JP3347818B2 - 光沢度測定方法及び光沢度測定装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は試料表面の光沢度測定
方法及び光沢度測定装置に関し、特に試料表面上の測定
点を含む微小面積の光沢度測定方法及び光沢度測定装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、試料表面の艶すなわち光沢の品
質評価は、見本と製品とを目視により比較し判定を行っ
ているが、判定には熟練を要し、また、測定環境や測定
者の主観の違いにより結果が異なることによる取引上の
トラブルがたびたび起きている。そのため、このトラブ
ルを解決し表面品質の安定化を図るには、客観的に判断
できる装置が必要である。

【０００３】現在市販されている光沢計はＤＩＮ，ＩＳ
Ｏ，ＪＩＳ等の規格に準拠した測定器であり、例えばＪ
ＩＳ−Ｚ８７４１「鏡面光沢度測定方法」に示されたよ
うに、限定された開き角しか許されない平行光束を試料
面に照射し、その鏡面反射（正反射）光と該反射光を中
心として規定された開き角内の散乱光とを受光して光量
を測定し、規格化された標準面による反射光量との比に
所定の補正計算を行なって光沢度を得ている。

【０００４】したがって、例えば黒色艶消し面のよう
に、反射光量が大幅に減少する試料の光沢度を測定する
ためには、広い測定面積が必要になり、その測定面は平
面であることが要求される。それでも、多様な試料を測
定して、得られた光沢度が国際的にも通用するために
は、上記のような厳密な規格に準拠した測定器がコスト
高になっても不可欠であることは云うまでもない。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、実際の
生産現場において問題となる製品や部品には、小型のも
のや円筒面，円錐面あるいは球面のように平面ではない
ものの方が多く、これらの試料は直接に上記の測定器で
測定出来ないから、製品，部品と同一材料，同一工程で
加工した平面のサンプルを作製して、間接的に品質を管
理することになる。このような方法は余計な手間やコス
ト，時間がかかる上に、全く同質のサンプルが得られな
いことが多いという問題がある。

【０００６】また、一般的に或いは国際的に通用する値
でなくても、発注者と納入者との間で合意が得られれば
解決出来る場合が殆んどであり、対象とする試料の表面
状態とその目的に応じて、最適な測定条件とそれにより
得られた光沢度の許容幅を設定した方が、より好ましい
品質管理が行えることが多い。

【０００７】さらに、或る程度のフレキシビリティがあ
れば、測定条件を限定しても測定時間が速く、コストの
安い測定器を数多く使用した方が、現場における品質向
上に大きく寄与することが出来る。

【０００８】この発明は上記の点に鑑みてなされたもの
であり、小型あるいは平面でない試料についても光沢度
を測定出来る光沢度測定方法を提案し、さらに測定が簡
単迅速でコストの安い光沢度測定装置を提供することを
目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この発明は上記の目的を
達成するため、光沢度測定方法として試料表面上の測定
点における試料表面の法線を含む面内で該法線に対して
一方向に第１の角度だけ傾斜する方向からスポット光を
測定点に照射し、その反射光を法線を含む面内で法線に
対して反対の方向に第２の角度だけ傾斜する方向に光軸
を有する受光レンズによって集光して、該光軸に略直交
し法線を含む面に沿う方向に配置した１次元位置検出用
のポジション・センシティブ・ダイオードからなる半導
体位置検出器に受光させ、該半導体位置検出器及び受光
レンズと測定点との位置関係が常に一定になるようにし
て、半導体位置検出器の検出信号から得られる反射光の
光芯の座標から試料表面の光沢度を求めるものである。
さらに、第１の角度よりも第２の角度を大きくとるとよ
い。

【００１０】あるいは、光沢度測定装置として、試料表
面に当接する当接面に透孔を有する筐体内に、光源及び
投光レンズからなり試料表面上の測定点にスポット光を
照射する投光部と、スポット光の反射光を集光する受光
レンズ及び１次元位置検出用のポジション・センシティ
ブ・ダイオードからなる半導体位置検出器からなる受光
部とを、投光部の光軸を筐体の当接面に当接される試料
表面の透孔内の測定点における法線に対し一方向に第１
の角度だけ傾斜させ、受光部の光軸を反対の方向に第２
の角度だけ傾斜させて固定配置すると共に、半導体位置
検出器の検出信号から得られる反射光の光芯の座標に基
づいて試料表面の光沢度に関する表示をする表示部を設
けたものである。さらに、第１の角度よりも第２の角度
を大きくとるとよい。

