CN1833163B - 线性光照射装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种既小型又能使聚光效率提高、且几乎没有照明不均的线性光照射装置。该线性光照射装置，具备多个发光部(2)和保持体(3)，该发光部(2)成对地具有光射出部(21)和柱状透镜、且射出收敛为直线状的线性光，该光射出部(21)将多根光纤(4)的光导出端部(4a)紧密排列为一列；该柱状透镜在该光射出部(21)的前方以沿所述列方向P延伸的方式进行配置；该保持体是与作为光照射对象的工件对向配置，并使用于观测该工件的观测孔(3a)、 (3b)贯通的部件，以使由所述各发光部(2)射出的线性光LL的光轴面在规定线上相交的方式保持这些发光部(2)。

Description

线性光照射装置
技术领域
本发明涉及被运用在工件表面的缺陷检测或标记识别等的产品检查用等的照明装置，特别是涉及照射线状光的线性光照射装置。
背景技术
以往，开发有用于进行工件表面的检查等的各种照明装置(光照射装置)，公知的有：例如如专利文献1所示，从周围照射仰角(low angle)光的环(ring)型照明装置、或以构成为线性光照射到工件上的线型照明装置等、和工件的形态或其照射目的相对应的各种装置。
特别是这种线型照明装置中的聚光类型(type)的装置，以往形成为：炮弹型LED直线状地排列为一列，并在其前方配置圆柱形透镜(cylindricallens)，将细的直线状的光照射到工件上。
专利文献1：特开平10-21729号公报
但是，因为所述LED具有一定程度的发光面积，不能认为是点光源，所以例如如果为了谋求小型化而利用焦距距离短的透镜，则聚光不完全、具有不能获得充分照明光度的不便。另一方面，如果利用焦距距离长的透镜，虽然能大致地聚光；但这回透镜则变得非常大，不能谋求小型化或低成本化。特别是因为在形成为将圆柱形透镜多列配设时透镜的大小的问题点变得显著，所以以往，能将照射立体角度相互不同的多列的线性光聚光照射的装置不太为众人所知。
如此，在现有的这种线型照明装置中，因为聚光效率(光利用效率)和小型化成为权衡(trade-off)的关系，所以在易于成为不彻底的构成中、设计自由度变低且难于回应各种照明需求。进一步在排列了LED时，即使使LED紧密地连接，如果作为光源来看在相互邻接的LED间也有间隙，其结果在线性方向上也有产生照明不均的不便。
发明内容
本发明是鉴于上述不便而进行的，其主要的问题是提供一种在小型化的同时能使聚光效率提高、且几乎没有照明不均的线性光照射装置。
即，本发明涉及的线性光照射装置，其特征在于，具备：保持体和多个发光部，所述发光部具有光纤群和柱状透镜，其中光纤群将多根光纤的光导入端部捆束而形成捆束部，并且将所述各光纤的光导出端部排列为直线状，以构成光射出部，该柱状透镜在该光射出部的前方，以沿列方向延伸的方式配置，其中所述列方向为将所述各光导出端部排列为直线状的方向；所述保持体，与作为光照射对象的工件对向配置，以使由所述各发光部射出的线性光的光轴面在规定线上大致相交的方式保持这些发光部，所述光纤群构成为：各光纤的长度不同，且所述捆束部相对于所述光射出部的中心线而偏向任何一方，该线性光照射装置构成为：各光纤群为相同形状，以从光照射方向看所述各光射出部的中心线重合的方式将这些光纤群的表面、背面倒转后配置于保持体内，使各捆束部的位置在列方向上相异，并且使光入射到各捆束部的各光源沿列方向排列且安装于所述保持体上，而且将各光源设置为与所述光射出部被设定的高度大致相同的高度，以从所述各发光部射出的线性光的光轴面从列方向观察呈放射状的方式在所述保持体内配设这些发光部，且所述光射出部配设为：除了在中央相邻的光射出部以外，从该光射出部射出的线性光彼此之间几乎没有间隙地邻接。
在此，所谓“紧密”是指相互邻接的光导出端部彼此配置成几乎没有间隙的状态。
为了以相互不同的立体角度从周围照射光，优选以从所述列方向观察从所述各发光部射出的线性光的光轴面形成为放射状的方式将这些各发光部配设在所述保持体上。
