JP2015166684A

JP2015166684A - 照明装置

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Publication number: JP2015166684A
Application number: JP2014040722A
Authority: JP
Inventors: 海老原　聡; Satoshi Ebihara; 聡海老原
Original assignee: AI Tec System Co Ltd
Current assignee: AI Tec System Co Ltd
Priority date: 2014-03-03
Filing date: 2014-03-03
Publication date: 2015-09-24
Anticipated expiration: 2034-03-03
Also published as: JP6349106B2

Abstract

【課題】Ｘ方向に延びる傷はもとより、Ｙ方向に延びる傷も確実に顕在化することができ、検知精度の向上を図ることができる照明装置を提供する。
【解決手段】ＬＥＤ７の光が集光レンズ８，９を通過して所定の照射位置に線状または帯状に照射される照明装置１において、集光レンズ８，９は、各ＬＥＤ７からＸ方向に出射された光を略平行になるよう屈折するＸ方向集光レンズ８と、Ｙ方向に出射された光を略平行になるよう屈曲するＹ方向集光レンズ９とからなり、Ｘ方向集光レンズ８とＹ方向集光レンズ９が互いに対向するようＬＥＤ７の光軸方向に並べて配置している。これにより、ＬＥＤ７から照射された光がＸ方向及びＹ方向のいずれにも集光されるため、検知対象物上の傷がＸ方向及びＹ方向の何れの方向に延びるものであっても、傷を確実に顕在化することができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、例えば紙、鋼板等の帯状部材を成形する工程において、コンベアによって長手方向に移動する長尺物の表面を検査するラインセンサカメラ用の照明装置に関するものである。

一般に、この種の照明装置としては、装置の長手方向に並設された複数の発光素子と、各発光素子の並設方向（Ｘ方向とする）に延在するように設けられ、各発光素子からの光を主に各発光素子の並設方向と直交する方向（Ｙ方向とする）に集光するロッドレンズとを備え、長尺帯状の検査対象物の上方に配置されるとともに、各発光素子の光がロッドレンズを通過して検査対象物の所定の位置に線状または帯状に照射されるものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。

特開２００７−２２５５９１号公報

前記照明装置では、図１５に示すように、各発光素子１００からの光がロッドレンズ１１０によってＹ方向に集光されるので、検査対象物Ｔの前記所定の位置ＡＲの照度を効率的に上げることができ、位置ＡＲをラインセンサカメラ１２０で撮像して検査対象物Ｔの表面の傷の有無を正確に検査する上で有利である。

ところで、図１６に示すように、検査対象物Ｔ上にはＸ方向に細長く延びる傷Ｋ１やＹ方向に細長く延びる傷Ｋ２が発生し得る。ここで、図１５に示すように、Ｘ方向に細長く延びる傷Ｋ１にロッドレンズ１１０を通過した光が照射される場合、図１５に示すように、各発光素子１００の光はロッドレンズ１１０によって各発光素子１００の並設方向と直交する方向に集光されるので、図１６に示すように、傷Ｋ１内に陰となる範囲ＳＡが発生し、ラインセンサカメラ１２０によって傷Ｋ１の有無を検知することが可能である。

しかしなが、ロッドレンズ１１０は発光素子１００の光をＹ方向に集光してＸ方向の傷Ｋ１には有効ではあるが、Ｘ方向に拡散する光には作用しないため隣接する発光素子１００の光が混ざり合い、Ｙ方向に細長く延びる傷Ｋ２に対しては発見し難く、傷Ｋ２の検知精度に難点を有していた。

本発明の目的は、前記従来の問題点に鑑み、Ｘ方向に延びる傷はもとより、Ｙ方向に延びる傷も確実に顕在化することができ、検知精度の向上を図ることができる照明装置を提供することにある。

本発明は前記目的を達成するため、所定方向に並設された複数の発光素子と各発光素子から出射された光を集光する集光レンズとを備え、各発光素子の光が集光レンズを通過して所定の照射位置に線状または帯状に照射される照明装置において、集光レンズは、各発光素子から各発光素子の並列方向（Ｘ方向とする）に出射された光を略平行になるよう屈折するＸ方向集光レンズと、Ｘ方向と直交する方向（Ｙ方向とする）に出射された光を略平行になるよう屈曲するＹ方向集光レンズとからなり、Ｘ方向集光レンズとＹ方向集光レンズが互いに対向するよう発光素子の光軸方向に並べて配置した構造となっている。

本発明によれば、発光素子から照射された光はＸ方向集光レンズに入射され、このＸ方向集光レンズを通過することによりＸ方向に集光される。また、発光素子から照射された光はＹ方向集光レンズに入射され、このＹ方向集光レンズを通過することによりＹ方向に集光される。ここで、Ｘ方向集光レンズとＹ方向集光レンズが互いに対向するよう発光素子の光軸方向に並べて配置しいるため、発光素子から照射された光はＸ方向集光レンズ又はＹ方向集光レンズの一方を通った後に他方を通り、これにより、発光素子から照射された光がＸ方向及びＹ方向のいずれにも集光される。

