JP2008128873A - オンライン分光透過色測定方法及びオンライン分光透過色測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】オンラインで分光透過率・透過色と、ヘーズ値と同等な特性を持つ分光透過拡散度を同時に測定可能なオンライン分光透過色測定方法を提供する。
【解決手段】連続スペクトルを有する照射光を放出する光源５により被測定物体１を照明し、被測定物体１に照射され被測定物体１を透過した光源５よりの光を分光する分光センサ６を使用し、分光センサ６を、被測定物体１の測定点を中心として円弧状に回動させて、分光センサ６の受光位置を照射光の光軸上１点と、被測定物１の測定点を中心とした円弧上であって、光軸からある角度ずれた１点もしくは複数点として、分光センサ６による測定を行い、これらの測定値から、分光透過測色値と透過拡散度値を、１つの光源５と１つの分光センサ６を用いて測定することを特徴とするオンライン分光透過色測定方法。
【選択図】 図１

Description

本発明は、透明な物体（プラスティック、ガラスなど）の分光透過率、分光透過色、ヘーズ（曇り価）を、オンラインで測定する方法、及び装置に関するものである。

物体の色測定方法は、JIS Z 8722 「色の測定方法−反射色及び透過物体色」に、色の表示方法は、JIS Z 8701 「色の表示方法−ＸＹＺ表色系及びＸ１０Ｙ１０Ｚ１０表色系」、JIS Z 8730 「色の表示方法−物体色の色差」に記載されており、この規格に対応した製品は多く市販されている。

最近では、ＦＰＤ（Flat Panel Display）表示装置の発展に伴い、使用される透明体、透明拡散体の透過率測定、透過色測定だけでなく、ヘーズ（曇り価）の測定ニーズが強まっている。

また、樹脂表面の改質技術としてコロナ放電処理装置が広く使用されているが、表面処理の改質レベルを定量的にオンラインで測定する方法が無いために、製品の安定化が問題になっている。

また、農業用のビニールハウスに使用されるフィルムなどは、太陽光の照射角度の影響を受けずに、全ての場所に光を拡散させるために適切な拡散度が必要である。

多くのフィルム・シートは透明体、半透明体であることから、光学特性も重要な管理項目である。又、コロナ処理により改質されたフィルムの透過色とその表面粗さを測定するニーズは強い。

ヘーズの測定法は、JIS K 7105 「プラスティックの光学的特性試験方法」に記載されている。この方式に従ったオフライン機器はヘーズ・透過率計などの名称で市販されている。しかし、ここに説明されている方法は、積分球式光線透過率測定装置であるので、オンラインでは使用できない。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、オンラインで分光透過率・透過色と、ヘーズ値と同等な特性を持つ分光透過拡散度を同時に測定可能なオンライン分光透過色測定方法及びオンライン分光透過色測定装置を提供することを課題とする。

前記課題を解決するための第１の手段は、連続スペクトルを有する照射光を放出する光源により被測定物体を照明し、前記被測定物体に照射され前記被測定物体を透過した前記光源よりの光を分光する分光センサを使用し、前記分光センサを、前記被測定物体の測定点を中心として円弧状に回動させて、前記分光センサの受光位置を前記照射光の光軸上１点と、前記被測定物の測定点を中心とした円弧上であって、前記光軸からある角度ずれた１点もしくは複数点として、前記分光センサによる測定を行い、これらの測定値から、分光透過測色値と透過拡散度値を、１つの光源と１つの分光センサを用いて測定することを特徴とするオンライン分光透過色測定方法である。

