JP2006344830A - 光源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 発光ダイオードからバンドルファイバーの各光ファイバーに入射する光を可能な限り光ファイバーの中心線に平行にすることができるとともに装置の構造を簡単にすることができる光源装置を提供する。
【解決手段】 互いに離間して配置された少なくとも二つの発光ダイオード１と、少なくとも二つの発光ダイオード１，１間の中心位置又は略中心位置に設置され各発光ダイオード１に対面するように少なくとも二つの反射面を有する反射体３と、各発光ダイオード１と各反射面３ｆとの間に設置され各発光ダイオード１の光を集光して平行光線又は略平行光線として反射体３の反射面３ｆに導くコリメータレンズ２とを備え、反射面３ｆは、該反射面３ｆに対面する各コリメータレンズ２からの光を直交する方向に反射するようにコリメータレンズ２の光軸に対して４５°傾斜している。
【選択図】図１

Description

本発明は、光源装置に係り、特に容器や部品等の物品をＣＣＤカメラ等の撮像装置により撮像して検査する際に、物品を照明するための光源装置に関するものである。

従来から、ガラス壜等の容器、工業製品に用いられる各種部品等の物品を撮像して自動的に外観検査を行う物品検査装置が知られている。この物品検査装置においては、物品を照明装置により照明し、物品を透過した透過光や物品から反射した反射光をＣＣＤカメラ等の撮像装置により撮影し、得られた画像を画像処理装置により処理し、物品自体の良否や物品が容器である場合には容器内の異物の有無等を検出している。物品を照明するための照明装置は、物品の撮像部位に明るく均一な光を入射させることが必要とされる。そのための照明装置の１つとして、ライトガイドが知られている。上記ライトガイドは、多数本の光ファイバーを収束し、その基端を受光部として光源から発した光を入射させ、光ファイバーの先端を照射部として検査対象物に向け、光ファイバーの先端から出射される光を検査対象物に照射するようにしたものである。

上記ライトガイドの光源として、ハロゲンランプが多く用いられていたが、ハロゲンランプは、その寿命が短く、検査中に光源をＯＮ、ＯＦＦする必要がある場合に、ランプの寿命が著しく低下する等の問題点があった。そのため、発光ダイオード（ＬＥＤ）を利用した光源装置が提案されている。発光ダイオードは、ハロゲンランプに比べて長寿命、低消費電力、瞬間オンオフが可能であり、また光色の選択が可能である等の利点があるが、発光ダイオード１個あたりの出力がハロゲンランプに比して小さいので、ハロゲンランプと同等の光量を得るためには、多数の発光ダイオードを並べることになる。

図６（ａ）、図６（ｂ）および図６（ｃ）は、多数の発光ダイオード（ＬＥＤ）を並べてバンドルファイバーに入射させる従来の方法を示す模式図である。
図６（ａ）は、バンドルファイバー１００を中心とした球面上に多数の発光ダイオード（ＬＥＤ）１０１を配置した一例を示す図である。本例では、発光ダイオード１０１から各光ファイバーに平行光線として入射するものはわずかであり、発光ダイオードから各光ファイバーへ入射する光の大部分は光ファイバーに平行ではない。

図６（ｂ）は、バンドルファイバー１００に対向するように凹面鏡１０２を配置し、この凹面鏡１０２に対向した平面上に多数の発光ダイオード１０１を配置した一例を示す図である。本例では、各発光ダイオード１０１から凹面鏡１０２には平行光線として入射するが、凹面鏡１０２で反射した光が各光ファイバーへ入射する際には、入射光の大部分は光ファイバーに平行ではない。

図６（ｃ）は、バンドルファイバー１００に対向した平面上に多数の発光ダイオード１０１を配置し、各発光ダイオード１０１に対応して設けられた各光ファイバー１０３の出力端をバンドルファイバー１００に対向するように配置した一例を示す図である。本例では、各発光ダイオード１０１からの光は、各光ファイバー１０３を介してバンドルファイバー１００の各光ファイバーに平行に入射する。

図６（ａ）および図６（ｂ）に示す例においては、各発光ダイオード（ＬＥＤ）から出射された光が各光ファイバーに入射する際には、入射光の大部分は光ファイバーに平行でないために、バンドルファイバーの出力端から出る光が分散して照射効率が著しく低下するという問題点がある。
一方、図６（ｃ）に示す例においては、各発光ダイオード（ＬＥＤ）から出射された光は、バンドルファイバー１００の各光ファイバーに平行に入射するが、各発光ダイオードからバンドルファイバー１００に光を導くために各発光ダイオードに対応して１個の光ファイバーを設ける必要があり、構造が複雑で装置が高価であり、また光の利用効率も低いという問題点がある。