このように、発光素子から照射された光がＸ方向及びＹ方向のいずれにも集光されるため、検知対象物上の傷がＸ方向及びＹ方向の何れの方向に延びるものであっても、傷を確実に顕在化することができる。

本発明によれば、検知対象物上の傷がＸ方向及びＹ方向の何れの方向であっても確実に顕在化することができ、照明装置による検知精度を向上させることができる。

本発明に係る照明装置の斜視図本発明に係る照明装置の断面図第１実施形態に係るＸ・Ｙ方向集光レンズを示す斜視図第１実施形態に係るＸ・Ｙ方向集光レンズの配置状態を示す一部省略正面図第２実施形態に係るＸ・Ｙ方向集光レンズの配置状態を示す一部省略正面図第３実施形態に係るＸ・Ｙ方向集光レンズを示す斜視図第３実施形態に係るＸ・Ｙ方向集光レンズの配置状態を示す一部省略正面図第４実施形態に係るＸ・Ｙ方向集光レンズを示す斜視図第４実施形態に係るＸ・Ｙ方向集光レンズの配置状態を示す一部省略正面図第５実施形態に係るＸ・Ｙ方向集光レンズを示す斜視図第５実施形態に係るＸ・Ｙ方向集光レンズの配置状態を示す一部省略正面図第６実施形態に係るＸ・Ｙ方向集光レンズを示す斜視図第６実施形態に係るＸ・Ｙ方向集光レンズの配置状態を示す一部省略正面図第７実施形態に係るＸ・Ｙ方向集光レンズの配置状態を示す一部省略正面図従来の照明装置を用いた傷検査操作を示す斜視図傷検知状態を示す断面図

図１乃至図４は本発明の係る照明装置を示すもので、製品検査等に使用される照明手段である。ここで、照明装置１は光の照射側と放熱側が互いに反対方向に配置されており、それぞれ上下という構造とはなっていないが、説明の都合上、照明装置１の光照射側を上側とし、他方、放熱側を下側として図示し、また、以下の説明も図面に表された位置関係に基づき説明することとする。

照明装置１は、図１に示すように、外形は全体として略横長直方体形状を呈しており、幅方向両側面がケーシング２で覆われている。ケーシング２の下部側には放熱部３が設置され、また、放熱部３の下部には送風部４が設置されている。ケーシング２の前後端は覆板５により閉塞されている。

ケーシング２の内側には長手方向に沿ってＬＥＤ基板６が延在されている。また、ＬＥＤ基板６上には発光素子であるＬＥＤ７が長手方向に所定間隔をおいて多数並設されている。ここで、各ＬＥＤ７の並設方向をＸ方向といい、Ｘ方向と直交する方向はＹ方向という。

各ＬＥＤ７の上方には、図３に示すように、リニアフレネルレンズで構成されたＸ方向集光レンズ８とＹ方向集光レンズ９が設置されている。また、Ｘ方向集光レンズ８及びＹ方向集光レンズ９は、図４（ａ）に示すように、Ｘ方向に沿って複数配置されている。また、各レンズ８，９は対となるＬＥＤ７の光軸方向に沿って下側にはＸ方向集光レンズ８が配置され、上側にはＹ方向集光レンズ９が配置され、各レンズ８，９が上下に間隔をおいて対向している。

ここで、Ｘ方向集光レンズ８及びＹ方向集光レンズ９において、プリズム面がそれぞれ上方に向くよう配置されているが、各レンズ８，９のプリズムの延在方向が互いに直交している。また、各レンズ８，９の焦点距離ｆ１，ｆ２を比較するとき、Ｘ方向集光レンズ８の焦点距離ｆ１がＹ方向集光レンズ９の焦点距離ｆ２よりも短くなっている。これにより、Ｘ方向集光レンズ８は、図４（ａ）に示すように、ＬＥＤ７から照射される光のうちＸ方向に拡散する光を略平行になるよう屈曲し、Ｙ方向集光レンズ９は、図４（ｂ）に示すように、ＬＥＤ７から照射される光のうちＹ方向に拡散する光を略平行になるよう屈曲している。

なお、Ｘ方向集光レンズ８及びＹ方向集光レンズ９の設置構造については、ＬＥＤ基板６に設置されたホルダ１０によりＸ方向集光レンズ８の側面を支持する一方、ホルダ１１によりＹ方向集光レンズ９の側面を支持し、ＬＥＤ基板６に設置している。なお、このレンズ設置構造は一例に過ぎず、ＬＥＤ７の上方に各レンズ８，９を設置できるものであれば、いずれの構造を採用してもよい。