前記課題を解決するための第２の手段は、前記第１の手段であって、光源校正時に、被測定対象物の無い状態（空気層）で、前記光軸上の１点（θ＝０°）と前記光軸からある角度ずれた１点又は複数点（θｎ°）で、前記分光センサにより分光透過率測定を行い、空気層のそれぞれの角度での前記分光透過率から透過色の刺激値Ｙを求め、前記光軸からある角度（θｎ°）ずれた位置の透過色の刺激値Ｙ_Ａ（θｎ°）と前記光軸上の１点（０°）の透過色の刺激値Ｙ_Ａ（０°）により空気層の正規化刺激値Ｒ_Ａ（θｎ°）＝Ｙ_Ａ（θｎ°）／Ｙ_Ａ（０°）＊１００を求めておき、
次に検出部を測定対象物のある測定位置に移動して、前記測定対象物を透過した光について、前記光源校正時と同じ検出角度で前記分光センサにより分光透過率測定を行い、前記光軸上の１点（０°）で求めた分光透過率から、分光透過測色値である透過色の三刺激値Ｘ，Ｙ，Ｚ、色彩値Ｌ^＊，ａ^＊，ｂ^＊，及び色差値ΔＬ^＊，Δａ^＊，Δｂ^＊，ΔＥａｂ^＊の少なくとも１組を求めると共に、
前記光軸からずれたそれぞれの角度での分光透過率から透過色の刺激値Ｙを求め、ある角度（θｎ°）での透過色の刺激値Ｙ_Ｓ（θｎ°）と前記光軸上（０°）の透過色の刺激値Ｙ_Ｓ（０°）から、前記被測定物の正規化刺激値Ｒ_Ｓ（θｎ°）＝Ｙ_Ｓ（θｎ°）／Ｙ_Ｓ（０°）＊１００を求め、前記空気層の正規化刺激値正規Ｒ_Ａ（θｎ°）と前記被測定対象物の正規化刺激値Ｒｓ（θｎ°）に基づいて、前記被測定物の透過拡散度を求めることを特徴とするものである。

前記課題を解決するための第３の手段は、前記第１の手段又は第２の手段であって、前記被測定対象物の特定角度の透過拡散度Ｈ_Ｓ（θｎ°）を、前記被測定対象物の正規化刺激値Ｒｓ（θｎ°）と、前記空気層の正規化刺激値Ｒ_Ａ（θｎ°）の差、Ｈ_Ｓ（θｎ°）＝Ｒｓ（θｎ°）−Ｒ_Ａ（θｎ°）として求めることを特徴とするものである。

前記課題を解決するための第４の手段は、前記第１の手段から第３の手段のいずれかであって、前記透過拡散度Ｈ_Ｓ（θｎ°）のサンプル基準値Ｈ_Ｓ０（θｎ°）を登録し、被測定対象物との透過拡散度差ΔＨ_Ｓ（θｎ°）＝Ｈ_Ｓ（θｎ°）−Ｈ_Ｓ０（θｎ°）を計算し、表示・記録することを特徴とするものである。

前記課題を解決するための第５の手段は、前記第１の手段から第４の手段のいずれかのオンライン分光透過色測定方法を実施する機能を有するオンライン分光透過色測定装置であって、前記光源はＬＥＤ光源であり、前記分光センサは、ＬＶＦ（Linear Variable Filter）と金属コリメータとリニアアレイセンサを組み合わせたものであり、前記分光センサは、円弧駆動機構により前記被測定物体の測定点を中心として円弧状に回動されるように構成され、かつ、前記光源の出射側と前記分光センサの入射側にはコリメータが設けられ、前記光源の出射側に設けられたコリメータにより前記被測定物上での照明パターンが、前記分光センサのサイズに対し、長辺サイズが１．０〜１．２倍、短辺サイズが１〜１．５倍の長方形とされていることを特徴とするものである。

本発明によれば、オンラインで分光透過率・透過色と、ヘーズ値と同等な特性を持つ分光透過拡散度を同時に測定可能なオンライン分光透過色測定方法及びオンライン分光透過色測定装置を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態の例を、図を用いて説明する。図１は、本発明の実施形態の１例である、オンライン分光透過測色計・透過拡散度計の例を示す概要図である。被測定物体１を挟むようにしてＣ型フレーム２が設けられており、このＣ型フレーム２は駆動機構３の駆動台４に固定され、前後（図の左右）に移動し、オンラインで被測定物体１の分光透過率測定をし、オフラインの位置で空気の透過率測定（光源の分光スペクトル測定）を行う。Ｃ型フレーム２の中には光源部５が設けられており、光源部５の中に設けられたＬＥＤ光源（図示せず）からの光８が、被測定物体１を照射し、透過した光８がＣ型フレーム２に設けられた検出部６で検出されるようになっている。駆動制御装置９は計測用計算機１０からの指令により駆動機構３を左右に駆動する。

