JP4853823B2 - 光量モニタとそれを用いた光源装置 - Google Patents

Description

本発明は、光源から被照射物に照射される照明光の照射光量を検出する光量モニタとそれを用いて光量制御を行う光源装置に関し、特にＣＣＤカメラ等を使用した画像処理検査装置等のように検査対象物に照射される光量を一定に維持する必要のある検査装置の光源に用いて好適なものである。

例えばフラットパネルディスプレイ製造工程では、従来より検査対象物となるガラス板や塗料塗布面に光を照射し、これをＣＣＤカメラ等で観察して傷や塗装不良等の欠陥を検知する画像処理検査装置が使用されている。

その際、光源装置に要求される条件として、検査対象物（被照射物）への光量は少なくとも検査時間中は変化しないこと、また使用するカメラの受光感度性能レベルに応じて必要な光量の光を照射できることなどが挙げられる。

画像処理検査用の光源装置の光源としては、ハロゲンランプ、ＬＥＤ等の固体光素子、水銀ランプおよびメタルハライドランプ等放電灯が使用されており、中でも水銀ランプやメタルハライドランプ等の放電灯は、立ち上り時間が遅いものの高光量が得られることから、この種の光源として最適である。
しかしながらこれらの放電灯は１０００〜２０００時間点灯させると検査対象物への照射光量が次第に減衰していくために、使用するにあたっては、画像の明るさが変わらないようにその都度光量調整することが必要となる。

ここで、照射光量が減衰する原因としては、ランプ自体の発光量の変化の他、ランプの電極の変化に伴い放電箇所が変化したり、発光点が反射鏡の第一焦点から外れてしまうなど、ランプの光量分布パターンの変化が考えられる。

そこで本出願人は、ランプ光量変化に起因する照射光量変化があっても、光量分布パターンの変化に起因する照射光量変化があっても、これを正確に検出して、照射光量を一定に維持できる光源装置を提案した。
特開２００５−２３３９２７号公報

これによれば、光源から出射されて反射鏡で集光された光が導光ロッドに入射されると、導光ロッド内に形成された無数の内部欠陥や、周面についた細かなキズで光が乱反射を起こし、その光の一部が周面から漏れる。
そして、この導光ロッドの周面に光センサを設けて導光ロッドからの漏光量と、導光ロッドの光出射口に接続したハンドルファイバ先端から被照射面への照射光量を検出したところ、光源自体の発光量変化に起因する照射光量変化と、光量分布パターンの変化に起因する照射光量の変化があっても、かなり正確に検出することができた。

しかしながら、漏光量は内部欠陥やキズに依存するため、導光ロッドごとに漏光量が異なり、出荷時のキャリブレーション調整が困難になる問題があった。
また内部欠陥やキズが少なく導光ロッドとしては品質の良好なものほど導光が少ないため検出精度が低下し、導光ロッドによっては、光量分布が変化したときに必ずしも照射光量を性格に検出できないことが判明した。

そこで本発明は、導光ロッドの固体差をなくし、内部欠陥やキズに依存する漏光量を測定することなく、導光ロッドから出力され、光がライトガイドに入射される光量を正確に測定することができることを技術的課題としている。

この課題を解決するために、本発明に係る請求項１に記載の光量モニタは、
光源から被照射物へ照射される照明光の照射光量を検出する光量モニタであって、光源から被照射物に至る光路中に、光入射端面となる片端側から入射した光を均一化して光出射端面となる他端側から出射する多角柱状の導光ロッドと、同導光ロッドを収納する遮光ケースと、同遮光ケースに設けた光センサと、導光ロッドから出射する光を被照射物へ導く光ファイバを保持するファイバ保持具とを一体的に構成し、同導光ロッドからの光が光ファイバの入射端面で反射し、同反射光が光センサに照射されるように前記遮光ケース内周側の全体にわたり空間を設け、且つ同導光ロッドと光ファイバの対向面を所定の間隔を有して配置し、同光センサが受けた光量を照射光量として検出するように構成してある。

請求項２に記載の発明は、光源から被照射物へ照射される照明光の照射光量を検出する光量モニタと、その検出光量に応じて照射光量を制御する光量コントローラを備えた光源装置において、前記、光量モニタとして、光源から被照射物に至る光路中に、光入射端面となる片端側から入射した光を均一化して光出射端面となる他端側から出射する多角柱状の導光ロッドと、同導光ロッドを収納する遮光ケースと、同遮光ケースに設けた光センサと、導光ロッドから出射する光を被照射物へ導く光ファイバを保持するファイバ保持具とを一体的に構成し、同導光ロッドからの光が光ファイバの入射端面で反射し、同反射光が光センサに照射されるように前記遮光ケース内周側の全体にわたり空間を設け、且つ同導光ロッドと光ファイバの対向面を所定の間隔を有して配置されている。また、光ファイバの入射端面からの反射光を光センサが受け、同光センサが受けた光量を照射光量として検出するように構成してある。

