JP2003065960A

JP2003065960A - Ｌｅｄ照明装置

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Publication number: JP2003065960A
Application number: JP2001254145A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Iwai; 健岩井; Yuzo Nakayama; 雄三中山
Original assignee: Kyoto Denkiki Co Ltd
Current assignee: Kyoto Denkiki Co Ltd
Priority date: 2001-08-24
Filing date: 2001-08-24
Publication date: 2003-03-05
Anticipated expiration: 2021-08-24
Also published as: JP4078050B2

Abstract

(57)【要約】【課題】照明装置から所定距離離間した被照射面上の
所定のワーク領域をむらなく間接照明する。【解決手段】中央部を除いて円環状に同一方向に向け
てＬＥＤ１１を配置した光源１と、該光源１から所定距
離離間して略平行に配置された拡散板５と、該拡散板５
と光源１との間に配置された、円筒状で内周面が拡散反
射面である導光管４と、拡散板５と照射対象である被照
射面Ｐとの間に配置された光偏向用のプリズム６とを備
える。導光管４と拡散板５とにより拡散板５の出射面で
はほぼ均一の輝度の面状光源となり、外方向へと向かう
光はプリズム６で内方へと曲げられ、周辺部での光の減
衰の裾の広がりが抑制されて所定のワーク領域での照度
の均一性が高まる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、被検査物の認識や
検査を行う画像機器等に使用して好適なＬＥＤ照明装置
に関し、更に詳しくは、面状の所定の被照射範囲を均一
の照度で照明するＬＥＤ照明装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】人間の目視やカメラで撮影した画像など
によって被検査物の認識や検査を行うためには、その目
的に見合った最適な照明が必要である。このような照明
の一つとして、拡散光を利用した間接照明が知られてい
る。例えば、特許３１１８５０３号公報には、リング状
の光拡散用の透明体の内部に、それを取り囲むように外
周側に設けた複数のＬＥＤから光を導入し、該透明体の
一方の平坦面を発光面として拡散光を放射する照明装置
が開示されている。このように、拡散照明（間接照明）
装置は、基本的に、発光源から発した光を透光性拡散体
（板）を通して外部へと取り出し、これをワーク（例え
ば検査対象物）に照射するようになっている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、こうし
た従来の拡散照明装置によっても、該装置から或る程度
の距離だけ離間した位置にある被照射面上のワーク領域
内をむらなく均一の照度で照明することは難しい。何故
なら、仮想的な面光源から放射された光は被照射面に向
かうに従い拡がり、ワーク領域内の中央付近から周辺に
いくほど照度が低下するからである。

【０００４】本発明はこのような点に鑑みて成されたも
のであり、その目的とするところは、照明装置から所定
距離離間した位置にある被照射面上の所定のワーク領域
を、高い均一性でむらなく照明することができるＬＥＤ
照明装置を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段、及び効果】上記課題を解
決するために成された本発明に係るＬＥＤ照明装置は、 a)ＬＥＤの集合体からなる面状の光源と、 b)該光源から所定距離離間し、且つ該光源と略平行に配
置された第１透光性拡散手段と、 c)前記光源と第１透光性拡散手段との間に配置された筒
状の第１導光手段と、 d)前記第１透光性拡散手段と照射対象である被照射面と
の間に配置され、外方へと向かう光を内方に指向させる
環状の光偏向手段と、を備えることを特徴としている。

【０００６】ここで、前記第１導光手段の筒内面は入射
光を拡散しつつ反射させる面であることが好ましい。

【０００７】本発明に係るＬＥＤ照明装置では、光源の
各ＬＥＤから放出された光は第１導光手段内を進み、第
１透光性拡散手段に当たる。光は第１透光性拡散手段を
透過する際に拡散される、つまり様々な方向へと光が発
散されるため、１個１個のＬＥＤの光源像は現れず、第
１透光性拡散手段は面状の拡散光源として光を放射す
る。これにより、この第１透光性拡散手段による放射光
の輝度分布は所定範囲内でほぼ均一になるが、放射され
た光は被照射面へ向かって進むに従い拡がるから、ワー
ク領域の周辺部では外方にいくほど徐々に照度が落ち
る。環状の光偏向手段は周辺部においてこのように弱ま
る光を内方に向けて折り曲げ、光の重ね合わせを増すこ
とにより、周辺部での照度低下の裾の広がりを抑える。

