CN100460987C

CN100460987C - 照明装置

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Publication number: CN100460987C
Application number: CNB2004100739058A
Authority: CN
Inventors: 早见健一; 金子正明
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2003-08-28
Filing date: 2004-08-27
Publication date: 2009-02-11
Anticipated expiration: 2024-08-27
Also published as: US7136582B2; JP3842257B2; JP2005077468A; US20050047772A1; CN1591160A

Abstract

本发明的目的在于提供一种安装于彩色照相机的照明装置，该照明装置能够从诸如LED的光源提供稳定的光量，并且能够稳定用彩色照相机捕捉的图像的色调。为了实现此目的，在根据本发明的照明装置中，通过使用传热构件增强了用于LED箱温度控制的珀耳帖元件与内置LED及LED箱之间的传热，同时实现了对照相机的温度控制。

Description

照明装置

技术领域

本发明一般而言涉及一种由诸如发光二极管的发光元件所构成的照明装置。具体地说，本发明涉及一种照明装置，它具有简单结构并以此能够容易地分离或附着于照相机等，并且能够不受发光元件温度变化的影响而提供稳定的发光强度。

背景技术

例如，已知的一种检验装置，通过使用照相机对检验对象拍照而基于照相结果实现对该对象的质量控制。在这样的检验装置中，为了使该对象的图像更清晰，同时使用了一种用于照亮该对象的照明装置。在这种照明装置中，采用了多个发光二极管(以下简称LED)，这是由于发光二极管本质上所具有的高方向性而不需要反射板等，并且体积小且能耗低等原因。

但是，LED也具有这样一个特性，即其温度相应于使用状况而变化，并且其照明质量也相应于温度的变化而变化。更具体地说，LED具有当其温度升高时，其光量减少的特性，并且，例如，在LED被开启后，光量得到暂时地稳定，随着照明时间的流逝，温度升高使得光量减少。由于这个原因，通常在使用LED的同时，利用温度测量器件和布置在LED附近的诸如珀耳帖元件的冷却器件控制LED的温度。这种结构的例子在日本专利申请公开2002-101274，日本专利申请公开2001-043728和日本专利申请公开2000-337967中有所披露。

上述检验装置的例子包括用于半导体产品视觉检验的检验装置(参见例如日本专利申请公开10-206237)以及用于识别物品外形的装置(参见例如日本专利申请公开10-312450)。在这样的装置中，施加高方向性的光到拍照对象上，通过光的反射使得其更清晰，并基于拍照结果获得检验结果、形状识别结果等。拍照的可能对象包括安装在电路板上的芯片等。近年来，为了适应芯片的小型化以及安装密度的不断增高，在对这类对象的拍照中，需要采用具有更高方向性并且提供稳定光量的光源和具有高灵敏度或能够执行彩色成像的照相机的组合。

当检测装置被用于检测那些通过多种且小量的生产过程获得且高密度安装的电子元件时，就必须拍照多种多样的电路板和安装芯片的图像，而这些电路板和安装芯片的高度、尺寸、反射率、色调等及其组合等是不同的。即使当这样的照明装置为对象改变照明状态时，至今为止，在正常拍照条件下，照明状态的改变量并不成为问题，或者拍照等在改变量并不成为问题的条件下已经实现。但是，例如，在检测电子元件的安装状态时，若电子元件、安装板等为微型的，且它们材料的色调等之间也十分相近，那么便不能忽略上述照明状态的变化。

由于这个原因，获得图像需要快捷迅速地改变照明装置和照相机的焦点，并且需要加在拍照对象上的光线具有几乎相同的光线数量和几乎相同的方向。可以想象，随着电子元件的小型化和高性能化，未来这样的要求将越来越严格。另外，也可以推想，如果照相机和照明装置都是微型的，但却需要设法使照相机和照明装置能够容易地相互分离和相互附着，那么将温度测量器件布置于照明装置之中的布置本身将变得十分困难。

另外，为了实现更难解决的对拍照对象的拍照和分析，也采用了在彩色方式下捕捉图像的照相机。在通常方式下，这样的照相机基于拍照对象与黑体之间辐射温度的差异提取图像的颜色。由于这个原因，当来自发光二极管的热传导或热辐射导致照相机自身温度上升时，即使只有一个拍照对象，也可能发生合成图像的颜色与图像的各部分不同。即使在当前使用状况下，该颜色改变并不会成为问题，但是当拍照对象微小而且复杂时，就需要构造考虑到颜色改变的拍照系统了。

