JP2003329586A - Method and apparatus for predicting specular glossiness - Google Patents

Method and apparatus for predicting specular glossiness

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JP2003329586A
JP2003329586A JP2002271138A JP2002271138A JP2003329586A JP 2003329586 A JP2003329586 A JP 2003329586A JP 2002271138 A JP2002271138 A JP 2002271138A JP 2002271138 A JP2002271138 A JP 2002271138A JP 2003329586 A JP2003329586 A JP 2003329586A
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JP
Japan
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refractive index
surface shape
distribution data
specular glossiness
shape parameter
Prior art date
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Application number
JP2002271138A
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Japanese (ja)
Inventor
Hiroshi Kondo
宏 近藤
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Ricoh Co Ltd
Original Assignee
Ricoh Co Ltd
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Publication date
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To estimate the refractive index of the surface of a sample in the case that the refractive index of the sample is not known in consideration of the heterogeneity of physical properties and to quantitatively estimate specular glossiness from both the surface structure of the sample and the estimated refractive index. <P>SOLUTION: The three-dimensional structure of the surface of the sample is measured to acquire height distribution data (step S1). A surface shape parameter is extracted on the basis of the height distribution data (step S2). A one- dimensional variable-angle reflectivity distribution is measured (step S4). A one-dimensional variable-angle reflectivity observed data is acquired, and the effective reflectivity of the surface of the sample is acquired on the basis of the surface shape parameter and the one-dimensional variable-angle reflectivity data (step S5). The specular glossiness is computed on the basis of the surface shape parameter and the effective reflectivity (step S6). <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、物体表面の反射率
を、表面形状を表すパラメータを基に、シミュレーショ
ン技術によって推定する鏡面光沢度予測方法及び鏡面光
沢度予測装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a specular glossiness prediction method and a specular glossiness prediction device for estimating the reflectance of an object surface by a simulation technique based on a parameter representing the surface shape.

【0002】[0002]

【従来の技術】[Prior art]

【特許文献1】 特開平8−285769号公報印刷画
像など粗面を有する物体上での光反射特性が主に表面散
乱に起因する場合、表面構造に関する特徴量である表面
粗さや勾配の分布に依存することが粗面散乱理論によっ
て知られている。表面散乱理論では、資料面がフレネル
反射を有し、特定の性質の下で配向する微小鏡面の集合
体によって構成されているものと仮定し、電磁波に関す
る理論から入射角・反射角に対する変角反射率分布特性
を導く。
When the light reflection characteristic on an object having a rough surface such as a printed image is mainly caused by surface scattering, the surface roughness and the gradient distribution, which are the characteristic quantities related to the surface structure, are distributed. The dependence is known by the theory of rough surface scattering. In the surface scattering theory, it is assumed that the material surface has Fresnel reflection and is composed of an assembly of minute mirror surfaces oriented under a specific property. Derive rate distribution characteristics.

【0003】反射率特性を表す関数へ光源の波長、表面
構造に関するパラメータと屈折率とを与えることによ
り、反射率が一意に定まる。ここで、表面構造は、レー
ザ顕微鏡、STM、AFMなどの三次元構造測定装置に
よって直接計測することが可能である。屈折率に関して
は、透明な物質から成る資料では、ブリュースター角
(臨界角)から求める方法、資料を屈折率が既知の透明
な液体に浸して、屈折率界面での光学的な振る舞いから
屈折率を求める方法、表面が光学的に平滑な状態の試料
の場合にはフレネル反射率から求める方法などがある。
The reflectance is uniquely determined by giving the wavelength of the light source, the parameter relating to the surface structure, and the refractive index to the function representing the reflectance characteristic. Here, the surface structure can be directly measured by a three-dimensional structure measuring device such as a laser microscope, STM, and AFM. Regarding the refractive index, in the case of materials made of transparent materials, the method of obtaining from the Brewster angle (critical angle), the material is dipped in a transparent liquid of known refractive index, and the optical behavior at the refractive index interface is used to determine the refractive index. Can be obtained, and in the case of a sample whose surface is optically smooth, it can be obtained from the Fresnel reflectance.

【0004】しかし、光沢感を有し鏡面光沢度の計測対
象や解析対象となるような粗面を有する物体に対して
は、必ずしも上記方法を適用できるとは限らない。
However, the above method is not always applicable to an object having a rough surface that has a glossy feeling and is an object of measurement or analysis of specular gloss.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】特許文献1に開示され
る「屈折率測定方法および測定装置」による粗面物体の
屈折率の推定方法では、構成する微小鏡面の面積が光源
の波長に比べて十分に大きい場合で、かつ均一な性状を
有する試料にのみ適用できるものである。従って、屈折
率が未知であること、また物体の表面性状は全面にわた
って均一であることは限らないことで、鏡面光沢度を物
体の表面性状から定量的に予測することはできなかっ
た。
In the method of estimating the refractive index of a rough surface object by the "refractive index measuring method and measuring device" disclosed in Patent Document 1, the area of the minute mirror surface to be formed is smaller than the wavelength of the light source. It can be applied only to a sample having a sufficiently large size and uniform properties. Therefore, since the refractive index is unknown and the surface properties of the object are not always uniform over the entire surface, the specular glossiness cannot be quantitatively predicted from the surface properties of the object.

【0006】本発明は、かかる問題に鑑みてなされたも
のであり、物体性状の不均一性を考慮しつつ、試料の屈
折率が未知の場合には、試料表面の屈折率を推定し、試
料の表面構造及び推定された屈折率から鏡面光沢度を定
量的に推定し、印刷面などの光沢に関する解析を可能と
する鏡面光沢度予測方法及び鏡面光沢度予測装置を提供
することを目的とする。
The present invention has been made in view of the above problem, and when the refractive index of the sample is unknown, the refractive index of the sample surface is estimated by considering the non-uniformity of the physical properties of the sample, It is an object of the present invention to provide a specular glossiness prediction method and a specular glossiness prediction device capable of quantitatively estimating the specular glossiness from the surface structure of the sheet and the estimated refractive index and analyzing the glossiness of the printing surface and the like. .

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は、第1の態様として、試料表面の三次元構
造を測定して高さ分布データを取得し、当該高さ分布デ
ータを基に表面形状パラメータを抽出するステップと、
一次元変角反射率分布を計測し、一次元変角反射率実測
データを取得するステップと、表面形状パラメータ及び
一次元変角反射率分布データを基に、試料表面の実効屈
折率を取得するステップと、表面形状パラメータ及び実
効屈折率とに基づいて、鏡面光沢度を算出するステップ
とを有することを特徴とする鏡面光沢度予測方法を提供
するものである。上記本発明の第1の態様において、試
料表面の所定の領域内の所定の箇所近傍の高さ分布デー
タへ傾斜補正を施して得られる局所高さ分布データに基
づいて、表面形状パラメータを抽出することが好まし
い。これに加えて、所定の箇所近傍の可視波長領域の波
長の2倍ないし4倍のサイズを有する領域の高さ分布デ
ータに基づいて表面形状パラメータを抽出することがさ
らに好ましい。これにより、光源の波長領域における反
射特性に作用するような試料表面の三次元構造の有効な
特徴量(表面形状パラメータ)を抽出することが可能と
なる。また、より精度が高い表面形状パラメータを得る
ことができる。
In order to achieve the above object, the first aspect of the present invention is to measure the three-dimensional structure of a sample surface to obtain height distribution data, and to obtain the height distribution data. Extracting surface shape parameters based on
The step of measuring the one-dimensional gonio-reflectance distribution and acquiring the one-dimensional gonio-reflectance actual measurement data, and acquiring the effective refractive index of the sample surface based on the surface shape parameter and the one-dimensional gonio-reflectance distribution data There is provided a specular glossiness prediction method comprising: a step; and a step of calculating a specular glossiness based on a surface shape parameter and an effective refractive index. In the first aspect of the present invention, the surface shape parameter is extracted based on the local height distribution data obtained by performing the inclination correction on the height distribution data in the vicinity of a predetermined position within a predetermined region of the sample surface. It is preferable. In addition to this, it is more preferable to extract the surface shape parameter based on height distribution data of a region having a size of 2 to 4 times the wavelength of the visible wavelength region near a predetermined location. This makes it possible to extract an effective feature amount (surface shape parameter) of the three-dimensional structure of the sample surface that affects the reflection characteristics in the wavelength region of the light source. Further, it is possible to obtain a more accurate surface shape parameter.

【0008】また、上記本発明の第1の態様において、
一次元変角反射率分布を計測して一次元変角反射率分布
実測データを取得し、表面形状パラメータに基づいて一
次元変角反射率分布データを取得し、一次元変角反射率
分布実測データと一次元変角反射率分布データとに基づ
いて実効屈折率を取得することが好ましい。これに加え
て、高さ分布データを複数の領域に分割し、それぞれの
領域に対して抽出された表面形状パラメータ及び屈折率
に応じて定まる変角反射分布関数に基づいて、一次元変
角反射率分布データを取得することがさらに好ましい。
一次元変角反射率分布データの計算値と一次元反射率分
布の実測データとを比較して実効屈折率を最適化するこ
とによって、屈折率が未知の試料に対しても実効屈折率
の推定が可能となる。また、例えば、分割した高さ分布
データに基づいて一次元変角反射率を計算し最後に平均
することで、表面性状が不均一な試料においても鏡面光
沢度を一次元変角反射率データを推定可能となる。
Further, in the above first aspect of the present invention,
Measures the one-dimensional gonio-reflectance distribution and acquires the one-dimensional gonio-reflectance distribution measurement data, acquires the one-dimensional gonio-reflectance distribution data based on the surface shape parameters, and measures the one-dimensional gonio-reflectance distribution measurement. It is preferable to acquire the effective refractive index based on the data and the one-dimensional variable-angle reflectance distribution data. In addition to this, the height distribution data is divided into a plurality of regions, and the one-dimensional goniogonal reflection is calculated based on the goniogonal reflection distribution function determined according to the surface shape parameter and the refractive index extracted for each region. More preferably, the rate distribution data is acquired.
By estimating the effective refractive index by comparing the calculated values of the one-dimensional variable-angle reflectance distribution data with the measured data of the one-dimensional reflectance distribution, the effective refractive index can be estimated even for a sample with an unknown refractive index. Is possible. In addition, for example, by calculating the one-dimensional gonio-reflectance based on the divided height distribution data and finally averaging it, the specular glossiness of the sample with non-uniform surface texture can be calculated using the one-dimensional gonio-reflectance data. It can be estimated.

【0009】また、上記本発明の第1態様において、一
次元変角反射率分布を計測して一次元変角反射率分布実
測データを取得し、屈折率によって定まるフレネル反射
率関数及び複数のパラメータ変数を有する形状分布関数
の積で表される変角反射率分布関数に基づく一次元変角
反射率分布データと、一次元変角反射率分布データとに
基づいてパラメータ変数の数値を定め、確定されたパラ
メータ変数の数値が適用された形状分布関数に基づいて
実効屈折率を取得することが好ましい。一次元変角反射
率分布データの計算値と一次元反射率分布の実測データ
とを比較して実効屈折率を最適化することによって、屈
折率が未知の試料に対しても実効屈折率の推定が可能と
なる。
In the first aspect of the present invention, the one-dimensional variable-angle reflectance distribution is measured to obtain the one-dimensional variable-angle reflectance distribution actual measurement data, and the Fresnel reflectance function and a plurality of parameters determined by the refractive index are obtained. The numerical value of the parameter variable is determined and determined based on the one-dimensional gonio-reflectance distribution data based on the gonio-reflectance distribution function represented by the product of the shape distribution functions having variables and the one-dimensional gonio-reflectance distribution data. It is preferable to obtain the effective refractive index based on the shape distribution function to which the numerical values of the parameter parameters are applied. By estimating the effective refractive index by comparing the calculated values of the one-dimensional variable-angle reflectance distribution data with the measured data of the one-dimensional reflectance distribution, the effective refractive index can be estimated even for a sample with an unknown refractive index. Is possible.

