JP2005055413A - 真実接触部の検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 試料を垂直方向から真の接触状態を検出すること、特に低反射率粗面を有する試料の真実接触部を光干渉法を使用して正確に検出することである。
【解決手段】
光源１とビーム・スプリッター５との間に縦型第１直線偏光板４を設け、このビーム・スプリッター５の下部に対物レンズ６と１／４波長板７とを設けて、この１／４波長板７の下部に、試料８の上側を透明ガラス９などで下側を支持板１０で押付けた試料を、設け、更に前記ビーム・スプリッター５の上部に横型２直線偏光板１１を設け、この横型第２直線偏光板の上部に結像レンズ１２とセンサー１３を設けたものである。
【選択図】 図１

Description

発明の詳細な説明

この発明は自動変速機用湿式クラッチに組み込まれるペーパ摩擦材、弾性体シール製品のシール面、低反射率粗面を有する摩擦材などの真実接触部を光干渉法を用いて検出する装置に係わるものである。

従来の真実接触部の検出装置は、台形状の透明プリズムなどを用いた全反射法のものが使用されている（特開平８−２４７７４７号公報参照）。

この従来の全反射法を使用した真実接触部の検出装置では、試料の検出面が斜め方向から検出しなければならないという問題点があったし、この試料を垂直方向から真の接触状態を検出するには、この斜め方向からの検出角度による影響を修正しなければならないという問題点があった。更に顕微鏡で高倍率検出を行うと、真実接触部の検出が正確に行いにくいという問題点があったし、真実接触部の検出精度の点でも光干渉法に比べて原理的に良くないという問題点があった。

この発明は従来の真実接触部の検出装置が有するこれらの問題点を解消し、試料を垂直方向から真の接触状態を検出すること、特に低反射率粗面を有する試料の真実接触部を光干渉法を使用して高精度に検出することなどを目的としたものである。

課題を解決するための手段

この発明の真実接触部の検出装置は、水平方向の光源とビーム・スプリッターとの間に透過軸が水平方向などの縦型第１直線偏光板を設け、このビーム・スプリッターの下部に対物レンズと１／４波長板とを設けて、この１／４波長板の下部に、試料の上側を透明ガラス板又は透明プラスチック板で下側を支持板で押付けた試料を、設け、更に前記ビーム・スプリッターの上部に透過軸が左右方向などの横型第２直線偏光板を設け、この横型第２直線偏光板の上部に結像レンズとセンサーを設けたものである。

この発明の真実接触部の検出装置は、水平方向の光源とビーム・スプリッターとの間に透過軸が水平方向などの縦型第１直線偏光板を設け、このビーム・スプリッターの下部に対物レンズと１／４波長板とを設けて、この１／４波長板の下部に、試料の上側を透明ガラス板又は透明プラスチック板で下側を支持板で押付けた試料を、設け、更に前記ビーム・スプリッターの上部に透過軸が左右方向などの横型第２直線偏光板を設け、この横型第２直線偏光板の上部に結像レンズとセンサーを設けたから、光源からの水平方向の照明光は縦型第１直線偏光板により透過軸が例えば水平方向の直線偏光になり、この直線偏光がビーム・スプリッターにより水平方向から垂直下方向であるとともに前後方向に変向され、次の対物レンズで集光されて１／４波長板の中性軸を透過軸に対して４５度の方位にしたことにより光が直線偏光から円偏光に変換された後に光を、真実接触部と非真実接触部とを予め形成してある試料に、照射する。照射照明した光は透明ガラス板又は透明プラスチック板の下面及び試料により反射されて光路差に応じて光干渉縞を形成して垂直上方向に変向されながら再び１／４波長板により反射光が円偏光から透過軸が左右方向の直線偏光に変換され、再び対物レンズとビーム・スプリッターを下から上に通過して透過軸が左右方向の横型第２直線偏光板を左右方向の反射光だけが通過される。この横型第２直線偏光板を通過した光は結像レンズで結像されて、センサーで検出される。

この真実接触部の検出装置において、試料は上側を透明ガラス板又は透明プラスチック板で下側を支持板で押付けてあるので、この試料に例えばハロゲンランプなどの白色光を照射すると、試料の真実接触部は暗黒色になるのに対し、試料の非真実接触部は非暗黒色となるために試料の真実接触部が明確に検出される。

図１に図示のように、白色光の光源１とビーム・スプリッター５との間に、集光レンズ２とライトガイド３と透過軸が水平方向の縦型第１直線偏光板４を、図面上の水平方向に設け、このビーム・スプリッター５の下部に、対物レンズ６と中性軸を透過軸に対して４５度の方位角度にした四分の一波長板７とを、設けるとともにこの四分の一波長板７の下部に試料８を、設ける。この試料８は上側を透明ガラス板９で下側を支持板１０で押付けたものである。
前記のビーム・スプリッター５の上部に、透過軸が左右方向の横型第２直線偏光板１１を、設け、この横型第２直線偏光板１１の上部に結像レンズ１２とセンサー１３を設けた真実接触部の検出装置１４である。

