JP2011165765A - Lighting device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、照明装置に関し、より詳細には直線光源を用いた照明装置に関する。 The present invention relates to a lighting device, and more particularly to a lighting device using a linear light source.
印刷物やカード類といった被検物の表面の自動読み取りまたは印刷品質検査の方法としては、搬送装置で被検物を一方向に動かし、結像レンズとラインセンサからなる撮像手段を用いて被検物表面をスキャンする方法が多い。また装置よっては、撮像手段を搬送装置で一方向に動かし被検物の表面をスキャンする方法もある。 As a method of automatic reading of the surface of a test object such as a printed product or cards, or a print quality inspection method, the test object is moved in one direction by a transport device, and the test object is detected by using an imaging means including an imaging lens and a line sensor. There are many ways to scan the surface. In addition, depending on the apparatus, there is also a method of scanning the surface of the object to be detected by moving the imaging means in one direction with the transport device.
どちらの方法においても被検物の表面に光を照射する照明装置が必要であり、さらにこの照明装置には、ラインセンサの光源の配列方向に均一になるような照度分布が求められる。特に、高速かつ高精度な読み取りまたは検査を行う場合には、画像処理や信号処理の負担を軽減するために高い照度均一性が求められる。 Both methods require an illuminating device that irradiates light on the surface of the test object, and the illuminating device is required to have an illuminance distribution that is uniform in the arrangement direction of the light sources of the line sensors. In particular, when performing high-speed and high-precision reading or inspection, high illuminance uniformity is required to reduce the burden of image processing and signal processing.
このような照明装置としては、従来からハロゲン光源と光ファイバーとを用いたライトガイドを組み合わせた照明装置や蛍光灯を用いた光源装置が用いられている。また近年では、LED(Light-Emitting Diode)の光量および発光効率が飛躍的に向上したこともあり、LEDを直線状にあるいはマトリックス状に配列した光源装置が用いられている(例えば、特許文献1参照)。 As such an illuminating device, an illuminating device combining a light guide using a halogen light source and an optical fiber and a light source device using a fluorescent lamp are conventionally used. In recent years, the light quantity and luminous efficiency of LEDs (Light-Emitting Diodes) have been dramatically improved, and a light source device in which LEDs are arranged in a straight line or a matrix is used (for example, Patent Document 1). reference).
特にLEDを用いた光源装置に対しては、発光効率の向上に伴う光源装置の省エネルギー化や、水銀やハロゲン類を使用しないことによる環境負荷軽減、長寿命という特性を生かしたメンテナンスフリー化が期待されている。 In particular, for light source devices using LEDs, it is expected to save energy by improving the light emission efficiency, reduce environmental impact by not using mercury and halogens, and make maintenance-free by taking advantage of the characteristics of long life. Has been.
しかしながら、LED等に代表される発光素子を配列した光源装置では、被検物上の照度分布は1つ1つの発光素子による照度分布を空間的に重ね合わせた分布となる。それゆえ、LEDとレンズとを一体に成型した指向性の高い配光分布を持つ発光素子を用いる場合は、それぞれの発光素子の照度分布が狭い範囲でベル型の照度分布を形成するため、重ね合わせた照度分布は波状となり照度不均一性を生じてしまう問題がある。さらに、発光素子の指向性が高いために、個々の発光素子の位置ずれや角度ずれによって全体的な照度分布にムラが発生しやすい。 However, in a light source device in which light emitting elements such as LEDs are arranged, the illuminance distribution on the test object is a distribution obtained by spatially superimposing the illuminance distributions of the respective light emitting elements. Therefore, when using a light emitting element with a highly directional light distribution obtained by integrally molding an LED and a lens, the illuminance distribution of each light emitting element forms a bell-shaped illuminance distribution in a narrow range. There is a problem that the combined illuminance distribution becomes wavy and causes non-uniform illuminance. Furthermore, since the directivity of the light emitting elements is high, unevenness in the overall illuminance distribution is likely to occur due to the positional deviation or angular deviation of the individual light emitting elements.