【0010】また、上記本発明の第1の態様において、
所定の開き角の入射光束を所定の入射角で光源から試料
表面へ入射することによって試料表面において鏡面反射
方向へ反射され所定の開き角内に補足される受光光束の
光量を、実効屈折率又は所定の屈折率と、表面形状パラ
メータ及び当該表面形状パラメータに応じて定まる変角
反射分布関数とに基づいて取得し、入射光束の光量と受
光光束の光量とに基づいて鏡面光沢度取得することが好
ましい。これに加えて、高さ分布データを複数の領域に
分割し、それぞれの領域に対して抽出された表面形状パ
ラメータに基づいて鏡面光沢度を取得することがさらに
好ましい。分割した高さ分布データに基づいて鏡面光沢
度を算出し最後に平均することで、表面性状が不均一な
試料においても鏡面光沢度を定量的に推定可能となる。
Further, in the above first aspect of the present invention,
The incident light flux having a predetermined aperture angle is incident on the sample surface from the light source at a predetermined incident angle, and is reflected by the sample surface in the specular reflection direction to be captured within the predetermined aperture angle. It is possible to obtain a predetermined refractive index and a surface shape parameter and a variable-angle reflection distribution function determined according to the surface shape parameter, and obtain a specular glossiness based on the light quantity of the incident light flux and the light quantity of the received light flux. preferable. In addition to this, it is more preferable to divide the height distribution data into a plurality of regions and acquire the specular glossiness based on the surface shape parameter extracted for each region. By calculating the specular glossiness based on the divided height distribution data and finally averaging the specular glossiness, it is possible to quantitatively estimate the specular glossiness even for a sample having a non-uniform surface texture.

【0011】また、上記目的を達成するため、本発明
は、第2の態様として、試料表面の三次元構造を測定し
高さ分布データを出力する高さ分布計測手段と、高さ分
布データを基に、表面形状パラメータを抽出する表面形
状パラメータ抽出手段と、一次元変角反射率分布を計測
する一次変角反射率分布計測手段と、実効屈折率を取得
する実効屈折率取得手段と、鏡面光沢度を取得する鏡面
光沢度取得手段とを有することを特徴とする鏡面光沢度
予測装置を提供するものである。本発明の第2の態様に
おいて、表面形状パラメータ抽出手段は、試料表面の所
定の領域内の所定の箇所近傍の高さ分布データへ傾斜補
正を施して得られる局所高さ分布データに基づいて、表
面形状パラメータを抽出することが好ましい。これに加
えて、表面形状抽出手段は、所定の箇所近傍の可視波長
領域の波長の2倍ないし4倍のサイズを有する領域の高
さ分布データに基づいて表面形状パラメータを抽出する
ことがさらに好ましい。これにより、光源の波長領域に
おける反射特性に作用するような試料表面の三次元構造
の有効な特徴量(表面形状パラメータ)を抽出すること
が可能となる。また、より精度が高い表面形状パラメー
タを得ることができる。
In order to achieve the above object, as a second aspect of the present invention, a height distribution measuring means for measuring a three-dimensional structure of a sample surface and outputting height distribution data, and height distribution data are provided. Based on the surface shape parameter extraction means for extracting the surface shape parameter, a primary gonioreflectance distribution measuring means for measuring the one-dimensional gonioreflectance distribution, an effective refractive index acquisition means for acquiring the effective refractive index, and a mirror surface. A specular glossiness predicting apparatus having a specular glossiness acquisition means for acquiring glossiness. In the second aspect of the present invention, the surface shape parameter extraction means, based on the local height distribution data obtained by performing inclination correction on the height distribution data in the vicinity of a predetermined position in a predetermined region of the sample surface, It is preferable to extract the surface shape parameters. In addition to this, it is more preferable that the surface shape extraction means extracts the surface shape parameter based on height distribution data of a region having a size of 2 to 4 times the wavelength of the visible wavelength region near a predetermined location. . This makes it possible to extract an effective feature amount (surface shape parameter) of the three-dimensional structure of the sample surface that affects the reflection characteristics in the wavelength region of the light source. Further, it is possible to obtain a more accurate surface shape parameter.

【0012】また、本発明の第2の態様において、実効
屈折率取得手段は、一次元変角反射率分布データを算出
する一次元変角反射率分布データ算出手段及び一次元変
角反射率データを実測して取得する一次元変角反射率分
布手段とを備え、表面形状パラメータ抽出手段によって
算出された表面形状パラメータを一次元変角反射率分布
データ算出手段へ適用して得られる一次元変角反射率デ
ータと、一次元変角反射率分布手段が取得した一次元変
角反射率分布実測データとに基づいて実効屈折率を取得
することが好ましい。これに加えて、一次元変角反射率
分布データ算出手段は、高さ分布データを複数の領域に
分割し、それぞれの領域に対して抽出された表面形状パ
ラメータ及び屈折率の値に応じて定まる変角反射率分布
関数とに基づいて変角反射率分布データを算出すること
がさらに好ましい。一次元変角反射率分布データの計算
値と一次元反射率分布の実測データとを比較して実効屈
折率を最適化することによって、屈折率が未知の試料に
対しても実効屈折率の推定が可能となる。また、例え
ば、分割した高さ分布データに基づいて一次元変角反射
率を計算し最後に平均することで、表面性状が不均一な
試料においても鏡面光沢度を一次元変角反射率データを
推定可能となる。
In the second aspect of the present invention, the effective refractive index acquisition means is a one-dimensional variable angle reflectance distribution data calculating means for calculating the one-dimensional variable angle reflectance distribution data and the one-dimensional variable angle reflectance data. And a one-dimensional variable reflectance distribution means for measuring and obtaining the one-dimensional variable reflectance obtained by applying the surface shape parameter calculated by the surface shape parameter extracting means to the one-dimensional variable reflectance distribution data calculating means. It is preferable to acquire the effective refractive index based on the angular reflectance data and the one-dimensional variable angle reflectance distribution actual measurement data acquired by the one-dimensional variable angle reflectance distribution means. In addition to this, the one-dimensional gonio-reflectance distribution data calculation means divides the height distribution data into a plurality of areas, and is determined according to the surface shape parameter and the refractive index value extracted for each area. More preferably, the gonio reflectance distribution data is calculated based on the gonio reflectance distribution function. By estimating the effective refractive index by comparing the calculated values of the one-dimensional variable-angle reflectance distribution data with the measured data of the one-dimensional reflectance distribution, the effective refractive index can be estimated even for a sample with an unknown refractive index. Is possible. In addition, for example, by calculating the one-dimensional gonio-reflectance based on the divided height distribution data and finally averaging it, the specular glossiness of the sample with non-uniform surface texture can be calculated using the one-dimensional gonio-reflectance data. It can be estimated.

【0013】また、本発明の第2の態様において、実効
屈折率取得手段は、一次元変角反射率分布データを実測
して取得し、屈折率によって定まるフレネル反射率関数
及び複数のパラメータ変数を有する形状分布関数の積で
表される変角反射率分布関数に基づく一次元変角反射率
分布データと、一次元変角反射率分布データとに基づい
てパラメータ変数の数値を定め、確定されたパラメータ
変数の数値が適用された形状分布関数に基づいて実効屈
折率を取得することが好ましい。一次元変角反射率分布
データの計算値と一次元反射率分布の実測データとを比
較して実効屈折率を最適化することによって、屈折率が
未知の試料に対しても実効屈折率の推定が可能となる。
Further, in the second aspect of the present invention, the effective refractive index acquiring means actually measures and acquires the one-dimensional gonioreflectance distribution data, and obtains the Fresnel reflectance function and a plurality of parameter variables determined by the refractive index. The numerical values of the parameter variables were determined and determined based on the one-dimensional gonio-reflectance distribution data based on the gonio-reflectance distribution function represented by the product of the shape distribution functions and the one-dimensional gonio-reflectance distribution data. It is preferable to obtain the effective refractive index based on the shape distribution function to which the numerical value of the parameter variable is applied. By estimating the effective refractive index by comparing the calculated values of the one-dimensional variable-angle reflectance distribution data with the measured data of the one-dimensional reflectance distribution, the effective refractive index can be estimated even for a sample with an unknown refractive index. Is possible.

【0014】また、本発明の第2の態様において、鏡面
光沢度取得手段は、所定の開き角の入射光束を所定の入
射角で光源から試料表面へ入射することによって試料表
面において鏡面反射方向へ反射され所定の開き角内に補
足される受光光束の光量を、実効屈折率又は所定の屈折
率と、表面形状パラメータ及び当該表面形状パラメータ
に応じて定まる変角反射分布関数とに基づいて取得し、
入射光束の光量と受光光束の光量とに基づいて鏡面光沢
度取得することが好ましい。これに加えて、鏡面光沢度
取得手段は、高さ分布データを複数の領域に分割し、そ
れぞれの領域に対して抽出された表面形状パラメータに
基づいて鏡面光沢度を取得することがさらに好ましい。
分割した高さ分布データに基づいて鏡面光沢度を算出し
最後に平均することで、表面性状が不均一な試料におい
ても鏡面光沢度を定量的に推定可能となる。
Further, in the second aspect of the present invention, the specular glossiness acquiring means causes an incident light beam having a predetermined opening angle to be incident on the sample surface from the light source at a predetermined incident angle in a specular reflection direction on the sample surface. The light quantity of the received light flux reflected and captured within the predetermined opening angle is obtained based on the effective refractive index or the predetermined refractive index, and the surface shape parameter and the variable-angle reflection distribution function determined according to the surface shape parameter. ,
It is preferable to acquire the specular glossiness based on the light quantity of the incident light flux and the light quantity of the received light flux. In addition to this, it is further preferable that the specular glossiness acquisition unit divides the height distribution data into a plurality of regions and acquires the specular glossiness based on the surface shape parameters extracted for each region.
By calculating the specular glossiness based on the divided height distribution data and finally averaging the specular glossiness, it is possible to quantitatively estimate the specular glossiness even for a sample having a non-uniform surface texture.

【0015】また、試料表面の三次元構造を測定して高
さ分布データを取得し、当該高さ分布データに基づき表
面形状パラメータを抽出し、抽出した表面形状パラメー
タおよび所定の実効屈折率とに基づいて、鏡面光沢度を
算出しても良い。
Further, the three-dimensional structure of the sample surface is measured to obtain height distribution data, surface shape parameters are extracted based on the height distribution data, and the extracted surface shape parameters and a predetermined effective refractive index are obtained. The specular glossiness may be calculated based on this.

【0016】この表面形状パラメータを抽出するとき、
所定サイズに分割した複数のブロックの高さ分布データ
を基に所定の条件により各ブロック毎に表面形状パラメ
ータを抽出して、表面性状が不均一な試料においても鏡
面光沢度を定量的に推定可能とする。
When extracting this surface shape parameter,
Surface specular parameters can be extracted for each block under predetermined conditions based on the height distribution data of multiple blocks divided into predetermined sizes, and specular gloss can be quantitatively estimated even for samples with non-uniform surface properties. And

【0017】さらに、表面形状パラメータを、所定のブ
ロックサイズを有する領域内の高さデータに関する標準
偏差であるRMS表面粗さと、所定のブロックサイズを
有する領域内の各座標の周囲の近傍領域サイズの高さ分
布データにフィットする平面の勾配分布に関する二乗平
均平方根であるRMS勾配の組から構成し、鏡面光沢度
を算出することが望ましい。
Further, the surface shape parameters are the RMS surface roughness which is the standard deviation of the height data in the area having the predetermined block size, and the neighboring area size around each coordinate in the area having the predetermined block size. It is desirable that the specular glossiness be calculated by using a set of RMS gradients that are root mean squares regarding a gradient distribution on a plane that fits the height distribution data.

【0018】また、表面光沢度を算出するとき、所定の
数値範囲及び所定の刻み幅で表面形状パラメータと実効
屈折率を付与して算出された鏡面光沢度をデータとする
ルックアップテーブルの参照値に基づいて、表面形状パ
ラメータと実効屈折率に対する鏡面光沢度を取得すると
良い。
Further, when calculating the surface glossiness, a reference value of a look-up table which uses as data the specular glossiness calculated by adding the surface shape parameter and the effective refractive index in a predetermined numerical value range and a predetermined step size. Based on, the surface shape parameter and the specular gloss for the effective refractive index may be acquired.

【0019】さらに、ブロックサイズと近傍領域サイズ
及び実効屈折率は、複数の試料に対して算出された鏡面
光沢度と、同じ複数の試料に対して測定された鏡面光沢
度とに基づいて、最適なブロックサイズと近傍領域サイ
ズ及び実効屈折率を取得すると良い。
Furthermore, the block size, the neighborhood area size, and the effective refractive index are optimized based on the specular glossiness calculated for a plurality of samples and the specular glossiness measured for the same plurality of samples. It is advisable to acquire a specific block size, neighboring region size, and effective refractive index.

