分光透過率は干渉作用でバンドパス機能を実現するため、原理的に光線の入射角度依存性を持つ。
図６に、カラーフィルタ２６ａ（ＦＸ）での入射角度依存性の例を示す。
実線、破線、点線はそれぞれ、入射角度０度、２０度、３０度の分光透過率である。入射角度が大きくなるにつれて短波長側に透過帯域がシフトしていることがわかる。
【００２５】
図１に示すように、メインレンズ２４の集光位置付近には、複数のマイクロレンズ（小レンズ）から構成されるレンズアレイとしてのＭＬＡ３が配置されている。
イメージ面６には、メインレンズ２４により集光された光情報を電子情報（電気信号）に変換する受光手段としての受光素子アレイが配置されている。
受光素子アレイは複数の受光素子（センサ）からなる。以下においては、符号６を受光素子アレイとして表記する。
ＭＬＡ３のマイクロレンズの径と、受光素子アレイ６を構成する各受光素子とは、おおよそ３０：１〜２：１の比率の関係にある。
【００２６】
ＭＬＡ３を光軸方向から見た図を図７に示す。
図７において、白い円は各レンズの部分を、黒く塗りつぶしている部分は遮光部（遮光手段）を示している。
すなわち、レンズアレイを構成するレンズの部分以外は遮光手段により遮光されている。本実施形態における遮光手段は酸化クロムを蒸着したものである。
遮光部は、曲率を持たない平坦部や、曲率が製造的に設計値仕様を満たさない領域である。
これらの領域からの光は設計上意図しない光線を受光素子まで届けるおそれがあるため、遮光することで設計から想定される電気信号を得ることができる。このことは正確な測定値を得るために重要である。
【００２７】
受光素子アレイ６は、画素ごとのカラーフィルタが実装されていないモノクロセンサである。以下、受光素子アレイを「モノクロセンサ」ともいう。
物体１から発する光のうち、メインレンズ２４の開口に入射し絞りを通過する光束が測定の対象となる。
メインレンズに入射した光束は無数の光線の集合であり、それぞれの光線はメインレンズの絞りの異なる位置を通過する。
本実施形態では、メインレンズの絞り位置に３つのカラーフィルタ２６ａ、２６ｂ、２６ｃを配置しているので、各光線は異なる分光透過率を持つ３つのフィルタを通過することになる。
このとき、フィルタ面に入射する光線の角度は物体高さにより異なる。これは図１中Ｐ、Ｑで表される物体上の点から発した光束の主光線が異なる角度でメインレンズの絞り面を通過していることからもわかる。
【００２８】
カラーフィルタ２６を通過した光線はＭＬＡ３付近で一旦結像するが、その後ＭＬＡ３によりそれぞれセンサの別位置に到達する。
すなわち、センサ面の位置（受光位置）は光線が通過したフィルタ面に対応するため、物体のある一点から発した光を波長的に三刺激値Ｘ、Ｙ、Ｚに分解した値を測定することができる。
しかしながら、図６において説明したように、カラーフィルタの分光透過率は入射角依存性をもつため、受光素子の出力を単純に用いただけでは、光軸上はよくても軸外を含めた二次元面の正確な三刺激値Ｘ、Ｙ、Ｚを測定することはできない。
つまり、例えば図１の異なる位置ＰとＱから出た光は、フィルタ２６に対して異なる入射角となるため、ＰとＱが同じ色の物体だとしても受光素子から出力される出力値は異なる。
【００２９】
そこで、本実施形態では、基準となる値と、測定装置からの出力値から算出した値とを用いて受光位置毎に補正し、二次元面の正確な三刺激値を得るようにした。一般に重回帰分析と呼ばれる手法である。
重回帰分析では説明変数と目的変数とを予め用意し、それらから求まる回帰行列を利用して補正演算を行う。
以下にその手順を具体的に述べる。
まず、測定装置からの出力値を算出する手順について述べる。これは重回帰分析における説明変数に相当する。
【００３０】
図１の構成で撮影された画像は、図８に示すような小さな円が並んだものとなる。
円になるのは単レンズ（メインレンズ）の絞り形状が円であるためである。ここでは、それぞれの小さな円を「マクロピクセル」と呼ぶこととする。
