JP2006138728A - 光学検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 受光部にて均一の光強度分布が得られるように、ライトガイドからの出射光分布を調整できる光学検出装置を提供すること。
【解決手段】 ライトガイドの出射端並びに受光部が共にライン状にあるような光学検出装置にあっては、該ライトガイドの入射部の光軸に対する光源の光軸の傾き角（α）が１０＞α＞０°、好ましくは、３°〜７°の範囲にあるとき、該受光部で均一な光強度分布が得られることを究明した。
【選択図】 図２

Description

本発明は、高照度で均一な照明が要求される光学検出装置に関するものである。

液晶パネルやプラズマディスプレイ等のフラットパネルディスプレイの表面状態や表面傷の有無を確認する際には、光学検出装置が使われる。この装置では、光源からの光はライトガイドの入射部に照射し、該ライトガイドの出射部からライン状に出射する。次いで、出射光は集光レンズを通り、照射(検出)対象体へ照射される。さらに、照射光は、照射対象体を透過して受光部に到達し、画像（もしくは相当の）情報として認識される。このような装置の特長は該受光部がライン状形態をとっていることである。つまり、出射部と受光部の形状をそろえることで、画像処理の効率化を図っているわけである。
ところで、上記の装置では、ライトガイドの出射端からの出射光および受光部に到達する透過光に関して、均一な光強度分布が要求される。しかし、いずれの部位も一定以上の長さを持つライン状にあるので、それらの全長に渡って均一な光強度分布を実現するのは容易ではない。
前者の出射光に関する問題は、光源部で、バンドルファイバー状のライトガイド、すなわち、ファイバーを筒状に束ね、入射部および出射部共に円筒形状のライトガイドが採用されるため、光源部自体が必ずしも、最適な出射光を発する機構になっていないことに端を発している。光源となるハロゲンランプにはガラス封止部が光軸上にあるため、楕円ミラーのような反射鏡によって反射効率を上げても、光軸上の光量が少なくなり、不可避的に図１のような「中抜け」状の光強度分布を示す。これは、照明や色検出等の用途に使用する場合には致命的となる。そこで、問題に対処するために、ハロゲンランプの最も明るい光束の直進方向とライトガイドの光軸を合わせるような提案もなされている（例えば、特許文献１参照。）。
しかしこの提案では、中央部は明るくなるものの、逆に周囲が暗くなるといった状況に陥ってしまう。ちなみに、この提案は、とにかく中央部を明るくすれば曲がりなりにも照明や色検査用としては問題無いという発想からきているだけで、均一な光強度分布を得ることにまで考えは及んでいない。
後者の受光部での到達光に関する問題について言えば、該受光部は、視野角という制限的受光範囲が存在しているので、この受光範囲内で光強度分布を均一化することはさらに難しくなる。つまり、この視野角の介入が問題をより複雑且つ難解にしている。

特開平１−１９８７０８号公報

したがって、本発明の課題は、上述の従来技術の問題点を解決し、もって、受光部にて均一な光強度分布が得られるように、ライトガイドからの出射光分布を調整できる光学検出装置を提供することにある。

本発明者らは、上記ライトガイドの出射端並びに受光部が共にライン状にあるような光学検出装置にあっては、該ライトガイドの入射部の光軸に対する光源の光軸の傾き角（α）が１０＞α＞０°、好ましくは、３°〜７°の範囲にあるとき、該受光部で均一な光強度分布が得られることを究明した。

本発明によれば、受光部で均一な光強度分布が得られるので、以下のような効果が奏される。
ａ．解像度が向上するので、正確な情報が伝達される。
ｂ．光分布のバラツキが小さくなるので、照射対象体の微細な傷や異物等も検出可能になる。
ｃ．処理時間が短縮されるので、オンライン検出に有用である。