【０００８】このようにして本発明に係るＬＥＤ照明装
置によれば、当該照明装置から適宜の距離離間した被照
射面上の所定のワーク領域内で、照度の均一性の高い、
むらのない間接照明を行うことができる。

【０００９】なお、前記光偏向手段は光の進行方向を変
えることができる手段であれば各種の態様を採ることが
できるが、具体的な一態様としては、プリズム又はフレ
ネルレンズのいずれかとすることができる。

【００１０】また、本発明に係るＬＥＤ照明装置では、
前記第１透光性拡散手段と光偏向手段との間で、且つ該
第１透光性拡散手段から所定距離離間した位置に第２透
光性拡散手段を配置するとともに、該第２透光性拡散手
段と前記第１透光性拡散手段との間に筒状の第２導光手
段を配置した構成とすることができる。

【００１１】この構成によれば、第１透光性拡散手段の
出射面での輝度の均一性が充分でない場合でも、第２導
光手段及び第２透光性拡散手段を介して更に光の拡散を
進めているため、第２透光性拡散手段の出射面では輝度
の均一化が一層促進され、被照射面上のワーク領域内で
のむらを無くすことができる。

【００１２】なお、前記第１導光手段はその筒内面が円
筒状であるものとすることができる。このような構成で
は製造が容易であり、且つ被照射面上のワーク領域内で
の照度の均一性を一層高めることができる。

【００１３】また、本発明では、光源の各ＬＥＤから発
した光は被照射面に到達するまでの間に多数回重なり合
って混合されることになる。そこで、前記光源として異
なった発光波長、つまり発光色の異なるＬＥＤを含む構
成とすれば、その異なる色の光が混合してできる他の色
の照明を行うことができるとともに、必要に応じて或る
特定の発光色のＬＥＤのみを点灯させて当該色の照明を
行うといった、色の選択が可能であるような照明を行え
る。

【００１４】具体的には、例えば、光の三原色である赤
色、青色、緑色のＬＥＤを適宜配置した構成とすること
ができる。この構成では、上記三色のＬＥＤを全て点灯
させれば白色の照明を行うことができ、いずれか一色又
は二色のＬＥＤを点灯させれば赤色、青色、緑色又はそ
れらの混合色の照明を行うことができる。

【００１５】

【発明の実施の形態】まず、本発明に係るＬＥＤ照明装
置の基本構成とその動作について説明する。図１は本発
明の一実施形態によるＬＥＤ照明装置を軸Ｃを含む平面
で切断した縦端面図、図２はこのＬＥＤ照明装置の外観
斜視図である。このＬＥＤ照明装置は軸Ｃに略直交して
広がる被照射面Ｐから所定距離離間した位置に配置さ
れ、その被照射面Ｐ上で軸Ｃを中心とする所定径のワー
ク領域内を照明するものである。

【００１６】光源１は、軸Ｃを中心とする円板状の基板
１２上に、発光源である複数個のＬＥＤ１１を、軸Ｃを
中心とする所定径の円形領域（後述の図３中のＡ）を除
いた円環状に、同一方向（図１では垂直上向き）に向け
て配置したものである。従って、この光源１は図２に示
すような面状の環状光源１’であると看做すことができ
る。光源１は金属製で円盤状のホルダ２に固定されてお
り、ホルダ２は円筒状のハウジング３の内部に固定され
ている。

【００１７】ハウジング３の内側には、第１導光手段と
して円筒状の導光管４が嵌挿されており、光源１はその
導光管４の内側に位置している。導光管４の内周面４ａ
は反射拡散面になっている。具体的には、例えば合成樹
脂などから成る円筒体の内周面にフッ化マグネシウム等
の白色拡散塗料を塗布するようにすればよい。また、そ
れ以外の光拡散処理であってもよい。