【0020】[0020]

【発明の実施の形態】本発明を好適に実施した第1の実
施形態について説明する。図1に、本発明による鏡面光
沢度予測方法の処理の流れの一例を示す。まず、試料表
面の三次元構造を測定して高さ分布データを測定する
(ステップS1)。次に、高さ分布データから表面形状
パラメータを抽出する(ステップS2)。続いて、一次
元変角反射率分布を計測して一次元変角反射率分布実測
データを求めて、屈折率データがあるか否かを判断する
(ステップS3)。試料の屈折率データが存在しない場
合(ステップS3/データなし)、表面形状パラメータ
及び一次元変角反射率分布データを求め(ステップS
4)、試料表面の実効屈折率を抽出する(ステップS
5)。その後、表面形状パラメータ及び実効屈折率に基
づいて鏡面光沢度を求める(ステップS6)。一方、試
料の屈折率データが存在する場合は(ステップS3/デ
ータあり)、既知の屈折率データ及び表面形状パラメー
タに基づいて鏡面光沢度を求める(ステップS6)。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION A first embodiment in which the present invention is preferably implemented will be described. FIG. 1 shows an example of the processing flow of the specular glossiness prediction method according to the present invention. First, the three-dimensional structure of the sample surface is measured to measure height distribution data (step S1). Next, the surface shape parameter is extracted from the height distribution data (step S2). Subsequently, the one-dimensional variable angle reflectance distribution is measured to obtain one-dimensional variable angle reflectance distribution actual measurement data, and it is determined whether or not there is refractive index data (step S3). When the refractive index data of the sample does not exist (step S3 / no data), surface shape parameters and one-dimensional gonioreflectance distribution data are obtained (step S3).
4) Extract the effective refractive index of the sample surface (step S
5). Then, the specular glossiness is obtained based on the surface shape parameter and the effective refractive index (step S6). On the other hand, when the refractive index data of the sample exists (step S3 / with data), the specular glossiness is calculated based on the known refractive index data and the surface shape parameter (step S6).

【0021】ここで、図1に示した一連の処理中に用い
られる変角反射率分布関数モデルについて説明する。変
角反射率分布関数としては、例えば、beckmannによる粗
面散乱理論から導かれ、後に改良された変角反射率分布
関数を適用できる。これは、光源の波長、表面構造の特
徴量である一対の表面形状パラメータとしてRMS表面
粗さと勾配のRMSの組、またはRMS表面粗さと自己
相関長さの組、入射角、反射角(観測位置方向への角
度)及び屈折率をパラメータとする関数である。具体的
には、粗面の統計的性質を考慮したフレネル反射率と、
粗面によるコヒーレンシーの減衰を表す散乱計数と、シ
ャドウイングによる減衰率の減衰要因との積で表現され
る。なお、この関数は、微小鏡面の面積が光源の波長と
同等かそれ以下のスケールにも適用できる。無偏向な光
源の場合、この関数は、式(1)で示される。
Here, the variable angle reflectance distribution function model used during the series of processing shown in FIG. 1 will be described. As the variable-angle reflectance distribution function, for example, a variable-angle reflectance distribution function which is derived from the rough surface scattering theory by beckmann and is improved later can be applied. This is a combination of RMS surface roughness and gradient RMS as a pair of surface shape parameters that are the wavelength of the light source and the feature amount of the surface structure, or a combination of RMS surface roughness and autocorrelation length, incident angle, reflection angle (observation position). It is a function with the angle to the direction) and the refractive index as parameters. Specifically, the Fresnel reflectance considering the statistical properties of the rough surface,
It is expressed by the product of the scattering coefficient, which represents the attenuation of coherency due to the rough surface, and the attenuation factor of the attenuation rate due to shadowing. This function can also be applied to a scale in which the area of the micro mirror surface is equal to or smaller than the wavelength of the light source. For an unpolarized light source, this function is shown in equation (1).

【0022】[0022]

【数1】 [Equation 1]

【0023】この式において、ρは[1/Sr]の単位
(Sr:ステラジアン)を有する反射率である。Fは、
試料の平均的な平面に対するフレネル反射率である。F
とGとの積は、入射光ベクトルと観測方向ベクトルの二
分角方向に法線が向いている微小反射面に関する反射率
を表す。Dは、微小反射面がガウス分布に従って構成さ
れる場合の散乱係数で、表面の凹凸によって光源の位相
が乱されることによるコヒーレンス減衰を示す。Sは、
シャドウイング関数で、Smith (IEEE Transcations on
Antenas and Propergation,AP15(5),1967,668-671)に
よって改良された関数を用いる。シャドウイング関数
は、入射角度又は観測位置の角度が、垂直に近い角度で
ほぼ1となる関数であり、20度鏡面光沢度を近似によ
って算出する場合は定数1で置き換えることができる。
以降、変角反射率分布関数をRで示し、表面形状パラメ
ータをfで示す。なお、変角反射率分布関数のその他の
例としては、Torrance-Sparrowモデル[Torance and Sp
arrow:Journal of the Optical Society of America,57
(1967)1105-1114 ]、Cook-Torransceモデル[ACM Tran
scation on Graphics,1(1982)7-24 ]など、物体の表面
形状を特徴づけるパラメータを必要とする反射モデルで
あれば、近似して適用することが可能である。
In this equation, ρ is a reflectance having a unit of [1 / Sr] (Sr: steradian). F is
It is the Fresnel reflectance for the average plane of the sample. F
The product of G and G represents the reflectance of the minute reflecting surface whose normal line is oriented in the dichotomous direction of the incident light vector and the observation direction vector. D is a scattering coefficient in the case where the minute reflection surface is formed according to a Gaussian distribution, and shows coherence attenuation due to the phase of the light source being disturbed by the unevenness of the surface. S is
The shadowing function, Smith (IEEE Transcations on
Antenas and Propergation, AP15 (5), 1967, 668-671). The shadowing function is a function in which the incident angle or the angle of the observation position becomes approximately 1 at an angle close to vertical, and can be replaced with a constant 1 when the 20-degree specular gloss is calculated by approximation.
Hereinafter, the variable-angle reflectance distribution function is indicated by R, and the surface shape parameter is indicated by f. As another example of the variable-angle reflectance distribution function, a Torrance-Sparrow model [Torance and Sp
arrow: Journal of the Optical Society of America, 57
(1967) 1105-1114], Cook-Torransce model [ACM Tran
Scatter on Graphics, 1 (1982) 7-24], etc., it is possible to approximate and apply any reflection model that requires parameters that characterize the surface shape of an object.

【0024】表面形状パラメータを抽出する処理につい
て説明する。レーザ顕微鏡などの三次元形状測定装置に
より、試料表面の三次元構造を測定し、高さ分布データ
を多階調画像データ又はその画像データから抽出した配
列データとして得る。試料面が一様な統計性を有する場
合、高さ分布はガウス分布、勾配分布はレイリー分布に
近い分布が得られる。光沢に関する長さのスケールは光
源の波長前後となるため、深度(高さ)方向の分解能
は、後述の鏡面光沢度の計算で想定する光源の波長域の
1/4よりも小さくなるようにする(例えば0.05μ
m)。横倍率は、高さ分布データの隣接するデータ要素
間の実スケールが少なくとも光源の波長以下となるよう
な条件とする。例えば、高さ分布スケールが1024×
768の矩形データ要素で構成される場合、長辺の実ス
ケールが300μmとなるような倍率設定を行えば、隣
接するデータ要素間の実スケール間隔は約0.3μmと
なり、条件を満たす。
The process of extracting the surface shape parameter will be described. A three-dimensional shape measuring device such as a laser microscope is used to measure the three-dimensional structure of the sample surface, and height distribution data is obtained as multi-tone image data or array data extracted from the image data. When the sample surface has uniform statistical properties, a Gaussian distribution is obtained for the height distribution and a Rayleigh distribution is obtained for the gradient distribution. Since the length scale for glossiness is around the wavelength of the light source, the resolution in the depth (height) direction should be smaller than 1/4 of the wavelength range of the light source assumed in the calculation of specular glossiness described later. (For example, 0.05μ
m). The lateral magnification is set so that the actual scale between adjacent data elements of the height distribution data is at least the wavelength of the light source or less. For example, the height distribution scale is 1024 ×
In the case of the 768 rectangular data elements, if the magnification is set so that the actual scale of the long side is 300 μm, the actual scale interval between adjacent data elements will be about 0.3 μm, which satisfies the condition.

【0025】変角反射率分布関数における表面形状パラ
メータfがRMS表面粗さσ0 及びRMS勾配μの場合
を例として、単一領域内での高さ分布データから表面形
状パラメータfを一組算出する方法について、図2に示
すフローチャートを用いて説明する。高さ分布データ全
体の前処理として、三次元形状計測装置の性質に依存す
るノイズ除去や領域全体に対する傾斜補正のなどの前処
理を施す(ステップS21)。表面形状パラメータの抽
出対象となる領域内の各点(x,y)の周囲におけるデ
ータ要素のN×Nデータ要素近傍の高さデータにフィッ
トする平面を求めることによって局所傾斜補正を施す
(ステップS22)。次に、局所的なRMS表面粗さ及
び局所的勾配を求める(ステップS23)。ステップS
22及びステップS23を所定数繰り返し実行したの
ち、局所的なRMS表面粗さの領域全体での平均値を算
出してRMS表面粗さσ0 を、局所的RMS勾配の領域
全体での平均値を算出してRMS勾配μを求める(ステ
ップS24)。上記表面形状パラメータ抽出方法によっ
て、試料表面の表面形状パラメータを精度良く抽出する
ことが可能となる。
A set of surface shape parameters f is calculated from the height distribution data in a single region, taking the case where the surface shape parameter f in the variable angle reflectance distribution function is RMS surface roughness σ 0 and RMS gradient μ as an example. A method for doing so will be described with reference to the flowchart shown in FIG. As preprocessing of the entire height distribution data, preprocessing such as noise removal depending on the properties of the three-dimensional shape measuring apparatus and inclination correction for the entire area is performed (step S21). The local inclination correction is performed by obtaining a plane that fits the height data near the N × N data element of the data element around each point (x, y) in the area where the surface shape parameter is to be extracted (step S22). ). Next, the local RMS surface roughness and the local gradient are obtained (step S23). Step S
22 and step S23 are repeated a predetermined number of times, and then the average value of the local RMS surface roughness in the entire region is calculated to obtain the RMS surface roughness σ 0 , and the average value of the local RMS gradient in the entire region is calculated. The RMS slope μ is calculated and calculated (step S24). The surface shape parameter extraction method described above makes it possible to accurately extract the surface shape parameter of the sample surface.

【0026】局所的傾斜補正を施す対象の近傍領域の実
サイズを、光源に用いる波長の2倍ないし4倍とする効
果について説明する。例えば、光源の波長を550nm
の場合に近傍領域の実サイズを1.5μmに設定する
と、高さ分布データの隣接データ要素間の実スケールが
0.3μmの時にはN×Nデータ要素近傍のサイズとし
てN=5とすればよい。RMS表面粗さ(σ0 )の定義
に従うと、極端な場合は、局所的には光学的に滑らかな
曲面でも大きなうねり構造や段差などをなしているとき
には、光源の波長に比べ過剰に大きい値が得られること
がある。しかし、近傍領域のサイズを上記条件に設定し
て表面形状のパラメータを抽出すれば、有効な値を得る
ことが可能となる。
The effect of making the actual size of the region near the target for the local inclination correction twice or four times the wavelength used for the light source will be described. For example, if the wavelength of the light source is 550 nm
In this case, if the actual size of the neighborhood area is set to 1.5 μm, when the actual scale between adjacent data elements of the height distribution data is 0.3 μm, the size of the neighborhood of N × N data elements should be N = 5. . According to the definition of RMS surface roughness (σ 0 ), in an extreme case, when a locally optically smooth curved surface has a large waviness structure or a step, an excessively large value compared with the wavelength of the light source. May be obtained. However, if the size of the neighboring region is set to the above condition and the parameters of the surface shape are extracted, an effective value can be obtained.

