JP2005308571A - 拡散光測定器及びその測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 正確な測定値を得ることが可能な拡散光測定装置を実現すること。
【解決手段】 拡散光測定装置において、正反射光を除くための積分球Ａ側面の延長上に張る射出面に対して正反射光の位置を確認するセンサーＣを設けた。
【選択図】 図１

Description

反射物体の拡散光量を測定するための積分球を有する装置、及びその測定方法に関する。

近年、より少ない光学面数によって光学系を形成する需要が高まり、性能を確保するために光学面を自由曲面とすることが必須となってきている。自由曲面を作成するには、従来の回転軸を中心として一様に磨く方法は適応できず、目的とする面形状に沿って切削する方法が主に用いられている。この場合、光学表面には、粗さや傷が残りやすく、拡散光をより発生させる原因になると考えられる。よって、自由曲面上にのる粗さや傷の拡散量を定量的に確認しておく必要がある。

従来、物体の拡散光量を測定する場合、反射物体の分光測色を行う場合と同様の測定装置、測定方法が用いられている。図４は反射物体の分光測色を行う場合に一般的に用いられる装置図である（非特許文献１）。これら装置は、入射光が積分球A内に入射するための開口部Ai, 測定サンプル保持部Aｓ、拡散光を検出する受光器Ad、正反射光IRを除くための射出部Aoから成る。射出部Aoは光トラップ部に限らず開口の場合もある。また、一般的な測定サンプルの保持部の概略図を図５に記した。積分球の外部から測定サンプルを当て、押さえ込むようにして保持するタイプのものが多く、測定サンプルは積分球Aに対してある方向に固定される。

拡散光の測定時には、入射光用の開口Aiから光を入射させ、測定サンプル表面からの正反射光IRはそれを除くための射出部Aoから逃し、拡散した光を積分球内壁で捉えて、その強度を受光器で検出する。

尚、この拡散強度の絶対値の校正は、常用標準白色面と測定サンプルとを置換して測定し、その拡散強度との比率によって行われる。
ＪＩＳハンドブック 光学 １９９４ Ｚ８７２２

反射物体の拡散光量を測定する装置において、理想的には、正反射光を除く為の射出部分Aoは拡散光の漏出が問題にならないほど十分に小さく、測定サンプル面からの反射光が正反射方向に十分に集中していることが望ましい。しかし実際は、正反射光を除くための射出部分Aoは調整上の問題等の理由である程度余裕を持った径が必要であり、測定サンプルからの反射光は、その表面状態によっては、拡散光が正反射光の周辺にかなり広がって分布している。そのため射出される正反射光周辺の拡散光量を無視することができない。

図６は射出部から抜けた正反射光の強度分布を射出面における位置に対して記した概念図であり、図６（ａ）は射出面の中央に正反射光の方向が一致している場合、図６（ｂ）は射出面の中央に正反射光の方向が一致していない場合を示している。

図６（ａ）と図６（ｂ）の比較から、射出面の中央に正反射光の方向が一致しているか否かで、射出光量、すなわち、積分球の内壁で捕らえられる拡散光量に、差が生じることがわかる。ところが、従来の拡散光量の測定装置であると、上記、射出面と正反射光の位置の関係を確認する手段がなく、正確な値を常に測定できているとは限らない。

また、従来の測定装置における測定サンプルの保持形式では、測定サンプルは固定され、その傾きを調整することはできない。よって、仮に図６（ｂ）のように射出面の中央部に正反射光の方向が一致していなくとも、それを直す手段を有していない。

しかも、測定サンプルの形状は平板に限られ、曲率を有する形状においては、その正反射光は拡散してしまい、射出部Aoから十分に射出することが出来ない。

請求項１の発明の積分球を用いた拡散光測定装置は、正反射光を除くための積分球側面の延長上に張る射出面に対して正反射光の位置を確認する機構を有することを特徴としている。

請求項２の発明は、請求項１の発明において、正反射光を除くための射出面の位置に対して正反射光の位置を確認する機構が、２次元配列から成る固定されたセンサーであることを特徴としている。

請求項３の発明は、請求項１の発明において、正反射光を除くための射出面に対して正反射光の位置を確認する手段が、２次元的に走査するセンサーであることを特徴としている。

請求項４の発明は、請求項１の発明において、正反射光を除くための射出面内の位置に対応した強度の分布を測定することを特徴としている。

請求項５の発明は、請求項１の発明において、測定サンプル面の法線方向を調整できる機構を有することを特徴としている。

請求項６の発明は、請求項５の発明において、測定サンプル面が凹面である場合に、入射光用の開口部に対して積分球よりも外側に、測定サンプル面の持つ焦点距離位置に焦点を結ぶアナモルフィック光学系である集光レンズを配することを特徴としている。

請求項７の発明は、請求項５の発明において請求項５に記載の反射物体の拡散光量を測定する装置において、測定サンプル面が凸面である場合に、入射光用の開口部に対して積分球よりも外側に、測定サンプル面の持つ虚像空間の焦点距離位置に焦点を結ぶアナモルフィック光学系である集光レンズを配することを特徴としている。

本発明による反射物体の拡散光量の測定装置では、正反射光を除くための積分球側面の延長上に張る射出面の位置に対して正反射光の位置を確認する機構を有することで、正反射光が射出面において適当な位置に配しているかを確認でき、正確な測定値を得ることが出来る。その上、正反射光を除くための射出面の位置に対応する正反射光の強度分布を測定する機構を有することで、正反射光の周辺に広がる拡散光量を測定することが出来る。

また、本発明による反射物体の拡散光量の測定装置では、測定サンプル面の法線方向を調整することができる機構を有することにより、射出面内における正反射光の位置を適当に調整することができ、常に、正確かつ測定再現性の高い測定値を得ることが可能となる。

