CN101248348A - 光照射装置和光学构件 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种光照射装置，包括：透光板(31)，将其中一面作为工件相向面(31a)，朝向光照射对象即产品等工件(W)而设置且具有规定厚度；多个反射部(32)，并排设置在所述透光板(31)的另一面上，使得光反射面朝向工件(W)侧，且所述反射部彼此间形成有细微的间隙(S)；光源部(5)，设置于这样的位置，使所出射的光的至少一部分透过所述透光板(31)到达所述光反射面、并由此反射从所述工件相向面(31a)出射；以及防反射膜(33)，覆盖所述工件相向面(31a)。因此，在不至于牺牲其紧凑性等优势的情况下能以简单的构成、较低的成本来减轻条纹。

Description

光照射装置和光学构件

                               技术领域

本发明涉及一种在例如工厂等中对产品等对象物进行光照射、适用于对其进行外观检查或读取其表面记载的标记的光照射装置和光学构件。

                               背景技术

以往知道有对例如产品等对象物进行光照射来形成适合的照明环境，再设法由CCD摄像机等摄像装置对该对象物摄像，并进行自动的外观检查或自动的标记读取的系统。

这种系统中，需要从与摄像装置的观察轴相同的方向进行光照射的情况下，以往设法在观察轴上倾斜45度设置半透明反射镜，并从与观察轴相正交的方向对该半透明反射镜进行光照射。利用这种构成，光源的出射光经过半透明反射镜的反射在与所述观察轴相同的方向上行进，一方面照射所述对象物，另一方面来自对象物的光透过半透明反射镜到达摄像装置，所以也能对对象物摄像。但这种构成中，由于配置45度倾斜的半透明反射镜的关系，其总体尺寸尤其是观察轴方向上的尺寸较大，而且由于该半透明反射镜的妨碍，无法使摄像装置靠近对象物。

因此，本申请发明人开发出如专利文献1所披露的那样呈薄板状、并能够与观察轴相正交插入的划时代的光照射装置，能够首次实现大幅度的小型化或近距离摄像等。

具体来说，该光照射装置设法将许多细微的反射构件并排设置于透明板的与对象物侧相反的表面上使得反射构件彼此间形成有间隙，同时从该透明板的周侧端面导入LED光。光在透明板中全反射行进，其中一部分经过反射构件的反射从透明板向对象物照射。摄像装置因为反射构件间存在间隙，所以如同透过纱门观察明亮的房间内部那样，可以在几乎不受反射构件影响的情况下对对象物进行摄像。

专利文献1：日本专利公开2003-98093号公报

                               发明内容

但采用这种光照射装置的情况下，由于摄像装置侧的放大倍数，摄像画面有条纹(干涉条纹)产生，往往对检查等带来影响。为了减轻这种条纹，专利文献1中记载的是例如使反射构件按不均匀的间距并排、或使其形状呈不规则形状这类方法，但这种方法的制作成本之高超过预期。

因此，本发明正是针对这种光照射装置，设法在不至于牺牲其紧凑性等优势的情况下以简单的构成、较低的成本来减轻上述条纹。

具体来说，本发明的光照射装置包括：透光板，将其中一面作为工件相向面，朝向光照射对象即产品等工件而设置且具有规定厚度；多个反射部，在所述透光板的另一面(下面有时也称为与工件相向面相反的面)上并排设置，使得其光反射面朝向工件侧，且彼此间形成有细微的间隙；光源部，设置于这样的位置，使所出射的光的至少一部分透过所述透光板到达所述光反射面、并由此反射从所述工件相向面出射；以及防反射膜，覆盖所述工件相向面。

另外，本发明涉及与上述光源分开的光学构件，其特征在于包括：透光板，将其中一面作为工件相向面，朝向光照射对象即产品等工件设置且具有规定厚度；多个反射部，并排设置在所述透光板的与工件相向面相反的面上，使得其光反射面朝向工件侧，且所述反射部彼此间形成有细微的间隙；以及防反射膜，覆盖所述工件相向面。

