JP2004117236A

JP2004117236A - 光学特性測定装置

Info

Publication number: JP2004117236A
Application number: JP2002282523A
Authority: JP
Inventors: Keiichi Miyazaki; 宮▲崎▼　桂一
Original assignee: Fuji Photo Film Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Holdings Corp
Priority date: 2002-09-27
Filing date: 2002-09-27
Publication date: 2004-04-15

Abstract

【課題】照明側と受光側の両方の角度を変化させた場合の光学特性の測定を効率よく行えるようにする。
【解決手段】光源ランプ、調光マスク、チューナブルフィルタ及び偏光フィルタを有する光源部と、前記光源部から射出され絞りを通過した光を平行光とする第一のリレーレンズ系と、前記平行光を前記測定試料上に集光する第一のコリメータレンズ系と、前記測定試料の透過光または反射光を平行光とする第二のコリメータレンズ系と、この平行光を集光する第二のリレーレンズ系と、集光され絞りを通過した光を、偏光フィルタ及びチューナブルフィルタを介して受光するＣＣＤを有する受光部と、このデータに所定の信号処理を行う信号処理部とを備えた光学特性測定装置を提供することにより前記課題を解決する。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光学特性測定装置に係り、特に、フィルムの光学特性として視野角特性、分光特性、散乱・偏光特性を測定する光学特性測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、光学フィルムの光学特性として、視野角特性、分光特性、偏光特性を同一の装置で測定するものとしては、輝度計の前に偏光フィルターを付加して角度を変化させて測定するようにしたものか、あるいは分光する機能を有するゴニオフォトメータに偏光フィルターを付加して測定するようにしたものしか知られていなかった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来の測定方法では、光学フィルムを照明する光としては、いずれの方法でもビーム状のスポット光でしか照明できなかった。しかし、例えば視野角特性の測定においては、照明側と受光側の角度を両方変化させて測定する必要がある。
【０００４】
例えば、図５に示すように、その表面ｐがｘｙ平面に含まれ、座標原点Ｏが表面ｐに含まれるように空間内に置かれた平面状の反射物体Ｐに対し、表面ｐの上方から光源Ａで照射し、表面ｐ上の原点Ｏで反射された光を受光器Ｂで受光し、反射物体Ｐの光学特性を調べる場合を考える。
光源Ａと原点Ｏを結ぶ方向がｚ軸となす角（入射角度）をＩ、受光器Ｂと原点Ｏを結ぶ方向がｚ軸となす角（受光角度）をＲとする。光源Ａと受光器Ｂとの位置関係を規定するには、この他、光源Ａからｘｙ平面に下ろした垂線の足Ａ’と原点Ｏを結ぶ方向がｘ軸となす角α、及び受光器Ｂからｘｙ平面に下ろした垂線の足Ｂ’と原点Ｏを結ぶ方向がｘ軸となす角βをも求める必要がある。
【０００５】
しかし、これら４つの角度Ｉ、Ｒ、α、βをパラメータとしてある角度間隔で動かして全て測定しようとすると、例えば、光源Ａや受光器Ｂにモータを付けて動かしながら測定しなければならない。　従って、このような機械的な動作のため、　測定には２４時間あるいは数日を要し、いわゆる透過光特性ＢＴＤＦ（Ｂｉ−ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ　Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ　Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ　Ｆｕｎｃｔｉｏｎ）、　及び反射光特性ＢＲＤＦ（Ｂｉ−ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ　Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ　Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ　Ｆｕｎｃｔｉｏｎ）の測定には多大の時間を要するという問題があった。
