JPS617446A - 線状体表面測定装置 - 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】 〔発明の技術分野〕 本発明は線状体の表面の、例えば銅酸化被膜の酸化の程
度（酸化度）を光電的に精痩良く測定し得る線状体表面
測定装置に関する。

（発明の技術的背景とその問題点） 電球やＣＲＴのガラス封着部分で使用されるジュメット
線の銅酸化被膜の厚さは、その酸化の程度によって変化
する。そして、この酸化の程度は他金属との溶接や封着
等の二次加工の具合と密接な関係を持つ。この為、上記
二次加工の種別に適したジュメット線を提供する為には
、例えばその酸化被膜の厚さにより上記ジュメット線等
の酸化の程度を区分管理することが、その製造工程にお
いて必要となる。

ところが一般に、上記酸化被膜の厚みは数ｐｍＰｉ！度
であり、このような厚みを製品毎に検査することは非常
に困難である。そこで従来では、酸化被膜の反射色がそ
の厚みに応じて赤黄色から暗赤色系に変化することを利
用して、その反射色によって酸化の程度を判別区分して
いる。然し乍ら、酸化の程度の違いによる反射色の変化
の様子は極めて微妙であり、その色度、彩度、明度は必
ずしも規則的に変化しない。これ故、例えば予め酸化の
程度を異ならせた標準サンプルの色標準の内、被検サン
プルの反射色がどれに近いかを目視によって判定してい
る従来の区分作業は、多大な労力と時間を要し、しかも
その判別精度の向上が期待できなかった。

ところで一般に、被検サンプルからの反射色は、光電変
換技術を用いることによって、例えば三刺激値Ｘ、Ｙ、
Ｚや色度Ｘ、ｙ等の色の心理物理量として数値的に表現
することができる。これらの数値については、国際照明
委員会（ＣＩＥ）で定められ、例えば次のように定義さ
れる。即ち、分光分布Ｓ（λ）の光源で照明された被検
サンプルの分光反則率がρ（λ）とするとき、前記三刺
激１ｉｉ！Ｘ、、Ｙ、Ｚは規準化定数を１〈とじてとし
て表される。また、上記色度ｘ、ｙはどして定義される
。尚、上記三刺激値のＹは、特に視感反射率と称せられ
る。

ここで、上式中のＸ（λ）、ｙ（λ）、７（λ）はＣＩ
Ｅ等色関数と称せられるもので、上記ＣＩＥによって第
９図に示すようにその波長毎に数値が与えられている。

従って、分光光度計を用いて被検サンプルの分光反射率
ρ（λ）を測定しておけば、照明光源の分光分布Ｓ（λ
）に関する既知データを用いて上記三刺激値ｘ、ｙ、ｚ
や色度Ｘ。

ｙ、或いは視感反射率Ｙを計算によって求めることが可
能となる。

このような分光測色法と称せられる測定方法に対して、
上述した合価を光電色彩計を用いて求める方法もある。

この測定方法は色フィルタと光電素子とを組合せ、その
分光感度がそれぞれ前記×（λ）、ｙ（λ）、７（λ）
となるように設定した３つの受光器を用い、これらの各
受光器の検出出力から前記三刺激値等を求めるものであ
り、刺激値直読法と称せられる。しかし、この測定方法
にあっては、一般に前記受光器の分光感度を前記各等色
関数に一致させる為の色フィルタの透光率が非常に低い
ので、測定再現性に乏しいと云う不具合があった。しか
も、上記色フィルタの特性を前記等色関数に厳密に一致
させること自体が非常に困難であった。これ故、その測
定精度の向上を望み得ず、精度の高い測定が要求される
場合には、前述した分光測色方法に頼らざるを得なかっ
た。

しかして、このような測定方法を用いて前記銅酸化被膜
の酸化の程度を測定することが考えられる。この場合、
銅の酸化被膜の反射色の色度Ｘ。

ｙｌ、またはその視感反射率Ｙ等の測色値が上記銅の酸
化度に対応していることが必要となる。

然し乍ら、第１０図に酸化の程度の異なる９種の銅酸化
被膜サンプルａ、ｂ、ｃ、〜ｌについての色度の分布を
示すように、各サンプルａ、ｂ、ｃ、〜ｉの色度点は相
互に近接した傾向を示す。尚、上記各サンプルａ、ｂ、
ｃ、〜ｉは、酸化度の低いものから順にそのサンプル識
別名ａ、ｂ、ｃ、〜ｉを付しである。また、第１０図の
測定データからは、酸化度が増すに従ってその色度ｙが
僅かに低くなる傾向が認められるものの、顕著な規則的
変化は認められない。