本発明に係る光量モニタは、光ファイバーの入射端面からの反射光を光センサが受け、同光センサが受けた光量を照射光量として検出するように構成してあるので、導光ロッドから出力され、ライトガイドに入射される光量は、導光ロッドの個体差に関係なく正確に測定することができる。
また上記した光源装置によると、導光ロッドから出力され、ライトガイドに入射される光量を正確に測定し、その検出光量に応じて光量コントローラにより照射光量を制御することができるので、導光ロッドの個体差に関係なく、被照射面への光量は一定となる特別な効果がある。

本例の光量モニタによると、光ファイバーの入射端面からの反射光を光センサが受け、同光センサが受けた光量を照射光量として検出することができるので、ライトガイドに入射される光量は、導光ロッドの個体差に関係がなく、正確に測定することができる。
また本例よる光源装置によると、光ファイバーの入射端面からの反射光を光センサが受け、その検出光量に応じて光量コントローラにより照射光量を制御することができるので、導光ロッドの個体差に関係なく、光量を照射光量として検出することができ、被照射面への光量は一定となる。

以下本発明の実施例を図１乃至図４について説明する。図１は本発明に係る光源装置を示す正面図、図２は導光ロッドを示す斜視図、図３は調光フィルタを示す側面図、図４は光量モニタによる光の検出メカニズムを示す説明図である。
図１に示す光源装置１は、例えば検査対象物（被照射物）の表面を撮像して画像処理により製品検査を行う際に、光ファイバ（ライトガイド）２を介して検査対象物に照明光を照射するために用いられるもので、筐体３にメタルハライドランプなどの光源４から検査対象物（被照射物）に照射される照明光の照射光量を検出する光量モニタ５と、その検出光量に応じて照射光量をフィードバック制御する光量コントローラ６を備えて構成されている。

光量モニタ５は、光源４から被照射物に至る光路中に、光入射端面７inとなる片端側から入射した光を均一化して光出射端面７outとなる他端側から出射する例えば正六角柱状のロッドインテグレータから成る導光ロッド７を備えて構成されている。導光ロッド７は、本例では、断面が対辺間距離１９．５ｍｍの正六角形の長さ１２０ｍｍのガラス体で形成され、光源４から照射された光を集光する楕円反射鏡８の光軸Ｘと同軸的に配されると共に、反射鏡８の第二焦点Ｆが光入射端面７inの中心に位置するように配され、光出射端面７outと光ファイバ２の光入射端２inが所定の間隔を有して対向して配されている。また導光ロッド７の光出射端面７out側の太さは、光ファイバ２の光入射端２in側のより同一か僅かに太く構成し、光ファイバ２の光入射端の全面に、導光ロッド７からの照射光が照射されるように構成してある。

また、導光ロッド７と光ファイバ２の光入射端２inは対向面に所定の間隔を有して配置され、遮光ケース１１に収納されている。遮光ケース１１は導光ロッド７を挿入する六角状の挿入孔１２が形成されている。また導光ロッド７と光ファイバ２の光入射端２inは対向面から光センサ１５間には反射光が照射されるように遮光ケース１１の内周側の全体にわたり空間１４を有して構成されている。また光ファイバ２の光入射端２in側にはファイバ保持具１０が配置され、光ファイバ２を所定の箇所に保持するように構成してある。

また光量コントローラ６の入力側に光量モニタ５の光センサ１５が接続されると共に、導光ロッド７と光源４との間に調光フィルタ１６を配置してある。同調光フィルタ１６は所定角度回転させるステップモータ１７を備えて構成されている。
また同調光フィルタ１６は、開口率が徐々に変化する多数のスリットが円周上に配列形成され（図３参照）、回転に伴ってその回転方向に応じて透過光量が漸増／漸減するようになっている。
なお１８はメタルハライドランプなどの光源４の点灯回路、１９は赤外線カットフィルタである。

