JP2003028756A - 反射光測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 照射角度と測定角度を僅かな刻みで変化させ
て反射光の測定を行う場合であっても短時間のうちに反
射光の測定を完了させることのできる反射光測定装置を
提供すること。 【解決手段】 試験対象の受光位置から等距離に位置す
る点の集合によって形成される円弧に沿って配設された
受光素子保持部材２０に所定の間隔で複数の受光素子Ｐ
ｄ_１〜Ｐｄ_ｎを配備し、受光素子Ｐｄ_１〜Ｐｄ_ｎの各々
により、試験対象２４に照射されたレーザー光の反射光
の強度を同時に測定する。１回の測定操作によって複数
の測定角度における反射光の強度を測定することが可能
となるため、レーザー光の照射角度と測定角度を僅かな
刻みで変化させて反射光の測定を行う場合であっても短
時間のうちに反射光の測定を完了させることができるよ
うになる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、反射型液晶ディス
プレイ，光散乱板，反射板，フィルム等の表面反射の状
態を測定する際に使用される反射光測定装置の改良に関
する。

【０００２】

【従来の技術】反射型液晶ディスプレイ等の表面反射を
測定するための方法としては、積分球等を用いてあらゆ
る方向から均一な強度の拡散光を照射して測定を行う方
法と、光の入射角度および検出器（受光素子）の測定角
度を固定して特定の角度の反射光の強度のみを測定する
方法とが知られている。

【０００３】しかし、これらの測定方法では入射光が散
乱特性に与える影響や散乱光の角度分布を測定すること
ができず、特に、散乱光の角度分布が重要な測定要素と
なる反射型液晶ディスプレイ等の性能評価に関しては、
ゴニオメトリックス方式を適用した測定が望ましいとさ
れている。

【０００４】このゴニオメトリックス方式は、簡単に言
えば図１２に示されるようなもので、光線を照射するた
めの光源１０１を試験対象１０２に対し揺動させて光の
入射角度を様々に変化させ、更に、各入射角度毎に受光
素子１０３を揺動させて測定を行うことで、試験対象１
０２を基準とする様々な測定角度において反射光の強度
を測定し、全ての入射角度と全ての測定角度の組み合わ
せに対応して精密に散乱光の角度分布を測定することを
意図したものである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ゴニオメトリックス方
式を適用した測定を行うための現実的な手段としては、
既に、図１３に示されるような反射光測定装置１０４が
提案されている。

【０００６】この反射光測定装置１０４は、概略におい
て、光源としてのレーザー発信器１０５と、試験対象１
０２をセットするための試験片保持部１０６、および、
移動可能な受光素子１０７によって構成される。

【０００７】具体的には、試験片保持部１０６は、試験
対象１０２を垂直面内で上下左右に移動させるためのク
ロステーブル１０６ａと、このクロステーブル１０６ａ
を水平軸の周りに回転させるためのテーブル回転機構１
０６ｂと、クロステーブル１０６ａを鉛直軸の回りに揺
動させるためのテーブル揺動機構１０６ｃとによって構
成される。また、受光素子１０７は、アーム１０８を鉛
直軸の周りに揺動させるアーム揺動機構１０９によって
移動されるようになっており、試験対象１０２の受光位
置から一定の距離を保ち、かつ、受光面を常に試験対象
１０２の受光位置に向けた状態で、試験対象１０２の回
りを公転するようにして揺動する。

【０００８】つまり、図１２における光源１０１の移動
による入射角度の変更は、図１３の反射光測定装置１０
４ではテーブル揺動機構１０６ｃによる試験対象１０２
の姿勢変化によって達成され、また、図１２における受
光素子１０３の移動による測定角度の変更は、図１３の
反射光測定装置１０４では、受光素子１０７を装着した
アーム１０８を揺動するアーム揺動機構１０９の回転動
作によって達成されていることになる。

【０００９】従って、仮に、試験対象１０２の法線に対
して±９０°の範囲で２°刻みでレーザー発信器１０５
の照射角度を変化させ、更に、レーザー発信器１０５の
各揺動位置において、夫々、試験対象１０２の法線に対
して±９０°の範囲で２°刻みで反射光強度の測定を行
うと仮定すると、概ね、（９０×２／２）^２＝８１００
回の測定操作を繰り返す必要が生じる。

【００１０】つまり、従来型の反射光測定装置１０４に
は、照射角度と測定角度を僅かずつ変化させて精密な測
定作業を行おうとすると、測定に必要とされる所要時間
が著しく増大するといった問題がある。

【００１１】

【発明の目的】そこで、本発明の目的は、前記従来技術
の欠点を解消し、照射角度と測定角度を僅かな刻みで変
化させて反射光の測定を行う場合であっても、短時間の
うちに反射光の測定を完了させることのできる反射光測
定装置を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は、試験対象に光
線を照射して反射光の強度を様々な測定角度から測定す
るための反射光測定装置であり、前記目的を達成するた
め、特に、試験対象の受光位置から等距離に位置する点
の集合によって形成される円弧に沿って所定の間隔で配
設された複数の受光素子と、これら複数の受光素子の各
々によって同時に測定された反射光の強度を各受光素子
の配設位置によって決まる測定角度に対応させて出力す
る測定結果出力手段とを備えたことを特徴とする構成を
有する。