【0027】実効屈折率を抽出する処理の一例を図3の
フローチャートを用いて説明する。変角反射率分布を測
定可能な変角反射率分布計測装置(拡散分布率計やBR
DF測定装置など)によって、与えられた入射角度、例
えば60度鏡面光沢を求める場合には、60度の入射角
度に対し、反射角を一次元的に走査して得られる一次元
反射光強度分布データRmeas(θr )を得る(ステ
ップS31)。未知の屈折率に対し、例えば、1.2を
初期値として与え(ステップS32)、既知の表面形状
パラメータfに対して、後述する一次元変角反射率分布
データの算出方法によって一次元変角反射率分布データ
calc(θr )を所定の反射角の間隔、例えば1度間隔
で求める(ステップS33)。これを、計測によって得
られた一次元変角反射強度分布データRmeas(θr )と
比較する(ステップS34)。Rmeas(θr )とRcalc
(θr )が一致したと判断されなかった場合(ステップ
S34/不一致)、屈折率を再設定し(ステップS3
5)、ステップS33に進む。一方、Rmeas(θr )と
calc(θr )とが一致した場合は(ステップS34/
一致)、現在の屈折率を実効屈折率として出力し(ステ
ップS36)、処理を終了する。
An example of processing for extracting the effective refractive index will be described with reference to the flowchart of FIG. Bending angle reflectance distribution measuring device (diffusion rate meter or BR
When a given incident angle, for example, a specular gloss of 60 degrees is obtained by a DF measuring device), a one-dimensional reflected light intensity distribution obtained by one-dimensionally scanning the reflection angle with respect to the incident angle of 60 degrees. The data R measr ) is obtained (step S31). For example, 1.2 is given as an initial value to the unknown refractive index (step S32), and the known surface shape parameter f is subjected to the one-dimensional variable angle by the calculation method of the one-dimensional variable angle reflectance distribution data described later. The reflectance distribution data R calcr ) is obtained at intervals of a predetermined reflection angle, for example, at intervals of 1 degree (step S33). This is compared with the one-dimensional variable angle reflection intensity distribution data R measr ) obtained by the measurement (step S34). R measr ) and R calc
If it is not determined that (θ r ) matches (step S34 / mismatch), the refractive index is reset (step S3).
5) and proceeds to step S33. On the other hand, if R measr ) and R calcr ) match (step S34 /
Matching), the current refractive index is output as the effective refractive index (step S36), and the process ends.

【0028】なお、Rmeas(θr )とRcalc(θr )と
の一致を判断する基準としては、例えば、各反射角に対
する一次元変角反射率分布データ間の差の二乗和を極小
にするという条件として、未知の屈折率の決定にはマル
カート法などの最適化法を適用すればよい。ただし、算
出された実効屈折率が、物体が有する屈折率の常識的な
値として予め設定された範囲を外れた場合は、エラーメ
ッセージを出力して処理を全て終了するか、予めデフォ
ルトとして設定された屈折率の値を仮の実効屈折率とす
るようにしてもよい。
As a criterion for determining the coincidence between R measr ) and R calcr ), for example, the sum of squares of the differences between the one-dimensional variable angle reflectance distribution data for each reflection angle is minimized. To determine the unknown refractive index, an optimization method such as the Marquardt method may be applied. However, if the calculated effective refractive index is out of the preset range as the common sense value of the refractive index of the object, an error message is output and all the processes are terminated, or the default value is preset as a default. Alternatively, the value of the refractive index may be a temporary effective refractive index.

【0029】一次元変角反射率分布データを算出する処
理の一例について、図4に示すフローチャートを用いて
説明する。与えられた高さ分布データの領域Aを互いに
重複しないm領域に分割して、分割領域A(k)(k=
1〜m)を得る(ステップS41)。例えば、高さデー
タが1024×768のデータサイズで、長辺の実スケ
ールが300μmのとき、8×6個の矩形領域(各々1
28×128(30μm角)の矩形領域)に分割する。
次に、分割領域A(k)についての表面形状パラメータ
f(k)(k=1〜m)を抽出する(ステップS4
2)。
An example of processing for calculating the one-dimensional variable-angle reflectance distribution data will be described with reference to the flowchart shown in FIG. The area A of the given height distribution data is divided into m areas which do not overlap each other, and the divided areas A (k) (k =
1 to m) are obtained (step S41). For example, when the height data has a data size of 1024 × 768 and the actual scale of the long side is 300 μm, 8 × 6 rectangular areas (each 1
28 × 128 (30 μm square) rectangular area).
Next, the surface shape parameter f (k) (k = 1 to m) for the divided area A (k) is extracted (step S4).
2).

【0030】続いて、各表面形状パラメータf(k)と
与えられた入射角度(θi 、φi )と実効屈折率nef
fとをパラメータとする変角反射率分布関数、 R(θ,φ,θ,φ,f(k),neff,
λ) φi =180°、φr =0° を角度ステップΔθで反射率θrを変化させた一次元変
角反射率データ、 Rk (θj )=R(θi ,φi ,θr =θj ,φr ,f
(k),neff,λ) (k=1〜m、θj =jΔθ) を求める(ステップS43)。
Subsequently, each surface shape parameter f (k), given incident angle (θ i , φ i ) and effective refractive index nef.
The gonioreflectance distribution function with f and f as parameters, R (θ i , φ i , θ r , φ r , f (k), neff,
λ) φ i = 180 °, φ r = 0 °, one-dimensional gonio-reflectance data in which the reflectance θ r is changed at an angle step Δθ, R kj ) = R (θ i , φ i , θ r = θ j , φ r , f
(K), neff, λ) (k = 1 to m , θ j = jΔθ) is calculated (step S43).

【0031】そして、領域全体で角度ごとの相加平均を
式(2)によって算出し、ステップS44)、試料面の
一次元変角反射率分布データR(θj )として出力する
(ステップS45)。
Then, the arithmetic mean for each angle in the entire region is calculated by the equation (2), and is output as step S44) and the one-dimensional variable angle reflectance distribution data R (θ j ) of the sample surface (step S45). .

【0032】[0032]

【数2】 [Equation 2]

【0033】上記処理によれば、試料表面の反射特性又
は幾何学的な統計性が一様でない場合に平均化操作を施
すことによって、より精度の高い反射率分布が推定でき
る。
According to the above processing, a more accurate reflectance distribution can be estimated by performing the averaging operation when the reflection characteristics or geometrical statistical properties of the sample surface are not uniform.

【0034】実効屈折率を抽出する処理の一例について
説明する。一次元変角反射率分布を計測して一次元変角
反射率分布実測データを求める。次に、屈折率をパラメ
ータとするフレネル反射率関数及び複数のパラメータ変
数を有する形状分布関数の積で表される変角反射率分布
関数に基づく一次元変角反射データと、一次元変角反射
率分布実測データとの関係から、形状分布関数に与える
パラメータ変数の数値を求める。さらに、確定した形状
分布関数に基づいて実効屈折率を求める。例えば、特許
文献1による屈折率測定方法に従って、式(3)のフレ
ネル反射率関数F(θ)及び式(4)の形状分布関数G
(φ)を適用する。
An example of processing for extracting the effective refractive index will be described. The one-dimensional variable angle reflectance distribution is measured to obtain the one-dimensional variable angle reflectance distribution measured data. Next, one-dimensional gonio-reflectance data based on the gonio-reflectance distribution function represented by the product of the Fresnel reflectance function having the refractive index as a parameter and the shape distribution function having a plurality of parameter variables The numerical value of the parameter variable given to the shape distribution function is obtained from the relationship with the actual data of the rate distribution. Further, the effective refractive index is obtained based on the determined shape distribution function. For example, according to the refractive index measuring method according to Patent Document 1, the Fresnel reflectance function F (θ) of the formula (3) and the shape distribution function G of the formula (4).
(Φ) is applied.

【0035】[0035]

【数3】 [Equation 3]

【0036】[0036]

【数4】 [Equation 4]

【0037】なお、θは鏡面反射における入射角度及び
反射角度、φは試料面における微小粗面の法線方向の角
度、nは屈折率である。また、gとσは形状分布関数G
(φ)フィッティングパラメータであり、これらによっ
て具体的な形状が決定される。
Here, θ is the incident angle and reflection angle in specular reflection, φ is the angle in the normal direction of the micro rough surface on the sample surface, and n is the refractive index. Further, g and σ are shape distribution functions G
(Φ) Fitting parameter, which determines the specific shape.

【0038】変角反射率分布関数R(θ,φ)を、F
(θ)とG(φ)との積、 R(θ,σ)=F(θ)G(φ) と定義した場合を例に説明する。まず、複数の入射角度
に対する一次元変角反射分布実測データに基づいて、フ
ィッティングパラメータgとσとを求める。次に、gと
σとによって確定させた形状分布関数G(φ)と、変角
反射率分布関数R(θ,φ)と、一次元変角反射率分布
実測データとの関係から、フィッティングによってフレ
ネル反射率関数F(θ)における屈折率を求める。上記
処理によって、表面形状の性状が不明な場合における実
効屈折率を推測可能となる。
The gonioreflectance distribution function R (θ, φ) is given by F
An example will be described in which the product of (θ) and G (φ) is defined as R (θ, σ) = F (θ) G (φ). First, the fitting parameters g and σ are obtained based on the one-dimensional variable angle reflection distribution measurement data for a plurality of incident angles. Next, from the relationship between the shape distribution function G (φ) determined by g and σ, the variable-angle reflectance distribution function R (θ, φ), and the one-dimensional variable-angle reflectance distribution actual measurement data, fitting is performed. The refractive index in the Fresnel reflectance function F (θ) is calculated. By the above processing, the effective refractive index can be estimated when the surface shape is unknown.

【0039】鏡面光沢度を算出する処理の一例について
説明する。図5(a)、(b)、(c)に、JISZ8
741で規定されている鏡面光沢度測定方法における測
定装置における幾何学的条件を示す。光源51から既定
の開き角を有する光源側開口52(AI)を通過した光
束は、レンズ53a,53bによって平行光とされ、試
料面54に到達する。試料面54からの鏡面反射光や拡
散光を含む反射光は、レンズ55によって集光される。
集光された光のうち、既定の開き角を有する受光器側開
口56(AR)を通過した光が受光器57へ到達する。
その際、光源開口52の像がレンズ55によって受光器
側開口56の開口面において、既定の開き角を結像する
ように定められている(図5(b))。例えば、図5
(c)に示すように、60度鏡面光沢度の場合に定めら
れている開口の開き角は、 α1’=0.75±0.10° β1’=2.5±0.1° α2=4.4±0.1° β2=11.7±0.1° である。
An example of processing for calculating the specular gloss will be described. JISZ8 is shown in FIGS. 5 (a), (b), and (c).
The geometrical conditions in the measuring device in the specular glossiness measuring method defined by 741 are shown. The light flux passing from the light source 51 through the light source side opening 52 (AI) having a predetermined opening angle is collimated by the lenses 53 a and 53 b and reaches the sample surface 54. Reflected light including specular reflected light and diffused light from the sample surface 54 is condensed by the lens 55.
Of the collected light, the light that has passed through the light receiver side opening 56 (AR) having a predetermined opening angle reaches the light receiver 57.
At that time, the image of the light source aperture 52 is defined by the lens 55 so as to form a predetermined opening angle on the aperture surface of the light receiver side aperture 56 (FIG. 5B). For example, in FIG.
As shown in (c), the opening angle of the aperture determined in the case of 60-degree specular gloss is α1 ′ = 0.75 ± 0.10 ° β1 ′ = 2.5 ± 0.1 ° α2 = 4.4 ± 0.1 ° β2 = 11.7 ± 0.1 °.

【0040】上記幾何学条件において、受光器57に到
達する光束の光強度を求める方法について説明する。こ
こで、光源側開口部52が張る立体角α1’は十分小さ
いため、光源を発した光束を幅の無い光線によって近似
する。また、受光器側開口56を通過して受光器57へ
到達する光束は、レンズ55を通さずに直接受光器側開
口56へ到達する光束によって近似する。試料面54に
到達する光は、実際には有限の面積を有するため、照射
領域内での位置が異なる散乱光を全て考慮する必要があ
るが、受光器側開口56の開き角α2が小さいことか
ら、試料面54の一点から散乱し、受光器側開口56の
張る立体角で受光器57に到達する光束によって近似す
る。以上の近似のもとで、与えられた一組の形状パラメ
ータと実効屈折率に対する変角反射分布関数R(θ
φ,θ,φ,f,n,λ)に基づき、試料面54
の一点から反射する光束うち受光器側開口56通過する
光束を式(5)に示すように積分することによって、受
光器57で検知される光強度Ps を得る。
A method of obtaining the light intensity of the light flux reaching the light receiver 57 under the above geometric conditions will be described. Here, since the solid angle α1 ′ formed by the light source side opening 52 is sufficiently small, the light beam emitted from the light source is approximated by a light beam having no width. Further, the light flux passing through the light receiver side opening 56 and reaching the light receiver 57 is approximated by the light flux directly reaching the light receiver side opening 56 without passing through the lens 55. Since the light reaching the sample surface 54 actually has a finite area, it is necessary to consider all the scattered light having different positions in the irradiation region, but the opening angle α2 of the light receiver side opening 56 is small. Is approximated by a light beam scattered from one point on the sample surface 54 and reaching the light receiver 57 at a solid angle formed by the light receiver side opening 56. Under the above approximation, the variable-angle reflection distribution function R (θ i , for a given set of shape parameters and effective refractive index,
φ i , θ r , φ r , f, n, λ)
The light intensity P s detected by the light receiver 57 is obtained by integrating the light flux reflected from one point and passing through the light receiver side opening 56 as shown in equation (5).