在通常方式下，可以通过控制照相机的内置镜头快捷地调节照相机的焦点。但是，当使用由多个具有高方向性的LED构成的照明装置作为光源时，通常很难移动照明装置的焦点。另外，通常只能采用将滤色镜等置于LED之前的方法来改变LED所发光的颜色。通常能够想到的解决方法的例子可以是：预先准备多种具有不同焦距的照明装置；并且根据应用的需要将这些照明装置中的某个固定于照相机。这种照明装置结构的例子包括在日本专利申请公开2001-043728以及日本专利申请公开2000-337967中披露的。

如上所述，但是，为了从LED获得稳定的光量，需要将LED应用在恒温的环境条件下。由于这个原因，如日本专利申请公开2001-043728等所述，照明装置需要配备温度计、作为冷却器件的珀耳帖元件以及用于温度计和珀耳帖元件的控制系统。因此，从实际角度出发，该照明装置将需要复杂的配线等。从而，当试图将上述专利文献中所披露的任何一个照明装置安装于实际的照相机时，很难快捷迅速地完成安装操作。

另外，上述日本专利申请公开2002-101274披露了这样的结构，即LED、珀耳帖元件和热辐射板被整体地相互结合。日本专利申请公开2002-101274还披露了，为维修等之便利，那些组成元件可以相互分离。但是，日本专利申请公开2002-101274所披露的结构只是为了维修而允许组成元件相互分离。于是，例如，此结构并不适合于频繁更换LED的情形。另外，由于LED等的固定，采用上述专利文献中所披露的结构很难减少在固定有LED的照相机等中产生的温度变化。

发明内容

本发明是根据以上情形所作出的，因此，本发明的一个目的在于提供这样的结构，使得用在照明装置中的发光二极管等可以快捷地分离或附着于照相机。本发明的另一个目的在于提供照明单元或装置，其结构使得发光二极管等可以快捷地分离或附着于照相机，并且该照明单元或装置能够调节对象的温度，该对象诸如固定了照明装置的照相机。

为了解决上述问题，根据本发明的一方面，提供了这样的照明单元，该照明单元固定并安装于目标物上，用于照亮预定焦点的周围区域，该照明单元包括：发光二极管箱，具有容纳空间和下端面，该容纳空间垂直地形成并能容纳所述目标物以使照明单元安装于其上，该下端面固定了多个能够向预定焦点施加光的发光二极管；温度控制元件，具有容纳空间和下端面，该容纳空间垂直地形成并能容纳所述目标物以使照明单元安装于其上，该下端面能够紧紧与所述发光二极管箱的上端面相接触；热辐射构件，具有容纳空间、下端面和上端面，该容纳空间垂直地形成并能容纳所述目标物以使所述照明单元安装于其上，该下端面能够紧紧与所述温度控制元件的上端面相接触，该上端面中含有热辐射结构，所述发光二极管箱、温度控制元件以及热辐射构件相互独立，照明单元进一步包括：固定构件，通过弹性部分被挤压向所述发光二极管箱和热辐射构件中的至少一个，并且与二者中的另一个相接触而能够在二者中一个的方向上挤压另一个，从而使得发光二极管箱、温度控制元件和热辐射构件在被整体地相互装配在一起时能够相互紧紧接触。

在照明单元的另外方面中，优选的是，布置传热构件于温度控制元件的容纳空间之中，从而所述传热构件与所述温度控制元件在容纳空间一侧的末端部分以及固定了所述照明单元的目标物的表面相接触。在照明单元的另外方面中，优选的是，固定构件的一端部分通过具有弹性部分的构件固定于所述发光二极管箱和热辐射构件中的至少一个，固定构件的另一端部分有这样的接触面，其具有相对于垂直方向的预定角，并且与在发光二极管箱的外周或另一端上的凹进部分相接触，从而对凹进部分施加垂直的压力。在照明单元的另外方面中，优选的是，所述发光二极管箱具有与所述发光二极管相连接的保护电路。

为了解决上述问题，根据本发明的另一方面，提供了这样的照明装置，该照明装置固定并安装于目标物上，用于照亮预定焦点的周围区域，该照明装置包括：发光二极管箱，具有容纳空间和下端面，该容纳空间垂直地形成并能容纳所述目标物以使照明装置安装于其上，该下端面固定了多个能够向预定焦点施加光的发光二极管；温度控制元件，具有容纳空间和下端面，该容纳空间垂直地形成并能容纳所述目标物以使照明装置安装于其上，该下端面能够紧紧与所述发光二极管箱的上端面相接触；传热构件，被布置于所述温度控制元件的容纳空间之中，而与所述温度控制元件在容纳空间一侧的末端部分以及固定了照明装置的所述目标物的表面相接触。