作为用于无不均的照明的进一步优选的实施方式，可使来自各发光部的线性光无间隙地邻接而形成为连续立体角度的光。因此，为此目的，作为优选，所述各柱状透镜，从所述列方向观察配置在大致一条直线上。
为了将多个光导出部毫无困难地同一进行保持，作为优选，所述光射出部进一步具备一对狭持板；该狭持板将所述多个光导出端部夹入并进行保持。
作为有效且均匀地将光导入各光纤的构成，作为优选，构成为对所述光纤的光导入端部进行捆束而形成捆束部，并将来自光源的光导入该捆束部中。
虽然光纤具有可单独弯曲的可挠性，但是在上述那样捆束的光纤群中，将光纤弯曲并使捆束部在所述列方向上偏离是非常困难的。因此，例如如果将该光纤群形成为相对中心呈线对称形状，则在设置多个发光部的情况下，不得不将光源纵向配置，进而失去厚度方向的小型化性。那么，即便将多个光源沿列方向配置在保持体上，也可以毫无困难地安装光纤群，为了形成厚度方向上小型化的形状，优选构成为相对于所述光射出部的中心线，所述捆束部偏向任一方。
作为具体的光源的形态，能举出将光导入所述光纤的光源可流过200mA以上电流的功率(power)LED。
为了能对线性光的照射宽度进行变更、进一步可进行各种方式的光照射，优选构成为可以改变所述光射出部和柱状透镜的距离。
为了即使和工件的距离上有变更、而与此相应地还能将聚光位置设定在工件上，优选将所述发光部构成为在列方向上能以平行的旋转轴为中心旋转，且能对其旋转角度进行设定。
为了一边谋求基本零件的标准化并抑制费用上升，一边备齐可照射长度不同的线性光的多种光照射装置，优选使光射出部多个串联。这是因为通过改变光射出部的串联数，从而能容易地改变线性光的照射长度。
特别是为了促进标准化，也可以是各光射出部为同一长度(更优选的是同一形状)。另一方面，若这样进行，则线性光长度被限制为光射出部的长度的整数倍。为了使长度的变更(variation)更多，优选使几种长度的光射出部串联。但是，如果光射出部的长度的变更太多，则零件的标准化效果变小。
为了连柱状透镜也进行标准化、且成本下降效果等更显著，优选使同一长度或几种长度的发光部多个串联。
为了利用所涉及的构成，以实现使照度在线性光的各部分中不同的多样的光照射方式，并减轻在产品检查时对所利用的图像处理装置的负担、或灵活地回应其他的使用者需求，优选对各光射出部独立地设置光源。
根据这样构成的本发明，因为从光射出部能射出非常细的线状的光，所以即使利用焦距距离短的柱状透镜并使其近接于光射出部而对发光部进行小型化，也能获得收敛为非常细的线状的线性光。因此，不但设置多个发光部并使各种光照射方式成为可能，而且可形成为非常小型化的构成，而且可获得理想地收敛为线状的、聚光效率非常高的线性光。此外，因为紧密配设着光导出端部彼此，所以线性光上不产生不均，且高均匀度的照明成为可能。
附图说明
图1是本发明的一实施方式中的线性光照射装置的整体立体图。
图2是同实施方式中的线性光照射装置的示意纵剖面图。
图3是表示同实施方式中的线性光照射装置的安装了棒形透镜(rodlens)的状态下的外壳(casing)的平面图。
图4是同实施方式中的外壳(casing)的侧面图。
图5是表示同实施方式中的光纤的捆束形态的立体图。
图6是表示同实施方式中的光纤的捆束形态的平面图。
图7是表示同实施方式中的光纤的捆束形态的主视图。
图8是表示本发明的其他的实施方式中的发光部的示意立体图。
图9是表示本发明的另一实施方式中的发光部的部分侧面图。
图10是表示同实施方式中的发光部的部分平面图。
图中：1-线性光照射装置，2-发光部，21-光射出部，22-柱状透镜(rod lens棒形透镜)，21a、21b-狭持板，3-保持体(外壳)，3a、3b-观测孔，4-光纤，41-捆束部，4a-光导出端部，6-光源，P-列方向，LL-线性光，W-工件。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的一实施方式进行说明。