【００１３】このような構成によれば、円弧に沿って配
設された複数の受光素子によって試験対象からの反射光
の強度が同時に測定される。複数の受光素子は試験対象
の受光位置から等距離にあるので、測定角度の違いのみ
による反射光の強度の差異を検出することが可能であ
る。また、受光素子の配設間隔は決まっているので、各
受光素子に対応する測定角度は自明である。測定結果出
力手段は、各受光素子で測定された反射光の強度を読
み、その値を、各受光素子の配設位置によって決まる測
定角度に対応させて出力する。このように、１回の測定
操作によって複数の測定角度における反射光の強度が同
時に測定されるので、照射角度と測定角度を僅かな刻み
で変化させて反射光の測定を行う場合であっても、短時
間のうちに反射光の測定を完了させることができるよう
になる。

【００１４】また、試験対象の受光位置から等距離に位
置する点の集合によって形成される円弧に沿って構成さ
れた受光素子保持部材に所定の間隔で複数の受光素子を
配備し、この受光素子保持部材を円弧の延長方向に揺動
させる保持部材駆動手段を設け、保持部材駆動手段で揺
動された受光素子保持部材の各位置で複数の受光素子に
よって反射光の強度を同時に測定し、反射光の強度を、
各受光素子の配設位置と受光素子保持部材の揺動角度に
よって決まる測定角度に対応させて出力するようにして
もよい。

【００１５】このような構成を適用し、受光素子保持部
材を揺動させて測定操作を行うことにより、広い測定角
度の範囲で反射光の強度を測定することが可能となる。
受光素子保持部材を揺動させて各位置で反射光の強度を
測定するため、測定回数自体は複数回となるが、このよ
うにして測定範囲を領域分割することによって、受光素
子保持部材の円弧長の切り詰めと、受光素子の配設個数
の削減が可能となり、反射光測定装置の全体的な製造コ
ストの低減化が達成されることになる。

【００１６】更に、試験対象を揺動する揺動テーブルを
設け、反射光の強度を、各受光素子の配設位置と受光素
子保持部材の揺動角度と揺動テーブルの揺動角度とによ
って決まる測定角度に対応させて出力するように構成す
ることが可能である。

【００１７】揺動テーブルの姿勢を変化させて測定操作
を行うことにより、光の入射角の条件を様々に変えて反
射光の強度測定を行うことができる。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施形態について詳細に説明する。図１は本発明を適用し
た一実施形態の反射光測定装置１の構成の概略を示した
右側面図、図２は同反射光測定装置１の構成の概略を示
した正面図、また、図３はその平面図である。

【００１９】図１〜図３に示されるように、この反射光
測定装置１は、概略において、ベース部２と試料台部３
および測定部４によって構成される。

【００２０】このうち、ベース部２は、溶接構造の架台
５とベースプレート６によって構成される。架台５の内
部には、図２に示されるように、光源としてのレーザー
発信器７と、干渉フィルタおよびカラーフィルタ等を内
蔵した波長切替ユニット８、および、濃度の異なるニュ
ートラルデンシティフィルタをタレット状に装備したＮ
Ｄフィルタユニット９が実装されている。

【００２１】レーザー発信器７から出力されたレーザー
光は、波長切替ユニット８，ＮＤフィルタユニット９を
介して反射ミラー１０に照射され、反射ミラー１０によ
って光路を変えられて、ベースプレート６上に立設され
たＬ字型のコラム１１の内部に入る。

【００２２】このレーザー光は、図１に示されるよう
に、コラム１１のＬ字状の屈折部に配備された反射ミラ
ー１２とコラム１１の先端に位置する反射ミラー１３で
再び光路を変えられ、コラム１１の先端のコンデンサー
レンズ１４を介して試料台部３の中央部に鉛直上方から
照射される。

【００２３】試料台部３の主要部は、図２に示されると
おり、揺動テーブル１５と、スイベルユニット１６、お
よび、クロステーブル１７によって構成される。

【００２４】揺動テーブル１５は、図２に示されるよう
に、揺動テーブル１５の両側に位置するステー１８，１
９に図示しないベアリングを介して揺動自在に軸支さ
れ、ステー１９に固設されたステッピングモータＭｕに
よって図２のｕ軸の周りに回転駆動される。

【００２５】また、スイベルユニット１６は揺動テーブ
ル１５上に固設され、公知のウォーム＆ホイール機構と
ステッピングモータＭθとを内蔵し、スイベルユニット
１６上のクロステーブル１７を図２のθ軸の周りに回転
駆動する。

【００２６】クロステーブル１７は、実質的に、サドル
部１７ａとテーブル部１７ｂとで構成され、サドル部１
７ａに固設された図示しないボールナット＆スクリュー
とステッピングモータＭｘとによりサドル部１７ａとテ
ーブル部１７ｂが一体となって図２の紙面左右方向に移
動する。更に、テーブル部１７ｂに固設された図示しな
いボールナット＆スクリューとステッピングモータＭｙ
とによって、サドル部１７ａ上のテーブル部１７ｂがサ
ドル部１７ａと独立して図２の紙面厚み方向に移動でき
るようになっている。いずれも公知技術の流用である。

【００２７】なお、ｕ軸の高さは、実質的に、テーブル
部１７ｂの上面の高さ、より具体的には、テーブル部１
７ｂ上に載置される試験対象の表面の高さと同一であ
る。

【００２８】測定部４は、図２に示されるように、略円
弧状に形成された受光素子保持部材２０と、この受光素
子保持部材２０を支える略Ｌ字型のスイングアーム２
１、および、スイングアーム２１を揺動自在に軸支して
図２におけるα軸の周りに回転駆動する保持部材駆動手
段２２とで構成される。このα軸は、事実上、前述のｕ
軸と同一直線上に位置する。

