JPH04299207A - 表面特性評価装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、塗装面やプラスチック
成型物の表面の鏡面特性を評価する装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】塗装面やプラスチック成型品の美しさ、
艶感、光沢などは、これらの表面に存在するわずかなう
ねり、微小なへこみや凸部、しわなどによって大きく左
右されている。

【０００３】これら表面の非平滑によって表れる表面の
特性を評価することは、より美しい塗装や成型品を開発
する上で重要であり、実際に数々の評価法が従来より使
われている。

【０００４】例えば表面の外観を評価するものとしては
光沢計や写像性測定機などがある。一方直接表面形状を
測定するものとしては接触・非接触表面荒さ計やレーザ
ー干渉計を使った平面度検査器などがある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記外観評価装置は、
反射光の角度分布やスリットや格子の像を写したときの
鮮明さを測定するものであるが、これらの外観評価手法
では表面の形状に関する直接的な情報が得られないため
、良否の判断はできてもその理由の解析にはあまり役立
たないという欠点がある。

【０００６】また上記表面形状測定装置によって表面の
形状はかなりの精度で知ることができるが、実際にこれ
らの情報を外観特性に定量的に結び付けるのは意外に簡
単でない。これはこれらの測定器が面の高さを測定して
いるのに対し、外観は面の傾斜（高さの微分）によって
反射光の角度が変わることに起因しているためであると
考えられる。

【０００７】塗装面を例にとって言えば、一般に面上に
はいくつかの異なる原因による異質な凹凸が存在し、数
ミリの波長の緩やかなうねりから、直径０．１ミリ以下
の小さなくぼみ、さらに小さなサイズの凹凸が共存して
いる。これらの凹凸の外観に与える影響度は、凹凸の大
きさではなく傾斜の大きさに依存するため、波長の短い
成分は僅かな振幅でも外観に影響を与え、波長０．１ミ
リの凹凸は波長１ミリの凹凸の１／１０の振幅で同等の
影響を与える。このような事情で、形状測定の結果を外
観に結びつけるためには、測定にはかなり大きなダイナ
ミックレンジ（１０３〜１０４）が必要とされ、またあ
る程度広い範囲（数ミリ以上）での測定が必要とされる
が、このような測定はいささか困難である。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、シュリーレン
法を表面反射に応用して、表面形状を光学的に評価する
表面特性評価装置に関する。

【０００９】請求項１の表面特性評価装置は光源、光源
側アパチャー、少なくとも一つのレンズ、採光側アパチ
ャーと受光素子（撮像素子ないしは写真乾板、フィルム
、スクリーンなど）を有し、光源側アパチャーを通した
光源光を被測定面に反射させたうえ、レンズ（光源側ア
パチャー−被測定面間、被測定面−採光側アパチャー間
のいずれかないしは両方に置かれる）によって採光側ア
パチャー上に集光し、通過した光を受光素子で受けるよ
うに各構成要素が置かれた装置であって、少なくとも一
つのレンズは被測定面と受光素子との間にあり、被測定
面の像を受光素子上に結ぶように置かれていることを特
徴とするものである。

【００１０】また請求項２の表面特性評価装置は、光源
、光源側アパチャー、少なくとも一つのレンズ、ビーム
スプリッター、採光側アパチャーと受光素子（撮像素子
ないしは写真乾板、フィルム、スクリーンなど）を有し
、光源側アパチャーを通した光源光を被測定面に垂直に
反射させ、ビームスプリッターで反射光の一部を取り出
したうえ、レンズ（光源側アパチャー−被測定面間、被
測定面−採光側アパチャー間のいずれかないしは両方に
置かれる）によって採光側アパチャー上に集光し、通過
した光を受光素子で受けるように各構成要素が置かれた
装置であって、少なくとも一つのレンズは被測定面と受
光素子との間にあり、被測定面の像を受光素子上に結ぶ
ように置かれていることを特徴とするものである。

【００１１】また請求項３の表面特性評価装置は、光源
、光源側アパチャー、少なくとも二つのレンズ、ビーム
スプリッター、採光側アパチャーと受光素子（撮像素子
ないしは写真乾板、フィルム、スクリーンなど）を有し
、光源側アパチャーを通した光源光を第１のレンズによ
ってビーム光にして被測定面に垂直に反射させ、ビーム
スプリッターで反射光の一部を取り出したうえ第２のレ
ンズによって採光側アパチャー上に集光し、通過した光
を受光素子で受けるように各構成要素が置かれた装置で
あって、第２のレンズないしは第２のレンズと採光側ア
パチャー−受光素子間に置かれた第３のレンズによって
、被測定面の像が受光素子上に結ぶように各要素が置か
れていることを特徴とするものである。

