KR100878400B1 - 핀홀 검출기 - Google Patents

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Abstract

Z축 방향을 따라 핀홀(P)을 통과한 광(L)은 광검출 소자(4)에 결합하게 되지만, 핀홀(P)의 투과광 이외의 노이즈광의 진행 방향은 Z축에 대하여 기울어져 있기 때문에, 이 노이즈광의 광검출 소자(4)로의 결합은 입사각을 제한하는 제 1 및 제 2 광학 수단(1, 2)에 의해서 제한된다. 따라서, 본 검출기는 검출 시에 반드시 폐쇄 공간을 필요로 하지 않고, 핀홀(P)을 용이하게 검출할 수 있게 된다.
핀홀, 광검출 소자, 투과광, 노이즈광, 광학 수단, 검출기

Description

핀홀 검출기{Pin hole detector}
본 발명은 핀홀 (pin hole) 검출기에 관한 것이다.
종래, 금속 또는 수지 등의 필름에 형성된 핀홀의 유무의 검출이 행해지고 있다. 고무형 필름에 형성된 핀홀을 검출하기 위해서는 상기 필름으로 밀폐용기의 일부분을 구성하고, 이 용기 내에 액체를 충전하여, 용기로부터의 액 누출의 유무를 검출하면 좋다. 또한, 금속 필름에 형성된 핀홀을 검출하기 위해서는 밀폐된 암(暗)상자의 일부분을 상기 필름으로 구성하고, 핀홀을 투과하는 광의 유무를 암상자의 내측에서 검출하면 좋다. 즉, 어느쪽의 검출도, 폐쇄된 공간이 필요하다.
그러나, 폐쇄된 공간을 이용한 검출은 용이성이 낮고, 또한, 폐쇄된 공간에서는 불가능한 검출도 많다. 예를 들면, 공장 내에서 막 압연된 알루미늄 필름이 이동하고 있는 경우나, 제조 직후의 라텍스 필름이 이동하고 있는 경우 등이다. 본 발명은 이러한 과제를 감안하여 이루어진 것으로, 검출의 용이성을 향상시킬 수 있는 핀홀 검출기를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상술한 과제를 해결하기 위해서, 본 발명에 따른 핀홀 검출기는, 피측정물의 핀홀을 Z축 방향에 따라 투과한 광을 검출하는 광검출 소자를 구비한 핀홀 검출기에 있어서, XYZ 직교 좌표계를 설정한 경우, 투과 가능한 XZ 평면 내에서의 광의 입사각을 제한하는 라이트 컨트롤 필름과, 광검출 소자에 광학적으로 결합 가능한 YZ 평면 내에서의 광의 입사각을 제한하는, Y축 방향으로만 집광을 행하는 집광 렌즈 및 집광 렌즈의 집광 위치에 배치되어 입사 광속(光束) 직경을 제한하는 수광(受光) 영역을, 피측정물과 광검출 소자 사이의 광로 간에, Z축을 따라 순차적으로 배치하고, 라이트 컨트롤 필름 및 집광 렌즈를 수용하는 암상자를 구비하고, 상기 라이트 컨트롤 필름은 상기 암상자의 개구단보다도 내측에 배치되어 있는 것을 특징으로 한다.
이 경우, Z축 방향을 따라 핀홀을 통과한 광은 광검출 소자에 결합하게 되지만, 핀홀의 투과광 이외의 노이즈광의 진행 방향은 Z축에 대하여 기울어져 있기 때문에, 이 노이즈광의 광검출 소자로의 결합은 제 1 및 제 2 광학 수단에 의해서 제한된다. 또한, 제 1 광학 수단은 라이트 컨트롤 필름이고, 제 2 광학 수단은 Y축 방향으로만 집광을 행하는 집광 렌즈와, 집광 렌즈의 집광 위치에 배치되어 입사 광속 직경을 제한하는 수광영역으로 구성된다. 따라서, 본 검출기는 검출 시에 반드시 피측정물과 검출기 사이에 엄밀한 폐쇄 공간을 필요로 하지 않고, 핀홀을 용이하게 검출할 수 있다.
