JP4104789B2 - 光沢センサ - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は光沢センサに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、物体表面の光沢度を測定する際には、物体表面に赤外線、可視光線等を照射し、その反射光を、カラーセンサ、リニアイメージセンサ等の素子で受光し、出力電流を信号処理することで検知していた。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記構造の光沢センサを使用した場合、カラーセンサ、リニアイメージセンサ等が高価であること、およびセンサ素子で受光した後の信号処理が複雑であることなどから、光沢センサ自体の価格が高価になるという問題点があった。
一方、安価な2端子のフォトダイオードをセンサ素子として使用した場合、試料表面の色濃度によって反射光量が異なること、および被測定試料からの反射光が正反射光と乱反射光が混合された状態であることなどから、正確な光沢度の測定は非常に難しいという問題点があった。
また、紙などの曲がりやすい被測定試料の場合、光沢センサと被測定試料の位置関係にばらつきを生じ、測定した光沢度に誤差を生じるという問題点があった。
【0004】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題を解決するもので、分割型フォトダイオード、位相差フィルム、偏光板等の簡単な構成で、安価で精度の高い光沢センサを提供しようとするものであり、併せて紙などの曲がりやすい被測定試料に対して光沢センサとの位置ずれによる測定誤差の補正をも可能にしようとするものである。すなわち、この発明にかかる第1の態様は、光源から物体に光を照射して反射させ、反射光から物体表面の光沢度を検出する光沢センサにおいて、1/2波長板からなり、反射光の振動方向を90度回転させる位相差フィルムと、物体表面に対する反射光の水平方向または垂直方向のいずれか一方の振動成分と平行な成分を透過させる偏光板と、物体表面からの反射光を受光し、該反射光の光量に応じた出力電流を出力する分割型フォトダイオードと、前記分割型フォトダイオードからの出力を信号処理する信号演算回路とを備え、前記位相差フィルムと前記偏光板の両方を通過した反射光と、前記偏光板のみを通過した反射光とを前記分割型フォトダイオードに照射し、前記信号演算回路において、前記位相差フィルムと前記偏光板の両方を通過した反射光から得られた信号と、前記偏光板のみを通過した反射光から得られた信号との差から物体表面の光沢度を測定することを特徴とする光沢センサである。
また、この発明にかかる第2の態様は、光源から物体に光を照射して反射させ、反射光から物体表面の光沢度を検出する光沢センサにおいて、複屈折効果を示す透明フィルムからなり、反射光の振動方向を所定角度だけ回転させる位相差フィルムと、物体表面に対する反射光の水平方向または垂直方向のいずれか一方の振動成分と平行な成分を透過させる偏光板と、物体表面からの反射光を受光し、該反射光の光量に応じた出力電流を出力する分割型フォトダイオードと、前記分割型フォトダイオードからの出力を信号処理する信号演算回路とを備え、前記位相差フィルムと前記偏光板の両方を通過した反射光と、前記偏光板のみを通過した反射光とを前記分割型フォトダイオードに照射し、前記信号演算回路において、前記位相差フィルムと前記偏光板の両方を通過した反射光から得られた信号と、前記偏光板のみを通過した反射光から得られた信号との差から物体表面の光沢度を測定することを特徴とする光沢センサである。
また、上記位相差フィルムと偏光板とを通過させた反射光と、偏光板を通過させた反射光の割合がほぼ等しいことを特徴とする光沢センサである。
さらに、上記光沢センサにおいて、前記信号演算回路は、物体の位置ずれによる測定誤差を補正項加算により補正する演算機能を備えたことを特徴とする光沢センサである。
【0005】
【発明の実施の形態】
本発明による光沢センサは、分割型フォトダイオード、位相差フィルム、偏光板等の安価かつ簡単な構成で、位相差フィルムと偏光板とを通過する反射光と、偏光板のみを通過する反射光とに、ほぼ半分ずつの光量となるよう分離して、分割型フォトダイオードに照射させ、反射光の光量に応じた出力電流を取り出し、信号処理することによって、物体表面の色濃度に関係なく、物体表面の光沢度を測定する。
