JP2023045523A - Refractive index measurement device - Google Patents
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Abstract
【課題】2次元的に広がりのある領域に対して塗布された塗料の屈折率を、硬化乾燥途中を含めて計測する技術を提供すること。【解決手段】 評価対象である塗料に屈折率が既知である粉末を混ぜた混合塗料を塗布した試料に関し、デジタルホログラフィ(測定部10)を用い、試料Obの所定領域について、所定時間間隔毎の透過光の再生画像を作成する再生画像作成部21と、作成された再生画像に基づいて、前記時間間隔毎の当該領域の透過光強度を決定する強度決定部23と、決定された透過光強度に基づき、透過光強度が最大になる時間を導出する時間導出部24と、導出された時間と、前記既知の屈折率と、を組として出力する出力部25と、を具備したことを特徴とする屈折率計測装置1。【選択図】図1A technique for measuring the refractive index of a paint applied to a two-dimensionally spreading area including during curing and drying is provided. SOLUTION: For a sample coated with a mixed paint in which a powder having a known refractive index is mixed with the paint to be evaluated, digital holography (measurement unit 10) is used to measure a predetermined area of the sample Ob at predetermined time intervals. A reproduced image creating unit 21 for creating a reproduced image of transmitted light, an intensity determining unit 23 for determining the transmitted light intensity of the region for each time interval based on the created reproduced image, and the determined transmitted light intensity and an output unit 25 for outputting the derived time and the known refractive index as a set. Refractive index measuring device 1 to. [Selection drawing] Fig. 1
Description
新規性喪失の例外適用申請有り There is an application for exception to loss of novelty
本発明は、デジタルホログラフィを用いた、広がりのある領域面にかかる塗料の屈折率の評価技術に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a technology for evaluating the refractive index of a coating applied to a wide area surface using digital holography.
従来、塗料は、製品の保護や美観向上などを目的として様々な業界で用いられている。近年では、機能性(耐熱、耐擦傷、絶縁、防汚、消臭など)を付与したり、環境に配慮した配合としたりするなど、一層多様性が増してきている。
この多様性は、基本組成の配合比の変更、複数の混和材や多数の添加剤の付加削減などにより実現されるため、その組合せは無限であるともいえる。そして、多くの塗料で重要視される見栄えや質感に関しては、塗膜の膜厚方向の変化を与える屈折率が大きく関係する。
ここで、塗料は揮発成分の有無などにより乾燥や硬化までの時間は異なるが、塗布から乾燥硬化までの間に一般的に屈折率が変化していく。このため、塗料塗布前の屈折率と乾燥硬化後の屈折率を把握しておくことは塗料開発の基礎情報として極めて重要である。
Conventionally, paints have been used in various industries for the purpose of protecting products and improving aesthetic appearance. In recent years, there has been a further increase in diversity, such as adding functionality (heat resistance, scratch resistance, insulation, antifouling, deodorizing, etc.) and environmentally friendly formulations.
This diversity can be realized by changing the compounding ratio of the basic composition, adding or reducing multiple admixtures and many additives, etc., so it can be said that the combinations are infinite. Appearance and texture, which are considered important in many paints, are greatly related to the refractive index that changes the film thickness direction of the paint film.
Here, although the time required for drying and curing of the paint varies depending on the presence or absence of volatile components, the refractive index generally changes during the period from application to drying and curing. Therefore, it is extremely important as basic information for the development of paint to grasp the refractive index before coating and the refractive index after drying and curing.
しかしながら、従来の技術では以下の問題点があった。
上述の様に、近年の塗料の多様性に由来する新たな混和材や添加剤によって、屈折率の変化が予想しづらく、乾燥硬化の中途の屈折率も大きく変わってしまう場合があった。
また、乾燥硬化途中の塗膜の性状がちょうど要求仕様に合う場合があり、特に塗料開発の現場では、そのときを含め前後の塗料の屈折率の変化具合や硬化乾燥の程度情報など含め関連情報を知りたいという要求が存在する。
一方、屈折率計を用いれば、屈折率を逐次的に求めることは可能である。しかしながら、上述のような関連情報は得られずじまいである。
また、屈折率計では、測定点一点の屈折率の情報が得られるに過ぎず、例えばラメの入っている塗膜、塗布面が湾曲している塗膜など、2次元的に広がりのある面の屈折率を計測ないし評価する必要がある対象に対しては、十分な屈折率情報が得られないという問題点があった。
However, the conventional technique has the following problems.
As described above, new admixtures and additives resulting from the recent diversity of paints make it difficult to predict changes in the refractive index, and there have been cases where the refractive index during drying and curing has also changed significantly.