【００１１】また、上記の光沢度測定装置の表示部が表
示する光沢度に関する表示を、半導体位置検出器の検出
信号に基づく光沢度を示す数値にするとよい。あるい
は、半導体位置検出器の検出信号に基づく光沢度が予め
設定された下限値と上限値の範囲内に入っているか否か
を示す表示としてもよい。

【００１２】

【作用】上記のような光沢度測定方法によれば、それぞ
れ測定点における試料表面の法線を含む面内で、法線か
ら第１の角度だけ傾斜したスポット光が測定点を照射
し、該スポット光の試料表面による反射光を法線から反
対方向に第２の角度だけ傾いた光軸を有する受光レンズ
により集光して、受光レンズの光軸に略直交し法線を含
む面に沿う方向に配置した半導体位置検出器に受光させ
る。

【００１３】半導体位置検出器と受光レンズと測定点と
の位置関係を常に一定になるようにして、半導体位置検
出器が出力する検出信号を処理することにより、試料表
面の光沢度を求めることが出来る。さらに、第１の角度
と第２の角度とを異ならせることにより、殆んどの場合
に検出感度を向上させることが出来る。

【００１４】あるいは、上記のように構成した光沢度測
定装置は、筐体の透孔を有する当接面が、光沢度測定装
置に対する試料表面上の透孔内の測定点の位置と測定点
における試料表面の法線の方向とを常に一定にし、該法
線に対して第１の角度をなす光軸を有する投光部が測定
点を中心に試料表面をスポット状に照射する。

【００１５】受光部はその反射光を法線に対して反対方
向に第２の角度をなす光軸を有する受光レンズにより集
光し、半導体位置検出器に入射させる。表示部は、半導
体位置検出器が出力する検出信号を処理して光沢度を求
め、その結果を表示する。さらに、第１の角度と第２の
角度とを異ならせれば、殆んどの場合に検出感度が向上
する。

【００１６】また、表示部が半導体位置検出器の検出信
号に基づく光沢度を数値として表示すれば、試料の光沢
度を数値的に管理する詳しい品質管理データが得られる
と共に、一定の材質とテキスチャを有する試料について
予め求めておいた式を用いて、ＩＳＯ，ＪＩＳ等に準拠
した測定器により得られる光沢度に相当する値が得られ
る。

【００１７】あるいは、得られた光沢度が予め設定され
た下限値と上限値の範囲内に入っているか否かを表示部
が表示すれば、多数の試料を対象とするような生産現場
における品質管理用に適する。

【００１８】

【実施例】以下、この発明の実施例を図面を参照して具
体的に説明する。図２は以下の実施例に用いられる半導
体位置検出器である１次元位置検出用のＰＳＤ（ポジシ
ョン・センシティブ・ダイオード）を説明するための図
である。図２の（Ａ）及び（Ｂ）はＰＳＤをそれぞれ模
式的に示した平面図及び断面図であり、同図の（Ｃ）は
ＰＳＤの原理を等価的に示した回路図である。

【００１９】図２の（Ａ），（Ｂ）に示したように、Ｐ
ＳＤ８は幅Ｗ，長さ２Ｌの受光面８ｓの両外側にそれぞ
れ出力用の電極８ａ，８ｂを備え、受光面８ｓは基板と
なる入力用の電極８ｃの上に順にＮ層，Ｉ層，Ｐ層を重
ねた３層の半導体により構成されている。裏面の電極８
ｃはアースに対して正の直流電圧が印加されているが、
逆バイアスなので入射光がない間は電流が流れない。

【００２０】受光面８ｓの長さ（測定軸；位置測定方
向）の中心を座標原点Ｏとし、右側の電極８ａの方向を
正として座標Ｘの位置に光が入射したとすると、その光
量に比例した電流Ｉがその入射点で電極８ｃからＮ層と
Ｉ層とを通って表面のＰ層に達する。Ｐ層は有限な抵抗
値をもっているから、Ｐ層に達した電流Ｉはそれぞれ左
右の電極８ａ，８ｂまでの距離（Ｌ−Ｘ），（Ｌ＋Ｘ）
に反比例した電流Ｉａ，Ｉｂに分流されて、それぞれ電
極８ａ，８ｂから出力される。

【００２１】

【数１】

【００２２】

【数２】

【００２３】したがって、電流Ｉａ，Ｉｂの比と、その
和が電流Ｉであることから、数１に示すように電流Ｉ
ａ，Ｉｂの値がそれぞれ求められる。つぎに、数２に示
すように電流Ｉａ，Ｉｂの差は電流ＩのＸ／Ｌ倍にな
り、その和はＩであるから差を和で割った商はＸ／Ｌに
なる。しかるに、Ｌは受光面８ｓの全長の１／２であり
予め分っているから、上記の商をＬ倍することにより、
入射点の座標Ｘは入射光量すなわち電流Ｉの大小に関係
なく、容易に求められる。

