JP2008209202A - ラインライトガイド - Google Patents

Abstract

【課題】ラインライトガイドから出射されて線状に集光される照射光の輝度レベルを均一にすることを目的とする。
【解決手段】そこで、本発明では、光源９からの光の入射側において束ねた多数の光ファイバ２の出射側端面１０を、細長い開口３を有する扁平器体４の開口の長手方向に沿って直線状に配置すると共に、扁平器体には、光ファイバの出射側端面の前方に、開口の長手方向のレンズ素子が多数形成されたリニアフレネルレンズ１１を開口の長手方向に沿って配置し、入射側には、光源との間にマイクロレンズアレイ６を配置すると共に、扁平器体に設けた位置調整機構１３により開口の短手方向に位置調整可能に構成し、扁平器体にはリニアフレネルレンズの前方に、開口の長手方向と直交する方向のレンズ素子が多数形成されたレンチキュラーレンズ１２を開口の長手方向に沿って配置したラインライトガイドを提案している。
【選択図】 図１

Description

本発明は長い直線状に集光させた照射光を得るためのラインライトガイドに関するものである。

例えば、液晶のガラス基板の検査装置では、ラインライトガイドから出射された直線状の照射光、即ちライン光をワークとしてのガラス基板に照射し、その反射光又は透過光をカメラやラインセンサによって受光し、その受光信号の輝度レベルによりワークの傷等の異常を検出するという構成が多く使用されている。

このような用途に使用されるラインライトガイドの従来例としては、例えば特許文献１に示されるものがある。即ち、この特許文献１には、光源からの光の入射側において束ねた多数の光ファイバの出射側端面を、細長い開口を有する扁平器体の開口の長手方向に沿って直線状に配置すると共に、扁平器体には、光ファイバの出射側端面の前方に、開口の長手方向のレンズ素子が多数形成されたリニアフレネルレンズを開口の長手方向に沿って配置した構成のラインライトガイドが提案されている。
特開２００３−１８５８５１号公報

上述したような検査等に用いられるラインライトガイドでは、出射されたライン光の強度が不均一であると、ガラス基板等のワークを反射又は透過してカメラやラインセンサに入射される光の輝度レベルが不均一となるため、検出において設定する輝度レベルのしきい値の幅を大きく設定しなければならず、検出精度が低下してしまう。

ラインライトガイドから出射されるライン光の強度が不均一となる要因は、光ファイバの入射側と出射側の両方に在り、即ち、出射側では、光ファイバを直線状に配置した精度、入射側では光源から入射する光の配光ムラや入力角度ムラが要因となる。

またラインライトガイドを用いた従来の検査システムでは、ワークに照射されたライン光が歪んでいたり、位置ズレがあった場合には、その位置を調整するために、システムを構成するラインライトガイド全体と、カメラやラインセンサの全体を動かす必要があったため、調整作業が非常に困難であり、機械誤差以内の調整はできなかった。

本発明は、以上の点に鑑みて創案されたものであり、即ち、本発明は、ラインライトガイドから出射されて線状に集光される照射光の輝度レベルを、光の入射側と出射側における合理的な構成により均一にすることと、ライン光の歪みや位置ズレがあった場合の調整を容易に行えるようにすることを目的とするものである。

本発明では、上述した目的を達成するために、まず、光源からの光の入射側において束ねた多数の光ファイバの出射側端面を、細長い開口を有する扁平器体の開口の長手方向に沿って直線状に配置すると共に、扁平器体には、光ファイバの出射側端面の前方に、開口の長手方向のレンズ素子が多数形成されたリニアフレネルレンズを開口の長手方向に沿って配置すると共に、扁平器体に設けた位置調整機構により開口の短手方向に位置調整可能に構成し、入射側には、光源との間にマイクロレンズアレイを配置したラインライトガイドを提案する。

また本発明では、光源からの光の入射側において束ねた多数の光ファイバの出射側端面を、細長い開口を有する扁平器体の開口の長手方向に沿って直線状に配置すると共に、扁平器体には、光ファイバの出射側端面の前方に、開口の長手方向のレンズ素子が多数形成されたリニアフレネルレンズを開口の長手方向に沿って配置すると共に、扁平器体に設けた位置調整機構により開口の短手方向に位置調整可能に構成し、このリニアフレネルレンズの前方又は後方に、開口の長手方向と直交する方向のレンズ素子が多数形成されたレンチキュラーレンズを開口の長手方向に沿って配置したラインライトガイドを提案する。