In addition, there are cases where the properties of the coating film during drying and curing exactly match the required specifications. There is a desire to know the
On the other hand, if a refractometer is used, it is possible to sequentially determine the refractive index. However, the relevant information as described above is still not available.
In addition, with a refractometer, information on the refractive index of only one measurement point can be obtained. However, there is a problem that sufficient refractive index information cannot be obtained for an object whose refractive index needs to be measured or evaluated.
本発明は上記に鑑みてなされたものであって、2次元的に広がりのある領域に対して塗布された塗料の屈折率を、硬化乾燥途中を含めて計測する技術を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to provide a technique for measuring the refractive index of a coating applied to a two-dimensionally spreading area, including during curing and drying. do.
請求項1に記載の屈折率計測装置は、評価対象である塗料に屈折率が既知である粉末を混ぜた混合塗料を塗布した試料に関し、デジタルホログラフィを用い、試料の所定領域について、所定時間間隔毎の透過光の再生画像を作成する再生画像作成手段と、再生画像作成手段により作成された再生画像に基づいて、前記時間間隔毎の当該領域の透過光強度を決定する強度決定手段と、強度決定手段により決定された透過光強度に基づき、透過光強度が最大になる時間を導出する時間導出手段と、時間導出手段により導出された時間と、前記既知の屈折率と、を組として出力する出力手段と、を具備したことを特徴とする。
The refractive index measuring device according to
すなわち、請求項1に係る発明は、塗料中に分散させた粉末の屈折率に塗料の屈折率が一致ないし近づいたときにエリアの透過光強度が最も大きくなることを利用して、2次元的に広がりのある領域における乾燥途中ないし硬化途中の塗料の屈折率を計測することができる。
換言すれば、現実の塗布に近い状況における動的な塗料屈折率を評価する基礎技術を提供することができる。
That is, the invention according to
In other words, it is possible to provide a basic technique for evaluating the dynamic refractive index of paint in a situation close to actual coating.
塗料には、接着剤が含まれるものとする。自然に固化、硬化していくものに限らず、UV硬化型の接着剤であってもよい。また、色材を含まない無色の塗料の他、有色透明塗料であってもよく、適宜、試料厚みを薄くし、また、照射光の強度を強くするなどして有色塗料を評価してもよい。
粉末は、塗料の塗布前の屈折率から乾燥硬化後の屈折率までの間にある屈折率であるものを採用し、塗料評価に影響を与えない大きさと混和量とする。たとえば、1μm~50μm、1vol%~5vol%の例を挙げることができる。なお、塗料に対して溶出、変質、反応しないものとすることはいうまでもない。なお、分散性がよい方が好ましいが、原理的に屈折率が一致するときに透過光強度が最も大きくなるので、塗料評価に影響を与えないのであれば必ずしも高分散性は要求されない。
試料の大きさ(評価領域)は、デジタルホログラフィの光学系に依存するが、1mm×1mm~100mm×100mmとすることができる。当該領域の再生画像の強度分布は屈折率分布と考えることができる。
透過光強度の決定は、単純に平均値を算出するほか、中央値の算出、平準化処理または平滑化処理をおこなった結果に基づき決定してもよい。
所定時間間隔に限定はないが、5秒毎、30秒毎とする例を挙げることができる。ただし位相飛びが生じないまたは位相接続が可能な時間間隔とするのが好ましい。
最大になる時間の算出は、最大値を与えた時間としてもよいが、大抵、小刻みに上下しながらある程度の時間ほぼ同じ値を与えるので、その滞在時間の中央の時間(時刻)としてもよい。
出力は広義であり、モニタへの出力のほか、記憶手段への出力などもふくまれ、特に限定されない。
Paint shall include adhesives. The adhesive is not limited to one that solidifies and hardens naturally, and may be a UV-curable adhesive. In addition to colorless paints containing no coloring material, colored transparent paints may be used. Colored paints may be evaluated by appropriately thinning the sample thickness and increasing the intensity of the irradiation light. .
The powder used has a refractive index between the refractive index before application of the paint and the refractive index after drying and curing, and its size and mixing amount are such that it does not affect the evaluation of the paint. Examples include 1 μm to 50 μm and 1 vol % to 5 vol %. Needless to say, it should not dissolve, degrade, or react with the paint. It should be noted that good dispersibility is preferable, but in principle, the intensity of transmitted light is maximized when the refractive indices are the same.
The size of the sample (evaluation area) depends on the optical system of digital holography, but can be 1 mm×1 mm to 100 mm×100 mm. The intensity distribution of the reproduced image in the region can be considered as the refractive index distribution.
