JPH11311570A

JPH11311570A - 測光装置及び測光方法

Info

Publication number: JPH11311570A
Application number: JP11897398A
Authority: JP
Inventors: Koichi Kimura; 宏一木村; Fumihiko Mochizuki; 文彦望月
Original assignee: Fuji Photo Film Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Holdings Corp
Priority date: 1998-04-28
Filing date: 1998-04-28
Publication date: 1999-11-09

Abstract

(57)【要約】【課題】簡単な構成でコストパフォーマンスや携帯性
に優れた使い勝手の良い測光装置及び測光方法を提供す
る。【解決手段】物体から放射される光の空間的な強度分
布を測定する測光装置1であって、載置部材5上の測定対
象物3を中心に、測定対象物3からの放射光Loutを受光す
る光偏向ドーム2を配置し、光偏向ドーム2により偏向さ
れた放射光を光偏向ドーム2の上方から放射光検出部7,8
により検出する。この光偏向ドーム2の曲面形状を、光
路偏向前の放射光Loutの光路と測定対象物3の測定面法
線Zとのなす角θoutが、放射光Loutが光偏向ドーム2と
交差する位置から測定面法線までの水平距離ｒに比例す
るように設定した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、物体からの反射光
や透過光、さらに自発光体の発光強度、及びスペクトル
成分の空間的な分布状態を測定する測光装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、光が照射された物体から放射され
る反射光や透過光の強度分布、及び自発光体の発光強度
分布、並びにスペクトル成分等の分光測定を行う測光装
置としては、図１７に示すような測光装置がある。この
測光装置においては、ゴニオメータを用いて受光系１７
１をステップスキャンさせると共に、測定対象物１７２
の設置角度α、βをステージ１７３によりそれぞれ変化
させ、光源１７４から測定対象物１７２に照射する照明
光入射角度に対する拡散光の強度を測定することで、拡
散光の空間的な強度分布を求めている。この場合、空間
内の複数の異なる方向から入射された照明光に対し、空
間内の複数の異なる位置でそれぞれ光強度を測定するこ
とで拡散光強度分布を求めることになる。

【０００３】一方、図１８に示すように大口径の対物レ
ンズを備えた顕微鏡光学系による測光装置もある。この
測光装置においては、測定対象物１８１から放射される
光をフーリエレンズ１８２、１８３によりエリアセンサ
１８４上に投影して光強度分布を測定することで、光の
空間的な強度分布を求めるものである。この光学系の測
定可能範囲は、前記フーリエレンズ１８２の口径が大き
いほど、また、測定対象物１８１がフーリエレンズ１８
２に接近しているほど拡大されることになる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
ゴニオメータを用いた測光装置にあっては、空間内を広
い範囲に亘って稠密に複数の角度から測定した光強度デ
ータを得るためには、測定に多大な時間を要していた。

【０００５】例えば、物体の反射特性（拡散特性）を測
定する場合、ある入射角度から光線を測定対象物に照射
し、該照射光線による測定対象物からの拡散光強度を、
測定対象物面周りの球面上の緯度と経度の異なる位置か
ら受光系により測定する。即ち、緯度をＭ分割、経度を
Ｎ分割したＭ×Ｎ箇所の格子点から測定を行うことにな
る。しかも、照明光の入射角度を変化させて複数の入射
角度に対する拡散光強度分布を測定する際は、単純に全
ての組み合わせを行った場合、（Ｍ×Ｎ）²回の測定を
行うことになる。たとえ、ＭやＮが10程度のごく粗い分
割数であっても、合計すると10,000回もの測光回数とな
り測定に多大な時間を要することになる。また、機構部
に高い精度が要求されるため、装置が高価になるという
問題がある。

【０００６】また、図１９に示した測光装置に対して
も、フーリエ光学系が非常に高価であるため装置全体が
高価になるという問題がある。さらに、上記の測光装置
は、いずれも簡易に持ち運ぶことができず、また、光強
度を肉眼で観察することができないといった共通の問題
がある。

【０００７】本発明は、このような従来の問題点に鑑み
てなされたもので、簡単な構成でコストパフォーマンス
や携帯性に優れた使い勝手の良い測光装置及び測光方法
を提供することを目的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的達成のために、
本発明は、物体から放射される光の空間的な強度分布を
測定する測光装置において、測定対象物を載置する載置
部材と、底面が略円形に形成されたドーム状の殻体であ
って、前記測定対象物が殻体の底面中央位置となるよう
に設置され、前記測定対象物からの放射光が前記殻体上
で拡散される光偏向ドームと、該光偏向ドーム上で拡散
された前記放射光を前記光偏向ドームの上方から検出す
る放射光検出部と、を備え、前記光偏向ドームの曲面形
状を、光路偏向前の前記放射光の光路と前記測定対象物
の測定面法線とのなす角が、前記放射光が前記光偏向ド
ームと交差する位置から前記測定面法線までの水平距離
に比例するように設定した。

【０００９】これにより、測定対象物からの放射光が光
偏向ドームに照射されて光偏向ドーム表面で拡散し、拡
散された放射光は放射光検出部で検出される。このとき
の検出データは、光路偏向前の放射光の光路と測定面法
線とのなす角が、放射光の光路が光偏向ドームと交差す
る位置から測定面法線までの水平距離に比例する関係で
得られるため、放射光の３次元的な強度分布を一括して
且つ容易に検出することができる。ここで、前記光偏向
ドームは、光拡散透過性を有する光拡散層をドーム表面
に積層して形成してもよい。

