ヘイズ値測定装置及びヘイズ値測定方法
【課題】透過光を検出することなくヘイズ値を求めることを可能とする。
【解決手段】測定光を射出する光源３１と、光源３１から射出された測定光を平行光束にして測定試料１に向けて射出する照射光学系３３と、照射光学系３３から射出された測定光による測定試料１からの反射光の光量を検出する検出光学系４０と、検出光学系４０により検出された反射光に含まれる正反射光成分と拡散反射光成分とに基づき、測定試料１のヘイズ値を算出する演算手段７１とを備えることを特徴とする。
【解決手段】測定光を射出する光源３１と、光源３１から射出された測定光を平行光束にして測定試料１に向けて射出する照射光学系３３と、照射光学系３３から射出された測定光による測定試料１からの反射光の光量を検出する検出光学系４０と、検出光学系４０により検出された反射光に含まれる正反射光成分と拡散反射光成分とに基づき、測定試料１のヘイズ値を算出する演算手段７１とを備えることを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、透光性材料からなる測定試料のヘイズ値を測定するためのヘイズ値測定装置及びヘイズ値測定方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、ガラス、光学結晶等の透光性材料の曇り度合いを示す指標値として、ヘイズ値が知られている。このヘイズ値は、ＪＩＳ Ｚ７１０５において、下記の数式（１）により定義されている。透光性材料の曇り度合いが大きくなるほど、試験片に対して平行光を照射したときに材料内部での散乱が大きくなり、試験片を透過する平行透過光（正透過光）に対する拡散透過光の割合が大きくなる結果、ヘイズ値が大きくなることになる。
【０００３】
このヘイズ値の測定方法は、ＪＩＳ Ｋ７１０５やＪＩＳ Ｋ７１３６に規定されており、そのヘイズ値を測定するうえでは、図５に示すような、積分球を用いた測定装置１００が利用されている（例えば、特許文献１、２参照。）。
【０００４】
この従来のヘイズ値測定装置１００は、図５に示すように、光源１３１と、光源１３１から射出された光を平行光にして測定試料１０１に向けて射出する照射光学系１３３と、測定試料１０１を透過した透過光が導入される積分球１４０と、積分球１４０内に導入された透過光を検出する光検出器１５３とを備えている。測定試料１０１を透過して積分球１４０内に導入される透過光としては、正透過光と拡散透過光との二種類がある。このヘイズ値測定装置１００では、積分球１４０内での正透過光の光路中に配置されるものを標準白色板１４１とライトトラップ１４２との何れかに切り替えることが可能となっており、標準白色板１４１を配置した場合、全光線透過光量を光検出器１５３により検出することが可能となり、ライトトラップ１４２を配置した場合、拡散透過光量を光検出器１５３により検出することが可能となる。このヘイズ値測定装置１００を用いて検出された全光線透過光量と拡散透過光量とから、上述のヘイズ値が算出されることになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−３５６０９２号公報
【特許文献２】特開２００７−５７５３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、従来から提案されているヘイズ値の測定方法は、測定試料１０１に測定光を照射して得られる透過光を検出してヘイズ値を測定することとしているため、光源１３１及び照射光学系１３３と、積分球１４０及び光検出器１５３との間に測定試料１０１を配置する構造にならざるを得ない。このため、従来のヘイズ値の測定方法では、測定試料１０１の両面側に光源１３１、光検出器１５３、積分球１４０等の各種部品を配置せざるを得ない関係上、測定装置１００全体が大型化し易くなるうえ、測定装置１００のレイアウトの自由度が制限されてしまっていた。
【０００７】
そこで、本発明は、上述した問題点に鑑みて案出されたものであり、その目的とするところは、透過光を検出することなくヘイズ値を求めることを可能とするヘイズ値測定装置及びヘイズ値測定方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者は、上述した課題を解決するために、鋭意検討の末、下記のヘイズ値測定装置及びヘイズ値測定方法を発明した。
【０００９】
第１発明に係るヘイズ値測定装置は、透光性材料からなる測定試料のヘイズ値を測定するためのヘイズ値測定装置において、測定光を射出する光源と、前記光源から射出された測定光を平行光束にして前記測定試料に向けて射出する照射光学系と、前記照射光学系から射出された測定光による前記測定試料からの反射光の光量を検出して信号を出力する検出光学系と、前記検出光学系からの出力信号に含まれる正反射光成分と拡散反射光成分とに基づき、前記測定試料のヘイズ値を算出する演算手段とを備えることを特徴とする。
【００１０】
第２発明に係るヘイズ値測定装置は、第１発明において、前記演算手段は、前記正反射光成分と前記拡散反射光成分とに基づき前記測定試料の拡散透過率及び平行光線透過率を算出し、その算出した拡散透過率及び平行光線透過率に基づき前記測定試料のヘイズ値を算出することを特徴とする。
【００１１】
第３発明に係るヘイズ値測定装置は、第１発明又は第２発明において、前記検出光学系は、前記照射光学系から射出された測定光による前記測定試料からの拡散反射光を集光するとともに、前記測定試料からの正反射光を通過させる集光器と、前記集光器により集光された拡散反射光の光量を検出する第１光検出器と、前記集光器を通過した正反射光の光量を検出する第２光検出器とを有することを特徴とする。
【００１２】
第４発明に係るヘイズ値測定装置は、第１発明又は第２発明において、前記検出光学系は、前記照射光学系から射出された測定光による前記測定試料からの拡散反射光を集光するとともに、前記測定試料からの正反射光を通過させる集光器と、前記集光器により集光された光を検出する光検出器と、前記集光器を通過した正反射光を前記集光器に導く正反射光光学系と、前記正反射光光学系において前記集光器に至る光路を開閉するシャッタとを有することを特徴とする。
【００１３】
第５発明に係るヘイズ値測定装置は、第３発明又は第４発明において、前記集光器は、前記照射光学系により射出される測定光を内部に入射させるとともに、前記測定試料からの正反射光を外部に射出させるための入出射用開口と、前記入出射用開口から内部に入射した測定光を前記測定試料に導くための試料用開口とを有する積分球を備えることを特徴とする。
【００１４】
第６発明に係るヘイズ値測定装置は、第５発明において、前記集光器は、前記積分球の試料用開口を塞ぐように配設されたコリメートレンズを更に備え、前記照射光学系は、前記積分球の外部に配設された測定試料に向けて前記コリメートレンズにより前記測定光が平行光束として射出されるように当該コリメートレンズに向けて測定光を射出することを特徴とする。
【００１５】
第７発明に係るヘイズ値測定方法は、透光性材料からなる測定試料のヘイズ値を測定するためのヘイズ値測定方法において、前記測定試料に向けて平行光束にした測定光を射出して、その射出した測定光による前記測定試料からの反射光の光量を検出して信号を出力し、その出力した出力信号に含まれる拡散反射光成分と正反射光成分とに基づき、前記測定試料のヘイズ値を算出することを特徴とする。
【００１６】
第８発明に係るヘイズ値測定方法は、第６発明において、前記正反射光成分と前記拡散反射光成分とに基づき前記測定試料の拡散透過率及び平行光線透過率を算出し、その算出した拡散透過率及び平行光線透過率に基づき前記測定試料のヘイズ値を算出することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
第１発明〜第８発明によれば、測定試料のヘイズ値を測定するうえで、測定試料に測定光を照射して得られる反射光からヘイズ値を求めることが可能となる。このため、測定試料のヘイズ値を測定するうえで、光源、光検出器等の各種部品を測定試料の片面側に配置するのみで足りるため、測定装置全体の小型化を図ることが可能となるうえ、測定装置のレイアウトの自由度の向上を図ることが可能となる。
【００１８】
特に、第４発明によれば、シャッタを開閉することによって、一つの光検出器のみを用いた場合でも反射光の正反射光成分と拡散反射光成分とのそれぞれを求めることが可能となり、そのような場合でもヘイズ値を測定することが可能となる。
【００１９】
また、第６発明によれば、集光器としての積分球の試料用開口を塞ぐように配設されたコリメートレンズにより測定試料に平行光束を射出することとしているので、測定試料からの正反射光とともに拡散反射光を効果的に集光器としての積分球内に導くことが可能となる。これにより、測定試料に対してヘイズ値測定装置を接触させることなくヘイズ値を精度よく測定することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】透光性材料の表面に入射する入射光について、透光性材料と外部空間との間の界面や透光性材料の内部におけるふるまいを模式的に示す図である。
【図２】透光性材料の内部に入射光を入射させたときに、透光性材料の内部において正反射を繰り返す非散乱光のふるまいを模式的に示す図である。
【図３】第１実施形態に係るヘイズ値測定装置の概要を示す概要図である。
【図４】第２実施形態に係るヘイズ値測定装置の概要を示す概要図である。
【図５】従来のヘイズ値の測定装置の概要を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明を適用したヘイズ値測定装置及びヘイズ値測定方法を実施するための形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２２】
まず、本発明の基本的なコンセプトについて説明する。
【００２３】
本発明においては、測定対象となる透光性材料のヘイズ値を求めるうえで、測定試料に光を照射して得られる測定試料からの透過光を検出するのではなく、測定試料に光を照射して得られる測定試料からの反射光を検出し、その検出結果に基づきヘイズ値を算出することとしている。
【００２４】
そもそも、透光性材料のヘイズ値を求めるためには、上述の数式（１）において示すように、測定試料となる透光性材料に光を照射したときの拡散透過率及び平行光線透過率を求める必要がある。従来においては、その拡散透過率及び平行光線透過率を求めるために、測定試料からの透過光についての光量の検出値を用いることとしていた。これに対して、本発明においては、この測定試料の拡散透過率及び平行光線透過率を求めるために、測定試料からの反射光についての光量の検出値を用いることとしている。そして、本発明においては、その検出値として求められた反射光成分から透過光成分を算出して、その算出結果からヘイズ値を求めるため、以下に説明するような新たな物理モデルを用いることとしている。
【００２５】
透光性材料の表面に入射する入射光が、透光性材料と外部空間との間の界面や透光性材料の内部においてどのようにふるまうか検討する。透光性材料１の表面１ａに入射した入射光は、図１に示すように、その一部が透光性材料１の表面１ａを正反射して反射光として外側に射出され、残りが透光性材料１の内部に侵入する。透光性材料１の内部に侵入した光は、透光性材料１内の散乱体による散乱の影響や、透光性材料内での光吸収の影響を受けながら、透光性材料１の表面１ａや裏面１ｂにおいて正反射を繰り返しつつ、一部が透光性材料１の表面１ａから外側に反射光として射出され、残りが透光性材料１の裏面１ｂから外側に透過光として射出される。以下においては、透光性材料１内での光吸収の影響が無視できる程度に十分小さく、外部空間での光吸収がないものと仮定して説明する。
【００２６】
反射光としては、透光性材料１の表面１ａに入射光が入射するときにその表面１ａを正反射した表面正反射光と、透光性材料１内において正反射を繰り返した後に透光性材料１の表面１ａから外側に射出された裏面正反射光と、透光性材料１内の散乱体の影響により散乱された後に透光性材料１の表面１ａから外側に射出された拡散反射光とがある。以下においては、この表面正反射光と裏面正反射光とを総称して正反射光という。
