JPH1026587A

JPH1026587A - 光沢むら測定装置

Info

Publication number: JPH1026587A
Application number: JP18246296A
Authority: JP
Inventors: Shinji Nakayama; 伸二仲山; Isao Odaka; 功小高; Michio Yoshino; 道夫吉野; Kazutsune Ikoma; 一恒生駒; Tadao Yoshida; 忠雄吉田
Original assignee: ABE SEKKEI KK; Toyo Ink Mfg Co Ltd; Oji Paper Co Ltd
Current assignee: ABE SEKKEI KK; New Oji Paper Co Ltd; Toyo Ink Mfg Co Ltd
Priority date: 1996-07-11
Filing date: 1996-07-11
Publication date: 1998-01-27

Abstract

(57)【要約】【課題】シート状試料へのスポット光の照射により正
反射光の画像を取得する測定装置において、データ採取
の広範囲、高密度、高速度化を達成する。【解決手段】試料１へ微小スポット光を照射しその正
反射光を光検出器９で受光する。試料１を巻き付けたド
ラム１０を回転することにより主走査を行い、光学系を
移動機構１２により移動させて、副走査を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、シート状材料の面
感を２次元画像データとして表示するため、該シート状
材料の正反射光取込み装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】紙、フィルム、塗膜等光沢のある比較的
平滑な表面における外観特性（面感）の評価手法の一つ
として、従来より正反射光（光沢）の変動やゆがみを測
定し解析する方法が提案されており、これらの測定装置
としては、（１）偏光した平行斜光を試料面上に照射
し、その正反射像を入射光と同位相の偏光フィルタを介
してＣＣＤカメラ等により撮影する装置、（２）可動式
ステージ上に装着した試料面に微小スポットの斜光を照
射し、その正反射光の強度分布を測定する装置、（３）
試料表面に投影結像させた矩形波パターンの空間的強度
分布を検出する装置等が知られている。

【０００３】上記（１）の装置はＣＣＤ（電荷結合素
子）カメラ等の撮像装置を用いることにより、試料面上
の正反射像をリアルタイム撮像できるという利点があ
る。この反面、均一な平行光が得られるスポットサイズ
には限界があるため、撮像装置の撮像領域が狭いこと、
また、撮像装置は試料面の法線に対して傾きを付けて設
置する必要があるため撮像結果として得られる像が歪む
という欠点があった。

【０００４】一方、上記（２）の装置は、原理的には照
射光のスポット径、および可動式ステージの移動可能な
ストロークとそのピッチを選択することにより、試料面
上の任意の測定面積で正反射光の強度分布を測定するこ
とが可能であるが、検出スポットの移動が往復運動であ
るため、可動式ステージの移動速度に限度があり撮像の
ための走査に時間を要する。このことは、スポット径が
０．１〜１ｍｍ程度で高精度を要求される場合には特に
問題となる。さらに試料取付面が平面のため、試料が大
きくなると、試料自身がもっている試料面の大きなうね
りにより像の歪みが生じやすく、測定結果に敏感に影響
する等の問題がある。このため実用上は数十ミリのライ
ン走査の測定領域あるいはこのライン走査の反復による
数十ミリ四方の測定領域というように測定領域が限られ
てしまう。その結果試料全体からデータを採取すること
ができず、離散的なデータ採取形態を採らざるを得ない
という欠点がある。

【０００５】上記（３）の装置は、本来、塗装表面の写
像性測定方法として開発されたものであり、定量化とい
う観点からは簡便な方法ではあるが、表面の微細な凹凸
による像の曇りや、表面のうねりによる像の歪みの程度
を総合して測定するため情報量が限られ、ムラの大きさ
やその２次元的な分布状態を知ることができない欠点が
あった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上述の測定装置は、従
来目視に頼っていた面感の評価を計器により定量化しよ
うとするものであるが、前述の通り測定面積が比較的小
さい、データの採取が離散的である、出力信号と測定試
料面上に分布する光学的物理量の関係が不明瞭である
等、単なるデータの統計処理のみならず、２次元の周波
数解析やパターン抽出といった画像処理技術と連結させ
たより汎用性のある解析の目的には実用的に不満足な点
が多い。

