JP2004219327A

JP2004219327A - 内部拡散光測定装置及び方法

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Publication number: JP2004219327A
Application number: JP2003008650A
Authority: JP
Inventors: Takahiro Tsubouchi; 隆浩坪内
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2003-01-16
Filing date: 2003-01-16
Publication date: 2004-08-05

Abstract

【課題】信頼性ある内部拡散光の測定を簡易に行う。
【解決手段】内部拡散光測定装置は、試料１８に対する白色レーザ光１２の照射点１９を中心とした観測領域１６ａに向けて配置された単一受光素子１６を有している。この単一受光素子１６は、試料１８から出てくる内部拡散光１５を測定するために設けられており、内部拡散光１５と表面反射光１３の弁別を行うためのマスク１７を有している。マスク１７は、白色レーザ光１２の照射により生じた照射点１９からの表面反射光１３と観測領域１６ａから放出される内部拡散光１５のうち、表面反射光１３を光学的に遮断して内部拡散光１５を単一受光素子１６で受光させる役割を担っている。なお、別の実施態様として、単一受光素子１６とマスク１７を２次元エリアセンサとすることによって、電気的な内部拡散光選択手段を用いることもできる。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内部拡散光測定装置及び方法、特に、内部拡散光選択手段によって測定対象物から発生する内部拡散光成分を抽出することができる内部拡散光測定装置及び方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
物体の表面に当たった光のうちには、物体表面で反射する表面反射光の他に、一度物体の内部に侵入して物体内部で散乱し、その後物体の表面に出てくる光が存在している。この光は内部拡散光と呼ばれており、物体の色の見え方や質感に影響を与えるものである。
【０００３】
この内部拡散光については、例えば、下記非特許文献１に、表面反射光と内部拡散光を区分けしてレンダリングすることにより、現実感ある仮想表現が可能になることが公開されている。その内部拡散光を測定する方法としては、図５で示されるような可視光レンズ集光によって実測したデータを用いたことが開示されている（非特許文献１参照）。
【０００４】
また、下記特許文献１には、表面反射光と内部拡散光の分別を偏光フィルタで行い、人間の肌における内部拡散光量の特徴を取得する装置が開示されている（特許文献１参照）。
【０００５】
【非特許文献１】
ジェンセン（Ｊｅｎｓｅｎ）、外３名，内部拡散光実施モデル（ＡＰｒａｃｔｉｃａｌＭｏｄｅｌｆｏｒＳｕｂｓｕｒｆａｃｅＬｉｇｈｔＴｒａｎｓｐｏｒｔ），米国ＣＧ学会誌「ＳＩＧＧＲＡＰＨ２００１」，（アメリカ合衆国），２００１年
【特許文献１】
特開２００２−２０００５０号公報（図１）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の技術で示した内部拡散光の測定方法あるいは装置を用いるには、問題がある。
【０００７】
まず、非特許文献１に開示されている内部拡散光の測定方法は、レンズ集光３１で表面反射光を排除しているため、試料３２を集光点３３に正確に位置合わせしなければならない（図５参照）。測定対象である試料３２の表面は、常に平面であるとは限らないため、当該方法では、試料３２の位置変動に対して非常に弱いため、信頼性のあるデータ取得が困難である。
【０００８】
次に、特許文献１に開示されている内部拡散光の測定装置は、２つの偏光フィルタの間に試料が存在しているために、受光部に届く光量の減少を伴わざるを得ないという問題を有している。特許文献１では、内部拡散度の高い人間の肌のみを測定対象としているため、光量の減少を伴いながらも肌内部の色素推定が可能となっている。しかしながら、大理石などに代表される内部拡散度の低い試料に対しても信頼性のあるデータ取得を行うためには、特許文献１に開示されている偏光フィルタ方式では不十分である。
【０００９】
