WO2024038856A1 - 検出装置 - Google Patents
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Abstract
レンズレスで被写体を検出することため、検出装置は、光の入射口と前記入射口よりも開口が小さい出射口とを有し、前記入射口から入射された光を前記出射口から出射する導光部と、前記出射口から出射された光を検出する検出部と、を有する。
Description
本出願は、令和4年(2022年)8月19日に出願された日本出願である特願2022-131239の優先権を主張し、その内容を参照することにより、本出願に取り込む。
本発明は、検出装置に関する。
撮像素子からの信号により被写体検出を行う技術を搭載した撮像装置が知られている。従来から被写体検出の精度向上が要求されていた。
本開示技術の一側面である検出装置は、光の入射口と前記入射口よりも開口が小さい出射口とを有し、前記入射口から入射された光を前記出射口から出射する導光部と、前記出射口から出射された光を検出する検出部と、を有する。
[実施形態1]
図1は、実施形態1にかかる検出装置の一例を示す説明図である。検出装置100は、導光部101と、検出部110と、を有する。導光部101は、被写体からの入射光をその内部に通過させて検出部110に出射する。検出部110は、フォトダイオードを有し、導光部101から出射された光を受光して、光電変換する。導光部101および検出部110について具体的に説明する。
図1は、実施形態1にかかる検出装置の一例を示す説明図である。検出装置100は、導光部101と、検出部110と、を有する。導光部101は、被写体からの入射光をその内部に通過させて検出部110に出射する。検出部110は、フォトダイオードを有し、導光部101から出射された光を受光して、光電変換する。導光部101および検出部110について具体的に説明する。
導光部101は、錐台部102と、伝送部103と、を有する。錐台部102と伝送部103とは接続されていてもよく、一体形成されていてもよい。錐台部102は、錐台部102は、一端に入射部121を有し、他端に出射部122を有する。
入射部121は、入射口121aと端縁121bとを有する。入射口121aは、光が入射される開口であり、その中心をO1とし、中心O1から端縁121bまでの距離である口径をr1とする。端縁121bは入射口121aの輪郭である。入射口121aからの入射光は錐台部102の内部に入射される。入射口121aの面(開口面)および開口面の面積をS1と表記する。
出射部122は、伝送部103の一端に連通する開口122aと端縁122bとを有する。開口122aの中心をO2とし、中心O2から端縁122bまでの距離である口径をr2(<r1)とする。端縁122bは開口122aの輪郭である。開口122aからの出射光は伝送部103の内部に入射される。開口122aの面(開口面)および開口面の面積をS2と表記する。開口122aは、入射口121aと同一形状である。
錐台部102の内周面は、入射光を吸収する吸収面でもよく、入射光を反射させる反射面でもよい。また、錐台部102の内面は、中空でも光を通す透明体で満たしてもよい。
ここで、錐台部102は、頂点をOとし底面を入射部121の入射口121aとした円錐から、頂点をOとし底面を出射部122の開口122aとした円錐を取り除いた立体形状である。すなわち、錐台部102は、入射口121aから開口122aに貫通する貫通孔123を有する。頂点Oは、検出部110の表面111上に存在するとは限らないが、図1では便宜的に表面111の中心に頂点Oを配置した。
点O、O1、O2を結ぶ線分をLとする。また、頂点を点Oとし底面を入射部121の入射口121aとした円錐の母線をMとする。線分Lに対する入射光の入射角をθとする。線分Lと母線Mとがなす角度をφとする。母線Mは、点Oと入射部121の端縁121bとを結ぶ線分である。
伝送部103は、内部が中空の柱体、すなわち、筒体である。伝送部103の一端131は出射部122と連通する。伝送部103の他端132は、入射光を検出部110に出射する出射口132aを有し、検出部110に接続される。伝送部103の一端131の開口と他端132の開口とは同一形状でかつ同一の大きさである。伝送部103の内面は全反射、内面反射を繰り返して入射光を効率よく出射部122に伝達する。伝送部103の一端131から他端132への貫通孔を伝送路133と称す。
検出部110は、平板形状である。検出部110の表面111は、伝送部103の他端132と接続される。表面111のうち他端132の端縁に囲まれた内部の面が、伝送部103内を伝送する光を受光する受光面112となる。受光面112内部には光電変化部が設けられる。
検出部110は、受光面112で受光された光をフォトダイオードで光電変換して、電気信号を出力する。このフォトダイオードは、たとえば、シリコンまたはインジウムガリウム砒素で構成されている。電気信号は図示しない画像処理部に出力される。画像処理部は、電気信号に基づいて画像処理を実行し、図示しない表示部に被写体画像を表示する。なお、画像処理部および表示部は、検出装置100内に設けられていてもよく、検出装置100外で検出装置100と通信可能なコンピュータ内に設けられていてもよい。検出部110は光を増幅する機能を有していてもよい。
なお、伝送部103は筒体であるため、受光面112は、出射部122の開口122aと略同一平面、同一面積である。このため、S2を便宜的に受光面積と称すことがある。また、開口面積S1と受光面積S2との関係を下記式(1)に示す。
D=S2/S1・・・(1)
Dは、受光面比率である。
Dは、受光面比率である。
図2A~図2Cは、検出装置100への直接入射光の入射角依存性の例1~3を示す説明図である。図2A~図2C(図3、図4も同様)では、錐台部102を、入射口121a、開口122aの周方向に直交する断面で示している。A、Bは端縁121b上の点であり、ABと表記した場合は、面積S1またはその面を示す。図2A~図2Cにおいて、200a~200cは光束である。200a~200cを区別しない場合は光束200と表記する。201a~201c、202a、202bは、光束200の端縁を規定する光線である。201a~201cを区別しない場合は光線201と表記する。光線202a、202bを区別しない場合は光線202と表記する。