【００２９】受光素子保持部材２０は、図１に示される
とおり、テーブル部１７ｂ上に載置される反射型液晶デ
ィスプレイ等の試験対象におけるレーザー光の受光位
置、つまり、ｕ軸の位置から径方向にＲだけ離れた等距
離に位置する点の集合によって形成される円弧に沿って
構成された円弧状の部材である。従って、受光素子保持
部材２０上の各位置における法線の全ては、ｕ軸（α
軸）の位置、要するに、試験対象におけるレーザー光の
受光位置において交差する。

【００３０】受光素子保持部材２０を拡大して構造の概
略を図４に示す。この受光素子保持部材２０には、多数
の貫通孔２３が所定の間隔をおいて法線方向に穿設さ
れ、各貫通孔２３の内部に、フォトダイオードからなる
複数の受光素子Ｐｄ_１〜Ｐｄ_ｎが受光面を径方向内側に
向けて装着されている。つまり、試験対象の受光位置か
ら等距離Ｒに位置する点の集合によって形成される円弧
に沿って所定の間隔で各受光素子Ｐｄ_１〜Ｐｄ_ｎが配設
されていることになる。より厳密にいえば、前述の距離
Ｒは、ｕ軸（α軸）から受光素子Ｐｄ_１〜Ｐｄ_ｎの受光
面までの距離である。

【００３１】また、図４に示される通り、本実施形態に
おける受光素子保持部材２０の円弧長は、１／４円弧に
比べて僅かに短く形成されている。これは、水平状態と
されたテーブル部１７ｂ上の試験対象２４に対して図５
のように法線方向からレーザー光を照射したときに、こ
の法線から±９０°の範囲の反射光を０°〜−９０°の
範囲で１回、また、０°〜＋９０°の範囲で１回という
ように２回に分けて測定する際に都合がよいといった設
計上の理由に基くもので、発明の思想からすれば、受光
素子保持部材２０の円弧の長さに格別の制限はない。但
し、受光素子保持部材２０の円弧長を極端に短くした場
合には、製造コストは軽減されるが、多数回の測定操作
を繰り返さなければならないといった煩わしさがあり、
また、これとは逆に、受光素子保持部材２０の円弧長を
極端に長くした場合には、測定回数は少なくて済むが、
製造コストが増大するといった弊害が生じる。

【００３２】反射光を測定する際の受光素子保持部材２
０の姿勢に関しては様々な態様が考えられるが、本実施
形態においては、図５に示されるように、試験対象２４
上の受光位置を通る鉛直線と水平線とで区切られる４つ
の領域の何れかに受光素子保持部材２０を揺動させた状
態で反射光の強度測定を行うものとする。受光素子保持
部材２０の円弧長を１／４円弧に比べて僅かに短く形成
しているのは、図５に示されるような位置に受光素子保
持部材２０を揺動させた際に、レーザー光が受光素子保
持部材２０の端部に干渉するのを防止するためである。
この実施形態に限定していえば、受光素子保持部材２０
の円弧長は、中心角が９０°−２｜ε｜°（εはレーザ
ー光の干渉防止のためのクリアランス）でＲの半径を有
する扇形の円弧の長さに匹敵する。受光素子の配設ピッ
チの間隔は、例えば、２°である。

【００３３】また、測定部４の保持部材駆動手段２２
は、スイングアーム２１を回転させるためのステッピン
グモータＭαを備え、このスイングアーム２１の回転に
よって、受光素子保持部材２０を円弧の延長方向、つま
り、α軸（ｕ軸）を中心とする半径Ｒの円周に沿って揺
動させる。

【００３４】なお、図１３の従来例と比較した場合、本
実施形態のクロステーブル１７は図１３のクロステーブ
ル１０６ａに相当し、スイベルユニット１６は図１３の
テーブル回転機構１０６ｂに相当する。また、本実施形
態のステッピングモータＭｕは図１３のテーブル揺動機
構１０６ｃに相当し、本実施形態の保持部材駆動手段２
２は図１３のアーム揺動機構１０９に相当する。従っ
て、横型／竪型の区別を別にすれば、レーザー光の照射
方向に対する試験対象の姿勢変化の自由度、および、試
験対象に対する受光素子の移動の自由度に関しては、基
本的に、本実施形態の反射光測定装置１も図１３の従来
型の反射光測定装置１０４も同様である。

【００３５】図６は、各ステッピングモータＭｘ，Ｍ
ｙ，Ｍθ，Ｍｕ，Ｍαと受光素子Ｐｄ _１〜Ｐｄ_ｎおよび
レーザー発信器７と波長切替ユニット８，ＮＤフィルタ
ユニット９等の各種の周辺装置を駆動制御する制御系の
概略について簡単に示した機能ブロック図である。

【００３６】このうち、反射光測定装置１の数値制御部
は、パーソナルコンピュータあるいはワークステーショ
ン等を初めとする市販のコンピュータ２５によって構成
される。コンピュータ２５の主要部はＣＰＵ（マイクロ
プロセッサ）２６とＲＯＭ２７およびＲＡＭ２８ならび
にハードディスク２９等からなり、ＣＰＵ２６からのバ
スラインには、入出力回路３０を介して、マン・マシン
・インターフェイスとしてのキーボード３１，マウス３
２，モニタ３３、および、プリンタ３４が接続されてい
る。ハードディスク２９には反射光測定装置１を駆動制
御するための制御プログラムが格納されており、この制
御プログラムは、必要に応じてハードディスク２９から
ＲＡＭ２８に読み込まれ、ＣＰＵ２６によって実行され
る。ハードディスク２９に格納された制御プログラムと
ＣＰＵ２６は、本実施形態における測定結果出力手段の
主要な構成要素である。また、本実施形態においては、
モータ制御用の市販の７軸コントローラ３５がコンピュ
ータ２５の内部に実装されている。

