JPH0643762Y2 - 光検出装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本考案は光検出装置に関するもの
で、詳しくは円柱状の光伝達用透明部材の円柱状の側面
から入射した光を、その長手方向の端部に設けられた光
検出器へと導光して検出する光検出装置に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】光点を走査させながら各走査位置での光
量を検出する場合に、特公昭５４−３９７５３号公報，
特開昭５６−２４５５９号公報，特開昭５７−７６５１
７号公報などで知られるように、棒状の光伝達用透明部
材を用い、その長手方向に沿って設けられた光入射帯か
ら入射した光を、その一端あるいは両端に設けられた光
検出器へと導光して検出する装置が利用されている。こ
のような光検出装置は、例えばシート状物体の表面に欠
陥があるかどうかを検査するための表面検査装置に用い
ることができる。

【０００３】上記光伝達用透明部材を用いた表面検査装
置では、シート状物体の送り方向に直交して光点を走査
しながらシート状物体の表面からの反射光を光伝達用透
明部材の光入射帯に入射させる。光伝達用透明部材は光
点の走査方向に沿って配置されているので、光点の各走
査位置における反射光は光伝達用透明部材に入射し、光
伝達用透明部材の内部を全反射しながら伝送される。こ
うして伝送された光は光伝達用透明部材の端部に設けら
れた光検出器に達し、そこで光量の検出がなされる。従
って、光点の走査位置の情報と、その走査位置での光量
の情報とから、シート状物体の表面に異常反射部がある
かどうかが判別できることになる。

【０００４】従来では、光伝達用透明部材の光入射帯か
ら入射した光を、光伝達用透明部材外に逃がすことな
く、また光検出器へと効率良く伝送するために、光伝達
用透明部材には前記光入射帯と対向して、サンドブラス
トによる粗面や回折格子などによる拡散反射帯を設けた
り、光伝達用透明部材の周囲にアルミニウムのコーティ
ングを施したりしている。さらに上記光伝達用透明部材
を、光入射帯に対面して光入射用のスリットが設けら
れ、内面が反射面とされた円筒反射鏡で被覆するなどの
工夫がなされている。

【０００５】

【考案が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
装置においては、光入射帯から一旦入射した光を、光検
出器へと導光する際の伝送効率が未だ不充分である。例
えば上述の装置において、単に粗面とされた拡散反射帯
や、回折格子を用いた拡散反射帯では、拡散効率が悪く
拡散光の光量損失が大きい。また、光伝達用透明部材に
アルミニウムのコーティングを施したものでは、アルミ
ニウムの反射率があまり高くないことなどから、光の伝
送過程における損失を抑えるには不充分である。

【０００６】特に、感光性のフイルムの表面を検査する
ための装置の場合には、検査過程でフイルムに光被りが
生じないように光点の輝度は極めて低く抑える必要があ
る。こうした使用態様のもとでは、上述した従来装置で
は光伝達用透明部材に入射された光が光検出器に到達す
るまでの間にかなり減衰してしまい、ほとんど実用にな
らないのが実情である。

【０００７】本考案は上記従来技術に鑑みてなされたも
ので、光入射帯から光伝達用透明部材に入射した光をほ
とんどど損失なく光検出器へと伝送し、極めて微弱な光
であっても確実に検出することができるようにした光検
出装置を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本考案は上記目的を達成
するために、光入射用のスリットが長手方向に形成さ
れ、内面が硫酸バリウムの塗布による反射面として構成
されるとともに両端が開放端となった円筒反射鏡と、こ
の円筒反射鏡内に前記反射面との間に空間をおいて挿通
され、直径Ｄと長さＬとの比Ｄ／Ｌの値を１／５０以上
にした円柱体であって、前記スリットに対面した光入射
帯と対向する側に、円周の１０％以内の幅で長手方向に
沿って粗面を形成してその表面に硫酸バリウムを塗布し
た拡散反射帯を有するとともに、両端には前記円筒反射
鏡の各々の開放端から突出するように先細の光射出部が
形成された光伝達用透明部材と、前記光射出部のそれぞ
れを取り囲むように配置され、内面が硫酸バリウムの塗
布による拡散面となった積分球と、この積分球の内面の
一部に設けられた透光部に臨み、この透光部を通して射
出する光を光電変換する光検出器とから光検出装置を構
成してある。