【００２７】
また、透過光としては、透光性材料１内において散乱することなく透光性材料１の裏面１ｂから外側に射出される正透過光と、透光性材料１内において散乱された後に透光性材料１の裏面１ｂから外側に射出される拡散透過光とがある。
【００２８】
ここで、透光性材料１内の散乱体の影響により散乱された散乱光について、透光性材料１の表面１ａから裏面１ｂに向けて散乱された散乱光を前方散乱光とし、透光性材料１の裏面１ｂから表面１ａに向けて散乱された散乱光を後方散乱光として、それぞれの入射光に対する散乱光率（％）をＳfront、Ｓbackとし、入射光の光量をＩ0とすると、透光性材料１内の散乱体により散乱された全散乱光の散乱光率Ｓallは、下記の式（１１）により表される。なお、上述の通り、透光性材料１内での光吸収の影響は無視できるものとしている。
Ｉ0×Ｓall＝Ｉ0×Ｓfront＋Ｉ0×Ｓback ・・・（１１）
【００２９】
ここで、透光性材料１に散乱がないと仮定したときの入射光の光量に対する正透過光の光量の割合（以下、平行光線透過率という。）をＴspe(S=0)、入射光の光量に対する正反射光の光量の割合（以下、正反射率という。）をＲspe(S=0)とし、散乱がある透光性材料１の平行光線透過率をＴspe、正反射率をＲspeとする。すると、Ｉ0×（Ｔspe(S=0)＋Ｒspe(S=0)）の合計値は、透光性材料１内に入射光が入射した後に透光性材料１の内部において散乱することなく外部に射出された非散乱光の全光量、即ち、入射光の光量を表しており、Ｉ0×（Ｔspe＋Ｒspe）の合計値は、その入射光の光量から透光性材料１の内部での散乱により全散乱光の光量が失われた後の非散乱光の全光量を表しており、これらの関係は下記の式（１２）により表される。
Ｉ0×（Ｔspe(S=0)＋Ｒspe(S=0)）−Ｉ0×（Ｔspe＋Ｒspe）＝Ｉ0×Ｓall ・・・ （１２）
【００３０】
ここで、入射光の光量Ｉ0が１であるとすると、上述の式（１２）におけるＴspe(S=0)＋Ｒspe(S=0)は１で表され、（Ｔspe＋Ｒspe）は（Ｔspe＋Ｒspe）／（Ｔspe(S=0)＋Ｒspe(S=0)）で表すことができる。また、Ｓallの値に対してＴspe(S=0)、Ｔspeの値が無視できる程度に小さいことから、（Ｔspe＋Ｒspe）／（Ｔspe(S=0)＋Ｒspe(S=0)）はＲspe／Ｒspe(S=0)と表すことができる。すると、上述の式（１２）は下記の式（２）により表される。
【００３１】
次に、透光性材料１の表面１ａに対して直交して入射した入射光が、その透光性材料１の内部で正反射を繰り返したときの、その透光性材料１の内部における非散乱光のふるまいについて考える。以下においては、この非散乱光について、透光性材料１の表面１ａ側から裏面１ｂ側に向けて進むものを前方非散乱光とし、裏面１ｂ側から表面１ａ側に向けて進むものを後方非散乱光として説明する。
【００３２】
上述の式（１２）におけるＩ0×（Ｔspe(S=0)−Ｔspe）の値は、従来のヘイズ値測定装置１００の限界分解能となるヘイズ値（％）の小数第二位に影響を及ぼす程度の数値になることから、無視できるものとする。すると、上述の式（１１）と式（１２）とを組み合わせることにより、下記の式（１３）が近似的に導出される。
Ｓfront＝Ｒspe(S=0)−Ｒspe−Ｓback ・・・ （１３）
【００３３】
また、上述の式（１２）の両辺の一部の項を移項させたうえで、上述の式（１１）を組み合わせると、下記の式（１４）が導出される。
Ｔspe＝Ｔspe(S=0)＋Ｒspe(S=0)−Ｒspe−Ｓback―Ｓfront ・・・（１４）
【００３４】
そして、上述の式（１３）と式（１４）とから下記の式（３）が導出される。
Ｔspe＝Ｔspe(S=0) ・・・ （３）
【００３５】
次に、上述の式（２）、（３）に含まれるＲspe(S=0)、Ｔspe(S=0)を近似的に求める方法について説明する。
【００３６】
図２は、透光性材料１の内部に入射光を入射させたときにおいて、透光性材料１の内部において正反射を繰り返す非散乱光のふるまいを模式的に示す図である。なお、図２においては、説明を容易にするため、透光性材料１の表面１ａに対して傾斜した方向から入射光を入射させた状態を示しているが、実際は、透光性材料１の表面１ａに対して直交する方向から入射光を入射させるものとする。
【００３７】
入射光が入射した後に透光性材料１の内部を直進している非散乱光を非散乱光Ｌf1、非散乱光Ｌf1が透光性材料１の裏面１ｂを正反射した後に直進する非散乱光を非散乱光Ｌb1とし、非散乱光Ｌb1が透光性材料１の表面１ａを正反射した後に直進する非散乱光を非散乱光Ｌf2とする。以降においては、ｎを１以上の自然数としたとき、非散乱光Ｌfnが透光性材料１の裏面１ｂを正反射した後に透光性材料１内を直進する非散乱光を非散乱光Ｌbnとし、非散乱光Ｌbnが透光性材料１の表面１ａを正反射した後に透光性材料１内を直進する非散乱光を非散乱光Ｌf(n+1)とする。また、非散乱光Ｌfnが透光性材料１の裏面１ｂを正反射せずに通過した光を透過光Ｔnとし、非散乱光Ｌbnが透光性材料１の表面１ａを正反射せずに通過した光を反射光Ｒnとする。また、非散乱光Ｌfnが散乱することにより発生する散乱光をＳ(2n-1)とし、非散乱光Ｌbnが散乱することにより発生する散乱光を散乱光Ｓ2nとする。
【００３８】
また、このモデルでは、透光性材料１の板厚をｄ（ｍｍ）としたとき、散乱体１ｃが透光性材料１の板厚方向中心位置ｄ／２にあるものと仮定し、この散乱体１ｃにより透光性材料１内での散乱が発生するものと仮定する。また、入射光の光量Ｉ0を１と仮定する。
【００３９】
非散乱光Ｌf1が透光性材料１の表面１ａから内部に入射した直後の非散乱光Ｌf1の光量をＬf1a、透光性材料１の内部を透過して散乱体１ｃに入射する直前の非散乱光Ｌf1の光量をＬf1b、散乱体１ｃに入射して散乱体１ｃを通過した直後の非散乱光Ｌf1の光量をＬf1c、散乱体１ｃから透光性材料１の裏面１ｂまで通過してその裏面１ｂを反射、透過する直前の非散乱光Ｌf1の光量をＬf1dとし、透光性材料１の反射率をＲ（％）とする。すると、光量Ｌf1aは、下記の式（２１）により表される。また、光量Ｌf1bは、ランバート・ベールの法則から、下記の式（２２）により表される。また、光量Ｌf1cは、散乱光率をＳ（−）とすると、下記の式（２３）により表される。また、光量Ｌf1dは、ランバート・ベールの法則から、下記の式（２４）により表される。
【００４０】
なお、αは透光性材料の吸収係数（ｍ-1）であり、透光性材料の消衰係数をκ（−）、入射光の波長をλ（ｍ）としたとき、下記の式（５１）により表される。
【００４１】
次に、非散乱光Ｌf1が透光性材料１の裏面１ｂを正反射した直後の非散乱光Ｌb1の光量をＬb1a、非散乱光Ｌb1が透光性材料１の内部を透過して散乱体１ｃに入射する直前の非散乱光Ｌb1の光量をＬb1b、散乱体１ｃに入射して散乱体１ｃを通過した直後の非散乱光Ｌb1の光量をＬb1c、散乱体１ｃから透光性材料１の表面１ａまで通過してその表面１ａを反射、透過する直前の非散乱光Ｌb1の光量をＬb1dとする。すると、光量Ｌb1aは、下記の式（２５）により表される。また、光量Ｌb1bは、ランバート・ベールの法則から、下記の式（２６）により表される。光量Ｌb1cは、下記の式（２７）により表される。光量Ｌb1dは、ランバート・ベールの法則から、下記の式（２８）により表される。
【００４２】
また、非散乱光Ｌb1が透光性材料１の表面１ａを正反射した直後の非散乱光Ｌf2の光量をＬf2aとすると、光量Ｌf2aは、下記の式（２９）により表される。
【００４３】
また、反射光Ｒnの光量をＲｑnとすると、反射光Ｒ1の光量Ｒｑ1は、下記の式（３０）により表される。また、反射光Ｒ2のＲｑ2、反射光Ｒ3のＲｑ3は、下記の式（３１）、（３２）によりそれぞれ表される。式（３１）、（３２）における光量Ｌb2d、Ｌf3a、Ｌb3d、Ｌf4aは、式（２１）〜式（２８）を表したのと同様の手順によって、光量Ｌf2a〜Ｌf2d、光量Ｌb2a〜Ｌb2d、光量Ｌf3a〜Ｌf3d、光量Ｌb3a〜Ｌb3d、光量Ｌf4aを表すことにより求められる。
【００４４】
これらの式（３０）〜（３２）より、反射光Ｒnの光量Ｒｑnは、初項をＲｑ1とし、公比を（１−Ｓ）2×Ｒ2×ｅ-2αdとする等比数列のｎ番目の項であると考えることができる。
【００４５】
ここで、初項ａ1、公比ｒの等比数列ａnの等比級数は、−１＜ｒ＜１のときに、下記の式（４０）により表されることが知られている。
【００４６】
すると、反射光Ｒnの光量Ｒｑ1、Ｒｑ2、・・・、Ｒｑn、・・・、Ｒｑ∞の和、即ち、裏面正反射光の光量Ｒ裏面は、下記の式（４１）により求められることになる。
【００４７】
また、入射光の反射光、即ち、表面正反射光の光量Ｒ表面はＲで表されることから、正面反射光と裏面反射光の光量の合計値、即ち、正反射光の光量Ｒspeは、下記の式（４２）により表されることになる。
【００４８】
また、透過光Ｔnの光量をＴｑnとすると、透過光Ｔ1の光量Ｔｑ1は下記の式（３３）により表される。透過光Ｔ2の光量Ｔｑ2、透過光Ｔ3の光量Ｔｑ3は、下記の式（３４）、（３５）によりそれぞれ表される。
【００４９】
これらの式（３３）〜（３５）より、透過光Ｔnの光量Ｔｑnは、初項をＴｑ1とし、公比を（１−Ｓ）2×Ｒ2×ｅ-2αdとする等比数列のｎ番目の項であると考えることができる。すると、透過光Ｔnの光量Ｔｑ1、Ｔｑ2、・・・、Ｔｑn、・・・、Ｔｑ∞の和、即ち、正透過光の光量Ｔspeは、下記の式（４３）により表されることになる。
【００５０】
以上のことから、上述の式（２）は、Ｒspe(S=0)を上述の式（４２）から求めると、下記の式（４）により表される。
【００５１】
また、上述の式（３）は、Ｔspe(S=0)を上述の式（４３）から求めると、下記の式（５）により表される。
【００５２】
ここで、前方散乱光Ｓfront、後方散乱光Ｓbackの透光性材料１の表面１ａ及び裏面１ｂでの正反射成分については、前方散乱光、後方散乱光それぞれの光強度のＲ倍程度となる。ここで、ヘイズ値の測定対象となる測定試料１の反射率Ｒは１０％前後より小さいため、前方散乱光Ｓfront、後方散乱光Ｓbackの正反射成分は、ヘイズ値の測定に影響を与えない程度の大きさとなる。従って、これらの正反射成分について無視できるとすると、Ｓfrontは入射光の光量に対する拡散透過光の光量の割合（以下、拡散透過率という。）を表しており、Ｓbackは入射光の光量に対する拡散反射光の光量の割合（以下、拡散反射率という。）を表していることになる。
【００５３】
すると、式（４）、（５）において、透光性材料１の反射率Ｒ、厚みｄ、吸収係数αが既知であるとすると、透光性材料１の正反射率Ｒspeと、拡散反射率Ｓbackがわかれば、上述の式（４）、式（５）から、平行光線透過率Ｔspeと、拡散透過率Ｓfrontとを算出することが可能となる。この正反射率Ｒspeや拡散反射率Ｓbackは、後述のように、透光性材料１の正反射光の光量や拡散反射光の光量の検出値から求めることができることから、反射光の光量を検出することにより、平行光線透過率Ｔspeや拡散透過率Ｓfrontを算出し、この算出結果に基づいて、上述の式（１）からヘイズ値を算出することができることになる。
【００５４】
次に、本発明に係るヘイズ値測定装置及びヘイズ値測定方法の実施形態について説明する。
【００５５】
本発明の適用対象となる測定試料１は、例えば、ガラス、光学結晶等の透光性を有する透光性材料からなるものである。測定試料１は、可視域において透光性を有する材料が対象となる。測定試料１は、その形状について特に限定するものではないが、例えば、板状、帯状、フィルム状等にしたものが対象となる。
【００５６】
第１実施形態に係るヘイズ値測定装置３は、図３に示すように、測定光を射出する光源３１と、光源３１から射出された測定光を平行光束にして測定試料１に向けて射出する照射光学系３３と、照射光学系３３から測定試料１に射出された測定光による反射光の光量を検出する検出光学系４０と、検出光学系４０からの出力信号に基づき演算処理を行なう演算手段としてのデータ解析装置７１とを備えている。
【００５７】
