(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ランプの光を反射鏡で集光して光出射口から出射させ、直接的又は間接的に被照射物に対し所定の照射光量で照射する際に、反射鏡で集光された光を光入射端面から入射させ、光出射端面から光出射口に導く光路となる導光ロッドからの漏光量を検出する光センサを備えた光量モニタと、その検出光量に応じて前記照射光量をフィードバック制御する光量コントローラを備えた光源装置において、
前記導光ロッドは、その周面に、光センサで検出する漏光を外部に導き出す部分を除いて、遮光材となる遮光パイプが外装されると共に、
導光ロッドの光入射側端面に、その周縁部を覆うと共に当該導光ロッドの口径より小径の透光部が形成されたアパーチャが取り付けられ、
その光出射端面に、導光ロッドを透過する光の一部を導光ロッド内に戻すフロスト処理が施され、
前記遮光パイプの内周面周方向に沿って形成された環状凹溝の内面が光拡散面で形成され、当該環状凹溝が導光ロッドからの漏光を拡散させる光拡散空間に形成されると共に、
前記光センサがその光検出面を導光ロッドの周面に対向させて前記光拡散空間に取り付けられたことを特徴とする光源装置。
【請求項２】
光源から出射された光を導く光路となる導光ロッドと、その導光ロッドの周面からの漏光量を検出する光センサとを備えた光量モニタにおいて、
前記導光ロッドは、その周面に、光センサで検出する漏光を外部に導き出す部分を除いて、遮光材となる遮光パイプが外装されると共に、
導光ロッドの光入射側端面に、その周縁部を覆うと共に当該導光ロッドの口径より小径の透光部が形成されたアパーチャが取り付けられ、
その光出射端面に、導光ロッドを透過する光の一部を導光ロッド内に戻すフロスト処理が施され、
前記遮光パイプの内周面周方向に沿って形成された環状凹溝の内面が光拡散面で形成され、当該環状凹溝が導光ロッドからの漏光を拡散させる光拡散空間に形成されると共に、
前記光センサがその光検出面を導光ロッドの周面に対向させて前記光拡散空間に取り付けられたことを特徴とする光量モニタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光量コントローラを備えた光源装置に関し、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の光源に用いて好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
例えばフラットパネルディスプレイ製造工程では、従来より、検査対象物となるガラス板や塗料塗布面に光を照射し、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。
【０００３】
その際、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。
【０００４】
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、カメラ側の明るさが変わらぬようにその都度光量調整が必要となる。
【０００５】
そのため従来は、図１１に示すように、ランプ３１から照射されて赤外線カットフィルタ３７を透過した光の光量分布を均一化してバンドルファイバ３２に導くミキシングロッド３３の光出射端３３outに検出用光ファイバ３４の一端を接続し、該検出用光ファイバ３４の他端に接続した受光素子３５で検出された光量に基づいて駆動回路３６から出力されるランプ３１の供給電力をコントロールしている。
【特許文献１】特開２００１ー３０７５２３
【０００６】
ところが、発明者の実験によれば、ミキシングロッド３３の光出射端３３outから出射される光の光量を検出した場合、ランプ自体３１の発光量の変化を精度よく検出することができるものの、実際にラインに使用してみると、検査対象物への照射光量が変化しているにも拘わらず、この照射光量変化を検出できない場合があることが判明した。
さらに原因を追求したところ、検査対象物への照射光量が経時的に減衰していく原因は、ランプ３１自体の発光量の変化よりも、むしろ電極の変化に伴い放電箇所が変化したり、発光点が第一焦点から外れてしまうなど、ランプの光量分布パターンの変化による影響の方が強いことが判明した。
すなわち、ランプ３１の発光量にはほとんど変化が無くても、光量分布パターンが変化すると、バンドルファイバ等を介して検査対象物に照射される照射光量に変化を生じるのである。
【０００７】
