JP2008224478A - 光量モニタとそれを用いた光源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 光ファイバーに入射する光量を一定に維持することができる光量モニタとそれを用いた光源装置を提供することを課題とする。
【解決手段】 光量モニタであって、光源２から被照射物に至る光路中に、光入射端面となる片端側から入射した光を光出射端面となる他端側から出射する多角柱状の導光ロッド２０と、同導光ロッドから出射する光を被照射物へ導く光ファイバー３０とを有してある。また導光ロッドと光ファイバーは対向面に間隔を有して配置され、同導光ロッドと光ファイバーの間に、同導光ロッドから出射する光の一部が光ファイバーへ入射する光と分離される構成がなされ、分離された空間を導光された光を光センサ４０が受け、同光センサが受けた光量を照射光量として検出するように構成してある。
【選択図】 図１

Description

本発明は、光源から被照射物に照射される照明光の照射光量を検出する光量モニタとそれを用いて光量制御を行う光源装置に関し、特にＣＣＤカメラ等を使用した画像処理検査装置等のように検査対象物に照射される光量を一定に維持する必要のある検査装置に用いて好適なものである。

例えばフラットパネルディスプレイ製造工程では、光源からの光を光ファイバーで、検査対象物となるガラス板や塗料塗布面に光を導いて照射し、これをＣＣＤカメラ等で観察して傷や塗装不良等の欠陥を検知する画像処理検査装置が使用されている。（特許文献１参照）
特開２００５−２３３９２７号公報

検査の際、光源装置に要求される条件として、検査対象物（被照射物）への光量は少なくとも検査時間中は変化しないこと、また使用するカメラの受光感度性能レベルに応じて必要な光量の光を照射できることなどが挙げられる。

画像処理検査用の光源装置の光源としては、ハロゲンランプ、ＬＥＤ等の固体光素子、水銀ランプおよびメタルハライドランプ等放電灯が使用されており、中でも水銀ランプやメタルハライドランプ等の放電灯は、立ち上り時間が遅いものの高光量が得られることから、この種の光源として最適である。
しかしながらこれらの放電灯は１０００〜２０００時間点灯させると検査対象物への照射光量が次第に減衰していくために、使用するにあたっては、画像の明るさが変わらないようにその都度光量調整することが必要となる。

またＣＣＤカメラ等を使用した画像処理検査装置においては、例えば特開２００５−２３３９２７号公報に記載されているように、「導光ロッド８の出射端面８ｏｕｔに、照射光量が著しく低下しない程度に、導光ロッド８を透過する光の一部を導光ロッド８内に戻すフロスト処理を施すことが」実施されている（同公報段落番号００２７と００２８の説明と、図７（ａ）と（ｂ）参照）。

ところで、導光ロッド８の出射端面８ｏｕｔに、フロスト処理を施すと、特開２００５−２３３９２７号公報の図９に記載してあるように、光ファイバーへの入射光量は、導光ロッド８内に戻る光量分減少する。導光ロッド８内に戻る光量は可能な限り少ない構成であることが望ましい。

そこで本発明は、導光ロッド内に戻る光量をなくし、光ファイバーに入射する光量の増大を図ることができ且つ光ファイバーへ入射する光量を一定にコントロールすることができる光量モニタとそれを用いた光源装置を提供することを目的とする。

この課題を解決するために、本発明に係る請求項１に記載の光量モニタは、光源から被照射物へ照射される照明光の照射光量を検出する光量モニタであって、光源から被照射物に至る光路中に、光入射端面となる片端側から入射した光を光出射端面となる他端側から出射する多角柱状の導光ロッドと、同導光ロッドから出射する光を被照射物へ導く光ファイバーとを有して構成してある。
また同導光ロッドと光ファイバーは対向面に間隔を有して配置され、同導光ロッドと光ファイバーの間に、同導光ロッドから出射する光の一部が光ファイバーへ入射する光と分離される構成がなされ、分離された空間を導光された光を光センサが受け、同光センサが受けた光量を照射光量として検出するように構成してある。
同光量モニタによると、導光ロッド内に戻る光量はなくなり、光ファイバーに入射する光量の増大を図ることができる。また分離された空間を導光された光を光センサが受け、同光センサが受けた光量を照射光量として検出することができるので、結果的に光ファイバーへ入射する光量を一定に維持することができる光量モニタを得ることができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の導光ロッドの内接円と同じ太さの光ファイバーを用いて構成してある。
請求項２に記載の発明によると、導光ロッドで導かれた光を光ファイバーに効率よく導くことができる。