【００１８】導光管４の他方の端面には第１透光性拡散
手段として円板状の拡散板５が取り付けられており、拡
散板５は上記面状の環状光源１’と略平行となってい
る。拡散板５は、例えばアクリル樹脂等のプラスチック
やガラスの上面（出射面）にブラスト処理などによって
拡散面を形成したものを利用することができる。それ以
外にも、多数の拡散用の微小粒子を内部に含むプラスチ
ックなど、各種のものを利用することができる。更に、
拡散板５の上には光偏向手段として、軸Ｃを中心とする
円環状のプリズム６が設けられている。

【００１９】図３は、光源１におけるＬＥＤ１１の配置
の一例を示す上面図である。この例では、ＬＥＤ１１と
して赤色、緑色、青色という光の三原色に対応する三種
類の異なる発光波長を有するＬＥＤが使用されており、
これらＬＥＤが混合して基板１２上の所定の位置に取り
付けられている。

【００２０】次に本ＬＥＤ照明装置の動作について、上
記図１〜図３に加えて図４を参照して説明する。図４
は、図１中の各水平面において軸Ｃと交差する直線上の
輝度又は照度の分布を示している。

【００２１】光源１の各ＬＥＤ１１から放射された光は
図１中に示すように（図１では一部のみを示している）
大きく拡がりながら上方向へと進み、その光の一部は導
光管４の内周面４ａに当たる。上述したように光源１の
ＬＥＤ１１はその中央部が抜けた状態に配置されている
ので、ＬＥＤ１１の上端の水平面（つまり上記環状光源
１’）での輝度分布は図４（ａ）に示すように中央部が
窪んだ形状となっている。

【００２２】上述したように導光管４の内周面４ａは反
射拡散面になっている。従って、この内周面４ａに当た
った光は反射するとともに拡散して様々な方向へと進
む。このようにして直接に又は反射しつつ拡散板５に到
達した光は拡散板５を透過するが、その際に散乱して様
々な方向へと出射する。拡散板５に到達するまでに各Ｌ
ＥＤ１１から放射された光は重なり合うとともに中央部
の輝度の窪みの影響も緩和されて、拡散板５の下面（入
射面）では図４（ｂ）に示すように一様な照度分布に近
づく。そして、拡散板５を透過することにより、一層光
の重なり合いが進行して、拡散板５の上面、つまり出射
面における輝度分布は図４（ｃ）に示すようにほぼ均一
になる。また、各色の光が混じり合うことによって光は
むらのない白色光となる。従って、拡散板５はほぼ一様
な輝度を有する面状の白色拡散光源であると看做すこと
ができる。

【００２３】いま、プリズム６が存在しないと仮定する
と、拡散板５から放射された光は様々な方向へと進行す
るから、拡散板５から離れるに伴いその周辺部で光が拡
がって、被照射面Ｐの位置での照度分布は図４（ｄ）に
示すように周辺部（軸Ｃから離れた部分）の裾がなだら
かに広がり、所定径のワーク領域内でほぼ均一の照度を
確保することが難しい。そのため、本実施形態によるＬ
ＥＤ照明装置では、環状のプリズム６によって周辺外方
へと向かう光を内方へと屈折させ、周辺部における光量
をかさ上げしている。すなわち、図４（ｅ）に示すよう
に、プリズム６が存在しない場合に裾部となる筈の光を
なくしてその内方へ振り向けることにより、被照射面Ｐ
の位置でのワーク領域内の照度分布をほぼ均一にするこ
とができる。

【００２４】このようにして、本実施形態によるＬＥＤ
照明装置では、当該照明装置から所定距離離間した位置
に置かれた被照射面Ｐ上の所定のワーク領域内を、照度
むら及び色むらなく一様に照明することができる。

【００２５】図５は、本発明の他の実施形態によるＬＥ
Ｄ照明装置を示す縦端面図である。このＬＥＤ照明装置
は、先のＬＥＤ照明装置よりも更に照度の一様性を高め
るように構成している。すなわち、第１拡散板（図１の
拡散板５と同じ）５から所定距離離間した位置に第２透
光性拡散手段である第２拡散板８を配置し、両拡散板
５，８の間には、第２導光手段として円筒状の第２導光
管７を設けている。第２拡散板８は第１拡散板５と同一
のものを使用することができる。一方、第２導光管７は
第１導光管４と同様に内周面が拡散反射面であってもよ
いが、ここでは、その内周面が特に鏡面性を重視した拡
散反射面に形成されている。