図２は、光源部５に設置されるＬＥＤ光源７と光の広がりを制限するコリメータ１１の概要を示す図である。分光透過率測定のみであれば、必ずしもコリメータ１１を必要としないが、透過拡散度を測定するには、被測定物体１上における約３×１２ｍｍの面積に光８を集光することが肝要であり、そのためにコリメータ１１が使用される。

コリメータ１１の採用により、光源はコリメータ１１の内部のみを透過した光８が被測定物体１上に投光される。例えば、にコリメータ１１を使用しないときの、被測定物体１上の投光形状は、２０ｍｍ角以上になるが、コリメータ１１の使用により、被測定物体１上の投光形状は、分光センサであるリニアセンサより若干大きい約３×１２ｍｍの長方形となる。

図３は、検出部６内に設置される分光センサと付属回路の概要を示す図である。光源部５から発した光８は、被測定物体１を透過し、透過光１４となる。コリメータ１５で透過光１４の一部が透過光１６として集光され、ＬＶＦ１７、金属コリメータ１８、リニアセンサ１９及びリニアセンサパッケージ２０で構成される分光センサ上に入射する。この分光センサの詳しい形状は、特開２００３−１３１０１５号公報に記載されているので、その説明を省略する。リニアセンサ１９の出力は付属回路２１でデジタル信号として計測用計算機１０に送信される。コリメータ１５、分光センサ、付属回路２１は受光部２２として一体化されている。

図４は、検出部６内の受光部２２とセンサ回転機構部２３の概要を示す図である。被測定物体１の測定点２４を中心に、受光部２２を０〜４５°回転させるために、カムフォロワ２５、
ガイド２６、レール２７が設けられている。カムフォロワ２５が一軸駆動機構により直線運動することにより、ガイド２６がレール２７に沿って測定点２４を中心に回動する。受光部２２はガイド２６に取り付けられているので、ガイド２６の回動と共に回動する。

カムフォロワ２５のＬ１の位置が角度−４５°に相当する。角度０°からのカムフォロワ２５の移動距離Ｌ２を測定し、
Ｌ２＝Ｌ１−Ｌ１×tan（−θ）
の式から角度θを求める。この演算は計測用計算機１０で行い、目的とする角度θが得られるように、一軸駆動機構の制御を行う。これにより、分光センサの受光角を被測定物体１に垂直の角度（光源７からの光の光軸に一致する角度）０°から４５°まで、計測用計算機１０の指令により任意の角度に設定できる。

このオンライン分光透過色・透過拡散度計を用いた被測定物体１の測定は、以下のようにして行う。これらの制御シーケンスは、計測用計算機１０内に格納され、計測用計算機１０により行われる。

まずＬＥＤ光源７の光源スペクトルを測定する。そのために、Ｃ型フレーム２を後退させて被測定物体１から離れた状態とし、光源部５からの光８が直接検出部６に到達するようにする。この状態で、計測用計算機１０はセンサ回転機構部２３に測定角度指令を出す。最初はθ＝０°である。この場合、光源７から被測定物体１に垂直に入射した光の光軸上に分光センサが位置する。その状態でＬＥＤ光源７の光源スペクトルＶａを測定する。この値は被測定物体の透過率が１００％のときの分光スペクトルに対応する。このときに求められた透過色の刺激値Ｙ_Ａ（０°）と同時にその値Ｖａを記憶する。このＶａの値は透過率分布計算時に使用される。

そして、角度θを変化させて被測定物体１の分光透過率τ_Ａ（θｎ°）を測定し、透過色の刺激値Ｙ_Ａ（θｎ°）を計算し、その値を記憶する。測定角度θが複数（Ｍ個）の場合はそれぞれの角度θｎｉ°（ｉ＝１〜Ｍ）についてセンサ回転機構部２３で設定後、同様の測定と計算を行い記憶する。

ここで、光源の正規化刺激値Ｒ_Ａ（０°）＝Ｙ_Ａ（０°）／Ｙ_Ａ（０°）＊１００＝１００、
Ｒ_Ａ（θｎ°）＝Ｙ_Ａ（θｎ°）／Ｙ_Ａ（０°）＊１００の計算を実施し記憶する。