本発明の目的は、上記のような問題点を解消するためになされたものであり、様々な測定対象物の内部拡散光を測定する際に、信頼性のあるデータ取得を簡易に行うことができる内部拡散光測定装置及び方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
以上のような課題を解決するために、本発明に係る内部拡散光測定装置は、測定対象物表面上の照射点に対してレーザ光を照射する照射手段と、測定対象物表面上における照射点を中心とした観測領域に向けて配置された受光手段と、レーザ光の照射により生じた照射点からの表面反射光と観測領域から放出される内部拡散光のうち、表面反射光を光学的に遮断して内部拡散光を受光手段で受光させる内部拡散光選択手段とを含むことを特徴とする。
【００１１】
また、本発明に係る内部拡散光測定装置における前記内部拡散光選択手段は、測定対象物表面と受光手段との間に設けられることを特徴とする。
【００１２】
別の本発明に係る内部拡散光測定装置は、測定対象物表面上の照射点に対してレーザ光を照射する照射手段と、測定対象物表面上における照射点を中心とした観測領域に向けて配置され、レーザ光の照射により生じた照射点からの表面反射光及び観測領域から放出される内部拡散光を受光する受光手段と、受光手段から出力された受光信号から内部拡散光に相当する内部拡散光成分を電気的に抽出する内部拡散光選択手段とを含むことを特徴とする。
【００１３】
さらに、本発明に係る内部拡散光測定装置において用いる前記レーザ光は、白色レーザ光であることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明に係る内部拡散光測定方法は、測定対象物表面上の照射点に対して照射手段から光を照射し、これによって測定対象物表面上における照射点からの表面反射光と照射点近傍領域からの内部拡散光とを生じさせるステップと、測定対象物表面上における照射点近傍領域からの光を受光手段で受光するステップと、受光手段から出力された受光信号を評価するステップとを含み、さらに、光学的処理又は電気的処理により、評価される受光信号を内部拡散光に対応した信号成分とするステップを有することを特徴とする。
【００１５】
【発明の実施の形態】
実施の形態１
以下、本発明の実施の形態１による内部拡散光測定装置について、図１、２を用いて説明する。図１は、本実施の形態１における内部拡散光測定装置の構成を示す図である。また、図２は、内部拡散光の測定原理を説明するための受光イメージを示す概略図である。
【００１６】
本実施の形態１における内部拡散光測定装置は、測定対象物である試料１８に対して白色レーザ光１２を照射するための白色レーザ光源１０を有している。この白色レーザ光１２は、直進性を有しているために試料１８表面と白色レーザ光源１０との厳密な距離合わせを必要としないという利点を持っている。白色レーザ光源１０から照射された白色レーザ光１２は、その一部が試料１８の内部に侵入して試料１８内部で散乱１４を繰り返し、その後試料１８の表面に内部拡散光１５として現れることになる。なお、従来の技術の非特許文献１に開示されている内部拡散光の測定方法（図５参照）では、光源３４に可視光を用いているため、照射する光には熱線（赤外線）が含まれており、測定時に試料３２の過熱が発生し、熱に弱い対象物を測定できないという問題を有していた。本実施の形態１においては、測定対象物への照射手段として白色レーザ光源１０を用いており、この白色レーザ光源１０から照射される白色レーザ光１２は、光の３原色であるＲＧＢ３色のレーザを１本のレーザ管から同時に発振されるものである。したがって、この白色レーザ光１２は、熱線を含まない光であるため、本実施の形態１によれば、様々な対象物の内部拡散光を測定することが可能である。
【００１７】
また、本実施の形態１は、試料１８に対する白色レーザ光１２の照射点１９を中心とした観測領域１６ａに向けて配置された単一受光素子１６を有している。この単一受光素子１６は、試料１８から出てくる内部拡散光１５を測定するために設けられているものである。さらに、単一受光素子１６は、内部拡散光１５と表面反射光１３の弁別を行う内部拡散光選択手段としてのマスク１７を有している。このマスク１７は、白色レーザ光１２の照射により生じた照射点１９からの表面反射光１３と観測領域１６ａからの内部拡散光１５のうち、表面反射光１３を光学的に遮断して内部拡散光１５を単一受光素子１６で受光させる役割を担っている。
