JPS6252255B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は表面特に有機コーテイングの光沢を決
定する光学的パラメータを測定する装置に関す
る。本発明の装置によれば、一定の照射条件で観
測者に「光沢」という主観的印象を創成させる表
面の上記の如き諸特性を簡単な方法で確実に測定
することができる。

光沢は鏡面的、拡散面的というような境界面の
性質に左右される。従つて、表面がなるべく平行
光線で照射されると、表面から戻る光にはこの表
面の性質についての情報が含まれている。

多少広角にわたり拡散反射する光の強度を測定
する器械はゴニオフオトメータとして知られてい
る。さらに、西ドイツ特許2454644号及びオース
トリア特許334657号によれば、光沢面を平坦化欠
陥及び光沢もやに関して特徴付けるためにはゴニ
オフオトメータの角分解能の一倍または４倍の程
度の角度範囲での観測で充分であること、及びこ
れらの場合、所定角度だけ測定用ヘツド全体を移
動する代りに、固定測定用ヘツドと共に測定用ア
パーチユアをそれだけ移動する方が容易であるこ
とが知られている。

光沢のさらに全般的な評価をするため通常反射
計が使用されそしてこの型式の器械が西ドイツ工
業規格（DIN）67530号に詳細に記載されてい
る。

原理的に言えば本発明の課題は表面の光沢を微
分的かつ定量的に評価できるようにするためゴニ
オフオトメータを反射計に組合わせることであ
る。

以下、ゴニオフオトメータ（可動光学体）と反
射計（固定光学体と固定アパーチユア）との２つ
の器械の組合せである、この特殊な器械を本明細
書中においては「ゴニオ反射計」と称する。

このゴニオ反射計の特に問題になる点は、短距
離及び所定高分解能のため約10〜20μｍ内で再現
できねばならないアパーチユアの微移動である。
同様に、測定及び照射装置を被測定試験面にたい
し位置決めするために高度の性能が要求されるこ
とが、このことは光沢面の評価のために通常使用
される異なる測定（及び照射）角度によつてさら
に困難にされている。さらに、光源として通常使
用される電球は測定装置を高温にするので記録の
精度に悪影響を与え、或る状態では、日光からの
強い発光スペクトルのため視覚によるランキング
にたいする相関関係が悪くされる。さらにまた、
特に強い光沢面では、被測定散乱光と漂遊光との
比は連続記録を行つているときにきわめて好まし
くないものとなる。表面からくるこの散乱光部分
はまた、輝度と内層の散乱能とにより、試料の内
側からの散乱光によつて遮へいされることがよく
ある。

一方、断続作動光源の使用は、測定値の記録が
複雑であるため及び放射光の強さが１つの放射中
だけでなくかつまたパルスごとに急激に変化する
ため、きわめて困難である。

パルス光源、例えばキセノン・フラツシユ電球
を高せん光エネルギでかつ高密度の連続的せん光
で使用すると、劣化がきわめて早いというおそれ
がある。一方、せん光エネルギを低くしすぎる
と、放電空間を充てんしないようなきわめて非均
一な放電となる。所で、高い角分解能を有する器
械で反射を正確にするにはきわめて多数の測定手
順が必要であり、重量な問題を生ずる。

最後に、１つの面のみの光学的特性は局部的に
変化しがちで、この局部的変化は複数個の測定手
段によりかつ統計的データ処理によつて記録され
るだけである。最後の問題は、例えば光沢等一連
の測定はほとんどこれら高精密器械を誤操作して
しまうような未熟練者により行われることであ
る。例えば、西ドイツ工業規格67350号による標
準反射計の値を決定するには広い角度範囲にわた
る強度分布の積分を行わねばならず、そしてこの
範囲はさらに選択された測定角度に左右される
が、平坦化欠陥や光沢もやを測定するにはアパチ
ユアはできるだけ小さく選択されねばならない。