【0041】[0041]

【数5】 [Equation 5]

【0042】光源51の光強度は任意とし、受光器57
で検出される光強度Psと基準面からの鏡面反射光強度
0sとの関係から、式(6)に示すように所定の入射・
反射角(θ)に対する鏡面光沢度Gs (θ)が得られ
る。
The light intensity of the light source 51 is arbitrary, and the light receiver 57
Based on the relationship between the light intensity Ps detected by (1) and the specular reflection light intensity P 0s from the reference surface, a predetermined incidence
The specular gloss G s (θ) with respect to the reflection angle (θ) is obtained.

【0043】[0043]

【数6】 [Equation 6]

【0044】基準となる鏡面反射率G0s(θ)は、波長
によらない特定の屈折率、具体的には1.567の屈折
率を有するフレネル反射率である。例えば、60度鏡面
光沢の場合は、およそG0s(θ)=0.1である。上記
の処理によって、与えられたサンプルから抽出された一
組の形状パラメータと実効屈折率に対する鏡面反射率と
が得られる。
The reference specular reflectance G 0s (θ) is a Fresnel reflectance having a specific refractive index independent of wavelength, specifically, a refractive index of 1.567. For example, in the case of 60-degree specular gloss, approximately G 0s (θ) = 0.1. The above process yields a set of shape parameters extracted from a given sample and specular reflectance for the effective index of refraction.

【0045】鏡面光沢度を算出する処理の一例につい
て、図6に示すフローチャートを用いて説明する。ま
ず、与えられた高さ分布データの領域Aを互いに重複し
ないn領域に分割して、分割領域A(k)(k=1〜
n)を得る(ステップS61)。次に、分割領域A
(k)についての表面形状パラメータを抽出する(ステ
ップS62)。そして、表面形状パラメータf(n)
(n=1〜m)及び実効屈折率に基づいて鏡面光沢度G
n (θ)を算出する(ステップS63)。そして、式
(7)に示すように相加平均値を算出し(ステップS6
4)、その結果を領域A全体に対して推定された鏡面光
沢度として出力する。
An example of processing for calculating the specular gloss will be described with reference to the flowchart shown in FIG. First, the area A of the given height distribution data is divided into n areas that do not overlap each other, and the divided areas A (k) (k = 1 to
n) is obtained (step S61). Next, the divided area A
The surface shape parameter for (k) is extracted (step S62). Then, the surface shape parameter f (n)
(N = 1 to m) and the specular gloss G based on the effective refractive index
n (θ) is calculated (step S63). Then, the arithmetic mean value is calculated as shown in Expression (7) (step S6).
4) and outputs the result as the specular glossiness estimated for the entire area A.

【0046】[0046]

【数7】 [Equation 7]

【0047】実際の試料面では、1mm四方以下の領域
内でも表面構造は均一ではなく、高さ分布データは必ず
しも理想的ではなく、ガウス分布が重畳した形となるこ
とがある。よって、平均化することで精度のよい鏡面光
沢度の推定値が得られる。なお、一次元変角反射率分布
データを算出する処理と同等の分割領域(図4、ステッ
プS41)に対し表面形状パラメータf(k)を抽出す
る場合には、ステップS42において得られる表面形状
パラメータf(k)をそのまま使用することにより、ス
テップS61及びステップS62の処理を省略できる。
On an actual sample surface, the surface structure is not uniform even within a region of 1 mm square or less, the height distribution data is not always ideal, and Gaussian distribution may be superimposed. Therefore, by averaging, an accurate estimated value of specular gloss can be obtained. When the surface shape parameter f (k) is extracted for the divided area (FIG. 4, step S41) equivalent to the processing for calculating the one-dimensional variable reflectance distribution data, the surface shape parameter obtained in step S42 is used. By using f (k) as it is, the processes of step S61 and step S62 can be omitted.

【0048】図7に、本発明による鏡面光沢度予測装置
の構成および動作時のデータの流れを示す。本発明によ
る鏡面光沢予測装置は、高さ分布計測手段1(例えば、
レーザ顕微鏡、AFM、STMなどの三次元形状測定装
置)、表面形状抽出パラメータ2、実効屈折率抽出手段
3、一次元変角反射率分布計測手段4(例えば、拡散分
布率計やBRDF計測装置などの反射率計測装置)、鏡
面鏡面光沢度算出手段5及び屈折率データ選択手段6を
有する。この鏡面光沢度予測装置が図1のフローの処理
を行う場合の動作について説明する。高さ分布データ計
測手段1によって試料表面の高さ分布データ11を得る
(ステップS1)。高さ分布データ11に基づいて、表
面形状パラメータ抽出手段2によって表面形状パラメー
タ12を求める(ステップS2)。屈折率データ選択手
段17によって試料の屈折率データが存在するか否かを
判断する(ステップS3)。試料の屈折率が存在する場
合は(ステップS3/データあり)、既知の屈折率デー
タ16及び表面形状パラメータ12に基づき、鏡面光沢
度算出手段5によって鏡面光沢度15を算出して処理を
終了する(ステップS6)。一方、屈折率データが存在
しない場合(ステップS3/データなし)、一次元変角
反射分布計測手段4によって、特定の入射角度に関する
一次元変角反射率分布データ14を得る(ステップS
4)。そして、実効屈折率抽出手段3によって、形状パ
ラメータ12及び一次元変角反射率分布データ14に基
づいた実効屈折率13を算出する(ステップS5)。そ
の後、得られた実効屈折率13及び表面形状パラメータ
12に基づいて鏡面光沢度15を算出し(ステップS
6)、処理を終了する。これにより、屈折率が未知の試
料であっても、表面形状パラメータに基づいて推定した
屈折率を用いて鏡面光沢度を推定できる。
FIG. 7 shows the structure of the specular glossiness prediction apparatus according to the present invention and the data flow during operation. The specular gloss predicting apparatus according to the present invention includes a height distribution measuring unit 1 (for example,
Laser microscope, three-dimensional shape measuring device such as AFM and STM), surface shape extraction parameter 2, effective refractive index extracting means 3, one-dimensional gonio-reflectance distribution measuring means 4 (for example, diffusion distribution meter or BRDF measuring device) (Reflectance measuring device), specular specular glossiness calculating means 5 and refractive index data selecting means 6. The operation when the specular glossiness prediction device performs the process of the flow of FIG. 1 will be described. The height distribution data measuring means 1 obtains height distribution data 11 on the sample surface (step S1). The surface shape parameter 12 is obtained by the surface shape parameter extraction means 2 based on the height distribution data 11 (step S2). The refractive index data selecting means 17 determines whether or not the refractive index data of the sample exists (step S3). When the refractive index of the sample exists (step S3 / with data), the specular gloss calculation unit 5 calculates the specular gloss 15 based on the known refractive index data 16 and the surface shape parameter 12, and the process ends. (Step S6). On the other hand, when there is no refractive index data (step S3 / no data), the one-dimensional variable-angle reflectance distribution measuring means 4 obtains the one-dimensional variable-angle reflectance distribution data 14 for a specific incident angle (step S).
4). Then, the effective refractive index extracting unit 3 calculates the effective refractive index 13 based on the shape parameter 12 and the one-dimensional variable angle reflectance distribution data 14 (step S5). Then, the specular gloss 15 is calculated based on the obtained effective refractive index 13 and the surface shape parameter 12 (step S
6), the process ends. As a result, even if the sample has an unknown refractive index, the specular gloss can be estimated using the refractive index estimated based on the surface shape parameter.

【0049】この鏡面光沢度を推定するときに、試料表
面の三次元構造を測定して高さ分布データを測定し、こ
の測定した高さ分布データから表面形状パラメータを抽
出し、抽出した表面形状パラメータ及び所定の実効屈折
率に基づいて鏡面光沢度を求めても良い。
When estimating the specular glossiness, the three-dimensional structure of the sample surface is measured to measure height distribution data, surface shape parameters are extracted from the measured height distribution data, and the extracted surface shape is measured. The specular glossiness may be obtained based on the parameter and a predetermined effective refractive index.

【0050】この場合の処理を、図8のフローチャート
を参照して説明する。まず、測定した高さ分布データの
領域Aを互いに重複しないN領域に等分割して、図9に
示すようにブロックB(k)(k=1〜N)とする(ス
テップS72)。次に、ブロックB(k)についての表
面形状パラメータを抽出する(ステップS73)。この
表面形状パラメータは、RMS表面粗さσ(k)とRM
S勾配μ(k)の組でから構成される。
The processing in this case will be described with reference to the flowchart of FIG. First, the area A of the measured height distribution data is equally divided into N areas which do not overlap each other, and are set as blocks B (k) (k = 1 to N) as shown in FIG. 9 (step S72). Next, the surface shape parameter for the block B (k) is extracted (step S73). The surface shape parameters are RMS surface roughness σ (k) and RM.
It consists of a set of S gradients μ (k).

【0051】この表面形状パラメータσ(k)、μ
(k)を抽出する処理は、図10のフローチャートに示
すように、対象領域Aの高さ分布データへの前処理とし
て、三次元形状計測装置の性質に依存するノイズ除去や
領域全体に対する傾斜補正などの前処理を施し(ステッ
プS81)、対象領域B(k)内の高さデータに関する
標準偏差を算出してRMS表面粗さσを抽出する(ステ
ップS82)。次に、所定の高さ分布データ領域B
(k)内の各点(x,y)について所定のサイズL
近傍領域の高さデータにフィットする平面の勾配Slope
(x,y)を算出し(ステップS83)、Slope(x,
y)の2乗を順次加算して2乗和を計算する(ステップ
S84)。このSlope(x,y)の2乗和の計算を対象
領域B(k)内の全点(x,y)について繰り返し実行
したのち、Slope(x,y)の2乗和の平均の平方根を
算出してRMS勾配μを抽出する(ステップS85)。
This surface shape parameter σ (k), μ
As shown in the flowchart of FIG. 10, the process of extracting (k) is, as preprocessing for the height distribution data of the target region A, noise removal depending on the property of the three-dimensional shape measuring apparatus and inclination correction for the entire region. Such pre-processing is performed (step S81), the standard deviation of the height data in the target area B (k) is calculated, and the RMS surface roughness σ is extracted (step S82). Next, a predetermined height distribution data area B
For each point (x, y) in (k), the slope Slope of the plane that fits the height data of the neighborhood area of the predetermined size L N
(X, y) is calculated (step S83), and Slope (x, y
The square of y) is sequentially added to calculate the sum of squares (step S84). The calculation of the sum of squares of Slope (x, y) is repeatedly executed for all points (x, y) in the target area B (k), and then the average square root of the sum of squares of Slope (x, y) is calculated. The RMS gradient μ is calculated and extracted (step S85).