従って、前述した測色装置を用いたとしても、その測定
結果である色度ｘ、ｙ等から銅被膜の酸化度を正確に判
別することは極めて困難である。

また、その測定対象が前述したジュメット線の如き線状
体である場合、その表面を光学的に測定する為には、上
記線状体とその測定系との位置関係を正確に設定するこ
とが必要である。然し乍ら、製造工程において連続的に
繰り出される前記ジュメット線の表面を連続的に検査す
るような場合、その測定系に対するジュメット線の位置
が変動し易く、これによって測定誤差が生じ易いと云う
問題もあった。

〔発明の目的〕

本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、そ
の目的とするところは、光学的手法を有効に用いてジュ
メット線の如き線状体の表面状態を簡易に、且つ精度良
く測定することのできる実相性の高い線状体表面測定装
置を提供することにある。

〔発明の概要〕

本発明は例えば銅の酸化被膜の分光反射率分布の形状が
、第２図に示すようにその酸化度に応じて規則的に変化
していることを見出し、これを利用してジュメット線の
如き線状体の表面状態を光学的に測定するに際してなさ
れたもので、その測定系の光源から光せられた光を導い
て線状体を照明する照明用ライトガイド、およびこの照
明による前記線状体の反射光を受光器に導く受光用ライ
トカイトをそれぞれ形成する２系統の光ファイバ束の、
前記線状体に対向する端部における各光ファイバの端面
を相互に分散配置した構成とし、且つ上記各光ファイバ
の受光角を２６とするとき、前記線状体が前記２系統の
光ファイバ束の各光ファイバの端面を相互に分散配置し
てなる端部の周縁部を見込む角度がθ以上となるように
前記線状体に対する上記光ファイバ束の端部の位置を設
定してなることを特徴とするものである。

〔発明の効果〕

かくして本発明によれば、照明用ライトガイドおよび受
光用ライトガイドをそれぞれ形成する２系統の光ファイ
バ束の各光フアイバ端面を相互に分散配置した構成であ
り、且つ上記光ファイバの受光角を２θとしたとき、上
記線状体が光フアイバ束端部の周縁部を見込む角度がθ
以上になるように上記光ファイバ束の端面の線状体に対
する位置を設定しているので、線状体の位置が多少変動
してもその位置変動に拘らず、常に一定強度の照明光で
安定に上記線状体を照明し、且つその表面による反射光
を安定に、且つ確実に検出することが可能となる。従っ
て、このような安定した測定系の下で、線状体（被検サ
ンプル）の反射光を検出し、その反射光の分光反射率の
分布形状がその酸化度に対応していることに利用して、
その表面の酸化度等を数値的に精度良く評価することが
可能となる。従って、従来の目視に頼るような曖昧さを
招来することなしに、ジュメット線等の線状体の表面の
酸化度をその製造工程において連続的に正確に、且つ効
率良く測定することが可能となる。

〔発明の実施例〕

以下、図面を参照して本発明の一実施例につき説明する
。

第１図は実施例に係る線状体表面測定装置を組込んで構
成された酸化度判別装置の概略構成図である。図中１は
所定の分光分布Ｓ（λ）を有する白熱電球等の光源であ
り、この光源１からの直接光または反射ミラー２を介し
て反射された光は熱反射体３を介して照明用ライトガイ
ド４に入射されている。この照明用ライトガイド４に入
射された光が、該ライトガイドの端部５から純銅または
銅酸化被膜の線状体からなる被検サンプル６に照明され
る。そして、この照明によって前記被検サンプル６にそ
の酸化度に応じて生じた反射光は前記ライトガイド端部
５より受光用ライトガイド７に導入されて反射光検出部
に導かれる。

上記受光用ライトガイド７および前記照明用ライトガイ
ド４は、それぞれ複数の光ファイバを束ねてなる光ファ
イバ束として形成されるもので、前記ライトガイド端部
５において上記各ライトガイド４，７をそれぞれ形成す
る複数の光ファイバの端面は相互にランダム配置されて
いる。つまり、上記ライトガイド端部５において、前記
覧明用ライトガイド４を構成する光ファイバ、および前
記受光用ライトガイド７を構成する光ファイバの各端面
が、それぞれその端面全域に亙っで分散配置されている
。またこのような端面を形成したライ８ガイド端部５は
、第３図に示すように上記被検サンプル６に対して所定
の位置面係に設定される。

即ち、前記名ライトガイド４．７を形成する個々の光フ
ァイバは、第４図に示すようにコア８ａとクラッド８ｈ
とにより構成される。そしてその受光角２θは、上記コ
ア８ａの屈折率を０１、クラッドの屈折率をｎ２　’（
ｎｌ＞　ｎ２）としたとき、次のように与えられる。