【００１０】また、物体から放射される光の空間的な強
度分布を測定する測光装置において、測定対象物を載置
する載置部材と、底面が略円形に形成されたドーム状の
殻体であって、前記測定対象物が殻体の底面中央位置に
配置されるように設置され、前記測定対象物からの放射
光光路を前記殻体を通して上方に向けて揃える光偏向ド
ームと、該光偏向ドームにより光路が揃えられた前記放
射光を前記光偏向ドームの上方から検出する放射光検出
部と、を備え、前記光偏向ドームの曲面形状を、光路偏
向前の前記放射光光路と前記測定対象物の測定面法線と
のなす角が、前記放射光が前記光偏向ドームと交差する
位置から前記測定面法線までの水平距離に比例するよう
に設定した。

【００１１】これにより、光偏向ドームを通過した放射
光光路は上方に揃えられ、上方に位置する放射光検出部
により検出されるようになる。したがって、測定対象物
からの放射光の殆どの成分が分散されることなく放射光
検出部に導入されるため、放射光強度分布をより正確に
測定することができる。

【００１２】前記光偏向ドームは、屈折又は回折により
測定対象物からの放射光光路を偏向することが好まし
い。例えば、フレネルレンズやプリズム、並びに、回折
型レンズや体積ホログラム等を用いることができる。

【００１３】そして、前記光偏向ドームの天頂部を除く
曲面形状を、該光偏向ドームの高さをＺ、該ドーム底面
中央からドーム曲面までの水平距離をＲとしたとき、Ｚ
＝Ｒ・ｔａｎ（９０゜−Ｒ）の関係に基づいて設定する
ことが好ましい。これにより、光路偏向前の前記放射光
光路と前記測定対象物の測定面法線とのなす角が、前記
放射光が前記光偏向ドームと交差する位置から前記測定
面法線までの水平距離に線形に比例するように設定でき
る。

【００１４】また、前記放射光検出部は、エリアセンサ
であることが好ましい。これにより光偏向ドームからの
放射光強度分布を一括して測定することができる。尚、
前記放射光検出部は、前記光偏向ドームの投影表面に沿
って配設された複数の光センサにより検出してもよい。

【００１５】さらに、前記測光装置は、前記測定対象物
の測定面を所定の入射角度で照明する光源を備えている
ことが好ましく、前記光源は、単色光を発光する光源、
発光波長が変化可能であり任意波長の単色光を発光する
光源、または、種々の波長成分を有するマルチ色光源で
あってもよい。

【００１６】また、前記光源は、前記光偏向ドームの外
側に配設すると共に、前記光偏向ドームに前記光源から
の光をドーム内に導入する光透過部を設けてもよく、前
記偏向ドームの内側に配設してもよい。前記測光装置
は、前記光源を移動させることで前記測定対象物への照
明光の入射角を変更する入射角変更手段を備えることが
好ましい。

【００１７】また、前記測光装置は、前記測定対象物を
水平面内で回転させることで照明光の入射方位を変更す
る入射方位変更手段を備えることが好ましい。さらに、
前記測光装置は、前記測定対象物の測定面以外に照射さ
れた前記光源からの光を遮光する遮光手段を備えること
が好ましい。

【００１８】そしてさらに、前記光偏向ドームは、偏光
解消せずに光路を変更することが好ましく、これによ
り、測定対象物の２次元の偏光反射分布を測定してもよ
い。前記測光装置は、前記光偏向ドームから前記放射光
検出部までの光路の途中にＮＤフィルタを介装すること
が好ましい。これにより、検出データのダイナミックレ
ンジを拡大することができる。また、前記測光装置は、
前記放射光検出部からの検出信号に対して、ダークレベ
ル、検出感度、均一性の補正を行う検出信号補正手段を
備えて検出信号を補正することが好ましい。

【００１９】そして、前記測光装置は、前記放射光検出
部からの検出信号を積算処理する積算処理手段を備える
ことが好ましい。

【００２０】次に、本発明の測光方法としては、物体か
ら放射される光の空間的な強度分布を測定する測光方法
において、底面が略円形に形成されたドーム状の殻体で
あって、該殻体表面の曲面は、底面中央位置に測定対象
物を設置したときに、測定対象物から放射される放射光
の光路と前記測定対象物の測定面法線とのなす角が、前
記放射光が前記殻体表面と交差する位置から前記測定面
法線までの水平距離に比例するように設定された光偏向
ドームを用いて、該光偏向ドームの底面中央位置に設置
された測定対象物から該光偏向ドーム上に照射された前
記放射光を該光偏向ドームの上方に配設された放射光検
出部により検出するものである。

【００２１】ここで、前記測光方法は、（１）前記光源
を、所定の入射角度で前記測定対象物を照明する位置に
保持し、（２）前記測定対象物を水平面内で回転させる
ことで入射方位角を変化させ、該測定対象物が１回転す
る間中、前記光偏向ドーム表面からの放射光強度分布を
前記放射光検出部により検出し、（３）前記検出終了
後、前記光源を所定ステップ角移動させて前記測定対象
物への照明光の入射角を変化させる、上記（１）〜
（３）の各ステップを、異なる入射角度に対して繰り返
し行うことで、放射光の空間的な強度分布を効率よく測
定することができる。

【００２２】また、前記放射光検出部により得られる検
出信号を、所定の期間積算処理することで、光偏向ドー
ム上に照射された測定対象物からの放射光強度を、入射
方位角を変化させる間中、前記測定対象物を連続的に回
転させつつ検出することで、より高速に放射光強度分布
を測定することができる。

【００２３】

【発明の実施の形態】次に、図１〜図６を参照して本発
明に係る測光装置の第１実施形態を説明する。図１は測
光装置の構成を模式的に示す構成図、図２は測光装置の
光偏向ドーム部分の構成を示す一部切欠斜視図、図３は
光偏向ドームの平面図、図４は光偏向ドームに投影され
た反射光位置を示す図、図５及び図６は光偏向ドームの
形状及び寸法例を示す断面図及び説明図である。

