JPH0211085B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、塗膜あるいは塗装面その他の被測定
物表面のうねりあるいはゆず肌等の平担度を測定
する平担度測定装置に関する。

従来、日本では工業製品の光沢度測定法を規定
した日本工業規格（JIS Z8741）に準じて、塗膜
の光沢度測定はなされているが、そのほか塗膜の
表面状態の良否を左右する因子としてのうねり、
ゆず肌などの平担度測定に関する規定はなされて
いない。その理由は、これらの平担度を有効にか
つ正確に測定する方法、装置がほとんど見当らな
いことが考えられる。ただしこれら平担度測定
法、装置は全く存在しないわけではなく、二、三
の装置が考案あるいは市販されているが、塗膜あ
るいは塗装面のうねり、ゆず肌等の平担度には測
定原理が適合しないことにより測定感度不足とか
あるいは肉眼判定のため同じ測定者でも測定する
時期によつて値が異なつたり、測定者が変ると異
なつた値になつたりする欠点があるなどの理由
で、満足すべき測定はほとんど行われず、製品の
品質管理も不十分である。

たとえば、次の様な従来技術がある。この技術
は検査すべき被測定面の斜め上方から１本又は複
数本のスリツト先を照射し、前記被測定面上に結
像させ、この被測定面上のスリツト像に対しほぼ
真上方向からテレビカメラで観察するものであ
る。したがつて被測定面に凹凸があれば前記スリ
ツト像が変形するので、この変形の具合を上記テ
レビカメラを通して観察できる。この技術の根本
原理は被測定面上にスリツト像をつくる光切断法
にもとずくものである。

したがつてこの技術による塗膜のうねり、ゆず
肌を測定する場合の欠点は被測定面の凹凸とスリ
ツト像の倍率は１対１の関係すなわちスリツト像
の変形量の拡大率がわずかに１倍にとどまること
である。さらに被測定面とされる鋼板面は作業能
率上同時に広範囲の部分を観察する必要があるた
め、テレビカメラの撮像倍率ははなはだ縮小系と
なり、結局スリツト像の変形量は最終的に１倍以
下に縮小されることになる。したがつてこのよう
な方法で検査し得る測定対象面は、鋼材、板材な
どかなり大型の材料表面に生ずる比較的大きな凹
凸たとえば凹凸波長が数十ミリメートル（mm）以
上、凹凸の深さ、高さは数ミリメートル（mm）以
上のものにのみ適用され得るものと考えるのが妥
当である。したがつて波長がミリメートル（mm）
程度、凹凸の高さ、深さがミクロメートル（μm）
程度の塗膜のうねり、ゆず肌等の測定には測定感
度的にとうてい適用不可能といわざるを得ない。

さらにこの技術は、上記大型で広範囲に亘り平
面的な被測定面上に断片的に散在する凹凸欠陥に
よるスリツト像の変形量を基準値と比較して、前
記凹凸の有無のみを判定する目的で開発されたこ
とから、この点に関して微小な凹凸が表面全域に
わたつて連続的にくり返えされる塗膜のうねじや
ゆず肌の良否を定量的に測定することに適しない
ことが欠点として指摘できる。

またこの従来技術は、被測定面全体が曲面の場
合に、スリツト像の変形量が曲面の影響をうけ、
正しい凹凸測定に適しないという欠点を有する。
さらにこの従来技術は、スリツト像の変形の光電
検出系にテレビカメラ、モニターテレビなどを配
設するため装置が大型、高価になるという欠点を
有する。

さらにこの従来技術は前記四つの欠点があるほ
か、さらに被測定面上で検出すべく凹凸の大きさ
と、スリツト光巾の関係について何ら規定されて
いないことから、かような方法で塗膜のうねりや
ゆず肌を精度良く測定できないことは明らかであ
る。

次に肉眼判定にもとずく従来技術について説明
する。光源から出た光は平行光線を出すためのレ
ンズを通り、黒線が多数本平行にきざまれた透明
アクリル製の縞目模様の標準板を通過する。そし
て塗膜に至つた光線は平担な面に当たると正反射
して黒線が平行に見えるが、ゆず肌などの平担で
ない面に当たると乱反射あるいは正反射方向が変
化し黒線の縞目模様がゆがんで見える。そしてゆ
がみによつて隣接する黒線が接触する直前の黒線
と黒線の間隔を肉眼で判定し、その間隔の値を平
担度と定義している。しかしこのような装置は、
標準板に刻まれている黒線間隔を0.5〜５mmの間
で13段階に分けているため13種類の標準板を必要
とする。そのため被測定面のゆず肌等の平担度を
あらかじめ測定者が推定し前記標準板を適当に選
択、差しかえながら、前記隣接する黒線が接触し
たかいなかを肉眼で判定するので、測定能率が低
いとか同じ測定者でも測定時期によつて判定値が
異なつたり、また測定者が変ると異なつた値にな
つたりする欠点がある。

更に、この技術は、前述の技術と同様縞目模様
を拡大結像させるものでないため、大型な表面の
大きな凹凸にしか適用できないという欠点を有す
る。

以上従来技術の代表例について記述したが、こ
こで記述した上記欠点や問題点は、前記以外の従
来技術の全ての平担度測定装置に大なり小なり包
含されるものである。

本発明は、発明者等が、前記従来の平担度測定
装置の有していた欠点、問題点を解消すべく研
究、開発する過程で到達し得たもので、明暗が交
互に繰り返される格子像を測定試料表面で反射さ
せて結像させ、平担度に応じた格子像のゆがみを
検出すれば、試料の平担度が検出できるのではな
いかという着眼点に基づくものである。

本発明は、塗膜または塗装面の様な試料表面の
平担度でも正しく、即ち人間の感じる平担感（官
能値）に比例した測定値が得られる平担度測定装
置を提供することを目的とするものである。

本発明の平担度測定装置は、光源と、該光源に
近接して配置され、測定対象に応じて調整された
ピツチで明暗が交互に多数繰返えされる格子と、
測定対象に応じた倍率を得るために所定の焦点距
離を有し、且つ該格子に対して調整された所定位
置に配置するとともに、測定対象に応じた倍率を
得るために所定の焦点距離を有し、且つ該格子に
対して調整された所定位置に配置するとともに、
測定対象に応じた試料上の照明スポツト径を得る
ために調整されたレンズ有効径を有する測定しよ
うとする試料表面により反射させて格子像を結像
させるレンズと、該レンズによる前記格子像の結
像位置に配置されるとともに、測定対象に応じた
浮上り量を得るために試料からの距離を調整した
位置に配置され、格子像強度を光電変換する光電
変換素子と、該光電変換素子に接続され該光電変
換素子からの電気信号に基づき演算して求めた格
子像のピツチPi′と試料が平面鏡などのように平
担で格子像にゆがみがないときの格子像のピツチ
である基準ピツチPo′との差の絶対値｜Po′−
Pi′｜を基準ピツチPo′で除したゆがみ率δi＝
｜Po′−Pi′｜／Po′を演算する信号処理回路と、前記 格子または光電変換素子の少くともいずれか一方
を格子の明暗境界線が互いに横切る様に移動可能
にした構成、もしくは等価の構成により、格子像
強度分布を検出可能にした構成より成り、前記ゆ
がみ率を検出することにより試料の平担度を測定
するものである。

本発明の平担度測定装置の測定原理は第１図に
示したように明暗が交互に繰返えされる格子LG
をレンズＬで試料Ｔを介して結像し、該結像面に
格子像強度を光電変換する光電変換素子Ｄを配設
し、該光電変換素子Ｄと前記格子像LGIの明暗境
界線が互いに横切るようにいずれか一方を移動さ
せるか、あるいはその他の方法で前記光電変換素
子Ｄと格子像LGIの明暗境界線が互いに横切るの
と同等の効果を得るようにして、その移動または
同等の効果に伴う格子像強度変化を光電変換し、
格子像LGIのピツチあるいは幅の変化即ち格子像
LGIのゆがみを検出して試料の平担度を測定する
装置において、試料が完全鏡面で格子像LGIに全
くゆがみのないときの格子像の基準ピツチPo′ま
たは幅Wao′，Wbo′（第２図ａ）と、試料が平担
でない場合で格子像LGIにゆがみがあるときの格
子像のピツチPi′または幅Wai′，Wbi′（第２図ｂ）
の差の絶対値を、前記ゆがみのないときの格子像
の基準ピツチPo′または幅Wao′，Wbo′で除した
ゆがみ率で試料の平担度を測定するものである。

ここで被測定試料表面の平担度すなわち凹凸の
大きさについて、試料の一例として塗膜を例にと
り説明する。

塗膜には、ゆずの皮のような凹凸があり、これ
を一般にゆず肌と呼んでいる。ゆず肌は、いろい
ろな大きさの凹面と凸面が交互に連なつた面であ
るが、塗料の物性、塗装条件等によつて、凹凸の
大きさの平均値が異なり、それが見たときのゆず
肌の良し悪し（ゆず肌感）に関係してくる。

一般に凹凸の大きさは、凸の山と凹の谷との段
差ｈだけで規定されるが、ゆず肌の良し悪しは段
差ｈだけでは決まらず、凹凸の繰り返し周期すな
わち波長λにも左右される。すなわち、段差ｈが
小さく波長λが大きい程、ゆず肌感は良く、逆に
段差ｈが大きく波長λが小さい程、ゆず肌感が悪
いと感ずる。