以下、本発明の光学検出装置について、添付図面を参照しながら説明する。
図１は、ハロゲンランプにおける不均一な光強度分布を示すグラフである。
図２は、本発明（請求項３）にしたがって、該傾き角（α）（以下、“（α）”と略記する）を１０°＞α＞０°の範囲に調整するための光軸可変機構を備えた光学検出装置の一例を示す斜視図である。
図３（ａ）は、図２の光学検出装置における、ライトガイド出射部での照射モデルを示す略線図、そして、図３（ｂ）はその際の受光部での光強度分布を示すグラフである。
図４（ａ）は、従来の光学検出装置における、ライトガイド出射部での照射モデルを示す略線図、そして、図４（ｂ）はその際の受光部での光強度分布を示すグラフである。
図５（ａ）は、従来の他の光学検出装置における、ライトガイド出射部での照射モデルを示す略線図、そして、図５（ｂ）はその際の受光部での光強度分布を示すグラフである。
図６は、図２の光軸可変機構により、ライトガイドの出射部での光強度分布が補正される前の状態を示す内部側面図である。
図７は、図６の一部を示す外部側面図である。
図８は、上記の光軸可変機構を利用して、（α）を１０°＞α＞０°の範囲に調整した、本発明の光学検出装置の一部を示す内部側面図である。
図９は、図８の外部側面図である。
図１０は、本発明の別の態様（反射光利用）の一例を示す斜視図である。
図１において、ハロゲンランプからの環状照射光では、中央部の凹部分が中抜け状態にある。この状態は、ハロゲンランプを使用する以上、不可避的に発生する。その際、中央が暗く、両端が明るい光強度分布を示すので、照明用としては致命的である。
図２において、（１）は光源部、（２）はライン状ライトガイド、（２ａ）はライン状ライトガイド（２）の出射部、（２ｂ）はライン状ライトガイド（２）の入射部、（３）はライン状集光レンズ、（４）は照射対象体、（５）は検出装置（ＣＣＤカメラ部）である。光源部（１）のカバー側壁には、孔（６）が設けられている。このような装置において、ライン状ライトガイド（２）の出射部（２ａ）からの出射光は、上下左右を含めた広範囲の広がりをみせる。したがって、実際には全ての照射光が照射対象体（４）に照射されるわけではなく、そのままでは照射効率が良くないことがある。特に、その中の上下方向分が光量全体に及ぼす割合は大きいので、その上下方向に広がった分をライン状集光レンズ（３）で集光し、照射対象体（４）に照射することによって照射効率が向上する。次いで、この照射光は照射対象体（４）を通過し、その透過光は検出装置（５）の縮小系レンズ（５ａ）で縮小された後に受光部（５ｃ）にて画像が認識される。（５ｂ）は鏡筒である。
ここで、孔（６）は、（α）を１０°＞α＞０°の範囲で可変自在に調整するか、または固定するかで、形状が異なってくる。前者の場合は、図示したようなスリットの形状で、また、後者の場合はホール（穴）の形状で採用される。そして、該スリットは、後述する光源固定部材（１０）と協働して光軸可変機構を形成する。他方、該ホールは、（α）が１０°＞α＞０°の範囲で或る角度に固定される際に採用される。これらの点については、図６〜図９の説明において詳述する。
図３（ａ）において、（２）〜（５）は図２の場合と同様である。（７）は楕円ミラー、（８）はハロゲンランプ、（β）は受光部の視野角で、一般に４°〜８°の範囲にある。本発明の光学検出装置においては、（α）は１０°＞α＞０°、好ましくは、７°≧α≧３°の範囲に調整されている。さらに、その際のライトガイド出射部（２ａ）の代表的箇所であるＡ〜Ｃの夫々の箇所には光強度と方向とがベクトルで模式的に示されている。この場合、視野角（β）内における光は、Ａ〜Ｃの箇所でいずれも同じ光強度を示すように補正されており、したがって、受光部における光強度分布も、図３（ｂ）に示すように、ほぼ均一状態になる。
これに対して、図４（ａ）は、従来法での典型的な例としての（α）が０°の場合である。ここでは、出射部（２ａ）上の夫々の箇所Ｄ〜Ｆでの光は、両端が強くて中央が弱い凹状の分布となっている。さらに、Ｄ及びＦでは、片端の強い光の部分が視野角（β）範囲内にあるため、両端の光強度が強く、受光部においても、図４（ｂ）に示すように、凹状の分布を示す。つまり、視野角（β）内における光は、Ｄ〜Ｆの箇所でいずれも同じ光強度を示すように補正されていない。
また、図５（ａ）は、従来の単純な照明用の対策として採られた、角度（α）が約１０°の場合である。ここでは、最も明るい光束が光軸と一致しているため、出射部（２ａ）上の夫々の箇所Ｇ〜Ｉにおける光強度分布は、言うまでもなく凸状になっている。肝心の視野角（β）内では、ＧおよびＩの箇所で最も強い光が範囲外になっているので、受光部においても、図５（ｂ）に示すように、中央の光強度が強い凸状分布を示す。この場合も図４（ａ）同様、視野角（β）内における光は、Ｇ〜Ｉの箇所でいずれも同じ光強度を示すように補正されていない。
本発明の光学検出装置の側面を示す図６において、（２）、（２ａ）は図２の場合と同様である。（２ｂ）はライトガイドの入射部、（７）、（８）は図３の場合と同様である。（９）はフィルター、（１０）は光源固定部材である。光源であるハロゲンランプ（８）は楕円ミラー（７）と一体的に光源部（１）内に固定されている。
ここで、（α）を１０°＞α＞０ °の範囲で可変自在の調整する光軸可変機構について詳述する。この機構は、基本的にスリット（６）と光源固定部材（１０）とで構成される。
まず、（α）が０°の状態、すなわち、ライトガイド（２）の出射部（２ａ）での光強度分布が補正される前の状態においては、図７のようにスリット（６）の最下部で光源固定部材（１０）がネジ止めされている。
これに対して、角度（α）を０°より大きくすることにより、該光強度分布が補正される。図８は、光源部（１）で、（α）を１０°未満の最大補正角度に補正した状態で、この場合は、図９のようにスリット（６）の最上部にて光源固定部材（１０）がネジ止めされる。その際、スリット（６）に沿って、光源固定部材（１０）をライトガイド入射部（２ｂ）中心を基準として、ほぼ同心円状に移動させると、（α）の値の如何に関らず、同じ焦点距離を維持される。この移動の軌跡は、図7の一点鎖線で示される。このような移動により、角度（α）を１０°＞α＞０°の範囲で調整するときは、ライトガイド（２）の出射部（２ａ）での光強度分布を補正できるばかりでなく、ライトガイドや光源固有のバラツキにも対応でき、全体的に上記の出射光強度分布の最適化が図られる。そして、このような効果は、光源からのビーム径をライトガイド（２）の入射部（２ａ）の径に一致させることで、さらに増幅される。勿論、本発明の光学検出装置においては、上記の光軸可変機構に代えて、（α）が１０°＞α＞０°の範囲で或る角度に固定された方式を採ってもよい。この場合は、孔（６）をホール（穴）状の形で、且つ所望の固定角が得られる位置に設ければよい。
以上の態様は透過光の場合であるが、照射対象体への照射光を、反射させ、その反射光を受光する態様は図１０に示されている。これらの態様は、照射対象体が、ライトガイドからの出射光を透過するかどうかで使い分ければよい。