【００１２】次に請求項４の表面特性評価装置は、光源
、光源側アパチャー、少なくとも一つのレンズ、ビーム
スプリッター、採光側アパチャーと受光素子（撮像素子
ないしは写真乾板、フィルム、スクリーンなど）を有し
、光源側アパチャーを通した光源光を少なくとも一つレ
ンズによってビーム光にして被測定面に垂直に反射させ
、反射光を同レンズの一部ないしは全部を通した後ビー
ムスプリッターで一部を取り出して採光側アパチャー上
に集光し、通過した光を受光素子で受けるように各構成
要素が置かれた装置であって、同レンズないしは同レン
ズと採光側アパチャー−受光素子間に置かれた他のレン
ズによって、被測定面の像が受光素子上に結ぶように各
要素が置かれていることを特徴とするものである。

【００１３】さらに請求項５の表面特性評価装置は、上
記請求項１から４の光源側アパチャーと採光側アパチャ
ーが円形の小孔（ピンホール）であることを特徴とする
ものである。

【００１４】請求項６の表面特性評価装置は、上記光源
側アパチャーと採光側アパチャーのどちらか一方がスリ
ットで、他方が円形或いは矩形の小孔であることを特徴
とするものである。

【００１５】請求項７の表面特性評価装置は、上記光源
側アパチャーと採光側アパチャーのどちらか一方がナイ
フエッジで、他方が円形或いは矩形の小孔であることを
特徴とするものである。

【００１６】請求項８の表面特性評価装置は、上記光源
側アパチャーと採光側アパチャーのどちらか一方を円形
パターンの遮光手段で置き換え、他方は円形の小孔であ
ることを特徴とするものである。

【００１７】請求項９の表面特性評価装置は、上記光源
側アパチャーと採光側アパチャーのどちらか一方を帯状
パターンの遮光手段で置き換え、他方は円形あるいは矩
形の小孔であることを特徴とするものである。

【００１８】請求項１０の表面特性評価装置は、上記光
源側，採光側のアパチャーが請求項５から８のいずれか
のアパチャーが複数並べられてなるものであって、光源
側の個々のアパチャーの像が採光側のそれぞれに対応す
るアパチャーと同じ位置関係になって結像するように各
アパチャーが配列していることを特徴とするものである
。

【００１９】

【作用】本発明の表面特性評価装置は、面の傾斜を光学
的に測定することによって表面形状を評価するもので、
このため前記したように外観と直接結びつく情報を得る
ことができる。

【００２０】図１は、本発明請求項１の最も簡単な実施
例の平面図、図２が同装置の斜視図である。本装置の作
用を図１０を使って説明する。

【００２１】被測定面６が水平であるとき光源側アパチ
ャー２の像は、レンズ３によって採光側アパチャー４上
に結像し、光源側アパチャーからの光は撮像素子５に達
する。被測定面が所定の角度だけ傾いている場合には、
光源側アパチャーの像は採光側アパチャーからずれて光
源側アパチャーからの光は撮像素子５に達しない。この
ようにして撮像素子５には水平面は明るく、傾いた面が
暗くとらえられる。ここで撮像素子５は被測定面６の像
が得られる位置に置かれているため、撮像素子５には被
測定面６の各位置の微小面積の傾きの情報が得られるこ
とになる。

【００２２】光源側アパチャーと採光側アパチャーはそ
れぞれ有限の面積を持っているため、採光側アパチャー
を通過する光の量は、被測定面の傾斜が一定の範囲で連
続的に変化する。この様子はそれぞれのアパチャーの形
状と大きさ、レンズの焦点距離やそれぞれの位置関係に
よって異なるが、この事を利用して面の傾斜を定量的に
評価することが可能である。

【００２３】図１０からわかるように、図１の装置では
被測定面を斜めからとらえているために、撮像素子５の
上で厳密にピントのあった像が得られているのは被測定
面の一線上だけで、測定面積が大きくなると面積領域全
体に良質な像を得ることが困難になる。

【００２４】この点を改良したのが請求項２に記載の表
面特性評価装置である。

【００２５】図７は請求項２の実施例の平面図である。 これは図１の装置にビームスプリッター９を加えて照明
光を被測定面６に垂直に反射させるようにしたもので、
被測定面６はレンズ３から一定の距離に存在するため、
撮像素子５の上には測定領域全体にピントが合った像が
得られる。