さらに、光沢センサと被測定試料の位置ずれによる測定誤差を、補正項加算により補正する演算機能を持つことで、紙などの曲がりやすい被測定試料についても安定した光沢度を測定し、表面の質感を判別することができる。
【0006】
【実施例】
以下、本発明による実施例について、図面を参照して説明する。
【0007】
〔実施例1〕
本発明を利用した光沢センサの構造を図1に示す。
図1において、被測定試料1に対し光の入射角と反射角が等しくなるように光源2と分割型フォトダイオード5を配置する。光源2からの光は集光レンズ6を使ってスポット光の状態で被測定試料1に照射する。必ずしも光点を一点に集中させる必要はない。
光源2としては、LEDの他にハロゲンランプ、半導体レーザー等の単波長成分の多い光源を用いることが可能である。
分割型フォトダイオード5としては、図1で用いる4分割型の他に6分割型、8分割型等を用いることも可能である。
【0008】
図2は、図1の受光側の細部を示したものである。
図2の1/2波長板8は位相差フィルムの一種である。
図2に示す1/2波長板8、偏光板9を通過する前の反射光bについて、被測定試料1に対する垂直方向の振動成分eをp波、水平方向の振動成分dをs波とした場合、正反射光は反射の法則に従いs波のみからなる反射光で、かつ試料表面の光沢度が高いほど支配的となる。また、乱反射光は正反射光を除く拡散的な反射光でs波、p波を含む様々な振動方向を持ち、試料表面の光沢度が低いほど支配的となる。
【0009】
図2の偏光板9の透過方向は縦方向であり、これは被測定試料1に対する反射光bの水平方向の振動成分dと平行な方向である。
図2に見られるように、被測定試料1の表面からの反射光bについて、半分を1/2波長板8と偏光板9、残りの半分を偏光板9のみ通過するようにし、偏光板9を通過した後の反射光cの中心が分割型フォトダイオード5の中心に入射するように配置する。この際、1/2波長板8の向きは、図3に示すとおり被測定試料からの反射光に含まれるs波fの振動方向を約90°回転させる向き(1/2波長板8の光軸10をs波fの振動方向に対してθ=45°の向き)に設置することが望ましい。
【0010】
図4は、図2における1/2波長板8、偏光板9および分割型フォトダイオード5の正面から見た位置関係を示している。分割型フォトダイオード5は、形状および面積がほぼ等しい4つの受光素子A、B、C、Dで構成され、その内2つの受光素子C、Dは前から1/2波長板8、偏光板9の順で覆われているのに対し、受光素子A、Bは、偏光板9のみで覆われている。
図4の、受光素子A、B、C、Dにおけるスポット光の受光面積をそれぞれSA、SB、SC、SDとした場合、反射光の中心が分割型フォトダイオード5の中心に一致した状態で照射されている場合は、
SA=SB=SC=SD
の関係が成り立っている。
【0011】
図5は、図4の分割型フォトダイオード5の回路図を示したものである。
図5に示す通り、分割型フォトダイオードは、共通カソード端子16、19と4つの受光素子A、B、C、Dに対するアノード端子15、17、18、20で外部に対して接続されている。(カソード端子、アノード端子の配置は、メーカー、品番により図5と異なる場合がある。)
【0012】
図6は、図2の被測定試料1からの反射光bについて1/2波長板8と偏光板9の両方を通過する成分を表している。1/2波長板8と偏光板9を通過する前の反射光bは、乱反射光hと正反射光iで構成されている。乱反射光hはs波、p波を含む様々な振動方向を持つ反射光で、s波とp波の存在確率はほぼ等しい。また、正反射光iはs波のみからなる。
1/2波長板8を通過した乱反射光jはs波、p波ともに90°振動方向を変えるため、後段の偏光板9を通過する際に、透過方向に対して垂直の振動方向をもつs波は通過が抑制され、平行の振動方向をもつp波は通過が可能となる。一方、1/2波長板8を通過した正反射光kは90°振動方向を変えるため、後段の偏光板9の透過方向に対して垂直の振動方向をもつこととなり、通過が抑制される。よって、被測定試料1からの反射光bについて1/2波長板8と偏光板9の両方を通過する成分は、乱反射光(p波)lのみとなる。
【0013】
