JP7136136B2 - Light-receiving characteristic evaluation device and light-receiving characteristic evaluation method for optical sensor - Google Patents
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Description
本発明は、光学センサの受光特性評価装置及び受光特性評価方法に関する。 The present invention relates to a light-receiving characteristic evaluation apparatus and a light-receiving characteristic evaluation method for an optical sensor.
製造現場では様々な光学センサが用いられており、プロセスの制御や品質管理等に利用されている。このような光学センサは、粉塵や汚れ、温度変化といった環境の影響を受けたり、経年劣化等によって受光特性が導入時と比較して変化したりすることがある。なお、ここで述べる光学センサとは、用途に応じて様々な光、例えば可視光、赤外光、紫外光等の特定の波長域を有し、無偏光状態ないしは特定の偏光状態の光を受光し電気信号に変換するデバイスのことを意味する。このような受光特性の変化は、計測された電気信号の品質を低下させ、プロセスの安定操業を阻害する。特に放射温度測定の分野では、わずかな光量の変化が測定精度に大きく影響する。このため、製造現場に設置された光学センサの受光特性を評価することは非常に重要である。 Various optical sensors are used in manufacturing sites for process control, quality control, and the like. Such an optical sensor may be affected by environmental factors such as dust, dirt, and temperature changes, and its light-receiving characteristics may change compared to when it was first introduced due to aged deterioration or the like. The optical sensor described here has a specific wavelength range such as various light, such as visible light, infrared light, and ultraviolet light, depending on the application, and receives light in an unpolarized state or a specific polarized state. A device that converts a signal into an electrical signal. Such a change in light receiving characteristics degrades the quality of the measured electrical signal and hinders stable operation of the process. Especially in the field of radiation temperature measurement, a slight change in the amount of light greatly affects the measurement accuracy. Therefore, it is very important to evaluate the light-receiving characteristics of the optical sensors installed at the manufacturing site.
このような背景から、特許文献1には、撮像素子の分光感度特性を評価する方法が提案されている。具体的には、特許文献1に記載の方法は、分光器を通して光源から発生した光を撮像素子に受光させ、分光器により任意の単波長の光に変換した上で、各波長の分光感度特性が当初の設計から変化していないか評価するといったものである。また、放射温度測定の分野では、黒体炉と呼ばれる放射率1.0の条件で光を放射可能な装置を用いて、オフラインで放射温度計の健全性の評価及び温度を算出するパラメータの調整が実施されている。
Against this background,
しかしながら、特許文献1に記載の方法を製造現場に設置された光学センサへ適用した場合、装置が大掛かりとなる上、製造現場に設置された光学センサを一旦取り外して評価し、再度設置して画角やピント、絞り等を調整する必要があり、非常に手間がかかる。さらに、光学センサの取り外しや調整時に製造ラインを停止させる必要がある場合も多く、生産能率低下の要因となる。また、黒体炉を用いた確認方法について考えると、一般に黒体炉は重く、現場に持ち込むことは困難なため、製造現場で直接放射温度計の健全性を評価又はパラメータを再調整する方法は存在しない。さらに、特許文献2に記載されているような偏光特性を利用した表面検査装置も存在し、光学センサの偏光特性も重要であるが、そのような特性を評価可能な手法は存在しない。
However, when the method described in
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、製造現場で容易に光学センサの受光特性を評価可能な光学センサの受光特性評価装置及び受光特性評価方法を提供することにある。 SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a light receiving characteristic evaluation apparatus and a light receiving characteristic evaluation method for an optical sensor that can easily evaluate the light receiving characteristic of an optical sensor at a manufacturing site. It is in.
本発明に係る光学センサの受光特性評価装置は、光学センサの受光特性を評価する光学センサの受光特性評価装置であって、前記光学センサの受光面に光を照射可能な位置に設置された光源と、前記光学センサと前記光源との間に設置された拡散板と、前記拡散板を介して前記光学センサが受光した前記光の輝度を算出し、算出された輝度に基づいて前記光学センサの受光特性を評価する評価部と、を備えることを特徴とする。 A light-receiving characteristic evaluation apparatus for an optical sensor according to the present invention is a light-receiving characteristic evaluation apparatus for an optical sensor that evaluates the light-receiving characteristic of an optical sensor, and includes a light source installed at a position capable of irradiating a light-receiving surface of the optical sensor. a diffusion plate installed between the optical sensor and the light source; and calculating the brightness of the light received by the optical sensor via the diffusion plate; and calculating the brightness of the optical sensor based on the calculated brightness and an evaluation unit for evaluating light receiving characteristics.
本発明に係る光学センサの受光特性評価装置は、上記発明において、前記光は単一の波長の光であることを特徴とする。 The light receiving characteristic evaluation apparatus for an optical sensor according to the present invention is characterized in that, in the above invention, the light is light of a single wavelength.
