(57)【要約】【課題】  導光ロッドの個体差を無くし、内部欠陥やキズに依存する漏光量を測定することなく、導光ロッドから出力される検出光の光量を増加させて検出精度を向上させると共に、導光ロッドからは均一の光量分布の光を出射できるようにする。【解決手段】  光源（２）から被照射物に至る光路中に、光入射端面（７in）となる片端側から入射した光を均一化して光出射端面（７out）となる他端側から出射する多角柱状のロッドインテグレータから成る導光ロッド（７）が配され、光出射端面（７out）のエッジ部（９）の外周面に該エッジ部（９）で散乱して外部に出射する光をさらに拡散させる光拡散体（１０）が設けられると共に、光拡散体（１０）で拡散された光の光量を照射光量として検出する光センサ（１５）を設けた。【選択図】図１
2007101465.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項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均一化して光出射端面となる他端側から出射する多角柱状のロッドインテグレータから成る導光ロッドが配され、前記光出射端面のエッジ部の外周面に該エッジ部で散乱して外部に出射する光をさらに拡散させる光拡散体が設けられると共に、該拡散体で拡散された光の光量を前記照射光量として検出する光センサが配されたことを特徴とする光量モニタ。
【請求項２】
前記導光ロッドの出射端面側に、内周面を光拡散面に形成した環状の光拡散空間がエッジ部を囲むように形成され、該光拡散空間内に前記光センサが配されると共に、前記エッジ部のうち少なくとも光センサと対向するエッジ部に光拡散体が設けられてなる請求項１記載の光量モニタ。
【請求項３】
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均一化して光出射端面となる他端側から出射する多角柱状のロッドインテグレータから成る導光ロッドが配され、前記光出射端面のエッジ部の外周面に該エッジ部散乱して外部に出射する光をさらに拡散させる光拡散体が設けられると共に、該拡散体で拡散された光の光量を前記照射光量として検出する光センサが配されたことを特徴とする光源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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、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。
【０００５】
ここで、照射光量が減衰する原因としては、ランプ自体の発光量の変化の他、ランプの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が考えられる。
【０００６】
そこで本出願人は、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光源装置を提案した。
【特許文献１】特開２００５−２３３９２７号公報
【０００７】
これによれば、ランプから出射されて反射鏡で集光された光が導光ロッドに入射されると、導光ロッド内に形成された無数の内部欠陥や、周面に付いた細かなキズで光が乱反射を起こし、その光の一部が周面から漏れる。
そして、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、これをかなり正確に検出することができた。
【０００８】
しかしながら、漏光量は内部欠陥やキズに依存するため、導光ロッドごとに漏光量が著しく異なるため、出荷時のキャリブレーション調整が困難になるという問題があった。
また、内部欠陥やキズが少なく導光ロッドとしては品質の良好なものほど漏光が少ないため検出精度が低下し、導光ロッドによっては、光量分布パターンが変化したときに必ずしも照射光量を正確に検出できない場合があることが判明した。
さらに、従来の円柱状の導光ロッドの出射光は入射光の光量分布が維持されるため、均一の光量分布を有する照明光が要求される場合に、別途、光を均一化する光学系を設けなければならないという問題がある。
【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、導光ロッドの個体差を無くし、内部欠陥やキズに依存する漏光量を測定することなく、導光ロッドから出力される検出光の光量を増加させて検出精度を向上させると共に、導光ロッドからは均一の光量分布の光を出射できるようにすることを技術的課題としている。
【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、本発明に係る光量モニタは、光源から被照射物に照射される光の照射光量を検出するためのもので、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均一化して光出射端面となる他端側から出射する多角柱状のロッドインテグレータから成る導光ロッドが配され、光出射端面のエッジ部の外周面に該エッジ部で散乱して外部に出射する光をさらに拡散させる光拡散体が設けられると共に、該拡散体で拡散された光を検出する光センサが配されたことを特徴としている。
また、本発明に係る光源装置は、上述の光量モニタ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ことを特徴としている。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係る光量モニタは、光源から被照射物に至る光路中にロッドインテグレータから成る導光ロッドが配されているので、光源から照射された光に光分布があっても、ロッドインテグレータで均一化されて、その光出射端面から出射される。
そして、出射された光は、被照射物に直接照射され、あるいは、ライトガイドなどで導かれて被照射物に照射される。
【００１２】