したがつて、本発明の平担度測定装置は、この
段差ｈと周期あるいは波長λの両方に関係する物
理量を検出する必要がある。

ここで、凹面および凸面をある曲率半径ｒの球
面とすると、凹凸の曲率半径ｒと、段差ｈと波長
λの間には ｒ＝（ｈ／２）²＋（λ／４）²／ｈ の関係がある。本発明者等はこの式に示されるよ
うに、段差ｈが小さく波長λが大きい程、曲率半
径ｒが大きく、逆に段差ｈが大きく波長λが小さ
い程、曲率半径ｒが小さくなり、この曲率半径ｒ
が上述したゆず肌感に対応すると言う知見に到達
した。すなわち、凹凸の曲率半径を何らかの手段
により検出すれば凹凸の大きさ（平担度）が検出
できるというものである。

そこで本発明者らは、凹凸の曲率半径を検出す
る具体的手段についていろいろ考え、実験解析を
重ねた結果、上述の明暗が交互に繰り返される格
子像を測定試料表面で反射させて結像させ、結像
した格子像のゆがみ、すなわち、ゆがみ率を検出
するという本発明に到達したのである。

すなわち、凹凸面のある箇所に入射した光は、
その箇所の曲率および入射角とに対応して反射す
る。したがつて、平面鏡の様な平担面で反射させ
た場合に比べ、凹凸の曲率半径ｒが小さく、曲率
１／ｒが大きい曲面の場合は、反射光の方向はその 位置により大きく変化することになる。

さらに、凹凸面を曲率半径ｒの球面鏡と考える
と２／ｒが焦点距離であり、結像倍率は焦点距離に 反比例するので、格子像は曲率半径ｒが小さい
程、高倍率で拡大あるいは縮小される、換言すれ
ば格子像が大きくゆがめられることになる。これ
は、凹凸面の再結像作用によつて生起されるもの
である。

したがつて、凹凸面の曲率半径ｒが小さい程、
格子像が大きくゆがめられることになる。

そこで本発明者らは、目標である凹凸面の曲率
半径ｒを検出するため、この曲率半径ｒと対応関
係を有するゆがみの検出尺度として、ゆがみ率 δi＝｜Po′−Pi′｜／Po′に到達したのである。

Po′は、試料が平面鏡などの様に平担で格子像に
ゆがみがないときの格子像のピツチであり、
Pi′は、凹凸のある試料の場合のゆがみのある格
子像のピツチであり、ゆがみが大きい程、両者の
ピツチの差は大きくなり、ピツチPo′で除したゆ
がみ率も大きくなる。

上述の様に本発明は、このゆがみ率により試料
表面の凹凸の大きさ、すなわち曲率半径を検出す
ることにより、試料の平担度を精度良く測定する
ものである。

第２図ｃおよび第２図ｄは、第２図ａおよび第
２図ｂのライン１ａ，１ｂにそつて光電変換素子
を移動させたときの出力信号を示す。

したがつて本発明は、ゆがみを測定すべく格子
像LGIを被測定試料Ｔを介して規定の距離だけ離
れた空間に結像させることにより、塗膜のような
被測定試料面の小さなうねりあるいはゆず肌を構
成する連続的な凹凸面鏡による結像作用を利用し
て、前記格子像のゆがみを増巾させ、定量的な光
電測定を容易にし測定感度を向上させるととも
に、前記格子LGを多数本同時に結像させ、その
格子像LGIを光軸と直交する方向に連続的に光電
測定することにより、塗膜の局部的な表面状態に
とらわれず比較的広範囲のうねりやゆず肌の平均
的良否を前記ゆがみ率で定量的に得ることがで
き、人間の官能値と非常に良い直線関係をもたら
すことができるという利点を有する。

すなわち本発明は、第１図に示すごとく前記ス
リツト光に代る明暗が交互に多数くり返えされる
格子LGをレンズＬにより被測定面としての試料
Ｔを介して、規定の距離だけ離れた空間に前記格
子像LGIを結像させる。したがつてこのようにし
て得られた格子像のゆがみは、前記レンズＬによ
る拡大結像作用のほか塗膜のうねり、ゆず肌を微
小な凹凸面鏡の集合と見なしたこれら凹凸面を介
する再結像作用により第２図ｄに示すごとく塗膜
のうねり、ゆず肌の良否に応じてそれぞれ相隣り
合つた格子像は拡大されたり縮小したりする。換
言すれば前記各格子像のピツチPi′が広くなつた
り狭くなつたりする。すなわち本発明は、ゆがみ
を増巾させるので、塗膜のうねりやゆず肌の様な
小さな凹凸から大きな凹凸まで高感度な測定を可
能にするものである。

また本発明は、従来技術の欠点を解消するため
に従来のスリツト光の代りに第１図のように明暗
が多数本交互にくり返えされるピツチＰの格子
LGを用い、これらをすべて同時に塗膜のような
被測定面を介して規定の距離だけ離れた空間であ
る結像面に結像させる。

このようにして結像された格子像LGIは、被測
定面上の直径数十ミリメートル（mm）に至る部分
を介して結像されるので、本発明は、前記格子像
LGIを該結像面において光軸と直交する方向に連
続的に光電測定することにより、塗膜の断片的な
る表面状態あるいは凹凸の有無のみを検出するこ
となく、凹凸面が連続的にくり返えし構成される
塗膜の広範囲のうねりやゆず肌の平均的良否を同
時に定量的に測定することができるという利点を
有する。この本発明の利点は、後述するように基
準となる人間の官能値と非常によい直線関係をも
たらすものである。

さらに本発明は、前記結像面に格子像の強度を
検出すべく通常の光電変換素子Ｄを配設するのみ
でよいため従来装置に比べ装置の小型化、コスト
低減を図ることができるという利点を有する。

また本発明は、上述の様な構成作用より成るの
で、従来装置のように測定者または測定時間、測
定時期による差が無いという利点を有する。

本発明の平担度測定装置は、実施するに当り以
下の様な実施の態様を採り得る。

本発明の第１の態様（特許請求の範囲第２項記
載）は、本発明の信号処理回路に、試料により反
射され結像された格子像の各ピツチ毎のゆがみ率
δi＝｜Po′−Pi′｜／Po′をｎ個加算し、ｎにより除
し て平均ゆがみ率を求める算術平均回路を付加
し、前記平均ゆがみ率を検出することにより試料
の平担度を測定するものである。

本第１の態様は、試料全体に亘る格子像の各ピ
ツチの平均値を求めて、平均ゆがみ率を検出す
ることにより試料の平担度を測定するものである
ため、前述の本発明の作用効果に加えて、試料表
面上に局部的に存在する凹凸などの表面性状の異
常や試料全体に一様に存在する曲りの影響を受け
ることなく、精度良く試料の平担度の測定をする
ことができるという利点を有する。

本発明の第２の態様（特許請求の範囲第３項記
載）は、本発明の信号処理回路に、試料により反
射され結像された格子像の各ピツチPi′の平均値
P′を演算するとともに、該平均値′と基準ピツチ
Po′とゆがみ率δiで表わされる偏差σ を演算する偏差検出回路を付加し、該偏差を検出
することにより試料の平担度を測定するものであ
る。

本第２の態様は、試料により反射され結像され
た格子像の各ピツチPi′の平均値′に対する偏差
を検出することにより、試料の平担度を測定する
ものであるため、前述の本発明の作用効果に加え
て、試料表面上に局部的に存在する凹凸などの表
面性状の異常による影響や、試料全体に及びうね
りや曲りおよびその変化による影響を受けること
なく、精度良く試料の平担度の測定をすることが
できるという利点を有する。

また本発明は、試料の一例として自動車の塗膜
の様な試料の平担度の測定に適用する場合には、
その光学系の設定について以下の様な態様を採り
得る。

すなわち本態様は、本発明の平担度測定装置に
おける矩形波格子のピツチＰと投影倍率βとの積
βPを 0.375mmβP1.5mm を満足するように設定することにより、格子像の
ゆがみが顕著にあらわれるようにするため、一層
官能値と直線関係を有する前記ゆがみ率、平均ゆ
がみ率および偏差が得られ、精度よく塗膜の平担
度を測定することができる。

すなわち、塗膜により反射して結像した格子像
のピツチPo′は、矩形波格子のピツチＰと投影倍
率βとの積βPに等しく（Po′＝βP）、上述したゆ
がみ率δiの式 δi＝｜Po′−Pi′｜／Po′ より、分母を構成する結像した格子像Po′が、分
子を構成する試料表面の凹凸の大きさ、すなわち
曲率半径ｒに対して適切にチユーニングされてい
ないと、ゆがみ率δiが必要以上に大きくなつた
り、小さくなつたりすることにより、測定の直線
性、感度、および測定領域に影響を及ぼす。上記
積βP（分母）が小さ過ぎる場合は、ゆがみ率δiが
大きくなり過ぎ、いわゆる低平担度領域では曲率
半径ｒのわずかな変化に対し、ゆがみ率δiが急激
に変化する。逆に、積βPが大き過ぎる場合は、
ゆがみ率が小さくなり過ぎ、いわゆる高平担度領
域では曲率半径ｒの大きな変化に対してもわずか
しかゆがみ率δiが変化しないことになる。