本発明に係る光学センサの受光特性評価装置は、上記発明において、前記拡散板と前記光学センサとの間に波長透過フィルタ及び偏光板の少なくとも一方を備えることを特徴とする。 According to another aspect of the present invention, there is provided a light-receiving characteristic evaluation apparatus for an optical sensor according to the above-described invention, including at least one of a wavelength transmission filter and a polarizing plate between the diffusion plate and the optical sensor.
本発明に係る光学センサの受光特性評価装置は、上記発明において、前記拡散板と前記光学センサとの間に、前記拡散板によって拡散された光がブリュースター角で入射するように設置された反射体と、前記反射体からの正反射方向の光のみを前記光学センサ側に透過させる遮光壁と、を備えることを特徴とする。 The apparatus for evaluating light receiving characteristics of an optical sensor according to the present invention is, in the above-described invention, a reflector provided between the diffuser plate and the optical sensor so that the light diffused by the diffuser plate is incident at Brewster's angle. and a light shielding wall that transmits only the light in the specular direction from the reflector to the optical sensor side.
本発明に係る光学センサの受光特性評価装置は、上記発明において、前記遮光壁と前記光学センサとの間に波長透過フィルタを備えることを特徴とする。 According to another aspect of the present invention, there is provided a light-receiving characteristic evaluation apparatus for an optical sensor according to the above invention, further comprising a wavelength transmission filter between the light shielding wall and the optical sensor.
本発明に係る光学センサの受光特性評価方法は、光学センサの受光特性を評価する光学センサの受光特性評価方法であって、拡散板を介して前記光学センサに光を照射する照射ステップと、前記光学センサが受光した前記光の輝度を算出し、算出された輝度に基づいて前記光学センサの受光特性を評価する評価ステップと、を含むことを特徴とする。 A method for evaluating light receiving characteristics of an optical sensor according to the present invention is a method for evaluating light receiving characteristics of an optical sensor for evaluating light receiving characteristics of an optical sensor, comprising: an irradiation step of irradiating the optical sensor with light through a diffusion plate; and an evaluation step of calculating the luminance of the light received by the optical sensor and evaluating the light receiving characteristics of the optical sensor based on the calculated luminance.
本発明に係る光学センサの受光特性評価方法は、上記発明において、前記照射ステップは、前記拡散板、前記拡散板によって拡散された光がブリュースター角で入射するように設置された反射体、及び前記反射体からの正反射方向の光のみを前記光学センサ側に透過させる遮光壁を介して、前記光学センサに光を照射するステップを含むことを特徴とする。 The method for evaluating light receiving characteristics of an optical sensor according to the present invention is characterized in that, in the above invention, the irradiating step comprises the diffuser plate, a reflector installed so that the light diffused by the diffuser plate is incident at Brewster's angle, and The method is characterized by including a step of irradiating the optical sensor with light through a light shielding wall that transmits only the light in the specular direction from the reflector to the optical sensor side.
本発明に係る光学センサの受光特性評価方法は、上記発明において、前記評価ステップは、前記光学センサの光軸を中心として光学センサに照射する直線偏光の向きを変化させ、前記輝度が最小あるいは最大となる前記直線偏光の向きを含む角度範囲を算出し、前記光学センサの受光特性を評価するステップを含むことを特徴とする。 In the method for evaluating light receiving characteristics of an optical sensor according to the present invention, in the above invention, the evaluation step includes changing a direction of linearly polarized light irradiated to the optical sensor about the optical axis of the optical sensor, and determining whether the brightness is the minimum or the maximum. and calculating an angle range including the direction of the linearly polarized light, and evaluating the light receiving characteristics of the optical sensor.
本発明に係る光学センサの受光特性評価装置及び受光特性評価方法によれば、製造現場で容易に光学センサの受光特性を評価することができる。 According to the light-receiving characteristic evaluation apparatus and light-receiving characteristic evaluation method of an optical sensor according to the present invention, the light-receiving characteristic of an optical sensor can be easily evaluated at the manufacturing site.
以下、図面を参照して、本発明の一実施形態である光学センサの受光特性評価システムの構成について説明する。 Hereinafter, the configuration of a light receiving characteristic evaluation system for an optical sensor, which is an embodiment of the present invention, will be described with reference to the drawings.