【００２６】図７の装置において、被測定面６は試料面
であるから測定の度に取り替えられ、セットされる。こ
の際試料の形状によっては被測定面が僅かに傾いてセッ
トされたり、取り付け位置が前後したりすることがある
。被測定面６全体の傾きは採光側アパチャー４上の像を
横に移動させるが、これには採光側アパチャー４を十字
可動ステージ上にセットすれば、容易に再調整ができ問
題ない。一方被測定面６の前後（面の高さ方向）の移動
は光源側アパチャー像の深さを移動させるため、特にこ
れが問題になる場合には採光側アパチャー４を深さ方向
にも可動にする必要がある。

【００２７】請求項３は後者の調整を不要にした表面特
性評価装置である。

【００２８】図５は請求項３の実施例の平面図であり、
図８は同装置の斜視図である。本装置において第１のレ
ンズ３ａは光源側アパチャー２から焦点距離だけ離れて
置かれており、光源側アパチャー２上の一点から発した
光は平行ビームとなって被測定面６に垂直に反射する。 さらに反射光の一部がビームスプリッター９で取り出さ
れて第２のレンズ３ｂによって採光側アパチャー４上に
結像する。当然レンズ３ｂと採光側アパチャー４は焦点
距離だけ離れて置なければならず、採光側アパチャー４
を深さ方向に調整する必要はない。

【００２９】また請求項４は請求項３の第１のレンズと
第２のレンズの少なくとも一部を共通にして部品点数を
減らし、装置全体の大きさを若干小さくした表面特性評
価装置である。

【００３０】図６は請求項４の実施例の平面図である。 本装置においてレンズ３は光源側アパチャー２から焦点
距離だけ離れて置かれており、光源側アパチャー２上の
一点から発した光は平行ビームとなって被測定面６に垂
直に反射する。さらに反射光はレンズ３を通過し、一部
がビームスプリッター９で取り出されて採光側アパチャ
ー４上に結像する。撮像素子５はレンズ３によって被測
定面６の像が結ばれる位置に置かれる。

【００３１】すでに記したように本装置では各アパチャ
ー形状の選択によって得られる情報の性格が異なる。

【００３２】請求項５では両アパチャーにピンホール（
円形）を用いる。図１２はこの場合の採光側アパチャー
とレンズによって採光側アパチャー上に結ばれる光源側
アパチャーの像１２を示している。採光側アパチャー１
１を通過する光の量は二つの円が重なる面積Ｓに比例す
るから両円の中心間の距離ｄのみの関数となる。Ｓとｄ
の関係は容易に求めることができ、一例を図１３に示す
（ここではｒ２で　規格化してある）。基準面の反射光
によるアパチャー像が同心円になって重なるように各ア
パチャーの位置を調整すれば、基準面からθだけ傾いた
面の反射光は２θだけ方向を変え、例えば図５の装置を
例にとればｆ２θだけずれた位置に光源側アパチャーの
像を結ぶ（但しｆはレンズ３ｂの焦点距離）。従って

【
００３３】

【数１】

【００３４】となり、数１と図１３によって明るさの情
報から傾きの定量的な情報を求めることができる。

【００３５】図１３から類推できるように、採光側アパ
チャー１１の半径Ｒと光源側アパチャー像１２の半径ｒ
の関係がＲ》ｒないしＲ《ｒである時は、ｍａｘ（Ｒ，
ｒ）／２ｆをしきい値として（ｍａｘ（Ａ，Ｂ）はＡと
Ｂの大きい方の値を返す関数）、それ以上の傾きの面（
部分）は暗く、それ以下の傾きの面（部分）が明るい画
像が得られるため、例えばＲ≧ｒならＲを変えて何枚か
の画像をとって、傾きの大きさの等高線を書くことがで
きる。

【００３６】他方Ｒがｒと近似するなら傾きが大きくな
るにつれて徐々に暗くなる画像が得られ、その感度はＲ
及びｒの大きさに反比例して鈍くなる。

【００３７】採光側アパチャーと光源側アパチャーの大
小関係は、どちらを大きくとってもよいが、採光側アパ
チャーがあまり小さくなると回折光による解像度低下が
起こり好ましくない。従って通常は採光側アパチャーの
方を大きく取るのがよい。

