(57)【要約】【課題】立体的な反射特性を容易に測定可能な角度可変測定装置を提供する。【解決手段】角度可変測定装置を、試料Ｓを保持する試料保持部１１１と、試料表面で反射した光を検出する検出器１２０と、検出器１２０を支持する検出器支持部材１２１、１４０ａ、ｂと、試料を中心とする第１の円軌道上で移動可能なヒンジ部１６０ａ、ｂを有し、該ヒンジ部１６０ａ、ｂを介して前記検出器支持部材を回動可能に支持する基礎支持部材１３０ａ、ｂ、１５０とを備えたものとし、ヒンジ部１６０ａ、ｂを中心として前記検出器支持部材を前記基礎支持部材に対して回動させることにより、検出器１２０が試料を中心とする第２の円軌道上で移動するものであって、前記第１の円軌道と第２の円軌道の中心軸が交差するように構成する。【選択図】図１
2013148514.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
a) 試料を保持する試料保持部と、
b) 所定の光源から前記試料に照射され、該試料の表面で反射又は該試料を透過した光を検出する検出器と、
c) 前記検出器又は前記検出器が収容された積分球を前記試料を中心とする球面軌道上で移動可能に支持する支持手段と、
を有することを特徴とする角度可変測定装置。
【請求項２】
前記支持手段が、
d) 前記検出器を支持する検出器支持部材と、
e) 前記試料を中心とする第１の円軌道上で移動可能なヒンジ部を有し、前記ヒンジ部を介して前記検出器支持部材を支持する基礎支持部材と、
を有し、
前記ヒンジ部を中心として前記検出器支持部材を前記基礎支持部材に対して回動させることにより、前記検出器が前記試料を中心とする第２の円軌道上で移動するものであって、前記第１の円軌道の中心軸と第２の円軌道の中心軸とが交差するものであることを有することを特徴とする請求項１に記載の角度可変測定装置。
【請求項３】
前記支持手段が、
f) 前記試料を中心とする円弧状の形状を有し、前記検出器を該円弧に沿って移動可能に支持する検出器支持部材と、
g) 前記検出器支持部材を、前記円弧を含む平面内にあって該円弧の中心を通る軸の周りに回動可能に支持する基礎支持部材と、
を有することを特徴とする請求項１に記載の角度可変測定装置。
【請求項４】
更に、
h) 前記支持手段を駆動する駆動手段と、
i) 前記球面軌道上における前記検出器又は積分球の位置をユーザに指定させる検出器位置指定手段と、
j) 前記駆動手段を制御することにより、前記検出器位置指定手段によって指定された位置に前記検出器又は積分球を移動させる制御手段と、
を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の角度可変測定装置。
【請求項５】
更に、
k) 前記検出器又は積分球を前記試料に対して接近又は離間させる検出器進退手段、
を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の角度可変測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、拡散反射試料や拡散透過試料における出射光角度に依存した特性を測定する、いわゆる角度可変測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
角度可変測定とは、例えば反射測定や透過測定において、試料に対する光の入射角や出射角を様々に変化させて測定を行うものであり、これにより反射率又は透過率等の角度依存性を知ることができる（例えば、特許文献１を参照）。
【０００３】
図７に、このような角度可変測定を行うための角度可変測定装置の一例を示す。この角度可変測定装置は、分光光度計等に付設して用いられるものであり、試料台７１０、検出器７２０、及び検出器７２０を支持する回転アーム７３０で構成される。回転アーム７３０は、試料台７１０の支軸７１１を中心に回動可能となっており、これにより、試料Ｓを出射して検出器７２０に入射する光の出射角を適宜変更できるようになっている。例えば拡散反射試料Ｓに対して一定の入射角で光を照射すれば、検出器７２０の位置に対応した任意の反射角における反射光を検出することができる。