The transmitted light intensity may be determined based on the result of simply calculating the average value, calculating the median value, or performing a leveling process or a smoothing process.
Although the predetermined time interval is not limited, it may be every 5 seconds or every 30 seconds. However, it is preferable to set the time interval at which phase jump does not occur or phase connection is possible.
The maximum time may be calculated as the time at which the maximum value is given, but in most cases, the value is given approximately the same value for a certain period of time while fluctuating in small increments, so it may be the middle time (time) of the staying time.
The term "output" is used in a broad sense, and includes output to a monitor as well as output to storage means, and is not particularly limited.
請求項2に記載の屈折率計測装置は、請求項1に記載の屈折率計測装置において、屈折率が異なる粉末を用い、出力手段を制御して、時間導出手段により導出された時間に対する、当該決定された時間にかかる粉末の屈折率をプロットし、塗料の経時的な屈折率変化のグラフを出力する出力制御手段を具備したことを特徴とする。
The refractive index measuring device according to claim 2 is the refractive index measuring device according to
すなわち、請求項2に係る発明は、広がりのある領域の屈折率の経時変化を知ることが可能となる。 That is, the invention according to claim 2 makes it possible to know the temporal change of the refractive index of the widened region.
なお、屈折率の異なる粉末の用い方については、粉末1を混ぜた混合塗料、粉末2を混ぜた混合塗料、・・・、として、別々にデータを採取する方法の他、粉末を塗料中で区別できるときは混合粉末として塗料に混ぜて計測してもよい(塗料が単純な場合は、経時的に複数ピークをもつ透過光強度が測定される)。また、ホログラムは領域撮影に適しているので、エリアを区画して塗り分けて強度測定してもよい。
また、得られた点を補完して、屈折率曲線をプロットすることもできる。プロットないしグラフ出力は、PCモニタ上とするのが好ましい。
As for how to use powders with different refractive indices, in addition to the method of collecting data separately as a mixed paint mixed with
A refractive index curve can also be plotted by interpolating the obtained points. Plot or graph output is preferably on a PC monitor.
請求項3に記載の屈折率計測装置は、請求項2に記載の屈折率計測装置において、デジタルホログラフィを用い、前記領域について、前記時間間隔毎の位相画像および/または位相差画像を作成する位相画像作成手段を具備し、出力制御手段は、再生画像と、位相画像および/または位相差画像と、を動画として出力する制御をおこなうことを特徴とする。 The refractive index measurement apparatus according to claim 3 is the refractive index measurement apparatus according to claim 2, wherein digital holography is used to create a phase image and/or a phase difference image for each of the time intervals for the region. The image forming means is provided, and the output control means performs control to output the reproduced image and the phase image and/or the phase difference image as a moving image.
すなわち、請求項3に係る発明は、乾燥硬化の際の塗膜の状態(たとえば流動性や表面性状など)も多角的に動的に把握可能であり、塗料開発に資することができる。 That is, the invention according to claim 3 can dynamically grasp the state of the coating film during drying and curing (for example, fluidity, surface properties, etc.) from various angles, and can contribute to the development of coating materials.
動画出力は、再生画像と、位相画像および/または位相差画像と、を同期させて等時間間隔で連続的に出力する様にする。このときの時間間隔は再生画像の時間間隔と一致させる必要はない。たとえば、再生画像は5秒毎の像として作成し、動画出力はこれを0.1秒毎に切り替えていく例を挙げることができる。 For moving image output, the reproduced image and the phase image and/or the phase difference image are synchronized and continuously output at equal time intervals. The time interval at this time does not need to match the time interval of the reproduced image. For example, a reproduced image is created as an image every 5 seconds, and a moving image output is changed every 0.1 seconds.
請求項4に記載の屈折率計測装置は、評価対象である塗料に屈折率が既知である粉末を混ぜた混合塗料を塗布した試料に関し、デジタルホログラフィを用い、試料の所定領域について、所定時間間隔毎の反射光の再生画像を作成する再生画像作成手段と、再生画像作成手段により作成された再生画像に基づいて、前記時間間隔毎の当該領域の反射光強度を決定する強度決定手段と、強度決定手段により決定された反射光強度に基づき、反射光強度が最小になる時間を決定する時間決定手段と、時間決定手段により決定された時間と、前記既知の屈折率と、を組として出力する出力手段と、を具備したことを特徴とする。 The refractive index measuring device according to claim 4 uses digital holography for a sample coated with a mixed paint in which a powder having a known refractive index is mixed with the paint to be evaluated, and measures a predetermined area of the sample at predetermined time intervals. a reproduced image creating means for creating a reproduced image of the reflected light for each time interval; an intensity determining means for determining the reflected light intensity of the region at each time interval based on the reproduced image created by the reproduced image creating means; Based on the reflected light intensity determined by the determination means, a time determination means for determining the time at which the reflected light intensity becomes minimum, the time determined by the time determination means, and the known refractive index are output as a set. and output means.
