JP2016071971A - Ｌｅｄ照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】明るく、かつ均一で写り込みがないＬＥＤ照明装置を提供すること。
【解決手段】ＬＥＤ照明装置は、ケースと、ケースの底部に配置され、複数のＬＥＤが概ね直線状に装着された印刷配線基板と、ＬＥＤの前方に配置されたシリンドリカルレンズと、シリンドリカルレンズの前方に間隔を空けて配置された光拡散板とを備える。光拡散板は断面が円弧状の凸曲面形状であってもよい。まずシリンドリカルレンズによって光を直線状の領域に効率的に集光させ、シリンドリカルレンズの前方に離して光拡散板を配置することにより、光の拡散位置が照明対象物に近くなるので従来よりも明るくなる。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＬＥＤ（発光ダイオード）照明装置に関するものであり、特に、ラインセンサー用の照明に好適なＬＥＤ照明装置に関するものである。

従来、製品の表面検査装置等にラインセンサーが使用されている。そして、ラインセンサー用の照明装置として使用可能な、直線状の領域を照明する装置としてＬＥＤを使用した照明装置が提案されている。

下記の特許文献１には、本発明者が先に出願したＬＥＤ照明装置が記載されている。このＬＥＤ照明装置は、直線状に配置された複数のＬＥＤと、軸が複数のＬＥＤを結ぶ線と平行になるようにＬＥＤの前面に配置された透明な円柱部材とを備える。円柱部材によって光を直線状の領域に効率的に集光させることができ、明るく、かつ均一な照明が可能である。また、ＬＥＤと円柱部材との間に光拡散手段を設ける例も記載されている。

特開２００６−３１０４１４号公報

ラインセンサーを用いて製品の表面検査を行う場合には照明装置の光量が多いほど短時間でスキャン（２次元画像の取り込み）を完了でき、検査時間が短くなる。従って、ラインセンサー用の照明装置としては、所定の長さおよび幅の直線状の領域をなるべく明るく、かつ均一に照明したいという要求がある。しかし上記した従来の照明装置においては、表面が滑らかな被検査物を検査する場合に照明装置が鏡で写したようにラインセンサーに写り込むという問題点があり、この問題点を解決するためにＬＥＤとレンズの間に光を拡散する拡散板を配置していた。ところが、拡散板を配置すると被照明物へ到達する光量が減少して必要な明るさが得られないという問題点があった。

本発明は上記した課題を解決することを目的とし、光を直線状（細長い長方形）の領域に効率的に集光させることができるので明るく、かつ均一で写り込みやむらがないＬＥＤ照明装置を提供することにある。

本発明のＬＥＤ照明装置は、ＬＥＤ照明装置のケースと、前記ケースの底部に配置され、複数のＬＥＤが概ね直線状に装着された印刷配線基板と、前記複数のＬＥＤの前方に配置されたシリンドリカルレンズと、前記シリンドリカルレンズの前方に間隔を空けて配置された光拡散板とを備えたことを主要な特徴とする。

また、前記したＬＥＤ照明装置において、前記光拡散板は横断面が円弧状の凸曲面形状である点にも特徴がある。また、前記したＬＥＤ照明装置において、前記ＬＥＤは前記シリンドリカルレンズと前記シリンドリカルレンズの焦点距離程度だけ離れており、かつ前記光拡散板は表面に細かい凹凸が施されている点にも特徴がある。

本発明のＬＥＤ照明装置は上記したような特徴によって、以下のような効果がある。
（１）まずシリンドリカルレンズによって光を直線状の領域に効率的に集光させることができ、かつシリンドリカルレンズの前方に離して光拡散板を配置することにより、光の拡散位置が照明対象物に近くなるので、従来よりも明るく、かつ均一で写り込みやむらがない照明が可能である。

（２）レンズの前方に配置した光拡散板を凸曲面形状として集光機能を持たせたことにより、被照明物へ照射される光量が更に増し、明るくなる。
（３）所望の照度を得るためのＬＥＤの数を従来よりも少なくすることができ、その分だけ発熱も減少するので、ＬＥＤの動作温度が低下して温度上昇による輝度の低下を防止でき、動作が安定する。

本発明のＬＥＤ照明装置の実施例の構成および使用例を示す横断面図である。 本発明のＬＥＤ照明装置の実施例の構成を示す縦断面図である。 本発明において使用する光拡散板の機能を示す横断面図である。 本発明のＬＥＤ照明装置の光拡散板による集光機能を示す断面図である。

以下実施例について図面を参照して説明する。

図１は、本発明のＬＥＤ照明装置の構成および使用例を示す横断面図である。また、図２は、本発明のＬＥＤ照明装置の構成を示す縦断面図である。ＬＥＤ照明装置は、細長い直方体のケース１０、ケース１０の内部に配置され、複数のＬＥＤ１３が直線状に搭載された印刷配線基板１２、ケース１０内の印刷配線基板１２の前部に配置されたシリンドリカルレンズ１４、シリンドリカルレンズ１３の前方に間隔を空けて配置された光拡散板１５を備える。

ＬＥＤ照明装置から放射された光は検査すべき製品などの被照明物２０を照明し、被照明物２０の表面からの反射光はラインセンサー２１に到達して線画像として取り込まれる。そして、被照明物２０を相対的に回転あるいは移動させることにより、被照明物２０の表面の２次元画像を取り込む。

ケース１０は例えば細長い直方体のアルミニウムブロックの長手方向に溝を形成することにより製作される。金属ブロックを使用することにより、放熱効果が向上する。ケース１０の表面は放熱効果を上げるために黒くアルマイト処理されていてもよい。ケース１０の光の照射方向と反対側の面には放熱板１１を備え、自然空冷あるいは強制空冷によってケース１０の熱を逃がす。