各マクロピクセルはレンズアレイを構成する各小レンズの直下に形成される。マクロピクセルの内部構造は、図３で示したカラーフィルタの構造に対応したものとなる。
マクロピクセルの拡大図を図９に示す。
図３と比べて、上下左右が反転しているのは光学系を通過してきたためである。但し、この対応関係は光学系に依存するため、この例に限ったものではない。
【００３１】
マクロピクセルの内部構造ＭＸ、ＭＹ、ＭＺはそれぞれ、カラーフィルタＦＸ、ＦＹ、ＦＺを通過した光が到達した結果である。
ＭＸ、ＭＹ、ＭＺの受光素子の出力値をｖ＝［ｖＸ、ｖＹ、ｖＺ］ｔとする。ｔは行列の転置を意味する。
ｖＸはＭＸの出力を、ｖＹはＭＹの出力を、ｖＺはＭＺの出力を示している。
出力値のとりかたは、ＭＸ、ＭＹ、ＭＺの平均値をとってもよいし、ＭＸ、ＭＹ、ＭＺから受光素子一つを選択してその出力値を代表値として採用してもよい。
【００３２】
次に、基準となる値の取得方法について述べる。これは重回帰分析における目的変数に相当する。
色空間において広い範囲をカバーする色見本を分光器などのＸ、Ｙ、Ｚ値を測定する装置で測定し、それらを基準の値とする。
色見本としては、例えば広く用いられている「カラーチェッカー」と呼ばれる２４色の矩形の色見本が並んだものを用いることができる。
カラーチェッカーの例を図１０に示す。
カラーチェッカーに含まれる２４色の測定値のｘｙ色度図へのプロット結果を図１１に示す。
【００３３】
色見本はカラーチェッカーに限るわけではなく、測定したい対象がわかっていれば、その色に近いものを基準の値とすることでより良い補正結果を得ることができる。
ある色見本に対するＸ、Ｙ、Ｚ（三刺激値）の基準の値をｒ＝［ｒＸ，ｒＹ，ｒＺ］ｔとする。
【００３４】
次に、補正演算の流れを述べる。
まず、色見本を本実施形態に係る測定装置とは別の基準測定器で測定し、基準の値を得る。色見本に２４色のカラーチェッカーを用いた場合、便宜的に番号を付け、１番目の色に対する基準の値をｒ１＝［ｒ１Ｘ、ｒ１Ｙ、ｒ１Ｚ］ｔとする。
すなわち、ｒ１〜ｒ２４までの値を得る。Ｒ＝［ｒ１、・・・、ｒ２４］とする。Ｒは３行２４列の行列となる。このＲが目的変数である。
【００３５】
次に図１の測定装置で色見本を撮影し、撮像データを取得する。
このとき画像全体に一つの色見本が映るように配置する。そして図８に示されるように、９６あるマクロピクセルの各マクロピクセル毎にその色見本に対する三刺激値ｖ＝[ｖＸ、ｖＹ、ｖＺ]を取得する。
基準の値と同様に、各マクロピクセル毎に色見本の２４色に対応したＶ＝［ｖ１、・・・、ｖ２４］を得る。このＶが説明変数となる。
ここまでに得られたＲおよびＶから行列Ｇを求める。
Ｇ＝ＲＶｔ（ＶＶｔ）−１    （４）
【００３６】
このＧは回帰行列と呼ばれ、補正演算に用いられる。
Ｖは各マクロピクセル毎に別々の値を持つため、Ｇもそれぞれのマクロピクセルについて算出される。
以上が補正演算のための準備である。
【００３７】
実際に測定を行うときの流れを説明する。
測定したい対象を本測定装置で撮像する。撮像画像に含まれる各マクロピクセルについて出力値を算出する。
これをｖＣ＝［ｖＣＸ、ｖＣＹ、ｖＣＺ］ｔとする。次に次式で補正された三刺激値ｒＣを求める。
ｒＣ＝ＧｖＣ    （５）
マクロピクセルごとにｒＣを求めることで二次元面の正確な三刺激値を求めることができる。
【００３８】
上記の流れでは出力値をそのまま用いるＶやｖＣを用いたが、次のように拡張することもできる。
ｖ＝［ｖＸ、ｖＹ、ｖＺ、１、ｖＸ２、ｖＹ２、ｖＺ２、・・・］ｔ      （６）
…はｖＸｖＹやｖＸ３などの高次の項を意味する。
このような拡張を行うことで補正の精度を高め、より正確な値を求められることがある。拡張したＶで回帰行列Ｇを求めた場合には、実際に式（５）を用いた測定の場合にも拡張したｖＣを用いなければならない。
【００３９】
図１２に、本実施形態に係る測定装置の補正演算を実現する機能ブロック図を示す。