図7は、図2の被測定試料1からの反射光bについて偏光板9のみを通過する成分を表している。偏光板9を通過する前の反射光bは、図6と同様に乱反射光hと正反射光iで構成されている。
乱反射光hが偏光板9を通過する際に、透過方向に対して垂直の振動方向をもつp波は通過が抑制されるが、透過方向に対して平行の振動方向をもつs波は通過が可能となる。
一方、正反射光iは偏光板9の透過方向に対して平行の振動方向をもつこととなり、通過が可能となる。
よって、被測定試料1からの反射光bについて偏光板9のみを通過する成分は、正反射光(s波)nと乱反射光(s波)mとなる。
【0014】
このため、図2のように分割型フォトダイオード5に入射する光のうち、右領域の2つの受光素子A、Bは偏光板9のみを通過してきた正反射光(s波)と乱反射光(s波)からなる反射光、左領域の2つの受光素子C、Dは1/2波長板8と偏光板9の両方を通過してきた乱反射光(p波)のみの反射光になり、これら反射光の照射光量、および負荷抵抗Ra、Rb、Rc、Rdによって決まる電流(IPSDA、IPSDB、IPSDC、IPSDD)が、分割型フォトダイオード5の各アノード端子から流れ出すことになる。
【0015】
図8は、図2における分割型フォトダイオード5の出力電流(IPSDA、IPSDB、IPSDC、IPSDD)を信号処理し、正反射光量に応じた出力電圧を得るための信号処理ブロックの例である。分割型フォトダイオード5には4つの受光素子A、B、C、Dがあり、そのカソード端子16、19には逆バイアス電圧VCCが印加されている。
一方、アノード端子15、17、18、20からは、それぞれの受光素子で受光された反射光量に応じた電流が流れ、負荷抵抗Ra、Rb、Rc、Rdで電圧VPSDA、VPSDB、VPSDC、VPSDDに変換され、次段の増幅回路21、22、23、24で個々に増幅される。
図8の例では、増幅回路21、22、23、24の増幅度を1000倍としている。また、4つの負荷抵抗Ra、Rb、Rc、Rdは等しい抵抗値に設定している。
【0016】
増幅回路21、22、23、24から取り出された電圧、
VPSDD×1000
VPSDC×1000
VPSDB×1000
VPSDA×1000
は、後段のA/Dコンバータ25、26、27、28でそれぞれの電圧値に応じたデジタル信号に変換され、信号演算回路36に入力される。信号演算回路36においては、A/Dコンバータ25、26、27、28の出力信号を用いて、正反射光量に応じた出力信号を得るための演算を行っている。図8では、信号演算回路36にマイクロコンピュータを用い、ソフトウェア上で演算を行っているが、A/Dコンバータ25、26、27、28、D/Aコンバータ37を取外して信号演算回路36の機能をアナログ回路で実現することも可能である。
【0017】
信号演算回路36において、加算器32はA/Dコンバータ27、28の2つの出力信号を加算し
(VPSDA+VPSDB)×1000
を求める信号処理を行っている。ここで、光沢センサと被測定試料に位置ずれが生じ、受光素子AとBにおける受光光量に差を生じた場合は、A/Dコンバータ27、28の出力信号から差分器30で位置ずれ誤差を求め、補正器34で加算器32の出力信号に補正をする。位置ずれ誤差がない場合は、加算器32の出力信号が、そのまま補正器34の出力信号となる。
同じく加算器31はA/Dコンバータ25、26の2つの出力信号を加算し、
(VPSDC+VPSDD)×1000
を求める信号処理を行っている。光沢センサと被測定試料に位置ずれが生じ受光素子CとDにおける受光光量に差を生じた場合は、A/Dコンバータ25、26の出力信号から差分器29で位置ずれ誤差を求め、補正器33で加算器31の出力信号に補正をする。位置ずれ誤差がない場合は、加算器31の出力信号がそのまま補正器33の出力信号となる。なお、このとき位置ずれ誤差は、図4の4分割したSA、SB、SC、SDの面積が全体の24〜26%の範囲内にあれば、許容できるものとした。
【0018】
光沢センサと被測定試料に位置ずれがなく、加算器31、32の出力信号がそのまま補正器33、34の出力信号になる場合、補正器34の出力信号は、
(VPSDA+VPSDB)×1000
補正器33の出力信号は、
(VPSDC+VPSDD)×1000
となる。
VPSDA+VPSDB