【００３８】請求項６では一方のアパチャーにスリット
を、もう一方に円形或いは矩形の小孔を用いる。図１４
は採光側アパチャーをスリット１３とし、レンズによっ
て採光側アパチャー上に結ばれる光源側アパチャー（ピ
ンホール）の像１２を示している。スリット１３を通過
する光の量はスリットと円が重なる面積Ｓに比例するか
らスリットの中心線と円の中心間の距離ｄｘのみの関数
となる。Ｓとｄｘの関係は容易に求めることができ、一
例を図１５に示す（先と同様にｒ２で規格化　してある
）。この場合ｙ方向に像がずれてもＳは変わらないため
、Ｓはｘ方向の傾き成分（ｄｈ／ｄｘ：ｈは被測定面の
高さでｈ（ｘ，ｙ））のみの関数となる。先ほどの図５
の装置では、基準面からｘ方向にθｘだけ傾いた面（ｄ
ｈ／ｄｘ＝ｔａｎθｘ、ｔａｎθｘがθｘに近似）の反
射光はｘ方向にｆｔａｎ２θｘだけずれた位置に光源側
ア　パチャーの像を結ぶ。従って

【００３９】

【数２】

【００４０】となり、数２と図１５によって明るさの情
報からｘ方向の傾きの定量的な情報を求めることができ
る。

【００４１】ここでスリット幅２Ｄとピンホール径２ｒ
をほぼ等しくし、かつこれらが十分小さいときには、図
１５から類推できるようにｄｈ／ｄｘがある値に等しい
部分が最も明るく映し出される画像が得られる。この事
を利用して、スリットないしはピンホールのいずれかを
ｘ方向にずらしつつ数枚の画像を入力し、被測定面上の
各位置の像（撮像素子５上の像）が最も明るくなるとき
のずれの大きさ（数点のデータから内挿して求めると良
い）から、各位置の傾きｄｈ／ｄｘを求めれば二次元的
な傾きのデータが得られる。また更にこれを積分するこ
とによって被測定面の形状を決定することができる。

【００４２】また光源側アパチャーが図１８（ａ）のよ
うに矩形の小孔の場合には、図１９の（ａ）のようにｄ
ｘと明るさの関係がいくつかの直線によって表されるた
め、曲線的な関係を示す円形のピンホールに比べて内挿
などの数値処理が容易になる。

【００４３】以上の例では採光側アパチャーにスリット
を、光源側アパチャーに小孔を用いた場合について説明
したが、逆に採光側アパチャーに小孔を、光源側アパチ
ャーにスリットを用いた場合も全く同様である。

【００４４】さらに請求項７では一方のアパチャーの代
わりにナイフエッジを、もう一方に円形或いは矩形の小
孔を用いる。図１６は採光側アパチャーをナイフエッジ
１４とし、レンズによって採光側アパチャー上に結ばれ
る光源側アパチャー（ピンホール）の像１２を示してい
る。ナイフエッジ１４を通過する光の量は円がナイフエ
ッジと重ならない面積Ｓに比例するからナイフエッジの
中心線と円の中心間の距離ｄｘのみの関数となる。Ｓと
ｄｘの関係は前記と同様に求めることができ、一例を図
１７に示す（同様にｒ２で規格化してある）。この場合
もｙ方向の像　のずれによってＳは変わらず、Ｓはｘ方
向の傾き成分のみの関数となり、図５の装置ではｄｘが
数２で示されるから、−ｒ＜ｄｘ＜ｒの範囲では図１７
の関係によって明るさの情報からｘ方向の傾きを求める
ことができる。この場合測定試料の平滑性の度合いによ
って、光源側アパチャーの最も好ましい大きさを選択す
ることが良い測定を行う鍵である。

【００４５】この場合も光源側アパチャーが図１８（ｂ
）のように矩形であれば、図１９の（ｂ）のようにｄｘ
と明るさの関係が直線になるため、換算が容易になる。

【００４６】以上の例では採光側アパチャーの代わりに
ナイフエッジを、光源側アパチャーに小孔を用いた場合
について説明したが、逆に採光側アパチャーに小孔を、
光源側アパチャーの代わりにナイフエッジを用いた場合
も全く同様である。