또한, 라이트 컨트롤 필름에 있어서의 루버(louver)의 긴변 방향은 Y축 방향으로 하면 좋다. 이 경우, X 방향의 입사각이 제한된다. 또한, 본 발명에 관한 핀홀 검출기는 암상자의 개구를 밀봉하는 보호 유리를 또한 구비하는 것으로 하여도 좋다.
또한, 이 라이트 컨트롤 필름은 2개 이상의 라이트 컨트롤 필름을 Z축을 따라 격리 배치하여 이루어지는 것으로 하여도 좋다. 이 경우도, 루버의 긴변 방향은 Y축 방향으로 하면 좋고, 이 경우, 전단(前段)의 필름 및 후단(後段)의 필름을 함께 투과시킬 수 있는 광의 입사각은 격리 거리에 따라서 작아지기 때문에, 상기 격리에 의해서 입사각의 제한성능을 현저하게 향상시킬 수 있다. 또한, 하나의 라이트 컨트롤 필름은 필터에 지지되어 있는 것으로 하여도 좋다.
또한, 상기 라이트 컨트롤 필름은 투명 수지 내에 다수의 불투명 루버를 평행하게 설치한 루버 필름으로 구성할 수 있다.
상술한 바와 같이, 제 2 광학 수단은 Y축 방향으로만 집광하는 집광 렌즈와, 상기 집광 렌즈의 집광 위치에 배치되어 입사 광속(光束) 직경을 제한하는 수광 영역으로 구성할 수 있다. YZ 평면 내에서, Z축을 따라서 입사한 광은 집광 렌즈에 의해서 수광 영역 상에 집광하지만, Z축으로부터 크게 기울어 제 2 광학 수단에 입사한 광은 수광 영역 상에는 집광하지 않기 때문에, 광검출 소자에 결합 가능한 YZ 평면 내의 광의 입사각을 제한할 수 있다.
수광 영역은 예를 들면 포토다이오드로 이루어진다. 피측정물이 큰 경우에는 다수의 포토다이오드를 X축을 따라 배치하면 좋다. 즉, X축을 따라 수광 영역을 다수 배치하면, 피측정물이 X축 방향으로 폭을 갖는 경우에 있어서도, 폭 내의 영역에 형성된 핀홀을 검출할 수 있다.
또한, 상기 수광 영역을 광섬유의 일단으로 하여, 상기 광섬유의 타단을 상기 광검출 소자에 광학적으로 결합시킬 수도 있다. 광섬유는 입사 광속 직경을 제한할 수 있는 동시에 임의의 위치에 광을 전달할 수 있기 때문에, 이것을 사용한 경우에는 광검출 소자를 적당한 위치에 배치할 수 있는 동시에, 광섬유는 묶일 수 있기 때문에, 이것에 결합되는 광검출 소자의 수를 감소시킬 수 있다.
상술한 핀홀 검출기는 검출에 기여하는 광의 입체각을 현저하게 제한함으로써, 폐쇄 공간이 불필요하게 되므로, 핀홀 투과 광의 강도가 높지 않으면, 광검출 소자는 고감도인 것이 요구된다. 이러한 고감도의 광검출 소자로서는 광전자 증배관을 들 수 있고, 이것을 사용하면 실제로 핀홀을 검출할 수 있었다.
또한, 본 발명에 따른 핀홀 검출기에서는, 암상자의 개구단면상에는 개구를 덮도록 피측정물이 배치되고, 피측정물상에는 광원이 위치하는 것으로 하여도 좋다.
또한, 본 발명에 따른 핀홀 검출기에서는, 상기 라이트 컨트롤 필름 및 상기 집광 렌즈사이에 개재하는 밴드 패스 필터를 또한 구비하여도 좋다.