この様な理由から、塗膜における積βPを上述
の範囲内で設定する必要がある。しかし、本態様
は、試料を自動車用の塗膜に限定した場合の例で
あり、他の試料の場合は、当然、積βPの範囲は
異なつたものになる。

更に、本態様は、上記した態様の平担度測定に
おいて光電変換素子がレンズの開口を見込む試料
上の大きさすなわち視野Ｓを試料表面の凹凸やゆ
ず肌等のうねじの波長λに対して Ｓ≪λ／２ を満足するように設定するか、あるいは試料から
光電変換素子までの距離すなわち浮上り量△ｂ
を、ゆず肌等のうねりの曲率半径ｒに対して △ｂ≪ｒ／２ を満足するように設定することにより、うねり及
びゆず肌等の影響による格子像のぼけを除去し、
より一層官能値と直線的関係を有する前記ゆがみ
率、平均ゆがみ率および偏差が得られ、一層精度
よく塗膜の平担度を測定することができる。

すなわち、第１図に示す様に格子像の結像に関
与する光は、塗膜試料の照明スポツト径である測
定視野Ｓで反射されたものである。この測定視野
Ｓの中に含まれる塗膜表面には凹凸があるので、
レンズから結像面までの距離がその部位によりそ
れぞれ異なるため、結像した格子像がぼけること
になる。本態様においては、試料が塗膜であるの
で、凹凸面が球面になるため凹凸の半波長λ／２ご とに凹面と凸面が繰り返されることになる。した
がつて、測定視野Ｓをλ／２より極端に小さく設定 することにより、凹面と凸面を等価的に平面とみ
なすことができるので、像のぼけを除くことがで
きることになる。

加えて本態様は、前記した平担度測定装置にお
いて、上記測定視野Ｓを試料表面の凹凸やゆず肌
等のうねりの波長λに対して Ｓ≦λ／20 の関係を満足させるか、あるいは、上記浮上り量
△ｂを試料表面の凹凸やゆず肌等のうねりの曲率
半径ｒに対して △ｂ≦ｒ／20 の関係を満足させるように設定するか、更には上
記浮上り量△ｂを試料表面の凹凸やゆず肌等のう
ねりの曲率半径ｒに対して ｒ／20＜△ｂ≦ｒ／３ を満足させると共に、測定視野Ｓを試料表面の凹
凸やゆず肌等のうねりの波長λと、浮上り量△ｂ
とを次の関係 λ／20＜Ｓ≦１（−0.0204・△ｂ）＋3.0 を満足するように設定することにより、上述した
理由によつてうねり及びゆず肌等の影響による格
子像のぼけを完全に除去し、一層官能値と直線関
係を有する前記ゆがみ率、平均ゆがみ率および偏
差が得られ、一層精度よく塗膜の平担度を測定す
ることができる。

本態様において、発明者等は、格子のピツチＰ
の変化によつて、平均ゆがみ率および偏差と試料
の平担度官能値との関係がどのように変化するか
について、実験により確認した。

上記実験における試料として、平担度を段階的
に変化させた塗膜を用い、格子のピツチＰを3.0
mm、2.5mm、2.0mm、1.5mm、1.0mm、0.5mm、0.375
mm、0.25mm、0.125mmと変化させ、且つ投影倍率
βを１倍と５倍とに変化させ、格子像の平均ゆが
み率および偏差と平担度官能値との関係を実験的
に検討した。

元来、試料の平担度官能値としては、視感によ
る感覚的平担度順位が用いられており、順位は平
担度の比例量ではなく、平担度の差に大小があつ
ても、その順位は１番、２番というふうにつけら
れるもので、各順位間の平担度の差の大小は不明
なものである。

そこで上記する本実験においては、被験者10名
による一対比較官能検査を行ない、その官能検査
データをシエツフエの一対比較法の一変法である
中屋変法に基づく統計処理を行なつて、実際の平
担度と比例量である平担度官能値を得てこれを用
いた。

上記実験結果の一例を第３図に示す。第３図の
横軸は、前記の如くして求めた平担度官能値であ
り、縦軸は、数十本の格子像のピツチの変化より
求めた前記ゆがみ率の平均値即ち平均ゆがみ率お
よび格子像ピツチの偏差である。

投影倍率β＝１としたときと、β＝５としたと
きとの実験結果を整理すると、平均ゆがみ率およ
び偏差と平担度官能値との関係は、ピツチＰ単独
に依存して変わるのではなく、投影倍率βとピツ
チＰとの積βPによつて変わることが判つた。第
３図においては、上記βPをパラメータとして示
してあるもので、第３図より、βPが3.0mmの如く
大きい場合は、高平担度領域で平均ゆがみ率およ
び偏差が小さくかつ横軸とほぼ平行となるもので
ある。即ち、平担度が変わつても平均ゆがみ率お
よび偏差が殆んど変わらないことが判り、また
βPが0.125mmの如く小さいと、中平担度から低平
担度にわたる領域で平担度の僅かな変化に対して
平均ゆがみ率、偏差は急激に変化し、直線性が低
下することが判る。そしてβPの値がその中間の
例えば0.25mm乃至2.5mmの如き適当な値である場
合においては、高平担度から低平担度にわたる広
い領域で平均ゆがみ率および偏差がほぼ直線的に
変化することが判る。

従つて、試料を介して格子を結像し、その格子
像の平均ゆがみ率および偏差で平担度を表わそう
とする場合、少なくとも 0.25mm≦βP≦2.5mm の関係を満足する必要がある。また前記平均ゆが
み率および偏差と平担度官能値との間の直線性が
一層つくなるのは、次の関係 0.375mmβP≦1.5mm を満足するときであることが判る。

更に上記した広い領域で比例関係を保ちつゝ、
平担度の変化に対して平均ゆがみ率および偏差の
変化が大きく、直線性がよいのは、βP＝0.5mmか
ら1.5mmのときであることが判る。

加えて、発明者等の理論的検討によれば、試料
表面が平面ではなくてゆず肌などによる連続した
小さなうねりがあると格子がレンズにより結像さ
れる光電変換素子上で、格子像がぼけることが判
つた。

これは、該表面が一種の凸面鏡あるいは凹面鏡
としての作用をし、格子がレンズで試料を介して
結像される場合、格子がレンズにより結像される
と共に、更に前記した試料表面の凸面鏡あるいは
凹面鏡の作用で結像されるため、試料が平面であ
る場合の結像位置である光電変換素子位置の前後
にずれた位置に結像されることによるものと考え
られる。

上述の如く、試料表面が平面ではなく、これが
うねつていたりすると、この試料表面を介して結
像された格子像のぼけには、試料表面の光沢によ
るものと、試料表面のうねりなどによるものとの
両方の情報が含まれており、結像された格子像の
ゆがみで平担度を表わすためには試料の光沢が格
子像を結像するためにある程度以上の大きさを必
要とするほか、試料表面のうねりなどによるぼけ
を除き鮮明な格子像を得る必要がある。

試料表面のゆず肌等のうねりの波長をλとする
と、測定視野Ｓが、次の関係 Ｓ≪λ／２ ……(1) を満足するようにすれば、ゆず肌等のうねりによ
るぼけを除くことができる。

次に測定視野Ｓが上記(1)式を満足しない場合、
即ち試料表面を平面とみなすことができない場合
について検討してみると、試料表面がうねつてい
ると、うねりによる一種の凸面鏡あるいは凹面鏡
の作用により、格子像の位置が試料が平面である
場合に予定される結像位置からずれるが、その距
離、即ち凹凸面鏡の頂点から、正規の結像位置よ
りずれた結像位置までの距離をb′として、上記凸
凹面鏡の焦点距離をf′とし、試料が平面である場
合における試料表面から、格子の正規の結像位置
である光電変換素子までの距離（以後浮上り量と
する）を△ｂとすれば、球面反射鏡の結像公式よ
り、例えば、試料表面が凹面の場合には b′＝△bf′／△ｂ−f′＝△ｂ／△ｂ／f′−１ となる。

上式において、△ｂ／f′≪１あるいは、 △ｂ≪f′であれば b′−△ｂ（本式の負号は物体の反対側に像が
できることを意味する。） 即ち、正規の位置（試料が平面の場合の結像位
置）に結像されるものである。このことは、試料
表面が凹面である場合も同様である。

次に、ゆず肌等のうねりの曲率半径をｒとする
と、 f′＝ｒ／２ であり、 浮上り量△ｂが次の関係 △ｂ≪λ／２ ……(2) を満足するようにすれば、試料表面を平面と見な
すことができない場合であつても、うねりによる
ぼけを除くことができるものである。

上記(1)式及び(2)式は、理論的に導かれたもので
あるが、実験的にも Ｓ≪λ／２あるいは△ｂ≪λ／２ となすと、試料表面のゆず肌等のうねりによるぼ
けを除くことができ、格子像の平均ゆがみ率およ
び偏差を以て平担度を精度よく表わすことがでひ
ることが確認された。