本測定装置は、色見本を本測定装置以外の基準測定器で測定して得る目的変数Ｒを取得する目的変数取得部３６と、本測定装置のモノクロセンサ６により色見本を撮像して説明変数Ｖを取得する説明変数取得部３７と、目的変数と説明変数とから回帰行列Ｇを取得する回帰行列取得部３８と、測定したい対象を本測定装置により撮像して各マクロピクセルの出力値ｖＣを算出する出力値算出部３９と、回帰行列Ｇ及び出力値ｖＣから補正された三刺激値ｒＣを算出する補正処理部４０とから構成される。
基準測定器で測定した目的変数は不揮発ＲＡＭ４１に記憶される。
【００４０】
図１３に処理の流れを示す。図において、符号Ｓはステップを意味する。
まず、色見本を測定器（基準測定器）で測定し（Ｓ１）、次に同色見本を本測定装置で測定し、各マクロピクセル毎に説明変数を得る（Ｓ２）。
目的変数と説明変数とから、各マクロピクセル毎に回帰行列を得る（Ｓ３）。
【００４１】
次に、測定対象を本測定装置で撮像し（Ｓ４）、各マクロピクセルについて出力値を得る（Ｓ５）。
出力値と回帰行列とから補正された測定値を得る（Ｓ６）。
この測定方法で二次元面の色を簡便な装置で同時かつ正確に測定することができる。
【００４２】
図１４乃至図１９に基づいて第２の実施形態を説明する。上記実施形態と同一部分は同一符号で示し、特に必要がない限り既にした説明分は適宜省略し、要部のみ説明する。
本実施形態では、単レンズの中心にＸＹＺ表色系の等色関数に基づいた分光透過率を持つ色の三刺激値に対応したカラーフィルタが４種類配置されている。
本実施形態に係るカラーフィルタの幾何学的設計例を図１１に示す。
カラーフィルタ２６は、カラーフィルタ２６ａ（ＦＸ１）、２６ａ’（ＦＸ２）、２６ｂ（ＦＹ）、２６ｃ（ＦＺ）から構成されている。
以下、カラーフィルタ２６ａ（ＦＸ１）を単に「ＦＸ１」、２６ｂ（ＦＹ）を「ＦＹ」、２６ｃ（ＦＺ）を「ＦＺ」と略記する。
また、カラーフィルタ２６ａ（ＦＸ１）を単に「ｘ１」、２６ａ’（ＦＸ２）を「ｘ２」、２６ｂ（ＦＹ）を「Y」、２６ｃ（ＦＺ）を「ｚ」とも表示する。
【００４３】
図１５に光線の入射角度が０度の場合の各カラーフィルタの分光透過率を示す。
比較として、図１６に等色関数の各ピーク値を正規化し、カラーフィルタ３枚に分離した時のそれぞれの分光透過率を示す。
Ｘについての等色関数は極大値を２つ持つ関係上、極大値の小さい４００〜５００ｎｍ域の分光強度は、極大値の大きい５００〜７００ｎｍ域の分光強度に比べ安定的に測定できないという問題がある。
特に、複数分光画像を同時に取得するプレノプティックカメラにおいては、瞳分割方式のため、一般的なカメラに比べ光量が低下する特徴がある。
【００４４】
一般的なカメラにおいては、カメラの開口径（絞り径）に応じた光量がセンサへ結像される。
しかし、プレノプティックカメラにおいては、開口を分割（本実施形態の場合は４分割）しているため、センサに受光されるバンド毎の光量は、一般的なカメラの４分の１以下となる。
そのため、黒色や暗部の測定においては、センサノイズなどの影響によりＸについての等色関数に係るフィルタの分光強度を安定的に測定することが難しい。分光強度の不安定さは、測色値の精度に影響する。
【００４５】
そこで、本実施形態ではＣＩＥの等色関数の４つのピーク曲線を分離し、全てのピーク曲線の最大透過率を高める方式とした。
【００４６】
１つ目のカラーフィルタ２６ａ（ＦＸ１）の分光特性は、４４０±１０ｎｍに極大値を持ち、半値全幅が４５±１０ｎｍである。
２つ目のカラーフィルタ２６ｃ（ＦＺ）の分光特性は、４４５±１０ｎｍに極大値を持ち、半値全幅が５０±１０ｎｍである。
３つ目のカラーフィルタ２６ｂ（ＦＹ）の分光特性は、５５５±１０ｎｍに極大値を持ち、半値全幅が１００±１０ｎｍである。
４つ目のカラーフィルタ２６ａ’（ＦＸ２）の分光特性は、６００±１０ｎｍに極大値を持ち、半値全幅が８０±１０ｎｍである。
【００４７】
この構成により、Ｘについての等色関数の極大値の小さい４００〜５００ｎｍ域の分光強度（ｘ１フィルタ）を、極大値の大きい５００〜７００ｎｍ域の分光強度（ｘ２フィルタ）と合わせて安定的に取得することができる。
