JP2017207447A - 反射光検出装置及び反射光検出方法 - Google Patents
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Abstract
Description
なお、ここでは表面反射光を除去する場合について説明したが、表面反射光を取り出す場合も同様である。
a) 全体として平面ではない表面を有する対象物の第1領域に、第1方向から所定の偏光方向の第1測定光を入射させる第1照明装置と、
b) 前記第1測定光が前記第1領域において表面反射された光である第1表面反射光の少なくとも一部が入射する位置に配置された偏光光学系と、
c) 前記対象物の表面の前記第1領域とは異なる領域である第2領域に、第2方向から、前記第1測定光と偏光方向が同じである第2測定光を入射させる第2照明装置と、
d) 前記第2測定光が前記第2領域において表面反射された光である第2表面反射光の少なくとも一部が前記偏光光学系に入射するように、前記第2測定光の光軸の方向を調整する調整手段と、
e) 前記偏光光学系を通過した光を検出する検出器と
を備えることを特徴とする。
a) 全体として平面ではない表面を有する対象物の第1領域に、第1方向から所定の偏光方向の第1測定光を入射させ、
b) 前記第1測定光が前記第1領域において表面反射された光である第1表面反射光の少なくとも一部が入射する位置に偏光光学系を配置し、
c) 前記対象物の表面の前記第1領域とは異なる領域である第2領域に、第2方向から、前記第1測定光と偏光方向が同じである第2測定光を入射させ、
d) 前記第2測定光が前記第2領域において表面反射された光である第2表面反射光の少なくとも一部が前記偏光光学系に入射するように、前記第2測定光の光軸の方向の少なくとも一方を調整する調整し、
e) 前記偏光光学系を通過した光を検出する
ことを特徴とする。
好ましくは前記検出器が、
前記偏光光学系を通過した光を集光する集光光学系と、
前記集光光学系によって集光された光を平行光に変換する平行光学系と、
前記平行光を第1分割光と第2分割光に分割し、該第1分割光と該第2分割光の間に連続的に変化する光路長差を付与する光路長差付与手段と、
連続的に変化する光路長差が付与された前記第1分割光及び前記第2分割光を結像面上に集光させて干渉光を形成する結像光学系と、
前記結像面上に配置された複数の画素を有する、前記干渉光の強度を検出する干渉光検出部と、
前記干渉光検出部で検出された前記干渉光の光強度に基づき、前記被測定物に含まれる成分のインターフェログラムを求め、このインターフェログラムをフーリエ変換することによりスペクトルを取得する処理部と
を備える。
[反射光検出装置の構成]
図1は本実施形態に係る反射光検出装置のブロック図である。また、図2は該反射光検出装置における分光測定装置の概略的な全体構成図である。反射光検出装置は、照明システム100と分光測定装置200とこれらの動作を制御する制御装置300から構成されている。
照明システム100は、1個の第1照明装置11と1ないし複数個の第2照明装置12と受光側偏光板13を備えている。受光側偏光板13は本発明の偏光光学系に相当する。詳しくは後述するように、受光側偏光板13は、第1及び第2照明装置11,12から対象物Sに入射した光の反射光(表面反射光、内部反射光)の少なくとも一部が入射する位置に配置されている。受光側偏光板13の後段に分光測定装置200が配置されている。
受光側偏光板13の近傍に光センサを配置し、該光センサの検出結果に基づき、受光側偏光板13に入射する第1及び第2測定光の強度が最大となるように保持部のピボット角を調整するとともに保持部と対象物Sと受光側偏光板13の配置を調整する調整機構を設ける。また、第1光源111及び第2光源121の設置位置からの光が対象物Sに対してブリュースター角で入射したときの第1及び第2測定光の強度が最も大きくなるように、あるいは強度が最も小さくなるように、さらには、強度が所定の設定値となるように、保持部のピボット角を調整するとともに保持部と対象物Sと受光機(後述する分光測定装置200のCCDカメラ204)の配置を調整すると良い。第1光源111及び第2光源121からの光が対象物Sに対してブリュースター角で入射する箇所は、第1光源111及び第2光源121と対象物Sの位置が決まればある程度特定することができる。