【００２４】図１に示す測光装置１は、図２に示す縦断
面形状が円弧状であって碗を伏せたような形状に形成さ
れた光偏向ドーム２と、光偏向ドーム２の内部に配設さ
れ中央部に測定対象物３が露呈するように開口された開
口部４ａを有するマスク４と、測定対象物３を載置して
水平面内で回転可能な載置部材５と、測定対象物３を照
明するレーザ光線Ｌinを発生する光源６と、測定対象物
３からの反射光Ｌoutによる拡散光を集光する集光レン
ズ７と、集光レンズ７を介して測定対象物３の光学的特
性、即ち、光偏向ドーム上の輝度分布情報を撮像する撮
像素子８とを備えている。尚、上記集光レンズ７と撮像
素子８が放射光検出部に相当する。

【００２５】光偏向ドーム２には、図１〜図３に示すよ
うに中心部から端部に向けて照明光をドーム内に導入す
るスリット９が形成されている。このスリット９は、ド
ーム２を開口して形成してもよいが、透明材料による窓
であってもよい。そして、光源６は、光偏向ドーム２の
外部に光偏向ドーム２の外周面に沿って矢印Ａ、Ｂ方向
に移動自在に配設され、光源６からの入射光Ｌinは、ス
リット９を介して開口部４ａに露呈された測定対象物３
に照射されるように構成している。尚、光源６は所望の
位置で位置決め固定されるように構成されている。この
光偏向ドーム２は光透過可能な材質によって構成され、
その内側面は滑面に形成されている一方、外側面は例え
ばランダムに分布された細かな凹凸をその表面に設ける
ことで梨地面を形成している。これにより、ドーム内部
から外部に向けて透過する反射光Ｌoutが、ドーム外側
面で等方的に拡散されるようにしている。

【００２６】マスク４は、スリット９から入射されるレ
ーザ光線Ｌinを吸収・遮断し、且つ被測定物５からの反
射光Ｌoutによる二次反射を防止する材質により構成さ
れ、その中央部に例えば円形の開口部４ａを形成してい
る。また、載置部材５は測定対象物３を載置すると共
に、矢印で示すように水平面内で回転自在な構成となっ
ている。従って、載置部材５を回転させることにより、
光源６位置は固定しままで、測定対象物３へのレーザ光
線Ｌinの入射方位角φinを変更することができる。一
方、入射角度θinは光源６の角度制御により制御するこ
とができる。撮像素子８としては、本実施形態において
はＣＣＤ（Charge Coupled Device）を用いているが、
ＭＯＳ(Metal Oxide Semiconductor)を用いてもよい。

【００２７】次に、測光方法について説明する。測光に
際しては、載置部材５上に測定対象物３を載置し、載置
部材５を水平面内で回転させて所望の入射方位角φinに
測定対象物３の方位を合わせる。測定対象物３は、例え
ば自動車の塗装片や家電製品のキャビネットとなるプラ
スチック製品の小片等の他、ＥＬ(Electro luminescenc
e)やＬＥＤ(Light Emitting Diode)等の自発光体として
もよい。また、ガラスや透明プラスチック等の光透過性
を有する材料の場合は、載置部材５の下方から照明を行
うことで、該照明により材料内を透過した透過光の強度
分布を測定する。この場合、載置部材５に照明用の孔を
設け該孔内を介して光源からの光を導入すればよい。こ
こにおいて、上記自発光体及び光透過性材料の場合は、
放射光及び透過光を測定することになるが、以降はこれ
らを統括して反射光と呼ぶことにする。尚、上記の測定
対象物３の測定方向合わせ、即ち、照明光の入射方位角
φinの設定は、光源６からの照明光入射方位となるスリ
ット９位置を基準（０゜）として、該スリット９位置か
らの回転角度で定義する。

【００２８】次いで、光源６を矢印Ａ、Ｂ方向に適宜移
動させることで、測定対象物３への照明光の入射角θin
を設定する。本実施形態においては光偏向ドーム２の中
心軸であり測定対象物３の測定面法線であるＺ軸を基準
（０゜）として、Ｚ軸と照明光の入射方向との成す角で
定義する。即ち、図１に示す測定対象物３の測定面法線
と光源６の入射方向との成す角度が入射角θinになる。

【００２９】このように、測定対象物３及び光源６に対
して位置合わせを行った後、光源６からレーザ光線Ｌin
（入射光）を入射角をθinとして測定対象物３に向けて
照射する。すると、図１においては、測定対象物３から
の反射光Ｌoutが反射角θoutで光偏向ドーム２に当た
り、反射光Ｌoutは光偏向ドーム２表面で拡散される。
尚、反射角θoutも入射角θinと同様にＺ軸を基準（０
゜）として定義したものである。

【００３０】光偏向ドーム２の外側面は、ランダムな細
かい凹凸面で形成されているので、反射光Ｌoutが光偏
向ドーム２を透過する際、図１に一部拡大して示したよ
うに反射光Ｌoutはドーム外側に等方的に拡散する。

【００３１】光偏向ドーム２によって拡散された反射光
Ｌoutのうち、上方に向いた反射光成分は、集光レンズ
７により集光され撮像素子８上で結像し、撮像素子８に
より撮像される。この撮像結果を模式的に表すと、例え
ば図４に示すようになる。即ち、点Ｐが反射光Ｌoutの
拡散により明るくなる一方、他の領域は暗くなった撮像
画像となる。図４にあっては、ＰはＸ軸上で中心から距
離ｒの位置に示されているが、これは図１に対応させて
示したものであり、例えば測定対象物３の表面を鏡面と
した場合の撮像画像に相当する。実際には測定対象物３
の材質や表面状態によって反射光は異なる３次元的な分
布を呈するため、反射角θout、反射方位角φoutに応じ
た反射光強度分布を呈することになる。

