JP2009222441A - 再帰反射性強度測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 サンプルを切り出すことなく、簡易に入射方向が変化した場合の反射性能、反射光の反射分布、反射光の波長分布などを測定する再帰反射性強度測定装置を提供する。
【解決手段】 本発明の再帰反射性強度測定装置は、光源と、受光部と、光ファイバと、前記光ファイバ頭部を回動させる回動部とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、塗料やシートなどの材料表面の再帰反射性能の評価に用いられる再帰反射性強度測定装置、より詳細には、塗料やシートなどの材料表面の角度依存性、分布、波長依存性などの再帰反射性能の特性を評価するために用いられる再帰反射性強度測定装置に関する。

再帰反射材料は、光源から発せられる光を光源に向けて反射する性質を有する材料である。再帰反射材料は、例えば、道路標識や看板などに広く用いられている。再帰反射材料は、その用途の性質上十分な反射性質を有している必要がある。再帰反射材料の反射性能は、例えば、ＪＩＳ Ｚ８７１４（１９９５）「再帰性反射体−光学的測定−測定方法」およびＪＩＳ Ｚ９１１７（１９８４）「保安用反射シート及びテープ」に定められている。

近年、建築物や自動車表面に再帰反射タイルや再帰反射塗料などの再帰反射材を用いることが試みられている。建築物や自動車表面に再帰反射材を用いることで、鏡面反射による場合に問題となる周辺への影響を軽減することができる。表面形状が複雑な建築物の施工現場において、再帰反射材を施工する際に、再帰反射材の反射性能を測定しながら施工することで、より効果的な施工が可能となる。また、このような目的で再帰反射材の反射性能を測定する場合は、再帰反射材の表面にほぼ垂直な方向から入射した光の反射性能を測定するだけでは足りない。例えば、太陽光は、入射方向が、日動、年動する。このような場合に、より実情に沿った再帰反射材の反射性能を測定するためには、簡易に入射方向が変化した場合の反射性能、反射光の反射分布、反射光の波長分布などを測定する必要がある。

上記した従来の再帰反射材料の反射性能の測定方法は、標識や看板などを対象とする。このため、反射性能の測定には、大きな空間を必要とする。したがって、施工現場において簡便に反射性能を測定するためには適さない。また、サンプルを切り出して測定する必要があり、再帰反射材の反射性能を測定しながら施工することはできない。

再帰反射性能測定装置としては例えば以下の装置が提案されている（例えば、特許文献１〜３参照）。

特許文献１に記載の装置では、サンプルを切り出すことなく、省スペースで再帰反射材料の反射性能を測定できる再帰性反射性能測定装置が提案されている。この再帰性反射性能測定装置は、光源からの光を反射部材で反射して測定試料に照射し、反射部材を透過した反射光の光度を測定する。すなわち、この再帰性反射性能測定装置では、光源と、反射部材と、受光素子とが一定の位置関係を有する必要がある。このため、入射方向が変化した場合の反射性能、反射光の反射分布などを測定するためには、位置関係の調整が容易ではないという問題がある。

特許文献２に記載の装置では、照射光の光束径が大きくなることを防止するために光源にＬＥＤを用い、投光、受光部に光ファイバを用い、受光ファイバの周りに同心円状に投光ファイバを配置して、装置を小型化し、測定精度を向上させたものが開示されている。しかし、この装置では、サンプルを切り出して測定する必要がある。また、ほぼ垂直に入射した光の反射性能を測定することを想定した構造となっているので、簡易に入射方向が変化した場合の反射性能、反射光の反射分布、反射光の波長分布などを測定するには適さない。

特許文献３に記載の装置では、光ファイバとミラーと凸レンズとを組み合わせて光路を折り曲げ、さらに遮光器を用いてノイズとなる散乱光の量を減らしたものが開示されている。しかし、この装置では、光ファイバとミラーと凸レンズとを組み合わせて光路を折り曲げるため、入射方向が変化した場合の反射性能、反射光の反射分布などを測定するためには、位置関係の調整が容易ではないという問題がある。
特開２００２−２０６９８９号公報 特開平１０−１１５５４９号公報 特表２０００−５０３３９５号公報

すなわち、本発明は、上記問題に鑑みなされたものであり、その目的は、サンプルを切り出すことなく、入射方向が変化した場合の反射性能、反射光の反射分布、反射光の波長分布などを簡易に測定する再帰反射性強度測定装置を提供することにある。

本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意検討をした結果、以下の発明を完成した。すなわち、本発明は、以下のとおりである。