表１に、カラーフィルタ３枚方式と、カラーフィルタ４枚方式とにおける測色結果を示す。
【００４８】
【表１】
2015132594.tif 000004
【００４９】
測色結果は、前述のカラーチェッカー２４色の測色精度の平均値を示している。それぞれ真値と測色結果のずれ量をΔｘ、Δｙ、Δｚで算出しており、真値と測色結果が一致する場合はΔｘ＝Δｙ＝Δｚ＝０となる。
カラーフィルタ３枚方式に比べ、本実施形態に係るカラーフィルタ４枚方式においては、Δｘ、Δｙ、Δｚいずれも値が小さくなっており、測色精度が高いことがわかる。
【００５０】
図１４では、カラーフィルタ２６をおおよそ４等分しているが、もちろんこれに限ったわけではなく、全体が円形でなくてもよいし、矩形で分割してもよい。その割合も等分である必要はない。
カラーフィルタの分光透過率は干渉作用でバンドパス機能を実現するため、原理的に光線の入射角度依存性を持つ。
図１７にカラーフィルタ２６ａ（ＦＸ１）、２６ｂ（ＦＸ２）の分光透過率の入射角度依存性を示す。
従来のｘフィルタの分光透過率の入射角度依存性は、図６で示した通りである。
いずれも入射角度が大きくなるにつれて短波長側に透過帯域がシフトしていることがわかる。
【００５１】
また、２つのピークをもつカラーフィルタの設計は、１つのピークを持つカラーフィルタに比べ、誘電体多層膜の層数が多くなり、入射角変更に伴う曲線の崩れが大きくなる傾向にある。
このため、等色関数の各ピーク値で正規化した場合のフィルタを利用した場合に比べ、周辺画角まで含め安定した測色が可能となる。
【００５２】
本実施形態では、メインレンズの絞り位置に４つのカラーフィルタを配置しているので、各光線は異なる分光透過率を持つ４つのフィルタを通過することになる。
このとき、フィルタ面に入射する光線の角度は物体高さにより異なる。これは図１中Ｐ、Ｑで表される物体上の点から発した光束の主光線が異なる角度でメインレンズの絞り面を通過していることからもわかる。
フィルタを通過した光線はレンズアレイ付近で一旦結像するが、その後レンズアレイによりそれぞれセンサの別位置に到達する。
すなわち、センサ面の位置は光線が通過したフィルタ面に対応するため、物体のある一点から発した光を波長的に三刺激値Ｘ、Ｙ、Ｚに分解した値を測定することができる。
【００５３】
しかしながら、図１７において説明したように、カラーフィルタの分光透過率は入射角依存性をもつため、受光素子の出力を単純に用いただけでは、光軸上はよくても軸外を含めた二次元面の正確な三刺激値Ｘ、Ｙ、Ｚを測定することはできない。
そこで本発明では、基準となる値と測定装置からの出力値とから算出した値を用いて補正し、二次元面の正確な三刺激値を得る。一般に重回帰分析と呼ばれる手法である。
重回帰分析では説明変数と目的変数とを予め用意し、それらから求まる回帰行列を利用して補正演算を行う。
【００５４】
以下、詳細な手順について述べる。
まず、測定装置からの出力値を算出する手順について述べる。これは重回帰分析における説明変数に相当する。
図１の構成で撮影された画像は図１８に示すような小さな円が並んだものとなる。円になるのは単レンズの絞り形状が円であるためである。
それぞれの小さな円をここでは「マクロピクセル」と呼ぶこととする。各マクロピクセルはレンズアレイを構成する各小レンズの直下に形成される。
マクロピクセルの内部構造は、図１９に示すように、カラーフィルタの構造に対応したものとなる。
【００５５】
図１４と比べて上下左右が反転しているのは光学系を通過してきたためである。ただし、この対応関係は光学系に依存するため、この例に限ったものではない。
マクロピクセルの内部構造ＭＸ１、ＭＸ２、ＭＹ、ＭＺはそれぞれカラーフィルタＦＸ１、ＦＸ２、ＦＹ、ＦＺを通過した光が到達した結果である。
ＭＸ１、ＭＸ２、ＭＹ、ＭＺの受光素子の出力値をｖ＝［ｖＸ１、ｖＸ２、ｖＹ、ｖＺ］ｔとする。ｔは行列の転置を意味する。
ｖＸ１はＭＸ１の出力を、ｖＸ２はＭＸ２の出力を、ｖＹはＭＹの出力を、ｖＺはＭＺの出力を示している。