【００３２】このように、反射光を光偏向ドーム２上で
拡散させた状態で、ドーム上方から撮像することで、３
次元的な反射強度分布を２次元平面内で表現できるよう
になる。そして、光偏向ドーム２の中心からの距離ｒは
反射角θoutに関係付けられているため、２次元平面内
の距離ｒを測定することで反射角θoutを求めることが
できる。この光偏向ドーム２の形状は、図２に示すよう
にドーム状であるが、上方から撮像した状態では図４に
示すように円形の平板状になる。そこで、位置Ｐのドー
ム中心から距離ｒを簡便に且つ正確に求めるには、反射
角θoutが距離ｒに線形に比例する形状に光偏向ドーム
２を形成することが好ましい。これにより、ドーム上方
から見たときに反射角θoutを精度良く直接的に求める
ことができる。

【００３３】このように本発明は、光偏向ドーム２の形
状を、ドーム上方から撮像したときに反射角θoutがド
ーム中心からの水平距離ｒに線形な比例関係を有するよ
うに形成したことを大きな特徴としている。

【００３４】（具体例１）以下、図５及び図６を参照し
て光偏向ドーム２の第１具体例を説明する。図５に光偏
向ドーム２のＸ−Ｚ平面（Ｙ−Ｚ平面も同様）を示し
た。光偏向ドーム２はドーム中心のＺ軸を回転対称とし
た形状であり、ドーム底面（Ｘ−Ｙ平面）内におけるド
ーム中心Ｏからドーム内面までの距離Ｘ１及びドーム外
面までの距離Ｘ２は、本具体例では、それぞれ90mm、94
mmに設定している。このＸ１，Ｘ２は、測定面の大きさ
や照明光強度に応じて適宜設定される。また、ドーム天
頂部におけるドーム中心Ｏからドーム内面までの距離Ｚ
１及びドーム外面までの距離Ｚ２は、それぞれ57.3mm,5
9.8mmに設定している。ここで、図６（ａ）に示すよう
に、光偏向ドーム２表面のＸ（Ｙ），Ｚ、及び、角度θ
との関係は（１）式により表わされる。Ｚ＝Ｘｔａｎ（９０゜−θ）（１）

【００３５】（１）式のドーム中心からの距離Ｘが、図
６（ｂ）に示すように反射角θoutに線形に比例するた
めには、（２）式の関係を有する必要がある。Ｘ＝ａθ （２）ここにおいて、ａは単位角度に対する比例定数[mm/deg]
である。（２）式を（１）式に代入すると、（３）式に
示すＸとＺとの関係が得られる。Ｚ＝Ｘ・ｔａｎ（９０°−Ｘ／ａ）（３）

【００３６】この（３）式がドーム中心からの距離Ｘと
反射角度θoutとが線形な比例関係となる基本式とな
る。（３）式はＺ−Ｘ平面における式であるが、光偏向
ドーム２はＺ軸を中心とする対称的な形状であるため、
以降はドーム中心からの距離Ｒをとして表示することに
する。したがって、（３）式は（４）式で表される。Ｚ＝Ｒ・ｔａｎ（９０゜−Ｒ）（４）ただし、ａは簡単のため１に設定した。（４）式によれ
ば、ドーム内面の曲面形状は（５）式で表される。ｚ１＝ｒ１・ｔａｎ（９０゜−ｒ１）（５）

【００３７】ここにおいて、ｒ１は図６（ａ）に示す任
意の反射角θに対するドーム内面の中心Ｏからの水平距
離を表し、ｚ１は垂直距離を表している。尚、（５）式
によれば、ドーム天頂部においてはｚ１が無限大になる
ため、天頂部付近に対しては予め設定したＺ１の距離に
補間処理を施すことで他の領域と滑らかに接続されるよ
うに設定している。一方、ドーム外面の形状について
は、次のように設定する。即ち、ドーム底面におけるド
ーム内面と外面との寸法差はＸ２−Ｘ１で求められ、本
実施形態においては94−90＝４mmである。このドーム底
面における寸法差Ｘ２−Ｘ１を基にして、ドーム外面の
形状をドーム中心Ｏからの距離に応じて比例的に設定す
る。具体的には、まず（６）式によりＸ１，Ｘ２の関係
を設定する。

【００３８】ｂ＝Ｘ２／Ｘ１（６）本実施形態においては、ｂ＝９０／９４である。この
（６）式の関係により（４）式は（７）式で表すことが
できる。ｚ２＝ｒ２・ｔａｎ（９０゜−ｂｒ２）（７）（７）式も（５）式と同様にドーム天頂部においてｚ２
が無限大になるため、天頂部付近は予め設定したＺ２の
距離に補間処理を施すことで他の領域と滑らかに接続さ
れるように設定している。

【００３９】上記のように、ドーム内外面を（５）式及
び（９）式に基づいて形成すると、光偏向ドーム２を真
上、即ち撮像素子８の撮像位置から見たときに、本実施
形態においてはドーム中心からの距離１cmが反射角度で
１０°に相当するようになり、反射角θoutが水平距離
ｒに線形的に比例することになる。

【００４０】以上、本発明の第１実施形態を説明した
が、本発明は前記構成に限定されることなく、例えば、
光偏向ドーム２の厚さをドーム全体に亘って同一に形成
してもよい。また、反射光Ｌoutを拡散させるドーム表
面の凹凸は、光偏向ドーム２の外側面だけでなく、内側
面に形成してもよく、また、両面に形成してもよい。

【００４１】次に、本発明の第２実施形態としての光偏
向ドーム２の形状について種々の具体例を説明する。（第２具体例）本具体例では、図７に示す球殻２１の一
部（実線で示した部分）を残してカットすることで、光
偏向ドーム２を構成するものである。この構成にあって
は、市販の球殻体を利用することができるため、安価に
且つ簡便に光偏向ドーム２を作製することができる。
尚、この形状では反射角θoutとドーム中心からの距離
は線形的に比例しなくなるが、適宜補正処理を施すこと
で、第１の実施形態と同様に反射角θoutを求めること
ができる。