印刷配線基板１２はケース１０の溝の底部に配置され、ケース１０に固着されている。印刷配線基板１２の表面には複数のＬＥＤ１１が概ね直線状に配置され、はんだ付けによって 印刷配線基板１２に装着、接続されている。印刷配線基板１２とケース１０の間には図示していないが絶縁シートが敷かれている。印刷配線基板１２のＬＥＤ回路は図示しない公知のＬＥＤ駆動回路（定電流回路）に接続されている。

ＬＥＤ１１は表面実装型のＬＥＤ素子であり、主に印刷配線基板１２に対して垂直な方向に光を放出するが、垂直方向から所定の角度範囲にも光が放出される。色は白色を始め、所望の任意の色でもよいし、３原色の赤、青、緑が交互に配置されていてもよい。

シリンドリカルレンズ１４は円柱を中心軸と平行な平面で切断した形状であり、横断面が三日月形状あるいは半月形状を有し、中心軸（三日月形状あるいは半月形状の円弧の円の中心を通る直線）が複数のＬＥＤ１１を結ぶ直線と平行になるようにＬＥＤ１１の前方に配置され、ケース１０に固着されている。

シリンドリカルレンズ１４とＬＥＤ１１との距離は、シリンドリカルレンズ１４の焦点距離程度か焦点距離よりも若干長い程度とすることにより、横断面内における光はほぼ平行に光拡散板１５および被照明物の方向へ照射され、照明すべき直線状の所定の領域内に光を集める。シリンドリカルレンズ１４の材質は例えばアクリル等の透明樹脂やガラスであってもよい。

光拡散板１５はシリンドリカルレンズ１４の前方に間隔を空けて配置され、ケース１０の開口部を覆っている。光拡散板１５は例えば透明な樹脂板の両面に細かい凹凸を施したものである。なお、凹凸とは例えば表面に多数の細かい溝を設けたもの、あるいは表面に多数の細かい突起を設けたものを含む。また、乳白色などの光を拡散する樹脂素材、あるいは透明な樹脂に光を反射する金属製粉末（微粒子）を混合した素材でできた薄い樹脂板であってもよい。

光拡散板１５は横断面が半円形（円弧状）である凸曲面形状であり、例えば円柱を中心軸を通る平面で切断した場合の側面形状であってもよいし、横断面が砲弾型（２次曲線形状）あるいは半円形の両端を直線状に延長した逆Ｕ字形状であってもよい。

図３は本発明において使用する光拡散板の機能を示す横断面図である。また、図４は本発明のＬＥＤ照明装置の光拡散板による集光機能を示す断面図である。光拡散板１５に対して浅い入射角で照射された光３０は光拡散板１５の表面および裏面において透過および反射されるが、光拡散板１５に細かい凹凸が施されているために透過方向および反射方向を中心にある程度の角度範囲３１、３２（例えば１０度〜２０度程度）に拡散する。

透過する光と反射する光の光量の比率は例えば１：１程度であってもよく、この比率は光拡散板１５の表面に施す凹凸の単位面積当たりの数や深さ、凹凸の形状などによって調整できる。また、光拡散板１５の表面に細かい凹凸が施されているために、この比率は入射角度が浅くなってもそれほど変化しない。なお、このような光拡散板は市販されている。従って、光拡散板１５に斜めに光を照射した場合、光は主に透過方向から反射方向の範囲にかけて拡散される。

本発明の光拡散板１５は横断面が半円形である凸曲面形状であるので、光拡散板１５に対して浅い入射角で照射された光は光拡散板１５の表面および裏面において透過および反射され、反射光は再び光拡散板１５の表面および裏面において透過および反射を繰り返す。従って、横断面内における周辺部から光拡散板１５に対して浅い入射角で照射された光によって中心軸方向へ連続的に拡散される光４０が生じ、拡散効果と共に中心軸方向への集光効果が生じる。本発明者による実験の結果、本発明の照明装置はＬＥＤとレンズの間に拡散板を配置した場合よりも照度が３割程度増すことが判明した。

以上実施例を説明したが、本発明の装置には更に以下のような変形例も考えられる。ケース１０の内部の側面は光が反射するように鏡面仕上げとしてもよい。また、細長い照明装置の場合、両端においては中央部よりも照度が低下するので、長手方向の照度を均一にするために、両端部分においてＬＥＤ密度を増やしてもよい。ＬＥＤからの発熱を効率よくケースに逃がすために、溝内のＬＥＤの周りの空間全体、あるいはＬＥＤより下部のみに透明な絶縁性の液体あるいは流し込んだ後に固体化する油、樹脂等を充填してもよい。

本発明のＬＥＤ照明装置はラインセンサーを用いた製品検査における照明に適用可能である。

１０…ケース
１１…放熱板
１２…印刷配線基板
１３…ＬＥＤ素子
１４…レンズ
１５…拡散板
２０…被照明物
２１…ラインセンサー

Claims (3)

1. ＬＥＤ照明装置のケースと、
   前記ケースの底部に配置され、複数のＬＥＤが概ね直線状に装着された印刷配線基板と、
   前記複数のＬＥＤの前方に配置されたシリンドリカルレンズと、
   前記シリンドリカルレンズの前方に間隔を空けて配置された光拡散板と
   を備えたことを特徴とするＬＥＤ照明装置。
2. 前記光拡散板は横断面が円弧状の凸曲面形状であることを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ照明装置。
3. 前記ＬＥＤは前記シリンドリカルレンズと前記シリンドリカルレンズの焦点距離程度だけ離れており、かつ前記光拡散板は表面に細かい凹凸が施されていることを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ照明装置。

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