更に実験的に試料表面のゆず肌等のうねりによ
るぼけを完全に除くためには、 Ｓ≦λ／20……(3)あるいは△ｂ≦ｒ／20……(4) に設定すればよいことが確認された。

以上述べた(1)式乃至(4)式は、測定視野Ｓあるい
は浮上り量△ｂのいずれか一方単独で試料表面の
ゆず肌等うねり等による格子像のぼけを除去する
ための条件を求めたものであつた。そこで測定視
野Ｓと浮上り量△ｂとの両者の複合により、上記
(3)式あるいは(4)式の条件の場合と同程度に試料表
面のゆず肌等のうねりによる格子像のぼけを除去
し、格子像の平均ゆがみ率および偏差により平担
度を精度よく表わす場合について実験的に検討し
た。

実験検討用試料としては、平担度の範囲が低平
担度から超高平担度に及び広い領域を有する自動
車用塗膜を選んで行つた。試料のゆず肌の目安と
してのそのうねりの波長λと、曲率半径ｒとにつ
いては、触針式表面性状測定機を用いて測定した
ところによれば、 λ３mm、ｒ400mm であつた。このことは、測定視野Ｓ、あるいは浮
上り量△ｂ単独でうねりによるぼけを除くために
は、(3)式及び(4)式より Ｓ≦0.15 あるいは △ｂ≦20mm にすればよく、測定視野Ｓと浮上り量△ｂとの両
者で上記うねりによるぼけを除くためには Ｓ＞0.15mm、△ｂ＞20mmとなり、 測定視野Ｓを浮上り量△ｂとの下限は決まるが、
その上限が決まらないので、これを実験的に検討
した。この実験においては、△ｂを30mm、40mm、
50mm、60mm……と変化させ、夫々の△ｂの値に対
して、測定視野Ｓを0.2mm、0.3mm、0.4mmと変化さ
せて一連の実験を行なつた。この一連の実験結果
を横軸に△ｂをとり、縦軸にＳをとつて整理する
と第４図の如くなる。第４図において〇記号を付
したものは、うねりによるぼけが除去され、平均
ゆがみ率、および偏差と平担度官能値との直線関
係が良好なものに付し、×記号はうねりによるぼ
けを除くことができず、平均ゆがみ率および偏差
と平担度官能値との直線関係が良好でないことを
示している。第４図において直線１は、△ｂ＝
ｒ／20＝20（mm）を示し、直線２は、Ｓ＝λ／20
＝0.15（mm）を表わしている。

また直線３は、〇記号と×記号との境界線であ
り、この直線３を数式で表わすと、 Ｓ＝−0.0204・△ｂ＋3.0 となる。上記直線２と直線３との交点の△ｂは、 △ｂ＝140mm となる。

従つて、測定視野Ｓと、浮上り量△ｂとの両者
の選択によつて、試料表面のゆず肌等のうねりに
よるぼけを除き得て、平均ゆがみ率、および偏差
と平担度官能値との直線関係が良好に保たれるの
は、上記３つの直線１，２，３で囲まれる領域内
となり、浮上り量△ｂと測定視野Ｓとが次の関係 20mm＜△ｂ140mm 0.15mm＜Ｓ（−0.0204・△ｂ＋3.0）mm を満足する場合である。上記△ｂ＝140mmｒ／３で あるので、上記関係を一般化すれば、 ｒ／20＜△ｂ≦ｒ／３ λ／20＜Ｓ≦−0.0204・△ｂ＋3.0 ……(5) 次の実験結果の例を第５図に示す。これは実際
の自動車の塗装された面のほとんどが曲率半径
1000mm程度の曲面であることから、前記ゆがみ検
出量である平均ゆがみ率および偏差について試料
全体の曲りに対する効果、特徴を調べるものであ
る。

第５図の横軸はその表面が平担でゆず肌などが
存在しない平面鏡と実際の自動車の曲面を想定し
た曲率半径1000mmの凸面鏡である。縦軸は前記平
均ゆがみ率および格子像ピツチの偏差である。そ
の結果、検出量が平均ゆがみ率の場合には試料面
が平担でゆず肌がなくとも試料全体の曲率半径に
よつてその大きさが変化する。換言すれば、検出
量が平均ゆがみ率の場合には試料全体の曲率半径
が一定のとき同一評価基準で測定できるが試料全
体の曲率半径が異なる場合には困難である。一方
検出量が格子像ピツチの偏差の場合には、曲率半
径が異なつても試料が平担でゆず肌がなければほ
とんど同一の大きさとなる。換言すればピツチの
偏差は、試料の曲率半径に依存しないで平面から
曲面まで同一評価基準で測定できる効果があるこ
とを示している。

したがつてゆがみ検出量平均ゆがみ率は、すべ
ての試料がその全体にわたつて曲りのない平面状
態のものどおしかあるいはすべての試料の全体の
曲率半径が同一のものどおしのゆず肌測定が可能
なことを示し、またゆがみ検出量偏差は前記のほ
か測定すべき試料が平面、曲面ともに混存する場
合とか測定すべき試料全体がすべて曲面でかつそ
れら試料全体の曲率半径がすべて異なる試料が混
存する場合にも有効な測定ができることを示して
いる。

上記理論及び実験に従つた本発明に係る第１実
施例について、第６図乃至第１６図に従つて以下
説明する。第１実施例の平担度測定装置は、本発
明の第１の態様に属する。

第１実施例装置全体の側面配置図を示す第６図
において、通常のタングステンランプ、あるいは
ハロゲンランプ、又は放電灯等より成る光源１０
１よりの光線は、直線又は反射鏡１０２により反
射され、２枚１組のコンデンサレンズ１０３によ
り格子１０６を照明する。１０４は、上記照明光
線より赤外線領域の光を吸収する防熱フイルタで
あり、１０５は光源絞りであつて、上記照明光束
のうち均一な明るさの部分のみを取出すと共に、
後述する如く格子１０６の投影像の大きさを規定
するためのものである。

格子１０６は、第７図に示される如く、明部と
暗部とが同一ピツチで約10mmの長さにわたつて交
互に繰返して形成され、上記長さから次の長さで
は、別のピツチで明部と暗部とが繰返して形成さ
れるもので、明から明に至るピツチ、あるいは暗
から暗に至るピツチをＰとすると、例えば左から
P₁＝0.5mmの格子の20本が10mmにわたつて繰返さ
れ、次にP₂＝0.4mmのピツチで明暗格子25本が10
mmに亘つて繰返され、以下同様にP₃＝0.30mmのピ
ツチの明暗格子が約10mmに亘り、次いでP₄＝0.20
mmのピツチの明暗格子が、次いでP₅＝0.15mmのピ
ツチの明暗格子が、P₆＝0.10mmのピツチの明暗格
子が、P₇＝0.075mmの明暗格子が次いで0.05mmの
明暗格子が夫々約10mmに亘つて形成されているも
のである。

このように形成される格子１０６は、第６図に
示される如くホルダ１０７に保持されており、上
記ホルダ１０７は移動ステージ１０８とギヤ結合
している。上記移動ステージ１０８はパルスモー
タ１０９とギヤ結合しており、該モータ１０９の
駆動により格子１０６は光軸と直交する方向に移
動することができる。この際格子１０６は、明部
と暗部との境界線が移動方向に直交するようにホ
ルダ１０７に保持されている。

１１０は、格子１０６を試料１２０を介して受
光絞り１２２上に結像させる投影レンズであり、
絞り１１１は、投影レンズ１１０のアパーチヤー
をきめる絞りで、測定視野を測定対象に応じて変
えられるよう、第８図Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄに示される
よう虹彩絞りから成つている。同上図においてリ
ング状部材４０１には円周上等間隔に小孔が穿設
されており、これらの小孔に一端に突起が形成さ
れる複数枚の羽根４０２が、上記突起と小孔とが
互に回動可能に枢支されている。上記羽根４０２
の他端に突設される突起は、上記リング状部材４
０１に重ね合わされる環状リング４０３に放避状
に等間隔に多数穿設される溝孔内に嵌合して案内
されている。

従つて、環状リング４０３をリング状部材４０
１に対して回動すると、溝孔に案内されて各羽根
４０２は一斎に回動し、多数の各羽根４０２の内
側円弧の包絡線で決まる絞り開口が変化し、絞り
開口を連続的に変えることができる。

上記虹彩絞りに換えて、これを第９図Ａ，Ｂに
示される如き、固定絞り板５０２に対し可動絞り
板５０１を軸５０５により回動可能に軸支し、上
記固定絞り板５０２には、投影レンズ１１０の口
径とほゞ等しい孔５０４を形成し、固定絞り板５
０２には、上記軸５０５を中心とし、上記孔５０
４の中心と軸５０５との間隔の半径をなす円周上
に、孔５０４より小径の多数の小孔５０３を形成
し、固定絞り板５０２に対し、可動絞り板５０１
を回動し、孔５０４の中心と各小孔５０３の中心
とを合致せしめるようなすことにより絞り開口を
断続的に変化せしめるようなした絞りを用いても
よい。

第６図において、鏡胴１１２は、前記した光源
１０１、反射鏡１０２、コンデンサ１０３、防熱
フイルタ１０４、光源絞り１０５、投影レンズ１
１０、投影レンズ絞り１１１等を相互に定位置に
保持すると共に、不用な光が漏光するのを遮光す
るためのものである。