도 1은 실시예에 따른 핀홀 검출기의 종단면도.
도 2는 핀홀 검출기를 일부 파단하여 도시하는 상기 핀홀 검출기의 사시도.
도 3은 XZ 평면 내에서의 개구(OP) 근방의 단면도.
도 4는 라이트 컨트롤 필름(1b)의 사시도.
도 5는 입사각(θx)과 투과율의 관계를 나타내는 그래프.
도 6은 격리 배치된 라이트 컨트롤 필름(1b, 1c)의 종단면도.
도 7은 YZ 평면 내에서의 개구(OP) 근방의 단면도.
도 8은 집광 렌즈(2a) 및 수광 영역(2b)을 포함하는 광섬유(F)의 사시도.
도 9는 Z축에 대한 집광렌즈(2a)로의 입사각(θy)과 수광 영역(2b)으로의 광의 입사율의 관계를 나타내는 그래프.
이하, 실시예에 따른 핀홀 검출기에 관해서 설명한다. 동일 요소에는 동일 부호를 사용하였고, 중복되는 설명은 생략한다.
도 1은 실시예에 따른 핀홀 검출기의 종단면도이고, 도 2는 핀홀 검출기를 일부 파단하여 도시하는 상기 핀홀 검출기의 사시도이다.
이 핀홀 검출기는 일측면(상면)이 개구된 암상자(10)를 갖고 있다. 암상자(10)의 개구 단면 상에는 개구(OP)를 덮도록 피측정물(20)이 배치되고, 피측정물(20)상에는 광원(30)이 위치한다.
또, 본 예의 피측정물(20)은 압연 후의 알루미늄의 필름이며, 이 필름은 Y축 방향을 따라서 이동되게 한다.
광원(30)으로부터 출사된 광(L)은 피측정물(20)에 형성된 핀홀(P), 암상자(10)의 개구단보다도 내측에 배치된 제 1 광학 수단(1), 암상자(10) 내에서 제 1 광학 수단(1)의 후단에 배치된 제 2 광학 수단(2)을 통해, 라이트 가이드(3)에 입사한다. 라이트 가이드(3)는 입사광을 광검출 소자(4)에 결합시킨다.
핀홀(P)이 존재하는 경우, 광검출 소자(4)에는 광원(30)으로부터의 광(L)이 입사하게 되기 때문에, 광검출 소자(4)의 출력의 크기에 기초하여, 핀홀(P)의 유무나 크기를 검출할 수 있다. 즉, 이 핀홀 검출기는 피측정물(20)의 핀홀(P)을 투과한 광(L)을 검출하는 광검출 소자(4)를 구비한 핀홀 검출기이다.
또, 도시하는 바와 같이 XYZ 직교 좌표계를 설정한다.
이 핀홀 검출기는 투과 가능한 XZ 평면 내에서의 광의 입사각을 제한하는 제 1 광학 수단(1)과, 광검출 소자(4)에 광학적으로 결합 가능한 YZ 평면 내에서의 광의 입사각을 제한하는 제 2 광학 수단(2)을 피측정물(20)과 광검출 소자(4) 사이의 광로 간에, Z축을 따라 순차적으로 배치한 것이다.
Z축 방향을 따라서 핀홀(P)을 통과한 광(L)은 광검출 소자(4)에 결합하게 되지만, 핀홀(P)의 투과광 이외의 노이즈광의 진행 방향은 Z축에 대하여 기울어지고 있기 때문에, 이 노이즈광의 광검출 소자(4)로의 결합은 제 1 및 제 2 광학 수 단(1, 2)에 의해서 제한된다. 따라서, 본 검출기는 검출 시에 반드시 폐쇄 공간을 필요로 하지 않고, 암상자(10)와 피측정물(20) 사이에 약간의 틈이 존재하더라도, 핀홀(P)을 용이하게 검출할 수 있게 된다.