出力値のとりかたはＭＸ１、ＭＸ２、ＭＹ、ＭＺの平均値をとってもよいし、ＭＸ１、ＭＸ２、ＭＹ、ＭＺから受光素子一つを選択してその出力値を代表値として採用してもよい。
【００５６】
次に、基準となる値の取得方法について述べる。
これは重回帰分析における目的変数に相当する。
色空間において広い範囲をカバーする色見本を分光器などのＸ、Ｙ、Ｚ値を測定する装置（基準測定器）で測定し、それらを基準の値とする。
色見本としては例えば広く用いられている「カラーチェッカー」と呼ばれる２４色の矩形の色見本が並んだものを用いることができる。カラーチェッカーの例は図１０に示した通りである。
【００５７】
カラーチェッカーに含まれる２４色の測定値のｘｙ色度図へのプロット結果は図１１に示した通りである。
もちろん、色見本はカラーチェッカーに限るわけではなく、測定したい対象がわかっていれば、その色に近いものを基準の値とすることでより良い補正結果を得ることができる。
ある色見本に対するＸ、Ｙ、Ｚ三刺激値の基準の値をｒ＝［ｒＸ、ｒＹ、ｒＺ］ｔとする。
【００５８】
次に、補正演算の流れを述べる。
まず色見本を基準測定器で測定し、基準の値を得る。色見本に２４色のカラーチェッカーを用いた場合、便宜的に番号を付け、１番目の色に対する基準の値をｒ１＝［ｒ１Ｘ１、ｒ１Ｘ２、ｒ１Ｙ、ｒ１Ｚ］ｔとする。
すなわち、ｒ１〜ｒ２４までの値を得る。Ｒ＝［ｒ１、・・・、ｒ２４］とする。Ｒは４行２４列の行列となる。このＲが目的変数である。
次に図１の測定装置で色見本を撮影する。このとき画像全体に一つの色見本が映るように配置する。
各マクロピクセルからｖを取得する。基準の値と同様にＶ＝［ｖ１、・・・、ｖ２４］を得る。このＶが説明変数となる。
【００５９】
ここまでに得られたＲおよびＶから行列Ｇを求める。
Ｇ＝ＲＶｔ（ＶＶｔ）−１                  （４）
このＧは回帰行列と呼ばれ補正演算に用いられる。Ｖは各マクロピクセルごとに別々の値を持つため、Ｇもそれぞれのマクロピクセルについて算出される。
以上が補正演算のための準備である。
【００６０】
実際に測定を行うときの流れを説明する。
測定したい対象を本測定装置で撮像する。撮像画像に含まれる各マクロピクセルについて出力値を算出する。これをｖＣ＝［ｖＣＸ１、ｖＣＸ２、ｖＣＹ、ｖＣＺ］ｔとする。次に次式で補正された三刺激値ｒＣを求める。
ｒＣ＝ＧｖＣ    （５）
マクロピクセルごとにｒＣを求めることで二次元面の正確な三刺激値を求めることができる。
【００６１】
上記の流れでは出力値をそのまま用いるＶやｖＣを用いたが、式（６）と同様に、次のように拡張することもできる。
ｖ＝［ｖＸ１、ｖＸ２、ｖＹ、ｖＺ、１、ｖＸ１２、ｖＸ２２、ｖＹ２、ｖＺ２、・・・］ｔ    （６’）
…はｖＸ１ｖＹやｖＸ１３などの高次の項を意味する。このような拡張を行うことで補正の精度を高め、より正確な値を求められることがある。
拡張したＶで回帰行列Ｇを求めた場合には、実際に式（５）を用いた測定の場合にも拡張したｖＣを用いなければならない。
処理の流れは図１３に示したのと同じである。この測定方法で二次元面の色を簡便な装置で同時かつ正確に測定することができる。
【００６２】
図２０に上記各実施形態における測定装置の具体的構成を示す。
測定装置１０は、物体からの分光情報を取得する撮像部１２と、撮像部１２により取得された分光情報に基づいて複数種類の分光画像を生成する処理装置１４とを有している。
処理装置１４は色を測定するための上記補正演算を行う補正手段としても機能する。
【００６３】
図２１に処理装置１４のハードウェア構成を示す。
処理装置１４はＣＰＵ（Central Processing Unit）４５と、ＣＰＵ４５を動作させるためのプログラムを格納するＲＯＭ（Read Only Memory）４６と、プログラム用ワークＲＡＭ（Random Access Memory）４７と、色見本を他の基準測定器で測定して取得した目的変数を記憶する不揮発RAM４１と、モノクロセンサ６により取得された画像データを一時的に記憶する画像用RAM及び／又は画像データを処理するＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）４９と、を備えている。