１１３は、上記鏡胴１１２、並びに鏡胴１１２
内に保持される上記各部品に加えて格子１０６、
ホルダ１０７、格子移動ステージ１０８、パルス
モータ１０９、等より成る格子投影ユニツトPR
全体をその光軸方向に移動させる案内レールであ
り、上記格子投影ユニツトPRの鏡胴１１２には
ラツク１１４が形成されている。これらの構成
は、後述する光電変換ユニツトＲと関連するもの
である。

上記投影ユニツトPRの投影光軸上において筐
体１２５には、試料１２０が試料ホルダ１２１と
試料吸着用永久磁石１２６，１２７，１２８によ
り配設されていて、上記投影光線を反射散乱せし
めるよう配設され、その正反射光軸上の上記格子
１０６の結像位置に受光絞り１２２と光電変換素
子１２３とから成る光電変換ユニツトＲが配設さ
れている。１２４は、上記反射光軸上に沿つて光
電変換ユニツトＲを案内する案内レールであり、
光電変換ユニツトＲより突出するＬ型アーム１１
８には、上記光電変換ユニツトＲの移動方向と平
行するラツク１１９が形成されている。１２９は
上記光電変換ユニツトＲを上記格子像の明暗境界
線に対し光軸と直交する方向に、Ｌ型アーム１１
８上を移動する移動ステージであるのでこれによ
り格子像が光電変換される。

前記投影ユニツトPRの鏡胴１１２のラツク１
１４と噛合するピニオン１１５と、上記ラツク１
１９と噛合するピニオン１１７とは、中間歯車１
１６を介して互に噛合しており、上記３個の歯車
は同一寸法形状のものである。

従つて中間歯車１１６を例えば矢印の反時計方
向に回動すると、投影ユニツトPRは筐体１２５
内を案内レール１１３に沿つて矢印方向（右方）
に移動すると共に、光電変換ユニツトＲは、案内
レール１２４に沿つてこれと同量だけ矢印方向
（下方）へと移動し、浮上り量△ｂを変化し得る
ものであり、中間歯車１１６を逆方向に回転せし
めることにより、投影ユニツトPR及び光電変換
ユニツトＲは逆方向に動作する。

上記光電変換素子１２３は格子像の強度分布を
光電変換するためのもので、フオトダイオード、
フオトトランジスタ、太陽電池、光電管、光電子
増倍管等、その強度に応じて種々のものを使用し
得るものである。

なお、筐体１２５は、暗箱を構成し、外部から
の光の侵入を遮断するものであることは、当然で
ある。

上記投影ユニツトPRと光電変換ユニツトＲと
を含む筐体１２５を検出ヘツドＩと呼ぶと、ケー
ブル１３０は、上記検出ヘツドＩと、後述する電
気ユニツトＥとを接続するもである。

電気ユニツトＥは、本発明の信号処理回路を構
成するものであり、電源スイツチ１３１と、パル
スモータ１０９の駆動スイツチ１３２と、光電変
換ユニツトＲを移動させる移動ステージ１２９の
駆動スイツチ１３３と後述の信号処理回路のリセ
ツトスイツチ２１１，２１２，２１５と標準およ
び測定試料用スイツチ２０９，２１３と基準電圧
発生回路の電圧レベル設定つまみ２０５′と測定
する試料１２０のゆがみ率の値を表示する表示器
２２２とをその外部に有し、内部に第１０図に示
す信号処理回路CPCを有している。

第１０図において、破線で囲まれる電気ユニツ
トＥには、前記した矩形波格子像を光電変換する
光電変換ユニツトＲを移動させることにより光電
変換素子１２３から格子像の間隔または幅が時間
的に変化する正弦波的信号Siが入力する。

信号処理回路のブロツク２０１は増巾器、２０
２は電気的雑音消去フイルター、２０３は前記電
気信号Siのピーク値を保持するためのピークホー
ルド回路で、この後信号Siは、各々のピーク値で
パルス信号を出力するコンパレータ２０４に入力
する。２０５は基準電圧発生回路でコンパレータ
２０４のスライスレベルを設定するための基準電
圧を発生する。コンパレータ２０４から出力され
た信号は、ゲート回路２０６で反転され信号Siの
ピーク値とピーク値の間隔すなわち格子像のピツ
チに比例するゲート信号に変換される。一方この
ゲート回路２０６の他端には、基準周波数信号発
生器２０６が接続されているので、前記ゲート信
号幅に比例する基準周波数のパルスの個数がカウ
ンタ２０８でカウントされる。２０９は第６図の
試料１２０が平面鏡のような完全平面のときに用
いる標準試料用スイツチでこのスイツチを閉じる
ことにより前記カウンタ２０８の出力である前記
基準周波数のパルスの個数（これをNoと定義す
る）が、記憶回路２１０に入力され、記憶回路２
１０の出力は減算器２１６の一端に接続される。
２１２は記憶回路２１０のリセツトスイツチであ
る。

次に第６図の試料ホルダ１２１より前記平面鏡
を除去し、平担度を測定すべき試料を設置する。
そしてリセツトスイツチ２１１，２１５を閉成
し、前記ピークホールド回路２０３、カウンタ２
０８、および後述する記憶回路２１４，２１９、
およびカウンタ２２１をリセツトする。また前記
標準試料用スイツチ２０９を開成するとともに測
定試料用スイツチ２１３を閉成しておく。このよ
うな状態において、電気信号Siは前記増幅器２０
１、電気的雑音消去フイルタ２０２、ピークホー
ルド回路２０３、コンパレータ２０４を経てゲー
ト回路２０６に入力する。このゲート回路２０６
でつくられるゲート信号は各格子像のゆがみで生
じる信号Siの各ピーク値間隔の変化すなわち格子
像のピツチに応じてそれぞれ異なつた幅をもつこ
とになる。したがつてこのようなゲート回路２０
６の他端に基準周波数信号発生器２０７を接続す
ればそれぞれゲート信号巾に応じたパルス数Ni
（ただしｉはピーク値からピーク値一組を１とす
る１，２，３……ｎまでの整数）がカウンタ２０
８より出力され測定試料用スイツチ２１３を通つ
て記憶回路２１４に入力する。この記憶回路２１
４は前後段式の記憶回路で、はじめに格子像の最
初の一組の明から明の像間隔に対応するゲート信
号幅に比例した前記基準周波数のパルス数N₁が
前段に入力する。そして次の格子像の明から明の
像間隔に比例するパルス数N₂が前段に入力する
と、N₁が後段に移り、さらに次の格子像の明か
ら明の像間隔に比例するパルス数N₃が前段に入
力するとN₂が後段に移るため、N₁が押し出され
次の減算器２１１の一端に入力される。

減算器２１４の他端には、すでに試料として全
くゆがみのない平面鏡による格子像のピーク値間
隔に対応する基準パルス数N₀の記憶回路２１０
より入力されているので、N₀−N₁、N₁−N₂…
…N₀−Ni（ただしｉは１，２，３……ｎの整数）
を次々に演算する。２１７は減算器２１６による
演算結果を絶対値化するための負から正への符号
変換器である。したがつて前記変換器２１７の出
力は、｜N₀−N₁｜、｜N₀−N₂｜……｜N₀−Ni｜
のようになる。

そして次の割算器２１８に送られ｜N₀−Ni
｜／N₀が計算されるとともに、その結果は次々
に記憶回路２１９に送られ加算される。そしてそ
の加算値_o 〓ⁱ⁼¹ ｜N₀−Ni｜／N₀は次の平均化回路２
２０に送られ１／２_o 〓ⁱ⁼¹ ｜N₀−Ni｜／N₀が計算される。

ただしｎは、カウンタ２２１でカウントされた格
子像の明から明を１とする１，２，３……の整数
である。したがつて平均化回路２２０により前記
平均ゆがみ率も計算できる。この平均化回路は試
料の局所的な誤差を緩和し、平担度官能値との相
関を一層良いものにする。２２２は前記ゆがみ率
あるいは平均ゆがみ率を表示する表示器である。

試料表面がうねつていたりすると、前記した如
く格子像が受光絞り１２２の位置から脱れ、光電
変換素子１２３は光電変換できなくなる。それ
故、格子像が受光絞り１２２の位置から脱れない
ようにするためには、投影レンズ１１０の投影倍
率βを大きく設定するか、光源絞り１０５の絞り
径d_Sを大きくする必要がある。しかしながら上記
絞り径d_Sをあまり大きくすると、光源１０１、反
射鏡１０２、コンデンサレンズ１０３による格子
１０６の照明光のスポツトの明るさが不均一とな
り、その結果、格子像の試料１２０による強度分
布に、照明光の強度分布が重なり、測定誤差が大
きくなる。そこで光源絞り１０５の絞り径d_Sとし
ては、光源１０１、反射鏡１０２、コンデンサレ
ンズ１０３で決まる照明光束のうち、均一な明る
さのスポツトが得られる範囲より大きくすること
はできず、本実施例においては、これを８mmφと
設定した。

