JP2017083399A - 光拡散度測定装置及び光拡散度測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】試験片の種々の表面凹凸形状による光拡散度に対する依存性を測定可能な光拡散度測定装置を提供する。【解決手段】光源１０と、光源１０から試験片２０へ照射される測定光を整形する光源スリット１１と、光源スリット１１を焦点面とし、光源スリット１１を透過した測定光を試験片２０に当てる第１レンズ１２と、試験片２０に当てられた測定光の透過光を受け、透過光を集光する第２レンズ１３と、第２レンズ１３と受光器１５の間であって、第２レンズ１３の焦点面上に配置され、遮光部分を移動させることで透過部分の幅を可変とする可変スリット１４と、可変スリット１４を透過した測定光を受光する受光器１５とを備える。【選択図】図１

Description

本発明は、光拡散度測定装置及び光拡散度測定方法に関する。

像鮮明度は、ＪＩＳ Ｋ７３７４：２００７（非特許文献１）に定義されている。像鮮明度は、試験片を透過又は反射した光量を、移動する光学くしを通して測定し、測定した光量を計算することによって求められる。試験片の透過光又は試験片からの反射光の光線軸に直交する光学くしを移動させて、光線軸上に光学くしの透過部分があるときの光量（Ｍ）と、光学くしの遮光部分があるときの光量（ｍ）を求める。両者の差（Ｍ−ｍ）と和（Ｍ＋ｍ）との比率（％）が像鮮明度である。
像鮮明度測定装置は、試験片を透過する光量を移動するくしを通して検知する光学系装置と、検知した光量の変動を計測処理する計測系装置とから構成される。光学系装置に備えられる光学くしは、ＪＩＳ Ｋ７３７４：２００７においては、遮光部分と透過部分との比が１：１で、その幅が０．１２５ｍｍ、０．２５ｍｍ、０．５ｍｍ、１．０ｍｍ及び２．０ｍｍの５種類と規定されている。

しかしながら、光学くしの幅が０．１２５ｍｍ、０．２５ｍｍ、０．５ｍｍ、１．０ｍｍ及び２．０ｍｍの５種類と決まっているために、試験片の表面凹凸形状による光拡散度の依存性の特徴が光学くしの規定の幅の間に現れる場合には、試験片の表面凹凸形状による光拡散度の依存性の特徴が反映された測定ができない。つまり、従来の光学くしを用いた像鮮明度の評価では、上記の光学くしの幅以外での光量の取得ができないので、試験片の表面凹凸形状による光拡散度の依存性の特徴が反映された測定ができていない可能性を含んでしまうという問題があった。
近年、素子の高精細化により凹凸形状も高精細化となっており、上記問題はより深刻なものとなっている。

ＪＩＳ Ｋ７３７４：２００７

本発明は、上記問題に鑑み、試験片の種々の表面凹凸形状による光拡散度に対する依存性を測定可能な光拡散度測定装置及び光拡散度測定方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明者らは鋭意研究した結果、試験片を透過又は反射した測定光が通るスリットの幅を自在に変動可能とすることにより、上記課題を解決することを見出した。すなわち、本発明は、以下の［１］〜［５］の光拡散度測定装置及び光拡散度測定方法を提供する。
［１］光源と、前記光源から試験片へ照射される測定光を整形する光源スリットと、前記光源スリットを焦点面とし、前記光源スリットを透過した測定光を前記試験片に当てる第１レンズと、前記試験片に当てられた測定光の透過光又は反射光を受け、透過光又は反射光を集光する第２レンズと、前記第２レンズの焦点面上に配置され、遮光部分を移動させることで透過部分の幅を可変とする可変スリットと、前記可変スリットを透過した測定光を受光する受光器とを備える光拡散度測定装置。
［２］前記可変スリットは、透過部分の幅を略連続的に調整可能である［１］に記載の光拡散度測定装置。
［３］前記可変スリットは、透過部分の幅を０．１２５ｍｍ以下に調整可能である［１］又は［２］に記載の光拡散度測定装置。
［４］前記可変スリットの透過部分の幅を測定する変位計をさらに備える［１］〜［３］のいずれかに記載の光拡散度測定装置。
［５］前記光源から試験片へ照射する測定光を光源スリットで整形し、前記光源スリットを透過した測定光を、前記光源スリットを焦点面とする第１レンズを経て前記試験片に当て、前記試験片に当てられた測定光の透過光又は反射光を、第２レンズ及び可変スリットを経て受光器に集光させ、前記受光器で受光した光量に基づいて光拡散度を測定する光拡散度測定方法であって、前記可変スリットの遮光部分を移動させることで透過部分の幅を略連続的に変更し、略連続的に変更した前記可変スリットの透過部分の幅に対する光量を測定する工程を含む光拡散度測定方法。