【００３７】一方、ステッピングモータＭｘ，Ｍｙ，Ｍ
θ，Ｍｕ，Ｍαのドライバ３６〜４０は反射光測定装置
１側のベース部２の内部に実装されており、これらのド
ライバ３６〜４０とインターフェイス４１および７軸コ
ントローラ３５を介して、各軸のステッピングモータＭ
ｘ，Ｍｙ，Ｍθ，Ｍｕ，ＭαがＣＰＵ２６からの指令で
駆動制御される。当然、所定周期毎のパルス分配処理に
よる複数軸の実質的な同時制御が可能である。なお、ス
テッピングモータＭｘ，Ｍｙを実装したクロステーブル
１７がスイベルユニット１６によって旋回自在とされて
いる関係上、ステッピングモータＭｘ，Ｍｙとドライバ
３６，３７との間の電気的な接続は、クロステーブル１
７の回転中心を通る市販のスリップリング４２を介して
行われるようになっている。

【００３８】受光素子Ｐｄ_１〜Ｐｄ_ｎはアンプ内蔵型の
フォトダイオードであり、この受光素子Ｐｄ_１〜Ｐｄ_ｎ
によって検出された反射光の強度、要するに、各受光素
子Ｐｄ_１〜Ｐｄ_ｎのアンプからの出力電圧の値が、各々
のＡ／Ｄ変換器Ｃ_１〜Ｃ_ｎとインターフェイス４１を介
してＣＰＵ２６に読み込まれる。

【００３９】レーザー発信器７のＯＮ／ＯＦＦ制御と波
長切替ユニット８，ＮＤフィルタユニット９等の各種の
周辺装置の駆動制御に関しては従来と同様である。

【００４０】次に、図７〜図９のフローチャートと図１
０の作用原理図を参照して、本実施形態における反射光
測定装置１の実際的な動作について説明する。なお、こ
の段階では既に保持部材駆動手段２２のステッピングモ
ータＭαを除く各軸のステッピングモータＭｘ，Ｍｙ，
Ｍθ，Ｍｕの駆動制御が完了し、試験対象２４を載置し
たテーブル部１７ｂがステッピングモータＭｘ，Ｍｙに
よって適切な位置に位置決めされ、テーブル部１７ｂの
旋回位置もスイベルユニット１６のステッピングモータ
Ｍθによって特定され、更に、テーブル部１７ｂに対す
るレーザー光の入射角ｕも、揺動テーブル１５を揺動さ
せるステッピングモータＭｕによって特定されているも
のとする。また、レーザー発信器７のＯＮ／ＯＦＦ制御
のタイミングと波長切替ユニット８，ＮＤフィルタユニ
ット９等の駆動制御については、本発明の要旨とは直接
の関わりがないので説明を省略する。

【００４１】前述したようにして各軸のステッピングモ
ータＭｘ，Ｍｙ，Ｍθ，Ｍｕの駆動制御が完了すると、
コンピュータ２５のＣＰＵ２６は、まず、テーブル部１
７ｂに対するレーザー光の入射角ｕの値を読み込み、こ
の値が０°であるのか（ステップｓ１）、０°よりも小
さいのか、あるいは、０°よりも大きいのかを判定する
（ステップｓ７）。

【００４２】この実施形態では、レーザー光の光路を鉛
直方向に固定し、ＣＰＵ２６の処理操作でテーブル部１
７ｂの傾斜を変化させることによって試験対象２４に対
するレーザー光の入射角ｕを図１３の従来例と同様に±
９０°の範囲で変え、更に、実施形態に固有の処理とし
て、各入射角ｕに対し、試験対象２４の法線を基準とし
て±９０°の範囲を９０°の刻み幅で２回もしくは３回
に分けて測定操作を行うようにしている。従って、入射
角ｕの取り得る値は試験対象２４の法線方向を０°とし
て−９０°＜ｕ＜９０°の範囲であり、図７〜図９の処
理は、入射角ｕを変更する度に固定サイクル（サブルー
チン）の処理として実行されることになる。

【００４３】ステップｓ１の判定結果が真となった場
合、つまり、テーブル部１７ｂに対してレーザー光が垂
直に入射している場合には、ＣＰＵ２６は、まず、保持
部材駆動手段２２のステッピングモータＭαに駆動指令
を出力して受光素子保持部材２０の左端部を図１０
（ａ）のに示されるように機械座標系上の−９０°＋
｜ε｜°の位置にまで揺動させ（ステップｓ２）、図４
に示されるようにして受光素子保持部材２０上の０°の
位置から９０°−２｜ε｜°の位置に配備された受光素
子Ｐｄ_１から受光素子Ｐｄ_ｎの各々で測定された反射光
強度の値を、試験対象２４の法線を基準とする測定角度
−９０°＋｜ε｜°から−｜ε｜°に対応させてＲＡＭ
２８に一時記憶する（ステップｓ３）。

【００４４】次いで、ＣＰＵ２６は、保持部材駆動手段
２２のステッピングモータＭαに駆動指令を出力して、
受光素子保持部材２０の左端部を図１０（ａ）のに示
されるように機械座標系上の＋｜ε｜°の位置にまで揺
動させ（ステップｓ４）、図４に示されるようにして受
光素子保持部材２０上の０°の位置から９０°−２｜ε
｜°の位置に配備された受光素子Ｐｄ_１から受光素子Ｐ
ｄ_ｎの各々で測定された反射光強度の値を、試験対象２
４の法線を基準とする測定角度＋｜ε｜°から９０°−
｜ε｜°に対応させてＲＡＭ２８に一時記憶する（ステ
ップｓ５）。

