JP2010033974A - 光照射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＬＥＤ基板２のサイズを同一にして、部品点数の削減及び製造コストの削減を実現する。
【解決手段】複数の同一のＬＥＤ２１を搭載した長尺状のＬＥＤ基板２と、前記ＬＥＤ基板２を収容する基板収容空間を有する筐体３と、を備えた光照射装置であって、電源電圧Ｖ_ＥとＬＥＤ２１を直列に接続したときの順方向電圧Ｖ_ｆの合計との差が所定の許容範囲となるＬＥＤ２１の個数をＬＥＤ単位数とし、前記ＬＥＤ基板２に搭載するＬＥＤ２１の個数を、波長の異なるＬＥＤ２１毎に定まるＬＥＤ単位数の公倍数としている。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数のＬＥＤを用い、例えばライン状の光を照射することができる光照射装置に関し、特にワーク（製品）の所定照射領域における傷の有無やマーク読み取り等の検査用として好適に用いられるものに関するものである。

ライン光照明装置等の光照射装置は、特許文献１に示すように、複数のＬＥＤを搭載した長尺状のＬＥＤ基板と、このＬＥＤ基板を収容する筐体と、を備えている。

この光照射装置において、ＬＥＤ基板に搭載されるＬＥＤの個数は、電源電圧Ｖ_ＥとＬＥＤの順方向電圧Ｖ_ｆとの関係から、直列接続されるＬＥＤの個数が制限される。

例えば、電源電圧Ｖ_Ｅが２４Ｖの場合、赤色ＬＥＤの順方向電圧Ｖ_ｆが約２．２Ｖであり、ＬＥＤ基板に搭載される赤色ＬＥＤの個数は１０個である。また、白色ＬＥＤの場合の順方向電圧Ｖ_ｆが約３．３Ｖであり、ＬＥＤ基板に搭載される白色ＬＥＤの個数は６個である。さらに、赤外ＬＥＤの順方向電圧Ｖ_ｆが約１．５Ｖであり、ＬＥＤ基板に搭載される赤外ＬＥＤの個数は１５個である。

しかしながら、上記のように、ＬＥＤ基板に搭載されるＬＥＤの個数が異なることから、ＬＥＤ基板のサイズが異なり、ＬＥＤの種類毎に専用のＬＥＤ基板を用意する必要がある。また、ＬＥＤ基板を収容する筐体もＬＥＤの種類に応じて異なり、それぞれ用意する必要があるという問題がある。
特開２００６-２７５７９０号公報

そこで本発明は、上記問題点を一挙に解決するためになされたものであり、種類の異なるＬＥＤを用いた光照射装置において、ＬＥＤ基板の大きさを同一にして、部品の共通化により部品点数の削減、製造コストの削減を実現することをその主たる所期課題とするものである。

すなわち本発明に係る光照射装置は、複数の同一のＬＥＤを搭載したＬＥＤ基板と、前記ＬＥＤ基板を収容する基板収容空間を有する筐体と、を備えた光照射装置であって、電源電圧とＬＥＤを直列に接続したときの順方向電圧の合計との差が所定の許容範囲となるＬＥＤの個数をＬＥＤ単位数とし、前記ＬＥＤ基板に搭載するＬＥＤの個数を、種類の異なるＬＥＤ毎に定まるＬＥＤ単位数の公倍数としていることを特徴とする。

このようなものであれば、ＬＥＤ基板に搭載されるＬＥＤの個数を、種類の異なるＬＥＤ毎に定まるＬＥＤ単位数の公倍数として、種類の異なるＬＥＤ同士でＬＥＤ基板に搭載される個数を同一にすることができ、種類の異なるＬＥＤが搭載されるＬＥＤ基板同士の大きさを同じすることができる。また、種類の異なるＬＥＤを用いた光照射装置を製造する場合に、ＬＥＤ基板を収容する筐体として同一のものを用いることができる。このようなことから、光照射装置の製造において、ＬＥＤ基板及び筐体などの部品を共通化することができ、部品点数を削減することができるとともに、製造コストを削減することができる。

ＬＥＤ基板の大きさを同じにするだけでなく、その大きさを可及的に小さくして、汎用性を向上させるためには、前記ＬＥＤ基板に搭載するＬＥＤの個数を、種類の異なるＬＥＤ毎に定まるＬＥＤ単位数の最小公倍数としていることが望ましい。