另外，这里所谓的“反射”基本上指漫反射(散射)，但根据情况也包含正反射的含义。

本申请发明人专心研发的结果是弄清楚以下机理，由于各反射部反射至工件侧的一部分光由工件相向面再度反射朝向摄像装置侧而发生条纹。具体来说，是基于反射部及其弄清的事实而想到本发明的，可以通过在工件相向面上设置防反射膜这种简单又没什么成本的构成，来抑制由工件相向面反射至摄像装置侧的光，并减轻条纹。

作为光源部的具体构成来说，可以给出所述光源部面对透光板的周侧端面而配置，并具有将光从该周侧端面导入透光板内部的多个LED这种构成。

所述反射部在纵横方向上排列，在制作成本方面较为理想。但这样的构成，如前文所述，摄像装置如同CCD摄像机那样具有分别在纵横方向上按规定间距排列的多个图像元件，图像元件的排列方向和反射部的排列方向两者大致一致时或呈规定角度时，按某一摄像放大倍数产生条纹。

当然，这种条纹可以由上述防反射膜抑制，但为了进一步提高该条纹的抑制效果，上述摄像装置的正规配置姿势较好是将图像元件的纵向排列方向(或横向排列方向)与反射部的纵向排列方向(或横向排列方向)所成的角度θ设定为避开0°、α、90°-α、以及90°附近的角度。其中，tanα＝反射部的横向排列间距/反射部的纵向排列间距、横向排列间距≤纵向排列间距。

具体来说，所述角度θ较好为5°～10°≤θ≤α-10°～α-5°、α+5°～α+10°≤θ≤80°-α～85°-α、或95°-α～100°-α≤θ≤80°～85°。

通过设定为这一角度θ，干扰条纹进一步变淡，同时其间距变得非常小，几乎不显眼。

所述反射部在纵横方向上大致等间距排列的情况下(α＝45°的情况下)，所述角度θ为约22.5°或67.5°，则更加理想。

按照这样构成的本发明的光照射装置等，通过可实现紧凑化的、体现能够靠近工件进行摄像这种特点、并用防反射膜覆盖工件相向面这种非常简单又没什么成本的构成，来有效抑制工件摄像时所产生的条纹。

                               附图说明

图1为示出本发明一实施方式的光照射装置的内部结构的中央纵向正端面图。

图2为同上实施方式的光照射装置的俯视图。

图3为主要示出同上实施方式的光照射装置的反射部的局部放大纵向正端面图。

图4为图2中的A部详图。

图5为示出反射部的排列方向变化的情形的局部放大俯视图。

图6为示出有条纹产生的情形下相对于图像元件的排列方向的反射部的排列方向的现象说明图。

图7为示出有条纹产生的情形下相对于图像元件的排列方向的反射部的排列方向的现象说明图。

图8为示出本发明另一实施方式的光照射装置的内部结构的中央纵向正端面图。

图9为图8中的A部详图。

图10为示出本发明又一实施方式的光照射装置的中央纵向正端面图。

图11为本发明又一实施方式的反射部的局部放大俯视图。

(标号说明)

1…光照射装置、3…光学构件、31…透光板、31a…其中一面(工件相向面)、31b…其中另一面(与工件相向面相反的面)、31c…周侧端面、32…反射部、33…防反射膜、5…光源部、51…LED、6…摄像装置(CCD摄像机)、S…间隙、W…工件

                             具体实施方式

下面参照附图说明本发明一实施方式。

本实施方式的光照射装置1如图1、图2所示，由于整体形成薄板形状，所以可正交配置于工件W和摄像装置6两者间的摄像轴C上，对工件W进行照明的同时还让来自工件W的光的一部分透过，可实现摄像装置6对工件W进行摄像。

