特開 2022-129795 光学特性測定装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022129795

(43)【公開日】2022-09-06

(54)【発明の名称】光学特性測定装置

(51)【国際特許分類】

   G01N 21/01 20060101AFI20220830BHJP

【ＦＩ】

G01N21/01 D

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021028619

(22)【出願日】2021-02-25

(71)【出願人】

【識別番号】518060022

【氏名又は名称】ＧＥＥ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100095614

【弁理士】

【氏名又は名称】越川 隆夫

(72)【発明者】

【氏名】蒲原 正広

【テーマコード（参考）】

2G059

【Ｆターム（参考）】

2G059AA05

2G059BB08

2G059DD13

2G059EE01

2G059EE02

2G059FF01

2G059HH02

2G059JJ12

2G059JJ13

2G059KK04

2G059PP04

(57)【要約】

【課題】光源からの照射光の位置や照射光の形状や大きさ等の光の形態を容易に変更することができ、測定時の調整作業に熟練を要さず測定精度を一定に維持することができる光学特性測定装置を提供する。
【解決手段】試料Ｗを保持するための保持手段１と、保持手段１に保持された試料Ｗに光を照射可能な光源と、光源から照射された光を試料Ｗに反射又は透過させて任意の光経路を形成可能な光経路形成手段と、光経路形成手段で形成された光経路に沿って試料Ｗを反射又は透過した光を検出可能な検出手段９とを具備し、検出手段９で検出した光に基づいて試料Ｗの光学的特性を評価可能な光学特性測定装置であって、光源は、所望の位置において任意の光を照射可能な投影機２から成るものである。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

試料を保持するための保持手段と、
前記保持手段に保持された前記試料に光を照射可能な光源と、
前記光源から照射された光を前記試料に反射又は透過させて任意の光経路を形成可能な光経路形成手段と、
前記光経路形成手段で形成された光経路に沿って前記試料を反射又は透過した光を検出可能な検出手段と、
を具備し、前記検出手段で検出した光に基づいて前記試料の光学的特性を評価可能な光学特性測定装置であって、
前記光源は、所望の位置において任意の光を照射可能な投影機から成ることを特徴とする光学特性測定装置。

【請求項2】

前記光経路形成手段は、前記光源及び検出手段が所定位置に固定された状態で任意の前記光経路を形成可能とされたことを特徴とする請求項１記載の光学特性測定装置。

【請求項3】

前記検出手段は、前記試料を反射又は透過した光の輝度分布を検出可能とされたことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の光学特性測定装置。

【請求項4】

前記光源は、前記試料が配置されたベース部の上方又は下方に設置されるとともに、当該光源から照射された光を前記ベース部上の前記試料に反射させ得る反射鏡が取り付けられたことを特徴とする請求項１～３の何れか１つに記載の光学特性測定装置。

【請求項5】

前記検出手段による検出結果を表示可能とされた表示手段を具備したことを特徴とする請求項１～４の何れか１つに記載の光学特性測定装置。

【請求項6】

前記表示手段は、前記検出手段による検出結果に加え、当該検出結果に基づく視認イメージを表示可能とされたことを特徴とする請求項５記載の光学特性測定装置。

【請求項7】

前記保持手段は、入射した光を前記試料を介して反射、透過又は拡散反射させ得るプリズムが取付可能とされたことを特徴とする請求項１～６の何れか１つに記載の光学特性測定装置。

【請求項8】

前記プリズムは、光の経路を所望角度に屈曲可能な台形状に形成されたことを特徴とする請求項７記載の光学特性測定装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、検出手段で検出した光に基づいて試料の光学的特性を評価可能な光学特性測定装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来、試料に光を照射して反射又は透過させ、その反射光又は透過光を検出することにより、試料の光学的特性を評価可能な光学特性測定装置について、例えば特許文献１にて開示されている。かかる従来の光学特性測定装置は、光源（発光体）の光を光ファイバを介して照射装置から試料に向かって照射させるよう構成されており、試料に対して照射装置を任意に移動させることにより、鏡面反射率、拡散反射率、直線透過率及び拡散透過率等を測定可能とされていた。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１９－１４４０８９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、上記従来技術においては、光源からの照射光の位置、形状又は大きさを任意に変更するのが困難とされるとともに、測定対象に応じて光源を移動させる必要があったため、試料や測定対象に応じて照射光の位置や光の形態等を変更する場合、測定時の調整作業に熟練を要するとともに測定精度を一定に維持するのが難しいという問題があった。