本発明によれば、試験片の種々の表面凹凸形状による光拡散度に対する依存性を測定可能な光拡散度測定装置及び光拡散度測定方法を提供することができる。

本発明の透過式の光拡散度測定装置の概念図である。 本発明の反射式の光拡散度測定装置の概念図である。 本発明の光拡散度測定装置の可変スリットを説明するための概略図である。 図４（ａ）は、表面の凹凸部の平均傾斜角θａが大きい試験片の透過光強度の角度分布を示すグラフであり、図４（ｂ）は、表面の凹凸部の平均傾斜角θａが小さい試験片の透過光強度の角度分布を示すグラフであり、図４（ｃ）は、平均傾斜角θａが大きいものと、平均傾斜角θａが小さいものが混在した試験片の透過光強度の角度分布を示すグラフである。

本発明の光拡散度測定装置は、図１及び図２に示すように、光源１０と、光源スリット１１と、第１レンズ１２と、第２レンズ１３と、可変スリット１４と、受光器１５とを備える。図１は、透過式の光拡散度測定装置であり、図２は、反射式の光拡散度測定装置である。

光源１０は、試験片２０へ照射される測定光を発するものである。光源１０としては、試験片２０へ照射される測定光を発することが可能なものであれば特に限定されるものではなく、ＪＩＳ Ｃ７７１１の継線形式Ｓ−８で、フィラメントの太さが直径０．０５ｍｍ以下のもの等を採用することができる。

光源スリット１１は、光源１０から出た光を透過させることで、試験片２０へ照射される測定光を整形する。光源スリット１１は、スリット幅が０．０３ｍｍ±０．０１ｍｍで、スリット高さが２０ｍｍ以上とすることが好ましい。

第１レンズ１２は、光源スリット１１を焦点面とするレンズである。第１レンズ１２は、光源スリット１１を透過して整形された測定光を集束させて試験片２０に当てる。第１レンズ１２としては、コンデンサーレンズ等の集束レンズを用いることができる。

第２レンズ１３は、可変スリット１４を焦点面とするレンズである。
第２レンズ１３は、透過式の光拡散度測定装置の場合には、試験片２０に当てられた測定光の透過光を受け、透過光を集光する。第２レンズ１３は、集光した透過光を可変スリット１４に当てる。
第２レンズ１３は、反射式の光拡散度測定装置の場合には、試験片２０に当てられた測定光の反射光を受け、反射光を集光する。第２レンズ１３は、集光した反射光を可変スリット１４に当てる。
第２レンズ１３としては、コンデンサーレンズ等の集光レンズを用いることができる。

可変スリット１４は、遮光部分を移動させることで透過部分の幅を可変とする。具体的には、可変スリット１４は、図３（ａ）に示すように、透過部分１４ｂの幅ｄ_１とすることもでき、遮光部分１４ａを移動させることで、図３（ｂ）に示すように、透過部分１４ｂの幅ｄ_１より狭い幅ｄ_２とすることができる。遮光部分１４ａを移動させる手段としては、モータ、アクチュエータ等の駆動装置を用いることが好ましい。遮光部分１４ａを移動させる場合において、透過部分の幅の中心Ｃと透過光の中心がずれないようにする観点から、中心Ｃに対して対称に配置された遮光部分１４ａをそれぞれ同じ距離移動させて透過部分１４ｂの幅を変更させることが好ましい。
遮光部分１４ａとしては、測定光を遮光可能なものであれば特に限定されるものではなく、金属板及び透明ガラスに金属を蒸着したもの等を採用することができる。