これらについては公知の技術であるので詳細な説明は省略する。
【００６４】
図２１の各処理機能（４１、４５〜４７、４９）はＲＯＭ４６に記憶されているプログラムまたはＲＯＭ４６に記憶されたデータに基づいてプログラムされたＦＰＧＡ４９により、ソフトウェアまたはハードウェア的に実現されている。
つまり、モノクロセンサ６により取得されたデータは画像用ＲＡＭに記憶されると共に、ＣＰＵ４５がＲＯＭ４６に記憶されたプログラムに従って処理することで各処理機能を実現する。
あるいは各処理機能を実現するようにプログラムされたＦＰＧＡ４９によってハードウェア的に処理されることで各処理機能を実現する。
【００６５】
撮像部１２は、レンズモジュール１８と、カメラ部２０とから構成されており、処理装置１４はカメラ部２０に内蔵されている。
レンズモジュール１８は、鏡筒２２と、該鏡筒２２内に設けられたメインレンズ２４と、フィルタ２６と、レンズ２８とを有している。
【００６６】
カメラ部２０は、その内部にＭＬＡ３と、モノクロセンサ６と、処理装置１４とを有している。
ＭＬＡ３は、メインレンズ２４の光軸と直交する方向に複数のマイクロレンズを配置した構成を有している。
換言すれば、ＭＬＡ３は、受光素子アレイ６の二次元平面方向に略平行に配置されている。
【００６７】
鏡筒２２の先端部には、光源としてのＬＥＤ３０が周方向に等間隔に埋設状態で複数設けられている。ＬＥＤ３０を光源とすることにより、撮影環境条件に左右されず安定した分光情報を取得することができる。
補正手段として、処理装置１４に代えてＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）を用いてもよい。
上記補正手段の一部又は全部が測定装置本体と分離し、必要に応じて電気的に接続される構成としてもよい。
【００６８】
図２２に測定システムを示す。
測定システム３２は、測定装置１０と、測定装置１０により得られたデータに基づいて判別する判別手段としてのＰＣ（パーソナルコンピュータ）３４とを有している。
図２３にＰＣ３４のハードウェア構成を示す。
ＰＣ３４は、ＣＰＵ５０と、ＣＰＵ５０を動作させるためのプログラムや、色見本を他の測定器で測定して取得した目的変数や、測定装置１０により取得された画像データをＩ／Ｆ５１を介して格納するハードディスク５２を備えている。
これらについては公知の技術であるので詳細な説明は省略する。
【００６９】
図２３の各処理機能（５０〜５２）は、ハードディスク５２に記憶されているプログラムにより、ソフトウェア的に実現されている。
つまり、測定装置１０により取得されたデータはハードディスク５２に記憶されると共に、ＣＰＵ５０がハードディスク５２に記憶されたプログラムに従って処理することで各処理機能を実現する。
ＰＣ３４は、ＣＰＵ５０により実行されるソフトウェアにより上記補正演算処理を行う。
すなわち、ＰＣ３４は上記補正手段を兼ねている。
ＰＣ３４は、例えば測定対象の色が比較色と同一か否かを判別し、その結果をディスプレイに表示する。
【００７０】
次に、第３の実施形態を説明する。
本実施形態では、補正演算を装置のモデル（設計モデル）を用いて補正することを特徴とする。
測定装置の出力は色を定量化した値である。
まず、測定対象から発した光が光学系を通りマクロピクセルの出力値となる流れを定式化する。上記流れは次のように書ける。
【００７１】
【数２】
2015132594.tif 000005
【００７２】
第１の実施形態の場合には、図９に示すように、マクロピクセルは３つの領域に分かれているので、カラーフィルタ２６の各分光フィルタに対応した３バンドのデータを取得する。従って、この場合はｍ＝３である。
