JPH0245814B2

JPH0245814B2 - Hantomeibutsutainonaibushokusokuteihoho

Info

Publication number: JPH0245814B2
Application number: JP5452982A
Authority: JP
Inventors: Motoo Igari; Shozo Nomura; Satoshi Furukawa
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 1982-03-31
Filing date: 1982-03-31
Publication date: 1990-10-11
Anticipated expiration: 2002-03-31
Also published as: JPS58171641A

Description

【発明の詳細な説明】この発明は、半透明物体の内部の色を非破壊的
に測定することのできる測定方法に関するもので
ある。

例えば、第１図に示すような表面に木目模様を
そなえた人工の突板１は、第２図に示すように複
数の染色単板２，２，…を接着剤層３，３，…を
介して重ね合わせたものに斜め方向の切目４，
４，…が入るようにスライスすることにより製造
される。したがつて、各染色単板２の色は製品の
品質に大きな影響を与えるのである。上記染色単
板２２は、ロータリーレースされた例えば厚み
0.8〜1.0mmの素材単板を所望の色に染色して得ら
れるが、この場合、素材の染色特性の違いや染料
混合量の差等により色違いが生じたり、内部が目
的とする色に染まらなかつたりするようなことが
多かつた。内部が目的とする色に染まつていない
場合でも単板の表面は一応染色されているので、
内部の染色不良を外観から判定することはできな
かつた。このため、染色ロツトごとに抜取りで破
壊検査を行つていたが、木材の染色性は原木のロ
ツトによつて変化するとともに、同一ロツト内で
も芯材であるか辺材であるかによつて異なり、さ
らに含有成分等によつても影響を受けるので、抜
取検査では不良品を見逃すことが多かつた。

この発明は上記事情に鑑みなされたもので、こ
のような半透明材料の内部の染色状態を非破壊的
に全数検査することのできるような検査方法を提
供するものである。これについて以下に説明す
る。

この発明にかかる半透明物体の内部色測定方法
は、半透明物体からなる試料の表面に垂直に光を
照射し、試料の裏面部に黒板を密着させて透過光
が戻つて来ないようにした状態での反射光と、被
検体を透過する光とを積分球を用いてそれぞれ測
定し、その測定結果から非破壊状態での三刺激値
を求めて、この値と実際に試料を破壊して測定し
た内部の三刺激値とを対比して、あらかじめ両者
を関係づける関係式を必要な複数組のデータから
求めておき、つぎに同様な半透明物体からなる実
際の被測定物について上記非波壊状態での三刺激
値の測定を行ない、その結果から、上記関係式に
よつて内部の色を求めることを特徴としている。

この内部色測定方法の原理は、カラーマツチン
グで用いられる混色理論（吸収・拡散理論とも云
われる）を応用するものである。すなわち、光が
物体に入射された場合の物体内部での吸収(K)と拡
散（Ｓ）について考え、Ｋ／Ｓなる光学濃度から
厚みが無限大（∞）で物体の裏面にある物の色の
影響が全くないような場合の理想的な反射率Ｒ∞
を、良く知られたクベルカ（Kubelka）、ムンク
（Munk）等の理論に従い求める。このR_∞を可視
領域全体にわたつて求めると、次の式によつて三
刺激値を計算することにより、色として表示する
ことができるようになる。

ここに、Pλは試料を照明する照明の分光分布、
Ｘλ、λ、λはCIE（国際照明委員会）のス
ペクトル三刺激値である。

このように、Ｋ／ＳよりR_∞を求め、色として
X_R∞、Y_R∞、Z_R∞を求める方法を木材の単板に適用
すると次の通りである。すなわち、前述したよう
に単板の厚み方向の染まり方は均一ではなく、明
るさであらわすと第３図に示すようになる。この
ような被測定物の裏面側に黒板を密着させて、そ
の表面に垂直に白色光を照射した場合（透過光は
黒板に吸収されて表面側には戻つて来ない）の反
射率と、上記黒板のかわりに白板を密着させて測
定した反射率（この場合は透過光が白板によつて
反射されて戻つて来る）とからＫ／Ｓを求め、
R_∞よりX_R∞、Y_R∞、Z_R∞を求めると、厚み方向の
分布が平均化された値が得られることになる。こ
のようにして求められたX_R∞、Y_R∞、Z_R∞と、被測
定物である染色単板を破壊して、内部の色を測色
計を用いて実際に測定した値（通常は厚みの中央
の値であるが、それに限らない）Ｘ、Ｙ、Ｚとの
間には、次のような関係があることがわかつた。