そして、ミキシングロッド３３の光出射端３３outから光を導出させてその光量を検出する場合、発光点が第一焦点からずれるなどして照射光量が変化しても、ランプ３１自体の発光量に変化がなければこれを検出することができず、結局、検査対象物への照射光量を一定に維持することができないという致命的な欠陥を生じた。
これは、ランプ３１から照射された強い光の一部が、光出射端部３３outの検出用光ファイバ３４を接続する部分にも直接照射されてしまうことが原因と考えられる。
【０００８】
現に、この装置では、ランプ３１により光量分布パターンが異なっても、バンドルファイバ３２に入射される光量と、検出用光ファイバの光量との比が変化しないという特性を有しているため、光量分布パターンの変化に起因する照射光量の変化を検出することは到底不可能であった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
そこで本発明は、ランプ光量変化に起因する照射光量変化があっても、光量分布パターンの変化に起因する照射光量変化があっても、これを正確に検出して、照射光量を一定に維持できるようにすることを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この課題を解決するために、本発明は、ランプの光を反射鏡で集光して光出射口から出射させ、直接的又は間接的に被照射物に対し所定の照射光量で照射する際に、反射鏡で集光された光を光入射端面から入射させ、光出射端面から光出射口に導く光路となる導光ロッドからの漏光量を検出する光センサを備えた光量モニタと、その検出光量に応じて前記照射光量をフィードバック制御する光量コントローラを備えた光源装置において、
前記導光ロッドは、その周面に、光センサで検出する漏光を外部に導き出す部分を除いて、遮光材となる遮光パイプが外装されると共に、
導光ロッドの光入射側端面に、その周縁部を覆うと共に当該導光ロッドの口径より小径の透光部が形成されたアパーチャが取り付けられ、
その光出射端面に、導光ロッドを透過する光の一部を導光ロッド内に戻すフロスト処理が施され、
前記遮光パイプの内周面周方向に沿って形成された環状凹溝の内面が光拡散面で形成され、当該環状凹溝が導光ロッドからの漏光を拡散させる光拡散空間に形成されると共に、
前記光センサがその光検出面を導光ロッドの周面に対向させて前記光拡散空間に取り付けられたことを特徴としている。
【発明の効果】
【００１１】
導光ロッドには無数の内部欠陥があるだけでなく、その外表面にも細かなキズがあるので、反射鏡で集光された光が導光ロッドに入射されると、内部欠陥やキズで乱反射を起こし、その光の一部が周面から漏れる。
特に本発明では、導光ロッドの光出射端面に照射光量に影響を与えない程度にフロスト処理を施こされているので、導光ロッドを透過する光の一部が導光ロッド内に戻され、戻り光が導光ロッドの内部欠陥やキズで乱反射を起こし、その一部が漏光となるので、漏光の光量が大きくなり検出精度が向上する。
そして、発明者の実験によれば、この導光ロッドの周面に光センサを設けて導光ロッドからの漏光量と、導光ロッドの光出射口に接続したバンドルファイバ先端から被照射物への照射光量を検出したところ、ランプ自体の発光量変化に起因する照射光量変化はもちろんのこと、光量分布パターンの変化に起因する照射光量変化があっても、これを正確に検出することができた。
【００１２】
すなわち、原因は不明でも、導光ロッドからの漏光量は、被照射物へ照射される照射光量と対応しているので、漏光量を検出することにより、被照射物に照射される光の照射光量の変化を確実に検出することができた。
したがって、検出光量が変化したときに、ランプから導光ロッドへ入射される光量を調整すれば、光量が一定に維持することができる。  この場合に、光量調整は、例えば、調光フィルタにより導光ロッドへの入射光量を可変制御すればよい。
【００１３】
なお、光量モニタの導光ロッドの周面が、光センサで検出する漏光を外部に導き出す部分を除き遮光材で覆われているので、外部から入射される光の影響を受けることなく正確に光量を検出することができる。
【００１４】
また、光センサの光検出面を導光ロッドの周面に対向して配し、導光ロッドの周面と光検出面との間に光拡散空間を形成すれば、その光拡散空間内に漏れ出た光が平均化されるので、より正確に検出できる。
【００１５】
さらに、導光ロッドに外装される遮光パイプの内周面に形成した環状凹溝からなる光拡散空間を形成して、その光拡散空間に光センサを取り付ければ、導光ロッドの全周からの漏光が光拡散空間内で拡散されて、その全体の漏光量を光センサで検出できるので、検出精度が向上する。
【００１６】