【００４５】以上に述べた受光素子保持部材２０の２回
の揺動および位置決め操作によって、試験対象２４の法
線を基準とする測定角度−９０°＋｜ε｜°から９０°
−｜ε｜°までの範囲、つまり、試験対象２４の法線を
基準とした概ね±９０°の範囲での反射光の測定が行わ
れることになる。

【００４６】このように、試験対象２４の法線を基準と
する測定角度は、受光素子保持部材２０上における受光
素子Ｐｄ_１〜Ｐｄ_ｎの配設位置（０°〜９０°−２｜ε
｜°）と、機械座標系上における受光素子保持部材２０
の揺動角度（−９０°＋｜ε｜°または＋｜ε｜°）、
および、テーブル部１７ｂに対するレーザー光の入射角
ｕ（０°）、言い換えれば、テーブル部１７ｂの傾斜角
とによって一義的に決まる。つまり、受光素子保持部材
２０の左端部を基準とした受光素子Ｐｄ_１〜Ｐｄ_ｎの各
配設位置の角度を、機械座標系上における受光素子保持
部材２０の揺動角度とテーブル部１７ｂの傾斜角とに基
いて試験対象２４の法線を基準とする測定角度に変換
し、試験対象２４の法線を基準とする測定角度に対応さ
せて、各受光素子Ｐｄ_１〜Ｐｄ_ｎの測定データを記憶さ
せるということである。

【００４７】次いで、測定結果出力手段としてのＣＰＵ
２６は、ステップｓ３およびステップｓ５の処理で一時
記憶した−９０°＋｜ε｜°から９０°−｜ε｜°まで
の範囲の反射光強度の値をハードディスク２９に出力し
て保存し（ステップｓ６）、レーザー光の入射角ｕ＝０
°（法線方向）に対応した反射光強度の測定処理を終了
する。

【００４８】また、ステップｓ１の判定結果が偽でステ
ップｓ７の判定結果が真となった場合、つまり、テーブ
ル部１７ｂの法線に対してレーザー光がマイナスの角度
−｜ｕ｜（但し、ｕ＜９０）で入射している場合には、
ＣＰＵ２６は、保持部材駆動手段２２のステッピングモ
ータＭαに駆動指令を出力して受光素子保持部材２０の
左端部を図１０（ｂ）のに示されるように機械座標系
上の−９０°＋｜ε｜°の位置にまで揺動させ（ステッ
プｓ８）、受光素子保持部材２０上の｜ｕ｜°−｜ε｜
°の位置から９０°−２｜ε｜°の位置に配備された受
光素子の各々で測定された反射光強度の値を、試験対象
２４の法線を基準とする測定角度−９０°から−｜ｕ｜
°−｜ε｜°に対応させてＲＡＭ２８に一時記憶する
（ステップｓ９）。この場合、図１０（ｂ）から明らか
なように、受光素子保持部材２０上の｜ε｜°から｜ｕ
｜°−｜ε｜°までの区間の受光素子にはレーザー光が
反射しないので、これらの受光素子からの出力は無視す
る。

【００４９】次いで、ＣＰＵ２６は、保持部材駆動手段
２２のステッピングモータＭαに駆動指令を出力して、
受光素子保持部材２０の左端部を図１０（ｂ）のに示
されるように機械座標系上の＋｜ε｜°の位置にまで揺
動させ（ステップｓ１０）、図４に示されるようにして
受光素子保持部材２０上の０°の位置から９０°−２｜
ε｜°の位置に配備された受光素子Ｐｄ_１から受光素子
Ｐｄ_ｎの各々で測定された反射光強度の値を、試験対象
２４の法線を基準とする測定角度−｜ｕ｜°＋｜ε｜°
から９０°−｜ｕ｜°−｜ε｜°に対応させてＲＡＭ２
８に一時記憶する（ステップｓ１１）。

【００５０】そして、ＣＰＵ２６は、更に、保持部材駆
動手段２２のステッピングモータＭαに駆動指令を出力
して、受光素子保持部材２０の左端部を図１０（ｂ）の
に示されるように機械座標系上の９０°＋｜ε｜°の
位置にまで揺動させ（ステップｓ１２）、受光素子保持
部材２０上の０°の位置から｜ｕ｜°−｜ε｜°の位置
に配備された受光素子の各々で測定された反射光強度の
値を、試験対象２４の法線を基準とする測定角度９０°
−｜ｕ｜°＋｜ε｜°から９０°に対応させてＲＡＭ２
８に一時記憶する（ステップｓ１３）。この場合、図１
０（ｂ）から明らかなように、受光素子保持部材２０上
の｜ｕ｜°−｜ε｜°から９０°−２｜ε｜°までの区
間の受光素子にはレーザー光が反射しないので、これら
の受光素子からの出力は無視する。

【００５１】以上に述べた受光素子保持部材２０の３回
の揺動および位置決め操作によって、試験対象２４の法
線を基準とする測定角度−９０°から９０°までの範囲
での反射光の測定が行われることになる。