以上が本発明の一構成例であって、次にその作用について説明する。
光源４から照射された光は楕円反射鏡８でその第二焦点Ｆに集光されて、六角柱状の導光ロッド７に入射され、光出射端面７outに向って直進し、あるいは、側面で反射しながら光出射端面７outに向かう。
この導光ロッド７によると、光量分布が均一化されて光出射端面７outから出射され、光ファイバ２により検査対象物（被照射物）まで案内され、照明光として照射される。
したがって、導光ロッド７に入射される光がガウシアン分布のような光量分布を有していても、出射される光の光量分布を均一化することができる。

また照射光の照射光量変化が、光源４の光量変化に起因するか、導光ロッド７に入射される光の光量分布の変化に起因するものとを問わず、光ファイバ２の光入射端２inに照射され、反射した光を光センサ１５が受けるので、その検出光量に応じて光量コントローラにより照射光量を制御することができるので、導光ロッドの個体差に関係なく、絶えず光量を照射光量として検出することができ、被照射面への光量は一定とすることができる。

この光源装置１を検査用照明光源として用いる場合、１５００〜２０００時間点灯後の照射光量は、初期光量と比して４０％程度の減光が予想されるので、当初より調光フィルタ１６でランプ４の光量を最大光量の６０％程度に落としておく。
この状態で光量モニタ５の光センサ１５で検出された検出光量Ｑ０を１００％として光量コントローラ６に記憶しておき、検出光量Ｑが変化したときに当初記憶した検出光量Ｑ０に等しくなるように調光フィルタ１６を回転させる。
検出光量Ｑは経時的に低下する傾向にあるので、例えば検出光量Ｑが１％低下したときに、調光フィルタ１６をそのスリット１６ａが大きくなる方向に回転させて、検出光量Ｑ＝１００（％）となるように光量調整を行う。

この場合に、検出光量Ｑは常に１００（％）に維持されており、検出光量Ｑが１％変化するたびに光量調整されるので、しかも、その原因が光源４の光量変化に起因するものであっても、光量分布の変化に起因するものであっても、その原因にかかわらず照射光量を正確に検出できる。

このようにして、検出光量に応じて徐々に調光フィルタ１６により導光ロッド７への入射光量を増大させることにより、１５００〜２０００時間点灯後でも、当初照射光量と略等しい光量に維持して照射することができる。

なお上述の説明では、光量コントローラ６として導光ロッド８への入射光量を可変制御する調光フィルタ１６を用いたが、本発明はこれに限らず、ランプ光量を可変制御する調光回路であってもよい。
また、光源４として、可視光を照射するランプを用いる場合に限らず、紫外線ランプ、赤外線ランプを光源とする光照射装置にも適用し得る。
また、導光ロッド７は正六角柱に限らず、任意の多角柱状のロッドインテグレータでもよく特に照射光を長方形のスクリーンや基板にそのまま投影するような場合は、断面がそのスクリーン等の縦横比に等しい四角柱状や八角柱状のロッドインテグレータを使用してもよい。

以上述べたように、本発明は、ＣＣＤカメラ等を使用した画像処理検査装置等のように検査対象物に照射される光量を一定に維持する必要のある検査装置等の光源装置の用途に適用することができる。

本発明に係る光源装置を示す正面図。 導光ロッドを示す斜視図。 調光フィルタを示す側面図。 光量モニタによる光の検出メカニズムを示す説明図。

符号の説明

１ 光源装置
２ ファイバ
２in 光入射端２in
４ 光源
５ 光量モニタ
６ 光量コントローラ
７ 導光ロッド
７in 光入射端面７in
７out 光出射端面７out
１４ 空間
１５ 光センサ

Claims (2)

1. 光源から被照射物へ照射される照明光の照射光量を検出する光量モニタであって、光源から被照射物に至る光路中に、光入射端面となる片端側から入射した光を均一化して光出射端面となる他端側から出射する多角柱状の導光ロッドと、同導光ロッドを収納する遮光ケースと、同遮光ケースに設けた光センサと、導光ロッドから出射する光を被照射物へ導く光ファイバを保持するファイバ保持具とを一体的に構成し、同導光ロッドからの光が光ファイバの入射端面で反射し、同反射光が光センサに照射されるように前記遮光ケース内周側の全体にわたり空間を設け、且つ同導光ロッドと光ファイバの対向面を所定の間隔を有して配置し、同光センサが受けた光量を照射光量として検出するように構成したことを特徴とする光量モニタ。
2. 前記、請求項１に記載の光量モニタと、その検出光量に応じて照射光量を制御する光量コントローラを備えたことを特徴とする光源装置。

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