Ｘ＝f_x（X_R∞、Y_R∞、Z_R∞）Ｙ＝f_y（X_R∞、Y_R∞、Z_R∞）Ｚ＝f_z（X_R∞、Y_R∞、Z_R∞） …… したがつて、Ｋ／Ｓより求めたX_R∞、Y_R∞、Z_R∞
を用いれば、被測定物をいちいち破壊しなくて
も、内部の色（Ｘ、Ｙ、Ｚ）を計算推定すること
ができるのである。もつとも、前記の関係また
は以下に述べる関係において、各函数f_x、f_y、f_z
の変数は、Ｘ分、Ｙ分、Ｚ分三つのすべてを用い
るのがもつとも精度的によいが、いずれかひとつ
もしくは二つのみを用いるようにしてもよい。

以上は、分光光度計により、可視光域のスペク
トルから得られた測定値にもとづいてX_R∞、Y_R∞、
Z_R∞を計算するものであるが、このままでは測定
に長時間を要し、しかも計算が複雑であるため、
オンライン化しての実用にはあまり向かない。そ
こで、発明者らが見出した以下の知見に基き、通
常は後述の如くにする。すなわち、あらかじめ三
刺激値のフイルタをそなえた色差計の如き構造の
測光具を用い、裏面部に黒板を密着させた状態お
よび白板を密着させた状態の測定値からＫ／S_(x)、
Ｋ／S_(y)、Ｋ／S_(z)を計算し、これによつて求めら
れたR_∞(x)、R_∞(y)、R_∞(z)を用いたところ、前記
式と同様な結果が得られた。さらに、黒板を裏面
に密着させた場合のＸ、Ｙ、Ｚ三刺激値領域の測
定値をX_B、Y_B、Z_Bとし、白板を密着させた場合
の測定値をX_W、Y_W、Z_Wとすると、（内部色）Ｘ＝f_x（X_B、Y_B、Z_B、X_W、Y_W、Z_W）Ｙ＝f_y（X_B、Y_B、Z_B、X_W、Y_W、Z_W）Ｚ＝f_z（X_B、Y_B、Z_B、X_W、Y_W、Z_W） …… なる関係があることも解つた。そこで、測定にあ
たり、三刺激値のフイルタを備えた測光具を用い
るようにする。そうすれば、前記のように反射率
からＫ／Ｓを求め、R_∞から三刺激値を計算する
という方法によらなくとも、測定値から直接内部
色を計算推定することができ、オンライン化をは
かるうえできわめて有利となるからである。以
下、この方法を具体化する例について説明する。

第４図は、この測定方法を実施する場合に用い
る測定装置の構成例をあらわすもので、白色光源
５からスリツト６を通つて射出された白色光は、
コリメータレンズ７を通つて適当なビーム径の光
線となり、ミラー８によつて被測定物である染色
単板２の表面に垂直に照射される。染色単板２の
裏面部には黒板９または白板１０が交互に密着さ
せられる。染色単板２からの反射光は、積分球１
１によつて受光され、フイルター１２をそなえた
測光具１３によつて測定される。測光具１３は、
光電変換素子を内蔵し、第４図ｂにあらわれてい
るように120度間隔に３組設けられており、それ
ぞれの測光具にＸ用、Ｙ用およびＺ用のフイルタ
が１種類ずつ取り付けられている。したがつて、
被測定物からの反射光は積分球によつて受光さ
れ、Ｘ、Ｙ、Ｚの三刺激値に分解され測定され
る。

この装置の使用に際しては、先ず種々のロツト
から種々の染色状態を代表すると思われる染色単
板を必要数だけサンプリングし、それぞれについ
て前記X_B、Y_B、Z_BおよびX_W、Y_W、Z_Wの６変数
を測定する。つぎに、測定に供されたサンプルを
破壊し、実際に色が問題となる部分について測定
を行ない、それぞれのＸ、Ｙ、Ｚを得る。測定値
が得られたら、多変量解析等の手法を用い、目的
変数をＸ、Ｙ、Ｚとし、その説明変数としてX_B、
Y_B、Z_B、X_W、Y_W、Z_Wを用いて前記関係式を
求める。この関係式が得られたら、内部色が未知
のサンプルに対してもX_B、Y_B、Z_B、X_W、Y_W、
Z_Wを測定するだけで内部色Ｘ、Ｙ、Ｚが推定
（計算）できるわけである。この測定法（第１の
方法と呼ぶ）をブロツク線図であらわせば第５図
の通りである。図中Ａは関係式作成部分をあらわ
し、Ｂは未知サンプル内部色の推定部分をあらわ
す。

