JP2017207447A5

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Publication number: JP2017207447A5
Application number: JP2016101747A
Authority: JP
Filing date: 2016-05-20
Publication date: 2018-03-15
Anticipated expiration: 2036-05-20

Description

物体の表面の所定の測定領域に光を照射したときの反射光を用いて、物体の表面形状や色、該物体の内部に含まれる成分等を定性的、定量的に測定することが従来より行われている。反射光には物体の表面で反射された反射光（表面反射光成分）と、物体の内部に進入し、そこで反射された光（内部反射光成分）が含まれており、測定する対象に応じて表面反射光成分、もしくは内部反射光成分、あるいは両方が利用される。表面反射光成分及び内部反射光成分の一方のみを用いて物体の表面形状や色、該物体の内部に含まれる成分等を測定する場合は、他方の成分がノイズとなるため、測定の精度や感度を上げるためには、反射光から該他方の成分を取り除く必要がある。

また、上記課題を解決するために成された本発明に係る反射光検出方法は、
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。

ＣＣＤカメラ２０４は２次元配置された複数の受光素子を備えている。制御部２０５は、ＣＣＤカメラ２０４（受光素子）の検出信号から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数学的にフーリエ変換することにより前記受光側偏光板１３を透過した光の波長毎の相対強度である分光特性（スペクトル）を求める処理部２０６、駆動機構２１２の動作状態から、位相シフタ２０２を構成する固定ミラー部２１０及び可動ミラー部２１１の位置関係を判別する判別部２０７、処理部２０６の処理結果や判別部２０７の判別結果等をディスプレイ、プリンタ等の出力装置に出力する出力部２０８を備える。

次に、第１光源１１１から出射される光の光軸の向き、及び第２光源１２１から出射される光の光軸の向きを光軸調整機構１１３、１２３によって調整し、第１測定光及び第２測定光の両方が受光側偏光板１３に入射するように設定する。ここでは、第１光源１１１から出射される光の光軸はＸＺ平面と平行な向きに設定し、第２光源１２１から出射される光の光軸はＸＹ平面と平行な向きに設定する。

以上の反射光検出装置の動作について、図５Ａ〜図５Ｆを使って更に詳しく説明する。図５Ａ〜図５Ｆは、第１偏光板と受光側偏光板の偏光方向の関係を示す図で、図中、矢印が各偏光板の偏光方向（偏光軸の方向）を示す。
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、図５Ｄに示すように第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５Ｅ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、さらに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。

これに対して、図５Ｆ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、受光側偏光板を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は、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が崩れてしまう。これは、受光側偏光板をＹ軸周りに回転させた場合も同様である。また、第１偏光板と光学素子がオープンニコル、クロスニコルのいずれの関係であっても同じである。ただし、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から、さらに、第１偏光板をＹ軸周りに回転、もしくは受光側偏光板をＺ軸周りに回転（図５Ｆの状態）させることにより、第１偏光板を透過した光が受光側偏光板を透過する量を調整することができる（図５Ｆ参照）。

［測定結果１］
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１２１、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。

図６に示すように、２個の白色ＬＥＤの出射光は、それぞれ金属板の直交する２つの面（Ａ面、Ｂ面）に照射される。各白色ＬＥＤと金属板との間には偏光板（第１偏光板１１２、第２偏光板１２２）が配置されており、上側の白色ＬＥＤ（第１光源１１１）の出射光は偏光軸が矢印Ｄ１で示す方向の偏光となって金属板のＡ面に入射し、下側の白色ＬＥＤ（第２光源１２１）の出射光は偏光軸が矢印Ｄ２で示す方向の偏光となって金属板のＢ面に入射する。また、受光側偏光板１３は、２個の白色ＬＥＤの出射光の金属板における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ている。

また、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にあるときの分光測定装置２００の測定結果（スペクトル）を図８に示す。図８には、白色ＬＥＤ（第１光源１１１及び第２光源１２１）の出射光がそのまま受光側偏光板１３に入射した光（白色ＬＥＤ）、白色ＬＥＤ（第１光源１１１）の出射光が第１偏光板１１２を通過し、Ａ面で反射された後、受光側偏光板１３に入射した光、白色ＬＥＤ（第２光源１２１）の出射光が第２偏光板１２２を通過し、Ｂ面で反射された後、受光側偏光板１３に入射した光のスペクトルをそれぞれ示している。

図８に示すように、白色ＬＥＤの出射光のスペクトルは、波長450nm付近と波長550nm付近にそれぞれピークが存在する。これに対して、Ａ面からの光のスペクトル、及びＢ面からの光のスペクトルには、白色ＬＥＤの出射光スペクトルのピーク成分が存在しない。これは、Ａ面、Ｂ面における表面反射光の偏光方向と受光側偏光板１３の偏光軸とが直交するため、各面における表面反射光は受光側偏光板１３を通過せず、非偏光である内部反射光の一部のみが受光側偏光板１３を通過するからである。従って、Ａ面及びＢ面からの光のスペクトルはそれぞれ各面における内部反射光のスペクトルを表す。Ａ面及びＢ面からの各光のスペクトルに見られるピーク波長（580nm〜650nm）はＡ面及びＢ面の塗料の色（赤色）の波長に対応する。このことから、本実施形態に係る反射光検出装置において、受光側偏光板１３と第１及び第２偏光板１１２、１２２をクロスニコルの関係にすることにより、Ａ面及びＢ面の塗料成分の分光特性を得られることが分かる。

受光側偏光板１３と第１及び第２偏光板１１２、１２２がオープンニコルの関係にあるときも、Ａ面及びＢ面からの表面反射光と内部反射光の両方が受光側偏光板１３を通過するが、この場合は表面反射光の光量の方が内部反射光の光量よりも圧倒的に多く、表面反射光の強度に内部反射光の強度が埋もれてしまうため、内部反射光の分光特性を求めることが難しい。これに対して、受光側偏光板１３と第１及び第２偏光板１１２、１２２の偏光軸の角度を適宜、調整することにより、Ａ面及びＢ面の表面反射光と内部反射光の両方の分光特性を同時に求めることができる。