【0005】

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、光源からの照射光の位置や照射光の形状や大きさ等の光の形態を容易に変更することができ、測定時の調整作業に熟練を要さず測定精度を一定に維持することができる光学特性測定装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

請求項１記載の発明は、試料を保持するための保持手段と、前記保持手段に保持された前記試料に光を照射可能な光源と、前記光源から照射された光を前記試料に反射又は透過させて任意の光経路を形成可能な光経路形成手段と、前記光経路形成手段で形成された光経路に沿って前記試料を反射又は透過した光を検出可能な検出手段とを具備し、前記検出手段で検出した光に基づいて前記試料の光学的特性を評価可能な光学特性測定装置であって、前記光源は、所望の位置において任意の光を照射可能な投影機から成ることを特徴とする。

【0007】

請求項２記載の発明は、請求項１記載の光学特性測定装置において、前記光経路形成手段は、前記光源及び検出手段が所定位置に固定された状態で任意の前記光経路を形成可能とされたことを特徴とする。

【0008】

請求項３記載の発明は、請求項１又は請求項２記載の光学特性測定装置において、前記検出手段は、前記試料を反射又は透過した光の輝度分布を検出可能とされたことを特徴とする。

【0009】

請求項４記載の発明は、請求項１～３の何れか１つに記載の光学特性測定装置において、前記光源は、前記試料が配置されたベース部の上方又は下方に設置されるとともに、当該光源から照射された光を前記ベース部上の前記試料に反射させ得る反射鏡が取り付けられたことを特徴とする。

【0010】

請求項５記載の発明は、請求項１～４の何れか１つに記載の光学特性測定装置において、前記検出手段による検出結果を表示可能とされた表示手段を具備したことを特徴とする。

【0011】

請求項６記載の発明は、請求項５記載の光学特性測定装置において、前記表示手段は、前記検出手段による検出結果に加え、当該検出結果に基づく視認イメージを表示可能とされたことを特徴とする。

【0012】

請求項７記載の発明は、請求項１～６の何れか１つに記載の光学特性測定装置において、前記保持手段は、入射した光を前記試料を介して反射、透過又は拡散反射させ得るプリズムが取付可能とされたことを特徴とする。

【0013】

請求項８記載の発明は、請求項７記載の光学特性測定装置において、前記プリズムは、光の経路を所望角度に屈曲可能な台形状に形成されたことを特徴とする。

【発明の効果】

【0014】

請求項１の発明によれば、光源は、所望の位置において任意の光を照射可能な投影機から成るので、光源からの照射光の位置や照射光の形状や大きさ等の光の形態を容易に変更することができ、測定時の調整作業に熟練を要さず測定精度を一定に維持することができる。

【0015】

請求項２の発明によれば、光経路形成手段は、光源及び検出手段が所定位置に固定された状態で任意の光経路を形成可能とされたので、測定時の調整作業をより容易に行わせることができる。

【0016】

請求項３の発明によれば、検出手段は、試料を反射又は透過した光の輝度分布を検出可能とされたので、試料の光学的特性を簡易且つ良好に評価することができる。

【0017】

請求項４の発明によれば、光源は、試料が配置されたベース部の上方又は下方に設置されるとともに、当該光源から照射された光をベース部上の試料に反射させ得る反射鏡が取り付けられたので、装置の設置スペースを小さくすることができる。

【0018】

請求項５の発明によれば、検出手段による検出結果を表示可能とされた表示手段を具備したので、測定時や測定後において検出結果を迅速に把握することができる。

【0019】

請求項６の発明によれば、表示手段は、検出手段による検出結果に加え、当該検出結果に基づく視認イメージを表示可能とされたので、より的確に視覚的なイメージを把握させることができる。

【0020】

請求項７の発明によれば、保持手段は、入射した光を試料を介して反射、透過又は拡散反射させ得るプリズムが取付可能とされたので、プリズムの性質を利用して光を反射又は透過させることができる。

【0021】

請求項８の発明によれば、プリズムは、光の経路を所望角度に屈曲可能な台形状に形成されたので、台形の辺の長さ寸法及び角度を任意に調整することにより、容易に光を所望角度に屈曲させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0022】