A0は被写体からの直接入射光の光線201と入射口121aの開口面S1との交点であり、B0は被写体からの直接入射光の光線202と入射口121aの開口面S1との交点であり、A0B0と表記した場合は、直接入射光A0~B0までの光束と開口面S1とが交わる面積またはその面を示す。A´、B´は端縁122b上の点であり、A´B´と表記した場合は、面積S2またはその面を示す。
なお、A0、B0の添え字の0は、A0、B0を通過する光の錐台部102内での反射回数を示す。一般化する場合、反射回数をi、j(i、jは非負整数)とし、Ai、Bjと表記する。
(a)は、θ≦φの場合の入射角依存性、(b)は、θ>φの場合の入射角依存性、(c)は、θ>>φの場合の入射角依存性を示す。(a)の場合、面積A0B0の光束200aは、錐台部102の内部で反射せずに開口122aに到達する。すなわち、(a)では、面積A0B0=S2である。したがって、(a)における直射での受光角度特性I0(θ)は、下記式(2)で表現される。
I0(θ)=A0B0/AB=A´B´/AB・・・(2)
図2Bの場合、図2Aの光束200aがすべて入射口121aに入射できず、一部欠落した光束200bが入射口121aに入射される。したがって、光線202bが開口122aに入射されると、Bでケラレが発生する。面積A0B0の光束200bは、錐台部102の内部で反射せずに開口122aに到達する。すなわち、図2Bでは、面積A0B0<S2である。
図2Cの場合、図2Aの光束200がすべて入射口121aに入射できず、光線201cが入射口121aに入射される。これ以上、θ>>φになると、光束200が開口122aに入射されなくなる。
図3は、検出装置100への直接入射光および反射入射光の入射角依存性を示す説明図である。反射光束300a-1u、300a-1d(これらを区別しない場合は反射入射光300a-1)は、入射口121aから入射され錐台部102内部で1回反射されて開口122aに到達する反射入射光である。反射光束300a-2は、入射口121aから入射され錐台部102内部で2回反射されて開口122aに到達する反射入射光である。
反射光束300a-1uは、面A0A1を通過する。反射光束300a-1dは、面B0B1を通過する。反射光束300a-2は、面A1A2を通過する。
反射光を考慮した受光角度特性は、下記式(3)で表現される。
上記式(3)において、Riは錐台部102内部でのi回目の反射での反射率である。Rjは錐台部102内部でのj回目の反射での反射率である。反射回数i,jが増加するほど反射率Ri、Rjは低下する。
図4は、錐台部102内部の他の構成例を示す説明図である。錐台部102の内周面401の少なくとも一部に、受光防止部材402が設けられている。受光防止部材402は、入射光400を反射して、入射光400を入射部121の入射口121aから出射させる。受光防止部材402の各々は、入射口121a、開口122aの周方向に延在する環状または円弧形状の部材である。受光防止部材402の当該周方向に直交する断面の形状は、たとえば、錐台部102の当該周方向に直交する断面の形状と相似形である。
図4に示すように、受光防止部材402は、第1面421と、第2面422と、を有する。第1面421は、入射口121aと対向する面であり、入射光を反射して入射口121aから出射させる。第2面422は、入射光を反射して、開口122a側の他の受光防止部材402の第1面421に出射させる。
このように、実施形態1によれば、レンズを用いなくても鮮明な被写体検出を実現することができる。また、実施形態1によれば、指向性の高い、すなわち、被写界深度が深く、ピントの概念を持たない被写体検出を実現することができる。
なお、実施形態1では、一例として入射口121a、開口122aの形状を円形としたが多角形でもよい。この場合、錐台部102および伝送部103の線分Lに直交する断面形状も、同じ多角形となる。
また、実施形態1において、入射口121aに透明部材を設けてもよい。透明部材の一例として、透明なプラスティック部材で入射口121aを封止することで、被写体検出を担保しつつ、錐台部102および伝送部103内部の防塵性の向上を図ることができる。また、透明部材の一例として、レンズで入射口121aを封止することで、被写体検出を担保しつつ、入射光の集光性の向上と、導光部101内部の防塵性の向上と、を図ることができる。
[実施形態2]
つぎに、実施形態2について説明する。実施形態1では、導光部101が1つの場合を例に挙げて説明したが、実施形態2では、導光部101が複数設けられた例について説明する。実施形態1と同一構成には同一符号を付し、その説明を省略する。
つぎに、実施形態2について説明する。実施形態1では、導光部101が1つの場合を例に挙げて説明したが、実施形態2では、導光部101が複数設けられた例について説明する。実施形態1と同一構成には同一符号を付し、その説明を省略する。
図5Aは、実施形態2にかかる検出装置の部分側断面図である。検出装置500は、半球状の筐体501を有する。筐体501は、半球面502と底面503とを有する。底面503は、半球面502の開口を封止する円板である。筐体501内部において、底面503上の中央には検出処理部510が設けられる。
検出処理部510は、複数の導光部101の各々と接続される検出部110の集合体である。各伝送部103と接続される検出処理部510の表面上の領域が各々画素となる検出部110であるフォトダイオードを構成する。このフォトダイオードは2次元配置される。なお、各伝送部103の他端132は、他端132の端面が検出処理部510の表面と平行となるように構成される。
導光部101の各々は、検出処理部510から半球面502に向かって放射状に設けられている。図5では、説明の便宜上、5個の導光部101が放射状に設けられている。隣り合う錐台部102は、離間して配置される。入射口121aは、半球面502に位置する。半球面502の入射口121aの位置に、開口が形成されていてもよい。また、半球面502は、透明部材で入射口121aを封止する構造でもよい。半球面502のうち入射口121a以外の領域は、遮光性部材で形成されていてもよい。
図5Bは、隣り合う2つの導光部101を示す外観図である。図5Bにおいて、隣り合う2つの導光部101の一方を導光部101A、他方を導光部101Bとする。また、導光部101A、101B間の近接しあう母線Mをそれぞれ、母線MA、MBとする。母線MA、MBがなす角度を導光部101A、101B間の配置角度を配置角度δとする。