図1は、本発明の一実施形態である光学センサの受光特性評価システムの構成を示す模式図である。図1に示すように、本発明の一実施形態である光学センサの受光特性評価システム(以下、受光特性評価システムと略記)1は、光学センサ2の受光特性を評価することにより光学センサ2の健全性を評価するためのシステムであり、照射装置3、評価装置4、及び表示装置5を主な構成要素として備えている。
FIG. 1 is a schematic diagram showing the configuration of a light-receiving characteristic evaluation system for an optical sensor, which is one embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, an optical sensor light receiving characteristic evaluation system (hereinafter abbreviated as a light receiving characteristic evaluation system) 1 according to an embodiment of the present invention evaluates the light receiving characteristic of an
照射装置3は、光源31、拡散板32、直流電源33、及びCRD(Current Regulative Diode)34を備えている。
The
光源31は、光学センサ2のレンズ系2aを介して光学センサ2の受光面に光Lがほぼ垂直に照射されるように光学センサ2の前方位置に配置され、光学センサ2に光Lを照射する。光源31としては、白熱電球やハロゲン電球等の温度放射光源、メタルハライド光源やキセノン光源等の放電発光光源、LED(Light Emitting Diode)やEL(Electro Luminescence)等の電界発光光源、さらにはレーザー光源等を用いることができる。この中で、温度放射光源は劣化による安定性に課題が、放電発光光源は大掛かりな装置となることや時間応答性に課題がある。また、LEDやレーザー光源は、コンパクトで応答性も高く、短時間で光量が安定することが多いが、指向性が高いことが多い。光Lの光学特性は予め計測しておくことで既知とする。
The
なお、光源31の光量を安定化させるために、温度変化による光源31の光量変化を考慮して温度補償回路を組み込んだり、使用環境の温度を熱電対等で計測して光量の実測値を基準温度での光量に補正したりしてもよい。また、光源31の光量を使用前にトレーサビリティが取れた較正済みのパワーメータ等で評価し、光源31そのものの光量が基準を満たしていることを確認してから使用するようにしてもよい。
In order to stabilize the light intensity of the
拡散板32は、光源31から照射された光Lを拡散させることによって光源31の指向性を弱めて光学センサ2側に供給する。図2(a),(b)に示すように、指向性が高い光源31を光学センサ2の前に設置した場合、光学センサ2や光源31のわずかな位置や傾きの変化によって光学センサ2の受光光量が大きく変化する(本例では光L1が光L2に変化)。一般に、製造現場に光学センサ2を精度よく設置することは困難である。このため、光学センサ2を製造現場に設置したままでは指向性が高い光源31を用いることは困難である。これに対して、図3(a),(b)に示すように、拡散板32により光源31からの光の指向性を弱めることにより、設置精度が多少低くなっても一定光量の光L3を光学センサ2に照射することができる。必要に応じて拡散板32を複数設置してもよい。
The
なお、拡散板32の拡散特性は、実現可能な設置精度、光源31からの光の指向性、及び光量測定時に目標とする精度により決定される。すなわち、光源から放射され拡散板を通る光の指向性を基に、設計位置から機械的なアラインメントがずれた時の光の変化量を求め、この光の変化量が許容範囲となるように拡散板の拡散特性を決定する。ここで、拡散板32の拡散特性の考え方を図4に示す。例えば使用する光源31の光量が均一とみなされる光の広がりの角度をα、設置時の想定される光学センサ2のアライメント角度誤差をβ、拡散板32の拡散角をγとしたとき、以下に示す数式(1)を満たすような拡散板32の拡散角を設定すれば、常に安定して光源31から一定光量の光Lを照射することができる。なお、角度特性αが不明である場合には、以下に示す数式(2)を満たすようにすればよい。
The diffusion characteristics of the
図1に戻る。直流電源33は、電池等によって構成され、CRD34を介して光源31に電力を供給する。CRD34は、電力供給源の経年劣化等によって光源31への供給電流が変化しないように光源31に定電流を供給する。
Return to FIG. The
評価装置4は、コンピュータ等の周知の情報処理装置によって構成され、情報処理装置内部の演算処理装置がコンピュータプログラムを実行することにより、輝度算出部41及び受光特性評価部42として機能する。
The
光学センサ2は、予め決められた露光時間やゲインで光Lを検出し、電気信号、画像に変換する。変換された電気信号ないしは画像は輝度算出部41に送られ、輝度の代表値を算出する。なお、輝度の代表値は、光源31が点灯してから十分時間が経過し光学素子の出力が安定してから算出することが好ましい。また、輝度の代表値の算出方法としては、最大輝度や平均輝度、全画素の輝度を高い順に並び替えた一定範囲の平均輝度等、様々な算出方法が考えられるが、代表性のある値であれば何でもよい。
The
受光特性評価部42は、輝度算出部41が算出した輝度の代表値を基準となる輝度と比較して光学センサ2の受光特性を評価する。光学センサ2によって評価する受光特性は異なる。例えば放射温度計では、特定の波長域の光の受光特性が重要である。この場合はその波長域に適合した光源31を用いるか、図5に示すように、拡散板32の後に特定の波長域の光のみ透過する波長透過フィルタ35を設置すればよい。波長透過フィルタ35としては、ロングパスフィルタ、ショートパスフィルタ、バンドパスフィルタ等を用いることができ、必要に応じて複数の波長透過フィルタを組み合わせてもよい。
The light-receiving characteristic evaluation unit 42 evaluates the light-receiving characteristic of the