上記第１の方法では、黒板と白板とを取り換え
て繰り返し測定する必要があるため、測定に時間
がかかりすぎる。また、被測定物を面方向に移動
させつつ測定するという場合には、黒板による測
定点と白板による測定点とを一致させることが困
難であるため、推定値の信頼性が悪くなりやす
い。そこで、このようなことを避けるためには、
次のようにするとよい。すなわち、第４図および
第５図に示す測定方法において、白板を被測定物
の裏面部に密着させる場合について考えると、第
６図に示すように染色単板２に入射した光は、色
の吸収により減衰する分と、散乱により減衰する
分とがあるが、単板を完全に透過した光は、単板
裏面の白板１０により再び単板内部に反射され、
この光も反射光として受光されていることがわか
る。このことは、白板を裏面部に密着させた場合
の測定値が、透過光量を測定していることを意味
している。そこで、第１の方法における白板密着
時の測定値を、裏面に白板を当てないことによつ
て得られる真の透過光についての測定値（透過光
を三刺激値に分解し、X_t、Y_t、Z_tとあらわす）
に変えてやると、前記式と同様に次のような関
係式が得られた。

Ｘ＝f_x（X_B、Y_B、Z_B、X_t、Y_t、Z_t）Ｙ＝f_y（X_B、Y_B、Z_B、X_t、Y_t、Z_t）Ｚ＝f_z（X_B、Y_B、Z_B、X_t、Y_t、Z_t） …… このようにして、真の透過光値を測定すること
によつても、内部色の計算推定が可能となるので
あるが、このような測定法を実施するための測定
装置の構成例を第７図に示す。同図において、白
色光源５をコリメートして適当なビーム径とし、
被測定物２に対し垂直方向から光を照射する。こ
のときの反射拡散光と透過光を、被測定物の表裏
面側に配置したそれぞれの積分球１１，１１′で
受光し、それぞれ三刺激値Ｘ、Ｙ、Ｚに分解す
る。図中、１３′はフイルター１２′を備えた測光
具である。積分球１１，１１′にはやはり第４図
ｂのようにして測光具１３，１３′が120度の位置
で３個ずつとりつけられ、各測光具はＸ用、Ｙ
用、Ｚ用のフイルタをもつている。

このようにして得られた６変数を用い、あらか
じめ求めておいた関係式によつて内部色Ｘ、
Ｙ、Ｚを推定計算したのち、例えばX^*、a^*、b^*
等の色表示系に変換して、目標とする標準色との
色素、色相差等で良否を判定する。この測定法
（第２の方法と呼ぶ）のブロツク線図は第８図に
示す通りである。図中、L^*、a^*、b^*、ΔEの計算
は次式による。

L^*＝116×³√−16 a^*＝500×（ ³√− ³√） b^*＝200×（ ³√− ³√） ΔE＝√（^*−_ST）²＋（^*−_ST）
²＋（^*−_ST）² （L_ST、a_ST、b_STは標準値である。）上記第２の方法によれば、６変数が同時に同地
点で測定できるため、高速処理が容易であり精度
も上がるため、オンラインでの検査法としてすぐ
れたものとなつている。

