説明

光学アッセンブリ

【解決手段】
光学アッセンブリは、光学デバイス(103)と、光学デバイス(103)を収容するためのエンクロージャ(101)であって、該エンクロージャ(101)は、光学デバイス(103)への光ビーム(104)又は該光学デバイス(103)からの光ビーム(104)の通過を可能にするため透明区分(107)を備えている、前記エンクロージャと、
、透明区分(107)を通過したテスト光ビーム(212)の減衰率を測定するための手段と、を備える。好ましくは、光学アッセンブリは、測定された減衰率を補償するため光学デバイス(103)又は関連する光学デバイスの測定値又は特性を調整することにより減衰の測定量を補償するための手段を更に備える。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、光学アッセンブリに係り、特に工業環境で使用するための光学アッセンブリに関する。光学アッセンブリは、光学デバイスを収容するためのエンクロージャを備え、該光学デバイスは、典型的には、光源又は検出器のいずれかであり、該エンクロージャは、光が、光学デバイスからエンクロージャに入ること、又は、エンクロージャから出て光学デバイスに至ることを可能にするための透明窓を備えている。
【背景技術】
【0002】
工業環境は、ノイズ、振動、温度及び湿度によりしばしば特徴付けられ、工業環境で使用されるデバイスは、流体、溶媒、空中浮遊塵、及び、蒸気にさらされている。それは、例えば、プロセス監視の目的のため、そのような環境中に感度の高い設備を設置することがしばしば望ましい。測定のモードに依存して、工業環境因子の一部又は全ては、容易にふるいにかけられ、感度の高い設備と干渉することを無くすことができる。
【0003】
特に、光学センサーは、一般にプロセス監視のために使用される。例えば、WO01/66352に開示された一出願では、光源は、テスト表面を照明するため使用され、表面との相互作用から生じる光の振る舞いの特性が測定され、光学検出器を用いて定量化される。光学検出のこの状況では、工業環境からの干渉を無くすことは特別の挑戦事項となる。エンクロージャ内部の光学デバイスの配置は、デバイス内の汚染物質の進入を防止するが、光学信号又はビームは、デバイスと相互作用するためエンクロージャの一部を通過しなければならない。従って、透明区分は、エンクロージャ内に備えられなければならない。しかし、汚染は、透明区分の外部でなおも生じ、エンクロージャ内の光の通過又はエンクロージャからの光の通過を妨げる可能性があり、測定に悪影響を及ぼす。特に、管理されていない状況では、汚染の存在及び/又は存在する汚染の範囲に関する不確定性が常にあり、これは、器具を使用する利点を完全に無効にし得る。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【0004】
本発明によれば、光学アッセンブリは、光学デバイスと、該光学デバイスを収容するためのエンクロージャであって、該エンクロージャは、該光学デバイスへの光ビーム又は該光学デバイスからの光ビームの通過を可能にするため透明区分を備えている前記エンクロージャと、該透明区分を通過したテスト光ビームの減衰率を測定するための手段と、を備えている。
【0005】
本発明の光学アッセンブリは、エンクロージャの透明区分上に蓄積した汚染物質により引き起こされる減衰率を測定し、これにより該減衰率を監視する能力を有する。
測定値は、減衰率が閾値に達したときオペレータを単に警告するためだけに使用されてもよい。このことは、汚染の蓄積が、光学デバイスの動作に悪影響を及ぼしうるレベルに到達したことを示している。しかし、光学アッセンブリは、測定された減衰率を補償するための手段を備えるのが好ましい。光学デバイス又は関連する光学デバイスの測定値若しくは特性は、測定された減衰率を補償するため調整されるのが好ましい。光学デバイスが検出器である場合、検出器の感度が調整されてもよく、又は、検出器からの信号が適切な因子により調整されてもよい。光学デバイスが光源である場合、光源の明るさを調整することができる。光学デバイスそれ自体の特性を調整するというよりも、関連するデバイスの特性若しくは測定値を調整してもよい。デバイスが光源と検出器との対の一部である場合、他のデバイスが調整されてもよい。例えば、光学デバイスが光源である場合、連係する検出器からの信号は、光源からの光ビームの減衰を補償するため調整することができる。