ＬＥＤ基板に搭載されるＬＥＤが表面実装型（チップ型）ＬＥＤであれば、ＬＥＤの前方に光学レンズを設ける必要がある。このとき、ＬＥＤ基板に搭載されたＬＥＤの個数に応じて、専用の光学レンズを用意する必要がある。本発明によれば、表面実装型ＬＥＤをＬＥＤ基板に搭載するに際して、その個数を前記ＬＥＤ単位数の公倍数にして、種類の異なるＬＥＤでも搭載される個数を同じにすることにより、共通の光学レンズを用いることができ、本発明の効果を一層顕著にすることができる。

このように本発明によれば、ＬＥＤ基板のサイズを同一にして、部品点数及び製造コストを削減できる。

次に、本発明に係る光照射装置１の一実施形態について図面を参照して説明する。なお、図１は本実施形態の光照射装置１を示す斜視図であり、図２は光照射装置１の断面図であり、図３はＬＥＤ２１が搭載されたＬＥＤ基板２の平面図であり、図４は赤色ＬＥＤ２１を搭載した場合の回路線図であり、図５は白色ＬＥＤ２１を搭載した場合の回路線図であり、図６は赤外ＬＥＤ２１を搭載した場合の回路線図である。

＜装置構成＞

本実施形態に係る光照射装置１は、例えば検査物（ワーク）の所定照射領域にライン状の光を照射するもので、撮像装置（図示しない）で前記所定照射領域を撮影し、得られた画像データを、画像処理装置（図示しない）で取り込んで傷等の有無の自動表面検査を行う製品検査システム等に用いられる。

具体的にこのものは、図１及び図２に示すように、ＬＥＤ基板２と、筐体３と、伝熱部材４と、押圧部材５と、を備えている。

ＬＥＤ基板２は、図３に示すように、複数の同一のＬＥＤ２１を搭載した長尺状の基板である。具体的にＬＥＤ基板２は、長尺状のプリント配線基板の表面に複数のＬＥＤ２１を光軸を略一定方向に揃えて長辺方向に直線状となるように、短辺方向に１列又は複数列（図においては３列）に機械実装したものである。ＬＥＤ２１は、図示しない電圧制御回路により、図示しない電源からの電圧が制御されて供給されるものであり、例えば薄い矩形板状をなすパッケージ２１１の中央にＬＥＤ素子２１２を配設した表面実装型（チップ型）のものである。かかるＬＥＤ２１は、例えば、前記ＬＥＤ素子２１２が、長辺方向及び短辺方向それぞれにおいて所定の間隔で並ぶように配置される。

筐体３は、図１及び図２に示すように、ＬＥＤ基板２を収容する基板収容空間を形成する収容凹部３０１を有するものである。具体的に筐体３は、長尺金属製で、長手方向（延伸方向）に直交する断面が概略コの字形状をなすものであり、左右側壁３１、３２及び底壁３３により収容凹部３０１が形成される。なお、本実施形態の収容凹部３０１は２つのＬＥＤ基板２を長手方向に連続して収容する。また、筐体３は、押し出し又は引き抜き成型した一体ものであり、左右側壁３１、３２及び底壁３３の外周面には、長手方向に延びる複数の溝３Ｍが設けてあり、その間に形成された突条が放熱フィンＦとしての役割を果たすようにしてある。また、収容凹部３０１とＬＥＤ基板２との間には、伝熱部材４が設けられ、ＬＥＤ基板２により発生する熱を筐体３に伝熱する。

この伝熱部材４は、ＬＥＤ基板２と略同じ又は若干小さい幅を有する帯状の平板でシリコン等の所定の粘弾性及び絶縁性を有する素材で形成してある。そして、ＬＥＤ基板２が押圧されたときに、ＬＥＤ基板２の裏側に配設された抵抗等の部品により凹むように変形し、ＬＥＤ基板２の裏面に理想的に面接触してＬＥＤ２１から筐体３の底壁３３への熱伝導効率を高める役割を果たす。