在根据本发明的照明单元中，通过使用能够将各个独立组件紧紧相互接触在一起的固定构件，将固定有多个发光二极管的发光二极管箱，珀耳帖元件以及热辐射构件快捷地固定于作为固定照明单元的目标物的照相机上。从而，当拍照对象的高度发生变化，色调发生变化，或需要具有多个焦点的光源等情形发生时，发光二极管箱及所有固定有发光二极管的组件能够作为专用照明装置被快捷地更换。另外，也很容易根据对珀耳帖元件冷却效率的要求对珀耳帖元件进行更换。因此，就照明单位而言，通用性显著提高了。另外，在本发明中，由热熔丝、恒温开关等构成的用于发光二极管的保护单元，被布置于发光二极管箱以减少分布于组件间的配线的数量，从而简化了结构。

另外，在根据本发明的照明装置中，对作为安装照明装置的目标物的照相机而言，也同时使用珀耳帖元件对其温度进行控制。发光二极管、照相机等构成热整体系统，通过传热构件与珀耳帖元件紧紧接触。因此，照相机的温度能够保持恒定，而且即使使用彩色照相机，也能够获得固定色调的图像。另外，采用此结构，能够通过使用珀耳帖元件在初始操作照相机等时提高发光二极管、照相机等的温度。因此，能够缩短安装本身所需的时间。

附图说明

图1是照相机概略结构的透视图，该照相机安装了根据本发明实施例的照明装置；

图2是图1所示结构的剖面图；

图3A为透视图，示出了图1所示发光二极管(LED)箱的细节；

图3B为透视图，示出了图1所示珀耳帖元件的细节；

图3C为透视图，示出了图1所示热辐射板的细节；

图4A为电路图，示出了根据本发明实施例的LED保护电路的一个结构的主要部分；

图4B为电路图，示出了根据本发明实施例的LED保护电路的另一个结构的主要部分；

图5为分解透视图，示出了本发明实施例的改变结构。

具体实施方式

以下参照附图详细说明本发明的一个优选实施例。在透视图图1中，根据本发明的照明装置被构造为安装于照相机的单元。图2示出了图1所示结构的概略剖面。照明装置1具有近乎环状外形，并且照相机20插入到照明装置1的通孔部分(容纳空间)。另外，照明装置1具有环状的发光二极管(LED)箱14，多个LED3被固定于其上以被向下定向，照明装置1还具有紧紧地与LED箱14的背面相接触的环状的珀耳帖元件7。

紧紧地与珀耳帖元件7相接触的柱形传热构件16被紧紧地固定在LED箱14通孔的内周部分，其中该通孔被作为容纳空间。照相机20延伸到完全穿过该通孔，并处于紧紧地与传热构件16相接触的状态，并且通过传热构件16保持与LED箱14相同的温度。另外，热辐射板18被装在珀耳帖元件7与LED箱14紧密接触面的反面上，以增强珀耳帖元件7的冷却效果。LED3和珀耳帖元件7被连接到各自的电源(未示出)和各自的测量系统(未示出)上。于是，LED3、珀耳帖元件7以及照相机20的温度分别地被保持在近乎恒定值。

具有弹簧的弹性构件17的一端部分固定于热辐射板18的上端部分。弹性构件17的另一端固定于固定构件19的上端部分。形成于固定构件19的下端部分的接触面19a，具有关于垂直方向的预定角，且被定向为朝通孔方向向上。于是，接触面19a能与LED箱14外周的下端部分接触。固定构件19被弹性构件17压向通孔，并因此接触面19a与LED箱14外周的下端面相接触以向上(即向着热辐射板的方向)支撑LED箱14。结果，LED箱14、珀耳帖元件7和热辐射板18能够相互紧紧地接触在一起，从而能够以一个整体单元的形式进行操作。

下面，将参照图3A到3C详细说明此实施例中所用的LED箱14、珀耳帖元件7和热辐射板18。图3A到3C分别示出了LED箱14、珀耳帖元件7和热辐射板18的透视图。在LED箱14的上表面有与珀耳帖元件7的下表面紧紧接触的平面14b，并且在箱的下表面具有多个LED3，这些LED3被布置呈环状以在预定位置具有聚焦点。另外，照相机20所插入的容纳空间14a被形成在由被布置呈环状的LED3的接近中心的部分。近乎柱形的传热构件16被布置在容纳空间14a中，其外周部分在容纳空间14a一侧与LED箱14的内周部分紧紧接触。