入射口121aにレンズを加える場合、入射光の方向(制限)はレンズで狭くすることが可能となり、レンズがない場合に比べて配置角度δをより小さくすることが可能になる。したがって、レンズを設けない場合に比べて、より多くの導光部101の配置が可能になり、高解像の画像取得が可能になる。
図6は、実施形態2にかかる検出装置500の部分平面図である。端縁121b、122bはともに点O1、O2を中心とする円である。点O1から端縁121b上の位置である第1入射端部までの距離は端縁121bの半径r1であり、点O1から端縁121b上の位置である第2入射端部(第1入射端部とは異なる位置)までの距離も端縁121bの半径r1である。同様に、点O2から端縁122b上の位置である第1出射端部までの距離は端縁122bの半径r2であり、点O2から端縁122b上の位置である第1出射端部(第1出射端部とは異なる位置)までの距離も端縁122bの半径r2である。
図7は、複数の導光部101の配置間隔例1を示す説明図である。複数の導光部101は、検出処理部510の表面700から放射状に配置される。各伝送部103の他端132は、検出処理部510の表面700に接続される。
図8は、配置角度δと入射光の入射角度θとに対するMTF特性を示すグラフである。グラフ800において、横軸は、入射光の入射角度θであり、縦軸はMFT(Modulation Transfer Function)である。波形801~803は、各導光部101のMTF特性である。波形801の導光部101と波形802の導光部101とは隣り合っており、波形801の導光部101と波形803の導光部101とは隣り合っている。波形801~803は、2φ+δ周期で形成されている。2φは、錐台部102の開き角である。
MTFは、下記式(4)により算出される。
MTF=導光部101の開き角(2φ)内応答/(導光部101の開き角(2φ)+隣りの導光部101からの角度外応答)・・・(4)
たとえば、波形802のピーク802pの入射角度θの範囲には、波形801の裾801hR(隣りの導光部101からの角度外応答)の入射角度θが含まれ、波形801のピーク801pの入射角度θが含まれない。同様に、波形803のピーク803pの入射角度θの範囲には、波形801の裾801hL(隣りの導光部101からの角度外応答)の入射角度θが含まれ、波形801のピーク801pの入射角度θが含まれない。
すなわち、各ピーク801p~803pでは、MTF=100%となるため、波形801の導光部101内の入射光が、隣りの波形802,803の各導光部101へ漏れることはない。したがって、グラフ800の波形801~803となるように、φおよびδを設定して検出装置500を製造することにより、被写体の検出精度の向上を図ることができる。
[実施形態3]
つぎに、実施形態3について説明する。実施形態2では、伝送部103の長手方向の長さは、各導光部101で同一長としたが、実施形態3では、各導光部101の長さは、配置位置によって異なる。実施形態1および実施形態2と同一構成には同一符号を付し、その説明を省略する。
つぎに、実施形態3について説明する。実施形態2では、伝送部103の長手方向の長さは、各導光部101で同一長としたが、実施形態3では、各導光部101の長さは、配置位置によって異なる。実施形態1および実施形態2と同一構成には同一符号を付し、その説明を省略する。
図9は、複数の導光部101の配置間隔例2を示す説明図である。図9において、各伝送部103は、検出装置500内において、内側(検出処理部510の中心)に位置するほど長く、外側に位置するほど短い。各伝送部103は、検出処理部510の表面700に垂直に接続される。この場合、線分Lが点O2で屈曲する導光部101も存在するが、伝送部103内で入射光が反射して受光面112に導かれる。これにより、図9のように構成することで、実施形態2に比べて、伝送部103の密集度が低減され、近接する導光部101から漏れる入射光の侵入の低減を図ることができる。
図10は、複数の導光部101の配置間隔例3を示す説明図である。図10では、一部の導光部101に伝送部103が設けられておらず、導光部101の出射部122が検出処理部510の表面700に直接接続されている構成である。図10では、この一部の導光部101を導光部101L、101Rとする。導光部101Lの出射部122の端縁122bLは、表面700に直接接続される。同様に、導光部101Rの出射部122の端縁122bRも、表面700に直接接続される。
すなわち、すべての導光部101からの出射光が平坦な表面700で受光できるように、導光部101L、101Rが決定される。図10のように構成することで、部品点数の削減および検出装置500の小型化を図ることができる。なお、図10の導光部101L、101Rの構成は、実施形態1にも適用可能である。
[実施形態4]
つぎに、実施形態4について説明する。実施形態1~3では、端縁121b、122bの形状を円としたが、実施例5は、端縁121b、122bの形状を多角形とする例である。実施形態1~3と同一構成には同一符号を付し、その説明を省略する。
つぎに、実施形態4について説明する。実施形態1~3では、端縁121b、122bの形状を円としたが、実施例5は、端縁121b、122bの形状を多角形とする例である。実施形態1~3と同一構成には同一符号を付し、その説明を省略する。
図11は、実施形態4にかかる検出装置500の部分平面図である。図11では、端縁121bの形状が円ではなく正六角形である。
端縁121b、122bはともに点O1、O2を中心とする正六角形である。実施形態6は、点O1から端縁121b上の頂点である第1入射端部までの距離をr1とし、点O1から端縁121b上の辺である第2入射端部までの距離をs1(<r1)とする。同様に、点O2から端縁122b上の頂点である第1出射端部までの距離をr2とし、点O2から端縁122b上の辺である第2出射端部までの距離をs2(<r2)とする。
なお、図11では、端縁121b、122bの形状を正六角形としたが、s1<r1およびs2<r2を充足すれば、正六角形以外の多角形でもよい。また、実施形態5では、実施形態2~4における端縁121b、122bの形状を多角形としたが、実施形態1における端縁121b、122bの形状を多角形としてもよい。