光源３１は、例えば、ハロゲンランプ等の白色光源や、レーザーダイオード等のレーザー光源が用いられる。光源３１は、可視域において連続スペクトルを有する光源が用いられる。第１実施形態においては、光源３１として白色光源が用いられており、測定光として白色光が射出されることになる。
【００５８】
照射光学系３３は、第１実施形態において、光源３１から射出された測定光を平行光束として射出するコリメートレンズ３５と、コリメートレンズ３５から平行光束として射出された測定光の光路中に配置されたビームスプリッター３６とを備えている。コリメートレンズ３５から平行光束として射出された測定光は、ビームスプリッター３６を透過して測定試料１に導かれる。この測定光は、第１実施形態においては、後述の集光器４１としての積分球に設けられた入出射用開口４１ａを通して測定試料１に導かれる。照射光学系３３は、測定試料１の表面１ａの法線方向に対して略同一の光軸の測定光が射出されるよう構成されている。
【００５９】
検出光学系４０は、第１実施形態において、照射光学系３３から射出された測定光による測定試料１からの拡散反射光を集光するとともに、その測定試料１からの正反射光を外部に射出する集光器４１と、その集光器４１により集光された拡散反射光の光量を検出する第１光検出器５３と、集光器４１から射出された正反射光の光量を検出する第２光検出器６３とを備えている。また、検出光学系４０は、第１実施形態において、集光器４１から射出された正反射光を第２光検出器６３に導くための正反射光光学系８０を更に備えている。
【００６０】
集光器４１は、第１実施形態において、積分球４２を備えるものとして構成されている場合を例示しているが、測定試料１からの拡散反射光を集光しつつ正反射光を外部に射出可能であればその具体的な構成について特に限定するものではない。
【００６１】
積分球４２は、中空球形に形成されるものであり、その内壁面は高反射率で拡散性に優れた材料から構成されている。積分球４２の内壁面は、例えば、硫酸バリウムに代表される白色物質等によりコーティングする等して設けられる。これにより、測定試料１からの拡散反射光を積分球の内壁面で繰り返し反射させることによって、拡散反射光を空間的に積分して内壁面全面に均一光として照射させることが可能となる。
【００６２】
積分球４２は、第１実施形態において、照射光学系３３により射出される測定光を内部に入射させるための入出射用開口４２ａと、入出射用開口４２ａから内部に入射した測定光を測定試料１に導くための試料用開口４２ｂとを備えている。また、積分球４２は、この他に、積分球４２の内壁面において繰り返し反射した拡散反射光を第１光検出器５３に導くための検出用開口４２ｃを備えている。入出射用開口４２ａからは、測定試料１からの正反射光が外部に射出される。測定試料１は、第１実施形態において、試料用開口４２ｂをその表面１ａにより塞ぐように設けられる。測定試料１は、試料用開口４２ｂに対して図示しない試料ホルダにより固定される。
【００６３】
検出用開口４２ｃには光ファイバ４６の入射端が接続されており、光ファイバ４６の出射端は第１分光分析装置５０に接続されている。検出用開口４２ｃから光ファイバ４６を介して第１分光分析装置５０に導かれた光束は、第１分光分析装置５０に設けられた第１分光器５１により分光された後、その第１分光分析装置５０に設けられた第１光検出器５３により分光された波長ごとの光量である分光スペクトルが検出される。
【００６４】
正反射光光学系８０は、第１実施形態において、集光器４１としての積分球４２の入出射用開口４２ａから射出された正反射光を反射するためのビームスプリッター３６と、ビームスプリッター３６により反射された正反射光を集光するための集光レンズ８１と、集光レンズ８１により集光された光束を第２分光分析装置６０に導くための光ファイバ８３とを備えている。正反射光光学系８０の光ファイバ８３を介して第２分光分析装置６０に導かれた光束は、第２分光分析装置６０に設けられた第２分光器６１により分光された後、その第２分光分析装置６０に設けられた第２光検出器６３により分光された波長ごとの光量である分光スペクトルが検出される。
【００６５】
第１光検出器５３、第２光検出器６３により検出された光量は、電気信号に変換された後に測定試料１からの拡散透過光等の分光スペクトルデータとしてデータ解析装置７１に出力される。なお、第１分光器５１、第２分光器６１は、例えば、回折格子、プリズム、分光フィルタ等からなるものであり、第１光検出器５３、第２光検出器６３は、例えば、フォトダイオード、ラインセンサ等から構成される。
【００６６】
データ解析装置７１は、キーボード、マウス、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ディスプレイ、プリンタ等を有するコンピュータとして構成されるものである。データ解析装置７１は、第１分光分析装置５０、第２分光分析装置６０により取得した分光スペクトルデータに対してデータ解析を行なうことにより、測定試料１のヘイズ値についての情報を取得するものとして機能する。
【００６７】
次に、第１実施形態に係るヘイズ値測定方法について、第１実施形態に係るヘイズ値測定装置１の動作とともに説明する。なお、以下の各ステップは、例えば、データ解析装置７１のＲＯＭ等に予め記憶されたプログラムをそのデータ解析装置７１が実行することにより行われる。
【００６８】
まず、ステップＳ１において、ヘイズ値測定方法を実行するために必要となる初期パラメータを設定する。上述の通り、測定試料１の反射光成分の検出値から透過光成分を算出するためには、測定試料１の反射率Ｒ、厚みｄ、吸収係数α等の物性の他、入射光の光量Ｉ0を予め求めておく必要がある。このため、少なくともこれらの数値については初期パラメータとして設定する。初期パラメータは、予めデータ解析装置７１に記憶されたものが用いられたり、作業員がデータ解析装置７１を操作して入力したものが用いられる。初期パラメータとなる測定試料１の物性は、測定試料１に応じたものが設定され、公知の値や実験により求められた値が設定される。
【００６９】
初期パラメータとなる入射光の光量Ｉ0の測定方法の一例について説明する。まず、集光器４１としての積分球４２の試料用開口４２ｂを測定試料１の代わりに標準白色板で塞ぐ。そして、光源３１から測定光を射出し、その標準白色板に測定光を射出したときの拡散反射光の光量Ｌswを第１光検出器５３により検出する。標準白色板に照射された光は完全に拡散反射するため、この検出した光量Ｌswが入射光の光量Ｉ0となる。
【００７０】
また、正反射光光学系８０のように、光路中にビームスプリッター３６のような光束を反射させるものがある場合、その反射による光量の減少を考慮する必要がある。このため、集光器４１としての積分球４２の試料用開口４２ｂを測定試料１の代わりにミラーで塞ぎ、そのミラーに測定光を射出したときの正反射光の光量Ｌrmを第２光検出器６３により検出する。ここで、試料用開口４２ｂを測定試料１で塞ぎ、その測定試料１に測定光を射出したときに第２光検出器６３により検出される正反射光の光量をＬrsとし、正反射光光学系８０全体の反射率をＲallとした場合、これらの関係は下記の式（６１）により表される。
【００７１】
上記の数式（６１）を整理すると、下記の式（６）が導出される。ここで、試料用開口４２ｂをミラーで塞いだときの正反射光の光量Ｌrmと、そのミラーの反射率Ｍとが既知であれば、正反射光光学系８０全体の反射率Ｒallによらず、試料用開口４２ｂを測定試料１で塞いだときの正反射光の光量Ｌrsから正反射率Ｒspeが求められる。このことから、ステップＳ１においては、初期パラメータとして試料用開口４２ｂをミラーで塞いだときの正反射光の光量Ｌrmとミラーの反射率Ｍとを設定する。
【００７２】
次に、ステップＳ２において、集光器４１としての積分球４２の試料用開口４２ｂを塞ぐように測定試料１の表面１ａを配置しておき、その状態で光源３１から測定光を射出し、照射光学系３３によってその測定光を平行光束にして測定試料１に向けて射出し、検出光学系４０によってその測定光による測定試料１からの反射光の光量を検出する。第１実施形態においては、第１光検出器５３により測定試料１の拡散反射光の光量Ｌssを検出するとともに、第２光検出器６３により測定試料１の正反射光の光量Ｌrsを検出する。検出光学系４０により検出した光量Ｌss、Ｌrsは、電気信号に変換された後にデータ解析装置７１に出力される。
【００７３】
次に、ステップＳ３において、検出光学系４０により検出した反射光に含まれる正反射光成分と拡散反射光成分とに基づき測定試料１のヘイズ値を算出する。第１実施形態においては、正反射光成分として第２光検出器６３により検出した正反射光の光量Ｌrsを用い、拡散反射光成分として第１光検出器５３により検出した拡散反射光の光量Ｌssを用いる。ヘイズ値を算出するうえでは、第１実施形態において、正反射光の光量Ｌrsを式（６）に代入することにより、測定試料１の正反射率Ｒspeを求める。また、拡散反射光の光量Ｌssを入射光の光量Ｉ0で除算することによって拡散反射率Ｓbackを求める。そして、求めた正反射率Ｒspe、拡散反射率Ｓbackを式（４）、式（５）に代入することによって拡散透過率Ｓfrontと、平行光線透過率Ｔspeとを求める。そして、求められた拡散透過率、平行光線透過率を式（１）に代入することにより、測定試料１のヘイズ値が算出される。
【００７４】
このとき、ＪＩＳ Ｋ７１３６において、視感度を考慮してヘイズ値を測定していることから、第１実施形態においても、視感度を考慮したヘイズ値を算出するものとする。具体的には、式（４）、式（５）を用いて求められた波長毎の拡散透過率、平行光線透過率をＳ（λ）front、Ｔ（λ）speとし、明所視標準比視感度曲線をＶ（λ）としたとき、上述の式（１）の代替として、下記の式（１）´に基づき視感度を考慮したヘイズ値を算出する。
【００７５】
次に、ステップＳ４において、必要に応じて、前ステップＳ３において算出したヘイズ値を記録したり、プリンタ等により出力したりする。
【００７６】
以上の第１実施形態に係るヘイズ値測定装置３及びヘイズ値測定方法によれば、測定試料１のヘイズ値を測定するうえで、測定試料１に測定光を照射して得られる反射光からヘイズ値を求めることが可能となる。このため、測定試料１のヘイズ値を測定するうえで、光源３１、光検出器５３等の各種部品を測定試料１の片面側に配置するのみで足りるため、測定装置３全体の小型化を図ることが可能となるうえ、測定装置３のレイアウトの自由度の向上を図ることが可能となる。
【００７７】
次に、第２実施形態に係るヘイズ値測定装置について説明する。なお、上述した構成要素と同一の構成要素については、同一の符号を付すことにより以下での説明を省略する。
【００７８】
第２実施形態に係るヘイズ値測定装置３は、照射光学系３３、集光器４１、測定試料１の位置、検出光学系４０の構成が第１実施形態に係るヘイズ値測定装置３と相違している。
【００７９】
照射光学系３３は、第２実施形態において、コリメートレンズ３５（以下、第１コリメートレンズ３５という。）とビームスプリッター３６との他に、第１コリメートレンズ３５と集光器４１との間の光路に配置された集光レンズ３７を更に備えている。
【００８０】
集光レンズ３７は、積分球４２の入出射用開口４２ａにその焦点が位置するように配置されている。これにより、第１コリメートレンズ３５から射出された平行光束としての測定光が焦点となる入出射用開口４２ａに集光される。
【００８１】
集光器４１は、第２実施形態において、積分球４２の試料用開口４２ｂを塞ぐように配設された第２コリメートレンズ４３を更に備えている。なお、積分球４２は、第２実施形態において、入出射用開口４２ａから試料用開口４２ｂにかけての距離がその積分球４２の直径と略一致している。
【００８２】
第２コリメートレンズ４３は、その焦点距離が積分球４２の直径と略一致するものが用いられる。これにより、積分球４２の入出射光用開口４２ａを焦点として集光レンズ３７により集光された測定光が平行光束として測定試料１に向けて射出されることになる。このように、照射光学系３３は、測定試料１に向けて第２コリメートレンズ４３により測定光が平行光束として射出されるように、その第２コリメートレンズ４３に向けて測定光を射出するものとして構成されている。第２コリメートレンズ４３は、図示しないホルダにより固定されている。