珀耳帖元件7具有环状外形，并具有可插入照相机20于其中的容纳空间7a。上述传热构件16向上延伸到容纳空间7a，并因此在容纳空间7a一侧与珀耳帖元件7的内周部分紧紧接触。插入传热构件16通孔的照相机20的外径几乎与该通孔的内径相等。于是，当照相机20被插入到照明装置1的通孔中时，照相机的外周部分与传热构件16的内周部分紧紧接触。

在热辐射板18的下表面有与珀耳帖元件7的上表面紧紧接触的平面18a，在其上表面还有散热片18b。尽管热辐射板18也具有插入照相机20的容纳空间18c，但是传热构件16并没有延伸到容纳空间18c。热辐射板18能够向空间辐射珀耳帖元件7释放的热量，并因此必须与传热构件16隔热。从而，当热辐射板18被布置为接近传热构件16时，最好在传热构件16和热辐射板18之间布置隔热构件。

在此实施例中，弹簧17的一端固定于散热片18b的上端部分，如前所述，其另一端固定于固定构件19的上端部分。固定构件19垂直地延伸，并在其下端部分具有接触面19a，该接触面19a被定向为朝容纳空间方向向上。固定构件19能够在容纳空间方向上(水平地)被驱动，并且在容纳空间方向上被弹簧17所挤压。

应该注意，在此实施例中，固定构件19能够水平地被驱动，例如，固定构件19能够围绕轴线转动，该轴线在固定构件19的接近纵向中心部分。这时，弹性构件即弹簧17被迫在与例示方向相反的方向上挤压固定构件19(也就是离开容纳空间18c的方向)。另外，此实施例中，固定构件19通过弹性构件17固定于热辐射板18，可选择地，热辐射板18和固定构件19也可以被固定于LED箱14的侧面。这时，接触面19a与热辐射板18相接触。

从而，由于弹簧17等的辅助，固定构件19起到了固定LED箱14等的作用。另外，此实施例中，固定构件19的接触面19a与LED箱14的下端接触。但是，也可以采用这样的结构，例如，在LED箱14的外周部分中有凹进部分，接触面19a与该凹进部分相接触。再者，也可以将具有固定构件9、弹簧17等的固定构件构造为所谓夹子的结构，其具有诸如C形或匚形的外形以及弹性。

另外，在此实施例中，LED箱14、珀耳帖元件7以及热辐射板18为分立的组件。通常地，LED易于因发热而导致损坏。另外，当要测量LED等的温度时，就需要使用用于LED和温度计的配线。当整体地使用这些配线时，合在一起的配线就会变得非常复杂。由于这个原因，在此实施例中，恒温开关22被构造于LED箱14之中以形成如图4A所示电路。由恒温开关22执行对珀耳帖元件7的开关控制。另外，如图4A所示，恒温开关22与LED3串联以起到保护电路的作用，防止LED3损坏。

注意如图4B所示，可以用热熔丝23代替恒温开关22形成LED3的保护电路。这时，热熔丝23可以被构造于LED箱14之中。在此电路配置中，热熔丝23起到LED3保护电路的作用，并因此能够防止LED损坏。再者，恒温开关22或热熔丝23被构造在LED箱14之中，能够减少温度控制相应所需的配线数量。结果可以大大减少配线的数量。

采用上述结构的照明装置1，可以使照相机20的温度保持恒定，并因此能够以固定的色调为对象拍照。从而，即使是彩色图像时，也能够稳定地获得对象的清晰图像。另外，照明装置1的独立组件可以被分别构造再相互结合以构造照明装置1。作为结果，可以提供这样微型且简易的照明装置，其能够被迅速地固定于照相机20，并且能够相应于拍照对象的拍照条件等提供稳定的光量，以获得清晰的彩色图像等。

下面，将参照图5说明对根据本发明的照明装置的前述实施例的一个改造。图5是分解透视图，示出了当照明装置被安装于照相机20时的装配状态，此处的照明装置是对根据本发明的上述实施例进行了此改造后的照明装置。注意在此改造中，与上述实施例中组件相同的组件被标以了相同的参考数字，下面将在此限定下对该改造进行说明。在此改造中，可以有这样的情形，LED箱14、珀耳帖元件7以及热辐射板18已经被所谓夹子等相互结合在一起，该夹子具有C形或匚形的外形，并且通过使用例如具有高导热性的粘合剂而具有弹性。