具体来说，该光照射装置1包括：呈矩形板状的光学构件3；从该光学构件3的侧面周围进行光照射的光源部5；以及保持所述光学构件3和光源部5的框体2。

光学构件3尤其如图3所示，包括下列构成：将其中一面作为工件相向面31a，朝向光照射对象即产品等工件W而设置的透光板31；在所述透光板31其中另一面(与工件相向面相反的面)31b上并排设置的多个反射部32；以及覆盖所述工件相向面31a的防反射膜33。

透光板31为按等厚方式呈俯视正方形的板状的无色透明板，以例如丙烯或玻璃等为原材料。

反射部32如图3、图4所示，形成使光漫反射的反射层321和使光几乎不反射的光阻断层322这两层结构，其中每一个都是呈例如俯视圆形、直径为数十～数百μm、厚度为微米量级的极其小而薄的部分。而且，在所述透光板313其中与工件相向面相反的面31b除了侧面边缘部以外的几乎整面上，以等间距(例如约0.4mm间距)在纵横方向上并排设置有多个这种反射部32，使得彼此间形成有细微的间隙S。另外，各反射部32使所述反射层321附着于透光板31其与工件相向面相反的面31b上，即使得所述反射层321朝向工件W侧。另外，图3为便于理解用的示意图，图中将反射部32的厚度夸张示出，而使透光板31的厚度表现为比实际薄。所述反射层321由含有光扩散材即粒子状的反射填料(未图示)的例如白色颜料所形成，在其表面即光反射面主要使光反射，同时由所述反射填料使进入内部的光的一部分扩散来反射。而光阻断层322用氧化铬(CrO2)等消光黑色系列(例如茶色或灰色)等原材料形成。另外，本实施方式中出于反射透过所述反射层321的光的目的，形成为在该光阻断层322和反射层321两者间进一步设置呈镜面的较薄铬层(未图示)这种构成。

防反射膜33由例如多层膜等形成，具有抑制入射光的反射、并提高透过率的功能。

光源部5由分别与所述透光板31的四个周侧端面31c相对应的4个单元所组成。各单元由呈带状的1块布线基板52和该布线基板52上等间隔以一列形式装载的多个LED 51所组成，上述LED 51面对透光板31的周侧端面31c而配置，从该周侧端面31c向透光板31内部进行光照射。

框体2形成矩形(正方形)框状，为例如内部周面具有开口的环绕槽的金属件，将所述光源部5保持收容于该环绕槽中。另外，该槽的开口边缘部从厚度方向夹住所述透光板31的周侧边缘部进行保持。

下面说明这样构成的光照射装置1的作用。

首先，如图1所示，使工件W和摄像装置6相向设置，其间将光照射装置1设置于摄像轴C上，使其工件相向面31a朝向工件W。

这种状态下，一旦从光源部5照射光，该光便从透光板31周侧端面31c进入内部，如图3所示，朝向中央部在工件相向面31a和与工件相向面相反的面31b两者间全反射行进。该过程中，到达与工件相向面31a粘贴的反射部32的光由此漫反射，作为经过均匀化的散射光从工件相向面31a出射，向工件W照射。利用这种光可均匀照明工件W。

另一方面，摄像装置6通过摄取经过所述工件W的反射、并经过反射部32间的间隙S透过透光板31的光，如上所述对工件W进行摄像，对该工件W进行表面检查或标记读取。但因为反射部32相当细小，所以如同通过纱门观看明亮的房间内部那样，该反射部32基本上不会妨碍摄像。但更为理想的是，以摄像装置6和反射部32两者的间隔距离、摄像装置6和工件W两者的间隔距离等为参数，将间隙S或反射部32的大小或者间距设定成不妨碍观察的最佳值为宜。例如摄像装置6和反射部32两者的间隔距离较小的情况下，相应加大间隙S或反射部32的大小或者间距，而相反的情况下则可设定得小些。

