光学特性测量装置及光学特性测量方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种材料光学特性的测量技术，尤其涉及一种用于测量反射、透射及折射等光学特性的光学特性测量装置及光学特性测量方法。
【背景技术】
[0002]通常，计算机绘图或印刷等技术领域中，对材料的光学特性进行模型化，并根据该模型化的光学特性如实地体现材料的质感。作为这种模型化的材料光学特性，例如已知有双向反射率分布函数(BRDF:Bidirect1nal Reflectanc e Distribut1n Funct1n)、双向透射率分布函数(BTDF:Bidireet1nal Transmittance Distribut1n Funct1n)及双向散射分布函数(BSDF:Bidirect1nal Scattering Distribut1n Funct1n)等光学函数。
[0003]从进行准确且质感丰富的渲染或详细的原材料研究的观点考虑，精确地测量所期望材料的光学特性，并将其结果如实地反映在BRDF等光学函数中是非常重要的。
[0004]例如专利文献1中公开了一种用于测量物体的光强度的装置。该装置具备集光器系统，该集光器系统的折射型中央部分及反射折射型周边部分从被物体拡散的光线生成互不交叉的两束光，由此能够实现角度分辨率的提高、装置的简化及串扰的避免等。
[0005]并且专利文献2中公开有用于在任意的视点及光源下真实再现自由地变形及操作的对象物体的图像数据测量装置。该图像数据测量装置具备转台、多台照相机、半弧状的多个悬臂及多个光源等，且构成为在与视点及光源相关的多个条件下可自动拍摄对象物。
[0006]以往技术文献
[0007]专利文献
[0008]专利文献1:日本特表2007-508532号公报
[0009]专利文献2:日本特开2003-090715号公报
【发明内容】
[0010]发明要解决的技术课题
[0011]如上所述，对实际材料(试料)照射光而准确测量来自该材料的光(反射光、透射光及折射光等)在算出BRDF等光学函数方面非常有效。
[0012]然而，准确地测量来自实际材料的光(光学特性)，非常繁琐费时，其作业需要较长时间，并且测量装置本身易成为大型且复杂的结构。
[0013]例如，当为了获取材料的质感信息而测量试料的反射光时，需要从各方向对试料照射光，并且来自试料的反射光向各方向行进，因此需要以各种角度来测量向不同方向行进的反射光。即为了测量试料的表面特性(反射特性)，需要将对试料的光的照射位置(照射光方位)改变为二维、将来自试料的反射光的测量位置(观察方位)改变为二维，并且将试料上的测量位置(被摄物观察区域)改变为二维。因此，当测量材料的光学特性时，需要考虑“照射光方位:二维” X “观察方位:二维” X “被摄物观察区域:二维”(共六维)，而改变“光的照射位置”、“反射光的测量位置”及“试料上的测量位置”的同时进行测量。这不仅在测量试料的反射特性的情况，测量试料透射特性及折射特性等的情况下也相同。
[0014]如此，材料光学特性的测量，由于测量负荷大，因此优选采用能够减轻负荷(负担)而进行简便且高精度测量的方法。
[0015]然而，在以往的测量技术中，找不到这种所谓“负荷轻而简便且高精度测量”的可满足要求的有效方法。尤其专利文献1或专利文献2等中公开的以往的测量装置中，需要用于将测量装置的各部或测量对象(试料)移动(扫描)至所需测量位置的驱动结构(机械结构)，但难以在短时间内进行对伴随物理位置变动的光学特性的测量。并且伴随测量装置的各部或试料的物理移动的测量方法中，这种物理移动不仅花费时间，而且每进行这种物理移动还需要进行相应精度的配置，但为了实现高精度的配置，要求精密且精确的移动控制，从而装置本身也将成为大型且复杂的结构。
[0016]本发明是鉴于上述情况而完成的，其目的在于提供一种能够减轻材料光学特性的测量负荷并在短时间内进行简便且高精度的测量的光学特性测量装置及光学特性测量方法。
[0017]用于解决技术课题的手段
[0018]本发明的一方式涉及一种光学特性测量装置，所述光学特性测量装置具备对试料照射光的光照射单元及接收来自试料的光的受光单元，受光单元具有包含多个受光体的受光传感器及将来自试料的光引导至受光传感器的导光部，导光部将来自试料的光根据光在试料上的位置及行进方向引导至多个受光体中的不同的受光体。
[0019]根据本方式，通过导光部来引导来自试料的光，并通过与“试料上的位置”及“行进方向”对应的受光体来接收。通过使用该受光单元，能够同时测量从试料上的照射位置向各方向行进的光的强度(特性)，因此能够减轻试料(材料)光学特性的测量负荷并在短时间内进行简便且高精度的测量。并且用光照射单元对试料的测量对象部位的整个区域进行一次光照射时，能够同时测量“试料上的位置”及“行进方向”不同的光的强度(特性)。