본 예의 제 1 광학 수단(1)은 라이트 컨트롤 필름(1b, 1c)으로 구성되어 있다. 라이트 컨트롤 필름(1b, 1c)에서의 루버의 긴변 방향은 Y축 방향이다. 이 경우, X 방향의 입사각이 제한된다. 또한, 각 라이트 컨트롤 필름(1b, 1c)은 보호유리(1a) 및 필터(1d)에 의해서 각각 지지되어 있다. 또, 보호 유리(1a)는 암상자 (10)의 개구(OP)를 밀봉하여, 분진의 암상자(10) 내부로의 도입을 억제하고 있다. 또한, 필터(1d)는 유리판으로 할 수도 있지만, 여기서는 광원(30)의 출사광을 선택적으로 투과시키는 밴드패스 필터로 한다.
여기서, 제 1 광학 수단(1)의 기능에 관해서 보충 설명한다.
도 3은 XZ 평면 내에서의 개구(OP) 근방의 단면도이다. 상기 도면은 XZ 평면으로 절단하여 도시된다. 도시하는 바와 같이, 핀홀(P)에 수직으로 입사한 광원(30)으로부터의 광(L)은 핀홀(P)을 통과하여 Z축 방향을 따라 진행하지만, 암상자(10)와 피측정물(20) 사이에서 입사하는 노이즈광(LN)은 Z축에 대하여 입사각(θx′)을 갖고 암상자(10) 내부로 진행한다.
도 4는 라이트 컨트롤 필름(1b)의 사시도이다. 라이트 컨트롤 필름(1b)은 폴리에틸렌테레프탈레이트로 이루어지는 2개의 투명 수지막(1b1, 1b2)과, 이들 사이에 평행하게 배치된 다수의 루버(1b3)로 이루어진다. 결국, 라이트 컨트롤 필름(1b)은 투명 수지(1b1, 1b2) 내에 다수의 불투명 루버(1b3)를 평행하게 조립한 루버 필름이다. 이러한 필름은 스미토모 쓰리엠 주식회사에서 판매되고 있고, 또한, 다른 것으로서는, 예를 들면, 일본 특개평05-215908호 공보 등에 기재되어 있는 것이 있다.
도 5는 입사각(θx)과 투과율의 관계를 나타내는 그래프이다. 상기 그래프에 나타내는 바와 같이, XZ 평면 내에서의 라이트 컨트롤 필름(1b)으로의 광의 입사각(θx)이 0도를 기준으로 하여 소정 범위 내에 있는 경우, 입사광은 상기 필름(1b)을 투과하지만, 소정 범위 외의 경우, 이것을 투과하지 않는다. 즉, 광원(30)으로부터 라이트 컨트롤 필름(1b)에 입사한 광(L)은 이것을 투과하지만, 상술한 노이즈광(LN)은 불투과가 된다. 이상과 같은 구성에 의해, 라이트 컨트롤 필름(1b)은 XZ 평면 내에서의 입사각 제한 기능을 갖게 된다.
또, 라이트 컨트롤 필름(1c)의 구성 및 기능은 라이트 컨트롤 필름(1b)과 동일하고, 폴리에틸렌테레프탈레이트로 이루어지는 2개의 투명 수지막(1c1, 1c2)과, 이들 사이에 평행 배치된 다수의 루버(1c3)로 이루어진다(도 6 참조).
본 예에서는 라이트 컨트롤 필름을 2개 사용하고 있다. 즉, 제 1 광학 수단(1)은 Z축을 따라서 2개 이상의 라이트 컨트롤 필름(1b, 1c)을 격리 배치하여 이루어진다.