従つて、本発明の目的はまずゴニオフオトメー
タ及び標準反射計に関する必要条件に適合する装
置、及び高い分解アパーチユアのためにバツクラ
ツシユなしに移動可能な適当な機械的装置を提供
することであり、また照射及び測定用光学体を
種々な離散的角度で試験面に向けることを簡単か
つ確実に行いうる装置を提供し、さらに過度には
高温にならずに日光のスペクトル成分を供給しそ
うして高い色温度を有する照射・測定装置であつ
て拡散散乱光の測定にきわめて重要な特徴をなす
ところの外部光に対する優れた不感性を有する照
射・測定装置を提供することにある。さらに、表
面からくる散乱光の測定は、試料の内部によつて
決定される試験試料の輝度とは別である。種々の
測定信号の処理方法は不連続的な光源の特性に合
致したものでなければならない。本発明の他の目
的は、未熟練者に誤読みが生じないように装置を
使用できるようにし、また短時間内に多くの測定
をさせ、算術的平均及び標準偏差を計算し、最後
に微分的なゴニオフオトメータの値と共に標準化
された反射計の値を得ることを１つの装置でもつ
てそれの適当な機能を選択することによつてのみ
行いうるようにすることである。

上記目的は、表面特に有機コーテイングの光学
的特性を測定し表面の光沢を決定する装置にし
て、ゴニオフオトメータと反射計とを固定照射光
学体と測定用光学体及び可動アパーチユアとに組
合せた装置において、 イ バツクラツシ無しに取り付けられる電動機駆
動ねじ付スピンドル１２０と、長さと直径の比
がなるべく１以上あり低バツクラツシを有する
精密ナツト１２１とより成り、駆動・伝達要素
１２２を介しアパーチユア保持体と接続されか
つ少なくとも１つのばね１１９によつてバツク
ラツシユ無しに保持されると共に該アパーチユ
アを光軸に対してほぼ垂直方向に移動させるア
パーチユア駆動手段と、 ロ 試料試験面の法線にたいし異なる角度で当該
球体の中心に向いた、少なくとも２つ各照射及
び測定用ヘツド１０４，１１７を開口１１０，
１１１，１１２，１２３，１２４，１２５内に
保持できる半球体１１４にして、各照射及び測
定用ヘツドの光軸は上記法線に対して等しい角
度をなしかつこの法線と一平面内にある半球体
と、 ハ １つまたはそれ以上のパルス光源１０６，１
０７の前記光源の発光時間にわたり積分する少
なくとも２つの光電変換器１０９，１１８とを
有し、該光電変換器のうちの一つ１０９は該パ
ルス光源からの光を電気信号に変換し、更に一
つ１１８は、該アパーチユアに入射する光を電
気信号に変換することを特徴とする装置によつ
て、達成される。

この装置によれば、確実かつ再現可能なアパー
チユアの移動が保証されると共に、このような器
械の高い光学的分解能（小さいアパーチユア）に
よつて数ミリメートルの小さいアパーチユア移動
が約1000の一連のステツプに細分されることも保
証される。

この発明の他の特徴は、試験試料面の法線にた
いし種々の角度で球体の中心に向きえる、少なく
とも２つなるべくは３つの各照射及び測定用ヘツ
ドを開口内に保持できる半球状カツプにして、各
照射及び測定用ヘツドの光軸が上記法線に対して
等しい角度をなしかつこの法線と一平面内にある
ようにした半球状カツプにある。こうして、光学
的外観が照射・測定方向に依存することにより
種々の光沢を有する試験試料に共通に使用される
これらの異なる各角度にたいし、同じ照射及び測
定用ヘツドを使用することができる。言い換えれ
ば、高い光沢面を良く分析するためには角度はで
きるだけ小さい方がよく、一方マツト面では大き
くする。

本発明の装置によれば、複数個の測定及び照射
用ヘツドを使用しなくてよいだけでなく、すべて
のヘツドを、平面の法線及び球体中心にたいし必
要な程度の高い正確さで位置決めすることが可能
である。

本発明の装置はさらに、１つまたは複数個のパ
ルス光源と、これらの光源の放射中積分する少な
くとも２つの光電変換器とを有することを特徴と
する。

これにより、外部光を目ろみ通り抑圧するのに
とつて好ましく低い平均電力損を伴なつて高い放
射効率が可能となり、そうして加熱を防止しかつ
日光と同様なスペクトルに必要な色温度が得られ
る。