【００４７】またここで言うナイフエッジは上記のよう
な直線状の境界線を有する遮光手段以外に、直線状の境
界線を有する反射手段でも良い。

【００４８】図３２（ａ）は請求項３の実施例であり、
採光側にナイフエッジを持つ反射手段４’（直角プリズ
ムに反射コートをしたもの）を使った請求項７の実施例
である。ナイフエッジを持つ遮光手段を使う場合には同
図（ｂ）のようになる。また図３３（ａ）は光源側にナ
イフエッジを持つ反射手段２’を使った請求項７の実施
例であり、ナイフエッジを持つ遮光手段を使う場合には
同図（ｂ）のようになる。

【００４９】請求項８と請求項９はそれぞれ請求項５と
請求項６の一方のピンホールないしスリットを、相補的
なパターンの遮光手段に置き換えたもので、それぞれ請
求項５，請求項６によって得られる画像と相補的な画像
、いわばネガ像が得られる。従って、直ちにわかるよう
に同様の評価が可能である。

【００５０】上記請求項５〜８において、画像の明暗か
ら面の傾斜を定量的に求めるためには、光源側アパチャ
ー全体に均一な拡散光を供給する光源が必要である。こ
れは光源の不均一性、指向性が画像の明暗の原因となる
からである。このため図１、図５および図７の装置では
拡散板８を使って均一拡散光を得ている。しかしながら
拡散板８を導入することによって光源光の利用効率は著
しく低下するため、十分な明るさの画像を得るためには
強力な光源が必要で、例えば高輝度ハロゲンランプと集
光ミラーの組合せが使われる。また像の拡大倍率が大き
くなるほどが像は暗くなり、加えて面の傾斜角の検出感
度を上げるためには各アパチャーの大きさを小さくしな
ければならないため、同様に画像は暗くなる。請求項６
、７、９では図１８のアバンチャー１２ををｙ軸方向に
長い長方形のアバンチャーにすることによって若干明る
さを向上させることができるが、更に光の利用効率を上
げるためには請求項１０の手法を講じれば良い。

【００５１】図２４は請求項１０のアパチャーの例であ
る。これは請求項５の光源側、採光側の各アパチャーを
複数並べ、各光源側アパチャーの像が採光側の各アパチ
ャーに対して等しい位置にくるように並べたものを改め
て各アパチャーとしたもので、アパチャーの数を乗じた
だけが像は明るくなる。この際両アパチャーのずれｄが
大きくなって隣のアパチャーに重なることがないよう、
測定試料によって個々のアパチャーの距離が適切なもの
を選択する必要がある。

【００５２】同様に請求項６のアパチャーに請求項１０
を適用した例が図１２、請求項７のアパチャーに請求項
１０を適用した例が図２０である。

【００５３】

【実施例】以下実施例を参照して本発明を更に詳細に説
明する。

【００５４】図２は本発明請求項１記載の表面特性評価
装置の実施例の平面図、図４は同装置の斜視図である。

【００５５】図１の装置では被測定面６の位置がずれる
ことによって反射光の集光位置が採光側アパチャー上か
ら外れ易いが、図３の装置ではレンズ３ａによって光源
光を平行ビームにしてから被測定面に反射させるため、
集光位置は採光側アパチャー４上を移動するのみで、採
光側アパチャー上から外れる（深さ方向に）ことはない
。

【００５６】次に図９は請求項３の実施例である。この
実施例は図５の装置にレンズ３ｃを加えたもので、レン
ズ３ｃ採光側アパチャー、撮像素子５のそれぞれから同
レンズの焦点距離だけ離れている。この装置では図中の
点線から分かるようにレンズ３ｂと３ｃによって被測定
面６の像が撮像素子５上に結ばれる。この時の投影倍率
は３ｃと３ｂのそれぞれの焦点距離の比で決まり、これ
らが等しい場合には等倍像になる。この実施例は投影倍
率を予め定めておきたいときに有効である。

【００５７】図１１は請求項３の他の実施例である。本
実施例では光源側アパチャー２をレンズ３ｄで１０の位
置に縮小投影した像が図５の光源側アパチャーの機能を
果たしている。この発明では各アパチャーの形状が得ら
れる画像情報を左右しているが、特に微小な矩形のアパ
チャーを角の丸みを小さくして精度良く作ることが難し
いこと、またさまざまのアパチャーを交換して異なる様
式（請求項５から１０）、感度（アパチャーサイズ）の
測定を行う場合、アパチャーの位置合わせを高い精度で
行うことが困難であることなどが問題になるが、同実施
例では採光側アパチャー２のサイズをレンズ３ｄの投影
倍率の逆数倍だけ図５より大きくできるため、アパチャ
ーの製作や位置合わせを容易にできる。