本实施方式涉及的线性光照射装置1，如图1～图4所示，备有：将收敛为线状的线性光LL射出的多个发光部2；和作为保持这些发光部2的保持体的外壳3。
发光部2是成对地具有光射出部21和作为柱状透镜的棒形透镜22，该光射出部21将非常细的(该实施方式中直径是0.25mm)多根光纤4的光导出端部4a在规定方向P(图5、图6所示)紧密排列为一列或多列；该棒形透镜22在该光射出部21的前方以沿所述列方向P延伸的方式配置。而且，以多个发光部2从列方向观察呈放射状的方式进行配置。
该光射出部21构成为：如图5～图7所示那样具备成为平板状的一对狭持板21a、21b，并通过由这些狭持板21a、21b将光纤4的光导出端部4a夹入，从而以使光导出端面成为规定宽度(大致0.25mm～1mm)的直线且几乎无间隙地排列几列。棒形透镜22是剖面为圆形的实心的圆柱状透明体，配置为其中心轴位于从所述光射出部21射出的光的光轴面T上。
外壳3，如图1～图4所示那样，是为大致长方体的空心的部件，其底面与作为光照射对象的工件对向配置。而且，在该外壳3的顶板3 1和底板32上，使用于观测所述工件的带状观测孔3a、3b分别贯通。
进一步，在该外壳3上，通过安装工具34在面对所述观测孔3b的位置上相互平行地安装多个(本实施方式中为4个)所述发光部2。各发光部2构成为：从所述列方向P观察则配设在约一条直线上，而自这些部件射出的线性光LL的光轴面T从所述列方向P观察则呈放射状。更具体地，由各发光部2射出的线性光LL的光轴面T设定为：在规定直线上相交、且在该规定直线上收敛。相邻发光部2的间隔尺寸，设定为：除了在中央相邻的发光部2以外，来自那些发光部的线性光LL彼此几乎没有间隙地邻接，以便对于所述工件W，可以照射几乎连续的立体角度的光。
另外，在该外壳3的侧板33上，通过呈角柱状的支架(bracket)35安装有与各发光部2相同数量的光源6，以便和这些部件相对应。各光源6具备：单一的功率LED(未图示)、和配置在该功率LED前方的透镜机构(未图示)、和收纳该功率LED及透镜机构的圆筒状的框体61，在本实施方式中，从外侧将这些光源6安装在各侧板33上，每个侧板33各2个，并在进深方向上邻接。而且，在支架35上设有在外侧方开口的光源安装孔35a。光源6使其发光端部与该光源安装孔35a嵌合并利用定位螺钉B1可装卸地安装。在此，所谓功率LED是指可流过200mA以上电流的高亮度类型的LED。
另一方面，所述光纤4收纳在外壳3的内部，如图5～图7所示，将这些的光导入端部4b按每个发光部2由形成为圆筒状的捆束工具7紧密地捆束而形成捆束部41，从内侧方将该捆束部41安装在设置于所述支架35上的捆束部安装孔35b内。具体地，使所述捆束工具7与捆束部安装孔35b嵌合，并利用定位螺钉B2可装卸地安装在该捆束部安装孔35b内。
该捆束安装孔35b，一端开口在所述支架35的内侧方，另一端开口在所述光源安装孔35a的底面上，使轴和该光源安装孔35a一致。而且，通过在光源安装孔35a及捆束部安装孔35b中分别安装光源6及捆束部7，来自光源6的光、即来自所述功率LED的光被聚光为和该捆束部41几乎相同的直径，并从光纤4的光导入端面几乎没有遗漏地被导入。
再有，在本实施方式中，如图5、图6所示，构成为：使所述光纤4的全体或一部分的长度相互不同，相对于所述光射出部21的中心线，以在平面视中所述捆束部41偏向任何一方。在以下构成的本实施方式中：虽然光纤4单独具有可弯曲的可挠性，但是在如上所述那样捆束完的光纤群4A中，因为使捆束部偏向所述列方向P是非常困难的，所以为了担保厚度方向的小型化，在进深方向(列方向)P上排列光源6，各光源6相对于发光部2的中心线偏离，与此吻合而预先使捆束部41偏向的这种形状是非常有效的。在本实施方式中，使同一的光纤群4A形成4个，并倒转其表面和背面而进行安装。