更に本発明では、光源からの光の入射側において束ねた多数の光ファイバの出射側端面を、細長い開口を有する扁平器体の開口の長手方向に沿って直線状に配置すると共に、扁平器体には、光ファイバの出射側端面の前方に、開口の長手方向のレンズ素子が多数形成されたリニアフレネルレンズを開口の長手方向に沿って配置すると共に、扁平器体に設けた位置調整機構により開口の短手方向に位置調整可能に構成し、入射側には、光源との間にマイクロレンズアレイを配置すると共に、扁平器体にはリニアフレネルレンズの前方又は後方に、開口の長手方向と直交する方向のレンズ素子が多数形成されたレンチキュラーレンズを開口の長手方向に沿って配置したラインライトガイドを提案する。

そして本発明では、以上の構成において、位置調整機構は扁平器体の長手方向に複数設けることを提案する。

また、本発明では、以上の構成において、リニアフレネルレンズは、１つで構成しても良いし、長手方向に複数分割された構成とすることができ、前者においては、リニアフレネルレンズを弾性変形可能な材質から構成することを提案する。

請求項１に記載のラインライトガイドでは、束ねた光ファイバの入射側に、光源との間にマイクロレンズアレイを配置することにより、光源からの光を縦横に拡散して、配光ムラや入射角度ムラを緩和することができる。マイクロレンズアレイは、拡散板のように光を吸収しないため、光の減衰が少なく、拡散による効率の低下を来さない。

請求項２に記載のラインライトガイドでは、リニアフレネルレンズの前方又は後方に、開口の長手方向と直交する方向のレンズ素子が多数形成されたレンチキュラーレンズを開口の長手方向に沿って配置しているので、リニアフレネルレンズによって集光作用を受けた長手方向の夫々の位置の光又はリニアフレネルレンズによって集光作用を受ける前の光は、夫々開口の長手方向に拡散され、従って光ファイバ２の出射側端面における長手方向の輝度レベルのムラが均一化される。

また請求項３に記載のラインライトガイドでは、入射側において配光ムラや入射角度ムラを緩和すると共に、出射側において、リニアフレネルレンズによって集光作用を受けた長手方向の夫々の位置の光を、夫々開口の長手方向に拡散することにより、長手方向の均一化を図ることができる。

また上述したいずれのラインライトガイドにおいても、リニアフレネルレンズは、扁平器体に設けた位置調整機構により開口の短手方向に位置調整可能に構成しているので、ワークに照射されたライン光が歪んでいたり、位置ズレがあった場合には、従来のようにシステム全体の要素を動かす必要がなく、位置調整機構により容易に且つ高精度に調整を行うことができる。

位置調整機構は、一枚の細長いリニアフレネルレンズに対して、複数個所に設けることにより、支持を確実に行うことができる。

そして、この場合には、リニアフレネルレンズを合成樹脂等の弾性変形可能な材質で構成し、複数の位置調整機構により、夫々の個所を調整可能とすることにより、リニアフレネルレンズの歪みを補正してライン光の位置の調節を行ったり、又はリニアフレネルレンズに歪みを形成して、この歪みによりライン光の位置の調節を行うこともできる。

次に本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。
図１は本発明に係るラインライトガイドの実施の形態を示すもので、（ａ）は出射側から見た模式的正面図、（ｂ）は模式的平面図である。また図２は模式的側面図、図３は図２の一部切欠断面図である。
符号１は束ねた多数の光ファイバ２を収容するチューブであり、その出射側は、前部に細長い開口３を有する扁平器体４の後部に接続している。チューブ１の入射側は光ファイバ２の入射側を支持する入射金具５に接続している。符号６は束ねられた光ファイバ２の端部に対向させて設置されたマイクロレンズアレイであり、このマイクロレンズアレイ６は入射金具５に設けた押さえ部材７によって支持されている。

こうして、束ねられた多数の光ファイバ２の入射側端面８は、マイクロレンズアレイ６を介して光源９に対向して支持される。

多数の光ファイバ２の出射側は、チューブ１により扁平器体４の後部に至った後、開口３の長手方向に拡げられて、その出射側端面１０が開口３の長手方向に沿って直線状に配置される。この際、光ファイバ２は、例えば50μｍの径のものを20本程度束にしてブロックとして形成し、このブロックを一列に並べることにより、上述したように出射側端面１０を開口３の長手方向に沿って直線状に配置することができる。

一方、図１に示すように、光源９及び光ファイバ２は３系統ａ、ｂ、ｃ設けられており、それらの３系統の夫々の光ファイバ２が扁平器体４の後部に接続されて、夫々扁平器体４の開口３の長手方向に拡げられる。この際、夫々の系統ａ、ｂ、ｃの光ファイバ２の上述したブロックは、ランダムに並ぶように構成されており、即ち、ランダム配列機構が構成されている。尚、図１に示すように、各系統の要素は、符号ａ、ｂ、ｃを添字として示している。