本発明の装置のパルス光源について、上記変換
器内で達成される回路は、この回路が光電測定検
出器と基準検出器により供給されかつ基準検出器
への光量に比例する電流用の各１つづつの積分器
より成る電荷用分割アナログ・デイジタル変換器
でありそしてこれら積分器の出力電圧の範囲が切
替可能な積分コンデンサにより実用限度内に保持
されているという利点を持つ。測定用積分器の合
算点はスイツチと抵抗とを介し基準積分器の出力
に接続されることによつて、信号積分の完了後測
定コンデンサは再び基準光量に比例する電流によ
つて放電される。従つて、測定コンデンサを放電
するために必要な時間は、個々の光パルスの実光
量とは無関係に測定信号と基準信号の比で決まる
からきわめて簡単に測れる。

測定コンデンサの充電状態を監視するために、
時間間隔を決定するためクロツクパルス発生器に
より供給されるデイジタルカウンタをゲートする
比較器が使用される。測定及び基準積分器は、積
分コンデンサを放電することによつて各測定前に
スイツチによつて所定状態に置かれうる。

照射射された試料面から来る拡散光は、あらゆ
る方向に均一に分布しているので、あらゆる方向
の測定が可能である。また、試料面から反射され
た反射光や拡散光の測定は、試料内部から出る拡
散光、すなわち後方散乱光部分によつて惹起され
る輝度とは無関係に行なわれる。これは、試料の
色調によつて輝度は変化するもので、対象の光沢
測定に含まれてはならないからである。

上述のことは、本発明の好適な実施例によれ
ば、試料面の中心に向くように照射ヘツドに取り
付けられた光学案内とね光電検出器と、測定用積
分器の合算点に接続される抵抗とより成る後方散
乱光部分を記録するための手段により達成でき
る。

本発明の好適実施例によれば、キセノン・フラ
ツシユ管を赤外線発光ダイオードに組合せたもの
が提供されており、ダイオードの放射はスペクト
ルの可視部分を透過する干渉フイルタによつてフ
ラツシユ管の放射ビームにされそして約800ナノ
メータの長波帯域縁から反射される。干渉フイル
タの選択的透過性を有利に利用して、フラツシユ
管の発光スペクトルを標準光に調節しうる。

半導体としての赤外線発光ダイオードは摩耗し
ないので、例えば反射方向を求める場合のよう
に、スペクトル・レンジが問題とならないような
場合に、あらゆる補助測定のために使用できる。
フラツシユ管が使用されるのは、長時間間隔で行
われるような余り行われない実際の測定だけであ
る。

このような複雑な測定装置で行われるすべての
工程を制御するため、マイクロプロセツサによる
制御装置が特に有利で、このマイクロプロセツサ
は、校正及び比較値を記憶するすべての中間結果
用のデータメモリと、すべての測定機能用プログ
ラム工程を含む永久プログラムメモリと、周辺器
械及び機能部へ出入りするデータを送受する多数
のインタフエースアダプタと、キーを押すだけで
複雑な機能を行なわせる多数の機能キーと、測定
データだけでなくかつまたすべてのパラメータ、
誤メツセージ及び取扱い指令を含む完全な測定記
録をプリントするなるべくはアルフアニユーメリ
ツクなプリンターと、マイクロプロセツサにより
完全に制御されステツプモータより成るアパーチ
ユア駆動部材と、作動がアパーチユア移動と正確
に同期しているフラツシユ管とダイオードを選択
作動するための供給・トリガスイツチと、試験試
料を測定口に把持してわずかに反つた可撓試料の
該測定を実質的に防止するクランプ手段と、光電
検出器によつて供給された電流を拡散反射光を引
いた試料上で測定した光量と基準光量との商に比
例する信号に変換する電子測定変換器と、測定及
び照射ヘツドのマツチングを認識させるコード化
手段と、すべての機能群にたいする電源とより成
る。

このマイクロプロセツサによる制御装置によ
り、本装置は、それ自身の活動を制御でき、それ
自身誤りを検出でき、必要ない機能を取消しで
き、さらに使用者誤作動状態を知らせることがで
きる。このように、本装置は、各部がきわめて複
雑な測定作動を有するにも拘らず、未熟練者によ
つて正しく操作することができる。