ここで、導光ロッドの光出射端面と側面との稜線で形成されるエッジ部はミクロ的にみると粗面で形成されているので、ロッド内を進行する光の内、エッジ部に照射された光はそこで散乱してロッド外部に出射される。
また、エッジ部の粗面から出射される散乱光の光量は、ロッド内部に形成された内部欠陥や側面についたキズに起因する漏光に比してはるかに大きく、また、一定の品質検査をクリアした導光ロッドであればどのロッドも略均一であるので、エッジ部からの散乱光の光量は略一定であり導光ロッドによる個体差はほとんどない。
ただし、ロッド外部へ向かう散乱光の進行方向や指向性はロッドによって異なるので、この散乱光をエッジ部外周面に設けた光拡散体でさらに拡散させることにより平均化して光センサに導き、その光量を照射光量として検出している。
【００１３】
このように、本発明では、導光ロッドの光出射端面のエッジ部からの散乱光をさらに拡散体で拡散させて平均化して検出しているので、導光ロッドの個体差が無く、検出精度を向上させることができる。
また、導光ロッドはロッドインテグレータで形成されているので、入射される光がガウシアン分布のような光量分布を有していても、出射される光の光量分布を均一化することができ、均一の光量分布を有する照明光が要求される場合に、別途、光を均一化する光学系を設ける必要がない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本例では、導光ロッドの個体差を無くし、内部欠陥やキズに依存する漏光量を測定することなく、導光ロッドから出力される検出光の光量を増加させて検出精度を向上させると共に、導光ロッドからは均一の光量分布の光を出射できるようにするという課題を達成するために、光を均一化して出射する多角柱状のロッドインテグレータを導光ロッドとして用い、その光出射端面のエッジ部からの散乱光をさらに光拡散体で拡散させて平均化し、その光量を照射光量として光センサで検出するようにした。
【００１５】
図１は本発明に係る光源装置を示す説明図、図２は導光ロッドを示す説明図、図３は調光フィルタを示す説明図、図４は光量モニタによる光の検出メカニズムを示す説明図、図５は検出光量と照射光量の関係を示す説明図である。
【実施例１】
【００１６】
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もので、筐体３に、メタルハライドランプなどの光源４から検査対象物（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５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６を備えている。
【００１７】
光量モニタ５は、光源４から被照射物に至る光路中に、光入射端面７inとなる片端側から入射した光を均一化して光出射端面７outとなる他端側から出射する正六角柱状のロッドインテグレータから成る導光ロッド７を備えている。
導光ロッド７は、本例では、断面が対辺間距離２１ｍｍの正六角形の長さ１２０ｍｍのガラス体で形成され、光源４から照射された光を集光する楕円反射鏡８の光軸Ｘと同軸的に配されると共に、反射鏡８の第二焦点Ｆが光入射端面７inの中心に位置するように配され、光出射端面７outにバンドルファイバ２の光入射端２inが対向して配されている。
【００１８】
また、導光ロッド７は、図２に示すように、光出射端面７outのエッジ部９の外周面に、該エッジ部９から外部に散乱する光をさらに拡散させる光拡散体１０が設けられており、本例では、六角柱の側面に沿ってその長手方向にテフロン樹脂（デュポン社の商品名）からなるスペーサ兼用の光拡散体１０が貼り付けられて遮光ケース１１内に挿入されている。
【００１９】
遮光ケース１１は、導光ロッド７を挿入する六角上の挿入孔１２が形成されると共に、光出射端面７out側に、内周面１３を光拡散面に形成した環状凹溝からなる光拡散空間１４が光出射端面７outのエッジ部９を囲むように形成され、光拡散体１０で拡散された光の光量を照射光量として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１５が、その受光面を導光ロッド７の側面と平行にして前記光拡散空間１４に設けられている。
これにより、光センサ１５に対向するエッジ部９で散乱された光は、光拡散体１０で拡散されて平均化されて光センサ１５に入射され、光センサ１５に対して導光ロッド７の裏面側のエッジ部９で散乱された光は光拡散空間１４内で散乱しながら光センサ１５に入射される。
この場合に、導光ロッド７の光出射端面７outに、照射光量に影響を与えない程度にフロスト処理を施しておけば、導光ロッド７を透過する光の一部が導光ロッド７内に戻され、その戻り光の一部がロッド側面から光拡散空間１４内に入射されるので、検出光量をより増大させることができる。
【００２０】
光量コントローラ６は、その入力側に光量モニタ５の光センサ１５が接続されると共に、出力側に調光フィルタ１６を所定角度回転させるステップモータ１７を備えている。
この調光フィルタ１６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３参照）、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。
【００２１】
なお、１８は光源４となるメタルハライドランプなどの点灯回路、１９は赤外線カットフィルタである。
【００２２】
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。
光源４から照射された光は楕円反射鏡８でその第二焦点Ｆに集光されて、六角柱状の導光ロッド７に入射され、光出射端面７out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７outに向かう。
導光ロッド７は、ロッドインテグレータで形成されているので光量分布が均一化されて光出射端面７outから出射され、バンドルファイバ２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。
