光源裝置和其使用的光量監視器的製作方法
2023-06-17 10:04:21 1
專利名稱：光源裝置和其使用的光量監視器的製作方法
技術領域：
本發明涉及具有光量控制器的光源裝置，特別是適用於象使用CCD照相機等的圖像處理檢查裝置等那樣的必須維持一定光量向檢查對象物體照射的檢查裝置的光源。
背景技術：
例如在顯示面板的製造工藝中，作為在先技術使用的是，向作為檢查對象物體的玻璃板和塗布有塗料的面照射光，通過CCD照相機等對它們進行觀察以檢測諸如劃痕以及塗裝工藝中的不良處等等的缺陷的圖像處理檢查裝置。
此時，作為光源裝置所要求的條件例如可舉出照向檢查對象物體(被照射物體)的光量至少在檢查時間內不能變化，而且能夠照射與所用照相機的感光度性能級別相適應的必要的光量的光。
作為圖像處理檢查用光源裝置的光源，使用滷素燈，LED等等的固體光元件，水銀燈以及金屬氫化物燈等的放電燈，其中，由於水銀燈和金屬氫化物燈等的放電燈，能夠上升時間緩慢地獲得高光量，因此最合適作為這種光源。
但是，由於這些放電燈照明1000-2000小時後向檢查對象物體照射的光量慢慢的衰減，因此在使用的時候，必須相對於照相機一側的亮度變化對它的照射光量進行調整。
由此，在在先技術中，如圖11所示的那樣，將從燈31照射出的從紅外線截取濾鏡37透過的光光量分布均勻地導入束狀光纖32中的混合棒33的光射出端33out與檢測用光纖34的一端連接，基於連接在該檢測用光纖34的另一端的感光元件35檢測出的光量，控制由驅動電路36輸出到燈31的供給電壓。
專利文件1特開2001-307523。
然而，通過發明人的實驗發現，雖然在檢測由混合棒33的光射出端33out射出的光的光量的場合下，能夠高精度地檢測出燈本體31的發光量的變化，但是實際上在準備使用在生產線上的時候，不受到照向檢查對象物體的照射光量的變化的限制，也存在不能檢測這個照射光量的變化的場合。
進一步追尋原因的時候，發現作為朝向檢查對象物體的照射光量隨時間衰減的原因，與其說其受到燈31自身的發光量的變化，不如說其受到隨著電極的變化引起的放電場所的變化，發光點離開第一焦點等，由燈的光量分布圖的變化導致的強烈的影響。
換句話說，即使燈31的發光量實際上沒有變化，由於光量分布圖變化了，通過束狀光纖等向檢查對象物體照射的照射光量也產生了變化。
在將來自混合棒33的光射出端33out的光導出並對它的光量進行檢測的場合，由於發光點偏離第一焦點等也使照射光量發生了變化，即使燈31自身的發光量沒有變化的時候也不能對它進行檢測，結果是，產生了不能維持以一定光量向檢查對象物體照射的致命缺陷。
這相信也是從燈31照射的強光的一部分直接照射到與光射出端33out的檢測用光纖34連接的部分的原因。
現在，這個裝置中，即使具有在由燈31引起的光量分布圖不同的時候，入射到束狀光纖32的光量和檢測用光纖的光量之間的比也不發生變化的特性，想要對由光量分布圖的變化引起的照射光量的變化進行檢測到底還是不可能。
因此本發明所要解決的問題是，無論是燈光量變化引起的照射光量的變化，還是光量分布圖變化引起的照射光量的變化，都能進行正確的檢測，並能夠穩定的維持該照射光量。
發明內容
為了解決這個問題，本發明提供一種具有在將燈的光通過反射鏡會聚並從光出射口射出，直接的或者間接地對著被照射物體進行照射的時候，檢測出照射在被照射物體上的光的照射光量的光量監視器，和反饋控制相應於這個檢測光量的照射光量的光量控制器的光源裝置，其特徵在於所述光量監視器，具有由將通過反射鏡會聚的光導入到光出射口的光路構成的導光棒，和將來自這個導光棒的周圍表面的漏光量作為所述照射光量進行檢測的光傳感器。
由於在導光棒上不只有無數的內部缺陷，在它的外表面上也存在細微的劃痕，因此通過反射鏡會聚的光入射到導光棒時，由其內部缺陷和劃痕引起漫反射，該光的一部分從周圍表面上漏出。