【０００９】

【作用】円筒反射鏡の長手方向に形成したスリットを通
った光は光伝達用透明部材の光入射帯から内部に入射
し、光入射帯に対面して形成された拡散反射帯で拡散反
射される。光伝達用透明部材は円筒反射鏡の内面との間
に空間を開けて挿通されているから、光伝達用透明部材
内の拡散光のほとんどは、光伝達用透明部材の表面と空
気との界面で全反射して光伝達用透明部材の両端部に向
かって伝送される。光伝達用透明部材の両端には先細に
した光射出部が設けられ、伝送されてきた光はここから
射出して積分球に導入され、光検出器で光電変換され
る。また、臨界角未満で前記界面に入射した光は光伝達
用透明部材から一旦射出するが、円筒反射鏡内面で反射
して再び光伝達用透明部材に入射して積分球まで導かれ
る。

【００１０】光伝達用透明部材の直径Ｄと長さＬとの比
を１／５０以上に設定することにより、光伝達用透明部
材に入射した光の全反射回数を少なくすることができ、
また拡散反射帯の幅を光伝達用透明部材の円周の１０％
以下にしておくことにより、全反射を繰り返す過程で拡
散反射帯に再入射する確率を小さくして伝送効率が高め
られる。拡散反射帯、円筒反射鏡の内面、積分鏡の内面
に硫酸バリウムを塗布しておくことによって光の反射能
が高められ、上記構成ともあいまって、光伝達用透明部
材に入射した光を効率よく積分球まで導くことができ
る。

【００１１】

【実施例】次に、本考案を用いた光検出装置について、
添付図面にしたがって詳しく説明する。図１において、
光検出装置１は、例えばアクリル，石英などの透明材料
からなる円柱状の光伝達部材２と、その外周を空間を隔
てて覆うように設けられた円筒反射鏡３と、前記光伝達
部材２の両端に設けられ、光伝達部材２の端部から射出
する光を光電変換する光電子増倍管１２（図４参照）な
どを内蔵した光検出部４とから構成されている。

【００１２】図２及び図３に示したように、円筒反射鏡
３は、その長手方向に沿って光入射用のスリット５が形
成され、断面がＣ型形状となっており、その内面１１に
は硫酸バリウム（ＢａＳＯ₄ ）が塗布されている。ま
た、スリット５は円筒内面に向かって幅が狭まるような
テーパ状に形成され、しかもこのテーパ状にされた面５
ａは鏡面となっている。

【００１３】光伝達部材２は、図２及び図３に示すよう
に円筒反射鏡３と同軸に、しかも円筒反射鏡３の内面と
の間に空間を隔てて固定され、スリット５と対面した部
分が光入射帯１３として利用される。この光入射帯１３
と対向した部分は、幅Ｈをもった拡散反射帯１４となっ
ている。この拡散反射帯１４は、光伝達部材２の表面を
サンドブラストなどにより粗面とし、さらにその上に硫
酸バリウムを塗布することにより形成されている。さら
に光伝達部材２の両端には、先細形状とされた光射出部
１５が設けられている。

【００１４】前記光伝達部材２の長さＬを１ｍとしたと
き、その直径Ｄは２０ｍｍ以上とされる。すなわち、光
伝達部材２の直径Ｄと長さＬとの比は、 Ｄ／Ｌ≧１／５０ の関係となっている。また、前記拡散反射帯１４の幅Ｈ
は、光伝達部材２の円周の１０％以内、すなわち前述の
ように光伝達部材２の直径が２０ｍｍである場合には、
Ｈの値としては６．３ｍｍ以下に設定されている。