【００４２】（第３具体例）本具体例では、図８に示す
ように円錐状のカバー２２により光偏向ドーム２を構成
するものである。この構成にあっては、カバー２２の形
状が単純であるため作製は容易であり、安価に且つ簡便
に作製することができる。勿論、市販品を利用して作製
してもよい。この場合も、反射角θoutとドーム中心か
らの距離は線形的に比例しなくなるが、具体例２同様の
補正を行うことで第１の実施形態と同様に反射角θout
を求めることができる。前記具体例１、２のいずれにお
いても、光拡散構造は外側面、内側面のいずれか一方、
又は両面に形成すればよい。

【００４３】次に、光拡散構造について各種具体例を説
明する。（第４具体例）本具体例では、光偏向ドーム２として、
図９に示すように透明樹脂等から成る光透過層２３ａ
と、凹凸形状等を形成した拡散層２３ｂとを二層に積層
した光拡散部材２３とを適用するものである。尚、拡散
層２３ｂについては、屈折率の異なる微粒子を分散して
混在させた構成としてもよい。本具体例によれば、光偏
向ドーム２の形状を第１の実施形態や各具体例に例示し
たいずれの形状に構成しても、反射光Ｌoutを適切に拡
散することができる。また、拡散層を交換自在とするこ
とで、異なる拡散効果を目的に応じて簡便に切り換える
ことが可能になる。

【００４４】（第５具体例）本具体例では、光偏向ドー
ム２を図１０に示す単一の光拡散性材料２４により構成
するものである。光拡散性材料２４は、光透過可能な例
えば合成樹脂中に屈折率の異なる微粒子や多孔質材料を
混在させて一体成形したものである。光拡散材料２４
は、射出成形法等より、簡便に第１実施形態で示した形
状に作製できるため、安価で且つ正確に光偏向ドーム２
を得ることができる。しかも、図７、図８に示した形状
に成形することも容易である。

【００４５】次に、図１１及び図１２を参照して本発明
の第３実施形態を説明する。（第６具体例）本具体例は、前記光偏向ドーム２として
図１１に示すフレネルレンズ２５を適用するものであ
り、光偏向ドーム２以外の構成は前記第１実施形態と同
様であってよい。フレネルレンズ２５は、一方の側面
（本具体例では内側面）から入射する光を、光の入射位
置に応じて屈折角度を変化させることで、一方向に揃え
て出射する効果を有している。従って、光偏向ドーム２
としたフレネルレンズ２５を適用した場合、図１１の中
央に示すように、ドーム中心のＺ軸に沿った反射光Ｌou
tはそのまま直進して透過する。これに対し、その左右
に二方向で示したように反射角θoutの反射光Ｌoutは、
フレネルレンズ２５を透過する際に屈折により光路が変
更されて略真上方向に出射される。

【００４６】この構成によれば、反射光Ｌoutが拡散す
ることなく撮像素子８方向に直接的に出射されるので、
検出される反射光は拡散時と比較して明るくなり、より
鮮明な撮像画像が得られるようになる。即ち、ノイズが
少なく、Ｓ／Ｎ比が高いデータが得られるようになる。
また、反射光Ｌoutを屈折させる状態は常に保持されて
いるため、偏光状態も常に保持されることを利用して偏
光特性を測定することも可能である。また、上記フレネ
ルレンズ２５は低い角度の反射成分を検出するためにド
ーム状であることが好ましいが、平板状のフレネルレン
ズであってもよい。

【００４７】（第７具体例）本具体例は、前記フレネル
レンズ２５に代えて図１２に示す回折型レンズを適用す
るものである。回折型レンズとは、光の回折による偏向
を応用したレンズである。例えば、ドーム表面上に透過
振幅の異なる微小間隔（１μｍ〜数μｍ程度）の縞を有
する薄膜を形成し、その間隔と光の波長により回折を生
じさせることで回折偏向を行うことができる。縞の形成
方法としては、フォトリソエッチング法、レーザーの２
光束干渉露光によるホログラフィック法等が適用可能で
ある。この場合、縞は同心円状となり、その間隔、振幅
は放射光がドームを介して略真上方向になるように予め
計算され設定される。そして、より透過効率を高めるた
めに、ドーム上の透明膜、又はドーム自身の表面に回折
効果を有する屈折率分布を持たせても良い。また、ドー
ム上の透明膜、又はドーム自身の表面を直接レリーフし
て回折偏向効果を持たせてもよい。この場合は、上記と
同様な作製法の他に、直接精密加工することも可能であ
る。また、量産用として射出成形、写真印刷法、フォト
ポリマー法等も可能である。尚、グレーティングの形状
は、矩形状、正弦状、鋸歯状等とすることが可能であ
る。さらに、厚み方向に屈折率変化を持たせた体積ホロ
グラムによる偏向も可能である。

【００４８】上記回折型レンズにより、図１２の中央に
示すように、ドーム中心のＺ軸に沿ったレーザ光Ｌout
はそのまま直進して透過し、その左右に二方向で示す反
射角θoutの反射光Ｌoutは、回折型レンズによるドーム
２６内を透過する際に光路が変更されて略真上方向に出
射される。この構成によれば、反射光Ｌoutは拡散する
ことなく撮像素子８方向に出射されるので、検出される
反射光は拡散時と比較して明るくなり、鮮明な画像を撮
像することができる。

【００４９】次に、本発明の第４実施形態として前記測
光装置１の光学系を変更した形態を説明する。（第８具
体例）先ず、図１３に示す測光装置の構成について説明
すると、第１実施形態で説明した光源６に代えて小型光
源１０が光偏向ドーム２の内側に配設されている。尚、
小型光源１０以外の各部材の構成及び作用は、第１実施
形態の測光装置１と同様である。この構成によれば、入
射光Ｌinは測定対象物３に照射され、測定対象物３から
の反射光Ｌoutが光偏向ドーム２の表面で拡散される。
このときのドーム表面の様子は撮像素子８により撮像さ
れる。本実施形態によれば、入射光Ｌinを導入するため
に光偏向ドーム２に設けるスリット９が不要になり、小
型光源１０等の陰となる狭い領域以外は、ドームの略全
域に亘って測定することができ、測定可能領域をより拡
大することができる。