【００２４】以上説明したように、１次元位置検出用の
ＰＳＤ８の受光面８ｓ上の１点に光が入射した時は、そ
の光量に関係なく、電極８ａ，８ｂからそれぞれ出力さ
れる電流Ｉａ，Ｉｂの差をその和で割って受光面８ｓの
半長Ｌを乗ずれば、受光面８ｓの長さの中心を原点とし
た入射点の座標Ｘが求められる。入射点が受光面８ｓの
幅Ｗの方向に変化しても、電流Ｉａ，Ｉｂは変らないか
ら、座標Ｘの値は影響を受けない。

【００２５】次に、光量の異なる光が異なる座標点に同
時に入射した場合について説明する。光量Ｐ１，Ｐ２…
の複数光がそれぞれ座標Ｘ１，Ｘ２…に入射すれば、そ
れぞれの入射点で光量に比例した電流Ｉ１，Ｉ２…が表
面のＰ層に達して、電極８ａ，８ｂまでの距離に反比例
して分流され、それぞれ重畳された電流Ｉａｔ，Ｉｂｔ
として出力される。

【００２６】

【数３】

【００２７】

【数４】

【００２８】すなわち、この場合の出力電流Ｉａｔ，Ｉ
ｂｔは数３に示すように、数１に示されたＩ，Ｘにそれ
ぞれ添字ｉを付して得られたＩａｉ，Ｉｂｉの総和とし
て求められる。数３で求められた電流Ｉａｔ，Ｉｂｔの
差，和及び差を和で割った商は、それぞれ数４に示すよ
うになる。

【００２９】次に、数２に示したように商をＬ倍して得
られる座標をＸｇとすれば、数４に示したように座標Ｘ
ｇは、光量Ｐｉに比例した電流Ｉｉにそれぞれの座標Ｘ
ｉを乗じた積の総和を、電流Ｉｉの総和すなわち全電流
Ｉｔ＝Ｉａｔ＋Ｉｂｔで割って得られる。

【００３０】最終的に得られたＸｇの式は、各入射点の
電流Ｉｉを各質点の質量Ｍｉに置き換えて見れば質点の
集合体の重心の座標を求める式である。電流Ｉｉは光量
Ｐｉに比例しているから、光量Ｐｉに置き換えることに
より、Ｘｇは測定軸方向に或る任意の光量分布を有する
入射光のいわば光量の重心（以下「光芯」という）の座
標である。

【００３１】図１は、この発明による光沢度測定方法の
一実施例を示す説明図である。試料１の表面上の測定点
１ａにおける法線１ｂを含む面（紙面と一致する）を測
定面とする。それぞれ測定面上にある投光部２の光軸は
法線１ｂの左側に第１の角度である入射角θ１だけ傾
け、受光部３の光軸は法線１ｂの右側に第２の角度であ
る受光角θ２だけ傾けている。

【００３２】投光部２は光源であるＬＥＤ（発光ダイオ
ード）５と投光レンズ６とからなり、投光レンズ６はＬ
ＥＤ５の像を試料１の測定点１ａに結像させることによ
り、測定点１ａを中心としてスポットが形成される。こ
のスポット径は例えばφ２ｍｍ程度であるが、試料１が
平面でない場合はその曲率半径に応じてφ１ｍｍあるい
はそれ以下に設定する。

【００３３】ＩＳＯ，ＪＩＳ等の規格に準拠した測定器
においては、試料を平行光で照射するように規定されて
いるので、照射範囲は投光レンズの径又はその絞りの大
きさで決まるからあまり小さく出来ないし、その大きさ
に比例して全照射光量が低下する。

【００３４】しかしながら、この測定方法では収束光束
で照射してもよいから、投光レンズの径や絞りの大きさ
に関係なく、遙かに微細なスポット径を形成しても、そ
れに伴って照度が増大するから全照射光量はあまり減少
しない。

【００３５】受光部３は受光レンズ７と半導体位置検出
器であるＰＳＤ８とからなり、受光レンズ７は試料１の
測定点１ａに形成されたスポットの像を、受光レンズの
光軸７ａ上のＰＳＤ８より後方の像点７ｉに結像する。

【００３６】したがって、像点７ｉとＰＳＤ８の受光面
８ｓの両端とをそれぞれ結ぶ線と、その線を延長して受
光レンズ７（の主面）と交わる点と測定点１ａとを結ぶ
線とからなる上限光７ｂ，下限光７ｃの間に含まれる光
束が反射光検出のための有効光束になる。受光レンズ７
の有効径は、この有効光束を十分にカバー出来るように
設定する。