【００２６】上述したように第１拡散板５の出射面では
その輝度はかなり均一性が高くなっているが、光源１の
ＬＥＤ１１の中抜けの影響が残る場合がある。そのよう
な場合であっても、第１拡散板５から放射されて様々な
方向へと進む光は、直接的に又は第２導光管７の内周面
で適度に拡散されつつ反射されて第２拡散板８へと到達
する。その間に更に光の照度及び色の均一化が進み、第
２拡散板８の出射面での輝度は非常に均一になる。その
あとは上述した通り、プリズム６によって外方向へと拡
がろうとする光が内方へと向けられ、被照射面Ｐのワー
ク領域内での照度の均一性が確保される。

【００２７】勿論、このように導光管及び拡散板を追加
することによって全体として光量の損失が若干増加する
ことは避けられないが、被照射面において照度及び色の
均一性を一層高めるために導光管及び拡散板を更に追加
してもよい。

【００２８】上記実施形態の構成では、三色のＬＥＤを
全て点灯させれば被照射面Ｐにおいて白色光を得ること
ができるが、ＬＥＤを選択的に点灯させることにより、
赤色、青色、緑色の各色の照明を行うことができるのは
勿論のこと、任意の二色を混合してできる他の色の照明
を行うことも可能である。従って、同一の照明装置にお
いて、必要に応じて白色やそれ以外の色の照明を自在に
選択的に行える点が本装置の利点の一つである。勿論、
白色の照明のみが必要な場合には白色ＬＥＤを利用すれ
ばよく、それ以外の色のＬＥＤを利用することも当然考
え得る。

【００２９】なお、上記実施形態は本発明の単に一例に
過ぎず、本発明の趣旨の範囲で適宜変形や修正を加えて
も、本願の特許請求の範囲に包含されることは明らかで
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態によるＬＥＤ照明装置を
軸Ｃを含む平面で切断した縦端面図。

【図２】本実施形態によるＬＥＤ照明装置の外観斜視
図。

【図３】本実施形態によるＬＥＤ照明装置においてＬ
ＥＤの配置の一例を示す上面図。

【図４】図１中の各水平面において軸Ｃと交差する直
線上の輝度又は各平面における輝度又は照度の分布を示
す図。

【図５】本発明の他の実施形態によるＬＥＤ照明装置
を軸Ｃを含む平面で切断した縦端面図。

【符号の説明】

１…光源１１…ＬＥＤ１２…基板２…ホルダ３…ハウジング４…導光管（第１導光管）４ａ…内周面５…拡散板（第１拡散板）６…プリズム７…第２導光管８…第２拡散板

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】 a)ＬＥＤの集合体からなる面状の光源
と、 b)該光源から所定距離離間し、且つ該光源と略平行に配
置された第１透光性拡散手段と、 c)前記光源と第１透光性拡散手段との間に配置された筒
状の第１導光手段と、 d)前記第１透光性拡散手段と照射対象である被照射面と
の間に配置され、外方へと向かう光を内方に指向させる
環状の光偏向手段と、を備えることを特徴とするＬＥＤ照明装置。
【請求項２】前記第１導光手段の筒内面は入射光を拡
散しつつ反射させる面であることを特徴とする請求項１
に記載のＬＥＤ照明装置。
【請求項３】前記光偏向手段はプリズム又はフレネル
レンズのいずれかであることを特徴とする請求項１又は
２に記載のＬＥＤ照明装置。
【請求項４】前記第１透光性拡散手段と光偏向手段と
の間で、且つ該第１透光性拡散手段から所定距離離間し
た位置に第２透光性拡散手段を配置するとともに、該第
２透光性拡散手段と前記第１透光性拡散手段との間に筒
状の第２導光手段を配置したことを特徴とする請求項１
〜３のいずれかに記載のＬＥＤ照明装置。
【請求項５】前記第１導光手段はその筒内面が円筒状
であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載
のＬＥＤ照明装置。
【請求項６】前記光源は異なった発光波長のＬＥＤを
含むことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の
ＬＥＤ照明装置。