請求項３に記載の発明は、請求項１及び請求項２記載の光量モニタにおいて、光ファイバーの入射端部に筒状の光路分離体を有して構成してある。
請求項３に記載の発明によると、導光ロッド内に戻る光量はなくなり、光ファイバーに入射する光量の増大を図ることができ、また光センサが受けた光量を照射光量として検出することができ、結果的に光ファイバーへ入射する光量を一定にコントロールすることができる。

請求項４に記載の発明は、請求項２記の光量モニタにおいて、光路分離体の導光路面を傾斜して構成してある。
請求項４に記載の発明によると、光路分離体により、センサ方向に入る光の減衰を最小にして導くことが可能となる。

請求項５に記載の発明は、光源から被照射物へ照射される照明光の照射光量を検出する光量モニタと、その検出光量に応じて照射光量を制御する光量コントローラを備えた光源装置に関する。
また前記光量モニタとして光源から被照射物に至る光路中に、光入射端面となる片端側から入射した光を光出射端面となる他端側から出射する多角柱状の導光ロッドと、同導光ロッドから出射する光を被照射物へ導く光ファイバーとが対向面に間隔を有して配置されている。
そして、同導光ロッドと光ファイバーの間に、同導光ロッドから出射する光の一部が光ファイバーへ入射する光と分離される構成がなされ、分離された空間を導光された、光を光センサが受け、同光センサが受けた光量を照射光量として検出するように構成してある。
請求項５に記載の発明によると、導光ロッド内に戻る光量はなくなり、光ファイバーに入射する光量の増大を図ることができ、また分離された空間を導光された光を光センサが受け、同光センサが受けた光量を照射光量として検出することができるので、結果的に光ファイバーへ入射する光量を一定に維持することができる光源装置を得ることができる。

本発明に係る光量モニタは、導光ロッドと同導光ロッドから出射する光を被照射物へ導く光ファイバーとが対向面に間隔を有して配置され、同導光ロッドと光ファイバーの間に、同導光ロッドから出射する光の一部が光ファイバーへ入射する光と分離される構成がなされ、分離された空間を導光された光を光センサが受け、同光センサが受けた光量を照射光量として検出するように構成してあるので、導光ロッド内に戻る光量はなくなり、光ファイバーに入射する光量の増大を図ることができ、また導光ロッドから出力され、光ファイバーに入射される光量は正確に測定することができる。
また上記した光源装置によると、導光ロッドから出力され、光ファイバーに入射される光量を正確に測定し、その検出光量に応じて光量コントローラにより照射光量を制御することができるので、照射面への光量は一定となる特別な効果がある。

以下本発明の最良の形態を図１乃至図６について説明する。

以下本発明の実施例を図１乃至図６について説明する。図１は本発明に係る光源装置を示す正面図、図２は図１に組み込む本発明に係る光量モニタの正面図、図３は図２の一部拡大図で光の進行方向を示す正面図、図４は図２における導光ロッド遮光体とファイバー保持具部の分解正面図、図５は図２における導光ロッドの内接円と光ファイバーの太さの関係を示す説明図、図６は図１における調光フィルタの側面図である。

