光學特性測量裝置及光學特性測量方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種材料光學特性的測量技術，尤其涉及一種用于測量反射、透射及折射等光學特性的光學特性測量裝置及光學特性測量方法。
【背景技術】
[0002]通常，計算機繪圖或印刷等技術領域中，對材料的光學特性進行模型化，并根據該模型化的光學特性如實地體現材料的質感。作為這種模型化的材料光學特性，例如已知有雙向反射率分布函數(BRDF:Bidirect1nal Reflectanc e Distribut1n Funct1n)、雙向透射率分布函數(BTDF:Bidireet1nal Transmittance Distribut1n Funct1n)及雙向散射分布函數(BSDF:Bidirect1nal Scattering Distribut1n Funct1n)等光學函數。
[0003]從進行準確且質感豐富的渲染或詳細的原材料研究的觀點考慮，精確地測量所期望材料的光學特性，并將其結果如實地反映在BRDF等光學函數中是非常重要的。
[0004]例如專利文獻1中公開了一種用于測量物體的光強度的裝置。該裝置具備集光器系統，該集光器系統的折射型中央部分及反射折射型周邊部分從被物體拡散的光線生成互不交叉的兩束光，由此能夠實現角度分辨率的提高、裝置的簡化及串擾的避免等。
[0005]并且專利文獻2中公開有用于在任意的視點及光源下真實再現自由地變形及操作的對象物體的圖像數據測量裝置。該圖像數據測量裝置具備轉臺、多臺照相機、半弧狀的多個懸臂及多個光源等，且構成為在與視點及光源相關的多個條件下可自動拍攝對象物。
[0006]以往技術文獻
[0007]專利文獻
[0008]專利文獻1:日本特表2007-508532號公報
[0009]專利文獻2:日本特開2003-090715號公報

【發明內容】

[0010]發明要解決的技術課題
[0011]如上所述，對實際材料(試料)照射光而準確測量來自該材料的光(反射光、透射光及折射光等)在算出BRDF等光學函數方面非常有效。
[0012]然而，準確地測量來自實際材料的光(光學特性)，非常繁瑣費時，其作業需要較長時間，并且測量裝置本身易成為大型且復雜的結構。
[0013]例如，當為了獲取材料的質感信息而測量試料的反射光時，需要從各方向對試料照射光，并且來自試料的反射光向各方向行進，因此需要以各種角度來測量向不同方向行進的反射光。即為了測量試料的表面特性(反射特性)，需要將對試料的光的照射位置(照射光方位)改變為二維、將來自試料的反射光的測量位置(觀察方位)改變為二維，并且將試料上的測量位置(被攝物觀察區域)改變為二維。因此，當測量材料的光學特性時，需要考慮“照射光方位:二維” X “觀察方位:二維” X “被攝物觀察區域:二維”(共六維)，而改變“光的照射位置”、“反射光的測量位置”及“試料上的測量位置”的同時進行測量。這不僅在測量試料的反射特性的情況，測量試料透射特性及折射特性等的情況下也相同。
[0014]如此，材料光學特性的測量，由于測量負荷大，因此優選采用能夠減輕負荷(負擔)而進行簡便且高精度測量的方法。
[0015]然而，在以往的測量技術中，找不到這種所謂“負荷輕而簡便且高精度測量”的可滿足要求的有效方法。尤其專利文獻1或專利文獻2等中公開的以往的測量裝置中，需要用于將測量裝置的各部或測量對象(試料)移動(掃描)至所需測量位置的驅動結構(機械結構)，但難以在短時間內進行對伴隨物理位置變動的光學特性的測量。并且伴隨測量裝置的各部或試料的物理移動的測量方法中，這種物理移動不僅花費時間，而且每進行這種物理移動還需要進行相應精度的配置，但為了實現高精度的配置，要求精密且精確的移動控制，從而裝置本身也將成為大型且復雜的結構。
[0016]本發明是鑒于上述情況而完成的，其目的在于提供一種能夠減輕材料光學特性的測量負荷并在短時間內進行簡便且高精度的測量的光學特性測量裝置及光學特性測量方法。
[0017]用于解決技術課題的手段
[0018]本發明的一方式涉及一種光學特性測量裝置，所述光學特性測量裝置具備對試料照射光的光照射單元及接收來自試料的光的受光單元，受光單元具有包含多個受光體的受光傳感器及將來自試料的光引導至受光傳感器的導光部，導光部將來自試料的光根據光在試料上的位置及行進方向引導至多個受光體中的不同的受光體。
[0019]根據本方式，通過導光部來引導來自試料的光，并通過與“試料上的位置”及“行進方向”對應的受光體來接收。通過使用該受光單元，能夠同時測量從試料上的照射位置向各方向行進的光的強度(特性)，因此能夠減輕試料(材料)光學特性的測量負荷并在短時間內進行簡便且高精度的測量。并且用光照射單元對試料的測量對象部位的整個區域進行一次光照射時，能夠同時測量“試料上的位置”及“行進方向”不同的光的強度(特性)。