【００１８】
マスク１７の役割について、図２を用いてさらに詳細に説明する。なお、図２は、図１において試料１８をＡ方向（単一受光素子１６が試料１８に対して向いている方向）から見た状態を表しており、図２において（ａ１），（ａ２）はそれぞれ単一受光素子１６が取得した受光面の画像イメージを表している。
【００１９】
試料１８の表面が水平であり単一受光素子１６の位置決めが正常であれば、光の分布は（ａ１）のような分布となる。この際、試料１８に対する白色レーザ光１２の照射点１９から入射してくる表面反射光１３は、受光面（観測領域）１６ａの中央部に照射されることになるが、予め設けられたマスク１７によって単一受光素子１６への入射を遮られることになる。それ以外の観測領域１６ａからの光である内部拡散光１５は、マスク１７に遮られることなく受光面（観測領域）１６ａに到達することになるので、単一受光素子１６は内部拡散光１５を測定できることになる。
【００２０】
一方、試料１８の表面が水平でなく傾いている場合、あるいは、表面に凹凸がある場合、光の分布は、例えば、（ａ２）に示すような状態になる。このような場合には、受光面（観測領域）１６ａの中央にマスク１７を固定していたのでは表面反射光１３を遮断することができないため、中央部の位置１７ａから最も輝度の高い表面反射光の入射位置１７ｂにマスク１７を移動させて対応することになる。
【００２１】
なお、マスク１７の材質は、金属や紙など表面反射光１３を遮断できる物であればどの様な物を採用してもよい。また、マスク１７の設置位置は、試料１８から単一受光素子１６の間であればどの位置に設けてもよく、当然、単一受光素子１６の受光面上に接合させることによって設置されてもよい。上述したマスク１７の移動手段については、機械的・電気的なあらゆる駆動手段を用いることができるのは当業者にとって明らかである。
【００２２】
単一受光素子１６によって測定された内部拡散光１５のデータは、例えば、評価部１００に伝送されて保存されることになる。実施の形態１が有する評価部１００は、様々な機能を有することが可能であり、例えば、質感における内部拡散光の寄与度の評価、質感付与物（例えば、樹脂成型品、塗料、化粧品、自動車のボディー、自動車の内装等）の開発目標・改良目標の定量化、ＣＧレンダリングのリアリティ向上及び経験的に行われているＣＧパラメータ設定の自動化等に利用することが可能である。
【００２３】
実施の形態２
以下、本発明の実施の形態２による内部拡散光測定装置について、図３、４を用いて説明する。図３は、本実施の形態２における内部拡散光測定装置の構成を示す図である。また、図４は、内部拡散光の測定原理を説明するための受光イメージを示す概略図である。なお、前述した実施の形態１に示した部材と同一又は類似する部材には、同一符号を付して説明を省略する。
【００２４】
本実施の形態２で特徴的なことは、実施の形態１で受光手段として採用していた単一受光素子１６とマスク１７を、２次元エリアセンサ２６としたことにある。この２次元エリアセンサ２６には、例えば、ＣＣＤカメラ等を採用することができる。
【００２５】
２次元エリアセンサ２６の機能について、図４を用いて詳細に説明する。なお、図４は、図３において試料１８をＢ方向（２次元エリアセンサ２６が試料１８に対して向いている方向）から見た状態を表しており、図４において（ｂ１），（ｂ２）はそれぞれ２次元エリアセンサ２６が取得した複数の受光素子面の画像イメージを表している。
【００２６】
試料１８の表面が水平であり２次元エリアセンサ２６の位置決めが正常であれば、光の分布は（ｂ１）のような分布となる。この際、試料１８に対する白色レーザ光１２の照射点１９から入射してくる表面反射光１３は、複数の受光素子面（観測領域）２６ａの中央部に照射されることになる。また、試料１８の表面が水平でなく傾いている場合、あるいは、表面に凹凸がある場合、光の分布は、例えば、（ｂ２）に示すように複数の受光素子面（観測領域）２６ａの中央部から外れた状態になる。本実施の形態２で採用する２次元エリアセンサ２６が有効な点は、（ｂ１），（ｂ２）で示すように遮断すべき表面反射光１３の位置が変わったとしても、電気的にマスク処理を施すことによって表面反射光成分を取り除き、内部拡散光１５を測定できることにある。２次元エリアセンサ２６を用いることによって、実施の形態１で示したようなマスク１７やマスク移動手段を設ける必要がなくなるため、非常に簡易に内部拡散光１５を測定することが可能となる。