ＮＡ＝ｓｉｎθ＝ＦＦ−下Ｆ 但し、上記ＮＡは光ファイバの開口数である。このよう
な各光ファイバの受光角２θ対して、前記被検サンプル
６が上記ライｌ−ガイド端部５の端面５ａの縁部を角度
θ以上で見込むような位置に前記ライ１−ガイド端部５
を設定している。

このような位置設定によって、第５図に示すように前記
う、イ１−ガイド端部５の正面を通過する線状体の被検
サンプル６の微小部分σは、上記端面５ａの全体Ｃはな
く、第５図中斜一部Ｓに含まれる照明用ライトカイト４
の光ファーイバからそれぞれ射出される光の集合体から
なる立体角Ωの一定強度の光によって照明されることに
なる。そして、この照明によって生じた上記被検サンプ
ル６の微小部分σからの反射光は、前記立体角Ωの光と
して前記斜線部Ｓに含まれる受光用ライトカイト７の光
ファイバにそれぞれ入射することになる。

なお、上記立体角Ωは、前記光ファイバの受光角を規定
する角度θに関連して Ω　−π　ｔ　ａ　ｎ　２θ として与えられる。従って、このような位置関係が設定
された本装置によれば、第６図（ａ）〜（ｄ）に示すよ
うに、前記ライトガイド端部５に対する被検サンプル６
の位置が多少変動しても、その変動範囲が前記断面５ａ
の周縁部を見込む角度がθ以上である範囲内であれば、
前記微小部分σを見込む立体角Ωが変化することがない
。故に、前記微小部分σに対する照明強度の変化を招く
ことがなく、またその反射光の受光強度の変化を招来す
ることもない。従って、前記被検サンプル６の表面状態
を一定の照明条件下で、その反射光を強度的に安定に検
出することが可能となる。

ところで、上記の如く照明された被検サンプル６の反射
光は、第２図に示す如き分光反射特性を有している。即
ち、波長５００ｎｍ近傍、および６３０ｎｍ近傍を境と
する短波長域、中波長域、および長波長域において、そ
の酸化の程度に応じた反射率の増減を呈する。具体的に
は酸化度が高い場合、上記短波長域および長波長域にて
その反射率が高くなり、また中波長域では反射率が低く
なる。そして酸化度が低い場合には、上記短波長域およ
び長波長域で反射率が低くなり、また中波長域では反射
率が高くなる。このような各波長域での反射率の増減は
、被検サンプルの酸化の程度に対応している。そこでこ
の酸化度判別装置では、上記各波長域での反射光の成分
を前記反射光検出部にてそれぞれ検出するようにしてい
る。

しかして、前記受光用ライトガイド７を介して検出され
る前記被検サンプル６の反射光は、ステップモータ１１
により回転制御される回転板１２に取付けられた複数の
色フィルタ１３を選択的に介し、更に集光レンズ１４を
介して受光器１５により検出されている。上記回転板１
２に取付けられた複数の色フィルタ１３は、例えば第７
図にその特性を示すように、波長５００ｎｍ近傍に透過
限界波長を有する第１の短波長遮断型シャープカットフ
ィルタ１３ａと、波長６３０　ｎ　ｍ近傍に透過限界波
長を有する第２の短波長遮断型シャープカットフィルタ
１３ｂとからなる。そして、前記回転板１２は、上記フ
ィルタ１３ａ１３ｂと、光の素通し部分とをもち、前記
モータ１１の回転制御によって前記反射光の受光検出系
に上記フィルタ１３ａ　、　１３ｂを選択的に挿入する
ものとなっている。

上記受光器１５により検出された上記反射光の成分く反
射光強度）は、前記回転板１２に回転、つまり前記フィ
ルタ１３ａ　、　１３ｂの選択的な受光系への挿入に応
動してデータ処理装置１６に入力されている。データ処
理装置１６は、前記素通し部分を介して受光検出された
反射光の成分ｉｏと、シャープカットフィルタ１３ａを
介して受光検出された前記反射光の成分ｉａと、シャー
プカットフィルタ１３ｂを介して受光検出された前記反
射光の成分１ｂとから、短波長域、中波長域および長波
長域の各反射光成分をそれぞれ検出している。具体的に
は、例えば前記検出成分１ｂは波長６３０ｎｍ以上の成
分であることから、これを長波長域の成分ｉｒとし、ま
た（ｉａ−ｉｂ）を中波長域の成分ｉｙとしている。更
に（ｉｏ−ｉａ）を短波長域の成分１にとしている。そ
してデータ処理装置１６は、これらの各波長域の反射光
成分ｉｒ、ｉｙ。

