(57)【要約】【課題】本発明の目的は、試料面上の光沢ムラ特性を評価できる鏡面反射光分布測定方法および装置を提供することである。本発明により、鏡面反射光分布の測定を可能とし、鏡面反射光の試料面上のムラの測定方法を提供する。【解決手段】照明光を試料に入射する工程と、試料の表面をあおり光学系により測定する工程とを含み、照明光を試料に入射する光軸の角度と、試料の表面を測定する光軸の角度が試料の法線に対して鏡面反射の関係となることを特徴とする試料の鏡面反射光分布測定方法。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
照明光を試料に入射する工程と；該試料の表面をあおり光学系により測定する工程と；を含み、該照明光を試料に入射する光軸の角度と、該試料の表面を測定する光軸の角度が該試料の法線に対して鏡面反射の関係となることを特徴とする試料の鏡面反射光分布測定方法。
【請求項２】
照明光を試料に入射する手段と；該試料の表面をあおり光学系により測定する手段と；を含み、該照明光を試料に入射する光軸の角度と、該試料の表面を測定する光軸の角度が該試料の法線に対して鏡面反射の関係となることを特徴とする試料の鏡面反射光分布測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、紙やプラスチック等の画質・質感に影響を与える、試料の鏡面反射光の特性を評価するための鏡面反射光分布測定方法および装置に関するものである。また、試料の鏡面反射光ムラを簡易に短時間で測定解析する方法および装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ここでいう試料とは、紙、ＰＥＴ、ＲＣ紙（写真用支持体）、木、プラスチック、コンクリート、布、皮、金属等の、面を形成できる支持体を総称する。また、この試料にインキを部分的に、または全面に塗布した印刷物にも適用できる。さらにこの技術は人間の皮膚や粘膜の測定にも適用可能である。ここでは試料として紙を、印刷物として紙のオフセット印刷物を例に説明する。
【０００３】
紙に入射した光は表面で反射され、内部で散乱、反射され、また、入射光の一部は吸収される。このような光の反射、散乱は、紙で発生する物理的現象である。特にグロスコート紙や写真用インクジェット用紙のような光沢の高い紙において、紙の表面で起きる鏡面反射は、人間が感じる光沢として、画質や質感といった見た目に強い影響を与える。
【０００４】
ここでいう鏡面反射とは、試料表面の法線方向から各々反対側に同じ角度で入射と受光を行う光の反射を指し、正反射とも呼ばれる。また、光沢とは、主として反射光の強さによって定められる視知覚の属性である。
【０００５】
主観的な光沢感を定量的な測定値で評価する試みが従来から行われてきた。本発明に関係する従来の主な測定値と測定方法を次に示す。しかし、これらの測定方法は光沢現象の一部を測定しているものであるため、目的により多くの測定方法が提案されてきた。
【０００６】
鏡面光沢を測定する方法として、ＪＩＳ  Ｚ８７４１鏡面光沢度−測定方法、ＪＩＳ  Ｐ８１４２紙及び板紙−７５度鏡面光沢度の測定方法、およびこのＰ８１４２（平行光方式）等が知られている（非特許文献１、２）。測定される値は、この入射光の総量として測定される。測定結果は１つの測定値、ここでは光沢度として算出される。一般にこれら鏡面光沢を測定する方法の受光器は、フォトセル、光電管等の光の強さを電気信号に変える光電変換を行うものが用いられる。しかし、これらは反射光量を総量として測定する方法であり、鏡面反射光の微小な位置毎の分布やムラは測定できない。
【０００７】
写像性（像鮮明度）を測定する方法として、ＪＩＳ  Ｋ７３７４プラスチック−像鮮明度の測定方法が知られている（非特許文献３）。像鮮明度は写像性とも呼ばれる。この測定方法は、試料の鏡面反射光の空間周波数特性に近い特性を求めるものである。この測定方法では、光源スリットの結像を受光器で測定する際に光学くしを通過させる工程が入る。この場合でも、鏡面光沢度と同様に、測定される値は、クシを通過したこの鏡面反射光の総量を１つの測定値として測定する。
【０００８】