ゴニオフオトメータと標準反射計との必要条件
を同時に満足させるための特に適当なアパーチユ
アの大きさは0.25゜と１゜間の範囲のものであつ
て、これにより西ドイツ工業規格67530号により
求められるアパーチユアの大きさは簡単な断面測
定によつて0.6゜のアパーチユアの大きさ（照射
及び測定の大きさ）で満たされることができる。
ここでアパーチユアの大きさはは、西ドイツ工業
規格67530号によれば測定表面において測定され
る。具体的には、照射用アパーチユア及び測定用
アパーチユアの対向する両縁部が照射される表面
の照射面上の一点で画成する角度が0.25゜乃至１
゜、好ましくは0.6゜の大きさとなつている。

以下本発明をより良く理解するため図面につい
て説明する。

第１ａ図は半球状ハウジング１１４内の測定・
照射ヘツド１１７，１０４を示し、一例として、
ねじ付スピンドル１２０と、精密ナツト１２１
と、駆動・伝達部材１２２と、ばね１１９とより
成り、電動機３２０により駆動されるバツクラツ
シ無しアパーチユア駆動装置が示されている。ア
パーチユア・キヤリア１２６は測定用アパーチユ
ア１１５の駆動方向以外にアパーチユア１１５が
振れるのを防ぐためにアパーチユアキヤリア１２
６支持する点支持体１１６を有しかつ測定用アパ
ーチユア１１５をアパーチユア１１５に入射する
光軸に対してほぼ垂直方向に移動させる。測定用
アパーチユアのうしろに光電測定検出器２０７が
設けられ測定変換器１１８に接続されている。照
射ヘツド１０４は２つのパルス光源１０６，１０
７を有し、その光は干渉帯域フイルタ１０８に助
けられ、照射アパーチユア１０２とビーム・プリ
ンタ１２７とを介し試験面１１３に送られる。ビ
ーム・プリツタ１２７からの光は、測定用変換器
１０９に接続された基準検出器２０８に突き当
り、散乱光は試料に向けられた光学光案内１０１
を経て増幅器１０５に振続された光電検出器１０
３により記録される。光学光案内１０１は、測定
される表面の照射面の中心に向くように照射光学
系の外側で固定照射ヘツド１０４に取り付けられ
ている。

第１ｂ図は半球体１１４の内部を示し、測定・
測定ヘツドの開口１１０，１１１，１１２，１２
３，１２４，１２５は対をなして試験面の法線に
対して等角度になつている。（本例では、開口１
１１と１２４は作動状態にある。） 第２図は測定用２０７、基準用２０８及び拡散
光用１０３の３つの光電測定検出器を示し、また
パルス光源として赤外線発光ダイオード１０７と
キセノン・フラツシユ管１０６と共に、照射ビー
ム通路上のビーム・スプリツタ１２７及び干渉帯
域フイルタ１０８を示す。基準検出器２０８は、
低容量の固定コンデンサと、それと固体スイツチ
により並列接続されたもう一つのコンデンサとか
ら成り、両コンデンサを切換可能な積分コンデン
サ２０２を有する基準積分器２０３に接続され、
その積分器２０３の出力側はスイツチ２０４と抵
抗２０５とを介して、これも低容量の固定コンデ
ンサと、それと固体スイツチにより並列接続され
たもう一つのコンデンサとから成り、両コンデン
サを切換可能な積分コンデンサ２１０を備える測
定用積分器２０６の合算点に接続されている。こ
の合算点に、検出器１０３の増幅器１０５の出力
が抵抗２０９を経て接続されると共に測定用検出
器２０７が接続されている。両積分器２０３，２
０６の初期状態は２つのスイツチ２０１，２１１
によつてセツトされる。測定用積分器２０６の出
力は比較器２１２の入力に送られ、この比較器は
クロツクパルス発生器２４１により制御されるカ
ウンタ２１３をゲートする。２つの光源のうちの
一方のトリガと同時に各測定手順と共に測定・基
準積分器の積分手順が開始され、光の放射が終る
と、測定積分器のコンデンサは基準積分器の出力
電圧に比例する電流を放電すると同時に、カウン
タはその計数開始前にゼロにセツトされ、測定積
分器の出力電圧の０で比較器によつてカウントが
停止されることになる。

