JP2007324085A - 光照射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 シンプルな構造で、初期コストを低減できる光照射装置を提供すること。
【解決手段】 本体２の内部に形成された空洞部の内面を非球面状の鏡面反射面２ａとすると共に、空洞部３の一方に発光ダイオード６を、空洞部３の他方に隣接する部分に筒状部７をそれぞれ配置し、筒状部７の内部に導光体８を配置した。
【選択図】 図１

Description

本発明は光照射装置に関し、特に画像処理により被検査部品の表面状態などを検査する検査システムに適用される光照射装置の改良に関する。

一般に、この種検査システムは、被検査部品に光を照射し、その反射光をＣＣＤカメラなどにより撮像し、正常な部品の撮像データと比較することによって被検査部品の良否を判定するように構成されている。
近時、照明用光源の改良・進歩により、小形で大きな光出力の得られる発光ダイオードが用いられるようになっており、例えば特開２００４−１１１３７７号公報にはそのような発光ダイオードを用いた光照射装置が提案されている。

この提案は、例えば図５に示すように、構成されている。同図において、Ａは光照射装置であって、縮径部，拡開部を有する第１のケース体Ｂ，第２のケース体Ｃよりなるケース本体Ｄと、第１のケース体Ｂの縮径部に収納されたガラスロッドよりなる導光体Ｅと、第２のケース体Ｃの底部に配置された発光ダイオードＦと、発光ダイオードＦと導光体Ｅとの間に配置された第１，第２のレンズＧ，Ｈとから構成されており、第１，第２のレンズＧ，Ｈはスペーサ本体，Ｏリングを利用して第１，第２のケース体Ｂ，Ｃの結合・締め付けによってそれぞれの中心軸線が一致するように工夫されている。

この光照射装置は、例えば図６に示すように、例えば同軸マクロレンズ，ＣＣＤカメラなどを含む検査装置Ｊに適用される。この検査装置Ｊは、例えば同軸マクロレンズ部分は水平に延びる第１の筒状部Ｋ１と、第１の筒状部Ｋ１に連結され、垂直に延びる第２の筒状部Ｋ２と、第１の筒状部Ｋ１の連結部分に対応する第２の筒状部Ｋ２に配置されたビームスプリッタＬと、第２の筒状部Ｋ２の下端に配置された対物レンズＭとから構成されている。尚、第２の筒状部Ｋ２の上方には図示しないＣＣＤカメラなどが配置されている。

この装置において、発光ダイオードＦから立体的に放射された広がりをもった光は第１のレンズＧによって指向性を整形（ほぼ平行な光に変更）され、第２のレンズＨによって集光される。集光された光は導光体Ｅに入射されて先端の拡散面から放出される。放出光は検査装置Ｊにおける第１の筒状部Ｋ１を介してビームスプリッタＬに入り、垂直下方に反射される。この反射光は対物レンズＭを通って被検査体Ｐに照射される。被検査体Ｐからの反射光は再びビームスプリッタＬを透過し、図示しないＣＣＤカメラなどによって被検査体Ｐとして撮像される。この撮像データはコンピュータなどに予め記憶されている標準データと比較され、表面状態（形態，傷，欠けなど）が検査される。

このような装置によれば、発光ダイオードＦには２００〜３００ｍＡ以上の電流を流すことができるために、光出力の大幅な増加が見込めることから、被検査体Ｐを載置する面の照度も高くすることができ、検査精度の向上も可能になるものである。
特開２００４−１１１３７７

しかし乍ら、上述の装置では、発光ダイオードＦから立体的に放射される広がりをもった光を第１のレンズＧによって指向性を整形し、第２のレンズＨによって集光しなければならない。特に、発光ダイオードＦのように広配光の光をより多く取り込むには透過と反射を共用した形状でかつ屈折及び反射面が非球面形状となるように複雑な形状のレンズ（例えばレンズＧ，Ｈ）を製作しなければならないことから、樹脂成形でしか経済的に作ることができない。
従って、このためには、樹脂成形用の金型が必要となるのであるが、金型の製作に要する初期費用が極めて高くなるのみならず、初期費用の高騰に関連してレンズの仕様を簡単に変更できないという問題がある。
特に、近時、発光ダイオードは高出力のものが使用されるようになっていることから、それのチップサイズも大きくなり、かつ発光ダイオードのパッケージも大きくなる。従って、これに伴ってケース本体ＤやレンズＧ，Ｈも大きくせざるを得ず、装置のコストがさらに高くなるという問題もある。
それ故に、本発明の目的は、シンプルな構造で、初期コストを低減できる光照射装置を提供することである。

従って、本発明は上述の目的を達成するために、内部に空洞部を有し、その内面が非球面状の鏡面反射面に形成された本体と、本体の空洞部の一方に配置された発光ダイオードと、本体の空洞部の他方に配置された導光体とを具備したことを特徴とする。

