WO2021106244A1 - 光学ユニット - Google Patents

Abstract

本発明の光学ユニット１は、対象物に光を照射する光源５と、光源５から射出される射出光を直線偏光にする第１偏光素子１１と、対象物からの反射光を透過させ、第１偏光素子１１の偏光軸に対して９０°直交する偏光軸となる第２偏光素子１６と、第１偏光素子１１に重ねて配設され、光源からの射出光を円偏光又は楕円偏光にする第１波長板１２と、第２偏光素子１６に重ねて配設され、第１波長板１２と同じ位相差の第２波長板１７と、を有している。第１波長板１２、及び／又は、第２波長板１７は、前記重ねて配設されるそれぞれの偏光素子１１，１６に対して回転可能であることを特徴とする。

Description

光学ユニット

　本発明は、様々な対象物に光を照射し、その反射光による画像を取得するに際して、グレアが除去された画像を得ることが可能な光学ユニットに関する。

　各種の工業製品、食品、生鮮品など（以下、これらを総称して対象物と称する）の表面には、傷や汚れなど（以下、異物と称する）が付着していることがあり、このような異物は、製造段階、加工処理段階、検査段階等において発見し、排除する必要がある。通常、異物は、視認し易いように光を照射し、その反射光を目視などすることで検知することが行われている。この場合、光を照射して反射光を検知する検査方法では、光の表面反射によるグレア（ぎらつき）が生じることがあり、このグレアが異物の発見の妨げになるため、効果的に除去する必要がある。

　本件特許出願人は、光源ユニットと、眼前に配設される透過部材と、を備えた頭部装着型照明装置を提案している（特許文献１）。この頭部装着型照明装置は、前記光源ユニットに、射出光を直線偏光にする第１偏光素子を設けるとともに、前記透過部材に、前記第１偏光素子の偏光軸に対して９０°直交する偏光軸となる第２偏光素子を設け、装着者が対象物の表面をグレアなく視認できるようにしたものである。特許文献１では、この頭部装着型照明装置を、主に医療用として利用することを提案しているが、対象物の表面の異物を発見する工業用の検査装置として利用できることについても開示されている。

　また、特許文献１には、前記第１偏光素子と第２偏光素子に、それぞれ波長板を重ねることで、対象物に水分が付着する等、動的な対象物についてもグレアを除去できることが開示されている。

特許第６１８５６８６号

　対象物に対して異物が付着しているか否かを検出する際、上記したように、偏光軸が互いに９０°になるように指向された偏光素子を光の射出側と光の受光側に配設し、更には、各偏光素子に同一構成の波長板を重ねて配設することで、グレアを効果的に除去し、異物の存在を見易くすることが可能である。すなわち、直線偏光の光を波長板に透過させて、右回り方向／左回り方向となる円偏光／楕円偏光にして対象物に照射し、かつ、対象物からの反射光についても、同様な波長板を透過させることで、検査する対象物の色や凹凸状況（異物の種別）等に応じて、効果的にグレアを除去した画像を取得することが可能となる。

　しかしながら、１つの検査装置を用いて、多種多様な対象物を検査すると、ある対象物では、効果的にグレアが除去された画像が得られるが、別の対象物を検査した場合、充分にグレアが除去されないことがある。これは、対象物毎に、その表面状態や色が様々であり、乱反射の仕方、色の吸収や反射が異なることが理由と考えられる。

　本発明は、上記した問題に基づいてなされたものであり、対象物に光を照射し、対象物からの反射光を検出するに際し、対象物の表面状態に関係なく、グレアを効果的に除去した画像が得られる光学ユニットを提供することを目的とする。

　上記した目的を達成するために、本発明は、対象物に光を照射し、対象物からの反射光を受けて前記対象物の表面状態を視認可能にする光学ユニットであって、前記対象物に光を照射する光源と、前記光源から射出される射出光を直線偏光にする第１偏光素子と、前記対象物からの反射光を透過させ、前記第１偏光素子の偏光軸に対して９０°直交する偏光軸となる第２偏光素子と、前記第１偏光素子に重ねて配設され、前記光源からの射出光を円偏光又は楕円偏光にする第１波長板と、前記第２偏光素子に重ねて配設され、第１波長板と同じ位相差の第２波長板と、を有しており、前記第１波長板、及び／又は、前記第２波長板は、前記重ねて配設されるそれぞれの偏光素子に対して回転可能である、ことを特徴とする。

　上記した光学ユニットでは、偏光軸が互いに直交するように配設された第１偏光素子及び第２偏光素子に、それぞれ第１波長板、及び、第１波長板と同じ位相差の第２波長板が重ねて配設されることで、対象物からの反射光は、グレアが除去された状態となり、対象物を視認し易くすることが可能となる。この場合、光が照射される対象物が異なると、その表面状態（反射状態、光の吸収率や反射率、コントラスト）が異なってしまうことから、１つの光学ユニットで異なる対象物を視認すると、対象物によっては、表面で光の波長帯域の一部が反射または吸収されてしまう。これにより、光の色情報が失われて、反射光は曇った状態（濁った状態）で見えることもある（コントラストが変化する）。しかし、前記第１波長板、及び／又は、前記第２波長板を回転させて、第２偏光素子を通過する光の強さが最小になるように調整し、偏光の向きと波長板の１つの軸の向きを一致させる（波長板を回転して、効果の大きい角度を検知する）ことによって、コントラストの向上が図れ、様々な対象物であっても、１つの光学ユニットでグレアを除去して鮮明に視認することが可能となる。