押圧部材５は、図２に示すように、複数のＬＥＤ２１毎に対応する複数のレンズ部５０１を有し、ＬＥＤ基板２の長辺側端部２０１を筐体３の収容凹部３０１の底面に向かって押圧するものである。なお、本実施形態では、押圧部材５は、各ＬＥＤ基板２に対応するように、直列に連続させて設けられている（図１参照）。

具体的に押圧部材５は、例えば長手方向に直交する断面が概略Ｈ形状をなすものであり、レンズ部５０１が形成されるレンズ形成部５１と、当該レンズ形成部５１の長辺側両端に形成され、当該レンズ形成部５１と直交するフランジ部５２とからなる。フランジ部５２は、押圧部材５が収容凹部３０１に収容されると筐体３の左右側壁３１、３２に対向配置される。そして、フランジ部５２の下端面５２１の略全面が、ＬＥＤ基板２の長辺側端部２０１、詳細にはＬＥＤ基板２におけるＬＥＤ２１よりも外側上面に接触する。これにより、ＬＥＤ基板２の長辺側端部２０１には略均一の力が加えられ、ＬＥＤ基板２が長手方向に反ってしまうことを防ぐことができる。また、フランジ部５２の下端面５２１がＬＥＤ基板２の長辺側端部２０１に接触した状態において、ＬＥＤ２１から射出された光の略全てがレンズ部５０１を通過するように、フランジ部５２が設定されている。

そして、押圧部材５は、図２の部分拡大図に示すように、筐体３又は押圧部材５の一方に設けられ、収容凹部３０１の底面側を向く第１の面６１と、筐体３又は押圧部材５の他方に設けられ、第１の面６１に当接する収容凹部３０１の開口側を向く第２の面６２とからなる固定機構６により筐体３に固定される。

また、固定機構６の第１の面６１及び第２の面６２が当接した状態において、ＬＥＤ基板２又は押圧部材５の一方に設けられた凸部（図示しない）と、ＬＥＤ基板２又は押圧部材５の他方に設けられ、凸部に嵌合する凹部（図示しない）とが嵌合して、複数のレンズ部５０１の中心軸と複数のＬＥＤ２１毎の光軸とが一致するように位置決めする位置決め機構を備えている。この位置決め機構により、ＬＥＤ２１とレンズ部５０１とが長辺方向及び短辺方向に位置決めされる。

しかして本実施形態のＬＥＤ基板２に搭載されるＬＥＤ２１の個数は、種類の異なるＬＥＤ２１毎に定まるＬＥＤ単位数の最小公倍数としている。なお、種類の異なるＬＥＤ２１には、例えば、射出する光の波長が異なるＬＥＤだけでなく、射出する光の波長が同じであっても、パッケージ２１１に配設されるＬＥＤ素子の数が異なるＬＥＤを含む。いずれの場合においても、種類の異なるＬＥＤ２１のパッケージ２１１は同一形状であることが望ましい。また、ＬＥＤ基板２上に搭載するＬＥＤ２１の個数の決定方法は、複数のＬＥＤ２１を電圧制御する場合にのみ有効である。

ここで、「ＬＥＤ単位数」とは、電源電圧Ｖ_ＥとＬＥＤ２１を直列に接続したときの順方向電圧Ｖ_ｆの合計（Ｖ_ｆ×Ｎ）との差（Ｖ_Ｅ−Ｖ_ｆ×Ｎ）が、所定の許容範囲となるＬＥＤ２１の個数であり、電源電圧Ｖ_Ｅに対して直列接続されるＬＥＤ２１の個数である。

本実施形態の順方向電圧Ｖ_ｆは、パッケージ化されたＬＥＤ２１毎の順方向電圧である。また、「所定の許容範囲」とは、種類の異なるＬＥＤ２１毎に定まるＬＥＤ単位数の公倍数によりＬＥＤ基板２にＬＥＤ２１を搭載した場合に、所望の照射領域を１つ又は複数のＬＥＤ基板２により実現できる条件（より具体的には、種類の異なるＬＥＤ２１毎に定まるＬＥＤ単位数の最小公倍数を可及的に小さくする条件）、及び種類の異なるＬＥＤ２１毎にそのＬＥＤ単位数を可及的に大きくする条件により決まる。

