JPH0351737A - 高感度シュリーレン装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、一般に高感度シュリーレン装置に関し、特に
密封容器等からの漏洩検出に適したシュリーレン装置に
関する。

従来技術の問題点 従来、光の屈折率の差を可視化する方法としてシュリー
レン法が知られている。

しかしながら、従来のシュリーレン装置においては、タ
ングステンランプ、水銀灯、キセノンランプ等の光源か
ら放射された光をコンデンサーレンズで収斂させてピン
ホールから取り出し、ｌ対のシュリーレンレンズ間に平
行光線束を作り、それらの平行光線束領域に観察対象を
配置し、対象を透過した光を収斂させ、その焦点にナイ
フェツジを配置して、観察対象によって屈折された光と
屈折されなかった光とを選択的に遮光することにより、
可視化していた。

一般に、シュリーレン装置においては、観察画像のコン
トラストは光源の出力が大きい程鮮明となり、また光源
が点光源に近付くほど鮮明となる。

従来の装置においては、上述の構成を取っていたために
、光源を点光源に近付けようとすると出力が低下し、出
力を増大しようとすると光源の点光源性が低下する矛盾
関係にあり、その妥協のうえに成り立っていた。

この問題を解決するために、光源として発光ダイオード
（ＬＥＤ）、レーザーダイオード（Ｌ　Ｄ）を用いるこ
とが提案されたが、光通信用以外の通常の発光ダイオー
ドは、表面発光型であり、点光源性において劣り（発光
部は、数１０μｍ以上のオーダー）、また出力もさほど
大きくはなかった（３ｍＷ以下のオーダー）。一方レー
ザーダイオードは、端面発光型の素子であるために、点
光源性において優れ（１０μｍ以下のオーダー）、また
出力も大きい。しかしながら、レーザー光は干渉性が大
きいために、ぎらぎらした斑点状のパターン、所謂スペ
ックルパターンや、回折による干渉ノイズが生じがちで
あり、そのために鮮明な画像が得られず、実用上の問題
があった。

本発明者等は、密封容器等からの漏洩検出にシュリーレ
ン装置を応用することに関し鋭意研究し、先に［密封容
器等からの漏洩検査方法］について特許願を提出した（
特願昭６２−２２４７０７号）。

この方法は、一応の成果を上げているが、上述の観点か
ら微弱な漏洩を検出するためには、シュリーレン装置の
感度の向上が望ましいことが判った。

問題点を解決する手段 本発明においては、シュリーレン装置の光源の点光源化
と出力の増大をもたらし、且つインコヒーレントな出力
光を与える光源を追及した結果、高出力レーザーダイオ
ードを駆動電流の閾値以下で駆動した場合に、その自然
発光領域において、既存の発光ダイオードよりも大きい
インコヒーレントな出力光が得られること、及び点光源
性も利用できることが判明した。また、レーザーダイオ
ードの駆動電流に高周波電流を重畳させることによりイ
ンコヒーレントな出力光が得られることに想到し、本発
明を完成するに至った。

即ち、従来のシュリーレン装置におけるピンホール位置
にレーザーダイオードを配置し、これを閾値以下の駆動
電流によって駆動し及び／又はその駆動電流に高周波電
流を重畳させることにより、比較的単一波長に近いが若
干の波長幅をもった可干渉性（コヒーレント性）の少な
い光源が得られ、従来入手可能な発光ダイオードよりも
高い出力が得られることが判った。かくて、干渉性によ
るスペックルパターンや回折による干渉ノイズが軽減で
き、検出感度が増大する。従来、シュリーレン装置にお
いてレーザーダイオードをかかる条件で駆動して高出力
の点光源として利用することは行われていなかった。ま
た、従来は一桁のμｍオーダーの点光源性を有し、自然
発光領域で使用される高出力の可視光の端面発光型ダイ
オードは、市場には存在しなかった。市場の端面発光型
ダイオードは、近赤外光の光通信用であり、テレビカメ
ラの感度、に不向きで、且つ黙視できないために調整が
困難であった。

実　　　施　　　例 第１図は、本発明によるシュリーレン装置の原理図であ
る。第１図から判るように、本発明の装置は、従来の装
置と殆ど同様の構成を有し、光源ｌからの光は、１対の
シュリーレンレンズ２．３の間に平行光線束領域４を形
成し、それらのシュリーレンレンズの間に検査対象物５
を配置する。

検査対象物５を透過した光はシュリーレンレンズによっ
て収斂され、対物レンズ６をへて写真フィルム又はスク
リーン７に投影され、或はテレビカメラによって撮像さ
れてＣＲＴ上に表示される。

検査対象物によって図示のように屈折されｔこ光は、ナ
イフェツジ６によって遮光され、表示手段上にコントラ
ストの良い画像が得られる。

本発明の装置における特徴は、光源部にあり、光源ｌと
しては、レーザーダイオードと同等の点光源性を有し、
インコヒーレントな可視出力光を発し、且つ従来の発光
ダイオードよりも高い出力を有する発光素子が用いられ
ることが望ましい。

かかる特性をもった発光素子は市販されていないが、本
発明者らは、市販のレーザーダイオードを低い駆動電流
によって駆動して自然発光領域で用いること及び／又は
駆動電流に高周波電流を重畳することによって、点光源
に近いインコヒーレントな大出力の光源として利用する
ことができた。