【００８３】
測定試料１は、第２実施形態において、積分球１の外部に配設されている。この測定試料１は、例えば、図示しないホルダにより固定されたり、水平面等の載置面上に静止した状態で載置された状態で配設される。
【００８４】
第２コリメートレンズ４３から射出された測定光による測定試料１からの正反射光は、照射光学系３３の集光レンズ３７から第２コリメートレンズ４３に至る光路を逆向きに導かれ、集光レンズ３７から平行光束として射出される。また、その測定光による測定試料１からの拡散反射光は、その大半が第２コリメートレンズ４３を通り積分球４２内に導かれる。
【００８５】
検出光学系４０は、第２実施形態において、集光器４１としての積分球４２の他に、集光器４１から射出された正反射光を照射光学系３３とは別の光路を通して集光器４１に射出する正反射光光学系８０と、正反射光学系８０において集光器４１に至る光路を開閉するシャッタ８５とを備えている。
【００８６】
集光器４１としての積分球４２は、入出射用開口４２ａ、試料用開口４２ｂ、検出用開口４２ｃの他に、正反射光光学系８０から射出された正反射光を内部に入射させるための正反射光用開口４２ｄを更に備えている。
【００８７】
正反射光光学系８０は、第２実施形態において、ビームスプリッター３６の他、ビームスプリッター３６により反射された正反射光を反射させる複数のミラー８７を更に備えている。複数のミラー８７を反射した正反射光は集光器４１としての積分球４２の正反射光用開口４２ｄを通って積分球４２の内部に導かれる。
【００８８】
シャッタ８５は、手動制御又は電気制御により開閉可能に構成されている。正反射光光学系８０から射出された正反射光は、シャッタ８５を開とすることにより集光器４１としての積分球４２内に入射され、シャッタ８５を閉とすることにより集光器４１としての積分球４２内に入射されないことになる。これにより、シャッタ８５が開の場合、第１光検出器５３により反射光として正反射光成分及び拡散反射光成分の両方が検出され、シャッタ８５が閉の場合、第１光検出器５３により反射光として拡散反射光成分のみが検出される。
【００８９】
次に、第２実施形態に係るヘイズ値測定方法について、第２実施形態に係るヘイズ値測定装置１の動作とともに説明する。なお、第１実施形態に係るヘイズ値測定方法と共通する点については、以下での説明を省略する。
【００９０】
ステップＳ１において設定される初期パラメータとしての入射光の光量Ｉ0の測定時においては、測定試料１の配置されている位置に、測定試料１の代替として標準白色板を配置する。そして、その標準白色板に測定光を照射したときの拡散反射光の光量Ｌswを第１光検出器５３により検出する。この検出した拡散反射光の光量Ｌswは、標準白色板から第２コリメートレンズ４３外に反射した拡散反射光の光束が含まれていないが、測定試料１に測定光を射出したときもその光束が同様に含まれないことになるので、第２実施形態においては、その検出したものを入射光の光量Ｉ0として設定する。
【００９１】
また、正反射光光学系８０での反射による光量の減少を考慮するうえでは、第１実施形態と同様に、測定試料１の配置されている位置に、測定試料１の代替としてミラーを配置する。そして、シャッタ８５を開とした状態で、そのミラーに測定光を射出したときの正反射光の光量Ｌrmを第１光検出器５３により検出する。ここで、図４に示すように測定試料１を配置し、シャッタ８５を開とした状態で、その測定試料１に測定光を射出したときに第１光検出器５３により検出される光量をＬrsaとし、シャッタ８５を閉とした状態で、その測定試料１に測定光を射出したときに第１光検出器５３により検出される光量をＬrsbとする。すると、これらの関係は、下記の式（７１）により表される。
【００９２】
上記の数式（７１）を整理すると、下記の式（７）が導出される。第１実施形態と同様に、ミラーに測定光を射出したときの正反射光の光量Ｌrmとミラーの反射率Ｍとを設定すれば、測定試料１に測定光を射出したときに第１光検出器５３により検出される光量Ｌrsa、Ｌrsbから正反射率Ｒspeが求められることになる。従って、ステップＳ１においては、初期パラメータとして、そのミラーに測定光を射出したときの正反射光の光量Ｌrmとミラーの反射率Ｍとを設定する
【００９３】
次に、ステップＳ２においては、光源３１から測定光を射出し、照射光学系３３によってその測定光を平行光束にして測定試料１に向けて射出し、検出光学系４０の第１光検出器５３によってその測定光による測定試料１からの反射光の光量を検出する。第２実施形態においては、シャッタ８５を開とした場合の反射光の光量Ｌrsaと、シャッタ８５を閉とした場合の反射光の光量Ｌrsbとについて、第１光検出器５３によって検出する。光量Ｌrsaは正反射光成分と拡散反射光成分との両方を含んでおり、光量Ｌrsbは拡散反射光成分のみを含むものとなっている。
【００９４】
次に、ステップＳ３においては、第１光検出器５３からデータ解析装置７１に出力された光量Ｌrsb、Ｌrsa、即ち、反射光に含まれる正反射光成分と拡散反射光成分とに基づいて、ヘイズ値を算出する。第２実施形態において、ヘイズ値を算出するうえでは、シャッタ８５を開としたときの反射光の光量Ｌrsaと、シャッタ８５を閉としたときの反射光の光量Ｌrsbとを式（７）に代入することによって、正反射率Ｒspeを求める。また、シャッタ８５を閉としたときの光量Ｌrsbを入射光の光量Ｉ0で除算することにより拡散反射率Ｓbackを求める。そして、求めた正反射率Ｒspe、拡散反射率Ｓbackを式（４）、式（５）に代入することによって拡散透過率Ｓfrontと、平行光線透過率Ｔspeとを求める。そして、求めた拡散透過率Ｓfrontと平行光線透過率Ｔspeとを式（１）に代入することにより、測定試料１のヘイズ値が算出される。
【００９５】
以上の第２実施形態に係るヘイズ値測定装置３及びヘイズ値測定方法によれば、シャッタ８５を開閉することによって、一つの光検出器５３のみを用いた場合でも反射光の正反射光成分と拡散反射光成分とのそれぞれを求めることが可能となり、そのような場合でもヘイズ値を測定することが可能となる。また、集光器４１としての積分球の試料用開口４１ｂを塞ぐように配設された第２コリメートレンズ３８により測定試料１に平行光束を射出することとしているので、測定試料１からの正反射光とともに拡散反射光を効果的に集光器４１としての積分球内に導くことが可能となる。これにより、測定試料１に対してヘイズ値測定装置３を接触させることなくヘイズ値を精度よく測定することが可能となる。
【００９６】
以上、本発明の実施形態の例について詳細に説明したが、前述した実施形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。
【実施例１】
【００９７】
以下、本発明の効果を実施例により更に説明する。
【００９８】
実施例１では、図３に示すような第１実施形態に係るヘイズ値測定装置３と、図５に示すような従来のヘイズ値測定装置１００を用いて、実際に測定試料１のヘイズ値を求め、それぞれの場合のヘイズ値を比較することとした。以下、第１実施形態に係るヘイズ値測定装置３を用いてヘイズ値を求める場合を発明例とし、従来のヘイズ値測定装置１０を用いてヘイズ値を求める場合を比較例とする。
【００９９】
測定試料１としては、板厚ｄが２．７５（ｍｍ）、吸収係数αが０．００５０３８（ｍｍ-1）、反射率Ｒが４．１２７０（％）のフロートガラスを用いることとした。また、光源３１からは波長５５５（ｎｍ）の単色光を照射することとした。
【０１００】
この結果、発明例の場合は、拡散反射率Ｓbackとして０．１４５７％、正反射率Ｒspeとして７．７９５５％との値が算出され、この算出結果から拡散透過率Ｓfrontとして０．２０３１％、平行光線透過率Ｔspeとして９０．８０１９％との値が算出され、この算出結果からヘイズ値として０．２２３％との値が求められた。これに対して、比較例の場合はヘイズ値として０．２５％との値が求められた。このように、発明例及び比較例それぞれの場合においてもヘイズ値について小数第二位の値が僅かに相違するのみであり、本発明を適用してヘイズ値を求めた場合でも従来とほぼ同等のヘイズ値を求められることが確認できた。
【符号の説明】
【０１０１】
１ 測定試料（透光性材料）
１ａ 表面
１ｂ 裏面
１ｃ 散乱体
３ ヘイズ値測定装置
３１ 光源
３３ 照射光学系
３５ コリメートレンズ（第１コリメートレンズ）
３６ ビームスプリッター
３７ 集光レンズ
４０ 検出光学系
４１ 集光器
４２ 積分球
４２ａ 入出射用開口
４２ｂ 試料用開口
４２ｃ 検出用開口
４２ｄ 正反射光用開口
４３ 第２コリメートレンズ
４６ 光ファイバ
５０ 第１分光分析装置
５１ 第１分光器
５３ 第１光検出器
６０ 第２分光分析装置
６１ 第２分光器
６３ 第２光検出器
７１ データ解析装置
８０ 正反射光光学系
８１ 集光レンズ
８３ 光ファイバ
８５ シャッタ
８７ ミラー
【技術分野】
【０００１】
本発明は、透光性材料からなる測定試料のヘイズ値を測定するためのヘイズ値測定装置及びヘイズ値測定方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、ガラス、光学結晶等の透光性材料の曇り度合いを示す指標値として、ヘイズ値が知られている。このヘイズ値は、ＪＩＳ Ｚ７１０５において、下記の数式（１）により定義されている。透光性材料の曇り度合いが大きくなるほど、試験片に対して平行光を照射したときに材料内部での散乱が大きくなり、試験片を透過する平行透過光（正透過光）に対する拡散透過光の割合が大きくなる結果、ヘイズ値が大きくなることになる。
【０００３】
このヘイズ値の測定方法は、ＪＩＳ Ｋ７１０５やＪＩＳ Ｋ７１３６に規定されており、そのヘイズ値を測定するうえでは、図５に示すような、積分球を用いた測定装置１００が利用されている（例えば、特許文献１、２参照。）。
【０００４】
この従来のヘイズ値測定装置１００は、図５に示すように、光源１３１と、光源１３１から射出された光を平行光にして測定試料１０１に向けて射出する照射光学系１３３と、測定試料１０１を透過した透過光が導入される積分球１４０と、積分球１４０内に導入された透過光を検出する光検出器１５３とを備えている。測定試料１０１を透過して積分球１４０内に導入される透過光としては、正透過光と拡散透過光との二種類がある。このヘイズ値測定装置１００では、積分球１４０内での正透過光の光路中に配置されるものを標準白色板１４１とライトトラップ１４２との何れかに切り替えることが可能となっており、標準白色板１４１を配置した場合、全光線透過光量を光検出器１５３により検出することが可能となり、ライトトラップ１４２を配置した場合、拡散透過光量を光検出器１５３により検出することが可能となる。このヘイズ値測定装置１００を用いて検出された全光線透過光量と拡散透過光量とから、上述のヘイズ値が算出されることになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−３５６０９２号公報
【特許文献２】特開２００７−５７５３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、従来から提案されているヘイズ値の測定方法は、測定試料１０１に測定光を照射して得られる透過光を検出してヘイズ値を測定することとしているため、光源１３１及び照射光学系１３３と、積分球１４０及び光検出器１５３との間に測定試料１０１を配置する構造にならざるを得ない。このため、従来のヘイズ値の測定方法では、測定試料１０１の両面側に光源１３１、光検出器１５３、積分球１４０等の各種部品を配置せざるを得ない関係上、測定装置１００全体が大型化し易くなるうえ、測定装置１００のレイアウトの自由度が制限されてしまっていた。
【０００７】
そこで、本発明は、上述した問題点に鑑みて案出されたものであり、その目的とするところは、透過光を検出することなくヘイズ値を求めることを可能とするヘイズ値測定装置及びヘイズ値測定方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者は、上述した課題を解決するために、鋭意検討の末、下記のヘイズ値測定装置及びヘイズ値測定方法を発明した。