は、受光素子A、Bにおける正反射光(s波)と乱反射光(s波)の受光光量に応じた出力電圧であるため、補正器34の出力信号を、
{乱反射光(s波)+正反射光(s波)}×1000
に応じた出力信号と考えることができる。
一方、
VPSDC+VPSDD
は、受光素子C、Dにおける乱反射光(p波)の受光光量に応じた出力電圧であり、乱反射光(s波)と乱反射光(p波)による受光光量がほぼ等しいことから、乱反射光(s波)に置き替えることができる。よって、補正器33の出力信号を、
乱反射光(s波)×1000
に応じた出力信号と考えることができる。
よって、補正器34と補正器33の出力信号の差を演算器35で計算し、
正反射光(s波)×1000
に応じた出力信号を求め、D/Aコンバータ37でアナログ電圧値に変換することで、出力端子38の電圧値の大小から光沢度が判別できる。
【0019】
続いて、光沢センサと被測定試料の位置ずれによる測定誤差の補正例を挙げる。図9は、被測定試料1が正しい位置に配置された場合と、少しずれた位置に配置された場合について、光源2から照射された光が被測定試料1で反射し、分割型フォトダイオード5に照射される際の位置関係の違いを表している。
被測定試料1が正しい位置に配置された場合、反射光bの中心が、分割型フォトダイオード5の中心39に照射されているが、被測定試料1が少しずれた位置に配置された場合は、分割型フォトダイオード5の中心から少しずれた位置40に反射光の中心が照射されることになる。
【0020】
図10は、図9における分割型フォトダイオード5の中心39からxだけずれた位置40に反射光によるスポット光が照射された場合について、分割型フォトダイオード5の受光素子A、B、C、Dとスポット光の位置関係を示している。スポット光の中心40が分割型フォトダイオード5の中心39からずれたことで、受光素子AとB、およびCとDにおいて、スポット光の受光面積に、
SA<SB
SC<SD
の関係が生じることになる。
【0021】
表1は、図10に示す分割型フォトダイオード5の中心39からxだけずれた位置40に反射光によるスポット光が照射された場合について、2つの受光素子A、Bにおけるスポット光の受光面積SAとSBをもとに、xのずれによる、
SA+SB
の変化を補正した計算結果を示したものである。ここで、分割型フォトダイオード5における個々の受光素子サイズを1mm×1mmの正方形とし、受光素子と受光素子は隙間がなく密着しているものとする。また、位置40に照射されるスポット光の直径がφ2mmであると仮定している。
【0022】
【表1】
【0023】
本来、分割型フォトダイオード5の中心39にスポット光が照射されている場合は、
SA+SB=1.57mm2
であるが、表1の(c)欄に示したとおりスポット光の中心40が分割型フォトダイオード5の中心39からずれるに従い、
SA+SB
は、減少していく。そこで、この、
SA+SB
の減少をSAとSBの差分、
SB−SA
を用いて補正する場合を考える。表1の(e)欄は、
SA+SB
に、補正項、
(SB−SA)5/2
を加算したものである。(SB−SA)のべきについては、種々検討した結果、面積誤差を最小にできるものを選び、5/2とした。
スポット光の中心40が分割型フォトダイオード5の中心39からずれることによる、
SA+SB
の減少を、
(SB−SA)5/2
を用いて補正しているため、表1の(f)欄に示すとおり、位置ずれがない場合の、
SA+SB
の面積1.57mm2に対して、xが0.1mmから0.9mmまでずれた場合の面積誤差を±4%の範囲に収めることができる。
【0024】
図10に示す反射光によるスポット光のエネルギー分布が均一で、かつスポット径より外のエリアに照射される反射光量が無視できる範囲にあると仮定した場合、
スポット光のエネルギー密度(定数)×受光面積=受光光量
の関係から、受光面積と受光光量が比例関係にあると考えることができる。
よって、表1の(e)欄に示した受光面積の補正を、光沢センサと被測定試料に位置ずれが生じた場合の受光素子AとBにおける受光光量の補正に置き替えて考えることができる。
【0025】
例えば、図8における信号演算回路36において、加算器32の出力信号はA/Dコンバータ27、28の2つの出力信号を加算した、
(VPSDA+VPSDB)×1000