例えば、光照射装置１をＦＡ（産業用自動機器）に組み込んで用いる場合、つまり、電源電圧Ｖ_Ｅが２４Ｖの直流電圧である場合について、赤色ＬＥＤ２１、白色ＬＥＤ２１及び赤外ＬＥＤ２１の３種類の光照射装置１を製造する場合について説明する。

赤色ＬＥＤ２１の順方向電圧Ｖ_ｆは約２．２Ｖであり、当該赤色ＬＥＤ２１を電源電圧Ｖ_Ｅに対して直列接続できる個数は１０個である。つまり、赤色ＬＥＤ２１のＬＥＤ単位数は１０個である。

また、白色ＬＥＤ２１の順方向電圧Ｖ_ｆは約３．３Ｖであり、当該白色ＬＥＤ２１を電源電圧Ｖ_Ｅに対して直列接続できる個数は６個である。つまり、白色ＬＥＤ２１のＬＥＤ単位数は６個である。なお、白色ＬＥＤ２１を直列接続できる個数は、７個も考えられるが、他の種類のＬＥＤ２１のＬＥＤ単位数との関係で、可及的に最小公倍数を小さくする値にしている。

さらに、赤外ＬＥＤ２１の順方向電圧Ｖ_ｆは約１．５Ｖであり、当該赤外ＬＥＤ２１を電源電圧Ｖ_Ｅに対して直列接続できる個数は１５個である。つまり赤外ＬＥＤ２１のＬＥＤ単位数は１５個である。

そして、赤色ＬＥＤ２１のＬＥＤ単位数（１０個）、白色ＬＥＤ２１のＬＥＤ単位数（６個）、及び赤外ＬＥＤ２１のＬＥＤ単位数（１５個）の最小公倍数である３０個を、各色ＬＥＤ基板２に搭載するＬＥＤ２１の個数としている。

回路上における各ＬＥＤ２１の接続方法としては、ＬＥＤ単位数に対応する個数のＬＥＤ２１を直列接続し、その直列接続されたＬＥＤ群を最小公倍数となるように並列接続する。つまり、赤色ＬＥＤ２１の場合には、図４に示すように、１０個の赤色ＬＥＤ２１を直列接続して赤色ＬＥＤ群とし、赤色ＬＥＤ２１の個数が全体として３０個となるように（つまり、赤色ＬＥＤ群を３列に）並列接続する。また、白色ＬＥＤ２１の場合には、図５に示すように、６個の白色ＬＥＤ２１を直列接続して白色ＬＥＤ群とし、白色ＬＥＤ２１の個数が全体として３０個となるように（つまり、白色ＬＥＤ群を５列に）並列接続する。さらに、赤外ＬＥＤ２１の場合には、図６に示すように、１５個の赤外ＬＥＤ２１を直列接続して赤外ＬＥＤ群とし、赤外ＬＥＤ２１の個数が全体として３０個となるように（つまり、赤外ＬＥＤ群を２列に）並列接続する。

ＬＥＤ基板２上におけるＬＥＤ２１の配置態様としては、各色ＬＥＤ基板２で同じであり、前述した通り、図３に示すように、ＬＥＤ２１を光軸を略一定方向に揃えて長辺方向に直線状となるように、複数列（図３においては３列）に配置する。

＜本実施形態の効果＞

このように構成した本実施形態に係る光照射装置１によれば、ＬＥＤ基板２に搭載されるＬＥＤ２１の個数を、種類の異なるＬＥＤ２１のＬＥＤ単位数の最小公倍数として、種類の異なるＬＥＤ２１であっても同じにしているので、種類の異なるＬＥＤ２１が搭載されたＬＥＤ基板２同士の大きさを同じすることができる。また、種類の異なるＬＥＤ２１を用いた光照射装置１を製造する場合に、ＬＥＤ基板２を収容する筐体３として同一のものを用いることができる。このようなことから、光照射装置１の製造において、ＬＥＤ基板２及び筐体３などの部品を共通化することができ、部品点数を削減することができるとともに、製造コストを削減することができる。