なお、特定の偏光光にのみ感度のある光学センサでは、その偏光状態の受光特性を評価することも重要である。例えばθ°の直線偏光のみ感度のある光学センサの受光特性を評価したい場合には、図6に示すように、拡散板32の後に透過軸角度θ°の偏光板36を光軸周りに対して常に一定角度となるようにして取り付けることにより、受光特性を評価することができる。また、透過軸角度(θ+90)°の偏光板を同様に設置し輝度が基準値以下になるか否かを評価することにより、受光する直線偏光の向きが変化していないか確認することもできる。輝度が基準値以下でない場合、取り付け位置を光軸周りに対して少しずつ変化させ、最小の輝度となる角度を求めることにより、この光学センサが最も感度を持つ直線偏光の向きを評価することができる。 For optical sensors that are sensitive only to specific polarized light, it is also important to evaluate the light-receiving characteristics of that polarized state. For example, when it is desired to evaluate the light receiving characteristics of an optical sensor that is sensitive only to linearly polarized light of θ°, as shown in FIG. Light receiving characteristics can be evaluated by attaching the sensor at a constant angle. In addition, by similarly installing a polarizing plate with a transmission axis angle of (θ + 90)° and evaluating whether or not the luminance is below the reference value, it is possible to confirm whether the direction of the received linearly polarized light has changed. . If the brightness is not below the reference value, the orientation of the linearly polarized light to which this optical sensor has the highest sensitivity can be evaluated by gradually changing the mounting position around the optical axis and finding the angle at which the brightness is the minimum. can.
また、偏光板と波長板とを組み合わせた受光特性を有する光学センサについても、拡散板の後に適切に偏光板及び波長板を設置することにより同様の評価が可能となる。具体的には、偏光板の透過軸角度をθ°、波長板(ここでは1/4λ波長板とする)の速軸角度をφ°とすると、図7に示すように、拡散板32の後に透過軸角度(θ+90)°の偏光板37及び速軸角度(φ+90)°の1/4λ波長板38を設置し得られた輝度が基準値以下であるか否かを評価することにより、受光する光の偏光状態が変化していないかどうか確認することができる。
Also, for an optical sensor having a light-receiving characteristic in which a polarizing plate and a wavelength plate are combined, a similar evaluation can be made by appropriately placing the polarizing plate and the wavelength plate behind the diffusion plate. Specifically, assuming that the transmission axis angle of the polarizing plate is θ° and the fast axis angle of the wave plate (here, a 1/4λ wave plate) is φ°, as shown in FIG. By installing a
図1に戻る。表示装置5は、液晶ディスプレイ装置等の周知の表示装置により構成され、評価装置4による光学センサ2の受光特性の評価結果を表示する。受光特性の評価結果を参照して、もし許容される光量誤差を超える輝度差が発生した場合は、光学センサ2を取り外して原因を調査する、光学センサ2を再度調整する等の措置を実施する。また、本測定で得られた輝度値と照射光量を正とし、温度校正曲線そのものを補正してもよい。
Return to FIG. The display device 5 is composed of a well-known display device such as a liquid crystal display device, and displays the evaluation result of the light receiving characteristics of the
光学センサの受光特性を評価する際に大掛かりな装置が必要となる要因として、対象となる光学センサに基準となる光線を一定の機械的アライメントで入射させる必要があることが挙げられる。多くの場合、光源からの光は指向性を持ち、光学センサに対する機械的アライメントのわずかな変化によって光学センサの受光輝度が変化してしまう。そこで、上述したように、本実施形態では、光源からの光の指向性を弱め均一な角度特性とする拡散板を用いて機械的アライメントの課題を克服し、持ち運び可能な安定した光源を製造現場に設置中の光学センサに直接適用することにより、光学センサを取り外すことなく容易に光学センサの受光特性を評価可能とした。 One of the factors that require a large-scale apparatus when evaluating the light receiving characteristics of an optical sensor is the need to make a reference light beam incident on the target optical sensor with a certain mechanical alignment. In many cases, the light from the light source is directional, and small changes in mechanical alignment with respect to the optical sensor will change the received brightness of the optical sensor. Therefore, as described above, in this embodiment, the diffuser plate that weakens the directivity of the light from the light source and provides uniform angular characteristics is used to overcome the problem of mechanical alignment, thereby providing a portable and stable light source at the manufacturing site. By applying it directly to the optical sensor being installed, it is possible to easily evaluate the light-receiving characteristics of the optical sensor without removing it.