また、伝送部103は、内部が中空の筒体としたが、筒体の内周面に金属メッキを施して光が反射する様に加工されてもよい。また、伝送部103は、内部に光ファイバーを有する筒体でもよい。
このように、上述した実施形態1~4によれば、1つの導光部101を個眼として1つの検出部110を対応させ、検出部110は導光部101からの入射光の強度を検出する。導光部101の各々は光学的に隔離され、1つの導光部101は一方向(線分Lの方向)からの入射光を入射することで、複数の導光部101全体で広範囲な像を捉えることができ、近接するほど解像度が高く、より詳細な画像を捉えることができる。
[実施形態5]
つぎに、実施形態5について説明する。実施形態5では、実施形態1~4で示した複数の導光部101を保持する構成について説明する。実施形態1~4と同一構成には同一符号を付し、その説明を省略する。
つぎに、実施形態5について説明する。実施形態5では、実施形態1~4で示した複数の導光部101を保持する構成について説明する。実施形態1~4と同一構成には同一符号を付し、その説明を省略する。
図12は、実施形態5にかかる検出装置の斜視図である。図13は、実施形態5にかかる検出装置の側面図である。図13では、奥行側の導光部101を省略する。図14は、第1保持板の平面図およびAB断面図である。図15は、第2保持板の平面図およびCD断面図である。
検出装置1200は、複数の導光部101(錐台部102および伝送部103)と、検出処理部510と、第1保持板1201,第2保持板1202(図12では、便宜的に第2保持板1202を省略)と、を有する。複数の導光部101は、各々の入射部121が同一湾曲面上に位置するように、行列状に配置される。各伝送部103の他端132は、検出処理部510に接続される。
第1保持板1201および第2保持板1202はそれぞれ、複数の導光部101を保持する。第1保持板1201および第2保持板1202は、板状の部材である。第1保持板1201および第2保持板1202の形状は矩形としたが、多角形でもよく、円形でもよい。また、第1保持板1201および第2保持板1202の第1表面1201aおよび第2表面1202aおよび第1裏面1201bおよび第2裏面1202bは、平端面でもよく、湾曲面でもよい。
第1保持板1201および第2保持板1202はそれぞれ、導光部101の長手方向に交差するように配置される。具体的には、たとえば、第1保持板1201には、錐台部102と交差する位置に第1貫通孔1301が設けられ、錐台部102が挿入可能である。また、第2保持板1202には、伝送部103と交差する位置に第2貫通孔1302が設けられ、伝送部103が挿入可能である。
検出装置1200は、第1保持板1201および第2保持板1202のうち少なくとも一方を少なくとも1枚以上有する。
第1保持板1201は、複数の第1貫通孔1301を有する。複数の第1貫通孔1301は、行列状に配置される複数の錐台部102の挿入位置に対応する位置に設けられる。第1貫通孔1301は、第1上端縁1301aと第1下端縁1301bとを有する。
第1貫通孔1301は、第1上端縁1301aと第1下端縁1301bとの間を貫通する孔である。第1上端縁1301aは、第1表面1201aに設けられ、第1下端縁1301bは、第1裏面1201bに設けられる。第1上端縁1301aの開口径は、第1下端縁1301bの開口径よりも大きい。
したがって、錐台部102の出射部122は、第1上端縁1301aから挿入され、第1下端縁1301bから突出され、錐台部102は、第1貫通孔1301に保持される。このあと、第1貫通孔1301により第1保持板1201で保持された錐台部102は、伝送部103に接続される。
第2保持板1202は、複数の第2貫通孔1302を有する。複数の第1貫通孔1301は、行列状に配置される複数の伝送部103の挿入位置に対応する位置に設けられる。第2貫通孔1302は、第2上端縁1302aと第2下端縁1302bとを有する。
第2貫通孔1302は、第2上端縁1302aと第2下端縁1302bとの間を貫通する孔である。第2上端縁1302aは、第2表面1202aに設けられ、第2下端縁1302bは、第2裏面1202bに設けられる。第2上端縁1302aの開口径は、第2下端縁1302bの開口径と同一である。
したがって、伝送部103は、錐台部102および検出処理部510との接続前であれば、第2上端縁1302aから挿入され、第2下端縁1302bから突出されてもよく、第2下端縁1302bから挿入され、第2上端縁1302aから突出されてもよい。
また、伝送部103は、錐台部102との接続前でかつ検出処理部510との接続後であれば、第2上端縁1302aから挿入され、第2下端縁1302bから突出される。また、伝送部103は、検出処理部510の接続前でかつ錐台部102との接続後であれば、第2上端縁1302aから挿入され、第2下端縁1302bから突出される。
なお、第1保持板1201および第2保持板1202は、検出装置1200の図示しない筐体内部で保持される。
なお、検出装置1200において、錐台部102および伝送部103により、導光部101を構成したが、錐台部102のみで導光部101を構成してもよい。この場合、検出処理部510は、出射部122に接続されることになる。
なお、錐台部102は、入射口121aの開口径が出射部122の開口径よりも大きくなるように構成されるが、入射口121aの開口径を出射部122の開口径と同一にしてもよい。これにより、錐台部102は円筒形状になる。
このように、実施形態5によれば、複数の導光部101が第1保持板1201および第2保持板1202のうち少なくとも一方で保持される構造としたことにより、複数の導光部101の位置決め精度が向上する。これにより、検出装置1200の製造が容易になる。
[実施形態6]
つぎに、実施形態6について説明する。実施形態6では、導光部の製造方法について説明する。実施形態1~5と同一構成には同一符号を付し、その説明を省略する。
つぎに、実施形態6について説明する。実施形態6では、導光部の製造方法について説明する。実施形態1~5と同一構成には同一符号を付し、その説明を省略する。
図16は、実施形態6にかかる導光部品の製造システムの一例を示す説明図である。製造システム1600は、レーザ加工機1601と、XYステージ1602と、制御装置1603と、を有する。なお、図16において、X軸、Y軸およびZ軸は互いに直交する。