となり、また、差分器30の出力信号はA/Dコンバータ27、28の2つの出力信号の差である、
(VPSDB−VPSDA)×1000
となる。
VPSDA、VPSDBはともに受光素子A、Bにおける受光光量に応じた電圧であり、表1の(e)欄に示した受光面積の補正、
(SA+SB)+(SB−SA)5/2
と同様にして補正することができる。
よって、加算器32と差分器30の出力信号をもとに、補正器34において、
(VPSDA+VPSDB)×1000+{(VPSDB−VPSDA)×1000}5/2
の演算を行うことで、光沢センサと被測定試料の位置ずれに対して、補正器34の出力信号をほぼ一定に保つことができる。
【0026】
同様に、表1の(e)欄に示した受光面積の補正を、光沢センサと被測定試料に位置ずれが生じた場合の受光素子CとDにおける受光光量の補正に置き替えて考えることができる。
図8における信号演算回路36において、加算器31の出力信号はA/Dコンバータ25、26の2つの出力信号を加算した、
(VPSDC+VPSDD)×1000
となり、また、差分器29の出力信号はA/Dコンバータ25、26の2つの出力信号の差である、
(VPSDD−VPSDC)×1000
となる。VPSDC、VPSDDはともに受光素子C、Dにおける受光光量に応じた電圧であり、表1の(e)欄に示した受光面積の補正、
(SA+SB)+(SB―SA)5/2
と同様にして補正することができる。
よって、加算器31と差分器29の出力信号をもとに、補正器33において、
(VPSDC+VPSDD)×1000+{(VPSDD−VPSDC)×1000}5/2
の演算を行うことで、光沢センサと被測定試料の位置ずれに対して、補正器33の出力信号をほぼ一定に保つことができる。
【0027】
よって、図8の信号演算回路36において、補正器33、34の出力信号はともに光沢センサと被測定試料の位置ずれに対して補正されることで安定し、その結果、信号処理ブロックの出力端子38から得られる正反射光量に応じた電圧値も位置ずれ誤差に対して安定したものとなる。
【0028】
上記光沢センサと被測定試料の位置ずれによる測定誤差の補正例は一例であり、分割型フォトダイオードの受光素子A、B、C、Dにおける受光光量をもとに様々な補正を行うことができる。また、反射光によるスポット光のエネルギー分布の違いを無視できない場合は、実験結果をもとに補正をすることも可能である。
【0029】
〔実施例2〕
実施例1による図2の光沢センサでは、偏光板9の透過方向を縦方向(s波と平行方向)としていた。しかし、図11のように偏光板41の透過方向を横方向(s波と垂直方向)に配置した場合についても同様に、光沢センサとして利用できる。
図11に示す、1/2波長板8と偏光板41を通過する前の反射光bについて、図2と同様に被測定試料1に対する垂直方向の振動成分eをp波、水平方向の振動成分dをs波とする。
【0030】
図11の場合、被測定試料1からの反射光bについて1/2波長板8と偏光板41の両方を通過する成分は、正反射光(s波)と乱反射光(s波)、偏光板41のみ通過した成分は乱反射光(p波)になる。(1/2波長板8と偏光板41、もしくは偏光板41のみを通過する反射光の考え方は、図6、7と同様であるため、ここでは省略する。)
【0031】
このため、図11のように分割型フォトダイオード5に入射する光のうち、右領域の2つの受光素子A、Bは偏光板41のみを通過してきた乱反射光(p波)のみの反射光、左領域の2つの受光素子C、Dは1/2波長板8と偏光板41の両方を通過してきた正反射光(s波)と乱反射光(s波)からなる反射光になり、これら反射光の照射光量、および負荷抵抗Ra、Rb、Rc、Rdによって決まる電流(IPSDA、IPSDB、IPSDC、IPSDD)が、分割型フォトダイオード5の各アノード端子から流れ出すことになる。
【0032】
よって、実施例1と同様に、分割型フォトダイオード5の出力電流(IPSDA、IPSDB、IPSDC、IPSDD)から図8の信号処理ブロックに類似した回路ブロックを用いて演算を行い、正反射光量に応じた出力電圧を得ることで、この電圧値の大小から光沢度が判別できる。(信号処理ブロックの構成は、図8と類似の考え方で進めることができるため、ここでは省略する。また、光沢センサと被測定試料の位置ずれによる測定誤差の補正についても実施例1と同様のため、ここでは省略する。)