【００３７】図１に示した実施例では、入射角θ１に対
して受光角θ２を十分に大きくとっているので、投光レ
ンズ６による照射光の主光線６ａ（及びその周りの開き
角をもった光束）の試料１による鏡面反射光（完全鏡面
での反射光のように反射法則に従った反射光）の主光線
６ｂは、受光レンズ７の有効径に入らない。もし受光レ
ンズ７に入ったとしても、屈折後の主光線６ｂはＰＳＤ
８の上方に外れて、検出されない。

【００３８】すなわち、この場合は反射光のうち鏡面反
射光６ｂの下側に乱反射して、反射光検出のための有効
光束内に入った有効反射光だけが、受光レンズ７を通過
してＰＳＤ８の受光面８ｓに入射する。従って、ＰＳＤ
８は受光面８ｓに入射した有効反射光の光芯の座標Ｘｇ
に応じた電流Ｉａｔ，Ｉｂｔを、その電極（８ａ，８
ｂ）から検出信号として表示部４に出力する。

【００３９】表示部４は入力した電流Ｉａｔ，Ｉｂｔ
を、数４に示したようにその差を和で割った商をＬ倍し
て有効反射光の光芯の座標Ｘｇを求めた後、そのまま表
示してもよいが、一般的には予め設定した値でノーマラ
イズした数値に変換して表示する。

【００４０】図３及び図４は、各種のテクスチャを有す
る試料表面による反射光のＰＳＤ８の受光面８ｓと一致
する面における光量分布の変化の一例を示す図である。
６ｃは鏡面反射光の主光線６ｂの面への入射点であり、
その近傍は照射光の開き角に応じた鏡面反射光束の光量
分布を示し、それ以外は乱反射光の光量分布を示してい
る。Ａ，Ｂ，Ｃはそれぞれ光沢度に応じた光量分布の例
を示し、（イ，ロ，ハ）はそれぞれ入射点６ｃに対する
ＰＳＤ８の位置の例を示す。

【００４１】図３は、例えば梨地面のように、乱反射光
が主光線６ｂ（図では６ｃ）に略対称的に分布している
例を示す。梨地仕上げの場合は、ブラストする鉄分のメ
ッシュと加工程度によってそれぞれＡ，Ｂ，Ｃとして示
したように、反射光が入射点６ｃの近くに集まっている
ものから、広く分散しているものまである。

【００４２】このように、光量分布が入射点６ｃに対し
て略対称的なものに対して、（イ）に示したようにＰＳ
Ｄ８の中心が入射点６ｃと略一致するように配置すれ
ば、光量分布が変化しても光芯の座標Ｘｇは殆んど変化
しないから、不適当である。また、（ロ）に示したよう
にＰＳＤ８のいずれか一端が入射点６ｃと略一致するよ
うに配置すれば、入射点６ｃの片側だけの光量を受光す
るから、光量分布の変化に伴って光芯の座標Ｘｇが変化
し、光沢度の変化を検出することが出来る。

【００４３】さらに、（ハ）に示したようにＰＳＤ８に
入射点６ｃ及びその近傍の反射光が入射しないように配
置すれば、光量のうち大きな割合を占め、かつ位置が変
化しない部分が除かれて乱反射光のみ入射するようにな
るから、ＰＳＤ８の入射光量が減少しても、Ａ，Ｂ，Ｃ
に示したような光量分布の変化に示した光芯の座標Ｘｇ
の変化が大きくなり、それだけ検出感度が向上する。

【００４４】ただし、あまり光量が減少すると測定結果
すなわち光沢度のバラツキが大きくなるから、目標とす
る仕上りの反射光量分布の型と、受光レンズの焦点距離
とＰＳＤ８の長さの比と、ＰＳＤ８に流れる全電流値Ｉ
ｔとに応じて、入射角θ１及び入射角θ１と受光角θ２
の差を最適になるように設定するとよい。

【００４５】しかしながら、例えば虹目仕上げ面のよう
に反射光に方向性があり、乱反射光の光芯となるべき軸
（仮りに「光芯軸」という）が主光線６ｂに対して変化
する要素と、光心軸に対して略対称的に変化する要素と
を併せ持ったものがある。このようなテキスチャを有す
る試料の場合には、試料による反射光が最も広く分散す
る方向と、投光部２及び受光部３の光軸を含む面とが一
致するようにして測定する。

【００４６】また、光芯軸が主光線６ｂに対して変化す
る要素は、製品のロット毎に変化することはあっても、
同一ロット内では変化しない傾向がある。従って、ロッ
ト毎に適当な数の試料をとって光芯軸の主光線６ｂに対
する角度の変化、即ち座標Ｘｇの変化の平均値を求め、
次にそのデータを参考にして、図３における（ロ）又は
（ハ）に示したような設定を行なった後、製品毎の光芯
軸に対する対称的な変化を測定すればよい。