レーザ加工機1601は、加工対象1610にレーザ光を照射する。レーザ加工機1601は、たとえば、所定パルス幅(たとえば、フェムト秒パルス)のレーザ光を加工対象1610にZ軸方向に照射して所望の形状に加工することで溝を形成する。
XYステージ1602は、X軸とX軸に直交するY軸とに移動可能な位置決め台である。XYステージ1602には、加工対象1610が載置面1620に固定載置される。載置面1620は、X軸およびY軸で張られる平面に平行である。
制御装置1603は、レーザ加工機1601からのレーザ光の照射時間制御と、XYステージ1602の移動制御と、を実行する。たとえば、制御装置1603は、レーザ加工機1601からのレーザ光の照射時間を増減することで、Z軸方向に形成される溝の深さを調整する。また、たとえば、制御装置1603は、XYステージ1602をY方向に移動させることにより、レーザ加工機1601からのレーザ光で加工対象1610にY方向に長尺な溝を形成することができ、XYステージ1602をX方向に移動させることにより、レーザ加工機1601からのレーザ光でY方向に長尺な溝の幅を調整することができる。
なお、溝の大きさは、レーザ光のパワー(照射径)、照射するパルス数(時間)、XYステージ1602の位置移動で制御可能である。
レーザ加工機1601からのレーザ光の照射時間制御による照射時間長およびその変動タイミングと、XYステージ1602の移動制御による移動量およびそのタイミングと、については、あらかじめ制御装置1603に設定される。
加工対象1610は、金属、ガラス、またはセラミックスで構成されたワークである。加工対象1610の形状は、たとえば、YZ平面方向の断面が台形となる板状のワークである。加工対象1610の斜面となる表面1611および裏面1612は、レーザ加工機1601からのレーザ光の照射面となる。たとえば、表面1611が照射された後、人でまたは図示しない機構により、裏面1612がレーザ加工機1601と対向するように固定載置される。
加工対象1610のZ軸方向の厚みは、Y軸方向の位置で異なる。したがって、制御装置1603は、加工対象1610のZ軸方向の厚みが厚い部分ほど、レーザ加工機1601の出力が高くなるよう制御し、溝のX軸方向の幅が大きくなるようXYステージ1602を移動制御する。
図17は、製造システム1600によって生成される導光部品の一例を示す斜視図である。導光部品1700は、製造システム1600が加工対象1610を加工することにより生成される。すなわち、導光部品1700の表面1611に第1溝1711,1712が形成され、裏面1612に第2溝1721~1723が形成される。
第1溝1711,1712および第2溝1721~1723は、たとえば、略台形状であり、前端面1701から後端面1702に向かうにしたがって、その形状が小さくなるように加工される。第1溝1711,1712および第2溝1721~1723は半円形状でもよい。
図18は、導光部品1700の接続例を示す説明図である。図18では、6個の導光部品1700がZ軸方向に積層された構造体1800を示す。具体的には、たとえば、Z軸方向に隣接する2個の導光部品1700の表面1611どうし、または、裏面1612どうしが接続されることで、6個の導光部品1700がZ軸方向に積層される。
Z軸方向に隣接する2個の導光部品1700の表面1611どうしの接続により、導光部品1700の各々の第1溝1711,1712どうしが対向し、第1貫通孔1801が形成される。同様に、Z軸方向に隣接する2個の導光部品1700の裏面1612どうしの接続により、導光部品1700の各々の第2溝1721~1723どうしが対向し、第2貫通孔1802が形成される。構造体1800は、第1貫通孔1801および第2貫通孔1802を導光部101または錐台部102とする構造体である。
隣接する2個の導光部品1700は、たとえば、ねじ止めや圧着により接続される。ねじ止めの場合、6個の導光部品1700に貫通するようなネジ孔が形成されることになる。なお、レーザ光のパルス幅が短くなるほど、加工時に加工対象1610の表面1611および裏面1612に発生するバリを抑制することができ、隣接する2個の導光部品1700間の隙間を抑制することができる。
構造体1800において、各導光部品1700の前端面1701が、光の入射面となり、各導光部品1700の後端面1702が、光の出射面になる。以降、連結された複数の前端面1701を入射面1701と称し、連結された複数の後端面1702を出射面1702と称す。
光は、入射面1701に形成された第1貫通孔1801および第2貫通孔1802の開口から入射され、出射面1702に形成された第1貫通孔1801および第2貫通孔1802の開口から出射される。
構造体1800は、上述した実施形態1~4で示したような複数の導光部101として、検出装置100に適用される。具体的には、たとえば、構造体1800の出射面1702は、検出処理部510と接続される。より具体的には、出射面1702側の第1貫通孔1801および第2貫通孔1802の開口の各々には、検出部110が接続される。これにより、第1貫通孔1801および第2貫通孔1802を通過した光を受光することができる。
また、構造体1800を、上述した実施形態1~4で示したような複数の錐台部102として、検出装置100に適用してもよい。この場合、出射面1702側の第1貫通孔1801および第2貫通孔1802の開口の各々には、伝送部103の一端131が接続され、伝送部103の他端132の各々には、検出部110が接続される。これにより、第1貫通孔1801、第2貫通孔1802および伝送部103を通過した光を受光することができる。
図19は、他の加工対象の一例を示す説明図である。加工対象1910は、直方体形状であり、加工対象1610と形状が異なる。加工対象1910の表面1911および裏面1912は、レーザ加工機1601からのレーザ光の照射面となる。たとえば、表面1911が照射された後、人でまたは図示しない機構により、裏面1912がレーザ加工機1601と対向するように固定載置される。
図20は、製造システム1600によって生成される導光部品の他の例を示す正面図および平面図である。図21は、製造システム1600によって生成される導光部品の他の例を示す正面図および底面図である。