【0033】
〔実施例3〕
実施例1、2では、被測定試料1からの反射光bのうち約半分を、1/2波長板8を用いて振動方向を90°回転させているが、正確に90°回転できなくとも、複屈折効果を示す透明フィルムを用いて、同様の光沢センサを構成することができる。
【0034】
図12は、図11における1/2波長板8の代わりに透明フィルム42を用いた場合を示す。図12における透明フィルム42は複屈折効果を示すフィルムを用いている。また、発光側は、図1と同様のものを用いている。図12に示す透明フィルム42、偏光板41を通過する前の反射光bについて、図2と同様に被測定試料1に対する垂直方向の振動成分eをp波、水平方向の振動成分dをs波とする。
(図12では、偏光板41の透過方向を横方向としたが、偏光板の透過方向を縦方向にした場合についても以下と同様の方法で考えることができる。)
【0035】
図12の偏光板41の透過方向は横方向であり、これは被測定試料1に対する水平方向の振動成分dと垂直な方向である。
図12に見られるように、被測定試料1の表面からの反射光bについて、半分を透明フィルム42と偏光板41、残りの半分を偏光板41のみ通過するようにし、偏光板41を通過した後の反射光cの中心が分割型フォトダイオード5の中心に入射するように配置する。この際、透明フィルム42の向きは、図13に示すとおり被測定試料からの反射光に含まれるs波oの振動方向を約α°回転させる向きに設置している。この際、振動方向の回転角度α°ができるだけ大きくなるように透明フィルム42の光軸43を設定することが望ましい。
【0036】
図14は、図12の被測定試料1からの反射光bについて透明フィルム42と偏光板41の両方を通過する成分を表している。透明フィルム42と偏光板41を通過する前の反射光bは、乱反射光hと正反射光iで構成されている。透明フィルム42を通過した乱反射光qはs波、p波ともにα°振動方向を変えるため、後段の偏光板41を通過する際に、透過方向に対して垂直の振動方向をもつ、
乱反射(s波)×cos2α
と、
乱反射(p波)×sin2α
は、通過が抑制され、平行の振動方向をもつ、
乱反射(s波)×sin2α
と、
乱反射(p波)×cos2α
は、通過が可能となる。
この際、乱反射光に含まれるs波とp波の存在確率がほぼ等しく、
乱反射(s波)≒乱反射(p波)
とすることにより、透明フィルム42と偏光板41の両方を通過する乱反射光は、
乱反射(s波)×sin2α+乱反射(p波)×cos2α
=乱反射(s波)×(sin2α+cos2α)
=乱反射(s波)
と整理できる。
一方、透明フィルム42を通過した正反射光rはα°振動方向を変えるため、後段の偏光板41を通過する際に偏光板41と平行な成分である、
正反射光(s波)×sin2α
のみが通過できることとなる。よって、被測定試料1からの反射光bについて透明フィルム42と偏光板41の両方を通過する成分は、
正反射光(s波)×sin2α
によるtと乱反射(s波)sとなる。
【0037】
図15は、図12の被測定試料1からの反射光bについて偏光板41のみを通過する成分を表している。偏光板41を通過する前の反射光bは、図14と同様に乱反射光hと正反射光iで構成されている。乱反射光hが偏光板41を通過する際に、透過方向に対して垂直の振動方向をもつs波は通過が抑制されるが、透過方向に対して平行の振動方向をもつp波は通過が可能となる。一方、正反射光iは偏光板41の透過方向に対して垂直の振動方向をもつことから、通過が抑制される。よって、被測定試料1からの反射光bについて偏光板41のみを通過する成分は、乱反射光(p波)uとなる。
【0038】
このため、図12のように分割型フォトダイオード5に入射する光のうち、右領域の2つの受光素子A、Bは偏光板41のみを通過してきた乱反射光(p波)のみの反射光、左領域の2つの受光素子C、Dは透明フィルム42と偏光板41の両方を通過してきた、
正反射光(s波)×sin2αと乱反射光(s波)
からなる反射光になり、これら反射光の照射光量、および負荷抵抗Ra、Rb、Rc、Rdによって決まる電流(IPSDA、IPSDB、IPSDC、IPSDD)が、分割型フォトダイオード5の各アノード端子から流れ出すことになる。
【0039】