導光ロッドの端面周縁部には大きな欠けやキズが生じやすく、そのような欠けやキズがあると検出精度に影響を与えるため、導光ロッドの口径より小径の透光部が形成されたアパーチャを導光ロッドの光入射側端面に取り付けて、その端面周縁部を覆うようにすれば、その欠けやキズを透過する光を遮断することができ、結果として検出精度が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本例では、ランプ自体の発光量変化に起因する照射光量変化はもちろんのこと、光量分布パターンの変化に起因する照射光量変化があっても、これを正確に検出して、照射光量を一定に維持するという課題を極めて簡単な構成で実現した。
【００１８】
図１は本発明に係る光源装置を示す説明図、図２は調光フィルタを示す説明図、図３〜図８は光量モニタを示す説明図、図９はフロスト処理による光損失と検出光量及び照射光量の関係を示すグラフ、図１０は照射光量と検出光量の関係を示すグラフである。
【００１９】
図１に示す光源装置１は、例えば検査対象物（被照射物）の表面を撮像して画像処理により製品検査を行う際に、バンドルファイバ２を介して検査対象物に照明光を照射するために用いられる。
この光源装置１は、筐体３内に配されたメタルハライドランプ４から照射された光を楕円反射鏡５で集光して、赤外線カットフィルタ２０を透過させて、光出射口６から出射させ、光出射口６に接続されたバンドルファイバ２を介して検査対象物に照射するようになっている。
【００２０】
また、筐体３内には、反射鏡５で集光された光を光出射口６に導く光路となる導光ロッド８からの漏光量を検出する光量モニタＭと、その検出光量に応じて照射光量をフィードバック制御する光量コントローラ７が設けられている他、ランプ４の点灯回路２１、冷却ファン２２が配されている。
【００２１】
光量モニタＭは、反射鏡５で集光された光を光出射口６に導く光路となる導光ロッド８と、その導光ロッド８の周面８ａからの漏光量を検出するシリコンフォトセルなどの光電変換型の光センサ９とを備えている。
導光ロッド８は透光性のガラス体で形成され、本例では、直径１２.４ｍｍ，長さ４０ｍｍの円柱ロッドで構成し、光入射端面８inの中心に反射鏡５の第二焦点が位置するように取り付けられている。
【００２２】
光量コントローラ７は、その入力側に光量モニタＭの光センサ９が接続されると共に、出力側に調光フィルタ１０を所定角度回転させるステップモータ１１を備えている。
この調光フィルタ１０は、開口率が徐々に変化する多数のスリットが円周上に配列形成され（図２参照）、回転に伴ってその回転方向に応じて透過光量が漸増／漸減するようになっている。
【００２３】
図３〜図８は試作した光量モニタＭ１〜Ｍ６の例であり、図７及び図８が本発明に係る光量モニタＭ５及びＭ６の例である。
図３（ａ）に示す光量モニタＭ１は、導光ロッド８の周面８ａに光センサ９の光検出面９ａを当接させている。
これにより、導光ロッド８内を透過する光が、図３（ｂ）に示すように、その導光ロッド８内の欠陥Ｃに当ったり、導光ロッド８内を全反射しながら進行する光が周面８ａ上のキズに当ったりして乱反射すると、その一部が光センサ９側に漏れるので、光センサ９ではその漏光量が検出される。
【００２４】
図４（ａ）に示す光量モニタＭ２は、光センサ９を装着する装着孔１２を管壁１３ａに貫通形成した遮光パイプ（遮光材）１３が導光ロッド８に外装されて、光センサ９により検出する漏光を外部に導き出す部分を除き、導光ロッド８の周面８ａが遮光材で覆われている。
これによれば、光センサ９で漏光量が検出されるのは光量モニタＭ１と同様であるが、図４（ｂ）に示すように周面８ａが、導光ロッド８外の明るさの変化や、筐体３内に漏れて入ってくる外光の影響を受けることがない。
また、装着孔１２の内面が光拡散面１２ａで形成され、光センサ９の光検出面９ａを導光ロッド８の周面８ａに対向して装着したときに、光検出面９ａと導光ロッド８の周面８ａとの隙間（例えば８ｍｍ程度）が光拡散面１２ａで囲まれた光拡散空間１４になっている。
これにより、装着孔１２からの漏光が光拡散空間１４で散乱して平均化されるので、より検出精度が高くなると考えられる。
【００２５】
図５（ａ）に示す光量モニタＭ３は、導光ロッド８に外装される遮光パイプ１５の内周面に、その周方向に沿って形成された環状凹溝１６の内面を光拡散面１６ａとする環状の光拡散空間１７が形成され、光センサ９が導光ロッド８の周面に対向して所定の隙間（例えば８ｍｍ程度）をもって光拡散空間１７に取り付けられている。