这样，可利用反射部32处的反射光实现与摄像装置6的观察轴C相同的轴方向的照明，同时可通过间隙S由摄像装置6对所述工件W进行摄像，进行检查等。

但如该实施方式的摄像装置6即CCD摄像机那样，在图像元件的纵向(或横向)配置间距基本上均匀的情况下，所摄取的图像往往有条纹产生。据本申请发明人所清楚解释的，条纹产生原因是“由反射部32反射至工件W侧，然后由工件相向面31a再次反射至摄像装置6侧的光”。具体来说，由于该光而映现于图像元件上的各反射部32与各图像元件大致重合时可能有条纹产生。

现进行具体的说明。举例来说，该实施方式如图4所示，使图像元件的纵向排列方向Y(或横向排列方向X)和反射部32的纵向排列方向y(或横向排列方向x)大体一致(彼此间的纵向排列方向Y、y所成的角度θ大体为0°)，但这时，以反射部32映现于图像元件上的可观察到的纵向排列间距与该图像元件的纵向排列间距大体一致这种放大倍数来摄像的话，便由于光的干扰而有条纹产生。具体来说，反射部32的间距为400μm、图像元件的间距为9μm的情况下，使摄像放大倍数在9/400左右时，映现于图像元件上的各反射部32与各图像元件大体重合，而有条纹产生。

另外，上述角度θ不限于0°，90°也有条纹产生，如本实施方式那样，反射部32纵向、横向排列间距大体相同的情况下，即便是角度θ为45度左右也有条纹产生。这如图5所示，以图像元件的纵向(或横向)的排列方向Y(X)观察，反射部32在同一方向Y(X)上以283μm的间距排列，所以在摄像放大倍数为9/283左右时有条纹产生。

但按照本实施方式，可以利用在工件相向面31a上设置防反射膜33这种简单且低成本的构成，来减少成为上述条纹产生原因的“由反射部32反射至工件W侧，然后由工件相向面31a再次反射至摄像装置6侧的光”，其结果可在较大程度上抑制条纹。

另外本发明并不限于上述实施方式。

如上所述，在反射部32的纵向、横向排列间距大体相同的情况下，条纹显著产生的角度θ为0°、45°、90°附近，因而，避开上述角度附近来规定反射部32的排列方向，便能进一步减轻该条纹。

为了使反射部32的纵横方向的间距彼此不同的情形也能适用，进一步对其推广进行说明。反射部32的纵横方向的间距分别为p、q时，条纹显著产生的角度为0°、α、90°-α、90°。这里α为tanα＝q/p所规定的角度。其中p≥q＞0(p大于q是由于将间距较长的方向定义为纵向方向)。

0°、90°自然无需多言，但α和90°-α表示呈点阵格子的反射部32的对角线的角度，在θ为该角度时，如图6、图7所示，所述对角线与图像元件的排列方向Y(或X)一致，反射部32在与图像元件的排列方向Y(或X)相同的方向上整齐排列。

因而，避开上述角度(0°、α、90°-α、90°)的前后5°至10°规定反射部32的排列方向的话，则可进一步减轻该条纹。

即角度θ可以是下列任一范围：

(1)5°～10°≤θ≤α-10°～α-5°

(2)α+5°～α+10°≤θ≤80°-α～85°-α

(3)95°-α～100°-α≤θ≤80°～85°

但该变形例中，如图8、图9所示构成为，通过在该光照射装置1上设置表示正规配置姿势的姿势指示部，根据该姿势指示部将光照射装置1相对于摄像装置6的姿势设定为正规配置姿势，从而使角度θ处于上述范围内。

具体来说，该姿势指示部是框体2的边框。在反射部32的纵横排列间距大体相同的该光照射装置1中，相对于该边框斜向(θ＝22.5度)设定反射部32的纵向排列方向y。因而，将框体2的边框相对于上述摄像装置6正确配置的话，可正确设定图像元件和反射部32两者的纵向(或横向)排列方向所成的角度θ。