かくて従来の光源におけるコンデンサーレンズ及びピン
ホールが不要となるばかりでなく、光源の大きさが大幅
に小さくなり、観察対象をｌ対のシュリーレンレンズ２
，３間に挿入しないときの本来の焦点９の大きさも光源
と同様に小さくなり、この小さな焦点めがけてナイフエ
ンジを従来の装置におけるよりも大幅に深く切り込む事
ができ、従ってコントラストの高い画像が得られ、屈折
率の僅かな差を好感度で検出できる。光源のインコヒー
レントな光の故にスペックルパターン等の干渉光も回避
できる。

レーザーダイオードの光出力対順電流特性には温度依存
性があるので、素子のケース温度が変化しても光出力が
一定になるように自動出力制御（ＡｕＬｏＩＩＩａＬｉ
ｃ　Ｐｏｗｅｒ　Ｃｏｎｔｒｏｌ、　ＡＰＣ）するのが
一般であり、かかるＡＰＣ回路は公知である。また、か
かるＡＰＣ回路を組み込んだレーザーダイオードａｌｌ
が、光デイスクメモリ、オプティカルメモリカードの書
き込み用に開発されており、市販されている（例えばシ
ャープ社製のＬＴＯ２４Ｒ１Ｏ）。

高出力の可視光端面発光型の発光ダイオードが開発され
た場合には、それは本発明の光源として利用可能である
。

第２図は、本発明の装置の一実施例におけるハードウェ
ア要素の立体的配置図である。

この実施例においては、装置をコンパクト化するために
反射鏡及びハーフミラ−を用いている。

第２図において２１はファン、２２は光源、２３はピン
ホール、２４は平面反射鏡、２５は平面ハーフミラ−１
２６，２７は平面反射鏡、２８はシュリーレンレンズ、
２９は高精度平面反射鏡、３０は平面反射鏡、３］はナ
イフィエッジ、３２は結像レンズ、３３は調光用フィル
ター、３４は平面反射鏡、３５は結像レンズ、３６はＩ
ＴＶカメラである。

図示の光路折り返し型の構成、配置は、従来のシュリー
レン装置において知られており、光路長を短縮すること
なく、装置をコンパクト化する構成、配置である。

この実施例においては、光源２２としてソ二社製の高出
力レーザーダイオード（ＳＬＤ３０２ＷＴ）　を用いた
。このレーザーダイオードを閾値電流以下の電流値で駆
動することにより理論的発光寸法約３．５Ｘ１．５μｍ
でμｍＷの出力が得られた。また、シャープ社製の高周
波重畳型回路をもったレーザダイオード（ＬＴＯ２４Ｒ
ＩＯ）を用いた結果、理論的発光寸法約４Ｘ１．５μｍ
で３ｍＷの出力が得られた。ピンホール２３は、レーザ
ダイオード取り付は前の光軸調整用に設置されている。

シュリーレンレンズ２８と高精度平面反射鏡２９の相対
距離を調整することにより、また結像レンズ１４．１７
を調整することにより、観察系の焦点距離を調整するこ
とは、従来のシュリーレン装置と全く同様である。

ＩＴＶカメラからの画像信号は、ＣＲＴに送られて、可
視画像を表示する。

発明の効果 本発明によれば、シュリーレン装置の感度が４倍以上に
増大され、微弱な流体流でも可視化できる。例えばコツ
プに水（気温２４°Ｃ１水温２３℃）を入れたときにコ
ツプ周囲の温度が低下し下降気流が発生する。従来より
シュリーレン装置は、あくまで定性的な測定装置と言わ
れていたが、このレベルまで感度が向上したならば画像
解析とドツキングすることによって定量化も可能と言う
領域にまで達している。また、先に提出した特許願［密
封容器等からの浦波検査方法」　（特願昭６２−２２４
７０７号）において記載したように、屈折率の異なる流
体雰囲気中で検出すれば更に微弱な漏洩を検出すること
が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明のシュリーレン装置の原理を示す模式
的側面図、 第２図は本発明の一実施例によるシュリーレン装置にお
ける構成素子の立体配置を示す模式的立体配置図である
。 符号の説明 ｌ：光源、２７．３：シュリーレンレンズ、４：平行光
線束領域、５：検査対象物、６：結像レンズ、７：写真
フィルム、スクリーン又はカメラ撮像面、８：ナイフェ
ツジ、９：焦点、２１：ファン、２２：光源、２３：ビ
ンホール、２４：平面反射鏡、２５：ハーフミラ−，２
６，２７：平面反射鏡、２８：シュリーレンレンズ、２
９：高精度平面反射鏡、３０：平面反射鏡、３］：ナイ
フェツジ、３２：結像レンズ、３３：調光フィルタ、３
４：平面反射鏡、３５：結像レンズ、３６：ＩＴＶカメ
ラ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ［１］シュリーレン装置において、少なくとも１ｍＷ以
   上のインコヒーレントな可視光出力を有し、少なくとも
   １０μｍ以下の点光源性を有する高出力端面発光型発光
   素子を光源として用いたことを特徴とする、高感度シュ
   リーレン装置。 ［２］特許請求の範囲第１項記載の装置であって、上記
   発光素子が半導体レーザー素子（ＬＤ）であり、その駆
   動電流をレーザー光を得るための閾電流値以下に押さえ
   て、自然発光領域で使用することによってインコヒーレ
   ントな可視出力光を得ることを特徴とする高感度シュリ
   ーレン装置。 ［３］特許請求の範囲第１項又は第２項記載の装置であ
   って、上記発光素子が半導体レーザー素子（ＬＤ）であ
   り、その駆動電流に高周波電流を重畳させることにより
   インコヒーレントな出力光を得ることを特徴とする高感
   度シュリーレン装置。