【００５８】図５においてレンズ３ａの焦点距離を長く
することによっても光源側アパチャー２のサイズを大き
くすることができるが（採光側アパチャー上への光源側
アパチャーの投影倍率は３ｂと３ａの焦点距離の比にな
るため）、これは装置サイズの増大につながるが、図１
１ではこの増大を小さく抑えることができる。図１１の
手法は図１から図９の実施例にも応用することができる
。

【００５９】以上説明した実施例では、説明を分かりや
すくするためにすべて単レンズが使われているが、実際
には収差（色収差）や小型化を考慮して複合レンズを使
用してももちろん良い。

【００６０】以上説明した表面特性評価装置は平面を測
定対象としているが、曲面を測定対象とすることも可能
である。図２５は図６の実施例にてレンズ３と撮像素子
５の位置を調整して曲面の測定を行う例であり、凸面の
場合には図２５のようにレンズ３を矢印Ａ、撮像素子５
を矢印Ｂのように平行移動すれば良く、凹面の場合には
図２６のようにレンズ３を矢印Ａ´、撮像素子５を矢印
Ｂ´のように平行移動すれば良い。これによって測定で
きるのは球面であるが、請求項６、７、９では一方向の
傾斜成分（ｄｈ／ｄｘ）しか検出しないため、実際には
円柱面も測定可能である。

【００６１】以上実施例では受光素子として撮像素子を
使った例を挙げているが、これは（ビデオカメラによる
観測−画像入力−コンピュータによる計算処理）からな
る表面特性評価システムを念頭に置いたものである。単
に画像の観測によって平滑性の良否やうねりの周期性、
微小な山、谷の有無を判断するだけなら、受光素子とし
てフィルムや乾板を使って画像を記録するだけでも良い
し、記録する必要がなければスクリーンを置いてその画
像を観測するだけでも良い。

【００６２】最後に、本発明の表面特性評価装置を使っ
た測定例を示す。

【００６３】図３０、図３１は、図５の装置を使ってう
ねりのある塗膜表面を観察したものである（図面の都合
上濃度を二値化してある）。これでレンズ３ａ、３ｂの
焦点距離は共に４０ｍｍとした。

【００６４】図３０は請求項５に従い光源側アパチャー
、採光側アパチャーは共に０．４ｍｍφのピンホールを
用いている。数１に関して上述したように、基準面から
の傾きがおおよそ０．２／（４０×２）＝２．５×１０
−３以上の部分が暗部となり、それ以下の部分が明部と
なる。従って異なる塗膜サンプルにおいて同条件で測定
し、、明部、暗部の面積比を比較することによって、そ
れらの平滑性を比較することができる。当然ながら明部
の面積比が大きいほど平滑性が高いといえる。

【００６５】図３１は請求項７に従って採光側にナイフ
エッジ、光源側に２ｍｍφのピンホールを用いている。 ここでは右上がりの斜面が暗く、右下がりの斜面が明る
くなっており、ちょうど山脈に右側から照明光が当たっ
て、上から観察したイメージとほぼ一致する画像が得ら
れる。この画像から表面形状のおおよそが直感的に理解
でき、例えばうねりの大きさ（周期）や極在性が読み取
れる。

【００６６】図３１の測定から、水平方向に像の明るさ
の分布を測定したものが図２７の太線である。また同装
置においてナイフエッジ（採光側アパチャー４）を取り
除いて同部分の明るさの分布を測定したものを同図の細
線で示したが、これから各部の明るさは面の傾斜のみに
起因するものではなく、その他の要因で若干変動してい
ることが分かる。この要因としては各部の反射率違いや
付着したゴミ、傷などが挙げられる。このことを考慮し
て太線のデータを細線のデータで除去したものをナイフ
エッジを通過する光の割合（面の傾斜に起因する明暗）
として、図１７の関係と数２と使って（ｄｈ／ｄｘ）＝
θｘを求めたものが図２８である。更にこれを積分する
ことによってうねりの形状が図２９のように求められる
（面全体の傾きは除いた）。

【００６７】このようにして得られた２９図の表面形状
データは、その精度において他の触針式のレーザーを使
った非接触の表面粗さ計などの評価法によって得られる
データ二かなわないものの、小数の部品からなる極めて
簡単な装置によって、ここまでの情報が得られることは
特筆すべきことである。