ｉｋに従って、前記短波長域または長波長域の成分と中
波長域の成分との比、またはその差を次のように計算し
ている。上記検出成分の比はｌ　Ｖ　／　（ｌ　ｒ　　
＋　　ｉ　ｋ　　）または ｉｙ／ｉｋ　　　Ｏｒ　　　ｉｙ／ｉｒ等として計算さ
れる。また上記各成分の差は１ｙ−（ｉｒ＋ｉｋ） または １ｙ−ｉｋ　　　ｏｒ　　　１ｙ−ｉｒ等どして計算さ
れる。尚、上記比の逆数を計算することも可能である。

しかして、このようにして計算される各波長域の反射光
成分の比またはその差は、上記各波長域の反射率の相関
を示すものである。そして前記第２図に示した被検サン
プルの酸化度に応じた分光反射率の分布形状から明らか
なように、上記各波長域の反射光成分の比は、例えば被
検サンプルの酸化度が高い程小さくなり、その酸化度が
低い程大きい直となる。また同様に、上記各波長域の反
射光の成分の差も、被検サンプルの酸化度に応じてその
値が変化することになる。

第８図は前述した酸化度を相互に異にする複数のサンプ
ルａ、ｂ、ｃ、〜ｉについて、上述した如く各波長域の
反射光成分の比を求めた結果を示すものである。このデ
ータにも明確に現れるように、上記の如く求められる反
射光の各波長域の成分の比（または差）は、被検サンプ
ルの酸化度に対応したものとなる。従って、上記反射光
の各波長域の成分の比（または差）の値を、そのサンプ
ルの酸化度を示す尺度として用いることが可能となる。

このように本装置によれば、被検サンプルの分光反射率
の分布形状に着目してその表面状態を測定するに際して
、その光学測定系のライトガイド端部５と被検サンプル
６との位置関係を上述したように設定しているので、前
記被検サンプルの微小部分σの表面状態を示す反射光を
安定に検出することが可能となる。従って、測定誤差を
招くことなしに、例えばジュメット線等の線状体の表面
の酸化度等を数値的に精度良く、且つ正確に評価するこ
とができる。つまり従来のように目視に頼った主観的な
評価ではなく、反射光の波長域間の成分の比または差と
してその酸化度を数値的に客観的に評価することができ
る。しかり、その評価をデータ処理装置１６の計算処理
によって高速に効率良く行ない得る。従って、前述した
ジュメット線の品質管理等、製造工程における品質管理
を簡易に、且つ効果的に行ない得る。

尚、本発明は上述した実施例に限定されるものではない
。例えば実施例では、シャープカットフィルタを用いて
各波長域の反射光成分を検出したが、各波長域に有意な
分光透過率を有する色フィルタや干渉フィルタを用いた
り、或いは反射光を分光して各波長域の成分をそれぞれ
求めるようにしても良い。また、その分光反射率の分布
形状を利用して標準サンプルとの類似性から表面状態を
測定するような装置にも適用可能である。またここでは
表面酸化度の測定を例に説明したが、線状体を測定対象
どする他の測定装置に適用しても良い。要するに本発明
は、その要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施する
ことができる。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明の一実施例装置を組込んだ酸化度測定装
置の概略構成図、第２図は酸化被膜の分光反射率分布特
性を示す図、第３図はライトガイド端部と線状体との位
置関係を示す図、第４図は光ファイバの構成を示す図、
第５図は実施例装置の作用を模式的に示す図、第６図は
実施例装置の効果を示す図、第７図はシャープカットフ
ィルタの特性を示す図、第８図は実施例装置において求
められる各波長域成分の比と酸化度との関係を示す図、
第９図はＣＩＥ等色関数を示す図、第１０図は酸化度の
異なるサンプルの反射光の各色度を示す図である。 １・・・光源、２・・・反射ミラー、３・・・熱反射体
、４・・・照明用ライトガイド、５・・・ライトガイド
端部、６・・・被検サンプル（線状体）、７・・・受光
用ライトガイド、１１・・・ステップモータ、１２・・
・回転板、１３・・・色フィルタ、１３ａ、１３ｂ・・
・シャープカットフィルタ、１４・・・集光レンズ、１
５・・・受光器、１６・・・データ処理装置。 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦 第７図 第８図 懺別話毛　皓Ｉ叉 第９図 版我　（ｎｍ）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 光源から発せられた光を導いて線状体を照明する照明用
   ライトガイド、およびこの照明による前記線状体の反射
   光を受光器に導く受光用ライトガイドをそれぞれ形成す
   る２系統の光ファイバ束の、前記線状体に対向する端部
   における各光ファイバの端面を相互に分散配置し、且つ
   上記各光ファイバの受光角を２θとするとき、前記線状
   体が前記２系統の光ファイバ束の各光ファイバの端面を
   相互に分散配置してなる端部の周縁部を見込む角度がθ
   以上となるように前記線状体に対する上記光ファイバ束
   の端部の位置を設定してなることを特徴とする線状体表
   面測定装置。