【００４７】図４は、鏡面反射光の主光線６ｂに対する
光芯軸の傾きを測定する例を示す。Ａ，Ｂ，Ｃに示した
変化に対しては、ＰＳＤ８の中心を（イ）に示すように
入射点６ｃと略一致するように配置すれば、光芯軸の傾
きに応じて光芯の座標Ｘｇが変化するから、光沢度の変
化として測定することが出来る。

【００４８】光芯軸に対する対称的な光量分布の変化
は、左右の変化が互に打ち消し合うから、光芯の座標Ｘ
ｇには余り影響がない。僅かに残った影響は、複数の試
料の結果の平均値をとることにより、無視出来る程度ま
で減少する。

【００４９】さらに、図４において（ロ）に示したよう
に、ＰＳＤ８の位置は（イ）と同じであるが、ＰＳＤ８
の入射点６ｃ近傍を遮光板９で遮光することにより、鏡
面反射光束の影響を除去して検出速度を向上させること
が出来る。

【００５０】また、例えばヘアライン仕上げの面のよう
に、反射光に方向性がある点は同様であるが、虹目仕上
げと異なり光芯軸が主光線６ｂに対して変化する要素が
なく、主光線６ｂに対して略対称的に光量分布が変化す
るものがある。

【００５１】このようなテキスチャを有する試料の場合
には、虹目仕上げと同様に反射光が広く分散する方向
と、投光部２及び受光部３の光軸を含む面とが一致する
ようにすれば、それ以降は図３に示した例のように測定
すればよい。

【００５２】以上説明したように、この発明による光沢
度測定方法は、試料１の測定点１ａに予め設定された入
射角θ１でスポットを照射し、その反射光を集光（結像
ではない）してＰＳＤ８で受光し、その検出信号を処理
して得られた反射光の光芯の座標Ｘｇから光沢度を得て
いる。

【００５３】したがって、試料１を平行光束で照射する
測定方法に比べて、試料の被測定面積が遙かに小さくな
るから、被測定面積を大きくとれない小型部品の表面
や、平面ではない試料表面ならば測定点１ａにおける曲
率半径に応じてスポット径を小さくすることにより、そ
れぞれ光沢度を測定することが出来る。

【００５４】図５は、この発明の一実施例である光沢度
測定装置の構成を示す側面図である。図５に示した光沢
度測定装置２０は、外光を遮光する筐体２１と、該筐体
２１内にそれぞれ設けられた投光部２２及び受光部２３
と、筐体２１とは別に互いにケーブル２５で接続された
表示部２４とから構成され、筐体２１の一部には筐体本
体に交換可能に固定出来る当接部２６が設けられてい
る。

【００５５】当接部２６には透孔２６ａと試料１に当接
する当接面２６ｂとが設けられ、図５に示した当接面２
６ｂは平面からなり、試料が平面又は比較的大きな曲率
半径をもつ凸面又は凹面である場合に使用する。試料が
比較的小さな曲率半径をもった球面，円筒面，円錐面等
からなる場合は、凸面か凹面かに応じてそれぞれ異なる
当接面２６ｂを備えた当接部２６を用意し、試料に応じ
て交換する。

【００５６】いずれの当接面２６ｂを備えた当接部２６
も、当接面２６ｂに当接された試料１の測定点１ａが透
孔２６ａ内にあって筐体２１に対して一定の位置にあ
り、測定点１ａにおける試料１の表面の法線が一定の方
向（光沢度測定装置２０が設定している法線方向）にな
るように構成されている。

【００５７】投光部２２は、光源であるＬＥＤ１５と投
光レンズ１６と、ＬＥＤ１５，投光レンズ１６を投光レ
ンズ１６の光軸１６ａに沿って移動可能に固設する鏡筒
２２ａとから構成され、投光レンズ１６はＬＥＤ１５の
像を透孔２６ａ内の測定点１ａの位置にスポットとして
結像する。ＬＥＤ１５と投光レンズ１６とは光軸に沿っ
て移動することにより、試料１の表面の形状に応じてス
ポット径のサイズを変えることが出来る。

【００５８】ＬＥＤ１５の中には発光面の中央に一方の
電極を設けたものがあり、その場合はスポット内に影を
生じるが、この実施例においては、既に光沢度測定方法
において説明したように反射光の光量分布の光芯の座標
Ｘｇを検出するようになっているため、形成されたスポ
ット内の照射光量ムラは殆んど影響を及ぼさない利点が
ある。従って、ＬＥＤ１５から出力された光量は最も有
効に投光レンズ１６を通過し、極めて効率よくスポット
照射することが出来る。