　上記した光学ユニットは、例えば、対象物が連続的に搬送されて、表面に異物が付着していないかを検査する検査装置、或いは、手持ち状態や頭部に装着した状態で様々な対象物の表面を検査する検査装置に適用することが可能である。更には、特定の象物を観察する観察装置、例えば、人体の口腔内の咽頭部を観察して診断を可能にする観察装置（各種の医療装置）の構成要素として組み込むことが可能である。

　本発明によれば、対象物に光を照射し、対象物からの反射光を検出するに際し、対象物の表面状態に関係なく、グレアを効果的に除去した画像が得られる光学ユニットが得られる。

本発明に係る光学ユニットの第１の実施形態を示し、光学ユニットが組み込まれる検査装置の一例を示す斜視図。 図１に示す光学ユニットを示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は下面図、（ｃ）は側面図。 図２に示す光学ユニットの構成要素を示す分解斜視図。 図２に示す光学ユニットの光学素子部分の組み込み状態を示す分解斜視図。 図４に示す光学ユニットの光学素子（偏光素子、波長板）部分の分解斜視図。 検査装置の概略構成を示すブロック図。 図１に示す光学ユニット用いてノートパソコンのキーボード部分の筐体に光を照射し、その反射光をカメラで撮影した写真コピー（グレア除去前）。 図７に示した状態から照明側ユニットの波長板を所定量回転してその反射光をカメラで撮影した写真コピー（グレア除去後）。 図１に示す光学ユニット用いて制御基板に光を照射し、その反射光をカメラで撮影した写真コピー（グレア除去前）。 図９に示した状態から照明側ユニットの波長板を所定量回転してその反射光をカメラで撮影した写真コピー（グレア除去後）。 図１に示す光学ユニット用いてゴルフボールに光を照射し、その反射光をカメラで撮影した写真コピー（グレア除去前）。 図１１に示した状態から照明側ユニットの波長板を所定量回転してその反射光をカメラで撮影した写真コピー（グレア除去後）。 図１に示す光学ユニット用いて鉄球に光を照射し、その反射光をカメラで撮影した写真コピー（グレア除去前）。 図１３に示した状態から照明側ユニットの波長板を所定量回転してその反射光をカメラで撮影した写真コピー（グレア除去後）。 本発明に係る光学ユニットの第２の実施形態を示す断面図。 本発明に係る光学ユニットの第３の実施形態を示す図。 本発明に係る光学ユニットの第４の実施形態を示す図であり、頭部に装着される支持部材に保持された第２波長板及び第２偏光素子の構成を示す斜視図。 図１７に示す光学ユニットの同期機構の構成を示す一部断面図。 本発明に係る光学ユニットの第５の実施形態を示す斜視図。 図１９に示す光学ユニットに着脱可能に装着されるディスポーサブルカバーの一例を示す図。

　以下、本発明に係る光学ユニットの実施形態を、添付の図面を参照して説明する。
　図１から図６は、第１の実施形態を示す図であり、図１は光学ユニットが組み込まれる検査装置の一例を示す斜視図、図２は、図１に示す光学ユニットを示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は下面図、（ｃ）は側面図、図３は、図２に示す光学ユニットの構成要素を示す分解斜視図、図４は、図２に示す光学ユニットの光学素子部分の組み込み状態を示す分解斜視図、図５は、図４に示す光学ユニットの光学素子部分の分解斜視図、そして、図６は、検査装置の概略構成を示すブロック図である。

　本実施形態の光学ユニット１は、食品や工業製品などの対象物が連続的に搬送される搬送経路上に設置、固定され、前記対象物に光を照射し、その反射光を受けて前記対象物に付着した異物を検出可能な検査装置１００に組み込み可能となっている。

　前記光学ユニット１は、筒状の筐体（本実施形態では、円筒形状に形成された筐体）２を備えており、この筐体２に、前記連続搬送される対象物に対して光を照射する光源と、対象物からの反射光を受光して対象物に異物が付着しているか否かを検出可能にする画像取得装置（カメラ）２０が設けられている。また、筐体２は、複数の接続ロッド１１０を介して、筐体２と略同一形状に構成された円筒状の基台１２０に連結されており、この基台１２０が設備の所定位置に固定される。すなわち、本実施形態の光学ユニット１は、天吊り支持される構成となっており、各接続ロッド１１０は、一端が筐体２に対して螺合、固定され、他端が円筒状に形成された基台１２０に固定される。なお、光学ユニットは、天吊り支持される以外にも、スタンドによって支持される構成であっても良い。

　前記基台１２０内には、前記光学ユニット１内に設置される光源５及びカメラ２０などの機能部品の動作を制御するＣＰＵ２０１と、各種の駆動要素の動作を制御する制御プログラムを格納したＲＯＭ２０２と、制御プログラムの動作に従って各種情報を一時的に記憶するＲＡＭ２０３とを備えた制御ユニット（制御基板）２００、及び、前記光学ユニット１や制御ユニット２００に電力を供給する電源ユニット２５０等の各種の機能部品が収容されており、閉塞蓋１３０を被せてその内部が閉塞されている。