【００５０】（第９具体例）本具体例では、図１４に示
すように、光偏向ドーム２の外側面全体に亘って光セン
サ１１を複数配設したものである。この構成によれば、
集光レンズ及び撮像素子が不要になる。尚、光偏向ドー
ム２については、反射光Ｌoutはいずれかの光センサ１
１に受光されるので、敢えて反射光Ｌoutを拡散させる
必要はない。そこで、本具体例においては、光偏向ドー
ムに代えて透明なドーム１２を適用している。ただし、
隣接する光センサ１１の配置間隔が広い場合は、反射光
Ｌoutを拡散させることで検出もれを防止することが好
ましい。尚、ドーム１２の形状は、第１実施形態と同様
な反射角θoutがドーム中心からの距離に線形に比例す
る曲面として形成することが好ましい。この構成によれ
ば、反射光Ｌoutは拡散されることなく直接的に光セン
サ１１によって検出されるので、反射光Ｌoutの位置を
より正確に検出することができ、以て、ドーム中心のＺ
軸からの距離ｒがより正確に求まることになる。

【００５１】次に、本発明の第５実施形態として撮像画
像データの処理について説明する。（第１０具体例）本具体例では、図１５に示すように集
光レンズ７と撮像素子８との間にＮＤフィルタ１３を介
装し、撮像時の絞りや時間を適宜調整可能に構成してい
る。ＮＤフィルタ１３を介装した点以外は、前記第１実
施形態で説明した構成と同様であってよい。この構成に
よれば、撮像素子８により撮像される画像データ、即
ち、測定対象物３からの反射光量のダイナミックレンジ
をより拡大させることができる。

【００５２】（第１１具体例）本具体例では、第１実施
形態における測光装置１の構成に、図１６に示す制御系
を追加した構成としている。即ち、載置部材５を回転制
御するモータＭ及びモータ駆動部２１と、光源６を矢印
Ａ、Ｂ方向に移動させた後に所望の位置に保持すること
で入射角θinを設定する光源駆動部２２と、撮像素子８
から得られる２次元データを取り込み、積算処理等を行
う演算部２３と、前記モータ駆動部２１、光源駆動部２
２，演算部２３を総合的に制御する制御部２４と、を追
加して構成している。このモータ駆動部２１が入射方位
角変更手段に相当し、光源駆動部２２が入射角変更手段
に相当する。

【００５３】次に、本実施形態の測光装置による測光手
順を説明する。測定対象物３からの反射光Ｌoutの強度
分布は次のように測定する。まず、光源駆動部２２によ
り光源６を光偏向ドーム２の天頂方向である入射角θin
が０゜の位置に移動させ保持する。次いで、光源６から
の入射光Ｌinを測定対象物３に照射して、その反射光Ｌ
outが光偏向ドーム２上で拡散された様子を撮像素子８
により撮像する。このとき得られる画像データは演算部
２３を介して制御部２４に送られる。制御部２４では得
られた画像データを記憶する。次に、モータ駆動部２１
によりモータＭを駆動して測定対象物３を回転させる。
この回転は照明光の入射方位角φinを変更することに相
当している。測定対象物３の回転に同期して、撮像素子
８は連続的に撮像を行い、演算部２３にて積算処理を行
う。この積算処理方式は、演算部２３による信号積算方
式の他にも、撮像素子８の光学的なシャッタースピード
を調整する（測定対象物３が１回転する間中受光するよ
うに設定する）方式であってもよい。上記積算処理によ
り、得られるデータのノイズが低減され、より安定した
反射光強度分布を得ることができる。

【００５４】そして、測定対象物３が１回転した後に、
光源駆動部２２により光源６を矢印Ｂ方向に所定ステッ
プ角度△θinだけ移動させて入射角θinを変化させる。
そして、新たに設定した入射角θin＋△θinで測定対象
物３を前記同様１回転させて、得られる画像データを積
算処理する。この積算処理は、測定対象物３の１回転周
期で行えば入射方位角φinの０゜〜３６０゜までの範囲
の反射光強度を平均化することになり、入射方位角を複
数分割して、分割された所定ステップ方位角△φinの周
期で行えば、各ステップ方位角毎の反射光強度がそれぞ
れ得られることになる。以上の処理を入射角θinが０゜
〜９０゜（９０゜に近い角度）の範囲に亘って繰り返し
行うことで、測定対象物３からの空間的な反射光強度分
布を測定することができる。これらにより、入射方位角
△φin、入射角△θin毎の反射光分布が測定可能である
他に、φin、θinの全ての積分処理により、拡散照明に
よる反射光強度分布測定が可能である。

【００５５】得られた画像データの光強度分布（濃淡分
布）は、ドーム中心からの距離ｒが直接的に反射角θou
tに相当しているため、そのまま反射角に対する反射強
度分布を表すこととなる。上記の一連の動作は制御部
２４にてプログラミング可能であり、測光の目的、測定
対象に応じて適宜プログラムを変更することで、簡便に
して多種多様な測光手順を実現することができる。

【００５６】前記光源６が入射角θinで９０゜の位置に
達して撮像を終了したとき、制御部２４により光源６は
元の位置に復動制御され、次の測光に備えて待機状態と
なる。

【００５７】尚、本実施形態においては、モータＭ及び
モータ駆動部２１、並びに光源駆動部２２を設けている
が、載置部材５の回転や光源６の移動を手動で行っても
よい。また、手動と自動との併用であってもよい。