図１において、１は光源装置を構成する光源装置本体であって、筐体状に構成してある。２は光源装置本体１の内部に収納してなる光源であって、反射ミラー３に装着して構成してある。光源としては、例えばメタルハライドランプを用いて構成してある。４は反射ミラー３の前方に４０ｍｍの間隔を有して設けた赤外線カットフィルタであって、光ファイバーへの伝達する熱線カットする。５は赤外線カットフィルタ４の前方に１０ｍｍの間隔を有して設けた調光フィルタであって、図６に示すように、円形に構成し、開口率が除々に変化する多数のスリット６が配列形成され、回転することによって、回転方向に応じて透過光量が漸増若しくは漸減するように構成してある。７は調光フィルタ５を回転するためのステップモータであって、所定角度回転するように構成してある。

図１において、１０は光源２を点灯制御するための点灯回路である。１１は検出光量に応じて、照射光量をフィードバックする調光フィルタ５を回転制御する光量コントローラである。

図１乃至図５において、２０は光量モニタを構成する例えば正六角柱状の導光ロッドであって、例えば断面が対辺間距離２１ｍｍの正六角形の長さ１２０ｍｍのガラス体で形成してある。また同導光ロッド２０は光源２から照射された光を集光する楕円形の反射鏡３の光軸と同軸的に配されている。２１は導光ロッド２０を収納する導光ロッド遮光体であって、アルミニウム材で筒状に構成してある。

図１、図２、図３において、３０は光量モニタを構成する光ファイバーであって、導光ロッド２０の光出射端面２３と光ファイバー３０の光入射端面３１が所定の間隔を有して対向して配されている。また導光ロッド２０の内接円と光ファイバー３０は、図５に示すように同じ太さに構成してある。導光ロッド２０の内接円と光ファイバー３０を同じ太さに構成すると、導光ロッドの内接円より外側の光ファイバーに入射しない光を光センサに入射し利用することができる。３３は光ファイバーを収束するファイバー保持具であって、アルミニウム材で構成してある。また同ファイバー保持具３３の導光ロッド２０との対向面には、筒状の光路分離体３２を有して構成する。同光路分離体３２は図２、図３、図４に示すように、入射側の外面に傾斜面を有して構成してある。傾斜角度は例えば４５度に構成してある。光路分離体の入射側の外面を傾斜面に構成すると、導光ロッド２０にて導光された光の一部をセンサ方向に効率よく導くことができる。またファイバー保持具３３の外径がΦ５０ｍｍの場合、光路分離体の内径は例えばΦ２１ｍｍに構成してある。
上記した光路分離体は、本例ではファイバー保持具３３と一体的に構成してあるが、別々に構成し、導光ロッド遮光体２１とファイバー保持具３３との間に狭持してもよい。

図１乃至図４において、４０はファイバー保持具３３の光路分離体３２によって分離された光を受光する光センサである。本例では、導光ロッド２０の出射端面から光ファイバー３０入射端面に入射される光と、光路分離体３２によってセンサ４０に向かって導光される光に分離される。４１は光センサ４０の前側に配置した拡散板であって、センサ４０に向かって導光される光を効率よくセンサ４０に導くことができる。

次に上記した本発明の光量モニタとそれを用いた光源装置の動作について説明する。
（１）光源装置を作動すると、光源２から照射された光は楕円形の反射鏡３の第二焦点に集光され、赤外線カットフィルタ４にて、赤外線がカットされた光が調光フィルタ５を通って、六角柱状の導光ロッド２０に入射され、同導光ロッド２０の光出射端面に向って直進し、あるいは側面で反射しながら光出射端面２３に導かれる。
（２）導光ロッド２０の光出射端面に導かれた光は、光量分布が均一化されて光出射端面２３から出射され、光ファイバー３０により検査対象物（被照射物）まで案内され、照明光として照射される。
一方、光路分離体３２によってセンサ４０に向かって導光される光は、光ファイバー３０に入射する光をセンサ４０が正確に検知される。つまり、センサ４０で検知する光量と光ファイバー３０に入射する光は相関関係にある。
（３）かかる後、センサ４０の検出光量に応じて、調光フィルタ５を回転制御し、照射光量をコントロールする。本発明によると、絶えず光量を照射光量として検出することができ、照射光量をコントロールすることにより、被照射面への光量は一定とすることができる。

