CN1217183C - 针孔检测器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种针孔检测器，沿Z轴方向通过针孔P的光(L)与光检测元件耦合，由于针孔(P)的透过光以外的杂散光的行进方向相对于Z轴倾斜，因此该杂散光与光检测元件(4)的耦合受到对入射角进行限制的第1和第2光学手段(1、2)的限制。所以，本发明的检测器在进行检测时并不一定需要闭塞空间，便可方便地检测出针孔P。

Description

针孔检测器

                                技术领域

本发明涉及针孔检测器。

                                背景技术

向来对金属或树脂等的薄膜是否形成有针孔进行检测。为了对橡胶状薄膜所形成的针孔进行检测，可以用该薄膜构成密闭容器的一部分，往该容器内充填液体，检测是否发生容器液漏。而为了检测形成于金属薄膜的针孔，可以用该薄膜构成密闭的暗箱的一部分，在暗箱内侧检测是否有光通过针孔。也就是说，无论是何种检测，都需要闭塞空间。

                                发明内容

但用闭塞空间进行检测不是很容易，而且，有很多无法用闭塞空间进行检测的情况。例如，工厂内刚经过轧制的铝薄膜移动时的情况、刚制造的胶乳薄膜移动时的情况等。本发明正是鉴于这样的课题，其目的在于提供一种可提高检测便利性的针孔检测器。

为了解决上述课题，本发明的针孔检测器，具备检测透过待测定物的针孔的光的光检测元件，其特征在于，在设定XYZ直角座标系的情况下，在所述待测定物和所述光检测元件之间的光路间沿Z轴依次配置：对可透过的XZ平面内光的入射角进行限制的第1光学手段；以及对可与所述光检测元件光学耦合的YZ平面内光的入射角进行限制的第2光学手段。

这种情况下，沿Z轴方向通过针孔的光与光检测元件耦合，但由于针孔的透过光以外的杂散光的行进方向相对于Z轴倾斜，所以该杂散光与光检测元件的耦合受到第1以及第2光学手段的限制。因此，本检测器在检测时并不一定在待测定物与检测器之间需要严密的闭塞空间，便可方便地检测针孔。

而第1光学手段可以由光控制薄膜(light control film)构成。也可以将光控制薄膜中百叶(louver)的纵向取为Y轴方向。这种情况下，可限制X方向的入射角。

而且，该第1光学手段也可以形成为将2片或以上的光控制薄膜沿Z轴隔开配置。这种情况下，也可将百叶的纵向取为Y轴方向，这种情况下，可同时透过前级薄膜与后级薄膜的光的入射角随隔开距离变小，因此可以利用该隔开距离显著提高入射角的限制性能。

而所述第1光学手段或所述光控制薄膜可以由在透明树脂内平行装有多片不透明百叶的百叶薄膜所构成。

第2光学手段可以由只在Y轴方向上聚光的聚光透镜以及配置于所述聚光透镜的聚光位置对入射光束直径进行限制的受光区域所构成。YZ平面内，沿Z轴入射的光靠聚光透镜聚光至受光区域上，而相对于Z轴有较大倾斜而入射至第2光学手段的光则没有聚光至受光区域上，因此可以限制可与光检测元件耦合的YZ平面内光的入射角。

受光区域由例如光电二极管构成。在待测定物较大的情况下，也可以将多个光电二极管沿X轴配置。也就是说，若将多个受光区域沿X轴配置，即使是待测定物在X轴方向上具有宽度的情况下，也可以对宽度区域所形成的针孔进行检测。

而且，也可以将所述受光区域作为光纤的一端，将所述光纤的另一端与所述光检测元件以光学方式耦合。光纤可以限制入射光束直径，并且可将光传输到任意位置，因此用该光纤时可以将光检测元件配置在适当的位置上，同时可以将光纤捆扎成束，因此可以减少与其耦合的光检测元件的数量。

上述针孔检测器是一种通过有效限制对检测作出贡献的光的立体角，从而无需闭塞空间的检测器，因此若针孔透过光的强度不大，便要求光检测元件具有高灵敏度。作为这种高灵敏度的光检测元件可以例举出光电倍增管，用这种高灵敏度的光检测元件便可实际检测出针孔。