【0006】
好ましくは、光学デバイスへの光経路又は光学デバイスからの光経路と、テスト光経路とは、実質的に透明区分で交差する。これは、光学デバイスからのビーム又は光学デバイスへのビームが透明区分を通過する位置と同じ位置で透明区分の汚染が測定されることを確実なものとする。
【0007】
好ましくは、光学アッセンブリは、テスト光ビームを発生するための光源と、該テスト光ビームを検出するための検出器と、を備え、該光源及び該検出器は、透明区分の両側に配置されている。好ましくは、光源は、エンクロージャの外部に配置され、検出器は、エンクロージャの内部に配置される。
【0008】
好ましくは、透明区分は、エンクロージャの内の凹所に配置されているのがよい。これは、空中浮遊ダスト及び他の汚染物質が、透明区分に到達して該透明区分に蓄積することを防止させる。好ましくは、透明区分は、覆われた通路内に配置され、透明区分を介した光経路は通路の長さに沿って延在する。
【0009】
好ましくは、テスト光ビームがテスト光源により発生され、テスト検出器により検出されるとき、エンクロージャの外部に配置されている構成部品が凹所に配置される。これは、汚染が蓄積し、外部構成要素の性能に影響を及ぼすことを防止する。好ましくは、外部構成要素は、テストビームが通過する通路内に配置される。
【0010】
本発明の好ましい態様では、光学アッセンブリは、表面上の汚染物質の蓄積を減少させるため、透明区分の外側表面上にガスの流れを差し向けるための手段を備える。洗浄流体が、ガスの流れ内に導入されてもよい。
【0011】
本発明のこの好ましい態様では、透明区分の外側表面に差し向けられたガスの流れが、表面上の汚染物質の蓄積を事実上減少するように機能する。もしそうでなかったならば、放射されたビーム又は受け取るビームを減少させることとなる。更に、洗浄流体を流れに追加することにより、蓄積された残留物を一掃させる。
【0012】
好ましくは、ガスの流れは圧縮ガスであり、より好ましくは、圧縮空気である。
好ましくは、ガスの流れは、テスト光源と検出器との対の外部構成要素が配置されている通路に沿って差し向けられ、当該流れは、外部構成要素から離れるように向けられ、透明区分に当てられる。更には、テスト光源又は検出器から離れる通路に沿ったガスの流れは、テスト光源又は検出器上の汚染物質の蓄積を防止する。
【0013】
光学デバイスが光源である一実施例では、光学アッセンブリは、エンクロージャ内に配置され、且つ、テストビームを検出するように配置されたテスト検出器へとビームの一部分を差し向けるように構成されたビームスプリッターを備える。これは、テスト検出器が、光源の出力を測定すること、最終的な測定結果が光源の光出力のばらつきに関して調整されること、並びに、透明状態の汚染によるビームの減衰に耐えること、を可能にするように使用されることを可能にする。
【0014】
光学デバイスが検出器である別の実施例では、検出器は、テストビーム及び1次ビームの両方を検出するように配列させることができる。1次ビームのための光源が作働停止され、テストビームのための光源が作働されたとき、検出器は、1次ビームからの所定強度の光を受け取り、逆もまた可能である。この構成の利点は、それがより簡単であり、数個の構成部品だけで済むということである。
【実施例】
【0015】
以下、添付図面を参照して本発明の好ましい実施例を説明する。
図1は、光学デバイス103を含む密封式エンクロージャ101を示す。エンクロージャ101は、漏れ無しに、水中に全体として浸漬させることができるという要求を始めとして、電気エンクロージャのための最も厳しい要求の一つ(例えば、IP67)と合致させるように構成されている。
【0016】