格子像を忠実に光電変換するためには、受光絞
り１２２の絞り径d₁を可及的に小さくするか、前
記投影倍率βを大きくする必要があるが、絞り径
d₁をあまり小さくすると、受光素子１２３に入射
する光量が減少し、光電変換することができなく
なるし、また極端に小さい径の絞りを製作するこ
とは技術的にも困難であるので、本実施例におい
ては、これを0.2mmφと設定した。

上記した如く、光源絞り１０５の絞り径d_Sをあ
まり大きくとれず、これをd_S＝８mmφとし、受光
絞り１２２の絞り径d₁をあまり小さくすることが
できず、これをd₁＝0.2mmφとしたことから、格
子像の大きさを成る可く大きくし、且つ該像を光
電変換する際における分解能を高くするため、投
影倍率βはこれを大きくする必要があり、本実施
例においては、β＝５と設定した。

投影レンズ１１０の焦点距離ｆ＝50mmであり、
格子１０６から投影レンズ１１０までの距離60mm
としているので、投影レンズ１１０から受光絞り
１２２までの距離は、300mmとなる。

上記構成よりなる本第１実施例の奏する作用効
果について、試料が自動車用塗膜の場合について
以下説明する。

試料が自動車用塗膜である場合、測定視野Ｓ及
び浮上り量△ｂを適当に設定する必要がある。自
動車用塗膜における平担度を表わす一例として、
ゆず肌の目安としての表面のうねりの曲率半径
は、ｒ≧400mmであり、うねりの波長λは、λ
３mmである。

格子像の上記ゆず肌によるぼけを除くには、前
記したように、Ｓ≦λ／20とするか、あるいは△
ｂ≦ｒ／20にするか、又はＳ≪λ／２にするか、あ るいは△ｂ≦ｒ／２にするか、又は、ｒ／20＜△
ｂ≦ｒ／３にし、且つλ／20＜Ｓ≦（−0.0204・△ｂ ＋3.0）にする必要がある。本実施例においては、
上記最後の関係をＳ、△ｂが満足するようにし
た。即ち、20mm＜△b1140で、且つ 0.15mm＜Ｓ（−0.0204・△ｂ＋3.0）となる。

浮上り量△ｂを大きくすると、測定視野Ｓが大
きくなるので、浮上り量をあまり大きくすること
ができず、本実施例においては、△ｂ＝50mmに設
定することにした。このように設定すると、0.15
mm＜Ｓ≦1.98mmとなり、測定視野Ｓとしては、格
子像のぼけをできるだけ除去しかつ十分な光量が
得られるようにＳ＝0.5mmにすることにした。

以上の如く、Ｓ＝0.5mm、△ｂ＝50mmとすると
投影レンズ１１０から受光絞り１２２までの距離
が300mmであるから、投影レンズ絞り１１１の絞
り径d₁はこれをd₁＝３mmφにする必要がある。

以上のことから、本実施例を用いて、自動車用
塗膜の平担度を測定せんとするときには、先ず試
料ホルダ１２１と試料吸着用永久磁石１２６，１
２７，１２８の間に平面鏡を保持せしめ、中間歯
車１１６を回動して、上記平面鏡である試料１２
０と受光絞り１２２との間隔を50mmとし、△ｂ＝
50mmに設定する。

次にレンズ絞り１１１の環状リング４０３のノ
ブを回動操作し、その絞り径d₁を、d₁＝３mmφに
する。そして次に電源スイツチ１３１を閉じ、光
源１０１を点灯し、光電変換素子１２３を動作状
態にすると共に、信号処理回路等電気ユニツトＥ
のすべてを動作状態にする。

次にパルスモータ１０９の駆動スイツチ１３２
を閉成し、パルスモータ１０９を駆動して、矩形
波格子を移動させ、光軸にピツチP₄＝0.20mmの中
央付近の12あるいは13本目の格子がさしかゝつた
ところで上記スイツチ１３２を開放することによ
り、矩形波格子１０６のピツチを試料に応じてマ
ツチするピツチのものとする、上記の場合は、ピ
ツチP₄＝0.20mmにセツトされる。

次にリセツトスイツチ２１１，２１２を閉じて
ピークホールド回路２０３、カウンタ２０８、お
よび記憶回路２１０をリセツトし、基準電圧レベ
ル設定つまみ２０５′を回動し、所定の電圧を発
生せしめるようにする。そして移動ステージ１２
９を駆動せしめる駆動スイツチ１３３を閉じると
投影レンズ１１０により平面鏡を介して結像され
るゆがみのない格子像が光電変換される。

従つて光電変換素子１２３には、格子像の明部
と暗部に対応する光が交互に入射し、正弦波的な
電気信号Siに光電変換され出力する。

上記電気信号Siは、電気ユニツトＥの信号処理
回路の増巾器２０１に入力され、さらに電気的雑
音消去フイルタ２０２で電気的な雑音が消去され
た後、信号のピーク値を保持するピークホールド
回路２０３を経てコンパレータ２０４に入力す
る。このコンパレータ２０４の動作により上記信
号Siのピーク値のパルス信号が出力される。した
がつて試料１２０が平面鏡のときは格子像がゆが
まないので、コンパレータ２０４からは等間隔の
パルスが出力される。

２０５は基準電圧発生回路で既述の基準電圧レ
ベル設定つまみ２０５′の回動によりコンパレー
タ２０４のスライスレベルを設定するための基準
電圧を発生する。コンパレータ２０４から出力さ
れた信号は、ゲート回路２０６で反転され信号Si
のピーク値とピーク値の間隔に比例するゲート信
号に変換される。このゲート回路２０６の他端に
は、基準周波数信号発生器２０７が接続され、前
記ゲート信号幅に比例する基準周波数のパルスの
個数がカウンタ２０８でカウントされる。２０９
は試料１２０が平面鏡のような完全平面のときに
用いる標準試料用スイツチでこのスイツチを閉じ
ることにより前記カウンタ２０８の出力である前
記基準周波数のパルスの個数（これをN₀と定義
する）が、記憶回路２１０に入力され、記憶回路
２１０の出力は減算器２１６の一端に接続され
る。

次に第６図の試料ホルダ１２１より前記平面鏡
を除去し、平担度を測定すべき試料を設置する。
そしてリセツトスイツチ２１１，２１５を再び閉
成し、前記ピークホールド回路２０３、カウンタ
２０８、および後述する記憶回路２１４，２１
９、カウンタ２２１の内容をリセツトする。また
前記標準試料用スイツチ２０９を開成するととも
に測定試料用スイツチ２１３を閉成しておく。こ
のような状態において、電気信号Siは前記増幅器
２０１、電気的雑音消去フイルタ２０２、ピーク
ホールド回路２０３、コンパレータ２０４を経て
ゲート回路２０６に入力する。このゲート回路２
０６でつくられるゲート信号は試料１２０の平担
度に依存する格子像のゆがみで生じる信号Siの各
ピーク値間隔の変化に応じてそれぞれの異なつた
幅をもつことになる。したがつてこのようなゲー
ト回路２０６の他端に接続された基準周波数信号
発生器２０７により、それぞれのゲート信号巾に
応じたパルス数N₁（ただしｉはピーク値からピー
ク値一組を１とする１，２，３，……ｎまでの整
数）がカウンタ２０８より出力され測定試料用ス
イツチ２１３を通つて記憶回路２１４に入力す
る。この記憶回路２１４は前後段式の記憶回路
で、はじめに格子像の最初の一組の明から明の像
間隔に対応するゲート信号幅に比例した前記基準
周波数のパルス数N₁が前段に入力する。そして
次の格子像の明から明の像間隔に比例するパルス
数N₂が前段に入力すると、N₁が後段に移り、さ
らに次の格子像の明から明の像間隔に比例するパ
ルス数N₂が前段に入力するとN₂が後段に移るた
め、N₁が押し出され次の減算器２１１の一端に
入力される。これを次々にくり返す。

減算器２１６の他端には、すでに試料として全
くゆがみのない平面鏡による格子像のピーク値間
隔に対応する基準パルス数N₀が記憶回路２１０
より入力されているので、N₀−N₁、N₀−N₂…
…N₀−Ni（ただしｉは１，２，３……ｎの整数）
を次々に演算する。２１７は減算器２１６による
演算結果を絶対値化するための負から正への符号
変換器である。したがつて前記変換器２１７の出
力は｜N₀−N₁｜、｜N₀−N₂｜……｜N₀−Ni｜の
ようになる。

そして次の割算器２１８により｜N₀−Ni｜／
N₀が計算されるとともに、その結果は次々に記
憶回路２１９に送られ加算される。そしてその加
算値_o 〓ⁱ⁼¹ ｜N₀−Ni｜／N₀は次の平均化回路２２０
に送られ１／ｎ_o 〓ⁱ⁼¹ ｜N₀−Ni｜／N₀が計算される。ただ しｎは、カウンタ２２１でカウントされた格子像
明から明を１とする１，２，３……の整数であ
る。したがつて平均化回路２２０により前記平均
ゆがみ率も計算できる。この平均化回路は試料の
局所的な誤差を緩和し、平担度官能値との相関を
一層良いものにする。２２２は前記ゆがみ率ある
いは平均ゆがみ率を表示する表示器である。ただ
し第１０図は格子像の明像と明像の間隔の変化を
電気信号Siのピーク値とピーク値の間隔を測定し
てゆがみを検出する実施例を示したが。その他格
子像に暗像と暗像の間隔に対応する電気信号Siの
谷の値と谷の値の間隔を測定する方法、あるいは
格子像の明像による電気信号の半値巾と隣接する
暗像による電気信号の半値巾の和あるいは、格子
像の明像による電気信号の半値巾の中心と、次の
明像による電気信号の半値巾の中心との間隔ある
いは、格子像の暗像による電気信号の半値巾の中
心と、次の暗像による電気信号の半値巾の中心と
の間隔あるいは、格子像の各明、暗像による電気
信号の各半値巾などを測定してゆがみを検出でき
ることは云うまでもない。