於是經過發明人的實驗，通過在這個導光棒的周圍表面上設置光傳感器，來檢測從導光棒漏出的光量，和從與導光棒的光出射口連接的束狀光纖的前端照向被照射物體的照射光量的時候，別說是由燈本體的發光量的變化引起的照射光量的變化，即使是由光量分布圖的變化引起的照射光量的變化，也能正確地檢測出來。
換句話說，即使是存在不明原因，也能正確檢測出照射到被照射物體上的光的照射光量。
因此，在檢測出的光量發生變化的時候，如果通過調整從燈入射到導光棒的光量，可穩定地維持光量。
這種場合中，光量的調整可以是如權利要求2中所記載的那樣，通過調光濾鏡可變地控制朝嚮導光棒的入射光量。
而且，如權利要求4那樣的，將光量監視器的導光棒的周圍表面中的，除了用光傳感器來檢測導出到外部的漏光的部分之外的部分，用遮光材料將它覆蓋，能夠不受到從外部入射的光的影響，正確檢測出光量。
另外，如權利要求5那樣的，光傳感器的光檢測面與導光棒的周圍表面相對的配置，導光棒的周圍表面和光檢測面之間的空隙形成由光擴散面環繞的光擴散空間，由於漏出的光在該光擴散空間中均勻化了，所以能夠更加正確地進行檢測。
進一步的，如權利要求6那樣的，在外裝在導光棒上的遮光管的內表面上形成由環狀凹槽構成的光擴散空間，光傳感器安裝在該光擴散空間上的話，從導光棒的整個表面漏出的光在光擴散空間內擴散，由於能夠通過光傳感器檢測該全部漏光量，因此提高了檢測精度。
由於在導光棒的端面周邊部分上容易產生大的缺陷和劃痕，以及由於這些缺陷和劃痕的存在影響檢測精度，因此如權利要求7那樣的，如果在導光棒的光入射一側端面安裝有由具有比導光棒的口徑還要小的直徑的透光部分形成的小孔，覆蓋該端面周邊部分，能夠遮斷從該缺陷和劃痕透過的光，其結果是提高了檢測精度。
另外還有，如權利要求8那樣的，以不對導光棒的光出射端面上的照射光量產生影響的程度的施加粗糙化處理，從導光棒透過的光的一部分回到導光棒內部，回去的光在導光棒的內部由缺陷和劃痕引起漫反射，由於它的一部分成為漏光，增大了漏光的光量，提高了檢測精度。
圖1示出本發明所述的光源裝置的示意圖。
圖2示出調光濾鏡的示意圖。
圖3示出光量監視器的示意圖。
圖4示出光量監視器的示意圖。
圖5示出光量監視器的示意圖。
圖6示出光量監視器的示意圖。
圖7示出光量監視器的示意圖。
圖8示出光量監視器的示意圖。
圖9示出了由粗糙化處理導致的光損失和檢測光量以及照射光量的關係圖。
圖10示出了照射光量和檢測光量的關係圖。
圖11示出在先技術的裝置的示意圖。
符號的說明1光源裝置4燈5反射鏡56光出射口6M(M1-M6)光量監視器7光量控制器8導光棒8a周圍表面9光傳感器9a光檢測面10調光濾鏡12a，16a光擴散面13，15遮光管(遮光材料)1314，17光擴散空間16環狀凹槽18小孔具體實施方式
本實施例中，用極為簡單的結構實現了無論是在燈自身的發光量的變化引起的照射光量的變化，還是光量分布圖的變化引起的照射光量的變化的情況下，都能夠進行正確的檢測，並穩定地維持照射光量的方案。
圖1是示出本發明所述的光源裝置的示意圖，圖2是示出調光濾鏡的示意圖，圖3-圖8是示出光量監視器的示意圖，圖9示出了由粗糙化處理導致的光損失和檢測光量以及照射光量的關係圖，圖10示出了照射光量和檢測光量的關係圖。
圖1示出的光源裝置1，用於例如在對檢查對象物體(被照射物體)的表面進行攝像並通過圖像處理進行產品檢查的時候，通過束狀光纖2向檢查對象物體照射照明光。
這個光源裝置1，將配置在殼體3內的金屬氫化物燈4照射的光通過橢圓反射鏡5會聚，透過紅外線截取濾鏡20，從光出射口6射出，通過與光出射口6連接的束狀光纖2照射到檢查對象物體上去。
另外，在殼體3內部，配置有檢測向檢查對象物體照射的光的照射光量的光量監視器M，對與該檢測光量相應的照射光量進行反饋控制的光量控制器7，之外還配置有燈4的照明電路21，冷卻風扇22。