変角光度を測定する装置として変角光度計が知られている。変角光度は、入射角と受光角を任意に変えて反射光量を測定できる測定方法である。例えば、ある入射角に対し、受光角を等しくした場合は鏡面反射となり、そのプラスマイナス何度かに角度を変えて反射光量を各々測定し、変角光度が得られる。さらに、光の入射方向に対し試料面が左右に傾く場合の角度をここでは偏角と表記する。この偏角光度の測定も知られている。変角光度も各条件で測定するのは反射光量を総量として測定する方法であり、その条件での光量分布は測定できない。
【０００９】
従来技術で測定できる光沢の指標としては上記の、光沢度、写像性（像鮮明度）、変角光度がある。また、対比光沢度のように、鏡面反射光と拡散反射光の比で表す指標などの複合的な評価値がある。
【００１０】
紙の光沢は、例えば上記の測定値で評価している。しかし、これら評価方法はある程度大きな範囲（例えば数ｍｍφ〜数十ｍｍφ）の反射光の総量を測定し評価している。一方、紙表面の光沢は決して完全に均一ではなく、光沢ムラが存在する。特にグロスコート紙や写真用インクジェット用紙のような光沢の高い紙において、紙の表面で起きるこれら光沢ムラは、人間が感じる光沢ムラとして、画質や質感といった見た目に強い影響を与える。
【００１１】
光沢ムラとは、試料の微小エリアの反射光量の分布であり、鏡面反射光分布に基づく指標である。
【００１２】
鏡面反射光分布（光沢ムラ）測定は、鏡面反射での試料の反射光分布を測定することで実現できる。カメラは、光分布を測定できるものであり、紙の汚れや印刷の濃度のムラは、試料表面をＣＣＤカメラのような２次元の光量分布が測定できる撮像装置で測定し解析できる。しかし、一般的にこれらは拡散反射の光を測定している。例えば、試料法線方向斜め４５度から照明し、法線方向（０度）からカメラで測定する方法が広く用いられてきた。
【００１３】
しかし、鏡面反射光分布（光沢ムラ）測定は、鏡面反射（正反射）角または鏡面反射角に近い条件での反射光量分布測定となる。
【００１４】
このため、試料表面を撮像素子とレンズで構成される一般のカメラシステムで測定すると、斜めの角度から測定するため、焦点は中央で合うものの前後でぼやける。また、撮像面から試料面までの距離が試料の前後、カメラシステムからみて遠近で異なるため、遠近により測定される像の撮像面上の大きさが異なって測定される。
【００１５】
このように、鏡面反射の条件で試料の反射光量分布を面として測定することは困難であった。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１６】
【非特許文献１】ＪＩＳ  Ｚ８７４１鏡面光沢度−測定方法
【非特許文献２】ＪＩＳ  Ｐ８１４２紙及び板紙−７５度鏡面光沢度の測定方法（平行光方式）
【非特許文献３】ＪＩＳ  Ｋ７３７４プラスチック−像鮮明度の測定方法
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
本発明の目的は、従来の測定方法では得られなかった鏡面反射光分布を測定・評価できる測定方法および装置を提供することである。本発明により光沢ムラおよび鏡面反射光分布の新しい測定方法および装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明者は上記に鑑み鋭意研究した結果、本発明の鏡面反射光分布測定方法および装置を発明するに至った。
【００１９】
すなわち、（１）照明光を試料に入射する工程と、その試料の表面をあおり光学系により測定する工程とを含み、その照明光を試料に入射する光軸の角度と、その試料の表面を測定する光軸の角度がその試料の法線に対して鏡面反射の関係となることを特徴とする試料の鏡面反射光分布測定方法である。
【００２０】
（２）照明光を試料に入射する手段と、その試料の表面をあおり光学系により測定する手段とを含み、その照明光を試料に入射する光軸の角度と、その試料の表面を測定する光軸の角度がその試料の法線に対して鏡面反射の関係となることを特徴とする試料の鏡面反射光分布測定装置である。
【発明の効果】
【００２１】
本発明により、試料の法線に対して０度より大きな角度をもつ鏡面反射光分布の測定においても、試料面に広く焦点を合わせることが可能となり、試料面について一度に鏡面反射光分布の測定ができる。
【００２２】