手動で光軸を変更する構成においては、第1光源111の保持部及び第2光源121の保持部がそれぞれ第1光軸調整機構113及び第2光軸調整機構123となる。また、自動で光軸を変更する構成では、光センサ、第1光源111の保持部、及び駆動機構が第1光軸調整機構113となり、光センサ、第2光源121、及び駆動機構が第2光軸調整機構123となる。
図2に示すように、分光測定装置200は、第1測定光及び第2測定光の対象物による反射光(表面反射光及び内部反射光)であって受光側偏光板13を透過した光を集光し、平行光束にする光学系201、位相シフタ202、結像レンズ203、該結像レンズ203の結像面上に位置する受光面を有するCCDカメラ204、CCDカメラ204の検出信号の処理や位相シフタ202の駆動を制御する制御部205を備えている。光学系201は、集光レンズ2011とコリメータレンズ2012から構成されており、これらレンズはそれぞれ本発明の集光光学系及び平行光学系として機能する。位相シフタ202は、固定ミラー部210及び可動ミラー部211並びに可動ミラー部211を矢印方向に移動させる駆動機構212を備えている。
次に、反射光検出装置の動作について図3及び図4を参照して説明する。ここでは、説明を簡単にするため、対象物Sは、上面及び左右側面がいずれもほぼ平坦な面からなる、先細状の左右対称な立体形状であることとし、長方形の板状の台400の上に載置された対象物Sを取り囲むように1個の第1照明装置11と2個の照明装置12が配置されていることとする(図3参照)。また、以下の説明では、台400の上面が水平面上にあることとし、台400の上面の四つの辺のうち対向する二辺に平行な軸をX軸、残りの対向する二辺に平行な軸をY軸、X軸及びY軸と直交する軸(鉛直軸)をZ軸とする。さらに、図3(a)における紙面左側を前、右側を後ろとする。
図5A及び図5Bは、互いに平行に配置された第1偏光板と受光側偏光板がオープンニコル(偏光方向が平行な位置関係)、クロスニコル(偏光方向が直交する位置関係)にある状態を示している。一方、図5Cは、図5Bに示す状態から第1偏光板をX軸周りに回転させた状態を示す。この状態で、第1偏光板の上方の光源から対象物に向けて光を出射し、受光側偏光板(Z軸方向)に表面反射させる場合は、第1偏光板の傾きに関係なく、第1偏光板の偏光方向と受光側偏光板の偏光方向の関係は変化しない。また、図5Dは、図5Bに示す状態から第1偏光板をZ軸周りに回転させた状態を示す。この状態で、第1偏光板の上方の光源から対象物に向けて光を出射し、受光側偏光板(Z軸方向)に表面反射させる場合も、第1偏光板の傾きに関係なく、第1偏光板の偏光方向と受光側偏光板の偏光方向の関係は変化しない。これは、第1偏光板と受光側偏光板がオープンニコル、クロスニコルのいずれの関係であっても同じである。
次に、具体的な分光特性の測定結果を示す。
ここでは、表面に赤色の塗料が塗装された断面L字状の金属板(対象物S)の異なる2面(A面及びB面)に対して2個の白色LED(第1光源111及び第2光源112、いずれも波長帯域は400〜800nm)から光を照射したときに該金属板で生じる反射光の分光特性を測定した。図6に2個の白色LEDと第1及び第2偏光板112及び122、金属板、受光側偏光板13の配置を示す。また、図6には示していないが、受光側偏光板13を通過した光が入射する位置に上述の分光測定装置200が配置されている。
次に、金属板に代えて、表面に赤色の塗料が塗装されたミニチュアカーの車体に2個の白色LEDからの光を照射したときの反射光の分光特性を求めた。使用した装置の構成は測定結果1と同じである。その結果を図10に示す。図10は、受光側偏光板13と第1及び第2偏光板112、122がクロスニコルの関係、オープンニコルの関係にあるときの分光特性、及び光源の分光特性を示す。また、図11(a)、(b)はクロスニコル及びオープンニコルのときのCCD画像を示す。