上記、本発明による反射物体の拡散光量の測定装置に加えて、入射光用の開口部に対して積分球よりも外側に、測定サンプル面の持つ焦点距離位置に焦点を結ぶアナモルフィック光学系の集光レンズを配することで、測定サンプル面が曲率を持つ場合においても、正反射光を平行光として射出部より除くことが可能となり、拡散光量を正確に測定することが出来る。

図１は本発明による反射物体の拡散光量を測定する装置図である。積分球Aは、光が入射するための開口Ai、正反射光を射出するための射出部Ao、測定サンプル台As、受光器Adを有し、積分球Aから離れて、入射光Iと測定サンプルの交点と正反射光を除くための積分球側面の延長上に張る射出面の中央とを結ぶ直線上の周囲に、射出面の位置に対応した取り外し可能な２次元配列から成るセンサーCが配置されている。本実施例では、センサーとして、CCDを用いた。

図２は、本発明の測定装置における、測定サンプル台Asを示すものである。積分球Aの壁に開口があり、測定サンプル台Asは、その開口を積分球の壁に沿って覆う形状をした基盤上に開口より小さなサイズの突起台を持ち、突起台に測定サンプルSを固定した状態で積分球の開口部にはめ込むようになっている。サンプル面の法線方向を調整するための複数の調整ネジAs‐2を有している。

本発明による反射物体の拡散光量を測定する装置においては、射出面の位置に対応した取り外し可能な２次元配列から成るセンサーCによって、正反射光を除くための射出面の位置に対する正反射光の位置を確認することができる。射出面の位置に対する正反射光の位置を確認する手段として、２次元配列から成るセンサーCの他に、スリガラスを通して直接目で確認する方法や、二次元的に走査するセンサーであってもよい。ただし、二次元的に走査するセンサーである場合は、走査位置と射出面の位置を対応させるメカ的な機構を有している。

また、センサーCによる情報から、入射光と測定サンプルの交点と正反射光を除くための射出面の中央とを結ぶ直線上に正反射方向が一致していない場合、測定サンプル台にある調整ネジAs‐１を調節することで、正反射方向を適当な方向に移動させることができる。その他、センサーCによって、射出面内の位置に対応した強度分布も得られるので、正反射光の周辺に広がる拡散光量を相対的に測定することができる。

上記のように、正反射方向を最適に配置させた後、センサーCの表面で生じるの反射光が積分球内に戻ることを避けるために、センサーCを取り外し、拡散光量を測定する。

図３は測定サンプル面が凹面である場合の測定装置図を示す。前記、本発明の反射物体の拡散光量を測定する装置に加えて、入射光用の開口部に対して積分球よりも外側に、アナモルフィック光学系の集光レンズBを配している。集光レンズを配することで、正反射光を平行光とし、測定サンプルが入射光に対して凹面である場合においても、正反射を射出部から除くことが出来る。ただし、集光レンズはアナモルフィック光学系である必要がある。アナモルフィック光学系の形状は、積分球に入射する光が入射角φの角度をもつことから、図３の紙面内方向と紙面垂直方向で入射光のうけるパワーが異なる為に生じるピント位置の違いに対応した形状である必要がある。

測定サンプル面は凸面においても、上記と同様のことが言える。

本発明実施例による、拡散光の測定装置を示す説明図。 本発明実施例による、測定サンプル台を示す説明図。 本発明実施例による、測定サンプル面が凹面の場合の測定装置を示す説明図。 従来の拡散光量の測定装置を示す説明図。 従来の拡散光量の測定装置における測定サンプル保持部を示す説明図。 射出部から抜けた正反射光の強度分布を示す説明図。

符号の説明

I 入射光
IR 反射光
A 積分球
As 積分球における測定サンプル台もしくは測定サンプル保持部
Ad 積分球における受光器
Ai 入射光の入射する開口部
Ao 正反射光の射出部
As-1 測定さんプル台における調整ネジ
Ｓ 測定サンプル
C センサー
B 集光レンズ

Claims (7)

1. 反射物体の拡散光量を、積分球を用いて測定する装置において、正反射光を除くための積分球側面の延長上に張る射出面に対して正反射光の位置を確認する機構を有することを特徴とする拡散光測定装置。
2. 請求項１に記載の反射物体の拡散光量を測定する装置において、正反射光を除くための射出面に対して正反射光の位置を確認する機構が、２次元配列から成る固定されたセンサーであることを特徴とする拡散光測定装置。
3. 請求項１に記載の反射物体の拡散光量を測定する装置において、正反射光を除くための射出面に対して正反射光の位置を確認する手段が、２次元的に走査するセンサーであることを特徴とする拡散光測定装置。
4. 請求項１に記載の反射物体の拡散光量を測定する装置において、正反射光を除くための射出面内の位置に対応した強度の分布を測定することを特徴とする拡散光測定装置。
5. 請求項１に記載の反射物体の拡散光量を測定する装置において、測定サンプル面の法線方向を調整できる機構を有することを特徴とする拡散光測定装置。
6. 請求項５に記載の反射物体の拡散光量を測定する装置において、測定サンプル面が凹面である場合に、入射光用の開口部に対して積分球よりも外側に、測定サンプル面の持つ焦点距離位置に焦点を結ぶアナモルフィック光学系である集光レンズを配する測定装置。
7. 請求項５に記載の反射物体の拡散光量を測定する装置において、測定サンプル面が凸面である場合に、入射光用の開口部に対して積分球よりも外側に、測定サンプル面の持つ虚像空間の焦点距離位置に焦点を結ぶアナモルフィック光学系である集光レンズを配する測定装置。

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