そして、支軸７１１周りに回転アーム７３０を回転させて検出器７２０の位置を様々に変化させながら測定を行うことにより、反射率の角度依存性を測定することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平07-083828号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記のような従来の角度可変測定装置では、検出器は入射光に対して垂直となる法線を有する平面上に配置され、試料Ｓを中心とする円周上でのみ移動可能となっている。そのため、単一平面上における反射光又は透過光しか測定することができず、俯角や仰角を有する位置での測定を行うことができなかった。なお、反射測定の場合には、検出器に対する被測定面の向きが変化するよう試料台への試料の取り付け角度を変更しながら複数回の測定を行えば、立体的な反射特性を測定することも可能であるが、操作が煩雑となり測定に時間が掛かるという問題があった。
【０００６】
本発明はこうした課題に鑑みて成されたものであり、その目的とするところは、立体的な反射特性又は透過特性を容易に測定することのできる角度可変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】
【０００７】
上記課題を解決するために成された本発明に係る角度可変測定装置は、
a) 試料を保持する試料保持部と、
b) 所定の光源から前記試料に照射され、該試料の表面で反射又は該試料を透過した光を検出する検出器と、
c) 前記検出器又は前記検出器が収容された積分球を前記試料を中心とする球面軌道上で移動可能に支持する支持手段と、
を有することを特徴とする。
【０００８】
ここで、前記支持手段は、
d) 前記検出器を支持する検出器支持部材と、
e) 前記試料を中心とする第１の円軌道上で移動可能なヒンジ部を有し、前記ヒンジ部を介して前記検出器支持部材を支持する基礎支持部材と、
を有し、
前記ヒンジ部を中心として前記検出器支持部材を前記基礎支持部材に対して回動させることにより、前記検出器が前記試料を中心とする第２の円軌道上で移動するものであって、前記第１の円軌道の中心軸と第２の円軌道の中心軸とが交差するものとすることができる。
【０００９】
ここで、前記第１の円軌道の中心軸と第２の円軌道の中心軸は、典型的には、前者を鉛直方向に平行な軸とし、後者を水平方向に平行な軸とすることができるが、必ずしもこれに限定されるものではなく、例えば、前者を水平方向に平行な軸とし、後者を鉛直方向に平行な軸としてもよい。
【００１０】
また、前記支持手段は、
f) 前記試料を中心とする円弧状の形状を有し、前記検出器を該円弧に沿って移動可能に支持する検出器支持部材と、
g) 前記検出器支持部材を、前記円弧を含む平面内にあって該円弧の中心を通る軸の周りに回動可能に支持する基礎支持部材と、
を有するものとしてもよい。
【００１１】
ここで、前記円弧を含む平面内にあって該円弧の中心を通る軸は、典型的には、水平方向に平行な軸とすることができるが、これに限定されるものではなく、例えば、これを鉛直方向に平行な軸としてもよい。
【００１２】
上記本発明に係る角度可変測定装置は、更に、
h) 前記支持手段を駆動する駆動手段と、
i) 前記球面軌道上における前記検出器又は積分球の位置をユーザに指定させる検出器位置指定手段と、
j) 前記駆動手段を制御することにより、前記検出器位置指定手段によって指定された位置に前記検出器又は積分球を移動させる制御手段と、
を有するものとすることが望ましい。
【００１３】
また、本発明に係る角度可変測定装置は、更に、
k) 前記検出器又は積分球を前記試料に対して接近又は離間させる検出器進退手段、
を有するものとしてもよい。
【発明の効果】
【００１４】
上記構成から成る本発明に係る可変角度測定装置によれば、検出器又は検出器が収容された積分球を被測定試料を中心とする球面軌道上の所望の位置に配置させることが可能となる。そのため、拡散反射試料や拡散透過試料の測定において、立体的な反射特性や透過特性を容易に求めることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の第１の実施例に係る角度可変測定装置の斜視図。
【図２】同実施例に係る角度可変測定装置の制御系及び駆動系の要部の構成を示すブロック図。
【図３】検出器進退手段の一例を示す斜視図。
【図４】検出器進退手段の別の例を示す斜視図。