111…第1光源
112…第1偏光板
113…光軸調整機構
114…偏光調整機構
12…第2照明装置
121…第2光源
122…第2偏光板
123…光軸調整機構
124…偏光調整機構
13…受光側偏光板
100…照明システム
200…分光測定装置
201…光学系
2011…集光レンズ
2012…コリメータレンズ
202…位相シフタ
204…CCDカメラ
300…制御装置
Claims (7)
- a) 全体として平面ではない表面を有する対象物の第1領域に、第1方向から所定の偏光方向の第1測定光を入射させる第1照明装置と、
b) 前記第1測定光が前記第1領域において表面反射された光である第1表面反射光の少なくとも一部が入射する位置に配置された偏光光学系と、
c) 前記対象物の表面の前記第1領域とは異なる領域である第2領域に、第2方向から、前記第1測定光と偏光方向が同じである第2測定光を入射させる第2照明装置と、
d) 前記第2測定光が前記第2領域において表面反射された光である第2表面反射光の少なくとも一部が前記偏光光学系に入射するように、前記第2測定光の光軸の方向を調整する調整手段と、
e) 前記偏光光学系を通過した光を検出する検出器と
を備えることを特徴とする反射光検出装置。 - 前記検出器が、
前記偏光光学系を通過した光を集光するための集光光学系と、
前記集光光学系によって集光された光を平行光に変換するための平行光学系と、
前記平行光を第1分割光と第2分割光に分割し、該第1分割光と該第2分割光の間に連続的に変化する光路長差を付与する光路長差付与手段と、
連続的に変化する光路長差が付与された前記第1分割光及び前記第2分割光を結像面上に集光させて干渉光を形成する結像光学系と、
前記結像面上に配置された複数の画素を有する、前記干渉光の強度を検出する干渉光検出部と、
前記干渉光検出部で検出された前記干渉光の光強度に基づき、前記被測定物に含まれる成分のインターフェログラムを求め、このインターフェログラムをフーリエ変換することによりスペクトルを取得する処理部と
を備えることを特徴とする請求項1に記載の反射光検出装置。 - 前記第1照明装置及び前記第2照明装置が、前記対象物に対してそれぞれ相対的に移動可能に構成されていることを特徴とする請求項1又は2のいずれかに記載の反射光検出装置。
- 前記第1照明装置が、ブリュースター角で前記第1領域に前記第1測定光を入射させることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の反射光検出装置。
- 前記第1測定光の光軸を調整する第1光軸調整手段を備えることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の反射光検出装置。
- 前記第2領域が前記対象物の表面の異なる複数の箇所から成り、
前記第2照明装置が、前記複数の第2領域にそれぞれ第2測定光を照射する複数の光源を備えることを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の反射光検出装置。 - a) 全体として平面ではない表面を有する対象物の第1領域に、第1方向から所定の偏光方向の第1測定光を入射させ、
b) 前記第1測定光が前記第1領域において表面反射された光である第1表面反射光の少なくとも一部が入射する位置に偏光光学系を配置し、
c) 前記対象物の表面の前記第1領域とは異なる領域である第2領域に、第2方向から、前記第1測定光と偏光方向が同じである第2測定光を入射させ、
d) 前記第2測定光が前記第2領域において表面反射された光である第2表面反射光の少なくとも一部が前記偏光光学系に入射するように、前記第2測定光の光軸の方向を調整し、
e) 前記偏光光学系を通過した光を検出する
ことを特徴とする反射光検出方法。
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