JP3050590B2 - 透明体の検出装置及び複屈折測定方法 - Google Patents

透明体の検出装置及び複屈折測定方法

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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] この発明は、複屈折を検出することにより透明体の有
無を検出する透明体の検出装置、およびこの装置を用い
て透明体の複屈折を測定する方法に関する。
[従来の技術] 従来、透明なプラスチック板等の検出装置は、第8図
に示すように、搬送ベルト1の一方側に設けられた発光
ダイオード2と、搬送ベルト1の他方側に設けられて発
光ダイオード2から射出される光を受光する受光素子3
とから構成されている。
搬送ベルト1によってプラスチック板4が搬送され、
先端部すなわちエッジ4aが発光ダイオード2の射出光の
光路2aに到達すると、発光ダイオード2から射出される
光がそのエッジ4aによって散乱されて受光素子3の受光
量が減少するため、この減少を検出することによりプラ
スチック板の存在を検出することできる。
また、プラスチック板4を通過する光はプラスチック
板4の表面で一部が反射するので、受光素子が受光する
受光量が減少する。この減少からプラスチック板4の存
在を検出することもできる。
[発明が解決しようとする課題] しかしながら、エッジ4aでの散乱による受光素子3の
受光量の減少は瞬間的であるため、その検出は難しい。
また、透明度の高いプラスチック板4を通過した光の
減少は僅かであるため、このようなプラスチック板の有
無を判断するためには受光素子の信号のスレッシュドレ
ベルの設定が微妙であり、プラスチック板に埃やゴミが
付着している場合の受光量の減少と判別することが難し
く、ミスカウントの可能性が高いという問題があった。
[発明の目的] この発明は、上記の問題点に鑑みてなされたもので、
その第1の目的は、透明体の有無を確実に検出すること
のできる透明体の検出装置を提供することにある。ま
た、第2の目的は、この検出装置を用いて透明体の複屈
折を測定する方法を提供することにある。
[課題を解決するための手段] この発明に係る透明体の検出装置は、透明体に直線偏
光を入射させる発光手段と、前記透明体を透過した光束
を受ける位置に透過軸が前記発光手段から射出される光
束の電界ベクトルの振動面と直交するように配置された
検光子と、該検光子を透過した光束の強度を検出する受
光手段とを備える検出手段を複数組備え、各検出手段が
前記透明体に対して互いに垂直でない異なる方向性を持
った直線偏光を入射させるように配置されていることを
特徴とする。
また、この発明に係る複屈折測定方法は、互いに垂直
でなく且つ互いに異なる方向性を持った直線偏光の光束
を2つの発光手段からそれぞれ発生させて、前記各直線
偏光の光束を第1,第2の検光子にそれぞれ入射させ、前
記第1,第2の検光子を透過した光束の強度を受光素子で
それぞれ検出する複屈折測定方法であって、 前記第1,第2の検光子の透過軸を前記各直線偏光の光
束の電界ベクトルの振動面とそれぞれ平行になるように
設定して、前記第1,第2の検光子をそれぞれ透過した光
束の強度を検出する第1段階と、 前記第1,第2の検光子の前記透過軸を前記各発光手段
から発生した各光束の電界ベクトルの振動面とそれぞれ
直交するように設定して、検出対象である透明体を前記
各発光手段と前記各検光子との光路中に挿入し、前記透
明体、前記各検光子を透過した光束の強度を前記受光素
子で検出する第2段階と、 前記第1段階における透過光束の強度と前記第2段階
における透過光束の強度とに基づいて、前記透明体の複
屈折を解析する第3段階とを有することを特徴とする。
[実施例] 以下、この発明に係る装置、方法の実施例を図面に基
づいて説明する。
第1図および第2図において、11はプラスチック板
(透明体)12を矢印方向に搬送する搬送ベルトであり、
この搬送ベルト11を挟んで2組の検出手段が設けられて
いる。
第1、第2の検出手段は、それぞれ透明体12に直線偏
光を入射させる発光手段としてのレーザー発生器(He−
Neレーザー)13,16と、透明体12を透過した光束を受け
る位置に配置された検光子14,17と、検光子を透過した
光束の強度を検出する受光素子15,18とから構成されて
いる。
第3図に示されるように、各検光子14,17は、それぞ
れの透過軸14a,17aが各レーザー発生器13,16から射出さ
れるレーザー光の電界ベクトルの振動面13a,16aと直交
するよう配置され、レーザー発生器との間に透明体12が
位置しない場合にはレーザー光を遮断する。また、第1
のレーザー発生器13は、レーザー光の電界ベクトルの振
動面13aが第1図の紙面に対して垂直となるよう配置さ
れ、第2のレーザー発生器16は、レーザー光の電界ベク
トルの振動面16aが第1図の紙面に対して45゜をなすよ
う配置されている。
受光素子15,18から出力される受光信号は、オア回路1
9に入力され、オア回路19は何れか一方の受光信号が立
ち上がったときにカウント信号を出力する。判断手段と
してのカウント回路20は、このカウント信号を計数する
ことにより、搬送されるプラスチック板12の個数を判断
する。