【００５８】また、撮像素子８による測定精度を向上さ
せるために、黒レベルを適正化するダーク補正、標準白
色板による感度補正、シェーディング補正等の測定系の
均一化補正処理を行ように構成することが好ましい。こ
れにより反射光強度分布の測定精度をより向上させるこ
とができ、データの信頼性を向上させることができる。
さらに、撮像素子８を冷却型ＣＣＤとすることにより、
測定データのノイズをより低減させることができる。こ
れは特に微弱な反射光の場合に有効である。

【００５９】以上説明したように、本発明による測光装
置は、具体例な実寸法を記載した通り小型であるため携
帯性に優れており、光偏向ドーム上に写し出された反射
光の濃淡パターンを肉眼で確認することも可能であるた
め、測定現場で反射特性を直ちに確認でき、使い勝手が
優れている。また、入射光Ｌinの種類としては、レーザ
光線に限定されることなく、例えば、白色光等のブロー
ドな波長光としてもよく、分光により得た単色光として
もよい。さらに、光の波長を連続的に変化させ得る光
源、例えば回折格子による分光を利用した光源を組み込
むことで、分光反射分布を測定する測光装置に構成して
もよい。そして、上記の光源以外にも、各種ランプやＬ
ＥＤ等の一般的な光源を用いてもよい。この場合、光源
からの光をコリメータ等によりビーム状として測定対象
物に入射させるようにする。

【００６０】これらの構成によれば、反射光強度だけで
なく反射光の分光特性も測定可能であり、さらには、艶
度合い、散乱度合い、てかりの程度、表面の質感等の主
観的な評価を行う場合であっても、高精度に測定が行え
るため有効な測光データを提供することができる。

【００６１】

【発明の効果】本発明によれば、測定対象物を光偏向ド
ームで覆うと共に、測定対象物からの放射光を光偏向ド
ーム上で拡散又は所定方向に光路を揃え、撮像素子によ
り撮像すると共に、ドーム中心からの距離が反射角度に
線形に比例する形状に光偏向ドームを形成したため、撮
像された画像データから直接的に放射角度を求めること
ができ、放射光強度分布を簡単な構成で高精度で測定す
ることができる。

【００６２】また、測定対象物の測光は、測定対象物を
照明して光偏向ドームの全面を撮像することにより一挙
に行い得るため、高速に測光を行うことができる。さら
に、測定対象物を水平面内で回転させることにより入射
方位角を変更すると共に、光源の位置を変えることによ
り入射角度を変更することができ、種々の条件の測光デ
ータを簡便にして得ることができる。

【００６３】そしてさらに、測光装置が小型であり携帯
性に優れ、また、単に光偏向ドームを肉眼で観察するこ
とでも放射光強度分布を確認することができる。そし
て、複雑な機構や特殊で高価な光学系を必要とせず、単
純な形状のドームにより放射光強度分布を測定する構成
としたため、コストパフォーマンスに優れた測光装置を
提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る第１実施形態の測光装置の構成を
示す図である。

【図２】測光装置の光偏向ドーム部の形状を示す斜視図
である。

【図３】測光装置の光偏向ドームの平面図である。

【図４】光偏向ドームに投影された反射光の一例を示す
図である。

【図５】光偏向ドームの具体的な寸法例を示すための断
面図である。

【図６】光偏向ドームの形状を説明する図である。

【図７】球殻体の一部を用いて構成した光偏向ドームの
形状を示す断面図である。

【図８】円錐状の光偏向ドームの形状を示す断面図であ
る。

【図９】光透過層と拡散層を備えた光偏向ドームを示す
図である。

【図１０】光拡散性材料により形成した光偏向ドームを
示す断面図である。

【図１１】本発明の第３実施形態におけるフレネルレン
ズを用いて構成した光偏向ドームを示す図である。

【図１２】回折型レンズを用いて構成した光偏向ドーム
を示す図である。

【図１３】本発明の第４実施形態におけるドーム内に光
源を配設した測光装置の構成を示す図である。

【図１４】光偏向ドームの外側面に亘って光センサを配
設した測光装置の要部構成を示す図である。

【図１５】本発明の第５実施形態におけるＮＤフィルタ
を介装した測光装置の構成図である。

【図１６】駆動機構を備えた測光装置の構成例を示す説
明図である。

【図１７】従来の測光装置の一例を示す斜視図である。

【図１８】従来の測光装置の他の構成例を示す説明図で
ある。

【符号の説明】

１測光装置２光偏向ドーム３測定対象物４マスク４ａ開口部５載置部材６光源７集光レンズ８撮像素子９スリット１０小型光源１１光センサ１３ＮＤフィルタ２１モータ駆動部２２光源駆動部２３演算部２４制御部ＭモータＬin 入射光Ｌout 反射光 θin 入射角 θout 反射角 φin 入射方位角 φout 反射方位角Ｚ光偏向ドーム高さＲ光偏向ドーム中心からの距離