すなわち、請求項4に係る発明は、塗料中に分散させた粉末の屈折率に塗料の屈折率が一致ないし近づいたときにエリアの反射光強度が最も小さくなることを利用して、2次元的に広がりのある領域の乾燥途中ないし硬化途中の塗料の屈折率を計測することができる。
換言すれば、屈折率と強い相関のある反射率に基づいて、乾燥硬化の中途段階の屈折率を計測することができる。
That is, the invention according to claim 4 utilizes the fact that the intensity of reflected light in an area is minimized when the refractive index of the paint matches or approaches the refractive index of the powder dispersed in the paint, and the two-dimensional It is possible to measure the refractive index of the paint in the middle of drying or curing in the area with the spread.
In other words, the refractive index in the middle stage of drying and curing can be measured based on the reflectance that has a strong correlation with the refractive index.
なお、屈折率が異なる粉末を用い、出力手段を制御して、時間導出手段により導出された時間に対する、当該決定された時間にかかる粉末の屈折率をプロットし、塗料の経時的な屈折率変化のグラフを出力する出力制御手段を具備してもよい。
同様に、デジタルホログラフィを用い、前記領域について、前記時間間隔毎の位相画像および/または位相差画像を作成する位相画像作成手段を具備し、出力制御手段は、再生画像と、位相画像および/または位相差画像と、を動画として出力する制御をおこなうようにしてもよい。
In addition, using powders with different refractive indexes, controlling the output means, plotting the refractive index of the powder over the determined time with respect to the time derived by the time deriving means, and changing the refractive index of the paint over time You may comprise the output control means which outputs the graph of.
Similarly, digital holography is used to provide phase image creation means for creating a phase image and/or a phase difference image for each of the time intervals for the region, and the output control means comprises a reproduced image, a phase image and/or A phase difference image may be controlled to be output as a moving image.
本発明によれば、2次元的に広がりのある領域に対して塗布された塗料の屈折率を、硬化乾燥途中を含めて計測する技術を提供することができる。
加えて、乾燥硬化の際の塗膜の状態も多角的に動的に把握可能であり、塗料開発に資することができる。
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the technique of measuring the refractive index of the coating material apply|coated to the area|region with a two-dimensional spread including the middle of hardening drying can be provided.
In addition, the state of the coating film during drying and curing can be dynamically grasped from various angles, which can contribute to the development of coating materials.
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら詳細に説明する。本実施の形態では、デジタルホログラフィにイマルジョン(immersion)法を組み合わせ、塗料の乾燥硬化の中途段階の面の屈折率を計測する態様を説明する。また、本実施の形態において主として説明する塗料は透明塗料であるものとする。 BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In this embodiment, digital holography is combined with an immersion method to measure the refractive index of a surface in the middle stage of drying and curing of a paint. Also, the paint mainly described in the present embodiment is a transparent paint.
図1は、屈折率測定装置の基本的な構成である光学系(測定系)と処理系とを示した模式図である。
屈折率測定装置1は、大きく、光学系を構成する測定部10と、データ処理をおこなう処理部20とに分かれる。
FIG. 1 is a schematic diagram showing an optical system (measurement system) and a processing system, which are basic configurations of a refractive index measurement apparatus.