【００５２】このように、試験対象２４の法線を基準と
する測定角度は、受光素子保持部材２０上における受光
素子Ｐｄ_１〜Ｐｄ_ｎの配設位置（０°〜９０°−２｜ε
｜°）と、機械座標系上における受光素子保持部材２０
の揺動角度（−９０°＋｜ε｜°または＋｜ε｜°もし
くは９０°＋｜ε｜°）、および、テーブル部１７ｂに
対するレーザー光の入射角ｕ（負の値）、言い換えれ
ば、テーブル部１７ｂの傾斜角とによって一義的に決ま
る。つまり、受光素子保持部材２０の左端部を基準とし
た受光素子Ｐｄ_１〜Ｐｄ_ｎの各配設位置の角度を、機械
座標系上における受光素子保持部材２０の揺動角度とテ
ーブル部１７ｂの傾斜角とに基いて試験対象２４の法線
を基準とする測定角度に変換し、試験対象２４の法線を
基準とする測定角度に対応させて、各受光素子Ｐｄ_１〜
Ｐｄ_ｎの測定データを記憶させるということである。

【００５３】次いで、測定結果出力手段としてのＣＰＵ
２６は、ステップｓ９およびステップｓ１１とステップ
ｓ１３の処理で一時記憶した−９０°から９０°までの
範囲の反射光強度の値をハードディスク２９に出力して
保存し（ステップｓ６）、レーザー光の負の入射角ｕ°
に対応した反射光強度の測定処理を終了する。

【００５４】一方、ステップｓ１およびステップｓ２の
判定結果が共に偽となった場合、つまり、テーブル部１
７ｂの法線に対してレーザー光がプラスの角度＋｜ｕ｜
（但し、ｕ＜９０）で入射している場合には、ＣＰＵ２
６は、保持部材駆動手段２２のステッピングモータＭα
に駆動指令を出力して受光素子保持部材２０の左端部を
図１０（ｃ）のに示されるように機械座標系上の−１
８０°＋｜ε｜°の位置にまで揺動させ（ステップｓ１
４）、受光素子保持部材２０上の９０°−｜ｕ｜°−｜
ε｜°の位置から９０°−２｜ε｜°の位置に配備され
た受光素子の各々で測定された反射光強度の値を、試験
対象２４の法線を基準とする測定角度−９０°から−９
０°＋｜ｕ｜°−｜ε｜°に対応させてＲＡＭ２８に一
時記憶する（ステップｓ１５）。この場合、図１０
（ｃ）から明らかなように、受光素子保持部材２０上の
｜ε｜°から９０°−｜ｕ｜°−｜ε｜°までの区間の
受光素子にはレーザー光が反射しないので、これらの受
光素子からの出力は無視する。

【００５５】次いで、ＣＰＵ２６は、保持部材駆動手段
２２のステッピングモータＭαに駆動指令を出力して、
受光素子保持部材２０の左端部を図１０（ｃ）のに示
されるように機械座標系上の−９０°＋｜ε｜°の位置
にまで揺動させ（ステップｓ１６）、図４に示されるよ
うにして受光素子保持部材２０上の０°の位置から９０
°−２｜ε｜°の位置に配備された受光素子Ｐｄ_１から
受光素子Ｐｄ_ｎの各々で測定された反射光強度の値を、
試験対象２４の法線を基準とする測定角度−９０°＋｜
ｕ｜°＋｜ε｜°から＋｜ｕ｜°−｜ε｜°に対応させ
てＲＡＭ２８に一時記憶する（ステップｓ１７）。

【００５６】そして、ＣＰＵ２６は、更に、保持部材駆
動手段２２のステッピングモータＭαに駆動指令を出力
して、受光素子保持部材２０の左端部を図１０（ｃ）の
に示されるように機械座標系上の＋｜ε｜°の位置に
まで揺動させ（ステップｓ１８）、受光素子保持部材２
０上の０°の位置から９０°−｜ｕ｜°−｜ε｜°の位
置に配備された受光素子の各々で測定された反射光強度
の値を、試験対象２４の法線を基準とする測定角度｜ｕ
｜°＋｜ε｜°から９０°に対応させてＲＡＭ２８に一
時記憶する（ステップｓ１９）。この場合、図１０
（ｃ）から明らかなように、受光素子保持部材２０上の
９０°−｜ｕ｜°−｜ε｜°から９０°−２｜ε｜°ま
での区間の受光素子にはレーザー光が反射しないので、
これらの受光素子からの出力は無視する。

【００５７】以上に述べた受光素子保持部材２０の３回
の揺動および位置決め操作によって、試験対象２４の法
線を基準とする測定角度−９０°から９０°までの範囲
での反射光の測定が行われることになる。

【００５８】このように、試験対象２４の法線を基準と
する測定角度は、受光素子保持部材２０上における受光
素子Ｐｄ_１〜Ｐｄ_ｎの配設位置（０°〜９０°−２｜ε
｜°）と、機械座標系上における受光素子保持部材２０
の揺動角度（−１８０°＋｜ε｜°または−９０°＋｜
ε｜°もしくは＋｜ε｜°）、および、テーブル部１７
ｂに対するレーザー光の入射角ｕ（正の値）、言い換え
れば、テーブル部１７ｂの傾斜角とによって一義的に決
まる。つまり、受光素子保持部材２０の左端部を基準と
した受光素子Ｐｄ_１〜Ｐｄ_ｎの各配設位置の角度を、機
械座標系上における受光素子保持部材２０の揺動角度と
テーブル部１７ｂの傾斜角とに基いて試験対象２４の法
線を基準とする測定角度に変換し、試験対象２４の法線
を基準とする測定角度に対応させて、各受光素子Ｐｄ_１
〜Ｐｄ_ｎの測定データを記憶させるということである。