一方、LEDとレンズとが一体に成型されていない指向性の低い発光素子を用いた場合は、1つの発光素子が光を照射する領域が広くなる。よって、被検物の中心付近ではその中心から見て両方向から来る光が照射されるが、被検物の端部付近はその端から見てLEDが存在する片方向から来る光しか照射されない。このため中心付近は照度分布が高く、端部に向かうにしたがって照度が落ちていくという照度不均一性が生じてしまう問題がある。 On the other hand, when a light emitting element with low directivity in which the LED and the lens are not integrally molded is used, a region where one light emitting element emits light is widened. Therefore, light coming from both directions is irradiated near the center of the test object, but only light coming from one direction where the LED is present is observed near the end of the test object when viewed from the end. For this reason, the illuminance distribution is high in the vicinity of the center, and there is a problem that illuminance non-uniformity occurs in which the illuminance decreases toward the end.
この照度不均一性を防ぐ方法としては、中心付近の発光素子は少量の電流を流すことで発光量を下げ、端付近の発光素子には多くの電流を流すことで発光量を上げて照度のバランスを取るという手段がある。しかしこの方法では、発光素子の明るさ性能を十分発揮させることができない。
また周辺の発光素子を稠密にして、端付近の発光量を増加し照度の低下を防ぐという方法もあるが、物理的に発光素子単体の大きさ以上に稠密にはできないため、光量の上昇に限度がある。
As a method of preventing this illuminance non-uniformity, the light emitting element near the center reduces the light emission amount by flowing a small amount of current, and the light emitting element near the edge increases the light emission amount by flowing a large amount of current to reduce the illuminance. There is a means of balancing. However, with this method, the brightness performance of the light-emitting element cannot be exhibited sufficiently.
In addition, there is a method to increase the amount of light emission near the edge and prevent the illuminance from decreasing by making the surrounding light emitting elements dense, but it cannot physically be more dense than the size of the light emitting element alone, which increases the amount of light. There is a limit.
本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、高い照度均一性を得ることができる照明装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide an illumination device that can obtain high illuminance uniformity.
上述の課題を解決するため、本発明に係る照明装置は、複数の発光素子が基板に同一直線上に配列された1以上の発光素子アレイと、前記発光素子アレイの両端部の外側の前記基板の少なくともいずれか一方に、前記複数の発光素子の配列方向に垂直に接続される平面鏡と、前記発光素子アレイの最大照度と該発光素子アレイの最小照度との差が閾値以内となるように、前記複数の発光素子間の1以上に、前記複数の発光素子の配列方向に垂直に前記基板に接続される両面鏡であって、前記発光素子アレイの照射方向での前記平面鏡の長さよりも短い該照射方向での長さを有する両面鏡と、を具備することを特徴とする。 In order to solve the above-described problems, an illumination device according to the present invention includes one or more light-emitting element arrays in which a plurality of light-emitting elements are arranged on the same line on the substrate, and the substrate outside both ends of the light-emitting element array. At least one of the plane mirror connected perpendicularly to the arrangement direction of the plurality of light emitting elements, and the difference between the maximum illuminance of the light emitting element array and the minimum illuminance of the light emitting element array is within a threshold value, At least one of the plurality of light emitting elements is a double-sided mirror connected to the substrate perpendicular to the arrangement direction of the plurality of light emitting elements, and is shorter than the length of the plane mirror in the irradiation direction of the light emitting element array And a double-sided mirror having a length in the irradiation direction.
本発明の照明装置によれば、高い照度均一性を得ることができる。 According to the illumination device of the present invention, high illuminance uniformity can be obtained.
(第1の実施形態)
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態に係る照明装置について詳細に説明する。なお、以下の実施形態では、同一の番号を付した部分については同様の動作を行うものとして、重ねての説明を省略する。
第1の実施形態に係る照明装置について図1を参照して詳細に説明する。
第1の実施形態に係る照明装置100は、基板101、発光素子102、平面鏡103、および両面鏡104を含む。
(First embodiment)
Hereinafter, an illumination device according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Note that, in the following embodiments, the same numbered portions are assumed to perform the same operation, and repeated description is omitted.
The illumination device according to the first embodiment will be described in detail with reference to FIG.