　前記筐体２は、輪帯状の底部２ａと環状壁２ｂを具備した円筒状のケースとして構成さており、底部２ａの中央部分には、環状突起２ｃが形成されている。前記底部２ａ、環状壁２ｂ、及び、環状突起２ｃで囲まれた部分が収容部Ｓを規定しており、前記筐体２の後方側には、円形のリングケースカバー蓋２Ａが固定される。このリングケースカバー蓋２Ａの中央には、前記筐体２の底部２ａの中央部分に形成された環状突起２ｃの内面に面接される円筒状の環状突起２ｄが形成されている。前記リングケースカバー蓋２Ａ及び環状突起２ｄは、放熱機能を果たす部材であり、環状突起２ｄは、リングケースカバー蓋２Ａが筐体２に固定された状態で環状突起２ｃ部分の放熱機能を果たす。

　前記リングケースカバー蓋２Ａの中央部分には、カメラ２０を保持した支持部（ブリッジ状に形成される支持部）２５が止めビス２７によって固定される。前記支持部２５に取り付けられるカメラ２０は、前記環状突起２ｄ（２ｃ）内に位置し、後述する第２偏光素子を透過する対象物からの反射光を受光するように位置付けされる。すなわち、カメラ２０の撮像素子は、連続搬送される対象物からの反射光を受光し、撮像素子で得られる画像信号は、前記制御ユニットを介して異物検知装置３００に送信される。異物検知装置３００は、受信した画像信号について、所定の検知プログラムによって異物の有無を検知することが可能であり、異物が付着した対象物を搬送ラインから除去する処理を実行する。例えば、対象物の搬送経路の下流側に設置されている外部処理装置（対象物除去装置）４００に異物検知信号を送信することで、異物が付着している対象物を搬送ラインから除去する等の処理を行なうことが可能である。

　前記底部２ａには、環状突起２ｃを囲むようにしてリング状に構成される光源５が配設される。光源５については、連続搬送される対象物に対してスポット光や拡散光を照射できるものであればよく、本実施形態では、円周上に一定間隔をおいて配設されたＬＥＤ素子５ａで構成されており、これらのＬＥＤ素子５ａは、リング状に構成されたＬＥＤ基板５Ａに実装されている。前記ＬＥＤ基板５Ａは、止めネジ６によって底部２ａに固定されている。

　前記各ＬＥＤ素子５ａには、それぞれ射出されるＬＥＤ光を所定の位置、具体的には、対象物の搬送ラインの幅を一定の光野径の範囲で高照度に集光させるレンズ５Ｂが位置付け配設されている。本実施形態のレンズ５Ｂは、ＬＥＤ素子で発光された光を集光して対象物を照らす機能を備えており、１つのレンズによって光を集光するものであっても良い。又は、上記したように、一定の処理距離の位置で、光を一定の光野径の範囲で高照度に集光させることを考慮すると、複数のＬＥＤ素子に対応してＬＥＤ光を集光させるレンズを夫々配設して、各レンズからの光を集光させることが望ましい。
　或いは、対象物に対して一定の照度が確保されるのであれば、光源５からの光は、拡散光（平行光を含む）となっていても良く、前記レンズの構成については、様々なものを用いることが可能である。すなわち、光源から射出された光を、対象物に対して、スポット照射、平行照射、拡散照射するような構成であれば、レンズ系の構成については、特に限定されることはない。また、光源５については、広い面積に均一な照射ができるように、有機ＥＬ光源、面発光レーザー等で構成しても良いし、無電極ランプ等によって構成しても良い。

　前記筐体２の開口縁には、前記レンズ５Ｂの前方側に位置するように、照明側ユニット（照明用位相差リング）１０が配設され、前記環状突起２ｄの前方には、カメラ側ユニット（カメラ用位相差リング）１５が配設される。照明側ユニット１０は、前記リング状の光源５から射出される射出光を偏光状態（円偏光又は楕円偏光）にして対象物に照射し、カメラ側ユニット１５は、対象物からの反射光（円偏光又は楕円偏光）を直線偏光状態にして、カメラ２０で受光させる。すなわち、照明側ユニット１０は、リング状に構成され、カメラ側ユニット１５は、その径方向内側に配設されるよう円板状に構成されており、照明側ユニットとカメラ側ユニットはコンパクトに配設可能なレイアウトとなっている。

　以下、照明側ユニット１０及びカメラ側ユニット１５の構成について説明する。
　前記照明側ユニット１０は、前記筐体２の開口縁２ｆに固定される外周側固定リング１０ａと、前記環状突起２ｄの外周面に固定される内周側固定リング１０ｂと、各リング間に保持、固定される第１偏光素子１１と、を備えている。第１偏光素子１１は、外周側固定リング１０ａの内周縁に固定されるとともに、内周側固定リング１０ｂの外周縁に固定されるように、中央に開口１１ａが形成された円形状に形成されている。第１偏光素子１１は、前記リング状の光源５から射出される射出光を直線偏光にする機能を備えている。