可変スリット１４は、透過部分の幅を略連続的に調整可能であることが好ましい。「略連続的での調整」とは、（１）無段階で連続的な調整、及び（２）実質的に連続的な調整を含む概念をいう。「（１）無段階で連続的な調整」とは、可変スリット１４の幅調整において特定の段階がなく、なめらかである可変スリット１４の透過部分の幅調整をいう。「（２）実質的に連続的な調整」とは、（２−１）０．１００ｍｍ以下での幅調整、及び（２−２）可変スリット１４の透過部分の幅がｄ［ｍｍ］である場合のｄ／１０［ｍｍ］以下での幅調整をいう。つまり、（２−１）可変スリット１４の幅調整は、０．１００ｍｍ以下の幅調整である場合、又は（２−２）可変スリット１４の透過部分の幅がｄ［ｍｍ］である場合のｄ／１０［ｍｍ］以下での幅調整であれば断続的に変更する場合であっても、略連続的での調整とみなすことができる。
（２−１）の具体例は、任意の時点での透過部分の幅をｄ_ａとした際、次の透過部分の幅が（ｄ_ａ＋０．１００ｍｍ以下）である。
（２−２）の具体例は、任意の時点での透過部分の幅をｄ_ａとした際、次の透過部分の幅が（ｄ_ａ＋ｄ_ａ／１０［ｍｍ］以下）である。なお、次の透過部分の幅（ｄ_ａ＋ｄ_ａ／１０［ｍｍ］以下）をｄ_ｂとした場合、その次の透過部分の幅は（ｄ_ｂ＋ｄ_ａ／１０［ｍｍ］以下）である。
可変スリット１４の透過部分の幅の変更が、上記（２−１）の態様の場合、幅調整は、０．０５０ｍｍ以下であることが好ましく、０．０２５ｍｍ以下であることがより好ましく、０．０１０ｍｍ以下であることがさらに好ましい。
可変スリット１４の透過部分の幅の変更が、上記（２−２）の態様の場合、幅調整は、ｄ／２０［ｍｍ］以下に設定することも可能であり、ｄ／１００［ｍｍ］以下に設定することも可能である。
可変スリット１４が透過部分の幅を略連続的に調整可能であることによって、既存の像鮮明度測定装置の光学系装置では０．１２５ｍｍ、０．２５ｍｍ、０．５ｍｍ、１．０ｍｍ及び２．０ｍｍの計５点しか光量を測定することができなかったものが、無数の点で測定が可能になり、数種類の凹凸形状が混在した試験紙において個々の成分に対応した測定及び評価が可能となる。
可変スリット１４は、透過部分の幅を０．１２５ｍｍ以下に調整可能であることが好ましい。可変スリット１４が透過部分の幅を０．１２５ｍｍ以下に調整可能であることによって、既存の像鮮明度測定装置の光学系装置で正確に評価することができなかった微細な表面凹凸形状を有した試験片２０の光拡散度に対する依存性を正確に測定することができる。可変スリット１４が透過部分の幅の下限は、特に限定されないが、０．０１２５ｍｍ程度であることが好ましい。可変スリット１４が透過部分の幅の上限は、特に限定されないが、２．５ｍｍ程度であることが好ましい。

本発明の光拡散度測定装置は、図３（ａ）及び（ｂ）に示すように、可変スリット１４の透過部分の幅を測定する変位計３０をさらに備えることが好ましい。変位計３０は、遮光部分１４ａがある位置から他の位置へ移動したとき、その移動量（変位量）を測定することができる。変位計３０が移動量を測定する方式として、磁界、光、音波等を媒体とした非接触式の変位センサ、及びダイヤルゲージ、差動トランス等の接触式の変位センサがある。変位計３０としては、レーザー変位計、静電容量式変位計及びロードセル等を用いることができる。

受光器１５は、可変スリット１４を透過した測定光を受光し、測定光の光量を検知する。受光器１５は、透過光量又は反射光量の小さい試験片２０についても正確な光拡散度を得るという観点から、受光感度を調整できるものであることが好ましい。受光器１５としては、ＣＣＤカメラ、空間光変調器及び光ダイオード等を用いることができる。
受光器１５は、検知した光量を計測処理する計測系装置（図示せず）と接続され、検知した光量を計測系装置に送信する。計測系装置は、受信した光量のデータに基づいて、表面凹凸形状による光拡散度を算出する。