【００５９】次いで、測定結果出力手段としてのＣＰＵ
２６は、ステップｓ１５およびステップｓ１７とステッ
プｓ１９の処理で一時記憶した−９０°から９０°まで
の範囲の反射光強度の値をハードディスク２９に出力し
て保存し（ステップｓ６）、レーザー光の正の入射角ｕ
°に対応した反射光強度の測定処理を終了する。

【００６０】図１１は特定の入射角ｕ、例えば、テーブ
ル部１７ｂの法線に沿って０°の入射角でレーザー光を
照射した場合の測定角度と反射光強度との対応関係の一
例を示したグラフの一例である。このようなグラフは、
ＣＰＵ２６にレーザー光の照射角ｕの値を指定し、ｕに
対応してハードディスク２９に保存されたデータを順次
読み出し、測定角度を横軸また反射光強度（入射光強度
に対する百分率）を縦軸としてプリンタ３４によるプロ
ット操作を行うことによって容易に取得することができ
る。

【００６１】既に述べた通り、この実施形態では、レー
ザー光の光路を鉛直方向に固定し、ＣＰＵ２６の処理操
作でテーブル部１７ｂの傾斜を変化させることによって
試験対象２４に対するレーザー光の入射角ｕを±９０°
の範囲で変え、その都度、各入射角ｕに対し、試験対象
２４の法線を基準として±９０°の範囲を９０°の刻み
幅で２回もしくは３回に分けて測定操作を行うようにし
ている。

【００６２】従って、仮に、試験対象２４に対して±９
０°の範囲で２°刻みでレーザー光の入射角ｕを変化さ
せるとするなら、まず、試験対象２４に対して（９０×
２／２）＝９０回の姿勢変更操作が必要となる。更に、
試験対象２４の法線に対して±９０°の範囲で２°刻み
で反射光強度の測定を行うと仮定すると、各姿勢毎の反
射光の測定操作、つまり、同一の入射角ｕに対して行う
べき測定操作の回数は、図１０（ａ）のような条件下で
は２回、また、図１０（ｂ）もしくは図１０（ｃ）のよ
うな条件下では共に３回であり、いずれにしても、その
回数が３回を越えることはない。従って、試験対象２４
に対して±９０°の範囲で２°刻みでレーザー光の入射
角ｕを変化させ、更に、同一の入射角ｕに対し、試験対
象２４の法線に対して±９０°の範囲で２°刻みで反射
光強度の測定を行うと仮定した場合の測定回数は、最大
でも９０×３＝２７０回であり、図１３に示した従来例
の８１００回と比べ、著しく測定回数が少ないことが分
かる。単純計算にして、測定に必要とされる所要時間は
従来の１／３０である。

【００６３】更に、図１０（ａ），図１０（ｂ），図１
０（ｃ）の，，の各位置での測定操作に加え、
，，の各位置から受光素子保持部材２０を測定の
刻み幅の１／２、つまり、１°ずらせた位置での測定操
作を行えば、更に分解能の高い（２°／２）＝１°を刻
み幅として反射光強度の測定を行うことも可能である。

【００６４】以上の実施形態では、受光素子保持部材２
０の長さを１／４円弧弱として２°刻みで受光素子を配
備した例について述べたが、受光素子保持部材２０の長
さを短くした場合、例えば、１／８円弧等とした場合で
あっても、同一の入射角ｕに対する測定回数が１／４円
弧の場合の２倍となるだけのことであり、図１３に示し
た従来例と比べれば測定の所要時間は依然として１／１
５であり、十分に測定所要時間の優位性が保証される。

【００６５】また、これとは逆に、レーザー光を照射す
る光路を除く略３６０°の全域に亘って受光素子を配備
することも技術的に可能であり、当然、このような構成
も本発明の要旨を逸脱するものではない。このような構
成を適用した場合、同一の入射角ｕに対する測定回数は
１回で済むが、多数の受光素子が必要となるため、コス
トパフォーマンスの点からは一定の問題がある。

【００６６】

【発明の効果】本発明の反射光測定装置は、試験対象の
受光位置から等距離に位置する点の集合によって形成さ
れる円弧に沿って配設された複数の受光素子の各々によ
って反射光の強度を同時に測定するようにしたので、１
回の測定操作によって複数の測定角度における反射光の
強度を同時に測定することが可能となり、照射角度と測
定角度を僅かな刻みで変化させて反射光の測定を行う場
合であっても、短時間のうちに反射光の測定を完了させ
ることができる。

【００６７】また、円弧に沿って構成された受光素子保
持部材に所定の間隔で複数の受光素子を配備すると共
に、この受光素子保持部材を円弧の延長方向に揺動させ
る保持部材駆動手段を設け、保持部材駆動手段で揺動さ
れた受光素子保持部材の各位置で複数の受光素子によっ
て反射光の強度を同時に測定し、反射光の強度を、各受
光素子の配設位置と受光素子保持部材の揺動角度によっ
て決まる測定角度に対応させて出力するようにしている
ため、受光素子保持部材の円弧長を長くしたり受光素子
を大量に装備したりしなくても、広い測定角度の範囲で
反射光の強度を測定することができる。

【００６８】更に、試験対象を揺動する揺動テーブルを
設け、反射光の強度を、各受光素子の配設位置と受光素
子保持部材の揺動角度および揺動テーブルの揺動角度と
によって決まる測定角度に対応させて出力するように構
成したので、測定に用いる光の入射角の条件を様々に変
えて反射光の強度測定を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用した一実施形態の反射光測定装置
のハードウェア構成の概略を示した右側面図である。