鏡面反射光分布が測定できると、試料の光沢ムラが評価でき、人間が感じる主観的な光沢感を評価することができる。
【００２３】
このように、本発明の鏡面反射光分布測定方法および装置は、一度の測定で試料の広い面積の鏡面反射光分布、そして光沢ムラを測定でき、これにより、測定の精度と効率を上げることができる。
【００２４】
鏡面反射光分布から、人間が感じる主観的な光沢感を評価する指標を新たに導き出すこともできる。
【００２５】
本発明の鏡面反射光分布測定方法および装置は、人間の皮膚や粘膜の鏡面反射光分布特性を測定することも可能であり、医療や化粧品の開発において有用な情報を得ることを可能とする。
【００２６】
特に、本発明の鏡面反射光分布測定方法および装置は、紙の鏡面反射光分布、つまり光沢ムラを測定することが可能であり、紙の開発において有用な情報を得ることを可能とする。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】鏡面反射光分布測定方法および装置の全体概略図。
【図２】入射装置の構成図。
【図３】受光装置の構成図。
【図４】鏡面反射光分布の測定結果。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本発明の鏡面反射光分布測定方法および装置を、図面を使って説明する。本発明の鏡面反射光分布測定方法および装置は、例えば、図１のように構成される。
【００２９】
図１は、測定する試料２の面の法線に対して、各々反対側に等しい角度で鏡面反射の関係となるように、入射装置１と受光装置３を設置するものである。試料２の法線方向を０度とし、入射装置１の光軸が試料法線と成す角を入射角、受光装置３の光軸が試料法線と成す角を受光角とする。
【００３０】
例えば、入射装置１を入射角３０度、受光装置３は法線の反対側に受光角３０度に設定する。
【００３１】
紙の光沢度測定に準拠するためには、入射装置１は７５度、受光装置３は７５度の位置関係が好ましい。また、プラスチックの光沢度測定に準拠するためには、入射装置１は６０度、受光装置３は６０度の位置関係が好ましい。
【００３２】
入射角と受光角は試料に対して鏡面反射の関係とするが、紙のように完全な鏡面ではない試料では、鏡面反射光はその前後の角度に分布することが知られている。このため、入射角または受光角は鏡面反射角度前後に数度ずらして設定する場合がある。例えば、入射装置１を２８度、受光装置３は法線の反対側に３０度に設定する。
【００３３】
このように、鏡面反射の関係とは、狭義には入射角と受光角が法線に対して反対方向かつ等しいことを指すが、本発明では、鏡面反射の関係を鏡面反射角とその前後の角度とする。入射角または受光角は鏡面反射角±１０度、好ましくは鏡面反射角±５度の範囲では任意に設定する場合がある。
【００３４】
入射角または受光角を鏡面反射角度前後に数度ずらした測定は、光沢ムラの評価には重要である。
【００３５】
入射装置１は、例えば図２に示すように光源１１、点像チャート１２、そして点像を光源として平行光を生成するコリメータレンズ１３で構成することができる。コリメータレンズ１３は単一であっても複数のレンズで構成しても良い。
【００３６】
点像チャート１２は、例えば、金属板に穴を開けて作成することができる。ガラス板に金属蒸着し、点像のみ光を透過させるように作成することができる。
【００３７】
図２に示した入射装置１は、セットした点像チャート１２をコリメータレンズ１３で平行光とし、この平行光を試料２に入射させる。
【００３８】
平行光は、入射光が等しく光軸に平行であるため、照明光は平行光であることが好ましい。
【００３９】
試料２は、図１に示すようにサンプルベッド２１上にセットされる。サンプルベッド２１は試料が透明であったり、薄いために透けたりする場合に、光を反射しないように加工されていることが望ましい。
【００４０】
受光装置３は、例えば図３に示すように、試料２に入射した照明光の鏡面反射光を受光し、レンズ群３１で結像させる。結像した像の光量分布を受光センサ３３に結像させ光量分布を測定する。受光センサ３３はＣＣＤセンサや撮像管のようなアレイ型のセンサを用いてこの光量分布を２次元（面、画像）のデータとして取り込む。受光センサ３３は例えば、装置としてＣＣＤカメラを用いることができる。