本発明の光拡散度測定方法は、図１及び図２に示した光拡散度測定装置を用いて行う測定方法である。本発明の光拡散度測定方法は、光源１０から試験片２０へ照射する測定光を光源スリット１１で整形し、光源スリット１１を透過した測定光を、光源スリット１１を焦点面とする第１レンズ１２を経て試験片２０に当て、試験片２０に当てられた測定光の透過光又は反射光を、第２レンズ１３及び可変スリット１４を経て受光器１５に集光させ、受光器１５で受光した光量に基づいて光拡散度を測定する光拡散度測定方法であって、可変スリット１４の遮光部分を移動させることで透過部分の幅を略連続的に変更し、略連続的に変更した可変スリット１４の透過部分の幅に対する光量を測定する工程を含む。
具体的な本発明の光拡散度測定方法を以下に示す。

透過式の光拡散度測定装置による測定の場合は、試験片を取り付けない状態で、可変スリット１４の遮光部分を略連続的に変更し、略連続的に変更した可変スリット１４の透過部分の幅に対する光量を基準光量（ｍ_ｎ）として取得する。また、反射式の光拡散度測定装置による測定の場合は、鏡面光沢度の一次標準面を取り付けた状態で、可変スリット１４の遮光部分を略連続的に変更し、略連続的に変更した可変スリット１４の透過部分の幅に対する光量を基準光量（ｍ_ｎ）として取得する。
基準光量の測定は、可変スリット１４の透過部分の幅の変更に伴って測定することが好ましい。
可変スリット１４の透過部分の幅の変更が、（１）の形態の場合の基準光量の測定は、可変スリット１４の透過部分の幅が変更したタイミングに合わせて、基準光量の測定を断続的に行うことが好ましい。（１）の形態において、基準光量の測定を断続的に行う場合のタイミングは、例えば、（２−１）又は（２−２）の形態において決定する可変スリット１４の透過部分の幅が断続的に変更したタイミングとすることができる。また、可変スリット１４の透過部分の幅の変更が、（１）の形態の場合の基準光量の測定は、可変スリット１４の透過部分の幅の変更に伴って連続して基準光量の測定をしてもよい。
可変スリット１４の透過部分の幅の変更が、（２）の形態の場合の基準光量の測定は、可変スリット１４の透過部分の幅が断続的に変更したタイミングに合わせて、基準光量の測定を断続的に行うことが好ましい。
可変スリット１４の透過部分の幅の変更が、（２）の形態の場合の基準光量の測定である場合は、１度基準光量の測定した後の再測定の際に、変曲点を有する箇所又は変曲点を有するであろうと見込む箇所において変更幅を小さくして測定することが好ましい。

次いで、光拡散度測定装置の試験片取り付け台に試験片２０を取り付ける。
その後、可変スリット１４の遮光部分を移動させることで透過部分の幅を略連続的に変更させ、略連続的に変更した可変スリット１４の透過部分の幅に対する光量を測定する。このとき、可変スリット１４の透過部分の幅の変位は、変位計３０を用いて同時に測定する。可変スリット１４の透過部分の幅の変位を測定することで、可変スリット１４の透過部分の幅と光量とを関連させることができる。可変スリット１４の透過部分の幅と光量とを関連させることで、透過部分の幅に対する光量が評価光量（Ｍ_ｎ）として得られる。
評価光量の測定は、可変スリット１４の透過部分の幅の変更に伴って測定することが好ましい。
可変スリット１４の透過部分の幅の変更が、（１）の形態の場合の評価光量の測定は、可変スリット１４の透過部分の幅が変更したタイミングに合わせて、評価光量の測定を断続的に行うことが好ましい。（１）の形態において、評価光量の測定を断続的に行う場合のタイミングは、例えば、（２−１）又は（２−２）の形態において決定する可変スリット１４の透過部分の幅が断続的に変更したタイミングとすることができる。また、可変スリット１４の透過部分の幅の変更が、（１）の形態の場合の評価光量の測定は、可変スリット１４の透過部分の幅の変更に伴って連続して評価光量の測定をしてもよい。
可変スリット１４の透過部分の幅の変更が、（２）の形態の場合の基準光量の測定は、可変スリット１４の透過部分の幅が断続的に変更したタイミングに合わせて、評価光量の測定を断続的に行うことが好ましい。
可変スリット１４の透過部分の幅の変更が、（２）の形態の場合の評価光量の測定である場合は、１度評価光量の測定した後の再測定の際に、変曲点を有する箇所又は変曲点を有するであろうと見込む箇所において変更幅を小さくして測定することが好ましい。
試験片２０に方向性を持つ凹凸がある場合には、この方向性を持つ凹凸に対する直角方向と平行方向の光拡散度は異なるので、両方を測定する。