【０００６】
本発明は、前記従来の問題に鑑みてなされたものであり、照明側と受光側の両方の角度を変化させた場合の前記ＢＴＤＦ及びＢＲＤＦの測定を効率よく行うことを可能にするとともに、直射日光や曇天あるいは室内等の任意の照明角度分布の下での視野角特性、分光特性あるいは散乱・偏光特性等の光学特性の測定を容易に行うことを可能とする光学特性測定装置を提供することを課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、本発明は、測定試料の光学特性を測定する光学特性測定装置であって、光源ランプ、２次元配列調光マスク、チューナブルフィルタ及び偏光フィルタを有する光源部と、前記光源部から射出され絞りを通過した光を平行光とする第一のリレーレンズ系と、前記平行光を前記測定試料上に集光する第一のコリメータレンズ系と、前記測定試料の透過光または反射光を、平行光とする第二のコリメータレンズ系と、前記第二のコリメータレンズ系による平行光を集光する第二のリレーレンズ系と、前記第二のリレーレンズ系により集光され絞りを通過した光を、偏光フィルタ及びチューナブルフィルタを介して受光するＣＣＤを有する受光部と、前記受光部で受光した光のデータを受け取り、これに所定の信号処理を行う信号処理部と、を備えたことを特徴とする光学特性測定装置を提供する。
【０００８】
また、前記光源部と受光部、前記第一リレーレンズ系と第二のリレーレンズ系、及び前記第一のコリメータレンズ系と第二のコリメータレンズ系は、前記測定試料を中心として略対称形に配置されて構成されていることが好ましい。
【０００９】
前記第一のリレーレンズ系と第一のコリメータレンズ系との間に光束分岐手段を配置し、前記第一のコリメータレンズ系で前記第二のコリメータレンズ系を兼用し、前記測定試料で反射され前記第一のコリメータレンズ系を通過した光の一部を前記光束分岐手段により前記測定試料への入射光に対し略直角方向に分岐させ、該分岐させた光を受光するように前記第二のリレーレンズ系及び前記受光部を配置したことが好ましい。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の光学特性測定装置について、添付の図面に示される好適実施形態を基に詳細に説明する。
【００１１】
図１は、本発明に係る光学特性測定装置の第一実施形態を示す概略構成図である。
図１に示すように、第一実施形態の光学特性測定装置１は、測定試料１０を中心として、光源部１２を含む照明側と受光部１４を含む受光側が左右に振り分けられて略左右対称形に配置され、光源部１２から射出され、測定試料１０を透過した透過光を受光部１４で受光することにより測定試料１０の光学特性を測定するものである。
なお、測定試料１０としては、特に限定はされないが、例えば写真フィルム等が例示される。
【００１２】
すなわち、測定試料１０の左側には、左端の光源部１２から測定試料１０に向かって順に、光源部１２、光源部１２から出た光を絞る光源側絞り１６、光源側絞り１６を通過した光を平行光とする光源側リレーレンズ系（第１のリレーレンズ系）１８、及びこの平行光を測定試料１０上に集光する光源側コリメータレンズ系（第１のコリメータレンズ系）２０が配置されている。
また、測定試料１０の右側には、測定試料１０から右端の受光部１４に向かって順に、測定試料１０の透過光を平行光とする受光側コリメータレンズ系（第２のコリメータレンズ系）２２、この平行光を集光する受光側リレーレンズ系（第２のリレーレンズ系）２４、この集光された光を通す受光側絞り２６、及び受光側絞り２６を通過した光を受光する受光部１４が配置されている。