【０００７】試料面のうねりによる像の歪みを防止し、
かつ高速で移動させるため、ドラムに試料を巻き付けて
試料を回転させながら測定することが考えられるが、ド
ラムに曲率があり、正反射光を正確に受光することが難
しいので、これまでは正反射光測定装置においてはドラ
ム走査方式は存在しなかった。

【０００８】そこで、本発明はドラム走査方式を採用し
試料面の広範囲にわたって微小スポットで検出される光
学的物理量を試料面上の明確な座標と対応させて、２次
元の画像データとして採取することができる測定装置を
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】このような目的を達成す
るために、請求項１の発明は、シート状試料をその外周
面に巻付けるドラムと、該ドラムを回転軸を中心にして
回転させる回転駆動機構と、光源および光検出器を有
し、該光源からの光を前記試料に対して微小スポットで
前記ドラムの回転軸を含む平面内で正反射させその正反
射光を前記光検出器に導く光学系と、該光学系を搭載
し、該光学系を前記回転軸に平行に移動させる移動機構
とを具えたことを特徴とする。

【００１０】請求項２の発明は、請求項１の発明に加え
て、前記光源からの光の試料面上におけるスポット径
が、０．１〜１ｍｍであることを特徴とする。

【００１１】請求項３の発明は、請求項１または２の発
明に加えて、前記ドラムの外周長が４００〜１０００ｍ
ｍであり、かつ、前記ドラムの外周面の周速が５００〜
６０００ｍｍ／秒であることを特徴とする。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施例を詳細に説明する。図１は、本発明の１実施例の模
式構造を示す。この実施例は市販のドラム式走査型画像
入力装置（（株）阿部設計製２６０５型ドラムスキャン
デンシトメータ）の光学系を改造することにより試作さ
れたものであるが、もちろん本発明はこれに限定される
ものではない。

【００１３】図１において、１は回転ドラム１０の外周
面に巻き付けられた試料である。試料１の表面は光沢処
理が施されており、光を正反射する。また、試料１は回
転ドラムに巻き付けられることにより、表面のうねりが
除去されてこれによる像の歪みが防止されるので、寸法
の大きいものも測定可能となる。回転ドラム１０は回転
駆動機構１１に回転自在に保持されて、回転駆動され
る。回転ドラム１０は回転軸を中心にして矢印Ｙ方向に
回転する。本実施例はこの回転方向を主走査方向と呼ぶ
ことにする。

【００１４】移動機構１２はステッピングモータ１４が
ボールスクリュー１３を回転駆動することにより回転軸
方向、すなわち、Ｘ方向に移動する。本実施例ではこの
方向を副走査方向と呼ぶことにする。本実施例では回転
ドラム１０を回転させて主走査を行って、次に副走査方
向に試料１を相対的に移動させるが、試料を回転して移
動させるので、平面２軸走査の場合のような往復運動が
なくなり、高速の移動が可能である。

【００１５】移動機構１２には試料１を光源２から出射
された光により微小スポットで照射し、その正反射光を
光検出器９に導くための光学系が設置されている。この
例では光源２はハロゲンランプを使用した。コンデンサ
レンズ３、照明系アパーチュア４およびプロジェクタレ
ンズ５を通過して生成された光束はミラー６で方向を変
え試料１の表面に入射する。試料１の表面が理想的な鏡
面反射を与えるときには試料表面からの反射光束は測光
系アパーチュア７および受光レンズ８の幾何学的中心を
通過し光検出器９の敏感な表面に照射される。移動機構
１２の移動範囲は、光の照射スポット位置が少なくとも
試料１の両端の間で移動するように設定されている。