次いで、受光器１５で測定した光量のデータを計測系装置に送信し、計測系装置は、受信した光量のデータに基づいて光拡散度を計算する。可変スリット１４の透過部分のそれぞれの幅における光拡散度は、同じ透過部分の幅における基準光量（ｍ_ｎ）と評価光量（Ｍ_ｎ）から、式Ｍ_ｎ／ｍ_ｎの計算により算出される。光拡散度の値が小さい場合は、表面の凹凸部の拡散が多いことを示す。

本発明の光拡散度測定方法によれば、可変スリットの透過部分の幅を変更させた際の光拡散度の値の変化を観察することができるので、変曲点が現れる可変スリットの透過部分の幅を特定することができ、試験片の表面凹凸形状による光拡散度の特徴を測定することができる。試験片の表面凹凸形状による光拡散度の特徴を測定することで、２種の透過光強度の角度分布を示すグラフとなる表面の凹凸部の平均傾斜角θａの存在、最大傾斜角、及び傾斜角の分布の割合を推定することができる。

図４（ａ）に示すような透過光強度の角度分布を示すグラフとなる表面の凹凸部の平均傾斜角θａが大きい試験片、及び図４（ｂ）に示すような透過光強度の角度分布を示すグラフとなる表面の凹凸部の平均傾斜角θａが小さい試験片は、変曲点のない透過光強度の角度分布となるため、既存の像鮮明度測定装置の光学系装置であっても表面凹凸形状による光拡散度に対する依存性を測定することができる。しかし、既存の像鮮明度測定装置の光学系装置では、平均傾斜角θａが大きいものと、平均傾斜角θａが小さいものが混在した図４（ｃ）に示すような変曲点を有する透過光強度の角度分布の試験片の場合、変曲点が可変スリットの遮光部分で隠れてしまうときと、隠れないときでは異なる計測結果となり、同じ試験片を測定しても再現性が得られないという問題があった。一方、本発明の光拡散度測定方法によれば、変曲点を有する箇所又は変曲点を有するであろうと見込む箇所において、可変スリットの透過部分の幅を詳細に変更して測定することで、変曲点の前後の変位を測定することができ、表面凹凸形状による光拡散度に対する依存性を測定することができる。

本発明の光拡散度測定装置は、細かい表面凹凸形状による光拡散度に対する依存性の特徴を測定することができることから、アンチグレアフィルム等の設計に用いることができる。

１０：光源
１１：光源スリット
１２：第１レンズ
１３：第２レンズ
１４：可変スリット
１５：受光器
２０：試験片
３０：変位計

Claims (5)

1. 光源と、
   前記光源から試験片へ照射される測定光を整形する光源スリットと、
   前記光源スリットを焦点面とし、前記光源スリットを透過した測定光を前記試験片に当てる第１レンズと、
   前記試験片に当てられた測定光の透過光又は反射光を受け、透過光又は反射光を集光する第２レンズと、
   前記第２レンズの焦点面上に配置され、遮光部分を移動させることで透過部分の幅を可変とする可変スリットと、
   前記可変スリットを透過した測定光を受光する受光器とを備える光拡散度測定装置。
2. 前記可変スリットは、透過部分の幅を略連続的に調整可能である請求項１に記載の光拡散度測定装置。
3. 前記可変スリットは、透過部分の幅を０．１２５ｍｍ以下に調整可能である請求項１又は２に記載の光拡散度測定装置。
4. 前記可変スリットの透過部分の幅を測定する変位計をさらに備える請求項１〜３のいずれか１項に記載の光拡散度測定装置。
5. 前記光源から試験片へ照射する測定光を光源スリットで整形し、前記光源スリットを透過した測定光を、前記光源スリットを焦点面とする第１レンズを経て前記試験片に当て、前記試験片に当てられた測定光の透過光又は反射光を、第２レンズ及び可変スリットを経て受光器に集光させ、前記受光器で受光した光量に基づいて光拡散度を測定する光拡散度測定方法であって、
   前記可変スリットの遮光部分を移動させることで透過部分の幅を略連続的に変更し、略連続的に変更した前記可変スリットの透過部分の幅に対する光量を測定する工程を含む光拡散度測定方法。