さらに、受光部１４には、受光された光のデータに対し、所定の信号処理を施す信号処理部３０が接続されている。
【００１３】
また、光源部１２は、光源ランプ１２ａ、２次元配列調光マスク（以下単に調光マスクとする。）１２ｂ、光源側チューナブルフィルタ１２ｃ及び光源側偏光フィルタ１２ｄから構成されている。
また、受光部１４は、受光側偏光フィルタ１４ａ、受光側チューナブルフィルタ１４ｂ及び光を受光するＣＣＤ１４ｃから構成されている。
なお、このように本実施形態の光学特性測定装置１は、測定試料１０を中心として、左右対称に光学部材が配置されているが、左右の各対応する位置にある光学部材は、必ずしも全く同一のものである必要はない。
【００１４】
調光マスク１２ｂは、照明角度分布を制御するものであり、その一例を図２に示す。図２に示す調光マスク１２ｂは、液晶マスクであり、マスクの画素数は最低１００×１００は必要である。この液晶マスクは、各セル毎に透過光量を制御可能であり、中央の円形部分のみ光を通すようにして、周辺部は光を遮るようにしている。
このように、調光マスク１２ｂは、ある一部分のみ光が通るようにして、二次元的な光の強度を変えることができるようにしたものである。これにより、直射日光や曇天、あるいは室内における照明等、実際の照明に近い状態を、測定で実現することが可能となる。
なお、調光マスク１２ｂは、図２に示すような液晶マスクには限定されず、他の形式のものであってもよい。
【００１５】
光源側チューナブルフィルタ１２ｃは、可視光を分光する波長可変フィルタであり、分光特性を測定するために組み込まれるものである。
なお、光源側チューナブルフィルタ１２ｃは、分光する機能を有するものであればよく、特には限定されない。例えば、異なる波長帯域のフィルタを複数用意してターレットで回して切り換えるようにしてもよい。
また、光源側偏光フィルタ１２ｄも、光源側チューナブルフィルタ１２ｃと同様に、分光特性測定のために組み込まれるものである。光源側偏光フィルタ１２ｄや調光マスク１２ｂも異なるものを複数用意して、それらを切り換えて用いるようにしてもよい。
【００１６】
光源側リレーレンズ系１８は、光源側絞り１６で絞られた光を平行光とするものであり、その後側焦点位置が符号１８ａで示されている。
また、光源側コリメータレンズ系２０は、光源側リレーレンズ系１８によって平行光とされた光を測定試料１０上に集光するものであり、その前側焦点位置が符号２０ａで示されている。
光源側コリメータレンズ系２０により、測定試料１０の位置で丁度ピントが合うようになっており、光が点の状態で測定試料１０に入射する。
【００１７】
測定試料１０に入射した光は測定試料１０を透過する。受光側コリメータレンズ系２２は、測定試料１０の前に置かれた光源側コリメータレンズ系２０とは逆向きに配置され、この透過光を平行光とするものであり、その後側焦点位置が符号２２ａで示されている。
受光側リレーレンズ系２４は、この平行光を集光するものであり、丁度光が集光される位置に絞り２６が配置されている。なお、受光側リレーレンズ系２４の前側焦点位置が符号２４ａで示されている。
【００１８】
受光部１４は、絞り２６を通過した光を受光するものである。受光部１４に入射した光は、受光側偏光フィルタ１４ａ、及び受光側チューナブルフィルタ１４ｂを介してＣＣＤ１４ｃで受光される。この受光部１４の受光側偏光フィルタ１４ａ及び受光側チューナブルフィルタ１４ｂの働きは、光源部１２の光源側偏光フィルタ１２ｄ及び光源側チューナブルフィルタ１２ｃと同じである。
信号処理部３０は、ＣＣＤ１４ｃで受光された光を受け取り、デジタル信号に変換して、これに対し所定の信号処理を行うことにより、測定試料１０の光学特性を解析する。
【００１９】
信号処理部３０における信号処理としては、特に限定されるものではなく、各種の信号処理を行うことが可能である。