本実施形態によれば、ＬＥＤ７から照射された光がＸ方向集光レンズ８に入射されＸ方向集光レンズ８を通過する。これにより、図４（ａ）に示すように、ＬＥＤ７から照射された光のうちＸ方向に拡散した光が屈曲し略平行光になって出射される。Ｘ方向集光レンズ８から出射された光はＹ方向集光レンズ８に入射され、Ｙ方向集光レンズ８を通過する。これにより、図４（ｂ）に示すように、ＬＥＤ７から照射された光のうちＹ方向に拡散した光が屈曲し略平行光になって出射される。

このように、ＬＥＤ７から照射された光のうち、Ｘ方向及びＹ方向に拡散する光がそれぞれ平行に集光されるため、検知対象物上の傷がＸ方向及びＹ方向の何れの方向に延びている場合であっても、傷を確実に顕在化することができる。

また、ホルダ１０は、隣接するＬＥＤ７及びＸ方向集光レンズ８を仕切る遮蔽板として機能するため、ＬＥＤ７から出射した光が隣接するＸ方向集光レンズ８に入射することがなく、検知対象物上での光の乱れを防止することができる。

図５は第２実施形態を示すもので、Ｘ方向集光レンズ８及びＹ方向集光レンズ９の他の例を示すものである。なお、前記第１実施形態と同一構成部分は同一符号で示すとともに、その説明を省略する。

第１実施形態では各レンズ８，９が各ＬＥＤ７に対して一個宛に形成していたが、本実施形態では各Ｘ方向集光レンズ８を一体に形成したレンズユニット８ａを用い、また、各Ｙ方向集光レンズ９を一体に形成したレンズユニット９ａを用いている。なお、各レンズユニット８ａを保持するホルダ１０ａは各Ｘ方向集光レンズ８の境界部分に設置し、隣接するＬＥＤ７から照射される光を遮蔽している。

本実施形態によれば、各レンズ８，９がそれぞれ一体成形のレンズユニット８ａ，９ａで構成されているため、照明装置１への組付が簡単であり、また、組付誤差も小さくなり、検知精度の向上を図ることができる。

図６及び図７は第３実施形態を示すもので、Ｘ方向集光レンズ８及びＹ方向集光レンズ９の他の例を示すものである。なお、前記第１実施形態と同一構成部分は同一符号で示すとともに、その説明を省略する。

第１実施形態ではＸ方向集光レンズ８とＹ方向集光レンズ９は上下に間隔をおいて配置されている。これに対して、本実施形態ではＸ方向集光レンズ８のプリズム面を下方に向けて配置する一方、Ｙ方向集光レンズ９のプリズム面を上方に向けて配置し、各レンズ８，９を背中合わせに接着して一体に形成している。ここで、Ｘ方向集光レンズ８の焦点距離ｆ１はＬＥＤ７からＸ方向集光レンズ８の入光面までの距離となり、これに対して、Ｙ方向集光レンズ９の焦点距離ｆ２はＬＥＤ７からＹ方向集光レンズ９の出光面までの距離となり、焦点距離ｆ２＞焦点距離ｆ１の関係になっている。

本実施形態によれば、Ｘ方向集光レンズ８とＹ方向集光レンズ９との間隔がなくなるため、レンズ８，９間における光損失を防止することができる。

図８及び図９は第４実施形態を示すもので、Ｘ方向集光レンズ８及びＹ方向集光レンズ９の他の例を示すものである。なお、前記第１実施形態と同一構成部分は同一符号で示すとともに、その説明を省略する。

第１実施形態ではＸ方向集光レンズ８とＹ方向集光レンズ９は上下に間隔をおいて配置されている。これに対して、本実施形態ではＸ方向集光レンズ８及びＹ方向集光レンズ９のプリズム面を共に上方に向けて配置し、各レンズ８，９を接着して一体に形成している。ここで、Ｘ方向集光レンズ８の焦点距離ｆ１はＬＥＤ７からＸ方向集光レンズ８の入光面までの距離となり一方、Ｙ方向集光レンズ９の焦点距離ｆ２はＬＥＤ７からＹ方向集光レンズ９の出光面までの距離となり、焦点距離ｆ２＞焦点距離ｆ１の関係になっている。

本実施形態によれば、Ｘ方向集光レンズ８とＹ方向集光レンズ９との間に波型の隙間が形成されるものの、その隙間寸法が極めて小さくなっているため、レンズ８，９間における光損失を極力防止することができる。

図１０及び図１１は第５実施形態を示すもので、Ｘ方向集光レンズ８及びＹ方向集光レンズ９の他の例を示すものである。なお、前記第１実施形態と同一構成部分は同一符号で示すとともに、その説明を省略する。