【００１６】測定結果に影響を及ぼす最も重要な寸法は
光束の入射角（試料面の法線となす角度）、試料面上で
の照射スポット径、測光系アパーチュアの径、照射スポ
ットから測光系アパーチュアまでの距離、および外周長
である。表１に本実施例におけるこれらの実用的な値を
示す。

【００１７】本発明においては、照射スポット径が０．
１〜１ｍｍ程度で高精度を要求される場合に、特に効果
が大きい。照射スポット径０．１ｍｍ未満は、光学上の
技術的制約により絞ることが難しく、逆にスポット径が
１ｍｍを越えると、測定精度が悪くなると同時にドラム
の曲率による像の歪が発生しやすくなる。

【００１８】また、ドラム外周長は４００〜１０００ｍ
ｍの範囲にすることが好ましい。ドラム外周長が４００
ｍｍ未満になると、ドラムの曲率による像の歪が発生し
やすくなり、逆に外周長が１０００ｍｍを越えると、試
料の寸法にそのような長寸法の要求が少なく、使用しな
いドラム部分が増えて、測定時間が長くなると同時に、
設備が無駄になりやすい。

【００１９】また、本発明においては、ドラム周速は主
に５００〜６０００ｍｍ／秒の高速範囲で使用する。ド
ラム周速５００ｍｍ／秒未満では測定には時間がかかり
過ぎる問題があり、逆に周速が６０００ｍｍ／秒を越え
ると単位時間当たりのデータ処理点数が大きくなり過
ぎ、技術的に処理が難しくなる。

【００２０】

【表１】

【００２１】表２に本実施例における正反射画像取り込
みの基本性能を従来技術（１）ＣＣＤカメラ等により撮
像する方法、（２）水平２軸スポット走査方式による方
法（例えば昭光通商（株）製ＣＳ−９０００Ｃ）による
代表的な数値と比較して示す。

【００２２】

【表２】

【００２３】表２から明らかなように、ドラム走査方式
を採用した本発明の正反射画像取り込み方法は、従来技
術ではなし得なかったデータ採取の広範囲、高密度、高
速度化を同時に達成可能である。

【００２４】また、本発明装置を用いて採取した各種グ
レードのコート紙、キャストコート紙、ラミネート紙等
の正反射画像データを画像解析装置（（株）ニレコ社製
ルーゼクスIII ）に入力し、２次元周波数解析を行った
ところ、ワイヤ（主成分空間周期：０．４〜０．６ｍ
ｍ）、フェルト基布（１〜１．３ｍｍ）、グルーブドロ
ールの溝（２〜３ｍｍ）、サクションホール（６〜８ｍ
ｍ）等に由来する製造工程の各種マークを分離抽出する
ことが可能であった。すなわち、本発明装置により採取
されるデータは、試料表面の微小光沢に反映される光学
的な表面構造について、従来技術では困難であった広範
な空間周波数成分に渡る有効な情報を与える。もちろん
該データは公知の統計処理や画像処理に問題なく適用さ
れ解析される。

【００２５】光検出器９のアナログ出力はデジタル信号
に変換した後、不図示の画像解析装置に入力され、記憶
される。試料１の光反射位置、すなわち、主走査方向及
び副走査方向の座標は、回転駆動機構１１の駆動モータ
の回転数及び移動機構１２の移動量（換言するとステッ
ピングモータの回転数）により定まる。

【００２６】したがって、これらモータの回転数および
回転速度を周知の位置決め制御装置等により制御するこ
とで、試料１を主走査方向および副走査方向に走査して
２次元の画像データを取得することができる。

【００２７】また、本発明を実施するために次の点に留
意するとよい。１）図１の光学系を、光のもれない遮光部材で形成され
た１つの箱の中に組み込み、その箱には艶消しの黒色を
した内装を施すとよい。これにより、ウォーミングアッ
プ中および操作中において、光学的に安定なものとな
る。

【００２８】２）光源としてはハロゲンランプ、タング
ステンランプ、レーザー等を用いることができる。ま
た、ハロゲンランプ等においてはランプと試料の間にフ
ィルタを設置し、ある特定波長または波長範囲の光のみ
を利用することも可能である。