次に、被測定物体１の透過率測定を行う。このために、計測用計算機１０から駆動制御装置９に測定位置へ移動する指令を出し、駆動機構３によりＣ型フレーム２を移動させて、被測定物体１の分光透過色測定・透過拡散度測定を実施する。その手順は、光源測定時と同様であるが下記のように行う。

まず、センサ回転機構部２３によりセンサ角度を垂直（θ＝０°）にセットする。そしてこの状態で、被測定物体１の分光透過率を測定する。この状態の測定値τ_Ｓ（０°）が自然光透過率分布である。

この分布から、透過色の三刺激値（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を計算し、色彩値（Ｌ＊，ａ，＊，ｂ＊）なども計算する。この結果が、分光透過色測定結果として表示・記憶される。このとき、分光透過色の三刺激値Ｙ_Ｓ（０°）を記憶する。

次に、センサ回転機構部２３によりセンサ角度をθｎ°に設定し、分光透過率τ_Ｓ（θｎ°）を測定し、透過色の三刺激値Ｙ_Ｓ（θｎ°）を計算し、記憶する。更に正規化刺激値Ｒ_Ｓ（θｎ°）＝Ｙ_Ｓ（θｎ°）／Ｙ_Ｓ（０°）＊１００
の計算をし、記憶する。測定角度が複数点（Ｍ個）のときはθｎｉ°（ｉ＝１〜Ｍ）についてθｎ°と同様の測定・計算を実施する。

透過拡散度Ｈ_Ｓ（θｎ°）は、すでに計算し記憶した値から次式で計算する。

Ｈ_Ｓ（θｎ°）＝Ｒ_Ｓ（θｎ°）−Ｒ_Ａ（θｎ°）
この計算結果を表示・記憶することにより、透過拡散度計としての機能を果たす。

分光透過測色計では、通常基準となる色彩値を登録し、測定対象物の色差値を計算し表示・記録することが行われる。本装置でも基準の色彩値登録及び色差値の計算・表示・記録すると共に、拡散度値についてもサンプル基準値Ｈ_Ｓ０（θｎ°）を登録し、オンライン測定時にその値を呼び出して、
透過拡散度差ΔＨｓ（θｎ°）＝Ｈ_Ｓ （θｎ°）−Ｈ_Ｓ０ （θｎ°）
を計算し、表示・記録する。

自然光透過色測定については、透過率分布を求め、光源を仮定し、等色関数を用いて透過色三刺激値Ｘ，Ｙ，Ｚを計算すること、またＬ＊，ａ＊，ｂ＊の色彩値を求め色差値（ΔＬ＊，Δａ＊，Δｂ＊，ΔＥａｂ＊）を計算する方法は公知であるので、その説明を省略する。

図１と同等の機能を持った卓上型の変角分光透過測色計により、各種の透過膜の透過率分布及び透過色測定を、透過光受光垂直軸θ＝０°からθ＝−４５°までの間において測定した。θ＝０〜−１０°は１°おきに、θ＝−１０〜−４５°は５°おきに測定した。

測定対象は、下記の７枚のサンプルを用いた。拡散度の高い方から順に並べると下記の通りである。

Ｓ．Ｎｏ．１：ＰＣ液晶モニタのバックライト光源用プリズムフィルム
Ｓ．Ｎｏ．２：ＰＣ液晶モニタのバックライト光源用上用拡散フィルム
Ｓ．Ｎｏ．３：ＰＣ液晶モニタのバックライト光源用下用拡散フィルム
Ｓ．Ｎｏ．４：化学処理をした半透明フィルム
Ｓ．Ｎｏ．５：ＯＨＰ−Ａ
Ｓ．Ｎｏ．６：ＯＨＰ−Ｂ
Ｓ．Ｎｏ．７：ＯＨＰ−Ｃ

図５に、角度０〜４５°の透過測色三刺激値Ｙ値を、光源（ＬＳ：Light Source）のＹ値と共に示す。又、図６に、図５におけるＳ．Ｎｏ．１とＳ．Ｎｏ．２の結果を拡大して示す。