本発明の再帰反射性強度測定装置は、光源と、受光部と、光ファイバと、前記光ファイバの頭部を、回動させる回動部とを備える。

すなわち、本発明では、回動部を用いて、光ファイバ頭部を回動させる。具体的には、光ファイバ頭部の先端部（光を投受光する部分）の延長線と試料表面とがなす角（投光角度）を変えるように、光ファイバ頭部を回動する。これにより、光ファイバを、試料表面への投光角度を変化させることができる。この結果、角度依存性の再帰反射強度を測定することができる。

上記再帰反射性強度測定装置は、上記光ファイバの頭部または試料を移動させる移動手段を備える。これにより、投光角度および距離を維持したままで、試料表面の再帰反射強度の表面分布を測定することができる。

上記受光部は、フォトダイオード、フォトトランジスタ、または分光器である。この構成により、試料表面における再帰反射性の波長分布あるいは特定の波長域での値を測定できる。

本発明の再帰反射性強度測定装置では、回動部を用いて、光ファイバからの投光角度を変えるように、光ファイバ頭部を回動する。光ファイバを上記のように回動させることで、サンプルを切り出すことなく、簡易な構成で、入射方向が変化した場合の反射性能を測定できる。
また、投受光一体型の光ファイバの頭部または試料を移動させる移動手段を備える。この結果、表面特性の変化に応じた反射光の反射分布を測定できる。
さらに、本発明では、受光部を容易に代えることができる。この結果、測定条件を変えて反射光の波長分布や特定の波長域での値を測定することができる。

以下に、本発明を図面により詳細に説明する。
図１は、本発明の再帰反射性強度測定装置の概略を説明する図である。

図１に示すように、本発明の再帰反射性強度測定装置は、光源１と、受光部２と、光ファイバ３と、回動部５とを備える。この回動部５は、投受光一体型の同軸光ファイバ頭部４の先端部を中心側に、頭部他端部を周縁側にして、投受光一体型の同軸光ファイバの頭部を回動させる。

本発明で使用することができる光ファイバは、投受光を行えるものであれば、特に制限はなく、同軸型、平行型、分割型など、公知の光ファイバを用いることができる。これらの光ファイバは、使用する目的に応じて適宜使用すればよい。例えば、精密な測定を行う場合には、同軸型の光ファイバを用い、簡易な測定を行う場合は、平行型、分割型の光ファイバを用いるなどである。

図２は、本発明で投受光一体型の同軸光ファイバを用いた場合の投受光一体型の同軸光ファイバ頭部の断面図である。図２に示すように、光ファイバの頭部４は、複数の投光用の光ファイバ９を同心円上に備え、受光用の光ファイバ８を同心円の中心に備える。投受光一体型の同軸光ファイバは、同心円の半径の異なるものを用いてもよい。従来の再帰反射性強度測定装置では、レンズ等を用いて、再帰反射の角度などを調整していた。しかし、投受光一体型の同軸光ファイバを用いると、同心円の半径の大きさと、光ファイバの頭部の最先端と試料表面との距離を調整することで、再帰反射の角度の調整を容易に行える。利用できる投受光一体型の同軸光ファイバとしては、この構成に限られず、同心円が２以上のものであってもよい。このように投受光一体型の同軸光ファイバを用いることにより、簡易な構成で再帰反射光度を測定できる。同軸光ファイバの頭部４の外径は、１〜６ｍｍ程度である。

投光用の光ファイバ９は、その一端は試料に面し、他端は光源１に接続されている。受光用の光ファイバ８は、受光素子２に接続されている。図１の例では、装置の簡便のため、光源・受光素子一体型のものを用いている。この構成に限られず、光源と受光素子とが分離したものを用いてもよい。

光源１としては、ＬＥＤ（発光ダイオード）、ＬＤ（レーザダイオード）、ハロゲンランプなど、公知の光源が使用できる。本発明では、投光用の光ファイバ９に接続する光源１を代えることで、測定の目的に応じた光源による再帰反射強度を容易に測定できる。

受光用の光ファイバ８は、その一端は試料に面し、他端は、受光部２に接続している。受光部２としては、測定する目的に応じて、フォトダイオード、フォトトランジスタ、分光器などの受光素子が使用できる。本発明では、受光用の光ファイバに接続する受光素子を容易に代えることができる。これにより、可視光域、近赤外域など波長に依存する再帰反射強度の測定を容易に行える。