次に、この検出装置の作用を説明する。なお、以下の
説明では、受光素子の暗電流は無視している。
プラスチック板12が第1図に実線で示す位置にあると
き、レーザー光は各受光素子15,18に達せず、受光信号
は0レベルのまま立ち上がらない。
プラスチック板12が第1図に破線で示す位置まで搬送
されると、レーザー光はプラスチック板12を通過して検
光子14,17に達することになる。プラスチック板12は、
一般的に結晶と同様の異方性を有し、複屈折を生じさせ
るため、プラスチック板12を通過したレーザー光の電界
ベクトルの振動面は所定角度回転する。
第1のレーザー光の電界ベクトルの振動面13aが、例
えば第5図の(A)(B)に符号13′aで示すように回
転すると、振動面が検光子14の透過軸14aと直交しなく
なるため、レーザー光の一部が第1の検光子14を通過
し、第7図(a)に示す受光素子15の受光信号にパルス
P1が乗る。
第2のレーザー光の電界ベクトルの振動面16aが例え
ば第6図の(A)(B)に符号16′aで示すように回転
すると、振動面が検光子17の透過軸17aと直交しなくな
るため、第2のレーザー光の一部が検光子17を通過し、
第7図の(b)に示す受光素子18の受光信号にパルスP2
が乗る。
第7図(c)に示すオア回路19の検出信号には、パル
スQ1が乗りカウント回路20がそのパルスQ1をカウントし
てプラスチック板12の個数をカウントアップする。
ところで、プラスチック等の直線複屈折結晶では、入
射光が固有偏光に一致した場合には、偏光状態が変化を
受けずに透過してしまい、複屈折の情報を検出し得な
い。しかしながら、この装置は、2つのレーザー発生器
から発するレーザー光が互いに垂直でない異なる方向性
を持った直線偏光であるため、一方がプラスチック板12
の固有偏光に一致する場合には、他方は一致せず、少な
くとも何れか一方の受光素子からは受光信号が出力され
ることとなる。
例えば、第1レーザー光の電界ベクトルの振動面13a
がプラスチック板12の固有偏光に一致した場合、第7図
(a)に示す受光素子15の受光信号は変化しないが、第
2のレーザー光はプラスチック板12の固有偏光とは一致
せず、第7図(b)に示す受光素子18の受光信号にはパ
ルスP3が出力される。このとき、第7図(c)で示すオ
ア回路19の検出信号にはパルスQ2が出力され、この場合
にもプラスチック板12の個数をカウントすることができ
る。
同様に、第2のレーザー光がプラスチック板12の固有
偏光と一致する場合には、第1のレーザー光が固有偏光
と一致しなくなるため、第1受光素子15の受光信号には
パルスP4が出力され、受光素子18の受光信号は変化しな
い。パルスP4により、オア回路19からはパルスQ3が出力
される。
このように、プラスチック板12が通過すれば、少なく
とも第1,第2受光素子15,18の何れか一方の受光信号が
立ち上がるためプラスチック板12の有無を確実に検出す
ることができる。
また、この装置では、受光量レベルが0の場合と、そ
うでない場合とでプラスチック板の有無を判別すること
ができるため、スレッシュドレベルの設定が従来より容
易となり、また、埃やゴミの付着により受光量が減少し
た場合にもミスカウントする可能性が低い。
なお、上記実施例では、プラスチック板12の有無を検
出するものについて説明したが、これに限らず複屈折を
有する透明体であればそれ以外の物体の検出にも利用で
きる。例えば、ガラスは歪によって複屈折を生じるた
め、上記の装置でガラスの歪みを検出することもでき
る。
次に、上記の装置を用いてプラスチック等の物質の複
屈折を測定する方法を説明する。
第1段階として、各14,17検光子を回転調整して各レ
ーザー発生器13,16から発するレーザー光の電界ベクト
ルの振動面と検光子の透過軸の向きとが一致して受光素
子15,18に達する光量が最大となるよう設定し、被検査
物体を置かずに受光素子15,18に達する光の強さI0,I45
をそれぞれ測定する。これにより、検光子の平行位透過
率の情報を含むかたちで光量を測定しておく。なお、検
光子の平行位透過率を100%とみなせる場合には、検光
子を配置せずに直接レーザー光の強度を測定してI0,I45
を求めてもよい。
第1のレーザー光源から発する直線偏光αと、第2の
レーザー光源から発しαに対して45゜異なる方向性を持
つ直線偏光βとは、振幅Ax1,Ax2、位相pxとすると、ジ
ョーンズマトリックスを用いて以下のように表される。
光の強度I0,I45は、マトリックスの2乗和となるた
め、以下の式で表される。
I0=(Ax1eipx I45=2(Ax2eipx 実際には検光子により多少の光量損失があるが、この
損失による影響は第2段階でも共通であり、演算により
差し引きして相殺することができるため、ここでは受光
素子に達する光の強度をI0,I45と仮定することができ
る。
次に、第2段階では、検光子を回転させてレーザー光
の電界ベクトルの振動面と検光子の透過軸とが直交して
消光するよう設定する。そして、搬送ベルト11を駆動
し、その光路を横切るようプラスチック板12を移動さ
せ、各受光素子15,18が検出した光強度I′0,I′45を測
定する。この設定では、プラスチック板の複屈折により
入射する光束の電界ベクトルの振動面が回転させられた
場合にのみ光が検出され、その光量は電界ベクトルの振