これによれば、図５（ｂ）に示すように、導光ロッド８の周面８ａの全周にわたって光拡散空間１７が形成されており、光センサ９に対向する部分のみならず、導光ロッド８の全周からの漏光が光拡散空間１７内で拡散されて、その全体の漏光量を光センサで検出できるので、検出精度が向上する。
【００２６】
図６（ａ）に示す光量モニタＭ４は、前記光量モニタＭ３の導光ロッド８の光入射端面８inに、導光ロッド８の口径より小径の透光部１８ａが形成されたアパーチャ１８が装着され、これにより導光ロッド８の光入射側端面周縁部８ｂが覆われている。
これによれば、図６（ｂ）に示すように、導光ロッド８の端面周縁部８ｂに大きな欠けやキズが生じていても、その欠けやキズを透過する光を遮断することができるので、検出精度に悪影響を及ぼすことがなく、結果として検出精度が向上する。
【００２７】
図７（ａ）に示す光量モニタＭ５は、前記光量モニタＭ３の導光ロッド８の光出射端面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してなる。
これによれば、図７（ｂ）に示すように、導光ロッド８を透過する光の一部が導光ロッド８内に戻され、戻り光が導光ロッド８の内部欠陥やキズで乱反射を起こし、その一部が漏光となるので、漏光量が大きくなり、より検出精度が向上する。
フロスト処理は、光出射端面８outを粗すことにより形成されるが、フロスト処理することにより光出射端面８outを通過する光は乱反射されて光量ロスを生じるが、その分、検出光量が向上する。
【００２８】
図９はフロスト処理による光損失に対する検出光量及び照射光量の変化を示すグラフで、横軸がフロスト処理を施したときの導光ロッドの透過光の光損失、縦軸左側のスケールが照射光量、縦軸右側のスケールが検出光量で、いずれもフロスト処理を行わなかった場合（光損失０）を１００％としたときの光量を示している。
これによれば、フロスト処理により表面が粗されて光損失大になるほど、検出光量が上昇して検出精度は向上するが、バンドルファイバ２からの照射光量は低下する。
したがって、例えば、照射光量を９０％以上確保し、検出光量を２００％以上確保しようとすると、フロスト処理による光損失は４.５〜５.５％程度に抑える必要がある。
【００２９】
さらに、図８（ａ）に示す光量モニタＭ６は、前記光量モニタＭ５の導光ロッド８の光入射端面８inに、光量モニタＭ４で用いたアパーチャ１８を装着してなる。
これによれば、図８（ｂ）に示すように、アパーチャ１８により外乱が除かれ、さらに、フロスト処理により漏光量が大きくなり、より検出精度が向上する。
【００３０】
図１０はこのように形成された各光量モニタＭ１〜Ｍ６を用いて、バンドルファイバ２から照射された照射光量と、光量モニタＭ１〜Ｍ６の検出光量を示すグラフである。
照射光量の変化は、大きく分けて、ランプ４の光量変化に起因する場合と、バンドルファイバ２に入射される光量分布の変化に起因する場合がある。
そこで、ランプ４から導光ロッド８へ入射される光量を変化させたときの照射光量に対する光量モニタＭ１〜Ｍ６の検出光量を測定すると共に、反射鏡５の第二焦点の位置を導光ロッド８の中心からずらすことにより光量分布を変化させたときの照射光量に対する検出光量を測定した。
【００３１】
グラフの横軸は照射光量、縦軸は検出光量を表わし、照射光量はランプ４を定格電圧で点灯させたときに、バンドルファイバ２の光出射端に配した光センサにより検出された光量を１００として正規化した値、検出光量は照射光量１００のときの光量モニタＭ１〜Ｍ６により検出された光量を１００として正規化した値である。
【００３２】
破線Ｌ０は、調光フィルタ１０を回転させて導光ロッド８への入射光量を変化させたときの照射光量に対する光量モニタＭ１〜Ｍ６の検出光量を示している。
この場合は、どの光量モニタＭ１〜Ｍ６も測定結果は一致し、検出光量は照射光量に正確に追従している。
【００３３】
また、実線Ｌ１〜Ｌ６は、反射鏡５の第二焦点の位置を導光ロッド８の中心からずらすことにより変化する照射光量変化に対する光量モニタＭ１〜Ｍ６の検出光量変化を示す。
この場合、導光ロッド８の光入射端面８inにアパーチャ１８を装着し、光出射端面８outにフロスト処理を施した光量モニタＭ６の検出光量が照射光量に正確に追従している（実線Ｌ６参照）。
したがって、光量モニタＭ６は照射光量の変化がランプ４の光量変化に起因する場合も、光量分布変化に起因する場合も漏光量を検出しこれに基づいて照射光量を制御することが可能となる。
【００３４】
また、それ以外の光量モニタＭ１〜Ｍ５は、全範囲にわたって検出光量が照射光量に正確に追従するものではないが、照射光量１００％近傍の範囲では、光量モニタＭ６と同様、検出光量が照射光量に正確に追従している（実線Ｌ１〜Ｌ５参照）。