【０００９】
第１発明に係るヘイズ値測定装置は、透光性材料からなる測定試料のヘイズ値を測定するためのヘイズ値測定装置において、測定光を射出する光源と、前記光源から射出された測定光を平行光束にして前記測定試料に向けて射出する照射光学系と、前記照射光学系から射出された測定光による前記測定試料からの反射光の光量を検出して信号を出力する検出光学系と、前記検出光学系からの出力信号に含まれる正反射光成分と拡散反射光成分とに基づき、前記測定試料のヘイズ値を算出する演算手段とを備えることを特徴とする。
【００１０】
第２発明に係るヘイズ値測定装置は、第１発明において、前記演算手段は、前記正反射光成分と前記拡散反射光成分とに基づき前記測定試料の拡散透過率及び平行光線透過率を算出し、その算出した拡散透過率及び平行光線透過率に基づき前記測定試料のヘイズ値を算出することを特徴とする。
【００１１】
第３発明に係るヘイズ値測定装置は、第１発明又は第２発明において、前記検出光学系は、前記照射光学系から射出された測定光による前記測定試料からの拡散反射光を集光するとともに、前記測定試料からの正反射光を通過させる集光器と、前記集光器により集光された拡散反射光の光量を検出する第１光検出器と、前記集光器を通過した正反射光の光量を検出する第２光検出器とを有することを特徴とする。
【００１２】
第４発明に係るヘイズ値測定装置は、第１発明又は第２発明において、前記検出光学系は、前記照射光学系から射出された測定光による前記測定試料からの拡散反射光を集光するとともに、前記測定試料からの正反射光を通過させる集光器と、前記集光器により集光された光を検出する光検出器と、前記集光器を通過した正反射光を前記集光器に導く正反射光光学系と、前記正反射光光学系において前記集光器に至る光路を開閉するシャッタとを有することを特徴とする。
【００１３】
第５発明に係るヘイズ値測定装置は、第３発明又は第４発明において、前記集光器は、前記照射光学系により射出される測定光を内部に入射させるとともに、前記測定試料からの正反射光を外部に射出させるための入出射用開口と、前記入出射用開口から内部に入射した測定光を前記測定試料に導くための試料用開口とを有する積分球を備えることを特徴とする。
【００１４】
第６発明に係るヘイズ値測定装置は、第５発明において、前記集光器は、前記積分球の試料用開口を塞ぐように配設されたコリメートレンズを更に備え、前記照射光学系は、前記積分球の外部に配設された測定試料に向けて前記コリメートレンズにより前記測定光が平行光束として射出されるように当該コリメートレンズに向けて測定光を射出することを特徴とする。
【００１５】
第７発明に係るヘイズ値測定方法は、透光性材料からなる測定試料のヘイズ値を測定するためのヘイズ値測定方法において、前記測定試料に向けて平行光束にした測定光を射出して、その射出した測定光による前記測定試料からの反射光の光量を検出して信号を出力し、その出力した出力信号に含まれる拡散反射光成分と正反射光成分とに基づき、前記測定試料のヘイズ値を算出することを特徴とする。
【００１６】
第８発明に係るヘイズ値測定方法は、第６発明において、前記正反射光成分と前記拡散反射光成分とに基づき前記測定試料の拡散透過率及び平行光線透過率を算出し、その算出した拡散透過率及び平行光線透過率に基づき前記測定試料のヘイズ値を算出することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
第１発明〜第８発明によれば、測定試料のヘイズ値を測定するうえで、測定試料に測定光を照射して得られる反射光からヘイズ値を求めることが可能となる。このため、測定試料のヘイズ値を測定するうえで、光源、光検出器等の各種部品を測定試料の片面側に配置するのみで足りるため、測定装置全体の小型化を図ることが可能となるうえ、測定装置のレイアウトの自由度の向上を図ることが可能となる。
【００１８】
特に、第４発明によれば、シャッタを開閉することによって、一つの光検出器のみを用いた場合でも反射光の正反射光成分と拡散反射光成分とのそれぞれを求めることが可能となり、そのような場合でもヘイズ値を測定することが可能となる。
【００１９】
また、第６発明によれば、集光器としての積分球の試料用開口を塞ぐように配設されたコリメートレンズにより測定試料に平行光束を射出することとしているので、測定試料からの正反射光とともに拡散反射光を効果的に集光器としての積分球内に導くことが可能となる。これにより、測定試料に対してヘイズ値測定装置を接触させることなくヘイズ値を精度よく測定することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】透光性材料の表面に入射する入射光について、透光性材料と外部空間との間の界面や透光性材料の内部におけるふるまいを模式的に示す図である。
【図２】透光性材料の内部に入射光を入射させたときに、透光性材料の内部において正反射を繰り返す非散乱光のふるまいを模式的に示す図である。
【図３】第１実施形態に係るヘイズ値測定装置の概要を示す概要図である。
【図４】第２実施形態に係るヘイズ値測定装置の概要を示す概要図である。
【図５】従来のヘイズ値の測定装置の概要を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明を適用したヘイズ値測定装置及びヘイズ値測定方法を実施するための形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２２】
まず、本発明の基本的なコンセプトについて説明する。
【００２３】
本発明においては、測定対象となる透光性材料のヘイズ値を求めるうえで、測定試料に光を照射して得られる測定試料からの透過光を検出するのではなく、測定試料に光を照射して得られる測定試料からの反射光を検出し、その検出結果に基づきヘイズ値を算出することとしている。
【００２４】
そもそも、透光性材料のヘイズ値を求めるためには、上述の数式（１）において示すように、測定試料となる透光性材料に光を照射したときの拡散透過率及び平行光線透過率を求める必要がある。従来においては、その拡散透過率及び平行光線透過率を求めるために、測定試料からの透過光についての光量の検出値を用いることとしていた。これに対して、本発明においては、この測定試料の拡散透過率及び平行光線透過率を求めるために、測定試料からの反射光についての光量の検出値を用いることとしている。そして、本発明においては、その検出値として求められた反射光成分から透過光成分を算出して、その算出結果からヘイズ値を求めるため、以下に説明するような新たな物理モデルを用いることとしている。
【００２５】
透光性材料の表面に入射する入射光が、透光性材料と外部空間との間の界面や透光性材料の内部においてどのようにふるまうか検討する。透光性材料１の表面１ａに入射した入射光は、図１に示すように、その一部が透光性材料１の表面１ａを正反射して反射光として外側に射出され、残りが透光性材料１の内部に侵入する。透光性材料１の内部に侵入した光は、透光性材料１内の散乱体による散乱の影響や、透光性材料内での光吸収の影響を受けながら、透光性材料１の表面１ａや裏面１ｂにおいて正反射を繰り返しつつ、一部が透光性材料１の表面１ａから外側に反射光として射出され、残りが透光性材料１の裏面１ｂから外側に透過光として射出される。以下においては、透光性材料１内での光吸収の影響が無視できる程度に十分小さく、外部空間での光吸収がないものと仮定して説明する。
【００２６】
反射光としては、透光性材料１の表面１ａに入射光が入射するときにその表面１ａを正反射した表面正反射光と、透光性材料１内において正反射を繰り返した後に透光性材料１の表面１ａから外側に射出された裏面正反射光と、透光性材料１内の散乱体の影響により散乱された後に透光性材料１の表面１ａから外側に射出された拡散反射光とがある。以下においては、この表面正反射光と裏面正反射光とを総称して正反射光という。
【００２７】
また、透過光としては、透光性材料１内において散乱することなく透光性材料１の裏面１ｂから外側に射出される正透過光と、透光性材料１内において散乱された後に透光性材料１の裏面１ｂから外側に射出される拡散透過光とがある。
【００２８】
ここで、透光性材料１内の散乱体の影響により散乱された散乱光について、透光性材料１の表面１ａから裏面１ｂに向けて散乱された散乱光を前方散乱光とし、透光性材料１の裏面１ｂから表面１ａに向けて散乱された散乱光を後方散乱光として、それぞれの入射光に対する散乱光率（％）をＳfront、Ｓbackとし、入射光の光量をＩ0とすると、透光性材料１内の散乱体により散乱された全散乱光の散乱光率Ｓallは、下記の式（１１）により表される。なお、上述の通り、透光性材料１内での光吸収の影響は無視できるものとしている。
Ｉ0×Ｓall＝Ｉ0×Ｓfront＋Ｉ0×Ｓback ・・・（１１）
【００２９】
ここで、透光性材料１に散乱がないと仮定したときの入射光の光量に対する正透過光の光量の割合（以下、平行光線透過率という。）をＴspe(S=0)、入射光の光量に対する正反射光の光量の割合（以下、正反射率という。）をＲspe(S=0)とし、散乱がある透光性材料１の平行光線透過率をＴspe、正反射率をＲspeとする。すると、Ｉ0×（Ｔspe(S=0)＋Ｒspe(S=0)）の合計値は、透光性材料１内に入射光が入射した後に透光性材料１の内部において散乱することなく外部に射出された非散乱光の全光量、即ち、入射光の光量を表しており、Ｉ0×（Ｔspe＋Ｒspe）の合計値は、その入射光の光量から透光性材料１の内部での散乱により全散乱光の光量が失われた後の非散乱光の全光量を表しており、これらの関係は下記の式（１２）により表される。
Ｉ0×（Ｔspe(S=0)＋Ｒspe(S=0)）−Ｉ0×（Ｔspe＋Ｒspe）＝Ｉ0×Ｓall ・・・ （１２）
【００３０】
ここで、入射光の光量Ｉ0が１であるとすると、上述の式（１２）におけるＴspe(S=0)＋Ｒspe(S=0)は１で表され、（Ｔspe＋Ｒspe）は（Ｔspe＋Ｒspe）／（Ｔspe(S=0)＋Ｒspe(S=0)）で表すことができる。また、Ｓallの値に対してＴspe(S=0)、Ｔspeの値が無視できる程度に小さいことから、（Ｔspe＋Ｒspe）／（Ｔspe(S=0)＋Ｒspe(S=0)）はＲspe／Ｒspe(S=0)と表すことができる。すると、上述の式（１２）は下記の式（２）により表される。
【００３１】
次に、透光性材料１の表面１ａに対して直交して入射した入射光が、その透光性材料１の内部で正反射を繰り返したときの、その透光性材料１の内部における非散乱光のふるまいについて考える。以下においては、この非散乱光について、透光性材料１の表面１ａ側から裏面１ｂ側に向けて進むものを前方非散乱光とし、裏面１ｂ側から表面１ａ側に向けて進むものを後方非散乱光として説明する。
【００３２】
上述の式（１２）におけるＩ0×（Ｔspe(S=0)−Ｔspe）の値は、従来のヘイズ値測定装置１００の限界分解能となるヘイズ値（％）の小数第二位に影響を及ぼす程度の数値になることから、無視できるものとする。すると、上述の式（１１）と式（１２）とを組み合わせることにより、下記の式（１３）が近似的に導出される。
Ｓfront＝Ｒspe(S=0)−Ｒspe−Ｓback ・・・ （１３）
【００３３】
また、上述の式（１２）の両辺の一部の項を移項させたうえで、上述の式（１１）を組み合わせると、下記の式（１４）が導出される。
Ｔspe＝Ｔspe(S=0)＋Ｒspe(S=0)−Ｒspe−Ｓback―Ｓfront ・・・（１４）
【００３４】
そして、上述の式（１３）と式（１４）とから下記の式（３）が導出される。
Ｔspe＝Ｔspe(S=0) ・・・ （３）
【００３５】
次に、上述の式（２）、（３）に含まれるＲspe(S=0)、Ｔspe(S=0)を近似的に求める方法について説明する。
【００３６】
図２は、透光性材料１の内部に入射光を入射させたときにおいて、透光性材料１の内部において正反射を繰り返す非散乱光のふるまいを模式的に示す図である。なお、図２においては、説明を容易にするため、透光性材料１の表面１ａに対して傾斜した方向から入射光を入射させた状態を示しているが、実際は、透光性材料１の表面１ａに対して直交する方向から入射光を入射させるものとする。