例えば、測定試料１０として、検査用のフィルムを用い、その透過率を求める処理が例示される。
【００２０】
以下、今言った被検査フィルムの透過率を求める場合を例にとり、図３に示すフローチャートに沿って、本実施形態の作用を説明する。
図３のフローチャートにおいて、まずステップ１００からステップ１０６までにおいて、準備として、光源部１２の調光マスク１２ｂ及び光源側チューナブルフィルタ１２Ｃを設定し（ステップ１００）、光源側偏光フィルタ１２Ｄを回転し（ステップ１０２）、一方受光部１４の受光側チューナブルフィルタ１４ｂ（受光側調光フィルタ）を設定する（ステップ１０４）とともに、受光側偏光フィルタ１４ａを回転する（ステップ１０６）。
【００２１】
次に、まず測定試料１０としての被検査フィルムは装着せずに、波長を所定波長数変化させてＣＣＤ１４ｃによって光を測定する。
ステップ１０８において、光源側チューナブルフィルタ１２ｃの波長を変更するとともに、ステップ１１０において受光側チューナブルフィルタ１４ｂの波長を変更し、ステップ１１２で光源部１２から出力された光を２次元ＣＣＤ１４ｃによって受光する。
すなわち、光源部１２の光源ランプ１２ａからはあらゆる方向に光が放出されるが、調光マスク１２ｂにより、特定の方向からの光のみが選択され、さらに光源側チューナブルフィルタ１２ｃ及び光源側偏光フィルタ１２ｄを介して、所定波長の偏光とされて、光源部１２から出力される。
【００２２】
光源部１２から出力された光は、光源側絞り１６で絞られた後、光源側リレーレンズ系１８により平行光とされる。この平行光は、光源側コリメータレンズ系２０により集光される。いまの場合、測定試料１０（被検査フィルム）は装着されていないので、この光は直接ＣＣＤ１４ｃに受光される。
すなわち、光源側コリメータレンズ系２０により集光された光は、直接受光側コリメータレンズ系２２に入射した後、再び平行光とされ、受光側リレーレンズ系２４により集光され、受光側絞り２６を通過し、受光部１４によって受光される。受光部１４に入力された光は、受光側偏光フィルタ１４ａ、受光側チューナブルフィルタ１４ｂを介してＣＣＤ１４ｃによって受光される。ＣＣＤ１４ｃによって受光され光の信号は、信号処理部３０に入力される。
このように光源側チューナブルフィルタ１２ｃ及び光源側偏光フィルタ１２ｄを変更して所定波長数（所定間隔で１０〜２０波長程度）変えながら、ＣＣＤ１４ｃによる光の測定を行う。
【００２３】
ステップ１１４で、このように予め設定された所定波長数の測定が終了したか否か判断し、まだ終了していない場合には、ステップ１０８へもどり、光源側チューナブルフィルタ１２ｃ及び光源側偏光フィルタ１２ｄを変更して波長を変えてＣＣＤ１４ｃによる測定を続行する。
ステップ１１４において、所定波長数の測定が終了したと判断された場合には、ステップ１１６へ進み、被検査フィルム（測定試料１０）を装着し、被検査フィルムの透過光の測定を行う。
【００２４】
すなわち、測定試料１０として被検査フィルムを装着した上で、ステップ１１８からステップ１２２において、上記ステップ１０８からステップ１１２と同様にして、光源部１２から出力され、被検査フィルムを透過した光をＣＣＤ１４ｃによって受光する。
光源部１２から出力された光は、光源側絞り１６で絞られた後、光源側リレーレンズ系１８により平行光とされ、この平行光は光源側コリメータレンズ系２０により集光されて測定試料１０としての被検査フィルムに照射される。
測定試料１０としての被検査フィルムに入射した光は、被検査フィルムを透過する。この光は、図１に示すように、被検査フィルム（測定試料１０）に入射角Ｉで入射し、被検査フィルムを透過後、受光角Ｒで出射され、受光側コリメータレンズ系２２によって受光される。
【００２５】
受光側コリメータレンズ系２２に入射した光は、再び平行光とされ、受光側リレーレンズ系２４により集光される。前述したように、この光が一点に集光される位置に受光側絞り２６が配置されており、受光側絞り２６を通過した光は、受光部１４によって受光される。受光部１４に入力された光は、受光側偏光フィルタ１４ａ、受光側チューナブルフィルタ１４ｂを介して、ＣＣＤ１４ｃによって受光される。ＣＣＤ１４ｃによって受光された光の信号は信号処理部３０に送られる。