【図５】本発明の第２の実施例に係る角度可変測定装置の斜視図。
【図６】同実施例に係る角度可変測定装置における可動アームの別の構成例を示す斜視図。
【図７】従来の角度可変測定装置を示す斜視図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
［実施例１］
以下、本発明の角度可変測定装置の第１の実施例について説明する。図１は、本実施形態に係る角度可変測定装置の斜視図であり、図２はその制御系及び駆動系の構成を示すブロック図である。
【００１７】
本実施例に係る角度可変測定装置は、分光器（図示略）から取り出された所定波長の光を試料Ｓに照射し、試料Ｓの表面で拡散反射した光を様々な方向から測定するためのものであって、試料台１１０、検出器１２０、並びに検出器１２０を移動可能に支持するための水平角駆動アーム１３０ａ、ｂ及び俯仰角駆動アーム１４０ａ、ｂを備えている。
【００１８】
試料台１１０は、試料Ｓが取り付けられる試料取付部１１１と、試料取付部１１１から下方に延出する支柱１１２で構成されている。この試料台１１０は、試料台駆動モータ１１３によって、試料取付部１１１の中心を通る鉛直回転軸Ａを中心に回動させることができ、これにより試料Ｓに対する光の入射角を水平面内で自由に変更できるようになっている。
【００１９】
水平角駆動アーム１３０ａ、ｂは、前記支柱１１２に取り付けられたベース部１５０から左右上方に延出しており、それぞれベース部１５０を挟んで水平方向に対称に延出する水平部１３１ａ、ｂと該水平部１３１ａ、ｂの先端から鉛直上方に延びる鉛直部１３２ａ、ｂを有している。各鉛直部１３２ａ、ｂの先端には俯仰角駆動アーム１４０ａ、ｂを回動可能に支持するためのヒンジ部１６０ａ、ｂが設けられている。前記ベース部１５０には、試料台１１０の支柱１１２が挿通される貫通孔が設けられると共に水平角駆動モータ１５１が内蔵されており、該モータ１５１によってベース部１５０及び水平角駆動アーム１３０ａ、ｂを支柱１１２周り（すなわち鉛直回転軸Ａ周り）に回動可能な構成となっている。
【００２０】
俯仰角駆動アーム１４０ａ、ｂは、検出器取付部１２１を挟んでそれぞれ水平方向に対象に延出する一対の水平部１４１ａ、ｂと、該水平部１４１ａ、ｂの先端から該水平部１４１ａ、ｂに対して垂直且つ互いに平行に延出する垂直部１４２ａ、ｂを備えている。各垂直部１４２ａ、ｂの先端は、それぞれヒンジ部１６０ａ、ｂを介して水平角駆動アーム１３０ａ、ｂに連結されており、これにより俯仰角駆動アーム１４０ａ、ｂは、ヒンジ部１６０ａ、ｂを結ぶ水平回転軸Ｂを中心として回動可能となっている。なお、ヒンジ部１６０ａ、ｂの両方又はいずれか一方には、俯仰角駆動アーム１４０ａ、ｂを回転駆動するための俯仰角駆動モータ１６１が内蔵されている。
【００２１】
なお、本実施例では、俯仰角駆動アーム１４０ａ、ｂ、及び検出器取付部１２１が本発明における検出器支持部材に相当し、水平角駆動アーム１３０ａ、ｂ、ベース部１５０、及びヒンジ部１６０ａ、ｂが本発明における基礎支持部材に相当する。
【００２２】
前記の水平回転軸Ｂは、前記鉛直回転軸Ａと試料に照射される光の光軸Ｃとの交点、すなわち試料Ｓの光照射位置を通っている。また、検出器１２０は、その採光軸が前記交点を通るようにして検出器取付部１２１に取り付けられている。従って、本実施例に係る角度可変測定装置によれば、上記水平角駆動アーム１３０ａ、ｂの回動と俯仰角駆動アーム１４０ａ、ｂの回動を組み合わせることにより、検出器１２０を一定の半径を有する球面軌道上において、その受光面を常に試料に向けた状態で自由に移動させることが可能となる。これにより、例えば拡散反射試料の測定において、試料台１１０を固定した状態で水平角駆動アーム１３０ａ、ｂを回動させて検出器１２０の水平角を変更すると共に、俯仰角駆動アーム１４０ａ、ｂを回動させて検出器１２０の俯仰角を変更することにより立体的な反射特性を容易に求められるようになる。また、試料台１１０と水平角駆動アーム１３０ａ、ｂの相対位置を一定に保った状態でこれらを連動させて回転させることにより、入射角可変の反射率測定が実現できる。
【００２３】