[0020]這里所指“受光單元”，例如可使用稱為光場傳感器的類型的傳感器。該光場傳感器由將來自試料的光根據“試料上的光的照射位置”來引導的第1光學器件(例如拍攝透鏡及主透鏡)、根據“試料上的光的照射位置”設置的第2光學器件(例如微透鏡)且將來自第1光學器件的光根據“來自試料的光的行進方向”來引導的第2光學器件、根據“來自試料的光的行進方向”設置的受光器(例如像素傳感器)且將來自第2光學器件的光根據“試料上的光的照射位置”及“來自試料的光的行進方向”來接收的受光器構成。在這種情況下，由第1光學器件及第2光學器件構成本方式的“導光部”，由受光器構成本方式的“受光體”及“受光傳感器”。
[0021 ]并且，對于“光學特性測量裝置”測量的試料光學特性不作特別限定，例如，為了獲得雙向反射率分布函數(BRDF)、雙向透射率分布函數(BTDF)或雙向散射分布函數(BSDF)，可將測量試料的反射特性(表面特性)或透射特性(折射特性)的裝置用作在此所說的“光學特性測量裝置”。
[0022]雙向反射率分布函數(BRDF)是對雙向散射面反射分布函數進行特殊化的函數，當從某方向對某位置入射光時，表示在各方向上反射何種程度的光成分的反射位置上固有的函數。并且，雙向透射率分布函數(BTDF)是從某方向對某位置入射光時，表示在各方向上透射及行進何種程度的光成分的透射位置上固有的函數。并且，雙向散射分布函數(BSDF)是組合雙向反射率分布函數(BRDF)及雙向透射率分布函數(BTDF)而表示反射特性及透射特性兩者的函數。
[0023]因此，在測量BRDF、BTDF或BSDF的光學特性測量裝置中，通過使用上述的光場傳感器(定向傳感器)，在不降低測量精度的條件下，能夠簡化(緊湊化)裝置結構而簡化測量步驟，并迅速且以低成本來測量試料的所期望光學特性(反射特性及透射、折射特性等)。
[0024]優選，來自試料的光包含來自試料的第1位置的光及來自試料的第2位置的光，來自試料的第1位置的光包含向第1方向行進的光與向第2方向行進的光，來自試料的第2位置的光包含向第3方向行進的光與向第4方向行進的光，多個受光體包含來自試料的第1位置的光且與向第1方向行進的光相對應的第1受光體、來自試料的第1位置的光且與向第2方向行進的光相對應的第2受光體、來自試料的第2位置的光且與向第3方向行進的光相對應的第3受光體及來自試料的第2位置的光且與向第4方向行進的光相對應的第4受光體，導光部將來自試料的第1位置的光且向第1方向行進的光引導至第1受光體、將來自試料的第1位置的光且向第2方向行進的光引導至第2受光體、將來自試料的第2位置的光且向第3方向行進的光引導至第3受光體、將來自試料的第2位置的光且向第4方向行進的光引導至第4受光體。
[0025]根據本方式，通過第1受光體?第4受光體，可根據“試料上的位置(照射位置)”及“來自試料的光的行進方向”接收光并各自獲得各光成分的強度(光學特性)。
[0026]試料的光照射位置并不限定于第1位置及第2位置，可以是多個位置，并且來自試料的光的行進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”與“第3方向及第4方向”可以相同或也可以不同。
[0027]優選，光照射單元包含發光部，發光部配置在試料與導光部之間。
[0028]根據本方式，通過配置在試料與導光部之間的發光部，對試料照射光。另外，從發光部發射的光可直接照射于試料，也可以間接照射于試料。
[0029]優選，光照射單元具有發光部和配置在試料與導光部之間且將來自發光部的光引導至試料并透射來自試料的光的光引導部。
[0030]根據本方式，經由光引導部從發光部對試料照射光，并且經由光引導部從試料對受光單元入射光。通過采用該光引導部，能夠靈活地配置發光部，并且可使光學特性測量裝置的結構緊湊、測量簡便。另外，本方式中的“光引導部”，例如可由半透明反射鏡等構成。[0031 ]優選，光照射單元對試料照射平行光。
[0032]根據本方式，平行光照射于試料，因此能夠簡化“經由受光單元獲得的光強度(光學特性)的數據”與“相對于試料的光的入射角”之間相對應的處理。
[0033]優選，光照射單元具有發光部、將來自發光部的光變成平行光的準直部及配置在試料與導光部之間且將平行光引導至試料并透射來自試料的光的光引導部。
[0034]根據本方式，通過準直部能夠將發光部的光變成平行光，并能夠對試料照射平行光。
[0035]優選，發光部包含多個光源。
[0036]根據本方式，能夠從多個光源分別對試料照射光。因此，當需要改變光相對于試料的照射角度時，在對應于其可變照射角度的各個位置配置光源，并依次改變發光對象的光源而進行測量，由此無需進行一切機械移動就能夠進行測量。
[0037]優選，導光部具有第1導光體與包含多個導光透鏡的第2導光體，第1導光體將來自試料的光根據光在試料上的位置引導至多個導光透鏡中的不同的導光透鏡，多個導光透鏡分別將經由第1導光體引導的光根據光在試料上的位