【0052】このようにRMS勾配μを抽出することに
よる利点について説明する。勾配Slope(x,y)を算
出する際に、データ分解能(Δx,Δy)、例えばΔx=
Δy=0.3μm間隔でサンプリングした高さデータH
(x,y)に基づいて差分法によって例えば下記式
(8)、
The advantages of extracting the RMS gradient μ in this way will be described. When calculating the slope Slope (x, y), the data resolution (Δx, Δy), for example, Δx =
Height data H sampled at Δy = 0.3 μm intervals
By the difference method based on (x, y), for example, the following equation (8),

【0053】[0053]

【数8】 [Equation 8]

【0054】により計算された勾配分布に対して得られ
るRMS勾配μにより鏡面光沢度を算出すると、実測値
よりもかなり低い値となる。式(8)に基づく方法で得
られる勾配は、光が感応する実効的な勾配よりも大きく
見積もられ、その結果、鏡面光沢度を低く算出してしま
うからである。Slope(x,y)を算出する際に、各点
(x,y)の周りの所定サイズLの近傍領域における高
さ分布にフィットする平面を求め、その平面の勾配を目
的のSlope(x,y)とすることは、分解能をサイズL
まで低下させることに相当し、そのようなサイズの斜
面の勾配分布に対し光が散乱することに対応する。ま
た、RMS表面粗さσは、抽出対象となる領域のブロッ
クサイズLと、高さデータの統計的特徴に依存して抽
出される値が変化し、RMS勾配μは、抽出対象となる
領域のブロックサイズLと、近傍領域のサイズL
と、高さデータの統計的特徴によって抽出される値が
変化する性質があるため、ブロックサイズLと近傍領
域サイズLに自由度を与え、実測された鏡面光沢度に
対して最適化することにより精度の高い表面形状パラメ
ータを得ることができる。
When the specular glossiness is calculated by the RMS gradient μ obtained for the gradient distribution calculated by, the value is considerably lower than the actually measured value. This is because the gradient obtained by the method based on the equation (8) is estimated to be larger than the effective gradient sensitive to light, and as a result, the specular glossiness is calculated to be low. Each point when calculating Slope (x, y)
Obtaining a plane that fits the height distribution in the neighborhood of a predetermined size L N around (x, y) and setting the slope of the plane as the target Slope (x, y) means that the resolution is the size L.
It corresponds to the reduction to N, and corresponds to the scattering of light with respect to the slope distribution of the slope having such a size. Further, the RMS surface roughness σ changes in the extracted value depending on the block size L B of the extraction target area and the statistical characteristics of the height data, and the RMS gradient μ indicates the extraction target area. Block size L B and the neighborhood size L
Since N and the value extracted depending on the statistical characteristics of the height data have the property of changing, the block size L B and the neighboring region size L N are given a degree of freedom, and optimized for the measured specular glossiness. By doing so, highly accurate surface shape parameters can be obtained.

【0055】この抽出した表面形状パラメータσ
(k)、μ(k)(k=1〜N)及び実効屈折率n
基づいて鏡面光沢度G(k)を算出する(ステップS7
4)。全てのブロックB(k)について同様の処理を繰
り返した後(ループL71)、式(9)に示すように相
加平均値を算出し(ステップS75)、その結果を領域
A全体に対して推定された鏡面光沢度として出力する
(ステップS75)。
This extracted surface shape parameter σ
The specular gloss G (k) is calculated based on (k), μ (k) (k = 1 to N) and the effective refractive index n E (step S7).
4). After repeating the same processing for all blocks B (k) (loop L71), the arithmetic mean value is calculated as shown in Expression (9) (step S75), and the result is estimated for the entire area A. It is output as the specular glossiness (step S75).

【0056】[0056]

【数9】 [Equation 9]

【0057】このように高さ分布データを、所定のブロ
ックサイズLを有する複数のブロックに分割して鏡面
光沢度を算出する効果について説明する。データサイズ
Sの高さ分布データを、面積S(k)のブロックB
(k)に分割し、ブロックB(k)毎に表面形状パラメ
ータとしてRMS表面粗さσ(k)とRMS勾配μ
(k)を抽出し、抽出された表面形状パラメータを基に
鏡面光沢度G(k)を算出し、式(9)に示すように
面積の重みを付けて加算することにより鏡面光沢度の平
均値<G>が得られ、試料の表面状態あるいはその高
さ分布データの統計的性質が一様でない場合にも、高精
度な鏡面光沢度を取得することができる。また、ブロッ
クB(k)の鏡面光沢度計算過程において計測上のノイ
ズなどにより不適切な結果を得たり、それによるエラー
が生じた場合には、そのブロックに関しては棄却して平
均化の対象とはしないなどの処理を行えば、より精度の
高い結果を得ることができる。
The effect of dividing the height distribution data into a plurality of blocks having a predetermined block size L B and calculating the specular gloss will be described. The height distribution data of the data size S is transferred to the block B of the area S (k).
(K), and RMS surface roughness σ (k) and RMS gradient μ are used as surface shape parameters for each block B (k).
(K) is extracted, the specular glossiness G S (k) is calculated based on the extracted surface shape parameter, and the area weight is added as shown in Expression (9) to add the specular glossiness. obtained average value <G S>, even if the statistical properties of the surface state or the height distribution data of the specimen is not uniform, it is possible to obtain a highly precise specular gloss. Further, in the process of calculating the specular glossiness of the block B (k), if an inappropriate result is obtained due to measurement noise or the like, or an error due to it is generated, the block is rejected and is subjected to averaging. By performing processing such as not performing, it is possible to obtain a more accurate result.

【0058】また、鏡面光沢度を算出するときに、所定
の数値範囲及び数値間隔により、RMS表面粗さσとR
MS勾配μ及び実効屈折率nとを要素とする3次元ベ
クトル(σ(i),μ(i),n(i))を、鏡面光沢度算
出に適用して得られる鏡面光沢度データに基づいて3次
元ルックアップテーブルT(σ(i),μ(i),n(i
))をあらかじめ作成しておくと良い。そして鏡面光
沢度を算出するとき、所定の3次元ベクトルデータ
(σ,μ, n)に対してルックアップテーブルT(σ
(i),μ(i),n(i))を参照し、3次元補間処理を
施すことにより、鏡面光沢度データを取得する。この補
間処理方法としては、トライリニア法などの線形補間法
や、キュービックスプライン法などの高次の補間法が適
用できる。ここで、所定の3次元ベクトルデータ(σ,
μ, n)が、あらかじめ想定して与えた数値範囲を超
える場合にはルックアップテーブルを参照せずに直接鏡
面光沢度を算出すれば良い。このルックアップテーブル
作成時に算出される鏡面光沢度は、表面形状パラメータ
および実効屈折率の数値変化に対して緩やかに変化する
ために、線形補間法を適用しても十分な精度で高速に鏡
面光沢度を取得することが可能になる。
Further, when the specular gloss is calculated, the RMS surface roughness σ and RMS are determined by a predetermined numerical range and numerical interval.
A specular surface obtained by applying a three-dimensional vector (σ (i X ), μ (i Y ), n E (i Z )) having the MS gradient μ and the effective refractive index n E as elements to specular gloss calculation. A three-dimensional lookup table T G (σ (i X ), μ (i Y ), n E (i
Z )) should be created in advance. Then, when the specular glossiness is calculated, a lookup table T G (σ is set for predetermined three-dimensional vector data (σ, μ, n E ).
(i X ), μ (i Y ), n E (i Z )) is referred to and three-dimensional interpolation processing is performed to obtain specular gloss data. As this interpolation processing method, a linear interpolation method such as a trilinear method or a higher-order interpolation method such as a cubic spline method can be applied. Here, the predetermined three-dimensional vector data (σ,
When μ, n E ) exceeds the numerical range given in advance, the specular glossiness may be calculated directly without referring to the look-up table. The specular glossiness calculated when creating this lookup table changes gently with respect to numerical changes in the surface shape parameters and effective refractive index, so even if linear interpolation is applied, the specular glossiness can be achieved with high accuracy and at high speed. It is possible to get the degree.

【0059】次に、実効屈折率nとブロックサイズL
及び近傍領域サイズLの最適化を得る処理の一例に
ついて図11に示すフローチャート及び図9に基づいて
説明する。例えば高さデータが1024×768のデータ要素
を持つ場合には、高さデータを、図3(a)に示すよう
に一辺の長さ(ブロックサイズ)Lの正方形に等分割
し、Lを2のべき乗L=2PBとすることで以降の
処理が容易になる。L の範囲としては例えば16〜1
28(P=4〜7)とする(ループL91)。次に、
近傍領域サイズLとしては、最小値を最近接要素まで
の距離L=1以上とし、最大値は隣接するブロックの
一辺のサイズLまでとする。近傍領域の形状をたとえ
ば一辺の長さLの正方形領域とした場合には、最小値
はL=3、最大値はL=2L+1とすればよい
(ループL92)。近傍領域の形状は正方形に限定され
るものではなく、例えば図3(b)に示すように半径L
の円でも良い。この場合、近傍領域サイズLの最大
値はLとすれば良い。ブロックサイズL(ループL
91)と近傍領域サイズL(ループL92)及び複数
の試料に関する高さデータを順次与えるループ(ループ
L93)内で、後述するサブルーチンSUB1(ステッ
プS94)を処理し、所定の試料の高さデータに関する
ブロックサイズLと近傍領域サイズL及び実効屈折
率nのもとでの鏡面光沢度を得る。次に、各試料に関
して算出された鏡面光沢度と、実測された鏡面光沢度に
より誤差を評価する(ステップS95)。具体的には、
N個の試料に対して実測された鏡面光沢度GMEAS
(i)(i=1〜N)と、対応する試料に関して算出され
た鏡面光沢度GCALC(i)(i=1〜N)に対し
て、誤差評価関数Eとして例えば絶対的な誤差として、
下記式(10)に示す平均2乗誤差を誤差評価関数とし
て算出する。
Next, the effective refractive index nEAnd block size L
BAnd neighborhood area size LNAs an example of the process to obtain the optimization of
Based on the flowchart shown in FIG. 11 and FIG.
explain. For example, the data element whose height data is 1024 × 768
If there is a height data, as shown in Fig. 3 (a)
Length of one side (block size) LBEqually divided into squares
Then LBTo the power of 2 LB= 2PBAnd later
Processing becomes easy. L BFor example, the range of 16 to 1
28 (PB= 4 to 7) (loop L91). next,
Neighborhood area size LNAs the minimum value to the closest element
Distance LN= 1 or more, the maximum value of the adjacent block
One side size LBUp to Even if the shape of the neighborhood area is
If one side length LNIf the square area of is
Is LN= 3, the maximum value is LN= 2LBYou can set it to +1
(Loop L92). The shape of the neighborhood is limited to square
However, as shown in FIG. 3B, the radius L
NIt can be a circle. In this case, the neighborhood area size LNMaximum of
Value is LBIt should be done. Block size LB(Loop L
91) and the neighborhood area size LN(Loop L92) and multiple
Loops that sequentially give height data for each sample (loop
L93), a subroutine SUB1 (step
S94) for processing the height data of a given sample
Block size LBAnd the neighborhood area size LNAnd effective refraction
Rate nEGet the specular gloss under. Next, regarding each sample
Calculated specular gloss and the measured specular gloss
The error is evaluated more (step S95). In particular,
Specular gloss G measured for N samplesMEAS 
(i) (i = 1 to N) and calculated for the corresponding sample
Specular gloss GCALCFor (i) (i = 1 to N)
Then, as the error evaluation function E, for example, as an absolute error,
The mean square error shown in the following formula (10) is used as the error evaluation function.
To calculate.

【0060】[0060]

【数10】 [Equation 10]

【0061】また、誤差評価関数としては、相対的な誤
差として下記式(11)に示すRMS比率誤差や、(1
2)式に示す平均絶対値比率誤差を採用しても良い。こ
の誤差評価関数は目標とする精度の尺度として適宜選択
すれば良い。
As the error evaluation function, the RMS ratio error represented by the following equation (11) or (1
You may employ | adopt the average absolute value ratio error shown in Formula (2). This error evaluation function may be appropriately selected as a target accuracy scale.

【0062】[0062]

【数11】 [Equation 11]

【0063】最後に、全てのブロックサイズLと近傍
領域サイズLおよび実効屈折率n の組み合わせに対
して、誤差評価関数Eを最小とするような、ブロックサ
イズLと近傍領域サイズL及び実効屈折率nを決
定する(ステップS96)。
Finally, all block sizes LBAnd the neighborhood
Area size LNAnd the effective refractive index n EPair of
The error evaluation function E is minimized.
Is LBAnd the neighborhood area size LNAnd the effective refractive index nEDecided
Set (step S96).