〔実施例1〕
本実施例では、放射温度測定を目的とした光学センサの受光特性を製造ラインに導入する前と、一定期間運用後で、特定の波長に関する波長が変化したがどうかを評価した。具体的には、まず、光学センサの導入時に予め前述の受光特性評価システム用の光源に対して、パワーメータで光量を測定し、さらのこの光源を評価したい受光特性評価システムを用いて受光センサの輝度を測定した。光学センサの受光波長は900nm、画素数は640×480とし、絞り2.8、露光時間1.0msの条件で対象を撮像し、8ビット256諧調のデジタル信号に変換して輝度値を算出し評価した。なお、ここではエリアセンサカメラの例を示すが、ラインセンサカメラやスポットセンサの場合も同様である。本条件で光源を光学センサの前方に設置し、光学センサが受光して得られた画像をもとに、基準となる輝度を算出した。全画素の輝度を高い順に並び替えて1~50番目の輝度の平均値を算出したところ、光学センサを製造ラインに導入する前の輝度は150(8ビット、最小値0、最大値256)であった。このとき、受光特性評価システム用の光源としてLEDを用い、拡散板は光源を光学センサに設置した時の機械的アライメント誤差を実験的に求め、これを考慮し30°に均一に拡散する特性の素子を採用した。次に、光学センサを製造現場に設置し、一定期間使用後に光学特性を評価し、事前に光源をパワーメータで測定した値と比較し、導入前と光量が変化していないことを確認した。光源の光量を導入時と同条件、且つ、同一の方法で設置・撮像・処理した結果、輝度の代表値は147であった。許容される光量誤差±5%以内とすると、導入時の輝度150の5%は7.5であるため、輝度差3は基準範囲内である。従って、光学センサの受光特性は許容範囲内と判断された。
[Example 1]
In this example, before introducing the light receiving characteristics of an optical sensor for radiation temperature measurement into a production line and after operation for a certain period of time, it was evaluated whether or not the wavelength related to a specific wavelength changed. Specifically, first, when the optical sensor is introduced, the amount of light is measured with a power meter in advance for the light source for the light receiving characteristic evaluation system described above, and the light receiving sensor is measured using the light receiving characteristic evaluation system that you want to evaluate this light source. was measured. The light receiving wavelength of the optical sensor is 900 nm, the number of pixels is 640 × 480, the target is imaged under the conditions of aperture 2.8 and exposure time 1.0 ms, and the brightness value is calculated by converting it into an 8-bit 256-gradation digital signal. evaluated. An example of an area sensor camera is shown here, but the same applies to line sensor cameras and spot sensors. Under these conditions, the light source was installed in front of the optical sensor, and the reference luminance was calculated based on the image obtained by the optical sensor receiving light. When the luminance of all pixels was sorted in ascending order and the average value of the luminance of the 1st to 50th pixels was calculated, the luminance before introducing the optical sensor into the production line was 150 (8 bits,
〔実施例2〕
本実施例では、偏光特性を有する光学センサの受光特性を評価した。受光素子の前に直線偏光板を設置するなどして0°の直線偏光のみ透過する光学センサについて、上記実施例1と同様に製造ライン導入前と運用中に受光特性を評価すればよいが、以下の点で注意が必要である。
[Example 2]
In this example, the light-receiving characteristics of an optical sensor having polarization characteristics were evaluated. For an optical sensor that transmits only 0° linearly polarized light, such as by installing a linear polarizing plate in front of the light receiving element, the light receiving characteristics may be evaluated before introducing the production line and during operation in the same manner as in Example 1 above. Attention should be paid to the following points.
・光源を光学センサに設置するときに光軸周りに常に同一の位置に設置する。
・図6に示すように、光源31からの光Lは、拡散板32を透過した後、透過軸角度0°又は透過軸角度90°の偏光板を透過した上で光学センサ2に受光される。
・When installing the light source on the optical sensor, always install it at the same position around the optical axis.