                                附图说明

图1是实施形态针孔检测器的纵剖面图。

图2是将针孔检测器局部剖切后表示的该针孔检测器的立体图。

图3是XZ平面内开口OP附近的剖面图。

图4是光控制薄膜1b的立体图。

图5是表示入射角θx与透过率之间关系的曲线图。

图6是隔开配置的光控制薄膜1b、1c的纵剖面图。

图7是YZ平面内开口OP附近的剖面图。

图8是包含聚光透镜2a和受光区域2b的光纤F的立体图。

图9是表示相对于Z轴的聚光透镜2a的入射角θy与受光区域2b的光入射率之间关系的曲线图。

                              具体实施方式

以下说明实施形态针孔检测器。对相同组成部分用同一符号，并省略重复说明。

图1是实施形态针孔检测器的纵剖面图，图2是将针孔检测器局部剖切后表示的该针孔检测器的立体图。

该针孔检测器具有一侧面(上表面)形成有开口的暗箱10。暗箱10的开口端面上配置有待测定物20并使其覆盖开口OP，光源30位于待测定物20之上。

另外，本例待测定物20采用经过轧制的铝薄膜，并使该薄膜沿Y轴方向移动。

从光源30出射的光L经形成于待测定物20的针孔P、配置于暗箱10的开口端内侧的第1光学手段1、暗箱10内配置于第1光学手段1后一级的第2光学手段2，入射至光导3。光导3使入射光与光检测元件4耦合。

有针孔P存在的情况下，由于光检测元件4有光源30的光L入射，因而可根据光检测元件4的输出大小检测是否有针孔P以及其大小。也就是说，该针孔检测器是具备一光检测元件4以检测待测定物20的针孔P所透过光L的针孔检测器。

另外如图所示设定XYZ垂直座标系。

该针孔检测器，在待测定物20和光检测元件4之间的光路中间沿Z轴依次配置：对可透过的XZ平面内光的入射角进行限制的第1光学手段1；以及对可与所述光检测元件4光学耦合的YZ平面内光的入射角进行限制的第2光学手段2。

沿Z轴方向通过针孔P的光L与光检测元件4耦合，而针孔P透过光以外的杂散光的行进方向由于相对于Z轴倾斜，所以该杂散光与光检测元件的耦合受到第1以及第2光学手段的限制。因此，本检测器在检测时并不一定需要闭塞空间，即使暗箱10与待测定物20之间存在若干间隙，也可以很方便检测出针孔P。

本例第1光学手段1由光控制薄膜1b、1c构成。光控制薄膜1b、1c的百叶纵向是Y轴方向。这种情况下可限制X方向的入射角。而各个光控制薄膜1b、1c分别由保护玻璃1a和滤光片1d所支持。另外保护玻璃1a将暗箱10的开口OP加以封闭，以抑制粉尘进入暗箱10内部。而且，滤光片1d也可以采用玻璃板，但这里采用的是使光源30的出射光选择性透过的带通滤光片。

这里对第1光学手段1的功能进行补充说明。

图3是XZ平面内开口OP附近的剖面图。该图中按XZ平面切开表示。如图所示，垂直入射至针孔P的来自光源30的光L，通过针孔P沿Z轴方向行进，但是从暗箱10与待测定物20之间所入射的杂散光LN行进到暗箱10内部时相对于Z轴具有入射角θx’。

图4是光控制薄膜1b的立体图。光控制薄膜1b由聚对苯二甲酸乙二醇酯所制成的两片透明树脂膜1b1、1b2以及这两片透明树脂膜之间平行配置的多片百叶1b3组成。要而言之，光控制薄膜1b是在透明树脂膜1b1、1b2内平行装入多片不透明百叶1b3的百叶薄膜。这样的薄膜在住友3M株式会社有售，另外，其他的替代件记载于例如日本特开平05-215908号公报等中。

图5是表示入射角θx与透射率之间关系的曲线图。如该曲线图所示，XZ平面内入射至光控制薄膜1b的光的入射角θx在以0度为基准的规定范围内的情况下，入射光透过该薄膜1b，但在规定范围之外，则无法透过它。也就是说，从光源30入射至光控制薄膜1b的光L透过该薄膜1b，但不让上述杂散光LN透过。利用以上构成，光控制薄膜1b便具有对XZ平面内入射角进行限制的功能。

另外，光控制薄膜1c的结构和功能与光控制薄膜1b相同，由聚对苯二甲酸乙二醇酯所制成的2片透明树脂膜1c1、1c2以及在这2片透明树脂膜之间平行配置的多个百叶1c3组成(参考图6)。

本实施例中，采用2片光控制薄膜。具体来说，第1光学手段1由2片或以上的光控制薄膜1b、1c沿Z轴隔开配置而成。

图6是隔开配置的光控制薄膜1b、1c的纵剖面图。百叶1b3、1c3的纵向均为Y轴方向。在这样配置的情况下，可同时透过前级薄膜1b以及后级薄膜1c的光的入射角随隔开距离D变小。在只有前级薄膜1b时的入射角最大到θ1为止，但将其与后级薄膜1c组合的情况下，其入射角只允许到θ2(＜θ1)为止。这样，可以利用薄膜的隔离显著提高入射角的限制性能。