また、ＬＥＤ基板２の大きさを同じできるだけでなく、ＬＥＤ個数が同じであるので、ＬＥＤ基板２上におけるＬＥＤ２１の位置を、各色ＬＥＤ２１それぞれ同じにすることができ、ＬＥＤ２１の前方にレンズ部材（本実施形態では押圧部材５）を設ける場合であっても、ＬＥＤ２１の種類に関係なく、同じレンズ部材（押圧部材５）を用いることができ、レンズ部材（押圧部材５）に汎用性を持たせることができ、部品点数を削減でき、製造コストを削減することができる。

さらに、ＬＥＤ基板２に搭載されるＬＥＤ２１の個数を、種類の異なるＬＥＤ２１のＬＥＤ単位数の最小公倍数としているので、ＬＥＤ基板２の大きさを可及的に小さくして、汎用性を向上させることができる。

＜その他の変形実施形態＞

なお、本発明は前記実施形態に限られるものではない。以下の説明において前記実施形態に対応する部材には同一の符号を付すこととする。

例えば、前記実施形態の押圧部材５は複数のレンズ部５０１を備えるものであったが、ＬＥＤ基板２に搭載されるＬＥＤ２１が砲弾型のものである場合には、図７に示すように、押圧部材５が、複数のＬＥＤ２１毎に対応して設けられた貫通孔５０２を有するものであっても良い。これならば、砲弾型ＬＥＤ２１のモールド部２１３が貫通孔５０２内に挿入可能な構造となり、モールド部２１３から射出される光をそのまま外部に射出することができる。あるいは、表面実装型ＬＥＤ２１の場合であっても、当該表面実装型ＬＥＤ２１から射出される光をそのまま外部に射出できるようになる。

また、前記実施形態の光照射装置１は、ＬＥＤ２１からの光を拡散する拡散板又は所定波長のみを選択して透過する光学フィルタを備えるものであっても良い。

さらに、ＬＥＤ基板と押圧部材とを対応させて、それらＬＥＤ基板及び押圧部材の直列させる数を変更して、光照射装置の長さを変更するようにして良い。

その上、曲率の異なるレンズ部を有する押圧部材を複数用意し、筐体に固定される押圧部材を変更することで、レンズ部の曲率を変更することができ、種々の目的に応じた指向性を有する光照射装置を製造することができる。

加えて、前記実施形態では、ＬＥＤの個数を最小公倍数としているが、その他に公倍数であっても良い。

さらに加えて、前記実施形態の光照射装置は、概略直方体形状をなすものであってＬＥＤ基板が長尺状をなすものであったが、これに限られない。例えば、光照射装置が概略円環状をなすものである場合などにおいては、ＬＥＤ基板が部分円環状をなすものであっても良い。

その他、前述した実施形態や変形実施形態の一部又は全部を適宜組み合わせてよいし、本発明は前記実施形態に限られず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であることは言うまでもない。

本発明の光照射装置の斜視図。 同実施形態の断面図。 ＬＥＤが搭載されたＬＥＤ基板の平面図。 赤色ＬＥＤを搭載した場合の回路線図。 白色ＬＥＤを搭載した場合の回路線図。 赤外ＬＥＤを搭載した場合の回路線図。 その他の変形実施形態に係る光照射装置の断面図。

符号の説明

１ ・・・光照射装置
２１ ・・・ＬＥＤ
２ ・・・ＬＥＤ基板
３０１・・・収容凹部（基板収容空間）
３ ・・・筐体
Ｖ_Ｅ ・・・電源電圧
Ｖ_ｆ ・・・順方向電圧

Claims (3)

1. 複数の同一のＬＥＤを搭載したＬＥＤ基板と、
   前記ＬＥＤ基板を収容する基板収容空間を有する筐体と、を備えた光照射装置であって、
   電源電圧とＬＥＤを直列に接続したときの順方向電圧の合計との差が所定の許容範囲となるＬＥＤの個数をＬＥＤ単位数とし、
   前記ＬＥＤ基板に搭載されるＬＥＤの個数を、種類の異なるＬＥＤ毎に定まるＬＥＤ単位数の公倍数としている光照射装置。
2. 前記ＬＥＤ基板に搭載されるＬＥＤの個数を、種類の異なるＬＥＤ毎に定まるＬＥＤ単位数の最小公倍数としている請求項１記載の光照明装置。
3. 前記ＬＥＤが、表面実装型ＬＥＤである請求項１又は２記載の光照射装置。