つぎに、上記第２の方法をさらに改良するもの
として次に述べるような第３の方法がある。すな
わち、前記第１および第２の方法では、被測定物
の含水率に大きな差があると、推定値の誤差が大
きくなつてしまうという問題があり、また、反射
光の測定の際に被測定物の表面粗さが異なると、
散乱光に起因する測定誤差が生じるおそれもある
ので、これらを補正する必要がある。このために
は、反射光と透過光による前記６変数（Ｘ、Ｙ、
Ｚ）のほかに、一般的に知られている水分吸収波
長1450nｍ付近または1950nｍ付近のうちのいず
れかのフイルタをそなえた測光具と、これら水分
吸収波長以外の近赤外領域の波長、例えば1100n
ｍ付近のフイルタをそなえた測光具を装置に追加
して、これらによつて得られる測定値（透過、反
射）を含む合計10個の変数を用いて推定を行なう
のが好ましい。この場合、波長1450nｍまたは
1950nｍのフイルタは、これらの値をピークに±
20nｍ程度の巾をもつものであれば良い。また、
水分吸収域以外の波長に対しては、水分吸収域を
含まなければ、ある程度の巾があつてもさしつか
えない。ここで、水分吸収域の反射光と透過光を
それぞれW_B、W_tとし、水分吸収域を含まない近
赤外波長の反射光と透過光をIR_B、IR_tとすると、
内部色Ｘ、Ｙ、Ｚとの間には、Ｘ＝f_x（X_B、Y_B、Z_B、W_B、IR_B、X_t、Y_t、Z_t
、W_t、IR_t）Ｙ＝f_y（X_B、Y_B、Z_B、W_B、IR_B、X_t、Y_t、Z_t
、W_t、IR_t）Ｚ＝f_z（X_B、Y_B、Z_B、W_B、IR_B、X_t、Y_t、Z_t
、W_t、IR_t）という関係が成り立つ。この関係式には、水分補
正項と表面凹凸補正項とが組み込まれているた
め、含水量と表面粗さとの補正が可能となり、よ
り精度の高い内部色推定が可能となるのである。

以上の説明から明らかなように、この発明にか
かる半透明物体の内部色測定方法は、被測定物を
破壊することなく、その内部の色を推定すること
ができるものであるから、染色単板等の染色状態
の検査に適した実用性の高いものである。この測
定法を他の半透明物体の内部色の推定に用いるこ
とができることは云うまでもない。

【図面の簡単な説明】

第１図は人工の突板の外観図、第２図はこの突
板の製法の説明図、第３図ａ，ｂは染色単板の内
部染色状態をあらわす説明図、第４図ａは測定装
置例をあらわす構成図、第４図ｂは積分球と測光
具の関係を示す説明図、第５図は第１の測定方法
のブロツク線図、第６図は反射光測定原理の説明
図、第７図は測定装置の他の例をあらわす構成
図、第８図は第２の測定方法のブロツク線図であ
る。１……基板、２……染色単板、３……接着剤
層、５……白色光源、６……スリツト、７……コ
リメータレンズ、８……ミラー、９……黒板、１
０……白板、１１，１１′……積分球、１２，１
２′……フイルタ、１３，１３′……測光具。

Claims

【特許請求の範囲】１半透明物体からなる試料の表面に垂直に光を
照射し、試料の裏面部に黒板を密着させて透過光
が戻つて来ないようにした状態での反射光と、被
検体を透過する光とを積分球を用いてそれぞれ測
定し、その測定結果から非破壊状態での三刺激値
を求めて、この値と実際に試料を破壊して測定し
た内部の三刺激値とを対比して、あらかじめ両者
を関係づける関係式を必要な複数組のデータから
求めておき、つぎに同様な半透明物体からなる実
際の被測定物について上記非破壊状態での三刺激
値の測定を行ない、その結果から、上記関係式に
よつて内部の色を求めることを特徴とする半透明
物体の内部色測定方法。２被測定物を透過する光の測定を、被測定物の
裏面部に白板を密着させた状態で被測定物からの
反射光を積分球を用いて測定することにより行な
う特許請求の範囲第１項記載の半透明物体の内部
色測定方法。３被測定物の表裏両側に積分球を配置するよう
にし、被測定物に照射した光の反射光を表側の積
分球で測定するとともに、同じ照射光の透過光を
裏側の積分球で測定するようにした特許請求の範
囲第１項記載の半透明物体の内部色測定方法。４被測定物からの反射光および透過光の三刺激
値の測定を、三刺激値のフイルタをそれぞれそな
えた３組の測光具により行なう特許請求の範囲第
１項から第３項までのいずれかに記載の半透明物
体の内部色測定方法。５水分吸収波長のフイルタをそなえた測光具お
よび水分吸収波長以外で近赤外領域の波長のフイ
ルタをそなえた測光具を設け、三刺激値以外に水
分吸収波長域およびそれ以外の近赤外領域での強
度を反射光および透過光について測定し、これら
のデータを関係式に加えて被検体の内部色を求め
る特許請求の範囲第４項記載の半透明物体の内部
色測定方法。