そして扁平器体４には、直線状に配置された光ファイバ２の出射側端面１０の前方に、開口３の長手方向のレンズ素子が多数形成されたリニアフレネルレンズ１１を開口３の長手方向に沿って配置しており、そして更に、リニアフレネルレンズ１１の前方に適宜距離を置いて、開口３と直交する方向のレンズ素子が多数形成されたレンチキュラーレンズ１２を開口３の長手方向に沿って配置している。そして、上記リニアフレネルレンズ１１は扁平器体４に設けた位置調整機構１３により開口３の短手方向に位置調整可能に構成している。

図３には位置調整機構１３の実施例を詳細に示している。符号１４は調整ねじであり、この調整ねじ１４は扁平器体４の下側に設けた支持部材１５に上下動可能に螺合している。一方、符号１６はリニアフレネルレンズ１１の下側に固定して支持するレンズ支柱であり、このレンズ支柱１６は支持部材１５に形成した筒状空間部１７内に上下動可能に係合している。そしてレンズ支柱１６の下側には、上記調整ねじ１４の先端部が貫通する貫通孔１８が設けており、貫通孔１８を貫通した調整ねじ１４の先端部にはナベ小ねじを固定して鍔状部１９を形成している。そして筒状空間部１７内において、支持部材１５とレンズ支柱１６間には圧縮コイルばね２０を装着している。尚、符号２１はリニアフレネルレンズ１１の下側をレンズ支柱１６に固定するピンである。

次に位置調整機構１３の動作を説明すると、レンズ支柱１６は圧縮コイルばね２０により上方に付勢されると共に、鍔状部１９により係止されてガタなく保持される。そして調整ねじ１４を回して、その先端部を前進又は後退させることにより、レンズ支柱１６を介してリニアフレネルレンズ１１を上方又は下方に移動させて保持することができる。

図１に示すように、調整ねじ１４による位置調整機構１３は扁平器体４の長手方向に沿って複数個所、この実施例の場合、２０個所に設けている。またこの実施例の場合には、リニアフレネルレンズ１１は、２枚を中央で当接して支持しており、従って１枚のリニアフレネルレンズ１１は、１０個所の位置調整機構１３で支持されている。

以上の構成において、光源９から出射した光はマイクロレンズアレイ６を経て多数の光ファイバ２の入射側端面に入射する。マイクロレンズアレイ６は各位置に入射される光源６からの光を縦横に拡散することから、配光ムラや入射角度ムラを緩和することができ、従って束ねられた多数の光ファイバ２の夫々に入射する輝度レベルを均一化する。マイクロレンズアレイ６は、拡散板のように光を吸収しないため、光の減衰が少なく、拡散による効率の低下を来さない。

次に、多数の光ファイバ２の入射側端面に入射した光は、光ファイバ２を伝搬して扁平器体４の後部に至り、そこから開口３の長手方向に拡げられて直線状に配置された出射側端面１０に至り、そこから前方に照射される。出射側端面１０から出射された光は、リニアフレネルレンズ１１を経て集光作用を受けながらレンチキュラーレンズ１２を通過して、扁平器体４の前方の適所において直線状に集光された照射光が形成される。

レンチキュラーレンズ１２は、開口の長手方向と直交する方向のレンズ素子が多数形成された構成であるため、リニアフレネルレンズ１１によって集光作用を受けた長手方向の夫々の位置の光は、夫々開口の長手方向に拡散され、従って光ファイバ２の出射側端面における長手方向の輝度レベルのムラが均一化される。

尚、以上に説明した実施の形態では、図１に示すように、光源９及び光ファイバ２は３系統ａ、ｂ、ｃ設けられており、それらの３系統の夫々の光ファイバ２が扁平器体４の後部に接続されて、夫々扁平器体４の開口３の長手方向に拡げられ、この際、夫々の系統ａ、ｂ、ｃの光ファイバ２の上述したブロックは、ランダムに並ぶように構成されているため、複数の光源９の輝度レベルのバラツキを均一化することができる。

また、以上に説明した実施の形態では、光ファイバの入射側においてマイクロレンズアレイ６により及び出射側においてリニアフレネルレンズ１１とレンチキュラーレンズ１２により均一化を図っているが、出射側のみで均一化を図ったり、又は出射側のレンチキュラーレンズ１２を省略しても実用上十分な均一化を図ることができる。

本発明では、以上に説明した実施の形態を含む、いずれのラインライトガイドにおいても、リニアフレネルレンズ１１は、上述したように扁平器体４に設けた位置調整機構１３により開口３の短手方向に位置調整可能に構成しているので、ワークに照射されたライン光が歪んでいたり、位置ズレがあった場合には、従来のようにシステム全体の要素を動かす必要がなく、位置調整機構１３により容易に且つ高精度に調整を行うことができる。