導光部品2000は、製造システム1600が加工対象1910を加工することにより生成される。すなわち、導光部品1900の表面1911に第1溝2011~2013が形成され、裏面1912に第2溝2021~2023が形成される。
第1溝2011~2013および第2溝2021~2023は、たとえば、略台形状であり、前端面2001から後端面2002に向かうにしたがって、その形状が小さくなるように加工される。
導光部品2000の表面1911のY軸方向に沿う両側端縁には、略コの字形状の嵌合溝2031、2032が加工される。導光部品2000の裏面1912のY軸方向に沿う両側端縁には、略コの字形状の嵌合突条2041、2042が加工される。
図22は、導光部品2000の接続例を示す説明図である。図22では、6個の導光部品2000がZ軸方向に積層された構造体2200を示す。具体的には、たとえば、Z軸方向に隣接する2個の導光部品2000の表面1911および裏面1912が接続されることで、6個の導光部品2000がZ軸方向に積層される。構造体2200は、貫通孔2201を導光部101または錐台部102とする構造体である。
Z軸方向に隣接する2個の導光部品2000の表面1911および裏面1912の接続により、導光部品2000の各々の第1溝2011~2013と第2溝2021~2023とが対向し、貫通孔2201が形成される。また、このとき、Z軸方向に隣接する2個の導光部品2000のうち上方の導光部品2000の裏面1912に設けられた嵌合突条2041、2042が、下方の導光部品2000の表面1911に設けられた嵌合溝2031、2032に嵌合する。これにより、導光部品2000のX軸方向およびY軸方向へのずれが規制され、貫通孔2201の位置決め精度が向上する。
隣接する2個の導光部品2000は、たとえば、ねじ止めや圧着により接続される。ねじ止めの場合、6個の導光部品2000に貫通するようなネジ孔が形成されることになる。なお、レーザ光のパルス幅が短くなるほど、加工時に加工対象1910の表面1911および裏面1912に発生するバリを抑制することができ、隣接する2個の導光部品2000間の隙間を抑制することができる。
構造体2200において、各導光部品2000の前端面2001が、光の入射面となり、各導光部品2000の後端面2002が、光の出射面になる。以降、連結された複数の前端面2001を入射面2001と称し、連結された複数の後端面2002を出射面2002と称す。
光は、入射面2001に形成された貫通孔2201の開口から入射され、出射面2002に形成された貫通孔2201の開口から出射される。
構造体2200は、上述した実施形態1~4で示したような複数の導光部101として、検出装置100に適用される。具体的には、たとえば、構造体2200の出射面2202は、検出処理部510と接続される。より具体的には、出射面2202側の貫通孔2201の開口の各々には、検出部110が接続される。これにより、貫通孔2201を通過した光を受光することができる。
[実施形態7]
つぎに、実施形態7について説明する。実施形態7は、各々板厚方向に複数の貫通孔を有する板状部材を板厚方向に積層することにより、導光部を製造する製造方法を示す。実施形態1~4と同一構成には同一符号を付し、その説明を省略する。
つぎに、実施形態7について説明する。実施形態7は、各々板厚方向に複数の貫通孔を有する板状部材を板厚方向に積層することにより、導光部を製造する製造方法を示す。実施形態1~4と同一構成には同一符号を付し、その説明を省略する。
図23は、実施形態7にかかる構造体2300の一例を示す斜視図である。図24は、実施形態7にかかる構造体2300の第1断面図である。図24に示す断面図は、図23の断面2340で構造体2300を切断した場合の断面を示す。図25は、実施形態7にかかる構造体2300の第2断面図である。図25に示す断面図は、図23の断面2350で構造体2300を切断した場合の断面を示す。
構造体2300は、第1板状部材2301および第2板状部材2302を積層することにより生成される。第1板状部材2301および第2板状部材2302の積層方向をzとする。zに直交する2軸を、xおよびyとする。xとyは直交するものとする。
図23~図25の例では、第1板状部材2301は7枚であるが、7枚に限定されない。第2板状部材2302が6枚であるが、6枚に限定されない。また、第1板状部材2301の厚みは任意であり、異なる第1板状部材2301で厚さが異なってもよい。同様に、第2板状部材2302の厚みは任意であり、異なる第2板状部材2302で厚さが異なってもよい。また、第1板状部材2301の厚みと第2板状部材2302の厚みは異なってもよい。
まず、第1板状部材2301について説明する。第1板状部材2301の各々は、略z方向に貫通する複数の第1貫通孔2311を有する。また、第1板状部材2301の各々は、その四隅に、z方向に貫通する位置決め用の第3貫通孔2313を有する。第1板状部材2301の各々において、第1貫通孔2311は行列状に81個設けられている。なお、第1貫通孔2311の個数は81個に限定されないが、複数の第1板状部材2301において第1貫通孔2311の個数は同数となる。
z方向の上方に配置される第1板状部材2301ほど、第1貫通孔2311の開口径は広く、下方に配置される第1板状部材2301ほど、第1貫通孔2311の開口径は短くなる。また、開口径が短くなるにしたがって、隣接する第1貫通孔2311の間隔も狭くなる。
z方向に隣接する一方の第1板状部材2301の底面2412と、その下方に配置される他方の第1板状部材2301の上面2411と、が接触する。これにより、当該一方の第1板状部材2301の第1貫通孔2311と、当該他方の第1板状部材2301の第1貫通孔2311と、が連通する。これにより、第1導光路2331が形成される。第1導光路2331は、1枚の第1板状部材2301に設けられる第1貫通孔2311の個数と同数(本例では81本)形成される。
図23および図24に示したように、第1導光路2331は、z方向の最上位の第1板状部材2301から最下層の第1板状部材2301の中心に接近するように形成される。また、第1板状部材2301は、その開口径がz方向の最上位の第1板状部材2301から最下層の第1板状部材2301の中心に接近するほど短くなるように形成される。
したがって、第1導光路2331は、実施形態1~4で示した錐台部102内部の空間のような構造となる。