動面の回転角度、すなわち透明体の複屈折の度合に対応
している。
透明体をレーザー光が照射される範囲内で均質で理想
的な直線位相板と仮定し、その複屈折の軸方向を示す方
位角をρ、リターデーション量をdとすると、そのジョ
ーンズマトリックスMxは以下の通りとなる。
m11=cos2ρ+e-idsin2ρ m22=sin2ρ+e-idcos2ρ m12=m21=(1−e-id)sinρcosρ 第1、第2のレーザー光の光路に上記の直線移相子が
挿入されると、移相子を透過した光束は以下のマトリッ
クス[a0,b0]、[a45,b45]で表される。
光量I0′,I45′は、マトリックスの2乗和となるた
め、以下の式で表される。
I0′=a0 2+b0 2 I45′=a45 2+b45 2 これらの強度から前述の第1段階での測定強度I0,I45
を差し引くと、透明体の複屈折は以下の式で表される。
I0′/I0=(1/2)(1−cosd)sin22ρ I45′/I45=(1/2)(1−cosd)cos22ρ これら2つの式から、以下に示すように方位角ρ、リ
ターデーション量dを求めることができる。
[効果] 以上説明したように、この発明の検出装置によれば、
発光手段と検光子と受光手段とからなる検出手段を複数
組設け、各検出手段を透明体に対して互いに垂直でない
異なる方向姓を持った直線偏光を入射させるように配置
したので、発光手段から射出された直線偏光が透明体の
固有偏光に一致する場合でも、他方の直線偏光は透明体
の固有偏光と一致しないことになり、従って、透明体の
有無を確実に検出することができる。
また、この装置を利用し、透明体がない場合とある場
合との光量を検出することにより、複屈折の値を求める
ことができる。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明に係る透明体の複屈折検出装置の一実
施例の概略構成を示した平面図、第2図は第1図のII−
II線に沿う断面図、第3図は第1レーザー光の電界ベク
トルの振動面と第1検光子の電界ベクトルの振動面との
関係を示した説明図、第4図は第2レーザー光の電界ベ
クトルの振動面と第2検光子の電界ベクトルの振動面と
の関係を示した説明図、第5図の(A)(B)は第1レ
ーザー光の電界ベクトルの振動面の回転を示した説明
図、第6図の(A)(B)は第2レーザー光の電界ベク
トルの振動面の回転を示した説明図、第7図は第1,第2
受光素子およびオア回路の出力信号を示した説明図、第
8図はプラスチックを検出する従来の検出装置の構成を
示した説明図である。 12……プラスチック板(透明体) 13,16……レーザー発生器(発光手段) 14,17……検光子 15,18……受光素子
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01N 21/00 - 21/01 G01N 21/17 - 21/61 G01N 21/84 - 21/958 G01V 9/04

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】透明体に直線偏光を入射させる発光手段
    と、前記透明体を透過した光束を受ける位置に透過軸が
    前記発光手段から射出される光束の電界ベクトルの振動
    面と直交するように配置された検光子と、該検光子を透
    過した光束の強度を検出する受光手段とを備える検出手
    段を複数組備え、各検出手段が前記透明体に対して互い
    に垂直でない異なる方向性を持った直線偏光を入射させ
    るように配置されていることを特徴とする透明体の検出
    装置。
  2. 【請求項2】前記各検出手段の受光手段の出力に基づい
    て前記透明体の有無を判断する判断手段を備えているこ
    とを特徴とする請求項1に記載の透明体の検出装置。
  3. 【請求項3】前記各検出手段が2組設けられていること
    を特徴とする請求項1に記載の透明体の検出装置。
  4. 【請求項4】互いに垂直でなく且つ互いに異なる方向性
    を持った直線偏光の光束を2つの発光手段からそれぞれ
    発生させて、前記各直線偏光の光束を第1,第2の検光子
    にそれぞれ入射させ、前記第1,第2の検光子を透過した
    光束の強度を受光素子でそれぞれ検出する複屈折測定方
    法であって、 前記第1,第2の検光子の透過軸を前記各直線偏光の光束
    の電界ベクトルの振動面とそれぞれ平行になるように設
    定して、前記第1,第2の検光子をそれぞれ透過した光束
    の強度を検出する第1段階と、 前記第1,第2の検光子の前記透過軸を前記各発光手段か
    ら発生した各光束の電界ベクトルの振動面とそれぞれ直
    交するように設定して、検出対象である透明体を前記各
    発光手段と前記各検光子との光路中に挿入し、前記透明
    体、前記各検光子を透過した光束の強度を前記受光素子
    で検出する第2段階と、 前記第1段階における透過光束の強度と前記第2段階に
    おける透過光束の強度とに基づいて、前記透明体の複屈
    折を解析する第3段階とを有することを特徴とする複屈
    折測定方法。
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