【００２６】
ステップ１２４において、上記被検査フィルムの透過光の測定が、１０〜２０の所定の波長数について終了したか否か判断し、まだ終了していない場合には、ステップ１１８にもどり、波長を変更して同様に測定を続け、所定の波長数について測定が終了した場合には、ステップ１２６に進む。
ステップ１２６では、信号処理部３０において、被検査フィルム未装着で測定した光信号と被検査フィルムを装着して測定した光信号をデジタル信号に変換し、これらのデジタル信号に対し所定の信号処理を行い、被検査フィルムの透過率を算出する。
【００２７】
以上説明したように、光源部１２の調光マスク１２ｂの光が通過する部分や、光源側チューナブルフィルタ１２ｃの波長帯域、光源側偏光フィルタ１２ｄ、及び受光部１４の受光側偏光フィルタ１４ａ、受光側チューナブルフィルタ１４ｂを種々調整し、変更することにより、直射日光や曇天あるいは室内等の任意照明角度分布の下での、視野角特性、分光特性あるいは偏光特性を測定することができる。
【００２８】
次に、本発明の第二実施形態について説明する。
図４に本発明の第二実施形態に係る光学特性測定装置の概略構成を示す。
第二実施形態の光学特性測定装置は、測定試料の反射光を測定するものであり、基本的原理は第一実施形態と同じであるが、測定試料からの反射光を光束分岐手段により、入射光と略直交する方向に光を分岐させて受光部で受光するようにした点が第一実施形態と異なっている。
【００２９】
図４に示すように、本実施形態の光学特性測定装置２は、光源部１１２から測定試料１１０に至るまでの、光源部１１２、光源側絞り１１６、光源側リレーレンズ系１１８、光源側コリメータレンズ系１２０、測定試料１１０という部材の配置は第一実施形態と全く同じである。
本実施形態では、光源側リレーレンズ系１１８と光源側コリメータレンズ系１２０の間に光束分岐手段１４０が配置され、測定試料１１０からの反射光を入射光とは略直交する方向に分岐するように構成されている。光束分岐手段１４０は、特に限定はされず、ハーフミラーやダイクロイックミラー等が好適に例示される。
【００３０】
また、光源側コリメータレンズ系１２０は、測定試料１１０で反射された光を受光する受光側コリメータレンズ系をも兼用している。すなわち、光源側コリメータレンズ系１２０は、本実施形態においては、光源部１１２からの光を測定試料１１０上に集光するとともに、測定試料１１０からの反射光を平行光として射出する働きを有している。
光源側コリメータレンズ系１２０で平行光とされた測定試料１１０の反射光は、光束分岐手段１４０で測定試料１１０への入射光とは略直交する方向に反射される。
【００３１】
光束分岐手段１４０で分岐された測定試料１１０の反射光を受光するために、光源部１１２から測定試料１１０を結ぶ方向とは略直交する方向に受光側リレーレンズ系１２４、受光側絞り１２６、受光部１１４がこの順で配置されている。また、光源側リレーレンズ系１１８の焦点位置を符号１１８ａで、光源側コリメータレンズ系１２０の焦点位置を符号１２０ａで、また、受光側リレーレンズ系１２４の焦点位置を符号１２４ａで示す。
受光部１１４で受光された測定試料１１０の反射光は、第一実施形態と同様に信号処理部１３０に入力され、デジタル信号に変換されて、所定の信号処理が施される。
なお、図示は省略したが、光源部１１２及び受光部１１４の内部構成は第一実施形態と同様である。
【００３２】
以下、本実施形態の作用を説明する。
光源部１１２から射出された光は、光源側絞り１１６で絞られた後光源側リレーレンズ系１１８によって平行光とされる。この平行光は、光束分岐手段１４０を透過して、光源側コリメータレンズ系１２０に入射される。光源側コリメータレンズ系１２０は、この平行光を測定試料１１０上に集光する。
【００３３】