【００１５】光検出部４は、図４に示したように、前記
光射出部１５を囲むようにして設けられた積分球１８
と、この積分球１８の球面１９の一部に設けられた透光
用の切り欠きに臨んで配置された光電子増倍管１２とか
らなる。この光電子増倍管１２は、その光電面１２ａが
前記光伝達部材２の光射出部１５に対面するように置か
れている。積分球１８の内壁球面１９には硫酸バリウム
が塗布されている。

【００１６】上記光検出装置１を用いて感光性フイルム
の表面検査を行う場合には、図１に示したように、感光
性フイルム１０の送り方向６に対して直交するように光
検出装置１が配置される。これにより、円筒反射鏡３の
スリット５，光伝達部材２も、感光性フイルム１０の送
り方向６に直交し、スリット５は感光性フイルム１０の
表面に接近している。もちろん、前記光伝達部材２，円
筒反射鏡３，スリット５などの長さは、感光フィルム１
０の幅に応じて設定される。

【００１７】感光性フイルム１０の表面に対してＨｅ−
Ｎｅレーザ光源からの光ビーム８（波長：６３３ｎｍ）
が照射される。この光ビーム８は、たとえば回転反射鏡
などにより、感光性フイルム１０の表面においてその送
り方向に直交して走査される。その走査線９は前記スリ
ット５と平行となり、各走査時点で感光性フイルム１０
の正常な表面で反射された光ビーム８は、各々スリット
５を通過して光伝達部材２の光入射帯１３を介して光伝
達部材２内に入射する。また、感光性フイルム１０の表
面に異常があると光ビーム８はそこで異常反射されるの
で、スリット５を通って光伝達部材２内に入射する光が
減少する。したがって、光検出部４でこの光量変化を監
視することによって表面欠陥の有無を判別することがで
きる。

【００１８】この光入射過程では、円筒反射鏡３のスリ
ット５がテーパ状および鏡面とされた面５ａで構成され
ていることから、光ビーム８は光伝達部材２に入射しや
すく、また一旦入射した光はスリット５から外部に逃げ
にくくなる。したがって、光入射時に光伝達部材２にト
ラップされる光ビーム８の割合を高めることができるよ
うになる。

【００１９】こうして光伝達部材２に入射された光ビー
ム８は、光入射帯１３に対向して設けられている拡散反
射帯１４に入射し、ここで種々の反射角で反射され散乱
光となる。拡散反射帯１４は、サンドブラストにより粗
面とされた上に、硫酸バリウムを塗布することにより形
成されているので、単なる粗面からなるものと比較する
と拡散反射光の光量損失を低減することができる。そし
て、光伝達部材２内を全反射しながら光射出部１５へと
向かうような大きい散乱角で反射される光についても、
充分な光量を保つことができる。

【００２０】拡散反射帯１４で散乱された散乱光の一部
はそのまま光射出部１５へと向かって、そこから射出す
るが、光射出部１５は先細形状となっているので、その
射出角は図２に示したように、光伝達部材２の中心軸方
向に、ある程度曲げられる。したがって光電子増倍管１
２（図４）を光伝達部材２の中心軸に合わせて配置して
おけば、最も効率がよくなる。

【００２１】拡散反射帯１４からの散乱光のなかには光
伝達部材２の側面部に向かうものもあるが、そのような
光は光伝達部材２と空間との界面で全反射されながら光
射出部１５へと向かい、そこから射出される。また、光
伝達部材２内で全反射を繰り返すうちに、拡散反射帯１
４に再入射するものもでてくる。そのような光はそこで
再度散乱され、光伝達の効率上あまり好ましくないこと
になる。そこで、一旦光伝達部材２に入射し、拡散反射
帯１４で一度散乱された光が拡散反射帯１４に再入射す
る確率を低くするために、拡散反射帯１４の幅Ｈ（図４
参照）を、光伝達部材２の円周の１０％以内にしておく
ことが効果的である。