根据这样构成的本实施方式，因为光射出部21将被视为非常小的点光源的光纤4的前端部紧密排列为一列或几列，并射出非常细的线状的光，所以即使使短焦距距离的棒形透镜22与所述光射出部21近接而进行聚光，也还会收敛为非常细的线状的线性光LL。因此，在形成为可使各发光部2非常小型，且成为省空间下的构成的同时，能获得收敛为理想线状的聚光效率非常高的、换言之明亮的照明。
此外，因为紧密配设着光导出端部4a彼此，所以则可获得线性光LL无不均、且高均匀度的照明。进一步，因为能利用棒形透镜22之类的低价透镜，所以也可谋求成本下降。
再有，本发明并非限定于所述实施方式。
例如，如果是上述的构成，则在调整照射不同长度的线性光的多种的产品线性排列(lineup)的情况下，必须按照每个种类变更光纤4的数目，也必须改变狭持板21a、21b的长度。
但是如果这样，则不能对光纤4或狭持板21a、21b之类的基础零件进行标准化，制作批量(lot)变小或制作的工夫增大等，引起成本上升。
因而，在该实施方式中，为了解决该不妥之处，如图8所示，构成为：将同一长度、同一形状的发光部2(光射出部21和柱状透镜22)作为一个单元(unit)进行模块化(module)，使其沿列方向P多个串联。进一步，在该示例中虽然没有图示，但是在每一个发光部2上连接一个光源6。当然使连接在各发光部2上的光纤4的数目或光纤群4A的形状也相同。
若是这样，则通过改变在列方向上单元化的发光部2的串联数，从而能调整照射不同长度的线性光的多种产品线性排列(lineup)，而且因为作为基础零件的发光部2成为1种并能促进零件标准化，所以能谋求制作成本的降低。
进一步，因为也能使光量在每一个发光部2上不同，所以不但会成为一样照度的线性光，多样的光照射形态也成为可能，由此可以获得各种效果。例如，在采用通过观测孔3a，用照相机(未图示)对工件W进行摄像，进行图像处理来进行自动产品检查的使用方法的情况下，由于照相机的透镜特性，图像的端部部分变暗。虽然以往在图像处理装置侧对此进行修正，但是通过该修正，不但S/N比恶化，还需要图像处理时间。相对于此，如果是本实施方式，则通过使端部的照度和中央部分相比变亮，从而可以尽可能地减少图像处理装置侧的图像修正，因此不仅将S/N比保持良好，而且还可进行高速处理。
另一方面，在上述的构成中，线性光长度被限制为光射出部21的长度的整数倍。为了使长度的变更(variation)更多，也可以使几种(2～9种)左右长度的光射出部21串联。但是如果光射出部21的长度的变更过多，则零件的标准化效果变小。
再有，因为柱状透镜22只有在切断工序中能和各种长度对应，所以仅对光射出部21进行单元化，虽然柱状透镜22并不一定单元化即可，但是如本实施方式那样，将发光部2本身预先进行单元化的方法，模块化(module)效果更显著。
对于其他，也可有各种的变形。例如，也可以是在所述观测孔3a、3b上以倾斜姿势设置半透明反射镜(half mirror)，以使光也可以从观测孔3a、3b照射在工件W上。进一步，也可以用玻璃板等透明部件闭塞该观测孔3a、3b，以防止尘埃等侵入外壳内部。
再有，也可以形成为可改变光射出部和柱状透镜的距离。若这样进行，则在能变更照射在工件上的线性光的照射宽度的基础上，还能提高分别调整从各发光部射出的线性光的光轴面之际的便利性。
或者，如图9、图10所示，也可以使发光部2在列方向上以平行的旋转轴为中心、可旋转地保持在外壳3上，且在一定范围内能设定为自由的角度、或多个阶段的角度。若这样进行，则根据和工件的距离，通过调整各发光部的角度，从而能将聚光位置设定在工件上。
旋转中心，优选柱状透镜22的轴心。这是因为能尽可能地抑制发光部2彼此的旋转所引起的干涉。作为这种情况下的柱状透镜22的旋转支撑结构的具体例，使旋转轴91从柱状透镜22的端面中心向轴心方向突出，使该旋转轴由设置在外壳3上的轴承92支撑即可。再有，对于角度的变更，例如构成为：使手柄(handle)93从发光部2的旋转中心X或自那里偏离的部位向列方向突出，通过该手柄93的操作而能改变角度即可。进一步，对于角度的固定，例如使螺钉94从外壳3向内方突出，用该螺钉94的前端按压发光部2的端面并进行固定即可。