The refractive
測定部10は、機能的にはデジタルホログラフィであり、レーザ出射部11と、レンズ-フィルタ部12と、ビームスプリッタ13(13a、13b)と、ミラー14(14a、14b)と、CMOSカメラ15と、両凸レンズ16と、を有する。なお、ビームスプリッタ13aで反射された出射光の光路には試料Obが差し込まれている。
The
レーザ出射部11からは、波長λ=657.8nmの半導体レーザ光が出射される。
レンズ-フィルタ部12は、両凸レンズ、光アイソレータ、波長板、偏光子、空間フィルタ、両凸レンズ、絞り(ピンホール)、平凸レンズ等により構成される。出射光は、両凸レンズによってコリメートされ、光アイソレータにて戻り光を防ぎつつ透過光を直線偏光化する。これを、λ/2波長板と偏光子に透過させ、両凸レンズにより焦点位置で開口5μmのピンホールを通過させてほこりなどによる回折像をカットする。通過光を焦点距離100mmの平凸レンズに通しコリメートする。
続いてこの光をビームスプリッタ13aにより2分割し、反射光は試料Obを通過させて両凸レンズ16により集光し、物体光としてビームスプリッタ13bを透過させる。ビームスプリッタ13aを透過した光はミラー14a、14bにて反射させ、参照光としてビームスプリッタ13bにて反射させる。なお、ミラー14bは若干傾け軸外し角度を設定している。軸外しをすることにより、再生像において、0次光、実像、共役像が重なってしまうと行った画像劣化を抑制することが可能となる。
ビームスプリッタ13bを経て物体光と参照光とは合波され、得られた像(ホログラム)をCMOSカメラ15にて記録する。CMOSセンサは、1024×1024ピクセル(1ピクセルの大きさである画素ピッチは5.5μm×5.5μm)のものを用いた。なお、記録の時間間隔は5.0秒ごととした。記録データは順次処理部20へ送出する。
A semiconductor laser beam having a wavelength λ of 657.8 nm is emitted from the
The lens-
Subsequently, this light is split into two by the
The object light and the reference light are combined through the
次に、試料Obについて説明する。
試料Obは、粉末入り塗料(混合塗料)であり、シャーレに塗布したものを用いる。
Next, the sample Ob will be described.
The sample Ob is a paint containing powder (mixed paint), which is applied to a petri dish.
塗料は、透過光の強度変化により、乾燥硬化の中途の屈折率等の評価を行うため、ここでは水溶性クリア塗料H30(GSIクレオス社)を用いている。原料は、主として、アクリル系合成樹脂、顔料、有機溶剤、水により構成される。
これに、CaF2粉末(粒径数μm~10μm:屈折率n=1.4338)を、1~5vol%添加して分散させて混合塗料とする。この混合塗料をシャーレに1mm厚に塗布する。
As for the paint, a water-soluble clear paint H30 (GSI Creos) is used here in order to evaluate the refractive index and the like during drying and curing based on changes in the intensity of transmitted light. Raw materials are mainly composed of acrylic synthetic resin, pigment, organic solvent, and water.
1 to 5 vol % of CaF 2 powder (particle size: several μm to 10 μm: refractive index n=1.4338) is added to this and dispersed to obtain a mixed paint. This mixed paint is applied to a Petri dish to a thickness of 1 mm.
シャーレは12×12mmの窓をあけた1mm厚アクリル板をガラス基板に接着してなり、さらに外形3.0mm×3.0mm、開口部2.0mm×1.5mmのマスクをアクリル板とは反対側のガラス基板に張り合わせて形成される。すなわち、シャーレは、開口部の塗料の乾燥硬化情報をとれる容器として構成されたものである(図2)。 The petri dish was made by bonding a 1 mm thick acrylic plate with a 12 x 12 mm window to a glass substrate, and a mask with an outer diameter of 3.0 mm x 3.0 mm and an opening of 2.0 mm x 1.5 mm was placed on the opposite side of the acrylic plate. It is formed by bonding to the side glass substrate. In other words, the petri dish is constructed as a container from which the drying and curing information of the paint in the opening can be obtained (Fig. 2).
評価原理について説明する。
混合塗料中の塗料部分の屈折率は乾燥硬化により徐々に変化する。そして、CaF2粉末の屈折率に一致する際に混合塗料の透過光強度が最も強くなることを利用すれば、塗料の乾燥硬化の中途の屈折率を知得することができる(イマルジョン法)。なお、塗料と粉末の屈折率をそれぞれnl、npとすると、混合塗料の光の透過率Trは、Tr=4nl・np/(nl+np)2で与えられる。
屈折率測定装置1では、透過率の推移(透過光強度の推移)を測定し、乾燥硬化途中の塗料の屈折率の経時的な変化を計測評価するものである。
The evaluation principle will be explained.
The refractive index of the paint part in the mixed paint gradually changes due to drying and curing. By utilizing the fact that the transmitted light intensity of the mixed paint is the strongest when it matches the refractive index of the CaF 2 powder, the refractive index of the paint in the middle of drying and curing can be known (immersion method). Assuming that the refractive indices of the paint and the powder are nl and np, respectively, the light transmittance Tr of the mixed paint is given by Tr=4nl·np/(nl+np) 2 .