光量監視器M包括由將通過反射鏡5會聚的光導入光出射口6的光路構成的導光棒8，和將來自該導光棒8的周圍表面8a的漏光量作為照射光量檢測的矽光電單元等的光電變換型光傳感器9。
導光棒8由透光性玻璃材料形成，本實施例中，由直徑12.4mm，長40mm的圓柱棒構成，將反射鏡5的第二焦點的位置設置於光入射端面8in的中心。
光量控制器7，在它的輸入側與光量監視器M的光傳感器9連接的同時，在輸出側上具有使得調光濾鏡10按照預定角度旋轉的步進電機11。
這個調光濾鏡10是由開口率慢慢變化的多個狹縫在圓周上成列配置形成的(參考圖2)，隨著旋轉並與它的旋轉方向相應地使得透過光量漸漸增大/漸漸減少。
圖3-圖8，示出本發明所述的光量監視器M1-M6的例子。
圖3(a)示出的光量監視器M1將導光棒8的周圍表面8a與光傳感器9的光檢測面9a連接。
這樣，導光棒8內透過的光，如圖3(b)所示的那樣，在遇到該導光棒8內的缺陷C，以及光在導光棒8內進行全反射的同時，光遇到周圍表面8a上的劃痕而產生漫反射時，由於其中一部分光從光傳感器9側漏出，可以通過光傳感器9對該光的漏出量進行檢測。
圖4(a)示出的光量監視器M2是這樣構成的將在管壁13a上貫通的形成有用於安裝光傳感器9的安裝孔12的遮光管(遮光材料)13外裝在導光棒8上，除了將通過光傳感器9檢測出的漏光向外部導出的部分，用遮光材料覆蓋導光棒8的周圍表面8a。
這樣的話，與通過光傳感器9檢測漏光量的光量監視器M1同樣的，如圖4(b)所示的那樣周圍表面8a能夠不受到導光棒8以外的亮度變化和洩漏進入殼體3內的外部光的影響。
另外，在安裝孔12的內表面上形成光擴散面12a，在光傳感器9的光檢測面9a相對於導光棒8的周圍表面8a進行安裝的時候，在光檢測面9a和導光棒8的周圍表面8a之間的空隙(例如8mm程度)形成由光擴散面12a環繞的光擴散空間14。
這樣，由於從安裝孔12漏出的光在光擴散空間14內散亂並均勻化，相信能夠進一步提高檢測精度。
如圖5(a)示出的光量監視器M3是這樣構成的在外裝在導光棒8上的遮光管15的內表面上，以沿著它的圓周方向形成有環狀凹槽16的內表面作為光擴散面16a的方式形成環狀的光擴散空間17，光傳感器9安裝在具有與導光棒8的周圍表面相對設置的預定空隙(例如8mm的程度)的光擴散空間17上。
這樣的話，如圖5(b)所示的那樣，在導光棒8的周圍表面8a的整個圓周範圍內形成光擴散空間17，使得不僅在與光傳感器9相對的部分，而且來自導光棒8的整個周面的漏光在光擴散空間17內擴散，由於能夠將這些全部的漏光量通過光傳感器的進行檢測，提高了檢測精度。
圖6(a)所示的光量監視器M4這樣構成在所述光量監視器M3的導光棒8的光入射端面8in上安裝有其上形成具有比導光棒8的口徑還要小的直徑的透光部分18a的小孔18，並由此覆蓋導光棒8的光入射一側端面的周圍邊緣部分8b。
這樣的話，如圖6(b)所示的那樣，即使在導光棒8的端面周圍邊緣部分8b上產生了較大的缺陷和劃痕，由於能夠將由這些缺陷和劃痕透過的光隔斷，能夠避免對檢測精度產生惡劣的影響，其結果是提高了檢測精度。
圖7(a)所示的光量監視器M5這樣構成在所述光量監視器M3的導光棒8的光出射端面8out上實施粗糙化處理，以不使照射光量顯著降低的程度，將透過導光棒8的光的一部分返回到導光棒8的內部。
這樣的話，如圖7(b)所示的那樣，將透過導光棒8的光的一部分返回到導光棒8的內部，返回的光由導光棒8的內部的缺陷和劃痕產生漫反射，由於它的一部分成為了漏光，使得漏光量增大，相應的提高了檢測精度。
粗糙化處理，使得光出射端面8out形成為具有粗糙的表面，通過進行粗糙化處理使得通過光出射端面8out的光漫反射，產生光量損失，但由於該部分光量提高了檢測光量。