したがって、導光ロッド７に入射される光がガウシアン分布のような光量分布を有していても、出射される光の光量分布を均一化することができ、均一の光量分布を有する照明光が要求される場合に、別途、光を均一化する光学系を設ける必要がない。
【００２３】
光出射端面７outのエッジ部９はミクロ的に見ると図４に示すように粗面で形成されているので、導光ロッド７内を進行した光のうちエッジ部９に達した光は散乱され、導光ロッド７からランダムな方向に出射される。
このとき、エッジ部９の外周面には光拡散体１０が配されているので、ランダムな方向に散乱された光のうち、光センサ１５に対向するエッジ部９から出射される散乱光は、光拡散体１０で拡散されて平均化されて光センサ１５に入射され、光センサ１５に対して導光ロッド７の裏面側のエッジ部９から出射される散乱光は光拡散空間１４内で拡散しながら光センサ１５に入射される。
【００２４】
このエッジ部９の粗面から出射される光量は、ロッド７の内部に形成された内部欠陥や側面についたキズに起因する漏光に比してはるかに大きく、また、一定の品質検査をクリアした導光ロッド７であればどれも略均一であるので、エッジ部９からの散乱光の光量は略一定であり導光ロッド７による個体差はほとんどない。
このように、光センサで検出される検出光は、導光ロッド７による個体差がないので、工場出荷時のキャリブレーションを行うときに、ゲインに大きな差がないので、その分、キャリブレーションが容易になるというメリットがある。
【００２５】
また、エッジ部９からの散乱光を、光拡散体１０でさらに拡散させて平均化して光センサ１５で検出しているので、ロッド７の外部へ向かう散乱光の進行方向や指向性が導光ロッド７によって異なることがあっても、その影響を受けることなく照射光量を検出することができる。
【００２６】
発明者の実験によれば、照明光の照射光量変化が、光源４の光量変化に起因するか、導光ロッド７に入射される光の光量分布の変化に起因するものとを問わず、照射光量と光センサ１６で検出された検出光量との間に相関が見られた。
すなわち、バンドルファイバ２の光出射端に置かれた光センサ（図示せず）で照射光量を検出し、定格電圧を印加したときの検出光量を１００％とし、そのとき光センサ１５で検出された検出光量を同じく１００％として比較したところ、図５に示すようなリニアな関係が得られた。
【００２７】
この光源装置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１６でランプ４の光量を最大光量の６０％程度に落としておく。
この状態で光量モニタ５の光センサ１５で検出された検出光量Ｑ０を１００％として光量コントローラ６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１６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１６をそのスリット１６ａ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。
【００２８】
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、しかも、その原因が光源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。
【００２９】
このようにして、検出光量に応じて徐々に調光フィルタ１６により導光ロッド７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。
【００３０】
なお上述の説明では、光量コントローラ６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１６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、光源４として、可視光を照射するランプ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。
さらに、裏面側のエッジ部９から出射された散乱光は、光拡散体１０が設けられていなくても光拡散空間１４の内周面で拡散しながら光センサ１５に案内されるので、光拡散体１０は少なくとも光センサ１５と対向する側に形成されていれば足り、裏面側には必ずしも設けられていなくても良い。
また、導光ロッド７は正六角柱に限らず、任意の多角柱状のロッドインテグレータであればよく、特に照射光を長方形のスクリーンや基板にそのまま投影するような場合は、断面がそのスクリーン等の縦横比に等しい四角柱状のロッドインテグレータを使用すればよい。
【産業上の利用可能性】
【００３１】
以上述べたように、本発明は、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等の光源装置の用途に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明に係る光源装置を示す説明図。
【図２】導光ロッドを示す説明図。
【図３】調光フィルタを示す説明図。
【図４】光量モニタによる光の検出メカニズムを示す説明図。
【図５】検出光量と照射光量の関係を示すグラフ。
【符号の説明】
【００３３】
１  光源装置  
４  光源  
５  光量モニタ  
６  光量コントローラ
７  導光ロッド  
７in  光入射端面７in  
７out  光出射端面７out  
９  エッジ部  
１０  光拡散体  
１４  光拡散空間  
１５  光センサ  
【図１】
2007101465.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
2007101465.tif 000006
【図５】
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