【００２７】
ここで、電気的なマスク処理は、実施の形態２が有している取得データ処理部２００によって行われることになる。この取得データ処理部２００では、例えば、所定のしきい値を超える輝度の光を表面反射光１３と判断して表面反射光成分を除去する方法や輝度分布形状から内部拡散光１５を特定する方法など、ソフト的にマスク処理を行うことが可能である。
【００２８】
取得データ処理部２００によって測定された内部拡散光のデータは、例えば、評価部３００に伝送されて保存されることになる。実施の形態２が有する評価部３００は、様々な機能を有することが可能であり、例えば、質感における内部拡散光の寄与度の評価、質感付与物（例えば、樹脂成型品、塗料、化粧品、自動車のボディー、自動車の内装等）の開発目標・改良目標の定量化、ＣＧレンダリングのリアリティ向上及び経験的に行われているＣＧパラメータ設定の自動化等に利用することが可能である。
【００２９】
なお、実施の形態１，２のいずれについても外部からの光の影響が排除されていること、あるいは一定の条件下であることを前提にしており、そのための外部光遮蔽装置や暗室等の周知技術を本実施の形態である内部拡散光測定装置に備えることも当然可能である。
【００３０】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、測定対象物の内部拡散光を測定する際に、信頼性のあるデータ取得を簡易に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１における内部拡散光測定装置の構成を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態１における内部拡散光の測定原理を説明するための受光イメージを示す概略図である。
【図３】本発明の実施の形態２における内部拡散光測定装置の構成を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態２における内部拡散光の測定原理を説明するための受光イメージを示す概略図である。
【図５】従来の技術に係る可視光レンズ集光による内部拡散光測定方法を説明するための図である。
【符号の説明】
１０白色レーザ光源、１２白色レーザ光、１３表面反射光、１４試料内部における散乱、１５内部拡散光、１６単一受光素子、１６ａ受光面（観測領域）、１７マスク、１７ａ，１７ｂマスク位置、１８試料、１９照射点、２６２次元エリアセンサ、２６ａ複数の受光素子面（観測領域）、３１レンズ集光、３２試料、３３集光点、３４光源、１００，３００評価部、２００取得データ処理部。

Claims

測定対象物表面上の照射点に対してレーザ光を照射する照射手段と、
測定対象物表面上における照射点を中心とした観測領域に向けて配置された受光手段と、
レーザ光の照射により生じた照射点からの表面反射光と観測領域から放出される内部拡散光のうち、表面反射光を光学的に遮断して内部拡散光を受光手段で受光させる内部拡散光選択手段と、
を含むことを特徴とする内部拡散光測定装置。
請求項１に記載の内部拡散光測定装置において、
前記内部拡散光選択手段は、
測定対象物表面と受光手段との間に設けられることを特徴とする内部拡散光測定装置。
測定対象物表面上の照射点に対してレーザ光を照射する照射手段と、
測定対象物表面上における照射点を中心とした観測領域に向けて配置され、レーザ光の照射により生じた照射点からの表面反射光及び観測領域から放出される内部拡散光を受光する受光手段と、
受光手段から出力された受光信号から内部拡散光に相当する内部拡散光成分を電気的に抽出する内部拡散光選択手段と、
を含むことを特徴とする内部拡散光測定装置。
請求項１〜３のいずれか１に記載の内部拡散光測定装置において、
前記レーザ光は、白色レーザ光であることを特徴とする内部拡散光測定装置。
測定対象物表面上の照射点に対して照射手段から光を照射し、これによって測定対象物表面上における照射点からの表面反射光と照射点近傍領域からの内部拡散光とを生じさせるステップと、
測定対象物表面上における照射点近傍領域からの光を受光手段で受光するステップと、
受光手段から出力された受光信号を評価するステップと、
を含み、さらに、
光学的処理又は電気的処理により、評価される受光信号を内部拡散光に対応した信号成分とするステップを有すること、
を特徴とする内部拡散光測定方法。