JP2015195082A - 面状光源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光出射面と反射面とを有する棒状の導光体が複数平行に配置され、前記導光体の端面には発光素子が対向配置されてなる面状光源装置において、光の減衰をもたらすライトコントロールフィルムを用いることなく、また、多数のＬＥＤ素子を用いずとも、面内照度分布が高度に均一化された平行光が得られる面状光源装置を提供せんとするものである。【解決手段】前記複数の導光体が、第１の平面上に並列配置された複数の導光体からなる第１導光体群と、前記第１の平面と平行な第２の平面上に並列配置された複数の導光体からなる第２導光体群とからなり、前記第２導光体群を構成する各々の導光体が、前記第１導光体群を構成する各々の導光体の間に配置されていることを特徴とする。【選択図】 図１

Description

この発明は、棒状の導光体を用いた面状光源装置に関するものであり、特に、ワークの表面検査等を行う検査用照明装置の光源として用いられる面状光源装置に係るものである。

従来、製品の表面検査等の技術分野において使用される面状光源装置として、例えば、特開２０１１−２４７７７９号公報（特許文献１）が知られている。
図６に示すように、この装置は、上部が開口した箱状の枠体１１の内側に、複数のＬＥＤ素子１２、１２を面状に配置し、枠体１１の開口を拡散板１３で塞ぐことにより構成されている。
この拡散板１３はＬＥＤ素子１２からの出射光を面内で均一化するために配置されている。

さらに拡散板１３の表面（ワーク側）にはライトコントロールフィルム１４が設けられていて、前記ＬＥＤ素子１２からの拡散光が該ライトコントロールフィルム１４によって平行光に偏光される。ＬＥＤ素子１２からの出射光は拡散光であって、これを検査用にそのまま使用することはできず、平行光に偏光する必要があるためである。
前記ライトコントロールフィルム１４からの光は、ワークＷに照射され、その上方のカメラ１５によって撮像される。
このような面状光源装置によれば、面状の平行光がワークＷに照射されてカメラ１５によって撮像されるために、検査対象であるワークＷの輪郭がはっきりと観察することができるとするものである。

しかしながら、上記従来技術のように、平行光をつくりだすためにライトコントロールフィルムを使用すると、面に対する法線方向に平行な光は透過するものの、それ以外の光は遮光されてしまうので、該フィルムの透過光の全光量が少なくなってしまうという不具合がある。
この遮光分の光量を補うためには、ＬＥＤ素子の数を増やして平面内にアレイ状に配置したりするが、多数のＬＥＤ素子が必要であり、また面内照度分布を均一化するための拡散板も必要になるという問題がある。

特開２０１１−２４７７７９号公報

この発明は、上記従来技術の問題点に鑑みて、円弧状の光出射面とこれに対向する反射面とを有する棒状の導光体が複数平行に配置され、前記導光体の端面には発光素子が対向配置されてなり、該発光素子から前記導光体の端面に入射した光が前記反射面により反射されて前記光出射面から出射する面状光源装置において、光の減衰をもたらすライトコントロールフィルムを用いることなく、また、多数のＬＥＤ素子を用いずとも、面内照度分布が高度に均一化された平行光が得られる面状光源装置を安価に提供せんとするものである。

上記課題を解決するために、この発明に係る面状光源装置は、前記複数の導光体が、第１の平面上に並列配置された複数の導光体からなる第１導光体群と、前記第１の平面と平行な第２の平面上に並列配置された複数の導光体からなる第２導光体群とからなり、前記第２導光体群を構成する各々の導光体が、前記第１導光体群を構成する各々の導光体の間に配置されていることを特徴とする。
また、前記導光体の断面形状が円形状であることを特徴とする。
また、前記導光体の端部には導光体保持体が設けられ、該保持体には、複数の貫通口が形成されていて、該貫通口の一端部には、前記導光体の端部が係合保持されるとともに、前記貫通口の他端部には前記発光素子が配置されていることを特徴とする。
また、前記発光素子が、共通の基板上に配置されていることを特徴とする。

この発明の面状光源装置によれば、複数の導光体を用いてこの導光体の端面に発光素子を対向配置する構成としたので、使用する発光素子の数が少なくて済み、かつ、各導光体からの出射光は平行光であるので、従来例のような、ライトコントロールフィルムを用いる必要がなく、そのため、光の減衰がない。
そして、前記導光体が第１導光体群と第２導光体群とからなり、第２導光体群の各導光体を、第１導光体の各導光体の間に位置させたので、第１導光体の各導光体間での照度の低下を第２導光体群の導光体によって補うので、導光体を直交する方向での照度の均一性が向上して、面内全体での照度均一性が向上するという効果が奏せられる。

本発明の面状光源装置の上面図（Ａ）、断面図（Ｂ）。 図１の部分詳細断面図。 本発明の導光体の実施例を示す断面図。 本発明の効果を実証するための、比較例（Ａ）と本発明（Ｂ）。 本発明の効果を表すグラフ。 従来の面状光源装置を組み込んだ検査装置。

図１（Ａ）は、本発明の実施形態に係る面状光源装置１における要部の構成を示す上面図であり、（Ｂ）はその断面図である。
この面状光源装置１は、例えばアクリル樹脂などの透光性樹脂よりなる複数の棒状の導光体２、２を有し、これら導光体２は導光体保持体５によって保持されている。
図１（Ｂ）で示されるように、前記複数の導光体２は、第１の平面上に平行に並列配置された第１導光体群３と、この第１の平面と平行な第２の平面状に平行に並列配置された第２導光体群４から構成されている。そして、前記第２導光体群４の各導光体２は、前記第１導光体群３を構成する各導光体２の間に位置するように配置されている。
より具体的には第１導光体群３の導光体２の配列ピッチと、第２導光体群４の配列ピッチは同一であり、互いに半ピッチだけずれた状態で配置されている。