【００３７】
入射光が入射した後に透光性材料１の内部を直進している非散乱光を非散乱光Ｌf1、非散乱光Ｌf1が透光性材料１の裏面１ｂを正反射した後に直進する非散乱光を非散乱光Ｌb1とし、非散乱光Ｌb1が透光性材料１の表面１ａを正反射した後に直進する非散乱光を非散乱光Ｌf2とする。以降においては、ｎを１以上の自然数としたとき、非散乱光Ｌfnが透光性材料１の裏面１ｂを正反射した後に透光性材料１内を直進する非散乱光を非散乱光Ｌbnとし、非散乱光Ｌbnが透光性材料１の表面１ａを正反射した後に透光性材料１内を直進する非散乱光を非散乱光Ｌf(n+1)とする。また、非散乱光Ｌfnが透光性材料１の裏面１ｂを正反射せずに通過した光を透過光Ｔnとし、非散乱光Ｌbnが透光性材料１の表面１ａを正反射せずに通過した光を反射光Ｒnとする。また、非散乱光Ｌfnが散乱することにより発生する散乱光をＳ(2n-1)とし、非散乱光Ｌbnが散乱することにより発生する散乱光を散乱光Ｓ2nとする。
【００３８】
また、このモデルでは、透光性材料１の板厚をｄ（ｍｍ）としたとき、散乱体１ｃが透光性材料１の板厚方向中心位置ｄ／２にあるものと仮定し、この散乱体１ｃにより透光性材料１内での散乱が発生するものと仮定する。また、入射光の光量Ｉ0を１と仮定する。
【００３９】
非散乱光Ｌf1が透光性材料１の表面１ａから内部に入射した直後の非散乱光Ｌf1の光量をＬf1a、透光性材料１の内部を透過して散乱体１ｃに入射する直前の非散乱光Ｌf1の光量をＬf1b、散乱体１ｃに入射して散乱体１ｃを通過した直後の非散乱光Ｌf1の光量をＬf1c、散乱体１ｃから透光性材料１の裏面１ｂまで通過してその裏面１ｂを反射、透過する直前の非散乱光Ｌf1の光量をＬf1dとし、透光性材料１の反射率をＲ（％）とする。すると、光量Ｌf1aは、下記の式（２１）により表される。また、光量Ｌf1bは、ランバート・ベールの法則から、下記の式（２２）により表される。また、光量Ｌf1cは、散乱光率をＳ（−）とすると、下記の式（２３）により表される。また、光量Ｌf1dは、ランバート・ベールの法則から、下記の式（２４）により表される。
【００４０】
なお、αは透光性材料の吸収係数（ｍ-1）であり、透光性材料の消衰係数をκ（−）、入射光の波長をλ（ｍ）としたとき、下記の式（５１）により表される。
【００４１】
次に、非散乱光Ｌf1が透光性材料１の裏面１ｂを正反射した直後の非散乱光Ｌb1の光量をＬb1a、非散乱光Ｌb1が透光性材料１の内部を透過して散乱体１ｃに入射する直前の非散乱光Ｌb1の光量をＬb1b、散乱体１ｃに入射して散乱体１ｃを通過した直後の非散乱光Ｌb1の光量をＬb1c、散乱体１ｃから透光性材料１の表面１ａまで通過してその表面１ａを反射、透過する直前の非散乱光Ｌb1の光量をＬb1dとする。すると、光量Ｌb1aは、下記の式（２５）により表される。また、光量Ｌb1bは、ランバート・ベールの法則から、下記の式（２６）により表される。光量Ｌb1cは、下記の式（２７）により表される。光量Ｌb1dは、ランバート・ベールの法則から、下記の式（２８）により表される。
【００４２】
また、非散乱光Ｌb1が透光性材料１の表面１ａを正反射した直後の非散乱光Ｌf2の光量をＬf2aとすると、光量Ｌf2aは、下記の式（２９）により表される。
【００４３】
また、反射光Ｒnの光量をＲｑnとすると、反射光Ｒ1の光量Ｒｑ1は、下記の式（３０）により表される。また、反射光Ｒ2のＲｑ2、反射光Ｒ3のＲｑ3は、下記の式（３１）、（３２）によりそれぞれ表される。式（３１）、（３２）における光量Ｌb2d、Ｌf3a、Ｌb3d、Ｌf4aは、式（２１）〜式（２８）を表したのと同様の手順によって、光量Ｌf2a〜Ｌf2d、光量Ｌb2a〜Ｌb2d、光量Ｌf3a〜Ｌf3d、光量Ｌb3a〜Ｌb3d、光量Ｌf4aを表すことにより求められる。
【００４４】
これらの式（３０）〜（３２）より、反射光Ｒnの光量Ｒｑnは、初項をＲｑ1とし、公比を（１−Ｓ）2×Ｒ2×ｅ-2αdとする等比数列のｎ番目の項であると考えることができる。
【００４５】
ここで、初項ａ1、公比ｒの等比数列ａnの等比級数は、−１＜ｒ＜１のときに、下記の式（４０）により表されることが知られている。
【００４６】
すると、反射光Ｒnの光量Ｒｑ1、Ｒｑ2、・・・、Ｒｑn、・・・、Ｒｑ∞の和、即ち、裏面正反射光の光量Ｒ裏面は、下記の式（４１）により求められることになる。
【００４７】
また、入射光の反射光、即ち、表面正反射光の光量Ｒ表面はＲで表されることから、正面反射光と裏面反射光の光量の合計値、即ち、正反射光の光量Ｒspeは、下記の式（４２）により表されることになる。
【００４８】
また、透過光Ｔnの光量をＴｑnとすると、透過光Ｔ1の光量Ｔｑ1は下記の式（３３）により表される。透過光Ｔ2の光量Ｔｑ2、透過光Ｔ3の光量Ｔｑ3は、下記の式（３４）、（３５）によりそれぞれ表される。
【００４９】
これらの式（３３）〜（３５）より、透過光Ｔnの光量Ｔｑnは、初項をＴｑ1とし、公比を（１−Ｓ）2×Ｒ2×ｅ-2αdとする等比数列のｎ番目の項であると考えることができる。すると、透過光Ｔnの光量Ｔｑ1、Ｔｑ2、・・・、Ｔｑn、・・・、Ｔｑ∞の和、即ち、正透過光の光量Ｔspeは、下記の式（４３）により表されることになる。
【００５０】
以上のことから、上述の式（２）は、Ｒspe(S=0)を上述の式（４２）から求めると、下記の式（４）により表される。
【００５１】
また、上述の式（３）は、Ｔspe(S=0)を上述の式（４３）から求めると、下記の式（５）により表される。
【００５２】
ここで、前方散乱光Ｓfront、後方散乱光Ｓbackの透光性材料１の表面１ａ及び裏面１ｂでの正反射成分については、前方散乱光、後方散乱光それぞれの光強度のＲ倍程度となる。ここで、ヘイズ値の測定対象となる測定試料１の反射率Ｒは１０％前後より小さいため、前方散乱光Ｓfront、後方散乱光Ｓbackの正反射成分は、ヘイズ値の測定に影響を与えない程度の大きさとなる。従って、これらの正反射成分について無視できるとすると、Ｓfrontは入射光の光量に対する拡散透過光の光量の割合（以下、拡散透過率という。）を表しており、Ｓbackは入射光の光量に対する拡散反射光の光量の割合（以下、拡散反射率という。）を表していることになる。
【００５３】
すると、式（４）、（５）において、透光性材料１の反射率Ｒ、厚みｄ、吸収係数αが既知であるとすると、透光性材料１の正反射率Ｒspeと、拡散反射率Ｓbackがわかれば、上述の式（４）、式（５）から、平行光線透過率Ｔspeと、拡散透過率Ｓfrontとを算出することが可能となる。この正反射率Ｒspeや拡散反射率Ｓbackは、後述のように、透光性材料１の正反射光の光量や拡散反射光の光量の検出値から求めることができることから、反射光の光量を検出することにより、平行光線透過率Ｔspeや拡散透過率Ｓfrontを算出し、この算出結果に基づいて、上述の式（１）からヘイズ値を算出することができることになる。
【００５４】
次に、本発明に係るヘイズ値測定装置及びヘイズ値測定方法の実施形態について説明する。
【００５５】
本発明の適用対象となる測定試料１は、例えば、ガラス、光学結晶等の透光性を有する透光性材料からなるものである。測定試料１は、可視域において透光性を有する材料が対象となる。測定試料１は、その形状について特に限定するものではないが、例えば、板状、帯状、フィルム状等にしたものが対象となる。
【００５６】
第１実施形態に係るヘイズ値測定装置３は、図３に示すように、測定光を射出する光源３１と、光源３１から射出された測定光を平行光束にして測定試料１に向けて射出する照射光学系３３と、照射光学系３３から測定試料１に射出された測定光による反射光の光量を検出する検出光学系４０と、検出光学系４０からの出力信号に基づき演算処理を行なう演算手段としてのデータ解析装置７１とを備えている。
【００５７】
光源３１は、例えば、ハロゲンランプ等の白色光源や、レーザーダイオード等のレーザー光源が用いられる。光源３１は、可視域において連続スペクトルを有する光源が用いられる。第１実施形態においては、光源３１として白色光源が用いられており、測定光として白色光が射出されることになる。
【００５８】
照射光学系３３は、第１実施形態において、光源３１から射出された測定光を平行光束として射出するコリメートレンズ３５と、コリメートレンズ３５から平行光束として射出された測定光の光路中に配置されたビームスプリッター３６とを備えている。コリメートレンズ３５から平行光束として射出された測定光は、ビームスプリッター３６を透過して測定試料１に導かれる。この測定光は、第１実施形態においては、後述の集光器４１としての積分球に設けられた入出射用開口４１ａを通して測定試料１に導かれる。照射光学系３３は、測定試料１の表面１ａの法線方向に対して略同一の光軸の測定光が射出されるよう構成されている。
【００５９】
検出光学系４０は、第１実施形態において、照射光学系３３から射出された測定光による測定試料１からの拡散反射光を集光するとともに、その測定試料１からの正反射光を外部に射出する集光器４１と、その集光器４１により集光された拡散反射光の光量を検出する第１光検出器５３と、集光器４１から射出された正反射光の光量を検出する第２光検出器６３とを備えている。また、検出光学系４０は、第１実施形態において、集光器４１から射出された正反射光を第２光検出器６３に導くための正反射光光学系８０を更に備えている。
【００６０】
集光器４１は、第１実施形態において、積分球４２を備えるものとして構成されている場合を例示しているが、測定試料１からの拡散反射光を集光しつつ正反射光を外部に射出可能であればその具体的な構成について特に限定するものではない。
【００６１】
積分球４２は、中空球形に形成されるものであり、その内壁面は高反射率で拡散性に優れた材料から構成されている。積分球４２の内壁面は、例えば、硫酸バリウムに代表される白色物質等によりコーティングする等して設けられる。これにより、測定試料１からの拡散反射光を積分球の内壁面で繰り返し反射させることによって、拡散反射光を空間的に積分して内壁面全面に均一光として照射させることが可能となる。
【００６２】
積分球４２は、第１実施形態において、照射光学系３３により射出される測定光を内部に入射させるための入出射用開口４２ａと、入出射用開口４２ａから内部に入射した測定光を測定試料１に導くための試料用開口４２ｂとを備えている。また、積分球４２は、この他に、積分球４２の内壁面において繰り返し反射した拡散反射光を第１光検出器５３に導くための検出用開口４２ｃを備えている。入出射用開口４２ａからは、測定試料１からの正反射光が外部に射出される。測定試料１は、第１実施形態において、試料用開口４２ｂをその表面１ａにより塞ぐように設けられる。測定試料１は、試料用開口４２ｂに対して図示しない試料ホルダにより固定される。
【００６３】
検出用開口４２ｃには光ファイバ４６の入射端が接続されており、光ファイバ４６の出射端は第１分光分析装置５０に接続されている。検出用開口４２ｃから光ファイバ４６を介して第１分光分析装置５０に導かれた光束は、第１分光分析装置５０に設けられた第１分光器５１により分光された後、その第１分光分析装置５０に設けられた第１光検出器５３により分光された波長ごとの光量である分光スペクトルが検出される。
【００６４】
正反射光光学系８０は、第１実施形態において、集光器４１としての積分球４２の入出射用開口４２ａから射出された正反射光を反射するためのビームスプリッター３６と、ビームスプリッター３６により反射された正反射光を集光するための集光レンズ８１と、集光レンズ８１により集光された光束を第２分光分析装置６０に導くための光ファイバ８３とを備えている。正反射光光学系８０の光ファイバ８３を介して第２分光分析装置６０に導かれた光束は、第２分光分析装置６０に設けられた第２分光器６１により分光された後、その第２分光分析装置６０に設けられた第２光検出器６３により分光された波長ごとの光量である分光スペクトルが検出される。
【００６５】