The
基板101は、被検物106に対して光を照射できるように発光素子102を固定し、さらに電源を供給できるものであればよい。
The
発光素子102は、例えばLEDであり、発光素子102を等間隔に配列して複数の発光素子102を含む発光素子アレイ105として基板101に接続される。図1の例では、発光素子アレイ105として発光素子102−1、発光素子102−2などといった5個の発光素子102が配列されている。なお、これに限らず、発光素子102をn個(nは2以上の自然数)用いて発光素子102−1から発光素子102−nまで配列させた発光素子アレイ105でもよい。また、発光素子アレイ105を複数並列させてもよい。
The
平面鏡103は、発光素子アレイ105の端部の外側の基板に、発光素子102の配列方向に垂直となるように基板101と接続される。また平面鏡103は、発光素子アレイ105が存在する側に面した平面が鏡面となる。
The
両面鏡104は、両面が鏡面となっている平面鏡であり、発光素子アレイ105の端部側の発光素子102間に、発光素子102の配列方向に垂直となるように基板101に接続される。図1の例では、両面鏡104は、発光素子アレイ105の発光素子102の中で最も外側にある発光素子102−1と外側から2番目の位置にある発光素子102−2との間に配置されている。また、発光素子アレイ105の照射方向の両面鏡104の長さは、平面鏡103よりも短くする。この理由としては、両面鏡104の発光素子102の照射方向の長さを平面鏡103よりも長くすると、発光素子アレイ105の中心付近の発光素子102から発光素子アレイ105の端部に向かう光を両面鏡104が過度に遮ることとになり、逆に端部の照度が低下してしまうからである。
両面鏡104を基板101に接続する位置としては、例えば発光素子102−1と発光素子102−2との中間点付近に配置すれば放熱の影響を均整化できるため好ましい。さらに、この中間点付近に配置するのは、鏡を保持する手段と発光素子102との構造的な干渉を防ぐためにも好ましい。実際には、発光素子102の大きさや配光の広さ、発光素子102を配列する間隔を考慮して、発光素子アレイ105の最大照度と発光素子アレイ105の最小照度との差が閾値以内となるように発光素子102の間の適切な位置に両面鏡104を接続すればよい。すなわち、図1の例では発光素子102−1と発光素子102−2との間に両面鏡104を配置しているが、最大照度と最小照度との差が閾値以内であれば、発光素子102ー2と外側から3番目の位置にある発光素子との間に両面鏡104を配置してもよい。
また、両面鏡104の大きさは、一般的に大きければ大きいほど効果が高い。しかし、実際には光が照射される被検物106と発光素子102との距離は有限であり、照明装置100全体の大きさも有限であるため、両面鏡104の大きさはこれらの条件に当てはまるように、かつ発光素子アレイ105の照射方向の平面鏡103の長さより短くなるように適切な大きさを選択すればよい。
The double-
The position where the double-
In addition, the larger the size of the double-
このように平面鏡103および両面鏡104を配置することにより、被検物106上に照射される光としていくつかのパターンが考えられる。例えば、発光素子102にから発光した光のうち直接被検物106上に照射される光、平面鏡103によって反射されて被検物106上に照射される光、両面鏡104によって反射され被検物106上に照射される光、および平面鏡103および両面鏡104によって複数回反射され被検物106上に照射される光が存在する。
これらの光は、平面鏡103および両面鏡104を設置していない場合には、被検物106に照射されないか、例えば発光素子アレイ105の端部の発光素子102がもう一方の端部の真下にある被検物106上面付近を照射してしまい、この端部の真下にある被検物106上面への十分な照度が得られない。しかし、本実施形態では平面鏡103および両面鏡104を配置することで、平面鏡103および両面鏡104による合わせ鏡の効果により、発光素子アレイ105の端部付近の発光素子102の直下にある被検物106上の面を照射することができる。これによって、端部付近の照度分布の低下を防ぐことができ全体的な照度均一性を向上することができる。
なお、平面鏡103および両面鏡104は、発光素子アレイ105のどちらか一方の端部に接続されていればよい。また、2以上の発光素子アレイ105を並列させる場合は、1つの発光素子アレイ105の場合と同様に、2以上の発光素子アレイ105に平面鏡を接続し、発光素子102の間に両面鏡104を接続すればよい。この際、1つの発光素子アレイ105に平面鏡103および両面鏡104を接続した照明装置100を複数並列させた状態のように、平面鏡103および両面鏡104の数が複数でもよいし、1枚の平面鏡103および両面鏡104で2以上の発光素子アレイ105全体にわたって接続されてもよい。
By arranging the
If the
Note that the
以上に示した効果を、第1の実施形態に係る照明装置100の照度分布のシミュレーション結果である図2および図3を参照して説明する。
図2は平面鏡103および両面鏡104を設置しなかった場合の照明装置100の照度分布を示す。横軸は、発光素子102の配列方向の相対位置を示し、発光素子アレイ105の端部を示す「0.00」から発光素子アレイ105の中心「0.50」までの相対位置で表される。具体的には、発光素子アレイ105の端部から発光素子アレイ105の中心に向かう距離をX、発光素子アレイ105全体の長さをLとすると、X/Lを計算することにより相対位置を算出する。縦軸は、照明装置100の相対照度を示し、最大値が1である。図2に示すように、発光素子アレイ105の中心から発光素子アレイ105の端部に進むに従って徐々に相対照度が低下し、発光素子アレイ105の相対照度が約0.72まで低下している。