【図1】本発明の実施形態に係る光学特性測定装置を示す全体模式図

【図2】同光学特性測定装置におけるベース部上の装置構成を示す斜視図

【図3】同光学特性測定装置における試料を保持する保持手段に形成されたプリズムを示す模式図

【図4】同プリズムを反射する光の経路を示す模式図

【図5】同プリズムを透過する光の経路を示す模式図

【図6】同プリズムを拡散反射する光の経路を示す模式図

【図7】同光学特性測定装置におけるベース部上の装置構成及び光経路を示す平面図

【図8】図７の光経路を経た光の輝度分布を示す模式図

【図9】同光学特性測定装置におけるベース部上の装置構成及び光経路を示す平面図

【図10】図９の光経路を経た光の輝度分布を示す模式図

【図11】同光学特性測定装置における表示手段による表示内容を示す模式図

【発明を実施するための形態】

【0023】

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら具体的に説明する。
本実施形態に係る光学特性測定装置は、検出手段で検出した光に基づいて試料の光学的特性を評価可能なもので、図１、２に示すように、本体Ｆと、保持手段１と、光源としての投光機２と、制御手段３と、光学フィルタ（４、５、６）と、可動偏角手段７と、固定偏角手段８と、ベース部Ｂと、透過板１０及び表示板１１（表示手段）とを有して構成されている。

【0024】

本体Ｆは、暗室を構成するもので、その暗室の内部には本装置を構成する種々の構成部品が配設されている。また、本体Ｆの内部は、画成板Ｄ１、Ｄ２によって上下方向に区分けされており、上段に保持手段１等が形成されたベース部Ｂ、中段に光源としての投光機２及び下段に制御手段３がそれぞれ配設されている。さらに、本体Ｆの上段及び中段には、反射鏡Ｍ１、Ｍ２がそれぞれ取り付けられている。

【0025】

しかるに、本実施形態においては、光源としての投光機２は、試料Ｗが配置されたベース部Ｂの下方に設置されるとともに、当該投光機２から照射された光をベース部Ｂ上の試料Ｗに反射鏡Ｍ１、Ｍ２にて反射させ得るようになっているが、試料Ｗが配置されたベース部Ｂの上方に投光機２を設置するとともに、当該投光機２から照射された光をベース部Ｂ上の試料Ｗに反射鏡Ｍ１、Ｍ２にて反射させ得るよう構成してもよい。

【0026】

投光機２は、スクリーンに画像等を投射可能なプロジェクタと称されるもので、本実施形態においては、保持手段１に保持された試料Ｗに光を照射可能な光源から成る。この投光機２は、例えば発光ダイオード２光源とするＬＥＤプロジェクタ等から成るもので、制御手段３による制御によって、所望の位置において任意の光（任意の大きさ、形状及び色の光）を照射可能とされている。

【0027】

投光機２の具体例として、例えば、図１に示すように、ランプ等の光源２ａと、プリズム２ｂと、レンズ２ｃ等を有して構成されたものが挙げられる。この場合、光源２ａから照射された光を光の三原色（赤・緑・青）に分解し、それぞれに液晶パネルを一つずつ割り当てて透過させる。そして、分解された光は、プリズム２ｂで合成され、画像を構成する色や形が形成された後、レンズ２ｃを介して外部に（本実施形態においては、反射鏡Ｍ１に向かって）投写されることとなる。

【0028】

制御手段３は、投光機２を制御するパソコン等から成るもので、照射される光を任意に調整して光の照射位置、大きさ、形状、色、強度等の光の形態を任意に調整可能とされている。そして、制御手段３にて制御された投光機２から照射された光は、反射鏡Ｍ１及び反射鏡Ｍ２をそれぞれ反射した後、上段のベース部Ｂに対して略平行に照射されることとなる。

【0029】

ベース部Ｂは、図２に示すように、保持手段１と、光経路形成手段を構成する光学フィルタ（４、５、６）、可動偏角手段７及び固定偏角手段８とが取り付けられたものである。保持手段１は、被測定物である試料Ｗを保持するためのもので、ベース部Ｂの所定位置に固定されるとともに、図３～６に示すように、密着手段１ａと、プリズム部１ｂとを有して構成されている。

【0030】

密着手段１ａは、プリズム部１ｂに密着して取り付けられるもので、例えば試料Ｗとプリズム部１ｂとの間の空気層を排除して、光学的に接触させるオプティカルボンディングシート（粘着シート）等から成る。なお、密着手段１ａは、かかるオプティカルボンディングシートに代えて、光学接着剤やシリコンオイルなど、プリズムと試料Ｗの屈折率を整合させることができる他の形態の接着剤またはオイルとすることができる。プリズム部１ｂは、平面視において斜面ａ、ｂ、短辺ｃ及び長辺ｄを有した台形状に形成されたプリズムから成り、密着手段１ａに固定された試料Ｗに対して光を反射及び透過し得るようになっている。