・As shown in FIG. 6, the light L from the
製造ラインに導入する前に偏光の向きがγで感度を持つように調整された光学センサに対して、一定期間使用後の輝度を製造ラインに導入する前の輝度と比較して評価した。光学センサの偏光の向きに対して直交する透過軸角度がγ+90°となるよう偏光板を光源の前に装着した状態で光源を光学センサに設置し光を照射した場合は、光学センサの偏光の向きが変化していたとすると輝度が上昇するはずである。実際に測定し輝度の代表値を評価すると導入前の輝度の150%となった。例えば許容範囲を120%以下の範囲とすると、許容範囲を超えている。このため、光源の前に設置した偏光板を光軸周りに少しずつ変化させて輝度値を評価した結果、図8に示すように偏光の向き88°で輝度の代表値は最小となった。これにより、光学センサの受光する直線偏光の向きが2°ずれていることが判明し、現場で光学センサの受光素子前面の直線偏光板の向きを2°回転させ、光学センサを取り外すことなく初期の状態となるよう調整した。本基準では、初期の調整された状態において透過軸角度がγ+90°となるよう偏光板を光源に装着した条件の輝度値を用いたが、光学センサの偏光の向きに対して平行となる透過軸角度がγとなるよう偏光板を光源に装着した条件で予め輝度の代表値Ibを測定しておき、運用中に管理する際には透過軸角度がγ+90°となるよう偏光板を光源に装着したときの輝度の代表値Ibに対する割合r(例えば3%以下)を基準としてもよい。 An optical sensor adjusted to have sensitivity in the direction of polarization of γ before being introduced into the production line was evaluated by comparing the brightness after use for a certain period of time with the brightness before being introduced into the production line. When a polarizing plate is attached in front of the light source so that the transmission axis angle perpendicular to the polarization direction of the optical sensor is γ + 90°, the light source is placed in the optical sensor and the light is irradiated. If the orientation had changed, the brightness should have increased. When the luminance was actually measured and the representative value was evaluated, it was 150% of the luminance before introduction. For example, if the allowable range is 120% or less, it exceeds the allowable range. Therefore, the luminance value was evaluated by gradually changing the polarizing plate placed in front of the light source around the optical axis. As a result, it was found that the direction of the linearly polarized light received by the optical sensor was deviated by 2°. adjusted to be in the state of In this standard, the luminance value under the condition that the polarizing plate is attached to the light source so that the transmission axis angle is γ + 90° in the initial adjusted state is used. The representative value Ib of luminance is measured in advance under the condition that the polarizing plate is attached to the light source so that the angle is γ, and the polarizing plate is attached to the light source so that the transmission axis angle is γ + 90° when managing during operation. A ratio r (for example, 3% or less) to the representative value Ib of the luminance when
本例では光学センサが感度を持つ偏光の向きに対して光源の前に設置した偏光板の透過軸が直交するように設置したが、平行となるように設置して最大の輝度となるかどうかを確認してもよい。その際、例えば5%以上輝度が低下していないなどの基準を設けてもよい。また、最小となる輝度となるよう光源の前に装着した偏光板を光軸周りに変化させる場合、光源と偏光板を一体として、光源そのものを光軸周りに回転させてもよい。 In this example, the transmission axis of the polarizing plate placed in front of the light source was set perpendicular to the direction of the polarized light to which the optical sensor is sensitive. can be checked. At that time, for example, a criterion such as that the luminance does not decrease by 5% or more may be set. Further, when the polarizing plate mounted in front of the light source is changed around the optical axis so as to minimize the luminance, the light source and the polarizing plate may be integrated and the light source itself may be rotated around the optical axis.
なお、光源を光学センサに設置する際に、光源に設置された偏光板を光軸周りに変化させて最小となる位置から、光学センサの受光する偏光の向きを探索するに際し、図9に示すように、得られた輝度の代表値から制御器7を用いて自動的に偏光板6の透過軸角度を調整して探索してもよい。具体的には、初期状態の光学センサ2によって得られた輝度の代表値I0及び透過軸角度θ0から透過軸角度θをΔθ変化させて光学センサ2により輝度の代表値Iを測定する。得られた輝度の代表値Iの変化と透過軸角度θの変化から制御器7によりさらに透過軸角度θを輝度の代表値Iが小さくなるよう変化させていき、最終的に輝度の代表値Iが最小となる透過軸角度θを算出する。最小値の探索手法としては、全探索法や最急降下法等を採用できるが、最終的に最小となる偏光の向きが算出できればどのような手法でもよい。
When the light source is installed in the optical sensor, the polarizing plate installed in the light source is changed around the optical axis to search for the direction of the polarized light received by the optical sensor from the minimum position, as shown in FIG. Thus, the controller 7 may be used to automatically adjust the transmission axis angle of the
ここで、上記光学センサの偏光板の向きの調整においては、最小輝度、あるいは、最大輝度を実現する向き(角度)を調べ、光学センサの偏光の向きを確認し、光学センサの受光素子全面の偏光板の向きを調整することとしている。この場合、輝度最小、輝度最大の概念は、輝度最小値、輝度最大値と完全に一致することまでは要しない。輝度最小値、あるいは輝度最大値を含む光学センサの偏光の向きの角度範囲を探索した上で、輝度の許容範囲を十分に満たす、輝度最小値または輝度最大値に十分近い角度に基づき、光学センサの受光素子全面の偏光板の向きを調整するとしてもよい。 Here, in adjusting the orientation of the polarizing plate of the optical sensor, the orientation (angle) that achieves the minimum luminance or the maximum luminance is examined, the polarization orientation of the optical sensor is confirmed, and the entire surface of the light receiving element of the optical sensor is checked. The direction of the polarizing plate is adjusted. In this case, the concepts of minimum luminance and maximum luminance do not need to completely match the minimum luminance value and maximum luminance value. After searching the angular range of the polarization direction of the optical sensor that includes the minimum luminance value or the maximum luminance value, based on the angle sufficiently close to the minimum luminance value or maximum luminance value that satisfies the luminance tolerance range, the optical sensor The orientation of the polarizing plate over the entire surface of the light receiving element may be adjusted.