The refractive
次に、処理部20について説明する。処理部20は、ハードウェアとしてはパーソナルコンピュータであり、CPU、RAM、HDD、ビデオカード、モニタ、NIC等を備え、OS、処理アプリケーションがインストールされたものである。なお、これらのハードウェアおよびHDDにインストールされたOSや処理アプリケーションの図示は省略する。
Next, the
処理部20は、機能的構成として、再生画像作成部21と、位相画像作成部22と、強度決定部23と、時間導出部24と、出力部25と、出力制御部26と、を有する。
The
再生画像作成部21は、測定部10、特に、CMOSカメラ15からの各ピクセルの情報を逐次入力し、所定の処理をおこない再生像を作成する。具体的には、試料Obのマスク内側の長方形窓を通過した透過光(屈折光)について、CMOS上の各画素における透過光強度に基づき再生像を作成する。当然ながらこの画像は透過部分を反映した長方形画像である。ここでは、5秒毎の再生像を作成する。
再生画像作成部21は、処理アプリケーション、HDD、RAM等によりその機能を実現できる。
The reconstructed
The reproduced
位相画像作成部22は、同様に、CMOSカメラ15からの各ピクセルの情報を逐次入力し、所定の処理をおこない位相像を作成する。具体的には、再生像と同様に、長方形窓を通過した透過光(屈折光)について、CMOS上の各画素における位相に基づき位相像を作成する。当然ながらこの画像は透過部分を反映した長方形画像である。また、5秒毎の位相像を作成するので、10秒前(5秒の倍数であればよい)の位相との差に基づき位相差画像も作成する。
位相画像作成部22は、処理アプリケーション、HDD、RAM等によりその機能を実現できる。
Similarly, the phase
The
なお、再生像と位相像の構成方法については、本願発明者による特許文献1~3などに開示してあるのでその説明を省略する。
Note that the method of constructing the reconstructed image and the phase image is disclosed in
強度決定部23は、再生画像作成部21により再生された再生画像に基づいて、その再生領域の透過光強度を決定する(各画像すなわち、5秒毎の強度を決定する)。塗料の質感等に大きく影響を与える屈折光(ここでは透過光)は、本来ピンポイントで評価されるべきものでなく、エリア評価(2次元的な大きさをもった面での評価)をおこなう必要があり、強度決定部23ではこれを反映して透過光強度を決定する(本実施の形態では平均値(各点の強度の合計/点の総数)にて強度を算出する)。
強度決定部23は、処理アプリケーション、CPU、RAM等によりその機能を実現することができる。
Based on the reproduced image reproduced by the reproduced
The
時間導出部24は、強度決定部23により決定された透過光強度に基づき、透過光強度が最大になる時間を導出する。この時間の基点は、塗布開始時刻としてもよいし、測定開始時刻としてもよい。上述の様に、領域平均値とする場合、最大となった時間そのものとしてもよいし、最大値付近では時間間隔にも依存するが概ねフラットまたは上に凸の二次関数となるため、その中央の時刻を算出して充てるようにしてもよい。
時間導出部24は、処理アプリケーション、OS、RAMなどによりその機能を実現することができる。
The
The function of the
出力部25は、時間導出部24により導出された時間と、CaF2粉末の屈折率と、を組とし、HDDに記録し、また、必要に応じてモニタ描画のために出力する。
出力部25は、OS、HDD、モニタなどによりその機能を実現することができる。
The
The function of the
出力制御部26は、出力部25を制御して、時間導出部24により導出された時間に対する屈折率をモニタ上にプロットし、塗料の経時的な屈折率変化のグラフを出力(描画)する。
なお、以上の説明で示したCaF2では、1点しか描画できないので、適宜粒径を変化させ、また、不純物を含ませることにより屈折率を異ならせたCaF2粉末を用いることにより、または、別組成ないし別種の粉末を用いることにより、複数組のデータを取得しておき、これをプロットしてグラフ化するものとする。
The
In addition, since only one point can be drawn with CaF 2 shown in the above explanation, CaF 2 powder whose particle size is changed as appropriate and whose refractive index is changed by containing impurities, or A plurality of sets of data are obtained by using powders of different compositions or types, and these data are plotted and graphed.