【0031】

例えば、試料Ｗにて光を反射させる場合、図４に示すように、プリズム部１ｂに入射した光が斜面ａにて屈曲し、試料Ｗに対して所定角度で反射した後、斜面ｂにて屈曲しつつプリズム部１ｂから出射することとなる。また、試料Ｗにて光を透過させる場合、図５に示すように、プリズム部１ｂの短辺ｃから入射した光が長辺ｄから出射し、試料Ｗを透過するようになっている。さらに、試料Ｗにて光を拡散反射させる場合、図６に示すように、プリズム部１ｂに入射した光が斜面ａにて屈曲し、試料Ｗに対して所定角度で反射した後、プリズム部１ｂの短辺ｃから出射することとなる。

【0032】

光学フィルタ（４、５、６）は、光を透過させ得るレンズ（４ａ、５ａ、６ａ）を有して構成されており、光学フィルタ（４、５）が試料Ｗに照射する前の光（入射光）を案内（導光）するとともに、光学フィルタ６が試料Ｗに照射した後の光（出射光）を案内（導光）するようになっている。レンズ（４ａ、５ａ、６ａ）は、光を通過させて導光させ得るものであれば足り、例えばレンズの他、偏光子や光学薄膜等であってもよい。また、光学フィルタ（４、５、６）は、ベース部Ｂに取り付けられた摺動レールＬａ～Ｌｃに沿ってそれぞれスライド可能とされており、任意の位置に設定可能とされている。

【0033】

可動偏角手段７は、光を反射させ得るミラー部７ａを具備したもので、摺動レールＬｂにてスライド可能とされている。また、可動偏角手段７は、ミラー部７ａが回転可能とされており、試料Ｗにて光を透過させる場合（図７参照）の角度と、試料Ｗにて光を拡散反射させる場合（図９参照）の角度とが調整可能とされている。固定偏角手段８は、光を反射させ得るもので、保持手段１を挟んで可動偏角手段７と対向する位置に固定されている。

【0034】

本実施形態において、光学フィルタ（４、５、６）、可動偏角手段７及び固定偏角手段８は、投光機２（光源）から照射された光を試料Ｗに反射又は透過させて任意の光経路を形成可能な光経路形成手段を構成している。特に、本実施形態に係る光経路形成手段は、投光機２（光源）及び検出手段９が所定位置に固定された状態で任意の光経路（鏡面反射光経路Ｈ１、透過光経路Ｈ２及び拡散反射光経路Ｈ３）を形成可能とされている。

【0035】

具体的には、測定モード１においては、図７に示すように、光経路形成手段により、光学フィルタ４を通過した光が、試料Ｗを反射した後、光学フィルタ６を通過する鏡面反射光経路Ｈ１（図７中点線で示す経路）と、光学フィルタ５を通過した光が、可動偏角手段７で反射して試料Ｗを透過した後、固定偏角手段８で反射する透過光経路Ｈ２（図７中一点鎖線で示す経路）とが形成される。

【0036】

また、測定モード２においては、図８に示すように、光経路形成手段（この場合、可動偏角手段７のミラー部７ａを９０°回転させる）により、光学フィルタ４を通過した光が、試料Ｗを反射した後、光学フィルタ６を通過する鏡面反射光経路Ｈ１（図８中点線で示す経路）と、光学フィルタ４を通過した光が、試料Ｗを拡散反射した後、可動偏角手段７で反射する拡散反射光経路Ｈ３（図８中二点鎖線で示す経路）とが形成される。

【0037】

検出手段９は、光経路形成手段で形成された光経路に沿って試料Ｗを反射又は透過した光を検出可能なもので、例えば本体Ｆに隣接した位置（別個の暗室等）に設置されたハイパースペクトルカメラ、照度計、輝度計又はデジタルカメラ等から成る。具体的には、本実施形態に係る検出手段９は、本体Ｈに取り付けられた透過板１０を透過した光を検出可能とされており、試料Ｗを反射又は透過した光の輝度分布を検出可能とされている。

【0038】

例えば測定モード１においては、図８に示すように、鏡面反射光経路Ｈ１を経た光と、透過光経路Ｈ２を経た光とがそれぞれ輝度分布として検出されるとともに、測定モード２においては、図１０に示すように、鏡面反射光経路Ｈ１を経た光と、拡散反射光経路Ｈ３を経た光とがそれぞれ輝度分布として検出されることとなる。