また、本実施例は直線偏光光のみを使用した例であるが、円偏光、楕円偏光の場合の位相に関しても、光学センサの前面に波長板と偏光板を設置することにより同様の方法で評価可能である。また、カラーカメラの受光特性等のように複数の波長を評価する場合は、ブロードな波長特性を持つ光源を1つ使用するか、波長毎に光源を用意してもよい。また、4チャンネル偏光カメラの受光特性等のように複数の偏光特性を評価する場合には、偏光特性を有する光源1個を光軸周りの複数の位置に設置するか、4通りの光源を用いてもよい。 In addition, although this example uses only linearly polarized light, the phases of circularly polarized light and elliptically polarized light can also be evaluated in the same way by installing a wave plate and a polarizing plate in front of the optical sensor. It is possible. Also, when evaluating a plurality of wavelengths such as the light receiving characteristics of a color camera, one light source having broad wavelength characteristics may be used, or a light source may be prepared for each wavelength. In addition, when evaluating multiple polarization characteristics such as the light receiving characteristics of a 4-channel polarization camera, one light source having polarization characteristics is installed at multiple positions around the optical axis, or four light sources are used. may
〔実施例3〕
実施例2では、透過軸角度が既知である偏光板の向きを光軸周りに変化させて輝度値を評価することによって、光学センサの直線偏光透過特性を評価した。しかしながら、経年劣化や使用時の振動等によって偏光板の設置位置がずれることにより、偏光板の透過軸の方向が変化してしまう可能性があり、この場合、光学センサの直線偏光透過特性を正しく評価できない。そこで、本実施例では、光が反射面にブリュースター角で入射したとき、その正反射方向への反射光のP偏光が0となる物理特性を利用して直線偏光を実現する。ここで、ブリュースター角をθbとして、具体的な光学センサの受光特性評価システムの構成を図10に示す。
[Example 3]
In Example 2, the linearly polarized light transmission characteristics of the optical sensor were evaluated by changing the orientation of a polarizing plate with a known transmission axis angle around the optical axis and evaluating the luminance value. However, there is a possibility that the direction of the transmission axis of the polarizing plate may change due to the position of the polarizing plate being displaced due to deterioration over time or vibration during use. Cannot be evaluated. Therefore, in this embodiment, linearly polarized light is realized by utilizing the physical property that when light is incident on a reflecting surface at Brewster's angle, the P-polarized light of the reflected light in the direction of regular reflection becomes 0. FIG. 10 shows the configuration of a specific light-receiving characteristic evaluation system for an optical sensor, where the Brewster's angle is θb.
図10に示すように、本実施例では、拡散板32の後方位置に反射体51を設置し、拡散板32によって拡散された光源31からの光がブリュースター角θbで反射体51に入射するように反射体51の向きを調整する。ここで、反射体51として屈折率1.5のガラス基板を用いた場合、ブリュースター角θbは56°となる。但し、反射体51はガラス基板に限定されることはなく、アルミミラー等を用いてもよい。また、反射体51は鏡面性が高いことが好ましい。また、反射体51の表面における光の屈折率が波長によってわずかに変化するため、光源31は単波長の光源であることが好ましい。
As shown in FIG. 10, in this embodiment, a
このような構成によれば、反射体51で反射されて光学センサ2に入射する光線は、入射光と反射光の成す平面に垂直なS偏光成分のみとなり、アライメントを精度良く実現すれば、幾何的に正確な直線偏光の光線を得ることができる。なお、正反射方向以外の光線はP偏光成分を含んでいるためノイズ要因となる。従って、図10に示すように反射体51と光学センサ2との間に遮光壁52を用いて正反射方向の光線のみを光学センサ2側に透過させる。これにより、光学センサ2が直線偏光透過特性を有する場合、照射装置3を光軸周りに回転させ、光学センサ2の受光輝度が最小となる位置を探索することにより、光学センサ2の透過偏光方向を正確に評価することができる。
According to such a configuration, the light beam reflected by the
なお、遮光壁52の後方位置に特定の波長域の光のみ透過する波長透過フィルタ35を設置してもよい。また、反射体51への入射光は無偏光状態であることが望ましい。入射角がブリュースター角θbと同一であれば、偏光状態によらずP偏光成分は0となる。ところが、入射角がブリュースター角θbとわずかに異なる場合、円偏光等の無偏光状態でなければ、位相が変化し最大振動方向がS偏光方向と異なる可能性があり、光学センサの透過偏光方向を評価する際に誤差要因となる。そこで、反射体51への入射光を無偏光状態とすれば、入射角がブリュースター角θbとわずかに異なる場合であっても、最大振動方向がS偏光方向と同一になる。これにより、光学センサ2の透過偏光方向を評価する際、多少P偏光成分が存在しても、照射装置3を光軸周りに回転させ、光学センサ2の受光輝度が最小となる位置を探索することにより、ブリュースター角θbからのズレが誤差要因とならず光学センサ2の直線偏光透過特性を評価できる。
A
図11に相対屈折率nが1.5であるときの入射角の変化に対するS偏光及びP偏光の反射率の変化を示す。図11において、実線L1がS偏光の反射率を示し、破線L2がP偏光の反射率を示す(非特許文献1参照)。図11に示すように、P偏光の反射率が0となる入射角(ブリュースター角)に対して少なくとも±10°の角度範囲内であれば、S偏光の反射率がP偏光の反射率より十分強いことがわかる。従って、拡散板32によって拡散された光源31からの光がブリュースター角θbに対して少なくとも±10°の角度範囲内で反射体51に入射するように反射体51の向きを調整することにより、光学センサ2の透過偏光方向を正確できることがわかる。