　また、前記照明側ユニット１０は、前記外周側固定リング１０ａに併設されて、周方向に回転可能に保持される外周側可動リング１０Ａと、前記内周側固定リング１０ｂに併設されて、周方向に回転可能に保持される内周側可動リング１０Ｂと、各リング間に保持、固定される第１波長板１２と、を備えている。第１波長板１２は、外周側可動リング１０Ａの内周縁に固定されるとともに、内周側可動リング１０Ｂの外周縁に固定されるように、中央に開口１２ａが形成された円形状に形成されている。第１波長板１２は、前記第１偏光素子１１を透過した直線偏光を、右回り方向／左回り方向となる円偏光又は楕円偏光にする機能を備えている。また、外周側可動リング１０Ａを摘まんで回転操作することで、第１波長板１２は、３６０°に亘って回転可能となっている。

　前記カメラ側ユニット１５は、前記環状突起２ｄの前端側に固定される固定リング１５ａと、固定リング１５ａに併設され、固定リングに対して周方向に回転可能に保持される可動リング１５Ａと、を備えており、リング状の光源の径方向内側に配設されている。また、前記カメラ側ユニット１５は、前記固定リング１５ａに保持、固定される第２偏光素子１６と、前記可動リング１５Ａに保持、固定される第２波長板１７と、を備えている。この場合、カメラ側ユニット１５は、照明側ユニット１０に対して軸方向に突出して配設されており、可動リング１５Ａを摘まんで回転操作できるようになっている。すなわち、可動リング１５Ａを摘まんで回転操作することで、第１波長板１７は、３６０°に亘って回転可能となっている。

　前記第２偏光素子１６は、前記第１偏光素子１１の偏光軸に対して９０°直交する（略直交する角度であっても良い）偏光軸となるように固定リング１５ａに保持、固定されている。また、前記第２波長板１７は、前記第１波長板１２と同じ位相差のものが用いられており、それぞれの波長板１２，１７は、各偏光素子１１，１６に重ねて配設されている。

　上記した構成の光学ユニット１によれば、リング状の光源５から射出された光は、第１偏光素子１１によって直線偏光に変更される。すなわち、第１偏光素子１１によって、光源５から射出される光（非偏光状態の光）は、電場（および磁場）の振動方向が一定となる直線偏光となって連続搬送される対象物に照射される。この場合、対象物の表面が鏡面状態であれば、その反射光は、そのまま直線偏光となるが、実際には凹凸等の異物が存在するため、反射光は、直線偏光成分を含んだ拡散光（非偏光状態）となる。このように、対象物からの反射光が拡散反射することから、入射光が直線偏光であったとしても、その反射光は非偏光状態となるのであり、この非偏光状態の光の中には、正反射光（入射した直線偏光がそのまま直線偏光となって反射される）の成分が含まれている。この正反射光の成分が、光源が写り込んだグレアとなることから、異物の存在を判別する上で妨げとなってしまう。

　すなわち、異物は、主にコントラストの変化で検知することから、グレアが生じていると異物の発見が困難となってしまうが、前記筐体２に支持されるカメラ２０は、第１の偏光素子１１の偏光軸に対して９０°直交する偏光軸となる第２偏光素子１６を透過した反射光を検出するため、光沢の原因となる反射成分を除いた拡散反射光の画像を得ることができ、カメラ２０から送信される対象物の画像信号はグレアのない表面状態となり、異物の存在を容易に判別することが可能となる。

　なお、上記した第１偏光素子１１及び第２偏光素子１６は、例えば、リニア偏光フィルタ、フィルム偏光子、ナノワイヤーグリッド偏光板・無機偏光板（ガラスウエハ上にアルミ薄膜を形成し、微細なスリットを形成したもの）等によって構成することができる。あるいは、そのような機能を有する薄膜を被着した構成であっても良い。

　また、上記した構成では、光源５からの射出光に対して、外部信号により電気的に周波数変調（パルス変調）をかけて位相、振幅、偏波面を変化させて光の電場の振動方向を正確に揃え（整列状態にする）、これを透過率の高い第１偏光素子であるワイヤーグリッド偏光板を通して対象物に照射しても良い。これにより、効果的にグレアを除去することも可能である。

　上記した構成の光学ユニット１では、第１偏光素子１１及び第２偏光素子１６に、それぞれ第１波長板（１／２波長板、１／４波長板、１／８波長板など）１２、及び、同じ位相差の第２波長板１７を重ねて配設しておくことが好ましい。
　一般的に、光を物体に照射して反射光を得るとき、光の電場の振動方向が正確にそろった偏光を活用すれば対象物からも正確にそろった偏光が帰ってくる。この場合、対象物に対して円偏光や楕円偏光を照射して、光の透過にかかる時間や強度の変化を観測することによって、分子の立体的配置の差異であるキラリティの情報を得ることが可能となる。通常、対象物の表面は様々な状態となっており、その表面では、光は正反射することができずに乱反射を起こす。また、表面色によって、照射される光の波長帯域の一部は、反射または吸収されてしまい、光の色情報が失われて（コントラストが変化する）しまう。そして、こっらの要因により、反射光は曇った状態（濁った状態）となって見えてしまう。

　このように、対象物の色、表面の凹凸状況、水分の付着などの要因によって、表面での乱反射が対象物によって変化し、光の色情報についても様々に変化することから、直線偏光の光を上記した波長板１２に透過させて、右回り方向／左回り方向の円偏光／楕円偏光（適切な偏光状態）にして対象物に照射し、かつ、対象物からの反射光についても、同じ位相差の波長板１７を透過させることで、さらにグレアを効果的に除去することが可能となる。すなわち、傷や埃の状態、背景の色等によって見え方変わり、その反射角度も変わることから、波長板を回転することによって位相角をずらして行き、見易い状態にすることが可能となる。