すなわち、光センサ９で検出される漏光量は、バンドルファイバ２から照射される照射光量と対応しているので、照射光量変化がランプ４の光量変化に起因する場合も、光量分布変化に起因する場合も、漏光量に基づいて照射光量を制御することが可能となる。
【００３５】
以上が本発明の一構成例であって、次にその作用について説明する。
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１０でランプ４の光量を６０％程度の光量に落としておく。
この状態で光量モニタＭ（Ｍ１〜Ｍ６）の光センサ９で検出された検出光量Ｑ０を１００％として光量コントローラ７に記憶しておき、検出光量Ｑが変化したときに当初記憶した検出光量Ｑ０に等しくなるように調光フィルタ１０を回転させる。
検出光量Ｑは経時的に低下する傾向にあるので、例えば検出光量Ｑが１％低下したときに、調光フィルタ１０をそのスリット１０ａが大きくなる方向に回転させて、検出光量Ｑ＝１００（％）となるように光量調整を行う。
【００３６】
この場合に、検出光量Ｑは常に１００（％）に維持されており、検出光量Ｑが１％変化するたびに光量調整されるので、検出光量Ｑは常に１００（％）近傍で変化し、したがって、どの光量モニタＭ１〜Ｍ６を使用する場合も、照射光量変化を正確に検出することができる。
しかも、その原因がランプ４の光量変化に起因するものであっても、光量分布の変化に起因するものであっても、その原因にかかわらず照射光量を正確に検出できる。
【００３７】
このようにして、検出光量に応じて徐々に調光フィルタ１０により導光ロッド８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で照射することができる。
【００３８】
なお上述の説明では、光量コントローラ７として導光ロッド８への入射光量を可変制御する調光フィルタ１０を用いたが、本発明はこれに限らず、ランプ光量を可変制御する調光回路であってもよい。
また、本発明は、可視光を照射するランプ４を用いる場合に限らず、紫外線ランプ、赤外線ランプを光源とする光照射装置にも適用し得る。
【００３９】
以上述べたように、本発明に係る光源装置によれば、ランプ光量の変化に起因する照射光量変化も、光量分布の変化に起因する照射光量変化も同様に検出することができるので、その検出光量に基づいて照射光量を一定に維持するようにコントロールすることができるという大変優れた効果を奏する。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
本発明は、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が要請される画像処理検査装置等の光源装置等に用途に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明に係る光源装置を示す説明図。
【図２】調光フィルタを示す説明図。
【図３】光量モニタを示す説明図。
【図４】光量モニタを示す説明図。
【図５】光量モニタを示す説明図。
【図６】光量モニタを示す説明図。
【図７】光量モニタを示す説明図。
【図８】光量モニタを示す説明図。
【図９】フロスト処理による光損失と検出光量及び照射光量の関係を示すグラフ。
【図１０】照射光量と検出光量の関係を示すグラフ。
【図１１】従来装置を示す説明図。
【符号の説明】
【００４２】
１    光源装置
４    ランプ
５    反射鏡５
６    光出射口６  
Ｍ（Ｍ１〜Ｍ６）  光量モニタ
７    光量コントローラ  
８    導光ロッド
８ａ  周面
９    光センサ
９ａ  光検出面
１０  調光フィルタ
１２ａ、１６ａ  光拡散面
１３、１５  遮光パイプ（遮光材）１３  
１４、１７  光拡散空間
１６  環状凹溝
１８  アパーチャ
【図１】
0004604572.tif 000002
【図２】
0004604572.tif 000003
【図３】
0004604572.tif 000004
【図４】
0004604572.tif 000005
【図５】
0004604572.tif 000006
【図６】
0004604572.tif 000007
【図７】
0004604572.tif 000008
【図８】
0004604572.tif 000009
【図９】
0004604572.tif 000010
【図１０】
0004604572.tif 000011
【図１１】
0004604572.tif 000012