【００５９】受光部２３は、その光軸が１７ａである受
光レンズ１７と半導体位置検出器であるＰＳＤ１８と、
受光レンズ１７，ＰＳＤ１８を固設する鏡筒２３ａとか
ら構成され、受光レンズ１７は測定点１ａにおける試料
１による反射光を集光し、図１において説明した反射光
束の上限光７ｂ，下限光７ｃが、ＰＳＤ１８の受光面の
長さ（測定軸：光軸１６ａ，１７ａを含む面すなわち紙
面と一致する）一杯になるように入射させる。

【００６０】光沢度測定装置２０が予めそれぞれ設定し
ている測定点１ａを通る法線に対して、投光レンズ１６
の光軸１６ａは入射角θ１をなし、受光レンズ１７の光
軸１７ａは受光角θ２をなしている。また、測定点１ａ
からそれぞれ投光レンズ１６を見込む角をスポット光の
開き角、受光レンズ１７を見込む角を反射光束の開き角
とする。

【００６１】一般に、規格に準拠した測定器のように入
射角θ１と受光角θ２とが等しいか、あるいはその差が
比較的小さくて、鏡面反射光の主光線（図１における６
ｂ）が普通のフォトトランジスタの受光面に入射するよ
うな場合は、後者の反射光束の開き角を前者のスポット
光の開き角より大きく設定する。入射角θ１と受光角θ
２との差が大きくて、鏡面反射光の主光線がＰＳＤ１８
の受光面に入射しない場合は、両者の開き角はそれぞれ
独立に設定して差支えない。

【００６２】また、入射角θ１と受光角θ２との差が大
きい場合に、光線の可逆性からいずれの角度を大きくと
っても得られる光沢度は余り変らない。しかしながら、
入射角θ１を小さく設定した方が試料面に形成されるス
ポットの面積が小さいから、入射角θ１を受光角θ２よ
り小さくした方がよく、θ１，θ２を広く設定するよう
な場合程その効果は大きい。

【００６３】このような理由から、図５に示した実施例
においては、それぞれ入射角θ１を５°、受光角を２５
°に設定しているから、鏡面反射光はＰＳＤ１８に全く
入射しない。従って、スポット光の開き角と反射光束の
開き角とは、互に独立して設定することが出来る。その
ため、スポットのサイズを変更してスポット光の開き角
が変化しても、投光レンズ１６又は受光レンズ１７に開
き角を調節する絞りを設けるような必要がない。

【００６４】ＰＳＤ１８の図示しない電極（図２に示し
た８ａ，８ｂ）から出力される検出信号である電流信号
Ｉａｔ，Ｉｂｔは、それぞれケーブル２５を介して表示
部２４に入力し、表示部２４は数３及び数４に示した演
算を行なって、表示窓２４ａに数値として表示される。

【００６５】図６は、この実施例によって測定された光
沢度に相当する値と、ＩＳＯに準拠した測定器により測
定された光沢度との相関の一例を示す線図である。図６
の横軸に示した値は、この実施例において演算された結
果をフルスケールが±１０になるように調整して得られ
たものである。

【００６６】図６の縦軸に示した光沢度は、ＤＩＮ（Ｉ
ＳＯ，ＪＩＳと同等）に準拠したＢＹＫ−Ｇardner社
（ドイツ）製の光沢計（マイクロ・トリ・グロス）をθ
１＝θ２＝８５°に設定して使用し、付属の標準板を測
定した時の値が１００％になるように調整して得られた
ものである。

【００６７】試料はすべて平面であり、（Ａ）及び
（Ｂ）はそれぞれプラスティック，スティールを素材と
して黒３分艶の焼付塗装処理、（Ｃ）及び（Ｄ）はアル
ミを素材としてそれぞれメッシュ＃１００，＃１２０の
鉄粉ブラスト処理した梨地黒アルマイト、（Ｅ）はプラ
スティックを素材として黒半艶の焼付塗装処理を行なっ
たもので、それぞれ目視により上限，標準，下限と定め
た見本を用意した。

【００６８】以上５種類１５点の試料について、それぞ
れ複数回の測定を行って得られた平均値をプロットした
図６から明らかなように、目視で定めた標準見本，限界
見本の測定値が必ずしも等間隔になるとは限らないが、
規格に準拠した測定器で得られた光沢値と実施例により
得られた値は、相当によい相関を示し、両測定値の大小
関係が逆転したものは皆無であった。