本発明は、上述の事情に鑑みなされたもので、発光ダイオードからバンドルファイバーの各光ファイバーに入射する光を可能な限り光ファイバーの中心線に平行にすることができるとともに装置の構造を簡単にすることができる光源装置を提供することを目的とする。
また、本発明は、発光ダイオードの個数を減らし、コンパクトで単純な構造とし、かつ少ない電力で大きな照度を確保することができる光源装置を提供することを目的とする。

上述した目的を達成するため、本発明の光源装置は、互いに離間して配置された少なくとも二つの発光ダイオードと、前記少なくとも二つの発光ダイオード間の中心位置又は略中心位置に設置され各発光ダイオードに対面するように少なくとも二つの反射面を有する反射体と、前記各発光ダイオードと各反射面との間に設置され各発光ダイオードの光を集光して平行光線又は略平行光線として前記反射体の反射面に導くコリメータレンズとを備え、前記反射面は、該反射面に対面する各コリメータレンズからの光を直交する方向に反射するようにコリメータレンズの光軸に対して４５°傾斜していることを特徴とする。

本発明によれば、各発光ダイオードから出射された光は、発光ダイオードの前面にあるコリメータレンズにより集光されて水平な平行光線となって反射体の各反射面に入射する。そして、各反射面で反射されて平行光線となった反射光は、合一してバンドルファイバーに入射するか、または検査対象物に直接に入射する。

本発明の一態様は、前記反射体は、二つの反射面を有し、該二つの反射面の頂角は９０°であることを特徴とする。
本発明の一態様は、前記少なくとも二つの反射面に対向して光ファイバーの束であるバンドルファイバーを設置するようにしたことを特徴とする。
本発明の一態様は、前記少なくとも二つの反射面に対向して検査対象物を設置するようにしたことを特徴とする。

本発明の一態様は、前記反射体は、円柱状本体と、円柱状本体の端部に角錐状に形成された前記少なくとも二つの反射面とを備えたことを特徴とする。
本発明によれば、少なくとも二つの反射面を、円柱状本体の軸線に直交する面（例えば、反射体が水平面上に設置され円柱状本体の軸線が鉛直方向にある場合には、水平面）に投影すると、円柱状本体と同一面積の円形になっており、少なくとも二つの反射面から反射された後に反射光が合一すると円形の反射光になる。したがって、円形断面のバンドルファイバーと略一致させることができ、バンドルファイバーの全ての光ファイバーに、光ファイバーの中心線と平行な平行光線を入射させることができる。

本発明の一態様は、上述の光源装置を光コネクタを有した電源ボックスに収納してユニット化したことを特徴とする。
本発明によれば、光源装置全体を光コネクタを有した電源ボックスに収納することにより、光源装置をユニット化することができ、このユニット化した光源装置の光コネクタにバンドルファイバーをカップリングするだけで光源装置を使用することができる。

（１）本発明によれば、少なくとも２個の発光ダイオードからの光をコリメータレンズを介して平行光線に整え、この平行光線を複数の反射面を有した反射体で反射させて合一させることによりバンドルファイバーの各光ファイバーの中心線に平行な光に変えて各光ファイバーに入射させることができる。
（２）本発明によれば、これら発光ダイオードからの光をコリメータレンズを介して平行光線に整え、この平行光線を複数の反射面を有した反射体で反射させて合一させることにより検査対象物を直接に照明することができる。
（３）本発明によれば、発光量の大きい２個乃至４個の少数の発光ダイオードを使用することにより、発光ダイオードの個数を減らし、コンパクトで単純な構造とし、かつ従来に比べて少ない電力で大きな照度を確保することができる。

以下、本発明に係る光源装置の実施形態を図１乃至図５を参照して説明する。
図１は、本発明の光源装置をライトガイド用光源装置として用いた場合の実施形態を示す模式的な正面図である。図１に示すように、本発明の光源装置は、対向して配置された一対の発光ダイオード（ＬＥＤ）１，１と、発光ダイオード１，１から出射された光を集光する一対のコリメータレンズ２，２と、一対のコリメータレンズ２，２の間に配置されるとともに一対のコリメータレンズ２，２に対向する反射面３ｆ，３ｆを有する反射体３とを備えている。反射体３は、一対の発光ダイオード１，１間の中心位置又は略中心位置に設置されている。反射体３の鉛直方向上方には、多数本の光ファイバーの束からなるバンドルファイバー４が配置されている。バンドルファイバー４は円形断面又は略円形断面を有している。