【００２２】また、上記散乱光のなかには光伝達部材２
の内面で全反射されずに、光伝達部材２の外へと射出さ
れる光もあるが、このような光は空間を経由して円筒反
射鏡３の内面で反射され、光伝達部材２の側面より再入
射され、結局光射出部１５から射出されることになる。
円筒反射鏡３の内面にも硫酸バリウムが塗布され、高反
射面とされているので、光伝達部材２への再入射の効率
も高くなっている。

【００２３】光伝達部材２に入射された光が、その光射
出端部１５から射出されるまでの間に減衰されることを
抑えるためには、上記したように、円筒反射鏡３のスリ
ット５の形状を工夫し、拡散反射帯１４の幅を制限し、
また所要部に硫酸バリウムを塗布して反射率を高めるこ
との他に、光伝達部材２の寸法を考慮することが重要で
ある。すなわち、光伝達部材２に入射した光が、光伝達
部材２内で反射される回数が多くなると、それに付随し
て拡散反射帯１４に再入射する確率が増大することにな
る。しかしながら、すでに述べたように光伝達部材２
は、その寸法が Ｄ／Ｌ≧１／５０ となるように設定されているので、光伝達部材２内での
反射回数は極力抑えられるようになる。

【００２４】図５は、上記光検出装置１のスリット５か
ら均一な走査光を入射させたときに両端の光検出部４か
ら得られる相対出力の様子を表したもので、横軸には光
伝達部材２の相対長さをとっている。図中の破線は、光
伝達部材２の長さＬを約６００ｍｍ、直径Ｄを２０ｍ
ｍ、拡散反射帯１４の幅Ｈを光伝達部材２の円周の１６
％にした比較例の相対出力特性、また実線は上記Ｌ，
Ｄ，Ｈの値をそれぞれ１８００ｍｍ，４０ｍｍ，４％に
した本考案の実施例の相対出力特性を示す。

【００２５】本来、上記比較例と本考案実施例とを比較
した場合、比較例の方が「Ｄ／Ｌ」の値が大きく、全反
射回数を減らす上では有利になっているが、拡散反射帯
１４の幅Ｈが１６％と広くなっているため、光伝達部材
２の内部で伝送される過程で拡散反射帯１４に再入射す
る確率が高くなってくる。したがって、図５に破線で示
したように、両端の光検出部４から離れた位置に光が入
射すると伝送効率が低下し、相対出力が低くなってくる
ことが分る。

【００２６】これに対し本考案実施例のものでは、「Ｄ
／Ｌ」の値が比較例よりもわずかに小さくはなっている
が、拡散反射帯１４の幅Ｈを４％と狭くしているため、
伝送効率が格段に改善され、光の入射位置にほとんど影
響を受けずに良好な出力特性が得られるのが分る。

【００２７】光伝達部材２の内部反射で伝送されてくる
光は、ランダムな角度で光射出部１５へと達する。しか
し、光射出部１５の形状が先細になっているので、ここ
から射出される光は光伝達部材２の中心軸方向に曲げら
れる。したがって、光電子増倍管１２の光電面１２ａの
面積に対して、光伝達部材２の断面積がある程度大きく
ても、そこから射出する光は光電面１２ａへと入射され
る。さらに、この射出部１５を囲んで積分球１８が置か
れているので、光射出部１５から光電子増倍管１２に直
接入射されない光も、積分球１８を介して集めることが
でき、光伝達部材２と光電子増倍管１２とのカップリン
グ効率が改善される。

【００２８】以上、図示した実施例をもとに本考案につ
いて説明してきたが、本考案装置によって感光性フイル
ム１０の反射光を検出する代わりに、その透過光を検出
するようにしてもよい。また、本考案は必ずしも感光性
フイルムの表面検査用に適用されるばかりでなく、例え
ば複写機の集光器やシンチレーションカウンティング装
置にも応用できる他、光通信分野においても、光伝達部
と光検出部とのカップリング手段として利用することも
できる。