上記本実施例に係る角度可変測定装置には、各部の動作を制御するためのコントローラ１７０が付設される。該コントローラ１７０は、例えば所定の制御／処理用プログラムをインストールしたパーソナルコンピュータから成り、検出器１２０からの出力信号を処理するためのデータ処理部１７２と、試料台駆動モータ１１３、水平角駆動モータ１５１、俯仰角駆動モータ１６１、検出器１２０、及びデータ処理部１７２を制御するための制御部１７１を含んでいる。制御部１７１には、マウス等のポインティングデバイスやキーボード等から成る入力部１７３が接続され、該入力部１７３を介してユーザの指示が制御部１７１に入力される。
【００２４】
このようなコントローラ１７０を設けることにより、検出器１２０の水平角と俯仰角を同時に制御することができ、所望の検出器位置における測定を容易に行うことが可能となる。また、従来の角度可変測定装置において複数の水平角及び俯仰角における反射光を検出する場合には、ユーザが試料の取り付け角度を手動で変更し、各試料角度において検出器を平面的な円周軌道上で移動させて測定を行っていたが、本実施例に係る角度可変測定装置によれば、予め入力部１７３を用いて前記球面軌道上に必要最小限の検出器位置を設定しておき、各検出器位置における測定を自動的に実行させることが可能となるため、測定のスループットを大幅に向上させることができる。
【００２５】
なお、上記の例では一定半径を有する球面軌道上で検出器１２０を移動させるものとしたが、該球面軌道の半径を適宜変更できる構成としてもよい。このような構成の一例を図３に示す。これは、上記の検出器取付部１２１に、検出器１２０の採光軸と平行なレール１８０を設け、検出器１２０を該レール１８０に沿って移動できるようにしたものである。なお、このとき検出器１２０はユーザが手動で移動させてもよく、図示しないモータ等の駆動手段によって移動させるようにしてもよい。例えば表面に模様を有する試料等では、照射光が試料表面で分光されるなどして角度によって反射状態が変化する。このとき、図３のような構成によれば、検出器１２０を試料Ｓから遠ざけることにより、測定の空間的分解能を高めることができる。
【００２６】
また、図４に示すように、上記のベース部１５０を水平面内で移動可能な台車状の構造とし、該ベース部１５０を移動させることにより試料Ｓから検出器１２０までの距離を変更可能な構成としてもよい。ここで、ベース部１５０の中央部には支柱１１２を挿通可能且つ該ベース部１５０の可動範囲を規定する開口１５２が設けられる。該ベース部１５０は図示しない駆動手段により、該ベース部１５０の中心を通る鉛直軸周りに回転させることができると共に、支柱１１２と干渉しない範囲で水平面内を移動させることができる。このような構成によれば、俯仰角駆動アーム１４０ａ、ｂを大きく回動させた場合でも検出器１２０と支柱１１２が干渉するのを防ぐことができるため、検出器１２０の仰角側の自由度が大きくなる。但しこの場合には、ベース部１５０を移動させた際にも検出器１２０が正しく試料Ｓの方を向くように、検出器取付部１２１における検出器１２０の取り付け角度を適切に制御する必要がある。
【００２７】
［実施例２］
続いて、本発明に係る角度可変測定装置の第２の実施例について説明する。図５は本実施例に係る角度可変測定装置の構成を示す斜視図である。
【００２８】
本実施例は、半円弧状の可動アーム５４０により、検出器５２０を試料Ｓを中心とする円軌道にそって移動可能に支持すると共に、該可動アーム５４０を、固定アーム５３０ａ、ｂによって水平回転軸Ｂ周りに回動可能に支持したものである。なお、本実施例では、固定アーム５３０ａ、ｂは試料台５１０に固定されており、該固定アーム５３０ａ、ｂと試料Ｓとの相対位置は常に一定となっている。
【００２９】
試料台５１０は、実施例１の装置と同様に、試料取付部５１１と支柱５１２で構成されており、鉛直回転軸Ａを中心に回動可能となっている。
【００３０】
前記支柱５１２からは円弧状の一対の固定アーム５３０ａ、ｂが左右上方に向かって延出しており、各固定アーム５３０ａ、ｂの先端には、可動アーム５４０を水平回転軸Ｂを中心に回動可能に支持するためのヒンジ部５６０ａ、ｂが設けられている。ヒンジ部５６０ａ、ｂには、可動アーム５４０を回転駆動するためのアーム駆動モータが内蔵されている。なお、固定アーム５３０ａ、ｂは、可動アーム５４０を水平回転軸Ｂ周りに回動可能に支持できるものであればよく、前記のような円弧状の形状とするほか、例えば、実施例１の水平角駆動アームのように水平部と垂直部を備えた形状としてもよい。
【００３１】