前記発光ダイオード１は、定格出力１Ｗ、最大電流３５０ｍＡの大発光量ＬＥＤから構成されている。また、コリメータレンズ２は、発光ダイオード１から出射された光を集光して平行光線として反射体３の反射面３ｆに導く機能を有している。

図２は、図１に示す反射体３の斜視図である。図２に示すように、反射体３は、円柱状本体３ａの上部に、相交わる二つの平面からなる反射面３ｆ，３ｆを形成したものである。二つの反射面３ｆ，３ｆの頂角は９０°に設定されている。すなわち、二つの反射面３ｆ，３ｆは、二つの反射面３ｆ，３ｆの交線である稜３ｂより互いに反対方向に４５°の角度で下方に傾斜している。したがって、図１において、コリメータレンズ２により平行光線として水平方向から反射面３ｆに入射した光は、反射面３ｆにより鉛直方向に反射されるようになっている。また、二つの反射面３ｆ，３ｆを円柱状本体３ａの軸線に直交する水平面に投影すると、円柱状本体３ａと同一面積の円形となっており、二つの反射面３ｆ，３ｆから反射された後に二つの反射光が合一すると円形の反射光になる。

次に、図１および図２に示すように構成された光源装置の作用を説明する。
一対の発光ダイオード（ＬＥＤ）１，１から出射された光は、一対のコリメータレンズ２，２により集光されて水平な平行光線となって反射体３の反射面３ｆ，３ｆに入射する。そして、反射面３ｆ，３ｆで鉛直方向に反射された反射光は、合一して円形断面または略円形断面を有する平行光線となってバンドルファイバー４の入力端４ａに入射する。この際、反射面３ｆ，３ｆからの反射光はバンドルファイバー４を構成する各光ファイバーの中心線に平行な光となって入射する。また反射面３ｆ，３ｆで反射された後に合一した反射光の円形断面（または略円形断面）とバンドルファイバー４の円形断面（または略円形断面）とは、同一面積または略同一面積になるように設定されている。これにより、反射面３ｆ，３ｆからの反射光はバンドルファイバー４の全ての光ファイバーに入射し、また各光ファイバーに入射した光は、各光ファイバーの中心線に平行な光となって、減衰が抑えられつつ伝播される。したがって、バンドルファイバー４の出力端から出射される光は、平行光線となり、光が分散することがなく高い照射効率が得られる。

図３は、図１に示す本発明の光源装置を用いた物品検査装置の一例を示す概略図である。
図３に示すように、本発明の光源装置は電源ボックス１０に収納されている。電源ボックス１０には、光コネクタ１１が固定されており、この光コネクタ１１にバンドルファイバー４の入力端がカップリングされるようになっている。バンドルファイバー４の出力端はリング状の照明装置４ｂを形成しており、この照明装置４ｂによりガラス壜５の口部５ａが照明されるようになっている。そして、リング状の照明装置４ｂの上方にはＣＣＤカメラ６が配置されており、口部５ａより反射した反射光がＣＣＤカメラ６に入射して撮像されるようになっている。ＣＣＤカメラ６には画像処理装置７が接続されており、画像処理装置７によりＣＣＤカメラ６で撮像された画像を処理してガラス壜５の口部５ａの欠陥の有無が判定されるようになっている。なお、照明装置４ｂの形状はリング状としたが、この形状は、検査対象物の性状や検出すべき欠陥などに応じて、選択すればよい。

上述の構成において、光源装置から出射された光が光コネクタ１１を介してバンドルファイバー４に入射され、バンドルファイバー４を介して照明装置４ｂから出射された光はガラス壜５の口部５ａを照明し、口部５ａから反射した反射光はＣＣＤカメラ６に入射して撮像される。ＣＣＤカメラ６で得られた画像は、画像処理装置７により処理され、ガラス壜５の口部５ａの欠陥の有無が判定される。

図４は、図１に示す本発明の光源装置を用いた物品検査装置の他の例を示す概略図である。
図４に示す実施形態においては、一対の発光ダイオード（ＬＥＤ）１，１から出射された光は、一対のコリメータレンズ２，２により集光されて水平な平行光線となって反射体３の反射面３ｆ，３ｆに入射する。そして、反射面３ｆ，３ｆで鉛直方向に反射された反射光は、合一して円形断面または略円形断面を有する平行光線となってガラス壜５の底部５ｂに入射する。そして、底部５ｂを透過した透過光はＣＣＤカメラ６に入射して撮像される。ＣＣＤカメラ６には画像処理装置７が接続されており、画像処理装置７によりＣＣＤカメラ６で撮像された画像を処理してガラス壜５の底部５ｂの欠陥の有無が判定されるようになっている。