【００４１】
また、受光センサ３３はフォトセルや光電管等を用いた微小面積の点のデータを測定する光量測定器を用いる場合には、光量分布を測定するために測定位置を変えて測定する。例えば、測定位置を変える方法としては、プログラムで自動的に可動させることができるＸＹステージを用いる。
【００４２】
受光装置３のレンズ群３１はあおり光学系である。ここで、受光センサ３３の面と、レンズ群３１の面と、試料面が平行となる点に特徴がある。受光装置３の受光センサ３３とレンズと試料を結ぶ光軸は、試料の法線に対して鏡面反射角とする。
【００４３】
あおり光学系は、写真撮影に使われてきた特殊な技術である。被写体の面とフィルム面を平行にして、これら中間のレンズも面に平行に移動することで、被写体面全体に焦点が合う。かつ、フィルム面上では被写体の面が同一の遠近で記録される。例えば、高いビルをまっすぐ全体に焦点を合わせて撮影する場合等に使われてきた。尚、あおり光学系がレンズを光軸に対して傾ける技術を指す場合もある。ここではあおり光学系を、試料面とレンズ面と撮像面を平行に構成して測定する技術と定義する。
【００４４】
本発明の鏡面反射光分布測定方法および装置は、このあおり光学系の技術を光沢測定に導入することで従来難しかった試料面の広い範囲での鏡面反射光の測定を可能とした。
【００４５】
測定した２次元（面、画像）の光量分布データは、データの各点は試料面の各微小位置の反射光量である。鏡面反射条件で測定した場合は、データの各点は試料面の各微小位置の鏡面反射光量、つまり光沢である。これら鏡面反射光量、つまり光沢が試料面の上でどのようにムラになっているかが測定できる。
【００４６】
測定された反射光量分布からウィーナースペクトルを求めることができる。ウィーナースペクトルは自己相関関数のフーリエ変換対であり、画像工学ではノイズ（ムラ、バラツキ）の解析に利用されてきた。本発明の鏡面反射光分布測定方法および装置は試料面の反射光（光沢）のムラ（ノイズ、バラツキ）を評価できるものである。
【００４７】
ここまで試料として紙を例に発明の実施の形態を示したが、この他に、本発明の方法は、印刷物や人間の皮膚や粘膜の測定に適用することが可能である。人間の皮膚や粘膜を測定することで、医療や診断、化粧品の開発に活用することができる。
【実施例】
【００４８】
以下、実施例によって本発明をさらに詳しく説明するが、本発明はこの実施例に限定されるものではない。
【００４９】
（実施例）
入射装置１、サンプルベッド２１、受光装置３は、光学部品を組み合わせて製作した。サンプルベッド２１は上下方向に移動可能である。この機構により、セットした紙サンプル、試料２、の厚さに合わせて試料表面高さを調整できる。
【００５０】
試料をセットし、照明光を入射し、鏡面反射光をあおり光学系の受光装置で測定し、試料の鏡面反射光分布を得た。
【００５１】
入射装置１の構成を図２を用いて説明する。光源１１はＬＥＤランプを用い、光ファイバーを経由して入射装置の所定の位置に設置した。点像チャート１２が平行光となるようにコリメータレンズ１３を設置し作製した。光源１１の明るさは調整可能である。ここでは点像として直径１００マイクロメータの穴を開けた薄金属板を点像として用いた。
【００５２】
受光装置３の構成を図３を用いて説明する。カメラは、三井オプトロニクス社製ＣＣＤカメラＤｅｎｓｉｔｏＣａｍを用いた。受光した鏡面反射光をレンズで結像させる。この結像をＣＣＤカメラで測定できるように作製した。用いたＣＣＤカメラは１４ｂｉｔ階調であり、測定した画像（光量分布）はコンピュータに転送される。検出信号は、事前に光学反射濃度が既知のチャート、今回はＫＯＤＡＫ社グレイスケールを使用し検出信号と反射濃度の関係から光量に換算した。この結果、検出信号は光量とほぼ線形な比例関係が得られたため、以下、光量として検出信号値で表記する。最小値が０、最大値が６５５３６である（階調は１４ｂｉｔ）。
【００５３】
受光装置３のレンズ群はあおり光学系である。ここではＣＣＤカメラとレンズはベローズを介して設け、撮像素子（ＣＣＤカメラ）面とレンズ面と試料面が平行となり、かつ受光装置３の撮像素子（ＣＣＤカメラ）とレンズと試料を結ぶ光軸が、試料の法線に対して鏡面反射角度とした。
【００５４】
（測定実施例１）