在此改造中，在热辐射板18的上表面有柱形突出部分18d。柱形突出部分18d具有：在柱形突出部分18d伸展方向上的狭缝18f，以及在柱形突出部分18d外周部分的锥形外螺纹18e。另外，LED箱14中容纳空间的内径几乎与珀耳帖元件7中容纳空间的内径相同。在热辐射板18及其柱形突出部分18d中的容纳空间18c的内径比LED箱14容纳空间的内径和珀耳帖元件7的容纳空间的内径都要大。隔热构件25对应于热辐射板18的位置旋绕在柱形传热构件16的一部分上。

当传热构件16基于组件间的相互关系插入到LED箱14等的容纳空间中，其外周部分与LED箱14和珀耳帖元件7都紧紧接触，并且热反射板18近乎与隔热构件25的外周部分紧紧接触。传热构件16中的狭缝16a在传热构件16的延伸方向上。

当上述组件被装配在一起时，传热构件16被插入到LED箱14等的容纳空间中，锥形内螺纹环27被装于柱形突出部分18d，并且照相机20被插入以完全穿过各独立的容纳空间。在此状态下，锥形外螺纹18e与锥形内螺纹环27旋紧在一起。结果，狭缝18f和狭缝16a的宽度都被减小，于是LED箱14等以及传热构件16等被相互装配在一起且被整体地固定，以箍紧照相机20的外周部分。由于传热构件16覆盖了照相机20很大部分，因此，与前述实施例相比，采用此结构能够更稳定地保持照相机20的温度。

作为本发明实施例的照明装置具有这样的结构，能够以稳定的光量照亮对象，以便于用照相机检测。但是，本发明的实施并不限于这一技术领域。更确切地说，本发明还可以被应用于这样的结构，该结构需要各式各样的利用LED方向性等的光源且每一个光源的应用温度需要保持恒定。从而，上述的每一个容纳空间都不限于柱形，它还可以被制成各式各样的形状，比如方形。另外，本发明的思想不仅仅只是应用于LED，还能够被应用于提供光量不稳定的光源，除非该光源的应用温度是稳定的。更具体地说，本发明的思想可以被用于这样的装置，其使用了能够通过冷却或加热而提供稳定光量的光源。这时，对与光源一起使用且接近于光源的装置而言，其温度需要保持恒定。

Claims

1.一种照明单元，固定并安装于目标物上，用于照亮预定焦点的周围区域，该照明单元包括：

发光二极管箱，具有容纳空间和下端面，该容纳空间垂直地形成并能容纳所述目标物以使所述照明单元安装于该目标物上，该下端面固定了多个能够向预定焦点施加光的发光二极管；

珀耳帖元件，具有容纳空间和下端面，该珀耳帖元件的容纳空间垂直地形成并能容纳所述目标物以使所述照明单元安装于该目标物上，该珀耳帖元件的下端面能够紧紧与所述发光二极管箱的上端面相接触；

热辐射构件，具有容纳空间、下端面和上端面，该热辐射构件的容纳空间垂直地形成并能容纳所述目标物以使所述照明单元安装于该目标物上，该热辐射构件的下端面能够紧紧与所述珀耳帖元件的上端面相接触，该热辐射构件的上端面中含有热辐射结构，所述发光二极管箱、珀耳帖元件以及热辐射构件相互独立，

该照明单元进一步包括：

固定构件，通过弹性部分被挤压向所述发光二极管箱和热辐射构件中的至少一个，并且与二者中的另一个相接触而能够在二者中一个的方向上挤压另一个，从而使得所述发光二极管箱、珀耳帖元件和热辐射构件在被整体地相互装配在一起时能够相互紧紧接触，

其中，所述固定构件在该固定构件的一个端部分通过弹性部分固定到热辐射构件，该固定构件的另一端部分具有这样的接触面，该接触面在照明单元中具有相对于垂直方向的预定倾斜角，

并且该接触面与发光二极管箱的下端面或发光二极管箱的外周部分设置的凹进部分相接触，从而向上挤压发光二极管箱。

2.根据权利要求1的照明单元，进一步包括：

传热构件，与所述热辐射构件隔热，被布置于至少所述珀耳帖元件的容纳空间之中，以与所述珀耳帖元件在该珀耳帖元件的容纳空间一侧的内周部分以及固定了所述照明单元的所述目标物的表面相接触。

3.根据权利要求1的照明单元，其中所述发光二极管箱具有与所述发光二极管相连接的保护电路。