また、第3貫通孔2313は、第1板状部材2301において同一開口径および同一位置で設けられる。第3貫通孔2313の内周面にはネジ溝が形成される。第1板状部材2301をz方向に積層することで、z方向の複数の第3貫通孔2313は連通することで、第1ネジ孔2501が形成される。
つぎに、第2板状部材2302について説明する。第2板状部材2302の各々は、z方向に貫通する複数の第2貫通孔2322を有する。また、第2板状部材2302の各々は、その四隅に、z方向に貫通する位置決め用の第4貫通孔2324を有する。第2板状部材2302の各々において、第2貫通孔2322は行列状に81個設けられている。なお、第2貫通孔2322の個数は81個に限定されないが、複数の第2板状部材2302において第2貫通孔2322の個数は同数となる。
第2貫通孔2322は、複数の第2板状部材2302において同一開口径および同一位置で設けられる。z方向に隣接する一方の第2板状部材2302の底面2422と、その下方に配置される他方の第2板状部材2302の上面2421と、が接触する。これにより、当該一方の第2板状部材2302の第2貫通孔2322と、当該他方の第2板状部材2302の第2貫通孔2322と、がz方向に連通する。これにより、第2導光路2332が形成される。第2導光路2332は、1枚の第2板状部材2302に設けられる第2貫通孔2322の個数と同数(本例では81本)形成される。
このように、第2導光路2332は、実施形態1~4で示した伝送部103内部の円筒形状の空間のような構造となる。
また、第4貫通孔2324は、第2板状部材2302において同一開口径および同一位置で設けられる。第4貫通孔2324は、第3貫通孔2313と同一形状でかつ同一の大きさであり、第3貫通孔2313と同様、第2板状部材2302の四隅に設けられる。第4貫通孔2324の内周面にはネジ溝が形成される。第2板状部材2302をz方向に積層することで、z方向の複数の第4貫通孔2324は連通することで、第2ネジ孔2502が形成される。
つぎに、第1板状部材2301と第2板状部材2302との境界について説明する。複数の第1板状部材2301のうち最下層の第1板状部材2301と、複数の第2板状部材2302のうち最上位層の第2板状部材2302とが接続される。具体的には、たとえば、最下層の第1板状部材2301の底面2412と最上位層の第2板状部材2302の上面2421とが接触する。
また、最下層の第1板状部材2301の第1貫通孔2311の底面2412側の開口径は、第2貫通孔2322の開口径と同一である。最下層の第1板状部材2301の第1貫通孔2311は、最上位層の第2板状部材2302が最下層の第1板状部材2301と接触した場合に第2貫通孔2322と連通する位置に設けられる。したがって、複数の第1板状部材2301および複数の第2板状部材2302が積層されることで、第1導光路2331と第2導光路2332とが連通する。これにより、貫通孔2330が形成される。
また、最下層の第1板状部材2301の第3貫通孔2313は、最上位層の第2板状部材2302が最下層の第1板状部材2301と接触した場合に第4貫通孔2324と連通する位置に設けられる。したがって、複数の第1板状部材2301および複数の第2板状部材2302が積層されることで、第1ネジ孔2501と第2ネジ孔2502とが連通する。これにより、第4貫通孔2314が形成される。そして、4本の第4貫通孔2314の各々に不図示のネジが螺入されることで、複数の第1板状部材2301および複数の第2板状部材2302が固定される。
なお、ネジによる接続のほか、z方向に隣接する第1板状部材2301間、z方向に隣接する第2板状部材2302間、z方向に隣接する第1板状部材2301と第2板状部材2302と間の圧着により、構造体2300を生成してもよい。
実施形態6の製造システム1600のXYステージ1602に第1板状部材2301を載置させ、レーザ加工機1601からのレーザ光を照射することで、第1貫通孔2311および第3貫通孔2313が形成される。この場合、第1板状部材2301がZ軸方向に対し傾斜するように、XYステージ1602をZ軸方向から傾斜させたり、レーザ加工機1601のレーザ光の照射方向をZ軸方向から傾斜させたりすればよい。
また、製造システム1600のXYステージ1602に第2板状部材2302を載置させ、レーザ加工機1601からのレーザ光を照射することで、第2貫通孔2322および第4貫通孔2324が形成される。
構造体2300は、上述した実施形態1~4で示したような複数の導光部101として、検出装置100に適用される。具体的には、たとえば、構造体2300の最下層の第2板状部材2302の底面2422は、検出処理部510と接続される。より具体的には、最下層の第2板状部材2302の底面2422側の第2貫通孔2322の開口の各々には、検出部110が接続される。これにより、第1導光路2331および第2導光路2332を通過した光を受光することができる。
また、構造体2300は、複数の第2板状部材2302を用いずに、複数の第1板状部材2301で構成されてもよい。この場合、構造体2300の最下層の第1板状部材2301の底面2412は、検出処理部510と接続される。より具体的には、最下層の第1板状部材2301の底面2412側の第1貫通孔2321の開口の各々には、検出部110が接続される。これにより、第1導光路2331を通過した光を受光することができる。
また、構造体2300において、第1導光路2331は、外側に位置するほど中心の第1導光路2331に向かって傾斜する構成としたが、第1導光路2331の内周面がz軸に平行となるように形成されてもよい。以下、具体的に説明する。
図26は、実施形態7にかかる構造体2300の他の第1断面図である。図26に示す断面図は、図23の断面2340で構造体2300を切断した場合の断面を示す。図26では、図24との相違点を中心に説明する。
まず、第1板状部材2301について説明する。第1板状部材2301の各々は、略z方向に貫通する複数の第1貫通孔2611を有する。第1板状部材2301の各々において、第1貫通孔2611は行列状に81個設けられている。なお、第1貫通孔2611の個数は81個に限定されないが、複数の第1板状部材2301において第1貫通孔2611の個数は同数となる。