よって、実施例1と同様に、分割型フォトダイオード5の出力電流(IPSDA、IPSDB、IPSDC、IPSDD)から図8の信号処理ブロックに類似した回路ブロックを用いて演算を行い、正反射光量に応じた出力電圧を得ることで、この電圧値の大小から光沢度が判別できる。(信号処理ブロックの構成は、図8と類似の考え方で進めることができるため、ここでは省略する。また、光沢センサと被測定試料の位置ずれによる測定誤差の補正についても実施例1と同様のため、ここでは省略する。)
【0040】
実施例1、2、3は1/2波長板8、透明フィルム42の光の透過率が100%、および偏光板9、41の透過方向と垂直な方向の光の透過率を0%とした場合であり、これらが実際と異なり、その違いが無視できない場合は図8に示した信号処理ブロックにおける演算を補正する必要がある。
【0041】
また、実施例1、2、3において被測定試料1からの反射光bの中心と位相差フィルム(1/2波長板8、透明フィルム42等)、偏光板9、41もしくは分割型フォトダイオード5の位置関係が多少違っても、図8における信号処理ブロックにおける演算で補正することができる。
【0042】
【発明の効果】
上記したように、本発明によれば、反射光の光量に応じた出力電流を取り出し、信号処理することによって、物体表面の色濃度に関係なく、物体表面の光沢度を知ることができ、光沢度の測定ができる。
このとき、カラーセンサ、リニアイメージセンサ等の高価な半導体を用いず、分割型フォトダイオード、位相差フィルム、偏光板等の簡単な構成で、安価な光沢センサを提供できる。
さらに、光沢センサと被測定試料の位置関係にばらつきを生じ、測定した光沢度に誤差を生じるという問題に対しては、光沢センサと被測定試料の位置ずれによる測定誤差を補正項加算により補正する演算機能を持つことで、紙などの曲がりやすい被測定試料についても安定した光沢度を測定し、表面の質感が判別できる光沢センサを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を用いた光沢センサの一実施例である。
【図2】図1の光沢センサの受光側の細部を示したものである。
【図3】図2の光沢センサで使用した1/2波長板によりs波の振動方向が90°回転することを表した図である。
【図4】図2の光沢センサで使用する1/2波長板、偏光板および分割型フォトダイオードの正面から見た位置関係を表した図である。
【図5】図4の分割型フォトダイオードの回路図を表した図である。
【図6】図2の光沢センサで1/2波長板と偏光板の両方を通過する反射成分を表した図である。
【図7】図2の光沢センサで偏光板のみを通過する反射成分を表した図である。
【図8】図2の光沢センサにおいて分割型フォトダイオードで受光された反射光量による出力電流を信号処理し、正反射光量に応じた出力電圧を取り出すための信号処理ブロックを示した図である。
【図9】光沢センサと被測定試料の位置ずれにより、分割型フォトダイオードで受光される反射光の位置にずれが生じることを表した図である。
【図10】図9の光沢センサと被測定試料の位置ずれにより、反射光の中心が分割型フォトダイオードの中心からずれた位置に照射される場合を示した図である。
【図11】図1の光沢センサについて偏光板の透過方向を横方向とした光沢センサの受光側の詳細を示したものである。
【図12】図1の光沢センサについて1/2波長板の代わりに、複屈折効果を示す透明フィルムを使用した光沢センサの受光側の詳細を示した図である。
【図13】図12の光沢センサで使用した透明フィルムによりs波の振動方向がα°回転することを表した図である。
【図14】図12の光沢センサで透明フィルムと偏光板の両方を通過する反射成分を表した図である。
【図15】図12の光沢センサで偏光板のみを通過する反射成分を表した図である。
【符号の説明】
1 被測定試料
2 光源
3 位相差板(位相差フィルム)
4 偏光板
5 分割型フォトダイオード
6 集光レンズ
7 分割型フォトダイオードに照射される反射光
8 1/2波長板
9 偏光板(透過方向:縦)
10 1/2波長板の光軸
11 受光素子Aの反射光による受光面積SA
12 受光素子Bの反射光による受光面積SB
13 受光素子Cの反射光による受光面積SC
14 受光素子Dの反射光による受光面積SD
15 分割型フォトダイオードAのアノード端子