【００６８】また本装置は最終的に図２９の結果を出す
ことを目的としたものではない。前述したように表面の
光沢、写像性などの外観を左右するものはうねりに起因
する傾斜であるため、最も有効な情報は傾斜に関する図
２８の結果や図３０、図３１である。この点で本発明に
よる表面特性評価装置は実用価値の高い情報を提供する
ことができる。

【００６９】以上の実施例では光源１としてハロゲンラ
ンプなどの白色光源を使っている。このため各レンズは
アクロマートレンズなどの色収差の少ないものを使用す
るのが好ましいが、単色の光源を使用するか、光路中に
単色フィルターを挿入することなどによって使用する光
の波長を制限すれば、色消しレンズを使う必要はない。

【００７０】

【発明の効果】本発明による表面特性評価装置によって
、面の傾斜を画像の濃淡に変換する簡単な光学系を用い
て、表面の形状を直感的に理解し易い画像情報を得るこ
とができ、また外観特性を直接左右する傾斜情報を容易
に得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明による請求項１の実施例の平面図であ
る。

【図２】この発明による請求項１の実施例の斜視図であ
る。

【図３】この発明による請求項１の実施例の平面図であ
る。

【図４】この発明による請求項１の実施例の斜視図であ
る。

【図５】この発明による請求項３の実施例の平面図であ
る。

【図６】この発明による請求項４の実施例の平面図であ
る。

【図７】この発明による請求項２の実施例の平面図であ
る。

【図８】この発明による請求項３の実施例の斜視図であ
る。

【図９】この発明による請求項３の実施例の平面図であ
る。

【図１０】この発明による表面特性評価装置の測定原理
を説明する説明図である。

【図１１】この発明による請求項３の実施例の平面図で
ある。

【図１２】この発明による請求項５の測定原理を説明す
る説明図である。

【図１３】この発明による請求項５の測定原理を説明す
る説明図である。

【図１４】この発明による請求項６の測定原理を説明す
る説明図である。

【図１５】この発明による請求項６の測定原理を説明す
る説明図である。

【図１６】この発明による請求項７の測定原理を説明す
る説明図である。

【図１７】この発明による請求項７の測定原理を説明す
る説明図である。

【図１８】この発明による請求項６の測定原理を説明す
る説明図である。

【図１９】この発明による請求項７の測定原理を説明す
る説明図である。。

【図２０】この発明による請求項１０の測定原理を説明
する説明図である。

【図２１】この発明による請求項１０の測定原理を説明
する説明図である。

【図２２】この発明による請求項８の測定原理を説明す
る説明図である。

【図２３】この発明による請求項９の測定原理を説明す
る説明図である。

【図２４】この発明による請求項１０の測定原理を説明
する説明図である。

【図２５】この発明による請求項４を曲面の測定に適用
する場合の実施例の平面図である。

【図２６】この発明による請求項４を曲面の測定に適用
する場合の実施例の平面図である。

【図２７】請求項７による表面特性評価装置を用いたデ
ータ処理（画像の明るさ分布）を示すグラフである。

【図２８】請求項７による表面特性評価装置を用いたデ
ータ処理（図２７の傾斜プロフィール）を示すグラフで
ある。

【図２９】請求項７による表面特性評価装置を用いたデ
ータ処理（図２７、２８による表面形状）を示すグラフ
である。

【図３０】請求項５により得られた塗装表面画像を示す
図である。

【図３１】請求項７により得られた塗装表面画像を示す
図である。

【図３２】この発明による請求項３の実施例の平面図で
ある。

【図３３】この発明による請求項７の実施例の平面図で
ある。

【符号の説明】

１　　　　　　　　　　光源 ２　　　　　　　　　　光源側アパチャー（ナイフエッ
ジ）２´　　　　　　　　光源側ナイフエッジ（直角プ
リズム）３、３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ　　レンズ４　　
　　　　　　　　採光側アパチャー（ナイフエッジ）４
´　　　　　　　　採光側ナイフエッジ（直角プリズム
）５　　　　　　　　　　撮像素子 ６　　　　　　　　　　被測定面 ７　　　　　　　　　　ビデオカメラ ８　　　　　　　　　　拡散板 ９　　　　　　　　　　ビームスプリッター１０　　　
　　　　　光源側アパチャーの結像位置１１　　　　　
　　　採光側ピンホール１２　　　　　　　　光源側ア
パチャー像１３　　　　　　　　採光側スリット １４　　　　　　　　採光側ナイフエッジ１５　　　　
　　　　採光側格子（遮光部）１６　　　　　　　　採
光側格子（透過部）１７　　　　　　　　円形遮光手段