出力制御部26は、さらに、再生像と位相像と位相差画像と、を動画として出力する制御もおこなう。図3は、モニタ上のグラフおよび動画の描画例を示した説明概念図である。図では、グラフ31に屈折率の経時変化を、グラフ32に再生像を、グラフ33に位相像を、グラフ34に位相差画像を描画している。
The
また、グラフ31は、横軸を縦線31aがスライドするように描画され、経過時刻を認識しやすくしている。これと連動して、グラフ32~34では、当該時刻における画像を描画するようにしている。また各グラフ中には、経過時刻の表示もおこなうようにしている。
動画は、5秒毎の各画像を短時間に更新していくことにより再生される。たとえば、塗布から5秒毎に10000秒まで記録をとったとすると、各画像は2000枚となる。これを、1秒間に40枚再生すると50秒の動画となる。再生に際しては、適宜再生に適した画像形式に変換をおこなうものとする。なお、再生枚数または動画の長さは適宜変更可能とし、画面上にて縦線31aをつまんで左右にスライドさせるような対話的な操作とするようにしてもよい。
出力制御部26は、ビデオカード、モニタ、CPU、OS、処理アプリケーションによりその機能を実現することができる。
The
A moving image is reproduced by updating each image every 5 seconds in a short period of time. For example, if recording is taken every 5 seconds from application up to 10000 seconds, each image will be 2000 sheets. If this is played back 40 times per second, it becomes a moving image of 50 seconds. At the time of reproduction, conversion into an image format suitable for reproduction is appropriately performed. It should be noted that the number of images to be reproduced or the length of the moving image can be changed as appropriate, and an interactive operation such as pinching the
The
<具体例>
次に、CaF2を用いた水溶性クリア塗料H30の屈折率の測定の具体例について説明する。図4は、混合塗料の屈折率の時間変化を示したグラフである。なお、図には、クリア塗料H30単体について、塗布からの屈折率の変化を、別途屈折計で測定した結果も示している。
混合塗料の屈折率は、塗布直後から次第に大きくなり、塗布から105分(6300秒)で最大値をとり、その後次第に小さくなっている。そして塗布から105分後のクリア塗料H30単体の屈折率は約1.43である。すなわち、予想通り、混合塗料の屈折率が最大になるところで塗料単体の屈折率がCaF2の屈折率に一致することが確認できた。
以上から、評価対象である塗料(塗料単体)に対して、屈折率が既知である粉末を混ぜた混合塗料を塗布した試料についてデジタルホログラフィを用い、所定領域の再生像に基づき透過過光強度が最大となったときには、その塗料単体の屈折率が粉末の屈折率に一致するので、塗布からの経過時間と屈折率との関係、すなわち、乾燥硬化中途の塗料の屈折率が測定できたことになる。そして、粉末(すなわち屈折率)を種々変えることにより、塗布からの経過時間と、そのときの塗料(塗料単体)の屈折率との関係(グラフ)を得ることができる。点と点の間は適宜補完処理をおこない、時間-屈折率の変化曲線を得ることができる。
<Specific example>
Next, a specific example of measuring the refractive index of the water-soluble clear paint H30 using CaF2 will be described. FIG. 4 is a graph showing changes in the refractive index of the mixed paint over time. The figure also shows the result of measuring the change in the refractive index from the application of the clear paint H30 alone with a separate refractometer.
The refractive index of the mixed paint gradually increased immediately after application, reached a maximum value 105 minutes (6300 seconds) after application, and then gradually decreased. The refractive index of the clear paint H30 alone after 105 minutes from application is about 1.43. That is, as expected, it was confirmed that the refractive index of the paint alone coincides with the refractive index of CaF 2 where the refractive index of the mixed paint is maximized.
Based on the above, digital holography was used for a sample coated with a mixed paint mixed with powder with a known refractive index for the paint (single paint) to be evaluated. At the maximum, the refractive index of the paint alone matches the refractive index of the powder. Become. By varying the powder (that is, the refractive index), it is possible to obtain the relationship (graph) between the elapsed time from application and the refractive index of the paint (single paint) at that time. A time-refractive index change curve can be obtained by appropriately performing interpolation processing between points.
以上説明したように、屈折率測定装置1によれば、2次元的に広がりのある領域に対して塗布された塗料の屈折率を、硬化乾燥途中を含めて計測することができ、屈折率の変化の様子と、乾燥硬化の様子(再生像、位相像、位相差画像)をリンクさせて把握することができ、接着剤を含み塗料の開発に資することができる。特に、塗膜の質感などは、ピンポイントでなく、広がりのある2次元面における屈折率分布が印象を左右するので、実際に即した測定ないし評価が可能となる。
As described above, according to the refractive
なお、有色透明塗料の評価も同様に可能であり、有色不透明の塗料であっても、塗膜を薄くするなどして透過光に基づき評価可能である。
また、透過光と強い相関のある反射光を用いて塗料の屈折率を評価することも可能である。この場合は、反射光の最小値を与える時間から、塗布からの経過時間-塗料の屈折率の最大値、を評価することができる。
Incidentally, colored transparent paints can be evaluated in the same manner, and even colored opaque paints can be evaluated based on transmitted light by, for example, thinning the coating film.
It is also possible to evaluate the refractive index of paint using reflected light, which has a strong correlation with transmitted light. In this case, the elapsed time from application minus the maximum value of the refractive index of the paint can be evaluated from the time that gives the minimum value of the reflected light.