エンクロージャ101は、測定されるべき表面102に対して位置決めされている。光学デバイス103は、一実施例では、光源、例えば、LED又はレーザー等、又は、別の実施例では光学検出器を表している。光経路104は、源103から表面102への光の移動又はデバイス103が検出器である場合のその逆方向の移動を記述するように示されている。光ビームは、通路105に沿って移動する。該通路は、窓107をエンクロージャ101内の凹所に配置することを可能にする。例えばフィルター、偏光器、レンズ等の他の光学要素を、光学デバイス103とエンクロージャ窓107との間に配置してもよい。エンクロージャ101の密封は、例えば、Oリングシールを使って、汚染物質を排斥するような態様で、エンクロージャ101に取り付けられた窓107を使用して達成される。圧縮ガスは、通路108を通って窓107の外側表面へと差し向けられる。圧縮ガスは、通路108を通って窓107の外側表面へと差し向けられる。圧縮ガスは、制御された圧力109で外側供給部から供給される。窓表面に亘って流された、圧縮ガスは、通路105に沿って移動し、周囲110へと排出される。流体をクリーニングするバースト流れが、通路108を下って移動し、窓107に適用され、窓107に残っていたものを一掃するように、圧縮ガスの流れの上流に導入されてもよい。
【0017】
図1は、窓の汚染物質の診断のための構成を示している。ガス管108がテスト光源211と嵌合しており、該テスト光源は、テストビームをガス管108に沿って窓107に投影し、該テストビームは窓107を透過する。透過した光は、経路212に従い続け、最終的にテスト検出器213に至り、該検出器で、電気信号へと変換される。光経路212は、実質的に窓107のところで光経路104と交差するように構成されている。
【0018】
汚染診断法は、テスト光源211が作働されるとき及び窓107が汚染の無い状態にあるときの、テスト検出器213からの信号の初期較正工程を含んでいる。これは、製造時に及び製造後短期間のうちに実施されるのが好ましいが、汚染環境では設置前に実施されるのが好ましい。汚染が無い状態におけるテスト検出器213からの信号が、光学デバイス103と連係された電子システムにより、測定され、記録される。この値は、IDと称される。汚染環境の可能性のある光学デバイス103の設置に引き続いて、テスト検出器213からの信号を測定する類似の動作が、IDと称される値を与えるため実施される。テスト光源211は、それがオフとなる時間の残りに関して、テスト検出器213が測定されている時に作働されるだけである。汚染物質が、1次光経路104を妨げるように、窓107の外側表面に付くことができた場合、それは、テスト光経路212も妨げ、それにより、テスト検出器213上に照射される光強度が少なくなる結果をもたらし、電気信号IDを少なく生じさせる。IDと格納値IDとの比較により、IDが窓107上の汚染物質の結果として減少したか否かが決定される。
【0019】
テスト光源214に適合するため、ガスの流れが、T字接合部214を介して管108内に導入される。この構成の利点は、テスト光源211は、曲がりくねった経路により汚染環境から分離され、並びに汚染物質の進入に対抗するガス流れにより保護される位置に配置されているということである。この位置に光源211を配置することは、汚染の可能性をかなり減少させる。
【0020】
本発明の更なる改良態様では、センサーシステムを、窓107上の中間レベルの汚染に事実上許容できるように作ることができる。光経路212及び104の特性が実質的に類似な範囲で汚染によって減衰されると仮定すると、テスト光経路212における汚染物質で誘起された減衰率を、窓107上の汚染により引き起こされる1次光経路104上の減衰率のための推定値として使用することができる。テスト光経路212における減衰率は、次式のように記述することができる。
【0021】
【数1】

【0022】
この値を、1次光経路104のための推定値として使用すると、検出器103からの測定信号を修正することができる。かくして、次式が成立する。
【0023】
【数2】

【0024】
ここで、ISは、測定IDのとき又は測定後における検出器103からの測定信号であり、ISCtは、汚染の推定効果に基づく、検出器103に関する修正値である。
光学デバイス103が光源である場合、連係する検出器からの測定信号を調整することができ、又は、光源の輝度を調整することができる。
【0025】
好ましい方法では、IDは、毎日、毎時、又は、汚染の確率、測定効果上のその影響又は下流側での使用に応じて、更により頻繁に、測定される。
図1に示された実施例は、測定光経路104が測定表面102の法線と約60度の角度をなす構成を表している。記載された原理は、この構成に限定されず、任意の角度に適合することができることが当業者により認められよう。また、多数の角度及び構成は、単一の器具又はエンクロージャ内で組み合わされてもよいことも認められよう。