下面回到图1，对第2光学手段进行说明。第2光学手段2是由只在Y轴方向上聚光的聚光透镜(圆柱型透镜)2a以及配置在聚光透镜2a的聚光位置上，限制入射光束直径的受光区域(入射开口)2b构成。在YZ平面内沿着Z轴方向入射的光被聚光透镜2a聚光在受光区域2b上，但由于相对Z轴大幅度倾斜着向第2光学手段2入射的光没有在受光区域2b上聚光，因此能够限制可以与光检测元件4耦合的YZ平面内光的入射角。

而且，受光区域2b也可以采用光电二极管。在待测定物20较大的情况下，也可以使多个光电二极管沿着X轴方向配置。也就是说，如果将多个受光区域2b沿着X轴方向配置，则即使是待测定物在X轴方向上具有宽度的情况下，可以对宽度区域上形成的针孔进行检测。

本实施例中，将受光区域2b作为构成光导向装置3的光纤F的一端。使该光纤F的另外一端与光检测元件4光学耦合。光纤F可以限制入射光束的直径，同时可以将光传输到任意位置，因此可以将光检测元件4配置于适当的位置。由于光纤被捆扎成束，也可以使与其耦合的光检测元件4的数量比直接配置光电二极管的情况减少。

上述针孔检测器是一种利用有效地限制对检测有贡献的光的立体角的方法，无需采用闭塞空间的检测器，因此如果透过针孔的光的强度不大，就必须要求光检测元件4具有高灵敏度。本实施例中作为高灵敏度的光检测元件4采用光电倍增管(PMT)。

这里，对第2光学手段2的功能进行补充说明。

图7是YZ平面内的开口OP附近的剖面图。在该图中将YZ平面切开显示。如图所示，向针孔P垂直入射的来自光源30的光L通过针孔P沿着Z轴方向行进，但是从暗箱10与待测定物20之间入射的杂散光LN行进至暗箱10内部时相对Z轴具有入射角θy’。

图8是包括聚光透镜2a以及受光区域2b的光纤F的立体图。受光区域2b配置在聚光透镜2a的聚光位置，更详细地说，是配置在聚光透镜2a的焦点位置上。将多个受光区域2b沿着X轴方向排列。从光源30向聚光透镜2a垂直入射的光L在受光区域2b上聚光，而上述杂散光LN偏离受光区域2b的位置入射。利用以上所述构成，使聚光透镜2a以及受光区域2b在YZ平面内具有入射角限制功能。

图9是表示相对于Z轴的聚光透镜2a的入射角θy与受光区域2b的光入射率之间关系的曲线图。如该曲线图所示，YZ平面内的入射角θy处于以0度为基准的规定范围内的情况下，光线入射至受光区域2b，而在规定范围之外，则无法入射它。

如上所述，上述的针孔检测器在检测时并不一定需要闭塞空间，就可以很方便地检测针孔。即便待测定物在工厂一边生产一边高速移动的情况下，也可以检测出所述针孔。

本发明可以用于针孔检测器。

Claims (8)

1.一种针孔检测器，具备检测待测定物的针孔所透过光的光检测元件，其特征在于，在设定XYZ直角座标系的情况下，在所述待测定物和所述光检测元件之间的光路间沿Z轴依次配置有：对可透过的XZ平面内光的入射角进行限制的第1光学装置；以及对可与所述光检测元件光学耦合的YZ平面内光的入射角进行限制的第2光学装置。

2.如权利要求1所述的针孔检测器，其特征在于，所述第1光学装置由光控制薄膜构成。

3.如权利要求1所述的针孔检测器，其特征在于，所述第1光学装置由2片或以上的光控制薄膜沿Z轴隔开配置而成。

4.如权利要求2所述的针孔检测器，其特征在于，所述第1光学装置或所述光控制薄膜是透明树脂内平行装有多片不透明百叶的百叶薄膜。

5.如权利要求1所述的针孔检测器，其特征在于，所述第2光学装置由只在Y轴方向上聚光的聚光透镜以及配置于所述聚光透镜的聚光位置对入射光束直径进行限制的受光区域所构成。

6.如权利要求5所述的针孔检测器，其特征在于，所述受光区域是光纤的一端，所述光纤的另一端与所述光检测元件光学耦合。

7.如权利要求5所述的针孔检测器，其特征在于，所述受光区域沿X轴多个配置。

8.如权利要求1所述的针孔检测器，其特征在于，所述光检测元件是光电倍增管。

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