第１光検出器５３、第２光検出器６３により検出された光量は、電気信号に変換された後に測定試料１からの拡散透過光等の分光スペクトルデータとしてデータ解析装置７１に出力される。なお、第１分光器５１、第２分光器６１は、例えば、回折格子、プリズム、分光フィルタ等からなるものであり、第１光検出器５３、第２光検出器６３は、例えば、フォトダイオード、ラインセンサ等から構成される。
【００６６】
データ解析装置７１は、キーボード、マウス、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ディスプレイ、プリンタ等を有するコンピュータとして構成されるものである。データ解析装置７１は、第１分光分析装置５０、第２分光分析装置６０により取得した分光スペクトルデータに対してデータ解析を行なうことにより、測定試料１のヘイズ値についての情報を取得するものとして機能する。
【００６７】
次に、第１実施形態に係るヘイズ値測定方法について、第１実施形態に係るヘイズ値測定装置１の動作とともに説明する。なお、以下の各ステップは、例えば、データ解析装置７１のＲＯＭ等に予め記憶されたプログラムをそのデータ解析装置７１が実行することにより行われる。
【００６８】
まず、ステップＳ１において、ヘイズ値測定方法を実行するために必要となる初期パラメータを設定する。上述の通り、測定試料１の反射光成分の検出値から透過光成分を算出するためには、測定試料１の反射率Ｒ、厚みｄ、吸収係数α等の物性の他、入射光の光量Ｉ0を予め求めておく必要がある。このため、少なくともこれらの数値については初期パラメータとして設定する。初期パラメータは、予めデータ解析装置７１に記憶されたものが用いられたり、作業員がデータ解析装置７１を操作して入力したものが用いられる。初期パラメータとなる測定試料１の物性は、測定試料１に応じたものが設定され、公知の値や実験により求められた値が設定される。
【００６９】
初期パラメータとなる入射光の光量Ｉ0の測定方法の一例について説明する。まず、集光器４１としての積分球４２の試料用開口４２ｂを測定試料１の代わりに標準白色板で塞ぐ。そして、光源３１から測定光を射出し、その標準白色板に測定光を射出したときの拡散反射光の光量Ｌswを第１光検出器５３により検出する。標準白色板に照射された光は完全に拡散反射するため、この検出した光量Ｌswが入射光の光量Ｉ0となる。
【００７０】
また、正反射光光学系８０のように、光路中にビームスプリッター３６のような光束を反射させるものがある場合、その反射による光量の減少を考慮する必要がある。このため、集光器４１としての積分球４２の試料用開口４２ｂを測定試料１の代わりにミラーで塞ぎ、そのミラーに測定光を射出したときの正反射光の光量Ｌrmを第２光検出器６３により検出する。ここで、試料用開口４２ｂを測定試料１で塞ぎ、その測定試料１に測定光を射出したときに第２光検出器６３により検出される正反射光の光量をＬrsとし、正反射光光学系８０全体の反射率をＲallとした場合、これらの関係は下記の式（６１）により表される。
【００７１】
上記の数式（６１）を整理すると、下記の式（６）が導出される。ここで、試料用開口４２ｂをミラーで塞いだときの正反射光の光量Ｌrmと、そのミラーの反射率Ｍとが既知であれば、正反射光光学系８０全体の反射率Ｒallによらず、試料用開口４２ｂを測定試料１で塞いだときの正反射光の光量Ｌrsから正反射率Ｒspeが求められる。このことから、ステップＳ１においては、初期パラメータとして試料用開口４２ｂをミラーで塞いだときの正反射光の光量Ｌrmとミラーの反射率Ｍとを設定する。
【００７２】
次に、ステップＳ２において、集光器４１としての積分球４２の試料用開口４２ｂを塞ぐように測定試料１の表面１ａを配置しておき、その状態で光源３１から測定光を射出し、照射光学系３３によってその測定光を平行光束にして測定試料１に向けて射出し、検出光学系４０によってその測定光による測定試料１からの反射光の光量を検出する。第１実施形態においては、第１光検出器５３により測定試料１の拡散反射光の光量Ｌssを検出するとともに、第２光検出器６３により測定試料１の正反射光の光量Ｌrsを検出する。検出光学系４０により検出した光量Ｌss、Ｌrsは、電気信号に変換された後にデータ解析装置７１に出力される。
【００７３】
次に、ステップＳ３において、検出光学系４０により検出した反射光に含まれる正反射光成分と拡散反射光成分とに基づき測定試料１のヘイズ値を算出する。第１実施形態においては、正反射光成分として第２光検出器６３により検出した正反射光の光量Ｌrsを用い、拡散反射光成分として第１光検出器５３により検出した拡散反射光の光量Ｌssを用いる。ヘイズ値を算出するうえでは、第１実施形態において、正反射光の光量Ｌrsを式（６）に代入することにより、測定試料１の正反射率Ｒspeを求める。また、拡散反射光の光量Ｌssを入射光の光量Ｉ0で除算することによって拡散反射率Ｓbackを求める。そして、求めた正反射率Ｒspe、拡散反射率Ｓbackを式（４）、式（５）に代入することによって拡散透過率Ｓfrontと、平行光線透過率Ｔspeとを求める。そして、求められた拡散透過率、平行光線透過率を式（１）に代入することにより、測定試料１のヘイズ値が算出される。
【００７４】
このとき、ＪＩＳ Ｋ７１３６において、視感度を考慮してヘイズ値を測定していることから、第１実施形態においても、視感度を考慮したヘイズ値を算出するものとする。具体的には、式（４）、式（５）を用いて求められた波長毎の拡散透過率、平行光線透過率をＳ（λ）front、Ｔ（λ）speとし、明所視標準比視感度曲線をＶ（λ）としたとき、上述の式（１）の代替として、下記の式（１）´に基づき視感度を考慮したヘイズ値を算出する。
【００７５】
次に、ステップＳ４において、必要に応じて、前ステップＳ３において算出したヘイズ値を記録したり、プリンタ等により出力したりする。
【００７６】
以上の第１実施形態に係るヘイズ値測定装置３及びヘイズ値測定方法によれば、測定試料１のヘイズ値を測定するうえで、測定試料１に測定光を照射して得られる反射光からヘイズ値を求めることが可能となる。このため、測定試料１のヘイズ値を測定するうえで、光源３１、光検出器５３等の各種部品を測定試料１の片面側に配置するのみで足りるため、測定装置３全体の小型化を図ることが可能となるうえ、測定装置３のレイアウトの自由度の向上を図ることが可能となる。
【００７７】
次に、第２実施形態に係るヘイズ値測定装置について説明する。なお、上述した構成要素と同一の構成要素については、同一の符号を付すことにより以下での説明を省略する。
【００７８】
第２実施形態に係るヘイズ値測定装置３は、照射光学系３３、集光器４１、測定試料１の位置、検出光学系４０の構成が第１実施形態に係るヘイズ値測定装置３と相違している。
【００７９】
照射光学系３３は、第２実施形態において、コリメートレンズ３５（以下、第１コリメートレンズ３５という。）とビームスプリッター３６との他に、第１コリメートレンズ３５と集光器４１との間の光路に配置された集光レンズ３７を更に備えている。
【００８０】
集光レンズ３７は、積分球４２の入出射用開口４２ａにその焦点が位置するように配置されている。これにより、第１コリメートレンズ３５から射出された平行光束としての測定光が焦点となる入出射用開口４２ａに集光される。
【００８１】
集光器４１は、第２実施形態において、積分球４２の試料用開口４２ｂを塞ぐように配設された第２コリメートレンズ４３を更に備えている。なお、積分球４２は、第２実施形態において、入出射用開口４２ａから試料用開口４２ｂにかけての距離がその積分球４２の直径と略一致している。
【００８２】
第２コリメートレンズ４３は、その焦点距離が積分球４２の直径と略一致するものが用いられる。これにより、積分球４２の入出射光用開口４２ａを焦点として集光レンズ３７により集光された測定光が平行光束として測定試料１に向けて射出されることになる。このように、照射光学系３３は、測定試料１に向けて第２コリメートレンズ４３により測定光が平行光束として射出されるように、その第２コリメートレンズ４３に向けて測定光を射出するものとして構成されている。第２コリメートレンズ４３は、図示しないホルダにより固定されている。
【００８３】
測定試料１は、第２実施形態において、積分球１の外部に配設されている。この測定試料１は、例えば、図示しないホルダにより固定されたり、水平面等の載置面上に静止した状態で載置された状態で配設される。
【００８４】
第２コリメートレンズ４３から射出された測定光による測定試料１からの正反射光は、照射光学系３３の集光レンズ３７から第２コリメートレンズ４３に至る光路を逆向きに導かれ、集光レンズ３７から平行光束として射出される。また、その測定光による測定試料１からの拡散反射光は、その大半が第２コリメートレンズ４３を通り積分球４２内に導かれる。
【００８５】
検出光学系４０は、第２実施形態において、集光器４１としての積分球４２の他に、集光器４１から射出された正反射光を照射光学系３３とは別の光路を通して集光器４１に射出する正反射光光学系８０と、正反射光学系８０において集光器４１に至る光路を開閉するシャッタ８５とを備えている。
【００８６】
集光器４１としての積分球４２は、入出射用開口４２ａ、試料用開口４２ｂ、検出用開口４２ｃの他に、正反射光光学系８０から射出された正反射光を内部に入射させるための正反射光用開口４２ｄを更に備えている。
【００８７】
正反射光光学系８０は、第２実施形態において、ビームスプリッター３６の他、ビームスプリッター３６により反射された正反射光を反射させる複数のミラー８７を更に備えている。複数のミラー８７を反射した正反射光は集光器４１としての積分球４２の正反射光用開口４２ｄを通って積分球４２の内部に導かれる。
【００８８】
シャッタ８５は、手動制御又は電気制御により開閉可能に構成されている。正反射光光学系８０から射出された正反射光は、シャッタ８５を開とすることにより集光器４１としての積分球４２内に入射され、シャッタ８５を閉とすることにより集光器４１としての積分球４２内に入射されないことになる。これにより、シャッタ８５が開の場合、第１光検出器５３により反射光として正反射光成分及び拡散反射光成分の両方が検出され、シャッタ８５が閉の場合、第１光検出器５３により反射光として拡散反射光成分のみが検出される。
【００８９】
次に、第２実施形態に係るヘイズ値測定方法について、第２実施形態に係るヘイズ値測定装置１の動作とともに説明する。なお、第１実施形態に係るヘイズ値測定方法と共通する点については、以下での説明を省略する。
【００９０】
ステップＳ１において設定される初期パラメータとしての入射光の光量Ｉ0の測定時においては、測定試料１の配置されている位置に、測定試料１の代替として標準白色板を配置する。そして、その標準白色板に測定光を照射したときの拡散反射光の光量Ｌswを第１光検出器５３により検出する。この検出した拡散反射光の光量Ｌswは、標準白色板から第２コリメートレンズ４３外に反射した拡散反射光の光束が含まれていないが、測定試料１に測定光を射出したときもその光束が同様に含まれないことになるので、第２実施形態においては、その検出したものを入射光の光量Ｉ0として設定する。
【００９１】
また、正反射光光学系８０での反射による光量の減少を考慮するうえでは、第１実施形態と同様に、測定試料１の配置されている位置に、測定試料１の代替としてミラーを配置する。そして、シャッタ８５を開とした状態で、そのミラーに測定光を射出したときの正反射光の光量Ｌrmを第１光検出器５３により検出する。ここで、図４に示すように測定試料１を配置し、シャッタ８５を開とした状態で、その測定試料１に測定光を射出したときに第１光検出器５３により検出される光量をＬrsaとし、シャッタ８５を閉とした状態で、その測定試料１に測定光を射出したときに第１光検出器５３により検出される光量をＬrsbとする。すると、これらの関係は、下記の式（７１）により表される。
【００９２】
上記の数式（７１）を整理すると、下記の式（７）が導出される。第１実施形態と同様に、ミラーに測定光を射出したときの正反射光の光量Ｌrmとミラーの反射率Ｍとを設定すれば、測定試料１に測定光を射出したときに第１光検出器５３により検出される光量Ｌrsa、Ｌrsbから正反射率Ｒspeが求められることになる。従って、ステップＳ１においては、初期パラメータとして、そのミラーに測定光を射出したときの正反射光の光量Ｌrmとミラーの反射率Ｍとを設定する