[0020]这里所指“受光单元”，例如可使用称为光场传感器的类型的传感器。该光场传感器由将来自试料的光根据“试料上的光的照射位置”来引导的第1光学器件(例如拍摄透镜及主透镜)、根据“试料上的光的照射位置”设置的第2光学器件(例如微透镜)且将来自第1光学器件的光根据“来自试料的光的行进方向”来引导的第2光学器件、根据“来自试料的光的行进方向”设置的受光器(例如像素传感器)且将来自第2光学器件的光根据“试料上的光的照射位置”及“来自试料的光的行进方向”来接收的受光器构成。在这种情况下，由第1光学器件及第2光学器件构成本方式的“导光部”，由受光器构成本方式的“受光体”及“受光传感器”。
[0021 ]并且，对于“光学特性测量装置”测量的试料光学特性不作特别限定，例如，为了获得双向反射率分布函数(BRDF)、双向透射率分布函数(BTDF)或双向散射分布函数(BSDF)，可将测量试料的反射特性(表面特性)或透射特性(折射特性)的装置用作在此所说的“光学特性测量装置”。
[0022]双向反射率分布函数(BRDF)是对双向散射面反射分布函数进行特殊化的函数，当从某方向对某位置入射光时，表示在各方向上反射何种程度的光成分的反射位置上固有的函数。并且，双向透射率分布函数(BTDF)是从某方向对某位置入射光时，表示在各方向上透射及行进何种程度的光成分的透射位置上固有的函数。并且，双向散射分布函数(BSDF)是组合双向反射率分布函数(BRDF)及双向透射率分布函数(BTDF)而表示反射特性及透射特性两者的函数。
[0023]因此，在测量BRDF、BTDF或BSDF的光学特性测量装置中，通过使用上述的光场传感器(定向传感器)，在不降低测量精度的条件下，能够简化(紧凑化)装置结构而简化测量步骤，并迅速且以低成本来测量试料的所期望光学特性(反射特性及透射、折射特性等)。
[0024]优选，来自试料的光包含来自试料的第1位置的光及来自试料的第2位置的光，来自试料的第1位置的光包含向第1方向行进的光与向第2方向行进的光，来自试料的第2位置的光包含向第3方向行进的光与向第4方向行进的光，多个受光体包含来自试料的第1位置的光且与向第1方向行进的光相对应的第1受光体、来自试料的第1位置的光且与向第2方向行进的光相对应的第2受光体、来自试料的第2位置的光且与向第3方向行进的光相对应的第3受光体及来自试料的第2位置的光且与向第4方向行进的光相对应的第4受光体，导光部将来自试料的第1位置的光且向第1方向行进的光引导至第1受光体、将来自试料的第1位置的光且向第2方向行进的光引导至第2受光体、将来自试料的第2位置的光且向第3方向行进的光引导至第3受光体、将来自试料的第2位置的光且向第4方向行进的光引导至第4受光体。
[0025]根据本方式，通过第1受光体?第4受光体，可根据“试料上的位置(照射位置)”及“来自试料的光的行进方向”接收光并各自获得各光成分的强度(光学特性)。
[0026]试料的光照射位置并不限定于第1位置及第2位置，可以是多个位置，并且来自试料的光的行进方向也并不限定于第1方向?第4方向，可以是多方向。并且“第1方向及第2方向”与“第3方向及第4方向”可以相同或也可以不同。
[0027]优选，光照射单元包含发光部，发光部配置在试料与导光部之间。
[0028]根据本方式，通过配置在试料与导光部之间的发光部，对试料照射光。另外，从发光部发射的光可直接照射于试料，也可以间接照射于试料。
[0029]优选，光照射单元具有发光部和配置在试料与导光部之间且将来自发光部的光引导至试料并透射来自试料的光的光引导部。
[0030]根据本方式，经由光引导部从发光部对试料照射光，并且经由光引导部从试料对受光单元入射光。通过采用该光引导部，能够灵活地配置发光部，并且可使光学特性测量装置的结构紧凑、测量简便。另外，本方式中的“光引导部”，例如可由半透明反射镜等构成。[0031 ]优选，光照射单元对试料照射平行光。
[0032]根据本方式，平行光照射于试料，因此能够简化“经由受光单元获得的光强度(光学特性)的数据”与“相对于试料的光的入射角”之间相对应的处理。
[0033]优选，光照射单元具有发光部、将来自发光部的光变成平行光的准直部及配置在试料与导光部之间且将平行光引导至试料并透射来自试料的光的光引导部。
[0034]根据本方式，通过准直部能够将发光部的光变成平行光，并能够对试料照射平行光。
[0035]优选，发光部包含多个光源。
[0036]根据本方式，能够从多个光源分别对试料照射光。因此，当需要改变光相对于试料的照射角度时，在对应于其可变照射角度的各个位置配置光源，并依次改变发光对象的光源而进行测量，由此无需进行一切机械移动就能够进行测量。
[0037]优选，导光部具有第1导光体与包含多个导光透镜的第2导光体，第1导光体将来自试料的光根据光在试料上的位置引导至多个导光透镜中的不同的导光透镜，多个导光透镜分别将经由第1导光体引导的光根据光在试料上的位