測定試料１１０に入射された光は、測定試料１１０上で反射され、いま来た経路を引き返す。この反射光は、受光側コリメータレンズ系をも兼用する光源側コリメータレンズ系１２０によって、今度は平行光とされ、光束分岐手段１４０に入射される。光束分岐手段１４０は、この平行光の一部を、その方向が略９０°変わる方向に反射する。
光束分岐手段１４０によって略直交方向に反射された光は、平行光として受光側リレーレンズ系１２４に入射する。受光側リレーレンズ系１２４は、この入射光を受光側絞り１２６の位置に集光する。
【００３４】
そして受光側絞り１２６を通過した光は、受光部１１４で受光される。
受光部１１４の内部構造は、第一実形態と同様であり、ＣＣＤで受光され、信号処理部１３０に送られる。信号処理部１３０では、第一実施形態と同様に、これをデジタル信号に変換して、所定の信号処理を施すことにより、測定試料１１０の光学特性の解析を行う。
【００３５】
以上、述べたように、各実施形態において、測定試料に光を照射して、その透過光あるいは反射光を測定する場合に、光源の前に２次元配列調光マスクを付けることにより、ある方向からの光のみが測定試料に当たるようにし、また、チューナブルフィルタ及び偏光フィルタを設けることで、任意の照明角度分布における視野角特性、分光特性、偏光特性等の、例えば写真フィルム等の測定試料の光学特性を簡単に短時間で測定することができるようになった。
【００３６】
以上、本発明の光学特性測定装置について詳細に説明したが、本発明は、以上の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良や変更を行ってもよいのはもちろんである。
【００３７】
【発明の効果】
以上説明した通り、本発明によれば、測定試料の視野角特性、分光特性、偏光特性の全ての測定が、直射日光や曇天あるいは室内等の任意の照明角度分布の下で、簡単に短時間に行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る光学特性測定装置の第一実施形態を示す概略構成図である。
【図２】本実施形態で用いる調光マスクを示す説明図である。
【図３】本実施形態の作用を示すフローチャートである。
【図４】本発明に係る光学特性測定装置の第二実施形態を示す概略構成図である。
【図５】従来の光学特性測定方法を示す概略構成図である。
【符号の説明】
１　　本発明の第一実施形態に係る光学特性測定装置
２　　本発明の第二実施形態に係る光学特性測定装置
１０、１１０　測定試料
１２、１１２　光源部
１２ａ　光源ランプ
１２ｂ　調光マスク
１２ｃ　光源側チューナブルフィルタ
１２ｄ　光源側偏光フィルタ
１４、１１４　受光部
１４ａ　受光側偏光フィルタ
１４ｂ　受光側チューナブルフィルタ
１４ｃ　ＣＣＤ
１６、１１６　光源側絞り
１８、１１８　光源側リレーレンズ系（第１のリレーレンズ系）
１８ａ、２０ａ、２２ａ、２４ａ　焦点位置
２０、１２０　光源側コリメータレンズ系（第１のコリメータレンズ系）
２２　受光側コリメータレンズ系（第２のコリメータレンズ系）
２４、１２４　受光側リレーレンズ系（第２のコリメータレンズ系）
２６、１２６　受光側絞り
３０、１３０　信号処理部

Claims

測定試料の光学特性を測定する光学特性測定装置であって、
光源ランプ、２次元配列調光マスク、チューナブルフィルタ及び偏光フィルタを有する光源部と、
前記光源部から射出され絞りを通過した光を平行光とする第一のリレーレンズ系と、
前記平行光を前記測定試料上に集光する第一のコリメータレンズ系と、
前記測定試料の透過光または反射光を、平行光とする第二のコリメータレンズ系と、
前記第二のコリメータレンズ系による平行光を集光する第二のリレーレンズ系と、
前記第二のリレーレンズ系により集光され絞りを通過した光を、偏光フィルタ及びチューナブルフィルタを介して受光するＣＣＤを有する受光部と、
前記受光部で受光した光のデータを受け取り、これに所定の信号処理を行う信号処理部と、
を備えたことを特徴とする光学特性測定装置。