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　光源、光源側アパチャー、少なくとも
   一つのレンズ、採光側アパチャーと受光素子を有し、光
   源側アパチャーを通した光源光を被測定面に反射させた
   うえ、光源側アパチャー−被測定面間、被測定面−採光
   側アパチャー間のいずれかないしは両方に置かれたレン
   ズによって採光側アパチャー上に集光し、通過した光を
   受光素子で受けるように前記各構成要素が置かれ、少な
   くとも一つのレンズは被測定面と受光素子との間にあり
   、被測定面の像を受光素子上に結ぶように置かれている
   ことを特徴とする表面特性評価装置。
2. 【請求項２】　　光源、光源側アパチャー、少なくとも
   一つのレンズ、ビームスプリッター、採光側アパチャー
   と受光素子を有し、光源側アパチャーを通した光源光を
   被測定面に垂直に反射させ、ビームスプリッターで反射
   光の一部を取り出したうえ、光源側アパチャー−被測定
   面間、被測定面−採光側アパチャー間のいずれかないし
   は両方に置かれたレンズによって採光側アパチャー上に
   集光し、通過した光を受光素子で受けるように前記各構
   成要素が置かれ、少なくとも一つのレンズは被測定面と
   受光素子との間にあり、被測定面の像を受光素子上に結
   ぶように置かれていることを特徴とする表面特性評価装
   置。
3. 【請求項３】　　光源、光源側アパチャー、少なくとも
   二つのレンズ、ビームスプリッター、採光側アパチャー
   と受光素子を有し、光源側アパチャーを通した光源光を
   第１のレンズによってビーム光にして被測定面に垂直に
   反射させ、ビームスプリッターで反射光の一部を取り出
   したうえ第２のレンズによって採光側アパチャー上に集
   光し、通過した光を受光素子で受けるように前記各構成
   要素が置かれ、第２のレンズないしは第２のレンズと採
   光側アパチャー−受光素子間に置かれた第３のレンズに
   よって、被測定面の像が受光素子上に結ぶように各要素
   が置かれていることを特徴とする表面特性評価装置。
4. 【請求項４】　　光源、光源側アパチャー、少なくとも
   一つのレンズ、ビームスプリッター、採光側アパチャー
   と受光素子を有し、光源側アパチャーを通した光源光を
   少なくとも一つレンズによってビーム光にして被測定面
   に垂直に反射させ、反射光を同レンズの一部ないしは全
   部を通した後ビームスプリッターで一部を取り出して採
   光側アパチャー上に集光し、通過した光を受光素子で受
   けるように前記各構成要素が置かれ、同レンズないしは
   同レンズと採光側アパチャー−受光素子間に置かれた他
   のレンズによって、被測定面の像が受光素子上に結ぶよ
   うに各要素が置かれていることを特徴とする表面特性評
   価装置。
5. 【請求項５】　　上記光源側アパチャーと採光側アパチ
   ャーが円形の小孔である、請求項１乃至４の表面特性評
   価装置。
6. 【請求項６】　　上記光源側アパチャーと採光側アパチ
   ャーのどちらか一方がスリットで、他方が円形或いは矩
   形の小孔である、請求項１乃至４の表面特性評価装置。
7. 【請求項７】　　上記請求項１乃至４の光源側アパチャ
   ーと採光側アパチャーのどちらか一方をナイフエッジで
   置き換え、他方が円形或いは矩形の小孔である、請求項
   １乃至４の表面特性評価装置。
8. 【請求項８】　　上記請求項１乃至４の光源側アパチャ
   ーと採光側アパチャーのどちらか一方を円形パターンの
   遮光手段で置き換え、他方は円形の小孔である、請求項
   １乃至４の表面特性評価装置。
9. 【請求項９】　　上記請求項１乃至４の光源側アパチャ
   ーと採光側アパチャーのどちらか一方を帯状パターンの
   遮光手段で置き換え、他方は円形あるいは矩形の小孔で
   ある、請求項１乃至４の表面特性評価装置。
10. 【請求項１０】　　上記光源側、採光側のアパチャーが
    請求項５乃至９のいずれかのアパチャーが複数並べられ
    てなるものであって、光源側の個々のアパチャーの像が
    採光側のそれぞれに対応するアパチャーと同じ位置関係
    になって結像するように各アパチャーが配列している、
    請求項１乃至４の表面特性評価装置。