【0039】

透過板１０は、検出手段９で検出される前の光を透過させる透過型スクリーンから成り、透過する光の輝度が大きいとき、当該透過型スクリーンのゲインにより調整することができるようになっている。この透過板１０を透過した光は、図１１に示すように、光（同図においては、鏡面反射光経路Ｈ１の光、及び透過光経路Ｈ２の光）の２次元の輝度分布として表示されることとなる。

【0040】

また、透過板１０の上部には、表示板１０が形成されている。かかる表示板１０は、測定項目が表示される表示部１１ａと、検出手段９による検出結果が表示される表示部１１ｂと、検出手段９による検出結果に基づく視認イメージが表示される表示部１１ｃとを有して構成されている。表示部１１ａには、測定時の条件（各種パラメータ等）が表示されるとともに、表示部１１ｂには、透過率や反射率の他、光沢度や偏光度についても表示されるようになっている。

【0041】

さらに、表示部１１ｃには、試料Ｗを実際に部品等に用いた場合において、検出結果に基づく画像や映像等が視認イメージとして表示され、試料Ｗを所望の部位に使用した場合の映り込みや見栄え等が視覚的に把握できるよう構成されている。これにより、測定時又は測定後において、試料Ｗの光学特性に基づく視認イメージを的確に把握させることができ、迅速に官能評価を行うことが可能となる。

【0042】

本実施形態に係る光学特性測定装置によれば、光源は、所望の位置において任意の光を照射可能な投影機２から成るので、光源からの照射光の位置や照射光の形状や大きさ等の光の形態を容易に変更することができ、測定時の調整作業に熟練を要さず測定精度を一定に維持することができる。また、本実施形態に係る光経路形成手段は、投光機２（光源）及び検出手段９が所定位置に固定された状態で任意の光経路を形成可能とされたので、測定時の調整作業をより容易に行わせることができる。

【0043】

さらに、本実施形態に係る検出手段９は、試料Ｗを反射又は透過した光の輝度分布を検出可能とされたので、試料Ｗの光学的特性を簡易且つ良好に評価することができる。またさらに、投光機２（光源）は、試料Ｗが配置されたベース部Ｂの上方又は下方に設置されるとともに、当該投光機２（光源）から照射された光をベース部Ｂ上の試料Ｗに反射させ得る反射鏡（Ｍ１、Ｍ２）が取り付けられたので、装置の設置スペースを小さくすることができる。

【0044】

また、本実施形態によれば、検出手段９による検出結果を表示可能とされた表示板１１（表示手段）を具備したので、測定時や測定後において検出結果を迅速に把握することができる。さらに、本実施形態に係る表示板１１（表示手段）は、検出手段９による検出結果に加え、当該検出結果に基づく視認イメージを表示可能とされたので、より的確に視覚的なイメージを把握させることができる。

【0045】

特に、本実施形態によれば、保持手段１は、入射した光を試料Ｗを介して反射、透過又は拡散反射させ得るプリズム（プリズム部１ｂ）が取付可能とされたので、プリズムの性質を利用して光を反射又は透過させることができる。また、プリズムは、光の経路を所望角度に屈曲可能な台形状に形成されたので、台形の辺の長さ寸法及び角度を任意に調整することにより、容易に光を所望角度に屈曲させることができる。

【0046】

以上、本実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されず、例えば光経路形成手段を他の部品にて構成したもの又は表示板１１を具備しないもの等であってもよい。また、測定モード１、２の他、他の光を検出し得る測定モードを選択可能なものであってもよい。さらに、本実施形態においては、ベース部Ｂ及び投光機２が上下２段の位置に配設されているが、スペース上余裕があれば、ベース部Ｂ及び投光機２を水平方向に配設するようにしてもよい。

【産業上の利用可能性】

【0047】

光源が所望の位置において任意の光を照射可能な投影機から成る光学特性測定装置であれば、外観形状が異なるもの或いは他の機能が付加されたもの等にも適用することができる。

【符号の説明】

【0048】

１ 保持手段
１ａ 密着手段
１ｂ プリズム部
２ 投光機（光源）
３ 制御手段
４、５、６ 光学フィルタ
７ 可動偏角手段
７ａ ミラー部
８ 固定偏角手段
９ 検出手段
１０ 透過板
１１ 表示板（表示手段）
Ｗ 試料
Ｂ ベース部
Ｆ 本体
Ｄ 画成板
Ｈ１ 鏡面反射光経路
Ｈ２ 透過光経路
Ｈ３ 拡散反射光経路
Ｍ１、Ｍ２ 反射鏡
Ｌａ～Ｌｃ 摺動レール

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】