　これを具体的に説明すると、例えば、光が水面などに反射する際、横方向の振動の大きな光に変化する特性を持っているので、ここに円偏光をかけると、縦方向の振動が極端に減少して、横方向の振動のみの振動に近い光に変化する。このため、反射した光を円偏光にした後に直線偏光へ変えることにより、対象物の表面に水分が付着していたとしても、グレアを効果的に軽減することが可能となる。すなわち、検査する対象物の色や凹凸状況（異物の種別）等に応じて、上記した偏光素子１１および偏光素子１６に重ねる第１波長板１２および第２波長板１７を、対象物に応じて適切な偏光状態にすることによって、さらに効果的にグレアを除去した画像を取得することが可能となる。

　本実施形態では、前記第１偏光素子１１及び第２偏光素子１６にそれぞれ重ねられる第１波長板１２、及び、第２波長板１７は、上述したように、第１偏光素子１１及び第２偏光素子１６に対して回転可能に配設されている。これは、異物の内容（傷、埃など）によっては、反射の角度や光の吸収等が異なり、反射光の見え方が変化することを考慮したためである。前記第１波長板１２、及び／又は、第２波長板１７を回転操作して、第２偏光素子１６を通過する光の強さが最小になるように調整し、偏光の向きと波長板の１つの軸の向きを一致させる（波長板を回転して、効果の大きい角度を検知する）ことで、コントラストが向上し、対象物に付着している異物を、グレアを生じさせることなく、より鮮明にすることが可能となる。この場合、第１波長板１２及び第２波長板１７のいずれを回転させても良いが、射出側となる第１波長板１２を固定状態にしておき、受光側となる第２波長板１７を回転して反射光を検知することが好ましい。このような構成によれば、射出側の光源を正反射が生じない状態に固定しておき、観察側を回転させることで、効果的にグレアが除去されるポジションを容易に検知することができるようになる。

　また、本実施形態のレイアウトでは、第１偏光素子１１及び第２偏光素子１６に、それぞれ対応して波長板１２，１７を設置した構成であるため、例えば、光路上にハーフミラーやビームスプリッタ等を配設して１つの波長板でグレアを除去するレイアウトと比較すると、光量の変化がなく偏光状態が変化することもないので、対象物が見難くなることはない。

　グレアが除去できる波長板１２，１７の位置については、対象物の表面形状、色、コントラスト等によって様々であり、その関係性を明確に特定することはできないが、実際に上記した構成の光学ユニット１を用いて、様々な対象物に光を照射し、その反射光をカメラ２０で取得した画像について説明する。ここでは、対象物の表面からの反射光の明度、コントラスト、凹凸状態等、表面が様々な状態の複数の対象物を準備し、それぞれについて検証をしている。なお、前記第１波長板１２及び第２波長板１７については、１／４波長板を用いている。

　図７は、ノートパソコンのキーボード部分の筐体（光輝性のある銀色）に、光源からの光を照射し、その反射光をカメラ２０で撮影した画像である。図７では、筐体部分からの反射光に、光源からの光が写り込んでグレアが生じた状態となっている。この状態から、照明側ユニット１０の外周側可動リング１０Ａを、約１／８回転させたところ、図８で示すような画像を取得することができた。図８では、図７で見られた筐体部分のグレアが除去されており、筐体部分の表面に付着している傷を明確に視認することが可能となった。

　図９は、各種の素子を実装した緑色の制御基板に光源からの光を照射し、その反射光をカメラ２０で撮影した画像である。図９では、中央部分の黒色のＣＰＵ部分、及び、その周囲に延びる光輝性のあるリードフレーム領域からの反射光にグレアが生じた状態となっているが、この状態から、照明側ユニット１０の外周側可動リング１０Ａを、約１／１２回転させたところ、図１０で示すような画像を取得することができた。図１０では、制御基板全体のグレアが除去されており、各素子の実装状態を明確に視認することが可能となった。

　図１１は、白色のゴルフボールに光源からの光を照射し、その反射光をカメラ２０で撮影した画像である。図１１では、球状の頂部領域からの反射光にグレアが生じた状態となっているが、この状態から、照明側ユニット１０の外周側可動リング１０Ａを、約１／１０回転させたところ、図１２で示すような画像を取得することができた。図１２では、頂部領域のグレアが除去されており、その表面の汚れの付着を明確に視認することが可能となった。

　図１３は、表面が荒れた状態にある鉄球に光源からの光を照射し、その反射光をカメラ２０で撮影した画像である。図１３では、鉄球の頂部領域からの反射光にグレアが生じた状態となっているが、この状態から、照明側ユニット１０の外周側可動リング１０Ａを、約１／１２回転させたところ、図１４で示すような画像を取得することができた。図１４では、頂部領域のグレアが除去されており、その表面に生じている錆を明確に視認することが可能となった。