この真実接触部の検出装置１４で真実接触部を検出する際は、通常のように支持板１０の上に試料８を載せるとともに試料８の上に透明ガラス板９を載せて支持板１０に矢印のように下から力を加えて試料８を上側の透明ガラス板９に押付けた状態にする。その後に白色光の光源１に電源を入れることにより照明光は集光レンズ２により集光され、ライトガイド３に案内されて、透過軸が縦型第１直線偏光板４により図２側面図に図示と同じ（矢印）方向である水平方向の直線偏光になる。この水平方向の直線偏光はビーム・スプリッター５により図面上の垂直下方向に変向されながら、図３平面図に図示のように前後方向の直線偏光（矢印方向）に変向される。対物レンズ６で集光されて１／４波長板７により照明光は前後方向の直線偏光から円偏光に変換された後に照明光を真実接触部と非真実接触部とを形成させた試料８に照射する。照射した光は透明ガラス板９の下面及び試料８により反射されて光路差（図６図示・後記）に応じて光干渉縞を形成して垂直上方向に移行して再び１／４波長板７により反射光は円偏光から図４平面図に図示と同じ（矢印）方向である左右方向の直線偏光に変換され、再び対物レンズ６とビーム・スリッター５を図面上の上方向に通過して透過軸が左右方向（図４矢印方向）の横型第２直線偏光板１１を透過軸が左右方向の反射光だけが通過される。換言すれば透過軸が左右方向以外の反射光、例えばビーム・スリッター５からの透過軸が前後方向の直線偏光が対物レンズ６で反射された反射光は、左右方向の横型第２直線偏光板１１を通過されないので対物レンズ６の表面からの反射光が結像レンズに集まらず、フレアが防止される。この横型第２直線偏光板１１を通過した直線偏光は結像レンズ１２で結像し、センサー１３で図５図示のように真実接触部１５が検出される。

次に図６を説明すると、光源として白色光や赤色（Ｒ），緑色（Ｇ），青色（Ｂ）の３色複色光を用いた場合に、透明ガラス板下面と試料表面との接触面間の光路差（隙間，横方向・単位はμｍ）に応じて形成される干渉縞と干渉縞の光強度（縦方向・画像解析時には輝度値表示）を示したものであり、真実接触部は光路差（隙間）はゼロであるために赤色，緑色，青色などの光でゼロ次暗部２０の干渉縞が現れるのでこの色は色付きのない暗黒色の干渉縞である。次の隙間がゼロ次暗部でない１次暗部２１，２次暗部２２などの暗部干渉縞ではそれぞれ色付いた干渉縞はそれぞれ色毎に発生するので、この暗黒色の干渉縞の真実接触部と色付いた干渉縞の非真実接触部との区別識別が容易である。なお、ゼロ次暗部２０と１次暗部２１との間には１次明部３１が存在してこの１次明部３１の干渉縞では色付いた干渉縞がそれぞれ色毎に発生し、同様に１次暗部２１と２次暗部２２との間には２次明部３２が存在してこの２次明部３２の干渉縞では色付いた干渉縞がそれぞれ色毎に発生する。

この真実接触部の検出装置１４では使用する光源として白色光について説明したが、白色光以外に光源としてはレーザー光などの単色光や赤色，緑色，青色のような３色複色光などがよい。またセンサーはカラーイメージセンサー、モノクロのＣＣＤセンサーなどがよい。

この真実接触部の検出装置１４のように、光源１と縦型第１直線偏光板４との間に集光レンズ２とライトガイド３を水平方向に設けると、光源１からの光を効率よく集光することができる。

この真実接触部の検出装置１４では、縦型第１直線偏光板として透過軸が水平方向であるとともに横型第２直線偏光板として透過軸が左右方向のものについて説明したが、別の真実接触部の検出装置としては、縦型第１直線偏光板の透過軸が垂直方向であるとともに横型第２直線偏光板の透過軸が前後方向にして他のものは同じ構成にした真実接触部の検出装置も同様によい。更に透明ガラス板に代えて透明プラスチック板（透明合成樹脂板）を用いた真実接触部の検出装置もよい。

発明の効果

この発明の真実接触部の検出装置は、水平方向の光源とビーム・スプリッターとの間に透過軸が水平方向などの縦型第１直線偏光板を設け、このビーム・スプリッターの下部に対物レンズと１／４波長板とを設けて、この１／４波長板の下部に、試料の上側を透明ガラス板又は透明プラスチック板で下側を支持板で押付けた試料を、設け、更に前記ビーム・スプリッターの上部に透過軸が左右方向などの横型第２直線偏光板を設け、この横型第２直線偏光板の上部に結像レンズとセンサーを設けたから、試料を垂直方向から真の接触状態を鮮明・正確に検出することができるし、真実接触部の検出に光干渉法を使用したことにより高精度に検出することができる。