再有，如上所述，在使发光部2(或光射出部21)在列方向上多个串联的情况下，如图9、图10所示，设置将1列的发光部2全体共同地进行保持的保持部件95，并使外壳3可调整该保持部件95的旋转角度地支持即可。
柱状透镜也不限定于棒形透镜，例如也可以是半圆锥体的圆柱透镜，也可以是菲涅耳透镜(Fresnel lens)。再有，如图9、图10所示在柱状透镜22中，也可以设置从与光的行进不相关的侧周面部位沿轴方向延伸的突条或沟槽等的安装辅助部22a，通过使保持部件95卡合在该安装辅助部22a上来支撑该柱状透镜22。若这样进行，则可以从一端面横跨到另一端面对柱状透镜22连续地进行保持，与仅用端部支撑柱状透镜22的情况相比，能抑制柱状透镜22的弯曲或扭曲并进行正确地保持。
进一步，也可以使将光均匀化的棒形透镜等光均匀化部件介入到光源和捆束部之间。若这样进行，则因为导入到各光纤中的光的强度更均等，所以能使线性光的照度不均更降低。作为线性光的照度不均降低的其他的方式，可认为是使双凸透镜(lenticular lens)等扩散板介入光射出部和柱状透镜之间。
而且，也可以使从各发光部射出的线性光的颜色相互不同，或者变化。
当然，光源也可以安装在保持体的顶面等、适当的场所，进一步而言没有必要必须安装在保持体上。例如，也可以使光纤变长，将光源和保持体分别进行设置。而且，光源的个数也不限于上述实施方式，再多一些也没有关系，也并非限定于利用LED的情况。
其他，也可以将各发光部、从上述列方向观察例如配置在圆弧上。

Claims (9)

1.一种线性光照射装置，其具备保持体和多个发光部，
所述发光部具有光纤群和柱状透镜，其中光纤群将多根光纤的光导入端部捆束而形成捆束部，并且将所述各光纤的光导出端部排列为直线状，以构成光射出部，该柱状透镜在该光射出部的前方，以沿列方向延伸的方式配置，其中所述列方向为将所述各光导出端部排列为直线状的方向；
所述保持体，与作为光照射对象的工件对向配置，以使由所述各发光部射出的线性光的光轴面在规定线上大致相交的方式保持这些发光部，
所述光纤群构成为：各光纤的长度不同，且所述捆束部相对于所述光射出部的中心线而偏向任何一方，
该线性光照射装置构成为：各光纤群为相同形状，以从光照射方向看所述各光射出部的中心线重合的方式将这些光纤群的表面、背面倒转后配置于保持体内，使各捆束部的位置在列方向上相异，
并且使光入射到各捆束部的各光源沿列方向排列且安装于所述保持体上，而且将各光源设置为与所述光射出部被设定的高度大致相同的高度，
以从所述各发光部射出的线性光的光轴面从列方向观察呈放射状的方式在所述保持体内配设这些发光部，且所述光射出部配设为：除了在中央相邻的光射出部以外，从该光射出部射出的线性光彼此之间几乎没有间隙地邻接。
2.根据权利要求1所述的线性光照射装置，其中，
所述各柱状透镜，从所述列方向观察配置在大致一条直线上。
3.根据权利要求1所述的线性光照射装置，其中，
所述光射出部进一步具备一对狭持板，该狭持板夹入所述多个光导出端部并进行保持。
4.根据权利要求1所述的线性光照射装置，其中，
将光导入所述光纤的光源是可流过200mA以上电流的功率LED。
5.根据权利要求1所述的线性光照射装置，其中，
构成为：能变更所述光射出部和柱状透镜的距离。
6.根据权利要求1所述的线性光照射装置，其中，
所述发光部在列方向上以平行的旋转轴为中心能旋转地构成，并能设定所述发光部的旋转角度。
7.根据权利要求1所述的线性光照射装置，其中，
使光射出部沿所述列方向多个串联。
8.根据权利要求7所述的线性光照射装置，其中，
光射出部的长度全部相同。
9.根据权利要求1所述的线性光照射装置，其中，
对于每一个光射出部，独立设置光源。
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