この際、位置調整機構は、一枚の細長いリニアフレネルレンズ１１に対して、複数個所に設けることにより、支持を確実に行うことができる。この場合には、位置調整機構１３は、上述した実施の形態のように、ばねの付勢により所定位置に保持するが、ばねの付勢に抗する方向に移動する余裕を設けた構成とすることにより、複数の位置調整機構１３の干渉を防ぐことができる。

更にリニアフレネルレンズ１１は、複数枚を細長い開口３の長手方向に並べて配置し、夫々位置調整機構１３により位置調整可能に構成すると共に、夫々のリニアフレネルレンズ１１に対応してカメラやラインセンサを配置するシステム構成とした場合には、夫々のリニアフレネルレンズ１１を位置調整機構１３により調整して、対応するカメラ等に対する最適な位置にライン光を照射するように個々に調整することができ、調整作業が非常に容易である。

一方、一つのリニアフレネルレンズ１１に対して、複数のカメラ等を並設するシステム構成においては、リニアフレネルレンズ１１は、合成樹脂のように弾性変形可能な材質から構成すれば、複数の位置調整機構１３の干渉によりリニアフレネルレンズ１１の局所に形成される歪みを利用して照射されるライン光を微調整することができる。このことから微小な調整も可能となり、測定精度の向上を図ることができる。

本発明のラインライトガイドは、以上のとおりであるので、輝度レベルが均一の直線状の照射光を得ることができ、例えば液晶のガラス基板の検査等を高精度に行うことができる等、産業上の利用の可能性が大である。

本発明に係るラインライトガイドの実施の形態を示す説明図で、（ａ）は模式的平面図、（ｂ）は出射側から見た模式的正面図である。 本発明に係るラインライトガイドの実施の形態を示す模式的側面図である。 図２の一部切欠断面図である。

符号の説明

１ チューブ
２ 光ファイバ
３ 細長い開口
４ 扁平器体
５ 入射金具
６ マイクロレンズアレイ
７ 押さえ部材
８ 入射側端面
９ 光源
１０ 出射側端面
１１ リニアフレネルレンズ
１２ レンチキュラーレンズ
１３ 位置調整機構
１４ 調整ねじ
１５ 支持部材
１６ レンズ支柱
１７ 筒状空間部
１８ 貫通孔
１９ 鍔状部
２０ 圧縮コイルばね

Claims (7)

1. 光源からの光の入射側において束ねた多数の光ファイバの出射側端面を、細長い開口を有する扁平器体の開口の長手方向に沿って直線状に配置すると共に、扁平器体には、光ファイバの出射側端面の前方に、開口の長手方向のレンズ素子が多数形成されたリニアフレネルレンズを開口の長手方向に沿って配置すると共に、扁平器体に設けた位置調整機構により開口の短手方向に位置調整可能に構成し、入射側には、光源との間にマイクロレンズアレイを配置したことを特徴とするラインライトガイド。
2. 光源からの光の入射側において束ねた多数の光ファイバの出射側端面を、細長い開口を有する扁平器体の開口の長手方向に沿って直線状に配置すると共に、扁平器体には、光ファイバの出射側端面の前方に、開口の長手方向のレンズ素子が多数形成されたリニアフレネルレンズを開口の長手方向に沿って配置すると共に、扁平器体に設けた位置調整機構により開口の短手方向に位置調整可能に構成し、このリニアフレネルレンズの前方又は後方に、開口の長手方向と直交する方向のレンズ素子が多数形成されたレンチキュラーレンズを開口の長手方向に沿って配置したことを特徴とするラインライトガイド。
3. 光源からの光の入射側において束ねた多数の光ファイバの出射側端面を、細長い開口を有する扁平器体の開口の長手方向に沿って直線状に配置すると共に、扁平器体には、光ファイバの出射側端面の前方に、開口の長手方向のレンズ素子が多数形成されたリニアフレネルレンズを開口の長手方向に沿って配置すると共に、扁平器体に設けた位置調整機構により開口の短手方向に位置調整可能に構成し、入射側には、光源との間にマイクロレンズアレイを配置すると共に、扁平器体にはリニアフレネルレンズの前方又は後方に、開口の長手方向と直交する方向のレンズ素子が多数形成されたレンチキュラーレンズを開口の長手方向に沿って配置したことを特徴とするラインライトガイド。
4. 位置調整機構は扁平器体の長手方向に複数設けたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のラインライトガイド。
5. リニアフレネルレンズは、長手方向に複数分割された構成であることを特徴とする請求項４に記載のラインライトガイド。
6. リニアフレネルレンズは、１つのレンズであることを特徴とする請求項４に記載のラインライトガイド。
7. リニアフレネルレンズは、弾性変形可能な材質から成ることを特徴とする請求項６に記載のラインライトガイド。

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