圖9示出了相對由粗糙化處理導致的光損失的檢測光量以及照射光量的變化的圖，橫軸是進行了粗糙化處理的時候導光棒的透過光的光損失，縱軸左邊的刻度是照射光量，縱軸右邊的刻度是檢測光量，均以沒有進行粗糙化處理的場合(光損失0)作為100％時的光量進行顯示。
這樣的話，通過粗糙化處理的粗糙表面的確使得光損失增大，增大檢測光量提高了檢測精度，但降低了來自束狀光纖2的照射光量。
因此，例如為了確保照射光量在90％以上，檢測光量在200％以上，必須將由粗糙化處理導致的光損失抑制在4.5-5.5％的程度。
進一步的，圖8(a)所示的光量監視器M6這樣構成在所述光量監視器M5的導光棒8的光入射端面8in上，安裝有適用於光量監視器M4的小孔18。
這樣的話，如圖8(b)所示的那樣，通過小孔18除去外部幹擾，進而通過粗糙化處理增大漏光量，進一步提高檢測精度。
圖10示出了使用了這樣形成的各個光量監視器M1-M6的，從束狀光纖2照射的照射光量和光量監視器M1-M6的檢測光量的圖。
照射光量的變化，主要分為燈4的光量變化引起的場合，和由束狀光纖2入射的光量分布變化引起的場合。
其中，測定與從燈4入射到導光棒8的光量發生變化的時候的照射光量相對應的光量監視器M1-M6的檢測光量的同時，測定相對於由於相對反射鏡5的第二焦點的位置偏離了導光棒8的中心引起的光量分布的變化的時候的照射光量的檢測光量。
圖的橫軸表示照射光量，縱軸表示檢測光量，照射光量是在通過額定電壓點亮燈4的時候，通過配置在束狀光纖2的光出射端的光傳感器檢測出的光量作為100的標準量化的值，檢測光量是在照射光量是100的時候通過光量監視器M1-M6檢測出的光量作為100的標準量化的值。
虛線L0示出與旋轉調光濾鏡10使朝嚮導光棒8的入射光量發生變化的時候的照射光量對應的光量監視器M1-M6的檢測光量。
這個場合中，任何光量監視器M1-M6的測定結果都一樣，檢測光量正確地依據照射光量。
另外，實線L1-L6，示出與由於反射鏡5的第二焦點的位置偏離導光棒8的中心而發生變化的照射光量的變化相對應的，光量監視器M1-M6的檢測光量的變化。
這個場合中，在導光棒8的光入射端面8in上安裝有小孔18，在光出射端面8out上進行粗糙化處理的光量監視器M6的檢測光量正確的依據照射光量(參考實線L6)。
因此，光量監視器M6在照射光量的變化由燈4的光量變化引起的場合下和由光量分布變化引起的場合下都能將漏光量作為照射光量進行檢測。
其它的光量監視器M1-M5，即使不能在整個範圍內使得檢測光量正確的依據照射光量，在照射光量100％附近的範圍內，能夠與光量監視器M6一樣，使得檢測光量正確的依據照射光量(參考實線L1-L5)。
換句話說，通過光傳感器9檢測出的漏光量，由於是與從束狀光纖2照射的照射光量相對應，因此在照射光量由燈4的光量變化引起的場合，和由光量分布變化引起的場合，都能夠將漏光量作為照射光量的檢測。
上述是本發明的一個例子，接下來對它的作用進行說明。
由於預想中在照明1500-2000小時之後的照射光量，與初期光量比較減少了40％，在開始時就通過調光濾鏡10將燈4的光量降低到60％。
這種狀態中光量監視器M(M1-M6)通過光傳感器9檢測出的檢測光量Q0作為100％的值存儲在光量控制器7，在檢測光量Q發生變化的時候旋轉調光濾鏡10，使之等同於當初存儲的檢測光量Q0的。
由於檢測光量Q具有隨著時間經過降低的趨勢，例如檢測光量Q降低1/％的時候，調光濾鏡10朝著使狹縫10a增大的方向旋轉，進行使檢測光量Q＝100(％)的光量調整。
該場合中，檢測光量Q通常維持在100(％)，由於每當檢測光量Q產生1％的變化就進行光量調整，檢測光量Q通常在100％附近變化，因此，使用任何光量監視器M1-M6的場合都能夠正確的檢測出照射光量的變化。