【００２９】３）光源からの光は照射系アパーチュアお
よび光学レンズの組み合わせにより、平行光もしくはこ
れに近い光束とされた後、ドラムに装着した試料表面に
ドラムの回転軸を含む面内で角度をつけて入射するとよ
い。

【００３０】４）試料面上のスポット径は、目的に応じ
照明系アパーチュアの径により可変とすることができる
が、十分な入射光強度を保持した上で最低０．５ｍｍ以
下まで絞れることが望ましい。また、光束の入射角は特
に限定されないが、光軸方向の分解能を下げないために
は試料面の法線に対して４５°以下であることが望まし
い。

【００３１】５）入射光束が試料面上で理想的に鏡面反
射されたとしたときの反射光束軸が、測光系アパーチュ
アの入射面の中心を垂直に貫くようにこれを設置する。
試料面からの反射光のうち測光系アパーチュアを通過す
る全ての光が光学レンズを通して光検出器に受光され
る。

【００３２】６）試料面上の照射スポット位置（入射
点）から測光系アパーチュアまでの距離は特に限定され
ないが、アパーチュア径は可変であり、これにより最適
の受光の開き角が選択可能である。

【００３３】７）走査機構系および電子制御系に関して
は、ドラム式走査の特徴である広範囲、高密度、高速度
（走査範囲２００×２００ｍｍ、測定点数１０００×１
０００、ドラム周速５０００ｍｍ／秒程度）のデータ採
取が実現可能であれば特に制約されない。

【００３４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る光沢
むら測定装置は、微小スポット光を使用する正反射光強
度分布測定手法において、試料を取付けたドラムの回転
により主走査を行い、光源および正反射光を受光する光
学系の移動により副走査することで、従来技術ではなし
得なかったデータ採取の広範囲、高密度、高速度化を同
時に達成できる。これにより、スポット検出で採取した
測定データを集積して、２次元画像を構築することがで
きる。この２次元画像を使用して周波数解析やパターン
抽出を行うことができる。加えて、試料がドラムに巻付
けられ、曲面状となっても、スポット径が小さく、また
ドラムの回転軸を含む平面内でスポット光を反射させる
ので、光検出器が取得する測定データは平面状の試料を
測定する従来の方法と同様の精度を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明実施例の構造を示す断面図である。

【符号の説明】

１試料２光源ランプ３コンデンサレンズ４照明系アパーチュア５プロジェクタレンズ６ミラー７測光系アパーチュア８受光レンズ９光検出器１０ドラム１１回転駆動機構１２移動機構１３ボールスクリュー１４ステッピングモータ１５照射スポット位置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者小高功東京都江東区東雲１丁目10番６号新王子製紙株式会社東雲研究センター内 (72)発明者吉野道夫東京都渋谷区代々木３丁目42番10号株式会社阿部設計内 (72)発明者生駒一恒東京都渋谷区代々木３丁目42番10号株式会社阿部設計内 (72)発明者吉田忠雄東京都中央区京橋２丁目３番13号東洋インキ製造株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】シート状試料をその外周面に巻付けるド
ラムと、該ドラムを回転軸を中心にして回転させる回転駆動機構
と、光源および光検出器を有し、該光源からの光を前記試料
に対して微小スポットで前記ドラムの回転軸を含む平面
内で正反射させその正反射光を前記光検出器に導く光学
系と、該光学系を搭載し、該光学系を前記回転軸に平行に移動
させる移動機構とを具えたことを特徴とするシート状試
料の光沢むら測定装置。
【請求項２】前記光源からの光の試料面上におけるス
ポット径が、０．１〜１ｍｍであることを特徴とする請
求項１に記載の光沢むら測定装置。
【請求項３】前記ドラムの外周長が４００〜１０００
ｍｍであり、かつドラムの外周面の周速が、５００〜６
０００ｍｍ／秒であることを特徴とする請求項１または
２に記載の光沢むら測定装置。