図７に、正規化刺激値ＲｓとＲ_Ａの測定結果を示す。

図７の正規化刺激値Ｒｓの角度分布で拡散度の低いものと拡散度の高いものの区別は可能である。しかし、このままでは、かなり多くの角度について測定する必要が有り、オンライン測定には不向きである。

図８に、透過拡散度Ｈ_Ｓ（θｎ°）＝Ｒ_Ｓ（θｎ°）−Ｒ_Ａ（（θｎ°）の測定結果を示す。この図から透明度が高く透過拡散度が小さいものは、Ｈ_Ｓ（θｎ°）の値が０に近く、半透明のものは透過拡散度Ｈ_Ｓ（θｎ°）の値が３０〜５０であり、透過光の拡散度を高めることを目的にしたプリズムフィルムはＨ_Ｓ（θｎ°）の値が９０〜１００に近い値を示していることがわかる。

図９に、透明度が高く拡散度が低いＯＨＰフィルム（Ｓ．Ｎｏ．５〜Ｓ．Ｎｏ．７）の結果のみを示す。透明度が高いものでも、微妙な差を検出可能である。透明度の高い高機能フィルムや光学ガラスなどの透過拡散度の計測も可能である。

図８及び図９から、透過拡散度のオンライン評価法として、２点測定でも十分であり、透過拡散度の高い被測定物体は。Ｈ_Ｓ（θｎ°）が高く、透過拡散度の低い被測定物体は。Ｈ_Ｓ（θｎ°）が低くなるので、Ｈ_Ｓ（θｎ°）の値が、透過拡散度を示すパラメータとして使用できることが分かる。

測定対象が決まれば、垂直軸（光軸）１点と測定角度３〜８°間の１点の計２点を測定すれば、ほぼ透過拡散度の評価はできる。透過拡散度Ｈ_Ｓ（θｎ°）が５以下の低い場合は３〜４°の１点、５〜５０の場合は、３〜５°の１点、５０〜１００の場合は４〜８°の１点が目安となる。最終的には、各種のサンプルについて最適角度を決めればよい。

本発明の典型例は、被測定対象物に対して、測定角度０°で従来の自然光透過色を測定し、測定角度３〜８°の間の１点もしくは、０〜４５°間の複数点の透過率測定を付加することにより透過拡散度を測定し、一組の分光透過率計でオンライン測定可能な方法及び装置を、提供するものである。このような技術は従来存在しておらず、光学特性を新に定義し定量化可能となり、工業生産の歩留まり向上に大いに貢献するものである。

本発明の実施形態の１例である、オンライン分光透過測色計・透過拡散度計の例を示す概要図である。 光源部に設置されるＬＥＤ光源と光の広がりを制限するコリメータの概要を示す図である。 検出部内に設置される分光センサと付属回路の概要を示す図である。 検出部内の受光部と回転機構部の概要を示す図である。 角度０〜４５°の透過測色三刺激値Ｙ値を、光源（ＬＳ：Light Source）のＹ値と共に示す図である。 図５におけるＳ．Ｎｏ．１とＳ．Ｎｏ．２の結果を拡大して示す図である。 正規化刺激値ＲｓとＲ_Ａの測定結果を示す図である。 透過拡散度Ｈ_Ｓ（θｎ°）の測定結果を示す図である。 図８における、（Ｓ．Ｎｏ．５〜Ｓ．Ｎｏ．７）の測定結果を拡大して示す図である。

符号の説明

１…被測定物体、２…Ｃ型フレーム、３…駆動機構、４…駆動台、５…光源部、６…検出部、７…（ＬＥＤ）光源、８…光、９…駆動制御装置、１０…計測用計算機、１１…コリメータ、１４…透過光、１５…コリメータ、１６…透過光、１７…ＬＶＦ、１８…金属コリメータ、１９…リニアセンサ、２０…リニアセンサパッケージ、２１…付属回路、２２…受光部、２３…センサ回転機構部、２４…測定点、２５…カムフォロワ、２６…ガイド、２７…レール

Claims (5)