一方、図3は平面鏡103および両面鏡104を設置した場合の照明装置100の照度分布を示す。図3に示すように、平面鏡103および両面鏡104を設置することで、発光素子アレイ105の端部付近の相対照度が低下する特性が改善し、端部付近で約0.84の相対照度を確保することができる。
The effect shown above is demonstrated with reference to FIG. 2 and FIG. 3 which are the simulation results of the illumination distribution of the illuminating
FIG. 2 shows the illuminance distribution of the
On the other hand, FIG. 3 shows the illuminance distribution of the
以上に示した第1の実施形態によれば、発光素子アレイの端部に平面鏡を、発光素子アレイの端部付近の発光素子の間に、発光素子アレイの最大照度と最小照度との差が閾値以内となるように両面鏡をそれぞれ設置することで、発光素子アレイの端部における相対照度の低下を防ぐことができ、高い照度均一性を得ることができる。 According to the first embodiment described above, the difference between the maximum illuminance and the minimum illuminance of the light emitting element array is between the light emitting elements near the end of the light emitting element array and the flat mirror at the end of the light emitting element array. By installing the double-sided mirrors so as to be within the threshold value, it is possible to prevent a decrease in relative illuminance at the end of the light emitting element array, and high illuminance uniformity can be obtained.
(第2の実施形態)
第2の実施形態に係る照明装置は、第1の実施形態に係る照明装置100とほぼ同様であるが、両面鏡104の配置が異なる。
第2の実施形態に係る照明装置400について図2を参照して説明する。
第1の実施形態に係る両面鏡104の場合は、発光素子102間のちょうど中間となるように配置され、図1を例とすると、発光素子102−1と発光素子102−2との中間点を通る直線AA’上に配置される。一方、第2の実施形態に係る両面鏡104は、図2に示すように直線AA’よりも発光素子102−1側に配置される。
(Second Embodiment)
The illumination device according to the second embodiment is substantially the same as the
An
In the case of the double-
このようにすることで、発光素子アレイ105の端部付近にある発光素子102から被検物106の中心へ向かう光を、両面鏡104を直線AA’上に配置する場合より被検物106の端部付近の面上に集めることができ、全体として照度均一性を高めることができる。また、照明装置400と発光素子アレイ105に沿った筒状のシリンドリカルレンズや反射鏡などの集光手段とを組み合わせ、照射されるビームを絞って用いるような場合でも、さらに照度均一性を高めることができる。
By doing in this way, the light which goes to the center of the to-
以上に示した効果を、第2の実施形態に係る照明装置400の照度分布のシミュレーション結果である図5を参照して説明する。
図5に示すように、発光素子アレイ105の端部付近の相対照度は約0.90であり、図3に示した端部付近の相対照度よりもさらに高くなっている。さらに、発光素子アレイ105全体でも相対照度が0.90以上であるため高い照度均一性が確保できる。
The effect shown above is demonstrated with reference to FIG. 5 which is a simulation result of the illumination distribution of the illuminating
As shown in FIG. 5, the relative illuminance near the end of the light emitting
以上に示した第2の実施形態によれば、両面鏡を発光素子間の中間点よりも、発光素子アレイの端部にある発光素子側に配置することで、さらに照度均一性を改善することができる。 According to the second embodiment described above, the illuminance uniformity is further improved by arranging the double-sided mirror on the light emitting element side at the end of the light emitting element array rather than the intermediate point between the light emitting elements. Can do.