上記説明において、試料が自動車用塗膜である
場合、上記の如く格子１０６のピツチをP₄＝0.2
mmに設定したが、測定対象が自動車用塗膜から他
のものに変わつた場合は、これを所望のピツチに
設定することができる。

また、塗膜の平担度測定において、浮上り量△
ｂを△ｂ＝50mmに、測定視野ＳをＳ＝0.5mm（レ
ンズ絞り１１１の絞り径d1＝３mmφ）にしたの
で、ゆず肌などによる格子像のぼけの誤差の介入
は全くなく、精度の高い平担度測定が可能であ
る。

更に、光源絞り１０５の絞り径d_Sを均一な明る
さの照明光束となるよう８mmφにしたので、照明
光のスポツトの明るさの不均一性による誤差の介
入も全くない。

以上第６図から第１０図を使つて本発明に関す
る第１実施例の構成、作用効果などを記述して来
たが、さらにこれらの実施例の実用性の利点を挙
げれば次のようになる。

すなわち、従来の装置が机等の上に固定して使
用するのにくらべ、本発明によれば第６図の検出
ヘツドＩに持ち運びできるほど小型にすることが
でき、かつ電気ユニツトＥも測定者の肩から吊り
下げて持ち運ぶシヨルダ型にすることができる。
したがつて、従来の装置にくらべ持ち運びが自由
になるばかりでなく、検出ヘツドＩ、電気ユニツ
トＥも小型になるため、実際の自動車の生産ライ
ンなどでの測定が可能になり、これまでの人間に
よる主観的な官能検査に代り得る客観的な検査が
実施でき、自動車などの塗装仕上り品質の管理が
飛躍的に向上するなどその実用効果ははかり知れ
ないものとなる。

次に本発明の第２の態様を第２実施例の平担度
測定装置に基づいて第１１図を用いて説明する。

本第２実施例装置は、本発明の第１の態様に属
する第１実施例装置の信号処理回路CPCに第１
１図に示す偏差検出回路DDCを付加したもので、
以下偏差検出回路DDCを中心に述べる。

偏差検出回路DDCは、加算器２３０と、カウ
ンタ２３１と、掛算器２３２と、減算器２３３
と、記憶回路２３４と、割算器２３５と、二乗器
２３６と、記憶回路２３７と、割算器２３８と、
平方根回路２３９と、表示器２４０とから成る。

信号処理回路CPCの割算器２１８より出力さ
れるゆがみ率δi＝｜N₀−Ni｜／N₀を加算器２３
０の一方に入力するとともに、カウンタ２３１か
ら送られる整数１を前記加算器２３０の他方の端
子より入力し加算する。そしてその加算値１＋δi
を掛算器２３２の一方に入力するとともに、第１
０図の記憶回路２１０から送られる基準パルス
N₀を掛算器２３２の他方に入力、演算する。そ
してその掛算された値N₀（１＋δi）を次の減算器
２３３の一方に入力する。ところでこの減算器２
３３の他端子には、以下のようにして計算される
矩形波格子像のピツチの平均値にが入力されて
いる。すなわち、第１０図の記憶回路２１４から
送られる矩形波格子像の各々のピツチに比例する
パルス数Niを記憶回路２３４に送りΣNiを計算
する。そしてこのΣNiを次の割算器２３５の一方
に送るとともに、この割算器２３５の他端子には
第１０図のカウンタ２２１による矩形波格子像の
数ｎが接続されているので、＝１／ｎΣNiが前記 減算器２３３の他端子に送られる。そして減算器
２３３の出力であるN₀（１＋δi）−）は次の二
乗器２３６に送られ（N₀（１＋δi）−）²が計算さ
れた後、さらに次の記憶回路２３７で加算、記憶
され_o 〓ⁱ⁼¹ ｛N₀（１＋δi）−｝²なる残差平方和が計
算される。

そしてこの記憶回路２３７の出力_o 〓ⁱ⁼¹ ｛N₀（１＋
δi）−｝²は次の割算器２３８の一方に送られる。
なおこの割算器２３８の他端子には、第１０図の
カウンタ２２１によつて格子像のピツチ数を表わ
す整数ｎが接続されているので_o 〓ⁱ⁼¹ ｛N₀（１＋δi）
−｝／ｎが計算される。そこでこれを次にその
平方根を計算する回路２３９で計算すればこれは
すなわち格子像のピツチの偏差を意味する。次の
２４０は偏差の値を表示する表示器である。

したがつて、本第２実施例装置は、第１実施例
装置に、簡単な信号処理回路である偏差検出回路
DDCを付加することにより、前記ゆがみ率のほ
か偏差についても簡単に計算、表示するものであ
るため、第１実施例装置が奏する作用効果に加え
て自動車のボデイーの様に測定面全体の中で曲率
が変化する試料であつても、試料全体に亘る曲り
の影響を除去するので精度良く平担度を検出する
ことができるという利点を有する。

したがつて本第２実施例装置はゆがみ率のほか
偏差についても検出できるため、測定対象とする
すべての試料の中に、平面試料とは曲面試料が混
存しても何ら平担度測定の機能を失わないばかり
か、さらに測定しようとするすべての試料が曲面
でかつその試料全体の曲率半径が異なるような場
合、すなわち自動車のボデイの様な測定面でも何
ら平担度測定の機能を失わないという利点を有す
る。

なお上記第１実施例においては、矩形波格子１
０６として、第７図に示される如きものを用いた
が、これを第１２図及び第１３図に示す如き、機
械的にピツチが可変な矩形波格子となしてもよ
い。

すなわち第１２図は、上記機械的にピツチが可
変な矩形波格子の上面図を、第１３図はその側面
図を示すものである。同上図において複数個の互
に交互に配列される矩形羽根３０１，３０２の上
側端部には、後述するパンタグラフ状の平行リン
ク３０５の支点３０６，３０７と連結するアーム
が付設されている。３０３，３０４は上記矩形羽
根３０１，３０２を挾み、これを一方向にのみ滑
動できるようにする案内部材である。平行リンク
３０５は、上記矩形羽根３０１，３０２による暗
部の間隔d′と明部の間隔ｄとを等しくし、しかも
その間隔ｄ，d′を可変とするパンタグラフ機構で
ある。平行リンク３０５の各支点３０６，３０
７，３０８の各支点間距離をなす支点３０６から
支点３０７までの距離と、支点３０６から支点３
０８までの距離は互に等しく、且つ第８図の矢印
方向への各支点３０６，３０７，３０８の変位量
は同種の支点相互に夫々等しい。

平行リンク３０５の両端の支点のうち一方（左
端）は、前記案内部材３０３に連結されており、
他方（右端）は、案内部材３０３に螺入されるね
じ３０９に連結されている。

従つて、ねじ３０９を回転させると、ねじ３０
９は案内部材３０３に対してその軸方向に移動を
し、平行リンク３０５はパンタグラフ状に変形
し、各支点３０６，３０７，３０８が矢印方向の
いずれかに夫々一斎に等量変位する。そのため、
各支点３０６と夫々交互に連結している矩形羽根
３０１と３０２が矢印方向に夫々一斎に等量移動
をし、その光を透過する明部と光を遮断する暗部
との幅を等しく変化させ、明暗格子のピツチを変
えることができる。第８図及び第９図において、
矩形羽根３０１，３０２を２枚１組となすものに
ついて述べたが、これを多数枚とすることによ
り、任意のピツチの矩形波格子を形成することが
できる。

また前述の第１実施例装置では、矩形波格子像
のゆがみを光電検出する方法として、結像された
矩形波格子像の境界線に対し直交する方向に光電
変換ユニツトＲを移動ステージ１２９で移動する
方法を示したが第１４図〜１６図に示すようにし
ても光電変換素子を移動するのと同等な電気信号
が得られることは云うまでもない。ここで第１４
図は前記光電変換ユニツトＲを回転させて矩形波
格子像のゆがみを光電検出する方法の配置図であ
る。６０１は矩形波格子像、６０２はモータ、６
０３はモータのシヤフト、６０４はモータのシヤ
フト６０３に取付けられた充分大きな半径を有す
る支持棒、６０５は、支持棒の先端に取付けられ
た光電変換素子、６０６は受光絞りである。した
がつて、モータ６０２を駆動すれば、光電変換素
子６０５から前記電気信号Siが出力され、矩形波
格子像のゆがみを光電検出できる。