第２の実施形態の場合には、図１４に示すように、マクロピクセルは４つの領域に分かれているので、カラーフィルタ２６の各分光フィルタに対応した４バンドのデータを取得する。従って、この場合はｍ＝４である。
ｌは求めたい分光スペクトルの波長方向のサンプリング数（例えば３０）である。
Ｈ＝Ｓｔとすると、式（９）は次に示す線形システムの形にまとめることができる。
ｇ＝Ｈｒ＋ｎ      （１０）
Ｈをシステムマトリクスと呼ぶ。
バンド出力値ｇから対象物の分光スペクトルｒを求めるが、本実施形態のようにｍ＜ｌの場合、式（１０）を満足する解が無数に存在して一意に定まらないようになる。
このような問題は一般的に不良設定問題と呼ばれる。不良設定問題でしばしば選択される解のひとつに最小ノルム解がある。式（１０）でノイズを無視できる場合、最小ノルム解は下式で表される。
【００７３】
【数３】
2015132594.tif 000006
【００７４】
【数４】
2015132594.tif 000007
【００７５】
式（１１）で求めた最小ノルム解が連続的な分光スペクトルである。          
分光スペクトルから三刺激値Ｘ、Ｙ、Ｚを求めるには次式を用いる。
Ｘ＝ｋ∫ｒ（λ）ｘ（λ）ｄλ
Ｙ＝ｋ∫ｒ（λ）ｙ（λ）ｄλ
Ｚ＝ｋ∫ｒ（λ）ｚ（λ）ｄλ
ｋは比例定数である。Ｙ値が輝度に一致するように定める。別途測定器による校正が必要である。
【００７６】
システムマトリクスがマクロピクセルごとに異なることは、フィルタの入射角度依存性が異なることから明らかである。
そこで、各マクロピクセル毎にＨをそれぞれ計算しておく。その際、マクロピクセルに対応する光線の入射角度を算出し、その入射角度のフィルタの分光透過率を用いる。
こうすることで式（１１）による推定を正確に行うことが可能となる。
但し、マクロピクセルごとのシステムマトリクスの差異はカラーフィルタの分光透過率の入射角度依存性のみに依存するわけではなく、実際にはレンズアレイを構成する小レンズの製造誤差や、メインレンズの周辺光量低下も含まれる。
このため、第１及び第２の実施形態の重回帰分析の手法のほうが高い補正効果を期待できる。
【符号の説明】
【００７７】
３  レンズアレイとしてのＭＬＡ
６  受光手段としての受光素子アレイ
１４  補正手段としてのＦＰＧＡ
２４  光学系としてのメインレンズ
２６  光学バンドパスフィルタとしてのカラーフィルタ
３４  補正手段で且つ判別手段としてのＰＣ
【先行技術文献】
【特許文献】
【００７８】
【特許文献１】特開２０１０−２７１２４６号公報
【特許文献２】特開２００５‐２５７８２７号公報
【図１】
2015132594.tif 000008
【図２】
2015132594.tif 000009
【図３】
2015132594.tif 000010
【図４】
2015132594.tif 000011
【図５】
2015132594.tif 000012
【図６】
2015132594.tif 000013
【図７】
2015132594.tif 000014
【図８】
2015132594.tif 000015
【図９】
2015132594.tif 000016
【図１０】
2015132594.tif 000017
【図１１】
2015132594.tif 000018
【図１２】
2015132594.tif 000019
【図１３】
2015132594.tif 000020
【図１４】
2015132594.tif 000021
【図１５】
2015132594.tif 000022
【図１６】
2015132594.tif 000023
【図１７】
2015132594.tif 000024
【図１８】
2015132594.tif 000025
【図１９】
2015132594.tif 000026
【図２０】
2015132594.tif 000027
【図２１】
2015132594.tif 000028
【図２２】
2015132594.tif 000029
【図２３】
2015132594.tif 000030