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】物体から放射される光の空間的な強度分
布を測定する測光装置において、測定対象物を載置する載置部材と、底面が略円形に形成されたドーム状の殻体であって、前
記測定対象物が殻体の底面中央位置となるように設置さ
れ、前記測定対象物からの放射光が前記殻体上で拡散さ
れる光偏向ドームと、該光偏向ドーム上で拡散された前記放射光を前記光偏向
ドームの上方から検出する放射光検出部と、を備え、前記光偏向ドームの曲面形状を、光路偏向前の前記放射
光の光路と前記測定対象物の測定面法線とのなす角が、
前記放射光が前記光偏向ドームと交差する位置から前記
測定面法線までの水平距離に比例するように設定したこ
とを特徴とする測光装置。
【請求項２】前記光偏向ドームは、光拡散透過性を有
する光拡散層をドーム表面に積層して形成したことを特
徴とする請求項１記載の測光装置。
【請求項３】物体から放射される光の空間的な強度分
布を測定する測光装置において、測定対象物を載置する載置部材と、底面が略円形に形成されたドーム状の殻体であって、前
記測定対象物が殻体の底面中央位置に配置されるように
設置され、前記測定対象物からの放射光光路を前記殻体
を通して上方に向けて揃える光偏向ドームと、該光偏向ドームにより光路が揃えられた前記放射光を前
記光偏向ドームの上方から検出する放射光検出部と、を
備え、前記光偏向ドームの曲面形状を、光路偏向前の前記放射
光光路と前記測定対象物の測定面法線とのなす角が、前
記放射光が前記光偏向ドームと交差する位置から前記測
定面法線までの水平距離に比例するように設定したこと
を特徴とする測光装置。
【請求項４】前記光偏向ドームは、屈折又は回折によ
り測定対象物からの放射光光路を偏向することを特徴と
する請求項２記載の測光装置。
【請求項５】前記光偏向ドームの天頂部を除く曲面形
状を、該光偏向ドームの高さをＺ、該ドーム底面中央か
らドーム曲面までの水平距離をＲとしたとき、Ｚ＝Ｒ・
ｔａｎ（９０゜−Ｒ）の関係に基づいて設定したことを
特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１項記載の測
光装置。
【請求項６】前記放射光検出部は、エリアセンサであ
ることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１項
記載の測光装置。
【請求項７】前記放射光検出部は、前記光偏向ドーム
の投影表面に沿って配設された複数の光センサにより検
出することを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか
１項記載の測光装置。
【請求項８】前記測光装置は、前記測定対象物の測定
面を所定の入射角度で照明する光源を備えていることを
特徴とする請求項１〜請求項７のいずれか１項記載の測
光装置。
【請求項９】前記光源は、単色光を発光する光源であ
ることを特徴とする請求項８記載の測光装置。
【請求項１０】前記光源は、発光波長が変化可能であ
り任意波長の単色光を発光する光源であることを特徴と
する請求項８記載の測光装置。
【請求項１１】前記光源は、種々の波長成分を有する
マルチ色光源であることを特徴とする請求項８記載の測
光装置。
【請求項１２】前記光源は、前記光偏向ドームの外側
に配設され、前記光偏向ドームに前記光源からの光をド
ーム内に導入する光透過部を設けたことを特徴とする請
求項８〜請求項１１のいずれか１項記載の測光装置。
【請求項１３】前記光源は、前記偏向ドームの内側に
配設されていることを特徴とする請求項８〜請求項１１
のいずれか１項記載の測光装置。
【請求項１４】前記測光装置は、前記光源を移動させ
ることで前記測定対象物への照明光の入射角を変更する
入射角変更手段を備えたことを特徴とする請求項８〜請
求項１３のいずれか１項記載の測光装置。
【請求項１５】前記測光装置は、前記測定対象物を水
平面内で回転させることで照明光の入射方位を変更する
入射方位変更手段を備えたことを特徴とする請求項１〜
請求項１４のいずれか１項記載の測光装置。
【請求項１６】前記測光装置は、前記測定対象物の測
定面以外に照射された前記光源からの光を遮光する遮光
手段を備えたことを特徴とする請求項１〜請求項１５の
いずれか１項記載の測光装置。
【請求項１７】前記光偏向ドームは、偏光解消せずに
光路を変更することを特徴とする請求項２〜請求項１６
のいずれか１項記載の測光装置。
【請求項１８】前記測光装置は、測定対象物の２次元
の偏光反射分布を測定するものであることを特徴とする
請求項１７記載の測光装置。
【請求項１９】前記測光装置は、前記光偏向ドームか
ら前記放射光検出部までの光路の途中にＮＤフィルタを
介装したことを特徴とする請求項１〜請求項１８のいず
れか１項記載の測光装置。
【請求項２０】前記測光装置は、前記放射光検出部か
らの検出信号に対して、ダークレベル、検出感度、均一
性の補正を行う検出信号補正手段を備えたことを特徴と
する請求項１〜請求項１９のいずれか１項記載の測光装
置。
【請求項２１】前記測光装置は、前記放射光検出部か
らの検出信号を積算処理する積算処理手段を備えたこと
を特徴とする請求項１〜請求項２０のいずれか１項記載
の測光装置。
【請求項２２】物体から放射される光の空間的な強度
分布を測定する測光方法において、底面が略円形に形成されたドーム状の殻体であって、該
殻体表面の曲面は、底面中央位置に測定対象物を設置し
たときに、測定対象物から放射される放射光の光路と前
記測定対象物の測定面法線とのなす角が、前記放射光が
前記殻体表面と交差する位置から前記測定面法線までの
水平距離に比例するように設定された光偏向ドームを用
いて、該光偏向ドームの底面中央位置に設置された測定
対象物から該光偏向ドーム上に照射された前記放射光を
該光偏向ドームの上方に配設された放射光検出部により
検出することを特徴とする測光方法。
【請求項２３】（１）前記光源を、所定の入射角度で
前記測定対象物を照明する位置に保持し、（２）前記測定対象物を水平面内で回転させることで入
射方位角を変化させ、該測定対象物が１回転する間中、
前記光偏向ドーム表面からの放射光強度分布を前記放射
光検出部により検出し、（３）前記検出終了後、前記光源を所定ステップ角移動
させて前記測定対象物への照明光の入射角を変化させ
る、上記（１）〜（３）の各ステップを、異なる入射角
度に対して繰り返し行うことを特徴とする請求項２２記
載の測光方法。
【請求項２４】前記放射光検出部により得られる検出
信号を、所定の期間積算処理することで、光偏向ドーム
上に照射された測定対象物からの放射光強度を、入射方
位角を変化させる間中、前記測定対象物を連続的に回転
させつつ検出することを特徴とする請求項２３記載の測
光方法。