上記の光源装置１を検査用照明光源として用いる場合、１５００〜２０００時間点灯後の照射光量は、初期光量と比して４０％程度の減光が予想されるので、当初より調光フィルタ５で光源２の光量を最大光量の６０％程度に調光しておき、光センサ４０が受ける検出光量の変化に応じて、光量コントローラ１１が信号を発し、調光フィルタ５を回転制御する。
ここでは、検出光量は経時的に低下する傾向にあるので、例えば検出光量が１％低下したときに、調光フィルタ５をそのスリット６が大きくなる方向に回転させて、被照射面への光量は一定とする。

このようにして、検出光量に応じて徐々に調光フィルタ５により導光ロッド２０への入射光量を増大させることにより、１５００〜２０００時間点灯後でも、当初照射光量と略等しい光量に維持して照射することができる。

なお上述の説明では、光量コントローラ１１として導光ロッド２０への入射光量を可変制御する調光フィルタ５を用いたが、本発明はこれに限らず、光源の光量を可変制御する調光回路としも同様に実施することができる。

本発明に係る光源装置を示す正面図。 図２は図１に組み込む本発明に係る光量モニタの正面図。 図３は図２の一部拡大図で光の進行方向を示す正面図。 図４は図２における導光ロッド遮光体とファイバー保持具部の分解正面図。 図５は図２における導光ロッドの内接円と光ファイバーの太さの関係を示す説明図。 図６は図１における調光フィルタの側面図。

符号の説明

１ 光源装置本体
２ 光源
３ 反射ミラー
４ 赤外線カットフィルタ
５ 調光フィルタ
６ スリット
７ ステップモータ
１０ 点灯回路
１１ 光量コントローラ
２０ 導光ロッド
２１ 導光ロッド遮光体
２３ 光出射端面
３０ 光ファイバー
３１ 入射端面
３２ 光路分離体
３３ ファイバー保持具
４０ 光センサ
４１ 拡散板

Claims (5)

1. 光源から被照射物へ照射される照明光の照射光量を検出する光量モニタであって、
   光源から被照射物に至る光路中に、光入射端面となる片端側から入射した光を光出射端面となる他端側から出射する多角柱状の導光ロッドと、同導光ロッドから出射する光を被照射物へ導く光ファイバーとを有し、同導光ロッドと光ファイバーは対向面に間隔を有して配置され、同導光ロッドと光ファイバーの間に、同導光ロッドから出射する光の一部が光ファイバーへ入射する光と分離される構成がなされ、分離された空間を導光された光を光センサが受け、同光センサが受けた光量を照射光量として検出するように構成したことを特徴とする光量モニタ。
2. 導光ロッドの内接円と同じ太さの光ファイバーを用いて構成しことを特徴とする請求項１記載の光量モニタ。
3. 光ファイバーの入射端部に筒状の光路分離体を有することを特徴とする請求項１及び請求項２記載の光量モニタ。
4. 光路分離体の導光路面を傾斜して構成したことを特徴とする請求項３記載の光量モニタ。
5. 光源から被照射物へ照射される照明光の照射光量を検出する光量モニタと、その検出光量に応じて照射光量を制御する光量コントローラを備えた光源装置において、
   前記、光量モニタとして光源から被照射物に至る光路中に、光入射端面となる片端側から入射した光を光出射端面となる他端側から出射する多角柱状の導光ロッドと、同導光ロッドから出射する光を被照射物へ導く光ファイバーとが対向面に間隔を有して配置され、同導光ロッドと光ファイバーの間に、同導光ロッドから出射する光の一部が光ファイバーへ入射する光と分離される構成がなされ、分離された空間を導光された、光を光センサが受け、同光センサが受けた光量を照射光量として検出するように構成したことを特徴とする光源装置。

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