도 6은 격리 배치된 라이트 컨트롤 필름(1b, 1c)의 종단면도이다. 루버(1b3, 1c3)의 긴변 방향은 모두 Y축 방향이다. 이와 같이 배치한 경우, 전단의 필름(1b) 및 후단의 필름(1c)을 함께 투과할 수 있는 광의 입사각은 격리 거리(D)에 따라서 작아진다. 전단의 필름(1b) 뿐인 경우의 입사각은 최대로 5까지 허용되지만, 이것을 후단의 필름(1c)과 조합한 경우에는 그 입사각은 θ2(<θ1)까지 밖에 허용되지 않는다. 이와 같이, 필름의 격리에 의해서 입사각의 제한 성능을 현저하게 향상시킬 수 있다.
다음에, 도 1로 되돌아가, 제 2 광학 수단에 관해서 설명한다. 제 2 광학 수단(2)은 Y축 방향으로만 집광하는 집광 렌즈(실린드리컬 렌즈; 2a)와, 집광 렌즈(2a)의 집광 위치에 배치되어 입사 광속 직경을 제한하는 수광 영역(입사 개구; 2b)으로 구성되어 있다. YZ 평면 내에 있어서, Z축을 따라 입사한 광은 집광 렌즈(2a)에 의해서 수광 영역(2b)상에 집광하지만, Z축으로부터 크게 기울어 제 2 광학 수단(2)에 입사한 광은 수광 영역(2b)상에는 집광하지 않기 때문에, 광검출 소자(4)에 결합 가능한 YZ 평면 내의 광의 입사각을 제한할 수 있다.
또한, 수광 영역(2b)은 포토다이오드로 할 수도 있다. 피측정물(20)이 큰 경우에는 다수의 포토다이오드를 X축을 따라 배치하면 좋다. 즉, 수광 영역(2b)을 X축을 따라 다수 배치하면, 피측정물(20)이 X축 방향에 폭을 갖는 경우에 있어서도, 폭 내의 영역에 형성된 핀홀을 검출할 수 있다.
본 예에 있어서 수광 영역(2b)은 라이트 가이드(3)를 구성하는 광섬유(F)의 일단으로 한다. 이 광섬유(F)의 타단은 광검출 소자(4)에 광학적으로 결합하고 있다. 광섬유(F)는 입사광속 직경을 제한할 수 있는 동시에 임의의 위치에 광을 전 달할 수 있기 때문에, 광검출 소자(4)를 적당한 위치에 배치할 수 있다. 광섬유(F)는 묶여지기 때문에, 이것에 결합시키는 광검출 소자(4)의 수는 포토다이오드를 직접 배치하는 경우보다도 감소시킬 수 있다.
상술한 핀홀 검출기는 검출에 기여하는 광의 입체각을 현저하게 제한함으로써, 폐쇄 공간을 불필요로 한 것이기 때문에, 핀 홀 투과광의 강도가 높지 않으면, 광검출 소자(4)는 고감도인 것이 요구된다. 고감도의 광검출 소자(4)로서, 본 예로서는 광전자 증배관(PMT)을 사용하고 있다.
여기서, 제 2 광학 수단(2)의 기능에 관해서 보충 설명한다.
도 7은 YZ 평면 내에서의 개구(OP) 근방의 단면도이다. 상기 도면은 YZ 평면으로 절단하여 도시된다. 도시하는 바와 같이, 핀홀(P)에 수직으로 입사한 광원(30)으로부터의 광(L)은 핀홀(P)을 통과하여 Z축 방향을 따라 진행하지만, 암상자(10)와 피측정물(20) 사이에서 입사하는 노이즈광(LN)은 Z축에 대하여 입사각(θy′)을 갖고 암상자(10) 내부로 진행한다.
도 8은 집광렌즈(2a) 및 수광 영역(2b)을 포함하는 광섬유(F)의 사시도이다. 수광 영역(2b)은 집광렌즈(2a)의 집광 위치, 보다 상세하게는 집광렌즈(2a)의 초점 위치에 배치되어 있다. 수광 영역(2b)은 X축을 따라 다수 배열하고 있다. 광원(30)으로부터 집광렌즈(2a)에 수직으로 입사한 광(L)은 수광 영역(2b) 상에 집광하지만, 상술한 노이즈광 LN은 수광 영역(2b)으로부터 벗어난 위치에 입사한다. 이상의 구성에 의해, 집광렌즈(2a) 및 수광 영역(2b)은 YZ 평면 내에서의 입사각 제한 기능을 갖는 것이 된다.