カウンタの結果は測定及び基準検出器にかかる
光電流比に比例し、試料の輝度に相当する信号は
測定信号から減算される。

第３図はマイクロプロセツサーによる制御装置
の各構成部分の説明図である。中央処理装置３０
３は、アドレス及びデータバスを介してデータ・
メモリ３０４と、プログラムメモリ３０５と、イ
ンターフエース・アダプタ３０１，３０２とに接
続される。インターフエース・アダプタは、測定
用ヘツド認識回路３０７、カウンタ論理回路３０
８、フラツシユ管１０６と赤外線発光ダイオード
１０７との供給回路３０９、機能キー３１４，３
１５，３１６，３１７，３１８のキーインターフ
エース３１０、プリンタ３１９のインタフエース
３１１、アパーチユア移動用ステツプモータ３２
０の駆動回路３１２及び試験試料支持体用モータ
３２１の供給回路３１３等周辺インターフエース
及び回路への接続部を形成する。カウンタ論理回
路３０８は測定用変換器１０５，１０９，１１８
と光電検出器１０３，２０７，２０８とに接続さ
れる。電源３０６は構成部分すべてに所定の電圧
及び電流を印加する。

以上説明した本発明の測定装置によれば、次の
ような効果が得られる。

反射光及び拡散光の強さを高分解能で全分布範
囲にわたつて測定できるので、測定値が非常に正
確であり、且つ再現性が高い。また、装置の取り
扱いが容易であるため、あらゆる種類の塗料、つ
まり有機コーテイングが試験されることの多い自
動車産業及びその他の工業に適している。更に、
本発明の装置によれば、従来に比べ測定時間を減
少させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１ａ図は測定装置の概略図、第１ｂ図は半球
状ハウジングの内部を示す概略図、第２図は積分
変換器を備えたアナログ・デイジタル変換器の線
図、第３図はマイクロプロセツサー制御装置の全
体回路線図である。 主要部分の符号の説明、１０１……光学光案
内、１０３……光電検出器、１０５……増幅器、
１０６，１０７……光源、１０４，１１７……照
射ヘツド、１１０，１１１，１１２，１２３，１
２４，１２５……開口、１１４……半球状ハウジ
ング、１１９……ばね、１２０……スピンドル、
１２１……ナツト、１２２……駆動・伝達部材、
１０９，１１８……変換器、２０２，２１０……
切換可能積分コンデンサ、２０３，２０６……積
分器、２０５，２０９……抵抗、２０４，２０
１，２１１……スイツチ、２１３……カウンタ、
２１４……クロツクパルス、３０３……中央処理
装置、３０４……データメモリ、３０５……プロ
グラムメモリ、３０１，３０２……インターフエ
ース・アダプタ、３０６……電源、３０７……測
定用ヘツド認識回路、３０８……カウンタ論理回
路、３０９……供給回路、３１０，３１１，３１
３……インターフエース、３１２……駆動回路、
３１４，３１５，３１６，３１７，３１８……機
能キー、３１９……プリンタ、３２０……ステツ
プモータ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 照射用アパーチユアを有する固定照射ヘツド
   と可動の測定用アパーチユアを有する測定ヘツド
   とを備え、表面の光沢を決定するために光学的特
   性を測定するゴニオ反射計において、 少なくとも２組の固定照射ヘツド１０４及び測
   定ヘツド１１７を保持する開口１１０，１１１，
   １１２，１２３，１２４，１２５を有する半球体
   であつて、各組の固定照射ヘツド及び測定ヘツド
   を測定される表面１１３に対して異なる角度で該
   半球体の中心に向けると共に、各１組の固定照射
   ヘツド及び測定ヘツドの光軸が該照射面の法線に
   関して互いに等しい角度をなし且つ一平面内にあ
   るように該開口内に保持する半球体１１４と、 １つまたはそれ以上のパルス光源１０６，１０
   ７の発光時間にわたり積分する少なくとも２つの
   光電変換器と、 を有し、固定照射ヘツドに設けられる光電変換