【００２９】

【考案の効果】以上に述べたように、本考案の光検出装
置によれば、円筒反射鏡と光伝達用透明部材との間に空
間を設け、光伝達用透明部材の光入射帯から入射した光
の多くは粗面に硫酸バリウムを塗布した反射能が高い拡
散反射帯で拡散反射された後、全反射によって光伝達用
透明部材の各々の端部に向かって伝送され、また全反射
し得ずに光伝達用透明部材から射出した光は硫酸バリウ
ムを塗布した円筒反射鏡の内面で反射して再び光伝達用
透明部材に入射して伝送された後、両端の先細形状にし
た光射出部から光検出器に向かって射出されるから、非
常に効率的な光検出を行うことができる。

【００３０】また、光伝達用透明部材の直径Ｄと長さＬ
との比Ｄ／Ｌを１／５０以上にして光伝達用透明部材内
部での繰り返し反射回数を抑制するとともに、拡散反射
帯の幅を光伝達用透明部材の円周の１０％以内にするこ
とによって、光伝達用透明部材の内部で光が繰り返し全
反射されるときに拡散反射帯に再入射する確率を小さく
してあるから、一旦入射した光を減衰させることなく高
効率で光検出器まで導くことができる。そして、光伝達
用透明部材の両端を先細にして円筒反射鏡の開口端から
突出させてこれを積分球で取り囲み、積分球に組み込ん
だ光検出器で光電変換する構成とし、また拡散反射帯や
積分球の光反射面には反射能が高い硫酸バリウムを塗布
してあるから、光伝達用透明部材の内部で全反射して伝
送されてきた光を損失なく電気信号として取り出すこと
ができる。この結果、入射する光が微弱なものであって
も、光検出器として用いられる光電子増倍管などの光電
変換器に対して高い作動電圧を印加しなくても十分な感
度で光検出ができるようになり、光電変換器が劣化しに
くくなる。

【００３１】さらに請求項２に記載したように、円筒反
射鏡のスリットを形成する開口縁を、円筒反射鏡の内面
に向かってスリット幅が狭くなるようなテーパ面にし、
かつこのテーパ面を鏡面にすることによって、光が入射
しやすく、しかも一旦入射した光は円筒反射鏡から外部
に漏れにくくなるので、正確な光検出を行うことができ
るようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の一実施例を示す斜視図である。

【図２】図１に示した光伝達部材の縦断面図である。

【図３】光伝達部材の横断面図である。

【図４】図１に示した光検出部の断面図である。

【図５】本考案装置及び比較例装置の相対出力を示す特
性図である。

【符号の説明】 １ 光検出装置 ２ 光伝達部材 ３ 円筒反射鏡 ４ 光検出部 ５ スリット １２ 光電子増倍管 １３ 光入射帯 １４ 拡散反射帯 １５ 光射出部 １８ 積分球

Claims (2)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 光入射用のスリットが長手方向に形成さ
   れ、内面が硫酸バリウムの塗布による反射面として構成
   されるとともに両端が開放端となった円筒反射鏡と、こ
   の円筒反射鏡内に前記反射面との間に空間をおいて挿通
   され、直径Ｄと長さＬとの比Ｄ／Ｌの値を１／５０以上
   にした円柱体であって、前記スリットに対面した光入射
   帯と対向する側に、円周の１０％以内の幅で長手方向に
   沿って粗面を形成してその表面に硫酸バリウムを塗布し
   た拡散反射帯を有するとともに、両端には前記円筒反射
   鏡の各々の開放端から突出するように先細の光射出部が
   形成された光伝達用透明部材と、前記光射出部のそれぞ
   れを取り囲むように配置され、内面が硫酸バリウムの塗
   布による拡散面となった積分球と、この積分球の内面の
   一部に設けられた透光部に臨み、この透光部を通して射
   出する光を光電変換する光検出器とからなることを特徴
   とする光検出装置。
2. 【請求項２】 前記スリットを構成する開口縁は、円筒
   反射鏡の内面に向かってスリットを幅狭にするテーパ面
   となっており、かつこのテーパ面が鏡面になっているこ
   とを特徴とする請求項１記載の光検出装置。