【0026】
図2に示されているように、図1に既に示された構成にビームスプリッター315を追加することにより、1次光源103の出力を測定することが可能となる。これは、測定精度の要求が、光源出力の安定性仕様を超えている用途において重要となり得る。図2は、図1と同じ構成に挿入されたビームスプリッター315を示している。共通した参照番号のほとんどは、明瞭にするため省略されている。103が光源である例では、出力された光経路104は、光源103から測定表面102に向かって移動する。それがビームスプリッター315を通過するとき、光学強度の小さい比率部分は、経路316に沿って反射され、テスト検出器213上に照射され、電気信号に変換される。該電気信号は、周期的測定値を格納された初期値と比較することにより診断測定値として使用されることができ、それにより光出力における漸次的な変化又は突然の変化が同定されて、誤差信号又は警告信号がトリガーされるようにしている。代替例として(又は追加的に)、電気信号は、光源103が供給する光の強度に関する任意の引き続く光学測定の結果、例えば連係する検出器の測定値を正規化するため使用されてもよい。光源103の光出力における小さな変動は、このようにして修正することができ、それらの効果を、最終的な測定結果から無くすことができる。
【0027】
図3は、以前に説明した特徴の全てが組み合わされた単一の光学管の実施例を示している。可能となる特徴の全範囲を作働させるため、光源103及び211を個別的に制御することができる。窓の汚染を測定するために、テスト光源211を作働させ、1次光源103を作働停止しなければならない。1次光源103の光出力を測定するため、1次光源103を作働させ、テスト光源211を作働停止しなければならない。
【0028】
物理的な構成が可能となる場合、汚染診断装置の簡単な実施例を図4に表されるように用いることができる。センサー検出器417は、光経路104に沿って測定信号を受信するため使用されるが、光経路104の光源が作働停止され、テスト光源211が作働されるとき、検出器417は、テスト光経路212の方向から光強度信号を受け取る。両方の光経路は、器具のエンクロージャ101を密封する光学要素107を通過する。従って、テスト光経路212の使用は、圧力と、光学要素107上の汚染の度合いと、を測定するため使用することができる。光学要素107上の汚染を修正するのと同じ方法を、前述されたように使用することができる。テスト光源211及びテスト光経路212は、管108に沿って移動し(前述されたように)、管105に至るおそれのある汚染物質の進入から保護されている。
【0029】
上記構成の利点は、それが、前述した実施例よりもかなり簡単であるということである。しかし、それは、検出器417が光強度を測定することができ、且つ、その幾何学的形状が光経路212及び104の両方を単一の検出器417に入射することを可能にする状況で使用することができるだけである。図4は、これらの基準を満たす多数の幾何学的形状のうち一つだけを表している。
【0030】
図5は、表面で光ビームを差し向けるための光源アッセンブリと、表面から散乱され反射された光を検出するため各々異なる配位で配列された2つの検出器アッセンブリと、を有する実際の実施例を示している。
【0031】
光源アッセンブリは、概略図2で示された構成を有し、光源103により放射されたビームの通過を可能にするため透明窓107を有するエンクロージャ(図示せず)内に配置された光源103を備えている。光源103から放射されたビームは、通路105に沿って通過し、表面上に入射される。エンクロージャ(図示せず)の内部では、窓107と光源103との間に、検出器213上に放射ビームの一部分を差し向けるビームスプリッター315が存在する。テスト光源211は、テストビームを窓107を通して検出器213上に入射されるように該テストビームを差し向けるため、凹所の通路(図示せず)の端部に配置されている。光源103がオンに切り替えられたとき、検出器213は、ビームスプリッター315からの放射ビームの一部分を受け取り、光源103がオフに切り替えられたとき、テスト光源211がオンに切り替えられ、検出器213がテストビームを検出する。空気Aの流れは、テスト光源211がT字接合部に配置されているところの通路に連結した通路214に沿って移動する。このようにして、空気の流れは、テスト光源211から離れるように差し向けられ、窓107に当てられる。