   器１０９は該パルス光源からの光を電気信号に変
   換し、測定ヘツドに設けられる光電変換器１１８
   は、該測定用アパーチユアに入射する光を電気信
   号に変換し、前記測定ヘツドは、バツクラツシ無
   しに取り付けられる電動機駆動ねじ付スピンドル
   １２０と、長さと直径の比が１以上あり、低バツ
   クラツシを有する精密ナツト１２１及び駆動・伝
   達要素１２２を介し該測定用アパーチユアを保持
   するアパーチユア保持体と接続され且つ少なくと
   も１つのバネ１１９によつてバツクラツシ無しに
   保持されると共に該測定用アパーチユアを光軸に
   対してほぼ垂直方向に移動させるアパーチユア駆
   動手段を有することを特徴とするゴニオ反射計。 ２ 前記ゴニオ反射計は、電荷用のアナログ・デ
   ジタル変換器を有し、該アナログ・デジタル変換
   器は、それぞれ積分コンデンサ２０２，２１０を
   有する測定用積分器２０６と基準用積分器２０３
   と；測定用積分器２０６の合算点に接続されるス
   イツチ２０４と抵抗２０５とより成り、基準積分
   器２０３の最終出力電圧に比例する電流を測定用
   コンデンサ２１０から放電する手段と；測定用積
   分器２０６の出力電圧がゼロになつたことを検知
   して測定用コンデンサ２１０の放電時間を検出す
   る比較回路と；測定用コンデンサ２１０の放電中
   にクロツクパルス発生器２１４が発生するパルス
   を合算するカウンタ２１３より成り、測定用コン
   デンサ２１０の電荷と基準用コンデンサ２０２の
   電荷との商に比例する該放電時間をデジタル形式
   で表示する手段と；各測定前にコンデンサ２０
   ２，２１０を放電するスイツチ２０１，２１１と
   を有することを特徴とする特許請求の範囲第１項
   に記載のゴニオ反射計。 ３ 前記測定される表面の照射面の中心に向くよ
   うに照射光学系の外側で固定照射ヘツド１０４に
   取り付けられた光学光案内１０１と、光電検出器
   １０３と、測定用積分器２０６の合算点に接続さ
   れる抵抗２０５とより成る後方散乱光部分を記録
   するための手段を有することを特徴とする特許請
   求の範囲第１項に記載のゴニオ反射計。 ４ 前記パルス光源は、キセノンフラツシユ管１
   ０６と、赤外線発光ダイオード１０７と、該フラ
   ツシユ管の可視光部分と該赤外線発光ダイオード
   の赤外放射部分との間の所定の波長よりも長い波
   長の光を遮断する光学的帯域フイルタ１０８とか
   ら成ることを特徴とする特許請求の範囲第１項に
   記載のゴニオ反射計。 ５ データメモリ３０４付プロセツサ３０３と、
   プログラムメモリ３０５と、インタフエース・ア
   ダプタ３０１，３０２と、カウンタ論理回路３０
   ８と、関連インタフエース３１０に対する機能キ
   ー３１４，３１５，３１６，３１７，３１８と、
   インタフエース３１１付プリンタ３１９と、アパ
   ーチユア駆動用ステツプモータ３２０に供給する
   インタフエース３１２と、フラツシユ管１０６と
   赤外線発光ダイオード１０７とを制御するインタ
   フエース３０９と、クランプモータ３２１を制御
   する試料保持インタフエース３１３と、交換器１
   ０５，１０９，１１８及びそれに接続された光電
   検出器１０３，２０７，２０８と、測定用ヘツド
   認識回路３０７と、電源３０６とより成る制御回
   路を有することを特徴とする特許請求の範囲第１
   項乃至４項のいずれか１項に記載のゴニオ反射
   計。 ６ 照射用アパーチユア１０２及び測定用アパー
   チユア１１５の対向する両縁部が照射される表面
   の照射面上の一点で画成する角度が0.25゜乃至１
   ゜、好ましくは0.6゜の大きさであることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項乃至第５項のいずれ
   か１項に記載のゴニオ反射計。