另外，如图10所示，也可以应用于使光不从透光板周侧端面31c而是从工件相向面31a倾斜入射到达反射部32这样的构成。

进而言之，透光板并不限于平板，球面状之类的、弯曲板也行。

而且，也可以为如图11所示的结构，即连续设置各反射部32使其呈网格，并形成为薄片状，其间的间隙为S。

此外，本发明并不限于上述图示例或说明例，当然可以将各部分适当组合，在不背离其实质的范围内进行种种变形。

(工业实用性)

具有上述构成的本发明的光照射装置，可以在不至于牺牲其紧凑性等特点的情况下，以简单的构成、且较低的成本减轻条纹。

Claims (9)

1.一种光照射装置，包括：

透光板，将其中一面作为工件相向面，朝向光照射对象即产品等工件而设置，具有规定厚度；

多个反射部，并排设置在所述透光板的另一面上，使得光反射面朝向工件侧，且所述反射部彼此间形成有细微的间隙；

光源部，设置于这样的位置，使所出射的光的至少一部分透过所述透光板到达所述光反射面、并由此反射从所述工件相向面出射；以及

防反射膜，覆盖所述工件相向面。

2.如权利要求1所述的光照射装置，其特征在于，

所述光源部面对透光板的周侧端面而配置，并具有将光从该周侧端面导入透光板内部的多个LED。

3.如权利要求1所述的光照射装置，其特征在于，是与摄像装置一起使用的光照射装置，所述摄像装置具有分别在纵横方向上按规定间距排列的多个图像元件，配置于透光板的工件侧的相反侧，通过该透光板对所述工件进行摄像，

在纵横方向上排列所述反射部，同时还规定表示相对于所述摄像装置的正规配置姿势的姿势，该正规配置姿势是将图像元件的纵向排列方向和反射部的纵向排列方向两者所成的角度θ设定为避开0°、α、90°-α、以及90°附近的角度(其中α为tanα＝反射部的横向排列间距/反射部的纵向排列间距所表示的角度，设定横向排列间距≤纵向排列间距)。

4.如权利要求3所述的光照射装置，其特征在于，

所述角度θ为约10°≤θ≤约α-10°、约α+10°≤θ≤约80°-α、或约100°-α≤θ≤约80°。

5.如权利要求3或4所述的光照射装置，其特征在于，

所述反射部在纵横方向上大致等间距排列的情况下，所述角度θ为约22.5°。

6.一种光学构件，包括：

透光板，将其中一面作为工件相向面，朝向光照射对象即产品等工件而设置，具有规定厚度；

多个反射部，并排设置在所述透光板的另一面上，使得光反射面朝向工件侧，而且所述反射部彼此间形成有细微的间隙；以及

防反射膜，覆盖所述工件相向面。

7.如权利要求6所述的光学构件，其特征在于，是与摄像装置一起使用的光照射装置，所述摄像装置具有分别在纵横方向上按规定间距排列的多个图像元件，配置于透光板的工件侧的相反侧，通过该透光板对所述工件进行摄像，

在纵横方向上排列所述反射部，同时还规定表示相对于所述摄像装置的正规配置姿势的姿势，该正规配置姿势是将图像元件的纵向排列方向和反射部的纵向排列方向两者所成的角度θ设定为避开0°、α、90°-α、以及90°附近的角度(其中α为tanα＝反射部的横向排列间距/反射部的纵向排列间距所表示的角度，设定横向排列间距≤纵向排列间距)。

8.如权利要求7所述的光学构件，其特征在于，

所述角度θ为约10°≤θ≤约α-10°、约α+10°≤θ≤约80°-α、或约100°-α≤θ≤约80°。

9.如权利要求7或8所述的光学构件，其特征在于，

所述反射部在纵横方向上大致等间距排列的情况下，所述角度θ为约22.5°。

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