又、本発明の第２の発明は、内部に空洞部を有し、その内面が非球面状の鏡面反射面に形成された本体と、本体の空洞部の一方に配置された発光ダイオードと、本体の空洞部の他方に配置された光拡散板とを具備したことを特徴とする。

さらに、本発明の第３の発明は、本体の反射面は断面が略楕円形状に構成されており、かつその楕円反射面における第１の焦点部分には発光ダイオードが配置されていることを特徴とし、第４の発明は、本体の反射面は断面が略楕円形状に構成されており、かつその楕円反射面における第１の焦点部分には発光ダイオードが、第２の焦点部分には導光体の光入射側が配置されていることを特徴とし、第５の発明は、本体は光軸に対して直角に二分割して構成されていることを特徴とする。

このように本発明によれば、本体の空洞部内面における反射面は非球面状、例えば二つの焦点を有する略楕円形状に構成されているために、第１の焦点部分に発光ダイオードを配置すると共に、第２の焦点部分に導光体の光入射面を位置させることにより、発光ダイオードから放射される光を反射手段により効率よく導光体に導き、導光体を介して外部に放出させることができる。従って、従来のように形状の複雑な非球面レンズを使用しなくてもよいために、光照射装置を低コストで製作できる。
又、本体における反射面は光軸に対して軸対称に形成されている関係で、反射面の形成される空洞部は本体を切削加工やへら絞りの方法などによって簡単に形成できるし、切削面やへら絞り面などにアルミニウム蒸着などを施すことによって容易に鏡面の反射面を形成することができる。従って、本発明装置の構成部品点数を少なくできる上、製作工程の低減などを図ることができるために、装置を安価に提供できる。
特に、本発明装置では、発光ダイオードから立体的に放射される光はレンズを使用しないで本体の非球面状の反射面によって集光されるために、放射光の波長に影響されることなく、どんな波長をもつ発光ダイオードでも同じ導光効果をもたせることができる。
さらに本発明装置を、例えば同軸マクロレンズ，ＣＣＤカメラなどを含む検査装置に適用した場合には、被検査体をほぼ均一な照度で照明できるために、検査精度を高めることができる上、検査の信頼性も高めることが可能になる。

次に、本発明の第１の実施例について図１〜図２を参照して説明する。同図において、１は光照射装置であって、例えば本体２，発光ダイオード６，筒状部７，導光体８によって構成されている。具体的には、本体２の内部には両端に開口部３ａ，３ｂを有し、かつ光軸に対して略軸対称となる非球面状の空洞部３及び一方の開口部３ａに隣接する部分に空間部４がそれぞれ形成されている。この空洞部３の内面には鏡面の反射面２ａが形成されている。特に、空洞部３は、楕円形状などの非球面形状に形成することが望ましいが、例えば放物面などの非球面形状に形成することもできる。この放物面の場合には、発光ダイオードから配光される光は鏡面反射後、光軸に略平行に配光される。尚、本体２の外周部分には発光ダイオード６で発生する熱を効率よく放散させるための放熱フィンを形成することが望ましい。

この本体２の一方の端部（開口部３ａ側）にはベース部５が、空間部４を閉塞するように固定されている。このベース部５には発光ダイオード６が、空間部４に位置するように固定されている。本体２の他方の端部（開口部３ｂ側）には筒状部７が配置されており、その内部にはガラス，樹脂などにてロッド状に構成された透明な導光体８が配置されている。尚、筒状部７は本体２に対して別設されているが、本体２と一体化することもできる。特に、非球面状の反射面２ａにおける第１の焦点部分ａには発光ダイオード６が、第２の焦点部分ｂには導光体８の光入射面８ａがそれぞれ位置するように構成されている。又、導光体８の光放出面８ｂは、例えば粗面化処理などにより光拡散面に構成されている。尚、９は発光ダイオード６などに電力を供給するためのケーブルである。

上述の本体２は、例えば図２に示すように光軸に対して直角に第１の本体２Ａと第２の本体２Ｂとに二分割されている。これらの本体２Ａ，２Ｂはそれぞれの衝合面２Ａａ，２Ｂａを重ね合わせることによって図１に示す本体２が構成される。特に、このように二分割することによって切削加工が容易に行えるようになり、本発明のような非球面形状であっても簡単に切削加工することができる。

次に、図１に示す光照射装置１の検査装置Ｊへの適用事例について図３を参照して説明する。まず、光照射装置１を検査装置Ｊに、筒状部７を第１の筒状部Ｋ１に挿入することによって結合させる。この状態で、ケーブル９を介して発光ダイオード６に電力を供給すると、発光ダイオード６が発光動作し、広がりを有する光が放出される。特に、発光ダイオード６は、楕円形状の鏡面反射面２ａにおける第１の焦点部分ａに配置されている関係で、発光ダイオード６からの放射光の多くは楕円形状の反射面２ａにて反射され、第２の焦点部分ｂで集光され、導光体８の光入射側の端面８ａに効率よく入射される。入射光は導光体８の内部を全反射しながら進行し、光放射側の端面（光拡散面）８ｂから効率よく外部に放出される。