本発明は、位相像、位相差画像も得られるので、屈折率と塗りむらとの関係についての基礎情報ないし基礎技術をえることも可能となる。 Since the present invention can also obtain a phase image and a phase contrast image, it is also possible to obtain basic information or basic technology regarding the relationship between the refractive index and uneven coating.
1 屈折率測定装置
10 測定部
11 レーザ出射部
12 レンズ-フィルタ部
13 ビームスプリッタ
14 ミラー
15 CMOSカメラ
16 両凸レンズ
20 処理部
21 再生画像作成部
22 位相画像作成部
23 強度決定部
24 時間導出部
25 出力部
26 出力制御部
31 屈折率の経時変化グラフ
31a 縦線
32 再生像
33 位相像
34 位相差画像
Ob 試料
1 refractive
Claims (4)
デジタルホログラフィを用い、試料の所定領域について、所定時間間隔毎の透過光の再生画像を作成する再生画像作成手段と、
再生画像作成手段により作成された再生画像に基づいて、前記時間間隔毎の当該領域の透過光強度を決定する強度決定手段と、
強度決定手段により決定された透過光強度に基づき、透過光強度が最大になる時間を導出する時間導出手段と、
時間導出手段により導出された時間と、前記既知の屈折率と、を組として出力する出力手段と、
を具備したことを特徴とする屈折率計測装置。 Regarding a sample applied with a mixed paint in which powder with a known refractive index is mixed with the paint to be evaluated,
a reproduced image creating means for creating a reproduced image of transmitted light at predetermined time intervals for a predetermined region of a sample using digital holography;
intensity determining means for determining the transmitted light intensity of the region at each time interval based on the reproduced image created by the reproduced image creating means;
a time derivation means for deriving a time at which the transmitted light intensity reaches a maximum based on the transmitted light intensity determined by the intensity determination means;
output means for outputting the time derived by the time derivation means and the known refractive index as a set;
A refractive index measuring device comprising:
出力手段を制御して、時間導出手段により導出された時間に対する、当該決定された時間にかかる粉末の屈折率をプロットし、塗料の経時的な屈折率変化のグラフを出力する出力制御手段を具備したことを特徴とする請求項1に記載の屈折率計測装置。 Using powders with different refractive indices,
Output control means for controlling the output means to plot the refractive index of the powder over the determined time against the time derived by the time deriving means, and outputting a graph of the change in the refractive index of the paint over time. 2. The refractive index measuring device according to claim 1, wherein the refractive index measuring device is characterized by:
出力制御手段は、再生画像と、位相画像および/または位相差画像と、を動画として出力する制御をおこなうことを特徴とする請求項2に記載の屈折率計測装置。 Using digital holography, phase image creating means for creating a phase image and/or a phase difference image for each of the time intervals for the region,
3. The refractive index measurement apparatus according to claim 2, wherein the output control means performs control to output the reproduced image and the phase image and/or the phase contrast image as a moving image.
デジタルホログラフィを用い、試料の所定領域について、所定時間間隔毎の反射光の再生画像を作成する再生画像作成手段と、
再生画像作成手段により作成された再生画像に基づいて、前記時間間隔毎の当該領域の反射光強度を決定する強度決定手段と、
強度決定手段により決定された反射光強度に基づき、反射光強度が最小になる時間を導出する時間導出手段と、
時間導出手段により導出された時間と、前記既知の屈折率と、を組として出力する出力手段と、
を具備したことを特徴とする屈折率計測装置。
Regarding a sample applied with a mixed paint in which powder with a known refractive index is mixed with the paint to be evaluated,
a reproduced image creating means for creating a reproduced image of reflected light at predetermined time intervals for a predetermined region of a sample using digital holography;
intensity determining means for determining the reflected light intensity of the region at each time interval based on the reproduced image created by the reproduced image creating means;
a time derivation means for deriving a time at which the reflected light intensity is minimized based on the reflected light intensity determined by the intensity determination means;
output means for outputting the time derived by the time derivation means and the known refractive index as a set;
A refractive index measuring device comprising:
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2021153999A JP2023045523A (en) | 2021-09-22 | 2021-09-22 | Refractive index measurement device |
Applications Claiming Priority (1)
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2023045523A true JP2023045523A (en) | 2023-04-03 |
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2023045523A (en) |
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-
2021
- 2021-09-22 JP JP2021153999A patent/JP2023045523A/en active Pending
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| "Determination of the Refractive Index of Particles Through the Immersion Solid Matching Method", IEEE XPLORE, vol. 70, JPN6025018122, 12 August 2020 (2020-08-12), ISSN: 0005586658 * |
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