16 分割型フォトダイオードのカソード端子
17 分割型フォトダイオードBのアノード端子
18 分割型フォトダイオードCのアノード端子
19 分割型フォトダイオードのカソード端子
20 分割型フォトダイオードDのアノード端子
21 受光素子Dの出力電圧VPSDDの増幅回路
22 受光素子Cの出力電圧VPSDCの増幅回路
23 受光素子Bの出力電圧VPSDBの増幅回路
24 受光素子Aの出力電圧VPSDAの増幅回路
25、26、27、28 A/Dコンバータ
29、30 差分器
31、32 加算器
33、34 補正器
35 演算器
36 信号演算回路
37 D/Aコンバータ
38 信号処理ブロックの出力端子
39 分割型フォトダイオードの中心位置
40 反射光の中心位置
41 偏光板(透過方向:横)
42 透明フィルム
43 透明フィルムの光軸
a 被測定試料1への入射光
b 被測定試料1からの反射光
c 分割型フォトダイオード5に入射する直前の反射光
d 被測定試料1に対する水平方向の振動成分
e 被測定試料1に対する垂直方向の振動成分
f 1/2波長板8を通過する前のs波
g 1/2波長板8を通過した後のs波
h 被測定試料1からの反射光bに含まれる乱反射光
i 被測定試料1からの反射光bに含まれる正反射光
j 1/2波長板8を通過した後の乱反射光
k 1/2波長板8を通過した後の正反射光
l 1/2波長板8と偏光板9を共に通過した乱反射光(p波)
m 偏光板9のみを通過した後の乱反射光(s波)
n 偏光板9のみを通過した後の正反射光(s波)
o 透明フィルム42を通過する前のs波
p 透明フィルム42を通過した後のs波
q 透明フィルム42を通過した後の乱反射光
r 透明フィルム42を通過した後の正反射光
s 透明フィルム42と偏光板41を通過したあとの乱反射光(s波)
t 透明フィルム42と偏光板41を通過したあとの正反射光(s波)×sin2α
u 偏光板41を通過した後の乱反射光(p波)
Claims (4)
- 光源から物体に光を照射して反射させ、反射光から物体表面の光沢度を検出する光沢センサにおいて、
1/2波長板からなり、反射光の振動方向を90度回転させる位相差フィルムと、
物体表面に対する反射光の水平方向または垂直方向のいずれか一方の振動成分と平行な成分を透過させる偏光板と、
物体表面からの反射光を受光し、該反射光の光量に応じた出力電流を出力する分割型フォトダイオードと、
前記分割型フォトダイオードからの出力を信号処理する信号演算回路と
を備え、
前記位相差フィルムと前記偏光板の両方を通過した反射光と、前記偏光板のみを通過した反射光とを前記分割型フォトダイオードに照射し、
前記信号演算回路において、前記位相差フィルムと前記偏光板の両方を通過した反射光から得られた信号と、前記偏光板のみを通過した反射光から得られた信号との差から物体表面の光沢度を測定することを特徴とする光沢センサ。 - 光源から物体に光を照射して反射させ、反射光から物体表面の光沢度を検出する光沢センサにおいて、
複屈折効果を示す透明フィルムからなり、反射光の振動方向を所定角度だけ回転させる位相差フィルムと、
物体表面に対する反射光の水平方向または垂直方向のいずれか一方の振動成分と平行な成分を透過させる偏光板と、
物体表面からの反射光を受光し、該反射光の光量に応じた出力電流を出力する分割型フォトダイオードと、
前記分割型フォトダイオードからの出力を信号処理する信号演算回路と
を備え、
前記位相差フィルムと前記偏光板の両方を通過した反射光と、前記偏光板のみを通過した反射光とを前記分割型フォトダイオードに照射し、
前記信号演算回路において、前記位相差フィルムと前記偏光板の両方を通過した反射光から得られた信号と、前記偏光板のみを通過した反射光から得られた信号との差から物体表面の光沢度を測定することを特徴とする光沢センサ。 - 上記位相差フィルムと偏光板とを通過させた反射光と、偏光板を通過させた反射光の割合がほぼ等しいことを特徴とする請求項1または2記載の光沢センサ。
- 上記光沢センサにおいて、前記信号演算回路は、物体の位置ずれによる測定誤差を補正項加算により補正する演算機能を備えたことを特徴とする請求項1または2記載の光沢センサ。
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