【0064】次にサブルーチンSUB1における処理の
例を図12に示すフローチャートに基づいて説明する。
高さデータをサイズLのブロックに分割し(ステップ
S102)、各ブロックB(k)の高さデータについて
の表面形状パラメータ(σ(k),μ(k))を抽出す
る(ステップS103)。全ての分割ブロックについて
繰り返し処理を行ったあと(ループL101)、実効屈
折率nを増分値Δn としては十分小さな値、例えば
Δn=0.01として、n=1+Δn〜2.00の範囲で
振る(ループL105)。実効屈折率nの上限値は特
に2に限られるものではない。この実効屈折率nのも
とで上記で得られた形状パラメータ(σ(k),μ
(k))について繰り返し(ループL104)、鏡面光
沢度を算出し(ステップS106)、最後に鏡面光沢度
を平均してサブルーチンSUB1の処理が終了する(ス
テップS107)。
Next, the processing in the subroutine SUB1
An example will be described based on the flowchart shown in FIG.
Height data is size LBDivided into blocks (step
S102), regarding height data of each block B (k)
The surface shape parameters (σ (k), μ (k)) of
(Step S103). For all divided blocks
After repeated processing (loop L101), the effective bending
Folding rate nEIncrement value Δn EAs a small enough value, for example
ΔnE= 0.01, nE= 1 + ΔnEIn the range of ~ 2.00
Shake (loop L105). Effective refractive index nEThe upper limit of
It is not limited to 2. This effective refractive index nENomono
And the shape parameters (σ (k), μ
(K)) repeated (loop L104), specular light
Calculate the roughness (step S106), and finally specular gloss
Are averaged and the processing of the subroutine SUB1 ends (
Step S107).

【0065】ここで、同一の試料で光沢度を測定した領
域内の複数の場所における高さデータを測定し、それぞ
れの高さデータに対して算出された光沢度を相加平均す
れば、光沢ムラなどのばらつきの影響を抑制することが
できる。また、以上説明した方法により、同類の材料か
ら構成され光沢度のみが異なるような複数の試料につい
て、鏡面光沢度を算出し、実測して得た鏡面光沢度と比
較して、誤差を最小にするような、いわゆる最適化され
た実効屈折率nとブロックサイズL及び近傍領域サ
イズLを得て、これらの条件のもとで鏡面光沢度を算
出することにより、実際に屈折率を測定することなく鏡
面光沢度を取得することができる。
Here, the height data at a plurality of locations within the area where the glossiness was measured for the same sample is measured, and the glossiness calculated for each height data is arithmetically averaged to obtain the glossiness. The influence of variations such as unevenness can be suppressed. In addition, by the method described above, the specular glossiness is calculated for a plurality of samples made of the same kind of material and having different glossinesses, and the error is minimized by comparing with the specular glossiness obtained by actual measurement. By obtaining the so-called optimized effective refractive index n E , block size L B, and neighboring region size L N , and calculating the specular gloss under these conditions, the actual refractive index The specular gloss can be acquired without measurement.

【0066】[0066]

【発明の効果】以上の説明により明らかなように、本発
明によれば、物体性状の不均一性を考慮しつつ、試料の
屈折率が未知の場合には、試料表面の屈折率を推定し、
試料の表面構造及び推定された屈折率から鏡面光沢度を
定量的に推定できる。例えば、電子写真において、定着
温度・定着圧力・定着スピードなどの作業条件から鏡面
光沢度を予測することが可能となり、画像形成装置のト
ータルシミュレータにおける機能の一部として、光沢に
関する解析に利用するなどの応用が可能である。
As is clear from the above description, according to the present invention, the refractive index of the sample surface is estimated when the refractive index of the sample is unknown while considering the non-uniformity of the physical properties of the object. ,
The specular gloss can be quantitatively estimated from the surface structure of the sample and the estimated refractive index. For example, in electrophotography, it becomes possible to predict the specular glossiness from the working conditions such as fixing temperature, fixing pressure, fixing speed, etc., and it is used for gloss analysis as part of the function of the total simulator of the image forming apparatus. Can be applied.

【0067】また、鏡面光沢度を推定するときに、試料
表面の三次元構造を測定して高さ分布データを測定し、
この測定した高さ分布データから表面形状パラメータを
抽出し、抽出した表面形状パラメータ及び所定の実効屈
折率に基づいて鏡面光沢度を求めることにより、物体性
状の不均一性を考慮しつつ、試料表面の屈折率を直接測
定することなく実効屈折率が抽出され、試料の表面構造
および抽出された実効屈折率から鏡面光沢度を定量的に
推定できる。さらに、鏡面光沢度が計測できないような
小さな面積、たとえば1mm以下の小さな領域に対す
る局所的な鏡面光沢度を推定することが可能となり、印
刷物などの光沢度むらの解析などに利用可能となる。
When estimating the specular gloss, the three-dimensional structure of the sample surface is measured to measure the height distribution data,
The surface shape parameter is extracted from the measured height distribution data, and the specular glossiness is calculated based on the extracted surface shape parameter and a predetermined effective refractive index, thereby considering the non-uniformity of the physical properties of the sample surface. The effective refractive index is extracted without directly measuring the refractive index of, and the specular glossiness can be quantitatively estimated from the surface structure of the sample and the extracted effective refractive index. Furthermore, it becomes possible to estimate the local specular glossiness for a small area where the specular glossiness cannot be measured, for example, a small area of 1 mm 2 or less, and it can be used for analyzing uneven glossiness of printed matter and the like.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明による鏡面光沢度予測方法の処理の流れ
を示すフローチャートである。
FIG. 1 is a flowchart showing a processing flow of a specular glossiness prediction method according to the present invention.

【図2】高さ分布データを計測する処理の一例を示すフ
ローチャートである。
FIG. 2 is a flowchart showing an example of processing for measuring height distribution data.

【図3】実効屈折率を抽出する処理の一例を示すフロー
チャートである。
FIG. 3 is a flowchart showing an example of processing for extracting an effective refractive index.

【図4】一次元変角反射率分布データを算出する処理の
一例を示すフローチャートである。
FIG. 4 is a flowchart showing an example of processing for calculating one-dimensional variable-angle reflectance distribution data.

【図5】JISZ8741で規定されている鏡面光沢度
測定方法における測定装置における幾何学的条件を示す
図である。
FIG. 5 is a diagram showing geometrical conditions in a measuring device in a specular glossiness measuring method defined in JIS Z8741.

【図6】鏡面光沢度を算出する処理の一例を示すフロー
チャートである。
FIG. 6 is a flowchart showing an example of a process of calculating a specular glossiness.

【図7】本発明による鏡面光沢度予測装置の構成および
動作時のデータの流れを示す図である。
FIG. 7 is a diagram showing a configuration and a data flow during operation of the specular glossiness prediction device according to the present invention.

【図8】鏡面光沢度予測の他の処理を示すフローチャー
トである。
FIG. 8 is a flowchart showing another process of specular glossiness prediction.

【図9】高さ分布データの分割領域を示す模式図であ
る。
FIG. 9 is a schematic diagram showing divided areas of height distribution data.

【図10】RMS勾配の算出処理を示すフローチャート
である。
FIG. 10 is a flowchart showing an RMS gradient calculation process.

【図11】実効屈折率とブロックサイズ及び近傍領域サ
イズの最適化処理を示すフローチャートである。
FIG. 11 is a flowchart showing an optimization process of an effective refractive index, a block size, and a neighboring region size.

【図12】最適化処理のサブルーチン処理を示すフロー
チャートである。
FIG. 12 is a flowchart showing a subroutine process of an optimization process.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1;高さ分布計測手段、2;表面形状抽出手段、3;実
効屈折率抽出手段、 4;一次元変角反射率分布計測手段、5;鏡面光沢度算
出手段、 6;屈折率データ選択手段、51;光源、52;光源側
開口、 53a、53b、55;レンズ、54;試料面、56;
受光側開口、 57;受光器
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1; Height distribution measuring means, 2; Surface shape extracting means, 3; Effective refractive index extracting means, 4; One-dimensional variable angle reflectance distribution measuring means, 5; Specular gloss calculating means, 6; Refractive index data selecting means , 51; light source, 52; light source side aperture, 53a, 53b, 55; lens, 54; sample surface, 56;
Light receiving side aperture, 57; light receiver