前記第３実施形態ではＸ方向集光レンズ８及びＹ方向集光レンズ９を背中合わせで接着し一体成形した例を示したが、本実施形態ではＸ方向集光レンズ８及びＹ方向集光レンズ９を予め用意するのではなく、各レンズ８，９の製造段階で各レンズ８，９を背中合わせに一体成形したものである。

本実施形態によれば、前記第３実施形態と同様の作用効果を発揮することはもとより、Ｘ方向集光レンズ８とＹ方向集光レンズ９の接着誤差を回避することができ、傷検知精度が更に向上するという利点を有する。

図１２及び図１３は第６実施形態を示すもので、Ｘ方向集光レンズ８及びＹ方向集光レンズ９の他の例を示すものである。なお、前記第１実施形態と同一構成部分は同一符号で示すとともに、その説明を省略する。

第１実施形態ではＸ方向集光レンズ８とＹ方向集光レンズ９は共に片面にプリズム面を有するリニアフレネルレンズを用いている。これに対して、本実施形態に係るＸ方向集光レンズ８及びＹ方向集光レンズ９では、両面にプリズム面を有する同一方向型の両面フレネルレンズを用いた。

本実施形態においても、ＬＥＤ７から照射された光のうちＸ方向及びＹ方向に拡散する光がそれぞれ平行に集光されるため、検知対象物上の傷がＸ方向及びＹ方向の何れの方向に延びている場合であっても、傷を確実に顕在化することができる。

図１４及び図１５は第７実施形態を示すもので、Ｘ方向集光レンズ８及びＹ方向集光レンズ９の他の例を示すものである。なお、前記第１実施形態と同一構成部分は同一符号で示すとともに、その説明を省略する。

第１乃至第６実施形態ではＸ方向集光レンズ８及びＹ方向集光レンズ９で集光された平行光はいずれも垂直方向に照射されている。これに対して、本実施形態に係るＸ方向集光レンズ８は図１４に示すように斜め方向に平行光を形成するようプリズム面を形成している。即ち、Ｘ方向集光レンズ８のプリズム面を、Ｘ方向集光レンズ８からＸ方向に出射される光がＬＥＤ７とＸ方向集光レンズ８との並び方向に対して交差して斜めになるよう形成している。

本実施形態によれば、ＬＥＤ７から出射した光が検査対象物に斜めに照射され、傷に伴う陰となる部分が更に顕在化される。

１…照明装置、７…ＬＥＤ、８…Ｘ方向集光レンズ，９…Ｙ方向集光レンズ。

Claims

所定方向に並設された複数の発光素子と各発光素子から出射された光を集光する集光レンズとを備え、各発光素子の光が集光レンズを通過して所定の照射位置に線状または帯状に照射される照明装置において、
前記集光レンズは、各発光素子から各発光素子の並列方向（Ｘ方向とする）に出射された光を略平行になるよう屈折するＸ方向集光レンズと、Ｘ方向と直交する方向（Ｙ方向とする）に出射された光を略平行になるよう屈曲するＹ方向集光レンズとからなり、Ｘ方向集光レンズとＹ方向集光レンズが互いに対向するよう発光素子の光軸方向に並べて配置した
ことを特徴とする照明装置。
前記Ｘ方向集光レンズ及び前記Ｙ方向集光レンズを複数有し、各Ｘ方向集光レンズ及びＹ方向集光レンズが前記各発光素子と１対１で対応している
ことを特徴とする請求項１記載の照明装置。
前記各Ｘ方向集光レンズ及び前記各Ｙ方向集光レンズは少なくとも一方はそれぞれ一体に形成してる
ことを特徴とする請求項２記載の照明装置。
前記各Ｘ方向集光レンズと前記各Ｙ方向集光レンズを一体成形してなる
ことを特徴とする請求項２又請求項３記載の照明装置。
前記各Ｘ方向集光レンズと前記各Ｙ方向集光レンズのうち、一方の入光面の焦点距離が他方の出光面の焦点距離よりも短くなっている
ことを特徴とする請求項４記載の照明装置。
前記各Ｘ方向集光レンズ及び前記各Ｙ方向集光レンズをリニアフレネルレンズで構成した
ことを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか一項記載の照明装置。
前記各Ｘ方向集光レンズ及び前記各Ｙ方向集光レンズをそれぞれ同一方向型の両面フレネルレンズで構成した
ことを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか一項記載の照明装置。
前記Ｘ方向集光レンズのプリズム面を、前記Ｘ方向集光レンズからＸ方向に出射される光が前記発光素子と前記Ｘ方向集光レンズとの並び方向に対して交差して斜めになるよう形成した
ことを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか一項記載の照明装置。