z方向の上方に配置される第1板状部材2301ほど、第1貫通孔2311の開口径は広く、下方に配置される第1板状部材2301ほど、第1貫通孔2311の開口径は短くなる。ただし、図23および図24と異なり、第1板状部材2301の各々において、中心の第1貫通孔2611は、他の第1貫通孔2611よりも開口径が大きい。
ここで、複数の第1板状部材2301の各々の中心の第1貫通孔2611で形成される第1導光路2631を第1導光路2631Aとし、これ以外の第1導光路2631を第1導光路2631Bとする。
第1導光路2631Aは、第1断面において、y方向の両側となる第1貫通孔2611の内周面の母線が階段状になる。
第1導光路2631Bは、第1断面において、第1導光路2631Aから離間する側の第1貫通孔2611の内周面の母線は、第1導光路2631Aと同様、階段状になる。これに対し、第1導光路2631Aに近接する側の第1貫通孔2611の内周面の母線は、直線になる。
このように、第1導光路2631A、2631Bには段差が設けられるため、実施形態1の受光防止部材402と同様の機能を有することになる。したがって、受光防止部材402のように入射光を反射させることができる。
実施形態6の製造システム1600のXYステージ1602に第1板状部材2301を載置させ、レーザ加工機1601からのレーザ光を照射することで、第1貫通孔2611および第3貫通孔2313が形成される。同様に、製造システム1600のXYステージ1602に第2板状部材2302を載置させ、レーザ加工機1601からのレーザ光を照射することで、第2貫通孔2622および第4貫通孔2324が形成される。
これにより、第1貫通孔2611は、第1板状部材2301の上面2411に対して直交する方向(z方向)に貫通する。したがって、製造システム1600において、レーザ加工機1601からのレーザ光を上面2411に対して垂直に照射することができるため、製造システム1600における加工制御が容易になる。
また、レーザ光による加工のほか、第1板状部材2301にドリル加工することで、第1貫通孔2611および第3貫通孔2313を生成してもよい。同様に、第2板状部材2302にドリル加工することで、第2貫通孔2612および第4貫通孔2314を生成してもよい。
なお、本実施形態は上記の内容に限定されるものではなく、これらを任意に組み合わせたものであってもよい。また、本実施形態の技術的思想の範囲で考えられるその他の態様も本実施形態の範囲に含まれる。
100 検出装置、101 導光部、102 錐台部、103 伝送部、110 検出部、112 受光面、121 入射部、121a 入射口、123 貫通孔、132a 出射口、133 伝送路、401 内周面、402 受光防止部材、500 検出装置、510 検出部
Claims (21)
- 光の入射口と前記入射口よりも開口が小さい出射口とを有し、前記入射口から入射された光を前記出射口から出射する導光部と、
前記出射口から出射された光を検出する検出部と、
を備える検出装置。 - 前記導光部は、前記入射口と前記出射口とを有する錐台形状の貫通孔を有し、前記入射口から入射された光を前記貫通孔を介して前記出射口から出射する、
請求項1に記載の検出装置。 - 前記入射口の端縁は、前記入射口の中心から第1距離に位置する入射端部と、前記入射口の中心から前記第1距離に位置する前記入射端部以外の他の入射端部と、を有し、
前記出射口の端縁は、前記出射口の中心から前記第1距離よりも短い第2距離に位置する出射端部と、前記出射口の中心から前記第2距離に位置する前記出射端部以外の他の出射端部と、を有する、
請求項1に記載の検出装置。 - 前記入射口および前記出射口の形状は、円である、
請求項3に記載の検出装置。 - 前記入射口の端縁は、前記入射口の中心から第3距離に位置する入射端部と、前記入射口の中心から前記第3距離よりも短い第4距離に位置する前記入射端部以外の他の入射端部と、を有し、
前記出射口の端縁は、前記出射口の中心から前記第3距離よりも短い第5距離に位置する出射端部と、前記出射口の中心から前記第5距離よりも短い第6距離に位置する前記出射端部以外の他の出射端部と、を有する、
請求項1に記載の検出装置。 - 前記入射口および前記出射口の形状は、多角形である、
請求項5に記載の検出装置。 - 前記多角形は、六角形である、
請求項6に記載の検出装置。 - 前記導光部の内周面は、光を反射させる反射面である、
請求項1に記載の検出装置。 - 前記導光部の内周面は、光を前記入射口の方向に反射させる部材を有する、
請求項1に記載の検出装置。 - 前記検出部は、前記出射口に設けられる、
請求項9に記載の検出装置。 - 前記入射口は、前記出射口の方向へと光を集光させる部材を有する、
請求項1に記載の検出装置。 - 前記導光部は、光を伝送する伝送部を有する、
請求項1に記載の検出装置。 - 前記伝送部は、前記入射口からの光が入射される一端と前記一端に入射された光が出射される他端とを有する、
請求項12に記載の検出装置。 - 前記伝送部の前記一端の開口と前記他端の開口との大きさは略等しい、
請求項13に記載の検出装置。 - 前記検出部は、インジウムガリウム砒素で構成されている、
請求項1に記載の検出装置。 - 複数の前記導光部は、各々の前記入射口が離間して配置される、
請求項1に記載の検出装置。 - 複数の前記導光部は、前記出射口から前記入射口に向かって放射状になるように配置される、
請求項15に記載の検出装置。 - 前記検出部は、フォトダイオードを有し、
前記フォトダイオードは、2次元配置される、
請求項16に記載の検出装置。 - 前記導光部は、前記入射口からの光が入射される一端と前記一端に入射された光が出射される他端とを含む伝送部を有し、
複数の前記導光部のうち前記検出部の中心に位置する前記導光部よりも外側の導光部は、前記入射口と前記出射口の間に一端から他端へと光を伝送する伝送部の長さが短い、
請求項16に記載の検出装置。 - 前記導光部は、前記入射口からの光が入射される一端と前記一端に入射された光が出射される他端とを含む伝送部を有し、
複数の前記導光部のうち前記検出部の中心に位置する前記導光部よりも外側の導光部は、前記伝送部を有しない、
請求項17に記載の検出装置。 - 複数の前記導光部は、略半球形状に配置される、
請求項16に記載の検出装置。
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