　なお、上記の対象物以外にも、様々な物品で検査したところ、いずれのタイプの波長板を用いた場合であっても、波長板は、少なくとも１／１６回転以上させれば、グレアが除去された画像（異物が鮮明に視認できる画像）が得られた。このため、波長板については、１／１６回転毎に節度を有するように、外周側可動リング１０Ａを筐体２に装着しておくことが好ましく、節度のあるいずれかの回転位置で停止することで、グレアが除去された画像を取得することが可能となる。また、各波長板については、照明側の波長板１２のみを回転可能、カメラ側の波長板１７のみを回転可能、或いは、両者を回転可能に配設しても良く、対象物の種別や異物の状態等に応じて、適切な波長板を選択し、いずれかを回転させれば良い。勿論、波長板の回転については、節度を持たせることなく、無段階に位置調整できる（リニアに調整できる）構成であっても良く、可動リングを回転操作する以外にも、例えば、ラック・ピニオンなどを設けておき、スライド操作することで、波長板を回転させる構成であっても良い。

　図１５は、本発明の光学ユニットの第２の実施形態を示す断面図である。
　上記した実施形態では、波長板１２，１７については、それぞれ外周側可動リング１０Ａ及び可動リング１５Ａを手で把持して回転操作するように構成されたが、図１５に示すように、駆動モータ等による駆動手段によって回転駆動できるようにしても良い。

　例えば、外周側可動リング１０Ａの外周面に外歯車１０ｄを形成しておき、筐体２に、駆動モータ１８ａ及び外歯車１０ｄに噛合する駆動歯車（ギアトレインで構成されていても良い）１８ｂを収容したギアボックス１８を取り付けておくことで、外周側可動リング１０Ａ（波長板１２）を回転駆動することが可能である。この場合、駆動モータ１８ａの駆動については、上記した基台１２０（図１参照）内に設置されている制御ユニットにおいて、カメラ２０から得られる画像のコントラスト情報から最適な画像状態のときに停止するように制御することで、波長板１２の位置を常時、最適化することができる。これにより、対象物の種類や状態等に影響を受けることなく、グレアの無い画像を取得することが可能となる。

　なお、径方向内側に配設される波長板１７の可動リング１５Ａについても、同様に、外周面に外歯車１５ｄを形成しておき、筐体２（固定リング１５ａ）に、駆動モータ及び外歯車に噛合する駆動歯車（図示せず）を収容したギアボックス１９を取り付けておくことで、波長板１７についても回転駆動することが可能である。

　図１６は、本発明に係る光学ユニットの第３の実施形態を示す図である。
　本実施形態に係る光学ユニット１Ｂは、フレキシブルに形成された管状体５０の端部に設けられた接続部５１に電気的かつ機械的に取り付けられている。前記管状体５０の内部には、光学ユニット内に配設される画像取得装置を構成するカメラ（図示せず）からの画像信号を外部装置に送信する送信ケーブル及び光学ユニットを動作させるための電力を供給する電力ケーブル等が配設されている。
　このため、本実施形態の光学ユニット１Ｂでは、外部に設置されているモニタに画像をリアルタイムに表示することができ、作業者は、モニタを観察することで、対象物に異物が付着しているか否かを目視して検査作業を行なうことが可能である。

　光学ユニット１Ｂの筐体５２は、手持ち操作できる大きさで筒状に構成（本実施形態では円筒形状に構成される）されており、その先端側には、リング状の光源が配設できるスペースを確保できるように拡径部５２Ａが形成されている。前記筐体５２の内部には、その中心軸方向に沿って、カメラを収容した鏡筒５３が固定されている。

　前記筐体の拡径部５２Ａには、上記した実施形態と同様、鏡筒５３に対して、径方向外側に、円周上に一定間隔をおいて配設されたＬＥＤ素子を実装したＬＥＤ基板が固定されている（リング状の光源を構成している）。また、拡径部５２Ａの先端側には、リング状の第１偏光素子１１が固定されており、さらに第１偏光素子１１に重ねて第１波長板１２が配設されている。この場合、第１波長板１２は、拡径部５２Ａに回転可能に支持された可動リング５２Ｂを把持して回転操作することで、可動リング５２Ｂと共に一体的に回転可能となっている。

　前記鏡筒５３の先端側には、光源の径方向内側に、円板状の第２波長板１７を保持した可動リング５３Ｂが配設されており、その軸方向内側には、第２偏光素子１６が固定されている。
　上記した実施形態と同様、前記第１偏光素子１１は、拡径部５２Ａ内に配設されたリング状の光源から射出される射出光を直線偏光にする機能を備えている。前記第２偏光素子１６は、対象物からの反射光を透過させるとともに、第１偏光素子１１の偏光軸に対して９０°直交する偏光軸となるように配設されている。また、第１波長板１２及び第２波長板１７は、偏光素子１１，１６に対して回転可能となるように、それぞれ拡径部５２Ａ及び鏡筒５３に対して回転可能に支持されている。

　このような光学ユニット１Ｂによれば、偏光素子１１，１６及び波長板１２，１７は、第１の実施形態と同様な機能を発揮し、対象物から得られる反射光の画像については、グレア無く外部モニタ等に表示することが可能となる。このため、作業者が筐体５２を把持しながら、検査したい対象物の所定部位に光源からの光を照射し、その反射光を観察することで、異物を検査することが可能となる。