(第3の実施形態)
第3の実施形態では、平面鏡103および両面鏡104をそれぞれ照明装置の両端部に用いる点が、第1の実施形態および第2の実施形態と異なる。
(Third embodiment)
The third embodiment is different from the first embodiment and the second embodiment in that the
ここで一例として、第1の実施形態に係る平面鏡103および両面鏡104の配置方法を用いて、平面鏡103および両面鏡104を両端に配置した場合の照明装置600を図6に示す。なお、第2の実施形態に係る平面鏡103および両面鏡104の配置方法でも同様に配置することができる。なお、照明装置の一方の端部には第1の実施形態に係る平面鏡103および両面鏡104の配置方法を用い、もう一方の端部には第2の実施形態に係る平面鏡103および両面鏡104の配置方法を用いてもよい。
Here, as an example, FIG. 6 shows an
第3の実施形態に係る照明装置600の照度分布のシミュレーション結果を図7、図8および図9を参照して説明する。なお、図7から図9までの横軸は、発光素子アレイ105の一方の端部から、反対側の端部までの相対位置であるため「0.00」から「1.00」までとなっている。
A simulation result of the illuminance distribution of the
図7は、平面鏡103および両面鏡104を照明装置の両端部に設置しない場合を示す。図7に示されるように、発光素子アレイの中心付近と比較して、照明装置の両端部の相対照度がかなり低下している。
FIG. 7 shows a case where the
図8は、第1の実施形態に係る平面鏡103および両面鏡104の設置方法を照明装置の両端部に用いた場合(照明装置600)を示す。図8に示されるように、発光素子アレイ105の両端部の相対照度の低下が改善されており、端部付近で約0.84の相対照度を確保できる。
FIG. 8 shows a case where the installation method of the
さらに、図9は第2の実施形態に係る平面鏡103および両面鏡104の設置方法を照明装置の両端部に用いた場合であり、端部付近で約0.90の相対照度を確保できる。
Further, FIG. 9 shows a case where the installation method of the
以上に示した第3の実施形態によれば、第1の実施形態および第2の実施形態に係る平面鏡および両面鏡を照明装置の両端に配置することで、照明装置全体として照度均一性を高めることができる。 According to the third embodiment described above, the illuminance uniformity is improved as a whole of the lighting device by disposing the plane mirror and the double-sided mirror according to the first and second embodiments at both ends of the lighting device. be able to.
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。 Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment as it is, and can be embodied by modifying the constituent elements without departing from the scope of the invention in the implementation stage. In addition, various inventions can be formed by appropriately combining a plurality of components disclosed in the embodiment. For example, some components may be deleted from all the components shown in the embodiment. Furthermore, constituent elements over different embodiments may be appropriately combined.
100,400,600・・・照明装置、101・・・基板、102,102−1,102−2・・・発光素子、103・・・平面鏡、104・・・両面鏡、105・・・発光素子アレイ、106・・・被検物。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 100,400,600 ... Illuminating device, 101 ... Board | substrate, 102, 102-1, 102-2 ... Light emitting element, 103 ... Plane mirror, 104 ... Double-sided mirror, 105 ... Light emission Element array, 106 ... test object.
Claims (5)
前記発光素子アレイの両端部の外側の前記基板の少なくともいずれか一方に、前記複数の発光素子の配列方向に垂直に接続される平面鏡と、
前記発光素子アレイの最大照度と該発光素子アレイの最小照度との差が閾値以内となるように、前記複数の発光素子間の1以上に、前記複数の発光素子の配列方向に垂直に前記基板に接続される両面鏡であって、前記発光素子アレイの照射方向での前記平面鏡の長さよりも短い該照射方向での長さを有する両面鏡と、を具備することを特徴とする照明装置。 One or more light emitting element arrays in which a plurality of light emitting elements are arranged on the same line on the substrate;
A plane mirror connected to at least one of the substrates outside both ends of the light emitting element array perpendicularly to the arrangement direction of the plurality of light emitting elements;
The substrate perpendicular to the arrangement direction of the plurality of light emitting elements is set to one or more between the plurality of light emitting elements such that a difference between the maximum illuminance of the light emitting element array and the minimum illuminance of the light emitting element array is within a threshold value. A double-sided mirror connected to the light-emitting element, the double-sided mirror having a length in the irradiation direction shorter than a length of the plane mirror in the irradiation direction of the light emitting element array.
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