光源１、受光部２には、電圧計６が接続されている。これにより、光源から投光する光の強さなどの条件を調整することができる。また、光源１や受光素子２と、電圧計６との間には、ゲイン調整回路を設けてもよい。電圧を調整して、出射光度を調整した光を光源１から投光される。この光が投光用の光ファイバ９を通り、試料７面に照射される。試料表面から反射される反射光は、受光用の光ファイバ８から受光部２に伝わる。受光部２を構成する受光素子の特性に応じた波長の光が受光素子で受光される。この受光した光の強度を電圧計６で測定することにより、再帰反射強度を測定することができる。なお、この図の例では、電圧計６を用いたが、出射光度の調整や受光した光の強度を他の信号に変えて測定できるものであれば、電圧計に限られない。

本発明では、上記投光用の同軸光ファイバに、回動部５を設けることを特徴の一つとする。図３に示すように、この回動部５は、試料７表面に対して、光ファイバからの投光角度を変えるように、光ファイバ頭部を回動する。このように投受光一体型の同軸光ファイバ頭部４は、回動する。照射距離は、垂直方向に投下した場合の投受光一体型の同軸光ファイバ頭部５の先端部と、試料７表面との距離ｈが、斜め方向垂直方向に投下した場合の投受光一体型の同軸光ファイバ頭部５の先端部と、試料７表面との距離ｈ’となる。しかし、この距離ｈとｈ’との相違は、数学的に測定結果を補正することにより解消される。例えば、太陽光のように、入射方向が変化する光の反射性能を容易に測定することができる。

回動部５は、特に制限はなく、基体と可動部と前記基体と可動部とを連結する軸とを有する構造のものであればよい。この可動部に光ファイバ頭部５を固定する。可動部を、軸を中心に動かすことで、光ファイバ頭部を回動できる。また、この回動部５には、例えば角度計や回転型の可変抵抗器と連動させておけばよい。この構成によれば、可動部を動かすことにより、回動の角度を容易に測定することができる。また、可動部を動かすのは、手動でもよく、駆動装置を用いてもよい。

本発明の再帰反射性強度測定装置は、前記投受光一体型の光ファイバの頭部または試料を移動させる移動手段１０を備えていてもよい。この構成とすることで、試料が広い面積であっても、光ファイバの頭部を試料上で二次元に移動させることができる、あるいは試料を二次元に移動させることができる。このように移動手段１０により移動させることで、広範囲にわたる再帰反射強度を容易に測定することができる。この結果、再帰反射強度の試料表面の分布を測定できる。

移動手段１０は、図４に示すように、投受光一体型の光ファイバの頭部５を移動させるものであっても、図５に示すように、試料を移動させるものであってもよい。

移動手段１０は、車輪が取り付けられた可動台、試料との距離を一定保ちながら試料壁面と水平に移動するトラバース装置などの移動手段を用いて、回動部ごと光ファイバの頭部や、試料を移動できるものであればよい。これらの移動手段には、スライド式ボリウムなどを接続しておけばよい。これにより、移動量、移動方向を容易に調整できる。この構成により、再帰反射強度の角度移動性と、表面分布とを同時に測定することができる。

このように、本発明の再帰反射性強度測定装置は、簡単な構成で、様々な条件下における再帰反射強度の測定が行える。この結果、入射方向が変化した場合の反射性能、反射光の反射分布、反射光の波長分布などを簡易に測定することができる。また、これらの構成に加え、より正確な測定を行うための補正手段などの構成を任意に付加して使用してもよい。

図１は、本発明の再帰反射性強度測定装置の概略を説明する図である。 図２は、本発明で用いる投受光一体型の同軸光ファイバ頭部の断面図である。 図３は、本発明の再帰反射性強度測定装置において、光ファイバの頭部を回動させる状態を説明する図である。 図４は、本発明の再帰反射性強度測定装置において、投受光一体型の光ファイバの頭部を水平に移動させる状態を説明する図である。 図５は、本発明の再帰反射性強度測定装置において、試料を水平に移動させる状態を説明する図である。

符号の説明

１ 光源
２ 受光部
３ 投受光一体型の光ファイバ
４ 光ファイバの頭部
５ 回動部
６ 電圧計
７ 試料
８ 投光用の光ファイバ
９ 受光用の光ファイバ
１０ 移動手段

Claims (3)

1. 光源と、
   受光部と、
   光ファイバと、
   前記光ファイバの頭部を回動させる回動部と
   を備える、再帰反射性強度測定装置。
2. 前記再帰反射性強度測定装置は、
   前記光ファイバの頭部または試料を移動させる移動手段を備える、請求項１に記載の再帰反射性強度測定装置。
3. 前記受光部は、フォトダイオード、フォトトランジスタ、または分光器である、請求項１または２に記載の再帰反射性強度測定装置。
   
   

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