請求項３の真実接触部の検出装置においては、光源が白色光であるから、この白色光を使用したことにより試料の真実接触部は鮮明な暗黒色になるとともに試料の非真実接触部は非暗黒色となるので、この鮮明な暗黒色を検出することにより試料の真実接触部を鮮明・正確に検出することができる。

請求項４の真実接触部の検出装置においては、光源がレーザー光などの単色光であるから、白色光より鮮明な干渉縞が得られるが、試料の真実接触部のゼロ次の暗部干渉縞の外に１次や２次の干渉縞が比較的良く見えてしまうために試料の真実接触部と非真実接触部との差を区別することがやや困難であるが、試料の真実接触部を検出することができる。

請求項５の真実接触部の検出装置においては、光源が赤色，緑色，青色の３色複色光であるから、それぞれの光では光の中心波長からのずれの分布が狭く、鋭利な波長分布を有するために干渉縞境界部のコントラストが向上した画像を得ることができるし、このためにより正確に真実接触部を検出することができる。

請求項９の真実接触部の検出装置においては、光源と縦型第１直線偏光板との間に、集光レンズとライトガイドとを、設けたから、光源からの光を集光レンズでよく集めることができるとともに集めた光をライトガイドでよく案内することができるので、比較的小さな光源で試料の真実接触部を鮮明・正確に検出することができる。

請求項１０の真実接触部の検出装置においては、センサーが、カラーイメージセンサーであるから、干渉縞をカラー画像で検出することによりゼロ次暗部の干渉縞と１次以降の暗部の干渉縞とを容易に区別識別することができるためにより鮮明・正確に真実接触部を検出することができる。

請求項１１の真実接触部の検出装置においては、センサーが、モノクロのＣＣＤカメラであるから、低輝度の干渉縞を高感度で検出することができるとともに比較的低コストで検出することができるし、また光源として単色光を使用した時には高価なカラーイメージセンサーを使用する必要がないという効果がある。

本発明品の構成図である。 縦型第１直線偏光板の側面図である。 ビーム・スプリッター直下の直線偏光の方向を示す平面図である。 横型第２直線偏光板の平面図である。 本発明品で検出した画像の平面図である。 干渉縞のカラー別の曲線図である。

符号の説明

１ 光源
４ 縦型第１直線偏光板
５ ビーム・スプリッター
６ 対物レンズ
７ 四分の一波長板
８ 試料
９ 透明ガラス板
１０ 支持板
１１ 横型第２直線偏光板
１２ 結像レンズ
１３ センサー
１４ 検出装置

Claims (11)

1. 水平方向の光源とビーム・スプリッターとの間に、透過軸が水平方向の縦型第１直線偏光板を、設け、該ビーム・スプリッターの下部に、対物レンズを設けるとともに中性軸を透過軸に対して４５度の方位にした四分の一波長板を、設けて、該四分の一波長板の下部に、試料の上側を透明ガラス板又は透明プラスチック板で下側を支持板で押付けた試料を、設け、更に前記ビーム・スプリッターの上部に、透過軸が左右方向の横型第２直線偏光板を、設け、該横型第２直線偏光板の上部に結像レンズとセンサーを設けたことを特徴とする真実接触部の検出装置。
2. 水平方向の光源とビーム・スプリッターとの間に、透過軸が垂直方向の縦型第１直線偏光板を、設け、該ビーム・スプリッターの下部に、対物レンズを設けるとともに中性軸を透過軸に対して４５度の方位にした四分の一波長板を、設けて、該四分の一波長板の下部に、試料の上側を透明ガラス板又は透明プラスチック板で下側を支持板で押付けた試料を、設け、更に前記ビーム・スプリッターの上部に、透過軸が前後方向の横型第２直線偏光板を、設け、該横型第２直線偏光板の上部に結像レンズとセンサーを設けたことを特徴とする真実接触部の検出装置。
3. 光源が、白色光である請求項１又は２記載の真実接触部の検出装置。
4. 光源が、単色光である請求項１又は２記載の真実接触部の検出装置。
5. 光源が、赤色，緑色，青色の３色複色光である請求項１又は２記載の真実接触部の検出装置。
6. 試料の支持板が、ガラス板である請求項１又は２記載の真実接触部の検出装置。
7. 試料の支持板が、金属板である請求項１又は２記載の真実接触部の検出装置。
8. 試料の支持板が、合成樹脂板である請求項１又は２記載の真実接触部の検出装置。
9. 光源と縦型第１直線偏光板との間に、集光レンズとライトガイドとを、設けた請求項１又は２記載の真実接触部の検出装置。
10. センサーが、カラーイメージセンサーである請求項１又は２記載の真実接触部の検出装置。
11. センサーが、モノクロのＣＣＤカメラである請求項１又は２記載の真実接触部の検出装置。

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