測定結果を以下に示す。また、従来技術の測定方法による測定結果を合わせ示し、本発明の効果を示す。
【００５５】
試料として方眼紙を測定した。方眼紙は１ｍｍ毎に線が引かれており、縦横の線は直交している。
【００５６】
実施例に述べた鏡面反射光分布測定方法に基づく装置を製作した。受光装置のレンズ群があおり光学系となっている。受光装置の光軸は試料法線に対し３０度である。入射装置も試料法線に対し反対側に３０度であるが、ここでは入射装置から光をあてずに周囲から均一に照明し、方眼紙を測定した。この結果、方眼紙の全面に焦点が合った画像を計測できた。
【００５７】
測定した方眼紙は、斜め３０度方向から測定しているのにもかかわらず、測定面上で方眼紙のマス目の大きさが等しく、縦横の線が平行で直交していた。かつ、測定面上全体で焦点があっていることを確認した。
【００５８】
（測定比較例１）
受光装置のレンズ群を通常の光学系としたものを用意した。受光装置の光軸は試料法線に対し３０度である。入射装置も試料法線に対し反対側に３０度であるが、ここでは入射装置から光をあてずに周囲から均一に照明し、方眼紙を測定した。
【００５９】
この装置で測定した方眼紙は、斜め３０度方向から測定しているため、測定面上で方眼紙のマス目の大きさが異なる。近くは大きく、遠くは小さい。横の線が消失点に向けて収束する傾向がわかった。かつ、測定面上の中央では焦点があっているが、遠部、近部では焦点がぼやけることが確認された。これらは、通常のカメラ測定で起こる現象である。
【００６０】
（測定実施例２）
代表的サンプルの測定結果を以下に示す。
【００６１】
試料として３種類の紙の測定結果を示す。
【００６２】
試料ａは、写真用インクジェット用紙でグロス（光沢）タイプである。これはポリエチレンを紙にラミネートしたＲＣ紙をベースとしたインクジェット用紙であり、光沢の写真印画紙とほぼ同じ光沢感のある紙である。以下、ＲＣグロスＩＪ紙と表記し、ａで識別し、測定結果を図４ａに示す。
【００６３】
試料ｂは、印刷用コート紙でグロス（光沢）タイプである。これは顔料を塗布し光沢を上げるためにカレンダ処理した印刷用紙であり、カレンダーや女性月刊誌の写真ページに使用される光沢のある紙である。以下、グロスコート紙と表記し、ｂで識別し、測定結果を図４ｂに示す。
【００６４】
試料ｃは、印刷用上質紙である。これは顔料を塗布していない、光沢がない印刷用紙であり、文字の多いページや光沢の少ない写真ページに使用される光沢の少ない紙である。以下、上質紙と表記し、ｃで識別し、測定結果を図４ｃに示す。
【００６５】
本発明の鏡面反射光量分布測定方法および装置に基づき製作した測定機で上記試料を測定した。各資料の反射光量分布を図４に示す。
【００６６】
図４は３次元グラフで表示した図である。ｘ軸（図の左右）は０〜１００で光線方向左右の位置である。ｙ軸（図の奥行）は０〜１００で光線方向の位置である。ｚ軸（図の上下）は光量値（センサの検出信号値）であり、４００００〜８００００である。
【００６７】
各試料は、主観的な光沢感が明らかに異なる。主観的な光沢感の高い試料から順に、ＲＣグロスＩＪ紙＞グロスコート紙＞印刷用上質紙である。反射光量分布（図４）は、これら試料の主観的光沢感と相関する傾向にあることがわかる。
【００６８】
以上、本発明を実施例に基づいて説明したが、本発明はこの実施例には限定されず、種種変形可能である。
【産業上の利用可能性】
【００６９】
本発明により、試料の鏡面反射光分布を直接求めるための簡易で精度の高い測定方法が提供される。この測定方法により、鏡面反射の試料面上でのムラが測定でき、印刷用紙や印刷方式の開発において有用な情報を得ることを可能とする。
【符号の説明】
【００７０】
１  入射装置
２  試料
３  受光装置
１１  光源
１２  点像チャート
１３  コリメータレンズ
２１  サンプルベッド
３１  レンズ群
３３  受光センサ
【図１】
2012184933.tif 000003
【図２】
2012184933.tif 000004
【図３】
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【図４】
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