【図２】同実施形態の反射光測定装置のハードウェア構
成の概略を示した正面図である。

【図３】同実施形態の反射光測定装置のハードウェア構
成の概略を示した平面図である。

【図４】同実施形態の反射光測定装置に設けられた受光
素子保持部材を拡大して構造の概略を示した図である。

【図５】同実施形態の反射光測定装置の受光素子保持部
材の揺動位置について例示した概念図である。

【図６】同実施形態の反射光測定装置の制御系の概略に
ついて簡単に示した機能ブロック図である。

【図７】同実施形態の反射光測定装置を駆動制御するコ
ンピュータの処理操作の概略について示したフローチャ
ートである。

【図８】同実施形態の反射光測定装置を駆動制御するコ
ンピュータの処理操作の概略について示したフローチャ
ートの続きである。

【図９】同実施形態の反射光測定装置を駆動制御するコ
ンピュータの処理操作の概略について示したフローチャ
ートの続きである。

【図１０】図１０（ａ），図１０（ｂ），図１０（ｃ）
の各々は同実施形態の反射光測定装置による反射光測定
の作用原理について示した作用原理図である。

【図１１】同実施形態の反射光測定装置から出力される
測定角度と反射光強度との対応関係を示したグラフの一
例である。

【図１２】ゴニオメトリックス方式の作用原理について
示した概念図である（一般例）。

【図１３】ゴニオメトリックス方式を適用した従来型の
反射光測定装置について示した模式図である（従来
例）。

【符号の説明】

１ 反射光測定装置 ２ ベース部 ３ 試料台部 ４ 測定部 ５ 架台 ６ ベースプレート ７ レーザー発信器 ８ 波長切替ユニット ９ ＮＤフィルタユニット １０ 反射ミラー １１ コラム １２ 反射ミラー １３ 反射ミラー １４ コンデンサーレンズ １５ 揺動テーブル １６ スイベルユニット １７ クロステーブル １７ａ サドル部 １７ｂ テーブル部 １８，１９ ステー ２０ 受光素子保持部材 ２１ スイングアーム ２２ 保持部材駆動手段 ２３ 貫通孔 ２４ 試験対象 ２５ コンピュータ ２６ ＣＰＵ（マイクロプロセッサ） ２７ ＲＯＭ ２８ ＲＡＭ ２９ ハードディスク ３０ 入出力回路 ３１ キーボード ３２ マウス ３３ モニタ ３４ プリンタ ３５ ７軸コントローラ ３６〜４０ ドライバ ４１ インターフェイス ４２ スリップリング １０１ 光源 １０２ 試験対象 １０３ 受光素子 １０４ 反射光測定装置 １０５ レーザー発信器 １０６ 試験片保持部 １０６ａ クロステーブル １０６ｂ テーブル回転機構 １０６ｃ テーブル揺動機構 １０７ 受光素子 １０８ アーム １０９ アーム揺動機構 Ｍｕ ステッピングモータ Ｍθ ステッピングモータ Ｍｘ ステッピングモータ Ｍｙ ステッピングモータ Ｍα ステッピングモータ Ｐｄ_１〜Ｐｄ_ｎ 受光素子（フォトダイオード） Ｃ_１〜Ｃ_ｎ Ａ／Ｄ変換器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鈴木 英昭 埼玉県上尾市川112−５ 中央精機株式会 社上尾技術センター内 Ｆターム(参考） 2G059 AA05 BB08 BB15 BB16 EE02 GG01 JJ02 JJ03 JJ11 JJ13 JJ25 KK03 MM05 MM09 MM10 2G086 EE10 EE12

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 試験対象に光線を照射して反射光の強度
   を様々な測定角度から測定するための反射光測定装置で
   あって、前記試験対象の受光位置から等距離に位置する
   点の集合によって形成される円弧に沿って所定の間隔で
   配設された複数の受光素子と、前記複数の受光素子の各
   々によって同時に測定された反射光の強度を、各受光素
   子の配設位置によって決まる測定角度に対応させて出力
   する測定結果出力手段とを備えたことを特徴とする反射
   光測定装置。
2. 【請求項２】 試験対象に光線を照射して反射光の強度
   を様々な方向から測定するための反射光測定装置であっ
   て、前記試験対象の受光位置から等距離に位置する点の
   集合によって形成される円弧に沿って構成された受光素
   子保持部材に所定の間隔で配備された複数の受光素子
   と、前記受光素子保持部材を前記円弧の延長方向に揺動
   させる保持部材駆動手段と、前記保持部材駆動手段で揺
   動された前記受光素子保持部材の各位置で前記複数の受
   光素子の各々によって同時に測定された反射光の強度
   を、各受光素子の配設位置と前記受光素子保持部材の揺
   動角度によって決まる測定角度に対応させて出力する測
   定結果出力手段とを備えたことを特徴とする反射光測定
   装置。
3. 【請求項３】 試験対象に光線を照射して反射光の強度
   を様々な方向から測定するための反射光測定装置であっ
   て、前記試験対象を揺動する揺動テーブルと、前記試験
   対象の受光位置から等距離に位置する点の集合によって
   形成される円弧に沿って構成された受光素子保持部材に
   所定の間隔で配備された複数の受光素子と、前記受光素
   子保持部材を前記円弧の延長方向に揺動させる保持部材
   駆動手段と、前記保持部材駆動手段で揺動された前記受
   光素子保持部材の各位置で前記複数の受光素子の各々に
   よって同時に測定された反射光の強度を、各受光素子の
   配設位置と前記受光素子保持部材の揺動角度と前記揺動
   テーブルの揺動角度とによって決まる測定角度に対応さ
   せて出力する測定結果出力手段とを備えたことを特徴と
   する反射光測定装置。