Claims (23)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 試料表面の三次元構造を測定して高さ分
布データを取得し、当該高さ分布データを基に表面形状
パラメータを抽出するステップと、 一次元変角反射率分布を計測し、一次元変角反射率実測
データを取得するステップと、 前記表面形状パラメータ及び前記一次元変角反射率分布
データを基に、前記試料表面の実効屈折率を取得するス
テップと、 前記表面形状パラメータ及び前記実効屈折率とに基づい
て、鏡面光沢度を算出するステップとを有することを特
徴とする鏡面光沢度予測方法。
1. A step of measuring a three-dimensional structure of a sample surface to obtain height distribution data, extracting a surface shape parameter based on the height distribution data, and measuring a one-dimensional gonio-reflectance distribution. A step of acquiring one-dimensional variable-angle reflectance measured data; a step of acquiring an effective refractive index of the sample surface based on the surface shape parameter and the one-dimensional variable-angle reflectance distribution data; And a step of calculating a specular gloss on the basis of the effective refractive index.
【請求項2】 前記試料表面の所定の領域内の所定の箇
所近傍の高さ分布データへ傾斜補正を施して得られる局
所高さ分布データに基づいて、前記表面形状パラメータ
を抽出することを特徴とする請求項1記載の鏡面光沢度
予測方法。
2. The surface shape parameter is extracted based on local height distribution data obtained by subjecting height distribution data in the vicinity of a predetermined position in a predetermined region of the sample surface to inclination correction. The specular glossiness prediction method according to claim 1.
【請求項3】 所定の箇所近傍の可視波長領域の波長の
2倍ないし4倍のサイズを有する領域の高さ分布データ
に基づいて前記表面形状パラメータを抽出することを特
徴とする請求項2記載の鏡面光沢度予測方法。
3. The surface shape parameter is extracted based on height distribution data of a region having a size that is twice to four times the wavelength of a visible wavelength region near a predetermined location. Specular gloss prediction method.
【請求項4】 一次元変角反射率分布を計測して一次元
変角反射率分布実測データを取得し、前記表面形状パラ
メータに基づいて前記一次元変角反射率分布データを取
得し、前記一次元変角反射率分布実測データと前記一次
元変角反射率分布データとに基づいて前記実効屈折率を
取得することを特徴とする請求項1記載の鏡面光沢度予
測方法。
4. The one-dimensional variable-angle reflectance distribution is measured to obtain the one-dimensional variable-angle reflectance distribution actual measurement data, and the one-dimensional variable-angle reflectance distribution data is acquired based on the surface shape parameter. The specular glossiness prediction method according to claim 1, wherein the effective refractive index is acquired based on the one-dimensional variable angle reflectance distribution actual measurement data and the one-dimensional variable angle reflectance distribution data.
【請求項5】 前記高さ分布データを複数の領域に分割
し、それぞれの領域に対して抽出された前記表面形状パ
ラメータ及び屈折率に応じて定まる変角反射分布関数に
基づいて、前記一次元変角反射率分布データを取得する
ことを特徴とする請求項4記載の鏡面光沢度予測方法。
5. The height distribution data is divided into a plurality of regions, and the one-dimensional shape is calculated based on the variable-angle reflection distribution function determined according to the surface shape parameter and the refractive index extracted for each region. The specular glossiness prediction method according to claim 4, wherein the variable angle reflectance distribution data is acquired.
【請求項6】 前記一次元変角反射率分布を計測して前
記一次元変角反射率分布実測データを取得し、屈折率に
よって定まるフレネル反射率関数及び複数のパラメータ
変数を有する形状分布関数の積で表される変角反射率分
布関数に基づく一次元変角反射率分布データと、前記一
次元変角反射率分布データとに基づいて前記パラメータ
変数の数値を定め、確定されたパラメータ変数の数値が
適用された前記形状分布関数に基づいて前記実効屈折率
を取得することを特徴とする請求項1記載の鏡面光沢度
予測方法。
6. The one-dimensional variable-angle reflectance distribution is measured to obtain the one-dimensional variable-angle reflectance distribution actual measurement data, and a Fresnel reflectance function determined by a refractive index and a shape distribution function having a plurality of parameter variables are obtained. One-dimensional gonio reflectance distribution data based on the gonio reflectance distribution function represented by the product, and determine the numerical value of the parameter variable based on the one-dimensional gonio reflectance distribution data, of the confirmed parameter variable The specular glossiness prediction method according to claim 1, wherein the effective refractive index is acquired based on the shape distribution function to which a numerical value is applied.
【請求項7】 所定の開き角の入射光束を所定の入射角
で光源から前記試料表面へ入射することによって前記試
料表面において鏡面反射方向へ反射され所定の開き角内
に補足される受光光束の光量を、前記実効屈折率又は所
定の屈折率と、前記表面形状パラメータ及び当該表面形
状パラメータに応じて定まる変角反射分布関数とに基づ
いて取得し、前記入射光束の光量と前記受光光束の光量
とに基づいて前記鏡面光沢度取得することを特徴とする
請求項1記載の鏡面光沢予測方法。
7. A received light flux which is reflected in the specular reflection direction on the sample surface by being incident on the sample surface from a light source with an incident light flux having a predetermined opening angle and is captured within the predetermined opening angle. The amount of light is acquired based on the effective refractive index or a predetermined refractive index, and the surface shape parameter and the variable-angle reflection distribution function determined according to the surface shape parameter, and the amount of light of the incident light flux and the amount of light of the received light flux. The specular gloss prediction method according to claim 1, wherein the specular gloss is acquired based on the following.
【請求項8】 前記高さ分布データを複数の領域に分割
し、それぞれの領域に対して抽出された前記表面形状パ
ラメータに基づいて鏡面光沢度を取得することを特徴と
する請求項7記載の鏡面光沢度予測方法。
8. The height distribution data is divided into a plurality of areas, and the specular glossiness is acquired based on the surface shape parameter extracted for each area. Specular gloss prediction method.
【請求項9】 試料表面の三次元構造を測定して高さ分
布データを取得し、当該高さ分布データに基づき表面形
状パラメータを抽出するステップと、前記表面形状パラ
メータおよび所定の実効屈折率とに基づいて、鏡面光沢
度を算出するステップと、を有することを特徴とする鏡
面光沢度予測方法。
9. A step of measuring a three-dimensional structure of a sample surface to obtain height distribution data and extracting a surface shape parameter based on the height distribution data, the surface shape parameter and a predetermined effective refractive index. And a step of calculating a specular glossiness based on the above.
【請求項10】 前記測定した高さ分布データを所定サ
イズの複数のブロックに分割し、分割した複数のブロッ
クの高さ分布データ毎に表面形状パラメータを抽出し、
抽出した表面形状パラメータに基づいて鏡面光沢度を算
出する請求項9記載の鏡面光沢度予測方法。
10. The measured height distribution data is divided into a plurality of blocks of a predetermined size, and a surface shape parameter is extracted for each of the height distribution data of the plurality of divided blocks,
The specular gloss prediction method according to claim 9, wherein the specular gloss is calculated based on the extracted surface shape parameter.
【請求項11】 前記表面形状パラメータは、RMS表
面粗さとRMS勾配の組から構成され、RMS表面粗さ
は、所定のブロックサイズを有する領域内の高さデータ
に関する標準偏差であり、RMS勾配は、所定のブロッ
クサイズを有する領域内の各座標の周囲の近傍領域サイ
ズの高さ分布データにフィットする平面の勾配分布に関
する二乗平均平方根である請求項10記載の鏡面光沢度
予測方法。
11. The surface topography parameter comprises a set of RMS surface roughness and RMS slope, where RMS surface roughness is the standard deviation for height data in a region having a given block size, and RMS slope is 11. The specular glossiness prediction method according to claim 10, wherein the specular glossiness prediction is a root mean square of a gradient distribution of a plane that fits height distribution data of neighboring area sizes around each coordinate in an area having a predetermined block size.
【請求項12】 前記表面光沢度を算出するとき、所定
の数値範囲及び所定の刻み幅で表面形状パラメータと実
効屈折率を付与して算出された鏡面光沢度をデータとす
るルックアップテーブルの参照値に基づいて、表面形状
パラメータと実効屈折率に対する鏡面光沢度を取得する
請求項9乃至11のいずれかに記載の鏡面光沢度予測方
法。
12. When the surface glossiness is calculated, a look-up table whose data is specular glossiness calculated by adding a surface shape parameter and an effective refractive index in a predetermined numerical value range and a predetermined step size is referred to. The specular glossiness prediction method according to claim 9, wherein the specular glossiness with respect to the surface shape parameter and the effective refractive index is acquired based on the value.
【請求項13】 前記ブロックサイズと近傍領域サイズ
及び実効屈折率は、複数の試料に対して算出された鏡面
光沢度と、同じ複数の試料に対して測定された鏡面光沢
度とに基づいて、最適なブロックサイズと近傍領域サイ
ズ及び実効屈折率を取得する請求項項9乃至12のいず
れかに記載の鏡面光沢度予測方法。
13. The block size, the neighborhood area size, and the effective refractive index are based on the specular glossiness calculated for a plurality of samples and the specular glossiness measured for the same plurality of samples, The specular glossiness prediction method according to any one of claims 9 to 12, wherein an optimum block size, a neighboring region size, and an effective refractive index are acquired.
【請求項14】 試料表面の三次元構造を測定し高さ分
布データを出力する高さ分布計測手段と、 前記高さ分布データを基に、表面形状パラメータを抽出
する表面形状パラメータ抽出手段と、 一次元変角反射率分布を計測する一次変角反射率分布計
測手段と、 実効屈折率を取得する実効屈折率取得手段と、 鏡面光沢度を取得する鏡面光沢度取得手段とを有するこ
とを特徴とする鏡面光沢度予測装置。
14. Height distribution measuring means for measuring a three-dimensional structure of a sample surface and outputting height distribution data; surface shape parameter extracting means for extracting surface shape parameters based on the height distribution data; It is characterized by having a first-order gonio-reflectance distribution measuring means for measuring a one-dimensional gonio-reflectance distribution, an effective refraction index acquiring means for acquiring an effective refractive index, and a specular glossiness acquiring means for acquiring a specular glossiness. Specular glossiness prediction device.
【請求項15】 前記表面形状パラメータ抽出手段は、
前記試料表面の所定の領域内の所定の箇所近傍の高さ分
布データへ傾斜補正を施して得られる局所高さ分布デー
タに基づいて、前記表面形状パラメータを抽出すること
を特徴とする請求項14記載の鏡面光沢度予測装置。
15. The surface shape parameter extraction means,
15. The surface shape parameter is extracted based on local height distribution data obtained by performing inclination correction on height distribution data near a predetermined position in a predetermined region of the sample surface. The specular glossiness prediction device described.
【請求項16】 前記表面形状抽出手段は、所定の箇所
近傍の可視波長領域の波長の2倍ないし4倍のサイズを
有する領域の高さ分布データに基づいて前記表面形状パ
ラメータを抽出することを特徴とする請求項15記載の
鏡面光沢度予測装置。
16. The surface shape extraction means extracts the surface shape parameter based on height distribution data of a region having a size of 2 to 4 times the wavelength of a visible wavelength region near a predetermined location. The specular glossiness prediction device according to claim 15, which is characterized in that.
【請求項17】 前記実効屈折率取得手段は、一次元変
角反射率分布データを算出する一次元変角反射率分布デ
ータ算出手段及び前記一次元変角反射率データを実測し
て取得する一次元変角反射率分布手段とを備え、 前記表面形状パラメータ抽出手段によって算出された前
記表面形状パラメータを前記一次元変角反射率分布デー
タ算出手段へ適用して得られる一次元変角反射率データ
と、前記一次元変角反射率分布手段が取得した一次元変
角反射率分布実測データとに基づいて前記実効屈折率を
取得することを特徴とする請求項14記載の鏡面光沢度
予測装置。
17. The one-dimensional variable angle reflectance distribution data calculating means for calculating one-dimensional variable angle reflectance distribution data, and the effective refractive index acquisition means for actually measuring and acquiring the one-dimensional variable angle reflectance data. One-dimensional variable angle reflectance data obtained by applying the surface shape parameter calculated by the surface shape parameter extracting means to the one-dimensional variable angle reflectance distribution data calculating means. The specular glossiness prediction apparatus according to claim 14, wherein the effective refractive index is acquired based on the one-dimensional variable-angle reflectance distribution actual measurement data acquired by the one-dimensional variable-angle reflectance distribution means.
【請求項18】 前記一次元変角反射率分布データ算出
手段は、前記高さ分布データを複数の領域に分割し、そ
れぞれの領域に対して抽出された前記表面形状パラメー
タ及び屈折率の値に応じて定まる変角反射率分布関数と
に基づいて変角反射率分布データを算出することを特徴
とする請求項17記載の鏡面光沢度予測装置。
18. The one-dimensional gonio-reflectance distribution data calculation means divides the height distribution data into a plurality of regions, and obtains the surface shape parameter and the refractive index value extracted for each region. 18. The specular glossiness prediction device according to claim 17, wherein the variable angle reflectance distribution data is calculated based on the variable angle reflectance distribution function determined accordingly.
【請求項19】 前記実効屈折率取得手段は、一次元変
角反射率分布データを実測して取得し、屈折率によって
定まるフレネル反射率関数及び複数のパラメータ変数を
有する形状分布関数の積で表される変角反射率分布関数
に基づく一次元変角反射率分布データと、前記一次元変
角反射率分布データとに基づいて前記パラメータ変数の
数値を定め、確定されたパラメータ変数の数値が適用さ
れた前記形状分布関数に基づいて前記実効屈折率を取得
することを特徴とする請求項14記載の鏡面光沢度予測
装置。
19. The effective refractive index acquisition means measures and acquires one-dimensional variable-angle reflectance distribution data, and represents the product of a Fresnel reflectance function determined by the refractive index and a shape distribution function having a plurality of parameter variables. The one-dimensional gonio-reflectance distribution data based on the gonio-reflectance distribution function, and the numerical value of the parameter variable is determined based on the one-dimensional gonio-reflectance distribution data, and the numerical value of the confirmed parameter variable is applied. The specular glossiness prediction apparatus according to claim 14, wherein the effective refractive index is acquired based on the shape distribution function that has been obtained.
【請求項20】 前記鏡面光沢度取得手段は、所定の開
き角の入射光束を所定の入射角で光源から前記試料表面
へ入射することによって前記試料表面において鏡面反射
方向へ反射され所定の開き角内に補足される受光光束の
光量を、前記実効屈折率又は所定の屈折率と、前記表面
形状パラメータ及び当該表面形状パラメータに応じて定
まる変角反射分布関数とに基づいて取得し、前記入射光
束の光量と前記受光光束の光量とに基づいて前記鏡面光
沢度取得することを特徴とする請求項14記載の鏡面光
沢度予測装置。
20. The specular glossiness acquiring unit reflects an incident light beam having a predetermined opening angle from the light source to the sample surface at a predetermined incident angle, and is reflected in a specular reflection direction on the sample surface to have a predetermined opening angle. The light quantity of the received light flux that is supplemented within is obtained based on the effective refractive index or a predetermined refractive index, and the surface shape parameter and the variable-angle reflection distribution function determined according to the surface shape parameter, and the incident light flux. 15. The specular glossiness prediction device according to claim 14, wherein the specular glossiness is acquired based on the light intensity of the received light flux and the light intensity of the received light flux.
【請求項21】 前記鏡面光沢度取得手段は、前記高さ
分布データを複数の領域に分割し、それぞれの領域に対
して抽出された前記表面形状パラメータに基づいて鏡面
光沢度を取得することを特徴とする請求項20記載の鏡
面光沢度予測装置。
21. The specular glossiness acquisition unit divides the height distribution data into a plurality of areas, and acquires the specular glossiness based on the surface shape parameter extracted for each area. 21. The specular glossiness prediction device according to claim 20.
【請求項22】 試料表面の三次元構造を測定して高さ
分布データを取得し、当該高さ分布データに基づき表面
形状パラメータを抽出する表面形状パラメータ抽出手段
と、前記表面形状パラメータおよび所定の実効屈折率と
に基づいて鏡面光沢度を算出する鏡面光沢度算出手段と
を有することを特徴とする鏡面光沢度予測装置。
22. Surface shape parameter extracting means for measuring a three-dimensional structure of a sample surface to obtain height distribution data, and extracting a surface shape parameter based on the height distribution data, the surface shape parameter and a predetermined value. A specular glossiness prediction device, comprising: a specular glossiness calculating means for calculating a specular glossiness based on an effective refractive index.
【請求項23】 前記表面形状パラメータ抽出手段は、
表面形状パラメータを、所定サイズに分割した複数のブ
ロックの高さ分布データを基に所定の条件により各ブロ
ック毎に表面形状パラメータを抽出し、鏡面光沢度算出
手段は抽出した表面形状パラメータに基づいて鏡面光沢
度を算出する請求項22記載の鏡面光沢度予測装置。
23. The surface shape parameter extraction means,
The surface shape parameter is extracted based on the height distribution data of a plurality of blocks divided into a predetermined size for each block under a predetermined condition, and the specular glossiness calculation means is based on the extracted surface shape parameter. 23. The specular glossiness prediction device according to claim 22, wherein the specular glossiness is calculated.
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