このように導光体８から放出された光は第１の筒状部Ｋ１を介してビームスプリッタＬに達し、同ビームスプリッタＬで光の一定量が４５°に反射され、第２の筒状部Ｋ２を垂直下方に進み、対物レンズＭを通って被検査体Ｐに照射される。尚、この被検査体Ｐは適切な照度で照射される。被検査体Ｐに照射された光は反射され、第２の筒状部Ｋ２を垂直上方に進み、ビームスプリッタＬに達する。この反射光は同ビームスプリッタＬで光の一定量が透過し、図示しないＣＣＤカメラに入射され、被検査体Ｐが撮像される。この撮像データは予め記憶されている標準データと比較され、被検査体Ｐの表面状態（傷,欠けなど）の良否が判定される。
この実施例によれば、光照射装置１からは、例えば高出力化された発光ダイオード６の放射光を効率よく集光した光が検査装置Ｊに送られる。この放射光によって被検査体Ｐが照射されるために、被検査体Ｐの表面状態を精度よく撮像でき、信頼性の高い検査が可能になる。

次に、本発明の第２の実施例について図４を参照して説明する。この実施例の基本的な構成は図１に示す実施例と同じであり、異なる点は、筒状部７及び導光体８を省略したことと、鏡面反射面２ａにおける第２の焦点部分ｂに拡散板１０を配置したことである。
この実施例によれば、第１の焦点部分ａに配置された発光ダイオード６からの放射光は本体２の鏡面反射面２ａで反射され、第２の焦点部分で効率よく集光される。この集光された光は光拡散板１０を介して外部に放出される。
特にこの実施例による場合は、光拡散板１０が二次の面光源として利用することができる。拡散面光源は照明用光源とし種々の利用が可能である。その利用方法の一つとして、例えば拡散板の上方に置いた被検査体をバックライトとして照明し、シルエット像を観察する利用方法である。この場合、反射面２ａの形状を、例えば放物面状にすれば、略平行化された配光で拡散板１０に入光させることができる。尚、反射面２ａの形状を種々変えることにより、所望するサイズや均一性をもった二次の拡散面光源を得ることが可能である。

尚、本発明は何ら上記実施例に制約されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲内において適宜に変更することが可能である。例えば本発明の光照射装置は図３に示す検査装置以外の装置・システムなどに適用することもできる。又、本体は光軸に対して直角方向に二分割することが推奨されるが、例えば光軸に平行に二分割することもできる。又、導光体は光放出面が拡散面に構成されているが、光入射面をも拡散面化することができる。この構成にすれば、一部の光は導光体から漏れるものの、光拡散効果が一層改善できる。又、本体に配置される筒状部は省略することもできる。さらに、導光体の光放出面は拡散面に構成することが推奨されるが、例えば完全な透過面に構成することもできる。

本発明の第１の実施例を示す側断面図である。 図１における本体を分解した状態を示す平面図である。 本発明にかかる光照射装置の検査装置への適用事例を示す側断面図である。 本発明の第２の実施例を示す側断面図である。 従来例を示す側断面図である。 図５に示す従来例の検査装置への適用事例を示す側断面図である。

符号の説明

１ 光照射装置
２ 本体
２Ａ 第１の本体
２Ｂ 第２の本体
２ａ 非球面状の反射面
３ 空洞部
５ ベース部
６ 発光ダイオード
７ 筒状部
８ 導光体
８ａ 光入射面
８ｂ 光放出面
１０ 光拡散板
ａ 第１の焦点部分
ｂ 第２の焦点部分

Claims (5)

1. 内部に空洞部を有し、その内面が非球面状の鏡面反射面に形成された本体と、本体の空洞部の一方に配置された発光ダイオードと、本体の空洞部の他方に配置された導光体とを具備したことを特徴とする光照射装置。
2. 内部に空洞部を有し、その内面が非球面状の鏡面反射面に形成された本体と、本体の空洞部の一方に配置された発光ダイオードと、本体の空洞部の他方に配置された光拡散板とを具備したことを特徴とする光照射装置。
3. 前記本体の反射面は断面が略楕円形状に構成されており、かつその楕円反射面における第１の焦点部分には発光ダイオードが配置されていることを特徴とする請求項１に記載の光照射装置。
4. 前記本体の反射面は断面が略楕円形状に構成されており、かつその楕円反射面における第１の焦点部分には発光ダイオードが、第２の焦点部分には導光体の光入射側が配置されていることを特徴とする請求項１に記載の光照射装置。
5. 前記本体は光軸に対して直角に二分割して構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の光照射装置。
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   

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