【0032】
検出器アッセンブリの両方は、図4に概略示された構成を有し、それと同じ検出器417、517は、表面からの入射光を検出するため使用され、テストビームはテスト光源311、411により発生される。検出器417、517の各々は、検出器417、517の検出表面が窓207、307に隣接するように、覆われたチャンバー201、301内に配置される。窓207、307は、入射光が通路205、305に沿って移動して該窓207、307に入射するように凹所に配置されている。テスト光源311、411は、通路208、308に沿って窓207、307でテストビームを差し向ける。テストビームは、窓207、307を通過し、検出器417、517により検出される。空気B,Cの流れは、空気流れが、テスト光源311、411から離れて通路208、308に沿って差し向けられるように側通路314から通路208、308へと向けられ、窓207、307に当てられる。
【0033】
本明細書の目的のために、「備えている」という用語は、該用語に先立つ構成要素を含んでいるが、これだけに限定されないことを意味し、「備える」という用語は、これに対応する意味を有する。
【0034】
当業者に明らかであろう変更及び変形は、本発明の範囲内にあるとみなされる。
【図面の簡単な説明】
【0035】
【図1】図1は、本発明の第1の実施例の概略図である。
【図2】図2は、光学デバイスが光源である本発明の第2の実施例の概略図である。
【図3】図3は、本発明の第3の実施例の概略図である。
【図4】図4は、光学デバイスが検出器である第4の実施例の概略図である。
【図5】図5は、本発明の実施例の立面図である。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
光学アッセンブリであって、
光学デバイスと、
前記光学デバイスを収容するためのエンクロージャであって、該エンクロージャは、前記光学デバイスへの光ビーム又は該光学デバイスからの光ビームの通過を可能にするため透明区分を備えている、前記エンクロージャと、
前記透明区分を通過したテスト光ビームの減衰率を測定するための手段と、
を備える、光学アッセンブリ。
【請求項2】
前記測定された減衰率を補償するための手段を更に備える、請求項1に記載の光学アッセンブリ。
【請求項3】
前記測定された減衰率を補償するための手段は、該測定された減衰率を補償するため、前記光学デバイス又は関連する光学デバイスの測定値又は特性を調整するための手段を備えている、請求項2に記載の光学アッセンブリ。
【請求項4】
前記光学デバイスへの光経路又は該光学デバイスからの光経路と、テスト光経路とは、実質的に前記透明区分で交差するように、配列されている、上記請求項のうちいずれか1項に記載の光学アッセンブリ。
【請求項5】
前記透明区分は、前記エンクロージャ内の凹所に配置されている、上記請求項のうちいずれか1項に記載の光学アッセンブリ。
【請求項6】
前記透明区分は、覆われた通路内に配置され、前記透明区分を通過した前記光経路は、前記通路の長さに沿って延在する、請求項5に記載の光学アッセンブリ。
【請求項7】
前記テスト光ビームを発生するための光源と、該テスト光ビームを検出するための検出器と、を備え、該光源及び該検出器は、前記透明区分の各々反対側に配置されている、上記請求項のうちいずれか1項に記載の光学アッセンブリ。
【請求項8】
前記エンクロージャの外部に配置されている構成部品は、凹所に配置されている、請求項7に記載の光学アッセンブリ。
【請求項9】
前記外部の構成部品は、前記テストビームが通過するところの通路内に配置されている、請求項8に記載の光学アッセンブリ。
【請求項10】
ガスの流れが、前記外部の構成部品から離れるように前記通路に沿って差し向けられ、前記透明区分に当てられる、請求項9に記載の光学アッセンブリ。
【請求項11】
ガスの流れを前記透明区分の外側表面上に当てるように差し向けるための手段を備え、該外側表面上への汚染物質の蓄積を減少させる、請求項1乃至9のいずれか1項に記載の光学アッセンブリ。
【請求項12】
前記ガスの流れは、圧縮ガスである、請求項13又は14の係る光学アッセンブリ。
【請求項13】