第１５図は振動ミラー法と称するゆがみ検出方
法の光学系配置図である。６１０は光源、６１１
は矩形波格子、６１２は投影レンズ、６１３は試
料、６１４は振動ミラー、６１５はミラー６１４
を振動させるガルバノメータ、６１６は格子像、
６１７は受光絞り、６１８は光電変換素子であ
る。したがつてガルバノメータ６１５を駆動さ
せ、ミラー６１４が規定の角度θだけ回転するよ
うにすれば、固定された受光絞り６１７、光電変
換素子６１８上を矩形波格子像が移動するので光
電変換素子６１８より前記電気信号Siが出力され
矩形波格子像のゆがみを光電検出できる。ただし
６１９は光学系の光軸を示す。

第１６図は、イメージセンサを利用した矩形波
格子像とイメージセンサの位置関係を示す配置図
である。６２０，６２１は矩形波格子像の暗像、
６２２は矩形波格子像の明像である。６２３は複
数個の光検出器が直線上に複数個配列されたイメ
ージセンサである。

したがつて第１６図に示すようなイメージセン
サを用い、矩形波格子像６２０，６２１，６２２
および光電変換素子６２３のいずれも移動させる
ことなく、矩形波格子像のピツチ、間隔または巾
の変化を簡単に測定して、格子像強度の分布を検
出することができる。

その他、本発明は、上述以外にも本発明の特許
請求の範囲の精神に反しない範囲で幾多の設計変
更および付加的変更が可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の平担度測定の測定原理図を
示し、第２図は、第１図の測定原理による光学系
で得られた矩形波格子像の例を示すもので、同図
ａは試料のゆず肌が全く存在しない平面鏡を介し
た矩形波格子像を示す図、同図ｂは試料にゆず肌
が存在する塗膜を介して得られたゆがんだ矩形波
格子像を示す図、同図ｃおよびｄは、光電変換素
子の出力信号を示す図、第３図は、平均ゆがみ率
および偏差平担度官能値との関係が投影倍率β
と、矩形波格子のピツチＰとの積（βP）により
変化する状態を実験的に調べた結果を示す図表で
あり、第４図は、測定視野Ｓと、浮上り量△ｂと
によつて、うねり等による矩形波格子像のゆがみ
を実験的に試した結果を示す図表、第５図は、試
料全体の曲率半径と検出量平均ゆがみ率および偏
差の関係を示す実験結果を示す図、第６図は、本
発明の第１実施例全体の側面配置図であり、第７
図は、同上実施例における矩形波格子の正面図、
第８図は、同上実施例のレンズ絞りの一例を示す
もので、同図Ａは外観正面図、同図Ｂは、その横
断側面図、同図Ｃはその環状リングを取去つた背
面図、同図Ｄは、その環状リングの裏面図、第９
図は、同上実施例のレンズ絞りの他例を示すもの
で、同図Ａは、その外観正面図、同図Ｂは、その
縦断側面図、第１０図は、同上実施例におけるゆ
がみ率および平均ゆがみ率を計算する電気ユニツ
トＥ内の信号処理回路等のブロツク図、第１１図
は同上実施例における偏差を計算する信号処理回
路のブロツク図、第１２図及び第１３図は、ピツ
チを可変な矩形波格子の他の例を示し、第１２図
はその上面図、第１３図は、その側面図、第１４
図は、他の光電変換ユニツトの配置図、第１５図
は他の光電変換ユニツトの配置図、および第１６
図は他の光電変換ユニツトの配置図を夫々示す。 Ｉ……検出ヘツド、PR……パターン投影ユニ
ツト、１０１……光源、１０３……コンデンサレ
ンズ、１０５……光源絞り、１０６……矩形波格
子、１０７……ホルダ、１０８……移動ステー
ジ、１０９……パルスモータ、１１０……投影レ
ンズ、１１１……投影レンズ絞り、１１３，１２
４……案内レール、１１４，１１９……ラツク、
１１５，１１７……ピニオン、１１６……中間歯
車、１１８……Ｌ型アーム、１２０……試料、１
２１……試料ホルダ、Ｒ……光電変換ユニツト、
１２２……受光絞り、１２３……光電変換素子、
１２６，１２７，１２８……試料吸着用永久磁
石、１２９……移動ステージ、Ｅ……電気ユニツ
ト、CPC……信号処理回路、DDC……偏差検出
回路、１３０……ケーブル、１３１……電源スイ
ツチ、１３２，１３３……駆動スイツチ、２１
１，２１２，２１５……リセツトスイツチ、２０
９……標準試料用スイツチ、２１３……測定試料
用スイツチ、２０１……増巾器、２０２……電気
的雑音消去フイルタ、２０３……ピークホールド
回路、２０４……コンパレータ、２０５……基準
電圧発生回路、２０６……ゲート回路、２０７…
…基準周波数信号発生器、２０８，２２１……カ
ウンタ、２１０，２１４，２１９……記憶回路、
２１１，２１２，２１５……リセツトスイツチ、
２０９……標準試料用スイツチ、２１３……測定
試料用スイツチ、２１６……減算器、２１７……
符号変換器、２１８……割算器、２２０……平均
化回路、２２２……表示器、２３０……加算器、
２３１……カウンタ、２３２……掛算器、２３３
……減算器、２３４……記憶回路、２３５……割
算器、２３６……二乗器、２３７……記憶回路、
２３８……割算器、２３９……平方根を計算する
回路、２４０……表示器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 光源と、該光源に近接して配置され、測定対
   象に応じて調整されたピツチで明暗が交互に多数
   繰返えされる格子と、測定対象に応じた倍率を得
   るために所定の焦点距離を有し、且つ該格子に対
   して調整された所定位置に配置するとともに、測
   定対象に応じた試料上の照明スポツト径を得るた
   めに調整されたレンズ有効径を有する測定しよう
   とする試料表面により反射させて格子像を結像さ
   せるレンズと、 該レンズによる前記格子像の結像位置に配置さ
   れるとともに、測定対象に応じた浮上り量を得る
   ために試料からの距離を調整した位置に配置さ
   れ、格子像強度を光電変換する光電変換素子と、 該光電変換素子に接続され該光電変換素子から
   の電気信号に基づき演算して求めた格子像のピツ
   チPi′と試料が平面鏡などのように平担で格子像
   にゆがみがないときの格子像のピツチである基準
   ピツチPo′との差の絶対値｜Po′−Pi′｜を該基準
   ピツチPo′で除したゆがみ率 δi＝｜Po′−Pi′｜／Po′を演算する信号処理回路
   と、 前記格子または光電変換素子の少くともいずれ
   か一方を格子の明暗境界線が互いに横切る様に移
   動可能にした構成もしくはそれと等価の構成によ
   り、格子像強度分布を検出可能にした構成より成
   り、 前記ゆがみ率を検出することにより試料の平担
   度を測定するようにしたことを特徴とする平担度
   測定装置。 ２ 前記信号処理回路に、試料により反射され結
   像された格子像の各ピツチ毎のゆがみ率 δi＝｜Po′−Pi′｜／Po′をｎ個加算し、ｎより除
   し て平均ゆがみ率を求める算術平均回路を付加
   し、前記平均ゆがみ率を検出することにより試料
   の平担度を測定するようにしたことを特徴とする
   特許請求の範囲第１項記載の平担度測定装置。 ３ 前記信号処理回路に、試料により反射され結
   像された格子像の各ピツチPi′の平均値′を演算
   するとともに、該平均値′と基準ピツチPo′とゆ
   がみ率δiで表わされる偏差σ を演算する偏差検出回路を付加し、該偏差を検出
   することにより試料の平担度を測定するようにし
   たことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
   平担度測定装置。 ４ 装置の投影倍率βと格子のピツチＰの積βP
   を0.25mm≦βP≦2.5mmを満足するように設定して
   塗膜のゆず肌の測定を可能にしたことを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項記載の平担度測定装置。 ５ 装置の投影倍率βと格子のピツチＰの積βP
   を0.375mm≦βP≦1.5mmを満足するように設定して
   塗膜のゆず肌の測定を可能にしたことを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項記載の平担度測定装置。 ６ 装置の視野Ｓを試料表面の曲面あるいはうね
   り並びにゆず肌の波長λに対してｓ＜＜λ／２を
   満足するように設定するか、あるいは浮上り量△
   ｂを試料表面の上記した曲面、うねり、あるいは
   ゆず肌等の曲率半径ｒに対して△ｂ＜＜ｒ／２を
   満足するようにしたことを特徴とする特許請求の
   範囲第１項記載の平担度測定装置。 ７ 装置の視野ｓを試料表面の曲面等の波長λに
   対してｓ≦λ／２を満足するように設定するか、
   あるいは浮上り量△ｂを上記試料表面の曲面の曲
   率半径ｒに対して△ｂ≦ｒ／20を満足するように
   設定したことを特徴とする特許請求の範囲第１項
   記載の平担度測定装置。 ８ 装置の浮上り量△ｂを試料表面の曲面等の曲
   率半径ｒに対してｒ／20＜△ｂ≦ｒ／３を満足す
   るように設定すると共に、視野ｓと試料表面の曲
   面等の波長λと、上記浮上り量△ｂとをλ／20＜
   ｓ≦（−0.0204△ｂ＋3.0）を満足するように設定
   したことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
   の平担度測定装置。