【００６９】また、いずれの測定値も、目視で定めた上
限見本は高い値を、下限見本は低い値を、標準見本は両
者の間に入っており、その順が逆転したものがなかっ
た。わずかに、試料（Ｄ）の場合、標準見本が直線から
外れているが、測定条件から見て規格に準拠した測定値
の方が実施例による値よりも正しいとは断定出来ない。
むしろ、実施例による値の方が上下限の値の中間値に近
い値を示している。

【００７０】

【数５】

【００７１】数５は、それぞれの素材と処理表面のテク
スチャの組合せ毎に、横軸の値をｘ、縦軸の値をｙとし
て得られた１次回帰式を示す。したがって、各組合せ毎
に得られた数５に示した式を用いて、実施例により得ら
れた値ｘから規格に準拠した測定器により得られる光沢
度に相当する値ｙを計算することも出来る。

【００７２】なお、光沢度を数値で表示する表示部２４
に代えて、得られた光沢度が予め設定した下限値と上限
値の範囲内に入っているか否か、或いは更に下限値未満
であるか上限値を超えているかをそれぞれ表示する表示
部を接続してもよい。このようなリミット型の表示部
は、生産あるいは検査の現場のように多数の試料の合否
判定をする場合に適し、読取ミスを防止する効果があ
る。

【００７３】リミット型の表示部は、例えば、図示しな
いが赤，緑の２色発光ＬＥＤを設けて、光沢度が範囲内
に入っていれば緑色に発光させ、範囲内に入っていなけ
れば赤色に発光させる。あるいは、赤，緑，黄の３色発
光ＬＥＤ（赤と緑を同時に発光させれば黄色になる）を
設けて、それぞれ光沢度が下限値未満であれば赤色、範
囲内にあれば緑色、上限値を超えていれば黄色に発光さ
せてもよい。

【００７４】図７は光沢度測定装置の他の実施例の受光
部３０の構成を示す斜視図である。図７に示した実施例
が図５に示した実施例と異なる所は、受光部３０が、受
光部２３（図５、但し鏡筒２３ａを除いて示す）に加え
て、受光レンズ１７の前に方形の孔３１ａを備えた絞り
板３１と、シリンドリカルレンズ３２とを設けて構成さ
れていることであり、その他の部分は共通であるから図
示及び説明を省略する。

【００７５】受光部３０の絞り板３１を設けたことによ
り、反射光特に乱反射光の通過光量が反射角度によって
変化することがなくなり、得られる光沢度の精度がより
向上する。この場合、上限光，下限光（図１の７ｂ，７
ｃ）は絞り板３１の孔３１ａの上下の縁によって決定さ
れる。同様に、投光部２２の投光レンズ１６の前にも方
形の絞りを設けるとよい。

【００７６】シリンドリカルレンズ３２がない場合は、
図１において説明したように、受光レンズ７によるスポ
ットの像は像点７ｉに結像しているから、光束の投光，
受光の両光軸を含む面と平行な成分と同様に、その面に
垂直な成分も７ｉに結像する。

【００７７】一般に一次元ＰＳＤは測定軸方向に長く、
長さに比べて幅の狭いものが多い。受光面が正方形をな
すものもあるが、コストが遙かに高い。一次元ＰＳＤ
は、幅が狭くなるほどコストが安くなり、しかも僅かで
はあるが残っている幅Ｗ方向へのズレによる誤差が減少
するから、位置検出精度が向上する。

【００７８】しかしながら、幅の狭いＰＳＤを用いると
反射光量の一部だけが入射するようになるため光量ロス
が大きくなり、検出される電流が減少して検出精度が低
下する恐れが出てくる。それを防止するため、出力光量
の大きいＬＥＤを光源に使用すると、スポット径を小さ
く出来なくなるという問題がある。

【００７９】図７に示したように、シリンドリカルレン
ズ３２を設けることにより、両光軸を含む面と平行な光
束成分を像点７ｉに結像させたまま、垂直な光束成分だ
けＰＳＤ１８の受光面又はその近傍に結像させることが
出来るから、コストが安く精度がよい幅の狭いＰＳＤを
用いても光量ロスがなく、検出精度も低下しない。

【００８０】この効果は、試料表面が円筒形や円錐形の
ように、スポットからの反射光が両光軸を含む面に対し
て垂直な方向に拡散する傾向（曲率半径が小さくなるほ
ど大きくなる）を有する試料を測定する場合に有効であ
る。

【００８１】取付方法が確実であれば、受光部３０に設
ける代りに、試料の曲率半径に応じた焦点距離を有する
シリンドリカルレンズ３２を、当接部２６に設けてもよ
い。この場合は、試料が変っても絞り板３１，受光レン
ズ１７を変えなくてよいという長所がある。