可動アーム５４０は、両端部が前記ヒンジ部５６０ａ、ｂに連結された半円弧状の形状を有している。その表面には検出器５２０が走行可能なレール５４１が設けられており、図示しない検出器駆動モータによって検出器５２０を該レール５４１に沿って円弧状に移動させることができる。
【００３２】
なお、本実施例においては、可動アーム５４０が本発明における検出器支持部材に相当し、固定アーム５３０ａ、ｂ、及びヒンジ部５６０ａ、ｂが本発明における基礎支持部材に相当する。
【００３３】
前記水平回転軸Ｂは、前記鉛直回転軸Ａと試料に照射される光の光軸Ｃとの交点、すなわち試料Ｓの光照射位置を通る。また、検出器５２０は、その採光軸が前記交点を通るようにして可動アーム５４０に取り付けられており、該交点を中心とする円弧軌道上で移動させることができる。従って、前記アーム駆動モータによる可動アーム５４０の回動と、検出器駆動モータによる検出器５２０の移動を組み合わせることにより、検出器５２０を常に試料Ｓに向けた状態で、該試料Ｓを中心とする一定半径の球面軌道上で自由に移動させることできる。
【００３４】
なお、本実施例における可動アーム５４０は、検出器５２０を、試料Ｓを中心とする円弧軌道上で移動可能に支持できるものであればよく、図５に示した構成のほか、例えば、図６のような構成とすることもできる。これは、可動アーム５４０を円弧状の軌条部材５４２と移動部材５４３で構成したものである。軌条部材５４２と移動部材５４３は鉛直回転軸Ａを中心とする同心円状に配置されており、軌条部材５４２は、図５に示した可動アーム５４０と同様にその両端部がヒンジ部５６０ａ、ｂを介して固定アーム５３０ａ、ｂに連結されている。移動部材５４３は、該軌条部材５４２によって鉛直回転軸Ａの周りに回動可能に支持されている。なお、また、検出器５２０は、移動部材５４３上にその採光軸が鉛直回転軸Ａと水平回転軸Ｂの交点を向くように固定されている。このような構成によれば、図示しない駆動機構によって移動部材５４３を軌条部材５４２に沿って移動させることにより、検出器５２０を試料Ｓを中心とした円弧軌道上で移動させることができる。
【００３５】
以上、本発明を実施するための形態について実施例を用いて説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、その趣旨の範囲内で適宜変更が許容されるものである。例えば、上記実施例では、試料台を鉛直回転軸Ａ周りに回動させることにより照射光の入射角を変更できるものとしたが、これに代わり、分光器等の光源からのを光ファイバを用いて試料に導く構成とし、該光ファイバの出射端の向きを変えるなどして入射角を変更するようにしてもよい。また、上記実施例では、検出器を検出器支持部材（すなわち俯仰角駆動アーム１４０ａ、ｂ、又は可動アーム５４０）に直接取り付ける構成としたが、積分球の内部に検出器を取り付け、該積分球を検出器支持部材に支持させる構成としてもよい。この場合も、該積分球の採光軸が球面軌道の中心を向くようにする。
【００３６】
また、上記の実施例１に係る装置では、水平角駆動アーム及び俯仰角駆動アームをそれぞれ直角に屈曲した形状を有するものとしたが、これに限らず、例えば上記の実施例２における固定アーム及び可動アームのように弧状に湾曲した形状としてもよい。また更に、実施例２に係る装置においても、図３又は図４に示したような試料から検出器までの距離を変更するための機構（すなわち検出器進退手段）を備えた構成としてもよい。
【符号の説明】
【００３７】
１１０、５１０…試料台
１１３…試料台駆動モータ
１２０、５２０…検出器
１２１…検出器取付部
１３０ａ、ｂ…水平角駆動アーム
１４０ａ、ｂ…俯仰角駆動アーム
１５０…ベース部
１５１…水平角駆動モータ
１６０ａ、ｂ、５６０ａ、ｂ…ヒンジ部
１６１…俯仰角駆動モータ
１７０…コントローラ
１７１…制御部
１７２…データ処理部
１７３…入力部
５３０ａ、ｂ…固定アーム
５４０…可動アーム
５４１…レール
【図１】
2013148514.tif 000003
【図２】
2013148514.tif 000004
【図３】
2013148514.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
2013148514.tif 000008
【図７】
2013148514.tif 000009