本発明の光学検出装置は、ライン状ライトガイドのみならず、大口径のリング状ライトガイド等、出射端部の寸法が大きいライトガイド対しても有効である。

ハロゲンランプにおける不均一な光強度分布を示すグラフである。 本発明にしたがって、（α）を１０°＞α＞０°の範囲に調整するための光軸可変機構を備えた光学検出装置の一例を示す斜視図である。 （ａ） 図２の光学検出装置における、ライトガイド出射部での照射モデルを示す略線図である。 （ｂ） 受光部での光強度分布を示すグラフである。 （ａ） 従来の光学検出装置における、ライトガイド出射部での照射モデルを示す略線図である。 （ｂ） 受光部での光強度分布を示すグラフである。 （ａ） 従来の他の光学検出装置における、ライトガイド出射部での照射モデルを示す略線図である。 （ｂ） 受光部での光強度分布を示すグラフである。 図２において、光軸可変機構によりライトガイドの出射部での光強度分布が補正される前の状態を示す内部側面図である。 図６の一部を示す外部側面図である。 上記の光軸可変機構を利用して、（α）を１０°＞α＞０°の範囲に調整した、本発明の光学検出装置の一部を示す内部側面図である。 図８の外部側面図である。 本発明の別の態様（反射光利用）の一例を示す斜視図である。

符号の説明

１ 光源部
２ ライン状ライトガイド
２ａ 出射部
２ｂ 入射部
３ ライン状集光レンズ
４ 照射（検出対象）体
５ 検出装置（ＣＣＤカメラ）
５ａ 縮小系レンズ
５ｂ 鏡筒
５ｃ 受光部
６ スリット
７ 楕円ミラー
８ ハロゲンランプ
９ フィルター
１０ 光源固定部材
α ライトガイドの入射部の光軸に対する光源の光軸の傾き角
β 視野角

Claims (7)

1. ランプ光源と、該ランプ光源から射出された光を集光する楕円ミラーと、該楕円ミラーによって集光された光を案内して照射対象体にライン状に照射するライン状ライトガイドと、該対象体からの透過光または反射光を受光する受光部とを有する光学検出装置において、該ライトガイドの入射部の光軸に対する光源の光軸の傾き角（α）が１０＞α＞０°の範囲に調整され、これにより、該受光部で均一な光強度分布が得られることを特徴とする光学検出装置。
2. 該傾き角（α）が３°〜７°の範囲にある請求項１に記載の光学検出装置。
3. 該傾き角（α）を、可変自在に調整する光軸可変機構を含む請求項１または２に記載の光学検出装置。
4. 該傾き角（α）が固定されている請求項１または２に記載の光学検出装置。
5. 該受光部がＣＣＤと縮小レンズとからなる請求項1〜４のいずれかに記載の光学検出装置。
6. 照射対象体がフラットパネルディスプレイである請求項1〜５のいずれかに記載の光学検出装置。
7. 該ライン状ライトガイドの出射部側にライン状集光レンズが配設されてなる請求項1〜６のいずれかに記載の光学検出装置。
   
   
   
   

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