FIG. 11 shows changes in the reflectance of S-polarized light and P-polarized light with respect to changes in the incident angle when the relative refractive index n is 1.5. In FIG. 11, a solid line L1 indicates the reflectance for S-polarized light, and a dashed line L2 indicates the reflectance for P-polarized light (see Non-Patent Document 1). As shown in FIG. 11, within an angle range of at least ±10° with respect to the incident angle (Brewster angle) at which the reflectance of P-polarized light is 0, the reflectance of S-polarized light is higher than that of P-polarized light. It turns out to be strong enough. Therefore, by adjusting the orientation of the
以上、本発明者らによってなされた発明を適用した実施の形態について説明したが、本実施形態による本発明の開示の一部をなす記述及び図面により本発明は限定されることはない。すなわち、本実施形態に基づいて当業者等によりなされる他の実施の形態、実施例、及び運用技術等は全て本発明の範疇に含まれる。 Although the embodiments to which the inventions made by the present inventors are applied have been described above, the present invention is not limited by the descriptions and drawings forming part of the disclosure of the present invention according to the embodiments. That is, other embodiments, examples, operation techniques, etc. made by those skilled in the art based on this embodiment are all included in the scope of the present invention.
1 光学センサの受光特性評価システム
2 光学センサ
2a レンズ系
3 照射装置
4 評価装置
5 表示装置
6 偏光板
7 制御器
31 光源
32 拡散板
33 直流電源
34 CRD
35 波長透過フィルタ
36 偏光板
37 偏光板
38 1/4λ波長板
41 輝度算出部
42 受光特性評価部
51 反射体
52 遮光壁
L,L1,L2,L3 光
REFERENCE SIGNS
35
Claims (8)
前記光学センサの受光面に光を照射可能な位置に設置された光源と、
前記光学センサと前記光源との間に設置された拡散板と、
前記拡散板を介して前記光学センサが受光した前記光の輝度を算出し、算出された輝度に基づいて前記光学センサの受光特性を評価する評価部と、を備え、
前記光源の光量が均一とみなされる光の広がりの角度をα、設置時の想定される前記光学センサのアライメント角度誤差をβ、前記拡散板の拡散角をγとしたとき、前記拡散板の拡散角γは下記数式(1)に示す条件を満足することを特徴とする光学センサの受光特性評価装置。
a light source installed at a position capable of irradiating the light receiving surface of the optical sensor;
a diffusion plate installed between the optical sensor and the light source;
an evaluation unit that calculates the luminance of the light received by the optical sensor through the diffusion plate and evaluates the light receiving characteristics of the optical sensor based on the calculated luminance;
Let α be the light spread angle at which the light intensity of the light source is considered uniform, β be the alignment angle error of the optical sensor assumed at the time of installation, and γ be the diffusion angle of the diffuser plate. A light-receiving characteristic evaluation apparatus for an optical sensor, wherein the angle γ satisfies the condition shown in the following formula (1).
拡散板を介して光源から前記光学センサに光を照射する照射ステップと、
前記光学センサが受光した前記光の輝度を算出し、算出された輝度に基づいて前記光学センサの受光特性を評価する評価ステップと、を含み、
前記光源の光量が均一とみなされる光の広がりの角度をα、設置時の想定される前記光学センサのアライメント角度誤差をβ、前記拡散板の拡散角をγとしたとき、前記拡散板の拡散角γは下記数式(1)に示す条件を満足することを特徴とする光学センサの受光特性評価方法。
an irradiation step of irradiating the optical sensor with light from a light source through a diffusion plate;
an evaluation step of calculating the luminance of the light received by the optical sensor and evaluating the light receiving characteristics of the optical sensor based on the calculated luminance;
Let α be the light spread angle at which the light intensity of the light source is considered uniform, β be the alignment angle error of the optical sensor assumed at the time of installation, and γ be the diffusion angle of the diffuser plate. A method for evaluating light receiving characteristics of an optical sensor, wherein the angle γ satisfies the condition shown in the following formula (1).
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