図２に示すように、各導光体２の端部には、導光体保持体５が設けられていて、この導光体保持体５には複数の貫通口６、６が形成されている。
貫通口６には段部６ａが形成されていて、各導光体２の端部がこの導光体保持体５の貫通口６の一端部に挿入され、前記段部６ａに当接して係合保持されている。また、この貫通口６の他端部には、共通の基板７上に取り付けられた白色光を出射する発光素子（ＬＥＤ素子）８が配置されている。
共通の基板７を導光体保持体５に取り付けることによって、発光素子８は貫通口６内に位置することになり、前記導光体２の端面２ａに対向配置される。
なお、図２においては、導光体２の一端側に発光素子８を配置したものが示されているが、両端側に配置するものであってもよい。

図３（Ａ）に示すように、前記導光体２は、すべて同一形状に形成されていて、その断面形状は円形状である。そして、その上部には断面円弧状の光出射面２ｂが長手方向に形成されるとともに、該光出射面２ｂに対向した周側面（下面）には長手方向の反射面２ｃが形成されている。
この反射面２ｃは、例えば、導光体２に刻設された溝、微小プリズム又は反射シートを貼付して構成されたものである。
これにより、前記発光素子８から前記導光体２の端面２ａに入射した光は、前記反射面２ｃにより反射されて前記光出射面２ｂから平行光として出射される。
前述のように、第１導光体群３の導光体２と、第２導光体４の導光体２とは、導光体２に直交する方向においてずれて配置され、第２導光体群４の各導光体２は、第１導光体群３の各導光体２の間に位置して配置される。

図３（Ｂ）には他の導光体２の実施例が示されていて、この例では、導光体２は断面において、略扇形状をなしており、その扇形上方が円弧状の光出射面２ｂを構成する。
図３（Ｃ）には更に他の実施例が示されていて、円形状導光体２の直径が、第１導光体群３の導光体２と、第２導光体群４の導光体２とで異なっており、第２導光体群４の導光体２が小さな直径となっている。

次いで、本発明の効果を実証するための実験を行った。実験に際しては、図４に示される比較例と本発明を用いて比較した。
比較例として、直径φ５ｍｍ、長さ５５ｍｍの棒状の導光体を同一平面上に中心間距離（ピッチ）５ｍｍで並列したものを作製した。
本発明として、比較例と同じ導光体を水平方向の中心間距離４．５ｍｍ、垂直方向の中心間距離２．２ｍｍでずらせて配置したものを作製した。
測定条件：導光体の光射面から２３０ｍｍ離れた位置にカメラを設置し、それぞれの水平方向（導光体の長手方向に直交する方向）での輝度分布を測定。

その測定結果が図５に示されていて、（Ａ）比較例においては、各導光体の間での輝度が大きく低下しているのに対して、（Ｂ）本発明においては、各導光体の間での輝度の低下が小さくなっていることが分かる。

以上のように、本発明においては、複数の導光体を第１導光体群と第２導光体群とから構成し、第２導光体群の各導光体を、第１導光体の各導光体の間に位置させたので、第１導光体の各導光体間での照度の低下を第２導光体群の導光体によって補うことで、導光体を直交する方向での照度の均一性が向上して、面内全体での照度均一性が向上するという効果が奏せられる。
また、従来例のような、ライトコントロールフィルムを用いる必要がなく、そのため、光の減衰がない。
また、各導光体は、導光体保持体の貫通口にそれぞれ係合保持され、貫通口内部で発光素子と対向配置されるので、１つの発光素子から放射される光は、対応する１つの導光体のみに伝播するようにし、対応していない他の導光体への入射を防止して光の干渉を低減することができる。

１ 面状光源装置
２ 導光体
２ａ 端面
２ｂ 光出射面
２ｃ 反射面
３ 第１導光体群
４ 第２導光体群
５ 導光体保持体
６ 貫通口
６ａ 段部
７ 基板
８ 発光素子（ＬＥＤ素子）

Claims (4)

1. 断面円弧状の光出射面が長手方向に形成されるとともに、該光出射面に対向した周側面に長手方向の反射面が形成された、棒状の導光体が複数平行に配置され、
   前記導光体の端面には発光素子が対向配置されてなり、
   該発光素子から前記導光体の端面に入射した光が前記反射面により反射されて前記光出射面から出射する面状光源装置において、
   前記複数の導光体が、第１の平面上に並列配置された複数の導光体からなる第１導光体群と、前記第１の平面と平行な第２の平面上に並列配置された複数の導光体からなる第２導光体群とからなり、
   前記第２導光体群を構成する各々の導光体が、前記第１導光体群を構成する各々の導光体の間に配置されていることを特徴とする面状光源装置。
2. 前記導光体の断面形状が円形状であることを特徴とする請求項１に記載の面状光源装置。
3. 前記導光体の端部には導光体保持体が設けられ、該保持体には、複数の貫通口が形成されていて、該貫通口の一端部には、前記導光体の端部が係合保持されるとともに、前記貫通口の他端部には前記発光素子が配置されていることを特徴とする請求項１に記載の面状光源装置。
4. 前記発光素子が、共通の基板上に配置されていることを特徴とする請求項３に記載の面状光源装置。
   
   
   

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