図５は、反射体３の別の実施形態を示す斜視図である。図５に示すように、反射体３は、円柱状本体３ａの上部に、３つの反射面３ｆ，３ｆ，３ｆを形成したものである。したがって、反射体３の上部は３つの反射面３ｆ，３ｆ，３ｆにより三角錐を形成している。なお、三角錐状の反射面３ｆ，３ｆ，３ｆの下縁は、円柱状本体３ａに円弧によって交わっている。各反射面３ｆは、頂点３ｃより水平面に対して４５°の角度で下方に傾斜している。

前記各反射面３ｆに対面して図１に示すコリメータレンズ２および発光ダイオード１が設置される。すなわち、３つの反射面３ｆ，３ｆ，３ｆに対応して３セットの発光ダイオード１とコリメータレンズ２が設置される。したがって、コリメータレンズ２により平行光線として水平方向から各反射面３ｆに入射した光は、各反射面３ｆにより鉛直方向に反射されるようになっている。また、三つの反射面３ｆ，３ｆ，３ｆを円柱状本体３ａの軸線に直交する水平面に投影すると、円柱状本体３ａと同一面積の円形となっており、三つの反射面３ｆ，３ｆ，３ｆから反射された後に三つの反射光が合一すると、円形の反射光になる。

上述の構成により、３つの発光ダイオード１からの光が３つのコリメータレンズ２を介して３つの反射面３ｆ，３ｆ，３ｆに導かれ、この３つの反射面３ｆ，３ｆ，３ｆからの反射光は、合一して円形断面または略円形断面を有する平行光線となって図１に示すバンドルファイバー４に入射されるか、または図４に示す検査対象物に入射する。

図５においては、反射体に３つの反射面を形成する例を示したが、反射体の上部を四角錐として４つの反射面を形成してもよい。この場合には、４つの反射面に対応して４セットの発光ダイオードとコリメータレンズが設置される。

本発明の光源装置をライトガイド用光源装置として用いた場合の実施形態を示す模式的な正面図である。 図１に示す反射体の斜視図である。 図１に示す本発明の光源装置を用いた物品検査装置の一例を示す概略図である。 図１に示す本発明の光源装置を用いた物品検査装置の他の例を示す概略図である。 反射体の別の実施形態を示す斜視図である。 図６（ａ）、図６（ｂ）および図６（ｃ）は、多数の発光ダイオード（ＬＥＤ）を並べてバンドルファイバーに入射させる従来の方法を示す模式図である。

符号の説明

１ 発光ダイオード（ＬＥＤ）
２ コリメータレンズ
３ 反射体
３ａ 円柱状本体
３ｂ 稜
３ｃ 頂点
３ｆ 反射面
４ バンドルファイバー
４ａ 入力端
４ｂ 出力端（照明装置）
５ ガラス壜
５ａ 口部
５ｂ 底部
６ ＣＣＤカメラ
７ 画像処理装置
１０ 電源ボックス
１１ 光コネクタ
１００ バンドルファイバー
１０１ 発光ダイオード（ＬＥＤ）
１０２ 凹面鏡
１０３ 光ファイバー

Claims (6)

1. 互いに離間して配置された少なくとも二つの発光ダイオードと、前記少なくとも二つの発光ダイオード間の中心位置又は略中心位置に設置され各発光ダイオードに対面するように少なくとも二つの反射面を有する反射体と、前記各発光ダイオードと各反射面との間に設置され各発光ダイオードの光を集光して平行光線又は略平行光線として前記反射体の反射面に導くコリメータレンズとを備え、
   前記反射面は、該反射面に対面する各コリメータレンズからの光を直交する方向に反射するようにコリメータレンズの光軸に対して４５°傾斜していることを特徴とする光源装置。
2. 前記反射体は、二つの反射面を有し、該二つの反射面の頂角は９０°であることを特徴とする請求項１記載の光源装置。
3. 前記少なくとも二つの反射面に対向して光ファイバーの束であるバンドルファイバーを設置するようにしたことを特徴とする請求項１または２記載の光源装置。
4. 前記少なくとも二つの反射面に対向して検査対象物を設置するようにしたことを特徴とする請求項１または２記載の光源装置。
5. 前記反射体は、円柱状本体と、円柱状本体の端部に角錐状に形成された前記少なくとも二つの反射面とを備えたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の光源装置。
6. 請求項１乃至５のいずれか１項に記載の光源装置を光コネクタを有した電源ボックスに収納してユニット化したことを特徴とする光源装置。

Images