【００９３】
次に、ステップＳ２においては、光源３１から測定光を射出し、照射光学系３３によってその測定光を平行光束にして測定試料１に向けて射出し、検出光学系４０の第１光検出器５３によってその測定光による測定試料１からの反射光の光量を検出する。第２実施形態においては、シャッタ８５を開とした場合の反射光の光量Ｌrsaと、シャッタ８５を閉とした場合の反射光の光量Ｌrsbとについて、第１光検出器５３によって検出する。光量Ｌrsaは正反射光成分と拡散反射光成分との両方を含んでおり、光量Ｌrsbは拡散反射光成分のみを含むものとなっている。
【００９４】
次に、ステップＳ３においては、第１光検出器５３からデータ解析装置７１に出力された光量Ｌrsb、Ｌrsa、即ち、反射光に含まれる正反射光成分と拡散反射光成分とに基づいて、ヘイズ値を算出する。第２実施形態において、ヘイズ値を算出するうえでは、シャッタ８５を開としたときの反射光の光量Ｌrsaと、シャッタ８５を閉としたときの反射光の光量Ｌrsbとを式（７）に代入することによって、正反射率Ｒspeを求める。また、シャッタ８５を閉としたときの光量Ｌrsbを入射光の光量Ｉ0で除算することにより拡散反射率Ｓbackを求める。そして、求めた正反射率Ｒspe、拡散反射率Ｓbackを式（４）、式（５）に代入することによって拡散透過率Ｓfrontと、平行光線透過率Ｔspeとを求める。そして、求めた拡散透過率Ｓfrontと平行光線透過率Ｔspeとを式（１）に代入することにより、測定試料１のヘイズ値が算出される。
【００９５】
以上の第２実施形態に係るヘイズ値測定装置３及びヘイズ値測定方法によれば、シャッタ８５を開閉することによって、一つの光検出器５３のみを用いた場合でも反射光の正反射光成分と拡散反射光成分とのそれぞれを求めることが可能となり、そのような場合でもヘイズ値を測定することが可能となる。また、集光器４１としての積分球の試料用開口４１ｂを塞ぐように配設された第２コリメートレンズ３８により測定試料１に平行光束を射出することとしているので、測定試料１からの正反射光とともに拡散反射光を効果的に集光器４１としての積分球内に導くことが可能となる。これにより、測定試料１に対してヘイズ値測定装置３を接触させることなくヘイズ値を精度よく測定することが可能となる。
【００９６】
以上、本発明の実施形態の例について詳細に説明したが、前述した実施形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。
【実施例１】
【００９７】
以下、本発明の効果を実施例により更に説明する。
【００９８】
実施例１では、図３に示すような第１実施形態に係るヘイズ値測定装置３と、図５に示すような従来のヘイズ値測定装置１００を用いて、実際に測定試料１のヘイズ値を求め、それぞれの場合のヘイズ値を比較することとした。以下、第１実施形態に係るヘイズ値測定装置３を用いてヘイズ値を求める場合を発明例とし、従来のヘイズ値測定装置１０を用いてヘイズ値を求める場合を比較例とする。
【００９９】
測定試料１としては、板厚ｄが２．７５（ｍｍ）、吸収係数αが０．００５０３８（ｍｍ-1）、反射率Ｒが４．１２７０（％）のフロートガラスを用いることとした。また、光源３１からは波長５５５（ｎｍ）の単色光を照射することとした。
【０１００】
この結果、発明例の場合は、拡散反射率Ｓbackとして０．１４５７％、正反射率Ｒspeとして７．７９５５％との値が算出され、この算出結果から拡散透過率Ｓfrontとして０．２０３１％、平行光線透過率Ｔspeとして９０．８０１９％との値が算出され、この算出結果からヘイズ値として０．２２３％との値が求められた。これに対して、比較例の場合はヘイズ値として０．２５％との値が求められた。このように、発明例及び比較例それぞれの場合においてもヘイズ値について小数第二位の値が僅かに相違するのみであり、本発明を適用してヘイズ値を求めた場合でも従来とほぼ同等のヘイズ値を求められることが確認できた。
【符号の説明】
【０１０１】
１ 測定試料（透光性材料）
１ａ 表面
１ｂ 裏面
１ｃ 散乱体
３ ヘイズ値測定装置
３１ 光源
３３ 照射光学系
３５ コリメートレンズ（第１コリメートレンズ）
３６ ビームスプリッター
３７ 集光レンズ
４０ 検出光学系
４１ 集光器
４２ 積分球
４２ａ 入出射用開口
４２ｂ 試料用開口
４２ｃ 検出用開口
４２ｄ 正反射光用開口
４３ 第２コリメートレンズ
４６ 光ファイバ
５０ 第１分光分析装置
５１ 第１分光器
５３ 第１光検出器
６０ 第２分光分析装置
６１ 第２分光器
６３ 第２光検出器
７１ データ解析装置
８０ 正反射光光学系
８１ 集光レンズ
８３ 光ファイバ
８５ シャッタ
８７ ミラー
【特許請求の範囲】
【請求項１】
透光性材料からなる測定試料のヘイズ値を測定するためのヘイズ値測定装置において、
測定光を射出する光源と、
前記光源から射出された測定光を平行光束にして前記測定試料に向けて射出する照射光学系と、
前記照射光学系から射出された測定光による前記測定試料からの反射光の光量を検出する検出光学系と、
前記検出光学系により検出した反射光に含まれる正反射光成分と拡散反射光成分とに基づき、前記測定試料のヘイズ値を算出する演算手段とを備えること
を特徴とするヘイズ値測定装置。
【請求項２】
前記演算手段は、前記正反射光成分と前記拡散反射光成分とに基づき前記測定試料の拡散透過率及び平行光線透過率を算出し、その算出した拡散透過率及び平行光線透過率に基づき前記測定試料のヘイズ値を算出すること
を特徴とする請求項１記載のヘイズ値測定装置。
【請求項３】
前記検出光学系は、前記照射光学系から射出された測定光による前記測定試料からの拡散反射光を集光するとともに、前記測定試料からの正反射光を外部に射出する集光器と、前記集光器により集光された拡散反射光の光量を検出する第１光検出器と、前記集光器から射出された正反射光の光量を検出する第２光検出器とを有すること
を特徴とする請求項１又は２記載のヘイズ値測定装置。
【請求項４】
前記検出光学系は、前記照射光学系から射出された測定光による前記測定試料からの拡散反射光を集光するとともに、前記測定試料からの正反射光を外部に射出する集光器と、前記集光器から射出された正反射光を別の光路を通して前記集光器に射出する正反射光光学系と、前記集光器により集光された光を検出する光検出器と、前記正反射光光学系において前記集光器に至る光路を開閉するシャッタとを有すること
を特徴とする請求項１又は２記載のヘイズ値測定装置。
【請求項５】
前記集光器は、前記照射光学系により射出される測定光を内部に入射させるとともに、前記測定試料からの正反射光を外部に射出させるための入出射用開口と、前記入出射用開口から内部に入射した測定光を前記測定試料に導くための試料用開口とを有する積分球を備えること
を特徴とする請求項３又は４記載のヘイズ値測定装置。
【請求項６】
前記集光器は、前記積分球の試料用開口を塞ぐように配設されたコリメートレンズを更に備え、
前記照射光学系は、前記積分球の外部に配設された測定試料に向けて前記コリメートレンズにより前記測定光が平行光束として射出されるように当該コリメートレンズに向けて測定光を射出すること
を特徴とする請求項５記載のヘイズ値測定装置。
【請求項７】
透光性材料からなる測定試料のヘイズ値を測定するためのヘイズ値測定方法において、
前記測定試料に向けて平行光束にした測定光を射出し、
その射出した測定光による前記測定試料からの反射光の光量を検出し、
その検出した反射光に含まれる拡散反射光成分と正反射光成分とに基づき、前記測定試料のヘイズ値を算出すること
を特徴とするヘイズ値測定方法。
【請求項８】
前記正反射光成分と前記拡散反射光成分とに基づき前記測定試料の拡散透過率及び平行光線透過率を算出し、その算出した拡散透過率及び平行光線透過率に基づき前記測定試料のヘイズ値を算出すること
を特徴とする請求項７記載のヘイズ値測定方法。
【請求項１】
透光性材料からなる測定試料のヘイズ値を測定するためのヘイズ値測定装置において、
測定光を射出する光源と、
前記光源から射出された測定光を平行光束にして前記測定試料に向けて射出する照射光学系と、
前記照射光学系から射出された測定光による前記測定試料からの反射光の光量を検出する検出光学系と、
前記検出光学系により検出した反射光に含まれる正反射光成分と拡散反射光成分とに基づき、前記測定試料のヘイズ値を算出する演算手段とを備えること
を特徴とするヘイズ値測定装置。
【請求項２】
前記演算手段は、前記正反射光成分と前記拡散反射光成分とに基づき前記測定試料の拡散透過率及び平行光線透過率を算出し、その算出した拡散透過率及び平行光線透過率に基づき前記測定試料のヘイズ値を算出すること
を特徴とする請求項１記載のヘイズ値測定装置。
【請求項３】
前記検出光学系は、前記照射光学系から射出された測定光による前記測定試料からの拡散反射光を集光するとともに、前記測定試料からの正反射光を外部に射出する集光器と、前記集光器により集光された拡散反射光の光量を検出する第１光検出器と、前記集光器から射出された正反射光の光量を検出する第２光検出器とを有すること
を特徴とする請求項１又は２記載のヘイズ値測定装置。
【請求項４】
前記検出光学系は、前記照射光学系から射出された測定光による前記測定試料からの拡散反射光を集光するとともに、前記測定試料からの正反射光を外部に射出する集光器と、前記集光器から射出された正反射光を別の光路を通して前記集光器に射出する正反射光光学系と、前記集光器により集光された光を検出する光検出器と、前記正反射光光学系において前記集光器に至る光路を開閉するシャッタとを有すること
を特徴とする請求項１又は２記載のヘイズ値測定装置。
【請求項５】
前記集光器は、前記照射光学系により射出される測定光を内部に入射させるとともに、前記測定試料からの正反射光を外部に射出させるための入出射用開口と、前記入出射用開口から内部に入射した測定光を前記測定試料に導くための試料用開口とを有する積分球を備えること
を特徴とする請求項３又は４記載のヘイズ値測定装置。
【請求項６】
前記集光器は、前記積分球の試料用開口を塞ぐように配設されたコリメートレンズを更に備え、
前記照射光学系は、前記積分球の外部に配設された測定試料に向けて前記コリメートレンズにより前記測定光が平行光束として射出されるように当該コリメートレンズに向けて測定光を射出すること
を特徴とする請求項５記載のヘイズ値測定装置。
【請求項７】
透光性材料からなる測定試料のヘイズ値を測定するためのヘイズ値測定方法において、
前記測定試料に向けて平行光束にした測定光を射出し、
その射出した測定光による前記測定試料からの反射光の光量を検出し、
その検出した反射光に含まれる拡散反射光成分と正反射光成分とに基づき、前記測定試料のヘイズ値を算出すること
を特徴とするヘイズ値測定方法。
【請求項８】
前記正反射光成分と前記拡散反射光成分とに基づき前記測定試料の拡散透過率及び平行光線透過率を算出し、その算出した拡散透過率及び平行光線透過率に基づき前記測定試料のヘイズ値を算出すること
を特徴とする請求項７記載のヘイズ値測定方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１３−５３９１９（Ｐ２０１３−５３９１９Ａ）
【公開日】平成２５年３月２１日（２０１３．３．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１９２１１９（Ｐ２０１１−１９２１１９）
【出願日】平成２３年９月２日（２０１１．９．２）
【出願人】（５９２２５３７３６）シグマ光機株式会社 (46)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年３月２１日（２０１３．３．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月２日（２０１１．９．２）
【出願人】（５９２２５３７３６）シグマ光機株式会社 (46)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]