前記光学デバイスは、光源であり、前記光学アッセンブリは、前記エンクロージャの内部に配置され、且つ、前記光源から、前記テストビームを検出するため配置されたテスト検出器へと前記ビームの一部分を差し向けるように構成されたビームスプリッターを備える、上記請求項のうちいずれか1項に記載の光学アッセンブリ。
【請求項14】
前記光学デバイスは、検出器であり、前記検出器は、前記テストビーム及び1次ビームの両方を検出するように配列されている、請求項1乃至12のいずれか1項に記載の光学アッセンブリ。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
光学アッセンブリであって、
光学デバイスと、
前記光学デバイスを収容するためのエンクロージャであって、該エンクロージャは、前記光学デバイスへの光ビーム又は該光学デバイスからの光ビームの通過を可能にするため透明区分を備えている、前記エンクロージャと、
前記透明区分を通過したテスト光ビームの減衰率を測定するための手段と、
前記測定された減衰率を補償するための手段と、
を備える、光学アッセンブリ。
【請求項2】
前記測定された減衰率を補償するための手段は、該測定された減衰率を補償するため、前記光学デバイス又は関連する光学デバイスの測定値又は特性を調整するための手段を備えている、請求項1に記載の光学アッセンブリ。
【請求項3】
前記光学デバイスへの光経路又は該光学デバイスからの光経路と、テスト光経路とは、実質的に前記透明区分で交差するように、配列されている、請求項1又は2に記載の光学アッセンブリ。
【請求項4】
前記透明区分は、前記エンクロージャ内の凹所に配置されている、上記請求項のうちいずれか1項に記載の光学アッセンブリ。
【請求項5】
前記透明区分は、覆われた通路内に配置され、前記透明区分を通過した前記光経路は、前記通路の長さに沿って延在する、請求項4に記載の光学アッセンブリ。
【請求項6】
前記テスト光ビームを発生するための光源と、該テスト光ビームを検出するための検出器と、を備え、該光源及び該検出器は、前記透明区分の両側に配置されている、上記請求項のうちいずれか1項に記載の光学アッセンブリ。
【請求項7】
前記エンクロージャの外部に配置されている前記光源又は前記検出器は、凹所に配置されている、請求項6に記載の光学アッセンブリ。
【請求項8】
前記外部の構成部品は、前記テストビームが通過するところの通路内に配置されている、請求項7に記載の光学アッセンブリ。
【請求項9】
ガスの流れが、前記外部の構成部品から離れるように前記通路に沿って差し向けられ、前記透明区分に当てられる、請求項8に記載の光学アッセンブリ。
【請求項10】
ガスの流れを前記透明区分の外側表面上に当てるように差し向けるための手段を備え、該外側表面上への汚染物質の蓄積を減少させる、請求項1乃至8のいずれか1項に記載の光学アッセンブリ。
【請求項11】
前記ガスの流れは、圧縮ガスである、請求項9又は10に記載の光学アッセンブリ。
【請求項12】
前記光学デバイスは、光源であり、前記光学アッセンブリは、前記エンクロージャの内部に配置され、且つ、前記光源から、前記テストビームを検出するため配置されたテスト検出器へと前記ビームの一部分を差し向けるように構成されたビームスプリッターを備える、上記請求項のうちいずれか1項に記載の光学アッセンブリ。
【請求項13】
前記光学デバイスは、検出器であり、前記検出器は、前記テストビーム及び1次ビームの両方を検出するように配置されている、請求項1乃至11のいずれか1項に記載の光学アッセンブリ。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【公表番号】特表2006−516725(P2006−516725A)
【公表日】平成18年7月6日(2006.7.6)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2006−501342(P2006−501342)
【出願日】平成16年1月30日(2004.1.30)
【国際出願番号】PCT/AU2004/000110
【国際公開番号】WO2004/068069
【国際公開日】平成16年8月12日(2004.8.12)
【出願人】(598152079)コモンウェルス サイエンティフィック アンド インダストリアル リサーチ オーガナイゼイション (16)
【Fターム(参考)】