1. 連続スペクトルを有する照射光を放出する光源により被測定物体を照明し、前記被測定物体に照射され前記被測定物体を透過した前記光源よりの光を分光する分光センサを使用し、前記分光センサを、前記被測定物体の測定点を中心として円弧状に回動させて、前記分光センサの受光位置を前記照射光の光軸上１点と、前記被測定物の測定点を中心とした円弧上であって、前記光軸からある角度ずれた１点もしくは複数点として、前記分光センサによる測定を行い、これらの測定値から、分光透過測色値と透過拡散度値を、１つの光源と１つの分光センサを用いて測定することを特徴とするオンライン分光透過色測定方法。
2. 光源校正時に、被測定対象物の無い状態（空気層）で、前記光軸上の１点（θ＝０°）と前記光軸からある角度ずれた１点又は複数点（θｎ°）で、前記分光センサにより分光透過率測定を行い、空気層のそれぞれの角度での前記分光透過率から透過色の刺激値Ｙを求め、前記光軸からある角度（θｎ°）ずれた位置の透過色の刺激値Ｙ_Ａ（θｎ°）と前記光軸上の１点（０°）の透過色の刺激値Ｙ_Ａ（０°）により空気層の正規化刺激値Ｒ_Ａ（θｎ°）＝Ｙ_Ａ（θｎ°）／Ｙ_Ａ（０°）＊１００を求めておき、
   次に検出部を測定対象物のある測定位置に移動して、前記測定対象物を透過した光について、前記光源校正時と同じ検出角度で前記分光センサにより分光透過率測定を行い、前記光軸上の１点（０°）で求めた分光透過率から、分光透過測色値である透過色の三刺激値Ｘ，Ｙ，Ｚ、色彩値Ｌ^＊，ａ^＊，ｂ^＊，及び色差値ΔＬ^＊，Δａ^＊，Δｂ^＊，ΔＥａｂ^＊の少なくとも１組を求めると共に、
   前記光軸からずれたそれぞれの角度での分光透過率から透過色の刺激値Ｙを求め、ある角度（θｎ°）での透過色の刺激値Ｙ_Ｓ（θｎ°）と前記光軸上（０°）の透過色の刺激値Ｙ_Ｓ（０°）から、前記被測定物の正規化刺激値Ｒ_Ｓ（θｎ°）＝Ｙ_Ｓ（θｎ°）／Ｙ_Ｓ（０°）＊１００を求め、前記空気層の正規化刺激値Ｒ_Ａ（θｎ°）と前記被測定対象物の正規化刺激値Ｒｓ（θｎ°）に基づいて、前記被測定物の透過拡散度を求めることを特徴とする請求項１に記載のオンライン分光透過色測定方法。
3. 前記被測定対象物の特定角度の透過拡散度Ｈ_Ｓ（θｎ°）を、前記被測定対象物の正規化刺激値Ｒｓ（θｎ°）と、前記空気層の正規化刺激値Ｒ_Ａ（θｎ°）の差、Ｈ_Ｓ（θｎ°）＝Ｒｓ（θｎ°）−Ｒ_Ａ（θｎ°）として求めることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のオンライン分光透過色測定方法。
4. 前記透過拡散度Ｈ_Ｓ（θｎ°）のサンプル基準値Ｈ_Ｓ０（θｎ°）を登録し、被測定対象物との透過拡散度差ΔＨ_Ｓ（θｎ°）＝Ｈ_Ｓ（θｎ°）−Ｈ_Ｓ０（θｎ°）を計算し、表示・記録することを特徴とする請求項１から請求項３のうちいずれか１項に記載のオンライン分光透過色測定方法。
5. 請求項１から請求項４のうちいずれか１項に記載のオンライン分光透過色測定方法を実施する機能を有するオンライン分光透過色測定装置であって、前記光源はＬＥＤ光源であり、前記分光センサは、ＬＶＦ（Linear Variable Filter）と金属コリメータとリニアアレイセンサを組み合わせたものであり、前記分光センサは、円弧駆動機構により前記被測定物体の測定点を中心として円弧状に回動されるように構成され、かつ、前記光源の出射側と前記分光センサの入射側にはコリメータが設けられ、前記光源の出射側に設けられたコリメータにより前記被測定物上での照明パターンが、前記分光センサのサイズに対し、長辺サイズが１．０〜１．２倍、短辺サイズが１〜１．５倍の長方形とされていることを特徴とするオンライン分光透過色測定装置。

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