　さらに、画像を取得する装置として、鏡筒５３内にカメラを設置する以外にも、前記フレキシブルな管状体５０をファイバスコープで構成すると共に、端部にアイピース等を取り付けることで、対象物からの画像を直接、視認できるように構成しても良い。或いは、鏡筒内に拡大鏡を配設して、対象物を拡大して観察できるようにしても良い。

　本実施形態の光学ユニットは、筐体５２を手で把持して操作できるため、各種の装置の裏側や狭い部分について、異物が付着していないかを検査する検査装置、更には、口腔内を診察する医療装置として適用することが可能である。口腔内を診察する医療装置として適用する場合、後述する第５実施形態のように、口腔内に挿入される部分に、患者毎に着脱されるディスポーサブルカバー（図示せず）を取着することが好ましい。

　図１７及び図１８は、本発明に係る光学ユニットの第４の実施形態を示す図であり、図１７は、頭部に装着される支持部材に保持された第２波長板及び第２偏光素子の構成を示す図斜視図、図１８は、同期機構の構成を示す一部断面図である。

　本発明に係る光学ユニットは、上記した実施形態のような設備に設置されるタイプ、及び、手持ちタイプで構成する以外にも、頭部装着型となる光学ユニット１Ｃとして構成することが可能である。
　この場合、光学ユニットを構成する光源、第１偏光素子、第１波長板については、詳細に図示しないが、頭部に装着される装着部材（キャップ、眼鏡、ベルト等）に対して固定することが可能である。また、対象物から反射される反射光については、左右の眼前に第２偏光素子及び第２波長板を配設する必要があり、左右それぞれの眼前に配設される第２波長板を回転させるのであれば、同時に回転させる同期機構を設ける必要がある。

　本実施形態の同期機構７０は、眼前に対して固定される支持部材６０に、左右の眼前に位置する固定リング６１を設けて第２偏光素子１６を固定しており、固定リング６１の前方に、第２波長板１７を保持した一対の可動リング６２を固定リングに対して回転可能に支持して構成されている。両可動リング６２には、連結ベルト６５が巻回されており、連結ベルト６５は、両可動リング６２間に回転可能に支持されたテンションプーリ６３によって緊張状態が維持されている。
　このような構成では、いずれか一方の可動リング６２を把持して回転操作すると、もう一方の可動リングも同期駆動され、左右の眼前で第２波長板１７を一体的に回転駆動することが可能となる。

　上記した同期機構７０を有する支持部材６０は、頭部に装着される装着部材（光源、第１偏光素子、第１波長板を保持したキャップ、眼鏡、ベルト等）に一体的に取り付けることが可能であり、装着者は、第２波長板１７を回転することで、対象物からの反射光をグレアなく視認することが可能となる。

　図１９及び図２０は、本発明に係る光学ユニットの第５の実施形態を示す図である。　
　本実施形態に係る光学ユニット１Ｄは、口腔内に挿入して診察する等、特に、医療用として用いられるのに適した構造（ハンドピース型）となっている。

　光学ユニット１Ｄは、手で保持される筒状の基板ケース（筐体）８０の先端側に取り付けられており、先端に第２偏光素子１６と第２波長板１７が重ねられて取り付けられた筒状のカメラユニット８１、及び、これに軸長方向に亘って被着される導光筒８２を備えている。前記導光筒８２の外周面には、チューブ状に形成され、導光筒８２を全面的に覆うディスポーサブルカバー８５（図２０参照）が着脱可能となっており、患者毎に取り換えできるように構成されている。

　前記カメラユニット８１は、導光筒８２の径方向内側に配設されており、その基端側には、前記ディスポーサブルカバー８５に一体形成された係止部８５ａを着脱させる係止部材８１ａが設けられている。本実施形態のディスポーサブルカバー８５は、導光筒８２に対して軸方向に着脱できるように構成されるが、着脱の方式については限定されるこｋとはない。

　前記基板ケース８０の先端部には、図３～図５に示した構成と同様、リング状のＬＥＤ基板５Ａ（ＬＥＤ光源）、及び、その前方に、リング状の第１偏光素子と第１波長板が重ねられて取り付けられた照明用位相差リング１０が配設されている。この場合、第１波長板は、回転リング８７に固定されており、回転リング８７を摘まんで回転操作することで、第１波長板は、３６０°に亘って回転可能となっている。

　上記した光学ユニット１Ｄは、患者の口腔内を観察するのに用いられ、口腔内の咽頭部を観察することを可能にする。具体的には、筐体８０を摘まんでディスポーサブルカバー８５が被着された導光筒８２を口腔内に挿入すると、その先端から、ＬＥＤ光源からの光が偏光状態にされて導光筒８２の先端面から射出され、咽頭部を照射することができる。咽頭部の状態は、上記した実施形態と同様、グレアなく観察することができるので、例えば、インフルエンザに罹患してい場合（咽頭部の領域に発疹が生じている）、これを正しく診断することが可能となる。

　上記したように、患者毎にディスポーサブルカバー８５が導光筒８２に対して着脱されるが、ディスポーサブルカバー８５の先端に、舌部を押さえ付ける押圧片８５ｂを形成しておくことが好ましい。このような押圧片８５ｂを形成することで、診察時に舌を押さえ付けることができ、患部を観察し易くすることが可能になると共に、導光筒の部分を口腔内に接触させることが防止される。