而且，無論它的原因是由燈4的光量變化引起的，還是由光量分布的變化引起的，不受其原因限制的能夠正確檢測出照射光量。
這樣，通過與檢測光量相應的用調光濾鏡10慢慢的增大朝嚮導光棒8的入射光量，即使是經過1500-2000小時的照明之後，也能夠以與當初的照射光量大致相等的光量進行照射。
而且在上說明中，作為光量控制器7使用的是可變的控制朝嚮導光棒8的入射光量的調光濾鏡10，但本發明不限於此，使用可變的控制燈光量的調光電路也可以。
另外，本發明不限於使用照射可視光的燈4的場合，同樣適用於用紫外線燈，紅外線燈作為光源的光照射裝置。
如上所述，在本發明的光源裝置中，因為由燈光量的變化引起的照射光量變化和由光量分布的變化引起的照射光量變化都能同樣的檢測出來，因此可基於這個檢測出來的檢測光量進行將照射光量維持為一個定值的控制，得到非常優良的效果。
本發明可適用於圖像處理檢查裝置等的光源裝置等的用途，並可滿足這樣的要求，使朝向檢查對象物體(被照射物體)的光量至少在檢查時間中不發生變化，另外，能夠照射與使用的照相機的感光性能級別相應的必要的光量的光。
權利要求
1.一種光源裝置，包括將燈的光通過反射鏡匯聚從光出射口射出，直接的或者間接的朝向被照射物體照射的時候，檢測照射在被照射物體上的光的照射光量的光量監視器，以及對應該檢測光量，對照射光量進行反饋控制的光量控制器，其特徵在於所述光量監視器包括將通過反射鏡匯聚的光引導到光出射口的光路構成的導光棒，和將來自該導光棒的周圍表面的漏光量作為所述照射光量檢測的光傳感器。
2.如權利要求1所述的光源裝置，所述光量控制器包括能夠可變的控制嚮導光棒的入射光量的調光濾鏡。
3.一種檢測從光源出射的照射在被照射物體上的光的照射光量的光量監視器，其特徵在於包括，由引導從光源出射的光的光路構成的導光棒，以及將來自該導光棒的周圍表面的漏光量作為所述照射光量檢測的光傳感器。
4.如權利要求3所述的光量監視器，其特徵在於將所述導光棒的周圍表面的除了將通過光傳感器檢測的漏光向外部導出的部分，用遮光材料覆蓋。
5.如權利要求3所述的光量監視器，其特徵在於將所述光傳感器的光檢測面與導光棒的周圍表面相對配置，同時在光檢測面和導光棒周圍表面之間的空隙處形成由光擴散面圍成的光擴散空間。
6.如權利要求3所述的光量監視器，其特徵在於在外裝在所述導光棒上的遮光管內表面上，以沿著它的外周方向形成的環狀凹槽的內表面為光擴散面的方式形成光擴散空間，所述光傳感器與所述導光棒的周圍表面相對地安裝在該光擴散空間上。
7.如權利要求3所述的光量監視器，其特徵在於由形成有比所述導光棒的口徑小的直徑的透光部的小孔，覆蓋導光棒的光入射一側端面的周圍邊緣部分。
8.如權利要求3所述的光量監視器，其特徵在於在所述導光棒的光出射端面上進行粗糙化處理，使將透過導光棒的光的一部分返回到導光棒內部。
全文摘要
本發明的目的在於能夠正確的檢測出由燈光量引起的照射光量的變化以及由光量分布圖的變化引起的照射光量的變化，並能穩定的維持照射光量。包括在燈(4)的光通過反射鏡(5)匯聚從光出射口(6)射出，直接的或者間接的朝向被照射物體照射的時候，檢測照射在被照射物體上的光的照射光量的光量監視器(M)和與這個檢測光量相應的對照射光量進行反饋控制的光量控制器(7)的光源裝置(1)中，光量監視器(M)具有將通過反射鏡(5)匯聚的光引導到光出射口(6)的光路構成的導光棒(8)，和將來自這個導光棒(8)的周圍表面(8a)的漏光量作為照射光量檢測的光傳感器(9)。
文檔編號G01N21/84GK1576690SQ20041007940
公開日2005年2月9日 申請日期2004年7月2日 優先權日2003年7月2日
發明者北藤明博, 大塚宏樹, 小久保哲夫, 小川大輔, 酒井雅寬 申請人:巖崎電氣株式會社