도 9는 Z축에 대한 집광렌즈(2a)로의 입사각(θy)과 수광 영역(2b)으로의 광의 입사율의 관계를 나타내는 그래프이다. 상기 그래프에 나타내는 바와 같이, YZ 평면 내에서의 입사각(θy)이 0도를 기준으로서 소정 범위 내에 있는 경우, 수광 영역(2b)에 광은 입사하지만, 소정 범위 외의 경우, 이것을 입사하지 않는다.
이상 설명한 바와 같이, 상술한 핀홀 검출기는 검출 시에 반드시 폐쇄 공간을 필요로 하지 않고, 핀홀(P)을 용이하게 검출할 수 있고, 피측정물(20)이 공장 등에서 생산되면서 고속으로 이동하고 있는 경우에 있어서도, 그 핀홀을 검출하는 것이 가능해진다.
본 발명은 핀홀 검출기에 이용할 수 있다.

Claims (10)

  1. 피측정물의 핀홀을 Z축 방향에 따라 투과한 광을 검출하는 광검출 소자를 구비한 핀홀 검출기에 있어서,
    XYZ 직교 좌표계를 설정한 경우, 투과 가능한 XZ 평면 내에서의 광의 입사각을 제한하는 라이트 컨트롤 필름과, 상기 광검출 소자에 광학적으로 결합 가능한 YZ 평면 내에서의 광의 입사각을 제한하는 Y축 방향으로만 집광을 행하는 집광 렌즈 및 상기 집광 렌즈의 집광 위치에 배치되어 입사 광속(光束) 직경을 제한하는 수광(受光) 영역을, 상기 피측정물과 상기 광검출 소자 사이의 광로 간에, Z축을 따라 순차적으로 배치하고, 상기 라이트 컨트롤 필름 및 상기 집광 렌즈를 수용하는 암상자를 구비하고, 상기 라이트 컨트롤 필름은 상기 암상자의 개구단보다도 내측에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 핀홀 검출기.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 암상자의 개구를 밀봉하는 보호 유리를 또한 구비하는 것을 특징으로 하는 핀홀 검출기.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 라이트 컨트롤 필름은 2이상의 라이트 컨트롤 필름을 Z축에 따라 격리 배치하여 이루어지는 것을 특징으로 핀홀 검출기.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 라이트 컨트롤 필름은 투명 수지 내에 다수의 불투명 루버를 평행하게 설치한 루버 필름인 것을 특징으로 하는 핀홀 검출기.
  5. 제 3 항에 있어서, 하나의 상기 라이트 컨트롤 필름은 필터에 지지되어 있는 것을 특징으로 하는 핀홀 검출기.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 수광 영역은 광섬유의 일단이고, 상기 광섬유의 타단은 상기 광검출 소자에 광학적으로 결합하고 있는 것을 특징으로 하는 핀홀 검출기.
  7. 제 5 항에 있어서, 상기 수광 영역은 X축을 따라 다수 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 핀홀 검출기.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 광검출 소자는 광전자 증배관(增倍管)인 것을 특징으로 하는 핀홀 검출기.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 암상자의 개구 단면상에는 개구를 덮도록 상기 피측정물이 배치되고, 상기 피측정물상에는 광원이 위치하는 것을 특징으로 하는 핀홀 검출기.
  10. 제 1 항 내지 제 8 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 라이트 컨트롤 필름 및 상기 집광 렌즈사이에 개재하는 밴드 패스 필터를 또한 구비하는 것을 특징으로 하는 핀홀 검출기.
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