　以上、本発明に係る光学ユニットの実施形態について説明したが、本発明は、上記した実施形態に限定されることはなく、種々変形することが可能である。
　上記した光学ユニットの筐体については、内部に各種の光学素子が配設されるように構成されていれば良く、その形状については特に限定されることはない。また、光源は、半導体レーザ発光素子などによって構成する等、適宜変形することが可能であり、光源による照度や光野径については、発光素子の数、配置態様、及び、レンズの屈折率や配設個数等に応じて適宜変形することが可能である。

　また、本発明に係る光学ユニットは、各種の工業製品用の検査装置に組み込むことがが可能であり、それ以外にも、医療分野等にも適用することが可能である。例えば、人体など、手術中の画像を取得する観察装置に設置したり、手術中に使用する照明装置として使用することが可能であり、グレアの無い状態で視認したり記録することが可能となる。

　上述した光学ユニットは、リング状の光源を設け、リング状の光源の内側に、対象物からの反射光を受光する撮像素子（カメラ）を配設し、それぞれに偏光素子１１，１６を配設したレイアウトに特徴がある。このため、上記したレイアウトを備えた光学ユニット１，１Ａ～１Ｄでは、偏光素子に波長板を配設しない構成であっても良い。また、波長板を偏光素子に重ねて配設する場合、検査対象物が特定されていれば、各波長板は、所定の位置関係で固定されていても良いし、着脱して回転の位置を変更できるように構成しても良い。

１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ　光学ユニット
２，５２，８０　筐体
５　光源
１１　第１偏光素子
１２　第１波長板
１６　第２偏光素子
１７　第２波長板
２０　カメラ

Claims (11)

1. 　対象物に光を照射し、対象物からの反射光を受けて前記対象物の表面状態を視認可能にする光学ユニットであって、
   　前記対象物に光を照射する光源と、
   　前記光源から射出される射出光を直線偏光にする第１偏光素子と、
   　前記対象物からの反射光を透過させ、前記第１偏光素子の偏光軸に対して９０°直交する偏光軸となる第２偏光素子と、
   　前記第１偏光素子に重ねて配設され、前記光源からの射出光を円偏光又は楕円偏光にする第１波長板と、
   　前記第２偏光素子に重ねて配設され、第１波長板と同じ位相差の第２波長板と、
   を有しており、
   　前記第１波長板、及び／又は、前記第２波長板は、前記重ねて配設されるそれぞれの偏光素子に対して回転可能である、
   ことを特徴とする光学ユニット。
2. 　前記光源、第１偏光素子、第２偏光素子、第１波長板、第２波長板は、筒状の筐体内に設置されており、
   　前記光源はリング状に構成され、
   　前記第２偏光素子及び第２波長板は、前記リング状の光源の径方向内側に配設されている、
   ことを特徴とする請求項１に記載の光学ユニット。
3. 　前記リング状の光源は、周方向に沿って一定間隔をおいて配設される複数のＬＥＤであり、
   　各ＬＥＤには、射出光を前記対象物に対してスポット照射、平行照射、又は、拡散照射を可能にするレンズが設けられていることを特徴とする請求項２に記載の光学ユニット。
4. 　前記筒状の筐体は、手持ち操作、スタンド支持、又は、天吊り支持が可能であることを特徴とする請求項２又は３に記載の光学ユニット。
5. 　前記筐体には、前記第２偏光素子及び第２波長板を透過した対象物からの反射光を受光し、対象物の画像信号を外部装置に送信するカメラが設置されている、
   ことを特徴とする請求項２から４のいずれか１項に記載の光学ユニット。
6. 　前記第１波長板、及び／又は、前記第２波長板は、前記筐体に設置される駆動モータによって回転制御される、
   ことを特徴とする請求項２から５のいずれか１項に記載の光学ユニット。
7. 　前記第１波長板、及び／又は、前記第２波長板は、１／１６回転ずつの操作が可能である、
   ことを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の光学ユニット。
8. 　前記光源、第１偏光素子、第１波長板、第２偏光素子、第２波長板は、人体の頭部に装着可能な装着部材に組み込まれ、
   　前記第２偏光素子及び第２波長板は、人体の左右の眼前に夫々配置されるように、支持部材に支持されており、
   　前記左右の眼前に配設される第２波長板は、前記支持部材に設けられた同期機構によって同期回転可能である、ことを特徴とする請求項１に記載の光学ユニット。
9. 　前記光源はリング状に構成されて、手持ち操作可能な筒状の筐体に設けられ、
   　前記筐体には、前記第１偏光素子及び第１波長板を透過する前記リング状の光源からの光を導光させる導光筒が配設され、
   　前記導光筒の径方向内側には、前記第２偏光素子及び第２波長板を透過した対象物からの反射光を受光し、対象物の画像信号を外部装置に送信するカメラが設置されている、ことを特徴とする請求項１に記載の光学ユニット。
10. 　前記筐体は、医療用として用いられるハンドピース型であり、
    　前記導光筒の外面には、ディスポーサブルカバーが着脱可能であることを特徴とする請求項９に記載の光学ユニット。
11. 　前記ディスポーサブルカバーには、舌部を押さえ付ける押圧片が形成されていることを特徴とする請求項１０に記載の光学ユニット。

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