【００８２】以上、入射角（第１の角度）θ１と受光角
（第２の角度）θ２とが、筐体２１に対して固定配置さ
れた例について説明したが、投光部２２の投光レンズ１
６の光軸１６ａと、受光部２３の受光レンズ１７の光軸
１７ａとが、それぞれ独立あるいは連動して測定点１ａ
を中心に回動調節可能なように構成してもよい。

【００８３】

【発明の効果】以上説明したように、この発明による光
沢度測定方法は、小型あるいは平面でない試料について
も光沢度を測定することが出来る。また、この発明によ
る光沢度測定装置は、それに加えてコストが安く、簡単
かつ迅速に光沢度を測定することが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明による光沢度測定方法の一実施例を示
す説明図である。

【図２】この発明に使用するＰＳＤの構成例と作用を説
明するための図である。

【図３】試料による反射光量特性とＰＳＤの配置の一例
を示す図である。

【図４】試料による反射光量特性とＰＳＤの配置の他の
例を示す図である。

【図５】この発明による光沢度測定装置の一実施例を示
す側面図である。

【図６】図５に示した光沢度測定装置により得られた値
と、ＩＳＯ等の規格に準拠した測定器により得られた光
沢度との相関の一例を示す線図である。

【図７】光沢度測定装置の受光部の他の実施例を示す斜
視図である。

【符号の説明】

１：試料 １ａ：測定点 ２，２２：投光部 ３，２３，３０：受光部 ４，２４：表示部 ５，１５：ＬＥＤ（光源） ６，１６：投光レンズ ６ａ，１６ａ：光軸 ７，１７：受光レンズ ７ａ，１７ａ：光軸 ８，１８：ＰＳＤ（半導体位置検出器） ２０：光沢度測定装置 ２１：筐体 ２６：当接部 ２６ａ：透孔 ２６ｂ：当接面 θ１：入射角（第１の角度） θ２：受光角（第２の角度）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01N 21/00 - 21/01 G01N 21/17 - 21/61 実用ファイル（ＰＡＴＯＬＩＳ) 特許ファイル（ＰＡＴＯＬＩＳ)

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 試料表面上の測定点における前記試料表
   面の法線を含む面内で該法線に対して一方向に第１の角
   度だけ傾斜する方向からスポット光を前記測定点に照射
   し、その反射光を前記法線を含む面内で前記法線に対し
   て前記一方向と反対の方向に第２の角度だけ傾斜する方
   向に光軸を有する受光レンズによって集光して、該光軸
   に略直交し前記法線を含む面に沿う方向に配置した１次
   元位置検出用のポジション・センシティブ・ダイオード
   からなる半導体位置検出器に受光させ、該半導体位置検
   出器及び前記受光レンズと前記測定点との位置関係が常
   に一定になるようにして、前記半導体位置検出器の検出
   信号から得られる前記反射光の光芯の座標から前記試料
   表面の光沢度を求めることを特徴とする光沢度測定方
   法。
2. 【請求項２】 前記第１の角度よりも前記第２の角度を
   大きくとることを特徴とする請求項１記載の光沢度測定
   方法。
3. 【請求項３】 試料表面に当接する当接面に透孔を有す
   る筐体内に、光源及び投光レンズからなり前記試料表面
   上の測定点にスポット光を照射する投光部と、前記スポ
   ット光の反射光を集光する受光レンズ及び１次元位置検
   出用のポジション・センシティブ・ダイオードからなる
   半導体位置検出器からなる受光部とを、前記投光部の光
   軸を前記筐体の当接面に当接される試料表面の前記透孔
   内の測定点における法線に対し一方向に第１の角度だけ
   傾斜させ、前記受光部の光軸を前記一方向と反対の方向
   に第２の角度だけ傾斜させて固定配置すると共に、前記
   半導体位置検出器の検出信号から得られる前記反射光の
   光芯の座標に基づいて前記試料表面の光沢度に関する表
   示をする表示部を設けたことを特徴とする光沢度測定装
   置。
4. 【請求項４】 前記第１の角度よりも前記第２の角度を
   大きくとることを特徴とする請求項３記載の光沢度測定
   装置。
5. 【請求項５】 前記表示部が表示する光沢度に関する表
   示が、前記半導体位置検出器の検出信号に基づく光沢度
   を示す数値であることを特徴とする請求項３又は４記載
   の光沢度測定装置。
6. 【請求項６】 前記表示部が表示する光沢度に関する表
   示が、前記半導体位置検出器の検出信号に基づく光沢度
   が予め設定された下限値と上限値の範囲内に入っている
   か否かを示す表示であることを特徴とする請求項３又は
   ４記載の光沢度測定装置。